KR100898207B1 - 가솔린 직접 분사 방식 엔진 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가솔린 직접 분사 방식 엔진에 관한 것으로, 인젝터와 흡기포트를 연결하는 연결관로를 형성함으로써, 연료가 실린더 내부로 직접 분사됨과 동시에 흡기포트 측으로 공급 분사될 수 있으므로, 별도의 흡기포트 연료 분사용 인젝터가 불필요하여 제조 비용이 절감 및 제작이 용이하고 연료 분사 구조가 단순화되며, 혼합기 분포의 균질화 성능이 우수한 가솔린 직접 분사 방식 엔진을 제공한다.
GDI, 가솔린 직접분사, 인젝터, 흡기포트

Description

가솔린 직접 분사 방식 엔진{Gasoline Direct Injection Engine}
본 발명은 가솔린 직접 분사 방식 엔진에 관한 것이다. 보다 상세하게는 인젝터와 흡기포트를 연결하는 연결관로를 형성함으로써, 연료가 실린더 내부로 직접 분사됨과 동시에 흡기포트 측으로 공급 분사될 수 있으므로, 별도의 흡기포트 연료 분사용 인젝터가 불필요하여 제조 비용이 절감 및 제작이 용이하고 연료 분사 구조가 단순화되며, 혼합기 분포의 균질화 성능이 우수한 가솔린 직접 분사 방식 엔진에 관한 것이다.
일반적으로 차량 엔진의 연료 분사 방식은 포트분사 방식과 직접분사 방식으로 크게 나눌 수 있는데, 디젤 엔진의 경우에는 실린더 내부에 연료를 직접 분사하는 직접 분사 방식이 이용되고 가솔린 엔진의 경우에는 흡기 포트에 연료를 분사하여 공기와 혼합된 혼합기가 실린더 내부로 공급되는 포트 분사 방식이 전통적으로 이용되었다. 그러나 근래에는 연비 및 출력 향상과 공해 방지 등의 목적으로 가솔린 엔진의 경우에도 실린더 내부에 직접 연료를 분사하는 직접 분사 방식의 GDI 엔진(Gasoline Direct Injection Engine)이 주목받아 개발되고 있다.
이러한 GDI 엔진은 부분 부하시에는 압축 행정 말기에 연료를 분사하여 점화 플러그 주위의 공연비를 농후하게 하는 성층연소로 초희박 공연비(25∼40:1)에서도 쉽게 점화가 가능하도록 되어 있으며, 고부하시에는 흡입 행정 초기에 연료를 분사하여 이론 공연비(14.7:1) 연료에 의한 흡입공기 냉각으로 충진 효율을 향상시킬 수 있다. 또한 GDI 엔진은 실린더 안으로 연료를 직접 분사하므로 흡기포트 벽에 연료가 흡착되는 월 웨팅(wall wetting)현상도 줄일 수 있다.
이와 같은 장점에도 불구하도 GDI 엔진은 흡입 행정 구간 중에 실린더 내부로 연료가 분사되기 때문에 실린더 내부에 형성되는 혼합기의 분포에 있어서 기존의 포트 분사 방식 엔진에 비하여 혼합기 분포의 균질화 성능이 떨어지는 문제가 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 최근에는 가솔린 엔진에 대해 직접 분사 방식과 포트 분사 방식을 병용하는 방식의 엔진이 개발되고 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 직접 분사 방식에 포트 분사 방식이 병용된 형식의 연료 분사 구조를 간략하게 도시한 도면이다.
직접 분사 방식과 포트 분사 방식이 병용된 형태의 실린더는 도 1에 도시된 바와 같이 실린더(10) 상부 측에 흡기포트(12)와 배기포트(11)가 형성되고, 실린더(10) 내부에 직접 연료를 분사하는 직접 분사 인젝터(20)와 흡기포트(12) 내부에 연료를 분사하는 흡기 포트 인젝터(20')가 구비되며, 각각의 인젝터(20,20')는 제어부(미도시)를 통해 연료 분사량 및 분사 시기 등이 각각 별도로 제어된다.
이러한 구조에 따라 직접 분사 방식의 장점 뿐만 아니라 포트 분사 방식의 장점을 모두 취할 수 있기 때문에, 연료와 공기의 혼합에 충분한 혼합 시간이 확보되어 혼합기 분포의 균질화 성능이 개선됨으로써 출력 및 연비가 개선되는 효과가 있다.
그러나 이와 같은 포트 분사 방식이 병용된 직접 분사 방식의 엔진은 각 실린더(10)마다 각각 직접 분사 인젝터(20)와 흡기 포트 인젝터(20')가 필요하므로 인젝터의 수량 증가로 제작 비용이 증가하며, 각각의 인젝터에 대한 별도의 제어 로직이 추가로 요구되는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 인젝터와 흡기포트를 연결하는 연결관로를 형성함으로써, 연료가 실린더 내부로 직접 분사됨과 동시에 흡기포트 측으로 공급 분사될 수 있으므로, 별도의 흡기포트 연료 분사용 인젝터가 불필요하여 제조 비용이 절감 및 제작이 용이하고 연료 분사 구조가 단순화되며, 혼합기 분포의 균질화 성능이 우수한 가솔린 직접 분사 방식 엔진을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은, 상부측에 흡기포트(12)가 형성된 실린더(10)의 내부로 직접 연료가 분사되도록 니들밸브(22)에 의해 개폐되는 인젝터(20)를 포함하는 가솔린 직접 분사 방식 엔진에 있어서, 상기 인젝터(20)와 상기 흡기포트(12)가 연통되도록 형성된 연결관로(30)를 포함하고, 상기 니들밸브(22)의 개방 동작에 따라 연료가 상기 인젝터(20)로부터 상기 실린더(10) 내부로 직접 분사됨과 동시에 상기 연결관로(30)를 통해 상기 흡기포트(12)로 공급 분사되는 것을 특징으로 하는 가솔린 직접 분사 방식 엔진을 제공한다.
본 발명에 의하면, 인젝터와 흡기포트를 연결하는 연결관로를 형성함으로써, 연료가 실린더 내부로 직접 분사됨과 동시에 흡기포트 측으로 공급 분사될 수 있으므로, 별도의 흡기포트 연료 분사용 인젝터가 불필요하여 제조 비용이 절감 및 제작이 용이하고 연료 분사 구조가 단순화되며, 혼합기 분포의 균질화 성능이 향상되는 효과가 있다.
본 발명은, 상부측에 흡기포트(12)가 형성된 실린더(10)의 내부로 직접 연료가 분사되도록 니들밸브(22)에 의해 개폐되는 인젝터(20)를 포함하는 가솔린 직접 분사 방식 엔진에 있어서, 상기 인젝터(20)와 상기 흡기포트(12)가 연통되도록 형성된 연결관로(30)를 포함하고, 상기 니들밸브(22)의 개방 동작에 따라 연료가 상기 인젝터(20)로부터 상기 실린더(10) 내부로 직접 분사됨과 동시에 상기 연결관로(30)를 통해 상기 흡기포트(12)로 공급 분사되는 것을 특징으로 하는 가솔린 직접 분사 방식 엔진을 제공한다.
이때, 상기 인젝터(20)의 케이싱 벽체(21)에는 상기 인젝터(20)의 내부 공간과 상기 연결관로(30)가 연통되도록 공급유로(24)가 형성되고, 상기 공급유로(24)는 상기 니들밸브(22)에 의해 개폐되는 것이 바람직하며, 또한, 상기 공급유로(24)의 구간 중에는 오리피스(25)가 형성되는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도 록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가솔린 직접 분사 방식 엔진의 연료 분사 구조를 간략하게 도시한 개념도이다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 가솔린 직접 분사 방식 엔진은 실린더(10)의 내부로 연료를 직접 분사하는 인젝터(20)가 장착되는데, 인젝터(20) 내부에는 니들밸브(22)가 장착되어 인젝터(20)의 노즐을 개폐하며 연료의 분사를 개폐한다. 또한, 실린더(10)의 상부측에는 흡기포트(12)와 배기포트(11)가 형성되며, 흡기포트(12)를 통해 공기와 연료가 혼합된 혼합기가 실린더(10) 내부로 공급된다.
본 발명의 일 실시예에 따라 도 2에 도시된 바와 같이 인젝터(20)와 흡기포트(12)가 상호 연통되도록 연결관로(30)가 형성되는데, 이러한 연결관로(30)를 통해 인젝터(20)로부터 흡기포트(12) 측으로 연료가 공급된다.
이때, 인젝터(20) 내부에 장착된 니들밸브(22)의 개방 동작에 의해 노즐이 개방되며 연료가 인젝터(20)로부터 실린더(10) 내부로 공급 분사됨과 동시에, 인젝터(20)에 연결되도록 형성된 연결관로(30)를 통해 인젝터(20)로부터 흡기포트(12)로 연료가 공급 분사된다.
이러한 구조에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진은 실린더(10) 상부측에 형성된 흡기포트(12)에 연료를 공급하기 위한 별도의 인젝터가 구비되지 않고 흡기포트(12)에 연료를 공급할 수 있는 구조이다. 따라서, 종래 기술에 비해 별도의 인젝터 장착이 불필요하여 구조가 간단하고 제작이 용이하며 비용이 절감되는 구조이다. 또한 가솔린 연료를 실린더 내부에 직접 분사하는 방식으로 구성됨과 동시에 흡기포트(12)에 연료를 공급할 수 있으므로 혼합기 분포의 균질화 성능이 우수하여 연비 및 출력이 향상되는 구조이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인젝터 노즐 부분의 내부 구조를 개념적으로 도시한 단면도이다.
도 2에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따라 인젝터(20)와 흡기포트(12)를 연결하는 연결관로(30)가 형성되는데, 이때 연결관로(30)가 인젝터(20)의 내부공간과 연통되도록 인젝터(20)의 케이싱 벽체(21)에는 공급유로(24)가 형성된다. 이러한 공급유로(24)는 도 3에 도시된 바와 같이 니들밸브(22)의 동작에 의해 개폐되도록 형성되는 것이 바람직하다.
좀 더 자세히 살펴보면, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 니들밸브(22)가 인젝터(20)의 노즐(23)을 폐쇄하며 닫힌 경우에는 공급유로(24) 또한 폐쇄되어 인젝터(20) 내부 공간에 유입된 연료가 외부로 분사되지 못하도록 구성된다. 또한, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 니들밸브(22)가 인젝터(20)의 노즐을 개방하며 열린 경우에는 공급유로(24) 또한 개방되어 인젝터(20) 내부 공간에 유입된 연료는 노즐(23) 및 공급유로(24)를 통해 외부로 분사된다.
즉, 인젝터(20)의 케이싱 벽체(21)에 형성된 공급유로(24)는 니들밸브(22)에 의해 노즐(23)과 동시에 개폐되도록 구성되며, 따라서 노즐(23)을 통해 실린더(10) 내부로 직접 연료가 분사됨과 동시에, 공급유로(24)를 지나 연결관로(30)를 통과하여 흡기포트(12) 내부로 연료가 공급 분사된다.
한편, 케이싱 벽체(21)에 형성된 공급유로(24)에는 인젝터(20) 내부 공간으로부터 공급유로(24) 측으로 공급되는 연료의 공급 유량을 조절하기 위해 도 3에 도시된 바와 같이 오리피스(25)가 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 오리피스(25)의 직경은 엔진의 종류 및 연료의 공급비율 등을 고려하여 다양하게 설정될 수 있을 것이다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 종래 기술에 의한 직접 분사 방식에 포트 분사 방식이 병용된 형식의 연료 분사 구조를 간략하게 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가솔린 직접 분사 방식 엔진의 연료 분사 구조를 간략하게 도시한 개념도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인젝터 노즐 부분의 내부 구조를 개념적으로 도시한 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 실린더 12: 흡기포트
20: 인젝터 24: 공급유로
25: 오리피스 30: 연결관로

Claims (3)

  1. 상부측에 흡기포트(12)가 형성된 실린더(10)의 내부로 직접 연료가 분사되도록 니들밸브(22)에 의해 개폐되는 인젝터(20)를 포함하는 가솔린 직접 분사 방식 엔진에 있어서,
    상기 인젝터(20)와 상기 흡기포트(12)가 연통되도록 형성된 연결관로(30)
    를 포함하고, 상기 니들밸브(22)의 개방 동작에 따라 연료가 상기 인젝터(20)로부터 상기 실린더(10) 내부로 직접 분사됨과 동시에 상기 연결관로(30)를 통해 상기 흡기포트(12)로 공급 분사되는 것을 특징으로 하는 가솔린 직접 분사 방식 엔진.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 인젝터(20)의 케이싱 벽체(21)에는 상기 인젝터(20)의 내부 공간과 상기 연결관로(30)가 연통되도록 공급유로(24)가 형성되고, 상기 공급유로(24)는 상기 니들밸브(22)에 의해 개폐되는 것을 특징으로 하는 가솔린 직접 분사 방식 엔진.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 공급유로(24)의 구간 중에는 오리피스(25)가 형성되는 것을 특징으로 하는 가솔린 직접 분사 방식 엔진.
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