KR960003245B1 - 열전소자를 이용한 연료기화장치 - Google Patents

열전소자를 이용한 연료기화장치 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

열전소자를 이용한 연료기화장치
제1도는 종래의 연료기화장치가 설치된 엔진의 개략적인 일부 단면도.
제2도는 본 발명의 열전소자를 이용한 연료기화장치가 설치된 엔진의 개략적인 일부 단면도.
제3도는 제2도의 A부분 확대도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 피스톤 20 : 흡기포트
22 : 연료분사밸브 24 : 연소실
40 : 전원 42 : 콘트롤러
44 : 마이크로프로세서 46 : 롬
50 : 열전소자 52 : 열전도판
본 발명은 열전소자를 이용한 연료기화장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 흡기포트상에 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 촉진시키기는 간접분사방식용 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 연료를 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 흡기벨브(16)와 배기벨브(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 흡기 포트(20)를 거쳐 연료분사밸브(22)에서 분사되어 연료와 함께 연소실(24)내로 흡입되어 연소된다.
이러한 구성을 지닌 엔진에서 연료의 기화를 촉진시키는 장치로서, 도시한 바와같이, 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 발명에 의한 고온의 열에 의해 기화되어 연소를 촉진시킨다.
그러나, 종래의 연료기화장치에서는 전열판의 발열온도가 거의 일정하게 유지되기 때문에, 엔지내부의 온도 변화와는 무관하게 거의 일정한 량의 연료를 기화시킨다. 특히, 외기 온도가 낮은 겨울철에는 시동후 엔진이 정상상태로 되기까지는 어느정도의 시간이 필요하므로 여름에 비해 더 많은 량의 연료를 기화시켜야 하기 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.
이와같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 고온부와 엔진의 흡기 포트상에 부착되는 저온부로 형성된 열전소자와, 열전소자의 고온부에 접속되어 열을 방출하는 열전도판과, 외기온도 및 엔진의 작동상태에 따라 외부전원으로부터 상기 열전소자에 전류를 공급하고 차단하는 열전기 제어수단을 포함하되 ; 상기 열전기 제어수단은 1개 이상의 온도감지센서와, 상기 온도감지센서로 감지하는 온도와 상용하는 기준 온도값이 사전에 기억된 롬과, 상기 1개 이상의 온도감지센서로부터 전달된 실제온도값과 상기 롬에서 전달된 기준온도값을 비교판단하는 마이크로프로세서와, 상기 마이크로프로세서로부터 전달된 신호에 따라 상기 열전소자에 전류를 공급하고 차단하는 콘트롤러를 포함하는 연료기화장치를 제공한다.
다음에는 첨부된 제2도 내지 제3도를 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
제2도에는 본 발명에 따른 열전소자를 이용한 연료기화장치가 설치된 가솔린 엔진의 일부가 단면 도시되어 있으며, 제1도에 도시한 종래의 연료기화장치와 동일부품은 동일 참조번호를 사용하여 설명하기로 한다.
본 발명의 연료기화장치는 대략적으로, 공기가 유입되는 흡기포트(20)상에 부착된 열전소자(50)와, 이 열전소자(50)의 고온부에 부착되어 방열하는 요철모양의 열전도판(52)과, 외부 전원(40)으로부터 공급된 전류를 열전도판(52)에 공급 또는 차단하는 콘트롤러(42)와, 이 콘트롤러(42)와, 이 콘트롤러(42)에 작동신호를 보내는 마이크로프로세서(44)와, 냉각수 온도 및 열전소자 고온부의 온도를 감지하는 각종 센서(54, 56)와, 사전에 냉각수온도 및 열전소자 고온부의 온도와 외기온도 등이 입력되어 있는 롬(read only memory)(46)으로 구성되어 있으며, 엔진작동시 각종 센서(54, 56)로부터 입력된 정보를 바탕으로 열전도판(52)의 발열온도를 제어할 수 있는 구조를 갖는다.
상술한 바와 같이, 열전소자(50)의 고온부는 열전도판(52)과 연결되어 있고 저온부는 흡기포트(20)상에 부착되어 있으므로, 연료분사노즐(22)에서 분사된 연료는 가열된 요철모양의 열전도판(52)의 발열에 의해 기화되며, 기화된 연료는 연소실(24)내로 유입되어 연소하게 된다. 또한, 열전도판(52)은 제3도에 확대하여 도시한 바와 같이 표면상에 요철부(53)가 형성되어 있으므로, 분사된 연료 입자가 기화되기 전에 방울모양으로 연소실(24)내로 유입되는 것을 방지하게 된다.
열전소자(50)에 공급되는 전류의 량은 콘트롤러(42)에 의해 조절된다. 즉, 마이크로프로세서(44)는 롬(46)에 미리 기억된 냉각수온도, 배기가스온도, 열전소자의 고온부 온도의 값과 앞에서 설명한 각종 센서(54, 56)에서 감지된 엔진의 실제온도의 값을 비교하여 해당정보를 콘트롤러(42)로 전달하며, 콘트롤러(42)는 입력된 정보에 따라 열전소자(50)에 전류를 공급하게 된다. 이때, 콘트롤러(42)는 각종 센서(54, 56)로부터 판독한 값이 롬(46)에 입력된 값과 일치할 때까지 계속 열전소자(50)에 전류를 공급한다.
이와같이 구성된 본 발명의 연료기화장치에 의해 엔진의 상태에 따라 연료의 기화량을 조절하는 원리를 설명하기로 한다.
일반적으로, 시동 초기에는 엔진이 가열되지 않은 상태이므로 냉각수 온도 및 배기가스 온도가 낮으므로 연소를 촉진하기 위해 연료기화량을 증대시켜야 한다. 따라서, 마이크로프로세서(44)는 롬(46)에 기억된 값과 각종 센서(54, 56)로 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. 만일 열전소자(50)의 고온부에 부착된 온도감지센서(54)로부터 전달된 값이 롬(46)에 기억된 값보다 크게 되면, 분사된 연료가 연소실(24)내로 흡입되기 전에 연소되는 것을 막기 위해 콘트롤러(42)는 열전소자(50)로 공급되는 전류를 저감시키거나 완전히 차단시킨다.
또한, 본 발명에 따르면, 냉각수 및 배기가스온도 이외에도 외기온도에 따라 연료기화량을 저절할 수 있다. 통상적으로, 겨울철에는 여름보다 외기온도가 낮으므로 엔진이 정상상태에 도달할 때까지 많은 시간이 필요하며, 그에 따라 많은량의 연료를 기화시켜야 한다. 가령, 외기온도가 낮은 겨울철의 엔진 시동시, 여름철보다는 롬(46)에 기억된 값보다 센서로 감지한 값의 온도가 낮음에 따라 정상상태에 도달할 때까지 열전소자(50)에 더 많은 량의 전류를 공급하여 연료의 기화량을 증가시킨다. 이 경우 롬(46)에는 외기온도에 따라 공급해야 하는 전류의 량이 기억되어 있으므로, 마이크로프로세서(44)는 시동초기에 외기온도를 감지한 각종 센서의 입력과 서로 비교하여 콘트롤러(42)에 알려준다.
시동 초기에 발생되는 문제점으로는 연료가 기화되기 전에 액상으로 흡기포트(20)의 벽면을 따라 연소실(24)내로 유입되어 불완전연소를 초래할 우려가 있다는 것이다. 이같은 현상을 막기위해 본 발명에서는 제3도에 도시한 바와같이, 열전도판(52)과 접속되어 있고, 저온부는 도시한 바와같이 흡기포트(20)상에 부착되어 있으며, 열전소자(50)의 온도를 감지하여 마이크로프로세서(44)로 보내기 위한 온도감지센서(54)가 고온부에 설치되어 있다.
이와같이 구성된 본 발명의 연료기화장치에 의하면, 시동초기 및 외기온도에 따라 연료의 기화량을 조절할 수 있고, 배기가스의 온도를 감지하여 연료의 기화를 촉진시켜 불완전연소를 방지할 수 있다.
또한, 지금까지 본 발명의 바람직한 실시예에서는 가솔린엔진의 예를 설명하였으나, 본 기술분야에 대한 통상의 지식을 가진자라면 그밖의 다른 내연기관(가령, 디젤엔진)의 경우에도 용이하게 실시할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

Claims (4)

  1. 고온부와 엔진의 흡기포트상에 부착되는 저온부로 형성된 열전소자와, 상기 열전소자의 고온부에 접속되어 열을 방출하는 열전도판과, 외기온도 및 엔진의 작동상태에 따라 외부전원으로부터 상기 열전소자에 전류를 공급하고 차단하는 열전기 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 연료기화장치.
  2. 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 실제온도값과 상기 롬에서 전달된 기준온도값을 비교판단하는 마이크로프로세서와, 상기 마이크로프로세서로부터 전달된 신호에 따라 상기 열전소자에 전류를 공급하고 차단하는 콘트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 연료기화장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 열전도판의 표면상에는 요철부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 연료기화장치
  4. 제1항 또는 2항에 있어서, 상기 온도감지센서는 온도감지센서, 냉각수온도센서, 흡기온도센서 및 배기 온도센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 연료기화장치.
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