KR19980087223A - 실린더 직접 분사식 스파크 점화 엔진 - Google Patents
실린더 직접 분사식 스파크 점화 엔진 Download PDFInfo
- Publication number
- KR19980087223A KR19980087223A KR1019980018146A KR19980018146A KR19980087223A KR 19980087223 A KR19980087223 A KR 19980087223A KR 1019980018146 A KR1019980018146 A KR 1019980018146A KR 19980018146 A KR19980018146 A KR 19980018146A KR 19980087223 A KR19980087223 A KR 19980087223A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- cylinder
- vertical plane
- intake
- block
- piston
- Prior art date
Links
- 238000002347 injection Methods 0.000 title claims abstract description 43
- 239000007924 injection Substances 0.000 title claims abstract description 43
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 48
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 43
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 4
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B31/00—Modifying induction systems for imparting a rotation to the charge in the cylinder
- F02B31/04—Modifying induction systems for imparting a rotation to the charge in the cylinder by means within the induction channel, e.g. deflectors
- F02B31/06—Movable means, e.g. butterfly valves
- F02B31/08—Movable means, e.g. butterfly valves having multiple air inlets, i.e. having main and auxiliary intake passages
- F02B31/085—Movable means, e.g. butterfly valves having multiple air inlets, i.e. having main and auxiliary intake passages having two inlet valves
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
- F02B23/08—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition
- F02B23/10—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B17/00—Engines characterised by means for effecting stratification of charge in cylinders
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
- F02B23/08—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition
- F02B23/10—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder
- F02B23/104—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder the injector being placed on a side position of the cylinder
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B31/00—Modifying induction systems for imparting a rotation to the charge in the cylinder
- F02B31/02—Modifying induction systems for imparting a rotation to the charge in the cylinder in engines having inlet valves arranged eccentrically to cylinder axis
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads
- F02F1/24—Cylinder heads
- F02F1/42—Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads
- F02F1/24—Cylinder heads
- F02F1/42—Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads
- F02F1/4214—Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads specially adapted for four or more valves per cylinder
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F3/00—Pistons
- F02F3/26—Pistons having combustion chamber in piston head
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
- F02B23/08—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition
- F02B23/10—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder
- F02B2023/106—Tumble flow, i.e. the axis of rotation of the main charge flow motion is horizontal
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
- F02B23/08—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition
- F02B23/10—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder
- F02B2023/108—Swirl flow, i.e. the axis of rotation of the main charge flow motion is vertical
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B31/00—Modifying induction systems for imparting a rotation to the charge in the cylinder
- F02B2031/006—Modifying induction systems for imparting a rotation to the charge in the cylinder having multiple air intake valves
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B75/00—Other engines
- F02B75/12—Other methods of operation
- F02B2075/125—Direct injection in the combustion chamber for spark ignition engines, i.e. not in pre-combustion chamber
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads
- F02F1/24—Cylinder heads
- F02F2001/244—Arrangement of valve stems in cylinder heads
- F02F2001/245—Arrangement of valve stems in cylinder heads the valve stems being orientated at an angle with the cylinder axis
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Abstract
본 발명은 점화 플러그에 의해 점화되도록 연료가 연소실 내로 직접 분사되는 실린더 직접 분사식 스파크 점화 엔진에 관한 것이다. 엔진은 다수의 실린더를 갖는 실린더 블록을 포함한다. 실린더 헤드는 실린더 블록의 블록 데크 위에 고정 장착되어 있다. 실린더 헤드는 각각의 실린더에 제1 및 제2 흡기 포트와 제1 및 제2 배기 포트를 갖는다. 각각의 실린더에 대응하여 형성된 연소실 내로 연료를 직접 분사하기 위한 연료 분사 밸브가 구비되어 있다. 연소실 내로 돌출된 선단부를 갖는 점화 플러그가 구비된다. 피스톤은 피스톤과 실린더 헤드 사이의 연소실을 형성하기 위해 실린더 내에 이동 가능하게 배치되어 있다. 피스톤은 피스톤의 중심축에서 흡기 밸브 방향으로 오프셋(offset)된 중심축을 갖는 통상의 원형 공동을 갖는 피스톤 크라운에 형성되어 있다. 스월(swirl) 제어 밸브는 엔진 작동 조건에 따라 제1 흡기 포트 내의 공기의 유동을 제어하도록 배치되어 있다. 이렇게 배열된 엔진에 있어서, 제2 흡기 포트는 적어도 주요부가 제1 설정각을 형성하는 제2 수직 평면에 대해 기울어진 제1 수직 평면에 포함되는 축을 갖고, 제1 수직 평면은 수직 교차 유동 평면에 대해 연소실 방향으로 피스톤의 중심축에 서서히 접근한다. 제1 및 제2 수직 평면은 실린더 블록의 블록 데크에 수직이다. 제2 수직 평면은 제1 흡기 및 배기 밸브를 통과하고 실린더의 중심축을 포함하는 제3 수직 평면에 수직이고 블록 테크에 수직이다. 제1 흡기 및 배기 밸브는 제3 수직 평면의 대향면 위에 각각 위치된다.
Description
본 발명은 (가솔린과 같은) 연료가 실린더로 직접 분사되는 실린더 직접 분사식 스파크 점화 엔진의 개선에 관한 것으로, 특히 이러한 엔진에 있어서 효과적인 성층 연소를 얻기 위한 개선에 관한 것이다.
1997년 5월 21일자 일본 특허 출원 제9-131200호의 내용이 본원에서 참고로 사용된다.
연료가 점화 플러그에 의해 점화되도록 엔진 실린더 내로 직접 분사되는 차량용 실린더 직접 분사식 스파크 점화 엔진이 제안되어 실용화되고 있다. 이러한 엔진들 중의 하나는 스파크 점화를 위해 직접 실린더로 연료를 분사하는 엔진이라는 제목을 가진 미국 특허 제5,553,588호에 개시되어 있으며 다음과 같이 형성되어 있다. 엔진은 각각의 실린더마다 2개의 흡기 포트를 갖고, 이들 포트 중의 하나는 스월 제어 밸브를 구비한다. 게다가, 피스톤은 연소실의 일부에 형성된 공동을 갖는 피스톤 크라운에 형성되어 있다. 스월 제어 밸브가 폐쇄되면, 흡입 공기는 연소실 내에 가스의 유동을 생성하기 위해서 스월 제어 밸브에 의해 다른 흡기 포트를 통해 연소실 내로 유입된다. 압축 행정에서, 연료가 점화 플러그 주위에 공기 연료 혼합기의 층을 부분적으로 형성하기 위해 공동 내로 분사되어 성층 연소가 얻어진다.
이제, 실린더 직접 분사식 스파크 점화 엔진에 있어, 효과적인 열 발생 시기를 얻기 위한 점화시기에 층상화된 공기 연료 혼합기를 점화 플러그의 근처로 전달하는 것이 요구된다.
그러나, 전술된 종래의 실린더 직접 분사식 스파크 점화 엔진에 있어, 연소실 내의 가스의 유동은 외향으로 또는 수직 교차 유동 평면에 대해 실린더 보어의 외면부의 방향으로 향하는 흡기 포트의 영향을 받아 형성되고, 그러므로 가스의 유동은 피스톤 크라운에 형성된 공동의 존재 유무에 관계없이 실린더 보어의 외면부를 따라 형성된다. 따라서, 희박 공기 연료 혼합기가 연소될 수 있도록 공기 연료 혼합기의 기화 및 전송을 순조롭게 달성하기 위해서, 분리 제어 인자를 이용한 제어가 필요하게 되어 연소실의 형상 및 엔진의 제어를 복잡하게 할 수 있다.
본 발명의 목적은 종래의 실린더 직접 분사식 스파크 점화 엔진에 발생되는 문제점을 극복하기 위한 개선된 실린더 직접 분사식 스파크 점화 엔진을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 희박 공기 연료 혼합기의 안정된 연소를 달성하기 위하여 성층 연소를 효과적으로 얻기 위한 개선된 실린더 직접 분사식 스파크 점화 엔진을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 흡입 공기의 스월이 원형 공동의 외면부에 통상 접하도록 배열된 흡기 포트의 영향을 받아 피스톤 크라운 내에 형성된 상기 공동 내에 생성되도록 개선된 실린더 직접 분사식 스파크 점화 엔진을 제공하는데 있다.
본 발명의 실린더 직접 분사식 스파크 점화 엔진은 다수의 실린더를 갖는 실린더 블록을 포함한다. 실린더 헤드는 실린더 블록의 블록 데크 위에 고정 장착되어 있다. 실린더 헤드는 각각의 실린더에 제1 및 제2 흡기 포트와 제1 및 제2 배기 포트를 갖는다. 연료 분사 밸브는 각각의 실린더에 대응하여 형성된 연소실 내로 연료를 직접 분사하도록 구비되어 있다. 점화 플러그는 연소실 내로 돌출된 선단부를 구비한다. 피스톤은 이것과 실린더 헤드 사이의 연소실을 형성하기 위해 실린더 내에 이동 가능하게 배치되어 있다. 피스톤은 피스톤의 중심축에서 흡기 밸브 방향으로 오프셋된 중심축을 갖는 통상의 원형 공동을 갖는 피스톤 크라운에 형성되어 있다. 스월 제어 밸브는 엔진 작동 조건에 따라 제1 흡기 포트 내의 공기의 유동을 제어하도록 배치되어 있다. 이렇게 배열된 엔진에 있어, 제2 흡기 포트는 적어도 주요부가 제1 설정각을 형성하는 제2 수직 평면에 대해 기울어진 제1 수직 평면에 포함되는 축을 갖고, 제1 수직 평면은 수직 교차 유동 평면에 대해 연소실 방향으로 피스톤의 중심축에 서서히 접근한다. 제1 및 제2 수직 평면은 실린더 블록의 블록 데크에 수직이다. 제2 수직 평면은 제1 흡기 및 배기 밸브를 통과하고 실린더의 중심축을 포함하는 제3 수직 평면에 수직이고 블록 테크에 수직이다. 제1 흡기 및 배기 밸브는 제3 수직 평면의 대향면 위에 각각 위치된다.
상기 배열된 실린더 직접 분사식 스파크 점화 엔진에 있어, 흡입 공기는 스월 제어 밸브와 함께 제1 흡기 포트를 차단함으로써 제2 흡기 포트를 통해 유입되어, 가스의 유동이 연소실 내에 생성된다. 제2 흡기 포트는 수직 교차 유동 평면에 대해 내부로 향하고 피스톤 크라운에 형성된 공동의 외면부에 접하도록 배열되어 있고, 따라서 가스의 유동은 피스톤 크라운에 형성된 공동 내의 스월과 같이 확실히 형성된다. 결과적으로, 가스의 유동은 희박 연소가 가능하도록 공기 연료 혼합기를 기화시킬 수 있고 점화 플러그의 근처로 공기 연료 혼합기를 이동시킬 수 있다.
도1은 본 발명에 따른 실린더 직접 분사식 스파크 점화 엔진의 한 실시예의 개략 평면도.
도2는 도1의 엔진의 확대 평면도.
도3은 도1의 엔진의 확대 수직 단면도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 연소실
5A, 5B : 제1 및 제2 흡기 포트
6A, 6B : 제1 및 제2 흡기 밸브
7A, 7B : 제1 및 제2 배기 밸브
8 : 원형 공동
9 : 점화 플러그
10 : 연료 분사 밸브
11 : 스월 제어 밸브
E1, E2 : 제1 및 제2 배기 포트
도1 내지 도3에는, 본 발명에 따른 실린더 직접 분사식 스파크 점화 (가솔린 연료식) 엔진의 한 실시예가 참조 부호 E로 도시되어 있다. 상기 실시예의 엔진(E)은 비록 하나의 실린더만 도시되고 있으나 실린더 블록(3) 내에 형성된 다수의 엔진 실린더(C)를 갖는다. 피스톤은 이것과 하부 평면에서 블록 데크(실린더 상부 데크) 또는 실린더 블록(3)의 상부 평면(T)에 고정 장착되는 실린더 헤드(2) 사이의 연소실(1)을 형성하기 위한 각각의 실린더(C)내에 이동 가능하게 배치되어 있다.
실린더 헤드(2)는 각각의 실린더(C) 또는 각각의 연소실(1)에 (도2에 도시된) 2개(제1 및 제2)의 흡기 포트(5A, 5B) 및 2개의 배기 포트(E1, E2)와 함께 형성되어 있다. 2개의 흡기 포트(5A, 5B)는 수직 실린더 축 평면(P)이 다수의 실린더(C)의 (도시되지 않은) 중심축을 포함하는 2개의 배기 포트(E1, E2)에 대해 수직 실린더 축 평면(P)의 대향 면에 위치되어 있다. 흡기 포트(5A, 5B)는 흡기 밸브(6A, 6B)가 각각 이동 가능하게 배치되어 있는 [연소실(1)로 개방된] 각각의 하류 단부를 갖는다. 배기 포트(E1, E2)는 배기 밸브(7A, 7B)가 각각 이동 가능하게 배치되어 있는 [연소실(1)로 개방된] 각각의 상류 단부를 갖는다.
피스톤(4)은 연소실(1)의 일부를 형성하는 함몰부(depression) 또는 원형 공동(8)과 함께 피스톤 크라운에 형성되어 있다. 특히, 공동(8)은 피스톤 크라운의 상부 표면에 얕게 또는 평평하게 형성되어 공동의 하부면(B)은 통상 평평하다. 공동(8)의 중심축(C2)은 흡기 밸브(6A, 6B) 방향으로 피스톤(4)의 중심축(C1)에서 오프셋되어 평행을 이루어, 즉 배기 밸브(7A, 7B) 보다 흡기 밸브(6A, 6B)에 더 가깝게 위치되어 있다.
점화 플러그(9)는 실린더 헤드(2)에 장착되어 있어 (전극을 갖는) 점화 플러그의 선단부는 연소실(1) 내로 돌출되고 원형 공동(8)의 외면의 환형부 위에 배치되어 있다. 연료 분사 밸브(10)는 도2에 도시된 바와 같이 위에서 내려다보았을 때 제1 및 제2 흡기 포트(5A, 5B)의 사이에 배치되어 있고 연소실(1) 내로 직접 연료(가솔린)를 분사할 수 있게 위치되어 있다. 연료 분사 밸브(10)가 위치되어 (점선으로 도시된) 밸브축은 실린더 블록(3)의 상부 평면(T)에 [또는 실린더 헤드(2)의 하부 평면에] 대해 설정각(θ3)을 형성하고 공동(8)의 하부면(8b)을 향한다. 설정각(θ3)은 35도에서 45도 사이의 범위 내에 있고, 양호하게는 약 45도이다. 따라서, 연료 분사 밸브(10)는 비스듬히 하향으로 또는 공동(8)을 향해 연료를 분사한다. 연료 분사 밸브(10)는 성층 연소를 얻기 위한 경우에 있어서, 압축 행정에서 연료 분사시기에 연료를 분사하기 위해 배열되어 있다.
스월 제어 밸브(11)는 제1 흡기 포트(5A)를 차단하기 위해 이동 가능하게 배치되어 있고 엔진의 작동 조건에 따라 제어 가능하게 개방 또는 폐쇄되도록 배열되어 있다. 본 실시예에서, 스월 제어 밸브(11)는 성층 연소가 실행되는 설정된 엔진 작동 조건에서 통상 완전히 폐쇄되도록 제어된다. 스월 제어 밸브(11)는 또 다른 소정의 엔진 작동 조건에서 제1 흡기 포트(5A) 내의 공기의 유동을 제어하기 위해 부분적으로 폐쇄될 수 있다. 제2 흡기 포트(5B)는 공동의 외면부(8a)에 통상 접하여 연장되어 형성된다. 특히, 제2 흡기 포트(5B)의 축(X1)[또는 적어도 축(X1)의 주요부]을 포함하는 수직 포트의 축 평면(L)은 연소실(1) 방향으로 피스톤(4)의 중심축(C1)에 서서히 접근하는 방식으로 수직 교차 유동 평면(V1) 대하여 기울어져 있고, 여기에서 (포트 내향각인) 설정각(θ1)은 수직 포트의 축 평면(L)과 수직 교차 유동 평면(V1) 사이에 형성된다. 설정각(θ1)은 5도보다 작지 않고 15도보다 작은 범위 내에 있고, 양호하게는 약 8도이다. 게다가, 수직 포트의 축 평면(L)은 가상 수평면 또는 실린더 블록(3)의 블록 데크(H) 위의 공동(8)의 외면부(8a)의 접선을 포함하는 수직 평면(V2)에 통상 평행이다. 상기 실시예에서, 수직 포트의 축 평면(L)은 수직 평면(V2) 내부에 위치되어 있고 점화 플러그(9)의 외부 및 원형 공동(8)의 외면부(8a)에 대한 내부 공간을 통하여 연장된다. 수직 포트의 축 평면(L)과, 수직 교차 유동 평면(V1)과, 수직 평면(V2)이 블록 데크(H) 또는 실린더 블록(3)의 상부 평면(T)에 수직이라는 것이 이해될 것이다. 수직 교차 유동 평면(V1)은 흡기 밸브(6B) 및 배기 밸브(7B)를 지나가고 실린더(C)의 축을 포함하는 실린더 축 평면(P)에 수직이다. 실린더 축 평면(P)이 블록 데크(H)에 수직이라는 것이 이해될 것이다. 따라서, 다시 말해, 설정각(θ1)은 단면 유동의 수평 방향(V1)에 대해 흡기 포트(5B)의 [특히, 흡기 포트 축(X1)의] 내향 경사진 각이다. 다중 실린더 엔진에 있어, 또한 설정각(θ1)은 흡기 포트 축(X1)과 흡기 밸브(6B) 및 배기 밸브(7B) 둘 모두를 통하여 연장되고 인접한 실린더의 중심축을 포함한 수직 실린더 축 평면에 수직인 수직 평면 내의 선(V1) 사이에 형성된 수평으로 측정된 각으로 정의될 수 있다.
추가로, 제2 흡기 포트(5B)의 축(X1)의 직선부의 주요부는 연소실(1)을 향해 하향으로 기울어져 있고, 여기에서 축(X1)은 실린더 블록(3)의 블록 데크 또는 상부 평면(T)에 대하여 또는 실린더 헤드(2)의 하부 평면에 대하여 (포트 경사각인) 설정각(θ2)을 형성한다. 설정각(θ2)은 30도보다 크고 40도보다 작은 범위 내에 있고, 양호하게는 38도이다. 따라서, 다시말해, 설정각(θ2)은 흡기 포트 축(X1)과 실린더 블록의 상부 평면(T) 사이의 각이므로 흡기 포트각으로 고려될 수 있다. 스월 제어 밸브(11)로 차단 가능한 제1 흡기 포트(5A)는 공동(8)의 중심축(C2) 및 피스톤(4)의 중심축(C1)을 포함하는 수직 중심 평면(V3)에 대해 제2 흡기 포트(5B)와 통상 대칭되게 그리고 수직 교차 유동 평면(V1)에 평행하게 형성되어서, 제1 및 제2 흡기 포트(5A, 5B)의 축은 도2에 명확히 도시된 바와 같이 연소실(1)을 향하는 방향으로 서로 점차 접근한다는 사실에 주의하여야 한다.
도2에 도시된 바와 같이, 점화 플러그(9)의 (전극을 갖는) 선단은 제2 흡기 포트(5B)의 축(X1)을 포함하는 수직 포트의 축 평면(L)에 대해 내부에 위치된다. 상기 실시예에서, 점화 플러그(9)는 위치되어 수직 중심 평면(V3)은 점화 플러그(9)의 선단부를 통해 지나간다.
다음으로, 이렇게 배열된 실린더 직접 분사식 스파크 점화 엔진의 작동 방법을 설명한다.
성층 연소가 실행되는 엔진의 작동 조건 상태(예를 들어, 저 부하 상태의 엔진 작동 조건)에서, 스월 제어 밸브(11)는 제1 흡기 포트(5A)를 차단하기 위해 통상 완전 폐쇄되도록 제어된다. 따라서, 흡기 밸브(6A, 6B)는 피스톤(4)이 하강하는 흡입 행정에서 들어올려져 개방되면, 흡입 공기는 스월 제어 밸브(11)에 의해 차단되지 않는 제2 흡기 포트(5B)를 통해 연소실(1) 내로 빨려 들어가고, 여기에서 흡입 공기는 포트 내향각(θ1) 및 포트 경사각(θ2)의 영향으로 그 유동의 방향 내에서 조절된다. 이렇게 빨려 들어간 흡입 공기는 도2에서 해칭된 화살표(W)에 의해 표시된 바와 같이 연소실(1) 내에 경사진 스월의 형태로 가스의 유동을 생성한다. 포트 내향각(θ1) 및 포트 경사각(θ2)은 상기 가스의 유동이 피스톤(4)의 피스톤 크라운에 형성된 공동(8) 내에서 최적화 되도록 선택된다는 사실에 주의하여야 한다. 상기 가스의 유동은 피스톤 작동이 압축 행정에 이를 때까지 유지된다. 그 다음으로, 압축 행정에서 가스의 유동은 연료 분사 밸브(10)에서 분사된 분무 형태의 연료를 기화시키고 분무 형태의 연료를 점화 플러그(9) 근처로 이동시킨다.
따라서, 본 발명에 따른 상기 배열된 실린더 직접 분사식 스파크 점화 엔진에 따라, 비교적 작은 선회 반경을 갖는 스월이 피스톤 크라운에서 공동(8) 내에 생성되어 연료 분사 밸브(10)에서 분사된 분무 형태의 연료는 기화되고 점화 플러그(9)의 근처로 이동된다. 그러므로, 희박 공기 연료 혼합기의 연소가 엔진의 넓은 작동 범위 전체를 통하여 달성될 수 있다. 이에 반하여, 통상의 실린더 직접 분사식 스파크 점화 엔진에서, 비교적 큰 선회 반경을 갖는 스월은 주로 연소 중 난류의 영향을 주로 받아 연소실 내의 공기 연료 혼합기의 연소를 향상시키기 위해 엔진 실린더 내에 생성된다.
특히, 본 발명에 따라, 가스의 유동은 피스톤(4) 내의 원형 공동(8)의 외면부(8a)를 따라 생성된다. 상기 가스의 유동은 희박 공기 연료 혼합기가 용이하게 연소되고 점화 플러그(9)의 전극 근처로 공기 연료 혼합기를 이동시키기 위해서 공기 연료 혼합기를 기화시키고, 따라서 엔진의 단순한 형상에서 희박 공기 연료 혼합기의 연소가 가능하게 만든다. 이에 반하여, 전술된 미국 특허 제5,553,588호에 개시된 종래의 엔진에서, 흡기 포트는 수직 교차 유동 평면에 대해 외향하는 형상으로 형성되므로, 가스의 유동은 피스톤 크라운에 형성된 공동의 존재 유무와 관계없이 실린더의 보어의 외부 표면을 따라 생성된다.
또한 스월 제어 밸브(11)로 차단 가능한 제1 흡기 포트(5A)가 제2 흡기 포트(5B)에 대칭 되도록 하기 위해 포트 내향각(θ1)을 갖도록 형성되는 것과 같이 도시되고 설명될 때, 제1 흡기 포트(5A)는 포트 내향각(θ1)을 갖도록 형성될 수 있는 것이 이해될 것이다. 그러나, 포트 내향각(θ1)을 갖고 제2 흡기 포트(5B)에 대칭되는 제1 흡기 포트(5A)의 형성은 흡입 공기가 제1 및 제2 흡기 포트를 통하여 빨려 들어가는 균질 연소시 제1 및 제2 흡기 포트 모두에서 유입되는 공기의 유동이 연소실 내에서 서로 맞부딪혀서 공기와 흡입 행정에서 연료 분사기에서 분사된 연료의 혼합을 향상시키는 것과 같은 장점을 제공할 수 있음에 주의하여야 한다.
Claims (11)
- 다수의 실린더를 갖는 실린더 블록과, 상기 실린더 블록의 블록 데크 위에 고정 장착되고, 각각의 실린더에 제1 및 제2 흡기 포트와 제1 및 제2 배기 포트를 갖는 실린더 헤드와, 상기 제1 및 제2 흡기 포트를 폐쇄할 수 있고 상기 실린더 헤드에 배치된 이동 가능한 제1 및 제2 흡기 밸브와, 상기 제1 및 제2 배기 포트를 폐쇄할 수 있고 상기 실린더 헤드에 배치된 이동 가능한 제1 및 제2 배기 밸브와, 각각의 실린더에 대응하여 형성된 연소실 내로 연료를 직접 분사하기 위한 연료 분사 밸브와, 선단부가 연소실 내로 돌출된 점화 플러그와, 피스톤과 실린더 헤드 사이의 연소실을 형성하기 위해 실린더 내에 이동 가능하게 배치되고, 피스톤의 중심축에서 상기 흡기 밸브 방향으로 오프셋된 중심축을 갖는 원형 공동을 갖도록 피스톤 크라운에 형성된 피스톤과, 엔진 작동 조건에 따라 상기 제1 흡기 포트 내의 공기의 유동을 제어하도록 배치된 스월 제어 밸브를 구비하며, 상기 제2 흡기 포트는 적어도 주요부가 제1 설정각을 형성하도록 제2 수직 평면에 대해 기울어진 제1 수직 평면에 포함되는 축을 갖고, 제1 수직 평면은 상기 제2 수직 평면에 대해 연소실 방향으로 상기 피스톤의 중심축에 서서히 접근하고, 제1 및 제2 수직 평면은 상기 실린더 블록의 블록 데크에 수직이고, 제2 수직 평면은 상기 제1 흡기 및 배기 밸브를 통과하고 실린더의 중심축을 포함하는 제3 수직 평면에 수직이고 블록 테크에 수직이며, 상기 제1 흡기 및 배기 밸브는 상기 제3 수직 평면의 대향면 위에 각각 위치되는 것을 특징으로 하는 실린더 직접 분사식 스파크 점화 엔진.
- 제1항에 있어서, 제1 수직 평면은 상기 피스톤의 피스톤 크라운 내의 상기 원형 공동의 외면부에 통상 접하는 것을 특징으로 하는 실린더 직접 분사식 스파크 점화 엔진.
- 제1항에 있어서, 제1 수직 평면은 블록 데크 위의 상기 원형 공동의 외면부의 접선을 포함하는 제4 수직 평면에 통상 평행하고, 상기 제4 수직 평면은 블록 데크에 수직인 것을 특징으로 하는 실린더 직접 분사식 스파크 점화 엔진.
- 제1항에 있어서, 상기 점화 플러그의 선단부는 상기 원형 공동의 외면부 위에 배치되고 상기 제2 수직 평면에 대해 상기 제1 수직 평면의 대향면 위에 위치된 것을 특징으로 하는 실린더 직접 분사식 스파크 점화 엔진.
- 제1항에 있어서, 제1 수직 평면은 상기 원형 공동의 외면부와 상기 점화 플러그 사이의 공간을 지나가는 것을 특징으로 하는 실린더 직접 분사식 스파크 점화 엔진.
- 제1항에 있어서, 상기 연료 분사 밸브는 상기 피스톤의 피스톤 크라운 내에 상기 원형 공동 내부로 향하는 축을 갖고, 블록 데크를 포함하는 평면 위의 상기 제1 및 제2 흡기 포트 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 실린더 직접 분사식 스파크 점화 엔진.
- 제1항에 있어서, 상기 스월 제어 밸브는 연소실 내에서 성층 연소가 수행되는 소정의 엔진 작동 조건 상태에서 상기 제1 흡기 포트를 사실상 차단하기 위해 배열된 것을 특징으로 하는 실린더 직접 분사식 스파크 점화 엔진.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 흡기 포트는 제1 및 제2 배기 포트에 대해 제3 수직 평면의 대향면 위에 위치하는 것을 특징으로 하는 실린더 직접 분사식 스파크 점화 엔진.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 설정각은 5도보다 작지 않고 15도보다 작은 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 실린더 직접 분사식 스파크 점화 엔진.
- 제1항에 있어서, 상기 제2 흡기 포트의 축의 적어도 주요부는 상기 실린더 블록의 상기 블록 데크의 표면에 대해 제2 설정각을 형성하고, 상기 제2 설정각은 30도보다 크고 40도보다 작은 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 실린더 직접 분사식 스파크 점화 엔진.
- 제1항에 있어서, 상기 연료 분사 밸브는 상기 실린더 블록의 상기 블록 데크의 표면에 대해 제3 설정각을 형성하고, 상기 제3 설정각은 35도에서 45도 사이의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 실린더 직접 분사식 스파크 점화 엔진.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP97-131200 | 1997-05-21 | ||
JP9131200A JPH10317975A (ja) | 1997-05-21 | 1997-05-21 | 筒内直接噴射式火花点火機関 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR19980087223A true KR19980087223A (ko) | 1998-12-05 |
KR100286995B1 KR100286995B1 (ko) | 2001-04-16 |
Family
ID=15052385
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1019980018146A KR100286995B1 (ko) | 1997-05-21 | 1998-05-20 | 실린더 직접 분사식 스파크 점화 엔진 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6006719A (ko) |
EP (1) | EP0879943B1 (ko) |
JP (1) | JPH10317975A (ko) |
KR (1) | KR100286995B1 (ko) |
DE (1) | DE69800461T2 (ko) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11136914B2 (en) | 2017-02-03 | 2021-10-05 | Scania Cv Ab | Compression ignited combustion engine |
Families Citing this family (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0953758B1 (de) * | 1998-04-21 | 2003-10-08 | Ford Global Technologies, Inc., A subsidiary of Ford Motor Company | Zylinderkopf |
JP2000257533A (ja) * | 1998-05-14 | 2000-09-19 | Yamaha Motor Co Ltd | 内燃機関 |
DE29810897U1 (de) * | 1998-06-18 | 1999-11-18 | Fev Motorentech Gmbh | Fremdgezündete Kolbenbrennkraftmaschine mit Kraftstoffdirekteinspritzung |
JP3939864B2 (ja) * | 1998-08-27 | 2007-07-04 | ヤマハ発動機株式会社 | 筒内噴射式エンジン |
DE19932119C2 (de) | 1999-07-09 | 2001-10-04 | Daimler Chrysler Ag | Fremdgezündete Hubkolbenbrennkraftmaschine |
US6269790B1 (en) * | 1999-11-05 | 2001-08-07 | Ford Global Technologies, Inc. | Combustion chamber for DISI engines with exhaust side piston bowl |
JP2001248447A (ja) * | 2000-03-06 | 2001-09-14 | Yamaha Motor Co Ltd | 筒内燃料噴射式エンジンにおける燃焼室構造 |
DE10159644A1 (de) * | 2001-12-05 | 2003-07-03 | Bayerische Motoren Werke Ag | Brennverfahren mit Ladungsschichtung für eine direkteinspritzende, fremdgezündete Brennkraftmaschine |
DE10346889A1 (de) * | 2003-10-09 | 2005-05-04 | Daimler Chrysler Ag | Luftverdichtende Brennkraftmaschine |
JP4877256B2 (ja) * | 2008-03-24 | 2012-02-15 | マツダ株式会社 | 筒内直接噴射火花点火式内燃機関及びその燃料噴射方法 |
JP5308477B2 (ja) * | 2011-05-24 | 2013-10-09 | ヤマハ発動機株式会社 | 4サイクルエンジン |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02125911A (ja) * | 1988-11-04 | 1990-05-14 | Toyota Motor Corp | 筒内直接噴射内燃機関 |
KR950011323B1 (ko) * | 1991-05-14 | 1995-09-30 | 마쯔다 가부시기가이샤 | 엔진의 연소실 구조 |
JP2531322B2 (ja) * | 1991-09-13 | 1996-09-04 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関 |
KR960003018B1 (ko) * | 1991-10-15 | 1996-03-02 | 마쯔다 가부시기가이샤 | 엔진의 흡기장치 및 그 제어방법 |
JP3163906B2 (ja) * | 1994-07-27 | 2001-05-08 | トヨタ自動車株式会社 | 筒内噴射式火花点火機関 |
JPH0941980A (ja) * | 1995-07-28 | 1997-02-10 | Mazda Motor Corp | 筒内直噴型エンジン |
FR2739895B1 (fr) * | 1995-10-13 | 1997-12-12 | Inst Francais Du Petrole | Moteur a combustion interne a quatre temps et a allumage commande et injection directe de carburant |
-
1997
- 1997-05-21 JP JP9131200A patent/JPH10317975A/ja active Pending
-
1998
- 1998-05-12 US US09/076,118 patent/US6006719A/en not_active Expired - Fee Related
- 1998-05-19 EP EP98109133A patent/EP0879943B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1998-05-19 DE DE69800461T patent/DE69800461T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1998-05-20 KR KR1019980018146A patent/KR100286995B1/ko not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11136914B2 (en) | 2017-02-03 | 2021-10-05 | Scania Cv Ab | Compression ignited combustion engine |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0879943B1 (en) | 2001-01-03 |
DE69800461T2 (de) | 2001-05-03 |
EP0879943A2 (en) | 1998-11-25 |
JPH10317975A (ja) | 1998-12-02 |
KR100286995B1 (ko) | 2001-04-16 |
DE69800461D1 (de) | 2001-02-08 |
US6006719A (en) | 1999-12-28 |
EP0879943A3 (en) | 1999-06-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3903657B2 (ja) | 筒内噴射式火花点火内燃機関 | |
US5927244A (en) | Combustion chamber structure having piston cavity | |
US5553588A (en) | Spark-ignited direct cylinder fuel injection engine | |
US5115776A (en) | Internal combustion engine | |
EP1350014B1 (en) | Piston for internal combustion engines | |
KR100302434B1 (ko) | 실린더직접분사식스파크점화엔진 | |
KR20020076347A (ko) | 실린더 내부 직접분사 불꽃점화 엔진 | |
KR100286995B1 (ko) | 실린더 직접 분사식 스파크 점화 엔진 | |
US7025036B2 (en) | Valve controlled divided chamber internal combustion engine | |
US5890466A (en) | Device for injecting fuel at the exhaust port of an engine cylinder | |
US6155229A (en) | Charge motion control valve in upper intake manifold | |
JP3849422B2 (ja) | 筒内噴射式火花点火内燃機関 | |
JP3689974B2 (ja) | 筒内直接燃料噴射内燃機関 | |
KR19990078188A (ko) | 직접 분사, 스파크 점화식 4행정 내연기관 | |
JPH04112944A (ja) | 燃料噴射式内燃機関 | |
KR100231339B1 (ko) | 자동차의 가솔린 엔진 | |
KR100303979B1 (ko) | 3밸브의직분식가솔린엔진 | |
JPH0598965A (ja) | 直噴型デイーゼルエンジン | |
JP3591141B2 (ja) | 筒内直接噴射式火花点火内燃機関 | |
JP3838346B2 (ja) | 筒内噴射式火花点火内燃機関 | |
JP2699722B2 (ja) | 成層燃焼型内燃エンジン | |
KR100203507B1 (ko) | 직분식 가솔린 엔진 | |
AU2002342383B2 (en) | Valve controlled divided chamber internal combustion engine | |
KR100230865B1 (ko) | 층상급기 엔진(Stratified charge type engine) | |
KR100303036B1 (ko) | 차량용 직접분사 엔진 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20100111 Year of fee payment: 10 |
|
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |