KR101189229B1 - 압축 착화 가솔린 엔진 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가솔린 엔진에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가솔린 등의 저세탄가 연료를 사용하는 압축 착화 가솔린 엔진에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 연소실 내에 연료를 직접 분사하기 위한 인젝터와 흡,배기 밸브 및 밸브 타이밍을 가변시킬 수 있는 가변밸브 장치를 구비하는 압축착화 엔진의 연소제어장치에 있어서, 적어도 2개의 흡기 밸브와 2개의 배기밸브, 상기 연소실 중앙에 위치하는 점화 플러그 및 상기 연소실 중앙을 향하고 상기 점화 플러그에 근접하고 위치하는 인젝터를 포함하고, 상기 배기 밸브는 로우 리프트 시 2개의 배기 밸브 각각의 리프트 및 열림구간이 동일한 대칭 밸브 리프트이고, 상기 흡기 밸브는 로우 리프트 시 2개의 흡기 밸브 각각의 리프트 및 열림 구간이 상이한 비대칭 밸브 리프트인 것을 특징으로 하는 압축 착화 가솔린 엔진을 제공한다.
연소실, 인젝터, 점화 플러그, 다중점화, 다중분사

Description

압축 착화 가솔린 엔진{CHARGED COMPRESSION INJECTION ENGINE}
본 발명은 가솔린 엔진에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가솔린 등의 저세탄가 연료를 사용하는 압축 착화 가솔린 엔진에 관한 것이다.
일반적으로 가솔린 CAI(Controlled Auto Ignition)엔진은 자발화를 발생시키기 위하여 내부 EGR극대화를 위한 2단 가변 밸브 리프트 및 Solenoid타입 In-ward방식의 인젝터를 적용한 가솔린 직접 분사 엔진을 적용하고 있으며, 연료 분사는 재압축 과정 중 단일 분사 또는 재압축 과정 및 흡입 과정 중 두 번 분사하고 있다.
단일 분사에 비하여 2회 분사시 연비 향상 효과가 우수하며 부하 조건에 따라 연소 압력 상승률(dp/dθ)이 낮으나 일정 부하 이상이면 연소 압력 상승률(dp/dθ)차이가 거의 없이 4bar/deg 이상으로 매우 큰 편이다.
연소 압력 상승률(dp/dθ)이란 급격한 연소 압력 증대를 나타내는데 연소 소음에 대한 대표성을 표현하는 하나의 지표로 사용된다.
이 값이 크게 되면 운전자가 느끼는 소음 수준이 매우 커지게 되며 엔진 내구성에도 문제를 일으키게 된다.
참고로, 압축 착화를 하는 디젤 엔진과 비교시 연소 소음 수준을 비교하면 디젤엔진의 일반적인 연소 압력 상승률(dp/dθ)는 2~3bar/deg수준이며 최대 출력이 요구될 때는 이 값이 4~5bar/deg수준이다. 따라서, 현재의 가솔린 CAI엔진의 연소 압력 상승률(dp/dθ) 수준이 상당히 높은 것을 알 수 있다.
가솔린 CAI를 구현하기 위한 연료 분사 방법으로 흡기 포트에 분사하는 MPI방식 또는 연료를 실린더 내에 직접 분사하는 직접 분사 방식이 있다.
개발 초기MPI방식을 적용하였으나 다양한 연료 분사 전략의 적용이 가능한 직접 분사 방식을 적용하는 것이 최근의 개발 추세이다.
이때, 사용하는 인젝터 구조는 Solenoid타입 In-ward방식의 인젝터로 인젝터 핀틀이 연료 분사시에 인젝터 내부에서 상부로 움직여 인젝터 외곽부에 있는 구멍을 통하여 연료를 분사하는 구조를 가진다.
이러한 인젝터 장착 위치 또한 흡기 포트 밑에 장착하는 구조에서 연소실 중앙부에 장착하는 Center Injection방식을 채택하고 있다.
중앙 직분 방식은 재압축 과정 중 분사된 연료가 피스톤 상부에 부딛치는 것을 최소화 할 수 있는 장점이 있다.
하지만, 이러한 Solenoid방식 인젝터는 분사유량이 작아(14~15g/sec) 짧은 시간에 여러 번 분사를 해야 할 경우 다중 분사의 횟수에 제한이 있으며, 특히 coaking관련 문제가 발생할 가능성이 매우 크다.
상기와 같은 가솔린 CAI엔진은 자발화를 연소의 기본 개념으로 하고 있기 때문에 연소실 내에서 동시 다발적으로 연소가 발생하게 된다.
이러한 경우, 미연 연료에 의한 soot가 발생이 되고 이렇게 발생한 soot가 인젝터 분무 구멍을 막는 경우가 발생된다. 이러한 현상을 coaking이라고 한다.
이러한 coaking현상은 인젝터의 분무형상과 분무량에 잘못된 변화를 일으켜 결국은 연소가 불안정해지고 엔진이 fail되는 결과를 유발한다.
따라서, 이러한 문제점을 인하여 분사시기 선정에 제약이 있어 연소가 발생하는 압축 과정 분사는 불가하며 다중 분사 또한 2회 이상 분사가 어려워진다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 다단 분사 및 다중 점화를 통하여 안정적인 압축착화 및 연소 소음의 저감을 가능하게 하는 압축착화 가솔린 엔진을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 압축 착화 가솔린 엔진은 연소실 내에 연료를 직접 분사하기 위한 인젝터와 흡, 배기 밸브 및 밸브 타이밍을 가변시킬 수 있는 가변밸브 장치를 구비하는 압축착화 엔진의 연소제어장치에 있어서,
적어도 2개의 흡기 밸브와 2개의 배기밸브;
상기 연소실 중앙에 위치하는 점화 플러그; 및
상기 연소실 중앙을 향하고 상기 점화 플러그에 근접하고 위치하는 인젝터;
를 포함하고,
상기 배기 밸브는 로우 리프트 시 2개의 배기 밸브 각각의 리프트 및 열림구간이 동일한 대칭 밸브 리프트이고,
상기 흡기 밸브는 로우 리프트 시 2개의 흡기 밸브 각각의 리프트 및 열림 구간이 상이한 비대칭 밸브 리프트인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 흡기 밸브는 상기 연소실 내부에 배치된 점화 플러그에 의해서 형성된 스파크로 폭발행정을 위한 점화가 진행되는 스파크 점화 모드에서는 상기 흡기 밸브를 모두 동일한 밸브 리프트만큼 움직이고,
상기 연소실 내부에서 폭발행정을 위한 자발화가 진행되는 자발화 모드에서는 상기 흡기 밸브 중 하나의 흡기 밸브는 다른 하나의 흡기 밸브보다 작은 밸브 리프트만큼 움직이는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 자발화 모드에서,
상기 흡기 밸브 중 어느 하나의 리프트 시작 시기는 다른 하나의 흡기 밸브의 리프트 시작시기보다 늦고 닫히는 시기는 동일한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 자발화 모드에서,
상기 흡기 밸브 중 어느 하나의 리프트 최대값시기와 다른 하나의 흡기 밸브의 리프트 최대값 시기가 상호 일치하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 배기 밸브는 상기 스파크 점화 모드에서 그 리프트 양보다 상기 자발화 모드에서 그 리프트 양이 더 적은 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 배기 밸브는 상기 자발화 모드에서 그 닫힘 시기는 상기 스파크 점화모드에서 그 닫힘 시기보다 빠른 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 자발화 모드에서 상기 배기 밸브가 닫힌 상태에서 설정된 기간이 지난 후상기 흡기 밸브가 열리는 구간(under lap구간)을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 인젝터로부터의 연료 분사 횟수를 운전 영역에 따라 최소 1회 이상 NVO(Negative valve overlap), 흡기, 압축 과정중 여러 번에 걸쳐 나누어 분사를 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 점화 플러그는 다중점화를 이용한 점화 Assist방식을 적용하여 초기 화염 전파를 통한 자발화 시점을 제어하고 연소 압력 상승률을 제한하여 연소 소음을 저감하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 인젝터는 내부의 핀틀이 외측 방향으로 움직이는 Outward방식인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 흡배기 밸브에는 CVVT(Continuous variable valve timing)을 적용하여 밸브 타이밍을 제어하고 이를 통하여 내부 EGR량을 조정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연소실에 배치되는 피스톤의 상부면 중심부에 캐비티가 형성되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 압축 착화 가솔린 엔진에 의하면, 다중 분사를 적용하여 특히, 압축 과정중 연료 분사를 통하여 압축과정 중 연료 공기혼합기의 온도 및 압력을 떨어뜨림으로써 과도한 자발화를 억제하고, 이로 인하여 급격한 연소 소음증가를 억제하여 연소 소음을 줄일 수 있다.
또한, 과도한 자발화 억제로 인한 연소 불안정은 단일 점화 또는 다중 점화를 적용한 스파크 어시스턴트를 통하여 초기 화염 확산을 유도하여 연소를 안정화시켜 연비 및 emission 저감과 동시에 연소 압력 상승률을 저감시켜 연소 소음을 저감시키는 효과를 갖는다.
또한, out-ward방식의 고 유량 인젝터를 사용함으로써 압축 과정중 발생되는coaking현상을 방지한다.
또한, 가솔린 엔진의 점화를 이용함으로써 자발화 연소를 적절히 제어할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 압축착화 가솔린 엔진의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 압축착화 가솔린 엔진의 단일 분사에 따른 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 압축착화 가솔린 엔진의 2회 분사시 분사시기에 따른 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 압축착화 가솔린 엔진의 3회 분사시 분사 시기에 따른 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 압축착화 가솔린 엔진의 4회 이상 5회까지의 분사 시기에 대한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 압축착화 가솔린 엔진의 다중 점화에 따른 그래프이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 압축착화 가솔린 엔진은 도 1에 도시한 바와 같이, 연소실(10), 적어도 한 쌍의 흡기 포트(20), 흡기 포트(20)의 하류에서 연소실(10)의 입구에 위치하는 흡기 밸브(30), 피스톤(40), 피스톤(40)의 상부면 중앙부에 형성되는 캐비티(42), 실린더의 대략 중심에서 각 실린더 축방향으로 직접 연료를 분사하는 인젝터(60), 점화 플러그(70), 연소제어를 행하는 전자제어장치(이하, ECU라 함), 적어도 한 쌍의 배기 포트(80), 배기 포트(80)의 상류에서 연소실(10) 출구에 위치하는 배기 밸브(90)를 포함한다.
여기서, 상기 흡기 밸브(30) 및 배기 밸브(90)는 각각 2개씩 구성되나, 편의상 도면에서는 1개를 도시하였다.
ECU는 냉각수 온도 센서 또는 오일 온도 센서를 통하여 압축착화연소가 가능한 조건에 도달하였는지를 확인하고 크랭크 각 센서(미도시)가 검출한 기관회전신호와 악셀 개도 센서(미도시)가 검출하는 악셀 개도신호(부하)에 기초하여 압축착화연소와 불꽃점화연소 중 어느 하나의 연소방식으로 운전을 행하는지를 판단하게 된다.
상기 인젝터(60)는 상기 연소실(10)의 천정 중앙에 분사구(62)가 돌출되도록 형성되고, 이러한 인젝터(60)의 분사방향에 대하여 피스톤(40)의 상면에 만곡되는 캐비티(42)가 형성된다.
이때, 노킹 센서(미도시) 혹은 수온 센서(미도시)가 더 포함될 수 있다.
상기 점화 플러그와 상기 인젝터가 연소실 중앙에 위치하므로, 중앙 직접 분사 엔진으로 분사시기 선정에 있어 연료를 측면에서 분사하는 방식에 비하여 피스톤의 Wall wetting을 최소화할 수 있다.
또한, 상기 인젝터(60)는 그 내부에서 핀틀(미도시)이 외측으로 움직이는 out-ward방식의 고유량(27~32g/sec) 인젝터를 적용하여 coaking을 방지할 수 있다.
또한, 내부 EGR량을 충분히 확보하기 위하여 직동식 또는 Swing Arm방식의 2단 가변 구조를 가지는 밸브 트레인을 흡배기 밸브에 적용한다.
또한, 상기 각각의 밸브의 리프트 양과 리프트 타이밍을 가변시키기 위한 가변기구가 더 포함된다.
이러한 가변 기구는 2단 가변 기구로 흡, 배기 밸브의 리프트 및 열림 구간을 상이하게 제어한다.
즉, 상기 가변기구의 제어는 상기 ECU에 의해 제어되며, 이러한 ECU의 구성요소는 마이크로 컴퓨터의 프로그램으로 실현될 수 있다.
아울러, 본 발명의 실시예에서는, 상기 실린더에서 연료와 공기가 혼합된 혼합기는 자발화되는 특징을 갖고 있으며, 엔진의 회전속도가 설정된 수치보다 낮은 경우에 상기 점화 플러그(70)에 의해서 점화되는 특징을 갖고 있다.
보다 상세하게 설명하면, 상기 ECU에 의해 선택적으로 스파크 점화 모드와 자발화 모드 또는 스파크 어시스턴트 자발화모드를 수행한다.
즉, 상기 스파크 점화 모드에서는 상기 스파크 플러그가 작동되어 스파크에 의해서 연소가 수행되고, 상기 자발화 모드 또는 스파크 어시스턴트 자발화모드에서는 상기 실린더 내부의 압력과 온도에 의해서 혼합기가 자연 발화하여 연소(팽창)행정이 수행되나 과도한 연소 압력 상승이 우려되는 구간에서는 압축과정중 연료 분사를 하여 연소실 내 온도 및 압력을 떨어뜨려 자발화를 억제하여 과도한 연소 압력 증가를 저감하며, 이때 과도한 자발화 억제로 인한 연소 불안정을 개선하고자 스파크 플러그를 단일 또는 다중으로 작동하여 연소를 안정화 시킨다.
도 2를 참조하면, 상기 스파크 점화 모드는 SI(spark ignition) mode로 표시되고, 상기 자발화 모드는 HCCI(homogeneous charge compression ignition)mode 또는 스파크 어시스턴트 자발화 모드 표시된다.
또한, 내부 EGR량의 정밀 제어를 위하여 흡배기 밸브 타이밍의 조정이 가능한 CVVT를 적용하여 밸브 타이밍을 조정하며, 도 2 내지 도 5에 나타낸 바와 같이, 다단 분사를 통하여 NVO, 흡기, 압축 과정시 여러 번(3회 이상) 연료 분사로 과도한 자발화를 억제하여 압축 착화 및 연소 소음을 저감하고, 압축 과정 중 다중 점화를 적용하여 연소 초반 화염 전파에 의한 자발화를 억제하고 연소 후반에 자발화를 유도하여 안정적인 자발화 연소를 유도한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 압축착화 가솔린 엔진의 단일 분사에 따른 결과를 나타낸 그래프이다.
단일 분사는 가솔린 자발화를 발생시키기 위한 가장 기본적인 분사 조건으로 배기 밸브가 닫힌 시점부터 흡기 밸브가 열리기 전 구간인 under-lap구간에서 재압축 과정 전후에서 분사를 완료한다.
상기 단일 분사의 경우, 분사 시기는 Intake TDC기준 BTDC70°~ ATDC60°사이에서 설정한다.
도 3은 2회 분사 시 분사시기를 나타낸 것으로, 1st분사는 Intake TDC기준 BTDC70°~ ATDC60°, 2nd 분사는 compression TDC기준 BTDC60°~ BTDC20°사이에서 설정한다.
2nd 분사는 compression TDC기준BTDC30°근방에서 연소 소음 저감수준이 가장 우수하나 엔진 부하에 따라 이 값은 진각 또는 지각이 되며, 1st 와 2nd 의 연료량 분배 시 2nd 분사의 연료량을 증가하면 연소 소음 저감의 효과가 있다.
도 4는 3회 분사 시 분사 시기를 나타낸 것으로 1st 분사는 Intake TDC기준BTDC70°~ ATDC20°, 2nd 분사는 Intake TDC기준ATDC20° 이후부터 3번째 분사가 시작되기 0.5ms이전 사이에서 설정하며 3rd 분사는 BTDC50°~ BTDC20°사이에서 설정한다.
자발화를 억제하기 위하여 3회 분사시점은 compression TDC가까이 분사를 하도록 한다. 전체 연료 분사량중 2nd 분사량이 증가하면 연비는 개선되지만 연소 압력 상승률(dp/dθ)은 증가한다.
도 5는 4회 이상 5회까지의 분사 시기에 대한 그래프를 나타낸 것이다.
4회 분사의 경우 기존 3회 분사에 1회의 분사를 더 하며 그 분사 시기는 배기 밸브 닫힘 이후부터 compression TDC이전까지 가능하다.
자발화 억제를 위하여는 compression TDC가까이 분사를 하여주고 자발화를 촉진하기 위해서는 Intake TDC가까이 분사시기를 선정하여 준다.
5회 분사의 경우도 4회 분사와 마찬가지로 기존 3회 분사에 더하여 추가로 2회의 연료분사를 더하여 연소 압력 상승률(dp/dθ)을 조정하는 것을 목적으로 하며 배기 밸브 닫힘 이후부터 compression TDC이전까지 가능하다.
연소 압력 상승률(dp/dθ)을 줄이기 위해서는 compression TDC가까이 분사하는 것이 바람직하다.
다중 분사의 경우는 인젝터의 응답성, ECU의 계산 능력 등을 고려하여 분사 시기 및 분사량을 결정하도록 한다.
한편, 도 2 내지 도 5를 참조하여, 상기 배기 밸브(90)의 움직임을 살펴보면, 상기 자발화 모드에서 상기 배기 밸브(90)의 리프트 양은 상기 스파크 점화 모드의 리프트 양보다 적고, 상기 자발화 모드에서 상기 배기 밸브(90)의 닫힘 시기는 상기 스파크 점화 모드의 시기보다 빠르다.
즉, 상기 자발화 모드에서 상기 배기 밸브(90)는 조금 열리고, 일찍 닫힌다는 것을 의미한다.
상기 흡기 밸브(30)의 움직임을 살펴보면, 상기 자발화 모드에서 상기 흡기 밸브(30)의 리프트 양은 상기 스파크 점화 모드의 리프트 양보다 적다.
즉, 상기 흡기 밸브(30)는 제1흡기 밸브 및 제2흡기 밸브로 나누어지고, 상기 스파크 점화 모드에서 상기 제1흡기 밸브의 리프트 양과 상기 제2흡기 밸브의 리프트 양은 동일하다.
그러나, 상기 자발화 모드에서, 상기 제2흡기 밸브의 리프트 양은 상기 제1흡기 ㅂ래브의 리프트 양보다 더 적다. 아울러, 상기 제2흡기 밸브의 열리는 시기 는 상기 제1흡기 밸브의 열리는 시기보다 느리다. 즉, 상기 제2흡기 밸브는 상기 제1흡기 밸브보다 늦게 열리고, 조금 열린다.
전술한 바와 같이, 상기 제1흡기 밸브와 제2흡기 밸브의 리프트 양과 열리는 시기를 각각 다르게 제어함으로써 상기 실린더 내부의 유동량을 향상시켜 혼합기의 혼합이 균일하게 되어 자발화의 안정성을 향상시킬 수 있다.
아울러, 상기 자발화 모드에서 상기 배기 밸브가 닫힌 시기와 상기 제2흡기 밸브가 닫힌 시기 사이에 언더랩(under lap) 구간이 형성되는데, 여기서 언더랩 구간은 상기 배기 밸브와 상기 흡기 밸브 중 적어도 어느 하나가 동시에 닫힌 상태를 말한다.
가솔린 엔진의 자발화를 발생시키기 위하여 연소실 내 온도 및 압력을 증대시켜야 하며 이를 위하여 내부 EGR량을 극대화할 수 있도록 배기 밸브를 일찍 닫는 Underlap(Negative valve overlap)을 일반적으로 채택하고 있다. 이 경우, 낮은 부하에서는 충분한 EGR량을 확보하여 안정적인 자발화 발생이 가능하나 부하 증대시에 과도한 내부 EGR량에 의한 자발화 발생이 나타나 급격한 연소 압력 상승이 발생하게 되어 연소 소음이 급격히 커지며 엔진의 내구성에도 영향을 미치게 된다.
또한, 상기 제1흡기 밸브와 제2흡기 밸브의 리프트 양과 열림/닫힘 시간을 각각 다르게 제어하는 것을 비대칭 밸브 리프트라고 칭한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 자발화 모드와 상기 스파크 점화 모드를 구분하는 기준은 엔진의 회전속도 및 부하 조건, 냉각수 온도 조건이 될 수 있다.
예를 들어, 냉각수 온도가 일정 이하에서는 항상 스파크 점화 모드가 수행되 고, 냉각수 온도가 설정된 값 이상이 되면 자발화 모드가 가능한데, 이때에도 엔진의 회전수 및 부하 조건이 설정된 값 사이에 있으면 상기 자발화 모드가 수행될 수 있다.
또한, 도 6에 도시한 바와 같이, 단일 점화가 아닌 다중 점화(2~5회 점화)를 적용함으로써 안정적인 연소가 가능하도록 하는 것을 기본으로 한다.
다중 점화는 단일 점화에 비하여 짧은 시간에 여러 번 점화를 하여야 하므로 각각의 점화를 발생시키는 주기 및 횟수에 따라 혼합기에 전달되는 점화에너지 차이가 난다. 즉, 단일 점화의 경우 IG coil에 점화 에너지를 공급하기 위하여 기 설정된 Dwell time동안 charging을 한 후, 점화 플러그로 discharging이 되어 점화를 하고 이 때 공급된 에너지를 점화 에너지라고 한다.
다중 점화는 1st Ignition이 진행되는 중에 점화를 clipping하여 IG coil에서 Re-charging을 하고 이를 다시 점화 플러그로 discharging하여 점화를 발생시킨다.
이 때, 점화 clipping주기는 ECU에서 제어가 가능하도록 하며 일반 IG coil에서는 점화횟수가 증가할수록 charging되는 에너지가 줄어들어 약 4회 이상에서는 거의 점화가 일어나지 않으나 점화에너지는 단일 분사에 비하여 크게 증가한다.
일반 IG coil의 이러한 단점을 보완하기 위하여 IG coil의 응답성을 개선하여 charging시간을 줄이면 점화횟수가 증가하여도 점화 플러그를 통하여 혼합기에 전달되는 점화 에너지는 줄어들지 않을 수도 있다.
이러한 경우라고 하더라도 총 점화 횟수는 6회를 초과하지 않도록 한다.
왜냐하면, IG coil의 특성상 최소 충전 시간이 필요하며 실제 점화시기가 compression TDC기준 BTDC60°~ BTDC20°사이에 존재하므로 점화시기가 지각되어 있을 경우엔 TDC이후까지 점화가 이루어져 실질적인 연소 현상에는 도움을 주지 않을 수도 있기 때문이다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 압축착화 가솔린 엔진의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 압축착화 가솔린 엔진의 단일 분사에 따른 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 압축착화 가솔린 엔진의 2회 분사시 분사시기에 따른 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 압축착화 가솔린 엔진의 3회 분사시 분사 시기에 따른 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 압축착화 가솔린 엔진의 4회 이상 5회까지의 분사 시기에 대한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 압축착화 가솔린 엔진의 다중 점화에 따른 그래프이다.
* 도면에 사용된 주요부분 부호설명 *
10: 연소실 20: 흡입 포트
30: 흡입 밸브 40: 피스톤
42: 캐비티 50: 실린더
60: 인젝터 62: 분사구
70: 점화 플러그 80: 배기 포트
90: 배기 밸브

Claims (12)

  1. 연소실 내에 연료를 직접 분사하기 위한 인젝터와 흡, 배기 밸브 및 밸브 타이밍을 가변시킬 수 있는 가변밸브 장치를 구비하는 압축착화 엔진의 연소제어장치에 있어서,
    적어도 2개의 흡기 밸브와 2개의 배기밸브;
    상기 연소실 중앙에 위치하는 점화 플러그; 및
    상기 연소실 중앙을 향하고 상기 점화 플러그에 근접하고 위치하는 인젝터;
    를 포함하고,
    다른 시기보다 적게 열리는 로우 리프트 시 상기 2개의 배기 밸브의 각 리프트크기 및 열림구간이 서로 동일하고,
    다른 시기보다 적게 열리는 로우 리프트 시 상기 2개의 흡기 밸브 각 리프트크기 및 열림 구간이 서로 다른 것을 특징으로 하는 압축 착화 가솔린 엔진.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 흡기 밸브는 상기 연소실 내부에 배치된 점화 플러그에 의해서 형성된 스파크로 폭발행정을 위한 점화가 진행되는 스파크 점화 모드에서는 상기 흡기 밸브를 모두 동일한 밸브 리프트만큼 움직이고,
    상기 연소실 내부에서 폭발행정을 위한 자발화가 진행되는 자발화 모드에서는 상기 흡기 밸브 중 하나의 흡기 밸브는 다른 하나의 흡기 밸브보다 작은 밸브 리프트만큼 움직이는 것을 특징으로 하는 압축 착화 가솔린 엔진.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 자발화 모드에서,
    상기 흡기 밸브 중 어느 하나의 리프트 시작 시기는 다른 하나의 흡기 밸브의 리프트 시작시기보다 늦고 닫히는 시기는 동일한 것을 특징으로 하는 압축 착화 가솔린 엔진.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 자발화 모드에서,
    상기 흡기 밸브 중 어느 하나의 리프트 최대값 시기와 다른 하나의 흡기 밸브의 리프트 최대값 시기가 상호 일치하는 것을 특징으로 하는 압축 착화 가솔린 엔진.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 배기 밸브는 상기 스파크 점화 모드에서 그 리프트 양보다 상기 자발화 모드에서 그 리프트 양이 더 적은 것을 특징으로 하는 압축 착화 가솔린 엔진.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 배기 밸브는 상기 자발화 모드에서 그 닫힘 시기는 상기 스파크 점화모 드에서 그 닫힘 시기보다 빠른 것을 특징으로 하는 압축 착화 가솔린 엔진.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 자발화 모드에서 상기 배기 밸브가 닫힌 상태에서 설정된 기간이 지난 후상기 흡기 밸브가 열리는 구간(under lap구간)을 갖는 것을 특징으로 하는 압축 착화 가솔린 엔진.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 인젝터로부터의 연료 분사 횟수를 운전 영역에 따라 최소 1회 이상 NVO(Negative valve overlap), 흡기, 압축 과정중 여러 번에 걸쳐 나누어 분사를 하는 것을 특징으로 하는 압축 착화 가솔린 엔진.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 점화 플러그는 다중점화를 이용한 점화 Assist방식을 적용하여 초기 화염 전파를 통한 자발화 시점을 제어하고 연소 압력 상승률을 제한하여 연소 소음을 저감하는 것을 특징으로 하는 압축 착화 가솔린 엔진.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 인젝터는 내부의 핀틀이 외측 방향으로 움직이는 Outward방식인 것을 특징으로 하는 압축 착화 가솔린 엔진.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 흡배기 밸브에는 CVVT(Continuous variable valve timing)을 적용하여 밸브 타이밍을 제어하고 이를 통하여 내부 EGR량을 조정하는 것을 특징으로 하는 압축 착화 가솔린 엔진.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 연소실에 배치되는 피스톤의 상부면 중심부에 캐비티가 형성되는 것을 특징으로 하는 압축 착화 가솔린 엔진.
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