KR20180059992A - 디젤 엔진용 피스톤의 연소실 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인젝터에서 분사되는 연료가 흡기와 혼합될 수 있도록 오목한 형상의 보울이 형성된 피스톤이 승강하는 디젤 엔진용 피스톤의 연소실 구조에 있어서, 상기 피스톤의 스퀴시 영역과 마주하도록 실린더 헤드의 저면에 설치되고, 상기 피스톤이 승강함에 따라 상기 스퀴시 영역으로 고전압이 인가되도록 형성되는 전원공급장치를 포함한다.

Description

디젤 엔진용 피스톤의 연소실 구조{Combustion chamber for piston for diesel engine}

본 발명은 디젤 엔진용 피스톤의 연소실 구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 피스톤의 압축 행정 시 연소를 촉진시켜 연소 효율을 개선할 수 있도록 하는 디젤 엔진용 피스톤의 연소실 구조에 관한 것이다.

일반적으로, 가솔린 엔진은 연소개시 전에 공기와 연료를 균일하게 혼합시킨 혼합기를 점화 플러그로써 점화시켜 연소되도록 하는 것이 원칙이며, 디젤 엔진은 공기만을 흡입하여 고 압축비로 압축한 후 여기에 연료를 고압으로 분사시킴으로써, 자기착화 연소에 도달되도록 하는 것이 원칙이다.

특히, 일반적인 디젤 엔진은 인젝터에서 분사되는 연료를 피스톤에 형성된 보울에서 스월시켜 연료와 공기가 잘 혼합되도록 하여 연소시키는 방법이 주로 사용되고 있다.

즉, 디젤엔진의 연소실에는 흡기의 유입을 위한 흡기포트와 배기가스의 배출을 위한 배기포트가 연소실의 상측에 연결되어 있고, 연소실의 상측 중앙 부분에는 연료의 분사를 위한 인젝터가 형성된다.

또한, 연소실에는 공기 압축을 위한 피스톤이 설치되는데, 이러한 피스톤의 상면에서 피스톤 바디의 내측을 향해 인젝터에서 분사되는 연료가 스월 및 스퀴시 유동되도록 하기 위한 보울이 형성된다.

따라서, 흡기포트를 통해 흡입된 공기가 피스톤의 상승에 의해 압축된 상태에서 인젝터에서 고압의 연료가 분사되면, 인젝터에서 분사된 연료가 피스톤의 상면에 형성된 보울에서 스월을 일으키면서 난류를 형성하는 공기와 혼합되어 연소를 일으키게 된다.

상기와 같이 구성된 연소실 구조에 피스톤이 상사점에 가까워졌을 때 실린더 헤드와의 틈새가 특히 좁아지도록 하는 스퀴시 영역(squish area)을 설치해 두면, 압축 행정 시 스퀴시 영역으로 화염이 흡입된 혼합 가스가 밀려나 다음의 팽창 행정에서 흡입되므로, 혼합 가스의 연소 속도가 높아지고 연료 소비율이 좋아지는 효과가 있다.

하지만, 만일 스퀴시 영역이 상대적으로 크게 되면, 압축 행정 시 스퀴시 영역에 화염이 전파되지 않게 되므로, 연소가 일어나지 않아 연소 성능이 약화되는 문제가 발생할 수 있다.

본 발명의 목적은, 피스톤 보울 내 화염이 고르게 전파되지 않는 스퀴시 영역(squish area)에 고전압의 인가를 위한 전원공급장치를 설치하여 피스톤의 압축 행정 시 피스톤이 승강함에 따라 방전이 일어나도록 함으로써, 스퀴시 영역에서의 연소를 촉진시켜 연소 효율을 개선할 수 있는 디젤 엔진용 피스톤의 연소실 구조를 제공함에 있다.

본 발명에 따른 디젤 엔진용 피스톤의 연소실 구조는 인젝터에서 분사되는 연료가 흡기와 혼합될 수 있도록 오목한 형상의 보울이 형성된 피스톤이 승강하는 디젤 엔진용 피스톤의 연소실 구조에 있어서, 상기 피스톤의 스퀴시 영역과 마주하도록 실린더 헤드의 저면에 설치되고, 상기 피스톤이 승강함에 따라 상기 스퀴시 영역으로 고전압이 인가되도록 형성되는 전원공급장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이러한 상기 전원공급장치는 상기 피스톤이 승강함에 따라 동작하며, 음전극을 형성하는 상기 피스톤의 스퀴시 영역으로 양전극을 인가하여 코로나 방전이 발생되도록 한다.

여기서, 상기 전원공급장치는 상기 스퀴시 영역에서의 코로나 방전 전류의 특성을 분석하여 상기 보울에서 발생되는 메인 화염에 대한 연소 특성을 예측하도록 형성된다.

한편, 상기 전원공급장치는 상기 피스톤의 압축 행정 시 동작되도록 설정된다.

본 발명은, 피스톤 보울 내 화염이 고르게 전파되지 않는 스퀴시 영역(squish area)에 고전압의 인가를 위한 전원공급장치를 설치하여 피스톤의 압축 행정 시 피스톤이 승강함에 따라 방전이 일어나도록 함으로써, 스퀴시 영역에서의 연소를 촉진시켜 연소 효율을 개선할 수 있는 효과를 갖는다.

도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 디젤 엔진용 피스톤의 연소실 구조에 대한 스퀴시 영역을 보여주는 도면이다.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 디젤 엔진용 피스톤의 연소실 구조에 대한 전원공급장치를 보여주는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술 되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다.

그러나, 본 발명은 이하에 개시되는 실시 예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 디젤 엔진용 피스톤의 연소실 구조에 대한 스퀴시 영역을 보여주는 도면이고, 도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 디젤 엔진용 피스톤의 연소실 구조에 대한 전원공급장치를 보여주는 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 디젤 엔진용 피스톤의 연소실 구조는 인젝터(10)에서 분사되는 연료가 흡기와 혼합될 수 있도록 오목한 형상의 보울(20a)이 형성된 피스톤(20)이 승강하도록 형성된다.

일반적으로, 내연 기관에서 피스톤(20)은 실린더 내부를 왕복 운동하여 팽창 행정에서 고온 고압의 가스 압력을 받아 피스톤의 하부에 연결된 커넥팅 로드를 통하여 크랭크 샤프트에 동력을 전달한다.

이러한 피스톤(20)에는 상측에 스파크 플러그(미도시)와 연료 분사 장치인 인젝터(10) 및 흡/배기 포트가 배치된다.

또한, 피스톤(20)의 상부를 이루는 피스톤 헤드에는 보울(20a)가 중앙부에 함몰되어 형성되고, 보울(20a)로부터 가장자리 측을 따르며 스퀴시 영역(A)이 하향 경사져서 형성된다.

여기서, 보울(20a)은 양측의 함몰되는 정도가 다르게 형성되어 인젝터(10)에서 분사되는 연료가 반사되어 연소실 전체로 분산되지 않도록 연료의 분사 흐름을 안내함과 동시에, 흡기포트를 통해 흡입된 공기가 피스톤(20)의 상승에 의해 압축된 상태에서 인젝터(10)를 통해 고압의 연료가 분사되면, 분사된 연료가 내부에서 스월(swirl)을 일으키면서 난류를 형성하는 공기와 혼합되어 연소를 일으키게 된다.

그리고, 스퀴시 영역(A)은 피스톤(20)이 승강하여 상사점에 가까워졌을 때 실린더 헤드(30)와의 틈새가 좁아지는 영역을 의미하는 것으로, 피스톤(20)의 압축 행정 시 스퀴시 영역(A)으로 화염이 흡입된 혼합 가스가 밀려나 다음의 팽창 행정에서 흡입되기 때문에, 혼합 가스의 연소 속도가 높아지고 연료 소비율이 좋아지게 한다.

하지만, 이러한 스퀴시 영역(A)은 실린더 헤드(20)와의 틈새가 좁기 때문에, 피스톤(20)의 압축 행정 시 스퀴시 영역(A)으로 메인 화염이 전파되지 않게 되므로, 스퀴시 영역(A)에서는 연소가 일어나지 않아 연소 성능이 약화될 수 있다.

이를 위해, 본 실시예에서는 도 2에 도시된 바와 같이 전원공급장치(100)를 설치하여 상기와 같은 문제를 해결할 수 있다.

즉, 전원공급장치(100)는 피스톤(20)의 스퀴시 영역(A)과 마주하도록 실린더 헤드(30)의 저면에 설치되고, 피스톤(20)이 승강함에 따라 스퀴시 영역(A)으로 고전압이 인가되도록 형성된다.

이러한 전원공급장치(100)는 배터리(110)와 연결되어 있으며, 제어기(120)를 통해 피스톤(20)의 압축 행정 시 동작되도록 제어된다.

전원공급장치(100)는 상기와 같이 피스톤(20)의 압축 행정 시 피스톤(20)이 승강함에 따라 제어기(120)에 의해 동작하며, 음(-)전극을 형성하는 피스톤(20)의 스퀴시 영역(A)으로 양(+)전극을 인가하여 코로나 방전이 발생되도록 한다.

여기서, 코로나 방전은 2개의 전극 사이에 높은 전압을 가하게 되면, 불꽃을 발하기 이전에 전기장의 강한 부분만이 발광하여 전도성을 갖는 현상을 의미하는 것으로, 2개의 전극이 모두 평판 또는 지름이 큰 구와 같은 경우의 전기장은 거의 균일하지만, 한쪽 극 또는 양극이 봉상 또는 침상으로 되어 있으면, 그 극 부근의 전기장이 특히 강해져 부분적인 방전이 일어나게 된다.

따라서, 본 실시예에서는 피스톤(20)의 압축 행정 시 보울(20a)에서 폭발에 따른 메인 화염이 발생하게 되면, 폭발 후 피스톤(20)이 하강하기 이전에 봉상 또는 침상으로 형성된 전원공급장치(100)를 통해 피스톤(20)의 스퀴시 영역(A)으로 코로나 방전이 일어나도록 함으로써, 스퀴시 영역(A)에서 연소를 촉진시킬 수 있고, 그에 따라 연소 효율을 개선할 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 전원공급장치(100)는 스퀴시 영역(A)에서의 코로나 방전 전류의 특성을 분석하여 보울(20a)에서 발생되는 메인 화염에 대한 연소 특성을 예측하도록 할 수 있다.

즉, 전원공급장치(100)는 코로나 방전에 의한 스퀴시 영역(A)에서의 연소 시 방전 전류의 특성, 구체적으로는 코로나 방전 전극 사이의 저항이 되는 실린더 내 가스의 고온 또는 고압 현황을 분석하여 보울(20a)에서의 메인 화염의 연소 특성을 예측할 수 있다.

그에 따라, 전원공급장치(100)는 연소실 내의 혼합 가스의 연소 상태를 표시하는 실화의 유무 및 연소압 과다 여부 등을 예측할 수 있기 때문에, 보울(20a)에서의 메인 화염에 대한 연소상태를 효과적으로 예측 및 분석할 수 있다.

본 발명은, 피스톤 보울 내 화염이 고르게 전파되지 않는 스퀴시 영역(squish area)에 고전압의 인가를 위한 전원공급장치를 설치하여 피스톤의 압축 행정 시 피스톤이 승강함에 따라 방전이 일어나도록 함으로써, 스퀴시 영역에서의 연소를 촉진시켜 연소 효율을 개선할 수 있는 효과를 갖는다.

이상의 본 발명은 도면에 도시된 실시 예(들)를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형이 이루어질 수 있으며, 상기 설명된 실시예(들)의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해여야 할 것이다.

10 : 인젝터 20 : 피스톤
20a : 보울 30 : 실린더 헤드
100 : 전원공급장치 110 : 배터리
120 : 제어기 A : 스퀴시 영역

Claims (4)

1. 인젝터에서 분사되는 연료가 흡기와 혼합될 수 있도록 오목한 형상의 보울이 형성된 피스톤이 승강하는 디젤 엔진용 피스톤의 연소실 구조에 있어서,
   상기 피스톤의 스퀴시 영역과 마주하도록 실린더 헤드의 저면에 설치되고, 상기 피스톤이 승강함에 따라 상기 스퀴시 영역으로 고전압이 인가되도록 형성되는 전원공급장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진용 피스톤의 연소실 구조.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 전원공급장치는,
   상기 피스톤이 승강함에 따라 동작하며, 음전극을 형성하는 상기 피스톤의 스퀴시 영역으로 양전극을 인가하여 코로나 방전이 발생되도록 하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진용 피스톤의 연소실 구조.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 전원공급장치는,
   상기 스퀴시 영역에서의 코로나 방전 전류의 특성을 분석하여 상기 보울에서 발생되는 메인 화염에 대한 연소 특성을 예측하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진용 피스톤의 연소실 구조.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 전원공급장치는,
   상기 피스톤의 압축 행정 시 동작되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진용 피스톤의 연소실 구조.

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