프리챔버 제트점화기 및 이를 적용한 연소실을 갖춘 엔진(Prechamber Jet ignitor and Combustion Chamber having it in Engine)

(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 공개특허공보(A)
(11) 공개번호 10-2013-0099527
(43) 공개일자 2013년09월06일
(51) 국제특허분류(Int. Cl.)
F02P 21/00 (2006.01) F02P 15/00 (2006.01)
(21) 출원번호 10-2012-0021105
(22) 출원일자 2012년02월29일
심사청구일자 없음
(71) 출원인
현대자동차주식회사
서울특별시 서초구 헌릉로 12 (양재동)
(72) 발명자
우수형
경기도 용인시 기흥구 동백동 대원칸타빌 아파트
4105동 1503호
권기영
경기도 용인시 기흥구 중동 962번지 동연재 7동
201호
(뒷면에 계속)
(74) 대리인
한양특허법인
전체 청구항 수 : 총 18 항
(54) 발명의 명칭 프리챔버 제트점화기 및 이를 적용한 연소실을 갖춘 엔진
(57) 요 약
본 발명의 엔진은 동력을 발생하는 피스톤(2)이 왕복운동하는 연소실(1) 밖에서 적어도 1개 이상의 제트연소화염
(60a)을 연소실(1)로 분사하고, 분사된 제트연소화염(60a)이 연소실(1)의 공간으로 분사된 연료의 발화원으로 작
용하여 폭발행정을 일으켜주는 프리챔버 제트점화기(10,100)가 더 구비됨으로써, 연소실(1)의 연소가 제트연소화
염(60a)의 큰 화염핵을 이용해 연소 안정이 지속될 수 있고, 지속적인 연소 안정에 따른 저온 급속 연소로 연비
및 NOx 저감성능이 크게 개선되며, 특히 외기와 연료의 혼합기가 지나는 혼합기 포트를 삭제할 수 있어 연소실
(1)로 들어가는 유동 및 압력 변화에 의한 혼합기의 액화 현상을 근본적으로 방지하는 특징을 갖는다.
대 표 도 - 도1
공개특허 10-2013-0099527
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(72) 발명자
공진국
경기도 수원시 장안구 천천동 우방아파트 711동
602호
김영남
경기도 화성시 장덕동 772-1
김진순
경기도 화성시 남양동 대광아파트 109동 704호
공개특허 10-2013-0099527
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특허청구의 범위
청구항 1
동력을 발생하는 피스톤이 왕복 운동하는 연소실의 밖에서 대기로부터 유입된 신기에 연료가 혼합된 혼합기가
연소되고, 상기 혼합기의 연소로 형성된 연소화염이 상기 연소실의 내부공간을 향해 적어도 1개 이상의 제트연
소화염으로 분사되며, 상기 제트연소화염이 상기 연소실의 내부공간으로 유입된 연료의 발화원으로 작용하여 상
기 유입된 연료가 연소되며, 상기 유입된 연료의 연소로 상기 연소실에서 폭발행정이 일어나는
것을 특징으로 하는 프리챔버 제트점화기.
청구항 2
청구항 1에 있어서, 상기 신기와 상기 연료가 서로 혼합되어 혼합기를 형성하는 압축실이 갖춰진 압축블록과;
상기 압축실을 가압해 상기 혼합기 압력을 상승시켜주는 가압피스톤과;
상기 혼합기의 상승 압력으로 상기 혼합기를 상기 압축실로부터 배출시켜주는 밸브와;
상기 밸브를 통해 배출된 상기 혼합기를 연소시켜주는 연소블록과;
상기 연소실 밖에 설치되어, 상기 혼합기의 연소로 일어난 화염을 상기 연소실로 적어도 1개 이상의 제트 연소
화염으로 분사시켜주는 제트노즐과;
상기 압축블록에 설치되고, 상기 압축실로 연료를 분사하는 서브 인젝터와;
상기 연소블록에 설치되고, 상기 연소블록으로 배출된 상기 혼합기의 연소를 위한 점화불꽃이 일어나는 스파크
플러그;
가 포함되어 구성된 것을 특징으로 하는 프리챔버 제트점화기.
청구항 3
청구항 2에 있어서, 상기 압축블록의 압축실에서 상기 밸브를 거쳐 빠져 나온 혼합기의 흐름 경로는 상기 연소
블록에서 상기 제트노즐로 직접 이어지는 경로인 것을 특징으로 하는 프리챔버 제트점화기.
청구항 4
청구항 3에 있어서, 상기 압축블록에는 상기 밸브와 상기 연소블록이 결합되고, 상기 연소블록에는 상기 제트노
즐이 결합 되는 것을 특징으로 하는 프리챔버 제트점화기.
청구항 5
청구항 2에 있어서, 상기 압축블록에는 내부 공간으로 형성된 압축실의 하부로 상기 밸브와 상기 연소블록이 결
합되는 체결단이 구비되고;
상기 가압피스톤에는 상기 압축블록의 압축실에서 움직이는 피스톤과, 상기 피스톤에 일체로 이어져 상기 압축
블록의 외부로 빠져 나온 피스톤로드로 이루어지며;
상기 밸브에는 상기 압축블록의 압축실에서 상기 혼합기를 상기 압축실의 밖으로 배출하기 위한 메인첵밸브와,
대기로부터 신기를 상기 압축실로 공급하기 위한 서브첵밸브와, 상기 밸브의 외주면으로 형성되어 상기 압축블
록의 압축실의 개구부위 내주면으로 결합되는 체결단이 구비되며;
상기 연소블록에는 상기 밸브로부터 빠져나오는 상기 혼합기가 흐르는 혼합기통로와, 상기 혼합기통로의 끝부위
공개특허 10-2013-0099527
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에 연통되어 상기 스파크플러그의 점화불꽃이 상기 혼합기통로로 향하는 점화통로와, 대기로부터 유입된 신기를
상기 밸브로 보내도록 상기 밸브쪽으로 이어진 신기유입통로와, 상기 압축블록의 압축실의 외주면으로 결합되고
더불어 상기 제트노즐이 삽입되어 결합되는 체결단들이 구비되고;
상기 제트노즐에는 상기 연소블록으로 나온 상기 혼합기의 연소가 일어나는 공간을 형성하는 프리챔버와, 상기
프리챔버를 빠져나온 상기 연소화염이 적어도 1곳 이상의 위치로 상기 연소실에 분사되는 제트화염분사공과, 상
기 제트노즐의 외주면으로 형성되어 상기 제트노즐의 상기 혼합기통로에 결합되는 체결단이 구비된 것을 특징으
로 하는 프리챔버 제트점화기.
청구항 6
청구항 5에 있어서, 상기 메인첵밸브는 상기 혼합기를 상기 압축실의 밖으로 배출하기 위한 일방향 경로이고,
그 열림압력은 상기 가압피스톤이 내려오는 과정에서 상승되는 상기 혼합기의 압력이며;
상기 서브첵밸브는 대기로부터 신기를 상기 압축실로 공급하기 위한 일 방향 경로이고, 그 열림압력은 상기 가
압피스톤이 올라가는 과정에서 상기 압축실의 빈 공간에서 형성되는 부압;
인 것을 특징으로 하는 프리챔버 제트점화기.
청구항 7
청구항 6에 있어서, 상기 메인첵밸브는 상기 밸브의 중앙부위로 위치되고, 상기 서브첵밸브는 상기 밸브의 중앙
부위를 벗어나 위치되는 것을 특징으로 하는 프리챔버 제트점화기.
청구항 8
청구항 5에 있어서, 상기 혼합기통로와 상기 점화통로는 서로 연통되는 부위를 정점으로 하여 "V"자를 이루는
것을 특징으로 하는 프리챔버 제트점화기.
청구항 9
청구항 2에 있어서, 상기 압축블록에는 내부 공간으로 형성된 압축실로 대기로부터 유입된 신기를 공급하는 신
기유입통로와, 상기 압축실의 하부로 상기 밸브와 상기 연소블록이 결합되는 체결단이 구비되고;
상기 가압피스톤에는 상기 압축블록의 압축실에서 움직이는 피스톤과, 상기 피스톤에 일체로 이어져 상기 압축
블록의 외부로 빠져 나온 피스톤로드와, 상기 피스톤에 뚫려 상기 신기가 유입되는 신기흐름경로와 서로 연통되
도록 상기 피스톤의 다른 위치에 뚫려 연료가 유입되는 연료흐름경로가 형성되며;
상기 밸브에는 상기 압축블록의 압축실에서 상기 혼합기를 상기 압축실의 밖으로 배출하기 위한 메인첵밸브와,
상기 밸브의 외주면으로 형성되어 상기 압축블록의 압축실의 개구부위 내주면으로 결합되는 체결단이 구비되며;
상기 연소블록에는 상기 밸브로부터 빠져나오는 상기 혼합기가 흐르는 혼합기통로와, 상기 혼합기통로의 끝부위
에 연통되어 상기 스파크플러그의 점화불꽃이 상기 혼합기통로로 향하는 점화통로와, 상기 압축블록의 압축실의
외주면으로 결합되고 더불어 상기 제트노즐이 삽입되어 결합되는 체결단들이 구비되고;
상기 제트노즐에는 상기 연소블록으로 나온 상기 혼합기의 연소가 일어나는 공간을 형성하는 프리챔버와, 상기
프리챔버를 빠져나온 상기 연소화염이 적어도 1곳 이상의 위치로 상기 연소실에 분사되는 제트화염분사공과, 상
기 제트노즐의 외주면으로 형성되어 상기 제트노즐의 상기 혼합기통로에 결합되는 체결단이 구비된 것을 특징으
로 하는 프리챔버 제트점화기.
청구항 10
청구항 9에 있어서, 상기 신기유입통로에는 상기 압축실의 부압으로 열려 상기 신기를 상기 압축실로 유입시켜
주는 신기밸브가 구비되고, 상기 혼합기밸브는 상기 신기와 상기 연료가 혼합된 혼합기의 압력으로 열려 상기
공개특허 10-2013-0099527
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혼합기를 상기 압축실로 내보내주는 혼합기밸브가 구비된 것을 특징으로 하는 프리챔버 제트점화기.
청구항 11
청구항 9에 있어서, 상기 신기흐름경로와 상기 연료흐름경로는 서로 연통되는 부위를 정점으로 하여 "V"자를 이
루는 것을 특징으로 하는 프리챔버 제트점화기.
청구항 12
청구항 9에 있어서, 상기 메인첵밸브는 상기 혼합기를 상기 압축실의 밖으로 배출하기 위한 일방향 경로이고,
그 열림압력은 상기 가압피스톤이 내려오는 과정에서 상승되는 상기 혼합기의 압력인 것을 특징으로 하는 프리
챔버 제트점화기.
청구항 13
청구항 5 또는 청구항 9에 있어서, 상기 메인첵밸브는 상기 밸브의 중앙부위로 위치된 것을 특징으로 하는 프리
챔버 제트점화기.
청구항 14
청구항 5 또는 청구항 9에 있어서, 상기 제트화염분사공은 상기 프리챔버를 정점으로 하여 다이버전스
(Divergence)타입 원뿔대 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 프리챔버 제트점화기.
청구항 15
청구항 14에 있어서, 상기 제트화염분사공은 적어도 3개 이상으로 뚫려 상기 원뿔대 형상을 이루는 것을 특징으
로 하는 프리챔버 제트점화기.
청구항 16
동력을 발생하는 피스톤이 왕복운동하는 연소실 밖에서 상기 연소실에 적어도 1개 이상의 제트연소화염을 분사
하고, 상기 제트연소화염이 상기 연소실의 공간으로 유입된 연료의 발화원으로 작용하여 상기 연소실에 폭발행
정을 일으켜주는 프리챔버 제트점화기와;
상기 연소실의 상부위에서 흡기인테이크의 통로를 개폐하는 흡기밸브와;
상기 연소실에서 생성된 연소배기가스가 빠져나가는 배기인테이크의 통로를 개폐하는 배기밸브와;
상기 연소실로 연료를 분사하는 메인 인젝터;
를 포함해 구성된 것을 특징으로 하는 프리챔버 제트점화기가 적용된 연소실을 갖춘 엔진.
청구항 17
청구한 16에 있어서, 상기 프리챔버 제트점화기는 상기 흡기밸브와 상기 배기밸브사이로 위치되고, 상기 메인
인젝터는 상기 연소실의 측면에서 연료를 분사하도록 위치된 것을 특징으로 하는 프리챔버 제트점화기가 적용된
연소실을 갖춘 엔진.
공개특허 10-2013-0099527
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청구항 18
청구항 16 또는 청구항 17에 있어서, 상기 프리챔버 제트점화기는 상기 신기와 상기 연료가 서로 혼합되어 혼합
기를 형성하는 압축실이 갖춰진 압축블록과;
상기 압축실을 가압해 상기 혼합기 압력을 상승시켜주는 가압피스톤과;
상기 혼합기의 상승 압력으로 상기 혼합기를 상기 압축실로부터 배출시켜주는 밸브와;
상기 밸브를 통해 배출된 상기 혼합기를 연소시켜주는 연소블록과;
상기 연소실 밖에 설치되어, 상기 혼합기의 연소로 일어난 화염을 상기 연소실로 적어도 1개 이상의 제트 연소
화염으로 분사시켜주는 제트노즐과;
상기 압축블록에 설치되고, 상기 압축실로 연료를 분사하는 서브 인젝터와;
상기 연소블록에 설치되고, 상기 연소블록으로 배출된 상기 혼합기의 연소를 위한 점화불꽃이 일어나는 스파크
플러그;
가 포함되어 구성된 것을 특징으로 하는 프리챔버 제트점화기가 적용된 연소실을 갖춘 엔진.

명 세 서
기 술 분 야
본 발명은 엔진에 관한 것으로, 특히 공기와 연료의 혼합기를 이용해 미리 형성해준 제트 연소화염이 엔진실린[0001]
더의 연소실로 공급되어 연소실의 혼합기가 연소됨으로써 매우 큰 화염핵으로 지속적인 연소 안정을 유지하고,
이를 통한 저온 급속 연소로 연비 및 NOx 저감이 크게 개선된 프리챔버 제트점화기를 적용한 연소실을 갖춘 엔
진에 관한 것이다.
배 경 기 술
일반적으로 엔진은 연료를 실린더 연소실로 직접 분사(GDI방식)하거나 또는 연료공기 혼합기를 유입(MPI방식)한[0002]
다음, 스파크플러그의 불꽃으로 연소실에 연소 화염핵을 일으켜 줌으로써 혼합기 연소 폭발(화염 전파)이 일어
나게 된다.
통상, 연소실로 직접 분사(GDI방식)할 경우 성층연소가 일어나고, 반면 연료공기 혼합기를 유입(MPI방식)할 경[0003]
우 균질연소가 일어나는 차이가 있다.
상기와 같은 연소실내 혼합기 연소 폭발(화염 전파)로 폭발행정이 일어남으로써, 엔진에서는 동력이 발생된다.[0004]
하지만, 상기와 같이 스파크플러그가 연소실로 점화 불꽃을 형성하고, 연소실에서는 상기 점화 불꽃으로 연소[0005]
화염핵이 만들어지면, 화염핵의 규모가 적고 또한 그 지속 시간도 짧아 연소실로 유입된 혼합기는 완전연소에
불리할 수밖에 없다.
이러한 문제는 상기와 같은 연소방식이 갖는 근본적인 한계인 측면이 있다.[0006]
이러한 한계를 극복하기 위한 한 방식으로 린번(초희박)연소가 적용될 수 있지만, 린번(초희박)연소는 연비향상[0007]
을 위한 고온 연소로 인해 Nox가 다량 발생되는 또 다른 한계를 갖는다.
이 경우, Nox는 DeNox 촉매로 감소될 수 있지만, 고가의 DeNox 촉매는 비용상승으로 인해 경쟁력을 저하시킬 수[0008]
밖에 없다.
선행기술문헌
특허문헌
(특허문헌 0001) 국내특허공개 10-2010-0036036(2010년04월07일) [0009]
공개특허 10-2013-0099527
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발명의 내용
해결하려는 과제
상기 특허문헌은 외부로부터 공기가 유입되고, 유입된 공기가 분사되는 공기분사구를 갖추며, 외부로부터 연료[0010]
가 유입되는 연료 이송로가 내부로 형성되고, 유입된 연료를 분사하는 연료분사구가 형성된 노즐로 이루어진 연
료분사장치에 대한 기술을 예시한다.
이로 인해, 상기 특허문헌은 엔진의 출력 변화에 따라 연료 분사 장치로 공급되는 연료의 양 및 공기의 압력이[0011]
증감되더라도, 분사되는 혼합연료는 항상 일정한 분사 각도가 유지되므로, 화염을 효과적으로 생성 및 유지시켜
주는 장점을 갖는다.
그러므로, 상기 특허문헌의 연료 분사 장치가 엔진과 함께 구성하게 되면, 종전기술에서 제기되던 연소시 규모[0012]
가 작고 짧은 지속 시간을 갖는 화염핵으로 인해 불리한 혼합기 완전연소 한계가 어느 정도 개선되는 측면이 있
다.
하지만, 상기 특허문헌의 경우도 스파크플러그의 점화 불꽃으로 연소 화염핵이 형성되고, 이로 인해 혼합기 연[0013]
소 폭발(화염 전파)은 규모가 적으면서 그 지속 시간도 짧은 연소 화염핵을 이용하게 되고, 이는 혼합기의 완전
연소에 불리한 여건이 모두 해소되지 않고 존속될 수밖에 없다.
이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명은 엔진 실린더의 연소실 밖에서 먼저 신기(Fresh Air)와 연료[0014]
의 혼합기로 만들어진 상태에서 이루어지는 연소로 매우 큰 화염핵 상태의 제트 연소화염이 연소실로 공급되고,
제트 연소화염으로 연소실로 공급된 연료가 연소 폭발(화염 전파)됨으로써 연소실의 연소 안정이 지속될 수 있
고, 이로부터 연소실에서 저온 급속 연소가 일어남으로써 연비 및 NOx 저감성능을 크게 개선할 수 있는 프리챔
버 제트점화기를 적용한 연소실을 갖춘 엔진을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명은 엔진 실린더의 연소실 밖에서 연소실로 공급된 매우 큰 화[0015]
염핵 상태의 제트 연소화염으로 연소실의 연료가 연소됨으로써 외기와 연료의 혼합기가 지나는 혼합기 포트가
삭제될 수 있고, 이로부터 유동 및 압력 변화에 의한 혼합기의 액화 현상을 근본적으로 방지할 수 있는 프리챔
버 제트점화기를 적용한 연소실을 갖춘 엔진을 제공하는데 목적이 있다.
과제의 해결 수단
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 프리챔버 제트점화기는 동력을 발생하는 피스톤이 왕복 운동하는[0016]
연소실의 밖에서 대기로부터 유입된 신기에 연료가 혼합된 혼합기가 연소되고, 상기 혼합기의 연소로 형성된 연
소화염이 상기 연소실의 내부공간을 향해 적어도 1개 이상의 제트연소화염으로 분사되며, 상기 제트연소화염이
상기 연소실의 내부공간으로 유입된 연료의 발화원으로 작용하여 상기 유입된 연료가 연소되며, 상기 유입된 연
료의 연소로 상기 연소실에서 폭발행정이 일어나는
것을 특징으로 한다.[0017]
상기 신기와 상기 연료가 서로 혼합되어 혼합기를 형성하는 압축실이 갖춰진 압축블록과; [0018]
상기 압축실을 가압해 상기 혼합기 압력을 상승시켜주는 가압피스톤과; [0019]
상기 혼합기의 상승 압력으로 상기 혼합기를 상기 압축실로부터 배출시켜주는 밸브와;[0020]
상기 밸브를 통해 배출된 상기 혼합기를 연소시켜주는 연소블록과;[0021]
상기 연소실 밖에 설치되어, 상기 혼합기의 연소로 일어난 화염을 상기 연소실로 적어도 1개 이상의 제트 연소[0022]
화염으로 분사시켜주는 제트노즐과;
상기 압축블록에 설치되고, 상기 압축실로 연료를 분사하는 서브 인젝터와;[0023]
상기 연소블록에 설치되고, 상기 연소블록으로 배출된 상기 혼합기의 연소를 위한 점화불꽃이 일어나는 스파크[0024]
플러그;
공개특허 10-2013-0099527
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가 포함되어 구성된 것을 특징으로 한다.[0025]
상기 압축블록의 압축실에서 상기 밸브를 거쳐 빠져 나온 혼합기의 흐름 경로는 상기 연소블록에서 상기 제트노[0026]
즐로 직접 이어지는 경로이다.
상기 압축블록에는 상기 밸브와 상기 연소블록이 결합되고, 상기 연소블록에는 상기 제트노즐이 결합된다. [0027]
상기 압축블록에는 내부 공간으로 형성된 압축실의 하부로 상기 밸브와 상기 연소블록이 결합되는 체결단이 구[0028]
비되고;
상기 가압피스톤에는 상기 압축블록의 압축실에서 움직이는 피스톤과, 상기 피스톤에 일체로 이어져 상기 압축[0029]
블록의 외부로 빠져 나온 피스톤로드로 이루어지며;
상기 밸브에는 상기 압축블록의 압축실에서 상기 혼합기를 상기 압축실의 밖으로 배출하기 위한 메인첵밸브와,[0030]
대기로부터 신기를 상기 압축실로 공급하기 위한 서브첵밸브와, 상기 밸브의 외주면으로 형성되어 상기 압축블
록의 압축실의 개구부위 내주면으로 결합되는 체결단이 구비되며;
상기 연소블록에는 상기 밸브로부터 빠져나오는 상기 혼합기가 흐르는 혼합기통로와, 상기 혼합기통로의 끝부위[0031]
에 연통되어 상기 스파크플러그의 점화불꽃이 상기 혼합기통로로 향하는 점화통로와, 대기로부터 유입된 신기를
상기 밸브로 보내도록 상기 밸브쪽으로 이어진 신기유입통로와, 상기 압축블록의 압축실의 외주면으로 결합되고
더불어 상기 제트노즐이 삽입되어 결합되는 체결단들이 구비되고;
상기 제트노즐에는 상기 연소블록으로 나온 상기 혼합기의 연소가 일어나는 공간을 형성하는 프리챔버와, 상기[0032]
프리챔버를 빠져나온 상기 연소화염이 적어도 1곳 이상의 위치로 상기 연소실에 분사되는 제트화염분사공과, 상
기 제트노즐의 외주면으로 형성되어 상기 제트노즐의 상기 혼합기통로에 결합되는 체결단이 구비된다.
상기 메인첵밸브는 상기 혼합기를 상기 압축실의 밖으로 배출하기 위한 일방향 경로이고, 그 열림압력은 상기[0033]
가압피스톤이 내려오는 과정에서 상승되는 상기 혼합기의 압력이며; 상기 서브첵밸브는 대기로부터 신기를 상기
압축실로 공급하기 위한 일 방향 경로이고, 그 열림압력은 상기 가압피스톤이 올라가는 과정에서 상기 압축실의
빈 공간에서 형성되는 부압이다.
상기 메인첵밸브는 상기 밸브의 중앙부위로 위치되고, 상기 서브첵밸브는 상기 밸브의 중앙부위를 벗어나 위치[0034]
된다.
상기 혼합기통로와 상기 점화통로는 서로 연통되는 부위를 정점으로 하여 "V"자를 이룬다.[0035]
또한, 상기 압축블록에는 내부 공간으로 형성된 압축실로 대기로부터 유입된 신기를 공급하는 신기유입통로와,[0036]
상기 압축실의 하부로 상기 밸브와 상기 연소블록이 결합되는 체결단이 구비되고;
상기 가압피스톤에는 상기 압축블록의 압축실에서 움직이는 피스톤과, 상기 피스톤에 일체로 이어져 상기 압축[0037]
블록의 외부로 빠져 나온 피스톤로드와, 상기 피스톤에 뚫려 상기 신기가 유입되는 신기흐름경로와 서로 연통되
도록 상기 피스톤의 다른 위치에 뚫려 연료가 유입되는 연료흐름경로가 형성되며;
상기 밸브에는 상기 압축블록의 압축실에서 상기 혼합기를 상기 압축실의 밖으로 배출하기 위한 메인첵밸브와,[0038]
상기 밸브의 외주면으로 형성되어 상기 압축블록의 압축실의 개구부위 내주면으로 결합되는 체결단이 구비되며;
상기 연소블록에는 상기 밸브로부터 빠져나오는 상기 혼합기가 흐르는 혼합기통로와, 상기 혼합기통로의 끝부위[0039]
에 연통되어 상기 스파크플러그의 점화불꽃이 상기 혼합기통로로 향하는 점화통로와, 상기 압축블록의 압축실의
외주면으로 결합되고 더불어 상기 제트노즐이 삽입되어 결합되는 체결단들이 구비되고;
상기 제트노즐에는 상기 연소블록으로 나온 상기 혼합기의 연소가 일어나는 공간을 형성하는 프리챔버와, 상기[0040]
프리챔버를 빠져나온 상기 연소화염이 적어도 1곳 이상의 위치로 상기 연소실에 분사되는 제트화염분사공과, 상
기 제트노즐의 외주면으로 형성되어 상기 제트노즐의 상기 혼합기통로에 결합되는 체결단이 구비된다.
상기 신기유입통로에는 상기 압축실의 부압으로 열려 상기 신기를 상기 압축실로 유입시켜주는 신기밸브가 구비[0041]
되고, 상기 혼합기밸브는 상기 신기와 상기 연료가 혼합된 혼합기의 압력으로 열려 상기 혼합기를 상기 압축실
로 내보내주는 혼합기밸브가 구비된다.
상기 신기흐름경로와 상기 연료흐름경로는 서로 연통되는 부위를 정점으로 하여 "V"자를 이룬다. [0042]
상기 메인첵밸브는 상기 혼합기를 상기 압축실의 밖으로 배출하기 위한 일방향 경로이고, 그 열림압력은 상기[0043]
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가압피스톤이 내려오는 과정에서 상승되는 상기 혼합기의 압력이다.
상기 메인첵밸브는 상기 밸브의 중앙부위로 위치된다. [0044]
상기 제트화염분사공은 상기 프리챔버를 정점으로 하여다이버전스(Divergence)타입 원뿔대 형상을 이루며, 상기[0045]
제트화염분사공은 적어도 3개 이상으로 뚫려 상기 원뿔대 형상을 이룬다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 프리챔버 제트점화기가 적용된 연소실을 갖춘 엔진은 동력[0046]
을 발생하는 피스톤이 왕복운동하는 연소실 밖에서 상기 연소실에 적어도 1개 이상의 제트연소화염을 분사하고,
상기 제트연소화염이 상기 연소실의 공간으로 유입된 연료의 발화원으로 작용하여 상기 연소실에 폭발행정을 일
으켜주는 프리챔버 제트점화기와;
상기 연소실의 상부위에서 흡기인테이크의 통로를 개폐하는 흡기밸브와;[0047]
상기 연소실에서 생성된 연소배기가스가 빠져나가는 배기인테이크의 통로를 개폐하는 배기밸브와;[0048]
상기 연소실로 연료를 분사하는 메인 인젝터;[0049]
를 포함해 구성된 것을 특징으로 하는 한다. [0050]
상기 프리챔버 제트점화기는 상기 흡기밸브와 상기 배기밸브사이로 위치되고, 상기 메인 인젝터는 상기 연소실[0051]
의 측면에서 연료를 분사하도록 위치된다.
상기 프리챔버 제트점화기는 상기 신기와 상기 연료가 서로 혼합되어 혼합기를 형성하는 압축실이 갖춰진 압축[0052]
블록과;
상기 압축실을 가압해 상기 혼합기 압력을 상승시켜주는 가압피스톤과; [0053]
상기 혼합기의 상승 압력으로 상기 혼합기를 상기 압축실로부터 배출시켜주는 밸브와;[0054]
상기 밸브를 통해 배출된 상기 혼합기를 연소시켜주는 연소블록과;[0055]
상기 연소실 밖에 설치되어, 상기 혼합기의 연소로 일어난 화염을 상기 연소실로 적어도 1개 이상의 제트 연소[0056]
화염으로 분사시켜주는 제트노즐과;
상기 압축블록에 설치되고, 상기 압축실로 연료를 분사하는 서브 인젝터와;[0057]
상기 연소블록에 설치되고, 상기 연소블록으로 배출된 상기 혼합기의 연소를 위한 점화불꽃이 일어나는 스파크[0058]
플러그;
가 포함되어 구성된 것을 특징으로 한다.[0059]
[0060]
발명의 효과
이러한 본 발명은 엔진 실린더의 연소실 밖에서 먼저 신기(Fresh Air)와 연료의 혼합기로 만들어진 상태에서 이[0061]
루어지는 연소로 제트 연소화염이 형성된 후 연소실로 공급되는 프리챔버 제트점화기가 이용됨으로써 외기와 연
료의 혼합기가 지나는 혼합기 포트가 삭제될 수 있고, 이로부터 연소실로 들어가는 유동 및 압력 변화에 의한
혼합기의 액화 현상을 근본적으로 방지하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 연소실 밖에서 미리 혼합된 공기와 소량 연료의 혼합기로 미리 형성한 제트 연소화염이 매우[0062]
큰 화염핵을 갖고 연소실로 공급됨으로써 연소실의 연소 안정이 지속적으로 유지되고, 특히 연소실의 연소 안정
으로 저온 급속 연소를 이룸으로써 연비 및 NOx 저감성능이 크게 개선되는 효과도 있다.
또한, 본 발명은 엔진 실린더의 연소실 밖에서 먼저 혼합된 신기와 연료의 혼합기로 제트 연소화염을 형성한 후[0063]
연소실로 공급해줌으로써 정밀한 연소제어(공연비 제어)가 가능하고, 특히 연소실의 화염점화 성능 및 신뢰성이
확보되는 효과도 있다.
또한, 본 발명은 연소실로 공급되는 제트 연소화염이 엔진 실린더의 연소실 밖에서 먼저 정밀하게[0064]
결정됨으로써, 연소실로 직접 분사되는 연료량을 정밀하게 산출할 수 있고, 이를 통한 연료 소모도 줄일 수 있
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는 효과도 있다.
도면의 간단한 설명
도 1은 본 발명에 따른 프리챔버 제트점화기의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 프리챔버 제트점화기를 적용[0065]
한 연소실을 갖춘 엔진의 구성도이며, 도 3은 본 발명에 따른 프리챔버 제트점화기의 변형례이고, 도 4는 도 3
의 작동상태이며, 도 5는 본 발명에 따른 프리챔버 제트점화기의 작동순서이고, 도 6과 도 7은 도 5에 따른 프
리챔버 제트점화기의 작동상태이며, 도 8은 본 발명에 따른 프리챔버 제트점화기의 작동으로 제트 연소화염이
분사된 연소실의 연소상태이다.
발명을 실시하기 위한 구체적인 내용
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속[0066]
하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는
실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 실시예에 따른 프리챔버 제트점화기의 구성을 나타낸다.[0067]
도시된 바와 같이, 프리챔버 제트점화기(10)는 연료가 분사되고 더불어 외부에서 신기(Fresh Air)가 유입되도록[0068]
내부로 빈 공간인 압축실(21)을 갖춘 압축블록(20)과, 압축블록(20)의 압축실(21)을 가압해 연료와 신기의 혼합
기 압력을 상승시켜주는 가압피스톤(30)과, 압축블록(20)의 압축실(21)로 위치되어 신기가 압축실(21)로 유입되
는 통로를 형성함과 더불어 압축 혼합기를 압축실(21)에서 배출하는 다른 통로를 갖춘 밸브(40)와, 밸브(40)로
부터 배출된 혼합기를 공급받아 연소를 일으켜주는 연소블록(50)과, 연소블록(50)에서 형성된 제트 연소화염을
연소실(1)로 공급하여 연소실 연소화염을 일으키는 제트노즐(60)로 구성된다.
이에 더해, 상기 프리챔버 제트점화기(10)에는 외부로부터 연료를 압축실(21)로 분사하는 서브 인젝터(70)가 압[0069]
축블록(20)으로 더 구비되고, 밸브(40)로부터 배출된 혼합기를 점화시켜주도록 점화불꽃이 일어나는 스파크플러
그(80)가 연소블록(50)으로 더 구비된다.
본 실시예에서 프리챔버 제트점화기(10)의 작동은 가압피스톤(30)이 움직여 압축실(21)에 부압을 형성하면, 밸[0070]
브(40)를 통해 외부에서 신기(Fresh Air)가 압축실(21)로 유입됨과 더불어 서브 인젝터(70)에서 연료분사가 이
루어진다.
이어, 가압피스톤(30)이 더욱 움직여 상승되는 압축실(21)의 압력으로 밸브(40)가 열려짐으로써 압축실(21)의[0071]
혼합기(신기 연료)는 연소블록(50)으로 분사된다.
상기 연소블록(50)으로 분사된 혼합기(신기 연료)는 스파크플러그(80)에서 일어난 점화불꽃으로 연소되고, 그[0072]
연소화염은 제트노즐(60)을 통해 연소실(1)로 분사됨으로써 연소실(1)에서는 분사된 연료의 연소가 일어나게 된
다.
상기와 같은 프리챔버 제트점화기(10)의 작동 과정은 일례로서, 필요에 따라 적절히 변형될 수 있다.[0073]
이러한 제어는 프리챔버 제트점화기(10)를 총괄 제어하는 컨트롤러로 제어되며, 상기 컨트롤러는 별도의 컨트롤[0074]
러일 수 있으나, 통상 ECU(Engine Control Unit)를 이용한다.
한편, 상기 압축블록(20)은 내부 공간으로 압축실(21)이 형성되고, 밸브(40)와 연소블록(50)이 결합되는 체결단[0075]
(22)이 구비된다.
여기서, 상기 압축실(21)은 한쪽이 개구되는 반면 그 반대부위로는 압축실(21)의 직경크기에 비해 상대적으로[0076]
작은 크기로 압축실(21)과 연통되는 홀이 뚫려짐으로써 보다 용이한 가공성을 가질 수 있다.
또한, 상기 체결단(22)은 압축실(21)의 개구부위를 이용해 형성되고, 밸브(40)는 개구부위를 이루는 압축실(2[0077]
1)의 내주면에 형성된 나사부를 이용해 나사체결되며, 연소블록(50)은 개구부위를 이루는 압축실(21)의 외주면
에 형성된 또 다른 나사부를 이용해 나사체결된다.
하지만, 상기와 같은 나사체결방식은 억지끼움방식이나 요철방식으로 대체될 수 도 있다.[0078]
상기 가압피스톤(30)은 압축블록(20)에 형성된 압축실(21)로 신기를 대기로부터 유입하기 위한 부압을 형성하고[0079]
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더불어 연료와 함께 신기가 혼합된 혼합기(신기 연료)의 압력을 높여주도록 움직이는 피스톤과, 피스톤에 일체
로 이어져 압축블록(20)의 외부로 빠져 나온 피스톤로드로 이루어진다.
통상, 상기 피스톤로드에는 가압피스톤(30)을 상하로 이동시키기 위한 조작기구와 서로 연계되며, 상기 조작기[0080]
구는 프리챔버 제트점화기(10)를 총괄 제어하는 컨트롤러로 제어되도록 연계된다.
상기 컨트롤러는 별도의 컨트롤러일 수 있으나, 통상 ECU(Engine Control Unit)를 이용한다.[0081]
상기 밸브(40)는 압축블록(20)의 압축실(21)에서 혼합기(신기 연료)를 압축실(21)의 밖으로 배출하기 위한 메인[0082]
첵밸브(41)와, 외부로부터 신기를 압축블록(20)의 압축실(21)로 공급하기 위한 서브첵밸브(42)가 구비된다.
상기 메인첵밸브(41)는 혼합기(신기 연료)를 압축실(21)의 밖으로 배출하기 위한 일방향 경로를 형성하는 반면,[0083]
상기 서브첵밸브(42)는 외부로부터 신기를 압축실(21)로 공급하기 위한 일 방향 경로를 형성한다.
상기 메인첵밸브(41)는 가압피스톤(30)으로 가압되는 혼합기(신기 연료)의 압력상승으로 열리도록 개방 압력이[0084]
설정되는 반면, 상기 서브첵밸브(42)는 압축블록(20)의 압축실(21)이 빈 공간을 형성할 때 갖는 부압으로 열리
는 개방 압력이 설정됨으로써 대기압 하에서 대기가 유입될 수 있다.
통상, 상기 메인첵밸브(41)는 밸브(40)의 중앙부위로 위치되는 반면, 상기 서브첵밸브(42)는 밸브(40)의 중앙을[0085]
벗어난 외곽부위로 위치된다.
이에 더해, 상기 밸브(40)에는 밸브(40)의 외주면으로 체결단(43)이 더 형성되며, 상기 체결단(43)은 압축블록[0086]
(20)의 압축실(21)의 개구부위 내주면으로 형성된 체결단(22)에 나사체결된다.
하지만, 상기와 같은 나사체결방식은 억지끼움방식이나 요철방식으로 대체될 수 도 있다.[0087]
상기 연소블록(50)은 밸브(40)로부터 빠져나오는 혼합기(신기 연료)가 유입되는 혼합기통로(51)와, 혼합기통로[0088]
(51)의 끝부위에 연통되어 설치된 스파크플러그(80)의 점화불꽃이 혼합기통로(51)로 향하는 점화통로(52)와, 외
부로부터 유입된 신기를 밸브(40)로 보내도록 밸브(40)쪽으로 이어진 신기유입통로(55)가 형성된다.
상기 혼합기통로(51)와 상기 점화통로(52)는 대략 "V"자를 이루도록 배열되지만, 필요에 따라 서로 직교하도록[0089]
배열될 수 도 있다.
또한, 상기 연소블록(50)에는 각각 다른 부위에서 2개의 체결단(53,54)이 형성되며, 1개의 체결단(53)은 그 내[0090]
면에 형성된 나사부로 압축블록(20)의 압축실(21)의 외주면에 형성된 나사부와 나사체결되는 반면, 다른 1개의
체결단(54)은 혼합기통로(51)의 끝부위쪽에서 제트노즐(60)이 삽입되는 그 내면에 형성된 나사부로 제트노즐
(60)과 나사체결된다.
하지만, 상기와 같은 나사체결방식은 억지끼움방식이나 요철방식으로 대체될 수 도 있다.[0091]
상기 제트노즐(60)은 한쪽을 개구시키고 스파크플러그(80)의 점화로 압축된 혼합기의 연소화염이 일어나는 공간[0092]
을 형성하는 프리챔버(61)와, 프리챔버(61)를 빠져나온 상기 연소화염을 적어도 1곳 이상의 위치로 연소실(1)에
분사해주는 제트화염분사공(62)으로 구성된다.
여기서, 상기 제트화염분사공(62)은 프리챔버(61)를 정점으로 하여 퍼져나가는 다이버전스(Divergence)타입 원[0093]
뿔대 형상을 이루고, 상기 원뿔대 형상에서 연소화염이 분사되는 직경을 갖고 다수로 뚫려진다.
본 실시예에서 상기 제트화염분사공(62)은 3개가 형성되지만, 연소화염의 분사 성능을 고려해 이보다 적거나 더[0094]
많이 형성될 수 있다.
이에 더해, 상기 제트노즐(60)에는 프리챔버(61)가 형성된 외주면을 이용해 체결단(63)이 더 형성되며, 상기 체[0095]
결단(63)은 혼합기통로(51)의 끝부위쪽에서 그 내면에 형성된 체결단(54)과 나사체결된다.
하지만, 상기와 같은 나사체결방식은 억지끼움방식이나 요철방식으로 대체될 수 도 있다.[0096]
상기 서브 인젝터(70)는 연료를 분사하는 통상적인 인젝터이며, 압축블록(20)의 압축실(21)의 측면부위로 위치[0097]
됨으로써 분사된 연료가 압축실(21)로 직접분사되어진다.
상기 스파크플러그(80)는 점화불꽃을 일으켜주는 통상적인 스파크플러그이다.[0098]
한편, 도 2는 본 실시예에 따른 프리챔버 제트점화기를 적용한 연소실을 갖춘 엔진의 구성을 나타낸다.[0099]
도시된 바와 같이, 연소실(1)의 안으로는 왕복운동하여 엔진 출력을 위한 동력을 발생시켜주는 피스톤(2)이 구[0100]
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비되고, 상기 연소실(1)의 위로는 제트 연소화염을 연소실(1)로 분사하는 프리챔버 제트점화기(10)가 더 구비된
다.
이에 더해, 상기 연소실(1)의 위로는 에어필터를 거친 외기가 흐르는 흡기인테이크의 통로 개폐를 위한 흡기밸[0101]
브(3)가 구비되고, 상기 흡기밸브(3)와 간격을 두고 연소실에서 발생된 연소배기가스가 빠져나가는 배기인테이
크의 통로 개폐를 위한 배기밸브(4)가 구비되며, 그 측면부위로는 연소실(1)로 연료를 분사하는 메인 인젝터
(5)가 구비된다.
이 경우, 상기 프리챔버 제트점화기(10)는 흡기밸브(3)와 배기밸브(4)사이로 위치된다.[0102]
하지만, 상기 프리챔버 제트점화기(10)는 연소실(1)의 형상이나 엔진의 구조를 고려할 때, 프리챔버 제트점화기[0103]
(10)에서 나온 제트 연소화염이 연소실(1)로 분사될 수 있는 위치일 경우 제약되지 않는다.
또한, 상기 메인 인젝터(5)도 분사된 연료가 연소실(1)로 분사될 수 있는 위치일 경우 제약되지 않는다.[0104]
한편, 도 3은 본 발명에 따른 프리챔버 제트점화기의 변형구성을 나타낸다.[0105]
도시된 바와 같이, 프리챔버 제트점화기(100)도 연료와 신기(Fresh Air)가 유입되는 압축실(21)을 갖춘 압축블[0106]
록(20)과, 신기가 연료와 혼합된 혼합기(신기 연료)의 압력을 상승시키는 가압피스톤(30)과, 혼합기(신기 연
료)를 압축실(21)에서 배출시켜주는 밸브(40)와, 밸브(40)로부터 배출된 혼합기(신기 연료)를 연소시켜주는 연
소블록(50)과, 연소블록(50)의 제트 연소화염을 연소실(1)로 공급해주는 제트노즐(60)과, 외부로부터 연료를 압
축실(21)로 분사하는 서브 인젝터(70)와, 압축 혼합기를 점화시켜주는 스파크플러그(80)로 구성됨으로써, 전술
한 프리챔버 제트점화기(10)와 동일한 구성요소로 이루어진다.
다만, 상기 프리챔버 제트점화기(100)는 압축블록(20)을 이용해 외부에서 유입된 신기의 흐름이 압축블록(20)의[0107]
압축실(21)로 이어지며, 상기 신기가 압축블록(20)의 압축실(21)의 내부공간으로 들어오는 흐름경로는 밸브(4
0)가 아닌 가압피스톤(30)을 이용해 형성된다.
이와 더불어, 서브 인젝터(70)에서 분사되어 압축실(21)의 의 내부공간으로 들어오는 연료의 공급경로도 상기[0108]
가압피스톤(30)을 이용해 형성됨으로써, 전술한 프리챔버 제트점화기(10)에 비해 신기의 공급경로가 달라지는
차이가 있다.
이를 위해, 상기 압축블록(20)에는 압축블록(20)의 내부에서 빈 공간을 형성하는 압축실(21)에 연통되도록 뚫린[0109]
신기유입통로(550)가 형성됨으로써, 외부에서 신기가 들어오는 압축블록(20)의 압축실(21)로 유입된다.
상기 신기유입통로(550)에는 신기밸브(550a)가 구비됨으로써, 가압피스톤(30)의 움직임에 의한 압축실(21)의 부[0110]
압 크기에 따라 대기로부터 공급되는 신기의 유입이 차단된다.
상기 신기밸브(550a)는 일방향 흐름을 갖는 첵밸브이다.[0111]
또한, 상기 가압피스톤(30)에는 신기흐름경로(31)가 피스톤에 뚫려 신기유입통로(550)로 들어온 신기가 피스톤[0112]
으로 유입되며, 상기 가압피스톤(30)에는 연료흐름경로(32)가 피스톤에 더 뚫려 서브인젝터(70)에서 분사된 연
료가 피스톤으로 유입된다.
이에 더해, 상기 가압피스톤(30)에는 신기흐름경로(31)와 연료흐름경로(32)가 만나는 끝부위로는 혼합기밸브[0113]
(33)가 더 구비됨으로써, 신기흐름경로(31)를 통과한 신기와 연료흐름경로(32)를 통과한 연료가 서로 혼합된 후
압축실(21)의 빈 공간으로 배출될 수 있다.
상기 혼합기밸브(33)는 일방향 흐름을 갖는 첵밸브이다.[0114]
이로 인해, 상기 압축블록(20)의 압축실(21)의 하부로 위치된 밸브(40)에는 서브첵밸브(42)를 구비하지 않고 메[0115]
인첵밸브(41)만 구비될 수 있고, 또한 연소블록(50)에도 밸브(40)의 서브첵밸브(42)로 신기를 공급하는 신기유
입통로(55)가 형성되지 않게 된다.
도 4는 도 3에 따른 프리챔버 제트점화기(100)의 작동상태로서, 도시된 바와 같이 프리챔버 제트점화기(100)의[0116]
작동이 이루어지면, 외부에서 신기가 압축블록(20)의 신기유입통로(550)로 들어오고, 신기유입통로(550)로 들어
온 신기는 신기밸브(550a)를 통과하여 가압피스톤(30)의 신기흐름경로(31)로 들어가게 된다.
이어, 상기 신기흐름경로(31)로 들어온 신기는 혼합기밸브(33)로 차단되어 신기흐름경로(31)에 일시적으로 머물[0117]
게 되고, 이어 서브인젝터(70)에서 분사된 연료가 연료흐름경로(32)를 지나 신기와 혼합된다.
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상기 연료와 상기 신기는 상기 혼합기밸브(33)에 의해 배출경로가 차단됨으로써 가압피스톤(30)의 내부에서 서[0118]
로 혼합되는 상태가 되고, 공급된 연료양과 신기 양에 따른 압력상승으로 상기 혼합기밸브(33)를 나와 압축실
(21)로 배출된다.
이어, 가압피스톤(30)이 압축실(21)로 내려오면, 압축실(21)의 혼합기(신기 연료)가 압력상승됨으로써 밸브(4[0119]
0)의 열려진 메인첵밸브(41)를 거쳐 연소블록(50)으로 빠져나간다.
이후, 연소블록(50)에 구비된 스파크플러그(80)의 점화불꽃으로 혼합기(신기 연료)가 연소된 후, 제트 연소화염[0120]
의 형태로 연소실(1)로 분사됨으로써 연소실(1)로 분사된 연료와 함께 연소될 수 있다.
이러한 작용은 이후 상세히 기술된다.[0121]
한편, 도 5는 본 실시예에 따른 프리챔버 제트점화기의 작동과정을 나타내며, 이러한 과정이 일어나는 프리챔버[0122]
제트점화기(10)의 작동과 엔진 연소실(1)의 변화는 도 6내지 도 8을 통해 도시된다.
특히, 이러한 과정은 프리챔버 제트점화기(10)나 또는 이의 변형 구성인 프리챔버 제트점화기(100)의 경우에 동[0123]
일하다.
도 5를 참조하면, 단계S1과 같이 엔진이 가동되어 메인 인젝터(5)에서 연소실(1)로 연료분사가 이루어지고[0124]
나면, 프리챔버 제트점화기(10)가 작동상태로 전환된다.
상기 프리챔버 제트점화기(10)가 작동되면, 단계S10에서 가압피스톤(30)이 이동됨으로써 단계S20과 같이 압축블[0125]
록(20)의 압축실(21)에 부압이 형성된다.
이러한 가압피스톤(30)의 작동은 가압피스톤(30)이 압축블록(20)의 압축실(21)의 하단부위에 위치된 상태이며,[0126]
만약 가압피스톤(30)이 압축블록(20)의 압축실(21)의 상단부위에 위치된 상태일 경우 가압피스톤(30)의 상승이
동은 일어나지 않는다.
이어, 단계S30에서는 압축블록(20)의 압축실(21)에 형성된 부압으로 밸브(40)의 서브첵밸브(42)가 열려지고, 이[0127]
로 인해 단계S40과 같이 연소블록(50)의 신기유입통로(55)로 들어온 신기가 상기 서브첵밸브(42)를 통해 상기
압축실(21)로 들어간다.
압축블록(20)의 압축실(21)로 신기가 유입되면, 단계S50과 같이 서브 인젝터(70)는 상기 압축실(21)로 연료를[0128]
분사하고, 이를 통해 상기 압축실(21)에는 연료와 신기가 혼합된 혼합기(신기 연료)가 형성된다.
이러한 과정은 도 6을 통해 알 수 있는 바와 같이, 신기(55a)는 연소블록(50)의 신기유입통로(55)로 들어온 후[0129]
압축실(21)의 부압으로 열려진 서브첵밸브(42)를 거쳐 압축실(21)로 들어가는 흐름이 형성되고, 서브 엔직터
(70)의 분사연료(70a)는 신기(55a)가 충진된 압축실(21)로 직접 분사된다.
다시, 도 5를 참조하면, 서브 인젝터(70)의 연료 분사가 이루어지고 난 후, 단계S60에서 가압피스톤(30)이 압축[0130]
블록(20)의 압축실(21)의 하단부위로 내려와 압축실(21)의 체적을 줄여줌으로써 단계S70과 같이 혼합기(신기 연
료)의 압력이 올라가고, 혼합기(신기 연료)의 압력 상승은 단계S80과 같이 밸브(40)의 메인첵밸브(41)를 열어주
게 된다.
이때, 상기 메인첵밸브(41)는 가압피스톤(30)이 압축실(21)의 하단부위로 내려가는 이동 과정에서 열려지지만,[0131]
서브첵밸브(42)는 상기 메인첵밸브(41)와 반대로 열려지는 열림 방향성으로 인해 아무런 영향도 받지 않는다.
상기 메인첵밸브(41)가 열리게 되면, 단계S90과 같이 혼합기(신기 연료)는 연소블록(50)의 혼합기통로(51)로 분[0132]
사되고, 이어 단계S100과 같이 스파크플러그(80)가 점화불꽃을 일으켜 준다.
이어, 단계S110과 같이 점화된 혼합기(신기 연료)는 제트노즐(60)의 프리챔버(61)의 공간을 채우고, 점화된 혼[0133]
합기(신기 연료)는 단계S120과 같이 상기 프리챔버(61)에 연통된 제트화염분사공(62)을 빠져나와 연소실(1)로
분사됨으로써
이러한 과정은 도 7을 통해 알 수 있는 바와 같이, 밸브(40)를 나온 분사혼합기(40a)는 연소블록(50)으로 분사[0134]
되고, 상기 분사혼합기(40a)가 연소블록(50)의 혼합기통로(51)를 빠져나가면서 스파크 플러그(80)에서 발생된
점화불꽃(80a)을 만나 연소상태로 전환된다.
한편, 도 8은 프리챔버 제트점화기(10)의 작동으로 제트 연소화염(60a)이 분사된 연소실(1)의 연소상태를 나타[0135]
낸다.
공개특허 10-2013-0099527
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도시된 바와 같이, 연소실(1)에는 분사된 제트 연소화염(60a)이 원뿔형상으로 퍼져 나가게 되고, 퍼져나가는 제[0136]
트 연소화염(60a)이 연소실(1)의 공간에 채워진 분사연료를 점화시키는 발화원으로 작용한다.
이로 인해, 연소실(1)에서는 연료연소화염(1a)이 연소실(1)의 공간에 균일하면서 동시 다발적으로 발생될 수 있[0137]
다.
상기와 같이 본 실시예에 따른 엔진은 동력을 발생하는 피스톤(2)이 왕복운동하는 연소실(1) 밖에서 적어도 1개[0138]
이상의 제트연소화염(60a)을 연소실(1)로 분사하고, 분사된 제트연소화염(60a)이 연소실(1)의 공간으로 분사된
연료의 발화원으로 작용하여 폭발행정을 일으켜주는 프리챔버 제트점화기(10,100)가 더 구비됨으로써, 연소실
(1)의 연소가 제트연소화염(60a)의 큰 화염핵을 이용해 연소 안정이 지속될 수 있고, 지속적인 연소 안정에 따
른 저온 급속 연소로 연비 및 NOx 저감성능이 크게 개선되며, 특히 외기와 연료의 혼합기가 지나는 혼합기 포트
를 삭제할 수 있어 연소실(1)로 들어가는 유동 및 압력 변화에 의한 혼합기의 액화 현상을 근본적으로 방지할
수 있다.
부호의 설명
1 : 연소실 1a : 연료연소화염[0139]
2 : 피스톤 3 : 흡기밸브
4 : 배기밸브 5 : 메인 인젝터
5a,70a : 분사연료 10,100 : 프리챔버 제트점화기
20 : 압축블록 21 : 압축실
22, 43,53,54,63 : 체결단
30 : 가압피스톤 31 : 신기흐름경로
32 : 연료흐름경로 33 : 혼합기밸브
40 : 밸브 40a : 분사혼합기
41 : 메인첵밸브 42 : 서브첵밸브
50 : 연소블록 51 : 혼합기통로
52 : 점화통로 55,550 : 신기유입통로
55a : 신기 60 : 제트노즐
60a : 제트 연소화염 61 : 프리챔버
62 : 제트화염분사공 70 : 서브 인젝터
80 : 스파크플러그 80a : 점화불꽃
550a : 신기밸브
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도면
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