KR100953683B1 - Homogeneous Charge Compression Ignition Engine System with Burned Gas Generator - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 압축 착화 엔진 시스템은 압축착화 방식으로 점화되는 엔진과 상기 엔진에 연료 및 공기를 공급하는 흡기관과, 상기 흡기관에 연결 설치되어 상기 흡기관 내로 가열된 연소가스를 공급하는 연소가스 발생부, 및 상기 엔진에서 연소된 배기가스가 배출되는 배기관을 포함한다.The compression ignition engine system according to the present invention includes an engine that is ignited by a compression ignition method, an intake pipe for supplying fuel and air to the engine, and a combustion gas connected to the intake pipe to supply heated combustion gas into the intake pipe. It includes a generator and an exhaust pipe for exhausting the exhaust gas burned by the engine.

압축 착화, 연소가스 발생부, 촉매 담지체, 전기 히터 Compression Ignition, Combustion Gas Generator, Catalyst Carrier, Electric Heater

Description

연소가스 발생부를 갖는 압축착화 엔진 시스템{Homogeneous Charge Compression Ignition Engine System with Burned Gas Generator}Homogeneous Charge Compression Ignition Engine System with Burned Gas Generator

본 발명은 압축착화 엔진 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연소가스 발생부가 설치된 압축착화 엔진 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a compression ignition engine system, and more particularly, to a compression ignition engine system provided with a combustion gas generator.

내연기관의 연비 향상을 위하여 희박 한계를 넓히고 질소산화물(NOx) 등의 배출물을 획기적으로 줄이기 위한 기술로 여러 가지 기술들이 연구되고 있으나 가장 가능성 있는 기술로 예혼합 압축착화(HCCI; Homogeneous Charge Compression Ignition) 연소기술을 들 수 있다.In order to improve the fuel efficiency of internal combustion engines, various technologies are being researched as a technique for increasing the lean limit and reducing emissions such as nitrogen oxides (NOx), but the most promising technique is the Homogeneous Charge Compression Ignition (HCCI) Combustion technology.

예혼합 압축착화 연소기술은 연료의 자발화 특성을 이용하여 연료공기 혼합기를 점화플러그를 사용하지 않고 연소실 내에서 압축 착화시키는 기술이다. Premixed compression ignition combustion technology utilizes the self-ignition characteristics of the fuel to compress and ignite the fuel air mixer in the combustion chamber without using a spark plug.

연료 혼합기를 압축 착화시키기 위해서는 고온, 고압의 분위기가 조성되어야 하기 때문에 예혼합기를 예열하는 기술에 대한 연구와 내부 배기가스재순환(EGR)을 이용하는 기술에 대한 연구가 진행되고 있으며 또한 압축비를 높이는 방법도 고려되고 있다. 그러나 압축비를 높일 경우, 고출력 운전조건에서 펌핑손실 등의 원인으로 운전영역을 제한받기 때문에 가변 압축비를 갖는 엔진이 아닐 경우 적용하기 어려운 문제가 있다.In order to compress and ignite the fuel mixer, a high-temperature and high-pressure atmosphere must be established. Therefore, research on preheating the premixer and research on the use of internal exhaust gas recirculation (EGR) have been conducted. Is being considered. However, when the compression ratio is increased, it is difficult to apply it to an engine having a variable compression ratio because the operating range is limited due to a pumping loss or the like under high power operating conditions.

예혼합 압축 착화 연소의 가장 큰 문제점은 모든 영역에서 운전이 가능하지 않다는 점이다. 일반적으로 시동 초기나 전부하 영역에서는 전기 점화 등의 기존의 연소방식에 의존해야 하며 이를 제외한 일부 영역에서만 예혼합 압축착화 운전이 가능하다.The biggest problem with premixed compression ignition combustion is that it is not possible to operate in all areas. In general, pre-compression compression ignition operation is possible only in some areas except for the start-up or full-load area and the existing combustion method such as electric ignition.

따라서 예혼합 압축 착화 연소를 일반적으로 적용하기 위해서는 운전영역의 확장과 운전 조건에 따른 연소 방식의 전환 문제를 해결해야 한다.Therefore, in order to generally apply premixed compression ignition combustion, it is necessary to solve the problem of expansion of the operating range and switching of the combustion method according to the operating conditions.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 연소가스 발생부를 포함하는 압축착화 엔진 시스템을 제공함에 있다.The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, an object of the present invention to provide a compression ignition engine system including a combustion gas generating unit.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 압축착화 엔진 시스템은 압축착화 방식으로 점화되는 엔진과, 상기 엔진에 연료 및 공기를 공급하는 흡기관과, 상기 흡기관에 연결 설치되어 상기 흡기관 내로 가열된 연소가스를 공급하는 연소가스 발생부, 및 상기 엔진에서 연소된 배기가스가 배출되는 배기관을 포함할 수 있다.In order to achieve the above object, a compression ignition engine system according to an embodiment of the present invention is an engine that is ignited by compression ignition, an intake pipe for supplying fuel and air to the engine, and is connected to the intake pipe, It may include a combustion gas generating unit for supplying the combustion gas heated in the intake pipe, and the exhaust pipe discharged from the exhaust gas burned by the engine.

또한, 상기 연소가스 발생부는 표면에 산화 촉매층이 형성된 촉매 담지체를 포함할 수 있으며, 상기 촉매 담지체는 복수 개의 관통공을 구비할 수 있다.The combustion gas generating unit may include a catalyst carrier having an oxidation catalyst layer formed on a surface thereof, and the catalyst carrier may include a plurality of through holes.

또한, 상기 촉매 담지체는 세라믹 허니콤(ceramic honeycomb), 세라믹 비드(ceramic bead), 세라믹 폼(ceramic foam), 세라믹 섬유, 금속 폼, 금속 섬유, 금속 분말로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나로 이루어질 수 있다.In addition, the catalyst carrier may be made of any one selected from the group consisting of ceramic honeycomb, ceramic bead, ceramic foam, ceramic fiber, metal foam, metal fiber, and metal powder. have.

한편, 상기 연소가스 발생부는 연료 및 상기 촉매 담지체를 가열하는 전기 히터를 포함할 수 있으며, 상기 전기 히터는 코일 또는 양성온도소자(PTC; positive temperature coefficient)를 포함할 수 있다.The combustion gas generator may include an electric heater for heating fuel and the catalyst carrier, and the electric heater may include a coil or a positive temperature coefficient (PTC).

또한, 상기 연소가스 발생부는 외형을 이루는 하우징을 포함하고 하우징에는 산소를 포함하는 산화제 유입공과 연료 유입구가 형성될 수 있다. 그리고 상기 산화제 유입공에는 공기 유도관이 설치되고, 상기 공기 유도관은 상기 흡기관과 연통될 수 있다. 또한, 상기 흡기관에는 엔진으로 유입되는 공기의 양을 조절하는 스로틀 밸브가 설치되고, 상기 공기 유도관은 상기 스로틀 밸브의 앞쪽에 설치될 수 있다.In addition, the combustion gas generating unit includes a housing forming an outer shape, the housing may be formed with an oxidant inlet hole and a fuel inlet containing oxygen. An air induction pipe may be installed in the oxidant inlet hole, and the air induction pipe may communicate with the intake pipe. In addition, the intake pipe is provided with a throttle valve for adjusting the amount of air flowing into the engine, the air induction pipe may be installed in front of the throttle valve.

상기 산화제 유입공에는 공기 유도관이 설치되고, 상기 공기 유도관은 공기가 저장된 압축 공기 탱크와 연결될 수 있으며, 상기 산화제 유입공에는 공기 유도관이 설치되고, 상기 공기 유도관은 상기 배기관과 연결될 수 있다. An air induction pipe may be installed in the oxidant inlet, and the air induction pipe may be connected to a compressed air tank in which air is stored. have.

한편, 상기 연소가스 발생부는 플라즈마를 발생시킬 수 있도록 고압 전극과 접지 전극을 구비할 수 있으며, 상기 연소가스 발생부는 플라즈마에 의하여 가열된 연료를 연소시킬 수 있도록 점화기를 더 구비할 수 있다.The combustion gas generator may include a high voltage electrode and a ground electrode to generate plasma, and the combustion gas generator may further include an igniter to burn fuel heated by the plasma.

또한, 상기 연소가스 발생부는 연료를 증발시킬 수 있는 증발기를 구비할 수 있으며, 상기 연소가스 발생부는 상기 증발기에 의해 가열된 연료를 연소시킬 수 있도록 점화기를 더 구비할 수 있다.The combustion gas generator may further include an evaporator capable of evaporating fuel, and the combustion gas generator may further include an igniter to burn fuel heated by the evaporator.

본 발명의 실시예에 따른 압축착화 엔진 시스템은 엔진의 흡기계통으로 가열된 연소가스를 공급하여 엔진으로 유입되는 연료를 안정적으로 가열할 수 있다. 이에 따라 엔진 내부의 온도가 낮은 경우에도 압축착화를 용이하게 수행할 수 있다.Compression and ignition engine system according to an embodiment of the present invention can supply the combustion gas heated to the intake cylinder of the engine to stably heat the fuel flowing into the engine. Accordingly, compression ignition can be easily performed even when the temperature inside the engine is low.

그리고 본 발명의 일 실시예에 따른 압축 착화 엔진 시스템은 촉매 담지체와 전기 히터를 구비하여 전기 히터가 연료를 예열하고, 예열된 연료를 촉매 담지체가 산화시킬 수 있으므로 보다 안정적으로 연료를 연소시킬 수 있다.In addition, the compression ignition engine system according to an embodiment of the present invention includes a catalyst carrier and an electric heater, so that the electric heater may preheat the fuel, and the catalyst carrier may oxidize the preheated fuel, thereby more stably burning the fuel. have.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 압축 착화 엔진 시스템은 플라즈마를 이용하여 연료를 가열함으로써 오염이 적고, 고온 가열이 가능하여 고온의 연소가스 발생이 용이하다.In addition, the compression ignition engine system according to an embodiment of the present invention is less polluted by heating the fuel using a plasma, it is possible to heat the high temperature it is easy to generate a high temperature combustion gas.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 압축 착화 엔진 시스템은 증발기를 구비하여 연료를 보다 효율적으로 증발시키고 증발된 연료를 점화기를 통해 연소시킬 수 있다.In addition, the compression ignition engine system according to an embodiment of the present invention may include an evaporator to more efficiently evaporate fuel and burn the evaporated fuel through an igniter.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 본 명세서 및 도면에서 동일한 부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. Like reference numerals in the present specification and drawings denote like elements.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 압축착화 엔진 시스템을 도시한 구성도이다.1 is a block diagram showing a compression ignition engine system according to a first embodiment of the present invention.

도 1을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 엔진 시스템은 연료를 연소시켜 운동 에너지를 발생시키는 엔진(engine)(100)과 엔진(100)으로 연료 및 공기가 유입되는 통로를 제공하는 흡기관(145)과, 엔진(100)에 연결 설치되어 배기가스가 배출되는 통로를 제공하는 배기관(120)과, 흡기관(145)에 설치되어 연료를 분사하 는 연료 인젝터(injector)(141)와 흡기관(145)에 연결 설치되어 엔진(100)으로 가열된 연소가스를 공급하는 연소가스 발생부(150)를 포함한다.Referring to FIG. 1, an engine system according to the present embodiment includes an engine 100 that burns fuel to generate kinetic energy, and an intake pipe that provides a passage through which fuel and air flow into the engine 100. 145, an exhaust pipe 120 connected to the engine 100 to provide a passage through which exhaust gas is discharged, a fuel injector 141 installed at the intake pipe 145 to inject fuel, and And a combustion gas generator 150 connected to the intake pipe 145 and supplying the combustion gas heated to the engine 100.

본 실시예에서 엔진(100)이라 함은 연료를 연소시켜 기계적인 일을 하는 통상적인 내연기관을 말한다. 엔진(100)은 실린더실(110)과 실린더실(110) 내에 설치되어 왕복 운동하는 피스톤(112)과 피스톤(112)에 연결된 커넥팅 로드(114)와 플라이 휠(116)을 포함한다. 그리고 실린더실(110)의 상부에는 실린더 헤드(132)가 설치되는데, 실린더 헤드(132)에는 흡기와 배기를 조절하는 흡기 밸브(131)와 배기 밸브(135)가 설치된다.In this embodiment, the engine 100 refers to a conventional internal combustion engine that performs mechanical work by burning fuel. The engine 100 includes a cylinder chamber 110 and a piston rod reciprocating and installed in the cylinder chamber 110 and a connecting rod 114 and a flywheel 116 connected to the piston 112. In addition, a cylinder head 132 is installed at an upper portion of the cylinder chamber 110, and an intake valve 131 and an exhaust valve 135 for controlling intake and exhaust are installed at the cylinder head 132.

본 실시예에서는 연료로 가솔린 연료를 사용하는 엔진 시스템을 예로서 설명하나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 디젤 등의 연료가 적용될 수도 있다.In the present embodiment, an engine system using gasoline fuel as a fuel is described as an example, but the present invention is not limited thereto, and a fuel such as diesel may be applied.

흡기관(145)에는 연소에 필요한 공기를 정화시키는 공기 필터(147)가 설치되며, 공기 필터(147)의 후방(공기의 진행방향을 기준)에는 흡입되는 공기의 양을 조절하는 스로틀 밸브(143a)가 내부에 설치된 스로틀 바디(143)가 위치한다. 본 명세서에서는 공기 흐름을 기준으로 상류 쪽을 전방 또는 앞쪽이라 하고, 하류 쪽을 후방 또는 뒤쪽이라 한다.An air filter 147 is provided in the intake pipe 145 to purify the air necessary for combustion, and a throttle valve 143a for controlling the amount of air sucked in the rear of the air filter 147 (based on the air traveling direction). ) Is located inside the throttle body 143 is installed. In the present specification, the upstream side is referred to as the front side or the front side, and the downstream side is referred to as the rear side or the rear side based on the air flow.

일반적으로 가솔린용 예혼합 압축착화 엔진에서는 압축비가 디젤 엔진에 비해 낮기 때문에 순수한 압축행정만으로 연료를 압축착화하기가 어렵다. 따라서 연소 후 발생하는 고온의 배기가스를 배기 및 흡기 행정동안 실린더실(110) 내에 가두어 두거나 배기관(120)에서 다시 유입함으로써 배기가스가 갖는 에너지를 이용하여 예혼합 압축착화를 쉽게 한다. 그러나 시동 초기인 저속 저부하 조건에서는 배 기가스의 온도가 낮고, 부하가 큰 조건에서는 연료 및 공기의 소모가 크기 때문에 고온의 연소가스를 연소실에 가두기엔 사실상 불가능하기 때문에 예혼합 압축 착화를 실현하기가 어렵다.In general, in the gasoline premixed compression ignition engine, since the compression ratio is lower than that of the diesel engine, it is difficult to compress and ignite the fuel by pure compression stroke alone. Therefore, the high-temperature exhaust gas generated after combustion is confined in the cylinder chamber 110 during the exhaust and intake strokes or flowed back from the exhaust pipe 120 to facilitate premixed compression ignition by using the energy of the exhaust gas. However, it is difficult to realize premixed compression ignition because it is virtually impossible to trap hot combustion gases in the combustion chamber because the temperature of the exhaust gas is low at low speed and low load conditions at the beginning of the startup, and the consumption of fuel and air is high under high load conditions. it's difficult.

이러한 문제를 해결하기 위해서 본 엔진 시스템은 고온의 연소가스를 발생시키는 연소가스 발생부(150)를 포함한다. 연소가스 발생부(150)는 공기를 공급할 수 있도록 흡기관(145)과 연결된 공기 유도관(158)과 연소가스 발생부(150) 내로 연료를 공급하는 연료 주입기(156)와, 표면에 산화촉매가 도포되어 연료를 산화시키는 촉매 담지체(152), 및 촉매 담지체(152)와 인접하게 설치되어 촉매 담지체(152) 및 연료를 가열하는 전기 히터(154)를 포함한다.In order to solve such a problem, the present engine system includes a combustion gas generator 150 generating high temperature combustion gas. The combustion gas generating unit 150 includes an air induction pipe 158 connected to the intake pipe 145, a fuel injector 156 supplying fuel into the combustion gas generating unit 150, and an oxidation catalyst on the surface of the combustion gas generating unit 150. Is applied to oxidize the fuel to support the catalyst carrier 152, and the catalyst carrier 152 is installed adjacent to the catalyst carrier 152 and the electric heater 154 for heating the fuel.

공기 유도관(158)은 스로틀 바디(143)의 앞쪽에서 흡기관(145)과 연결된다. 스로틀 밸브(143a)에 의하여 공기의 흐름이 방해를 받으므로 스로틀 바디(143)의 앞쪽에는 상대적으로 큰 압력이 발생하는 바, 이에 따라 압력차를 이용하여 용이하게 공기를 연소가스 발생부(150)로 유입시킬 수 있다.The air guide pipe 158 is connected to the intake pipe 145 in front of the throttle body 143. Since the flow of air is disturbed by the throttle valve 143a, a relatively large pressure is generated in front of the throttle body 143. Accordingly, the combustion gas generator 150 easily generates air by using a pressure difference. Can be introduced into.

본 실시예에서는 공기 유도관(158)이 흡기관(145)에 연결된 것을 예로서 설명하지만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.In this embodiment, the air induction pipe 158 is connected to the intake pipe 145 as an example, but the present invention is not limited thereto.

따라서 도 2에 도시된 바와 같이 공기 유도관(158)은 별도의 공기 탱크(155)와 연결될 수 있으며, 이때 공기 탱크(155)는 압축 공기 탱크일 수 있다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같이 공기 유도관(158)은 배기관(120)에 연결될 수도 있다.Therefore, as shown in FIG. 2, the air induction pipe 158 may be connected to a separate air tank 155, where the air tank 155 may be a compressed air tank. In addition, as shown in FIG. 3, the air induction pipe 158 may be connected to the exhaust pipe 120.

도 4는 본 제1 실시예에 따른 연소가스 발생부를 도시한 절개 사시도이다. 도 4를 참조하여 연소가스 발생부에 대하여 보다 자세히 설명한다.4 is a cutaway perspective view illustrating a combustion gas generating unit according to the first embodiment. The combustion gas generating unit will be described in more detail with reference to FIG. 4.

연소가스 발생부(150)는 원통형상의 하우징(153)과 하우징(153)에 결합되어 하우징(153)의 바닥을 이루는 바닥판(157)을 포함하여 구성된다. 하우징(153)에는 연소가스를 흡기관(145) 내로 배출시키는 연소가스 배출공(153a)이 형성되며, 하우징(153)의 외주면에는 공기 유도관(158)과 연결되어 공기를 유입시키는 산화제 유입공(153b)이 형성된다. 그리고 바닥판(157)에는 연료가 유입되는 연료 유입공(157a)이 형성된다.The combustion gas generator 150 includes a cylindrical housing 153 and a bottom plate 157 coupled to the housing 153 to form a bottom of the housing 153. The housing 153 has a combustion gas discharge hole 153a for discharging the combustion gas into the intake pipe 145, and an oxidant inlet hole connected to the air induction pipe 158 to introduce air into the outer circumferential surface of the housing 153. 153b is formed. The bottom plate 157 is formed with a fuel inlet hole 157a through which fuel is introduced.

하우징(153)의 내에는 표면에 산화촉매가 도포된 촉매 담지체(152)가 설치되는데, 촉매 담지체(152)는 세라믹으로 이루어지며 육각형의 관통공(152a)이 연속적으로 형성된 허니콤(honeycomb) 타입으로 형성된다.In the housing 153, a catalyst carrier 152 having an oxide catalyst coated on the surface thereof is installed. The catalyst carrier 152 is made of ceramic, and a honeycomb in which hexagonal through holes 152a are continuously formed. ) Is formed into a type.

다만, 이러한 촉매 담지체(152)의 구조는 본 발명의 일 실시예에 불과하며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 따라서 촉매 담지체는 세라믹 비드(ceramic bead), 세라믹 폼(ceramic foam), 세라믹 섬유, 금속 폼, 금속 섬유, 금속 분말 등으로 이루어질 수도 있다.However, the structure of the catalyst carrier 152 is only one embodiment of the present invention, and the present invention is not limited thereto. Therefore, the catalyst carrier may be made of ceramic beads, ceramic foams, ceramic fibers, metal foams, metal fibers, metal powders, and the like.

촉매 담지체(152)는 연료가 관통공(152a)을 지날 때, 연료와 촉매가 반응하여 연료를 산화시키는 역할을 한다. 산화된 연료는 고온의 연소가스로 변화게 된다. 연료와 촉매가 잘 반응하기 위해서는 연료 및 촉매 담지체(152)의 온도가 높아야 한다. 이를 위해서 본 실시예에서는 촉매 담지체(152)와 인접하게 전기 히터(154)를 설치하여 전기 히터(154)가 촉매 담지체(152)와 연료를 가열하도록 한다.The catalyst carrier 152 serves to oxidize fuel by reacting the fuel with the catalyst when the fuel passes through the through hole 152a. The oxidized fuel is converted into hot combustion gases. In order for the fuel and catalyst to react well, the temperature of the fuel and catalyst carrier 152 must be high. To this end, in this embodiment, the electric heater 154 is installed adjacent to the catalyst carrier 152 so that the electric heater 154 heats the catalyst carrier 152 and the fuel.

전기 히터(154)는 하우징(153)의 내벽에 고정된 지지체(154a)와 지지 체(154a)에 연결된 코일(154b)을 포함한다. 전기 히터(154)는 하우징(153) 내로 유입된 공기 및 연료와 촉매 담지체(152)를 가열하여 연료가 안정적으로 산화될 수 있도록 한다.The electric heater 154 includes a support 154a fixed to the inner wall of the housing 153 and a coil 154b connected to the support 154a. The electric heater 154 heats the air and fuel introduced into the housing 153 and the catalyst carrier 152 to stably oxidize the fuel.

다만, 상기한 전기 히터 구조는 예시적인 것이며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 따라서 전기 히터(154)는 공기와 연료를 가열할 수 있는 양성온도소자(PTC; positive temperature coefficient) 등으로 이루어질 수도 있다.However, the above-described electric heater structure is exemplary, and the present invention is not limited thereto. Therefore, the electric heater 154 may be made of a positive temperature coefficient (PTC) or the like capable of heating air and fuel.

이와 같이 하우징(153) 내에 전기 히터(154)와 촉매 담지체(152)가 설치되면, 하우징(153)으로 유입된 연료는 전기 히터(154)에 의하여 1차적으로 가열되고, 촉매 담지체(152)에 의하여 산화되어 고온의 연소가스로 변화게 된다.As such, when the electric heater 154 and the catalyst carrier 152 are installed in the housing 153, the fuel introduced into the housing 153 is primarily heated by the electric heater 154 and the catalyst carrier 152. It is oxidized by) to change into hot combustion gas.

이러한 연소가스를 흡기관(145)으로 유입시키면 연소가스와 연료가 혼합되어 연료의 온도가 상승하고, 실린더실(110) 내에서 보다 용이하게 압축 착화될 수 있다.When the combustion gas is introduced into the intake pipe 145, the combustion gas and the fuel may be mixed to increase the temperature of the fuel, and may be more easily compressed and ignited in the cylinder chamber 110.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연소가스 발생부를 도시한 절개 사시도이다.5 is a cutaway perspective view illustrating a combustion gas generator according to a second exemplary embodiment of the present invention.

도 5를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 연소가스 발생부(250)는 외형을 이루는 하우징(253)과 하우징(253)에 결합된 바닥판(257)을 포함한다. 하우징(253)은 연소가스가 배출되는 연소가스 배출공(253a)과 연료가 유입되는 연료 유입공(253b)을 갖는다.Referring to FIG. 5, the combustion gas generator 250 according to the present exemplary embodiment includes a housing 253 forming an external shape and a bottom plate 257 coupled to the housing 253. The housing 253 has a combustion gas discharge hole 253a through which combustion gas is discharged and a fuel inlet hole 253b through which fuel is introduced.

그리고 바닥판(257)에는 높은 전압으로 대전된 고압 전극(254)이 절연체(256)를 매개로 끼워져 설치된다.In addition, a high voltage electrode 254 charged with a high voltage is inserted into the bottom plate 257 through the insulator 256.

연소가스 배출공(253a)의 둘레에는 접지 전극(258)이 설치되는데, 이에 따라 고압 전극(254)과 접지 전극(258) 사이에는 플라즈마가 발생하게 된다. 고압 전극(254)의 단부와 인접한 부분에는 플라즈마가 발생하는 영역으로 연료를 분사하는 연료 분사관(210)이 설치된다. 이에 따라 연료 분사관(210)을 통해서 하우징(253) 내로 유입된 연료는 플라즈마에 의하여 가열된다. A ground electrode 258 is installed around the combustion gas discharge hole 253a, whereby a plasma is generated between the high pressure electrode 254 and the ground electrode 258. A fuel injection pipe 210 for injecting fuel into a region where plasma is generated is provided at a portion adjacent to the end of the high voltage electrode 254. Accordingly, the fuel introduced into the housing 253 through the fuel injection pipe 210 is heated by the plasma.

또한, 연소가스 배출공(253a)과 인접한 부분에는 점화기(252)가 설치되는데, 점화기(252)는 플라즈마에 의하여 가열된 연료를 연소시키는 역할을 한다.In addition, an igniter 252 is installed at a portion adjacent to the combustion gas discharge hole 253a, and the igniter 252 serves to burn fuel heated by plasma.

이에 따라, 플라즈마에 의해 가열되고 점화기(252)에 의하여 연소된 연소가스가 흡기관(145) 내로 공급될 수 있으며, 연소가스가 연료와 혼합되어 연료의 온도를 상승시키게 된다.Accordingly, the combustion gas heated by the plasma and combusted by the igniter 252 may be supplied into the intake pipe 145, and the combustion gas is mixed with the fuel to raise the temperature of the fuel.

도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 연소가스 발생부를 도시한 절개 사시도이다. 6 is a cutaway perspective view illustrating a combustion gas generator according to a third exemplary embodiment of the present invention.

도 6을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 연소가스 발생부(350)는 하우징(353)과 하우징(353) 내에 설치된 증발기(360)를 포함한다.Referring to FIG. 6, the combustion gas generator 350 according to the present exemplary embodiment includes a housing 353 and an evaporator 360 installed in the housing 353.

하우징(353)은 연소가스가 배출되는 연소가스 배출공(353a)과 공기 유입구(353b)를 갖는다. 하우징(353)에는 하우징(353)의 바닥을 이루는 바닥판(357)이 설치되는데, 바닥판(357)에는 연료가 유입되는 연료 유입구(357a)가 설치된다.The housing 353 has a combustion gas discharge hole 353a through which the combustion gas is discharged and an air inlet 353b. The housing 353 is provided with a bottom plate 357 forming a bottom of the housing 353, and a fuel inlet 357a through which fuel flows is installed in the bottom plate 357.

증발기는 케이스(361)와 케이스 내에 설치되어 화염을 발생시키는 토치(363)를 구비하고, 케이스(361)의 상면에는 토치(363)에 의하여 가열된 공기가 하우징(353) 내로 배출될 수 있도록 통기공(361a)이 형성되어 있다.The evaporator includes a case 361 and a torch 363 installed in the case to generate a flame, and an upper surface of the case 361 is provided such that the air heated by the torch 363 can be discharged into the housing 353. Pores 361a are formed.

이에 따라 하우징(353)으로 유입된 연료는 증발기(360)에 의하여 직접적으로 가열되어 증발된다.Accordingly, the fuel introduced into the housing 353 is directly heated and evaporated by the evaporator 360.

연소가스 배출공(353a)과 인접한 부분에는 점화기(352)가 설치되는데, 점화기(352)는 증발된 연료를 연소시켜서 연소가스를 생성하는 역할을 한다.An igniter 352 is installed at a portion adjacent to the combustion gas discharge hole 353a, and the igniter 352 serves to generate combustion gas by burning the vaporized fuel.

이와 같이 연소가스 발생부에서 생성된 연소가스는 흡기관(145)으로 공급되는데, 흡기관(145)으로 공급된 연소가스는 연료와 함께 실린더실(110) 내로 유입된다. 이때, 연소가스는 연료의 온도를 상승시켜서 연료가 보다 용이하게 압축 착화되도록 한다.The combustion gas generated in the combustion gas generating unit as described above is supplied to the intake pipe 145, and the combustion gas supplied to the intake pipe 145 flows into the cylinder chamber 110 together with the fuel. At this time, the combustion gas increases the temperature of the fuel so that the fuel is more easily compressed and ignited.

이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 여기에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시할 수 있다.As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this, It can be variously modified and implemented in a claim, a detailed description of an invention, and the attached drawing.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 압축 착화 엔진 시스템을 도시한 개략적인 구성도이다.1 is a schematic diagram illustrating a compression ignition engine system according to a first embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 제1 실시예의 변형예에 따른 압축 착화 엔진 시스템을 도시한 개략적인 구성도이다.2 is a schematic diagram illustrating a compression ignition engine system according to a modification of the first embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 제1 실시예의 다른 변형예에 따른 압축 착화 엔진 시스템을 도시한 개략적인 구성도이다.3 is a schematic diagram illustrating a compression ignition engine system according to another modified example of the first embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연소가스 발생부를 도시한 절개 사시도이다.4 is a cutaway perspective view illustrating a combustion gas generator according to a first exemplary embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연소가스 발생부를 도시한 절개 사시도이다.5 is a cutaway perspective view illustrating a combustion gas generator according to a second exemplary embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 연소가스 발생부를 도시한 절개 사시도이다.6 is a cutaway perspective view illustrating a combustion gas generator according to a third exemplary embodiment of the present invention.

[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명][Explanation of symbols on the main parts of the drawings]

100: 엔진 110: 실린더실100: engine 110: cylinder chamber

120: 배기관 141: 연료 인젝터120: exhaust pipe 141: fuel injector

143: 스로틀 바디 143a: 스로틀 밸브143: throttle body 143a: throttle valve

145: 흡기관 150, 250, 350: 연소가스 발생부145: intake pipe 150, 250, 350: combustion gas generating unit

152: 촉매 담지체 154: 전기 히터152: catalyst carrier 154: electric heater

156: 연료 주입기 158: 공기 유도관156: fuel injector 158: air induction pipe

254: 고압 전극 258: 접지 전극254: high voltage electrode 258: ground electrode

360: 버너360: burner

Claims (17)

배기가스를 연료와 함께 엔진으로 공급하여 압축착화 방식으로 점화되는 가솔린용 예혼합 압축 착화 엔진 시스템에 있어서,In the pre-mixed compression ignition engine system for gasoline, the exhaust gas supplied to the engine with fuel and ignited by compression ignition, 압축착화 방식으로 점화되는 엔진;An engine ignited by compression ignition; 상기 엔진에 연료 및 공기를 공급하는 흡기관;An intake pipe for supplying fuel and air to the engine; 상기 흡기관에 연결 설치되어 상기 흡기관 내로 가열된 연소가스를 공급하는 연소가스 발생부; 및A combustion gas generator connected to the intake pipe and configured to supply a heated combustion gas into the intake pipe; And 상기 엔진에서 연소된 배기가스가 배출되는 배기관Exhaust pipe for exhaust gas exhausted from the engine 을 포함하며Including 상기 연소가스 발생부는 표면에 산화 촉매층이 형성된 촉매 담지체와 연료 및 상기 촉매 담지체를 가열하는 전기 히터를 포함하는 압축 착화 엔진 시스템.The combustion gas generating unit comprises a catalyst carrier having an oxidation catalyst layer formed on a surface and an electric heater for heating the fuel and the catalyst carrier. 삭제delete 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 촉매 담지체는 복수 개의 관통공을 갖는 압축 착화 엔진 시스템.The catalyst carrier is a compression ignition engine system having a plurality of through holes. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 촉매 담지체는 세라믹 허니콤(ceramic honeycomb)으로 이루어진 압축 착화 엔진 시스템.The catalyst support is a compression ignition engine system consisting of a ceramic honeycomb (ceramic honeycomb). 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 촉매 담지체는 세라믹 비드(ceramic bead), 세라믹 폼(ceramic foam), 세라믹 섬유, 금속 폼, 금속 섬유, 금속 분말로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나로 이루어진 압축 착화 엔진 시스템.The catalyst support is a compression ignition engine system comprising any one selected from the group consisting of ceramic beads, ceramic foam, ceramic fiber, metal foam, metal fiber, metal powder. 삭제delete 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 전기히터는 코일을 포함하는 압축 착화 엔진 시스템.The electric heater includes a coil ignition engine system. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 전기히터는 양성온도소자(PTC; positive temperature coefficient)를 포함하는 압축 착화 엔진 시스템.The electric heater is a compression ignition engine system including a positive temperature coefficient (PTC). 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 연소가스 발생부는 외형을 이루는 하우징을 포함하고 하우징에는 산소를 포함하는 산화제 유입공과 연료 유입구가 형성된 압축 착화 엔진 시스템.The combustion gas generating unit comprises a housing forming an external shape, the housing is a compression ignition engine system formed with an oxidant inlet hole and a fuel inlet containing oxygen. 제9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 산화제 유입공에는 공기 유도관이 연결 설치되고, 상기 공기 유도관은 상기 흡기관과 연통된 압축 착화 엔진 시스템.An air induction pipe is connected to the oxidant inlet, and the air induction pipe is in communication with the intake pipe. 제10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 흡기관에는 엔진으로 유입되는 공기의 양을 조절하는 스로틀 밸브가 설치되고,The intake pipe is provided with a throttle valve for adjusting the amount of air flowing into the engine, 상기 공기 유도관은 상기 스로틀 밸브의 앞쪽에 설치된 압축 착화 엔진 시스템.And the air induction pipe is installed in front of the throttle valve. 제9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 산화제 유입공에는 공기 유도관이 설치되고, 상기 공기 유도관은 공기가 저장된 압축 공기 탱크와 연결된 압축 착화 엔진 시스템.And an air induction pipe is installed in the oxidant inlet hole, and the air induction pipe is connected to a compressed air tank in which air is stored. 제9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 산화제 유입공에는 공기 유도관이 설치되고, 상기 공기 유도관은 상기 배기관과 연결된 압축 착화 엔진 시스템.And an air induction pipe is installed in the oxidant inlet hole, and the air induction pipe is connected to the exhaust pipe. 압축착화 방식으로 점화되는 엔진;An engine ignited by compression ignition; 상기 엔진에 연료 및 공기를 공급하는 흡기관;An intake pipe for supplying fuel and air to the engine; 상기 흡기관에 연결 설치되어 상기 흡기관 내로 가열된 연소가스를 공급하는 연소가스 발생부; 및A combustion gas generator connected to the intake pipe and configured to supply a heated combustion gas into the intake pipe; And 상기 엔진에서 연소된 배기가스가 배출되는 배기관Exhaust pipe for exhaust gas exhausted from the engine 을 포함하며,Including; 상기 연소가스 발생부는 플라즈마를 발생시킬 수 있도록 고압 전극과 접지 전극을 갖고,The combustion gas generating unit has a high voltage electrode and a ground electrode to generate a plasma, 상기 연소가스 발생부는 플라즈마에 의하여 가열된 연료를 연소시킬 수 있도록 점화기를 갖는 압축 착화 엔진 시스템.And the combustion gas generating unit has an igniter to combust fuel heated by plasma. 삭제delete 삭제delete 압축착화 방식으로 점화되는 엔진;An engine ignited by compression ignition; 상기 엔진에 연료 및 공기를 공급하는 흡기관;An intake pipe for supplying fuel and air to the engine; 상기 흡기관에 연결 설치되어 상기 흡기관 내로 가열된 연소가스를 공급하는 연소가스 발생부; 및A combustion gas generator connected to the intake pipe and configured to supply a heated combustion gas into the intake pipe; And 상기 엔진에서 연소된 배기가스가 배출되는 배기관Exhaust pipe for exhaust gas exhausted from the engine 을 포함하며,Including; 상기 연소가스 발생부는 증발기와 상기 증발기에 의해 가열된 연료를 연소시킬 수 있도록 점화기를 갖는 압축 착화 엔진 시스템.And the combustion gas generating unit has an igniter to combust an evaporator and fuel heated by the evaporator.
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