KR20100055666A

KR20100055666A - 복합사이클엔진

Info

Publication number: KR20100055666A
Application number: KR1020080114498A
Authority: KR
Inventors: 변상복
Original assignee: 변상복
Priority date: 2008-11-18
Filing date: 2008-11-18
Publication date: 2010-05-27
Also published as: KR101075469B1

Abstract

본 발명은 복합사이클엔진(Compound cycle engine)에 관한 것이다.

종래의 2사이클피스톤엔진은 소기(掃氣)공기의 손실이 많아지고 평균유효압력이나 효율을 높이기가 어렵다. 배기가 불완전하게 되기 쉽고 잔류가스가 남고 너무 짧은 시간에 팽창연소가스가 급속히 배기공으로 빠져나가고 유효행정도 짧기 때문에 불완전연소로 인한 연료소비가 많은 결점이 있었다.

본 발명은 이러한 결점을 해결하기 위하여 2사이클 피스톤엔진과 로우터리엔진의 기능특징을 조합하고 2사이클피스톤 엔진의 결점은 로우터리 엔진의 특징이 보완하고 로우터리엔진의 결점은 2사이클피스톤 엔진의 특징이 보완한 것으로 소기(掃氣)의 량을 과급(過給)하고 공기와 연료의 농후(濃厚)한 혼합가스를 2사이클피스톤엔진과 그측벽에 설치한 로우터리엔진의 연소실에서 각각 동시에 6:4 정도의 비율로 나누어 희박(稀薄)연소케 하여 팽창 행정과정에서 완전 연소케하므로서 열효율을 50-60％ 정도로 높이고 고연비(燃比)의 저공해 엔진을 제공코저 한 것이다. 그리고 로우터리엔진의 로우터(rotor)는 2사이클 엔진의 플라이휠(fly wheel) 기능을 하기때문에 구조가 간단하여 제작비가 싸고 마력당 중량이 작고 취급하기도 쉽다. 또 크랭크축이 1회전할때마다 동력행정이 있으므로 토오크(torque)의 변동이 적다. 따라서 실린더 수가 적어도 운전이 원활하고 진동 소음이 거의 없다.

Description

복합사이클엔진{Compound cycle engine}

본 발명은 종래의 2사이클엔진과 로우터리엔진의 특징을 살리고 그 결점을 상호 보완한 것으로 소기량(掃氣量)을 과급(過給)하고 공기와 연료의 농후(濃厚)한 혼합가스를 2사이클피스톤엔진과 그 측벽에 설치한 로우터리엔진의 연소실에서 각각 6:4 정도의 비율로 나누어서 동시에 희박(稀薄)연소케 하여 비교적 긴 팽창행정과정에서 완전 연소케하므로서 열효울을 50-60％ 정도로 높이고 고연비(高燃比)의 저공해의 값싼 엔진을 제공할 목적으로 안출한 복합사이클엔진에 관한 것이다.

2사이클피스톤엔진은 배기가스를 내보내고 새로운공기를 흡입하는 시간이 4행정 사이클엔진의 1/2로 짧기 때문에 배기가 불완전하게 되기 쉽고 유효행정도 짧고 배기공과 소기공이 동시에 열려 있는 시간이 길기 때문에 소기(掃氣)의 손실이 많아지고 평균유효압력이나 효율을 높이기가 어렵다. 소기(掃氣)를 위하여 폐기의 배출을 빨리하므로 불완전 팽창에 의한 손실이 많고 또한 잔류가스로 인한 환기불충분으로 연소가 좋지 못하여 미연소상태로 배출되는 연료가 있어서 연료소비량이 많아지는 결점이 있었다.

상술한바와 같이 2사이클엔진의 결점을 해결하기 뤼하여 2사이클엔진과 로우터리엔진의 특징을 복합하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

2사이클피스톤엔진의 실린더측벽에 천설한 통상의 소기공(掃氣孔) 통로를 연장하여 그 상방에 자동밸브가 장착된 소기공을 증설하고 피스톤헤드에는 세로방향으로 천설한 압축공기공을 실린더측벽의 일차배기공에 연통토록하고 크랭크축에는 로우터가 고정되고 그 주위에 기밀의 하우징을 설치하되 그 상방에 형성한 연소실은 일차배기공에 연통케하고 그 위 천정에는 연료관을 설치하고 연소실밑에 로우터방향으로 형성한 노즐의 측벽에는 이차공기공을 천설하고 로우터의 주위에는 다수의 버킷(bucket) 을 배열하여 노즐로 부터 분출하는 연소가스를 부딪히게 하고 하우징 하방측벽에는 2차배기공을 설치한다. 실린더내에는 많은 공기량을 과급하여 피스톤엔진의 연소실과 로우터리엔진의 연소실에서는 각각 동시에 연료를 희박연소케 하고 비교적 장시간 팽창하는 과정에서 완전연소를 촉진케 하므로서 열효율을 50-60％ 정도로 높이고 고연비로 저공해의 배기를 배출케하고 토오크(torque)의 변동이 적고 구조가 간단하여 엔진값이 저렴하고 진동, 소음이 거의 없어서 승용차의 경우 승차감을 쾌적케한다.

본 발명 복합사이클엔진은 2사이클피스톤엔진의 특징과 로우터리엔진의 특징을 복합하여 소기량을 과급(過給)하여 각각의 연소실에서 크랭크축 1회전에 한번폭 발로 희박연소하는고온고압의 연소가스는 비교적 긴시간 팽창하는 과정에서 완전연소를 촉진하고 배기의 열에너지를 대폭회수하기 때문에 전체복합사이클의 열효울이 50-60％ 정도로 높아 출력이 대폭 향상되고 고연비(高燃比)로 연료소비량이 크게 절감되고 연소생성물인 배기가스는 유독공해성이 적다.

2사이클피스톤엔진의 크랭크케이스 및 로우터리엔진의 하우징아래에는 다량의 윤활유를 저장하였으므로 회전하는 크랭크 및 로우터에 의하여 윤활유를 실린더 내벽 및 로우터의 하우징 내벽에 강력히 비산(飛散)케하여 윤활유소비량도 적고 피스톤에 천설한 세로방향의 압축공기공에는 신선한 공기가 충만되므로 피스톤의 과열을 방지하는 효과가 있다. 또한 로우터(rotor)의 원주면에는 다수의 버킷을 배열하여 노즐로 부터 가스가 분출하면 연소가스 에너지는 속도 에너지로 변하고 그것이 버킷에 부딪혀 로우터를 원활히 회전시키고 2사이클엔진의 플라이휠(fly wheel) 기능도 겸하게 된다. 크랭크 축(로우터축)이 1회전할때마다 한번 폭발하는 동력행정이 있으므로 토오크(torque) 변동이 적다. 따라서 실린더수가 적어도 운전이 원활하고 진동 소음이 거의 없어서 승용차의 경우 승차감이 쾌적하다. 그리고 구조가 간단하기 때문에 마력당 중량 및 부피가 적고 엔진 부품수가 적고 제작원가도 크게 절감되는 특징이 있다.

본 발명을 첨부 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

2사이클 피스톤엔진의 실린더(1) 좌측벽 하방에 천설된 통상의 소기공(掃氣孔)(2) 상방에 자동밸브(valve)(3)가 장착된 소기공(3')을 증설하고 통상의 크랭크 축(4)우측에는 다수의 오목한 버킷(bucket)(5)이 원주에 배열된 로우터(rotor)(6)를 고정하고 그 주위에 기밀(氣密)이 확보된 하우징(housing)(7)을 형성하되 그 상방에 형성한 연소실(8)은 1차 배기공(9)에 연통되고 그 위 천정에는 연료변(10)에서 분기(分岐)된 연료파이프(11)를 설치하고 연소실(8) 밑에는 로우터(6)방향으로 벤투리(venturi) 부분이 형성된 노즐(nozzle)(12)을 형성하고 그 측벽에는 이차공기공(13)을 천설하고 하우징(7)하방에는 2차배기공(14)을 천설하고 피스톤(15) 헤드(head)에는 세로방향의 압축공기통로(16)를 하방측벽공(16')에 연통토록 천설하여서 된 것이다.

도면 중 미설명 부호 17은 커넥팅로드(connecting rod), 18은 점화전, 19은 콕(cock), 20은 공기흡입공, 21은 윤활유통공, 22는 기어를 표시 한 것임.

이상과 같이 구성된 본 발명의 작용을 표시하면 다음과 같다.

크랭크축(4)이 회전하면 커넥팅 로드(17)를 매개로 피스톤(15)이 상하로 왕복 운동을 반복하고 로우터(rotor)(6)는 하우징(housing)(7)내에서 기밀을 유지하면서 원활히 회전운동을 하므로 플라이휠(fly wheel) 역활도 겸하게 된다.

피스톤(15)이 상승하여 공기압축 행정에 들어가면 상방의 자동밸브(3)는 밀폐되고 피스톤(15) 헤드에 천설된 압축공기통로(16)에는 압축공기가 충만된다. 피스톤(15)이 상사점에 도달할무렵에는 압축공기통로(16)의 하단측벽공(16')이 실린더(1)측벽하방에 천설된 1차 배기공(9)과 일치하므로 최대로 압축된 고온고압의 압축공기의 일부(40％ 정도)가 로우터(6)의 상방에 형성된 연소실(8)내로 급속히 유입하여 충만된다. 이 순간 연료변(10)과 연료변(10)에서 분기(分岐)된 연료파이프 (11)하단에서 연료가 분사됨과 동시에 점화전(18)에 의하여 점화되면 고온고압의 폭발적 연소가스가 실린더(1)내에서는 피스톤(15)에 부딪처서 팽창 행정케 하고 하우징(7)측 연소실(8)내에서는 고온 고압의 연소가스가 벤투리(Venturi) 부분이 형성된 노즐(12)로 부터 분출하여 속도 에너지로 바뀌고 그것이 로우터(6)의 원주면에 다수 형성된 버킷(bucket)(5)에 부딪처서 로우터(6)를 회전시키고 2차 배기공(14)으로 배출한다.

이와 같이 피스톤(15)이 팽창행정을 시작하여 하강할때는 그 측벽의 하단측벽공(16')이 실린더(1)측벽의 1차 배기공(9)과 어긋나게되므로 하우징(7)측 연소실(8)내의 연소가스는 압축공기통로(16)로 역류(逆流)하지 않는다.

이상과 같이 많은 공기가 과급(過給)된 실린더(1)측 연소실 로우터(6)측 연소실(8)에서는 6:4 정도의 비율로 각각 동시에 분활되어서 연소하기 때문에 희박(稀薄)연소가 가능하다. 따라서 실린더(1)측과 하우징(7)측에서 연소하는 고온고압가스는 팽창시간이 비교적 길기 때문에 완전 연소를 촉진한다. 다른 실시예로서 피스톤(15)은 공기압축만하고 로우터(6)측 연소실(8)에서 연소케할 수 있고 또 다른실시예로서는 연료파이프(11)의 콕(cock)(19)으로 연료를 차단하고 좌측의 실린더(1)측 연소실에서만 연료를 분사케 할 경우에는 피스톤(15)만이 동력 행정을해도 1차 배기공(9)으로 배출하는 고온(900-1000℃정도 )의 배기에너지가 우측의 로우터(6)를 회전케하기 때문에 본 발명 엔진의 전체 열효율은 50-60％ 정도로 크게 향상된다. 그리고 연소가스가 연소실(8) 밑의 노즐(12)에 형성된 벤투리(Venturi) 부분을 통과할때는 그 측벽에 천설된 이차 공기공(13)으로 부터 신선한 이차공기가 자 동으로 흡입되어 연소가스 중의 유해성분인 일산화탄소(Co)가스를 재연소시켜서 에너지화 하기 때문에 배기공해도 저감되는 효과가 있다. 그리고 피스톤(15)이 팽창 행정으로 하강하여 그 헤드가 하사점에 이르러 실린더(1) 측벽의 1차 배기공(9)이 열리는 순간에는 통상의 소기공(2)도 열리고 그 상방의 밸브(3)도 열리면서 소기공(3')이 열리게 되므로 양쪽에서 유입되는 많은 소기 공기가 배기를 완전히 몰아내므로 실린더(1)내에 잔류(殘留)가스가 남지않고 새로운 공기만 충만된다.

도 1 은 본 발명의 전체를 나타낸 종단면도

도 2 는 도 1 의 A-A 선 평단면도

도 3 은 도 1은 B-B 선 종단면도

도 4 는 본 발명의 소기(掃氣)상태를 나타낸 종단면도

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 실린더 2 : 소기공(掃氣孔) 3 : 자동밸브(Valve)

3' : 소기공 4 : 크랭크축(crank shaft)

5 : 버킷(bucket) 6 : 로우터(rotor) 7 : 하우징(Housing)

8 : 연소실 9 : 1차 배기공 10 : 연료변

11 : 연료파이프 12 : 노즐(nozzle) 13 : 2차 공기공

14 : 2차 배기공 15 : 피스톤 16 : 압축공기통로

17 : 커넥팅로드(counecting rod) 18 : 점화전

19 : 콕(cock) 20 : 공기흡입공 21 : 윤활유통공

22 : 기어

Claims

2사이클피스톤엔진의 실린더(1) 좌측벽 하방에 천설된 통상의 소기공(掃氣孔)(2)통로를 연장하여 상방에 자동밸브(Valve)(3)가 장착된 소기공(3')을 증설하고 통상의 크랭크축(4)의 우측에는 다수의 오목한 버킷(bucket)(5)이 원주에 배열된 로우터 (rotor)(6)를 고정하고 그 주위에 기밀(氣密)의 하우징(Housing)(7)을 설치하되 그 상방에 형성한 연소실(8)은 1차 배기공(9)에 연통되고 그 천정에는 연료변(10)에서 분기(分岐)된 연료파이프(11)를 설치하고 연소실(8)밑에는 로우터(6) 방향으로 벤투리(Venturi)부분이 형성된 노즐(nozzle)(12)을 형성하고 그 측벽에는 이차 공기공(13)을 천설하고 하우징(7) 하방에는 2차 배기공(14)를 천설하고 피스톤(15) 헤드(head)에는 세로방향의 압축공기통로(16)를 하방측벽공(16')에 연통토록 천설하여서 된 것을 특징으로 하는 복합사이클엔진.