KR20140091002A - 디젤 엔진의 연소실, 디젤 엔진의 연소실에서 연료 공기 혼합물을 점화하는 방법, 및 디젤 엔진 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 디젤 엔진용 연소실 및 디젤 엔진의 연소실에서 디젤 연료-공기를 점화하는 방법 및 디젤 엔진에 대한 것이다. 상기 연소실은 피스톤 헤드 표면을 가진 피스톤(2)과 실린더 헤드 표면을 가진 실린더 헤드(1) 그리고 연소실 축(7)을 구비하는 것으로 특징된다. 하나 이상의 리쎄스(3, 4)는 피스톤 헤드 표면 및/또는 실린더 헤드에 제공되며, 점화 개시기(6)는 연소실 축(7)에 대하여 길이방향으로 배치되며, 상기 점화 개시기(6)는 연소실 축(7)을 따라 선형 점화를 생성하도록 설계된다.

Description

디젤 엔진의 연소실, 디젤 엔진의 연소실에서 연료 공기 혼합물을 점화하는 방법, 및 디젤 엔진 {Diesel engine combustion chamber, method for igniting a fuel-air mixture in a combustion chamber of a diesel engine and diesel engine}
본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 디젤 엔진용 연소실, 청구항 14의 전제부에 따른 디젤 엔진의 연소실에서 연료-공기 혼합물을 점화하는 방법, 및 청구항 15의 전제부에 따른 디젤 엔진에 대한 것이다.
본 발명은 건설 기계 및 건설 엔진 분야에 대한 것이며 디젤 엔진의 서로 다른 타입에서 적용에를 발견할 수 있는데; 그 구현은 연소실의 특수한 타입의 구조와 연료-공기 혼합물을 정의된 방향으로 배향하여 점화 트리거링하는 것을 수반하여 이용하여 행해진다.
본 발명은 연료 분자의 운동 에너지를 유용한 일로 보다 효과적으로 전환하는 것을 보장하는 데, 환언하면, 디젤 엔진의 효율성 및 성능을 증가시키는 것에 대한 것이다.
피스톤의 헤드부와 저부에서 오목부를 구비하며, 원통형상으로 된 디젤 엔진의 연소실은 공지되어 있다(소련 지식 재산 증서 제337547, K1.F 02B 23/08, 1972).
피스톤 엔진이 원통 형상 연소실을 구비하지만 연료-공기 혼합물에 대하여 필요한 점화 실시예를 구비하지 않으면 효율성과 성능이 저하되는데, 그 이유는 연료 분자의 운동 에너지를 유용한 일로 효과적으로 변환하지 못하기 때문이다.
피스톤의 저부와 실린더 헤드부에 오목부를 형성하고 돌출된 밸브를 구비하는 디젤 엔진의 연소실은 공지되어 있다(독일 특허 3145073호, 분류 F 2 B 45/10, 1983).
이러한 연료 공기 혼합물의 점화에 필요한 실시예가 없는 이러한 연소실 구조는 연료 분자의 운도 에너지를 효과적으로 변환하지 못하며 엔진의 성능을 증가시키지 못하고 효율성을 개선하지 못한다.
피스톤 엔진 연소실의 변형예는 공지되어 있는데, 그 구성은 평평한 피스톤 저부 표면과 실린더 헤드의 하나 이상의 오목부를 구비하거나, 하나의 평평한 실린더 헤드와 평평한 피스톤 저부 표면의 하나 이상의 오목부를 구비하거나, 실린더 헤드 각각에 2개 이상의 오목부 및 피스톤 저부 표면에 하나 이상을 구비하거나, 피스톤 저부 표면에 하나의 오목부 및 실린더 헤드 표면에 하나 이상의 오목부를 구비한다. 상기 오목부는 피라미드 형상 또는 절두된 피라미드 형상 또는 원뿔 또는 원뿔대 형상, 또는 반구 형상, 또는 반구의 일부 형상, 또는 포물면 형상, 또는 연소실의 길이방향 단면의 단차의 형상, 또는 연소실의 횡방향 단면의 나선 또는 원형 그루브의 형상을 가진다(러시아 연방 특허 제. 2249718호, 분류 F 02 F1/21, F02 F3/28, F02 B23/00, 2005).
디젤 엔진의 다수의 실시예는 연료 분자의 운동 에너지를 유용한 일로 효과적으로 변환하는 것을 보장할 수 없다. 이러한 연소실 실시예의 최고의 단점은 연료-공기 혼합물에 대한 필요한 점화 실시예가 없어서, 그 이유로 연료 분자의 운동 에너지를 유용한 일로 최대한 효율적으로 변환할 수 없으며, 엔진의 성능의 증가도 없으며, 엔진의 효율성도 없게 된다.
수신측에서, N분자가 존재한다면, 임의의 시간에서 N/3 분자는 임의의 방향으로 길이방향으로 이동하여야 하는 것이 알려져 있어서, 그들 중 절반(즉, N/6 분자)은 현재 운동 방향과 관련하여 하나의 방향의 길이방향으로 이동하여야 하며 나머지 절반은 다른 방향으로 이동하여야 한다(Saweljew I. W., General Physics Course in 4 volumes, Vol. 1, p. 363. Moskau, "Knorus" 2009).
이것은 또한 디젤 엔진의 연소실의 연료-공기 혼합물의 연소의 결과로서 형성되는 연소실에 형성된 가스에 적용된다.
실린더 벽 및 피스톤 저부 및 피스톤 헤드의 표면에 의해 형성되는 전통적인 연소실을 사용할 때, 팽창되는 가스의 에너지의 대부분은 효율적으로 사용되지 못하는데, 그 이유는 유용한 일은 피스톤 저부 표면상에서 작용하는 연료의 분자(연소 산물의 분자)에 의해서만 행해지기 때문이다. 최대 유용한 일은 피스톤 저부 표면상에서 수직으로 작용하는 이러한 분자에 의해서만 행해진다.
실린더 벽 상에서 수직하게 작용하는 분자들은 하사점의 방향으로 피스톤의 움직임에 무관하게 부분적으로 가지지 않는다.
가스 분자의 상당한 부분은 실린더 벽 상의 운동을 수행하므로, 이러한 분자들의 운동 에너지들은 효과적으로 사용되지 못하며, 이러한 분자들에 의하여 행해지는 유용한 일은 매우 현저하지 않게 되며, 그 결과 연소 엔진의 불충분한 성능 및 미미한 수준의 효율성을 가지게 된다.
본 발명의 목적은 보다 효과적인 연소가 가능하게 함으로써 디젤 엔진의 연소실을 제공하게 하는 것에 있다. 특히, 다수의 특별히 설계된 디젤 엔진의 연소실이 제시되는데, 그 사용은 연료 분자의 자유도들간의 필요한 재분배를 유도하게 된다. 또한, 디젤 엔진의 연소실의 연료-공기 혼합물의 점화를 위한 과정이 제시되어야 한다.
전술한 목적은 청구항 1에 따른 디젤 엔진의 연소실, 청구항 14에 따른 디젤 엔진의 연소실의 연료-공기 혼합물에 대한 과정 및 청구항 15에 따른 디젤 엔진의 도움으로 해결된다. 또한, 종속항에도 추가적인 설명들이 제공된다.
본 발명은 연료 분자에 의해 수행되는 유용한 일을 실질적으로 개선하는 것이 가능하게 되며, 엔진의 효율성을 증가시키게 된다.
오목부를 제공함으로써 제안되는 본 발명을 이용하고 특별한 점화 설비를 사용함으로써 달성되는 기술적 효과는 연료 분자의 자유도들간의 에너지를 재분포하게 하여, 피스톤의 운동축에 대한 길이방향으로의 분자의 전방 운동에 관련된 자유도에 대한 최대 에너지는 생략되며(또는 연료 분자의 자유도의 대응한 증가가 발생), 결과적으로, 어떠한 혼란스러운 운동도 없게 되며, 대신에 피스톤의 방향에서의 연료 분자의 의도된 운동이 한 싸이클 내에서의 충격파의 생성, 유지 및 다중 반사를 위한 조건들에 의해 발생하게 되며, 그 운동은 피스톤의 운동축을 따라 작업실에서 행해지는 것이 보장되게 된다. 이러한 것은 연료 분자의 운동 에너지를 유용한 일로 보다 효과적으로 변환하게 하여, 즉 디젤 엔진의 효율성을 증가시키게 된다.
본 발명의 핵심적인 특징은 점화 트리거부가 연소실의 상기 축에 관하여 길이방향으로 배치되어 연소실의 축에 대하여 선형 자기 점화를 생성할 수 있게 된다는 점이다. 연소실의 축을 따라 배치하는 것은 연소실의 축상에 놓는 것을 포함하며, 연소실의 축에 나란하게 배치하는 것도 포함한다.
연료 분자의 자유도들간의 에너지 재분배는 연료 분자에 의해 행해지는 유용한 일 및 엔진의 효율성이 실질적으로 증가하게 되는 사실에 의해 보장된다. 보다 자세하게는, 복합적인 효과가 특수한 점화 트리거부에 결합된 오목부를 가진 연소실의 특별한 형상에 의해 형성된다. 이것은 디젤 연료 분자의 자유도들 간의 에너지 재분배를 나타내게 되어, 피스톤의 운동축에 대하여 길이방향으로 분자의 전방 운동에 관련된 자유도에 대한 최대 에너지를 누락하게 한다. 따라서, 어떠한 혼란스러운 운동도 발생하지 않게 되며, 대신에 피스톤의 방향으로 연료 분자의 의도된 운동이 일어나게 되어, 피스톤의 운동축을 따라 작업 실린더에서 운동이 있게 되는, 하나의 싸이클 내에서의 충격파의 생성, 유지 및 다중 반사를 위한 조건들이 보장되게 된다.
보다 정확하게, 연소실의 형상은 연소실의 길이방향 축을 따라 충격파의 전후방 진동을 허용하여, 오목부의 특별한 형상은 연소실의 축의 반경방향으로부터 길이 방향으로 점화 임펄스의 재배향을 일으키게 된다. 이러한 연소실의 형상은 WO 2004/059144A1 에 공지되었지만 특별한 점화 트리거부에 결합되지는 않는다.
비록 다양한 점화 트리거부가 현재까지 알려져 있지만, 그들은 정확한 점화를 일으켜 왔으며 이에 따라 구형의 점화 임펄스가 형성되었다. 이러한 구형 점화 임펄스로부터, 오로지 고립된 고체 각도 세그먼트가 연소실의 길이방향 축 방향으로 오목부를 통하여 재배향되며, 큰 각도 세그먼트 영역은 길이방향으로 임의의 임펄스에 기여하지 않는다.
이러한 상황은 연소실의 축을 따라 선형 점화를 형성하도록 점화 트리거부가 구성된다는 사실로부터 본 발명에서 개선되었다. 정확한 점화 또는 혼동 자기 점화(chaotic self-ignition) 대신에, 중앙으로부터 발산되는 어떠한 구형 점화도 여기서 발생되지 않지만 대신에 연소실의 길이방향 축에 대하여 오직 반경방향 임펄스 요소만이 존재하는 원통형 점화 임펄스가 발생하게 된다. 이러한 반경방향 임펄스 성분은 연소실의 축에 대하여 길이방향으로의 오목부에 의해 그 전체가 이제 조절될 수 있다.
따라서, 정확한 점화 또는 혼동 자기 점화의 경우에, 점화 임펄스의 고립된 고체 각도 영역은 운동축에 대하여 길이방향으로의 오목부에 의해 조절될 수 있게 되며, 본 발명에 사용되는 선형 점화의 경우에, 이것은 전체 점화 임펄스를 가리키게 되는데, 그 이유는 후자는 반경방향 효과를 가진 임펄스와 (실린더 임펄스의 커버리지 표면이 고려된다면) 운동축의 길이방향으로의 영향을 가진 임펄스로 기본적으로 구성된다.
오목부와 조합되어 본 발명에서 특정되는 연소실축에 대한 길이방향으로의 선형 점화를 사용함으로써, 상기 디젤 엔진의 효율성 정도는 현저하게 증가하게 된다.
알려진 바와 같이, 디젤 연료는 임의의 온도에서 자기 점화되는데, 이에 필요한 온도는 디젤 연료를 분사하기 전에 공급된 공기를 단열 가압하여 얻어진다. 보조 점화, 예를 들어 글로우 캔들 형태는 시동시에만 필요하다. 본 발명의 개시 내용을 구현하기 위하여, 전문가는 자기 점화 과정을 위한 시작 세포로서 실질적으로 작용하는 적절한 자기 점화 트리커부를 선택하여야 하며, 연소실 축상에서 자기 점화된 디젤 연료를 도입해야 한다.
연소실 축의 길이방향 루트 상에서 자기 점화를 일으키는 점화 트리거부인 글로우 캔들 자체는 특히 길다란 형상으로서 사용되는데, 금속(예를 들어 스테인레스 스틸), 세라믹, 또는 연소 온도에 민감하지 않은 재료로 형성된 로드 형태로서 사용될 수 있으며, 연소실 축 상에 배치된다. 이러한 로드가 예상된다면, 점화 보조부는 연소실 축상에 반드시 배치될 필요는 없다. 바람직하게는 점화 보조부 및 로드는 서로 조합되어 전체 연소실 축을 커버하게 된다.
특히 편리하게도 점화 트리거부가 구성되는데, 이것은 연소실의 전체 축에서 기본적으로 자기 점화되어야 한다. "연소실의 전체 축"에 의해 점화시에 피스톤 표면 및 실린더 헤드 표면들 간의 높이 차이가 이해되어, 이러한 높이 차이에서 오목부가 연장되게 되는데, 환언하며 전체에서의 노핑 차이는 오목부 내에서 필수적이다.
선택적으로, 연소실에 대한 선형 점화 트리거부의 수직 확장은 ≥10%의 현저한 장점, ≥20%의 편리함, ≥30%의 보다 편리함, ≥40%의 더욱 편리함, ≥50%의 매우 편리함, ≥60%의 아주 매우 편리함, ≥70%의 특별히 편리함, ≥80%의 극히 편리함, ≥90%의 특별히 편리함을 제공한다.
특별히 편리한 진화에서, 특히 분사 노즐과 같은 하나 이상의 분사 수단에서, 디젤 연료 및/또는 공기의 분사가 예상되어, 하나 이상의 이러한 분사 수단은 분사 방향이 연소실의 축과 동일하게 되지 않도록 배치된다. 따라서, 점화 장치는 연소실의 축에 대하여 30도 내지 150도, 바람직하게는 60도 내지 120도, 특히 90도의 각으로 배치된다. 이 경우, 분사시에, 디젤 연료-공기 혼합물은 연소에 긍정적인 영향을 주게 되는 반경방향 운동으로 주어진다.
본 발명에서, 연소실의 축에 대하여 공기 분사 수단과 디젤 연료 분사 수단은 대칭적으로 배치되는 것이 편리하며, 특히 편리한 경우는 두가지 분사 수단의 분사 방향이 하나의 축에 놓이게 되는 것이다.
이러한 기술적 효과는 연료-공기 혼합물에 대하여 서로 상이한 점화 과정을 부수적으로 사용하여 특별히 설계된 연소실을 사용함으로써 여기서 설명되는 본 발명의 변형예의 각각에서 특별히 효과적이게 되는데, 그 이유는 오목부가 특별히 효과적으로 되는 재배향을 나타내도록 구성되기 때문이다.
피스톤 저부의 평평면 및 실린더 헤드의 오목부에 의해 형성된 디젤 엔진의 연소실에서, 본 발명의 오목부는 그 팁이 피스톤 저부의 표면으로 배향되지 않는 원뿔 형상을 가지며, 피스톤 저부의 평평면 및 원뿔의 모선 사이의 각은 40도 내지 50도이며, 원뿔 베이스 표면의 반경은 실린더 반경과 같거나 작으며, 연소실 축 상의 확장된 글로우 캔들은 점화 트리거부로서 작용하거나 점화 트리거부는 글로우 캔들 및 강철 로드간의 조합으로 되거나 높은 열적 캐패시티를 가지며 오목부의 축에 안착된 다른 재료로 된 로드일 수 있다.
디젤 엔진의 연소실의 제 2 실시예에서, 실린더 헤드 오목부는 원뿔대 형상으로 가지며, 그 상부 표면은 평면 피스톤 저부 표면의 방향으로 배치되지 않으며, 피스톤 저부의 평평면과 원뿔의 모선 사이의 각은 40도 내지 50도로 되며, 원뿔 베이스 표면의 반경은 실린더 반경과 같거나 작으며, 연소실 축 상의 확장된 글로우 캔들은 점화 트리거부로서 작용하거나 점화 트리거부는 글로우 캔들 및 강철 로드간의 조합으로 되거나 높은 열적 캐패시티를 가지며 오목부의 축에 안착된 다른 재료로 된 로드일 수 있다.
디젤 엔진의 연소실의 제 3 실시예에서, 실린더 헤드 오목부는 원뿔과 하나 이상의 원뿔대의 조합 또는 2개 이상의 원뿔대의 조합에 의해 형성되는 단차 구조를 가지며, 피스톤 저부의 평평면 및 원뿔의 모선 사이의 각은 40도 내지 50도가 되며, 원뿔 베이스 표면의 반경은 실린더 반경과 같거나 작으며, 연소실 축 상의 확장된 글로우 캔들은 점화 트리거부로서 작용하거나 점화 트리거부는 글로우 캔들 및 강철 로드간의 조합으로 되거나 높은 열적 캐패시티를 가지며 오목부의 축에 안착된 다른 재료로 된 로드일 수 있다.
제 4 실시예에서, 디젤 엔진의 연소실은 평면 피스톤 저부 표면 및 실린더 헤드의 하나 이상의 오목부에 의해 형성되며, 본 발명에 따르면 이러한 오목부는 원형 그루브 형상으로 되거나 중앙 오목부와 하나 이상의 원형 그루브 간의 조합으로 형성되거나 단차 형태로 형성되며, 피스톤 저부의 평평한 표면과 원형 그루브의 모선 사이의 각은 40도 내지 50도이며, 원뿔 베이스 표면의 반경은 실린더 반경과 같거나 작으며, 연료-공기 혼합물에 대한 점화 장치(예를 들어, 스파크 캔들, 글로우 캔들, 또는 레이저 스파크 캔들)은 그 축을 따라 실린더 헤드의 상부 표면의 중심 또는 원뿔의 팁에 배치된다.
디젤 엔진의 연소실의 제 5 실시예에서, 디젤 엔진의 연소실은 평면 실린더 헤드 표면 및 피스톤 저부의 하나 이상의 오목부에 의해 형성되며, 본 발명에 따른 오목부는 실린더 헤드 표면을 향하지 않도록 팁이 배향되는 원뿔로서 구성되며, 실린더 헤드의 평면 표면과 원뿔의 모선 간의 각은 40도 내지 50도이며, 원뿔 베이스 표면의 반경은 실린더 반경과 같거나 작으며, 연소실 축 상의 확장된 글로우 캔들은 점화 트리거부로서 작용하거나 점화 트리거부는 글로우 캔들 및 강철 로드간의 조합으로 되거나 높은 열적 캐패시티를 가지며 오목부의 축에 안착된 다른 재료로 된 로드일 수 있다.
디젤 엔진의 연소실의 제 6 실시예에서, 피스톤 저부 표면의 오목부는 실린더 헤드 표면을 상부 표면이 향하지 않도록 된 원뿔대의 구조를 가지며, 피스톤 저부의 평면 표면과 원뿔의 모선 사이의 각은 40-50도이며, 원뿔 베이스 표면의 반경은 실린더 반경과 같거나 작으며, 연소실 축 상의 확장된 글로우 캔들은 점화 트리거부로서 작용하거나 점화 트리거부는 글로우 캔들 및 강철 로드간의 조합으로 되거나 높은 열적 캐패시티를 가지며 오목부의 축에 안착된 다른 재료로 된 로드일 수 있다.
디젤 엔진의 연소실의 제 7 실시예에서, 피스톤 저부 표면의 오목부는 원뿔 및 하나 이상의 원뿔대의 조합 또는 2개 이상의 원뿔대의 조합에 의해 형성되는 단차 구조를 가지며, 피스톤 저부의 평면 표면과 원뿔의 모선 사이의 각은 40-50도이며, 원뿔대 베이스 표면의 반경은 실린더 반경과 같거나 작으며, 연소실 축 상의 확장된 글로우 캔들은 점화 트리거부로서 작용하거나 점화 트리거부는 글로우 캔들 및 강철 로드간의 조합으로 되거나 높은 열적 캐패시티를 가지며 오목부의 축에 안착된 다른 재료로 된 로드일 수 있다.
제 8 실시예에서, 디젤 엔진의 연소실은 실린더 헤드의 평면 표면 및 피스톤 저부 표면의 하나 이상의 오목부에 의해 형성되며, 본 발명에 따른 오목부는 원형 그루브 또는 중앙 오목부와 하나 이상의 원형 그루브간의 조합으로 구성되며, 중앙의 길이방향 단면에서의 오목부는 삼각형, 사다리꼴 또는 단차 형태를 가지며, 실린더 헤드의 평면 표면과 원형 그루브간의 각은 40도 내지 50도이며, 연소실 축 상의 확장된 글로우 캔들은 점화 트리거부로서 작용하거나 점화 트리거부는 글로우 캔들 및 강철 로드간의 조합으로 되거나 높은 열적 캐패시티를 가지며 오목부의 축에 안착된 다른 재료로 된 로드일 수 있으며, 원형 그루브에서, 연료-공기 혼합물에 대한 점화 트리거부로서 작용할 수 있는 동일한 재료로된 원통 부재가 존재할 수 있다.
기술된 모든 실시예에서, 연소실의 매끈한 벽의 처리 품질이 정확할수록, 본 발명의 활용도가 높아진다.
디젤 엔진의 연소실이 구성됨으로써 형성되는 전술한 오목부는 연료-공기 혼합물(높은 열적 캐패시티를 가진 로드 및 원통 금속 부재)에 대한 점화 트리거부와 조합하여 형성되며, 연료 분자의 의도된 운동의 바람직한 형성은 연료 분자의 최대수가 유용한 일로 변환됨으로써 행해진다. 상사점에서 피스톤을 위치시킬 때 추천되는 엔진실 실시예에서의 실린더 벽이 없으면 연료 분자에서의 에너지의 비효율적인 사용의 감소를 결정하게 된다(예를 들어 스파크 캔들, 또는 짧은 글로우 캔들을 사용할 때).
연료-공기 혼합물(높은 열적 캐패시티를 가진 로드 및 원통 금속 부재)에 대한 본 발명의 점화 장치와 조합하여 추천된 연소실을 사용하면 연료 분자의 운동 에너지를 유용한 일로 변환하는 효율성을 개선하게 되며 성능의 증가를 가져오게 되며 디젤 엔진의 효율성의 증가를 가져오게 된다.
파면 효과의 억제를 염두에 둔 각 연소실에서의 벽의 최대 매끄러운 정도에서, 연소실을 가열하는 것이 감소하게 되는데, 충격파 및 전자기, 광학, 적외선 및 자외선 파장이 연소실 벽에 의해 반사되기 때문이다. 이러한 연소실 벽에서의 열손실 및 냉각 수단에 대한 열 방출에 의해 야기되는 열 손실은 감소되게 된다. 또한, 과도한 고온에 의해 연소실의 파손이 방지될 수 있다.
연소실에서 형성되는 음파 및 충격파는 연소실 벽에 의해 그 반사시까지 추가적인 유용한 일을 일으킨다. 이것은 연료 분자의 운동 에너지를 유용한 일로 변환하는 효율성을 개선하며 연소 엔진의 성능의 증가 및 효율성의 개선을 가져오게 된다.
본 발명에서 설명되는 점화 방법 및 연소 엔진에는 독립적인 보호가 필요하다. 본 발명에서 설명되는 디젤 엔진은 전문가들에게 알려진 양식으로 만들어지며 본 발명에서 설명되는 연소실을 탑재한다.
본 발명의 다양한 특징은 달리 특정되지 않는 한 서로 결합될 수 있다.
본 발명의 특징 및 장점은 바람직한 예에 대한 설명에 의해 아래에서 명확하게 된다. 본 발명의 설명은 다음의 개략적인 도면에 의해 행해진다.
도 1은 평면 피스톤 저부 표면 및 실린더 헤드의 오목부에 의해 형성된 연소실의 길이방향 단면도로서, 오목부는 원뿔 형상을 가지며, 점화 트리거부는 원뿔의 축에 배치된다.
도 2는 상부 실린더 헤드 표면과 피스톤 저부 표면의 원뿔대의 형태인 오목부로 구성되는 연소실을 도시한다.
도 3은 평면 피스톤 저부 표면 및 실린더 헤드의 단차진 오목부에 의해 형성된 연소실을 도시하며 또한 연소실의 길이방향 단면을 도시한다.
도 4는 평면 실린더 헤드 표면 및 피스톤 저부 표면의 단차진 오목부에 의해 형성된 연소실을 도시하며, 연소실의 길이방향 단면을 도시한다.
도 5는 중앙 오목부 및 실린더 헤드의 원형 그루브간의 조합 및 평면 피스톤 저부 표면에 의해 형성된 연소실을 도시하며, 길이방향 단면의 오목부는 삼각형 형상을 가지며, 도 16은 상기 그루브의 원형 원통 부재를 나타낸다(도면은 피스톤 저부 또는 실린더 헤드의 7개의 원뿔 오목부에 의해 형성된 연소실의 길이방향 단면도 도시한다)
도 6은 평면 실린더 헤드 표면 및 중앙 오목부와 피스톤 저부의 원형 그루브 간의 조합으로 형성되는 연소실을 도시하며, 길이방향 단면에서 오목부는 단차 형상을 가진다(이러한 도면은 실린더 헤드 또는 피스톤 저부의 7개의 원뿔 오목부에 의해 형성된 연소실의 길이방향 단면을 도시한다).
도 7은 도 6에 나타내어진 연소실의 길이방향 단면을 도시한다(중앙 오목부 및 원형 그루브 간의 조합).
도 8은 7개의 원뿔 오목부를 가진 실린더 헤드와 평면 피스톤 저부 표면으로 구성된 연소실과 이러한 연소실의 길이방향 단면을 도시한다(이러한 연소실의 중앙 길이방향 단면은 도 5에 도시된다).
도 9 내지 도 11은 분사 콜로케이션(collocation)에 대한 다양한 구조를 도시한다.
도 12 내지 도 15는 점화 트리거부에 대한 다양한 구조를 도시한다.
본 발명에서 설명된 연소 엔진의 연소실은 실린더(1) 및 피스톤(2)을 도시하는 것으로 명확히 도시된다. 연소실은 피스톤 저부(2)의 평면 표면 및 실린더 헤드의 오목부(3)에 의해 형성된다(도 1 참조). 연소실은 실린더 헤드(1)의 평면 표면 및 피스톤 저부의 오목부(4)에 의해 형성될 수 있다(도 2 참조). 선택적으로(미도시), 피스톤(2)의 오목부 및 실린더 헤드(1)는 결합될 수 있다.
각각의 오목부(3, 4)는 원뿔형상 및 원뿔대 또는 단차 형상으로 될 수 있다. 오목부(3, 4)는 연소실의 길이방향 단면에서 삼각형, 사다리꼴 또는 단차진 형상을 가지거나 반원이나 호로 경계 지워지는 나선 또는 원형 그루브로서 구성될 수 있다.
연소실 벽(5)의 표면은 충격 효과의 반사를 위하여 최대한 매끄럽게 제조된다. 또한, 점화 트리거부(6, 6a, 6b)가 보여지며, 연소실은 연소실 축(7)을 가지게 된다. 도 1 내지 도 4에서, 연료-공기 혼합물에 대한 점화 트리거부(6)는 오목부축 상에 배치된다.
피스톤 헤드 또는 실린더 헤드와 원뿔 또는 원뿔대의 모선 사이의 최적각은 40-50도이다. 만각 각이 40도 미만으로 되거나 50도를 초과하게 된다면 연료 분자의 운동에너지를 유용한 일로 변환하는 효율성은 감소하게 된다.
본 발명은 다음과 같이 기능한다. 다음의 실시예를 검토한다: 원뿔 오목부는 평평면과 원뿔의 모선 사이에 45도의 각을 이루며, 확장된 글로우 캔들 또는 점화 트리거부(높은 열적 캐패시티를 가진 금속 로드)를 사용하여 연료-공기 혼합물의 점화가 수반된다.
레이저 비임 또는 글로우 캔들이 점화 라인에 대하여 반경방향 운동 방향으로 연료 분자(연소 산물의 분자)를 유도할 때 연소실 축(7)을 따라 결합된 점화 트리거부(6, 6a, 6b) 또는 글로우 캔들 자체만으로 연료-공기 혼합물이 점화된다. 45도의 각으로 오목부 벽(5) 상에서 반사된 후에, 상기 분자는 피스톤 운동과 나란하게 운동을 계속하게 되며, 교차하지 않는 운동이 추적되며 이어서 평면 표면에 의해 반사되어 원뿔 오목부의 방향으로 운동을 계속하게 되며, 한 싸이클에서 이러한 것은 수차례 발생하게 된다. 연료 분자와 실린더 벽의 표면 사이에는 어떠한 접촉도 일어나지 않게 되어, 즉 모든 분자는 유용한 일을 하게 된다. 단위 시간 동안에 분자에 의해 커버되는 거리는 동일하므로, 엔진의 싸이클 시간을 현저하게 초과하는 긴 시간 동안에 시스템의 혼란 및 가능한 충돌을 방지하는, 실린더 헤드 또는 피스톤 저부의 평면 표면에 나란한 높은 전방으로 분자가 움직이게 된다. 그 결과 전자기 충격파 및 고에너지 입자들은 연소실의 매끄러운 표면(5)에 의해 반사되어, 가열이 감소하게 되고 가스와 파장의 운동에너지를 유용한 일로 효과적으로 변환하는 것이 가능하게 된다. 이러한 방식으로, 피스톤 상의 압력은 현저하게 증가하게 되며, 연소 엔진의 실린더 블록의 가열은 현저하게 감소하게 되어, 결국 수명을 연장하게 된다.
도 9에서, 디젤 연료에 대한 분사 노즐(9), 공기에 대한 분사 노즐(8), 길다란 글로우 캔들로 구성된 실린더 헤드(1)의 점화 장치(6)의 콜로케이션이 나타내어진다. 분사 노즐(8, 9)은 라인(10)상에서 분사 방향에 대칭적으로 배치된다. 상기 라인(10)은 연소실 축(7)에 수직하게 배치된다. 이러한 방식으로, 최대 효과가 얻어지는데, 생성된 연료-공기 혼합물은 연소실 축(7)에 대하여 반경방향 임펄스 부분을 도시하며, 이와 별개로 혼합물 사진은 매우 대칭적으로 구성되게 되며, 혼합물 일부는 보다 양호한 연소를 유도하게 되는 공기와 연료 간의 충돌에 의해 매우 정밀하게 분쇄된다.
도 10에서, 2개의 분사 노즐(8, 9)은 수직하게 배치되지 않으며 대신에 연소실 축(7)에 대하여 예각(α)으로 배치된다. 여기서, 바람직한 효과가 생성되는데, 그 이유는 연료-공기 혼합물이 반경방향 임펄스 부분을 나타내기 때문이다.
도 9 및 도 10에서, 실린더 헤드(1)의 오목부(3)를 구비한 연소실 구조가 도시되며, 도 11은 피스톤(2)의 오목부(4)를 가진 연소실 구조를 도시하며, 분사 노즐(8, 9)은 수직하게 배치되지 않으며 대신에 연소실 축(7)에 대하여 예각(α)으로 배치된다.
도 12 내지 도 15는 다양한 연소실 구조와 관련하여 추가적으로 다양한 점화 트리거부의 실시예를 도시하는데, 도 12 및 도 14에서, 오목부(3)는 실린더 헤드(1)에 배치되며, 도 13 및 도 15에서, 오목부(4)는 피스톤 저부(2)에 배치된다. 도 12 및 도 13에서, 점화 트리거부(6)는 긴 로드(6b)를 가진 짧은 글로부 캔들로서 구성되는 반면에, 도 14 및 도 15에서 점화 트리거부는 짧은 로드(6b)를 가진 긴 글로우 캔들로서 구성된다.
디젤 엔진을 시동할 때, 글로우 캔들(6b)은 점화 보조부로서 기능하며, 작동시에 글로우 캔들(6a) 및 로드(6b)는 연소실 축 상에서 자기 점화를 유도하도록 점화 트리거부(6)로서 서로 작용한다. 이와 함께, 글로우 캔들(6a) 및 로드(6b)는 전체 연소실 축을 기본적으로 커버하게 되어, 완전한 실린더 형상 임펄스 분포가 나타나게 된다. 로드(6b)가 생략되거나 짧아지게 되면, 이러한 효과는 반감되며, 본 발명은 연소실 축의 일부를 따라서 자기 점화가 선형적으로 발생하게 되는 것을 예상한다.
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1: 실린더
2: 피스톤
3: 오목부
4: 오목부
5: 벽
6: 점화 트리거부

Claims (14)

  1. 피스톤 저부 표면을 가지는 피스톤(2), 실린더 헤드(1)를 구비하며, 연소실 축(7)을 구비하고, 피스톤 저부 표면이나 실린더 헤드 표면에서 하나 이상의 오목부(3, 4)가 예상되어지는 디젤 엔진의 연소실에 있어서,
    하나의 점화 트리거부(6, 6a, 6b)는 연소실 축(7)을 따라 배치되며, 상기 점화 장치는 상기 연소실 축을 따라 선형 점화를 형성하도록 조절되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 연소실.
  2. 제 1 항에 있어서,
    a) 오목부가 실린더 헤드 표면에 안착되되, 피스톤의 표면을 팁이 향하지 않도록 하는 원뿔 형상을 가지며, 점화 트리거부는 원뿔의 팁에 배치되거나,
    b) 오목부는 피스톤 저부 표면에 안착되되, 피스톤(2)의 표면을 향하여 팁이 배향되지 않도록 된 원뿔대의 형상을 가지며, 점화 트리거부는 원뿔 축 상에 배치되거나,
    c) 오목부는 실린더 헤드 표면에 안착되되, 원뿔과 하나 이상의 원뿔대간의 조합 또는 2개 이상의 원뿔대의 조합에 의해 형성된 단차의 형상을 가지며, 상기 점화 트리거부는 오목부의 축 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 연소실.
  3. 제 1항 또는 제 2 항에 있어서,
    a) 오목부가 피스톤 저부 표면에 안착되되, 실린더 헤드표면을 팁이 향하지 않도록 된 원뿔의 형상을 가지며, 상기 점화 트리거부는 상기 오목부의 축 상에 배치되거나,
    b) 오목부가 피스톤 저부 표면에 안착되되, 실린더 헤드 표면을 상부 표면이 향하지 않도록 된 원뿔대 형상을 가지며, 상기 점화 장치는 실린더 헤드의 오목부 축 상에 배치되거나,
    c) 오목부가 피스톤 저부 표면에 안착되되, 원뿔과 하나 이상의 원뿔대 간의 조합 또는 2개 이상의 원뿔대의 조합에 의해 형성된 단차의 형태를 가지며, 상기 점화 트리거부는 오목부의 축 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 연소실.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    중앙 오목부 및 하나 이상의 원형 그루브는 실린더 헤드 및/또는 피스톤에 예상되게 되어, 바람직하게는 연소실의 중앙 길이방향 단면에서 모든 오목부는 삼각형, 사다리꼴 또는 단차진 형상을 가지게 되며, 상기 점화 트리거부는 상기 중앙 오목부 축 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 연소실.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    평면 피스톤 저부 표면과 원뿔 및/또는 원뿔대의 모선간의 각은 40도 내지 50도 및/또는,
    평면 실린더 헤드 표면과 원뿔 및 원뿔대의 모선간의 각은 40도 내지 50도 및/또는,
    평면 피스톤 저부 표면과 원형 그루브 및 중앙 오목부의 모선간의 각은 40도 내지 50도인 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 연소실.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    점화 트리거부(6, 6a, 6b)로서, 확장된 글로우 캔들(6a) 및/또는 로드(6b), 바람직하게는 금속 또는 세라믹 로드가 사용되어서, 특히 상기 로드(6b)는 피스톤 저부 표면의 중앙 또는 피스톤(2)의 오목부(4)의 중앙으로부터 돌출되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 연소실.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 점화 트리거부(6, 6a, 6b)는 오목부(4)의 전체 축 상에서 동시에 연료-공기 혼합물을 점화하도록 조절되거나, 연소실 축에 대하여 선형 점화 길이의 수직 확장이 ≥10%, 편리하게는 ≥20%, 보다 편리하게는 ≥30%, 더욱 편리하게는 ≥40%, 매우 편리하게는 ≥50%, 아주 매우 편리하게는 ≥60%, 특별히 편리하게는 ≥70%, 극히 편리하게는 ≥80%, 특히 편리하게는 ≥90%로 되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 연소실.
  8. 연소실 축(7)의 명확한 높이는 상기 오목부(3, 4) 내부에 안착되거나,
    상기 원뿔의 저부 표면의 반경은 실린더 반경보다 작게 되거나,
    원뿔대의 저부 표면의 반경은 실린더 반경보다 작게된다.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 분사 수단, 특히 분사 노즐은 연료 및/또는 공기의 분사를 위하여 예상되되,
    하나 이상의 분사 수단은 분사 방향이 연소실 축에 동일하지 않게 되도록 배향되며, 바람직하게는 상기 분사 방향은 연소실 축에 대하여 30도 내지 150도, 바람직하게는 60도 내지 120도, 특히 90도로 배향되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 연소실.
  10. 제 9 항에 있어서,
    공기에 대한 분사 수단과 연료에 대한 분사 수단은 대칭되게 배치되며, 바람직하게는 공기에 대한 분사 수단과 연료에 대한 분사 수단의 분사 방향은 하나의 축 상에 놓이는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 연소실.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 추가적인 오목부의 축상에 하나보다 많은 오목부가 존재하며, 연료-공기 혼합물에 대한 추가적인 점화 트리거부로서 기능하게 로드가 존재하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 연소실.
  12. 제 8 항에 있어서,
    바람직하게는 금속 또는 세라믹으로 형성되는 원형 그루브 원형 원통형 부재(16)는 연료-공기 혼합물에 대한 추가적인 점화 트리거부로서 기능하도록 삽입되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 연소실.
  13. 디젤 엔진의 연소실에서 연료-공기 혼합물을 점화하는 방법으로서,
    상기 연소실은 피스톤 저부 표면을 가지는 피스톤, 실린더 헤드 표면을 가지는 실린더 헤드를 구비하며, 연소실 축과, 상기 피스톤 저부 표면 및/또는 실린더 헤드 표면에 오목부를 구비하는 디젤 엔진의 연소실에서 연료-공기 혼합물을 점화하는 방법에 있어서,
    하나의 점화 트리거부는 연소실 축(7)을 따라 배치되며, 상기 점화 장치는 상기 연소실 축(7)을 따라 선형 점화를 형성하도록 조절되어, 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 연소실 챔버에 대하여 연소실 축에 따라 선형 점화만이 발생하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 연소실에서 연료-공기 혼합물을 점화하는 방법
  14. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 따른 연소실을 구비하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진.
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