KR101359149B1 - 가스엔진용 프리챔버 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스엔진용 프리챔버에 관한 것으로, 가스엔진용 프리챔버의 스파크플러그를 감싸고 있는 워터자켓의 스파크플러그를 회전하는 냉각수홀을 형성함으로써 스파크플러그와 가까운 곳에서 냉각을 함으로써 냉각효율을 높이고, 프리챔버의 체크밸브 삽입홀의 중간에서 실린더 헤드까지 드레인 홀을 형성하여 체크밸브에서 샐 수 있는 미세한 양의 가스를 밖으로 배출할 수 있도록 하고, 가스엔진용 프리챔버의 분사홀을 경사지게 형성하고 분출구는 외부를 향하도록 설치함으로써 화염의 양과 그 유동성을 최적화시킬 수 있도록 하고, 체크밸브로부터 예연소실로 가스를 공급하는 가스공급부의 방향을 체크밸브의 방향과 수직으로 형성하고, 예연소실의 점화플러그와 마주보도록 형성함으로써 예연소실 내부에서 점화가 잘 이루어지도록 하고, 예연소실의 중단부의 지름을 크게 함으로써 내부의 체적은 유지하되 수직 거리는 줄여 화염의 속도를 증가 시키도록 하고, 늘어나 지름으로 인해 내부면 경사가 완만해짐으로써 혼합기의 유동이 원활히 이루어질 수 있도록 하고, 가스엔진용 프리챔버의 예연소실을 감싸는 팁의 외곽에 가스켓을 씌워 주연소실에서 연소되면서 발생한 연소가스가 프리챔버 팁과 실린더 헤드 접촉부 사이로 새어나감을 방지하도록 하는 가스엔진용 프리챔버를 제공하는 것을 그 기술적 요지로 한다.

가스엔진, 프리챔버, 냉각수홀, 드레인홀, 가스켓, 분사홀, 예연소실, 가스공급부

Description

가스엔진용 프리챔버{Pre-chamber for gas engine}

본 발명은 가스 엔진용 프리챔버에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스파크 플러그와 체크밸브가 위치한 예연소실 상단 면에서 부터 주 연소실 사이의 거리를 줄여 연소속도를 증가시키고, 일반적인 프리챔버 내부의 형상과 달리 본 발명은 예연소실 안의 내부 면을 완만하게 하여 혼합기의 유동이 원활할 수 있도록 하고, 프리챔버 워터자켓 내부에는 냉각수가 통과할 수 있도록 하여 고온의 예연소실에 직접적으로 노출되어지는 스파크 플러그와 체크밸브의 냉각을 용이하게 하여 부품의 내구성을 높이도록 하는 가스엔진용 프리챔버에 관한 것이다.

일반적으로 가스엔진용 프리챔버는 희박 연소(lean burn) 가스엔진에서 실린더 내부의 희박한 혼합기(gas-air mixture)와 체크밸브(check valve)를 통해 유입되는 농후한 가스(rich gas)가 프리챔버에서 섞여 스파크 플러그(spark plug)에 의해 안정적인 점화가 이루어질 수 있게 한다.

점화 뒤 연소가 이루어지면 그 화염이 프리챔버의 분사홀을 통하여 주 연소 실로 전파시킬 수 있도록 한다.

그러나, 일반적인 가스엔진용 프리챔버의 냉각방식은 스파크플러그를 감싸고 있는 워터자켓 외부에 냉각수가 흘러 냉각시키기 때문에 스파크 플러그에 대한 냉각효율이 적었다.

또한, 일반적인 가스엔진용 프리챔버에서 체크밸브를 설치함으로써 미세한 양의 가스가 체크밸브를 통해 새어나갈 수 있기 때문에 가스 엔진의 안전상의 심각한 문제점을 야기 시킬 수 있다.

또한, 일반적인 가스엔진용 프리챔버의 체크밸브로부터 공급되는 가스공급부의 방향과 스파크플러그의 위치가 잘 맞지 않아 체크밸브로부터 공급된 가스가 스파크플러그 주위에 머물러 있지 않아서 점화를 불안정하게 하는 문제점이 있다.

또한, 일반적인 가스엔진용 프리챔버의 예연소실은 상단의 지름은 크고 하단으로 내려갈수록 지름이 작아지도록 하는 형상으로, 내부의 면이 경사지도록 되어 있어 혼합기의 유동이 원활하지 못한 문제점이 있다.

또한, 일반적인 가스엔진용 프리챔버는 실린더헤드와 프리챔버 사이에 틈이 생길 수 있으며 이를 통해 주연소실에서 연소되면서 발생한 연소가스가 프리챔버 팁과 실린더 헤드 접촉부 사이로 새어나갈 수 있는 문제점이 있다.

본 발명은 이와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로, 가스엔진용 프리챔버의 스파크플러그를 감싸고 있는 워터자켓의 스파크플러그를 회전하는 냉각수 홀을 형성함으로써 스파크플러그와 가까운 곳에서 냉각을 함으로써 냉각효율을 높이고, 프리챔버의 체크밸브 삽입홀의 중간에서 실린더 헤드로 연통되는 드레인 홀을 형성하여 체크밸브에서 샐 수 있는 미세한 양의 가스를 밖으로 배출할 수 있도록 하고, 가스엔진용 프리챔버의 분사홀을 경사지게 형성하고 분출구는 외부를 향하도록 설치함으로써 화염의 양과 그 유동성을 최적화시킬 수 있도록 하고, 체크밸브로부터 예연소실로 가스를 공급하는 가스공급부의 방향을 체크밸브의 방향과 수직으로 형성하고, 예연소실의 점화플러그와 마주보도록 형성함으로써 예연소실 내부에서 점화가 잘 이루어지도록 하고, 예연소실의 중단부의 지름을 크게 함으로써 내부의 체적은 유지하되 수직 거리는 줄여 화염의 속도를 증가 시키도록 하고, 늘어나 지름으로 인해 내부면 경사가 완만해짐으로써 혼합기의 유동이 원활히 이루어질 수 있도록 하고, 가스엔진용 프리챔버의 예연소실을 감싸는 팁의 외곽에 가스켓을 씌워 연소가스가 주연소실에서 발생한 연소가스가 프리챔버 팁과 실린더 헤드 접촉부 사이로 새어나가는 현상을 방지하도록 하는 가스엔진용 프리챔버를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 엔진의 실린더의 상부에 위치하도록 배치된 긴 몸체의 형태를 하고 나란히 배치된 체크밸브 및 스파크 플러그와, 연료 가스를 체크밸브로 주입하기 위한 가스 주입부와, 체크밸브를 통해 가스를 예연소실로 공급하기 위한 가스 공급부를 포함하는 몸체부; 상기 몸체부와 축방향으로 연결되며 외부를 감싸는 팁을 구비하는 예연소실; 상기 몸체부와 예연소실의 팁 사이에 연결되는 워터자켓; 상기 스파크플러그에 의해 예연소실에서 점화되어 폭발한 화염을 주연소실로 공급하기 위해 단부에 배치된 분사홀을 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 워터자켓은 스파크플러그의 스파크부 둘레에 형성되도록 하는 냉각수홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 몸체부는 프리챔버의 체크밸브 삽입홀의 중간에서 실린더 헤드까지 드레인 홀을 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 분사홀은 상기 스파크플러그에 의해 예연소실에서 점화되어 폭발한 화염을 주연소실로 공급하기 위해 단부에 배치되며, 분사구가 외부 하단을 향하고 상하 경사지도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 분사홀은 적어도 2개 이상의 다수개를 원형으로 설치하도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가스 공급부는 체크밸브의 공급방향과 수직으로 형성되어 예연소실 내부의 스파크플러그와 마주보도록 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 예연소실은 상단부에서 중단부까지의 지름이 일정하고, 중단부에 서 하단부까지의 지름은 점점 작아지도록 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 예연소실이 형성된 팁에 씌워지는 가스켓을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 기존의 프리챔버는 가스공급부가 체크밸브와 같은 방향을 하거나 약간의 경사를 가지고 예연소실로 가스를 공급하도록 하는 반면, 본 발명은 체크밸브의 공급방향과 수직으로 가스공급부를 형성하여 예연소실 내부에 스파크플러그와 마주보도록 함으로써 보다 안정적인 점화가 이루어질 수 있도록 한다.

또한, 프리챔버의 체크밸브 삽입홀의 중간에서 몸체부 상단까지 드레인홀을 형성함으로써 체크밸브에서 샐 수 있는 미세한 양의 가스를 밖으로 배출함으로써 가스 엔진의 안전상의 심각한 문제점을 방지할 수 있도록 한다.

또한, 예연소실의 내부의 구조를 변경하는 것으로, 예연소실의 상단부에서 중단부까지 지름이 일정하도록 형성하고, 중단부에서 하단부까지는 지름을 서서히 줄어들도록 형상을 형성함으로써 체적을 유지하면서 내부의 체적은 유지하되 수직 거리는 줄여 화염의 속도를 증가 시키도록 하고, 늘어나 지름으로 인해 혼합기의 유동을 원활하게 할 수 있도록 한다.

또한, 기존의 프리챔버는 예연소실의 연소가스를 외부로 새어나가지 않도록 하기 위하여 팁을 구비하여 가스의 새어나감을 막았지만, 본 발명은 팁의 외곽을 감싸는 가스켓을 추가로 더 설치함으로써 연소가스의 새어나감을 완전히 차단할 수 있도록 한다.

또한, 기존의 프리챔버는 스파크플러그를 냉각시키기 위하여 워터자켓을 주변에 설치하고 워터자켓 외부로 흐르는 냉각수에 의해 워터자켓이 냉각되어 스파크플러그를 냉각하도록 하였으나, 본 발명은 워터자켓의 내부에 냉각수가 흐를 수 있는 냉각수 홀을 형성함으로써 스파크플러그와 조금 더 가까운 곳에 냉각수를 흐르도록 하여 고온에 직접적으로 접촉되어지는 스파크플러그와 체크밸브의 냉각을 용이하게 하여 부품의 내구성을 높일 수 있도록 한다.

또한, 프리챔버에서 예연소실에서 연소된 연소가스를 엔진의 실린더로 공급하도록 하는 분사홀을 끝단부에 다수개 설치하되, 예연소실의 끝단을 중심으로 바깥쪽을 향하도록 원형으로 설치하고, 분사홀을 상하 경사지도록 하여 화염의 유동과 그 양이 최적화되도록 하는 매우 유용한 발명인 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명인 가스엔진용 프리챔버의 내부 단면도를 나타낸 것이다.

상기 도면에서 보는 바와 같이 본 발명은 프리챔버의 몸체를 형성하며 스파크플러그와 체크밸브를 포함하며 가스주입부 및 가스공급부가 형성되어 있는 몸체부와, 가스를 점화시켜 연소시키는 예연소실과, 스파크플러그를 냉각시키도록 하는 워터자켓과, 예연소실에서 폭발한 화염을 주연소실로 전파하기 위한 분사홀을 포함한다.

상기 몸체부는 프리챔버의 주 몸체를 형성하며 상하로 긴 형태를 하고 있다. 상기 몸체부에는 나란히 체크밸브와 스파크플러그를 포함하고 있다.

상기 체크밸브는 주기적으로 연료를 예연소실로 공급하도록 하는 것이고, 스파크플러그는 상기 체크밸브를 통하여 공급되는 연료에 스파크를 가하여 연소에 의한 폭발이 이루어지도록 하는 것이다.

한편, 상기 몸체부에는 체크밸브로 가스를 주입하기 위한 가스주입부가 측면에 형성되어 있으며, 체크밸브의 끝단과 예연소실을 연결하는 가스공급부가 형성되어 있다.

상기 가스공급부는 체크밸브의 공급방향과 수직으로 형성하여 예연소실 내부의 스파크플러그와 마주보도록 형성함으로써 보다 안정적인 점화가 이루어질 수 있도록 한다.

또한, 프리챔버의 채크밸브 삽입홀의 중간에서 실린더 헤드까지 드레인 홀을 형성함으로써 체크밸브에서 샐 수 있는 미세한 양의 가스를 밖으로 배출할 수 있도록 한다.

상기 예연소실은 몸체부와 축방향으로 연결되며, 스파크플러그의 스파크부가 예연소실 내부로 삽입되어 있으며, 가스공급부를 통하여 연료가스가 공급된다. 상기 스파크플러그는 주기적으로 스파크부에서 스파크를 일으키며 가스가 공급되어 있는 경우 순간적인 연소를 하도록 하여 폭발이 이루어지도록 한다.

한편, 상기 예연소실은 외부를 감싸도록 하는 팁을 구비하여 가스가 외부로 새어나가지 않도록 한다.

또한, 예연소실의 내부는 상단부에서 중단부까지의 지름이 일정하고, 중단부에서 하단부까지의 지름은 점점 작아지도록 형성됨으로서 내부의 체적은 유지하되 수직 거리는 줄여 화염의 속도를 증가 시키도록 하고, 늘어나 지름으로 인해 내면의 경사가 완만하게 형성되도록 함으로써 혼합기의 유동이 원활할 수 있도록 한다.

또한, 상기 예연소실을 감싸고 있는 팁을 감싸는 가스켓을 추가로 설치함으로써 주연소실로부터 연소가스의 새어나감을 완전히 막을 수 있도록 한다.

상기 워터자켓은 고온의 열을 예연소실로부터 직접적으로 받는 스파크플러그를 냉각시키도록 하는 것으로, 몸체부와 예연소실 사이에 연결되어 있으며 스파크플러그와 체크밸브를 감싸도록 결합되어 있다.

한편, 상기 워터자켓에는 스파크플러그를 둘러싸도록 냉각수 홀이 형성되어 있다. 상기 냉각수 홀에는 냉각수가 직접 흐르도록 하여 스파크플러그 및 체크밸브를 보다 빠르게 냉각시킬 수 있도록 한다.

상기 냉각수 홀은 2개 이상 형성함으로써 워터자켓의 냉각기능을 더욱 빠르고 용이하게 할 수 있도록 한다.

상기 분사홀은 예연소실에서 폭발한 화염을 주연소실로 공급하도록 하는 것으로, 예연소실의 끝단부에 형성되어 있다.

상기 분사홀은 분사구가 외부 하단을 향하고 상하 경사지도록 형성되며, 적어도 2개 이상의 다수개가 원형을 이루어 설치되도록 한다.

이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 특징은 프리챔버에서 체크밸브로부터 예연소실로 가스를 공급하는 가스공급부의 방향을 체크밸브의 방향과 수직으로 형성하고, 예연소실의 점화플러그와 마주보도록 형성함으로써 예연소실 내부에서 점화가 잘 이루어지도록 하는 것이다.

또한, 프리챔버의 채크밸브 삽입홀의 중간에서 실린더 헤드까지 드레인 홀을 형성함으로써 체크밸브에서 샐 수 있는 미세한 양의 가스를 밖으로 배출함으로써 가스 엔진의 안전상의 심각한 문제점을 방지할 수 있도록 하는 것이다.

또한, 예연소실의 내부의 구조를 변경하는 것으로, 예연소실의 상단부에서 중단부까지 지름이 일정하도록 형성하고, 중단부에서 하단부까지는 지름을 서서히 줄어들도록 형상을 형성함으로써 체적을 유지하면서 연소속도를 증가시키고, 혼합기의 유동을 원활하게 할 수 있도록 하는 것이다.

또한, 주연소실에서 연소되면서 발생한 연소가스가 프리챔버 팁과 실린더 헤드 접촉부 사이로 새어나감을 방지하기 위하여 예연소실을 감싸고 있는 팁의 외곽을 가스켓을 사용하여 씌움으로써 완벽하게 연소가스의 새어나감을 방지할 수 있도록 하는 것이다.

또한, 프리챔버에서 스파크플러그와 체크밸브를 냉각시키도록 하는 워터자켓의 내부에 다른 냉각수홀을 더 형성함으로써 스파크플러그와 조금 더 가까운 곳에 냉각수를 흐르도록 함으로써 고온에 직접적으로 노출되어지는 스파크플러그와 체크밸브의 냉각을 용이하게 하여 부품의 내구성을 높일 수 있도록 하는 것이다.

또한, 프리챔버에서 예연소실에서 연소된 연소가스를 엔진의 실린더로 공급하도록 하는 분사홀을 끝단부에 다수개 설치하되, 예연소실의 끝단을 중심으로 바깥쪽을 향하도록 원형으로 설치하고, 분사홀을 상하 경사지도록 하여 화염의 유동과 그 양이 최적화되도록 하는 것이다.

상술한 실시 예는 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.

도 1 은 본 발명인 가스엔진용 프리챔버의 내부 구성을 나타낸 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10: 냉각수

100: 몸체부

110: 스파크플러그

120: 체크밸브

130: 가스공급부

140: 가스주입부

150: 팁

160: 드레인홀

200: 예연소실

300: 워터자켓

310: 냉각수홀

400: 분사홀

500: 가스켓

Claims (8)

1. 엔진의 실린더의 상부에 위치하도록 배치된 긴 몸체의 형태를 하고 나란히 배치된 체크밸브 및 스파크플러그와, 연료 가스를 체크밸브로 주입하기 위한 가스 주입부와, 체크밸브를 통해 가스를 예연소실로 공급하기 위한 가스공급부를 포함하는 몸체부; 상기 몸체부와 축방향으로 연결되며 외부를 감싸는 팁을 구비하는 예연소실; 상기 몸체부와 예연소실의 팁 사이에 연결되는 워터자켓; 상기 스파크플러그에 의해 예연소실에서 점화되어 폭발한 화염을 엔진의 실린더로 공급하기 위해 단부에 배치된 분사홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스엔진용 프리챔버.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 워터자켓은 스파크플러그의 스파크부 둘레에 형성되도록 하는 냉각수홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가스엔진용 프리챔버.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 몸체부는 프리챔버의 체크밸브 삽입홀의 중간에서 실린더헤드까지 드레인 홀을 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가스엔진용 프리챔버.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 분사홀은 상기 스파크플러그에 의해 예연소실에서 점화되어 폭발한 화염을 엔진의 주연소실로 공급하기 위해 단부에 배치되며, 분사구가 외부 하단을 향하고 상하 경사지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 가스엔진용 프리챔버.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 분사홀은 적어도 2개 이상의 다수개를 원형으로 설치하도록 하는 것을 특징으로 하는 가스엔진용 프리챔버.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 가스공급부는 체크밸브의 공급방향과 수직으로 형성되어 예연소실 내부의 스파크플러그와 마주보도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가스엔진용 프리챔버.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 예연소실은 상단부에서 중단부까지의 지름이 일정하고, 중단부에서 하단부까지의 지름은 점점 작아지도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가스엔진용 프리챔버.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 몸체부 중 예연소실을 감싸는 부분에 씌워지는 가스켓을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스엔진용 프리챔버.

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