KR940006054B1 - 디이젤엔진의 연소실 - Google Patents

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KR940006054B1 KR1019900012247A KR900012247A KR940006054B1 KR 940006054 B1 KR940006054 B1 KR 940006054B1 KR 1019900012247 A KR1019900012247 A KR 1019900012247A KR 900012247 A KR900012247 A KR 900012247A KR 940006054 B1 KR940006054 B1 KR 940006054B1
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Abstract

내용 없음.

Description

디이젤엔진의 연소실
제 1 도는 본 발명의 일실시예에 의한 디이젤엔진의 연소실의 형상을 표시한 단면도.
제 2 도는 본 발명의 다른 실시예에 의한 디이젤엔진의 연소실의 형상을 표시한 단면도.
제 3 도는 제 2 도에 표시한 연소실의 직경과 면적과의 관계를 표시한 그래프.
제 4 도는 본 발명의 다른 실시예에 의한 디이젤엔진의 연소실의 형상을 표시한 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
(1) : 피스톤 (2), (2') : 연소실
(2a) : 개구단부 (2b) : 아알(R)부
(2c), ('c) : 측벽면 (2'd), (2'e) : 곡면
(2'f) : 평탄부 (3) : 돌기
(3a) (3'a) : 하부 (3b) : 상부(원추대형)
(3c) : 경사면 (4) : 분사노즐
(10) : 연소실 (10A) : 원추돌기
(10B) : 측벽면 D2: 내경
D3: 최대내경 O1, O2: 중심
R1, R2: 반경 β : 꼭지각
본 발명은, 디이젤엔진의 연소실에 관한 것으로서, 특히, 배기가스중의 유해성분의 발생을 감소시키기 위한 연소실의 형상에 관한 것이다.
일반적으로, 디이젤엔진의 연소실에 있어서는, 피스톤상면에 움패인부분으로 형성된 연소실을 형성하고, 이 연소실내에서 압축되는 공기에 직접 연료를 분사하는 구조가 알려져 있다.이 연소실은 토로이달(toroidal) 연소실이라고 호칭되고 있다.
연소실내에서의 공지는 피스톤의 상승시에 선회하여, 와류를 발생한다. 그리고, 연료는 와류를 횡단해서 나아가기 때문에, 연료가 원주방향에서 균일하게 혼합될려면, 연속분사에 있어서의 다음 분사까지의 사이의 전체둘레를 회전하는 강한 와류가 요구된다.
또, 연료와 공기의 혼합을 균일하게하고, 특히, 일시적인 집중연소를 행하지 않게하고 연속적인 연소가 행하여지도록 하는 것은, 배기가스중의 유해성분의 하나인 매연이나 Nox의 저감에 유효한 것으로 되어 있다.
이와같은 이유에 의해, 종래에 있어서는, 연소실의 움패인부분의 형상을 하아트형이나 반구형 혹은 구형(球形)으로 하는 것이 제안되어 있다.
그러나, 상기 형상의 연소실에서는, 연료와 공기의 혼합이 가장 잘 행하여져야할 측벽면에서의 연소가 완전하지 않고, 불완전연소를 발생하기 쉽다.
즉, 연소실의 중심부에서는, 분사되는 연료가 충분히 확산되지 않으므로서 미립자로는 되어 있지 않고, 공기와의 접촉에 의해 착화가 가능한 상태에 있지 않다. 이결과, 와류중심부에서 체류하고 있는 공기는 원활한 연료의 착화에 그다지 영향을 주지 않는다. 이에 비해서 측벽면 근처에서는, 연료와 공기의 혼합이 맹렬히 행하여지거나, 연소에 필요한 공기가 부족하기 쉽다. 이와같은 이유에 의해, 연소하기 위한 연료의 양에 대해서 공기가 부족되면 불완전연소를 일으켜서 배기가스속의 유해성분이 많이 발생한다.
또, 움패인부분의 측벽면에서의 공기와 연료의 혼합교반이 와류의 세기에 의존하는 일때문에 균일한 혼합성능을 보증하는 것이 어렵다.
따라서, 본 발명의 목적은, 배기가스속의 유해성분, 특히 매연이나 Nox의 발생을 감소시킬 수 있는 디이젤엔진의 연소실을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 목적하는 바는, 연료와 공기와의 혼합이 맹렬히 행하여지는 위치에 공기를 최대한 공급할 수 있는 디이젤엔진의 연소실을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 공기와 연료와의 교반혼합성을 개선하는 디이젤엔진의 연소실을 제공하는데 있다.
본 발명에 의한 디이젤엔진의 연소실은, 직접 분사식(Direct Injection Type) 디이젤엔진에 사용되고, 피스톤의 정상부에 형성된 원형상의 움패인부분의 바닥면중앙이 추형상으로 솟아오른 돌기를 가지고 있다. 이 돌기는 움패인부분의 바닥면쪽에 위치는 하부가 급한 구배로, 그리고 정상면쪽에 위치는 상부가 완만한 구배로된 원추대형으로 형성되어 있다. 따라서, 돌기는 정상면이 평탄하므로 분사노즐과의 간섭이 방지되어서 연소실 중앙부에 체류하고 있는 공기를 측벽면으로 향하게해서 안내한다.
또, 원추대형의 꼭지각은 분사노즐의 원뿔각보다도 10~30°작게 하고, 움패인부분의 측벽면과 이에 대향하는 하부의 경사면과의 사이의 각도가 평행~30°로 설정되어 있다. 따라서, 분사노즐로부터 분사되는 연료는 돌기부의 하부와 충돌하는 것이 방지되어서, 이 연료는 측벽면을 향해 흐른다.
또, 본 발명에 의한 디이젤엔진의 연소실은, 측벽면의 리엔트런각을 20~30瀚로 설정하고 있다. 따라서, 측벽면은, 피스톤상승시에 연소실로 유입하는 공기의 흐름을 교란해서 층류로 되는 것을 저지하여 연료와의 교반성을 향상시킨다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명한다.
제 1 도는 본 발명의 일실시예에 의한 디이젤엔진의 연소실의 형상을 표시한 단면도로서, 제 1 도에 있어서, 피스톤(1)의 정상부중앙에 형성된 연소실(2)는, 원형상의 움패인부분으로서, 그 개구단부(2a)의 내경 D2가 연소실내부의 최대내경 D3보다고 작게 (D2＜D3)되어 있으며, 바닥면의 중앙에는 돌기(3)이 형성되어 있다.
이 돌기(3)은, 종래의 돌기에 비해서 큰 형상으로 형성되어 있으며, 또한, 대략 하반분(이하「하부」라함) (3a)가 급하게 일어선 추형상을 이루고, 당해 하부 (3a)에 이어지는 상반분(이하「상부」라함) (3b)가 하부(3a)의 경사면보다도 완만한 경사면을 가진 대략 원추대형상을 이루고 있으며, 정상부 평면 즉, 연소실(2)의 중앙부에 있어서의 깊이는 종래보다도 약간 얕게 되어 있다.
이 돌기 (3)의 상부 즉, 원추대형(3b)의 꼭지각 β는, 당해 돌기(3)의 위쪽 또는 연소실(2)의 중심선상에 배치되어 있는 분사노즐(4)의 원뿔각 θ보다도 약간 작은 각도, 구체적으로는 10~30° 작은 각도 [β=θ-(10~30°)]로 설정되어 있다. 그리고, 돌기(3)의 상부(3b)를 원추대형으로 하고 정상부를 평면으로 하므로서, 분사노즐(4)에 간섭하는 것을 방지하고 있다. 또, 돌기(3)의 하부(3a)를 급한 경사면으로 일어서게 하고, 상부(3b)의 경사면을 완만하게 해서, 분사노즐(4)로부터 분사된 연료가 당해 돌기(3)의 하부(3a)의 경사면(3c)에 닿는 것을 방지하고 있다.
연소실(2)의 돌기(3)의 하부(31)에 이어지는 바닥면 둘레가장자리부 및 측벽면의 하부 즉, 바닥아알(R)부 (2b)는, 구체(球體)를 돌기 (3)의 하부(3a)의 원주방향을 따라 굴렀을때에 만들어지는 형상을 이루고 있으며, 연소실(2)의 바닥면의 바깥쪽 가까운 부분의 단면형상이 원의 일부를 포함한 형상 즉, 원호형상을 이루고 있다. 이 원호의 반경 R은, R=0.12D2~0.18D2의 범위로 설정되어 있다. 여기서, 값 D2는 상기한 연소실(2)의 개구단부(2a)의 내경이다.
연소실(2)의 바닥아알부(2b)에 이어지는 측벽면(2c)는, 위쪽을 향해서 테이퍼형상으로 직경이 작아지는 경사면을 이루고 있다. 그리고, 이 측벽면(2c)와 돌기(3)의 하부(3a)의 경사면(3c)는 평행 또는 약간의 각도 α를 이루어서 대향하고 있다. 이 각도 α는 평행~30°의 범위로 설정되어 있다. 연소실(2)의 바닥아알부(2b)의 측벽면(2c)와의 접합부분 근처가 당해 연소실(2)의 최대내경 D3을 이루고 있다.
이와같이 해서 연소실(2)는, 개구단부(2a)의 내경 D2를 작게, 최대내경 D3을 크게, 가장 깊은 부분의 깊이 h를 깊게, 그리고, 돌기(3)을 크게 형성하고 있다.
제 1 도에 표시한 연소실의 형상에 있어서, 분사노즐(1)로부터 분사된 연료는, 연소실(2)의 측벽면(2c)의 하부를 향해서 당해 연소실(2)에 발생하는 선회공기류, 즉, 와류를 가로질러서 나아가고, 분무는 점차 새로운 공기속에 분배된다. 또, 중앙의 돌기(3)이 크게 형성되어 있기 때문에 연소실(2)의 공기유동의 중심이 당해 연소실(2)의 측벽면(2c) 가까이에 접근하여, 연소에 그다지 관여하지 않은 연소실중심 부근의 공기를 유효하게 이용할 수 있다. 또 연소실(2)는 개구단부(2a)의 내경 D2를 작게, 최대내경 D3을 크게, 가장 깊은 부분의 깊이를 깊게 형성하고 있기 때문에 피스톤(1)의 하강시에 있어서도 와류 즉, 공기유동을 양호하게 보존해 두는 일이 가능해진다.
이 결과, 연료의 안개화가 촉진되어, 착화성이 향상되는 동시에, 연소실(2)내에 있어서 연료가 양호하게 연소해서 매연 발생이 억제된다. 이에 의해 엔진 성능의 향상을 도모할 수 있다.
제 2 도는 본 발명의 다른 실시예에 의한 디이젤엔진의 연소실의 형상을 표시한 것이며, 제 2 도에 있어서, 연소실(2')는, 상기 제 1 도에 표시한 연소실(2)의 형상에 추가해서 바악아알부(2'b)의 측벽면(2'c)에 연달아 형성되는 바깥쪽의 곡면(2'd)를 반경 R1로, 돌기(3')의 하부(3'a)에 연달아 형성되는 안쪽의 곡면(2'e)를 반경 R2(R1≠R2)로하고, 또한 연소실(2')의 직경 di위치에 있어서의 면적(연소면적) Si=π×diℓ1을 평가항목으로 하고, 연소실(2')의 대략 중앙에 있어서 당해 면적 Si가 제 3 도에 표시한 바와같이 확대되도록, 곡면(2'd), (2'e)의 반경(R1), (R2)의 중심(O1), (O2)를 거리 a(=2~6mm정도)만큼 격리시켜서 연소실(2')의 바닥면 즉, 바악아알부(2'b)에 평탄부(2'f)를 형성한 것이다.
연소실(2')를 이와같은 형상으로 하므로서, 연소실(2')의 중심방향으로의 화염의 확대를 도모할 수 있고, 착화후의 연소가 더욱 양호하게 되어, 연료소비의 개선을 도모할 수 있다.
제 4 도는 본 발명의 다른 실시에에 의한 디이젤엔진의 연소시의 형상을 표시한 단면도로서, 제 4 도에 있어서, 연소실(10)은, 평면투시형상이 원형이 되는 움패인부분으로 구성되고, 바닥면의 중앙부에는, 피스톤 상면을 향해서 돌출하는 원추돌기(10A)가 형성되어 있다.
그리고, 상기한 연소실(10)에 있어서의 측벽면(10B)는, 피스톤 상면과 바닥면과의 사이의 벽면의 경사각, 소위 리엔트런트각(re-entrant angle) r를 20~25°로 하고 있다.
또, 상기한 원추돌기(10A)의 정상부까지의 높이 H는, 이 연소실의 중앙부를 향해서 배치되어 있는 분사 노즐(도시생략)의 분사용 분사구멍으로부터의 연료의 분사를 방해하지 않은 위치에 달하는 높이로 되어 있다.
즉, 상기한 리엔트런트각은, 측벽면의 움패임을 크게 하기 위하여 설정되어 있다. 이 결과, 압축행정시에 있어서는 공기는, 난류를 발생하도록 되어 있다. 또, 원추돌기(10A)의 높이는, 이 위치에서의 연료를 외벽면 근처에 안내하기 위하여 설정되어 있다. 이 결과, 연료분사시, 이 위치에서 분사도는 연료가 그다지 확산되지 않고 미립자로 되어 있지 않는 때에는, 공기와의 접촉에 있어서, 착화할 수 있는 상태에 있지 않기 때문에, 공기의 난류가 발생하고 있는 개소에 안내해서 충분한 혼합을 행하게 할 수 있다. 또한, 제 4 도중, 파선으로 표시한 범위는 연료의 분사범위를 나타내고 있다.
제 4 도에 있어서, 연소실내에 도입된 공기는, 통상, 리엔트런트각이 없는 상태 혹은 안쪽을 향해서 리엔트런트각이 설정된 형상을 가진 종래 구조와 비교하면 층류의 발생을 저지하여 측벽면의 움패임부분으로 휘감아 넣으므로서, 난류를 발생하기 쉽게 한다. 따라서, 이 난류에 대해서 원추돌기(10A)의 근처위치로부터 바닥면을 향해서 안내된 연료는 가장 공기가 많은 개소인 난류위치에 달하게 되므로, 착화성이 좋아진다. 특히, 난류이기 때문에 연료의 분산상태가 연소실내에 확산하는 것과 더불어, 화염의 전파를 일부에 집중시키는 일없이 연소실 전역에 걸쳐서 원할하게 행하게 된다.
상기한 리엔트런트각을 설정하므로서, 이런 종류의 연소실내에서 발생하게 되는 와류를 장시간 유지할 수 있고, 이에 대해서도 화염전파성을 개선할 수 있다.

Claims (5)

  1. 피스톤 정상부에 있는 원형상의 움패임의 바닥면 중앙이, 추형상으로 솟아 오른 돌기로 형성되고, 이 돌기에 이어지는 둘레가장자리부가 원호형상으로 형성되어 서 측벽면에 연속되는 형상을 가진 직접 분사각 디이젤엔진의 연소실에 있어서, 돌기(3)는, 급한 구배면으로 형성되어 있는 바닥면쪽에 위치하는 하부(3a)와 완만한 구배면을 가진 원추대형으로 형성되어 있는 정상부쪽에 위치하는 상부(3b)를 연속시켜서 조합되고, 원추대형의 꼭지각(β)은 분사노즐(4)의 원뿔각(θ)보다도 10~30°작게 되고, 그리고, 연소실(2)의 측벽면(2c)과 이 측벽면에 대향하는 하부구배면(3c)과의 벌어짐각(α)이 평행~30°로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 디이젤엔진의 연소실.
  2. 제 1 항에 있어서, 돌기(3)의 하부(3a)와 측벽면(2c)에 연속되는 움패임부분의 바닥면(2b)은 원추방향에 따라서 구체를 굴렸을때에 만들어지는 형상으로 형성되고, 이 바닥면(2b)은, 연소실(2)의 개구단부(2a)의 내경(D2)에 대하여 반경을 R=0.12D~0.18D의 관계를 가지게 한 것을 특징으로하는 디이젤엔진의 연소실.
  3. 제 1 항에 있어서, 측벽면(10B)의 리엔트런트각(r)이 20~25°로 설정되어 있는 것을 특징으로하는 디이젤엔진의 연소실.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 돌기(3)는, 그 높이를 분사노즐로부터의 연료의 분사를 방해하지 않는 위치에 까지 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 디이젤엔진의 연소실.
  5. 제 1 항에 있어서, 돌기(3')의 하부(3'a)와 측벽면(2'c)에 연속되는 움패인부분의 바닥면(2'b)은, 상기 측벽면(2'c)에 연달아 형성되는 바깥쪽의 곡면(2'd)를 반경 R1로 형성시키고, 상기 하부(3'a)에 연달아 형성되는 안쪽의 곡면(2'e)를 반경 R2로 형성하고, 상기 반경 R1과 상기 반경 R2와의 중심을 거리 a만큼 떨어지게 해서, 상기 바깥쪽의 곡면(2'd)와 상기 안쪽의 곡면(2'e)와의 사이에 평탄부(2'f)를 형성한 것을 특징으로하는 디이젤엔진의 연소실.
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