KR20050076638A - 불꽃 점화 내연 기관 - Google Patents

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port
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이치세마사하루
도모다데루토시
오카다요시히로
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도요다 지도샤 가부시끼가이샤
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Abstract

각 실린더에는 점화 플러그, 2 개의 흡기 밸브, 직접 연료 인젝터, 및 포트 연료 인젝터가 제공된다. 균질 연소가 요구되면, 직접 연료 인젝터와 포트 연료 인젝터는 동일의 엔진 사이클상에서 연료를 분사한다. 포트 연료 인젝터는, 흡기 밸브의 외부 영역을 향해 분사된 연료량이 흡기 밸브의 내부 영역을 향해 분사된 연료량 보다 크게 되어, 이에 의해 흡기 밸브의 내부 영역 부근에서 신기의 유입만이 야기되도록 설치된다.

Description

불꽃 점화 내연 기관{SPARK IGNITION INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 불꽃 점화 내연 기관에 관한 것으로, 특히 포트 연료 인젝터와 직접 연료 인젝터를 구비하는 불꽃 점화 내연 기관에 관한 것이다.
종래 공지된 불꽃 점화 내연 기관이 예컨대 일본 공개특허공보 평7-293304호에 개시되어 있다. 이 종래의 불꽃 점화 내연 기관은 내연 기관의 흡기 포트 내에서 연료를 분사하는 포트 연료 인젝터와 내연 기관의 실린더 내에 직접적으로 연료를 분사하는 직접 연료 인젝터를 구비한다. 저중부하작동(low-to-medium load operation)시에는, 이 종래 내연 기관은 직접 분사 방법에 따라 연료를 공급함으로써 성층 연소(stratified combustion)를 발생시킨다. 한편, 고부하작동(high load operation)시에는, 종래 내연 기관은 포트 분사 방법에 따라 연료를 공급함으로써 균질 연소(homogeneous combustion)를 발생시킨다.
직접 분사 방법이 사용되면, 연료 농도가 높은 공연 혼합기층이 점화 플러그의 근방에 형성될 수 있다. 이 경우, 적절한 점화가 적은 량의 연료로 이루어질 수 있어, 안정한 작동이 희박 공연비로 실행될 수 있다. 한편, 포트 분사 방법이 사용되면, 균일한 농도의 공연 혼합기가 실린더에 유입될 수 있다. 따라서, 안정한 연소가 유지되면서, 고출력이 발생될 수 있다. 그 결과, 전술한 종래 내연 기관은 향상된 연료 효율과, 뛰어난 작동 특성을 제공한다.
그러나, 연료가 포트 분사 방법에 의해 분사되면, 연료가 흡기 포트 내에서 완전히 기화하지 않고, 흡기 밸브 및 흡기 포트의 벽면에 부분적으로 부착한다. 벽면에 부착한 연료가 어떻게 실린더에 유입하는지는 연료 부착 분포 및 밸브 개방에 따른 공기의 유동을 포함하는 각종 인자에 의해 판정되기 쉽다. 그러므로, 포트 분사 방법이 단독으로 사용되면, 실린더 내의 공연 혼합기가 항상 균질하게 될 수 없다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이다. 본 발명의 목적은 포트 분사 방법이 단독으로 사용되는 경우 보다 실린더 내의 공연 혼합기를 더 균질화할 수 있는 불꽃 점화 내연 기관을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 상기 목적은 불꽃 점화 내연 기관에 의해 이루어진다. 이 불꽃 점화 내연 기관은 각 실린더용 점화 플러그, 각 실린더용 2 개의 흡기 밸브를 포함한다. 또한, 불꽃 점화 내연 기관은 실린더의 중앙에 농후 층을 형성하도록 실린더 내에 연료를 분사하는 직접 연료 인젝터, 2 개의 흡기 밸브를 향해 흡기 포트 내에서 연료를 분사하는 포트 연료 인젝터, 및 동일의 엔진 사이클에서 직접 연료 인젝터와 상기 포트 연료 인젝터가 연료를 분사하게 하는 분사 제어기를 구비한다. 2 개의 흡기 밸브의 중심을 연결하는 선분(line segment)에 직교하면서, 2 개의 흡기 밸브 양쪽의 중심을 통과하는 구분선에 의해 2 개의 흡기 밸브 각각이 내부 영역과 외부 영역으로 구분된다고 할 때, 포트 연료 인젝터는, 외부 영역을 향하는 연료량이 내부 영역을 향하는 연료량보다 커지도록 위치된다.
또한, 본 발명의 상기 목적은 불꽃 점화 내연 기관에 의해 이루어진다. 이 불꽃 점화 내연 기관은 각 실린더용 점화 플러그, 각 실린더용 2 개의 흡기 밸브를 포함한다. 또한, 불꽃 점화 내연 기관은, 실린더의 중앙에 농후 층을 형성하도록 실린더 내에 연료를 분사하는 직접 연료 인젝터, 2 개의 흡기 밸브를 향해 흡기 포트 내에서 연료를 분사하는 포트 연료 인젝터, 및 동일의 엔진 사이클에서 직접 연료 인젝터와 포트 연료 인젝터가 연료를 분사하게 하는 분사 제어기를 포함한다. 2 개의 흡기 밸브의 중심을 연결하는 선분에 직교하면서, 2 개의 흡기 밸브 양쪽의 중심을 통과하는 구분선에 의해 2 개의 흡기 밸브 각각이 내부 영역과 외부 영역으로 구분된다고 할 때, 포트 연료 인젝터는, 2 개의 흡기 밸브 양쪽을 향하는 연료 분사의 축선이 외부 영역을 향하도록 위치된다.
또한, 본 발명의 상기 목적은 불꽃 점화 내연 기관에 의해 이루어진다. 이 불꽃 점화 내연 기관에서, 흡기 밸브의 각각에 볼록하게 형성된 칸막이 부재를 포함한다. 칸막이 부재는 외부 영역의 중앙 부분을 포함하는 제 1 영역과, 내부 영역의 중앙 부분을 포함하는 제 2 영역을 한정한다.
또한, 본 발명의 상기 목적은 불꽃 점화 내연 기관에 의해 이루어진다. 이 불꽃 점화 내연 기관은 각 실린더용 점화 플러그, 각 실린더용 3 개의 흡기 밸브를 포함한다. 불꽃 점화 내연 기관은 실린더의 중앙에 농후 층을 형성하도록 실린더 내에 연료를 분사하는 직접 연료 인젝터, 흡기 포트 내에서 연료를 분사하는 포트 연료 인젝터, 및 동일의 엔진 사이클에서 직접 연료 인젝터와 포트 연료 인젝터가 연료를 분사하게 하는 분사 제어기를 구비한다. 포트 연료 인젝터는, 각 실린더에 제공된 3 개의 흡기 밸브중 2 개의 외부 흡기 밸브만을 향해서 연료를 분사한다.
본 발명의 다른 목적, 구성 및 이점이 하기의 설명으로부터 더 자세히 기술된다.
(제 1 실시형태)
도 1 은 본 발명의 제 1 실시형태의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도 1 에 도시된 시스템에는 내연 기관 (10) 이 장착된다. 내연 기관 (10) 은 복수 개의 실린더를 구비한다. 그러나, 도 1 은 실린더들 중 하나의 단면만을 도시한다. 내연 기관 (10) 의 각 실린더는 2 개의 흡기 밸브 (12a, 12b) 와 2 개의 배기 밸브 (14a, 14b) 를 구비한다. 내연 기관 (10) 은 흡기 포트 (16) 및 배기 포트 (18) 와 연통한다. 흡기 포트 (16) 는 2 개의 흡기 밸브 (12a, 12b) 와 연통한다. 배기 포트 (18) 는 2 개의 배기 밸브 (14a, 14b) 와 연통한다.
흡기 포트 (16) 는 내부 연료 분사를 제공하는 인젝터, 즉, 포트 분사를 제공하는 포트 연료 인젝터 (20) 를 구비한다. 또한, 내연 기관 (10) 은 실린더 내에 연료를 분사하는 인젝터, 즉, 직접 분사용 직접 연료 인젝터 (22) 를 구비한다. 또한, 내연 기관 (10) 은 실린더의 중앙에서 점화 불꽃을 발생시키기 위한 점화 플러그 (28) 를 구비한다.
캐비티 (26) 가 내연 기관 (10) 의 피스톤 (24) 에서 최상부 면에 제공된다. 직접 연료 인젝터 (22) 는 소정의 직접 분사 타이밍으로 캐비티 (26) 를 향하여 연료를 분사한다. 캐비티 (26) 를 향하여 분사된 연료는 캐비티의 벽면을 따라 진행 방향을 바꾸어, 실린더 중앙 부근, 즉, 점화 플러그 (28) 의 근방에 도달한다. 따라서, 직접 연료 인젝터 (22) 는 점화 플러그 (28) 의 근방에서 연료 농도가 높은 공연 혼합기층을 형성한다.
도 2 는 내연 기관 (10) 의 주요 구성 요소를 나타내기 위해 도 1 의 화살표 II 방향에서 본 도면이다. 도 2 에서 일점 쇄선으로 나타내는 2 개의 직선은 흡기 밸브 (12a, 12b) 의 외부 영역 (12a-out, 12b-out) 과 내부 영역 (12a-in, 12b-in) 을 구분하는 구분선 (30a, 30b) 을 나타낸다. 구분선 (30a, 30b) 은 2 개의 흡기 밸브 (12a, 12b) 의 중심을 연결하는 선분에 직교하면서, 흡기 밸브 (12a, 또는 12b) 의 중심을 통과한다. 본 명세서에서는, 구분선 (30a, 30b) 이 각각의 실린더를 내부 영역과 외부 영역으로 구분하며, 각 실린더의 내부 영역은 흡기 밸브 (12a, 12b) 의 내부 영역 (12a-in, 12b-in) 을 말하며, 또한, 각각의 실린더의 외부 영역은 흡기 밸브 (12a, 12b) 의 외부 영역 (12a-out, 12b-out) 을 말하는 것으로 가정한다.
본 실시형태에서, 포트 연료 인젝터 (20) 는 2 개의 흡기 밸브 (12a, 12b) 를 향하여 각각 연료를 분사하는 분사 구멍을 구비한다. 흡기 밸브 (12a) 를 향하여 연료를 분사하는 분사 구멍은, 연료 분사 축선(fuel injection axis)이 흡기 밸브 (12a) 의 외부 영역 (12a-out) 을 향하도록 위치된다. 유사하게, 흡기 밸브 (12b) 를 향하여 연료를 분사하는 분사 구멍은, 연료 분사 축선이 흡기 밸브 (12b) 의 외부 영역 (12b-out) 을 향하도록 위치된다. 분사 구멍이 이와 같이 위치되기 때문에, 외부 영역 (12a-out, 12b-out) 에 부착한 포트 분사된 연료량은 내부 영역 (12a-in, 12b-in) 에 부착하는 포트 분사된 연료량보다 충분히 크다.
도 3 은 내연 기관 (10) 을 도 1 에 도시된 선 III-III 을 따라 절단함으로써 얻어지는 단면도이다. 즉, 도 3 은 내연 기관 (10) 의 주요 구성 요소를 2 개의 흡기 밸브 (12a, 12b) 와 바로 면하는 방향에서 본 경우의 단면도이다.
도 3 에서, 도형(graphic form)(32a, 32b) 은, 포트 연료 인젝터 (20) 에 의해 흡기 밸브 (12a, 12b) 를 향하여 분사된 연료의 흐름을 지시하는 연료 분사를 나타내고 있다. 앞서 서술한 이유 때문에, 도형 (32a, 32b) 으로 나타낸 연료는 주로 흡기 밸브 (12a, 12b) 의 외부 영역 (12a-out, 12b-out) 에 부착한다.
도 3 에서 화살표 (34a, 34b) 는, 흡기 밸브(12a, 12b) 가 개방될 때, 외부 영역 (12a-out, 12b-out) 의 부근으로부터 실린더에 유입하는 가스의 흐름을 나타낸 것이다. 한편, 화살표 (36a, 36b) 는, 내부 영역 (12a-in, 12b-in) 의 부근으로부터 실린더에 유입하는 가스의 흐름을 나타낸 것이다.
포트 분사된 연료는 주로 흡기 밸브 (12a, 12b) 의 외부 영역 (12a-out, 12b-out) 에 부착한다. 따라서, 흡기 밸브 (12a, 12b) 가 개방되면, 외부 영역 (12a-out, 12b-out) 부근으로부터, 연료 농도가 높은 공연 혼합기 (34a, 34b) 가 실린더에 유입한다. 한편, 내부 영역 (12a-in, 12b-in) 부근으로부터는, 연료를 거의 포함하지 않은 신기 (36a, 36b) 가 유입한다. 그러므로, 연료가 포트 분사되면, 내연 기관 (10) 은 실린더의 내주연부에만 연료 농도가 높은 공연 혼합기를 도입한다.
도 3 에서, 도형 (38) 은 직접 연료 인젝터 (22) 에 의해 실린더 내에 분사된 연료의 흐름을 지시하는 연료 분사를 나타내고 있다. 이 연료 분사 (38) 에 의해 지시된 바와 같이, 직접 분사 방법을 사용하면, 각 실린더의 중앙에(즉, 점화 플러그 (28) 의 근방에) 연료 농도가 높은 공연 혼합기층을 형성할 수 있다.
균질 연소가 요구되는 작동 영역에서는, 내연 기관 (10) 은 포트 연료 인젝터 (20) 및 직접 연료 인젝터 (22) 의 쌍방이 단일의 엔진 사이클에서 연료를 분사하게 할 수 있다. 이 경우, 직접 분사된 연료 분사 (38) 와 흡기 밸브 (12a, 12b) 의 개방시 발생하는 신기 흐름 (36a, 36b) 이 혼합하기 때문에, 적절한 연료 농도를 갖는 공연 혼합기가 실린더의 중앙 부근에 생성된다. 또한, 흡기 밸브 (12a, 12b) 의 개방시 적절한 연료 농도를 갖는 공연 혼합기 (34a, 34b) 가 실린더의 내주연부에 도입된다.
상술한 연료 분사 방법이 사용되면, 직접 연료 인젝터 (22) 가 실린더의 내부 중앙에서 연료 농도를 증가시키는데 사용될 수 있으며, 한편, 포트 연료 인젝터 (20) 가 실린더의 내주연부에서 연료 농도를 증가시키는데 사용될 수 있다. 이 경우, 2 개의 인젝터가 실린더 내에 균질한 연료 분포를 제공하기 위해 다양하게 선정될 수 있다. 그러므로, 2 개의 인젝터 (20, 22) 사이의 연료 분사비가 조정되면, 실린더의 중앙에서의 연료 농도와 실린더의 내주연부에서의 연료 농도를 일치시키는 것이 보장될 수 있다.
균질 연소가 요구되는 상황하에서, 포트 분사가 단독으로 행해진다면, 실린더의 중앙에서의 연료 농도와 실린더의 내주연부의 연료 농도를 다양하게 조정할 수 없다. 또한, 포트 분사와 직접 분사가 동시에 제공되는 상황하에서, 포트 분사되는 연료의 대부분이, 내부 영역 (12a-in, 12b-in) 부근으로부터 실린더의 중앙에 유입한다면, 실린더의 중앙에서의 연료 농도와 실린더의 내주연부의 연료 농도를 다양하게 조정할 수 없다. 이하, 이들 분사 방법을 "통상의 분사 방법" 이라 한다.
본 실시형태에 따른 연료 분사 방법이 사용되면, 상기와 같이 실린더의 중앙에서의 연료 농도와 실린더의 내주연부의 연료 농도를 일치시키는 것이 용이하다. 따라서, 본 실시형태에 따른 내연 기관 (10) 은, 통상의 분사 방법이 사용되는 경우에 비하여, 직접 공연 혼합기의 균질성을 향상시키는데 뛰어난 특성을 갖고 있다.
내연 기관 (10) 에 균질 연소가 요구되는 경우에, 상술한 제 1 실시형태는 동일의 엔진 사이클에서 직접 연료 인젝터 (22) 및 포트 연료 인젝터 (20) 가 연료를 분사하게 함으로써 본 발명의 제1 양태 또는 제 2 양태에 따른 "분사 제어 수단" 을 실현할 수 있다.
(제 2 실시형태)
이하, 본 발명의 제 2 실시형태에 관해서 도 4 내지 도 6 를 참조로 하여 설명한다. 내연 기관 (10) 의 제 2 실시형태는, 흡기 밸브 (12a, 12b) 가 각각 칸막이 판 (40a, 40b) 을 구비하고 있는 점을 제외하고 제 1 실시형태와 동일하게 구성된다. 제 1 실시형태에 사용된 것과 동일한 구성요소는, 간략하게 설명하거나 또는 생략한다. 하기 설명은 주로 제 2 실시형태의 특별한 부분에 관해서 설명한다.
도 4 는 본 실시형태에 따른 내연 기관 (10) 의 주요 구성 요소를 나타내는 단면도이다. 이 단면도는 내연 기관 (10) 을 2 개의 흡기 밸브 (12a, 12b) 와 바로 면하는 방향에서 본 경우에 얻어진다. 도 4 에 도시된 바와 같이, 본 실시형태에 따른 내연 기관 (10) 은 흡기 밸브 (12a, 12b) 에 볼록하게 형성된 칸막이 판 (40a, 40b) 을 구비하고 있다.
도 5 는 본 실시형태에 따른 흡기 밸브 (12a, 12b) 를 설명하기 위해 도 4 의 화살표 V 방향에서 본 도면이다. 칸막이 판 (40a) 은 흡기 밸브 (12a) 의 표면 영역을 제 1 영역 (12a-1) 과 제 2 영역 (12a-2) 으로 구분하고 있다. 한편, 칸막이 판 (40b) 은, 흡기 밸브 (12b) 의 표면 영역을 제 1 영역 (12b-1) 과 제 2 영역 (12b-2) 으로 구분하고 있다. 제 1 영역 (12a-1, 12b-1) 은 각각, 흡기 밸브 (12a, 12b) 의 외부 영역 (12a-out, 12b-out)(도 2 참조) 의 중앙 부분을 포함한다. 한편, 제 2 영역 (12a-2, 12b-2) 은 각각, 흡기 밸브 (12a, 12b) 의 내부 영역 (12a-in, 12b-in)(도 2 참조) 의 중앙 부분을 포함한다.
도 6 은 칸막이 판 (40a, 40b) 의 효과를 설명하기 위한 도면이다. 본 실시형태에서도, 포트 연료 인젝터 (20) 는 제 1 실시형태의 경우와 같이 흡기 밸브 (12a, 12b) 의 외부 영역 (12a-out, 12b-out) 을 향하여 연료를 분사한다. 보다 구체적으로는, 본 실시형태에 따른 포트 연료 인젝터 (20) 는 외부 영역 (12a-out, 12b-out) 의 중앙 부분을 포함하는 제 1 영역 (12a-1, 12b-1) 을 향하여 연료를 분사한다.
칸막이 판 (40a, 40b) 이 제공되지 않는다면, 상기 분사의 결과 흡기 밸브 (12a, 12b) 에 부착한 연료 (42a, 42b) 는, 흡기 밸브 (12a, 12b) 의 표면을 경유하여 제 1 영역 (12a-1, 12b-1) 및 제 2 영역 (12a-2, 12b-2) 에 유입할 수도 있다. 이러한 경우, 포트 분사된 연료는 실린더의 중앙에 유입하는 신기 흐름 (36a, 36b) 과 부분적으로 혼합할 수도 있다. 한편, 칸막이 판 (40a, 40b) 이 제공된다면, 연료 (42a, 42b) 의 유입이 저지되기 때문에, 연료가 신기 흐름 (36a, 36b) 과 혼합하지 않는다.
실린더에서 균질한 연료 분포를 위해서는, 직접 연료 인젝터 (22) 의 역할과, 포트 연료 인젝터 (20) 의 역할이 명확하게 한정되는 것이 바람직하다. 더 구체적으로, 포트 연료 인젝터 (20) 로부터 분사된 연료는, 실린더의 중앙 부근에 유입하지 않고, 실린더의 내주연부에만 유입하는 것이 바람직하다. 칸막이 판 (40a, 40b) 은 그와 같은 역할을 한층 더 명확하게 한정한다. 그 결과, 내연 기관 (10) 의 제 2 실시예에 의하면, 제 1 실시형태의 경우에 비하여, 더욱 높은 정확도로 공연 혼합기의 균질화를 도모할 수 있다.
상술한 제 2 실시형태에서는, 제 1 영역 (12a-1, 12b-1) 은 제 2 영역 (12a-2, 12b-2) 보다 큰 것으로 가정한다. 그러나, 본 발명은 이러한 관계로 한정되는 것은 아니다. 더욱 구체적으로, 제 1 영역 (12a-1, 12b-1) 은 제 1 실시형태에서의 외부 영역 (12a-out, 12b-out) 과 내부 영역 (12a-in, 12b-in) 의 경우와 같이 제 2 영역 (12a-2, 12b-2) 과 동일한 크기일 수도 있다.
(제 3 실시형태)
다음에, 본 발명의 제 3 실시형태에 관해서 도 7 내지 도 10 을 참조하여 설명한다. 제 1 실시형태에 사용된 구성요소와 동일한 구성요소는 동일한 부호를 붙이며, 간략하게 설명하거나 그 설명을 생략한다.
도 7 은 제 3 실시형태의 내연 기관 (10) 의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 8 은 본 실시형태에 따른 내연 기관 (10) 의 주요 구성요소를 설명하기 위해 도 7 의 화살표 VIII 방향에서 본 도면이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시형태에 따른 내연 기관 (10) 의 각 실린더는 3 개의 흡기 밸브 (12a, 12b, 12c) 를 구비하고 있다. 흡기 밸브 (12a, 12b, 12c) 는 포트 연료 인젝터 (20) 또는 직접 연료 인젝터 (22) 로부터 볼 때 좌우 대칭으로 위치된다. 더욱 구체적으로는, 흡기 밸브 (12c) 는 중앙에 위치하며, 흡기 밸브 (12a, 12b) 는 양단측에 위치된다.
도 9 는 본 실시형태에 따른 내연 기관 (10) 이 도 7 에 도시된 선 IX-IX 을 따라 절단될 때 얻어지는 단면도이다. 즉, 도 9 는 내연 기관 (10) 의 주요 구성요소를, 흡기 밸브 (12a, 12b, 12c) 와 바로 면하는 방향에서 본 경우의 단면도이다. 도 9 에서, 도형 (50a, 50b) 은 포트 연료 인젝터 (20) 로부터 분사되는 연료의 흐름을 지시하는 연료 분사를 나타내고 있다. 이 도면에 지시되는 바와 같이, 포트 연료 인젝터 (20) 는 흡기밸브 (12C) 를 중앙에 두고 양단측에 배치된 2 개의 흡기 밸브 (12a, 12b) 를 향해 도형 (50a, 50b) 으로 표시된 연료를 분사한다. 따라서, 본 실시형태에 따른 내연 기관 (10) 에서는, 포트 분사된 연료는 양단측에 위치된 흡기 밸브 (12a, 12b) 에 주로 부착되며, 중앙에 위치된 흡기 밸브 (12c) 에는 거의 부착되지 않는다.
도 10 은 본 실시형태에 따른 내연 기관 (10) 의 흡기 밸브 (12a, 12b, 12c) 의 개방시에 발생되는 가스의 흐름을 설명하기 위한 도면이다. 도 10 에서, 부호 (52a, 52b) 는 포트 분사의 결과 흡기 밸브 (12a, 12b) 에 부착한 연료를 각각 나타낸다. 또한, 부호 (54a, 54b, 54c) 는 흡기 밸브 (12a, 12b) 의 개방시 흡기 밸브의 근방으로부터 실린더에 유입하는 가스의 흐름을 각각 나타낸 것이다.
포트 분사된 연료가 흡기 밸브 (12a, 12b) 에 부착한다. 따라서, 흡기 밸브 (12a, 12b) 가 개방하면, 공연 혼합기 (54a, 54b) 가 흡기 밸브 (12a, 12b) 근방으로부터 실린더에 유입한다. 한편, 흡기 밸브 (12c) 에는 포트 분사된 연료가 부착하지 않는다. 그러므로, 연료를 거의 포함하지 않은 신기 (54c) 가 흡기 밸브 (12c) 근방으로부터 유입한다. 즉, 본 실시형태에 따른 내연 기관 (10) 의 흡기 밸브 (12a, 12b, 12c) 가 개방하면, 각 실린더의 내주연부에 위치된 흡기 밸브 (12a, 12b) 의 부근으로부터 연료 농도가 높은 공연 혼합기 (54a, 54b) 가 실린더에 유입하며, 실린더의 중앙에 위치되는 흡기 밸브 (12c) 의 부근으로부터는 연료를 포함하지 않은 신기 (54c) 가 실린더에 유입한다. 그 결과, 본 실시형태는 제 1 실시형태 또는 제 2 실시형태의 경우와 같이, 포트 분사에 의하면, 실린더의 내주연부에만 연료 농도가 높은 공연 혼합기를 도입시킬 수 있다.
본 실시형태에서도, 직접 분사는 각 실린더의 중앙에(즉, 점화 플러그 (28) 의 근방에) 연료 농도가 높은 공연 혼합기층을 형성한다. 또한, 균질 연소가 요구되는 작동 영역에서는, 내연 기관 (10) 은 단일의 엔진 사이클에서 포트 연료 인젝터 (20) 및 직접 연료 인젝터 (22) 의 쌍방이 연료를 분사하게 한다. 상기 연료 분사 방법이 사용되면, 제 1 실시형태 또는 제 2 실시형태의 경우와 같이, 직접 연료 인젝터 (22) 가 실린더의 내부 중앙 부분의 연료 농도를 증가시키기 위해 사용될 수 있으며, 포트 연료 인젝터 (20) 가 실린더의 내주연부의 연료 농도를 증가시킨다. 그러므로, 본 실시형태에 따른 내연 기관 (10) 이 사용되면, 제 1 실시형태 또는 제 2 실시형태의 경우와 같이, 실린더의 중앙의 연료 농도와 실린더의 내주연부의 연료 농도를 일치시키는 것을 용이하게 보장할 수 있다.
내연 기관 (10) 에 균질 연소가 요구되는 경우에, 상술한 제 3 실시형태에서는, 동일의 엔진 사이클에서 직접 연료 인젝터 (22) 및 포트 연료 인젝터 (20) 의 쌍방이 연료를 분사하게 함으로써, 본 발명의 제 4 실시형태에 따른 "분사 제어 수단" 을 실현할 수 있다.
본 발명의 제 1 실시형태에서, 직접 연료 인젝터는 각 실린더의 중앙에 농후 층을 형성하도록 연료를 분사할 수 있다. 포트 연료 인젝터는 외부 영역을 향하는 연료량이 내부 영역을 향하는 연료량보다 커지도록, 2 개의 흡기 밸브를 향하여 연료를 분사할 수 있다. 흡기 밸브의 외부 영역을 향하는 연료량이 그 내부 영역을 향하는 연료량보다 크면, 흡기 밸브의 개방시에는, 흡기 밸브의 외부 영역 부근을 경유하여 다량의 연료가 실린더에 유입하기 쉽다. 따라서, 본 발명은, 포트 분사 방법이 사용되면, 실린더의 내주연부에서의 연료 농도를 증가시킬 수 있다. 본 발명에 따르면, 직접 연료 인젝터는 실린더의 내부 중앙 부분의 연료 농도를 증가시키는데 사용될 수 있으며, 한편, 포트 연료 인젝터는 실린더의 내주연부의 연료 농도를 증가시킬 수 있다. 이 경우, 실린더 내에 균질한 연료 분포를 형성하기 위해 2 개의 인젝터가 다양하게 설정될 수 있다. 그 결과, 공연 혼합기는, 포트 분사 방법이 단독으로 행해지는 경우 보다 더 균질해질 수 있다.
본 발명의 제 2 실시형태에서, 직접 연료 인젝터는 각 실린더의 중앙에 농후 층을 형성하도록 연료를 분사할 수 있다. 포트 연료 인젝터는, 연료분사 축선이 외부 영역을 향하도록 2 개의 흡기 밸브를 향하여 연료를 분사할 수 있다. 연료 분사 축선이 외부 영역을 향하고 있으면, 다량의 연료가 내부 영역보다 외부 영역에 도달하기 쉽다. 외부 영역에 내부 영역보다 많은 량의 연료가 도달하면서, 흡기 밸브가 개방하면, 포트 분사 방법에 의해 분사된 연료는 내부 영역 부근보다 외부 영역의 부근으로부터 실린더에 다량 유입한다. 따라서, 본 발명에 따라 포트 분사 방법이 사용되면, 실린더의 내주연부에서의 연료 농도가 증가된다. 따라서, 본 발명에 따르면, 직접 연료 인젝터는 실린더의 내부 중앙의 연료 농도를 증가시키며, 한편, 포트 연료 인젝터는 실린더의 내주연부의 연료 농도를 증가시킬 수 있다. 이 경우, 실린더 내에 균질한 연료 분포를 제공하기 위해, 2 개의 인젝터가 다양하게 설정된다. 그 결과, 공연 혼합기는 포트 분사 방법이 단독으로 사용되는 경우에 비하여, 더 균질하게 될 수 있다.
본 발명의 제 3 실시형태에서, 각각의 흡기 밸브에 제공된 볼록한 칸막이 부재는 외부 영역에 부착한 연료가 내부 영역에 유입하는 것을 방지한다. 그 결과, 본 발명은 포트 분사 방법에 의해 실린더의 내주연부에서의 연료 농도를 확실하게 증가시킬 수 있다.
본 발명의 제 4 실시형태에서, 직접 연료 인젝터는 각 실린더의 중앙에 농후 층을 형성하도록 연료를 분사할 수 있다. 포트 연료 인젝터는 3개의 흡기 밸브 중 2개의 외부 흡기 밸브를 향해 연료를 분사할 수 있다. 포트 연료 인젝터가 이와 같이 연료를 분사하면, 중앙 흡기 밸브의 부근으로부터 주로 공기가 유입하며, 한편, 2 개의 외부 흡기 밸브 근방으로부터는 연료 농도가 높은 공연 혼합기가 유입한다. 따라서, 본 발명에 따른 포트 분사 방법이 사용되면, 실린더의 내주연부에서의 연료 농도가 증가될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 직접 연료 인젝터는 실린더의 내부 중앙 부분의 연료 농도를 증가시키는데 사용될 수 있으며, 한편, 포트 연료 인젝터는 실린더의 내주연부의 연료 농도를 증가시키는데 사용된다. 이 경우, 2 개의 인젝터가 실린더 내의 균질한 연료 분포를 제공하기 위해 다양하게 설정될 수 있다. 그 결과, 공연 혼합기가 포트 분사 방법이 단독으로 행해지는 경우에 비해 더 균질해질 수 있다.
본 발명의 명확한 변경 및 변형예가 상기 기술의 관점에서 다양하게 이루어질 수 있다. 따라서, 첨부된 특허청구범위 내에서, 본 발명은 특정으로 기술된 것 이외의 것으로도 실현될 수 있음을 알 수 있다.
본 출원의 우선권 주장의 기초가 되는 일본국 특허 출원 제 2004-9994 호가 포함하는 명세서, 청구항, 도면 및 요약서의 전체 내용이 참고로 본 명세서에 포함되어 있다.
이상 설명한 본 발명에 의하면, 직접 연료 인젝터는 실린더의 내부 중앙 부분의 연료 농도를 증가시키는데 사용될 수 있으며, 한편, 포트 연료 인젝터는 실린더의 내주연부의 연료 농도를 증가시킬 수 있다. 이 경우, 실린더 내에 균질한 연료 분포를 형성하기 위해 2 개의 인젝터가 다양하게 설정될 수 있다. 그 결과, 공연 혼합기는, 포트 분사 방법이 단독으로 행해지는 경우 보다 더 균질해질 수 있다.
도 1 은 본 발명의 제 1 실시형태의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 는 본 발명에 따른 제 1 실시형태의 주요 구성 요소를 설명하기 위해 도 1 의 화살표 II 방향에서 본 도면이다.
도 3 은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 내연 기관이 도 1 에 도시된 선 III-III을 따라 절단될 때 얻어지는 단면도이다.
도 4 는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 내연 기관이 2 개의 흡기 밸브와 바로 면하는 방향으로 나타낸 단면도이다.
도 5 는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 2 개의 흡기 밸브를 도 4 의 화살표 V 방향에서 본 도면이다.
도 6 은 본 발명의 제 2 실시형태에 사용하기 위한 칸막이 판의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 7 은 본 발명에 따른 제 3 실시형태의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 8 은 본 발명에 따른 제 3 실시형태의 주요 구성 요소를 설명하기 위해 도 7 의 화살표 VIII 방향에서 본 도면이다.
도 9 는 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 내연 기관이 도 7 에 도시된 선 IX-IX 을 따라 절단될 때 얻어지는 단면도이다.
도 10 은 본 발명에 따른 제 3 실시형태의 3개의 흡기 밸브가 개방될 때 발생되는 가스의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
10 : 내연 기관
12a, 12b, 12c : 흡기 밸브
12a-out, 12b-out : 외부 영역
12a-in, 12b-in : 내부 영역
14a, 14b : 배기 밸브
16 : 흡기 포트
20 : 포트 연료 인젝터
22 : 직접 연료 인젝터
28 : 점화 플러그
30a, 30b : 구분선
40a, 4Ob : 칸막이 판
12a-1, 12b-1 : 제 1 영역
12a-2, 12b-2 : 제 2 영역

Claims (4)

  1. 각 실린더용 점화 플러그;
    각 실린더용 2 개의 흡기 밸브;
    실린더의 중앙에 농후(rich) 층을 형성하도록 실린더 내에 연료를 분사하는 직접 연료 인젝터;
    상기 2 개의 흡기 밸브를 향해 흡기 포트 내에서 연료를 분사하는 포트 연료 인젝터; 및
    동일의 엔진 사이클에서 상기 직접 연료 인젝터와 상기 포트 연료 인젝터가 연료를 분사하게 하는 분사 제어 수단을 구비하고,
    상기 2 개의 흡기 밸브의 중심을 연결하는 선분에 직교하면서 상기 2 개의 흡기 밸브 양쪽의 중심을 통과하는 구분선에 의해 상기 2 개의 흡기 밸브 각각이 내부 영역과 외부 영역으로 구분된다고 할 때, 상기 포트 연료 인젝터는, 상기 외부 영역을 향하는 연료량이 상기 내부 영역을 향하는 연료량보다 커지도록 위치되는 것을 특징으로 하는 불꽃 점화 내연 기관.
  2. 각 실린더용 점화 플러그;
    각 실린더용 2 개의 흡기 밸브;
    실린더의 중앙에 농후 층을 형성하도록 실린더 내에 연료를 분사하는 직접 연료 인젝터;
    상기 2 개의 흡기 밸브를 향해 흡기 포트 내에서 연료를 분사하는 포트 연료 인젝터; 및
    동일의 엔진 사이클에서 상기 직접 연료 인젝터와 상기 포트 연료 인젝터가 연료를 분사하게 하는 분사 제어 수단을 구비하고,
    상기 2 개의 흡기 밸브의 중심을 연결하는 선분에 직교하면서 상기 2 개의 흡기 밸브 양쪽의 중심을 통과하는 구분선에 의해 상기 2 개의 흡기 밸브 각각이 내부 영역과 외부 영역으로 구분된다고 할 때, 상기 포트 연료 인젝터는, 상기 2 개의 흡기 밸브 양쪽을 향하는 연료 분사의 축선이 상기 외부 영역을 향하도록 위치되는 것을 특징으로 하는 불꽃 점화 내연 기관.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 흡기 밸브 각각은, 상기 외부 영역의 중앙 부분을 포함하는 제 1 영역과, 상기 내부 영역의 중앙 부분을 포함하는 제 2 영역을 한정하기 위해서, 상기 흡기 밸브의 각각에 볼록하게 형성된 칸막이 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 불꽃 점화 내연 기관.
  4. 각 실린더용 점화 플러그;
    각 실린더용 3 개의 흡기 밸브;
    실린더의 중앙에 농후 층을 형성하도록 실린더 내에 연료를 분사하는 직접 연료 인젝터;
    흡기 포트 내에서 연료를 분사하는 포트 연료 인젝터; 및
    동일의 엔진 사이클에서 상기 직접 연료 인젝터와 상기 포트 연료 인젝터가 연료를 분사하게 하는 분사 제어 수단을 구비하고,
    상기 포트 연료 인젝터는, 각 실린더에 제공된 3 개의 흡기 밸브중 2 개의 외부 흡기 밸브만을 향해서 연료를 분사하는 것을 특징으로 하는 불꽃 점화 내연 기관.
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