KR20000001131A - 내연기관의 흡기장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내연기관의 흡기장치에 관한 것으로, 특히 노즐을 이용하여 미립자 상태의 물을 흡기장치에 분사함으로써 소음 및 매연을 감소시키고 출력이 향상될 수 있으며, 연료가 절감될 수 있는 내연기관의 흡기장치에 관한 것이다.

본 발명은 흡기 매니폴드(10)의 일측에 그 내부의 습도를 감지하는 습도감지센서(20)가 설치되고, 물을 미립자 상태로 생성하여 분사하는 분무수단(30)이 설치되며, 상기 분무수단(30)에 물을 공급하는 물공급수단(60)이 설치되어, 제 2 제어수단(70)에 의해 제어되도록 구성된 것으로, 본 발명에 의하면, 상기 제 2 제어수단(70)이 기관의 상태에 따라 미립자 상태의 물을 혼합기에 혼합함으로써 혼합기에 섞인 미립자 상태의 물이 혼합기의 완전연소를 유도하여 기관의 출력을 증가시키고, 연료를 절감시키며, 상기 혼합기가 완전연소됨으로써 매연이 감소될 수 있고, 또한, 미립자 상태의 물이 혼합기의 연소시 발생하는 폭발음을 저감시켜 기관의 운전시 발생하는 폭발소음을 감소시킬 수 있는 효과가 제공될 수 있는 유용한 발명이다.

Description

내연기관의 흡기장치

본 발명은 내연기관의 흡기장치에 관한 것으로, 특히 노즐을 이용하여 미립자 상태의 물을 흡기장치의 흡기 매니폴드에 분사하여 미량의 물이 혼합기에 섞이게 함으로써 혼합기에 섞인 미립자 상태의 물이 혼합기의 완전연소를 유도하여 연료를 절감할 수 있고, 출력이 향상될 수 있으며, 소음 및 매연을 감소시킬 수 있는 내연기관의 흡기장치에 관한 것이다.

일반적으로 내연기관의 작동시 발생하는 소음은 각 실린더에 공급된 혼합기가 순간적으로 연소되면서 발생하는 폭발음에 의한 것이다.

이와 같이 각 실린더에서 연소되는 혼합기는 공기와 연료과 적절하게 혼합된 것으로, 이러한 혼합기의 혼합비율은 기관의 운전상태에 따라 가변될 수 있는 것이다.

즉, 기관이 최대출력을 얻기 위해서는 공기의 비율을 낮추어 농후한 혼합기가 생성되어 실린더에 공급되도록 하고, 연료를 경제적으로 소모하기 위해서는 공기의 비율을 높여 희박한 혼합기가 생성되도록 하는 것이다.

이와 같이 공기와 연료가 혼합된 혼합기는 단순히 기관의 운전상태를 조절하거나 연료소모를 적절하게 하기 위해서만 생성되었기 때문에, 기관의 소음 즉, 혼합기의 연소시 발생하는 폭발음을 감소시키지 못했던 것이고, 혼합기의 완전연소가 불가능했던 것이며, 이로 인하여 연료소비량이 증가 하였고, 출력이 저하되었으며, 매연이 증가하였던 것이다.

즉, 종래기술에 의한 내연기관의 흡기장치는 기관의 출력을 최대로 하거나 연료를 경제적으로 소모할 수 있는 혼합기를 생성하도록 구성되어 있었으나, 단순히 공기와 연료의 혼합비만을 조정하여 출력향상이나 연료를 경제적으로 소모할 수 있도록 완전연소될 수 있는 혼합기를 생성하기 어려웠던 것이다. 이로 인하여 각 실린더로 공급되는 혼합기가 완전연소되지 않아 출력이 저하되었고, 연료소모가 증가하였으며, 매연이 증가하는 문제점이 발생하고 있었고, 기관의 운전시 혼합기의 폭발음이나 진동이 심하게 발생하는 문제점이 발생하고 있었던 것이다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로, 본 발명의 기술적 과제는 기관의 운전시 각 실린더로 공급되는 혼합기의 함수율을 기관의 운전상태에 따라 상승시키거나 감소시켜 기관의 운전시 혼합기를 완전연소시켜 출력을 증가시키고 연료를 절감할 수 있으며, 소음과 매연을 감소시킬 수 있는 수단을 제공하는데 있다.

상기와 같은 본 발명의 기술적 과제는 내연기관 흡기장치의 흡기 매니폴드 내부에 설치되어 흡기 메니폴드 내부의 습도를 감지하는 습도감지센서와, 상기 흡기장치의 흡기 매니폴드에 설치되어 미립자 상태의 물을 분사하는 분무수단과, 상기 분무수단과 연결 설치되어 상기 분무수단에 일정압력으로 가압된 물을 공급하도록 일단이 물펌프와 연결되고, 타단에는 그 내부에 공급된 물의 압력이 일정압력 이상일 때 개방되는 리턴호스가 설치되는 물공급수단과, 상기 습도감지센서의 감지신호를 받고 기관이 시동되었음을 공지된 제 1 제어수단으로부터 전달받아 각 실린더의 흡기행정에 연동되도록 상기 분무수단을 제어하는 제 2 제어수단이 구비됨을 특징으로 하는 내연기관의 흡기장치를 제공함으로써 달성된다.

이때, 상기 분무수단은 끝단에 양방향으로 제 1,2 분사구가 형성된 복수개의 분사노즐과, 상기 각 분사노즐의 내부에 설치되고 상기 제 2 제어수단에 의해 전원이 인가되어 공급되는 물을 미립자 상태로 생성하는 미립자 발생수단과, 상기 각 분사노즐의 내부에 설치되고 상기 제 2 제어수단에 의해 상기 미립자 발생수단에 의해 생성된 미립자 상태의 물이 분사노즐을 통하여 흡기 매니폴드 내로 공급되도록 분사노즐을 개폐하는 솔레노이드 밸브가 구비됨을 특징으로 한다.

상기 물공급수단에는 내부로 공급된 물의 온도를 감지하여 상기 제 2 제어수단에 감지신호를 전달하는 온도감지센서와, 상기 제 2 제어수단에 의해 작동하는 열선을 구비한 온도상승수단이 설치되는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 물공급수단은 상기 흡기 매니폴드와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 흡기장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 흡기장치를 도시한 분해 사시도.

도 2는 본 발명에 의한 흡기장치의 설치 상태를 도시한 단면도.

도 3은 본 발명에 의한 분사수단을 도시한 확대 단면도.

도 4는 본 발명에 의한 흡기장치의 작동상태를 설명하기 위한 블럭도.

도 5는 본 발명에 의한 물공급수단에 온도상승수단이 설치된 상태를 도시한 단면도.

도 6은 본 발명에 의한 물공급수단의 다른 실시예를 도시한 단면도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 흡기 매니폴드 20 : 습도감지센서

30 : 분무수단 32 : 분사노즐

32A,32B : 제 1,2 분사구 34 : 솔레노이드 밸브

36 : 미립자 발생수단 40 : 물펌프

50 : 리턴호스 60 : 물공급수단

70 : 제 2 제어수단 80 : 온도상승수단

82 : 온도감지센서 84 : 열선

100 : 제 1 제어수단

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 토대로 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도면중에서, 도 1은 본 발명에 의한 흡기장치를 도시한 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명에 의한 흡기장치의 설치 상태를 도시한 단면도이며, 도 3은 본 발명에 의한 분사수단을 도시한 확대 단면도이며, 도 4는 본 발명에 의한 흡기장치의 작동상태를 설명하기 위한 블럭도이다.

한편, 도 5는 본 발명에 의한 물공급수단에 온도상승수단이 설치된 상태를 도시한 단면도이고, 도 6은 본 발명에 의한 물공급수단의 다른 실시예를 도시한 단면도이다.

첨부된 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 내연기관의 흡기장치는 다음과 같이 구성된다.

본 발명에 의한 흡기장치의 흡기 매니폴드(10) 일측에는 다수개의 설치공이 나사산을 구비하여 형성되는데, 그중 하나의 설치공에는 흡기 메니폴드(10) 내부의 습도를 감지하여 후술할 제 2 제어수단(70)에 감지신호를 전달하는 습도감지센서(20)가 설치된다.

상기 흡기 매니폴드(10)에 형성된 다른 설치공에는 분무수단(30)이 설치된다. 상기 분무수단(30)은 끝단에 양방향으로 제 1,2 분사구(32A,32B)가 형성된 복수개의 분사노즐(32)과, 상기 각 분사노즐(32)의 내부에 설치되고 상기 제 2 제어수단(70)에 의해 전원이 인가되어 공급되는 물을 미립자 상태로 생성하는 미립자 발생수단(36)과, 상기 각 분사노즐(32)의 내부에 설치되고 상기 제 2 제어수단(70)에 의해 상기 미립자 발생수단(36)에 의해 생성된 미립자 상태의 물이 분사노즐(32)을 통하여 흡기 매니폴드(10) 내로 공급되도록 분사노즐(32)을 개폐하는 솔레노이드 밸브(34)로 구성할 수 있다.(도 3도 참조)

이때, 상기 미립자 발생수단(36)과 솔레노이드 밸브(34)가 내설된 분사노즐(32)은 흡기 매니폴드(10)의 각 유도관의 개수와 동일하게 설치할 수 있고, 하나만을 설치할 수 있는데, 상기 분사노즐(32)이 흡기 매니폴드(10)의 설치공에 설치되는 설치각도는 분사노즐(32)을 통하여 분사되는 미립자 상태의 물이 흡기 매니폴드(10)의 내벽이나 유도관의 내벽에 직접분사됨으로써 발생하는 맺힘현상을 방지할 수 있는 각도를 유지하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 미립자 발생수단(36)은 초음파를 이용하여 물을 기화시키는 즉, 물을 미립자 상태로 만드는 공지기술을 사용할 수 있다.

상기 솔레노이드 밸브(34)는 전기적으로 작동되도록 공지의 기술을 사용할 수 있다.

한편, 상기 분무수단(30)은 미립자 발생수단(36)을 사용하지 않고 일정한 압력으로 물을 직접 미립자 상태로 분사할 수 있도록 니이들 밸브와 이 니이들 밸브 자체를 전기적 신호에 의해 흡인하는 솔레노이드 코일등으로 구성하여 사용할 수 있다.

이와 같은 분무수단(30)은 흡기 매니폴드(10)의 내부로 상기 미립자 발생수단(36)에 의해 미립자 상태로 된 물을 공급하는 역할을 한다.

한편, 상기 미립자 발생수단(36)이 본 실시예에서는 분사노즐(32) 내부에 설치된 상태를 설명하고 있으나, 그 설치위치는 변경될 수 있다. 예를들면, 후술할 물공급수단(60)의 내부에 설치하여 물공급수단(60) 내부에서 발생된 미립자 상태의 물이 분사노즐(32)을 통하여 흡기 매니폴드(10) 내부로 분사되도록 할 수 있는 것이다.

상기 분무수단(30)에 물을 공급하는 물공급수단(60)은 상기 분무수단(30)과 연결 설치하고, 물공급수단(60)의 일단은 물 저장탱크의 물을 펌핑하는 물펌프(40)와 연결하며, 타단에는 물공급수단(60) 내부의 물 압력이 일정압력 이상일 때, 자동적으로 개방될 수 있는 리턴호스(50)를 설치한다.

즉, 상기 물펌프(40)는 물 저장탱크의 물을 펌핑하여 물공급수단(60) 내부로 공급할 수 있도록 물공급수단(60)의 일단과 호스나 파이프로 연결하여 설치하고, 상기 물공급수단(60)의 타단에는 압력유지밸브를 설치하여 이 압력유지밸브에 상기 리턴호스(50)를 설치함으로써 물공급수단(60) 내부에 공급된 물의 압력이 일정이상으로 높아졌을 때 상기 압력유지밸브가 개방되도록 하여 물공급수단(60) 내부의 압력을 일정하게 유지할 수 있도록 한다.

이때, 상기 물공급수단(60)은 도 1에 도시된 바와 같이 원통형으로 형성할 수 있으나, 물펌프(40)로부터 공급되는 물의 압력을 견딜 수 있고, 기관의 운전시 전달되는 각종 진동을 견딜 수 있다면, 그 형상이나 재질에 구애받지 않는다.

또한, 본 발명에 의한 물공급수단(60)에는 물공급수단(60) 내부로 공급된 물의 온도를 감지하는 온도감지센서(82)와, 후술할 제 2 제어수단(70)에 의해 전원이 인가되는 열선(84)을 구비한 온도상승수단(80)을 설치할 수 있다.(도 5 참조)

이는 겨울철 또는 한냉지역에서 물공급수단(60) 내부로 공급된 물의 온도를 상승시켜 적당한 온도로 상승되어 공급되는 혼합기의 온도와 동일하게 함으로써 혼합기가 원활하게 연소되도록 하거나, 물이 보다 효과적으로 미립자 상태가 되도록 하기 위한 것이다.

한편, 본 발명에 의한 제 2 제어수단(70)은 기관이 시동되었음을 공지된 제 1 제어수단(100)으로부터 전달받고, 상기 습도감지센서(20)의 감지신호를 받아 각 실린더의 흡기행정에 연동되도록 상기 분무수단(30)을 제어하도록 구성한다.

즉, 기화기로 흡입되는 공기량과, 드로틀 밸브의 개폐정도, 냉각수의 온도, 배전기의 상태 등을 감지하여 기관이 시동되기에 적합하도록 기관을 제어하는 제 1 제어수단(100)으로부터 다수개의 실린더 중에서 어느 실린더가 흡기행정인지를 전달받고, 상기 흡기매니폴드(10) 내부의 습도를 감지하는 습도감지센서(20)의 감지신호를 받아 흡기행정인 실린더와 연통된 흡기 매니폴드(10)의 유도관에 근접한 분무수단(30)을 제어한다.

이때, 제 2 제어수단(70)은 상기 분무수단(30)이 실린더의 수와 동일할 경우에 각 분무수단(30)을 각 실린더의 흡기행정에 동조되도록 제어할 수 있고, 하나의 분무수단(30)이 설치되었을 경우에는 각 실린더의 흡기행정에 관계없이 기관이 운전되고 있다면 계속해서 미립자 상태의 물이 분사되도록 분무수단(30)을 제어할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하나, 본 실시예에서는 두 개의 분무수단(30)이 설치된 흡기장치를 설명하기로 한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용을 첨부된 도면을 토대로 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2 및 도 3, 그리고 도 4에 도시된 바와 같이, 기관이 시동되면 제 2 제어수단(70)은 제 1 제어수단(100)으로부터 기관이 시동되었음을 전달받아 흡기 매니폴드(10)에 설치된 분무수단(30)에 작동신호를 보낸다. 이때, 상기 제 2 제어수단(70)은 기관의 시동상태 즉, 연료의 분사량, 공기의 흡입량, 드로틀 밸브의 개폐정도 등을 상태를 제 1 제어수단(100)으로부터 전달받아 분무수단(30)으로 하여금 기관의 상태에 따라 가장 적절한 량의 미립자 상태로 된 물을 분사하도록 제어하게 되는 것이다.

상기 분무수단(30)에 제 2 제어수단(70)으로부터 작동신호가 전달되면 분부수단(30) 내부에 설치된 미립자 발생수단(36)과 솔레노이드 밸브(34)는 다음과 같이 작동된다.

먼저 미립자 발생수단(36)에 전원이 인가되면, 초음파에 의해 진동자가 작동되고 이로 인하여 공급된 물은 미립자 상태로 되는 것이고, 이와 같이 미립자 상태로 된 물은 제 2 제어부(70)의 작동신호에 의해 개폐되는 솔레노이드 밸브(34)가 기관의 상태에 따라 적절한 량이 분사되도록 분사노즐(32)을 개방한다. 상기 분사노즐(32)이 개방되면 분사되는 미립자 상태의 물은 분사노즐(32)의 끝단에 양방향으로 형성된 제 1,2 분사구(32A,32B)를 통하여 흡기 매니폴드(10) 내부로 분사되는데, 이때 미립자 상태의 물을 분사하는 분사노즐(32)은 각 실린더 중에서 흡기행정인 실린더와 연결된 유도관과 근접한 분사노즐(32)이어야 한다.

즉, 실린더가 4개인 기관의 경우 통상적인 점화순서는 1-3-4-2 순으로 반복되기 때문에, 흡기행정도 1-3-4-2 순으로 반복된다. 따라서, 상기 제 2 제어수단(70)은 1번 실린더와 2번 실린더에 연결된 흡기 매니폴드(10)의 유도관에 근접한 분사노즐(32)과, 3번 실린더와 4번 실린더에 연결된 흡기 매니폴드(10)의 유도관에 근접한 분사노즐(32) 중에서 1번 실린더가 흡기행정일 경우에는 1,2번 실린더에 연결된 유도관과 근접한 분사노즐(32)을 작동시키게 되고, 3번 실린더 또는 4번 실린더가 흡기행정일 경우에는 3,4번 실린더에 연결된 유도관과 근접한 분사노즐(32)을 작동시키게 되는 것이다.

이는 제 1 제어수단(100)로부터 전달되는 각종정보에서 제 2 제어수단(70)이 각 실린더의 흡기행정을 감지하여 그 흡기행정이 진행되는 실린더와 근접한 분사노즐(32) 내부의 미립자 발생수단(36)과 솔레노이드 밸브(34)를 작동시켜 미립자 상태의 물을 분사하도록 제어하는 것이다.

상기와 같은 과정으로 흡기행정시 실린더로 흡입되는 혼합기에 제 2 제어수단(70)에 의해 작동되는 분무수단(30)으로부터 미립자 상태의 물이 분사되면, 공기와 연료가 기관의 상태에 적합하도록 혼합된 혼합기에는 미량의 물(분자 구조가 깨진 미립자 상태의 물)이 섞이게 된다. 이때 분사되는 미립자 상태의 물은 기관의 상태, 즉 저속으로 운전될 때와, 고속으로 운전될 때, 그리고 흡기 매니폴드(10) 내부에 설치된 습도감지센서(20)가 감지한 흡기 매니폴드(10) 내부의 습도에 따라 분사되는 량이 제 2 제어수단(70)에 의해 제어되는 것이다.

이와 같이 미량의 물이 섞인 혼합기가 실린더로 흡입되어 피스톤에 의해 압축된 후에 점화플러그로부터 불꽃이 발생되면 공기와 섞인 연료는 연소되는데, 이때, 혼합기에 섞인 미립자 상태의 물은 압축된 혼합기가 순간적으로 연소될 때 혼합기가 완전연소되도록 유도하여 기관의 출력을 향상시키고, 연료의 소모를 감소시키는 작용을 하게 된다.

즉, 상기 분무수단(30)으로부터 분사되어 각 실린더로 흡입된 미립자 상태의 물분자는 공기와 연료 사이에 위치하여 연료가 연소될 때 보다 큰 폭발력을 발생하게 하여 같은 량의 연료를 연소시키더라도 높은 출력을 얻을 수 있으며, 이로써 연료의 소모가 감소되며, 상기 혼합기가 완전연소됨으로써 매연이 감소되는 것이다.

이는 미립자 상태의 물분자의 산소가 연료의 연소를 도와주기 때문에 혼합기가 완전연소될 수 있는 것이고, 출력이 향상될 수 있는 것이다.

또한, 혼합기에 섞인 물은 혼합기의 연소시 폭발음을 감소시키는 역할을 함으로써 기관의 운전소음이 감소될 수 있는 것이며, 미립자 상태의 물이 각 실린더 내부의 온도를 낮추는 역할을 하게 됨으로써 기관의 과도한 온도상승을 방지하게 된다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 물공급수단(60)과 분무수단(30)을 흡기 매니폴드(10)와 일체로 형성할 수 있다.(도 6 참조)

즉, 물공급수단(60)을 흡기 매니폴드(10)의 일측에 일체로 형성하고, 분무수단(30)은 흡기 매니폴드(10)의 내부와 물공급수단(60)을 연통되게 설치함으로써 본 발명이 설치되는 흡기장치의 외관을 단순화시킬 수 있는 것이다.

이상에서와 같이 분무수단(30)과 물공급수단(60), 그리고 제 2 제어수단(70)에 의해 각 실린더로 공급되는 혼합기에 미량의 물을 혼합함으로써 혼합기의 완전연소가 가능하고, 혼합기의 폭발력이 향상되어 기관의 출력이 향상되며, 소음과 매연이 감소될 수 있는 것이다.

본 발명에 의한 내연기관의 흡기장치는 각 실린더에 공급되는 혼합기에 분무수단을 이용하여 미립자 상태의 물을 혼합함으로써, 상기 미립자 상태의 물에 함유된 산소가 혼합기의 완전연소를 유도함과 동시에 혼합기의 폭발력을 증가시켜 기관의 출력을 향상시키고, 연료의 소모를 감소시키며, 이로 인하여 매연이 감소될 수 있으며, 또한 혼합기의 연소시 발생하는 폭발음이 혼합된 미립자 상태의 물에 의해 감소됨으로써, 기관의 운전시 소음을 감소시킬 수 있는 효과가 제공된다.

Claims (4)

1. 내연기관의 흡기장치에 있어서,

   상기 흡기장치의 흡기 매니폴드(10) 내부에 설치되어 흡기 메니폴드(10) 내부의 습도를 감지하는 습도감지센서(20);

   상기 흡기장치의 흡기 매니폴드(10)에 설치되어 흡기 매니폴드(10)의 내부로 미립자 상태의 물을 공급하는 분무수단(30);

   상기 분무수단(30)과 연결 설치되어 상기 분무수단(30)에 물을 공급하도록 일단이 물펌프(40)와 연결되고, 타단에는 그 내부에 공급된 물의 압력이 일정압력 이상일 때 개방되는 리턴호스(50)가 설치되는 물공급수단(60);

   상기 습도감지센서(20)의 감지신호를 받고, 기관이 시동되었음을 공지된 제 1 제어수단(100)으로부터 전달받아 각 실린더의 흡기행정에 연동되도록 상기 분무수단(30)을 제어하는 제 2 제어수단(70);

   이 구비됨을 특징으로 하는 내연기관의 흡기장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 분무수단(30)은 끝단에 양방향으로 제 1,2 분사구(32A,32B)가 형성된 복수개의 분사노즐(32);

   상기 각 분사노즐(32)의 내부에 설치되고 상기 제 2 제어수단(70)에 의해 전원이 인가되어 공급되는 물을 미립자 상태로 생성하는 미립자 발생수단(36);

   상기 각 분사노즐(32)의 내부에 설치되고 상기 제 2 제어수단(70)에 의해 상기 미립자 발생수단(36)에 의해 생성된 미립자 상태의 물이 분사노즐(32)을 통하여 흡기 매니폴드(10) 내로 공급되도록 분사노즐(32)을 개폐하는 솔레노이드 밸브(34);

   가 구비됨을 특징으로 하는 내연기관의 흡기장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 물공급수단(60)에는 내부로 공급된 물의 온도를 감지하여 상기 제 2 제어수단(70)에 감지신호를 전달하는 온도감지센서(82)와, 상기 제 2 제어수단(70)에 의해 작동하는 열선(84)을 구비한 온도상승수단(80)이 설치되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 흡기장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 물공급수단(60)은 상기 흡기 매니폴드(10)와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 흡기장치.