KR102330687B1 - 하이브리드 엔진 및 이를 포함하는 하이브리드 드론 - Google Patents

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Abstract

하이브리드 엔진 및 이를 포함하는 하이브리드 드론이 개시된다.
본 발명에 따른 하이브리드 엔진은, 단부에 점화 플러그가 배치되는 연소실이 내부에 마련되고 외부 공기에 대한 접촉 면적을 증가시키기 위한 복수 개의 냉각핀이 배치되는 내연 기관부, 내연 기관부와 연결되어 전기 에너지를 발생시키는 발전기 및 점화 플러그 및 내연 기관부를 냉각시키기 위한 바람을 발생시키는 적어도 하나의 냉각팬을 포함하며, 외부 공기의 유입 방향을 기준으로 점화 플러그의 상류 측에는 냉각팬이 배치되고, 점화 플러그의 하류 측에는 외부 공기의 유동 방향을 따라 냉각 핀이 배치된다.

Description

하이브리드 엔진 및 이를 포함하는 하이브리드 드론{HYBRID ENGINE AND HYBRID-DRONE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 하이브리드 엔진에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 냉각 성능이 개선된 하이브리드 엔진 및 이를 포함하는 하이브리드 드론에 관한 것이다.
일반적으로, 드론(Drone)으로 알려진 멀티 콥터(Multicopter)는 사람이 탑승하는 조종실이 없는 항공기를 의미하며, 사용자에 의해 리모터 컨트롤러나 멀티 콥터에 장착된 제어 장치에 의하여 조정된다.
이러한, 멀티 콥터는 군사적, 상업적, 과학적, 엔터테이먼트용, 농업용, 경찰, 감시용, 제품 배달, 항공 사진, 드론 레이싱, 재난 구호 등 다양한 분야에서 활용되고 있다.
한편, 통상 멀티 콥터는 전기 배터리를 전원 공급장치로 사용하고 있다.
이에 따라, 전기 배터리로 구동되는 멀티 콥터는 최장 비행 시간이 대략적으로 30분에 불과하며, 조명, 카메라 등의 액세서리가 장착되는 경우에는 멀티 콥터는 그 자체의 무게에 의해 비행 시간이 10분 이내로 더욱 짧아지는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 최근에는 하이브리드 드론이 많이 개발되고 있다.
일예로, 하이브리드 드론은 프로펠러 구동용 배터리, 엔진 및 발전기를 함께 구비한다. 이때 하이브리드 드론의 엔진은 피스톤 왕복 운동을 하는 내연기관용 엔진일 수 있다.
이러한, 하이브리드 드론은 엔진이 구동되어 발전기를 작동시키고, 발전기로부터 발생된 전기는 배터리에 저장되거나 모터로 공급되어 저장되게 된다.
상기한 바와 같이, 하이브리드 드론은 배터리 및 모터와 내연기관용 엔진이 결합된 것으로써, 엔진의 구동에 의해 발생된 전기 에너지가 직렬 또는 병렬로 연결된 모터 및 배터리로 공급되게 된다.
한편, 하이브리드 드론에 사용되는 내연기관용 엔진은 피스톤 왕복 운동을 수행하므로 매우 높은 온도가 발생되게 된다. 특히, 엔진의 헤드 부분에 위치된 점화 플러그와 그 주위의 엔진의 연소실 외부가 가장 고열이 된다. 이러한 이유로, 하이브리드 드론을 안정적으로 구동하기 위해서는 점화 플러그와 그 주변부를 냉각시키는 것이 필요하다.
점화 플러그와 엔진의 주변부의 냉각을 위해, 종래 하이브리드 엔진에서는 점화 플러그로 유입되는 외부 공기의 유동 방향을 엔진의 점화 플러그가 위치되지 않은 엔진 헤드를 가로지르거나 엔진 블럭을 향하도록 구성하였다. 또한, 하이브리드 엔진에 형성된 복수 개의 냉각핀은 외부 공기의 유동 방향과 평행한 방향을 가지도록 구성하였고, 주변부를 냉각시키기 위한 복수 개의 냉각핀은 엔진의 연소실 내에 마련된 피스톤의 왕복 운동 방향과 수직한 방향을 향하도록 구성하였다. 이에 따라, 하이브리드 엔진의 엔진 헤드 및 엔진 블럭의 전방, 즉 외부 공기와 직접 접촉하는 면과 및 그 반대 면인 후방의 표면 온도가 서로 다를 수밖에 없었다.
구체적으로, 외부에서 엔진으로 유입되는 외부 공기의 유동 방향을 엔진 헤드를 가로지르는 방향이나 엔진 블럭 방향으로 구성할 경우, 유입되는 공기에 의한 점화 플러그와 그 주변부의 냉각 효과가 거의 없게 된다.
따라서, 하이브리드 엔진 헤드 및 연소실 부위의 전방 및 후방의 표면 온도가 서로 다르게 되면 엔진 전체를 냉각시키더라도 하이브리드 엔진의 중요 부위인 점화 플러그 및 연소실 주변의 냉각 성능 및 효과가 저하되는 문제점이 있었다. 더욱이, 점화 플러그 및 엔진 연소실 부위를 제대로 냉각시키지 못하게 되면 엔진 자체가 과열됨으로 인하여 하이브리드 엔진의 작동 이상이 유발될 수 있고, 결국은 하이브리드 드론 자체의 내구성이 저하되는 문제점이 있었다.
또한, 종래 하이브리드 엔진에 형성되는 냉각핀은 냉각핀의 종 방향을 따라 배열되는 배열 방향을 갖는다. 이에 따라, 냉각핀은 엔진의 내부에 피스톤의 왕복 운동 방향과 직교하는 방향의 배열 방향(수평 방향)을 가지게 된다.
이에 따라, 종래 하이브리드 엔진은 외부 공기가 냉각핀을 따라 흐르더라도 엔진의 전체 면적에 대해 접촉되지 않기 때문에 엔진을 전체적으로 냉각시키는 것이 어려운 문제점이 있었다. 또한, 상기와 같은 경우, 엔진으로 유입된 외부 공기가 엔진의 전면과는 접촉되지만 엔진의 후면과는 거의 접촉되지 못하기 때문에 엔진의 전면 및 후면의 냉각 효과 및 성능이 동일하지 못하게 되는 문제점이 있었다.
이에, 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있는 냉각 성능이 개선된 하이브리드 엔진 및 이를 포함하는 하이브리드 드론의 개발이 요구되는 실정이다.
대한민국 등록특허공보 제10-2086344호(공고일: 2020.03.09.)
본 발명의 목적은 점화 플러그 및 내연 기관부의 냉각 성능이 개선된 하이브리드 엔진 및 이를 포함하는 하이브리드 드론을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적은, 본 발명에 따라, 단부에 점화 플러그가 배치되는 연소실이 내부에 마련되고 외부 공기에 대한 접촉 면적을 증가시키기 위한 복수 개의 냉각핀이 배치되는 내연 기관부, 내연 기관부와 연결되어 전기 에너지를 발생시키는 발전기 및 점화 플러그 및 내연 기관부를 냉각시키기 위한 바람을 발생시키는 적어도 하나의 냉각팬을 포함하며, 외부 공기의 유입 방향을 기준으로 점화 플러그의 상류 측에는 냉각팬이 배치되고, 점화 플러그의 하류 측에는 외부 공기의 유동 방향을 따라 냉각 핀이 배치되는, 하이브리드 엔진에 의해 달성될 수 있다.
또한, 상기의 목적은, 단부에 점화 플러그가 배치되는 연소실이 내부에 마련되고 외부 공기에 대한 접촉 면적을 증가시키기 위한 복수 개의 냉각핀이 배치되는 내연 기관부 및 내연 기관부와 연결되어 전기 에너지를 발생시키는 발전기를 포함하며, 내연 기관부에는 연소실의 내부에서 왕복 운동하는 적어도 하나의 피스톤이 배치되고, 복수 개의 냉각핀의 배열 방향은 피스톤의 운동 방향과 평행하게 형성되며, 내연 기관부로 유입되는 외부 공기는 복수 개의 냉각핀의 배열 방향과 동일한 방향을 따라 흐르도록 마련된, 하이브리드 엔진에 의해 달성될 수 있다.
한편, 상기의 목적은, 중공부를 갖는 하우징, 하우징으로부터 방사상으로 연장되는 하나 이상의 암, 하나 이상의 암의 단부에 구비되는 프로펠러 구동용 모터, 모터의 회전축에 결합되어 추력을 발생시키는 프로펠러, 모터에 구동력을 제공하는 배터리 및 하우징에 구비되고 구동에 의해 발생된 전기 에너지가 모터 또는 배터리에 공급되도록 마련된 하이브리드 엔진을 포함하며, 하이브리드 엔진은, 단부에 점화 플러그가 마련되는 연소실이 내부에 마련되고 외부 공기에 대한 접촉 면적을 증가시키기 위한 복수 개의 냉각핀이 배치되는 적어도 하나의 내연 기관부, 내연 기관부와 연결되어 전기 에너지를 발생시키는 발전기 및 점화 플러그 및 내연 기관부를 냉각시키기 위한 바람을 발생시키는 적어도 하나의 냉각팬을 포함하고, 외부 공기의 유입 방향을 기준으로 점화 플러그의 상류 측에는 냉각팬이 배치되고, 점화 플러그의 하류 측에는 외부 공기의 유동 방향을 따라 냉각핀이 배치되는, 하이브리드 드론에 의해 달성될 수 있다.
본 발명의 하이브리드 엔진 및 이를 포함하는 하이브리드 드론은, 냉각팬의 회전축과 점화 플러그의 중심축이 가상의 축 상에서 동축으로 배열됨에 따라, 냉각팬에 의해 발생된 바람을 통해 점화 플러그 및 내연 기관부의 냉각 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 더욱이, 점화 플러그 및 내연 기관부의 냉각 성능이 향상됨에 따라 하이브리드 엔진의 과열로 인한 하이브리드 드론의 작동 이상을 미연에 방지할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 하이브리드 엔진의 냉각핀은 내연 기관부의 점화 플러그를 중심으로 방사형으로 형성되거나 격자형으로 형성됨에 따라, 냉각팬에서 발생된 바람에 의해 냉각핀을 통한 내연 기관부의 냉각 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 더욱이, 내연 기관부로 유입되는 외부 공기 또는 냉각팬에서 발생된 바람이 방사형 또는 격자형의 냉각핀을 따라 흐르도록 마련되기 때문에 내연 기관부를 더욱 효과적으로 냉각시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 하이브리드 엔진의 구동을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시한 카울을 제외하고 하이브리드 엔진을 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4는 도 1에 도시한 카울을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 1 및 도 2에 도시한 내연 기관부의 일예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 5에 도시한 내연 기관부를 상부에서 바라본 형태를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 5에 도시한 내연 기관부를 하부에서 바라본 형태를 나타낸 도면이다.
도 8은 도 5에 도시한 내연 기관부의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 9는 도 8에 도시한 내연 기관부를 상부에서 바라본 형태를 나타낸 도면이다.
도 10은 도 9에 도시한 내연 기관부를 하부에서 바라본 형태를 나타낸 도면이다.
도 11 내지 도 13은 도 1 및 도 2에 도시한 냉각핀의 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 하이브리드 엔진의 구동을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 도 14에 도시한 카울을 제외하고 하이브리드 엔진을 나타낸 도면이다.
도 16은 도 14에 도시한 카울을 설명하기 위한 도면이다.
도 17는 CFD 해석 시험을 통해 도 6에 도시한 하이브리드 엔진으로 유입되는 바람의 유동 속도를 나타낸 도면이다.
도 18는 CFD 해석 시험을 통해 도 5 및 도 10에 도시한 내연 기관부의 온도 분포를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.
본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예들을 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도면의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 엔진 및 이를 포함하는 하이브리드 드론을 설명한다.
우선, 도 1, 도 2, 도 14 및 도 15를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 하이브리드 엔진(100,200)은 발전기(110)와 내연 기관부(120)를 포함한다.
이러한, 하이브리드 엔진(100,200)은 자동차, 항공기, 이륜차, 원동기장치자전거, 무인 비행체 등 다양한 용도로 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 엔진(100,200)은 예를 들어 사람이 탑승하는 조종실이 없는 무인 비행체인 드론(Drone)에 적용될 수 있다.
참고로, 하기에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 엔진(100,200)이 드론에 적용되는 것으로 한정하여 설명하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 도면에는 도시하지 않았지만, 본 발명의 실시예들에 따른 하이브리드 엔진(100,200)은 하이브리드 드론에 탑재될 수 있다.
이러한, 하이브리드 드론은 중공부를 갖는 하우징, 하우징으로부터 방사상으로 연장되는 하나 이상의 암, 하나 이상의 암의 단부에 각각 구비되는 프로펠러 구동용 모터, 각각의 모터의 회전축에 결합되어 추력을 발생시키는 프로펠러, 프로펠러 구동용 모터에 구동력을 제공하는 배터리 및 하우징에 구비되고 구동에 의해 발생된 전기 에너지가 프로펠러 구동용 모터 또는 배터리에 공급되도록 마련된 하이브리드 엔진(100,200)을 포함한다.
하기에서는 도 1 내지 도 16을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 드론에 포함된 하이브리드 엔진(100,200)을 구체적으로 설명한다.
먼저, 도 1 내지 도 13을 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 하이브리드 엔진(100)을 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 하이브리드 엔진(100)은 발전기(110), 내연 기관부(120) 및 냉각팬(130)을 포함한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 하이브리드 엔진(100)은 하나의 내연 기관부(120)를 포함한다.
내연 기관부(120)는 단부에 적어도 하나의 점화 플러그(122)가 배치되는 연소실이 내부에 마련된다. 또한, 내연 기관부(120)에는 내연 기관부(120) 쪽으로 유동되는 외부 공기에 대한 접촉 면적을 증가시키기 위한 복수 개의 냉각핀(127)이 마련된다.
내연 기관부(120)는 내부의 연소실에 마련된 적어도 하나의 피스톤(124)의 왕복 운동에 의해 구동된다. 이러한, 내연 기관부(120)는 발전기(110)와 연결된다.
발전기(110)는 내연 기관부(120)의 구동력에 의해 회전되어 전기 에너지를 발생시킨다.
도면에는 도시하지 않았지만, 발전기(110)에서 발생된 전기 에너지는 내연 기관부(120)와 연결된 모터 또는 배터리로 공급되어 저장된다.
참고로, 발전기(110)는 모터 또는 배터리와 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다.
이때, 내연 기관부(120)의 피스톤(124)이 왕복 운동하게 되면 내연 기관부(120)는 고온이 된다.
예컨대, 내연 기관부(120)의 고온 상태가 지속되는 경우, 내연 기관부(120)의 과열로 인하여 하이브리드 엔진(100) 자체의 작동 이상이 발생하게 되는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 하이브리드 엔진(100)에는 점화 플러그(122) 및 내연 기관부(120)를 냉각시키기 위한 바람을 발생시키는 적어도 하나의 냉각팬(130)이 마련된다.
여기서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 하이브리드 엔진(100)은 점화 플러그(122)가 내연 기관부(120)에 하나만 마련될 수도 있고, 필요에 따라 하나 이상으로 마련될 수도 있다.
예컨대, 점화 플러그(122)가 하나만 마련되는 경우에는 냉각팬(130)에서 발생된 바람이 점화 플러그(122)를 향하도록 하여 점화 플러그(122)가 냉각되도록 한다.
반면, 점화 플러그(122)가 하나 이상으로 마련되는 경우에는 냉각팬(130)을 회전시키거나 이동시킨다. 이에 따라, 냉각팬(130)에서 발생된 바람이 내연 기관부(120)의 헤드 부분의 상단부 중심으로 향하게 되어 복수 개의 점화 플러그(122)가 냉각되도록 할 수도 있다.
참고로, 본 발명의 제1 실시예에 따른 하이브리드 엔진(100)에서는 점화 플러그(122)가 내연 기관부(120)에 하나로 마련되는 것으로 한정하여 설명하고 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
냉각팬(130)은 외부 공기가 유입되는 점화 플러그(122)의 유입 측에 적어도 하나 이상으로 마련되며 바람을 발생시켜서 점화 플러그(122) 및 내연 기관부(120)를 냉각시키게 된다.
도 1에 도시한 바와 같이, 점화 플러그(122)의 유입부(121)로는 냉각팬(130)의 구동에 의해 발생된 바람이 유입된다.
점화 플러그(122)의 유입부(121)는 냉각팬(130)과 점화 플러그(122) 사이에 마련되는 것으로, 냉각팬(130)으로부터 발생된 바람이 점화 플러그(122)로 유입이 시작되는 지점을 의미할 수 있다.
상기한 바와 같이, 냉각팬(130)이 구동되면 냉각팬(130)의 회전에 의해 바람이 발생되게 된다. 이때, 냉각팬(130)의 중심부, 즉 회전축(F)에서는 바람의 유동이 발생되지 않고, 냉각팬(130)의 블레이드(blade) 부분에서 바람이 유동이 발생된다.
이와 같이, 냉각팬(130)에서 발생된 바람은 블레이드를 통해 유입부(121)를 따라 점화 플러그(122) 쪽으로 흐르게 된다.
이러한, 냉각팬(130)은 점화 플러그(122)의 위치를 기준으로 외부 공기의 유입 방향을 따라 점화 플러그(122)의 상류 측에 마련된다. 냉각핀(127)은 점화 플러그(122)의 위치를 기준으로 외부 공기의 유입 방향을 따라 점화 플러그(122)의 하류 측에 마련된다.
이때, 점화 플러그(122)로 유입되는 외부 공기의 유입 방향은 냉각팬(130)에서 발생된 바람의 유동 방향과 동일하게 마련될 수 있다.
한편, 도 1에 도시한 바와 같이, 냉각팬(130)의 회전축(F)과 점화 플러그(122)의 중심축(S)은 냉각팬(130)의 회전축(F)과 점화 플러그(122)의 중심축(S)을 연결한 가상의 축 상에서 동축으로 배열되도록 마련된다.
이에 따라, 냉각팬(130)에서 발생된 바람은 점화 플러그(122) 쪽으로 유동되고, 점화 플러그(122)와 접촉되어 점화 플러그(122)를 냉각시킨다. 그 다음, 내연 기관부(120)의 냉각핀(127)과 접촉되어 내연 기관부(120)를 냉각시킨다. 내연 기관부(120)를 냉각시킨 후에는 발전기(110)를 통해 외부로 배출되는 유동 방향(도 1 및 도 2의 화살표 방향 참조)을 가진다.
또한, 냉각팬(130)에서 발생된 바람의 유동 방향은 점화 플러그(122) 및 내연 기관부(120)와 동일 선상에 위치되도록 마련된다.
이에 따라, 냉각팬(130)에서 발생된 바람은 점화 플러그(122)와 가장 먼저 접촉하여 점화 플러그(122)를 냉각시키고, 점화 플러그(122)를 냉각시킨 후에는 내연 기관부(120)의 냉각핀(127)을 통해 내연 기관부(120)를 냉각시킨다.
참고로, 냉각팬(130)은 점화 플러그(122)와 동일선 상에 위치된 상태에서 냉각팬(130)의 회전축(F)은 점화 플러그(122)의 중심축(S)과 동축 상에 배열되지 않을 수도 있다.
이러한 경우, 냉각팬(130)에서 발생된 바람의 유동 방향이 점화 플러그(122)를 향하도록 냉각팬(130)을 배치해줘야만 점화 플러그(122)를 냉각시킬 수 있다.
예를 들어, 냉각팬(130)을 일 방향으로 틀어서 냉각팬(130)에서 발생된 바람의 유동 방향이 점화 플러그(122)를 향하도록 설정할 수도 있다. 또한, 냉각팬(130)의 블레이드(blade) 크기를 크게 하여 냉각팬(130)에서 발생된 바람의 유동 방향이 점화 플러그(122)를 향하도록 할 수도 있다.
또한, 냉각팬(130)에서 발생된 바람의 유동 방향은 발전기(110)의 구동축(G)과 소정의 각도를 가지도록 마련된다.
다시 말해서, 냉각팬(130)에서 점화 플러그(122) 쪽으로 유입되는 바람의 유입 방향을 기준으로 점화 플러그(122)의 상류 및 하류를 연결한 가상의 선과 발전기(110)의 구동축(G)은 소정의 각도를 가지도록 경사지게 형성된다.
냉각팬(130)에서 발생된 바람의 유동 방향과 발전기(110)의 구동축(G)은 70 내지 110도의 범위의 소정의 각도로 마련될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 발전기(110)는 수평 배열된 내연 기관부(120)를 기준으로 수직한 위치에 위치된다.
예를 들어, 냉각팬(130)에서 점화 플러그(122) 쪽으로 유입되는 바람의 유입 방향을 기준으로 점화 플러그(122)의 상류 및 하류를 연결한 가상의 선과 발전기(110)의 구동축(G)은 서로 직교하도록 마련되는 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 수평 방향으로 배열되는 내연 기관부(120) 및 내연 기관부(120)의 공기 유입 측에 마련된 냉각팬(130)은 수평 방향, 즉 횡 방향으로 평행하게 배열된다.
여기서, 내연 기관부(120) 및 냉각팬(130)의 횡 방향으로 배열됨에 따라 점화 플러그(122)도 내연 기관부(120)와 동일한 횡 방향으로 배치되게 된다.
이에 따라, 냉각팬(130)에서 발생된 바람도 횡 방향으로 유동되어 동일한 선상에 마련된 점화 플러그(122) 및 내연 기관부(120)의 냉각핀(127)과 접촉되게 된다.
이때, 도 1을 참조하면, 횡 방향으로 평행하게 배열된 내연 기관부(120) 및 냉각팬(130)은 카울(140)에 의해 덮히게 된다.
카울(140)은 내연 기관부(120) 및 냉각팬(130)의 배열 방향과 동일한 방향으로 배열되어 내연 기관부(120) 및 냉각팬(130)을 둘러싸도록 마련된다. 다시 말해서, 카울(140)은 횡 방향으로 배열된 내연 기관부(120) 및 냉각팬(130)을 둘러싸도록 횡 방향으로 가로 길이를 가지는 형태로 마련된다.
이러한, 카울(140)은 일부분이 내측으로 인입되는 형태로 형성된다.
도 3을 참고하면, 카울(140)은 점화 플러그(122)가 배치된 내연 기관부(120)의 헤드 부분이 위치되는 양 단부가 내측으로 인입되는 형태를 갖는다.
카울(140)의 내연 기관부(120)의 헤드 부분이 위치된 부분이 내측으로 인입되는 형태로 형성됨에 따라, 카울(140)은 도 4와 같은 형태로 형성될 수 있다.
참고로, 카울(140)의 형상에 따라 내연 기관부(120)의 온도 강하에 영향을 줄 수 있기 때문에, 카울(140)의 형상은 본 발명의 제1 실시예에 한정되지 않는다.
한편, 상기한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 내연 기관부(120)에는 냉각팬(130)에서 발생되어 유동되는 바람과 내연 기관부(120)의 접촉 면적을 향상시키기 위한 냉각핀(127)이 마련된다.
냉각핀(127)은 점화 플러그(122)의 위치를 기준으로 외부 공기의 유입 방향을 따라 점화 플러그(122)의 하류 측에 마련된다.
도 5 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 엔진(100)에서 냉각핀(127,127-1)은 다양한 형태로 형성될 수 있다. 참고로, 본 발명의 하이브리드 엔진(100)에서는 냉각핀(127,127-1)의 형태에 따라 내연 기관부(120,120-1)의 냉각 성능이 달라질 수도 있다.
우선, 도 5 내지 도 7에 도시한 바와 같이, 내연 기관부(120)에 마련된 냉각핀(127)은 방사형으로 형성될 수 있다. 다시 말해서, 냉각핀(127)은 복수 개로 마련되고, 복수 개의 냉각핀(127)은 내연 기관부(120)의 중심(C)에 배치된 점화 플러그(122)를 기준으로 방사상으로 형성된다.
이와 같이, 복수 개의 냉각핀(127)이 점화 플러그(122)를 기준으로 방사상으로 형성됨으로써 냉각팬(130)에서 발생된 바람과 냉각핀(127)의 접촉 면적이 향상되고, 결국 내연 기관부(120)의 냉각 성능을 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 도 8 내지 도 10에 도시한 바와 같이, 내연 기관부(120-1)에 마련되는 냉각핀(127-1)은 격자형으로 형성될 수 있다.
다시 말해서, 냉각핀(127-1)은 복수 개로 마련되고, 복수 개의 냉각핀(127-1)은 내연 기관부(120)의 중심(C)에 배치된 점화 플러그(122)를 기준으로 서로 다른 방향으로 교차되도록 마련된다.
이때, 복수 개의 냉각핀(127-1)은 점화 플러그(122)를 기준으로 소정 간격 이격된 상태에서 적어도 일부분이 교차되도록 마련될 수 있다.
구체적으로, 복수 개의 냉각핀(127-1)은 내연 기관부(120-1)의 중심(C), 즉 점화 플러그(122)의 중심을 기준으로 제1 방향(도 12에서 세로 방향)으로 형성되는 복수 개의 제1 핀부재(127-1a)와, 제1 핀부재(127-1a)와 다른 제2 방향(도 10에서 가로 방향)으로 형성되는 복수 개의 제2 핀부재(127-1b)를 포함한다.
이때, 제2 핀부재(127-1b)는 제1 핀부재(127-1a)와 적어도 일부분이 교차되도록 마련될 수 있다.
또한, 서로 교차되도록 마련된 제1 핀부재(127-1a)와 제2 핀부재(127-1b) 중에서 적어도 일부는 내연 기관부(120)의 중심(C)에 배치된 점화 플러그(122)로부터 소정 간격 이격된 상태로 마련된다.
예를 들어, 도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이, 냉각핀(127)의 제1 핀부재(127a) 중에서 일부는 내연 기관부(120-1)의 중심(C)에 배치된 점화 플러그(122)를 기준으로 이격된 상태로 마련될 수 있다. 이때, 제1 핀부재(127a) 중에서 다른 일부는 이격되지 않고 연장되어 연결된 상태로 마련된다.
반면, 제2 핀부재(127-1b)는 내연 기관부(120-1)의 중심(C)에 배치된 점화 플러그(122)를 기준으로 연장된 상태로 마련된 제1 핀부재(127-1a)에 의해 이격된 상태로 마련될 수 있다.
한편, 도 5 및 도 10을 참조하면, 냉각핀(127,127-1)을 포함하는 내연 기관부(120,120-1)의 일측에는 배기포트(128)가 형성된다.
도 5 및 도 10에 도시한 바와 같이, 배기포트(128)의 형성 위치 및 크기에 따라 냉각핀(127,127-1)의 형태가 달라질 수 있다.
예를 들어, 냉각핀(127,127-1)은 배기포트(128)의 상단부를 모두 덮도록 형성될 수도 있고 일부만 덮도록 형성될 수도 있다. 또한, 냉각핀(127,127-1)은 배기포트(128)를 덮지 않도록 형성될 수도 있다.
즉, 냉각핀(127,127-1)이 배기포트(128)를 덮도록 형성되거나, 덮지 않도록 형성되는 것은 배기포트(128)의 위치 및 형태, 그리고 내연 기관부(120,120-1)의 냉각 성능에 따라 달라질 수 있다.
참고로, 도 5 및 도 10을 참조하면, 내연 기관부(120,120-1)의 바닥면을 평평하게 형성할 수도 있다.
이는, 내연 기관부(120,120-1)를 복수 개로 형성할 경우, 내연 기관부(120,120-1)의 평평한 바닥면을 이용하여 내연 기관부(120,120-1)들을 안정적으로 체결할 수 있는 효과가 있다.
한편, 도 11 내지 도 13을 참조하면, 냉각핀(127,127-1)에는 적어도 하나의 공기 접촉부(h)가 형성될 수 있다.
공기 접촉부(h)는 냉각팬(130)에서 발생되어 내연 기관부(120,120-1)로 유입되는 바람에 의한 내연 기관부(120,120-1)의 냉각 효과를 향상시키기 위한 것이다.
이러한, 공기 접촉부(h)는 냉각핀(127,127-1)에 적어도 하나 이상, 복수 개로 형성되는 것이 바람직하다.여기서, 도 11에 도시한 바와 같이, 공기 접촉부(h)는 원형의 형태로 형성될 수 있다. 또한, 도 12 및 도 13에 도시한 바와 같이 공기 접촉부(h)는 삼각형 또는 마름모와 같은 다각형의 형태로 형성될 수도 있다.
더욱이, 공기 접촉부(h)이 냉각핀(127,127-1)이 복수 개의 원형, 삼각형 또는 다각형 중 하나로 형성될 때, 복수 개의 공기 접촉부(h)은 모두 동일한 크기로 형성될 수도 있고 서로 다른 크기로 형성될 수도 있다.
참고로, 도 11 내지 도 13에 도시한 바와 같이, 냉각핀(127,127-1)에 형성되는 공기 접촉부(h)이 원형, 삼각형 또는 마름모 중 하나로 형성되는 것으로 도시하였으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 다른 형태로 형성될 수도 있다. 또한, 도 11 내지 도 13에 도시한 냉각핀(127,127-1)의 형태 및 크기는 변형될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 공기 접촉부(h)는 구멍(hole) 또는 홈(groove) 중에서 적어도 하나의 형태로 형성될 수 있다. 이때, 도 11 내지 도 13에 도시한 바와 같이, 공기 접촉부(h)가 구멍으로 형성되는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 냉각핀(127,127-1)에 대한 공기(또는 바람)의 접촉 면적을 향상시키기 위해 다른 형태로 형성될 수도 있다.
이와 같이, 냉각핀(127,127-1)에 복수 개의 공기 접촉부(h)를 형성하게 되면 냉각핀(127,127-1)의 무게를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 내연 기관부(120,120-1)의 자체 무게도 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 냉각핀(127,127-1)에 복수 개의 공기 접촉부(h)가 형성되어 냉각팬(130)에서 내연 기관부(120,120-1) 쪽으로 유동되는 바람에 의해 냉각핀(127,127-1) 부근에서 와류(vortex)가 발생되므로 내연 기관부(120,120-1)의 냉각 면적이 확대되게 된다.
즉, 냉각핀(127,127-1)에 형성된 복수 개의 공기 접촉부(h)에 의해 냉각팬(130)에서 내연 기관부(120,120-1)로 유입되는 바람에 의한 내연 기관부(120,120-1) 자체의 냉각 효과를 더욱 향상시킬 수 있게 되는 것이다.
이하, 도 14 내지 도 16을 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 하이브리드 엔진(200)을 전술한 실시예와 상이한 점을 중심으로 설명한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 하이브리드 엔진(200)은 전술한 제1 실시예와는 다르게, 내연 기관부(120), 점화 플러그(122) 및 냉각팬(130)의 개수가 상이한 점과 그에 따른 카울(240)의 형태가 상이한 점을 제외하고, 전술한 제1 실시예와 실질적으로 동일하므로, 그 동일한 구성에 대해서는 동일한 구성에 대해서는 동일한 명칭 및 도면 부호를 부여하였으며, 그에 대한 설명은 전술한 제1 실시예를 준용하기로 한다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 하이브리드 엔진(200)은 하나의 발전기(110), 복수 개의 내연 기관부(120) 및 복수 개의 냉각팬(130)을 포함할 수 있다.
여기서, 본 발명의 제2 실시예에 따른 하이브리드 엔진(200)은 두 개의 내연 기관부(120)와 두 개의 냉각팬(130)을 포함할 수 있다.
이때, 두 개의 내연 기관부(120)는 횡 방향, 다시 말해서 수평으로 방향으로 배열되고, 두 개의 내연 기관부(120)는 하나의 발전기(110)와 연결되도록 마련된다.
참고로, 두 개의 내연 기관부(120)는 발전기(110)를 중심으로 대칭 배열될 수 있다. 또한, 두 개의 내연 기관부(120)는 내부가 서로 연통된 상태로 마련되어, 두 개의 내연 기관부(120)에서 발생된 구동력은 발전기(110)로 전달되게 된다. 이때, 점화 플러그(122)는 두 개가 수평 배열된 내연 기관부(120)의 각 단부에 적어도 하나 이상으로 마련된다.
두 개가 수평 배열된 내연 기관부(120)의 각 단부에 배치된 점화 플러그(120)의 외부 공기 유입부(121)쪽에는 냉각팬(130)이 마련된다.
다시 말해서, 두 개가 수평 배열된 내연 기관부(120)의 각 단부에 배치된 점화 플러그(122)에 외부 공기가 유입 되는 유입부(121)에는 적어도 하나의 냉각팬(130)이 마련된다.
상기한 바와 같이, 내연 기관부(120)가 두 개로 마련됨에 따라, 점화 플러그(122)는 두 개의 내연 기관부(120)의 각각에 마련된다. 또한, 냉각팬(130)도 두 개의 내연 기관부(120)의 각각에 마련된 각각의 점화 플러그(122)의 유입부(121) 쪽에 하나씩 마련된다.
도 14 및 도 15에 도시한 바와 같이, 두 개가 수평 배열된 내연 기관부(120)의 각 단부와 인접한 위치에 각각 마련된 냉각팬(130)에서 발생된 바람은 수평 배열된 두 개의 내연 기관부(120)의 각 단부에 배치된 점화 플러그(122)와 접촉되어 점화 플러그(122)를 냉각시킨다. 그 다음, 각 내연 기관부(120)의 냉각핀(127)과 접촉되어 내연 기관부(120)를 냉각시킨 후에, 발전기(110)를 통해 외부로 모두 배출되게 된다.
한편, 본 발명의 제2 실시예에 따른 하이브리드 엔진(200)에서 수평 방향으로 배열된 복수 개의 내연 기관부(120)와 복수 개의 냉각팬(130)은 카울(240)에 의해 덮히게 된다.
이때, 도 16에 도시한 바와 같이, 카울(240)은 복수 개의 내연 기관부(120) 및 냉각팬(130)의 배열 방향과 동일하게 횡 방향으로 긴 길이를 가지도록 형성된다. 다시 말해서, 카울(240)은 횡 방향으로 긴 길이를 가지도록 형성되며 복수 개의 내연 기관부(120) 및 냉각팬(130)을 둘러싸도록 마련된다.
이때, 카울(240)은 전술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 카울(140)과 마찬가지로, 내연 기관부(120)의 헤드 부분의 위치되는 각 단부의 양 단부가 내측으로 인입되는 형태로 형성될 수 있다.
이와 같이, 카울(240)에서 내연 기관부(120)의 헤드 부분이 위치된 부분이 내측으로 인입 형성되어 냉각팬(130)에서 발생된 바람의 유동 속도가 빨라지는 효과가 있다. 더욱이, 냉각팬(130)에서 발생된 바람이 빠른 유동 속도를 가짐에 따라 점화 플러그(122) 및 내연 기관부(120)를 더욱 효과적으로 냉각시킬 수 있게 된다.
다만, 상기와 같은 카울(240)의 형태는 본 발명의 실시예들에 한정되지 않는다.
이하, 도 1 내지 도 16을 참조하여, 상술한 본 발명의 실시예들과 다른 관점에서 하이브리드 엔진(100,200)을 설명한다.
본 발명의 실시예들에 따른 하이브리드 엔진(100,200)은 내연 기관부(120,120-1) 및 내연 기관부(120,120-1)와 연결되는 발전기(110)를 포함할 수 있다.
내연 기관부(120,120-1)는 단부에 점화 플러그(122)가 배치되는 연소실이 내부에 마련되고 외부에는 복수 개의 냉각핀(127,127-1)이 마련된다.
내연 기관부(120,120-1)의 냉각핀(127)은 내연 기관부(120,120-1)로 유입되는 외부 공기와 내연 기관부(120)의 접촉 면적을 증가시키기 위한 것이다.
이때, 내연 기관부(120,120-1)로 유입되는 외부 공기는 외부에서 내연 기관부(120,120-1)로 유입되는 공기를 모두 포함하는 의미일 수 있다.
여기서, 복수 개의 냉각핀(127)은 내연 기관부(120)의 중심(C)에 배치된 점화 플러그(122)를 기준으로 방사상으로 형성되는 방사형으로 형성될 수 있다. 또한, 복수 개의 냉각핀(127-1)은 내연 기관부(120-1)의 중심(C)에 배치된 점화 플러그(122)를 기준을 서로 다른 방향으로 교차되는 격자형으로 형성될 수 있다.
여기서, 방사형 또는 격자형의 복수 개의 냉각핀(127,127-1)은 내연 기관부(120,120-1)의 내부에 마련된 피스톤(124)의 왕복 운동 방향과 평행하게 형성된다.
다시 말해서, 복수 개의 냉각핀(127,127-1)은 내연 기관부(127,127-1)의 둘레를 따라 소정 간격을 두고 이격되어 형성되되, 피스톤(124)의 왕복 운동 방향과 평행한 배열 방향을 갖도록 형성된다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 하이브리드 드론(200)에 기재된 바와 같이 복수 개의 내연 기관부(120,120-1)가 수평 배열되는 경우, 복수 개의 냉각핀(127,127-1)의 배열 방향은 복수 개의 내연 기관부(120,120-1)가 배열된 방향과 동일한 횡 방향으로 형성되는 것으로 볼 수도 있다.
이와 같이, 내연 기관부(120,120-1)로 유입되는 외부 공기는 복수 개의 냉각핀(127,127-1)의 배열 방향과 동일한 방향으로 유동되어 내연 기관부(120,120-1)와 접촉되고, 내연 기관부(120,120-1)를 따라 흐르도록 마련된다.
다시 말해서, 내연 기관부(120,120-1) 쪽으로 유입된 외부 공기는 먼저 점화 플러그(122)와 접촉되어 점화 플러그(122)를 냉각시킨다. 그 다음, 복수 개의 냉각핀(127,127-1)의 사이로 외부 공기가 유입되어 내연 기관부(120,120-1)를 냉각시키고, 발전기(120)를 통해 외부로 모두 배출되게 된다.
참고로, 상술한 바와 같이, 종래 하이브리드 엔진의 경우, 냉각핀이 내연 기관부의 피스톤의 왕복 방향과 직교하는 배열 방향(수평 방향)을 가지게 된다. 이러한 종래 하이브리드 엔진은 외부 공기가 냉각핀을 따라 내연 기관부를 흐르지 못하기 때문에 내연 기관부의 전면 및 후면의 냉각 효과 및 성능이 달라지게 되어 내연 기관부를 전체적으로 냉각시키는 것이 어렵게 된다.
즉, 종래 피스톤 왕복 운동 방향과 수직한 배열 방향을 가지는 수평형 냉각핀을 포함하는 하이브리드 엔진과 비교하면, 본 발명의 실시예들에 따른 하이브리드 엔진(100,200)은 내연 기관부(120,120-1)로 유입되는 외부 공기가 복수 개의 냉각핀(127,127-1)을 따라 흐르도록 형성되기 때문에 내연 기관부(120,120-1)를 전체적으로 냉각시킬 수 있게 된다. 더욱이, 내연 기관부(120,120-1)로 유입된 외부 공기는 내연 기관부(120,120-1)의 전면 및 후면과 균일하게 접촉되도록 마련되기 때문에 내연 기관부(120,120-1)를 전체적으로 효과적으로 냉각시킬 수 있게 된다.
참고로, 상술한 바와 같이, 종래 하이브리드 엔진의 경우에는 냉각핀이 내연 기관부의 피스톤의 왕복 방향과 직교하는 방향의 배열 방향(수평 방향)을 가지게 된다. 이러한 종래 하이브리드 엔진은 외부 공기가 냉각핀을 따라 내연 기관부를 흐르지 못하기 때문에 내연 기관부의 전면 및 후면의 냉각 효과 및 성능이 달라지게 되어 내연 기관부를 전체적으로 냉각시키는 것이 어렵게 되는 문제점이 있다.
이하, 도 17 및 도 18을 참조하여, 본 발명의 실시예들에 따른 하이브리드 엔진(100,200)에 대하여 CFD 시험을 수행한 결과에 대하여 간단히 설명한다.
참고로, 하기에서는 본 발명의 제2 실시예에 따른 하이브리드 엔진(200)으로 한정하여 CFD 시험을 수행한 결과에 대하여 설명하기로 한다.
도 17은 하이브리드 엔진(200)으로 유입되는 바람의 유동 속도에 대한 CFD 시험 결과를 나타낸 도면이다.
여기서, 도 17의 (a)는 방사형의 냉각핀(127)이 마련된 내연 기관부(120)를 포함하는 하이브리드 엔진(200)으로 유입되는 바람의 유동 속도를 나타낸 것이다. 도 17의 (b)는 격자형의 냉각핀(127-1)이 마련된 내연 기관부(120-1)를 포함하는 하이브리드 엔진(200)로 유입되는 바람의 유동 속도를 나타낸 것이다.
참고로, 도 17의 Velocity Streamline은 빨간색에 가까울수록 하이브리드 엔진(200)으로 유입되는 바람의 유동 속도가 빠르다는 것이고, 파란색에 가까울수록 하이브리드 엔진(200)으로 유입되는 바람의 유동 속도가 느리다는 것을 의미한다.
즉, 도 17의 (a) 및 (b)에 나타난 바와 같이, 격자형으로 형성된 냉각핀(127-1)이 마련된 내연 기관부(120-1)를 포함하는 하이브리드 엔진(200)으로 유입되는 바람의 유동 속도에 비하여 방사상으로 형성된 냉각핀(127)이 마련된 내연 기관부(120)를 포함하는 하이브리드 엔진(200)으로 유입되는 바람의 유동 속도가 크게 증가하는 것을 알 수 있다.
도 18은 하이브리드 엔진(200)의 내연 기관부(120,120-1)의 온도 분포에 대한 CFD 시험 결과를 나타낸 도면이다.
도 18에서 도시된 종래 기술은 기존의 하이브리드 엔진의 외주면을 따라 수평 방향으로 형성된 수평형의 냉각핀을 포함하는 내연 기관부의 온도 분포를 나타낸 것이다.
도 18의 (a)는 하이브리드 엔진(200)의 방사형의 냉각핀(127)을 포함하는 내연 기관부(120)의 온도 분포를 나타낸 것이다. 또한, 도 17의 (b)는 하이브리드 엔진(200)의 격자형의 냉각핀(127-1)을 포함하는 내연 기관부(120-1)의 온도 분포를 나타낸 것이다.
참고로, 도 18을 참조하면, 온도 분포 결과가 빨간색에 가까울수록 하이브리드 엔진(200)의 내연 기관부(120)의 온도가 높다는 것이고, 파란색에 가까울수록 하이브리드 엔진(200)의 내연 기관부(120-1)의 온도가 낮다는 것을 의미한다.
도 18에 도시한 바와 같이, 종래 기술 및 본 발명의 실시예들에 따른 내연 기관부(120,120-1)의 점화 플러그(122) 부근의 온도 분포에 있어서는 차이가 발생한다.
구체적으로, 도 18의 종래 기술에 도시한 바와 같이, 종래 수평형의 냉각핀이 적용된 하이브리드 엔진의 점화 플러그 부근의 온도 분포는 대체적으로 빨간색 및 노란색을 띄는 것으로 나타났다. 이때, 수평형 냉각핀을 포함하는 하이브리드 엔진의 점화 플러그 부근의 온도는 약 204 도로 측정되었다.
이에 반해, 도 18의 (a)에 도시한 바와 같이, 방사상의 냉각핀(127)을 포함하는 하이브리드 엔진(200)의 점화 플러그(122) 부근의 온도 분포는 대체적으로 파란색을 띄는 것으로 나타났다. 이때, 방사형의 냉각핀(127)을 포함하는 하이브리드 엔진(200)의 점화 플러그(122) 부근의 온도는 약 196.1도로 측정되었다.
한편, 도 18의 (b)에 도시한 바와 같이, 격자형으로 형성된 냉각핀(127-1)을 포함하는 하이브리드 엔진(200)의 점화 플러그(122) 부근의 온도 분포는 빨간색을 띄는 것으로 나타났다. 이때, 격자형의 냉각핀(127-1)을 포함하는 하이브리드 엔진(200)의 점화 플러그(122) 부근의 온도는 약 199.6도로 측정되었다.
즉, 격자형의 냉각핀(127-1)을 포함하는 하이브리드 엔진(200)의 점화 플러그(122) 부근의 온도에 비하여 방사형의 냉각핀(127)을 포함하는 하이브리드 엔진(200)의 점화 플러그(122)의 부근의 온도가 낮게 측정되는 것으로 나타났다.
따라서, 종래 수평형 냉각핀을 포함하는 내연 기관부에 비하여, 방사형의 냉각핀(127)을 포함하는 내연 기관부(120)와 격자형의 냉각핀(127-1)을 포함하는 내연 기관부(120-1)의 냉각 효과가 큰 것으로 나타났다.
또한, 격자형의 냉각핀(127-1)을 포함하는 내연 기관부(120-1)에 비하여 방사형의 냉각핀(127)을 포함하는 내연 기관부(120)에서의 점화 플러그(122) 부근의 냉각 효과가 더욱 큰 것으로 나타났다.
상기의 시험 결과에서와 같이, 냉각팬(130)이 점화 플러그(122)의 앞쪽에 위치하고 냉각팬(130)의 회전축(F)과 점화 플러그(122)의 중심축(S)이 동축 상에 위치되며, 냉각핀(127)을 점화 플러그(122)를 기준으로 방사형 및 격자형으로 형성함에 따라 종래의 하이브리드 엔진에 비하여 하이브리드 엔진(100,200)의 냉각 성능이 향상되게 됨을 알 수 있다.
또한, 상기와 같이, 카울(140,240)의 일부분이 내측으로 인입된 형태로 형성됨에 따라 하이브리드 엔진(100,200)의 냉각 성능을 더욱 개선할 수 있게 된다.
상기한 구성에 의하여, 본 발명의 실시예들에 따른 본 발명의 하이브리드 엔진(100,200) 및 이를 포함하는 하이브리드 드론은, 냉각팬(130)의 회전축(F)과 점화 플러그(122)의 중심축(S)이 가상의 축 상에서 동축으로 배열됨에 따라 냉각팬(130)에 의해 발생된 바람을 통해 점화 플러그(122) 및 내연 기관부(120)의 냉각 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
더욱이, 점화 플러그(122) 및 내연 기관부(120)의 냉각 성능이 향상됨에 따라 하이브리드 엔진(100,200)의 과열로 인한 하이브리드 드론의 작동 이상을 미연에 방지할 수 있는 이점이 있다.
이상과 같이 본 발명의 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 청구범위뿐 아니라 이 청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100,200: 하이브리드 엔진
110: 발전기 120,120-1: 내연 기관부
121: 유입부 122: 점화 플러그
127, 127-1: 냉각핀 127-1a: 제1 핀부재
127-1b: 제2 핀부재 130: 냉각팬
140, 240: 카울 G: 발전기 회전축
F: 냉각팬 회전축 S: 점화 플러그 중심축
h: 냉각홈

Claims (16)

  1. 단부에 점화 플러그가 배치되는 연소실이 내부에 마련되고 외부 공기에 대한 접촉 면적을 증가시키기 위한 복수 개의 냉각핀이 배치되는 내연 기관부;
    내연 기관부와 연결되어 전기 에너지를 발생시키는 발전기; 및
    점화 플러그 및 내연 기관부를 냉각시키기 위한 바람을 발생시키는 적어도 하나의 냉각팬을 포함하며,
    복수 개의 냉각핀은 내연 기관부의 내부에 마련된 피스톤의 운동 방향과 평행한 배열 방향을 갖도록 형성되고,
    외부 공기의 유입 방향을 기준으로 점화 플러그의 상류 측에는 냉각팬이 배치되고 점화 플러그의 하류 측에는 외부 공기의 유동 방향을 따라서 냉각 핀이 배치되며,
    냉각팬에서 발생된 바람의 유동 방향은 발전기의 구동축과 소정의 각도를 가지도록 경사지게 형성되되,
    냉각팬에서 발생된 바람은 점화 플러그와 접촉되어 점화 플러그를 냉각시키고, 점화 플러그와 접촉된 이후의 바람은 냉각핀과 접촉되되 복수 개의 냉각핀의 배열 방향과 동일한 방향을 따라 흘러서 내연 기관부를 냉각시키고 발전기를 통해 외부로 배출되도록 마련된, 하이브리드 엔진.
  2. 제1항에 있어서,
    냉각팬의 회전축과 내연 기관부의 중심축이 가상의 축 상에서 동축으로 배열되도록 마련된, 하이브리드 엔진.
  3. 제1항에 있어서,
    냉각팬의 회전축과 점화 플러그의 중심축은 가상의 축 상에서 동축으로 배열되도록 마련된, 하이브리드 엔진.
  4. 제1항에 있어서,
    냉각팬에서 발생된 바람의 유동 방향과 점화 플러그 및 내연 기관부는 동일선 상에 위치되도록 마련된, 하이브리드 엔진.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    소정의 각도는 70도 내지 110도의 범위를 형성하는, 하이브리드 엔진.
  7. 제1항에 있어서,
    복수 개의 내연 기관부가 발전기와 연결되도록 마련되고, 점화 플러그는 복수 개의 내연 기관부의 각 단부에 적어도 하나 이상으로 마련되는, 하이브리드 엔진.
  8. 제7항에 있어서,
    복수 개의 내연 기관부와 그 단부에 마련된 각각의 점화 플러그를 냉각시키기 위한 바람을 발생시키는 복수 개의 냉각팬을 포함하고,
    복수 개의 냉각팬 각각에서 발생된 바람은 복수 개의 내연 기관부의 단부에 마련된 각각의 점화 플러그 및 내연 기관부의 냉각핀과 접촉되어 점화 플러그와 내연 기관부를 냉각시킨 후에 발전기를 통해 외부로 배출되도록 마련된, 하이브리드 엔진.
  9. 제1항에 있어서,
    복수 개의 냉각핀은 점화 플러그를 기준으로 방사상으로 형성되도록 마련된, 하이브리드 엔진.
  10. 제1항에 있어서,
    복수 개의 냉각핀은 점화 플러그를 중심으로 서로 다른 방향으로 교차되는 방향으로 형성되도록 마련된, 하이브리드 엔진.
  11. 제10항에 있어서,
    복수 개의 냉각핀이 점화 플러그로부터 소정 간격 이격된 상태에서 적어도 일 부분이 교차되도록 마련된, 하이브리드 엔진.
  12. 제11항 있어서,
    냉각핀은,
    제1 방향으로 형성되는 복수 개의 제1 핀부재;
    제1 핀부재와 다른 제2 방향으로 형성되어 적어도 일 부분이 교차되는 복수 개의 제2 핀부재를 포함하고,
    제1 핀부재 및 제2 핀부재 중에서 적어도 일부는 점화 플러그를 중심으로 소정 간격 이격된 상태로 마련되는, 하이브리드 엔진.
  13. 제1항 있어서,
    냉각핀에는 적어도 하나 이상의 공기 접촉부가 형성되는, 하이브리드 엔진.
  14. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 내연 기관부 및 냉각팬은 수평 방향으로 배열되고,
    카울은 내연 기관부 및 냉각팬의 배열 방향과 동일한 방향으로 배열되어 내연 기관부 및 냉각팬을 둘러싸도록 마련된, 하이브리드 엔진.
  15. 단부에 점화 플러그가 배치되는 연소실이 내부에 마련되고 외부 공기에 대한 접촉 면적을 증가시키기 위한 복수 개의 냉각핀이 배치되는 내연 기관부; 및
    내연 기관부와 연결되어 전기 에너지를 발생시키는 발전기를 포함하며,
    내연 기관부에는 연소실의 내부에서 왕복 운동하는 적어도 하나의 피스톤이 배치되고,
    복수 개의 냉각핀의 배열 방향은 피스톤의 운동 방향과 평행하게 형성되며,
    내연 기관부로 유입되는 외부 공기의 유동 방향은 발전기의 구동축과 소정의 각도를 가지도록 경사지게 형성되되,
    내연 기관부로 유입되는 외부 공기는 점화 플러그와 접촉되어 점화 플러그를 냉각시키고, 점화 플러그를 냉각시키고 난 이후의 공기는 복수 개의 냉각핀과 접촉되되 복수 개의 냉각핀의 배열 방향과 동일한 방향을 따라 흘러서 내연 기관부를 냉각시키고 발전기를 통해 외부로 배출되도록 마련된, 하이브리드 엔진.
  16. 중공부를 갖는 하우징;
    하우징으로부터 방사상으로 연장되는 하나 이상의 암;
    하나 이상의 암의 단부에 구비되는 프로펠러 구동용 모터;
    모터의 회전축에 결합되어 추력을 발생시키는 프로펠러;
    모터에 구동력을 제공하는 배터리; 및
    하우징에 구비되고 구동에 의해 발생된 전기 에너지가 모터 또는 배터리에 공급되도록 마련된 하이브리드 엔진을 포함하며,
    하이브리드 엔진은,
    단부에 점화 플러그가 마련되는 연소실이 내부에 마련되고 외부 공기에 대한 접촉 면적을 증가시키기 위한 복수 개의 냉각핀이 배치되는 적어도 하나의 내연 기관부;
    내연 기관부와 연결되어 전기 에너지를 발생시키는 발전기; 및
    점화 플러그 및 내연 기관부를 냉각시키기 위한 바람을 발생시키는 적어도 하나의 냉각팬을 포함하며,
    복수 개의 냉각핀은 내연 기관부에 마련된 피스톤의 운동 방향과 평행한 배열을 갖도록 형성되고,
    외부 공기의 유입 방향을 기준으로 점화 플러그의 상류 측에는 냉각팬이 배치되고, 점화 플러그의 하류 측에는 외부 공기의 유동 방향을 따라 냉각 핀이 배치되며,
    냉각팬에서 발생된 바람의 유동 방향은 발전기의 구동축과 소정의 각도를 가지도록 경사지게 형성되되,
    냉각팬에서 발생된 바람은 점화 플러그와 접촉되어 점화 플러그를 냉각시키고, 점화 플러그와 접촉된 이후의 바람은 냉각핀과 접촉되되 복수 개의 냉각핀의 배열 방향과 동일한 방향을 따라 흘러서 내연 기관부를 냉각시키고 발전기를 통해 외부로 배출되도록 마련된, 하이브리드 드론.
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