KR19980087412A - 내연 기관 - Google Patents

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KR19980087412A
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노부히사 진구
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하나와 기이찌
닛산 지도샤 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명은 실린더 직접 분사 불꽃 점화 내연 기관(엔진)에 관한 것이다. 엔진은 다수의 실린더를 갖는 실린더 블록을 포함한다. 실린더 헤드는 실린더 블록의 블록 데크 상에 고정 장착된다. 실린더 헤드는 각 실린더에 대해 흡기 포트를 갖는다. 흡기 포트는 서로 인접한 제1 및 제2 부분을 갖는다. 제1 부분은 흡입 공기의 유동에 대해 제2 부분의 하류에 위치된다. 제1 및 제2 부분은 각각 제1 및 제2 축을 갖는다. 제1 및 제2 축은 제1 각도가 제2 각도보다 작은 제1 및 제2 각도를 형성하도록 각각 실린더 헤드의 하부 평면에 대해 경사진다. 각 실린더에 대응하여 형성된 연소실 내로 연료를 직접 분사하도록 연료 분사기 밸브가 제공된다. 연료 분사기 밸브는 흡기 포트에 근접하여 위치되며 흡기 포트의 하류 단부보다 연소실의 외주에 보다 근접하여 배치된다. 팁 단부 부분이 연소실 내로 돌출되는 방식으로 점화 플러그가 제공된다.

Description

내연 기관
본 발명은 내연 기관(엔진)의 개선에 관한 것이며, 특히, 엔진의 흡기 포트의 형상의 개선에 관한 것이다.
종래의 내연 기관에서, 흡기 포트는 실린더 헤드에 형성되어, 예를 들어 일본 실용 공개 공보 7-25236호에 개시된 바와 같이, 하류 부분(연소실측)이 실린더 헤드의 하부 평면에 대해 약간 경사지며 상류 부분(흡기 파이프측)이 하부 평면에 대해 대체로 수평하게 보다 완만하게 경사지도록 성형된다.
이하, 실린더 헤드 하부 평면에 대한 흡기 포트의 경사각이 상대적으로 큰 경우, 흡기 포트는 하이 포트(high port)라 불린다. 흡기 포트의 경사각이 상대적으로 작은 경우, 흡기 포트는 로우 포트(low port)라 불린다. 흡기 포트가 실린더 헤드 하부 평면과 일반적으로 평행하게 연장되면, 흡기 포트는 수평 포트(horizontal port)라 불린다. 이러한 관계에서, 종래의 일반적인 흡기 포트는 하류 부분이 일반적으로 로우 포트 구조를 가지며 상류 부분이 수평 포트 구조를 갖도록 설계된다.
그러나, 이러한 종래의 흡기 포트 구조의 엔진은 결점이 있다. 즉, 로우 포트 구조의 하류 부분이 실린더 내의 배기 포트로 향한 흡입 공기(intake air) 양을 증가시켜 실린더 내의 흡입 공기의 난류(tumble flow)를 개선시킨다는 점에서 유리하다. 그러나, 충분한 엔진 토크 출력을 얻기 위해 자동차의 제한된 공간 내에서 충분한 길이의 흡기 통로를 보장하는 것이 필요하다. 상류 부분이 수평 포트 또는 로우 포트 구조를 갖는 경우, 흡기 파이프의 곡률의 반경이 작게 되도록 흡기 포트의 상류 부분에 연결된 흡기 파이프(흡기 매니폴드)를 급격하게(sharply) 굽힘으로써 또는 그렇지 않으면 다수의 굽힘부를 형성함으로써 이러한 요구 조건이 충족될 수 있다. 이들은 불가피하게 흡기 유동 저항을 증가시켜 자동차 흡기 파이프의 설계에 문제점을 발생시킨다.
또한, 연료 분사기 밸브로부터 엔진 내로 연료가 직접 분사되는 실린더 직접 분사 불꽃 점화 엔진의 경우, 연료 분사기 밸브가 흡기 포트에 근접하여 그리고 흡기 포트의 하류 단부보다 연소실의 외주에 보다 근접되어 배치되는 것이 좋다. 특히, 실린더 직접 분사 불꽃 점화 엔진에 각 실린더에 대해 두 개의 흡기 포트가 제공되는 경우, 두 개의 흡기 포트 사이에 연료 분사기 밸브를 배치하는 것이 좋다. 그러나, 이는, 연료 분사기 밸브를 위한 수용 구멍이 수평 포트 또는 로우 포트 구조의 흡기 포트 상류 부분과 간섭되어 연료 분사기 밸브를 배치하는 것이 어렵게되는 문제점을 발생시킨다.
본 발명의 목적은 종래의 내연 기관에서의 문제점을 효과적으로 극복할 수 있는 개선된 내연 기관을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 실린더 내의 흡기의 난류 유동을 개선하면서 충분한 길이의 흡기 파이프(흡기 매니폴드)를 얻을 수 있는 개선된 내연 기관을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 엔진이 실린더 직접 분사 불꽃 점화식인 경우 연료 분사기 밸브의 배치 및 연료 분사기 밸브 수용 구멍의 기계가공을 용이하게 할 수 있는 개선된 내연 기관을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 태양은 흡기 포트를 갖는 실린더 헤드를 포함하는 내연 기관에 있다. 흡기 포트는 서로 인접한 제1 및 제2 부분을 갖는다. 제1 부분은 흡입 공기의 유동에 대해 제2 부분의 하류에 위치된다. 제1 및 제2 부분은 각각 제1 및 제2 축들을 갖는다. 제1 및 제2 축들은 제1 각도가 제2 각도보다 작은 제1 및 제2 각도를 형성하도록 각각 실린더 헤드의 하부 평면에 대해 경사진다.
본 발명의 다른 태양은 실린더 직접 분사 불꽃 점화 엔진에 있다. 엔진은 다수의 실린더를 갖는 실린더 블록을 포함한다. 실린더 헤드는 실린더 블록의 블록 데크 상에 고정 장착된다. 실린더 헤드는 각 실린더에 대해 흡기 포트를 갖는다. 흡기 포트는 서로 인접된 제1 및 제2 부분을 갖는다. 제1 부분은 흡입 공기의 유동에 대해 제2 부분의 하류에 위치된다. 제1 및 제2 부분은 각각 제1 및 제2 축을 갖는다. 제1 및 제2 부분은 제1 각도가 제2 각도보다 작은 제1 및 제2 각도를 형성하도록 각각 실린더 헤드의 하부 평면에 대해 경사진다. 각 실린더에 대응하여 형성된 연소실 내로 연료를 직접 분사하도록 연료 분사기 밸브가 제공된다. 연료 분사기 밸브는 흡기 포트에 근접하여 위치되며 그리고 흡기 포트의 하류 단부보다 연소실의 외주에 보다 근접하여 배치된다. 점화 플러그는 팁 단부 부분이 연소실 내로 돌출되는 방식으로 제공된다.
이렇게 설계된 내연 기관으로, 흡기 포트의 제1 또는 하류측 부분은 로우 포트 구조를 가지며, 따라서, 실린더 내의 흡입 공기의 난류가 개선되어 연소실의 공기 연료 혼합물의 연소 속도를 증가시켜 엔진의 연소 성능을 개선시킨다. 또한, 흡기 포트의 제2 또는 상류측 부분은 하이 포트 구조를 가지며, 따라서, 상대적으로 큰 곡률 반경으로 흡기 파이프를 단지 가볍게 굽힘으로써 충분한 길이의 흡기 파이프(흡기 매니폴드)를 보장하면서 충분한 길이의 흡기 포트가 보장된다. 또한, 실린더 직접 분사 불꽃 점화 엔진의 경우, 흡기 포트의 상류측 부분이 하이 포트 구조를 갖는다는 점 때문에 연료 분사기 밸브 및 연료 분사기 밸브의 수용 구멍이 흡기 포트와 간섭되는 것이 효과적으로 방지될 수 있다.
도1은 본 발명에 따른 실린더 직접 분사 불꽃 점화 내연 기관의 일 실시예의 개략적인 일부 절결된 평면도.
도2는 도1의 엔진의 개략적인 일부 절결된 확대 평면도.
도3은 도1의 엔진의 개략적인 일부 절결된 측면도.
도4는 도1의 엔진의 실린더 헤드의 수직 단면도.
도5는 실린더 헤드의 연료 분사기 밸브 수용 구멍의 축을 따른, 도4의 실린더 헤드의 수직 단면도.
도6은 흡기 파이프가 실린더 헤드에 설치된 상태를 도시하는, 도4의 실린더 헤드의 수직 단면도.
도7은 도4의 화살표 AR의 방향으로부터 볼 때 도4의 실린더 헤드와 관련하여 흡기 포트의 상류 부분과 연료 분사기 밸브 수용 구멍 사이의 위치 관계를 도시하는 일부 절결된 확대 평면도.
도8은 도7과 유사하나 도4의 위치 관계가 아니라 실린더 헤드와 관련하여 흡기 포트의 상류 부분과 연료 분사기 밸브 수용 구멍 사이의 위치 관계를 도시하는 일부 절결된 확대 평면도.
도9는 엔진의 흡기 포트의 축의 경사각으로 실린더 직접 분사 불꽃 점화 내연 기관의 실린더 내에 발생된 난류 유동의 강도를 실험적으로 얻은 데이타를 도시하는 그래프.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 연소실
2 : 실린더 헤드
3 : 실린더 블록
4 : 피스톤
5A, 5B : 흡기 포트
8 : 공동
10 : 연료 분사기 밸브
도면 중 도1 내지 도7에서, 특히 도1 내지 도3에서, 본 발명에 따른 실린더 직접 분사 불꽃 점화 (가솔린 연료) 내연 기관(엔진)(E)의 일 실시예가 도시되어 있다. 본 실시예의 엔진(E)은 자동차용이며 실린더 블록(3) 내에 형성된 다수(단지 하나만이 도시됨)의 엔진 실린더(C)를 갖는다. 피스톤(4)은 각 실린더(C) 내에 이동 가능하게 배치되어 실린더 블록(3)의 블록 데크(실린더 상부 데크) 또는 상부 평면(T)에 고정된 실린더 헤드(2)와 피스톤 사이에 연소실을 한정한다.
실린더 헤드(2)에는 각 실린더(C)에 대해 또는 각 연소실(1)에 대해 두 개의(제1 및 제2) 흡기 포트(5A, 5B) 및 두 개의 배기 포트(E1, E2)가 형성된다(도2에서 도시됨). 두 개의 흡기 포트(5A, 5B)는 두 개의 배기 포트(E1, E2)에 대해 실린더(C)의 중심 축(도시되지 않음)을 포함하는 수직 실린더 헤드 면(P)의 반대측에 위치된다. 흡기 포트(5A, 5B)는 두 개의 흡기 밸브(6A, 6B)가 각각 이동 가능하게 배치된 (연소실(1)로 개방된) 각각의 하류 단부들을 갖는다. 배기 포트(E1, E2)는 두 개의 배기 밸브(7A, 7B)가 각각 이동 가능하게 배치된 (연소실(1)로 개방된) 각각의 상류 단부들을 갖는다.
피스톤(4)에는 연소실(1)의 일부를 형성하는 원형 공동 또는 함몰부(8)가 피스톤 크라운에 형성된다. 특히, 공동(8)이 피스톤 크라운의 상부 면에 형성되며 공동의 하부 면(8b)은 일반적으로 평탄하도록 얕거나(shallow) 또는 평탄하다. 공동(8)의 중심 축(C2)은 일반적으로 피스톤(4)의 중심 축(C1)으로부터 흡기 밸브(6A, 6B)를 향해 평행하게 이격(즉, 배기 밸브(7A, 7B)에 보다는 흡기 밸브(6A, 6B)에 보다 근접하여 위치)된다. 공동(8)의 외주(8a)는 도2에서 도시된 바와 같이 위로부터 볼 때 일반적으로 원형이다. 공동(8)의 외주(8a)의 일부는 도3에서 도시된 바와 같이 외주(8a)의 다른 부분에 대해 상승되어 릿지 라인(R)을 형성하며, 연료 분사기 밸브(10)가 위치되는 측에 대해 중심 축(C2)을 포함하는 가상 수직 면(도시되지 않음)의 반대측에 위치된다.
점화 플러그(9)는 실린더 헤드(2)에 설치되어 (전극을 갖는) 점화 플러그의 팁 단부 부분은 연소실(1) 내로 돌출하며 원형 공동(8)의 외주 환형부의 일부 위에 위치된다. 점화 플러그(9)는 일반적으로 실린더(C)의 중심축(C1)을 따라 위치된다. 특히, 점화 플러그(9)의 축은 실린더(C)의 중심 축(C1)으로부터 배기 밸브(7A, 7B)를 향해 약간 이격된다.
연료 분사기 밸브(10)는 도2에서 도시된 바와 같이 위로부터 볼 때 제1 및 제2 흡기 포트(5A, 5B) 사이에 배치되며 연소실(1) 내로 직접 연료(가솔린)를 분사하도록 위치된다. 연료 분사기 밸브(10)는 하향으로 비스듬히 향해지도록 설치되며 흡기 밸브(6A, 6B)로부터 배기 밸브(7A, 7B)로의 방향으로 연장된다. 특히, 연료 분사기 밸브(10)는 (점선에 의해 표시된) 연료 분사기 밸브의 축이 실린더 블록(3)의 상부 평면(T)에 대해 (또는 실린더 헤드(2)의 하부 평면에 대해) 소정의 각도(θinj)를 형성하도록 위치되어 공동(8)의 하부 면(8b)으로 향해진다. 소정 각도(θinj)는 35도 내지 45도의 범위 내에 있으며, 양호하게는 45도이다. 따라서, 연료 분사기 밸브(10)는 하향 방향으로 또는 공동(8)을 향해 비스듬히 연료를 분사한다. 연료 분사기 밸브(10)는 세팅된 연료 분사 타이밍(본 실시예에서는, 성층 연소(stratified charge combustion)가 수행되는 엔진 작동 상태에서의 압축 행정)에서 연료를 분사하도록 설계된다.
와류 제어 밸브(swirl control valve)(11)는 제1 흡기 포트(5A)를 차단하도록 이동 가능하게 배치되며, 소정의 엔진 작동 상태에 따라 제어 가능하게 개폐되도록 설계된다. 본 실시예에서, 와류 제어 밸브(11)는 성층 연소가 수행되는 소정의 엔진 작동 상태에서 일반적으로 완전히 폐쇄되도록 제어된다. 와류 제어 밸브(11)는 다른 소정의 엔진 작동 상태에서 제1 흡기 포트(5A)에서 공기 유동을 제어하도록 부분적으로 폐쇄될 수도 있다. 제2 흡기 포트(5B)는 공동(8)의 외주(8a)에 대체로 접선방향으로 연장되어 형성된다. 특히, 연소실(1)을 향한 방향으로 피스톤(4)의 중심 축(C1)을 점차 접근시키는 방식으로 제2 흡기 포트(5B)의 축(X1)을 (또는 축(X1)의 적어도 대부분을) 포함하는 수직 포트 축 면(L)은 수직 직교류 면(vertical cross flow plane)(V1)에 대해 경사지게 하여, 수직 포트 축 면(L)과 수직 직교류 면(V1) 사이에 소정 각도(포트 내향으로 향한 각도)(θ1)가 형성된다. 소정 각도(θ1)는 5도 이상 15도 미만의 범위 내에 있으며, 양호하게는 약 8도이다. 또한, 수직 포트 축 면(L)은 실린더 블록(3)의 가상 수평 면 또는 블록 데크(H) 상의 원형 공동(8)의 외주(8a)의 목표 라인을 포함하는 수직 면(V2)과 일반적으로 평행하다. 본 실시예에서, 수직 포트 축 면(L)은 수직 면(V2) 내부에 위치되며 점화 플러그(9) 외부 및 원형 공동(8)의 외주(8a)에 대해 내부의 공간을 통과하여 연장된다. 수직 포트 축 면(L)과 수직 직교류 면(V1)과 수직 면(V2)은 실린더 블록(3)의 블록 데크 또는 상부 평면(H)에 수직하다. 수직 직교류 면(V1)은 흡기 밸브(6B) 및 배기 밸브(7B)를 통과하며 실린더(C)의 축을 포함하는 실린더 축 면(P)에 수직하다. 실린더 축 면(P)은 블록 데크(H)에 수직하다. 따라서, 다시 말해, 소정 각도(θ1)는 직교류 수평 방향(V1)에 대해 흡기 포트(5B)(특히, 흡기 포트 축(X1))의 내향 경사각이다. 복수 실린더 엔진에서, 소정 각도(θ1)는 흡기 포트 축(X1)과 라인(V1) 사이에 형성된 수평으로 측정된 각도로서 한정될 수 있으며, 라인(V1)은 흡기 밸브(6B)와 배기 밸브(7B)를 통해 연장되고 인접 실린더의 중심 축을 포함하는 수직 실린더 축 면(P)에 수직한 수직 면 내에 있다.
상술된 구조에서, 와류 제어 밸브(11)는 성층 연소가 수행되는 엔진 작동 상태(예를 들어, 저부하 엔진 작동 상태)에서 폐쇄된다. 따라서, 연소실(1) 내로 제2 흡기 포트(5B)를 통해 흡기 공기가 도입되며, 흡기 공기는 도2에서 도시된 바와 같이 와류 형태의 가스 유동(W)을 발생시킨다. 가스 유동(W)은 피스톤 크라운에 형성된 공동(8) 내에서 공동(8)의 외주(8a)를 따라 이동한다.
와류 제어 밸브(11)로 차단 가능한 제1 흡기 포트(5A)가 수직 직교류 면(V1)과 평행하게 피스톤(4)의 중심 축(C1) 및 공동(8)의 중심 축(C2)을 포함하는 수직 중심 면(V3)에 대해 제2 흡기 포트(5B)에 대체로 대칭되도록 형성되어, 제1 및 제2 흡기 포트(5A, 5B)의 축들은 도2에서 명확히 도시된 바와 같이 연소실(1)을 향한 방향으로 서로 점차로 접근된다. 도시된 바와 같이, 점화 플러그(9)의 (전극을 갖는) 팁 단부는 제2 흡기 포트(5B)의 축(X1)을 포함하는 수직 포트 축 면(L)에 대해 내부에 위치된다. 본 실시예에서, 점화 플러그(9)는 수직 중심 면(V3)이 점화 플러그(9)의 팁 단부 부분을 통과하도록 위치된다.
도4 내지 도7에서 명백히 도시된 바와 같이, 실린더 헤드(2) 하부 평면(B)에는 연소실(1)의 일부를 형성하는 함몰부(2a)가 형성된다. 함몰부 또는 연소 챔버(2a)는 실린더 헤드(1)의 폭 방향으로 (또는 도4에서 우측 및 좌측 방향으로) 일반적으로 중심부에 위치된다. 도면 부호 15, 16은 흡기 및 배기 밸브(6B, 7B)를 수용하기 위한 구멍을 각각 표시한다. 점화 플러그 수용 구멍(17)은 축이 실린더(C)의 중심 축(C1)과 평행하게 그에 근접 위치되도록 실린더 헤드(1)에 형성된다. 점화 플러그(9)는 구멍(17)에 수용되도록 된다.
연료 분사기 밸브 수용 구멍(18)은 실린더 헤드(2)에 형성되며 흡기 포트(5A, 5B) 근처에 위치된다. 특히, 연료 분사기 밸브 수용 구멍(18)은 상부측으로부터 볼 때 또는 실린더 헤드(1)의 하부 평면(B)을 포함하는 수평면 상에서 두 개의 흡기 포트(5A, 5B) 사이에 위치된다. 하부 평면(B)은 실린더 블록(3)의 상부 평면(T)과 타이트하게 접한다. 연료 분사기 밸브 수용 구멍(18)의 팁 단부 부분은 연소실(1) 또는 실린더(C)의 외주(8a)에 근접하여 위치된다. 연료 분사 밸브(10)는 이러한 방식으로 구멍(18) 내에 수용되어 연소실(1) 내로 비스듬하게 하향으로 연료를 직접 분사한다. 연료 분사 밸브(10)는 균질 연소(homogeneous charge combustion) 중 흡기 행정의 분사 타이밍에서 그리고 성층 연소 중 압축 행정의 분사 타이밍에서 연료를 분사하도록 된다.
여기서, 각 흡기 포트(5A, 5B)는 연소실(1)에 대해 비스듬히 하향으로 향해지도록 형성된다. 흡기 포트(5A, 5B)는 서로 인접한 하류측 부분(5a) 및 상류측 부분(5b)을 포함한다. 하류측 부분(5a)은 연소실(1)과 상류측 부분(5b) 사이에 위치되며, 상류측 부분(5b)은 하류측 부분(5a)과 흡기 파이프(19) 사이에 위치된다(도6). 흡기 포트(5A, 5B)는 하류측 축 부분(Xa) 및 상류측 축 부분(Xb)을 포함하는 축(X1)을 갖는다. 하류측 축 부분(Xa)은 흡기부(3)의 하류측 부분(5a)의 축으로서 기능하며, 상류측 축 부분(Xb)은 흡기 포트(5A, 5B)의 상류측 부분(5b)의 축으로서 기능한다. 하류측 및 상류측 축 부분(Xa, Xb)은 지점(A)에서 서로 연결된다. 하류측 축 부분(Xa)은 소정 각도(경사각)(θ2)를 형성하도록 실린더 헤드(1)의 하부 평면(B)에 대해 경사진다. 상류측 축 부분(Xb)은 소정 각도(θ2)보다 큰 소정 각도(θ3)를 형성(즉, θ2 θ3)하도록 하부 평면(B)에 대해 경사진다. 따라서, 하류측 부분(3a)은 상대적으로 작은 경사각을 갖는 소위 로우 포트 구조를 가지며, 상류측 부분(3b)은 상대적으로 큰 경사각을 갖는 하이 포트 구조를 갖는다. 하류측 부분(5a)은 상류측 부분(5b)의 길이보다 긴 길이를 갖는다.
도6에서 도시된 바와 같이, 흡기 파이프 또는 흡기 매니폴드(19)는 흡기 포트(5A, 5B)의 상류측 부분(5b, 5b)에 연결되며 비드듬하게 상향으로 연장되어 부드럽게 하향으로 연장되는 방식으로 설계된다. 흡기 파이프(19)는 흡입 공기가 연소실(1) 또는 실린더(C) 내로 공급되도록 유동하는 흡입 공기 통로를 내부에 한정한다. 하이 포트 구조의 상류측 부분(5b)에 의해, 흡기 파이프(19)는 자동차 상에 엔진(E)을 장착하기 위한 제한된 공간(LS) 내에서도 필요한 통로 길이를 보장할 수 있다.
다음, 실린더 직접 분사 불꽃 점화 내연 기관(E)의 작동에 대해 설명하기로 한다.
실린더(C)에서의 흡기 행정에서, 흡입 공기는 실린더(C) 또는 연소실(2) 내로 흡기 포트(5A, 5B)를 통해 유동한다. 이 때, 각 흡기 포트(5A, 5B)의 하류측 부분(5a)이 로우 포트 구조를 갖는다는 사실 때문에, 실린더(C) 내의 배기 밸브(E1, E2)의 측으로의 흡입 공기 유동량은 증가되어, 그에 의해, 도6에서 도시된 바와 같이 실린더(C) 내의 흡기 공기의 난류(T)를 개선시킨다. 이러한 관점에서, 도9는 실린더 헤드(1)의 바닥 평면(B)에 대해 흡기 포트의 축의 경사각이 증가되면서 난류가 개선되는 경향을 도시한다. 도9의 그래프는 흡기 포트의 축이 일반적으로 직선인 점을 제외하고는 도1 내지 도7에서 도시된 것과 유사한 실린더 직접 분사 불꽃 점화 엔진에서 시험을 수행함으로써 얻었다. 이 시험에서, 흡기 포트의 축의 경사각을 변화시키면서 난류의 강도를 측정하였다.
흡입 공기의 개선된 난류 유동의 효과에 의해, 실린더(C) 내의 공기-연료 혼합물의 연소 속도가 효과적으로 증가됨으로써, 엔진(E)의 연소 성능을 개선시켰다.
또한, 흡기 포트(5A, 5B)의 하류측 부분(5a)이 상류측 부분(5b)보다 길다는 점 때문에, 실린더(C) 내부의 난류 스트림은 충분히 개선될 수 있다.
흡기 포트(5A, 5B)의 상류측 부분(5b)이 하이 포트 구조를 갖기 때문에, 단지 자동차의 제한된 공간(LS) 내에서 흡기 파이프(19)를 가볍게 굽힘으로써 흡기 파이프 또는 흡기 매니폴드(19)의 흡입 공기 통로의 충분한 길이를 보장하면서 흡기 포트(5A, 5B)의 충분한 길이가 보장될 수 있다. 즉, 흡기 포트에 연결된 흡기 파이프(19)는 우선 상향으로 연장되며, 그 후, 상대적으로 큰 곡률 반경으로 약간 하향으로 점차적으로 매끄럽게 굽혀지며, 따라서, 자동차의 제한된 공간(LS) 내에서 흡기 파이프(19) 내의 흡입 공기 통로의 충분한 길이를 보장한다. 반면, 상류측 부분(5b)은 하류측 부분(5a)과 동일한 로우 포트 구조를 갖는다고 가정한다. 이 경우, 흡기 파이프(19)는 도6의 점선 곡선(19')에 의해 표시된 형상으로 굽혀질 수 있어서, 상류측 부분(5b)이 하이 포트 구조를 갖는 경우에서와 비교할 때 흡기 파이프 내부의 흡기 공기 통로는 단축될 수 있다.
또한, 하이 포트 구조를 갖는 흡기 포트 상류측 부분(5b)의 효과에 의해, 상류측 부분(5b)은 연료 분사기 밸브(10)가 수용되는 연료 분사기 밸브 수용 구멍(18)으로부터 분리되도록 향해져, 연료 분사기 밸브 수용 구멍(18)의 설계 및 기계 가공이 용이해질 수 있다. 반면, 상류측 부분(5b)은 로우 포트 구조를 갖는다고 가정한다. 이 경우, 상류측 부분(5b)은 연료 분사기 밸브 수용 구멍(18)을 접근하도록 향해져 이들이 서로 간섭되어, 가상도인 도8에서 도시된 바와 같이 연료 분사기 밸브 수용 구멍(18)의 설계 및 기계 가공을 어렵게 한다.
실린더 직접 분사 불꽃 점화 내연 기관만이 도시되고 설명되었지만, 본 발명의 원리는 다른 종류의 내연 기관에 적용될 수 있음을 알아야 한다. 상술된 연료 분사기 밸브의 배치에 비해 장점이 있기 때문에 본 발명의 원리를 실린더 직접 분사 불꽃 점화 내연 기관에 적용하는 것이 보다 효과적이다.
본 발명에 따르면, 종래의 내연 기관에서의 문제점을 효과적으로 극복할 수 있는 개선된 내연 기관이 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 실린더 내의 흡기의 난류 유동을 개선하면서 충분한 길이의 흡기 파이프(흡기 매니폴드)를 얻을 수 있는 개선된 내연 기관이 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 엔진이 실린더 직접 분사 불꽃 점화식인 경우 연료 분사기 밸브의 배치 및 연료 분사기 밸브 수용 구멍의 기계가공을 용이하게 할 수 있는 개선된 내연 기관이 제공된다.

Claims (11)

  1. 흡기 포트를 갖는 실린더 헤드를 포함하며, 상기 흡기 포트는 서로 인접한 제1 및 제2 부분을 가지며, 상기 제1 부분은 흡기 공기의 유동에 대해 상기 제2 부분의 하류에 위치되며, 상기 제1 및 제2 부분은 각각 제1 및 제2 축을 가지며, 상기 제1 및 제2 축은 각각 제1 및 제2 각도를 형성하도록 상기 실린더 헤드의 하부 평면에 대해 경사지며, 상기 제1 각도는 상기 제2 각도보다 작은 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  2. 제1항에 있어서, 상기 흡기 포트의 상기 제1 부분은 상기 흡기 포트의 상기 제2 부분보다 길이가 긴 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  3. 제1항에 있어서, 흡입 공기가 상기 흡기 포트 내로 공급되도록 유동하는 흡기 파이프도 포함하며, 상기 흡기 파이프는 상기 흡기 포트의 상기 상류 부분에 연결되며, 상기 하류 부분은 연소실과 연결 가능한 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  4. 다수의 실린더를 갖는 실린더 블록과, 상기 각 실린더를 위한 제1 흡기 포트를 가지며 상기 실린더 블록의 블록 데크 상에 고정 장착된 실린더 헤드와, 상기 흡기 포트에 근접하여 위치되며 상기 흡기 포트의 하류 단부보다 상기 연소실의 외주에 근접하여 배치되어 각 실린더에 대응하여 형성된 연소실 내로 연료를 직접 분사하기 위한 연료 분사기 밸브와, 팁 단부 부분이 연소실 내로 돌출되는 점화 플러그를 포함하며;
    상기 흡기 포트는 서로 인접한 제1 및 제2 부분들을 가지며, 상기 제1 부분은 흡입 공기의 유동에 대해 상기 제2 부분의 하류에 위치되며, 상기 제1 및 제2 부분은 각각 제1 및 제2 축들을 가지며, 상기 제1 및 제2 축들은 제1 및 제2 각도를 형성하도록 각각 상기 실린더 헤드의 하부 평면에 대해 경사지며, 상기 제1 각도는 상기 제2 각도보다 작은 것을 특징으로 하는 실린더 직접 분사 불꽃 점화 내연 기관.
  5. 제4항에 있어서, 상기 실린더 헤드는 각 실린더에 대해 제2 흡기 포트와 각 실린더에 대해 제1 및 제2 배기 포트를 가지며, 상기 내연 기관은 상기 제1 및 제2 흡기 포트를 각각 폐쇄시킬 수 있는 제1 및 제2 흡기 밸브와 상기 제1 및 제2 배기 포트를 각각 폐쇄시킬 수 있는 제1 및 제2 배기 밸브도 포함하는 것을 특징으로 하는 실린더 직접 분사 불꽃 점화 내연 기관.
  6. 제5항에 있어서, 상기 실린더 헤드와의 사이에 연소실을 한정하도록 상기 실린더에 이동 가능하게 배치된 피스톤도 포함하며, 상기 피스톤은 상기 피스톤의 중심 축으로부터 상기 흡기 밸브를 향해 오프셋된 중심축을 갖는 일반적으로 원형 공동이 피스톤 크라운에 형성되는 것을 특징으로 하는 실린더 직접 분사 불꽃 점화 내연 기관.
  7. 제6항에 있어서, 엔진 작동 상태에 따라 상기 제1 흡기 포트 내의 공기 유동을 제어하도록 배치된 와류 제어 밸브도 포함하는 것을 특징으로 하는 실린더 직접 분사 불꽃 점화 내연 기관.
  8. 제6항에 있어서, 상기 제2 흡기 포트는 적어도 대부분이 소정의 제1 각도를 형성하도록 제2 수직면에 대해 경사진 제1 수직 면에 포함된 축을 가지며, 상기 제1 수직면은 상기 제2 수직면에 대해 연소실을 향한 방향으로 상기 피스톤의 중심축을 점차 접근하며, 상기 제1 및 제2 수직면은 상기 실린더 블록의 블록 데크에 수직하며, 상기 제2 수직면은 상기 제1 흡기 및 배기 밸브를 통과하며 상기 실린더의 중심축들을 포함하는 제3 수직면에 대해 수직하며 블록 데크에 대해 수직하며, 상기 제1 흡기 및 배기 밸브는 상기 제3 수직 면의 대향 면들 상에 각각 위치되는 것을 특징으로 하는 실린더 직접 분사 불꽃 점화 내연 기관.
  9. 제8항에 있어서, 상기 연료 분사기 밸브는 상기 피스톤의 피스톤 크라운 내의 상기 원형 공동 내로 향해진 축을 가지며, 상기 연료 분사기 밸브는 상기 블록 데크를 포함하는 수평면 상에서 상기 제1 및 제2 흡기 포트 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 실린더 직접 분사 불꽃 점화 내연 기관.
  10. 제8항에 있어서, 상기 제1 및 제2 흡기 포트는 제1 및 제2 배기 포트에 대해 상기 제3 수직면의 대향 측 상에 위치되는 것을 특징으로 하는 실린더 직접 분사 불꽃 점화 내연 기관.
  11. 제4항에 있어서, 상기 흡기 포트의 상기 제1 부분은 상기 흡기 포트의 상기 제2 부분보다 길이가 작은 것을 특징으로 하는 실린더 직접 분사 불꽃 점화 내연 기관.
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