KR100251905B1 - 레이저를 이용한 점화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 점화장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 레이저를 이용하여 실린더 기관을 점화되게 하므로써 점화시간의 단축 및 완전연소가 가능하게 되고, 배기가스 및 엔진효율이 향상되는 레이저를 이용한 점화장치에 관한 것이다.

본 발명의 레이저를 이용한 점화장치는, 점화시기조절신호를 보내는 ECU(10), ECU(10)의 신호를 받아 레이저를 발생시키는 레이저발생장치(11), 실린더헤드에 설치되어 상기 레이저발생장치(11)에서 발생된 레이저를 내보내는 레이저발광부(20), 연소실 내에 설치되어 상기 레이저발광부(20)의 레이저를 반사시키면서 연소실 내의 혼합기를 연소시키는 레이저반사부(12), 및 실린더헤드 안쪽에 설치되어 최종적인 레이저반사부(12)의 레이저를 수용흡수하는 레이저수광부(13)를 포함한 것을 특징으로 하며, 상기 레이저는 피스톤(3)위에 설치된 레이저반사부(12)와 실린더헤드(2)에 설치된 레이저반사부(12)를 통해 a - b - c - d 의 반사경로를 거쳐 혼합기를 연소시키는 것을 특징으로 한다.

Description

레이저를 이용한 점화장치

본 발명은 자동차의 점화장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 레이저를 이용하여 실린더 기관을 점화되게 하므로써 점화시간의 단축 및 완전연소가 가능하게 되고, 배기가스 및 엔진효율이 향상되는 레이저를 이용한 점화장치에 관한 것이다.

스파크 기관에서 연료와 공기의 혼합기는 외부 불꽃에 의해 점화되며, 외부 불꽃으로는 점화장치에서 발생되는 전기 스파크가 사용된다.

점화장치는 기관의 어떠한 운전조건하에서도 혼합기를 순간적으로 점화시키에 충분한 양의 점화 에너지를 정해진 시기에 발생시킬 수 있어야 하고, 기관의 상태나 운전조건에 따라 점화시기를 가변시킬 수 있는 구조라야 한다.

점화장치에는 축전지를 전원으로 하는 축전지 점화식(직류전원 사용)과 고압자석 발전기를 전원으로 하는 고압자석식 점화식(교류전원 사용)이 있다.

축전지 점화식이 일반적으로 사용되며 그 특징은 기동성능이 우수하고 점화시기를 광범위하게 변화시킬 수 있다.

최근에는 반도체의 발달로 트랜지스터식 점화식, 배전기를 없앤 점화식, 고에너지 점화식 등이 사용되고 있다.

자동차용 가솔린 엔진에서는 주로 축전지 점화식이 사용되며, 그 구성은 축전지를 비롯하여 점화스위치, 점화1차저항, 점화코일, 배전기 어셈블리(단속기와 축전기 포함), 점화플러그 케이블, 점화플러그 등으로 구성되어 있다.

즉 점화스위치를 넣으면 축전지의 저압전류가 전류계, 점화스위치, 점하코일의 1차코일을 거쳐 배전기 어셈블리내의 단속기 접점에 도달한다. 이때 단속기 접점이 닫혀 있으면 접점과 접지를 거쳐서 흐른다. 이 상태에서 엔진이 회전을 하여 단속기 접점이 열리면 1차코일에 흐르던 전류가 차단되고 동시에 점화코일의 2차코일이 유도된다. 이 고전압은 고압케이블을 거쳐 배전기의 로터에 들어오고, 디시 배전기 캠을 통하여 각 점화플러그로 보내져 불꽃방전을 일을켜서 혼합기에 점화되는 전류의 흐름이 이루어 지는 것이다.

점화플러그는 점화코일에서 유도된 전류를 불꽃방전 일을켜 압축된 혼합기에 점화시키는 장치로서, 전극, 절연체, 셀로 되어 있다.

엔진이 운전되는 동안 점화플러그 전극부분의 온도가 450-600℃ 정도를 유지하여야 하는데 이 온도를 점화플러그의 청정온도라고 한다. 전극부의 온도가 400℃ 이하이면 오손되고, 800-1000℃ 이상이면 조기점화가 발생한다.

점화플러그의 열 방산정도를 수치로 나타내는 값을 열값이라고 하며, 절연체 이랫부분의 끝에서부터 이래 시일까지의 길이에 따라 정해진다. 즉, 길이가 긴 것을 열형이라고 하고, 길이가 짧은 것을 냉형이라고 한다. 열형은 저속,저압축비 엔진에서 사용하며, 냉형은 고속,고압축비 엔진에서 사용한다.

그런데 이러한 종래의 점화장치는 점화시기, 점화진각, 점화전압 등에서 매우 정밀성을 요구하게 된다.

즉 점화특성에 영향을 미치는 요소들을 설명하면, 혼합기의 상태가 균질이면서 이론혼합비에 가깝고 스파크플러그에 근접이 용이하면, 스파크 지속기간이 길고 스파크 길이가 클 경우와 마찬가지로 혼합기의 점화가 쉽게 이루어지게 되고, 적당한 점화에너지가 공급될 경우엔 혼합기의 강한 와류도 비숫한 효과를 나타내어 진다. 스파크와 스파크 길이는 스파크플러그의 치수에 따라 결정되고, 스파크 지속기간은 점화장치의 형식과 디자인 그리고 순간의 점화상태에 따라 결정되어 진다.

스파크플러그에 대한 혼합기의 근접능력은 배기가스에 영향을 미치는데, 특히 공전영역에서 그 영향이 크게 나타난다.

혼합기가 희박할 경우에는 점화에너지가 강력하고 스파크 지속기간이 길어야 한다. 예를 들면, 기관이 공전속도로 운전될 때에는 혼합기가 대단히 불균일하며, 또 밸브의 오버랩은 잔류가스량을 증대시키는 결과를 초래한다. 따라서 이와 같은 경우에는 강력한 점화에너지가 공급되어야 하며 동시에 스파크 지속기간도 길어야 한다. 그리고 스파크플러그의 오염상태도 중요한 요소가 된다. 스파크플러그가 심하게 오염되면 점화에너지는 고전압이 형성되는 동안에 점화코일로부터 스파크플러그의 절연체에 형성된 분류회로를 거쳐서 방전된다.

이렇게 되면 스파크 지속기간이 단축되어 배기가스에 영향을 미치게 된다.

특히 스파크플러그가 심하게 오염되었거나 젖어있을 경우엔 실화를 유발하게 된다. 운전자는 어느정도의 실화가 발생해도 이를 감지하지 못한다. 그러나 운전자가 감지할 수 없는 정도의 실화라 하더라도 연료소비율을 증대시킴은 물론, 촉매기 손상의 원인이 된다.

이러한 여러 까다로운 요구들을 충족시킬 수 없게 되면, 완전연소가 어렵게 되고, 흡기,배기밸브의 최적상태에서의 연소발생이 불가능하게 되며, 연소실 내에서의 고른 연소가 일어나지 않게 되며, 또한 점화장치의 수명이 단축되는 등으로 결과적으로 엔진효율을 저하시키게 되는 문제점을 안기게 된다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 레이저를 이용하여 실린더 기관을 점화되게 하므로써 점화시간의 단축 및 완전연소가 가능하게 되고, 배기가스 및 엔진효율이 향상되는 레이저를 이용한 점화장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 레이저를 이용한 점화장치는, 점화시기조절신호를 보내는 ECU, ECU의 신호를 받아 레이저를 발생시키는 레이저발생장치, 실린더헤드에 설치되어 상기 레이저발생장치에서 발생된 레이저를 내보내는 레이저발광부, 피스톤의 상단 및 실린더헤드의 안쪽면에 설치되어 상기 레이저발광부의 레이저를 지그재그 방식으로 반사시키면서 연소실 내의 혼합기를 연소시키는 레이저반사부, 및 실린더헤드 안쪽에 설치되어 최종적인 레이저반사부의 레이저를 수용흡수하는 레이저수광부로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 특징에 의해 피스톤이 점화시점인 상사점에 이르게 되면, ECU의 신호에 의해 레이저발생장치가 레이저를 발생시켜 레이저발광부에 인가하게 되고, 레이저발광부는 충분한 열을 가진 레이저를 피스톤위에 설치된 레이저반사부로 보내면서 연소실 내의 혼합기를 점화시키게 된다.

이때 레이저는 피스톤위에 설치된 레이저반사부와 실린더헤드에 설치된 레이저반사부를 통해 지그재그 방식의 경로를 이루면서 혼합기를 연소시키게 되어 연소작용이 연소실 내에서 고루게 이루어져 완전연소가 가능하게 되고, 이에따라 배기가스의 효율이 극대화된다.

또한 연소가 레이저에 의해 순간적으로 이루어지므로 흡기 및 배기밸브의 최적상태의 위치에서 연소가 가능하게 되어 엔진효율이 증가되어지고, 점화시기의 튜닝이 매우 간단하게 되며, 다수의 레이저반사부에 의해 혼합기의 점화시간이 단축되며, 동시에 완전연소가 가능하게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 점화장치의 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 점화장치의 작동도,

도 3은 본 발명에 따른 점화장치의 레이저발광부 상세 단면도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 실린더벽2: 실린더헤드

3: 피스톤4: 흡입밸브

5 배기밸브10: E C U

11: 레이저발생장치12: 레이저반사부

13: 레이저수광부20: 레이저발광부

21: 레이저건22: 내열자기

23: 방화유리24: 너트

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상술하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 점화장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 점화장치의 작동도이며, 도 3은 본 발명에 따른 점화장치의 레이저발광부 상세 단면도이다.

도시된 바와 같이 본 발명의 레이저를 이용한 점화장치는, 점화시기조절신호를 보내는 ECU(10), ECU(10)의 신호를 받아 레이저를 발생시키는 레이저발생장치(11), 실린더헤드(2)에 설치되어 상기 레이저발생장치(11)에서 발생된 레이저를 내보내는 레이저발광부(20), 피스톤(3)의 상단 및 실린더헤드(2)의 안쪽면에 설치되어 상기 레이저발광부(20)의 레이저를 지그재그 방식으로 반사시키면서 연소실 내의 혼합기를 연소시키는 레이저반사부(12), 및 실린더헤드(2) 안쪽에 설치되어 최종적인 레이저반사부(12)의 레이저를 수용흡수하는 레이저수광부(13)를 포함한다.

상기 레이저발광부(20)는 도 3에서와 같이, 중앙에 설치되어 레이저를 발사하는 레이저건(21), 상기 레이저건(21)을 설치하고 외주에 나사부가 형성되는 내열자기(22), 연소실로 노출되게 설치되는 방화유리(23) 및 상기 몸체를 실린더헤드(2)의 암나사부(2a)에 설치,고정시키는 너트(24)로 이루어진다.

미설명부호 (1)은 실린더벽이고, (4)는 흡입밸브이며, (5)는 배기밸브이다.

상기 구성으로 본 발명은 도 2에서와 같은 점화작용을 이루게 된다.

즉 피스톤(3)이 점화시점인 상사점에 이르게 되면, ECU(10)의 신호에 의해 레이저발생장치(11)가 레이저를 발생시켜 레이저발광부(20)에 인가하게 되고, 레이저발광부(20)는 충분한 열을 가진 레이저를 피스톤(3)위에 설치된 레이저반사부(12)로 발사하면서 연소실 내의 혼합기를 점화시키게 된다.

이때 레이저는 피스톤(3)위에 설치된 레이저반사부(12)와 실린더헤드(2)에 설치된 레이저반사부(12)를 통해 지그재그 방식의 경로를 이루면서 혼합기를 연소시키게 된다.

즉 레이저는 a - b - c - d 의 반사경로를 거치게 되어 연소작용이 연소실 내에서 고루게 이루어져 완전연소가 가능하게 되고, 이에따라 배기가스의 효율이 극대화된다.

또한 연소가 레이저에 의해 순간적으로 이루어지므로 흡기 및 배기밸브의 최적상태의 위치에서 연소가 가능하게 되어 엔진효율이 증가되어지고, 점화시기의 튜닝이 매우 간단하게 되며, 다수의 레이저반사부에 의해 혼합기의 점화시간이 단축되며, 동시에 완전연소가 가능하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 레이저를 이용한 점화장치는, 레이저를 이용하여 실린더 기관을 점화되게 하므로써 연소작용이 연소실 내에서 고루게 이루어져 완전연소가 가능하게 되고, 이에따라 배기가스의 효율이 극대화된다.

또한 연소가 레이저에 의해 순간적으로 이루어지므로 흡기 및 배기밸브의 최적상태의 위치에서 연소가 가능하게 되어 엔진효율이 증가되어지고, 점화시기의 튜닝이 매우 간단하게 되며, 다수의 레이저반사부에 의해 혼합기의 점화시간이 단축되며, 동시에 완전연소가 가능하게 되는 등의 효과를 발휘한다.

본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 사상과 범위내에서 변형이나 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게는 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경은 첨부한 특허청구범위에 속한다 할 것이다.

Claims (3)

1. 엔진기관의 점화장치에 있어서,

   점화시기조절신호를 보내는 ECU(10), ECU(10)의 신호를 받아 레이저를 발생시키는 레이저발생장치(11), 실린더헤드에 설치되어 상기 레이저발생장치(11)에서 발생된 레이저를 내보내는 레이저발광부(20), 연소실 내에 설치되어 상기 레이저발광부(20)의 레이저를 반사시키면서 연소실 내의 혼합기를 연소시키는 레이저반사부(12), 및 실린더헤드 안쪽에 설치되어 최종적인 레이저반사부(12)의 레이저를 수용흡수하는 레이저수광부(13)를 포함한 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 점화장치.
2. 제 1항에 있어서, 레이저는 피스톤(3)위에 설치된 레이저반사부(12)와 실린더헤드(2)에 설치된 레이저반사부(12)를 통해 a - b - c - d 의 반사경로를 거쳐 혼합기를 연소시키는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 점화장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 레이저발광부(20)는 중앙에 설치되어 레이저를 발사하는 레이저건(21), 상기 레이저건(21)을 설치하고 외주에 나사부가 형성되는 내열자기(22), 연소실로 노출되게 설치되는 방화유리(23) 및 상기 몸체를 실린더헤드(2)의 암나사부(2a)에 설치,고정시키는 너트(24)로 이루어진 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 점화장치.