KR20070042867A - 가스 엔진 및 가스 엔진용 점화 장치 - Google Patents

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KR20070042867A
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Abstract

본 발명은 연소실(10) 또는 예비 챔버 내로 돌출되어 기상의 연료-공기 혼합물을 점화시키기 위한 점화 장치(11)를 포함하는 기상의 연료-공기 혼합물을 연소시키기 위한 가스 엔진, 특히 가스 오토(Otto) 엔진에 관한 것이다. 본 발명에 따라 상기 점화 장치(11)는 점화 소오스로서 사용되는 가열 장치(12)를 포함하고, 수용 장치(13)는 상기 각각의 가열 장치(12)를 점화될 연료-공기 혼합물로부터 분리하고, 상기 가열 장치(12)는 점화될 연료-공기 혼합물과 접촉하는, 상기 각각의 수용 장치(13)의 섹션(14)을, 상기 수용 장치(13)의 섹션(14)이 연료-공기 혼합물의 점화를 위해 필요한 온도를 갖도록 가열한다.

Description

가스 엔진 및 가스 엔진용 점화 장치{GAS ENGINE AND IGNITION DEVICE THEREFOR}
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 가스 엔진의 개략도.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 가스 엔진의 개략도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10: 연소실 11: 점화 장치
12: 가열 장치 13: 수용 장치
14: 섹션 15: 표면
16: 전압원 17: 폐쇄 소자
18: 스프링 소자 19: 레이저 소오스
20: 광 섬유 21: 결합 유닛
22: 포커싱 유닛
본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 가스 엔진에 관한 것이다. 본 발명은 또한 청구항 10의 전제부에 따른 가스 엔진용 점화 장치에 관한 것이다.
가스 엔진에서는 기상의 연료-공기 혼합물이 연소되며, 상기 기상의 연료-공기 혼합물은 가스 엔진의 하나 이상의 점화 장치에 의해 점화된다. 선행 기술에 공지된 가스 엔진에서는 점화 장치가 점화 플러그로서 형성되고, 상기 점화 플러그는 분할되지 않은 연소실 또는 메인 연소실로부터 분리된 예비 챔버 내로 돌출하여 연소실 또는 예비 챔버 내의 기상의 연료-공기 혼합물을 점화시킨다. 점화를 위해, 증가하는 엔진 출력에 과비례하여 증가하는 높은 점화 에너지 및 점화 온도가 필요하다.
독일 특허 공개 제102 17 996 A1호에는 기상의 연료-공기 혼합물의 점화를 위해 큰 점화 에너지를 필요로 하지 않는 가스 엔진이 공지되어 있다. 독일 특허 공개 제102 17 996 A1호에는 점화 장치에 의해 기상의 연료-공기 혼합물의 점화가 이루어지며, 점화 에너지를 제공하는 점화 장치의 점화 소오스는 직접 또는 간접적으로 점화될 연료-공기 혼합물 또는 점화될 연료-공기 혼합물로 이루어진 기체 분위기와 접촉한다. 상기 선행 기술에 따르면, 점화 장치의 점화 소오스는 부식성 조건에 노출됨으로써, 조기 마모가 생길 수 있다. 이로 인해, 결국 수명이 단축되거나 또는 서비스 간격이 단축됨으로써 가스 엔진에 대한 비용이 증가한다.
본 발명의 과제는 신규한 가스 엔진 및 가스 엔진용의 신규한 점화 장치를 제공하는 것이다. 상기 과제는 청구항 1에 따른 가스 엔진에 의해 해결된다.
본 발명에 따라 점화 장치는 점화 소오스로서 사용되는 가열 장치를 포함한 다. 수용 장치는 각각의 가열 장치를 점화될 연료-공기 혼합물로부터 분리하고, 상기 가열 장치는 점화될 연료-공기 혼합물과 접촉하는, 각각의 수용 장치의 섹션을, 상기 수용 장치의 섹션이 연료-공기 혼합물의 점화를 위해 필요한 온도를 갖도록 가열한다.
점화 장치의 점화 소오스는 바람직하게는 점화 장치의 수용 장치 내에 배치되고, 상기 수용 장치는 가열 장치로서 형성된 점화 소오스를 연료-공기 혼합물로부터 분리함으로써, 점화 소오스가 부식성 조건에 노출되지 않는다. 가열 장치로서 형성된 점화 장치의 점화 소오스는 점화될 연료-공기 혼합물과 접촉하는 수용 장치의 섹션을, 특히 상기 수용 장치의 섹션이 연료-공기 혼합물의 점화를 위해 필요한 온도, 소위 핫스팟(hot spot) 온도를 갖도록 가열한다. 점화 소오스를 점화될 연료-공기 혼합물의 부식성 분위기로부터 분리함으로써, 가스 엔진의 점화 장치의 수명이 증가된다.
바람직하게는 각각의 수용 장치의 가열될 섹션의 형상 및/또는 재료는 상기 가열 장치가 점화될 연료-공기 혼합물을 향한 상기 섹션의 표면을 기체의 연료 공기 혼합물을 점화시키는데 필요한 온도로 가열하도록 매칭된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라 가열 장치는 전기 가열 장치로서 형성되고, 상기 전기 가열 장치는 각각의 슬리브형 수용 장치 내에 배치되고, 폐쇄 소자는 각각의 슬리브형 수용 장치를 가열될 섹션에 대향하는 측면에서 폐쇄하며, 가열 장치 및 폐쇄 소자에 맞물린 스프링 소자는 각각의 가열 장치를 각각의 슬리브형 수용 장치의 가열될 섹션에 대해, 즉 연료-공기 혼합물로부터 떨어진 상기 섹션의 표면에 대해 가압한다.
본 발명의 변경예에 따르면, 가열 장치가 레이저 가열 장치로서 형성되고, 폐쇄 소자는 각각의 슬리브형 수용 장치를 가열될 섹션에 대향하는 측면에서 폐쇄하며, 각각의 폐쇄 소자는 하나 이상의 광 섬유용 결합 유닛 및 포커싱 유닛을 포함하고, 상기 레이저 가열 장치에 의해 발생되어 상기 광 섬유를 통해 각각의 수용 장치 내로 결합되는 레이저 광은 상기 포커싱 유닛에 의해 가열될 섹션에, 즉 연료-공기 혼합물로부터 먼, 상기 섹션의 표면에 포커싱될 수 있다.
본 발명에 따른 가스 엔진용 점화 장치는 독립 청구항 10에 제시된다.
본 발명의 바람직한 실시예는 종속 청구항 및 하기 설명에 제시된다. 본 발명의 실시예는 도면을 참고로 하기에 상세히 설명되지만, 본 발명이 이 실시예에 제한되는 것은 아니다.
도 1은 가스 엔진, 특히 가스 오토 엔진(Otto engine)의 개략도이다. 가스 엔진의 연소실(10) 내로 점화 장치(11)가 돌출되어, 연소실(10) 내에 있는 기상의 연료-공기 혼합물을 점화시킨다. 도시된 실시예에서, 연소실(10)은 분할되지 않은 연소실로 형성된다.
그러나, 본 발명이 분할되지 않은 연소실을 가진 가스 엔진에 제한되는 것은 아니다. 오히려, 본 발명은 메인 연소실과 예비 챔버로 분할된 연소실을 가진 가스 엔진에도 사용될 수 있다. 이 경우에 점화 장치는 가스 엔진의 예비 챔버 내로 돌출한다.
도 1에 도시된 점화 장치(11)는 가열 장치(12)로서 형성된 점화 소오스를 가 지며, 상기 점화 소오스는 슬리브형 수용 장치(13) 내에 위치하거나 배치된다. 수용 장치(13)는 가열 장치(12), 그에 따라 점화 소오스를 가스 엔진의 연소실(10) 내의 부식성 분위기로부터 분리한다. 가열 장치(12)는 기체의 연료 공기 혼합물을 점화시키는데 필요한 에너지를 가열 출력의 형태로 제공하며, 상기 가열 장치(12)는 수용 장치(13)의 섹션(14)을 연료-공기 혼합물의 점화를 위해 필요한 온도로 가열한다. 점화 장치(11)의 가열 장치(12)에 의해 가열된 섹션(14)은 도시된 실시예에서 슬리브형 수용 장치(13)의 디스크형 단부 부분이다.
슬리브형 수용 장치(13)의 가열될 섹션(14)의 형상 및/또는 재료는, 가열 장치(12)에 의해 제공된 가열 출력이 상기 섹션(14)을 연료-공기 혼합물의 점화를 위해 필요한 온도로 가열하기에 충분하도록, 매칭된다. 상기 섹션(14)은, 점화될 연료-공기 혼합물을 향한 그 표면(15)이 연료-공기 혼합물의 점화에 필요한 온도를 갖도록 가열된다.
도 1의 실시예에서, 점화 소오스로서 사용되는 가열 장치(12)는 전기 저항 가열 장치로서 형성되며, 가열 장치(12)의 가열 출력은 전압 소오스(16)에 의해 가열 장치(12)로 인가되는 전압에 의존한다.
도 1에 나타나는 바와 같이, 슬리브형 수용 장치(13)는 가열될 섹션(14)에 대향하는 단부가 폐쇄 소자(17)에 의해 폐쇄되고, 폐쇄 소자(17) 및 가열 장치(12)에는 스프링 소자(18)가 지지된다. 스프링 소자(18)에 의해 가열 장치(12)는 항상 슬리브형 수용 장치(11)의 가열될 섹션(14) 상으로 특히, 연료-공기 혼합물로부터 먼, 상기 섹션의 표면에 대해 가압되기 때문에, 작동 중에 가열 장치(12)의 열적 길이 변동이 보상된다. 이로 인해, 가열 장치(12)의 섹션(14)이 항상 기상의 연료-공기 혼합물을 점화시키는데 필요한 온도로 가열될 수 있다.
본 발명에 따른 가스 엔진의 제2 실시예가 도 2에 도시되어 있으며, 여기서는 불필요한 반복 설명을 피하기 위해, 동일한 구성 부분에 대해 동일한 도면 부호가 사용된다.
도 2의 실시예에서, 점화 소스로 사용되는 가열 장치(12)는 레이저 가열 장치로서 형성되며, 레이저 소오스(19)에 의해 발생되는 레이저 빔은 하나 이상의 광 섬유(20)를 통해 슬리브형 수용 장치(11)의 가열될 섹션(14) 상으로 안내된다. 슬리브형 수용 장치(13)의 폐쇄 소자(17)는 결합 유닛(21) 및 포커싱 유닛(22)을 포함하며, 상기 광 섬유가 상기 결합 유닛(21)에 의해 수용 장치(13) 내로 결합될 수 있고, 레이저 장치(19)에 의해 발생되어 상기 광 섬유(20)를 통해 수용 장치(13) 내로 결합된 레이저 광은 상기 포커싱 유닛(22)에 의해, 수용 장치(13)의 가열될 섹션(14) 상에, 즉 연료-공기 혼합물로부터 먼, 상기 섹션의 표면 상에 포커싱될 수 있다. 레이저 빔의 에너지는 점화될 기체의 연료-공기 혼합물로부터 먼, 상기 섹션(14)의 표면(15)을 연료-공기 혼합물의 점화를 위해 필요한 온도로 가열한다. 레이저 소오스(19)는 주기적으로 또는 펄스식으로 변하는 레이저 빔 또는 연속적으로 일정한 레이저 빔을 발생시키는 레이저 소오스일 수 있다.
전기 가열 장치로서 또는 레이저 가열 장치로서 형성된 점화 소오스의 사용이 바람직하다. 그러나, 가열 장치를 연소실 내의 부식성 분위기로부터 분리시키는 수용 장치의 섹션을 가열하기 위해, 다른 가열 장치도 점화 소오스로서 사용될 수 있다.
본 발명의 의미에서, 가스 엔진의 연소실 또는 예비 챔버 내의 기체의 연료-공기 혼합물의 점화는, 점화 소오스로서 사용되는 가열 장치(12)에 의해 제공되는 가열 출력이, 수용 장치(13)에 의해 점화될 연료-공기 혼합물로부터 분리되는 가열 장치(12)로부터 수용 장치(13)로의 열 전달에 의해 전달됨으로써, 연료-공기 혼합물을 향한 섹션(14)의 표면(15)이 점화에 필요한 온도를 가짐으로써 이루어진다.
연료-공기 혼합물의 부식성 분위기로부터 가열 장치(12)의 분리에 의해, 가열 장치의 마모가 최소화됨으로써, 점화 장치(11)의 수명이 증가될 수 있다. 이로 인해, 가스 엔진 또는 점화 장치(11)에서의 서비스 작업이 감소될 수 있다.
점화 장치(11)를 가스 엔진 내에 간단히 통합하기 위해, 가열 장치(12)로서 형성된 점화 소오스의 적어도 일부를 수용하는 수용 장치(13)는 가스 엔진의 연소실을 제한하는 벽과 나사 체결된다. 이를 위해, 슬리브형 수용 장치(13)의 수나사가 연소실(10)을 제한하는 가스 엔진의 벽 내의 보어에 배치된 암나사와 상호 작용한다. 이로 인해, 점화 장치(11)는 간단한 방식으로 가스 엔진 내에 통합되거나 또는 그것에 장착될 수 있다.
본 발명에 따르면, 연료-공기 혼합물의 부식성 분위기로부터 가열 장치를 분리시킴으로써, 가열 장치의 마모가 최소화되고, 점화 장치의 수명이 증가될 수 있다.

Claims (13)

  1. 연소실 또는 예비 챔버 내로 돌출되어 기상의 연료-공기 혼합물을 점화시키기 위한 점화 장치를 포함하는 기상의 연료-공기 혼합물을 연소시키기 위한 가스 엔진에 있어서, 상기 점화 장치(11)는 점화 소오스로서 사용되는 가열 장치(12)를 포함하고, 수용 장치(13)는 상기 각각의 가열 장치(12)를 점화될 연료-공기 혼합물로부터 분리하고, 상기 가열 장치(12)는 점화될 연료-공기 혼합물과 접촉하는 상기 각각의 수용 장치(13)의 섹션(14)을, 상기 수용 장치(13)의 섹션(14)이 상기 연료-공기 혼합물의 점화를 위해 필요한 온도를 갖도록, 가열하는 것을 특징으로 하는 가스 엔진.
  2. 제1항에 있어서, 상기 점화 장치(11)의 가열 장치(12)는 상기 슬리브형 수용 장치(13)의 디스크형 단부 섹션을 가열하는 것을 특징으로 하는 가스 엔진.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가열될 섹션(14)의 형상 및 재료 중 하나 이상은, 연료 공기 혼합물을 향한 상기 섹션(14)의 표면(15)이 상기 연료-공기 혼합물의 점화를 위해 필요한 온도로 가열될 수 있도록, 매칭되는 것을 특징으로 하는 가스 엔진.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 점화 장치(11)의 가열 장치(12)는 전기 가 열 장치로서 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 엔진.
  5. 제4항에 있어서, 스프링 소자(18)가 상기 가열 장치(12)를 상기 각각의 슬리브형 수용 장치(13)의 상기 가열될 섹션(14)에 대해 가압하는, 즉 연료-공기 혼합물로부터 먼 상기 섹션의 표면에 대해 가압하는 것을 특징으로 하는 가스 엔진.
  6. 제5항에 있어서, 폐쇄 소자가 상기 슬리브형 수용 장치를 상기 가열될 섹션에 대향하는 측면에서 폐쇄하고, 상기 스프링 소자(18)는 상기 가열 장치 및 상기 폐쇄 소자에 맞물리는 것을 특징으로 하는 가스 엔진.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 점화 장치(11)의 가열 장치(12)는 레이저 가열 장치로서 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 엔진.
  8. 제7항에 있어서, 폐쇄 소자(17)는 상기 슬리브형 수용 장치(13)를 상기 가열될 섹션(14)에 대향하는 측면에서 폐쇄하고, 상기 폐쇄 소자(17)는 하나 이상의 광 섬유(20)용 결합 유닛(21) 및 포커싱 유닛(22)을 포함하고, 상기 레이저 가열 장치에 의해 발생되어 상기 광 섬유를 통해 상기 수용 장치 내로 결합되는 레이저 광은 상기 포커싱 유닛(22)에 의해 상기 가열될 섹션(14)에, 즉 연료-공기 혼합물로부터 먼 상기 섹션의 표면 상에 포커싱될 수 있는 것을 특징으로 하는 가스 엔진.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 수용 장치(13)는 메인 연소실 또는 예비 챔버를 제한하는 벽과 나사 체결되는 것을 특징으로 하는 가스 엔진.
  10. 기상의 연료-공기 혼합물을 점화하기 위한 가스 엔진용 점화 장치에 있어서, 가열 장치(12)로서 형성된 점화 소오스를 포함하고, 수용 장치(13)는 각각의 가열 장치(12)를 점화될 연료-공기 혼합물로부터 분리하며, 상기 가열 장치(12)는 점화될 연료-공기 혼합물과 접촉하는 상기 각각의 수용 장치(13)의 섹션(14)을, 상기 수용 장치(13)의 섹션(14)이 상기 연료-공기 혼합물의 점화를 위해 필요한 온도를 갖도록, 가열하는 것을 특징으로 하는 가스 엔진용 점화 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 수용 장치(13)의 가열될 섹션(14)의 형상 및 재료 중 하나 이상은 상기 가열 장치(12)가 상기 연료-공기 혼합물을 향한 상기 섹션(14)의 표면(15)을 상기 연료-공기 혼합물의 점화를 위해 필요한 온도로 가열하도록, 매칭되는 것을 특징으로 하는 가스 엔진용 점화 장치.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 가열 장치(12)는 전기 가열 장치로서 형성되고, 폐쇄 소자(17)는 상기 슬리브형 수용 장치(13)를 가열될 섹션(14)에 대향하는 측면에서 폐쇄하고, 상기 가열 장치(12) 및 상기 폐쇄 소자(17)에 맞물린 스프링 소자(18)는 상기 가열 장치(12)를 상기 각각의 슬리브형 수용 장치(13)의 상기 가열될 섹션(14)에 대해, 즉 연료-공기 혼합물로부터 먼 상기 섹션(14)의 표면 에 대해 가압하는 것을 특징으로 하는 가스 엔진용 점화 장치.
  13. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 가열 장치(12)는 레이저 가열 장치로서 형성되고, 폐쇄 소자(17)는 상기 슬리브형 수용 장치(13)를 상기 가열될 섹션(14)에 대향하는 측면에서 폐쇄하고, 상기 폐쇄 소자(17)는 하나 이상의 광 섬유(20)용 결합 유닛(21) 및 포커싱 유닛(22)을 포함하며, 상기 레이저 가열 장치에 의해 발생되어 상기 광 섬유(20)를 통해 상기 수용 장치(13) 내로 결합된 레이저 광은 상기 포커싱 유닛(22)에 의해 상기 가열될 섹션(14) 상에, 즉 연료 공기 혼합물로부터 먼 상기 섹션(14)의 표면 상에 포커싱될 수 있는 것을 특징으로 하는 가스 엔진용 점화 장치.
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