KR200259607Y1 - 로터리 방식 수소내연기관 - Google Patents

Abstract

본 고안은 폭발력을 직선운동이 아니고 곧바로 회전운동이 가능하도록 한 로터리방식 수소내연기관으로써, 구체적으로는 실린더의 외측의 회전자 양측에 구비된 폭발실에 공기와 연료가 혼합된 혼합기를 피스톤의 압축에 의해 공급하여 크랭크샤프트에 고정되어 회전되는 회전자에 폭발력이 전달되도록 하여 원운동이 되므로, 적은 에너지로 고효율의 동력을 얻을 수 있는 로터리방식 수소내연기관에 관한 것이다.

본 고안의 크랭크샤프트에 배설된 1쌍의 컨넥팅로드의 단부에 고정된 2개의 피스톤이 실린더 블록의 실린더로 공급되는 공기를 압축하여 회전자 양측에 구비된 폭발실에 공급하여 수소분사장치에 의해 분사되는 수소와 혼합되어 플러그에 의해 폭발이 이루어져 상기 크랭크샤프트에 고정되어 회동되는 회전자에 폭발력이 전달되어 즉시 회전운동으로 변환되는 구성으로 이루어진 것이다.

이의 구성에 의해 크랭크샤프트의 1회전에 실린더의 수에 상응하는 폭발이 가능하여 강력한 동력을 얻을 수 있게 되는 것이다.

Description

로터리 방식 수소내연기관{Hydrogen Internal-combustion engine of rotary tape}

본 고안은 직선 왕복운동을 곧바로 회전운동으로 전환시켜 실린더의 수만큼 연속적인 폭발이 이루어지도록 한 로터리방식 수소내연기관에 관한 것으로서, 구체적으로는 실린더에 공급되는 공기를 피스톤의 압축에 의해 회전자의 양측에 구비된 폭발실에 공급하여 플러그에 의해 폭발이 이루어지도록 하여 크랭크샤프트에 고정된 회전자에 폭발력이 전달되어 회전운동이 이루어지도록 하여 적은 에너지로 고효율의 동력을 얻을 수 있는 로터리방식 수소내연기관에 관한 것이다.

일반적으로 널리 이용되고 있는 내연기관은 실린더에 공급되는 혼합기를 피스톤의 압축에 의해서 실린더 내부에서 폭발이 이루어지는 것으로서, 4행정식의 경우에 크랭크축이 2회전에 1회 폭발이 이루어지며 2행정식의 경우에는 1회전에 1회의 폭발이 이루어지는 구성으로 이루어진 것이다.

이는 실린더에서 이루어지는 강한 폭발이 이루어지고, 또 실린더 내벽과 피스톤의 마찰로 인하여 마모가 발생하게되고, 이로 인하여 엔진수명이 단축되고 연료가 누출되는 현상이 발생되는 것이다.

또한 폭발시에 피스톤을 밀어내고 크랭크에 전달되어 회전운동으로 전환되는 방식은 피스톤축과 크랭크축이 어느 정도 일직선을 이룰 때가 있기 때문에 폭발이 충격으로 전달되어 심한 진동이 발생하고, 또 다시 왕복 역행하여 관성으로 인한 힘의 낭비를 초래하게 되는 것이다.

본 고안은 기존의 가솔린이나 디젤엔진과는 전혀 다른 개념의 엔진을 제안하기 위한 것으로서, 본 고안은 폭발실을 실린더 외부 즉 회전자 양측에 설치하여 폭발압력이 피스톤에 미치지 않도록 하며 폭발압력을 회전자에 바로 전달하여 엔진의 충격진동이 없는 로터리방식 수소내연기관을 제공하는데 있다.

본 고안의 다른 목적은 1회전에 다수회 폭발로 강력한 회전동력을 얻을 수 있는 로터리방식 수소내연기관을 제공하는데 있다.

본 고안의 또 다른 목적은 폭발실에 직접 수소를 분사하여 예민한 수소가스를 안전하게 폭발 연소시켜 무공해 기관인 로터리방식 수소내연기관을 제공하는데 있다.

본 고안의 또 다른 목적은 부품을 최소화하여 제작이 용이하고 무정비가 가능한 로터리방식 수소내연기관을 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 고안의 전체적인 구성은 크랭크샤프트에 배설된 컨넥팅로드의 단부에 고정된 피스톤이 실린더 블록의 실린더로 공급되는 공기를 압축하여 실린더 외측의 회전자 양측에 구비된 폭발실에 공급하여 수소분사장치에 의해 분사되는 수소와 혼합된 혼합기가 플러그에 의해 폭발되어 상기 크랭크 샤프트에 고정되어 회동되는 회전자에 폭발력이 직접 전달되도록 구성된 것이다.

특히 폭발실을 회전자의 양측에 구비함으로써 폭발력이 측압으로 되지 않고 회전 진행되도록 구성된 것이다.

이하 본 고안의 전체적인 구성상태 및 이로부터 얻게되는 특유의 효과 등에대하여 첨부도면을 이용하여 상세히 설명하면 하기와 같다.

도 1은 본 고안의 전체적인 구성상태를 예시한 분해사시도

도 2는 본 고안의 종단면도

도 3은 피스톤의 작동상태를 예시한 정면도

도 4는 회전자의 폭발상태를 예시한 단면도

도 5는 밸브개폐수단의 구성상태를 예시한 정면도

도 6 (a) (b)는 압축 및 흡입밸브의 작동상태를 예시한 단면도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1…크랭크샤프트 3…날개편 4…요홈 5…회전자

6…헤드부 7…컨넥팅 로드 10…피스톤 11…실린더

13…폭발실 15…실린더 블록 16…편심캠 17…압축밸브

18…흡입밸브 19…흡입구 20…밸브개폐수단

25…실린더블럭

도 1은 본 고안의 전체적인 구성상태를 예시한 분해사시도이고, 도 2는 본 고안의 종단면도, 도 3은 피스톤의 작동상태를 예시한 정면도, 도 4는 회전자의 폭발상태를 예시한 단면도, 도 5는 밸브개폐수단의 구성상태를 예시한 정면도, 도 6 (a) (b)는 압축 및 흡입밸브의 작동상태를 예시한 단면도이다.

동 도면에 예시되어 있는 바와 같이, 본 고안은 크랭크샤프트(1)의 중심부위에 고정되어 회전하면서 연속폭발을 행하는 회전자(5)와, 상기 크랭크샤프트(1)의 회전에 따라 각기 다른 상/하 운동을 하는 피스톤(10)과, 이 피스톤(10)의 상/하 운동에 의해 이에 공급되는 공기를 압축하여 외측의 폭발실(13)로 공급하는 실린더(11)가 구비된 실린더 블럭(15)과 실린더(11)내의 혼합기를 자동적으로 공급 및 차단하는 밸브를 개폐하는 밸브개폐수단(20)과 수소를 폭발실(13)에 직접 분사하여 실린더(11)에서 공급되는 공기와 혼합되도록 하는 수소분사장치(19a)가 구비한 실린더 커버(25)로 구성된 것이다.

상기 회전자(5)는 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 내열성, 내구성 및 내충격성이 강한 재질인 세라믹, 니켈, 코발트, 중석 등의 원료를 이용하여 성형하게 되는 것으로서, 이의 구성은 지름의 1/10의 두께를 갖는 원반형상으로서, 후술하는 폭발실(13)과 접촉되면서 폭발이 이루어지도록 3/8정도의 개구된 날개편(3)을 형성하고 그 밖의 5/8는 완전 폐쇄된 구성으로 이루어진 것으로, 상기 폐쇄된 부분은회전시 균형(얼라이먼트)을 위해 중공형 구조로 성형한 것이다.

상기 날개편(3)은 회전방향으로 팽출된 반달형상으로서 내측으로 유동되는 혼합기의 폭발시 날개편(3)에 강력한 동력을 부여하여 회전자(5)에 전달토록 한 것이다.

그리고 내주면에는 방사형의 요홈(4)을 형성하여 이에 공급되는 엔진오일이 원활하게 유동되도록 한 구성으로 이루어진 것이다.

상기 회전자(5)의 외측에 장착되는 피스톤(10)은 외부에서 실린더(11)에 공급되는 공기를 압축하여 내측의 폭발실(13)에 공급하는 역할만을 수행하는 것으로서, 이는 직방형체의 헤드부(6)와 컨넥팅 로드(7)를 결합하고 상기 컨넥팅 로드(7)의 단부를 크랭크샤프트(1)에 외삽되는 베어링에 의해 원활한 작동이 이루어지는 것이다.

상기 피스톤(10)이 내설되는 실린더 블럭(15)의 구성은 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 공기를 공급하여 피스톤(10)으로 압축하는 실린더(11)와, 압축된 공기를 공급받는 폭발실(13)이 일체로 형성된 구성으로 이루어진 것이다.

이와 같이 폭발실(13)을 실린더(11)와 별개로 회전자(5)의 양측에 마련함으로써 폭발시 균형이 이루며, 또 실린더(11)내에서 폭발이 이루어지지 않으므로 피스톤(10)에 충격에 의한 진동이 발생되지 않아 엔진의 수명을 길게 연장할 수 있으며 실린더의 크기를 임의로 설계할 수 있는 것이다.

또한 개구된 실린더 블럭(15)을 폐쇄하는 실린더 덮개(25)는 도 1 및 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 혼합기를 상기 실린더(11)에 공급하고 피스톤(10)에 의해 압축된 공기를 폭발실(13)에 공급하는 밸브개폐수단(20)과 연료인 수소를 폭발실(13)에 직접 분사하는 수소분사장치(19a)와 폭발실(13)의 혼합기에 점화하여 폭발시키기 위한 플러그(P) 및 폭발된 혼합기를 외부로 배출시키기 위한 배출구(21)가 일체로 구비된 것이다.

상기의 밸브개폐수단(20)은 도 5 및 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 실린더 블럭(15)의 외측으로 연장된 크랭크샤프트(1)에 고정 장착된 편심캠(16)에 의해서 상호 유기적으로 작동하게 되는 것으로서, 실린더(11)에 공기를 공급하고 또 폭발실(13)에 직접 수소를 분사하기 위한 수소분사장치(19a)가 내설된 흡입관(19)이 외측으로 연장되어있는 구성으로 이루어진 것이다.

또 상기 편심캠(16)은 크랭크 샤프트(1)에 고정되어 회전되는 것으로서, 이의 형상은 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 반경을 달리하는 부채형으로서, 이의 외주면에는 각 실린더 커버(25)에 내설된 압축밸브(17)와 흡입밸브(18)를 연결한 와이어(W)의 단부에 로울러(R)를 고정하여 면 접촉이 이루어지도록 한 것이다.

압축 및 흡입밸브(17,18)의 개폐는 편심캠(16)의 구동과 이의 구동에 의해 탄성작용을 하는 코일스프링(S)의 탄성에 의해 유기적으로 작용하게 되는 것으로서, 이러한 구성에 의해 밸브를 개폐하기 위한 밸브기어 등을 설치하지 않아도 자연적으로 밸브의 개폐가 이루어지는 것이다.

상술한 바와 같이 구성된 본 고안의 작동상태를 살펴보면, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 크랭크샤프트(1)가 회전하면서 이에 부설되어 있는 회전자(5)와 피스톤(10) 및 편심캠(16)이 동시에 회전을 시작하게 되는 것이다.

이때 어느 하나의 피스톤(10)이 실린더(11)의 상사점에 도달하면 내부에 충만 되어 있던 공기가 상부로 이동하는 동안 편심캠(16)에 의해 압축밸브(17)가 개방되면서 폭발실(13)에 압축된 공기가 공급되어 팽창하게되고 다른 실린더는 흡입밸브(18)의 개방이 시작되어 실린더(11)에 공기를 유입하게 되는 것이다.

상기 압축밸브(17)가 개방되면서 폭발실(13)에 압축공기가 공급됨과 동시에 수소분사장치(19a)에서 수소가 폭발실(13)에 분사되어 공기와 수소가 혼합된 혼합기를 형성하게되는 것이다.

이때 회전자(5)를 구성하고 있는 날개편(3)이 폭발실(13)과 당접되는 즉시 상부의 플러그(P)에 의해서 회전자(5)의 양측에서 폭발이 이루어지면서 회전자(5)의 밀폐된 부분을 밀어내어 회전자(5)에 동력이 전달되어 회전하게되고 연소된 연료는 회전하면서 배기구(21)로 자연 배출되는 것이다.

4개의 실린더를 구비하고 있어 크랭크샤프트(1)가 1회전하는 동안에 회전자(5)에 의해서 4번의 강력한 폭발이 이루어지므로 그만큼 강력한 동력을 회전자(5)에 전달할 수 있게 되는 것이다.

이와 같이 크랭크샤프트(1)가 1회전당 실린더(11)의 수에 상응하는 연속폭발이 이루어짐으로써 회전자(5)에 강력한 동력을 전달할 수 있게 되는 것이다.

별도의 폭발실(13)과 회전자(5)의 구조에 의한 회전운동이 가능하고 연속폭발이 이루어지므로 이에 사용되는 가장 이상적인 연료는 연소속도가 빠르고 폭발력이 강한 수소원료를 사용하여도 이의 연소에는 하등의 지장이 없게 되는 것이다.

회전자 양측이 좁고 긴 폭발실 전체에 화염이 도달하기 위해서는 희박한 상태에서도 연소가 잘 이루어지며 연소속도가 빠른 수소가 적당하다.

상술한 바와 같이 본 고안은 양측에 대칭으로 크랭크샤프트에 배설된 피스톤이 각기 동시 운동을 행하여 실린더내의 연료를 압축하여 실린더 외부의 회전자 양측에 구비된 폭발실에 공급하여 회전자가 회전하면서 연속폭발을 행하여 강력한 회전동력을 얻을 수 있으며, 폭발실을 실린더의 외부에 별도로 마련하여 폭발이 이루어지도록 하여 직선운동이 아니고 곧바로 회전운동으로 이루어지며, 더욱이 충격진동으로 소모되는 에너지를 회전운동으로 흡수하여 효과적이며, 폭발력이 낭비 없이 회전운동으로 만 전달된다.

또 폭발실을 별도로 구성하므로 수소를 연소시키는데 조기착화나 역화를 방지할 수 있다.

또한 이산화탄소의 배출문제를 해결하고 자연 친화적인 무공해 효과가 있으며, 기관이 전체적으로 적은 체적이며 부품이 줄어들어 운송기관에 탑재하기 쉽고 정비가 용이하며, 고출력으로 당체적에 비교하여 기존 내연기관의 3배 이상이 기대된다.

Claims (5)

1. 크랭크샤프트에 배설된 1쌍의 컨넥팅로드의 단부에 고정된 2개의 피스톤이 실린더 블록의 실린더로 공급되는 공기를 압축하여 회전자 양측에 구비된 폭발실에 공급하여 수소분사장치에 의해 분사되는 수소와 혼합되어 플러그에 의해 폭발이 이루어져 상기 크랭크샤프트에 고정되어 회동되는 회전자에 폭발력이 전달되어 즉시 회전운동으로 변환되는 로터리방식 수소내연기관.
2. 제1항에 있어서, 상기 실린더 블록은 실린더와는 별도로 폭발실을 양측에 구비된 구조로 이루어진 로터리방식 수소내연기관.
3. 제1항에 있어서, 상기 회전자는 일정부위에 회전방향으로 팽출된 반달형상의 날개편이 형성되며 폭발실에 압력을 유지하도록 밀폐수단을 가진 회전자로 내주면에 오일의 유동을 위한 요홈이 형성되어 크랭크샤프트의 중앙에 고정되어 폭발실에 충만된 혼합기를 연속적으로 폭발시키는 것을 특징으로 하는 로터리방식 수소내연기관.
4. 제1항에 있어서, 상기 피스톤의 헤드부는 직방형체로서 컨넷팅 로드에 의해 크랭크샤프트에 고정되어 실린더 내부를 왕복운동하면서 공기를 압축하여 폭발실로 공급하는 것을 특징으로 하는 로터리방식 수소내연기관.
5. 제1항에 있어서, 상기 밸브개폐수단은 크랭크샤프트에 고정된 편심캠과 밸브실에 설치된 압축 및 흡입밸브를 와이어를 게재하여 연결하고, 와이어의 단부에 고정된 로울러를 상기 편심캠과 면 접촉시켜 이의 회동에 의해서 압축, 배기밸브가 개/폐는 구성으로 이루어진 로터리방식 수소내연기관.