KR200222154Y1 - Constant Temperature Engine - Google Patents

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KR200222154Y1
KR200222154Y1 KR2020000025947U KR20000025947U KR200222154Y1 KR 200222154 Y1 KR200222154 Y1 KR 200222154Y1 KR 2020000025947 U KR2020000025947 U KR 2020000025947U KR 20000025947 U KR20000025947 U KR 20000025947U KR 200222154 Y1 KR200222154 Y1 KR 200222154Y1
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Abstract

본 고안은 석유/화학 에너지를 기계적 동력으로 변환하는 내연기관(엔진)에 관한 것이다. 정적배기(Constant Volume Exhaust) 과정으로 운전되는 통상의 크랭크 피스톤 엔진에서는 팽창과정을 완료한 연소가스가 상당한 압력 및 열 에너지를 지니고 있으나 이들 에너지가 기계적 동력으로 변환되지 못하고 대기로 배출됨으로서 에너지 손실을 초래할 뿐만이 아니라 배기소음을 유발하는 문제점이 있었다The present invention relates to an internal combustion engine (engine) that converts petroleum / chemical energy into mechanical power. In a conventional crank piston engine operated in a constant volume exhaust process, the combustion gas having the expansion process has a considerable pressure and thermal energy, but these energy are not converted into mechanical power and discharged into the atmosphere, which may cause energy loss. In addition, there was a problem that causes exhaust noise.

본 고안은 암수 한쌍의 스크류 로우터들(21,22)로 구성된 동력 발생기(20)를 종래의 크랭크 피스톤 엔진에 결합시켜 실린더에서 배출되는 배기가스를 동력발생기에 진입시킨 후, 동력 발생기에서 점진적으로 동력을 생산하며 팽창되도록 한 것으로 종래의 엔진에서 버려지는 에너지를 기계적 동력으로 변환하고 엔진의 배기소음도 제거한 것이다. 좀더 상세히 설명하면, 본 발명은, 암수 한 쌍의 스크류 로우터(21,22)가 회전하면서 점진적으로 체적변화를 하는 밀폐공간(25)을 만들도록 하고, 이 밀폐공간에, 종래의 엔진에서 배출되는 배기가스를 진입, 대기 온도에 해당하는 압력으로 팽창시켜, 배기가스가 지닌 압력 및 열 에너지를 모두 기계적 동력으로 회수하고 배기소음도 제거한, 열역학적으로, 정온(Constant Temperature) 배기 과정에서 작동하는, 열효율이 크게 향상된 엔진이다.The present invention combines a power generator 20 composed of a pair of male and female screw rotors 21 and 22 with a conventional crank piston engine to enter exhaust gas discharged from a cylinder into the power generator, and then gradually powers the power generator. It is designed to expand and to produce energy, which converts the energy thrown away by conventional engines into mechanical power and removes engine exhaust noise. In more detail, the present invention is to create a sealed space (25) in which a pair of male and female screw rotors (21, 22) gradually changes in volume while rotating, and in the sealed space, discharged from a conventional engine It is thermally efficient, operating in a constant temperature exhaust process, by expanding the exhaust gas to the pressure corresponding to the inlet and atmospheric temperature, recovering both the pressure and thermal energy of the exhaust gas with mechanical power and eliminating exhaust noise. It is a greatly improved engine.

Description

정온배기 엔진 {Constant Temperature Engine}Constant Temperature Engine {Constant Temperature Engine}

본 고안은 정적배기 과정에서 운전되는 내연기관에서 대기로 방출되는 배기가스가 지닌 압력 및 열 에너지를 기계적 동력으로 변환하고, 더불어 엔진의 배기소음도 제거한, 정온(Constant Temperature) 배기 과정에서 작동하는 내연기관에 관한 것이다.The present invention converts the pressure and thermal energy of the exhaust gas emitted to the atmosphere from the internal combustion engine operated in the static exhaust process into mechanical power, and also removes the exhaust noise of the engine, and operates the internal combustion engine operating in the constant temperature exhaust process. It is about.

종래의 크랭크 피스톤 엔진에서는 배기가스가 지닌 압력 (피스톤이 하사점에 도달했을 때의 압력 2-3kgf/cm2; 전효종/최재성 교수저, 효성출판사의 내연기관강의 420/439 쪽 참조)이 대기로 배출됨으로서 에너지 손실을 초래할 뿐만이 아니라 배기소음을 유발하는 결함이 있었다. 또한, 종래의 피스톤 엔진에서는 이 배기소음을 제거하기 위하여 소음기(Muffler)가 장착되어야 하는 바, 소음기에서의 배기가스의 배기 저항이 상당하여, 이미 생산된 동력을 사용하여 배기가스를 배출시켜야 함으로 엔진의 출력이 저하되는 단점이 있었다. 뿐만이 아니라, 종래의 엔진에서는 배기가스가 지닌, 상당한 고온인 배기가스의 열에너지는 무용하게 대기로 버려지는 단점이 있었다. 이러한 손실은 주어진 연료 에너지의 약 32%로 (피스톤 벽면을 통한 냉각 손실 약 28%) 유용한 축 동력 약 30% 보다도 더 많은 양으로 알려져 있다. (조진호 편저 학연사 내연기관공학 59쪽, 임달연 저 형설출판사 내연공학 73쪽 참조)In conventional crank piston engines, the pressure of the exhaust gas (pressure 2-3 kgf / cm2 when the piston reaches bottom dead center; Prof. Hyo-Jong / CHO Jae-sung, see page 420/439 of Hyosung's internal combustion engine steel) Emissions not only result in energy losses, but also have defects that cause exhaust noise. In addition, in a conventional piston engine, a muffler must be installed to remove this exhaust noise, and the exhaust resistance of the exhaust gas in the silencer is considerable, so that the exhaust gas must be exhausted by using already produced power. There was a disadvantage that the output of the. In addition, in the conventional engine, the thermal energy of the exhaust gas, which is considerable high temperature of the exhaust gas, is usedlessly discarded into the atmosphere. This loss is known to be about 32% of the given fuel energy (about 28% cooling loss through the piston wall), more than about 30% of the useful axial power. (Refer to Cho Jin-ho, Academic Speaker, Internal Combustion Engine Engineering, p. 59, Lim Dal-yeon Publishing Co.

본 고안은 이러한 결함을 해소하기 위하여 종래의 크랭크 피스톤 엔진에서 무용하게 방출되는, 소음을 유발하는 배기가스를 대기로 방출하기 전에 한쌍의 스크류 로우터에 의한 밀폐공간에서 이 배기가스가 동력을 생산하면서 점진적으로 팽창된 후, 배기가스 냉각기를 통하여 대기로 방출되도록 한 것으로, 정온배기 과정에서 작동하도록 하여 배기가스가 지닌 압력 및 열 에너지를 모두 유용한 기계적 동력으로 변환하고 (열효율 크게 향상) 배기소음도 제거한 것이 특징이다The present invention gradually eliminates this exhaust gas while generating power in a confined space by a pair of screw rotors before releasing noise-causing exhaust gases into the atmosphere to be usedlessly in conventional crank piston engines. After expanding to, it is discharged to the atmosphere through the exhaust gas cooler, and it is operated in the constant temperature exhaust process to convert both the pressure and thermal energy of the exhaust gas into useful mechanical power (significantly improved thermal efficiency) and also eliminates the exhaust noise. to be

종래의 피스톤 엔진에서는 배기 밸브가 열리면서 배기가스의 팽창이 진행되고, 배기가스의 압력은 동력을 생산하지 못하고 소음을 유발하며, 이 소음은 실린더가 대기로 열려있는 상태이므로 우리들의 귀에 바로 전달되었다. 그러나 본 고안에서는 배기가스가 밀폐공간에서 동력을 생산하면서 점진적으로 팽창됨으로 소음을 만들지 않는다.In a conventional piston engine, the expansion of the exhaust gas proceeds as the exhaust valve is opened, and the pressure of the exhaust gas does not produce power and causes noise, which is transmitted directly to our ears because the cylinder is open to the atmosphere. However, in the present invention, the exhaust gas is gradually expanded while generating power in an enclosed space, thereby producing no noise.

본 고안에서는 배기 밸브가 열리면서 엔진에서 방출되는 2-3kgf/cm2 압력을 지닌 배기가스가 촉매 컨버터를 경유하여 동력 발생기로 진입하게 된다. 동력 발생기는 암수 한쌍의, 싸이클로이드 곡선을 기본으로 한 헬리컬 스크류 타입의 로우터들로 구성된 것으로, 로우터가 회전하면서 체적변화를 하는 밀폐공간을 반복적으로 만들도록 되어 있다. 이 밀폐공간은 로우터의 회전에 따라 점진적으로 성장하고, 다음 성장을 다하면 배출구로 개방되면서 점진적으로 줄어들다 결국 소멸하도록 되어있다. 즉, 본 동력 발생기는 상용의 스크류 타입 공기압축기(www.air.ingersoll-rand.com 또는 www.seahcomp.com 홈페이지 참조)와 유사한 구조로, 공기 압축기가 동력을 입력받아 압축공기를 생산하는 하는 것과는 달리 압력을 지닌 가스를 입력받아 동력을 (열역학적으로 크랭크/피스톤 타입이든 스크류 타입이든 모든 공기압축기는 동력대신에 역으로 압축가스를 공급하면 동력이 발생하도록 되어있음) 생산하도록 되어 있다. 이러한 동력 발생기에 진입한, 상당한 압력(2-3kg/cm2)을 지닌 배기가스는, 종래의 엔진 소음기에서 저항을 받아 동력을 소비하면서 (0 kg/cm2 가까운 압력으로) 팽창하는 것과는 달리, 이 밀폐공간에서 정해진 압력 (대기압 이하)으로 팽창하면서 (배기가스가 지닌 압력이 100% 유용한 동력으로 변환되지는 않으나 적어도 종래의 소음기에서와 같이 주 엔진의 동력을 소비하지는 않음) 로우터를 회전시키는 동력을 생산하고, 이 로우터의 회전력은 엔진의 플라이휠에 전달되어 엔진의 동력으로 이용된다. 다음, 팽창을 다한 배기가스는 로우터의 회전에 따라 배출구를 통하여 배기가스 냉각기 (Air Fin Cooler)로 진입하게 되는데, 이 배기가스 냉각기에 의하여 배기가스가 수축 (배기가스 중에 수증기는 응축) 되고 또 이 배기가스 배출구 측 로우터들의 요부 공간도 역시 수축하게 됨으로, 마치 스팀터빈 엔진에서 복수기에서 스팀이 응축되고 LP 터빈에서 동력이 발생하듯이, 또 동력이 발생하게 된다. 다음, 냉각기를 통과한 배기가스는 배기가스 방출 블로우어에 의하여 대기로 방출된다.In the present invention, when the exhaust valve is opened, exhaust gas having a pressure of 2-3 kgf / cm 2 discharged from the engine enters the power generator via the catalytic converter. The power generator consists of a pair of male and female, helical screw-type rotors based on a cycloid curve, which is designed to repeatedly create a closed space where the rotor rotates and changes in volume. This enclosed space grows gradually with the rotation of the rotor, and gradually decreases and eventually disappears as the next growth is opened to the outlet. In other words, this power generator is similar in structure to commercial screw type air compressors (see www.air.ingersoll-rand.com or www.seahcomp.com homepage). Otherwise, it is designed to generate power by receiving gas with pressure (thermodynamically, crank / piston type or screw type, all air compressors generate power by supplying compressed gas back instead of power). Exhaust gases with significant pressure (2-3 kg / cm2) entering these power generators, in contrast to the expansion in the conventional engine muffler, resisting and consuming power (at pressure close to 0 kg / cm2), are sealed. Produces power to rotate the rotor while expanding to a defined pressure in the space (below atmospheric pressure) (the exhaust gas does not convert to 100% useful power, but at least does not consume the power of the main engine as in conventional silencers) The rotor's rotational force is transmitted to the engine's flywheel and used as the engine's power. Next, the expanded exhaust gas enters the air fin cooler through the exhaust port as the rotor rotates, and the exhaust gas is contracted (condensation of water vapor in the exhaust gas). The main space of the rotors of the exhaust outlet side is also contracted, so that the steam is condensed in the condenser in the steam turbine engine and the power is generated in the LP turbine. Next, the exhaust gas passing through the cooler is discharged to the atmosphere by the exhaust gas discharge blower.

이리하여 본 고안에서는, 종래의 피스톤 엔진에서 배기가스가 지닌 압력/열 에너지가 버려지지 않고 모두 유용한 기계적 동력으로 변환되고 따라서 배기소음도 제거된다. 열역학적으로 말해서, 본 고안은 정온배기 과정(Constant Temperature Exhaust Processing)으로 작동하여 엔진의 열효율을 크게 향상시킨 것이다.Thus, in the present invention, the pressure / heat energy of the exhaust gas in the conventional piston engine is not discarded and all are converted into useful mechanical power, thus eliminating exhaust noise. In terms of thermodynamics, the present invention works by the Constant Temperature Exhaust Processing, which greatly improves the thermal efficiency of the engine.

도 1 은 본 고안의 동력 발생기 암수 로우터들 입체도1 is a three-dimensional view of the power generator male and female rotors of the present invention

도 2 는 도 1의 뒤쪽에서 본 로우터들의 입체도FIG. 2 is an isometric view of the rotors seen from the back of FIG.

도 3 은 본 고안의 동력 발생기 로우터들의 밀폐공간 입체도3 is a three-dimensional view of the closed space of the power generator rotors of the present invention

도 4 는 본 고안의 동력 발생기 구성을 보인 입체도Figure 4 is a three-dimensional view showing the configuration of the power generator of the present invention

도 5 는 본 고안의 동력 발생기 정면도5 is a front view of the power generator of the present invention;

도 6 은 본 고안의 동력 발생기 측면도6 is a side view of the power generator of the present invention;

도 7 은 본 고안의 동력 발생기 횡단면도 (도 5의 단면 A-A)7 is a cross-sectional view of the power generator of the present invention (section A-A of FIG. 5)

도 8 은 본 고안의 동력 발생기 종단면도 (도 6의 단면 B-B)8 is a longitudinal cross-sectional view of the power generator of the present invention (section B-B of FIG. 6)

도 9 은 본 발명의 동력 발생기 로우터들의 작동 예시도9 is an exemplary operation diagram of the power generator rotors of the present invention.

도 10은 본 발명의 동력 발생기 로우터들의 작동을 알기 쉽게 보인 개략도10 is a schematic view showing the operation of the power generator rotors of the present invention.

도 11은 본 발명의 구성을 보인 배기가스 플로우 다이아그램11 is an exhaust gas flow diagram showing a configuration of the present invention.

도 12는 본 고안의 열역학적 싸이클을 보인 온도-엔트로피 선도12 is a temperature-entropy diagram showing the thermodynamic cycle of the present invention.

도 13은 본 고안의 동력 발생기 숫로우터의 돌출부 (Cycloid) 곡선도13 is a curve diagram of the cycloid of the power generator male rotor of the present invention.

도 14는 본 고안의 동력 발생기 암로우터의 요(凹)부 곡선도14 is a curved view of the yaw portion of the power generator arm rotor of the present invention;

*** 도면에 사용된 부호 명칭 ****** Symbol Designations Used in Drawings ***

10: 주 엔진 (통상의 피스톤 엔진)10: main engine (normal piston engine)

11: 주 엔진 공기 흡입구11: main engine air intake

12: 주 엔진 배기구12: main engine air vent

13: 주 엔진 배기 맨니폴드 (Manifold)13: Main engine exhaust manifold

14: 촉매 컨버터 (Catalytic Converter)14: catalytic converter

15: 주 엔진 플라이휠 (Flywheel)15: Main engine flywheel

20: 본 고안의 동력 발생기 본체 (Power Generator Body Chamber)20: Power Generator Body Chamber of the Invention

21: 동력 발생기 숫로우터 (Male Rotor)21: Male Rotor

22: 동력 발생기 암로우터 (Female Rotor)22: Female Rotor

23: 동력 출력치차 (Power Output Gear)23: Power Output Gear

24: 동력 발생기 로우터 베이비 요부공간 (Baby Open Space)24: Power Generator Rotor Baby Main Space

25: 동력 발생기 밀폐공간 (Closed Space)25: Power Generator Closed Space

26: 동력 발생기 엔드 플레이트 (End Plate)26: Power Generator End Plate

27: 동력 발생기 배기가스 입구27: power generator exhaust inlet

28: 동력 발생기 배기가스 배출구28: power generator exhaust outlet

29: 동력 발생기 타이밍 기어 박스 (Timing Gear Box)29: Timing Gear Box

30: 배기가스 냉각기 (Air Fin Cooler)30: Air Fin Cooler

40: 배기가스 방출 블로우어 ( Exhaust Gas Blower)40: Exhaust Gas Blower

40본 고안은 도 11에 상징적으로 보인 바와 같이 종래의 크랭크 피스톤엔진 (10) (이하 주 엔진이라 칭함)에 암수 한쌍의 스크류 로우터(21,22)로 구성된 동력 발생기(20)가 주 엔진(10)의 스타터(Starting Motor) 바로 옆에, 동력 발생기(20)에서 발생한 동력이 주 엔진 플라이휠에 전달되도록 장착되고, 배기가스가 주 엔진 맨니폴드에서 배기가스 정화장치인 촉매 컨버터(14)를 경유하여 동력 발생기 배기가스 입구(27)에 진입하도록 하였으며, 주 엔진의 라디에이터와 비슷한 구조의 배기가스 냉각기(30)와 상용의 가스 (배기가스 방출) 블로우어(40)를 추가 장착하여 상기 동력 발생기의 배기가스 배출구(28)에서 배출되는 배기가스가 상기 배기가스 냉각기(30)에서 냉각되고 상기 배기가스 방출 블로우어(40)에 의하여 대기로 배출되도록 구성된 것이다.In the present invention, as shown symbolically in Fig. 11, a power generator 20 composed of a pair of male and female screw rotors 21 and 22 in a conventional crank piston engine 10 (hereinafter referred to as a main engine) includes a main engine 10. Right next to the starting motor, the power generated by the power generator 20 is transmitted to the main engine flywheel, and the exhaust gas is supplied from the main engine manifold via the catalytic converter 14 which is an exhaust gas purification device. A power generator exhaust gas inlet 27 was entered, and an exhaust gas cooler 30 having a structure similar to a radiator of a main engine and a commercial gas (exhaust gas discharge) blower 40 were additionally installed to exhaust the power generator. Exhaust gas discharged from the gas outlet 28 is cooled in the exhaust gas cooler 30 and discharged to the atmosphere by the exhaust gas discharge blower 40.

동력 발생기(20)에는 본체(Body Chamber)에 도 1 및 도 2에 보인 암수 한쌍의 헬리컬(Helical) 스크류 타입 로우터가 타이밍 기어에 의하여 3(수)대 2(암)로 회전하도록 (도 8 참조) 도 4에 보인 바와 같이 장치된다. 이러한 동력 발생기의 엔드 플레이트(26)에는 배기가스 입구(27)가 형성되어 있고, 도 5 및 7에 보인 바와 같이 본체에는 배기가스 배출구(28)가 형성되어 있다.The power generator 20 includes a male and female helical screw type rotor shown in FIGS. 1 and 2 in a body chamber to rotate 3 (male) to 2 (female) by a timing gear (see FIG. 8). ) As shown in FIG. 4. An exhaust gas inlet 27 is formed in the end plate 26 of the power generator, and an exhaust gas outlet 28 is formed in the main body as shown in FIGS. 5 and 7.

본 고안의 로우터(21,22) 들의 형상은 본인이 발명하여 미국특허를 취득한 Rotary Piston Engine With Slide Gate (US Pat. No. 5, 101,782; 1992,4.7)의 로우터와 매우 유사하다. 도 13은 원 B가 원 A의 둘레를 미끄럼 없이 굴러가면서 한 점 P가 그리는 궤적을 보인 싸이클로이드(Cycloid) 곡선(C)이다. 도 14는 원 A가 원 B의 둘레를 미끄럼 없이 굴러가면서 한 점 P가 그리는 궤적을 보인 곡선(C)이다. 본 고안의 로우터들은 헬리컬(Helical) 스크류 타입으로서, 숫로우터(21)의 돌출부 곡선은 (도 13 참조) 암로우터(22)의 외경 원(B)이 숫로우터의 요(凹)부 원(A)의 원주 위를 미끄럼 없이 굴러가며 그리는 싸이클로이드 곡선(C)으로 되어 있다. 암로우터의 요(凹)부의 곡선은 (도 14 참조) 숫로우터의 요부 원(A)이 암로우터의 외경 원(B)의 원주 위를 미끄럼 없이 굴러가며 그리는 곡선(C)이다. 본 로우터들은 이러한 곡선을 기본으로 한 헬리컬 스크류 타입으로서, 이 곡선들을 수학적으로 정의할 수 있으므로 용이하게 가공될 수 있다. 이러한 로우터들은 도 3에 보인 바와 같이 회전하면서 반복적으로 체적변화를 하는 밀폐공간(25)을 구현하게 된다. 도 9는 로우터들이 회전하면서 암로우터의 요부와 숫로우터의 돌출부가 언제나 서로 만나고 있음을 보인 것이다. 실제로는 숫로우터와 암로우터 사이에는 열팽창을 고려하여 얼마간의 틈새(Clearance)가 존재하지만 기하학적으로 언제나 암로우터의 최 외각 돌출부가 숫로우터의 돌출부 곡선과 접하게된다. 따라서 로우터들은 회전할 때 도 3에 보인 바와 같이 굵은 선으로 둘러싸인 밀폐공간(25)을 형성하게 된다.The shape of the rotors 21 and 22 of the present invention is very similar to the rotor of the Rotary Piston Engine With Slide Gate (US Pat. No. 5, 101,782; 1992, 4.7), which was invented and obtained a US patent. FIG. 13 is a cycloid curve C showing the trajectory of one point P while circle B rolls around the circle A without sliding. Fig. 14 is a curve C showing the trajectory of one point P as circle A rolls around the circle B without sliding. The rotors of the present invention are a helical screw type, and the protrusion curve of the male rotor 21 (see FIG. 13) is the outer diameter circle B of the female rotor 22 as the yaw portion A of the male rotor. It is a cycloid curve (C) which draws on the circumference of) without sliding. The curve of the yaw portion of the arm rotor (see FIG. 14) is a curve C in which the male circle portion A of the male rotor rolls on the circumference of the outer diameter circle B of the arm roller without sliding. The rotors are helical screw types based on these curves and can be easily machined because they can be defined mathematically. These rotors implement an enclosed space 25 that rotates repeatedly as shown in FIG. 3. 9 shows that as the rotors rotate, the recesses of the female rotor and the protrusions of the male rotor always meet each other. In practice, there are some clearances between the male rotor and the female rotor in consideration of thermal expansion, but geometrically, the outermost protrusion of the female rotor always comes in contact with the male rotor protrusion curve. Accordingly, when the rotors rotate, the rotors form an enclosed space 25 surrounded by a thick line as shown in FIG. 3.

상기 동력 발생기에서는 로우터들의 회전에 따라 배기가스 입구(27) 쪽에서 베이비 로우터 요부공간(24, 도 3 참조)(Baby Open Space)이 태어나고 이 요부공간은 점진적으로 성장하다가, 숫로우터의 돌출부가 회전함에 따라 배기가스 입구(27)를 막게되면 배기가스 입구와 격리되는 밀폐공간(25)으로 되며, 이 밀폐공간은 점진적으로 계속 성장하고, 성장을 다하면 배기가스 배출구(28) 쪽으로 이동하여 배출구와 연결되면서 점진적으로 줄어들어 마침내 소멸하도록 되어 있다. 이러한 과정은 숫로우터의 1회전에 2번씩 반복된다.In the power generator, as the rotors rotate, the baby rotor space 24 (see FIG. 3) is formed on the exhaust gas inlet 27 side, and the space grows gradually, and the protrusion of the male rotor rotates. Accordingly, when the exhaust gas inlet 27 is blocked, it becomes a sealed space 25 that is isolated from the exhaust gas inlet, and the sealed space continues to grow gradually, and when it is grown, it moves toward the exhaust gas outlet 28 and is connected to the outlet. It is to be gradually diminished and eventually to be destroyed. This process is repeated twice in one revolution of the male rotor.

본 동력 발생기에서는 앞서 설명한 베이비 로우터 요부공간(24)은 로우터의 회전에 따라 계속 성장하면서 배기가스 입구(27)에 언제나 개방되어 (도 9 참조) 있다. 따라서 도 10에 보인 바와 같이 주 엔진으로부터 배기가스가 맨니폴드(13)에서 촉매 컨버터(14)를 경유하여 배기가스 입구(27)로 연속적으로 흘러들어 오게된다. 이 베이비 로우터 요부공간은 어느 정도 성장하면 숫로우터의 돌출부가 배기가스 입구를 막게 됨으로 배기가스 입구(27)와 격리되는 밀폐공간으로 되고 (배기가스의 공급이 중단됨) 다음 이 밀폐공간(25)내의 배기가스는 팽창하면서 로우터를 회전시키는 동력을 발생하게 된다. 이 동력은 타이밍 기어 박스(29)의 동력 출력치차(23)에 의하여 주 엔진 플라이휠에 전달된다. 팽창을 다한 배기가스는 배출구(28) 쪽으로 옮겨지고, 밀폐공간이 배기가스 배출구(28)에 통하게 되면서 줄어듦에 따라 동력 발생기(20)로부터 외부로 배출된다.In the power generator, the baby rotor recess space 24 described above is always open to the exhaust gas inlet 27 while continuously growing as the rotor rotates (see FIG. 9). Accordingly, as shown in FIG. 10, exhaust gas from the main engine flows continuously from the manifold 13 to the exhaust gas inlet 27 via the catalytic converter 14. When the baby rotor main space grows to some extent, the protrusion of the male rotor blocks the exhaust gas inlet, so that the baby rotor main space becomes a sealed space that is isolated from the exhaust gas inlet 27 (the supply of exhaust gas is stopped). The exhaust gas expands to generate power to rotate the rotor. This power is transmitted to the main engine flywheel by the power output gear 23 of the timing gear box 29. The expanded exhaust gas is moved toward the outlet 28, and is discharged from the power generator 20 to the outside as the sealed space is reduced through the exhaust gas outlet 28.

도 10은 이러한 로우터들의 작동을 알기 쉽도록 실린더/피스톤의 작동으로 변환하여 표현한 것이다. 본 동력 발생기에서는 배기가스가 밀폐공간에서, 마치 도 10에 보인 팽창 과정처럼, 로우터를 회전시키면서 점진적으로 진행됨으로 소음을 만들지 않는다. 소음은 대기로 방출되어 별안간에 팽창할 때 발생한다.10 is converted to the operation of the cylinder / piston to express the operation of these rotors are expressed. In this power generator, the exhaust gas is gradually made while rotating the rotor in an enclosed space, as in the expansion process shown in FIG. 10, thereby making no noise. Noise is emitted when it is released into the atmosphere and expands between stars.

한편, 동력 발생기로부터 배출되는 배기가스는, 그 압력이 로우터의 밀폐공간의 팽창에 의하여 동력으로 변환되었으나, 아직도 상당한 고온임으로 얼마간의 열에너지를 지니고 있다. 본 고안에서는 이 열에너지를 기계적 동력으로 변환하기 위하여 앞서 설명한 배기가스 냉각기(30)가 주 엔진(10)의 라디에이터 앞에 배치되고, 동력 발생기의 배기가스 배출구(28)에서 배출되는 배기가스가 상기 냉각기를 경유하여 배기가스 방출 블로우어(40)에 의하여 대기로 방출되도록 되어 있다. 따라서 상기 냉각기를 통과하는 배기가스는 상온 가까이 냉각됨에 의하여 수축 (일부 수증기는 응축) 하게 됨으로 마치 증기 터빈 엔진에서 복수기(Condenser)에 의하여 수증기가 응축되면서 마지막 단의 LP 터빈에서 동력이 발생하는 것처럼 본 동력 발생기(20)의 로우터를 회전시키는 동력이 발생하게 된다.On the other hand, the exhaust gas discharged from the power generator has some heat energy because its pressure is converted to power by expansion of the closed space of the rotor, but is still at a high temperature. In the present invention, in order to convert this thermal energy into mechanical power, the exhaust gas cooler 30 described above is disposed in front of the radiator of the main engine 10, and the exhaust gas discharged from the exhaust gas outlet 28 of the power generator is transferred to the cooler. The exhaust gas is discharged to the atmosphere by the exhaust gas discharge blower 40 via the gas. Therefore, the exhaust gas passing through the cooler is contracted (condensing some water vapor) by cooling near room temperature, so that the steam is condensed by the condenser in the steam turbine engine, and the power is generated in the last stage LP turbine. Power for rotating the rotor of the power generator 20 is generated.

도 12는 본 고안의 동력 발생과정을 열역학적으로 보인 온도-엔트로피 선도이다. 이는 정압배기(Constant Volume Exhaust) 과정인 가솔린 엔진의 오토싸이클 (Otto Cycle)(A-B-C-E-A)보다 정온배기(Constant Temperature Exhaust) 과정에서 운전되는 본 고안 싸이클(A-B-C-D-A)의 면적이 면적 A-E-D-A 만큼 더 넓다. 따라서 본 고안의 열효율이 종래의 엔진의 열효율보다 열역학적으로 더 높은 것이다.12 is a thermo-entropy diagram thermodynamically showing the power generation process of the present invention. The area of the inventive cycle (A-B-C-D-A) operated in the constant temperature exhaust process (A-B-C-E-A) is larger than the area A-E-D-A than the auto cycle (A-B-C-E-A) of the gasoline engine, which is a constant volume exhaust (Constant Volume Exhaust) process. Therefore, the thermal efficiency of the present invention is thermodynamically higher than that of the conventional engine.

본 고안에서의 배압(Back Pressure, 주 엔진에서 배기 밸브가 열릴 때 압력)은 엔진의 주축(크랭크샤프트)과 동력 발생기의 로우터의 회전비에 따라 정해진다. 바꾸어 말하면, 이 주축과의 회전비를 설정함에 따라 본 고안에서의 배압이 종래의 엔진의 배압과 같게 할 수도 있으며, 또 보다 작게도 할 수 있다. 배압을 매우 작게 할 경우 배기 밸브가 열리면서 배기가스가 실린더를 탈출하는 배기소음(팽창파동)의 발생이 예상되나 본 고안에서는 배기 맨니폴드(13)의 내부공간이 종래의 엔진에서와 같이 대기로 개방되어 있지 않기 때문에 배기소음은 대기로 전달되지 않는다.The back pressure (pressure when the exhaust valve is opened in the main engine) in the present invention is determined by the rotation ratio of the main shaft (crankshaft) of the engine and the rotor of the power generator. In other words, by setting the rotation ratio with the main shaft, the back pressure in the present invention can be made equal to the back pressure of a conventional engine, and can also be made smaller. If the back pressure is made very small, exhaust noise (expansion wave) in which the exhaust gas escapes the cylinder is expected as the exhaust valve opens, but in the present invention, the inner space of the exhaust manifold 13 is opened to the atmosphere as in a conventional engine. Because it is not, exhaust noise is not transmitted to the atmosphere.

정온배기 과정에서 운전되는 본 고안은 엔진의 배기소음이 자동적으로 제거될 뿐만이 아니라 엔진의 열효율이 향상되어 국가적으로 에너지 절약에 크게 기여할 수 있는 고안으로 기대된다.The present invention operated in the constant temperature exhaust process is not only automatically remove the exhaust noise of the engine, but also is expected to devise a significant contribution to energy saving nationally by improving the thermal efficiency of the engine.

Claims (1)

정적배기(Constant Volume Exhaust) 과정 및 크랭크/피스톤으로 운전되는 내연기관에,In internal combustion engines driven by the Constant Volume Exhaust process and crank / piston, 싸이클로이드를 기본으로 한 헬리컬(Helical) 스크류 타입인 한 쌍의 암수 로우터들(21,22)에 의하여 상기 로우터들이 회전하면서 반복적으로 체적변화를 하는 밀폐공간(25)을 구현하는 동력 발생기(20)에 동력 출력기어(23)를 구비하고, 이 동력 출력기어가 주 엔진(10)의 주 출력 축(15)에 연결되도록 상기 동력 발생기가 주 엔진에 장착되고, 주 엔진의 라디에이터와 비슷한 배기가스 냉각기(30)와 공지의 가스 블로우어(40)를 구비하고,The power generator 20 implements a closed space 25 in which the rotor rotates repeatedly by a pair of male and female rotors 21 and 22, which are helical screw types based on a cycloid. And a power output gear 23, mounted on the main engine such that the power output gear is connected to the main output shaft 15 of the main engine 10, and an exhaust gas cooler similar to a radiator of the main engine. 30 and a known gas blower 40, 주 엔진(10)의 배기가스가 맨니폴드(13)에서 촉매 컨버터(14)를 경유하고 상기 동력발생기의 배기가스 입구(27)에 진입하여, 다음 이 동력 발생기에서 로우터의 밀폐공간(25)에 의하여 점진적으로 팽창되고, 다음 배기가스 배출구(28)에서 상기 배기가스 냉각기(30)로 진입하면서 냉각되고, 상기 가스 블로우어(40)에 의하여 대기로 방출되도록 하여,The exhaust gas of the main engine 10 enters the exhaust gas inlet 27 of the power generator via the catalytic converter 14 in the manifold 13 and then enters the confined space 25 of the rotor in this power generator. Thereby gradually expanding, being cooled as it enters the exhaust gas cooler 30 at the next exhaust gas outlet 28 and discharged to the atmosphere by the gas blower 40, 주 엔진(10)의 배기가스가 지닌 압력/열에너지를 모두 기계적 동력으로 변환하고, 배기소음도 제거한, 열역학적으로 정온배기 과정(Constant Temperature Exhaust Processing)에서 작동하는 정온배기 엔진.A constant temperature exhaust engine operating in a thermodynamic constant temperature exhaust process, which converts all the pressure / heat energy of the exhaust gas of the main engine 10 into mechanical power and removes exhaust noise.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100440496B1 (en) * 2001-01-19 2004-07-15 양기와 Constant Temperature Exhaust Rotary Engine

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