KR820001327B1 - 내연기관의 연소실 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

내연기관의 연소실

제1도는 본 발명의 1실시예를 도시하는 단면도.

제2도는 제1도의 C-C을 따라 절취한 단면도.

제3도는 상기 실시예에 있어 분사실 용적을 바로메터로 하여 공연비(空燃比)에 대한 연비(燃費) 특성곡선을 도시한 선도.

제4도는 HC(탄화수소)의 배출량 특성곡선을 도시한 선도.

본 발명은 내연기관 특히 자동차용 분사실 내연기관의 개량에 관한 것이다.

종래의 자동차용 내연기관에서는 특히 교축밸브에 의해 조여져서 연소실내의 흡입효율이 낮으며, 또 연소실내로 유입되는 흡입개스의 유속이 낮은 무부하 운전시 및 경부하 운전시에 착화 및 연소성이 불량하게 된다.

그래서 일반적으로 연소성이 양호한 농혼합개스, 즉, 공연비(空燃比)가 적은 혼합개스를 공급하므로써, 상기 착화 및 연소성의 불량을 해소하고 있으나, 이 경우에는 연비(燃費)가 증대하고, 배기개스중의 유해한 미연소개스 HC, CO가 증가하는 등의 불합리한 점이 많았다.

특히 근래에는 배기개스중의 유해물질을 감소시키는 것을 목적으로 하여 이론혼합비보다 실질적으로 희박한 혼합개스를 연소시키는 것이 제안되었고, 또 배기개스의 일부를 엔진의 배기계에서 추출하여 혼합개스중에 혼합하여 연소시키는 것도 제안되고 있으나 어떠한 경우에도 혼합개스의 착화성, 연소성이 저하하기 때문에 운전성능 및 연비가 악화하는 등의 좋지 못한 현상이 있었다.

본 발명의 주목적은 연비를 개설할 수 있는 자동차용 내연기관을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 통상의 엔진에서는 안정된 운전을 곤란하게 하는 희박혼합개스를 안정적으로 연소시킬 수가 있고, 그 결과로써 배기개스중의 유해성분을 감소시킬 수 있는 자동차용 내연기관을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 하나의 목적은 통상의 엔진으로는 안정된 운전을 곤란하게 하는 다량의 환류(還流)배기개스를 함유한 혼합개스를 안정적으로 연소시킬 수가 있고 이 결과로서 배기개스 중의 유해물질을 감소시킬 수 있는 자동차용 내연기관을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 큰 출력저하, 운전성능의 악화, 연비악화등의 불합리를 유발시키지 않고, 희박혼합개스 또는 다량의 환류배기개스를 함유하는 혼합개스를 안정적으로 연소시킬 수 있는 자동화용 내연기관을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 특히 무부하 및 저속저부하의 경부하 운전시에 배기개스중의 유해개스성분을 종래의 기존 엔진보다 현저하게 경감시킬 수 있는 자동차용 내연기관을 제공하는데 있다.

또 본 발명의 다른 목적은 특히 가속 및 고부하연속운전시에 녹크의 발생 혹은 분사공이 용해되는 등의 문제를 유발시키지 않고 연비를 개선시킬 수 있는 내연기관을 제공하는데 있다.

또 본 발명의 다른 목적은 분사실을 설치함으로써 배기개스중 HC의 증가경향을 적극적으로 감소시키는 내연기관을 제공하는데 있다.

상기 본 발명의 모든 목적은 흡입구와 배출구를 갖는 연소실과, 혼합개스 생성장치에 의하여 생성된 공기-연료 혼합개스를 흡입구를 개방하여 연소실에 도입하는 주흡입통로와, 연소실내의 소정위치에 스파크캡(Spark Gap)이 배치되도록 실린더헤드에 나선결합된 점화플러그와, 스파크캡에 근접하여 실린더헤드에 설치되어 용적이 0.5㏄이상 1.5㏄이하로 설정된 분사실과, 스파크캡 근방에 설치되어 연소실과 분사실을 연통시키는 분사공과 분사실과, 연통되는 부흡입통로와, 부흡입통로를 개폐하는 부흡입밸브와, 부흡입밸브를 개폐하는 작동기구를 가지며, 분사공에서는 흡입행정시 연소실내에 발생하는 부압에 의하여 부흡입통로를 통해 도입되는 공기, 배기개스 또는 공기-연료혼합개스가 연소실내에 분사되는 것을 특징으로 하는 내연기관에 의하여 효과적으로 달성된다.

본 발명의 내연기관에 있어서, 특히 무부하운전시 및 경부하 운전시에는 교축밸브 개방도가 적기 때문에 교축밸브의 조이는 작용은 크며, 주흡입통로로부터의 흡입공기의 유입속도는 완만하며, 흡입량이 적어 흡입행정에 있어서 연소실내는 고부압이 되며, 부흡입통로로부터 분사실에 도입되는 공기 및 배기개스 또는 공기-연료 혼합개스인 흡입개스는 상기 고부압에 의하여 분사공으로부터 젯트류가 되어 연소실내에 강력하게 분사되며 이 젯트류는 스파크캡 주위의 이미 연소된 개스를 제거하고 착화성을 양호하게 함과 동시에 연소실내에 강력한 와류(渦流) 및 난류(亂流)를 발생시키며, 이 와류 및 난류는 압축행정 중에도 잔존하는 것으로 생각된다. 또 압축행정 후반에 있어서, 스파크캡에서 착화가 이루어지면 일부의 화염은 분사실내로 진입하고 동 분사실내는 압축행정기간에 연소실로부터 유입되는 혼합개스에 의하여 난류가 발생함과 동시에 분사실은 적기 때문에 급격히 연소되어 고온 고압이 되므로 화염이 강력하게 분사공으로부터 연소실내에 압출되며, 이 분사류도 연소실내에서 진행중의 연소를 촉진하는 것으로 고려된다.

분사공으로부터 흡입행정시의 공기 및 배기개스 또는 혼합개스의 분사 및 폭발행정시의 화염의 분사는 점화후의 화염전파를 촉진하므로 연소속도가 상승하여 희박연소한계가 연장되고 연비가 개선된다.

따라서 혼합개스의 분배성, 흡입효율의 저하와 연소실의 벽온도가 낮아서 연소실이 불량한 무부하 혹은 경부하운전시는 물론이고, 중·고부하 운전시에 있어서 희박혼합개스연소를 행하여도 출력저하 및 연비증대가 최소한으로 억제된다. 또 공연비 증대에 의하여 연소최고온도가 저하하여 유해물질의 발생량이 극도로 저감된다.

또 본 발명의 내연기관에 배기개스 환류장치를 병용하면 제어성이 불량한 공연비를 연소한계에 가까운 높은 값으로 책정하지 않아도 용이하게 유해물질의 발생량을 줄이는 것이 가능해지며, 배기개스환류에 의한 착화성 및 화염전파속도의 악화도 상기 분사류에 의하여 개선된다.

또 본 발명의 내연기관에서는 분사실용적을 0.5㏄이상 1.5㏄이하가 되게 설정하므로써 연소온도가 상승하는 가속도 혹은 고부하 연속 운전시에 공연비가 비교적 적은 농혼합개스가 흡입구로부터 연소실내에 공급된 경우에도 분사실내에서의 연소발생열이 적고, 분사공의 용해 혹은 분사공부의 과열에 의한 지나친 조기착화의 발생이 방지된다. 더우기 분사실을 포함한 연소실용적에 대한 분사실을 형성하는 표면적을 포함한 연소실 표면적비의 증가량이 적게 분사실을 설치한 것에 의해 배기개스 중 HC의 증가경향이 최소한으로 억제된다.

이제 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

제1도 및 제2도에 도시된 본 발명의 실시예에 있어서 1은 자동차용 4행정 가솔린 내연기관의 본체, 2는 실린더헤드, 3은 실린더블럭, 4는 피스톤, 5는 연소실, 6은 점화플러그, 7은 흡입구, 8은 배기출구이며 주연소실 5의 상방을 한정하는 실린더헤드 2의 凹부는 반구형상으로 점화플러그 6은 실린더헤드 2의 연소실 5를 형성하는 구형벽면 9에 형성된 관통공 10에 나선결합된다. 점화플러그 6의 스파크갭 11은 상기 구형벽면 9의 연장면상 또는 그 근방에 배치되어 있다. 또 실린더헤드 2에는 상기 스파크갭 11에 인접하여 개방되며, 주흡입밸브의 중심선과 거의 동일한 경사를 갖는 관통공 12가 형성되어 있으며, 관통공12의 연소실 5축에는 중공원통형의 분사실 형성부재 13이 삽입되어 있다. 그 반대측에는 밸브가이드 14가 삽입되어 밸브가이드 14 단부 외주면에 설치된 숫나사부와 분사실 형성부재 13 단부 내주면에 설치된 암나사부와를 나선결합시킴으로써 양자는 상기관통공 12내의 소경부 15와 접하여 실린더헤드 2에 고착되어 있다.

밸브가이드 14에는 버섯형 밸브형상의 부흡밸브 16이 접동가능하게 삽입되어 밸브가이드 14의 암나사부측단부에서는 부흡입밸브 16 외주면과 밸브가이드 14의 내주면이 서로 간격을 두게 되어 환상의 부흡입통로 17이 형성된다. 부흡입통로 17은 밸브가이드 14에 형성된 구멍 18에 의해 실린더헤드 2에 형성된 부흡입통로 19와 연통됨과 동시에 분사실형성부재 13 내면과 부흡입밸브 16의 단부의 단면에 의하여 형성되는 적은 용적의 분사실 20과 연통된다. 그러한 연통밸브가이드 14 선단에 형성된 밸브시이트 21에 부 흡입밸브 16의 단부가 접하므로써 폐쇄된다.

상기 분사실형성부재 13의 연소실 5에 노출된 부분은 구각형상으로 구성되어 이 구각부에는 연소실 5와 분사실 20을 연통시키는 분사공 22가 형성되어 있는데, 상기 분사공 22는 전화플러그 6의 스파크갭 11에 가장 가까운 위치에 설치됨과 동시에 갭 11 또는 그 근방 방향에서 실린더축선을 포함하는 평면에 평행한 평면투영에 관하여 더욱 상기 흡입구 7에서부터 연소실 5내에 흡입되는 혼합개스는 제2도에 표시된 화살표 a방향으로 즉, 와류방향과 동일한 방향에 지향되어 있다.

또 제1도 및 제2도에 있어서 분사공 22로부터의 분사방향은 화살표 b로 표시하였다.

상기 부흡입통로 19는 도시되어 있지 않은 에어클리너를 설치하여 대기에 개방되었다. 한편 흡입구 7은 도시되어 있지 않은 기화기 연료분사장치를 갖는 흡입통로 등의 혼합개스 생성장치에 접속되어 있다. 흡입구 7을 개폐하는 주흡입밸브 23 및 상기 부흡입밸브 16은 다같이 동일의 록크아암 24에 의하여 구동되는 버섯형 밸브로서, 록크아암 24는 록크샤프트 25에 감합되어 기관에 의하여 회전되는 캠샤프트 26에 설치된 캠 27에 접하여 요동하여 캠 27의 접촉면과는 반대측의 아암부가 두 갈래로 분기하고 각 분기부에는 각각 조정나사 28,29가 사선결합되어 있다. 조정나사 28의 단면은 주흡입밸브 23의 밸브내의 단면에 접하고, 조정나사 29의 단면은 부흡입밸브 16의 밸브내의 단면에 접하여 있다.

또 30,31은 밸브스프링이며, 32,33은 스프링리테이너이다.

상기 구성에 의해 흡입행정시, 주흡입밸브 23 및 부흡입밸브 16이 개방되면 연소실 5내에 발생된 부압에 의하여 혼합개스 생성장치에서 생성된 혼합개스가 흡입구 7로부터 제2도에 표시된 화살표 a방향으로 실린더 블럭 3에 의하여 형성된 실린더 주면에 와류를 발생하면서 연소실 5내로 흡입되는 한편, 부흡입통로 19, 구멍 18, 부흡입통로 17을 통해 분사실 20내로 공기가 흡입된다.

분사실 20내로 흡입된 공기는 분사공 22를 통해 연소실 5내에 분사되어 스파크갭 11 주변의 이미 연소된 개스를 제거함과 동시에 상기 혼합개스의 와류 발생을 강화한다.

따라서 상기 분사류는 연소실 5내에 흡입된 혼합개스에 강력한 와류를 줌과 동시에 혼합개스와 적당하게 혼합되어 혼합개스를 희박하게 하고 또 스파크갭 11 주변의 이미 연소된 개스를 제거하여 착화성 및 연소성을 향상시킨다.

또 다시 압축행정 후반에 있어서 스파크갭 11에서 착화가 이루어지면 일부의 화염은 분사공 22로부터 분사실 20내에 진입하며, 분사실 20이 작은 용적을 가지며 압축행정중 연소실 5내의 혼합개스가 분사실 20내로 유입할때 강력한 와류가 발생됨으로써 분사실 20으로 유입된 혼합개스는 급격하게 연소되어 고온 고압이 되면, 화염이 강력하게 분사공 22를 통해 연소실 5내에 분사되므로 분사류는 연소실 5내에서 진행중의 연소를 촉진한다.

그런데 상기 분사실 20의 용적 v가 클 경우에는, 특히 가속시 및 고부하 연속운전시, 착화후의 분사실 20내에서의 연소발생열이 지나치게 높아지며, 상기 분사실 형성부재 13의 분사공 22주변부가 용해되거나 혹은 과열됨으로 인해서 발생하는 조기착화 등의 현상이 발생한다는 것이 실험결과 판명되었다.

이러한 현상을 해소하기 위해 점화시간을 늦추는 등의 방법으로 최고 연소온도로 낮추면 성능저하 및 연비악화가 심해지게 된다.

실험에 의하면 적어도 피스톤 4가 하사점 위치에 있을 때의 실린더 용적이 일기통당 180 내지 700㏄ 범위내에서 분사실 20의 용적 v가 0.5㏄ 내지 1.5㏄일때 특히 연비가 향상되며 배기개스 중 HC의 배출량도 적고 또 가속시 및 고부하 연속운전시 분사공 22 주변부가 용해됨이 없이 조기착화에 의한 녹크의 발생도 허용범위내에서 억제할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

제3도에는 분사실 20의 용적 v를 바로메타로 하여 가속시 상당의 부하를 주고 점화시기를 30°BTDC로 설정하였을 때의 공연비 A/F에 대한 연비 ㎞/ℓ를 상기 제1도에 도시된 실시예의 장치에 의하여 측정한 결과를 도시하였다. 또 실험에서 밝혀진 본 발명의 장치에 있어서 개개의 치수는 다음과 같다.

총배기량 v_a=1597㏄, 1실린더당의 배기량 v_p=399㏄, 실린더보어직경=76.9㎜, 피스톤행정길이=86㎜, 압축비 S=9.3, 피스톤 4가 상사점 위치에 있을 때의 실린더용적 v_c=48㏄, 분사공 22의 직경d₁=6㎜, 부흡입밸브 16의 밸브대직경 d₂=4㎜, 밸브 16의 단부직경 d₃=8㎜, 분사실 20의 직경 d₄=10㎜, 스파크갭 11과 분사공 22와의 거리 x=10㎜, 부흡입밸브 16의 이동길이≒5 내지 6㎜, 제3도에서 명백해진 바와 같이 분사실 20의 용적 v가 0.5 내지 1.5㏄이상으로 증가하면 연비가 악화할 경향이 있는데 그 이유는 분사실 20의 상측요벽으로부터의 열손실이 증가하기 때문인 것으로 고려된다.

또 상기 제3도에 도시된 실험결과에는 상기 용적 v가 0.5㏄이하인 경에 대하여서는 도시되지 않으나, 일반적으로 0.5㏄이하의 용적을 갖는 분사실 20을 형성하는 것은 부흡입밸브 16의 이동거리 혹은 밸브 16의 강도 등을 고려할 경우 구조상 상당한 곤란이 따르며, 고가의 재질을 사용한다면 성립하지 않을법도 없겠지만 정상적으로는 분사실 20의 용적 v가 0.5㏄이하가 되면 화염이 실 20의 위요벽에서 냉각될 수도 있기 때문에 착화후 분사실 20으로부터의 분사류의 효과는 급격하게 감소되며, 특히 상기 분사류의 효과가 큰 무부하 운전시나 경부하 운전시의 연비도 악화하는 것으로 생각된다.

또 제3도에 있어서, N₁, N₂로 표시된 점은 각각 1.8㏄, 2.2㏄에 있어서의 녹크급증점을 표시하며, 이 N₁, N₂점보다 공연비가 적어지면 조기착화에 의한 녹크가 격증하여 운전이 불가능하게 된다.

제4도는 분사실 20과 연소실 5와의 합계용적 V에 대한 분사실 20과 연소실 5를 형성하는 합계표면적 S의 비

와 배기개스중의 HC량의 관계를 도시하고 있는데, 일반적으로

의 증가에 비례하여 HC배출량이 증가하고 분사실 20의 용적 v가 1.5㏄이하인 작은 용적일 경우에는 분사실 20을 설치함으로 인한

의 증가량이 적으며 배기개스중 HC의 증가경향이 최소한으로 억제된다.

또 상기의 실험에 사용된 장치의 분사공 22의 직경 d₁을 6㎜로 설정하였으나 이 분사공 22의 직경 d₁을 3㎜ 내지 8㎜범위내로 설정할때 분사공 22로부터의 분사효과는 양호하며, d₁이 3㎜이하의 경우에는 착화후의 화염이 분사실 20내로 유입되는 것을 방해할 가능성이 있다. 또 d₁이 8㎜이상이 되면 분사류의 지향성 및 속도가 감소되어 분사류에 의한 연비 감소효과는 현저하게 저하한다.

또 상기 장치에서는 스파크갭 11과 분사공 22와의 거리 X를 10㎜로 설정하였으나 이 거리 X는 약 5㎜ 내지 20㎜의 범위내로 설정하면 좋고, X가 5㎜이하로 되면 분사공 22주변이 과열되어 조기 착화의 원인이 되며, X가 20㎜이상 되면 착화후의 분사류의 효과가 감소된다.

Claims (1)

1. 흡입구와 배출구를 갖는 연소실과, 혼합개스 생성장치에 의하여 생성된 공기연료 혼합개스를 상기 흡입구를 개방하여 연소실에 도입하는 주흡입통로와, 연소실내의 소정위치에 스파크갭이 배치되도록 실린더헤드에 나선결합된 점화플러그를 갖는 것에 있어서, 스파크갭에 근접하여 실린더헤드에 설치되어 용적이 0.5㏄ 이상 1.5㏄ 이하로 설정된 분사실과, 스파크갭 근방에 설치되어 연소실과 분사실을 연통시키는 분사공과, 분사실과 연통되는 부흡입통로와, 부흡입통로를 개폐하는 부흡입밸브와, 부흡입밸브를 개폐하는 작동기구를 가지며, 분사공으로부터는 흡입행정시 연소실내에 발생하는 부압에 의하여 부흡입통로를 통해 도입되는 공기, 배기개스 또는 공기-연료혼합개스가 연소실내에 분사되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 연소실.

Images