KR100318362B1

KR100318362B1 - 내연기관의흡기장치

Info

Publication number: KR100318362B1
Application number: KR1019980021214A
Authority: KR
Inventors: 송정헌
Original assignee: 송정헌
Priority date: 1998-06-09
Filing date: 1998-06-09
Publication date: 2002-04-22
Also published as: KR20000001131A

Abstract

본 발명은 내연기관의 흡기장치에 관한 것으로, 특히 노즐을 이용하여 미립자 상태의 물을 흡기장치에 분사함으로써 소음 및 매연을 감소시키고 출력이 향상될 수 있으며, 연료가 절감될 수 있는 내연기관의 흡기장치에 관한 것이다.

본 발명은 흡기 매니폴드(10)의 일측에 그 내부의 습도를 감지하는 습도감지센서(20)가 설치되고, 물을 미립자 상태로 생성하여 분사하는 분무수단(30)이 설치되며, 상기 분무수단(30)에 물을 공급하는 물공급수단(60)이 설치되어, 제 2 제어수단(70)에 의해 제어되도록 구성된 것으로, 본 발명에 의하면, 상기 제 2 제어수단(70)이 기관의 상태에 따라 미립자 상태의 물을 혼합기에 혼합함으로써 혼합기에 섞인 미립자 상태의 물이 혼합기의 완전연소를 유도하여 기관의 출력을 증가시키고, 연료를 절감시키며, 상기 혼합기가 완전연소됨으로써 매연이 감소될 수 있고, 또한, 미립자 상태의 물이 혼합기의 연소시 발생하는 폭발음을 저감시켜 기관의 운전시 발생하는 폭발소음을 감소시킬 수 있는 효과가 제공될 수 있다.

Description

내연기관의 흡기장치

본 발명은 내연기관의 흡기장치에 관한 것으로, 특히 미립자상의 물을 이용한 기화연료의 완전연소를 유도하여 연료절감효과와 엔진출력증대, 가동소음과 매연의 감소를 도모한 내연기관의 흡기장치에 관한 것이다.

일반적으로 내연기관의 작동시 발생하는 소음은 각 실린더에 공급된 기화 연료가 순간적으로 연소되면서 발생하는 폭발음 때문이다. 이와 같이 각 실린더로 공급되는 기화연료는 공기와 액체 연료가 적절하게 섞여 기화한 것으로, 기화연료의 혼합비는 기관의 운전조건, 운전상태에 따라 가변된다.

즉, 기관이 최대출력을 얻으려면 공기의 비율을 낮춰서 기화연료의 농도를 높이고, 경제적으로 운용하려면 상기와는 반대로 공기의 혼합비율을 높여서 기화연료의 농도를 낮춘다.

그런데, 지금까지는 공기와 연료의 혼합비 조절로서 내연기관의 운전이나 연료소모를 줄이는 데만 관심을 기울였을 뿐 기화연료가 연소될 때 발생하는 폭발음, 즉 엔진소음을 줄이는데는 너무 소홀했다. 엔진소음은 기화연료의 불완전연소에 기인하는 것으로, 소음뿐만 아니라 진동, 연료의 과소모, 출력저하, 매연 증가와도 깊은 연관이 있다.

이러한 문제를 해소하려면 무엇보다도 기화연료의 완전연소가 선결과제이다. 이같은 명제를 구현하려고 많은 시도가 있었다, 그 중의 하나가 첨가제이다. 그러나 첨가제는 또 다른 공해물질을 유발하는가 하면 가격이 높아 소비자 부담이 컸고, 사용이 불편했던 이유 등으로 시중의 반응이 신통치 않았다.

따라서, 본 발명의 목적은 미립자상의 물을 이용하여 기화연료의 완전연소를 도모함으로서 연료를 절약하고 엔진의 출력을 높이며, 엔진의 가동소음과 매연을 줄일 수 있는 내연기관의 흡기 장치를 제공하려는 것이다.

상기한 여러 가지 목적은 흡기 장치의 흡기 매니폴드 내에서 그 내부 습도를 감지하는 습도감지센서와, 미립자상의 물을 상기 흡기 매니폴드에 공급하는 분무수단과 상기 습도감지센서에서 감지한 신호에 따라 내연기관이 시동 된 것을 제1 급수 수단으로부터 전해 받아 각 실린더의 흡기행정에 연동되도록 상기 분무수단을 제어하는 제2 제어수단을 구비한 내연기관의 흡기장치로 달성할 수 있다.

상기 분무수단은 단부에 양방향으로 제 1,2 분사구가 형성된 복수개의 분사노즐과, 상기 각 분사노즐의 내부에 설치되고 상기 제 2 제어수단에 의해 통전됨에 따라 공급되는 물을 미립자 상태로 변화시키는 미립자화수단과, 상기 각 분사노즐의 내부에 설치되어 상기 제 2 제어수단에 의해 상기 미립자 화수단에 의해 생성된 미립자상의 물이 분사노즐로 분무되어 흡기 매니폴드 에 공급하도록 분사노즐을 개페시키는 솔레노이드 밸브로 구성된다.

또 상기 급수수단은 공급수의 수온 감지신호를 상기 제2 제어수단에 전달하는 온도감지센서와, 상기 제2 제어수단에 의해 작동하는 열선을 구비한 수온상승수단을 갖춘 것으로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 흡기장치를 도시한 분해 사시도.

도 2는 본 발명에 의한 흡기장치의 설치 상태를 도시한 단면도.

도 3은 본 발명에 의한 분사수단을 도시한 확대 단면도.

도 4는 본 발명에 의한 흡기장치의 작동상태를 설명하기 위한 블럭도.

도 5는 본 발명에 의한 물공급수단에 온도상승수단이 설치된 상태를 도시한 단면도.

도 6은 본 발명에 의한 물공급수단의 다른 실시예를 도시한 단면도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 흡기 매니폴드 20 : 습도감지센서

30 : 분무수단 32 : 분사노즐

32A,32B : 제 1,2 분사구 34 : 솔레노이드 밸브

36 : 미립자화수단 40 : 물펌프

50 : 리턴호스 60 : 물공급수단

70 : 제 2 제어수단 80 : 온도상승수단

82 : 온도감지센서 84 : 열선

100 : 제 1 제어수단

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 토대로 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1에서, 통상의 내연기관용 흡기 매니폴드(10)에는 모두 3개의 나사공이 천공되어 있다. 제1나사공에는 흡기 매니폴드(10)의 내부습도를 감지하고 그 신호를 제2 제어수단(70)에 전달하는 습도감지센서(20)를 설치한다. 나머지 두 개의 나사공에는 각각 분무수단을 설치한다.

도3에서 상기 분무수단(30)은 선단에 양방향 동시분사가 가능한 복수의 분사구(32A,32B)를 가진 분사노즐(32)과, 제2 제어수단에 의해 전류가 흐르는 동안 분사노즐(32)로 공급되는 물을 미립자상으로 변화시키는 미립자화수단(36)과, 상기 분사노즐(32)내에서 제2 제어수단(70)의 제어에 따라 미립자화수단(36)에 의해 생성된 미립자상의 물을 분무하도록 분사노즐(32)을 개폐하는 솔레노이드 밸브(34)로 구성된다.

미립자화수단(36)과 솔레노이드 밸브(34)가 조합된 분사노즐(32)은 흡기 매니폴드(10)의 각 유도관과 동수로 설치할 수 있고 하나만 설치할 수도 있다. 그리고, 분사노즐(32)은 분부되는 미립자상의 물이 흡기 매니폴드(10)의 내벽이나 유도관의 내벽에 직접 분무되어 물방울이 맺히는 현상을 방지할 수 있는 각도로 설치한다.

미립자화수단(36)은 물의 미립자화를 촉진키 위한 것으로, 이러한 용도의 미립자화수단(36)으로서는 초음파 방식을 이용한 것, 일정한 압력으로 물을 직접 미립자 상태로 분사할 수 있도록 니들 밸브와 전기적 신호에 의해 니들 밸브를 흡인하는 솔레노이드 코일 등으로 구성한 것 등이 있다.

도시예에서는 상기 미립자화수단(36)이 분사노즐(32)내에 설치된것으로 나타나 있는데, 여기에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 물공급수단(60)내에 설치하여 물공급수단(60)내에서 조장된 미립자성의 물이 분사노즐(32)을 통하여 흡기 매니폴드(10)내로 분무되도록 하는 것도 가능하기 때문이다.

분무수단(30)에 물을 공급하는 물공급수단(60)은 분무수단(30)에 연결하며, 물공급수단(60)의 일단은 저수탱크의 물을 양수하는 펌프(40)에 연결하고 타단에는 물공급수단(60)의 내부 수압이 일정수준 이상으로 승압되면 자동 개방되어 정상 수압을 회복토록 하기 위한 리턴호스(50)를 연결한다.

다시 말해, 상기 펌프(40)는 저수탱크의 물을 양수하여 물공급수단(60)으로 공급할 수 있도록 물공급수단(60)의 일단에 호스나 파이프로 연결하고, 물공급수단(60)의 타단에는 압력유지밸브를 설치하고 이 압력유지밸브에 리턴호스(50)을 설치하여 물공급수단(60)으로 공급된 물의 압력이 규정압력 이상으로 높아지면 압력유지밸브가 자동 개방되게 함으로서 물공급수단(60)의 내부 수압이 일정하게 유지되도록 하는 것이다.

도 5 에서, 상기 물공급수단(60)에는 그리로 공급된 물의 수온을 감지하는 수온감지센서(82)와, 제 2 제어수단(70)에 의해 통제되는 열선(84)을 구비한 온도상승수단(80)을 설치한다. 이는 동절기나 한랭지역에서 물공급수단(60)내의 수온을 승온시켜 기화 연료의 온도와 동일 또는 대등하게 조정함으로서 기화 연료의 연소를 돕고 연소촉진에 쓰이는 물의 미립자화가 촉진되도록 하는데 필요하다.

한편, 제 2 제어수단(70)은 내연기관이 시동된 사실을 제 1 제어수단(100)으로부터 전달받고 습도감지센서(20)의 감지신호에 의하여 각 실린더의 흡기행정에 연동하여 분무수단(30)을 제어하도록 구성한 것이다. 다시 말해, 상기 제 2 제어수단(70)은 기화기로 흡입되는 공기량과 스로틀 밸브의 개폐정도, 냉각수 온도, 배전기 상태 등을 감지하여 내연기관이 시동하기에 적합한 분위기를 조성하도록 제어하는 제 1 제어수단(100)으로부터 여러 실린더 중에서 어느 실린더가 흡기 행정에 있는지를 통보 받고 흡기 매니 폴드(10)의 내부 습도감지용 습도감지센서(20)로부터의 감지신호를 받아 흡기행정에 있는 실린더에 연통된 흡기 매니폴드(10)의 유도관에 가장 가까운 분무수단(30)을 제어하기 되는 것이다.

제 2 제어수단(70)은 분무수단(30)이 실린더와 동수인 경우에는 각 분무수단(30)을 각 실린더의 흡기행정에 동조하도록 제어할 수도 있고, 분무수단(30)이 단일인 경우에는 각 실린더의 흡기행정에 관계없이 내연기관이 가동되고 있다면 지속적으로 미립자상의 분무되도록 분무수단(30)을 제어할 수 있도록 구성할 수도 있다.

이하의 작용설명은 2개의 분무수단(30)이 설치된 흡기 장치를 전제로 한다. 도2 내지 도4에서 보듯이, 내연기관이 시동하면 제 2 제어수단(70)은 제 1 제어수단(100)으로부터 시동사실을 통보받아 분무수단(30)에 작동신호를 하달한다. 이때, 제 2 제어수단(70)은 그 내연기관의 시동상태 즉, 연료 분사량, 공기 흡입량, 스로틀 밸브의 개폐정도 등의 제 1 제어수단(100)으로부터 통보받아 분무수단(30)으로하여금 내연기관의 상태에 가장 적합한 미립자상으로 물을 분무하도록 제어한다.

분무수단(30)에 제 2 제어수단(70)으로부터 작동신호가 하달되었을 때 미립자화수단(36)과 솔레노이드 밸브(34)는 다음과 같은 순으로 작동한다. 먼저 미립자화수단(36)에 전원이 인가되면 그 곳을 통과하는 물이 미립자상으로 변화되며, 미립자화된 물은 제 2 제어수단(70)의 작동신호에 의해 개폐되는 솔레노이드 밸브(34)가 내연기관의 상태에 따라 적절한 양이 분부되도록 분사노즐(32)을 개방시킨다. 이렇게 분사노즐(32)이 개방되면 분무되는 미립자상의 물이 분사노즐(32)의 제 1, 2 분사구(32A,32B)를 통하여 흡기 매니폴드(10)내로 분사된다. 이때의 분사노즐(32)은 각 실린더 중에서 흡기행정인 실린더와 연결된 유도관과 근접한 분사노즐이다. 즉, 4기통 내연기관의 점화순서는 1-3-4-2의 순으로 축차적으로 이루어 짐으로 흡기행정도 1-3-4-2 순으로 되풀이 된다. 따라서, 제 2 제어수단(70)은 1, 2 번 실린더에 연결된 흡기 매니폴드(10)의 유도관에 근접한 분사노즐(32)과 3, 4 번 실린더에 연결된 흡기 매니폴드(10)의 유도관에 근접한 분사노즐(32)과 3, 4번 실린더에 연결된 흡기 매니폴드(10)의 유도관에 근접한 분사노즐(32)중에서 1번 실린더가 흡기 행정일 경우에는 1, 2번 실린더에 연결된 유도관과 근접한 분사노즐(32)을 작동시키고, 3번 또는 4번 실린더가 흡기행정일 경우에는 3, 4번 실린더에 연결된 유도관과 근접한 분사노즐(32)을 작동시키게 되는 것이다.

이는 제 1 제어수단(100)으로부터 전달되는 각종 제어정보에서 제 2 제어수단(70)이 각 실린더의 흡기행정을 감지하여 그 흡기행정이 진행되는 실린더와 근접한 분사노즐(32)측 미립자화수단(36)과 솔레노이드 밸브(34)를 작동시켜 미립자상으로 변화된 물을 분무하도록 제어하는 것이다.

이러한 과정을 통하여 흡기행정시 실린더로 흡입되는 기화 연료에 제 2 제어수단(70)에 의해 작동되는 분무수단(30)에서 분무된 미립자상의 물이 기화연료에 섞이게 된다. 이때, 내연기관의 연소상태, 즉 저속 운전시와 고속 운전시에 따라 습도감지센서(20)가 감지한 흡기 매니폴드(10)의 내부 습도에 따라 제 2 제어수단(70)에 의해 미립자상 물의 분무량이 제어된다.

이와 같이 미량의 물이 섞인 기화 연료가 실린더로 흡입되어 연소되는데, 기존의 순수 기화 연료가 연소될 때보다도 폭발력은 강하고 폭발음은 작다. 그래서 기화 연료의 완전연소는 물론 내연기관의 출력 향상, 연료 소모량 및 소음 감소, 실린더에 대한 냉각작용으로 실린더의 과열방지 등이 가능해지는 것이다.

도 6에서, 본 발명의 다른 실시예에 의하면 상기 물공급수단(60)과 분무수단(30)은 흡기 매니폴드(10)와 일체로 형성할 수도 있다. 즉, 물공급수단(60)을 흡기 매니폴드(10)와 일체로 형성할 수도 있다. 즉, 물공급수단(60)을 흡기 매니폴트(10)의 일측에 일체화하고, 분무수단(30)은 흡기 매니폴드(10)의 내부와 물공급수단(60)이 연통하도록 설치함으로서 흡기장치의 외관을 단조롭게 변화시키는 것이다.

이렇듯 본 발명에 의한 내연기관의 흡기 장치는 개개의 실린더로 공급되는 기화연료에 분무수단으로 미립자상의 물을 분무하여 혼합하면 미립자상이 물에 함유된 산소가 기화 연료의 완전 연소를 도와 연소시의 폭발력이 커지므로 출력이 향상되고, 연료 소모는 감소하며, 완전 연소는 매연 감소로 이어지고, 또한 기화 연료가 연소될 때 발생하는 폭발음은 물분자에 의해 흡수되어 감소되므로 운전시 소음도 크게 줄어드는 등의 효과가 나타난다.

Claims

내연기관의 흡기장치에 있어서,

상기 흡기장치의 흡기 매니폴드(10)내의 습도를 감지하기 위하여 그 내부에 설치된 습도감지센서(20)와;

상기 흡기 매니폴드(10)에 설치되어 그 속으로 미립자상태로 물을 분무하기 위하여, 끝단에 제1,2 분사구(32A,32B)를 구비하고 상기 제2제어수단에 의해 제어되는 미립자화수단(36)과, 상기 제1,2 분사구를 개폐시켜 미립자화된 물을 분무하는 솔레노이드 밸브(34)를 포함하는 한 개 이상의 분사노즐(32)로 이루어진 분무수단(30)과;

상기 습도감지센서(20)의 감지신호를 받고, 내연기관이 시동되었음을 제1 제어수단(100)으로부터 전달받아 각 실린더의 흡기행정에 연동되도록 상기 분무수단(30)을 제어하는 제2 제어수단(70)과;

상기 분무수단(30)속으로 물을 공급하기 위하여 일단은 물펌프(40)과 연결되고, 타단은 물의 압력이 소정의 압력이상일 때 개방되어 배출되는 리턴호스(50)와, 내부의 수온을 감지하여 상기 제2 제어수단으로 감지된 신호를 전달하는 온도감지센서(82)와, 상기 제2 제어수단(70)에 의해 작동되는 열선을 통해 온도를 상승시키는 온도상승수단(80)을 포함하는 물공급수단(60)으로 구성된 것을 특징으로 하는 내연기관의 흡기장치.