KR100771061B1 - 질소 산화물의 방출을 감소시킨 직접 분사식 내연 기관 - Google Patents

질소 산화물의 방출을 감소시킨 직접 분사식 내연 기관 Download PDF

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Abstract

본 발명은 성층 린번 운전 및 내부 배기 가스 재순환을 동반하는 직접 분사식 내연 기관, 특히 오토 엔진에 관한 것으로, 그러한 내연 기관에서는 NOx 저장 촉매에 의해 NOx를 감소시키는 배기 가스 후처리가 제공된다. HC 및 NOx 방출치를 최소한으로 낮추면서 최대한으로 높은 배기 가스 재순환율을 구현하기 위해, 경우에 따라 외부 배기 가스 재순환에 의해 재순환되는 배기 가스를 함유할 수 있는 유입 미연소 가스에 유입 미연소 가스의 선회 이동 축이 대략 피스톤 이동을 가로질러 연장되도록 텀블링 흐름을 부여한다. 그에 의해, 성층 린번 운전 시에 유해 성분의 방출을 감소시키면서 실린더 내부 공간에서 최적의 혼합을 구현하게 된다.

Description

질소 산화물의 방출을 감소시킨 직접 분사식 내연 기관{DIRECT INJECTION INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH NOx-REDUCED EMISSION}
본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 직접 분사식 내연 기관에 관한 것이다.
EP 0 560 991 B 및 EP 0 580 389로부터 린번(lean-burn) 상태로 운전되는 내연 기관에서 NOx를 감소시키기 위한 장치가 공지되어 있다. 그러한 장치의 원리는 특히 내연 기관의 린번 운전 중에 발생되는 NOx를 NOx 저장 촉매에 저장하고, 저장된 NOx를 방출하는 동시에 단시간 동안 내연 기관을 리치번(rich-burn) 상태로 운전함으로써 그 NOx를 해리시키는 것이다. 특히, 이러한 NOx의 반응은 직접 분사식 내연 기관의 경우에도 적합하다. 전술한 NOx의 반응에 의해 비교적 높은 전환율(conversion rate)을 미리 얻을 수 있는데, 특히 NOx의 미정화 방출(raw emission)을 방지하기 위해 NOx 저장 촉매와 조합하여 배기 가스 재순환 시스템이 사용될 수 있다.
기본적으로, 배기 가스 재순환 시스템에 의해 NOx의 미정화 방출이 상당히 줄어든다. 그러한 조치는 NOx를 감소시키는 후처리 시스템, 특히 NOx 저장 촉매를 구비한 린번 운전형의 직접 분사식 오토 엔진(Otto engine)에 있어서 매우 중요한데, 왜냐하면 설령 NOx 저장 촉매를 사용하더라도 람다(λ) = 1.1 내지 1.4에서의 균일한 린번 운전 시에 또는 람다 = 1.6 내지 4에서의 성층(layered) 린번 운전 시에 일어나는 바와 같이 린번 상태로 NOx를 전환시키는 것은 저장 촉매 표면에서의 확산 저해의 결과로서 매우 높은 NOx의 미정화 방출을 초래할 수도 있기 때문이다.
또한, 배기 가스 재순환은 연소를 오래 지속되도록 하는데, 그것은 한편으로 연소 온도의 저하에 의해 역시 NOx를 감소시키는 작용을 하고, 다른 한편으로 연료 소비의 개선을 실현한다. 연료 소비의 개선이 실현되는 것은 전형적으로 직접 분사식 오토 엔진에서 성층 린번 운전 시에 주기적으로 너무 빨리 연료 전환의 평형점 위치에 도달되는 것이 최적의 위치 쪽으로 옮겨지기 때문이다.
즉, 재순환되는 배기 가스는 적절한 양으로 투여된다면 성층 린번 운전 시에 연소의 안정화를 가져올 수 있는데, 그것은 배기 가스 재순환에 의해 상승된 온도가 그러한 운전 방식에서 연료가 뒤늦게 분사되는 원리로 인해 매우 짧은 시간 규모로 진행되어야 하는 혼합기의 형성을 촉진하기 때문이다.
그러나, 연료를 연소시키는 데 충분한 미연소 가스가 제공되도록 하기 위해서는 연소실로 재순환되는 배기 가스의 분율이 지나치게 높게 선택되어도 안 된다. 배기 가스 재순환율이 너무 높을 경우에는 불완전 연소가 이루어져서 연료 소비 및 HC/CO 방출이 다시 증가하고 엔진의 운전 정숙성이 떨어지게 된다.
통상적으로 행해지는 외부 배기 가스 재순환(연소실 다음에, 구체적으로는 배기 가스 만곡관에서 배기 가스를 분기시켜 복귀 라인을 내연 기관의 흡기 측에 접속함)의 경우에는 개개의 실린더에 균일하게 배기 가스를 분배하는 것이 구조적으로 높은 비용을 들여야만 가능하게 된다. 또한, 내연 기관의 경우에 특히 존재하게 되는 동적 운전 시에는, 배기 가스 재순환율이 배기 가스 재순환 라인 및 흡기관 용적 공간의 시간 지체로 인해, 그리고 흡기측 및 배기측에서 변동되는 압력 비로 인해 매우 어렵게 미리 주어진 목표치에 맞춰 조정되고 제어될 수 있을 뿐이다. 그에 따라, 재순환율은 개개의 실린더간에 상당히 차이가 있게 되고, 바람직하지 않게 최소치를 밑돌거나 바람직하지 않게 최대치를 초과하는 것이 확실하게 배제될 수 없게 된다.
외부 배기 가스 재순환 시스템 대신에 또는 그에 추가하여 내부 배기 가스 재순환 시스템이 공지되어 있는데, 그러한 내부 배기 가스 재순환 시스템에서는 흡기 시간 또는 배기 시간을 상호 조정함으로써, 특히 흡기 캠 축을 "조기 작동" 쪽으로 조정함으로써 잔류 가스 부분이 실린더 내에 체류하도록 할 수 있다. 그러한 방식의 이점은 재순환되는 배기 가스가 실린더 개개에 정확하게 할당된다는 것 이외에, 잔류 가스가 이미 다음의 연소 과정에 가담하여 전술한 데드 타임(dead time) 및 미리 주어진 목표치로부터의 편차를 대폭적으로 줄여준다는 것이다.
내부에서 재순환되는 배기 가스의 온도가 보다 더 높은 것에 의거하여, 혼합기 형성에 미치는 영향도 더욱 확실해져서 의도된 대로 활용될 수 있게 된다.
전술한 내부 배기 가스 재순환의 이점은 시판되고 있는 제1 세대 직접 분사식 DI-오토 엔진에 활용되고 있는 바, 그 엔진은 외부 배기 가스 재순환 시스템은 물론 흡기 캠 축 조정에 의한 내부 배기 가스 재순환 시스템을 구비하는 이외에, NOx 저장 촉매에 의한 배기 가스 정화 장치도 구비한다. 그러한 내연 기관에는 급기의 이동을 위한 와류 개념이 사용되어 혼합기를 형성하게 되는데, 그러한 와류 개념에서는 실린더로 흡입되는 가스를 강제적으로 회전 이동시키되, 그 회전 축이 피스톤 이동/실린더 축에 대략 평행하게 연장되도록 한다. 그 경우, 연소실 내에는 수직의 공기 와류가 생성되고, 그 와류에 연료 분사물이 분사되어 점화 플러그 쪽으로 안내된다. 그러한 연소 방식은 NOx 저장 촉매와 연계하여 이미 별 지장이 없을 정도로 낮은 NOx 방출을 나타내게 된다.
미국 특허 제5,918,577호에는 피스톤 종방향 축선에 대해 약 90도로 가로지르는 성층 운전 및 텀블링 흐름이 이루어지는 직접 분사식 내연 기관이 이미 공지되어 있다. 또한, 불활성 가스가 약간 존재하거나 또는 전혀 존재하지 않고 점화 플러그 주위에 위치하는 공기 연료 구역을 제공하는 불활성 가스의 성층부가 개시되어 있으며, 그 결과 미연소 공기 연료 혼합기의 내부 또는 외부 배기 가스 재순환에 의해 내연 기관의 연소 공간으로 안내되는 배기 가스와의 어떠한 완전 혼합도 발생하지 않는다.
본 발명의 목적은 NOx를 감소시키는 배기 가스 후처리 시스템을 구비한 직접 분사식 내연 기관에서 배기 가스 후처리와 함께 연소의 진행을 최적화시켜 매우 낮은 NOx 방출치를 얻도록 하는 것이다.
그러한 목적은 본 발명에서 청구항 1에 따른 특징들의 조합에 의해 달성된다.
종속 청구항들은 개별적으로 또는 서로 조합되어 매우 양호한 방출치를 구현할 수 있게 하는 추가의 특징들을 기재하고 있다.
본 발명에 따르면, 배기 가스를 감소시키는 개별 단계들을 특정하게 조합시킴으로써 유해물, 특히 NOx의 방출이 매우 낮아지게 되고, 그에 따라 이제는 직접 분사식 내연 기관에서도 예컨대 D4 규격과 같은 가장 낮은 배기 가스 규격이 얻어질 수 있다. 그것은 직접 분사식 내연 기관에서 특히 외부 배기 가스 재순환[ EGR(Emission Gas Recirculation)], NOx를 감소시키는 배기 가스 후처리, 및 대략 피스톤 이동을 가로질러 진행되는 유입 가스(미연소 가스)의 회전 이동과 조합된 내부 배기 가스 재순환(EGR)에 의해 가능하게 된다. 그 경우, 바람직하게는 흡기 채널에 있는 텀블 플레이트에 의해 생성되는 유입 가스의 텀블링 이동을 사용하는 것이 바람직하다. 그와 같이 텀블링 이동시키면, 유입 가스가 실린더 내부 공간 내로 롤링하면서 내려가는데, 그러한 롤링 이동은 피스톤 이동을 가로지르는 축을 중심으로 이뤄지게 된다. 텀블링 판은 예컨대 람다-1-운전(저장 촉매의 재생, 높은 엔진 부하) 시에 일반적인 바와 같이 텀블링 선회류를 동반한 흐름으로부터 통상대로 실린더 내부 공간을 충전시키는 흐름으로 필요 적절하게 바꾸어 가면서 사용되는 것이 바람직하다.
내부 EGR을 외부 EGR과 조합시킴으로써 배기 가스 재순환율이 더욱 더 높아질 수 있어 가장 낮은 산소 잔류량으로 운전될 수 있게 된다. 그 경우, 외부 EGR을 배기 가스 재순환 냉각기에 의해 냉각시켜 연소실 온도가 지나치게 높이 올라가지 않도록 하는 것도 가능하다. 외부 EGR은 통상대로 밸브에 의해 제어된다.
본 발명에 따르면, 선회류 축선은 피스톤 이동에 대해 ±15°의 범위 내에 있는 것이 바람직한데, 그러한 범위에서 가장 낮은 NOx 방출이 일어나게 된다.
특히, 본 발명에 따르면 NOx를 감소시키는 배기 가스 후처리에는 수 초(통상, 약 2분까지)에 걸쳐 배기 가스 미정화 방출물 중의 산화질소를 예컨대 질산바륨으로서 저장하였다가 람다 ≤ 1(또는 람다 = 1을 약간 넘을 수도 있음)로 운전하는 동안 그것을 환원시키면서 재생되는 NOx 저장 촉매가 사용된다. 그러한 촉매는 전술된 유럽 특허 문헌의 서두로부터 공지된 것이다.
본 발명에 의하면, 특히 저장 촉매를 사용함과 더불어 NOx를 감소시키는 배 기 가스 후처리 단계를 지난 다음에 NOx 센서를 사용하는 것이 매우 바람직할 수 있다. 텀블링 이동이 없는 종래의 운전 시스템에서는 NOx 센서에 의해 저장 촉매가 재생되어야 하는 것으로 잘못 평가된 미약한 NOx 피크들이 있을 수 있어 연료 소비를 증대시키는 재생이 너무 빈번하게 행해졌었다. 그러한 NOx 피크들은 텀블링 이동을 사용함으로써만 회피되었고, 그에 따라 저장 촉매를 지난 다음에 있는 NOx 센서가 비로소 본 발명에 따른 신뢰성이 있는 NOx 저장 촉매의 저장율 및 그에 따른 저장 충전도를 신호로 알리게 된다.
본 발명에 따르면, 최적의 NOx 감소를 위해서는 재순환되는 배기 가스가 가능한 한 양호하게 미연소 공기와 충분히 혼합되도록 하는 것을 고려해야 할 것으로 판명되었는데, 왜냐하면 그렇게 해야만 전체의 연소실 내에서 NOx 생성에 관여하는 산소 분자가 부분적으로 불활성 가스(배기 가스)로 치환될 수 있기 때문이다. 본 발명에 따라, NOx 생성에 과비례적으로 관여하는 높은 산소 분율을 동반한 국부적인 급속 연소 구역의 발생이 회피되게 된다. 그러한 특징은 직접 분사식 오토 엔진에서 내부 배기 가스 재순환의 잠재 능력을 최대한으로 폭넓게 활용할 수 있도록 함에 있어 매우 중요한 사항이다.
이하, 본 발명을 실시예 및 첨부 도면에 의거하여 더욱 상세히 설명하기로 한다. 첨부 도면 중에서,
도 1은 선행 기술에 따른 연소의 진행 경과(와류 개념)를 나타낸 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 연소의 진행 경과(텀블링 개념)를 나타낸 도면이며,
도 3은 양자의 개념을 그래프로 나타낸 도면이고,
도 4는 본 발명에 따른 개념을 총괄한 도면이다.
본 발명에 따른 연구 조사 결과, 미연소 공기(6)와 연소실(1)(도 1a, 피스톤(2)이 위쪽에 있고, 동시에 개방된 흡기 밸브 및 배기 밸브(도 4)에 의해 연소실(1) 내에 배기 가스(3)가 체류함) 내에 체류하는 내부 배기 가스 재순환의 배기 가스(3)와의 혼합은 와류 선회 흐름(7)(선회류 축선은 대략 피스톤 이동/실린더 축 쪽으로 정향됨)의 경우에는 최적의 상태에 미치지 못하는 것으로 판명되었다. 내부 EGR의 잔류 가스(3)는 흡기 행정 및 압축 행정(도 1b/도 1c) 중에 와류 흐름(7)의 작용에 의해 피스톤 바닥 부근에 체류하고, 이어서 흡기 행정[도 1b, 피스톤(2)이 아래쪽으로 이동됨] 중에 흡입된 미연소 가스(3)(주로, 미연소 공기를 함유함)가 잔류 가스(3) 위에 층을 이루게 된다. 와류형 가스 흐름(7)은 피스톤의 이동 방향으로는 별로 임펄스를 제공하지 않기 때문에, 그러한 성층(거의 혼합됨이 없는)은 압축 중에서 계속 유지된다(도 1c, 피스톤이 위쪽으로 이동됨). 압축 행정의 말기 무렵에 분사되는 연료(8)(분사 노즐의 도시를 생략함)의 일부는 거의 순수한 미연소 공기(6)에, 그 다른 일부는 미연소 공기/잔류 가스 비가 변하는 불균일한 혼합 구역(5)에, 그리고 그 또 다른 일부는 거의 순수한 잔류 가스(3)에 분사된다(도 1c). 그에 따라, 연료의 전환[점화 플러그(4)에 의해 점화되어] 중에는 화염 면(flame front)에 대략 0 % 내지 대략 100 %의 잔류 가스 분율이 생길 수 있고, 물론 전체적인 잔류 가스 분율이 미리 주어진 목표치에 상응할 수는 있을지 몰라도 최적에 가까운 잔류 가스 분율은 단지 연소실(1)의 미소 구역에 국부적으로만 존재하게 될 뿐이다. 잔류 가스 분율이 없거나 낮은 구역에서는 연료 부분이 높은 온도로 급속하게 연소되고, 그에 따라 그 구역에서는 특별히 내세울만한 NOx의 감소가 생기지 않는다. 잔류 가스 분율이 매우 높은 구역에서는 연료의 전환이 정지되어 배기 가스가 단지 낮은 정도의 NOx의 감소와 함께 높은 HC 방출 및 전달되는 일의 감소를 보일 수 있다. 그 밖에, 연료 소비의 증가 및 운전 정숙성의 저하가 생길 수 있는데, 그것은 배기 가스 재순환율의 미리 주어진 목표치를 철회하는 결과를 가져와 NOx 감소 가능성을 더욱 제한하게 된다. 근본적으로, 와류 이동의 경우에도 예컨대 압축 시에 다시 와류가 발생되거나 분사된 분사물이 최대한으로 균일한 구역에 도달되도록 피스톤 바닥을 형성함으로써 그러한 성층에 대한 배려를 할 수도 있지만, 본 발명에 따르면 텀블링 선회류로 바꿈으로써, 특히 NOx 센서와 연계하여 보다 더 양호한, 즉 보다 더 낮은 NOx 방출이 얻어질 수 있는 것으로 판명되었다.
보다 더 높게 발생되는 HC 및 NOx 방출은 배기 가스 개념에 따라 특히 선택적 촉매 작용에 의한 환원, 즉 상호간 환원 및 산화에 의해 감소될 수 있어 전체적으로 다시 비교적 낮은 배기 가스 방출치를 얻을 수 있게 되지만, 그것은 내연 기관의 연료 소비 및 운전 정숙성에 부담이 된다.
그러나, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따르면 텀블링 이동 개념(17)(흡입되는 가스의 회전 축은 대략 피스톤 이동을 가로질러 위치됨)에 동반하여 흡기 캠 축의 조정에 의한 내부 배기 가스 재순환(도 1에 도시된 바와 같은)까지 행해진 다. 흡기 행정의 초기[도 2a, 피스톤(12)이 위쪽에 있음]에는 도 1에서와 마찬가지로 실린더 공간(11) 내에 농후한 잔류 가스 부분(13)이 존재한다. 그러나, 본 발명에 따른 방식은 선행 기술과는 대조적으로 연이은 급기의 이동(도 2a)에 의해 잔류 가스 부분(13)이 흡입된 미연소 가스(16)(경우에 따라, 외부 배기 가스 재순환에 의해 배기 가스로 농축됨)와 집중적으로 충분히 혼합되는 이점을 수반한다. 즉, 도 2c로부터 알 수 있는 바와 같이, 분사되는 연료(18)는 그 국부적 잔류 가스 분율이 평균(전체적) 잔류 가스 분율로부터 별로 벗어나지 않는 가스 혼합물(거의 균일한 혼합기(15))을 발생시킨다. 그것은 보다 더 높은 국부적 잔류 가스 분율에 기인한 화염[점화 플러그(14)에 의해 점화된]의 소화를 방지하는 동시에, 운전 정숙성이 높고 연료 소비가 낮으면서도 HC 방출이 열악해짐이 없이 미정화 배기 가스 중의 NOx가 이상적으로 감소되는 결과를 가져온다. 그에 의해, 미연소 가스 중의 잔류 배기 가스 분율의 미리 주어지는 목표치를 보다 더 높게 설정할 수 있게 된다.
그것은 도 3에 도시되어 있는데, 그로부터 연소실 내의 잔류 배기 가스 분율의 국부적 편차의 분산 폭이 보다 더 작은 것을 알 수 있다. 도면 부호 "30"은 연소실 중의 전체적인 잔류 배기 가스 분율을 지시하고 있다. 도면 부호 "31"은 NOx의 감소가 지나치게 낮은 바람직하지 않은 구역(지나치게 많은 O2)을, 그리고 도면 부호 "32"는 연료의 전환이 불충분한 바람직하지 않은 구역(CO/HC의 발생, 지나치게 많은 배기 가스)을 각각 지시하고 있다. 곡선 "33"은 텀블링 개념을 대표하고 있고, 곡선 "34"는 와류 개념에서의 높은 불균일성을 나타내고 있다. 본 발명에 따르면, 텀블링 개념의 경우에는 배기 가스 재순환율이 높을 때라도 최대 허용 잔류 배기 가스 분율을 국부적으로 초과하는 것이 회피되게 된다.
도 4에 도시된 총괄적 개념은 미연소 공기 흡기 채널(51)을 구비하고, 성층 급기 운전 시에 그 흡기 채널(51)을 통해 유입 미연소 가스가 배기 가스 재순환 라인(68)을 거쳐 재순환되는 배기 가스와 함께 텀블링 판(52)을 경유하여 텀블링 흐름으로 연소실(11) 내에 도달되는 내연 기관(50)의 단면도이다. 재순환되는 배기 가스는 엔진 제어 시스템(66)의 밸브(67)에 의해 운전 조건에 상응하게 제어되는 한편, EGR 냉각기(69)에 의해 냉각된다. 연료(18)가 분사되는 도 2c에서와 같은 압축 행정이 도시되어 있다. 또한, 그러한 내연 기관(50)은 흡기 캠 축(55) 및 배기 캠 축(56)을 구비하는데, 그 캠 축(55, 56)은 견인 레버(54 또는 57)를 경유하여 흡기 밸브(53) 또는 배기 밸브(59)를 작동시킨다. 그러한 구성 요소들은 실린더 헤드(58)에 수납된다. 밸브(53, 59)의 개방 위치에 의해 연소실(11)이 배기 가스(13)로 충전된다(도 2a). 밸브(53, 59)는 압축 행정 중에 폐쇄된다.
연소가 이뤄진 후에는 피스톤(12)이 다시 아래쪽으로 이동되고 배기 밸브(59)가 개방되어 배기 가스(60)가 배기 가스 만곡관(70)으로 흐르게 된다. 그 때에, 배기 가스는 광 대역 람다 프로브로서 설계되어 리치번 내지 린번 상태의 람다치를 결정하는 역할을 하는 람다 프로브(61)를 지나간다. 이어서, 배기 가스(60)는 3방향 촉매로서 형성된 예비 촉매(62)를 통해 흐르게 된다. 거기에서 는 이미 CO 및 HC가 그 곳에 존재하는 산소에 의해 CO2 및 H2O로 전환될 수 있음과 더불어, NO의 NO2로의 산화가 이뤄진다. 예비 촉매(62)의 다음에는 그 촉매(62)를 감시하는 역할을 하는 온도 센서(63)가 배치된다. 이후의 진로에서는 배기 가스(60)가 특히 산화질소를 흡수하는 NOx 저장 촉매(64)로 흐르게 된다. 충전도가 증대될수록 NOx 저장 촉매(64)를 통해 빠져 나오는 NOx가 증가되고, 그것은 NOx 센서(65)에 의해 탐지된다. 그러한 신호는 정해진 값을 초과할 경우에 NOx 저장 촉매(64)의 재생을 행하게끔 엔진 제어 시스템(66)에 의해 평가된다. NOx 저장 촉매(64)의 재생은 단시간 동안(약 5초까지)내연 기관(50)을 리치번 상태로 운전함으로써 행해지는데, 그 때에 H2, CO, 및 HC가 NOx 저장 촉매(64)에 도달되어 그 운전 조건 하에서 방출되는 NOx와 반응함으로써 N2, H2O, 및 CO2를 생성하게 된다. 이어서, 다시 린번 운전으로 전환된다.
그러한 재생 및 고 부하 운전은 텀블링 판(52)의 유입부(71)가 평탄하게 놓여져서[흡기 채널(51)의 벽에 놓여짐] 미연소 가스가 텀블링 판(52)을 그냥 지나쳐 흐름으로써 연소실(11) 내에서 텀블링 선회류가 발생하지 않는 균일한 운전 조건 하에서 행해지는 것이 바람직하다.
성층 린 운전 및 내부 배기 가스 재순환을 동반하는 직접 분사식 내연 기관, 특히 오토 엔진에서 NOx 저장 촉매에 의해 NOx를 감소시키는 배기 가스 후처리가 제공된다. HC 및 NOx 방출치를 최소한으로 낮추면서 최대한으로 높은 배기 가스 재순환율을 구현하기 위해, 경우에 따라 외부 배기 가스 재순환에 의해 재순환되는 배기 가스를 함유할 수 있는 유입 미연소 가스에 유입 미연소 가스의 선회류 축선이 대략 피스톤 이동을 가로질러 연장되도록 텀블링 흐름을 부여한다. 그에 의해, 성층 린번 운전 시에 유해 성분의 방출을 감소시키면서 실린더 내부 공간에서 최적의 혼합을 구현하게 된다.

Claims (11)

  1. NOx를 감소시키는 배기 가스 후처리와,
    내부 배기 가스 재순환과,
    성층 린번 운전과,
    유입 미연소 가스 중의 선회류(旋回流) 발생과,
    피스톤의 운동 방향을 가로지르는 방향으로 뻗은 선회류 축선
    을 동반하는 직접 분사식 내연 기관에 있어서,
    잔류 배기 가스 분율은 급기 이동에 의하여 흡입된 미연소 가스와 완전히 혼합되는 것을 특징으로 하는 직접 분사식 내연 기관.
  2. 제1항에 있어서, 상기 선회류는 텀블링 운동인 것을 특징으로 하는 직접 분사식 내연 기관.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 선회류는 흡기 채널에 있는 텀블 플레이트(tumble plate)에 의해 발생되는 것을 특징으로 하는 직접 분사식 내연 기관.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 불꽃 점화식 내연 기관 또는 오토 엔진인 것을 특징으로 하는 직접 분사식 내연 기관.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 직접 분사식 내연 기관은,
    축을 따라 움직이는 피스톤을 갖는 하나 이상의 연소실과,
    배기 통로로 향하는 배기 채널 및 흡기 채널과,
    상기 연소실, 상기 흡기 채널 및 상기 배기 채널에 연결되어 내부 배기 가스 재순환을 제공하도록 배치된 흡기 밸브 및 배기 밸브
    를 더 포함하며,
    상기 연소실, 상기 흡기 채널 및 상기 배기 채널은 상기 직접 분사식 내연 기관의 성층 린번 운전을 제공하도록 배치되고,
    상기 흡기 채널은 제어 가능한 텀블 플레이트를 포함하며, 그 텀블 플레이트를 통해 재순환된 배기 가스와 함께 미연소 가스가 통과하여 선회류로서 상기 연소실로 유입되는 것인 직접 분사식 내연 기관.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 외부 배기 가스 재순환을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직접 분사식 내연 기관.
  7. 제6항에 있어서, 외부 배기 가스 재순환은 냉각되거나, 제어 밸브를 구비하는 것을 특징으로 하는 직접 분사식 내연 기관.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 선회류 축선은 피스톤 이동에 대해 75°내지 105°범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 직접 분사식 내연 기관.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 배기 가스 후처리는 NOx 저장 촉매에 의해 행해지는 것을 특징으로 하는 직접 분사식 내연 기관.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 배기 가스 후처리는 NOx 센서에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 직접 분사식 내연 기관.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 내부 배기 가스 재순환은 흡기 밸브 개방 시간을 조기 작동 쪽으로 조정함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 직접 분사식 내연 기관.
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