KR19990002085A - 디젤 엔진의 직접 분사식 연소실 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 보다 강한 와류를 발생시키는 것에 의하여, 초기 분사 지연에 따른 배기 가스 중의 질소 산화물(NOx), 매연 및 분진의 생성을 감소시켜, 디젤 엔진의 배기 가스에 의한 대기 오염을 감소시킬 수 있는 구조를 가지는 디젤 엔진의 직접 분사식 연소실에 관한 것이다. 디젤 엔진의 직접 분사식 연소실은, 56.5%의 형상 계수(a/실린더 보어), 87%의 리엔트렌트비(b/a), 0.5의 림 반경(rim), 39.6%의 (c/a), 28.8%의 (2d/a), 25%의 (f/c) 및 와류실과 피스톤 헤드의 상부 중앙에 형성된 평면부 사이에 160°의 원추면을 가지며, 상기 원추면은 3mm의 원추 측단 반경(j,k) 및 37%의 원추 깊이(h/c)를 가지며, 상기에서, a는 피스톤 헤드의 연소실 개구 단부의 직경, b는 피스톤 헤드의 연소실 개구의 직경, c는 연소실 깊이, d는 피스톤 헤드의 와류실의 반경, f는 스퀴시 립(squish lip) 깊이, h는 원추면 깊이.

Description

디젤 엔진의 직접 분사식 연소실

본 발명은 디젤 엔진의 연소실에 관한 것이고, 보다 상세하게는 실린더 블록과 연소실을 형성하는 피스톤의 상단부의 형성을 변경하여 연소실 내에서 보다 강한 와류를 형성할 수 있는 구조를 가지는 디젤 엔진의 직접 분사식 연소실에 관한 것이다.

널리 공지된 바와 같이, 자동차에 사용되는 디젤 엔진은 실린더 안에 공기만을 흡입, 압축하여 공기의 온도가 높아졌을 때, 연료를 무화(霧化)시켜 고압으로 분사하여, 분사 연료가 공기의 압축열에 의하여 자기 착화, 연소하게 된다. 이 때, 발생된 가스의 압력으로 동력을 얻게 된다.

디젤 엔진은 피스톤 - 크랭크 축 기구로 되는 엔진 본체와 이에 부속된 윤활, 냉각, 연료, 흡배기, 전기 장치 등 기본 적인 구조는 가솔린 엔진과 거의 유사하나, 디젤 엔진에서는 가솔린 엔진에서 사용되는 전기 점화 장치 대신에, 연료 분사 장치가 사용된다. 디젤 엔진은 상기된 바와 같이 공기만을 흡입 압축하여 약 700℃의 고온의 실린더 내에 경유를 분사하여 자기 착화시키고, 분사된 입자의 크기는 대략 10 ∼ 35㎛의 크기를 가진다.

가솔린 엔진의 연소실에서는 이미 공기와 충분히 잘 혼합된 혼합 가스를 전기 불꽃에 의하여 점화시켜 연소시키는 구조이지만, 디젤 엔진에서는 분사 노즐에서 안개 모양으로 만들어 분사되는 연료가 공기와 혼합되어, 착화 온도에 도달된 다음에 연소가 시작되기 때문에, 이러한 디젤 엔진의 연소실은 분사된 연료와 공기가 잘 혼합되는 구조의 것이어야 한다.

이러한 디젤 엔진의 연소실의 형식으로는 예연소실식, 와류실식, 직접 분사식, 및 공기실식 등이 있으며, 도 1에는 종래의 디젤 엔진의 직접 분사식 연소실의 구조가 개략적으로 도시되어 있다.

이러한 직접 분사식에서는 연료와 공기의 혼합이 주로 분사 노즐에 의존하며 그밖에 피스톤 헤드부의 형상을 고려하여 그 와류를 이용한다. 이를 위하여, 직접 분사식 연소실은 도 1에 도시된 바와 같이, 실린더 헤드(2)와 피스톤 헤드(3)에 의하여 형성되는 연소실(1)이 실린더 헤드(2)에 설치된 분사 노즐(4)과 메칭(matching)되는 형상을 가지도록 형성된다.

이를 위하여 피스톤 헤드(3)는 좌우 대칭의 형상을 하며, 이러한 피스톤 헤드(3)의 한 측부의 형상에 대해 설명하면, 실린더 헤드(2)에 설치된 헤드 가스켓(5)과 피스톤 헤드(3)의 연소실 개구(7)가 접하는 부분이 일정한 반경(e, 림 반경)을 가지도록 형성되며, 연소실 개구(7)는 일정 거리(f, 림 깊이) 떨어져 연소실 개구(7)와 연결되는 일정 반경(d)의 와류실(6)이 형성된다. 연소실 개구(7)와 와류실(6)의 림 반경(e)과 동일한 크기의 라운딩을 가지도록 형성된다.

연소실 개구(7)는 피스톤 헤드(3)의 중심으로부터 일정 거리(b) 떨어져 있으며, 연소실 개구 단부(8)는 피스톤 헤드(3)의 중심으로부터 일정 거리(a) 만큼 떨어지며, 또한 연소실(1)의 깊이는 피스톤 헤드(3)의 상부면으로부터 c의 거리를 가지며, 한편, 피스톤 헤드(3)는 헤드 가스켓(5)과 일정 거리(h) 떨어진 위치에서 와류실(6)로부터 헤드 가스켓(5)과 평행하게 연장하는 평면부(9)가 형성된다.

상기된 바와 같은 종래의 디젤 엔진의 직접 분사식 연소실(1)은 54 내지 55%의 형상 계수(a/실린더 보어), 85 내지 86%의 리엔트렌트비(reentrant ratio, b/a), 1 내지 2의 림(rim) 반경, 24.9%의 연소실 깊이 대 연소실 개구 단부비(c/a), 15%의 바닥 반경(2d/a), 30%의 림 깊이(f/c)를 가진다.

그러나, 상기된 바와 같은 종래의 구조를 가지는 디젤 엔진의 직접 분사식 연소실은 분사 노즐(4)과 연소실(1)의 구조가 단순하게 메칭되는 형상을 가지므로, 초기 분사 지연에 따른 배기 가스 중의 질소 산화물(NOx), 매연 및 분진이 많이 생성되어, 배기 가스에 의한 대기 오염이 심하다는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은, 보다 강한 와류를 발생시키는 것에 의하여, 초기 분사 지연에 따른 배기 가스 중의 질소 산화물(NOx), 매연 및 분진의 생성을 감소시켜, 디젤 엔진의 배기 가스에 의한 대기 오염을 감소시킬 수 있는 구조를 가지는 디젤 엔진의 직접 분사식 연소실을 제공하는 데 있다.

도 1은 종래의 디젤 엔진의 직접 분사식 연소실의 구조를 도시한 도면.

도 2는 본 발명에 따른 디젤 엔진의 직접 분사식 연소실의 구조를 도시한 도면.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 연소실 2 : 실린더 블록

3 : 피스톤 헤드 4 : 분사 노즐

5 : 헤드 가스켓 6 : 와류실

7 : 연소실 개구 8 : 연소실 개구 단부

9 : 평면부 10 : 원추면

상기된 바와 같은 목적은, 56.5%의 형상 계수(a/실린더 보어), 87%의 리엔트렌트비(b/a), 0.5의 림 반경(rim), 39.6%의 (c/a), 28.8%의 (2d/a), 25%의 (f/c) 및 와류실과 피스톤 헤드의 상부 중앙에 형성된 평면부 사이에 160°의 원추면을 가지며, 상기 원추면은 3mm의 원추 측단 반경(j,k) 및 37%의 원추 깊이(h/c)를 가지는 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 디젤 엔진의 직접 분사식 연소실에 의하여 달성된다.

상기에서, a는 피스톤 헤드의 연소실 개구 단부의 직경, b는 피스톤 헤드의 연소실 개구의 직경, c는 연소실 깊이, d는 피스톤 헤드의 와류실의 반경, f는 스퀴시 립(squish lip) 깊이, h는 원추면 깊이.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 디젤 엔진의 직접 분사식 연소실의 구조를 도시한 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 디젤 엔진의 직접 분사식 연소실(1)은 상기된 바와 같이 피스톤 헤드(3)의 연소실 개구 단부(8)의 직경(a)과 실린더 헤드(2)의 실린더 보어(또는 피스톤 헤드 외경)의 비인 형상 계수가 56.5%로 되는 것에 의하여, 분사 노즐(4)로부터 고압으로 분사되는 연료의 유립이 연소실(1)의 벽면에 닿지 않게 된다.

피스톤 헤드(3)의 연소실 개구(7)의 직경과 피스톤 헤드(3)의 연소실 개구 단부(8)의 직경(a)의 비인 리엔트렌트비(b/a)는 스쿼시 립의 하단에서 생성되어 강한 혼류를 형성할 수 있는 동시에 혼합기가 연소실(1) 외부로 방출되는 것을 방지하도록 87%이며, 림 반경(e)은 연소실(1) 입구에서 강한 와류를 형성하도록 0.5mm로 형성되고, 연소실 깊이(c) 대 연소실 개구 단부(8)의 비는 39.6%로 형성됨으로써, 형상 계수와 마찬가지로 보다 긴 길이를 가지는 연료의 강한 고압 분사에 대응할 수 있도록 형성된다.

바닥 반경(2d/a)은 28.8%로 원추면(10)의 형성에 의하여 형성되고, 림(또는 스퀴시 립) 깊이(f/c)가 25%로 연소실(1)의 입구에서부터 강한 혼류가 형성되도록 하였다. 와류실(6)과 평면부(9) 사이에 160°의 원추면(10)을 가지며, 원추면(10)은 3mm의 원추측단 반경(j,k)을 가지는 것에 의하여, 원추면의 생성에 의하여 연소실(1) 내에서 강한 혼류를 생성시킴과 동시에 연소에 불필요한 공간을 제거하는 효과를 가진다. 한편, 원추면(10)의 깊이(h) 대 림 깊이(c)의 비가 37%로 설정되는 것에 의하여, 확산 연소 직후에 혼합기가 최적으로 형성되도록 하였다.

그러므로, 상사점에서 열발생율이 종래에 비하여 낮게됨에 따라, 초기 분사 지연에 따른 배출 가스중의 질소 산화물(NOx), 매연 및 분진의 생성이 감소될 수 있다.

상기된 바와 같은 구조를 가지는 본 발명에 따른 디젤 엔진의 직접 분사식 연소실에 의하면, 초기 분사 지연에 따른 배출 가스중의 질소 산화물(NOx)의 생성이 대략 25%, 분진은 20% 이상, 그리고 매연은 10% 정도 감소될 수 있을 뿐만 아니라, 디젤 엔진의 성능이 15% 이상 향상되는 것에 의하여, 디젤 엔진의 배기 가스로 인한 대기의 오염을 방지할 수 있다.

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

Claims (1)

1. 56.5%의 형상 계수(a/실린더 보어), 87%의 리엔트렌트비(b/a), 0.5의 림 반경(rim), 39.6%의 (c/a), 28.8%의 (2d/a), 25%의 (f/c) 및 와류실과 피스톤 헤드의 상부 중앙에 형성된 평면부 사이에 160°의 원추면을 가지며, 상기 원추면은 3mm의 원추 측단 반경(j,k) 및 37%의 원추 깊이(h/c)를 가지는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 직접 분사식 연소실.

   상기에서, a는 피스톤 헤드의 연소실 개구 단부의 직경,

   b는 피스톤 헤드의 연소실 개구의 직경,

   c는 연소실 깊이,

   d는 피스톤 헤드의 와류실의 반경,

   f는 스퀴시 립 깊이,

   h는 원추면 깊이.