KR100398526B1 - Inlet port and piston structure of gasoline engine - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가솔린엔진의 흡기 시스템에 관한 것으로, 종래에는 서지탱크내에 배기가스와 새로운 공기를 충분히 희석시키기 때문에, 재순환이 이루어지는 배기가스는 통상적으로 5∼10% 정도만이 연소되고, 이에따라 가솔린엔진을 적용하는 차량의 연비 및 배기가스 저감효과가 극히 미비하게 발생되는 단점을 갖고 있다. 더불어, EGR을 다량으로 적용할 경우에는 평면을 갖는 피스톤의 압축 및 팽창행정으로 부터 그 연소상태가 불안전해지면서 오히려 연비 및 배기가스(NOx)가 더 악화되는 폐단이 따랐다.The present invention relates to an intake system of a gasoline engine. In the related art, since the exhaust gas and fresh air are sufficiently diluted in the surge tank, only about 5 to 10% of the exhaust gas is recycled, and thus, the gasoline engine is applied. It has a disadvantage that the fuel economy and exhaust gas reduction effect of the vehicle is extremely insignificant. In addition, when a large amount of EGR was applied, the combustion state became unstable from the compression and expansion stroke of the piston having a plane, and the fuel consumption and exhaust gas NOx worsened.
이에 본 발명은, 전자제어유닛의 제어에 따라 부분 부하 조건에서 EGR이 유입될수 있도록 연소실과 연결되는 스월포트에 EGR유입포트를 연결하고 다른 하나의 텀블포트로는 가연혼합기(연료+신공기)를 유입하고 피스톤 상면을 볼(bowl)형상으로 가공하므로서, 재순환되는 배기가스(EGR)는 연소실 외곽으로 스월운동을하고, 가연혼합기(연료+신공기)는 연소실 중앙에서 텀블운동을 통해 그 희석이 일어나지 않도록 하여 재순환되는 다량의 배기가스를 사용하여도 연소실 중앙에 가연혼합기가 있기 때문에 완전연소가 일어나도록 하고, 이에따라 가솔린엔진을 적용하는 차량의 연비 및 배기가스 저감효과를 향상시키도록 하는 가솔린엔진의 흡기포트 및 피스톤 구조를 제공한다.In the present invention, the EGR inlet port is connected to the swirl pot connected to the combustion chamber so that the EGR can be introduced under partial load conditions under the control of the electronic control unit, and the other tumble port uses a combustible mixer (fuel + new air). By inflow and processing the upper surface of the piston into a bowl shape, the recycled exhaust gas (EGR) swirls out of the combustion chamber, and the combustible mixture (fuel + new air) does not dilute through tumble movement in the center of the combustion chamber. Even if a large amount of exhaust gas is recycled, there is a flammable mixer in the center of the combustion chamber, so that complete combustion occurs, and accordingly, the intake of the gasoline engine to improve the fuel efficiency and exhaust gas reduction effect of the vehicle to which the gasoline engine is applied. Provide port and piston structure.
Description
본 발명은 가솔린엔진의 흡기 시스템에 관한 것으로서, 특히 재순환되는 배기가스(EGR)와 가연 혼합기(연료+신공기)가 서로 희석되지 않도록 하여 재순환되는 다량의 배기가스를 완전 연소시킬수 있도록 하는 가솔린엔진의 흡기포트 및 피스톤 구조에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an intake system of a gasoline engine, and more particularly to a gasoline engine capable of completely burning a large amount of recycled exhaust gas by preventing the recycled exhaust gas (EGR) and the combustible mixer (fuel + fresh air) from being diluted with each other. It relates to an intake port and a piston structure.
일반적으로, 4V DOHC 고성능 가솔린 엔진의 실린더 헤드 흡기포트 구조는 텀블포트(Tumble port)를 많이 사용하고 있다.In general, the cylinder head intake port structure of the 4V DOHC high-performance gasoline engine uses a lot of tumble ports.
즉, 도 1에 도시된 바와같이, 배기가스(특히 NOx)의 저감과 연비향상을 위하여 배기가스 재순환(EGR; Exhaust Gas Recirculation)을 적용하는데, 종래에는 서지탱크(1)에 공기유입포트(2)를 통해 유입되는 새로운 공기와 EGR유입포트(3)로 부터 유입되는 배기가스를 충분히 희석시킨 후 이를 스월포트 및 텀블포트(4a)(4b)를 통해 연소실(5)로 유입되는 구조를 갖고 있다.That is, as illustrated in FIG. 1, exhaust gas recirculation (EGR) is applied to reduce exhaust gas (particularly NOx) and improve fuel efficiency. Conventionally, an air inlet port 2 is provided to the surge tank 1. ) And dilutes the fresh air flowing through the air and the exhaust gas flowing from the EGR inlet port 3 to the combustion chamber 5 through the swirl pot and the tumble port 4a and 4b. .
이때, 상기 연소실(5)에서는 인젝터(7)를 통해 분사되는 연료와 희석이 이루어진 공기가 스파크플러그(8)의 점화동작으로 부터 그 연소가 이루어지도록 하였다.At this time, in the combustion chamber 5, the fuel injected through the injector 7 and the diluted air is made to burn from the ignition operation of the spark plug (8).
여기서, 상기 피스톤(6)의 상면은 도 2에 도시된 바와같이 평면(flat)의 형상을 갖고 있다.Here, the upper surface of the piston 6 has a flat shape as shown in FIG.
그러나, 종래에는 상기 서지탱크(1)내에 배기가스와 새로운 공기를 충분히 희석시키기 때문에, 재순환이 이루어지는 배기가스는 통상적으로 5∼10% 정도만이 연소되고, 이에따라 가솔린엔진을 적용하는 차량의 연비 및 배기가스 저감효과가 극히 미비하게 발생되는 단점을 갖고 있다.However, conventionally, since the exhaust gas and fresh air are sufficiently diluted in the surge tank 1, only about 5 to 10% of the exhaust gas that is recycled is combusted, and accordingly, fuel efficiency and exhaust of the vehicle to which the gasoline engine is applied. It has a disadvantage that the gas reduction effect is extremely insignificant.
더불어, EGR을 다량으로 적용할 경우에는 평면을 갖는 피스톤(6)의 압축 및팽창행정으로 부터 그 연소상태가 불안전해지면서 오히려 연비 및 배기가스(NOx)가 더 악화되는 폐단이 따랐다.In addition, when a large amount of EGR is applied, the combustion state becomes unstable from the compression and expansion stroke of the piston 6 having a flat surface, but rather, the fuel consumption and exhaust gas NOx worsen.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 전자제어유닛의 제어에 따라 부분 부하 조건에서 EGR이 유입될수 있도록 연소실과 연결되는 스월포트에 EGR유입포트를 연결하고 다른 하나의 텀블포트로는 가연혼합기(연료+신공기)를 유입하고 피스톤 상면을 볼(bowl)형상으로 가공하므로서, 재순환되는 배기가스(EGR)는 연소실 외곽으로 스월운동을하고, 가연혼합기(연료+신공기)는 연소실 중앙에서 텀블운동을 통해 그 희석이 일어나지 않도록 하여 재순환되는 다량의 배기가스를 사용하여도 연소실 중앙에 가연혼합기가 있기 때문에 완전연소가 일어난다. 이에따라 가솔린엔진을 적용하는 차량의 연비 및 배기가스 저감효과를 향상시키도록 하는 가솔린 엔진의 흡기포트 및 피스톤구조를 제공하려는 것이다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, an object of the present invention, the EGR inlet port to the swirl pot connected to the combustion chamber so that the EGR can be introduced under partial load conditions under the control of the electronic control unit To the other tumble pot, and into the combustible mixer (fuel + new air) and processing the upper surface of the piston in the shape of a bowl, the recycled exhaust gas (EGR) is swirled outside the combustion chamber, The mixer (fuel + fresh air) is completely burned because there is a flammable mixture in the center of the combustion chamber even when a large amount of exhaust gas is recycled by preventing the dilution from happening through the tumble movement in the center of the combustion chamber. Accordingly, it is an object of the present invention to provide an intake port and a piston structure of a gasoline engine to improve fuel efficiency and exhaust gas reduction effect of a vehicle to which a gasoline engine is applied.
도 1은 종래에 적용되는 가솔린엔진의 흡기포트 및 피스톤의 결합구조도.1 is a coupling structure of the intake port and the piston of the gasoline engine conventionally applied.
도 2는 종래에 적용되는 피스톤의 구조도.2 is a structural diagram of a piston applied in the prior art.
도 3은 본 발명의 일실시예로 가솔린엔진의 흡기포트 및 피스톤의 결합구조도.Figure 3 is a coupling structure of the intake port and the piston of the gasoline engine in one embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일실시예로 피스톤의 구조도.4 is a structural diagram of a piston in one embodiment of the present invention.
※ 도면의주요부분에대한부호의설명※ Explanation of symbols on the main parts of the drawings
1 ; 서지탱크 2 ; 공기유입포트One ; Surge tank 2; Air Inlet Port
4a ; 스월포트, 4b ; 텀블포트4a; Swirl pot, 4b; Tumble pot
6 ; 피스톤 7 ; 인젝터6; Piston 7; Injector
8 ; 스파크플러그 10 ; EGR유입포트8 ; Spark plug 10; EGR Inlet Port
20 ; 곡면20; Surface
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
참고로 이하에 참조되는 도면에 대하여는 설명의 편의상 종래와 동일한 부분에 대해서는 동일한 참조 번호를 부여하여 설명한다.For reference, the drawings referred to below will be described with the same reference numerals for the same parts as in the prior art for convenience of description.
도 3은 본 발명의 일실시예로 가솔린엔진의 흡기포트 및 피스톤의 결합구조도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예로 피스톤의 구조도 이다.3 is a diagram illustrating a coupling structure of an intake port and a piston of a gasoline engine according to one embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a diagram illustrating a piston as an embodiment of the present invention.
도 3 및 도 4에 도시된 바와같이, 서지탱크(1)의 공기유입포트(2)를 통해 유입된 공기와 인젝터(7a,7b)를 통해 분사되는 연료를 혼합시킨 후 이를 텀블포트(4a)(4b)를 통해 연소실(5)로 유입시키는 가솔린엔진의 흡기포트에 있어서,As shown in FIG. 3 and FIG. 4, after the air injected through the air inlet port 2 of the surge tank 1 and the fuel injected through the injectors 7a and 7b are mixed, the tumble port 4a is mixed. In the intake port of a gasoline engine to be introduced into the combustion chamber (5) through (4b),
전자제어유닛의 제어에 따라 부분 부하 조건에서 EGR이 유입될수 있도록 상기 스월포트(4a)에 배기가스가 유입되도록 하는 EGR유입포트(10)를 연결하여 유입된 배기가스가 연소실 외곽측으로 스월운동하도록 하고,Under the control of the electronic control unit, the EGR inlet port 10 is connected to the swirl port 4a to allow the inlet gas to flow in the partial load condition. ,
텀블포트(4b)를 통해 유입된 신공기에 인젝터(7b)의 연료분사로 연소실(5)로 유입되는 가연혼합기(연료+신공기)는 피스톤 상면의 볼(Bowl)형상과 텁블포트로 인해 스파크플러그(8)의 주위에서 텀블운동을 하여 배기가스와 서로 희석되지 않도록 볼형상의 곡면(20)을 형성시킨 구조를 이루고있다.The combustible mixer (fuel + new air) introduced into the combustion chamber 5 by the fuel injection of the injector 7b into the fresh air introduced through the tumble port 4b is sparked due to the bowl shape and the tubular port on the upper surface of the piston. The ball-shaped curved surface 20 is formed so as not to be diluted with the exhaust gas by tumble movement around the plug 8.
이와같이 구성된 본 발명의 일실시예에 대한 작용을 첨부된 도 3 및 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.Referring to Figures 3 and 4 attached to the operation of an embodiment of the present invention configured as described above are as follows.
먼저, 서지탱크(1)의 공기유입포트(2)를 통해 유입된 공기는 인젝터(7b)를 통해 분사되는 연료와 혼합된 후 텀블포트(4b)를 통해 연소실(5)로 유입된다.First, air introduced through the air inlet port 2 of the surge tank 1 is mixed with fuel injected through the injector 7b and then introduced into the combustion chamber 5 through the tumble port 4b.
그리고, 상기 스월포트(4a)에는 전자제어유닛의 제어에 따라 부분 부하 조건에서 배기가스가 유입되는 EGR유입포트(10)가 연결되어 있는 바,In addition, the swirl port 4a is connected to the EGR inlet port 10 through which exhaust gas flows under partial load conditions under the control of the electronic control unit.
상기 EGR유입포트(10)를 통해 유입되는 재순환 배기가스도 연소실(5)로 그 유입이 이루어지고, 상기 연소실(5)로 유입된 재순환 배기가스는 연소실 외각측으로 스월 회전운동을 하면서 피스톤(6)의 링에 의한 크레비스 볼륨(crevice volume)를 비롯하여 연소실(5)의 외곽을 채우게 된다.The recycled exhaust gas flowing through the EGR inlet port 10 is also introduced into the combustion chamber 5, and the recycled exhaust gas introduced into the combustion chamber 5 performs a swirl rotational movement toward the outer side of the combustion chamber and the piston 6. Filling the outside of the combustion chamber 5, including the crevice volume by the ring of.
여기서, 상기 인젝터(7a)는 재순환 배기가스의 회전운동에 따라 연료를 분사시키지 않게 된다.Here, the injector 7a does not inject fuel according to the rotational movement of the recycle exhaust gas.
이때, 상기 연소실(5)에 위치하는 피스톤(6)의 상면은 볼형상의 곡면(20)을 갖고 있는 바,At this time, the upper surface of the piston (6) located in the combustion chamber (5) has a ball-shaped curved surface 20,
상기 피스톤(6)의 곡면(20)으로 부터 연소실(5)로 유입된 가연혼합기(연료+신공기)는 스파크플러그(8)의 주위에서 텀블운동을 하고, 스월포트로 들어오는 재순환배기가스는 연소실 외곽측으로 스월운동을 하므로서, 상기 가연혼합기와 EGR이 서로 희석되지 않도록 한다.The combustible mixer (fuel + new air) introduced from the curved surface 20 of the piston 6 into the combustion chamber 5 performs a tumble movement around the spark plug 8, and the recycle exhaust gas entering the swirl pot is introduced into the combustion chamber. By swirling to the outer side, the flammable mixer and the EGR are not diluted with each other.
즉, 상기 가연혼합기는 연소실(5)의 내측에 머물게 되고, 상기 EGR은 연소실(5)의 외측에 머물게 되므로서, 상기 EGR유입포트(10)를 통해 약 50%의 재순환되는 배기가스를 넣어도 엔진에서는 불안전 연소가 발생되지 않는다.That is, since the combustible mixer stays inside the combustion chamber 5 and the EGR stays outside the combustion chamber 5, even if the exhaust gas recycled about 50% is inserted through the EGR inlet port 10. Unstable combustion does not occur.
한편, 최대출력이 요구되는 전부하조건에서는 전자제어유닛의 제어로 부터 EGR유입포트(10)를 통한 재순환 배기가스의 유입을 차단하고, 스월포트(4a)와 텀블포트(4b)를 통해 공기와 연료만이 연소실(5)로 유입되도록 하여도 그 성능저하는 방지할수 있도록 하였다.On the other hand, in the full load condition requiring maximum output, the inflow of recirculated exhaust gas through the EGR inlet port 10 is blocked from the control of the electronic control unit, and the air and the air flow through the swirl port 4a and the tumble port 4b. Even if only the fuel is allowed to flow into the combustion chamber (5), the performance degradation can be prevented.
이상에서 설명한 바와같이 본 발명은 전자제어유닛의 제어에 따라 부분 부하 조건에서 EGR이 유입될수 있도록 연소실과 연결되는 포트 중 어느 하나에 EGR유입포트를 연결하고 피스톤 상면을 볼(bowl)형상으로 가공하므로서, 스월운동을 하는재순환되는 배기가스(EGR)와 가연혼합기(연료+신공기)의 텀블운동을 통해 그 희석이 일어나지 않도록 하여 재순환되는 다량의 배기가스를 완전 연소시키고, 이에따라 가솔린엔진을 적용하는 차량의 연비 및 배기가스 저감효과를 향상시키는 효과가 있다.As described above, the present invention connects the EGR inlet port to any one of the ports connected to the combustion chamber so that the EGR can be introduced under partial load conditions under the control of the electronic control unit, and processes the upper surface of the piston into a bowl shape. A vehicle that completely burns a large amount of recycled exhaust gas by applying a tumble movement of recycled exhaust gas (EGR) and a combustible mixer (fuel + new air) that performs a swirl motion, thereby applying a gasoline engine accordingly. This has the effect of improving the fuel efficiency and exhaust gas reduction effect.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.The present invention is not limited to the above-described specific preferred embodiments, and various modifications can be made by any person having ordinary skill in the art without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. Of course, such changes will fall within the scope of the claims.
Claims (1)
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