KR200386084Y1 - 내연기관 흡기관용 공기활성화 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 코로나 방전을 이용하여 생성된 오존과(O₃) 음이온을 내연기관 흡입공기와 혼합해 주므로서 연료와 산소의 결합력을 높여 연소 효율을 높여 주는 장치에 관한 것으로서, 내연기관 공기 흡기관 내측에 설치되는 것이며, 흡기관 중앙부에 원통형의 코로나 방전용 전극이 설치되며, 차량용 전원을 이용해 약 25000V의 고압을 생성한 다음 방전용 전극에 인가해 주면 코로나 방전이 일어나면서 수많은 오존과 음이온이 발생된다. 이렇게 발생된 오존과 음이온을 전극에 같이 설치된 바람개비 구조물에 의해서 흡입공기를 회전시켜 와류를 형성해 줌으로서 내연기관 실린더까지 효율적으로 오존과 음이온을 이송하여 매연 저감과 출력향상 효과를 가져온다.

Description

내연기관 흡기관용 공기활성화 장치{AN AIR GUIDE APPARATUS FOR INTAKE MANIFOLD OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 고안은 내연기관 흡기관용 공기활성화 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 코로나 방전을 통해 오존과(O₃) 음이온을 생성한 뒤 이를 내연기관의 흡입공기와 혼합해 줌으로서 연소 효율을 향상시키는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 내연기관은 정해진 체적의 실린더 안에 공기와 연료를 적정 비율로 혼합시켜 폭발시킴으로서 동력을 발생하는 열기관을 말한다. 그런데 자연 상태에서 볼 수 있는 연소 조건은 외부의 충분한 공기와 충분한 시간이 주어진 상태에서 연소하기 때문에 보통 그 연료가 가진 충분한 에너지를 사용할 수 있다. 하지만 내연기관의 경우는 실린더로 흡입되는 공기가 제한되어 있고 또한 흡입, 압축, 폭발, 배기라는 행정을 반복하는 구조이기 때문에 정해진 시간 동안 빨리 연소시켜야 되는 과제를 가지고 있다. 그래서 정해진 시간 동안 완전히 연소시키지 못하면 매연으로 방출되고, 열효율이 나빠지는 등의 문제점이 존재해 왔다. 보통 실린더 내에서 약 70%의 연료만 연소되고 나머지 약 30% 정도는 매연으로 배출되는 것으로 알려져 있다. 이런 문제점을 해결하기 위해 실린더의 연소 구조를 개선하고, 흡기 밸브의 구조를 효율적으로 만들며, 와류를 형성시켜 연료와 공기가 잘 혼합되도록 하는 방법이 등이 고안되었다.

상기 방법들은 자연 상태의 공기와 연료가 잘 혼합되도록 한 연구이나 본 고안은 산소와 연료가 급격히 반응하는 연소 반응에서 산소와 연료의 결합 반응성을 높여주는 고안에 관한 것이다. 내연기관 실린더에 오존과 음이온을 혼합해 주는 기술은 이미 국내특허등록 제85-001356호, 제10-0224505호, 국내실용등록 제20-0290599호, 제20-0346823호, 제20-0368940호에 알려져 있다.

그런데 종래의 고안들은 오존과 음이온 발생 효율이 그리 높지 않아 실제 제품개발에 적용되었을 때 그 효과가 반감되는 것을 볼 수 있는데, 그 이유는 코로나 방전을 통해서 생성된 오존과 음이온은 에어클리너에서 미쳐 걸러지지 못한 미세먼지와 반응하고, 흡기관을 통과하는 도중 자연 소멸되기도 한다. 또 대부분의 차량등의 내연기관에서는 대기 오염 방지를 위해 폭발 행정 중에 실린더의 미세한 틈으로 빠져 나온 블로바이 가스를 흡기로 되돌리는데, 이 블로바이 가스와 오존이 반응해서 산소로 환원되거나 음이온이 소멸되는 결과를 가져온다. 그래서 고효율, 고밀도의 오존, 음이온 발생 장치의 필요성이 대두되었다.

다량의 오존과 음이온을 만들려면 일반적으로 방전 표면적이 넓을수록, 전극의 온도가 낮을수록 좋은데, 국내특허등록 제10-0278150호에 전극의 온도 상승에 따른 오존 생성량 감소가 기술되어 있다. 종래의 고안들이 설치공간의 제약으로 충분한 표면적을 가지지 못하고, 또 냉각시스템을 제대로 갖추고 있지 못하다는 점도 오존과 음이온 생성량을 떨어뜨리는 단점으로 지적되고 있다.

이에, 본 고안은, 상술한 바와 같은 종래의 내연기관 흡기관용 공기 활성화 장치들이 오존과 음이온 발생 효율이 떨어져 연소 효율을 촉진시키는데 한계가 있는 문제점을 일소할 수 있는 것으로 넓은 표면적을 갖는 방전용 전극 구조와 전극을 냉각시킬 수 있는 방열판 구조를 사용하여 다량의 오존과 음이온을 발생시킨 후 와류장치에 의해 내연기관의 실린더까지 효율적으로 이송 함으로서 불완전 연소로 인한 매연발생을 근본적으로 줄이고 아울러 엔진 출력을 증강시킬 수 있도록 하는데 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 고안은 내연기관의 외부 공기 흡기 호스 내에 설치하며, 코로나 방전의 표면적을 넓히기 위하여 가운데에 방전용 침상 돌기체가 수없이 설치된 원통형의 전극을 설치한다. 이 전극과 소정폭 이격된 외부 전극이 설치되며, 이 외부 전극에는 와류를 형성하여 전극을 냉각시키는 날개가 설치된다. 이 흡기관에 설치된 원통형 전극에 약 25000V 의 고압을 인가하면 코로나 방전이 일어나며, 내연기관의 흡기 행정시 빨려 들어가는 공기는 외부전극에 설치된 날개에 의해서 와류가 형성되며 발생된 오존과 음이온을 실린더까지 효과적으로 이송한다.

그런데 이 장치의 사용 시간이 길어질수록 방전용 전극의 노화 및 에어클리너에서 미쳐 걸러내지 못한 미세먼지나 블로바이가스가 전극에 침착됨으로서 코로나 방전이 원활하지 못하여 오존과 음이온의 발생량이 줄어드는 결과가 생긴다. 이런 현상을 막기 위해 전극으로 흐르는 전류량을 감시하여 최적의 상황으로 전압을 자동조정 하는 피드백 회로를 구성한다.

이하 본 고안에 의한 내연기관 흡기관용 공기활성화 장치를 첨부된 도면을 통해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 고안에 의한 내연기관 흡기관용 공기활성화 장치의 방전용 전극의 단면도이고, 도 2는 본 고안에 의한 내연기관 흡기관용 공기활성화 장치의 방전용 전극의 사시도이며, 도 3은 본 고안에 의한 내연기관 흡기관용 공기활성화 장치의 방전용 전극을 내연기관의 흡기호스에 설치한 요부 정면도이고, 도 4는 본 고안에 의한 내연기관 흡기관용 공기활성화 장치의 고전압 공급 제어수단을 보인 블럭도이다.

전위가 불안정한 뾰족한 곳에서 코로나 방전이 일어나는 원리를 이용하여 원통형 전극(10) 둘레에 수많은 방전용 침상 돌기체를(11) 설치한다. 바람직하게는 방전용 침상 돌기체를(11) 최대한 많은 수로 촘촘히 설치함으로서 방전 효율을 극대화 시킬 수 있다.

상기 전극 가운데를 지지하고 고전압을 인가하기 위한 전극 지지대와(12) 외부 전극과 절연을 유지하고 지지할 수 있는 절연나사부와(20) 고정할 수 있는 절연너트부를(21) 구성하고 전원 공급장치에서 고압 전원을 인가하기 위한 고압케이블이(13) 설치된다.

또 내연기관 흡기호스 내경과 동일한 크기의 원통형 외부 전극이(30) 설치되며, 원통형 외부 전극에 공기 회전용 날개도(31) 같이 설치됨을 특징으로 한다. 이렇게 설치된 외부 전극은 접지를 하고, 상기 가운데 전극에 고압 전원을 인가하면 코로나 방전이 일어나게 된다.

코로나 방전에 의해서 전극의 온도가 상승되어 오존과 음이온 발생효율이 떨 어지는 현상을 막기 위해 방열판 구조로 전극이 설계되었는데, 원통형 내부 전극의 경우 수많은 방전용 침상 돌기체가(11) 공기와 접촉하는 표면적을 넓혀주는 방열판 구조를 하고 있고, 원통형 외부 전극의 경우 1차적으로 공기 회전용 날개가(31) 공기와 접촉하는 표면적을 넓히며, 공기 회전용 날개가 공기를 회전시켜 원통형 외부 전극에(30) 접촉하는 공기의 표면적을 넓혔다. 바람직하게는 공기 회전용 날개의(31) 수를 증가시켜 와류 형성과 전극 냉각의 효율을 높여 줄 수 있다.

이렇게 구성된 방전용 전극을 도 3과 같이 흡기호스 중앙(52)에 설치한다. 방전용 전극에서 생성된 오존과 음이온은 흡기 행정시 빨려 들어가는 흡입 공기와 섞여 내연기관의(53) 실린더까지 이송되어 자연적인 공기상태 보다 연료와의 반응력이 더 강해지며 결과적으로 완전연소를 유도하게 된다.

고압 전원 공급장치의 경우 배터리로(60) 부터 전원을 공급받아 키온(IG2) 상태 일 때 전원 동작회로부가(61) 동작하며, 이그니션 코일을 통해 고전압을 만들어내기 위해 일정한 주파수로 발진하는 발진회로부가(62) 구성된다. 고전압 발생 회로부(63)에서 만들어진 약 25000V의 고전압을 방전플러그부에(64) 인가해 주면 코로나 방전이 일어난다. 플러그상태 피드백부에서(65) 항시 방전플러그부로(64) 흐르는 전류량을 감시하여 적정치 이하로 감소되었을 경우 고전압 발생 회로부로(63) 피드백하여 전압을 조정하도록 한다.

이하 본 고안에 의한 내연기관 흡기관용 공기활성화 장치는 코로나 방전용 전극의 효율적인 구조로 인하여 다량의 오존과 음이온을 발생 시키고 와류구조에 의해 실린더까지 효과적으로 이송된다. 이렇게 이송된 오존과 음이온은 그 특유의 반응력으로 연료와 산소의 혼합을 촉진시킨다. 그래서 폭발행정에 의해 실린더에서 폭발이 일어날 때 완전연소를 유도해 매연을 획기적으로 줄여주며, 불완전 연소로 인해 잃어버린 출력도 일정폭 상승시켜주는 효과를 가져온다.

도 1은 본 고안에 의한 코로나 방전용 전극의 단면도

도 2는 본 고안에 의한 코로나 방전용 전극의 사시도

도 3은 본 고안에 의한 코로나 방전용 전극의 설치 상태 요부 정면도

도 4는 본 고안에 의한 고압 전원 공급부의 블럭도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호설명 *

10 : 원통형 내부 전극 11 : 방전용 침상 돌기체

12 : 전극 지지대 13 : 고압 케이블

20 : 절연 나사부 21 : 절연 너트부

30 : 원통형 외부 전극 31 : 공기 회전용 날개

40 : 내연기관 흡기 호스 50 : 에어클리너

51 : 흡기호스 주름부 52 : 전극 설치부

53 : 내연기관

Claims (4)

1. 내연기관의 공기흡기관에 설치되는 것이며,

   상기 공기흡기관의 내측 중간부에 위치되고, 외주면에 복수개의 침상돌기체의 전극단을 형성하는 원통형 전극체와;

   이 전극체와 소정폭 이격된 상태로 상기 공기흡기관의 내벽에 밀착되게 위치하며, 이를 통해 상기 원통형 전극체로의 고압전원 인가 시 전극단에 의해 방전구간이 형성되어 유입되는 공기를 활성화 시키게 되는 원통형 방전링부재;

   유입되는 공기를 와류시켜 원통형 전극체와 원통형 방전링부재를 냉각시킬 수 있는, 상기 원통형 방전링부재에 같이 설치된 회전 날개;

   하단부에 상기 원통형 전극체를 지지하고, 상기 원통형 방전링부재와 공기 흡기관을 관통하여 외부에서 너트조임시, 공기흡기관에 결합 고정될 수 있도록 나사부를 형성하는 절연 나사부;

   상기 절연 나사부의 중앙에 내장되어 외부의 고압전원 인가시, 상기 원통형 전극체에 통전 될 수 있도록하는 단자체;

   상기 공기흡기관의 외측에서 전극체의 상태에 따라 고압전원 공급을 재설정해 줄 수 있는 전원공급부;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 내연기관 흡기관용 공기활성화 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 원통형 전극체는, 코로나 방전 표면적을 최대화 시키기 위해서 그 둘레를 따라 무수한 침상 돌기체가 설치됨을 특징으로 하는 내연기관 흡기관용 공기활성화 장치.
3. 제 1 항에 또는 제 2 항 있어서,

   상기 원통형 전극체와 원통형 방전링부재의 코로나 방전에 따른 온도 상승을 최소화 시킬 수 있도록 와류를 형성시켜 냉각 기능을 갖는, 상기 원통형 방전링부재에 회전 날개가 같이 설치됨을 특징으로 하는 내연기관 흡기관용 공기활성화 장치.
4. 제 1 항에 또는 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 고압전원공급부는,

   상기 원통형 전극체와 원통형 방전링부재로 흐르는 전류량을 감지하여 코로나 방전 효율이 가장 좋은 상태의 전압으로 재설정할 수 있는 회로를 내장함을 특징으로 하는 내연기관 흡기관용 공기활성화 장치.