KR20190042907A

KR20190042907A - 리엔트랜트 연소실을 갖춘 디젤엔진

Info

Publication number: KR20190042907A
Application number: KR1020170134550A
Authority: KR
Inventors: 최창렬; 유준; 허행표; 마리나 틸리이; 벌라스 토카이지; 다이 이거트 마이클
Original assignee: 아베엘 리스트 게엠베하; 기아자동차주식회사; 현대자동차주식회사
Priority date: 2017-10-17
Filing date: 2017-10-17
Publication date: 2019-04-25
Also published as: KR102463469B1; US20190112968A1; DE102018217019A1

Abstract

본 발명의 디젤엔진(1)에 적용된 리엔트랜트 연소실(10)은 프로파일(13)이 연소실의 안쪽 공간을 향해 돌출된 연소실 입구와 상기 연소실의 바깥쪽 공간을 향해 파여진 함몰공간으로 연소실 바닥면을 형성하고, 콘(cone)(17)이 직선 빗변으로 상기 연소실의 중앙공간에 돌출된 원뿔대로 형성되며, 상기 프로파일(13)의 상면을 넓혀 상기 연소실의 공간을 확장하는 상부 엔드 면(11)으로 좌우 대칭구조를 이룸으로써 큰 와류(Large Vortex)와 연소실 중앙을 향하는 분무연료의 유동흐름형성으로 기존 스프레이 분할 연소실과 이중 스텝 연소실로 불가하던 초고압 분사계 환경에 적합한 특징이 구현된다.

Description

리엔트랜트 연소실을 갖춘 디젤엔진{Diesel Engine having Reentrant Combustion Chamber}

본 발명은 연소실에 관한 것으로, 특히 초고압 분사 환경에 적합한 리엔트랜트 연소실(reentrant combustion chamber)을 갖춘 디젤엔진에 관한 것이다.

일반적으로 디젤엔진은 고온고압의 압축 공기속에 연료를 분사해 착화 연소시킴으로써 흡입공기와 분무연료의 유동흐름형성과 분사연료의 연료 미립화 형성이 연소의 매우 중요 요소이다.

상기 유동흐름은 연소실내에 스월(Swirl)이나 와류(Vortex) 또는 텀블(Tumble)로 공기와 연료의 섞임을 높여주는 방식이고, 상기 미립화 형성은 표면적 증가로 주위 분위기 공기와의 혼합 성능이 높아지도록 분사 연료를 수많은 작은 액적(droplet)으로 형성시키는 방식이다.

그러므로 디젤엔진의 연소실(Combustion Chamber)은 유동흐름형성과 연료 미립화 형성에 적합한 연소실 형상(또는 연소실 구조)을 가져야 한다. 이러한 예로서, 스프레이 분할 연소실(Spray Devided type Combustion Chamber)과 이중 스텝 연소실(2-Step Bowl type Combustion Chamber)이 있다.

상기 스프레이 분할 연소실은 연소실 상단 벽면에 대한 충돌로 스프레이 분사된 연료를 상하로 나눔으로써 연소실 내 작은 와류(Small Vortex)에 의한 유동흐름형성과 함께 연료 미립화 형성을 촉진시켜준다.

상기 이중 스텝 연소실은 스텝(Step)을 형성시키지 않은 연소실 바닥면과 함께 스텝(Step)을 형성시킨 연소실 상단벽면으로 큰 공간을 형성함으로써 연소실 내 비교적 작은 와류(Small Vortex)대비 크게 형성된 와류(Vortex)에 의한 유동흐름형성과 함께 연료 미립화 형성을 촉진시켜준다.

국제공개특허2015-177897(2014.05.22)

하지만 디젤엔진은 매연(smoke) 감소를 지속적으로 요구하고, 이로 인해 발생은 매연 감소를 위해 연소실에서 강한 와류 형성이 이루어지면서 전체 공기와 함께 신기(Fresh Air)의 연소 활용을 높일 수 있는 최적 연소실 형상에 대한 요구가 지속될 수밖에 없다.

더구나 최근 디젤엔진은 연료분사압력을 2200bar이상의 초고압으로 높여 강화되는 EM 및 연비 규제를 충족시킴으로써 초고압 분사계 환경에 적합한 연소실 형상이 무엇보다 요구되고 있는 실정이다.

이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 연소실 입구 형상과 연소실 입구에서 이어지는 연소실 바닥면 및 연소실 바닥면에서 연소실 중앙으로 이어지는 콘의 형상을 큰 와류(Large Vortex)의 형성에 적합하도록 변경하고, 특히 연소실 입구의 리엔트랜트(Re-entrant) 형상으로 증가된 바닥면의 반경 크기를 콘의 직선 형상에 연계시킴으로써 스프레이 분할 연소실과 이중 스텝 연소실로 불가하던 초고압 분사계 환경에 적합한 리엔트랜트 연소실을 갖춘 디젤엔진의 제공에 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 리엔트랜트 연소실은 연소실의 안쪽 공간을 향한 돌출면으로 연소실 입구를 형성하면서 상기 연소실 입구의 아래쪽에서 상기 연소실의 바깥쪽 공간을 향해 파여진 함몰공간으로 연소실 바닥면을 형성하는 프로파일, 상기 프로파일과 이어져 상기 연소실의 중앙공간에 원뿔대 형상으로 돌출된 콘, 상기 연소실 입구의 상면에서 상기 연소실의 공간 확장을 위한 상부 엔드 면이 포함되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 상부 엔드 면은 상기 프로파일의 상면에서 연소실 확장 깊이로 깎아져 상기 연소실의 공간 확장이 이루어지며, 상기 프로파일은 상기 상부 엔드 면에서 상기 돌출면으로 이어지는 경사면으로 형성된 경사부, 상기 돌출면으로 상기 경사부에 이어져 상기 연소실 입구로 형성되는 돌출부, 상기 함몰공간을 상기 연소실 바닥면으로 형성하는 볼림으로 구분되고, 상기 콘은 상기 원뿔대 형상으로 직선의 립을 형성한다.

바람직한 실시예로서, 상기 경사부는 상기 상부 엔드 면의 형성지점에서 형성된 경사부 반경으로 상기 돌출부에 이어진다. 상기 돌출부는 상기 경사부의 종단지점에서 형성된 돌출부 반경으로 상기 볼림에 이어진다. 상기 볼림 반경은 상기 돌출부에 이어지는 바닥면 반경과 상기 콘에 이어지는 콘 부 반경으로 구분된다. 상기 콘의 상기 원뿔대는 직선구간의 빗변을 형성한다.

바람직한 실시예로서, 상기 함몰공간의 반경 중심은 상기 연소실의 연소실 기준 직경으로 설정되고, 상기 연소실 기준 직경을 100%로 할 때 상기 돌출부에 의한 연소실 최소 직경은 120~135%의 퍼센트 비율로 설정되며, 상기 볼림에 의한 연소실 최대 직경은 120~140%의 퍼센트 비율로 설정되고, 상기 립의 립 직경은 10~15%의 퍼센트 비율로 설정된다.

바람직한 실시예로서, 상기 연소실 상면과 상기 연소실 바닥면의 연소실 높이를 100%로 할 때 상기 연소실 확장 깊이는 4~12%의 퍼센트 비율로 설정되고, 상기 립의 핍 깊이는 25~42%의 퍼센트 비율로 설정된다.

또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 디젤엔진은 프로파일이 연소실의 안쪽 공간을 향해 돌출된 연소실 입구와 상기 연소실의 바깥쪽 공간을 향해 파여진 함몰공간으로 연소실 바닥면을 형성하고, 콘이 직선 빗변으로 상기 연소실의 중앙공간에 돌출된 원뿔대로 형성되며, 상기 프로파일의 상면을 넓혀 상기 연소실의 공간을 확장하는 상부 엔드 면이 리엔트랜트 연소실로 형성된 피스톤; 이 포함되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 리엔트랜트 연소실은 상기 립을 중앙 위치로 하여 좌우 대칭 구조이다. 상기 연소실 입구는 서로 다른 크기의 경사부 반경과 돌출부 반경이 이어져 형성되고, 상기 함몰공간은 서로 다른 크기의 바닥면 반경과 콘 이음 반경을 이어준 볼림 반경으로 형성된다. 상기 콘은 상기 원뿔대로 상기 연소실의 중앙 위치에 립을 형성한다.

이러한 본 발명의 연소실은 연소실 내 큰 와류(Large Vortex)의 형성이 Re-entrant 방식에 의한 바닥면 반경 크기 증가를 이용한 연료의 분무 운동에너지 활용으로 이루어지고, 더불어 연소실 중심부를 향하는 원활한 흐름이 콘의 직선구간을 이용한 연료 분무에 의한 연소실 유동으로 형성되는 효과가 있다.

또한 본 발명의 디젤엔진은 리엔트랜트 연소실을 이용한 큰 와류(Large Vortex)형성과 연소실 중심부를 향하는 연소실 유동 형성이 이루어짐으로써 스프레이 분할 연소실과 이중 스텝 연소실로 불가하던 초고압 분사계 환경에 적합하고, 특히 2200bar이상에 달하는 초고압 분사계 환경에 적용됨으로써 강화되는 EM 및 연비 규제를 충족시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 피스톤의 상부에 리엔트랜트 연소실을 갖춘 디젤엔진의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 리엔트랜트 연소실의 각 구성부위 레이아웃이며, 도 3은 본 발명에 따른 디젤엔진의 리엔트랜트 연소실에 대한 연료 분무상태이고, 도 4는 본 발명에 따른 리엔트랜트 연소실에서 분무 및 연소 진행시 연소실 중심부를 향하는 연소실 유동 형성을 3차원 속도장으로 나타낸 해석도이며, 도 5는 본 발명에 따른 리엔트랜트 연소실에서 매연(smoke) 감소가 이루어지는 큰 와류(Large vortex)형성 상태이고, 도 6은 본 발명에 따른 리엔트랜트 연소실의 연소 결과 3차원 해석도이다.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시 예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

도 1의 피스톤(5)의 TDC(Top Dead Center) 상태(피스톤 행정의 상사점)를 참조하면, 디젤엔진(1)은 리엔트랜트(reentrant) 연소실(10)이 형성된 피스톤(10)을 적용함으로써 연료 미립화 촉진을 위한 큰 와류(Large Vortex)의 형성과 함께 연소실 중심부로 향하는 연소실 유동을 리엔트랜트 형상으로 원활하게 형성시켜 준다.

구체적으로 상기 디젤엔진(1)은 엔진 몸체(2)와 엔진 상부(3)로 구분되고, 상기 엔진 몸체(2)와 상기 엔진 상부(3)의 사이로 연소실(10)이 구비된다.

일례로 상기 엔진 몸체(2)에는 엔진 상부(3)의 헤드 하부면(6a)에 접촉되는 피스톤 상부면(5a)에 파여진 안쪽 공간으로 리엔트랜트 연소실(10)을 형성한 피스톤(5)이 구비됨으로써 통상적 실린더 블록과 동일하다. 그러므로 상기 엔진 몸체(2)는 실린더 블록과 함께 구성되는 오일 팬과 크랭크 샤프트 등을 구비하고, 상기 크랭크 샤프트는 피스톤(5)과 결합되어 피스톤(5)의 왕복운동을 엔진 토크로 출력한다.

일례로 상기 엔진 상부(3)는 피스톤(5)의 피스톤 상부면(5a)에 접촉되는 실린더 헤드 하부면(6a)를 형성한 실린더 헤드(6)가 구비되고, 상기 실린더 헤드(6)에는 공기를 리엔트랜트 연소실(10)연소실(10)로 공급하는 흡기 포트(7-1)를 개폐하는 흡기 밸브(8-1), 배기가스를 리엔트랜트 연소실(10)에서 배출하는 배기 포트(7-2)를 개폐하는 배기 밸브(8-2), 고압 압축공기와 함께 연소되는 연료를 액상으로 리엔트랜트 연소실(10)에 분무하는 인젝터(9)가 구비된다. 그러므로 상기 엔진 상부(3)는 실린더 헤드(6)와 함께 구성하는 실린더 헤드 커버 및 캠 샤프트를 구비하고, 상기 캠 샤프트는 흡배기 밸브(8-1,8-2)의 밸브 타이밍을 제어한다.

일례로 상기 리엔트랜트 연소실(10)은 상부 엔드 면(11), 프로파일(13), 콘(cone)(17), 핍(Pip)(19)으로 내부 공간을 구분한다. 상기 상부 엔드 면(11)은 피스톤(5)의 피스톤 상부면(5a)에 단차져 리엔트랜트 연소실(10)의 상면을 형성하고, 상기 핍(19)은 리엔트랜트 연소실(10)의 바닥면으로 이어지는 콘(17)으로 둘러싸여 리엔트랜트 연소실(10)의 중앙 위치에서 솟아오르며, 상기 프로파일(13)은 볼림(Bowl Rim)(16)과 돌출부(15) 및 경사부(14)가 콘(17)의 바닥면에서 상부 엔드 면(11)의 상면으로 이어짐으로써 볼림(16)으로 형성되는 하부 내벽면과 함께 돌출부(15)와 경사부(14)로 형성되는 상부 내벽면을 형성한다. 그러므로 리엔트랜트 연소실(10)의 벽면은 하부 내벽면과 이에 이어지는 상부 내벽면으로 이루어진다.

그러므로 상기 연소실(10)은 핍(19)을 중심으로 좌우 대칭 단면으로 이루어진다.

도 2의 리엔트랜트 연소실(10) 레이아웃을 참조하면, 상부 엔드 면(11)과 경사부(14), 돌출부(15), 볼림(16), 콘(17) 및 핍(19)에 대한 독자적인 형상과 함께 상호 연계 구조를 예시한다.

일례로, 상기 상부 엔드 면(11)은 피스톤(5)의 피스톤 상부(5a)를 깎아 피스톤 상부(5a)에 대해 연소실 확장 깊이(G)를 형성한다. 그러므로 상기 상부 엔드 면(11)의 연소실 확장 깊이(G)는 중앙 위치에 형성된 핍(19)을 에워싸는 내벽으로 만들어지는 연소실 체적을 증가시켜 준다.

일례로, 상기 경사부(14)는 상부 엔드 면(11)의 형성지점을 경사부 시작위치로 하여 연소실 안쪽을 향해 돌출되어 돌출부(15)에 이어지고, 상기 경사부 시작위치는 경사부 반경(Ra)을 형성한다. 상기 돌출부(15)는 경사부(14)의 종단지점을 돌출부 시작위치로 하여 연소실 안쪽을 향해 돌출되어 볼림(16)에 이어지며, 상기 돌출부 시작위치는 돌출부 반경(Rb)을 형성한다. 그러므로 상기 경사부(14)와 상기 돌출부(15)는 상부 내벽면을 형성하는 프로파일(13)로 구성된다. 이 경우 상기 경사부 반경(Ra)은 약 1~3 R(Radius)로 설정되고, 상기 돌출부 반경(Rb)은 약 1~5 R(Radius)로 설정된다.

일례로, 상기 볼림(16)은 돌출부(15)의 종단지점을 볼림 시작위치로 하면서 콘(17)의 종단지점을 볼림 엔드위치로 하여 연소실 바깥쪽을 향해 파여지면서 볼림 바닥면을 형성하는 함몰공간으로 형성된다. 특히 상기 볼림 시작위치는 바닥면 반경(Rc)을 형성하고, 상기 볼림 엔드위치는 콘 부 반경(Rd)을 형성한다. 그러므로 상기 볼림(16)의 함몰공간을 형성하는 볼림 반경은 돌출부(15)에 이어지는 바닥면 반경(Rc)과 콘(17)에 이어지는 콘 부 반경(Rd)으로 구분된다. 또한 상기 볼림(16)은 하부 내벽면을 형성하는 프로파일(13)로 구성되면서 콘(17)과 함께 바닥면을 형성한다. 이 경우 상기 바닥면 반경(Rc)은 약 3~10 R(Radius)로 설정되며, 상기 콘 부 반경(Rd)은 약 15 R(Radius)로 설정된다. 그 결과 연소실 바닥면은 상기 볼림 바닥면으로 이루어지고, 상기 볼림 바닥면은 돌출부(15)에서 형성되는 약 3~10 R(Radius)의 상부 바닥면과 콘(17)에서 형성되는 약 15 R(Radius)의 하부 바닥면으로 다른 크기의 2가지 반경을 연속 형성한 2단계 반경으로 형성된다. 이로 인해 연소실 바닥면은 볼림 바닥면의 상부 바닥면과 볼림 바닥면의 하부 바닥면을 통해 와류(Small Vortex)를 진전시킴으로써 큰 와류(Large Vortex)의 성장을 촉진한다.

일례로, 상기 콘(17)은 볼림(16)의 종단지점(즉, 약 15 R(Radius)의 하부 바닥면 끝위치)을 콘 시작위치로 하여 핍(19)에 이어진다. 특히 상기 콘(17)은 핍(19)에 이어진 직선으로 형성되고, 핍(19)의 중심에 대해 콘 각(A)을 형성한다. 이 경우 상기 콘 각(A)은 약 100~130˚로 설정된다. 그러므로 상기 콘(17)은 꼭짓점을 제거하여 편평한 핍(19)이 정점을 이루는 원뿔대(circular truncated cone)의 형상으로 이루어지고, 볼림(16)에서 핍(19)으로 이어지는 원뿔대 빗변이 직선구간으로 형성된다.

일례로, 상기 핍(19)은 연소실의 중앙에 위치하고, 콘(17)의 상부를 잘라낸 핍 절단면으로 콘(17)을 원뿔대 형상으로 만들어 준다. 특히 상기 핍(19)의 핍 절단면은 직선으로 이루어져 핍 직경(d)을 형성한다.

한편 상기 리엔트랜트 연소실(10)의 각 구성요소는 하기와 같은 연소실 높이 비율과 연소실 직경 비율을 형성한다.

일례로, 상기 연소실 높이 비율은 피스톤(5)의 피스톤 상부면(5a)과 볼림(16)의 볼림 바닥면을 연소실 높이(H)로 하고, 피스톤(5)의 피스톤 상부면(5a)과 콘(17)의 핍 절단면을 핍 깊이(h)로 하며, 피스톤(5)의 피스톤 상부면(5a)과 상부 엔드 면(11)을 연소실 확장 깊이(G)로 하여 설정된다. 이 경우 상기 연소실 높이(H)를 100%로 할 때 핍 깊이(h)는 약 25~42%의 퍼센트 비율로 설정되고, 연소실 확장 깊이(G)는 약 4~12%의 퍼센트 비율로 설정된다.

그러므로 상기 연소실 높이(H)를 12~17mm로 할 때 핍 깊이(h)는 약 3~7mm로 설정되고, 연소실 확장 깊이(G)는 약 0.5~2mm로 설정된다.

일례로, 상기 연소실 직경 비율은 연소실 중심에 대한 볼림(16)의 볼림 반경중심이 갖는 크기를 연소실 기준 직경(D1)으로 하고, 연소실 중심에 대한 볼림(16)의 볼림 반경(Rc)이 갖는 크기를 연소실 최대 직경(D3)으로 하며, 연소실 중심에 대한 돌출부(15)의 돌출부 반경(Rb)이 갖는 크기를 연소실 최소 직경(D2)로 하고, 연소실 중심에 대한 핍(19)의 크기를 핍 직경(d)으로 하여 설정된다. 이 경우 상기 연소실 기준 직경(D1)을 100%로 할 때 연소실 최소 직경(D2)을 120~135%의 퍼센트 비율로 설정되고, 연소실 최대 직경(D3)을 120~140%의 퍼센트 비율로 설정되고, 핍 직경(d)은 10~15%의 퍼센트 비율로 설정된다.

그러므로 상기 연소실 기준 직경(D1)을 Ø30~50mm로 할 때 연소실 최소 직경(D2)은 Ø40~60mm로 설정되고, 연소실 최대 직경(D3)은 Ø42~62mm로 설정되며, 핍 직경(d)은 Ø3~7mm로 설정된다. 여기서Ø는 지름(diameter)을 의미한다.

한편 도 3 내지 도 6은 연료 분무시 리엔트랜트 연소실(10)의 큰 와류(Large vortex)의 형성과 연소실 중심부를 향하는 연소실 유동 형성 및 3차원 연소 해석을 예시한다.

도 3을 참조하면, 디젤엔진(1)의 동작에 따른 피스톤(5)의 흡기 행정시 리엔트랜트 연소실(10)에는 흡기 밸브(8-1)의 열림으로 흡기 포트(7-1)의 공기가 들어온 후 피스톤(5)의 연소 행정시 인젝터(9)의 연료 분무가 이루어진다. 이 경우 상기 연료 분무는 미립화된 수많은 작은 액적(droplet)으로 형성된다.

그러면 상기 연료 분무는 프로파일 면(13)을 향하고, 분무 연료는 프로파일 면(13)의 돌출부(15)를 기준으로 하여 일부 연료가 경사부(14)쪽으로 향하면서 대부분의 연료가 볼립(16)쪽으로 향하는 흐름을 형성한다. 이 경우 상기 경사부(14)의 경사부 반경(Ra)과 상기 돌출부(15)의 돌출부 반경(Rb)은 분무 연료의 유동 흐름을 촉진하여 준다.

도 4의 리엔트랜트 연소실(10)내 3차원 속도장을 참조하면, 상기 분무 연료와 연소실 중앙부의 공기는 돌출부(15)에 부딪혀 돌출부 반경(Rb)을 타고 볼립(16)쪽으로 내려가는 볼림유동흐름을 형성한다. 그러면 상기 볼림유동흐름은 볼립(16)의 공간에서 약 3~10 R(Radius)의 바닥면 반경(Rc)을 이용해 볼림유동흐름이 촉진되고, 상기 볼림유동흐름 촉진은 분무 연료의 운동에너지를 증가시켜준다.

특히 리엔트랜트 연소실(10)의 립(19)으로 이어지는 콘(17)의 직선 구간은 볼림유동흐름을 연소실 중심부 공기쪽으로 원활히 진행하도록 유도하여 준다.

도 5를 참조하면, 상기 볼림유동흐름은 증가된 운동에너지로 콘(17)의 직선 구간을 따라 연소실 중앙의 립(19)쪽으로 향하는 일부의 분무연료를 제외한 대부분의 분무연료는 바닥면 반경(Rc)에 이어진 약 15 R(Radius)의 콘 부 반경(Rd)으로 촉진되는 와류(vortex)를 형성한다. 그 결과 와류(Vortex)는 약 3~10 R(Radius)의 볼림 반경(Rc)을 감아 도는 와류로 성장 촉진됨으로써 초기 와류 크기를 큰 와류(Large Vortex)로 성장시켜준다.

도 6을 참조하면, 리엔트랜트 연소실(10)이 볼림(16)의 큰 반경에 의한 큰 와류(Large Vortex)로 와류를 강하게 하고 동시에 콘(17)의 직선 형상에 의한 볼림유동흐름의 연소실 중심부 공기쪽 유도로 연소실 내 전체 공기와 함께 신기(Fresh Air)의 연소 활용을 높여 준 상태에 대한 해석 결과를 예시한다.

도시된 바와 같이, 리엔트랜트 연소실(10)은 NO와 ISFC(Indicated Specific Fuel Consumption)대비 soot(그을음)을 크게 감소시켜줌으로써 매연(smoke)의 생성이 크게 감소된다.

그 결과 리엔트랜트 연소실(10)이 적용된 디젤엔진(1)은 soot의 감소를 통해 DPF(Diesel Particulate Filter) 후처리 장치의 재생기간 연장이 이루어짐으로써 연비 저감이 가능하고, 특히 soot를 저감하기 위한 장치 Swirl Control Valve등도 제거가 가능하다.

전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 디젤엔진(1)에 적용된 리엔트랜트 연소실(10)은 프로파일(13)이 연소실의 안쪽 공간을 향해 돌출된 연소실 입구와 상기 연소실의 바깥쪽 공간을 향해 파여진 함몰공간으로 연소실 바닥면을 형성하고, 콘(cone)(17)이 직선 빗변으로 상기 연소실의 중앙공간에 돌출된 원뿔대로 형성되며, 상기 프로파일(13)의 상면을 넓혀 상기 연소실의 공간을 확장하는 상부 엔드 면(11)으로 좌우 대칭구조를 이룸으로써 큰 와류(Large Vortex)와 연소실 중앙을 향하는 분무연료의 유동흐름형성으로 기존 스프레이 분할 연소실과 이중 스텝 연소실로 불가하던 초고압 분사계 환경에 적합하다.

1 : 디젤엔진 2 : 엔진 몸체
3 : 엔진 상부 5 : 디젤엔진 피스톤
5a : 피스톤 상부면 6 : 실린더 헤드
6a : 실린더 헤드 하부면 7-1,7-2 : 흡배기 포트
8-1,8-2 : 흡배기 밸브 9 : 인젝터
10 : 리엔트랜트 연소실 11 : 상부 엔드 면
13 : 프로파일 14 : 경사부
15 : 돌출부 16 : 볼림(Bowl Rim)
17 : 콘(cone) 19 : 핍(Pip)

Claims

연소실의 안쪽 공간을 향한 돌출면으로 연소실 입구를 형성하면서 상기 연소실 입구의 아래쪽에서 상기 연소실의 바깥쪽 공간을 향해 파여진 함몰공간으로 연소실 바닥면을 형성하는 프로파일,
상기 프로파일과 이어져 상기 연소실의 중앙공간으로 돌출된 원뿔대로 형성되는 콘(cone),
상기 연소실 입구에서 연소실 상면을 넓혀 상기 연소실의 공간 확장을 위한 상부 엔드 면,
이 포함되는 것을 특징으로 하는 리엔트랜트 연소실.
청구항 1에 있어서, 상기 프로파일은 경사부, 돌출부, 볼림으로 구분되고,
상기 경사부는 상기 상부 엔드 면에서 상기 돌출면으로 이어지는 경사면으로 형성되며, 상기 돌출부는 상기 돌출면으로 상기 경사부와 상기 볼림을 이어주어 상기 연소실 입구로 형성하며, 상기 볼림은 상기 함몰공간을 상기 연소실 바닥면으로 형성하며;
상기 콘은 상기 원뿔대 형상으로 직선의 립을 형성하는 것을 특징으로 하는 리엔트랜트 연소실.
청구항 2에 있어서, 상기 경사부는 상기 상부 엔드 면의 형성지점에서 형성된 경사부 반경으로 상기 돌출부에 이어지는 것을 특징으로 하는 리엔트랜트 연소실.
청구항 3에 있어서, 상기 경사부 반경은 1~3mm 반경으로 설정되는 것을 특징으로 하는 리엔트랜트 연소실.
청구항 2에 있어서, 상기 돌출부는 상기 경사부의 종단지점에서 형성된 돌출부 반경으로 상기 볼림에 이어지는 것을 특징으로 하는 리엔트랜트 연소실.
청구항 5에 있어서, 상기 돌출부 반경은 1~5mm 반경으로 설정되는 것을 특징으로 하는 리엔트랜트 연소실.
청구항 2에 있어서, 상기 함몰공간의 반경 중심은 상기 연소실의 연소실 기준 직경으로 설정되고, 상기 연소실 기준 직경을 100%로 할 때 상기 돌출부에 의한 연소실 최소 직경은 120~135%의 퍼센트 비율로 설정되는 것을 특징으로 하는 리엔트랜트 연소실.
청구항 2에 있어서, 상기 볼림은 상기 함몰공간을 볼림 반경으로 형성하는 것을 특징으로 하는 리엔트랜트 연소실.
청구항 8에 있어서, 상기 볼림 반경은 상기 돌출부에 이어지는 바닥면 반경과 상기 콘에 이어지는 콘 이음 반경으로 구분되는 것을 특징으로 하는 리엔트랜트 연소실.
청구항 9에 있어서, 상기 바닥면 반경은 3~10반경으로 설정되고, 상기 콘 부 반경은 15mm반경 이상으로 설정되는 것을 특징으로 하는 리엔트랜트 연소실.
청구항 2에 있어서, 상기 함몰공간의 반경 중심은 상기 연소실의 연소실 기준 직경으로 설정되고, 상기 연소실 기준 직경을 100%로 할 때 상기 볼림에 의한 연소실 최대 직경은 120~140%의 퍼센트 비율로 설정되는 것을 특징으로 하는 리엔트랜트 연소실.
청구항 2에 있어서, 상기 함몰공간의 반경 중심은 상기 연소실의 연소실 기준 직경으로 설정되고, 상기 연소실 기준 직경을 100%로 할 때 상기 립의 립 직경은 10~15%의 퍼센트 비율로 설정되는 것을 특징으로 하는 리엔트랜트 연소실.
청구항 2에 있어서, 상기 상부 엔드 면은 상기 프로파일의 상면에서 연소실 확장 깊이로 깎아져 상기 연소실의 공간 확장이 이루어지고, 상기 연소실 확장 깊이는 상기 연소실 상면과 상기 연소실 바닥면의 연소실 높이를 100%로 할 때 4~12%의 퍼센트 비율로 설정되는 것을 특징으로 하는 리엔트랜트 연소실.
청구항 2에 있어서, 상기 립은 핍 깊이를 형성하고, 상기 핍 깊이는 상기 연소실 상면과 상기 연소실 바닥면의 연소실 높이를 100%로 할 때 25~42%의 퍼센트 비율로 설정되는 것을 특징으로 하는 리엔트랜트 연소실.
청구항 1에 있어서, 상기 콘의 상기 원뿔대는 100~130˚의 콘 각과 직선구간의 빗변으로 형성되는 것을 특징으로 하는 리엔트랜트 연소실.
프로파일이 연소실의 안쪽 공간을 향해 돌출된 연소실 입구와 상기 연소실의 바깥쪽 공간을 향해 파여진 함몰공간으로 연소실 바닥면을 형성하고, 콘(cone)이 직선 빗변으로 상기 연소실의 중앙공간에 돌출된 원뿔대로 형성되며, 상기 프로파일의 상면을 넓혀 상기 연소실의 공간을 확장하는 상부 엔드 면이 리엔트랜트(reentrant) 연소실로 형성된 피스톤;
이 포함되는 것을 특징으로 하는 디젤엔진.
청구항 16에 있어서, 상기 리엔트랜트(reentrant) 연소실은 상기 립을 중앙 위치로 하여 좌우 대칭 구조인 것을 특징으로 하는 디젤엔진.
청구항 16에 있어서, 상기 연소실 입구는 서로 다른 크기의 경사부 반경과 돌출부 반경이 이어져 형성되는 것을 특징으로 하는 디젤엔진.
청구항 16에 있어서, 상기 함몰공간은 볼림 반경으로 형성되고, 상기 볼림 반경은 서로 다른 크기의 바닥면 반경과 콘 부 반경을 이어 형성되는 것을 특징으로 하는 디젤엔진.
청구항 16에 있어서, 상기 콘은 상기 원뿔대로 상기 연소실의 중앙 위치에 립을 형성해주는 것을 특징으로 하는 디젤엔진.