KR20030037505A - 디젤엔진용 피스톤의 연소실 구조 - Google Patents

Abstract

압축행정시 발생하는 텀블유동을 강화하고 연소 초기 스월의 보존성을 향상시키며, 연소 후기 스퀴쉬 영역으로의 스모크 입자의 흐름을 촉진하여 연소 성능을 향상하고 스모크 배출량을 저감할 수 있는 디젤엔진용 피스톤의 연소실 구조를 제공하는데 있다.

이를 위해 본 발명은 중앙으로 돌출부가 형성되고, 그 돌출부의 주변으로 요홈이 형성되며, 그 요홈의 상측 벽면은 내측으로 튀어나온 리브를 구비하므로써 전체적으로 W자형 연소실을 형성하는 디젤엔진용 피스톤의 연소실 구조에 있어서,

상기 돌출부의 주연으로 일측은 요홈 공간측으로 수평방향으로 돌출하며, 타측 주연은 요홈 바닥의 원호면에 경사지게 연결되는 경사면으로 형성되어 있다.

Description

디젤엔진용 피스톤의 연소실 구조{Combustion chamber structure}

본 발명은 연료와 공기의 고른 혼합을 가져와 엔진 성능 향상 및 배기가스 저감을 도모할 수 있는 디젤엔진용 피스톤의 연소실 구조 개선에 관한 것이다.

가솔린 엔진의 연소실에서는 이미 공기와 충분히 잘 혼합된 혼합가스를 전기불꽃에 의해 점화하여 연소시키게 되나, 디젤엔진에서는 분사노즐에서 연소실을 향해 안개 모양으로 분사되는 연료가 압축되는 공기와 잘 혼합되도록 한후 자연착화 온도에 이르러 착화되어 연소가 시작되기 때문에 연소실이 분사된 연료와 공기가 잘 혼합될 수 있는 구조로 설계되지 않으면 안된다.

자동차용 디젤엔진의 연소실로는 예연소실식, 와류실식, 직접분사실식 및 공기실식등이 사용되고 있는데, 통상 도 3과 도 4에 도시하는 것과 같이 실린더헤드(10)가 평면이고, 피스톤(11) 헤드부에 특수한 형상, 예를 들면 도시한 것과 같은 W자 형의 요홈 연소실(12)을 형성한 후 중앙돌출부(13)의 상부에 설치된 다공노즐(14)을 통해 방사상으로 연료를 분사하는 형태의 연소실이 많이 사용되고 있다.

상기한 연소실(12)의 주요인자인 측벽면(15), 중앙돌출부(13)등의 형상에 의한 효과를 이용하여 배기가스 배출 감소와 엔진 성능 및 소음을 개선시킬 수 있게 되므로, 적은 스모크 발생 및 분사시기 지연에 따라 스모크가 악화되지 않고 유지되는 특성을 가지도록 위해 분사된 연료의 벽면 충돌에 의한 혼합기 형성 촉진, 연소실내 스월(Swirl)유동의 유지 및 피스톤(11)과 실린더헤드(10) 사이의 스퀴쉬(Squish)영역(16)으로의 연료 증기 흐름의 억제 및 활발한 공기 유동을 높이도록 연소실(12)을 설계하여야 한다.

이와같이 연소실(12)내에 적절한 시기에 연료를 분사하여 흡입된 신기와 적절히 혼합시켜 연소를 촉진하므로써 엔진 성능을 제고하게 되는데, 연료는 압축 행정 말기에 분사가 시작되고, 압축 행정 말기에서 폭발 행정 초기에 연소실내에서공기와의 스월에 의하여 연료가 고르게 혼합하여 연소가 진행되게 되며, 그후 스퀴쉬 유동에 의해 타다 남은 스모크가 피스톤 상부의 스퀴쉬 영역(16)의 공기와 혼합되면서 더욱 산화되므로써 스모크 생성이 억제되는 것이다.

그러나 상기한 종래 구조의 연소실(12)에 의하면 연소 초기에는 스퀴쉬 영역(16)으로의 혼합기 흐름을 억제하기 위해 압축 행정중에 발생된 텀블(Tumble)유동을 더욱 보존시킬 필요성이 제기되고 있으며, 적절한 혼합기 형성 및 연소 촉진을 위해 연소실내의 스월 형상의 보존성 및 연소실 벽면 부근에서의 난류의 강도를 높이지 않으면 연소실 벽면에의 연료 젖음(wet)현상으로 연료의 무화가 불충분하게 되며, 연소 초기 생성된 스모크가 연소 말기에 스퀴쉬 영역(16)으로 이동되어 그곳의 공기에 의해 더욱 산화되도록 스퀴쉬 유동을 연소 말기에 촉진시킬 필요성이 제기되고 있다.

이에 본 발명은 상기한 점을 감안하여 제안한 것으로서 그의 목적으로 하는 것은 압축행정시 발생하는 텀블유동을 강화하고 연소 초기 스월의 보존성을 향상시키며, 연소 후기 스퀴쉬 영역으로의 스모크 입자의 흐름을 촉진하여 연소 성능을 향상하고 스모크 배출량을 저감할 수 있는 디젤엔진용 피스톤의 연소실 구조를 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 중앙으로 돌출부가 형성되고, 그 돌출부의 주변으로 요홈이 형성되며, 그 요홈의 상측 벽면은 내측으로 튀어나온 리브를 구비하므로써 전체적으로 W자형 연소실을 형성하는 디젤엔진용 피스톤의 연소실 구조에 있어서,

상기 돌출부의 주연으로 일측은 요홈 공간측으로 수평방향으로 돌출하며, 타측 주연은 요홈 바닥의 원호면에 경사지게 연결되는 경사면으로 형성되어 있다.

도 1은 본 발명에 의한 디젤 엔진용 피스톤의 연소실 구조를 나타내는 정단면 도면

도 2는 동상 피스톤의 연소실 구조를 나타내는 평면도

도 3은 종래 피스톤의 연소실을 나타내는 정단면도

도 4는 종래 피스톤의 연소실을 나타내는 평면도

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 피스톤 2 : 연소실

3 : 돌출부 4 : 요홈

5 : 제1리브 6 : 제2리브

7 : 바닥면 8 : 경사면

이하 본 발명의 구성을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 디젤엔진용 피스톤의 연소실 구조를 나타내는 정단면도이고, 도 2는 동상 연소실의 구조를 나타내는 평면도이다.

피스톤(1)의 상측 헤드에는 대략 W자형 요홈 연소실(2)이 형성되어 있으며, 연소실(2)은 중앙의 돌출부(3), 그 돌출부 주변의 링형상의 요홈(4), 그 요홈(4)의 상부 측벽에 제1리브(5)를 구비하며, 또 돌출부(3)의 외주의 일부는 제1리브(5)쪽(요홈공간쪽)을 향해 수평 방향으로 돌출하는 제2리브(6)를 구비하고 있으며, 타측은 요홈(4) 바닥면(7)원호에 대하여 θ₁각도를 가지는 경사면(8)으로 형성되어 그 경사면(8)은 제2리브(6)쪽으로 갈수록 허리가 점차 잘록해져(도 2의 점선 도시 참조) 합쳐지는 구조로 되어 있다. 도면에서 θ₁, θ₂는 흡기포트 위치에 의하여 결정된다.

이와같은 본 발명의 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.

연소실 상단의 중앙돌출부(3)에 제2리브(6)가 일측으로 구성되어 있어 압축행정시 발생하는 텀블(tumble) 유동이 수평으로 투어나온 제2리브(6)의 안내를 따라 요홈(4)내에서 상하 방향으로 회전을 일으키게 되며, 또 경사각 θ₁에 따라 텀블의 강도가 변하므로 텀블 유동에 의한 난류 강도가 향상되게 되며, 연소 초기 스월(swirl)의 보존성이 향상되어 연료의 고른 혼합으로 연소가 급속히 진행되며, 제1리브와 제2리브의 적절한 조화 및 제2리브가 생략된 중앙돌출부측을 통하여 연소 후기 스퀴쉬 영역(피스톤 상승시 실린더헤드와의 사이에 형성되는 틈새)으로 스모크 입자의 흐름이 촉진되는 것이다.

이상과 같은 본 발명은 W자형 요홈연소실의 중앙에 있는 돌출부에 일측은 돌출시켜 리브를 형성하고 타측은 바닥면 원호에 대하여 θ₁각을 가지는 경사면으로 형성하는 것에 의해서 압축행정시에는 텀블 유동을, 연소 초기에는 스월 유동의 보존성을 향상시키고, 연소 후기에는 스모크 입자의 스퀴쉬 영역으로의 이동성을 향상시켜 엔진의 연소 효율을 높이고 유해 배기가스 배출량 및 소음 발생을 저감시키게 되는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 중앙으로 돌출부가 형성되고, 그 돌출부의 주변으로 요홈이 형성되며, 그 요홈의 상측 벽면은 내측으로 튀어나온 리브를 구비하므로써 전체적으로 W자형 연소실을 형성하는 디젤엔진용 피스톤의 연소실 구조에 있어서,

   상기 돌출부의 주연으로 일측은 요홈 공간측으로 수평방향으로 돌출하며, 타측 주연은 요홈 바닥의 원호면에 경사지게 연결되는 경사면으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 디젤엔진용 피스톤의 연소실 구조.