KR100937570B1 - 저온 시동성 향상을 위해 점화수단을 구비한 디젤엔진 - Google Patents

저온 시동성 향상을 위해 점화수단을 구비한 디젤엔진 Download PDF

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Abstract

저온 시동성 향상을 위해 점화수단을 구비한 디젤엔진을 제공한다. 상기 디젤엔진은 연료를 실린더 내에 직접 분사하여 연소시키는 직접분사식 디젤엔진에 있어서, 연료분사노즐과 일정 거리 이격된 실린더 헤드에, 엔진 시동시 상기 연료분사노즐을 통해 실린더 내부로 분사된 연료에 대한 불꽃 점화를 유도하기 위한 점화수단의 점화부가 상기 실린더 내부를 향하도록 설치됨을 구성의 요지로 하며, 점화보조를 위한 점화수단을 채택함에 의해서, 예열플러그 및 블록히터와 같은 예열장치 없이도 겨울철과 같은 저온환경에서의 엔진 초기 시동성을 확보할 수 있고, 초기 시동시 유해가스 발생량 또한 현저히 줄일 수 있는 이점이 있다.
직접분사 디젤엔진, 보조 점화, 점화수단, 스파크 플러그

Description

저온 시동성 향상을 위해 점화수단을 구비한 디젤엔진{Disel engine equipped Spark igniter}
본 발명은 피스톤과 실린더 사이에 연소실을 형성한 직접분사식 디젤엔진에 관한 것으로, 상세하게는 고압으로 압축된 혼합연료에 대한 보조점화를 통해 점화를 촉진함으로써, 저온환경에서의 초기 엔진 시동성을 확보할 수 있도록 한 저온 시동성 향상을 위해 점화수단을 구비한 디젤엔진에 관한 것이다.
디젤엔진은 실린더 안에 공기를 흡입·압축해서 고온·고압으로 하고, 여기에 액체연료를 분사하여 자연발화시킨 다음 피스톤을 작동시킴으로써 동력을 얻는 내연기관의 일종이다. 이러한 디젤엔진에 대한 시동은 가솔린 엔진의 플러그 점화방법과는 달리, 피스톤의 압축행정시 발생되는 실린더 내부의 압축된 힘에 의하여 기화 상태로 분사된 디젤 연료가 폭발함에 따른 연쇄적인 출력으로서 수행된다.
디젤엔진은 연소방식에 따라 크게 연료를 실린더 내에 직접 분사하여 연소시키는 직접분사식과 별도의 부연소실을 설치하여 이곳에 분사하여 연소시키는 간접 분사식으로 분류된다. 그 중 직접분사식 디젤엔진은 연소시 소음이 간접분사식에 비해 크지만 연비면에서는 매우 뛰어나 경제적인 이점을 가진다.
상기 직접분사식 디젤엔진은 구체적으로, 실린더 및 실린더 내부에 승강가능하게 설치된 피스톤을 포함한다. 피스톤 상부면에는 캐비티가 요입 형성되며, 실린더 형성을 위한 실린더 블록 위쪽에는 실린더 헤드가 조립된다. 그리고 실린더 헤드에는 상기 실린더와 피스톤에 의해 형성된 연소실로 연료를 제공하기 위한 연료분사노즐이 설치된다.
이처럼 구성된 디젤엔진은 보조점화 없어도 온도만 올라가면 발화가 진행될 수 있을 정도로 착화성이 좋은 경유를 연료로 사용함으로써 가솔린엔진과는 달리 별도의 점화수단 예컨대, 스파크 플러그가 요구되지 않는다. 하지만, 겨울철과 같이 저온환경의 영향을 받아 엔진이 냉각될 경우에 있어서의 디젤엔진의 시동은 최초 폭발, 즉 점화가 원만하지 못한 관계로 시동성이 떨어지는 단점이 있다.
위와 같은 시동성 불량 해소를 위해 종래 일반적인 디젤엔진의 경우, 시동전 연소실 내부의 공기온도를 점화에 유리한 온도까지 빠른 시간안에 도달될 수 있도록 보조하는 별도의 보조장치를 널리 채택하고 있다. 상기 보조장치는 예컨대, 예열플러그 및 블록히터일 수 있다.
이처럼, 보조장치를 채택하는 경우 저온환경에서의 초기 시동성은 어느 정도 개선가능하지만, 엔진 시동시와 엔진이 정상적인 운전상태에 도달하기 까지의 짧은 시간동안의 운전상태 불안정으로 인하여 유해가스의 과다배출 및 엔진의 운전상태 안정화 지연 등 저온 시동성 악화와 관련하여 여러 가지 문제가 발생하고 있으며, 상기와 같이 보조장치를 채택하고 있는 관계로 제품 가격 상승 및 엔진 전반에 걸쳐 구성이 복잡해지는 문제 또한 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 예열플러그 및 블록히터 없이도 겨울철과 같은 저온환경에서의 엔진 초기 시동불량을 해소할 수 있고, 초기 시동시 유해가스 발생량 또한 현저히 줄일 수 있는 저온 시동성 향상을 위해 점화수단을 구비한 디젤엔진을 제공하는 데에 있다.
상기 과제를 해결 하기 위한 수단으로서 본 발명은, 직접분사식 디젤엔진에 있어서, 연료분사노즐과 일정 거리 이격된 실린더 헤드에, 엔진 시동시 상기 연료분사노즐을 통해 실린더 내부로 분사된 연료에 대한 불꽃 점화를 유도하기 위한 점화수단의 점화부가 상기 실린더 내부를 향하도록 설치됨을 특징으로 저온 시동성 향상을 위해 점화수단을 구비한 디젤엔진을 제공한다.
바람직하게는, 본 발명에 적용된 상기 점화수단은 스파크 플러그이며, 피스톤 압축행정시 발생되는 연소실 상,하 방향으로의 선회유동인 텀블 상부와 하부 사이의 중간위치에서 점화가 진행될 수 있도록, 상기 텀블 상부에 위치하는 연료분사노즐로부터 연장된 축선을 향해 경사진 기울기를 가지면서 선단에 형성된 점화부가 상기 텀블의 상부와 하부 사이의 중간위치에 위치되도록 구성함이 바람직하다.
또한, 상기 점화수단은, 냉각수 온도가 일정 온도 이하로 내려갔을 경우에 수온 감지센서로부터 제공되는 작동신호에 의해서 작동되도록 구성함이 바람직하 다.
그리고, 상기 점화수단은 연료 공급을 제어하는 연료분사펌프의 기어 또는 기어축의 회전주기와 연계하여 그 작동시점이 결정될 수 있도록, 상기 기어 또는 기어축에 형성된 돌기와 전기적인 접촉관계를 가지는 접점 스위치를 포함하도록 구성함이 바람직하다.
상기한 본 발명에 의하면, 직접분사식 디젤엔진에 점화수단 예컨대, 스파크 플러그가 장착됨에 따라, 초기 시동시 저온환경에서의 디젤엔진 시동성 불량을 해소할 수 있으며, 엔진이 충분히 예열되지 않은 엔진 초기 구동상태에서의 불완전 연소에 따른 유해가스 발생을 효과적으로 저감시킬 수 있는 이점이 있다.
저온환경에서의 초기 시동성 개성을 위해 종래에는 예열플러그 또는 블록히터와 같은 고가의 보조장치가 요구되지만, 본 발명은 초기 시동성 확보를 위한 스파크 플러그의 적용으로 인하여 종래에서와 같은 고가의 보조장치 또한 불필요하게 되므로, 저온환경에서의 엔진 초기 시동성 확보뿐 아니라, 장치 제작에 소요되는 전반적인 제작경비 또한 절감시킬 수 있는 이점을 가지며, 보다 간단한 구성으로 원활한 시동성을 확보한 엔진 구현이 가능하다는 효과 또한 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 저온 시동성 향상을 위해 점화수단을 구비한 디젤엔진의 개략 구성도이며, 도 2는 도 1에 따른 본 발명의 요부를 확대 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명은 연료를 실린더 내에 직접 분사하여 연소시키는 직접분사식 디젤엔진에 관련된다. 본 발명과 관련된 직접분사식 디젤엔진은 실린더(10) 및 실린더(10) 내부에 승강가능하게 설치된 피스톤(12)을 포함한다. 상기 피스톤(12) 상부면에는 캐비티(120)가 요입 형성되며, 실린더(10) 형성을 위한 실린더 블록(11) 위쪽에는 실린더 헤드(14)가 조립된다. 그리고 상기 실린더 헤드(14)에는 상기 실린더(10)와 피스톤(12) 사이에 형성된 연소실(13)로 연료를 분사하기 위한 연료분사노즐(16)이 설치된다.
상기와 같은 디젤엔진은 보조점화 없어도 온도만 올라가면 발화가 진행될 수 있을 정도로 착화성이 좋은 경유를 연료로 사용하지만, 겨울철과 같이 저온환경의 영향을 받아 엔진이 냉각될 경우에 있어서는 연소실 내부 온도가 낮은 관계로 시동시 제공된 연료에 대한 자연점화가 원만하게 이루어지 못해 시동성이 떨어지는 단점이 있다.
이러한 문제를 해소하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 저온환경에서의 디젤엔진 시동성 향상을 위해 실린더 구체적으로는, 연소실(13) 내부로 분사된 연료에 대한 불꽃 점화를 유도하기 위한 점화수단(18)을 구비한다. 상기 점화수단(18)은 예컨대, 스파크 플러그일 수 있으며, 상기 실린더(10) 내부를 향하도록 상기 연료분사노즐(16)과 일정 거리 이격된 실린더 헤드(14)에 설치된다.
본 발명에 적용된 상기 점화수단(18)은 피스톤 압축행정시 발생되는 연소실 상,하 방향으로의 선회유동인 텀블 상부에 위치하는 연료분사노즐(16)로부터 연장된 축선을 향해 경사진 기울기를 가지면서 선단에 형성된 점화부(180)가 상기 텀블의 상부와 하부 사이의 중간위치에 위치토록 설치된다. 이처럼 압축공기에 의한 텀블의 상류와 하류 사이에 점화수단 구체적으로, 스파크 플러그의 점화부가 위치하면, 피스톤(12)이 상사점에 도달했을 때의 압축종료과 동시에 점화시 연소실 전반에 걸쳐 고르게 착화가 진행될 수 있으며, 텀블 방향에 따라 화염이 전파되는 것을 확실하게 생성시킬 수 있어서 보다 우수한 시동성을 확보할 수 있다.
여름철과 같은 온난환경의 경우에는 실린더 내부가 연료의 자연발화에 지장을 주지않을 정도로 충분한 예열상태를 유지할 수 있다. 때문에, 이러한 경우에도 점화수단(18)이 작동하면 불필요하게 에너지가 소모될 수 있다. 따라서 상기 점화수단(18)이 작동됨에 있어서는, 저온환경의 영향을 받아 냉각수 온도가 일정 온도 이하로 내려갔을 경우에만 수온 감지센서(미도시)가 냉각수 온도를 감지함에 따라 생성된 작동신호를 제공받아 작동될 수 있도록 구성함이 바람직하다.
엔진 시동후에도 엔진이 정상적인 운전상태에 도달하기 까지 짧은 시간이지만 운전상태 불안정으로 인하여 유해가스의 과다배출 및 엔진의 운전상태 안정화 지연 등 엔진 구동성 악화와 관련하여 여러 가지 문제가 발생될 수 있다. 따라서 상기 점화수단(18)에 의한 보조점화는 엔진이 정상적인 구동상태를 유지하기까지 즉, 냉각수 온도가 적정수준에 이르기 까지 수행되도록 함으로써, 시동 초기 불완 전 연소를 해소할 수 있도록 함이 바람직하다.
정상적인 엔진 구동상태를 유지하기 까지 보조점화가 수행됨에 있어서의 상기 점화수단(18)에 의한 점화시기는, 도시하지 않았으나 연료 공급을 제어하는 연료분사펌프의 기어 또는 기어축에 형성된 돌기와 전기적인 접촉관계를 가지는 접점 스위치(미도시)에 의한 스위칭 신호에 의해 점화가 수행될 수 있다. 이 경우, 연료분사량 및 분사시기를 제어하는 상기 연료분사펌프의 기어 또는 기어축의 회전주기와 연계하여 점화시기가 결정되므로, 보다 안정적인 연소가 진행될 수 있고, 결과적으로는 시동 초기 불완전 연소에 의한 출력저하 및 유해가스의 발생을 현저히 줄일 수 있다.
상기한 본 발명의 실시예에 따르면, 직접분사식 디젤엔진에 점화수단(18) 예컨대, 스파크 플러그가 장착되며, 점화수단(18)은 엔진 시동시 및 시동직후 일정 시간동안 작동하여 불안정한 상황에서의 원활한 연소를 보조한다. 결과적으로, 엔진이 충분히 예열되지 않은 저온환경에서의 엔진 초기 시동성 불량 및 엔진 초기 구동상태에서의 불완전 연소에 따른 유해가스 발생을 효과적으로 저감시킬 수 있다.
저온환경에서의 초기 시동성 개성을 위해 종래에는 예열플러그 또는 블록히터와 같은 고가의 보조장치가 요구된다. 그러나 본 발명은 초기 시동성 확보를 위한 스파크 플러그의 적용으로 인하여 종래에서와 같은 고가의 보조장치 또한 불필요하게 된다. 따라서 저온환경에서의 엔진 초기 시동성 확보뿐 아니라, 장치 제작에 소요되는 전반적인 제작경비 또한 절감시킬 수 있는 이점을 가지며, 보다 간단 한 구성만으로 원활한 시동성을 확보한 엔진 구현을 가능하게 한다.
이상에서 본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구의 범위에 의해 마련되는 본 발명의 기술적 사상이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있음을 밝혀두고자 한다.
도 1은 본 발명에 따른 저온 시동성 향상을 위해 점화수단을 구비한 디젤엔진의 개략 구성도.
도 2는 도 1에 따른 본 발명의 요부를 확대 도시한 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호설명>
10...실린더 11...실린더 블록
12...피스톤 13...연소실
14...실린더 헤드 16...연료분사노즐
18...점화수단

Claims (5)

  1. 연료를 실린더 내에 직접 분사하여 연소시키는 직접분사식 디젤엔진에 있어서,
    연료분사노즐과 일정 거리 이격된 실린더 헤드에, 엔진 시동시 및 시동 직후 정상회전에 도달하기까지 상기 연료분사노즐을 통해 실린더 내부로 분사된 연료에 대한 불꽃 점화를 유도하는 점화수단의 점화부가 상기 실린더 내부를 향하도록 설치되며,
    상기 점화수단은 스파크 플러그인 것을 특징으로 하며,피스톤 압축행정시 발생되는 연소실 상,하 방향으로의 선회유동인 텀블 상부와 하부 사이의 중간위치에서 점화가 진행될 수 있도록, 상기 텀블 상부에 위치하는 연료분사노즐로부터 연장된 축선을 향해 경사진 기울기를 가지면서 선단에 형성된 점화부가 상기 텀블의 상부와 하부 사이의 중간위치에 위치하도록 구성되며,냉각수 온도가 일정 온도 이하로 내려갔을 경우에 수온 감지센서로부터 제공되는 작동신호에 의해서 작동됨을 특징으로 하는 저온 시동성 향상을 위해 점화수단을 구비한 디젤엔진.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 점화수단은,
    연료 공급을 제어하는 연료분사펌프의 기어 또는 기어축에 형성된 돌기와 전기적인 접촉관계를 가지는 접점 스위치를 포함하며, 상기 기어 또는 기어축의 회전주기와 연계하여 그 작동시점이 결정토록 구성됨을 특징으로 하는 저온 시동성 향상을 위해 점화수단을 구비한 디젤엔진.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS58202378A (ja) 1982-05-20 1983-11-25 Nissan Motor Co Ltd デイ−ゼルエンジン始動用点火プラグ
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