KR20030031759A - 혼합기 유속증가 및 성층화 촉진장치를 구비한 엔진 - Google Patents

Abstract

본 발명은 혼합기 유속증가 및 성층화 촉진장치를 구비한 엔진에 관한 것이다. 본 발명에서는 실린더(30)의 내부로 연료와 공기를 공급하는 흡기포트(40)에 유동가이더(50)를 설치하여 실린더(30) 내에서의 혼합기가 일정한 속도로 일정한 방향성을 가지고 유동되도록 하고, 점화플러그(35)의 근처에 농후한 혼합기가 공급되도록 하였다. 상기 유동가이더(50)에는 파티션(54)이 내부의 유로(52)를 양분하도록 설치되어 일측 유로(52)를 통해서는 인젝터(47)에서 분사된 연료가 주로 유동되어 상기 점화플러그(35)근처로 공급되고, 타측 유로(52)를 통해서는 연료의 연소에 필요한 공기가 유동되도록 한다. 상기 유동가이더(50)의 선단 하부에는 연료와 공기를 흡기밸브(42)와 점화플러그(35)의 사이 방향으로 안내하는 스컷트부(55)가 형성되어, 안내되는 연료와 공기가 실린더(30) 내에서 점화시까지 소정의 방향성을 가지고 유동될 수 있도록 한다. 이와 같은 본 발명에 의하면 특히 가스상태의 연료를 사용하는 엔진에서 실린더 내부의 혼합기의 유속이 점화시까지 유지되어 연소특성이 좋아져 유해배기가스가 줄어들고, 점화플러그(35) 근처에 상대적으로 농후한 혼합기가 공급되므로 희박연소에 의한 연비향상이 이루어진다.

Description

혼합기 유속증가 및 성층화 촉진장치를 구비한 엔진{The engine having equipment of enhancing the in-cylinder flow motion and generating the charge stratification}

본 발명은 엔진에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 희박한 공연비 구간에서도 스파크 플러그 주위의 연료농도를 짙게 하고 압축말기의 실린더 내부에서의 혼합기의 성층화를 촉진하는 장치를 구비하는 엔진에 관한 것이다.

불꽃점화엔진(Spark Ignition Engine)에서 희박연소(Lean Combustion)는 연비를 향상시키는 가장 확실한 방법중의 하나로 인식되고 있으나, 실제로 희박연소한계(Lean misfire limit)가 증가할수록 연소안정성이 저하하고 배기가스 중의 미연 탄화수소가 증가하는 문제를 가지고 있어 실제의 엔진에 적용하기 어려운 점이 많다.

현재 희박연소기술은 크게 포트인젝션 엔진과 직접분사 엔진에 적용되고 있는데, 균일 혼합기방식을 이용한 포트 인젝션 방식의 린번엔진의 경우 흡기포트의 형상을 스월(Swirl)이나 텀블(Tumble)포트 형상으로 설계하여 실린더 내 혼합기의 유속과 난류강도를 증가시켜 점화후 초기 화염전파속도를 증가시켜 희박한 공연비 구간에서도 연소가 원활하게 이루어지게 한다.

하지만, 이 경우 포트설계에 여러가지 제약이 따르고, 트로틀밸브가 일부 개방된 상태의 부분부하조건에서 연소불안정 및 미연탄화수소의 증가 등으로 인해 희박연소가 작동하는 구간이 상당히 제한되어 실제로 연비를 증가시키는 효과가 적다.

한편, 최근 실용화된 직접분사린번엔진의 경우 전자식 고압분사장치와 역텀블 흡기포트 및 속이 파인 피스톤을 이용하여 압축말기에 연료를 분사하여, 상대적으로 짙은 농도의 혼합기를 스파크 플러그 주위로 몰리게 하여 점화시 스파크 플러그 주위의 공연비만 농후하게 하고 그외의 영역은 희박하게 만드는 성층화 기법을 통해 가연 공연비 영역을 대폭 늘리는 효과를 보이고 있다.

하지만, 이와 같은 시스템에서는 일반적인 가솔린 엔진에 고압 직접 분사시스템이 추가됨으로써 추가 장치의 소요 비용이 크고, 성층화를 만드는 메카니즘이 복잡하여 분사시기 및 분사기간이 제한을 받아 특정 부분부하조건에서만 희박연소가 가능한 단점을 가지고 있고, 일부 희박연소구간에서 발생하는 질소산화물(NOx)을 효과적으로 처리할 수 있는 전용촉매장치의 개발이 지연되어 강화된 북미 배출가스규제기준을 만족시키지 못하고 있다.

여기서 일반적인 포트인젝션엔진에서 실린더의 내부로 연료가 분사되는 것을도 1 및 도 2를 참고하여 살펴보기로 한다.

도 1은 일반적인 포트인젝션 타입 엔진의 흡기측 구성을 보인 개략도이고, 도 2는 일반적인 포트 인젝션 타입 엔진의 구성을 보인 단면도이다. 이들 도면에 도시된 바에 따르면, 혼합기의 연소가 이루어지는 실린더(1)의 내부에는 혼합기의 압축을 위한 피스톤(2)이 왕복운동가능하게 설치된다.

상기 실린더(1)의 상단을 형성하는 실린더헤드(3)에는 점화플러그(5)가 설치된다. 상기 점화플러그(5)는 그 선단부가 상기 실린더(1)의 내부로 노출되게 설치되어 점화를 위한 불꽃을 제공한다.

상기 실린더헤드(3)를 통해 상기 실린더(1)와 연통되게 흡기포트(7)가 설치된다. 상기 흡기포트(7)는 연료와 연료의 연소에 필요한 공기가 상기 실린더(1)로 전달한다. 상기 흡기포트(7)와 실린더(1)의 연통은 흡기밸브(8)에 의해 제어된다. 상기 흡기밸브(8)는 그 후방으로 밸브스템(8')이 길게 연장되어 있는데, 상기 밸브스템(8')은 흡기밸브(8)의 개폐를 위한 구동력을 전달받는다. 상기 밸브스템(8')의 운동을 가이드하기 위해 상기 흡기포트(7)의 일측을 관통하여서 밸브가이드(G)가 설치된다. 상기 밸브스템(8')은 상기 밸브가이드(G)를 관통하여 설치된다.

상기 흡기포트(7)는 예를 들어 4밸브엔진의 경우에는, 도 1에 잘 도시된 바와같이, 그 선단부가 2개로 분지되어 각각 실린더(1)와 연통되고, 분지된 각각의 흡기포트(7)에는 각각 흡기밸브(8)가 설치된다. 그리고 상기 흡기포트(7)에는 연료를 분사하는 인젝터(9)가 설치된다. 상기 인젝터(9)는 상기 흡기포트(7)가 분지되지 않은 위치에 설치되어 분지된 각각의 흡기포트(7)로 동시에 연료를 분사한다.

다음으로 상기 실린더헤드(3)에는 상기 실린더(1) 내에서 발생된 연소가스가 배출되는 토출포트(10)가 구비되고, 상기 토출포트(10)에는 토출밸브(12)가 설치된다. 도면 부호 12'는 밸브스템이다.

이와 같은 구성을 가지는 종래 기술에서는 상기 인젝터(9)에서 분사된 연료는 트로틀밸브(도시되지 않음)를 통해 흡기포트(7)로 전달된 공기와 함께 실린더(1)의 내부로 공급되고 상기 피스톤(2)에 의한 압축말기에 점화플러그(5)에서 제공되는 불꽃에 의해 점화되어 연소하면서 피스톤(2)을 운동시킨다.

그러나 상기한 바와 같은 종래 기술에서는 다음과 같은 문제점이 있다.

먼저, 상기 인젝터에서 분사되는 공기는 도 1에 화살표로 표시한 바와 같이 흡기포트(7)의 전체로 분사되어 트로틀밸브에서 흡입되는 공기와 함께 섞여 실린더(1)로 전달된다. 하지만, 이와 같이 되면 상기 실린더(1)내에서 혼합기는 전체적으로 균일한 농도를 가지게 되어 점화플러그(5) 주변의 연료농도를 상대적으로 높게 하는 것이 불가능하여 희박연소를 실현하는데 한계가 있다. 이를 극복하기 위해 인젝터(9)에서 고압으로 연료를 분사하는 등의 방법을 사용할 수 있으나 별도의 부가장치가 필요한 문제점이 있다.

한편, 종래 기술에서 상기 흡기포트(7)에서 실린더(1)로 전달되는 혼합기는 상기 흡기밸브(8)를 기준으로 점화플러그(5)가 설치된 측으로 유동되는 상단부 유동(US)과 상기 흡기밸브(8)를 기준으로 반대쪽으로 유동되는 하단부유동(DS)으로 나누어진다.

따라서, 상기 흡기포트(7)에서 실린더(1)로 유입된 혼합기는 크게 2개의 유동으로 형성되고, 상기 실린더(1) 내에서 서로 마주치게 되어 혼합기의 유동속도가 감소하게 된다. 특히 압축말기에는 실린더(1) 내의 유동이 피스톤(2)의 크라운부위와의 마찰과 실린더(1) 내부의 압력증가 등으로 인해 그 유속이 더욱 감속하여 점화후 초기 화염전파에 거의 영향을 주지 못하게 된다.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 압축말기에 점화플러그 주변의 혼합기 농도를 주변에 비해 상대적으로 짙게 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 실린더 내부에서의 혼합기의 흐름을 일방향으로만 형성하여 혼합기의 유속과 난류강도를 증가시켜 주는 것이다.

도 1은 일반적인 포트인젝션 타입 엔진의 흡기측 구성을 보인 개략도.

도 2는 일반적인 포트 인젝션 타입 엔진의 구성을 보인 단면도.

도 3은 본 발명에 의한 혼합기 유속증가 및 성층화 촉진장치의 바람직한 실시예가 채용된 엔진의 구성을 보인 개략 단면도.

도 4는 본 발명 실시예를 구성하는 유동가이더의 구성을 보인 사시도.

도 5는 본 발명 실시예의 구성을 보인 개략구성도.

도 6은 본 발명 실시예를 2밸브 엔진에 적용하기 위한 유동가이더의 구성을 보인 사시도.

도 7은 본 발명 실시예의 동작상태를 보인 동작상태도.

도 8은 본 발명 실시예에서 점화시의 화염점화 특성을 보인 도표.

도 9는 본 발명 실실시예에서 점화 플러그 근처의 혼합기 농도를 측정한 그래프.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

30: 실린더32: 피스톤

33: 실린더헤드35: 점화플러그

40: 흡기포트42: 흡기밸브

43: 밸브스템45: 밸브가이드

47: 인젝터50: 유동가이더

51: 통체52: 유로

54: 파티션55: 스컷트부

60: 토출포트62: 토출밸브

63: 밸브스템

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 내부에 피스톤이 직선왕복운동가능하게 설치되고 혼합기가 점화플러그의 불꽃에 의해 연소되면서 피스톤의 운동을 만들어내는 실린더와, 상기 실린더의 내부와 연통되는 흡입포트에 설치되어 상기 실린더로의 혼합기 공급을 제어하는 흡기밸브와,

상기 실린더의 내부와 연통되는 토출포트에 설치되어 상기 실린더에서 연소된 배기가스의 배출을 제어하는 토출밸브와, 상기 흡입포트에 설치되어 상기 실린더의 내부로 공급되는 연료를 분사하는 이젝터와, 상기 흡입포트의 내부에 설치되어 상기 이젝터에서 분사되는 연료를 상기 점화플러그 방향으로 안내하고 상기 연료의 연소를 위해 공급되는 공기를 상기 연료와 별도로 유동되어 실린더 안내하도록 하는 에어가이더를 포함하여 구성된다.

상기 에어가이더는 상기 흡입포트의 내부에 밀착되게 설치되는 통체와, 상기 통체의 내부에 통체의 길이방향 수직으로 설치되어 통체 내부에 연료와 공기가 분리되어 유동되게 하는 별개의 유로를 형성하는 파티션과, 상기 통체의 선단 하부가 연장되어 형성되어 상기 흡입포트에 설치된 상태에서 흡기밸브와 점화플러그의 사이로 연료와 공기를 안내하는 스컷트부를 포함하여 구성된다.

상기 에어가이더는 상기 흡입포트의 내부에 일체로 형성되는 것으로, 상기 흡입포트의 내부에 길이방향 수직으로 형성되어 연료와 공기가 분리되어 유동되게 하는 별개의 유로를 형성하는 파티션과, 상기 흡입포터의 말단부 바닥이 연장되어 형성되어 상기 흡기밸브와 점화플러그 사이로 연료와 공기를 안내하는 스컷트부를 포함하여 구성된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 실린더 내에서 혼합기가 점화플러그의 불꽃에 의해 연소되면서 피스톤의 운동을 만들어내고, 상기 실린더와 연통되게 흡기포트와 토출포트가 구비되며 상기 흡기포트와 토출포트에 흡기밸브와 토출밸브가 각각 설치되고 상기 흡기포트에 가스상태의 연료를 분사하는 인젝터를 구비하는 엔진에 있어서, 상기 흡기포트의 내부에는 상기 인젝터에서 분사되는 연료와 연료의 연소에 필요한 공기의 유동을 안내하기 위해 에어가이더가 설치되는데, 상기 에어가이더는 내부에 유로가 형성되는 통체와, 상기 통체 내부를 상기 인젝터에서 분사된 연료가 주로 유동되어 상기 점화플러그 측으로 향하도록 하는 유로와 연료의 연소에 필요한 공기의 유동을 위한 유로로 구획하는 파티션과, 상기 통체의선단이 상기 흡기밸브와 점화플러그의 사이방향으로 향하도록 연장되어 형성된 스컷트부를 포함하여 구성된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 본 발명은 실린더 내에서 혼합기가 점화플러그의 불꽃에 의해 연소되면서 피스톤의 운동을 만들어내고, 상기 실린더와 연통되게 흡기포트와 토출포트가 구비되며 상기 흡기포트와 토출포트에 흡기밸브와 토출밸브가 각각 설치되고 상기 흡기포트에 가스상태의 연료를 분사하는 인젝터를 구비하는 엔진에 있어서, 상기 흡기포트의 내부에는 상기 인젝터에서 분사된 연료가 주로 유동되어 상기 점화플러그 측으로 향하도록 하는 유로와 연료의 연소에 필요한 공기의 유동을 위한 유로로 구획하는 파티션과, 상기 흡기포트의 말단부에서 상기 흡기밸브와 점화플러그의 사이방향으로 향하도록 연장되어 형성되어 연료와 공기를 안내하는 스컷트부가 구비된다.

상기 파티션은 상기 인젝터의 하류부에서부터 상기 흡기밸브 직전까지 형성된다.

상기 파티션은 4밸브엔진에서는 각각 흡기포트에 하나씩 구비된다.

상기 파티션은 2밸브엔진에서는 흡기포트에 2개가 나란히 구비된다.

이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 엔진에 의하면 실린더 내에서 혼합기의 유동속도 및 난류강도가 점화시까지 유지되어 초기화염의 전파속도가 빠르게 되고, 특히 점화플러그 주변의 혼합기 농도가 상대적으로 농후하게 되어 희박연소에 의한 연비향상을 이룰 수 있다.

이하 상기한 바와 같은 본 발명에 의한 혼합기 유속증가 및 성층화 촉진장치를 구비한 엔진의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 의한 혼합기 유속증가 및 성층화 촉진장치를 구비한 엔진의 바람직한 실시예의 구성을 보인 개략 단면도이고, 도 4는 본 발명 실시예를 구성하는 유동가이더의 구성을 보인 사시도이며, 도 5는 본 발명 실시예의 구성을 보인 개략구성도이다.

이들 도면에 도시된 바에 따르면, 혼합기의 연소가 이루어지는 실린더(30)의 내부에는 피스톤(32)이 설치된다. 상기 피스톤(32)은 상기 실린더(30)의 상사점과 하사점 사이를 왕복운동한다. 이와 같은 피스톤(32)은 실린더(30)내부의 혼합기를 압축하고 폭발행정에서 발생한 폭발력을 받아 운동하게 된다.

상기 실린더(30)의 상단을 구성하는 실린더헤드(33)에는 점화플러그(35)가 설치된다. 상기 점화플러그(35)는 압축행정 말기에 상기 실린더(30) 내부의 혼합기에 점화를 위한 불꽃을 제공한다.

상기 실린더헤드(33)의 일측을 관통하여서는 흡기포트(40)가 설치된다. 상기 흡기포트(40)는 상기 실린더(30)의 내부로 연료와 연료의 연소에 필요한 공기를 전달하는 역할을 하는 것으로, 연료는 아래에서 설명될 인젝터(47)를 통해 공급받고 공기는 흡기포트(40)와 연결된 트로틀밸브(도시되지 않음)를 통해 공급받는다. 이와 같은 흡기포터(40)는 4밸브엔진의 경우에 그 말단부가 2갈래로 분지되어 상기 실린더(30)와 각각 연통되도록 구성되는 것이 일반적이다.

상기 흡기포트(40)에는 실린더(30)내부로의 혼합기 공급을 제어하는 흡기밸브(42)가 설치된다. 상기 흡기밸브(42)의 후단에는 밸브스템(43)이 길게 연장되어흡기밸브(42)의 개폐를 위한 동력을 전달받는다. 상기 밸브스템(43)은 상기 흡기포트(40)의 일측을 관통하는 밸브가이드(45)의 중앙을 관통하여 설치된다. 상기 밸브스템(43)은 상기 밸브가이드(45)에 지지되고 그 이동이 안내된다.

상기 흡기포트(40)의 내부에는 인젝터(47)가 설치된다. 상기 인젝터(47)는 소정의 압력으로 연료를 분사하는 것으로, 4밸브엔진의 경우 2갈래로 분지되는 입구에 설치되어 양측의 경로로 동시에 연료를 분사하게 된다.

상기 흡기포트(40)의 2갈래로 분지된 부분에는 각각 도 4에 도시된 바와 같은 유동가이더(50)가 설치된다. 상기 유동가이더(50)는 상기 흡기포트(40)의 내면에 그 외면이 밀착되도록 형성되고 내부에 유로(52)가 구비된 통체(51)가 외관을 구성하고, 상기 유로(52)는 파티션(54)에 의해 2등분된다. 상기 파티션(54)은 상기 내부의 유로(52)를 도 5에 도시된 바와 같이 그 길이방향 좌우로 분할한다. 이와 같은 파티션(54)은 일측 유로(52)를 통해 연료가 집중적으로 유동할 수 있도록 하는 역할을 한다.

상기 통체(51)의 선단, 즉 상기 흡기포트(40)의 말단부에 위치에는 부분에는 스컷트부(55)가 형성된다. 상기 스컷트부(55)는 상기 통체(51)의 다른 부분에 비해 전방으로 상대적으로 더 돌출된 부분으로 상기 흡기포트(40)에 설치되었을 때, 상기 흡기밸브(42)가 개방되는 시점에서 흡기밸브(42)와 점화플러그(35) 사이에 해당되는 방향으로 연료와 공기를 안내하게 된다. 이를 위해 상기 스컷트부(55)는 상기 통체의 선단 다른 부분에 비해 상기 흡기밸브(42)와 점화플러그(35) 사이를 향해 연장되어 형성된다. 이와 같이 스컷트부(55)가 형성됨에 의해 상기 에어가이더(50)를 통과하여 유동하는 연료와 공기에는 일정한 방향성이 부여되어 실린더(30) 내에서 특정한 유동방향을 가지게 된다.

한편, 도 6에는 2밸브엔진에서 사용되는 에어가이더(150)의 구성이 도시되어 있다. 통체(151)는 내부에 유로(152)가 형성되고 외면이 흡기포트의 내면에 밀착되게 대응되는 형상을 가진다. 상기 통체(151)의 내부에 형성되는 유로(152)는 2개의 파티션(154)에 의해 수직방향으로 3개로 분리된다. 이는 2밸브엔진의 경우 흡기포트가 하나의 유로를 통해 실린더와 연통되므로, 중앙의 유로(152)를 통해서 인젝터에서 분사되는 연료가 집중적으로 유동되도록 하기 위함이다.

상기 통체(151)의 선단에는 스컷트부(155)가 형성된다. 상기 스컷트부(155)는 상기 유로(152)를 통과해 유동되는 연료와 공기에 방향성을 부여하기 위한 것으로 실린더 내에서 특정 방향의 유동을 형성하도록 한다.

다음으로 도면으로 도시되지는 않았지만 본 발명의 다른 실시예를 설명한다. 본 발명에서 실린더(30)의 내부로 전달되는 연료와 공기에 방향성을 부여하고 점화플러그(35) 부근의 연료밀도를 높게 하기 위한 상기 에어가이드(50)를 별도로 제작하지 않고, 상기 흡기포트(50) 자체의 형상을 에어가이드(50)와 같이 제작하는 것이다.

즉, 2갈래로 분지된 각각의 흡기포트(40)의 내부유로를 수직방향으로 분리하도록 각각 파티션(54)을 일체로 형성하고, 실린더(30)와 만나는 상기 흡기포트(40)의 말단부 하단에 스컷트부(55)를 형성하는 것이다. 물론 상기 스컷트부(55)는 상기 흡기밸브(42)가 밸브시이트에 안착되는 것을 방해하지 않을 정도까지 연장되게형성한다.

이와 같이 하면 위에서 설명될 실시예에서와 같이 상기 에어가이드(50)를 별도로 제작하지 않고도 본 발명에서 목적하는 바를 달성할 수 있다.

이하 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 천연가스엔진의 혼합기 유속증가 및 성층화 촉진장치의 작용을 설명하기로 한다. 여기서는 흡입밸브와 배기밸브가 각각 2개씩 구비되는 4밸브엔진을 참고하여 설명한다.

4밸브엔진에서는 흡기포트(40)가 2갈래로 분지되어 실린더(30)와 연통되므로 분지된 각각의 흡기포트(40)에 에어가이더(50)를 설치한다. 따라서 상기 이젝터(47)에서 분사되는 연료는, 도 5 및 도 7에 도시된 바와 같이, 대부분이 일측의 유로(52)를 따라 상기 실린더(30)로 전달된다. 이때, 연료가 유동되는 유로는, 도 5에서와 같이 엔진을 평면도로 볼 때, 상기 점화플러그(35)와 인접해 있는 유로(52)이다. 이와 같이 연료가 유동되는 유로를 따라서는 소량의 공기만이 함께 유동되고, 나머지의 유로로는 트로틀밸브에서 공급되는 공기만이 유동된다.

이와 같이 연료와 공기가 유동될 때 상기 실린더(30)의 내부에서 공기와 연료의 분포를 보면, 대부분의 연료는 상기 점화플러그(35)부근으로 공급됨을 알 수 있다. 따라서 상기 점화플러그(35) 근처는 연료의 밀도가 높은 영역이 되고 주변부는 연료가 희박한 영역이 된다.

다음으로 상기 흡기포트(40)를 통해 유동되는 연료와 공기는 상기 스컷트부(55)에 의해 상기 실린더(30) 내부에서의 유동방향성이 결정된다. 즉, 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 에어가이더(50)를 통과한 연료와 공기는 상기 스컷트부(55)의 안내에 의해 대부분이 흡기밸브(42)를 기준으로 점화플러그(35)가 설치된 측으로 유동되는 상단부 유동(US)이 된다. 따라서 상기 실린더(30)의 내부에는 도 7에 잘 도시된 바와 같이 일방향으로 회전되는 혼합기의 유동이 형성된다.

따라서, 실린더(30) 내에서 유동의 방향성이 다름으로 인한 충돌없이 한 방향성만 가진 강력한 혼합기의 유동이 형성되고, 특히 상기 파티션(54)에 의해 흡기포트(40)의 중심으로 모여진 농후한 혼합기가 점화플러그(35)를 중심으로 수직방향으로의 강한 텀블유동이 이루어진다.

그리고 상기와 같은 유동은 텀블모멘텀에 의해 압축행정 말기까지 유지되어 점화시 점화플러그(35) 주변의 유동을 촉진시키고 난류강도를 증강시켜 초기화염전이 속도를 증가시켜, 공연비가 희박한 구간에서도 상대적으로 안정된 연소를 달성할 수 있다.

참고로 도 8에는 에어가이더(50)를 사용한 경우와 사용하지 않은 경우, 흡기밸브(42)의 개방시에 연료를 분사하는 경우와 흡기밸브(42)이 폐쇄시에 연료를 분사하는 경우를 각각 조합하여 점화시에 화염전파특성을 보인 결과가 도시되어 있다.

이에 따르면, 본 발명의 에어가이더(50)를 사용하고 흡기밸브(42)가 개방되었을 때에 연료를 분사하는 경우가 가장 좋은 특성을 보임을 알 수 있다.

그리고 도 9에는 점화플러그 근처에서의 혼합기 농도를 측정한 그래프가 도시되어 있다. 여기에 도시된 것은 Fast FID와 샘플링 프로브 삽입형 점화플러그를 사용하여 측정한 결과이다. 여기서 1은 에어가이더(50)를 사용하지 않고흡기밸브(42)가 닫힌상태에서 연료를 분사한 경우, 2는 에어가이더(50)를 사용하지 않고 흡기밸브(42)가 개방된 상태에서 연료를 분사한 경우, 3은 에어가이더(50)를 사용하고 흡기밸브(42)가 닫힌 상태에서 연료를 분사한 경우, 4는 에어가이더(50)를 사용하고 흡기밸브(42)가 개방된 상태에서 연료를 분사한 경우이다.

도 9의 그래프에서 살펴보면 에어가이더(50)를 사용하고 흡기밸브(42)가 개방된 상태에서 연료를 분사한 경우가 가장 성층화효과가 큰 것으로 나타났다.

한편, 본 발명은 불꽃점화엔진에는 어디에나 적용할 수 있으며, 특히 연료의 기화과정이 필요없는 가스(천연가스)를 사용하는 엔진에 적용할 경우에 압축말기에 흡기밸브의 개방시에 연료를 분사하여도 되므로 더 큰 효과를 나타낸다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

위에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명에 의한 혼합기 유속증가 및 성층화 촉진장치를 구비한 엔진은 실린더 내로 공급되는 연료와 공기의 흐름에 방향성을 부여하여 실린더 내에서의 유속과 난류강도를 증가시킴과 동시에 연료의 농도가 점화플러그 부근에서 농후한 혼합기를 제공하도록 하고 있다.

이와 같이 됨에 의해 점화초기의 화염전파속도가 높아져 연소특성이 좋아지고, 희박한 공연비 구간에서도 점화플러그 근처에는 상대적으로 농후한 혼합기가 공급됨에 의해 엔진의 원활한 동작이 가능하도록 하였다.

따라서, 개선된 연소특성에 의해 유해배기가스가 발생하는 것을 최소화할 수 있으며, 희박한 공연비 구간에서도 원활한 엔진동작이 이루어짐에 의해 희박연소를 수행하는 엔진에서 연비증가효과를 얻을 수 있게 된다.

Claims (8)

1. 내부에 피스톤이 직선왕복운동가능하게 설치되고 혼합기가 점화플러그의 불꽃에 의해 연소되면서 피스톤의 운동을 만들어내는 실린더와,

   상기 실린더의 내부와 연통되는 흡입포트에 설치되어 상기 실린더로의 혼합기 공급을 제어하는 흡기밸브와,

   상기 실린더의 내부와 연통되는 토출포트에 설치되어 상기 실린더에서 연소된 배기가스의 배출을 제어하는 토출밸브와,

   상기 흡입포트에 설치되어 상기 실린더의 내부로 공급되는 연료를 분사하는 이젝터와,

   상기 흡입포트의 내부에 설치되어 상기 이젝터에서 분사되는 연료를 상기 점화플러그 방향으로 안내하고 상기 연료의 연소를 위해 공급되는 공기를 상기 연료와 별도로 유동되어 실린더 안내하도록 하는 에어가이더를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 혼합기 유속증가 및 성층화촉진장치를 구비하는 엔진.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 에어가이더는 상기 흡입포트의 내부에 밀착되게 설치되는 통체와,

   상기 통체의 내부에 통체의 길이방향 수직으로 설치되어 통체 내부에 연료와 공기가 분리되어 유동되게 하는 별개의 유로를 형성하는 파티션과,

   상기 통체의 선단 하부가 연장되어 형성되어 상기 흡입포트에 설치된 상태에서 흡기밸브와 점화플러그의 사이로 연료와 공기를 안내하는 스컷트부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 혼합기 유속증가 및 성층화촉진장치를 구비하는 엔진.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 에어가이더는 상기 흡입포트의 내부에 일체로 형성되는 것으로, 상기 흡입포트의 내부에 길이방향 수직으로 형성되어 연료와 공기가 분리되어 유동되게 하는 별개의 유로를 형성하는 파티션과,

   상기 흡입포터의 말단부 바닥이 연장되어 형성되어 상기 흡기밸브와 점화플러그 사이로 연료와 공기를 안내하는 스컷트부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 혼합기 유속증가 및 성층화촉진장치를 구비하는 엔진.
4. 실린더 내에서 혼합기가 점화플러그의 불꽃에 의해 연소되면서 피스톤의 운동을 만들어내고, 상기 실린더와 연통되게 흡기포트와 토출포트가 구비되며 상기 흡기포트와 토출포트에 흡기밸브와 토출밸브가 각각 설치되고 상기 흡기포트에 가스상태의 연료를 분사하는 인젝터를 구비하는 엔진에 있어서,

   상기 흡기포트의 내부에는 상기 인젝터에서 분사되는 연료와 연료의 연소에 필요한 공기의 유동을 안내하기 위해 에어가이더가 설치되는데, 상기 에어가이더는 내부에 유로가 형성되는 통체와, 상기 통체 내부를 상기 인젝터에서 분사된 연료가 주로 유동되어 상기 점화플러그 측으로 향하도록 하는 유로와 연료의 연소에 필요한 공기의 유동을 위한 유로로 구획하는 파티션과, 상기 통체의 선단이 상기 흡기밸브와 점화플러그의 사이방향으로 향하도록 연장되어 형성된 스컷트부를 포함하여구성됨을 특징으로 하는 혼합기 유속증가 및 성층화촉진장치를 구비하는 엔진.
5. 실린더 내에서 혼합기가 점화플러그의 불꽃에 의해 연소되면서 피스톤의 운동을 만들어내고, 상기 실린더와 연통되게 흡기포트와 토출포트가 구비되며 상기 흡기포트와 토출포트에 흡기밸브와 토출밸브가 각각 설치되고 상기 흡기포트에 가스상태의 연료를 분사하는 인젝터를 구비하는 엔진에 있어서,

   상기 흡기포트의 내부에는 상기 인젝터에서 분사된 연료가 주로 유동되어 상기 점화플러그 측으로 향하도록 하는 유로와 연료의 연소에 필요한 공기의 유동을 위한 유로로 구획하는 파티션과, 상기 흡기포트의 말단부에서 상기 흡기밸브와 점화플러그의 사이방향으로 향하도록 연장되어 형성되어 연료와 공기를 안내하는 스컷트부가 구비됨을 특징으로 하는 혼합기 유속증가 및 성층화촉진장치를 구비하는 엔진.
6. 제 2 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 파티션은 상기 인젝터의 하류부에서부터 상기 흡기밸브 직전까지 형성됨을 특징으로 하는 혼합기 유속증가 및 성층화촉진장치를 구비하는 엔진.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 파티션은 4밸브엔진에서는 각각 흡기포트에 하나씩 구비됨을 특징으로 하는 혼합기 유속증가 및 성층화촉진장치를 구비하는 엔진.
8. 제 6 항에 있어서, 상기 파티션은 2밸브엔진에서는 흡기포트에 2개가 나란히 구비됨을 특징으로 하는 혼합기 유속증가 및 성층화촉진장치를 구비하는 엔진.