KR20090108521A

KR20090108521A - 내연 엔진

Info

Publication number: KR20090108521A
Application number: KR1020090006939A
Authority: KR
Inventors: 잉고 빌케
Original assignee: 만 디젤 에스이
Priority date: 2008-04-11
Filing date: 2009-01-29
Publication date: 2009-10-15

Abstract

본 발명은 연소 가스용 내연 엔진, 특히 오토(Otto) 가스 엔진에 관한 것으로서, 상기 내연 엔진은 메인 연소실(2), 이 메인 연소실(2)로부터 분할된 예비 챔버(4), 및 이 예비 챔버(4) 내로 돌출한 하나 이상의 점화 장치(6)를 포함하며, 상기 예비 챔버(4)는 하나 이상의 개구(5)를 통해 메인 연소실(2)과 연결되고, 고압 연소 가스 관에 연결된 하나 이상의 연소 가스 노즐(7)이 상기 예비 챔버(4) 내로 통함으로써 연소 가스가 상기 예비 챔버 내로 도입되고 상기 예비 챔버(4) 내에 있는 희박 연소 가스-공기 혼합물과 혼합되어 상기 혼합물을 농축시키며, 이렇게 농축된 연소 가스-공기 혼합물이 상기 점화 장치에 의해 점화된다. 본 발명에 따라, 상기 메인 연소실(2)을 상기 예비 챔버(4)와 연결하는 상기 개구(5)는 상기 예비 챔버(4)의 접선 방향으로 연장됨으로써, 상기 메인 연소실(2)로부터 상기 예비 챔버(4) 내로 유입되는 희박 연소 가스-공기 혼합물이 상기 예비 챔버(4) 내에서 소용돌이 흐름을 갖는다. 대안으로서 또는 추가로 다수의 점화 장치(6)가 상기 예비 챔버(4) 내로 돌출한다.

메인 연소실, 예비 챔버, 점화 장치, 개구, 고압 연소 가스 관, 연소 가스 노즐, 소용돌이 흐름.

Description

내연 엔진{INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 청구항 1 또는 6의 전제부에 따른 내연 엔진에 관한 것이다.

DE 102 17 996 A1에는 메인 연소실과 이 메인 연소실로부터 분할된 예비 챔버를 포함하는 가스 연료용 내연 엔진이 공지되어 있다. 상기 예비 챔버는 하나 이상의 개구를 통해 메인 연소실과 연결된다. 고압 연소 가스 관에 접속된 연소 가스 노즐이 예비 챔버 내로 통함으로써, 고압 연소 가스가 예비 챔버 내로 도입된다. 여기서, 연소 가스는 예비 챔버 내에 있는 희박 연소 가스-공기 혼합물과 혼합되어 상기 혼합물을 농축시킨다. 점화 장치가 예비 챔버 내로 돌출함으로써, 농축된 연소 가스-공기 혼합물이 점화되며 결국 메인 연소실 내에 있는 연소 가스-공기 혼합물이 점화된다.

예비 챔버 압력이 높은 경우, 전기 스파크 점화시 예비 챔버 내에 있는 연소 가스-공기 혼합물의 점화를 위해 높은 전력이 제공되어야 하며, 이는 점화 장치에 대한 높은 열적 및 전기적 부하를 의미한다. 따라서, 점화 장치는 예비 챔버 압력이 커짐에 따라 많이 마모되고, 그 결과 점화 장치의 수명이 현저히 단축된다. 이로 인해, 내연 엔진에 대한 서비스 간격(service interval)이 줄어든다. 따라서, 긴 서비스 간격을 가능하게 하는 내연 엔진이 필요하다.

본 발명의 과제는 새로운 방식의 내연 엔진을 제공하는 것이다.

상기 과제는 본 발명의 제1 양태에 따라 청구항 1에 따른 내연 엔진에 의해 해결된다. 이에 따르면, 메인 연소실을 예비 챔버와 연결하는 개구가 예비 챔버의 접선 방향으로 연장되기 때문에, 메인 연소실로부터 예비 챔버 내로 유입되는 희박 연소 가스-공기 혼합물이 예비 챔버 내에서 소용돌이 흐름을 갖는다.

본 발명의 제1 양태에 의해, 챔버 내부에서 소용돌이 흐름에 의해 정압(static pressure)이 소용돌이 중심에서 감소할 수 있기 때문에, 점화 장치에서의 점화를 위해 더 낮은 전력이 필요하다. 예비 챔버 내부의 점화 장소에서 압력 레벨의 강하에 의해, 점화 장치의 수명이 많이 증가할 수 있고, 이는 결국 서비스 간격을 연장한다.

본 발명의 제2 양태에 따라, 상기 과제는 청구항 6에 따른 내연 엔진에 의해 해결된다. 이에 따라, 다수의 점화 장치가 예비 챔버 내로 돌출한다.

본 발명의 제2 양태에 따라, 내연 엔진은 예비 챔버 내로 돌출한 다수의 점화 장치를 가지며, 상기 점화 장치들은 교대로 작동된다. 이로 인해, 매 점화마다 교대로 항상 점화 장치의 일부만이 사용됨으로써, 서비스 간격이 연장될 수 있다. 점화 장치가 예컨대 N개의 점화 장치를 가지며 각각의 점화에 대해 항상 단 하나의 점화 장치가 사용되면, 매 점화 장치마다 점화의 수가 1/N로 감소하고 서비스 간격 이 N배 만큼 연장된다.

본 발명의 2가지 양태는 단독으로 또는 서로 조합해서 사용될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예는 종속 청구항 및 하기 설명에 제시된다. 본 발명의 실시예가 도면을 참고로 상세히 설명되지만, 이것에 제한되지는 않는다.

본 발명에 의해, 긴 서비스 간격을 가능하게 하는 내연 엔진이 제공된다.

도 1은 메인 연소실(2)을 제한하는 내연 엔진의 실린더 헤드(1)의 영역에서 바람직하게는 오토(Otto) 가스 엔진으로서 구현된 본 발명에 따른 내연 엔진의 일부를 개략적으로 나타낸다. 내연 엔진의 실린더 헤드(1)에는 도 1에 따라 인서트(3)가 고정되고, 상기 인서트는 실린더 헤드(1) 내로 바람직하게는 나사 결합된다. 인서트(3)는 예비 챔버(4)를 한정하고, 예비 챔버(4)는 메인 연소실(2)로부터 분리되며, 하나 이상의 개구(5)를 통해 메인 연소실(2)과 연결된다.

하나 이상의 점화 장치(6)가 예비 챔버(4) 내로 돌출하고, 바람직하게는 차폐된다. 고압 연소 가스 관에 접속된 연소 가스 노즐(7)을 통해 예비 챔버(4) 내로 고압 연소 가스가 분사될 수 있다. 연소 가스 노즐(7)을 통해 예비 챔버(4) 내로 분사된 고압 연소 가스는 예비 챔버(4) 내에 있는 희박 연소 가스-공기 혼합물과 혼합되어, 상기 혼합물을 농축시킨다. 이렇게 농축된 연소 가스-공기 혼합물은 점화 장치(6)에 의해 점화될 수 있다. 상기 점화 장치(6)는 글로우 플러그 또는 점화 플러그일 수 있다.

도 1의 본 발명에 따른 내연 엔진에서, 예비 챔버(4)는 다수의 개구(5)를 통해 메인 연소실(2)과 연결되고, 상기 개구들(5)은 예비 챔버(4)의 접선 방향으로 연장된다. 개구(5)가 방사방향 길이도 갖지만, 접선 방향 길이는 본 발명의 제1 양태에 따라 메인 연소실(2)로부터 예비 챔버(4) 내로 유입하는 연소 가스-공기 혼합물이 예비 챔버(4) 내에서 소용돌이 흐름을 갖도록 하기 위해 중요하다. 이러한 소용돌이 흐름의 소용돌이 효과를 이용함으로써, 예비 챔버(4) 내부의, 즉 그것의 중심 영역 내부의 정압이 감소할 수 있어서, 결국 점화 장치(6)에 더 낮은 점화 에너지가 제공되면 되므로 점화 장치가 더 긴 수명을 갖는다.

도 1의 실시예에서, 예비 챔버(4)는 1차 챔버(8) 및 2차 챔버(9)로 세분된다. 상기 1차 챔버(8) 및 2차 챔버(9)는 관 부분(10)을 통해 서로 연결된다. 예비 챔버(4)를 메인 연소실(2)과 연결하는 개구들(5)은 도 1에 따라 2차 챔버(9) 내로 통한다. 점화 장치들(6)은 1차 챔버(8) 내로 돌출한다. 또한, 가스 노즐(7)은 1차 챔버(8) 및/또는 2차 챔버(9) 내로 통한다. 따라서, 메인 연소실(2)로부터 예비 챔버(4) 내로 유입하는 연소 가스-공기 혼합물은 예비 챔버(4)의 2차 챔버(9) 내에서 소용돌이 흐름을 갖는다. 1차 챔버(8)와 2차 챔버(9)의 대략 회전 대칭 중심 영역에 고정된 관 부분(10)을 통해, 예비 챔버(9) 내부의 소용돌이 흐름의 대략 회전 대칭 중심에 있는 저압이 1차 챔버(8) 내로 방출됨으로써, 1차 챔버(8) 내부에 현저히 감소한 압력 레벨이 존재한다. 이러한 점에서, 점화 과정 동안 점화 장치(6)에 대해 낮은 점화 출력이 구현되기 때문에, 점화 장치(6)의 수명이 연장된다.

본 발명의 제1 양태에 따라, 본 발명에 따른 내연 엔진의 점화 장치의 영역에서 개구(5) 및 경우에 따라 예비 챔버(4)의 특별한 형상에 의해 점화 장치 영역에서의 압력 레벨이 현저히 낮아질 수 있다. 이로 인해, 각각의 점화 과정 동안 점화 장치(6)의 영역에 더 낮은 점화 에너지가 필요하므로, 점화 장치(6)의 수명이 필요한 점화 출력의 감소에 과비례적으로(overproportionally) 증가한다.

예비 챔버를 1차 챔버(8) 및 2차 챔버(9)를 가진 다단(cascade)-소용돌이 챔버로서 상기와 같이 구성하면, 점화 장치(6)의 영역에서 연소 가스-공기 혼합물의 처리가 개선될 수 있다는 다른 장점이 있다. 1차 챔버(8)의 대략 회전 대칭 중심에 가스 노즐(7)을 위치 설정함으로써, 점화 장치(6)의 영역에서 연소 가스-공기 혼합물의 제어된, 안정한 조정이 이루어질 수 있다. 개선된 혼합물 조정은 필요한 점화 출력을 낮출 수 있어서, 점화 장치의 수명을 연장할 수 있다.

단독으로 또는 본 발명의 제1 양태와 조합해서 사용될 수 있는, 본 발명의 제2 양태에 따라, 예비 챔버(4) 내로, 즉 도 1에 도시된 실시예에서 예비 챔버(4)의 1차 챔버(8) 내로, 다수의 점화 장치들(6)이 돌출하고, 상기 점화 장치들은 도시되지 않은 제어 장치에 의해 교대로 작동될 수 있다.

따라서, 제어 장치는 각각의 점화를 위해 각각 점화 장치의 일부만을 작동시키므로, 각각의 점화에서 모든 점화 장치(6)가 작동되는 것이 아니라, 그것의 일부만이 작동되며, 상기 일부는 1개일 수도 있다.

N 개의 점화 장치가 예비 챔버(4) 내로 돌출하고 점화마다 항상 단 하나의 점화 장치만이 작동되고 사용되는 경우, 매 작동 시간마다 점화 장치(6) 당 점화의 수가 1/N 로 감소함으로써, 작동 시간 동안 점화 장치가 덜 마모되고, 결국 작동 기간이 현저히 연장될 수 있다.

도 2 및 도 3은 1차 챔버(8) 내로 돌출한 4개의 점화 장치(6)를 구비한 도 1의 예비 챔버(4)의 1차 챔버(8)를 개략적으로 도시한다. 도 2의 실시예에서는 매 점화마다 교대로 항상 단 하나의 점화 장치(6)가 작동되거나 활성화된다. 도 3에 따르면, 매 점화마다 2개의 점화 장치(6)가 활성화되어 작동된다.

본 발명의 2가지 양태를 조합한 내연 엔진, 즉 한편으로는 예비 챔버(4)의 2차 챔버(9)와 메인 연소실(2) 사이에 접선 방향으로 연장된 개구(5)를 구비한, 1차 챔버(8) 및 2차 챔버(9)로 세분된 예비 챔버, 및 다른 한편으로는 1차 챔버(8)의 중심으로 통하는 가스 노즐(7)을 구비한, 예비 챔버(4)의 1차 챔버(8) 내로 돌출한 다수의 점화 장치(6)를 포함하는 내연 기관이 특히 바람직하다.

도 1은 본 발명에 따른 내연 엔진의 개략적인 부분도.

도 2 및 도 3은 도 1의 예비 챔버의 1차 챔버의 개략도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 실린더 헤드 2: 메인 연소실

3: 인서트 4: 예비 챔버

5: 개구 6: 점화 장치

7: 연소 가스 노즐 8: 1차 챔버

9: 2차 챔버 10: 관 부분

Claims

연소 가스용 내연 엔진으로서, 메인 연소실, 이 메인 연소실로부터 분할된 예비 챔버, 및 이 예비 챔버 내로 돌출한 하나 이상의 점화 장치를 포함하며, 상기 예비 챔버는 하나 이상의 개구를 통해 메인 연소실과 연결되고, 고압 연소 가스 관에 연결된 하나 이상의 연소 가스 노즐이 상기 예비 챔버 내로 통함으로써, 연소 가스가 상기 예비 챔버 내로 도입되고 상기 예비 챔버 내에 있는 희박 연소 가스-공기 혼합물과 혼합되어 상기 혼합물을 농축시키며, 이 농축된 연소 가스-공기 혼합물이 상기 점화 장치에 의해 점화되는, 내연 엔진에 있어서,

상기 메인 연소실(2)을 상기 예비 챔버(4)와 연결하는 상기 개구(5)는 상기 예비 챔버(4)의 접선 방향으로 연장됨으로써, 상기 메인 연소실(2)로부터 상기 예비 챔버(4) 내로 유입되는 희박 연소 가스-공기 혼합물이 상기 예비 챔버(4) 내에서 소용돌이 흐름을 갖는 것을 특징으로 하는 내연 엔진.
제1항에 있어서, 상기 예비 챔버(4)는 1차 챔버(8) 및 2차 챔버(9)로 세분되고, 상기 1차 챔버(8) 및 상기 2차 챔버(9)는 중심의 관 부분(10)을 통해 서로 연결되며, 상기 연소 가스 노즐(7) 및 상기 점화 장치(6)는 상기 예비 챔버(4)의 상기 1차 챔버 및/또는 2차 챔버(8, 9) 내로 통하거나 또는 돌출하고, 상기 개구(5)는 상기 메인 연소실(2)을 상기 예비 챔버(4)의 상기 2차 챔버(9)와 연결하는 것을 특징으로 하는 내연 엔진.
제2항에 있어서, 상기 메인 연소실(2)로부터 상기 예비 챔버(4) 내로 유입되는 희박 연소 가스-공기 혼합물은 상기 예비 챔버(4)의 상기 2차 챔버(9) 내에서 소용돌이 흐름을 갖는 것을 특징으로 하는 내연 엔진.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 관 부분(10)은 상기 1차 챔버(8) 및 상기 2차 챔버(9)의 대략 회전 대칭 중심 영역에서 상기 1차 챔버(8) 및 상기 2차 챔버(9)에 고정됨으로써, 상기 1차 챔버(8) 내에 상기 희박 연소 가스-공기 혼합물의 가능한 낮은 압력 레벨이 설정되는 것을 특징으로 하는 내연 엔진.
연소 가스용 내연 엔진으로서, 메인 연소실, 이 메인 연소실로부터 분할된 예비 챔버, 및 이 예비 챔버 내로 돌출한 하나 이상의 점화 장치를 포함하며, 상기 예비 챔버는 하나 이상의 개구를 통해 메인 연소실과 연결되고, 고압 연소 가스 관에 연결된 하나 이상의 연소 가스 노즐이 상기 예비 챔버 내로 통함으로써, 연소 가스가 상기 예비 챔버 내로 도입되고 상기 예비 챔버 내에 있는 희박 연소 가스-공기 혼합물과 혼합되어 상기 혼합물을 농축시키며, 이 농축된 연소 가스-공기 혼합물이 상기 점화 장치에 의해 점화되는, 내연 엔진에 있어서,

상기 예비 챔버(4) 내로 다수의 점화 장치들(6)이 돌출하는 것을 특징으로 하는 내연 엔진.
제5항에 있어서, 제어 장치가 상기 점화 장치(6)를 교대로 작동시키는 것을 특징으로 하는 내연 엔진.
제6항에 있어서, 상기 제어 장치가 매 점화마다 각각 상기 점화 장치(6)의 일부를 작동시키는 것을 특징으로 하는 내연 엔진.
제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 제1항에 따른 특징을 갖는 것을 특징으로 하는 내연 엔진.
제1항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 제5항에 따른 특징을 갖는 것을 특징으로 하는 내연 엔진.