KR101459955B1 - 제트이그니션 장치 - Google Patents

Abstract

피스톤을 중심으로 상부챔버와 하부챔버로 형성되고, 압축공기가 외부로 토출될 수 있도록 하부챔버에 체크밸브가 구비된 실린더; 하부챔버로 외기가 유입될 수 있도록 상기 실린더의 외주면 중에 형성된 관통홀; 및 상기 피스톤의 상단면에 돌출되게 형성되어 피스톤의 하강시 관통홀을 막아 압축공기가 관통홀로 빠져나가지 못하도록 하는 차단부;를 포함하는 제트이그니션 장치가 소개된다.

Description

제트이그니션 장치 {APPARATUS FOR JET IGNITION}

본 발명은 피스톤 작동 속도와 상관없이 정해진 타이밍에 흡입 공기를 개폐 조절하는 제트이그니션 장치에 관한 것이다.

내연기관의 성능향상에 있어서 분사된 연료의 완전연소를 유도하는 것은 차량의 출력과 연비를 향상시키는 주요한 방법중 하나이다.

분사된 연료의 완전연소를 유도하기 위하여 연소실의 체적을 조절한다든지 연소실의 형상을 조정한다든지, 또는 스파크의 세기를 증가시키는 것과 같은 방법들이 사용되어 왔으나, 이러한 방법들에도 불구하고 고농도의 연료분사시 스파크가 젖어 버린 다든지, 스파크 플러그에서 먼 거리에 위치한 분사된 연료의 불완전 연소와 같은 문제들은 여전히 존재하여 왔다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 최근 주 연소실 이외에 보조연소실을 별도로 구성하여 혼합된 기체를 보조연소실에서 스파크를 튀겨 우선적으로 연소시킨 뒤, 보조연소실에서 발생한 연소를 주 연소실로 전이시켜 주 연소실에 분사된 연료를 점화시키도록 함으로써, 빠른 화염전파속도와 확실한 연료 점화를 유도하도록 하는 제트 이그니션(Jet Ignition) 점화방식이 이용되고 있다.

이러한 점화방식은 주 연소실 위에 보조연소실을 두고 그 사이에 노즐을 구비하여, 보조연소실에서 화염 발생시 노즐을 통해 주 연소실로 전이되도록 하고 있고, 보조연소실 위에는 공기와 연료의 혼합기체가 들어오는 실린더 및 혼합기를 보조연소실로 밀어내는 피스톤이 구비되어 피스톤의 상하 운동에 따라 보조연소실로 혼합기가 분사되도록 하고 있다.

이러한 제트 이그니션 점화방식은 실린더와 보조연소실 사이에 체크밸브가 구비되고, 혼합기가 공급되는 혼합기 유로와 실린더 사이에 체크밸브가 형성되어 혼합기가 실린더 내부로 들어올 수는 있지만 나가는 것은 오직 보조연소실만 되도록 되어 있다.

하지만, 상기와 같은 체크밸브 사용방식은 공기의 흡입 유무 및 압력 차이에 의해 구동되므로 운전 속도에 따라 움직임이 변화하고 전체 운전영역에서 고른 흡기 역할을 수행하지 못하는 단점이 있었다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 10-2013-0055154 A

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 혼합기가 들어오는 유입구를 체크밸브로 하지 않고 피스톤의 왕복에 따라 개폐되도록 함으로써 정확하고 혼합기 유입이 가능해지는 제트이그니션 장치을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 제트이그니션 장치는 피스톤을 중심으로 상부챔버와 하부챔버로 형성되고, 압축공기가 외부로 토출될 수 있도록 하부챔버에 체크밸브가 구비된 실린더; 하부챔버로 외기가 유입될 수 있도록 상기 실린더의 외주면 중에 형성된 관통홀; 및 상기 피스톤의 상단면에 돌출되게 형성되어 피스톤의 하강시 관통홀을 막아 압축공기가 관통홀로 빠져나가지 못하도록 하는 차단부;를 포함한다.

상기 체크밸브는 상기 실린더의 저면에 형성될 수 있다.

상기 피스톤은 실린더 헤드의 캠과 링크로 연결되어 캠의 회전에 의해 실린더 내부를 왕복 운동할 수 있다.

상기 관통홀은 상기 실린더의 상단부에 위치할 수 있다.

상기 피스톤의 외주면 중에는 길이방향으로 상기 관통홀과 대면하는 장홈이 형성될 수 있다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 제트이그니션 장치에 따르면, 확실한 거동을 보장하는 피스톤 운동에 의해 개폐됨으로써 피스톤 작동 속도와 상관없이 정해진 타이밍에 흡입 공기를 개폐 조절할 수 있는 이점이 있다.

또한, 기존의 피스톤 및 실린더를 사용할 수 있고, 체크밸브를 없앨 수 있는 것이므로 원가 절감 효과 또한 발생할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제트이그니션 장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제트이그니션 장치의 A-A 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제트이그니션 장치의 작동과정을 나타낸 도면.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 제트이그니션 장치에 대하여 살펴본다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제트이그니션 장치의 구성도로써, 피스톤(200)을 중심으로 상부챔버(110)와 하부챔버(120)로 형성되고, 압축공기가 외부로 토출될 수 있도록 하부챔버(120)에 체크밸브(400)가 구비된 실린더(100); 하부챔버(120)로 외기가 유입될 수 있도록 상기 실린더(100)의 외주면 중에 형성된 관통홀(300); 및 상기 피스톤(200)의 상단면에 돌출되게 형성되어 피스톤(200)의 하강시 관통홀(300)을 막아 압축공기가 관통홀(300)로 빠져나가지 못하도록 하는 차단부(210);를 포함한다.

구체적으로는 상기 체크밸브(400)는 상기 실린더(100)의 저면에 형성될 수 있는데, 실린더(100) 내부에서 외부로 압축공기가 토출될 수는 있지만, 피스톤(200)의 상승에 따른 부압 생성시 상기 체크밸브(400)를 통해서 실린더(100) 내부로 공기가 역류할 수는 없도록 함으로써 상기 관통홀(300)로만 공기가 유입되도록 할 수 있다.

또한, 체크밸브(400)가 실린더(100)의 저면에 위치하도록 함으로써 피스톤(200)에 의한 압축시 압축된 혼합기가 별도의 경로를 거치는 일 없이 직접적으로 보조 실린더로 이동할 수 있도록 함으로써 이동에 따른 에너지 손실을 최소화 할 수 있고, 요구되는 타이밍에 정확히 분사가 이루어질 수 있도록 할 수 있다.

상기 실린더(100)의 하단에는 체크밸브(400)를 지나 연료가 들어오는 보조실린더(500)가 구비되고 보조실린더(500)에는 스파크 플러그(510)가 위치하여 보조실린더(500)로 들어온 연료를 연소시킴으로써 연소된 불꽃이 보조실린더(500) 하부에 마련된 주 실린더(530)로 이동하여 주 실린더(530)에 분사된 연료를 연소시키도록 함이 바람직하다.

한편, 상기 피스톤(200)은 실린더 헤드의 캠(550)과 링크(560)로 연결되어 캠(550)의 회전에 의해 실린더(100) 내부를 왕복 운동할 수 있는데, 캠(550)은 엔진구동축과 체인등으로 직접 연결되어 회전하고 상기 피스톤(200)은 캠(550)과 직접 링크(560)로 연결됨으로써 엔진의 회전에 따라 상기 피스톤(200)의 작동속도가 변화될 수 있다.

상기 링크(560)는 일단이 상기 피스톤(200) 상단부의 중앙부에 위치함이 바람직하며, 타단이 상기 캠(550)의 볼록한 일단에 연결되어 캠(550)의 편심운동에 따라 상하로 운동하게 됨이 바람직하다.

상기 캠(550)과 피스톤(200)은 하나의 링크(560)로 직접 서로 연결될 수도 있고, 복수개의 서로 연결된 링크(560)를 이용하여 연결될 수도 있다.

한편, 상기 관통홀(300)은 상기 실린더(100)의 상단부에 위치할 수 있다.

구체적으로는, 상기 관통홀(300)은 상기 실린더(100)의 외주면 중 실린더(100) 상단부에 위치하게 됨이 바람직한데, 상기 피스톤(200)이 하강하여 실린더(100) 내로 들어온 혼합기를 압축하기 위하여는 상기 관통홀(300)이 막혀져서 상기 체크밸브(400)를 제외한 어느 곳으로도 압축된 혼합기가 나가지 못하도록 해야하는데, 상기 관통홀(300)을 실린더(100)의 상단부에 형성함으로써 혼합기의 압축이 가능해지는 하부챔버(120)의 공간이 증대되어 더 많은 혼합기를 보조연소실(500)로 보낼 수 있다.

상기 실린더(100)의 외주면에는 상기 관통홀(300)이 형성되는 위치에 상기 관통홀(300)과 통하도록 흡기통로(310)가 마련되어 상기 흡기통로(310)를 통해 혼합기가 관통홀(300)을 지나 실린더(100) 내부로 들어옴이 바람직하다.

한편, 상기 피스톤(200)의 외주면 중에는 길이방향으로 상기 관통홀(300)과 대면하는 장홈(220)이 형성될 수 있다.

즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 장홈(220)은 상기 피스톤(200)의 상하이동방향으로 외주면에 형성될 수 있고, 혼합기는 피스톤(200)의 상승시 상기 관통홀(300)을 통과하여 상기 장홈(220)을 타고 하부챔버(120)로 유입될 수 있다.

상기 장홈(220)을 제외한 피스톤(200)의 나머지 부분은 모두 실린더(100) 내주면과 접촉됨이 바람직하며, 상기 장홈(220)의 단면적은 피스톤(200) 상승에 의한 흡기시 관통홀(300)을 통해 상기 하부챔버(120)로 충분한 정도의 혼합기가 유입될 정도가 됨이 바람직하다.

또한, 상기 장홈(220)은 상기 피스톤(200)의 상단면에서 하단면까지 이어지도록 형성됨이 바람직하지만, 상기 장홈(220)의 상단부 중 일부를 막아 피스톤(200)이 상사점에서 하강할 시 상기 관통홀(300)을 막는 시점을 더 빠르게 할 수도 있다.

한편, 상기 차단부(210)는 상기 피스톤(200)의 상단면에 돌출되게 형성되되 상기 실린더(100)의 길이방향으로 상방으로 길게 형성되어 피스톤(200)이 하사점에 이르렀을 때에도 계속 상기 관통홀(300)을 막을 수 있도록 형성됨이 바람직하다.

상기 차단부(210)는 상기 관통홀(300)을 막을 수 있을 정도의 넓이를 가진 패널로 형성될 수도 있지만, 그 형상에 있어서는 다양한 실시예가 가능하다.

만약, 상기 장홈(220)의 상단부 중 일부가 막혀있는 경우라면, 상기 피스톤(200)이 상사점에서 하강할 시 상기 관통홀(300)은 상기 장홈(220)의 막혀있는 상단부에서 막히기 시작하여 상기 차단부(210)로 넘어오면서 계속 막힌 상태를 유지하게 될 수 있다.

상기 차단부(210)가 형성됨으로 인해서 혼합기가 오로지 하부챔버(120)로만 유입될 수 있으며, 혼합기가 상부챔버(110)로 유입되어 연료가 상기 피스톤(200)의 상단면에 계속 쌓이게 되어 슬러지를 형성하는 것을 막을 수 있다. 상기 슬러지가 누적되면 피스톤(200)의 이동으로 인해 하부챔버(120)로 슬러지가 유입될 수 있으므로 슬러지의 형성을 막는 것은 중요하다고 할 수 있다.

이제 도 2를 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 제트이그니션 장치의 작동과정을 설명하고자 한다.

도 3의 (a)는 상기 피스톤(200)이 하사점에 있는 상태로써, 이때는 하부챔버(120)의 혼합기가 모두 보조실린더(500)로 이동한 상태이다. 이때 관통홀(300)은 차단부(210)에 의해 막혀진 상태를 유지하게 된다.

이후 도 3의 (b)와 같이 캠의 회전에 따라 상기 피스톤(200)은 링크에 의해 상방으로 끌어올려지고, 상승과정에서 관통홀(300)이 차단부(210)에 의해 막혀진 상태로 피스톤(200)이 끌어올려지게 됨으로써 강한 부압이 하부챔버(120)에 형성되고, 계속 피스톤(200)이 상승하여 상기 장공과 상기 관통홀(300)이 통공되면서 하부챔버(120)에 형성된 부압에 의해 혼합기가 신속하게 하부챔버(120)로 흡입되게 된다.

도 3의 (c)에서는, 다시 캠이 회전하여 피스톤(200)이 상사점에서 하강하게 되는 때를 보여주고 있는데, 피스톤(200)이 상사점에서 하강하게 되면 막혀진 장공의 상단 및 상기 차단부(210)에 의해 다시 관통홀(300)은 막혀지며, 상기 관통홀(300)이 완전히 막혀지는 순간부터 상기 하부챔버(120)는 압축이 시작된다. 물론, 상기 피스톤(200)이 하강하는 동안에는 계속 상기 관통홀(300)은 막혀있는 상태를 유지하게 됨이 바람직하다.

상기 피스톤(200)이 하강하면서 압축된 혼합기는 상기 체크밸브(400)가 개방되는 설정된 압력에 도달하기까지 압축이 진행되게 되며, 압축된 혼합기가 설정된 압력에 도달한 도 3의 (d)에 이르게 되면, 체크밸브(400)가 개방되고 압축된 혼합기는 보조연소실로 토출되게 된다. 이후 하부챔버(120)의 압력이 떨어지게 되면 다시 체크밸브(400)는 닫히고 다시 피스톤(200)은 캠의 회전에 의해 상방으로 이동하게 된다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 제트이그니션 장치에 따르면, 확실한 거동을 보장하는 피스톤(200) 운동에 의해 개폐됨으로써 피스톤(200) 작동 속도와 상관없이 정해진 타이밍에 흡입 공기를 개폐 조절할 수 있는 이점이 있다.

또한, 기존의 피스톤(200) 및 실린더(100)를 사용할 수 있고, 체크밸브(400)를 없앨 수 있는 것이므로 원가 절감 효과 또한 발생할 수 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

100 : 실린더 200 : 피스톤
210 : 차단부 300 : 관통홀
400 : 체크밸브

Claims (5)

1. 피스톤을 중심으로 상부챔버와 하부챔버로 형성되고, 압축공기가 외부로 토출될 수 있도록 하부챔버에 체크밸브가 구비된 실린더;
   하부챔버로 외기가 유입될 수 있도록 상기 실린더의 외주면 중에 형성된 관통홀; 및
   상기 피스톤의 상단면에 돌출되게 형성되어 피스톤의 하강시 관통홀을 막아 압축공기가 관통홀로 빠져나가지 못하도록 하는 차단부;를 포함하는 제트이그니션 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 체크밸브는 상기 실린더의 저면에 형성되는 것을 특징으로 하는 제트이그니션 장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 피스톤은 실린더 헤드의 캠과 링크로 연결되어 캠의 회전에 의해 실린더 내부를 왕복 운동하는 것을 특징으로 하는 제트이그니션 장치.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 관통홀은 상기 실린더의 상단부에 위치하는 것을 특징으로 하는 제트이그니션 장치.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 피스톤의 외주면 중에는 길이방향으로 상기 관통홀과 대면하는 장홈이 형성된 것을 특징으로 하는 제트이그니션 장치.

Images