KR940006042B1 - 열면충돌착화식 내연기관 및 그 열면충돌착화방법 - Google Patents

열면충돌착화식 내연기관 및 그 열면충돌착화방법 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

열면충돌착화식 내연기관 및 그 열면충돌착화방법
[도면의 간단한 설명]
제1도는 열면충돌착화식 내연기관의 제 1 실시예의 측단면도이고,
제2도는 제 1 도의 내연기관의 실린더헤드의 내벽면을 도시한 도면이며,
제3도는 열면충돌착화식 내연기관의 제 2 실시예의 측단면도이고,
제4도는 열면충돌착화식 내연기관의 제 3 실시예의 측단면도이며,
제5도는 열면충돌착화식 내연기관의 제 4 실시예의 측단면도이고,
제6도는 열면충돌착화식 내연기관의 제 5 실시예의 측단면도이며,
제7도는 열면충돌착화식 내연기관의 제 6 실시예의 측단면도이고,
제8도는 열면충돌착화식 내연기관의 제 7 실시예의 측단면도이며,
제9도는 열면충돌착화식 내연기관의 제 8 실시예의 측단면도이고,
제10도는 열면충돌착화식 내연기관의 제 9 실시예의 측단면도이며,
제11도는 열면충돌착화식 내연기관의 제10실시예의 측단면도이고,
제12도는 열면충돌착화식 내연기관의 제11실시예의 측단면도이며,
제13a도 내지 제13d도는 목표온도를 나타내는 도면이고,
제14도는 전자제어유니트의 회로도이며,
제15도는 가열제어를 행하기 위한 제 1 실시예의 플로우챠트이고,
제16도는 가열제어를 행하기 위한 제 2 실시예의 플로우챠트이며,
제17도는 가열제어를 행하기 위한 제 3 실시예의 플로우챠트이다.
[발명의 상세한 설명]
[기술분야]
본 발명은 열면충돌착화식 내연기관 및 그 열면충돌착화방법에 관한 것이다.
[배경기술]
직접분사식 디젤기관 또는 부속실이 있는 디젤기관에서는 연료분사밸브에서 연소실 또는 부속실에 분사된 연료를 가능한 한 미립화하여 공기와 충분하게 혼합시킬 필요가 있으며, 그러므로 이러한 디젤기관에서는 연료분사밸브의 노즐에서 연료가 분사될 때에 가능한 한 연료를 미립화하도록 하고 있다. 기관시동시와 같이 연소실 또는 부속실의 온도가 낮을 때에는 연소실 또는 부속실내에 빨갛게 불달은 발열플러그를 부착하여 연소실 또는 부속실내의 공기를 가열함으로써 연료의 착화를 촉진하도록 하고 있다.
그러나, 이와 같이 연료분사밸브의 노즐에서 분사되는 연료의 미립화를 촉진하고, 연소실 또는 부속실내에 발열플로그를 배치하여도 연료가 공기와 충분하게 혼합하여 연료가 착화되기까지에는 일정한 시간을 필요로 하므로 착화지연을 발생하게 된다. 이러한 착화지연을 발생시키면 착화가 행해졌을 때에는 다량의 연료입자가 존재하여 주위의 연료가 급격하게 연소되므로 연소실 또는 부속실내의 연소압이 급격하게 상승한다. 연소압이 급격하게 상승하면, 큰 소음이 발생한다는 문제를 생기게 할 뿐만 아니라, 최고 연소온도가 높아지므로 다량의 산화질소(NOx)가 생긴다는 문제가 있다. 이러한 디젤기관에서는 연소실내 또는 부속실내에 연료를 균일하게 분산시키는 것이 곤란하고, 따라서, 연료입자의 주위에 산소가 불충분한 영역이 발생한다. 그 결과로 이러한 영역에서 다량의 그을음 등과 같은 연소찌꺼기가 발생한다. 연료분사밸브의 노즐에서 연료를 미립화해서 분사하도록 하고 있는 한, 착화지연을 단축하는 것은 곤란하고, 연료를 균일하게 연소실 또는 부속실내에 분산시키는 것도 곤란하다. 그러므로, 연료분사밸브의 노즐에서 연료를 미립화해서 분사하도록 하고 있는 한, 큰 소음이 발생하고 다량의 그을음 등과 같은 연소찌꺼기가 발생하게 된다.
압축착화기관은 열효율이 높다는 장점이 있으며, 따라서, 가솔린, 메탄올 등의 저세탄가와 고옥탄가를 갖는 연료를 압축착화시킬 수 있으면 경제적으로 매우 유리하다. 그러나, 이러한 저세탄가와 고옥탄가를 갖는 연료를 착화지연기간이 매우 길고, 따라서, 종래부터 이러한 연료를 압축착화시키는 것은 곤란하게 되어 있다.
[발명의 개요]
본 발명의 목적은 내연기관에 사용하는 여러 종류의 연료를 사용하여도 자체착화에 의한 양호한 연소를 얻을 수 있는 내연기관 및 착화방법을 제공하는데 있다.
본 발명에 의하면 연소실내에 전기적으로 가열되는 가열부재를 배치하고, 연료분사밸브의 노즐에서 가열부재의 가열표면으로 향하여 연속액체류의 형태로 연료를 분사시키며, 연료를 미립화하지 않은 액상의 형태로 가열표면에 충돌시키도록 한 내연기관이 제공된다.
본 발명에 의하면 연료분사밸브에서 연소실내에 연속액체류의 형으로 연료를 분사시키고, 이러한 연료를 전기적으로 가열시킨 가열부재의 가열표면에 미립화하지 않은 액상의 형태로 충돌시키며, 충돌후에 확산하는 연료를 착화시키는 착화방법이 제공된다.
[발명을 실시하기 위한 최상의 형태]
제 1 도 및 제 2 도는 본 발명에 의한 제 1 실시예를 나타낸다.
제 1 도 및 제 2 도를 참조하면, 1은 실린더블럭, 2는 실린더블럭(1)내에서 왕복운동하는 피스톤, 3은 실린더블럭(1)상에 조여진 실린더헤드, 4는 피스톤(2)과 실린더헤드(3)의 사이에 형성된 연소실, 5는 흡기밸브, 6은 배기밸브를 각각 나타낸다. 피스톤(2)의 평탄한 꼭대기면(2a)의 중앙부에는 공동(7)이 형성되고, 실린더헤드(3)의 평탄한 내벽면(3a)의 중앙부에는 연료분사밸브(8)가 배치된다. 제 1 도에 나타내는 실시예에서 연료분사밸브(8)는 단일 노즈(9)과, 이 노즐(9)을 개폐제어하는 니들(10)을 구비하고, 니들(10)이 노즐(9)을 개방했을 때에 노즐(9)에서 공동(7)의 중앙부로 향하여 연료가 분사된다.
공동(7)의 중앙부에는 한쌍의 지지부재(11, 12)를 거쳐 실린더헤드(3)로 지지된 디스크형의 가열부재(13)가 배치된다. 이 가열부재(13)는 예를 들어 세리믹과 같은 내열성 재료로 형성된다. 가열부재(13)내에는 전기적으로 가열되는 가열소자(14)가 배치되고, 이 가열소자(14)에 의하여 노즐(9)에 대면하는 가열부재(13)의 가열표면(15)이 가열된다. 가열부재(13)내에는 가열표면(15)의 온도를 검출하기 위해 예를 들어 열전지 등과 같은 온도감지기(16)가 배치된다. 가열표면(15)의 온도는 온도감지기(16)의 출력신호에 의하여 압축온도보다도 높은 650℃ 이상의 온도, 예를 들어 800℃ 정도로 유지된다. 가열소자(14)를 사용하는 대신에 가열부재(13)의 전체를 정특성더미스터소자로 하는 세라믹히터를 사용하는 것도 가능하다. 제 1 도에 나타내는 실시예에서는 가열표면(15)이 실린더헤드의 내벽면(3a)과 거의 평행을 이루는 평탄면으로 형성되어 있다. 그러나, 이 가열표면(15)은 곡률반경이 큰 볼록곡면 또는 오목곡면으로 형성하는 것도 가능하다.
연료분사밸브(8)의 노즐(9)에서는 연료가 F로 나타내듯이 연속액체류의 형태로 가열표면(15)의 중앙부로 향하여 분사된다. 제 1 도에 나타내는 실시예에서는 이러한 연료분사는 압축상사점의 5도 내지 15도 정도의 전에 개시된다. 노즐(9)에서 분사된 연료는 가열표면(15)의 중앙부에 충돌하고, 이때 일부의 연료는 충돌에너지에 의하여 즉시 안개처럼 되고, 나머지의 연료는 액막류의 형태로 가열표면(15)의 가장자리로 향하여 사방으로 흐른다. 이어서, 이러한 액막류는 가열표면(15)의 가장자리에서 분열하여 연료미립자로 되고, 이러한 연료미립자는 제 1 도에서 화살표로 나타내듯이 주위로 증발한다. 앞서 설명했듯이, 분사연료의 일부는 충돌후에 즉시 안개처럼 되지만, 이러한 안개형 연료는 충돌시에 가열표면(15)으로부터 흡열하여 고온으로 됨으로써 즉시 자체착화된다. 또한, 가열표면(15)상을 액막류의 형태로 흐르는 연료는 가열표면(15)상을 흐르는 사이에 가열표면(15)으로부터 흡열하여 고온으로 된다. 따라서, 가열표면(15)의 가장자리에서 주위로 증발하는 연료미립자도 고온으로 되어 있으므로, 이러한 연료미립자도 즉시 자체착화된다. 따라서, 착화지연기간이 매우 짧아지므로 연료분사밸브(8)에서 분사되는 연료가 차례로 연소된다. 그 결과로 연소압이 완만하게 상승하므로 소음의 발생이 억제되고, 최고 연소온도가 낮아지므로 산화질소의 발생이 억제된다. 연료가 가열표면(15)에서 사방으로 균일하게 증발하므로 공동(7)내에는 연료미립자가 균일하게 분산됨으로써 연료미립자의 주위에 산소가 결핍되는 영역이 거의 존재하지 않게 되어 그을음 등의 발생이 제어된다.
본 발명에서 중요한 것은 연료분사밸브(8)의 노즐(9)에서 연료를 연속액체류의 형태로 분사하여 이러한 분사연료를 미립화하지 않은 액체형태로 가열표면(15)에 충돌시키는 것 및 가열표면(15)이 가열표면(15)에 충돌한 연료에 열을 충분히 가하기에 충분한 면적을 갖는 것에 있다.
즉, 본 발명은 미랍화한 연료를 연료분사밸브의 노즐에서 분출하는 종래의 디젤기관과는 다르고, 연료분사밸브(8)의 노즐(9)에서 연료를 분사할 때에는 기본적으로 연료를 미립화시키지 않고, 이러한 분사연료를 가열표면(15)에 충돌시킴으로써 분사연료를 미립화시키는 것을 특징으로 하고 있다. 노즐(9)에서 분사되는 모든 연료의 미립화를 저지하는 것은 불가능하고, 따라서, 실제로는 노즐(9)에서 분사된 연료의 일부가 미립화하지 않은 액상의 형태로 가열표면(15)에 충돌하게 된다. 이때, 연료는 연속액체류의 형태로 가열표면(15)에 충돌하는 경우도 있으며, 또한, 분사후에 분열하여 액체덩어리의 형태로 가열표면(15)에 충돌하는 경우도 있다. 어느 것으로 하든지간에 본 발명에서는 분사연료를 가열표면(15)에 충돌시킴으로써 미립화시키도록 하고 있으므로 분사연료를 가능한 한 고속으로 가열표면(15)상에 충돌시킬 필요가 있으며, 따라서, 노즐(9)에서 연료를 연속액체류의 형태로 분사시키도록 하고 있다. 즉, 연속액체류의 형태로 분사된 연료는 큰 관철력을 가지므로 가열표면(15)에 충돌하기까지 거의 감속되지 않고, 따라서, 연료분사밸브(8)에서 분사되는 연료의 분사압을 100kg/cm2에서 150kg/cm2정도의 저압으로 할지라도 분사연료를 고속으로 가열표면(15)상에 충돌시킬 수 있다.
종래와 같이 미립화한 연료를 연료분사밸브의 노즐에서 분사시키도록 한 경우에는 연료분무의 관철력이 작으므로 연료미립자가 노즐에서 분사되자마자 급속하게 감속된다. 따라서, 이러한 연료분사내에 발열플러그를 배치하여도 발열플러그에 충돌한 소량의 연료입자는 발열플러그의 근방에만 표류할 뿐이고 고온의 연료입자가 연소실(4)내의 넓은 영역으로 분산되지 않으므로 착화지연을 단축하는 효과가 작다.
분사연료의 일부는 충돌후에 즉시 안개화한다고 할지라도 액상의 형태로 가열표면(15)상에 충돌한 연료는 가열표면(15)상에서 둥글게 확산되고, 이렇게 둥글게 확산된 연료가 미랍화하는 것이다. 따라서, 이렇게 둥글게 확산된 연료를 가열할 수 있는 면적을 갖는 것이 양호하다. 가열표면(15)상을 그 가장자리로 향하여 액막형으로 흐르는 연료를 충분하게 가열하기 위하여는 가열표면(15)은 큰 면적을 갖는 것이 양호하다.
제 1 도에 나타내는 실시예에서는 연료분사밸브(8)의 노즐(9)에서 분사되는 연료중의 50퍼센트 이상의 대부분의 연료가 액상의 형태로 가열표면(15)상에 충돌된다. 그러나 연료분사밸브(8)에서 분사되는 연료중의 50퍼센트 이하의 연료를 액상의 형태로 가열표면(15)상에 충돌시켜도 착화지연의 단축에 상당한 효과가 있음이 판명되었다.
가열표면(15)은 고온으로 유지되므로 가열표면(15)상에 카본 등이 퇴적되지 않고, 가열부재(13)의 치수가 작으므로 가열소자(14)에 전기를 통해주면 가열표면(15)의 온도가 즉시 상승하며, 따라서, 기관시동시에서 착화지연기간이 매우 짧은 양호한 연소상태를 확보할 수 있다. 제 3 도 내지 제12도에 여러가지의 실시예를 나타낸다. 이러한 실시예들의 각각에서 제 1 도 및 제 2 도에 나타내는 실시예와 동일한 구성요소는 동일한 부호로 나타낸다.
제 3 도는 제 2 실시예를 나타내고 있다. 본 실시예에서는 가열부재(13)의 그 아랫부분에는 다수의 환형핀의 형태인 흡열부(13a)가 일체로 형성되어 있다. 이 흡열부(13a)는 연소기체의 열을 가능한 한 최대로 흡수하여 가열표면(15)에 전달함으로써 가열소자(14)의 전력소비량을 경감하기 위하여 설치되어 있다.
제 4 도는 제 3 실시예를 나타낸다. 본 실시예에서는 지지부재(14)내에 가열소자(14)가 배치되고, 지지부재(14)의 선단부에 열전도성이 좋은 예를 들어 금속재료로 된 가열판(17)이 고착된다. 가열소자(14)에서 발생한 열이 열전도에 의하여 가열판(17)에 전달됨으로써 가열판(17)의 가열표면(15)이 가열된다.
제 5 도는 제 4 실시예를 나타낸다. 본 실시예에서는 가열부재(13)가 3개의 지지부재(18)를 거쳐 연료분사밸브(8)에 의하여 지지된다. 즉, 본 실시예에서는 가열부재(13)가 연료분사밸브(8)와 일체로 형성되어 있다.
제 6 도는 제 5 실시예를 나타낸다. 본 실시예에서는 가열부재(13)가 피스톤(2)에 형성된 공동(7)의 바닥면의 중앙부에 의하여 지지된다.
제7도는 제 6 실시예를 나타낸다. 본 실시예에서는 피스톤(2)에 형성된 공동(7)이 거의 구형을 이루고, 이러한 구형 공동(7)의 주변벽면상에 가열부재(13)가 배치된다. 연료분사밸브(8)의 노즐(9)에서는 F로 나타내듯이 가열부재(13)의 가열표면(15)으로 항하여 연료가 분사된다.
제8도는 제 7 실시예를 나타낸다. 본 실시예에서는 공동(7)의 주변부에 한쌍의 가열부재(13)가 배치되고, 이러한 각각의 가열부재(13)는 각각 대응하는 지지부재(19)를 거쳐 실린더헤드(3)에 의하여 지지된다. 연료분사밸브(8)는 한쌍의 노즐(9)을 구비하고, 각각의 노즐(9)로부터 대응하는 가열부재(13)의 가열표면(15)으로 향하여 연료가 분사된다.
제 9 도는 제 8 실시예를 나타낸다. 본 실시예에서는 피스톤(2)의 꼭대기면(2a)의 전체가 평탄하게 형성되고, 실린더헤드의 내벽면(3a)의 중앙부에 공동(20)이 형성된다. 공동(20)의 주변벽면에는 한쌍의 가열부재(13)가 배치된다. 연료분사밸브(8)는 한쌍의 노즐(9)을 구비하고, 각각의 노즐(9)로부터 대응하는 가열부재(13)의 가열표면(15)으로 향하여 연료가 분사된다.
제10도는 제 9 실시예를 나타낸다. 본 실시예에서도 피스톤(2)의 꼭대기면(2a)의 전체가 평탄하게 형성되고, 실린더헤드의 내벽면(3a)의 중앙부에 공동(20)이 형성된다. 본 실시예에서는 가열부재(13)가 환형을 이루고, 이러한 환형의 가열부재(13)가 연료분사밸브(8)의 선단부에 부착된다. 연료분사밸브(8)는 다수의 노즐(9)을 구비하고, 각각의 노즐(9)로부터 원추형상을 이루는 가열표면(15)으로 향하여 연료가 분사된다.
제11도는 제10실시예를 나타낸다. 본 실시예에서는 연소실(4)이 주실(4a)과, 분사구(21)를 거쳐 주실(4a)에 접속된 부속실(4b)로 구성되고, 부속실(4b)내에 연료분사밸브(8)의 노즐(9)이 배치된다. 부속실(4b)의 내주면상에는 가열부재(13)가 배치되고, 연료분사밸브(8)의 노즐(9)에서는 가열부재(13)의 가열표면(15)으로 향하여 연료가 분사된다.
제12도는 제11실시예를 나타낸다. 본 실시예에서도 연소실(4)이 주실(4a)과, 분사구(21)를 거쳐 주실(4a)에 접속된 부속실(4b)로 구성되고, 부속실(4b)에 연료분사밸브(8)의 노즐(9)이 배치된다. 부속실(4b)의 중앙부에는 지지부재(22)를 거쳐 부속실(4b)의 내벽면에 의하여 지지된 가열부재(13)가 배치되고, 연료분사밸브(8)의 노즐(9)에서 가열부재(13)의 가열표면(15)으로 향하여 연료가 분사된다.
제 1 도 내지 제12도에 도시한 실시예의 어느 내연기관에서도 경유는 물론이고, 가솔린이나 메탄올이나 등유 또는 기타의 내연기관에 사용하는 모든 종류의 연료를 사용할 수 있다. 제 1 도 내지 제12도에 도시한 어느 내연기관에서도 흡기통로내에 드로틀밸브가 설치되어 있지 않고, 또한, 연소실(4)내, 또는, 주실(4a)내에 와류를 발생시킬 필요가 없어서 흡기저항이 작아지므로 열효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
어느 실시예에서도 착화지연을 단축하기 위해서는 가열표면(15)의 온도를 목표온도로 유지하여 둘 필요가 있으며, 이러한 목표온도에는 최적치가 존재한다. 이러한 최적치는 약 650℃ 이상이고, 바람직하게는 800℃ 정도가 좋지만 기관의 운전상태에 따라 다소 변동한다. 이제, 제13a도 내지 제13d도에 의하여 최적의 목표온도에 대하여 설명한다.
기관부하(L)가 낮아지면 분사연료량이 적어지고 연소실(4) 또는 부속실(4b)내의 온도가 낮아지므로 자체착화가 어려워진다. 따라서, 제13a도에 나타내듯이 기관부하(L)가 낮아짐에 따라 가열표면(15)의 목표온도(T0)를 높이는 것이 좋다.
또한, 기관회전수(N)가 적어지는 만큼 폭발행정의 간격이 길어지고 연소실(4) 또는 부속실(4b)내의 온도가 저하되므로 자체착화가 어려워진다. 따라서, 제13b도에나타내듯이 기관회전수(N)가 적어짐에 따라 가열표면(15)의 목표온도(T0)를 높이는 것이 양호하다.
또한, 기관냉각수온도가 낮아지는 만큼 흡입공기온도가 낮아지고 연소실(4) 또는 부속실(4b)내의 온도가 낮아지므로 자체착화가 어려워진다. 따라서, 제13c도에 나타내듯이 기관냉각수온도(TW)가 낮아짐에 따라 가열표면(15)의 목표온도(T0)를 높이는 것이 좋다.
따라서, 가열표면(15)의 목표온도(T0)는 제13d도에 나타내듯이 기관부하(L)와 기관회전수(N) 및 기관냉각수온도(TW)의 함수로 된다.
이제, 제14도 내지 제17도를 참조하여 목표온도(T0)의 제어방법에 대하여 설명한다.
제14도에 목표온도(T0)의 제어에 사용하는 전자제어유니트를 나타낸다. 제14도에 나타내듯이 전자제어유니트(30)는 디지탈컴퓨터로 이루어지고 양방향성 버스(31)에 의하여 상호접속된 ROM(판독전용 기억장치 ; 32)과 RAM(임의 접근식 기억장치 ; 33)과 CPU(마이크로프로세서 ; 34)와 입력포트(35) 및 출력포트(36)를 구비한다. 부하감지기(37)는 악셀페달(도시하지 않음)의 답입량(밟아누르는 깊이)에 비례한 출력전압, 즉, 기관부하(L)에 비례한 출력전압을 발생하고, 이 출력전압이 AD변환기(38)를 거쳐 입력포트(35)에 입력된다. 회전수감지기(39)는 예를 들어 기관의 크랭크축이 30도 회전할 때마다 출력펄스를 발생하고, 이 출력펄스가 입력포트(35)에 입력된다. CPU(34)에서는 이 출력펄스로부터 기관회전수(N)가 계산된다. 온도감지기(16)는 가열표면(15)의 온도(T)에 비례한 출력전압을 발생하고, 이 출력전압이 AD변환기(40)를 거쳐 입력포트(35)에 입력된다. 수온감지기(41)는 기관의 냉각수온도(TW)에 비례한 출력전압을 발생하고, 이 출력전압이 AD변환기(42)를 거쳐 입력포트(35)에 입력된다. 한편, 출력포트(36)는 구동회로(43)를 거쳐 가열부재(13)의 가열소자(14)에 접속된다.
제13d도에 나타내는 목표온도(T0)와 기관부하(L)와 기관회전수(N) 및 기관의 냉각수온도(TW)의 관계는 3차원 도표의 형태로 미리 ROM(33)내에 기억되어 있으며, 따라서, 부하감지기(37)와 회전수감지기(39) 및 수온감지기(41)의 출력신호에 의하여 목표온도(T0)가 구하여진다. 가열부재(13)의 가열표면(15)의 온도(T)는 온도감지기(16)에 의하여 검출되고, 가열표면(15)의 온도(T)가 목표온도(T0)로 되도록 가열소자(14)가 제어된다.
제15도는 가열소자(14)의 가열제어루틴의 제 1 실시예를 나타내고 있으며, 이 루틴은 일정시간마다 개입하여 실행된다.
제15도를 참조하면, 가장 먼저, 단계 50에서 가열표면(15)의 온도(T)가 목표온도(T0)보다도 높은지의 여부가 판별된다. T＞T0이면 스텝 51에서 가열소자(14)로의 전기공급이 정지된다. 한편, T≤T0로 되면 스텝 52에서 가열소자(14)로 전기가 공급되고, 그 결과로 가열소자(14)가 발열하게 된다. 이와 같이 하여 가열표면(15)의 온도(T)가 목표온도(T0)로 제어된다. 또한, 기관의 고부하운전이 행하여져 연소가스의 온도가 높아지고 가열소자(14)에 전기공급을 하지 않아도 연소가스로부터의 흡열작용에 의하여 가열표면(15)의 온도(T)가 목표온도(T0)보다도 계속 높아지게 되는 경우가 있다. 이러한 경우에는 스텝 50으로부터 스텝 51로 나아가 가열소자(14)로의 전기공급이 계속 정지된다.
제16도는 가열소자(14)의 가열제어루틴의 제 2 실시예를 나타내고 있으며, 이러한 루틴은 일정한 시간마다 개입하여 실행한다.
제16도를 참조하면, 가장 먼저, 스텝 60에서 가열표면(15)의 온도(T)가 목표온도(T0)보다도 높은지의 여부가 판별된다. T＞T0일 때에는 스텝 61에서 가열소자(14)에 공급되는 전류(I)가 일정량 α만큼 감소되게 된다. 또한, 가열소자(14)는 가열소자(14)에 공급되는 전류(I)가 감소하면 발열량이 줄어들고, 전류(I)가 증가하면 발열량이 커진다. 다음에 스텝 62에서는 전류(I)가 음(-)인지의 여부가 판별되고 I＜0이면 스텝 63에서 I=0으로 되고, 스텝 64으로 나아간다.
한편, 스텝 60에서 T≤T0인 것으로 판단될 때는 스텝 65에서 가열소자(14)에 공급되는 전류(I)가 일정치 α만큼 증가된다. 다음에, 스텝 66에서는 전류(I)가 허용최대전류(Imax)보다도 큰지의 여부가 판별되고, I＞Imax이면 스텝 67에서 I=Imax로 되고 스텝 64로 나아간다.
스텝 64에서는 전류(I)를 나타내는 데이타가 출력포트(36)에 출력되고, 이 데이타에 의하여 가열소자(14)에 공급되는 전류치가 제어된다. 본 실시예에서는 가열표면(15)의 온도(T)가 목표온도(T0)로 되도록 가열소자(14)에 공급되는 전류(I)가 제어된다. 본 실시예에서도 연소가스에서의 흡열작용에 의하여 가열소자(14)에 전기를 공급하지 않아도 가열표면(15)의 온도가 목표온도(T0)보다도 계속 높아지는 경우에는 가열소자(14)로의 전기공급이 정지된다.
제17도는 가열소자(14)의 가열제어루틴의 제 3 실시예를 나타내고 있으며, 이러한 루틴은 일정시간마다 개입하여 실행된다.
제17도를 참조하면, 가장 먼저 스텝 70에서 가열표면(15)의 온도(T)가 목표온도(T0)에서 일정치(△T)만큼 감산한 온도(T0-△T)보다도 낮은지의 여부가 판별된다. T<(T0-△T)일 때에는 스텝 71에서 가열소자(14)에 공급되는 전류(I)가 허용최대전류(Imax)로 되고 스텝 72으로 나아간다. 한편, 7≥(T0-△T)일때에는 스텝 73으로 나아가 가열표면(15)의 온도(T)가 목표온도(T0)에 일정치(△T)를 가산한 온도(T0+△T)보다도 높은지의 여부가 판별된다. T≥(T0+△T)일 때에는 스텝 74에서 가열소자(14)에 공급되는 전류(I)가 영으로 되고 스텝 72로 나아간다.
한편, 스텝 73에서 T≤(T0+△T)로 판단되었을 때는 스텝 75에서 가열표면(15)의 온도(T)가 목표온도(T0)보다도 높은지의 여부가 판별된다. T＞T0일 때는 스텝 76에서 가열소자(14)에 공급되는 전류(I)가 일정치 α만큼 감소된다. 앞서 설명했듯이 가열소자(14)는 가열소자(14)에 공급되는 전류(I)가 감소하면 발열량이 저하되고, 전류(I)가 증가하면 발열량이 증가한다. 다음에 스텝 77에서는 전류(I)가 음인지의 여부가 판별되고, I＜0이면 스텝 78에서 I=0으로 되며 스텝 72으로 나아간다.
한편, 스텝 75에서 T≤T0인 것으로 판단되었을 때는 스텝 79에서 가열소자(14)에 공급되는 전류(I)가 일정치 α만큼 증가된다. 다음에, 스텝 80에서 전류(I)가 허용최대전류(Imax)보다도 큰지의 여부가 판별되고, I＞Imax이면 스텝 81에서 I=Imax로 되고 스텝(72)으로 진행한다.
스텝 72에서는 전류(I)를 나타내는 데이타가 출력포트(36)에 출력되고, 이 데이타에 의하여 가열소자(14)에 공급되는 전류치가 제어된다. 본 실시예에서는 가열표면(15)의 온도(T)가 목표온도(T0)에 대하여 △T 이상으로 낮은 경우에는 전류(I)가 허용최대전류(Imax)로 되므로 가열부재(13)는 급속하게 가열된다. 따라서, 기관의 시동직후로부터 양호한 연소를 확보할 수 있다. 가열표면(15)의 온도(T)가 목표온도(T0)에 대하여 △T 이상으로 높은 경우에는 전류(I)가 0으로 되고, 따라서, 가열소자(14)로의 전기공급이 정지된다. 따라서 연소가스에서의 흡열작용에 의하여 가열소자(14)에 전기를 공급하지 않아도 가열표면(15)의 온도가 ((T0+△T)보다도 계속 높아지는 경우에는 가열소자(14)로의 전기공급이 정지된다. 한편, (T0+△T)≥T≥(T0-△T)인 경우에는 가열표면(15)의 온도(T)가 목표온도(T0)로 되도록 가열소자(14)에 공급되는 전류(I)가 제어된다.
이상 서술했듯이 본 발명에 의하면, 연료를 가열표면에 충돌시킴으로써 가열표면으로부터 흡열한 연료입자는 활성화가 촉진되어 주위로 증발되어 즉시 착화된다. 따라서, 경유는 물론이고 가솔린이나 메탄올이나 등유 또는 기타의 내연기관에 사용할 수 있는 어느 연료를 사용하여도 착화지연이 매우 단축되고, 자체착화에 의한 양호한 연소가 이루어진다.

Claims (33)

  1. 실린더헤드(3)와 피스톤(2)의 사이에 형성된 연소실(4)내에 전기적으로 가열되는 가열부재(13)를 배치하고, 연료분사밸브(8)의 노즐(9)로부터 상기 가열부재(13)의 가열표면(15)으로 향하여 연속적인 액체류의 형태로 연료를 분사시키고, 상기 연료를 미립화하지 않은 액상의 형태로 상기 가열표면(15)에 충돌시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 열면충돌착화식 내연기관.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 피스톤(2)의 꼭대기면(2a)에 공동(7)이 형성되어 있으며, 상기 피스톤(2)이 상사점에 있을 때에 상기 가열부재(13)는 공동(7)내에 배치되도록 구성된 것을 특징으로 하는 열면충돌착화식 내연기관.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 가열부재(13)가 공동(7)의 중앙부에 있고, 상기 가열부재(13)의 가열표면(15)이 분사축선에 대하여 직각방향으로 연장되게 구성된 것을 특징으로 하는 열면충돌착화식 내연기관.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 가열부재(13)의 가열표면(15)이 거의 평탄하게 구성된 것을 특징으로 하는 열면충돌착화식 내연기관.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 가열부재(13)가 디스크형을 이루고, 상기 가열부재(13)가 지지부재(11, 12)를 거쳐 상기 실린더헤드(3)에 의하여 지지되게 구성된 것을 특징으로 하는 열면충돌착화식 내연기관.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 가열부재(13)내에 전기적 가열소자(14)가 배치되게 구성된 것을 특징으로 하는 열면충돌착화식 내연기관.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 가열부재(13)가 세라믹히터인 것을 특징으로 하는 열면충돌착화식 내연기관.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 가열부재(13)가 금속제 가열판(17)으로 형성되고, 상기 금속제 가열판(17)을 가열하기 위하여 상기 지지부재(11)내에 전기적으로 가열소자(14)가 배치되게 구성된 것을 특징으로 하는 열면충돌착화식 내연기관.
  9. 제 5 항에 있어서, 상기 가열부재(13)가 가열표면(15)과 반대쪽에 다수의 핀을 형성한 흡열부(13a)를 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 열면충돌착화식 내연기관.
  10. 제 2 항에 있어서, 상기 가열부재(13)가 연료분사밸브(8)에 의하여 지지되게 구성된 것을 특징으로 하는 열면충돌착화식 내연기관.
  11. 제 2 항에 있어서, 상기 가열부재(13)가 상기 피스톤(2)에 의하여 공동(7)의 중앙부에 지지되게 구성된 것을 특징으로 하는 열면충돌착화식 내연기관.
  12. 제 2 항에 있어서, 다수의 상기 가열부재(13)가 공동(7)의 주변부에 분산 배치되고, 각각의 가열부재(13)의 가열표면(15)으로 향하여 연료가 분사되게 구성된 것을 특징으로 하는 열면충돌착화식 내연기관.
  13. 제 2 항에 있어서, 상기 가열부재(13)가 공동(7)의 주변벽면상에 배치되게 구성된 것을 특징으로 하는 열면충돌착화식 내연기관.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 실린더헤드(3)의 내벽면(3a)상에 공동(20)이 형성되어 있으며, 상기 가열부재(13)가 공동(20)내에 배치되게 구성된 것을 특징으로 하는 열면충돌착화식 내연기관.
  15. 제14항에 있어서, 상기 가열부재(13)가 공동(20)의 주변벽면상에 배치되게 구성된 것을 특징으로 하는 열면충돌착화식 내연기관.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 가열부재(13)가 연료분사밸브(8)의 선단면상에 배치되게 구성된 것을 특징으로 하는 열면충돌착화식 내연기관.
  17. 제16항에 있어서, 상기 연료분사밸브(8)가 복수개의 노즐(9)를 갖고 상기 가열부재(13)의 가열표면(15)이 이러한 노즐(9)의 주위에 환형으로 연장되어 있으며, 각각의 노즐(9)로부터 상기 가열표면(15)의 각각 다른 부분으로 향하여 연료가 분사되게 구성된 것을 특징으로 하는 열면충돌착화식 내연기관.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 연소실(4)이 주실(4a)과 부속실(4b)로 구성되고, 상기 부속실(4b)내에 연료분사밸브(8) 및 상기 가열부재(13)가 배치되게 구성된 것을 특징으로 하는 열면충돌착화식 내연기관.
  19. 제18항에 있어서, 상기 가열부재(13)가 부속실(4b)의 중앙부에 배치되게 구성된 것을 특징으로 하는 열면충돌착화식 내연기관.
  20. 제18항에 있어서, 상기 가열부재(13)가 부속실(4b)의 주벽면상에 배치되게 구성된 것을 특징으로 하는 열면충돌착화식 내연기관.
  21. 제 1 항에 있어서, 상기 가열부재(13)가 세라믹히터인 것을 특징으로 하는 열면충돌착화식 내연기관.
  22. 제 1 항에 있어서, 상기 가열부재(13)의 가열표면(15)을 가열하기 위한 가열소자(14)와, 가열표면(15)의 온도가 목표온도로 되도록 가열소자(14)에 공급되는 전력을 제어하는 제어수단(30)을 구비한 것을 특징으로 하는 열면충돌착화식 내연기관.
  23. 제22항에 있어서, 상기 가열표면(15)의 온도를 검출하는 온도검출수단(16)을 구비하고, 상기 제어수단(30)은 가열표면(15)의 온도가 상기 목표온도로 되도록 가열소자(14)에 공급되는 전력을 피드백제어하게 구성된 것을 특징으로 하는 열면충돌착화식 내연기관.
  24. 제22항에 있어서, 상기 목표온도가 약 650℃ 이상인 것을 특징으로 하는 열면충돌착화식 내연기관.
  25. 제24항에 있어서, 상기 목표온도가 약 800℃ 정도인 것을 특징으로 하는 열면충돌착화식 내연기관.
  26. 제22항에 있어서, 상기 목표온도가 기관부하와 기관회전수 및 기관의 냉각수온도중 적어도 1개의 함수인 것을 특징으로 하는 열면충돌착화식 내연기관.
  27. 제 1 항에 있어서, 연료분사압이 100kg/cm2내지 150kg/cm2의 저압인 것을 특징으로 하는 열면충돌착화식 내연기관.
  28. 실린더헤드(3)와 피스톤(2)의 사이에 형성된 연소실(4)내에 연료분사밸브(8)로부터 연속적인 액체류의 형태로 연료를 분사시키는 연료분사단계와, 상기 연료를 전기적으로 가열된 가열부재(13)의 가열표면(15)에 미립화하지 않은 액상의 형태로 충돌시키는 충돌단계 및, 충돌후에 확산하는 연료를 착화시키는 착화단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 열면충돌착화식 내연기관의 열면충돌착화방법.
  29. 제28항에 있어서, 연료분사밸브(8)로부터 분사된 연료가 가열표면에 충돌하기까지는 거의 안개화하지 않고 가열표면에 충돌한 후에 가열표면에서 흡열함으로써 안개화하게 하는 것을 특징으로 하는 열면충돌착화식 내연기관의 열면충돌착화방법.
  30. 제29항에 있어서, 가열표면(15)에 충돌한 연료가 충돌점으로부터 사방으로 가열표면(15)을 따라 분산되게 하는 것을 특징으로 하는 열면충돌착화식 내연기관의 열면충돌착화방법.
  31. 제30항에 있어서, 피스톤(2)의 꼭대기면에 형성한 공동(7)의 중앙부에서 연료를 가열표면(15)에 충돌시키고, 충돌한 연료를 공동(7)의 전영역으로 분산시키는 것을 특징으로 하는 열면충돌착화식 내연기관의 열면충돌착화방법.
  32. 제28항에 있어서, 가열표면(15)의 온도가 약 650℃ 이상인 것을 특징으로 하는 열면충돌착화식 내연기관의 열면충돌착화방법.
  33. 제32항에 있어서, 가열표면(15)의 온도가 약 800℃ 정도인 것을 특징으로 하는 열면충돌착화식 내연기관의 열면충돌착화방법.
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