KR880001726Y1 - 연료 직접분사식 엔진의 흡기장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

연료 직접분사식 엔진의 흡기장치

제 1 ∼제 5 도는 본 고안의 실시예에 관한 것으로,

제 1 도는 중요부분 횡단평면도.

제 2 도는 제 1 도의 (Ⅱ)-(Ⅱ)선 절단 부분도.

제 3 도, 제 4 도는 엔진성능 실험결과의 그래프도.

제 5 도는 별도 실시예의 제 1 도에 상당하는 부분도.

제 6 도, 제 7 도는 종래기술에 관한 제 1 도에 상당하는 도면.

제 8 도는 다른 종래기술에 관한 제 1 도에 상당하는 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 연소실 3 : 흡기구

7 : 흡기로 7b : 종단근처부분

7c : 시단근처부분 7d : 흡기관성향상용 직선부

9 : 흡기관

본 고안은 연료 직접분사식 엔진의 흡기장치에 관하여 충전효율을 높이고 또한 연료용 공기의 와류 생성을 촉진시키는 것에 의하여 엔진 출력향상과 연료 소비율의 절감을 도모하는 것을 목적으로 한다.

즉, 연소용 흡입공기의 흡기로의 만곡형상을 동일한 방향의 곡률만을 보유하는 동일한 선회방향으로 하는 형상으로 형성하고, 또한 연소용 공기를 흡입구에서 상기와 동일한 선회방향으로 연소실의 주위벽에 따르도록 연소실내로 흡입시키는 것에 의하여 흡기로 내에서의 연소용 공기흐름의 저항을 극력 감소시키고, 그 운동관성의 손실을 최소한으로 하여 연소용 공기의 충전효율을 높이며, 또한 연소실 내에서 와류의 생성을 양호하게 하고 이것에 의하여 열효율의 향상과 엔진출력의 개선 및 연료소비율과 연료소비량의 절감을 도모하는 것을 목적으로 하는 것이다.

종래의 엔진에 있어서는 예컨대 제 6 도, 제 7 도에 표시한 바와 같이 연소용 공기는 흡기관(9)에서 실린더 헤드(2)내의 흡기로(7')에 흡입된 후 흡기로(7')속의 끝부분의 흡기구(3)부분에서 선회하면서 연소실(1)의 주위벽(1a)에 따르는 것 같은 형태로 연소실(1)내로 흡입되어 와류(S)를 형성한다.

연소용 공기의 흡기로(7')는 실린더헤드(2)의 측면(8)에 흡입관(9)을 플랜지 접속하기 때문에 흡기관(9)의 축심과 측면(8)과의 교차각(α)을 크게할 필요성이 있으므로, 실린더헤드(2)의 측면(8)에서 큰 각도의 (α)로서 돌입한 후 다른 방향의 곡률쪽으로 반전(反轉)하여 흡기구(3)부분에 나선형상으로 돌아 들어가도록 형성되어 있었다.

이와 같이 흡기로(7')를 완만한 S자 형으로 형성하는 경우, 흡입된 연소용 공기에는 흡기로(7')의 곡률이 반전되는 부분에서 유로의 저항에 의하여 압력손실이 발생되므로, 연소실(1)에 연소용 공기의 충전효율의 저하를 초래하며 또 연소실(1)내에서 와류의 흐르는 속도도 저하하여 엔진의 열효율 및 출력의 저하를 피할 수가 없었다.

또한 제 6 도, 제 7 도와는 별도로 제 8 도에 본원의 또다른 선행 기술로서 일본 공개실용신안공보 소화 54-171019호에 개시되어 있는 2밸브식 직접분사식 내연기관에서는, 실린더헤드(2) 측면(8)에 대하여 경사하여 장치된 흡기관성관에 있어서, 그 중심선을 경사의 각도에 합치하는 직선 및 단순한 곡률을 보유하는 곡선으로 구성함과 아울러, 흡기관성관(9)과 실린더헤드(2)의 흡기구 입구와의 접속부에 복수의 만곡된 플레이트재(10)를 보유하는 정류 격자 부재(11)를 끼워붙여서 이루어져 있으나, 이는 실린더헤드(2)내의 흡기로(7')가 만곡되지 않고 측면(8)과 거의 직각인 상태로 되어 있고, 이로인하여 흡기관(9)과 실린더헤드 측면(8)과의 각기 커져 실린더헤드부를 소형화할 수 없으며, 또 끼워붙인 정류격자 부재(11)의 경우도 만곡한 플레이트재(10)에 의한 유동 저항으로 연료가 감속되어서 그 기류의 세력이 약해질 뿐만 아니라 충전효율도 떨어지며 이 때문에 와류를 강하게 발생시키지 못하여 연료의 혼합성능 또한 높일 수 없는 것이다.

그리고, 제 6 도 또는 제 7 도로 표시하는 종래기술의 실린더헤드 내의 흡기로(7')에 제 8 도에 표시한 선행기술의 흡기관(9)을 접속하도록 개량하는 것도 생각할 수 있다.

그러나, 그 개량의 경우에도 다음 이유에 의하여 본원 고안의 작용효과를 얻을 수가 없다.

상기한 개량예에서는 실린더헤드(2)내의 흡기로(7')가 S자 형상으로 되어 있기 때문에 상술한 제 8 도에 표시한 종래의 예와 동일하게 흡기가 실린더헤드(2)내의 흡기로(7')내에서 S자 형상으로 반전하여 기류의 세력이 약해지기 때문에 상기한 본원 고안의 충전효율을 높이면서도 와류를 강하게 발생시킨다고 하는 상반된 기능을 양립시키는 작용효과를 기대할 수 없으며, 또 상기한 개량예에서는 흡기관(9)내의 J자 형상의 흡기로에 실린더헤드(2)내의 S자 형상의 흡기로(7')를 연결시키는 세번씩이나 반전하는 복잡한 통로형상으로 될 뿐만 아니라 흡기관(9)이 실린더헤드(2)의 측면(8)에 대하여 약 20°라는 큰 각도로 기울어지고 있고, 상술한 제 8 도에 표시하는 종래 기술과 동일하게 관시단부가 실린더헤드(2)의 측면(8)에서 멀리 떨어져서 튀어나와 있으므로 충전효율의 향상 및 와류의 강화와 실린더헤드부를 소형으로 할 수 있다고 하는 것을 기대할 수가 없는 것이다.

본 고안은 상기한 문제를 해결하기 위하여 흡기로를 동일한 방향의 곡률만으로서 이루어지는 만곡형상으로 형성하고 이 흡기로에서 흡입되는 연소용 공기가 동일한 선회방향을 유지하면서 흡기구에서 연소실내로 흡입된 후 연소실내에서 동일한 선회방향의 와류로 되도록 흡기로 및 흡기구를 형성하는 것에 의하여 상기한 목적을 달성하는 것이다.

다음에 본 고안의 실시예를 도면에 따라서 설명한다.

연료 직접분사식 엔진의 연소실(1)의 실린더헤드(2)에 흡기구(3) 및 배기구(4)를 설치하고, 이 흡기구(3) 및 배기구(4)가 각각 흡기밸브(5), 배기밸브(6)에 의해 개폐된다.

흡기구(3)는 연소실(1)의 윗면 중앙에서 우측으로 기울어진 위치에 형성되며, 배기구(4)는 좌측으로 기울어진 위치에 형성 된다.

엔진의 흡입행정에 있어서 연소용 공기를 연소실(1)내로 흡입하기 위한 흡기로(7)는 흡기구(3)에 대하여 비스듬한 윗쪽으로 그 곡률이 갈수록 증가하도록 된 나선형상의 만곡형상으로서 흡기구(3)의 우측에 가까운 비스듬한 뒷쪽 부분이 매끄럽게 연속하도록 형성된다.

이 흡기로(7)는 흡기구(3)에서 실린더헤드(2)내를 통하게 설치 되어서 실린더헤드(2)의 측면(8)에 이르고, 실린더헤드(2) 바깥에 있어서는 그 측면(8)에 플랜지 접속된 흡기관(9)으로서 형성되는 바 흡기관(9)내에서 흡기로(7)의 종단근처 부분(7b)의 만곡부(7a)에 매끄럽게 연속하는 직선부(7b)를 흡기로(7)의 시단근처 부분(7c)에 형성하여 흡기관성(吸氣慣性)향상용의 직선부(7d)로 한다.

이 흡기관(9)의 흡기관성 향상용의 직선부(7d)는 실린더헤드(2)의 측면(8)에 대략 따르도록 한 상태로 배치되어 있다. 흡기다지관(多岐管)을 경유하여 흡기로(7)에 흡입된 흡입공기는 상기한 저항이 작은 직선부(7d)에서 흡입부압에 의하여 그 운동량을 증가시키면서 흡기로(7)의 만곡부(7a)로 흘러들어가며, 이 나선형상의 만곡부(7a)에서 연속적이며 또 극히 완만하게 그 운동방향을 바꾸면서 흡기로(7)의 내부 끝부분에 이르고, 이 내부 끝부분의 나선형상 주위벽의 안내작용으로서 대략 1회전에 가까운 나선형상으로 선회하면서 흡기구(3)에서 흡입되어 연소실(1)의 주위벽(1a)에 따르는 와류(S)로 된다. 즉, 실린더헤드(2)쪽에서 보아서 흡입공기가 흡기구(3)에서 연소실(1)로 들어가서 선회하는 흐름에 대하여 이것과 동일한 방향으로서 동일한 선회방향으로 되는 만곡형상으로되도록 흡기로(7)를 실린더헤드(2)에 통하게 설치하고, 이 실린더헤드 (2)에 통하게 설치된 흡기로(7)에 대하여 이것과 동일한 방향으로서 동일한 만곡방향으로 매끄럽게 접속되는 만곡상태로 흡기로(7)를 흡기관(9)내에 형성하는 것이다.

다음에 연료 직접분사식 엔진에 있어서, 본 고안의 흡기장치를 장비한 엔진(이하, 본 고안 엔진이라 약칭한다)과 종래의 흡기장치를 장비한 엔진(이하, 종래 엔진이라 약칭한다)에 대하여 흡기장치의 성능을 비교하기 위하여 실시한 실험결과에 대하여 제 3 도, 제 4 도에 따라서 설명한다.

(1) 실험에 제공한 엔진

연료 직접분사식 수직형 디젤엔진

실린더지름×스트로우크=116mm×105mm

(2) 실험결과

제 3 도는 작업부하성능 실험결과를 표시하며 각 부하에 대응되는 엔진회전수가 실질평균 유효압력(Pme), 배기온도(ET), 보슈스모크 농도(Bosch smoke)의 관계를 표시하는 실험결과이다.

이 실험결과에서 실질평균 유효압력, 배기온도, 보슈스모크 농도의 각 성능면에 있어서 본 고안 엔진은 종래 엔진 보다도 월등하게 우수한 것을 알 수 있다.

특히 실질평균 유효압력이 약 4%-8% 개선되어 있는 것은 이것에 상당하는 엔진축의 출력향상을 표시하는 것이다. 또한 보슈스모크 농도의 개선은 종래의 엔진으로서는 미연소된 채로 배기되고 있었던 연료가 한층더 완전연소되어서 축의 출력에 기여하고 있는 것을 표시하고, 배기온도의 저하는 연소 에너지의 축의 출력에 유효하게 기여하고 있는 것을 표시하며, 상기함과 아울러 엔진의 열효율이 개선된 것을 표시하고 있다. 제 4 도는 분력성능 실험결과를 표시하며, 정격회전수 2200r.p.m에 있어서의 연료분사량에 대응하는 엔진축의 출력과 연료 소비율(be), 연료 소비량(Be), 배기온도(ET) 보슈스모크 농도의 관계를 표시하는 실험결과이다.

이 실험결과에서 상기한 각 성능이 전반적으로 개선되어 우수한 성능으로 되어 있는 것을 알 수 있다.

특히 연료소비율이 약 16% 이상이나 대폭적으로 개선되어 이것에 대응하여 연료소비량도 절감되는 것을 알 수 있다.

본 고안 엔진에 있어서의 이들의 성능개선은 흡기로의 형상개선에 의하여 연소용 공기의 충전효과가 개선된 것 몇 연소실내에서의 와류의 생성 촉진으로서 연소성이 향상된 것에 의한 것이다.

본 고안의 상기한 실시예의 변형예로서 제 5 도에 표시한 바와 같이 흡기관(9)을 실린더헤드(2)의 측면(8)에 플랜지 접속되는 부분의 구조에 대하여 실린더헤드(2)의 측면(8)에서 흡기관 접속용 돌출부(2a)를 설치하고, 이 돌출부(2a)의 흡기관 접촉면(2b)과 흡기로(7)축심과 교차각(β)을 60도∼90도 정도로 크게 형성하는 것에 의하여 흡기관(9)의 플랜지 접속부 고정용 볼트 등의 나사조임을 용이하게 한다.

본 고안은 상기와 같이 구성되므로서 다음의 효과를 나타낸다. 흡기로가 동일한 방향의 곡률을 보유하는 만곡상태로 형성되어 연소용의 흡입공기는 이 흡기로내에서 서서히 매끄럽게 방향을 바꾸면서 흡기로의 내부속 끝부분에 이르고 동일한 나선형상의 선회방향을 유지한채로 흡기구에서 연소실내로 흡입된 후에도 동일한 선회방향으로 연소실 주위벽에 따르는 와류로 되어 흡입 공기의 압력 손실이 극히 작게되므로 흡입공기의 충전효율이 월등하게 향상된다.

이와 동시에 연소실내에서의 연소용 공기의 와류의 흐름속도가 증가되어서 활발한 와류로 되므로, 연소용 공기와 분사연료가 혼합되는 것이 용이하게 된다.

이들의 결과로서 연소실내에서의 연소가 보다 완전연소에 가깝게 되어서 엔진축의 출력, 열효율의 향상 및 연료소비율, 연료소비량의 개선 및 배기중에의 검은 연기의 저감이 실현된다.

또한, 흡기관에 흡기관성 향상용 직선부를 형성하고 있으므로, 저항이 작은 직선부내에 있어서 흡입부압에서 흡입공기의 운동량이 현저하게 증가되고, 또 상술한 효과가 일층 증강되는 외에 흡기관성 향상용의 직선부는 실린더헤드의 측면에 대략 따르는 상태로서 배설하고 있으므로, 실린더헤드부를 소형으로 형성할 수가 있다.

Claims (1)

1. 연료 직접분사식 엔진 연소실(1)의 윗면의 중앙에서 한쪽으로 치우친 위치에 흡기구(3)를 개구하고, 이 흡기구에서 흡기로(7)를 도출(導出)하여 실린더헤드(2)쪽에서 보아서 흡입공기가 흡기구로부터 연소실로 들어가서 선회하는 흐름에 대하여 이것과 동일한 방향이며 동일한 선회방향으로 되는 만곡된 형태로 흡기로를 실린더헤드에 통하게 설치하고, 이 실린더헤드에 통하게 설치된 흡기로에 대하여 이것과 동일한 방향이며 동일한 만곡방향으로 매끄럽게 연속되는 만곡된 형태로 흡기로를 흡기관(9) 내에 형성하고, 이 흡기관 내에 형성된 흡기로의 시단근처부분(7c)에는 그 종단근처부분(7b)의 만곡부에 매끄럽게 연속되는 흡기관성 향상용 직선부(7d)를 형성하며, 이 직선부를 실린더헤드의 측면(8)에 대략 따르게 하여서 배설한 것을 특징으로 하는 연료 직접분사식 엔진의 흡기장치.