KR20170067692A - 내연기관의 배기압력 조정 장치 - Google Patents

내연기관의 배기압력 조정 장치 Download PDF

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Abstract

내연기관의 배기압력을 조절하여 기관의 효율을 약 20% 상승 및 가속능력 증대, 출력증대, 유해 배기가스의 대폭적 감소를 시켜주는 장치이다. 내연기관은 배기압력을 적절히 조절해 줌으로써 상기 목적을 달성시킬 수 있다. 본 발명은 주로 부착의 공간이 자유로운 정지형 내연기관, 대형 자동차, 선박 등의 내연기관에 부착하기 위하여 연구되었다.

Description

내연기관의 배기압력 조정 장치{exhaust pressure adjustment equipment of internal combustion engine}
내연기관
내연기관의 연료 절감을 위해 배기 손실의 감소를 위한 여러 가지 방안이 강구되어 왔었다. 내연기관의 배기압력 감소를 목적으로 하는 배기 촉진장치와 저속에서는 배기압력을 올리며 고속에서는 내리는 방법(배기압력 조절장치-본인출원) 등의 배기압력 조절장치 등이 연구돼 왔다.
내연기관의 효율 상승 및 유해 배기 가스의 감소.
내연기관은 배기압력을 적절히 조절해 줘야만 효율이 높아진다. 그 이유는 캠의 구조에 따른 피스톤의 상사점에서 정확히 흡배기 시점이 되지 않음에 기인된다. 즉, 폭발 행정 과정에서 배기 밸브가 피스톤 하사점 전 크랭크 각 약 55도 전에서 열리기 시작하기 때문에 폭발행정 중 연소가스가 미리 배출되는 현상이 일어난다. 따라서 지금까지는 배기 압력을 낮춰야만 내연기관의 효율이 상승되는 것으로만 일반적으로 알고 있으나 그것은 잘못이다.
그러므로 내연기관의 배기압력은 일반적으로 상승시켜야만 폭발 행정 과정에서 미리 배출되는 미연소가스의 배출이 줄어들며 폭발 행정 압력이 상승되며 폭발행정에서의 더 큰 힘이 발생된다.
그렇지만 배기 압력을 과도하게 상승시켰을 경우에는 배기 행정에서의 배기가 원활하지 않으며 배기 행정 과정에서 피스톤에 배압이 걸려 오히려 손실을 가져 온다. 그러므로 이러한 현상이 원활하게 이루어지기 위해서는 적정한 배기 압력의 조절이 필요하다. 일반적으로 저속(약 2500 rpm 이하)에서는 배기 압력을 상승시켜야 하며 고속에서는 배기압력을 낮추어야 한다.
이럴 경우 연소시간이 길어짐에 의한 미연소분의 대폭 감소, 유해 배기가스의 대폭 감소, 기관의 대폭적 효율 상승 등의 효과를 가져올 수 있다.
그러므로 내연기관의 배기압력 조절은 매우 중요하다. 하지만 지금까지 통상적으로 기관의 흡기와 미립화 연소등에서만 관심을 가졌었고 본 발명과는 달리 기관의 배기 계통에서의 중요성은 간과하고 있었던 것이 사실이다.
그러므로 지금까지 배기의 원활한 추출만을 목적으로 하는 배기추출 장치 등이 연구된바 있으나 저속에서의 역효과로 인하여 실제로 배기추출 장치를 부착하는 예는 거의 없다.
참고적으로 본 발명의 이전에 내연기관의 배기압력 조절장치(본인 발명,기관효율 약 20% 상승)가 발명된 적이 있으나 배기관 부착의 여러가지 기타 문제로 인하여 사업화를 추진되지 못하였다.
하지만 본 발명은 비교적 부착 공간이 자유로운 선박 엔진 및 정지형 내연기관 등에 주로 이용하기 위하여 재차 연구되었다. 장치의 원리와 구조는 다음과 같다.
1> 원리
1) 원심 팬의 구동 소요 동력은 일반적으로 매우 적다.
2) 원심 팬을 엔진의 동력으로 구동시켜 엔진의 회전수에 따라 회전수가 증감되게 한다. 그러므로 엔진의 고속 회전시에는 고압력의 공기를 얻어 낼 수 있다.
3) 노즐에 의한 공기의 분사로써 벤츄리 효과에 따른 수직 배관 내의 부압을 얻어 내기 위해서는 도1,도3의 원뿔 배기가스 배출구(13)와 같이 끝부분이 원뿔형으로 되었을 때 가장 부압을 형성시키는 효과가 크다.
4) 따라서 기관의 회전수에 따라 저속에서는 배기관을 막아 배기압력을 올려주며 기관의 회전수가 증가해 감에 따라 배기관 막음을 개방함과 동시에 배기관에 부압이 형성되게 하여 기관의 회전수에 따른 적정한 배기압력을 형성시켜 준다.
2> 구조
[발명의 구체적인 내용 참조]
- 내연기관의 대폭적 효율 상승.
- 연료 소비율의 대폭적 감소 (약 20 %)
- 기관의 출력 및 가속능력 증대
- 유해 배기가스의 현저한 감소
- 엔진의 내구성 증대
등을 실제로 이루어낼 수 있다.
실제로 샘플을 제작 부착하여 운전 시 가속 능력과 더불어 출력의 증대 효과가 있었으며 효율은 약 20 % 의 연료소비율 감소를 가져왔다.
도1은 조정 실린더형 배기압력 조정 장치의 전체 구성을 제외한 장치 구성도
도2는 도1의 평면도(Y에서 봄)
도3은 무 실린더형 배기압력 조정 창치의 전체 구성을 제외한 장치 구성도
도4는 내연기관에 부착된 배기 압력 조정 장치의 전체 구성도
도 1,2,3 과 같이 사각 또는 원통형의 몸체(12, 20)에 좌측의 입구에는 압력공기가 유입되어 분사 노즐의 형태를 갖추도록 공기관 연결구(18)를 구성하고 그 바로 우측의 내부에 진행 공기에 의한 벤츄리 효과에 따라 배기 가스관에 부압이 형성되어 유출이 쉽도록 원뿔 형태의 원뿔 배기가스 배출구(13)가 수직으로 내착되고, 또한 그것의 우측에 공기량과 더불어 배기가스 압력을 조절할 수 있도록 버터 플라이 밸브(11) 가 내착되고 {도3의 무실린더 형의 경우에는 원뿔 배기가스 배출구 이전에 내착} 버터 플라이 밸브(11,23 )를 외부에서 유입되는 공기의 압력에 따라 개도가 조절될 수 있도록 공기 실린더(2)와 피스톤(3), 이의 보조 장치로써 피스톤 컨넥팅 로드(4), 컨넥팅 로드링크(5), 왕복 회전 크랭크(6) 등으로 이루어져 유입 공기 압력에 따라 조절이 가능 토록 구성하며, 조정 인장 스프링(8)과 스프링 장력 조정 너트(9) 및 볼트(10)로써 버트 플라이 밸브(11)의 한도와 개폐율을 조정할 수 있도록 구성된다.
{도3의 조정 실린더가 없는 형의 경우에는 원뿔 배기가스 배출구(13)의 이전에 무실린더형 버트 플라이 밸브(23)가 설치되며 이를 고정 상태에서 조정하기 위한 고정볼트(22)와 조정핸들(23)이 구성되는 형태로 이루어진다.}
또한 내연기관의 축에 동력 인출 장치(24,25)를 통하여 내연기관 구동 원심팬(26)을 구동시켜 내연기관의 회전수 증감에 따라 팬 출구 압력과 공기량의 세기가 형성되어 이와 연결한 공기관(17)을 통해 공기관 연결구(18)로 유입되는 전체적 시스템 구성을 한다.
비교적 설치 공간이 넓은 대형 차량, 선반, 정지형 내연기관 등에 부착하여 내연기관의 대폭적 효율 상승, 출력증대, 가속능력 증대, 유해 배기 가스의 대폭적 감소등을 이루어 내므로 실용성이 매우 높다.
1: 압력공기 전달 호스 2: 공기 실린더 3: 피스톤
4: 피스톤 컨넥팅 로드 5: 컨넥팅 로드 링크 6: 왕복 회전 크랭크
7: 버터 플라이 밸브 축 8: 조정 인장 스프링 9: 스프링 장력 조정 너트
10: 스프링 장력 조정 볼트 11: 버터 플라이 밸브 12: 몸체
13: 원뿔 배기가스 배출구 14: 배기관 연결구 15: 배기관 연결 밴드
16: 공기관 연결 밴드 17: 공기관 18: 공기관 연결구
19: 무실린더형 내측 칸막이 20: 무실린더형 몸체
21: 무실린더형 버트 플라이 밸브 조정핸달
22: 무실린더형 버트플라이 밸브 고정 볼트 23: 무실린더형 버트 플라이 밸브
24: 브이 벨트 25: 원심팬 구동 풀리 26: 내연기관 구동 원심 팬

Claims (2)

  1. 도1,도2와 같이 유입공기 압력이 높아질수록 버터플라이 밸브(11)가 열리도록 공기 실린더(2)가 부착되어 이의 보조 장치로써 (4),(5),(6),(7),(8)등의 장치로 구성되어 몸체(12)의 내부에 수직으로 내착 되어진 원뿔 배기가스 배출구(13)를 통해 배기가스를 기관의 고속에서는 기관과 직결된 내연기관 구동 원심팬(26)을 부착시켜 공기를 몸체(12) 내부로 분사시켜 기관의 회전수에 따라 배기관에 정압과 부압을 형성하여 배기압력을 조정하도록 구성된 내연기관의 배기압력 조정 장치.
  2. 도3과 같이 원심팬(26)으로부터 공급되는 유입공기 압력이 높아질수록 원뿔 배기가스 배출구(13)에서의 부압 형성이 높아지도록 사각 또는 원형으로 내부에는 무실린더 형 내측 칸막이(19)로 내착된 무실린더 형 몸체(20)로 구성되고 이의 보조 장치로써 무실린더형 버트 플라이 밸브(23)가 구성되며 이를 고정 상태에서 조정하기 위한 조정핸들(21)과 고정볼트(22)로 이루어져 내연기관의 회전수에 따라 적정한 배기압력이 조정되도록 이루어진 무실린더 형 내연기관의 배기압력 조정장치
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