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KR950003738B1 - 층형상 연소내연기관 - Google Patents

층형상 연소내연기관 Download PDF

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KR950003738B1
KR950003738B1 KR1019930002930A KR930002930A KR950003738B1 KR 950003738 B1 KR950003738 B1 KR 950003738B1 KR 1019930002930 A KR1019930002930 A KR 1019930002930A KR 930002930 A KR930002930 A KR 930002930A KR 950003738 B1 KR950003738 B1 KR 950003738B1
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KR
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intake
combustion chamber
cylinder
passage
partition wall
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KR1019930002930A
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English (en)
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KR930018141A (ko
Inventor
히로미쯔 안도
오사무 히라코
쇼고 오오모리
쥰 타케무라
타이조 키타다
시노 카쯔오 아키
야스키 타무라
미치히로 하타
킨이치 이와치도
마사유키 모토모치
슌스케 마쯔오
노부아키 무라카미
케이조 후루카와
Original Assignee
미쯔비시지도오샤고오교오 가부시기가이샤
나까무라 유이찌
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Priority claimed from JP4253285A external-priority patent/JP2697513B2/ja
Priority claimed from JP4255118A external-priority patent/JP2697514B2/ja
Priority claimed from JP25679892A external-priority patent/JP3262380B2/ja
Priority claimed from JP4256797A external-priority patent/JP2697517B2/ja
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Abstract

내용 없음.

Description

층형상 연소내연기관
제1도는 본 발명의 일실시예로서의 층형상 연소내연기관을 표시한 모식적사시도.
제2도는 흡기포오트의 요부구성을 표시한 모식적상면도로서, 제1도에 있어서의 A사시도.
제3도는 연소실의 요부구성을 표시한 모식적측면도로서 제1도에 있어서의 A'사시도.
제4도는 피스톤상면형상을 상세히 표시한 모식적사시도.
제5도는 흡기포오트구조의 구성을 표시한 모식적인 부분단면도이며, 제2도에 있어서의 C-C단면도.
제6도는 연소실내에서의 구성을 표시한 모식적상면도로서 제1도에 있어서의 A사시도.
제7도는 흡기포오트구조의 구성을 표시한 모식도로서 제1도에 있어서의 A'사시도.
제8(a)도는 흡기포오트구조의 구성을 표시한 모식도로서 제1도에 있어서의 H사시도, 제8(b)도∼제8(g)도는 각각 제7도에 있어서의 S1-S1단면에서부터 S6-S6단면까지의 단면도.
제9도는 흡기포오트구조를 표시한 모식도이며 제5도에 있어서의 B-B단면도.
제10도는 본 발명의 흡기포오트구조의 효과를 표시한 그래프.
제11도는 본 발명의 흡기포오트구조의 효과를 표시한 그래프.
제12도는 본 발명의 흡기포오트구조의 효과를 표시한 그래프.
제13도는 본 발명의 흡기포오트구조의 효과를 표시한 그래프.
제14도는 피스톤상면형상을 상세히 표시한 모식적사시도이며, 제4도의 변형예를 표시한 도면.
제15도는 피스톤상면형상을 상세히 표시한 모식적사시도이며, 제4도의 변형예를 표시한 도면.
제16도는 본 발명의 피스톤상면형상의 효과를 표시한 그래프.
제17도는 본 발명의 흡기포오트구조의 구성을 표시한 모식적이며 제5도의 변형예를 표시한 도면.
제18도는 층형상 연소내연기관의 구조을 표시한 모식적인 사시도이며 제1도의 변형예를 표시한 도면.
제19도는 제18도의 흡기포오트구조를 표시한 모식적인 부분단면도이며 제2도의 변형예를 표시한 도면.
제20도는 제18도의 흡기포오트구조를 표시한 모식적인 부분단면도이며 제19도의 변형예를 표시한 도면.
제21도는 제18도의 흡기포오트구조를 표시한 모식적인 부분단면도이며 제20도의 변형예를 표시한 도면.
제22도는 흡기포오트구조를 표시한 모식적인 부분단면도이며, 제21도에 있어서의 F-F단면도.
제23도는 층형상 연소내연기관의 구성을 표시한 모식적사시도이며 제1도의 변형예를 표시한 도면.
제24도는 제23도의 흡기포오트구조의 구성을 표시한 모식적인 부분단면도로서 제23도에 있어서의 X-X단면도.
제25도는 제23도의 흡기포오트구조의 구성을 표시한 모식적인 부분단면도로서 제23도에 있어서의 V-V단면도.
제26도는 흡기포오트내에 있어서의 연료분사의 종류를 표시한 모식도.
제27도는 본 발명의 흡기포오트구조의 칸막이벽구조의 변형예를 표시한 모식도.
제28도는 본 발명의 흡기포오트구조의 칸막이벽구조의 변형예를 표시한 모식도.
제29도는 본 발명의 흡기포오트구조의 칸막이벽구조의 변형예를 표시한 모식도.
제30도는 본 발명의 흡기포오트구조의 칸막이벽구조의 변형예를 표시한 모식도.
제31도는 본 발명의 흡기통로구조를 표시한 모식도이며 제7도의 변형예를 표시한 도면.
제32도는 본 발명의 흡기통로구조를 표시한 모식도이며 제31도의 R1-R1∼R6-R6단면 및 G-G단면도.
제33도는 본 발명의 흡기통로구조의 변형예를 표시한 모식도이며, 제32(c)도에 대응하는 도면.
제34도는 종래의 층형상 연소내연기관을 표시한 모식적사시도.
제35도는 종래의 층형상 연소내연기관을 표시한 모식적단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
4 : 중앙쪽통로 5 : 옆쪽통로
11 : 점화수단 12 : 연료공급수단
21 : 세로칸막이수단 24 : 실린더
26 : 피스톤 30 : 연소실
34 : 상면 46A, 46B : 흡기포오트
57 : 밸브스템 58 : 흡개밸브
60 : 실린더헤드하면 121A : 표면
FC : 가상평면 L : 실린더축선
본 발명은 특히 층형상 연소에 적합한 연소실 및 흡기포오트구조를 구비한 층형상 연소내연기관에 관한 것이다.
종래부터 저연비운전을 목적으로 해서 연소실내에 혼합기가 진한 층을 생성하고, 이 진한 층에 점화함으로써, 전체로서 공연비가 작은 혼합기를 착화가능하게 한 층형상 연소내연기관이 알려져 있다.
층형상 연소내연기관의 하나로서 예를 들면 제34도, 제35도에 표시한 바와 같은 세로방향의 층형상 세로 소용돌기(Vertical-Vortex), 즉 텀블흐름을 발생시키는 층형상 연소내연기관이 이미 실용화되고 있다.
제34도, 제35도는 2흡기포오트식 내연기관의 1개의 기통구조를 표시한다. 동 도면에 있어서, 부호(322)는 실린더블록, (324)는 실린더보어, (326)은 피스톤, (328)은 실린더헤드, (330)은 연소실이다. 그리고, (334)는 연소실(330)의 상벽부이며 2개의 사면(330a), (330b)을 가진 펜트루프(pentroop)형으로 형성되어 있다. 흡기포오트(340), (342)가 연소실(330)의 사면(330a)에 각각 개구되고, 양 개구에는 각각 흡기밸브(358)가 설치되어 있다. 또한 도면중의 부호(347)은 배기통로(360)에 연통하는 배기포오트, (359)는 배기밸브이다.
그리고 각 흡기포오트(340)(342)로부터의 연소실(330)내에 유입한 흡기는, 사면(330b)를 따라서 각 흡기포오트(340), (342)의 연장축선상의 실린더보어(324)의 내벽면을 향해서 흐르고, 이에 의해 연소실(330)내에 각각 화살표 Fa, Fm으로 표시한 것과 같은 텀블을 생성한다.
또 제34도에 표시한 바와 같이, 한쪽의 흡기포오트(342)에만 인젝터(312)가 설치되고, 점화플러그(311)는 이 인젝터(312)를 장비한 흡기포오트부분(342)의 흡기밸브(358)의 근처에 배설되어 있다. 이 때문에, 이 점화플러그(311)의 근처에는, 인젝터(312)로부터 분사된 연료와 흡기된 공기에 의한 혼합기의 텀블흐름 Fm이 형성되고, 이에 의해 연소실(330)내에 혼합기의 텀블흐름 Fm과 공기의 텀블흐름 Fa의 층형상화한 텀블흐름을 형성된다.
따라서, 연소실(330)내의 공기와 연료의 공연비가 큰 상태, 즉 연소실(330) 전체로서는 연료농도가 연한 희박연소시에도, 점화플러그(311)의 주위에는 다른 부분보다도 진한 혼합기가 존재하고 있기 때문에, 안정된 연소상태를 얻을 수 있다.
그러나, 이 제34도, 제35도에 표시되는 내연기관에서는, 흡기포오트(342)에 의해 생성되는 텀블흐름 Fm에 대응하는 위치에 점화플러그(311)를 배치하는 구성이기 때문에, 배기포오트(347)를 2개 배치하는 것은 곤란하다. 이 때문에, 연소실(330)로부터의 배기능력에 한계가 있었다.
그래서, 본원 출원인은, 배기포오트를 복수배치하는 것을 가능케 한 층형상 연소내연기관을 개방중이다(주 : 이미 출원하고 있는 나라에 대해서는, 그 출원번호를 인용한다). 이 개발중의 층형상 연소내연기관은, 제34도, 제35도에 표시되는 바와 같은 내연기관에 있어서, 점화플러그를 연소실의 천정의 대략 중앙에 배치하고, 각 흡기포오트 내부를 2개의 통로로 구획하고 칸막이벽을 설치하는 동시에, 각 흡기포오트의 통로의 상기 점화플러그 근처의 통로에만 연료를 공급하고, 이에따라, 상기 점화플러그의 둘레에 보다 진한 혼합기의 텀블흐름을 생성시킬 수 있다. 따라서, 이 층형상 연소내연기관에 의하면, 점화플러그가 연소실의 천정의 대략 중앙에 배치되므로, 연소실내의 배기를 행하는 배기포오트를 용이하게 복수설치하는 것이 가능하게 된다.
본 발명은, 상기의 본원 출원인이 개발중인 타입의 층형상 연소내연기관을 더 개량하고, 점화플러그의 둘레에 생성되는 혼합기의 텀블흐름에 있어서의 더욱 점화플러그에 가까운 부분에 보다 진한 혼합기를 존재시키며, 이에 따라서, 연소실내의 전체로서의 공연비가 보다 큰 혼합기에서도 안정된 연소를 얻을 수 있는 층형상 연소내연기관을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또 본 발명은, 상기 타입의 층형상 연소내연기관에 있어서, 칸막이벽을 설치하는데 따른 흡기포오트의 실질유통단면적의 저하를 극력 작게하고, 이에 의해서, 충분한 흡기량을 얻을 수 있는 층형상 연소내연기관을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이 때문에, 본 발명의 층형상 연소내연기관은, 다음과 같은 특징 사항을 포함한 장치로서 구성된다.
① 실린더내면과 동일실린더내에 끼워넣어지는 피스톤의 상면과 실린더헤드하면에 의해서 정해진 연소실과, 상기 연소실의 천정을 정하는 실린더헤드하면의 대략 중심에 설치된 점화수단과, 상기 실린더헤드하면에 있어서의 실린더축선을 포함한 가상평면의 한쪽에 배설된 흡기개구를 가지고, 흡기공기에 의해 상기 연소실내의 거의 전체에 있어서 서로 평행하고 또한 같은 방향의 텀블흐름을 생성하도록, 상기 각 흡기개구로부터 상기 실린더하면에 따라서 상기 가상평면의 다른쪽을 햐해서 흡기를 유입하는 2개의 흡기포오트와, 상기 각 흡기포오트를 가로지르는 밸브스템을 각각 가지고, 상기 각 흡기개구를 개폐하는 흡기밸브와, 상기 각 흡기포오트내에 설치되고 각각 각 흡기포오트내를, 상기 점화수단쪽의 중앙쪽통로와, 옆쪽통로로 구분하는 세로칸막이벽과, 상기 각 흡기토오트의 각 중앙쪽통로에 연료를 공급하고, 흡기행정에 있어서 상기 연소실내에 층형상의 텀블흐름을 생성시키는 연료공급수단을 구비하고, 상기 각 흡기밸브의 밸브스템에 있어서의 상기 중앙쪽통로에 면한 표면이, 상기 각 세로칸막이벽에 있어서의 상기 중앙쪽통로에 면한 표면보다도, 상기 중앙쪽통로의 중심쪽에 편의된 것을 특징으로 하는 층형상 연소내연기관.
② 상기 ①항에 있어서, 상기 흡기밸브의 밸브스템에 있어서의 상기 앞쪽통로에 면한 표면이, 상기 각 세로칸막이벽에 있어서의 상기 앞쪽통로에 면한 표면과, 거의 면 일치하는 것을 특징으로 한다.
③ 상기 ①항에 있어서, 상기 흡기밸브의 밸브스템에 있어서의 상기 앞쪽통로에 면한 표면이, 상기 각 세로칸막이벽에 있어서의 상기 앞쪽통로에 면한 표면보다도, 상기 앞쪽통로의 중심쪽에 편의된 것을 특징으로 한다.
④ 상기 ①항에 있어서, 상기 흡기밸브의 밸브스템의 외경이, 상기 각 세로칸막이벽의 두께보다도 큰 것을 특징으로 한다.
⑤ 실린더내면과 동실린더내에 끼워넣은 피스톤의 상면과 실린더헤드하면에 의해서 정해진 연소실과, 상기 연소실의 천정을 정하는 실린더헤드하면의 거의 중심에 설치된 점화수단과, 각각 상기 실린더헤드하면에 있어서의 실린더축선을 포함한 가상평면의 한쪽에 배설된 흡기개구를 가지고, 흡기공정에 의해 상기 연소실내의 거의 전체에 있어서 서로 평행하고 또한 같은 방향의 텀블흐름을 생성하도록, 상기 각 흡기개구로부터 상기 실린더하면에 따라서 상기 가상평면의 다른쪽을 향해서 흡기를 유입하는 2개의 흡기포오트와, 상기 각 흡기포오트를 가로지르는 밸브스템을 각각 가지고, 상기 각 흡기개구를 개폐하는 흡기밸브와, 상기 각 흡기 포오트내부에 설치되어 각각 각 흡기포오트내를, 상기 점화수단쪽의 중앙쪽통로와, 앞쪽통로로 구분하는 세로칸막이벽과, 상기 각 흡기포오트의 각 중앙쪽통로에 연료를 공급하고, 흡기행정에 있어서 상기 연소실내에 층형상의 텀블흐름을 생성시키는 연료공급수단을 구비하고, 상기 각 세로칸막이벽에 있어서의 상기 중앙쪽통로에 면한 표면의 하류쪽단부가, 동단부에 대한 상류쪽부분보다도, 상기 중앙쪽통로의 중심쪽으로 편의된 것을 특징으로 한다.
⑥ 실린더내면과 동실린더내에 끼워넣는 피스톤의 상면과 실린더헤드하면에 의해서 정해진 연소실과, 상기 연소실의 천정을 정하는 실린더헤드하면의 거의 중심에 설치된 점화수단과, 각각 상기 실린더헤드하면에 있어서의 실린더축선을 포함한 가상평면의 한쪽에 배설된 흡기개구를 가지고, 흡기공정에 의해 상기 연소실 내의 거의 전체에 있어서 서로 평행하고 또한 같은 방향의 텀블흐름을 생성하도록, 상기 각 흡기개구로부터 상기 실린더하면에 따라서 상기 가상평면의 다른쪽을 향해서 흡기를 유입하는 2개의 흡기포오트와, 상기 각 흡기포오트를 가로지르는 밸브스템을 각각 가지고, 상기 각 흡입개구를 개폐하는 흡기밸브와, 상기 각 흡기포오트내에 설치되어 각각 각 흡기포오트내를, 상기 점화수단쪽의 중앙쪽통로와, 앞쪽통로로 구분하는 세로 칸막이벽과, 상기 각 흡기포오트의 각 중앙쪽통로에 연료를 공급하고, 흡기행정에 있어서 상기 연소실내에 층형상의 텀블흐름을 생성시키는 연료공급수단을 구비하고, 상기 각 세로칸막이벽이, 상기 각 흡기포오트내부에 있어서의 상기 각 밸브스템보다도 상류쪽에만 설치된 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.
본 발명의 제1실시예에 대해서 제1도∼제13도를 사용해서 설명한다.
먼저 제1도를 사용해서 제1실시예의 층형상 연소내연기관의 개략구성을 설명한다. 내연기관의 각 기통에는, 실린더블록(22)에 형성된 실린더보어(24)와 피스톤(26)과 실린더헤드(28)에 의해서 둘러싸여 연소실(30)이 형성되어 있다. 이 연소실(30)에는, 흡기포오트(46)가 연통되어 있다. 이 흡기포오트(46)는, 상세하게는 분기부(46C)에 의해서 2분되고, 각각 연소실(30)에 개구하는 2개의 흡기포오트(46A)(46B)를 가진 사이어미즈포오트로 되어 있다. 각 흡기포오트(46A)(46B)의 연소실(30)으로의 흡기개구에는, 각각 흡기개구를 개폐하는 흡기밸브(58)가 배설되어 있다. 또 연소실(30)으로의 배기포오트(47)가 접속되어 있다. 배기포오트(47)는, 상세하게는, 도중에는 2분되고 각각 연소실(30)내에 개구하는 2개의 배기포오트(47A)(47B)를 가진 사이어미즈포오트로 되어 있다. 각 배기포오트의 연소실(30)으로의 개구에는, 각각 도시하지 않은 배기밸브가 배치되어 있다. 또한, 각 흡기포오트(46A)(46B)는 실린더축선 L을 포함한 가상평면 FC의 한쪽에서 연소실(30)에 개구하고, 각 배기포오트(47A)(47B)는 가상평면 FC의 다른쪽에서 연소실(30)에 개구하고 있다. 또 실린더헤드(28)의 하면(60)에 의해 정해지는 연소실(30)의 천정은, 대략 가상평면 FC 위에 정상을 가지도록 2개의 사면(60a)(60b)을 구비한 펜트루프형으로 형성되어 있다. 또 연소실(30)의 천정의 대략 중심에는 착화수단으로서의 점화플러그(11)가 설치되어 있다.
흡기포오트(46)에 있어서의 분기부(46C)의 상류쪽부분에는, 뒤에서 상세히 설명하는 연료분사수단으로서의 인젝터(12)가 장착되어 있다. 이 인젝터(12)에 의해 연료가 흡기포오트(46)의 분기부(46C) 부근으로부터 하류쪽을 향해서 분사된다.
각 흡기포오트(46A)(46B)의 축심선(1A)(1B)은, 제1도 및 제2도에 표시한 바와 같이 서로 평행한 직선으로 되어 있다. 즉, 각 흡기포오트(46A)(46B)는 서로 평행한 직선형상의 방향결정부를 가지고 있다. 그리고, 각 흡기포오트(46A)(46B)로부터의 흡기는, 서로 평행한 상태에서 연소실(30)에 유입하도록 되어 있다. 흡기행정에 있어서 이 각 흡기포오트(46A)(46B)로부터의 연소실내에 유입한 흡기는 연소실 천정을 형성하는 실린더헤드(28)의 하면(60)의 사면(60b)을 따라서 가상평면 FC의 상기 다른쪽으로 흐르고, 또 이 흡기는 실린더보어(24)의 내면을 따라서 하강해서 피스톤상면(35)으로 흐르고, 그리고 또 이 흡기는 실린더보어(24)의 내면을 따라서 상승해서, 실린더헤드(28)의 하면(60)의 사면(60a)으로 흐르고, 이에 의해 연소실(30)의 거의 전체에 세로소용돌이(텀블흐름)를 생성한다.
또, 각 흡기포오트(46A)(46B)에는 그 축심선(1A)(1B)를 대략 따라서, 세로방향으로 뻗은 칸막이벽(21)이 각각 형성되어 있다. 각 칸막이벽(21)는 각 흡기포오트(46A)(46B)를 중앙쪽통로(4)와 그 바깥쪽의 옆쪽통로(5)로 구획하고 있다. 그리고 인젝터(12)는 점화플러그(11)에 상당하는 위치의 텀블흐름을 생성하는 중앙쪽통로(4)를 향해서 연료를 분사하도록 구성된다.
이상의 구성에 의해, 연소실(30)내에는 흡입행정에 있어서, 연료를 포함한 텀블흐름 Fm과, 연료를 포함하지 않은 텀블흐름 Fa가 층형상으로 생성된다. 또한 이 텀블흐름 Fm, 및 Fa는 서로 대략 평행하고 또한 동일방향인 것을 중요하고, 이에 의해 압축행정에 있어서도, 연소실(30)내에 층형상의 텀블흐름 Fm, Fa가 존재할 수 있다.
또한, 본 실시예에 있어서 각 구성은 각각 특징을 가지고 있으며, 이하 차례로 설명한다.
먼저, 피스톤(26)의 꼭대기면 형상에 대해서 설명한다. 피스톤(26)은 제1도, 제3도 및 제4도에 표시된 바와 같이 각 꼭대기면(34)에 융기부(37)를 구비하고 있다. 융기부(37)의 정상은, 꼭대기면(34)에 있어서의 가상평면 FC의 흡기포오트(46)의 흡기개구쪽에 위치하고 있다. 융기부(37)의 가상평면 FC쪽의 사면 vf1이 피스톤(26)의 꼭대기면(34)에 원활하게 연속하도록 구성되어 있다. 또, 융기부(37)의 사면 vf1은, 가상평면 FC와 평행한 단면이 피스톤(26)의 꼭대기면(34)의 기준면과 평행한 직선이 되도록 구성되어 있다. 즉, 이 융기부(37)의 사면 vf1은 흡기행정에 있어서 텀블흐름 Fm, Fa가 피스톤(26)의 꼭대기면(34)으로부터 실린더보어(24)의 내면을 향해서 방향을 바꿀때에, 서로 혼합되는 일없이 깨끗한 층형상화를 유지하도록 구성되어 있다.
또, 융기부(37)의 바깥쪽 사면 vf2는 피스톤(26)이 압축행정의 상사점 근처에 있을때에, 연소실(30)의 천정과 협동해서 스퀴시 SF를 발생해서, 텀블흐름 Fm, Fa에 미세한 교란이 발생하도록 구성되어 있다.
또 제1도, 제3도, 제4도에 표시한 바와 같이 융기부(37)의 바깥쪽 사면 vf2에는, 흡기밸브(57)와의 간섭을 방지하는 밸브리세스(39)가 설치되어 있다. 이에 의해, 상사점에서 흡기밸브(57)가 오버랩에서 밸브개방하고 있어도, 피스톤(26)이 흡기밸브(57)와 간섭하지 않고 압축비가 높은 상사점위치를 유지할 수 있다.
또한, 제3도에 있어서는 설명의 편의상 칸막이벽(21)의 도시를 생략하고 있다.
다음에 상기한 흡기포오트(46A)(46B)내에 설치된 칸막이벽(21)에 대해서 설명한다. 각 칸막이벽(21)은 제5도에 표시한 바와 같이, 그 흡기포오트(46A)(46B)의 하류쪽단부(21b)가, 흡기밸브(58)근처까지 뻗어 형성되어 있다. 상세하게는 각 칸막이벽(21)의 하류쪽단부(21b)는 흡기밸브(58)의 밸브헤드부(56)나 흡기포오트(46A)(46B)를 가로지르는 스템부(57)에는 접촉하지 않도록 이들과 적당한 여유를 확보해서 형성되어 있다. 이 때문에 흡기밸브(58)의 작동에는 아무런 영향이 미치지 않도록 형성되어 있다. 또 각 칸막이벽(21)은 각 흡기포오트(46A)(46B)의 각 흐름선(45)의 중심선(45A) 및 흡기포오트부분(46A)(46B)의 축심선(1A)(1B)을 따라서 형성되어 있다. 이에 의해서 흡기포오트(46)를 유입하는 흡기류가 보다 정류된 상태에서 연소실(30)내에 유입된다. 여기서는 흡기포오트부분(46A)(46B)이 서로 대략 평행하기 때문에, 이들 칸막이벽(21)(21)도 서로 대략 평행하게 배설되어 있다.
또 제2도, 제6도에 표시한 바와 같이 칸막이벽(21)의 상류단부(21A) 및 하류단부(21B)는, 모두 흡기류의 정류효과가 향상되도록 볼록형상 곡면으로 형성되어 있다. 이와 같이 상류쪽(21A) 및 하류단부(21B)를 형성하는 것도 흡기류를 정류에 의한 유체저항경감효과를 겨냥한 동시에 칸막이벽(21)의 제조상의 효과를 고려하고 있기 때문이다. 즉, 칸막이벽단부(21A)(21B)를 볼록형상 곡며으로 형성하면, 예를 들면 흡기포오트(46)를 주조하는 경우 등에는, 각 칸막이벽단부(21A)(21B)에 대응하는 주형(코어)의 빠지기가 양호하게 되어, 주조를 확실하고 용이하게 행할 수 있는 것이다.
다음에 인젝터(12)의 배치와 인젝터(12)와 칸막이벽(21)의 관계에 대해서 제1도, 제3도, 제5도, 제6도를 사용해서 설명한다.
제6도에 표시한 바와 같이 칸막이벽(21)에 의해서 각 흡기포오트(46A)(46B)내는 중앙통로(4)와 옆쪽통로(5)로 분리되어 있다. 연료분사수단으로서의 인젝터(12)는 제1도, 제3도, 제6도에 표시한 바와 같이, 2개의 흡기포오트(46)내의 분기부(46C) 상류쪽에 배설되어 있다. 또, 이 인젝터(12)는 흡기행정에 맞추어서 2개의 흡기포오트(46A), (46B)의 하류를 향해서 연료를 분사하도록 되어 있다. 또한 제5도, 제6도의 부호(6)은 인젝터의 축선이고, 또한 분사범위의 중심선을 표시한 것이다.
즉, 제5도, 제6도의 분사축선(6)에 표시되는 바와 같이, 흡기포오트 상면부쪽으로부터 분사된 연료는 중앙통로(4)를 통해서 연소실(30)내에 흡기되도록 되어 있고, 옆쪽통로(5)로부터 공기만이 연소실(30)내에 흡입된다.
이에 의해 흡기포오트(46A)(46B)내에 있어서 중앙통로(4)와 옆쪽통로(5)로 분기한 흐름은, 칸막이벽(21)에 의해서 정류되면서 서로 분리한 상태를 유지하면서 연소실(30)내에 층형상으로 유입하도록 되어 있다. 따라서 이와 같은 칸막이벽(21)에 의해 이 흡기의 흐름은 제6도에 표시한 바와 같이, 연소실(30)에 유입하면 공기에 연료가 혼합된 혼합기를 따르는 Fm과 공기뿐인 Fa, Fa의 3개의 층(중앙통로(4)와 그 양쪽의 옆쪽통로(5)의 합계 3개의 흐름)으로 분리한 상태, 즉 층형상화한 상태의 텀블흐름이 형성되도록 되어 있다.
다음에 밸브스템(57)의 모양의 굵기와, 칸막이벽(21)의 두께에 대해서, 제2도 및 제6도를 사용해서 설명한다.
제2도 및 제6도에 표시한 바와 같이, 칸막이벽(21)의 중심선과 밸브스템(57)의 중심선이 동일 평면상에 위치하고, 칸막이벽(21)의 두께는 밸브스템(57)의 직경보다 얇게 형성되어 있다. 즉, 칸막이벽(21)의 중앙통로(4)쪽의 표면(21a)은 밸브스탬(57)의 중앙통로(4)쪽의 표면보다 옆쪽통로(5)쪽으로 편의된 모양으로 되어 있다.
이에 의해 제6도와 같이 칸막이벽(21)의 안쪽면(21a)을 따른 혼합기류내의 연료분무는, 밸브스템의 안쪽표면에 안내되면서, 제6도중에 표시한 화살표 P를 따라서 연소실 중심의 점화플러그(11)로 향하게 되고, 이 연료분무가 점화플러그(11)에 집중하도록 되어 있다.
다음에 흡기포오트(46)의 흡기류방향의 단면형상에 대해서, 제7도 및 제8도를 사용해서 설명한다.
제7도는 흡기포오트(46)의 흡기류방향을 따른 단면도이며, 이것과 직교하는 단면 각각 S1-S1에서부터 S6-S6의 단면형상을 표시한 도면의 제8도이다. 흡기포오트(46)는 제8(a)도∼제8(g)도에 표시한 바와 같이, 하류쪽을 향함에 따라서 위쪽 절반부(46A-1), (46B-1)가 아래쪽 절반부(46A-2), (46B-2)보다도 서서히 상대적으로 폭 확대되어 형성되고 있다. 이에 의해 흡기포오트(46A)(46B)로부터의 흡기류가 연소실(30)내에서 텀블흐름을 형성하기 쉽도록 되어 있다. 그리고, 흡기포오트(46)는 제8도(f)의 S3-S3 단면에서 사이어미즈포오트로 분기하여, 흡기포오트(46A)(46B)를 형성하고 있다. 또 포오트형상도 역삼각형의 형상을 나타내고 있다. 또, 이 흡기포오트(46A)(46B)는 하류쪽으로 향할수록 대략 역삼각형의 단면형상을 나타내어 보다 텀블흐름이 강화를 도모하고 있다.
즉, 흡기포오트(46)의 각 단면에 있어서의 위쪽절반부(46-1)를 아래쪽절반부(46-2)보다도 폭 확대함으로써, 흡기포오트(46)에 위쪽절반부(46-1)의 유속 및 유량이 아래쪽 절반부보다도 큰 것이 되고 있다. 다른 한편, 흡기밸브(58)가 개방되었을 때에는, 제7도에 표시한 바와 같이 텀블흐름 Fa, Fm을 증가시키는 흐름의 성분 a와 텀블흐름 Fa, Fm을 억제하는 흐름의 성분 b가 존재한다. 따라서 흡기 포오트(46)의 위쪽 절반부의 유속 및 유량이 아래쪽 절반부보다도 커지게 됨으로써 텀블흐름 Fa, Fm을 보다 강한 것으로 할 수 있다. 또한, 흐름의 성분 a에 관해서는 텀블흐름 Fa, Fm의 방향과 동일하기 때문에, 흐름의 성분 a에 대한 유통저항이 매우 작고, 이 때문에 전체로서의 유량도 대폭으로 증대할 수 있다.
또, 제8(a)도∼제8(g)도에 표시한 바와 같이 이 흡기포오트(46)내에는 칸막이벽(21)이 n의 전체길이에 걸쳐서 설치되어 있다. 이 칸막이벽(21)이 흡기포오토부분(46A)(46B)내를 좌우방향으로 2분하도록 흡기포오트 아래쪽 벽면(7)으로부터 흡기포오트위쪽벽면(8)까지에 걸쳐서 설치되어 있고, 이로부터 흡기포오토부분(46A)(46B)내에 유입한 흡기류는, 중앙통로(4)와 옆쪽통로(5)로 흡기의 흐름이 분기하는 것을 알 수 있다.
즉 제8(a)도에 표시한 바와 같이, 2개의 흡기포오토부분(46A)(46B)은 최상류인 실린더헤드측면(28A)(제7도) 근처에서는 1개의 흡기통로로서 형성되고, 이 직후에 칸막이벽(21)에 의해, 중앙통로(4)의 옆쪽통로(5)로 흡기의 흐름이 분기한다. 그리고 제8(b)도∼제8(d)도가 표시하는 바와 같이, 서서히 중앙통로(4)가 2분되고, 제8(e)도에 표시한 단면 S4-S4보다 하류에서는, 흡기가 완전히 2분 된다. 그리고 이와 같이 해서 2분된 흡기류는 각각 흡개밸브(58)에 의해 연소실(30)에 유입한다.
흡기포오트(46)에 대해서, 제7도, 제8도 및 제9도를 사용해서 더욱 상세히 설명한다.
제7도에 표시한 바와 같이 흡기포오트(46)는 흡기류에 방향결정을 해서, 연소실(30)내에서 텀블흐름을 생성하기 때문에 대략 스트레이트 형상을 이루고 있다. 다른 한편, 실린더헤드의 구조상, 흡기밸브(58)에 의해 개폐되는 흡기개구의 축선과 흡기류의 방향을 동일한 것으로 할 수 없다. 이 때문에 흡기포오트(46A)(46B)의 하류쪽 단부가 큰 곡율을 가진 만곡부를 개재해서 흡기개구에 연속되고 있다. 이 만곡부에 있어서의 실질유통단면적은 제8(f)도, 제8(g)도에 명백한 바와 같이 가장 작아지고, 특히 밸브스템(57), 도시하지 않은 스템가이드 및 칸막이벽(21)의 존재도 더불어서, 실질유통단면적이 저하가 심하다.
이 때문에, 흡기포오트(46A)(46B), 동흡기포오트(46A)(46B)에 있어서의 이 만곡부의 내경의 폭을 가장 크게, 또한 각 흡기밸브(58)에 의해 개폐되는 흡기개구보다도 크게 설정된 불룩한부분(13)이 형성되어 있다. 이에 의해서 만곡부에서의 실질유통단면적의 저하를 방지하고, 충분한 유속 및 유량을 확보하는 것이 가능하게 되고 있다.
또한 볼록한부분(13)은, 제9도에 명백한 바와 같이, 각 흡기포오트(46A)(46B)의 주로 위쪽절반부(46A-1)(46B-1)에 형성되었으므로, 각각 위쪽절반부(46A-1)(46B-1)의 유속 및 유량이 아래쪽절반부(46A-2)(46B-2)보다도 더욱 크게 할 수 있어 텀블흐름 Fa, Fm의 생성이 보다 효과적으로 행해진다.
본 발명의 제1실시예로서의 층형상 연소내연기관은, 상기와 같은 구성되어 있으므로 흡입행정에 있어서, 각 흡기포오트(46A)(46B)로부터 연소실(30)내에 유입한 흡기는, 연소실(30)내에 있어서, 혼합기의 텀블흐름 Fm과 공기의 텀블흐름 Fa를 층형상으로 생성한다. 이어서 압축행정에 들어가도 이 층형상의 텀블흐름 Fm, Fa는 존재하나, 압축행정 상사점근처에 가까워지면, 각 텀블흐름 Fm, Fa는 붕괴되기 시작한다. 그러나 연소실(30)내의 점회플러그(11)의 근처에는 여전히, 진한 혼합기가 존재한 상태이고, 이 상태에서 점화플러그(11)에 의해 점화가 행해진다. 이후의 폭발행정 및 배기행정은 종래의 층형상 연소내연기관의 내연기관과 완전히 동일하다.
이에 의해, 연소실(30)전체로서는, 이론공연비보다도 연료가 적은 혼합기로서, 점화플러그(11) 근처에는 착화에 충분한 농도의 혼합기가 존재하므로, 착화성을 악화시키는 일없이 엔진을 운전할 수 있을 것이다.
특히 본 실시예에 있어서는, 피스톤(26)의 꼭대기면(34)에 오목부(35) 및 융기부(37)가 형성되고, 보다 강한 텀블흐름 Fm, Fa를 생성해서, 보다 완전한 층형상의 텀블흐름 Fm, Fa를 얻을 수 있다. 이에 의해, 연소실(30)내 전체의 혼합기의 공연비를 보다 작게해도 충분히 안정된 점화 및 연소를 얻을 수 있다.
또 피스톤(26)의 융기부(37)의 바깥쪽사면 vf2가, 압축행정의 상사점근처에 있어서 연소실(30)의 천정과 협동해서 발생하는 스퀴시 SF에 의해서 혼합기에 미세한 교란을 발생시키므로, 착화후의 연소속도를 향상시킨다. 또한 이 스퀴시 SF는 지나치게 강하면 역효과가 있기 때문에 피스톤 상사점시에 있어서의 바깥쪽 사면 vf2와 연소실(30)의 천정과의 간격은, 적당히 조정된 것으로 하는 것이 중요하다. 또 융기부(37)의 바깥쪽사면 vf2에는 밸브리세스(39)가 설치되고, 피스톤(26)이 상사점에 달했을때에, 흡기밸브(57)가 밸브오버랩에 의해 개방되고 있어도, 바깥쪽사면 vf2와 흡기밸브(57)와의 간섭을 피하도록 구성되어 있다. 이 때문에 피스톤(26)의 상사점을 보다 높이고 압축비를 높여 연소효율을 향상시킬 수 있다.
즉 제10도의 그래프에 표시한 바와 같이, 흡기포오트(46A)(46B)에 칸막이벽(21)을 설치해서 혼합기의 층형상화를 촉진함으로써, 보다 희박한 혼합기에 의해서 기관을 운전할 수 있다. 여기서 도면의 횡축은 공연비(A/F)이고, 종축은 NOx배출량 및 Pi(도시평균유효압)변동율이다. 또 선 a 및 선 c는 흡기포오트에 칸막이벽(21)을 설치한 기관의 특성을 표시하고, 선 b 및 선 d는 칸막이벽(21)을 가지지 않는 통상의 텀블흐름의 흡기포오트를 구비한 기관의 특성을 표시하고 있다. 또 선 a, 선 b는 NOx배출에 관한 것이고, 선 a, 선 d는 Pi변동률에 관한 것이다.
이 제10도에 표시한 바와 같이, 칸막이벽(21)을 설치한 기관(선 a참조)에서는, 통상의 텀블흐름을 사용한 기관(선 b참조)보다도 A/F의 값이 희박(연한)쪽에서 NOx의 배출량이 피크가 된다. 또 이 NOx배출량의 피크치 자체도 저감하는 것이 가능하다. 즉, 연소실(30)내의 텀블흐름의 층형상화가 촉진됨으로써, 종래의 기관보다도 NOx의 배출량이 피크치가 되는 A/F가 희박쪽으로 이동하기 때문이다.
또, 선 c와 선 d는 A/F와 Pi변동률의 관계를 표시한 것이다. 여기서 Pi변동률이란 기관의 연소안정성을 판단하는 기준이 되는 것으로서, 이 Pi변동률이 지나치게 높으면, 기관의 연소가 안정되지 않고, 토크변동을 수반한 불쾌한 운전상태가 된다. 또한 도면중의 기준선 e는 일반적으로 불쾌감이 없는 상태에서 운전할 수 있는 연소안정한계의 Pi변동률이다.
이 도면에 표시한 바와 같이, 기통내에서 안정된 연소상태가 얻어지는 Pi변동률의 한계치에 대해서, 칸막이벽(21)을 설치한 기관(선 C참조)에서는, 통상의 텀블흐름을 사용한 기관(선 d참조)보다도 더욱 희박쪽의 A/F에서 기관을 운전하는 것이 가능하고, 또 이때의 NOx의 배출량도 대폭으로 저감할 수 있다. 즉 보다 희박한 A/F에서도 안정된 연소상태를 얻을 수 있고, 연소한계의 A/F를 향상시킬 수 있다는 것을 표시하고 있다.
따라서, 본 구조에 의해 매우 저연비이고, 또한 NOx를 거의 배출하지 않는 기관을 실현할 수 있다.
또, 칸막이벽(21)의 두께가 밸브스템(47)의 직경보다 작고, 칸막이벽(21)의 중심선과 밸브스템(57)의 중심선이 동일평면상에 위치하고 있기 때문에 칸막이벽(21)의 중앙통보쪽벽면은 밸브스템(57)의 중앙통로쪽벽면보다 옆쪽통로(5)쪽으로 편의되고, 중앙통로(4)내의 칸막이벽(21)을 따르는 혼합기류내의 연료분무는, 밸브스템(57)의 안쪽 표면에 안내되면서 점화플러그(11)의 방향으로 향하게 되고, 혼합기의 연료분부가 점화플러그(11) 근처에 집중하여 착화가 양호하게 행해지고, 희박한계를 더욱 연장할 수 있다.
특히, 본 실시예에 있어서는 제7도, 제9도에 표시한 바와 같이 본 구조에서는 흡기포오트(46A)(46B)의 대략역삼각형의 단면의 위쪽절반부(46a-1)(46B-1)가 충분히 크게 형성되어 있으므로, 연소실(30)내의 강한 텀블흐름 및 엔진완전개방시의 유량계수를 확보할 수 있다.
또 본 실시예에 있어서는, 흡기포오트(46A)(46B)에 있어서의 가장 실질유통단면적이 작게되는 각 만곡부에 불룩한부분(13)을 형성하는 동시에, 밸브스템(57)의 하류쪽에는 유통저항이 되는 칸막이벽(21)을 설치하지 않도록 구성되어 있으므로, 상기한 연소실(30)내의 강한 텀블흐름 및 엔진완전개방시의 유량계수를 보다 효과적으로 확보할 수 있다.
또, 흡기포오트(46A)(46B)에 있어서의 밸브스템(57)의 하류쪽에 칸막이벽(21)을 설치하지 않는 구성에는 이하 설명하는 바와 같이 제법상 큰 이점이 있다. 즉, 만약 밸브스템(57)의 하류쪽에도 칸막이벽(21)을 설치한 경우, 그 칸막이벽에 있어서의 밸브스템(57)에 대응하는 부분을 칸막이벽의 주조후에 드릴링할 필요가 생기나, 칸막이벽이 얇기 때문에 상기 드릴링시에 갈라짐이 발생할 위험이 생기고, 흡기포오트(46A)(46B)내의 밸브스템(57)의 하류쪽에, 한쪽 지지의 칸막이벽이 존재하게 되어, 강도상으로 바람직하지 못하다는 불편이 생긴다. 그러나 본 실시예에서는 상기와 같이 밸브스템(57)의 하류쪽에 칸막이벽(21)이 존재하지 않으므로, 이와 같은 불편을 일체 피할 수 있다. 또한 밸브스템(57)의 하류쪽 칸막이벽(21)을 존재시키지 않아도, 층형상화에는 거의 영향이 없다는 것도 확인되고 있으며, 제조상 큰 이점을 제공할 수 있다.
여기서, 제11도는 포오트단면적과 평균텀블비(텀블흐름의 회전속도/엔진회전속도) 및 평균유량계수(전체로서의 유량)와의 관계를 표시한 것이다. 여기서 선 a는 포오트단면적과 평균 텀블비와의 관계를 표시하고, 선 b는 포오트단면적과 평균 유량계수와의 관계를 표시하는 것이고, ■표시는 흡기포오트(46A)(46B)의 단면의 위쪽절반부(46A-1)(46B-1)를 충분히 크게 한 흡기포오트를 구비한 기관의 평균유량계수를 표시하는 것이다.
또, ○는, 통상의 텀블흐름의 흡기포오트를 구비한 기관의 평균텀블비를 표시하는 것이고, ●는 흡기포오트(46A)(46B)에서는 위쪽절반부(46A-1)(46B-1)를 충분히 크게해서, 포오트단면적을 확보하고 있으므로, 도면에 표시한 바와 같이 평균텀블비, 평균유량계수 모두 향상시킬 수 있다.
이에 의해, 텀블비와 유량계수와의 관계는 제12도에 표시한 바와 같은 것이 된다. 이 제12도에 있어서 △표시는 종래의 텀블흐름을 사용한 기관, ☆표시는 칸막이벽(21)을 설치하고는 있으나, 이 칸막이벽(21)에 의해 흡기포오트(46A)(46B)내의 단면적이 저하하고 있는 기관, ★표시는 본구조를 구비한 기관으로서 흡기포오트(46A)(46B)의 단면의 위쪽절반부(46A-1)(46B-1)를 충분히 크게한 것이다. 즉, 이 제12도가 표시하는 바와 같이, 흡기포오트(46A)(46B)에 칸막이벽(21)을 설치하는 것만으로는, 흡기류의 층형상화를 촉진해도 유량계수가 저하해 버리고, 완전개방성능이 저하해버리는 불편이 있다. 여기서 ★표시가 나타내는 바와 같이, 흡기포오트(46A)(46B)의 단면적의 위쪽절반부(46A-1)(46B-1)를 충분히 크게 하므로써, 텀블비 및 유량계수를 향상시킬 수 있다. 이와 같이 해서 칸막이벽(21)을 설치하는 것에 의한 흡기포오트부분(46A)(46B)의 단면적의 감소를 보충할 수 있고 연소실(30)내의 강한 텀블흐름 및 기관의 완전개방성능을 확보할 수 있는 것이다.
또, 제13도는 기관의 회전토크 및 출력을 표시하는 것으로서 도면중 선 a 및 산 c는 본 구조를 구비한 기관의 특성을 표시한 그래프, 선 b 및 산 d는 종래의 흡기포오트구조를 구비한 기관의 특성을 표시한 그래프이다. 먼저 선 a 및 선 b는 기관의 회전속도와 토크의 관계를 표시하고 있으나, 이 2개의 곡선에 거의 차는 없고, 본 구조를 구비한 기관이 종래보다도 희박한 혼합기에 의해서 운전해도 종래의 기관과 동등한 토크를 실현하고 있는 것을 표시하고 있다.
그리고, 선 c 및 선 d는 기관의 회전속도와 출력의 관계를 표시하는 것이지만, 이들의 선 c와 선 d에 대해서도 상기한 토크특성과 마찬가지로, 거의 차는 없고 종래보다도 희박한 혼합기에 의해서 운전해도 종래의 기관과 출력을 얻을 수 있는 것을 표시하고 있다.
따라서, 제13도에 표시한 바와 같이, 본 구조를 구비한 기관은 흡기포오트(46A)(46B)의 텀블비 및 유량계수가 커지는 결과, 종래의 기관과 동등한 토크, 출력특성의 내연기관을 실현할 수 있다.
이와 같이, 흡기포오트(46)에 칸막이벽(21)을 설치하고, 또한 흡기포오트(46A)(46B)의 대략 삼각형의 단면의 위쪽절반부(46A-1)(46B-1)를 충분히 크게 하므로써 토크, 출력 모두 종래의 내연기관보다도 저하시키는 일없이, 종래의 내연기관보다도 희박한 혼합기에 의해서 안정된 연소상태를 유지할 수 있는 동시에 NOx도 저하할 수 있다. 또 동시에 연비도 향상시킬 수 있다.
다음에 피스톤 상면의 형상에 관헌 변형예에 대해서 제14도 및 제15도를 사용해서 설명한다.
제1실시예의 제1도, 제3도의 엔진은 제4(a)도, 제4(b)도와 같은 오목부(35) 및 융기부(37)를 가진 피스톤(26)을 구비하고 있었으나, 이 피스톤에 대신해서 제14(a)도, 제14(b)도에 표시한 바와 같은 피스톤(26a)을 채용한다.
제14(a)도, 제14(b)도의 피스톤(26a)은 그 상면에 오목부(35) 및 융기부(37a)를 가진다. 융기부(37a)의 정상은, 꼭대기면(34)에 있어서의 가상평면 FC의 흡기포오트(46)의 흡기개구쪽에 위치하고 있다. 융기부(37a)의 가상평면 FC쪽의 사면 vf3은 피스톤(26a)의 사면에 원활하게 연속하도록 구성되어 있다. 사면 vf3은, 가상평면 FC와 직각이고 또한 실린더축선을 포함한 평면에 관해서 대칭의 형상이다.
이 제14(a)도, 제14(b)도의 변형예에 있어서는 사면 vf3이 상기한 바와 같이 오목형상이므로, 텀블흐름 Fa, Fm은 피스톤(26a)의 상면으로부터 실린더보어 내벽면을 따르도록 방향을 바꿀때에, 전부 텀블흐름 Fm의 중심으로 치우도록 한다. 그러나 사면 vf3이 상기와 같이 대칭이므로, 텀블흐름 Fa, Fm의 층형상 상태는 붕괴되는 일이 없다.
다음의 변형에는 제15(a)도, 제15(b)도에 표시한 바와 같은 피스톤(26b)을 채용하고 있다.
제15(a)도, 제15(b)도의 피스톤(26b)은 상면에 오목부(36) 및 융기부(37b)를 가진다. 이 중의 융기부(37b)의 정상은, 꼭대기면(34)에 있어서의 가상평면 FC의 흡기포오트(46)의 흡기개구쪽에 위치하고 있다. 다른 한편, 오목부(36)는 꼭대기면(34)에 있어서의 가상평면 FC쪽에 인접해서 위치하고 있다. 융기부(37b)의 가상평면 FC쪽의 사면 vf4는 오목부(35)의 사면은 가상평면 FC와 평행한 단면이 피스톤(26b)의 기준상면과 평행한 직선이 되도록 구성되어 있다.
이 제15(a)도, 제15(b)도의 변형예에 있어서는 융기부(37b)와 함께 오목부(35)가 형성되어 있으므로, 텀블흐름 Fa, Fm이 실린더보어 내벽면으로부터 피스톤(26b)의 꼭대기면을 따르도록 방향을 바꿀때에, 텀블흐름 Fa, Fm의 층형상 상태가 보다 깨끗하게 유지된다.
여기서, 제16도에는, 종래의 피스톤상면이 평행한 엔진의 특성을 N선으로, 제1도의 안쪽벽 vf1을 가진 피스톤상면의 엔진 E의 특성을 A선으로, 제15도의 오목부(35) 및 안쪽벽 vf4를 가진 피스톤상면의 엔진의 특성을 C선으로 표시했다. 여기서는 연소안정성과, 도시출력과, NOx저감률을 차례로 표시했다. 이 시험은 일정연료량으로 공기량을 변화시킴으로써 공연비를 변경하고 있고, 이 경우의 도시출력의 차는 연비의 차를 나타내는 것이 된다.
여기서 희박한계공연비는 표준형과 비교해서 타입 A에서 1, 타입 C에서 2로 개선되었다. 그 결과, 희박한계시의 NOx는 타입 A에서 50%, 타입 C에서 16%까지 저감된다.
다음에 흡기포오트(46A)(46B)내에 있어서의 칸막이벽(21)의 변형예를 제17도를 사용해서 설명한다. 이 변형예는 칸막이벽(21)에 대신해서, 흡기포오트(46A)(46B)내의 대략 아래쪽절반부에만 칸막이벽(21Q)을 설치한 것이다. 그러나 상기한 바와 같이 인젝터(12)가 흡기포오트(46)의 분기부(46C)보다 상류쪽에서, 흡기포오트상면쪽으로부터 아래쪽으로 향해서 배설되어 있다. 연료가 흡기포오트하면쪽에 모이기 쉽기 때문에, 칸막이벽(12Q)과 같이 흡기포오트의 비교적 하면쪽에만 설치한 경우에도, 중앙통로(4)와 옆쪽통로(5)에 의한 텀블흐름 Fa, Fm의 층형상화가 충분히 가능하다.
다음에 인젝터(12)의 배치 및 방향과 칸막이벽(21)의 관계의 변형예에 대해서 제18도∼제25도를 사용해서 설명한다.
제18도, 제19도의 인젝터(12) 축선방향(6)에 표시한 바와 같이, 인젝터(12)는 흡기포오트(46)의 하부쪽으로부터 이들 흡기포오트(46A)(46B)의 하류쪽의 비스듬히 위쪽을 향해서 연료를 분사한다. 그리고 비스듬히 위쪽으로 분사된 연료를 흡기포오트(46), 흡기포오트(46A)(46B)내의 중앙통로(4)를 통해서 연소실(30)내에 흡기된다.
제20도는 제19도의 칸막이벽(21)에 대신해서, 흡기포오트 상면쪽으로부터 늘어뜨려, 상반부에만, 칸막이벽(21C)을 설치한 것이다. 이들 제19도 및 제20도에 표시한 변형예에 의하면 연료가 인젝터 분사축선(6)을 따라서 상면쪽내벽(8)을 향해서 분사되고, 점화플러그(11) 근처에 형성된 혼합기의 텀블흐름 Fm에서는, 이 텀블흐름 Fm의 텀블흐름중심안쪽의 흐름보다도 점화플러그(11) 근처의 텀블흐름중심 바깥쪽의 흐름쪽이 농후한 혼합기가 된다. 따라서 보다 희박연소를 안정되게 성립시킬 수 있다.
또 제21도 및 제22도에 표시한 바와 같이, 칸막이벽(21)은 흡기포오트(46), 흡기포오트(46A)(46B)의 상반부쪽에 설치된다. 이 상반부만이 좌우로 이분되도록 되어 있다. 또 이 칸막이벽(21C)의 아래가장자리를 따라서는 흡기포오트(46), 흡기포오트(46A)(46B)를 상하로 2분하도록, 보조벽으로서의 대략 수평의 칸막이벽(21F)이 설치되어 있다. 따라서, 이 칸막이벽(21F)에 의해서, 흡기포오트(46A)(46B)내에는, 상반부(46A-1)(46B-1)와 하반부(46-2)(46A-2)(46B-2)로 칸막이 되다. 또 상반부(46A-1)(46B-1)는, 칸막이벽(21C)에 의해 중앙쪽(점화플러그쪽) 통로와 옆쪽(점화플러그 반대쪽) 통로(5)로 2분되도록 되어있다. 그리고 인젝터(12)는 흡기포오트(46A)(46B)의 중앙통로(4)에 있어서의 칸막이벽(21F)보다도 위쪽부분에 연료를 분사하도록 구성되어 있다. 이에 의해 혼합기의 텀블흐름 Fm의 바깥쪽은, 연료농도가 높은 혼합기가 되고, 이것이 점화플러그(11) 근처에 집중한다. 이 때문에 보다 희박한 연료에 의해서도 안정된 연소상태를 가능하게 한다.
또 제23도∼제25도는, 제21도, 제22도에 표시한 보조칸막이벽(21F)에 대신해서, 보조칸막이벽(21G)을 설치한 것이다. 단, 인젝터(12)는 제1실시예와 마찬가지로 흡기포오트(46)의 상면 또한 분기부(46C)의 상류쪽에 배치되어 있다. 이 칸막이벽(21G)의 상류단부는, 수직 방향의 칸막이벽(21C)과 마찬가지로 인젝터(12)의 배설위치근처까지 설치되어 있다. 이 수평의 칸막이벽(21)이 인적테(12)로부터 분사된 연료를 흡기포오트(46)내의 아래쪽으로 확산시키지 않도록 되어있다. 즉 흡기포오트(46)의 분기부(46C)보다도 상류쪽에서는, 흡기포오트(46)내의 상부에 예를 들면 제24도와 같은 장방향 단면의 중앙쪽통로(4)가 형성된 형상이 된다. 즉 흡기포오트(46)내는, 중앙쪽통로(4)의 옆쪽통로(5)로 이분되게 된다. 또, 분기부(46C)보다도 하류쪽에서는, 이 중앙쪽통로(4)가 각 흡기포오트(46A)(46B)내의 기준면(3)쪽의 상부에 형성되어 있다. 이에 의해서, 흡기포오트(46A)(46B)의 아래쪽을 향해서 분사된 연료는, 흡기포오트부분(46A)(46B)내에 설치된 수평칸막이벽(21G)에 의해, 옆쪽통로(5)에의 유입이 방지된다. 그리고 분사된 연료는 상반부(46A-1)(46B-1)의 중앙통로(4)에 유입해서 옆쪽통로(5)에는 공기만이 유입한다. 또 칸막이벽(21G)이 인젝터(12)의 배설위치보다도 상류쪽으로부터 하류쪽에 걸쳐서 뻗어설치되어 있으므로, 연료를 확실히 흡기포오트(46A)(46B)의 상반부(46A-1)(46B-1)의 중앙통로(4)에 유입시킬 수 있고, 따라서 혼합기의 텀블흐름 Fm의 바깥쪽은, 연료농도가 높은 혼합기가 되고, 이것이 점화플러그(11) 근처에 집중한다. 이에 의해 혼합기는 연소실(30)내에서 착실히 착화, 연소할 수 있고 종래보다도 희박한 연료에 의해서도 안정된 연소상태를 가능하게 한다.
다음에, 인젝터(12)의 분사에 관한 변형예를, 제26도의 제26(a)도∼제26(d)도를 사용해서 설명한다.
제26(a)도는 사이어미즈형 흡기포오트(46)의 분기부(46C)를 향해서 연료를 분사하는 것으로서, 분기부(46C)에 연료를 적극적으로 충돌시킨 후, 확산한 연료를 흡기포오트(46A)(46B)내의 중앙통로(4)에 유입하도록한 것이다. 이 흡기포오트(46)의 분기부(46C)는, 인젝터(12)의 분사방향에 대해서 대략 직교하는 적극적인 충돌면을 가지고 있으며, 이 충돌면에 충돌한 연료를 확산시키도록 되어 있다.
제26(b)도는 연료분사구멍을 2개 구비한 인젝터(12)를 사용하는 타입의 것으로서, 각 연료분사구멍으로부터 분사된 2개의 연료의 흐름은, 각각 각 흡기포오트(46A)(46B)의 중앙쪽통로에 직접 유입해진다. 이 경우는 흡기포오트(46)의 분기부(46C)는 곡면형상으로 형성되어 흡기류의 흡기저항을 저감하고 있다.
제26(c)도는 연료부사구멍이 1개의 인젝터(12)를 사용해서, 각 칸막이벽(21)(21)에는 연료가 부착하지 않도록, 중앙통로(4)내를 향해서 직접연료를 분사하는 타입의 것이다. 이 경우, 연료가 흡기와 함께 원활하게 흡입되도록, 흡기포오트(46)의 분기부(46C)를 예각적으로 형성하고 있다. 제26(d)도는 상기한 제26(c)도와는 반대로, 연료를 적극적으로 각 칸막이벽(21)(21)까지에 걸쳐서 광각을 향해서 분사하는 타입의 것이다. 이 경우는 흡기포오트(46)에 분기(46C)는, 저항을 줄이기 위하여 상기 제26(b)도의 마찬가지로 곡면형상으로 둥글게 되어있다.
또한 상기한 제26(a)도∼제26(d)도는 인젝터(12)에 관한 분사의 변형예이고, 인젝터(12)의 배설위치나 분사축선(6)은 모두 제1실시예와 동일하다.
다음에 밸브스템(57)과 칸막이벽(21)의 배치와의 어레인지에 대한 변형예를 제26도∼제29도를 사용해서 설명한다.
상기한 바와 같이, 본원 발명의 제1실시예에서는, 제6도에 표시한 바와 같은 칸막이벽(21)을 폭좁게 형성하고 있다. 이것은 칸막이벽(21)의 안쪽의 면(121a)을 밸브스템(57)의 안쪽표면으로부터, 옆쪽통로(5)에 편의시키고 있는 것이다. 이에 의해서, 칸막이벽(21)의 면(121a)을 따라서 흐르는 혼합기속의 연료분무가 제6도중 P로 표시한 바와 같은 방향에서, 점화플러그(11)의 근처로 집중시키는 효과를 얻을 수 있다.
제27도에 표시한 어레인지는, 제1실시예와 마찬가지의 효과를 얻을 목적으로, 밸브스템(57)의 안쪽표면보다도, 칸막이벽(121A)의 내면을 옆쪽통로(5)에 편의시키는 동시에, 칸막이벽(21)의 중심선 자체도 밸브스템(57)의 축선과 편의시킨 것이다.
제28도, 제29도에 표시한 바와 같은 어레인지의 것을 생각할 수 있다. 칸막이벽(121B), (121C)의 상류쪽 및 중간부를 밸브스템(57)의 축심보다도 바깥쪽으로 편의한다. 그리고, 칸막이벽(121B), (121C)의 하류부(122)(123)에 있어서의 착화수단쪽 칸막이벽(내벽면)(122a) (123a)이 착화수단쪽(4)의 흡기류를 점화플러그(11)쪽으로 향하도록 중앙근처로 향해서 경사져 있다. 이 경우에는 흡기류가 보다 원활하게 점화플러그(11)쪽으로 향하게 되고, 엔진의 희박연소화를 보다 촉진할 수 있어, 층형상 연소엔진에 매우 유효하다. 또한 제28도에 표시한 예에서는, 칸막이벽(121B)의 내벽면(122a)만이 굴곡하고 있고, 칸막이벽(121B)의 외벽면은 평면형상으로 되어있다. 또 제29도에 표시한 예에서는, 칸막이벽(121C)의 두께가 그 전체길이에 걸쳐서 거의 일정하게 설정되어 칸막이벽(121B)의 내벽면(122a)과 함께 외벽면도 굴곡형성되어 있다.
이와 같이 적어도 칸막이벽(21)의 안쪽면(21a)을 밸브스템(57)의 안쪽면보다도 약간 점화플러그 반대쪽으로 편의시키거나, 혹은 칸막이벽(21)의 하류쪽단부의 내벽면(21a)자체를 점화플러그쪽으로 경사지게 하므로써, 칸막이벽(21)의 내벽면을 따라서 흐르는 혼합기속의 연료분무의 점화플러그쪽으로의 집중화를 실현할 수 있는 것이다. 그리고, 이 혼합기의 점화플러그쪽으로의 집중상태는, 예를들면 내벽면(21a)(121a)의 편의 상태나 내벽면(122a)(123a)자체의 경사상태의 설정에 따라서, 층형상정도를 조정할 수 있다.
다음에 흡기포오트(46)내에 유입하는 흡기류의 방향에 관한 칸막이벽구조의 변형으로서, 제30도∼제31도를 사용해서 설명한다.
실시예 1에서는 칸막이벽(21)의 내벽과 외벽이 대략 평행하게 설정되어 있다. 이것은 제조상의 점에서 생각해서 형상을 단순화한 것이다. 흡기포오트(46A)(46B)내를 유입하는 흡기류를 정류하고, 밸브스템(57)의 부분에서의 흡기류의 교란을 방지하는 것을 고려하면, 제30도에 표시한 바와 같이, 칸막이벽(21)의 두께를 밸브스템(57)의 상류쪽으로 갈수록 얇게 형성하고, 또 상단부에서는 매우 얇게 형성하는 것이 바람직하다. 또 하류쪽의 밸브스템(57)에 가까워짐에 따라서 서서히 밸브스템(57)의 외경과 대략 동등한 두께가 되도록 형성하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하므로써, 흡기류의 흐름은, 칸막이벽(21) 및 밸브스템(57)에 의해서 교란되는 일없이, 원활하게 연소실(30)에 유입할 수 있다.
다음에 흡기포오트(46) 및 동흡기포오트(46)의 상류쪽에 접속되는 흡기매니폴드(14)의 변형예에 대해서 제31도∼제33도를 사용해서 설명한다.
상기와 같이, 본 발명의 제1실시예에서는, 흡기포오트부분(46A)(46B)의 위쪽절반부(46A-1)(46B-1)가 하반부(46A-2)(46B-2)보다 폭확대되고 있다. 그러나, 또 흡기포오트(46)의 상류쪽에 접속되는 흡기매니폴드의 형상도 개량함으로써, 연소실(30)내에서 보다 강한 텀블흐름 Fa, Fm을 얻을 수 있다.
제31도에 있어서, 부호(14)는 실린더헤드(28)의 측면(28A)에 고정되고 흡기포오트(46)의 상류쪽단부에 접속되는 흡기매니폴드이다. 그리고 흡기포오트(46) 및 흡기매니폴드(14)의 각부의 단면형상은, 제32도에 표시되는 바와 같이 구성되어 있다. 즉, 이 흡기매니폴드(14)에서는, 각 흡기포오트(46A)(46B)내에 원활하게 흡기가 유입하도록(즉, 흡기의 속도를 저하시키지 않도록) 제32(a)도∼제32(c)도에 표시한 바와 같이, 상류로부터 하류로 감에 따라서 단면형상을 서서히 변화시키고, 흡기통로부분(14A)(14B)과 접속하고 있는 최하류쪽(제32(c)도)에서는, 흡기포오트(46A)(46B)의 흡기매니폴드(14)와의 각 단면형상이 거의 일치하도록 형성되어 있다.
즉, 이 흡기매니폴드(14)내에는, 2개의 흡기통로부분(14A)(14B)에 의해, 각 흡기포오트부분(46A)(46B)의 단면형상과 마찬가지로, 하류로 감에 따라서, 위쪽절반부(14A-1)(14B-1)를 아래쪽 절반부(14A-2)(14B-2)보다도 상대적으로 폭확대된 편심형상이 되도록 형성되어 있다.
이에 의해서, 흡기는 흡기매니폴드(14)내의 2개의 흡기통로(14A)(14B)에서 흡기류중심(45)이 위쪽절반부(14A-1)(14B-1)로 편심되어 흡기포오트(46A)(46B)에 유입하므로, 각 흡기포오트(46A)(46B)에서의 텀블흐름의 형성을 더욱 촉진하도록 되어있다.
또, 제1실시예에서는 흡기포오트내에만 칸막이벽을 설치했으나, 제33도에 표시한 바와 같이 흡기매니폴드(14)에 각 흡기통로부분(14A)(14B)를 좌우방향으로 이분하는 칸막이벽(15)(15)을 설치하는 것도 가능하다. 이 칸막이벽(15)는 각 흡기통로부분(14A)(14B)의 상단부로부터 하단부에 걸쳐서 설치되어 있고, 이에 의해 각 흡기통로부분(14A)(14B)내에서는 각각 흡기류의 중앙쪽통로(4')의 옆쪽통로(5')로 이분되도록 되어있다. 이 칸막이벽(15)은 흡기매니폴드(14)의 하류쪽단부 즉 흡기포오트(46A)(46B)와의 접합면 근처까지 설치되어 있고, 칸막이벽(15)에 의해 흡기매니폴드(14) 및 흡기포오트(46A)는, 흡기류를 중앙통로(4)(4')의 옆쪽통로(5)(5')로 분리하도록 되어 있다. 이에 의해 중앙통로(4)(4')의 옆쪽통로(5)(5')로 분기한 흡기류가 혼합기와 공기로 완전히 분리되고, 연소실(30)내의 텀블흐름 Fa, Fm의 층형상화를 보다 강화할 수 있다.

Claims (6)

  1. 실린더(24)내면과 동 실린더(24)내에 끼워넣어지는 피스톤(26)의 상면(34)과 실린더헤드하면(60)에 의해서 정해진 연소실(30)과, 상기 연소실(30)의 천정을 정하는 실린더헤드하면(60)의 대략 중심에 설치된 점화수단(11)과, 각각 상기 실린더헤드하면(60)에 있어서의 실린더축선(L)을 포함한 가상평면(FC)의 한쪽에 베설된 흡기개구를 가지고, 흡기공기에 의해 상기 연소실(30)내의 거의 전체에 있어서 서로 평행하고 또한 같은 방향의 텀블흐름을 생성하도록, 상기 각 흡기개구로부터 상기 실린더하면(60)에 따라서 상기 가상평면(FC)의 다른쪽을 햐해서 흡기를 유입하는 2개의 흡기포오트(46A), (46B)와, 상기 각 흡기포오트(46A), (46B)를 가로지르는 밸브스템(57), (57)을 각각 가지고, 상기 각 흡기개구를 개폐하는 흡기밸브(58) (58)와, 상기 각 흡기포오트(46A), (46B)내에 설치되고 각각 각 흡기포오트(46A), (46B)내를, 상기 점화수단(11)쪽의 중앙쪽통로(4)와, 옆쪽통로(5)로 구분하는 세로칸막이벽(21), (21)과, 상기 각 흡기토오트(46A), (46B)의 각 중앙쪽통로(4)에 연료를 공급하고, 흡기행정에 있어서 상기 연소실(30)내에 층형상의 텀블흐름을 생성시키는 연료공급수단(12)을 구비하고, 상기 각 흡기밸브(58)(58)의 밸브스템(57)(57)에 있어서의 상기 중앙쪽통로(4)에 면한 표면이, 상기 각 세로칸막이벽에 있어서의 상기 중앙쪽통로(4)에 면한 표면(121A)(121A) 보다도, 상기 중앙쪽통로(4)의 중심쪽에 편의된 것을 특징으로 하는 층형상 연소내연기관.
  2. 제1항에 있어서, 상기 흡기밸브(58)(58)의 밸브스템(57)(57)에 있어서의 상기 앞쪽통로(5)에 면한 표면이, 상기 각 세로칸막이벽(21)(21)에 있어서의 상기 앞쪽통로(5)에 면한 표면과 거의 면 일치하는 것을 특징으로 하는 층형상 연소내연기관.
  3. 제1항에 있어서, 상기 흡기밸브(58)(58)의 밸브스템(57)(57)에 있어서의 상기 앞쪽통로(5)에 면한 표면이, 상기 각 세로칸막이벽(21)(21)에 있어서의 상기 앞쪽통로(5)에 면한 표면보다도, 상기 앞쪽통로(5)의 중심쪽에 편의된 것을 특징으로 하는 층형상 연소내연기관.
  4. 제1항에 있어서, 상기 각 흡기밸브(58)(58)의 밸브스템(57)(57)의 외경이, 상기 각 세로칸막이벽(21)의 두께보다도 큰 것을 특징으로 하는 층형상 연소내연기관.
  5. 실린더(24)내면과 동 실린더(24)내에 끼워넣어지는 피스톤(26)의 상면(34)와 실린더헤드하면(60)에 의해서 정해진 연소실(30)과, 상기 연소실(30)의 천정을 정하는 실린더헤드하면(60)의 거의 중심에 설치된 점화수단(11)과, 각각 상기 실린더헤드하면(60)에 있어서의 실린더축선(L)을 포함한 가상평면(FC)의 한쪽에 베설된 흡기개구를 가지고, 흡기공기에 의해 상기 연소실(30)내의 거의 전체에 있어서 서로 평행하고 또한 같은 방향의 텀블흐름을 생성하도록, 상기 각 흡기개구로부터 상기 실린더하면(60)에 따라서 상기 가상평면(FC)의 다른쪽을 햐해서 흡기를 유입하는 2개의 흡기포오트(46A), (46B)와, 상기 각 흡기포오트(46A), (46B)를 가로지르는 밸브스템(57), (57)을 각각 가지고, 상기 각 흡기개구를 개폐하는 흡기밸브(58)(58)와, 상기 각 흡기포오트(46A)(46B)내에 설치되어, 각각 각 흡기포오트(46A)(46B)내를, 상기 점화수단(11)쪽의 중앙쪽통로(4)와, 옆쪽통로(5)로 구분하는 세로칸막이벽(21)(21)과, 상기 각 흡기토오트(46A)(46B)의 각 중앙쪽통로(4)에 연료를 공급하고, 흡기행정에 있어서 상기 연소실(30)내에 층형상의 텀블흐름을 생성시키는 연료공급수단(12)을 구비하고, 상기 각 세로칸막이벽(21)(21)에 있어서의 상기 중앙쪽통로(4)에 면한 표면(121A)(121A)의 하류쪽단부가, 동단부에 대한 상류쪽부분보다도, 상기 중앙쪽통로(4)의 중심쪽에 편의된 것을 특징으로 하는 층형상 연소내연기관.
  6. 실린더(24)내면과 동 실린더(24)내에 끼워넣은 피스톤(26)의 상면(34)과 실린더헤드하면(60)에 의해서 정해진 연소실(30)과, 상기 연소실(30)의 천정을 정하는 실린더헤드하면(60)의 거의 중심에 설치된 점화수단(11)과, 각각 상기 실린더헤드하면(60)에 있어서의 실린더축선(L)을 포함한 가상평면(FC)의 한쪽에 배설된 흡기개구를 가지고, 흡입공기에 의해 상기 연소실(30)내의 거의 전체에 있어서 서로 평행하고 또한 같은 방향의 텀블흐름을 생성하도록, 상기 각 흡기개구로부터 상기 실린더하면(60)에 따라서 상기 가상평면(FC)의 다른쪽을 향해서 흡기를 유입하는 2개의 흡기포오트(46A)(46B)와, 상기 각 흡기포오트(46A)(46B)를 가로지르는 밸브스템(57)(57)을 각각 가지고, 상기 각 흡기개구를 개폐하는 흡기밸브(58)(58)와, 상기 각 흡기포오트(46A)(46B)내에 설치되고 각각 각 흡기포오트(46A)(46B)내를, 상기 점화수단(11)쪽의 중앙쪽통로(4)와, 옆쪽통로(5)로 구분하는 세로칸막이벽(21)(21)과, 상기 각 흡기토오트(46A)(46B)의 각 중앙쪽통로(4)에 연료를 공급하고 흡기행정에 있어서 상기 연소실(30)내에 층형상의 텀블흐름을 생성시키는 연료공급수단(12)을 구비하고, 상기 각 세로칸막이벽(21)(21)이, 상기 각 흡기포오트(46A)(46B)내에 있어서의 상기 각 밸브스템(57)(57)보다도 상류쪽에만 설치된 것을 특징으로 하는 층형상 연소내연기관.
KR1019930002930A 1992-02-28 1993-02-27 층형상 연소내연기관 KR950003738B1 (ko)

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