KR20020021061A - 엔진의 연료 분사 밸브 배치 구조 - Google Patents

엔진의 연료 분사 밸브 배치 구조 Download PDF

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가와모토 노부히코
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Abstract

개구부(28, 31) 및 개구부(42, 43)의 내벽에 제1·제2 연료 분사 밸브(27, 41)의 연료 분사 범위가 접촉하는 것을 한도로 하고, 제1·제2 연료 분사 밸브(27, 41)를 캠축(58, 58)에 따라 이동하는 요령으로, 제1·제2 연료 분사 밸브(27, 41)의 축선(56, 57)을 제1·제2 연소실(23, 35)의 제1·제2 실린더 중심선(51, 52)으로부터 오프 셋시킨 것으로서, 흡기 매니폴드의 위치를 캠축에 따라 이동시키지 않으면 안되는 경우라도, 연료 분사 밸브로부터 분사한 연료가 개구부의 내벽에 부착되기 어렵게 할 수 있어, 연료의 기화를 촉진시킬 수 있다. 따라서, 연소실내의 혼합기를 균일하게 할 수 있어, 스로틀 밸브를 열었을 때의 엔진 회전의 응답성, 연료 소비, 배출 가스 특성, 녹킹(knocking)의 발생 등의 엔진 성능을 개선할 수 있다.

Description

엔진의 연료 분사 밸브 배치 구조{Arrangement structure of fuel injection valve for engine}
본 발명은 엔진 부품의 레이아웃에 상관없이 엔진 성능을 개선하는 데 적합한 엔진의 연료 분사 밸브 배치 구조에 관한 것이다.
도4는 종래 엔진의 연료 분사 상태를 도시하는 단면도로, 실린더 헤드(100)에 흡기 매니폴드(101)를 설치하고, 이 흡기 매니폴드(101)에 연료 분사 밸브(102)를 부착하며, 이 연료 분사 밸브(102)로부터 실린더 헤드(100)에 설치한 흡기 통로(103)내에 연료(104)를 분사하는 상태를 도시한다. 또한, 105는 흡기 통로(103)의 연소실(106)에의 개구부(즉, 흡기측 밸브 시트이다.), 107은 개구부(105)를 개폐하는 흡기 밸브, 108은 배기 통로, 111은 배기 통로(108)의 연소실(106)에의 개구부(즉, 배기측 밸브 시트이다.), 112는 개구부(111)를 개폐하는 배기 밸브이다.
도5는 도4의 화살표5에서 본 도면으로, 흡기 매니폴드(101)를 이것의 출구(10la) 중심이 연소실(106)의 중심선(113)에 일치하도록 배치하고, 또한, 2방향 분사형의 연료 분사 밸브(102)를 이것의 축선이 연소실(106)의 중심선(113)에 일치하도록 배치하는 것으로, 상상선으로 표시한 캠축(114)에 따르도록 배열된 2개의 개구부(105, 105)로 향해 각각 연료(104, 104)를 분무하도록 한 상태를 도시한다.
예컨대, 실린더 헤드(100)에 점화 플러그나 다른 엔진 부품을 설치하기 위해, 혹은 다른 이유때문에, 흡기 매니폴드(101)를 연소실(106)의 중심선(113)에 일치하도록 배치할 수 없는 경우가 있고, 이러한 경우에는 흡입 분기관(101)을 캠축(114)에 따르는 방향으로 이동시켜 실린더 헤드(100)에 부착하게 된다. 이에 따라, 연료 분사 밸브(102)도 화살표 방향으로 이동하게 되고, 연료(104, 104)의 분사 범위가 변화하여, 분사된 연료중, 개구부(105, 105)의 내벽에 부착하는 양이 많아져, 연료가 기화되기 어렵게 된다. 따라서, 연소실내의 혼합기가 불균일하게 되어, 엔진의 출력 성능에 영향을 미치게 된다.
그래서, 본 발명의 목적은 엔진의 연료 분사 밸브 배치 구조를 개량함으로써, 엔진부품의 레이아웃에 상관없이 엔진 성능을 개선시키는데 있다.
도1은 본 발명에 관한 연료 분사 밸브 구조를 채용한 엔진의 측면도,
도2는 본 발명에 관한 연료 분사 밸브 배치 구조를 도시하는 엔진의 요부 평면도,
도3은 연료 분사 밸브 배치 구조의 비교예를 도시하는 엔진의 요부 평면도,
도4는 종래의 엔진의 연료 분사 상태를 도시하는 단면도,
도5는 도4의 화살표5에서 본 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 엔진
16, 17 : 흡기 매니폴드(제1 흡기 매니폴드, 제2 흡기 매니폴드)
16a, 17a : 출구 18 : 스로틀 바디
23, 35 : 연소실(제1 연소실, 제2 연소실)
27, 41 : 연료 분사 밸브(제1 연료 분사 밸브, 제2 연료 분사 밸브)
28, 31, 42, 43 : 흡기 구멍(개구부)
32, 33, 44, 45 : 연료
51, 52 : 연소실의 중심(제1 실린더 중심선, 제2 실린더 중심선)
56, 57 : 연료 분사 밸브의 축선(제1 연료 분사 밸브의 축선, 제2 연료 분사 밸브의 축선)
58 : 캠축
상기 목적을 달성하기 위해 청구항1은 흡기 매니폴드에 2방향 분사형 연료 분사 밸브를 부착하고, 캠축에 따라 배열된 2개의 흡기 구멍을 구비한 연소실에 연료를 분사하는 형식의 엔진에 있어서, 흡기 구멍의 내벽에 연료 분사 밸브의 분사 범위가 접촉하는 것을 한도로 하고, 연료 분사 밸브를 캠축에 따라 이동하는 요령으로, 연료 분사 밸브의 축선을 연소실의 중심으로부터 오프셋시킨 것을 특징으로 한다.
흡기 구멍의 내벽에 연료 분사 밸브의 분사 범위가 접촉하는 것을 한도로 하고, 연료 분사 밸브의 축선을 연소실의 중심에서 캠축에 따라 오프셋시킴으로써, 흡기 매니폴드의 위치를 캠축에 따라 이동시키지 않으면 안되는 경우라도, 연료 분사 밸브로부터 분사한 연료가 흡기 구멍의 내벽에 부착되기 어렵게 할 수 있어, 연료의 기화를 촉진할 수 있다. 따라서, 연소실내의 혼합기를 균일하게 할 수 있어, 스로틀 밸브를 열었을 때의 엔진 회전의 응답성, 연료 소비, 배출 가스 특성, 녹킹(knocking)의 발생 등의 엔진 성능을 개선시킬 수 있다.
청구항2는 엔진을 크랭크축 방향으로 각 기통을 상호 오프셋시킴과 동시에 크랭크축 방향에서 엔진의 일측에 2기통분의 스로틀 바디를 배치한 V형 2기통 엔진으로 하고, 스로틀 바디에 가까운 제1 연소실로 향하는 제1 연료 분사 밸브를 스로틀 바디로부터 멀어지는 쪽으로 오프셋시키고, 스로틀 바디로부터 먼 제2 연소실로 향하는 제2 연료 분사 밸브를 스로틀 바디측으로 오프셋시킨 것을 특징으로 한다.
크랭크축 방향에 각 기통을 상호 오프셋시킴과 동시에 크랭크축 방향에서 엔진의 일측에 2기통분의 스로틀 바디를 배치한 V형 2기통 엔진에서는 각 기통에 접속하는 흡기 매니폴드의 길이가 각각 다르기 때문에, 각 연소실의 흡입 공기량에 차이가 생기고, 기통사이의 출력의 언밸런스에 의해, 출력을 높이는 것이 어렵게 되는데, 예컨대, 제1 연소실측에 설치한 짧은 흡입 분기관을 길게하기 위해 흡기 통로측의 흡기 매니폴드 출구를 스로틀 바디로부터 멀어지는 쪽으로 이동시키고, 제1 연소실측의 흡기 매니폴드보다 긴 제2 연소실측의 흡기 매니폴드를 짧게 하기 위해 흡기 통로측의 흡기 매니폴드 출구를 스로틀 바디측으로 이동시키고, 각각의흡기 매니폴드의 길이의 차를 작게한 경우에, 제1 연료 분사 밸브를 스로틀 바디로부터 멀어지는 쪽으로 오프셋시키고, 제2 연료 분사 밸브를 스로틀 바디측으로 오프셋시키면, 스로틀 밸브를 열었을 때의 엔진 회전의 응답성, 연료소비, 배출 가스 특성, 녹킹 발생 등의 엔진 성능을 개선하면서, 각 흡기 매니폴드의 대략 등길이화에 의한 엔진 출력의 향상을 도모할 수 있다.
<발명의 실시형태>
본 발명의 실시 형태를 첨부 도면에 따라 이하에 설명한다. 또한, 도면은 부호의 방향으로 보는 것으로 한다.
도1은 본 발명에 관한 연료 분사 밸브 구조를 채용한 엔진의 측면도이고, 엔진(10)은 크랭크 케이스(11) 상부에 제1 실린더 블록(12) 및 제2 실린더 블록(13)을 부착하고, 이들 제1·제2 실린더 블록(12, 13)의 상부에 각각 제1 실린더 헤드(14) 및 제2 실린더 헤드(15)를 각각 부착하고, 이들 제1·제2 실린더 헤드(14, 15)에 제1·제2 흡기 매니폴드(16, 17)를 통하여 2기통용 스로틀 바디(18)를 설치하고, 이 스로틀 바디(18)에 에어 클리너(21)를 부착한 V형 2기통 엔진이다.
또한, 엔진(10)은 실린더 끼움각이 90°보다 작은 V형 엔진으로, 스로틀 바디(18)를 제1·제2 실린더 헤드(14, 15)사이에 배치하는 것이 곤란하기 때문에, 도면에서 앞측의 제1 실린더 헤드(14)보다 더 앞측에 배치한 것이다.
제1 실린더 블록(12) 및 제1 실린더 헤드(14)가 제1 기통측, 제2 실린더 블록(13) 및 제2 실린더 헤드(15)가 제2 기통측이다.
도2는 본 발명에 관한 연료 분사 밸브 배치 구조를 도시하는 엔진의 요부 평면도로, 제1 실린더 헤드(14)에 제1 연소실(23)에 통하는 흡기 통로(24)를 구비하고, 제1 흡기 매니폴드(16)에 제1 연료 분사 밸브(27)를 부착하며, 제1 연소실(23)에 개구시킨 흡기 통로(24)의 흡기 구멍으로서의 개구부(28, 31)를 향해 제1 연료 분사 밸브(27)로부터 연료(32, 33)를 분사하고, 또한, 제2 실린더 헤드(15)에 제2 연소실(35)로 통하는 흡기 통로(36)를 설치하고, 제2 흡기 매니폴드(17)에 제2 연료 분사 밸브(41)를 부착하고, 제2 연소실(35)에 개구시킨 흡기 통로(36)의 흡기 구멍으로서의 개구부(42, 43)로 향해 제2 연료 분사 밸브(41)로부터 연료(44, 45)를 분사시킨 상태를 도시한다. (실린더 헤드, 흡기 매니폴드 및 연료 분사 밸브의 표기 방법은 도5와 동일하다)
여기서, 47은 제1 연소실(23)에 개구시킨 배기 통로의 개구부, 48은 제2 연소실(35)에 개구시킨 배기 통로의 개구부, 51, 52는 제1·제2 연소실(23, 35)의 중심을 나타내는 제1·제2 실린더 중심선, 53은 제1·제2 실린더 중심선(51, 52)간의 중심인 엔진 중심선, 54, 55는 각각 흡기 통로(24, 36)에 접속한 제1·제2 흡기 매니폴드(16, 17)의 출구(16a, 17a)의 중심을 나타내는 제1·제2 흡기 매니폴드 중심선, 56, 57은 제1·제2 연료 분사 밸브(27, 41)의 축선, 58, 58은 캠축(자세하게는 캠축의 축선)이다.
제1 연소실(23)은 엔진 중심선(53)에 대해 스로틀 바디(18)측에 배치한 것이고, 제2 연소실(35)은 엔진 중심선(53)에 대해 스로틀 바디(18)와는 반대측에 배치한 것이다.
또한, 제1 흡기 매니폴드(16)의 제1 흡기 매니폴드 중심선(54)은 제1 실린더 중심선(51)에 대해 엔진 중심선(53)측으로 거리(F1)만큼 오프셋시키고, 제2 흡기 매니폴드(17)의 제2 흡기 매니폴드 중심선(55)은 제2 실린더 중심선(52)에 대해 엔진 중심선(53)측으로 거리(F2)만큼 오프셋시킨 것이다.
또한, 제1 연료 분사 밸브(27)는 제1 실린더 중심선(51)에 대해 엔진 중심선(53)측으로 거리(F3)만큼 오프셋시키고, 또한 제1 흡기 매니폴드 중심선(54)에 대해 엔진 중심선(53)과는 반대측으로 (F3-Fl)만큼 오프셋시킨 것으로, 제2 연료 분사 밸브(41)는 제2 실린더 중심선(52)에 대해 엔진 중심선(53)측으로 F4만큼 오프셋시키고, 또한 제2 흡기 매니폴드 중심선(55)에 대해 엔진 중심선(53)과는 반대측으로 (F2-F4)만큼 오프셋시킨 것이다.
제1·제2 연료 분사 밸브(27, 41)는 양쪽 모두 2방향 분사형으로, 2방향으로 각각 소정 각도로 연료를 분사하는 것이다.
제1 연료 분사 밸브(27)의 오프셋량(F3)은 연료(32)쪽의 분사 범위의 단부(32a)가 개구부(28)의 내벽에 접촉하는 한도이다.
또한, 제2 연료 분사 밸브(41)의 오프셋량(F4)은 연료(44)쪽의 분사 범위의 단부(44a)가 개구부(42)의 내벽에 접촉하는 한도이다.
이상 설명한 바와같이, 본 발명은 제1·제2 흡기 매니폴드(16, 17)에 2방향 분사형의 제1·제2 연료 분사 밸브(27, 41)를 부착하고, 캠축(58, 58)에 따라 배열된 2개의 개구부(28, 31) 및 2개의 개구부(42, 43)를 구비한 제1·제2 연소실(23, 35)로 연료를 분사하는 형식의 엔진(10)에 있어서, 개구부(28, 31) 및 개구부(42,43)의 내벽에 제1·제2 연료 분사 밸브(27, 41)의 연료 분사 범위가 접촉하는 것을 한도로 하고, 제1·제2 연료 분사 밸브(27, 41)를 캠축(58, 58)에 따라 이동하는 요령으로, 제1·제2 연료 분사 밸브(27, 41)의 축선(56, 57)을 제1·제2 연소실(23, 35)의 제1·제2 실린더 중심선(51, 52)으로부터 오프셋시킨 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 의해, 예컨대, 제1·제2 흡기 매니폴드(16, 17)의 위치를 제1·제2 실린더 중심선(51, 52)으로부터 캠축(58, 58)에 따라 이동시키지 않으면 안되는 경우라도, 제1·제2 연료 분사 밸브(27, 41)로부터 분사한 연료(32, 33) 및 연료(44, 45)가 개구부(28, 31) 및 개구부(42, 43)의 내벽에 부착되기 어렵게할 수 있어, 연료(32, 33, 44, 45)의 기화를 촉진할 수 있다. 따라서, 제1·제2 연소실(23, 35)내의 혼합기를 균일하게 할 수 있고, 스로틀 바디(18)에 형성한 스로틀 밸브를 열었을 때의 엔진 회전의 응답성, 연료 소비, 배출 가스 특성, 녹킹의 발생 등의 엔진 성능을 개선시킬 수 있다.
도3은 연료 분사 밸브 배치 구조의 비교예를 도시하는 엔진의 요부 평면도이고, V형 2기통 엔진(120)의 제1 실린더 헤드(121)에 제1 흡기 매니폴드(122)를 설치하고, 이 제1 흡기 매니폴드(122)에 제1 연료 분사 밸브(123)를 부착하며, 제1 실린더 헤드(121)에 제1 연소실(124)에 개구부(125, 125)를 개구시킨 흡기 통로(126)를 형성함으로써, 제1 연료 분사 밸브(123)로부터 개구부(125, 125)로 향해 연료(127, 127)를 분사하고, 마찬가지로 제2 실린더 헤드(131)에 제2 흡기 매니폴드(132)를 부착하고, 이 제2 흡기 매니폴드(132)에 제2 연료 분사 밸브(133)를부착하여, 제2 실린더 헤드(131)에 제2 연소실(134)에 개구부(135, 135)를 개구시킨 흡기 통로(136)를 형성함으로써, 제2 연료 분사 밸브(133)로부터 개구부(135, 135)로 향해 연료(136, 136)를 분사한 상태를 도시한다. 또한, 138은 제1 연소실(124)의 중심을 나타내는 제1 실린더 중심선, 141은 제2 연소실(134)의 중심을 나타내는 제2 실린더 중심선이다.
제1 흡기 매니폴드(122)는 스로틀 바디(143)와 제1 실린더 헤드(121)를 연결하고, 제1 흡기 매니폴드(122)보다 긴 제2 흡기 매니폴드(132)는 스로틀 바디(143)와 제2 실린더 헤드(131)를 연결하는 것이다.
제1 연료 분사 밸브(123)는 축선을 제1 실린더 중심선(138) 및 제1 흡기 매니폴드(122)의 출구(122a)의 중심과 일치시킨 것이고, 제2 연료 분사 밸브(133)는 축선을 제2 실린더 중심선(141) 및 제2 흡기 매니폴드(132)의 출구(132a)의 중심과 일치시킨 것이다.
이 엔진(120)에서는 크랭크축에 따른 방향(도면의 상하 방향)으로 2개의 제1·제2 연소실(124, 134)이 오프셋하고 있으므로, 제1 흡기 매니폴드(122)와 제2 흡기 매니폴드(132)의 길이가 다르고, 제1·제2 연소실(124, 134)의 흡입 공기량에 차이가 생겨, 공기 및 혼합기의 흡입 효율의 특성(예컨대, 흡입 효율의 최대치나 흡입 효율이 최대로 되는 엔진 회전수)이 달라진다. 따라서, 기통 사이의 출력의 언밸런스가 발생하여, 출력을 높이는 것이 어렵게 된다.
이에 대해, 도2에 도시한 본 발명의 V형 2기통 엔진(10)에서는 크랭크 축방향으로 각 기통을 상호 오프셋시킴과 동시에 크랭크축 방향에서 엔진(10)의 일측에2기통분의 스로틀 바디(18)를 배치한 V형 2기통 엔진으로 하고, 스로틀 바디(18)에 가까운 제1 연소실(23)로 향하는 제1 연료 분사 밸브(27)를 스로틀 바디(18)로부터 멀어지는 쪽으로 오프셋시키고, 스로틀 바디(18)로부터 먼 제2 연소실(35)로 향하는 제2 연료 분사 밸브(41)를 스로틀 바디(18)측으로 오프셋시킨 것을 특징으로 한다.
즉, 제1·제2 연료 분사 밸브(27, 41)를 제1·제2 실린더 중심선(51, 52)으로부터 각각 가까워지는 측으로 오프셋시킨 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 의해, 본 발명의 엔진(10)에서는 제1 연소실(23)측에 설치한 짧은 제1 흡기 매니폴드(16)를 길게 하기 위해 흡기 통로(24)측의 출구(16a)를 스로틀 바디(18)로부터 멀어지는 쪽으로 이동시키고, 제1 연소실(24)측의 제1 흡기 매니폴드(16)보다 긴 제2 연소실(35)측의 제2 흡기 매니폴드(17)를 짧게 하기 위해 흡기 통로(36)측의 출구(17a)를 스로틀 바디(18)측으로 이동시키고, 각각의 제1·제2 흡기 매니폴드(16, 17)의 길이의 차이를 작게 한 경우에, 제1 연료 분사 밸브(27)를 스로틀 바디(18)로부터 멀어지는 쪽으로 오프셋시키고, 제2 연료 분사 밸브(41)를 스로틀 바디(18)측으로 오프셋시키면, 스로틀 바디(18)내에 형성한 스로틀 밸브를 열었을 때의 엔진 응답성, 연료 소비, 배출 가스 특성, 녹킹 발생 등의 엔진 성능을 개선하면서, 제1·제2 흡기 매니폴드(16, 17)의 대략 등길이화에 의한 제1·제2 연소실(23, 35)의 흡입 공기량의 차이가 적어져, 각 기통으로 흡입 효율의 특성을 합치시킬 수 있어, 엔진 출력을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시의 형태에서는 본 발명의 연료 분사 밸브 배치 구조를 V형 2기통 엔진에 채용했는데, 이에 한정되지 않고, V형으로 기통수가 4, 6, 8 또는 그 이상인 기통수의 엔진에서 채용해도 되고, 또한, 다른 엔진 형식, 예컨대, 직렬형, 수평 대향형으로 채용해도 지장이 없다.
본 발명은 상기 구성에 의해 다음 효과를 발휘한다.
청구항1의 엔진의 연료 분사 밸브 배치 구조는 흡기 구멍의 내벽에 연료 분사 밸브의 분사 범위가 접촉하는 것을 한도로 하고, 연료 분사 밸브를 캠축에 따라 이동하는 요령으로, 연료 분사 밸브의 축선을 연소실의 중심에서 오프셋시켰으므로, 흡기 매니폴드의 위치를 캠축에 따라 이동시키지 않으면 안되는 경우라도, 연료 분사 밸브로부터 분사한 연료가 흡기 구멍의 내벽에 부착되기 어렵게 할 수 있어, 연료의 기화를 촉진시킬 수 있다. 따라서, 연소실내의 혼합기를 균일하게 할 수 있고, 스로틀 밸브를 열었을 때의 엔진 회전의 응답성, 연료 소비, 배출 가스 특성, 녹킹의 발생 등의 엔진 성능을 개선할 수 있다.
청구항2의 엔진의 연료 분사 밸브 배치 구조는 엔진을 크랭크축 방향으로 각 기통을 상호 오프셋시킴과 동시에 크랭크축 방향에서 엔진의 일측에 2기통분의 스로틀 바디를 배치한 V형 2기통 엔진로 하여, 스로틀 바디에 가까운 제1 연소실로 향하는 제1 연료 분사 밸브를 스로틀 바디로부터 멀어지는 쪽으로 오프셋시키고, 스로틀 바디로부터 먼 제2 연소실로 향하는 제2 연료 분사 밸브를, 스로틀 바디측으로 오프셋시켰으므로, 예컨대, 제1 연소실측에 설치한 짧은 흡기 매니폴드를 길게 하기 위해 흡기 통로측의 출구를 스로틀 바디로부터 멀어지는 쪽으로 이동시키고, 제1 연소실측의 흡기 매니폴드보다 긴 제2 연소실측의 흡기 매니폴드를 짧게 하기 위해 흡기 통로측의 출구를 스로틀 바디측으로 이동시켜, 각각의 흡기 매니폴드의 길이의 차이를 작게 한 경우, 엔진 성능을 개선하면서, 각 흡기 매니폴드의 대략 등길이화에 의한 엔진 출력의 향상을 도모할 수 있다.

Claims (2)

  1. 흡기 매니폴드에 2방향 분사형 연료 분사 밸브를 부착하고, 캠축에 따라 배열된 2개의 흡기 구멍을 구비한 연소실로 연료를 분사하는 형식의 엔진에 있어서,
    상기 흡기 구멍의 내벽에 상기 연료 분사 밸브의 분사 범위가 접촉하는 것을 한도로 하고, 연료 분사 밸브를 캠축에 따라 이동하는 요령으로, 연료 분사 밸브의 축선을 연소실의 중심으로부터 오프셋시킨 것을 특징으로 하는 엔진의 연료 분사 밸브 배치 구조.
  2. 제1항에 있어서, 상기 엔진은 크랭크축 방향으로 각 기통을 상호 오프셋시킴과 동시에 크랭크축 방향에서 엔진의 일측에 2기통분의 스로틀 바디를 배치한 V형 2기통 엔진으로, 스로틀 바디에 가까운 제1 연소실로 향하는 제1 연료 분사 밸브는 스로틀 바디로부터 멀어지는쪽으로 오프셋시키고, 스로틀 바디로부터 먼 제2 연소실로 향하는 제2 연료 분사 밸브는 스로틀 바디측으로 오프셋시킨 것을 특징으로 하는 엔진의 연료 분사 밸브 배치 구조.
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