KR101215404B1 - 병렬분할구조식 일체형 리니어엔진장치 - Google Patents

병렬분할구조식 일체형 리니어엔진장치 Download PDF

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표영덕
조종표
권오석
길범수
손병훈
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한국에너지기술연구원
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Abstract

본 발명은 병렬분할구조식 일체형 리니어엔진장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 엔진부의 양측에 펌핑실이 분할되어 형성됨으로써, 연소실의 연소시, 발생되는 고열이 발전부에 전도되는 것을 최소화하여 발전부의 출력이 상승되고, 발전부를 가운데 부분이 아닌 양쪽 측면으로 배치하여 길이 방향의 크기를 줄였으며, 기존 리니어 엔진의 좌굴 및 진동에 의한 편심을 줄여 내구성을 증대하고, 상기 엔진실의 양측면에 흡기구가 설치되어 공기와 연료가 엔진실 내에 측면으로 유입됨으로써, 소기행정시, 소기손실을 최소화하여 엔진효율이 증대되는 특징이 있다.

Description

병렬분할구조식 일체형 리니어엔진장치{Parallel division structural formula with the all-in-one Linear engine equipment}
본 발명은 병렬분할구조식 일체형 리니어엔진장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 엔진부의 양측에 펌핑실이 분할되어 형성됨으로써, 연소실의 연소시, 발생되는 고열이 발전부에 전도되는 것을 최소화하여 발전부의 출력이 상승되고, 발전부를 가운데 부분이 아닌 양쪽 측면으로 배치하여 길이 방향의 크기를 줄였으며, 기존 리니어 엔진의 좌굴 및 진동에 의한 편심을 줄여 내구성을 증대하고, 상기 엔진실의 양측면에 흡기구가 설치되어 공기와 연료가 엔진실 내에 측면으로 유입됨으로써, 소기행정시, 소기손실을 최소화하여 엔진효율이 증대되는 병렬분할구조식 일체형 리니어엔진장치에 관한 것이다.
일반적으로, 기존 소형 엔진의 경우에는 자동차 엔진(피스톤 및 크랭크 작동기구에 의한 4행정 또는 2행정 회전 왕복기관)을 축소시켜 만든다.
또한, 상기 엔진을 작게 제작해야 하기 때문에 압축비를 높이는 데 한계가 있고, 소기방식에 있어서 효율이 매우 우수한 유니플로우 소기 방식을 사용할 수 있으나 밸브 등의 주요 부품 증가로 인하여, 제작비용 및 구조적인 어려움이 있기 때문에 소형화가 어렵다.
그리하여, 일반적으로 아주 소형으로 제작하는 경우에는 4 행정 엔진보다는 비교적 구조가 간단한 2 행정 사이클(2 Stroke Cycle)을 채택하고 있으며, 2 행정 엔진의 경우에는 횡단 소기 및 루프 소기(Loop Scavenging) 방식을 적용하고 있다.
이런 방식의 리니어 엔진은 연료탱크에서 연료를 전달받아 작동하도록 상기 연료탱크에서 이송된 연료와 공기로 혼합된 혼합기가 내부에 유입되도록 양끝단에 대응되어 형성되는 실린더 블록 헤드와, 상기 실린더 블록 헤드의 일측에 적층되어 내부에 유입된 혼합기를 내부에 형성된 히터코일을 적열시켜 점화하는 실린더 헤드와, 상기 실린더 헤드에 의해 점화된 혼합기가 폭발하여 내부에 형성된 피스톤이 좌,우로 슬라이딩 되도록 안내하는 실린더 슬리브로 구성된다.
여기서, 상기 리니어 엔진은 종래의 기화기 방식에 비하여 연료공급의 응답성과 연료량 제어의 정확도가 많이 향상됐다.
그런데, 상기 리니어 엔진의 구조는 자동차 엔진(피스톤 및 크랭크 작동기구에 의한 4행정 또는 2행정 회전 왕복기관)을 축소시켜 만들기 때문에 소형으로 제작하는 데 어려움이 많고, 또한 내구성 및 효율이 매우 좋지 않은 문제점이 있다.
또한, 상기 엔진을 작게 제작해야 하기 때문에 압축비를 높이는 데 한계가 있어 대부분 글로우 플로그(glow plug)를 사용하여 저압축비에 연소를 시키고 있기 때문에 열손실 등이 증가하여 엔진의 효율 및 성능이 매우 낮아지는 문제점이 발생한다.
그리고, 상기 리니어 엔진에 제너레이터가 중앙에 오도록 설계하여 리니어 엔진의 커넥팅로드가 길어져서 좌굴 및 진동에 의한 편심 등으로 인한 측면 하중이 증가하고, 그로 인한 마찰이 커져 효율 및 내구성이 악화되는 문제가 발생한다.
따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서,
엔진부의 양측에 펌핑실이 분할되어 형성됨으로써, 연소실의 연소시, 발생되는 고열이 발전부에 전도되는 것을 최소화하여 발전부의 출력이 상승되고, 발전부를 가운데 부분이 아닌 양쪽 측면으로 배치하여 길이 방향의 크기를 줄였으며, 기존 리니어 엔진의 좌굴 및 진동에 의한 편심을 줄여 내구성을 증대한 병렬분할구조식 일체형 리니어엔진장치를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 상기 엔진실의 양측면에 흡기구가 설치되어 공기와 연료가 엔진실 내에 측면으로 유입됨으로써, 소기행정시, 소기손실을 최소화하여 엔진효율이 증대되는 병렬분할구조식 일체형 리니어엔진장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상기 목적을 달성하고자, 본 발명은 연료와 공기를 내부에 전달받아 작동하는 엔진부와;
상기 엔진부의 양측에 이격되어 병렬로 구비되고, 공급부를 통해 유입된 공기와 연료를 엔진부에 이송하는 펌핑부와;
상기 엔진부의 외부면에 구비되어 연료탱크에서 전달되는 연료와 외부의 공기를 펌핑부에 공급하는 공급부와;
상기 펌핑부의 일단부에 구비되어 엔진부와 연결되고, 상기 엔진부의 작동에 의해 전기가 발생되는 발전부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 병렬분할구조식 일체형 리니어엔진장치에 관한 것이다.
이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명의 병렬분할구조식 일체형 리니어엔진장치는 엔진부의 양측에 펌핑실이 분할되어 형성됨으로써, 연소실의 연소시, 발생되는 고열이 발전부에 전도되는 것을 최소화하여 발전부의 출력이 상승되고, 발전부를 가운데 부분이 아닌 양쪽 측면으로 배치하여 길이 방향의 크기를 줄였으며, 기존 리니어 엔진의 좌굴 및 진동에 의한 편심을 줄여 내구성을 증대한 효과가 있다.
또한, 상기 엔진실의 양측면에 흡기구가 설치되어 공기와 연료가 엔진실 내에 측면으로 유입됨으로써, 소기행정시, 소기손실을 최소화하여 엔진효율이 증대되는 효과 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 일체형 리니어엔진장치를 나타낸 사시도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 일체형 리니어엔진장치를 나타낸 평면도이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 일체형 리니어엔진장치를 나타낸 정면도이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 일체형 리니어엔진장치를 나타낸 측면도이고,
도 5와 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 일체형 리니어엔진장치의 흐름을 나타낸 개략도이다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래와 같은 특징을 갖는다.
본 발명은 연료와 공기를 내부에 전달받아 작동하는 엔진부와;
상기 엔진부의 양측에 이격되어 병렬로 구비되고, 공급부를 통해 유입된 공기와 연료를 엔진부에 이송하는 펌핑부와;
상기 엔진부의 외부면에 구비되어 연료탱크에서 전달되는 연료와 외부의 공기를 펌핑부에 공급하는 공급부와;
상기 펌핑부의 일단부에 구비되어 엔진부와 연결되고, 상기 엔진부의 작동에 의해 전기가 발생되는 발전부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 특징을 갖는 본 발명은 그에 따른 바람직한 실시예를 통해 더욱 명확히 설명될 수 있을 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시예들로 구현되고 실시될 수 있고 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또, 장치 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)")등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한, "제 1(first)", "제 2(second)"와 같은 용어는 설명을 위해 본원 및 첨부 청구항들에 사용되고 상대적인 중요성 또는 취지를 나타내거나 의미하는 것으로 의도되지 않는다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 일체형 리니어엔진장치를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 일체형 리니어엔진장치를 나타낸 평면도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 일체형 리니어엔진장치를 나타낸 정면도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 일체형 리니어엔진장치를 나타낸 측면도이고, 도 5와 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 일체형 리니어엔진장치의 흐름을 나타낸 개략도이다.
도 1 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 병렬분할구조식 일체형 리니어엔진장치는 리니어 엔진과, 리니어 제너레이터와, 에어펌프로 이루어진 시스템인데, 본 발명에서는 기술작성의 명확성을 위해 연료탱크에서 전달되는 연료와 공기를 내부에 전달받아 작동하는 엔진부(100)와, 펌핑부(200)와, 발전부(300)와, 공급부(400)로 구성된다.
상기 엔진부(100)는 도 1 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 연료와 공기를 내부에 전달받아 작동하는 장치로써, 상기 연소실(110)과, 연결부(130)와, 연소실 헤드(120)로 구성된다.
여기서, 상기 연소실(110)의 내부에는 연료와 공기가 유입되어 폭발이 이루어지도록 길이방향으로 관통홀(미도시)이 형성되고, 상기 관통홀 내에는 폭발에 의해 구동되는 엔진피스톤(미도시)이 구비된다.
또한, 상기 연소실(110)의 상부면에는 상기 관통홀과 연통되어 연료의 폭발에 의해 발생하는 배기가스가 외부로 배출되도록 다수개의 배기포트(111)가 형성되고, 상기 연소실(110)의 양측면에는 관통홀과 연통되어 공기 및 연료가 내부에 유입되도록 다수개의 흡기구(112)가 형성된다. 이때, 상기 흡기구(112)는 연소실(110)의 양끝단부에 형성되는 연소실 헤드(120) 부위 근처 측면에 각각 형성되어 유입된 공기와 연료가 연소실 헤드(120)의 점화플러그(121)에 의해 초기 점화되는 것이다.
그리고, 상기 흡기구(112)는 펌핑실 헤드(220)의 이송구(222)와 연결부재(미도시)에 의해 연결되는데, 상기 흡기구(112)가 다수개 형성되어 있어 리니어엔진의 상단부를 통해 이송구(222)와 연결되면 연결부재가 상호 겹쳐지거나 간섭하기에 일부 흡기구(112)는 도 1에서처럼 아래방향 즉, 리니어엔진의 하단부로 형성되고, 그와 동일하게 펌핑실 헤드(220)의 이송구(222)도 하단부 또는 측면부 방향으로 형성된다.
한편, 상기 연결부(130)는 도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 연소실(110)의 양측부에 일체형으로 돌출 형성되고, 끝단부가 펌핑부(200)의 펌핑실(210) 외부면에 일체형으로 연결되는 구조이다. 즉, 상기 연결부(130)에 의해 엔진부(100)와 펌핑부(200)의 평면 형태는 도 2에서처럼, "王" 형태로 형성되어 엔진부(100)와의 접촉을 최소화하였다.
또한, 상기 연소실 헤드(120)는 도 1과 도 2 및 도 4에 도시한 바와 같이, 연소실(110)의 양측 끝단부에 구비되어 연소실(110)의 관통홀을 차단하고, 상기 연소실(110) 내의 연료를 초기 폭발시키도록 점화플러그(121)가 중앙부에 관통 설치된다.
여기서, 상기 연소실 헤드(120)의 상단부에는 연소실(110) 내의 압력을 측정하는 압력센서(122)가 더 형성된다.
상기 펌핑부(200)는 도 1 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 엔진부(100)의 양측에 이격되어 병렬로 구비되고, 상기 공급부(400)를 통해 유입된 공기와 연료를 엔진부(100)에 이송하는 장치로써, 펌핑실(210)과, 펌핑실 헤드(220)로 구성된다.
여기서, 상기 펌핑실(210)은 도 1과 도 2에서처럼, 외부면이 연결부(130)와 일체형으로 연결되는데, 상기 펌핑실(210)은 연결부(130)와 연결되는 부위를 기준으로 두 개로 분리되어 상호 이격되고, 상기 분리된 부위에 발전부(300)가 구비되며, 상기 펌핑실(210)의 내부에 엔진피스톤(미도시)과 연결되는 펌핑피스톤(미도시)이 구비되어 상기 펌핑피스톤의 구동에 의해 공급부(400)의 연료와 공기를 내부에 유입시킨 뒤, 엔진부(100)에 이송시킨다.
또한, 상기 펌핑피스톤은 발전부(300)에 의해 엔진피스톤과 연결되어 상기 엔진피스톤의 구동에 맞춰 동일한 방향으로 구동되는데, 상기 발전부(300)와의 연결구조는 이하의 발전부(300)를 기술할 때 설명한다.
그리고, 상기 펌핑실 헤드(220)는 도 1과 도 2 및 도 4에서처럼, 펌핑실(210)의 양끝단부에 구비되고, 상기 공급부(400)와 연결되어 공기와 연료가 유입되는 유입홀(221)이 일단면에 형성되며, 상기 유입홀(221)을 통해 유입된 공기와 연료가 펌핑피스톤에 의해 연소실(110) 내에 이송되도록 이송구(222)가 일단부에 형성된다.
이때, 상기 펌핑실 헤드(220)의 이송구(222)는 연소실(110)의 흡기구(112)와 연결부재에 의해 상호 연결되어 공기와 연료가 연소실(110) 내에 이송되는 것이다.
상기 공급부(400)는 도 1 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 엔진부(100)의 외부면(상부면)에 볼트 등의 고정부재(미도시)에 의해 고정되어 연료탱크에서 전달되는 연료와 외부의 공기를 펌핑부(200)에 공급하는 장치이다.
여기서, 상기 공급부(400)는 도 1 내지 도 4에서처럼, 연료탱크(미도시)와 연결되어 전달된 연료를 내부에 분사하도록 인젝터(410)가 상부측에 관통 형성되고, 상기 공급부(400)의 상측 일단부에는 외부의 공기가 내부에 유입되도록 공기유입홀(221)이 형성된다.
또한, 상기 공급부(400)의 측면부에는 상기 인젝터(410)와 공기유입홀(221)을 통해 내부에 유입된 공기와 연료가 공급부(400)의 내부에서 혼합되어 펌핑부(200)에 전달되도록 다수개의 연결구(430)가 형성된다.
그리고, 상기 연결구(430)는 펌핑실 헤드(220)의 유입홀(221)과 연결부재에 의해 상호 연결되어 공기와 연료가 펌핑실(210)에 이송된다.
상기 발전부(300)는 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 펌핑부(200)의 일단부에 구비되어 엔진부(100)와 연결되고, 상기 엔진부(100)의 작동에 의해 전기가 발생되는 장치로써, 펌핑실(210)이 분리된 부위에 수평상 상,하로 상호 이격되어 고정설치되는 코어(310)와, 상기 코어(310)에 감겨 부착되는 코일(320)과, 상기 상,하로 이격된 코어(310) 사이에 구비되고, 상기 펌핑피스톤이 양측에 고정 설치되어 펌핑피스톤과 동일하게 슬라이딩되는 영구자석인 마그네트(330)으로 구성된다.
여기서, 상기 마그네트(330)는 펌핑부(200)에 맞춰 두 개가 형성되는데, 상기 두 개의 마그네트(330)는 링크(미도시)에 의해 상호 연결되고, 상기 링크는 엔진피스톤과 연결되어 상기 엔진피스톤의 구동에 맞춰 마그네트(330)도 동일하게 구동되며, 상기 마그네트(330)의 구동에 의해 양측에 고정된 펌핑피스톤도 동일하게 구동됨으로써, 상기 엔진피스톤의 구동방향과 펌핑피스톤의 구동방향이 동일한 것이다.
도 5와 도 6은 공기 및 연료의 흐름을 나타낸 개략도로써, 간략하게 설명하면, 도 5는 공급부(400)의 연결구(430)에서 펌핑실 헤드(220)의 유입홀(221)로 공기와 연료가 이송되는 흐름을 나타낸 것이고, 도 6은 펌핑실 헤드(220)의 이송구(222)에서 연소실(110)의 흡기구(112)로 공기와 연료가 이송되는 흐름을 나타낸 것이다.
100 : 엔진부 110 : 연소실
111 : 배기포트 112 : 흡기구
120 : 연소실 헤드 121 : 점화플러그
122 : 압력센서 130 : 연결부
200 : 펌핑부 210 : 펌핑실
220 : 펌핑실 헤드 221 : 유입홀
222 : 이송구 300 : 발전부
310 : 코어 320 : 코일
330 : 마그네트 400 : 공급부
410 : 인젝터 420 : 공기유입홀
430 : 연결구

Claims (8)

  1. 연료와 공기를 내부에 전달받아 작동하는 엔진부(100)와;
    상기 엔진부(100)의 양측에 이격되어 병렬로 구비되고, 공급부(400)를 통해 유입된 공기와 연료를 엔진부(100)에 이송하는 펌핑부(200)와;
    상기 엔진부(100)의 외부면에 구비되어 연료탱크에서 전달되는 연료와 외부의 공기를 펌핑부(200)에 공급하는 공급부(400)와;
    상기 펌핑부(200)의 일단부에 구비되어 엔진부(100)와 연결되고, 상기 엔진부(100)의 작동에 의해 전기가 발생되는 발전부(300);
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 병렬분할구조식 일체형 리니어엔진장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 엔진부(100)는,
    내부에 연료와 공기가 유입되어 폭발이 이루어지도록 길이방향으로 관통홀이 형성되고, 상기 관통홀 내에 엔진피스톤이 구비되어 폭발에 의해 구동되며, 상기 관통홀과 연통되어 연료의 폭발에 의해 발생하는 배기가스가 외부로 배출되도록 상부면에 다수개의 배기포트(111)가 형성되고, 상기 관통홀과 연통되어 공기 및 연료가 내부에 유입되도록 양측면부에 다수개의 흡기구(112)가 형성되는 연소실(110)과;
    상기 연소실(110)의 양측부에 일체형으로 돌출 형성되어 펌핑부(200)와 일체형으로 연결되는 연결부(130)와;
    상기 연소실(110)의 양측 끝단부에 구비되어 연소실(110)의 관통홀을 차단하고, 상기 연소실(110) 내의 연료를 초기 폭발시키도록 점화플러그(121)가 중앙부에 관통 설치되는 연소실 헤드(120);
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 병렬분할구조식 일체형 리니어엔진장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 펌핑부(200)는,
    외부면이 연결부(130)와 일체형으로 연결되고, 내부에 엔진피스톤과 연결되는 펌핑피스톤이 구비되어 상기 펌핑피스톤의 구동에 의해 공급부(400)의 연료와 공기를 내부에 유입시키며, 중앙부에 발전부(300)가 구비되도록 형성되는 펌핑실(210)과;
    상기 펌핑실(210)의 양끝단부에 구비되고, 상기 공급부(400)와 연결되어 공기와 연료가 유입되는 유입홀(221)이 일단면에 형성되며, 상기 유입홀(221)을 통해 유입된 공기와 연료가 펌핑피스톤에 의해 연소실(110) 내에 이송되도록 이송구(222)가 일단부에 형성되는 펌핑실 헤드(220);
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 병렬분할구조식 일체형 리니어엔진장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 펌핑피스톤은 발전부(300)에 의해 엔진피스톤과 연결되어 상기 엔진피스톤의 구동에 맞춰 동일한 방향으로 구동되는 것을 특징으로 하는 병렬분할구조식 일체형 리니어엔진장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 펌핑실 헤드(220)의 이송구(222)는 연소실(110)의 흡기구(112)와 연결부재에 의해 상호 연결되어 공기와 연료가 연소실(110) 내에 이송되는 것을 특징으로 하는 병렬분할구조식 일체형 리니어엔진장치.
  6. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 공급부(400)는 연료탱크와 연결되어 전달된 연료를 내부에 분사하도록 인젝터(410)가 형성되고, 상측 일단부에 외부의 공기가 내부에 유입되도록 공기유입홀(221)이 형성되며, 상기 인젝터(410)와 공기유입홀(221)을 통해 내부에 유입된 공기와 연료가 혼합되어 펌핑부(200)에 전달되도록 다수개의 연결구(430)가 측면부에 형성되는 것을 특징으로 하는 병렬분할구조식 일체형 리니어엔진장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 연결구(430)는 펌핑실 헤드(220)의 유입홀(221)과 연결부재에 의해 상호 연결되어 공기와 연료가 펌핑실(210)에 이송되는 것을 특징으로 하는 병렬분할구조식 일체형 리니어엔진장치.
  8. 제 3항 또는 4항에 있어서, 상기 발전부(300)는,
    펌핑실(210)에 수평상 상,하로 상호 이격되어 고정설치되는 코어(310)와;
    상기 코어(310)에 감겨 부착되는 코일(320)과;
    상기 상,하로 이격된 코어(310) 사이에 구비되고, 상기 펌핑피스톤이 양측에 고정 설치되어 펌핑피스톤과 동일하게 슬라이딩되는 영구자석인 마그네트(330);
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 병렬분할구조식 일체형 리니어엔진장치.
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