KR101488053B1 - 연소 기관의 프리-챔버 유닛 - Google Patents

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Abstract

프리-챔버 (2) 및 이 프리-챔버에 연결된 긴 노즐 챔버 (3) 를 포함하고, 프리-챔버를 실린더의 주 연소 공간 (5) 에 연결하기 위해 노즐 챔버의 일 단부에는 다수의 오리피스 (4) 가 제공되는 연소 기관의 실린더의 프리-챔버 유닛 (1). 노즐 챔버 (3) 는 적어도 오리피스 (3) 의 위치에서 확대되는 부분 (3b) 을 포함하고, 노즐 챔버 (3) 의 횡 방향에서의 상기 부분의 직경은 오리피스와 프리-챔버 사이의 부분 (3a) 의 직경보다 더 크다.

Description

연소 기관의 프리-챔버 유닛{PRE-CHAMBER UNIT OF A COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 청구항 1 의 전제부에 따른 연소 기관의 실린더의 프리-챔버 (pre-chamber) 유닛에 관한 것이다.
연소 기관에서 발생된 질소 산화물의 양은 공기-연료 혼합물의 공기와 연료의 비를 증가시킴으로써, 즉 더 희박한 연료 혼합물을 사용함으로써 감소될 수 있다는 것이 공지된 사실이다. 희박한 혼합물 또는 오토-사이클 (Otto-cycle) 기관에서, 점화는 자체적으로 발생되지 않고, 점화를 제공하기 위해서는 스파킹 플러그 및/또는 이른바 파일럿 연료 분사와 같은 보조 수단이 필요하다. 연소를 향상시키고 점화 수단을 보호하기 위해서, 어떤 희박 혼합물 기관은 실린더의 실제 연소 공간에 연결되는 프리-챔버를 사용한다. 더 농후한 연료 혼합물이 프리-챔버에 공급되고, 이 혼합물이 점화되고 연소 공간으로 이동하고, 따라서 연소 공간의 더 희박한 연료 혼합물이 점화된다. 특히, 프리-챔버는 연료로서 가스를 사용하는 희박 혼합물 기관에서 사용된다.
일반적으로, 프리-챔버는 회전 대칭이다. 연료가 점화되는 실제 프리-챔버는 그 크기가 변할 수도 있고, 예컨대 구형 또는 타원형이다. 프리-챔버는 수개의 오리피스에서 끝나는 채널에 의해 실린더의 주 연소 공간에 연결된다. 오리피스의 수, 배향 및 직경은 예컨대 피스톤 릴리브 (relieve) 를 고려하여 각각의 상황에 따라 최적화된다. 비교적 높은 압축비에 관계없이, 글로 (glow) 요소 또는 스파킹 플러그가 일반적으로 보조물로서 점화에 사용된다.
프리-챔버를 사용하는 경우, 프리-챔버 내의 고온은 문제를 유발할 수도 있고, 따라서 전통적인 재료는 견디지 못하고, 예컨대 고온 부식이 발생할 수도 있다. 특히, 연소 반응이 프리-챔버로부터 오리피스를 통해 연소 공간으로 진행될 때, 오리피스는 응력을 받는다. 실제로, 수개의 오리피스가 필요하기 때문에, 실린더의 주 연소 공간에서의 연소 반응의 진행 및 실행이 가능한 바람직하다. 전형적으로는, 상기 채널 또는 노즐 챔버의 직경은 약 10 mm, 최대 약 20 mm 이기 때문에, 일반적으로 약 3.5 mm 의 전형적인 직경을 가지는 6 개의 오리피스가 있다. 결과적으로, 높은 온도를 받는 노즐 챔버의 오리피스 사이의 거리는 작다. 챔버는 좁기 때문에, 오리피스를 기계가공하는 것은 어렵고, 그러므로 오리피스는 예각으로 형성된다. 이것 모두는 내구성과 관련한 문제를 유발하고, 따라서 부품은 교체되어야 하거나 또는 새로운 유용한 재료가 발견되어야 한다.
본 발명의 목적은 특히 노즐 챔버 및 오리피스의 내구성을 향상시키기 위해 사용될 수 있는 프리-챔버 장치를 제공하는 것이다. 다른 목적은, 유동 기술 및 연소 반응의 진행의 관점에서 바람직하고, 따라서 우수한 성능을 보장하는 프리-챔버로부터 실린더의 주 연속 공간으로의 가스 공급을 제공하는 것이다. 또 다른 목적은 제조 기술의 관점에서 바람직한 해결책을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 청구항 1 및 더 상세하게는 다른 청구항에 기재된 방법에 의해 주로 달성된다.
본 발명에 따르면, 노즐 챔버는 적어도 오리피스의 위치에서 확대되는 부분을 포함하고, 노즐 챔버의 횡 방향에서의 이 부분의 직경은 오리피스와 프리-챔버 사이의 부분의 직경보다 더 크다. 이와 같이, 오리피스 사이의 거리는 더 길어지고, 이는 노즐 챔버의 내구성을 향상시키는 경향이 있으며, 오리피스를 포함하는 부분은 또한 그 내부에서 오리피스를 기계가공하는 것을 더 용이하게 한다.
노즐 챔버의 상기 확대된 부분의 가장 넓은 곳의 직경이 오리피스와 프리-챔버 사이의 부분의 상기 직경보다 약 1.25 ~ 1.65 배 큰 경우, 제조의 관점에서 바람직한 해결책이 획득된다.
유동 기술의 관점에서, 오리피스 쪽으로 매끄럽게 확장되도록 노즐 챔버의 확대된 부분을 배치하는 것이 바람직하다. 실제로, 노즐 챔버의 확대된 부분은 오리피스로부터 프리-챔버쪽으로 수렴하는 절두원뿔형을 포함하도록 형상화되는 것이 바람직하다. 이 경우, 절두원뿔형의 원뿔각은 15 °미만, 바람직하게는 약 10 °인 것이 바람직하다.
내구성에 불리한 날카로운 각 및 가장자리를 회피하기 위해서, 오리피스의 가장자리는 노즐 챔버 측에서 모따기된다. 챔버의 이 부분의 확장된 형상 및 오리피스 사이의 증가된 거리로 인해 이는 실행하기가 더 용이하다.
확장 부분은 노즐 챔버의 총 길이의 50 % 이상을 포함하는 것이 바람직하다. 이는 노즐 챔버의 매끄러운 형상을 보장하는데 기여할 수 있다.
이하에서, 실시예에 의해 그리고 첨부의 개략적인 도면을 참조하여 본 발명을 설명하며, 도면의 단독 그림은 본 발명에 따라 형상화되고 오리피스를 포함하는 프리-챔버 유닛의 부분을 나타낸다.
도 1 은 본 발명에 따라 형상화되고 오리피스를 포함하는 프리-챔버 유닛의 부분을 나타낸다.
도면에서, 도면부호 1 은 실제 프리-챔버 (2) 의 부분을 포함하고 노즐 챔버 (3) 가 연결되는 프리-챔버 유닛을 말하며, 노즐 챔버는 실린더의 주 연소 공간 (5) 까지 개방되는 다수의 오리피스 (4) 를 포함한다. 명확화를 위해, 실린더, 실린더 헤드 및 프리-챔버 유닛의 위쪽 부분은 여기서 상세하게 도시하지 않는다.
실제로, 도면에 따른 프리-챔버 유닛 (1) 은, 예컨대 노즐 챔버 (3) 가 특히 공보 US 4426966 에 도시된 바와 같이 별도의 구성요소일 수 있도록 상이한 방식으로 실행될 수 있다. 유사하게는, 실린더 헤드에서의 프리-챔버 유닛의 전체적인 지지는 다양한 방식으로 실행될 수 있다. 이는 프리-챔버 유닛의 위쪽 부분 (도시되지 않음), 즉 주 연소 공간 (5) 에 관하여 최외측 부분에 적용되며, 여기에는 각각의 해결책에 따라 파일럿 연료 분사 수단, 글로 요소 또는 스파킹 플러그와 같은 점화 수단이 제공된다. 이는, 본 발명이 실제로 노즐 챔버 (3) 의 구조 및 형상에 관한 것이고, 상기 다른 구조와 관련되는 선택 및 해결책에 관계없이 적용될 수 있기 때문에, 여기서 상세하게 도시하지 않는다.
일반적으로, 노즐 챔버 (3) 는 길고 상당히 좁은 채널이며, 이 노즐 챔버의 일 단부에는 오리피스 (4) 가 위치된다. 본 발명에 따르면, 노즐 챔버 (3) 는, 프리-챔버 (2) 에 연결된 부분 (3a), 및 이 부분 (3a) 에 비해 확대되거나 확장되고 오리피스 (4) 를 위한 것인 부분 (3b) 을 포함한다. 부분 (3b) 은 부분적으로 절두원뿔형으로 형상화되고, 이에 따라 원뿔각은 약 10 °이도록 선택되며, 이는 제조 기술 및 유동의 견지에서 바람직하다. 이러한 해결책은 오리피스 (4) 사이의 더 넓은 거리를 가능하게 한다. 오리피스의 안쪽 가장자리 (4a) 는 모따기되는 것이 바람직하다. 이는 모두 구조의 기능 및 내구성을 향상시키는 경향이 있다.
본 발명은 상기 적용으로 제한되지 않으며, 첨부의 청구항의 범위 내에서 다양한 변형을 생각할 수 있다.

Claims (6)

  1. 연소 기관의 실린더의 프리-챔버 유닛 (1) 으로서, 프리-챔버 (2) 및 이 프리-챔버에 연결된 긴 노즐 챔버 (3) 를 포함하고, 프리-챔버를 실린더의 주 연소 공간 (5) 에 연결하기 위해 노즐 챔버의 일 단부에는 다수의 오리피스 (4) 가 제공되고, 노즐 챔버 (3) 는 적어도 오리피스 (4) 옆에서 확대된 부분 (3b) 을 더 포함하고, 노즐 챔버 (3) 의 횡 방향에서의 상기 부분의 직경은 오리피스와 프리-챔버 사이의 부분 (3a) 의 직경보다 더 큰 프리-챔버 유닛 (1) 에 있어서, 상기 확대된 부분 (3b) 은 노즐 챔버 (3) 의 총 길이의 50 % 이상을 포함하고, 오리피스 (4) 로부터 프리-챔버 (2) 쪽으로 수렴하는 절두원뿔형을 포함하도록 형상화되며, 상기 절두원뿔형의 원뿔각은 15 °보다 작은 것을 특징으로 하는 프리-챔버 유닛 (1).
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 노즐 챔버 (3) 의 상기 확대된 부분 (3b) 의 가장 넓은 곳의 직경은 오리피스와 프리-챔버 사이의 부분 (3a) 의 상기 직경보다 1.25 ~ 1.65 배 큰 것을 특징으로 하는 프리-챔버 유닛 (1).
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 노즐 챔버의 확대된 부분 (3b) 은 오리피스 (4) 쪽으로 매끄럽게 확장되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 프리-챔버 유닛 (1).
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 오리피스의 가장자리 (4a) 는 노즐 챔버 (3) 측에서 모따기되는 것을 특징으로 하는 프리-챔버 유닛 (1).
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