KR20100093554A - 축방향 피스톤 엔진 및 축방향 피스톤 엔진 작동방법 - Google Patents

축방향 피스톤 엔진 및 축방향 피스톤 엔진 작동방법 Download PDF

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Abstract

축방향 피스톤 엔진의 효율성을 향상시키기 위하여, 본 발명은 2-단계 연소로 작동하는 연소챔버를 포함하는 축방향 피스톤 엔진을 제안한다.

Description

축방향 피스톤 엔진 및 축방향 피스톤 엔진 작동방법{AXIAL PISTON ENGINE AND METHOD FOR OPERATING AN AXIAL PISTON ENGINE}
본 발명은 연소챔버를 포함하는 축방향 피스톤 엔진에 관한 것이다. 또한 본 발명은 특히 세라믹 조립체에 의해 단열되는 연소챔버를 포함하는 축방향 피스톤 엔진에 관한 것이다. 이와 유사하게 본 발명은 연속적으로 연소되는 축방향 피스톤 엔진에 관한 것으로서, 이 축방향 피스톤 엔진에서 연소챔버로부터 흐르는 작동 매체는 하나 이상의 착화채널(firing channel)에 의해 두 개 이상의 작동실린더에 연속적으로 공급된다. 또한 본 발명은 축방향 피스톤 엔진 작동방법에 관한 것이다.
일반적인 축방향 피스톤 엔진 및 축방향 피스톤 엔진 작동방법은 예컨대 EP 1 035 310 A2호에 개시되며 이는 종래 기술에 이미 공지되어 있다.
본 발명의 목적은 최적의 효율성을 가진 축방향 피스톤 엔진을 제공하는 데 있다.
첫 번째 해결책으로서, 2-단계 연소로 작동하는 연소챔버를 포함하는 축방향 피스톤 엔진이 제안된다. 2-단계 연소로 작동할 수 있도록 구성된 연소챔버가 존재한다는 사실이 의미하는 바에 따르면, 연료 내에 존재하는 화학적 에너지는 본 발명에 따른 축방향 피스톤 엔진에서 훨씬 더 효율적으로 사용될 수 있거나 또는 가용 에너지(useable energy)로 변환될 수 있으며, 그 결과 축방향 피스톤 엔진의 효율성이 향상된다.
이를 위해, 설계 기준에서 볼 때, 연료 및/또는 공기가 내부로 주입되는 두 영역을 연소챔버가 가지는 경우가 특히 유리하다. 이 경우, 연료와 공기는 연소챔버의 서로 다른 영역들 내로 함께 주입될 수 있거나 또는 개별적으로 주입될 수 있다.
이런 점에서 볼 때, 특히, 바람직한 한 구체예에서는 연소공기의 일부분이 제 1 영역의 내부로 유입되며 준비노즐이 이에 상응하는 양의 연료를 내부로 주입하는 제 1 영역을 포함하는 연소챔버가 제공된다. 연소공정(combustion process)은 준비노즐에 의해 특히 효율적으로 개시되며, 준비노즐 내에서 연료는 매우 작은 양의 연소공기와 이미 혼합되어 이에 따라 연소를 위해 준비되며, 연소공기를 추가적으로 공급함으로써, 그 결과 연료의 연소가 전반적으로 보다 효율적으로 진행될 수 있다.
추가적인 양으로서 제 1 영역 내로 유입되는 연소공기의 일부분이 전체 연소공기의 50% 미만, 바람직하게는 15% 미만, 특히 10% 미만인 경우가 특히 유리하다. 상기 연소공기의 양이 이러한 범위에 있는 경우, 바로 이 이유 때문에 2-단계 연소에 의해 연료의 연소가 향상될 가능성이 있다.
특히, 축방향 피스톤 엔진이 메인노즐과 보조노즐을 포함하는 경우, 연료가 축방향 피스톤 엔진의 연소챔버 내로 특히 잘 주입될 수 있다. 연료 또는 이에 상응하는 연료/공기 혼합물의 연소 형태에 따라, 연료/공기 혼합물은 이러한 메인노즐에 의해 연소챔버 내로 분무될 수 있다(sprayed). 따라서, 메인노즐에 따라서 상당한 양의 연료가, 정해진 진행 방향으로 축방향 피스톤 엔진의 연소챔버 내로 통과할 수 있으나, 특정 양의 연료 또는 연료/공기 혼합물이 예를 들어 준비노즐로서 구성될 수 있는 보조노즐을 통해 연소챔버 내로 통과하며, 상기 특정 양의 연료는 보조적인 목적, 가령, 연소-후 처리(post-combustion), 준비(preparation) 또는 경화처리(tempering)를 위해 사용될 수 있다.
이런 점에서 볼 때, 구체적으로, 본 발명의 목적은 연료가 메인노즐에 의해 내부로 주입될 수 있으며 공기와 혼합된 연료가 준비노즐에 의해 내부로 주입될 수 있는 연소챔버를 포함하는 축방향 피스톤 엔진에 의해 구현된다. 이상적으로는 단지 연료만이 메인노즐에 의해 주입되지만, 바람직하게는 이러한 준비노즐에 의해 실질적으로 임의의 원하는 연료/공기 혼합물이 연소챔버 내로 주입될 수 있다. 이 때문에 축방향 피스톤 엔진의 효율성이 향상된다. 이를 위해, 유리하게는, 하나보다 많은 준비노즐이 제공될 수 있다. 위에서 언급한 이점은 특히 두 개의 영역을 가진 연소챔버의 또는 2-단계 연소의 사용과 무관하게 적용된다.
메인노즐이 연소챔버 내에서 주 연소방향에 대해 평행하게 정렬되면, 연료는 매우 효율적으로 점화되고 연소될 수 있도록 연소챔버 내로 연료가 특히 잘 주입될 수 있다. 점화된 또는 연소된 연료/공기 혼합물은 특히 전체 연소챔버를 통과할 수 있으며, 연료가 주 연소방향에서 메인노즐로부터 연소챔버 내에 주입되면, 연소챔버로부터 착화채널(firing channel)을 거쳐 상대적으로 높은 운동에너지를 사용하여 축방향 피스톤 엔진의 작동실린더 내로 이동될 수 있다. 이런 방식으로, 연료 또는 연료/공기 혼합물은 엔진 작동을 수행하애 하는 축방향 피스톤 엔진의 영역들로, 가령, 실린더와 같은 영역들로 신속하게 공급될 수 있다.
또한, 메인노즐이 연소챔버 내에서 주 연소방향에 대해 평행하게 배열된 연소챔버의 대칭축에 동축으로 정렬되는 경우가 유리하다. 메인노즐이 연소챔버의 대칭축 위의 중앙에 위치되면 이에 상응하여 실질적으로 연소가 발생하며 이에 상응하여 대칭적인 방식으로 추가로 사용하기 위해 연소가스가 연소챔버로부터 제거될 수 있는데, 그 외의 구성요소(component)들이 보조노즐 또는 준비노즐을 통해 공급된다 할지라도 실질적으로 연소가 수행될 수 없다.
한 유리한 구체예는 메인노즐에 대해 어떤 한 각도로 정렬될 수 있는 준비노즐을 제공한다. 메인노즐과 준비노즐은 둘 다 구조적으로 연소챔버 내의 좁은 공간에 배열되고 연결될 수 있다.
또한, 준비노즐의 분사방향이 메인노즐의 분사방향과 교차하는 것이 유리하며, 그 결과, 메인노즐을 통해 연소챔버 내로 주입되는 연료 및 준비노즐을 통해 연소챔버 내로 주입되는 연료/공기 혼합물은 예컨대 준비챔버의 예비챔버 영역에서 특별히 잘 회전되어 함께 혼합될 수 있다.
메인노즐로부터 연료를 유입시킬 수 있고 준비노즐로부터 연소챔버 내로 연료/공기 혼합물을 유입시킬 수 있게 하기 위하여, 축방향 피스톤 엔진이 메인노즐과 준비노즐 둘 다 준비챔버 내부를 향하며 메인연소챔버를 향해 개방되는 준비챔버를 가지는 것이 유리하다. 이에 따라 메인노즐로부터 유입되는 연료와 준비노즐로부터 유입되는 연료/공기 혼합물은, 이들이 연소챔버의 제 2 영역 내로 예를 들어 연소챔버의 메인연소챔버 내로 통과하기 전에, 충분히 잘 혼합될 수 있는 것이 항상 보장된다.
이미 사전가열된 연료를 연소챔버 내로 유입시킬 수 있게 하기 위하여, 축방향 피스톤 엔진은 배기가스 또는 연료/공기 혼합물이 준비노즐로부터 준비챔버 내부로 유입되며 공기 공급 없이 연료가 메인노즐로부터 준비챔버 내부로 주입되는 준비챔버를 가지는 것이 유리하다.
게다가, 본 발명의 목적에 대한 추가적인 또는 대안의 해결책으로서, 한 축방향 피스톤 엔진이 추가로 제안되는데, 이 축방향 피스톤 엔진은 연소챔버와 연소챔버의 상류에 배열된 준비챔버를 포함하며, 연료가 메인노즐에 의해 준비챔버 내부에 첨가되며, 이 연료는 준비챔버 내에서 가열되는데, 바람직하게는 열분해된다(thermally decomposed). 준비챔버 내에서 적어도 미리 가열될 수 있는 연료가 보다 더 효율적으로 연소될 수 있기 때문에, 공지된 축방향 피스톤 엔진은 바로 이러한 준비챔버에 의해 개발되는 것이 유리할 수 있다. 특히, 축방향 피스톤 엔진 내에서 충분하고 바람직한 2-단계 연소가 구현될 수 있으며 오랜 시간 동안 연소되는 것이 보장된다.
여기서, 연료가 첫 번째 단계에서 분해되며(decomposed) 그 뒤 연소를 위해 처리공기(process air)와 접촉하게 되는 축방향 피스톤 엔진을 작동시키기 위한 방법에 의해, 본 발명의 목적이 해결된다는 점을 유의해야 한다. 분해된 연료는 처리공기와 보다 더 효율적으로 반응할 수 있어서 이에 상응하게 연소공정이 보다 더 효율적으로 수행되는 것이 바람직하다.
또한, 연료의 분해는 열적으로(thermally) 발생하는 것이 유리하다. 이를 위해 필요한 열은 축방향 피스톤 엔진 내에서 생성될 수 있으며 아무런 문제없이 직접 제공될 수 있다. 한편, 전기분해(electrolytic) 또는 촉매(catalytic) 공정과 같은 그 외의 분해공정들이, 상응하는 준비챔버 내에서 점증적으로 또는 대안으로 사용될 수 있음은 자명하다.
연료의 열분해를 위한 이러한 열은 또 다른 방법들로 생성될 수 있음은 자명하다. 분해를 위한 열에너지가 준비화염(preparation flame)에 의해 제공되면, 연료는, 축방향 피스톤 엔진 내에서, 특히 연료의 연소를 위해 어떠한 경우에서도 사용될 수 있는 기술을 사용하면서도 공정의 공학적 기준에서 볼 때 특히 간단한 방식으로 열분해될 수 있다.
연료/공기 혼합물을 사용하여 준비화염이 생성되면, 이 준비화염은 설계 기준에서 볼 때 간단한 방식으로 축방향 피스톤 엔진 내에서 생성되고 제공될 수 있다.
연료/공기 혼합물에 의해 준비챔버 내로 또는 연소챔버 내로 유입되는 연료의 일부분이 연소챔버 내로 유입되는 전체 연료량의 10% 미만이면 축방향 피스톤 엔진은 특히 연료-절감 방식으로 작동될 수 있는데, 이는 상기 방식으로 연소의 준비를 위해 즉 준비분해(preparatory decomposition)를 위해 단지 연료의 최저량만이 사용되는 반면, 연료의 나머지 양은 원하는 작업을 수행하도록 사용가능하기 때문이다. 이 경우, 특히, 연소의 준비를 위해 사용되는 연료가 에너지 측면에서 볼 때 공정에 궁극적으로 사용되며 이에 상응하게 공정을 위해 사용되는 것을 고려해야만 한다. 하지만, 2-단계 연소에 따르면, 작업을 수행하기 위해 사용되는 연료의 분해가 발생하거나 또는 연료가 점화될 때까지 연소의 분해가 진행되는데, 이는 전체 공정의 효율성을 증가시킨다.
또한 준비챔버 내로 개방되는 준비노즐이 제안되며, 준비챔버 내의 연료는 상기 준비노즐에 의해 가열될 수 있다. 특히, 연소공기 또는 연소 공기/연료 혼합물이 준비노즐에 의해 준비챔버 내에 첨가되면, 이와 유사하게 메인노즐에 의해 준비챔버 내에 첨가되는 연료는 설계 기준에서 볼 때 특히 간단한 방식으로 준비챔버의 영역에서 가열될 수 있고 바람직하게는 심지어 열분해될 수 있으며 메인연소챔버로 공급될 수 있다. 실제 공정에 따라, 연소 공기/연료 혼합물 또는 그 외의 가스 혼합물 또는 준비노즐로부터 준비챔버 내로 이동되는 가스는 준비챔버 내에 충분한 온도가 퍼져 나머지 연료의 준비를 보장하도록 예를 들어 열분해를 보장하도록 유입될 수 있다.
특히 손실 없이 이에 따라 바람직한 방식으로, 연료/공기 혼합물을 축방향 피스톤 엔진의 연소챔버 내에 유입 또는 주입시킬 수 있게 하기 위하여, 준비챔버가 연소챔버 내에서 주 연소방향에 대해 나란하게 정렬되는 것이 유리하다. 이에 따라 특히 연소가스의 흐름이 균일하게 형성되며 이에 상응하게 연소가스를 서로 다른 실린더에 균일하게 분포시킬 가능성이 있다.
준비챔버가 연소챔버 내에서 주 연소방향에 대해 평행하게 배열된 연소챔버의 대칭축에 동축으로 정렬되면, 연소가스의 흐름이 이에 상응하게 균일하게 형성될 수 있다.
준비챔버로부터 유입된 공기/연료 혼합물은 준비챔버가 연소챔버보다 더 작은 직경을 가지면 메인연소챔버 내에서 연소공기와 특히 유리하게 혼합될 수 있다. 이 경우, 메인연소챔버의 용적은 오로지 준비챔버보다 훨씬 더 커야 되어서 메인연소챔버를 통해 추가적인 연소공기가 공급될 때 준비챔버로부터 실린더 내로의 방해받지 않는 흐름(unimpeded flow)이 메인연소챔버 내에서 불필요한 팽창을 방지하기 위해 형성될 수 있으며, 그 결과, 작업이 실질적으로 실린더 내에서 수행되어야 하기 때문에 손실이 발생할 것이다.
이러한 준비챔버가 다양한 방법으로 설계될 수 있음은 자명하다. 준비챔버는 예비챔버와 메인챔버를 포함하는 것이 이상적이다. 예를 들어, 메인노즐 및/또는 준비노즐이 준비챔버의 예비챔버 내로 개방될 수 있는 동안, 준비챔버의 메인챔버 내에서 점화 및/또는 예연소(precombustion)가 발생할 수 있다.
바람직하게, 메인노즐과 준비노즐이 둘 다 예비챔버의 영역 내에서 준비챔버 내로 개방되면, 준비챔버 내에 첨가된 혼합물들은 준비챔버의 메인챔버 내에서 매우 잘 준비된 상태로 존재할 수 있다.
준비챔버의 예비챔버가 원뿔 형상을 가지며 메인챔버를 향해 넓어지면, 메인노즐과 준비노즐은 둘 다 작은 설치 공간 내에서 준비챔버 내로 또는 준비챔버의 예비챔버 내로 개방되는 것이 유리할 수 있다. 이 경우, 메인노즐과 준비노즐로부터 유입되는 체적흐름(volumetric flow)이 첨가됨으로써, 가스의 양이 증가되는 사실이 고려되어야 한다.
단지 이런 점에서만이 아니라, 이에 상응하여 추가적으로 유리한 한 구체예는 메인챔버를 향해 넓어지는 예비챔버를 제공한다. 상기와 같이 넓어짐에 따라, 준비노즐에 의해 그리고 메인노즐에 의해 첨가된 혼합물들의 혼합이 추가로 향상될 수 있다.
게다가, 준비노즐의 분사방향과 메인노즐의 분사방향이 예비챔버에서 교차하는 것이 유리하다. 이 경우, 한편으로는 메인노즐에 의해 첨가되고 다른 한편으로는 준비노즐에 의해 첨가된 혼합물이 특히 우수하고 완전하게 혼합될 수 있다.
바람직한 한 구체예는, 준비챔버의 하류에 있는 메인연소챔버 내에 유입될 수 있도록, 메인노즐을 통해 메인연소챔버 내로 유입되는 연료의 양에 상응하는 공기의 양을 제공한다. 이런 방식으로, 메인연소챔버의 메인노즐을 통해 첨가된 공기가 연소되지 않고도 준비챔버 내에서 연료의 준비공정이 안정적으로 구현될 수 있도록 보장된다.
이러한 점에서 볼 때, 축방향 피스톤 엔진이 연소챔버에 대해 독립적인 공기 공급부를 가지면 특히 유리하다. 노즐, 바람직하게는 준비노즐이 공기 공급을 위해 천공 림을 가지면 구조적인 관점에서 특히 간단하게 독립적인 공기 공급부가 제공될 수 있다. 하지만 연소챔버 내에서 상응하는 개구 또는 독립적인 노즐 내로 개방되는 개별 채널들에 의해 공기 공급이 구현될 수 있다.
여기서 용어 "상류(upstream)" 및 "하류(downstream)"는, 각각의 경우, 메인연소방향 혹은 노즐 또는 챔버를 통과하는 체적흐름 방향을 지칭하는 것을 유의해야 한다. 이와 비슷하게, 각각의 경우 주안점은 연소공기 혹은 연료의 연소가 발생하도록 하는 공기에 있다는 점도 강조되어야 한다. 한편, 본 발명이 제 2 구성요소와 산화환원반응 방식으로 발열반응하는 모든 연료들을 위해 상응하게 유리한 방식으로 수행될 수 있음은 자명하다.
본 발명의 목적에 대한 추가적인 한 해결방안에 따르면, 세라믹 조립체에 의해 단열되는 연소챔버를 포함하는 축방향 피스톤 엔진이 제공되는데, 상기 세라믹 조립체는 공냉식으로 구성된다. 상기 세라믹 조립체가 공냉식이면, 축방향 피스톤 엔진의 연소챔버의 열적 상태(thermal condition)들은 훨씬 우수하게 조절될 수 있다. 이러한 점에서 볼 때, 축방향 피스톤 엔진의 작동수명도 향상될 수 있다. 이러한 방식으로 가열되는 공기는 특히 연소를 위해 사용될 수 있는데, 그 결과 상응하는 수냉식 연소챔버들에 비해 효율성이 추가로 증가될 수 있다. 연소챔버 특히 세라믹 연소챔버 영역에서의 공기 냉각은 보다 쉽게 조절될 수 있다.
구체적으로, 이러한 점에서 볼 때, 본 발명의 목적은 세라믹 조립체에 의해 단열되는 연소챔버를 포함하는 축방향 피스톤 엔진에 의해 구현되는데, 여기서 세라믹 조립체는 관형 형상을 가지며 프로파일된 튜브(profiled tube), 바람직하게는 스레드(thread)를 가진 튜브에 의해 둘러싸인다. 상기 프로파일링으로 인해 표면적이 증가될 수 있으며, 그 결과 세라믹 조립체의 냉각이 훨씬 향상될 수 있다. 또한 축방향 피스톤 엔진의 열적 상태들이 개선될 수 있기 때문에, 특히 축방향 피스톤 엔진의 작동수명이 증가될 수 있다.
이렇게 개선된 구체예는 양 측면 위에서 윤곽이 형성될 수 있는 프로파일된 튜브를 제공하는데, 단순하게 표시하기 위해 이 프로파일된 튜브에는 양 측면 위에서 스레드가 제공된다. 여기서 프로파일된 튜브는 상대적으로 큰 접촉영역을 가지며 필요시에 나사-체결되는 축방향 피스톤 엔진의 세라믹 연소챔버와 접촉할 수 있다. 게다가 스레드는 구조적으로 간단하게 균일한 공기흐름을 보장할 수 있는 이점을 가진다.
또한 본 발명의 목적은, 압축된 처리공기가 냉각 용도로 사용되는 특히 연소챔버를 냉각시키기 위해 사용되는, 축방향 피스톤 엔진에 의해, 본 발명의 그 외의 특징들에 상관없이 위에서 제공된 특징들에 따라 구현된다. 예를 들어, 압축된 처리공기는 위에서 기술한 프로파일된 튜브 주위로 흐를 수 있으며 이 공정에서 프로파일된 튜브를 추가로 냉각시킬 수 있다. 이런 방식으로 압축된 처리공기는 축방향 피스톤 엔진을 냉각시키도록 유리하게 사용될 수 있도록 하기 위해 충분한 양이 축방향 피스톤 엔진 내에 존재할 수 있다.
처리공기에 물이 첨가되면 냉각효과가 추가로 향상될 수 있다. 축방향 피스톤 엔진의 처리공기에 물을 첨가하기 위해 적절한 수단이 제공되면, 물은 주입 방식으로 쉽게 처리공기와 혼합될 수 있다.
연소챔버 바로 주위를 제외하고는, 냉각을 위해 처리공기가 매우 잘 사용될 수 있다. 특히 처리공기 또는 연료/공기 혼합물의 압축 이전 또는 압축 동안 물은 처리공기에 첨가될 수 있거나 또는 처리공기 대신 첨가될 수 있다. 그러면 축방향 피스톤의 효율성을 극대화시키기 위해 물로 농후하게 된(enriched) 처리공기를 가열시키기 위해 충분한 시간이 남게 되며, 이에 따라, 특히, 연소공정으로부터 나온 예를 들어 냉각공정으로부터 나온 폐열(waste heat)이 사용될 수 있다. 또한 이에 상응하게 배기가스의 잔여 열(residual heat)이 사용될 수 있다.
물은 압축 실린더 내로 분무되는 것이 유리하며, 그 결과 물이 균일하게 분포되는 것이 보장될 수 있다.
게다가, 물의 양이 연료의 양에 비례하여 조절되면, 물은 연소공정에 유리하게 사용될 수 있다. 이러한 점에서, 초과량의 물이 분무되는 것이 방지될 수 있으며 이에 따라 축방향 피스톤이 상대적으로 낮은 출력(output)에서 너무 많이 냉각되는 위험성이 감소될 수 있다. 특히, 예를 들어 바람직하지 못한 배기 성분의 화학적 변환(chemical conversion)을 보장하기 위하여, 물이 연소공정에서 반응제(reagent) 및/또는 촉매로서 사용될 수 있다. 이를 위해 필요한 물의 양은 각각의 경우에서 변환된 연료의 양에 상응하는 것이 유리하다.
실제 공정에 따라, 물이 메인연소챔버 내로 통과하기 전에 이 물은 이미 열적으로 분리되어 있을 수 있다. 이는 예를 들어 준비챔버 내에서도 유사하게 발생될 수 있다. 또 다른 한편으로, 상기 분리는 화학적으로 또는 촉매적으로(catalytically) 발생할 수 있고 및/또는 또 다른 지점에서, 예를 들어 공급채널에서 혹은 연소챔버 내로의 유입개구(inflow opening)의 바로 근방에서 발생할 수 있다.
추가로, 본 발명의 목적은 연속적으로 연소되는 축방향 피스톤 엔진에 의해 구현되는데, 이 축방향 피스톤 엔진에서 연소챔버로부터 흐르는 작동 매체(working medium)가 하나 이상의 착화채널에 의해 두 개 이상의 작동실린더에 연속적으로 안내되고, 여기서 한 작동실린더 당 하나의 착화채널이 제공되고, 이 채널은 컨트롤 피스톤에 의해 개폐될 수 있다. 착화채널들은 한편으로는 특히 타이트하게 밀폐될 수 있으며 다른 한편으로는 컨트롤 피스톤에 의해 매우 빨리 다시 개방될 수 있는데, 이는 예를 들어 종래 기술로부터 이미 공지된 회전 슬라이드 또는 회전 착화채널로는 가능하지 아니하다. 이러한 점에서, 축방향 피스톤 엔진의 효율성은 상기에 의해 단독으로 향상될 수 있다. 이러한 컨트롤 피스톤들은 착화채널을 추가로 밀폐할 수 있고 착화채널을 특히 구조적으로 단순하고 튼튼하게 구속해제(release)할 수 있으며, 그 결과 축방향 피스톤 엔진의 작동수명은 더 증가될 수 있다.
예를 들어, 컨트롤 피스톤은 착화채널을 구속해제할 수 있게 하기 위하여, 실질적으로 반경방향으로 배향된 행정 운동(stroke movement)을 수행할 수 있다. 이러한 점에서 바람직한 한 구체예에서, 컨트롤 피스톤들은 실질적으로 반경방향으로 배향된 행정 운동을 수행하여 축방향으로 설치 공간이 절약될 수 있다. 대안으로, 컨트롤 피스톤이 실질적으로 축방향으로 배향된 행정 운동을 수행하면, 컨트롤 피스톤은 보다 간단한 방식으로 냉각될 수 있다. 이러한 점에서, 실제 이행에 따라 상기 해결방법들 중에서 하나가 선택될 수 있는데, 여기서는 축방향 행정 운동과 반경방향 행정 운동 중에서 하나 즉 어떤 한 각도에서 선택될 수 있지만, 보다 더 복잡하고 이에 따라 구조적 측면에서 비용이 더 들게 된다.
이런 점에서 볼 때, 또 다른 바람직한 한 구체예에서, 수냉식이 될 수 있는 컨트롤 피스톤이 제공되며, 그 결과 컨트롤 피스톤이 착화채널 내에서 특히 고온에 노출될 때 과열이 특히 효율적으로 방지될 수 있다.
바람직한 한 구체예에서, 컨트롤 피스톤은 유압식으로 또는 공압식으로 작동될 수 있으며 이에 따라 매우 신속한 닫힘 시간(closure time) 또는 피스톤의 운동 프로파일(movement profile)이 구현될 수 있다. 대안으로 컨트롤 피스톤은 데스모드로믹 방식으로(desmodromically) 작동될 수 있다. 데스모드로믹 방식으로 작동되면, 컨트롤 피스톤은 착화채널을 매우 타이트하게 그리고 심지어 고속에서도 작동가능하게 안정적으로 밀폐할 수 있다.
컨트롤 피스톤이 곡선 경로 위에서 작동되면, 컨트롤 피스톤은 특히 신속하게 가속될 수 있으며 지연될 수 있다. 특히, 이 경우 데스모드로믹 방식의 작동이 실질적으로 잘 수행될 수 있다.
컨트롤 피스톤의 피스톤 커버가 착화채널보다 더 큰 직경을 가지면, 컨트롤 피스톤의 열 하중(heat loading)은 훨씬 더 유리한 방식으로 감소될 수 있다.
컨트롤 피스톤은 특히 슬라이딩 블록 또는 슬라이딩 베어링에 의해 특히 간단하게 체결되고 안내될 수 있으며, 그 결과 이와 동시에 컨트롤 피스톤은 바람직한 한 구체예에서 회전되지 않을 수 있다. 컨트롤 피스톤이 컨트롤 피스톤 링을 지탱하면, 컨트롤 피스톤에 대해 매우 훌륭하게 밀봉될 수 있다. 컨트롤 피스톤이 슬롯(slot)을 가지면, 특히 컨트롤 피스톤 링이 압력을 사용하여 장착될 때, 구조적 조건들, 특히 컨트롤 피스톤 실린더에 대해 컨트롤 피스톤 링이 더 잘 끼워질 수 있기 때문에, 컨트롤 피스톤 링의 밀봉 기능은 추가로 향상될 수 있다.
또한, 컨트롤 피스톤의 밀봉 기능이 추가로 향상될 수 있기 때문에, 컨트롤 피스톤 링이 회전되지 않는 것이 유리하다.
본 발명의 추가적인 이점, 목적 그리고 특징들은 첨부된 도면을 참조하여 하기에서 상세하게 기술함으로써 설명되는데, 도면에서는 예에 의해 축방향 피스톤 엔진의 대표적인 제 1 구체예가 도시된다.
도 1은 축방향 피스톤 엔진의 종방향 단면을 도식적으로 도시한 도면이다.
도 2는 라인 H-H를 따라 도 1의 축방향 피스톤 엔진의 횡단면을 도식적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 착화채널 링을 확대하여 도식적으로 예시한 도면이다.
도 4는, 도 1과 도 2에 따른 컨트롤 피스톤에 대한 대안으로서 한 컨트롤 피스톤을 절단한 종방향 단면을 도식적으로 도시한 도면이다.
도 5는 라인 V-V를 따라 도 4의 컨트롤 피스톤을 절단한 횡단면을 도식적으로 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 축방향 피스톤 엔진(1)은 내부에서 연료/공기 혼합물이 점화되고 연소될 수 있는 연소챔버(2)를 포함한다. 이 축방향 피스톤 엔진(1)은 2-단계 연소로 작동하는 것이 유리하다. 이를 위해, 연소챔버(2)는 내부로 연료 및/또는 공기가 주입될 수 있는 제 1 영역(3)과 제 2 영역(4)을 포함한다. 특히, 축방향 피스톤 엔진(1)의 연소공기의 일부분이 제 1 영역(3)에서 유입될 수 있는데, 이 대표 구체예에서, 상기 연소공기의 일부분은 전체 연소공기의 15% 미만이 되도록 설정될 수 있다.
축방향 피스톤 엔진(1)의 연소챔버(2)는 두 영역(3 및 4)들에 의해 준비챔버(5)와 메인연소챔버(6)로 분할될 수 있다.
준비챔버(5)는 메인연소챔버(6)보다 더 작은 직경을 가지며, 준비챔버(5)는 예비챔버(7)와 메인챔버(8)로 더 분할된다. 예비챔버(7)는 원뿔 형상을 가지며 메인챔버(8)를 향해 넓어진다.
한 측면 상에서 메인노즐(9)과 다른 측면 상에서 준비노즐(10)은 준비챔버(5) 특히 준비챔버(5)의 예비챔버(7)에 연결된다. 메인노즐(9)과 준비노즐(10)에 의해 연료가 연소챔버(2) 내로 유입될 수 있으며, 준비노즐(10)에 의해 주입된 연료는 공기와 혼합된다.
메인노즐(9)은 축방향 피스톤 엔진(1)의 연소챔버(2) 내에서 주 연소방향(11)에 대해 평행하게 정렬된다. 게다가, 메인노즐(9)은 연소챔버(2) 내에서 주 연소방향(11)에 대해 평행하게 배열된 연소챔버(2)의 대칭축(12)에 동축으로 정렬된다.
준비노즐(10)은 메인노즐(9)에 대해 어떤 한 각도(13)로 정렬된다. 이러한 점에서, 준비노즐(10)의 분사방향(14)은 교차점(16)에서 메인노즐(9)의 분사방향(15)과 교차한다.
메인노즐(9)과 준비노즐(10)은 둘 다 준비챔버(5) 내부방향으로 배열되며 준비챔버(5)는 메인연소챔버(6)를 향해 개방된다. 연료는 부가적인 공기 공급 없이 메인노즐(9)로부터 준비챔버(5) 내로 주입된다. 연료는 준비챔버(50) 내에서 이미 사전가열 되어 있으며, 이상적으로는 열분해 되어있다(thermally decomposed).
이를 위해, 준비챔버(5)의 하류에 있는 메인연소챔버(6) 내에 메인노즐(9)을 통해 흐르는 연료의 양에 상응하는 공기의 양이 유입되는데, 이를 위해 메인연소챔버(6) 내로 실질적으로 개방되는 독립 공기 공급부(17)가 제공된다. 이를 위하여, 독립 공기 공급부(17)는 처리공기 공급부(18)에 연결되며, 추가 공기 공급부(19)에 공기가 공급될 수 있고 천공 림(20)에도 공기가 공급될 수 있다. 천공 림(20)은 준비노즐(10)에 배열되어 준비노즐(10)로 주입된 연료는 처리공기와 함께 준비챔버(5)의 예비챔버(7) 내에 추가로 주입될 수 있다.
연소챔버(2) 특히 연소챔버(2)의 메인연소챔버(6)는 공냉식(air-cooled) 세라믹 조립체(21)를 포함한다. 이 경우, 세라믹 조립체(21)는 프로파일된 튜브(23)에 의해 둘러싸인 세라믹 연소챔버 벽(22)을 포함한다. 상기 프로파일된 튜브(23) 주위로 냉각 공기챔버(24)가 연장되며, 이 냉각 공기챔버는 냉각 공기챔버 공급부(5)에 의해 처리공기 공급부(18)에 작동가능하게 연결된다.
또한, 축방향 피스톤 엔진(1)은 원래 공지된 작동실린더(30)를 포함하는데(특히, 도 2 참조할 것), 작동피스톤(31)은 작동실린더(30) 내부에서 앞뒤 방향으로 이동될 수 있다.
축방향 피스톤 엔진(1)의 압축기 피스톤(32)들은 작동피스톤(31)들에 의해 구동되는데, 이 압축기 피스톤들은 축방향 피스톤 엔진(1)의 적절한 압축기 실리더(33)들 내에서 상응하게 이동될 수 있다. 각각의 경우에서 작동피스톤(31)들은 연결봉(34)에 의해 압축기 피스톤(32)들에 연결되며, 여기서 각각의 경우 연결봉 휠(35)이 작동피스톤(31)과 연결봉(34) 사이에 그리고 압축기 피스톤(32)과 연결봉(34) 사이에 배열된다. 각각의 경우 두 개의 연결봉 휠(35) 사이에 구동 곡선 경로(36)가 배열되며, 이 구동 곡선 경로는 구동 곡선 경로 지지체(37) 위에서 안내된다(guided). 연소챔버(2)의 맞은편에, 축방향 피스톤 엔진(1)은 구동샤프트(38)를 포함하는데, 축방향 피스톤 엔진(1)에 의해 생성된 파워는 상기 구동샤프트(38)에 의해 출력될 수 있다. 처리공기는, 주입된 물을 적용하는 방식을 포함하여 원래 공지된 방식으로 압축기 피스톤(32) 내에서 압축되어, 추가로 냉각되게 할 수 있지만, 그 결과, 처리공기가 열교환기에 의해 사전가열된 연소챔버(2)로 안내될 수 있다면, 배기가스는 열교환기 내에서 훨씬 많이 냉각될 수 있으며, 여기서, 위에서 기술된 바와 같이, 냉각되어야 하는 축방향 피스톤 엔진(1)의 그 외의 조립체와 접촉함으로써 처리공기가 가열될 수 있거나 또는 사전가열될 수 있다. 그 뒤, 이러한 방식으로 압축되고 가열된 처리공기는 앞에서 이미 설명한 대로 연소챔버(2)에 첨가된다.
각각의 작동실린더(30)는 착화채널(39)에 의해 축방향 피스톤 엔진(1)의 연소챔버(2)에 연결되어, 연료/공기 혼합물은 연소챔버(2)로부터 착화채널(39)을 거쳐 작동실린더(30) 내로 통과할 수 있고 작동피스톤(31)을 구동시킬 수 있다.
이러한 점에서, 연소챔버(2)로부터 흐르는 작동 매체(working medium)는 하나 이상의 착화채널(39)에 의해 두 개 이상의 작동실린더(30)에 연속적으로 공급될 수 있으며, 여기서 한 작동실린더(30) 당 하나의 착화채널(39)이 제공되고, 상기 착화채널은 컨트롤 피스톤(40)에 의해 개폐될 수 있다. 또한 축방향 피스톤 엔진(1)의 컨트롤 피스톤(40)들의 개수는 작동실린더(30)들의 개수에 의해 미리 결정된다.
이 경우 착화채널(39)는 피스톤 커버(41)를 가진 컨트롤 피스톤(40)에 의해 닫힌다. 컨트롤 피스톤(40)은 컨트롤 피스톤 곡선 경로(42)에 의해 구동되는데, 여기서 구동샤프트(38)에 대한 컨트롤 피스톤 곡선 경로(42)용 스페이서(spacer, 43)가 제공되며, 이 스페이서(43)는 특히 열적 디커플링(thermal decoupling)을 위해 사용된다. 이 대표 구체예에서, 컨트롤 피스톤(40)은 실질적으로 축방향으로 배향된 행정 운동(44)을 수행할 수 있다. 이를 위해, 각각의 컨트롤 피스톤(40)은 컨트롤 피스톤 곡선 경로(42) 내에 장착된 슬라이딩 블록(도면부호는 표시되지 않음)들에 의해 안내되는데, 여기서 각각의 경우 상기 슬라이딩 블록들은 가이드 홈(도면부호는 표시되지 않음) 내에서 앞뒤로 이동하는 고정 캠(securing cam)을 가지며 컨트롤 피스톤(40)이 회전되는 것을 방지한다.
컨트롤 피스톤(40)이 착화채널(39) 영역에서 연소챔버(2)로부터 나온 고온의 작동 매체와 접촉하기 때문에, 컨트롤 피스톤(40)이 수냉식(water-cooled)이 되면 유리하다. 이를 위해, 축방향 피스톤 엔진(1)은 특히 컨트롤 피스톤(40) 영역에서 수냉식 시스템(45)을 포함하는데, 여기서 상기 수냉식 시스템(45)은 내부 냉각채널(46), 중간 냉각채널(47) 및 외부 냉각채널(48)을 포함한다. 이런 방식으로 잘 냉각되면, 컨트롤 피스톤(40)은 상응하는 컨트롤 피스톤 실린더(49) 내에서 작동가능하게 안정적으로 이동될 수 있다.
특히, 도 3에 예시된 바와 같이, 축방향 피스톤 엔진(1)이 착화채널 링(50)을 포함하면, 설계 측면에서 볼 때 특히 간단한 방식으로, 착화채널(39)과 컨트롤 피스톤(40)은 축방향 피스톤 엔진(1) 내에 제공될 수 있다.
착화채널 링(50)은 중앙축(51)을 가지며, 특히 축방향 피스톤 엔진(1)의 컨트롤 피스톤 실린더(49)들과 작동실린더(30)들의 부분(part)들은 상기 중앙축(51) 주위에서 동심으로(concentrically) 배열된다. 착화채널(39)은 각각의 작동실린더(30)와 컨트롤 피스톤 실린더(49) 사이에 제공되는데, 각각의 착화채널(39)은 축방향 피스톤 엔진(1)의 연소챔버(2)의 연소챔버 바닥(53)(도 1 참조)의 리세스(52)(도 3 참조)와 공간적으로 연결된다(connected spatially). 따라서 작동 매체는 연소챔버(2)로부터 착화채널(39)들을 거쳐 작동실린더(30)들 내로 통과하여 작업을 수행할 수 있으며, 이에 의해 축방향 피스톤 엔진(1)의 압축기 실린더(33)들이 이동될 수 있다. 또한, 실제적인 형상(configuration)에 따라, 착화채널 링(50) 또는 착화채널 링의 재료가 부식성의 연소생성물(combustion products)들과 혹은 초과 온도에서 직접적으로 접촉하는 것을 보호하기 위하여, 코팅(coating)과 삽입물(insert)이 제공될 수 있음은 자명하다.
도 4와 도 5에서 예로서 도시된 대안의 컨트롤 피스톤(60)은 축방향 피스톤 엔진(1)의 컨트롤 피스톤 곡선 경로(37)용 휠(61)을 포함한다. 이 휠(61)은 볼(62)로서 구성되는 회전 고정수단(63)과 동일한 방식으로 피스톤 커버(41)로부터 이격되도록 향하는 컨트롤 피스톤(60) 단부(64) 상에 제공된다. 또한 볼(62)은, 이 경우에서, 컨트롤 피스톤(60)의 종방향 가이드(guide)로서 사용되는 것이 유리할 수 있다. 게다가, 컨트롤 피스톤(60)은 피스톤 커버(41) 바로 밑에 위치된 피스톤 링(65)을 포함한다. 피스톤 링(65)은 피스톤 링 고정수단(66)에 의해 컨트롤 피스톤(60) 상에 고정된다. 또한 피스톤 링(65)과 볼(62) 사이에는 컨트롤 피스톤(60)용 압력 상쇄 수단(67)이 제공된다.
1 : 축방향 피스톤 엔진 2 : 연소챔버
3 : 제 1 영역 4 : 제 2 영역
5 : 준비챔버 6 : 메인연소챔버
7 : 예비챔버 8 : 메인챔버
9 : 메인노즐 10: 준비노즐
11: 주 연소방향 12: 대칭축
13: 각도 14: 준비노즐의 분사방향
15: 메인노즐의 분사방향 16: 교차점
17: 독립 공기 공급부 18: 처리공기 공급부
19: 추가 공기 공급부 20: 천공 림
21: 세라믹 조립체 22: 세라믹 연소챔버 벽
23: 프로파일된 튜브 24: 냉각 공기챔버
25: 냉각 공기챔버 공급부 30: 작동실린더
31: 작동피스톤 32: 압축기 피스톤
33: 압축기 실린더 34: 연결봉
35: 연결봉 휠 36: 구동 곡선 경로
37: 구동 곡선 경로 지지체 38: 구동샤프트
39: 착화채널 40: 컨트롤 피스톤
41: 컨트롤 피스톤의 피스톤 커버
42: 컨트롤 피스톤 곡선 경로
43: 컨트롤 피스톤 곡선 경로용 스페이서
44: 축방향 행정 운동 45: 수냉식 시스템
46: 내부 냉각채널 47: 중간 냉각채널
48: 외부 냉각채널
49: 컨트롤 피스톤 실린더 50: 착화채널 링
51: 중앙축 52: 리세스
53: 연소챔버 바닥
60: 대안의 컨트롤 피스톤 61: 휠
62: 볼 63: 회전 고정수단
64: 이격되도록 향하는 단부 65: 피스톤 링
66: 피스톤 링 고정수단 67: 압력 상쇄 수단

Claims (47)

  1. 2-단계 연소로 작동하는 연소챔버(2)를 포함하는 축방향 피스톤 엔진(1).
  2. 제 1항에 있어서,
    연소챔버(2)는 내부로 연료 및/또는 공기가 주입되는 두 개의 영역(3, 4)을 가지는 것을 특징으로 하는 축방향 피스톤 엔진(1).
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    연소챔버(2)는 제 1 영역(3)을 포함하며, 연소공기의 일부분이 상기 제 1 영역(3) 내부로 유입되고 준비노즐(10)이 이에 상응하는 양의 연료를 내부로 주입하는 것을 특징으로 하는 축방향 피스톤 엔진(1).
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 연소공기의 일부분은 전체 연소공기의 50% 미만, 바람직하게는 15% 미만, 특히 10% 미만인 것을 특징으로 하는 축방향 피스톤 엔진(1).
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    메인노즐(9)과 보조노즐 특히 준비노즐(10)을 특징으로 하는 축방향 피스톤 엔진(1).
  6. 연소챔버(2)를 포함하는 축방향 피스톤 엔진(1), 특히 전 항들 중 어느 한 항을 따르는 축방향 피스톤 엔진(1)에 있어서,
    연료가 메인노즐(9)에 의해 내부로 주입될 수 있으며 공기와 혼합된 연료가 준비노즐(10)에 의해 내부로 주입될 수 있는 것을 특징으로 하는 축방향 피스톤 엔진(1).
  7. 제 5항 또는 제 6항에 있어서,
    메인노즐(9)은 연소챔버(2) 내에서 주 연소방향(11)에 대해 평행하게 정렬되는 것을 특징으로 하는 축방향 피스톤 엔진(1).
  8. 제 7항에 있어서,
    메인노즐(9)은 연소챔버(2) 내에서 주 연소방향(11)에 대해 평행하게 배열된 연소챔버(2)의 대칭축(12)에 동축으로 정렬되는 것을 특징으로 하는 축방향 피스톤 엔진(1).
  9. 제 6항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    준비노즐(10)은 메인노즐(9)에 대해 어떤 한 각도(13)로 정렬되는 것을 특징으로 하는 축방향 피스톤 엔진(1).
  10. 제 9항에 있어서,
    준비노즐(10)의 분사방향(14)은 메인노즐(9)의 분사방향(15)과 교차하는 것을 특징으로 하는 축방향 피스톤 엔진(1).
  11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    메인노즐(9)과 준비노즐(10)은 둘 다 준비챔버(5)의 내부방향으로 배열되며 준비챔버(5)는 메인연소챔버(6)를 향해 개방되는 것을 특징으로 하는 축방향 피스톤 엔진(1).
  12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    배기가스 또는 연료/공기 혼합물은 준비노즐로부터 준비챔버(5) 내부로 유입되며 연료는 공기 공급 없이 메인노즐(9)로부터 준비챔버(5) 내부로 주입되는 것을 특징으로 하는 축방향 피스톤 엔진(1).
  13. 연소챔버(2, 6)와 연소챔버(2, 6)의 상류에 배열된 준비챔버(5)를 포함하는 축방향 피스톤 엔진(1)으로서, 연료가 메인노즐(9)에 의해 준비챔버(5) 내부에 첨가되며, 이 연료는 준비챔버(5) 내에서 가열되는, 바람직하게는 열분해(thermally decomposed)되는 축방향 피스톤 엔진(1).
  14. 제 12항 또는 제 13항에 있어서,
    준비노즐(10)이 준비챔버(5) 내로 개방되며 이에 의해 연료는 준비챔버(5) 내에서 가열될 수 있는 것을 특징으로 하는 축방향 피스톤 엔진(1).
  15. 제 11항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
    준비챔버(5)는 연소챔버(2) 내에서 주 연소방향(11)에 대해 평행하게 정렬되는 것을 특징으로 하는 축방향 피스톤 엔진(1).
  16. 제 15항에 있어서,
    준비챔버(5)는 연소챔버(2, 6) 내에서 주 연소방향(11)에 대해 평행하게 배열된 연소챔버(2, 6)의 대칭축(12)에 동축으로 정렬되는 것을 특징으로 하는 축방향 피스톤 엔진(1).
  17. 제 11항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서,
    준비챔버(5)는 연소챔버(2, 6)보다 더 작은 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 축방향 피스톤 엔진(1).
  18. 제 11항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서,
    준비챔버(5)는 예비챔버(7)와 메인챔버(8)를 포함하는 것을 특징으로 하는 축방향 피스톤 엔진(1).
  19. 제 18항에 있어서,
    준비노즐(10)의 분사방향(14)과 메인노즐(9)의 분사방향(15)은 예비챔버(7)에서 교차하는 것을 특징으로 하는 축방향 피스톤 엔진(1).
  20. 제 18항 또는 제 19항에 있어서,
    예비챔버(7)는 메인챔버(8)를 향해 넓어지는 것을 특징으로 하는 축방향 피스톤 엔진(1).
  21. 제 1항 내지 제 20항 중 어느 한 항에 있어서,
    메인노즐(9)을 통해 메인연소챔버(6) 내로 유입되는 연료의 양에 상응하는 공기의 양이 준비챔버(5)의 하류에 있는 메인연소챔버(6) 내로 유입되는 것을 특징으로 하는 축방향 피스톤 엔진(1).
  22. 제 1항 내지 제 21항 중 어느 한 항에 있어서,
    연소챔버(2)로의 독립 공기 공급부(17)를 특징으로 하는 축방향 피스톤 엔진(1).
  23. 제 1항 내지 제 22항 중 어느 한 항에 있어서,
    두 개의 노즐(9, 10) 중 하나, 바람직하게는, 준비노즐(10)이 공기 공급부(19)용 천공 림(20)을 포함하는 것을 특징으로 하는 축방향 피스톤 엔진(1).
  24. 세라믹 조립체(21)에 의해 단열되는 연소챔버(2)를 포함하는 축방향 피스톤 엔진(1)에 있어서,
    세라믹 조립체(21)는 공냉식인 것을 특징으로 하는 축방향 피스톤 엔진(1).
  25. 세라믹 조립체(21)에 의해 단열되는 연소챔버(2)를 포함하는 축방향 피스톤 엔진(1)에 있어서,
    세라믹 조립체(21)는 튜브와 유사한 형상을 가지며 프로파일된 튜브, 바람직하게는 스레드(thread)를 가진 튜브(23)에 의해 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 축방향 피스톤 엔진(1).
  26. 제 25항에 있어서,
    프로파일된 튜브(23)는 양 측면 위에서 윤곽이 형성되는(profiled), 바람직하게는, 프로파일된 튜브(23)에는 양 측면 위에서 스레드가 제공되는 것을 특징으로 하는 축방향 피스톤 엔진(1).
  27. 축방향 피스톤 엔진(1)에 있어서,
    냉각을 위해 특히 연소챔버(2)를 냉각시키기 위해 압축된 처리공기(process air)가 사용되는 것을 특징으로 하는 축방향 피스톤 엔진(1).
  28. 축방향 피스톤 엔진(1)에 있어서,
    물이 처리공기에 첨가되는 것을 특징으로 하는 축방향 피스톤 엔진(1).
  29. 제 28항에 있어서,
    압축 전 또는 압축 동안 물이 첨가되는 것을 특징으로 하는 축방향 피스톤 엔진(1).
  30. 제 29항에 있어서,
    물이 압축 실린더(33) 내로 분무되는 것을 특징으로 하는 축방향 피스톤 엔진(1).
  31. 제 28항 내지 제 30항 중 어느 한 항에 있어서,
    물의 양은 연료의 양에 비례하여 조절되는 것을 특징으로 하는 축방향 피스톤 엔진(1).
  32. 연속적으로 연소되는 축방향 피스톤 엔진(1)으로서, 이 축방향 피스톤 엔진(1)에서 연소챔버(2)로부터 흐르는 작동 매체(working medium)가 하나 이상의 착화채널(39)에 의해 두 개 이상의 작동실린더(30)에 연속적으로 공급되는 축방향 피스톤 엔진(1)에 있어서,
    한 작동실린더(30) 당 하나의 착화채널(39)이 제공되며, 상기 착화채널은 컨트롤 피스톤(40;60)에 의해 개폐될 수 있는 것을 특징으로 하는 축방향 피스톤 엔진(1).
  33. 제 32항에 있어서,
    컨트롤 피스톤(40;60)은 반경방향으로 배향된 행정 운동(stroke movement)을 수행하는 것을 특징으로 하는 축방향 피스톤 엔진(1).
  34. 제 32항에 있어서,
    컨트롤 피스톤(40;60)은 축방향으로 배향된 행정 운동(44)을 수행하는 것을 특징으로 하는 축방향 피스톤 엔진(1).
  35. 제 32항 내지 제 34항 중 어느 한 항에 있어서,
    컨트롤 피스톤(40;60)은 수냉식인 것을 특징으로 하는 축방향 피스톤 엔진(1).
  36. 제 32항 내지 제 35항 중 어느 한 항에 있어서,
    컨트롤 피스톤(40;60)은 데스모드로믹 방식으로(desmodromically) 작동되는 것을 특징으로 하는 축방향 피스톤 엔진(1).
  37. 제 32항 내지 제 36항 중 어느 한 항에 있어서,
    컨트롤 피스톤(40;60)은 곡선 경로(curved path) 위에서 작동되는 것을 특징으로 하는 축방향 피스톤 엔진(1).
  38. 제 32항 내지 제 37항 중 어느 한 항에 있어서,
    컨트롤 피스톤(40;60)의 피스톤 커버(41)는 착화채널(39)보다 더 큰 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 축방향 피스톤 엔진(1).
  39. 제 32항 내지 제 38항 중 어느 한 항에 있어서,
    컨트롤 피스톤(40;60)은 회전되지 않는 것을 특징으로 하는 축방향 피스톤 엔진(1).
  40. 제 32항 내지 제 39항 중 어느 한 항에 있어서,
    컨트롤 피스톤(40;60)은 컨트롤 피스톤 링(65)을 지탱하는 것을 특징으로 하는 축방향 피스톤 엔진(1).
  41. 제 40항에 있어서,
    컨트롤 피스톤 링(65)은 슬롯(slot)을 가지는 것을 특징으로 하는 축방향 피스톤 엔진(1).
  42. 제 40항 또는 제 41항에 있어서,
    컨트롤 피스톤 링(65)은 회전되지 않는 것을 특징으로 하는 축방향 피스톤 엔진(1).
  43. 축방향 피스톤 엔진(1) 작동방법에 있어서,
    연료는 첫 번째 단계에서 분해되며(decomposed) 그 뒤 연소를 위해 처리공기와 접촉하는 것을 특징으로 하는 축방향 피스톤 엔진(1) 작동방법.
  44. 제 43항에 있어서,
    연료의 분해는 열적으로(thermally) 발생하는 것을 특징으로 하는 축방향 피스톤 엔진(1) 작동방법.
  45. 제 44항에 있어서,
    분해를 위한 열에너지는 준비화염(preparation flame)에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 축방향 피스톤 엔진(1) 작동방법.
  46. 제 45항에 있어서,
    준비화염은 연료/공기 혼합물에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 축방향 피스톤 엔진(1) 작동방법.
  47. 제 46항에 있어서,
    연료/공기 혼합물에 의해 준비챔버(5) 내로 또는 연소챔버(2) 내로 유입되는 연료의 일부분은 연소챔버(2) 내로 유입되는 전체 연료량의 10% 미만인 것을 특징으로 하는 축방향 피스톤 엔진(1) 작동방법.
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Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7397049B2 (en) * 2006-03-22 2008-07-08 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Determining ion beam parallelism using refraction method
CN102667062B (zh) 2009-07-24 2016-02-10 热力驱动系统有限责任公司 轴向活塞式发动机、用于使轴向活塞式发动机运行的方法以及用于制造轴向活塞式发动机的热交换器的方法
DE112010003066A5 (de) * 2009-07-24 2012-10-31 GETAS GESELLSCHAFT FüR THERMODYNAMISCHE ANTRIEBSSYSTEME MBH Axialkolbenmotor, verfahren zum betrieb eines axialkolbenmotors sowie verfahren zur herstellung eines wärmeübertragers eines axialkolbenmotors
JP5768984B2 (ja) * 2009-07-24 2015-08-26 ゲタス ゲゼルシャフト フル サーモダイナミシェ アントリーブッシステメ エムベーハー 軸方向ピストンエンジン
JP5896163B2 (ja) * 2009-07-24 2016-03-30 ゲタス ゲゼルシャフト フル サーモダイナミシェ アントリーブッシステメ エムベーハー 軸方向ピストンエンジン
DE112010003064A5 (de) * 2009-07-24 2012-09-13 GETAS GESELLSCHAFT FüR THERMODYNAMISCHE ANTRIEBSSYSTEME MBH Axialkolbenmotor, verfahren zum betrieb eines axialkolbenmotors sowie verfahren zur herstellung eines wärmeübertragers eines axialkolbenmotors
US9188000B2 (en) * 2009-07-24 2015-11-17 Getas Gesellschaft Fuer Thermodynamische Antriebssysteme Mbh Axial-piston motor with continuously working combustion chamber having two combustion air inputs
DE102011018846A1 (de) 2011-01-19 2012-07-19 GETAS GESELLSCHAFT FüR THERMODYNAMISCHE ANTRIEBSSYSTEME MBH Axialkolbenmotor sowie Verfahren zum Betrieb eines Axialkolbenmotors
JP2017506714A (ja) * 2013-10-22 2017-03-09 モンテベロ、クリス・キアラシュ 外部燃焼／膨張室を備えた回転ピストンエンジン
DE102015108542A1 (de) 2015-05-29 2016-12-01 GETAS GESELLSCHAFT FüR THERMODYNAMISCHE ANTRIEBSSYSTEME MBH Axialkolbenmotor
DE102015118239A1 (de) * 2015-10-26 2017-04-27 GETAS GESELLSCHAFT FüR THERMODYNAMISCHE ANTRIEBSSYSTEME MBH Axialkolbenmotor und Verfahren zum Betrieb eines Axialkolbenmotors
DE102016100439A1 (de) * 2016-01-12 2017-07-13 GETAS GESELLSCHAFT FüR THERMODYNAMISCHE ANTRIEBSSYSTEME MBH Verfahren zum Betrieb eines Axialkolbenmotors sowie Axialkolbenmotor
RU2628831C2 (ru) * 2016-10-20 2017-08-22 Погуляев Юрий Дмитриевич Способ управления аксиально-поршневым двигателем и аксиально-поршневой двигатель
RU2634974C2 (ru) * 2016-10-20 2017-11-08 Погуляев Юрий Дмитриевич Способ управления аксиально-поршневым двигателем и аксиально-поршневой двигатель
DE102017124411A1 (de) 2016-11-07 2018-05-09 GETAS GESELLSCHAFT FüR THERMODYNAMISCHE ANTRIEBSSYSTEME MBH Axialkolbenmotor
WO2019149297A1 (de) 2018-01-31 2019-08-08 GETAS GESELLSCHAFT FüR THERMODYNAMISCHE ANTRIEBSSYSTEME MBH Axialkolbenmotor
WO2020007419A1 (de) 2018-07-04 2020-01-09 GETAS GESELLSCHAFT FüR THERMODYNAMISCHE ANTRIEBSSYSTEME MBH Axialkolbenmotor

Family Cites Families (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3007462A (en) * 1957-08-26 1961-11-07 Vernon W Balzer Reciprocating machine
US4024703A (en) * 1971-10-14 1977-05-24 Hudson Perry D Combustion in combustion products pressure generator intermittent burner type and engines
SE366092B (ko) * 1973-01-02 1974-04-08 T Airas
DE2321060A1 (de) * 1973-04-26 1974-11-14 Volkswagenwerk Ag Hubkolben-brennkraftmaschine mit innerer kontinuierlicher verbrennung
DE2331706A1 (de) * 1973-06-22 1975-01-16 Volkswagenwerk Ag Mit kontinuierlicher verbrennung arbeitende hubkolben-brennkraftmaschine
US3895614A (en) * 1973-12-03 1975-07-22 Henry E Bailey Split piston two-stroke four cycle internal combustion engine
US3985111A (en) * 1973-12-17 1976-10-12 Eaton Corporation Article for defining an auxiliary compartment for an engine combustion chamber
DE2826932A1 (de) * 1978-06-20 1980-01-24 Maschf Augsburg Nuernberg Ag Axialkolben-brennkraftmaschine
FR2442336A1 (fr) * 1978-11-24 1980-06-20 Townsend Engineering Co Procede pour proteger les organes d'etancheite d'un piston de moteur a combustion interne contre la chaleur de combustion
SU799556A1 (ru) * 1979-01-02 1986-03-30 Предприятие П/Я М-5536 Двигатель внутреннего сгорани с воспламенением от сжати
US4448154A (en) * 1979-04-30 1984-05-15 Paradox International, Incorporated Internal combustion engine
US4343282A (en) * 1979-07-16 1982-08-10 Glenn Joseph G Liquid tower carburetor
NL8200333A (nl) 1981-02-27 1982-09-16 Westinghouse Electric Corp Verbrandingsinrichting voor gasturbine.
FR2608212A1 (fr) * 1985-12-19 1988-06-17 Pellerin Jacques Moteur thermique en barillet dont pistons et chemises sont refroidis par une circulation dirigee de fluide, circulation obtenue par des turbines interieures au moteur
JPS62267520A (ja) 1986-05-14 1987-11-20 Isuzu Motors Ltd デイーゼル機関
JP2644745B2 (ja) 1987-03-06 1997-08-25 株式会社日立製作所 ガスタービン用燃焼器
WO1989005399A1 (en) * 1987-12-02 1989-06-15 Wagner-Polybau Szolgáltató Kft. Arrangement for facilitating exploitation of an internal combustion engine by preheating the fuel of the engine
SU1740762A1 (ru) * 1987-12-07 1992-06-15 А.И. Устимов Способ работы двухтактного форкамерного двигател внутреннего сгорани и двухтактный форкамерный двигатель внутреннего сгорани
JPH0289916A (ja) 1988-09-26 1990-03-29 Toshiba Corp ガスタービン燃焼器
SU1751374A1 (ru) * 1990-08-06 1992-07-30 Уральский Автомоторный Завод Производственного Объединения "Зил" Двигатель внутреннего сгорани
DE69111614T2 (de) 1990-10-23 1995-12-21 Rolls Royce Plc Gasturbinenbrennkammer und deren arbeitsweise.
US5203298A (en) * 1992-05-29 1993-04-20 John Manolis Pre-combustion chamber for internal combustion engine
JP2950720B2 (ja) 1994-02-24 1999-09-20 株式会社東芝 ガスタービン燃焼装置およびその燃焼制御方法
US5964087A (en) * 1994-08-08 1999-10-12 Tort-Oropeza; Alejandro External combustion engine
US5549032A (en) * 1995-04-25 1996-08-27 Long; Otto V. Low-pollution high-power external combustion engine
US6951211B2 (en) * 1996-07-17 2005-10-04 Bryant Clyde C Cold air super-charged internal combustion engine, working cycle and method
US5904044A (en) * 1997-02-19 1999-05-18 White; William M. Fluid expander
DE19909689B4 (de) * 1999-03-05 2009-07-23 Rohs, Ulrich, Dr.-Ing. Kolbenmotor mit kontinuierlicher Verbrennung
US6536207B1 (en) 2000-03-02 2003-03-25 New Power Concepts Llc Auxiliary power unit
JP3712947B2 (ja) * 2001-03-02 2005-11-02 川崎重工業株式会社 ガスタービンエンジン用の液体燃料焚き低ｎｏｘ燃焼器
SE526379C2 (sv) * 2004-01-22 2005-09-06 Cargine Engineering Ab Metod och system för styrning av en anordning för kompression
EP1731833A1 (en) 2004-02-10 2006-12-13 Ebara Corporation Combustion apparatus
WO2007070651A1 (en) * 2005-12-14 2007-06-21 Chasin Lawrence C Rotating barrel type internal combustion engine
US20070256658A1 (en) * 2006-03-06 2007-11-08 Andersson Per G E Combined variable compression ratio and passive ignition system

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Publication number Publication date
BRPI0817366A2 (pt) 2015-03-31
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