KR100569427B1 - Multi- ignition system using laser for automotive engine - Google Patents

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KR100569427B1
KR100569427B1 KR1020030101249A KR20030101249A KR100569427B1 KR 100569427 B1 KR100569427 B1 KR 100569427B1 KR 1020030101249 A KR1020030101249 A KR 1020030101249A KR 20030101249 A KR20030101249 A KR 20030101249A KR 100569427 B1 KR100569427 B1 KR 100569427B1
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정석호
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Abstract

본 발명은 차량 엔진의 레이저를 이용한 다중 점화 시스템에 관한 것으로, 연소실을 두 영역으로 나누면서 레이저를 이용해 연속적인 점화를 생성시켜 혼합기의 희박여부에 관계없이 연소시간을 빠르게 하여 엔진 효율상승은 물론 오염물질의 배출도 저감함에 그 목적이 있다.The present invention relates to a multiple ignition system using a laser of a vehicle engine. The combustion chamber is divided into two regions to generate continuous ignition by using a laser, thereby increasing combustion efficiency regardless of whether the mixer is scarce and increasing engine efficiency as well as pollutants. The purpose is to reduce the emission of

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 압축된 혼합기를 폭발시켜 동력을 발생시키는 연소실((O)을 주연소실(M)과 부연소실(N)의 두 영역으로 분할하도록 실린더블록(CB)의 상부에 장착되면서 연소실(O) 방향으로 돌출된 세퍼레이터월(CHW)이 형성된 실린더헤드(CH)와, The present invention for achieving the above object, the cylinder block (CB) to divide the combustion chamber (O) for generating power by exploding the compressed mixer into two areas of the main combustion chamber (M) and the sub-combustion chamber (N) A cylinder head CH formed with a separator wall CHW protruding toward the combustion chamber O while being mounted on the upper portion of the combustion chamber O;

상기 연소실(O)내를 왕복 운동시 부연소실(N)을 밀폐시켜 주도록 상부 일측부에 돌출 형성되어 부연소실(N)로 삽입되는 세퍼레이팅보스(P')를 형성한 피스톤(P), Piston (P) formed with a separating boss (P ') is formed protruding on the upper side to be inserted into the sub-combustion chamber (N) to seal the sub-combustion chamber (N) during the reciprocating motion in the combustion chamber (O),

상기 연소실(O)내로 레이저빔(L)을 조사하는 레이저발생수단(10) 및, Laser generating means (10) for irradiating a laser beam (L) into the combustion chamber (O),

이 레이저발생수단(10)으로부터 조사된 레이저빔(L)을 연소실(O)내에서 일정 방향으로 유도하면서 연소실(O)내 압축된 혼합기를 점화시키는 레이저안내수단(20)으로 이루어진 것을 특징으로 한다. Laser guide means 20 for igniting the compressed mixer in the combustion chamber (O) while guiding the laser beam (L) irradiated from the laser generating means (10) in the combustion chamber (O) in a predetermined direction. .

Description

차량 엔진의 레이저를 이용한 다중 점화 시스템{Multi- ignition system using laser for automotive engine}Multi-ignition system using laser for automotive engine

도 1은 본 발명에 따른 차량 엔진의 다중 점화 시스템의 개략적인 구성도1 is a schematic configuration diagram of a multiple ignition system of a vehicle engine according to the present invention

도 2는 본 발명에 따른 레이저안내수단의 세부 구성도Figure 2 is a detailed configuration of the laser guide means according to the invention

도 3은 본 발명에 따른 부연소실에 주연소실과 연통되는 서브분사공이 다수로 형성된 단면 구성도3 is a cross-sectional configuration of a plurality of sub-injection hole communicating with the main combustion chamber in the sub-combustion chamber according to the present invention

도 4 (가) 내지 (마)는 본 발명에 따른 다중 점화 상태를 나타낸 상태도4 (a) to (e) is a state diagram showing a multi-ignition state according to the present invention

도 5 (가) 내지 (마)는 본 발명의 변형례에 따른 다중 점화 상태를 나타낸 상태도 5 (a) to (e) is a state diagram showing a multi-ignition state according to a modification of the present invention

도 6은 본 발명에 따른 레이저 이용 다중 점화에 따른 연소시간 단축 실험 결과 도표6 is a burnout test result chart according to the laser multiple ignition according to the present invention

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>    <Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

10 : 레이저발생수단 11 : 콘트롤러10: laser generating means 11: controller

12 : 레이저발생기 13 : 레이저팁12: laser generator 13: laser tip

20 : 레이저안내수단 21 : 레이저빔유입기20: laser guiding means 21: laser beam inlet

22 : 레이저빔가이더 22' : 분사공22: laser beam guider 22 ': injection hole

22" : 서브분사공22 ": sub sprayer

23 : 레이저빔수광기 23' : 수광공동23: laser beam receiver 23 ': light receiving cavity

CB : 실린더블록CB: Cylinder Block

CH : 실린더헤드 CHW : 세퍼레이터월CH: Cylinder head CHW: Separator wall

EV : 배기밸브 IV : 흡기밸브EV: Exhaust Valve IV: Intake Valve

L : 레이저빔L: laser beam

M : 주연소실 N : 부연소실M: Main combustion chamber N: Sub combustion chamber

O : 연소실 P : 피스톤O: combustion chamber P: piston

P' : 세퍼레이팅보스P ': Separating Boss

본 발명은 차량 엔진에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이중으로 형성된 연소실의 동시 점화에 따른 다중 점화를 통해 연소시간 단축은 물론 엔진의 열 효율도 향상할 수 있도록 된 차량 엔진의 레이저를 이용한 다중 점화 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a vehicle engine, and more particularly, to a multiple ignition system using a laser of a vehicle engine capable of shortening the combustion time and improving the thermal efficiency of the engine through the multiple ignition according to the simultaneous ignition of the dually formed combustion chamber. It is about.

일반적으로 차량용 엔진은 최근에 강화되고 있는 오염물질 배출기준을 만족시키기 위해 일산화탄소와 탄화수소계 및 질소산화물 등을 동시에 저감하는 추세이며, 이를 위해 연소실내에서의 혼합기의 연소시간과 혼합기의 와류나 텀블 정도 등을 연소시 어떤 조건하에서도 항상 최적으로 상태로 만들면서 이를 유지시키는 것이 가장 주요한 요인으로 작용된다.In general, vehicle engines tend to simultaneously reduce carbon monoxide, hydrocarbons, and nitrogen oxides in order to satisfy the recently strengthened pollutant emission standards. The most important factor is to maintain the lamp while keeping it optimally under any conditions during combustion.

이를 위한 한 방법으로 연소실 내의 와류 생성을 증대해 이를 통해 연소시간을 단축함으로써 결국, 엔진의 연소효율을 향상시켜 연비를 개선하고 출력을 향상하며 배기 유해성분의 저감을 이루는 쪽으로 엔진 개발을 이루고 있음은 물론이다.One way to achieve this is to increase the generation of vortices in the combustion chamber, thereby shortening the combustion time, thus improving engine combustion efficiency, improving fuel efficiency, improving output, and reducing exhaust emissions. Of course.

그러나, 엔진 실린더의 연소실내 유입된 혼합기를 폭발시키기 위해서는 전기 스파크를 이용해 불꽃을 발생시켜 점화시켜주는 점화장치를 이용하게 되는데, 이와 같이 불꽃을 이용한 점화장치는 연소실내에서 초기에 형성된 화염핵이 주변으로 전파되면서 연소되는 연소과정을 거치게 되므로 연소실내 와류 등의 형성에 의해서 연소시간을 빠르게 하는데 에는 어느 정도 한계가 있게 된다.However, in order to explode the mixer introduced into the combustion chamber of the engine cylinder, an ignition device that generates an ignition by igniting an electric spark is used. Since it passes through the combustion process that is propagated to the combustion, there is a limit to speed up the combustion time by the formation of the vortex, etc. in the combustion chamber.

이에 따라, 최근에는 높은 압축비를 적용할 수 있으면서 낮은 연소온도를 갖아 질소산화물(NOx) 배출을 감소시킬 수 있는 희박 혼합기를 이용한 희박연소 엔진이 개발되는데 이는, 과잉 공기에 의해서 일산화탄소와 탄화수소계의 산화를 증진시킬 수 있으면서 또한, 높은 압축비와 낮은 옥탄가를 이용하여 노킹이 없는 운전조건을 만들어 연료 경제성을 증진시키면서 배출가스를 저감할 수 있는 점이 있지만, 이러한 희박연소 엔진은 화염 초기화와 내재적인 불안정과 같은 점화와 관련된 현상들과 연소기간의 증대로 인해 위에 열거된 장점을 갖는 충분히 희박한 조건에서는 작동되기 어렵다는 한계가 있게 된다.Accordingly, in recent years, a lean combustion engine using a lean mixer capable of applying a high compression ratio and having a low combustion temperature to reduce NOx emissions has been developed. In addition, high compression ratios and low octane numbers can be used to create operating conditions without knocking to reduce fuel emissions while improving fuel economy. However, these lean-burn engines have such advantages as flame resetting and inherent instability. Ignition-related phenomena and increased combustion durations limit the difficulty of operating in sufficiently sparse conditions with the advantages listed above.

이에 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 것으로, 연소실을 두 영 역으로 나누면서 레이저를 이용해 거의 동시에 점화를 생성시켜 혼합기의 희박여부에 관계없이 연소시간을 빠르게 하여 엔진 효율상승은 물론 오염물질의 배출도 저감함에 그 목적이 있다.Therefore, the present invention has been invented in view of the above, by dividing the combustion chamber into two zones and generating ignition at the same time using a laser almost simultaneously to increase the combustion time regardless of whether the mixer is scarce, as well as to increase engine efficiency and contaminants. The purpose is to reduce the emission of

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 압축된 혼합기를 폭발시켜 동력을 발생시키는 연소실을 주연소실과 부연소실의 두 영역으로 분할하도록 실린더블록의 상부에 장착되면서 연소실 방향으로 돌출된 세퍼레이터월이 형성된 실린더헤드와, In order to achieve the above object, the present invention provides a separator wall protruding toward the combustion chamber while being mounted on an upper portion of a cylinder block to divide a combustion chamber generating power by exploding a compressed mixer into two regions, a main combustion chamber and a subcombustion chamber. Formed cylinder head,

상기 연소실내를 왕복 운동시 부연소실을 밀폐시켜 주도록 상부 일측부에 돌출 형성되어 부연소실로 삽입되는 세퍼레이팅보스를 형성한 피스톤, A piston protruding from the upper one side to seal the sub-combustion chamber during the reciprocating motion of the combustion chamber and forming a separating boss inserted into the sub-combustion chamber,

상기 연소실내로 레이저빔을 조사하는 레이저발생수단 및, Laser generating means for irradiating a laser beam into the combustion chamber;

이 레이저발생수단으로부터 조사된 레이저빔을 연소실내에서 일정 방향으로 유도하면서 연소실내 압축된 혼합기를 점화시키는 레이저안내수단으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
And a laser guiding means for igniting the compressed mixer in the combustion chamber while guiding the laser beam irradiated from the laser generating means in a predetermined direction in the combustion chamber.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 차량 엔진의 다중 점화 시스템의 개략적인 구성도를 도시한 것인바, 본 발명은 피스톤(P)의 왕복운동을 통해 압축된 혼합기를 폭발시켜 동력을 발생시키는 연소실(O)을 형성한 실린더블록(CB)과, 흡·배기밸브(IV,EV)가 장착되어 실린더블록(CB)의 상부에서 연소실((O)을 주연소실(M)과 부연소실(N)의 두 영역으로 분할하는 실린더헤드(CH), 상기 연소실(O)내로 레이저빔(L)을 조사하는 레이저발생수단(10) 및, 이 레이저발생수단(10)으로부터 조사된 레이저빔(L)을 연소실(O)내에서 일정 방향으로 유도하면서 연소실(O)내 압축된 혼합기를 점화시키는 레이저안내수단(20)으로 이루어진다.1 is a schematic configuration diagram of a multiple ignition system of a vehicle engine according to the present invention, the present invention is a combustion chamber (O) for generating power by exploding the compressed mixer through the reciprocating motion of the piston (P) Cylinder block CB and inlet / exhaust valves IV and EV formed therein, and the combustion chamber (O) is located at the upper portion of the cylinder block CB in two regions: the main combustion chamber M and the subcombustion chamber N. The cylinder head CH, which is divided into portions, the laser generating means 10 for irradiating the laser beam L into the combustion chamber O, and the laser beam L irradiated from the laser generating means 10 is burned in the combustion chamber O. It consists of a laser guide means 20 for igniting the compressed mixer in the combustion chamber (O) while guiding in a predetermined direction in the.

여기서, 상기 연소실((O)의 독립적인 주연소실(M)과 부연소실(N)의 형성은 실린더헤드(CH)에서 하방향으로 돌출된 세퍼레이터월(CHW)에 의해 두 영역으로 분할되면서 피스톤(P)의 세퍼레이팅보스(P')에 의해 두 영역으로 분할된 후, 이어 압축 행정시 상승되는 피스톤(P)이 세퍼레이터월(CHW)부위로 근접될 때 세퍼레이팅보스(P')가 부연소실(N)내로 삽입되면서 부연소실(N)의 하부를 밀폐시켜 이루게 된다.Here, the formation of the independent main combustion chamber (M) and the subcombustion chamber (N) of the combustion chamber (O) is divided into two regions by the separator wall (CHW) protruding downwardly from the cylinder head (CH) and the piston ( The splitting boss P 'is divided into two zones by the separating boss P' of P), and then the separating boss P 'is sub-combustion chamber when the piston P, which is raised during the compression stroke, approaches the separator wall CHW. While being inserted into (N) it is made to seal the lower portion of the sub-combustion chamber (N).

이때, 상기 부연소실(N)의 밀폐는 피스톤(P)의 압축-배기 행정시에만 이루어지게 됨은 물론이다.At this time, the sub-combustion chamber (N) is sealed is made only during the compression-exhaust stroke of the piston (P).

또한, 상기 레이저발생수단(10)은 엔진의 압축행정 상태를 여러 센서들을 통해 파악하는 콘트롤러(11)와, 이 콘트롤러(11)로부터 보내진 제어신호에 의해 레이저를 생성하는 레이저발생기(12) 및, 이 레이저발생기(12)로부터 발생되는 레이저를 레이저빔(L)으로 연소실(O)내로 조사하는 레이저팁(13)으로 이루어진다.In addition, the laser generating means 10 is a controller 11 for detecting the compression stroke state of the engine through a number of sensors, a laser generator 12 for generating a laser by the control signal sent from the controller 11, It consists of the laser tip 13 which irradiates the laser which generate | occur | produces from this laser generator 12 into the combustion chamber O with the laser beam L. As shown in FIG.

또한, 상기 레이저안내수단(20)은 레이저팁(13)이 장착된 실린더블록(CB)에서 조사된 레이저빔(L)을 연소실(O)의 부연소실(N)쪽으로 유도하는 레이저빔유입기(21)와, 상기 연소실(O)을 주연소실(M)과 부연소실(N)로 분할하도록 실린더헤드(CH)에서 돌출된 세퍼레이터월(CHW)에 구비되어 부연소실(N)로 유입된 레이저빔(L)을 주연소실(M)로 유입시키는 레이저빔가이더(22) 및, 상기 주연소실(M)로 유입된 레이저빔(L)을 수광하도록 실린더블록(CB)에 장착된 레이저빔수광기(23)로 이루어진다.In addition, the laser guide means 20 is a laser beam injector for guiding the laser beam (L) irradiated from the cylinder block (CB) equipped with a laser tip 13 toward the sub-combustion chamber (N) of the combustion chamber (O) 21) and a laser beam provided in the separator wall CHW protruding from the cylinder head CH to divide the combustion chamber O into the main combustion chamber M and the subcombustion chamber N, and flowed into the subcombustion chamber N. A laser beam guider 22 for introducing (L) into the main combustion chamber (M) and a laser beam receiver (23) mounted on the cylinder block (CB) to receive the laser beam (L) introduced into the main combustion chamber (M). )

이때, 상기 레이저빔(L)이 연소실(O) 전체 영역을 직선으로 가로 지르도록 레이저안내수단(20)의 레이저빔유입기(21)와 레이저빔가이더(22) 및 레이저빔수광기(23)가 동일한 수평선상에서 서로 일치되는 위치에 장착되어진다.At this time, the laser beam injector 21, the laser beam guider 22, and the laser beam receiver 23 of the laser guide means 20 cross the entire area of the combustion chamber O in a straight line. It is mounted on the same horizontal line in the same position.

그리고, 상기 레이저빔유입기(21)는 광학창으로 이루어짐은 물론이다.The laser beam introducer 21 is, of course, made of an optical window.

또한, 상기 레이저빔가이더(22)는 도 2에 도시된 바와 같이 레이저빔유입기(21)로부터 조사된 레이저빔(L)의 두께를 줄여주도록 쐐기 형상의 분사공(22')이 형성되고, 또한 상기 레이저빔(L)을 수광하는 레이저빔수광기(23)에도 쐐기 형상의 수광공동(23')이 형성된다.In addition, the laser beam guider 22 has a wedge-shaped injection hole 22 'formed to reduce the thickness of the laser beam L irradiated from the laser beam introducer 21, as shown in FIG. A wedge-shaped light receiving cavity 23 'is also formed in the laser beam receiver 23 for receiving the laser beam L.

여기서, 상기 레이저빔유입기(21)의 분사공(22')은 부연소실(N)쪽에 형성되는 직경(D)으로부터 점진적으로 작아지면서 그 끝단에 소정직경으로 개구되는 분사각(a)을 형성해 레이저빔(L)이 유입시 두께에 비해 상대적으로 가는 두께로 상기 주연소실(M)로 조사되게 하는 한편, 상기 레이저빔수광기(23)의 수광공(23')도 조사된 레이저빔(L)이 한 정점으로 모이도록 주연소실(M)쪽에 형성되는 직경(d)으로부터 작아지면서 그 끝단이 밀폐되도록 수광각(b)을 형성하게 된다.Here, the injection hole 22 'of the laser beam inlet 21 forms an injection angle (a) that is gradually decreased from the diameter (D) formed on the subcombustion chamber (N) and opened at a predetermined diameter at the end thereof. The laser beam L is irradiated to the main combustion chamber M with a thickness thinner than the thickness at the time of inflow, while the light receiving hole 23 'of the laser beam receiver 23 is also irradiated. The light receiving angle b is formed so that the end thereof is closed while being smaller from the diameter d formed on the main combustion chamber M side so as to gather to this one vertex.

이때, 상기 분사공(22')과 수광공동(23')의 형상은 레이저빔(L)이 다중 반사되면서 중심축 부근으로 집속되어져 브레이크다운 채널(Breakdown Channel)을 형성해 혼합기를 점화시켜 주게 됨은 물론이다.In this case, the shapes of the injection hole 22 'and the light receiving cavity 23' are focused near the central axis while the laser beam L is reflected multiple times to form a breakdown channel to ignite the mixer. to be.

한편, 상기 연소실(O)의 주연소실(M)과 부연소실(N)을 서로 연통시키도록 실린더헤드(CH)에서 돌출된 세퍼레이터월(CHW)에 구비된 레이저빔가이더(22)의 분사공(22')은 부연소실(N)에서 형성된 점화 불꽃이 주연소실(M)로 분출되는 통로 기능을 하게 되는데, 이와 같은 부연소실(N)에서 형성된 점화 불꽃의 분출통로를 통해 주연소실(M)내에서 점화불꽃이 다수 영역에서 생성되어 연소시간을 더욱 줄이도록 다수개의 서브분사공(22")이 세퍼레이터월(CHW)에 형성되어진다.Meanwhile, the injection hole of the laser beam guider 22 provided in the separator wall CHW protruding from the cylinder head CH to communicate the main combustion chamber M and the subcombustion chamber N of the combustion chamber O with each other. 22 ') serves as a passage in which the ignition flame formed in the sub-combustion chamber N is ejected to the main combustion chamber M. The ignition flame formed in the sub-combustion chamber N is discharged in the main combustion chamber M. In a plurality of regions, a plurality of sub-injection holes 22 "are formed in the separator wall CHW so that an ignition flame is generated in a plurality of regions.

여기서, 상기 서브분사공(22")은 부연소실(N)에서 형성된 점화 불꽃이 도 3에 도시된 바와 같이, 레이저빔(L)이 지나는 경로에서 최대로 떨어지면서 주연소실(M)의 측면 공간으로 분출시켜주게 된다.Here, the sub-injection hole 22 "has a side space of the main combustion chamber M as the ignition flame formed in the sub-combustion chamber N falls to the maximum in the path through which the laser beam L passes, as shown in FIG. Will be ejected.

이하 본 발명의 작동을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.Hereinafter, the operation of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 엔진의 압축행정에 따라 연소실(O)로 유입된 혼합기를 압축하도록 피스톤(P)이 상승되면, 상기 연소실(O)을 이루는 주연소실(M)과 부연소실(N)이 서로 다른 연소 공간을 갖도록 분할되는데, 이는 상기 피스톤(P)의 세퍼레이팅보스(P')가 실린더헤드(CH)에서 돌출된 세퍼레이터월(CHW)과 실린더블록(CB) 사이에 형성된 부연소실(N)내로 삽입되면서 부연소실(N)의 하부를 밀폐시켜 이루게 된다.According to the present invention, when the piston P is raised to compress the mixer introduced into the combustion chamber O according to the compression stroke of the engine, the main combustion chamber M and the subcombustion chamber N constituting the combustion chamber O are different from each other. It is divided to have a space, which is inserted into the subcombustion chamber (N) formed between the separator wall (CHW) and the cylinder block (CB), in which the separating boss (P ') of the piston (P) protrudes from the cylinder head (CH). While sealing the lower part of the sub-combustion chamber (N).

이와 같이, 상기 피스톤(P)이 주연소실(M)과 부연소실(N)을 서로 분리시켜주는 압축행정 상태일 때 이를 감지한 레이저발생수단(10)의 콘트롤러(11)가 레이저발생기(12)에 제어신호를 보내 레이저를 생성하여 레이저팁(13)을 통해 레이저빔(L)을 연소실(O)내로 조사하게 된다.As such, when the piston P is in a compression stroke state in which the main combustion chamber M and the subcombustion chamber N are separated from each other, the controller 11 of the laser generating means 10 that detects this is the laser generator 12. The control signal is sent to generate a laser to irradiate the laser beam L into the combustion chamber O through the laser tip 13.

이어, 상기 레이저발생수단(10)으로부터 연소실(O)내로 조사되는 레이저빔(L)은 그 경로상에 형성된 레이저안내수단(20)을 통해 다중 반사되면서 중심축 부근으로 집속되어져 브레이크다운 채널(Breakdown Channel)을 형성하면서 주연소실(M)과 부연소실(N)을 순차적으로 통과하게 되고, 이에 따라 상기 주연소실(M)과 부연소실(N)에서 점화 불꽃을 이중으로 형성시켜 주게 된다.Subsequently, the laser beam L irradiated from the laser generating means 10 into the combustion chamber O is focused through the laser guiding means 20 formed on the path and is reflected near the central axis to breakdown channels. While the channel is formed, the main combustion chamber M and the subcombustion chamber N are sequentially passed. Accordingly, the ignition spark is formed in the main combustion chamber M and the subcombustion chamber N in a double manner.

즉, 상기 레이저안내수단(20)의 레이저빔유입기(21)을 통해 부연소실(N)로 조사된 레이저빔(L)이 실린더헤드(CH)에서 돌출된 세퍼레이터월(CHW)에 구비된 레이저빔가이더(22)의 분사공(22')으로 위치되면, 이 분사공(22')의 쐐기형상으로 인해 다중 반사되면서 중심축 부근으로 집속되어져 브레이크다운 채널(Breakdown Channel)을 형성하면서 주연소실(M)쪽으로 조사되어진다.That is, the laser beam L irradiated to the sub-combustion chamber N through the laser beam injector 21 of the laser guide means 20 is provided in the separator wall CHW protruding from the cylinder head CH. When positioned as the injection hole 22 'of the beam guider 22, due to the wedge shape of the injection hole 22', the main combustion chamber is formed while focusing near the central axis while multiple reflections are performed to form a breakdown channel. To M).

이때, 상기 레이저빔가이더(22)의 분사공(22')부위에는 레이저빔(L)이 브레이크다운 채널(Breakdown Channel)을 형성하면서 부연소실(N)내 혼합기를 1차 점화시켜주게 된다.In this case, the laser beam L forms a breakdown channel in the injection hole 22 ′ of the laser beam guider 22 to ignite the mixer in the sub-combustion chamber N first.

이후, 상기 부연소실(N)로부터 조사된 레이저빔(L)은 주연소실(M)의 벽면을 이루는 실린더블록(CB)에 장착된 레이저빔수광기(23)의 수광공동(23')으로 집중되면, 상기 수광공동(23')의 쐐기형상으로 인해 다중 반사되면서 중심축 부근으로 집속되어져 브레이크다운 채널(Breakdown Channel)을 형성하면서 주연소실(M)쪽을 2차 점화시켜 주게 된다.Then, the laser beam (L) irradiated from the sub-combustion chamber (N) is concentrated to the light receiving cavity (23 ') of the laser beam receiver 23 mounted on the cylinder block (CB) forming the wall surface of the main combustion chamber (M). Due to the wedge shape of the light receiving cavity 23 ′, multiple reflections are focused near the central axis, thereby forming a breakdown channel to ignite the main combustion chamber M side for the second time.

이와 같이, 상기 레이저빔(L)에 의해 연소실(O)내에서 주연소실(M)과 부연소실(N)을 통해 이중 점화된 후에도 상기 부연소실(N)을 통해 주연소실(M)내에 추가의 3차 점화가 발생되는데, 즉 상기 연소실(O)내 점화상태를 나타낸 도 4(가) 내지 (마)에 각각 도시된 바와 같이, 상기 부연소실(N)내 혼합기 폭발로 인해 발생되는 연소가스가 레이저빔가이더(22)의 분사공(22')을 통해 주연소실(M)로 분출(도 4(가))되는 통로 기능을 하게 된다.In this way, after the double ignition through the main combustion chamber (M) and the sub-combustion chamber (N) in the combustion chamber (O) by the laser beam (L) is further added in the main combustion chamber (M) through the sub-combustion chamber (N). Third ignition occurs, that is, as shown in FIGS. 4 (a) to (e), respectively, which show the ignition state in the combustion chamber O, combustion gas generated by the explosion of the mixer in the subcombustion chamber N is Through the injection hole 22 'of the laser beam guider 22, the main combustion chamber M is ejected to the main combustion chamber M (FIG. 4).

이에 따라, 상기 주연소실(M)내에서는 레이저빔(L)에 의해 점화(B)된 후 이어, 상기 부연소실(N)에서 형성된 고온의 연소가스가 주연소실(M)내에서 다시 한번 점화(A)시켜 연소시간을 빠르게 하게 됨은 물론이다.Accordingly, after the ignition B is fired by the laser beam L in the main combustion chamber M, high-temperature combustion gas formed in the sub-combustion chamber N is ignited once again in the main combustion chamber M. A) of course, the combustion time is faster.

한편, 이와 같이 연소실(O)내 점화 불꽃을 더욱 많이 생성해 연소 시간을 더욱 빠르게 할 수도 있는데, 즉 상기 부연소실(N)을 형성하는 실린더헤드(CH)의 세퍼레이터월(CHW)에 레이저빔(L)이 지나는 경로에서 최대로 떨어지면서 주연소실(M)의 측면 공간으로 연통되는 서브분사공(22")을 다수개 형성시켜 달성할 수도 있게 된다.On the other hand, as described above, more ignition sparks may be generated in the combustion chamber O to further increase the combustion time. That is, the laser beam may be formed on the separator wall CHW of the cylinder head CH forming the sub-combustion chamber N. It is also possible to achieve by forming a plurality of sub-injection holes 22 "communicating with the side space of the main combustion chamber M while falling to the maximum in the path L) passes.

즉, 상기 부연소실(N)에서 레이저빔(L)에 의해 폭발되어 형성된 고온의 연소가스가 도 5(가) 내지 (마)에 각각 도시된 바와 같이, 주연소실(M)의 측면 공간으로 연통되는 서브분사공(22")을 통해 주연소실(M)로 분출(도5(가))되는 통로 기능을 하고, 이에 따라 상기 부연소실(N)에서 형성된 고온의 연소가스가 레이저빔유입기(21)의 분사공(22')을 통해 주연소실(M)로 분출되어 주연소실(M)내에서 재 점화(C)시킴과 더불어 주연소실(M)내에서 여러 영역에서 재 점화(D,E)시켜 연소시간을 더욱 빠르게 할 수 있음은 물론이다.That is, the hot combustion gas formed by exploding by the laser beam L in the subcombustion chamber N communicates with the side space of the main combustion chamber M, as shown in FIGS. 5A to 5E, respectively. Through the sub-injection hole 22 ", the main combustion chamber M is discharged to the main combustion chamber M (FIG. 5), and thus, the high-temperature combustion gas formed in the sub-combustion chamber N is a laser beam injector ( 21 is blown into the main combustion chamber (M) through the injection hole 22 'to re-ignite (C) in the main combustion chamber (M), and to re-ignite (D, E) in various areas within the main combustion chamber (M). Of course, the combustion time can be made faster.

이와 같은 본 발명은 1개의 주연소실만이 형성된 경우에 비해 주연소실과 부연소실이 이중으로 형성되는 경우에 도 6에 도시된 바와 같이, 동일한 조건에서 연소시간(ms)과 화염형성시간(ms)의 차이에서 즉, 주연소실과 부연소실이 이중으로 형성되어 2중 점화가 이루어지게 되면 주연소실에서 1점 점화가 이루어지는 경우에 비해 연소시간(ms)과 화염형성시간(ms)의 형성이 상대적으로 빠르게 되는 현상에서 충분히 알 수 있게 된다.As described above, the present invention has a combustion time (ms) and a flame formation time (ms) under the same conditions as shown in FIG. 6 when the main combustion chamber and the sub-combustion chamber are formed in double as compared with the case where only one main combustion chamber is formed. In other words, if the main combustion chamber and the sub-combustion chamber are dually formed and double ignition is performed, the formation of the combustion time (ms) and the flame formation time (ms) is relatively higher than that of the one-point ignition in the main combustion chamber. You will be able to fully understand the phenomenon.

또한, 본 발명에서 주연소실과 부연소실이 이중으로 형성되면서 다수개의 서브분사공이 형성되는 경우에는 연소시간(ms)과 화염형성시간(ms)의 형성이 단순 2중 점화에 비해서도 상대적으로 빠르게 형성됨은 물론이다.In addition, in the present invention, when a plurality of sub-injection holes are formed while the main combustion chamber and the sub-combustion chamber are formed in double, the formation of the combustion time (ms) and the flame formation time (ms) is relatively quicker than the simple double ignition. Of course.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 엔진에 형성된 연소실을 서로 다른 크기의 두 영역으로 분할시켜 레이저빔을 이용해 개별적으로 1차 점화시킨 후 서로 분할된 연소실로부터 배출되는 고온 연소가스를 통해 재 점화시켜주어 연소시간을 빠르게 할 수 있는 효과가 있게 된다.As described above, according to the present invention, the combustion chamber formed in the engine is divided into two regions having different sizes, and then individually ignited individually using a laser beam, and then re-ignited by hot combustion gas discharged from the divided combustion chambers. The effect is to speed up the combustion time.

또한, 본 발명은 연소실내 혼합기의 점화를 극히 짧은 순간에 다중으로 점화시키면서 다 영역에서 동시에 점화될 수 있어 희박한 혼합기를 이용하는 희박 연소 엔진의 경우에도 점화와 관련된 실화 현상들을 발생하지 않고 빠른 연소시간을 갖아 희박 연소 엔진의 장점을 극대화 할 수 있는 효과가 있게 된다.In addition, the present invention can be ignited in multiple zones while igniting the ignition of the mixer in the combustion chamber in a very short time. It has the effect of maximizing the advantages of lean combustion engines.

또한, 본 발명은 연소실내 혼합기의 점화를 극히 짧은 순간에 다중으로 점화 시키면서 다 영역에서 동시에 점화시킴에 따라 연소시간을 극히 짧게 하므로 엔진 성능을 향상하면서도 공해물질을 저감할 수 있는 효과가 있게 된다.In addition, the present invention has the effect of reducing the pollutants while improving the engine performance because the combustion time is extremely short by igniting the ignition of the mixer in the combustion chamber at the same time in multiple ignition in a very short time.

Claims (9)

압축된 혼합기를 폭발시켜 동력을 발생시키는 연소실((O)을 주연소실(M)과 부연소실(N)의 두 영역으로 분할하도록 실린더블록(CB)의 상부에 장착되면서 연소실(O) 방향으로 돌출된 세퍼레이터월(CHW)이 형성된 실린더헤드(CH)와; Compresses the combustion chamber (O), which generates power by exploding the compressed mixer, and is mounted on the upper part of the cylinder block (CB) so as to divide into two regions of the main combustion chamber (M) and the subcombustion chamber (N). A cylinder head CH on which a separator wall CHW is formed; 상기 연소실(O)내를 왕복 운동시 상기 부연소실(N)을 밀폐시켜 주도록 상부 일측부에 돌출 형성되어 상기 부연소실(N)로 삽입되는 세퍼레이팅보스(P')를 형성한 피스톤(P); Piston (P) is formed protruding to the upper side to seal the sub-combustion chamber (N) during the reciprocating motion in the combustion chamber (O) to form a separating boss (P ') inserted into the sub-combustion chamber (N) ; 상기 연소실(O)내로 레이저빔(L)을 조사하는 레이저발생수단(10) 및; Laser generating means (10) for irradiating a laser beam (L) into said combustion chamber (O); 상기 레이저발생수단(10)으로부터 조사된 레이저빔(L)을 상기 연소실(O)내에서 일정 방향으로 유도하면서 상기 연소실(O)내 압축된 혼합기를 점화시키는 레이저안내수단(20)을 구비하고; Laser guide means (20) for igniting the compressed mixer in the combustion chamber (O) while guiding the laser beam (L) irradiated from the laser generating means (10) in the combustion chamber (O) in a predetermined direction; 상기 세퍼레이터월(CHW)에는 상기 부연소실(N)에서 점화된 불꽃이 상기 주연소실(M)로 분출되도록 상기 부연소실(N)과 상기 주연소실(M) 사이를 연통시켜 주는 다수의 서브분사공(22")이 형성되며; In the separator wall CHW, a plurality of sub-injection holes communicating between the sub-combustion chamber N and the main combustion chamber M such that the spark ignited in the sub-combustion chamber N is ejected into the main combustion chamber M. (22 ") is formed; 상기 레이저발생수단(10)은 엔진과 차량 상태를 파악해 그에 상응하는 제어신호를 발생하는 콘트롤러(11)와, 상기 콘트롤러(11)로부터 보내진 제어신호에 의해 레이저를 생성하는 레이저발생기(12) 및, 상기 레이저발생기(12)로부터 발생되는 레이저를 레이저빔(L)으로 연소실(O)내로 조사하는 레이저팁(13)을 구비하고; The laser generating means 10 is a controller 11 for identifying the engine and the vehicle state and generating a control signal corresponding thereto, a laser generator 12 for generating a laser by the control signal sent from the controller 11, A laser tip (13) for irradiating a laser generated from the laser generator (12) into the combustion chamber (O) with a laser beam (L); 상기 레이저안내수단(20)은 상기 레이저팁(13)이 장착된 실린더블록(CB)에서 조사된 레이저빔(L)을 상기 연소실(O)의 부연소실(N)쪽으로 유도하는 레이저빔유입기(21)와, 상기 세퍼레이터월(CHW)에 구비되어 상기 부연소실(N)로 유입된 레이저빔(L)을 상기 주연소실(M)로 유입시키는 레이저빔가이더(22) 및, 상기 주연소실(M)로 유입된 레이저빔(L)을 수광하도록 상기 실린더블록(CB)에 장착된 레이저빔수광기(23)로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량 엔진의 레이저를 이용한 다중 점화 시스템.The laser guide means 20 is a laser beam injector for guiding the laser beam (L) irradiated from the cylinder block (CB) on which the laser tip 13 is mounted toward the sub-combustion chamber (N) of the combustion chamber (O) 21), a laser beam guider 22 provided in the separator wall CHW to introduce the laser beam L introduced into the sub-combustion chamber N into the main combustion chamber M, and the main combustion chamber M. A multiple ignition system using a laser of a vehicle engine, characterized in that consisting of a laser beam receiver (23) mounted to the cylinder block (CB) to receive the laser beam (L) introduced into. 제 1항에 있어서, 상기 부연소실(N)의 밀폐는 피스톤(P)의 압축-배기 행정시에만 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량 엔진의 레이저를 이용한 다중 점화 시스템.The multiple ignition system using a laser of a vehicle engine according to claim 1, wherein the closing of the subcombustion chamber (N) is performed only at the compression-exhaust stroke of the piston (P). 삭제delete 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 서브분사공(22")은 상기 부연소실(N)에서 형성된 점화 불꽃이 레이저빔(L)이 지나는 경로에서 최대로 떨어지면서 상기 주연소실(M)의 측면 공간으로 분출시켜주는 위치에 형성된 것을 특징으로 하는 차량 엔진의 레이저를 이용한 다중 점화 시스템. The sub-injection hole 22 "is formed at a position where the ignition flame formed in the sub-combustion chamber N is ejected to the side space of the main combustion chamber M while falling to the maximum in the path through which the laser beam L passes. Multiple ignition system using the laser of the vehicle engine, characterized in that. 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 레이저안내수단(20)의 레이저빔유입기(21)와 레이저빔가이더(22) 및 레이저빔수광기(23)가 동일한 수평선상에서 서로 일치되는 위치에 장착되어진 것을 특징으로 하는 차량 엔진의 레이저를 이용한 다중 점화 시스템.The laser beam injector 21, the laser beam guider 22, and the laser beam receiver 23 of the laser guiding means 20 are mounted at positions coinciding with each other on the same horizontal line. Multiple ignition system. 제 1항에 있어서, 상기 레이저빔가이더(22)에는 상기 레이저빔유입기(21)를 통해 조사된 레이저빔(L)의 두께를 줄여주도록 쐐기 형상의 분사공(22')이 형성되고, 상기 레이저빔(L)을 수광하는 상기 레이저빔수광기(23)에도 쐐기 형상의 수광공동(23')이 형성된 것을 특징으로 하는 차량 엔진의 레이저를 이용한 다중 점화 시스템.The wedge-shaped injection hole 22 'is formed in the laser beam guider 22 so as to reduce the thickness of the laser beam L irradiated through the laser beam introducer 21. Wedge-shaped light receiving cavity (23 ') is also formed in the laser beam receiver (23) for receiving a laser beam (L) multiple ignition system using a laser of a vehicle engine. 삭제delete
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