KR102240187B1 - Direct injection diesel engine - Google Patents

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Abstract

예시적인 실시예들에 따른 실린더 헤드는 직분사식 디젤 엔진은 실린더 내에 슬라이딩 가능하게 수용되며 연소실을 갖는 피스톤, 실린더를 덮고 연소실과 접하는 저면을 갖는 실린더 헤드, 및 실린더 헤드를 관통하도록 설치되고 연료를 연소실 내로 분사하기 위한 인젝터를 포함할 수 있다. 실린더 헤드의 저면에는 인젝터 홈이 구비되고 인젝터 홈의 저면으로부터 인젝터의 일부가 돌출될 수 있다. 인젝터 홈은 분사되는 연료가 미립화가 될 수 있는 공간을 제공하여, 연료가 연소실의 내측면에 닿기 전에 압축착화가 일어날 수 있도록 하여 연소실의 내측면에 닿아 발생하는 월웨팅 현상을 줄일 수 있다.The cylinder head according to the exemplary embodiments is a direct injection type diesel engine that is slidably accommodated in the cylinder and has a piston having a combustion chamber, a cylinder head covering the cylinder and having a bottom surface in contact with the combustion chamber, and the cylinder head installed to pass through the It may include an injector for injecting into it. An injector groove is provided at the bottom of the cylinder head, and a part of the injector may protrude from the bottom of the injector groove. The injector groove provides a space in which the injected fuel can be atomized, so that compression ignition can occur before the fuel reaches the inner surface of the combustion chamber, thereby reducing the wall-wetting phenomenon caused by contacting the inner surface of the combustion chamber.

Description

직분사식 디젤 엔진 {DIRECT INJECTION DIESEL ENGINE}Direct injection diesel engine {DIRECT INJECTION DIESEL ENGINE}

본 발명은 디젤 엔진에 관한 것이다. 더욱 자세하게는, 직분사식 디젤 엔진에 관한 것이다.The present invention relates to a diesel engine. More specifically, it relates to a direct injection diesel engine.

디젤 엔진에 있어서, 연료는 실린더 헤드를 관통하여 설치된 인젝터를 통하여 연소실 내로 분사된다. 상기 연료가 상기 연소실 내에서 분사되어 모두 연소되지 않는 경우에 있어서, 상기 연료는 상기 연소실의 내측면까지 닿을 수 있다.In a diesel engine, fuel is injected into a combustion chamber through an injector installed through a cylinder head. When the fuel is injected in the combustion chamber and not burned at all, the fuel may reach the inner surface of the combustion chamber.

상기 연료가 상기 연소실의 내측면에 빈번히 닿으면 월웨팅(wall wetting) 현상이 발생할 수 있다. 상기 월웨팅 현상은 피스톤에 수트(soot)와 같은 그을음을 발생시키고, 상기 피스톤이 퀀칭(quenching)됨에 따라 CO와 같은 미연소 가스를 유발시킬 수 있다.When the fuel frequently contacts the inner surface of the combustion chamber, a wall wetting phenomenon may occur. The wal-wetting phenomenon may cause soot such as soot in the piston, and as the piston is quenched, unburned gas such as CO may be induced.

따라서, 상기 월웨팅 현상을 줄여 미연소 가스 발생을 감소시키는 방법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.Therefore, research on a method of reducing the generation of unburned gas by reducing the wall-wetting phenomenon is actively being conducted.

본 발명의 일 목적은 미연소 가스의 발생을 줄이는 직분사식 디젤 엔진을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a direct injection diesel engine that reduces the generation of unburned gas.

상술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위한 직분사식 디젤 엔진은 실린더 내에 슬라이딩 가능하게 수용되며 연소실을 갖는 피스톤, 상기 실린더를 덮고 상기 연소실과 접하는 저면을 갖는 실린더 헤드, 및 상기 실린더 헤드를 관통하도록 설치되고 연료를 상기 연소실 내로 분사하기 위한 인젝터를 포함할 수 있다. 상기 실린더 헤드의 상기 저면에는 인젝터 홈이 구비되고 상기 인젝터 홈의 저면으로부터 상기 인젝터의 일부가 돌출될 수 있다.The direct injection diesel engine for achieving one object of the present invention described above is a piston that is slidably accommodated in a cylinder and has a combustion chamber, a cylinder head that covers the cylinder and has a bottom surface in contact with the combustion chamber, and is installed to penetrate the cylinder head. And may include an injector for injecting fuel into the combustion chamber. An injector groove may be provided on the bottom surface of the cylinder head, and a part of the injector may protrude from the bottom surface of the injector groove.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 인젝터 홈의 깊이에 대한 최대폭의 비(W1/D1)는 5 내지 20의 범위 이내일 수 있다.In example embodiments, the ratio of the maximum width (W1/D1) to the depth of the injector groove may be within a range of 5 to 20.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 연소실의 깊이에 대한 최대폭의 비(W2/D2)는 2.2 내지 2.5의 범위 이내일 수 있다.In example embodiments, the ratio of the maximum width to the depth of the combustion chamber (W2/D2) may be within a range of 2.2 to 2.5.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 인젝터 홈은 곡면형상 또는 소정의 곡률반경을 가질 수 있다.In example embodiments, the injector groove may have a curved shape or a predetermined radius of curvature.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 인젝터는 연료를 분사하는 노즐홀을 가질 수 있다.In example embodiments, the injector may have a nozzle hole for injecting fuel.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 인젝터의 중심축으로부터 상기 노즐홀에서 분사되는 상기 연료의 주축까지의 연료 분사각도는 68도 내지 77도의 범위 이내일 수 있다.In example embodiments, a fuel injection angle from a central axis of the injector to a main axis of the fuel injected from the nozzle hole may be within a range of 68 degrees to 77 degrees.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 노즐홀의 직경은 0.08mm 내지 0.2mm의 범위 이내일 수 있다. In example embodiments, the diameter of the nozzle hole may be within a range of 0.08mm to 0.2mm.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 실린더 헤드는 흡기 포트를 포함하고, 상기 흡기 포트 내 부스트 압력은 3.0bar 내지 3.6bar의 범위 이내일 수 있다. In example embodiments, the cylinder head may include an intake port, and a boost pressure in the intake port may be within a range of 3.0 bar to 3.6 bar.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 실린더의 압축비는 17.5 내지 18.5의 범위 이내일 수 있다. In example embodiments, the compression ratio of the cylinder may be within the range of 17.5 to 18.5.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 인젝터는 연료를 분사하는 노즐홀을 가질 수 있다.In example embodiments, the injector may have a nozzle hole for injecting fuel.

그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제들에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.However, the problem to be solved by the present invention is not limited to the above-described problems, and may be variously expanded without departing from the spirit and scope of the present invention.

예시적인 실시예들에 따른 직분사식 디젤 엔진은 인젝터 홈을 포함할 수 있다. 상기 인젝터 홈은 분사되는 연료가 미립화가 될 수 있는 공간을 제공하여, 상기 연료가 연소실의 내측면에 닿기 전에 압축착화가 일어나도록 한다.A direct injection diesel engine according to exemplary embodiments may include an injector groove. The injector groove provides a space in which the injected fuel can be atomized, so that compression ignition occurs before the fuel reaches the inner surface of the combustion chamber.

또한, 상기 연소실의 깊이에 대한 최대폭의 비, 연료 분사각도, 부스트 압력 및 압축비를 조절하여 상기 연료가 상기 연소실의 상기 내측면에 닿아 발생하는 월웨팅 현상을 줄일 수 있다.In addition, by adjusting the ratio of the maximum width to the depth of the combustion chamber, the fuel injection angle, the boost pressure, and the compression ratio, it is possible to reduce the wall-wetting phenomenon that occurs when the fuel contacts the inner surface of the combustion chamber.

상기 월웨팅 현상을 감소시켜 피스톤이 급냉각되어 발생하는 미연소 가스를 줄일 수 있다. 또한, 상기 피스톤에 그을음이 생기는 것을 감소시킬 수 있다.By reducing the wall-wetting phenomenon, unburned gas generated by rapid cooling of the piston can be reduced. In addition, it is possible to reduce the occurrence of soot in the piston.

도 1은 예시적인 실시예들에 따른 직분사식 디젤 엔진을 나타내는 단면도이다.
도 2 및 도 3은 도 1의 A 영역의 확대도들이다.
도 4는 도 1의 실린더 헤드를 나타내는 평면도이다.
도 5는 예시적인 실시예들에 따른 직분사식 디젤 엔진을 나타내는 단면도이다.
도 6은 도 5의 B 영역의 확대도이다.
도 7은 도 5의 실린더 헤드를 나타내는 평면도이다.
도 8는 예시적인 실시예들에 따른 직분사식 디젤 엔진을 나타내는 단면도이다.
도 9은 도 8의 C 영역의 확대도이다.
도 10은 비교예에 따른 직분사식 디젤 엔진의 연소실 내 공기 흐름을 설명하기 위한 단면도이다.
도 11은 예시적인 실시예들에 따른 직분사식 디젤 엔진의 연소실 내 공기 흐름을 설명하기 위한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a direct injection diesel engine according to exemplary embodiments.
2 and 3 are enlarged views of area A of FIG. 1.
4 is a plan view showing the cylinder head of FIG. 1.
5 is a cross-sectional view illustrating a direct injection diesel engine according to exemplary embodiments.
6 is an enlarged view of area B of FIG. 5.
7 is a plan view showing the cylinder head of FIG. 5.
8 is a cross-sectional view illustrating a direct injection diesel engine according to exemplary embodiments.
9 is an enlarged view of area C of FIG. 8.
10 is a cross-sectional view illustrating an air flow in a combustion chamber of a direct injection diesel engine according to a comparative example.
11 is a cross-sectional view illustrating an air flow in a combustion chamber of a direct injection diesel engine according to exemplary embodiments.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다.With respect to the embodiments of the present invention disclosed in the text, specific structural or functional descriptions have been exemplified for the purpose of describing the embodiments of the present invention only, and the embodiments of the present invention may be implemented in various forms. It should not be construed as being limited to the embodiments described in.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.In the present invention, various modifications may be made and various forms may be applied, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific form disclosed, it should be understood to include all changes, equivalents, or substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

도 1은 예시적인 실시예들에 따른 직분사식 디젤 엔진을 나타내는 단면도이다. 도 2 및 도 3은 도 1의 A 영역의 확대도들이다. 도 4는 도 1의 실린더 헤드를 나타내는 평면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a direct injection diesel engine according to exemplary embodiments. 2 and 3 are enlarged views of area A of FIG. 1. 4 is a plan view showing the cylinder head of FIG. 1.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 직분사식 디젤 엔진은 실린더(12) 내에 슬라이딩 가능하게 수용되며 연소실(100)을 갖는 피스톤(10), 및 실린더(12)를 덮는 실린더 헤드(20)를 포함할 수 있다.1 to 4, the direct injection type diesel engine is slidably accommodated in the cylinder 12 and includes a piston 10 having a combustion chamber 100, and a cylinder head 20 covering the cylinder 12. I can.

피스톤(10)은 실린더(12) 내에 왕복운동을 함으로 실린더(12) 내로 유입된 공기를 압축할 수 있다. 또한, 상기 공기와 유입되는 연료가 연소하면서 발생하는 배기가스의 폭발력을 커넥팅 로드를 통하여 크랭크샤프트(도시되지 않음)으로 전달할 수 있다. 피스톤(10)은 내열성 및 내식성을 가지는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 피스톤(10)은 알루미늄 또는 주철을 포함할 수 있다.The piston 10 may reciprocate in the cylinder 12 to compress the air introduced into the cylinder 12. In addition, the explosive power of the exhaust gas generated when the air and the incoming fuel are combusted may be transmitted to the crankshaft (not shown) through the connecting rod. The piston 10 may include a material having heat resistance and corrosion resistance. For example, the piston 10 may include aluminum or cast iron.

실린더 헤드(20)는 실린더(12)를 덮고 연소실(100)과 접하는 저면(202)을 가질 수 있다. 실린더 헤드(20)는 상기 공기가 유입되는 흡기 포트(230) 및 상기 배기가스를 배출하는 배기 포트(240)를 더 포함할 수 있다. 또한, 실린더 헤드(20)는 흡기 포트(230)에 연결된 흡기구를 개방 또는 폐쇄하는 흡기 밸브(232), 및 배기 포트(240)에 연결된 배기구를 개방 또는 폐쇄하는 배기 밸브(242)를 더 포함할 수 있다.The cylinder head 20 may have a bottom surface 202 that covers the cylinder 12 and contacts the combustion chamber 100. The cylinder head 20 may further include an intake port 230 through which the air is introduced and an exhaust port 240 through which the exhaust gas is discharged. In addition, the cylinder head 20 further includes an intake valve 232 for opening or closing the intake port connected to the intake port 230, and an exhaust valve 242 for opening or closing the exhaust port connected to the exhaust port 240. I can.

인젝터(30)는 실린더 헤드(20)를 관통하도록 설치되고 상기 연료를 연소실(100) 내로 분사할 수 있다. 예를 들어, 인젝터(30)는 상기 연료를 분사하는 노즐홀(300)를 가질 수 있다. 또한, 인젝터의 연료 분사 압력은 약 2200bar 내지 약 3000bar 이내의 초고압의 범위를 가질 수 있다.The injector 30 is installed to pass through the cylinder head 20 and can inject the fuel into the combustion chamber 100. For example, the injector 30 may have a nozzle hole 300 for injecting the fuel. In addition, the fuel injection pressure of the injector may have an ultra-high pressure range of about 2200 bar to about 3000 bar.

예시적인 실시예들에 있어서, 실린더 헤드(20)의 저면(202)에는 인젝터 홈(200)이 구비되고, 인젝터 홈(200)의 저면(204)으로부터 인젝터(30)의 일부가 돌출될 수 있다.In example embodiments, an injector groove 200 is provided on the bottom surface 202 of the cylinder head 20, and a part of the injector 30 may protrude from the bottom surface 204 of the injector groove 200. .

또한, 인젝터 홈(200)은 돔(dome) 형태일 수 있다. 인젝터(30)가 약 2200bar 내지 약 3000bar 이내의 범위의 분사압력으로 연료를 분사할 때, 다량의 주변 공기가 인젝터(30)의 노즐홀(300) 주위로 유입될 수 있다. 상기 주변 공기는 상기 연료의 액주(Liquid Column)에서 분리된 액적들(Liquid Droplets)과 섞이고 상기 연료의 상기 액적들은 미립화 될 수 있다. 특히, 인젝터 홈(200)을 구비함으로 인하여, 상기 주변 공기가 노즐홀(300) 부근으로 잘 유입될 수 있다. 따라서, 상기 연료의 미립화가 촉진될 수 있다.In addition, the injector groove 200 may have a dome shape. When the injector 30 injects fuel at an injection pressure within a range of about 2200 bar to about 3000 bar, a large amount of ambient air may be introduced around the nozzle hole 300 of the injector 30. The ambient air is mixed with liquid droplets separated from the liquid column of the fuel, and the droplets of the fuel may be atomized. In particular, by providing the injector groove 200, the ambient air can be well introduced into the vicinity of the nozzle hole 300. Thus, atomization of the fuel can be promoted.

특히, 실린더 헤드(20)의 저면(202)에 구비된 흡기 밸브(232) 및 배기 밸브(242)의 밸브 시트를 고려하여 인젝터 홈(200)을 구비함으로, 인젝터(30)의 노즐홀(300) 주변의 공기 부피를 최대한 증가시킬 수 있다.In particular, by providing the injector groove 200 in consideration of the valve seats of the intake valve 232 and the exhaust valve 242 provided on the bottom surface 202 of the cylinder head 20, the nozzle hole 300 of the injector 30 ) You can increase the volume of air around you as much as possible.

실린더(12)의 보어 직경(D)에 대한 인젝터(30)에 설치된 노즐홀(300)로부터 연소실(100)의 내측면까지 최소거리(NW)의 비율(NW/D)이 0.66 내지 0.76일 수 있다. 상기 비율이 0.66 미만일 경우는 연소실(100)의 상기 내측면에 월웨팅이 발생할 가능성이 커지고, 상기 비율이 0.76을 초과하는 경우는 연소실(100)은 내구성이 저하되어 열충격 특성이 취약해지는 문제가 발생할 수 있다.The ratio (NW/D) of the minimum distance (NW) from the nozzle hole 300 installed in the injector 30 to the inner surface of the combustion chamber 100 with respect to the bore diameter (D) of the cylinder 12 may be 0.66 to 0.76 days have. When the ratio is less than 0.66, the possibility of wall-wetting on the inner surface of the combustion chamber 100 increases, and when the ratio exceeds 0.76, the durability of the combustion chamber 100 decreases, resulting in a problem that the thermal shock characteristics are weak. I can.

인젝터 홈(200)의 깊이(D1)에 대한 최대폭(W1)의 비(W1/D1)는 약 5 내지 약 20의 범위 이내일 수 있다. 최대폭(W1)은 인젝터(30)의 중심축(IL)으로부터 인젝터 홈(200)의 최대폭을 의미한다.The ratio (W1/D1) of the maximum width (W1) to the depth (D1) of the injector groove 200 may be within a range of about 5 to about 20. The maximum width W1 means the maximum width of the injector groove 200 from the central axis IL of the injector 30.

또한, 연소실(100)의 깊이(D2)에 대한 최대폭(W2)의 비(W2/D2)는 약 2.2 내지 약 2.5의 범위 이내일 수 있다. 최대폭(W2)는 인젝터(30)의 중심축(IL)으로부터 연소실(100)의 최대폭을 의미한다. 인젝터 홈(200)은 소정의 곡률반경을 가질 수 있다. 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 인젝터 홈(200)의 저면 중심을 지나는 임의의 중심선을 따라 절단한 인젝터 홈(200)의 단면 형상은 상기 저면 중심에 대하여 좌우 대칭인 형상일 수 있다.Further, the ratio (W2/D2) of the maximum width (W2) to the depth (D2) of the combustion chamber 100 may be within a range of about 2.2 to about 2.5. The maximum width W2 means the maximum width of the combustion chamber 100 from the central axis IL of the injector 30. The injector groove 200 may have a predetermined radius of curvature. As shown in FIGS. 2 to 4, a cross-sectional shape of the injector groove 200 cut along an arbitrary center line passing through the center of the bottom of the injector groove 200 may be a symmetrical shape with respect to the center of the bottom.

또한, 노즐홀(300)의 직경은 약 0.08mm 내지 약 0.2mm의 범위 이내에 있을 수 있다. 상기 노즐홀의 직경이 0.08mm 미만일 경우는 제조상으로 어려움이 있고, 상기 노즐홀의 직경이 0.2mm를 초과할 경우에는 상기 연소실의 내측면에 월웨팅(Wall Wetting)이 발생되는 문제가 있다.In addition, the diameter of the nozzle hole 300 may be within a range of about 0.08mm to about 0.2mm. When the diameter of the nozzle hole is less than 0.08 mm, manufacturing difficulties are encountered, and when the diameter of the nozzle hole exceeds 0.2 mm, there is a problem that wall wetting occurs on the inner surface of the combustion chamber.

예시적인 실시예들에 있어서, 인젝터(30)의 중심축(IL)으로부터 노즐홀(300)에서 분사되는 상기 연료의 주축(FL)까지의 연료 분사각도(θ)는 74도 내지 78도의 범위 이내일 수 있다.In exemplary embodiments, the fuel injection angle θ from the central axis IL of the injector 30 to the main axis FL of the fuel injected from the nozzle hole 300 is within a range of 74 degrees to 78 degrees. Can be

흡기 포트(230) 내 부스트 압력은 약 3.0bar 내지 약 3.6bar의 범위 이내일 수 있다. 또한, 상기 디젤 엔진의 압축비는 17.5 내지 18.5의 범위 이내일 수 있다. 상기 부스트 압력이 3.0bar 미만일 경우에는 월웨팅이 발생되는 문제가 있고, 3.6bar를 초과할 경우에는 상기 연소실에 대한 허용 압력이 초과되어 상기 연소실의 내구성이 떨어지는 문제가 있다.The boost pressure in the intake port 230 may be within a range of about 3.0 bar to about 3.6 bar. In addition, the compression ratio of the diesel engine may be within the range of 17.5 to 18.5. When the boost pressure is less than 3.0 bar, there is a problem in that wall-wetting occurs, and when it exceeds 3.6 bar, there is a problem that the allowable pressure for the combustion chamber is exceeded and durability of the combustion chamber is deteriorated.

예시적인 실시예들에 있어서, 노즐홀(300)로부터 연소실(100)의 내측면(102)까지의 최소거리(NW)는 29mm 내지 70mm의 범위 이내일 수 있다.In example embodiments, the minimum distance NW from the nozzle hole 300 to the inner surface 102 of the combustion chamber 100 may be within a range of 29mm to 70mm.

<실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 5><Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 5>

하기 표 1의 설계에 따라 실시예 1 내지 12 및 비교예 1 내지 14에 의한 연소실 구조를 갖는 엔진을 제조하여 실험을 수행하였다.An experiment was performed by manufacturing an engine having a combustion chamber structure according to Examples 1 to 12 and Comparative Examples 1 to 14 according to the design of Table 1 below.

[표 1][Table 1]

Figure 112014039066081-pat00001
Figure 112014039066081-pat00001

(단, W2는 연소실의 최대폭, D2는 연소실의 깊이, D는 실린더의 보어 직경, NW는 노즐홀로부터 연소실의 내측면까지의 최소거리를 나타냄.)(However, W2 is the maximum width of the combustion chamber, D2 is the depth of the combustion chamber, D is the bore diameter of the cylinder, and NW is the minimum distance from the nozzle hole to the inner surface of the combustion chamber.)

상기 표 1에서 보듯이, 상술한 조건 범위 내에서는 연소실(100)의 상기 내측면에서의 월웨팅 현상을 줄일 수 있음을 확인할 수 있었다.As shown in Table 1, it was confirmed that the wall-wetting phenomenon on the inner surface of the combustion chamber 100 can be reduced within the above-described condition range.

이하에서는 디젤 엔진의 연소실 내 공기 흐름에 대하여 주로 설명하기로 한다.Hereinafter, the air flow in the combustion chamber of the diesel engine will be mainly described.

도 10은 비교예에 따른 직분사식 디젤 엔진의 연소실 내 공기 흐름을 설명하기 위한 단면도이다. 도 11은 예시적인 실시예들에 따른 직분사식 디젤 엔진의 연소실 내 공기 흐름을 설명하기 위한 단면도이다.10 is a cross-sectional view illustrating an air flow in a combustion chamber of a direct injection diesel engine according to a comparative example. 11 is a cross-sectional view illustrating an air flow in a combustion chamber of a direct injection diesel engine according to exemplary embodiments.

도 10을 참조하면, 노즐홀(300)로부터 유입되는 연료의 액주(302)는 연소실(100) 내에 분사된다. 액주(302)는 연소실(100)의 내측면에 닿아 액적(304)을 형성하고, 액적(304)으로부터 연료 미립자가 형성된다.Referring to FIG. 10, a liquid column 302 of fuel introduced from a nozzle hole 300 is injected into the combustion chamber 100. The liquid column 302 contacts the inner surface of the combustion chamber 100 to form droplets 304, and fuel particles are formed from the droplets 304.

종래의 직분사식 디젤 엔진은 인젝터 홈을 갖지 않기 때문에, 액주(302)와 실린더 헤드(22)의 저면(202) 사이로 공기가 충분히 유입되지 못한다. 따라서, 연료의 미립화가 충분하게 이루어질 수 없다. 액주(302)의 대부분이 연소실(100)의 내측면에 닿게 되고, 이로 인해, 연소실(100)의 내측면에 월웨팅 현상이 발생할 수 있다.Since the conventional direct-injection diesel engine does not have an injector groove, air is not sufficiently introduced between the liquid column 302 and the bottom surface 202 of the cylinder head 22. Therefore, the atomization of the fuel cannot be sufficiently achieved. Most of the liquid column 302 comes into contact with the inner surface of the combustion chamber 100, and thus, a wall-wetting phenomenon may occur on the inner surface of the combustion chamber 100.

도 11을 참조하면, 예시적인 실시예들에 따른 직분사식 디젤 엔진은 인젝터 홈(200)을 갖는다. 따라서, 액주(306)와 실린더 헤드(20)의 저면(202) 사이로 공기가 충분히 유입되어, 연료의 미립화를 촉진할 수 있다. 따라서, 액주(306)는 연소실(100)의 내측면에 닿기 전에 액적(308)을 형성하고, 액적(308)으로부터 연료 미립자가 형성될 수 있다.Referring to FIG. 11, a direct injection diesel engine according to exemplary embodiments has an injector groove 200. Accordingly, air is sufficiently introduced between the liquid column 306 and the bottom surface 202 of the cylinder head 20, thereby promoting atomization of the fuel. Accordingly, the liquid column 306 may form droplets 308 before reaching the inner surface of the combustion chamber 100, and fuel particulates may be formed from the droplets 308.

예시적인 실시예들에 따른 실린더 헤드는 인젝터 홈(200)을 포함할 수 있다. 상기 인젝터 홈은 분사되는 연료가 미립화가 될 수 있는 공간을 제공하여, 상기 연료가 연소실의 내측면에 닿기 전에 압축착화가 일어나도록 한다. 또한, 상기 연소실의 깊이에 대한 최대폭의 비, 연료 분사각도, 부스트 압력 및 압축비를 조절하여 상기 연료가 상기 연소실의 상기 내측면에 닿아 발생하는 월웨팅 현상을 줄일 수 있다. 상기 월웨팅 현상을 감소시켜 피스톤이 급냉각되어 발생하는 미연소 가스를 줄일 수 있다. 또한, 상기 피스톤에 그을음이 생기는 것을 감소시킬 수 있다.The cylinder head according to exemplary embodiments may include an injector groove 200. The injector groove provides a space in which the injected fuel can be atomized, so that compression ignition occurs before the fuel reaches the inner surface of the combustion chamber. In addition, by adjusting the ratio of the maximum width to the depth of the combustion chamber, the fuel injection angle, the boost pressure, and the compression ratio, it is possible to reduce the wall-wetting phenomenon that occurs when the fuel contacts the inner surface of the combustion chamber. By reducing the wall-wetting phenomenon, unburned gas generated by rapid cooling of the piston can be reduced. In addition, it is possible to reduce the occurrence of soot in the piston.

도 5는 예시적인 실시예들에 따른 직분사식 디젤 엔진을 나타내는 단면도이다. 도 6은 도 5의 B 영역의 확대도이다. 도 7은 도 5의 실린더 헤드를 나타내는 평면도이다. 예시적인 실시예들에 따른 직분사식 디젤 엔진은 인젝터 홈의 형상을 제외하고는 도 1의 직분사식 디젤 엔진과 실질적으로 동일한 구성요소들을 포함한다. 따라서, 동일한 구성요소들은 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략한다.5 is a cross-sectional view illustrating a direct injection diesel engine according to exemplary embodiments. 6 is an enlarged view of area B of FIG. 5. 7 is a plan view showing the cylinder head of FIG. 5. The direct injection diesel engine according to exemplary embodiments includes substantially the same components as the direct injection diesel engine of FIG. 1 except for the shape of the injector groove. Accordingly, the same components are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions of the same components are omitted.

도 5 내지 도 7을 참조하면, 직분사식 디젤 엔진은 실린더(12) 내에 슬라이딩 가능하게 수용되며 연소실(100)을 갖는 피스톤(10), 및 실린더(12)를 덮는 실린더 헤드(20)를 포함할 수 있다.5 to 7, the direct injection diesel engine is slidably accommodated in the cylinder 12 and includes a piston 10 having a combustion chamber 100 and a cylinder head 20 covering the cylinder 12. I can.

피스톤(10)은 내열성 및 내식성을 가지는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 피스톤(10)은 알루미늄 또는 주철을 포함할 수 있다.The piston 10 may include a material having heat resistance and corrosion resistance. For example, the piston 10 may include aluminum or cast iron.

실린더 헤드(20)는 실린더(12)를 덮고 연소실(100)과 접하는 저면(202)을 가질 수 있다.The cylinder head 20 may have a bottom surface 202 that covers the cylinder 12 and contacts the combustion chamber 100.

인젝터(30)는 실린더 헤드(20)를 관통하도록 설치되고 상기 연료를 연소실(100) 내로 분사할 수 있다. 예를 들어, 인젝터(30)는 상기 연료를 분사하는 노즐홀(300)를 가질 수 있다.The injector 30 is installed to pass through the cylinder head 20 and can inject the fuel into the combustion chamber 100. For example, the injector 30 may have a nozzle hole 300 for injecting the fuel.

예시적인 실시예들에 있어서, 실린더 헤드(20)의 저면(202)에는 인젝터 홈(206)이 구비되고, 인젝터 홈(206)의 저면(208)으로부터 인젝터(30)의 일부가 돌출될 수 있다.In example embodiments, an injector groove 206 is provided on the bottom surface 202 of the cylinder head 20, and a part of the injector 30 may protrude from the bottom surface 208 of the injector groove 206. .

예시적인 실시예들에 따른 실린더는 인젝터 홈(206)을 포함할 수 있다. 상기 인젝터 홈은 분사되는 연료가 미립화가 될 수 있는 공간을 제공하여, 상기 연료가 연소실의 내측면에 닿기 전에 압축착화가 일어나도록 한다. 따라서, 월웨팅 현상을 줄일 수 있다. 또한, 엔진 운전 조건에 상응하는 다양한 형상의 인젝터 홈을 구비할 수 있어서, 연료 연소를 최적화 시킬 수 있다.The cylinder according to exemplary embodiments may include an injector groove 206. The injector groove provides a space in which the injected fuel can be atomized, so that compression ignition occurs before the fuel reaches the inner surface of the combustion chamber. Therefore, it is possible to reduce the wall-wetting phenomenon. In addition, since injector grooves of various shapes corresponding to engine operating conditions can be provided, fuel combustion can be optimized.

도 8는 예시적인 실시예들에 따른 직분사식 디젤 엔진을 나타내는 단면도이다. 도 9은 도 8의 C 영역의 확대도이다. 예시적인 실시예들에 따른 직분사식 디젤 엔진은 실린더 헤드의 저면의 형상을 제외하고는 도 1의 직분사식 디젤 엔진과 실질적으로 동일한 구성요소들을 포함한다. 따라서, 동일한 구성요소들은 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략한다.8 is a cross-sectional view illustrating a direct injection diesel engine according to exemplary embodiments. 9 is an enlarged view of area C of FIG. 8. The direct injection diesel engine according to exemplary embodiments includes substantially the same components as the direct injection diesel engine of FIG. 1 except for the shape of the bottom of the cylinder head. Accordingly, the same components are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions of the same components are omitted.

도 8 및 도 9를 참조하면, 직분사식 디젤 엔진은 실린더(12) 내에 슬라이딩 가능하게 수용되며 연소실(100)을 갖는 피스톤(10), 및 실린더(12)를 덮는 실린더 헤드(20)를 포함할 수 있다.8 and 9, the direct injection diesel engine is slidably accommodated in the cylinder 12 and includes a piston 10 having a combustion chamber 100, and a cylinder head 20 covering the cylinder 12. I can.

실린더 헤드(20)는 실린더(12)를 덮고 연소실(100)과 접하는 저면(212)을 가질 수 있다.The cylinder head 20 may have a bottom surface 212 that covers the cylinder 12 and contacts the combustion chamber 100.

인젝터(30)는 실린더 헤드(20)를 관통하도록 설치되고 상기 연료를 연소실(100) 내로 분사할 수 있다. 예를 들어, 인젝터(30)는 상기 연료를 분사하는 노즐홀(300)를 가질 수 있다.The injector 30 is installed to pass through the cylinder head 20 and can inject the fuel into the combustion chamber 100. For example, the injector 30 may have a nozzle hole 300 for injecting the fuel.

예시적인 실시예들에 있어서, 실린더 헤드(20)의 저면(212)에는 인젝터 홈(210)이 구비되고, 인젝터 홈(210)의 저면(214)으로부터 인젝터(30)의 일부가 돌출될 수 있다.In example embodiments, an injector groove 210 is provided on the bottom 212 of the cylinder head 20, and a part of the injector 30 may protrude from the bottom 214 of the injector groove 210. .

또한, 실린더 헤드(20)의 저면(212)이 인젝터(30)의 중심축(IL)과 이루는 각도가 예각일 수 있다. 즉, 실린더 헤드(20)의 저면(212)은 인젝터(30)의 중심축(IL)과 실질적으로 수직하지 않을 수 있고, 인젝터(30)의 중심축(IL)에 대하여 상기 예각의 각도로 경사질 수 있다.In addition, an angle formed by the bottom surface 212 of the cylinder head 20 with the central axis IL of the injector 30 may be an acute angle. That is, the bottom surface 212 of the cylinder head 20 may not be substantially perpendicular to the central axis IL of the injector 30, and is inclined at the acute angle with respect to the central axis IL of the injector 30. I can lose.

예시적인 실시예들에 따른 직분사식 디젤엔진은 실린더 헤드(20)의 저면(212)이 경사지도록 형성될 수 있다. 따라서, 보다 많은 연료가 미립화될 수 있는 공간을 제공할 수 있으므로 월웨팅 현상을 감소시킬 수 있다. 또한, 상기 실린더의 압축비 등을 엔진 운전 조건에 맞춰서 조절할 수 있으므로, 연료가 연소실(100)의 내측면(102)에 닿기 전에 연소시킬 수 있다.The direct injection diesel engine according to exemplary embodiments may be formed such that the bottom 212 of the cylinder head 20 is inclined. Accordingly, a space in which more fuel can be atomized can be provided, thereby reducing the wall-wetting phenomenon. In addition, since the compression ratio of the cylinder can be adjusted according to the engine operating conditions, the fuel can be burned before it reaches the inner surface 102 of the combustion chamber 100.

이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to embodiments of the present invention, those skilled in the art will be able to variously modify and change the present invention within the scope not departing from the spirit and scope of the present invention described in the following claims. You will understand that you can.

10: 피스톤 20: 실린더 헤드
30: 인젝터 100: 연소실
200: 인젝터 홈 300: 노즐홀10: piston 20: cylinder head
30: injector 100: combustion chamber
200: injector groove 300: nozzle hole

Claims (10)

실린더 내에 슬라이딩 가능하게 수용되며, 연소실을 갖는 피스톤;
상기 실린더를 덮고, 상기 연소실과 접하는 저면을 갖는 실린더 헤드; 및
상기 실린더 헤드를 관통하도록 설치되고 연료를 상기 연소실 내로 분사하기 위한 노즐홀을 갖는 인젝터; 및
상기 인젝터의 연료 분사시 상기 연소실 내의 상기 인젝터 주변의 공기가 유입되도록 하기 위해 상기 실린더 헤드의 저면에 형성되는 인젝터 홈을 포함하고,
상기 인젝터는 상기 인젝터 홈의 저면 중심으로부터 돌출되도록 배치되고,
상기 인젝터 홈은, 상기 실린더 저면에 대하여 상기 인젝터 홈의 깊이(D1)에 대한 상기 인젝터 홈의 최대폭(W1)의 비(W1/D1)가 5 내지 20의 범위 이내인 곡면 형상 또는 소정의 곡률 반경을 갖는 돔 형상으로 형성되고,
상기 인젝터 홈의 저면 중심을 지나는 중심선을 따라 절단한 인젝터 홈의 단면 형상은 상기 저면 중심에 대하여 좌우 대칭이고, 상기 인젝터의 중심축으로부터 상기 노즐홀에서 분사되는 상기 연료의 주축까지의 연료 분사각도는 74도 내지 78도의 범위 이내이고,
상기 실린더의 보어 직경(D)에 대한 상기 노즐홀로부터 상기 연소실의 내측면까지의 최소거리(NW)의 비율(NW/D)은 0.66 내지 0.76의 범위 이내에 있고, 상기 노즐홀로부터 상기 연소실의 내측면까지의 최소거리(NW)는 29mm 내지 70mm의 범위 이내에 있고, 상기 연소실의 깊이에 대한 최대폭의 비(W2/D2)는 2.2 내지 2.5의 범위 이내에 있고,
상기 노즐홀의 직경은 0.08mm 내지 0.2mm의 범위 이내에 있고, 상기 인젝터의 연료 분사압은 2200bar 내지 3000bar의 범위 이내에 있는 것을 특징으로 하는 직분사식 디젤 엔진.
A piston slidably accommodated in the cylinder and having a combustion chamber;
A cylinder head covering the cylinder and having a bottom surface in contact with the combustion chamber; And
An injector installed to pass through the cylinder head and having a nozzle hole for injecting fuel into the combustion chamber; And
And an injector groove formed on a bottom surface of the cylinder head to allow air around the injector in the combustion chamber to be introduced when fuel is injected by the injector,
The injector is disposed to protrude from the center of the bottom surface of the injector groove,
The injector groove has a curved shape or a predetermined radius of curvature in which the ratio (W1/D1) of the maximum width (W1) of the injector groove to the depth (D1) of the injector groove with respect to the bottom of the cylinder is within a range of 5 to 20 It is formed in a dome shape having,
The cross-sectional shape of the injector groove cut along the center line passing through the center of the bottom of the injector groove is symmetrical with respect to the center of the bottom, and the fuel injection angle from the central axis of the injector to the main axis of the fuel injected from the nozzle hole is Within the range of 74 degrees to 78 degrees,
The ratio (NW/D) of the minimum distance (NW) from the nozzle hole to the inner surface of the combustion chamber to the bore diameter (D) of the cylinder is within the range of 0.66 to 0.76, and the inside of the combustion chamber from the nozzle hole The minimum distance to the side (NW) is within the range of 29mm to 70mm, the ratio of the maximum width to the depth of the combustion chamber (W2/D2) is within the range of 2.2 to 2.5,
The diameter of the nozzle hole is within a range of 0.08mm to 0.2mm, and the fuel injection pressure of the injector is within a range of 2200bar to 3000bar.
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