KR20030030117A - 예혼합 연소식 디젤엔진의 가변스월장치 - Google Patents

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KR20030030117A
KR20030030117A KR1020010061778A KR20010061778A KR20030030117A KR 20030030117 A KR20030030117 A KR 20030030117A KR 1020010061778 A KR1020010061778 A KR 1020010061778A KR 20010061778 A KR20010061778 A KR 20010061778A KR 20030030117 A KR20030030117 A KR 20030030117A
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최민선
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Abstract

본 발명의 목적은 예혼합연소를 적용한 전운전 영역에서 공기유동의 최적화를 통해 연소 효율을 향상하고 배기가스 배출량을 저감할 수 있는 예혼합연소식 디젤엔진의 가변스월 장치를 제공하는데 있다.
이를 위해 본 발명은 각 실린더 마다 2개의 흡기포트를 구비하는 예혼합 연소식의 디젤엔진에 있어서,
실린더헤드와 흡기매니폴드의 접촉면인 흡기포트 입구부를 가로질러 설치되는 작동로드와;
상기 2개의 흡기포트중 일측 흡기포트를 포함하여 그의 측면까지 직사각형 형태로 일정 깊이만큼 파여져 형성되는 슬라이드 홈과;
상기 작동로드에 고정되고 상기 슬라이드 홈에 끼워져 슬라이드홈을 따라 상기 작동로드에 의해 축방향으로 이동하여 상기 일측 흡기포트를 차단하거나 또는 개방하게 되는 가변스월조절판과;
상기 작동로드를 축방향으로 이동시키도록 작동하는 액츄에이터;를 포함하여 구성되어 있다.

Description

예혼합 연소식 디젤엔진의 가변스월장치{Changeable swirl apparatus}
본 발명은 예혼합 연소식 디젤엔진의 가변스월 장치에 관한 것이다.
향후 디젤차의 비중은 유지비 절약이라는 경제적 측면에서 뿐만 아니라 자동차 산업과 관련된 환경변화로 인하여 더욱 확대될 전망으로서 근래에 체결된 기후변화 협약과 교토의정서 등의 영향으로 지구 온난화에 직접적인 영향이 있는 온실효과에 대한 집중적인 관심이 모아지면서 지구온난화의 주범인 CO2를 비롯한 온실 가스를 대폭 감축해야 한다. 따라서 지구온난화의 주범인 CO2를 줄이기 위해 고연비-저공해 차인 디젤차의 유용성이 부각되고 있다.
이에따라 기후변화 협약으로 인한 자국내의 CO2감소 노력과 함께 환경규제도 매우 강력하게 시행되고 있다.
디젤엔진의 우수한 열효율은 에너지 절약과 지구온난화 억제 측면에서 볼 때 바람직하며, CO2세 도입이 검토되고 있는 유럽에서는 열효율이 높은 직접분사식(DI) 디젤엔진의 연구개발이 왕성하며 시장 투입도 이루어지고 있다. 한편, 디젤차량에서 배출되는 배기가스중의 질소산화물((NOx)과 입자상 물질(PM)은 대기오염의 주요인으로 간주 되어 배기규제 강화가 시행되어 왔으며, 향후 세계적으로 더욱 엄한 규제가 시행될 전망이다.
디젤의 배기가스 유해성분 저감 기술은 연소 자체 개선, EGR과 분사시기 등의 제어기술, 후처리 기술, 경유의 저유황화 등으로 대표되는 연료 개선 등으로 크게 나눌 수 있다. 가솔린의 배기저감 기술을 살펴보면 아주 큰 역할을 맡고 있는 것이 3원 촉매인데, 현상의 다량의 산소를 포함하는 디젤엔진에서는 사용이 불가능하기 때문에 디젤 연소 그 자체를 근본적으로 개선하려는 연구가 선진 기관을 중심으로 활발히 진행되고 있다.
종래의 직접분사식 디젤엔진의 경우 압축과정 말기에 연료를 고압 분사하여 연소실로 유입시키고 압축열에 의해 점화되어 연소가 일어난다. 이때 연소실내 공간에서는 평균적으로는 희박 공연비 상태이지만, 공간적인 공연비 분포가 희박한 영역과 과농한 영역이 존재하게 되며, 이 두 영역 사이의 이론 혼합 영역에서 점화되어 고온연소가 이루어져 NOx가 생성되고, 또 확산연소에서 형성되기 쉬운 스모크는 농후영역에서 발생된다. 화염온도는 연소시작과 함께 최대 2600k까지 올라가나, 연소실내 가스의 평균온도는 서서히 상승하여 20~30°ATDC에서 최대 2000K까지 상승하는 것을 알 수 있다. 일반적으로 NOx는 약 1800k 이상에서 발생하며 온도가 높아질수록 발생량은 증가한다고 알려져 있다. 그러므로 연료를 연소실내에서 균일하게 분포시켜 국소적인 고온의 화염이 발생되지 않게 한다면 NOx의 발생을 줄일 수 있을 것으로 판단된다. 이에 착화가 일어나기 전에 연료를 연소실내의 공기와 균일하게 예혼합 시킴으로써 NOx의 발생을 줄이겠다는 것이 예혼합 압축착화 디젤연소의 기본 개념이다.
근래 수년간의 디젤 엔진의 연소 방법에 대한 신연소 연구에서는 조기 분사 희박 예혼합 자기착화를 다루는 예가 많다.
종래의 DI 디젤엔진 방식은 4~15°BTDC에서 분사가 일어나며,TDC 부근에서 압축 착화되기 때문에 연료와 공기의 충분한 혼합이 이루어지기 어렵다. 현재 진행중인 에혼합 압축 착화 방식의 연구에서는 연료와 공기의 원활한 혼합을 위해서, 압축과정 초기에 연료를 분사하는 PREDIC 방식, 흡기매니폴드로 연료를 분사하는HCCI 시스템, 핀틀형 노즐을 조합하여 조기 분사하는 UNIBUS 시스템, 대량의 EGR 과 TDC 이후의 분사시기 지연으로 저온예혼합연소를 실현하는 MK방식, 그리고 분사회수 및 분사시기를 조정하는 HIMICS방식 등이 사용되어지고 있다.
조기분사방식은 제한된 운전조건이긴 하지만 NOx와 PM의 동시 저감 효과가 실증되고 있다. 하지만 조기분사와 균질한 예혼합화에 대한 반작용으로 배기가스 중의 HC 증대, 노킹 발생, 착화 기간 제어가 어려워서 성립하는 부하 영역이 협소하다는 등의 해결해야 할 문제를 가지고 있다.
예를들면, 조기 분사를 이용한 HCCI 연소 방식은 종래 디젤엔진 대비 90~98%의 NOx 저감효과를 보이고 있다. 하지만, HC와 CO가 증대되고 연비가 악화된다. 또한, 분사시기가 배기성능과 연비에 큰 영향을 미치고 있는데 이의 착화 기간 제어에 어려움이 많다. HCCI 연소에서 열효율을 높이고 HC를 저감시키기 위해서 극복해야 할 과제로 연료의 벽면 젖음(Wall-wetting) 현상을 방지하며 예혼합기를 형성해야 할 필요성이 있다. 이러한 조기 연료 분사에 의존하지 않고 예혼합화를 얻는 방법으로 MK방식이 있다. MK방식에서는 대량 EGR에 의한 저온 연소로 NOx를 저감시키고, 분사 시기의 대폭 지연에 의해 생기는 착화 지연 기간 연장을 통해 예혼합 연소 비율을 확대하여 스모크(Smoke) 또는 PM(탄매 입자)을 저감시키는 연소 방법이다. 이러한 분사시기 지연은 등용도가 나빠져서 이로 인한 열효율 악화, HC와 SOF의 악화가 예측되는데, MK 방식에서는 연소실 형상의 최적화와 스월(Swirl)성의 향상 등에 의해 관내 가스 유동의 적정화를 유도하고 냉각 손실을 줄여 개선하고 있다.
이에 본 발명은 상기한 점을 착안하여 제안한 것으로서 그의 목적으로 하는 것은 예혼합연소를 적용한 전운전 영역에서 공기유동의 최적화를 통해 연소 효율을 향상하고 배기가스 배출량을 저감할 수 있는 예혼합연소식 디젤엔진의 가변스월 장치를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 각 실린더 마다 2개의 흡기포트를 구비하는 예혼합 연소식의 디젤엔진에 있어서,
실린더헤드와 흡기매니폴드의 접촉면인 흡기포트 입구부를 가로질러 설치되는 작동로드와;
상기 2개의 흡기포트중 일측 흡기포트를 포함하여 그의 측면까지 직사각형 형태로 일정 깊이만큼 파여져 형성되는 슬라이드 홈과;
상기 작동로드에 고정되고 상기 슬라이드 홈에 끼워져 슬라이드홈을 따라 상기 작동로드에 의해 축방향으로 이동하여 상기 일측 흡기포트를 차단하거나 또는 개방하게 되는 가변스월조절판과;
상기 작동로드를 축방향으로 이동시키도록 작동하는 액츄에이터;를 포함하여 구성되어 있다.
도 1은 본 발명에 의한 예혼합 연소식 디젤엔진의 가변스월 장치를 나타내는 도면
도 2는 본 발명에 의한 가변스월장치의 일부 평단면 형상으로서 예혼합 연소 상태가 아닐때의 작동 상태도
도 3은 동상 가변스월 장치의 예혼합 연소 상태에서의 작동 상태도
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 실린더헤드 2,3 : 흡기포트
4 : 접속면(흡기포트, 입구부표면) 5 : 작동로드
6 : 가변스월 조절판 7 : 슬라이드 홈
8 : 액츄에이터 9 : 유압실린더
10 : 피스톤 11 : 리턴스프링
12 : 리턴스프링 13 : 피스톤
이하 본 발명의 구성을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 예혼합 연소식 디젤엔진의 가변스월 장치를 나타내는 도면이며, 도 2는 본 발명에 의한 가변스월 장치의 평단면 형상으로 가변스월 조절판이 흡기포트를 개방한 상태를 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 가변스월 조절판이 일측 흡기포트를 차단한 상태를 나타내는 도면이다.
도면중 부호 1은 실린더헤드이며, 부호 2와 3은 실린더헤드에 형성된 흡기포트로서 1개의 실린더당 2개씩(제1흡기포트(2), 제2흡기포트(3)이 형성되어 있다.
그리고 흡기매니폴드와의 접속면(4)인 흡기포트(2)(3)의 입구부표면(4)에는 모든 흡기포트(2)(3)들을 가로질러 작동로드(5)가 설치되고, 일측흡기포트(3)들을 가릴 수 있는 크기의 사각형의 가변스월 조절판(6)이 일정 간격으로 작동로드(5)에 고정되고, 그 가변스월 조절판(6)들은 일측 흡기포트(3)의 외주를 포함하여 그의 일측까지 일정 깊이의 직사각형 형태로 파여져 형성된 슬라이드홈(7)에 끼워져 작동로드(5)가 축방향으로 이동하게 될때 슬라이드홈(7)의 안내를 따라 이동하여 일측 흡기포트(3)들을 차단하거나 또는 개방하게 된다.
또 상기 작동로드(5)의 단부에는 작동로드(5)를 축방향으로 일정행정 길이만큼 좌우 왕복 구동할 수 있는 액츄에이터(8)가 마련되어 있으며, 이 액츄에이터(8)는 전기적으로 온.오프 되는 솔레노이드(전자석화되어 작동로드를 흡인하거나 또는 여자 해제시 리턴스프링에 의해 작동로드를 원래 위치로 복귀시키는 방식)로 구성하거나 또는 도시하는 것과 같이 유압실린더(9)와 피스톤(10) 및 리턴스프링(11)으로 구성하여 유압실린더(9)내에 높은 유압을 공급시 피스톤(10)이 리턴스프링(11)을 압축하면서 이동토록 하고, 낮은 유압의 공급시엔 리턴스프링(11)에 의해 피스톤(11)이 원상 복귀토록 구성할 수도 있다.
이하 본 발명의 작동에 대하여 설명한다.
엔진 작동 영역이 예혼합연소 영역이면 유압실린더(9)로 높은 유압이 공급되도록 제어되므로써 작동로드(5)가 좌측(도시상태기준)으로 이동하여 도 3에서와 같이 가변스월 조절판(6)이 일측흡기포트(3)를 차단하게 된다.
이와같이하여 2개의 흡기포트(2)(3) 중 1개의 흡기포트(3)가 막히게 되므로 나머지 1개의 흡기포트(2)만으로 공기가 유동되면서 연소실로 유입되는 스월(Swirl) 유동이 최대화되어지게 되는 것이다.
그러나 만일 예혼합 연소 영역을 벗어나면 유압실린더(9)에 낮은 유압이 공급되도록 제어되고, 이에따라 작용하는 유압보다 리턴스프링(11)의 탄성력이 커서 작동로드(5)가 우측으로 이동하게 되며, 가변 스월 조절판(6)은 차단하고 있던 흡기포트(3)를 개방하게 되는 것이며, 이에따라 흡기는 2개의 흡기포트(2)(3)를 통해 공급되어지게 되는 것이다.
한편, 솔레노이드 방식의 액츄에이터(8)를 채택하는 경우 전기적인 온.오프 제어를 통하여 가변스월 조절판(6)을 슬라이딩 왕복 이동시킬 수 있는 점에서 유압작동식보다 편리하다.
도면중 부호 12와 13은 작동로드(5)의 리턴 작동을 돕는 리턴스프링과 피스톤이다.
이상과 같은 본 발명은 실린더헤드의 흡기포트 입구에 슬라이딩 왕복 작동식의 가변스월 조절판을 각 흡기포트마다 설치하고, 운전조건에 따라 실린더마다 2개씩 있는 흡기포트중 하나를 차단하거나 개방되도록 구성하는 것에 의해서, 예혼합영역에서는 일측 흡기포트를 차단하므로써 스월을 향상시켜 균일한 연소 분포를 가져와 연비를 높이고 배기가스 배출량(NOx)을 줄일 수 있는 효과가 있으며, 가변스월 조절판이 슬라이드홈에 계합하여 이동하는 방식이어서 내구성이 우수하고 작동 안정성이 매우 높은 장점을 가진다.

Claims (4)

  1. 각 실린더 마다 2개의 흡기포트를 구비하는 예혼합 연소식의 디젤엔진에 있어서,
    실린더헤드와 흡기매니폴드의 접촉면인 흡기포트 입구부를 가로질러 설치되는 작동로드와;
    상기 2개의 흡기포트중 일측 흡기포트를 포함하여 그의 측면까지 직사각형 형태로 일정 깊이 만큼 파여져 형성되는 슬라이드 홈과;
    상기 작동로드에 고정되고 상기 슬라이드 홈에 끼워져 슬라이드홈을 따라 상기 작동로드에 의해 축방향으로 이동하여 상기 일측 흡기포트를 차단하거나 또는 개방하게 되는 가변스월조절판과;
    상기 작동로드를 축방향으로 이동시키도록 작동하는 액츄에이터;를 포함하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 예혼합 연소식 디젤엔진의 가변스월 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 액츄에이터는 전기적으로 온.오프 제어되는 솔레노이드인 것을 특징으로 하는 예혼합 연소식 디젤엔진의 가변스월 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 액츄에이터는 유압실린더와 상기 작동로드에 연결된 피스톤 및 상기 피스톤을 유압 작용 방향에 대하여 탄발하는 리턴스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 예혼합 연소식 디젤엔진의 가변스월 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 작동로드의 타단에는 공급되는 유압이 낮을 때 작동로드의 복귀를 돕는 리턴스프링과 피스톤 및 실린더를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 예혼합 연소식 디젤엔진의 가변스월 장치.
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61155621A (ja) * 1984-12-27 1986-07-15 Nissan Motor Co Ltd 火花点火機関の吸気制御装置
JPS61268845A (ja) * 1985-05-24 1986-11-28 Toyota Motor Corp 内燃機関の空燃比制御方法
KR960001457A (ko) * 1994-06-22 1996-01-25 전성원 엔진의 흡기 와류장치
KR19980047687U (ko) * 1996-12-28 1998-09-25 박병재 자동차 엔진의 흡기 조절장치
KR19990019800A (ko) * 1997-08-29 1999-03-15 정몽규 린번 엔진의 스월 제어 밸브 구조
KR20010059125A (ko) * 1999-12-30 2001-07-06 이계안 린번 엔진용 스월 컨트롤 밸브 장치

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61155621A (ja) * 1984-12-27 1986-07-15 Nissan Motor Co Ltd 火花点火機関の吸気制御装置
JPS61268845A (ja) * 1985-05-24 1986-11-28 Toyota Motor Corp 内燃機関の空燃比制御方法
KR960001457A (ko) * 1994-06-22 1996-01-25 전성원 엔진의 흡기 와류장치
KR19980047687U (ko) * 1996-12-28 1998-09-25 박병재 자동차 엔진의 흡기 조절장치
KR19990019800A (ko) * 1997-08-29 1999-03-15 정몽규 린번 엔진의 스월 제어 밸브 구조
KR20010059125A (ko) * 1999-12-30 2001-07-06 이계안 린번 엔진용 스월 컨트롤 밸브 장치

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