KR940002959B1 - 분사식 내연기관 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

분사식 내연기관
제1도는 본 발명에 따른 직접분사식 내연기관의 실린더 상단부의 단면도.
제2도는 본 발명에 따른 분사식 내연기관에 구비되는 판의 평면도.
제3도는 제2도의 판의 정면도.
제4도는 챔버의 덮개의 일부를 절단한 것으로 가정하여 전류 공급커넥터핀과 함께, 제2도에 도시된 평면도의 일부를 확대하여 도시한 도면.
제5도는 제4도의 선 V-V를 따라 취한 단면도.
제6도는 제4도의 Ⅵ-Ⅵ을 따라 취한 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 실린더 헤드 2 : 흡기관
3 : 연료 분사기 4 : 흡기패널
5 : 흡기밸브 6 : 판
7,13 : 홈부 8 : 고정구멍
11 : 챔버 12 : 원통형면
14,17,18 : 안내 도선(전류도선) 15 : 접촉 스프링
16 : 전기저항수단(PTC 테블릿) 19 : 접속함
20 : 커넥터핀 21,22 : 절연상자
23 : 덮개 24 : 레이저 용접부
본 발명은 흡기밸브를 구비하는 흡기채널이 설치된 하나이상의 실린더헤드를 포함하며, 상기 흡기채널에는 연료분사기를 구비한 흡기관이 고정되며, 상기 실린더 헤드의 흡기채널내로 가열요소가 돌출되며, 상기 가열요소는 방열판(放熱板 ; heat sink)부, 방열판부내에 전기저항수단 및 전류공급 수단을 구비하는 분사식 내연기관에 관한 것이다.
이러한 형태의 내연기관은 독일연방공화국 특허 제3426469호의 명세서로부터 공지되어 있다.
공인된 배기물시험의 싸이클(예컨대, ECE 15 또는 FTP시험)로 측정된 총배기 가스 방출물의 약 50%는 내연기관이 아직 작동온도에 도달되지 못하는 짧은 기간동안 형성된다는 것을 알게 되었다. 정상적인 작동 상황에서 배기가스 방출물을 약 90%까지 감소시켜주는 배기 가스용 촉매작용시 전환기도 촉매작용식 전환기의 작동온도가 도달될 때까지는 그 정도의 전환을 달성하지 못한다. 배기가스의 전환은 약 300℃에서 시작되므로 냉각상태의 시동후에 내연기관으로 부터 나오는 배기 가스 방출물은 거의 또는전혀 감소되지 못한다. 가솔린은 30℃ 내지 200℃의 비등점을 갖는 탄화수소의 혼합물로 구성되고 냉각상태에 있는 내연기관의 온도수준은 연료를 기화시키기에 충분할 만큼 높지 않기 때문에, 내연기관이 냉각상태에 있을때 가연성 혼합물을 얻기 위해서는 추가량의 연료가 공급되어야 한다. 이로 인하여 배기가스의 방출물이 많아지게 된다. 따라서, 내연기관이 낮은 온도에 있을때, 가솔린의 소비와 배기가스의 방출은 상대적으로 높아지게 된다.
따라서, 가솔린을 가열함으로써, 연료를 추가로 거의 분사하지 않아도 되므로, 환경개선에 크게 공헌하게 되고 연료도 상당히 절약하게 된다.
서두에 언급한 형태의 내연기관에 있어서, 짧은 시간 동안에 원하는 온도로 가열요소상에 가솔린이 분무됨으로써, 가솔린이 원하는 온도까지 가열된다. 결과적으로 가솔린은 보다 양호하게 기화되고, 연소공기와 보다 양호하게 혼합된다. 내연기관이 가솔린을 기화시키기에 충분한 온도로 워밍업(warming up)되었을 때 가열요소의 스위치가 꺼지게 된다.
전술한 독일연방공화국 특허 명세서로 부터 공지된 내연기관에 있어서, 가열요소는 절연관에 의헤 둘러싸인 파이프의 형태로 구성된다. 파이프와 절연관은 모두 플랜지를 구비하며, 이들 플랜지는 실린더 헤드의 흠부에 배치되어 흡기관에 의하여 고정된다. 전술한 절연관에서 존재하는 문제점은 가열요소가 내연기관블록에 대하여 열적으로 절연되기 때문에, 기관이 워밍업되어 가열요소의 스위치가 꺼질때 절연관이 내연기관 블록으로 부터 아무런 열을 수용하지 못한다는 점이다. 그럼에도 불구하고 절연관상에 분무되는 연료는 절연관상에서 응축된다. 이러한 상황은 특히 외기온도가 낮을 경우에 냉접(cold spot)문제를 일으며서 결국 기관의 구동성능을 감소시키게 된다. 전술한 파이프와 절연관을 고정시키는데 있어서도, 상기 플랜지를 설치하기 위한 추가의 흠부가 실린더에 제공되어야 한다는 또 다른 문제점이 생기게 된다.
본 발명의 목적은 서두에 기술한 형태의 내연기관으로서, 상기 문제점들이 방지되도록 그 가열요소가 실린더 헤드와 열전도되게 결합되고 가열요소의 고정을 위한 실린더 헤드내의 추가영역이 필요없는 분사식 내연기관을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 내연기관은 가열요소가 열적으로 절연되지 않게 상기 흡기관과 상기 실린더 헤드 사이에 조임고정된 판에 일체로 형성되며, 전기 저항수단이 방열판부의 일부를 형성하는 상단부면을 가진 챔버내에 설치되는 것을 특징으로 한다. 상기 챔버는 가열될 매체에 대하여 최적으로 위치하도록 설계되며, 흡기노즐쪽으로 배면측이 폐쇄되어 있다.
상기 판은 예컨대 알루미늄 합금과 같은 양호한 열전도재로 제조되며, 이 판과 실린더 헤드 사이의 밀봉체는 예컨대 알루미늄 합금과 같은 양호한 열전도가스킷으로 형성된다. 반면에, 판과 흡기관 사이의 밀봉체는 예컨대 종이와 같은 절연제로 제조된다. 따라서, 실린더 헤드와 가열요소 사이에 뛰어난 열전도성 결합이 이루어진다. 비교적 취약한 접점은 폐쇄된 챔버내에 수용되기 때문에, 상기 접점은 청결하게 유지되며, 따라서, 신뢰성 있는 전기접촉이 보장된다. 만일 전기저항수단이 방열판부로 부터 떼어진다 하더라도, 내연기관애에 떨어지는 일이 없게 된다. 만일 PTC 테블릿이 전기저항수단으로 사용된다면, 이러한 구성에 의해 PTC 테블릿(tablet)의 노후화가 최소한으로 억제된다.
분사된 연료는 분사기에 의하여 PTC테블릿이 설치된 방열판부로 직접 향하게되고, 또한 연료가 분무화되어 전도재 브릿지에 의해 PTC 테블릿이 설치된 열전도재 챔버에 결합된 원통형과 접촉하게 되기 때문에, 가열요소와 양호하게 접촉하게 된다. 실린더 헤드로 들어가고 실린더 헤드로 부터 나오는 열의 흐름은 상기 전도재 브릿지의 크기를 변화시켜 조정될 수 있다. 이러한 모든 사항은 전적으로 분무된 연료 흐름이 방열판부와 접촉하는 장소의 표면에서 최대의 열과 최고의 온도와 최상의 열전달을 얻을 수 있도록 선정된다.
몇개의 실린더를 구비한 내연기관에서 모든 실린더에 대하여 단일의 판을 사용함으로써, 전체내연기관에 대한 원하는 연료가열을 단일의 요소에 의해 수행할 수 있다.
모든 가열요소의 PTC 테블릿을 판속에 매설된 절연 전류도선에 의해 단일의 커넥핀에 접속하면, 가열요소로의 외부전류공급이 매우 간단하게 된다.
본 발명은 또한 직접분사식 내연기관의 실린더 블록의 흡기구와 흡기관 사이에 설치하기 위한 판에 관한 것이다. 이러한 판은 본 발명에 따라 자체에 결합되는 다수의 돌출된 가열요소를 구비하며, 각각의 가열요소는 판표면에 대하여 돌출하고 전기저항수단 특히 하나 이상의 PTC테블릿을 수용하는 챔버를 구비한다.
이후로 실시예를 도시하는 첨부도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
제1도에 도시된 내연기관의 상단부는 실린더헤드(1)을 구비하며, 이 실린더헤드(1)상에 연료 분사기(3)을 구비한 흡기관(2)가 고정된다. 흡기관(2)는 실린더 헤드의 흡기채널(4)내로 개방된다. 흡기밸브(5)는 흡기채널(4)내에 설치된다.
예컨대, 알루미늄 합금과 같은 열전도재로 된 판(6)은 흡기관(2)와 실린더헤드(1) 상이에 조임고정된다. 도면에 도시된 예에서는 판이 4개의 실린더헤드에 공유된다.
밀봉면을 확정하고 재료를 절약하기 위하여, 홈부(7)을 판에 설치하며, 또한 고정구멍(8)을 판에 형성한다, 판(6)에는 각각의 흡기채널(4)에 대응하는 장소에서 개구부가 설치되고 각각의 상기 개구부내로 챔버(11)이 가스킷의 표면과 직각으로 돌출되며, 또한 챔버(11)과의 결합부에서 폭이 최대가 되고 대각선으로 반대측에서 폭이 최소가 되는 원통형면(12)가 각각 돌출 형성된다. 원통형면(12)는 전도재로 된 브릿지(10)에 의해 상기 판(6)에 결합된다. 원통형면(12)의 폭이 가장 작은 부분에 홈부(13)이 형성되며, 이 홈부(13)을 통해 연료 분사기가 돌출된다. 챔버(11)의 상단부면과 원통형면(12)는 방열판(heat sink)부를 형성한다.
PTC테블릿(16)은 각각의 챔버(11)내에 설치되며, 열전도성 및 전기전도성을 가진 에폭시 수지에 의해 챔버(11)의 상부벽에 고정된다. 각각의 챔버에는 플라스틱에 의해 방열판부로 부터 절연되는 접촉 스프링(15)가 또한 구비된다.
각각의 접촉 스프링(15)는 안내도선(14)와, 레이저 용접에 의하여 안내도선(14)에 결합된 안내도선(17)과, 안내도선(17)과 일체로 형성된 안내도선(18)에 의하여 접속함(19)내로 돌출된 커넥터핀(20)에 결합된다. 도선(17)과 (18)은 각각 절연상자(21)과 (22)내에 설치된다. 이들 상자는 패킹재의 내부공동내에 매설된다. 도선(18)은 커넥터핀(20)에 납땜된다.
챔버(11)은 레이저 용접부(24)에 의해 고정된 덮개(23)으로 폐쇄된다. 판(6)과 전도재 브릿지에 의해판(6)에 결합된 연료요소와의 결합체는 흡기관(2)와 실린더 헤드의 흡기구 사이에 설치되고, 실린더 헤드측에는 알루미늄 합금과 같은 열전도재로 된 가스킷(6b)가 구비되며, 흡기관측에는 종이와 같은 절연재로 된 가스킷(6a)가 구비된다. 이렇게 구성함으로써, 내연기관이 냉각된 상태에서도, 분사된 연료의 효과적인 가열이 달성된다. 이러한 연료는 방열판부에 속하는 챔버(11)의 상단부면 위로 다양한 각도로 분사된다. 전류가 커넥터핀(20), 전류도선(18,17,14) 및 접촉스프링(15)에 공급될 때, 테블릿은 PTC재에 의해 결정되는 온도까지 가열되며, 이 열은 챔버(11)의 상부면으로 전달되어진다.
공기는 제1도의 화살표 방향을 따라 흡기관(2)내로 흡입된다. 각각의 챔버의 덮개(23)상에는 유선형 요소가 부착된다. 이러한 덮개와는 별도로 각각의 챔버내의 PTC 테블릿도 예컨대 충전분말재 또는 에폭시수지에 의하여 다양한 방법으로 주위로 부터 차단될 수 있다. 각각의 챔버(11)의 내부는 전류도선(17,18)이 배치되는 슬릿형태의 공간을 통하여 대기와 연결된다. 이것은 PTC 테블릿의 사용수명을 연장시킨다.
설명된 장치의 다양한 변형이 본 발명의 범위내에서 가능하다. 본 발명의 기술사상에서 중요한 것은 가열요소가 열을 전달하는 방식으로 흡기노즐과 실린더 헤드 사이에 조임고정된 판에 일체로 형성되며, 각각의 PTC 테블릿은 방열판부의 일부를 형성하는 상단부면을 가지는 폐쇄된 챔버내에 설치한다는 점이다. 물론, PTC 테블릿 대신에 다른 전기저항 재료를 사용할 수도 있다.

Claims (6)

  1. 연료분사기(3)을 구비한 흡기관(2)가 상부에 고정된 흡기채널(4) 및 흡기밸브(5)를 구비하는 하나이상의 실린더 헤드(1)과, 상기 실린더헤드의 흡기채널(4)내로 돌출되며, 방열판부(11,12)와, 상기 방열판부내에 배치된 전기저항수단(16) 및 전류 공급 수단(14,17,18,20)을 포함하는 가열요소를 구비한 분사식 내연기관에 있어서, 상기 가열요소는, 열을 전달하도록 흡기관(2)와 실린더 헤드(1) 사이에 조임고정되며 실린더 헤드로부터의 열을 전달하는 고정된 부분과 내부에 상기 전기저항수단(16)이 부착되는 챔버(11)을 형성하도록 상기 흡기채널(4)내로 돌출하는 부분을 가지는 열전달판(6)과 일체로 형성되며, 상기 전기저항수단(16)은 방열판부의 일부를 형성하고 연료분사기로부터 그위에 분사된 연료를 수용하도록 상기 고정된 부분으로 부터 열을 전달하는 관걔로 연장하는 상단부면을 가진 챔버(11)내에 설치되는 것을 특징으로 하는 분사식 내연기관.
  2. 제1항에 있어서, 전도재 브릿지(10)에 의하여 상기 판(6)에 결합되는 원통형면(12)가 상기 챔버(11)에 결합되는 것을 특징으로 하는 분사식 내연기관.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 2개 이상의 실린더를 구비하는 내연기관에서 단일의 판(6)이 모든 실린더에 공유되는 것을 특징으로 하는 분사식 내연기관.
  4. 제3항에 있어서, 상기 챔버(11)내의 가열요소의 전기저항수단은 판(6)내에 매설되는 절연된 전류도선(17,18)을 통해 단일의 커넥터핀(20)에 접속되는 것을 특징으로 하는 분사식 내연기관.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 전기저항수단은 PTC재의 테블릿으로 제작되는 것을 특징으로 하는 분사식 내연기관.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 챔버(11)은 배면측이 폐쇄되지만 대기와 연통되는 것을 특징으로 하는 분사식 내연기관.
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