KR19980083820A

KR19980083820A - 제트회전연소엔진

Info

Publication number: KR19980083820A
Application number: KR1019970019292A
Authority: KR
Inventors: 변상복
Original assignee: 변상복
Priority date: 1997-05-19
Filing date: 1997-05-19
Publication date: 1998-12-05

Abstract

본 발명은 통상의 원심압축기를 이용한 제트회전연소엔진(Jet Rotaring Combustion Engine)에 관한 것이다.

본 발명엔진은 출력회전체(10)의 바깥 둘레에 형성된 가스제트구(11)로부터 방사형 연소실(9)에서 조성된 팽창연소가스를 원주 접선 방향으로 고속 분출케 하였기 때문에 그 분류의 반동력에 의하여 출력회전체(10)에 고정된 임펠러축(1)과 출력터어빈축(13)을 베어링메탈(3, 14)에서 고속 회전케하는 한편 회전날개(12)차가 장착된 출력터어빈축(13)은 배기에너지의 일부가 회전력으로 전환하여, 출력회전체(Power Rotor)와 출력터어빈이 조합된 복동기관이 구성되기 때문에 열효율 및 연비가 향상되고 기계적 효율이 높고 엔진의 높이 및 길이가 짧아서 좁은 공간에서도 장치가 가능하고 제조원가도 저렴할 뿐 아니라 연속연소의 경우에는 배기의 유해성분이 거의 나오지 않는 장점이 있다.

Description

제트회전연소엔진

제 1 도는 본 발명의 내부구조를 나타낸 단면도

제 2 도는 제 1 도의 A-A선 방향에서 본 단면도

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 임펠러(impeller)2 : 임펠러축

3 : 베어링메탈(Bearing Metal)3' : 볼트

3'' : 지각(支脚)4 : 압축기케이싱

5 : 압축공기통로6 : 공기실

7 : 공기분출공8 : 공기유입공

9 : 방사형연소실9' : 볼트

10 : 출력회전체(Power Rotor)10' : 보스(Boss)

11 : 가스제트구(Gas Jet Hole)12 : 회전날개

13 : 출력터어빈(Power Turbine)축 14 : 베어링메탈

14' : 볼트14'' : 지각(支脚)

15 : 중공부16 : 연료펌프(또는 Burner)

17 : 점화플러그18 : 송유관

19 : 나공(螺孔)20 : 연료섬프(Fuel Sump)

21 : 급유관22 : 배기공

22' : 볼트23 : 케이싱(Casing)

24 : 배기섬프(Exhaust Sump)25 : 배기노즐공

26 : 날개차 하우징(Housing)27 : 배기관

28 : 도선(導線)29 : 공기흡입구

30 : 윤활유공31 : 기밀링(Seal Ring)

32 : 동력전달기어33 : 베어링부시(Bush)

본 발명은 통상의 원심압축기를 이용한 제트회전연소엔진(Jet Rotaring Coimbustion Engine)에 관한 것이다.

종래의 여러 내연기관(Internal Combustion Engine) 중 피스톤 엔진의 피스톤의 직선왕복운동을 크랭크 로드에 의하여 출력축을 회전운동으로 전환하기 때문에 진동이 심하고 회전수에 한계가 있고 기계적 효율저하로 출력이 떨어지고 또 배기공해가 유심하다. 회전기관의 일종인 가스터어빈은 피스톤엔진보다 열효율이 떨어지고 터어빈 날개(Vane)의 내열성, 정밀성 등으로 인한 원가상승 및 터어빈용적이 큰 결점이 있어서 자동차등에 적용이 곤란하고 소위 반켈(Wankel)형의 로우터리 피스톤엔진(Rotary Piston Engine)은 하우징(Housing)내에서 회전하는 삼각형 로우터(Rotor)에 구조적 취약점을 안고 있기 때문에 현행 피스톤엔진보다 효율, 연비, 내구성 등 성능면에서 경쟁력이 열악하다.

본 발명은 이상과 같은 종래 엔진의 결점을 제거하기 위하여 직선왕복운동 피스톤시스템을 배제하고, 통상의 원심압축기의 임펠러축과 출력터어빈축이 고정된 출력회전체내에 방사형 연소실(Radial Combustion Chamber)을 형성하여 그 중심부에 분사된 압축공기와 분무연료를 혼합하고 점화플러그로 간헐적 또는 연속적으로 착화 연소케 하여 방사형 주변으로 팽창시킨 고온 고속의 연소가스를 출력회전체의 바깥둘레에 접선방향으로 천설한 여러개의 가스제트구(Gas Jet Hole)로부터 배기섬프(Exhaust Sump)내에 고속분출케 하여 그 분류의 반동력으로 출력회전체를 고속 회전케 하는 한편 이 배기섬프내의 배기가스는 한쪽 베어링 메탈에 형성한 배기노즐공으로부터 출력터어빈(Power Turbine)축의 회전날개에 고속분출케 하여 그 회전력을 출력회전체에 직접 전달하여 복합출력을 높임으로서 본 발명엔진의 열효율을 향상시키고 진동을 주리고 기계적 효율을 높이고, 구조가 간단함으로 제조원가를 줄이고 배기공해가 거의 없는 고속엔진을 얻고자 안출한 것인데 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

통상의 원심압축기의 임펠러(impeller)(1) 축(2)은 분할형 베어링메탈(Bearing Metal)(3)에 재치(載置)하여 볼트(3')로 체결하고, 그 측벽에는 원심압축기 케이싱(Casing)(4)의 전반부(前半部)를 고정하여 베어링메탈(3) 측벽과의 사이에 형성되는 압축공기통로(5)는 임펠러축(2)내에 형성한 공기실(6)과 공기분출공(7) 및 주벽의 공기 유입공(8)에 연통케 하고, 임펠러축(2)의 일단은, 반사형 연소실(Radial Combustion Chamber)(9)이 구성되도록 볼트(9')로 조합체결된 분할형의 출력회전체(Power Rotor)(10)의 보스(Boss)(10') 중심에 고정되어서 방사형 연소실(9)과 공기분출공(7)이 상호연통케 하고 출력회전체(10)의 바깥둘레에는 원주접선방향의 가스제트구(Gas Jet Hole)(11)를 여러개 배설하고, 출력회전체(10)의 반대편 보스(10') 중심에는 회전날개(12)차가 장착된 통상의 축류형 출력터어빈축(Power Turbine Shaft)(13)이 고정되어서 우측 베어링메탈(14)에 재치하여 볼트(14')로 체결하고, 이 축(13)의 내부에 형성한 중공부(15) 선단벽에는 연료펌프(Fuel Pump)(또는 Burner)(16) 및 점화플러그(17)가 장착되고, 연료펌프(16)의 송유관(18) 상단부는 중공벽의 나공(螺孔)(19)에 나착(螺着)되어서 베어링메탈(14)의 출력터어빈축(13) 둘레에 환상(環狀)으로 절삭된 연료섬프(Fuel Sump)(20)내 연료에 잠기게 하여, 상방 급유란(21)으로부터 연료공급을 받게 하고, 출력회전체(10)를 둘러싼 배기섬프(Exshaust Sump)(23)의 원통형케이싱(Casing)(24)의 측벽에 환설한 호형(弧形)의 배기공(22)은 베어링메탈(14)의 호형 배기노즐(Exhaust Nozzle)공(25)에 합치토록 밀감(密嵌)하여 양측지각(支脚)(3'', 14'')에 볼트로 고정하여서 된 것이다.

도면 중 미설명부호 26은 날개차하우징(Housing)이고, 27은 배기관, 28은 도선, 29는 공기흡입구, 30은 윤활유공, 31은 기밀(氣密)링, 32는 동력전달기어, 33은 베어링부시(bush)를 표시한 것이다.

이상과 같이 구성된 본 발명의 작용효과를 상세히 표시하면 다음과 같다.

원심압축기의 임펠러(1) 축(2)과 배기가스터어빈축(13)은 동일 중심선상의 출력회전체(Rotor)(10)의 양측보스(10') 중심에 각각 고정하여 양측베어링메탈(3, 14)에서 지지케 하고 회전체(Rotor)(10)내에는 방사형의 연소실(9)을 형성하고 그 바깥둘레에는 원주접선방향으로 배기가스제트구(11)를 다수 배설하였기 때문에 임펠러(1)과 베어링메탈(Bearing Metal)(3) 축벽 사이에 형성된 압축공기통로(5)에서 공기 유입공(8)을 통하여 공기실(6) 내에 유입하는 다량의 가압공기를 그 선단의 공기분출공(7)으로부터 회전체(10)의 방사형 연소실(9) 중심부에 고속 분출케 하면 반대측 출력 터어빈축(13) 중공부(15)의 선단벽에 장착된 연료펌프(또는 Burner)(16)로부터 간헐적으로 또는 연속적으로 분사하는 분무연료와 균일하게 혼합하고 옆의 점화플러그(17)에 의하여 폭발적으로 착화할 때 발생하는 고온 고압이 연소가스는 원심력과 함께 저압의 방사선 방향으로 급속히 팽창하여 회전체(10) 바깥둘레 접선방향으로 배설한 가스제트구(Gas Jet Hole)(11)로부터 배기섬프(Exhaust Sump)(24) 내에 고속으로 분출하여 그 분류의 반동력으로 출력회전체(10)는 고속회전을 지속하고 그 중심에 고전된 임펠러(1) 축(2)에 직접 회전동력을 발생케 한다.

그리고 배기섬프(Exhaust Sump)(24) 내의 고온 배기가스(700~800℃ 정도)는 그 측벽배기공(22)으로부터 베어링메탈(14)에 호형(弧形)공을 몇 개 환설하여서 형성된 배기노즐(Exhaust Nozzle)(25)공으로 유입되어 날개차 하우징(26)내에 고속분출하여 회전날개(12)차가 장착되 출력터어빈축(13)을 고속 회전시키면서 배기관(27)을 통하여 외부로 배출하기 때문에 터어빈축(13)의 일단에 고정된 출력회전체(10)의 출력이 추가로 증대하는 효과가 있다. 그리고 연료펌프(16)에 연결된 송유관(18) 곡부(曲部)의 상단부는 배기터어빈축(13)의 중공부(15) 내벽에 천설된 나공(螺孔)에 나입(螺入) 고정되어서 연료섬퍼(Fuel Sump)(20) 내에 고인 연료에 잠김 상태로 출력터어빈축(13)과 함께 회전하면서 연료펌프(16)로 연료를 압송하기 때문에 베어링메탈(14) 상방에 고정된 급유관(21)으로부터 계속 연료가 공급된다. 한편 중공부(15)내의 점화플러그(17) 도선(28)은 배기관(27) 외부로 인출하여, 통상의 배전기(불도시)에 접속된다.

그리고 임펠러(1)에 의하여 압축되는 압력공기는 계속적으로 공기분출공(7)으로 부터 방사형 연소실(9)의 중심부에 분출하기 때문에 간헐연소의 경우는 간헐적으로 공기만 방출할 때 연소실(9)의 과열을 방지하는 냉각 효과가 있다. 연속연소의 경우는 연소실(9) 측벽에 별도로 분기로(分岐路)(bypath)를 형성하여 공기실(6)내의 압력공기 일부를 통과시키면 연소실(9)의 과열이 방지된다.

전술한 바와 같이 본 발명엔진은 출력회전체(10)의 바깥둘레에 형성된 가스제트구(11)로부터 방사형 연소실(9)에서 조성된 팽창연소가스를 원주접선방향으로 고속 분출케 하였기 때문에 그 분류으리 반동력에 의하여 출력회전체(10)에 고정된 임펠러축(1)과 출력터어빈축(13)은 베어링메탈(3, 14)에 지지되어서 직접 고속 회전케 하는 한편 회전날개(12)차가 장착된 출력터어빈축(13)은, 배기 에너지의 일부가 회전력으로 전환되어서 출력회전체(Power Rotor)와 출력터어빈(Power Turbine)이 조합된 복동기관(Double Acting Engine)이 구성되기 때문에 출력회전체에 있어서는 압축공기의 유입이 연속적이므로 소형 경량으로서 고속대출력의 기관을 얻기 쉬우며 또 회전운동기구로 구성되어 있으므로 진동이 적고, 시동이 용이하며, 단시간에 전출력 운전으로 옮길 수 있으므로 연료도 저질의 것을 사용할 수 있고, 열효율이 비교적 높고 배기가스에 노출되는 회전날개차 등은 고급의 내열재가 필요치 않고, 가동마찰부분이 거의 없어서 기계적 효율이 높고, 또 엔진 높이가 낮고, 길이도 짧아서 좁은 공간에서의 용도가 넓고, 구조가 간단하기 때문에 내구성이 높고, 제조원가도 저렴할 뿐 아니라 연소실에서 버어너(Burner) 등 연소기로 연속 연소를 할 경우에는 유해성분이 거의 나오지 않는 이점이 있다.

본 발명을 실시함에 있어서 윤활유는 연료분사시 윤활유 비율을 15 내지 20 : 1 정도로 혼합하여 급유관(21)으로부터 연료섬프(20)로 급유하면 그 베어링부시(bush)(33) 부분에서 출력터어빈축(13)의 회전이 원활해진다.

그리고 본 발명엔진을 자동차에 적용할 경우 경량이며, 저속 토오크가 크고 소형차량에의 용도가 넓고 배기공해가 거의 없다.

Claims

통상의 원심압축기의 임펠러(impeller)(1) 축(2)을 지지한 베어링메탈(Bearing Metal)의 측벽에 원심압축기 케이싱(Casing)(4)의 전반부를 고정하여서 형성된 압축공기통로(5)는 임펠러축(2) 내에 형성한 중공의 공기실(6)과 공기분출(6)과 공기분출공(7) 및 주벽의 공기 유입공(8)에 연통케 하고 임펠러축(2)의 일단은 방상형 연소실(9)이 구성된 출력회전체(Power Rotor)의 보스(Boss)(10') 중심에 고정되어서 연소실(9)과 공기분출공(7)이 상호연통케 하고 출력회전체(10)의 바깥 둘레에는, 원주 접선방향의 가스제트구(Gas Jet Hole)(11)를 다수 배설하고, 회전체(10)의 반대편 보스(10') 중심에는 회전날개(12)차가 장착된 통상의 출력터어빈축(13)이 고정되어서 베어링메탈(14)로 지지하고, 이 축(13)의 중공부(15) 선단벽에는 연료펌프(또는 버너)(16) 및 점화플러그(17)가 장착되고 연료펌프(16)의 송유관(18) 상단부는 중공벽의 나공(19)에 나착되어서 베어링메탈(14)의 출력터어빈(13) 주위에 환상(環狀)으로 절삭된 연료섬프(Fuel Sump)(20)내 연료에 잠기게 하여, 상방의 급유관(21)으로부터 급유를 받게 하고 출력회전체(10)를 둘러싼 배기섬프(Exhaust Sump)(23)의 원통형 케이싱(Casing)(24)의 측벽에 환설한 호형(弧形)의 배기공(22)은 베어링메탈(14)에 환설한 호형의 배기노즐(Exhaust Nozzle)공(25)에 합치토록 밀감하여, 양측지각(3'', 14'')에 고정함을 특징으로 하는 제트회전연소엔진(Jet Rotaring Combustion Engine)