와류실식 디젤엔진

본 발명은 와류실식 디젤엔진에 관한 것으로서, 특히 실린더 블럭의 내측 상단에 일정크기의 와류실을 요입형성하고, 피스톤의 일측 상단에 소정의 곡면부를 형성하여 곡면부와 실린더 블럭 사이가 주연소실과 와류실을 연통하는 유동홀을 이루도록 하여 피스톤의 압축행정시 일정양의 공기가 와류실에서 와류되면서 압축 예열됨은 물론 팽창행정시에는 와류실에서의 1차 연소동작 후 주연소실에서 2차 연소되도록 하므로서, 소형 디젤엔진의 고출력화 및 소형화, 경량화를 구현할 수 있고, 배기가스의 감소 효과를 기대할 수 있도록 한 와류실식 디젤엔진에 관한 것이다.

또한, 와류실이 실린더 블럭에 형성되므로 인해 실린더 헤드상에 2∼4개의 흡,배기 포트를 각각 구성할 수 있게 되므로 고출력의 소형 디젤엔진을 구현할 수 있도록 한 와류실식 디젤엔진에 관한 것이다.

도 3 은 종래의 와류실식 디젤엔진을 도시한 것으로서,

디젤엔진은 실린더 헤드(1)와 실린더 블럭(2)으로 구성된다.

상기 실린더 헤드(1)에는 주연소실(3)과 연통된 와류실(4)이 형성되어있고, 와류실(4)의 상측으로는 와류실(4) 내에 압축된 상태로 존재하는 공기를 예열하기 위한 예열플러그(5)가 혀성되며, 피스톤(6)이 압축행정에서 팽창행정으로 넘어가는 시점에서 연료를 분사하는 노즐(7)이 각각 형성되어 있다.

상기 실린더 블럭(2)에는 실린더 내에서 상하 연동되는 피스톤(6)이 설치되고, 상기 피스톤(6)의 상측면에는 반구형의 홈(8)이 형성되어있어 이 홈(8)과 실린더헤드(1)의 저면 사이가 주연소실(3)을 이루도록 되어있다.

그리고, 도 3 에는 실린더 헤드(1)에 형성되어있는 흡기구, 배기구, 흡기밸브, 배기밸브가 미도시되었다.

이와같이 구성된 종래의 와류실식 디젤엔진의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 흡기밸브가 열린 상태에서 피스톤(6)이 하강하여 다량의 공기가 실린더 내로 유입되고, 하강하였던 피스톤(6)이 상승하면서 실린더 내에 유입된 공기를 압축한다.

실린더 내에 존재하는 공기는 피스톤(6)의 압축동작에 의해 주연소실(3) 내에서 고압으로 압축되면서 그 온도가 고온으로 상승하며, 이때, 실린더 내에 존재하는 공기의 일부는 실린더 헤드(1)에 형성되어있는 와류실(4)로 유입되면서 와류되고, 예열플러그(5)의 예열동작에 의해 온도가 상승된다.

상기 피스톤(6)이 상사점에 도달하게 되면, 노즐(7)에서 일정양의 연료가 와류실(4)로 분사되고, 와류실(4)에 분사된 연료는 와류실(4)에 와류상태로 존재하는 고온의 공기에 의해 점화되면서 1차 연소되고, 와류실(4)에서의 1차 연소력에 의해 주연소실(3)에서 다시 2차 연소가 이루어지면서 피스톤(6)이 연소에 의한 팽창력에 의해 하강한다.

상기 피스톤(6)이 하강후 다시 상승하는 시점에서 배기밸브가 열리게되어 실린더 내에 존재하는 연소가스가 배기구를 통해 배출되는 것이다.

상기 설명과 같이 일련의 흡기행정→압축행정→팽창행정→배기행정 이 연속적으로 순환되면서 디젤엔진이 소정의 동력을 발생하게 되는 것이다.

그러나, 종래의 와류실식 디젤엔진은 와류실이 실린더 헤드에 형성되어 있기 때문에 공간이 제한된 실린더 헤드에 4∼6개의 흡,배기 밸브를 구현할 수 없게되어 고출력의 소형디젤엔진을 구현할 수 없게되는 문제점이 있었다.

상기와 같이 소형 디젤엔진의 출력을 향상시키기 위해서 실린더 헤드의 크기를 더욱 크게하여 4∼6개의 흡,배기 밸브를 설치할 수는 있으나, 이와같이 하면 실린더 헤드의 크기가 커지게 되고, 결국에는 엔진의 전체적인 크기가 커지게 되어 소형차량에는 적용할 수 없게되는 문제점이 있었다.

따라서, 상기 문제점을 해결하기위한 본 발명은 실린더 블럭의 내측 상단에 일정크기의 와류실을 요입형성하고, 피스톤의 일측 상단에 소정의 곡면부를 형성하여 곡면부와 실린더 블럭 사이가 주연소실과 와류실을 연통하는 유동홀을 이루도록 하여 피스톤의 압축행정시 일정양의 공기가 와류실에서 와류되면서 압축 예열됨은 물론 팽창행정시에는 와류실에서의 1차 연소동작 후 주연소실에서 2차 연소되도록 하므로서, 소형 디젤엔진의 고출력화 및 소형화, 경량화를 구현할 수 있고, 배기가스의 감소 효과를 기대할 수 있도록 한 와류실식 디젤엔진을 제공함을 목적으로 한다.

도 1 은 본 발명의 와류실식 디젤엔진을 보인 단면도.

도 2 는 본 발명의 다른 실시예를 보인 단면도.

도 3 은 종래의 와류실식 디젤엔진을 보인 측 단면도.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10: 실린더 헤드, 20: 실린더 블럭,

21: 피스톤, 22: 홈,

23: 주연소실, 24: 와류홈,

25: 곡면부, 26: 와류실,

27: 유동홀, 28: 노즐,

29: 예열 플러그, 30: 와류돌기,

상기 목적달성을 위한 본 발명은,

흡/배기구 및 흡/배기 밸브가 형성된 실린더 헤드와, 실린더 내에서 상하 연동되도록 피스톤이 설치되고, 피스톤의 상측면에 반구형의 홈이 형성되어 있는 실린더 블럭으로 구성된 디젤엔진에 있어서,

실린더 블럭의 내측 상단에 장방형의 와류홈을 형성하여서 된 와류실과;

주연소실과 와류실이 연통되도록 하기위해 피스톤의 일측 상단을 곡면 가공하여서 된 유동홀과;

상기 와류실 내에 돌출되도록 실린더 블럭의 상단에 형성되며, 연료를 분사하는 분사용 노즐과;

상기 와류실 내에 돌출되도록 형성되며, 와류실의 공기를 예열하는 예열 플러그를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 와류홈이 형성된 실린더 블럭의 내측으로 공기의 와류효율을 향상시키기 위한 와류돌기가 돌출 형성된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면 도 1 을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

상기 도 1 은 본 발명의 일 실시예를 도시한 것으로서, 본 발명의 와류실식 디젤엔진을 도시한 것이다.

상기 도면에 의하면 본 발명은 실린더 블럭(20)의 상측 내벽면에 장방형의 와류홈(24)을 형성하여 피스톤(21)과 와류홈(24) 사이의 공간부가 와류실(26)이 되도록 하고, 피스톤(21)의 상면 일측에는 소정의 곡면부(25)를 가공하여 곡면부(25)와 실린더 블럭(20)의 내면 사이에 형성된 공간부가 주연소실(23)을 이루는 홈(22)과 와류실(26)을 연통하는 유동홀(27)이 되도록 하여 압축행정에서 피스톤(21)의 상승시 실린더 내의 공기중 일부가 유동홀(27)을 통해 와류실(26)로 유입되도록 하였다.

상기 와류실(26)의 일측으로는 연료분사용 노즐(28)과 예열 플러그(29)를 형성하여 팽창행정시 와류실(26)에 와류상태로 존재하는 고온의 공기상에 노즐(28)을 통해 일정양의 연료가 분사되도록 함은 물론 압축행정시 예열 플러그(29)의 예열동작에 의해 와류실(26) 내의 공기가 예열되도록 하였다.

상기 노즐(28)은 유동홀(27)과 수평을 이루도록 경사지게 설치하여 노즐(28)에서 분사되는 연료가 유동홀(27)을 통해 유입되는 공기에 대해 정면으로 분사되도록 하여 1차 연소효율이 향상되도록 하였다.

그리고, 상기 와류홈(24)이 형성된 실린더 블럭(20)의 내측으로 와류돌기(30)를 돌출 형성하여 와류실(26) 내로 유입된 공기가 상기 와류돌기(30)에 부딪히면서 회전하여 고속으로 와류되도록 하였다.

한편, 실린더 헤드(10)에는 복수개의 흡기구(11)와 흡기밸브(13) 그리고, 배기구(12)와 배기밸브(13)가 각각 형성되어 있다.

상기 설명과 같이 와류실(26)을 실린더 블럭(20)의 측면상에 형성하는 이유는 실린더 헤드(10)의 제한된 공간을 보다 효율적으로 이용하여 실린더 헤드(10)상에 4∼6개의 흡/배기구 및 흡/배기밸브를 형성할 수 있도록 하기 위함이다.

그리고, 상기 미설명된 도면부호 50은 실린더헤드(10)와 실린더블럭(20)이 과열되는 것을 방지하기 위한 워터재킷 이다.

이와같이 구성된 본 발명의 작용및 효과를 설명하면 다음과 같다.

흡기행정이 시작되어 피스톤(21)이 하강하면 실린더 헤드(10)에 형성되어있는 흡기밸브(13)가 열리면서 흡기구(11)를 통해 다량의 공기가 실린더 내로 유입되고, 압축행정이 시작되어 피스톤(21)이 상승하면 실린더 내의 공기가 압축된다.

이때, 주연소실(23)에서 압축되는 공기의 일부분이 유동홀(27)을 통해 와류실(26)로 유입되는데, 와류실(26)로 유입된 공기는 와류홈(24)의 선단부에 돌출 형성된 와류돌기(30)에 부딪히면서 고속으로 와류되고, 와류실(26)로 유입된 공기는 예열 플러그(29)의 예열동작에 의해 가열된다.

즉, 압축행정시에는 와류실(26) 내에 일정양의 공기가 고속으로 와류되면서 온도가 상승되고, 주연소실(23) 내에는 대부분의 공기가 고온으로 압축된 상태로 존재하게 되는 것이다.

상기 설명과 같은 상태에서 유동홀(27)에 대해 수평선상에 설치되어있는 노즐(28)을 통해 일정양의 연료가 와류실(26) 내로 분사되면, 와류실(26)에 존재하는 고온의 와류공기에 의해 연료가 1차 점화되고, 와류실(26) 내에서의 1차점화력이 유동홀(27)을 통해 주연소실(23)로 전달되어 주연소실(23) 내에서 다시 2차점화가 이루어 진다.

이와같은 점화력에 의해 피스톤(21)은 다시 하강하여 팽창행정이 이루어지게되고, 팽창행정 이후 피스톤(21)이 상승할때 배기밸브(14)가 열리면서 실린더 내에 존재하는 배기가스가 배기구(12)를 통해 배출되는 것이며, 배기가스가 배출될때 일정양의 배기가스가 와류실(26)과 유동홀(27) 상에 존재하게 되므로 엔진의 배기가스 배출양이 감소되는 것이다.

상기 설명과 같은 일련의 연소동작이 반복수행되면서 디젤엔진이 소정의 구동력을 발생하게 되는 것이다.

한편, 도 2 는 본 발명의 다른 실시예를 도시한 것으로서,

흡/배기구 및 흡/배기 밸브가 형성된 실린더 헤드(10)와, 실린더 내에서 상하 연동되도록 피스톤(21)이 설치되고, 피스톤(21)의 상측면에 반구형의 홈(22)이 형성되어 있는 실린더 블럭(20)으로 구성된 디젤엔진에 있어서,

실린더 블럭(20)의 내측 상단에 장방형의 와류홈(34)을 형성하여서 된 와류실(36)과;

주연소실(23)을 이루는 피스톤(21)의 홈(22)과 와류실(36)이 연통되도록 하기위해 피스톤의 상측면에 형성된 유동홀(37)과;

상기 와류실(36) 내에 돌출되도록 실린더 블럭(20)의 상단에 형성되며, 연료를 분사하는 분사용 노즐(38)과;

상기 와류실(36) 내에 돌출되도록 형성되며, 와류실(36)의 공기를 예열하는 예열 플러그(39)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 와류홈(34)이 형성된 실린더 블럭(20)의 내측으로 공기의 와류효율을 향상시키기 위한 와류돌기(40)가 돌출 형성된 것을 특징으로 한다.

이와같이 구성된 본 발명의 다른 실시예는 실린더 블럭(20)의 일측면에 와류실(36)을 형성하고, 상기 와류실(36)에 노즐(38)과 예열 플러그(39)를 각각 형성하여 피스톤(21)의 압축행정시 와류실(36)에 일정양의 공기가 와류상태로 존재하면서 그 온도가 상승되고, 와류실(36)에서 1차 연소동작이 이루어 진후 1차 연소력이 주연소실(23)로 가해져 주연소실(23)에서 2차 연소동작이 이루어지게 된다.

상기 설명에서 노즐(38)은 유동홀(37)에 대해 수평을 이루도록 설치되기 때문에 노즐(38)에서 분사되는 연료는 유동홀(37)을 통해 유입되는 공기에 대해 정면으로 분사되므로, 연소효율이 향상되게 된다.

또한, 연소동작 후 배기구를 통해 배기가스가 배출될때 와류실(36)과 유동홀(37) 상에 일정양의 배기가스가 잔류하게 되므로서, 엔진의 배기가스 배출양이 현저히 감소되는 효과 또한 기대할 수 있게되는 것이다.

본발명의 다른 실시예를 설명함에 있어, 도 1 에 도시된 본 발명과 동일한 구성요소에 대해서는 동일부호 처리하여 중복설명을 피했다.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명은 실린더 블럭의 내측 상단에 일정크기의 와류실을 요입형성하고, 피스톤의 일측 상단에 소정의 곡면부를 형성하여 곡면부와 실린더 블럭 사이가 주연소실과 와류실을 연통하는 유동홀을 이루도록 하여 피스톤의 압축행정시 일정양의 공기가 와류실에서 와류되면서 압축 예열됨은 물론 팽창행정시에는 와류실에서의 1차 연소동작 후 주연소실에서 2차 연소되도록 하므로서, 소형 디젤엔진의 고출력화 및 소형화, 경량화를 구현할 수 있고, 배기가스의 감소 효과를 기대할 수 있도록 한 와류실식 디젤엔진 이다.