KR100428149B1 - 디젤엔진의 연소실 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디젤엔진의 연소실 구조에 관한 것으로, 연소실로 유입된 공기의 스월유동 속도가 주기적으로 증가되면서 벽면에서의 난류강도를 증가시킴과 동시에 스월유동의 보존성도 높일 수 있도록 함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 피스톤(1)의 헤드부에 형성되는 연소실(4)이 그 중심(O)에 대해 편향된 중심(O')이 형성되도록 그 대향 위치에서 서로 다른 돌출길이(K1,K2)를 갖는 리브(6')에 의해 리엔트란트실(6)이 형성되는 한편, 이 리엔트란트실(6)은 유입되는 공기의 2차 유동이 회전되는 스월유동(S)을 형성하도록 연소실 전체깊이(H')보다 낮도록 상부에서 소정의 단차깊이(H1')의 위치에서 그 중앙부위를 절단시킨 핌(7)을 형성하는 것을 특징으로 한다.

Description

디젤엔진의 연소실 구조{Combustion chamber structure in diesel engine}

본 발명은 디젤엔진의 연소실 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스월유동의 보존성과 난류 강도를 증가시킬 수 있도록 된 디젤엔진의 연소실 구조에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 가솔린 엔진은 공기와 연료를 충분히 혼합한 혼합기를 실린더로 흡입하여 전기 불꽃으로 연소시키게 되지만 이와 달리, 디젤 엔진은 소정온도 이상의 압축 공기속에 연료를 분사하여 착화 연소시키도록 구성된다.

이와 같은 디젤 엔진은 연소실내의 공기를 고온으로 압축하는 특성을 갖게 되므로 무엇보다도 유입된 공기와 연료가 연소실에서 잘 혼합될 수 있도록 하는 게 가장 중요해 통상, 이를 위해 디젤 엔진에서는 연소실의 모양을 특수하게 만들어 압축 행정 끝 부분에 강한 와류를 일으키게 하거나, 착화 초기에 발생되는 고압을 이용해서 혼합을 돕게 하는 등의 방법이 고려되고 있다.

이에 따라, 디젤엔진의 연소실내의 스월(Swirl)이나 와류(Vortex) 및 텀블(Tumble)등의 유동을 직접적으로 또는 간접적으로 형성하는 방식에 따라 즉, 와류실 등을 별도로 구비하는 간접 분사식과 피스톤 상부에 일정 체적을 갖는 홈을 형성시키는 직접분사식으로 분류되어지게 된다.

이중, 직접분사식은 그 구조면에서 피스톤의 형상으로 이루어지는 연소실의 구조가 간단하고 그 표면적이 비교적 적어 열의 손실이 적고 열효율이 높다는 특징을 갖는데 도 1은 이와 같은 특성을 갖는 직접분사식을 도시한 것인바, 이와 같은 직접분사식은 연료를 분사하는 분사노즐(5)이 구비된 실린더 헤드(3)의 하부로 결합된 실린더(2)의 내부로 구비된 피스톤(1)의 헤드부에 대략 하트(heart)형으로 특수하게 이루어진 연소실(4)이 형성되는 구조를 이루게 된다.

여기서, 상기 연소실(4)은 분사노즐(5)로부터 분사된 연료의 미립화를 촉진하고 내부에서 공기의 2차 유동을 생성하도록 상부부위를 중앙부위를 향해 안쪽으로 돌출시킨 리브(6')에 의해 리엔트란트실(6)이 형성되는 한편, 이 리엔트란트실(6)은 공기의 2차 유동이 도 2에 도시된 바와 같이 회전되는 스월유동(S)을 형성하도록 연소실 전체깊이(H)보다 낮도록 상부에서 소정의 단차깊이(H1)를 갖도록 중앙부위를 뾰족하게 돌출시킨 핌(Pip, 7)을 형성하게 된다.

이때, 상기 리브(6')는 리엔트란트실(6)의 끝 단부에서 연소실(4)의 중앙부위를 향해 안쪽으로 소정의 돌출길이(K)로 돌출 되어지게 된다.

이와 같은 연소실(4)은 엔진성능과 배기가스의 소음 저감 등을 결정하는 주요한 요인으로서 특히, 엔진 성능을 위해서는 압축행정 말기에 연료 분사가 시작되면서 압축행정 말기에서 폭발 행정 초기에 연소실(4)내에서 공기와 스월유동(S)에 의해 혼합되면서 연소가 진행된 후, 연소가스가 배기되는 스퀴시유동(Sq)에 의해 타다 남은 스모크(Smoke)가 연소실(4)상부의 공기와 혼합되어 더욱 산화되면서 스모크의 생성을 억제하여야 만 되지만, 상기 리엔트란트실(6)이 연소실(4)의 중앙부를 이루는 핌(7)을 중심으로 서로 대칭을 이루도록 되어 리엔트란트실(6)의 벽면 부근에서 난류강도가 항상 동일해 이 공간에 형성되는 스월유동(S)의 보존성이 낮은 문제가 있게 된다.

또한, 이와 같이 리엔트란트실(6)이 연소실(4)의 중앙부를 이루는 핌(7)을 중심으로 서로 대칭을 이룸에 따라 연소초기에는 연소 후 연소가스를 배기하는 스퀴시유동(S) 영역으로 유입되는 혼합기의 흐름을 억제하도록 이와 같은스퀴시유동(S)을 형성하는 압출 행정중 발생한 텀블(Tumble)유동을 보존시키는 반면, 연소 말기에는 상기 스퀴시유동(S)을 촉진하여 연소실 상부의 공기와의 혼합율을 높여야만 되지만 실제적으로 이루어지지 않는 한계를 갖는 단점이 있게 된다.

이에 따라, 연소실(4)의 주요인자인 측면과 벽면 및 핌부의 형상인자의 효과를 이용하여 분사 연료의 벽면 충돌에 의한 혼합기 형성 촉진과 연소실내 스월유동의 높은 보존성 및 피스톤과 실린더헤드사이의 스퀴시영역으로의 연료 흐름을 억제하면서 활발한 공기 유동을 촉진할 수 있는 연소실의 개발이 요구되고 있는 실정이다.

이에 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 것으로, 연소실로 유입된 공기의 스월유동 속도가 주기적으로 증가되면서 벽면에서의 난류강도를 증가시키면서 동시에 스월유동의 보존성도 높일 수 있도록 함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 연료를 분사하는 분사노즐이 구비된 실린더 헤드의 하부로 결합된 실린더에 구비된 피스톤의 헤드부에 형성된 연소실이 유입된 혼합기의 유동을 스월유동으로 형성하도록 그 중앙부위로 돌출된 핌을 형성하면서 양쪽으로 소정의 깊이를 갖는 리엔트란트실의 입구영역이 연소실의 중심에 대해 편향된 중심을 형성하되,상기 편향된 중심이 연소실의 상부부위에서 서로 대칭되는 위치에서 다른 돌출길이를 갖는 리브에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래에 따른 스월 유동을 위한 디젤엔진의 연소실 단면도

도 2는 도 1의 평면도

도 3은 본 발명에 따른 스월 유동을 위한 디젤엔진의 연소실 단면도

도 4는 도 3의 평면도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 피스톤 2 : 실린더

3 : 실린더헤드 4 : 연소실

5 : 분사노즐 6 : 리엔트란트실

6' : 리브 7 ; 핌

S : 스월유동 Sq : 스퀴시유동

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 스월유동을 위한 디젤엔진의 연소실 단면도를 도시한 것인바, 본 발명은 연료를 분사하는 분사노즐(5)이 구비된 실린더 헤드(3)의 하부로 결합된 실린더(2)에 구비된 피스톤(1)의 헤드부에 연소실(4)이 형성되되,이 연소실(4)은 그 중심(O)에 대해 편향된 중심(O')이 형성되도록 그 대향 위치에서 서로 다른 돌출길이(K1,K2)를 갖는 리브(6')에 의해 리엔트란트실(6)이 형성되는 한편, 이 리엔트란트실(6)은 유입되는 공기의 2차 유동이 회전되는 스월유동(S)을 형성하도록 연소실 전체깊이(H')보다 낮도록 상부에서 소정의 단차깊이(H1')의 위치에서 그 중심부위를 수평하게 절단시킨 핌(7)을 중심으로 양쪽으로 소정 공간을 형성하게 된다.

여기서, 상기 리엔트란트실(6)의 상부부위에서 그 중심(O)을 향해 안쪽으로 돌출되는 돌출길이(K1,K2)에 의해 편향된 중심(O')을 형성하는 입구부위는 한쪽 돌출길이(K2)의 돌출량이 증가되면 이에 대향되는 부위의 돌출길이(K1)가 리엔트란트실(6)의 벽면보다 더 깊게 파여지도록 함몰될 수 있음은 물론이다.

이와 같이, 본 발명에 따른 연소실(4)은 그 중앙부를 이루는 핌(7)을 중심으로 서로 대칭을 이루는 리엔트란트실(6)의 입구 영역이 편향되게 형성되어져 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 리엔트란트실(6)내에서 스월유동(S)을 이루면서 회전되는 유입된 공기가 상대적으로 넓게 확장되는 즉, 돌출된 돌출길이(K2)부위에 의해 회전되는 유동의 속도가 상대적으로 덜 돌출된 돌출길이(K1)부위에 비해 더 증가되어 지는 현상이 발생됨을 알 수 있게 된다.

이와 같이 연소실을 형성하는 리엔트란트실(6)내에서 스월유동(S)이 회전될 때 상기 리엔트란트실(6)의 중심(O)영역과 편향된 중심(O')을 형성한 입구부위 영역에 의해 주기적으로 스월유동(S)의 속도가 증가되므로 이는 결국, 상기 리엔트란트실(6)영역의 벽면 부근에서 난류강도를 증가시킴은 물론 되는 스월유동을 지속적으로 유지할 수 있는 보존성이 크게됨을 의미하게 됨을 알 수 있는 것이다.

이에 따라, 상기 리엔트란트실(6)영역의 벽면 부근에서 난류강도를 증가시킴은 물론 되는 스월유동을 지속적으로 유지하므로 연소실(4)내에서 공기와 스월유동(S)에 의해 혼합되면서 연소가 진행된 후, 연소가스를 배기시키는 스퀴시유동(Sq)을 형성 할 때에도 연소실(4)상부의 공기와 타다 남은 스모크를 지속적으로 혼합시키게 되므로 스모크의 생성을 크게 저감시킬 수 있게 된다.

또한, 이와 같이 리엔트란트실(6)영역의 벽면 부근에서 난류강도를 증가시킴은 물론 되는 스월유동을 지속적으로 유지함에 따라 압축행정 시 발생되는 텀블유동을 강화시켜 연소초기에 스퀴시유동(S) 영역으로 유입되는 혼합기의 흐름을 억제하게 됨은 물론이다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 연소실의 주요인자인 측면과 벽면 및 핌부의 형상인자의 효과를 이용하여 리엔트란트실의 입구영역을 그 중심에 대해 편향되게 형성하여 연소실내 스월유동의 흐름속도를 주기적으로 증가시키게 되고 이로 인해, 상기 스월유동을 지속적으로 보존 할 뿐만 아니라 피스톤과 실린더헤드사이의 스퀴시영역으로의 연료 흐름을 억제하면서 활발한 공기 유동을 촉진할 수 있는 효과가 있게 된다.

Claims (3)

1. 연료를 분사하는 분사노즐(5)이 구비된 실린더 헤드(3)의 하부로 결합된 실린더(2)에 구비된 피스톤(1)의 헤드부에 형성된 연소실(4)이 유입된 혼합기의 유동을 스월유동(S)으로 형성하도록 그 중앙부위로 돌출된 핌(7)을 형성하면서 양쪽으로 소정의 깊이(H')를 갖는 리엔트란트실(6)의 입구영역이 연소실(4)의 중심(O)에 대해 편향된 중심(O')을 형성하되,

   상기 편향된 중심(O')이 연소실(4)의 상부부위에서 서로 대칭되는 위치에서 다른 돌출길이(K1,K2)를 갖는 리브(6')에 의해 형성되는 디젤엔진의 연소실 구조.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 상기 돌출길이(K1,K2)에 의해 편향된 중심(O')을 형성하는 입구부위는 한쪽 돌출길이(K2)의 돌출량이 증가되면 이에 대향되는 부위의 돌출길이(K1)가 리엔트란트실(6)벽면보다 더 깊게 파여지도록 함몰되도록 된 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 연소실 구조.