KR101299330B1 - 내연 기관 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 피스톤 실린더(1)와, 수소 가스와 산소 가스를 피스톤 실린더의 연소실(5) 내로 분리 공급하기 위한 2개의 유입 개구(4)를 구비하고 트윈 가스 인젝터(2)를 둘러싸는 하우징(3)과, 상기 하우징 내에 압력 및 시간 제어된 2개의 전기식 유입 밸브(6)와, 할당된 노즐 니들(7)을 구비한 내연 기관에 관한 것이며, 상기 연소실은 연소 생성물의 배출을 위한 배출 개구(15)를 포함하고, 열분해 촉매 컨버터(20)는 연소실 커버를 형성하고, 서로 이격되어 동심으로 배치되어 하나의 간극(27)을 둘러싸는 2개의 중공 실린더(25, 26)를 포함하며, 간극을 경계 짓는 중공 실린더 벽부는 내부 중공 실린더에 작용하는 연소열의 방출을 위한 금속 코팅층(28)을 포함하고, 외부 중공 실린더는 물의 공급을 위한 유입 개구(29)와, 산수소 가스의 배출을 위한 배출 개구(30)와, 물공급 제어를 위한 온도 센서(31)를 포함한다.
피스톤 실린더, 트윈 가스 인젝터, 전기식 유입 밸브, 열분해 촉매 컨버터

Description

내연 기관 {INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 적어도 하나의 피스톤 실린더를 구비한 내연 기관에 관한 것이다.
내연 기관에서는, 화석 연료와, 생물학적 에너지원과, 고체 또는 기체 에너지원이 실린더의 연소실 내에서 연소됨으로써, 예를 들어 질소 산화물(NOX), 이산화탄소(CO2), 그을음 입자 또는 먼지 입자 등 환경을 오염시키는 유해 물질이 발생한다.
본 발명은 상기 단점을 방지하고, 가능한 한 환경 친화적인 작동을 가능하게 하는 내연 기관을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명에 따른 내연 기관은 수소 가스와 산소 가스를 피스톤 실린더의 연소실 내로 분리 공급하기 위한 2개의 유입 개구를 구비하고 트윈 가스 인젝터(twin gas injector)를 둘러싸는 하우징을 포함하며, 상기 하우징은 압력 및 시간 제어된 2개의 전기식 유입 밸브 및 할당된 노즐 니들을 포함하며, 연소실은 연소 생성물의 배출을 위한 배출 개구를 포함하고, 열분해 촉매 컨버터는 연소실 커버를 형성하고 서로 이격되어 동심으로 배치되어 하나의 간극을 둘러싸는 2개의 중공 실린더를 포함하며, 간극을 경계 짓는 중공 실린더 벽부는 내부 중공 실린더에 작용하는 연소열의 방출을 위한 금속 코팅층을 포함하고, 외부 중공 실린더는 물을 공급하기 위한 유입 개구와, 산수소 가스를 배출하기 위한 배출 개구와, 물공급을 제어하기 위한 온도 센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 연소실의 배출 개구는 복동식 캠샤프트에 의해 제어되는 스프링 밸브에 의해 변위 가능하다.
본 발명의 추가의 특징에 따라 하우징의 2개의 유입 밸브는 각각 하나의 코일과, 전기자와, 압력 스프링을 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따라 상기 스프링 밸브는 하사점으로부터 상사점 직전까지의 약 160°의 피스톤 위치들에서 개방된다.
본 발명의 실시예는 도면들을 참조하여 이후 더 상세히 설명된다.
도1은 본 발명에 따른, 트윈 가스 인젝터와 열분해 촉매 컨버터를 구비한 내연 기관의 일부를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도2는 트윈 가스 인젝터의 세부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도3은 전체 내연 기관을 개략적으로 도시한 도면이다.
도1과 도2에 따라, 본 발명에 따른 내연 기관은 적어도 하나의 피스톤 실린더(1)와, 수소 가스(H2)와 산소 가스(O2)가 2:1 비율로 혼합된 에너지원을 연소 실(5) 내로 분리 공급하기 위한 2개의 유입 개구(4)를 구비하고 트윈 가스 인젝터(2)를 둘러싸는 하우징(3)을 포함하며, 압력 및 시간 제어된 2개의 전기식 유입 밸브(6)는 하우징(3) 내에 이격되어 배치된 2개의 노즐 니들(7)을 통한 에너지원의 공급을 작동 요건에 따라 정확하게 제어한다. 2개의 유입 밸브(6)는 각각 하나의 코일(8)과, 전기자(9)와, 압력 스프링(10)을 포함한다.
본 발명에 따른 내연 기관은, 산소 가스가 수소 가스와 반응하기 위한 공기 공급을 전혀 필요로 하지 않기 때문에 공기 유입 개구를 포함하지 않는다.
시동 과정 동안 토크가 존재하지 않기 때문에, 도3에 도시된 크랭크 샤프트(11)는 도시되지 않은 전기 스타터에 의해 시동되며, 상사점 직전까지의 피스톤 위치에서 트윈 가스 인젝터들(2)은 ms영역에서 수소 가스와 산소 가스를 실린더(1)의 연소실(5) 내로 유입시킨다. 냉간 시동 단계에서, 유입된 2:1 비율의 수소-산소-가스 혼합물(산수소 가스)은 외부 점화, 예를 들어 점화 스파크 또는 점화 플러그에 의하여 연소된다. 연소실 온도가 약 700℃로 일정하게 유지됨에 따라 외부 점화는 차단되고, 자연 점화가 사전 설정된 피스톤 위치에 맞춰진다. 이어지는 작동 행정에서 상기 가스 혼합물은 3000℃까지의 온도로 연소되어, 물분자를 생성하며, 가스 혼합물의 압력과 부피가 증가함에 따라 피스톤(12)은 실린더(1)의 하사점으로 이동된다. 크랭크 샤프트(11)와 연결된 플라이 휠(13)은 피스톤(12)을 상사점으로 안내하며, 하사점에서 상사점 직전까지의 약 160°의 피스톤 위치에서, 실린더 헤드(14) 내에 배치된 배출 개구(15)는 복동식 캠샤프트(16)에 의해 제어되는 스프링 밸브(17)에 의해 개방되고, 물분자는 배기 가스 수조(18)로 안내된다. 배 기 가스 수조(18) 내에 모인 물분자는 정수조(19)로 안내된 다음, 내연 기관의 연소실 커버를 형성하는 열분해 촉매 컨버터(20)에 공급되며, 상기 열분해 촉매 컨버터는 물분자를 수소 가스와 산소 가스로 열분해 한다. 형성된 가스 혼합물은 냉각수 장치(21) 내로 안내되며, 이로 인해 미세하게 존재하는 수증기는 물로 응축된다. 이어서 순수한 수소/산소 가스 혼합물은 수소 가스를 산소 가스로부터 분리하는 가스 분리 장치(22)에 공급된다. 이어서 분리된 가스들은 에너지원으로서 내연 기관에 재공급되기 위해 고압 압축기(23) 내에서 압축되고, 저장 장치(24) 내에 저장된다.
열분해 촉매 컨버터(20)는 예를 들어 1 내지 2mm 간격으로 이격되어 동심으로 배치되고 하나의 간극(27)을 둘러싸는 2개의 중공 실린더(25 및 26)를 포함하며, 상기 간극은 바람직하게 백금, 팔라듐, 이리듐, 오스뮴, 로듐 등으로 구성된 금속 코팅층(28)을 포함한다. 외부 중공 실린더(26)는 실린더의 베이스면 근처에서 반경 방향으로 연장되는, 물공급을 위한 유입 개구(29)와, 실린더의 덮개면 근처에서 반경 방향으로 연장되는, 산수소 가스를 냉각수 장치(21) 내로 전달하기 위한 배출 개구(30)를 포함한다. 내부 중공 실린더(25)의 연소실(5) 내에서 에너지원이 연소됨으로써 발생하는 열은, 내부 중공 실린더(25)의 금속 코팅층(28)이 백금으로 형성된 경우, 이 금속 코팅층을 약 1200℃의 온도로 가열하고, 글로우 상태로 전환한다. 유입 개구(29)를 통해 간극(27) 내로 흐르는 물은 심하게 가열된 중공 실린더들(25 및 26)을 통해, 과열된 수증기(2H2O)를 형성하면서 직접 전환되며, 이 경우 수증기와 백금 코팅층(28)의 상호 작용에 의해, 과열된 수증기 분자는 H:O = 2:1 부피비의 가스 형태인 수소(2H2)와 산소(O2)로 이루어진 혼합물인 산수소 가스(2H2 + O2)로 열분해된다. 생성된 과열 수증기가 글로우 상태의 백금 코팅층(28)의 온도를 약 1200℃의 이상적인 온도로 일정하게 유지하도록, 배출 개구(30) 전방에 배치된 온도 센서(31)에 의해 물공급이 제어된다.
본 발명에 따른 내연 기관은 고유의 흡입 행정과 압축 행정이 요구되지 않으므로 4행정 뿐 아니라 2행정으로도 작동될 수 있다. 따라서 실린더당 점화각은 작동 진행중에 720°에서 360°로 전환될 수 있으며, 이로 인해 지연 없이 내연 기관의 출력 상승이 가능하다.
본 발명은 예를 들어 질소 산화물(NOX), 이산화탄소(CO2), 그을음 입자 또는 먼지 입자 등의 유해 물질이 발생되지 않으므로, 환경을 오염시키지 않는 장점이 있다.
물론, 상술한 실시예는 본 발명의 일반적인 개념의 범주 내에서 여러 가지로 변형될 수 있다. 예를 들어 내연 기관으로서 로터리 피스톤 엔진이 제공될 수 있다.

Claims (6)

  1. 적어도 하나의 피스톤 실린더를 구비한 내연 기관에 있어서,
    상기 내연 기관은 수소 가스와 산소 가스를 피스톤 실린더(1)의 연소실(5) 내로 분리 공급하기 위한 2개의 유입 개구(4)를 구비하고 트윈 가스 인젝터(2)를 둘러싸는 하우징(3)을 포함하며, 상기 하우징(3)은 압력 및 시간 제어된 2개의 전기식 유입 밸브(6) 및 할당된 노즐 니들(7)을 포함하고, 상기 연소실(5)은 연소 생성물의 배출을 위한 배출 개구(15)를 포함하며, 열분해 촉매 컨버터(20)는 연소실 커버를 형성하고 서로 이격되어 동심으로 배치되어 하나의 간극(27)을 둘러싸는 2개의 중공 실린더(25, 26)를 포함하며, 간극(27)을 경계 짓는 중공 실린더(25, 26) 벽부는 내부 중공 실린더(25)에 작용하는 연소열의 방출을 위한 금속 코팅층(28)을 포함하고, 외부 중공 실린더(26)는 물을 공급하기 위한 유입 개구(29)와, 산수소 가스를 배출하기 위한 배출 개구(30)와, 물공급을 제어하기 위한 온도 센서(31)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 적어도 하나의 피스톤 실린더를 구비한 내연 기관.
  2. 제1항에 있어서, 연소실의 배출 개구(15)는 복동식 캠샤프트(16)에 의해 제어되는 스프링 밸브(17)에 의해 변위 가능한 것을 특징으로 하는, 적어도 하나의 피스톤 실린더를 구비한 내연 기관.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 하우징(3)의 유입 밸브들(6)은 각각 하나의 코일(8)과, 전기자(9)와, 압력 스프링(10)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 적어도 하나의 피스톤 실린더를 구비한 내연 기관.
  4. 제2항에 있어서, 스프링 밸브(17)는 하사점으로부터 상사점 직전까지의 약 160°의 피스톤 위치들에서 개방되는 것을 특징으로 하는, 적어도 하나의 피스톤 실린더를 구비한 내연 기관.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 공기 유입 개구들 없이 형성되는 것을 특징으로 하는, 적어도 하나의 피스톤 실린더를 구비한 내연 기관.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 4행정 또는 2행정 작동을 위해 실린더당 720° 또는 360°의 점화 각도로 실행되는 것을 특징으로 하는, 적어도 하나의 피스톤 실린더를 구비한 내연 기관.
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