KR19980038898A - 내연기관의 연소실 구조 - Google Patents

Abstract

이 발명은 내연기관의 연소실 구조에 관한 것으로, 엔진의 저속에서 성층연소에 의한 희박 연소가 가능하고, 고속에서 혼합기의 균일 연소가 이루어지도록 한다. 이를 위하여, 이 발명은 엔진의 저속 영역에서 인젝터(4)로부터 분사된 연료가 부딪쳐 스파크 플러그(5) 주위에 농후한 혼합기를 형성하도록 피스톤(7)의 상면에 센타 캐버티(8)를 형성한다. 또, 상기 센타 캐버티의 외주에 아우트 캐버티(9)를 형성하여 상기 피스톤의 상승시 스월이 발생되도록 함으로써, 고속 영역에서 상기 센타 캐버티 보다 넓은 영역으로 분사되는 다량의 연료가 상기 스월 유동에 의해 균일한 혼합기를 형성하도록 구성한다.(선택도:도 2)

Description

내연기관의 연소실 구조

이 발명은 내연기관의 연소실 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔진의 속도 영역에 따라 연소실 내에서의 혼합기의 형성을 가변시켜, 저속에서 성층연소에 의한 희박 연소가 가능하게 하고, 고속에서 혼합기의 스월을 유도하여 균일 연소를 가능토록 하는 연소실 구조에 관한 것이다.

일반적으로 자동차용 내연기관은 연소실 내에서의 연소 효율이 출력에 막대한 영향을 미치게 됨은 물론, 연료 소비율 및 배기가스 성분에 영향을 주게 된다.

즉, 흡기 게통을 통하여 흡입이 이루어진 혼합기는 피스톤의 압축 말기 까지의 짧은 순간에 믹싱(Mixing) 및 압축되고, 스파그 플러그의 점화에 의해 가까운 곳이 먼저 착화되어 그 화염이 점차 전파됨에 따라 폭발적인 연소를 하게 된다.

이와 같은 내연기관의 연소 과정은 본질적으로 혼합기의 조성, 압력 및 가스의 유동과 난류에 의해 연소 효율이 크게 좌우되는 바, 혼합비가 불량하여 이상 연소가 이루어질 경우에는 엔진의 출력 저하 및 유해 배기가스 등을 발생시키게 된다.

이러한 혼합기의 형성을 고려한 것으로, 근래 주류를 이루는 희박연소 엔진에서 스파크 플러그의 주위에 농후한 혼합기를 형성하여, 성층연소에 의해 착화 및 화염 전파가 잘 이루어지도록 하고 있다.

이러한 성층연소를 실현하기 위한 종래 공지된 연소실 구조가 도 1에 도시되어 있다. 도시된 내연기관의 형태는 직접분사식 가솔린엔진을 나타낸다.

도면을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 연소실(1)은 실린더헤드(2)와 피스톤(3)의사이의 공간으로 형성되며, 성층연소를 실현하기 위해 상기 피스톤(3)의 상면에 보울(bowl)을 형성하여, 인젝터(4)로부터 분사되는 연료가 상기 피스톤(3)의 상면에 부딪치게함으로써, 압축 행정시 스파크 플러그(5) 주위에 농후한 혼합기가 형성되도록 한다.

그러나, 종래의 연소실 구조에 있어서는 많은 양의 연료가 분사되는 고속 영역에서 성층연소에 맞추어진 피스톤의 형상으로 인해, 혼합기의 형성이 어렵고 이상 연소에 의해 배기가스가 많이 배출되는 문제점이 있다.

즉, 종래의 연소실 구조는 성층연소를 형성하는데 효과적이긴 하지만, 고속 영역에서 연료의 입자가 불균일하게 되고, 너무 진한 혼합기로 인해 스파크 플러그를 적시게 되어, 연소 효율이 저하될 뿐아니라 실화가 발생될 우려가 있다.

이러한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위한 목적에서 안출된 것으로, 이 발명은 엔진의 속도 영역에 따라 연소실 내에서의 혼합기의 형성을 조절하여, 저속에서 성층연소에 의한 희박 연소가 가능하고, 고속에서 혼합기의 균일 연소가 이루어질 수 있도록 한다.

도 1는 일반적인 내연기관의 연소실 구조를 보인 단면도.

도 2는 이 발명에 의한 내연기관의 연소실 구조를 보인 단면도.

도 3는 이 발명에 의한 내연기관의 연소실 구조를 보인 평면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

2 : 실린더헤드 4 : 인젝터

5 : 스파크 플러고 6 : 연소실

7 : 피스톤 8 : 센타캐버티

9 : 아우트캐버티

상술한 목적을 실현하기 위하여, 이 발명은 다음과 같은 수단을 구비하여 이루어지는 내연기관의 연소실 구조를 제안한다.

즉, 이 발명은 엔진의 저속 영역에서 인젝터로부터 분사된 연료가 부및쳐 스파크 플러그 주위에 농후한 혼합기를 형성하도록 피스톤의 상면에 센타 캐버티(center cavity)를 형성하고, 상기 센타 캐버티의 외주에 아우트 캐버티를 형성하여 상기 피스톤의 상승시 스월이 발생되도록 함으로써, 고속 영역에서 상기 센타 캐버티 보다 넓은 영역으로 분사되는 다량의 연료가 상기 스월 유동에 의해 균일한 혼합기를 형성할 수 있도록 한다.

따라서, 이 발명에 의하면 엔진의 저속 영역에서 성층연소에 의한 희박 연소가 이루어짐으로써, 연비와 엔진 출력의 향상을 실현할 수 있다. 또, 엔진의 고속 영역에서 스월 유동에 의한 균일한 혼합기의 형성으로, 엔진 출력의 향상과 배기가스의 저감을 실현할 수 있다.

실시예

이하, 이 발명을 실현하기 위한 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명한다.

도 2는 이 실시예에 관련된 내연기관의 연소실 구조를 보인 단면도이고,

3 도는 이 실시예에 관련된 피스톤의 평면도이다.

이 실시예를 설명함에 있어, 종래 기술에서 인용된 도면과 동일한 이 실시예의 구성에 대해서는 동일한 부호를 사용하고 있으며, 설명의 명료성을 위해 다시 설명하지 않는다.

도면에서의 설명 부호 (6)은 이 실시예에 의한 연소실을 지칭한다. 이 연소실(6)은 종래와 마찬가지로, 피스톤(7)이 상사점(TDC)에 위치될 때, 그 피스톤(7)의 상면과 실린더 헤드(2) 사이의 공간으로 이루어진다.

여기서, 이 실시예에 의한 연소실(6)은 종래 기술의 문제점을 해소하기 위해, 엔진의 저속 영역에서 성층연소를 실현함과 동시에, 엔진의 고속 영역에서 균일 연소를 실현하고자 한다.

이를 위하여, 상기 연소실(6)을 구성하는 상기 피스톤(7)의 상면은 성층연소를 실현하기 위한 센타 캐버티(8)를 구비하며, 동시에 상기 센타 캐버티(8)의 외주에 균일 연소 즉, 연료의 미립화를 달성하기 위해 혼합기의 스월을 발생시키는 아우트 캐버티(9)를 형성하여 이루어진다.

여기서, 상기 센타 캐버티(8)는 종래 기술에서 설명된 바와 같이, 엔진의 저속영역에서 상기 피스톤(7)의 압축 행정시 인젝터(4)로부터 분사되는 연료와 부딪쳐 스파크 플러그(5)의 주위에 농후한 혼합기를 형성한다.

따라서, 이 실시예는 희박 연소의 가장 효과적인 것으로 알려진 성층연소를 실현함으로써, 저속 및 아이들 운전시의 연비를 향상시키게 된다.

또, 상기 아우트 캐버티(9)는 엔진의 고속 영역에서 상기 피스톤(7)의 압축 행정 즉, 상승시 혼합기의 스월을 발생시켜, 상기 인젝터(4)로부터 센타 캐버티(8)의 외주쪽으로 분사되는 다량의 연료에 스월 유동을 발생시킴으로써, 연료의 미립화 및 균일한 혼합기를 형성하게 된다.

또, 상기 아우트 캐버티(9)의 둘레에는 스쿼시 영역(squish area ;10)이 형성되어, 혼합기의 스월 유동을 촉진한다.

이에 따라, 상기 아우트 캐버티(9)와 스쿼시 영역(10)은 엔진의 고속 영역에서 연료의 미립화 및 균일 혼합기에 기인하는 엔진 출력의 향상을 이룰 수 있다. 또, 이러한 작용은 혼합기의 연소 특성을 향상시켜, 배기가스의 유해 성분을 저감시키게된다.

이상에서 설명된 실시예를 통하여, 이 발명에 의한 내연기관의 연소실 구조는 종래 기술의 문제점을 실질적으로 해소하게 됨을 알 수 있다.

즉, 이 발명은 엔진의 저속시 성층연소를 실현하며, 엔진의 고속시 연료의 미립화에 의한 균일 연소를 실현한다.

따라서, 이 발명은 긍극적으로 엔진의 전 속도 영역에서의 연소 특성을 높이고, 연비의 향상, 엔진 출력의 향상 및 배기가스의 저감을 실현한다.

한편, 이 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 청구하는 이 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

Claims (1)

1. 피스톤이 상사점에 위치될 때, 피스톤의 상면과 실린더 헤드 사이의 공간으로 이루어지는 내연기관의 연소실 구조에 있어서, 엔진의 저속 영역에서 인젝터로부터 분사된 연료가 부딪쳐 스파크 플러그 주위에 농후한 혼합기를 형성하도록 피스톤의 상면에 센타 캐버티를 형성하고, 엔진의 고속 영역에서 상기 피스톤의 압축 행정시 스월이 발생되도록 상기 센타 캐버티의 외주에 아우트 캐버티를 형성한 것을 특징으로 하는 내연기관의 연소실 구조.