KR20190047588A - Internal combustion engine for saving fuel and reducing exhaust gas emissions - Google Patents

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KR20190047588A
KR20190047588A KR1020180092088A KR20180092088A KR20190047588A KR 20190047588 A KR20190047588 A KR 20190047588A KR 1020180092088 A KR1020180092088 A KR 1020180092088A KR 20180092088 A KR20180092088 A KR 20180092088A KR 20190047588 A KR20190047588 A KR 20190047588A
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Abstract

The present invention relates to an internal combustion engine for saving fuel and reducing exhaust gas emission. The internal combustion engine includes: a fuel tank storing the fuel used for the internal combustion engine; an injector injecting the fuel stored in the fuel tank by a fuel injection method; a nitrogen removing unit generating air for combustion by adsorbing and removing nitrogen molecules contained in air flowing inside from the outside and moving the generated air for combustion through a first suction pipe; a mixing unit generating mixed gas by mixing the air for combustion supplied through the first suction pipe and the fuel injected by the injector; a suction port supplying the mixed gas to an engine cylinder; and an active oxygen generating unit receiving the air for combustion through a second suction pipe separated from the first suction pipe and generating active oxygen gas by performing plasma discharge to the air for combustion, supplied through the second suction pipe, wherein the active oxygen generating unit also injects the generated active oxygen gas between the mixing unit and the suction port.

Description

연료를 절감하고 배기가스 배출을 저감하는 내연기관{INTERNAL COMBUSTION ENGINE FOR SAVING FUEL AND REDUCING EXHAUST GAS EMISSIONS}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an internal combustion engine capable of reducing fuel consumption and reducing exhaust gas emissions,

본 발명은 연료를 절감하고 배기가스 배출을 저감하는 내연기관에 관한 것이다.The present invention relates to an internal combustion engine that reduces fuel and reduces exhaust emissions.

현대인에게 자동차를 비롯한 교통수단은 생활을 영위하기 위한 필수품이며, 내연기관은 교통수단에 광범위하게 사용되는 필수적인 구성 요소이다. 그러나, 내연기관에서 동력을 얻기 위해서 사용되는 연료와 연소 과정에서 발생되는 오염물질(예를 들면, C, CnHm , COx, NOx, SOx 등)으로 인해 심각한 환경오염 문제가 발생하고 있다. 내연기관은 통상적으로 석유를 그 연료로 사용하게 되는데, 전세계에 존재하는 수많은 운송수단 개체의 운행과 발전플랜트의 운영으로 석유자원이 고갈되고 있으며 미세먼지와 대기환경오염문제가 매우 심각해지고 있다. 이에 에너지절감과 환경오염 개선을 위한 노력을 경주하고, 점차 대체에너지를 연구하는 추세이지만, 그 대체에너지의 연구가 쉽지 않은 상태이며, 특히 자동차분야에서는 실제 대체에너지를 적용하는데 어려움이 매우 많다.For modern people, transportation including automobiles is a necessity for living, and internal combustion engine is an essential component widely used in transportation. However, serious environmental pollution problems arise due to the fuel used for obtaining power from the internal combustion engine and the pollutants generated in the combustion process (for example, C, CnHm, COx, NOx, SOx, etc.). Internal combustion engines usually use petroleum as its fuel. The operation of many transportation objects and the operation of power plants all over the world are depleting petroleum resources and the problem of fine dust and air pollution is getting serious. Therefore, it is not easy to study alternative energy, but it is very difficult to apply real alternative energy in automobile field.

한편, 내연기관의 이러한 문제점을 해결하기 위한 대안으로, 수소자동차 및 전기자동차 등 새로운 방식의 자동차의 상용화를 고려하고 있으나, 신규충전소의 건립 및 신자동차의 교체 등에 막대한 사회적 비용이 필요한 상황인바, 새로운 유형의 자동차가 도입되어 완전 교체되기까지는 오랜 시간이 걸릴 예정이다. 또한, 하이브리드 방식의 자동차 엔진 등이 연구되고 보급되고 있어 일부 개선은 되고 있지만, 엔진에서의 불완전 연소에 의한 연료의 낭비와 환경오염 문제는 여전히 남아 있는 상태이다. 나아가, 기존에 생산되어 운행되고 있는 차량들에 구비된 내연기관의 경우, 엔진 노화에 따른 불안전 연소에 따른 대기 오염과 연료의 낭비가 발생하며, 이를 해소하기 위한 노력들이 시행하였으나 실제적인 효과나 결실을 보기 어려운 상황이다.Meanwhile, as an alternative to solve such a problem of the internal combustion engine, commercialization of a new type of automobile such as a hydrogen car and an electric car is considered. However, a situation in which a large amount of social costs are required for erecting a new charging station and replacing a new car, It will take a long time for the type of car to be introduced and completely replaced. In addition, a hybrid type automobile engine has been researched and popularized and some improvements have been made. However, there is still a problem of waste of fuel and environmental pollution caused by incomplete combustion in the engine. Further, in the case of the internal combustion engine provided in the vehicles that are produced and operated in the past, the air pollution and the waste of the fuel due to the unstable combustion due to the aging of the engine occur. It is difficult to see.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 플라즈마 방전을 통해 활성산소 기체를 생성하고, 생성한 활성산소 기체를 공급하여 엔진실린더에서 연료의 완전 연소가 발생하도록 하는 기술을 제공하는 것이다.A problem to be solved by the present invention is to provide a technique for generating active oxygen gas through plasma discharge and supplying generated active oxygen gas to cause complete combustion of fuel in an engine cylinder.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 수소 기체 또는 및 활성수소 기체를 추가적으로 공급하여 엔진실린더에서 연료의 완전 연소가 발생하도록 하는 기술을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a technique for additionally supplying hydrogen gas or active hydrogen gas to cause complete combustion of fuel in an engine cylinder.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 엔진실린더에서 배출되는 배기가스 내 오염성분에 기초하여, 활성산소 기체 및 활성수소 기체의 생성량, 엔진실린더에 공급되는 연료의 양을 조절하는 기술을 제공하는 것이다.Further, a problem to be solved by the present invention is to provide a technique for regulating the amount of active oxygen gas and active hydrogen gas produced, the amount of fuel supplied to the engine cylinder, based on the pollution component in the exhaust gas discharged from the engine cylinder .

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 내연기관에서 버려지는 에너지를 감소시키거나 혹은 회수하여 활성산소기체 및 활성수소기체를 엔진실린더에 공급하여 에너지 효율을 개선하는 기술을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a technique for reducing or eliminating the energy discarded in an internal combustion engine and supplying active oxygen gas and active hydrogen gas to the engine cylinder to improve energy efficiency.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료를 절감하고 배기가스 배출을 저감하는 내연기관은 내연기관에 사용되는 연료를 저장하는 연료탱크, 상기 연료탱크에 저장된 연료를 연료분사방식으로 분사하는 인젝터, 외부로부터 유입된 공기에 포함된 질소 분자를 흡착 제거하여 연소용 공기를 생성하고, 상기 생성된 연소용 공기를 제1 흡기관을 통해 이동시키는 질소제거부, 상기 인젝터에서 분사된 연료 및 상기 제1 흡기관을 통해 공급받은 상기 연소용 공기를 혼합하여 혼합기를 생성하는 혼합부, 상기 혼합기를 엔진실린더에 공급하는 흡기 포트, 그리고 상기 제1 흡기관으로부터 분리된 제2 흡기관을 통해 상기 연소용 공기를 공급받고, 상기 제2 흡기관을 통해 공급받은 상기 연소용 공기에 플라즈마 방전을 일으켜 활성산소 기체를 생성하고, 상기 생성한 활성산소 기체를 상기 혼합부와 상기 흡기 포트 사이에 주입하는 활성산소 생성부를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, an internal combustion engine that reduces fuel and reduces exhaust gas includes a fuel tank for storing fuel used in an internal combustion engine, an injector for injecting the fuel stored in the fuel tank in a fuel injection manner, A nitrogen removing unit for adsorbing and removing nitrogen molecules contained in the introduced air to generate combustion air and moving the generated combustion air through the first intake pipe, a fuel injected from the injector, And an air intake port for supplying the mixer to the engine cylinder, and a second air intake port connected to the air intake port through a second intake pipe separated from the first intake pipe to supply the combustion air Generates a plasma discharge in the combustion air supplied through the second intake pipe to generate active oxygen gas, Oxygen gas and comprises a free radical generator which injected between the mixing section and the air intake port.

상기 활성산소 생성부는 상기 제2 흡기관 상에 구현되며, 상기 혼합부로부터 미리 설정된 거리 이내에 위치한다.The active oxygen generating unit is implemented on the second intake pipe and is located within a predetermined distance from the mixing unit.

상기 제2 흡기관은 상기 제1 흡기관보다 적은 부피 및 내부표면적을 갖는다.The second intake pipe has a smaller volume and an internal surface area than the first intake pipe.

상기 제2 흡기관은 상기 제1 흡기관으로부터 분리된 위치에서 제1 길이를 직경으로 갖고, 상기 연소용 공기가 상기 활성산소 생성부로 진입하는 위치에서 상기 제1 길이보다 긴 제2 길이를 직경으로 갖고, 상기 활성산소 생성부가 상기 생성한 활성산소 기체를 배출하는 위치에서 상기 제1 길이보다 짧은 제3 길이를 직경으로 갖는다.Wherein the second intake pipe has a first length at a position separated from the first intake pipe and a second length longer than the first length at a position where the combustion air enters the active oxygen generator And the active oxygen generator has a third length shorter than the first length at a position where the generated active oxygen gas is discharged.

상기 제2 흡기관은 상기 제1 흡기관으로부터 분리된 위치에서 상기 활성산소 생성부까지의 제1 거리가 상기 활성산소 생성부로부터 상기 혼합부까지의 제2 거리보다 길다.The first distance from the position where the second intake pipe is separated from the first intake pipe to the active oxygen generator is longer than the second distance from the active oxygen generator to the mixer.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료를 절감하고 배기가스 배출을 저감하는 내연기관은 상기 혼합부에 수소 기체를 제공하는 수소 제공부를 더 포함하고, 상기 혼합부는 상기 인젝터에서 분사된 연료, 상기 연소용 공기 및 상기 수소 기체를 혼합하여 상기 혼합기를 생성한다.According to an embodiment of the present invention, an internal combustion engine that reduces fuel and reduces exhaust gas emission further includes a hydrogen supply unit for supplying hydrogen gas to the mixing unit, wherein the mixing unit is configured to mix the fuel injected from the injector, Air and the hydrogen gas are mixed to produce the mixer.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료를 절감하고 배기가스 배출을 저감하는 내연기관은 수소 분자에 플라즈마 방전을 일으켜 활성수소 기체를 생성하고, 상기 생성된 활성수소 기체를 상기 흡기 포트에 제공하는 활성수소 생성부를 더 포함하고, 상기 흡기 포트는 상기 혼합기 및 상기 활성수소 기체를 상기 엔진실린더에 공급한다.According to an embodiment of the present invention, an internal combustion engine that reduces fuel and reduces exhaust gas emissions generates active hydrogen gas by causing a plasma discharge to hydrogen molecules, and supplies active hydrogen gas to the intake port And the intake port supplies the mixer and the active hydrogen gas to the engine cylinder.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료를 절감하고 배기가스 배출을 저감하는 내연기관은 상기 엔진실린더에서 배출된 배기가스를 분석하고, 상기 배기가스에 포함된 오염성분의 농도에 기초하여 상기 활성산소 기체의 생성량을 제어하는 활성산소 제어부를 더 포함한다.An internal combustion engine that reduces fuel and reduces exhaust gas according to an embodiment of the present invention analyzes exhaust gas discharged from the engine cylinder and detects the concentration of the pollutant contained in the exhaust gas, And an active oxygen control unit for controlling the amount of produced oxygen.

본 발명의 다른 실시예에 따른 연료를 절감하고 배기가스 배출을 저감하는 내연기관은 내연기관에 사용되는 연료를 저장하는 연료탱크, 상기 연료탱크에 저장된 연료를 연료분사방식으로 분사하는 인젝터, 외부로부터 유입된 공기에 포함된 질소 분자를 흡착 제거하여 연소용 공기를 생성하고, 상기 생성된 연소용 공기를 제1 흡기관을 통해 이동시키는 질소제거부, 상기 제1 흡기관으로부터 분리된 제2 흡기관을 통해 상기 연소용 공기를 공급받고, 상기 제2 흡기관을 통해 공급받은 연소용 공기에 플라즈마 방전을 일으켜 활성산소 기체를 생성하는 활성산소 생성부, 그리고 상기 제1 흡기관을 통해 공급받은 상기 연소용 공기 및 상기 제2 흡기관을 통해 공급받은 상기 활성산소 기체를 이용하여 상기 인젝터로부터 직접 분사된 연료를 연소시키는 엔진실린더를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an internal combustion engine for reducing fuel and reducing exhaust gas, comprising: a fuel tank for storing fuel used in an internal combustion engine; an injector for injecting fuel stored in the fuel tank in a fuel injection manner; A nitrogen removing unit that removes nitrogen molecules contained in the introduced air to generate combustion air and moves the generated combustion air through the first intake pipe, An active oxygen generating unit that receives the combustion air through the first intake pipe and generates plasma discharge in the combustion air supplied through the second intake pipe to generate active oxygen gas, And an engine for burning the fuel directly injected from the injector by using the active oxygen gas supplied through the second intake pipe And a cylinder.

상기 활성산소 생성부는 상기 제2 흡기관 상에 구현되며, 상기 엔진실린더로부터 미리 설정된 거리 이내에 위치한다.The active oxygen generator is implemented on the second intake pipe and is located within a predetermined distance from the engine cylinder.

상기 제2 흡기관은 상기 제1 흡기관보다 적은 부피 및 내부표면적을 갖는다.The second intake pipe has a smaller volume and an internal surface area than the first intake pipe.

상기 제2 흡기관은 상기 제1 흡기관으로부터 분리된 위치에서 제1 길이를 직경으로 갖고, 상기 연소용 공기가 상기 활성산소 생성부로 진입하는 위치에서 상기 제1 길이보다 긴 제2 길이를 직경으로 갖고, 상기 활성산소 생성부가 상기 생성한 활성산소 기체를 배출하는 위치에서 상기 제1 길이보다 짧은 제3 길이를 직경으로 갖는다.Wherein the second intake pipe has a first length at a position separated from the first intake pipe and a second length longer than the first length at a position where the combustion air enters the active oxygen generator And the active oxygen generator has a third length shorter than the first length at a position where the generated active oxygen gas is discharged.

상기 제2 흡기관은 상기 제1 흡기관으로부터 분리된 위치에서 상기 활성산소 생성부까지의 제1 거리가 상기 활성산소 생성부로부터 상기 엔진실린더까지의 제2 거리보다 길다.The first distance from the position where the second intake pipe is separated from the first intake pipe to the active oxygen generator is longer than the second distance from the active oxygen generator to the engine cylinder.

본 발명의 다른 실시예에 따른 연료를 절감하고 배기가스 배출을 저감하는 내연기관은 상기 엔진실린더에 수소 기체를 제공하는 수소 제공부를 더 포함하고, 상기 엔진실린더는 상기 연소용 공기, 상기 활성산소 기체 및 상기 수소 기체를 이용하여 상기 인젝터로부터 직접 분사된 연료를 연소시킨다.According to another embodiment of the present invention, an internal combustion engine that reduces fuel and reduces exhaust gas further includes a hydrogen supply unit that supplies hydrogen gas to the engine cylinder, wherein the engine cylinder includes the combustion air, And combusting the fuel directly injected from the injector using the hydrogen gas.

본 발명의 다른 실시예에 따른 연료를 절감하고 배기가스 배출을 저감하는 내연기관은 수소 분자에 플라즈마 방전을 일으켜 활성수소 기체를 생성하고, 상기 생성된 활성수소 기체를 상기 엔진실린더에 제공하는 활성수소 생성부를 더 포함하고, 상기 엔진실린더는 상기 연소용 공기, 상기 활성산소 기체 및 상기 활성수소 기체를 이용하여 상기 인젝터로부터 직접 분사된 연료를 연소시킨다.According to another embodiment of the present invention, an internal combustion engine that reduces fuel and reduces exhaust gas emissions generates plasma hydrogen on hydrogen molecules to generate active hydrogen gas, and supplies the active hydrogen gas to the engine cylinder Wherein the engine cylinder combusts the fuel directly injected from the injector using the combustion air, the reactive oxygen gas and the active hydrogen gas.

본 발명의 다른 실시예에 따른 연료를 절감하고 배기가스 배출을 저감하는 내연기관은 상기 엔진실린더에서 배출된 배기가스를 분석하고, 상기 배기가스에 포함된 오염성분의 농도에 기초하여 상기 활성산소 기체의 생성량을 제어하는 활성산소 제어부를 더 포함한다.According to another embodiment of the present invention, an internal combustion engine that saves fuel and reduces exhaust gas emissions analyzes the exhaust gas discharged from the engine cylinder, and based on the concentration of the pollutants contained in the exhaust gas, And an active oxygen control unit for controlling the amount of produced oxygen.

본 발명에 따르면, 기존의 내연기관의 에너지 효율을 극대화할 수 있고, 불완전 연소를 최대한 억제하여 오염물질 배출을 최소화할 수 있다.According to the present invention, the energy efficiency of the existing internal combustion engine can be maximized, and incomplete combustion can be suppressed to the minimum, so that the pollutant discharge can be minimized.

도 1은 기존의 내연기관을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 내연기관을 설명하는 도면이다.
도 2는 활성산소 생성부가 제2 흡기관을 통해 혼합부와 흡기 포트 사이에 활성산소를 주입하는 구체적인 방법을 설명하는 도면이다.
도 3은 활성산소 생성부가 제2 흡기관을 통해 혼합부와 흡기 포트 사이에 활성산소를 주입하는 구체적인 방법을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 내연기관을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 내연기관을 설명하는 도면이다.
도 6은 도 5의 활성산소 생성부, 수소 제공부 및 활성수소 생성부가 각각 활성산소, 수소 혹은 활성수소를 제공하는 구체적인 방법을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 내연기관을 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 내연기관을 설명하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 내연기관을 설명하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 내연기관을 설명하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 내연기관을 설명하는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 내연기관이 엔진실린더에서 배출되는 배기가스 내 오염성분에 기초하여, 활성 산소 기체 및 활성 수소 기체의 생성량, 엔진실린더에 공급되는 연료의 양을 조절하는 구체적인 방법을 설명하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 내연기관이 자동차의 정차 여부에 기초하여, 활성 산소 기체 및 활성 수소 기체의 생성량을 조절하는 구체적인 방법을 설명하는 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 엔진실린더가 복수인 경우 활성산소 생성부가 생성하는 활성산소 기체를 복수의 엔진실린더에 제공하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 15 및 도 16은 본 발명의 제2 흡기관의 다른 실시예를 설명하는 도면이다.
1 is a view for explaining an existing internal combustion engine.
2 is a view for explaining an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining a specific method of injecting active oxygen between the mixing portion and the intake port through the second intake pipe.
3 is a view for explaining a specific method of injecting active oxygen between the mixing portion and the intake port through the second intake pipe.
4 is a view for explaining an internal combustion engine according to another embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining an internal combustion engine according to another embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a view showing a specific method of providing active oxygen, hydrogen, or active hydrogen, respectively, of the active oxygen generator, the hydrogen supplier and the active hydrogen generator of FIG.
7 is a view for explaining an internal combustion engine according to another embodiment of the present invention.
8 is a view for explaining an internal combustion engine according to another embodiment of the present invention.
9 is a view for explaining an internal combustion engine according to another embodiment of the present invention.
10 is a view for explaining an internal combustion engine according to another embodiment of the present invention.
11 is a view for explaining an internal combustion engine according to another embodiment of the present invention.
12 is a diagram showing a specific method of controlling the amount of active oxygen gas and active hydrogen gas produced, the amount of fuel supplied to the engine cylinder, based on the pollution component in the exhaust gas discharged from the engine cylinder according to the embodiment of the present invention Fig.
13 is a view for explaining a specific method for controlling the production amount of active oxygen gas and active hydrogen gas based on whether or not the internal combustion engine according to the embodiment of the present invention is stopped.
14 is a view for explaining a method for providing a plurality of engine cylinders with active oxygen gas produced by the active oxygen generator when the number of engine cylinders is plural according to the embodiment of the present invention.
15 and 16 are views for explaining another embodiment of the second intake pipe of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when an element is referred to as " comprising ", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise.

도 1은 기존의 내연기관을 설명하는 도면이다. 1 is a view for explaining an existing internal combustion engine.

기존의 내연기관의 연료공급경로, 공기흡기, 배기, 각종센서들, 그리고 전자제어장치를 설명하기 위한 구성도를 보여 주고 있다. 사용자는 가속과 감속을 위한 가속페달과 브레이크 페달을 조작하며, 가속시의 제어장치의 주요기능은 연료의 공급과 공기의 유량 (쓰로틀밸브)을 조절이다.A fuel supply path, an air intake and exhaust, various sensors, and an electronic control unit of an existing internal combustion engine. The user operates the accelerator pedal and the brake pedal for acceleration and deceleration, and the main function of the control device at the time of acceleration is to control the fuel supply and air flow (throttle valve).

일반적으로 석유는 탄소와 수소를 중심으로 하여 다양한 형태로 조합된 화합물의 혼합체이며, 단일물질과는 달리 일정한 비등점이 없고, 일정한 증류범위를 갖고 있다. 따라서, 증류공정에 의하여 경질성분과 중질성분을 나누어 취득하며 용도에 따라 LPG(액화석유가스), 납사, 휘발유, 등유, 경유, 중유, 윤활유, 아스팔트 등으로 분류된다. 석유는 열량이 높고 불순물이 적어 완전 연소되어 내연 기관의 연료로 쓰일 뿐 아니라, 취사용, 등화용, 각종 보일러의 열원으로서 광범위한 용도로 사용된다. 연료로서의 석유는 액체 그 자체가 직접 불타는 것이 아니라, 석유에서 증발한 기체에 함유된 탄화수소가 공기 속의 산소와 혼합되어 연소하는 것이다. 연료 1kg당 필요한 공기량은 공연비 (공기연료비 : Air-Fuel Ratio, AFR )라 하며 다음과 같이 정의된다.In general, petroleum is a mixture of compounds combined in various forms around carbon and hydrogen. Unlike a single substance, petroleum has no constant boiling point and has a constant distillation range. Therefore, it is divided into hard and heavy components by distillation process and classified into LPG (liquefied petroleum gas), naphtha, gasoline, kerosene, light oil, heavy oil, lubricating oil and asphalt depending on applications. Petroleum is high in calories and low in impurities, and is completely burned to be used as fuel for internal combustion engines. It is also widely used as a heat source for cooking, lighting, and various boilers. Petroleum as a fuel is not a direct burning of the liquid itself, but the mixing of the hydrocarbons contained in the gas evaporated from the petroleum with the oxygen in the air. The amount of air required per kg of fuel is called the air-fuel ratio (AFR) and is defined as follows.

공연비 (AFR) = mair / mfuel (kg/kgf)= 공기의 질량 / 연료의 질량Air Fuel Rate (AFR) = m air / m fuel (kg / kgf) = mass of air / mass of fuel

실제 연료의 연소반응기구를 단순화하고 일반화하면 1스텝모델과 2스텝모델의 2가지의 모델이 존재하며 2스텝모델을 살펴보면 다음과 같다. 연소반응은 몇 가지 기본적인 연소반응의 합으로 구성된다. 2스텝모델은 연료중의 탄소가 불완전연소로 일차로 일산화탄소가 된 후 이차로 이산화탄소화 반응이 일어나는 모델이다.Simplifying and generalizing the combustion reaction mechanism of actual fuel, there are two models, one step model and two step model, and the two step model is as follows. The combustion reaction consists of the sum of some basic combustion reactions. The two-step model is a model in which the carbon dioxide in the fuel undergoes secondary carbon dioxide reaction after primary carbon monoxide is produced due to incomplete combustion.

Figure pat00001
(1)
Figure pat00001
(One)

Figure pat00002
(2)
Figure pat00002
(2)

각 반응의 반응속도율은 다음과 같다.The reaction rate of each reaction is as follows.

Figure pat00003
(6)
Figure pat00003
(6)

Figure pat00004
(7)
Figure pat00004
(7)

1스텝모델은 상기 2스텝모델을 간소화하여 불완전연소과정 없이 탄소가 산화하여 이산화탄소가 되는 것이다. 가솔린은 파라핀(paraffin)계 [탄화수소가 사슬모양으로 연결되어 있는 탄화수소로서 CnH2n +2로 되어 있음], 나프틴(naphtene)계 [분자구조가 6개의 탄소원자가 고리모양으로 연결되어 있으며, CnH2n으로 되어 있음], 올레핀(olefin)계, 방향족등 약 200여종류의 탄화수소화합물로서 그 중에서 옥탄(C8H18), 이소옥탄(C8H18, 2,2,4- trimethylpentane), n-헵탄(C7H16), 헥산(C6H14), 벤젠(C6H6)등이 주요 성분이다. 따라서, 가솔린은 옥탄 C8H18로 근사화시킬 수 있다. 옥탄의 탄소 수는 8개고 수소 원자 수는 18개 (분자로 하면 9개)이다. 옥탄 1kmol 당 산소 8+9/2=12.5kmol이 필요하다. 따라서 1스텝 모델에 의한 옥탄의 연소반응식은. C8H18 + 12.5(O2 + 3.76 N2) = 8CO2 + 9H2O + 12.5×3.76 N2 이며, 옥탄을 기준으로 한 이론적공연비(Theoretical air-fuel ratio)는 이론적 AFR = 12.5(32+3.76×28) / (8×12+18×1 ) = 15.05 kg/kgf 이며 메탄의 공연비는 274.56/16 = 17.16 kg/kgf 이다. 완전연소를 이루기 위해서 우선 충분한 공기의 공급과 연료와의 이상적인 혼합이 필요하므로 보통 실제의 연소 과정에서는 이론 공기량 보다 많은 공기를 공급하게 된다.이와 같이 초과 공급된 공기를 과잉공기(excess air)라하며 %과잉공기 = ( 실제AFR / 이론적AFR - 1 ) × 100 로 표현된다.The one-step model simplifies the two-step model so that carbon is oxidized to carbon dioxide without incomplete combustion. Gasoline is a paraffin system [hydrocarbon with chain of hydrocarbons in the form of C n H 2n +2 ], naphtene system [molecular structure of six carbon atoms connected in a loop, C n is that - as H 2n, olefins (olefin) type, in that an octane of about 200 types of aromatic hydrocarbon compounds such as (C 8 H 18), iso-octane (C 8 H 18, 2,2,4- trimethylpentane ) , n-heptane (C 7 H 16 ), hexane (C 6 H 14 ), and benzene (C 6 H 6 ). Therefore, gasoline can be approximated with octane C 8 H 18 . Octane has 8 carbon atoms and 18 hydrogen atoms (9 molecules). Oxygen requires 8 + 9/2 = 12.5kmol per kilogram of octane. Therefore, the reaction formula of octane by the one step model is as follows. C 8 H 18 + 12.5 (O 2 + 3.76 N 2 ) = 8CO 2 + 9H 2 O + 12.5 × 3.76 N 2 and the theoretical air-fuel ratio based on octane is theoretical AFR = 12.5 (32 + 3.76 × 28) / (8 × 12 + 18 × 1) = 15.05 kg / kgf and the air-fuel ratio of methane is 274.56 / 16 = 17.16 kg / kgf. In order to achieve complete combustion, firstly sufficient air is supplied and ideal mixture with fuel is required, so in actual combustion process, more air than the theoretical air amount is supplied. This excess air is called excess air % Excess air = (actual AFR / theoretical AFR - 1) x 100.

공급되는 공기량이 이론공기량보다 많은 연료-공기 혼합물을 희박(稀薄) 혼합물(weak mixture)이라 하며, 그 반대 경우의 혼합물을 과농(過濃) 혼합물(rich mixture)이라 한다. 과농 혼합물의 경우는 공기가 부족하기 때문에 완전연소를 이룰 수는 없으나, 내연기관의 경우에는, 출력이 어느 정도 증가하기도 한다. 공연비가 이론공연비보다 작은 경우, 즉 연료가 많은 과농상태에서는 불완전연소가 이루어져, 탄화수소(HC), 일산화탄소(CO) 및 카본(C)이 많이 발생한다. 공연비가 이론공연비보다 큰 경우 즉 희박혼합기에서는, HC와 CO의 발생양은 감소하나, 연소의 활성화로 인하여 질소산화물(NOx)가 증가하는데, 특히 연소온도가 2,000C 이상이면 급격히 증가한다. 연소온도는 이론공연비 14.7보다 약간 큰 16 정도에서 최고가 되는 데, 이때, NOx농도 역시 최고가 되며, 공연비 16 ~18 범위에서 연료소비율은 낮아지게 되는데, 즉 연비가 좋아지는 것을 의미한다. 연비가 18 이상이 되면 점점 연소온도가 낮아지면서 NOx 농도가 낮아지고 엔진으로 발생되는 토크도 작아진다. 공연비가 18이상이 되어 연료가 더욱 희박해지면, 이번에는 연료의 상대비율이 적어서 탄화수소의 양이 증가하게 된다. 이와같이 실제 연소되는 연료량이 적어지는 경우, 연소속도가 늦어지고 따라서 연소온도가 낮아져서 NOx의 생성은 낮아진다.A fuel-air mixture with an amount of air supplied greater than the theoretical air volume is called a lean mixture, while the mixture in the opposite case is called a rich mixture. In the case of the hydrogen peroxide mixture, the complete combustion can not be achieved because of the lack of air. However, in the case of the internal combustion engine, the output is increased to some extent. When the air-fuel ratio is smaller than the stoichiometric air-fuel ratio, that is, when the fuel is rich, the incomplete combustion is carried out to generate many hydrocarbons (HC), carbon monoxide (CO) and carbon (C). When the air-fuel ratio is larger than the stoichiometric air-fuel ratio, the amount of generation of HC and CO decreases in the lean mixture, but the NOx increases due to the activation of the combustion. Especially, when the combustion temperature is 2,000C or more, The combustion temperature is highest at 16, which is slightly larger than the stoichiometric air-fuel ratio of 14.7. At this time, the NOx concentration is also highest, and the fuel consumption rate is lowered in the range of 16 to 18 air-fuel ratio. When the fuel consumption is above 18, the combustion temperature becomes lower and the NOx concentration becomes lower and the torque generated by the engine becomes smaller. When the air-fuel ratio becomes 18 or more and the fuel becomes more lean, the relative ratio of the fuel is small and the amount of the hydrocarbon is increased. If the actual amount of fuel to be burned is reduced in this way, the burning rate is slowed, and therefore, the combustion temperature is lowered and the production of NOx is lowered.

도 1을 참고하면, 기존의 내연기관은 공기 유량 계측기를 통해 공기를 공급받으며, 공기청정기를 통해 공급한 공기를 필터링할 수 있다. 또한, 기존의 내연기관은 연료탱크에 저장된 연료를 연료공급펌프 및 연료필터를 거쳐 연료분사펌프에서 인젝터로 주입한다. 이 경우, 혼합부는 공급받은 공기와 인젝터에서 분사된 연료를 혼합하고 흡기포트를 통해 엔진실린더에 주입하며, 엔진실린더는 흡입, 압축, 폭발, 배기의 순서로 작동하여 동력에너지를 생성한다. 이와 같이 자동차나 각종 기계장치의 엔진을 작동하기 위해서는 실린더 안에 혼합기를 흡입하고, 혼합기가 연소한 후 연소가스를 분배하는 흡배기 장치가 설치된다.Referring to FIG. 1, the conventional internal combustion engine receives air through an air flow meter, and filters the air supplied through the air purifier. Further, the existing internal combustion engine injects the fuel stored in the fuel tank into the injector from the fuel injection pump through the fuel supply pump and the fuel filter. In this case, the mixing section mixes the supplied air with the fuel injected from the injector and injects the fuel into the engine cylinder through the intake port, and the engine cylinder operates in the order of suction, compression, explosion, and exhaust to generate power energy. In order to operate the engine of an automobile or various mechanical devices, an intake and exhaust device for sucking the mixer in the cylinder and distributing the combustion gas after the mixture is burned is provided.

도 1에 도시된 기존의 내연기관은 연료 사용에 따른 이차적인 문제 즉, 엔진 노화에 따른 불안전 연소에 따른 대기 오염과 연료의 낭비가 심각한 사회 문제로 대두되고 있으며, 이를 해소하기 위한 노력들이 시행하였으나 실제적인 효과나 결실을 보기 어려운 실정이다.The conventional internal combustion engine shown in Fig. 1 is a secondary problem due to the use of fuel, that is, air pollution and waste of fuel due to unstable combustion due to aging of the engine are serious social problems, and efforts have been made to solve this problem It is hard to see actual effects or results.

완전연소를 위한 조건은 연소에 필요한 충분한 양의 공기의 공급, 연료와 공기를 잘 혼합시킨 후 연소, 연료 및 공기의 적절한 예열, 적절한 체류시간 유지, 적절한 연소실의 온도 유지 등이 있다.  그러나, 기존의 내연기관의 구조에서는 단지 공연비를 변화시키거나 공기를 예열하는 방법 이외에는 새로운 방법 등을 구현할 수 없었다.The conditions for complete combustion include the supply of a sufficient amount of air required for combustion, the proper mixing of fuel and air, followed by proper combustion, preheating of fuel and air, maintenance of adequate residence time, and proper temperature control of the combustion chamber. However, in the structure of the existing internal combustion engine, it is impossible to implement a new method other than the method of changing only the air-fuel ratio or preheating the air.

또한, 연료가 미연소되는 경우, 공연비를 유지하면서 배기가스재순환(Exhauas GAs Recirculation :EGR) 장치를 개발하여 사용하여 왔다. 그러나, 과농 (상대적 과잉연료농도=부족공기농도)의 경우에는 출력은 좋으나 연료소모량이 많고 매연발생이 되며, 희농의(상대적 부족연료농도=과잉공기농도) 경우에는 연료소모량과 매연농도는 감소하나 출력이 떨어지는 단점이 있다. EGR의 경우에는 재손환되는 배기량이 너무 많아지면, 엔진의 출력이 저하되고 연비 또한 나빠자는 단점이 있어 최적화를 해야 하고 장치가 복잡해진다는 단점이 있다. Further, when the fuel is unburned, an Exhaust Gas Recirculation (EGR) apparatus has been developed and used while maintaining the air-fuel ratio. However, in the case of overfuel (relative excess fuel concentration = deficient air concentration), the output is good but the fuel consumption is large and the soot is generated. In the case of diluent (relative deficient fuel concentration = excess air concentration), fuel consumption and soot concentration decrease There is a disadvantage that the output drops. In the case of EGR, if the amount of exhaust gas recirculated is too large, there is a disadvantage in that the output of the engine is lowered and the fuel economy is also lowered, which requires optimization and complicating the apparatus.

종래의 자동차기술에서는 내연기관인 엔진에 공급되는 연료와 공기의 비인 공연비를 중요하게 생각했으므로 아직도 내연기관의 에너지 효율이 떨어지고 (30%정도), 미세먼지와 배기가스 문제가 심각하고 해결이 안되고 있다. 즉, 기존에는 에어클리너, 쓰로틀밸브, 공기공급관, 서지탱크, 흡기다기관를 통해 인입되는 공기(산소분자+질소분자)와 연료의 혼합만을 고려하여 엔진실린더에 공급되는 연료와 공기의 비율만을 고려했을 뿐, 연소의 주요 산화제인 산소분자의 라디칼화, 에너지화 또는 연소성 등 연소반응속도를 향상시켜서 연소율을 개선하고 차량 내에 버려지는 에너지를 회수하여 사용하는 방법은 고려하지 않았다. 즉 기존에는, 오로지 공연비만 생각했지, 불완전연소의 원인구명과 불완전연소를 개선하기 위한 산소의 연소성을 향상시키기 위하여 연소반응속도를 회기적으로 개선하는 방법은 전혀 고려하지 않은 것이다. 불완전 연소의 근본적인 원인중의 하나가 식(1)에서 보듯이 내연기관에 공급되는 공기 중에 질소 (N2)가 산소분자에 비하여 과다하게 3.76배정도로 과다하게 섞여서 공급되기 때문이다. 공기 중의 질소는 불순물인데 종래에는 이 질소가 불완전연소와 오염배기가스 배출에 미치는 영향과 중요성에 대해서는 간과하여 왔다. 질소는 고온 순산소 연소공정에 적용될 경우 NOx 발생을 유발하는 문제를 지닌다. 공업용 가열로의 경우 산소부화율 1%당 약 1-3%의 연료절감이 가능하다. 내연기관의 산소부화율을 높일 경우 대폭적인 열효율 향상이 가능하다. 질소의 또 다른 문제는 질소산화물 NOx (x=1,2, 0.5 등)을 형성한다는 것이며, 종래에는 이를 오염배출가스의 중요인자로만 생각했지만, 이외에도 N2는 산소와 결합하여 화합물을 형성함으로써 산소를 소모한다는 것이다. 즉 식(1)에서 N2는 내연기관에 들어갔다 그대로 배출되는 것으로 보여지지만, 고온상태에서는 분해하여 산소와 결합하여 질소화합물을 형성하여 산소의 농도, 즉 산소의 공급을 감소시키고 에너지 효율을 감소시키는 나쁜 효과가 있다. 산소가 부족한 경우, 이는 불완전 연소로 인하여 C, CnHm, CO를 생성하여 미세먼지와 오여배출가스의 주요 원인이 되는 것이다.In the conventional automobile technology, since the air-fuel ratio of the fuel and air supplied to the engine serving as the internal combustion engine is important, the energy efficiency of the internal combustion engine is still low (about 30%) and the problem of fine dust and exhaust gas is serious and is not solved. In other words, considering only the mixture of the air (oxygen molecule + nitrogen molecule) and the fuel introduced through the air cleaner, the throttle valve, the air supply pipe, the surge tank and the intake manifold, only the ratio of fuel to air supplied to the engine cylinder , The method of improving the burning rate by improving the combustion reaction speed such as radicalization, energization or combustion of the oxygen molecule which is the main oxidizing agent of combustion and recovering energy used in the vehicle is not considered. In other words, in the past, only the performance obesity was considered, but no consideration was given to the cause of incomplete combustion and the method of retrograding the combustion reaction speed in order to improve the combustibility of oxygen for improving incomplete combustion. One of the fundamental causes of incomplete combustion is that as shown in equation (1), nitrogen (N2) in the air supplied to the internal combustion engine is excessively supplied in excess of 3.76 times that of oxygen molecules. Nitrogen in the air is an impurity. In the past, the influence and importance of this nitrogen on incomplete combustion and polluted exhaust gas emissions have been overlooked. Nitrogen has problems causing NOx when applied to a high temperature oxy-fuel combustion process. For industrial furnaces, fuel savings of about 1-3% per 1% of oxygen hatching are possible. When the oxygen hatching rate of the internal combustion engine is increased, it is possible to significantly improve the thermal efficiency. Another problem of nitrogen is that it forms nitrogen oxides NOx (x = 1,2, 0.5, etc.) and conventionally considered this to be an important factor of the pollutant emission gas. However, in addition, N2 combines with oxygen to form a compound, It consumes. That is, in the equation (1), N2 is considered to be discharged as it is when it enters the internal combustion engine. However, at a high temperature, it decomposes and bonds with oxygen to form a nitrogen compound to reduce the oxygen concentration, It is effective. When oxygen is insufficient, it causes C, CnHm, and CO due to incomplete combustion, which is a major cause of fine dust and exhaust gas.

불완전연소의 또 다른 이유는 산소분자인데, 산소분자의 경우 연료와의 반응도가 낮으며, 따라서 고온이 되지 않으면 산소분자의 연료간의 반응속도가 떨어지며 완전연소를 이룰 수가 없다는 것이다. 종래에는 이러한 산소분자 대신에 반응성이 매우 높은 활성산소라디칼를 생성하여 공급하는 방법에 대하여는 전혀 생각하지 않은 것이다. 여기서 라디칼이라함은 연소를 촉진하는 산소분자로부터 생성되고 활성화된 중간체종을 의미한다.Another reason for incomplete combustion is oxygen molecules, which are less reactive with fuel, and therefore, if they do not reach a high temperature, the reaction rate between the fuel molecules of the oxygen molecules will be lowered and complete combustion can not be achieved. Conventionally, there has never been considered a method of generating and supplying an active oxygen radical having a very high reactivity in place of such oxygen molecules. Here, the term "radical" means an intermediate species generated and activated from oxygen molecules that promote combustion.

이에, 본 명세서는 기존의 내연기관에서의 이러한 문제점을 개선하기 위해서 공기의 흡기라인에 플라즈마 방전장치를 설치하여 활성산소를 공급하여 연소반응을 향상시킴으로써 연료를 절감하고 배기가스 배출을 저감하는 내연기관을 제안한다.The present invention relates to an internal combustion engine for reducing fuel consumption and reducing exhaust gas by improving a combustion reaction by supplying a plasma discharge device to an intake line of air in order to solve such a problem in a conventional internal combustion engine, .

또한, 본 명세서는 과제는 수소 기체 또는 및 활성수소 기체를 추가적인 에너지원으로 공급하여 엔진실린더에서 연료를 절감하고 완전 연소가 이루어지도록 하는 내연기관을 제안한다.The present invention also proposes an internal combustion engine in which hydrogen gas or active hydrogen gas is supplied as an additional energy source to reduce fuel in the engine cylinder and to achieve complete combustion.

또한 본 명세서는 엔진실린더에서 배출되는 배기가스 내 오염성분에 기초하여, 활성산소 기체 및 활성수소 기체의 생성량, 엔진실린더에 공급되는 연료의 양을 조절하는 내연기관을 제안한다.The present invention also proposes an internal combustion engine that regulates the amount of active oxygen gas and active hydrogen gas produced, and the amount of fuel supplied to the engine cylinder, based on the pollutants in the exhaust gas discharged from the engine cylinders.

또한 본 명세서는 상기한 활성산소기체 및 활성수소기체 관련된 장치와 방법들을 내연기관에서 버려지는 에너지를 회수하거나 혹은 감소시키는 방법과 결합하여 엔진실린더에 공급함으로써 에너지 효율을 개선하는 방법을 제안한다.The present application also proposes a method of improving the energy efficiency by supplying the above-mentioned active oxygen gas and active hydrogen gas-related apparatuses and methods to an engine cylinder in combination with a method of recovering or reducing the energy abandoned in the internal combustion engine.

상기한 바와 같이 고농도의 활성산소라디칼를 생성하여 내연기관내부에 최적의 상태로 공급하는 것이 중요하며 본 발명에서는 이러한 플라즈마 방법을 개시한다. 구체적으로, 플라즈마는 제4상태의 물질(The Fourth State of Matter)로서, 전자, 이온, 중성자, 양자 등이 섞여있는 상태를 의미한다. 활성산소 생성부(160)가 플라즈마를 방전시키면 고주파에 의하여 전자가 선택적으로 에너지를 얻어 고준위의 에너지 상태가 되며, 원료기체 (중성자)와 충돌하여 더욱 더 많은 전자와 음이온, 양이온, 각종 원자, 분자와 원자간에 합성화된 중성자, 그리고 각 중성자등의 활성화된 상태의 활성라디칼 등이 발생된다. 통상적으로 이온이나 전자들과 같은 전하를 띤 입자들은 벽과 같은 물체와 접촉하게 되면, 해당 물체와 표면반응이 발생하여 농도가 감소된다. 이로 인해, 쉬스(Sheath)가 발생하며, 벌크(Bulk) 플라즈마 중심부위에는 전자와 이온이(양 전하입자는 평형상태에 있음) 가장 많이 존재하여 빛을 발하기 때문에 이를 글로우방전(Glow Discharge)라 한다.As described above, it is important to generate a high-concentration active oxygen radical and supply it in an optimal state to the internal combustion engine, and the plasma process is disclosed in the present invention. Specifically, the plasma is a substance of the fourth state (The Fourth State of Matter), which means a state in which electrons, ions, neutrons, protons, etc. are mixed. When the active oxygen generator 160 discharges the plasma, the electrons selectively get energy by high frequency and become a high energy state. When the active oxygen generator 160 collides with the raw material gas (neutron), more electrons, anions, Neutrons synthesized between atoms and active neutrons and active radicals such as neutrons are generated. Generally, charged particles such as ions or electrons come into contact with an object such as a wall, resulting in a surface reaction with the object, thereby reducing the concentration. As a result, sheath occurs, and electrons and ions (positive charge particles are in an equilibrium state) exist on the bulk of the bulk plasma and are emitted most of the time, which is called a glow discharge .

참고로, 본 발명에서는 산소와 관련된 반응이 많으므로 산소분자를 예를 들어 설명한다. 활성산소 생성부(160)에서 발생하는 반응들은 하기 화학식 1로 표현할 수 있다.For reference, in the present invention, since there are many reactions related to oxygen, oxygen molecules will be described as an example. The reactions occurring in the active oxygen generator 160 may be represented by the following formula (1).

Figure pat00005
Figure pat00005

화학식 1에서, eh 은 고에너지 상태의 전자이고, el 은 고에너지 상태의 전자이며, *가 표시된 원자는 활성화 상태(excitation state)의 원자를 의미한다.In formula (1), e h is an electron in a high energy state, e 1 is an electron in a high energy state, and an atom marked with * denotes an atom in an excitation state.

화학식 1에서, (R1)은 산소분자의 활성화반응이며, (R2)는 산소분자의 산소원자로의 분해 반응(Dissociation Reaction)이며, (R3)는 분해된 산소원자의 활성화 반응을 의미한다. (R3)에 따라 활성산소 기체가 생성된다.In the formula (1), (R1) is an activation reaction of an oxygen molecule, (R2) is a dissociation reaction of an oxygen molecule to an oxygen atom, and (R3) means an activation reaction of a decomposed oxygen atom. (R3). ≪ / RTI >

또한, 활성산소 기체가 활성화 상태를 유지하기 위해서는 전자의 역할이 매우 중요한데, 활성산소 생성부(160)가 전자를 지속적으로 생성하기 위해선 하기 화학식 2와 같은 이온화 반응을 통하여 추가적인 전자와 양이온이 발생시킨다.Further, in order for the active oxygen species to maintain the activated state, the role of electrons is very important. In order for the active oxygen generator 160 to continuously generate electrons, additional electrons and positive ions are generated through an ionization reaction as shown in Formula 2 below .

Figure pat00006
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또한 활성산소 생성부(160) 내 산소중성자 (분자, 원자)등은 하기 화학식 3과 같이 전자가 붙어서 음이온 입자 등이 형성될 수도 있다.In addition, anion neutrons (molecules, atoms) and the like in the active oxygen generator 160 may be formed with electrons attached thereto as shown in Formula 3 below.

Figure pat00007
Figure pat00007

공기 중의 산소에 플라즈마 발생장치를 사용하면 기존의 산소분자(O2) 이외에도 전자 (e), 음이온 (O2 -, O-), 양이온(O2 +, O+), 산소원자(O), 오존(O3), 각 중성자의 활성산소라디칼 (활성상태종) (O*, O2 *), 광자(photon) 등을 추가적으로 발생시킬 수 있다. (O 2 - , O - ), cations (O 2 + , O + ), oxygen atoms (O 2), and oxygen atoms (O 2 ) in addition to the existing oxygen molecules Ozone (O 3 ), active oxygen radicals of each neutron (active state species) (O * , O 2 * ), photons and the like can be additionally generated.

상기한 플라즈마 상태에서 산소 분자로부터 분해되어 나온 활성산소라디칼들과 산소 분자의 반응활성도를 보면 O* > O > O3 > O2 * > O2 순서대로이다. 산소원자(O) 혹은 산소분자(O2)는 기저상태보다는 활성화된 상태의 원자(O*)나 분자(O2 *)가 반응속도가 더 좋은데, 그 이유는 전자의 충돌에 의하여 기저상태의 산소원자(O)나 산소분자(O2)보다 에너지준위가 더 높기 때문이다. 따라서, 기존에 보통의 에너지 상태의 산소분자가 유입되는 것보다, 산소분자가 분해되어 반응성이 높은 산소원자(O)나 산소원자의 활성라디칼 상태(O*) 혹은 산소분자의 활성라디칼 상태(O2 *)로 들어가는 것이 기존에 산소분자만 공급되는 경우보다 연소율을 높일 수 있는 것이다. 참고로, 산소분자와 산소원자의 확산계수는 다음과 같다. D1 = 4.45 x 10-2 T1.5/P cm2/sec,   D2  = 3.19 x 10-2 T 1.5/P cm2/sec   (T는 절대온도 (단위:K), P는 압력 (단위:Torr).O * >O> O 3 > O 2 * > O 2 in order to see the activity of reactive oxygen radicals and oxygen molecules decomposed from oxygen molecules in the above-mentioned plasma state. The oxygen atom (O) or the oxygen molecule (O 2 ) has a better reaction rate than the ground state atom (O * ) or molecule (O 2 * ) in the activated state, This is because the energy level is higher than that of oxygen atom (O) or oxygen molecule (O2). Therefore, oxygen molecules are decomposed into oxygen radicals (O), oxygen radicals (O * ), oxygen radicals (O * ) or oxygen radicals (O 2 * ) can increase the combustion rate compared to the case where only oxygen molecules are supplied. For reference, the diffusion coefficients of oxygen and oxygen atoms are as follows. D1 = 4.45 x 10 -2 T 1.5 / P cm2 / sec, D2 = 3.19 x 10 -2 T 1.5 / P cm2 / sec. (T is the absolute temperature in K and P is the pressure in Torr.

싱기한 반응활성도를 살펴보면 종래의 내연기관에서는 활성도가 제일 낮은 산소분자 (O2)만을 이용하는 것이다. 물론 내연기관에서 연료가 연소되면서 온도가 올라가 고온에서 산소분자가 분해되어 일부가 산소원자가 발생되어 연소를 촉진하는 작용을 하기도 한다. 그러나 이는 연소의 발열반응열을 이용한 방법으로서 이러한 종래의 기술보다는 산소분자를 전자를 이용하여 분해하여 활성산소라디칼을 만들어 공급하는 것이 훨씬 더 효울적인 방법이며 본 발명에서는 이러한 방법과 장치에 대하여 구제척으로 제안하고자 한다. 상기한 바와 같이 산소분자로부터의 활성산소라디칼들은 O*, O, O3 , O2 * 등이 다양하게 존재하나 대표적인 활성산소종은 산소원자(O)로서 본 명세서에서는 산소원자를 중심으로 기술한다.As for the activity of the single-stage reaction, the conventional internal combustion engine uses only the oxygen molecule (O 2 ) having the lowest activity. Of course, the internal combustion engine burns fuel, the temperature rises, oxygen molecules decompose at high temperature, and some oxygen atoms are generated, which promotes combustion. However, this is a method using the heat of reaction exothermic of combustion. It is far more efficient to decompose oxygen molecules by using electrons than to produce the conventional technology, and to supply and supply active oxygen radicals. In the present invention, I would like to propose. As described above, active oxygen radicals from oxygen molecules exist in various forms such as O * , O, O 3 , O 2 * and the like. Representative active oxygen species are oxygen atoms (O) .

그러므로 연소반응 시 제일 중요한 것은 반응도가 높은 산소원자(O), 산소라디칼(O2*, O*)등 활성산소라디칼을 얼마만큼 많이 생성시켜서 내연기관으로 공급되는 과정에서 상기 재결합반응등에 의하여 소멸되지 않고 고농도의 활성산소를 엔진 내부까지 전달할 수 있는 것인가가 관건이다.  따라서, 플라즈마방전셀 장치를 각 엔진실린더에 가장 가까운 부분에 위치하여 고에너지 상태의 활성산소를 생성시키고, 이를 흡기포트중에 실린더와 가장 가까운 부분에 공급하는 것이 중요하다.Therefore, the most important factor in the combustion reaction is the generation of reactive oxygen radicals such as oxygen atoms (O), oxygen radicals (O2 * , O * ) having high reactivity, and they are not destroyed by the recombination reaction during the supply to the internal combustion engine Whether the high concentration of active oxygen can be delivered to the inside of the engine is the key. Therefore, it is important that the plasma discharge cell device is located at a position nearest to each engine cylinder to generate active oxygen in a high energy state and supply it to the portion closest to the cylinder in the intake port.

활성산소라디칼의 중요성을 예시하기 위하여 산소원자와 메탄연료의 반응을 예를 들어 설명한다.  산소분자(O2)와 산소원자(O)의 메탄 (CH4)의 반응속도상수를 온도와의 함수로 표현하면 표 1과 같다.To illustrate the importance of active oxygen radicals, the reaction of oxygen atoms with methane fuel is exemplified. Table 1 shows the reaction rate constants of oxygen (O2) and methane (CH4) of oxygen atoms (O) as a function of temperature.

반응성분Reactive component 메탄과의 반응속도상수 [ cm3 /molecule/s ]Reaction rate constant with methane [cm3 / molecule / s] 산소분자 (O2)The oxygen molecule (O2) 6.71×10-11 x exp(-28,606/T)6.71 x 10 < -11 > x exp (-28,606 / T) 산소원자 (O)Oxygen atom (O) 8.32×10-12 x (T/300)1.56 x exp(-4,267/T)8.32 x 10-12 x (T / 300) 1.56 x exp (-4,267 / T)

자동차 엔진의 실린더 내의 연소가스의 온도는 2000~2500℃의 고온과 고압상태이다. 상기한 메탄의 반응속도를 온도 T=2,300 K (약 2,027℃)와 T=2,500 K (약 2,227℃)에서 계산하면 다음과 같다. 표 2는 T=2,300 K와 T=2,500 K에서 산소분자와 산소원자의 반응속도비이고, 표 3은 T=1,500 K  와  T=1,700 K에서 산소분자와 산소원자의 반응속도비이다.The temperature of the combustion gas in the cylinder of the automobile engine is in a high temperature and high pressure range of 2000 to 2500 ° C. The reaction rate of the above methane is calculated as follows at the temperature T = 2,300 K (about 2,027 ° C.) and T = 2,500 K (about 2,227 ° C.). Table 2 shows the reaction rate ratios of oxygen molecules to oxygen atoms at T = 2,300 K and T = 2,500 K. Table 3 shows the reaction rate ratios of oxygen molecules to oxygen atoms at T = 1,500 K and T = 1,700 K.

온도 (K)Temperature (K) T1 = 2,300 KT1 = 2,300 K T2 = 2,500 KT2 = 2,500 K 산소분자  (O2)The oxygen molecule (O2) 2.662 x10-16 2.662 x10 -16 7.200 x10-16 7.200 x10 -16 산소원자  (O)Oxygen atom (O) 3.122 x10-11 3.122 x10 -11 3.621 x10-11 3.621 x10 -11 산소원자와산소분자의 반응속도비 [KrO / KrO2]The reaction rate ratio of oxygen atoms to oxygen molecules [KrO / KrO2] 1.173 x105 1.173 x 10 5 5.029 x104 5.029 x10 4 (수자화 표기)(Notation) 117,265117,265 50,29350,293

온도 (K)Temperature (K) T2 = 2,000 KT2 = 2,000 K T1 = 1500 KT1 = 1500 K 산소분자  (O2)The oxygen molecule (O2) 4.121 x10-17 4.121 x 10 -17 4.121 x10-17 4.121 x 10 -17 산소원자  (O)Oxygen atom (O) 1.900 x10-11 1.900 x10 -11 1.900 x10-11 1.900 x10 -11 산소원자와산소분자의 반응속도비 [KO/KO2]The reaction rate ratio of oxygen atoms to oxygen molecules [KO / KO2] 4.612 x105 4.612 x10 5 1.701 x107 1.701 x10 7 (수자화 표기)(Notation) 461,153461,153 17,008,11917,008,119

산소원자와 산소분자의 반응속도상수비는 T= 2,300 oK와 T= 2,500 oK 에서 각각 11만7천배와 5만배이며, T= 2,000 oK와 T= 1,500 oK에서 각각 46만1천배와 1700만배에 달한다. 즉, 산소원자의 반응속도가 산소분자에 비하여 매우 높다는 것을 알 수 있으며, 온도가 낮아질수록 더 반응속도가 더 크게 차이가 나고 온도에 대한 의존도가 심화됨을 알 수 있다. 뿐만 아니라, T=2,500, 2,300, 2,000, 1,500 K의 각각의 온도에서 산소분자 O2의 반응속도상수 7.200 x10-16, 2.662x10-16, 4.121x10-17, 3.503 x10-19 [ cm3 /molecule/s ] 로서 급격히 감소함을 알 수 있다. 이는 불완전 연소가 일어나서 내연기관이 온도가 낮아지는 요인이 발생하는 경우, 산소분자만 가지고는 불완전연소가 더욱 더 악화됨을 알 수가 있으며, 산소분자만 가지고는 궁극적인 해결방안이 되지 않는다는 것을 알 수 있다. 또한, 산소분자만 가지고는 완전연소를 위하여 내연기관의 온도를 올려야 하는데 고온의 경우에 에너지 효율의 감소, 소재, 및 냉각등 심각한 문제가 발생한다.The reaction rate ratio of oxygen atoms to oxygen molecules is 117,000 and 50,000 times at T = 2,300 o K and T = 2,500 o K, respectively. At T = 2,000 o K and T = 1,500 o K, And 17 million times. In other words, it can be seen that the reaction rate of oxygen atoms is much higher than that of oxygen molecules, and the lower the temperature, the more the reaction rate is further changed and the dependence on the temperature is increased. In addition, the reaction rate constant of oxygen molecule O2 at each temperature of T = 2,500, 2,300, 2,000, 1,500 K is 7.200 × 10 -16 , 2.662 × 10 -16 , 4.121 × 10 -17 , and 3.503 × 10 -19 [cm 3 / molecule / s]. It can be seen that if incomplete combustion occurs and a factor of lowering the temperature of the internal combustion engine occurs, incomplete combustion becomes worse with only oxygen molecules, and it can be seen that oxygen molecule alone is not the ultimate solution . In addition, with oxygen molecules, the temperature of the internal combustion engine must be raised for complete combustion. In the case of high temperature, serious problems such as reduction of energy efficiency, material, and cooling occur.

상기한 바와 같이 산소원자의 반응속도상수가 산소원자의 반응속도상수보다 월등히 크다는 것을 알 수 있으며, 산소원자의 공급이 매우 중요함을 알 수 있다.As described above, it can be seen that the reaction rate constant of the oxygen atom is much larger than the reaction rate constant of the oxygen atom, and it is understood that the supply of the oxygen atom is very important.

또 다른 특징으로서 활성산소를 사용하는 경우 저온공정이 가능하다. 산소원자를 사용하면 산소분자의 반응속도보다 훨씬 빠르기 때문에 훨씬 낮은 온도에서 산소분자의 반응속도를 동일하게 달성할 수 있다.  예를 들면 T=2300 oK 에서의 산소분자의 메탄과의 반응속도는 2.662x10-16 cm3 /molecule/s인데, 산소원자는 T=395.75 oK에서 이러한 반응속도를 달성할 수 있다. 즉, 산소원자를 사용하면 약 ΔT= 1904 도이나, 상대적으로 낮은 온도에서도 산소분자의 (메탄) 반응속도를 달성할 수 있는 것이다. 이러한 저온에서도 고온에서나 달성할 수 있는 반응속도를 달성할 수 있다는 것이 활성산소 즉, 플라즈마를 사용하는 최대한의 장점이 되는 것이다.  공정온도를 낮출 수 있다는 것은, (1)고온공정이 불필요하여, 온도를 올릴 필요가 없고, (2) 고온소재를 사용할 필요가 없고 (내구성 좋아지고), (3) 냉각을 적게 해도 되며, (4) 그만큼 버려지는 열이 적어지게 되어 에너지효율이 좋아지고, (5) 고온연소공정에서 발생되는 NOx등 배기가스 배출이 감소하는 점등 경제적으로 그리고 효율성 측면에서 큰 장점이 있다.   질소산화물 NOx는 통상적으로 엔진이 고온인 경우에 많이 발생하게 된다. 특히, 디젤 엔진에서는 공기를 매우 압축하여 고온 고압의 연소실에 연료를 분사해서 자연발화 시키므로 가솔린엔진보다 열효율이 뛰어나고, 연비와 토크, 저속에서의 힘등이 우수하다고 알려져 있다.  본 발명에서는 이러한 종래의 기술인 공기를 압축하여 연소하는 대신에 공기 중의 일부를 플라즈마 방전에 의한 활성산소를 생성하여 엔진실린더의 최측근 (최고로 근접한) 위치에 적절한 형태의 방법으로 공급하는 것을 개시한다. 이러한 방법에 의하여 특별한 공기의 압축이나 연소실 온도를 고온에서 동작할 필요없이 낮은 온도에서도 연료의 완전한 산화, 즉 완전연소가 가능하다. 따라서, 낮은 연소실의 온도에서 연료를 완전연소화함으로써 상대적으로 적은 연료의 양으로 차량의 구동력을 얻으므로 연료절감을 할 수 있다.As another feature, a low temperature process is possible when active oxygen is used. The use of oxygen atoms is much faster than the reaction rate of oxygen molecules, so that the reaction rate of oxygen molecules can be equally attained at much lower temperatures. For example, the reaction rate of methane and of oxygen molecules at T = 2300 oK is the 2.662x10 -16 cm3 / molecule / s, the oxygen atom may be to achieve these reaction rates at T = 395.75 K o. That is, the use of oxygen atoms can achieve a (methane) reaction rate of oxygen molecules at about ΔT = 1904 degrees, even at relatively low temperatures. The ability to achieve a reaction rate that can be achieved at such a low temperature and at a high temperature is the greatest advantage of using active oxygen, that is, plasma. The fact that the process temperature can be lowered means that (1) no high temperature process is required, (2) there is no need to raise the temperature, (2) there is no need to use a high temperature material (durability is improved), (3) 4) the amount of waste heat is reduced and energy efficiency is improved, and (5) exhaust gas emission such as NOx generated in the high-temperature combustion process is reduced, which is economically advantageous in terms of efficiency. Nitrogen oxides NOx usually occurs when the engine is hot. Particularly, in a diesel engine, it is known that the fuel is injected into a combustion chamber at a high temperature and a high pressure, and the fuel is spontaneously ignited so that the thermal efficiency is superior to that of a gasoline engine, and the fuel efficiency, torque and torque at low speed are excellent. The present invention discloses that, instead of compressing and burning the air as in the prior art, air is generated by generating plasma of a part of the air by the plasma discharge and supplied to the nearest (nearest) position of the engine cylinder in an appropriate form. With this method, it is possible to completely oxidize the fuel, that is, complete combustion, even at a low temperature, without the need of special air compression or combustion chamber temperature operation at high temperature. Therefore, the fuel is completely combusted at a low combustion chamber temperature, so that the driving force of the vehicle is obtained with a relatively small amount of fuel, thereby saving fuel.

또한, 오염배출가스의 측면에서 이러한 것이 종래에 이론공연비보다 높여서 공기를 공급하는 이유이다. 이때에도 공기의 양을 더 주입할 것이 아니라 순수 산소만 공급하는 것이 더 좋다. 이외에도 질소가 공급됨으로써 내연기관의 온도를 낮추는 효과등도 존재한다. 종래의 엔진의 경우에는 C (숫검댕이 즉 미세먼지 soot), CnHm (미연소된 탄화수소화합물; HydroCarbons), CO, NOx, SOx등의 많이 발생하는데 활성산소를 사용하면 이러한 오염배출가스가 감소하게 된다. C, HC, CO 는 대부분 화학연료의 불완전연소에 의하여 발생하므로 활성산소에 의하여 엔진 내부에서 완전연소화 하는 것이 가능하므로, 이러한 배기가스 혹은 미세먼지 농도를 획기적으로 저감시킬 수 있다. 질소산화물 NOx는 전술한바와 같이 질소제거장치를 사용하여 공기중의 질소를 제거하여 공급하거나, 내연기관의 활성산소 사용하여 내연기관의 내부온도를 낮추거나 혹은 활성수소를 사용하여 NOx의 일부를 환원반응에 의하여 배출농도를 낮춤으로써 저감시킬 수 있다. SOx는 내연기관에서 버려지는 폐열을 흡수하여 이를 이용하여 습식흡수장치를 설치하여 저감할 수 있다. 요약하면 본 발명의 목적은 플라즈마에 의한 활성산소와 [활성]수소, 이들 활성기체들의 공급제어장치, 에너지회수장치의 방법등을 독자적 혹은 융합적으로 사용하여, (1) 연료절감, (2) 오염배기가스 (CnHm, CO, NOx, SOX) 및 미세먼지 (C) 저감과 (3)에너지 효율의 극대화 이다. In addition, in terms of polluted exhaust gas, this is the reason for supplying air with a higher air-fuel ratio than the conventional air-fuel ratio. At this time, it is better to supply only pure oxygen, not to inject more air. There is also an effect of lowering the temperature of the internal combustion engine by supplying nitrogen. In the case of conventional engines, the use of active oxygen, such as C (soot), CnHm (unburned hydrocarbons), CO, NOx, SOx, etc., . Since C, HC, and CO are mostly caused by incomplete combustion of chemical fuels, it is possible to completely burn the inside of the engine by active oxygen, so that exhaust gas or fine dust concentration can be drastically reduced. Nitrogen oxides NOx can be produced by removing nitrogen in the air by using a nitrogen removing device as described above or by reducing the internal temperature of the internal combustion engine using active oxygen of the internal combustion engine or by reducing a part of NOx using active hydrogen It can be reduced by lowering the emission concentration by the reaction. The SOx absorbs the waste heat from the internal combustion engine and can be reduced by installing the wet absorption device. SUMMARY OF THE INVENTION In summary, it is an object of the present invention to provide a fuel cell system that can be used independently or in combination with active oxygen and active hydrogen, a supply control device for these active gases, and an energy recovery device, (CnHm, CO, NOx, SOx) and fine dust (C) and (3) maximization of energy efficiency.

상기한 바와 같이 내연기관에 활성산소를 많이 넣어 줌에 의하여 연소반응속도를 매우 증가시켜 완전연소를 유도할 수 있을 뿐만 아니라 연소온도를 낮춰서 공정을 개선시킬 수 있으므로, 활성산소가 필수적으로 필요함을 알 수 있다.As described above, by adding a large amount of active oxygen to the internal combustion engine, it is possible to induce complete combustion by increasing the combustion reaction rate to a great extent, and it is possible to improve the process by lowering the combustion temperature. .

상기한 바와 같이 산소원자의 반응속도상수가 산소분자보다 월등히 크다는 것을 알 수 있으며, 산소원자의 공급이 매우 중요함을 알 수 있다.  따라서 본 발명에서는 플라즈마방전에 의하여 산소원자등을 포함한 활성산소라디칼을 생성하여 자동차의 내연기관에 공급하고자 한다. As described above, it can be seen that the reaction rate constant of oxygen atoms is much larger than that of oxygen molecules, and it is understood that supply of oxygen atoms is very important. Accordingly, in the present invention, active oxygen radicals including oxygen atoms are generated by a plasma discharge to be supplied to an internal combustion engine of an automobile.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 내연기관을 설명하는 도면이다.2 is a view for explaining an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참고하면, 내연기관(100)은 연료탱크(110), 인젝터(120), 질소제거부(130), 혼합부(140), 흡기 포트(150), 활성산소 생성부(160) 및 엔진실린더(170)를 포함한다.2, the internal combustion engine 100 includes a fuel tank 110, an injector 120, a nitrogen removing unit 130, a mixing unit 140, an intake port 150, an active oxygen generating unit 160, And an engine cylinder 170.

연료탱크(110)는 내연기관(100)에 사용되는 연료를 저장한다.The fuel tank 110 stores fuel used in the internal combustion engine 100.

인젝터(120)는 연료탱크(110)에 저장된 연료를 연료분사방식으로 분사한다.The injector 120 injects the fuel stored in the fuel tank 110 in a fuel injection manner.

구체적으로, 인젝터(120)는 연료탱크(110)에 저장된 액체 상태의 연료를 연료탱크(110)에 구비된 연료 펌프를 통해 공급받아 혼합부(140)로 연료를 공급한다.Specifically, the injector 120 supplies the liquid fuel stored in the fuel tank 110 through the fuel pump provided in the fuel tank 110, and supplies the fuel to the mixing unit 140.

질소제거부(130)는 외부로부터 유입된 공기에 포함된 질소 분자를 제거하여 연소용 공기를 생성하고, 생성된 연소용 공기를 제1 흡기관(10)을 통해 이동시킨다.The nitrogen removing unit 130 removes the nitrogen molecules contained in the air introduced from the outside to generate combustion air, and moves the generated combustion air through the first intake pipe 10.

구체적으로, 배기가스 중의 불완전 연소 물질인 질소산화물(NOx)이 발생하는 이유는 공기 중에 존재하는 질소 때문이며, 이중 일부가 연소시 발생하는 열로 인해 일부가 분해되어 산소원자와 결합, 불완전화합물을 형성하여 질소산화물을 생성하기 때문이다. 또한, 질소산화물은 통상적으로 엔진이 고온인 경우에 많이 발생하게 된다. 즉, 외부로부터 유입된 공기를 그대로 혼합부(140)에 제공하는 경우, 공기 중의 질소분자는 고온의 순산소 연소공정에 적용될 경우 질소산화물이 생성될 수 있다 가능한 고농도의 산소 혹은 순수한 산소를 연소공정에 적용하는 목적의 하나는 연소효율을 극대화시키기 위해 미연소분 연료와 연소에 기여하지 않는 불활성기체인 질소의 양을 감소시키는 것이다. 공업용 가열로의 경우 산소부화율 1%당 약 1-3%의 연료절감이 가능하며 산소부화율을 높일 경우 대폭적인 열효율 향상이 가능하다. 식(1)에서 연료 CnHm를 완전하여 연소하여 (m/2) H2O와 nCO2를 배출하여야 하는데 (n+m/4)O2의 산소가 공급되는 양보다 질소N2가 3.76배 더 많은 양이 공급되고 있고, 고온에서 이 질소가 산소와 결합하는 용도로 소모되면, 산소가 충분하지 않게 되어 완전연소의 조건이 성립되지 않는 것이다. 즉 식(1)에서 내연기관에 들어가는 3.76(n+m/4)가 그냥 나오는 것이 아니라 (n+m/4)O2 공급되는 산소와 결합하여 변화하여 질소산화물로 나오게 되고 따라서 이론적인 화학양론식이 달라지게 된다. 이러한 이유로 종래에 연소를 향상시키는 방법으로 이론공연비보다 높여서 공기를 공급하는 방법이 사용되어 왔다. 이때에도 공기의 양을 더 주입할 것이 아니라 순수 산소만 추가적으로 더 공급하거나 이를 활성산소화 하여 공급하는 것이 완전연소를 위하여 더 좋다.Specifically, nitrogen oxides (NOx), which is an incomplete combustion substance in the exhaust gas, are generated because of the nitrogen present in the air. Part of the nitrogen oxides (NOx) are decomposed due to heat generated during combustion, Because it produces nitrogen oxides. In addition, nitrogen oxides usually occur when the engine is at a high temperature. That is, when the air introduced from the outside is directly supplied to the mixing unit 140, nitrogen molecules in the air may generate nitrogen oxides when applied to a high temperature oxy-fuel combustion process. Is to reduce the amount of nitrogen, which is an inert gas that does not contribute to combustion, to the unburned fraction fuel in order to maximize the combustion efficiency. In the case of industrial heating furnaces, it is possible to save about 1-3% of fuel per 1% of the oxygen hatching rate, and it is possible to significantly improve the thermal efficiency by increasing the oxygen hatching rate. In the equation (1), the fuel CnHm is completely burned to discharge (m / 2) H2O and nCO2, which is 3.76 times more than the amount of oxygen supplied to (n + m / 4) O2 If this nitrogen is consumed for the purpose of bonding with oxygen at high temperature, the oxygen becomes insufficient and the condition of complete combustion is not established. In other words, 3.76 (n + m / 4) entering the internal combustion engine in equation (1) does not merely come out but changes to the oxygen supplied to (n + m / 4) O2 and changes into nitrogen oxides. Will be different. For this reason, conventionally, a method of supplying air with a higher air-fuel ratio than the stoichiometric air-fuel ratio has been used as a method of improving combustion. At this time, it is better to supply more pure oxygen only or to supply it with active oxygen rather than inject more air.

따라서, 순수산소통을 사용하거나 공기공급라인에서 질소분리장치를 통하여 질소를 제거한 후 최대한 순수한 산소를 공급하는 것도 질소산화물인 NOx의 발생을 원천적으로 차단하거나 현저하게 감소시키는 하는 방법이 되겠다. Therefore, the use of pure oxygen cylinders or the removal of nitrogen through the nitrogen separator in the air supply line, and then the supply of pure oxygen as much as possible is a way to essentially prevent or significantly reduce the generation of NOx, a nitrogen oxide.

상기한 바와 같이 본 발명에서는 연소효율을 극대화시키기 위해 순수산소 연소를 위해 불활성기체인 질소의 양을 감소시키는 장치인 질소제거부(130)를 이용한 후 이를 플라즈마방전장치로 활성 산소를 생성하여 내연기관의 최측근에 공급하여 내연기관의 완전연소를 유도하다. 엔진의 앞단에서 이렇게 선제적으로 처리를 하는 경우, N2를 분리하여 제거 혹은 감소시키고 활성산소에 의하여 내연기관의 온도를 낮추어 NOx의 배출가스농도를 현저하게 감소시키고, 활성산소에 의하여 미연소된 C, CnHm 와 CO를 현저하게 감소시킬 수 있다. 따라서, 오염배기가스를 규제치 이하로 배출되는 것을 방지하기 위하여 엔진 후위의 배기가스 배출부에 설치되는 산화촉매 혹은 삼원촉매등이 필수불가결하게 필요한 것은 아니며, 다만, 만약에 누출되는 경우를 대비하기 위한 요소로 사용될 것이며, 이러한 촉매들의 수명 역시 매우 향상될 것이다. 즉, 완전연소를 통하여 오염배출가스과 미세먼지를 없에거나 저감하는 방법에 의하여 궁극적으로는 이러한 촉매들의 사용을 불필요하게 하는 것이 본 발명의 목적중의 하나이다.As described above, in the present invention, in order to maximize the combustion efficiency, the nitrogen eliminator 130, which is an apparatus for reducing the amount of nitrogen which is an inert gas for pure oxygen combustion, is used, To induce complete combustion of the internal combustion engine. In the case of preliminary treatment at the front end of the engine, the N 2 is separated or eliminated and the temperature of the internal combustion engine is lowered by the active oxygen to remarkably reduce the concentration of the exhaust gas of NO x, , CnHm and CO can be significantly reduced. Therefore, in order to prevent the polluted exhaust gas from being exhausted below the regulated value, an oxidation catalyst or a three-way catalyst provided in the exhaust gas outlet of the engine rear is not necessarily indispensable. However, And the lifetime of these catalysts will also be greatly improved. That is, it is one of the objects of the present invention to ultimately obviate the use of such catalysts by a method of eliminating or reducing polluted exhaust gas and fine dust through complete combustion.

도 2와 상기한 바와 같은 이유로, 질소제거부(130)를 혼합부(140) 전에 사전 배치한다. 이 경우 질소제거부(1330)는 질소 성분을 선택적으로 흡착하는 흡착제인 제올라이트 및 탄소분자체(Carbon Molecular Sieve, CMS)를 혼합하여 사용하는 흡착층(Adsorption Bed)을 이용하여 공기 내 질소 분자를 흡착 제거할 수 있다. 혹은 인입되는 공기를 초저온장치를 통화하도록 하여 고속으로 초저온인 -200 ℃ 이하로 냉동한 후, 비등점이 -195.8 ℃인 질소와 비등점이 -183℃ 인 산소를 비등점 차이를 이용하여 분별증류함으로써 공기로부터 질소를 분리 제거한 후 산소만을 공급할 수 있다. 2 and the above-described reason, the nitrogen remover 130 is pre-arranged before the mixing portion 140. [ In this case, the nitrogen removing unit 1330 removes nitrogen molecules in the air by using an adsorption bed using a mixture of zeolite, which is an adsorbent selectively adsorbing a nitrogen component, and carbon molecular sieve (CMS) can do. Or the incoming air is frozen at a very low temperature of -200 ° C or less at a high speed so that the nitrogen having a boiling point of -195.8 ° C and the oxygen having a boiling point of -183 ° C are fractionally distilled using a boiling point difference, It is possible to supply only oxygen after separating and removing nitrogen.

질소 제거부(130)는 공기의 주요 공급관(10)에서 질소를 제거하는 장치이며, 이로써 질소가 완전히 제거가 되지 않는다면, 이로부터 소형으로 분기하여 활성산소를 생성하여 공급하고자 하는 공기 공급라인(21)에 제2의 질소 제거부를 추가적으로 사용하여 질소원자의 생성을 최대한 방지하는 것이 바람직하다. 또한 주요 공기공급라인(10)으로부터 제2 흡기관(20)으로 들어가는 공기의 양을 조절하기 위하여, 니들밸브 (미터링밸브), 쓰로틀밸브, 혹은 기체유령조절장치 (Mass Flow Controller, MFC)등을 설치하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 이러한 추자적인 질소제거부 (332)와 기체유량조절장치를 추가적으로 설치하는 방안도 포함하여 개시한다.The nitrogen removing unit 130 is a device for removing nitrogen from the main supply pipe 10 of the air. If the nitrogen is not completely removed, the nitrogen removing unit 130 branches the air from the air supply line 21 ), It is preferable to additionally use a second nitrogen removal unit to prevent generation of nitrogen atoms as much as possible. A throttle valve or a mass flow controller (MFC) or the like may be used to adjust the amount of air entering the second intake pipe 20 from the main air supply line 10. [ It is desirable to install it. The present invention also discloses a method of additionally providing such a quasi nitrogen removing unit 332 and a gas flow rate adjusting unit.

혼합부(140)는 인젝터(120)에서 분사된 연료 및 제1 흡기관(10)을 통해 질소제거부(130)로부터 공급받은 연소용 공기를 혼합하여 혼합기를 생성한다.The mixing unit 140 mixes the fuel injected from the injector 120 and the combustion air supplied from the nitrogen removing unit 130 through the first intake pipe 10 to produce a mixer.

구체적으로, 혼합부(140)는 인젝터(120)에서 공급한 연료와 제1 흡기관(10)을 통해 질소제거부(130)로부터 공급받은 연소용 공기가 혼합된 혼합기를 생성하고, 생성한 혼합기를 흡기 포트(150)로 전달한다.Specifically, the mixing unit 140 generates a mixer in which the fuel supplied from the injector 120 and the combustion air supplied from the nitrogen removing unit 130 are mixed through the first intake pipe 10, To the intake port (150).

흡기 포트(150)는 혼합부(140)로부터 전달받은 혼합기를 엔진실린더(170)로 전달한다.The intake port 150 transfers the mixer delivered from the mixer 140 to the engine cylinder 170.

엔진실린더(170)는 유입되는 혼합기를 이용하여 흡입, 압축, 폭발 및 배기 순서로 동작하여 동력에너지를 생성한다. 동력에너지 생성시 엔진실린더(170)는 혼합기의 연소 결과 발생하는 배기가스를 배출한다.The engine cylinders 170 operate in the order of intake, compression, explosion, and exhaust using an incoming mixer to generate power energy. The engine cylinder 170 discharges the exhaust gas resulting from the combustion of the mixer when the power energy is generated.

활성산소 생성부(160)는 제1 흡기관(10)으로부터 분리된 제2 흡기관(20)을 통해 연소용 공기를 공급받고, 제2 흡기관(20)을 통해 공급받은 연소용 공기에 플라즈마 방전을 일으켜 활성산소 기체를 생성하고, 생성한 활성산소 기체를 혼합부(140)와 흡기 포트 (150)사이에 주입한다.The active oxygen generating unit 160 receives the combustion air through the second intake pipe 20 separated from the first intake pipe 10 and supplies the combustion air supplied through the second intake pipe 20 with plasma Thereby generating active oxygen gas, and injecting the generated active oxygen gas into the space between the mixing portion 140 and the intake port 150.

활성산소를 공급하는 소형분기관은 플라즈마 방전을 통하여 활성기체를 만드므로 가능한 산소를 제외한 모든 불순물을 제거하는 것이 바람직하다. 따라서 소형 분기관에 별도의 질소 제거부를 설치하여 사용한다.Since a small branch tube for supplying active oxygen forms an active gas through plasma discharge, it is preferable to remove all impurities except oxygen as much as possible. Therefore, a separate nitrogen removal unit is installed in a small-sized branch pipe.

구체적으로, 활성산소 생성부(160)는 제2 흡기관(20)을 통해 공급받은 연소용 공기를 플라즈마를 통해 전처리하여 활성산소 기체를 생성한다. 이 경우, 플라즈마 방전부(130)는 직류, 저주파 (LF : Low Frequency) , 고주파 (RF ; Radio-Frequency) 또는 초고주파(마이크로웨이브 ; MW Microwave ) 방식을 이용하여 플라즈마 방전을 수행할 수 있다.Specifically, the active oxygen generator 160 pre-processes the combustion air supplied through the second intake pipe 20 through a plasma to generate active oxygen gas. In this case, the plasma discharge unit 130 may perform plasma discharge using a direct current, low frequency (LF), radio frequency (RF), or microwave (MW) microwave method.

활성산소 생성부(160)는 각각의 DC, RF (/LF), MW 방법에 의한 플라즈마방전셀(PDC ; Plasma Discharge Cell) 장치를 사용한다. DC 플라즈마 장치는 절연기판에 전극부를 만들어 이에 자동차의 직류전압 (12V 혹은 24V )에서 컨버터로 고전압으로 승압한 후 인가하여 플라즈마를 발생한다. 즉, 절연기판 상에 방전전극과 기저전극 패턴을 면상 형태로 제작하여 사용한다. 면상형태는 직사각형 혹은 원형의 형태로 교번하거나 혹은 스파이럴 형태로 형성하여 제작이 가능하다. DC 를 인가하여 플라즈마를 발생하는 또 다른 방법으로는 미세한 탄소섬유 다발에 음의 고전압 혹은 양의 고전압을 인가하여 음이온 혹은 양이온을 발생하여 공급하는 방법이다. RF PDC (플라즈마방전셀)는 기체관 내부에 기저전극을 절연하여 사용하고 기체관 외부에 코일을 감아 배치한 후 이 코일에 RF 혹은 LF를 인가하여 유도전기장을 이용하여 플라즈마를 발생하는 방법이다. MW 플라즈마방전셀은 동축커넥터와 동축케이블을 통하여 마이크로파전력을 기체관 내부로 전달하는 무전극 방식이다. 정합 ((tuning 혹은 match ing) 하기 위하여 조절단자 (knob)을 설치하여 임피던스매칭을 하여 반사파를 최소화하여 마이크로파 전력을 전달함으로써 이를 플라즈마를 발생하는 에너지원으로 사용한다. 종래의 마그네트론을 사용하는 방법을 지양하여 초고주파를 발생하는 반도체를 사용하여 종래의 크고 무거우며 복잡한 설치 방식을 경박단소화 하여 설치가 가능하다. 뿐만 아니라, 일정범위의 주파수변조가 가능하기 때문에 이러한 주파수변조튜닝방법 (Frequency Variation Tuning Method) 장치를 이용하여 정합하거나 동축임피던스튜닝방법 (Co-Axial Impedance Tuning Method)장치를 사용하여 자동 혹은 수동 방식의 정합이 가능하다. 설치가 용이하고 사용하기가 간편하도록 설계되고 개발된 각 DC, RF, MW 플라즈마방전셀(PDC) 방법과 방치에 관련되어서는 별도 특허로 개시할 예정이다.The active oxygen generator 160 uses a plasma discharge cell (PDC) device according to each DC, RF (/ LF), and MW method. The DC plasma apparatus generates an electrode part on an insulating substrate and boosts the DC voltage (12V or 24V) of the automobile to a high voltage by a converter and then applies it to generate a plasma. That is, the discharge electrode and the base electrode pattern are formed in a planar form on an insulating substrate and used. The planar shape can be formed by alternating in a rectangular or circular shape or in a spiral shape. Another method of generating plasma by applying DC is to apply a negative high voltage or a positive high voltage to a fine carbon fiber bundle to generate and supply anions or cations. RF PDC (plasma discharge cell) is a method of inserting a base electrode inside a gas pipe, winding a coil around the outside of the gas pipe, applying RF or LF to the coil, and generating plasma using an induction electric field. The MW plasma discharge cell is a non-electrode type that transfers microwave power into the gas pipe through the coaxial connector and the coaxial cable. In order to match (tuning or match), a control knob is installed to perform impedance matching to minimize the reflected wave and to transmit the microwave power, thereby using the microwave as an energy source for generating plasma. In addition, since it is possible to modulate a frequency within a certain range, the frequency variation tuning method (Frequency Variation Tuning Method) can be implemented by using a semiconductor generating a very high frequency, ) Device or coaxial impedance tuning method (automatic or manual matching) is possible. Each DC, RF , MW plasma discharge cell (PDC) method, and a method for leaving the plasma discharge cell It is due.

활성산소 생성부(160)가 제2 흡기관(20)을 통해 혼합부(140)와 흡기 포트(150) 사이에 활성산소를 주입하는 구체적인 방법은 도 2를 통해 설명한다.A specific method by which the active oxygen generating unit 160 injects active oxygen between the mixing unit 140 and the intake port 150 through the second intake pipe 20 will be described with reference to FIG.

도 3은 활성산소 생성부가 제2 흡기관을 통해 혼합부와 흡기 포트 사이에 활성산소를 주입하는 구체적인 방법을 설명하는 도면이다.3 is a view for explaining a specific method of injecting active oxygen between the mixing portion and the intake port through the second intake pipe.

도 3을 참고하면, 활성산소 생성부(160)는 제1 흡기관(10)으로부터 분리된 제2 흡기관(20) 상에 구현되며, 혼합부(140)로부터 미리 설정된 거리 이내에 위치한다.3, the active oxygen generating unit 160 is implemented on the second intake pipe 20 separated from the first intake pipe 10 and is located within a preset distance from the mixing unit 140.

이 경우, 제2 흡기관(20)은 제1 흡기관(10)보다 적은 부피 및 내부 표면적을 갖는다.In this case, the second intake pipe 20 has a smaller volume and internal surface area than the first intake pipe 10. [

또한, 제2 흡기관(20)은 제1 흡기관(10)으로부터 분리된 위치에서 D1을 직경으로 갖고, 연소용 공기가 활성산소 생성부(160)로 진입하는 위치에서 D1보다 긴 D2를 직경으로 갖고, 활성산소 생성부(160)가 생성한 활성산소 기체를 배출하는 위치에서 D1보다 짧은 D3를 직경으로 갖는다.The second intake pipe 20 has a diameter D1 at a position separated from the first intake pipe 10 and has a diameter D2 longer than D1 at a position where the combustion air enters the active oxygen generator 160, And has a diameter D3 shorter than D1 at a position where the active oxygen generator 160 generated by the active oxygen generator 160 is discharged.

또한, 제2 흡기관(20)은 제1 흡기관(10)으로부터 분리된 위치에서 활성산소 생성부(160)까지의 거리 L1가 활성산소 생성부(160)로부터 혼합부(140)까지의 거리 L2보다 길다.The distance L 1 from the position where the second intake pipe 20 is separated from the first intake pipe 10 to the active oxygen generating unit 160 is smaller than the distance L 1 from the active oxygen generating unit 160 to the mixing unit 140 L2.

이하, 제2 흡기관(20)이 상기 구조를 갖는 이유에 대해 설명한다.Hereinafter, the reason why the second intake pipe 20 has the above structure will be described.

위에서 설명한 플라즈마 방전에 따라 활성산소 생성부(160) 내 플라즈마 볼륨은 하기 수학식 1로 표현된다.The plasma volume in the active oxygen generator 160 according to the above-described plasma discharge is represented by the following equation (1).

Figure pat00008
Figure pat00008

수학식 1에서, Vp는 활성산소 생성부(160) 내 플라즈마 볼륨이고, D2는 연소용 공기가 활성산소 생성부(160)로 진입하는 위치의 직경이고, L2는 활성산소 생성부(160)의 길이이다.In the equation 1, Vp is the plasma volume in the active oxygen generator 160, D2 is the diameter of the combustion air entering the active oxygen generator 160, L2 is the diameter of the active oxygen generator 160, Length.

또한, 활성산소 생성부(160) 내 앰바이폴러확산길이(Ambipolar Diffusion Length)는 하기 수학식 2로 표현된다.Also, the ambipolar diffusion length in the active oxygen generator 160 is expressed by the following equation (2).

Figure pat00009
Figure pat00009

수학식 2에서, Λ는 활성산소 생성부(160) 내 앰바이폴러확산길이이고, D2는 연소용 공기가 활성산소 생성부(160)로 진입하는 위치의 직경이고, L2는 활성산소 생성부(160)의 길이이다.D 2 is the diameter of the position at which the combustion air enters the active oxygen generator 160 and L 2 is the diameter of the active oxygen generator 160. In the equation 2, Λ is the length of the bipolar diffusion in the active oxygen generator 160, Lt; / RTI >

또한, 활성산소 생성부(160) 내 앰바이폴러확산길이, 유효 전기장 및 전자의 평균 밀도 사이의 관계는 하기 수학식 3으로 표현된다.The relationship between the ambi-bipolar diffusion length, the effective electric field, and the average density of electrons in the active oxygen generator 160 is expressed by the following equation (3).

Figure pat00010
Figure pat00010

수학식 3에서, navg는 활성산소 생성부(160) 내 전자의 평균 밀도, Pod는 활성산소 생성부(160) 내 단위 플라즈마 부피당 파워 강도, Λ는 활성산소 생성부(160) 내 앰바이폴러확산길이, ve는 전자 모멘텀 전달 충돌 주파수(electron momentume collision frequency), P는 활성산소 생성부(160) 내 압력, Eef는 활성산소 생성부(160) 내 유효전기장(Effective Electrical Field)이다.In Equation 3, navg is the average density of electrons in the active oxygen generator 160, Pod is the power intensity per unit plasma volume in the active oxygen generator 160, and Λ is the ambi-bipolar diffusion in the active oxygen generator 160 E is the effective electrical field in the active oxygen generator 160, E is the effective electric field in the active oxygen generator 160,

또한, 활성산소 생성부(160) 내 전자온도, 자기장 및 유효전기장 사이의 관계는 하기 수학식 4로 표현된다.The relationship between the electron temperature, the magnetic field, and the effective electric field in the active oxygen generator 160 is expressed by the following equation (4).

Figure pat00011
Figure pat00011

수학식 4에서, Te는 활성산소 생성부(160) 내 전자온도이고, G는 비선형함수이며, Eef는 활성산소 생성부(160) 내 유효전기장이고, P는 활성산소 생성부(160) 내 압력, B는 P는 활성산소 생성부(160) 내 자기장이다.Where Te is the electron temperature in the active oxygen generator 160 and G is the nonlinear function Eef is the effective electric field in the active oxygen generator 160 and P is the pressure in the active oxygen generator 160 , And B is a magnetic field in the active oxygen generator 160.

또한, 활성산소 생성부(160)에서 유입된 연소용 공기 내 산소 분자가 산소 원자로 해리되는 해리반응속도상수와 활성산소 생성부(160) 내 유효전기장 및 전자온도 사이의 관계는 하기 수학식 5로 표현된다.The relation between the dissociation reaction rate constant at which the oxygen molecules in the combustion air introduced from the active oxygen generator 160 dissociate into oxygen atoms and the effective electric field and the electron temperature in the active oxygen generator 160 is expressed by the following equation Is expressed.

Figure pat00012
Figure pat00012

수학식 5에서, Kd는 활성산소 생성부(160)에서 유입된 연소용 공기 내 산소 분자가 산소 원자로 해리되는 해리반응속도상수이고, Te는 활성산소 생성부(160) 내 전자온도이고, Eef는 활성산소 생성부(160) 내 유효전기장이다.In Equation (5), Kd is a dissociation reaction rate constant at which oxygen molecules in the combustion air introduced from the active oxygen generator 160 are dissociated into oxygen atoms, Te is an electron temperature in the active oxygen generator 160, and Eef is And is an effective electric field in the active oxygen generating portion 160.

수학식 2로부터, D2는 연소용 공기가 활성산소 생성부(160)로 진입하는 위치의 직경이 크면 클수록 활성산소 생성부(160) 내 앰바이폴러확산길이 Λ가 증가하게 된다. 또한, 수학식 3으로부터 활성산소 생성부(160) 내 앰바이폴러확산길이 Λ가 증가하게 되면, 활성산소 생성부(160) 내 유효전기장 Eef가 감소하게 되고, 수학식 4로부터 활성산소 생성부(160) 내 유효전기장 Eef가 감소하게 되면 활성산소 생성부(160) 내 전자온도 Te 또한 감소하게 된다. 또한, 수학식 5로부터 활성산소 생성부(160) 내 유효전기장 Eef 및 활성산소 생성부(160) 내 전자온도 Te가 감소하게 되면, 활성산소 생성부(160)에서 유입된 연소용 공기 내 산소 분자가 산소 원자로 해리되는 해리반응속도상수 Kd 또한 감소하게 된다.From equation (2), D 2 indicates that the larger the diameter at which the combustion air enters the active oxygen generator 160, the greater the ambi-bipolar diffusion length Λ in the active oxygen generator 160. Also, from Equation (3), the increase of the ambi-bipolar diffusion length Λ in the active oxygen generator 160 reduces the effective electric field Eef in the active oxygen generator 160, and the active oxygen generator 160 decreases, the electron temperature Te in the active oxygen generator 160 also decreases. When the effective electric field Eef in the active oxygen generator 160 and the electron temperature Te in the active oxygen generator 160 decrease from Equation (5), the oxygen molecules in the combustion air flowing in the active oxygen generator 160 The dissociation rate constant Kd, which dissociates into oxygen atoms, is also reduced.

결과적으로, 연소용 공기가 활성산소 생성부(160)로 진입하는 위치의 직경이 크면 클수록 활성산소 생성부(160)에서 생성하는 활성산소 기체의 양 및 농도가 감소하게 되는바, 직경 D2뿐만 아니라, 제2 흡기관(20)을 이루는 D1 및 D3 또한 제1 흡기관(10)의 직경 D0보다 작아야한다.As a result, the larger the diameter of the combustion air entering the active oxygen generator 160, the smaller the amount and concentration of reactive oxygen species produced by the active oxygen generator 160. The larger the diameter D2 And D1 and D3 forming the second intake pipe 20 should be smaller than the diameter D0 of the first intake pipe 10. [

한편, 활성산소 생성부(160)에 의해 생성된 활성산소 기체는 공기 중에서 다른 중성자 (분자, 원자등) 또는 제2 흡기관(20)의 표면과 반응하여 재결합반응에 의해 감소한다. 구체적으로, 활성산소 기체와 제2 흡기관(20)의 표면과의 반응은 하기 화학식 4로 표현할 수 있다.On the other hand, the active oxygen gas produced by the active oxygen generator 160 reacts with other neutrons (molecules, atoms, etc.) or the surface of the second intake tube 20 in the air and decreases by the recombination reaction. Specifically, the reaction between the active oxygen gas and the surface of the second intake pipe 20 can be expressed by the following formula (4).

Figure pat00013
Figure pat00013

화학식 4에서, M은 3중출동시 에너지와 모멘텀 보존을 위한 제3의 중성자(third body)를 의미한다.In formula (4), M means a third neutron (third body) for simultaneous energetic simultaneous energies and momentum conservation.

또한, 발생한 활성산소 기체가 제2 흡기관(20)의 표면과 반응하는 벽재결합반응(wall recombinatjon rate)은 하기 화학식 5로 표현할 수 있다.The wall recombination rate at which the generated active oxygen gas reacts with the surface of the second intake pipe 20 can be expressed by the following formula (5).

Figure pat00014
Figure pat00014

화학식 5에서, W는 제2 흡기관(20)의 내부 표면을 의미한다.  제2 흡기관(20)의 내부 표면상에서의 반응속도상수인 벽재결합반응속도상수(wall recombination rate constant)를 kw 라고 하면, kw는 하기 수학식 6으로 표현할 수 있다.In the formula (5), W means the inner surface of the second intake pipe (20). If the wall recombination rate constant, which is a reaction rate constant on the inner surface of the second intake pipe 20, is kw, kw can be expressed by the following equation (6).

Figure pat00015
Figure pat00015

수학식 6에서, kw는 제2 흡기관(20)의 내부 표면과 활성산소 기체의 벽재결합반응속도상수이고, w는 제2 흡기관(20)의 벽재결합계수 (wall recombination coefficient)이고, Uo는 제2 흡기관(20) 내 산소원자의 열속도 (thermal velocity)이고, kB는 볼즈만상수 (Boltzmann constant)이고, Tg는 제2 흡기관(20) 내 기체온도이고, Mo는 제2 흡기관(20) 내 산소원자 질량이다.Kw is the wall recombination coefficient of the second intake pipe 20 and wo is the wall recombination coefficient of the wall of the second intake pipe 20 and Uo Is a thermal velocity of oxygen atoms in the second intake pipe 20, kB is a Boltzmann constant, Tg is a gas temperature in the second intake pipe 20, Mo is a second intake pipe It is the oxygen atom mass in the engine 20.

화학식 4, 화학식 5 및 수학식 6으로부터, 제2 흡기관(20)의 벽재결합계수 또는 제2 흡기관(20) 내 기체온도가 높을수록 벽재결합반응속도상수 kw가 커짐을 알 수 있다. 또한, 활성산소 기체가 제2 흡기관(20)의 내부 표면과 충돌하여 발생하는 재결합반응이므로 제2 흡기관(20)의 내부 표면이 크면 클수록, 즉, 제2 흡기관(20)의 직경 및 길이가 크면 클수록 재결합이 많이 일어나 산소원자가 많이 감소함을 알 수 있다.From the equations (4), (5) and (6), it can be seen that the wall recombination rate constant kw increases as the wall recombination coefficient of the second intake pipe 20 or the gas temperature in the second intake pipe 20 increases. The larger the inner surface of the second intake pipe 20, that is, the larger the diameter of the second intake pipe 20 and the larger the inner diameter of the second intake pipe 20, The larger the length, the more recombination occurs and the more oxygen atoms are reduced.

결과적으로, 제2 흡기관(20)의 내부 표면이 클수록 활성산소 기체의 양 및 농도가 감소하게 되는바, 활성산소 생성부(160)가 생성한 활성산소 기체를 배출하는 위치의 직경 D3는 제1 흡기관(10)으로부터 분리된 제2 흡기관(20)의 위치의 직경 D1과 같거나 D1보다 작아야 하며, 제1 흡기관(10)으로부터 분리된 위치에서 활성산소 생성부(160)까지의 거리 L1보다 활성산소 생성부(160)로부터 혼합부(140)까지의 거리 L2가 짧아야 한다.As a result, the larger the inner surface of the second intake pipe 20, the smaller the amount and concentration of active oxygen gas, and the diameter D3 of the position for discharging the active oxygen gas generated by the active oxygen generator 160 is The first intake pipe 10 is required to be equal to or smaller than the diameter D1 of the position of the second intake pipe 20 separated from the first intake pipe 10 and smaller than the diameter D1 of the second intake pipe 20, The distance L2 from the active oxygen generating portion 160 to the mixing portion 140 should be shorter than the distance L1.

또한, 제2 흡기관(20)에서 활성산소 생성부(160)가 구현되는 부분(L2)은 벽재결합계수가 적은 재료로 구성되는 것이 바람직하며, 구체적으로 벽재결합계수가 1 x 10-3 이하인 소재로 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 활성산소 생성부(160)에 의해 생성된 활성산소 기체는 상기 과정에서 설명한 바와 같이 제2 흡기관(20)의 내부 표면과 반응하여 재결합반응에 의해 감소하는바, 제2 흡기관(20)에서 활성산소 생성부(160)로부터 혼합부(140)까지의 부분(L3) 또한 벽재결합계수가 적은 재료로 구성되는 것이 바람직하며, 구체적으로 벽재결합계수가 1 x 10-3 이하인 소재로 구성되는 것이 바람직하다.In addition, the second intake pipe portion (L2) (20) where the free radical generator 160 is implemented in the wall are preferably composed of a recombination coefficient less material, in particular the wall recombination coefficient of 1 x 10 -3 or less It is preferable that it is made of a material. The reactive oxygen species generated by the active oxygen generating unit 160 reacts with the inner surface of the second intake pipe 20 and decreases due to the recombination reaction as described in the above process. It is preferable that the portion L 3 from the active oxygen generating portion 160 to the mixing portion 140 is made of a material having a small coefficient of wall recombination and more specifically a material having a wall recombination coefficient of 1 x 10 -3 or less .

예를 들면, 제2 흡기관(20)에서 활성산소 생성부(160)가 구현되는 부분(L2) 및 제2 흡기관(20)에서 활성산소 생성부(160)로부터 혼합부(140)까지의 부분(L3)은 파이렉스(pyrex), 소다유리(soda glass) 또는 석영(quzrtz) 중 어느 하나로 구현될 수 있다.For example, the portion L2 in which the active oxygen generating portion 160 is implemented in the second intake pipe 20 and the portion L2 in the second intake pipe 20 from the active oxygen generating portion 160 to the mixing portion 140 The portion L3 may be implemented by any one of pyrex, soda glass, and quartz.

다만, 제2 흡기관(20)에서 활성산소 생성부(160)로부터 혼합부(140)까지의 부분에서 혼합부(140)로부터 일정 거리 이내에 있는 부분(L4)의 경우 유전체 산화물 대신 벽재결합계수가 적은 금속 또는 비금속을 사용하는 것이 바람직하며, 예를 들면, 벽재결합계수가 2.6 x 10-3인 마그네시윰(magnesium) 소재를 이용할 수 있다. 한편, L4의 경우 L3보다 작거나 같을 수 있다.However, in the portion L4 within the predetermined distance from the mixing portion 140 in the portion from the active oxygen generating portion 160 to the mixing portion 140 in the second intake pipe 20, the wall recombination coefficient It is preferable to use a small amount of metal or a nonmetal. For example, a magnesium material having a wall recombination coefficient of 2.6 x 10-3 can be used. On the other hand, L4 may be less than or equal to L3.

참고로, 표 4는 여러 소재의 벽재결합계수를 나타내는 표이다.For reference, Table 4 shows the wall recombination coefficients of various materials.

Material
(소재)
Material
(Material)
Wall Recombination
Coefficient
(벽재결합계수)
Wall Recombination
Coefficient
(Wall recombination coefficient)
METALS
(금속)
METALS
(metal)
silversilver 2.4 x 10-1 2.4 x 10 -1
coppercopper 1.7 x 10-1 1.7 x 10 -1 ironiron 3.6 x 10-2 3.6 x 10 -2 nickelnickel 2.8 x 10-2 2.8 x 10 -2 goldgold 5.2 x 10-3 5.2 x 10 -3 magnesiummagnesium 2.6 x 10-3 2.6 x 10 -3 NON-METALS
(비금속)
NON-METALS
(nonmetal)
antimonyantimony 8.2 x 10-4 8.2 x 10 -4
arsenicarsenic 4-6 x 10-4 4-6 x 10 -4 seleniumselenium 1.7 x 10-4 1.7 x 10 -4 OXIDES
(산화물)
OXIDES
(oxide)
coppercopper 2.0 x 10-2 2.0 x 10 -2
ironiron 8.2 x 10-3 8.2 x 10 -3 nickelnickel 7.7 x 10-3 7.7 x 10 -3 leadlead 5.8 x 10-3 5.8 x 10 -3 magnesiummagnesium 3-5 x 10-3 3-5 x 10 -3 aluminiumaluminum 1.8 ~ 3.4 x 10-3 1.8 to 3.4 x 10 -3 silicasilica 7.1 x 10-4 7.1 x 10 -4 boronboron 2.8 x 10-4 2.8 x 10 -4 soda glasssoda glass 3.4 x 10-4 3.4 x 10 -4 PyrexPyrex 1.2 x 10-4 1.2 x 10 -4 Pyrex*Pyrex * 3.3 x 10-5 3.3 x 10 -5 HALIDES
(할로젠화물)
HALIDES
(Halide)
lithium chloride리시터 1.9 x 10-3 1.9 x 10 -3
potassium bromidepotassium bromide 1.3 x 10-3 1.3 x 10 -3 patassium iodidepatassium iodide 7.4 x 10-4 ~ 3-5 x 10-3 7.4 x 10 -4 to 3-5 x 10 -3 barium chloridebarium chloride 5.7 x 10-4 ~ 1.9 x 10-3 5.7 x 10 -4 to 1.9 x 10 -3 sodium chloridesodium chloride 9.4 x 10-4 9.4 x 10 -4 potassum fluoride포스륨 플루오드 9.2 x 10-4 9.2 x 10 -4 potassium chloride포터 키라이드 7.8 x 10-4 7.8 x 10 -4 rubidium chloride루비이드 chloride 4.5 x 10-4 ~ 2-4 x 10-3 4.5 x 10 -4 to 2-4 x 10 -3 caesium chloride가시 chloride 3.4 x 10-4 ~ 1.6 x 10-3 3.4 x 10 -4 to 1.6 x 10 -3

이와 같이, 플라즈마 방전관의 크기, 방전 전력, 주입 위치 등에 의해 엔진에 공급되는 주입되는 활성산소 농도등이 달라지며 이에 따라 엔진실린더(170)에서의 연료의 연소율과 배기가스 농도가 달라진다.  즉, 공급되는 활성산소의 농도에 따라 엔진내부의 온도와 연소율이 조절되며, 배기가스의 배출(emission) 농도 등이 조절된다. 따라서 이에 따라 종래의 공연비에 따른 연소온도, 화염온도, 연소압력, 연료소비율(연비), 엔진 토크, 출력, 배기가스의 특성이 모두 달라지는데, 도 2에서 설명한 제2 흡기관(20)을 포함하는 내연기관(100)은 엔진 성능 배기가스의 특성 등을 크게 개선할 수 있다.수소는 1 개의 양성자와 1 개의 전자로 구성된 가장 간단하고 가벼운 원소이며 우주에서 가장 흔한 원소이다. 그러나, 수소는 자연에서 홀로 발견되지는 않으며 항상 산소나 탄소와 결합된 형태로만 발견된다. 따라서 수소를 사용할 때 에너지를 투입하여 순수 수소형태로 바꾸어 주어야 한다. 이런 의미에서 수소에너지는 전기와 마찬가지로 에너지운반체(energy carrier) 또는 2차 에너지이다. 화석연료 고갈 및 환경오염에 대처할 수 있도록 재순환이 가능하고 친환경적인 차세대 에너지원인 수소의 제조, 저장, 이동 및 활용 등의 핵심적인 기술개발이 필요하다. 본 발명에서는 황성산소를 공급하는 방법과 더불어 이러한 수소를 생성하여 수소 혹은 활성수소의 상태로 내연기관에 공급하는 안을 개시한다.Thus, the concentration of active oxygen supplied to the engine varies depending on the size, discharge power, injection position, etc. of the plasma discharge tube, and thus the burning rate of the fuel in the engine cylinder 170 and the exhaust gas concentration are different. That is, the temperature and the combustion rate in the engine are controlled according to the concentration of the active oxygen supplied, and the emission concentration of the exhaust gas and the like are controlled. Accordingly, the combustion temperature, the flame temperature, the combustion pressure, the fuel consumption rate (fuel consumption), the engine torque, the output, and the characteristics of the exhaust gas are different from each other according to the conventional air-fuel ratio. The internal combustion engine 100 can greatly improve the characteristics of the engine performance exhaust gas, etc. Hydrogen is the simplest and lightest element composed of one proton and one electron and is the most common element in the universe. However, hydrogen is not found in nature alone, but is always found only in the form associated with oxygen or carbon. Therefore, when using hydrogen, energy must be turned into pure hydrogen. In this sense, hydrogen energy, like electricity, is an energy carrier or secondary energy. In order to cope with depletion of fossil fuels and environmental pollution, it is necessary to develop key technologies such as recycling, production, storage, transportation and utilization of next generation energy which is environment friendly. In the present invention, in addition to a method of supplying sulfur oxygen, this hydrogen is produced and supplied to the internal combustion engine in the state of hydrogen or active hydrogen.

수소는 상온에서 무색, 무취, 무미한 가연성 가스이고, 무독성 기체로서 폭발범위가 매우 넓은 물질이다. 수소는 연소 중 수증기 외의 어떤 공해물질도 배출하지 않고 그 연소 공정을 쉽게 제어할 수 있으며 편리하다는 장점으로 인하여 가장 기본적인 연료로 사용될 수 있어서 오늘날의 전기와 함께 미래의 중요한 에너지 매질이 될 것으로 기대된다. Hydrogen is a colorless, odorless, tasteless combustible gas at room temperature, and is a non-toxic gas with a very wide range of explosion. Hydrogen can be used as the most basic fuel because it can easily control the combustion process without discharging any pollutants other than water vapor during combustion and it is expected to become an important energy medium of the future together with today's electricity.

수소가 연소되면 다음 반응에 의하여 물이 생성된다.When hydrogen is burned, water is produced by the following reaction.

H2 + 1/2 O2 --> H2O , H = -235 kJ = -56.13 kCal (발열반응) (R15)H 2 + 1/2 O 2 -> H 2 O, H = -235 kJ = -56.13 kCal (exothermic reaction) (R15)

즉, 수소는 공기중의 불꽃(또는 다른 점화원이)있으면 폭발적으로 연소반응하여 위의 반응에 의해 물이 생성된다. 수소는 상기한 바와 같이 연소 후 물이 생성될 뿐 오염물질이 생성되지 않아 화석연료를 대체할 무공해 에너지원으로 각광받고 있다. 또 연소열도 커 발열량이 석유보다 약 3배가량 높은 효율적인 에너지이다. 이 때문에 적절한 조건으로 통제하면서 수소를 연소시키면 일반 자동차나 가정에서도 에너지원으로 이용할 수 있다.In other words, hydrogen burns explosively in the air if there is a flame (or other ignition source) in the air, and water is generated by the above reaction. As described above, hydrogen is generated as water after combustion and pollution is not generated, and thus it is attracting attention as a pollution-free energy source to replace fossil fuels. In addition, the combustion heat is much more efficient energy that is about three times higher than that of oil. Therefore, when hydrogen is combusted while being controlled under appropriate conditions, it can be used as an energy source in a general automobile or a home.

수소의 경우 400도가 자연발화온도이며, 물도 높은 불꽃온도에서는 플라스마 상태로 존재하지만, 1200정도의 온도에서는 분해되지 않고 과열 수증기 상태로 존재한다. 이미 산화 완료된 물질인 H2O는 완전연소생성물 (산화반응이 완결된 물질)로서 더 이상 산소와 결합하지 않는다. 수소는 공기 중의 산소와 결합하면서 1 그램당 28.68 KCal (117.5 kJ)의 열을 내며 물로 변하게 된다. 산소와 질소의 용적비(몰비)가 21:79인 공기 중에서 수소 연소시 온도는 2,300℃까지 올라가며 산소가 100% 존재하고 있는 곳에서 연소온도는 3,000℃까지 올라간다. 산소가 많이 존재할수록 즉, 질소를 분리 제거한 후 산소농도가 더 높아진 혼합기체의 상태에서 내연기관의 온도가 더 올라감을 알 수가 있다.In the case of hydrogen, 400 ° C is the autoignition temperature, and water is present in the plasma state at the high flame temperature, but it does not decompose at the temperature of 1200 ° C and exists in the superheated water vapor state. H 2 O, which has already been oxidized, is no longer completely oxygenated as a complete combustion product (a complete oxidation reaction). Hydrogen combines with oxygen in the air to produce 28.68 KCal (117.5 kJ) of heat per gram and turn into water. In the air with oxygen and nitrogen (molar ratio) of 21:79, the temperature rises to 2,300 ° C when hydrogen is burned, and the combustion temperature rises to 3,000 ° C when oxygen is 100% present. It can be seen that the more the oxygen exists, that is, the temperature of the internal combustion engine increases in the state of the mixed gas in which the oxygen concentration becomes higher after the nitrogen is separated and removed.

활성수소와 활성산소를 반응시켜서 물을 생성하는 반응을 살펴보면 다음과 같다.The reaction of active hydrogen with active oxygen to produce water is as follows.

2H(g) + O(g) → H2O(g) ,H 2 = - 2 Do-H =(-2x460) = -920 kJ (R21)2H (g) + O (g ) → H 2 O (g), H 2 = - 2 D oH = (- 2x460) = -920 kJ (R21)

여기서 Do- H 는 수소와 산소간의 단일결합에너지이 460 kJ/mol 이다. 상기 반응은 수소 원자와 산소 원자 사이의 새로운 결합이 형성되며 에너지를 방출하는 발열 반응이다. 원자 상태로 연소되는 (R21)의 반응엔탈피(H)의 크기는 -920 kJ로서, 분자상태로 연소되는 (R15)의 -235 KJ/mol보다 3.91배이다. 이러한 많은 에너지가 추가로 나오는 이유는 수소분자와 산소분자를 원자화하는 데 합쳐서 685 KJ/mol의 많은 흡열 에너지가 필요하기 때문이다.Where D o - H is the single bond energy between hydrogen and oxygen is 460 kJ / mol. The reaction is an exothermic reaction in which a new bond between a hydrogen atom and an oxygen atom is formed and releases energy. The size of the reaction enthalpy ( H ) in the atomic state (R21) is -920 kJ, which is 3.91 times the -235 KJ / mol of (R15) in the molecular state. This additional energy comes from the fact that a large amount of endothermic energy of 685 KJ / mol is required for atomizing hydrogen and oxygen molecules.

이러한 분자의 원자화는 고온에서나 가능하나 이를 좀 더 용이하게 생성해서 저온에서도 공급하는 방안이 필요하며 본 발명에서는 전기분해, 물기화, 플라즈마등을 사용하여 안을 개시한다.Atomization of such a molecule is possible at high temperature, but it is necessary to produce it more easily and supply it at a low temperature. In the present invention, the electrolysis, water evaporation, plasma and the like are used to start the process.

즉, 이는 기존의 내연기관에 수소를 더 공급하거나, 한 단계 더 나아가 플라즈마방전을 이용하여 수소분자의 형태 대신에 수소원자의 형태로 하여 활성수소로 공급하는 경우, 훨씬 큰 발열반응(R21)으로 인하여 연소가 훨씬 잘 일어날 것임을 알 수가 있다.That is, when hydrogen is further supplied to the existing internal combustion engine or hydrogen gas is supplied to the active hydrogen in the form of hydrogen atom instead of the hydrogen molecule by using the plasma discharge, It can be seen that combustion will occur much better.

상기한 내용을 요약하면, 수소만 추가로 공급하는 경우 공급하는 수소분자 1mol당 -235kJ 열이 더 생성되며, 활성산소와 활성수소를 만들어 공급하여 연소시키는 경우 공급하는 수소원자 2mol당 -920 kJ의 열이 더 생성됨을 알 수 있어 수소를 이용하는 경우, 크게 연료절감을 할 수 있음을 알 수 있다. 또한, 수소는 연소가능범위가 넓기 때문에 초희박연소가 가능하고, 저부하에서의 열효율을 향상 시킬 수 있을 뿐 아니라, NOx 배출량을 대폭 줄일 수 있다.In summary, when the hydrogen is supplied in an additional amount, a further -235 kJ heat is generated per 1 mol of the supplied hydrogen molecule, and when active oxygen and active hydrogen are produced and supplied, they are supplied at a rate of -920 kJ / It can be seen that the use of hydrogen can save a great deal of fuel. In addition, since hydrogen is available in a wide range of combustion, it is possible to carry out super lean burning, and it is possible not only to improve thermal efficiency at a low load, but also to significantly reduce NOx emission amount.

본 발명에서는 연료의 완전 연소를 위한 활성산소의 공급과 더불어 공해물질을 배출하지 않는 추가적인 에너지원 혹은 환원제의 역할로서 수소 혹은 활성수소를 생성하여 함께 공급하는 안을 개시한다.In the present invention, hydrogen or active hydrogen is produced and supplied together with the supply of active oxygen for complete combustion of fuel as a role of an additional energy source or reducing agent that does not discharge pollutants.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 내연기관을 설명하는 도면이다.4 is a view for explaining an internal combustion engine according to another embodiment of the present invention.

도 4를 참고하면, 내연기관(200)은 연료탱크(210), 인젝터(220), 질소제거부(230), 혼합부(240), 흡기 포트(250), 활성산소 생성부(260), 엔진실린더(270), 산소통(280), 전기분해부(281) 및 물기화부(282)를 포함한다.4, the internal combustion engine 200 includes a fuel tank 210, an injector 220, a nitrogen removing unit 230, a mixing unit 240, an intake port 250, an active oxygen generating unit 260, An engine cylinder 270, an oxygen cylinder 280, an electrolysis section 281, and a water generation section 282.

도 4에서, 연료탱크(210), 인젝터(220), 질소제거부(230), 혼합부(240), 흡기 포트(250) 및 엔진실린더(270)는 도 2와 동일한 기능을 수행하는바, 자세한 설명을 생략한다.4, the fuel tank 210, the injector 220, the nitrogen removing unit 230, the mixing unit 240, the intake port 250, and the engine cylinder 270 perform the same functions as those of FIG. Detailed explanation is omitted.

활성산소 생성부(260)는 산소통(280), 전기분해부(281) 또는 물기화부(282) 중 적어도 하나로부터 산소 기체를 공급받고, 공급된 산소 기체에 플라즈마 방전을 일으켜 활성산소 기체를 생성한다.The active oxygen generating unit 260 receives oxygen gas from at least one of the oxygen cylinder 280, the electrolysis unit 281, and the water wetting unit 282, generates a plasma discharge in the supplied oxygen gas to generate active oxygen gas .

전기분해부(281)는 외부로부터 유입된 물을 전기분해하여 생성된 산소 기체를 활성산소 생성부(260)에 제공한다.The electrolytic unit 281 electrolyzes the water introduced from the outside and supplies the generated oxygen gas to the active oxygen generator 260.

예를 들면, 전기분해부(281)는 외부로부터 유입된 물을 전기 분해할 수 있고, 분리막을 이용하는 경우 산소 기체와 수소 기체가 분리되어 배출되므로, 배출된 산소 기체를 활성산소 생성부(260)에 제공할 수 있다.For example, when the separation membrane is used, the oxygen gas and the hydrogen gas are separated and discharged, and thus the discharged oxygen gas is supplied to the active oxygen generator 260, As shown in FIG.

물의 전기분해는 다음과 같이 물에다 에너지를 가하여 상기 수소의 연소반응과는 반대의 방향으로 분해반응시키는 것이다. The electrolysis of water is the decomposition reaction in the opposite direction to the combustion reaction of hydrogen by applying energy to water as follows.

H2O --> H2 + 1/2 O2 , H = 235 kJ = 56.13 kCal (흡열반응) (R16)H 2 O -> H 2 + 1/2 O 2, H = 235 kJ = 56.13 kCal (endothermic reaction) (R16)

일반적으로 물을 기체로 분해하기 위하여는 상기한 바와 같은 235kJ의 에너지가 필요하다. 물에 NaOH, KOH등 전해질을 가하고 전극을 이용하여 전압을 가해서 산소와 수소로 분해하는 경우 이 분해에너지가 적게 든다. 분해에너지벽을 낮추기 위하여 전해질이 가미된 물을 물전기분해장치에 사용한다. 양극에서는 전자를 받아들여 수소분자로 환원되고 음극에서는 전자를 방출하면서 산소가스가 생성되는 산화환원 반응이 일어나며, 이 반응은 스스로 일어나는 반응이 아니며, (전기)에너지를 필요로 한다.In general, energy of 235 kJ as described above is required to decompose water into gas. When the electrolytes such as NaOH, KOH and the like are added to water and the voltage is applied by using the electrodes, decomposition into oxygen and hydrogen reduces the decomposition energy. Water with electrolytes is used in the water electrolysis apparatus to lower the decomposition energy wall. In the anode, a redox reaction takes place in which electrons are taken into the hydrogen molecule and the electrons are released from the cathode and oxygen gas is generated. This reaction is not a self-generated reaction, but requires (electric) energy.

물을 분해하여 원자상태의 수소와 산소로 공급하는 반응의 경우의 반응경로는 다음과 같다. The reaction path in the case of the decomposition of water and the supply of atomic hydrogen and oxygen is as follows.

H2O(g) → 2H(g) + O(g), H = 920 = 219.89 (흡열반응) (R17)H 2 O (g) 2H (g) + O (g), H = 920 = 219.89 (endothermic reaction)

분자를 활성라디칼 상태인 수소원자와 산소원자로 만드는 데 필요한 에너지는 920KJ 로서 수소분자와 산소분자를 생성하는 데 필요한 235kJ 보다 3.91배나 높은 에너지가 필요하다. 이를 열에너지로 할 공급하려면 많은 열에너지가 필요하게 된다. 그래서 활성수소라디칼(수소원자등)을 공급하기 위하여 에너지원으로서의 수소를 보다 효율적으로 사용하기 위하여 본 발명에서는 2가지를 제시하고자 한다.The energy required to make a molecule hydrogen and oxygen atoms active radicals is 920 kJ, which requires 3.91 times higher energy than the 235 kJ needed to generate hydrogen and oxygen molecules. To supply it as thermal energy, much heat energy is needed. Therefore, in order to more efficiently use hydrogen as an energy source for supplying an active hydrogen radical (such as a hydrogen atom), the present invention proposes two methods.

첫째, 전해질이 가미된 분리막 전기분해장치에 의하여 발생된 수소와 산소를 플라즈마방전장치를 통과하며, 개별적으로 수소원자화와 산소원자화하여 각각의 공급라인을 통하여 공급하는 방법이 있다. 분리막이 없는 참고로 일반 전기분해장치를 사용하는 경우 수소와 산소가 혼합되어 발생되므로, 이를 (1) 혼합된 분자의 상태로 공급하는 방법이 있고, (2) 혼합된 수소와 산소를 플라즈마 방전장치에 의하여 분해하여 수소원자와 산소원자가 섞여 있는 상태로 공급하는 방법,. 두 번째 방법으로 물을 전기분해하지 않고 물을 기화한 후 플라즈마로 직접 분해하여 수소원자, 산소원자와 각종 라디칼이 섞여 있는 형태로 공급하는 방법이다 [도21]. 수소원자와 산소원자를 분리하여 공급하는 경우, 위치를 다르게 해서 공급하는 방법과 위치를 동시에 공급하는 경우로 나눌 수 있으며, 내연기관에 최근접한 위치에 공급하는 것이 좋다. 수소원자와 산소원자가 섞여 있는 상태로 공급하는 경우에도 활성기체를 생성하자 마자 곧바로 내연기관에 공급하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 이러한 모든 경우를 포함한다.First, there is a method in which hydrogen and oxygen generated by a membrane-type electrolytic apparatus having an electrolyte are passed through a plasma discharge device, individually hydrogen atomized and oxygenated, and supplied through respective supply lines. In the case of using a general electrolytic apparatus as a reference without a separator, there is a method of mixing hydrogen and oxygen, so that (1) there is a method of supplying mixed state of molecules, (2) And then supplying hydrogen atoms and oxygen atoms in a mixed state. In the second method, water is vaporized without electrolysis of water, and then directly decomposed into plasma to supply hydrogen atoms, oxygen atoms and various radicals in a mixed form [Fig. 21]. When hydrogen and oxygen atoms are separated and supplied, they can be divided into a method of supplying them at different positions and a case of supplying the positions simultaneously, and it is preferable to supply them at a position nearest to the internal combustion engine. Even in the case where hydrogen and oxygen atoms are supplied in a mixed state, it is preferable to supply the hydrogen gas directly to the internal combustion engine as soon as the active gas is generated. The present invention includes all of these cases.

상기한 원리를 기본으로 하여, 본 발명에서는 물분해장치를 통하여 수소를 추가적인 연료원으로서 공급하고자 한다. 다만, 이러한 수소와 함께, 공기중의 산소분자를 그대로 유입하는 것이 아니라 전술한 플라즈마방전장치에 [MW, RF, LF, DC 파워인가 방식]의하여 산소분자를 고농도, 고에너지의 활성산소라디칼화하고 이를 최대한 많이 발생하여 엔진의 최측근부에 공급하고자 한다. On the basis of the above-mentioned principle, in the present invention, hydrogen is to be supplied as an additional fuel source through the water decomposition apparatus. However, instead of directly introducing the oxygen molecules in the air together with such hydrogen, oxygen molecules are radically oxidized at a high concentration and at a high energy to the above-mentioned plasma discharge device (MW, RF, LF, DC power application method) Which is generated as much as possible and supplied to the nearest side of the engine.

물분해장치를 이용하여 수소를 공급하는 경우에는 (1) 분리막을 이용한 물분해장치와 일반 물분해장치 등 크게 2가지 경우가 있다. 분리막 물분해장치를 이용하는 경우, 수소와 산소가 분리되어 나오며 일반 물전기분해장치에서는 수소와 산소가 섞여서 나온다.In the case of supplying hydrogen using a water decomposition apparatus, there are two cases, (1) a water decomposition apparatus using a separation membrane, and a general water decomposition apparatus. Hydrogen and oxygen are separated from each other in the case of using a membrane water separator, and hydrogen and oxygen are mixed in a general water electrolysis apparatus.

수소와 산소가 분리되어 나오는 경우, 각각을 별도로 제어하고 활성기체도 별도로 생성하여 개별적으로 공급할 수 있으므로 훨씬 자유롭게 다양한 방법으로 제어할 수 있다. 또한, 플라즈마로 산소원자와 수소원자를 분리 생성하였다고 하더라도 이 수소원자와 산소원자를 동일한 공급관으로 함께 공급하는 경우에 공급되는 도중에 재결합하여 물분자로 돌아갈 가능성이 높아, 분리하여 개별적인 공급라인을 통하여 내연기관에 공급하여 사용하는 것이 좋다. 또한 이런 경우에 중요하게 사용할 산소원자와 수소원자가 감소하소 내연기관 이전의 공급관에서 발열되므로 원래의 목적에 배치된다. When hydrogen and oxygen are separated from each other, they can be separately controlled and the active gas can be generated separately and separately supplied, so that it can be freely controlled in various ways. Even if oxygen and hydrogen atoms are separated and generated by plasma, when hydrogen and oxygen atoms are supplied together in the same supply pipe, there is a high possibility that they are recombined and returned to water molecules on the way of supply. It is recommended to supply it to the engine. In addition, oxygen atoms and hydrogen atoms, which are important in this case, are reduced and discharged to the original purpose since they are generated in the feed pipe before the internal combustion engine.

분리막이 없는 일반 전기분해장치에서는 수소와 산소가 섞여서 나온다. 본 발명에서는 다음과 같은 경우로 나눈다. (1)일반 물전기분해장치를 통해서 생성된 수소분자와 산소분자의 혼합기체를 흡기라인의 혼합부에 공급하여 연소를 촉진하는 방법, (2) 일반 물전기분해장치를 통해서 생성된 수소분자와 산소분자의 혼합기체를 플라즈마방전장치를 통하여 활성라디칼인 H, O, OH, HOH (하이드로페록시 라디칼)를 생성하여 흡기포트 (혹은 혼합부)에 공급하여 연료와 혼합하여 연소시킴으로서 연소를 촉진하여 연료절감을 하고자 함을 특징으로 한다.In a conventional electrolytic apparatus without a membrane, hydrogen and oxygen are mixed. In the present invention, the following cases are divided. (1) a method of promoting combustion by supplying a mixed gas of hydrogen molecules and oxygen molecules generated through a general water electrolysis device to a mixing portion of an intake line, (2) a method of promoting combustion of hydrogen molecules O, OH, and HOH (hydroperoxy radicals), which are active radicals, are generated through a plasma discharge device to be supplied to an intake port (or a mixing section), mixed with fuel and burned to promote combustion Thereby reducing fuel consumption.

물기화부(282)는 내연기관(200)에서 발생하는 열에너지를 이용하여 물을 가열시켜 수증기를 생성한다. 구체적으로, 물기화부(282)는 활성산소 생성부(260)에서 플라즈마 방전에 의해 발생되는 열에너지, 엔진실린더(270)에서 유출되는 배기가스에서 발생하는 열에너지 또는 엔진실린더(270) 주변에서 발생한 열에너지 중 적어도 하나를 이용하여 물을 가열시킨다.The water generating unit (282) generates water vapor by heating the water using the heat energy generated in the internal combustion engine (200). Specifically, the water hydrator 282 generates heat energy generated by the plasma discharge in the active oxygen generator 260, heat energy generated in the exhaust gas flowing out of the engine cylinder 270, or heat energy generated in the vicinity of the engine cylinder 270 At least one is used to heat the water.

예를 들면, 물기화부(282)는 상대적으로 온도가 낮은 방법 순으로 물을 직렬 혹은 병렬로 연결하여 가열시킬 수 있다. 즉, 직렬법에서는 물기화부(282)는 활성기체 생성부(260)에서 발생한 열에너지, 엔진실린더(270)에서 배출된 배기가스에서 발생하는 열에너지, 엔진실린더(270) 주변에서 발생한 열에너지를 순차적으로 이용하여 순환되는 물의 온도를 높이면서 물을 가열시킬 수 있다.For example, the water hydrant 282 can heat water by connecting the water in series or in parallel in the order of relatively low temperature. That is, in the serial method, the water generating unit 282 sequentially uses the heat energy generated in the active gas generating unit 260, the heat energy generated in the exhaust gas discharged from the engine cylinder 270, and the heat energy generated in the vicinity of the engine cylinder 270 So that the water can be heated while raising the temperature of the circulating water.

병렬법에서는 물을 분기하여 동시에 활성기체 생성부(260), 배기가스에서 발생하는 열에너지, 엔진실린더(270)로부터의 열에너지에 연결하여 발생하는 열을 흡수한 후 다시 합쳐서 순환시키는 방식이다.In the parallel method, water is branched and simultaneously heat energy generated from the active gas generator 260, the exhaust gas, and heat energy from the engine cylinder 270 is absorbed and then combined and circulated.

물기화부(282)는 생성한 수증기를 활성산소 생성부(260)에 제공한다. 수증기를 제공받은 활성산소 생성부(260)는 수증기에 플라즈마 방전을 일으켜 활성산소 기체를 생성한다. 이 경우, 수증기 내 전자는 선택적으로 에너지를 흡수할 수 있는바 고에너지 전자를 생성할 수 있으며, 고에너지 상태의 전자가 수증기를 분해하기 때문에 용이하게 분해반응을 수행할 수 있다.The water vaporizing unit 282 supplies the generated water vapor to the active oxygen generating unit 260. The active oxygen generating unit 260 provided with steam generates a plasma discharge in the water vapor to generate active oxygen gas. In this case, the electrons in the water vapor can selectively absorb energy, and can generate high energy electrons. Because electrons in a high energy state decompose water vapor, the decomposition reaction can be easily performed.

수증기 플라즈마 에서의 일어나는 반응은 다음과 같다. The reactions occurring in the steam plasma are as follows.

Figure pat00016
Figure pat00016

활성산소 (O) 와 활성수소(H) 이외에도 여기상태의 활성기체 (H*, O*, O2 *), OH, HO2 (하이드록페록시 라디랄) , 오존(O3) 등이 발생하는 데 이러한 라디칼들 역시 산소분자에 비하여 반응속도상수가 매우 커서 연소반응을 촉진할 수 있다. 본 발명에서는 이러한 물의 플라즈마장치를 이용한 방법으로 활성수소-활성산소 혼합기체를 발생시켜 흡기포트에 공급하는 방법을 포함한다.Active oxygen (O) and the active hydrogen (H) in addition to the active gas in the excited state (H *, O *, O 2 *), OH, HO2 ( Hyde rokpe hydroxy radical LAL), ozone (O 3) to such a generation These radicals also have a much higher reaction rate constant than oxygen molecules and can promote the combustion reaction. The present invention includes a method of generating an active hydrogen-active oxygen mixed gas and supplying the active hydrogen-active oxygen mixed gas to the intake port by using the water plasma apparatus.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 내연기관을 설명하는 도면이다.5 is a view for explaining an internal combustion engine according to another embodiment of the present invention.

도5를 참고하면, 내연기관(300)은 연료탱크(310), 인젝터(320), 질소제거부(330), 혼합부(340), 흡기 포트(350), 활성산소 생성부(360), 엔진실린더(370), 수소통(380), 전기분해부(381), 물기화부(382), 수소 제공부(383) 및 활성수소 생성부(384)를 포함한다.5, the internal combustion engine 300 includes a fuel tank 310, an injector 320, a nitrogen removing unit 330, a mixing unit 340, an intake port 350, an active oxygen generating unit 360, And includes an engine cylinder 370, a hydrogen passage 380, an electrolysis section 381, a hydration section 382, a hydrogen supplier 383, and an active hydrogen generation section 384.

도 5에서, 연료탱크(310), 인젝터(320), 질소제거부(330), 혼합부(340), 흡기 포트(350), 활성산소 생성부(360) 및 엔진실린더(370)는 도 1과 동일한 기능을 수행하는바, 자세한 설명을 생략한다.5, the fuel tank 310, the injector 320, the nitrogen removing unit 330, the mixing unit 340, the intake port 350, the active oxygen generating unit 360, and the engine cylinder 370, The detailed description will be omitted.

수소 제공부(383)는 수소통(380) 또는 전기분해부(381) 중 적어도 하나로부터 수소 기체를 제공받고, 혼합부(340)에 수소 기체를 제공한다.The hydrogen supplier 383 receives hydrogen gas from at least one of the hydrogen supply unit 380 and the electrolysis unit 381 and supplies hydrogen gas to the mixing unit 340.

이 경우, 전기분해부(381)는 분리막을 이용하여 외부로부터 유입된 물을 분해할 수 있고, 분리막을 이용하는 경우 산소 기체와 수소 기체가 분리되어 배출되므로, 배출된 수소 기체를 수소 제공부(383)에 제공할 수 있다.In this case, the electrolytic unit 381 can separate the water introduced from the outside by using the separation membrane. When the separation membrane is used, the oxygen gas and the hydrogen gas are separated and discharged. ).

수소 제공부(383)가 혼합부(340)에 수소 기체를 제공하면, 혼합부(340)는 인젝터(320)에서 분사된 연료, 연소 공기 및 수소 제공부(383)에 의해 제공된 수소 기체를 혼합하여 혼합기를 생성한다.When the hydrogen supplier 383 provides hydrogen gas to the mixing section 340, the mixing section 340 mixes the fuel injected from the injector 320, the combustion air, and the hydrogen gas supplied by the hydrogen supplier 383 Thereby generating a mixer.

수소 기체는 연소가능범위가 넓기 때문에 초희박연소가 가능하며, 저부하에서의 열효율을 향상시킬 수 있는바, 이를 이용하여 혼합기를 생성하는 경우, 에너지 효율을 극대화시키고, 배기가스 내 NOx 배출량을 줄일 수 있다. 본 발명에서는 수소는 수소분자(H2)의 형태로 제공하거나 혹은 수소분자를 플라즈마방전셀 (PDC)을 통과하여 플라즈마 방전에 의하여 활성수소종(H, H*, H2 *; 이중에서 주요성분은 수소원자 H)을 생성하여 이를 공급한다. Since hydrogen gas has a wide range of possible combustion, ultra-lean burn is possible and thermal efficiency at a low load can be improved. In the case of producing a mixture using the hydrogen gas, energy efficiency can be maximized and NOx emission in the exhaust gas can be reduced . In the present invention, hydrogen may be provided in the form of hydrogen molecules (H 2 ) or hydrogen molecules may be passed through a plasma discharge cell (PDC) to generate active hydrogen species (H, H * , H 2 * Produces a hydrogen atom H and supplies it.

활성수소 생성부(384)는 수소 분자에 플라즈마 방전을 일으켜 활성수소 기체를 생성한다. 이 경우, 활성수소 생성부(384)는 수소통(380), 전기분해부(381) 또는 물기화부(382) 중 적어도 하나에서 수소 기체를 공급받고, 수소 기체 내 수소 분자에 플라즈마 방전을 일으켜 활성수소 기체를 생성할 수 있다The active hydrogen generating unit 384 generates a plasma discharge on hydrogen molecules to generate active hydrogen gas. In this case, the active hydrogen generating unit 384 is supplied with hydrogen gas from at least one of the hydrogen supply unit 380, the electrolysis unit 381, and the water supply unit 382, and generates a plasma discharge in hydrogen molecules in the hydrogen gas, Hydrogen gas can be produced

활성수소 생성부(384)는 생성된 활성수소 기체를 흡기 포트(350)에 제공하고, 흡기 포트(350)는 혼합기 및 활성수소 기체를 엔진실린더(370)에 공급한다.The active hydrogen producing portion 384 provides the generated active hydrogen gas to the intake port 350 and the intake port 350 supplies the mixer and the active hydrogen gas to the engine cylinder 370.

한편, 활성산소 생성부(360) 및 활성수소 생성부(384)는 각각의 플라즈마 장치를 별도로 사용하여 개별적으로 제어하며 공급하는 것이 바람직하다. 상기한 2종류의 기체를 1개의 플라즈마방전셀에 스위치 밸브를 사용하거나, 혹은 이중관구조로 되어 있는 플라즈마방전셀의 유전체관를 사용하는 경우에 한 개의 플라즈마 장치를 사용하여 2종류의 활성기체를 생성하여 사용할 수 있다. 해당 플라즈마 장치는 하나의 전력공급장치를 공유하여 활성산소 또는 활성수소 기체 중 하나를 선택하여 발생시킬 수 도 있거나 이중관의 구조를 이용하여 2종류의 활성기체를 각각 별도로 생성이 가능하나 각 플라즈마방전셀에 공급되는 방전 전력의 크기를 조절하는등 개별적인 제어가 어려워 각각의 양을 독립적으로 생성하는 것은 어렵다.It is preferable that the active oxygen generator 360 and the active hydrogen generator 384 are separately controlled and supplied separately using the respective plasma devices. In the case where the above two types of gas are used for a plasma discharge cell or a dielectric tube of a plasma discharge cell having a double tube structure is used, two kinds of active gases are generated by using one plasma apparatus Can be used. The plasma apparatus can generate one of active oxygen or active hydrogen gas by sharing one power supply apparatus or can generate two kinds of active gases separately using the structure of the double tube, It is difficult to control the magnitude of the discharge power to be supplied to each of the electrodes.

도 6은 도 5의 활성산소 생성부, 수소 제공부 및 활성수소 생성부가 각각 활성산소, 수소 혹은 활성수소를 제공하는 구체적인 방법을 도시한 도면이다.FIG. 6 is a view showing a specific method of providing active oxygen, hydrogen, or active hydrogen, respectively, of the active oxygen generator, the hydrogen supplier and the active hydrogen generator of FIG.

도 6 a를 참고하면, 활성산소 생성부(360)는 혼합부(340)와 흡기 포트(350) 사이에 활성산소 기체를 공급한다. 혼합기를 먼저 생성하고 먼저 생성된 혼합기와 활성산소 기체를 혼합시킨다. 활성산소 기체는 기상에서 혹은 표면상에서 재결합하여 본래의 분자상태로 돌아가면서 그 활성화된 화학반응도 (chemical reactivity)를 상실하기 쉽다. 따라서, 엔진실린더(370)에서 최대한 근접하게 활성산소 기체를 공급하는 경우 높은 농도의 활성산소 기체를 공급할 수 있으므로, 엔진실린더(370)에서 완전 연소를 더욱더 효과적으로 유발할 수 있다.Referring to FIG. 6A, the active oxygen generating unit 360 supplies active oxygen gas between the mixing unit 340 and the intake port 350. The mixer is first generated and the mixture produced and the active oxygen gas are mixed. Active oxygen gas tends to lose its activated chemical reactivity as it reverts to its original molecular state at the gas phase or on the surface. Therefore, when the active oxygen gas is supplied as close as possible to the engine cylinder 370, it is possible to supply a high concentration of active oxygen gas, so that the complete combustion can be more effectively caused in the engine cylinder 370.

수소 제공부(383)가 혼합부(340)에 수소 기체를 제공하면, 혼합부(340)는 인젝터(320)에서 분사된 연료, 연소 공기 및 수소 제공부(383)에 의해 제공된 수소 기체를 혼합하여 혼합기를 생성한다.When the hydrogen supplier 383 provides hydrogen gas to the mixing section 340, the mixing section 340 mixes the fuel injected from the injector 320, the combustion air, and the hydrogen gas supplied by the hydrogen supplier 383 Thereby generating a mixer.

한편, 도 6 a에서는 수소 제공부(383)가 수소 기체를 제공하는 위치가 활성산소 생성부(360)가 활성산소 기체를 제공하는 위치보다 뒤에 있으나, 이와 달리 수소 제공부(383)는 활성산소 기체가 제공되는 위치보다 앞쪽에 수소 기체를 제공할 수도 있다.6A, the position where the hydrogen supplier 383 provides the hydrogen gas is behind the position where the active oxygen generator 360 provides the active oxygen gas. Alternatively, the hydrogen supplier 383 may be activated oxygen Hydrogen gas may be provided in front of the position where the gas is supplied.

도 6 b를 참고하면, 활성수소 생성부(384)는 흡기 포트(240)에 활성수소 기체를 공급하여 혼합기를 먼저 생성하고, 생성된 혼합기와 활성수소 기체를 혼합시킨다. 활성수소의 경우 확산계수가 활성산소의 확산계수에 비하여 매우 빠르므로 활성수소는 활성산소의 제공위치보다 뒤쪽에서 제공하는 것도 한 방법이 된다. 그러나, 활성수소 기체를 활성산소 기체가 제공되는 위치보다 앞쪽에 제공할 수도 있다. Referring to FIG. 6B, the active hydrogen generating unit 384 supplies the active hydrogen gas to the intake port 240 to generate the mixer first, and mixes the generated mixer with the active hydrogen gas. In case of active hydrogen, the diffusion coefficient is much faster than the diffusion coefficient of active oxygen, so active hydrogen may be provided behind the active oxygen providing position. However, the active hydrogen gas may be provided in front of the position where the active oxygen gas is provided.

도 6을 참고하면, 활성산소와 수소 혹은 활성수소를 함께 공급하는 경우에는, 두 활성기체가 내연기관에 공급되기 이전에 혼합되는 것은 바람직하지 않다. 따라서, 활성산소는 엔진에 직접 제공하고 수소는 상기한 바와 같이 연료와 혼합하여 제공하고, 활성수소의 경우에는(혼합기와는 별도로)엔진에 최대한 근접한 위치인 흡기포트에 제공한다. 혹은, 활성수소를 엔진에 직접 제공하고, 활성산소를 흡기포트에 제공하는 방법도 있다. 또 다른 방법으로는 활성산소와 활성수소를 각각 독립적인 공급관을 사용하여 엔진에 직접 개별적으로 분리하여 공급하는 방법이다. 활성산소와 활성수소를 엔진에 직접 주입하는 경우는 나중에 좀 더 상세히 기술한다. 본 발명에서는 상기한 모든 경우를 포함하여 제안한다.Referring to Fig. 6, when active oxygen and hydrogen or active hydrogen are supplied together, it is not preferable that the two active gases are mixed before being supplied to the internal combustion engine. Thus, active oxygen is provided directly to the engine and hydrogen is provided in admixture with the fuel as described above, and in the case of active hydrogen (apart from the mixer) is provided to the intake port as close as possible to the engine. Alternatively, active hydrogen may be supplied directly to the engine, and active oxygen may be supplied to the intake port. Another method is to separately supply active oxygen and active hydrogen separately to the engine using independent supply pipes. The direct injection of active oxygen and active hydrogen into the engine will be described in more detail later. The present invention proposes all the above-mentioned cases.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 내연기관을 설명하는 도면이다.7 is a view for explaining an internal combustion engine according to another embodiment of the present invention.

도 7을 참고하면, 내연기관(400)은 연료탱크(410), 인젝터(420), 질소제거부(430), 혼합부(440), 흡기 포트(450), 활성산소 생성부(460), 엔진실린더(470), 산소통(480), 전기분해부(481), 물기화부(482), 수소통(483), 수소 제공부(484), 활성수소 생성부(485), 활성산소 제어부(490) 및 활성수소 제어부(491)를 포함한다.Referring to FIG. 7, the internal combustion engine 400 includes a fuel tank 410, an injector 420, a nitrogen removing unit 430, a mixing unit 440, an intake port 450, an active oxygen generating unit 460, The hydrogen generator 484, the active hydrogen generator 485, the active oxygen controller 490, the hydrogen generator 484, the oxygen cylinder 470, the oxygen cylinder 480, the electrolysis unit 481, the water hydrant 482, And an active hydrogen control unit 491.

도 7에서, 연료탱크(410), 인젝터(420), 질소제거부(430), 혼합부(440), 흡기 포트(450), 활성산소 생성부(460), 엔진실린더(470), 산소통(480), 전기분해부(481), 물기화부(482), 수소통(483) 및 수소 제공부(484)는 도 1, 도 3 및 도 4와 동일한 기능을 수행하는바, 자세한 설명을 생략한다.7, the fuel tank 410, the injector 420, the nitrogen removing unit 430, the mixing unit 440, the intake port 450, the active oxygen generating unit 460, the engine cylinder 470, 4, and 480, the electrolytic unit 481, the water hydrator unit 482, the hydrogen supply unit 483, and the hydrogen supply unit 484 perform the same functions as those of FIGS. 1, 3, and 4, .

활성산소 제어부(490)는 엔진실린더(470)에서 배출된 배기가스를 분석하고, 배기가스에 포함된 오염성분의 농도에 기초하여 활성산소 기체의 생성량을 제어한다. 여기서 배기가스는 C (숫검댕이 즉 미세먼지), CnHm (미연소된 탄화수소화합물; HydroCarbons), CO, NOx, SOx등을 의미한다.The active oxygen control unit 490 analyzes the exhaust gas discharged from the engine cylinder 470 and controls the amount of active oxygen gas generated based on the concentration of the pollutants contained in the exhaust gas. Here, exhaust gas means C (soot or fine dust), CnHm (unburned hydrocarbons), CO, NOx, SOx and the like.

구체적으로, 활성산소 제어부(490)는 엔진실린더(470)에서 배출된 배기가스를 센서를 통해 수집하고, 수집한 배기가스에 포함된 미연소 연료의 농도, HC의 농도, COx의 농도, NOx의 농도 또는 SOx의 농도 중 적어도 하나를 측정하고, 측정한 농도가 기 설정된 임계값 이상인 경우 활성산소 생성부(460)에 유입되는 연소 공기의 양, 산소통(480)으로부터 유입되는 산소 기체의 양, 전기분해부(481)로부터 유입되는 산소 기체의 양, 물기화부(482)로부터 유입되는 산소 기체의 양 또는 활성산소 생성부(460)에서 발행하는 플라즈마의 파워 중 적어도 하나를 조절하여 활성산소 생성부(460)가 생성하는 활성산소 기체의 생성량을 제어한다.Specifically, the active oxygen control unit 490 collects the exhaust gas discharged from the engine cylinder 470 through the sensor, and calculates the concentration of unburned fuel, the concentration of HC, the concentration of COx, the concentration of NOx contained in the collected exhaust gas The concentration of SOx, the concentration of SOx, the amount of combustion air flowing into the active oxygen generating section 460 when the measured concentration is not less than a predetermined threshold value, the amount of oxygen gas flowing from the oxygen cylinder 480, At least one of the amount of oxygen gas introduced from the decomposition section 481, the amount of oxygen gas introduced from the water vaporization section 482, or the plasma power generated from the active oxygen generation section 460, 460). ≪ / RTI >

예를 들면, 활성산소 제어부(490)는 배기가스에 포함된 미연소 연료의 농도가 기 설정된 임계값 이상으로 배출되는 경우, 활성산소 생성부(460)에 유입되는 연소 공기의 양 및 플라즈마의 파워를 증가시켜 엔진실린더(470) 내에서 연료의 완전 연소가 더욱 증가하도록 제어할 수 있다.For example, when the concentration of the unburned fuel contained in the exhaust gas is higher than a predetermined threshold value, the active oxygen controller 490 controls the amount of the combustion air flowing into the active oxygen generator 460 and the power of the plasma So that the complete combustion of the fuel in the engine cylinder 470 is further increased.

활성수소 제어부(490)는 엔진실린더(470)에서 배출된 배기가스를 분석하고, 배기가스에 포함된 오염성분의 농도에 기초하여 활성수소 생성부(485)에서 생성되는 활성수소 기체의 생성량을 제어한다.The active hydrogen controller 490 analyzes the exhaust gas discharged from the engine cylinder 470 and controls the amount of active hydrogen gas generated in the active hydrogen generator 485 based on the concentration of the pollutant contained in the exhaust gas do.

구체적으로, 활성수소 제어부(490)는 엔진실린더(470)에서 배출된 배기가스를 센서를 통해 수집하고, 수집한 배기가스에 포함된 미연소 연료의 농도, HC의 농도, COx의 농도, NOx의 농도 또는 SOx의 농도 중 적어도 하나를 측정하고, 측정한 농도가 기 설정된 임계값 이상인 경우 수소통(483)으로부터 유입되는 수소 기체의 양, 전기분해부(481)로부터 유입되는 수소 기체의 양, 물기화부(482)로부터 제공되는 수증기의 양 또는 활성수소 생성부(485)에서 발생하는 플라즈마의 파워 중 적어도 하나를 조절하여 활성수소 생성부(485)가 생성하는 활성수소 기체의 생성량을 제어한다.Specifically, the active hydrogen control unit 490 collects the exhaust gas discharged from the engine cylinder 470 through the sensor, and calculates the concentration of unburned fuel, the concentration of HC, the concentration of COx, the concentration of NOx contained in the collected exhaust gas And the concentration of SOx. When the measured concentration is equal to or higher than a predetermined threshold value, the amount of hydrogen gas flowing from the electrolytic section 481, the amount of the hydrogen gas flowing from the electrolytic section 481, And controls the amount of active hydrogen gas generated by the active hydrogen generating unit 485 by controlling at least one of the amount of steam supplied from the heating unit 482 or the power of plasma generated in the active hydrogen generating unit 485.

예를 들면, 활성수소 제어부(490)는 배기가스에 포함된 미연소 연료의 농도가 기 설정된 임계값 이상인 경우, 수소통(483)으로부터 유입되는 수소 기체의 양 및 플라즈마의 파워를 증가시켜 엔진실린더(470) 내에서 연료의 완전 연소가 더욱 증가하도록 제어할 수 있다.For example, when the concentration of the unburned fuel contained in the exhaust gas is equal to or greater than a predetermined threshold value, the active hydrogen control unit 490 increases the amount of the hydrogen gas flowing from the hydrogen tank 483 and the power of the plasma, The complete combustion of the fuel can be controlled to be further increased in the combustion chamber 470.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 내연기관을 설명하는 도면이다.8 is a view for explaining an internal combustion engine according to another embodiment of the present invention.

도 8을 참고하면, 내연기관(500)은 연료탱크(510), 인젝터(520), 질소제거부(530), 혼합부(540), 흡기 포트(550), 활성산소 생성부(560) 및 엔진실린더(570)를 포함한다.8, the internal combustion engine 500 includes a fuel tank 510, an injector 520, a nitrogen removing unit 530, a mixing unit 540, an intake port 550, an active oxygen generating unit 560, And an engine cylinder 570.

연료탱크(510)는 내연기관(500)에 사용되는 연료를 저장한다.The fuel tank 510 stores fuel used in the internal combustion engine 500.

인젝터(520)는 연료탱크(510)에 저장된 연료를 연료분사방식으로 분사한다.The injector 520 injects the fuel stored in the fuel tank 510 in a fuel injection manner.

구체적으로, 인젝터(520)는 연료를 엔진실린더(570)에 직접 분사(direct injection)하며, 이 경우 연료분사량을 세밀하게 제어하고 압축비를 높여서 엔진의 효율을 올릴 수 있고, 흡기 포트(550)를 통해 연료를 분사하지 않는바, 연소실에서 필요한 분량만큼만 분사하므로, 연료를 절감할 수 있고, 흡기 포트(550)에 부착되는 탄소의 양을 저감할 수 있다.Specifically, the injector 520 directly injects fuel into the engine cylinder 570, and in this case, the efficiency of the engine can be increased by finely controlling the fuel injection amount and increasing the compression ratio, and the intake port 550 The fuel can be saved and the amount of carbon adhered to the intake port 550 can be reduced.

질소제거부(530)는 외부로부터 유입된 공기에 포함된 질소 분자를 흡착 제거하여 연소 공기를 생성하고, 생성된 연소 공기를 제1 흡기관(10)을 통해 이동시킨다. The nitrogen removing unit 530 adsorbs and removes nitrogen molecules contained in the air introduced from the outside to generate combustion air, and moves the generated combustion air through the first intake pipe 10.

혼합부(540)는 제1 흡기관(10)을 통해 연소 공기를 전달받고, 전달받은 연소 공기를 흡기포트(550)를 통해 엔진실린더(570)로 전달한다.The mixing unit 540 receives the combustion air through the first intake pipe 10 and transfers the received combustion air to the engine cylinder 570 through the intake port 550.

활성산소 생성부(560)는 제1 흡기관(10)으로부터 분리된 제2 흡기관(20)을 통해 연소 공기를 공급받고, 제2 흡기관(20)을 통해 공급받은 연소 공기에 플라즈마 방전을 일으켜 활성산소 기체를 생성한다.The active oxygen generator 560 receives the combustion air through the second intake pipe 20 separated from the first intake pipe 10 and applies a plasma discharge to the combustion air supplied through the second intake pipe 20 Thereby generating active oxygen gas.

엔진실린더(570)는 제1 흡기관(10)을 통해 흡기 포트(550)로부터 공급받은 연소 공기 및 제2 흡기관(20)을 통해 활성산소 생성부(560)로부터 공급받은 활성산소 기체를 이용하여 인젝터(520)로부터 직접 분사된 연료를 연소시킨다.The engine cylinder 570 uses the combustion air supplied from the intake port 550 through the first intake pipe 10 and the reactive oxygen gas supplied from the active oxygen generator 560 through the second intake pipe 20 So that the fuel injected directly from the injector 520 is burned.

이 경우, 도 3에서 설명한 바와 같이, 활성산소 생성부(560)에서 생성한 활성산소 기체를 효율적으로 처리하기 위해, 활성산소 생성부(560)는 제1 흡기관(10)으로부터 분리된 제2 흡기관(20) 상에 구현되며, 엔진실린더(570)로부터 미리 설정된 거리 이내에 위치한다.3, in order to efficiently treat the active oxygen gas produced by the active oxygen generating unit 560, the active oxygen generating unit 560 generates the active oxygen gas generated by the second oxygen- And is located within a predetermined distance from the engine cylinder 570. [

또한, 제2 흡기관(20)은 제1 흡기관(10)보다 적은 내부표면적 및 부피를 갖는다.Further, the second intake pipe (20) has a smaller inner surface area and volume than the first intake pipe (10).

또한, 제2 흡기관(20)은 제1 흡기관(10)으로부터 분리된 위치에서 R1을 직경으로 갖고, 연소 공기가 활성산소 생성부(560)로 진입하는 위치에서 R1보다 긴 R2를 직경으로 갖고, 활성산소 생성부(560)가 생성한 활성산소 기체를 배출하는 위치에서 R1보다 짧은 R3를 직경으로 갖는다.The second intake pipe 20 has a diameter R1 at a position separated from the first intake pipe 10 and a diameter R2 longer than R1 at a position where the combustion air enters the active oxygen generator 560 And has a diameter R3 shorter than R1 at a position where the active oxygen generator 560 generates the active oxygen gas.

또한, 제2 흡기관(20)은 제1 흡기관(10)으로부터 분리된 위치에서 활성산소 생성부(560)까지의 거리가 활성산소 생성부(560)로부터 엔진실린더(570)까지의 거리보다 길다.The distance from the first intake tube 10 to the active oxygen generator 560 is greater than the distance from the active oxygen generator 560 to the engine cylinder 570 long.

엔진실린더(570)에 연료 및 활성산소 기체를 직접 공급하는 경우, 간접적인 공급 방법에서 발생할 수 있는 기체 손실 등을 최소화할 수 있는바, 에너지 효율을 극대화하며 불완전 연소를 최대한 억제하여 오염물질 배출을 최소화할 수 있다.In the case of directly supplying the fuel and the active oxygen gas to the engine cylinder 570, it is possible to minimize the gas loss that may occur in the indirect supply method, thereby maximizing the energy efficiency and suppressing the incomplete combustion, Can be minimized.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 내연기관을 설명하는 도면이다.9 is a view for explaining an internal combustion engine according to another embodiment of the present invention.

도 9를 참고하면, 내연기관(600)은 연료탱크(610), 인젝터(620), 질소제거부(630), 혼합부(640), 흡기 포트(650), 활성산소 생성부(660), 엔진실린더(670), 산소통(680), 전기분해부(681) 및 물기화부(682)를 포함한다.9, the internal combustion engine 600 includes a fuel tank 610, an injector 620, a nitrogen removing unit 630, a mixing unit 640, an intake port 650, an active oxygen generating unit 660, An engine cylinder 670, an oxygen cylinder 680, an electrolytic unit 681, and a water hydrant unit 682.

도 9에서, 연료탱크(610), 인젝터(620), 질소제거부(630), 혼합부(640), 흡기 포트(650) 및 엔진실린더(670)는 도 8과 동일한 기능을 수행하는바, 자세한 설명을 생략한다.9, the fuel tank 610, the injector 620, the nitrogen removing unit 630, the mixing unit 640, the intake port 650, and the engine cylinder 670 perform the same functions as those in FIG. 8, Detailed explanation is omitted.

또한, 활성산소 생성부(660)는 도 4와 마찬가지로, 산소통(680), 전기분해부(681) 또는 물기화부(682) 중 적어도 하나로부터 산소 기체를 공급받고, 공급된 산소 기체에 플라즈마 방전을 일으켜 활성산소 기체를 생성한다.4, the active oxygen generator 660 is supplied with oxygen gas from at least one of the oxygen cylinder 680, the electrolytic unit 681, or the water atomizing unit 682, and applies a plasma discharge to the supplied oxygen gas Thereby generating active oxygen gas.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 내연기관을 설명하는 도면이다.10 is a view for explaining an internal combustion engine according to another embodiment of the present invention.

도 10을 참고하면, 내연기관(700)은 연료탱크(710), 인젝터(720), 질소제거부(730), 혼합부(740), 흡기 포트(750), 활성산소 생성부(760), 엔진실린더(770), 수소통(780), 전기분해부(781), 물기화부(782), 수소 제공부(783) 및 활성수소 생성부(784)를 포함한다.10, the internal combustion engine 700 includes a fuel tank 710, an injector 720, a nitrogen removing unit 730, a mixing unit 740, an intake port 750, an active oxygen generating unit 760, An engine cylinder 770, a hydrogen passage 780, an electrolysis section 781, a hydration section 782, a hydrogen supplier 783, and an active hydrogen generation section 784.

도 10에서, 연료탱크(710), 인젝터(720), 질소제거부(730), 혼합부(740), 흡기 포트(750) 및 활성산소 생성부(760)는 도 7과 동일한 기능을 수행하는바, 자세한 설명을 생략한다.10, the fuel tank 710, the injector 720, the nitrogen removing unit 730, the mixing unit 740, the intake port 750 and the active oxygen generating unit 760 perform the same functions as those in FIG. 7 Bar, detailed explanation is omitted.

수소 제공부(783)는 수소통(780) 또는 전기분해부(781) 중 적어도 하나로부터 수소 기체를 제공받고, 엔진실린더(770)에 수소 기체를 제공한다.The hydrogen supplier 783 is supplied with hydrogen gas from at least one of the hydrogen passage 780 and the electrolysis section 781 and provides hydrogen gas to the engine cylinder 770.

이 경우, 전기분해부(781)는 분리막을 이용하여 외부로부터 유입된 물을 분해할 수 있고, 분리막을 이용하는 경우 산소 기체와 수소 기체가 분리되어 배출되므로, 배출된 수소 기체를 수소 제공부(783)에 제공할 수 있다.In this case, the electrolytic unit 781 can separate the water introduced from the outside by using the separation membrane. When the separation membrane is used, the oxygen gas and the hydrogen gas are separated and discharged. ).

수소 기체를 제공받은 엔진실린더(770)는 연소 공기, 활성산소 기체 및 수소 기체를 이용하여 인젝터(720)로부터 직접 분사된 연료를 연소시킨다.The engine cylinder 770 provided with the hydrogen gas burns the fuel directly injected from the injector 720 using combustion air, reactive oxygen gas, and hydrogen gas.

활성수소 생성부(784)는 수소 분자에 플라즈마 방전을 일으켜 활성수소 기체를 생성한다.The active hydrogen generating portion 784 generates a plasma discharge on hydrogen molecules to generate active hydrogen gas.

이 경우, 활성수소 생성부(784)는 수소통(780), 전기분해부(781) 또는 물기화부(782) 중 적어도 하나에서 수소 기체를 공급받고, 수소 기체 내 수소 분자에 플라즈마 방전을 일으켜 활성수소 기체를 생성할 수 있다.In this case, the active hydrogen generating portion 784 is supplied with hydrogen gas from at least one of the hydrant 780, the electrolytic portion 781, and the hydrated portion 782, and generates a plasma discharge in hydrogen molecules in the hydrogen gas, Hydrogen gas can be produced.

활성수소 생성부(784)는 생성된 활성수소 기체를 엔진실린더(770)에 직접 제공한다.The active hydrogen producing portion 784 directly supplies the generated active hydrogen gas to the engine cylinder 770.

활성수소 기체를 제공받은 엔진실린더(770)는 연소 공기, 활성산소 기체 및 활성수소 기체를 이용하여 인젝터(720)로부터 직접 분사된 연료를 연소시킨다.The engine cylinder 770 provided with the active hydrogen gas burns the fuel directly injected from the injector 720 using combustion air, reactive oxygen gas and active hydrogen gas.

상기한 도8 ~도10의 경우에는 연료, 활성산소, 활성수소를 모두 엔진에 직접 공급하는 경우이다. 도4 ~도7의 경우에는 연료, 활성산소, 활성수소를 모두 혼합부 혹은 흡기포트에 급하는 경우이다. 이와는 별도로 여러가지 경우를 조합하여 다음과 같이 살펴 볼 수 있다.In the case of FIGS. 8 to 10, all the fuel, active oxygen, and active hydrogen are directly supplied to the engine. In the case of Figs. 4 to 7, fuel, active oxygen, and active hydrogen are all fed to the mixing portion or the intake port. Apart from this, we can look at the following as a combination of several cases.

혼합부Mixing portion 흡기포트Intake port 엔진engine 활성산소Active oxygen xx OO OO 활성수소Active hydrogen xx OO OO 수소Hydrogen OO OO OO 연료fuel OO OO

활성산소와 수소 혹은 활성수소를 함께 공급하는 경우에는, 두 활성기체가 내연기관에 공급되기 이전에 혼합되는 것은 바람직하지 않다. 따라서, 활성산소는 엔진에 직접 제공하고 수소는 상기한 바와 같이 연료와 혼합하여 제공하고, 활성수소의 경우에는 (혼합기와는 별도로) 엔진에 최대한 근접한 위치인 흡기포트에 제공한다. 혹은, 활성수소를 엔진에 직접 제공하고, 활성산소를 흡기포트에 제공하는 방법도 있다. 또 다른 방법으로는 활성산소와 활성수소를 각각 독립적인 공급관을 사용하여 엔진에 직접 개별적으로 분리하여 공급하는 방법이다. 상기한 경우에 연료는 혼합부 혹은 엔진에 직접 공급하는 경우와 조합이 되겠다. 수소분자를 사용하는 경우에는 수소를 혼합부, 흡기포트, 엔진에 공급하므로 활성수소보다 경우의 수가 한가지의 경우가 더 늘어나게 된다. 물기화장치-수증기플라즈마를 사용하는 경우와 일반전기분해장치 -플라즈마 장치를 사용하는 경우는, 플라즈마장치를 거친 후에 산소원자와 수소원자가 혼합되어서 발생되므로 활성산소-환성수소 혼합기체를 엔진에 최측근 위치인 흡기포트에 공급하거나 혹은 엔진에 직접 분사하여 공급하는 것이 바람직하다. 이러한 경우에도 연료는 혼합부 쪽에 공급하거나 엔진에 직접 공급하는 경우가 각각의 경우로 가능하다. 또한, 수증기 플라즈마장치와 전기분해장치로부터의 산소제공이 연소를 위하여 필요한 산소의 양을 충분히 공급할 수 있는 경우에는 기존의 공급라인(10)과 질소제거부(130)을 사용하지 않는 것이 가능하다. 본 발명에서는 상기한 모든 경우를 포함하여 제안한다.When active oxygen and hydrogen or active hydrogen are supplied together, it is not preferable that both active gases are mixed before being supplied to the internal combustion engine. Thus, active oxygen is provided directly to the engine and hydrogen is provided in admixture with the fuel as described above, and in the case of active hydrogen (apart from the mixer) is provided to the intake port as close as possible to the engine. Alternatively, active hydrogen may be supplied directly to the engine, and active oxygen may be supplied to the intake port. Another method is to separately supply active oxygen and active hydrogen separately to the engine using independent supply pipes. In the above case, the fuel will be combined with the mixing part or the case where the fuel is directly supplied to the engine. In the case of using hydrogen molecules, hydrogen is supplied to the mixing portion, the intake port and the engine, so that the number of cases is larger than that of active hydrogen. In the case of using a water vapor plasma and a general electrolytic apparatus-plasma apparatus, since an oxygen atom and a hydrogen atom are mixed after passing through a plasma apparatus, an active oxygen- To the intake port, or directly to the engine. Even in this case, it is possible to supply the fuel to the mixing portion side or directly to the engine in each case. It is also possible not to use the conventional feed line 10 and the nitrogen removal unit 130 when the oxygen supply from the steam plasma apparatus and the electrolysis apparatus can sufficiently supply the required amount of oxygen for combustion. The present invention proposes all the above-mentioned cases.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 내연기관을 설명하는 도면이다.11 is a view for explaining an internal combustion engine according to another embodiment of the present invention.

도 11을 참고하면, 내연기관(800)은 연료탱크(810), 인젝터(820), 질소제거부(830), 혼합부(840), 흡기 포트(850), 활성산소 생성부(860), 엔진실린더(870), 산소통(880), 전기분해부(881), 물기화부(882), 수소통(883), 수소 제공부(884), 활성수소 생성부(885), 활성산소 제어부(890) 및 활성수소 제어부(891)를 포함한다.11, the internal combustion engine 800 includes a fuel tank 810, an injector 820, a nitrogen removing unit 830, a mixing unit 840, an intake port 850, an active oxygen generating unit 860, The hydrogen generator 884, the active hydrogen generator 885, the active oxygen controller 890, the hydrogen generator 884, the oxygen cylinder 870, the oxygen cylinder 880, the electrolysis unit 881, the water wetting unit 882, And an active hydrogen control unit 891.

도 11에서, 연료탱크(810), 인젝터(820), 질소제거부(830), 혼합부(840), 흡기 포트(850), 활성산소 생성부(860), 엔진실린더(870), 산소통(880), 전기분해부(881), 물기화부(882), 수소통(883), 수소 제공부(884) 및 활성수소 생성부(885)는 도 8 내지 도 10과 동일한 기능을 수행하는바, 자세한 설명을 생략한다.11, the fuel tank 810, the injector 820, the nitrogen removing unit 830, the mixing unit 840, the intake port 850, the active oxygen generating unit 860, the engine cylinder 870, 8 to 10, the electrolytic unit 881, the water hydrator 882, the hydrogen supply unit 883, the hydrogen supply unit 884, and the active hydrogen generation unit 885 perform the same functions as those in FIGS. 8 to 10, Detailed explanation is omitted.

또한, 활성산소 제어부(890) 및 활성수소 제어부(891)는 도 6과 동일한 기능을 수행하는바, 자세한 설명을 생략한다.The active oxygen control unit 890 and the active hydrogen control unit 891 perform the same functions as those shown in FIG. 6, and detailed description thereof will be omitted.

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 내연기관이 엔진실린더에서 배출되는 배기가스 내 오염성분에 기초하여, 활성 산소 기체 및 활성 수소 기체의 생성량, 엔진실린더에 공급되는 연료의 양을 조절하는 구체적인 방법을 설명하는 도면이다.12 is a diagram showing a specific method of controlling the amount of active oxygen gas and active hydrogen gas produced, the amount of fuel supplied to the engine cylinder, based on the pollution component in the exhaust gas discharged from the engine cylinder according to the embodiment of the present invention Fig.

도 12에서, 도 2 내지 도 11과 동일한 기능을 수행하는 구성 요소는 자세한 설명을 생략한다.In FIG. 12, the components that perform the same functions as those of FIGS. 2 to 11 will not be described in detail.

도 12를 참고하면, 엔진실린더 정보 수집부(990)는 엔진실린더(930)에서 배출된 배기가스를 센서를 통해 수집하고, 수집한 배기가스에 포함된 미연소된 C, 미연소된 탄화수소화합물 HC의 농도, COx의 농도, NOx의 농도 또는 SOx의 농도 중 적어도 하나를 측정한다.12, the engine cylinder information collecting unit 990 collects the exhaust gas discharged from the engine cylinder 930 through the sensor, and collects unburned C, unburned hydrocarbon compounds HC The concentration of COx, the concentration of NOx, or the concentration of SOx.

또한, 엔진실린더 정보 수집부(990)는 수집한 배기가스로부터 연소압력과 온도 또는 엔진실린더(930)의 연비 중 적어도 하나를 측정한다.Further, the engine cylinder information collecting unit 990 measures at least one of the combustion pressure and the temperature or the fuel consumption of the engine cylinder 930 from the collected exhaust gas.

엔진실린더 정보 수집부(990)는 측정한 값이 기 설정된 임계값 이상인 경우, 활성산소 제어부(960), 활성수소 제어부(970) 또는 연료공급 제어부(980) 중 적어도 하나에 제어신호를 전송한다.The engine cylinder information collection unit 990 transmits a control signal to at least one of the active oxygen control unit 960, the active hydrogen control unit 970, and the fuel supply control unit 980 when the measured value is equal to or greater than a preset threshold value.

활성산소 제어부(960)는 엔진실린더 정보 수집부(990)로부터 제어신호를 수신한 경우, 산소통(941) 또는 전기분해부(942)로부터 활성산소 생성부(940)에 유입되는 산소 기체의 양, 활성산소 생성부(940)에서 발생하는 플라즈마의 파워 또는 활성산소 생성부(940)에서 제공되는 활성산소 기체의 양 중 적어도 하나를 조절한다.The active oxygen control unit 960 controls the amount of oxygen gas flowing from the oxygen cylinder 941 or the electrolytic unit 942 to the active oxygen generator 940 when receiving a control signal from the engine cylinder information collector 990, At least one of the power of the plasma generated in the active oxygen generator 940 or the amount of active oxygen gas provided in the active oxygen generator 940 is controlled.

활성수소 제어부(970)는 엔진실린더 정보 수집부(990)로부터 제어신호를 수신한 경우, 수소통(951) 및 전기분해부(942)로부터 활성수소 생성부(950)에 유입되는 수소 기체의 양, 활성수소 생성부(950)에서 발생하는 플라즈마의 파워 또는 활성수소 생성부(950)에서 제공되는 활성수소 기체의 양 중 적어도 하나를 조절한다.The active hydrogen control unit 970 controls the amount of hydrogen gas flowing into the active hydrogen generating unit 950 from the hydrogenation unit 951 and the electrolysis unit 942 when receiving a control signal from the engine cylinder information collecting unit 990 , The plasma power generated in the active hydrogen generating unit 950, or the amount of the active hydrogen gas provided in the active hydrogen generating unit 950.

연료공급 제어부(980)는 엔진실린더 정보 수집부(990)로부터 제어신호를 수신한 경우, 연료탱크(910)에서 인젝터(920)로 유입되는 연료의 양 또는 인젝터(920)에서 엔진실린더(930)로 분사되는 연료의 양 중 적어도 하나를 조절한다.The fuel supply control unit 980 controls the amount of fuel flowing from the fuel tank 910 to the injector 920 or the amount of fuel flowing from the injector 920 to the engine cylinder 930, The amount of fuel injected into the combustion chamber.

도 13은 본 발명의 실시예에 따른 내연기관이 자동차의 정차 여부에 기초하여, 활성 산소 기체 및 활성 수소 기체의 생성량을 조절하는 구체적인 방법을 설명하는 도면이다.13 is a view for explaining a specific method for controlling the production amount of active oxygen gas and active hydrogen gas based on whether or not the internal combustion engine according to the embodiment of the present invention is stopped.

도 13에서, 도 2 내지 도 12와 동일한 기능을 수행하는 구성 요소는 자세한 설명을 생략한다.13, detailed description of the components that perform the same functions as those of FIGS. 2 to 12 will be omitted.

도 13을 참고하면, 차량 정차 감지부(1100)는 내연기관이 구비된 자동차의 속도를 감지하여 자동차의 정차 여부에 대한 정보를 차량 상태 감지부(1200)로 전송한다.Referring to FIG. 13, the vehicle stop detection unit 1100 detects the speed of the vehicle equipped with the internal combustion engine and transmits information about whether the vehicle is stopped or not to the vehicle condition detection unit 1200.

클러치토크 감지부(1110)는 정차 중인 자동차의 액셀 페달이 동작하는 경우, 클러치 토크를 감지하여 클러치 토크 정보를 차량 상태 감지부(1200)로 전송한다.The clutch torque detecting unit 1110 senses the clutch torque and transmits the clutch torque information to the vehicle state detecting unit 1200 when the accelerator pedal of the vehicle being stopped is operating.

속도-가속도 감지부(1120)는 운행 중인 자동차가 가속되면, 속도 및 가속도를 측정하고, 속도 정보 및 가속도 정보를 차량 상태 감지부(1200)로 전송한다.The speed-acceleration sensing unit 1120 measures the speed and acceleration when the automobile in operation is accelerated, and transmits the speed information and the acceleration information to the vehicle condition sensing unit 1200.

차량 상태 감지부(1200)는 수신한 정차 여부 정보, 클러치 토크 정보, 속도 정보 및 가속도 정보를 이용하여 자동차의 정차 여부, 속도 등을 결정하고, 결정한 정보에 기초하여 연료공급 제어부(1300), 활성수소 제어부(1400) 또는 활성산소 제어부(1500) 중 적어도 하나에 제어신호를 전송한다.The vehicle state detection unit 1200 determines whether the vehicle is stopped or stopped based on the received stop / no-stop information, the clutch torque information, the speed information, and the acceleration information. Based on the determined information, the fuel supply control unit 1300, And transmits a control signal to at least one of the hydrogen control unit 1400 and the active oxygen control unit 1500.

예를 들면, 자동차가 정차 중인 경우 또는 자동차의 속도가 기 설정된 임계값 미만인 경우, 엔진실린더(1600)에 활성산소 기체, 활성수소 기체 및 연료가 유입될 필요가 없다. 따라서, 차량 상태 감지부(1200)는 자동차가 정차 중이거나 자동차의 속도가 기 설정된 임계값 미만인 경우, 연료공급 제어부(1300), 활성수소 제어부(1400) 또는 활성산소 제어부(1500) 중 적어도 하나에 활성산소 기체, 활성수소 기체 또는 연료의 유입을 중단 혹은 감소시키기 위한 제어신호를 전송할 수 있다.For example, active oxygen gas, active hydrogen gas, and fuel need not flow into the engine cylinder 1600 when the vehicle is stationary or when the speed of the vehicle is less than a predetermined threshold. Accordingly, the vehicle state sensing unit 1200 may sense the presence of at least one of the fuel supply control unit 1300, the active hydrogen control unit 1400, or the active oxygen control unit 1500 when the vehicle is stopped or the speed of the vehicle is less than a predetermined threshold value. A control signal for stopping or reducing the inflow of active oxygen gas, active hydrogen gas or fuel.

한편, 도 13에는 도시되지 않았으나, 상기 구성 요소들은 정차 시에는 활성수소 제어부(1400) 또는 활성산소 제어부(1500) 중 어느 하나 혹은 양쪽 재어부를 이용하여 제어하여 활성기체의 공급을 중단한 후 엔진가동을 억제 혹은 완전 중단하는 공회전 제한장치를 혼합하여 사용함으로써 연료절감을 향상할 수 있다.Although not shown in FIG. 13, the components are controlled using either the active hydrogen control unit 1400 or the active oxygen control unit 1500, or both of them, to stop the supply of the active gas, The fuel consumption can be improved by using the idle restriction device for suppressing or completely stopping the engine.

즉, 정차 시에는 연료절감효과를 극대화할 수 없으므로, 차량의 감속 후 정차 시에 차량정보검출부로부터 이들 신호를 받아 상기한 활성기체제어장치들을 정지시킨 후 공회전제한장치 (Idle Stop & Go Device)와 오토홀드장치가 작동하여 차량의 엔진을 멈춤 동시에 브레이크가 동작하여 안전을 도모하고, 또한, 공회전 제한장치를 구동하여 엔진을 완전히 정지하는 대신에 정차 시에 차량에 탑재된 배터리로부터 전기를 당겨서 최소한의 자동차 제어장치만을 유지하고 연료소모를 정지하는 하이브리드 방식을 사용함으로써 연료절감을 극대화 할 수 있다.That is, since the fuel saving effect can not be maximized at the time of stopping, when the vehicle stops after decelerating the vehicle, the active gas control devices are stopped by receiving these signals from the vehicle information detecting unit and then the idle stop & The auto-hold device operates to stop the engine of the vehicle. At the same time, the brake is operated to ensure safety. In addition, instead of completely stopping the engine by driving the idling restriction device, the electric power is drawn from the battery By using a hybrid system that only keeps the vehicle control unit and stops fuel consumption, it is possible to maximize fuel savings.

도 14는 본 발명의 실시예에 따른 엔진실린더가 복수인 경우 활성산소 생성부가 생성하는 활성산소 기체를 복수의 엔진실린더에 제공하는 방법을 설명하는 도면이다.14 is a view for explaining a method for providing a plurality of engine cylinders with active oxygen gas produced by the active oxygen generator when the number of engine cylinders is plural according to the embodiment of the present invention.

자동차의 엔진은 엔진실린더 수에 따라, 4기통, 6기통 8기통 등으로 명칭된다. 예를 들면, 도 14에서, 엔진실린더(2500)가 제1 엔진실린더(2510), 제2 엔진실린더(2520), 제3 엔진실린더(2530) 및 제4 엔진실린더(2540) 총 4개로 구성되어 있는바, 내연기관(2000)은 4기통 엔진을 갖는다.The engine of an automobile is named as a 4-cylinder, a 6-cylinder, an 8-cylinder, etc. according to the number of engine cylinders. For example, in Fig. 14, the engine cylinder 2500 is composed of a total of four first engine cylinders 2510, a second engine cylinder 2520, a third engine cylinder 2530 and a fourth engine cylinder 2540 The internal combustion engine 2000 has a four-cylinder engine.

활성산소 생성부(2400)에 의해 생성된 활성산소 기체를 엔진실린더(2500)에 공급하는 방법으로, 단일 개수의 활성산소 생성부(2400)로부터 활성산소 기체를 생성하고, 밸브를 통해 혼합부(2200)와 흡기 포트(2300) 사이에 공급되는 활성산소 기체의 양을 조절하며, 각 엔진실린더(2510 내지 2540)가 압축-연소-팽창 공정에 있을 때 밸브를 개방하여 활성산소 기체를 각 엔진실린더(2510 내지 2540)에 공급할 수 있다.A method of supplying active oxygen gas produced by the active oxygen generating section 2400 to the engine cylinder 2500 generates active oxygen gas from a single number of active oxygen generating sections 2400, 2200 and the intake port 2300, and opens the valve when each of the engine cylinders 2510 to 2540 is in the compression-combustion-expansion process to regulate the amount of active oxygen gas supplied to each engine cylinder (2510 to 2540).

한편, 도 14와 달리, 각 엔진실린더 별로 활성산소 생성부를 구비하고, 밸브를 통해 각 활성산소 생성부에 공급되는 산소 기체의 양을 조절한 후, 각 엔진실린더가 압축-연소-팽창 공정에 있을 때 공급된 산소 기체로부터 활성산소를 만들어 공급할 수도 있다. 이 경우, 도 14와 달리, 개별적으로 조절한다는 장점이 있으나 설치비가 높아지는 단점이 있다.On the other hand, unlike in FIG. 14, each engine cylinder is provided with an active oxygen generator, and after adjusting the amount of oxygen gas supplied to each active oxygen generator through the valve, each engine cylinder is subjected to a compression- It is also possible to produce and supply active oxygen from the supplied oxygen gas. In this case, unlike FIG. 14, there is an advantage in that it is individually adjusted, but there is a disadvantage that the installation cost is increased.

도 15 및 도 16은 본 발명의 제2 흡기관의 다른 실시예를 설명하는 도면이다.15 and 16 are views for explaining another embodiment of the second intake pipe of the present invention.

도 15를 참고하면, 제2 흡기관(20)은 제1 흡기관(10)으로부터 분리된 위치에서 D1을 직경으로 갖고, 연소용 공기가 활성산소 생성부(160)로 진입하는 위치에서 D1보다 긴 D2를 직경으로 갖는다. 이 경우, D2는 D1의 1.5배 내지 2배에 해당할 수 있다.15, the second intake pipe 20 has a diameter D1 at a position separated from the first intake pipe 10 and has a diameter D1 at a position where the combustion air enters the active oxygen generator 160 And has a long diameter D2. In this case, D2 may correspond to 1.5 to 2 times D1.

활성산소 생성부(160) 이후의 제2 흡기관(21)은 활성산소 생성부(160)로부터 엔진실린더(170) 방향으로 일정 구간(L5)로 갈수록 직경이 점차 줄어들고, L5 이후부터 엔진실린더(170)까지는 직경이 일정하게 유지된다. 즉, 활성산소 생성부(160) 이후의 제2 흡기관(21)의 직경은 L5 구간에서 점차 줄어들며, L5 구간의 끝단의 직경 D5를 L6 및 L7 구간 동안 유지한다.The diameter of the second intake pipe 21 after the active oxygen generator 160 gradually decreases from the active oxygen generator 160 toward the engine cylinder 170 toward the predetermined section L5, 170). That is, the diameter of the second intake pipe 21 after the active oxygen generator 160 gradually decreases in the section L5, and the diameter D5 of the end of the section L5 is maintained during the sections L6 and L7.

한편, 활성산소 생성부(160)에서 생성한 활성산소 기체를 엔진실린더(170)에 효과적으로 주입하기 위해, 활성산소 기체를 배출하는 최종단은 나팔관 형태로 구현된다.On the other hand, in order to effectively inject the active oxygen gas generated by the active oxygen generator 160 into the engine cylinder 170, the final stage for discharging the active oxygen gas is realized in the form of a fall pipe.

또한, 도 3에서 설명한 바와 같이, 활성산소 생성부(160) 및 L5 구간은 파이렉스(pyrex), 소다유리(soda glass) 또는 석영(quzrtz) 중 어느 하나로 구현될 수 있고, 엔진실린더(170)와 인접한 L7 구간은 마그네시윰(magnesium) 소재로 구현될 수 있다. 한편, L6 구간은 유전체관과 금속이 접합하는 구간에 해당한다.3, the active oxygen generator 160 and the L5 section may be implemented in any one of pyrex, soda glass, and quartz, and the engine cylinder 170, The adjacent L7 section may be implemented as a magnesium material. The L6 section corresponds to the section where the dielectric tube and the metal are bonded.

한편, 도 16을 참고하면, 제2 흡기관(20)은 제2 흡기관(20)에서 외부로 분리된 후 다시 제2 흡기관(20) 내부로 삽입되며, 제2 흡기관(20) 내부에서 나선형관 형태로 구성된 제3 흡기관(30)을 포함할 수 있다. 이 경우, 활성산소 생성부(160)는 제3 흡기관(30)을 통해 이동하는 산소 기체에 플라즈마 방전을 일으켜 활성산소 기체를 생성할 수 있다. 이 경우, 제2 흡기관(20)에는 밸브가 구성되어 제2 흡기관(20)으로 이동하는 산소 기체의 양을 조절하여 활성산소 생성부(160)에서 공급되는 활성산소 기체의 양을 제어할 수 있다.16, the second intake pipe 20 is separated from the second intake pipe 20 and then inserted into the second intake pipe 20, And a third intake pipe 30 formed in a spiral tube shape. In this case, the active oxygen generating unit 160 may generate a plasma discharge on the oxygen gas moving through the third intake pipe 30 to generate active oxygen gas. In this case, a valve is formed in the second intake pipe 20 to control the amount of the oxygen gas that moves to the second intake pipe 20 to control the amount of the active oxygen gas supplied from the active oxygen generator 160 .

제3 흡기관(30)으로 산소 기체를 재분기하는 경우 기체의 유속은 재분기관의 크기가 작아짐으로써 빨리지지만 나선형태로 공급되는바 활성산소 생성부(160) 존에 체류하는 시간이 증가되므로 이 역시 활성산소 생성부(160) 부분에서 직경을 넓히는 경우와 마찬가지로 평균체류시간 증가에 의한 활성산소 증가를 꾀할 수 있다. 즉, 활성산소 생성부(160)에서의 직경은 기존의 관사이즈보다 작으므로 전자온도와 평균전자밀도 등이 증가하여 활성산소 생성을 증가시킬 수 있다. 즉, 활성산소 생성부(160)에서의 직경은 기존의 관사이즈보다 작으므로 전자온도와 평균전자밀도 등이 증가하여 활성산소 생성을 증가시킬 수 있다. 나선형관들의 전체 플라즈마부피의 합은 나선형의 아닌 경우의 관의 플라즈마 부피보다는 작거나 동일하여야 하며, 체류시간만 증가시켜서 활성기체의 양을 증가시키는 방법이다.When the oxygen gas is re-branched by the third intake pipe 30, the flow rate of the gas is shortened due to the smaller size of the sub-system, but is supplied in a spiral form to increase the residence time in the active oxygen generator 160 zone. As in the case of increasing the diameter at the active oxygen generator 160, it is possible to increase the active oxygen by increasing the average residence time. That is, since the diameter of the active oxygen generator 160 is smaller than the conventional tube size, the electron temperature and the average electron density can be increased to increase active oxygen production. That is, since the diameter of the active oxygen generator 160 is smaller than the conventional tube size, the electron temperature and the average electron density can be increased to increase active oxygen production. The sum of the total plasma volume of the spiral tubes should be less than or equal to the plasma volume of the tube in the case of non-spiral, and the amount of active gas is increased by increasing the residence time only.

석유는 열량이 높고 불순물이 적어 완전 연소되어 내연 기관의 연료로 쓰일 뿐 아니라, 각종 보일러, 취사용, 등화용의 열원으로서 광범위한 용도를 갖고 있다.Petroleum is high in calories and low in impurities, and is completely burned to be used as fuel for internal combustion engines, and has a wide range of applications as a heat source for various boilers, cooking, and lighting.

따라서, 도 2 내지 도 16에서 설명한 본 발명의 내연기관은 자동차뿐만 아니라, 석유를 연료로 하여 동력에너지를 생성하는 선박, 항공기, 화력발전소 및 가정용 보일러에서 사용되는 내연기관에도 적용할 수 있음은 물론이다.Therefore, the internal combustion engine of the present invention described in Figs. 2 to 16 can be applied not only to automobiles, but also to internal combustion engines used in ships, aircraft, thermal power plants, and domestic boilers that generate power energy using petroleum as fuel to be.

본 발명에 따르면, 기존의 내연기관의 에너지 효율을 극대화할 수 있고, 불완전 연소를 최대한 억제하여 오염물질 배출을 최소화할 수 있다.According to the present invention, the energy efficiency of the existing internal combustion engine can be maximized, and incomplete combustion can be suppressed to the minimum, so that the pollutant discharge can be minimized.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, It belongs to the scope of right.

Claims (16)

연료를 절감하고 배기가스 배출을 저감하는 내연기관으로서,
내연기관에 사용되는 연료를 저장하는 연료탱크,
상기 연료탱크에 저장된 연료를 연료분사방식으로 분사하는 인젝터,
외부로부터 유입된 공기에 포함된 질소 분자를 흡착 제거하여 연소용 공기를 생성하고, 상기 생성된 연소용 공기를 제1 흡기관을 통해 이동시키는 질소제거부,
상기 인젝터에서 분사된 연료 및 상기 제1 흡기관을 통해 공급받은 상기 연소용 공기를 혼합하여 혼합기를 생성하는 혼합부,
상기 혼합기를 엔진실린더에 공급하는 흡기 포트, 그리고
상기 제1 흡기관으로부터 분리된 제2 흡기관을 통해 상기 연소용 공기를 공급받고, 상기 제2 흡기관을 통해 공급받은 상기 연소용 공기에 플라즈마 방전을 일으켜 활성산소 기체를 생성하고, 상기 생성한 활성산소 기체를 상기 혼합부와 상기 흡기 포트 사이에 주입하는 활성산소 생성부
를 포함하는 내연기관.
1. An internal combustion engine that reduces fuel and reduces exhaust gas emissions,
A fuel tank for storing fuel used in an internal combustion engine,
An injector for injecting fuel stored in the fuel tank in a fuel injection manner,
A nitrogen removing unit for adsorbing and removing nitrogen molecules contained in the air introduced from the outside to generate combustion air and moving the generated combustion air through the first intake pipe,
A mixer for mixing the fuel injected from the injector and the combustion air supplied through the first intake pipe to generate a mixer,
An intake port for supplying the mixer to the engine cylinder, and
Wherein the combustion air is supplied through a second intake pipe separated from the first intake pipe and plasma discharge is generated in the combustion air supplied through the second intake pipe to generate active oxygen gas, An active oxygen generator for injecting active oxygen gas between the mixing portion and the intake port,
.
제1항에서,
상기 활성산소 생성부는
상기 제2 흡기관 상에 구현되며, 상기 혼합부로부터 미리 설정된 거리 이내에 위치하는 내연기관.
The method of claim 1,
The active oxygen generator
And is disposed on the second intake pipe and is located within a predetermined distance from the mixing portion.
제1항에서,
상기 제2 흡기관은
상기 제1 흡기관보다 적은 부피 및 내부표면적을 갖는 내연기관.
The method of claim 1,
The second intake pipe
And has a smaller volume and an internal surface area than the first intake pipe.
제1항에서,
상기 제2 흡기관은
상기 제1 흡기관으로부터 분리된 위치에서 제1 길이를 직경으로 갖고, 상기 연소용 공기가 상기 활성산소 생성부로 진입하는 위치에서 상기 제1 길이보다 긴 제2 길이를 직경으로 갖고, 상기 활성산소 생성부가 상기 생성한 활성산소 기체를 배출하는 위치에서 상기 제1 길이보다 짧은 제3 길이를 직경으로 갖는 내연기관.
The method of claim 1,
The second intake pipe
And a second length longer than the first length at a position where the combustion air enters the active oxygen generator, the first length being a diameter separated from the first intake tube, and the active oxygen generation And the third portion has a third length that is shorter than the first length at a position for discharging the generated active oxygen gas.
제4항에서,
상기 제2 흡기관은
상기 제1 흡기관으로부터 분리된 위치에서 상기 활성산소 생성부까지의 제1 거리가 상기 활성산소 생성부로부터 상기 혼합부까지의 제2 거리보다 긴 내연기관.
5. The method of claim 4,
The second intake pipe
Wherein a first distance from a position separated from the first intake pipe to the active oxygen generating portion is longer than a second distance from the active oxygen generating portion to the mixing portion.
제1항에서,
상기 혼합부에 수소 기체를 제공하는 수소 제공부를 더 포함하고,
상기 혼합부는
상기 인젝터에서 분사된 연료, 상기 연소용 공기 및 상기 수소 기체를 혼합하여 상기 혼합기를 생성하는 내연기관.
The method of claim 1,
And a hydrogen supply unit for supplying hydrogen gas to the mixing unit,
The mixing section
Wherein the fuel injected from the injector, the combustion air, and the hydrogen gas are mixed to produce the mixer.
제1항에서,
수소 분자에 플라즈마 방전을 일으켜 활성수소 기체를 생성하고, 상기 생성된 활성수소 기체를 상기 흡기 포트에 제공하는 활성수소 생성부를 더 포함하고,
상기 흡기 포트는 상기 혼합기 및 상기 활성수소 기체를 상기 엔진실린더에 공급하는 내연기관.
The method of claim 1,
Further comprising an active hydrogen generating unit generating a plasma discharge in the hydrogen molecule to generate active hydrogen gas and providing the generated active hydrogen gas to the intake port,
And the intake port supplies the mixer and the active hydrogen gas to the engine cylinder.
제1항에서,
상기 엔진실린더에서 배출된 배기가스를 분석하고, 상기 배기가스에 포함된 오염성분의 농도에 기초하여 상기 활성산소 기체의 생성량을 제어하는 활성산소 제어부
를 더 포함하는 내연기관.
The method of claim 1,
An active oxygen control unit for analyzing the exhaust gas discharged from the engine cylinder and controlling the amount of active oxygen gas generated based on the concentration of the pollutant contained in the exhaust gas,
Further comprising an internal combustion engine.
연료를 절감하고 배기가스 배출을 저감하는 내연기관으로서,
내연기관에 사용되는 연료를 저장하는 연료탱크,
상기 연료탱크에 저장된 연료를 연료분사방식으로 분사하는 인젝터,
외부로부터 유입된 공기에 포함된 질소 분자를 흡착 제거하여 연소용 공기를 생성하고, 상기 생성된 연소용 공기를 제1 흡기관을 통해 이동시키는 질소제거부,
상기 제1 흡기관으로부터 분리된 제2 흡기관을 통해 상기 연소용 공기를 공급받고, 상기 제2 흡기관을 통해 공급받은 연소용 공기에 플라즈마 방전을 일으켜 활성산소 기체를 생성하는 활성산소 생성부, 그리고
상기 제1 흡기관을 통해 공급받은 상기 연소용 공기 및 상기 제2 흡기관을 통해 공급받은 상기 활성산소 기체를 이용하여 상기 인젝터로부터 직접 분사된 연료를 연소시키는 엔진실린더
를 포함하는 내연기관.
1. An internal combustion engine that reduces fuel and reduces exhaust gas emissions,
A fuel tank for storing fuel used in an internal combustion engine,
An injector for injecting fuel stored in the fuel tank in a fuel injection manner,
A nitrogen removing unit for adsorbing and removing nitrogen molecules contained in the air introduced from the outside to generate combustion air and moving the generated combustion air through the first intake pipe,
An active oxygen generator for receiving the combustion air through a second intake pipe separated from the first intake pipe and generating a plasma discharge in the combustion air supplied through the second intake pipe to generate active oxygen gas, And
An engine cylinder for burning fuel injected directly from the injector using the combustion air supplied through the first intake pipe and the reactive oxygen gas supplied through the second intake pipe;
.
제9항에서,
상기 활성산소 생성부는
상기 제2 흡기관 상에 구현되며, 상기 엔진실린더로부터 미리 설정된 거리 이내에 위치하는 내연기관.
The method of claim 9,
The active oxygen generator
And is disposed on the second intake pipe and is located within a predetermined distance from the engine cylinder.
제9항에서,
상기 제2 흡기관은
상기 제1 흡기관보다 적은 부피 및 내부표면적을 갖는 내연기관.
The method of claim 9,
The second intake pipe
And has a smaller volume and an internal surface area than the first intake pipe.
제9항에서,
상기 제2 흡기관은
상기 제1 흡기관으로부터 분리된 위치에서 제1 길이를 직경으로 갖고, 상기 연소용 공기가 상기 활성산소 생성부로 진입하는 위치에서 상기 제1 길이보다 긴 제2 길이를 직경으로 갖고, 상기 활성산소 생성부가 상기 생성한 활성산소 기체를 배출하는 위치에서 상기 제1 길이보다 짧은 제3 길이를 직경으로 갖는 내연기관.
The method of claim 9,
The second intake pipe
And a second length longer than the first length at a position where the combustion air enters the active oxygen generator, the first length being a diameter separated from the first intake tube, and the active oxygen generation And the third portion has a third length that is shorter than the first length at a position for discharging the generated active oxygen gas.
제12항에서,
상기 제2 흡기관은
상기 제1 흡기관으로부터 분리된 위치에서 상기 활성산소 생성부까지의 제1 거리가 상기 활성산소 생성부로부터 상기 엔진실린더까지의 제2 거리보다 긴 내연기관.
The method of claim 12,
The second intake pipe
Wherein a first distance from a position separated from the first intake pipe to the active oxygen generator is longer than a second distance from the active oxygen generator to the engine cylinder.
제9항에서,
상기 엔진실린더에 수소 기체를 제공하는 수소 제공부를 더 포함하고,
상기 엔진실린더는
상기 연소용 공기, 상기 활성산소 기체 및 상기 수소 기체를 이용하여 상기 인젝터로부터 직접 분사된 연료를 연소시키는 내연기관.
The method of claim 9,
Further comprising a hydrogen supply unit for supplying hydrogen gas to the engine cylinder,
The engine cylinder
And combusts the fuel directly injected from the injector by using the combustion air, the active oxygen gas, and the hydrogen gas.
제9항에서,
수소 분자에 플라즈마 방전을 일으켜 활성수소 기체를 생성하고, 상기 생성된 활성수소 기체를 상기 엔진실린더에 제공하는 활성수소 생성부를 더 포함하고,
상기 엔진실린더는
상기 연소용 공기, 상기 활성산소 기체 및 상기 활성수소 기체를 이용하여 상기 인젝터로부터 직접 분사된 연료를 연소시키는 내연기관.
The method of claim 9,
Further comprising an active hydrogen generating unit for generating an active hydrogen gas by causing a plasma discharge in the hydrogen molecule and providing the generated active hydrogen gas to the engine cylinder,
The engine cylinder
And combusts the fuel directly injected from the injector by using the combustion air, the active oxygen gas and the active hydrogen gas.
제9항에서,
상기 엔진실린더에서 배출된 배기가스를 분석하고, 상기 배기가스에 포함된 오염성분의 농도에 기초하여 상기 활성산소 기체의 생성량을 제어하는 활성산소 제어부
를 더 포함하는 내연기관.
The method of claim 9,
An active oxygen control unit for analyzing the exhaust gas discharged from the engine cylinder and controlling the amount of active oxygen gas generated based on the concentration of the pollutant contained in the exhaust gas,
Further comprising an internal combustion engine.
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