KR20010045495A - 노킹 강도 제어장치를 가지는 내연기관 - Google Patents

Abstract

실린더 벽이 정의되어 있는 실린더 블록과, 상기 실린더 블록상에 배치되는 실린더 헤드와, 상기 실린더 블록내에 배치되는 피스톤과, 상기 실린더 벽과, 실린더 헤드와 그리고 상기 피스톤에 의해서 정의되는 연소실과, 그리고 엔진의 연소동안에 상기 연소실로 전계를 인가하기 위한 전계인가수단을 포함하여, 엔진 연소시 전계를 가하여 연소 효율을 높이면서 노킹 강도는 감소시킬 수 있는 내연기관.

Description

노킹 강도 제어장치를 가지는 내연기관{AUTOMOTIVE SPARK IGNITION ENGINE WITH KNOCK INTENSITY CONTROL SYSTEM}

본 발명은 내연기관에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 실린더 내로 공급되는 혼합기에 전계를 인가하여 노킹을 제어하는 내연기관의 노킹 제어장치에 관한 것이다.

근래, 지구 환경 문제의 고조와 함께, 자동차로부터 배출되는 유해 배기 가스나 연비에 대하여 그 규제는 한층 엄격해져 왔다. 유한의 지구 에너지 자원의 효과적인 이용과 CO₂등의 온실효과 가스의 배출 억제 요구에 대응하면서 자동차의 상품 가치의 하나인 고출력화를 도모하기 위해서는, 엔진의 압축비 향상이 필요하다. 그러나 불꽃점화기관(spark ignition)에서 압축비가 높아지면, 이론 열효율이 상승하여 엔진의 고출력화를 이룰 수 있는 반면에 노킹의 발생이 심화되어 그 상한치는 제한된다. 이 때문에, 압축비를 향상시켜 엔진 효율을 높이면서도 노킹 현상을 제어할 수 있는 많은 연구가 이루어져 왔다.

한편 전계가 연소에 영향을 미치는 것은 종래부터 알려져 있으며, 지금까지 수 많은 연구가 행해지고 있다. 예혼합화염의 흐름 방향과 전기력선의 방향이 수직이 되도록 직류전계를 인가하면, 화염이 음극쪽으로 기운다. 이것은, 화염중에 존재하는 정이온이 전계에 의해 음극쪽으로 이동하고, 화염중의 다른 화학종이 충돌하여 음극방향의 운동량을 주기 때문이라고 생각되고 있다. 또한, 연소반응, 특히 연소속도에 미치는 전계의 영향에 과하여, 지금가지 활발하게 연구가 이루어지고 있다. 전계의 영향이 있다고 생각되는 이유로서는, 하전입자가 이동함에 따라 농도장이나 유도장이 변화하는 것, 전계로부터 운동에너지의 형태로 하전입자가 에너지를 받고, 또한 다른 화학종을 여기하는 것 등을 들 수 있다.

최근, 발명자들은 급속 압축기를 이용하여, 직류전계가 불꽃점화 기관의 노킹에 미치는 영향에 대하여 많은 조사가 있어왔으나, 불꽃점화 기관에 있어서 그 구체적인 전계인가의 방향 및 전계인가를 위한 구조는 제시되고 있지 않은 형편이었다.

따라서, 본 발명은 내연기관에 있어서, 엔진의 출력은 향상시키면서도 그에 따른 노킹 현상은 감소시킬 수 있는 내연기관의 노킹 강도 제어장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이를 실현하기 위하여 본 발명은 실린더 벽이 정의되어 있는 실린더 블록과, 상기 실린더 블록상에 배치되는 실린더 헤드와, 상기 실린더 블록내에 배치되는 피스톤과, 상기 실린더 벽과, 실린더 헤드와 그리고 상기 피스톤에 의해서 정의되는 연소실과, 그리고 엔진의 연소동안에 상기 연소실로 전계를 인가하기 위한 전계인가수단을 포함하는, 내연기관을 제공한다.

상기 전계인가수단은 상기 연소실로 전계를 인가할 수 있도록 배치된 전도부재와 상기 전도부재로 전압을 공급하기 위한 전압공급장치와, 노킹 강도에 따라 상기 전압공급장치를 제어하는 전자제어유닛을 포함한다.

상기 전도부재는 상기 실린더 벽에 원주로 삽입된 절연부재상에 배치된다.

상기 전도부재는 상기 절연부재를 따라 원주로 배치되는 니크롬와이어를 포함한다.

상기 전도부재는 상기 절연부재의 원주를 따라 일정간격을 두고 배치되는 4개의 니크롬와이어를 포함할 수도 있다.

상기 각각의 니크롬 와이어는 인접하는 앤드가스존에서 발생하는 노킹 강도에 비례하는 전압신호를 상기 전자제어유닛으로 출력하는 점화탐침 역할을 하여, 전자제어 유닛이 그 전압 신호에 따라 상기 고전압 공급장치를 제어하여 각각의 니크롬 와이어에 개별적으로 고전압을 공급할 수 있도록 되어 있는, 내연기관를 제공한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 내연기관을 도시하고 있는 개략도이며;

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 도전부재의 배치상태를 도시하고 있는 개략도이며;

도 3은 본 발명의 도전부재가 탐침 기능을 하여 점화 탐침 신호를 발생하는 개략적인 회로도이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 노킹 강도 제어장치가 제공된 내연기관을 도시하고 있는 개략도이다.

도1에서 도시하고 있는 내연기관은 실린더 블록(1)과 실린더 헤드(3)를 포함하고 있다. 상기 실린더 블록(1)과 실린더 헤드(3)는 연소실(5)를 형성한다. 여기서 참조부호 2는 전계인가 시스템을 지칭한다. 상기 전계인가 시스템(2)은 도전부제(4)과 상기 도전부재(4)로 고전압을 공급하기 위한 고전압 공급장치(6)을 포함한다. 한편 실린더 블록(1)과 실린더 헤드(3)는 접지된다.

상기 도전부재(4)는 상기 실린더 블록(1)의 실린더 벽에 삽입된 절연부재(12)내에 형성되는 원주홈에 형성된다. 바람직하게, 상기 도전부재(4)는 직경이 약 1.0mm의 니크롬와이어로 만들어진다. 상기 원주홈(10)은 직경이 1.0mm인 상기 니크롬와이어를 수용할 수 있도록 깊이 및 직경이 각각 1.0mm로 형성하는 한편, 상기 원주홈은 상기 절연부재(12)의 상,하단으로부터 일정 거리(d)만큼 떨어진 중앙부에 형성된다.

상기 고전압 공급장치(6)는 상기 도전부재(4)로 고전압을 공급하도록 되어 있는데, 노킹 강도 감지장치(15)로부터의 신호에 따라 전자제어유닛(ECU)에 의해서 제어된다.

그밖에 참조부호 16, 18, 그리고 20은 각각 피스톤, 흡배기 밸브 어셈블리 그리고 점화플러그를 지칭한다.

도2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 노킹 강도 제어 시스템의 도전부재의 배치상태를 보여주는 배치 상태도이다.

도전부재는 제1 내지 제 4 전극 (40, 42, 44, 46)을 포함하고 있는데, 상기 각각의 전극은 절연부재상에 원주방향으로 일정한 간격(d)을 두고 배치된다.

이와 같이 각 전극사이에 일정한 간격을 두고 배치한 이유는, 전압을 가했을 때 앤드가스의 이동으로 인한 전압 강하에 의한 쇼트를 방지하기 위한 것이다.

또한 본 실시예의 특징으로서, 각각의 전극이 인접한 지역의 노킹 강도를 측정할 수 있는 점화탐침(ignization probe)로서의 역할을 할 수 있다는 것이다.

즉, 각각의 전극 (40, 42, 44, 46)은 ECU와 고전압 공급장치(41, 43, 45, 47)와 연결되어 있는데, 각 전극에 인접한 앤드가스지역에서 노킹 강도에 비례하는 전압값이 상기 각각의 전극으로부터 ECU로 출력되면, ECU는 이 값을 토대로 스위치 (S/W)를 온시켜 고전압 공급장치(41, 43, 45, 47)가 상기 전극으로 고전압을 공급하도록 하여, 전계를 형성하여 노킹 강도를 제어할 수 있도록 하고 있다.

이를 보다 상세히 설명하면, 화염이 전극을 지나면서, 전극으로부터 실린더 벽으로 흐르는 전류가 발생하게 된다. 이 전류는 화염전파시간을 나타내는 전압신호로 변환되어 ECU로 출력된다. ECU는 미리 저장된 데이터를 통하여 입력된 전압신호를 바탕으로 전극주변의 앤드가스 지역의 노킹 강도를 추출한 후, 노킹 강도를 감소시킬 필요가 있다고 판단되면, 스위치(S/W)를 온 시켜 고전압 공급장치를 작동시킴으로서, 전극을 고전압을 가해주어 전계를 형성하여 노킹 강도를 줄여줄 수 있게 된다.

즉, 점화탐침 신호를 발생하는 전기 회로도를 도시하고 있는 도 3을 참조하면, 전압(Es)가 전압공급 장치로부터 도전부재(42)로 공급되면, 도전부재(42) 주위로 자유전자 및 이온들, 즉 화염전파의 정도(노킹 강도)에 비례하여 전류가 흐르게 된다. 이러한 전류의 흐름에 의해서 변화된 전압이 점화탐침 신호로서 ECU로 전달되게되면, ECU는 이를 미리 저장된 데이터와 비교하여 고전압 공급장치의 전압공급세기를 제어하게 되어, 결국은 도전부재(42)와 인접한 지역의 노킹 강도를 제어하게 된다.

이상에서 설명한 제2 실시예의 경우, 전극인 일정간격(d)을 가지고 원주로 배치되어 있기 때문에, 노킹이 발생하는 지역에 해당하는 전극에만 고전압을 가해주어 전계를 형성할 수 있으므로, 노킹 강도를 보다 효율적으로 제어할 수 있게된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 연소실내에 직류전계를 인가하여, 정상화염전파에 의한 연소량 비율을 증가시키고 노킹 강도는 저하시키는 장점을 가진다.

특히, 전계인가를 위한 전극을 다양한 위치에 배치함으로서, 전계를 적절한 위치에 가할 수 있도록 하여 그 효율을 증가시킬 수 있게 된다.

Claims (6)

1. 실린더 벽이 정의되어 있는 실린더 블록과;

   상기 실린더 블록상에 배치되는 실린더 헤드와;

   상기 실린더 블록내에 배치되는 피스톤과;

   상기 실린더 벽과, 실린더 헤드와 그리고 상기 피스톤에 의해서 정의되는 연소실과; 그리고

   엔진의 연소동안에 상기 연소실로 전계를 인가하기 위한 전계인가수단을 포함하는, 내연기관.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 전계인가수단은 상기 연소실로 전계를 인가할 수 있도록 배치된 전도부재와 상기 전도부재로 전압을 공급하기 위한 전압 공급 장치와, 노킹 강도에 따라 상기 전압 공급장치를 제어하는 전자제어유닛을 포함하고 있는, 내연기관.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 전도부재는 상기 실린더 벽에 원주로 삽입된 절연부재상에 배치되는, 내연기관.
4. 청구항 3에 있어서, 상기 전도부재는 상기 절연부재를 따라 원주로 배치되는 니크롬와이어를 포함하는, 내연기관.
5. 청구항 3에 있어서, 상기 전도부재는 상기 절연부재의 원주를 따라 일정 간격을 두고 배치되는 4개의 니크롬와이어를 포함하는, 내연기관.
6. 청구항 5에 있어서, 상기 각각의 니크롬 와이어는 인접하는 앤드가스존에서 발생하는 노킹 강도에 비례하는 전압신호를 상기 전자제어유닛으로 출력하는 점화탐침 역할을 하여, 전자제어 유닛이 그 전압 신호에 따라 상기 고전압 공급장치를 제어하여 각각의 니크롬 와이어에 개별적으로 고전압을 공급할 수 있도록 되어 있는, 내연기관.