KR950011685B1 - 직접 분사식 디이젤 엔진 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

직접 분사식 디이젤 엔진

제1도는 본 발명의 가장 적합한 한 실시예를 나타낸 평면도.

제2도는 제1도에 있어서의 II-II선 화살표 단면도.

제3도는 다른 실시예를 나타낸 측단면도.

제4도는 종래예를 나타낸 평면도.

제5도는 종래예를 나타낸 측단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 피스톤헤드 2 : 연소실

3 : 실린더헤드 4 : 통로

5 : 노즐수단 6 : 주분공(主噴孔)

7 : 부분공 8, 9 : 내벽면

S : 소용돌이 F : 주분무(主噴霧)

f : 부분무

본 발명은 직접 분사식 디이젤 엔진에 관한 것으로, 특히 소음을 낮게 감소할 수 있도록 도모함과 동시에, 하이드로카아본(HC), 청백연(靑白煙) 등의 개선까지도 달성할 수 있는 직접 분사식 디이젤 엔진에 관한 것이다.

직접 분사식 디이젤 엔진은 높은 연소효율, 낮은 배기온도 등의 장점을 지니고 있다. 그러나 그반면 폭발압력이 높고, 진동 및 소음이 큰 등의 단점을 지니고 있다.

직접 분사식 디이젤 엔진에는 M식 연소실을 채용한 것이 이미 알려져 있다. 이 M식 연소실은 당므과 같이 구성되어 있다. 연료분사노즐에서 분사된 연료를 연소실의 내벽에 부착시켜서 내벽면에 연료필름을 형성시킨다. 이 연료필름을 연소실내 분이기, 내벽 등의 열로서 가열하여 연료증기를 생성시킨다. 그리고, 이 연료증기를 흡입공기와 혼합시켜서 연소용 혼합기를 형성하여 자발적으로 착화(着火)가 일어나도록 한 것이다.

M식 연소실을 채용한 직접 분사식 디이젤 엔진은 연소실 내벽에서 순차 증발하여 오는 연료증기를 연소에 제공함으로써 연소를 완만화하여 급격한 압력상승을 억제할 수 있어서, 소음, 진동을 비교적 낮게 감소할 수 있다. 그러나, 착화지연이 발생하기 쉽고, 도리어 폭발적 연소를 유인하여 바람직하지 않음과 동시에, 또, HC, 청백연 등의 성능이 뒤떨어진다고 하는 문제점이 있었다. 이것은 저부하시, 저온시에 특히 현저하였다.

한편, 제4도 및 제5도에 나타낸 바와같이 예행분사(豫行噴射)를 하는 핀토노즐(pintaux nozzle)을 사용한 것이 알려져 있다. 이것은 예행분사연료(부분무)를 연소실 중앙을 향하여 소용돌이(S)에 끌어 넣어지도록 분사시켜서 혼합기 생성을 척진시켜 착화성, HC, 청백연의 성능을 향상시켰다. 그러나, 이 방식은 혼합기 생성이 순간적으로 달성되기 때문에 연소가 단번에 진행하여 버려서 압력상승률이 높고, 소음, 진동이 격렬하여지는 결점이 있었다.

본 발명은 상술한 바와같은 문제점에 비추어 창안된 것이며, 본 발명의 목적은 소음의 저감을 꾀함과 동시에, HC, 청백연 등의 개선도 달성하는 직접 분사식 디이젤 엔진을 제공함에 있다.

제1발명은 디이젤 엔진의 실린더내에서 왕복운동하는 피스톤의 피스톤헤드에 형성된 내벽면을 지닌 연소실과 디이젤 엔진의 실린더헤드에 장착되고 연소실내에 향하여 한 주분공(主噴孔) 및 연소실의 중앙에서 편심(偏心)되어서 연소실쪽 부분으로부터 이에 접근하는 위치에 연소실의 내벽면에 향하게 한 부분공(副噴孔)을 지니고, 디이젤 엔진의 저부하시에 주분공을 닫힌 상태로 유지하여 부분공에서만 연료를 분사하는 연료 분사노즐수단은 구비하여 부분공으로부터 분사되는 연료의 일부를 연소실 내벽면에 충돌시켜 미립화하게 하고, 연료의 나머지 부분을 연소실의 내벽면을 잇따라서 흐르도록 하여 조기착화하에서 완만한 연소를 하도록 한 것이다.

제2발명은 디이젤 엔진의 실린더내에서 왕복운동을 하는 피스톤의 피스톤 헤드에 내벽면을 지닌 연소실과 디이젤 엔진의 실린더헤드의 실린더내에 연통시켜서 형성되었으며 연소실의 내벽면에 이어지는 내벽면을 지닌 통로와, 이 통로내에 마련되어 연소실내를 향하게 한 주분공 및 통로의 내벽면을 향하게 한 부분공을 지니고, 디이젤 엔진의 저부하시에 주분공을 닫힌 상태로 유지하여 부분공에서만 연료를 분사하는 연료분사 노즐수단을 구비하고, 통로의 내주면이 연료분사노즐수단과 연소실의 내벽면 사이에 형성되도록 구성하여 부분공으로부터 분사되는 연료의 일부를 통로의 내벽면에 충돌시켜서 미립화하게 하고, 연료의 잔부(殘部)를 통로의 내벽면에서 연소실의 내벽면에 잇따라서 흐르도록 하여 조기착화하여 완만한 연소를 하도록 하는 것이다.

다음에, 본 발명의 가장 적당한 한 실시예를 첨부도면에 따라서 상세히 설명한다. 제1도 및 제2도에 나타낸 바와같이, 디이젤 엔진의 실린더내에 왕복운동하는 피스톤의 피스톤헤드(1)에는 내벽면(8)을 지닌 보올형상의 연소실(2)이 구획 형성되어 있다. 한편, 디이젤 엔진의 실린더헤드(3)에는 연소실(2)의 중심에 편심한 위치에서 실린더내에 연통시켜서 연로분사노즐수단 장치용 통로(4)가 형성되어 있다. 이 통로(4)내에는 연소실(2)의 중심으로부터 편심한 위치에서 연소실(2)내를 향하게 하여 연료분사노즐수단(5)이 마련되어 있다.

이 연료분사노즐수단(5)은 핀토노즐에 유사한 형식의 것이다. 이 연료분사노즐수단(5)은 노즐 중앙에 주분사용 주분공(6)이 형성되어 있는 동시에 원추상의 노즐쪽 부분에 부분사용 부분공(7)이 형성되어 있다. 그리고, 부분공(7)은 저부하 일때 니이들 밸브(도해없음)의 리프트량이 소정량 이하에서 주분공(6)이 닫혀져 있을 때에 개방되어 부분무를 분사한다. 한편, 주분공(6)은 고부하 일때 니이들밸브의 리프트량이 소정량이상으로 되었을 때에 개방되어 부분공(7)보다도 주도적으로 주분무를 분사한다. 특히, 부분공(7)은 부분무를 미립화시키기 위하여 구경(句徑)이 작게 형성되어 있다.

더욱이, 부분공(7)은 연료분사노즐수단(5)이 연소실(2)의 중앙에서 편심되어 있으므로, 짧은 거리에서 근접하는 연소실 내벽면(8)을 대향하여 향하고 있다. 한편, 주분공(6)은 연소실(2)내에서 생성되는 소용돌이의 흐르는 방향의 하류쪽 연소실(2)의 내벽면(2)의 내벽면(8)에서 비교적 긴 거리를 떨어져서 향하고 있다.

다음에, 실시예의 작용에 대하여 설명한다.

아이들링 할때, 저부하시에 있어서는 분사연료량은 적어도 된다. 따라서, 니이들밸브의 리프트량도 작게 억제되어 부분공(7)에서만 부분무(f)가 분사된다. 분사된 부분무(f)는 연소실 내벽면(8)에 충돌하여 그 일부 연료(f₁)은 충돌의 힘에 의하여 미립화된다. 그리고, 이 미립화 연료는 그대로 연소실(2) 안쪽으로 비산(飛散)되어 연소실(2)내에 생성되는 소용돌이(S)에 의하여 혼합기로 되어서 착화(着火)에 기여한다.

한편, 나머지 대부분의 부분무(f) 연료는 곧 연소실 내벽면(8)에 충돌 부착하여 필름 상태에서 소용돌이(S)방향으로 잇따라 흐르게 된다. 즉, 연소실 내벽면(8)에 충돌하여 비산하여 소용돌이(S)에 의하여 혼합기화되는 미합화 일부 연료(f₁)로서 조기착화를 달성함과 동시에, 착화에 이어지는 연소를 연소실 내벽면(8)에 잇따라서 필름상으로 흐른 부분무(f) 연료에 의하여 완만하게 한다. 이와같이 하여 착화 지연을 방지하면서 실린더내의 압력상승률을 억제하여 소음을 낮게 감소할 수 있다.

연료를 필름화하고, 또한 연료필름을 소용돌이(S)의 흐른 방향과 같은 방향으로 흐르도록 하는 것은 연료의 증기화, 소용돌이(S)에 의한 혼합기화를 억제하게 된다. 그러나, 연료의 증기화, 혼합기화가 현저히 손상되면 HC, 청백연 등의 성능이 악화된다. 이점에 관하여 본 발명에 있어서는 부분공(7)의 소구경화에 의한 부분무(f)의 미립화, 연료필름의 박막화에 의하여 연소실내 분위기, 연소실 내벽 등의 열에 의한 연료의 증기화가 촉진된 상태에서 일부 연로(f₁)를 미립화하여 비산시켜서 조기착화를 확보하며, 결과적으로 빠른 시기의 착화로부터 연료증기를 충분히 연소에 제공하여 원활한 완만 연소하에 HC, 청백연 등을 개선할 수 있다.

즉, 본 발명은 필름 형상 연료의 증기화, 혼합기화를 촉진시킨 상태에서 완만한 연소 과정을 통하여 그와 같은 밸런스에 급격한 압력상승을 억제하여 소음을 낮게 감소하면서 HC, 청백연 등의 개선을 달성할 수 있었다. 특히, 일부 연료(f1)의 미립화에 의한 조기착화는 착화지연을 방지하여 폭발적인 연소를 방지하고, 또 HC, 청백연 등의 발생을 더욱 억제할 수 있었다.

나아가서, 본 발명에 있어서는 연소실 내벽면(8)과 부분공(7)이 접근되어 있다. 따라서, 연소실 내벽면(8)에 충돌할 때까지의 사이에 부분무(f)가 소용돌이(S)에 끌려들어가는 것을 억제할 수 있으며, 이런 점에 있어서도 급속한 연소를 방지할 수 있다.

한편, 중·고부하시에는 분사 초기에 저부하시와 마찬가지 연소 과정을 거친다. 특히, 이 경우에는 니이들밸브는 크게 상승함과 동시에, 큰 분무관통력을 지닌 주분무(F)는 주분공(6)으로부터 분사된다. 마찬가지로, 주분무(F)는 소용돌이(S)의 하류쪽 연소실(2)의 내벽면(8)을 향해서 소용돌이(S)의 흐름과 동일 방향으로 분사되며, 소용돌이(S)의 힘에 의해서 연소실(2)의 내벽면(8)의 위에 필름 상태로 부착된다. 이어서, 주분무(F)연료는 부분무(f)의 조기착화에 의해서 생긴 불꽃으로 증발된다. 따라서, 전연료(全燃料)를 공기와 순간적으로 혼합보다는 오히려 소음을 감소할 수가 있다.

제3도는 본 발명의 호적한 다른 실시예를 표시한다. 이 실시예에 의하면 부분공(7)이 그 근접하에 배설된 연소실의 내벽면(8)을 향하여 있고, 부분무(f)가 전술한 내벽면에 충돌하게 해서 연소실의 내벽면(8)위에 부착되게 하는 위에서 설명한 실시예 대신에 통로(4)를 구비하고 있는 연료부나노즐수단(5)이 연소실의 내벽면(8)에 이어지는 내벽면(9)에 형성된다. 그리고, 부분공(7)은 내벽면(9)을 향하고 있다. 부분무(f)는 한번 내벽면(9)과 충돌하게 되고, 이어서 통로(4)로부터 연소실의 내벽면(8)에 흘러가게 된다.

이 경우에, 부분무(f)는 연소실의 내벽면(8)에 충돌할 때까지 소용돌이(S)에 의해서 끌려들어가는 것이 방지되어 급속 연소가 억제되는 것이다. 이 실시예의 주분공(6)은 앞서의 실시예에서의 분공과 유사한 것이다.

더욱이, 본 발명에 의하면 착화 지연의 단축은 저세탄값(low cetane number)의 연료를 사용할 수 있게 하고, 또 디이젤 엔진을 적합하게 작동시킬 수 있게 한다.

위에서 설명한 바와같이, 본 발명의 우수한 효과들은 다음과 같이 요약될 수 있다.

① 연료가 조기착화로 충분히 연소되고, 또 완만한 연소가 소음을 낮게 줄이고, 또한, HC와 청백연 등을 개량한다.

② 부분무가 내벽면과 충돌할 때까지 소용돌이에 의해서 끌려들어가는 것이 방지될 수 있어서 급속 연소를 억제한다.

③ 저세탄값의 연료 사용이 가능하여서 조기착화의 보장으로 디이젤 엔진을 접합하게 작동시킨다.

Claims (4)

1. 디이젤 엔진의 실린더에서 왕복운동을 하는 피스톤의 피스톤헤드(1)에 형성된 내벽면(8)을 지닌 연소실(2)과, 상기 디이젤 엔진의 실린더헤드(3)에 형성된 통로(4)와, 이 통로(4)에 배치된 연료분사노즐수단(5)을 포함하는 직접 분사식 디이젤 엔진에 있어서, 상기 연료분사노즐수단(5)은 연소실(2)의 중심에서 편심위치로 디이젤 엔진의 실린더헤드(3)위에 설치되고, 그 선단에는 주·부분공(6,7)을 미련하였으며, 상기 주분공(6)은 연소실(2)쪽으로 향하고, 상기 부분공(7)은 피스톤이 상사점(上死點)에 있을 때, 연소실(2)의 내벽면(8)쪽으로 향하고 있으며, 또 상기 연료분사노즐수단(5)은 디이젤 엔진이 저부하이고 2개의 주·부분공(6,7)을 지니고 있을 때, 주분공(6)이 폐쇄되어 있는 동안 부분무(f)는 부분공(7)만을 통하여 내벽면(8)쪽을 향하여 분사되고, 많은 양의 주분사(F)는 주분공(6)을, 적은 양의 부분사(f)는 부분공(7)을 통하여 각각 분사되며, 상기 통로(4)는 피스톤이 상사점에 있을 때 연소실(2)의 내벽면(8)에 이어지는 자유내벽면(9)을 지니며, 상기 부분공(7)은 근접된 위치에서 상기 통로(4)의 자유내벽면(9)쪽을 향하고 있으며, 상기 연소실(2)은 그 종단면이 원형이면서 최상부는 선형이고, 나머지 부분은 만곡되어 있으며, 연소실(2)의 호이단면은 원형이고 직경이 피스톤의 상면으로부터 소정 깊이까지 커진 다음 연소실의 중심축의 아랫방향으로 0까지 감소되므로 연소실 상부에 안쪽으로 돌출한 립(lip)부분을 형성하게 되고, 피스톤의 압축 운동일 때 수직 소용돌이가 연소실(2)에서 발생하는 것을 특징으로 하는 직접 분사식 디이젤 엔진.
2. 제1항에 있어서, 부분공(7)은 아래쪽으로 향하고, 연료분사노즐수단(5)은 상기 부분공(7)으로부터 부분무(f)를 연소실(2)의 내벽면(8)을 향하여 분사시켜서, 이 부분무(f)를 연소실(2)의 내벽면(8)에 따라 연소실(2)에서 발생하는 소용돌이(S)의 흐름방향으로 흐르도록 한 것을 특징으로 하는 직접 분사식 디이젤엔진.
3. 제1항에 있어서, 통로(4)의 내벽면(9)은 부분공(7)으로부터 분사된 부분무(f)가 상기 통로(4)의 내벽면(9)과 충돌하게 하여서, 상기 부분무(f)의 일부(f₁)는 미립화시켜서 비산하게 하고, 상기 부분무(f)의 나머지 부분은 내벽면(9)을 따라 흐르도록 한 것을 특징으로 하는 직접 분사식 디이젤 엔진.
4. 제1항에 있어서, 연료분사노즐(5)이 주분공(6)은 연소실(2)에서 발생하는 소용돌이(S)의 하류측 연소실(2)의 내벽면(8)쪽으로 노출시키고, 주분무(F)를 연소실(2)의 내벽면(8)을 향하여 분사시킴으로써 상기 주분무(F)를 소용돌이(S)의 흐름에 따라 연소실(2)의 내벽면(8)으로 흐르도록 한 것을 특징으로 하는 직접 분사식 디이젤 엔진.

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