KR101776726B1 - 차량용 엔진 - Google Patents

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Abstract

차량용 엔진이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 차량용 엔진은 실린더 블록; 상기 실린더 블록의 상부에 장착되며, 내부에 연소실을 형성하는 실린더 헤드; 상기 연소실을 압축하거나 팽창시키도록 상기 실린더 블록에 왕복 운동하도록 장착되는 피스톤; 상기 실린더 헤드에 장착되며, 상기 연소실로 연료를 분사하는 인젝터; 및 상기 실린더 헤드에 장착되며, 상기 인젝터에서 분사된 연료를 점화시키는 점화플러그를 포함하되, 상기 피스톤의 압축 행정 시, 발생된 압력에 의해 전압을 발생시키도록 상기 피스톤의 내부에 장착되는 전압 발생부재를 더 포함할 수 있다.

Description

차량용 엔진{ENGINE FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 엔진에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가솔린 직분사 방식이 적용된 차량에서 연소실 내부와 피스톤에 연료 미립자의 흡착을 방지하고, 이상연소를 방지하도록 하는 차량용 엔진에 관한 것이다.
일반적으로 내연 기관, 특히 4행정 사이클 기관의 엔진은 각각의 연소실에서 흡입, 압축, 팽창, 배기 행정을 통해 구동력을 얻게 된다. 이러한 엔진은 연료의 연소에 의하여 발생되는 열에너지를 운동에너지로 전환하여 동력을 발생시킨다.
여기서, 엔진은 실린더 블록에 실린더 헤드를 결합시켜 연소실을 형성하고, 상기 연소실을 압축하거나 팽창시켜 연소실의 용적을 가변시키기 위해 상기 실린더 블록에 피스톤이 왕복 운동을 할 수 있도록 설치된다.
상기 실린더 헤드에는 상기 연소실로 공기를 유입시키기 위한 흡기포트와, 상기 연소실에서 연소된 배기가스를 배출시키는 배기포트가 각각 형성되고, 상기 흡기포트를 개폐하는 흡기밸브 및 상기 배기포트를 개폐하는 배기밸브가 상기 실린더 헤드에 설치된다.
상기 흡기포트와 인접하여 상기 실린더 헤드에는 상기 연소실로 연료를 분사하는 인젝터가 설치되고, 상기 인젝터에 의해 분사된 연료에 불꽃을 점화시키는 스파크 플러그도 상기 실린더 헤드에 설치된다.
최근에는 연소실 내로 가솔린 연료를 직접 분사하는 가솔린 직분사(GDI) 엔진이 연구되고 있고, 이러한 가솔린 직분사 엔진은 희박한 공연비로 작동되어 연료소모가 적고, 흡입효율이 향상되어 출력은 높다.
가솔린 직분사 엔진은 통상적인 가솔린 엔진보다 높은 압축비를 구현할 수 있고, 출력을 극대화 할 수 있다.
그러나, 상기와 같이 가솔린 직분사 엔진에서는 연소실로 분사된 가솔린이 연료 미립자가 연소실의 내벽, 피스톤, 및 점화 플러그에 흡착되어 모두 연소되지 못하는 이상연소 현상이 발생되는 문제점이 있다.
또한, 연료 미립자의 흡착은 연소실, 피스톤, 및 점화 플러그의 손상 유발 및 탄소 적층물을 발생시키고, 시동 지연과 함께 추가 연료분사를 유도함에 따라, 엔진의 전체적인 내구성 및 연비를 저하시키는 문제점도 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 가솔린 직분사 방식이 적용된 차량에서 연소실의 내부에 전자기장을 형성하여 이상연소를 방지하고, 연소실 내부와 피스톤에 연료 미립자의 흡착을 방지함으로써, 전체적인 내구성을 향상시키고 연비를 저감시키도록 하는 차량용 엔진을 제공하고자 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 차량용 엔진은 실린더 블록; 상기 실린더 블록의 상부에 장착되며, 내부에 연소실을 형성하는 실린더 헤드; 상기 연소실을 압축하거나 팽창시키도록 상기 실린더 블록에 왕복 운동하도록 장착되는 피스톤; 상기 실린더 헤드에 장착되며, 상기 연소실로 연료를 분사하는 인젝터; 및 상기 실린더 헤드에 장착되며, 상기 인젝터에서 분사된 연료를 점화시키는 점화플러그를 포함하되, 상기 피스톤의 압축 행정 시, 발생된 압력에 의해 전압을 발생시키도록 상기 피스톤의 내부에 장착되는 전압 발생부재를 더 포함하고,
상기 전압 발생부재는 상기 인젝터로부터 분사된 연료 미립자 사이에 반발력을 발생시키고, 대전화된 연료 미립자들이 상기 점화 플러그에 근접한 위치를 가질 수 있도록 압축압에 의한 전위차가 위치를 제어하는 성층모드로 유동시키기 위해 전압 발생 시, 상기 연소실 내부에 전위차에 의한 전자기장을 형성하며,
상기 전압 발생부재는 상기 실린더 헤드에 위치되는 상기 연소실의 상부 내면에 (+) 극성의 전압을 전달하고, 상기 연소실의 내벽과 상기 피스톤의 상면에 (-) 극성의 전압을 전달할 수 있다.
삭제
상기 전압 발생부재는 압전소자일 수 있다.
삭제
상기 전압 발생부재는 상기 실린더 블록의 외부에 구비되는 외부전원과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 외부전원은 차량의 시동 OFF, 또는 이그니션 ON 시에 상기 전압 발생부재에 일정전압을 인가하여 상기 전압 발생부재로부터 발생되는 초음파를 가진 시킬 수 있다.
상기 전압부재에서 발생된 초음파는 상기 연소실, 상기 피스톤, 및 상기 점화 플러그에 형성된 탄소 적층물을 제거할 수 있다.
상기 피스톤의 상면에는 상기 인젝터로부터 분사된 연료가 스월 유동되도록 보울이 형성될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 차량용 엔진에 의하면, 가솔린 직분사 방식이 적용된 차량에서 피스톤의 압축 행정 시, 인젝터에서 대전화된 연료 미립자들이 성층모드에서 완전 연소되도록 연소실의 내부에 전기장을 형성하여 연소실 내부와 피스톤에 연료 미립자의 흡착을 방지하고, 이상연소를 방지함으로써, 연소 효율을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 연료 미립자의 흡착 방지는 연소실, 피스톤, 및 점화 플러그의 손상 유발과, 탄소 적층물 발생을 최소화하고, 시동 지연과 함께 추가 연료분사를 방지함으로써, 엔진의 전체적인 내구성 및 연비를 향상시키는 효과도 있다.
나아가, 시동 OFF, 또는 이그니션 ON 시에 상기 연소실 내부에 구비된 전압 발생부재에 일정전압을 인가하여 초음파를 발생시킴으로써, 연소실, 피스톤, 및 점화 플러그에 생성된 탄소 적층물을 제거하는 효과도 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 엔진의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 엔진의 작동도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 엔진에서 탄소 적층물을 제거하기 위한 작동 상태도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
이에 앞서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
그리고 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 “...유닛”, “...수단”, “...부”, “...부재” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 엔진의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 엔진(1)은 연료를 연소실(30)에 직접 분사하는 가솔린 직분사 방식이 적용된다.
이러한 엔진(1)은 기본적으로 실린더 블록(10), 실린더 헤드(20), 피스톤(40), 인젝터(50) 및 점화 플러그(60)를 포함한다.
상기 실린더 블록(10)은 내부에 복수개의 실린더가 형성된다. 상기 실린더 헤드(20)는 상기 실린더 블록(10)의 상부에 장착되며, 상기 실린더에 대응하여 내부에 연소실(30)을 형성한다.
상기 피스톤(40)은 상기 연소실(30)을 압축하거나 팽창시키도록 상기 실린더 블록(10)에 왕복 운동하도록 장착된다.
상기 인젝터(50)는 상기 연소실(30)의 상부에서 상기 실린더 헤드(20)에 장착되며, 상기 연소실(30)로 대전화된 연료를 분사한다.
여기서, 상기 피스톤(40)의 상면에는 상기 인젝터(50)로부터 분사된 연료가 스월 유동되도록 보울(42)이 돌출 형성될 수 있다.
즉, 상기 보울(42)은 상기 인젝터(50)로부터 분사된 연료를 상기 연소실(30)의 하부에서 상부로 스월 유동시킴으로써, 분사된 연료에 소용돌이를 발생시킨다.
즉, 분사된 연료는 상기 연소실(30)의 내부 중앙을 향하여 일방향으로 회전 유동되면서 발생하는 원심력을 이용하는 사이클론 원리로 상기 연소실(30)로 유입되는 공기와 원활하게 혼합 및 반응시킬 수 있다.
그리고 상기 점화 플러그(60)는 상기 연소실(30)의 상부 중앙에서 실린더 헤드(20)에 장착되며, 상기 인젝터(50)에서 분사된 연료를 상기 피스톤(40)의 압축 시에 점화시키게 된다.
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 엔진(1)에는 상기 피스톤(40)의 압축 행정 시, 발생된 압력에 의해 전압을 발생시키도록 상기 피스톤(40)의 내부에 장착되는 전압 발생부재(70)를 더 포함할 수 있다.
상기 전압 발생부재(70)는 상기 인젝터(50)로부터 분사되는 대전화된 연료 미립자 사이에 반발력을 발생시키고, 대전화된 연료 미립자들이 상기 점화 플러그(60)에 근접한 위치를 가질 수 있도록 압축압에 의한 전위차가 위치를 제어하는 성층모드로 유동시키기 위해 전압 발생 시, 상기 연소실(30) 내부에 전위차에 의한 전기장을 형성할 수 있다.
상기 전압 발생부재는 압전 효과를 지닌 압전소자일 수 있다.
이러한 압전소자는 기계적 압력(외력)을 인가하면 전압이 발생하고, 전압을 인가하면 기계적 변형이 생기는 성질을 가진 소자이다. 상기 압전소자는 당 업계에 널리 알려진 공지기술이므로, 그 구성의 더욱 상세한 설명은 생략한다.
여기서, 상기 전압 발생부재(70)는 상기 실린더 헤드(20)에 위치되는 상기 연소실(30)의 상부 내면에 (+) 극성의 전압을 전달하고, 상기 연소실(30)의 내벽과 상기 피스톤(40)의 상면에 (-) 극성의 전압을 전달할 수 있다.
이에 따라, 상기 전압 발생부재(70)는 상기 연소실(30)의 내부에서 상기 피스톤(40)의 사이에 전기장을 형성하게 된다.
상기 연소실(30)에 형성된 전기장은 상기 인젝터(50)에서 분사되는 대전화된 연료 미립자들을 상기 보울(42)에 의한 스월 유동과 함께, (+) 극성을 띄는 상부로 이동시켜 성층모드로 유도한다. 또한, 상기 전기장은 연료 미립자들 사이에 반발력을 발생시킴으로써, 연료 미립자가 서로 흡착되는 것을 방지하고, 상기 연소실(30)과 상기 피스톤(40)에 흡착되는 것을 방지할 수 있다.
이에 따라, 대전화된 연료 미립자들는 상기 연소실(30)의 내부 중앙을 향하여 일방향으로 회전 유동되면서 발생하는 원심력을 이용하는 사이클론 원리로 상기 연소실(30)로 유입되는 공기와 원활하게 혼합 및 반응되면서, 전기장에 의해 점화 플러그(60)가 위치된 연소실(30)의 상부로 유동되어 성층모드를 형성하게 된다.
한편, 본 실시예에서, 상기 전압 발생부재(70)는 상기 실린더 블록(10)의 외부에 구비되는 외부전원(80)과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 외부전원(80)은 차량의 시동 OFF, 또는 이그니션 ON 시에 상기 전압 발생부재(70)에 일정전압을 인가하여 상기 전압 발생부재(70)로부터 발생되는 초음파를 가진시킬 수 있다.
즉, 상기 전압 발생부재(70)에 일정전압이 인가되면, 상기 전압 발생부재(70)에서 변형 또는 변형력이 발생되면서 생성된 초음파가 가진 된다. 이와 같이, 상기 전압부재(70)에서 발생된 초음파는 상기 연소실(30), 상기 피스톤(40), 및 상기 점화 플러그(60)에 형성된 탄소 적층물을 제거할 수 있다.
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 엔진(1)의 작동 및 작용을 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 엔진의 작동도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 엔진에서 탄소 적층물을 제거하기 위한 작동 상태도이다.
도 2를 참조하면, 상기 엔진(10)의 작동 시, 상기 인젝터(50)에서는 연료가 분사된다. 분사된 연료는 상기 피스톤(40)의 보울(42)에 의해 상기 연소실(30)의 하부에서 상부로 스월 유동된다.
이 때, 분사된 연료는 상기 연소실(30)의 내부 중앙을 향하여 일방향으로 회전 유동되면서 발생하는 원심력을 이용하는 사이클론 원리로 상기 연소실(30)로 유입되는 공기와 원활하게 혼합 및 반응된다.
이러한 상태에서, 상기 피스톤(40)의 압축 행정이 수행되면, 상기 피스톤(40)에서 발생된 압력에 의해 상기 전압 발생부재(70)에서 전압이 발생된다.
여기서, 상기 전압 발생부재(70)는 상기 실린더 헤드(20)에 위치되는 상기 연소실(30)의 상부 내면에 (+) 극성의 전압을 전달하고, 상기 연소실(30)의 내벽과 상기 피스톤(40)의 상면에 (-) 극성의 전압을 전달한다.
이에 따라, 상기 연소실(30)의 상부와 상기 피스톤(40)의 상면 사이에는 전위차가 발생되면서 전기장이 형성된다. 상기 전기장은 대전화된 연료 미립자 사이에 반발력을 발생시킨다.
또한, 상기 전기장은 상기 인젝터(50)에서 분사되는 대전화된 연료 미립자들을 상기 보울(42)에 의한 스월 유동과 함께, 연료 미립자의 무게에 의한 하강력을 완화시키면서 (+) 극성을 띄는 상부로 상승시켜 연료 미립자들을 성층모드로 유도한다.
이와 동시에, 상기 전기장은 연료 미립자들 사이에 반발력을 발생시킴으로써, 연료 미립자가 서로 흡착되는 것을 방지하고, 상기 연소실(30)의 내벽과 상기 피스톤(40) 상면에 흡착되는 것을 방지할 수 있다.
이에 따라, 대전화된 연료 미립자들는 상기 연소실(30)의 내부 중앙을 향하여 일방향으로 회전 유동되면서 발생하는 원심력을 이용하는 사이클론 원리로 상기 연소실(30)로 유입되는 공기와 원활하게 혼합 및 반응되면서, 전기장에 의해 점화 플러그(60)가 위치된 연소실(30)의 상부로 유동되면서 성층모드를 형성하게 된다.
그러면, 연료 미립자들은 서로 흡착이 최소화되면서 스월 유동 및 전기장에의해 성층모드를 형성하고, 상기 연소실(30)의 내벽과 상기 피스톤(40) 상면에 흡착이 방지된다.
이러한 상태로, 상기 점화 플러그(60)가 작동하여 성층모드에 위치된 상기 연료 미립자들을 점화시킴으로써, 상기 연소실(30)에서 폭발이 발생된다.
여기서, 연료 미립자들은 공기와 혼합된 상태에서 상기 점화 플러그(60)에 근접한 성층모드에 위치됨에 따라, 연소실 내부에서 완전연소를 유도할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 엔진(1)은 연료 미립자의 흡착을 최소화하고, 연료 미립자들을 성층모드에 위치시킨 상태에서 폭발 행정을 수행함으로써, 이상연소 발생을 방지 또는 최소화할 수 있다.
한편, 도 3에서 도시한 바와 같이, 차량의 시동 OFF, 또는 이그니션 ON 시에는 상기 외부전원(80)이 상기 전압 발생부재(70)에 일정전압을 인가한다.
그러면, 상기 전압 발생부재(70)에서 변형 또는 변형력이 발생되면서 생성된 초음파가 가진 된다.
상기 전압부재(70)에서 발생되는 가진 된 초음파는 상기 연소실(30), 상기 피스톤(40), 및 상기 점화 플러그(60)에 전달된다. 따라서, 상기 엔진(1)의 작동 중에 상기 연소실(30), 상기 피스톤(40), 및 상기 점화 플러그(60)에 형성된 탄소 적층물들을 효율적으로 제거하여 청결상태를 유지할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 엔진(1)을 설명함에 있어, 가솔린 직분사 방식이 적용된 것을 일 실시예로 하여 설명하고 있으나, 이에 한정된 것은 아니며, 연료와 공기가 혼합된 혼합기를 상기 연소실(30)에 유입시키는 엔진에도 적용이 가능하다.
따라서, 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 엔진(1)을 적용하면, 가솔린 직분사 방식이 적용된 차량에서 피스톤(40)의 압축 행정 시, 인젝터(50)에서 대전화된 연료 미립자들이 성층모드에서 완전 연소되도록 연소실(30)의 내부에 전기장을 형성하여 연소실(30) 내부와 피스톤(40)에 연료 미립자의 흡착을 방지하고, 이상연소를 방지함으로써, 연소 효율을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 성층모드에서의 완전 연소 및 연료 미립자의 흡착 방지는 연소실(30), 피스톤(40), 및 점화 플러그(60)의 손상 유발과, 탄소 적층물 발생을 최소화하고, 시동 지연과 함께 추가 연료분사를 방지함으로써, 엔진(1)의 전체적인 내구성 및 연비를 향상시킬 수 있다.
나아가, 시동 OFF, 또는 이그니션 ON 시에 상기 연소실(30) 내부에 구비된 전압 발생부재(70)에 일정전압을 인가하여 초음파를 발생시킴으로써, 연소실(30), 피스톤(40), 및 점화 플러그(60)에 생성된 탄소 적층물을 제거하여 청결상태를 유지할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
1 : 엔진
10 : 실린더 블록
20 : 실린더 헤드
30 : 연소실
40 : 피스톤
42 : 보울
50 : 인젝터
60 : 점화 플러그
70 : 전압 발생부재
80 : 외부전원

Claims (8)

  1. 실린더 블록;
    상기 실린더 블록의 상부에 장착되며, 내부에 연소실을 형성하는 실린더 헤드;
    상기 연소실을 압축하거나 팽창시키도록 상기 실린더 블록에 왕복 운동하도록 장착되는 피스톤;
    상기 실린더 헤드에 장착되며, 상기 연소실로 연료를 분사하는 인젝터; 및
    상기 실린더 헤드에 장착되며, 상기 인젝터에서 분사된 연료를 점화시키는 점화플러그를 포함하되,
    상기 피스톤의 압축 행정 시, 발생된 압력에 의해 전압을 발생시키도록 상기 피스톤의 내부에 장착되는 전압 발생부재를 더 포함하고,
    상기 전압 발생부재는 상기 인젝터로부터 분사된 연료 미립자 사이에 반발력을 발생시키고, 대전화된 연료 미립자들이 상기 점화 플러그에 근접한 위치를 가질 수 있도록 압축압에 의한 전위차가 위치를 제어하는 성층모드로 유동시키기 위해 전압 발생 시, 상기 연소실 내부에 전위차에 의한 전자기장을 형성하며,
    상기 전압 발생부재는 상기 실린더 헤드에 위치되는 상기 연소실의 상부 내면에 (+) 극성의 전압을 전달하고, 상기 연소실의 내벽과 상기 피스톤의 상면에 (-) 극성의 전압을 전달하는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전압 발생부재는
    압전소자인 것을 특징으로 하는 차량용 엔진.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전압 발생부재는
    상기 실린더 블록의 외부에 구비되는 외부전원과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 외부전원은
    차량의 시동 OFF, 또는 이그니션 ON 시에 상기 전압 발생부재에 일정전압을 인가하여 상기 전압 발생부재로부터 발생되는 초음파를 가진 시키는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전압발생부재에서 발생된 초음파는
    상기 연소실, 상기 피스톤, 및 상기 점화 플러그에 형성된 탄소 적층물을 제거하는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 피스톤의 상면에는
    상기 인젝터로부터 분사된 연료가 스월 유동되도록 보울이 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진.
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