KR102072703B1 - Direct injection type combustion engine - Google Patents

Direct injection type combustion engine Download PDF

Info

Publication number
KR102072703B1
KR102072703B1 KR1020130047685A KR20130047685A KR102072703B1 KR 102072703 B1 KR102072703 B1 KR 102072703B1 KR 1020130047685 A KR1020130047685 A KR 1020130047685A KR 20130047685 A KR20130047685 A KR 20130047685A KR 102072703 B1 KR102072703 B1 KR 102072703B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel injection
line
piston
cylinder
combustion engine
Prior art date
Application number
KR1020130047685A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20140128783A (en
Inventor
김수현
Original Assignee
대동공업주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 대동공업주식회사 filed Critical 대동공업주식회사
Priority to KR1020130047685A priority Critical patent/KR102072703B1/en
Publication of KR20140128783A publication Critical patent/KR20140128783A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102072703B1 publication Critical patent/KR102072703B1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30Controlling fuel injection

Abstract

냉간 시동성 향상을 도모하기 위한 직분사식 내연기관에 관한 것이다. 본 발명에 따른 직분사식 내연기관은, 인젝터와 예열 플러그를 구비하며, 피스톤 정상면에 캐비티가 오목하게 형성되어 있으며, 캐비티의 중심은 피스톤 중심으로부터 편향되고, 캐비티의 중심축선상에 인젝터 선단부분이 위치하며, 인젝터 선단부분에는 원주방향으로 배치되는 연료분사구멍이 있고, 연료분사구멍은 예열 플러그 선단의 적열부를 사이에 두고 피스톤 외주를 향하는 연료분사라인을 형성시키는 제2, 제3 연료분사구멍과 복수의 제1 연료분사구멍으로 구성되며, 제2, 제3 연료분사구멍은 피스톤의 외주를 총 연료분사구멍의 개수로 균일하게 등분했을 때, 상기 적열부에 가장 인접한 두 개의 등분지점을 향하는 제2, 제3 등분선으로부터 실린더 내 스월류 방향을 따라 일정 각도 편향된 제2, 제3 연료분사라인을 형성시키도록 된 것을 요지로 한다.The present invention relates to a direct injection internal combustion engine for improving cold startability. The direct injection internal combustion engine according to the present invention includes an injector and a glow plug, and the cavity is concave on the top surface of the piston, the center of the cavity is deflected from the center of the piston, and the injector tip is positioned on the center axis of the cavity. The injector tip has a fuel injection hole disposed in the circumferential direction, and the fuel injection hole has a plurality of second and third fuel injection holes for forming a fuel injection line toward the outer periphery of the piston with the red portion of the glow plug tip interposed therebetween. And the second and third fuel injection holes, the second and third fuel injection holes being directed toward two equal branch points closest to the glowing portion when the outer periphery of the piston is equally divided by the total number of fuel injection holes. And to form second and third fuel injection lines that are angularly deflected from the third equidistant along the in-cylinder swirl flow direction. The.

Description

직분사식 내연기관{Direct injection type combustion engine}Direct injection type combustion engine

본 발명은 내연기관에 관한 것으로, 특히 연료(fuel)를 실린더 내에 직접분사하고 연소시켜 출력을 발생시키는 직분사식 내연기관에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an internal combustion engine, and more particularly, to a direct injection internal combustion engine that generates fuel by directly injecting and burning fuel in a cylinder.

디젤엔진은 실린더 안에 공기를 흡입하고 압축해서 고온 고압으로 만들고 여기에 액상의 연료를 분사했을 때 자연발화에 의한 폭발과 그에 따른 피스톤의 움직임으로서 동력을 얻는 내연기관의 일종이다. 이러한 디젤엔진은 가솔린엔진의 플러그 점화방식과는 달리, 피스톤의 압축행정 시 발생되는 실린더 내부의 압축된 힘에 의하여 기화 상태로 분사된 디젤 연료가 폭발함에 따른 연쇄적인 출력으로서 시동이 구현된다.A diesel engine is a type of internal combustion engine that draws air into a cylinder, compresses it to high temperature, high pressure, and injects liquid fuel into it, which is powered by an explosion caused by spontaneous combustion and the movement of a piston. Unlike the plug ignition method of the gasoline engine, such a diesel engine is realized as a serial output by the explosion of diesel fuel injected in an evaporated state by the compressed force inside the cylinder generated during the compression stroke of the piston.

디젤엔진에는 크게 그 연소방식에 따라, 연료를 고압의 압축 환경을 유지하는 실린더 내에 직접 분사하여 연소시키는 직접분사식과 별도의 부연소실을 설치하고 이곳에 연료를 분사하여 연소시키는 간접분사식으로 분류될 수 있으며, 그 중 직접분사식 디젤엔진은 연소 시 소음이 간접분사식에 비해 크지만 연비 측면에서 간접분사식에 비해 우수하다는 장점이 있다. Diesel engines can be broadly classified into direct injection methods in which fuel is injected directly into a cylinder maintaining a high-pressure compression environment, and indirect injection types in which a separate sub-combustion chamber is installed and fuel injected therein. Among them, the direct injection diesel engine has the advantage that the noise during combustion is greater than the indirect injection type, but is superior to the indirect injection type in terms of fuel efficiency.

직접분사식 디젤엔진은 일반적으로, 실린더 및 실린더 내부에 승강 가능하게 설치되는 피스톤 정상면에 캐비티(cavity)가 요입 형성되고, 실린더 형성을 위한 실린더 블록 위쪽에는 실린더 헤드가 조립되며, 실린더 헤드에는 상기 실린더와 피스톤에 의해 구획된 연소실로 연료를 공급하는 연료분사노즐이 설치되고, 연료분사노즐을 기준으로 일측과 타측에 흡기밸브 및 배기밸브가 설치된 구성을 이루고 있다. In general, a direct injection diesel engine has a cavity formed in a cylinder and a top surface of a piston that can be lifted up and down inside a cylinder, and a cylinder head is assembled above a cylinder block for forming a cylinder. A fuel injection nozzle for supplying fuel to a combustion chamber partitioned by a piston is provided, and an intake valve and an exhaust valve are provided on one side and the other side based on the fuel injection nozzle.

이와 같이 구성된 직접분사식 디젤엔진은, 일정 온도 이상이면 자연발화가 진행될 수 있을 정도로 착화성이 좋은 경유를 연료로 사용함으로써 가솔린엔진과는 달리 별도의 점화수단 예컨대, 스파크 플러그가 요구되지 않는 장점이 있으나, 겨울철과 같이 저온환경의 영향으로 엔진이 냉각된 경우에 있어 최초 폭발, 즉 점화가 원만하지 못한 관계로 시동성이 떨어지는 단점이 있다.The direct injection diesel engine configured as described above has the advantage that a separate ignition means such as a spark plug is not required, unlike a gasoline engine, by using a diesel fuel having good ignition so as to fuel spontaneously if a certain temperature or more. When the engine is cooled due to the low temperature environment, such as winter, there is a disadvantage that the start-up is inferior because the initial explosion, that is, the ignition is not smooth.

겨울철 냉간 시동성의 불량을 해소하기 위해, 시동 전 연소실 내부온도를 점화에 유리한 온도까지 빠른 시간 안에 도달시키도록 보조하는 장치 예컨대, 예열 플러그를 적용하는 기술이 일반적으로 채택되고 있으나, 예열 플러그를 적용하더라도 엔진 시동이 구현되는 시점과 엔진이 정상적인 운전상태에 도달하기까지의 짧은 시간 동안의 운전상태 불안정으로 인하여 목적하는 바와 같은 시동성 개선을 기대하기 어렵다는 문제가 있다.In order to solve the problem of cold startability in winter, a device which assists to reach the internal temperature of the combustion chamber before start-up to a temperature which is favorable for ignition, such as a glow plug, is generally adopted. There is a problem that it is difficult to expect the improvement of the startability as desired due to the instability of the operation state for a short time until the engine start is implemented and the engine reaches a normal operation state.

일본특허공개 제2011-144758호(공개일 2011. 7. 28)Japanese Patent Laid-Open No. 2011-144758 (published July 28, 2011)

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 실린더 내 공기 유동(swirl direction) 특성을 고려한 분무 레이아웃 개선을 통해, 겨울철 냉간 시동성의 향상을 도모하고자 하는 것이다.
The technical problem to be solved by the present invention is to improve the cold startability in winter through the spray layout improvement in consideration of the swirl direction characteristics in the cylinder.

과제 해결을 위한 수단으로서 본 발명에 따르면, 인젝터(15)와 예열 플러그(16)를 구비하며, 인젝터(15)와 예열플러그(16) 선단부분은 실린더 안으로 돌출되고, 피스톤(12) 정상면에 캐비티가 오목하게 형성되어 있으며, 캐비티(13)의 중심은 피스톤(12) 중심으로부터 편향되고, 캐비티(13)의 중심축선상에 상기 인젝터(15) 선단부분이 위치하는 직분사식 내연기관이며,According to the present invention as a means for solving the problem, the injector 15 and the glow plug 16 is provided, the tip of the injector 15 and the glow plug 16 protrudes into the cylinder, the cavity on the top surface of the piston 12 Is formed concave, the center of the cavity 13 is a direct injection type internal combustion engine which is deflected from the center of the piston 12, and the tip of the injector 15 is located on the central axis of the cavity 13,

인젝터(15) 선단부분에는 원주방향으로 배치되는 연료분사구멍이 있고, 연료분사구멍은 예열 플러그(16) 선단의 적열부(160)를 사이에 두고 피스톤(12) 외주를 향하는 연료분사라인을 형성시키는 제2, 제3 연료분사구멍(152)(154)과 복수의 제1 연료분사구멍(150)으로 구성되며,The tip portion of the injector 15 has a fuel injection hole arranged in the circumferential direction, and the fuel injection hole forms a fuel injection line toward the outer periphery of the piston 12 with the glowing portion 160 at the tip of the glow plug 16 interposed therebetween. And second and third fuel injection holes 152 and 154 and a plurality of first fuel injection holes 150,

제2, 제3 연료분사구멍(152)(154)은 피스톤(12)의 외주를 총 연료분사구멍의 개수로 균일하게 등분했을 때, 상기 적열부(160)에 가장 인접한 두 개의 등분지점을 향하는 제2, 제3 등분선(L2)(L3)으로부터 실린더 내 스월류 방향(swirl direction)을 따라 일정 각도 편향된 제2, 제3 연료분사라인(A2)(A3)을 형성시키고The second and third fuel injection holes 152 and 154 face the two equal branch points closest to the glowing portion 160 when the outer periphery of the piston 12 is equally divided into the total number of fuel injection holes. Forming second and third fuel injection lines A2 and A3 angularly deflected from the second and third equipotential lines L2 and L3 along the swirl direction in the cylinder;

복수의 제1 연료분사구멍(150)은 제2, 제3 등분선이 향하는 두 개의 등분지점을 제한 다른 등분지점을 향하는 부채살 모양의 복수의 제1 연료분사라인(A1)을 형성시키는 것을 특징으로 하는 직분사식 내연기관을 제공한다.The plurality of first fuel injection holes 150 may form a plurality of fan-shaped first fuel injection lines A1 toward the other equal branch limiting two equal branch points to which the second and third equal dividing lines face. To provide a direct injection internal combustion engine.

본 발명의 실시예에서, 실린더 내 흡기가 유동하는 상기 스월류 방향(swirl direction)을 기준으로, 제2 연료분사구멍(152)이 형성하는 제2 연료분사라인(A2)은 상기 예열 플러그(16) 선단 적열부(160)의 전방영역에 형성되고, 제3 연료분사구멍(154)에 의한 제3 연료분사라인(A3)은 상기 예열 플러그(16) 선단 적열부(160)의 후방영역에 형성될 수 있다.In the embodiment of the present invention, the second fuel injection line A2 formed by the second fuel injection hole 152 is based on the swirl direction in which the intake of the cylinder flows, and the glow plug 16 The third fuel injection line A3 formed by the third fuel injection hole 154 is formed in the rear region of the glow plug 16. Can be.

이때, 상기 스월류 방향을 기준으로 제2 연료분사라인(A2)은 제2 등분선(L2)으로부터 상기 적열부(160)에 가까워지는 방향으로 편향되고, 제3 연료분사라인(A3)은 제3 등분선(L3)으로부터 적열부(160)에서 멀어지는 방향으로 편향되도록 제2, 제3 연료분사구멍(152)(154)이 형성될 수 있다.In this case, the second fuel injection line A2 is deflected from the second equidistant line L2 toward the integrating portion 160 based on the swirl flow direction, and the third fuel injection line A3 is formed in a third direction. Second and third fuel injection holes 152 and 154 may be formed to be deflected from the three dividing line L3 in a direction away from the glowing portion 160.

여기서, 상기 제2 연료분사구멍(152)에 의한 제2 연료분사라인(A2)이 제2 등분선(L2)에 대해 편향된 각도(α)와, 제3 연료분사구멍에 의한 제3 연료분사라인(A3)이 제3 등분선(L3)에 대해 편향된 각도(β)는 서로 다르게 형성될 수 있다.Here, the angle α at which the second fuel injection line A2 by the second fuel injection hole 152 is deflected with respect to the second equipotential line L2, and the third fuel injection line by the third fuel injection hole An angle β in which A3 is deflected with respect to the third equal line L3 may be formed differently.

이 경우, 상기 제2 등분선(L2)에 대한 제2 연료분사라인(A2)의 편향 각도(α)는 제3 등분선(L3)에 대한 제3 연료분사라인(A3)의 편향 각도(β) 보다 크게 형성되도록 구성하는 것이 바람직하다.
In this case, the deflection angle α of the second fuel injection line A2 with respect to the second equipotential line L2 is the deflection angle β of the third fuel injection line A3 with respect to the third equipotential line L3. It is preferable to configure so that it may become larger than).

본 발명의 실시예에 따른 직분사식 내연기관에 의하면, 실린더 내 예열 플러그 위치와 흡기밸브를 통해 실린더로 도입되는 공기 유동(swirl direction) 특성을 고려하여, 연료의 온도를 보다 빠르게 끌어올릴 수 있는 최적의 위치로 연료를 분사함으로써, 연료히터나 에어히터와 같은 냉간 시동을 위한 보조장치 없이도 냉간 시동이 안정적으로 이루어질 수 있는 내연기관을 구현할 수 있다.
According to the direct injection type internal combustion engine according to the embodiment of the present invention, in consideration of the position of the glow plug in the cylinder and the air flow direction (swirl direction) introduced into the cylinder through the intake valve, an optimum that can raise the temperature of the fuel faster By injecting the fuel to the position of the, it is possible to implement an internal combustion engine that can be started cold stably without the auxiliary device for cold start, such as fuel heater or air heater.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 직분사식 내연기관 동작과 관련한 시스템을 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 직분사식 내연기관의 피스톤이 설치된 실린더를 저면에서 바라본 투시도.
도 3은 도 2의 인젝터에 의한 실린더 내 연료분사 레이아웃을 나타낸 도면.
도 4는 피스톤 압축행정 시 실린더 내 공기유동(Swirl direction)을 보여주기 위한 개략도.
1 is a schematic representation of a system relating to direct injection internal combustion engine operation in accordance with an embodiment of the present invention;
Figure 2 is a perspective view of the cylinder is installed from the bottom of the piston of the direct injection internal combustion engine according to the present invention.
3 is a view showing an in-cylinder fuel injection layout by the injector of FIG.
Figure 4 is a schematic diagram for showing the air flow (Swirl direction) in the cylinder during the piston compression stroke.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 공지된 구성에 대해서는 그 상세한 설명은 생략하며, 또한 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 소지가 있는 구성에 대해서도 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the present invention, a detailed description of known configurations will be omitted, and a detailed description thereof will be omitted for configurations that may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 직분사식 내연기관 동작과 관련한 시스템을 개략적으로 나타낸 도면으로, 엔진(engine)의 일부 구성만을 개략적으로 나타내고 있다.1 is a view schematically showing a system related to a direct injection internal combustion engine operation according to an embodiment of the present invention, and schematically shows only a part of an engine.

도 1에 나타난 엔진 동작과 관련한 엔진 시스템(engine system)은, 동력원인 엔진을 구비하며, 엔진의 동작을 총괄적으로 제어하는 엔진 ECU(Electronic Control Unit, 1)을 구비하고 있다. 그리고 상기 엔진 시스템(engine system)은, 엔진의 실린더(cylinder, 10) 내에 연료를 직접 분사하는 인젝터(injector, 15)를 포함한다.An engine system related to engine operation shown in FIG. 1 includes an engine as a power source and an engine ECU (Electronic Control Unit) 1 that collectively controls the operation of the engine. The engine system also includes an injector 15 that directly injects fuel into a cylinder 10 of the engine.

엔진은 차량에 탑재되는 다기통 디젤엔진(diesel??engine)일 수 있으며, 각 실린더(10)는 연소실을 구획하는 피스톤(piston, 12)을 구비하고 있다. 피스톤(12)은 엔진의 실린더(10)에 승강 자유롭게 설치되어 있으며, 각각 커넥팅 로드(14)를 매개로 실질적으로 엔진 동력을 출력하는 출력축 부재인 크랭크 샤프트(crank shaft, 도시하지 않음)에 연결되어 있다.The engine may be a multi-cylinder diesel engine mounted on a vehicle, each cylinder 10 having a piston 12 partitioning the combustion chamber. The piston 12 is freely mounted on the cylinder 10 of the engine, and is connected to a crank shaft (not shown), which is an output shaft member that substantially outputs engine power via a connecting rod 14, respectively. have.

엔진 ECU(1)는 에어 플로우 미터(air flow meter, 3)로부터의 흡입 공기량, 크랭크 각 센서(crank angle sensor, 2)로부터 획득되는 피스톤(12)의 위치 등의 정보에 기반하여 실린더(10) 내 연료의 분사량 및 분사 타이밍(timing)을 결정하여 인젝터(15)에 관련 신호를 전달하고, 인젝터(15)는 상기 신호에 따라 지시 받은 연료 분사량 및 분사 타이밍(timing)으로 실린더(10) 내에 연료를 분사한다.The engine ECU 1 uses the cylinder 10 based on information such as the amount of intake air from the air flow meter 3 and the position of the piston 12 obtained from the crank angle sensor 2. The injection amount and the timing of injection of the internal fuel are determined to transmit an associated signal to the injector 15, and the injector 15 supplies fuel in the cylinder 10 at the fuel injection amount and the injection timing instructed according to the signal. Spray it.

인젝터(15)로부터 분사되는 연료는 실린더(10) 내에서 흡기밸브(17)의 개방에 수반하여 실린더(10) 내에 유입되는 흡입공기와 이 흡입공기의 유동(swirl direction)에 의해 고르게 혼합되고, 공기와 혼합된 연료는 피스톤(12)의 상승 운동에 의하여 실린더(10) 내에서 강하게 압축되고 착화하는 것에 의해 연소되고, 연소에 의해 실린더(10)가 팽창하고 피스톤(12)이 하강하여 출력이 얻어진다. The fuel injected from the injector 15 is evenly mixed by the suction air introduced into the cylinder 10 with the opening of the intake valve 17 in the cylinder 10 and the swirl direction of the suction air, The fuel mixed with the air is combusted by being strongly compressed and ignited in the cylinder 10 by the upward movement of the piston 12. The combustion causes the cylinder 10 to expand and the piston 12 to descend to output. Obtained.

도 1에서 도면부호 4는 엑셀변위감지센서로서, 이 엑셀변위감지센서(4)는 운전자의 액셀레이터(accelerator, 도시하지 않음) 조작량을 검출하고, 검출 결과를 상기 엔진 ECU(1)에 전달한다. 엔진 ECU(1)는 전달된 검출 결과에 근거하여 액셀레이터의 변위량을 인식하며, 인식된 변위량에 상응하는 만큼 스로틀 밸브(throttle valve)의 개도량을 조절한다. In Fig. 1, reference numeral 4 denotes an accelerator displacement sensor, which detects a driver's accelerator (not shown) operation amount and transmits the detection result to the engine ECU 1. The engine ECU 1 recognizes the displacement amount of the accelerator based on the detected detection result, and adjusts the opening amount of the throttle valve by the amount corresponding to the recognized displacement amount.

인젝터(15)는 실린더(10) 안으로 돌출되는 그 선단부분에 연료의 실질적 분사가 행해지는 복수의 연료분사구멍을 구비하며 실린더 헤드에 일정한 기울기로 경사 장착되어 있다. 연료분사구멍은 피스톤(12) 외주(外周)를 향하여 우산살 모양으로 연료가 분사될 수 있도록 배치되어 있고, 시동 시 실린더(10) 내부 공기를 예열시키는 예열 플러그(16)가 인젝터(15) 측방에 인접하게 배치되어 있다.The injector 15 has a plurality of fuel injection holes through which a substantial injection of fuel is carried out at its tip portion projecting into the cylinder 10, and is inclinedly mounted on the cylinder head at a constant inclination. The fuel injection hole is arranged so that fuel can be injected in the shape of an umbrella toward the outer periphery of the piston 12, and a preheating plug 16 for preheating the air inside the cylinder 10 at the start of the injector 15 is located on the side of the injector 15. It is located adjacent to.

예열 플러그(glow plug, 16)는 키온(key??on) 시 배터리부터 인가된 전류에 의해 적열화(赤熱化)되고 실린더(10) 내부 공기를 가열한다. 구체적으로, 인가된 전류에 의해 실질적으로 적열화(赤熱化)되는 선단의 적열부(160)가 실린더(10) 안으로 돌출되도록 실린더 헤드에 경사 설치되고, 적열부(160)의 적열화로 실린더(10) 내부 공기는 뜨겁게 달궈진다. The glow plug 16 glows by the current applied from the battery at the time of key-on and heats the air inside the cylinder 10. Specifically, the integrating portion 160 of the tip which is substantially integrated by the applied current is inclined to the cylinder head so as to protrude into the cylinder 10, and the cylinder ( 10) The internal air is hot.

피스톤(12)에는 그 정상면에 일정 깊이로 오목한 캐비티(cavity, 13)가 구비된다. 캐비티(cavity, 13)는 원호상으로 구획되고 그 중심은 피스톤(12) 중심으로부터 편향되어 있다. 그리고 캐비티(13)의 중심으로부터 수직으로 연장된 축선과 복수의 연료분사구멍을 형성한 인젝터(15) 선단부분의 중심이 일치하게끔 캐비티(13)의 중심축선상에 인젝터(15) 선단부분이 위치한다 The piston 12 is provided with a cavity 13 concave to a certain depth on its top surface. The cavity 13 is arcuately partitioned and its center is deflected from the center of the piston 12. The tip of the injector 15 is positioned on the central axis of the cavity 13 such that the axis extending vertically from the center of the cavity 13 coincides with the center of the tip of the injector 15 having a plurality of fuel injection holes. do

도 2 내지 도 4를 참조하여 피스톤 중심에 대해 캐비티가 편향되고 그 캐비티 중심축선상에 인젝터가 배치되는 구성, 그리고 예열 플러그 위치 및 예열 플러그 위치를 고려한 인젝터의 연료분사 레이아웃에 대해 살펴보기로 한다.With reference to FIGS. 2 to 4, the configuration in which the cavity is biased with respect to the piston center and the injector is disposed on the cavity center axis, and the fuel injection layout of the injector in consideration of the glow plug position and the glow plug position will be described.

도 2는 본 발명에 따른 직분사식 내연기관의 피스톤이 설치된 실린더를 저면에서 바라본 투시도이며, 도 3은 도 2의 인젝터에 의한 실린더 내 연료분사 레이아웃을 나타낸 도면이다. 그리고 도 4는 피스톤 압축행정 시 실린더 내 공기유동(Swirl direction)을 보여주기 위한 개략도이다.FIG. 2 is a perspective view of a cylinder in which a piston of a direct injection internal combustion engine according to the present invention is viewed from a bottom. FIG. 3 is a view illustrating an in-cylinder fuel injection layout by the injector of FIG. 2. And Figure 4 is a schematic diagram for showing the air flow (Swirl direction) in the cylinder during the compression stroke.

도면에서와 같이, 피스톤(12) 정상면에 오목하게 함몰된 캐비티(13)의 중심은 피스톤(12)의 중심으로부터 편향(offset)되게 위치하고, 캐비티(13)의 중심으로부터 수직으로 연장된 중심축선상에 선단 중심이 위치하도록 인젝터(15)가 위치한다. 그리고 상기 인젝터(15)에 인접하고 캐비티(13)의 중심으로부터 편향된 위치에 예열 플러그(16)의 선단 적열부가 위치한다.As shown in the figure, the center of the cavity 13 concavely recessed in the top surface of the piston 12 is located offset from the center of the piston 12 and on a central axis extending vertically from the center of the cavity 13. Injector 15 is positioned so that the tip center is located at. A tip glowing portion of the glow plug 16 is located at a position adjacent to the injector 15 and deflected from the center of the cavity 13.

캐비티(13) 함몰면의 중앙부에는 흡기 시 보다 동적인 공기유동(swirl)을 형성시키기 위해 돌기부(130, 앞선 도 1 참조)가 형성될 수 있으며, 돌기부(130)로부터 연속하는 완만한 곡면을 따라서 캐비티(13)의 벽면이 형성되어 있다. 그리고 실린더를 저면에서 바라본 도 2와 같이, 흡기밸브(17)와 배기밸브(18)는 피스톤(12)의 횡축선(X)을 기준으로 대략 대칭을 이루고 있다. In the center portion of the cavity 13 recessed surface, a protrusion 130 (see FIG. 1 above) may be formed to form a more dynamic air flow during intake, and is formed along a gentle curved surface continuous from the protrusion 130. The wall surface of the cavity 13 is formed. As shown in FIG. 2, the cylinder is viewed from the bottom, the intake valve 17 and the exhaust valve 18 are substantially symmetrical with respect to the horizontal axis X of the piston 12.

따라서 흡기밸브(17)가 개방되고 실린더(10) 내에 설치된 피스톤(12) 하강으로 인해 실린더(10) 안으로 공기(이하, '흡기'라 한다)가 도입되면, 흡기는 압축과정에서 캐비티(13) 내 상기 돌기부(130) 및 돌기부 주변의 링상의 공간 내에서 도 2 및 도 4를 통해 도시한 화살표와 같이, 흡기밸브(17) 측에서 아래로 유동하고 배기밸브(18) 측에서 위로 유동하는 선회류(swirl)을 형성하게 된다.Therefore, when the intake valve 17 is opened and air (hereinafter, referred to as 'intake') is introduced into the cylinder 10 due to the lowering of the piston 12 installed in the cylinder 10, the intake air is the cavity 13 during the compression process. In the space of the protrusions 130 and the ring around the protrusions, as shown by the arrows shown through FIGS. 2 and 4, the air flows downward on the intake valve 17 side and upwards on the exhaust valve 18 side. It forms a swirl.

연료는 압축 행정 시 피스톤(12)이 상사점에 도달하기 직전, 실린더(10) 안으로 돌출되는 상기 인젝터(15) 선단부분에 형성된 복수의 연료분사구멍(150, 152, 154)을 통해 실린더(10) 내에 균일하게 분사되고 공기와 혼합되며, 실린더(10) 내에서 공기와 혼합된 연료는 피스톤(12)의 상승 운동에 의하여 더욱 강하게 압축됨으로써 자연 발화하고 연소된다. The fuel is injected into the cylinder 10 through a plurality of fuel injection holes 150, 152, and 154 formed at the tip of the injector 15, which protrudes into the cylinder 10, just before the piston 12 reaches the top dead center during the compression stroke. The fuel is uniformly injected into the air and mixed with the air, and the fuel mixed with the air in the cylinder 10 is spontaneously compressed by the upward movement of the piston 12 to ignite and combust naturally.

연료분사구멍(150, 152, 154)은 피스톤(12) 외주를 향해 연료분사 가능하도록, 도 3을 통해 도시한 바와 같이 피스톤 내에 위치하게 되는 상기 인젝터(15) 선단부분에 복수개 바람직하게는 6개가 동일 원주상에 소정의 간격을 두고 형성된 구성을 이룬다. Preferably, a plurality of fuel injection holes 150, 152, and 154 are provided at a tip portion of the injector 15 positioned in the piston as shown in FIG. 3 to enable fuel injection toward the outer circumference of the piston 12. A configuration is formed on the same circumference at predetermined intervals.

본 발명에서 상기 연료분사구멍은, 복수의 제1 연료분사구멍(150), 그리고 인젝터 선단부분에서 시작해 실린더 내에 위치하는 상기 예열 플러그(16) 선단의 적열부(160)를 사이에 두고 피스톤 외주(外周)를 향하는 두 개의 연료분사라인(A2)(A3)을 형성시키는 제2 연료분사구멍(152)과 제3 연료분사구멍(154)으로 구성된다.In the present invention, the fuel injection hole is a plurality of first fuel injection holes 150 and the piston outer periphery (3) between the inlet portion 160 of the tip of the glow plug 16 located in the cylinder, starting from the injector tip portion. And a second fuel injection hole 152 and a third fuel injection hole 154 forming two fuel injection lines A2 and A3 facing the outside.

제2, 제3 연료분사구멍(152)(154)은 피스톤(12)의 외주를 총 연료분사구멍의 개수로 균일하게 등분(6 등분)했을 때, 상기 적열부(160)에 가장 인접한 두 개의 등분지점을 향하는 제2, 제3 등분선(L2)(L3)으로부터 실린더 내 스월류 방향(swirl direction)을 따라 일정 각도 편향된 제2, 제3 연료분사라인(A2)(A3)을 형성시킨다.When the second and third fuel injection holes 152 and 154 are evenly divided (six equal parts) into the total number of fuel injection holes in the outer circumference of the piston 12, the two closest to the glowing portion 160 The second and third fuel injection lines A2 and A3 are angularly deflected from the second and third equipotential lines L2 and L3 facing the equal branch points along the swirl flow direction in the cylinder.

그리고 복수의 상기 제1 연료분사구멍(150)은, 상기 제2, 제3 등분선(L2)(L3)이 향하는 상기 두 개의 등분지점을 제한 나머지 다른 등분지점(4개의 등분지점)을 향하는 부채살 모양의 복수(4개)의 제1 연료분사라인(A1)을 형성시킨다(도 3 참조).The plurality of first fuel injection holes 150 limit the two equal points to which the second and third equal lines L2 and L3 face, and the fan faces toward the other equal branch points (four equal branch points). A plurality of (four) first fuel injection lines A1 of a shape are formed (see FIG. 3).

실린더 내 흡기가 유동하는 상기 스월류 방향(swirl direction, 도면의 화살표 방향 참조)을 기준으로, 상기 제2 연료분사구멍(152)이 형성하는 제2 연료분사라인(A2)은 상기 예열 플러그(16) 선단 적열부(160)의 전방영역에 형성되며, 제3 연료분사구멍(154)에 의한 제3 연료분사라인(A3)은 상기 적열부(160) 후방영역에 형성된다.The second fuel injection line A2 formed by the second fuel injection hole 152 is based on the swirl flow direction in which the intake of the cylinder flows (see the arrow direction in the drawing). The third fuel injection line A3 formed by the third fuel injection hole 154 is formed in the rear region of the glowing portion 160.

스월류 방향(swirl direction)을 기준으로 제2 연료분사라인(A2)은 상기한 제2 등분선(L2)으로부터 적열부(160)에 가까워지는 방향으로 편향되며, 제3 연료분사라인(A3)은 상기한 제3 등분선(L3)으로부터 적열부(160)에서 멀어지는 방향으로 편향되도록 상기 제2, 제3 연료분사구멍(152)(154)이 형성된다.On the basis of the swirl direction, the second fuel injection line A2 is deflected from the second equipotential line L2 toward the red portion 160, and the third fuel injection line A3. The second and third fuel injection holes 152 and 154 are formed to be deflected from the third equipotential line L3 away from the red portion 160.

적열부 전방영역에 형성되는 제2 연료분사라인(A2)이 위와 같이 적열부(160)에 가까워지는 방향으로 편향되면, 압축행정 시 스월류(swirl) 영향에 의해 실제 상기 제2 연료분사라인(A2)은 적열부(160)를 더욱 근사히 지나가 연료 온도가 급속히 상승하게 되며, 실린더(10)에서 공기와 혼합되는 연료의 전반적인 온도가 높아져 냉간 시동성이 향상될 수 있다.If the second fuel injection line A2 formed in the area in front of the glowing portion is deflected in a direction closer to the glowing portion 160 as described above, the second fuel injection line may actually be affected by the swirl effect during the compression stroke. A2) passes closer to the glowing portion 160, the fuel temperature is rapidly increased, the overall temperature of the fuel mixed with the air in the cylinder 10 may be increased to improve the cold startability.

제2 연료분사라인(A2)이 제2 등분선(L2)로부터 상기 적열부(160)쪽으로 치우치고, 적열부(160)를 사이에 두고 배치되는 제3 연료분사라인(A3)이 피스톤(12)의 외주를 균등하게 등분하는 제3 등분선(L3)를 따른다면, 연료분사가 적열부(160) 쪽으로 편중돼 실린더(10) 내 전반적인 연료 분포가 불균일해지고 연소효율이 떨어져 다량의 스모크가 발생될 수 있다. The second fuel injection line A2 is biased toward the glowing portion 160 from the second equidistant line L2, and the third fuel injection line A3 is disposed with the glowing portion 160 interposed therebetween. Along the third dividing line L3 equally dividing the outer periphery of the fuel, fuel injection is biased toward the glowing portion 160 such that the overall fuel distribution in the cylinder 10 becomes uneven and the combustion efficiency decreases, resulting in a large amount of smoke. Can be.

따라서 전반에 걸쳐 균일분포로 연료 분사가 행해질 수 있도록, 스월류 방향(swirl direction)을 기분으로 적열부(160) 후방에 형성되는 상기 제3 연료분사라인(A3)이 피스톤(12)의 외주를 균등하게 등분하는 방향인 상기 제3 등분선(L3)으로부터 적열부(160)에서 멀어지는 방향으로 편향되도록 한 것이다.Accordingly, the third fuel injection line A3 formed at the rear of the glowing portion 160 in a swirl direction so that the fuel injection can be uniformly distributed throughout the entire area is formed around the piston 12. It is to be deflected in a direction away from the glowing portion 160 from the third dividing line L3 that is equally divided.

실린더 내에서의 스월류 흐름을 고려한 연료의 혼합성과 냉간 시동성 향상을 위한 연료의 온도 상승을 고려해, 제2 연료분사라인(A2)이 제2 등분선(L2)에 대해 편향된 각도(α)가 제3 연료분사구멍에 의한 제3 연료분사라인(A3)이 제3 등분선(L3)에 대해 편향된 각도(β)보다 큰 각도를 이루도록 형성하는 것이 바람직하다. In consideration of the mixing of the fuel in consideration of the swirl flow in the cylinder and the temperature rise of the fuel for improving the cold startability, the angle α in which the second fuel injection line A2 is deflected with respect to the second equipotential line L2 is determined. It is preferable to form so that the 3rd fuel injection line A3 by 3 fuel injection holes may make an angle larger than the angle (beta) deflected with respect to the 3rd equidistant line L3.

이상의 본 발명의 실시예에 따른 직분사식 내연기관에 의하면, 실린더 내 예열 플러그 위치와 흡기밸브를 통해 실린더로 도입되는 공기 유동(swirl direction) 특성을 고려하여, 연료의 온도를 보다 빠르게 끌어올릴 수 있는 최적의 위치로 연료를 분사함으로써, 연료히터나 에어히터와 같은 냉간 시동을 위한 보조장치 없이도 냉간 시동이 안정적으로 이루어질 수 있는 내연기관을 구현할 수 있다.According to the direct injection type internal combustion engine according to the embodiment of the present invention, the temperature of the fuel can be increased more rapidly in consideration of the position of the glow plug in the cylinder and the air flow characteristic introduced into the cylinder through the intake valve. By injecting the fuel to the optimum position, it is possible to implement an internal combustion engine that can be cold-started stably without the need for an auxiliary device for cold start, such as fuel heater or air heater.

이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
In the detailed description of the present invention, only specific embodiments thereof have been described. It is to be understood, however, that the present invention is not limited to the specific forms referred to in the description, but rather includes all modifications, equivalents, and substitutions within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Should be.

1 : 엔진 ECU 2 : 크랭크 각 센서
3 : 에어 플로우 미터 4 : 엑셀변위감지센서
10 : 실린더 12 : 피스톤
13 : 캐비티 14 : 커넥팅 로드
15 : 인젝터 16 : 예열 플러그
17 : 흡기밸브 18 : 배기밸브
150 : 제1 연료분사구멍 152 : 제2 연료분사구멍
154 : 제3 연료분사구멍
1: engine ECU 2: crank angle sensor
3: air flow meter 4: Excel displacement sensor
10 cylinder 12 piston
13: cavity 14: connecting rod
15: injector 16: glow plug
17: intake valve 18: exhaust valve
150: first fuel injection hole 152: second fuel injection hole
154: third fuel injection hole

Claims (5)

인젝터(15)와 예열 플러그(16)를 구비하며, 인젝터(15)와 예열플러그(16) 선단부분은 실린더 안으로 돌출되고, 피스톤(12) 정상면에 캐비티가 오목하게 형성되어 있으며, 캐비티(13)의 중심은 피스톤(12) 중심으로부터 편향되고, 캐비티(13)의 중심축선상에 상기 인젝터(15) 선단부분이 위치하는 직분사식 내연기관이며,
인젝터(15) 선단부분에는 원주방향으로 배치되는 연료분사구멍이 있고, 연료분사구멍은 예열 플러그(16) 선단의 적열부(160)를 사이에 두고 피스톤(12) 외주를 향하는 연료분사라인을 형성시키는 제2, 제3 연료분사구멍(152)(154)과 복수의 제1 연료분사구멍(150)으로 구성되며,
제2, 제3 연료분사구멍(152)(154)은 피스톤(12)의 외주를 총 연료분사구멍의 개수로 균일하게 등분했을 때, 상기 적열부(160)에 가장 인접한 두 개의 등분지점을 향하는 제2, 제3 등분선(L2)(L3)으로부터 실린더 내 스월류 방향(swirl direction)을 따라 일정 각도 편향된 제2, 제3 연료분사라인(A2)(A3)을 형성시키도록 구성되고,
복수의 제1 연료분사구멍(150)은 제2, 제3 등분선이 향하는 두 개의 등분지점을 제한 다른 등분지점을 향하는 부채살 모양의 복수의 제1 연료분사라인(A1)을 형성시키도록 구성되며,
상기 스월류 방향을 기준으로 제2 연료분사라인(A2)은 제2 등분선(L2)으로부터 상기 적열부(160)에 가까워지는 방향으로 편향되고, 제3 연료분사라인(A3)은 제3 등분선(L3)으로부터 적열부(160)에서 멀어지는 방향으로 편향되도록 제2, 제3 연료분사구멍(152)(154)이 형성되는 것을 특징으로 하는 직분사식 내연기관.
The injector 15 and the glow plug 16 are provided, and the tip of the injector 15 and the glow plug 16 protrudes into the cylinder, and the cavity 12 is concave on the top surface of the piston 12, and the cavity 13 is provided. Is a direct injection internal combustion engine which is deflected from the center of the piston 12 and whose tip portion of the injector 15 is located on the central axis of the cavity 13,
The tip portion of the injector 15 has a fuel injection hole arranged in the circumferential direction, and the fuel injection hole forms a fuel injection line toward the outer periphery of the piston 12 with the glowing portion 160 at the tip of the glow plug 16 interposed therebetween. And second and third fuel injection holes 152 and 154 and a plurality of first fuel injection holes 150,
The second and third fuel injection holes 152 and 154 face the two equal branch points closest to the glowing portion 160 when the outer periphery of the piston 12 is equally divided into the total number of fuel injection holes. Configured to form second and third fuel injection lines A2 and A3 that are angularly deflected from the second and third equipotential lines L2 and L3 along the in-cylinder swirl direction,
The plurality of first fuel injection holes 150 are configured to form a plurality of fan-shaped first fuel injection lines A1 toward the other equal branch limiting the two equal branch points facing the second and third equal dividing lines. ,
Based on the swirl flow direction, the second fuel injection line A2 is deflected from the second equidistant line L2 toward the red portion 160, and the third fuel injection line A3 is divided into third equal parts. A direct injection internal combustion engine, characterized in that the second and third fuel injection holes (152) (154) are formed so as to be deflected from the line (L3) away from the glowing portion (160).
제 1 항에 있어서,
실린더 내 흡기가 유동하는 상기 스월류 방향(swirl direction)을 기준으로, 제2 연료분사구멍(152)이 형성하는 제2 연료분사라인(A2)은 상기 예열 플러그(16) 선단 적열부(160)의 전방영역에 형성되고, 제3 연료분사구멍(154)에 의한 제3 연료분사라인(A3)은 상기 예열 플러그(16) 선단 적열부(160)의 후방영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 직분사식 내연기관.
The method of claim 1,
The second fuel injection line A2 formed by the second fuel injection hole 152 is based on the swirl direction in which the intake air flows in the cylinder, and the front glowing portion 160 of the glow plug 16. And a third fuel injection line A3 formed by the third fuel injection hole 154 in the rear region of the front end glowing portion 160 of the glow plug 16. Internal combustion engine.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 제2 연료분사구멍(152)에 의한 제2 연료분사라인(A2)이 제2 등분선(L2)에 대해 편향된 각도(α)와, 제3 연료분사구멍에 의한 제3 연료분사라인(A3)이 제3 등분선(L3)에 대해 편향된 각도(β)가 서로 다른 것을 특징으로 하는 직분사식 내연기관.
The method of claim 1,
The angle α at which the second fuel injection line A2 by the second fuel injection hole 152 is deflected with respect to the second equipotential line L2, and the third fuel injection line A3 by the third fuel injection hole ) Is a direct injection internal combustion engine, characterized in that the angle (beta) is deflected with respect to the third equipotential line (L3).
제 4 항에 있어서,
상기 제2 등분선(L2)에 대한 제2 연료분사라인(A2)의 편향 각도(α)가 제3 등분선(L3)에 대한 제3 연료분사라인(A3)의 편향 각도(β) 보다 큰 것을 특징으로 하는 직분사식 내연기관.
The method of claim 4, wherein
The deflection angle α of the second fuel injection line A2 with respect to the second equipotential line L2 is greater than the deflection angle β of the third fuel injection line A3 with respect to the third equipotential line L3. Direct injection internal combustion engine, characterized in that.
KR1020130047685A 2013-04-29 2013-04-29 Direct injection type combustion engine KR102072703B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130047685A KR102072703B1 (en) 2013-04-29 2013-04-29 Direct injection type combustion engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130047685A KR102072703B1 (en) 2013-04-29 2013-04-29 Direct injection type combustion engine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140128783A KR20140128783A (en) 2014-11-06
KR102072703B1 true KR102072703B1 (en) 2020-02-03

Family

ID=52454575

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130047685A KR102072703B1 (en) 2013-04-29 2013-04-29 Direct injection type combustion engine

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102072703B1 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2590170B2 (en) 1986-06-03 1997-03-12 キャタピラー インコーポレーテッド Flame culture breeder for fuel combustion systems

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03164521A (en) * 1989-11-21 1991-07-16 Mazda Motor Corp Ignition device for diesel engine
DE10026324A1 (en) * 2000-05-26 2001-11-29 Bosch Gmbh Robert Fuel injection system
JP2011144758A (en) 2010-01-15 2011-07-28 Panasonic Corp Sealed type motor-driven compressor
JP6021663B2 (en) * 2013-01-30 2016-11-09 Kddi株式会社 Method and system for confirming code in partner terminal simultaneously with establishment of voice call

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2590170B2 (en) 1986-06-03 1997-03-12 キャタピラー インコーポレーテッド Flame culture breeder for fuel combustion systems

Also Published As

Publication number Publication date
KR20140128783A (en) 2014-11-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9803536B2 (en) Auxiliary chamber type internal combustion engine
CN111448727B (en) Pre-chamber spark plug, in particular for a combustion chamber of an internal combustion engine for a motor vehicle, and internal combustion engine for a motor vehicle
CN109798177B (en) Pre-chamber ignition apparatus and method for internal combustion engine
JP2009108778A (en) Fuel injection device of compression ignition internal combustion engine
CN108798888B (en) Internal combustion engine
EP2998539B1 (en) Ignition system for internal combustion engines
US20140158083A1 (en) Spark ignition engine
EP2138683A1 (en) Internal combustion engine and control method therefor
JP5922830B1 (en) Gas engine
US10012134B2 (en) Internal combustion engine
EP3434887B1 (en) Internal combustion engine with gas feeding system
CN114439600A (en) Pre-chamber assembly
CN102953800A (en) Ignition method of pre-combustion chamber of diesel-dual-fuel engine
JP3023217U (en) Dual fuel internal combustion engine
EP1300565A3 (en) Direct injection spark ignition engine
JP6943229B2 (en) Premixed compression ignition engine
KR102072703B1 (en) Direct injection type combustion engine
JP3627546B2 (en) Direct cylinder injection spark ignition engine
JP2007162631A (en) Control device of internal combustion engine
KR102078882B1 (en) Injector configuration of a cylinder head of a dual fuel internal combustion engine
US9869255B2 (en) Feedback controlled system for charged ignition promoter droplet distribution
JP2015021391A (en) Internal combustion engine
JP7002917B2 (en) engine
EP3037646B1 (en) Method for operating internal combustion engines
JP7238970B2 (en) Fuel injection control system for pre-chamber internal combustion engine

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant