WO2013081221A1

WO2013081221A1 - 내연기관의 연소 활성화 장치

Info

Publication number: WO2013081221A1
Application number: PCT/KR2011/009297
Authority: WO
Inventors: 윤영남
Original assignee: Yoon Young-Nam
Priority date: 2011-12-02
Filing date: 2011-12-02
Publication date: 2013-06-06

Abstract

본 발명은 내연기관의 연소 활성화 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내연기관의 연료탱크와 연소실의 사이에 구비되어 연소실로 유입되는 연료가 영구자석의 내측면 및 외측면을 통과하도록 하여 자기공명원리에 의해 미립화될 수 있도록 함으로써 연소효율을 증대시키고, 불완전연소에 의한 유독배기가스의 배출을 저감시킬 수 있을 뿐만 아니라, 고정자에 의해 균일한 자속밀도를 발생시킬 수 있도록 하는 내연기관의 연소 활성화 장치에 관한 것이다. 본 발명은 내연기관의 연소 활성화 장치에 있어서, 연료 유입구와 연료 배출구가 구비된 케이스와, 상기 연료 유입구와 연통되도록 하여 케이스의 내측에 설치되고, 그 하측 단부에 유통공이 형성된 파이프와, 상기 파이프의 외주면에 삽입 고정되는 다수의 영구자석링 및 상기 파이프와 영구자석링의 사이에 삽입 설치되어 영구자석링이 고정되도록 하는 고정자를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

내연기관의 연소 활성화 장치

본 발명은 내연기관의 연소 활성화 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내연기관의 연료탱크와 연소실의 사이에 구비되어 연소실로 유입되는 연료가 영구자석의 내측면 및 외측면을 통과하도록 하여 자기공명원리에 의해 미립화될 수 있도록 함으로써 연소효율을 증대시키고, 불완전연소에 의한 유독배기가스의 배출을 저감시킬 수 있을 뿐만 아니라, 고정자에 의해 균일한 자속밀도를 발생시킬 수 있도록 하는 내연기관의 연소 활성화 장치에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 내연기관에서 연소되는 연료는 완전연소가 되지 못할 경우, 시동이나 엔진의 연소효율을 떨어뜨리고 더 많은 연료를 소모하게 되며, 완전연소가 이루어지지 않는 상황에서 투입된 연료는 배기가스에 불완전 연소물을 다량 함유한 채 그대로 대기 중으로 방출되어 대기오염의 주요 원인이 되는 등의 단점이 있다.

최근에는 이러한 문제점들을 해결하기 위한 방안으로 자석 또는 전자석의 고주파 자장을 이용하여 연소실에 공급되는 연료를 이온화되기 쉽게 활성화시킴으로써 연소실에서의 연소율을 높여 연비를 높이는 연소 활성화 장치들이 개발되고 있다.

자장을 이용한 연소 활성화 장치는 반자성체인 내연기관용 연료에 일정시간 이상 자장이 가해지면 내부의 자기쌍극자가 자장의 영향으로 진동하여 내부에너지가 증가하여 이온화되기 쉽게 활성화되는 원리를 이용하는 것이다.

이러한 종래의 내연기관의 연소 활성화 장치(10) 중 하나는 도 1에 나타낸 바와 같이, 연료 공급관(11)의 외주면에 영구자석링(12)이 구비되고, 연료공급관(11)과 영구자석링(12)의 사이에는 연료공급관(11)에 자력이 고르게 작용하도록 자력확산부(13)와 연료공급관(11)의 내부에 망사형의 작용판(14)이 소정 간격으로 구비된 것에 특징이 있는 것으로, 영구자석링(12)에 의해 연소효율을 증가시킨다는 장점은 있지만, 영구자석링(12)의 자력이 연료에 직접 전달되지 못하고 연료공급관을 통해 간접 전달되고, 영구자석링(12)의 내부 자력만을 이용한다는 단점이 있다.

즉, 영구자석링의 내주면은 외주면에 비하여 8 대 10 정도로 자속밀도가 낮을 뿐만 아니라, 자장을 발생시키는 표면적이 외주면에 비해 현저히 작으므로 비효율적이라는 단점이 있는 것이다.

예컨데, 영구자석링의 내주면의 지름이 17mm이고, 외주면의 지름이 27mm라고 할 경우, 내주면 표면적은 53.38㎟이고, 외주면의 표면적은 84.78㎟이므로, 영구자석링의 내주면과 외주면의 자기력을 합한 것을 자기력의 최대치라고 할 때, 총 자기력의 33% 정도만을 사용하는 것이므로 비효율적인 것이다.

한편, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 대한민국 공개특허공보 특1996-0029609호에는 자기장을 이용한 연료의 무화처리장치가 개시되어 있는데, 그 주요 기술적 구성은 도 2에 나타낸 바와 같이, 원통형의 케이스(21)와, 상기 원통형 케이스(21)의 상단에 나사체결되는 상부덮개(22)와, 상기 원통형 케이스(21)의 하단에 나사체결되어 상기 원통형 케이스를 밀봉된 용기의 형태로 형성하는 하부덮개(23)와, 상기 상부덮개의 중앙부위에 나사체결되어 연료탱크로부터 급송되는 연료유를 상기 원통형 케이스 내부로 유입하는 유입용 곡관(25)과, 상기 상부덮개의 일측으로 나사 체결되어 상기 원통형케이스 내부로부터 유출되는 연료유를 엔진방향으로 유출시키는 유출용 곡관(26)과; 상기 상하부덮개에 의해 지지되도록 상기 원통형케이스와 동심으로 내장되며 상기 유입용곡관으로부터 유입되는 연료유를 통과시키는 복수개의 유통공(29)이 상기 하부덮개에 인접한 하단으로 천공되어 있는 중공형 관체(27)와, 상기 중공형 관체 외주에 상호 같은 극끼리 대향하도록 일정간격으로 배치되도록 마련되는 복수개의 영구자석(30)과, 및 상기 영구자석들이 상호 일정간격으로 유지하도록 사이사이에 개재되는 복수개의 간격유지부재(31)와로 구성된 것에 특징이 있는 것으로, 연료가 영구자석(30)의 내측면과 외측면을 모두 통과하도록 하여 효율성을 향상시킨 장점은 있으나, 영구자석의 사이에 간격유지부재(31)를 설치하여 영구자석들의 사이에 일정 간격을 형성시킴으로 동일 부피의 케이스를 사용하는 경우, 보다 적은 수의 영구자석을 삽입시킬 수밖에 없으므로 자속밀도가 저하될 수 있는 문제점이 있다.

또한, 상기와 같은 구성은 영구자석들 사이의 간격을 유지할 수 있도록 하는 구성만 기재되어 있을 뿐 같은 극끼리 대향하도록 배치된 영구자석의 흔들림을 방지할 수 있도록 하는 내용이 없어 연료가 통과하는 동안 균일한 자속밀도를 발생시키기 어려운 문제점도 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 내연기관을 순환하는 연료가 복수개의 밀착된 영구자석링 내,외주면을 통과하도록 하여 연료가 이온화되기 쉽도록 활성화시킴으로써 연소효율을 증대시켜 연료비용을 저감시킬 수 있음과 동시에, 완전연소를 유도하여 유독가스의 배출을 감소시키고 엔진의 내구성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 단순한 구성으로 다수의 영구자석링이 서로 밀착되어 흔들림 없이 고정될 수 있도록 함으로써 영구자석링으로부터 발생되는 자속밀도가 전 구간에 걸쳐 균일하게 작용될 수 있도록 하는 내연기관의 연소 활성화 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 목적들을 달성하기 위한 본 발명은,

내연기관의 연소 활성화 장치에 있어서, 연료 유입구와 연료 배출구가 구비된 케이스와, 상기 연료 유입구와 연통되도록 하여 케이스의 내측에 설치되고, 그 하측 단부에 유통공이 형성된 파이프와, 상기 파이프의 외주면에 삽입 고정되는 다수의 영구자석링 및 상기 파이프와 영구자석링의 사이에 삽입 설치되어 영구자석링이 고정되도록 하는 고정자를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 케이스는 상부 일측면에 연료배출구가 구비된 몸체부와, 상기 몸체부의 상단부에 결합되고 중앙부에 연료 유입구가 구비된 상부덮개와, 상기 몸체부의 하단부에 결합되는 하부덮개로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 상부덮개의 중앙 하부 및 하부덮개의 중앙 상부에는 파이프가 끼움 결합되는 결합부가 각각 돌출 형성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 고정자는 그 길이방향을 따라 절개홈이 형성된 외부 방사형의 탄성체로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 고정자의 양측 단부에는 영구자석링을 고정시키기 위한 절곡부가 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 파이프의 일측 또는 양측 단부에는 고정자를 지지하기 위한 지지부재가 착탈 가능하도록 결합되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 영구자석링은 서로 같은 극끼리 마주보도록 하여 밀착되어 조립된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 케이스의 외주면에는 보호커버가 도포된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 케이스의 내주면과 영구자석링의 외주면 사이의 거리는 2.0 ~ 3.0mm 인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 내연기관의 연소 활성화 장치에 의하면, 외부 방사형의 탄성체인 고정자를 이용하여 영구자석링을 고정시켜 내연기관이 설치된 차체 등의 흔들림에도 영구자석링이 흔들림 없는 고정상태를 유지할 수 있도록 함으로써 영구자석링으로부터 균일한 자속밀도를 발생시킬 수 있게 되어 균일한 연소상태를 유지할 수 있어 연소효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 엔진과 같은 내연기관의 내구성을 향상시킬 수 있는 뛰어난 효과를 갖는다.

또한, 본 발명에 따르면 고정자를 이용하여 서로 같은 극끼리 마주보도록 하여 결합되는 영구자석링이 서로 밀착된 상태로 결합될 수 있도록 함으로써 단순한 구성으로 일정한 부피 내에 보다 많은 수의 영구자석링을 결합시킬 수 있게 되어 영구자석링으로부터 발생되는 자속밀도를 향상시킬 수 있는 효과를 추가로 갖는다.

또한, 본 발명에 따르면 연료탱크로부터 내연기관의 연소실에 유입되는 연료가 영구자석링의 내주면 및 외주면을 통과하도록 함으로써 자기공명원리에 의해 연료를 미립화함과 동시에 이온화되기 쉽도록 활성화시킬 수 있게 되어 완전연소가 가능해지므로 유해 배기가스의 발생을 줄여 환경오염을 예방할 수 있을 뿐만 아니라, 완전연소에 의한 높은 연소효율로 인해 연료를 절감시킬 수 있어 경제적으로 유리한 효과를 추가로 갖는다.

도 1은 종래의 내연기관의 연소 활성화 장치를 나타낸 단면도.

도 2는 종래의 자기장을 이용한 연료의 무화처리장치를 나타낸 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 내연기관의 연소 활성화 장치를 나타낸 사시도.

도 4는 본 발명에 따른 내연기관의 연소 활성화 장치를 나타낸 분리 사시도.

도 5는 도 4에 나타낸 본 발명 중 고정자를 나타낸 사시도.

도 6은 본 발명에 따른 내연기관의 연소 활성화 장치의 단면도.

도 7은 도 6에 나타낸 본 발명의 A-A선 단면도.

도 8은 도 4에 나타낸 본 발명 중 영구자석링의 배열상태를 나타낸 정면도.

도 9는 도 8에 나타낸 영구자석링의 배열시 발생되는 자기장을 나타낸 참고도.

도 10은 일반적인 영구자석링의 배열상태를 나타낸 정면도.

도 11은 도 10에 나타낸 영구자석링의 배열시 발생되는 자기장을 나타낸 참고도.

도 12는 도 4에 나타낸 본 발명 중 영구자석링의 배치에 따른 자속밀도의 발생량을 나타낸 그래프.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 내연기관의 연소 활성화 장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 내연기관의 연소 활성화 장치를 나타낸 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 내연기관의 연소 활성화 장치를 나타낸 분리 사시도이며, 도 5는 도 4에 나타낸 본 발명 중 고정자를 나타낸 사시도이고, 도 6은 본 발명에 따른 내연기관의 연소 활성화 장치의 단면도이며, 도 7은 도 6에 나타낸 본 발명의 A-A선 단면도를 나타낸 것이고, 도 8은 도 4에 나타낸 본 발명 중 영구자석링의 배열상태를 나타낸 정면도이며, 도 9는 도 8에 나타낸 영구자석링의 배열시 발생되는 자기장을 나타낸 참고도이고, 도 10은 일반적인 영구자석링의 배열상태를 나타낸 정면도이며, 도 11은 도 10에 나타낸 영구자석링의 배열시 발생되는 자기장을 나타낸 참고도이고, 도 12는 도 4에 나타낸 본 발명 중 영구자석링의 배치에 따른 자속밀도의 발생량을 나타낸 그래프이다.

본 발명은 내연기관의 연료탱크와 연소실의 사이에 구비되어 연소실로 유입되는 연료가 영구자석링의 내측면 및 외측면을 통과하도록 하여 자기공명원리에 의해 미립화될 수 있도록 함으로써 연소효율을 증대시키고, 불완전연소에 의한 유독배기가스의 배출을 저감시킬 수 있을 뿐만 아니라, 고정자(140)에 의해 균일한 자속밀도를 발생시킬 수 있도록 하는 내연기관의 연소 활성화 장치(100)에 관한 것으로, 그 구성은 도 4에 나타낸 바와 같이, 크게 케이스(110), 파이프(120), 영구자석링(130) 및 고정자(140)를 포함하여 구성된다.

보다 상세히 설명하면, 상기 케이스(110)는 그 내측으로 파이프(120), 영구자석링(130) 및 고정자(140)가 삽입 설치되도록 하여 연료탱크로부터 공급되는 연료가 유입되어 순환된 후 배출될 수 있도록 하는 공간을 제공하는 역할을 하는 것으로, 상기 케이스(110)에는 연료탱크로부터 공급되는 연료를 유입시킬 수 있도록 하는 연료 유입구(114a)와, 연료 유입구(114a)를 통해 유입된 연료가 케이스(110) 내부를 순환한 후 연소실로 배출될 수 있도록 하는 연료 배출구(112a)가 구비되어 있다.

이때, 상기 케이스(110)는 몸체부(112)와 상부덮개(114) 및 하부덮개(116)로 구성되는데, 상기 몸체부(112)는 양측 단부가 개구된 중공의 원통 형상으로 이루어져 그 내측으로 파이프(120), 영구자석링(130) 및 고정자(140)가 삽입 설치되는 공간을 제공함과 동시에 내측으로 유입되는 연료가 순환하는 통로를 제공하는 역할을 하게 된다.

상기 몸체부(112)의 상부 일측면에는 연료 배출구(112a)가 구비되는데, 상기 연료 배출구(112a)는 배관(미도시)을 통해 연소실에 연결 설치되어 본 발명에 따른 연소 활성화 장치(100)를 순환한 연료를 연소실로 배출시킬 수 있도록 하기 위한 것으로, 몸체부(112)에 착탈이 가능하도록 설치됨과 동시에 몸체부(112) 내측에서 순환하는 연료가 새어나가지 않도록 하기 위하여 나사 결합에 의해 몸체부(112)의 상부 일측면에 결합된다.

또한, 상기 상부덮개(114) 및 하부덮개(116)는 몸체부(112)의 상단부 및 하단부에 각각 결합되어 케이스(110)의 내부 공간을 밀폐시킬 수 있도록 하기 위한 것으로, 밀폐력이 우수하면서도 조립 및 분해가 가능하도록 하기 위해 나사 결합에 의해 몸체부(112)에 결합된다.

이때, 상기 상부덮개(114)의 중앙 하부 및 하부 덮개의 중앙 상부에는 각각 결합부(114b, 116b)가 돌출 형성되는데, 상기 결합부(114b, 116b)는 그 외측으로 파이프(120)의 양측 단부가 결합되도록 하여 파이프(120)가 케이스(110)의 내측에서 고정될 수 있도록 하는 역할을 하게 된다.

또한, 상기 상부덮개(114)에는 연료 유입구(114a)가 구비되는데, 상기 연료 유입구(114a)는 배관(미도시)을 통해 연료탱크에 연결 설치되어 연료탱크로부터 배출되는 연료를 케이스(110)의 내측으로 유입시켜 순환시킬 수 있도록 하는 역할을 하는 것이다. 상기 연료 유입구(114a)는 연료 배출구(112a)와 마찬가지로 상부덮개(114)에 나사 결합되도록 하여 밀폐력이 우수하면서도 조립 및 분해가 가능하도록 구성된다.

다음, 상기 파이프(120)는 케이스(110)의 내측에 삽입 설치되어 연료 유입구(114a)를 통해 유입되는 연료가 케이스(110) 내부를 순환할 수 있도록 함과 동시에 그 외측으로 영구자석링(130)이 설치될 수 있도록 하는 역할을 하는 것으로, 파이프(120)의 양측 단부는 상부덮개(114) 및 하부덮개(116)에 각각 돌출 형성된 결합부(114b, 116b)에 끼움 결합된다.

이때, 상기 파이프(120)의 하측 단부에는 다수의 유통공(122)이 형성되는데, 상기 유통공(122)은 연료 유입구(114a)를 통해 파이프(120)의 내측으로 유입된 연료가 파이프(120)의 외부로 배출될 수 있도록 하여 연료가 케이스(110)의 내부를 순환할 수 있도록 하는 역할을 하는 것이다.

다음, 상기 영구자석링(130)은 파이프(120)의 외주면에 삽입 설치되어 케이스(110)의 내측으로 유입되는 연료가 그 내,외주면을 통과하도록 하여 이온화되기 쉽도록 활성화시키는 역할을 하는 것으로, 다수 개의 영구자석링(130)이 서로 같은 극끼리 이웃하도록 하여 밀착되어 설치된다.

보다 상세히 설명하면, 본 발명에 따른 내연기관의 연소 활성화 장치(100)에 사용되는 영구자석은 자석의 내주면과 외주면에서 모두 자속밀도가 발생된다는 점을 고려하여 연료가 영구자석의 내주면 및 외주면을 모두 통과할 수 있도록 링 형상으로 형성한 것으로, 원형 뿐만 아니라 중앙에 통로가 형성된 다양한 다각형 형상이 사용될 수도 있음은 물론이다.

또한, 상기 영구자석링(130)으로는 산화철을 원료로 한 자석이 사용되는데, 그 이유는 엔진 등의 과열시 고온에도 자성이 변치 않고, 반영구적으로 자성을 나타낼 수 있기 때문이다.

따라서, 케이스(110)의 연료 유입구(114a)를 통해 유입된 연료는 파이프(120)의 내측 통로, 즉 영구자석링(130)의 내주면을 통과하게 되고, 내주면을 통과한 연료는 파이프(120)의 유통공(122)을 통해 외측으로 빠져나가 영구자석링(130)과 케이스(110)의 몸체부(112) 내측면 사이에 형성된 공간부를 통해 이동하게 되므로 영구자석링(130)의 외주면 역시 통과하게 되는 것이다.

이때, 상기 영구자석링(130)은 인접하는 영구자석링(130)과 서로 같은 극끼리 마주보도록 하여 설치되는데, 그 이유는 영구자석링(130)으로부터 발생되는 자기장을 연속적이고 안정적으로 발생시킬 수 있도록 하기 위한 것이다.

즉, 도 10에 나타낸 바와 같이, 영구자석링(130)을 서로 다른 극끼리 마주보도록 하여 배치했을 경우, 자기장의 힘은 양극으로 집중된다. 약 1300가우스의 자속 밀도를 갖는 영구자석링(130) 10개를 배열한 경우 외측 극단의 자속밀도가 S극은 1550가우스, N극은 1620가우스로 나타났고, 그 안쪽부터 자속밀도가 급속히 감소하여 자기장이 불안정해지는 것을 확인할 수 있는데, 이것은 영구자석링(130)의 개수를 더 추가할수록 불안정해진다.

이때, 도 11에 나타낸 바와 같이, 쇳가루를 가지고 자기장의 형태를 조사해보면 양극으로 힘이 집중된 단일 자기장의 형태로 나타나는 것을 확인할 수 있다.

한편, 도 8에 나타낸 바와 같이, 영구자석링(130)들을 서로 같은 극끼리 마주보도록 하여 배열한 경우에는 좌,우 양극단을 제외하고는 거의 비슷한 크기의 자속밀도가 평균 2400가우스의 크기로 발생하여 연속적이고 안정적인 자기장이 형성됨을 확인할 수 있고, 도 9에 나타낸 바와 같이, 쇳가루를 이용하여 자기장의 모양을 확인해보아도 안정적인 자기장이 형성됨을 확인할 수 있다.

따라서, 상기 영구자석링(130)의 배열은 서로 같은 극끼리 마주보도록 하여 설치하는 경우 연속적이고 안정적인 자기장을 형성시킬 수 있게 된다.

또한, 상기 영구자석링(130)은 인접하는 영구자석링(130)들이 서로 밀착되도록 하여 배열하는데, 이는 자속밀도를 최대로 발생시켜 연료의 활성화를 최대화시킬 수 있도록 하기 위한 것이다.

위와 같은 사실의 확인을 위해 인접하는 영구자석링(130) 사이의 이격거리를 밀착시켰을 때(a)와, 1mm 이격시켰을 때(b) 및 2mm 이격시켰을 때(c) 발생되는 자속밀도를 영구자석링(130)의 외주면으로부터 각각 0~5mm까지 떨어진 지점에서 측정한 것을 아래의 표 1 및 도 12에 나타내었다.

영구자석링(130)의 배치에 따른 자속밀도(Gaus)의 크기 측정

표 1

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 인접하는 영구자석링(130)을 서로 밀착시키는 경우 자속밀도가 최대로 발생됨을 확인할 수 있다.

또한, 영구자석링(130)의 외주면으로부터 거리가 멀어질수록 발생되는 자속밀도가 작아지므로 영구자석링(130)의 외주면과 케이스(110)의 내주면 사이의 거리는 3.0mm 이내가 되도록 하는 것이 가장 효과적인데, 보다 바람직하게는 케이스(110) 내부를 순환하는 연료의 유압을 고려하여 영구자석링(130)의 외주면과 케이스(110) 내주면 사이의 거리는 2.0 ~ 3.0mm가 되도록 한다.

그리고, 영구자석링(130)에서 발생되는 자기력은 영구자석링(130)의 외주면 뿐만 아니라 내주면에서도 발생되므로 본 발명에서는 연료가 영구자석링(130)의 내주면 및 외주면을 모두 통과하도록 함으로써 영구자석링(130)에서 발생되는 자기력을 온전히 이용할 수 있도록 구성되어 있는데, 영구자석링(130)에 의한 자기력의 영향력은 연료의 이온을 안정화시키는 데에 있다.

즉, 지구 전체가 하나의 거대한 자석이기 때문에 지구상에 있는 모든 물체는 자기력의 영향력에 노출되어 있는데, 한 곳에 고정되어 있는 물체는 이온이 안정화되어 있지만, 유체를 포함한 움직이는 물체는 움직이는 곳의 자성이 다르고, S극, N극의 비중이 다르기 때문에 이온이 불안정하다고 볼 수 있다.

이와 같이 불안정한 유체가 영구자석링(130)의 내주면과 외주면을 통과하면서 강력한 S극과 N극에 노출됨으로써 안정적인 이온의 형태를 갖게 되고 그에 따라 완전 연소가 이루어질 수 있게 되는 것이다.

또한, 영구자석링(130)에 의한 자기력은 연료의 분자구조를 미분화, 미립화시킨다.

보통, 물의 분자구조를 보면 순수한 물은

이지만, 여기에 나트륨 이온(

), 마그네슘 이온(

), 염화물 이온(

) 등의 여러가지 물질이 혼합되어 있는데, 이와 마찬가지로 연료 분자도 여러 가지 이온들이 결합된 물질로 이루어져 있고, 이러한 연료를 영구자석링(130)에 통과시키면 결합된 물질들의 연결고리를 끊어 미립화시킨다. 이와 같은 사실은 본 발명에 따른 내연기관의 연소 활성화 장치(100)에 콜라나 맥주 같은 탄산이 섞인 유체를 통과시켜보면 쉽게 확인할 수 있는데, 탄산이 섞인 유체를 본 발명에 따른 장치에 통과시키면 탄산이 제거된 김빠진 유체가 배출됨을 확인할 수 있다.

또한, 상기 영구자석링(130)은 자기공명현상을 발생시키는데, 연료 유입구(114a)를 통해 유입된 연료가 파이프(120)의 내측을 흐르면서 영구자석링(130)의 내측면을 통과하게 되면 상기 내측면에서 발생되는 자기장에 의해 자화상태로 되고, 자화된 연료가 파이프(120)의 유통공(122)을 통해 빠져나가 케이스(110)의 내측면과 영구자석링(130)의 외측면 사이의 공간부를 통과하게 되면 영구자석링(130)의 외측면으로부터 발생되는 자기력에 의해 일정한 주파수를 갖는 강력한 고주파가 연료에 가해지게 되고, 이로 인해 연료의 원자핵들이 고주파 에너지를 흡수하여 높은 에너지 상태로 전이되는 공명현상이 일어나게 되어 연료가 완전연소될 수 있는 상태로 되고, 따라서 연소효율을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

그리고, 상기 영구자석링(130)은 도 8에 나타낸 바와 같이, 양측 단부가 S극이 되도록 배열하는데, 이는 S극에서 발생되는 자속밀도의 세기가 N극에서 발생되는 자속밀도 보다 작기 때문이다. 또한, 도 9에 나타낸 바와 같이 자기장의 배열상 좌,우 양측 단부에서의 자속밀도가 낮게 형성되므로 S극이 외측에 위치하도록 하여 전체적으로 균일한 자속밀도를 갖는 자연스로운 자기장 배열을 형성할 수 있게 된다.

다음, 상기 고정자(140)는 파이프(120)와 영구자석링(130)의 사이에 삽입 설치되어 서로 같은 극끼리 마주보도록 하여 밀착되어 설치되는 영구자석링(130)이 흔들림없이 파이프(120)의 외주면에 고정 설치될 수 있도록 하는 역할을 하는 것으로, 상기 고정자(140)의 양측 단부에는 절곡부(144)가 형성되어 영구자석링(130)의 양측 단부를 지지하게 된다.

즉, 상기 영구자석링(130)이 서로 같은 극끼리 인접하도록 하여 밀착되어 설치되므로 인접하는 영구자석링(130)의 사이에는 강력한 척력이 작용하게 되는데, 파이프(120)의 외측에 중공 형상의 고정자(140)를 끼움 결합시키고, 고정자(140)의 외측으로 다수의 영구자석링(130)들을 서로 같은 극끼리 인접하도록 하여 끼움 결합시킨 후, 고정자(140)의 양측 단부를 외측으로 절곡시켜 절곡부(144)를 형성함으로써 상기 절곡부(144)가 영구자석링(130)의 양측 단부를 지지하도록 함으로써 영구자석링(130)이 흔들림없이 고정 설치될 수 있도록 하는 것이다.

이때, 도 4 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 파이프(120)의 양측 단부에 별도의 볼트와 같은 지지부재(124)를 설치하여 상기 지지부재(124)가 고정자(140)의 절곡부(144)를 외측으로부터 지지할 수 있도록 함으로써 상기 고정자(140)가 영구자석링(130)을 보다 견고히 지지할 수 있도록 할 수도 있다.

또한, 상기 고정자(140)는 길이방향으로 절개홈(142)이 형성된 외부 방사형의 탄성체로 이루어지는데, 이는 영구자석링(130)들의 흔들림을 방지하기 위한 것이다.

즉, 상기 영구자석링(130)들은 같은 극끼리 마주보도록 배열되어 영구자석링(130)의 내측면이 고정자(140)와 밀착되지 않으면 연소 활성화 장치(100)에 충격이나 진동이 가해지는 경우 영구자석링(130)들이 심하게 흔들리게 되어 균일한 자속밀도를 발생시킬 수 없게 되므로 상기 고정자(140)에 길이방향으로 절개홈(142)을 형성하고, 도 5에 나타낸 바와 같이, 고정자(140)를 외부 방사형의 탄성체로 구성함으로써 고정자(140)가 영구자석링(130)의 내측면을 밀착지지할 수 있도록 하여 영구자석링(130)의 흔들림을 방지할 수 있게 되고, 그에 따라 영구자석링(130)이 항상 균일한 자속밀도를 발생시킬 수 있게 되는 것이다.

이때, 상기 고정자(140)의 재질로는 영구자석링(130)들의 척력에 견딜 수 있을만큼의 강도를 갖음과 동시에 영구자석링(130)의 내측면을 밀착 지지할 수 있는 탄성을 갖는 동판(copper plate)을 사용하게 된다.

한편, 상기 케이스(110)의 외주면에는 보호커버(150)가 도포될 수도 있는데, 상기 보호커버(150)는 외부의 충격으로부터 케이스(110)를 보호함과 동시에 금속 등과의 마찰에 의해 케이스(110)가 마모되지 않도록 함으로써 본 발명에 따른 연소 활성화 장치(100)의 내구성을 향상시킬 수 있도록 하기 위한 것으로, 케이스(110)의 외측에 우레탄 소재를 도포하는 방법 등에 의해 보호커버(150)를 형성시킬 수 있게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 내연기관의 연소 활성화 장치(100)의 작동관계를 간략히 정리하여 설명하기로 한다.

먼저, 본 발명에 따른 연소 활성화 장치(100)는 내연기관의 연료탱크와 연소실의 사이에 설치되는 것으로, 연료탱크로부터 배출되는 연료가 케이스(110)에 구비된 연료 유입구(114a)를 통해 케이스(110)의 내측으로 유입되면, 연료 유입구(114a)와 연결 설치된 파이프(120)를 통해 흐르면서 영구자석링(130)의 내측면을 통과하게 되고, 이와 같이 영구자석링(130)의 내측면을 통과하면서 자화된 연료는 파이프(120)의 하측 단부에 형성된 다수의 유통공(122)을 통해 빠져나가 케이스(110)의 내측면과 영구자석링(130)의 외측면 사이에 형성되는 공간부를 따라 흐르면서 영구자석링(130)의 외측면으로부터 발생되는 강력한 자기장에 의해 활성화된 후 연료 배출구(112a)를 통해 빠져나가게 되어 연소실에서 완전 연소가 이루어질 수 있게 되는 것이다.

따라서, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 연료를 미립화함과 동시에 이온화되기 쉽도록 활성화시킬 수 있게 되어 완전연소가 가능해지므로 유해 배기가스의 발생을 줄여 환경오염을 예방할 수 있을 뿐만 아니라, 완전연소에 의한 높은 연소효율로 인해 연료를 절감시킬 수 있어 경제적으로 유리한 효과를 갖게 되는데, 이와 같은 효과를 입증하기 위한 여러 차례의 시험결과를 아래에 나타내었다.

표 2

	장착 전	장착 후	결 과
1차량	45%	17%	62.22% 저감
2차량	57%	25%	56.14% 저감

먼저, 표 2는 고속버스인 대형버스 2대에 본 발명에 따른 장치를 설치한 후 발생하는 매연량을 측정한 것으로, 본 발명에 따른 연소 활성화 장치(100)를 대형버스에 장착한 결과 약 60% 정도의 매연발생량을 줄일 수 있음을 확인할 수 있었다.

또한, 아래의 표 3은 본 발명에 따른 연소 활성화 장치(100)의 장착 전,후에 엔진부하의 크기 변화에 따라 배기가스로 배출되는 공기 중 매연밀도 및 엔진의 최대출력을 자동차 검사소에서 측정한 결과를 나타낸 것이다.

표 3

<차량의 엔진부하에 따른 공기 중 매연밀도의 측정결과>

구 분	엔진부하	장착 전	장착 후
매 연	1모드	91%	44%
	2모드	92%	40%
	3모드	90%	44%
최대출력		42ps	47ps

상기 표 3에서 확인할 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 연소 활성화 장치(100)를 장착한 경우에 배기가스에 함유된 매연량이 절반 이상 감소되어 대기오염을 방지할 수 있게 되고, 최대출력의 향상으로 인해 엔진의 내구성 향상 및 연료비의 절감을 기대할 수 있게 된다.

또한, 아래의 표 4 및 표 5는 본 발명에 따른 연소 활성화 장치(100)를 디젤 차량과 휘발유 차량에 각각 장착한 후 주행에 따른 연료소모량을 측정한 것으로, 평택-천안간 경부고속도로(17.28km)와 평택-천안간 국도(27.05km)에서 각각 측정하였다.

표 4

<디젤 경유 차량(디젤 SUV 차량 2500cc)의 주행에 따른 도로구분별(고속도로 및 국도) 연료소모량 시험결과>

구 분	장착 전	장착 후	비고
① 고속도로
연료소모량	1550g(1.91L)	1150g(1.419L)	34.78% 절감
걸린시간	11분`	11분
고속도로 주행거리	17.28km	17.28km
연비	9.04km/L	12.177km/L	34.7% 향상
0~100km 도달시간	1분30초87	37초08
공회전시 연료소모량(10분)	140g	100g	29%절감
② 국 도
연료소모량	1900g(2.34L)	1610g(1.987L)	18.01%절감
걸린시간	42분	42분
연비	11.13km/L	13.11km/L	17.79%향상
기타사항	장착 전,후 공히 신호등에 16번 정차했음.

표 5

<휘발유 차량(가솔린 차량 1500cc)의 주행에 따른 도로구분별(고속도로 및 국도) 연료소모량 시험결과>

구 분	장착 전	장착 후	비고
① 고속도로
연료소모량	820g(1.127L)	576g(0.7921L)	41.95% 절감
걸린시간	10분	10분
고속도로 주행거리	17.28km	17.28km
연비	16.01km/L	22.77km/L	41.95% 향상
0~100km 도달시간	27초 19	20초 69
공회전시 연료소모량(10분)	110g	80g	28% 절감
② 국 도
연료소모량	1190g(1.829L)	930g(1.431L)	27.79% 절감
걸린시간	40분	40분
연비	14.789km/L	18.9km/L	27.79% 향상
기타사항	장착 전,후 공히 신호등에 16번 정차했음.

상기 표 4 및 표 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 연소 활성화 장치(100)를 차량에 장착한 경우, 차량에 종류에 따라 차이는 있지만 100Km/h 정속 기준(고속도로)에서 디젤 경유 차량의 경우 약 35%, 휘발유 차량의 경우 약 42%의 연료 절감 효과를 확인할 수 있었다.

국도의 경우 잦은 정차로 인해 고속도로에 비해 연료 절감 효과는 적었지만, 연소 활성화 장치(100)를 장착하지 않은 차량에 비해서는 훨씬 개선된 연비를 보이는 것을 확인할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 내연기관의 연소 활성화 장치(100)에 의하면, 유해 배기가스의 발생을 줄여 환경오염을 예방할 수 있을 뿐만 아니라, 완전연소에 의한 높은 연소효율로 인해 연료를 절감시킬 수 있어 경제적으로 유리한 효과를 갖게 되는 것이다.

또한, 본 발명에 따르면 외부 방사형의 탄성체인 고정자(140)를 이용하여 영구자석링(130)을 고정시켜 내연기관이 설치된 차체 등의 흔들림에도 영구자석링(130)이 흔들림 없는 고정상태를 유지할 수 있도록 함으로써 영구자석링(130)으로부터 균일한 자속밀도를 발생시킬 수 있게 되어 균일한 연소상태를 유지할 수 있어 연소효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 엔진과 같은 내연기관의 내구성을 향상시킬 수 있음과 동시에 고정자(140)를 이용하여 서로 같은 극끼리 마주보도록 하여 결합되는 영구자석링(130)이 서로 밀착된 상태로 결합될 수 있도록 함으로써 단순한 구성으로 일정한 부피 내에 보다 많은 수의 영구자석링(130)을 결합시킬 수 있게 되어 영구자석링(130)으로부터 발생되는 자속밀도를 향상시킬 수 있는 등의 다양한 장점을 갖게 되는 것이다.

전술한 실시예들은 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 연료 유입구(114a)와 연료 배출구(112a) 모두를 케이스(110)의 상부덮개(114)에 형성시키거나, 전체적인 케이스(110) 및 영구자석링(130)의 형상을 원형이 아닌 다각형으로 할 수도 있는 등 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.

Claims

내연기관의 연소 활성화 장치에 있어서,

연료 유입구(114a)와 연료 배출구(112a)가 구비된 케이스(110)와,

상기 연료 유입구(114a)와 연통되도록 하여 케이스(110)의 내측에 설치되고, 그 하측 단부에 유통공(122)이 형성된 파이프(120)와,

상기 파이프(120)의 외주면에 삽입 고정되는 다수의 영구자석링(130) 및

상기 파이프(120)와 영구자석링(130)의 사이에 삽입 설치되어 영구자석링(130)이 고정되도록 하는 고정자(140)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 내연기관의 연소 활성화 장치.
제 1항에 있어서,

상기 케이스(110)는 상부 일측면에 연료배출구(112a)가 구비된 몸체부(112)와,

상기 몸체부(112)의 상단부에 결합되고 중앙부에 연료 유입구(114a)가 구비된 상부덮개(114)와,

상기 몸체부(112)의 하단부에 결합되는 하부덮개(116)로 구성된 것을 특징으로 하는 내연기관의 연소 활성화 장치.
제 2항에 있어서,

상기 상부덮개(114)의 중앙 하부 및 하부덮개(116)의 중앙 상부에는 파이프(120)가 끼움 결합되는 결합부(114b,116b)가 각각 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 내연기관의 연소 활성화 장치.
제 1항에 있어서,

상기 고정자(140)는 그 길이방향을 따라 절개홈(142)이 형성된 외부 방사형의 탄성체로 이루어진 것을 특징으로 하는 내연기관의 연소 활성화 장치.
제 4항에 있어서,

상기 고정자(140)의 양측 단부에는 영구자석링(130)을 고정시키기 위한 절곡부(144)가 형성된 것을 특징으로 하는 내연기관의 연소 활성화 장치.
제 1항에 있어서,

상기 파이프(120)의 일측 또는 양측 단부에는 고정자(140)를 지지하기 위한 지지부재(124)가 착탈 가능하도록 결합되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 연소 활성화 장치.
제 1항에 있어서,

상기 영구자석링(130)은 서로 같은 극끼리 마주보도록 하여 밀착되어 조립된 것을 특징으로 하는 내연기관의 연소 활성화 장치.
제 1항에 있어서,

상기 케이스(110)의 외주면에는 보호커버(150)가 도포된 것을 특징으로 하는 내연기관의 연소 활성화 장치.
제 1항에 있어서,

상기 케이스(110)의 내주면과 영구자석링(130)의 외주면 사이의 거리는 2.0 ~ 3.0mm 인 것을 특징으로 하는 연소 활성화 장치.