KR20100046817A

KR20100046817A - 가솔린 직접 분사 엔진

Info

Publication number: KR20100046817A
Application number: KR1020080105843A
Authority: KR
Inventors: 이봉상
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2008-10-28
Filing date: 2008-10-28
Publication date: 2010-05-07
Also published as: US20100101530A1

Abstract

본 발명은 엔진에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연소실 내부로 연료를 직접 분사하는 가솔린 직접 분사(Gasoline Direct Injection; GDI) 엔진에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 GDI엔진의 인젝터로부터 분사되는 연료에 대한 간섭을 최소화한 GDI엔진에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 연소실; 상기 연소실에 연통하는 흡기포트 및 배기포트; 상기 흡기포트 및 상기 배기포트를 개폐하는 흡기밸브 및 배기밸브; 상기 연소실에 연료를 분사하는 인젝터; 상기 연소실 내부의 혼합기에 점화하는 점화플러그; 및 상기 인젝터의 분사구가 개구되는 연소실 벽면의 상면이 쐐기형으로 커팅가공되는 경사면; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 가솔린 직접 분사 엔진을 제공한다.

연소실, 인젝터, 경사면

Description

가솔린 직접 분사 엔진{GASOLINE DIRECT INJECTION ENGINE}

최근에 들어서 연료를 연소실에 직접 분사하는 가솔린 직접 분사(Gsoline Direct Injection; GDI) 엔진이 개발되고 있다.

GDI엔진은 흡기밸브의 개방시에 공기가 흡기포트로부터 연소실로 흡입되어 피스톤에 의해 압축되며, 이러한 고압공기에 대하여 엔진으로부터 연료가 직접분사되는 방식이다.

즉, 연소실에서 고압공기와 분무상태의 연료가 혼합하고, 이 혼합기가 점화플러그에 도달하여 착화되어 발화함으로써 구동력을 얻을 수가 있으며 배기밸브의 개방시에 연소된 배기가스가 배기포트로 배출된다.

그리고, 이 GDI엔진은 흡기행정 중에 연소실에 연료를 분사하여 균일한 혼 합기를 형성하는 균질연소가 가능하게 되므로 초희박연소 운전을 가능하도록 하게 된다.

또한, 엔진의 연비를 향상시킴과 동시에 CO₂의 배출량을 저감시킬 수 있는 장점을 가지고 있다.

이와 같은 장점을 갖는 GDI엔진은 피스톤의 흡기행정에 있어서의 흡기밸브의 개방시에 흡기포트의 공기를 연소실로 흡입함과 동시에 이 흡입공기에 대하여 연료분사를 행하게 된다.

이때, 연소실 전체에 분산된 혼합기를 형성하고, 이 혼합기는 점화플러그에 의해 착화되며, 연소실 전체에 분산된 혼합기가 균질연소된다.

이러한 GDI엔진에서 연소실로 연료를 고압으로 분사할 수 있도록 인젝터가 설치된다.

GDI엔진의 인젝터는 분사되는 연료가 주변부의 간섭 없이 연소실 내부로 분사되어야 하는데, lay-out상 연소실 경계면에 인젝터가 설치된다.

또한, 인젝터의 단부에 개구되어서 연료가 분사되는 분사구는 연소실 내부로 개구되어 있다.

이때, 연료의 고압 분사는 필수적이므로 주변부의 간섭 없이 연소실 내부로 분사되어야 한다.

하지만, 분사구가 연소실로 노출될 수밖에 없기 때문에 주변부의 간섭 및 엔진의 운전 중에 인젝터의 분사구 근처가 고온의 연소가스에 노출되므로, 분사구의 근처에는 카본(carbon)이 축적되거나 열화가 발생된다.

그 결과, 인젝터로부터 분사되는 연료의 유량저하, 연료분무형상의 악화의 문제가 발생된다.

따라서, 인젝터가 연소실 경계면에 설치되는 설계형상이 엔진의 작동성능을 좌우하게 된다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 인젝터로부터 분사되는 고압연료에 대한 간섭을 최소화 함으로써 GDI엔진의 작동성능을 향상시키는데 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 가솔린 직접 분사 엔진은 연소실;

상기 연소실에 연통하는 흡기포트 및 배기포트;

상기 흡기포트 및 상기 배기포트를 개폐하는 흡기밸브 및 배기밸브;

상기 연소실에 연료를 분사하는 인젝터;

상기 연소실 내부의 혼합기에 점화하는 점화플러그; 및

상기 인젝터의 분사구가 개구되는 연소실 벽면의 상면이 쐐기형으로 커팅가공되는 경사면;

을 포함하는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 경사면의 각도는 수평선에 대하여 5~30으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 경사면의 면적은 상기 인젝터의 분사구 단면적에 대하여 80~220%로 하는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 가솔린 직접 분사 엔진에 의하면, 인젝터로부터 연소실로 고압연료를 분사할 때 고압연료에 대한 간섭을 최소화함으로써 압력 손실을 감소시키므로 GDI엔진의 작동성능을 향상시키는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 가솔린 직접 분사 엔진을 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1의 A부 확대도이다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 GDI엔진은 실린더헤드의 하부에 실린더블록(100)이 조립되고, 복수의 체결볼트(미도시)에 의해 체결된다.

실린더블록(100)에는 복수(도면에는 한 개의 실린더보어만 도시함)의 실린더보어(110)가 형성되고, 각 실린더보어(110)에 피스톤(130)이 슬라이딩되도록 설치된다.

그리고, 실린더블록(100)의 하부에는 크랭크샤프트(미도시)가 회전되도록 지지되고, 각 피스톤(130)은 커넥팅로드(미도시)를 개재하여 상기 크랭크샤프트에 연결된다.

연소실(C)은 실린더블록(100)에 형성된 실린더보어(110)와, 실린더헤드(200)의 하면과, 피스톤헤드(131)에 의해 형성되는 공간으로 구성되고, 천정부(실린더헤드의 하면)의 중앙부가 높지 않도록 기울어진 다각형의 지붕형상으로 형성된다..

그리고 이 연소실(C)의 상부, 즉 실린더헤드(200)의 하면에 흡기포트(210) 및 배기포트(220)가 대향되도록 형성된다.

이러한 흡기포트(210) 및 배기포트(220)에 대하여 흡기밸브(211) 및 배기밸브(221)가 각각 위치한다.

이러한 흡기밸브(211) 및 배기밸브(222)는 실린더헤드(200)에 고정된 각 스템가이드(미설명 부호)에 의해 축방향으로 왕복운동하도록 지지됨과 동시에 각 밸브스프링(미설명 부호)에 의해 흡기포트(210) 및 배기포트(220)를 탄성지지한다.

또한, 흡기밸브(211) 및 배기밸브(221)는 통상적으로 적용할 수 있는 기술구성으로서 도시하지는 않았지만 상단부에 롤러로커암의 일단부가 연결되고, 상기 롤러로커암의 타단부는 실린더헤드(200)에 고정되는 러시어저스터(rush adjuster;)에 연결되며 흡기캠샤프트의 흡기캠 및 배기캠샤프트의 배기캠이 각 롤러로커암에 접촉된다.

이에 따라, 엔진에 동기되어 흡기캠샤프트 및 배기캠샤프트가 회전하면 흡기캠 및 배기캠이 롤러로커암을 작동시키고, 각 흡기밸브 및 배기밸브가 소정의 타이밍으로 상하이동하므로 흡기포트 및 배기포트를 개폐하고 흡기포트와 연소실, 연소실과 배기포트를 각각 연통시킬 수 있게 된다.

연소실(C)의 측부 즉, 흡기포트측의 실린더헤드(200) 하면에는 이 연소실(C) 에 직접연료를 분사하는 인젝터(300)가 장착된다.

또한, 연소실(C)의 천정부 중앙 즉, 각 흡기포트(210) 및 각 배기포트(220)의 사이의 실린더헤드(200) 하면에는 점화플러그(P)가 장착된다.

그리고 차량에는 도면 상에는 도시하지 않았지만, 전자제어유니트(ECU)가 설치됨으로써, 이러한 ECU를 이용하여 인젝터(300)의 연료분사량과 분사시기, 점화플러그(P)에 의한 점화시기 등을 제어할 수 있게 되며, 검출된 흡입공기량, 엔진회전수, 스로틀개도(throttle opening; acceleration pedal 누름량) 등의 엔진 운전상태에 기초로 하여 연료분사량, 분사시기, 점화시기 등을 결정할 수 있다.

그리고, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 인젝터(300)가 연소실(C) 내부로 개구되고 인젝터(300)의 분사구(310) 주위, 즉 연소실(C)의 상측 벽면에는 쐐기 형상으로 커팅가공된 경사면(400)이 형성된다.

즉, 상기 경사면(400)은 인젝터(300)로부터 분사되는 고압연료의 진행방향에 대하여 비스듬하게 가공된 형태로 형성된다.

이때, 경사면(400)의 각도(θ)는 수평선에 대하여 5~30도의 범위 내에서 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기와 같은 경사면(400)의 커팅가공된 면적은 인젝터(300)의 분사구(310)의 단면적보다 80~220%인 것이 바람직하다.

상기와 같은 형상의 경사면(400)은 인젝터(300)로부터 분사되는 고압의 연료가 주변의 간섭 없이 분사될 수 있는 형상이며, 이에 더하여 인젝터(300)의 분사구(310)가 적어도 연소실(C) 벽 경계면보다 돌출되지 않는 범위 내에서 형성되 어야 한다.

즉, 도 3에 도시한 바와 같이 인젝터(300)의 분사구(310)로부터 고압연료가 분사될 때 발생될 수 있는 주변부와의 간섭을 최소화하므로 엔진의 작동성능이 향상될 수 있다.

이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가솔린 직접 분사 엔진의 단면도.

도 2는 도 1의 A부 확대도.

* 도면에 사용된 주요부분 부호설명 *

100 : 실린더블록 110 : 실린더보어

130 : 피스톤 131 : 피스톤헤드

200 : 실린더헤드 210 : 흡기포트

211 : 흡기밸브 220 : 배기포트

221 : 배기밸브 300 : 인젝터

310 : 분사구 400 : 경사면

C : 연소실 P : 점화플러그

Claims

연소실;

상기 연소실에 연통하는 흡기포트 및 배기포트;

상기 흡기포트 및 상기 배기포트를 개폐하는 흡기밸브 및 배기밸브;

상기 연소실에 연료를 분사하는 인젝터;

상기 연소실 내부의 혼합기에 점화하는 점화플러그; 및

상기 인젝터의 분사구가 개구되는 연소실 벽면의 상면에 위치하며 쐐기형으로 커팅가공되는 경사면;

을 포함하는 것을 특징으로 하는 가솔린 직접 분사 엔진.
제1항에 있어서,

상기 경사면의 각도는 수평선에 대하여 5~30도인 것을 특징으로 하는 가솔린 직접 분사 엔진.
제1항에 있어서,

상기 경사면의 단면적은 상기 인젝터의 분사구 단면적에 대하여 80~220%의 범위로 형성되는 것을 특징으로 하는 가솔린 직접 분사 엔진.