KR20050024723A - 6행정 가솔린 엔진 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연소실내에서 균일한 상태의 가솔린 혼합기가 동시에 자연착화에 의해 연소되도록 함으로써, 연비를 향상시키고 유해배기가스의 양을 현저히 저감시킬 수 있도록 한다.

Description

6행정 가솔린 엔진{6 strokes gasoline engine}

본 발명은 6행정 1사이클 가솔린 엔진에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가솔린 직접분사(GDI: Gasoline Direct Injection) 방식을 이용하여 균일 충전 압축 점화(HCCI: Homogeneous Charge Compression Ignition)를 구현하는 6행정 엔진에 관한 기술이다.

디젤연료의 경우 높은 세탄가로 착화가 쉽게 되므로 압축된 고온의 공기 속에 분사되면, 미립의 입자상태로 바뀌고 매우 짧은 시간 후에 화염의 전파 없이 일시에 연소하므로 연료효율이 높아서 연비가 저감된다.

그러나, 디젤엔진은 성층 충전 압축 점화(SCCI: Stratified Charge Compression Ignition)로 연료입자가 일부 영역은 과농하고 일부영역은 희박한 상태에서 연소가 이루어지므로 많은 양의 질소산화물(NOx)과 검댕이(soot)를 배출한다.

상기와 같은 디젤엔진의 장단점을 고려하여, 최근에는 가솔린 엔진에서도 가솔린의 혼합기를 디젤엔진에서처럼 동시에 연소시키도록 하여 연료효율은 높이고, 그 연소되는 혼합기는 균일한 혼합기가 연소되도록 하여 질소산화물(NOx)과 검댕이(soot)를 감소시키도록 하는 연구가 이루어지고 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 디젤엔진의 특성을 가솔린 직접분사 엔진에 응용하여, 균일한 상태의 혼합기가 동시에 자연착화에 의해 연소되도록 함으로써, 연비를 향상시키고 유해배기가스의 양을 현저히 저감시킬 수 있도록 한 6행정 가솔린 엔진을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 6행정 가솔린 엔진은 크랭크샤프트스프로켓과의 기어비가 1:3인 흡/배기 캠샤프트스프로켓과;

배기행정 중 상사점 전으로부터 1차압축행정 전 까지 흡기밸브를 개방하도록 형성된 흡기캠과;

2차폭발행정 중 하사점 전으로부터 흡기행정 중 상사점 후까지 배기밸브를 개방하도록 형성된 배기캠과;

점화플러그와;

연소실에 직접 연료를 분사하도록 설치된 인젝터와;

상기 인젝터에 고압으로 연료를 공급하는 고압펌프 및 고압레귤레이터와;

흡기유동을 강화하는 보울이 형성된 피스톤과;

흡기행정후 1차압축행정에서 상기 인젝터로 연소실내에 연료를 분사하여 성층 초희박 혼합기를 형성한 상태에서 상기 점화플러그에 의해 점화시켜 1차폭발행정을 개시하고, 상기 1차폭발행정에서 발생된 고온의 연소가스에 상기 1차폭발행정의 말기와 2차압축행정의 초기에 걸쳐 상기 인젝터로 연료를 재분사하여 분사된 연료가 균일 충전 압축 점화되도록 상기 인젝터와 점화플러그를 제어하는 컨트롤러를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 6행정 가솔린 엔진의 구성을 설명한 도면이고, 도 2는 본 발명 6행정 가솔린 엔진의 작동을 설명하기 위해 크랭크각의 변화에 따라 점화시기, 연료분사시기, 연소실압력변화 및 온도변화를 표현한 그래프이다.

본 발명 6행정 가솔린 엔진은 기본적으로는 종래의 가솔린 직접분사 엔진의 구성을 이용하여, 연소실내에 연료를 직접 분사할 수 있는 메커니즘을 취한다.

이외에, 크랭크샤프트스프로켓과(1)의 기어비가 1:3인 흡/배기 캠샤프트스프로켓(3)과, 배기행정 중 상사점 전으로부터 1차압축행정 전 까지 흡기밸브(7)를 개방하도록 형성된 흡기캠(5)과, 2차폭발행정 중 하사점 전으로부터 흡기행정 중 상사점 후까지 배기밸브(9)를 개방하도록 형성된 배기캠(11)을 구비하여, 크랭크샤프트(13)가 3회전(피스톤이 상하로 6번 이동)하는동안 1번의 흡기밸브(7) 개폐와 배기밸브(9) 개폐가 이루어지도록 하고 있으며, 물론 흡기효율 향상을 위해 밸브오버랩도 형성되어 있다.

본 발명 실시예에 요구되는 필수적인 가솔린 직접분사 엔진의 구성으로는 점화플러그(15)와, 연소실에 직접 연료를 분사하도록 설치된 인젝터(17)와, 상기 인젝터(17)에 고압으로 연료를 공급하는 고압펌프(19) 및 고압레귤레이터(21)와, 흡기유동을 강화하는 보울이 형성된 피스톤(23)이 있으며, 이외에 연소실내에 텀블을 형성할 수 있도록 하는 구성이 더 추가되면 좋을 것이다.

한편, 상기한 바와 같은 구성의 메커니즘이 6행정 1사이클의 균일 충전 압축 점화에 의해 작동할 수 있도록 제어하는 컨트롤러는 흡기행정후 1차압축행정에서 상기 인젝터(17)로 연소실내에 연료를 분사하여 성층 초희박 혼합기를 형성한 상태에서 상기 점화플러그(15)에 의해 점화시켜 1차폭발행정을 개시하고, 상기 1차폭발행정에서 발생된 고온의 연소가스에 상기 1차폭발행정의 말기와 2차압축행정의 초기에 걸쳐 상기 인젝터(17)로 연료를 재분사하여 분사된 연료가 균일 충전 압축 점화되도록 상기 인젝터(17)와 점화플러그(15)를 제어하도록 되어 있다.

상기 컨트롤러는 엔진ECU(25)로 구성하여 인젝터드라이브(27)와 파워TR(미도시)을 통해 인젝터(17)와 점화플러그(15)를 제어하도록 할 수 있으며, 상기 인젝터(17)는 스월인젝터를 사용할 수 있다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명 6행정 가솔린 엔진의 작동을 도 2를 통해 살펴보면 다음과 같다.

처음 1행정에서는 엔진의 연소실로 흡기가 이루어지는데, 텀블과 스월이 형성되면서 흡기가 이루어지게 된다.

흡기가 끝난후 1차압축행정이 시작되며, 상사점 직전에 상기 인젝터(17)로 연료를 분사하여 초희박 혼합기를 형성하고, 아울러 점화플러그(15)를 통해 점화를 한다.

따라서, 1차압축행정이 끝나고 1차폭발행정이 이루어지는데, 이와 같은 성층 초희박 연소에서는 연소되지 않은 공기, 탄화수소, 레디컬, CO, CO₂가 포함된 고온가스가 생성되고, 이와 같은 고온가스는 연소실 밖으로 배출시키지 않는다.

상기와 같은 상태에서 1차폭발행정 말기와 2차압축행정 초기 사이에, 상기 고온가스 분위기에 상기 인젝터(17)로 연료를 분사한다.

상기와 같이 재분사된 연료는 상기 고온가스들 사이에 입자상으로 골고루 분산됨과 아울러 고온가스로부터 얻은 열에너지로 인해 2차압축행정 말기에 점화플러그(15)의 점화 없이 자연착화됨으로써, 균일 충전 압축 점화에 의한 연소작용을 하게 된다.

피스톤(23)은 2차폭발행정을 하면서 본 엔진의 동력행정을 수행한다. 즉, 엔진은 주로 상기 2차폭발행정으로부터 필요로 하는 동력을 발생시킨다. 따라서, 엔진부하는 재분사되는 연료의 양으로 제어된다.

한편, 상기 균일 충전 압축 점화의 점화시기는 주로 연소실 내의 가스의 온도에 의존하게 되므로, 1차압축행정에서 분사되는 연료에 의해 형성되는 초희박 혼합기와 NOx저감을 위해 연소실로 유입시기는 다량의 EGR가스의 양에 의해 제어된다.

본 발명에 의한 엔진은 상기와 같은 균일 충전 압축 점화에 의해 연료의 입자가 균일한 상태로 혼합된 상태에서 연소가 이루어지므로, 연료입자의 과농 및 희박 상태가 해소되어 NOx가 저감되고 검댕이(soot)의 배출이 거의 없어진다. 또한, 균일한 상태로 혼합된 연료입자가 화염의 전파 없이 일시에 연소하여 연비를 종래의 4행정 초희박 직접분사엔진의 정도로 개선시킨다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 연소실내에서 균일한 상태의 가솔린 혼합기가 동시에 자연착화에 의해 연소되도록 함으로써, 연비를 향상시키고 유해배기가스의 양을 현저히 저감시킬 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 6행정 가솔린 엔진의 구성도,

도 2는 도 1의 6행정 가솔린 엔진의 작동을 설명한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

1; 크랭크샤프트스프로켓과 3; 캠샤프트스프로켓

5; 흡기캠 7; 흡기밸브

9; 배기밸브 11; 배기캠

13; 크랭크샤프트 15; 점화플러그

17; 인젝터 19; 고압펌프

21; 고압레귤레이터 23; 피스톤

Claims (2)

1. 크랭크샤프트스프로켓과의 기어비가 1:3인 흡/배기 캠샤프트스프로켓과;

   배기행정 중 상사점 전으로부터 1차압축행정 전 까지 흡기밸브를 개방하도록 형성된 흡기캠과;

   2차폭발행정 중 하사점 전으로부터 흡기행정 중 상사점 후까지 배기밸브를 개방하도록 형성된 배기캠과;

   점화플러그와;

   연소실에 직접 연료를 분사하도록 설치된 인젝터와;

   상기 인젝터에 고압으로 연료를 공급하는 고압펌프 및 고압레귤레이터와;

   흡기유동을 강화하는 보울이 형성된 피스톤과;

   흡기행정후 1차압축행정에서 상기 인젝터로 연소실내에 연료를 분사하여 성층 초희박 혼합기를 형성한 상태에서 상기 점화플러그에 의해 점화시켜 1차폭발행정을 개시하고, 상기 1차폭발행정에서 발생된 고온의 연소가스에 상기 1차폭발행정의 말기와 2차압축행정의 초기에 걸쳐 상기 인젝터로 연료를 재분사하여 분사된 연료가 균일 충전 압축 점화되도록 상기 인젝터와 점화플러그를 제어하는 컨트롤러;

   를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 6행정 가솔린 엔진.
2. 제1항에 있어서,

   상기 인젝터는 스월인젝터로 구성된 것을 특징으로 하는 6행정 가솔린 엔진.