KR20130062804A - 자동차의 연료분사장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전극을 사용함으로써 연소 안정성을 향상시킬 수 있는 자동차의 연료분사장치에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 자동차의 연료분사장치는, 엔진의 연소실에 연료를 직접 분사하는 인젝터 및 연료를 점화시키는 점화플러그가 구비된 연소실에 연료를 분사 및 연소시키는 자동차의 연료분사장치에 있어서, 상기 연소실에 전기장을 형성하도록 구비되는 연소실 전극; 상기 연소실로 연료가 분사되도록 상기 인젝터의 일단에 형성된 분사구; 상기 분사구 부근에 구비되는 인젝터 전극; 및 상기 연소실 전극 및 상기 인젝터 전극에 전압을 인가하는 전원; 을 포함하되, 상기 인젝터 전극은 상기 인젝터에서 분사되는 연료를 대전시킬 수 있다.

Description

자동차의 연료분사장치 {FUEL INJECTION SYSTEM FOR VEHICLE}

본 발명은 자동차의 연료분사장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극을 사용한 자동차의 연료분사장치에 관한 것이다.

일반적으로, 내연기관의 직접분사식 연소실에는 흡기구를 선택적으로 개폐하는 흡기밸브, 배기구를 선택적으로 개폐하는 배기밸브, 엔진의 연소실에 연료를 직접 분사하는 인젝터 및 연료를 점화시키는 점화플러그가 구비된다. 또한, 피스톤의 상면을 소정의 형상으로 형성되게 하여 분사된 연료가 스월(swirl) 및 텀블(tumble)을 일으키도록 한다.

여기서, 스월은 공기 또는 혼합기가 실린더 내에서 원주 방향으로 일으키는 와류 현상을 말한다. 즉, 스월은 실린더에 흡입되는 공기가 실린더의 축에 대하여 직각 방향으로 선회하여 흐르는 상태이며, 연소 속도를 빠르게 한다. 또한, 텀블은 공기 또는 혼합기가 실린더 내에서 수직 방향으로 일으키는 와류 현상을 말한다. 즉, 텀블은 실린더에 흡입되는 공기가 실린더의 축에 대하여 직각 방향으로 선회하여 흐르는 상태이며, 연소 속도를 빠르게 한다. 한편, 스월은 2밸브 엔진에서 잘 형성되고, 텀블은 4밸브 엔진에서 잘 형성될 수 있다.

이러한 내연기관의 직접분사식 연소실에서 연소 안정성의 저하는 엔진 성능 저하 및 소음 진동 발생 등의 문제를 발생시킨다. 따라서, 시동 초기 연소 안정성 향상을 위해 점화플러그 주변으로의 연료 집중이 필요하다. 이를 위해 연료를 농후하게 분사하고, 인젝터의 연료분사 방향, 스월 및 텀블의 형상 및 방향 등을 적절하게 변경하여 분사된 연료를 점화 플러그 주변으로 유도하게 된다.

하지만, 과다하게 분사된 연료는 시동 초기 배기가스 과다의 원인이 될 수 있다. 또한, 상기와 같은 분사된 연료의 유도방법은 흡기유동 및 연료분사 시기 등에 영향을 받기 때문에 그 제어범위가 제한적일 수 있다. 나아가, 피스톤의 승강 작동이 변화함에 따라 피스톤 상면의 형상에 의한 스월 및 텀블의 형상 및 방향이 변화하게 된다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 과다한 연료분사를 방지하면서도 시동 초기 연소 안정성을 향상시킬 수 있는 자동차의 연료분사장치를 제공하는 것이다.

또한, 연료의 입자상 물질을 저감시킬 수 있는 자동차의 연료분사장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 자동차의 연료분사장치는, 엔진의 연소실에 연료를 직접 분사하는 인젝터 및 연료를 점화시키는 점화플러그가 구비된 연소실에 연료를 분사 및 연소시키는 자동차의 연료분사장치에 있어서, 상기 연소실에 전기장을 형성하도록 구비되는 연소실 전극; 상기 연소실로 연료가 분사되도록 상기 인젝터의 일단에 형성된 분사구; 상기 분사구 부근에 구비되는 인젝터 전극; 및 상기 연소실 전극 및 상기 인젝터 전극에 전압을 인가하는 전원; 을 포함하되, 상기 인젝터 전극은 상기 인젝터에서 분사되는 연료를 대전시킬 수 있다.

상기 연소실 전극은 상기 점화플러그 부근에 형성될 수 있다.

상기 연소실 전극에 하나의 극을 갖는 고전압이 인가됨으로써, 상기 하나의 극과 다른 극으로 대전된 연료가 상기 점화플러그 부근으로 유도될 수 있다.

상기 연소실 전극 및 상기 인젝터 전극에는 같은 극의 고전압이 인가될 수 있다.

상기 인젝터에서 분사되는 연료는 상기 인젝터 전극에 인가되는 전압의 극과 다른 극으로 대전될 수 있다.

상기 인젝터 전극은 상기 인젝터에 장착되고, 상기 인젝터 전극과 상기 인젝터의 사이에는 전기를 차단하는 절연층이 구비될 수 있다.

상기 인젝터 전극에 의해 대전된 연료의 입자는 내부의 전기적인 척력에 의해 분열되어 미립화될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 점화플러그 주변으로 연료를 효율적으로 집중시킴으로써 과다한 연료분사를 방지하면서도 시동 초기 연소 안정성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 배기가스의 과다 배출을 방지하는 것이 가능하다.

또한, 분사된 액상 연료의 입자자 미립화됨에 따라 연료의 입자상 물질을 저감시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자동차의 연료분사장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 인젝터의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 미립화의 단계도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자동차의 연료분사장치의 개략도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 자동차의 연료분사장치는 점화플러그(10), 연소실 전극(12), 인젝터(20), 분사구(24), 인젝터 전극(22), 실린더(40), 피스톤(50), 전원(30), 흡기밸브(60) 및 배기밸브(62)를 포함한다.

점화플러그(10)는 연료를 점화시켜 폭발행정을 수행시킨다. 또한, 점화플러그(10)가 연소실(42)의 중앙 상단에 구비될 수 있다.

연소실 전극(12)은 연소실(42)에 전기장을 형성시키도록 구비된다. 또한 상기 전기장은 연료를 점화플러그(10) 주변으로 유도하도록 형성된다. 나아가, 연소실 전극(12)은 점화플러그(10) 부근에 구비될 수 있다. 즉, 연소실 전극(12)은 연소실(42)의 중앙 상단에 점화플러그(10)와 함께 구비될 수 있다.

인젝터(20)는 엔진(도시하지 않음)의 연소실(42)에 연료를 직접 분사시킨다.

분사구(24)는 연소실(42)에 연료를 분사시킬 수 있도록 인젝터(20)의 일단에 형성된다. 즉, 분사구(24)는 연소실(42) 내부를 향하는 인젝터(20)의 일단에 형성된다.인젝터 전극(22)은 분사구(24) 부근에 구비된다. 또한, 인젝터 전극(22)은 분사구(24)에서 분사되는 연료를 대전시킬 수 있도록 구비된다. 한편, 도 1 및 도 2에서는 인젝터 전극(22)이 인젝터(20)에 장착되는 것이 도시되었지만, 이에 한정되지 않는다.

실린더(40)는 내부에 연소실(42) 및 피스톤(50)을 포함한다. 또한, 연소실(42)은 실린더(40)의 내부에서 피스톤(50)과 실린더헤드(도시하지 않음) 사이에 형성된다. 나아가, 피스톤(50)은 혼합기가 연소될 때의 폭발력과 크랭크 축(도시하지 않음)의 회전력에 의해 실린더 내부에서 상하 운동된다.

전원(30)은 실린더(40)에 연결되어 연소실 전극(12) 및 인젝터 전극(22)에 전압을 인가시킨다. 또한, 전원(30)은 연소실 전극(12) 및 인젝터 전극(22)에 하나의 동일한 극을 갖는 고전압을 인가시킬 수 있다. 따라서, 인젝터(20)에서 분사되는 연료는 상기 하나의 동일한 극과 반대 극으로 대전될 수 있다. 나아가, 대전된 연료는 연소실 전극(12)에 의해 유도되어 점화플러그(10)의 주변에 집중될 수 있다.

흡기밸브(60)는 흡기구를 선택적으로 개폐시킨다. 또한, 배기밸브(62)는 배기구를 선택적으로 개폐시킨다.

상기 점화플러그(10), 인젝터(20), 실린더(40), 피스톤(50), 흡기밸브(60) 및 배기밸브(62)를 포함하는 연소실(42)의 기본적인 구성 및 상기 각 부품들의 기능은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하므로 더 이상의 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 인젝터의 구성도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 인젝터(20)는 절연층(26)을 더 포함한다. 또한, 인젝터(20)는 전원(30)과 연결된다.

절연층(26)은 전기를 차단하기 위해 구비된다. 또한, 인젝터 전극(22)이 인젝터(20)에 구비되는 경우, 절연층(26)은 인젝터(20)와 인젝터 전극(22) 사이에 구비되거나 형성될 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 미립화의 단계도이다.

연소실 전극(12) 및 인젝터 전극(22)에 -극의 고전압이 인가된다고 가정할 때, 인젝터(20)의 분사구(24)를 통해 분사되는 연료는 인젝터 전극(22)에 의해 도 3의 (a)와 같이 +극으로 대전되어 분사된다. 또한, +극으로 대전되어 분사된 연료는 -극의 고전압이 인가된 연소실 전극(12)에 의해 점화플러그(10)를 향하여 유도된다.

도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, +극으로 대전된 연료입자 내부의 전기적인 척력이 연료입자의 표면장력보다 커지면, 연료입자의 미립화(atomization)가 진행된다. 여기서 미립화는 액체상태의 입자가 미립자화되는 것을 말한다.

도 3의 (c)에 도시된 바와 같이, 상기 미립화가 진행되면 연료입자는 분열되어 미립자화된다. 따라서, 연료의 입자상 물질을 감소시킬 수 있다.

한편, 설명의 편의상 연소실 전극(12) 및 인젝터 전극(22)에 -극의 고전압이 인가되고, 인젝터(20)에서 분사되는 연료가 +극으로 대전되는 실시예를 설명하였지만 이에 한정되지 않는다. 즉, 연소실 전극(12) 및 인젝터 전극(22)에 +극의 고전압이 인가되고, 인젝터(20)에서 분사되는 연료가 -극으로 대전될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 점화플러그(10) 주변으로 연료를 효율적으로 집중시킴으로써 과다한 연료분사를 방지하면서도 시동 초기 연소 안정성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 배기가스의 과다 배출을 방지하는 것이 가능하다. 또한, 분사된 액상 연료의 입자자 미립화됨에 따라 연료의 입자상 물질을 저감시킬 수 있다.

이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

10: 점화플러그
12: 연소실 전극
20: 인젝터
22: 인젝터 전극
24: 분사구
26: 절연층
30: 전원
40: 실린더
42: 연소실
50: 피스톤
60: 흡기밸브
62: 배기밸브

Claims (7)

1. 엔진의 연소실에 연료를 직접 분사하는 인젝터 및 연료를 점화시키는 점화플러그가 구비된 연소실에 연료를 분사 및 연소시키는 자동차의 연료분사장치에 있어서,
   상기 연소실에 전기장을 형성하도록 구비되는 연소실 전극;
   상기 연소실로 연료가 분사되도록 상기 인젝터의 일단에 형성된 분사구;
   상기 분사구 부근에 구비되는 인젝터 전극; 및
   상기 연소실 전극 및 상기 인젝터 전극에 전압을 인가하는 전원;
   을 포함하되,
   상기 인젝터 전극은 상기 인젝터에서 분사되는 연료를 대전시키는 자동차의 연료분사장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 연소실 전극은 상기 점화플러그 부근에 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차의 연료분사장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 연소실 전극에 하나의 극을 갖는 고전압이 인가됨으로써, 상기 하나의 극과 다른 극으로 대전된 연료가 상기 점화플러그 부근으로 유도되는 것을 특징으로 하는 자동차의 연료분사장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 연소실 전극 및 상기 인젝터 전극에는 같은 극의 고전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 자동차의 연료분사장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 인젝터에서 분사되는 연료는 상기 인젝터 전극에 인가되는 전압의 극과 다른 극으로 대전되는 것을 특징으로 하는 자동차의 연료분사장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 인젝터 전극은 상기 인젝터에 장착되고,
   상기 인젝터 전극과 상기 인젝터의 사이에는 전기를 차단하는 절연층이 구비되는 것을 특징으로 하는 자동차의 연료분사장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 인젝터 전극에 의해 대전된 연료의 입자는 내부의 전기적인 척력에 의해 분열되어 미립화되는 것을 특징으로 하는 자동차의 연료분사장치.

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