KR101010664B1 - Pre-piston engine of linear generator system - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리니어발전기 시스템의 프리 피스톤 엔진에 관한 것으로, 흡기포트(63)가 연소실의 상사점(TDC)에 인접한 상부벽 중앙에 형성됨으로 인해 점화플러그(68)의 주변은 항상 혼합기가 농후한 상태가 되어 높은 연소특성을 얻을 수 있게 되고, 솔레노이드(66)에 의해 흡기밸브(65)가 닫히는 시점의 조정이 가능하기 때문에 유효행정거리(L1)를 변환할 수 있게 됨으로써 압축과 팽창거리의 비를 다르게 할 수 있게 됨은 물론, 이를 통해 시스템 전체의 효율을 크게 향상시킬 수 있도록 된 것이다.The present invention relates to a free piston engine of a linear generator system, and the inlet port (63) is formed in the center of the upper wall adjacent to the top dead center (TDC) of the combustion chamber, so that the circumference of the spark plug (68) is always rich in the mixer. High combustion characteristics can be obtained, and the effective stroke distance L1 can be converted because the solenoid 66 can adjust the closing time of the intake valve 65, thereby reducing the ratio of the compression and expansion distances. In addition to being able to do it differently, this can greatly improve the efficiency of the entire system.

리니어발전기, 프리 피스톤 엔진, 흡기포트, 배기포트 Linear generator, free piston engine, intake port, exhaust port

Description

리니어발전기 시스템의 프리 피스톤 엔진{Pre-piston engine of linear generator system}Pre-piston engine of linear generator system

본 발명은 리니어발전기가 프리 피스톤 엔진에 의해 작동되도록 구성된 리니어발전기 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 프리 피스톤 엔진을 구성하는 실린더의 흡배기 구조에 관한 기술이다.The present invention relates to a linear generator system configured to operate a linear generator by a free piston engine, and more particularly, to a technology relating to an intake and exhaust structure of a cylinder constituting a free piston engine.

일반적으로, 리니어발전기 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 리니어발전기(10)와, 상기 리니어발전기(10)의 양쪽에 설치된 2행정 프리 피스톤 엔진(20)을 포함하여 구성된다.In general, the linear generator system includes a linear generator 10 and a two-stroke free piston engine 20 installed on both sides of the linear generator 10, as shown in FIG.

상기 리니어발전기(10)는 3상 코일(11a)이 권선되어 이루어진 원통형 고정자(11)와, 상기 고정자(11)를 관통하는 가동축(12)상에 영구자석(13a)과 폴슈(13b)가 반복 적층되어 이루어진 이동자(13)로 이루어지는데, 상기 폴슈(13b)는 영구자석(13a)의 자속을 모아 고정자(11)와 이동자(13)사이의 공극(약 2mm 형성)으로 유효자속을 형성해주며, 이 상태에서 상기 이동자(13)가 전후로 왕복 이동됨으로써 공극자속이 상기 고정자(11)의 코일(11a)에 쇄교하여 기전력이 발생하게 된다.The linear generator 10 has a cylindrical stator 11 formed by winding a three-phase coil 11a, and a permanent magnet 13a and a pole shoe 13b on the movable shaft 12 penetrating the stator 11. It consists of a mover 13 is repeatedly stacked, the fold shoe (13b) collects the magnetic flux of the permanent magnet (13a) to form an effective magnetic flux as a gap (about 2mm formed) between the stator 11 and the mover 13 In this state, the mover 13 is reciprocated back and forth, so that the air gap flux links with the coil 11a of the stator 11 to generate an electromotive force.

상기 이동자(13)의 작동은 상기 가동축(12)의 양단에 연결된 프리 피스톤 엔 진(20)에 의해 이루어진다.The mover 13 is operated by a free piston engine 20 connected to both ends of the movable shaft 12.

상기 프리 피스톤 엔진(20)은 직선 왕복형 엔진이고, 수소를 연료로 하는 내연기관이며, 2행정 1사이클 엔진으로서, 양쪽의 상기 프리 피스톤 엔진(20)은 서로 번갈아가면서 폭발행정이 이루어지도록 되어 있다.The free piston engine 20 is a linear reciprocating engine, an internal combustion engine using hydrogen as a fuel, and is a two-stroke, one-cycle engine, in which both of the free piston engines 20 alternately explode. .

상기 프리 피스톤 엔진(20)은 상기 가동축(12)의 끝에 일체로 구비된 피스톤(21)과, 상기 피스톤(21)이 직선 왕복운동을 할 수 있도록 내부에 연소실을 구비한 실린더(22)를 포함하여 구성된다.The free piston engine 20 includes a piston 21 integrally provided at the end of the movable shaft 12 and a cylinder 22 having a combustion chamber therein so that the piston 21 can linearly reciprocate. It is configured to include.

상기 실린더(22)에는 혼합기(공기와 연료) 또는 공기가 연소실로 유입되기 위한 흡기포트(23)와, 폭발행정 후 연소실에 발생된 연소가스를 배출하기 위한 배기포트(24)가 마련되며, 상기 배기포트(24)에는 배기밸브(25)가 설치된다.The cylinder 22 is provided with an intake port 23 for introducing a mixer (air and fuel) or air into the combustion chamber, and an exhaust port 24 for discharging the combustion gas generated in the combustion chamber after the explosion stroke. An exhaust valve 25 is provided in the exhaust port 24.

상기 흡기포트(23)는 실린더(22)를 따라 후퇴 이동한 피스톤(21)이 압축행정을 시작하는 위치에 형성되고, 상기 배기포트(24)는 피스톤(21)이 실린더(22)를 따라 전진 이동하여 상사점(TDC)에 위치하였을 때 상기 피스톤(21)의 선단과 마주 대하는 연소실의 상부벽 중앙에 형성된다.The intake port 23 is formed at a position where the piston 21 retreating along the cylinder 22 starts the compression stroke, and the exhaust port 24 is moved by the piston 21 along the cylinder 22. When moved to the top dead center (TDC) is formed in the center of the upper wall of the combustion chamber facing the front end of the piston (21).

상기 흡기포트(23)에는 인젝터(26)의 선단이 삽입되도록 설치되고, 상기 배기포트(24)의 주변인 연소실의 상부벽 중앙부에는 점화플러그(27)의 선단이 삽입되도록 설치된다.A tip of the injector 26 is inserted into the intake port 23, and a tip of the spark plug 27 is inserted into a central portion of the upper wall of the combustion chamber that is around the exhaust port 24.

상기 리니어발전기(10)에는 생산 전력을 전원으로 사용할 수 있도록 안정화시키는 전력변환기(31)가 구비된다.The linear generator 10 is provided with a power converter 31 to stabilize the production power to be used as a power source.

한편, 상기 프리 피스톤 엔진(20)은 최초 기동을 위한 동력원이 필요한데, 상기 가동축(12)에 동력전달이 가능하도록 설치되어 유압의 힘으로 상기 가동축(12)을 동작시키는 유압실린더(미도시)를 동력원으로 사용할 수도 있고, 또한 도1에 도시된 바와 같이 상기 전력변환기(31)에 연결된 전동제어컨버터(32)를 동력원으로 사용할 수도 있다.On the other hand, the free piston engine 20 requires a power source for the first start, a hydraulic cylinder (not shown) installed to enable power transmission to the movable shaft 12 to operate the movable shaft 12 by the hydraulic force ) May be used as the power source, and as shown in FIG. 1, the electric control converter 32 connected to the power converter 31 may be used as the power source.

상기 전동제어컨버터(32)는 전자제어유니트(33)로부터 전달되는 엔진 시동 신호에 따라 계통 전력을 상기 전력변환기(31)를 통해 리니어발전기(10)의 고정자(11)에 공급함으로써 리니어발전기(10)가 모터(motor)로 작동할 수 있도록 한다.(발전기와 모터는 기본적으로 동일한 개념의 장치로서, 현재 발전과 전동의 두 가지 작동을 모두 수행하도록 제작된 일체형 모터-제너레이터가 실제 구현되어 하이브리드 차량의 구동모터 등에 적용되고 있다. 따라서, 그 상세한 구성 및 제어로직의 설명은 생략한다.)The electric control converter 32 supplies the system power to the stator 11 of the linear generator 10 through the power converter 31 according to the engine start signal transmitted from the electronic control unit 33. (Generators and motors are basically the same concept devices, and hybrid motors are actually implemented with integrated motor-generators that are designed to perform both current generation and electric operation). Is applied to a driving motor, etc. Therefore, the detailed structure and description of the control logic are omitted.)

상기 전자제어유니트(33)는 전동제어컨버터(32)에 기동신호를 인가할 뿐만 아니라, 상기 인젝터(26)와 점화플러그(27) 등의 작동을 전반적으로 제어한다.The electronic control unit 33 not only applies a start signal to the electric control converter 32 but also generally controls the operation of the injector 26 and the spark plug 27.

상기와 같이 구성된 리니어발전기 시스템은 이동자(13)가 고정자(1)를 따라 직선 이동할 때에, 양쪽에 구비된 프리 피스톤 엔진(20) 중 어느 한쪽이 폭발/배기 행정을 하면 다른 한쪽은 흡입/압축 행정을 하게 되고, 이러한 과정의 반복으로 리니어발전기(10)가 구동하여 지속적으로 전력이 생산되며, 생산전력은 전력변환기(31)에 의해 상변화되어 안정상태로 부하에 공급된다.In the linear generator system configured as described above, when one of the free piston engines 20 provided on both sides performs an explosion / exhaust stroke when the mover 13 moves linearly along the stator 1, the other side of the linear generator system has an intake / compression stroke. By the repetition of this process, the linear generator 10 is driven to continuously produce power, and the production power is phase-shifted by the power converter 31 and supplied to the load in a stable state.

그러나, 상기와 같은 종래의 구조는 피스톤(21)이 실린더(22)를 따라 이동을 하여 연소실의 하사점(BDC)에 위치한 상태가 되어야만 흡기포트(23)와 배기밸 브(24)의 개방이 이루어지고, 또한 흡기포트(23)가 연소실의 상사점(TDC)과 하사점(BDC)의 사이에서 피스톤(21)이 압축행정을 시작하는 위치에 형성됨에 따라, 하사점(BDC)에 위치한 피스톤(21)이 급속히 상사점(TDC)을 향해 이동할 때에 상기 흡기포트(23)를 통해 충분한 양의 혼합기가 연소실로 유입되지 못하는 문제가 발생하였다.However, in the conventional structure as described above, opening of the intake port 23 and the exhaust valve 24 is only possible when the piston 21 moves along the cylinder 22 to be located at the bottom dead center (BDC) of the combustion chamber. And a piston located at the bottom dead center BDC as the intake port 23 is formed at the position where the piston 21 starts the compression stroke between the top dead center TDC and the bottom dead center BDC of the combustion chamber. There was a problem that a sufficient amount of the mixture did not flow into the combustion chamber through the intake port 23 when the 21 moves rapidly toward the top dead center (TDC).

이와 같이, 연소실로 충분한 양의 혼합기가 유입되지 못하면 연소실내에 발생한 연소가스를 배기포트(24)를 통해 충분히 배출하지 못하게 되고, 이에 따라 점화플러그(27)의 주변에 혼합기가 충분히 형성되지 못하여 연소특성이 저하되는 문제가 발생하게 된다.As such, when a sufficient amount of the mixture does not flow into the combustion chamber, the combustion gas generated in the combustion chamber cannot be sufficiently discharged through the exhaust port 24, and thus, the mixture cannot be sufficiently formed around the spark plug 27 to combust. The problem of deterioration of properties will occur.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 흡기포트와 배기포트의 위치변경을 통해 상사점에 위치한 피스톤이 하사점을 향해 이동하는 과정에서 상기 배기포트가 개방되는 시점부터 상기 흡입포트가 개방될 수 있도록 하여 상기 흡기포트를 통해 충분한 양의 혼합기가 연소실로 유입될 수 있도록 하고, 점화플러그의 주변에 혼합기의 농후한 상태를 유지할 수 있도록 함으로써 연소특성의 향상을 도모할 수 있도록 하는 리니어발전기 시스템의 프리 피스톤 엔진을 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made in order to solve the above problems, the intake port from the point of opening the exhaust port in the process of moving the piston located in the top dead center toward the bottom dead center by changing the position of the intake port and exhaust port The port can be opened so that a sufficient amount of mixer can be introduced into the combustion chamber through the intake port, and the richness of the mixer can be maintained around the spark plug to improve the combustion characteristics. Its purpose is to provide a free piston engine of a linear generator system.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 고정자와 이동자를 구비한 리 니어발전기의 양쪽에 가동축을 매개로 동력전달이 가능하도록 설치된 프리 피스톤 엔진에 있어서, 피스톤이 실린더를 따라 이동하여 연소실의 상사점(TDC) 위치에 있을 때에 상기 피스톤의 선단과 마주 대하는 연소실의 상부벽 중앙에 형성된 흡기포트와; 상기 흡기포트내에 설치되어 연소실의 압력과 연소실 외부의 압력차에 의해 상기 흡기포트를 개방시키도록 동작하는 흡기밸브와; 상기 피스톤의 상사점(TDC) 위치와 하사점(BDC) 위치사이에 상기 연소실과 연결되도록 형성된 배기포트;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object, in the free piston engine installed in the linear generator having a stator and a mover to enable power transmission via the movable shaft, the piston is moved along the cylinder to the superior of the combustion chamber An intake port formed at the center of the upper wall of the combustion chamber facing the distal end of the piston when in the point TDC position; An intake valve disposed in the intake port and operative to open the intake port by a pressure difference between the combustion chamber and a pressure outside the combustion chamber; And an exhaust port formed to be connected to the combustion chamber between a top dead center (TDC) position and a bottom dead center (BDC) position of the piston.

본 발명에 의하면, 흡기포트가 연소실의 상사점(TDC)에 인접한 상부벽 중앙에 형성됨으로 인해 점화플러그의 주변은 항상 혼합기가 농후한 상태가 되어 높은 연소특성을 얻을 수 있게 되고, 솔레노이드에 의해 흡기밸브가 닫히는 시점의 조정이 가능하기 때문에 유효행정거리를 변환할 수 있게 됨으로써 압축과 팽창거리의 비를 다르게 할 수 있게 됨은 물론, 이를 통해 시스템 전체의 효율을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, since the intake port is formed in the center of the upper wall adjacent to the top dead center (TDC) of the combustion chamber, the surroundings of the spark plug are always rich in the mixer, so that high combustion characteristics can be obtained. Since the effective closing distance can be changed since the valve closing time can be adjusted, the ratio of the compression and expansion distance can be different, and the efficiency of the whole system can be greatly improved through this.

이하, 본 발명을 첨부된 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the present invention will be described in detail.

도 2에는 본 발명에 따른 리니어발전기 시스템이 도시되어 있다.2 shows a linear generator system according to the invention.

본 발명 리니어발전기 시스템은 리니어발전기(50)와, 상기 리니어발전기(50)의 양쪽에 설치된 2행정 프리 피스톤 엔진(60)을 포함하여 구성된다.The linear generator system according to the present invention includes a linear generator 50 and a two-stroke free piston engine 60 provided on both sides of the linear generator 50.

상기 리니어발전기(50)는 3상 코일(51a)이 권선되어 이루어진 원통형 고정 자(51)와, 상기 고정자(51)를 관통하는 가동축(52)상에 영구자석(53a)과 폴슈(53b)가 반복 적층되어 이루어진 이동자(53)로 이루어지는데, 상기 폴슈(53b)는 영구자석(53a)의 자속을 모아 고정자(51)와 이동자(53)사이의 공극(약 2mm 형성)으로 유효자속을 형성해주며, 이 상태에서 상기 이동자(53)가 전후로 왕복 이동됨으로써 공극자속이 상기 고정자(51)의 코일(51a)에 쇄교하여 기전력이 발생하게 된다.The linear generator 50 has a cylindrical stator 51 formed by winding a three-phase coil 51a and a permanent magnet 53a and a pole shoe 53b on a movable shaft 52 passing through the stator 51. Is composed of a plurality of movers 53 are repeatedly stacked, the fold shoe 53b collects the magnetic flux of the permanent magnet (53a) to form an effective magnetic flux by the gap (about 2mm formed) between the stator 51 and the mover 53 In this state, as the mover 53 is reciprocated back and forth, air gap magnetic flux is connected to the coil 51a of the stator 51, so that electromotive force is generated.

상기 이동자(53)의 작동은 상기 가동축(52)의 양단에 연결된 프리 피스톤 엔진(60)에 의해 이루어진다.The mover 53 is operated by a free piston engine 60 connected to both ends of the movable shaft 52.

상기 프리 피스톤 엔진(60)은 직선 왕복형 엔진이고, 수소를 연료로 하는 내연기관이며, 2행정 1사이클 엔진으로서, 양쪽의 상기 프리 피스톤 엔진(60)은 서로 번갈아가면서 폭발행정이 이루어지도록 되어 있다.The free piston engine 60 is a linear reciprocating engine, an internal combustion engine that uses hydrogen as a fuel, and is a two-stroke single-cycle engine, and the free piston engines 60 on both sides alternately explode in each other. .

상기 프리 피스톤 엔진(60)은 상기 가동축(52)의 끝에 일체로 구비된 피스톤(61)과, 상기 피스톤(61)이 직선 왕복운동을 할 수 있도록 내부에 연소실을 구비한 실린더(62)를 포함하여 구성된다.The free piston engine 60 includes a piston 61 integrally provided at the end of the movable shaft 52 and a cylinder 62 having a combustion chamber therein so that the piston 61 can linearly reciprocate. It is configured to include.

상기 실린더(62)에는 혼합기(공기와 연료) 또는 공기가 연소실로 유입되기 위한 흡기포트(63)와, 폭발행정 후 연소실에 발생된 연소가스를 배출하기 위한 배기포트(64)가 마련되며, 상기 흡기포트(63)에는 흡기밸브(65)가 설치된다.The cylinder 62 is provided with an intake port 63 for introducing a mixer (air and fuel) or air into the combustion chamber, and an exhaust port 64 for discharging the combustion gas generated in the combustion chamber after the explosion stroke. An intake valve 65 is provided in the intake port 63.

상기 흡기포트(63)는 피스톤(61)이 실린더(62)를 따라 전진 이동하여 연소실의 상사점(TDC)의 위치에 위치하였을 때에 상기 피스톤(61)의 선단과 마주 대하는 연소실의 상부벽 중앙에 형성되고, 상기 배기포트(64)는 상기 피스톤(61)의 상사점(TDC) 위치와 하사점(BDC) 위치사이에 상기 연소실과 연결되도록 형성된다.The intake port 63 is located at the center of the upper wall of the combustion chamber facing the tip of the piston 61 when the piston 61 moves forward along the cylinder 62 and is positioned at the top dead center (TDC) of the combustion chamber. The exhaust port 64 is formed to be connected to the combustion chamber between a top dead center (TDC) position and a bottom dead center (BDC) position of the piston 61.

즉, 상기 배기포트(64)는 상기 피스톤(61)이 연소실의 하사점(BDC)의 위치에 위치하였을 때에 완전한 개방이 이루어지도록 형성된다.That is, the exhaust port 64 is formed to be fully opened when the piston 61 is located at the bottom dead center BDC of the combustion chamber.

상기 흡기밸브(65)는 연소실의 내측으로만 열려지는 일방향밸브로서, 연소실의 압력과 연소실 외부의 압력차에 의해 상기 흡기포트(63)를 개방시키도록 동작하게 된다.The intake valve 65 is a one-way valve that opens only inside the combustion chamber, and operates to open the intake port 63 by a pressure difference between the combustion chamber and a pressure outside the combustion chamber.

즉, 연소실의 압력이 높을 때는 닫혀 있고, 연소실의 압력보다 연소실 외부의 압력이 높을 때에는 연소실의 내측으로 이동하여 상기 흡기포트(63)를 개방시키게 되며, 이때에 개방된 흡기포트(63)를 통해 혼합기가 연소실의 내부로 유입된다.That is, when the pressure of the combustion chamber is high and closed, when the pressure outside the combustion chamber is higher than the pressure of the combustion chamber, the combustion chamber moves to the inside of the combustion chamber to open the intake port 63, and at this time, through the open intake port 63. The mixer is introduced into the combustion chamber.

상기 흡기밸브(65)는 상기 배기포트(64)가 개방되는 시점부터 상기 흡기포트(63)를 개방시키는 동작을 할 수 있도록 되어 있다.The intake valve 65 is operable to open the intake port 63 from the time when the exhaust port 64 is opened.

즉, 피스톤(61)이 연소실의 상사점(TDC)을 향해 이동하여 배기포트(64)를 막고 있을 때에는 연소실의 압력이 연소실 외부의 압력보다 높게 되므로 흡기밸브(65)는 흡기포트(63)를 밀폐시킨 상태가 되고, 상사점(TDC)에 위치한 피스톤(61)이 하사점(BDC)을 향해 이동할 때에 피스톤(61)에 의해 막혀져 있던 배기포트(64)가 개방이 되면 연소실의 압력이 연소실 외부의 압력보다 낮아지게 되므로 이때부터 상기 흡기밸브(65)는 연소실과 연소실 외부의 압력차이에 의해 연소실의 내부로 이동을 시작하여 상기 흡기포트(63)를 개방시키게 되는 것이다.That is, when the piston 61 moves toward the top dead center (TDC) of the combustion chamber to block the exhaust port 64, the pressure in the combustion chamber becomes higher than the pressure outside the combustion chamber, so that the intake valve 65 opens the intake port 63. When the exhaust port 64 blocked by the piston 61 is opened when the piston 61 located at the top dead center TDC moves toward the bottom dead center BDC, the pressure in the combustion chamber is increased. Since the pressure is lower than the external pressure, the intake valve 65 starts to move into the combustion chamber by the pressure difference between the combustion chamber and the external combustion chamber, thereby opening the intake port 63.

또한, 본 발명은 상기 흡기밸브(65)의 주변에 설치되어 상기 흡기밸브(65)가 상기 흡기포트(63)를 개방시키는 동작을 할 때에 상기 흡기밸브(65)의 개방속도를 가속화시킬 수 있도록 전자제어유니트(73)의 제어를 통해 전원을 인가받아 동작하 는 솔레노이드(66)를 더 포함하여 구성된다.In addition, the present invention is installed around the intake valve 65 to accelerate the opening speed of the intake valve 65 when the intake valve 65 operates to open the intake port 63. It further comprises a solenoid 66 that operates by receiving power through the control of the electronic control unit 73.

흡기밸브(65)가 흡기포트(63)를 개방시키도록 연소실의 내측으로 이동을 시작할 때에 전자제어유니트(73)의 제어에 의해 솔레노이드(66)로 전원이 인가되면, 상기 흡기밸브(65)의 이동이 가속화되어 상기 흡기포트(63)를 더욱 빨리 개방시킬 수 있게 되며, 이에 따라 혼합기는 연소실로 빠른 시간내에 충분한 양이 유입될 수 있게 된다.When power is supplied to the solenoid 66 by the control of the electronic control unit 73 when the intake valve 65 starts to move inside the combustion chamber to open the intake port 63, the intake valve 65 The movement is accelerated to open the intake port 63 more quickly, so that the mixer can introduce a sufficient amount into the combustion chamber in a short time.

이를 위해 상기 흡기밸브(65)는 자성체로 형성되는 것이 바람직하다.To this end, the intake valve 65 is preferably formed of a magnetic material.

상기 흡기포트(63)에는 인젝터(67)의 선단이 삽입되도록 설치되고, 상기 흡기포트(63)와 연결된 연소실의 상부벽 중앙부에는 점화플러그(68)의 선단이 삽입되도록 설치된다.A tip of the injector 67 is inserted into the intake port 63, and a tip of the spark plug 68 is inserted into a central portion of the upper wall of the combustion chamber connected to the intake port 63.

또한, 상기 리니어발전기(50)에는 생산 전력을 전원으로 사용할 수 있도록 안정화시키는 전력변환기(71)가 구비된다.In addition, the linear generator 50 is provided with a power converter 71 to stabilize the production power to be used as a power source.

상기 프리 피스톤 엔진(60)은 최초 기동을 위한 동력원이 필요하며, 동력원으로 상기 전력변환기(71)에 연결된 전동제어컨버터(72)를 사용한다.The free piston engine 60 requires a power source for initial start-up, and uses the electric control converter 72 connected to the power converter 71 as the power source.

상기 전동제어컨버터(72)는 전자제어유니트(73)로부터 전달되는 엔진 시동 신호에 따라 계통 전력을 상기 전력변환기(71)를 통해 리니어발전기(50)의 고정자(51)에 공급함으로써 리니어발전기(50)가 모터(motor)로 작동할 수 있도록 한다.(발전기와 모터는 기본적으로 동일한 개념의 장치로서, 현재 발전과 전동의 두 가지 작동을 모두 수행하도록 제작된 일체형 모터-제너레이터가 실제 구현되어 하이브리드 차량의 구동모터 등에 적용되고 있다. 따라서, 그 상세한 구성 및 제어로 직의 설명은 생략한다.)The electric control converter 72 supplies the system power to the stator 51 of the linear generator 50 through the power converter 71 according to the engine start signal transmitted from the electronic control unit 73. (Generators and motors are basically the same concept devices, and hybrid motors are actually implemented with integrated motor-generators that are designed to perform both current generation and electric operation). Is applied to a driving motor, etc. Therefore, detailed description of the configuration and control logic is omitted.)

상기 전자제어유니트(73)는 전동제어컨버터(72)에 기동신호를 인가할 뿐만 아니라, 상기 솔레노이드(66)와 인젝터(67) 및 점화플러그(68) 등의 작동을 전반적으로 제어한다.The electronic control unit 73 not only applies a start signal to the electric control converter 72, but also generally controls operations of the solenoid 66, the injector 67, the spark plug 68, and the like.

이하, 본 발명 실시예의 작용에 대해 설명한다.The operation of the embodiment of the present invention will be described below.

전자제어유니트(73)로부터 시동신호가 전달되면 전동제어컨버터(72)에 의해 계통전력이 전력변환기(71)를 거쳐 리니어발전기(50)로 공급됨으로써 리니어발전기(50)가 모터로 작동하게 된다.When the start signal is transmitted from the electronic control unit 73, the system power is supplied to the linear generator 50 through the power converter 71 by the electric control converter 72 so that the linear generator 50 operates as a motor.

즉, 별도의 기동수단 없이 자력으로 기동이 이루어지게 된다.That is, the maneuver is made by magnetic force without a separate maneuvering means.

상기와 같은 자력 기동에 의해 이동자(53)가 일방으로 이동하게 되면(도 2와 같이 우측으로 이동하면) 이동방향쪽 피스톤(61)은 연소실의 상사점(TDC)을 향해 이동하여 연소실로 유입된 혼합기를 폭발시키게 된다.When the mover 53 moves to one side by the magnetic force as described above (moves to the right as shown in FIG. 2), the piston 61 in the moving direction moves toward the top dead center (TDC) of the combustion chamber and flows into the combustion chamber. The mixer will explode.

이때, 이동자(53)의 이동방향 반대방향에 있는 피스톤(61; 도 2에서 좌측의 피스톤)은 연소실의 하사점(BDC)에 위치한 상태가 된다.At this time, the piston 61 (the piston on the left side in FIG. 2) in the direction opposite to the moving direction of the mover 53 is in a state located at the bottom dead center BDC of the combustion chamber.

피스톤(61)이 연소실의 상사점(TDC)에서 하사점(BDC)으로 이동할 때에, 배기포트(64)의 개방이 시작되면 흡기밸브(65)가 연소실의 안쪽으로 이동을 하여 흡기포트(63)도 함께 개방이 되고, 또한 솔레노이드(66)로 전원이 인가되어 상기 흡기밸브(65)가 더욱 빨리 이동하게 되면 상기 흡기포트(63)는 급격이 개방이 이루어지게 됨으로써, 혼합기는 연소실로 빠른 시간내에 충분한 양이 유입된다.When the piston 61 moves from the top dead center TDC of the combustion chamber to the bottom dead center BDC, when the opening of the exhaust port 64 starts, the intake valve 65 moves to the inside of the combustion chamber so that the intake port 63 is moved. In addition, when the power is supplied to the solenoid 66 and the intake valve 65 is moved faster, the intake port 63 is rapidly opened, so that the mixer is quickly discharged into the combustion chamber. Sufficient amount is introduced.

또한, 연소실의 연소가스는 개방된 배기포트(64)를 통해 배출되고, 개방된 흡기포트(63)를 통해 연소실로 유입된 혼합기는 점화플러그(68)의 주변에 많이 모이게 되어 농후한 상태가 된다.In addition, the combustion gas of the combustion chamber is discharged through the open exhaust port 64, and the mixer introduced into the combustion chamber through the open intake port 63 is concentrated in the vicinity of the ignition plug 68 to become rich. .

이와 같은 상태에서 이동자(53)가 다시 반대방향으로 이동(도 2에서 좌측으로 이동)함에 따라 피스톤(61)이 연소실의 상사점(TDC)을 향해 이동하면, 점화플러그(68)의 주변에 많이 모여있던 혼합기의 폭발력이 향상됨으로써, 본 발명의 리니어발전기 시스템은 연소특성이 크게 향상되는 장점이 있게 된다.In this state, when the piston 53 moves toward the top dead center (TDC) of the combustion chamber as the mover 53 moves again in the opposite direction (moves to the left side in FIG. 2), a large amount is formed around the spark plug 68. By improving the explosive power of the combined mixer, the linear generator system of the present invention has the advantage that the combustion characteristics are greatly improved.

상기와 같은 과정의 반복으로 리니어발전기(50)에서 지속적으로 전력이 생산되며, 생산전력은 전력변환기(71)에 의해 상변화되어 안정상태로 부하에 공급된다.Power is continuously produced in the linear generator 50 by repetition of the above process, and the production power is phase-changed by the power converter 71 and supplied to the load in a stable state.

따라서, 본 발명은 흡기포트(63)가 연소실의 상사점(TDC)에 인접한 상부벽 중앙에 형성됨으로 인해 점화플러그(68)의 주변은 항상 혼합기가 농후한 상태가 되며, 이에 따라 높은 연소특성을 얻을 수 있는 장점이 있다.Therefore, in the present invention, since the intake port 63 is formed at the center of the upper wall adjacent to the top dead center (TDC) of the combustion chamber, the circumference of the spark plug 68 is always rich in mixer, and thus high combustion characteristics are achieved. There is an advantage that can be obtained.

또한, 본 발명은 솔레노이드(66)에 의해 흡기밸브(65)가 닫히는 시점의 조정이 가능하기 때문에 유효행정거리(L1)를 변환할 수 있게 되고, 이에 따라 압축과 팽창거리의 비를 다르게 할 수 있게 되어 앳킨슨 사이클(Atkinson Cycle)의 적용이 가능하게 되고, 이 결과 시스템 전체의 효율을 크게 향상시킬 수 있는 장점도 있다.In addition, the present invention enables the adjustment of the timing at which the intake valve 65 is closed by the solenoid 66, thereby making it possible to convert the effective stroke distance L1, thereby varying the ratio of compression and expansion distance. This makes it possible to apply the Atkinson Cycle, which has the advantage of greatly improving the efficiency of the entire system.

도 1은 종래 기술에 따른 리니어발전기 시스템의 구성도,1 is a configuration diagram of a linear generator system according to the prior art,

도 2는 본 발명에 따른 리니어발전기 시스템의 구성도이다.2 is a block diagram of a linear generator system according to the present invention.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

50 - 리니어발전기 60 - 프리 피스톤 엔진50-Linear Generator 60-Free Piston Engine

61 - 피스톤 62 - 실린더61-piston 62-cylinder

63 - 흡기포트 64 - 배기포트63-Intake port 64-Exhaust port

65 - 흡기밸브 66 - 솔레노이드65-Intake valve 66-Solenoid

71 - 전력변환기 72 - 전동제어컨버터71-Power Converter 72-Electric Control Converter

73 - 전자제어유니트73-electronic control unit

Claims (5)

고정자와 이동자를 구비한 리니어발전기의 양쪽에 가동축을 매개로 동력전달이 가능하도록 설치된 프리 피스톤 엔진에 있어서,In a free piston engine installed on both sides of a linear generator having a stator and a mover to enable power transmission through a movable shaft, 피스톤(61)이 실린더(62)를 따라 이동하여 연소실의 상사점(TDC) 위치에 있을 때에 상기 피스톤(61)의 선단과 마주 대하는 연소실의 상부벽 중앙에 형성된 흡기포트(63)와;An intake port 63 formed at the center of the upper wall of the combustion chamber facing the tip of the piston 61 when the piston 61 moves along the cylinder 62 and is at the top dead center (TDC) position of the combustion chamber; 상기 흡기포트(63)내에 설치되어 연소실의 압력과 연소실 외부의 압력차에 의해 상기 흡기포트(63)를 개방시키도록 동작하는 흡기밸브(65)와;An intake valve (65) installed in the intake port (63) and operative to open the intake port (63) by a pressure difference between the combustion chamber and a pressure outside the combustion chamber; 상기 피스톤(61)의 상사점(TDC) 위치와 하사점(BDC) 위치사이에 상기 연소실과 연결되도록 형성된 배기포트(64);An exhaust port 64 formed to be connected to the combustion chamber between a top dead center (TDC) position and a bottom dead center (BDC) position of the piston (61); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어발전기 시스템의 프리 피스톤 엔진.Free piston engine of the linear generator system comprising a. 청구항 1에 있어서, 상기 흡기밸브(65)의 주변에 설치되어 상기 흡기밸브(65)가 상기 흡기포트(63)를 개방시키는 동작을 할 때에 상기 흡기밸브(65)의 개방속도를 가속화시킬 수 있도록 전자제어유니트(73)의 제어를 통해 전원을 인가받아 동작하는 솔레노이드(66);The intake valve (65) of claim 1, wherein the intake valve (65) is installed around the intake valve (65) to accelerate the opening speed of the intake valve (65) when the operation of opening the intake port (63). A solenoid 66 operated by receiving power through the control of the electronic control unit 73; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어발전기 시스템의 프리 피스톤 엔진.The free piston engine of the linear generator system further comprises. 청구항 1에 있어서, 상기 흡기밸브(65)는 상기 배기포트(64)가 개방되는 시점부터 상기 흡기포트(63)를 개방시키는 동작을 할 수 있도록 구성된 것;The intake valve (65) according to claim 1, wherein the intake valve (65) is configured to be operable to open the intake port (63) from a time point at which the exhaust port (64) is opened; 을 특징으로 하는 리니어발전기 시스템의 프리 피스톤 엔진.A free piston engine of a linear generator system, characterized in that. 청구항 1에 있어서, 상기 배기포트(64)는 상기 피스톤(61)이 연소실의 하사점(BDC) 위치에 있을 때에 완전한 개방이 이루어지도록 형성된 것;The exhaust port (64) according to claim 1, wherein the exhaust port (64) is configured to be fully opened when the piston (61) is at the bottom dead center (BDC) position of the combustion chamber; 을 특징으로 하는 리니어발전기 시스템의 프리 피스톤 엔진.A free piston engine of a linear generator system, characterized in that. 청구항 2에 있어서, 상기 흡기밸브(65)는 상기 솔레노이드(66)로 전원 인가시 움직일 수 있도록 자성체로 형성된 것;The method according to claim 2, wherein the intake valve 65 is formed of a magnetic material to be movable when the power is applied to the solenoid (66); 을 특징으로 하는 리니어발전기 시스템의 프리 피스톤 엔진.A free piston engine of a linear generator system, characterized in that.
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