KR102634153B1 - Reactivity controlled compression ignition engine with piston bowl geometry for thermal efficiency improvement, engine system including same and method for controlling same - Google Patents

Reactivity controlled compression ignition engine with piston bowl geometry for thermal efficiency improvement, engine system including same and method for controlling same Download PDF

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Abstract

본 발명은 열효율 향상을 위한 피스톤 보울 형상을 가지는 반응성제어 압축착화 엔진, 이를 포함하는 엔진 시스템 및 이를 제어하는 방법에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명의 일 실시예에 따르면, 실린더; 및 상기 실린더 내에서 상하방향을 따라 왕복이동하는 피스톤을 포함하고, 상기 피스톤은, 상기 피스톤의 상면의 가장자리부인 상면가장자리부; 상기 피스톤의 상면의 중앙부인 상면중앙부; 및 상기 상면중앙부의 주변에 형성되도록 상기 상면가장자리부와 상기 상면중앙부 사이에 배치되는 상면주변부를 포함하는, 열효율 향상을 위한 피스톤 보울 형상을 가지는 반응성제어 압축착화 엔진이 제공될 수 있다.The present invention relates to a reactive control compression ignition engine having a piston bowl shape for improving thermal efficiency, an engine system including the same, and a method for controlling the same. Specifically, according to one embodiment of the present invention, a cylinder; and a piston that reciprocates in an upward and downward direction within the cylinder, wherein the piston includes: an upper surface edge portion that is an edge portion of an upper surface of the piston; A central portion of the upper surface of the piston; And a reactive control compression ignition engine having a piston bowl shape for improving thermal efficiency, including an upper surface peripheral portion disposed between the upper surface edge portion and the upper surface central portion to be formed around the upper surface central portion.

Description

열효율 향상을 위한 피스톤 보울 형상을 가지는 반응성제어 압축착화 엔진, 이를 포함하는 엔진 시스템 및 이를 제어하는 방법{REACTIVITY CONTROLLED COMPRESSION IGNITION ENGINE WITH PISTON BOWL GEOMETRY FOR THERMAL EFFICIENCY IMPROVEMENT, ENGINE SYSTEM INCLUDING SAME AND METHOD FOR CONTROLLING SAME}Reactive control compression ignition engine having a piston bowl shape for improving thermal efficiency, engine system including the same, and method for controlling the same

본 발명은 열효율 향상을 위한 피스톤 보울 형상을 가지는 반응성제어 압축착화 엔진, 이를 포함하는 엔진 시스템 및 이를 제어하는 방법에 대한 발명이다. The present invention relates to a reactive control compression ignition engine having a piston bowl shape for improving thermal efficiency, an engine system including the same, and a method for controlling the same.

최근 국민들의 자동차 이용률이 증가함에 따라, 자동차의 연비 향상과 환경오염을 일으키는 유해 물질을 줄이기 위한 연구가 다각도로 진행되고 있다. Recently, as the number of people using cars has increased, research is being conducted from various angles to improve the fuel efficiency of cars and reduce harmful substances that cause environmental pollution.

자동차 이용자들은 가솔린에 비해 연비가 높은 디젤이 사용되는 디젤 엔진에 대한 선호도가 높다. 그러나, 디젤 엔진을 구비한 자동차는, 운전되는 동안 미세먼지의 주요 원인이 되는 입자상물질(Particulate Matter, PM), 미연 탄화수소(unburned HC), 질소산화물(Nitrogen oxides, NOx) 등의 오염물질이 다량 배출되는 문제점이 있다. Car users have a strong preference for diesel engines, which use diesel, which has higher fuel efficiency than gasoline. However, vehicles equipped with diesel engines produce large amounts of pollutants such as particulate matter (PM), unburned HC, and nitrogen oxides (NOx), which are the main causes of fine dust, while being driven. There is a problem that arises.

최근에는 디젤 엔진에서 문제되고 있는 입자상물질과 질소산화물을 동시에 저감 가능하고, 연비도 증가시키기 위한 신연소기술에 대한 연구가 진행되고 있다. 이러한 신연소기술에는 일 예로, 반응성제어 압축착화 연소기술(Reactivity Controlled Compression Ignition, RCCI)이 있다.Recently, research is being conducted on new combustion technologies that can simultaneously reduce particulate matter and nitrogen oxides, which are problems in diesel engines, and increase fuel efficiency. One example of this new combustion technology is Reactivity Controlled Compression Ignition (RCCI).

반응성제어 압축착화 연소기술은 흡기행정 중 연소실내에 저반응성 연료(Low Reactivity Fuel, LRF)에 해당하는 천연가스를 공급하여 공기와 천연가스를 예혼합(Homogeneous)상태로 만든다. 그 이후, 압축행정 중 고반응성 연료(High Reactivity Fuel, HRF)인 디젤을 연소실에 적절한 시점에 직접 분사를 함으로써 디젤과 천연가스의 상반되는 반응성이 조합되어 적정 시점에 연소가 일어 나게끔 유도하는 연소기술이다. Reactivity-controlled compression ignition combustion technology supplies natural gas corresponding to low reactivity fuel (LRF) into the combustion chamber during the intake stroke, making air and natural gas in a homogeneous state. Afterwards, during the compression stroke, diesel, a high reactivity fuel (HRF), is directly injected into the combustion chamber at an appropriate time, thereby combining the opposing reactivity of diesel and natural gas to induce combustion at an appropriate time. It's technology.

종래의 반응성제어 압축착화 연소기술에는 기존 디젤 엔진에 구비되는 피스톤을 사용해왔다. 한편, 기존 디젤 엔진에 구비되는 피스톤은, 실린더 내부에 있는 연료를 골고루 연소시키지 못했다. 예를 들어, 실린더 내부의 상부 외곽의 스퀴시(squish)영역에 분포된 연료가 연소되지 못하였다. 이에 따라, 실린더 내부의 상부 외곽의 스퀴시영역에 존재하는 연소되지 못한 연료는 미연 탄화수소(unburned HC) 형태로 외부에 배출되는 문제점이 있다.Conventional reactivity-controlled compression ignition combustion technology has used pistons provided in existing diesel engines. Meanwhile, the piston provided in the existing diesel engine did not burn the fuel inside the cylinder evenly. For example, the fuel distributed in the squish area of the upper outer part of the cylinder failed to burn. Accordingly, there is a problem that unburned fuel existing in the squish area of the upper outer portion of the cylinder is discharged to the outside in the form of unburned hydrocarbon (unburned HC).

본 발명의 일 실시예는 상기와 같은 배경에 착안하여 발명된 것으로서, 실린더 내부에 있는 연료를 골고루 연소시킬 수 있는 엔진 시스템을 제공하고자 한다.One embodiment of the present invention was invented with the above background in mind, and aims to provide an engine system that can evenly burn the fuel inside the cylinder.

본 발명의 일 측면에 따르면, 실린더; 및 상기 실린더 내에서 상하방향을 따라 왕복이동하는 피스톤을 포함하고, 상기 피스톤은, 상기 피스톤의 상면의 가장자리부인 상면가장자리부; 상기 피스톤의 상면의 중앙부인 상면중앙부; 및 상기 상면중앙부의 주변에 형성되도록 상기 상면가장자리부와 상기 상면중앙부 사이에 배치되는 상면주변부를 포함하고, 상기 상면가장자리부 및 상기 상면중앙부는 요철 없이 평평하게 수평으로 연장되는 형상을 가지며, 상기 상면가장자리부는 상기 상면중앙부보다 상측에 배치되며, 상기 상면주변부는 소정의 곡률을 갖는 만곡된 형상을 가지며, 상기 곡률이 갖는 곡률중심은 상기 상면주변부보다 상측에 배치되고, 상기 상면중앙부의 반경은, 상기 상면가장자리부의 외측반경과 상기 상면중앙부의 반경의 차이보다 크고, 상기 실린더의 상부 및 상기 피스톤의 상면은, 제1 연료 및 제2 연료가 연소되는 연소공간을 제공하는, 열효율 향상을 위한 피스톤 보울 형상을 가지는 반응성제어 압축착화 엔진이 제공될 수 있다.According to one aspect of the invention, a cylinder; and a piston that reciprocates in an upward and downward direction within the cylinder, wherein the piston includes: an upper surface edge portion that is an edge portion of an upper surface of the piston; An upper center portion, which is the central portion of the upper surface of the piston; and an upper surface peripheral portion disposed between the upper surface edge portion and the upper surface central portion to be formed around the upper surface central portion, wherein the upper surface edge portion and the upper surface central portion have a shape that extends flat and horizontally without irregularities, and the upper surface The edge portion is disposed above the central portion of the upper surface, the peripheral portion of the upper surface has a curved shape with a predetermined curvature, the center of curvature of the curvature is disposed above the peripheral portion of the upper surface, and the radius of the central portion of the upper surface is: It is larger than the difference between the outer radius of the upper surface edge and the radius of the central part of the upper surface, and the upper surface of the cylinder and the upper surface of the piston are shaped like a piston bowl to improve thermal efficiency, providing a combustion space in which the first fuel and the second fuel are burned. A reactive controlled compression ignition engine having a can be provided.

또한, 상기 제1 연료는 천연가스 및 가솔린 중 하나 이상이며, 상기 제2 연료는 디젤인, 열효율 향상을 위한 피스톤 보울 형상을 가지는 반응성제어 압축착화 엔진이 제공될 수 있다.In addition, the first fuel is one or more of natural gas and gasoline, and the second fuel is diesel, and a reactive control compression ignition engine having a piston bowl shape to improve thermal efficiency may be provided.

또한, 상기 상면가장자리부의 반경방향의 폭은, 상기 피스톤이 상사점일 때 상기 실린더의 상단과 상기 상면가장자리부 사이의 이격거리보다 좁은, 열효율 향상을 위한 피스톤 보울 형상을 가지는 반응성제어 압축착화 엔진이 제공될 수 있다.In addition, the radial width of the upper surface edge is narrower than the separation distance between the top of the cylinder and the upper surface edge when the piston is at top dead center, and a reactive control compression ignition engine having a piston bowl shape to improve thermal efficiency is provided. It can be.

또한, 상기 상면중앙부의 반경은 33mm 이상 35mm 이하인, 열효율 향상을 위한 피스톤 보울 형상을 가지는 반응성제어 압축착화 엔진이 제공될 수 있다.In addition, a reactive control compression ignition engine having a piston bowl shape for improving thermal efficiency may be provided, wherein the radius of the upper center portion is 33 mm or more and 35 mm or less.

또한, 상기 상면주변부의 반경방향의 폭은 상기 상면가장자리부의 반경방향의 폭보다 큰, 열효율 향상을 위한 피스톤 보울 형상을 가지는 반응성제어 압축착화 엔진이 제공될 수 있다.In addition, a reactive control compression ignition engine having a piston bowl shape for improving thermal efficiency may be provided, in which the radial width of the upper surface peripheral portion is greater than the radial width of the upper surface edge portion.

또한, 상기 상면가장자리부의 반경방향의 폭은 3mm 이상 4mm 이하인, 열효율 향상을 위한 피스톤 보울 형상을 가지는 반응성제어 압축착화 엔진이 제공될 수 있다.In addition, a reactive control compression ignition engine having a piston bowl shape for improving thermal efficiency may be provided, wherein the radial width of the upper surface edge portion is 3 mm or more and 4 mm or less.

또한, 상기 피스톤이 상사점일 때 상기 실린더의 상단과 상기 상면가장자리부 사이의 이격거리는 3mm 이상 5mm 이하인, 열효율 향상을 위한 피스톤 보울 형상을 가지는 반응성제어 압축착화 엔진이 제공될 수 있다.In addition, a reactive control compression ignition engine having a piston bowl shape for improving thermal efficiency may be provided, where the separation distance between the top of the cylinder and the upper surface edge portion when the piston is at top dead center is 3 mm or more and 5 mm or less.

또한, 상기 상면주변부의 높이는, 상기 상면중앙부의 외측에서 상기 상면가장자리부의 내측으로 갈수록 점진적으로 높아지는, 열효율 향상을 위한 피스톤 보울 형상을 가지는 반응성제어 압축착화 엔진이 제공될 수 있다.In addition, a reactive control compression ignition engine having a piston bowl shape for improving thermal efficiency may be provided, in which the height of the upper surface peripheral portion gradually increases from the outside of the upper surface center portion to the inside of the upper surface edge portion.

또한, 상기 피스톤의 외주면 상측에는 소정의 링이 끼워질 수 있도록 원주방향을 따라 링그루브가 인입형성되고, 상기 링그루브와 상기 상면가장자리부 사이의 이격거리는, 상기 상면중앙부와 상기 상면가장자리부 사이의 이격거리보다 큰, 열효율 향상을 위한 피스톤 보울 형상을 가지는 반응성제어 압축착화 엔진이 제공될 수 있다.In addition, a ring groove is formed on the upper side of the outer circumferential surface of the piston along the circumferential direction so that a predetermined ring can be inserted, and the separation distance between the ring groove and the upper surface edge portion is between the upper center portion and the upper surface edge portion. A reactive control compression ignition engine having a piston bowl shape greater than the separation distance to improve thermal efficiency may be provided.

또한, 공기 및 상기 제1 연료를 상기 연소공간에 흡입시키는 흡입부; 및 상기 제1 연료를 상기 흡입부에 공급하는 제1 연료공급기, 및 상기 제2 연료를 상기 연소공간에 공급하는 제2 연료공급기를 포함하는 연료공급부를 더 포함하고, 상기 흡입부는, 상기 공기 및 상기 제1 연료가 유동하는 통로를 제공하는 흡입포트; 상기 흡입포트에서 유동하는 상기 공기 및 상기 제1 연료가 상기 연소공간에 선택적으로 흡입되도록 하는 흡입밸브를 포함하는, 열효율 향상을 위한 피스톤 보울 형상을 가지는 반응성제어 압축착화 엔진이 제공될 수 있다.Additionally, an intake unit for sucking air and the first fuel into the combustion space; and a fuel supply unit including a first fuel supplier for supplying the first fuel to the intake unit, and a second fuel supplier for supplying the second fuel to the combustion space, wherein the intake unit includes the air and an intake port providing a passage through which the first fuel flows; A reactive control compression ignition engine having a piston bowl shape for improving thermal efficiency and including an intake valve that allows the air and first fuel flowing in the intake port to be selectively sucked into the combustion space may be provided.

또한, 상기 피스톤이 상사점일 때, 상기 제2 연료공급기는 상기 상면중앙부의 가장자리측을 향해 상기 제2 연료를 분사하는, 열효율 향상을 위한 피스톤 보울 형상을 가지는 반응성제어 압축착화 엔진이 제공될 수 있다.In addition, when the piston is at top dead center, the second fuel supply injects the second fuel toward the edge of the upper center portion, and a reactive control compression ignition engine having a piston bowl shape to improve thermal efficiency may be provided. .

또한, 엔진; 및 상기 엔진을 제어하는 제어기를 포함하고, 상기 엔진은, 상기 연소공간에 공기 및 상기 제1 연료를 흡입시키는 흡입부; 및 상기 제1 연료를 상기 흡입부에 공급하는 제1 연료공급기, 및 제2 연료를 상기 연소공간에 공급하는 제2 연료공급기를 포함하는 연료공급부를 더 포함하고, 상기 제어기는, 상기 피스톤이 상사점에서 하사점으로 이동하는 흡입시간 내에 상기 연소공간에 상기 공기 및 상기 제1 연료가 흡입되도록 상기 흡입부를 제어하고, 상기 피스톤이 하사점에서 상사점으로 이동하는 압축시간 내에 상기 연소공간에 상기 제2 연료가 공급되도록 상기 연료공급부를 제어하는, 열효율 향상을 위한 피스톤 보울 형상을 가지는 반응성제어 압축착화 엔진 시스템이 제공될 수 있다.Also, the engine; and a controller for controlling the engine, wherein the engine includes: an intake unit for sucking air and the first fuel into the combustion space; and a fuel supply unit including a first fuel supplier for supplying the first fuel to the intake part and a second fuel supplier for supplying the second fuel to the combustion space, wherein the controller is configured to The intake unit is controlled so that the air and the first fuel are sucked into the combustion space within the intake time during which the piston moves from the bottom dead center to the bottom dead center, and the first fuel is sucked into the combustion space within the compression time when the piston moves from the bottom dead center to the top dead center. 2. A reactive control compression ignition engine system having a piston bowl shape for improving thermal efficiency, which controls the fuel supply unit to supply fuel, may be provided.

또한, 상하방향을 따라 왕복이동하는 피스톤이 실린더 내에서 상사점에서 하사점으로 이동하는 흡입단계; 상기 피스톤이 상기 실린더 내에서 하사점에서 상사점으로 이동하는 압축단계; 및 상기 실린더의 상부 및 상기 피스톤의 상면에 의해 제공되며 제1 연료 및 제2 연료가 연소되기 위한 연소공간에, 공기 및 상기 제1 연료를 흡입시키는 흡입부; 및 상기 연소공간에서 제1 연료 및 제2 연료가 연소되는 연소단계를 포함하고, 상기 흡입단계가 수행되는 동안 상기 연소공간에 공기 및 상기 제1 연료가 흡입되고, 상기 압축단계가 수행되는 동안 상기 연소공간에 상기 제2 연료가 공급되고, 상기 피스톤은, 상기 피스톤의 상면의 가장자리부인 상면가장자리부; 상기 피스톤의 상면의 중앙부인 상면중앙부; 및 상기 상면중앙부의 주변에 형성되도록 상기 상면가장자리부와 상기 상면중앙부 사이에 배치되는 상면주변부를 포함하고, 상기 상면가장자리부 및 상기 상면중앙부는 요철 없이 평평하게 수평으로 연장되는 형상을 가지며, 상기 상면가장자리부는 상기 상면중앙부보다 상측에 배치되며, 상기 상면주변부는 소정의 곡률을 갖는 만곡된 형상을 가지며, 상기 곡률이 갖는 곡률중심은 상기 상면주변부보다 상측에 배치되고, 상기 상면중앙부의 반경은, 상기 상면가장자리부의 외측반경과 상기 상면중앙부의 반경의 차이보다 크고, 상기 실린더의 상부 및 상기 피스톤의 상면은, 제1 연료 및 제2 연료가 연소되는 연소공간을 제공하는, 열효율 향상을 위한 피스톤 보울 형상을 가지는 반응성제어 압축착화 엔진 제어 방법이 제공될 수 있다.In addition, a suction step in which the piston, which reciprocates in the vertical direction, moves from top dead center to bottom dead center within the cylinder; A compression step in which the piston moves from bottom dead center to top dead center within the cylinder; and an intake portion provided by the upper surface of the cylinder and the upper surface of the piston and sucking air and the first fuel into a combustion space for burning the first fuel and the second fuel. and a combustion step in which the first fuel and the second fuel are burned in the combustion space, wherein air and the first fuel are sucked into the combustion space while the suction step is performed, and while the compression step is performed, the The second fuel is supplied to the combustion space, and the piston includes an upper surface edge portion that is an edge portion of the upper surface of the piston; A central portion of the upper surface of the piston; and an upper surface peripheral portion disposed between the upper surface edge portion and the upper surface central portion to be formed around the upper surface central portion, wherein the upper surface edge portion and the upper surface central portion have a shape that extends flat and horizontally without irregularities, and the upper surface The edge portion is disposed above the central portion of the upper surface, the peripheral portion of the upper surface has a curved shape with a predetermined curvature, the center of curvature of the curvature is disposed higher than the peripheral portion of the upper surface, and the radius of the central portion of the upper surface is: It is larger than the difference between the outer radius of the upper surface edge and the radius of the central part of the upper surface, and the upper surface of the cylinder and the upper surface of the piston are shaped like a piston bowl to improve thermal efficiency, providing a combustion space in which the first fuel and the second fuel are burned. A reactive control compression ignition engine control method having a can be provided.

본 발명의 일 실시예에 따른 열효율 향상을 위한 피스톤 보울 형상을 가지는 반응성제어 압축착화 엔진 시스템은, 실린더 내부에 있는 연료를 골고루 연소시켜 미연 탄화수소가 외부로 배출되는 것을 방지하는 효과가 있다.The reactive control compression ignition engine system having a piston bowl shape for improving thermal efficiency according to an embodiment of the present invention has the effect of preventing unburned hydrocarbons from being discharged to the outside by evenly burning the fuel inside the cylinder.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열효율 향상을 위한 피스톤 보울 형상을 가지는 반응성제어 압축착화 엔진 시스템의 연소공간에 공기 및 제1 연료가 흡입되는 것을 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1의 연소공간에 제2 연료가 공급되는 것을 나타낸 단면도이다.
도 3은 피스톤의 사시도이다.
도 4는 도 3의 A-A'를 따라 절단한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 열효율 향상을 위한 피스톤 보울 형상을 가지는 반응성제어 압축착화 엔진을 제어하는 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.Figure 1 is a cross-sectional view showing air and first fuel being sucked into the combustion space of a reactive control compression ignition engine system having a piston bowl shape for improving thermal efficiency according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the second fuel being supplied to the combustion space of FIG. 1.
Figure 3 is a perspective view of the piston.
Figure 4 is a cross-sectional view taken along line A-A' of Figure 3.
Figure 5 is a flowchart schematically showing a method of controlling a reactive control compression ignition engine having a piston bowl shape to improve thermal efficiency according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다. Hereinafter, specific embodiments for implementing the technical idea of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

아울러 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. In addition, when describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.

또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결', '유동', '공급'된다고 언급된 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 유동, 공급될 수도 있지만 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In addition, when a component is mentioned as being 'connected', 'flowing', or 'supplied' to another component, it is understood that it may be directly connected, flowing, or supplied to the other component, but that other components may exist in between. It should be.

본 명세서에서 사용된 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도로 사용된 것은 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.The terms used in this specification are merely used to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.

또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Additionally, terms including ordinal numbers, such as first, second, etc., may be used to describe various components, but the components are not limited by these terms. These terms are used only to distinguish one component from another.

명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.As used in the specification, the meaning of "comprising" is to specify a specific characteristic, area, integer, step, operation, element and/or component, and to specify another specific property, area, integer, step, operation, element, component and/or group. It does not exclude the existence or addition of .

또한, 본 명세서에서 상부, 하부, 상면 등의 표현은 도면에 도시를 기준으로 설명한 것이며 해당 대상의 방향이 변경되면 다르게 표현될 수 있음을 미리 밝혀둔다. In addition, it should be noted in advance that in this specification, expressions such as upper part, lower part, upper surface, etc. are explained based on the drawings and may be expressed differently if the direction of the object is changed.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 열효율 향상을 위한 피스톤 보울 형상을 가지는 반응성제어 압축착화 엔진 시스템(1)의 구체적인 구성에 대하여 설명한다.Hereinafter, the specific configuration of the reactive control compression ignition engine system 1 having a piston bowl shape for improving thermal efficiency according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

이하, 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 열효율 향상을 위한 피스톤 보울 형상을 가지는 반응성제어 압축착화 엔진 시스템(1)은 반응성이 서로 다른 이종연료(dual-fuel)를 연소시킬 수 있다. 또한, 열효율 향상을 위한 피스톤 보울 형상을 가지는 반응성제어 압축착화 엔진 시스템(1)은 그 내부에 잔여연료가 남지 않도록, 내부에 공급된 이종연료를 모두 연소시킬 수 있다. 이러한 열효율 향상을 위한 피스톤 보울 형상을 가지는 반응성제어 압축착화 엔진 시스템(1)은 연료저장부(10), 열효율 향상을 위한 피스톤 보울 형상을 가지는 반응성제어 압축착화 엔진(20, 이하 '엔진'으로 명명한다.), 및 제어기(30)를 포함할 수 있다.Hereinafter, referring to FIGS. 1 and 2, the reactivity control compression ignition engine system 1 having a piston bowl shape for improving thermal efficiency according to an embodiment of the present invention uses dual-fuel with different reactivity. It can burn. In addition, the reactivity control compression ignition engine system 1, which has a piston bowl shape to improve thermal efficiency, can burn all of the heterogeneous fuel supplied therein so that no residual fuel remains inside. The reactive control compression ignition engine system 1, which has a piston bowl shape for improving thermal efficiency, includes a fuel storage unit 10, and a reactive control compression ignition engine 20, which has a piston bowl shape for improving thermal efficiency, hereinafter referred to as 'engine'. ), and a controller 30.

연료저장부(10)는 엔진(20)에 공급될 제1 연료(F1)와 제2 연료(F2)를 저장할 수 있다. 이러한 연료저장부(10)는 제1 연료(F1)를 저장하는 제1 연료탱크(11)와 제2 연료(F2)를 저장하는 제2 연료탱크(12)를 포함할 수 있다. The fuel storage unit 10 can store the first fuel (F1) and the second fuel (F2) to be supplied to the engine 20. This fuel storage unit 10 may include a first fuel tank 11 storing first fuel F1 and a second fuel tank 12 storing second fuel F2.

엔진(20)은 제1 연료(F1) 및 제1 연료(F1)와 상이한 연료인 제2 연료(F2)를 함께 연소시켜 후술할 피스톤(100)을 상하방향을 따라 이동시킬 수 있다. 제1 연료(F1)는 제2 연료(F2)보다 상대적으로 반응성이 낮은 옥탄가(octane number)가 높은 연료일 수 있다. 이러한 제1 연료(F1)는 천연가스 및 가솔린 중 하나 이상일 수 있다. 또한, 제2 연료(F2)는 제1 연료(F1)보다 상대적으로 반응성이 높은 연료일 수 있다. 이러한 제2 연료(F2)는 일 예로, 디젤일 수 있다.The engine 20 may burn the first fuel F1 and the second fuel F2, which is a different fuel from the first fuel F1, to move the piston 100, which will be described later, in the vertical direction. The first fuel (F1) may be a fuel with a high octane number and relatively lower reactivity than the second fuel (F2). This first fuel (F1) may be one or more of natural gas and gasoline. Additionally, the second fuel (F2) may be a fuel with relatively higher reactivity than the first fuel (F1). For example, this second fuel (F2) may be diesel.

이러한 엔진(20)은 피스톤(100), 실린더부(200), 연료공급부(300), 흡입부(400), 배기부(500) 및 크랭크(600)를 포함할 수 있다.This engine 20 may include a piston 100, a cylinder unit 200, a fuel supply unit 300, an intake unit 400, an exhaust unit 500, and a crank 600.

도 3 및 도 4를 더 참조하면, 피스톤(100)은 그 상면에 가해지는 압력변화에 따라 상하방향을 따라 이동할 수 있다. 예를 들어, 피스톤(100)의 상면에 가해지는 압력이 증가하면, 피스톤(100)은 하방을 향해 이동할 수 있다. 반대로, 피스톤(100)의 상면에 가해지는 압력이 감소하면 피스톤(100)은 상방을 향해 이동할 수 있다. 이러한 피스톤(100)의 외주면은 실린더부(200)로 둘러싸일 수 있다. 피스톤(100)은 상면가장자리부(110), 상면중앙부(120) 및 상면주변부(130)를 포함할 수 있다. 또한, 피스톤(100)에는 링그루브(140)가 형성될 수 있다.Referring further to FIGS. 3 and 4, the piston 100 may move in the vertical direction according to changes in pressure applied to its upper surface. For example, when the pressure applied to the upper surface of the piston 100 increases, the piston 100 may move downward. Conversely, when the pressure applied to the upper surface of the piston 100 decreases, the piston 100 can move upward. The outer peripheral surface of the piston 100 may be surrounded by a cylinder portion 200. The piston 100 may include an upper edge portion 110, an upper central portion 120, and an upper peripheral portion 130. Additionally, a ring groove 140 may be formed in the piston 100.

상면가장자리부(110)는 피스톤(100)의 상면의 가장자리부를 의미한다. 이러한 상면가장자리부(110)는 수평할 수 있다. 다시 말해, 상면가장자리부(110)는 지면과 평행할 수 있다. 또한, 상면가장자리부(110)는 상면중앙부(120)와 평행할 수 있다. 이러한 상면가장자리부(110)는 상면중앙부(120)보다 상측에 배치될 수 있다. The upper surface edge portion 110 refers to the upper edge portion of the piston 100. This upper edge portion 110 may be horizontal. In other words, the top edge portion 110 may be parallel to the ground. Additionally, the upper surface edge portion 110 may be parallel to the upper central portion 120. This upper surface edge portion 110 may be disposed above the upper center portion 120.

또한, 상면가장자리부(110)의 반경방향의 폭(L3)은 피스톤(100)이 상사점일 때 실린더(220)의 상단과 상면가장자리부(110) 사이의 이격거리보다 좁을 수 있다. 이러한 상면가장자리부(110)의 반경방향의 폭(L3)은 상면가장자리부(110)의 외측반경과 내측반경 사이의 이격거리로 정의된다. 이러한 상면가장자리부(110)의 반경방향의 폭(L3)은 3mm 이상 4mm 이하일 수 있다. 또한, 피스톤(100)이 상사점일 때 후술할 실린더(220)의 상단과 상면가장자리부(110) 사이의 이격거리는 3mm 이상 5mm 이하일 수 있다. 또한, 상면가장자리부(110)는 요철 없이 평평한 형상을 가질 수 있다. 다시 말해, 상면가장자리부(110)는 노치없이 연속적이고 부드러운 면 형상일 수 있다.Additionally, the radial width L3 of the upper edge portion 110 may be narrower than the separation distance between the top of the cylinder 220 and the upper edge portion 110 when the piston 100 is at top dead center. The radial width L3 of the upper edge portion 110 is defined as the separation distance between the outer radius and the inner radius of the upper edge portion 110. The radial width L3 of the upper edge portion 110 may be 3 mm or more and 4 mm or less. Additionally, when the piston 100 is at top dead center, the separation distance between the upper end of the cylinder 220, which will be described later, and the upper surface edge portion 110 may be 3 mm or more and 5 mm or less. Additionally, the upper edge portion 110 may have a flat shape without irregularities. In other words, the upper edge portion 110 may have a continuous and smooth surface shape without notches.

상면중앙부(120)는 피스톤(100)의 상면의 중앙부를 의미한다. 이러한 상면중앙부(120)는 수평할 수 있다. 다시 말해, 상면중앙부(120)는 지면과 평행할 수 있다. 또한, 상면중앙부(120)의 반경(L1)은 상면가장자리부(110)의 반경방향의 폭(L3)보다 클 수 있다. 이러한 상면중앙부(120)의 반경(L1)은 33mm 이상 35mm 이하일 수 있다. 또한, 상면중앙부(120)는 요철 없이 평평한 형상을 가질 수 있다. 다시 말해, 상면중앙부(120)는 노치없이 연속적이고 부드러운 면 형상일 수 있다.The upper center portion 120 refers to the central portion of the upper surface of the piston 100. This upper center portion 120 may be horizontal. In other words, the upper center portion 120 may be parallel to the ground. Additionally, the radius L1 of the upper center portion 120 may be larger than the radial width L3 of the upper surface edge portion 110. The radius L1 of the upper center portion 120 may be 33 mm or more and 35 mm or less. Additionally, the upper center portion 120 may have a flat shape without irregularities. In other words, the upper center portion 120 may have a continuous and smooth surface shape without notches.

상면주변부(130)는 상면중앙부(120)와 상면가장자리부(110) 사이의 주변부를 의미한다. 이러한 상면주변부(130)는 상면가장자리부(110)와 상면중앙부(120) 사이에 배치될 수 있다. 이러한 상면주변부(130)의 높이는 상면중앙부(120)의 외측에서 상면가장자리부(110)의 내측으로 갈수록 점진적으로 높아질 수 있다. 다시 말해, 상면주변부(130)의 높이는 상면주변부(130)의 내측 가장자리에서 외측 가장자리로 갈수록 높아질 수 있다. 이러한 높이는 지면으로부터 상하방향을 따라 이격된 거리를 의미한다. The upper surface peripheral portion 130 refers to the peripheral portion between the upper surface central portion 120 and the upper surface edge portion 110. This upper surface peripheral portion 130 may be disposed between the upper surface edge portion 110 and the upper central portion 120. The height of the upper surface peripheral portion 130 may gradually increase from the outside of the upper center portion 120 to the inside of the upper surface edge portion 110. In other words, the height of the upper surface peripheral portion 130 may increase from the inner edge to the outer edge of the upper peripheral portion 130. This height refers to the distance from the ground along the vertical direction.

또한, 상면주변부(130)의 반경방향의 폭(L2)은 상면가장자리부(110)의 반경방향의 폭(L3)보다 클 수 있다. 이러한 상면주변부(130)의 반경방향의 폭(L2)은 상면주변부(130)의 외측반경과 내측반경 사이의 이격거리로 정의된다. 또한, 상면중앙부(120)의 반경(L1)은 상면주변부(130)의 반경방향의 폭(L2)과 상면가장자리부(110)의 반경방향의 폭의 합(L2+L3)보다 클 수 있다. Additionally, the radial width L2 of the upper surface peripheral portion 130 may be larger than the radial width L3 of the upper surface edge portion 110. The radial width L2 of the upper peripheral portion 130 is defined as the separation distance between the outer radius and the inner radius of the upper peripheral portion 130. Additionally, the radius (L1) of the upper surface center portion 120 may be greater than the sum (L2+L3) of the radial width (L2) of the upper surface peripheral portion 130 and the radial width of the upper surface edge portion 110.

이러한 상면주변부(130)는 소정의 곡률을 갖는 만곡된 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 소정의 곡률이 갖는 곡률중심은 상면주변부(130)보다 상측에 배치될 수 있다. 더 자세한 예로, 곡률중심은 피스톤(100)보다 상측에 배치될 수 있다.This upper surface peripheral portion 130 may have a curved shape with a predetermined curvature. For example, the center of curvature of a predetermined curvature may be disposed above the upper surface peripheral portion 130. As a more detailed example, the center of curvature may be disposed above the piston 100.

링그루브(140)는 소정의 링이 끼워질 수 있는 홈을 제공할 수 있다. 예를 들어, 소정의 링은 연소공간(210)에 유동하는 유체가 빠져나가지 않도록 하여 피스톤(100)의 압력을 유지하는 압력 링일 수 있다(pressure ring). 이러한 링그루브(140)는 피스톤(100)의 외주면 상측에 원주방향을 따라 인입형성될 수 있다. The ring groove 140 may provide a groove into which a predetermined ring can be inserted. For example, the predetermined ring may be a pressure ring that maintains the pressure of the piston 100 by preventing the fluid flowing in the combustion space 210 from escaping. This ring groove 140 may be formed along the circumferential direction on the upper side of the outer circumferential surface of the piston 100.

링그루브(140)와 상면중앙부(120) 사이의 이격거리인 제2 이격거리(h2)는, 상면중앙부(120)와 상면가장자리부(110) 사이의 이격거리인 제1 이격거리(h1)보다 클 수 있다. 또한, 이러한 링그루브(140)와 상면가장자리부(110) 사이의 이격거리(h3)는, 상면중앙부(120)와 상면가장자리부(110) 사이의 이격거리(h1)보다 클 수 있다.The second separation distance (h2), which is the separation distance between the ring groove 140 and the upper center portion 120, is greater than the first separation distance (h1), which is the separation distance between the upper center portion 120 and the upper surface edge portion 110. It can be big. In addition, the separation distance (h3) between the ring groove 140 and the upper surface edge portion 110 may be greater than the separation distance (h1) between the upper center portion 120 and the upper surface edge portion 110.

실린더부(200)는 피스톤(100)이 상하방향을 따라 이동하는 경로를 제공할 수 있다. 이러한 실린더부(200)에는 연소공간(210)이 형성될 수 있다. 또한, 실린더부(200)는 실린더(220) 및 실린더헤드(230)를 포함할 수 있다.The cylinder unit 200 may provide a path along which the piston 100 moves in the vertical direction. A combustion space 210 may be formed in this cylinder unit 200. Additionally, the cylinder unit 200 may include a cylinder 220 and a cylinder head 230.

연소공간(210)에서는 제1 연료(F1) 및 제2 연료(F2)가 연소될 수 있다. 다시 말해, 연소공간(210)에서는 제1 연료(F1) 및 제2 연료(F2)가 공기(a)와 함께 연소되어 폭발이 일어날 수 있다. 이러한 연소공간(210)에서는 피스톤(100)이 상사점(top dead point)에 도달한 순간 폭발이 일어날 수 있다. 상사점은 피스톤(100)의 상단의 높이가 최대인 지점을 의미한다. 또한, 하사점(bottom dead point)은 피스톤(100)의 하단의 높이가 최소인 지점을 의미한다. 이러한 연소공간(210)은 적어도 일부가 피스톤(100)의 상면으로 둘러싸인 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 피스톤(100)의 상면은 연소공간(210)의 하면을 정의할 수 있다. 또한, 연소공간(210)은 그 가장자리가 실린더(220)로 둘러싸인 형상일 수 있다. 또한, 연소공간(210)의 상측은 적어도 일부가 실린더헤드(230)로 둘러싸일 수 있다. 예를 들어, 연소공간(210)의 상측은 실린더헤드(230)와 후술할 흡입밸브(420) 및 배기밸브(520)로 둘러싸일 수 있다.The first fuel (F1) and the second fuel (F2) may be burned in the combustion space 210. In other words, in the combustion space 210, the first fuel (F1) and the second fuel (F2) are burned together with the air (a) and an explosion may occur. In this combustion space 210, an explosion may occur the moment the piston 100 reaches top dead point. Top dead center refers to the point where the height of the top of the piston 100 is maximum. Additionally, the bottom dead point refers to the point where the height of the bottom of the piston 100 is minimum. This combustion space 210 may have a shape that is at least partially surrounded by the upper surface of the piston 100. For example, the upper surface of the piston 100 may define the lower surface of the combustion space 210. Additionally, the combustion space 210 may have a shape whose edges are surrounded by the cylinder 220. Additionally, at least a portion of the upper side of the combustion space 210 may be surrounded by the cylinder head 230. For example, the upper side of the combustion space 210 may be surrounded by a cylinder head 230 and an intake valve 420 and an exhaust valve 520, which will be described later.

실린더(220)는 피스톤(100)이 상하방향을 따라 왕복이동하는 동안 수평방향을 따라 이동하지 않도록 피스톤(100)을 구속할 수 있다. 이러한 실린더(220)의 상단은 실린더헤드(230)의 하면과 연결될 수 있다. 피스톤(100)이 상사점일 때, 실린더(220)의 상단과 상면가장자리부(110) 사이에는 스퀴시 공간(squish area)이 형성될 수 있다. 이러한 스퀴시 공간의 높이인 실린더(220)의 상단과 상면가장자리부(110) 사이의 이격거리는 3mm 이상 5mm 이하일 수 있다.The cylinder 220 may restrain the piston 100 from moving in the horizontal direction while the piston 100 reciprocates in the vertical direction. The top of the cylinder 220 may be connected to the bottom of the cylinder head 230. When the piston 100 is at top dead center, a squish area may be formed between the top of the cylinder 220 and the upper edge portion 110. The separation distance between the top of the cylinder 220, which is the height of the squish space, and the upper surface edge portion 110 may be 3 mm or more and 5 mm or less.

실린더헤드(230)는 그 내부에 연료공급부(300), 흡입부(400) 및 배기부(500)가 배치될 수 있다. The cylinder head 230 may have a fuel supply unit 300, an intake unit 400, and an exhaust unit 500 disposed therein.

연료공급부(300)는 제1 연료공급기(310) 및 제2 연료공급기(320)를 포함할 수 있다.The fuel supply unit 300 may include a first fuel supplier 310 and a second fuel supplier 320.

제1 연료공급기(310)는 제1 연료(F1)를 흡입부(400)에 공급할 수 있다. 제1 연료(F1)는 공기(a)와 함께 흡입부(400)에 공급될 수 있다. 제1 연료공급기(310)는 제어기(30)에 의해 제어될 수 있다.The first fuel supplier 310 may supply the first fuel (F1) to the intake unit 400. The first fuel F1 may be supplied to the intake unit 400 together with the air (a). The first fuel supply 310 may be controlled by the controller 30.

제2 연료공급기(320)는 제2 연료(F2)를 연소공간(210)에 공급할 수 있다. 또한, 제2 연료공급기(320)는 상면중앙부(120)의 중심으로부터 직상방으로 소정거리 이격될 수 있다. 이러한 제2 연료공급기(320)는 제2 연료(F2)를 방사형으로 연소공간(210)에 분사할 수 있다. 이러한 제2 연료공급기(320)는 피스톤(100)이 상사점일 때, 상면중앙부(120)의 가장자리측을 향해 제2 연료(F2)를 분사할 수 있다. The second fuel supplier 320 may supply the second fuel (F2) to the combustion space 210. Additionally, the second fuel supplier 320 may be spaced a predetermined distance directly upward from the center of the upper center portion 120. This second fuel supplier 320 can inject the second fuel F2 radially into the combustion space 210. This second fuel supplier 320 can inject the second fuel F2 toward the edge of the upper center portion 120 when the piston 100 is at top dead center.

흡입부(400)는 공기(a) 및 제1 연료(F1)를 연소공간(210)에 흡입시킬 수 있다. 이러한 흡입부(400)는 흡입포트(410) 및 흡입밸브(420)를 포함할 수 있다.The suction unit 400 can suck air (a) and first fuel (F1) into the combustion space (210). This suction unit 400 may include a suction port 410 and a suction valve 420.

흡입포트(410)는 공기(a) 및 제1 연료(F1)가 유동하는 통로를 제공할 수 있다. 또한, 흡입포트(410)에서는 공기(a) 및 제1 연료(F1)가 혼합될 수 있다. 또한, 흡입포트(410)는 연소공간(210)과 선택적으로 연통될 수 있다. 예를 들어, 흡입포트(410)는 흡입밸브(420)가 개방되면 연소공간(210)과 연통될 수 있고, 흡입밸브(420)가 폐쇄되면 연소공간(210)과 구획될 수 있다.The intake port 410 may provide a passage through which air (a) and first fuel (F1) flow. Additionally, air (a) and first fuel (F1) may be mixed in the intake port 410. Additionally, the suction port 410 may be selectively communicated with the combustion space 210. For example, the intake port 410 may communicate with the combustion space 210 when the intake valve 420 is opened, and may be separated from the combustion space 210 when the intake valve 420 is closed.

흡입밸브(420)는 흡입포트(410)에서 유동하는 공기(a) 및 제1 연료(F1)가 연소공간(210)에 선택적으로 흡입되도록 할 수 있다. 이러한 흡입밸브(420)는 제어기(30)에 의해 제어될 수 있다. The intake valve 420 can selectively allow air (a) and first fuel (F1) flowing in the intake port 410 to be sucked into the combustion space 210. This suction valve 420 can be controlled by the controller 30.

배기부(500)는 연소공간(210)에서 제1 연료(F1) 및 제2 연료(F2)가 연소되어 생긴 가스를 배출시킬 수 있다. 이러한 배기부(500)는 배기포트(510) 및 배기밸브(520)를 포함할 수 있다.The exhaust unit 500 may discharge gas generated by combustion of the first fuel F1 and the second fuel F2 in the combustion space 210. This exhaust unit 500 may include an exhaust port 510 and an exhaust valve 520.

배기포트(510)는 제1 연료(F1) 및 제2 연료(F2)가 연소되어 생긴 가스가 유동하기 위한 통로를 제공할 수 있다. The exhaust port 510 may provide a passage for gas generated by combustion of the first fuel F1 and the second fuel F2 to flow.

배기밸브(520)는 연소공간(210)에 유동하는 가스가 선택적으로 배출되도록 할 수 있다. 이러한 배기밸브(520)는 제어기(30)에 의해 제어될 수 있다.The exhaust valve 520 can selectively discharge gas flowing in the combustion space 210. This exhaust valve 520 can be controlled by the controller 30.

크랭크(600)는 왕복운동을 회전운동으로 전환할 수 있다. 이러한 크랭크(600)는 피스톤(100)이 상하방향을 따라 왕복이동하면 크랭크(600)에 구비된 축이 회전되도록 피스톤(100)에 연결될 수 있다The crank 600 can convert reciprocating motion into rotational motion. This crank 600 may be connected to the piston 100 so that the shaft provided on the crank 600 rotates when the piston 100 reciprocates in the vertical direction.

도 1 및 도 2를 다시 참조하면, 제어기(30)는 피스톤(100)이 상사점에서 하사점으로 이동하는 흡입시간 내에 연소공간(210)에 공기(a) 및 제1 연료(F1)가 흡입되도록 흡입밸브(420)를 제어할 수 있다. Referring again to FIGS. 1 and 2, the controller 30 inhales air (a) and first fuel (F1) into the combustion space 210 within the intake time during which the piston 100 moves from top dead center to bottom dead center. The suction valve 420 can be controlled as much as possible.

또한, 제어기(30)는 흡입시간이 경과한 후, 피스톤(100)이 하사점에서 상사점으로 이동하는 압축시간 내에 연소공간(210)에 제2 연료(F2)가 흡입되도록 제2 연료공급기를 제어할 수 있다. 압축시간이 경과하면 연소공간(210)에서 제1 연료(F1) 및 제2 연료(F2)가 연소될 수 있다.In addition, after the intake time has elapsed, the controller 30 operates the second fuel supply so that the second fuel (F2) is sucked into the combustion space 210 within the compression time during which the piston 100 moves from bottom dead center to top dead center. You can control it. When the compression time elapses, the first fuel (F1) and the second fuel (F2) may be burned in the combustion space 210.

또한, 제어기(30)는 압축시간이 경과한 후, 피스톤(100)이 상사점에서 다시 상사점으로 왕복이동하는 배기시간 동안 연소공간(210) 내에 있는 유체가 배기되도록 배기밸브(520)를 제어할 수 있다.In addition, the controller 30 controls the exhaust valve 520 so that the fluid in the combustion space 210 is exhausted during the exhaust time during which the piston 100 reciprocates from top dead center to top dead center after the compression time has elapsed. can do.

이러한 제어기(30)는 마이크로프로세서를 포함하는 연산 장치에 의해 구현될 수 있으며,　그 구현 방식은 당업자에게 자명한 사항이므로 더 이상의 자세한 설명을 생략한다.This controller 30 may be implemented by an arithmetic device including a microprocessor, and since the implementation method is obvious to those skilled in the art, further detailed description will be omitted.

이하에서는 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 열효율 향상을 위한 피스톤 보울 형상을 가지는 반응성제어 압축착화 엔진 제어방법(S10)에 대하여 설명한다.Hereinafter, with reference to FIG. 5, a reactive control compression ignition engine control method (S10) having a piston bowl shape for improving thermal efficiency according to an embodiment of the present invention will be described.

열효율 향상을 위한 피스톤 보울 형상을 가지는 반응성제어 압축착화 엔진 제어방법(S10)에서는 연소공간(210)에서 이종의 연료가 연소되어 피스톤(100)이 상하방향을 따라 이동될 수 있다. 이러한 열효율 향상을 위한 피스톤 보울 형상을 가지는 반응성제어 압축착화 엔진 제어방법(S10)은 흡입단계(S100), 압축단계(S200), 연소단계(S300) 및 배기단계(S400)를 포함할 수 있다.In the reactive control compression ignition engine control method (S10) having a piston bowl shape to improve thermal efficiency, different types of fuel are burned in the combustion space 210 and the piston 100 can be moved in the vertical direction. The reactive control compression ignition engine control method (S10) having a piston bowl shape for improving thermal efficiency may include an intake step (S100), a compression step (S200), a combustion step (S300), and an exhaust step (S400).

흡입단계(S100)에서는 피스톤(100)이 상사점에서 하사점으로 이동될 수 있다. 이러한 흡입단계(S100)가 수행되는 동안 연소공간(210)에 공기(a) 및 제1 연료(F1)가 흡입될 수 있다.In the suction stage (S100), the piston 100 may be moved from top dead center to bottom dead center. While this suction step (S100) is performed, air (a) and first fuel (F1) may be sucked into the combustion space 210.

압축단계(S200)에서는 피스톤(100)이 하사점에서 상사점으로 이동될 수 있다. 이러한 압축단계(S200)가 수행되는 동안 연소공간(210)에 제2 연료(F2)가 공급될 수 있다. 이러한 압축단계(S200)는 흡입단계(S100) 이후에 수행될 수 있다.In the compression step (S200), the piston 100 may be moved from bottom dead center to top dead center. While this compression step (S200) is performed, the second fuel (F2) may be supplied to the combustion space (210). This compression step (S200) may be performed after the suction step (S100).

연소단계(S300)에서는 연소공간(210)에서 제1 연료(F1) 및 제2 연료(F2)가 연소될 수 있다. 이러한 연소단계(S300)는 압축단계(S200) 이후에 수행될 수 있다.In the combustion step (S300), the first fuel (F1) and the second fuel (F2) may be burned in the combustion space 210. This combustion step (S300) may be performed after the compression step (S200).

배기단계(S400)에서는 연소단계(S300)에서 발생한 연소공간(210)내의 가스가 배기될 수 있다. 이러한 배기단계(S400)는 연소단계(S300) 이후에 수행될 수 있다.In the exhaust step (S400), the gas in the combustion space 210 generated in the combustion step (S300) can be exhausted. This exhaust step (S400) may be performed after the combustion step (S300).

또한, 배기단계(S400) 이후에 다시 흡입단계(S100)가 수행될 수 있다. 다시 말해, 흡입단계(S100), 압축단계(S200), 연소단계(S300) 및 배기단계(S400)는 순차적으로 반복 수행될 수 있다.Additionally, the suction step (S100) may be performed again after the exhaust step (S400). In other words, the suction step (S100), compression step (S200), combustion step (S300), and exhaust step (S400) may be sequentially and repeatedly performed.

이상 본 발명의 실시예를 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기술적 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.Although embodiments of the present invention have been described above as specific embodiments, this is merely an example, and the present invention is not limited thereto, and should be construed as having the widest scope following the technical idea disclosed in this specification. A person skilled in the art may implement a pattern of a shape not specified by combining/substituting the disclosed embodiments, but this also does not depart from the scope of the present invention. In addition, a person skilled in the art can easily change or modify the embodiments disclosed based on the present specification, and it is clear that such changes or modifications also fall within the scope of the present invention.

1: 엔진 시스템
10: 연료저장부
20: 엔진
30: 제어기 100: 피스톤
110: 상면가장자리부 120: 상면중앙부
130: 상면주변부 140: 링그루브
200: 실린더부 210: 연소공간
220: 실린더 230: 실린더헤드
300: 연료공급부 310: 제1 연료공급기
320: 제2 연료공급기 400: 흡입부
410: 흡입포트 420: 흡입밸브
500: 배기부 510: 배기포트
520: 배기밸브 600: 크랭크
a: 공기 F1: 제1 연료
F2: 제2 연료1: Engine system
10: Fuel storage unit
20: engine
30: Controller 100: Piston
110: upper edge portion 120: upper center portion
130: Upper peripheral part 140: Ring groove
200: cylinder part 210: combustion space
220: cylinder 230: cylinder head
300: Fuel supply unit 310: First fuel supply unit
320: second fuel supply 400: suction part
410: Suction port 420: Suction valve
500: exhaust unit 510: exhaust port
520: exhaust valve 600: crank
a: air F1: primary fuel
F2: Second fuel

Claims (13)

실린더; 및
상기 실린더 내에서 상하방향을 따라 왕복이동하는 피스톤을 포함하고,
상기 피스톤은,
상기 피스톤의 상면의 가장자리부인 상면가장자리부; 상기 피스톤의 상면의 중앙부인 상면중앙부; 및 상기 상면중앙부의 주변에 형성되도록 상기 상면가장자리부와 상기 상면중앙부 사이에 배치되는 상면주변부를 포함하고,
상기 상면가장자리부 및 상기 상면중앙부는 요철 없이 평평하게 수평으로 연장되는 형상을 가지며,
상기 상면가장자리부는 상기 상면중앙부보다 상측에 배치되며, 상기 상면주변부는 소정의 곡률을 갖는 만곡된 형상을 가지며, 상기 곡률이 갖는 곡률중심은 상기 상면주변부보다 상측에 배치되고,
상기 상면중앙부의 반경은, 상기 상면가장자리부의 외측반경과 상기 상면중앙부의 반경의 차이보다 크고,
상기 실린더의 상부 및 상기 피스톤의 상면은, 제1 연료 및 제2 연료가 연소되는 연소공간을 제공하며,
상기 피스톤의 외주면 상측에는 소정의 링이 끼워질 수 있도록 원주방향을 따라 복수 개의 링그루브가 인입형성되고,
상기 복수 개의 링그루브 중 최상단에 배치되는 링그루브와 상기 상면중앙부 사이의 상하방향으로의 이격거리는 상기 상면중앙부와 상기 상면가장자리부 사이의 상하방향으로의 이격거리보다 큰,
열효율 향상을 위한 피스톤 보울 형상을 가지는 반응성제어 압축착화 엔진.cylinder; and
It includes a piston that reciprocates in the vertical direction within the cylinder,
The piston is,
an upper edge portion that is an edge portion of the upper surface of the piston; An upper center portion, which is the central portion of the upper surface of the piston; and an upper surface peripheral portion disposed between the upper surface edge portion and the upper surface central portion to be formed around the upper surface central portion,
The upper surface edge portion and the upper central portion have a shape that extends flat and horizontally without unevenness,
The upper surface edge portion is disposed above the upper surface central portion, the upper surface peripheral portion has a curved shape with a predetermined curvature, and the center of curvature of the curvature is disposed higher than the upper surface peripheral portion,
The radius of the upper surface center portion is greater than the difference between the outer radius of the upper surface edge portion and the radius of the upper surface central portion,
The upper surface of the cylinder and the upper surface of the piston provide a combustion space in which the first fuel and the second fuel are burned,
A plurality of ring grooves are formed on the upper side of the outer peripheral surface of the piston along the circumferential direction so that a predetermined ring can be inserted,
The separation distance in the vertical direction between the ring groove disposed at the top of the plurality of ring grooves and the central portion of the upper surface is greater than the separation distance in the vertical direction between the central portion of the upper surface and the edge portion of the upper surface,
A reactive controlled compression ignition engine with a piston bowl shape to improve thermal efficiency. 제 1 항에 있어서,
상기 제1 연료는 천연가스 및 가솔린 중 하나 이상이며,
상기 제2 연료는 디젤인,
열효율 향상을 위한 피스톤 보울 형상을 가지는 반응성제어 압축착화 엔진.According to claim 1,
The first fuel is one or more of natural gas and gasoline,
The second fuel is diesel,
A reactive controlled compression ignition engine with a piston bowl shape to improve thermal efficiency. 제 1 항에 있어서,
상기 상면가장자리부의 반경방향의 폭은,
상기 피스톤이 상사점일 때 상기 실린더의 상단과 상기 상면가장자리부 사이의 이격거리보다 좁은,
열효율 향상을 위한 피스톤 보울 형상을 가지는 반응성제어 압축착화 엔진.According to claim 1,
The radial width of the upper surface edge is,
Narrower than the separation distance between the top of the cylinder and the upper surface edge when the piston is at top dead center,
A reactive controlled compression ignition engine with a piston bowl shape to improve thermal efficiency. 제 1 항에 있어서,
상기 상면중앙부의 반경은 33mm 이상 35mm 이하인,
열효율 향상을 위한 피스톤 보울 형상을 가지는 반응성제어 압축착화 엔진.According to claim 1,
The radius of the upper center portion is 33 mm or more and 35 mm or less,
A reactive controlled compression ignition engine with a piston bowl shape to improve thermal efficiency. 제 4 항에 있어서,
상기 상면주변부의 반경방향의 폭은 상기 상면가장자리부의 반경방향의 폭보다 큰,
열효율 향상을 위한 피스톤 보울 형상을 가지는 반응성제어 압축착화 엔진.According to claim 4,
The radial width of the upper surface peripheral portion is greater than the radial width of the upper surface edge portion,
A reactive controlled compression ignition engine with a piston bowl shape to improve thermal efficiency. 제 5 항에 있어서,
상기 상면가장자리부의 반경방향의 폭은 3mm 이상 4mm 이하인,
열효율 향상을 위한 피스톤 보울 형상을 가지는 반응성제어 압축착화 엔진.According to claim 5,
The radial width of the upper surface edge is 3 mm or more and 4 mm or less,
A reactive controlled compression ignition engine with a piston bowl shape to improve thermal efficiency. 제 6 항에 있어서,
상기 피스톤이 상사점일 때 상기 실린더의 상단과 상기 상면가장자리부 사이의 이격거리는 3mm 이상 5mm 이하인,
열효율 향상을 위한 피스톤 보울 형상을 가지는 반응성제어 압축착화 엔진.According to claim 6,
When the piston is at top dead center, the separation distance between the top of the cylinder and the upper surface edge is 3 mm or more and 5 mm or less,
A reactive controlled compression ignition engine with a piston bowl shape to improve thermal efficiency. 제 1 항에 있어서,
상기 상면주변부의 높이는, 상기 상면중앙부의 외측에서 상기 상면가장자리부의 내측으로 갈수록 점진적으로 높아지는,
열효율 향상을 위한 피스톤 보울 형상을 가지는 반응성제어 압축착화 엔진.According to claim 1,
The height of the upper surface peripheral portion gradually increases from the outside of the upper surface center portion to the inside of the upper surface edge portion,
A reactive controlled compression ignition engine with a piston bowl shape to improve thermal efficiency. 제 1 항에 있어서,
상기 링그루브와 상기 상면가장자리부 사이의 이격거리는, 상기 상면중앙부와 상기 상면가장자리부 사이의 이격거리보다 큰,
열효율 향상을 위한 피스톤 보울 형상을 가지는 반응성제어 압축착화 엔진.According to claim 1,
The separation distance between the ring groove and the upper surface edge portion is greater than the separation distance between the upper center portion and the upper surface edge portion,
A reactive controlled compression ignition engine with a piston bowl shape to improve thermal efficiency. 제 1 항에 있어서,
공기 및 상기 제1 연료를 상기 연소공간에 흡입시키는 흡입부; 및
상기 제1 연료를 상기 흡입부에 공급하는 제1 연료공급기, 및 상기 제2 연료를 상기 연소공간에 공급하는 제2 연료공급기를 포함하는 연료공급부를 더 포함하고,
상기 흡입부는,
상기 공기 및 상기 제1 연료가 유동하는 통로를 제공하는 흡입포트;
상기 흡입포트에서 유동하는 상기 공기 및 상기 제1 연료가 상기 연소공간에 선택적으로 흡입되도록 하는 흡입밸브를 포함하는,
열효율 향상을 위한 피스톤 보울 형상을 가지는 반응성제어 압축착화 엔진.According to claim 1,
an intake unit that sucks air and the first fuel into the combustion space; and
It further includes a fuel supply unit including a first fuel supplier for supplying the first fuel to the intake unit, and a second fuel supplier for supplying the second fuel to the combustion space,
The suction part,
an intake port providing a passage through which the air and the first fuel flow;
Comprising an intake valve that allows the air and first fuel flowing in the intake port to be selectively sucked into the combustion space,
A reactive controlled compression ignition engine with a piston bowl shape to improve thermal efficiency. 제 10 항에 있어서,
상기 피스톤이 상사점일 때, 상기 제2 연료공급기는 상기 상면중앙부의 가장자리측을 향해 상기 제2 연료를 분사하는,
열효율 향상을 위한 피스톤 보울 형상을 가지는 반응성제어 압축착화 엔진.According to claim 10,
When the piston is at top dead center, the second fuel supply injects the second fuel toward the edge of the upper center portion.
A reactive controlled compression ignition engine with a piston bowl shape to improve thermal efficiency. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 엔진; 및
상기 엔진을 제어하는 제어기를 포함하고,
상기 엔진은,
상기 연소공간에 공기 및 상기 제1 연료를 흡입시키는 흡입부; 및
상기 제1 연료를 상기 흡입부에 공급하는 제1 연료공급기, 및 제2 연료를 상기 연소공간에 공급하는 제2 연료공급기를 포함하는 연료공급부를 더 포함하고,
상기 제어기는,
상기 피스톤이 상사점에서 하사점으로 이동하는 흡입시간 내에 상기 연소공간에 상기 공기 및 상기 제1 연료가 흡입되도록 상기 흡입부를 제어하고, 상기 피스톤이 하사점에서 상사점으로 이동하는 압축시간 내에 상기 연소공간에 상기 제2 연료가 공급되도록 상기 연료공급부를 제어하는,
열효율 향상을 위한 피스톤 보울 형상을 가지는 반응성제어 압축착화 엔진 시스템. The engine according to any one of claims 1 to 9; and
Including a controller that controls the engine,
The engine is,
an intake unit that sucks air and the first fuel into the combustion space; and
It further includes a fuel supply unit including a first fuel supplier for supplying the first fuel to the intake unit, and a second fuel supplier for supplying the second fuel to the combustion space,
The controller is,
The intake unit is controlled so that the air and the first fuel are sucked into the combustion space within the intake time during which the piston moves from top dead center to bottom dead center, and the combustion occurs within the compression time during which the piston moves from bottom dead center to top dead center. Controlling the fuel supply unit to supply the second fuel to the space,
A reactive control compression ignition engine system with a piston bowl shape to improve thermal efficiency. 상하방향을 따라 왕복이동하는 피스톤이 실린더 내에서 상사점에서 하사점으로 이동하는 흡입단계;
상기 피스톤이 상기 실린더 내에서 하사점에서 상사점으로 이동하는 압축단계; 및
상기 실린더의 상부 및 상기 피스톤의 상면에 의해 제공되는 연소공간에서 제1 연료 및 제2 연료가 연소되는 연소단계를 포함하고,
상기 흡입단계가 수행되는 동안 상기 연소공간에 공기 및 상기 제1 연료가 흡입되고,
상기 압축단계가 수행되는 동안 상기 연소공간에 상기 제2 연료가 공급되고,
상기 피스톤은,
상기 피스톤의 상면의 가장자리부인 상면가장자리부; 상기 피스톤의 상면의 중앙부인 상면중앙부; 및 상기 상면중앙부의 주변에 형성되도록 상기 상면가장자리부와 상기 상면중앙부 사이에 배치되는 상면주변부를 포함하고,
상기 상면가장자리부 및 상기 상면중앙부는 요철 없이 평평하게 수평으로 연장되는 형상을 가지며,
상기 상면가장자리부는 상기 상면중앙부보다 상측에 배치되며,
상기 상면주변부는 소정의 곡률을 갖는 만곡된 형상을 가지며, 상기 곡률이 갖는 곡률중심은 상기 상면주변부보다 상측에 배치되고,
상기 상면중앙부의 반경은, 상기 상면가장자리부의 외측반경과 상기 상면중앙부의 반경의 차이보다 크고,
상기 실린더의 상부 및 상기 피스톤의 상면은, 제1 연료 및 제2 연료가 연소되는 연소공간을 제공하며,
상기 피스톤의 외주면 상측에는 소정의 링이 끼워질 수 있도록 원주방향을 따라 복수 개의 링그루브가 인입형성되고,
상기 복수 개의 링그루브 중 최상단에 배치되는 링그루브와 상기 상면중앙부 사이의 상하방향으로의 이격거리는 상기 상면중앙부와 상기 상면가장자리부 사이의 상하방향으로의 이격거리보다 큰,
열효율 향상을 위한 피스톤 보울 형상을 가지는 반응성제어 압축착화 엔진 제어 방법.A suction step in which the piston, which reciprocates along the vertical direction, moves from top dead center to bottom dead center within the cylinder;
A compression step in which the piston moves from bottom dead center to top dead center within the cylinder; and
A combustion step in which the first fuel and the second fuel are burned in the combustion space provided by the upper surface of the cylinder and the upper surface of the piston,
While the intake step is performed, air and the first fuel are sucked into the combustion space,
The second fuel is supplied to the combustion space while the compression step is performed,
The piston is,
an upper edge portion that is an edge portion of the upper surface of the piston; An upper center portion, which is the central portion of the upper surface of the piston; and an upper surface peripheral portion disposed between the upper surface edge portion and the upper surface central portion to be formed around the upper surface central portion,
The upper surface edge portion and the upper central portion have a shape that extends flat and horizontally without unevenness,
The upper surface edge portion is disposed above the upper center portion,
The upper surface peripheral portion has a curved shape with a predetermined curvature, and the center of curvature of the curvature is disposed above the upper peripheral portion,
The radius of the upper surface center portion is greater than the difference between the outer radius of the upper surface edge portion and the radius of the upper surface central portion,
The upper surface of the cylinder and the upper surface of the piston provide a combustion space in which the first fuel and the second fuel are burned,
A plurality of ring grooves are formed on the upper outer peripheral surface of the piston along the circumferential direction so that a predetermined ring can be inserted,
The separation distance in the vertical direction between the ring groove disposed at the top of the plurality of ring grooves and the center portion of the upper surface is greater than the separation distance in the vertical direction between the center portion of the upper surface and the edge portion of the upper surface,
Reactive control compression ignition engine control method with piston bowl shape to improve thermal efficiency.
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