KR960003244B1 - 열전소자를 이용한 엔진의 연료기화장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

열전소자를 이용한 엔진의 연료기화장치

제1도는 종래의 연료기화장치를 구비한 엔진의 일부 단면도.

제2도는 본 발명의 열전소자를 이용한 연료기화장치가 설치된 엔진의 일부 단면도.

제3도는 분사노즐상에 설치된 본 발명의 연료기화장치의 확대도.

제4도는 제3도의 A-A선을 따라 취한 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

16 : 흡기밸브 20 : 흡기포트

22 : 연료분사밸브 24 : 연소실

42 : 콘트롤러 44 : 프로세서

46 : 롬 48 : 센서부

50 : 열전소자 52 : 열전도망

54 : 단열재 56 : 링

100 : 연료기화장치

본 발명은 열전소자를 이용한 연료기화장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실린더내로 연료를 분사하는 연료분사노즐에 열전소자를 이용한 연료기화장치를 설치하여 외기온도 및 엔진의 상태에 따라 연료의 기화량을 조절할 수 있는 열전소자를 이용한 엔진의 연료기화장치에 관한 것이다.

엔진은 휘발유나 경유등의 연료와 공기가 혼합된 혼합기를 연소시켜, 이때 발생되는 열에너지를 기계적인 에너지로 변환시켜 동력을 얻는 장치로, 연소생성물 자체가 동작유체가 된다. 일반적으로 실린더내에 공급되는 연료는 액상이므로, 연비를 증대시키고 완전 연소에 가깝게 하기 위해서는 동작유체인 연료를 충분히 기화시켜 실린더내로 공급하는 것이 요구되며, 그에 대한 많은 연구가 행해졌다.

연료의 기화를 촉진시키기 위한 장치로는, 유입되는 공기에 연료를 혼합하는 캬브레터에 연료를 증발시키기 위해, 다공성 재료와 열전소자를 사용하여 연료의 기화를 촉진시키는 간접분사 방식용 연료기화장치와, 엔진내의 흡기포트상에 절연판을 부착하여 분사된 연료를 기화시키는 직접분사방식용 연료기화장치가 있다.

현재에는 직접분사방식의 연료분사장치를 많이 사용하고 있는 바, 본 발명에서는 이같은 직접분사방식의 연료분사장치용 연료기화장치에 관해 개시한다.

제1도에는 종래의 연료기화장치를 구비한 엔진의 내부가 개략적으로 단면 도시되어 있다.

휘발유를 연료로 사용하는 가솔린 엔진의 내부 구성을 보면, 크랭크축(도시하지 않음)의 회전운동에 따라 실린더 벽면을 따라 상하로 왕복 운동하는 피스톤(10)이 장착되어 있고, 엔진의 냉각을 위해 설치한 다수의 냉각수 통로(30)가 형성되어 있는 실린더 블럭(12)과 ; 다수의 점화플러그(가령, 4기통 엔진의 경우 4개)(14) 및 흡기 밸브(16)와 배기밸브(18)가 설치되어 있으며, 피스톤 상면과 함께 연소실(24)을 제공하는 실린더 헤드(19)로 이루어져 있다. 피스톤(10)의 외주에는 통상 1개의 오일링(26)과 2개의 압축링(28)이 끼워져 있으며, 공기여과기(도시하지 않음)를 통해 유입된 공기는 흡기포트(20)를 거쳐 연료분사밸브(22)에서 분사되 연료와 함께 연소실(24)내로 흡입되어 연소된다.

이러한 구성을 지닌 엔진에서 연료의 기화를 촉진시키는 장치로서, 도시한 바와 같이, 흡기포트(20)상에 전열판(50)을 사용하는 장치가 있다. 즉, 흡기포트(20)상에 전열판(50)을 설치한 후, 외부 전원(40)으로부터 전류를 공급하여, 이때 발생된 열로 분사된 연료를 기화시켜 연소실(24)내로 보내는 장치이다. 여기에서, 연료분사밸브(22)는 전열판(50)을 지향하고 있으므로, 일단 분사된 연료는 전열판(50)의 발열에 의한 고온의 열에 의해 기화되어 연소를 촉진시킨다.

그러나, 종래의 연료기화장치에서는 전열판의 발열온도가 거의 일정하게 유지되기 때문에, 엔진내부의 온도 변화와는 무관하게 거의 일정한 량의 연료를 기화시킨다. 특히, 외기온도가 낮은 겨울철에는 시동후 엔진이 정상상태로 되기까지는 어느정도의 시간이 필요하므로 여름에 비해 더 많은 량의 연료를 기화시켜야하기 때문에 종래의 연료기화장치로는 이를 조절할 수 없다는 단점이 있다.

상술한 문제점을 감안하여 본 발명의 목적은 엔진의 내부온도 및 외기온도의 변화에 따라 연료의 기화량을 조절할 수 있고, 응답시간 조절이 가능한 연료기화장치를 제공하는데 있다.

이와같이 목적을 달성하기 위해 본 발명은 흡기포트상에 설치되어 연료를 분사하는 연료분사노즐과, 상기 연료분사노즐의 외주에 설치되어 전류의 공급에 따라 가열되는 열전소자와, 상기 열전소자를 상기 흡기포트의 벽면과 단열시키는 단열재와, 외기온도 및 엔진의 작동상태에 따라 외주전원으로 부터 상기 열전소자에 전류를 공급하고 차단하는 열전기 제어수단을 포함하되 ; 상기 열전기 제어수단은 1개 이상의 온도감지센서와, 상기 온도감지센서로 감지하는 온도와 상응하는 기준 온도값이 사전에 기억된 롬(read only memory)과, 상기 1개 이상의 온도감지센서로부터 전달된 실재온도값과 상기 롬에서 전달된 기준온도값을 비교판단하는 프로세서와, 상기 프로세서로부터 전달된 신호에 따라 상기 열전소자에 전류를 공급하고 차단하는 콘트롤러로 구성되는 열전소자를 이용한 엔진의 연료기화장치를 제공한다.

다음에는 첨부된 제2도 내지 제4도를 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

제2도에는 본 발명에 따른 열전소자를 이용한 연료기화장치가 설치된 가솔린 엔진의 일부가 단면 도시되어 있으며, 제3도는 본 발명의 연료기화장치(100)의 확대도, 제4도는 제3도의 A-A선을 따라 취한 단면도이다.

도시한 바와같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 공기가 유입되는 흡기포트(20)에 연료분사노즐(22)이 설치되어 있고, 이 연료분사노즐(22)상에는 분사된 연료의 기화를 촉진시키는 본 발명의 연료기화장치(100)가 장치되어 있으며, 흡기행정시 개방되어 혼합기를 연소실(24)내로 흡입하는 흡기밸브(16)가 설치된 구성의 연료기화장치(100)를 개시한다.

또한, 제3도에 확대하여 도시한 바와같이, 본 발명에 따른 연료기화장치(100)는 연료분사노즐(22)의 외주부를 감싸며, 외부 전원(40)에서 공급된 전류에 의해 가열도는 열전소자(50)와, 이 열전소자(50)에서 발생된 열을 방출하는 망상의 열전도망(52)과, 외면상에는 나사부(58)가 형성되어 있고 열전소자(50)에서 발생된열을 방출하는 망상의 열전도망(52)과, 외면상에는 나사부(58)가 형성되어 있고 열전소자(50)를 흡기포트(20)의 벽면과 단열시키는 단열재(54) 및 연료의 누출을 막는 다수의 링(56)으로 구성되어 있다. 열전소자(50)는 열전도망(52)과 단열재(54)와 일체로 형성되어 있어, 열전소자(50)에 전류가 흐르면, 열전도망(52)과 접하고 있는 면이 고온부가 되어 열전도망(52)을 가열시키고, 반대편은 저온부가 된다. 가열된 열전도망(52)에 닿은 연료입자는 기화됨과 동시에 흡기밸브(16)의 개방에 따라 연소실(24)내로 유입된다. 또한, 엔진의 상태에 따라 상기 열전소자(50)에 연료를 공급 또는 차단하는 열전기 수단이 설치되어 있다. 참조번호(23)는 연료분사노즐팁이다.

열전기수단은 외부 전원(40)으로부터 공급된 전류를 열전소자(50)에 공급 또는 차단하는 콘트롤러(42)와, 이 콘트롤러(42)에 작동신호를 보내는 프로세서(44)와, 냉각수온도 및 열전소자 고온부의 온도를 감지하는 센서부(48)와, 사전에 냉각수온도 및 열전소자 고온부의 온도와 외기온도등이 입력되어 있는 롬(read only memory)(46)으로 구성되어 있으며, 엔진 작동시 센서부(48)로부터 입력된 정보를 바탕으로 열전소자(50)의 발열온도를 제어할 수 있는 구조를 갖는다.

열전소자(50)에 공급되는 전류의 량은 콘트롤러(42)에 의해 조절된다. 즉, 프로세서(44)는 롬(46)에 미리 기억된 냉각수 온도, 배기가스 온도, 열전소자의 고온부 온도의 값과 앞에서 설명한 센서부(48)에서 감지된 엔진의 실재온도의 값을 비교하여 해당정보를 콘트롤러(42)로 전달하며, 콘트롤러(42)는 입력된 정보에 따라 열전소자(50)에 전류를 공급하게 된다. 이때, 콘트롤러(42)는 센서부(48)로부터 판독한 값이 롬(46)에 입력된 값과 일치할 때까지 계속 열전소자(50)에 전류를 공급한다.

이와같이 구성된 본 발명의 연료 기화장치에 의해 엔진의 상태에 따라 연료의 기화량을 조절하는 원리를 설명하기로 한다. 일반적으로, 시동 초기에는 엔진이 가열되지 않은 상태이므로 냉각수 온도 및 배기가스온도가 낮으므로 연소를 촉진하기 위해 연료 기화량을 증대시켜야 한다. 따라서, 프로세서(44)는 롬(46)에 기억된 값과 센서부(48)에서 감지한 냉각수 온도 및 배기가스 온도가 같아질 때까지 콘트롤러(42)에 계속 신호를 보내고, 이에 따라 콘트롤러(42)는 열전소자(50)에 지속적으로 전류를 공급하여 연료를 기화시켜 연소를 촉진시킨다. 열전소자(50)의 고온부에 부착된 온도감지센서(도시않음)로부터 전달된 값이 롬(46)에 기억된 값보다 크게 되면, 분사된 연료가 연소실(24)내로 흡입되기 전에 연소되는 것을 막기 위해 또는 열전소자를 보호하기 위해 콘트롤러(42)는 열전소자(50)로 공급되는 전류를 저감시키거나 완전히 차단시킨다. 또한 본 발명에 따르면, 냉각수 및 배기가스 온도이외에도 외기온도에 따라 연료 기화량을 조절할 수 있다. 통상적으로, 겨울철에는 여름보다 외기온도가 낮으므로 엔진이 정상상태에 도달할 때까지 많은 시간이 필요하며, 그에 따라 많은량의 연료를 기화시켜야 한다. 가령, 외기온도가 낮은 겨울청의 엔진 시동시, 여름철보다는 롬(46)에 기억된 값보다 센서로 감지한 값의 온도가 낮음에 따라 정상상태에 도달할 때까지 열전소자(50)에 더 많은량의 전류를 공급하여 연료의 기화량을 증가시킨다. 이 경우 롬(46)에는 외기온도에 따라 공급해야 하는 전류의 량이 기억되어 있으므로, 프로세서(44)는 시동 초기에 외기온도를 감지한 각종 센서의 입력과 서로 비교하여 콘트롤러(42)에 알려준다.

이와같이 구성된 본 발명의 연료 기화장치에 의하면, 시동 초기 및 외기온도에 따라 연료의 기화량을 조절할 수 있고, 배기가스의 온도를 감지햐여 연료의 기화를 촉진시켜 불완전연소를 방지할 수 있다.

Claims (5)

1. 흡기포트상에 설치되어 연료를 분사하는 연료분사노즐과, 상기 연료분사노즐의 외주에 설치되어 전류의 공급에 따라 가열되는 열전소자와, 상기 열전소자를 상기 흡기포트의 벽면과 단열시키는 단열재와, 외기 온도 및 엔진의 작동상태에 따라 외부전원으로부터 상기 열전소자에 전류를 공급하고 차단하는 열전기 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 엔진의 연료기화장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 열전소자와 단열재간에는 망상의 열전도망이 개재되어 있는 것을 특징으로하는 열전소자를 이용한 엔진의 연료기화장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 열전소자와 열전도망과 단열재는 일체로 형성되며, 상기 단열재의 외주부에는 나사부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 엔진의 연료기화장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 열전기 제어수단은 1개 이상의 온도감지센서와, 상기 온도감지센서로 감지하는 온도와 상응하는 기준 온도값이 사전에 기억된 롬(read only memory)과 상기 1개 이상의 온도감지센서로부터 전달된 실재온도값과 상기 롬에서 전달된 기준온도값을 비교판단하는 프로세서와, 상기 프로세서로부터 전달된 신호에 따라 상기 열전소자에 전류를 공급하고 차단하는 콘트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 엔진의 연료기화장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 온도감지센서는 냉각수온도센서, 흡기온도센서, 배기온도센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 엔진의 연료기화장치.