KR20020044171A - 내연기관에서의 고효율 달성 방법 및 내연기관 - Google Patents

Abstract

본 발명은 새로운 형태의 내연기관인 제트-엔진에 관한 것이다. 이 제트-엔진에서는 압축부와 작동부가 분리된다. 피스톤이 상부 중공부 근처로 이동하면, 그 아래에 작은 챔버 코너가 위치하는 피스톤 상측으로 새로운 가스가 운송된다. 연소 가스는 배기 밸브를 통해서 실린더로부터 배출된다. 가스 교환 이후, 2차 압축이 있게 되는 상부 챔버가 충진되기 전에 혼합물이 점화된다. 압축의 전진은 작동 피스톤의 체적과 다를 수 있다. 피스톤의 부작용은 이중 캠 기구에 의해 제거될 수 있다.

Description

제트-엔진{Z-engine}

오늘날의 4행정 엔진은 캠 샤프트가 2회전할 때에만 출력을 생성한다. 이는 엔진의 크기와 기계적 손실을 증대시킨다. 디젤 엔진에서는 압축 관계를 증대시키면 용도가 개선되지만 연소 기간중의 온도 역시 증가하게 된다. 이러한 상황에서는 열 손실이 증가하고 질소산화물, NOx 의 양이 증가한다. 피스톤의 사이드 파워(side power)는 마찰 손실의 최대 소스의 일부이며 제거될 것이다.

본 발명은 새로운 형태의 내연기관인 제트-엔진에 관한 것이다.

출구 밸브는 통상 하사점 이전 60°내지 하사점 이후120°에서 대략 180°개방된다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 2행정 및 4행정 작동 사이클에 기초한 후술하는 제트-엔진은 압축기 부분을 합체 및 분리시키며, 캠의 작은 각도(도 4 및 도 5 참조)에서 캠 샤프트의 회전시마다 실린더 피스톤의 윗부분 근처에 새로운 혼합물을 생성한다. 상기 도 4 및 도 5에 따라 가스의 변화가 지속되면, 작동이 각 캠 샤프트의 층상에 수용된다. 이는 도 1 내지 도 3에 도시된 방법에 따라 피스톤의 사이드 파워를 취할 때 엔진의 기계적 효율을 증대시킨다. 그 와중에 피스톤의 마모 또한 필연적으로 감소된다. 피스톤 내에서의 회전하는 로드에 의해 야기되는 토크는 여러 가지 방식으로 취할 수 있다. 도 1에 도시된 대체예에 따르면, 상기 토크는 회전 로드의 하단부에 배치된 압축 베어링(니들 압축 베어링)에 의해 수용된다. 2행정 엔진에서 분출하는(flushing) 공기의 일부는 출구쪽에서 손실되는 바, 제트-엔진에서 이는 밸브 타이밍을 조절하므로써 방지될 수 있다. 유출 가스의 "내부(inner)"회전도 가능하다(도 4 및 도 5).

가스 교환 밸브(공급 밸브, 분출 밸브) 개방 시간(즉, 신규 혼합물의 대부분이 실린더내로 유동하는 기간)은 피스톤의 상사점 부근 20°내지 30°에, 통상은 하사점 이후 120°내지 상사점 이전 30°에 도달한다. 이러한 상사점 근처에서의 피스톤의 짧은 개방 유지 시간은 충분한데, 그 이유는 그 체적이 작고 소요 밸브가 작고 경량일 때 진입하는 가스 압력(통상 1 내지 3 바아(bar))이 상당히 높기 때문이다. 통상 1000 내지 4000 r/min 의 낮은 회전수는 이러한 상황을 돕게 되는 바, 그 이유는 밸브 엔진으로부터 관성 파워가 회전 속도의 보조능력(second potency)에 비례하기 때문이다. 동일하게 제공되는 모터 사이클 엔진은 문제없이 15000 내지 18000 r/min 까지 회전한다. 가스 교환 밸브가 폐쇄되면 연료 분출 및 점화 그리고 연소와 팽창이 시작되는 것과 동시에 피스톤이 상사점 방향으로 이동한다(2차 압축).

연료는 자체 점화하거나, 예를 들어 고온의 플러그와, 분출하는 연료, 스파크 등에 의해 점화된다. 통상적인 작동 사이클이 도 1, 도 4 및 도 5에 개시되어 있다. 이 사이클이 독자적인 점화 유체로서 사용되면, 유동방향으로 얇은 층판을 갖는 가스 교환 채널내로 분출될 수 있다. 심지어 모든 연료가 가스 교환 채널내로 분출될 수 있다.

엔진은 가스 유동에 있어서 압축기와 분출 밸브(도시되지 않음) 사이에 열교환기를 포함한다. 따라서 1차 압축된 가스(통상 3 내지 15 바아)의 온도는 (예를 들어 배기 가스로부터) 제어될 수 있다. 압축기의 생산 체적은 피스톤의 행정 체적과 다를 수 있고, 따라서 팽창이 최적으로 될 수 있다.

높은 기계적 장점을 위해, 팽창 피스톤과 압축기 피스톤은 서로간에 연결되고, 여기에서 캠 기계류는 매우 순수한 효과를 얻는다. 별도의 압축기로서는 예를 들어 스크류 압축기가 있을 수 있다. 캠 기계류에는 두가지의 다른 방향으로 회전하는 톱니바퀴 동기식 캠 샤프트가 있다. 회전 로드가 두 개이므로 피스톤의 사이드 파워가 제거된다(다른 종류의 캠 기계류도 가능하다). 상기 새로운 종류의 캠 기계류는 또한 커다란 파워의 최고도한 밸런스도 가능케 한다.

Claims (10)

1. 적어도 하나의 실린더와, 출구 밸브(t)와 실린더로 진입하는 신규 가스용의 밸브(t)(분출 밸브)를 포함하고, 2행정 원리에 따라 작동하는 연소 기관으로서,

   각각의 실린더는 크랭크샤프트의 일회전 사이클동안 작동하고, 상기 분출 가스는 통상 3 내지 15 바아의 고압축 가스이며, 상기 작동부로부터 압축부가 분리되고, 이 압축부로부터 가스가 수집 컨테이너로 그리고 가스 교환 채널로 이동하며, 연료는 자체 점화되거나 고온의 플러그와, 2차 연료 분출 등에 의해 점화되고, 유출 가스는 출구 밸브를 통해 방출되는, 연소 기관에 있어서,

   상기 유출 가스는 통상 하사점 이전 60°와 하사점 이후 -120°사이에서의 대략 180°의 크랭크샤프트 각도에서 출구 밸브를 통해 방출되고 (종래 기술은 유출 가스가 배출 행정중에 실린더를 빠져나갈 수 있도록 출구 밸브 개방 시간으로서 하사점 이전 60°를 부여하고 잠재적인 압축기를 위해 충분한 가스 압축이 남는다), 도 4와 도 5에 도시되듯이 피스톤이 이미 상사점 방향으로 대략 90% 지나갔을 때 예를 들어 상사점에 대해 10% 지나갔을 때, 상사점 부근에서 크랭크샤프트의 작은 각도(5°내지 60°)에서 하사점 이전 60°내지 하사점 이후 120°사이에 가스 변화가 발생하며, 즉 피스톤이 상사점에 도달하기 전에 가스의 변화가 이루어지고, 이후 혼합물이 2차 압축, 자체 점화 또는 외부 점화하고 이후 팽창되는 것을 특징으로 하는 연소 기관.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 피스톤의 사이드 파워를 제거하는 크랭크샤프트 기구와, 도 1 내지 도 3에 따른 압축기 부재를 포함하며, 상기 연료는 피스톤이 상사점 부근에 왔을 때 실린더 내로 분출되는 것을 특징으로 하는 연소 기관.
3. 제 1 항에 있어서, 정상 크랭크샤프트 기구와, 별도의 압축기 부재, 예를 들어 스크류 압축기를 포함하며, 상기 연료는 피스톤이 상사점 부근에 왔을 때 실린더 내로 분출되는 것을 특징으로 하는 연소 기관.
4. 제 1 항에 있어서, 피스톤의 사이드 파워를 제거하는 크랭크샤프트 기구와, 별도의 압축기 부재, 예를 들어 도 1 내지 도 3 에 도시된 스크류 압축기를 포함하며, 상기 연료는 피스톤이 상사점 부근에 왔을 때 실린더 내로 분출되는 것을 특징으로 하는 연소 기관.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 점화 연료는 가스 교환 채널내로 분출되는 것을 특징으로 하는 연소 기관.
6. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 점화 연료는 가스 교환 채널내로 분출되는 것을 특징으로 하는 연소 기관.
7. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 점화 연료는 가스 교환 채널내로 분출되는 것을 특징으로 하는 연소 기관.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 피스톤의 사이드 파워를 제거하는 크랭크샤프트 기구와, 도 1 내지 도 3에 따른 압축기 부재를 포함하며, 상기 연료는 실린더 내로만 분출되는 것을 특징으로 하는 연소 기관.
9. 제 1 항에 있어서, 정상 크랭크샤프트 기구와, 별도의 압축기 부재, 예를 들어 스크류 압축기를 포함하며, 상기 연료는 모두 실린더 내로 분출되는 것을 특징으로 하는 연소 기관.
10. 제 1 항에 있어서, 피스톤의 사이드 파워를 제거하는 크랭크샤프트 기구와, 별도의 압축기 부재, 예를 들어 도 1 내지 도 3 에 도시된 스크류 압축기를 포함하며, 상기 연료는 모두 실린더 내로 분출되는 것을 특징으로 하는 연소 기관.