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KR20140052146A - 피스톤 엔진용 프리챔버 구조 - Google Patents

피스톤 엔진용 프리챔버 구조 Download PDF

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KR20140052146A KR1020120116829A KR20120116829A KR20140052146A KR 20140052146 A KR20140052146 A KR 20140052146A KR 1020120116829 A KR1020120116829 A KR 1020120116829A KR 20120116829 A KR20120116829 A KR 20120116829A KR 20140052146 A KR20140052146 A KR 20140052146A
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우수형
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최병영
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Abstract

피스톤 엔진용 프리챔버 구조가 개시된다. 연료와 공기의 혼합물이 연소되는 프리챔버 연소실 및 상기 프리챔버 연소실과 연통됨과 더불어 경사 벽면을 가진 부실과, 이 부실로부터 연장되게 형성된 주실을 구비한 프리챔버 압축실을 포함하여, 프리챔버 압축실의 벽면에 연료가 약적 상태로 흡착되어 잔류되지 않게 된다.

Description

피스톤 엔진용 프리챔버 구조{A pre-chamber arrangement for piston engine}
본 발명은 피스톤 엔진용 프리챔버 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연소실 쪽을 향한 압축실의 하부가 연소실 쪽을 향해 경사지게 형성된 피스톤 엔진용 프리챔버 구조에 관한 것이다.
일반적으로 연료와 공기의 혼합물이 연소 엔진 내에서 연소될 때에 질소 산화물(NOx)이 형성된다.
상기 질소 산화물의 양은 연소 온도의 상승과 함께 증가하지만, 연료와 공기의 혼합비를 증가시킴으로써, 즉 더 희박한 연료 혼합물을 사용함으로써 감소시킬 수 있다.
그러나 연료와 공기의 혼합비를 증가시키면, 엔진 내에서 연료의 연소가 불완전하게 될 수 있다.
상기와 같은 불완전 연소의 효율을 개선하기 위해 린번(lean burn) 엔진에서는 프리챔버를 적용하고 있다. 상기 프리챔버에는 상대적으로 농후한 연료와 공기의 혼합물이 공급되고, 이 혼합물을 점화하여 그 화염을 연소실로 전파함으로써 연소실 내에서 상대적으로 희박한 연료와 공기의 혼합물이 연소되게 한다.
상기 프리챔버에 연료와 공기의 혼합물을 공급하기 위해 압축실이 형성된다. 상기 압축실에는 연료를 공급하기 위한 프리챔버 인젝터가 설치됨과 더불어 공기를 공급하기 위한 공기흡입구가 형성된다. 상기 압축실에서 연료와 공기가 혼합 및 압축되어 혼합물이 형성되고, 이 혼합물은 연결통로를 통해 상기 프리챔버 연소실로 공급된다.
상기 프리챔버 연소실에는 스파크 플러그가 설치된다. 상기 압축실에서 프리챔버 연소실로 연료와 공기의 혼합물이 공급되면, 상기 스파크 플러그가 점화하여 혼합물을 연소시킨다.
상기 프리챔버 연소실은 주 연소실과 노즐을 통해 연통된다. 상기 프리챔버연소실에서 연소된 혼합물의 연소 화염은 상기 노즐을 통해 주 연소실로 전파된다.
그런데 상기와 같은 종래의 피스톤 엔진용 프리챔버 구조에서는 상기 압축실에 분사된 연료가 압축실의 벽면에 흡착되어 잔류됨에 따라 공연비 제어가 어렵고, 상기 압축실의 벽면에 흡착된 연료가 액적 상태에서 연소됨에 따라 불완전 연소가 발생하여 다량의 입자상 물질을 발생시킬 우려가 있었다.
본 발명의 실시 예는 연소실의 공연비 제어를 보다 효과적으로 구현할 수 있고, 불완전 연소를 예방하여 입자상 물질의 배출을 최소한으로 저감할 수 있는 피스톤 엔진용 프리챔버 구조를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예는, 연료와 공기의 혼합물을 연소시켜 주 연소실로 화염을전파하는 프리챔버 연소실 및; 상기 프리챔버 연소실과 연통됨과 더불어 경사 벽면을 가진 부실과, 이 부실로부터 연장되게 형성된 주실을 구비한 프리챔버 압축실을 포함할 수 있다.
상기 프리챔버 압축실은 상기 프리챔버 연소실보다 상부에 배치될 수 있다.
상기 프리챔버 압축실의 부실은 상기 상부로 갈수록 직경이 확장되게 형성될 수 있다.
상기 주실은 동일한 직경으로 형성될 수 있다.
상기 주실의 한쪽 벽면에 공기를 흡입하기 위한 공기 흡입구가 형성될 수 있다.
상기 주실의 한쪽 벽면에 상기 주실로 연료를 분사하는 인젝터가 상기 부실의 경사 벽면의 경사 각도와 동일한 각도로 경사지게 설치될 수 있다.
상기 주실에는 피스톤이 상하로 이동가능하게 설치되고; 상기 피스톤의 하부는 상기 부실의 경사 벽면과 동일한 경사 각도로 경사지게 형성될 수 있다.
상기 프리챔버 연소실은 상기 혼합물의 연소로 생성된 화염을 분출하는 노즐; 상기 혼합물에 스파크를 일으켜 연소시키는 스파크 플러그; 및 상기 프리챔버 압축실로의 역류를 방지하기 위해 체크 밸브를 각각 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 피스톤 엔진용 프리챔버 구조에 의하면, 프리챔버 압축실에 연료를 분사하는 인젝터가 경사지게 설치됨과 더불어 상기 프리챔버 압축실에 주입된 연료와 공기의 혼합물을 압축하는 피스톤의 하부도 상기 인젝터의 경사 각도와 동일한 각도로 경사지게 형성되어, 프리챔버 압축실의 벽면에 연료가 흡착되어 잔류되는 현상 및 연료 분사시에 피스톤에 연료가 묻는 현상을 효과적으로 방지할 수 있다.
그리고 프리챔버 압축실의 벽면에 연료가 흡착되어 액적 상태로 잔류됨에 따라 발생하는 공연비 제어의 어려움을 해소할 수 있고, 액적 상태로 잔류된 연료의 불완전 연소를 방지하여 입자상 물질의 배출을 최소한으로 저감할 수 있다.
또한 프리챔버 압축실의 하부도 상기 피스톤의 경사 각도와 동일한 각도로 경사지게 형성되어, 프리챔버 압축실의 벽면에 연료가 액적 상태로 잔류되어도 압축실로 유입되는 공기의 유동과 상기 경사 벽면에 의해 원활하게 프리챔버 연소실로 유입되어져 연료 소비를 가능한 한 저감할 수 있고, 프리챔버 연소실의 공연비를 효과적으로 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 피스톤 엔진용 프리챔버의 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 피스톤 엔진용 프리챔버 구조는 주 연소실과 연통되어 화염을 주 연소실로 전파하는 프리챔버 연소실(10)과, 이 프리챔버 연소실(10)과 연통되게 형성된 프리챔버 압축실(20)을 포함한다.
상기 프리챔버 압축실(20)은 상기 프리챔버 연소실(10)보다 상부에 위치된다.
상기 프리챔버 연소실(10)의 하부에는 생성된 화염을 상기 주 연소실로 분출하기 위한 노즐(11)이 설치된다.
상기 프리챔버 연소실(10)의 수직한 한쪽 벽면에는 연료와 공기의 혼합물에 스파크를 일으켜 연소시키기 위해 스파크 플러그(12)가 설치된다.
상기 스파크 플러그(12)는 상기 수직한 벽면에 경사지게 설치된다.
상기 프리챔버 연소실(10)의 상부에는 프리챔버 연소실(10)로부터 상기 프리챔버 압축실(20)로의 역류를 방지하기 위해 체크 밸브(13)가 설치되어 있다.
상기 프리챔버 압축실(20)은 상기 프리챔버 연소실(10)과 연통됨과 더불어 상부로 갈수록 직경이 확장되어 경사 벽면으로 이루어진 부실(20a)과, 이 부실(20a)로부터 상부로 연장되게 형성됨과 더불어 대체로 동일한 직경으로 형성된 주실(20b)을 포함한다.
상기 주실(20b)의 상부는 개구되게 형성된다.
상기 주실(20b)의 한쪽 벽면에는 외부로부터 공기를 흡입하기 위한 공기 흡입구(21)가 형성되고, 이 공기 흡입구(21) 위에는 상기 주실(20b)로 연료를 분사하기 위한 인젝터(22)가 설치된다.
상기 인젝터(22)는 상기 주실(20a)의 수직한 벽면에 대해 상방향으로 경사지게 설치된다.
상기 주실(20b)의 상부에 형성된 개구부를 통해 피스톤(23)이 상기 주실(20b)의 내부에 삽입되어 상하로 이동가능하게 설치된다.
상기 피스톤(23)의 하부는 상기 부실(20a)과 동일한 형상으로 형성된다.
즉 상기 피스톤(23)의 하부는 상기 부실(20a)의 경사 벽면과 동일한 경사 각도를 가진 경사 벽면(23a)과, 상기 부실(20a)의 바닥면과 동일한 크기의 바닥면을 가진다.
상기 피스톤(23)의 상부는 커넥팅 로드(23b)를 통해 캠 샤프트(24)와 연결되어, 상기 캠 샤프트(24)의 회전 동력을 전달받아 상기 주실(20b) 내부에서 상하로 이동하게 된다.
상기와 같은 구조에 의하면, 상기 인젝터(22)가 경사지게 설치되어 있기 때문에 인젝터(22)의 연료 분출구로부터 맞은편 벽면까지의 거리가 충분하므로, 상기 인젝터(22)로부터 맞은편 벽면까지의 충분한 분사거리를 확보할 수 있음에 따라 맞은편 벽면에 연료가 액적 상태로 흡착되어 잔류될 개연성이 낮다.
또한 상기 피스톤(23)의 하부도 상기 인젝터(22)의 경사 각도와 동일한 경사 각도를 가진 경사 벽면(23a)으로 이루어지기 때문에 인젝터(22)를 통해 연료를 분사할 때에 피스톤(23)에 연료가 묻을 개연성이 낮다.
그리고 상기 인젝터(22)에 의해 분사된 연료가 주실(20b)의 벽면과 부실(20a)의 경사 벽면에 묻어 있더라도 상기 주실(20b)을 통해 유입되는 공기의 유동과 상기 부실(20a)의 경사 벽면을 통해 원활하게 상기 프리챔버 연소실(10)로 유입된다.
이상과 같이, 본 발명은 한정된 실시 예와 도면을 통하여 설명되었으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재된 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
10: 프리챔버 연소실 11: 노즐
12: 스파크 플러그 13: 체크 밸브
20: 프리챔버 압축실 20a: 부실
20b: 주실 21: 공기 흡입구
22: 인젝터 23: 피스톤
24: 캠 샤프트

Claims (14)

  1. 연료와 공기의 혼합물을 연소시켜 주 연소실로 화염을 전파하는 프리챔버 연소실; 및
    상기 프리챔버 연소실과 연통됨과 더불어 경사 벽면을 가진 부실과, 이 부실로부터 연장되게 형성된 주실을 구비한 프리챔버 압축실;
    을 포함하는 피스톤 엔진용 프리챔버 구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프리챔버 압축실은 상기 프리챔버 연소실보다 상부에 배치된 것을 특징으로 하는 피스톤 엔진용 프리챔버 구조.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 프리챔버 압축실의 부실은 상기 상부로 갈수록 직경이 확장되게 형성된 것을 특징으로 하는 피스톤 엔진용 프리챔버 구조.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 주실은 동일한 직경으로 형성된 것을 특징으로 하는 피스톤 엔진용 프리챔버 구조.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 주실의 한쪽 벽면에 공기를 흡입하기 위한 공기 흡입구가 형성된 것을 특징으로 하는 피스톤 엔진용 프리챔버 구조.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 주실의 한쪽 벽면에 상기 주실로 연료를 분사하는 인젝터가 상기 부실의 경사 벽면의 경사 각도와 동일한 각도로 경사지게 설치된 것을 특징으로 하는 피스톤 엔진용 프리챔버 구조.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 주실에는 피스톤이 상하로 이동가능하게 설치되고;
    상기 피스톤의 하부는 상기 부실의 경사 벽면과 동일한 경사 각도로 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 피스톤 엔진용 프리챔버 구조.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 프리챔버 연소실은
    상기 혼합물의 연소로 생성된 화염을 분출하는 노즐;
    상기 혼합물에 스파크를 일으켜 연소시키는 스파크 플러그; 및
    상기 프리챔버 압축실로의 역류를 방지하기 위해 체크 밸브;
    를 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 피스톤 엔진용 프리챔버 구조.
  9. 연료와 공기의 혼합물이 연소되는 프리챔버 연소실; 및
    상기 프리챔버 연소실과 연통됨과 더불어 경사 벽면을 가진 부실과, 이 부실로부터 연장되게 형성된 주실을 구비한 프리챔버 압축실을 포함하고;
    상기 주실의 한쪽 벽면에 상기 주실로 연료를 분사하는 인젝터가 상기 부실의 경사 벽면의 경사 각도와 동일한 각도로 경사지게 설치되며;
    상기 주실에는 피스톤이 상하로 이동가능하게 설치되고;
    상기 피스톤의 하부는 상기 부실의 경사 벽면과 동일한 경사 각도로 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 피스톤 엔진용 프리챔버 구조.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 프리챔버 압축실은 상기 프리챔버 연소실보다 상부에 배치된 것을 특징으로 하는 피스톤 엔진용 프리챔버 구조.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 프리챔버 압축실의 부실은 상기 상부로 갈수록 직경이 확장되게 형성된 것을 특징으로 하는 피스톤 엔진용 프리챔버 구조.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 주실은 동일한 직경으로 형성된 것을 특징으로 하는 피스톤 엔진용 프리챔버 구조.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 주실의 한쪽 벽면에 공기를 흡입하기 위한 공기 흡입구가 형성된 것을 특징으로 하는 피스톤 엔진용 프리챔버 구조.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 프리챔버 연소실은
    상기 혼합물의 연소로 생성된 화염을 분출하는 노즐;
    상기 혼합물에 스파크를 일으켜 연소시키는 스파크 플러그; 및
    상기 프리챔버 압축실로의 역류를 방지하기 위해 체크 밸브;
    를 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 피스톤 엔진용 프리챔버 구조.
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