KR20090027872A - 복합 실린더 엔진 - Google Patents

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KR20090027872A
KR20090027872A KR1020070093033A KR20070093033A KR20090027872A KR 20090027872 A KR20090027872 A KR 20090027872A KR 1020070093033 A KR1020070093033 A KR 1020070093033A KR 20070093033 A KR20070093033 A KR 20070093033A KR 20090027872 A KR20090027872 A KR 20090027872A
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Abstract

복합 실린더 엔진이 개시된다. 본 발명의 복합 실린더 엔진은, 플라이휠의 회전을 위한 크랭크축에 연결되어 크랭크축을 회전시키는 복수의 실린더를 포함하며, 복수의 실린더 중 적어도 어느 하나는 석유 연료를 이용하여 크랭크축을 회전시키는 연료분사식 실린더이고, 나머지는 전자석의 자력을 이용하여 크랭크축을 회전시키는 전자석식 실린더인 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 석유 연료를 이용한 연료분사식 실린더와, 전자석의 자력을 이용한 전자석식 실린더를 함께 사용하여 하나의 엔진 구조를 제작함으로써 제조비 상승 및 환경오염의 발생 문제를 해소하면서도 실질적인 실용성을 추구할 수 있다.
엔진, 실린더, 가솔린, 전자석, 복합

Description

복합 실린더 엔진{Engine}
본 발명은, 복합 실린더 엔진에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 석유 연료를 이용한 연료분사식 실린더와, 전자석의 자력을 이용한 전자석식 실린더를 함께 사용하여 하나의 엔진 구조를 제작함으로써 제조비 상승 및 환경오염의 발생 문제를 해소하면서도 실질적인 실용성을 추구할 수 있는 복합 실린더 엔진에 관한 것이다.
널리 알려진 바와 같이, 내연기관(internal combustion engine)은 연료의 연소가 기관의 내부에서 이루어져 열에너지를 기계적 에너지로 바꾸는 기관이다. 다시 말해, 연료를 연소시켜서 생긴 연소가스 그 자체가 직접 피스톤 또는 터빈블레이드(깃) 등에 작용하여 연료가 가지고 있는 열에너지를 기계적인 일로 바꾸는 기관을 말한다. 실린더 내에서 연료와 공기와의 혼합기체에 점화하여 폭발시켜서 피스톤을 움직이는 왕복운동형 기관을 가리킬 때가 많으나, 가스터빈, 제트기관, 로켓 등도 내연기관이다.
내연기관을 사용하는 연료에 의해 가스기관, 가솔린기관, 석유기관, 디젤기관 등으로 분류된다. 석유, 가스, 가솔린 기관은 점화플러그(점화전)에 의해 전기 불꽃으로 점화되고, 디젤기관은 연료를 고온, 고압의 공기 속에 분사하여 자연 발화시킨다. 피스톤의 행정ㅇ동작에 따라 4행정, 2행정 사이클 방식이 있다. 주로 4행정 사이클 방식은 차량의 엔진에 적용되고 2행정 사이클 방식은 오토바이 등에 적용된다.
한편, 내연기관의 한 예로서 차량에 적용되는 엔진은, 다수의 실린더에 경유, 휘발유, 가스 등의 석유 연료를 공급하고, 이들의 발화 및 폭발에 의하여 발생된 에너지를 전환시켜 회전력을 얻게 된다. 이러한 엔진에 채용되는 실린더를 소위, 연료분사식 실린더라 하는데, 현재 출시되고 운행되는 차량의 엔진에는 대부분 연료분사식 실린더가 장착되어 있다.
그러나 이러한 연료분사식 실린더만을 탑재한 엔진은, 주지된 바와 같이, 분사 연료와 윤활유, 냉각수 등 그 주변으로 부가되는 많은 부속 장치들을 필요로 하기 때문에 그 구조가 다소 복잡하여 제조비용이 증가할 뿐만 아니라 연료 소비도 많아 경성이 떨어지는 것으로 알려지고 있다. 특히, 기존처럼 연료분사식 실린더만을 탑재한 엔진은 석유로부터 얻어지는 연료가 연소 되면서 발생되는 물질로 인해 환경오염의 문제를 심각하게 일으키고 있어 또 다른 환경오염 문제를 야기하고 있는 실정이다.
이에, 이러한 제반적인 문제점을 해결하기 위해 기존의 석유 연료에서 벗어나 대체 에너지를 이용한 친환경 엔진에 대한 연구가 진행되고 있다.
친환경 엔진 중에 하나로서 대한민국 특허청 등록실용신안공보 등록번호 20-397052호에는 전자석의 자력을 이용한 전자석식 실린더 엔진에 대한 기술이 공지된 바 있다.
그런데, 이러한 전자석식 실린더 엔진은 전술한 환경오염 등의 문제를 해결하기에는 충분할 수 있지만 전술한 문헌의 기술처럼 단지 전자석식 실린더만을 사용할 경우, 실질적으로 전자석을 기동시키는 배터리의 용량에 한계가 있기 때문에 장시간 사용할 수 없어 그 실용성이 떨어지는 것으로 보고 되고 있다.
이에, 본 출원인은 현재 대부분의 차량에 적용되고 있는 석유 연료를 이용한 연료분사식 실린더와, 전자석의 자력을 이용한 전자석식 실린더를 함께 사용하여 하나의 엔진 구조를 제작함으로써 제조비 상승 및 환경오염의 발생 문제를 해소하면서도 실질적인 실용성을 추구할 수 있는 복합 실린더 엔진을 제안하기에 이르렀다.
본 발명의 목적은, 석유 연료를 이용한 연료분사식 실린더와, 전자석의 자력을 이용한 전자석식 실린더를 함께 사용하여 하나의 엔진 구조를 제작함으로써 제조비 상승 및 환경오염의 발생 문제를 해소하면서도 실질적인 실용성을 추구할 수 있는 복합 실린더 엔진을 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 플라이휠의 회전을 위한 크랭크축에 연결되어 상기 크랭크축을 회전시키는 복수의 실린더를 포함하며, 상기 복수의 실린더 중 적어도 어느 하나는 석유 연료를 이용하여 상기 크랭크축을 회전시키는 연료분사식 실린더이고, 나머지는 전자석의 자력을 이용하여 상기 크랭크축을 회전시키는 전자석식 실린더인 것을 특징으로 하는 복합 실린더 엔진에 의해 달성된다.
여기서, 상기 전자석식 실린더는, 실린더본체; 상기 실린더본체의 상부 영역에 결합된 실린더헤드; 상기 실린더본체 내에 마련되고, 상기 실린더헤드를 향해 접근 및 이격되면서 승하강 운동하는 피스톤; 상기 크랭크축에 연결된 편심캠과 상기 피스톤을 상호 연결하는 커넥팅로드; 상기 실린더헤드와 상기 피스톤 중 어느 하나에 마련되는 전자석; 및 상기 실린더헤드와 상기 피스톤 중 다른 하나에 마련되어 상기 전자석과 상호작용하는 영구자석을 포함할 수 있다.
상기 전자석은 상기 실린더헤드에 마련되어 있고, 상기 영구자석은 상기 피스톤에 마련될 수 있으며, 상기 전자석을 형성하는 코일에 전원이 인가되는 경우, 상기 전자석과 상기 영구자석은 상호 척력의 극성을 형성할 수 있다.
승하강 운동하는 상기 피스톤에 대한 위치를 감지하는 감지부; 및 상기 감지부로부터 감지된 정보에 기초하여 상기 전자석으로 향하는 전원을 온/오프(on/off)하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 전자석식 실린더는 복수개 마련될 수 있으며, 상기 제어부는, 상기 전자석식 실린더들 각각에 구비된 피스톤들의 최대 반발 위치 정보에 기초하여 상기 전자석식 실린더들 각각에 구비된 전자석들로 향하는 전원을 독립적으로 제어할 수 있다.
상기 연료분사식 실린더에 결합되어 상기 연료분사식 실린더로 제공되는 연료의 분사량을 제어하는 연료 분사량 제어기; 및 상기 배터리와 상기 전자석 사이 에 마련되어 상기 배터리로부터 상기 전자석으로 향하는 전원의 공급량을 제어하는 전원 공급량 제어기를 더 포함할 수 있으며, 상기 제어부는 상기 배터리의 파워(power)에 기초하여 상기 연료 분사량 제어기 및 상기 전원 공급량 제어기를 제어할 수 있다.
상기 감지부는 상기 커넥팅로드에 마련되는 위치센서일 수 있다.
상기 실린더본체의 내면과 상기 피스톤의 외면 사이에는 적어도 하나의 미끄럼베어링이 더 마련될 수 있다.
상기 전자석식 실린더는, 상기 피스톤을 사이에 두고 상기 실린더본체의 상부 및 하부 영역 간에 공기를 유동시키는 공기순환경로부를 더 포함할 수 있다.
상기 실린더본체의 하부 영역에 결합되는 오일커버를 더 포함할 수 있으며, 상기 공기순환경로부는 상기 실린더본체의 외측에 마련되고 양단이 상기 실린더본체와 상기 오일커버에 각각 연통하게 결합되는 공기순환용 파이프일 수 있다.
본 발명에 따르면, 석유 연료를 이용한 연료분사식 실린더와, 전자석의 자력을 이용한 전자석식 실린더를 함께 사용하여 하나의 엔진 구조를 제작함으로써 제조비 상승 및 환경오염의 발생 문제를 해소하면서도 실질적인 실용성을 추구할 수 있다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도 면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 실린더 엔진의 개략적인 구조도이고, 도 2는 도 1에 도시된 전자석식 실린더의 구조도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 실린더 엔진의 제어 블록도이고, 도 4는 도 1에 도시된 복합 실린더 엔진에 대한 행정구간을 표시한 도면이다.
도 1은 소위, 6 기통 엔진에 대한 구조도로서, 이 도면을 참조할 때, 6 기통 엔진에는 총 6개의 실린더(10, 21~25)가 마련된다. 이처럼 6개의 실린더(10, 21~25)가 마련되는 경우, 맨 처음 기동되는 첫 번째 실린더(10)는 석유 연료를 이용한 연료분사식 실린더(10)이고, 나머지 5개는 전자석(36)의 자력을 이용한 전자석식 실린더(21~25)로서 마련된다.
이들은 모두가 크랭크축(2)에 결합되어 상호간 유기적으로 동작됨으로써 최종적으로 플라이휠(1)을 회전시키는 동력원으로 사용된다. 이와 같이, 연료분사식 실린더(10)의 개수를 줄이고 전자석식 실린더(21~25)의 개수를 늘리되 이들 실린더(10, 21~25)들을 함께 병행하여 사용함으로써, 연료분사식 실린더(10)만을 사용하던 엔진으로부터 야기된 제조비 상승 및 환경오염의 발생 문제를 해소할 수 있고, 전자석식 실린더(21~25)만을 사용하던 엔진으로부터 야기되던 실질적인 실용성 문제를 해소할 수 있게 된다. 이하, 실린더(10, 21~25)들에 대해 설명한다.
우선, 크랭크축(2)의 회전 시 초기 기동되는 연료분사식 실린더(10)에 대해 설명한다. 다만, 연료분사식 실린더(10)는 현존 차량의 엔진에 공히 적용되는 널리 알려진 실린더이므로 연료분사식 실린더(10)의 각 구조의 명칭 및 동작에 대해서는 설명을 생략하기로 하며, 여기에서는 연료분사식 실린더(10)의 개략적인 기능에 대해서만 부연하기로 한다.
연료분사식 실린더(10)는 알려진 바와 같이, 연료분사식 실린더(10) 내로 유입된 공기와 연료의 혼합기체를 이용하여 폭발 행정을 진행함으로써 혼합기체가 연소될 때 발생하는 힘을 피스톤(11) 및 커넥팅로드(12)에 의해 크랭크축(2)으로 전달하여 궁극적으로 플라이휠(1)을 회전시키는 동력을 발생시킨다. 이를 위해, 연료분사식 실린더(10)에는 그 상부 양측에 흡기 밸브(intake valve) 및 배기 밸브(exhaust valve)가 마련되고, 각 밸브들의 사이로 혼합기체의 점화를 위한 점화플러그가 구비되다. 또한 흡기 밸브의 주변에는 인젝터(injector) 등의 구성이 더 마련된다.
본 실시예에서 엔진의 초기 동작은 도 1에 도시된 스타트 모터(3)에 의해 수행된다. 즉, 시동을 걸면, 배터리(B, 도 3 참조)의 힘에 의해 스타트 모터(3)가 회전하여 플라이휠(1)을 회전시킨다. 그러면 플라이휠(1)에 결합된 크랭크축(2)이 회전하게 되고, 크랭크축(2)과 편심되게 결합된 커넥팅로드(12)가 동작하면서 피스톤(11)을 승하강 운동시키게 되며, 이를 기초로 연료분사식 실린더(10)의 피스톤(11)은 승하강 운동하면서 흡입, 압축, 폭발 및 배기 행정을 순차적으로 진행하면서 크랭크축(2)을 회전시키게 된다. 물론, 연료분사식 실린더(10)의 피스톤(11) 이 승하강 운동함에 따라 이와 유기적으로 전자석식 실린더(21~25)의 피스톤(33) 역시 승하강 운동하면서 크랭크축(2)을 회전시키게 된다. 이하, 전자석식 실린더(21~25)에 대해 설명한다. 참고로, 5개의 전자석식 실린더(21~25)는 공히 동일한 구조를 가지므로 한번에 설명하기로 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 전자석식 실린더(21~25)는, 실린더본체(31)와, 실린더본체(31)의 상부 영역에 결합된 실린더헤드(32)와, 실린더본체(31) 내에 마련되고, 실린더헤드(32)를 향해 접근 및 이격되면서 승하강 운동하는 피스톤(33)과, 크랭크축(2)에 연결된 편심캠(34)과 피스톤(33)을 상호 연결하는 커넥팅로드(35)와, 실린더헤드(32)에 마련되는 전자석(36)과, 피스톤(33)에 마련되어 전자석(36)과 상호작용하는 영구자석(37)을 포함한다.
실린더본체(31)는 전자석식 실린더(21~25)의 외관을 형성하는 부분으로서 그 내부에서 피스톤(33)이 왕복 운동하여 엔진의 동력을 발생시키도록 한다. 실린더본체(31)는 분리형으로서 내외면이 서로 다른 재질로 제작될 수도 있고, 혹은 일체형으로 제작될 수도 있는데, 본 실시예의 경우, 어떠한 타입이 적용되어도 좋다. 실린더본체(31)의 내벽에는 마모 방지를 위해 크롬 도금을 실시될 수도 있다.
실린더헤드(32)는 엔진의 머리 부분으로, 도 2에 자세히 도시되어 있지 않지만 실린더본체(31)의 윗면에 설치되는 부분이다. 실린더헤드(32)는 실린더본체(31)와 분리된 상태에서 제작된 후, 실린더본체(31)의 윗면에 결합되는데, 결합될 때는 실린더본체(31)와의 기밀성이 유지되도록 해야 한다. 뿐만 아니라 이와 같이, 실린더헤드(32)가 실린더본체(31)와 분리되어야만 전자석(36)을 설치하거나 유지보수하 기에 편리하다.
피스톤(33)은 전자석(36)과 영구자석(37)에 의한 자력을 커넥팅로드(35)를 통해 크랭크축(2)에 전달하여 실질적인 동력을 발생시킨다. 즉, 피스톤(33)은 전자석(36)과 영구자석(37)에 의한 자력 에너지를 기계적인 에너지로 변환시키는 역할을 한다. 다른 부분들이 고정되어 있는 반면에 피스톤(33)은 상하로 왕복 운동하기 때문에 가볍고 강한 금속, 예를 들어 알루미늄의 합금 등으로 제작되는 것이 바람직하다. 한편, 피스톤(33)은 실린더본체(31) 내에서 자력에 의해 반복적으로 승하강 운동하기 때문에 실린더본체(31)의 내면과 항상 마찰될 수밖에 없다. 만약에, 이러한 마찰력에 의해 피스톤(33)의 외면이나 실린더본체(31)의 내면이 손상되면 아니 되므로, 피스톤(33)의 외면이나 실린더본체(31)의 내면이 손상되지 않도록 하면서도 원활한 피스톤(33)의 승하강 왕복 운동을 보장하기 위해 미끄럼베어링(39)이 더 마련된다. 미끄럼베어링(39)은 도 2에 도시된 바와 같이, 실린더본체(31)의 내면과 피스톤(33)의 외면 사이에 마련된다.
커넥팅로드(35)는 도시된 바와 같이, 피스톤(33)과 크랭크축(2)을 연결하는 부분이다. 피스톤(33)과 마찬가지로 커넥팅로드(35) 역시 가볍고 강도가 높은 재지로 제작되는 편이 바람직하다. 이러한 커넥팅로드(35)의 양단은 각기 피스톤(33)과 편심캠(34)에 핀(pin) 결합된다.
한편, 본 실시예의 전자석식 실린더(21~25)는 피스톤(33)의 승하강 왕복 운동이 자력에 의해 형성되기 때문에, 전자석식 실린더(21~25)에는 코일(36a)을 구비한 전자석(36)과, 영구자석(37)이 더 구비된다.
본 실시예에서 전자석(36)은 피스톤(33)을 향한 실린더헤드(32)의 하부에, 그리고 영구자석(37)은 전자석(36)을 향한 피스톤(33)의 상부에 마련된다. 하지만, 본 발명의 권리 범위가 이에 제한되는 것은 아니므로, 전자석(36)을 피스톤(33) 측에, 그리고 영구자석(37)을 실린더헤드(32) 측에 마련해도 무방하다.
하지만, 실질적으로 전자석(36)은 그 주변으로 코일(36a)이 마련되어야 하고, 또한 도시 않은 배터리(B)와 전선으로 연결되어야 하기 때문에, 바람직하기로는 도 2에 도시된 바와 같이, 전자석(36)을 실린더헤드(32)에 마련하는 것이 유리하다. 이 때, 본 실시예의 전자석식 실린더(21~25)에서 피스톤(33)의 승하강 왕복 운동이 자력에 의해 형성되기 위해서는, 전자석(36)과 영구자석(37) 간의 극성이 항상 척력이 작용하도록 해야 한다. 즉, 영구자석(37)의 상면이 N극을 형성하였다면 전자석(36) 역시 배터리(B)에 의해 N극이 형성되어야 하며, 반대로 영구자석(37)의 상면이 S극을 형성하였다면 전자석(36) 역시 배터리(B)에 의해 S극이 형성되어야 한다. 그래야만, 연료분사식 실린더(10)에서의 폭발 행정과 동일한 효과를 거둘 수 있기 때문이다.
한편, 전자석(36)이 항상 온(on)되어 있다면, 척력의 힘에 의해 전자석식 실린더(21~25)의 피스톤(33)은 실린더본체(31) 내에서 상사점(TDC)으로 이동될 수 없다. 즉, 전자석식 실린더(21~25)의 피스톤(33)은 실린더본체(31) 내에서 상사점으로 이동될 때 전자석(36)이 오프(off)되어야 하고, 상사점에 이른 피스톤(33)이 하향되어 하사점(BDC)으로 이동될 때 전자석(36)이 온(on)되어야 한다. 이러한 동작이 진행되기 위해서는 실린더본체(31) 내에서 피스톤(33)의 위치가 감지되어야 한 다.
이를 위해 본 실시예의 전자석식 실린더(21~25)에는 실린더본체(31) 내에서 승하강 운동하는 피스톤(33)에 대한 위치를 감지하는 감지부(38)가 마련되며, 제어부(60, 도 3 참조)는 감지부(38)로부터 감지된 정보에 기초하여 전자석(36)으로 향하는 전원을 온/오프(on/off) 제어한다.
감지부(38)는 피스톤(33)의 위치를 감지하는 역할을 하기 때문에 승하강 운동하는 구조체인, 피스톤(33)과 커넥팅로드(35) 중 어떠한 곳에 마련되어도 좋다. 본 실시예의 경우, 감지부(38)는 커넥팅로드(35)에 마련되는 위치센서(38)로 적용하고 있다.
제어부(60)는, 전자석식 실린더(21~25)들 각각에 구비된 피스톤(33)들의 최대 반발 위치 정보에 기초하여 전자석식 실린더(21~25)들 각각에 구비된 전자석(36)들로 향하는 전원을 독립적으로 제어한다. 다시 말해, 도 1에 도시된 바와 같이, 제어부(60)는, 연료분사식 실린더(10)의 폭발 행정 시의 피스톤(11)의 위치 정보와, 전자석식 실린더(21~25)들의 전자석(36)과 영구자석(37)이 상호간 최대 반발력을 가질 수 있는 피스톤(33)의 위치 정보들에 기초하여, 전자석(36)들로 향하는 전원을 독립적으로 제어하게 된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 만약 연료분사식 실린더(10)에 연료분사식 실린더(10)로 제공되는 연료의 분사량을 제어하는 연료 분사량 제어기(61)가 마련되어 있고, 전자석식 실린더(21~25)에 배터리(B)로부터 전자석(36)으로 향하는 전원의 공급량을 제어하는 전원 공급량 제어기(62)가 더 마련되어 있을 경우, 제어부(60) 는 배터리(B)의 파워(power)에 기초하여 연료 분사량 제어기(61) 및 전원 공급량 제어기(62)를 제어할 수도 있다.
예컨대, 배터리(B) 전원이 파워(전원)가 높을 때는 제어부(60)가 연료 분사량 제어기(61)에서 연료분사를 최소로 하면서 전자석식 실린더(21~25)의 전자석(36)과 영구자석(37)의 힘으로 엔진을 구동하도록 하고, 반대로 배터리(B)의 전원이 부족 할 때는 제어부(60)가 연료 분사량 제어기(61)에서 연료분사를 최대로 하여 연료분사식 실린더(10)의 폭발력을 증가시켜 엔진을 구동하면서 배터리(B)의 충전을 높일 수 있도록 할 수 있다. 이러한 경우, 연료분사식 실린더(10)만을 사용하던 엔진으로부터 야기된 제조비 상승 및 환경오염의 발생 문제를 해소할 수 있고, 전자석식 실린더(21~25)만을 사용하던 엔진으로부터 야기되던 실질적인 실용성 문제 및 배터리(B) 문제를 모두 해소할 수 있게 되는 것이다.
한편, 연료분사식 실린더(10)의 경우, 앞서 기술한 흡기 및 배기 밸브로 인해 연료분사식 실린더(10) 내의 압력이 조절된다. 하지만, 전자석식 실린더(21~25)에는 연료분사식 실린더(10)의 흡기 및 배기 밸브에 대응하는 별도의 밸브가 구비되어 있지 않기 때문에 피스톤(33)의 승하강 운동에 기초하여 별도로 실린더본체(31) 내의 압력을 조절할 필요가 있다. 다시 말해, 연료분사식 실린더(10)의 경우, 피스톤(33)이 상향 이동해야 함에도 불구하고 만약, 피스톤(33)과 실린더헤드(32) 사이에 과도한 공기압이 형성되어 있다면 피스톤(33)은 상향 이동할 수 없다.
이를 위해 본 실시예의 연료분사식 실린더(10)에는 피스톤(33)을 사이에 두 고 실린더본체(31)의 상부 및 하부 영역 간에 공기를 유동시키는 공기순환경로부(50)가 더 마련된다. 공기순환경로부(50)는 실린더본체의 외측에 마련될 수 있는데, 그 일단은 실린더본체(31)에 연통되고 타단은 실린더본체(31)의 하부 영역에 결합된 오일커버(40)에 연통되는 공기순환용 파이프(50)로 적용될 수 있다. 이러한 공기순환경로부(50)로 인해 피스톤(33)이 상향 이동할 때는 피스톤(33)의 상부 영역에 형성된 공기압이 오일커버(40) 측으로 빠지게 됨으로써 원활한 피스톤(33)의 승하강 운동을 구현할 수 있게 되는 것이다.
이러한 구성을 갖는 복합 실린더 엔진의 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 1과 같이, 1번 연료분사식 실린더(10)와, 2번 내지 5번 전자석식 실린더(21~25)가 구비된 상태에서 엔진을 초기 기동시킨다.
엔진을 초기 기동시키면 먼저 배터리(B)에 연결된 스타트 모터(3)에 의해 플라이휠(1)이 회전하여 크랭크축(2)을 회전시킨다. 그러면 크랭크축(2)에 연결된 1번 연료분사식 실린더(10)의 커넥팅로드(12)와, 2번 내지 5번 전자석식 실린더(21~25)의 커넥팅로드(35)가 동작하면서 해당하는 피스톤(11,33)을 승하강 운동시키게 되고, 이러한 피스톤(11,33)의 승하강 왕복 운동에 기초하여 결과적으로 크랭크축(2)이 회전하면서 플라이휠(1)이 회전하게 된다.
즉, 1번 연료분사식 실린더(10)는 연료의 흡입, 압축, 폭발 및 배기 행정의 순으로 피스톤(11)이 승하강 왕복 운동한다. 이에 연동하여 2번 내지 5번 전자석식 실린더(21~25)에 구비된 피스톤(33) 역시, 1번 연료분사식 실린더(10)의 피스톤(11)과 상호 유기적으로 승하강 왕복 운동을 한다.
이 때, 2번 내지 5번 전자석식 실린더(21~25)에 구비된 피스톤(33)의 상승 운동은 전자석(36)에 전원이 오프(off)된 상태에서 크랭크축(2)에 연결된 커넥팅로드(12)에 의해 행해진다. 그리고 피스톤(33)의 하강 운동은 피스톤(33)이 상사점에 도달된 상태, 다시 말해 피스톤(33)이 최대 반발 위치에 도달된 상태에서 제어부(60)에 의해 전자석(36)에 전원이 온(on)되어 척력의 힘에 의해 행해진다. 피스톤(33)이 상사점에 도달된 상태에서 전자석(36)에 전원이 온(on)되어 전자석(36)과 영구자석(37) 간에 척력이 발생하면, 피스톤(33)은 최대한 반발력으로 밀려 내려가게 됨으로써 크랭크축(2)이 회전할 수 있다. 물론, 2번 내지 5번 전자석식 실린더(21~25)에 구비된 피스톤(33)의 승하강 왕복 운동은 도 1에 도시된 바와 같이, 상호간 짝을 지어 연속적으로 동작하게 된다.
1번 연료분사식 실린더(10)와, 2번 내지 5번 전자석식 실린더(21~25)에 의해 크랭크축(2)이 회전하는 각 실린더(10, 21~25)별 행정구간을 살펴보면, 도 4에 도시된 바와 같이, 1번 연료분사식 실린더(10)가 60도 위치에서 폭발하여 크랭크축(2)을 회전시키면, 이와 연동하여 2번 내지 5번 전자석식 실린더(21~25)는 각각 120도, 180도, 240도, 300도 및 360도에서 최대의 반발력을 가져 크랭크축(2)을 회전시키게 된다. 이와 같이 1번 연료분사식 실린더(10)와, 2번 내지 5번 전자석식 실린더(21~25)의 각 피스톤(11,33)이 복합적으로 왕복 운동을 하면서 크랭크축(2)을 회전시켜 플라이휠(1)을 회전 구동시킴으로써 회전 에너지를 얻을 수 있게 되는 것이다.
이와 같이, 본 실시예에 따르면, 석유 연료를 이용한 연료분사식 실린더(10) 와, 전자석(36)의 자력을 이용한 전자석식 실린더(21~25)를 함께 사용하여 하나의 엔진 구조를 제작함으로써 제조비 상승 및 환경오염의 발생 문제를 해소하면서도 실질적인 실용성을 추구할 수 있게 된다.
전술한 실시예에서는 6기통 엔진을 도시하고 설명하였으나, 4기통 엔진에도 본 발명의 권리범위를 적용할 수 있다. 뿐만 아니라 본 실시예에서는 연료분사식 실린더를 한 개, 나머지를 전자석식 실린더로 적용하고 있으나, 연료분사식 실린더와 전자석식 실린더의 개수와 배열 방식은 필요에 따라 적절하게 선택 변경될 수 있다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 실린더 엔진의 개략적인 구조도이다.
도 2는 도 1에 도시된 전자석식 실린더의 구조도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 실린더 엔진의 제어 블록도이다.
도 4는 도 1에 도시된 복합 실린더 엔진에 대한 행정구간을 표시한 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 연료분사식 실린더 21~25 : 전자석식 실린더
31 : 실린더본체 32 : 실린더헤드
33 : 피스톤 34 : 편심캠
35 : 커넥팅로드 36 : 전자석
37 : 영구자석 38 : 감지부
39 : 미끄럼베어링 40 : 오일커버
50 : 공기순환경로부 60 : 제어부

Claims (10)

  1. 플라이휠의 회전을 위한 크랭크축에 연결되어 상기 크랭크축을 회전시키는 복수의 실린더를 포함하며,
    상기 복수의 실린더 중 적어도 어느 하나는 석유 연료를 이용하여 상기 크랭크축을 회전시키는 연료분사식 실린더이고, 나머지는 전자석의 자력을 이용하여 상기 크랭크축을 회전시키는 전자석식 실린더인 것을 특징으로 하는 복합 실린더 엔진.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전자석식 실린더는,
    실린더본체;
    상기 실린더본체의 상부 영역에 결합된 실린더헤드;
    상기 실린더본체 내에 마련되고, 상기 실린더헤드를 향해 접근 및 이격되면서 승하강 운동하는 피스톤;
    상기 크랭크축에 연결된 편심캠과 상기 피스톤을 상호 연결하는 커넥팅로드;
    상기 실린더헤드와 상기 피스톤 중 어느 하나에 마련되는 전자석; 및
    상기 실린더헤드와 상기 피스톤 중 다른 하나에 마련되어 상기 전자석과 상호작용하는 영구자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 실린더 엔진.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전자석은 상기 실린더헤드에 마련되어 있고, 상기 영구자석은 상기 피스톤에 마련되어 있으며,
    상기 전자석을 형성하는 코일에 전원이 인가되는 경우, 상기 전자석과 상기 영구자석은 상호 척력의 극성을 형성하는 것을 특징으로 하는 복합 실린더 엔진.
  4. 제2항에 있어서,
    승하강 운동하는 상기 피스톤에 대한 위치를 감지하는 감지부; 및
    상기 감지부로부터 감지된 정보에 기초하여 상기 전자석으로 향하는 전원을 온/오프(on/off)하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 실린더 엔진.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전자석식 실린더는 복수개 마련되며,
    상기 제어부는, 상기 전자석식 실린더들 각각에 구비된 피스톤들의 최대 반발 위치 정보에 기초하여 상기 전자석식 실린더들 각각에 구비된 전자석들로 향하는 전원을 독립적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 복합 실린더 엔진.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 연료분사식 실린더에 결합되어 상기 연료분사식 실린더로 제공되는 연료의 분사량을 제어하는 연료 분사량 제어기; 및
    상기 배터리와 상기 전자석 사이에 마련되어 상기 배터리로부터 상기 전자석으로 향하는 전원의 공급량을 제어하는 전원 공급량 제어기를 더 포함하며,
    상기 제어부는 상기 배터리의 파워(power)에 기초하여 상기 연료 분사량 제어기 및 상기 전원 공급량 제어기를 제어하는 것을 특징으로 하는 복합 실린더 엔진.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 감지부는 상기 커넥팅로드에 마련되는 위치센서인 것을 특징으로 하는 복합 실린더 엔진.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 실린더본체의 내면과 상기 피스톤의 외면 사이에는 적어도 하나의 미끄럼베어링이 더 마련되는 것을 특징으로 하는 복합 실린더 엔진.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 전자석식 실린더는, 상기 피스톤을 사이에 두고 상기 실린더본체의 상부 및 하부 영역 간에 공기를 유동시키는 공기순환경로부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 실린더 엔진.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 실린더본체의 하부 영역에 결합되는 오일커버를 더 포함하며,
    상기 공기순환경로부는 상기 실린더본체의 외측에 마련되고 양단이 상기 실린더본체와 상기 오일커버에 각각 연통하게 결합되는 공기순환용 파이프인 것을 특징으로 하는 복합 실린더 엔진.
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