KR20070099240A - Rotary engine - Google Patents
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Abstract
Description
[도 1] 1,2,3.시린더 부록 4,5.회전 피스톤 날개 6.베어링 7,8.타이밍기어[Fig. 1] 1,2,3.
9,10.회전 피스톤 11.수소 혼합 가스 흡입구 12.냉각수 통로 9,10.Rotating piston 11.Hydrogen mixed gas inlet 12.Cooling water passage
[도 2] 1.수소 혼합 가스 흡입구 2.오일링 압축 누설 방지링[Figure 2] 1. Hydrogen mixed
3,4.냉각 오일 순환 통로 3,4.cooling oil circulation passage
[도 3] 1,2.회전 피스톤 3.점화 플러그 4.시린더 부록 5.회전 피스톤 축[Fig. 3] 1,2.Rotating piston 3.Ignition plug 4.Cylinder appendix 5.Rotary piston shaft
6. 시린더 잔류가스 배기구 7.수소 혼합 가스 흡입구 6. Cylinder residual
8.연소 가스 배기구 9,10.회전 피스톤 날개 8.
[도 4] 1.일반 피스톤 왕복식 기관 힘의 작용도 2.반켈 기관 힘의 작용도[Figure 4] 1. Action of general piston reciprocating
3.본 발명한 회전 피스톤 기관 힘의 작용도 3.Working degree of the rotary piston engine force of the present invention
[도 5] 1.에어크리너 2.과급기(압축기) 3.압력 조정 벨브 4.냉각기[Fig. 5] 1.
5.전자개패기 6.연료분사노즐 7.기관(엔진) 5.
[도6-1] 1.수소 혼합 가스 흡입구6-1] Hydrogen mixed gas intake port
2.연소가스 배기구 2.Combustion gas exhaust
3.배기 잔류가스 배기구 3.Exhaust residual gas exhaust port
[도6-2] 수소 혼합 가스 흡입 점화 플러그 점화 직전6-2] Hydrogen Mixed Gas Suction Spark Plug Just Before Ignition
[도6-3] 수소가스 흡입구 닫힘 후 플러그 점화 폭발 쌍방 회전 피스톤 밀어내기[Fig. 6-3] Extrusion of both ignition plugs after the hydrogen gas inlet is closed
[도6-4] 쌍방 피스톤 계속 밀어내기 과정6-4] Two-way piston continual extrusion process
[도6-5] 쌍방 피스톤 계속 밀어내기 과정6-5] Two-way piston continuous extrusion process
[도6-6] 쌍방 피스톤 계속 밀어내기 과정6-6] Two-way piston continuous extrusion process
[도6-7] 쌍방 피스톤 계속 밀어내기 마지막 과정6-7] The final process of pushing the two-way piston
[도6-8] 시린더내 연소 잔류 가스 밀어내기 마지막 과정6-8. Final process of extinguishing combustion residual gas in cylinder
[도 7] 1.A회전피스톤 평면도 2.회전피스톤 정면 단면도 3.회전피스톤 우측면도Fig. 7 1.A rotating piston plan view 2.Rotary piston front cross section 3.Rotary piston right side view
4.회전피스톤 저면도 4.Rotary piston bottom view
[도 8] 1.B회전피스톤 평면도 2.회전피스톤 정면 단면도 3.우측 저면도8 Fig. 1.B rotating piston plan view 2.Rotary piston front cross section 3.Right bottom view
4. 저면도 4. Bottom view
[도 9] 1.회전 피스톤 평면도 2.정면 단면도 3.우측면도Fig. 9 1. Rotating piston
[도 10] 1,2.수소혼합가스흡입구 3,6.시린더 부록 4.기관냉각수 통로10. 1,2. Hydrogen mixed
5.오일 압축 누설 방지링 5. Oil compression leakage ring
[도면 주요 부분에 대한 설명][Description of main parts of drawing]
회전 피스톤 기관은 한 쌍의 회전 피스톤이 타이밍 기어 축에 맞물려 기관 하우징 내를 회전하게 되는데 회전 피스톤에는 돌출부분 날개가 달려 있다.(도 3 - 7.8 )Rotating piston engines have a pair of rotary pistons engaged in the timing gear shaft to rotate within the engine housing, with the protruding vanes attached (Fig. 3-7.8).
회전 피스톤 기관 하우징 내를 360도 회전하며 A회전 피스톤 B회전 피스톤 날개가 접히게 된다. 이때 서로의 날개가 충돌 마찰을 피하기 위해서 제작 당시 정밀 가공 되어야 하며 날개와 날개 사이에 일정 간극을 두어 제작되어야 한다. 오랜 시간 기관을 운전 하게 되면 타이밍 기어 마모가 진행되어 회전 피스톤 날개와 날개 간극이 줄어들고 날개와 날개 마찰이 발생하게 된다. 그러나 발생되는 마찰은 중량의 하중이 실린 마찰이 아니라 피스톤 날개와 날개를 서로 스치는 마찰이므로 기관 운전상에는 아무런 지장을 받지 아니한다. 스치는 마찰이 발생되면 기관 시린더의 밀폐효과는 더욱 좋아진다. 단 타이밍 기어 금속 재질은 마모성이 거의 없는 금속재질이어야 하며 피스톤 A,B날개의 금속 재질은 서로 다르면 더욱 좋다.The rotating piston engine rotates 360 degrees and the A rotating piston and the B rotating piston blades are folded. At this time, the wings of each other should be precisely processed at the time of manufacture to avoid collision friction and should be manufactured with a certain gap between the wings and wings. If the engine is operated for a long time, the timing gear wear will progress, reducing the blade gap between the rotating piston blade and the blade friction. However, the friction generated is not friction with heavy loads, but friction with the piston blades and the blades. When friction occurs, the sealing effect of the engine cylinder becomes better. However, the timing gear metal should be made of metal with little abrasion. It is better if the metals of the pistons A and B are different from each other.
[문헌1] 피스톤 왕복식 내연 기관 일반 원리[Document 1] General principle of piston reciprocating internal combustion engine
[문헌2] Felix Wankel이 개발한 반켈 로타리 기관[2] Vankel Rotary Institution, developed by Felix Wankel
본 발명한 회전식 피스톤 기관은 왕복 피스톤 기관 4행정 2기통에 해당하는 그 이상의 출력과 성능을 가진 기관이다. 피스톤 왕복식 기관에서는 흡입 압축 폭발 배기 과정을 크랭크 샤후트가 2회전 할 때마다 이루어지며 그 과정에서 1회 폭발력이 발생된다 그러나 회전 피스톤 기관에서는 회전 피스톤이 1회전에 1회폭발력이 발생되므로 한쌍의 피스톤이 1회전하면 2회 폭발력을 얻으므로 왕복식 4행정 4기통에 행당하는 성능과 그 이상의 출력을 낼 수 있으며 구조가 간단하고 크기가 작아 제작비가 작게든다. 본 발명의 중요 목적은 기관 구조상의 마찰을 최대한 줄이는데 목적을 두었다The rotary piston engine of the present invention is an engine having more power and performance corresponding to a four-stroke two-cylinder reciprocating piston engine. In the piston reciprocating engine, the suction compression explosion exhaust process is performed every two revolutions of the crankshaft, and in the process, one explosion force is generated. When the piston rotates once, it gets twice the explosive power, so it can produce more performance than the reciprocating four-stroke four-cylinder and its output is simple. An important object of the present invention is to reduce friction in the engine structure as much as possible.
수소가스는 공기 중에서 고압 고열이 발생되면 불꽃 점화 없이 자연 폭발하는 성질이 있고 공기중에서 확산이 극히 빠른 가스로서 취급함이 어렵다 수소가스를 에너지원으로 동력을 얻기 위하여 왕복식 내연기관에 적용 연구 개발하였으나 기관 구조상 문제점이 많아 현재까지 발명 실용화 되지 못한 실정이다.Hydrogen gas has the property of spontaneously exploding without the ignition of sparks when high pressure and high heat is generated in the air, and it is difficult to handle it as a gas that is extremely diffused in the air. There are a lot of problems in the structure of the engine has not been put to practical use so far.
(수소가스 연료전지 자동차 실용화 시초 단계) 수소가스를 왕복형 피스톤 기관에 적용 흡입 압축되는 과정에서 자연 폭발이 발생되므로 크랭크 샤후트가 역회전 하고 흡입과정의 부품들이 파손된다 반면 시린더의 압축 압력을 적정 수준 낮추어 기관을 작동시키면 출력이 약해져 경제성이 없다 본 발명한 피스톤 회전식 기관은 상기 문제점들을 전면 해소한 기관으로서 수소 혼합 가스를 압축과정이 낮은 저압 기관으로 동력을 발생시키는 구조가 간단하고 효율이 높은 기관이다 회전식 기관에서는 한쌍의 회전식 피스톤이 기관 하우징 내를 360° 회전하면서 동력을 발생시키는데 왕복형 기관과는 달리 회전 피스톤이 시린더의 최초 폭발 압력을 직접 회전력으로 이어지며 쌍방 회전 피스톤을 밀어 내도록 설계된 기관이다 시린더의 최초 폭발 압력은 시린더의 용적이 가장 작은 상태에서 가장 압력이 높다 시린더의 용적이 커진다는 것은 시린더의 압력이 떨어진다는 이론이다 그러므로 시린더의 용적이 커지고 압력이 떨어지기 전에 얼마나 빨리 시린더의 높은 압력을 효율이 높은 기계적 장치를 이용 강한 회전력을 얻어내느냐가 가장 중요하다 피스톤 왕복식 기관은 시린더 상사점에서 강한 폭발 압력이 발생되지만 피스톤 콘롯드 크랭크 샤후 트의 각이 수직에서부터 회전력이 시작되기 때문에 폭발 시초부터 강한 힘을 낼 수 없다 (도4-1)Hydrogen gas is applied to the reciprocating piston engine. Since natural explosion occurs during the suction compression process, the crankshaft reverses and the components in the suction process are damaged. When the engine is operated by lowering the proper level, the output is weak and economical. The piston rotary engine of the present invention solves all the above problems, and the structure for generating power of the hydrogen mixed gas to a low pressure engine having a low compression process is simple and high efficiency. In rotary engines, a pair of rotary pistons generate power by rotating 360 ° in the engine housing. Unlike reciprocating engines, the rotary piston is designed to push the bi-directional pistons directly into the cylinder's initial explosion pressure. The first explosion pressure in a cylinder The highest pressure in the smallest volume of the cylinder The larger the volume of the cylinder, the lower the pressure in the cylinder. It is of utmost importance to obtain a strong torque using this high mechanical device. Can not exert a strong force (Fig. 4-1)
피스톤 콘롯트 크랭크 샤후트가 수직각을 벋어나 회전각이 커지고 강한 힘을 낼수 있는 조건이 이루어지는 시점에서는 시린더의 압력은 떨어지고 피스톤이 하사점을 도달하기 전에 배기 발브를 열기 시작하여 시린더의 압을 배출 시키므로 기관구동력은 빠르게 약해진다. 그러나 피스톤 회전식 기관에서는 시린더의 위치가 왕복식 기관처럼 수직에서부터 회전력이 시작되는 것이 아니다 A회전 피스톤B회전 피스톤 각각의 중심에서 45°각이 서로 만나는 90° 근접각이 피스톤 왕복식 기관보다 빨리 형성되여 폭발 시초부터 쌍방 피스톤을 밀어내는 강한 회전력으로 이어진다. 반켈 기관에서는 폭발 구동력은 회전체의 직각으로 작용하여 폭발실 중심점 하단에 방해가 되는 힘으로 작용한다. (도 4-2)At the point where the piston cone crankshaft moves away from the vertical angle and the rotational angle increases and a strong force can be achieved, the pressure of the cylinder drops and begins to open the exhaust valve before the piston reaches the bottom dead center to reduce the pressure of the cylinder The engine drive power is quickly weakened by exhausting. However, in a piston rotary engine, the position of the cylinder does not start from the vertical as in the reciprocating engine. This leads to a strong turning force that pushes both pistons from the beginning of the explosion. In the Vankel engine, the explosive driving force acts as a right angle to the rotor, which acts as a disturbing force under the center of the explosion chamber. (Figure 4-2)
그러나 본 발명은 폭발의 힘이 기관 회전 방향으로 전량 작용하여 동력 토로크의 효율이 높아 탁월한 연료절감 효과와 기관 효율성이 가장 큰 것이다.(도 4-3)However, in the present invention, the force of the explosion acts in the engine rotational direction so that the efficiency of the power torque is high.
왕복식 기관과 회전 피스톤 기관의 구조를 살펴보면 왕복식 기관, 회전 피스톤 기관 모두 시린더의 폭발압이 같다고 볼 때 왕복식 기관 에서는 피스톤 자체의 중심축이 없이 시린더 내를 상하 운동을 하기 때문에 시린더의 내벽과 피스톤의 외벽 마찰 피스톤링의 시린더 내벽쪽으로 팽창 마찰 피스톤 하사점에서 상사점으로 복귀 크랭크 샤후트 캠샤후트 후라이휠 구동 에너지 손실등 기관 최초의 폭발력이 대부분 무효 에너지 손실로 빠진다. 4행정 왕복 피스톤 기관에서는 이러한 문제점들을 안고 크랭크 샤후트가 2회 반복되는 과정에서 1회 폭발력을 얻는다. 실제 유 효 구동력은 최초 폭발력의 25%미만 이라고 한다. 회전 피스톤 기관에서는 왕복식 기관 부품들이 필요 없으므로 그에 따른 에너지 손실이 없다 기관 구조상 강한 힘을 낼 수 있다Looking at the structure of the reciprocating engine and the rotary piston engine, considering that both the reciprocating engine and the rotating piston engine have the same explosion pressure, the reciprocating engine moves up and down inside the cylinder without the central axis of the piston itself. The inner wall of the piston and the outer wall of the piston return to the top dead center of the expansion friction piston from the bottom dead center to the cylinder inner wall of the piston ring. The four-stroke reciprocating piston engine suffers from these problems and gains one explosion in the course of two repeated crankshafts. The actual effective driving force is said to be less than 25% of the initial explosive force. Rotary piston engines do not require reciprocating engine parts, so there is no energy loss.
회전 피스톤 장점은 다음과 같다Rotary piston advantages are as follows
1. 반동 저항이 없는 회전 피스톤이다1. It is a rotary piston without rebound resistance
2. 부품수가 적다2. Small number of parts
3. 마찰 손실이 적다3 low friction loss
4. 흡입 배기 발브가 없다4. No suction exhaust valve
5. 회전 피스톤 오일 냉각 방식이다5 rotary piston oil cooling system
6. 후라이 휠이 없다 회전 피스톤 + 타이밍 기어가 대신한다.6 no fly wheel rotating piston + timing gear.
7. 압축 과정이 저압이므로 최저 저속이 용이하다7. Low pressure is easy because the compression process is low pressure
8. 회전 피스톤 축이 베어링이다8. The rotating piston shaft is bearing
9. 시린더내 연소가스 100% 배기 된다9. 100% exhaust gas from cylinder
10. 기관 진동이 없다10. No organ vibration
회전 피스톤 기관의 단점Disadvantages of Rotating Piston Engines
1. 회전 피스톤 날개 부분의 접히는 부분에 마찰을 줄이기 위한 탄소 농축 코팅1.Carbon-enriched coating to reduce friction on the folding part of the rotary piston wing
2. 회전 피스톤 정밀 가공2. Rotating piston precision machining
본 회전 피스톤 기관에서는 압축 과정이 과급기에 의해 시린더 밖에서 미리 압축시켜 밀도가 높은 상태로 변환 시킨 다음 시린더에 공급하는 방식으로 되어있 다.In this rotary piston engine, the compression process is pre-compressed outside the cylinder by a supercharger, converted to a high density state, and then supplied to the cylinder.
주로 디젤 기관에서 이용되는 방법이었으나 최근에는 가소린 기관에서도 일반화되고 있다 과급기에서 압축된 공기를 시린더에 공급하기전 과급공기 냉각기를 통과 냉각 시키면 최적 효율을 더욱 높 일수 있다 과급기에 의해 압축된 공기는 온도가 상당히 높기 때문에 시린더에 공급하기 전에 냉각수나 외부공기로 냉각시킨 다음 시린더에 공급한다. 이렇게 하면 충진 효율이 더욱 개선되고 출력 증대에도 효과가 크다.It was mainly used in diesel engines, but recently, it is also common in gasoline engines. The optimum efficiency can be further increased by cooling the compressed air through the supercharged air cooler before supplying the compressed air to the cylinder. Since the temperature is so high, cool it with coolant or external air before supplying it to the cylinder and then to the cylinder. This further improves filling efficiency and is effective in increasing output.
과급공기의 냉각 장점은 다음과 같다The cooling advantages of the charge air are:
1. 최적 효율을 높인다.1. Increase the optimum efficiency.
2. 다른 조건이 같은 경우 공기의 온도가 낮으면 낮을수록 시린더에 공급되는 공기의 질량은 증가한다. 즉 최적 효율이 증가 한다.2. In other cases, the lower the air temperature, the higher the mass of the air supplied to the cylinder. In other words, the optimum efficiency increases.
3. 시린더 내의 열 부하를 감소시킨다.(시린더 냉각 효과)3. Reduce the heat load in the cylinder (cylinder cooling effect).
4. 충진 효율을 개선한다.4. Improve filling efficiency.
5. 녹킹을 방지한다.5. Prevent knocking.
수소가스를 전기에너지로 변환시켜 전기 모터 구동력을 얻는 수소가스(연료전지 자동차)가 개발되어 현제 실용화 시초 단계이다 수소를 얻기 위해서 물을 전기 분해하여야 하고 전기 분해하는 과정에서 전력소비가 많이 들고 제작비가 많이 들어 경제성이 떨어진다(수소자동차고가이다)Hydrogen gas (fuel cell car) that converts hydrogen gas into electric energy to get electric motor driving power has been developed and is in the beginning stage of practical use. To obtain hydrogen, water has to be electrolyzed. Poor economical due to a lot (high price of hydrogen car)
본 발명은 수소가스를 폭발에너지로 변환시켜 수소연료전지 자동차 기관보다 더 강한 동력을 얻고자 종래의 왕복식 기관이 아닌 새로운 회전식 피스톤 기관에 수소 가스를 연료로 하여 성능이 우수하고 제작비가 적게드는 기관을 제작하고자 함에 있다The present invention converts hydrogen gas into explosive energy and obtains more power than a hydrogen fuel cell automobile engine, and uses a new rotary piston engine instead of a conventional reciprocating engine to produce hydrogen gas as a fuel. To produce
본 발명은 한 쌍의 회전 피스톤과 한 쌍의 기어 축에 맞물려 기관 하우징 내를 360° 회전하면서 흡입, 압축, 폭발, 배기과정을 반복하면서 연속적으로 동력을 발생시키는 구조가 간단하면서 성능이 우수한(수소가스)(순수가소린)내연기관이다The present invention is simple and excellent in performance (hydrogen) while generating a continuous power while repeating the suction, compression, explosion, and exhaust processes while engaging the pair of rotary pistons and the pair of gear shafts by rotating the inside of the engine housing 360 °. Gas) (pure water) is an internal combustion engine
왕복 피스톤 기관에서는 1기통 1시린더 안에서 흡입 압축 폭발 배기 과정이 이루어져 시린더 내부는 항상 온도가 상당이 높다 특히 흡입 압축과정에서는 시린더 내의 온도는 급상승하고 피스톤이 상사점 도달 시린더의 압축열은 무려 500도에 이르게 된다 착화점이 낮은 수소가스나 순수 가소린 등은 피스톤이 상사점 도달전자발화현상이 발생되어 크랭크가 역회전하게 되고 흡입 과정에서의 부품들이 파손된다. 이러한 문제점들이 발생되어 왕복형 피스톤 기관에서는 수소가스나 순수가소린을 연료로 사용함이 적합지 못하다 그러나 본 회전 피스톤 기관에서는 피스톤 왕복식 기관에서 발생되는 시린더 내의 고열을 방지 해소하기 위해서 기관의 흡입 압축 과정을 과급기에 의해 시린더 밖에서 압축시켜 압축 과정에서 발생된 높은 열을 냉각기를 거쳐 냉각시킨 다음 밀도가 높은 상태로 변환시켜 연소실에 공급하는 방식으로 되어 있다 이렇게 하면 시린더에 열 부하를 감소시키고 시린더 냉각 효과가 클 뿐만이 아니라 흡입된 공기의 질량도 증가하고 출력 증대에도 효과가 크다 즉 회전 피스톤 기관 연소실에 공급되는 공기의 질량은 압축온도 연소실에 공급되는 혼합기체는 온도가 높지 않아 자발화 현상이 발생 될 수 없다 또한 과급기에서 공기압은 자동 조절 된다. 왕복식 기관과는 달리 회전 피스톤 기관의 효율성이 높아 수소 가스 자동차 기관으로 적합하다.In the reciprocating piston engine, the inside of the cylinder is always very hot due to the suction compression explosion and exhaust process in one cylinder and one cylinder. Especially during the suction compression process, the temperature inside the cylinder rises rapidly and the piston's heat of compression reaches In the case of hydrogen gas or pure gasoline, which has a low ignition point, the piston reaches the top dead center, and the electron ignition occurs, the crank reverses and the parts in the suction process are damaged. Due to these problems, it is not suitable to use hydrogen gas or pure gasoline as fuel in the reciprocating piston engine. However, in this rotary piston engine, the suction compression process of the engine to prevent the high temperature in the cylinder generated in the piston reciprocating engine is prevented. Is compressed outside the cylinder by a supercharger to cool the high heat generated during the compression process through a cooler, and then converts it into a dense state and supplies it to the combustion chamber. This reduces the heat load on the cylinder and Not only is the cooling effect large, but the mass of the intake air is increased and the effect is also increased. That is, the mass of air supplied to the rotary piston engine combustion chamber has a high temperature, and the mixture gas supplied to the compression temperature combustion chamber does not have a high temperature. Also in the supercharger the air pressure is automatically adjusted I am bowed. Unlike the reciprocating engine, the rotary piston engine is highly efficient, making it suitable for hydrogen gas automobile engines.
이상에서 상술한 바와 같이 가소린 기관의 문제점들을 전면 해소한 새로운 회전식 기관으로 엔진 제작비 경감, 성능 우수성을 갖춘 새로운 방식의 엔진을 제작하고자 함에 있다As described above, a new rotary engine that solves all the problems of the gasoline engine is intended to manufacture a new type of engine with reduced engine manufacturing cost and superior performance.
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