KR0184165B1 - 스쿼시피스톤을 갖는 자동차용 직분식 가솔린엔진 - Google Patents
스쿼시피스톤을 갖는 자동차용 직분식 가솔린엔진 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 스쿼시피스톤을 갖는 자동차용 직분식 가솔린엔진에 관한 것으로, 엔진이 이론공연비로 운전할 때 연료의 분사가 연소실(7)내에 장착될 인젝터(8)에 의해이루어져 분산된 연료의 기화시 연소실(7)이 냉각되어 흡입공기의 충진효율이 향상되면서 연소온도 또한 저하되어 노킹발생이 억제되며, 압축비가 증가되어 엔진출력이 10%이상 향상되는 한편, 연소실(7)내의 연료가 직접 분사되어 냉간시동시 이론공연비로의 운전이 가능하면서 이에 따라 일산화탄소의 발생이 저감되면서 가/감속운전시 연료가 포트벽에 접촉되지 않으므로 정밀한 공연비제어가 가능하여 탄화수소배출이 저감되고, 인젝터(8)로부터 분사된 연료는 연소실(7)내에서 전부 연소되어 출력으로 전환되므로 엔진의 응답성이 향상되어 운전성이 개선될 수 있도록 한 것이다.
Description
제1a, b, c는 본 발명에 따라 스쿼시피스톤을 갖는 직분식 가솔린엔진의 개략적이 단면도와 이의 측단면도 및 평면도.
제2a, b는 본 발명의 직분식 가솔린엔진에서 연료의 분사상태를 저부하시와 고부하시로 개략적인 각기 도시한 단면상태도,
제3도는 엔진부하와 회전수에 따른 각각의 연료분사를 나타낸 그래프.
제4도는 엔진부하와 회전수를 고려한 공연비를 나타낸 그래프.
제5도는 연료분사시기에 따른 연료와 피스톤과의 접촉되는 구간을 나타낸그래프.
제6도는 희박연소시 펌핑손실을 나타낸 그래프.
제7도는 종래의 가솔린엔진의 개략적인 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 흡기밸브 2 : 배기밸브
3 : 점화플러그 4 : 실린더헤드
5 : 실린더 6 : 피스톤
6a : 오목부 6b : 돌출부
7 : 연소실 8 : 인젝터
[산업상의 이용분야]
본 발명은 스쿼시스피스톤을 갖는 자동차용 직분식 가솔린엔진에 관한 것으로, 특히 엔진의 저부하시에는 희박연소에 의한 연비를 향상시키면서 고부하시에는 이론공연비로의 운전이 실시되게 하여 기관의 출력향상 및 배기가 스저감의 효과를 얻을 수 있도록 된 스쿼시피스톤을 갖는 자동차용 직분식 가솔린엔진에 관한 것이다.
[종래의 기술 및 문제점]
일반적으로 자동차의 가솔린엔진에서는 제7도에 도시된 바와 같이, 연소실(11)내부로 연료를 공급시켜 주는 인젝터(12)가 흡기매니폴드(13)의 흡기포트(14)쪽에 장착되어, 인젝터(12)를 통한 연료의 분사가 흡기행정중 흡기밸브(15)가 닫힌상태에서 이루어져 흡기포트(14)내부로 연료가 분사되어 유입되고, 이 흡기포트(14)내에 분사된 연료는 다음번 흡기행정중 흡기밸브(15)가 개방되면서 연소실(11)로 유입되어 압축행정을 거쳐 압축된 다음 점화플러그(16)의 점화후 연소되어진다.
그런데, 이러한 종래의 가솔린엔진에는 흡기포트(14)내부로 분사된 연료가 흡기포트(14) 내벽에 붙어 원하는 만큼의 연료가 유입되지 못할 뿐만 아니라, 흡기행정후 흡기밸브(15)가 닫힌 다음 분사된 연료가 다음번 흡기행정이 시작될 때서야 비로서 연소실(11)내로 유입됨으로 연료의 유입이 지연되는 현상(Time Delay)이 발생되었고, 이론공연비로 운전될 경우의 공회전과 같은 초기운전시에는 흡기공기가 드로틀밸브의 폐쇄로 인해 연소실(11)내로의 유입이 차단되어 연소실(11)내에서는 부압이 발행되므로 피스톤(17)의 하향운동에서 피스톤(17)과 실린더(18)내벽사이의 저항이 생기므로 엔진효율이 대략 30%정도 떨어지는 단점이 있었다.
또한 상기 인젝터(15)가 흡기매니폴드(13)의 흡기코트(14)쪽에 장착된 종래의 가솔린엔진에서의 연소실(11)내로 유입된 공기와 연료의 혼합기를 압축시키는 압축비를 높이는데 노킹에 따른 한계가 있는 단점이 있었다.
[발명의 목적]
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 발명된 것으로, 엔진의 저부하시와 고부하시에 각기 연료의 분사시기 및 분사시간을 조절하여 희박연소에 의한 연비의 향상과 이론공연비로의 운전을 실시가능케 하면서 기관의 출력향상 및 배기가스저감의 효과를 얻을 수 있도록 된 스쿼시피스톤을 갖는 자동차용 직분식 가솔린엔진을 제공함에 그 목적이 있다.
[발명의 구성]
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 흡/배기밸브(1, 2)와 점화플러그(3)를 장착하고 연소실(7)을 갖는 실린더헤드(4)와, 실린더(5)내에서 상하 승강하는 피스톤(6)으로 구성된 것에 있어서; 상기 실린더헤드(4)의 연소실(7)이 대략 삼각주의 지붕형상으로 이루어 지고, 피스톤(6)은 그 상부가 분할되어 일부는 돌출부(6b)가 돌출되고, 이 돌출부(6b)에 단차지게 오목한 형태로 파인오목면(6a)을 갖추고, 연료를 분사하는 인젝터(8)가 연소실(7)내의 상측 가장자리인 흡/배기밸브(1, 2)사이를 향하도록 실린더헤드(4)에 장착되도록 구성되어 있다.
[실시예]
이하 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명한다.
제1a, b, c는 본 발명에 따라 스쿼시피스톤을 갖는 직분식 가솔린 엔진의 개략적인 단면도와 이의 측단면도 및 평면도이다.
본 발명은 도면에 도시면 바와 같이, 흡/배기밸브(1)(2)와 점화플러그(3)를 실린더블록의 상부와 실린더헤드(4)가 형성하는 연소실(7)의 상부쪽에 장착하게 된다.
이 연소실(7)의 내부로 연료를 공급시켜 주는 인젝터(8)는 흡기매니폴드의 흡기포트쪽에 구비하고서 이 인젝터를 통한 연료의 분사가 흡기행정중 흡기밸브(1)가 닫힌상태에서 이루어져 흡기포트내부로 연료가 분사되어 유입되고, 이 흡기포트내에 분사된 연료는 다음번 흡기행정중 흡기밸브(1)의 개방에 따라 연소실내로 유입되어 압축행정을 거쳐 압축된 다음 점화플러그(3)의 점화에 의해 연소가 이루어 지는 것은 일반적인 가솔린엔진과 같다.
한편, 본 발명에서는, 상기 흡/배기밸브(1, 2)와 점화플러그(3)를 장착한 실린더 헤드(4)와 실린더(5)내 피스톤(6)의 상부가 형성하는 연소실(7)이 대략 삼각주의 지붕(Trigonal Roof)으로 이루어 지면서 상기 피스톤(6)이, 이른바 스쿼시피스톤으로 지칭되는 즉 상부면이 일부는 볼록한 돌출부(6b)가 돌출되고, 이에 단차진 상태로 오목한 형태로 파인 오목면(6a)을 각각 분할하여 갖추게 된다.
그리고, 연료를 분사하는 인젝터(8)가 연소실(7)내의 상측 가장자리인 흡/배기밸브(1, 2)사이를 향하도록 실린더헤드(4)에 장착된 구조로 되어 있다.
또한 상기 인젝터(8)는 엔진이 저부하시에는 제2a에 도시된 바와 같이, 피스톤(6)의 압축행정중에 연료를 연소실(7)내로 직접 분사(Late Fuel Injection)시키도록 되어 있으며, 엔진이 고부하시에는 제2b도에 도시된 바와 같이, 피스톤(6)의 흡기행정중에 이 피스톤(6)이 하향행정중에 연료를 연소실(7)내로 직접 분사(Early Fuel Injection)시키도록 되어 있다.
한편, 상기와 같이 인젝터(8)를 통한 연료의 분사시기는 엔진부하에 따른 분사시기 및 소용시간을 나타낸 제3도에 도시된 바와 같이, 엔진의 저부하시 분사(Late Fuel Injection)는 상기 피스톤(6)이 실린더(5)내에서 흡기행정의 하사점 이후이면서 흡기밸브(1)가 닫힌 이후 시점에서부터 피스톤(6)의 압축행정의 상사점이전 시점까지의 사이구간에서 엔진부하에 따라 가변적으로 이루어지며, 엔진의 구부하시, 분사(Early Fuel Injection)는 상기 피스톤(6)이 실린더(5)내에서 흡기행정의 상사점 이후이면서 배기밸브(2)가 닫힌 이후 시점에서부터 피스톤(6)의 압축행정의 상사점 이전 시점까지의 사이구간에서 엔진부하에 따라 가변적으로 이루어진다.
여기서 상기 인젝터(8)를 통한 연료의 분사량은 엔진부하와 회전수를 고려하여 각 엔진조건에 따른 연료의 분사가 각각의 공연비별로 이루어짐을 나타낸 제4도의 도시선에서와 같이 공연비를 만족시키도록 조절된다.
또한, 상기 엔진의 고부하시 분사(Early Fuel Injection)의 시작시기는 제5도의 도시된 바와 같이 인젝터(8)를 통해 분사되는 연료가 엔진의 흡기행정중 피스톤(6)이 하향운동을 할 때 피스톤(6)의 상부면과 접촉됨(Quenching)을 회피할 수 있도록 하는 시점에서 결정된다.
이하 본 발명의 스쿼시피스톤을 갖는 자동차용 직분식 가솔린엔진에서 저부하시 분사(Late Fuel Injection)와 고부하시 분사(Early Fuel Injection)를 각각 설명하면 다음과 같다.
먼저 엔진의 저부하시 분사(Late Fuel Injection)는, 상기 실린더(5)내에서 피스톤(6)이 흡기행정의 하사점 이후 이면서 흡기밸브(1)가 닫힌 이후인 압축행정중에서 엔진부하에 따라 그 시작시점이 가변적으로 조절되면서 종료시간 압축행정의 상사점 이전 시점으로 고정되어 이루어 지는데, 이때 인젝터(8)를 통해 분사되는 연료의 유동은 상승되는 피스톤(6)의 단차진 부위에 의해 유도되어 점화플러그(3)주위로 모여들게되어 연료의 성층화를 아룰 수 있게 되어 희박연소가 가능하게 되는바, 이 시점에서 상기 피스톤(6)의 상측 오목면(6a)은 인젝터(8)를 통해분사된 연료가 실린더(5)와 피스톤(6)사이의 틈새(Crevice)로 유입되지 않도록 연료의 흐름을 점화플러그(3) 주위로 유도할 수 있다.
따라서, 종래에 이 틈새(Crevice)로 유입되어 배기가스중 포함되어 배출되는 유해성분중 하나인 탄화수소(HC)를 줄어 들게 해 준다.
또한, 엔진의 희박시 이에 따른 펌핑손실을 나타낸 제6도에 도시된 바와 같이, 이론공연비로 엔진을 운전했을 때보다 펌핑손실이 대략 25%이상 감소되는 이점이 있었고, 연소실(7)내로 유입되는 질소와 산소의 양이 증가하여 비열비가 증대되면서 연료가 연소실(7)내에 직접 설치된 인젝터(8)를 매개로 직접분사되어 연료의 기화열에 의한 연소실(7)내의 온도저하로 압축비도 증대시킬 수 있게 되므로 본 발명의 스쿼시피스톤을 갖는 직분식 가솔린엔진은 상승된 이론열효율을 발휘할 수 있게 된다. [참고:엔진의 이론열효율=1-(1/압축비) 비열비-1 ]
그리고 엔진의 고부하시 분사(Early FJel Injection)는 상기 실린더(5)내에서 피스톤(6)이 흡기행정중, 하향이동되면서 시작되어 엔진부하에 따라 그 종료시점이 가변적으로 조절되면서 이루어지는데, 이때 인젝터(8)를 통해 분사되는 연료는 1차로 흡기밸브(1)를 통한 흡입유동에 편성되어 미립확 촉진되면서 흡기와의 혼합이 잘 이루어지고 2차로 피스톤(6)의 상향이동인 압축행정중 오목면(6a)에 의한 스쿼시유동이 유도되어 연소속도가 증가되어 완전연소에 의한 배기가스의 발생이 줄어들며 엔진의 출력이 향상되게 된다.
[발명의 효과]
이상 설명한 바와 같이 본 발명 스쿼시피스톤을 갖는 자동차용 직분식 가솔린엔진에 의하면, 이론공연비로 운전할 때 연료의 분사가 연소실(7)내에 장착된 인젝터(8)에 의해 이루어져 분사된 연료의 기화시 연소실(7)이 냉각되어 흡입공기의 충진효율이 향상되고, 연소온도 또한 저하되어 노킹발생이 억제된다.
또, 압축비가 증대되므로 엔진출력이 10%이상 향상되는 한편, 연소실(7)내의 연료가 직접 분사되어 냉각시동시 이론공연비로의 운전이 가능하면서 이에 따라 일산화탄소의 발생이 저감되면서 가/감속운전시 연료가 포트벽에 접촉되지 않으므로 정밀한 공연비제가 가능하여 탄화수소배출이 저감되고, 인젝터(8)로부터 분사된 연료는 연소실(7)내에서 전부 연소되어 출력으로 전환되므로 엔진의 응답성이 향상되어 운전성이 개선될 수 있는 이점이 있게된다.
Claims (1)
- 흡/배기밸브(1, 2)와 점화플러그(3)를 장착하고 연소실(7)을 갖는 실린더 헤드(4)와, 실린더(5)내에서 상하 승강하는 피스톤(6)으로 구성된 것에 있어서; 상기 실린더헤드(4)의 연소실(7)이 대략 삼각주의 지붕형상으로 이루어 지고, 피스톤(6)은 그 상부가 분할되어 일부는 돌출부(6b)가 돌출되고, 이 돌출부(6b)에 단차지게 오목한 형태로 파인오목면(6a)을 갖추고, 연료를 분사하는 인젝터(8)가 연소실(7)내의 상측 가장자리인 흡/배기밸브(1, 2)사이를 향하도록 실린더헤드(4)에 장착되어 구성된 스쿼시피스톤을 갖는 자동차용 직분식 가솔린엔진.
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