KR20100136827A - 병렬구조식 리니어 엔진 시스템 및 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 병렬구조식 리니어 엔진 시스템 및 제어방법에 관한 것으로서, 선형 왕복기관으로 리니어 제너레이터와 에어펌프를 병렬식으로 설치하여 커넥팅로드의 길이가 최소화되며 크랭크 및 플라이휠이 없어 소형화(meso-scale)가 가능하고, 상기 리니어 제너레이터에 의해 직접적으로 전기 출력을 얻을 수 있으며, 피스톤 슬리브와 피스톤을 세라믹 재질로 제작하여 무윤활 또는 저윤활 상태에서 엔진이 작동될 수 있어 엔진의 내구성 및 효율이 증가하고, 연소실 헤드를 통해 연료가 연소실 내로 유입, 상기 연소실의 하단부를 통해 에어펌프의 공기가 연료와 다른 경로를 통해 유입되어 연료의 손실을 최소화하여 엔진의 효율이 증가하는 특징이 있다.

병렬식 리니어 엔진, 제너레이터, 에어펌프, 피스톤, 세라믹, 2행정

Description

병렬구조식 리니어 엔진 시스템 및 제어방법{Parallel structure of Linear Engine System and Control a method for The Same}

본 발명은 병렬구조식 리니어 엔진 시스템 및 제어방법에 관한 것으로서, 선형 왕복기관으로 리니어 제너레이터와 에어펌프를 병렬식으로 설치하여 커넥팅로드의 길이가 최소화되며 크랭크 및 플라이휠이 없어 소형화(meso-scale)가 가능하고, 상기 리니어 제너레이터에 의해 직접적으로 전기 출력을 얻을 수 있으며, 피스톤 슬리브와 피스톤을 세라믹 재질로 제작하여 무윤활 또는 저윤활 상태에서 엔진이 작동될 수 있어 엔진의 내구성 및 효율이 증가하고, 연소실 헤드를 통해 연료가 연소실 내로 유입, 상기 연소실의 하단부를 통해 에어펌프의 공기가 연료와 다른 경로를 통해 유입되어 연료의 손실을 최소화하여 엔진의 효율이 증가하는 병렬구조식 리니어 엔진 시스템 및 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 기존 초소형 엔진의 경우에는 자동차 엔진(피스톤 및 크랭크 작동기구에 의한 4행정 또는 2행정 회전 왕복기관)을 축소시켜 만든다.

또한, 상기 엔진을 작게 제작해야 하기 때문에 압축비를 높이는 데 한계가 있고, 소기방식에 있어서 효율이 매우 우수한 유니플로우 소기 방식을 사용할 수 있으나 밸브 등의 주요 부품 증가로 인하여, 제작비용 및 구조적인 어려움이 있기 때문에 소형화가 어렵다.

그리하여, 일반적으로 아주 소형으로 제작하는 경우에는 4 행정 엔진보다는 비교적 구조가 간단한 2 행정 사이클(2 Stroke Cycle)을 채택하고 있으며, 2 행정 엔진의 경우에는 횡단 소기 및 루프 소기(Loop Scavenging) 방식을 적용하고 있다.

이런 방식의 리니어 엔진은 연료탱크에서 연료를 전달받아 작동하도록 상기 연료탱크에서 이송된 연료와 공기로 혼합된 혼합기가 내부에 유입되도록 양끝단에 대응되어 형성되는 실린더 블록 헤드와, 상기 실린더 블록 헤드의 일측에 적층되어 내부에 유입된 혼합기를 내부에 형성된 히터코일을 적열시켜 점화하는 실린더 헤드와, 상기 실린더 헤드에 의해 점화된 혼합기가 폭발하여 내부에 형성된 피스톤이 좌,우로 슬라이딩 되도록 안내하는 실린더 슬리브로 구성된다.

여기서, 상기 리니어 엔진은 종래의 기화기 방식에 비하여 연료공급의 응답성과 연료량 제어의 정확도가 많이 향상됐다.

그런데, 상기 리니어 엔진의 구조는 자동차 엔진(피스톤 및 크랭크 작동기구에 의한 4행정 또는 2행정 회전 왕복기관)을 축소시켜 만들기 때문에 소형으로 제작하는 데 어려움이 많고, 또한 내구성 및 효율이 매우 좋지 않은 문제점이 있다.

또한, 상기 엔진을 작게 제작해야 하기 때문에 압축비를 높이는 데 한계가 있어 대부분 글로우 플로그(glow plug)를 사용하여 저압축비에 연소를 시키고 있기 때문에 열손실 등이 증가하여 엔진의 효율 및 성능이 매우 낮아지는 문제점이 발생 한다.

그리고, 상기 리니어 엔진에 제너레이터가 중앙에 오도록 설계하여 리니어 엔진의 커넥팅로드가 길어져서 좌굴 및 진동에 의한 편심 등으로 인한 측면 하중이 증가하고, 그로 인한 마찰이 커져 효율 및 내구성이 악화되는 문제가 발생한다.

본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서,

선형 왕복기관으로 리니어 제너레이터와 에어펌프를 병렬식으로 설치하여 커넥팅로드의 길이가 최소화되며 크랭크 및 플라이휠이 없어 소형화(meso-scale)가 가능하고, 상기 리니어 제너레이터에 의해 직접적으로 전기 출력을 얻을 수 있는 병렬구조식 리니어 엔진 시스템 및 제어방법을 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 피스톤 슬리브와 피스톤을 세라믹 재질로 제작하여 무윤활 또는 저윤활 상태에서 엔진이 작동될 수 있어 엔진의 내구성 및 효율이 증가하는 병렬구조식 리니어 엔진 시스템 및 제어방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 연소실 헤드를 통해 연료가 연소실 내로 유입, 상기 연소실의 하단부를 통해 에어펌프의 공기가 연료와 다른 경로를 통해 유입되어 연료의 손실을 최소화하여 엔진의 효율이 증가하는 병렬구조식 리니어 엔진 시스템 및 제어방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

상기 목적을 달성하고자, 본 발명은 연료탱크에서 전달되는 연료와 공기를 내부에 전달받아 작동하는 엔진부와;

상기 엔진부의 양측 끝단부에 구비되어 연료와 공기를 개폐하는 헤드부와;

상기 엔진부의 양측면에 병렬로 구비되어 엔진부의 작동에 의해 전기가 발생 되는 발전부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 병렬구조식 리니어 엔진 시스템에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 병렬구조식 리니어 엔진 시스템의 제어방법에 있어서,

연소실에 유입된 연료가 점화플러그에 의해 초기점화되어 폭발하는 단계(S100);

상기 연료 초기점화 폭발(S100) 후, 피스톤이 타측으로 슬라이딩되고, 동시에 피스톤과 링크에 의해 병렬로 연결된 에어펌프의 내부에 구비된 공기피스톤도 타측으로 슬라이딩되는 단계(S200);

상기 피스톤과 공기피스톤의 슬라이딩(S200) 후, 연소실의 배기포트가 열려 연료폭발에 의해 발생된 배기가스가 외부로 배출되는 단계(S300);

상기 배기가스 배출(S300) 후, 동시에 연소실의 내부에 연료와 공기가 각각 분리되어 유입되고, 상기 에어펌프의 내부에도 외부의 공기가 에어펌프 헤드의 공기이송홀을 통해 유입되는 단계(S400);

상기 연료와 공기의 유입(S400) 후, 타측으로 슬라이딩된 피스톤이 연소실 타측에 유입된 연료를 압축착화시켜 폭발시키고, 동시에 공기피스톤은 에어펌프의 타측에 유입된 공기를 압축시켜 연소실의 내부 일측에 공기가 유입되는 단계(S500);

상기 연료 폭발(S500) 후, 다시 피스톤이 일측으로 슬라이딩되어 상기 피스톤과 공기피스톤이 양측으로 슬라이딩되면서 상기 배기가스 배출단계(S300), 연료와 공기의 유입단계(S400), 연료 폭발단계(S500)가 반복적으로 이루어지는 단 계(S600);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 병렬구조식 리니어 엔진 시스템의 제어방법에 관한 것이다.

이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명의 병렬구조식 리니어 엔진 시스템 및 제어방법은 선형 왕복기관으로 리니어 제너레이터와 에어펌프를 병렬식으로 설치하여 커넥팅로드의 길이가 최소화되며 크랭크 및 플라이휠이 없어 소형화(meso-scale)가 가능하고, 상기 리니어 제너레이터에 의해 직접적으로 전기 출력을 얻을 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 피스톤 슬리브와 피스톤을 세라믹 재질로 제작하여 무윤활 또는 저윤활 상태에서 엔진이 작동될 수 있어 엔진의 내구성 및 효율이 증가하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 연소실 헤드를 통해 연료가 연소실 내로 유입, 상기 연소실의 하단부를 통해 에어펌프의 공기가 연료와 다른 경로를 통해 유입되어 연료의 손실을 최소화하여 엔진의 효율이 증가하는 효과가 있다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래와 같은 특징을 갖는다.

본 발명은 연료탱크에서 전달되는 연료와 공기를 내부에 전달받아 작동하는 엔진부와;

상기 엔진부의 양측 끝단부에 구비되어 연료와 공기를 개폐하는 헤드부와;

상기 엔진부의 양측면에 병렬로 구비되어 엔진부의 작동에 의해 전기가 발생되는 발전부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 병렬구조식 리니어 엔진 시스템의 제어방법에 있어서,

연소실에 유입된 연료가 점화플러그에 의해 초기점화되어 폭발하는 단계(S100);

상기 연료 초기점화 폭발(S100) 후, 피스톤이 타측으로 슬라이딩되고, 동시에 피스톤과 링크에 의해 병렬로 연결된 에어펌프의 내부에 구비된 공기피스톤도 타측으로 슬라이딩되는 단계(S200);

상기 피스톤과 공기피스톤의 슬라이딩(S200) 후, 연소실의 배기포트가 열려 연료폭발에 의해 발생된 배기가스가 외부로 배출되는 단계(S300);

상기 배기가스 배출(S300) 후, 동시에 연소실의 내부에 연료와 공기가 각각 분리되어 유입되고, 상기 에어펌프의 내부에도 외부의 공기가 에어펌프 헤드의 공기이송홀을 통해 유입되는 단계(S400);

상기 연료와 공기의 유입(S400) 후, 타측으로 슬라이딩된 피스톤이 연소실 타측에 유입된 연료를 압축착화시켜 폭발시키고, 동시에 공기피스톤은 에어펌프의 타측에 유입된 공기를 압축시켜 연소실의 내부 일측에 공기가 유입되는 단계(S500);

상기 연료 폭발(S500) 후, 다시 피스톤이 일측으로 슬라이딩되어 상기 피스톤과 공기피스톤이 양측으로 슬라이딩되면서 상기 배기가스 배출단계(S300), 연료 와 공기의 유입단계(S400), 연료 폭발단계(S500)가 반복적으로 이루어지는 단계(S600);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 특징을 갖는 본 발명은 그에 따른 바람직한 실시예를 통해 더욱 명확히 설명될 수 있을 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 병렬구조식 리니어 엔진 시스템을 나타낸 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 병렬구조식 리니어 엔진 시스템을 나타낸 수평 단면도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 병렬구조식 리니어 엔진 시스템을 나타낸 수직 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 엔진부를 나타낸 분해 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 연소실과 에어펌프를 나타낸 개략도이다.

도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 병렬구조식 리니어 엔진 시스템은 크게 리니어 엔진과, 리니어 제너레이터와, 에어펌프로 이루어진 시스템인데, 본 발명에서는 기술작성의 명확성을 위해 연료탱크에서 전달되는 연료와 공기를 내부에 전달받아 작동하는 엔진부(100)와, 상기 엔진부(100)의 양측 끝단부에 구비되어 연료와 공기를 개폐하는 헤드부(200)와, 상기 엔진부(100)의 양측면에 병렬로 구비되어 엔진부(100)의 작동에 의해 전기가 발생되는 발전부(300)로 구성한다.

도 3 또는 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 리니어 엔진부(100)는 연소실(110)과 에어펌프(150)와 공기이송부(180)의 구성에 대해 기술하겠다.

상기 연소실(110)은 도 3 내지 도 5를 참고하여, 내부에 연료와 공기가 유입되어 폭발이 이루어지도록 길이방향으로 관통홀(111)이 형성되고, 상기 관통홀(111)과 연통되어 연료의 폭발에 의해 발생하는 배기가스가 외부로 원활하게 배출되도록 연소실(110)의 상부면에 배기포트(112)가 형성되며, 상기 관통홀(111)과 연통되어 공기가 유입되도록 연소실(110)의 하단면에 흡기포트(113)가 형성된다. 이때, 상기 배기포트(112)와 흡기포트(113)는 연소실(110)의 양끝단부 상,하부면에 각각 형성되는데, 흡기포트(113)의 경우 에어펌프(150)에서 이송된 공기가 원활하게 이송되기 위해 흡기포트를 45도 각도로 경사지게 형성하였고, 배기포트(113)의 경우 연소실(110)에서 연료의 폭발로 발생된 배기가스가 신속히 배출되기 위해 피스톤 슬리브(120) 상단에 사각형 형태의 90도 각도로 형성된다.

또한, 상기 연소실(110)의 양측면에는 피스톤축(132)에 관통된 링크(140)가 외부로 돌출되도록 링크가이드홀(114)이 형성되고, 상기 링크가이드홀(114)은 연소실(110)의 길이방향으로 일정간격 형성되어 링크(140)가 도면상 좌,우로 움직일 수 있다.

여기서, 상기 연소실(110)의 관통홀(111)에는 세라믹 재질의 피스톤 슬리브(120)가 결합되고, 상기 피스톤 슬리브(120)의 내부 길이방향으로 피스톤홀(121)이 형성되며, 상기 피스톤 슬리브(120)의 상,하부면과 양측면에는 연소실(110)의 배기포트(112)와 흡기포트(113) 및 링크가이드홀(114)의 위치에 맞춰 동일한 다수개의 홀(122)이 형성된다.

그리고, 상기 피스톤 슬리브(120)의 피스톤홀(121)에는 세라믹 재질의 피스톤(130)이 설치되고, 상기 피스톤(130)은 연소실(110)의 폭발에 의해 좌,우로 슬라이딩되며,

상기 피스톤(130)은 도 4를 참고하여, 피스톤헤드(131)와 피스톤축(132)으로 이루어진다. 이때, 상기 피스톤축(132)의 중앙부에는 링크(140)가 피스톤(130)과 직각으로 관통될 수 있도록 링크연결홀(133)이 형성된다.

상기 에어펌프(150)는 도 4 또는 도 5를 참고하여, 연소실(110)의 양측면에 병렬식으로 구비되어 연소실(110)의 작동에 맞춰 공기가 발생되도록 내부의 길이방향으로 공기홀(151)이 형성되고, 상기 공기홀(151)을 통해 발생된 공기는 헤드부(200)에 전달되어 연소실(110)에 전달되며, 상기 발전부(300)의 제너레이터(310)가 구비되도록 에어펌프(150)의 중앙부에 결합홈(152)이 형성된다.

여기서, 상기 에어펌프(150)는 연소실(110)과 일체형으로 형성되는데, 본 발 명에서는 연소실(110)과 에어펌프(150)가 하나의 블록으로 단면상 "H" 형태의 몸체블록으로 형성되고, 중앙부가 연소실(110)이며, 양측부가 에어펌프(150)가 되는 것이다. 이때, 상기 몸체블록의 양측면 홈이 발전부(300)가 구비될 결합홈(152)이다.

그리고, 상기 에어펌프(150)의 공기홀(151)에는 세라믹 재질의 공기피스톤 슬리브(160)가 삽입 설치되고, 상기 공기피스톤 슬리브(160)의 내부는 길이방향으로 공기피스톤홀(161)이 형성되며, 상기 공기피스톤홀(161)에 세라믹 재질의 공기피스톤(170)이 삽입되어 연소실(110)의 폭발에 맞춰 좌,우로 슬라이딩된다. 이때, 상기 공기피스톤 슬리브(160)는 에어펌프(150)의 공기홀(151)에 삽입시, 에어펌프(150)의 결합홈(152) 부위에서 외부로 노출되지 않도록 하나의 에어펌프(150)에 두개의 공기피스톤 슬리브(160)가 설치된다.

또한, 상기 공기피스톤(170)은 공기피스톤헤드(171)와 공기피스톤축(172)으로 이루어진다. 이때, 상기 공기피스톤축(172)의 중앙부에는 링크(140)가 공기피스톤(170)과 직각으로 관통될 수 있도록 피스톤(130)과 동일한 링크연결홀(173)이 형성된다.

여기서, 상기 피스톤(130)과 공기피스톤(170) 사이에는 직각으로 링크(140)가 설치되어 상호 연결시켜 피스톤(130)이 폭발에 의해 슬라이딩 시, 공기피스톤(170)도 동일한 방향으로 슬라이딩된다.

또한, 상기 공기피스톤헤드(171)의 양끝단부에는 공기피스톤(170)의 좌,우 슬라이딩 시, 탄성력으로 지지되도록 스프링(174)이 형성되고, 상기 스프링(174)은 공기홀(151)에 구비되어 공기피스톤(170)과 에어펌프 헤드(220) 사이에 설치된다. 상기 스프링(174)의 역할은 이하에서 에어펌프 헤드(220)를 기술할 때 상세하게 설명하기로 한다.

상기 공기이송부(180)는 도 3 및 도 4를 참고하여, 연소실(110)과 하단부에 구비되어 양끝단부가 헤드부(200)와 연결되고, 상기 에어펌프(150)에서 발생 된 공기가 헤드부(200)를 거쳐 공기이송부(180)를 통해 연소실(110)에 전달되도록 공기이송부(180)의 내부에는 공기이송로(181)가 형성된다.

여기서, 상기 공기이송로(181)는 공기이송부(180)의 양끝단부에서 각각 형성되어 연소실(110)의 흡기포트(113)와 연결되는데, 이때, 상기 하나의 공기이송로(181)는 흡기포트(113)의 타측과 연결되고 다른 하나의 공기이송로(181)은 일측의 흡기포트(113)와 연결되어 두 개의 흡기포트(113)에 공기이송로(181)가 상호 엇갈려서 연결된다. 즉, 상기 에어펌프(150)의 일측에서 보낸 공기가 연소실(110)의 타측에 유입되는 방식이다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 헤드부를 나타낸 정면도이고, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 헤드부를 나타낸 분해 사시도이다.

도 1 또는 도 7에 도시한 바와 같이, 상기 헤드부(200)는 연소실 헤드(210)와 에어펌프 헤드(220)로 구성되는데, 상호 일체형으로 하나의 블록몸체에 의해 이루어지고, 중앙부가 연소실 헤드(210)이고, 상기 연소실 헤드(210)의 양측부로 에어펌프 헤드(220)이다. 여기서, 상기 헤드부(200)는 연소실(110)의 관통홀(111)과 에어펌프(150)의 공기홀(151)을 외부와 차단 및 개방시키는 역할을 한다.

상기 연소실 헤드(210)는 도 6 및 도 7을 참고하여, 연소실(110)의 끝단부에 구비되는데, 상기 관통홀(111)에 삽입되어 지지되도록 연소실 헤드(210)의 일단면에는 삽입부(211)가 돌출 형성되고, 상기 삽입부(211)에는 연료를 초기 점화시킬 점화플러그(215)가 삽입 설치되도록 삽입홀(212)이 중앙부를 관통 형성된다.

여기서, 상기 삽입부(211)의 반대측인 연소실 헤드(210)의 일단면에는 외부의 연료가 유입되도록 연료유입홈(213)이 형성되고, 상기 연료유입홈(213)을 통해 유입된 연료가 연소실의 관통홀(111) 내부에 이송되도록 연료이송홀(214)이 형성된다. 이때, 상기 연료이송홀(214)은 일측이 연료유입홈(213)의 일단면과 연통되고 타측은 삽입부(211)의 일단면과 관통 형성되어 연료를 관통홀(111)의 내부까지 이송시킨다.

또한, 상기 연료이송홀(214)은 연료유입홈(213)의 두께보다 얇게 형성되어 연료가 기화되어 관통홀(111)의 내부에 분사되고, 상기 연료가 원활하게 이송되도록 경사지게 형성된다.

상기 에어펌프 헤드(220)는 도 6 및 도 7을 참고하여, 연소실 헤드(210)의 양측면에 일체형으로 형성되는데, 상기 에어펌프(150)의 끝단부에 구비되어 외부의 공기가 에어펌프(150)의 공기홀에 유입되도록 공기이송홀(221)이 형성되고, 상기 공기이송홀(221)을 압력차에 의해 개폐하도록 리드밸브(REED VALVE,222)가 형성된다.

또한, 상기 연소실 헤드(210)와 에어펌프 헤드(220)의 내부에는 에어펌프(150)의 공기가 공기이송부(180)에 전달되도록 공기연결로(223)가 형성되고, 상 기 공기연결로(223)의 일측은 에어펌프 헤드(220)의 공기이송홀(221) 측면에 연통되고 타측은 삽입부(211)가 형성된 연소실 헤드(210)의 하단면에 관통된다. 이때, 상기 공기연결로(223)는 공기이송부(180)의 공기이송로(181)와 연결된다.

여기서, 상기 에어펌프(150)의 작동에 대해 도 10을 참고하여 간단히 설명하면, 피스톤(130)의 슬라이딩으로 공기피스톤(170)도 동일한 방향으로 슬라이딩되고, 이때, 상기 공기피스톤(170)이 에어펌프(150)의 내부 일측을 압축하여 리드밸브(222)가 차단되어 공기홀(151)이 외부와 차단되고, 동시에 내부에 임시저장된 공기가 압축되어 공기이송홀(221)의 측면에 형성된 공기연결로(223)를 통해 이송시켜 공기이송부(180)로 전달되며, 상기 에어펌프(150)의 타측 내부는 팽창되어 리드밸브(222)가 개방되어 공기이송홀(221)을 통해 외부의 공기가 공기홀(151)에 유입되어 임시저장된다.

이때, 상기 에어펌프(150)의 스프링(174)은 공기피스톤(170)이 에어펌프 헤드(220)에 접촉되는 것을 탄성적으로 방지해줘 파손 등이 방지하고 스프링(174)의 탄성력은 피스톤(130)이 반대 방향으로의 이동에 도움을 준다.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 발전부를 나타낸 사시도이다. 도 1과 도 8에 도시한 바와 같이, 상기 발전부(300)는 에어펌프(150)의 결합홈(152)에 제너레이터(310)가 각각 설치되고, 상기 에어펌프(150)의 결합홈(152)을 덮을 수 있도록 커버(320)가 더 형성되어 제너레이터(310)를 보호한다.

여기서, 상기 제너레이터(310)는 고정자와 이동자로 구성되는데, 상기 고정 자는 결합홈(152)의 상,하부에 각각 코어(311)가 고정 설치되어 상기 코어(311)가 상호 이격되고, 상기 코어(311)가 상호 대칭되는 면에 코일(312)이 부착된다.

그리고, 상기 이동자는 영구자석인 마그네트(313)로 이루어져 코일(312)과 코일(312) 사이에 구비된다. 이때, 상기 마그네트(313)는 좌,우로 슬라이딩 되는데, 그러기 위해서 상기 링크(140)가 마그네트(313)의 측면을 관통 결합된다. 그러면, 상기 마그네트(313)는 이동자로서, 피스톤(130)의 좌,우 슬라이딩에 맞춰 동일한 방향으로 슬라이딩되는 것이다.

그렇게, 상기 마그네트(313)가 좌,우로 슬라이딩되면서 코일(312)에 자기장이 발생하여 전기가 발생되고, 상기 제너레이터(310)는 외부와 연결되어 발생된 전기를 외부에 전달한다.

상기에서 기술한 리니어 엔진 시스템의 작동에 대한 제어방법을 도면을 통해 이하에서 설명하기로 한다.

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 리니어 엔진 시스템의 작동을 나타낸 부분 단면도이고, 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 에어펌프의 작동을 나타낸 단면도이고, 도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 리니어 엔진의 작동 시스템을 나타낸 순서도이다.

도 9 내지 도 11에 도시한 바와 같이, 본 발명의 병렬구조식 리니어 엔진 시스템의 제어방법은 우선, 연소실 헤드(210)의 연료유입홈(213)를 통해 연소실(110)의 내부에 연료가 유입되어 임시 저장된 상태에서 일측에 점화플러그(215)의 스파 크에 의해 연료를 초기점화시켜 폭발한다.(S100)

그러면 폭발의 힘에 의해 피스톤(130)이 타측으로 슬라이딩되고, 동시에 피스톤(130)과 링크(140)에 의해 병렬로 연결된 에어펌프(150)의 내부에 구비된 공기피스톤(170)도 동일한 방향으로 슬라이딩된다.(S200)

그렇게 되면, 상기 피스톤(130)이 이동한 연소실(110)의 일측은 피스톤헤드(131)에 의해 차단된 배기포트(112)가 열려 연료폭발에 의해 발생된 배기가스가 외부로 배출되고(S300), 상기 배기가스 배출 후, 동시에 연소실(110)의 내부에 연료와 공기가 각각 유입된다. 그리고, 상기 에어펌프(150)의 내부에도 외부의 공기가 에어펌프 헤드(220)의 공기이송홀(221)을 통해 유입된다.(S400) 이때, 상기 에어펌프(150)의 작동원리는 상기에서 기술하였기에 별도로 기술하지 않는다.

여기서, 상기 연료는 연소실 헤드(210)를 통해 유입되고, 공기는 에어펌프(150)에서 전달되어 공기이송로(181)를 통해 연소실(110)의 흡기포트(113)로 유입된다.

그런 다음, 타측으로 슬라이딩된 피스톤(130)이 연소실(110)의 내부 타측에 유입된 연료를 압축착화시켜 폭발시키고, 동시에 공기피스톤(170)도 에어펌프(150)의 타측에 유입된 공기를 압축시켜 연소실(110)의 내부 일측(피스톤(130)이 슬라이딩 된 반대측)에 공기가 유입되어 임시저장된다.(S500)

그리고, 상기 연료 폭발 후, 다시 피스톤(130)이 일측(연료와 공기가 채워진 공간)으로 슬라이딩되고, 동시에 공기피스톤(170)도 동일한 방향으로 슬라이딩된다.

이렇듯, 본 발명의 리니어 엔진 시스템의 작동은 상기 피스톤(130)과 공기피스톤(170)이 양측으로 슬라이딩되면서 연료의 압축착화 폭발 후, 배기포트(112)를 통해 배기가스가 배출되고, 다시 피스톤(130)과 공기피스톤(170)이 슬라이딩되어 연료와 공기가 각각 유입되면서 또 연료의 폭발로 다시 일측으로 슬라이딩되는 등 반복적으로 작동하는(S600) 방법이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 병렬구조식 리니어 엔진 시스템을 나타낸 분해 사시도이고,

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 병렬구조식 리니어 엔진 시스템을 나타낸 수평 단면도이고,

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 병렬구조식 리니어 엔진 시스템을 나타낸 수직 단면도이고,

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 엔진부를 나타낸 분해 사시도이고,

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 연소실과 에어펌프를 나타낸 개략도이고,

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 헤드부를 나타낸 정면도이고,

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 헤드부를 나타낸 분해 사시도이고,

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 발전부를 나타낸 사시도이고,

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 리니어 엔진 시스템의 작동을 나타낸 부분 단면도이고,

도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 에어펌프의 작동을 나타낸 단면도이고,

도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 리니어 엔진의 시스템을 순서도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 엔진부 110 : 연소실

120 : 피스톤 슬리브 130 : 피스톤

140 : 링크 150 : 에어펌프

160 : 공기피스톤 슬리브 170 : 공기피스톤

180 : 공기이송부 200 : 헤드부

210 : 연소실 헤드 220 : 에어펌프 헤드

300 : 발전부 310 : 제너레이터

320 : 커버

Claims (11)

1. 연료탱크에서 전달되는 연료와 공기를 내부에 전달받아 작동하는 엔진부(100)와;

   상기 엔진부(100)의 양측 끝단부에 구비되어 연료와 공기를 개폐하는 헤드부(200)와;

   상기 엔진부(100)의 양측면에 병렬로 구비되어 엔진부(100)의 작동에 의해 전기가 발생되는 발전부(300);

   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 병렬구조식 리니어 엔진 시스템.
2. 제 1항에 있어서, 상기 엔진부(100)는,

   내부에 연료와 공기가 유입되어 폭발이 이루어지도록 길이방향으로 관통홀(111)이 형성되고, 상기 관통홀(111)과 연통되어 연료의 폭발에 의해 발생하는 배기가스가 외부로 배출되도록 상부면에 90도로 경사진 사각형 형태의 배기포트(112)가 형성되며, 상기 관통홀(111)과 연통되어 공기가 유입되도록 하단면에 45도로 경사지게 흡기포트(113)가 형성되는 연소실(110)과;

   상기 연소실(110)의 양측면에 병렬로 구비되어 연소실(110)의 작동에 맞춰 공기가 발생되도록 내부의 길이방향으로 공기홀(151)이 형성되고, 상기 공기홀(151)을 통해 발생된 공기는 헤드부(200)에 전달되며, 상기 발전부(300)가 구비 되도록 중앙부에 결합홈(152)이 형성되는 에어펌프(150)와;

   상기 연소실(110)과 하단부에 구비되어 양끝단부가 헤드부(200)와 연결되고, 상기 에어펌프(150)에서 발생 된 공기가 헤드부(200)를 통해 연소실에 전달되도록 내부에 공기이송로(181)가 형성되는 공기이송부(180);

   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 병렬구조식 리니어 엔진 시스템.
3. 제 2항에 있어서, 상기 연소실(110)에는,

   관통홀(111)에 삽입 설치되고, 내부의 길이방향으로 피스톤홀(121)이 형성되며, 상기 연소실(110)의 배기포트(112)와 흡기포트(113)의 위치에 맞춰 다수개의 홀(122)이 형성되는 세라믹 재질의 피스톤 슬리브(120)와;

   상기 피스톤 슬리브(120)의 피스톤홀(121)에 삽입되어 연소실(110)의 폭발에 의해 좌,우로 슬라이딩되도록 피스톤헤드(131)와 피스톤축(132)으로 이루어지는 세라믹 재질의 피스톤(130);

   을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 병렬구조식 리니어 엔진 시스템.
4. 제 2항에 있어서, 상기 에어펌프(150)에는,

   공기홀(151)에 삽입 설치되고, 내부에 길이방향으로 공기피스톤홀(161)이 형성되는 세라믹 재질의 공기피스톤 슬리브(160)와;

   상기 공기피스톤 슬리브(160)의 공기피스톤홀(161)에 삽입되어 연소실(110)의 폭발에 맞춰 좌,우로 슬라이딩되도록 공기피스톤헤드(171)와 공기피스톤축(172)으로 이루어지는 세라믹 재질의 공기피스톤(170)과;

   상기 공기피스톤헤드(171)의 끝단부에 각각 설치되어 공기피스톤(170)의 좌, 우 슬라이딩 시, 탄성력으로 지지되고 피스톤(130)이 반대 방향으로의 이동에 도움을 주는 공기홀(151)에 구비되는 스프링(174);

   을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 병렬구조식 리니어 엔진 시스템.
5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,

   상기 피스톤(130)과 공기피스톤(170) 사이에는 피스톤(130)의 슬라이딩 시, 공기피스톤(170)도 동일한 방향으로 슬라이딩되도록 상호 연결시키는 링크(140)가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 병렬구조식 리니어 엔진 시스템.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 피스톤 축(132)과 공기피스톤축(172)의 중앙부에는 피스톤(130)과 공기피스톤(170)에 링크(140)가 연결되도록 링크연결홀(133,173)이 동일한 위치에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 병렬구조식 리니어 엔진 시스템.
7. 제 2항에 있어서, 상기 헤드부(200)는,

   연소실(110)의 끝단부에 구비되며, 상기 관통홀(111)에 삽입되어 지지되도록 일단면에 삽입부(211)가 돌출 형성되고, 상기 삽입부(211)에 연료를 폭발시키는 점화플러그(215)가 삽입 설치되도록 삽입홀(212)이 관통 형성되며, 상기 삽입부(211)의 반대측 일단부에 외부의 연료가 유입되도록 연료유입홈(213)이 형성되고, 상기 연료유입홈(213)을 통해 유입된 연료가 연소실의 관통홀(111) 내부에 이송되도록 연료유입홈(213)의 일단면과 연통되는 연료이송홀(214)로 이루어진 연소실 헤드(210)와;

   상기 연소실 헤드(210)의 양측면에 일체형으로 형성되며, 상기 에어펌프(150)의 끝단부에 구비되어 외부의 공기가 에어펌프(150)의 공기홀(151)에 유입되도록 공기이송홀(221)이 형성되고, 상기 공기이송홀(221)을 압력차에 의해 개폐하도록 리드밸브(REED VALVE,222)가 형성되는 에어펌프 헤드(220);

   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 병렬구조식 리니어 엔진 시스템.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 연소실 헤드(210)와 에어펌프 헤드(220)의 내부에는 에어펌프(150)의 공기가 공기이송부(180)에 전달되도록 공기연결로(223)가 형성되고, 상기 공기연결로(223)의 일측은 에어펌프 헤드(220)의 공기이송홀(221) 측면에 연통되고 타측은 삽입부(211)가 형성된 연소실 헤드(210)의 하단면에 관통되어 공기이송부(180)의 공기이송로(181)와 연결되는 것을 특징으로 하는 병렬구조식 리니어 엔진 시스템.
9. 제 2항에 있어서,

   상기 발전부(300)는 에어펌프(150)의 결합홈(152)에 제너레이터(310)가 각각 설치되고, 상기 에어펌프(150)의 결합홈(152)을 덮을 수 있도록 커버(320)가 형성되는 것을 특징으로 하는 병렬구조식 리니어 엔진 시스템.
10. 제 9항에 있어서, 상기 제너레이터(310)는,

    결합홈(152)의 상,하부에 이격되어 코어(311)가 고정설치되고, 상기 코어(311)가 상호 대칭되는 면에 코일(312)이 부착되는 고정자와;

    상기 코일(312)이 부착된 코어(311)의 사이에 구비되고, 영구자석인 마그네트(313)로 이루어지는 이동자;

    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 병렬구조식 리니어 엔진 시스템.
11. 병렬구조식 리니어 엔진 시스템의 제어방법에 있어서,

    연소실(110)에 유입된 연료가 점화플러그(215)에 의해 초기점화되어 폭발하 는 단계(S100);

    상기 연료 초기점화 폭발(S100) 후, 피스톤(130)이 타측으로 슬라이딩되고, 동시에 피스톤(130)과 링크(140)에 의해 병렬로 연결된 에어펌프(150)의 내부에 구비된 공기피스톤(170)도 타측으로 슬라이딩되는 단계(S200);

    상기 피스톤(130)과 공기피스톤(170)의 슬라이딩(S200) 후, 연소실(110)의 배기포트(112)가 열려 연료폭발에 의해 발생된 배기가스가 외부로 배출되는 단계(S300);

    상기 배기가스 배출(S300) 후, 동시에 연소실(110)의 내부에 연료와 공기가 각각 유입되고, 상기 에어펌프(150)의 내부에도 외부의 공기가 에어펌프 헤드(220)의 공기이송홀(221)을 통해 유입되는 단계(S400);

    상기 연료와 공기의 유입(S400) 후, 타측으로 슬라이딩된 피스톤(130)이 연소실(110) 타측에 유입된 연료를 압축착화시켜 폭발시키고, 동시에 공기피스톤(170)은 에어펌프(150)의 타측에 유입된 공기를 압축시켜 공기이송홀(221)을 통해 연소실(110)의 내부 일측에 공기가 유입되는 단계(S500);

    상기 연료 폭발(S500) 후, 다시 피스톤(130)이 일측으로 슬라이딩되어 상기 피스톤(130)과 공기피스톤(170)이 양측으로 슬라이딩되면서 상기 배기가스 배출단계(S300), 연료와 공기의 각각 유입단계(S400), 연료 폭발단계(S500)가 반복적으로 이루어지는 단계(S600);

    을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 병렬구조식 리니어 엔진 시스템의 제어방법.

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