KR20070011022A

KR20070011022A - 유체연료를 이용하는 엔진의 매연 저감장치

Info

Publication number: KR20070011022A
Application number: KR1020050066125A
Authority: KR
Inventors: 하치국; 엄태황; 양성모
Original assignee: 하치국; 엄태황; 양성모
Priority date: 2005-07-19
Filing date: 2005-07-19
Publication date: 2007-01-24

Abstract

본 발명은 자동차 및 선박 등 유체연료를 이용하는 엔진에 있어서, 상기 엔진들의 연소부 입구에 오존을 발생시킬 수 있는 오존발생수단을 구비하고, 상기 오존발생수단에 의하여 엔진으로 공급되는 공기 중의 산소를 연소에 유효한 산소로 전환시키도록 하며, 이를 통하여 상기 엔진에서 유체연료가 연소될 때 불완전연소를 최소화하여 열효율을 향상시키도록 하고, 상기 불완전연소의 최소화에 따라 상기 엔진에서의 연소에 따른 매연을 크게 저감시키도록 하며, 상기 효율적인 엔진의 연소에 따라 유체연료의 연소에 따른 낭비를 줄일 수 있도록 하여 연료의 저감효과를 가져오도록 함으로써 엔진의 연소효율을 극대화시킬 수 있도록 한 유체연료를 이용하는 엔진의 매연 저감장치에 관한 것이다.

본 발명은 유체연료를 이용하는 자동차 및 선박 등의 엔진 연소부에 상기 유체연료와 함께 혼합되어 공급되는 공기를 공급함에 있어서, 상기 연소부의 입구에 2극으로 구성된 오존발생수단을 구비하고, 이 오존발생수단의 오존발생관은 상기 연소부로 공급되는 공기의 공급라인에 위치하도록 하며, 이 오존발생관을 통과하는 공기 중의 산소 다량이 오존으로 변환되면서 상기 엔진의 연소부로 공급되는 유체연료와 함께 연소부로 공급되도록 하고 상기 오존화된 공기의 입자가 엔진의 연소부에서 유체연료와 함께 연소되도록 하여 완전연소를 도모할 수 있도록 구성한 것으로, 상기 오존발생수단은 자동차나 선박 등에 구비된 전원부(1)에 연결되어 발진하는 발진트랜스(T1)를 연결하고, 이 발진트랜스(T1)의 1차측 코일(N1)과 전원 사 이에는 트랜지스터(TR)를 연결하며, 상기 발진트랜스(T1)의 2차측코일(N2)과 자외선램프(3) 사이에 콘덴서(C)를 구비하여 자외선램프 구동회로부(2)를 구비하고, 상기 자외선램프(3)의 전극(2A,2B)을 단일 전극으로 형성하여 자외선램프(3)에 의한 오존발생관이 구비되도록 구성하며, 상기 오존발생수단의 구동회로부(2)에는 분석기(5)가 내장된 중앙처리장치(4)를 연결설치하고, 이 중앙처리장치(4)의 입력단에는 상기 엔진의 연소부 입구에 연결되어 공기를 공급하는 공급라인 상에 설치되는 공기 공급량 측정부(6)를 연결하며 출력단에는 상기 공기 공급량의 측정을 분석한 중앙처리장치(4)의 신호에 따라 전압과 전류를 변동시키면서 조절하는 전압/전류조정기(7)를 연결하고 이 전압/전류조정기(7)에는 상기 자외선램프(3)를 연결시켜 이의 밝기를 조정하도록 함으로써 공기의 공급량에 따라 자외선램프(3)를 조정하도록 하며 이에 따라 오존량을 적정하게 조절할 수 있도록 구성한 것이다.

엔진, 오존, 매연저감

Description

유체연료를 이용하는 엔진의 매연 저감장치{omitted}

도 1은 본 발명의 오존발생수단의 구성을 나타내는 회로도

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 오존발생수단의 구성을 나타내는 블럭도

<도면의주요부분에대한부호의설명>

1 : 전원부

2 : 구동회로부

3 : 자외선램프

4 : 중앙처리장치

5 : 분석기

6 : 공기 공급량 측정부

7 : 전압/전류조정기

T1 : 발진트랜스

N1 : 1차측 코일

N2 : 2차측 코일

TR : 트랜지스터

C : 콘덴서

2A,2B : 전극

일반적으로 자동차나 선박 등에는 동력원을 얻기 위하여 휘발유, 디젤 또는 LP가스등의 유체연료를 이용하고 있으며, 상기 유체연료는 엔진의 실린더 내부로 공급될 때 상기 유체연료를 연소시키기 위하여 적정한 공기를 혼합시켜 연소시키도록 되어 있었으며, 상기 유체연료와 함께 혼합되어 공급되는 공기 중에서 연소에 적합한 산소의 량이 상기 연소효율에 많은 영향을 끼치고 있었다.

그러나 상기와 같은 엔진의 경우, 그 투입되는 유체연료와 이 유체연료와 혼합되는 공기 중의 산소량이 적정하지 못하기 때문에 완전 연소가 이루어지지 못하고 불완전연소 됨에 따라 엔진에서 연소 후 배출되는 배기가스에는 일산화탄소 및 탄화수소 등의 오염물질이 다량 배출될 뿐만 아니라 질소산화물 등의 유독물질을 다량 배출하고 있는 현실에 있었다.

즉, 기존의 일반적인 엔진의 열효율은 유체연료와 공기가 혼합되어 공급되면서 연소할 때의 연소효율이 약 70% 이내이며 나머지 30%의 연료는 엔진의 폭발행정에 전혀 도움이 되지 못하는 불완전연소의 상태로 대기 중에 배출되는 실정에 있었으며, 상기와 같이 불완전연소된 미립자 상태로 대기 중에 배출되는 연료는 대기 오염을 가중시키기에 부가되는 문제점이 발생되기도 한다.

따라서 종래에 이러한 문제점을 해결하기 위하여 연소효율을 증대시키고 불완전연소에 따른 배기가스를 줄이고자 하는 노력들이 많이 이루어져 왔는데, 그중에서도 연료의 인화성을 증대시키는 방법과 투입되는 산소량을 충분히 공급하는 방법, 연료를 미립자화하여 공급하는 방법 등이 대표적인 연료효율 증대방법으로 사용되고 있었다.

그 일례로서는 자석을 이용한 연료 활성화 장치가 있는 데, 그 방식을 살펴보면, 인화물질인 연료의 이동통로에 영구자석을 비치하고, 그 영구자석의 자장을 이용하여 연료를 분자 정렬시키는 방법으로 연료를 활성화시키는 방법을 채용하고 있었으나, 이러한 연료의 활성화 방법은 영구자석의 자력에 의해 집진된 불순물이 연료공급 호스의 내부에 응집되어 연료의 공급이 중단될 수도 있는 더 큰 문제점을 양산시키게 되는 폐단이 있었다.

또, 상기 엔진에 공급되는 유체연료에 공기를 충분히 공급하는 방법이 사용되는 데, 이는 엔진 내에서 발생되는 폭발력의 증대를 위해서는 공기의 공급량에 따라 연료의 많은 분사가 필수적이지만, 연료만을 많이 분사한다 해도 그 폭발력은 연료의 투입량과 비례하여 증대되지 못한다.

즉, 연료가 폭발하여 연소하기 위해서는 공기 중에 함유된 산소분자가 연료의 투입량과 비례하여 반드시 필요하기 때문이다.

한편, 현 지구상의 대기상태는 주로 2가지의 기체분자로 이루어져 있다.

가장 많은 기체는 질소분자이며, 그 다음으로 산소분자가 많다.

물론, 아주 소수의 비율로 아르곤과 이산화탄소도 존재하지만 그 양은 아주 적은 수치이다.

이들을 부피의 비로 수치화 한다면, 질소는 78%, 산소는 21%, 아르곤은 약 0.9%이고, 이산화탄소가 0.03%이다.

또한, 질소는 아주 안정한 기체여서 웬만한 화학변화에는 그 물리적, 화학적 성질이 변하지 않기 때문에 연료의 연소에 도움이 되지 못하고 산소만이 연료의 연소에 도움을 주는 것이다.

그런데 대기 중의 공기를 그대로 엔진의 연소부에 투입하게 되면, 산소의 함량은 질소의 함량에 비해 적어 연료가 충분히 연소할 수 있을 정도로 투입되지 못하고 있는 실정이며, 이를 극복하기 위하여 흡입공기의 양을 증대시킴으로써 결과적으로 산소의 량을 증대시키는 방법이 사용되기도 하고, 에어클리너의 필터를 오픈형 등으로 개조하여 공기저항을 최소화함으로써 엔진의 연소부내에 유입되는 공기의 량을 최대화하고 유속을 빠르게 하는 방법 등이 사용되기도 하지만, 이는 연소효율을 높이고 배기가스를 줄이는 하나의 방법에 불과할 뿐이고, 특히 오픈형 에 어필터 등을 사용할 경우 소음을 유발하는 문제가 있어 쾌적한 운전환경을 방해할 뿐만 아니라 연료의 소모량이 많이 연료의 소모량에 대한 열효율은 그다지 좋지 못하게 되므로 상기한 방법들은 모두 근본적인 문제를 해결할 수 없게 되는 점 등의 폐단이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 감안하여 안출한 것으로 본 발명은 자동차 및 선박 등 유체연료를 이용하는 엔진에 있어서, 상기 엔진들의 연소부 입구에 오존을 발생시킬 수 있는 오존발생수단을 구비하고, 상기 오존발생수단에 의하여 엔진으로 공급되는 공기 중의 산소를 연소에 유효한 산소로 전환시키도록 하며, 이를 통하여 상기 엔진에서 유체연료가 연소될 때 불완전연소를 최소화하여 열효율을 향상시키도록 하고, 상기 불완전연소의 최소화에 따라 상기 엔진에서의 연소에 따른 매연을 크게 저감시키도록 하며, 상기 효율적인 엔진의 연소에 따라 유체연료의 연소에 따른 낭비를 줄일 수 있도록 하여 연료의 저감효과를 가져오도록 함으로써 엔진의 연소효율을 극대화시킬 수 있도록 한 유체연료를 이용하는 엔진의 매연 저감장치를 제공하려는 것인 바, 이를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

유체연료를 이용하는 자동차 및 선박 등의 엔진 연소부에 상기 유체연료와 함께 혼합되어 공급되는 공기를 공급함에 있어서, 상기 연소부의 입구에 2극으로 구성된 오존발생수단을 구비하고, 이 오존발생수단의 오존발생관은 상기 연소부로 공급되는 공기의 공급라인에 위치하도록 하며, 이 오존발생관을 통과하는 공기 중의 산소 다량이 오존으로 변환되면서 상기 엔진의 연소부로 공급되는 유체연료와 함께 연소부로 공급되도록 하고 상기 오존화된 공기의 입자가 엔진의 연소부에서 유체연료와 함께 연소되도록 하여 완전연소를 도모할 수 있도록 구성한 것이다.

상기 오존발생수단은 도 1에서와 같이 자동차나 선박 등에 구비된 전원부(1)에 연결되어 발진하는 발진트랜스(T1)를 연결하고, 이 발진트랜스(T1)의 1차측 코일(N1)과 전원 사이에는 트랜지스터(TR)를 연결한다.

상기 발진트랜스(T1)의 2차측 코일(N2)과 자외선램프(3) 사이에 콘덴서(C)를 구비하여 자외선램프 구동회로부(2)를 구비하고, 상기 자외선램프(3)의 전극(2A,2B)을 단일 전극으로 형성하여 자외선램프(3)에 의한 오존발생관이 구비되도록 구성한 것이다.

또, 상기 오존발생수단의 구동회로부(2)에는 분석기(5)가 내장된 중앙처리장치(4)를 연결설치하고, 이 중앙처리장치(4)의 입력단에는 상기 엔진의 연소부 입구에 연결되어 공기를 공급하는 공급라인 상에 설치되는 공기 공급량 측정부(6)를 연결하며 출력단에는 상기 공기 공급량의 측정을 분석한 중앙처리장치(4)의 신호에 따라 전압과 전류를 변동시키면서 조절하는 전압/전류조정기(7)를 연결하고 이 전압/전류조정기(7)에는 상기 자외선램프(3)를 연결시켜 이의 밝기를 조정하도록 함으로써 공기의 공급량에 따라 자외선램프(3)를 조정하도록 하며 이에 따라 오존량을 적정하게 조절할 수 있도록 구성한 것이다.

이상과 같이 구성된 본 발명의 작용상태를 설명하면, 다음과 같다.

본 발명의 설명에 보다 이해를 돕기 위해 오존이란 기체와 그 발생원인 및 물리 화학적 성질을 살펴보면 다음과 같다.

일반적으로 오존(OZONE)이란 산소 원자 3개로 구성되어 O3라 표시되는 분자로 기체상태에서는 무색이며, 액상으로는 짙은 갈색을 가지는 산소와 동소체이고, 이러한 오존은 자외선에 의해 생성되며, 매우 불안정한 상태이기에 쉽게 자기분해 되어 산소분자와 산소원자로 변환된다.

그 실례를 지구의 대기권 중 성층권에 존재하는 오존층을 통해 보면 그 생성의 단계가 보다 명확한 데, 대기 중에 떠있는 산소분자들은 강렬한 태양빛 중 고진동수를 자외선을 흡수하게 되면, 그 분자의 형태가 해리되어 산소원자의 형태가 된다.

또한, 이 산소원자의 형태는 불완전한 기체이기에 항상 분자의 형태로 변환하여 산소분자와 결합하고, 산소원자와도 결합하여 오존과 산소원자로 재결합한다.

따라서 산소분자란 자외선을 쏘이게 되면 오존을 생성시키는 것이 자명한 이치이다.

그러나 전술한 것처럼, 이 오존은 아주 불안정한 기체이기에 쉽게 분해되는데, 이러한 분해속도는 온도, 농도, 압력 등에 비례하여 증가되기에 만일 고온고압의 엔진 내부에 투입된다면, 아주 빠른 속도로 분해될 것으로 추측된다.

상기의 점을 감안한 본 발명은 유체연료를 이용하는 자동차 및 선박 등의 엔진 연소부에 상기 유체연료와 함께 혼합되어 공급되는 공기를 공급함에 있어서, 상기 연소부의 입구에 2극으로 구성된 오존발생수단을 구비하고, 이 오존발생수단의 오존발생관은 상기 연소부로 공급되는 공기의 공급라인에 위치하도록 한 상태에서 이 오존발생관을 작동시키게 되면, 전원부(1)의 전원은 이에 연결되어 발진하는 발진트랜스(T1)의 1차측 코일(N1)을 통하여 베이스 저항(R1)과 트랜지스터(TR)의 베이스에 인가되어 이 트랜지스터가 도통되고 상기 발진트랜스(T1)의 콜렉터와 에미터측으로 전류가 흐르게 되며, 이에 따라 상기 자외선램프 구동회로부(2)가 작동하여 전극(2A,2B)을 단일 전극으로 형성한 자외선램프(3)가 작동하게 된다.

상기와 같이 자외선램프(3)가 작동하게 되면, 엔진의 연소부 입구에서 연소부로 공급되도록 공급라인을 공기통과하는 공기 중의 산소 다량이 오존으로 변환되면서 상기 엔진의 연소부로 공급되는 유체연료와 함께 연소부로 공급되도록 하고 상기 오존화된 공기의 입자가 엔진의 연소부에서 유체연료와 함께 연소되도록하여 완전연소를 도모할 수 있도록 구성한 것이다.

또, 상기 오존발생수단의 구동회로부(2)에는 분석기(5)가 내장된 중앙처리장치(4)를 연결설치하고, 이 중앙처리장치(4)에는 상기 엔진의 연소부 입구에 연결되어 공기를 공급하는 공급라인 상에 설치되는 공기 공급량 측정부(6)와 상기 공기 공급량의 측정을 분석한 중앙처리장치(4)의 신호에 따라 전압과 전류를 변동시키면서 조절하는 전압/전류조정기(7)를 연결 설치하게 되면, 상기 엔진의 가속에 따른 공기의 공급량이 변환될 때 이를 상기 중앙처리장치(4)의 분석기(5)에서 분석하고 이 분석된 자료에 따라 중앙처리장치(4)가 전압/전류조정기(7)를 작동시켜 상기 자외선램프(3)의 밝기를 조정하도록 함으로써 공기의 공급량에 따라 자외선램프(3)를 조정하도록 하며 이에 따라 오존량을 적정하게 조절하도록 한 것이다.

따라서 상기 엔진의 연소부로 공급되는 공기를 자외선램프가 비추어 자외선을 발생시키게 되면, 산소분자는 해리되고, 다시 오존으로 변화시키는 과정을 지나게 된다.

이와 같이 오존화된 공기가 엔진의 연소부로 공급되면, 자기분해가 쉬운 오존은 산소로 쉽게 변화하고, 연료를 연소시키기 충분한 산소를 공급하기 때문에 유체연료의 연소상태가 거의 완전연소되고 그 연소효율이 크게 증대되는 것이다.

이상의 실시 예에서는 직접 방전점등방식을 예로 들어 설명하였으나, 반드시 직접 방전점등방식이 아니라 하더라도 예열점등방식도 가능하다.

이상과 같은 본 발명은 상기 실시 예에서와 같이 오존화되어 활성화율이 높은 공기를 엔진의 연소부 내부에 입사시키도록 함으로써 적은 연료로 그 연소효율을 크게 증대시킬 수 있으며, 거의 완전연소가 이루어짐에 따라 불완전연소에 의한 매연의 발생비율을 현저히 감소시킬 수 있게 되고 연료의 소모량을 크게 절감시킬 수 있어 경제적이며, 매연의 발생을 크게 줄여 대기의 환경오염을 크게 줄일 수 있게 되는 점 등의 특징을 지닌 것이다.

Claims

유체연료를 이용하는 자동차 및 선박 등의 엔진 연소부에 상기 유체연료와 함께 혼합되어 공급되는 공기를 공급함에 있어서, 상기 연소부의 입구에 2극으로 구성된 오존발생수단을 구비하고, 이 오존발생수단의 오존발생관은 상기 연소부로 공급되는 공기의 공급라인에 위치하도록 하며, 이 오존발생관을 통과하는 공기 중의 산소 다량이 오존으로 변환되면서 상기 엔진의 연소부로 공급되는 유체연료와 함께 연소부로 공급되도록 하고 상기 오존화된 공기의 입자가 엔진의 연소부에서 유체연료와 함께 연소되도록 하여 완전연소를 도모할 수 있도록 구성함을 특징으로 하는 유체연료를 이용하는 엔진의 매연 저감장치.
제1항에 있어서, 상기 오존발생수단은 자동차나 선박 등에 구비된 전원부(1)에 연결되어 발진하는 발진트랜스(T1)를 연결하고, 이 발진트랜스(T1)의 1차측 코일(N1)과 전원 사이에는 트랜지스터(TR)를 연결하며 상기 발진트랜스(T1)의 2차측 코일(N2)과 자외선램프(3) 사이에 콘덴서(C)를 구비하여 자외선램프 구동회로부(2)를 구비하고, 상기 자외선램프(3)의 전극(2A,2B)을 단일 전극으로 형성하여 자외선램프(3)에 의한 오존발생관이 구비되도록 구성함을 특징으로 하는 유체연료를 이용하는 엔진의 매연 저감장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 오존발생수단의 구동회로부(2)에는 분석기 (5)가 내장된 중앙처리장치(4)를 연결설치하고, 이 중앙처리장치(4)의 입력단에는 상기 엔진의 연소부 입구에 연결되어 공기를 공급하는 공급라인 상에 설치되는 공기 공급량 측정부(6)를 연결하며 출력단에는 상기 공기 공급량의 측정을 분석한 중앙처리장치(4)의 신호에 따라 전압과 전류를 변동시키면서 조절하는 전압/전류조정기(7)를 연결하고 이 전압/전류조정기(7)에는 상기 자외선램프(3)를 연결시켜 이의 밝기를 조정하도록 함으로써 공기의 공급량에 따라 자외선램프(3)를 조정하도록 하며 이에 따라 오존량을 적정하게 조절할 수 있도록 구성함을 특징으로 하는 유체연료를 이용하는 엔진의 매연 저감장치.