KR900007815B1

KR900007815B1 - 디젤 엔진의 연소실 구조

Info

Publication number: KR900007815B1
Application number: KR1019850000932A
Authority: KR
Inventors: 겐시 모리야스; 쥰 이소모또; 다쯔로 나까가미; 히로오 다까하시; 다꾸오 마에다
Original assignee: 미쯔비시 지도샤 고교 가부시끼가이샤; 세끼 신지
Priority date: 1984-02-15
Filing date: 1985-02-15
Publication date: 1990-10-20
Also published as: EP0172253A1; DE3590066T; WO1985003738A1; US4721080A; EP0172253A4; GB2173254B; DE3590066C2; GB2173254A; GB8524576D0; KR850007627A; EP0172253B1

Abstract

내용 없음.

Description

디젤 엔진의 연소실 구조

제1도, 제2도 및 제3도는 종래의 연소실 형상을 도시하는 종단면도.

제4도 및 제5도는 본 발명의 제1실시예를 도시하는 종단면도.

제6도는 제1실시예의 평면도.

제7, 제8a도, 제8b도 및 제8c도는 상기 제1 실시예의 연료 및 공기의 흐름의 설명도.

제9도 내지 제14도는 제l실시예에 기초한 실험 결과를 나타내는 그래프.

제15도는 제1실시예의 구조를 작성하기 위한 설명도.

제16도 및 제17도는 본 발명의 제2실시예의 종단면도.

제18도는 상기 제2실시예의 분무 방향을 설명하는 개념도.

제l9도. 제20a도, 제20b도 및 제20c도는 상기 제2 실시예의 연료 및 공기의 흐름의 설명도.

제21도 및 제22도는 본 발명 제3실시예의 종 단면도.

제23도, 제24a도, 제24b도, 제24c도 및 제25도는 상기 제3실시예의 연료 및 공기의 흐름의 설명도.

제26도는 상기 제3실시예의 효과를 도시하는 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

20 : 실린더 블럭 22 : 실린더 헤드

26, 63, 124 : 연료 분사 노즐 28 : 실린더

30, 60, 100 : 피스톤 32, 62, 102 : 연소실

34, 64, 104 : 안내벽 36, 66, 112 : 제1연료 반사벽

38,68,114 : 제2연료 반사벽 44, 74, 108 : 제1연소실

48, 78, 110 : 제2연소실 42, 72 : 모서리부

106 : 돌출부 64 : 제1안내벽

65 : 제2안내벽 66' : 제3연료 반사벽

68' : 제4연료 반사벽

본 발명은 직접분무식 디젤 엔진의 연소실 구조에 관한 것이다.

종래부터 소형의 직접분무식 디젤 엔진에서는 특히 저부하시에 완전 연소를 촉진시키기 위하여 제1도에 도시한 바와 같은 피스톤(2)의 꼭대기부(2a)에 개구하는 연소실(4)을 피스톤(2)내부로 향해 끝이 넓어지는 형상으로 되도록 측벽(4a)을 경사시켜 형성하는 소위 리엔트랜트(reentrant)형의 연소실이 많이 이용되고 있다. 이것은, 피스톤(2) 하강시의 확산 연소 시간에 있어서, 연소실(4) 내부에서 실린더 주위벽 근방으로 분출하는 화염은 실린더 주위벽 근방의 비교적 저온의 공기층(Q)(일반적으로 치 영역이라 불린다. 이하 퀸치 영역이라 한다) 및 저온의 실린더벽에 접촉하여 냉각되며, 그 결과 완전 연소가 행해져 화염중의 탄소입자가 연소되어 잔존하며, 배기가스 농도는 증가하며, 출력 저하등의 단점이 발생될 가능성이 상당히 높으므로, 이런 단점을 해소하기 위하여, 제1도에 도시된 바와 같이 연소실의 측벽(4a)을 경사지게 하여 상기퀸치 영역(Q)으로 화염이 유입되지 않도록 한다.

그런데, 이와같은 재흡입 형태의 연소실에서는, 제1도에 도시한 바와 같이 분사 노즐(6)로부터 분사된 연료가 연소실 측벽(4a)의 경사에 의해 연소실(4)의 하부에 분무가 집중되기 쉽고, 부분적인 공기 이용률의 저하를 초래하여 배기 가스 농도 감소 효과가 줄지 않는 결점이 있다.

따라서, 상기 재흡입 형태의 연소실에 있어서 분무를 연소실(4)내부의 보다 상방에서 분산시키기 위해서는, 제2도에 도시된 바와 같이 분사노즐(6)을 연소실(4)내로 크게 돌출시켜 분사각 θ를 크게하여 벽면충돌후 분무를 연소실 상부에도 분포시킬 필요가 있지만, 분사노즐(6)의 돌출중가는 노즐 선단이 다시 고온으로 되고, 노즐의 밸브 시트면과 밸브가 연소하여 부착되는 등의 결점이 생길 가능성이 높다.

또, 상기 재흡입형의 연소실에 있어서, 고부하상태에서 연소의 분무량의 많을 경우에는, 연소실의 상방이 좁아져서 연료가 연소실 외부로의 분출로 인하여 공기 부족이 생겨, 출력이 저하하여 배기가스 농도가 높아지는 결점이 있다.

또, 고부하시의 공기 부족을 해소하기 위해서는 제3도에 도시된 바와 같이 연소실(8)의 개구연부(10)가 좁아지지 않는 소위 개방형 연료실을 사용하는데, 분사노즐(6)에서 분사되는 연료는 연소실(8)내부에만 한정되지 않고 연소실 외측의 실린더 부분에도 연료가 유출하여 상기 실린더 부분의 공기도 적극적으로 이용하는 연소실이 된다. 그러나, 상기 형태의 개방형 연소실에는 저부하시에 연소실(8)로부터 상술한 퀸치 영역(Q)에 연소 가스가 상승되어, 연소 가스가 냉각될때 혹연의 발생이 증가하는 결점이 생긴다. 이런 이유로, 소형의 디젤 엔진에서는 고부하에서 저부하의 전 상태에 적응하는 연소실을 얻기 어렵다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 결점을 제거하기 위해 연료 분사 노즐로부터 분사된 연료가 연소실 측벽에 도달할때까지 연료가 완전히 증산연소가 되지 않을 정도의 1기통당 300CC 내지 800CC의 배기량을 갖는 직분식 소형 디젤 엔진에 관한 것이며 엔진의 저부하로부터 고부하까지의 전범위에 적용되며, 연료분무는 피스톤의 변위에 대응하여 유효하게 연소실내에서 반사하며. 연소실내 또는 실린더내에 있어서는 충분히 공기와 혼합되는 형태로 되며, 공기부족을 해소시켜 배기가스 농도를 감소시켜 출력을 향상시킴으로 연소비 향상을 도모시키는 직분 디젤 엔진의 연소실을 제공하는 목적도 있다.

본 발명은, 실린더 프로그와, 상기 실린더 프로그의 상부에 배치되는 실린더 헤드와, 상기 실린더 프로그및 상기 실린더 헤드에 의해 덮혀지며 실린더 내부에 감장되는 피스톤과, 상기 피스톤의 상부에

형으로 설치되는 연소실과, 동 연소실내의 연료를 분무시키기 위해 실린더 헤드에 설치되는 연로 분사 노즐이 있는 직분식 디젤 엔진에 있어서, 상기 연소실의 측벽이 회전체로서 형성되며, 또한 상기 측벽은 상기 연소실의 개구 연부에서 하방으로 향할수록 내경이 커지는 형상이 되는 안내벽과, 상기 안내벽의 하부에서 하방으로 향할수록 내경이 적어지는 형상이 되는 제1연료 반사벽과, 상기 제1연료 반사벽의 하부에 위치하여 상기연소실 중심축선과 거의 평행하게 되는 제2연료 반사벽과, 상기 안내벽, 상기 제1연료 반사벽 및 상기 제2연료 반사벽에 의해 주위가 둘러싸여지는 제1연소실과, 상기 제1연소실의 하방에 배치되는 측벽상부가 원호형상이 되는 제 2 연소실을 구비하여, 상기 연료 분사 노즐은 상기 피스톤 상사점 위치에서 연료 분무가 상기 제1연소실과 상기 제2연소실의 접합부로 향하는 분공이 배치되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 연소실 구조에 있다.

본 발명의 구성에 있어서, 피스톤의 상사점 위치에서 연료 분무는 상기 제1연소실과 상기 제2연소실의 접합부로 향하도륵 분공이 배치되며, 또, 본 발명의 대상이 되는 1기통당 배기량이 300CC 내지 800CC의 엔진에서는, 엔진의 저부하시 연료분사 노즐에서 연료가 연소실내로 분사하여 분무가 연소실의 측벽에 도달할때에 피스톤은 대략 상사점 부근에 위치할 수 있다.

따라서, 저부하시에는 분사하는 연료의 주류 A1은 제1연소실과 제2연소실의 접합부에서 제2연료 반사벽에 걸쳐 충돌될 수 있다. 충돌후, 분무연료의 주류(A1)는, 제2연료 반사벽을 따라서 하방으로 흐르며, 또, 상기 접합부에서 제2연소실의 측벽으로부터 이탈되어 제2연소실 내에서 발생되는 종방향 선회류에 따라서 제2연소실내의 하방으로 향하는 연료류(B1)가 발생되어, 상기 연료류(B1)와 제2연소실내의 공기가 혼합되게 한다. 그의 연료류(B1)와 제2연소실의 측벽과의 사이에는 공기층(E1)이 발생하게 된다. 이때문에 상기 공기층(E1)에 의해 연료 흐름(B1)이 측벽에 의해 냉각되지 않고, 또한 연료흐름(B1)의 주위에 공기가 충분히 주어지며, 연료흐름(B1)의 연소는 극히 양호하게 행해지게 된다. 또한 제2연소실의 하부에 연료가 집중되어 과농부분이 발생하는 것이 아니고, 검은 연기의 발생을 방지할 수 있는 것이며, 또 상방으로 향한 연료 및 화염도 안내벽에 의해 칭구역(Q)에 직접 유입하지 않고, 배출연기 농도를 배출시킬 수가 있게 된다.

또한, 엔진의 중부하 상태에서는, 상기 저부하의 연소실내의 상태에서 다시 피스톤이 하강하고 연료가 분무된 상태가 증가하게 된다. 이 피스톤이 하강한 상태에서는 연료분사 노즐과 연소실과의 상대적 거리가 상기 저부하의 상태에 비례하여 길게 되므로 노즐로부터 분사된 분무(A2)는 제2연료 반사벽으로부터 상기제2연료 반사벽과 제1연료 반사벽과의 만곡된 제2연결부에 걸쳐서 주로 충돌하게 된다. 제2연료 반사벽은 중심축선(ℓ0)에 거의 평행하게 형성되어 있어서, 제2연료 반사벽에 의해 반사된 연료의 주흐름은 제2연소실의 중앙부로 향하여 흐르는 연료흐름(B2)으로 된다.

따라서, 이 연료흐름(B2)의 방향은 상기 연료흐름(B1)의 방향보다 상방으로 향하게 되고, 연료흐름(B2)과 연료흐름(B1)과의 사이에 공기층(E2)이 발생하게 된다. 따라서 제2연소실내에는 공기층(E1). 연료흐름(B1), 공기층(E2), 연료흐름(B2)의 층이 생기고, 또 연소실내의 와류 및 종방향 선회흐름과 함께 연료와 공기와의 혼합이 양호하게 행하여지게 되고, 연소에 의한 배출연기 농도를 감소시킬 수가 있게 된다.

게다가, 엔진의 고부하 상태에서는, 상기 중부하의 연소실내의 상태에서 피스톤이 다시 하강하고 연료가 분무된 상태가 증가하게 된다. 상기 중부하의 상태에서 설명한 피스톤의 위치보다 다시 피스톤이 하강한 상태에서는, 연료분무 노즐로부터 분사된 연료의 주흐름(A3)이 제1연료 반사벽으로부터 제1연료 반사벽과 안내벽과의 제1연결부에 걸쳐서 주로 충돌하게 된다. 제1연료 반사벽에서 반사된 연료의 주흐름은 제2 연소실의 중앙부 상방으로 향하여 흐르고, 연료흐름(B3)을 발생시킨다.

그리하여, 이 연료흐름(B3)은 상기 연료흐름(B1,B2)의 방향에 비해 다시 상방으로 향하계 되고 연료흐름(B2)과의 사이에 공기층(E3)을 존재시킬 수가 있게 된다. 따라서, 제2연소실내에서는 공기층(E1), 연료흐름(B1), 공기층(E2), 연료흐름(B2), 공기층(E3) 및 연료흐름(B3)의 층이 생기고, 또 제 2 연소실내에 발생된 종방향 선회 흐름 및 와류의 공기의 흐름과 함께, 연료와 공기와의 혼합이 극히 양호하게 이루어지고, 연소에 의한 배출연기 농도를 감소시킬 수가 있게 된다.

또한, 안내벽을 따라 화염 및 연료가 연소실의 상방의 실린더 공간에 유출되고, 실린더내의 공기를 유효하게 이용할 수 있고, 고부하시의 공기부족을 해소시킬 수가 있다.

게다가, 저부하시로부터 고부하시의 전범위에 걸쳐 반사벽이 경사 상방을 향해 형성된 제1연료 반사벽및 제1연소실과 제2연소실과의 접합부에 의해, 분무된 연료가 연소실의 하부에 집중되지 않고 연소실의 전체에 분산되므로, 연료분사 노즐의 실린더 헤드의 하면으로부터의 돌출량(∂)을 작게할 수 있고, 연료분사 노즐의 선단부를 고열로 가열하지 않아도 되는 효과를 갖는 것이다.

이하, 본 발명의 제1실시예의 구성 및 작용효과에 대해 제4도 내지 제15도에 의거하여 설명한다. 더우기, 본 실시예에 있어서 개시된 직접분무식 디셀 엔진은 연료분사 노즐로부터 분사된 연료가 연소실 측벽에 충돌하기까지에 연료가 전부 증발 연소해 버리지 않고 1기통당 300CC 내지 800CC의 배기량을 갖는 소형디젤 엔진을 대상으로 하는 것이다.

제4도 및 제5도의 종단면도에 있어서,20은 실린더 블럭,22는 실린더 불럭(20)의 상부에 가스켓(24)을 끼워서 배설된 실린더 헤드이고, 이 실린더 헤드(22)에는 분사노즐(26)이 배설되어 있다.

실린더 블럭(20)과 실린더 헤드(22)에 의해 덮여져서 실린더(28)가 형성되고, 이 실린더(28)내에는 피스톤(30)이 설치되어 있으며 피스톤(30)의 정상부(30a)에 개구(33)를 갖는 연소실(32)이 오목하게 설치되어 있다. 이 연소실(32)의 측벽(32a)은 중심축선(ℓ0)을 중심으로한 회전체로서 형성되어 있다.

측벽(32a)은, 제5도에 도시된 바와 같이, 상기 개구 가장자리부(33)로부터 하방으로 향함에 따라 내경이 크게 되도록 형성된 안내벽(34)과, 이 안내벽(34)의 하부에 제1연결부(50)를 끼워서 하방으로 향함에 따라 내경이 작아지도록 형성된 제1연료 반사벽(36)과, 제1연료 반사벽(36)의 하부에는 제2연결부(52)를 끼워서 중심축선(ℓ0)에 대략 평행하게 형성된 직선상의 제2연료 반사벽(38)이 설치되고, 안내벽(34), 제1연료 반사벽(36) 및 제2연료 반사벽(38)에 의해 주위를 에워싸서 제1연소실(44)이 구성되어 있다

그리하여, 상기 제2연료 반사벽(38)의 하방에는 후술하는 모서리부(42)를 끼워서 측벽(48a)이 연장되어있다. 이 측벽(48a)의 상반부는 제5도에 도시된 0점을 중심으로 한 반경 Ro의 원호상에 형성되어 있고,더우기 측벽(48a)에 의해 둘러싸여 있는 제2연소실(48)이 형성되고, 제1연소실(44)의 하방에 위치하게된다. 게다가, 직선형상의 제2연료 반사벽(38)의 하단과 측벽(48a)의 원호상의 상단과의 접합부는 모서리부(42)로서 형성되어 있다. 안내벽(34)과 중심축선(ℓ0)이 이루는 각(α)은 30°가 되고, 또 제1연료 반사벽(36)과 중심축선(ℓ0)이 이루는 각(β)도 30°가 되도록 각각 구성되어 있다.

또한, 제1연소실(44)의 개구연부(33)는 원호(R₁)의 형상을 갖도록 형성되고, 이 R₁은 0. 5mm이며. 제1연결부(50)는 원호(R₂)를 갖도록 형성되고, 이 R₂는 0.5mm이다.

더우기, 제2연소실(48)의 측벽(48a)의 상방부의 Ro는 중심(O)이 중심축선(ℓ0)과 평행으로 모서리부(42)를 통과하는 직선(ℓ1)보다 중심축선(ℓ0)측에 위치하도록 구성되고, 또한 R=4.5mm로 구성되어 있다.

또, 피스톤(30)의 직경(B), 제1연소실(44)의 상방 개구부의 직경(D₁), 제1연소실(44)의 최대직경(D₂),모서리부(42)의 직경(D₃), 제2연소실(48)의 최대직경(D₄) 및 연소실(32)의 높이(H)에 대한 각 칫수는 각각 다음과 같이 형성되어 있다.

제1연소실의 최대 직경(D₂)와 제2연소실의 최대 직경(D₄)와의 비 D₂/D₄=0.96, 모서리부(42)의 내경(D₃)과 제2연소실의 최대 직경(D₄)와의 비 D₃/D₄=0.92, 제1연소실의 상부 개구 직경(D₁)과 제2연소실의 최대직경(D₄)와의 비 D₁/D₄=0.86, 제2연소실의 최대직경(D₄)과 피스톤 직경(B)과의 비 D₄/B=0.54, 연소실의 높이(H)와 제2연소실의 최대 직경(D₄)과의 비 H/D₄=0.35, 또한 제4도 및 제6도에 도시한 바와 같이 연소실의 중심축선(ℓ0)과 분사노즐(26) 선단부의 중심과의 거리(r)는 1.0mm, 실린더 헤드 하면으로부터의 노즐(26)의 돌출량(∂)은 2.5mm가 되도록 각각 구셩되어 있다.

상기 본 실시예의 구성에 있어서, 모서리의 압축행정중 괴스튼(30)은 실린더(28)내를 상승하여 상사점에 도달한다. 이 상사점 부근의 상태에 있어서의 공기의 흐름을 고려하면, 제7도에 도시된 바와 같이, 연소실(32)의 주위로부터 연소실속을 향해 선회류(K)가 강하게 발생한다. 이 선회류(K)는 연소실(32)의 중앙부를 향해 모여지려고 하기 때문에 중앙부에 고압부(G)가 발생한다. 고압부(G)에 충돌하여 하방을 향하게 된 선회류(K)는 제1연료 반사벽(36)과 안내벽(34)에 의해 유도되어 제1연소실(44)내에서 종방향선회류(K₁)를 발생한다. 또, 고압부(G)의 하방부분도 주위의 연소실 부분에 비해 고압으로 되어 준고압부(G')를 형성하므로서, 선회류(K)의 제2연소실(48)로의 흐름은 종방향 선회류(K₁)와 고압부(G)사이를 하강한 후 준고압부(G')에 의해서 연소실(32)의 원주벽부에 압출되고, 제7도에 도시된 바와 같은 종방향 선회류(K₂)를 발생하며, 선회류(K)에 의해 종방향 선회류(K₁,K₂)의 흐름이 발생하게 된다.

더우기, 연소실(32)내에는 상기 선회류(K) 및 종방향선회류(K₁,K₂)이외에 제7도에 도시한 와류(S₁,S₂)가 발생하고 있으며, 이들 공기의 흐름이 혼합하여, 연소실(32)내에 압축된 공기가 충만된 상태로 되어 있다.

상술한 연소실(32)내의 공기의 상태에 있어서, 연료가 연소실(32)내에 연료분사 노즐(26)로부터 분사되며, 제8a도에 도시된 바와 같이 피스톤(30)이 상사점 부근으로 위치하기 때문에 분사된 연료의 주류(A₁)가 모서리부(42)로부터 제2연료 반사벽(38)에 걸쳐서 충돌하게 된다. 충돌후, 분무 연료의 주류는 제2연소벽(38)을 따라 하방으로 흐르고, 모서리부(42)에서 제2연소실(48)의 측벽(48a)으로부터 이탈되어 상기 종방향 선회류(K₂)의 흐름을 따라 제8a도에 기재된 연료류(B₁)로 되어 홀러, 제2연소실(48)내의 압축된 공기와 혼합하게 된다. 이 연료류(B₁)와 제2연소실의 측벽(48a)과의 사이에는 공기층(E₁)이 생기게 되며, 이 공기총(E₁)에 의해 연료류(B₁)가 측벽(48a)에 의해서 냉각되지 않고, 또 연료류(B₁)의 주위에 공기가 충분히 주어지게 되어, 연료류(B₁)는 공기와 혼합하여 연소하게 된다.

또한, 제2연료 반사벽(38)에 의해 반사된 상기 연료중 일부는 제8a도에 도시된 바와 같이 제2연료 반사벽(38)과 제1연료 반사벽(36)을 따라 상승하여 연료류(C₁)를 발생하게 되며, 이 연료류(C₁)도 제1연소실(44)내에서 상기 종방향선회류(K₁)의 공기 흐름에 의해서 공기와 양호하게 혼합하여 연소한다.

또, 제8b도에 도시된 바와 같이, 피스톤의 상사점으로부터 피스톤(30)이 약간 하강하여 분사노즐(26)로부터 분사된 연로의 주류(A₂)는 제2연료 반사벽(38)으로부터 이 제2연료 반사벽(38)과 제1연료 반사벽(36)과의 만곡된 제2연결부(52)에 걸쳐서 주로 충돌하고, 제2연료 반사벽(38)에 의해서 반사된 연료의 주류는 제2연소실(48)의 중앙부를 향해 고압부(G)속을 도면중 B₂의 방향으로 흐르게 된다.

따라서, 이 연료류(B₂)의 방향은 상기 제8a도에서 설명한 연료류(B₁)의 방향에 비해 상방을 향하게 되고. 연료류(B₂)와 연료류(B₁)와의 사이에 공기층(E₂)이 생기게 된다. 따라서, 제2연소실(48)내에서는 공기층(E₁), 연료류(B₁), 공기층(E₂). 연료류(B₂)의 층이 생길 수 있으며, 게다가 와류(S₂) 및 종방향 선회류(K₂)와 함께 연료와 공기의 혼합이 양호하게 행해져 연소하게 된다.

한편, 주류(A₂)의 제1연료 반사벽(36)에서 반사된 연료의 주류는 제1연소실(44)의 중앙을 향해 고압부(G)속을 도면중 C₂의 흐름으로 되어 이동하고 공기와 혼합하여 연소하게 된다.

따라서, 제1연소실(44)내에 있어서도 제2 연소실(48)내에 있어서도 연료와 공기의 혼합이 양호하게 행해진다. 또한, 연소실(32)로부터 피스톤(30)의 상면(30a)과 실린더 헤드(22)와의 공간을 향해 유출된 연료 또는 화염은 안내벽(34)에 의해서 연소실(32)의 상방으로 향하게 된다.

제8c도에 도시된 바와 같이, 피스톤(30)이 더욱 하강하고, 분사 노즐(26)로부터 분사된 연료의 주류(A₃)가 제1연료 반사벽(36)으로부터 이 제1연료 반사벽(36)과 안내벽(34)과의 제1연결부(50)에 걸쳐서 주로 충돌하면, 제1연료 반사벽(36)에서 반사된 연료의 주류는 도면중 B₃로 도시한 바와 같이 제2연소실(48)의 중앙부 상방을 향해 준고압부(G')속으로 흐른다. 그리고, 이 연료류(B₃)는 상기 제8b도에서 설명한 연료류(B₂)에 비해 더욱 상방으로 향하게 되어 연료류(B₂)와의 사이에 공기층(E₃)을 존재시키게 된다. 따라서 제 2 연소실(48)내에서는 공기층(E₁), 연료류(B₁), 공기층(E₂), 연료류(B₂). 공기층(E₃) 및 연료류(B₃)층이 생기고, 또 제7도에서 설명한 종방향 선회류(K₂) 및 와류(S₂) 공기 흐름과 함께 연료와 공기의 혼합이 극히 양호하게 수행되고 연소시의 배연 농도를 감소시킬 수 있는 것이다.

한편, 안내벽(34)을 향하여 반사된 연료는 안내벽(34)을 따라 연소실(32)의 상방을 향하여 도면중 C₃방향으로 흐르고 이 연료류(C₃)는 피스톤(30)과 실린더헤드(22) 사이의 공기와 혼합하고 연소한다.

여기서 부하가 변동하고 연료분무량(분무시간)이 변화하는 경우에 대하여 저부하, 중부하 및 고부하로 나누어 각각 설명한다.

우선, 제8a도 상태에서 연료가 연료분사 노즐(26)로부터 분무되어 제8b도 상태로 되지 않는 동안 분무가 종료하는 저부하 상태에 대하여 설명한다. 여기서는 제8a도를 기초로 연료 분무 흐름을 설명한 바와 같이제2연소실(48)의 측벽(48a)과 연료류(B₁) 사이에 공기층(E₁)이 존재하고, 또 제2연소실내의 종방향 선회류(K₂) 및 와류(S₂)의 흐름에 의해 공기와 충분히 혼합되어 연소실(32)내에서 연소가 행해지는 것이다.

또, 제8a도로부터 제8b도 상태까지 연료가 분무되어 제8c도 상태로 되기전에 분무가 종료하는 중부하 상태에 있어서는 제2연소실(48)에 있어서, 공기층 E₁, 연료류 B₁, 공기층 E₂및 연료류(B₂)의 층이 생기고 제1연소실(44)에 있어서 연료류(C₂)가 제1연소실(44)의 중앙부를 향하여 흐르므로 연소실(32)전체에서 종방향 선희류(K₁,K₂)및 와류(S₁,S₂)의 작용으로 혼합이 수행되어 연소실(32)내의 공기가 충분히 사용되는 것이다.

또, 제8a도로부터 제8c도의 피스톤 위치까지 연료가 분무되는 고부하 상태에 있어서는 제1연소실(44)내에 연료류(C₁), 연료류(C₂), 연료류(C₃)를 발생시키고, 또 제 2 연소실(48)내에 공기층(E₁), 주연료류(B₁).공기층(E₂), 연료류(B₂). 공기층(E₃), 연료류(B₃)를 발생시키고, 또 중방향 선회류(K₁,K₂) 및 와류(S₁,S₂)의 작용으로 연소실(32)내의 공기와 연료가 충분히 혼합하여 연소한다.

따라서. 본 실시예에 의하면 저부하에 있어서는 공기층(E₁)에 의해 연료가 연소실, 특히 제2연소실(48)의 측벽(48a)에 부착하여 냉각하는 것을 방지하고 또 제2연소실(48)의 하부에 연료가 집중되어 과농부분이 발생되지 않고 혹연 발생을 방지할 수 있는 것이다. 또, 상방을 향한 연료 또는 화염도 34에 의해 퀸치구역(Q)으로 직접 유입하지 않고 배연농도를 감소시킬 수 있다.

또, 고부하에서는 화염 또는 연료가 안내벽(34)에 따라 연소실(32)의 상방 공간으로 유출되고 퀸치 구역(Q)으로 직접 유출하지 않으므로 퀸치 구역(Q)에서 냉각되지 않고 흡입공기를 유효하게 사용하여 공기 부족이 되는 것을 해소할 수 있는 것이다.

또, 제1연료반사벽(36), 엣지부(42)에 의해 분무된 연료가 연소실(32)하부에 집중되지 않고 연소실(32)전체에 분산되어, 연료분사노즐(26)의 실린더헤드(22)의 하면으로부터의 돌출량 ∂를 줄일 수 있으므로 연료분사노즐(26)의 선단부를 고열로 데우지 않아도 되는 효과를 갖는다.

게다가 본 실시예의 구성에서는 '제5도에 도시한 바와같이 종단면 형상에 있어서 연소실의 개구단부(33)가 원호(R₁) 형상을 가지며 또 제1연결부(50)가 원호(R₂) 형상을 갖도록 각각 형성되어 R₁=R₂=0.5mm로 되어 있으므로 개구단부(33) 및 제1연결부(50)에 연소실내의 고열에 의하여 균열등이 발생하는 단점을 해소할 수 있다.

또, 상기 구조에 있어서 본 발명자는 각(α), 각(β), 원호(R₁), (R₂), 제1연소실(44)의 상방 개구부의 직경(D₁), 제1연소실(44)의 최대직경(D₂), 엣지부(42)의 직경(D₃), 제2연소실(48)의 최대 직경(D₄), 피스톤(30)의 직경(B), 연소실(32)의 높이(H), 연소실 중심위치와 노즐의 중심위치 사이의 거리(r)를 여러가지로 바꾸고 또 배기량이 1기통당 400CC 내지 500CC이며 압축비는 18 내지 19의 범위인 다수의 직접분사식 디젤기관을 사용하여 시험을 행한바, 다음과 같은 결과가 얻어졌다. 또, 본 실험은 기관의 회전수를 일정하게 한 상태에서 배연 농도를 일정치로 높은 경우의 각 변수에 대하여 출력을 측정한 것이다.

그리고 제9도 내지 제14도에 도시한 것은 변수마다 측정 결과의 최대치에 대한 각 측정치 비율을 표시한 것으로, 출력비로 표시되어있다. 즉, 변수마다 최대 출력의 비율을 표시한 것이다.

본 발명자는 경험으로 출력이 최대출력의 95% 이상에 있어서는 기관 운전에 있어서의 출력저하 영향이 극히 적어지므로 배연농도를 일정치 이하로 억제한 상태에서 각 변수마다 최대출력치에 대한 출력비가 95%내지 100% 범위의 것을 선택하기로 하였다.

이하, 각 변수에 대해 각각 제9도 내지 제14도를 기초로 설명한다.

우선, 연소실 중심축선(l₀)과 안내벽(34)이 형성하는 각(α)에 관해서는 제9도에 도시한 바와같은 30°

α

40°에 있어서 최대출력을 얻을 수 있고, 또 15°

α

50°에 있어서 최대출력의 95% 내지 100%를 얻을수 있는 것이다. 여기서 α의 값을 너무 크게 취하면 제1연소실(44)의 상방 개구단부(33)가 너무 예리하게되어 내열성이 악화하고, 또 15° 이하가 되면 출력비가 95% 이하로 되므로 바람직하지 못하다. 따라서 실험결과에 의해 15°

α

45°가 적합하다.

또, 연소실 중심축선(l₀)과 제1연료반사벽(36)이 이루는 각(β)에 관해서는 제10도에 도시한 바와같은,β=30°에 있어서 최대출력을 얻을 수 있고 15°

β

45°에 있어서 최대출력의 95% 내지 100%의 범위로 되며 이 각도범위가 바람직한 것이다. 또, 제2연소실의 최대직경(D₄)과 피스톤외경(B)와의 비 D₄/B와 출력과의 관계는 제11도에 도시한 바와같은 D₄/B가 0.55일 때 최대출력을 갖고, 0.4

D₄/B

0. 6에 있어서 최대출력의 95% 내지 100%로 된다는 것이 알려졌다. 따라서 0.4

D₄/B

0.6의 범위가 적합하다고 보아진다.

또, 연소실의 깊이(H)와 제2연소실의 최대직경(D₄)과의 비 H/D₄와 출력과의 관계는 제12도에 표시한바와 같이, H/D₄가 0.38에서 최대출력을 갖고 0.3

H/D₄

0.5에 있어서 최대출력의 95% 내지 100%로 되는 것으로 밝혀진다. 따라서 0.3

H/D

0.5의 범위가 적절하다고 볼 수 있다.

또 연소실의 중심위치와 노즐의 중심위치와의 거리 r와 출력과의 관계를 제13도에 표시한 바와같이 엔진의 상용회전영역에 있는 2500rpm에 있어서 제13도에 도시한 바와 같이 r

2.5mm에서 최대출력의 95% 내지 100%로 되는 것으로 판단된다. r

2.5mm의 범위가 적절하다고 볼 수 있다.

더우기 분사노즐(26)의 실린더헤드의 하면으로부터의 돌출량 ∂에 있어서 검토하기 위하여, 본원 발명자는 분사노즐의 돌출량(∂)과 노즐시트부의 온도와의 관계를 실제 측징하여 제14도에 나타난 상태의 결과를 얻었다. 일반적으로, 분사노즐의 열에 대한 악영향을 피하기 위해서는 노즐시트부의 온도를 200℃ 이하로할 필요가 있으므로 제14도로부터 ∂

3.5mm로 할 필요가 있다. 다시, 노즐돌출량(∂)이 0에 근접하는 경우에는 실린더 헤드의 하면벽에 연료가 직접 부착하는 등의 결점이 발생하기 때문에 ∂

2. 0mm로 할 필요가 있다. 따라서 이러한 것을 고려해서 2.0mm

∂

3.5mm의 범위가 적절한 것이다.

그리고 분사노즐 돌출량(∂)의 값을 2.0mm

∂

3.5mm로 한 경우에는 전술한 제8a도 내지 제8c도에서 설명한 각각의 작용 및 효과를 갖는 것이 본 발명자의 실험에 의해 확인되어 있다.또 상기 R₁,R₂는 0.3mm

R₁

1.0mm, 0.3mm

R₂

1.0mm인 것이 각각 적절한 것으로 본 발명자의 실험에 의해 확인되어 있다.

또한 본 실시예에서는 연소실 측벽에 회전체에 의해 구성되어 있으므로 제15도에 나타난 형태의 회전체의 커터(90)를 이용하고. 상기 커터(90)자신을 회전시키면서 또 연소실의 중심축선 l₀을 중심으로 해서 회전시키는 것에 의해 연소실(32)의 마무리를 극히 용이하게 할 수 있는 것이다.

다음에 제2연소실예에 있어서는 제16도 내지 제19도에 기초해서 설명한다. 또 상기 제2실시예의 구성중전기 제1 실시예의 구성과 실질적으로 동일한 부분에 있어서는 동일부호를 부착해서 상세한 설명을 생략한다.

본 실시예의 디젤엔진은 제1실시예와 같은 모양으로 1기통단 배기량 300 내지 800CC의 소형의 직분식디젤엔진에 관한 것이다.

본 실시예의 구성은 제16도에 도시한 바와같이 피스톤(60)의 상부에 피스톤의 상부면(60a)으로 통하는 연소실(62)이 설치되어 있고, 상기 연소실(62)의 중심축선 l₀의 부호에 연료분사노즐(63)이 배열되어 있으며, 상기 연료분사노즐(63)의 분사공의 개수(본 실시예에서는 4개)와 동일한 개수의 측벽부로부터 연소실(62)의 측벽이 구성되어 있다. 즉, 연소실(62)의 측벽부는 제1의 측벽부(62a)와 제2의 측벽부(62a')가 원주방향으로 90°마다 상호병렬로 형성되어 있고, 제1의 측벽부(62a) 및 제2의 측벽부(61a')의 종단면형상은 기본적으로 전기 제1실시예의 연소실 측벽의 종단면형상과 거의 동일한 모양이다.

제1의 측벽부(62a)는 피스톤(60)의 상부면(60a)의 개구단부로부터 하향됨에 따라 내경이 크게되는 형태로 형성된 제1안내벽(64), 상기 제1안내벽(64)의 하부에 제1연결부(80)를 개입시켜 하향됨에 따라 내경이 작게되는 형태로 형성된 제1연료반사벽(66), 또 제1연료반사벽(66)의 하방에는 제2연결부(82)를 개입시켜 중심축선l₀과 거의 평행하게 형성된 제2연료반사벽(68)을 갖고 있다.

더우기 제1의 측벽부(62a)는 제2연료반사벽(68)의 하부에 상부가 원호 R를 이루는 제1하부벽(78a)을 구성하고 있다. 모서리부(72)는 제2연료반사벽(68)과 제1하측벽(78a)의 접합부에 형성되어 있다.

또 제 1의 측벽부(62a)에 인접해 설치된 측벽부(62a')는 제 1의 측벽부(62a)와 같은 모양으로 피스톤(60)의 상부면(60a)의 개구단부로부터 하항됨에 따라 내경이 크게되는 형태로 형성된 제2안내벽(65), 상기 제2안내벽(65)의 하부에 제3연결부(80')를 개입시켜 하향됨에 따라 내경이 작게되는 형태로 형성된 제3연료반사벽(66'), 또 제3연료반사벽(66')의 하방으로 제4연결부(82')를 개입시켜 중심축선 l₀와 거의 평행하게 형성된 제4연료반사벽(68')을 갖고 있다.

더우기 제4연료반사벽(68')의 하부에는 상부가 원호 R'를 이루는 제2하측벽(78a')을 형성하고 있다. 모서리부(72')는 제4연료반사벽(68')과 제2하측벽(78a')의 접합부에 형성되어 있다.

제1 연소실(74)은 제1안내벽 (64), 제1연결부(80), 제1 연료반사벽(66), 제1 연결부(80), 제1 연료반사벽(66), 제2 연결부(82), 제2 연료반사벽(68), 제2 안내벽 (65), 제3 연결부(80'), 제3 연료반사벽(66'), 제4연결부(82') 및 제4연료반사벽 (68')에 의해 구성되어 있다. 또한 제2연소실(78)은 제1하측벽(78a),제2하측벽(78a')에 의해 포위되어 형성되어 있다.

더구나 제1의 측벽부(62a)의 피스톤 상부면(60a)의 개구단부(61)의 직경과는 동일직경 D₁으로 되도록 구성되고, 제 1 안내벽(64)과 제 1연료반사벽(66)과의 제 1 연결부(80)의 내경과, 제 2 안내벽(65)과 제 3 연료반사벽(66')과의 제3연결부(80')의 내경과는 동일직경 D₂로 되도록 제2연료반사벽(68)의 내경과 제4연료반사벽(68')의 내경과는 동일직경 D₃로 되는 형태로, 또 제1하측벽(78a)의 최대직경과 제2하측벽(78a')의 최대직경이 동일직경 D₃로 되는 형태로 각각 구성되어 있다.

또한 제1의 측벽부(62a)의 제1연료반사벽(66)과 중심축선l₀가 이루는 각β₁과, 제2의 측벽부(62a')의 제3연료반사벽(66')과 중심축선 l₀가 이루는 각 β₂와는 거의 동일하게 형성되어 있다. 더우기 연소실(62)의 상부면으로부터 제1의 측벽부(62a)의 모서리부(72)까지의 깊이 h₁은 상기 상부면(60)으로부터 제2의 측벽부(62a')의 모서리부(72')까지의 깊이 h₂에 비하여 얕게 형성되어 있고, 또 제1의 측벽부(62a)의 제1연료반사벽(66)의 상단부로부터 제2연료반사벽(68)의 하단부까지의 높이 h₃는 제2의 측벽부(62a')의 제3연료반사벽(66')의 상단부로부터 제2연료반사벽(68')의 하단부까지의 높이와 동일하게 되는 형태로, 또 제1의 측벽부(62a)의 제2연료반사벽(68)의 길이와 제2의 측벽부(62a')의 제4연료반사벽(68')의 길이와는 동일한 h₄로 되는 형태로 각각 형성되어 있다. 또한, 제1측벽부(62a)의 엔진부(72)와 제2측벽부(62a')의 엔진부(72')의 원주방향의 연결부는 제17도에 도시되듯이 단차(段差)(△h)를 지닌다.

분사노즐(63)은 실린더헤드에 고정되며 그의 분사공이 중심축선(l₀)에 대하여 θ₁,θ₂의 각도로 연료가 분사되도륵 형성되고, 연료분사노즐(63)과 엔진부(72,72')를 원주방향에서 결합선(h)과 상대적인 관계를 제18도에 도시되듯이, 분사노즐(63)로부터 각각의 분사가 피스톤의 상사점 근방에서 엔진부(72,72')의 약간 상방에 위치하는 제2연료반사벽(68,68')에 각각 충돌하게 배치되어 있다.

따라서, 피스톤 직경(B), 제 1연소실의 최대적경(D₂), 엔진부의 내경(D₃), 제 2 연소실의 최대직경(D₄),연소실의 깊이(H), 제1측벽부(62a)의 엔진부(72)의 깊이(h₁), 제 2측벽부(62a')의 엔지부(72')의 깊이(h₂), 제1연소반사벽 및 제2연료반사벽의 높이(h₃) 및 제2연료반사벽의 높이(h₄)사이는 각기 다음에 도시된 관계를 지니도록 구성되어 있다.

D₄/B : 0. 50 D₃/D₄: 0.90

D₂/D₄: 0.95 D₁/D₄: 0.85

H/D₄.: 0 40 H₁/D₄: 0.40

h₂/D₄: 0.60 h₃/D₄: 0.15

h₄/D₄: 0.075

또한, 분사노즐의 중심축선(l₀)에 대하여 제1측벽부(62a)로 향한 분사각 θ₁및 제2의 측벽부(62a')로 향한 분사각 θ₂, 제1연료반사벽(66)과 중심축선(l₀)과의 각(β₁) 및 제3연료반사벽(66')과 중심축선(l₀)과의 각(β₂)는 각각,θ₁: 75° θ₂: 65° β₁: 50 β₂: 50로 되어 있다.

상기의 제2실시예에 따르면, 엔진의 압축 행정에서 피스톤(60)이 엔진속에서 상승하여 상사점 근방에 도달하는 상태에서 제19도에 도시되듯이 연소실(62)의 주위로부터 연소실(62)속으로 향한 선회류(K,K')가 강하게 발생한다.

선회류(K,K')는 연소실(62)의 중앙부를 향하여 모여져서 중앙부에 고압부(G)가 생긴다 고압부(G)에 충돌하여 하방으로 향한 선회류(K)는 제1,제3연료반사벽(66,66') 및 제1,제2안내벽(64,65)으로부터 유도되는 제1연소실(74)속에서 종방향 선회류(K₁,K₁')가 발생한다. 고압부(G)의 하방부분은 주위의 연소실부분에서 비교적 고압이며, 준고압부(G')가 형성되어서 선회류(K,K₁')의 중심류는 종방향 선회류(K₁,K₁') 및고압부(G) 사이를 하강하고, 그후에 준고압부(G')의 연소실(62)의 원주벽부에서 압출되며, 제19도에 도시된 종방향 선회류(K₂,K₂')를 발생하게 된다.

또한, 연소실(62)속에는, 상기의 선회류(K,K'), 종방향 선회류(K₁, K₁', K₂,K₂')이외에는 제19도에 도시된 와류(S₁,S₂)가 발생되어 이러한 공기의 흐름이 섞이고, 연소실(62)속에는 압축된 공기가 충만하게 된다. 엔진의 고부하상태(연료분무시간이 긴상태)에서는, 상기의 실시상태의 연소실(62)속에 분사노즐(63)에 의해서 연료가 분사되기 시작하여 제20a도에 도시된 연소실 원주벽에 충돌하게 되고 또한 피스톤이 하강을 시작하여 제20b도의 상태로 이행되며, 제20c도의 상태로 분사노즐(63)로부터 연료분사가 종료하게 된다.

또한, 제20a도에 도시된 바와같이, 연료의 분사가 개시되고 연소실 주벽에 충돌하는 상태에서는, 제1축벽(62a)에 관해서 설명하면 분사된 연료의 주류(A₁)가 엔진부(72)로부터 제2연료반사벽(68)에 달려가 충돌하게 된다. 그래서, 제2연료반사벽(68)에 충돌한 분무연료의 주류는 제2연료반사벽(68)을 따라서 하방으로 향하고, 한편 엔진부(72)에 있어서 제2의 연소실(78)의 제1하측벽(78a)으로부터 격리되어 압축된 공기속을 상기의 종방향 선회류(K₂)에 의해 제2의 연소실(78)속의 중심부로 향하는 연료류(B₁)가 생기고,또한 연료류(B₁) 및 제2연소실(78)의 제1하측벽(78a) 사이에는 연료류(B₁)에 의해서 나누어진 공기층(E₁)이 생기게 된다.

또한, 제2연료반사벽(68)에 따라 반사되는 연료의 일부는 제20a도에 도시되둣이 제1연소실(74)의 상방으로 향한 흐름(C₁)이 되고, 상기의 종방향 선회류(K₁)에 따라 상방으로 향해 흐르게 된다.

한편, 제2측벽(62a)에 관해서도, 제1측벽(62a)과 대략 동일한 연료반사 및 확산이 이루어지며, 제20a도에 도시되는 형태로 분사노즐(63)으로부터 분무되는 연료의 주류(A₁')가 제4연료반사벽(68')으로부터 반사되어 하방으로 향하는 엔진부(72')로부터 제2의 연소실(78)의 중앙부로 향한 연료류(B₁') 및 제2의 연소실(74)의 중앙으로 향한 연료류(C₁')를 각기 생기게 하며, 또한 연료류(B₁') 및 제2의 하측벽(78a')과의 사이에 공기층(E₁')을 형성하게 된다

한편, 본 실시예의 구조에는, 엔진부(72,72')가 상하방향으로 △h의 차이를 지나게 층지게 형성되어서 연소실(62)의 중심부로 흐르는 연료류(B₁')가 연료류(B₁) 아래로 숨어들어가고, 또한 연료류(C₁)는 제1안내벽(64)으로부터 중심축선(l₀)방향으로 흐르며, 연료류(C₁')도 제 2 안내벽(65)에 반사되어 중심축선(l₀)방향으로 흐르며, 제1안내벽(64)은 제2안내벽(65)보다 중심축선(I₀)의 사이각이 커지며, 연료류(C₁)의 제1의안내벽(64)으로부터의 충돌부의 방향은 연료류(C₁')의 제2의 안내벽(65)으로의 충돌부에 대해서 상향으로 위치되어 제1의 연소실(74)속에서 연료류(C₁)가 연료류(C₁')보다 상방에 위치하게 된다.

한편, 이러한 연료류(B₁,B₁',C₁,C₁')가 연소실 속의 중심축선(l₀)주위의 와류(S₁,S₂)에 따라서 연소실(62)속에 넓게 공기와 연료가 층상으로 분포되게 된다.

또한. 제20b도에 도시된 바와같이. 상사점으로부터 피스톤(60)이 약간 하강하여 분사노즐(63)로부터 분사되는 연료의 주류(A₂,A₂')가 제2의 연료반사벽(68)과 동일한 제2의 연료반사벽(68)과 제1연료반사벽(66)의 제2연결부(82)에 달려가 주로 충돌하는 상태로 되는데, 제2연료반사벽(68)에 따라 반사된 연료의 주류는 제2의 연소실(68)의 중앙부를 향한 준고압부(G')속을 도면중 B₂의 방향으로 흐르게 된다. 이러한 연료류(B₂)는 상기의 제20a도에 설명된 연료류(B₁)보다도 상방으로 중심축선(l₀)을 향한 흐름방향이며, 연료류(B₂)와 연료류(B₁)사이에 공기층(E₂)이 존재하게 된다. 따라서, 제2의 연소실(78)속에는, 제20a도에서 설명된 공기층(E₁), 연료류(B₁) 및 공기층(E₂) 및 연료류(B₂)의 층이 있게 된다.

또한, 제2의 연졀부(82)에 반사되는 연료는 분사의 세력보다도 제1의 연료반사벽(66)에 따라 상방으로 향하여 흐르거나 제1안내벽(64)의 하방으로 충돌하여 반사되는 고압부(G)속을 중심축선(l₀)을 향하여 전진하는 연료류(C₂)을 형성하게 된다.

한편, 본 실시예의 구성에는, 제12측벽(62a')에 있어서도 연료류(B₁,B₂,C₁,C₂)가 각기 생겨나고, 제1측벽(62a)의 부분에 생겨나는 연료류(B₁,B₂,C₁,C₂)는 각기 상하방향으로 단차를 지니며, 또한 연소실 속에 와류(S₁,S₂)가 형성되어 있기 때문에, 제20a도에서 설명한 바와같이, 더욱 자세히 공기와 연료가 층형으로 분포되는 것이다.

제20c도에 도시하는바 같이, 다시 피스톤(60)이 하강하고 분사노즐(63)로부터 분사된 연료의 주류(A₃)가 제1연료반사벽(66)으로부터 제 1연결부(80)에 걸처서 주로 충돌하는 상태에 있어서는, 제1연료반사벽(66)에서 반사된 연료의 주류는, 제2연결부(82)로부터 제2연소실(78)의 중앙부상방에 향하여 준고압부(G')중을 도중(B₃)의 방향에 흐르고, 연료류(B₂)와의 사이에 공기층(E₃)이 존재하게 된다. 따라서, 제2연소실(78)내에서는 제20a도 및 제20b도에서 설명한 공기층(E₁), 연료류(B₁), 공기층(E₂), 연료류(B₂)와, 공기층(E₃) 및 연료류(B₃)의 층이 생기는 것이다.

또, 제1연료반사벽(66)과 안내벽(64)과의 제1연결부(80)에 충돌한 연료류(C₃)는 제1안내벽(64)에 따라서 연소실(62)의 상방의 실린더부에 향하여 흐르게되고, 제20a도 및 제20b도에서 설명한 연료류(C₁,C₂)와 함께 연료(C₃)가 생기게 된다.

그리고, 본 실시예의 구성에서는 연소실(62)의 제2측벽(62a')에 있어서도 제1측벽(62a)과 대략 동일하게, 연료류(B₁',B₂',B₃',C₁'.C₂',C₃')가 각각 생기고 있고, 제1측벽(62)에 있어서 생기고 있는 연료류(B₁,B₂,B₃,C₁,C₂,C₃)란, 각각 상하 방향에 단차를 가지고 있기 때문에, 연소실(62)내의 와류(S₁,S₂)에 의하여, 상기 연료류와 연소실내의 공기가 매우 잘게 층형으로 분포되는 것이다.

또, 엔진의 중부하상태에서는, 상기 제19도에서 실명한 바와같이 압축된 공기가 충만된 연소실(62)내에 분사노즐(63)에 의하여 연료가 분사하기 시작하고, 제20a도에 도시하는바 같이 연소실측벽(62a,62a')에 연료가 충돌하게 되고, 다시 피스톤(60)이 하강하고 제20b도의 상태에서 분사노즐(63)로부터의 연료분무가 종료하는 것으로 생각할 수가 있다. 제20a도 및 제20b도의 각 상태에 있어서의 작용은, 상기 고부하시의 제20a도 및 제20b도의 각 상태에 있어서의 작용과 거의 동일하게 된다.

그리고, 엔진의 저부하상태에서는, 상기 20도에 관하여 설명한 바와같이 압축된 공기가 충만된 연소실(62)내에 제20a도에 도시하는바 같이 연소실측벽(62a,62a')에 연료가 충돌하는 상태에서 연료분무가 종료하는 것으로 생각할 수가 있다. 제20a도의 상태에 있어서의 작용은 상기 고부하시의 제20a도의 상태에 있어서의 작용과 대략 동일하게 된다.

따라서, 본 제2실시예에서는 엔진의 저부하. 중부하 및 고부하시에 있어서는, 제20a도, 제20b도 및 제20c도에서 각각 설명한바 같이, 공기와 연료가 매우 잘게 층형으로 분포되고, 선회류(K,K'), 종방향 선회류(K₁,K₁',K₂,K₂') 및 와류(S₁,S₂)의 작용에 의하여 연료와 공기가 충분히 교반되어서 양자의 혼합이 양호하게 행하여지고, 토연농도의 감소를 도모할 수 있는 것이다.

또, 공기층(E₁,E₁')의 작용에 의하여 연료류(B₁,B₁')가 제1, 제2하측벽(78a.78a')에 의하여 냉각되는 적이 없고, 또 연료류(B₁',B₁")의 주위에 공기가 충분히 주어지는 것이며, 토연농도의 감소를 도모할 수 있는 것이다.

그리고, 제20c도의 상태에서는 연소실 상방의 실린더부의 공기중에 연료 또는 화염을 적극적으로 유출시키기 때문에, 고부하시의 공기부족을 해소할 수 있는 것이다.

또한, 연소실로부터 실린더부에 향하여 유출한 연료 또는 화염은 제1, 제2안내벽(64,65)에 의하여 연소실의 상방에 향하게 되기 때문에, 퀸칭구역(Q)에 직접연료 또는 화염이 유입하는 것을 방지할 수 있고, 토염농도의 증가를 방지할 수 있는 것이다.

또, 본 실시예의 구성에 있어서는, 상기 제20b도 및 제20c도에 의거하여 각각 설명한바 같이, 아래쪽으로 향함에 따라서 내경이 작게되는 제1, 제3연료반사벽(66,66') 및 모서리부(72,72')의 작용에 의하여, 분무된 연료가 연소실(62)의 하부에 집중하지 않고 연소실(62)내 전제에 분포되고, 분사노즐(62)의 실린더헤드로부터의 돌출량(∂)을 작게 할 수 있기 때문에, 분사노즐(63)의 선단부를 고열로 쬐지 않어도 되는 효과도 가지고 있는 것이다. 그리고, 본 발명자의 실험에 의하면, 상술한 각 수치의 범위를 하기와 같이 규정함에 의하여, 상기 제1실시예의 구성의 것에 비하여 상용회전수 전역(1000rpm 내지 4000rpm)에 걸쳐, 토연농도를 일정치에 억제한 경우의 출력이 약 10% 향상하는 것을 알게된 것이다.

1기통당의 배기량 400cc 내지 500cc

압축비 18 내지 19

0.40

D.../B

0.60

0.30

H/D₄

0.50

0.85

D₃/D₄

0.95

0.90

D₂/D₄

1.00

0.80

D₁/D₄

0.90

0.30

h₁/D₄

0.50

h₂/D₄

0.70

0.10

h₃/D₄

0.30

0.03

h₄/D₄

0.15

70°

θ₁

80°, 60°

θ₂

70°

35°

β₁

65°, 35°

β₂

65°

단, B : 피스톤 30의 직경

D₁: 제1연소실(44)의 상방 열린곳부의 직경

D₂: 제1연소실(44)의 최대직경

D₃:모서리부(42)의 직경

D₄: 제2연소실(48)의 최대직경

H : 연소실(32)의 높이

h₁: 연소실(62)의 얼린곳으로부터 제1의 측벽부(62a)의 모서리부(72)까지의 거리

h₂: 연소실(62)의 열린곳으로부터 제2의 측벽부(62a')의 모서리부(72')까지의 거리

h₃: 제1연료반사벽과 제2연료반사벽을 합친 전 높이(제1측벽부(62a)와 제2의 측벽부(62a')는 동일 높이)

h₄: 제 2 연료반사벽의 높이(제 1의 측벽부(62a)와 제 2 의 측벽부(62a')는 동일 높이)

θ₁: 중심축선(l₀)에 대한 분사각

θ₂: 중심축선(l₀)에 대한 분사각

β₁: 제1의 측벽부(62a)의 제1연료반사벽(66)과 중심축선(l₀)으로 되는 각

β₂: 제2의 측벽부(62ar)의 제1연료반사벽(66')과 중심축선(l₀)으로 되는 각

그리고, 본 실시예에 있어서는, 제17도에 도시한바 같이 제1측벽부(62a)와 제2측벽부(62a')와의 연결부분이 단차를 가지도록 형성되고 있지만, 동접속부를 제21도에 도시하는바 같이 제1의 측벽부(62a)와 제2의 측벽부(62a')를 순조로히 이으는 것과 같이 접속부(70)를 구성함에 있어서, 와류(S₁,S₂)의 유속을 약하게 하는 일 없이, 상기 제2실시예의 효과를 보다 향상시킬 수 있는 것이다.

다음에 본 발명의 제3실시예에 대하여 제22도 내지 제26도에 의하여 설명한다. 그리고, 상기 제1실시예와 실질적으로 동일의 부분에는 동일부호를 붙혀서 상세한 설명을 생략한다.

본 실시예의 디젤엔진은, 제1실시예 및 제2실시예와 대략 동일하게 1기통당의 배기량이 300cc 내지 800cc의 소형의 직분식 디셀엔진에 관한 것이다.

본 실시예의 구조는, 제22도에 도시하는바 같이, 피스톤(100)상부에 정면(100a)에 열리게하는 연소실(102)이 요설되어 있고, 연소실(102)의 측벽(102a)상부에는 연소실(102)의 중심축선(l₀)에 대하여 경사각(

) 1경사시키고 피스톤(100)의 내부에 끝이 넓어지는 형상으로 되도록 안내벽(104)이 형성되고 있다. 연소실(102)의 축벽(102a)의 안내벽(104)의 아래쪽에는, 상하방향 중간부에 연소실(102)내로 향하여 링형의 돌출부(106)가 돌설되고 있고, 동돌출부(106)에 의하여 연소실(102)이 상하방향으로 제1연소실(108)과 제2연소실(110)로 분할되어 있다.

그리고, 돌출부(106)는 그 외면벽을 연소실(102)의 중심축선(l₀)에 대하여 아래쪽으로 향항에 따라 내경이 작게되도록 경사되고 경사각(

₂)을 가지는제1연료반사벽(112)과, 중심축선(l₀) 방향으로 연재하는 제2 연료반사벽(114)과, 제 2 연소실(110)의 상부벽면(116)에 의하여 구성되고 있다.

그리고, 돌출부(106)는 연소실(102)저면으로부터의 높이가 주방향으로 따라 변화하도록 경사하여 형성되어 있고, 주방향에 따라 연소실의 중심축선(l₀)에 수직인 평면에 대하여 경사각(

₃

₄ ₀

여기서, 본 실시예에 기재한 제1연소실의 열린곳 직경(D1), 제1연소실(108)의 최대직경(D₂), 제2연료반사벽(114)의 내경(D₃), 제 2 연소실(110)의 최대직경(D₄), 연소실의 깊이(H)의 관계는 각각,

D₄/B=0.5 H/D₄=0.4

D₃/D₄=0.90 D₂/D₄=0.95

D₁/D₄=0.85

로 되고, 다시, 안내벽(104)과 중심축선(l₀)으로 되는 각(

₁), 제1연료반사벽(112) 중심축선(l₀)으로 되는 각(

₂), 돌출부(106)의 제1경사부분(120)과 중심축선(l₀)에 수직인 평면으로 되는 각(

₃), 돌출부(106)의 제2경사부분(122)과 중심축선(l₀)에 수직인 평면과 이루는 각 γ4는 각각 γ1=30°,

2=45°,

3=5°,

4=25°로 되도록, 구성되어 있다.

본 실시예의 구성에 의하면 엔진의 압축행정에 있어서 피스톤(100)이 실린더내를 상승하여 상사점 근방의 상태에 있어서의 공기의 흐름을 생각하면 제23도에 도시하는 바와같이, 연소실(102)의 주위로부터 연소실(102)내에 향하여 선희류(K)가 강하게 발생한다 선회류(K)는 연소실(102)의 중앙부로 향해 모일려고 하기 매문에 중앙부에 고압부(G)가 생긴다. 고압부(G)에 충돌하여 하방으로 향한 선회류(K)는 제1연료 반사벽(112)과 안내벽(104)에 의해 유도되어 종방향 설회류(K₁)가 생긴다. 고압부(G)의 하방부분도 주위의 연소실 부분에 비해 고압으로 되고, 준고압부(G')가 형성되므로 선회류(K)의 주흐름은, 종방향 선희류(K₁)과 고압부(G)와의 사이를 하강하고, 그후 준고압부(G')에 의해 연소실(102)의 원주벽부에 압출되고,제23도에 도시하는 바와같은 종방향 선회류(K₂)를 생기게 한다. 더우기 연소실(102)내에서는 상기 선회류(K), 종방향 선회류(K₁,K₂)외에 제23도에 도시하는 와류(S₁,S₂)가 발생하고, 이를 공기의 흐름이 혼류된 상태에서 제1연소실(108) 및 제2연소실(110)내에 압축된 공기가 충만되게 된다.

엔진의 고부하상태에서는 제23도에 관하여 설명한 바와같이 압축된 공기가 충만된 연소실(102)내에 연료가 분무되고, 제24a도에 도시하는 제2연소실(110)의 상부벽면(116)에 연료가 충돌하는 상태로부터 피스톤이 하강하여 제24b도의 상태로 이행하고, 더우기 피스톤이 하강하여 제24c도의 상태에서 분사노즐(124)로부터의 분무가 종료하는 것으로 생각할 수 있다.

제24a도에 도시하는 바와같이, 분사된 연료의 주류(A₁)가 제2연소실(110)내주벽 상부(116)에 충돌하는 경우에는 연료흐름(A₁)의 대부분은 제2연소실(110)의 내주벽(110a)에 안내되고, 더우기 상기 종방향 선회류(K₂)에 의해 제2연소실(110) 중앙으로 향하는 연료흐름(B₁)으로 된다. 또 돌기(106)에 의해 상방으로 반사된 연료흐름(C₁)은 종방향 선회로(K₁)에 의해 제1연소실(108)의 중앙으로 향하는 연료흐름으로 된다.

또, 제24b도에 도시하는 바와같이, 피스톤이 하강한 경우에는 본사노즐(124)이 상기 제24a도의 경우보다 상대적으로 상방에 위치하기 때문에 분사노즐(124)로부터 분사되는 연료의 주류(A₂)는 제2연료 반사벽(114)에 충돌하고, 분무는 제2연소실(110) 중앙으로 향해 연료흐름(B₂)이 생기고, 상기 제24도에서 설명한 연료흐름(B₁)에 비해 상방으로 흐르게 된다. 또, 제2연료 반사벽(114) 상방에 충돌한 분무는 제1연료반사벽(112)에 있어서 반사되고, 제1연소실(108) 상부 중앙에 유도되는 연료흐름(C₂)이 생기게 된다.

피스톤(110)이 더욱 하강하여 제24c도에 도시하는 바와같이 분사노즐(124)로부터 분사된 분무(A₃)가 제1연료반사벽(112)에 충돌하는 상태에서는 제24c도에 도시하는 바와같이 분사노즐(124)로부터 분사된 분무(A₃)가 제1연료반사벽(112)에 층돌하고, 안내벽(104)에 따라 피스톤(100)의 연소실(102)의 상방의 실린더부로 향하는 연료흐름(G)과, 제2연소실(110)상방부 중앙으로 향하는 연료흐름(B₃)이 생기게 된다.

그런데, 상술과 같이 하여 분산되어야 할 분사노즐(124)로부터 분사되는 연료의 분무는, 분사 초기는 연료가 액제의 상태에서 제25도에 도시하는 X점에 층돌하지만, 그후 연료가 미립화되면 와류(S₁,S₂)의 영향을 크게 받아 제25도중 화살표(F)방향으로 흐르게 되어 서서히 충돌점이 X점으로부터 Y점과 같이 변화하게된다.

그런데, 충돌점(X)과 충돌점(Y)은 피스톤의 하강에 동반하여 상하방향의 위치가 다르기 때문에 각각의 충돌점에 있어서의 분무가 상기 제1, 제2경사부분(120,122)에 의해 반사유도 또는 안내유도되는 높이가 시간의 경과와 함께 변화하게 된다. 이 때문에 분부의 반사에 있어서 연소실(102)내에 있어서 돌출부(106)의 높이가 각각 변화하도록 작용하고, 상기 제1, 제2경사부분(120,122)의 경사면에 의해 연소실측벽에 충돌한 연료를 중심축선(l₀)에 수직인 평면내에서 선회되는 움직임이 생기는 것이다. 따라서 원주방향으로 경사하고 있는 돌출부(106)와 연소실(102)내의 와류(S₁,S₂)와의 협동작용에 의해 돌출부(106)에 의해서 분산되는 분무가 연소실(102)내의 다층에 해당하여 충분히 분산분포하도록 된다. 이와같이 피스톤(100)의 각 변위에 있어서, 분무를 공기 와류(S₁,S₂)를 개재한 상태에서· 연소실(102)의 상,중,하부에 다층분포 시킬수가있게 되고, 연료와 공기와의 혼합이 충분히 행해져 공기 이용율이 증가한다.

또, 피스톤(100)의 각 변위시에 있어서, 분무는 연소실(1012)의 중심방향으로 향해 유도되기 때문에 착화후도 온도가 낮은 실린더벽방향 즉 퀸칭영역(Q)으로 화염이 퍼지기 어렵게 된다.

이와같이, 연소실(102)내의 국부적인 과농도 혼합기체 형성이 방지되고, 또 확산연소기에 화염이 퀸칭영역(Q)으로 분출하는 것을 억제할 수 있기 때문에 검은 연기발생량이 대폭 저감되어 토출연기 농도로 제한되는 출력의 향상이 가능하게 된다.

더우기, 고부하 상태에서는 제24c도에 있어서 설명한 바와같이 연소실(102)상방의 실린더부에 연료 또는 화염이 유츌하고, 상기 연소실(102)상방의 실린더부의 공기를 연소로 이용할 수 있고, 공기부족의 해소가 도모되는 것이다.

또, 기관의 중부하 상태에서는, 상기 제25도에서 설명한 바와 같이 압축된 공기가 충만된 연소실(102)내에 분사노즐(124)에 의해 연료가 분사되기 시작하고 제24a도에 도시한 바와같이 연소실 주위벽에 연료가 충돌하게 되며, 또 피스톤(100)이 하강하고 제24b도의 상태에서 분사노즐(124)로부터의 연료분무가 종료한다고 생각할 수 있다. 제24a도 및 제24b도의 각 상태에 있어서의 작용은 상기 고부하시의 제24a도 및 제24b도의 각상태에 있어서의 작용과 거의 동일하게 된다.

또, 기관의 저부하 상태에서는 상기 제25도에 관하여 설명한 바와 같이 압축된 공기가 충만된 연소실(102)내에 제24a도에 도시한 바와같이 연소실 주위벽에 연료가 충돌하는 상태에서 연료분무가 종료한다고 생각할 수 있다. 제24a도의 상태에 있어서의 작용은 상기 고부하시의 제24a도 상태에 있어서의 작용과 거의 동일하게 된다.

따라서 기관의 저부하 및 중부하 상태에 있어서도 연소실(102)내의 와류(S₁,S₂)와 돌출부(106)의 주위방향 경사와의 협동작용에 의해 돌출부(106)에 의해 분산되는 분무가 연소실(102)내의 다층에 걸쳐 충분히 분산분포하므로, 공기 이용률이 증가하고 배연농도의 감소를 꾀할 수 있는 것이다. 한편. 제25도는 제1실시예에서 도시한 돌출부(106)의 높이가 일정한 구조에 의하는 경우와 동일한 배연농도 상태에 있어서, 본 실시예의 구조에 의한 돌출부(106)의 높이가 변화하는 경우의 출력특성을 표시하고 있으며, 실선 I로 표시한 본 고안 연소실구조에 의한 경우는 일점쇄선 II로 표시한 구조에 의한 경우보다, 5 내지 10% 정도 출력이 향상하게 된다.

한편, 본원 발명자의 실험에 의하면 전술한 각 수치의 범위를 하기와 같이 규정함으로써 상기 제1실시예의 구성에 비해 상용 회전수 전역(1000rpm 내지 4000rpm)에 걸쳐, 배연농도를 일정치로 놓은 경우의 출력이 약 5% 향상한다는 것이 알려진 것이다.

1기통당 배기량 400cc 내지 500cc

압축비 18 내지 19

0.4

D₄/B

0.6

0.3

H/D

0.5

0.85

D₃/D₄

0.95

0.9

D₂/D₄

1.0

0.8

D₁/D₄

0.9

10°

₁

45°

30°

₂

60°

3°

₃

15° 또는 -3°

₃

-15°

12°

₄

80°또는 -12°

γ₄

-80°

단, B : 피스톤 (100)의 직경

D₁: 제1연소실(108)의 상방 개구부의 직경

D₂: 제1연소실(108)의 최대직경

D₃: 제 2연료 반사벽(114)의 내경

D₄: 제2연소실(110)의 최대직경

H : 연소실(102)의 높이

₁ ₀

₂ ₀

₃ ₀

₄ ₀

또, 본 실시예에 의하면 분사노즐(124)을 연소실(102)내에 과다하게 돌출시키지 않은채 연기토출농도를 저감할 수 있게 되고, 분사노즐(124) 선단의 열에 의한 내구성의 저하는 회피할 수 있게 된다.

또, 돌츨부(106)는 연소실(102)내에 있어서의 필요한 상하위치에서 원주방향으로 단속상태로 돌출시키도록 해도 좋다.

Claims

실린더 블럭과, 상기 실린더 블럭의 상부에 배치된 실린더 헤드와, 상기 실린더 블럭의 실린더내에 끼워진 피스톤과, 상기 피스톤의 꼭대기부에 오목하게 설치되어 상기 실린더 헤드에 의해 상면이 덮어진 연소실과, 상기 연소실내에 연료를 분무해야할 실린더 헤드에 배치된 연료분사 노즐을 가지는 직접분무식 디젤엔진에 있어서, 상기 연소실이 회전체로서 형성되고, 상기 연소실이, 측벽이 상기 연소실의 개구 가장자리로부터 하방으로 향항에 따라 내경이 크게 되도록 형성된 안내벽과, 상기 안내벽의 하부에 하방으로 향함에 따라 내경이 작게 되도록 형성된 제1연료 반사벽과, 상기 제1연료방사벽의 하부에 위치하여 상기 연소실중심축선l₀와 대략 평행으로 형성된 제2원료 반사벽에 의해 주위가 둘러싸여 구성되는 제1연소실, 및 상기 제1연소실의 하방에 설치되어 측벽부 상부가 원호형상을 가지는 제2연소실로 구성되고, 또 상기 연료분사 노즐이, 상기 피스톤의 상사점 위치에 있어서, 연료분무가 상기 제1연소실과 상기 제2연소실과의 접합부에 향하도록 분사구멍이 배치된 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 연소실구조.
실린더 블럭과, 상기 실린더 블럭의 상부에 배치된 실린더 헤드와, 상기 실린더 블럭의 실린더내에 끼워진 피스톤과, 상기 피스톤의 꼭대기부에 오목하게 설치되어 상기 실린더 헤드로 상면이 덮여진 연소실과,상기 연소실내에 연료를 분무해야 할 실린더 헤드에 배치된 연료분사 노즐을 가지는 직접분무식 디젤엔진에 있어서, 상기 연소실의 측벽이 원주방향으로 상기 연료분사노즐의 분사구멍의 개수와 같은 수로 또한 2종형상의 제1및 제2의 측벽부가 교호로 나란히 구성되고, 상기 제1의 측벽부가 상기 연소실의 개구 가장자리로부터 하방으로 향함에 따라 내경이 크게 되도록 형성된 제1안내벽과, 상기 제1안내벽의 하부에 하방으로 향함에 따라 내경이 작게 되도록 형성된 제1연료 방사벽과, 상기 제1연료 반사벽의 하부에 위치하여 상기 연소실의 중심축선l₀과 대략 평행으로형성된 제2연료 반사벽과, 상기 제1안내벽, 상기 제1연료반사벽 및 상기 제2연료반사벽에 의해 주위의 일부분이 둘러싸여 구성된 제1연소실과, 상기 제1연소실의 하방에 설치되어 측벽상부가 원호형상을 가지는 제2연소실의 측벽으로 구성되고, 또 상기 제2의 측벽부가, 상기 연소실의 개구 가장자리로부티 하방으로 향항에 따라 내경이 크게 되도록 형성됨과 함께 상기 제1안내벽 보다도 경사가 완만하게 형성된 제2안내벽과, 상기 제2안내벽의 하부에 하방으로 향함에 따라 내경이 작게 되도록 형성됨과 함께 상기 제1연료반사벽과 대략 똑같은 경사를 가지는 제3연료 반사벽과,상기 제3연료반사벽의 하부에 위차하여 상기 연소실의 중심 축선(l₀)과 대략 평행하게 형성된 제4연료 반사벽과, 상기 제2안내벽, 상기 제3연료 반사벽 및 상기 제4연료 반사벽에 의해 주위의 일부분이 둘러싸여 구성된 제1연소실과, 상기 제1연소실의 하방에 설치되어 측벽상부가 원호형상을 가지는 제2연소실의 측벽으로 구성되고, 상기 연료분사노즐이 상기 피스톤의 상사점 위치에 있어서 연료분무가 상기 제1의 측벽의 상기 제1연소실과 상기 제2의 연소실과의 접합부 및 상기 제2의 측벽의 상기 제1연소실과 상기 제2의 연소실과의 접합부에 각각 향하도록 분사구멍이 배치된 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 분사실 구조.
실린더 블럭과, 상기 실린더 블럭의 상부에 배치된 실린더 헤드와, 상기 실린더 붙럭의 실린더내에 끼워진 피스톤과, 상기 피스톤의 꼭대기부에 오목하게 설치되어 상기 실린더 헤드로 상면이 덮여진 연소실과, 상기 연소실내에 연료를 분무해야 할 실린더 헤드에 배치된 연료분사 노즐은 가지는 직접 분무식 디젤엔진에 있어서, 상기 연소실의 측벽이, 상기 연소실의 개구 가장자리로부터 하방으로 향함에 따라 내경이 크게되도록 형성된 안내벽과, 상기 안내벽의 하부에 연소실의 중심 측선 l₀에 향해 돌출한 돌출부로 구성되고,상기 돌출부에 의해 상기 연소실이 상하방향으로 제1연소실과 제2연소실로 분할되고, 또 상기 돌출부가, 상기 연소실의 원주방향에 따라 상하방향으로 경사하는 제1경사부분과 상기 제1경사부분과 역방향으로 경사된 제2경사부분이 교호로 나란하게 형성된 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 연소실 구조.