KR810001660B1

KR810001660B1 - 내연기관

Info

Publication number: KR810001660B1
Application number: KR7601753A
Authority: KR
Inventors: 히로가즈 나가무라; 오오이노우에쓰네오; 호리겐지; 기요다유우히고; 다쓰로오 나까가미; 유다까 쓰가모도; 가쓰오 아끼시노
Original assignee: 구보도미오; 미쓰비시 지도오샤고오교오 가부시기 가이샤
Priority date: 1976-07-20
Filing date: 1976-07-20
Publication date: 1981-10-27

Abstract

내용 없음.

Description

내연기관

제1도는 본 발명의 제1실시예를 도시한 단면도.

제2도는 제1도의 A-A 화살표 방향으로 본 저면도.

제3도는 제1도의 B-B 화살표 방향으로 본 단면도.

제4도는 제1도의 C화살표 방향에서 본 평면도.

제5도는 점화시기에 대한 연비의 실험치를 도시한 비교설명도.

제6도는 공연비 및 EGR율을 변화시킨 경우의 실화한계를 표시한 비교 설명도.

제7도는 공연비에 대한 연비의 실험치를 표시한 비교설명도.

제8도는 아이들링시의 공연비에 대한 연료소비량 측정치를 표시한 비교설명도.

본 발명은 내연기관 특히 자동차용 내연기관의 개량에 관한 것이다.

종래의 자동차용 내연기관에서는, 아이들 운전시 및 경부하 운전시에, 스로틀변(弁)의 개도(開度)가 작고 흡기량이 소량이기 때문에, 흡입행정에 있어서 흡기매니홀드에서 시린더내에 유입하는 혼합기의 속도가 낮고, 따라서 시린더내에 있어서의 혼합기의 와류(swirl)도 약하다. 이 결과, 통상압축 행정의 종기에 행하는 점화시에, 시린더내에 잔존하는 혼합기의 와류도 약해지고, 착화 및 연소성이 낮아지기 때문에, 안정한 엔진의 운전을 확보하기 위해서는, 중 및 고부하운전시보다도 공연비가 작은 혼합기체를 공급할 필요가 있고, 연비의 증대를 초래할 뿐만 아니라, 농혼합기의 불완전연소 때문에 배기가스중의 CO, HC가 증가하는 불편이 있다. 또 근래, 엔진의 배기가스중의 CO, HC 특히 CO를 감소시키는 것을 목적으로 하여, 이론혼합비보다도 충분하게 희박한 혼합기체를 연소시키는 것이 제안되고, 또 배가가스중의 NOx를 감소시키는 것을 목적으로 배기가스의 일부를 엔진의 배기계(系)에서 추출하여 혼합기체중에 혼합하고 연소시키는 것도 제안되어 있는바, 어떠한 경우에도 혼합기체의 착화성, 연소성이 낮아지기 때문에, 운전성(drivability)이 저하되고 연비도 악화하는 불편이 있었다.

본 발명의 주된 목적은, 연비를 개선할 수 있는 승용물의 내연기관을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 통상의 엔진으로는 안정된 운전이 곤란한 희박 혼합기를 안정적으로 연소시킬 수가 있고, 이결과로서 배기가스중의 유해성분이 적은 승용물의 엔진을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 통상의 엔진으로는 안정된 운전이 곤란한, 다량의 환류(還流) 배기가스를 포함한 혼합기체를 안정적으로 연소시킬 수가 있고, 이 결과로서 배기가스중의 NOx를 감소할 수 있는 승용물의 엔진을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 큰 출력의 저하, 운전성의 악화, 연비악화 등의 좋지 않은 상태를 수반하지 않고 희박혼합기 또는 다량의 환류 배기가스를 포함하는 혼합기체를 안정적으로 연소시킬 수 있는 승용물 엔진을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 특히 아이들링 및 저속저부하의 경부하운전영역에서 배기가스중의 유해가스 성분을 종래의 엔진보다 현저히 저감(低減)시킬 수 있는 승용물의 엔진을 제공하는데 있다.

상기한 본 발명의 제목적은 흡기 포오트와 배기포오트를 가진 연소실과, 혼합기 생성성장치에 의해 생성된 공기-연료혼합기체를 상기한 흡기 포오트로 인도하는 주흡기 통로와, 상기한 연소실내의 소정위치에 스파크갭이 배치되도록 실린더헤드에 나착(螺着)된 점화플러그와 상기한 스파그갭에 근접하여 실린더헤드에 설치한 분사실과, 상기한 주연소실과 분사실을 연통함과 동시에 상기한 스파크갭근방에 설치된 분사공과, 상기한 분사실에 개구하는 부흡기통로와 동부흡기통로를 개폐하는 부흡기변과, 상기한 부흡기변을 기폐하는 작동기구를 가진 것을 특징으로 하는 내연기관에 의해 효과적으로 달성된다.

상기한 부흡기통로에 공급되는 기체는, 바람직하게는 공기이지만, 연료와 공기와의 혼합기체라도 좋고 또 엔진 자신의 배기가스라도 좋다. 상기한 기체가 공기일 때 상기한 기체공급원은 대기이고, 또 혼합기체의 경우는 기화기엔진으로는 기체공급원으로서 상기한 기화기를 같이 사용하는 것이 적당하고, 또 배기가스의 경우는 배기매니홀드가 적당한 기체공급원으로 된다.

상기한 본 발명에 관한 엔진에서는, 특히 아이들링 및 경부하 운전시에는 스로틀개도가 작기 때문에, 스로틀변의 조리개 작용이 크고 주흡기통로에서의 흡기 유입속도는 완만해서 흡기량이 적고 흡기 행정에 있어서 연소실내는 고부압으로 되고, 부흡기통로에서 분사실로 인도되는 흡기는 상기한 고부압에 의하여 분사공에서 내연실내에 젯트류로 되어 강력히 분사되어, 이 젯트류는 스파크갭주위의 기연(旣燃) 개스를 소기(掃氣)하고 착화성을 양호하게 함과 동시에 연소실내에 강력한 와류 및 난류를 생성하고, 이와류 및 난류는 압축 행정중에도 잔존되는 것으로 생각되며, 또 압축행정 후반에 있어서 스파크갭에 착화되면, 일부의 화염은 분사실내로 진입하고, 동분사실내는 소실(小室)이기 때문에 급격하게 연소되어서 고온고압으로 되고 화염이 힘차게 분사공에서 주연소 실내로 압출되어 이 분류도 주연소실내에서 진행중인 연소를 촉진하는 것이라고 생각되며, 상기한 분사공에서의 흡기행정시의 분사 및 폭발행정시의 화염의 분사는 점화후의 화염전파를 도와주고, 연소속도가 상승하여 희박연소한게가 신장하고, 연비가 개선된다.

따라서, 혼합기의 분배성이 나쁘고, 또 연소실 벽온이 낮고 연소성이 나쁜 아이들링 혹은 경부하운전영역은 물론이고 중, 고부하운전영역에 있어서 희박혼합기 연소를 행하여도 출력저하 및 연비 증대가 최소한으로 억제되고, 또 공연비증대에 의하여 연소최고온도가 저하해서 NOx의 발생량이 극도로 저감된다.

또 본 발명의 내연기관에 배기가스 환류장치를 병용하면 제어성이 나쁜 공연비를 연소 한계에 가까운 높은 치로 설정하지 않아도, 용이하게 NOx의 발생량을 저감하는 것이 가능하게 되고, 배기가스 환류에 의한 착화성 및 화염전파속도의 악화도 상기한 분류에 의하여 개선된다.

본 발명의 상술한 제목과 기타의 목적 및 이점(利點)은 이하에 도면을 참조하면서 행하는 본 발명의 실시예에 대한 설명에 의하여 명백하게 될 것이다. 또 각 도면중, 동일 또는 균등부분에는 동일부호를 붙인다.

제1도 제4도에 표시한 본 발명의 제1실시예에 있어서 (10)은 자동차용 개소린 내연기관의 본체, (12)는 실린더헤드, (14)는 실린더 블럭, (16)은 피스톤, (18)은 연소실, (20)은 점화플러그, (22)는 주흡기 포오트, (24)는 배기포오트, (26)은 주흡기변, (28)은 흡기매니홀드, (30)은 기화기, (32)는 에어크리너이다.

연소실(18)을 한계하는 실린더헤드(12)의 요부(凹部)는 반구형상이고, 점화플러그(20)의 스파크갭(34)은 실린더헤드(12)의 연소실(18)을 형성하는 구상벽면(36)에 설치된 소요부(38) 중앙부에서 상기구상벽면(36)의 연장면의 근방에 배치되어 있다. 또, 실린더헤드(12)에는 상기한 소요부(38)에 인접해서 개구되고 중심선이 피스톤(16) 정면(頂面)과 약 60도의 각도를 가진 관통공(40)이 천설되고, 동관통공(40)의 연소실(18)측에서는 중공원통상의 분사실 형성부재(42)는 감합되고, 반대측에서는 밸브가이드(44)가 감합되고 벨브가이드(44) 단부 외주면에 설치된 숫나사부와 분사실형성부재(42) 단부 내주면에 설치된 암나사부를 나합함으로써 양자는 상기한 관통공(40) 내의 소경부(46)를 협지하여 실린더헤드(12)에 고착되어 있다. 밸브가이드(44)에는 부흡기변(48)이 접동 가능하게 감합되고, 밸브 가이드(44)의 숫나사 부측단부에는 부흡기변(48) 외주면과 밸브 가이드(44)의 내주면이 간격을 가지고 단면 형상이 원환상(圓還狀)의 부흡기통로(50)를 형성하고, 동 부흡기 통로(50)는 밸브가이드(44)에 천설된 공(52)을 개재하여 실린더헤드(12)에 형성된 부흡기 통로(54)에 연통됨과 동시에 분사실 형성부재(42)내의 분사실(56)으로 개구되고, 동개구는 밸브 가이드(44)선단에 형성된 발브 시이트(58)에 부흡기변(48)의 산부(傘部)가 당접되는 것에 의해 닫힌다.

상기한 분사실 형성부재(42)는 주연소실(18)내로 돌설됨과 동시에 돌출부에 분사실(56)과 주연소실(18)과를 연통하는 분사공(60)이 천설되고, 동분사공(60)은 스파크갭(34) 근방에 설치됨과 동시에, 스파크갭(34) 직하이고 또 실린더헤드(12)의 구상벽면(36)에 대략 접한방향으로 지향되어 있다. 주흡기변(26) 및 부흡기변(48)은 다같이 동일한 록커암(62)에 의해 구동되는 버섯변이고, 등록커암(62)은 록커샤프트(64)에 감합되고, 기관에 의해 회동되는 캠샤프트(66)에 설치된 캠(68)에 당접되어 요동하고, 캠(68)에의 당접면과는 반대측의 암부는 2갈래로 분기되고, 각 분기부에는 각각 조정스크류(70), (72)가 나착되어 있다. 조정스크류(70)의 단면은 주흡기변(26)의 변봉상(弁棒上)단면에 당접되고, 조정스크류(72)의 단면은 부흡기변(48)의 변봉단면에 당접되어 있다.

또, (74),(76)은 밸브스프링, (78),(80)은 스프링시트, (82),(84)는 실링이다.

에어크리너(32)에서 기화기(30) 및 흡기 매니홀드(28)를 개재하여 흡기포오트(22)로 연통되는 주흡 기통로(86)의 기화기(30) 부분에는 벤츄리(88) 및 스로틀변(90)이 배치되고, 스로틀변(90)의 전페위치 근방의 흡기 통로 내벽에는 주로 아이들시 혹은 경부하시에 연료를 공급하는 아이들 포오트(92) 및 슬로포오트(slow port)(94)가 천설되어, 아이들포오트(92)에는 조정스크류(96)가 설치되고, 한편 벤츄리(88)에는 주로 중고부하시에 연료를 공급하는 메인노즐(98)이 설치되어 있다.

도시안한 배기통로에 일단이 연통된 배기가스 환류통로(100)는 도중에 기관의 여러가지의 구동 상태를 검출하여 유량(流量)제어하는 제어변(102)을 개재하여 타단이 흡기 매니홀드(28)의 집합부에 연결되어 있다.

또, 상기한 부흡기통로(54)는 파이프(104)를 개재하여 벤츄리(88)보다 상류측의 주호흡기통로(86)에 연통되어 있다.

상기한 구성에 의하면, 에어크리너(32)에서 주흡기통로(86)에 흡입된 공기의 대부분이 기화기(30)에서 연료와 소정의 공연비에 혼합되어 흡기표오트(22)에서 연소실(18)로 흡입되는 한편, 상기한 흡입 공기의 일부는 파이프(104), 부흡기통로(54),(50)를 개재하여 분사실(56)로 인도되고, 분사공(60)에서 연소실(18)내로 분사된다.

이 분사공(60)에서의 분사량 및 분류의 강도는 스로틀변(90)의 개도 즉 기관의 부하에 따라서 변화하고 스로틀개도가 작은 아이들링시 혹은 경부하시에는 스로틀변(90)이 조리개작용에 의해 주흡기통로(86)에서 공급되는 혼합기량이 적고, 연소실(18)에는 흡기행정시 고부압이 발생되어, 벤츄리(88) 상류측의 주흡기 통로(86)는 대략 대기압이기 때문에, 압력차에 의하여 다량의 공기가 분사공(60)에서 강력히 분출되고, 이 분출류는, 스파크갭(34) 근방을 지나는 것에 의해 동 갭(33) 주위의 기연개스가 소기됨과 동시에, 구상벽면(36)에 따라서 유하하고, 흡기포오트(22)에서 흡입된 혼합기에 강력한 와류 및 난류를 주고, 이 와류 및 난류는 압축행정중에도 잔존하고, 혼합기와 공기를 층상 또는 반상(斑狀)으로 분표시킴과 동시에, 점화후의 화염전파를 도와주는 역할을 하는 것으로 생각된다.

또, 스파크갭(34)에서 착화되면 일부의 화염은 분사실(56)내에 진입하고, 분사실(56)내는 소실(小室)이기 때문에 급격하게 연소되어서 고온고압으로 되고, 화염이 힘차게 분사공(60)에서 주연소실(18)내로 압출되어, 이 분류(噴流)도 주연소실(18)내에서 진행중의 연소를 촉진하는 것으로 생각된다.

실험에 의하면 이하에 표시하는 것처럼 통상의 연소방식에 비하여 희박연소한계가 비약적으로 신장되고 연비가 개선되는 것을 확인할 수 있었다.

또, 실험에 제공된 본 실시예장치의 개개의 치수는 다음과 같다.

피스톤(16)이 상사점(上死點)위치에 있을때의 전연소실 응적 V=48cc, 분사실용적 ν=1.2cc,

, 부흡기통로(54)의 직경 d₁=4mm, 부흡기통로(50)의 유통면적 S₁=0.16cm2, 부흡기변(48)의 변봉직경 d₂=4mm, 분사실(56)의 직경 d₃=9mm, 분사실 형성부재(42)의 직경 d₄=13mm, 스파크갭(34)과 분사공(60)과의 거리(X)=6mm

제5도는 40km/h 주행시에 상당하는 부하를 주고, 공연비(A/F)=10으로 하고, 배기가스 환류량의 조정에 의해 의 배출을 10ppm으로 한 상태에서, 점화시기의 변화에 따라서, 변화되는 연비를 종래의 연소방식과 상기한 실시예 장치와의 경우에 대하여 측정한 결과를 표시한다.

또, 제6도는 40km/h 주행시에 상당하는 부하를 준 일정상태에서, 공연비(A/F)와 흡기량에 대하여 배기가스 환류량율(EGR율)과를 변화시킨 경우의 실화한계를 종래의 연소방식과 상기한 실시예 장치와의 경우에 대하여 측정한 결과를 표시한다.

제7도는, 40km/h 주행시에 상당하는 부하를 주고, 점화시기는 각 공연비에서 연비에 가장 유리한 시기를 선정한 상태에서의 여러가지의 공연비에 대한 연비를 종래의 연소방식과 상기한 실시예 장치와의 경우에 대하여 측정한 결과를 나타낸다.

제8도는, 아이들링에서의 공연비와의 관계를 나타낸 측정 결과로서, 아이들링시의 연소소비량(ℓ/h)을 회전수 및 점화시기를 바로 메터로 하여 비교하고 있다.

또, 상기한 실시예에 있어서 배기가스 환류통로(100)를 개재하고 흡기 매니홀드(28)내에 흡입되는 배기가스량은 제어변(102)에서 제어되지만, 이 배기가스 환류량을 NOx의 배출량을 설정치 이내로 억지하도록 조정된다.

한편, 스로틀 개도가 큰 고부하 운전영역에 있어서는, 스로틀변(90)에 의한 조리개작용이 작고, 주흡기 통로(86)를 개재하여 다량의 혼합기가 연소실(18)내에 흡입되기 때문에, 분사실(56)에서의 분사량 및 분출력은 저하되지만, 이 경우에는 흡기효율이 크고, 더욱이 혼합기가 흡기 표오트(22)에서 연소실(18)로 유입된 때 강력한 와류(渦流) 혹은 난류를 발생케 하고, 또 연소실(18)의 내벽의 온도도 상승하기 때문에, 특히 분사공(60)에서의 분류에 의해 과류나 난류를 발생시키지 않아도, 화염전파 속도가 상승하여 연소성은 향상한다.

상기 실시예에 있어서, 스파크갭(34)와 분사공(60)과의 거리(X)를 너무 작게하면, 분사실 형성부재(42)가 과열되어서 핫스포트(hot spot)를 형성하고 조기점화(preignition)의 원인이 되고, 또 거리(X)를 크게 하면 소기(掃氣)효과가 저감됨과 동시에, 착화후 화염의 분사실(56)에의 침입이 늦고, 분류에 의한 연소성의 향상은 저하된다.

실험에 의하면 거리(X)는 약 3mm-10mm 정도로 설정한 때 좋은 결과를 얻을 수 있었다.

또, 분사실 형성부재(42)의 주연소실(18)내에의 돌출량을 크게 하면, 돌출단이 핫스포트로 되어서 이경우에도 조기점화가 생기기 때문에 될 수 있는 한 이 돌출량은 작게하는 편이 좋다.

또, 상기한 실시예에 있어서는 분사공(60)을 스파크갭(34) 근방에 설치함과 공시에, 스파크갭(34) 직하에서 실린더 헤드(12)의 구상벽면(36)에 대략 인접하는 방향으로 저하되어 있으나, 직접 스파크갭(34) 직하에서 다소 어긋난 방향으로 저항시켜도 연비는 향상된다.

또, 상기한 실시예에 있어서는

로 설정되어 있으나

의 범위에서 가장 우수한 연비 향상효과가 얻어졌다.

상기한 실시예에 있어서는, 부흡기통로(54)를 파이프(104)를 개재하여 벤츄리(88)에서 상류측의 주흡기통로(86)에 연통되어 있지만, 동 파이프(104)를 도시하지 않았으나 기관에 부설되는 공기펌프에서 배기계로 공급되는 2차 공기통로의 도중에 접속하면, 상기한 실시예의 경우보다 고부하운전 영역에 있어서 다량의 공기를 분사공(60)에서 주연소실(18)내로 분출할 수가 있는 것이고, 또 상기한 파이프(104) 배기가스 환류 통로(100)의 제어변(102)에서 상류측에 접속하면 분사공(60)에서도 배기가스 환류를 할 수가 있고, 또 상기한 파이프(104)를 벤츄리(88)와 스로틀벌브(90)과의 사이의 주흡기통로(86)에 접속하면 혼합기가 분사실(56)으로 인도되게 되고, 상기한 것처럼 파이프(104)의 접속을 여러가지로 변경하여도 정도의 차는 있을지언정 연비 향상효과가 생기는 것은 말할것도 없다.

또, 상기한 실시예에 있어서는 실린더 헤드(12)의 관통공(40)에 감합되는 분사실 형성부재(42)와 발브가이드(44)는 양자의 각각에 설치된 나사부의 나합에 의해 양자를 실린더 헤드(12)로 고착되어 있으나, 상기한 양자의 실린더(12)에의 고착은 관통공(40)에의 압입 또는 주입(鑄入)등의 다른 수단에 의해 실행되어도 된다.

또, 상기한 실시예에 있어서는, 주흡 기변(26) 및 부흡기변(48)은 함께 동일한 록커암(62)에 의해 구동되고, 양변(26),(48)의 개폐시기가 대략 동일하게 설정되어 있으나, 각각의 변(26),(28)에 별개의 록커암을 설치하면, 주흡기변(26)의 개폐시기에 대하여 부흡기변(28)의 개폐시기를 상위시키는 것이 가능하게 되고, 상기한 부흡기변(28)의 개폐시기는 주로 주연소실(18)내의 흡기 또는 연소개스의 부흡기통로(50),(54)에의 역류 방치면에서 설정되는 것이다.

또, 상기한 실시예에 있어서는, 기화기부 가소린 내연기관의 경우를 나타내고 있으나, 흡기 포오트(22)로 인도되는 혼합기의 생성은 연료분사장치등 다른 혼합기 생성장치에 의한 경우에도 같은 효과를 나타내고, 또 사용될 연료로서는, 가소린에 한정되는 것은 아니고, LPG, 등유 혹은 경유등 다른 연료를 사용한 경우에도 연소성향상, 연비저감 효과가 생긴다.

Claims

흡기 포오트와 배기포오트를 가지는 연소실과, 혼합기체 생성장치에 의하여 생성된 공기-연료혼합기체를 상기한 흡기 포오트에 유입하는 주흡기통로와, 상기한 연소실내의 소정위치에 스파크갭이 배치되도록 실린더 헤드로 나착(螺着)된 점화 플러그와 스파크갭에 근접하여 실린더 헤드에 설치한 분사실과, 주연소실과 분사실을 연통(連通)함과 동시에 상기한 스파크 갭근방에 설치된 분사공에 있어서 분사실에 개구하는 부흡기 통로를 개폐하는 부흡기 밸브와 부흡밸브를 개폐하는 작동기구를 가지는 것을 특징으로 하는 내연기관.