KR850000397B1 - Energy conversion cydle for internal combustion engine - Google Patents

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KR850000397B1
KR850000397B1 KR1019800001026A KR800001026A KR850000397B1 KR 850000397 B1 KR850000397 B1 KR 850000397B1 KR 1019800001026 A KR1019800001026 A KR 1019800001026A KR 800001026 A KR800001026 A KR 800001026A KR 850000397 B1 KR850000397 B1 KR 850000397B1
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Abstract

A method for an energy conversion cycle for an internal combustion engine is characterized by the steps of forming fuel and air charges having fuel to air proportions varying from stoichiometric at full engine power to excess air at less than full engine power conditions; increasing by compression the density and activation of the molecules of the charges supplied to a variable volume working chamber in which fuel and oxygen in the air are reacted to produce thermal potential; controlling fuel and air distribution in the working chamber so that the excess air portion of each charge is located in an air reservoir.

Description

내연기관의 화학적 에너지를 열 에너지로 전환시키기 위한 방법Method for converting chemical energy of internal combustion engine into thermal energy

제1도는 본 발명에 따라 작동하는 내연기관용 동력사이클의 이론적인 과정을 보여주는 압력-체적 선도로서 사이클을 수행할 수 있는 이론적인 엔진을 나타내는 열 역학적 시스템의 도식적인 윤곽을 나타낸 도식도.1 is a schematic diagram of a thermodynamic system showing a theoretical engine capable of performing a cycle as a pressure-volume diagram showing the theoretical process of a power cycle for an internal combustion engine operating in accordance with the present invention.

제2도는 제1도에 도시된 엔진 동력 사이클의 과정에 대한 지역 Ⅰ의 상태를 보여주는 제1도와 유사한 도식도.FIG. 2 is a schematic diagram similar to FIG. 1 showing the state of Region I for the course of the engine power cycle shown in FIG.

제3도는 제1도에 도시된 엔진동력 사이클의 과정들에 대한 지역 Ⅱ의 상태를 보여주는 제1도와 유사한 도식도.FIG. 3 is a schematic diagram similar to FIG. 1 showing the state of Zone II for the processes of the engine power cycle shown in FIG.

제4도는 본 발명의 한가지 실시예에 따른 과정을 수행하기 위한 실제 엔진의 작업실 배치도의 단면도.4 is a cross-sectional view of a studio layout of an actual engine for performing a process in accordance with one embodiment of the present invention.

제5도는 제4도의 선 Ⅳ-Ⅳ를 따라 취해본 작업실의 상부 단면도.5 is a cross sectional top view of the working room taken along line IV-IV of FIG.

제6도는 제4도의 원 Ⅶ의 확대도.6 is an enlarged view of the circle 원 of FIG.

제7도는 제6도와 유사하나 피스톤이 상사점보다 낮은 위치에 있을때의 확대도.FIG. 7 is similar to FIG. 6 but with an enlarged view when the piston is at a position lower than the top dead center.

제8도는 제4도에 도시된 엔진의 연로 및 공기 공급 시스템을 도시한 단면도.FIG. 8 is a sectional view of the fuel and air supply system of the engine shown in FIG.

제9도는 제4도에 도시된 엔진의 연료 및 공기 공급 시스템의 다른 실시예를 도시한 단면도.FIG. 9 is a sectional view of another embodiment of a fuel and air supply system of the engine shown in FIG.

제10도는 제4도에 도시된 엔진의 연료 및 공기공급시스템의 또 다른 실시예를 도시한 단면도.FIG. 10 is a sectional view showing another embodiment of the fuel and air supply system of the engine shown in FIG.

제11도 및 제12도는 회전 동력 출력축과 시간적인 관계를 갖는 종래의 오토 및 디젤 4행정 동력 사이클 과정을 도시한 도식도.11 and 12 are schematic diagrams illustrating a conventional auto and diesel four-stroke power cycle process having a time relationship with a rotating power output shaft.

제13도 및 제14도는 각각 스파크 또는 예열 플러그에 의해 점화된 사이클과 자동적으로 점화된 사이클에 관련하여 본 발명에 따른 동력 사이클 과정들을 도시한 제11도 및 제12도와 유사한 도식도.Figures 13 and 14 are diagrams similar to Figures 11 and 12 showing the power cycle processes according to the invention in relation to the cycle ignited by the spark or glow plug and the cycle ignited automatically.

제15도는 본 발명에 따라 구성된 엔진의 다른 작업실 배치도를 도시한 확대 단면도.FIG. 15 is an enlarged cross-sectional view showing another studio layout of an engine constructed in accordance with the present invention. FIG.

제16도는 제15도의 원 XVI지역의 확대도.16 is an enlarged view of the original XVI region of FIG.

제17도는 피스톤이 상사점보다 아래에 위치한 제16도와 유사한 확대도.FIG. 17 is an enlarged view similar to FIG. 16 with the piston located below the top dead center.

제18도는 본 발명에 따라 구성된 다른 작업실 배치도의 단면도.18 is a cross-sectional view of another workshop layout constructed in accordance with the present invention.

제19도 및 제20도는 제18도의 원 XVIX지역의 확대도.19 and 20 are enlarged views of the original XVIX region of FIG.

제21도는 본 발명에 따라 구성된 다른 작업실 배치도의 단면도.21 is a cross-sectional view of another workshop layout constructed in accordance with the present invention.

제22도 및 제23도는 제21도의 원 XXII지역의 확대도.22 and 23 are enlarged views of the circle XXII in FIG.

본 발명은 공기 흡입 엔진의 가변체적 작업실내에서의 가스연료와 산소반응들 사이의 연소특성을 명백히 함과 아울러, 각 반응충전물들을 작업실에 주기적으로 공급하여 작업실내의 피스톤을 구동시키기 위한 열을 발생시킴과 동시에 상기 각 반응 충전물들이 급속하게 반응하도록 하는 급속 분리 연쇄반응과정을 사용하여 화학적 에너지를 열에너지로 전환시키기 위한 방법에 관한 것이다.The present invention clarifies the combustion characteristics between gaseous fuel and oxygen reactions in the variable volume work chamber of the air intake engine, and generates heat for driving the piston in the work chamber by periodically supplying each reaction charge to the work chamber. And a method for converting chemical energy into thermal energy using a rapid separation chain reaction process in which each of the reaction charges reacts rapidly.

본 발명은 엔진의 가변체적 작업실내에 연료와 산소 반응물들 사이의 연소특성을 명백히 하는 급속분리 연쇄반응과정을 사용하여 화학적 에너지로 열에너지를 전환시키기 위한 과정으로 구성되며, 여기서 각 반응 충전물들은 주기적으로 작업실에 공급됨과 동시에 엔진의 일출력부재로 연결된 일생산 피스톤을 구동시키기 위한 가열된 압력가스를 발생시키도록 급속하게 반응된다. 본 발명에 따라서, 엔진의 동력 요구량에 따른 연료와 공기충전물들중의 다양한 연료/공기 비율은 최대 동력상태하의 화학양론으로부터 최대 동력보다 적은 상태하의 공기가 초과한 상태까지 변화되는 전체연료에 대한 전체 공기의 비율로 형성된다. 각 반응물중의 분자군 및 분자의 활성화는 압축에 의해 증대되는 반면, 반응이 개시되면 작업실내의 연료 및 공기 반응물들의 분배는 실제로 모든 연료가 유효한 반응물들에 대한 최대반응율을 제공하기에 충분한 비율인 화학양론보다 더 적은 공기비율과 함께 작업실내에 위치됨과 아울러, 실제로 공기만으로 구성된 충전물의 균형은 작업실에 인접하여 배치된 지속실내에 위치되도록 한 형식으로서 제어된다. 지속실은 작업실의 최The present invention consists of a process for converting thermal energy into chemical energy using a rapid separation chain reaction process that clarifies the combustion characteristics between fuel and oxygen reactants in a variable volumetric chamber of an engine, wherein each reaction charge is periodically It is rapidly reacted to generate heated pressure gas for driving the work production piston connected to the work output member of the engine while being supplied to the working room. According to the invention, the various fuel / air ratios in the fuel and air charges depending on the engine power requirements vary from the stoichiometry at full power to the excess of air at less than full power. It is formed at the rate of air. Molecular groups and activation of molecules in each reactant are augmented by compression, while when the reaction is initiated, the distribution of fuel and air reactants in the room is actually at a ratio sufficient to provide the maximum reaction rate for all fuels available reactants. In addition to being located in the workroom with less air than stoichiometry, the balance of the air-only filling actually is controlled in such a way as to be located in the continuous room arranged adjacent to the workroom. The continuous room is the

부가로, 본 발명의 과정은 공기의 전체량을 변화시키지 않고 단지 연료의 량을 변화시킴으로써 각 충전물들의 공기에 대한 연료비율을 변화시키도록 시도한다. 연료는 각 충전물을 흡입과정 개시후의 30내지 50°보다 빠르지 않게 또 반응의 개시전의 30내지 40°보다 일반적으로 늦지 않게 작업실에 공급된다.In addition, the process of the present invention attempts to change the fuel ratio of each charge to air by only changing the amount of fuel without changing the total amount of air. The fuel is fed to the workroom with each charge no earlier than 30 to 50 ° after the start of the inhalation process and generally no later than 30 to 40 ° before the start of the reaction.

과정은 양호하게는 0.2내지 1.8사이의 최소작업실 체적에 대한 지속실 체적의 비율에 의해 성취된다. 격실들 사이의 분할지역의 폭은 1.27mm내지 5.08mm사이에 있어야 한다.The process is preferably accomplished by the ratio of the continuous chamber volume to the minimum laboratory volume between 0.2 and 1.8. The width of the division between the compartments shall be between 1.27 mm and 5.08 mm.

원통형 보어내에 원형 피스톤을 사용함으로써 본 발명에 따른 과정이 수행되므로, 격실들 사이의 최대 분할 지역은 보어 직경의 제곱의 0.05내지 0.15배 사이에 있게 된다. 격실들 사이의 분할제적은 분할지역이 최대 개방 상태하에 있을때의 전체 지속실 체적의 0.10내지 0.35배 사이에 있다.Since the process according to the invention is carried out by using a circular piston in a cylindrical bore, the maximum splitting area between the compartments is between 0.05 and 0.15 times the square of the bore diameter. The splitting volume between the compartments is between 0.10 and 0.35 times the total volume of the continuous compartment when the splitting area is at its maximum open state.

본 발명은 상술한 바와 같이 화학적 에너지를 열 에너지로 전환시키기 위한 방법에 관한 것으로서, 이 방법을 수행하기 위한 장치는 현재 기술된 과정의 이론을 수행하기에 적합한 종래의 엔진구조를 변경하는 것을 포함한다. 더욱 양호하게는, 예컨대 2행정 또는 4행정의 오토, 디젤또는 복합 사이클에 사용되는 종래의 왕복 피스톤 엔진은 작업실, 지속실, 그리고 작업실과 지속실 사이의 분자 분할체적을 제공하도록 수정되며, 연료와 공기 공급기는 각 사이클 중 연료가 작업실로 흡입되는 시기를 조절하기 위The present invention relates to a method for converting chemical energy into thermal energy as described above, wherein the apparatus for performing the method includes modifying a conventional engine structure suitable for carrying out the theory of the presently described process. . More preferably, conventional reciprocating piston engines, for example used in two- or four-stroke auto, diesel or combined cycles, are modified to provide a working compartment, a continuous chamber, and a molecular partition volume between the chamber and the continuous chamber. The air supply is used to control when fuel is drawn into the workroom during each cycle.

상기 장치의 기술적인 이점들은 본 과정의 기술적인 이점들과 유사하며, 더욱 구조부재들은 본문에 설명된 과정을 수행하기 위한 기술범위내에 있는 기계적인 수단을 제공한다.The technical advantages of the device are similar to the technical advantages of the present process, and further structural members provide a mechanical means within the technical scope for carrying out the process described herein.

따라서, 넓은 관점에서, 상기 장치는 화학적 에너지를 열적 퍼텐샬로 주기적으로 전환시킴과 동시에 일을 생산하는 피스톤을 주기적으로 구동시키기 위해 가스에 압력을 가하기 위한 합성 열유동을 사용하는 일생산 엔진의 부품으로서, 작업실과, 격실의 체적을 변화시키기 위해 격실내에 설치되는 피스톤과, 상기 작업실에 연료와 공기 반응물을 공급하며 엔진의 동력 소요량에 따라 각 충전물의 각 반응물의 비율을 독립적으로 조절하기 위한 수단을 포함하는 연료 및 공기 반응물들을 작업실로 공급하기 위한 수단등을 포함한다. 그러나, 상기 장치는 연료에 대한 산소의 비율이 완전 엔진 동력 요구하의 화학양론으로부터 완전 동력 요구보다 적은 상태의 화학양론의 초과 비율까지 변화하도록 항상 작동할 수 있다. 부가로, 고정체적을 갖는 지속실은 작업실에 인접하게 위치하며, 작업실이 최소 체적하에 있을때의 제1지역으로부터 작업실이 최소 체적보다 큰 상태에 있을 때의 제 2 지역까지 변화할 수 있는 개방된 분자 분할지역을 통해 작업실과 분리된다. 분자 분할 체적은 지속실내에 위치하며, 작업실을 에워싸서 한정시키는 경계표면들, 지속실 및 분할지역은 작업실의 중앙쪽으로 작업실 내의 가스 상태의 분자들이 최대범위까지 반발하도록 또한 그 반발이 분할 체적에서가 아닌 지속실내에서 이루어지도록, 그리고 분할체적으로부터 작업실내의 중앙쪽으로 분할지역을 통해 통과되도록 형성된다. 각 충전물들의 모든 연료 비율은, 반응이 개시될 때 유용한 반응물을 위해 최대 퍼텐샬율의 반응을 보장하기에 충분한 범위까지 화학양론을 초과한 산소에 대한 연료의 비율로서 활성화 및 반응 과정중 작업실내에 위치되고 보지되도록, 또한 각 충전물의 초과 공기 분자들은 활성화 및 반응 과정중Thus, in a broad sense, the device is part of a production engine that uses synthetic heat flow to pressurize gas to periodically convert chemical energy into thermal potential while simultaneously driving a piston that produces work. And means for supplying fuel and air reactants to the workroom and independently adjusting the proportion of each reactant of each charge in accordance with the power requirements of the engine. Means for supplying the containing fuel and air reactants to the workroom. However, the apparatus can always operate so that the ratio of oxygen to fuel varies from stoichiometry under full engine power demand to an excess rate of stoichiometry with less than full power demand. In addition, the permanent compartment with a fixed volume is located adjacent to the workroom, and an open molecular segment that can vary from the first zone when the workshop is below the minimum volume to the second zone when the workshop is above the minimum volume. It is separated from the workshop through the area. The molecular division volume is located in the continuous room, and the landmark surfaces, the continuous room and the partitioning area, which enclose and confine the laboratory, are directed towards the center of the laboratory to allow the gaseous molecules in the laboratory to be rebounded to the maximum extent. It is configured to be done in a continuous room and to pass through the partition from the partition volume toward the center of the workshop. All fuel ratios of each charge are located in the chamber during activation and reaction as a ratio of fuel to oxygen above the stoichiometry to a range sufficient to ensure a maximum potential rate response for the reactants useful at the start of the reaction. In order to be retained and retained, the excess air molecules of each charge are also

부가로, 각각의 흡입 및 활성화 과정중 작업실로의 연료 주입시기를 조절하기 위한 장치가 제공되었고, 최소 작업실 체적에 대한 지속실 체적의 비율인 특수한 매개변수가 시도되었다.In addition, devices have been provided for controlling the timing of fuel injection into the work room during each inhalation and activation process, and special parameters have been attempted, which is the ratio of the room volume to the minimum room volume.

최소 및 최대 분할폭들이 설명되었고, 또 작업실의 직경에 대한 최대 분할지역의 비율이 설명되었다. 분할체적과 전체 지속실 체적 사이의 양호한 비율이 또한 설명되었다.The minimum and maximum division widths have been described, and the ratio of the maximum division to the diameter of the workshop is described. A good ratio between the divided volume and the total sustained volume is also described.

본 발명을 수행하기 위한 장치는 원통형 보어내의 단일 피스톤을 포함하며, 피스톤의 상부끝 바로 아래에는 지속실이 위치한다. 이 실시예에서, 피스톤 상부 가장자리와 실린더 보어벽 사이의 반경방향 최소 거리는 분자 분할폭을 구성한다. 이 실시예에서 분할폭은 연소실이 최소 위치로 되는 지역에서 안쪽으로 집중되는 측벽부를 갖는 원통형 보어를 이용함으로써 변화된다. 피스톤이 집중되는 측벽부로 접근하거나 그곳으로부터 후퇴함으로써 피스톤의 상부끝과 실린더 보어벽들 사이의 반경방향 거리는 연소실과 지속실 사이의 요구되는 가변분할폭을 제공하기 위해 변화한다.The apparatus for carrying out the invention comprises a single piston in a cylindrical bore, with a continuous chamber located just below the upper end of the piston. In this embodiment, the radial minimum distance between the piston upper edge and the cylinder bore wall constitutes the molecular division width. In this embodiment the dividing width is varied by using a cylindrical bore with sidewalls concentrated inward in the area where the combustion chamber is at its minimum position. As the piston approaches or retracts from the concentrated sidewall portion, the radial distance between the upper end of the piston and the cylinder bore walls changes to provide the desired variable width between the combustion chamber and the continuous chamber.

또한, 상기 장치는 지속실의 체적이 피스톤내에 보다는 오히려 실린더 헤드내에 위치되도록 배치될 수도 있을 것이다. 이러한 실시예에서, 연소실과 지속실 사이의 개방 체적 지역은, 작업실이 최고 체적하에 있을 때 피스톤의 상부 끝부분이 격실들사이의 분할지역의 부분을 효과적으로 폐쇄시키도록 피스톤과 연소실의 가하학적 형을 조정 배치시킴으로써 변경된다.The device may also be arranged such that the volume of the continuous chamber is located in the cylinder head rather than in the piston. In this embodiment, the open volume area between the combustion chamber and the continuous chamber is characterized by the geometrical form of the piston and the combustion chamber such that the upper end of the piston effectively closes the part of the division zone between the compartments when the chamber is under maximum volume. It is changed by adjusting arrangement.

본 발명에 따라 구성된 엔진은 단일 실린더형 보어내에 위치되는 한쌍의 피스톤을 이용한 수도 있으며, 이 실시예에서 피스톤들의 폐쇄된 상부끝들 사이의 공간은 연소실로 한정된다. 이 실시예에서 지속실은 피스톤들내에 또는 실린더형 보어들내에 선택적으로 제공될 수 있다. 전자의 경우에, 가변 분할폭은 적합한 피스톤형상에 의해 제공되며, 후자의 경우에서는, 적합한 피스톤과 지속실의 형상에 의해 제공된다. 모든 경우에, 분할지역은 반응격실이 최소 체적하에 있을때의 최소지역과 반응격실이 최소 체적보다 큰 상태에 있을때의 최대지역 사이에서 변경된다.An engine constructed in accordance with the invention may utilize a pair of pistons located in a single cylindrical bore, in which the space between the closed upper ends of the pistons is limited to the combustion chamber. In this embodiment the continuous chamber may optionally be provided in the pistons or in the cylindrical bores. In the former case, the variable dividing width is provided by a suitable piston shape, and in the latter case by a suitable piston and shape of the continuous chamber. In all cases, the split zone is changed between the minimum zone when the reaction compartment is below the minimum volume and the maximum zone when the reaction compartment is above the minimum volume.

본 발명에 관련된 양호한 실시예는 첨부도면과 함께 이하에서 상세히 설명된다.Preferred embodiments related to the present invention are described in detail below in conjunction with the accompanying drawings.

제1도에는 본 발명에 따라 작동하는 이상 내연기관의 이상 기체 동력 사이클이 체적에 대한 압력의 선도로서 도시되어 있다. 이 선도는 사이클과정중 엔진의 가변 체적의 작업실내에서 일어나는 기체의 체적에 대한 압력 변화를 활성화(압축), 열의 부가, 팽창 및 열의 배제의 순서로 표시한 것이다. 이 선도는 여러 종류의 열역학 서적에 기술되어 있는 종래의 공기 표준 엔진(공기 표준 사이클하에서 작동하는 열기관)의 압력체적 선도, 즉 사이클중 기체 질량에 의해 도달되는, 어떤 전형적인 가정에 기초를 두In FIG. 1 an ideal gas power cycle of an ideal internal combustion engine operating according to the invention is shown as a diagram of pressure against volume. This diagram shows the change in pressure for the volume of gas that occurs in the operating room of the variable volume of the engine during the cycle, in the order of activation (compression), heat addition, expansion and heat rejection. This diagram is based on some typical assumptions reached by the pressure-volume diagrams of conventional air standard engines (heat engines operating under an air standard cycle) described in various thermodynamic books, ie gas masses in the cycle.

제1도에 도시된 이상 사이클 선도는 이론 이상 간막이(12)에 의해 지역 Ⅰ과 Ⅱ로 분할되는 가변체적의 작업실을 가지는 것으로 가정되는 이론적인 내연기관(10)과 관련되어 고찰되어야 한다. 이론 이상 간막이(12)는 동력 사이클중 이 지역들내의 압력을 항상 동일하게 하는 반면, 각 지역의 온도를 어떤 시점에서 서로 상이하게 할 수 있는 정도까지 이 지역들 사이의 상호 작용을 조절할 수 있는 것으로 가정된다. 열역학적인 견지에서 볼때, 각 지역에서의 분자의 엔트로피 또는 내부 에너지상태는 서로 상이할 수도 있지만 각 지역내의 평균 압력은 항상 일정하다. 뒤에 상세히 설명되겠지만, 이것은 단열 상태하에서 상기 지역들내의 기체의 질량으로 열이 부가되거나 또는 기체의 질량으로부터 열이 배제될 때 간막이(12)는 각 지역내의 압력-체적-온도관계에 대한 전형적인 평형 요구를 만족시키기 위해 각 지역들내의 체적을 변화시킬 수 있다는 가정을 요한다. 지역 Ⅰ과 Ⅱ의 체적은 조화되어 이동하는 피스톤(14)에 의해 변화되는 것으로 가정된다The abnormal cycle diagram shown in FIG. 1 should be considered in relation to the theoretical internal combustion engine 10, which is assumed to have a variable volume workroom that is divided into zones I and II by the theoretical anomaly 12. Theoretical diaphragm 12 is capable of regulating the interactions between these regions to the extent that the pressures in these regions are always the same during the power cycle, while the temperature of each region can be different from each other at some point in time. Is assumed. From a thermodynamic standpoint, the entropy or internal energy state of molecules in each region may be different, but the average pressure in each region is always constant. As will be described in detail later, this is indicated that the partition 12 requires typical equilibrium for the pressure-volume-temperature relationship within each zone when heat is added to or removed from the mass of the gas in the zones under adiabatic conditions. The assumption is that the volume in each region can be changed to satisfy the demand. It is assumed that the volumes in zones I and II are varied by the piston 14 moving in unison.

잘 이해되는 바와같이, 열기관의 이상기체 사이클은 평형상태들 사이의 일련의 가역 또는 비가역 과정들중에서 폐쇄동력 사이클의 결과를 성취시킬 수 있는 것으로서, 본질적으로 그 과정들은 계(系)를 원상태로 전환시킴과 아울러 화학적 에너지의 열적 퍼텐샬로의, 그리고 사용일로의 전환으로부터 얻어지는 열을 변형시키는 것을 기본 기능으로 갖는다. 이상 내연기관에 있어서는 가열된 반응 생성물의 팽창을 주기적으로 지속시키는 활성화된 연료성분 및 산소 사이의 급속한 분리 화학반응을 무시하고 외부 저장소로부터 계속으로 주기적으로 열을 공급하므로써 열을 사용일로 전환시키기 위해 가변 용적의 작업실의 한쪽벽을 형성하는 가동피스톤부재를 구동시킨다.As is well understood, the ideal gas cycle of a heat engine is able to achieve the result of a closed power cycle among a series of reversible or irreversible processes between equilibrium states, essentially the processes returning the system to its original state. In addition, the basic function is to modify the heat obtained from the conversion of chemical energy into thermal potential and from use. In an ideal internal combustion engine, it is variable to convert heat into use by continually supplying heat from the external reservoir, ignoring the rapid separation chemistry between the activated fuel components and oxygen that periodically sustains the expansion of the heated reaction product. The movable piston member forming one wall of the working volume of the chamber is driven.

이론적인 관점에서 볼때, 유용한 예상일은 최대체적에서의 연소실 또는 작업실의 전체 체적과 최소 체적에서의 연소실의 체적 사이의 비율인 상이한 계들의 압축율을 변화시키는 효과들을 비교하기 위한 압력-체적 선도를 사용함으로써 계획된다. 그러나, 대부분의 이론적인 가능성은 이와같은 엔진이 열의 부가중 실제 엔진에 적용되어야 하는 시간요소의 중요성을 설계자측에서 고려하지 않고 설계되었기 때문에 실제 내연기관에 있어서는 실현되지 못했다.From a theoretical point of view, a useful forecast date is by using a pressure-volume plot to compare the effects of varying the compressibility of different systems, which is the ratio between the total volume of the combustion chamber or work chamber at maximum volume and the volume of the combustion chamber at minimum volume. Is planned. However, most theoretical possibilities have not been realized in actual internal combustion engines because such engines were designed without the designer's consideration of the importance of the time factor that must be applied to the actual engine during heat addition.

분리 반응 과정중, 즉 때로는 단순히 "연소"라고 불리우는 과정중 미세한 불연속 과정이 자연히 진행한다는 점을 기초로 하며, 본 발명은 연소 반응과정이 내연기관의 동력 사이클의 열의 부가에 대한 시간제한 요구의 기여도를 평가하는데 요구되기 때문에 연소반응 과정이 분자영역 또는 "미세영역"내에서 기술되어야 한다는 것을 제안하며, 이것은 피스톤을 계속적으로 구동시키기 위해 화학적 에너지를 열적 퍼텐샬로 전환시킴으로써 열이 공급되어야 한다는 것을 고려한 것이다. 본 발명It is based on the fact that a fine discontinuous process proceeds spontaneously during the separation reaction, ie sometimes simply referred to as "combustion," and the present invention provides that the combustion reaction contributes to the time-limited demand for the addition of heat to the power cycle of the internal combustion engine. It is proposed that the combustion reaction process should be described in the molecular or "fine zone" because it is required to evaluate the heat sink, which takes into account that heat must be supplied by converting chemical energy into thermal potential to drive the piston continuously. . The present invention

요약하면, 본 발명에 따른 동력 사이클은 사이클중의 열의 부가과정 주변에 깔린 전형적인 가정에 기초를 둔 것으로서, 이것은 사이클중 분자상호 작용에 대한 가능한 분배기능을 설명하기 위해 적당한 마이크로 좌표(매크로우 좌표와 구분되는)를 사용하고 있다. 이러한 마이크로 좌표는 현재양자론, 통계역학, 통계열역학등의 영역내의 계를 설명하며, 아울러 분석자에게 열의 공급을 가져오는 에너지 유동의 미소한 시한적인 불연속 과정의 기여도에 대한 평가를 가능하게 한다.In summary, the power cycle according to the present invention is based on the typical assumptions laid down around the addition of heat in the cycle, which is based on the appropriate micro coordinates (macro coordinates) to account for the possible distribution of molecular interactions during the cycle. Separate). These micro-coordinates account for systems in the domains of current quantum theory, statistical mechanics, and statistical thermodynamics, and also enable the assessment of the contribution of the microscopic, time-dependent discontinuity of the energy flow that brings heat to the analyst.

다시 제1도에서, 전체 계는 주위 환경으로 부터 단열적으로 격리됨과 아울러 안정점 1에서 최대용량의 이상기체질량으로 채워진 체적으로써 설명된다. 가스는 충전물의 화학적 퍼텐샬을 선정된 양 또는 값 Q의 열적 퍼텐샬로 전환시키도록 하는 방식의 반응을 가능하게 하는 이상분자의 충전물로 구성된다. 검은점으로 도시된 점 1과 2는 종래의 압력-체적 선도와 마찬가지로 동력 사이클의 평형상태로 가정되며, 여기서 점1과 2는 조합된 작업실 지역 Ⅰ과 Ⅱ내의 가스의 압력-체적 관계를 나타낸다. 또, 작업실 지역 Ⅰ과 Ⅱ는 계로부터, 또는 계로의 열흐름이 없는 것으로 가정하고, 아울러 간막이(12)는 지역들 사이의 압력 균등화를 허용하나 온도나 다른 내부에너지 균등화는 반듯이 허용할 필요는 없는 것으로 가정한 것이다. 점1과 2의 사이에서, 지역 Ⅰ과 Ⅱ내의 가스는 피스톤 또는 피스톤들(14)의 작동에 의해 작업실내의 체적을 감소시킴으로써 단열적 압축되며, 가스의 압력과 온도는 가스 분자들의 내부 에너지의 상승에 따라 증가한다. 그 결과, 가스의 밀도 또는 개체군도 자연히 증대하며, 그러므로 점 2는 외부에서 공급된 기계적 에너지를 계의 내부 에너지로 전환시키는 일련의 미세한 비가역과정을 통해 도달되는 지역 Ⅰ과 Ⅱ내의 가스의 평형상태를 나타낸다.Again in FIG. 1, the whole system is described as a volume filled with an ideal gas mass of maximum capacity at setpoint 1 as well as adiabatic from the surrounding environment. The gas consists of a filler of an ideal molecule that enables a reaction in such a way as to convert the chemical potential of the charge into a thermal potential of a predetermined amount or value Q. Points 1 and 2, shown as black dots, are assumed to be in equilibrium in the power cycle, as in the conventional pressure-volume diagram, where points 1 and 2 represent the pressure-volume relationship of gases in the combined work area I and II. In addition, the work zones I and II are assumed to have no heat flow to or from the system, and the diaphragm 12 allows pressure equalization between the regions, but not necessarily temperature or other internal energy equalization. It is assumed. Between points 1 and 2, the gas in zones I and II is adiabaticly compressed by reducing the volume in the chamber by actuation of the piston or pistons 14, the pressure and temperature of the gas being dependent upon the internal energy of the gas molecules. Increases with rise. As a result, the density or population of gases also naturally increases, and point 2 thus shows the equilibrium of gases in zones I and II reached through a series of fine irreversible processes that convert externally supplied mechanical energy into the system's internal energy. Indicates.

열량 Q는 점2에서 시작하는 본 발명에 따른 계에 가해지는 것으로 가정되며, 또 전체열 Q의 일부분은 일정 체적하에서, 그리고 전체 Q의 나머지 부분은 일정 압력하에서 계에 가해지는 것으로 가정된다. 계의 상태 3과 4는 이것들이 정의되지 않은 상태라는 것을 나타내기 위해 십자선을 가진 원으로서 도시되며, 과정중의 어떤 상태도 계의 마이크로 열역학 좌표를 사용하여 정의될 수 없기 때문에 열역학적 과정이 정의되지 않고 또 비가역적이라는 점을 나타내기 위해 이들은 십자선들에 의해 연결된다. 그러나, 정미 효과는 계의 비평형 열역학의 설명을 위해 도시된 방식으로 압력-체적 선도상에 그릴 수 있다.The calorific value Q is assumed to be applied to the system according to the invention starting at point 2, and part of the total heat Q is assumed to be applied to the system under constant volume and the rest of the total Q under constant pressure. The states 3 and 4 of the system are shown as circles with crosshairs to indicate that they are undefined, and no thermodynamic process is defined because no state in the process can be defined using the system's microthermodynamic coordinates. They are connected by crosshairs to indicate that they are non-reversible. However, the netting effect can be plotted on the pressure-volume plot in the manner shown for explanation of the system's non-equilibrium thermodynamics.

점3과 4를 주의깊게 분석해보면, 전체열의 첫번째부분은, 비가역 일정 체적 통로를 따라 발생하는 것으로 가정되는 연속적이면서도 거의 동시에 일어나는 일련의 미세한 에너지 방출 과정으로서 지역 Ⅰ에 가해지는 것이 요구된다. 간막이(12)는 지역 Ⅰ의 압력뒤에 지역 Ⅱ의 압력이 오도록 허락하나 지역 Ⅰ의 온도뒤에 지역 Ⅱ의 온도가 오도록 하지는 않는다. 그러므로, 계는 점 3에서 평형 조건으로 정의될 수 없고, 더우기 가정된 간막이(12)의 능력은 점 3에서 존재해야 하는 가스들에 대한 전형적인 압력-A careful analysis of points 3 and 4 requires that the first part of the heat stream be applied to Region I as a series of microscopic energy release processes that occur continuously and nearly simultaneously which are assumed to occur along an irreversible constant volume path. The diaphragm 12 allows zone II pressure to be followed by zone I pressure but not zone II temperature after zone I temperature. Therefore, the system cannot be defined as an equilibrium condition at point 3, and furthermore, the assumed capacity of the diaphragm 12 is typical pressure-to-gas for which gas must be present at point 3.

열의 나머지 부분은 미소 에너지 전환과정인 일련의 비가역 과정의 점 3에서 계에 가해지는 것으로 가정된다. 각 지역의 압력들이 균등하게 되는 범위까지 간막이(12)가 상호 교환을 허용하기 때문에, 점3과 4에서 지역 Ⅰ의 상태는 지역 Ⅰ의 온도와 압력이 변화하지 않기 때문에 동일하다. 그러나, 지역 Ⅱ는 이차적인 열분배의 결과로 점4에서 새로운 상태에 도달된다. 이제, 지역 Ⅰ과 Ⅱ사이의 온도들은 서로 상이하며, 따라서 점 4에서 계는 평형 상태에 있지 않기 때문에 간막이(12)가 다시 지역 Ⅰ과 Ⅱ에The remainder of the heat is assumed to be applied to the system at point 3 of a series of irreversible processes, a process of microenergy conversion. Since the partition 12 allows interchange to the extent that the pressures in each region are equal, the state of Region I at points 3 and 4 is the same because the temperature and pressure in Region I do not change. However, Zone II reaches a new state at point 4 as a result of the secondary heat distribution. Now, the temperatures between zones I and II are different from each other, so the partition 12 is again in zones I and II because the system at point 4 is not in equilibrium.

작업실내의 가스는 작업실이 원래의 체적 상태가 될때까지 점 4에서 점 5까지 단열적으로 팽창하면, 그 뒤계를 원래의 시작점 1로 귀환시키기 위해서 열 QR이 계로부터 배제된다. 다시, 점 5에서의 계의 상태는 지역 Ⅰ과 Ⅱ의 물질의 온도가 서로 상이하기 때문에 확실하지 않다. 점 1에서는 압력과 온도가 동일하며 이 지역들의 상태는 시작 조건으로 귀환된다.If the gas in the room expands adiabatically from point 4 to point 5 until the room is in its original volume, heat Q R is removed from the system to return the back system to the original starting point 1. Again, the state of the system at point 5 is not clear because the temperatures of the materials in zones I and II are different from each other. At point 1, the pressure and temperature are the same and the states of these regions are returned to the starting condition.

제1도의 압력-체적 선도는 연료가 일정 체적하에서 연소됨과 아울러 연소된 부분이 일정압력하에 있는 조합된 전형적인 오토-디젤사이클의 압력-체적 선도와 유사하다. 그러나, 실제로 본 발명에 따른 과정은 반응이 개시되기전에 작업실내에 급속 반응하는 적합한 반응 충전물을 공급하므로써 열주입 과정을 연장시키며, 그후에 일정 체적 또는 일정 압력조건을 고려하지 않고 반응의 개시전, 개시중 그리고 개시후에 활성화된 산소를 계속적으로 공급하므로써 반응에 대한 시간 요구를 조정한다.The pressure-volume plot of FIG. 1 is similar to the pressure-volume plot of a typical typical auto-diesel cycle in which the fuel is combusted under constant volume and the combusted portion is under constant pressure. In practice, however, the process according to the invention prolongs the heat injection process by supplying a suitable reaction charge which reacts rapidly in the working room before the reaction is initiated, and thereafter, without considering any volume or constant pressure conditions, before the start of the reaction The time demand for the reaction is then adjusted by continuously supplying activated oxygen after initiation.

제2도 및 제3도에서는, 사이클중 지역 Ⅰ과 Ⅱ에서 발생하는 각 상태를 더욱 밀접하게 분석하여 도시하였으며, 이것은 본 발명을 이해하는데 도움이 되는 이론적 기초를 제공한다. 제2도에는 사이클중 지역Ⅰ의 변화상태가 도시되어 있으며, 반며에 제3도에는 이론적 간막이(12)의 존재를 가정하여 동일한 사이클을 따라 지역 2의 여러 상태가 도시된다.In Figures 2 and 3, each state occurring in regions I and II during the cycle is shown in a closer analysis, which provides a theoretical basis to help the present invention. FIG. 2 shows the state of change of Zone I in the cycle, while FIG. 3 shows the states of Zone 2 along the same cycle, assuming the existence of the theoretical diaphragm 12.

제2도 및 제3도에서 지역 Ⅰ과 Ⅱ는 제1도에 도시된 과정과 동일한 과정을 따라 상태2에 도달한다. 가해진 전체열 Q의 열 ZQ및 (1-Z)Q는 각각 지역 Ⅰ과 Ⅱ에서 계에 공급되는 것으로 가정한다. 제2도에서, 지역 Ⅰ에 가정된 열 ZQ를 공급한 결과로서 점 3과 4에서의 지역 Ⅰ의 상태는, 전체계가 상태 3과4에 접근하므로써 지역 Ⅰ에서의 가스의 압력, 체적 및 온도가 변화하지 않기 때문에 동일하다. 한편, 제3도에서, 지역 Ⅰ의 열부가 과정의 결과로서 지역 Ⅰ에서 압력증가가 발생하기 때문에 지역 Ⅱ가 점 2의 상태로부터 점 3의 상태로 단열적으로 진행한다는 것은 명백하다. 그러므로, 지역 Ⅱ의 점 3은 압력-체적선도에서 점2의 왼쪽에 위치되어야 한다. 또 지역 Ⅱ의 단열적인 압력증가는, 점 3과 4에서의 지역 Ⅰ과 Ⅱ의 온도가 서로 상이하며, 아울러 상태 3에서의 지역 Ⅰ과 Ⅱ의 체적의 합이 점1에서의 지역 Ⅰ과 Ⅱ의 전체 체적들과 이론적으로 동일하지 않기 때문에 체적차이를 조정하는 간막이(12)와 함께, 지역 Ⅱ의 가스의 체적감소에 의해 수행되는 것으로 가정되어야 한다. 열(1-Z)Q가 일정 압력하에서 지역 Ⅱ에 공급되는 것으로 가정하면 제3도는 지역 Ⅱ의 상태가 비가역 통로를 따라 점4에 접근하는 것을 도시한다. 지역 Ⅰ에서의 계의 상태는 지역 Ⅰ의 압력과 체적이 지역 Ⅱ의 가정된 열의 부가에 의해 영향을 받지 않으므로 변하지 않는다. 그후, 점 5까지 지역 Ⅱ가 단열팽창하며 점 5와 점 1사이의 열의 배제는 계를 시작 조건으로 귀환 시킨다.In FIGS. 2 and 3, Regions I and II reach State 2 following the same process as shown in FIG. The columns ZQ and (1-Z) Q of the total heat Q applied are assumed to be supplied to the system in regions I and II, respectively. In FIG. 2, the state of Zone I at points 3 and 4 as a result of supplying the heat ZQ assumed in Zone I, indicates that the pressure, volume and temperature of the gas in Zone I is reduced as the whole system approaches states 3 and 4. It is the same because it does not change. On the other hand, in FIG. 3, it is evident that region II progresses adiabatically from the state of point 2 to the state of point 3 because the heat addition in region I results in an increase in pressure in region I as a result of the process. Therefore, point 3 of area II should be located to the left of point 2 in the pressure-volume diagram. In addition, the adiabatic pressure increase in Region II differs between temperatures in Regions I and II at points 3 and 4, and the sum of the volumes of Regions I and II at state 3 is equivalent to that of Regions I and II at point 1. Since it is not theoretically the same as the total volumes, it should be assumed to be performed by the volume reduction of the gas in the region II, with the diaphragm 12 adjusting the volume difference. Assuming that heat (1-Z) Q is supplied to zone II under constant pressure, FIG. 3 shows that the state of zone II approaches point 4 along an irreversible passageway. The state of the system in Region I does not change since the pressure and volume in Region I are not affected by the assumed heat addition in Region II. Then, area II expands to point 5 and the exclusion of heat between point 5 and point 1 returns the system to starting conditions.

공기 표준 오토 및 디젤 사이클과 비교할 때, 열기관용으로 제안된 전형적인 열역학적 열균형 사이클의 마이크로 영역에서의 이상 평형상태 및 준평형상태에 대한 가정들은, 동일한 가스질량, 압축율 및 전체열입력들을 위해 열균형 사이클이 오토사이클보다 더 높은 평균 유효 압력과 더 낮은 최대 압력을 이론적으로 생산할 수 있다는 것과 오토사이클보다 더 높은 열효율로서 작동할 수 있다는 것을 나타낸다. 물론, 상기 비교들은 이론적인 열역학적 계산에 기초를 둔 것으로, 계가 평형상태들 사이의 가열과정을 수행하고 열입력이 독립하여 유지될 수 있다는 것을 가정한 것이다. 물론, 후자는 실제 엔진에서 이루기 힘든 것을 성취한 것을 나타낸다.Compared to air standard auto and diesel cycles, the assumptions for anomalous equilibrium and quasi-equilibrium conditions in the micro area of a typical thermodynamic thermobalance cycle proposed for heat engines are for thermal equilibrium for the same gas mass, compression ratio and total heat inputs. It shows that the cycle can theoretically produce higher average effective pressure and lower maximum pressure than autocycle and can operate with higher thermal efficiency than autocycle. Of course, the comparisons are based on theoretical thermodynamic calculations, assuming that the system performs the heating process between equilibrium states and that the heat input can be maintained independently. Of course, the latter represents accomplishments that are difficult to achieve in a real engine.

본 발명의 동력 사이클에서, "열균형"사이클을 이론적으로 한정하는 것은 실제 내연기관의 환경을 조절하는 방식으로 과학적으로, 그리고 기술적으로 충분히 정의된다. 사이클의 과정을 구성하는 비가역 과정들을 기술하기 위한 마이크로 점 도면의 사용은 에너지 전환이 일어나는 미소하고 불연속적이며 많은 수를 갖는 시간 제한 과정들의 기여도를 계산하는데 요구되는 마이크로 영역을 인식시킨다. 따라서, 연료 및 산소량과 분배에 대한 조절기들은 이론지역 Ⅰ과 Ⅱ의 기능적 등가가 대체로 고려될 수 있는 열입력 참여의 더 좋은 분리를 가능하게 하는 피스톤의 기하학적 형과 작업실과 연관되어 사용된다.In the power cycle of the present invention, theoretically defining a "thermal balance" cycle is well defined scientifically and technically in a manner that controls the environment of the actual internal combustion engine. The use of micro point plots to describe the irreversible processes that make up the course of a cycle recognizes the micro area required to calculate the contribution of the minute, discontinuous and large number of timed processes in which energy conversion takes place. Thus, regulators for fuel and oxygen content and distribution are used in conjunction with the piston geometry and the workroom that allow for better separation of heat input participation where the functional equivalents of theoretical zones I and II can generally be considered.

본 발명에서, 실제 사이클의 분리지역들은 분할지역을 통해 '지속실'로 불리우는 고정 체적을 갖는 보조공기실과 일정한 연결을 이루는 가변체적을 갖는 작업실로 구현된다. 분할 지역 또는 체적은 사이클을 통해 조심스럽게 크기가 조절되며, 반응의 개시때의 최소로부터 사이클의 팽창 상태 중의 최대까지 변화한다. 연결 지역과 체적은 항상 작업실들 사이의 압력평형을 가능하게 하나, 작업실들 사이에서 분자의 내부 에너지변이에 의해 촉진되는 작업실들 사이의 가스 분자들의 이동은 연결지역과 체적을 에워싸는 고정 표면들의 조심스런 설계에 의해 조절된다, 연료 및 산소 분자들의 분배에 의해 모든 연료는 작업실내에 위치함과 아울러 산소(공기에 의해 공급된)는 예정된 비율로 작업실과 지속실 사이에 분리되며, 그 후에 기계적인 압축과 반응 과정에 의해 두 성분들이 활성화되며, 마지막으로 사이클 중 고도로 활성화된 산소의 지속적인 참여의 조절이 반응 내에서 이루어진다. 반응이 개시되면, 이 반응은 화학 양론보다 항상 풍부한 연료를 갖는 조합되지 않은 산소에 대한 부분적으로 반응되지 않은 연료의 비율로써 유용하게 완료되도록 진행한다. 즉, 작업실내의 연료분자와 산소분자(여러 종류의 중간연료와 산소 분자들을 포함) 사이의 성공적인 충돌 가능성은 최대로 되며, 반응의 완료에 대한 시간 요구는 사이클 중에 조정된다. 그 결과로서 반응중 에너지를 방출하는 결합 파괴 과정이 더욱 자연적으로 진행하며, 아울러 부분적으로 반응된 여러 종류의 연료에 대한 보다 안정된 '강한' 결합 특성을 분리시킴으로써 일어나는 불안정한 '약한' 결합의 분리와 함께 진행이 개시된다.In the present invention, the separation zones of the actual cycle are implemented as a working room having a variable volume which makes a constant connection with the auxiliary air chamber having a fixed volume called 'continuous room' through the divided zone. The partition area or volume is carefully sized throughout the cycle and varies from the minimum at the start of the reaction to the maximum during the expansion state of the cycle. The connection area and volume always enable pressure equilibrium between the rooms, but the movement of gas molecules between the rooms facilitated by the internal energy shift of the molecules between the rooms results in careful design of the fixed surfaces surrounding the connection area and volume. By the distribution of fuel and oxygen molecules, all fuel is located in the chamber, while oxygen (supplied by air) is separated between the chamber and the continuous chamber at a predetermined rate, and then mechanical compression and Both components are activated by the reaction process, and finally control of the constant involvement of highly activated oxygen during the cycle is achieved within the reaction. Once the reaction is initiated, the reaction proceeds to a useful completion as a ratio of partially unreacted fuel to uncombined oxygen, which always has more fuel than stoichiometry. In other words, the probability of successful collisions between fuel molecules and oxygen molecules (including various types of intermediate fuels and oxygen molecules) in the room is maximized, and the time requirement for completion of the reaction is adjusted during the cycle. As a result, the bond breaking process that releases energy during the reaction proceeds more naturally, with the separation of unstable 'weak' bonds that occur by separating the more stable 'strong' bond properties for different types of fuels that are partially reacted. Progress begins.

전술한 장점들은 종래 기술의 연소 과정과 비교하여 평가되어야 한다. 종래 기술의 연소 과정에서의 화학 양론에 가까운 연료 및 산소의 균질 혼합물들의 준 순간 연소는 안정한 중간 연료 분자로서 반응하는 산소를 완전 소모 시킬 정도의 높은 비율의 에너지를 방출시키기 위해 연료 분자들 사이의 불안정한 결합들을 급속히 파괴시키도록 고에너지 산소를 전부 이용하였다. 종래기술의 연소 반응은 초기의 "풍부한"상태로부터 점점 더 많은 산소가 소모되는 상태까지 진행하며, 질소 및 탄소 분자들과 연소 생성물들을분리시키는 고압력 및 온도 조건들하에서 바람직하지 않은 불완전 연소 생성물을 생성시킨다. 다양한 희박 연소 기술에의해 산소의 "지속적인" 공급을 제공하기 위한 종래기술은, 혼합물이 가연 한계를 넘을 때까지 남은 산소에 대한 남은 연료의 비율이 이와같은 과정내에서 희박한 상태까지 계속되기 때문에, 한 상태에서의 동력을 생산하는 안정한 연소와 다른 상태에서의 완료전에 연소의 중단 사이의 불확실한 균형을 요구했다. 물론, 비싼 제조 비용 및 불량한 엔진성능의 위험은 희박연소 엔진 형상에 있어서 특유The above advantages should be evaluated in comparison with the combustion process of the prior art. Near-stoichiometric combustion of homogeneous mixtures of fuel and oxygen in the combustion process of the prior art is a stable intermediate fuel molecule, which is unstable between fuel molecules to release a high proportion of energy to completely consume the reacting oxygen. All high energy oxygen was used to break the bonds rapidly. Prior art combustion reactions proceed from the initial "rich" state to more and more oxygen consumption and produce undesirable incomplete combustion products under high pressure and temperature conditions that separate nitrogen and carbon molecules and combustion products. Let's do it. The prior art for providing a "continuous" supply of oxygen by various lean burn techniques is that since the ratio of fuel remaining to oxygen remains sparse in this process until the mixture exceeds the flammable limit, It required an uncertain balance between stable combustion to produce power in the state and interruption of combustion before completion in other states. Of course, the high manufacturing costs and the risk of poor engine performance are inherent in lean burn engine configurations.

본 발명에 따른 방법은 이 방법을 성취시키기 위해 구성된 특수한 엔진 형상에서 가장 잘 이해될 수 있다. 후술하는 실제 엔진의 실시예는 스파크, 예열 또는 자동 시스템을 가진 오토 또는 디젤형의 2 또는 4행정 동력 사이클에서 작동하는 왕복식 내연기관의 변경으로서 특수하게 형성된다. 이러한 원리들은 회전식 피스톤엔진 또는 왕복 실린더 및 고정식 피스톤을 가진 엔진에 동등하게 적용될 수 있으며, 또, 본 발명의 과정이 단지 이러한 종래의 엔진 형상을 사용함으르써 성취될 수 있다는 것을 의미하는The method according to the invention can best be understood in the special engine configuration configured to achieve this method. Embodiments of the actual engine described below are specially formed as a modification of the reciprocating internal combustion engine operating in two- or four-stroke power cycles of auto or diesel type with spark, preheat or automatic system. These principles are equally applicable to rotary piston engines or engines with reciprocating cylinders and stationary pistons, which also means that the process of the present invention can only be achieved by using this conventional engine configuration.

제4도 내지 제7도에는 과정을 성취시키기에 적합한 실제의 연소실의 구조가 기하학적으로 도시되어 있다. 이와같은 엔진을 위한 전형적인 연료와 공기 공급 및 분배 시스템들이 제8도 내지 제10도에 도시되어 있으며, 또한 제13도와 제14도는 4행정 오토 및 디젤 사이클중 회전 출력을 구동시키는 피스톤의 흡입, 활성화, 반응 및 배출 과정의 시간 조성을 도식적으로 나타낸다.4 to 7 show the geometry of an actual combustion chamber suitable for achieving the process. Typical fuel and air supply and distribution systems for such engines are shown in FIGS. 8 to 10, and FIG. 13 and FIG. 14 also show the intake and activation of pistons that drive rotational output during four-stroke auto and diesel cycles. The time composition of the reaction and discharge processes is shown graphically.

제4도에는 본 발명의 방법을 성취시키기 위해 사용될 수 있는 작업실(연소실) 배치의 실시예가 도시되어 있다. 작업실(20)은 원통형 보어(24)의 상부에서 호형의 오목한 측벽(22)에 의해 한정되는 가변체적을 갖는 격실이며, 피스톤(26)은 피스톤이 상사점에 위치할때의 최소값과 피스톤이 행정의 바닥에 위치할때의 최대값 사이의 작업실(20)의 체적 변화를 위해 보어(24)에 왕복 가능하게 장치된다(여기서 피스톤(26)은 통상의 회전 크랭크 샤프트에 결속된다고 가정). 연료와 공기를 주기적으로 수용함과 아울러 작업실(20)로, 또 작업실(20)로부터 반응 생산물을 배출시키기 위한 통상의 입구 및 출구 밸브(28, 30)가 점화플러그(32)와 함께 도시된다. 이러한 형상의 엔진은 흡입식 엔진이며, 따라서 반응물중의 산소는 공기에 의해 공급된다.4 shows an embodiment of a workroom (combustion chamber) arrangement that can be used to achieve the method of the present invention. The working chamber 20 is a compartment having a variable volume defined by an arcuate concave side wall 22 at the top of the cylindrical bore 24, where the piston 26 is the minimum when the piston is located at the top dead center and the piston is stroked. It is reciprocally mounted to the bore 24 for a volume change of the workroom 20 between the maximum value when it is located at the bottom of the (wherein the piston 26 is assumed to be bound to a conventional rotating crankshaft). Conventional inlet and outlet valves 28, 30 are shown with spark plugs 32 for periodically receiving fuel and air, as well as for venting reaction products to and from the workroom 20. Engines of this shape are intake engines, so oxygen in the reactants is supplied by air.

연료와 공기들은 주기적으로 작업실(20)에 공급되어 압축에 반응 활성화 됨과 동시에 피스톤(26)을 통해 일로 전환되는 열적 퍼텐샬을 발생시키기 위해 반응하며, 의해 생성물들은 작업실로부터 배출된다. 점화 플러그(32)는 여러형의 연료 분자들(탄화수소, 탄화수소 유도체, 알콜 및 케톤등)과 산소 사이의 분리적인 에너지 발산 연쇄반응을 개시시킨다. 발산된 열은 통상의 방식으로 일을 생산하기 위해 피스톤(26)을 작동시키도록 작업실(20)내의 가스의 압력을 증가시킨다. 에너지 발산 결과는, 도시된 바와같이 2 사이클 또는 4 사이클 작동을 성취하기 위해 피스톤의 모든 다른 행정 또는 피스톤의 모든 4번째의 행정을 일으킨다. 점화는 스파크 플러그, 백열플러그, 또는 자동 점화 장치에 의해 이루어질 수 있다.Fuel and air are periodically supplied to the workroom 20 to react to compression and to generate thermal potential which is converted to work through the piston 26 and thereby products are discharged from the workroom. Spark plug 32 initiates a separate energy dissipation chain reaction between various types of fuel molecules (hydrocarbons, hydrocarbon derivatives, alcohols and ketones, etc.) and oxygen. The heat dissipated increases the pressure of the gas in the work chamber 20 to actuate the piston 26 to produce work in a conventional manner. The energy dissipation results in every other stroke of the piston or every fourth stroke of the piston to achieve two or four cycle operation as shown. Ignition may be by spark plugs, incandescent plugs, or automatic ignition devices.

보어(24)의 상부단은 제4도에서 볼 수 있는 바와 같이 작업실의 상부에 배치되고, 피스톤(26)의 폐쇄된 상부 작업면(34)은 피스톤(26)의 원주상에 설치된 상부 압축 밀폐부재(36)의 상부에 배치된다. 피스톤(26)의 상부 작업면(34)의 중앙부(38)는 오목한 호형으로 형성됨과 아울러 작업실(20)이 최소 체적하에 있을 때 일반적으로 구형의 작업실을 형성하기 위해 보어(24)의 오목한 호형의 끝지역(40)과 협력한다. 피스톤(26) 상부의 외부 가장자리에 지속실이라 불리우는 대체로 고정체적을 갖는 격실(42)이 제공되며, 상기 격실은 상부 밀폐부 재(36)와 피스톤의 상부 끝지역(44) 사이에 위치한다.The upper end of the bore 24 is arranged at the top of the working chamber as can be seen in FIG. 4, and the closed upper working surface 34 of the piston 26 is an upper compression seal mounted on the circumference of the piston 26. It is disposed on top of the member 36. The central portion 38 of the upper working surface 34 of the piston 26 is formed in a concave arc shape, and also in the form of a concave arc of the bore 24 to form a generally spherical work chamber when the work room 20 is at a minimum volume. Cooperate with End Zone (40). At the outer edge of the upper part of the piston 26 is provided a compartment 42 having a generally fixed volume called a continuous chamber, which is located between the upper seal member 36 and the upper end region 44 of the piston.

반경 방향틈새(46)(제6도에 도시됨)는, 작업실(20)과 격실(42) 사이에서 이들을 계속적으로 상호 연통시키는 최소폭의 개방지역 또는 체적으로 이루어져 있다. 틈새(46)는 "틈새의 최소 가로 칫수인 폭 × 틈새의 길이"로 한정된 분할 지역이 격실들 사이에 제공되도록 하기 위한 둘레 길이를 갖는다. 이러한 예에서, 틈새(46)는 피스톤 주위를 완전히 연장하나 항상 필요한 것은 아니다. 마찬가지로 분할길이는 연속되는 것이 필요하므로 틈새폭은 일정하게 될 필요가 없다.The radial clearance 46 (shown in FIG. 6) consists of the smallest open area or volume that continuously communicates with each other between the workroom 20 and the compartment 42. The gap 46 has a circumferential length to allow a divided area to be provided between the compartments defined by " width x the length of the gap, which is the minimum transverse dimension of the gap. &Quot; In this example, the gap 46 extends completely around the piston but is not always necessary. Similarly, the dividing length needs to be continuous, so the gap width does not need to be constant.

제4도, 제6도 및 제7도를 서로 비교해보면 명백히 알 수 있는 바와 같이, 틈새(46)는 작업실(20)이 최소 체적하(제6도에 도시됨)에 있을때의 최소폭으로 부터, 피스톤(26)이 상사점으로 부터 멀어질때의 최대폭(제7도에 도시)까지, 실린더 보어(24)의 상부단의 측벽(22)이 호형으로 되어 있기 때문에 변화된다. 즉, 제6도에 도시된 바와같이 피스톤(26)이 행정의 상부에 위치할때, 피스톤 상부끝의 가장자리 지역은 제7도에 도시된 바와 같이 피스톤이 상사점으로부터 멀어질때보다 실린더 보어측벽(22)에 더욱 가As can be clearly seen by comparing Figs. 4, 6 and 7 with each other, the clearance 46 is from the minimum width when the room 20 is under the minimum volume (shown in Fig. 6). Since the side wall 22 of the upper end of the cylinder bore 24 is arc-shaped, it changes to the maximum width (shown in FIG. 7) when the piston 26 moves away from a top dead center. That is, when the piston 26 is located at the top of the stroke as shown in FIG. 6, the edge region of the upper end of the piston, as shown in FIG. 7, is less than when the piston is away from the top dead center as shown in FIG. Go further to 22)

부가적으로, 틈새(46)쪽으로 향함과 동시에 그 틈새로부터 떨어져 연장하는 고형체의 경계면들은 특수한 형의 분자운동의 반발에 적합하도록 특수하게 형성된다. 특히, 경계면들은 작업실(20) 내의 대부분의 분자들이 작업실내에 남아 있고, 단지 비교적 적은 양만 지속실(42)로 확산할 수 있게 하는 방식으로 분자의 반발운동에 가장 적합하게끔 구성되어 있다. 더욱, 작업실(20)의 측벽의 만곡때문에, 측벽을 때리는 작업실(20)내의 고활성화된 분자들은 촛점 지역인 작업실의 중앙부쪽으로 결국 반발하는 경향을 갖는다. 그러므로, 제6도에서 볼 수 있는 바와같이 피스톤(26)의 상부 끝지역(44)의 볼록한 호형 만곡과 표면(38)의 오목한 만곡, 그리고 표면(22,40)의 오목한 만곡들은 모두 작업실(20)에서 시작하는 분자운동의 반발을 작업실(20)로 되튀게 하고, 또 지속실(42)로 분자가 이동하는 것을 방해한다. 최대 반발운동과 지속실(42)에 대한 연료 분자들의 최소 확산을 성취하기 위해 작업실(20)로부터 지속실(42)로 이르는 가시통로는 비직선형으로 형성하는 것이 바람직하다. 반발운동은 작업실 20)의 중앙부로 향하도록 하는 것이 가장 바람직하다.In addition, the interfaces of the solids that point towards and extend away from the gap 46 are specially formed to be suitable for the reaction of a particular type of molecular motion. In particular, the interfaces are configured to be most suitable for the reaction of the molecules in such a way that most of the molecules in the laboratory 20 remain in the laboratory and only a relatively small amount can diffuse into the continuous chamber 42. Moreover, because of the curvature of the sidewalls of the workroom 20, the highly activated molecules in the workroom 20 hitting the sidewalls tend to eventually repel toward the center of the workroom, which is the focal point. Therefore, as can be seen in FIG. 6, both the convex arcuate curvature of the upper end region 44 of the piston 26 and the concave curvature of the surface 38 and the concave curvatures of the surfaces 22 and 40 are all in the workroom 20. The reaction of the molecular motion starting from the back) is returned to the work room 20, and the molecule is prevented from moving to the continuous room 42. In order to achieve maximum backlash and minimal diffusion of fuel molecules to the continuous chamber 42, it is desirable to form a non-linear visual path from the laboratory 20 to the continuous chamber 42. Most preferably, the rebound movement is directed toward the center of the work room 20).

틈새(46)는 피스톤(26)의 상부 가장자리 지역의 날카로운 립(lip)(47)과 보어의 측벽 사이에서 연장된다. 틈새(46)의 다른쪽은 지속실(42)이며 지속실의 중앙부의 내부 측벽은 제6도에 도시되어 있는 바와같이 구형으로 형성되어 있다. 여기서 구형의 형상은 지속실(42) 내에서 운동하는 분자들이 틈새(46)를 통해 작업실(20)로 확산되지 않고 가능한한 지속실(42)의 중앙부쪽으로 되반발시키는 경향이 있다. 지속실(42)로부터 틈새(46)를 통해 작업실(20)쪽으로 이동하는 분자들은 작업실(20)에 대해 반발하고 지The gap 46 extends between the sharp lip 47 of the upper edge region of the piston 26 and the side wall of the bore. The other side of the gap 46 is the continuous chamber 42 and the inner side wall of the central portion of the continuous chamber is spherical as shown in FIG. The spherical shape here tends to repel as much of the molecules moving in the continuous chamber 42 as possible toward the center of the continuous chamber 42 without spreading through the gap 46 into the working chamber 20. Molecules traveling from the continuous room 42 through the gap 46 toward the work room 20 rebound against and support the work room 20.

제4도 내지 제7도에 도시된 바와같이, 지속실(42)은 피스톤(26)의 상부 가장자리 지역내에 위치함과 아울러 틈새(46)를 제외시키고는 실린더 측벽에 의해 한 측면을 따라 부분적으로 폐쇄된다. 물론, 지속실(42)은 분자들이 틈새(46)를 가로질러 작업실(20)과 지속실(42) 사이를 제어된 방식으로 상호 작용할 수 있도록 밀봉부재(36)의 상부에 배치된다.As shown in FIGS. 4-7, the continuous chamber 42 is located within the upper edge region of the piston 26 and partially along one side by the cylinder sidewall, excluding the clearance 46. It is closed. Of course, the continuous chamber 42 is disposed on top of the sealing member 36 such that molecules can interact in a controlled manner between the working chamber 20 and the continuous chamber 42 across the gap 46.

본 발명의 이론은 에너지 전환 사이클의 실제 임계 기간중에 작업실(20) 내의 산소 유용성을 지속적으로 조절하는 것에 기초를 두고 있다. 이러한 기간들은 반응이 개시할때, 작업실이 최소 체적일때의 기간중에, 그리고 작업실의 체적의 팽창중에 존재한다. 또, 이 이론은 각 충전물의 연료부분이 피스톤의 각 압축 행정의 완료하에서(활성화 과정 완료하에서)작업실(20) 내에 완전히 위치하며, 또 산소부분이 지속실(42)내에 위치되어 기계적인 압축과 자체의 반응 작용에 의해 압축됨과 동시에 고도로 활성화되The theory of the present invention is based on continuously adjusting the oxygen availability in the workroom 20 during the actual critical period of the energy conversion cycle. These periods exist when the reaction begins, during the period when the laboratory is at a minimum volume, and during the expansion of the laboratory volume. In addition, this theory states that the fuel portion of each charge is located completely in the chamber 20 at the completion of each compression stroke of the piston (at the completion of the activation process), and the oxygen portion is located in the continuous chamber 42 so that mechanical compression and It is compressed by its reaction and highly active.

동력 사이클중, 특히 반응 과정중에 작업실(20)과 지속실(42) 사이의 가스의 흐름이 존재하지 않거나 아주 미세하게 존재한다는 것은 이 시점에서 언급되어야 한다. 틈새(46)를 가로질러 발생하는 분자의 상호 교환은, 작업실(20)과 지속실(42) 내의 압력들이 격실들 사이의 최소의 미소흐름에 의해 전 사이클을 통해 항상 균등하게 되는 경향을 갖기 때문에 이루어진다.It should be noted at this point that there is no or very fine gas flow between the work chamber 20 and the continuous chamber 42 during the power cycle, in particular during the reaction process. The exchange of molecules across the gap 46 is because the pressures in the workroom 20 and the continuous chamber 42 tend to always be equal throughout the entire cycle by the minimal microflow between the compartments. Is done.

작업실(20)을 한정시키는 표면들의 만곡은 부분적으로 반응된 연료 분자들을 포함하는 고도로 활성화된 분자들이 틈새(46)를 통해 지속실(42)로 이동하지 못하도록 하는 구조로 형성되어 있다. 체적(48) 내의 산소분자들의 높은 비율에 의해 산소에 대한 연료의 비율이, 반응율이 실제로 제로가 되는 정도까지 희박한 쪽으로 진행하기 때문에, 틈새(46)의 아래로 이동하는 격리된 연료분자들의 성공적인 충돌 가능성은 크게 감소된다. 또한, 과정내에서의 또 다른 문제는 지속실(42) 내의 연료와 산소 사이의 실질The curvature of the surfaces defining the chamber 20 is configured to prevent highly activated molecules, including partially reacted fuel molecules, from moving through the gap 46 into the chamber 42. Because of the high proportion of oxygen molecules in the volume 48, the successful collision of isolated fuel molecules moving down the gap 46, since the ratio of fuel to oxygen proceeds towards sparse to the extent that the reaction rate is actually zero. The possibility is greatly reduced. In addition, another problem in the process is the realm between fuel and oxygen in the continuous chamber 42.

작업실(20) 내에서 발생하는 어떤 반응에 참여하기 위한 유용한 산소량은, 본 발명에 따라 활성화된 산소 분자들이 수직한 직선 통로를 통해서만 작업실(20)로 쉽게 이동할 수 있기 때문에 체적(48)의 크기에 주로 의존한다. 체적(48)은 높이 또는 깊이(50)는 물론, 틈새의 폭과 길이의 조절에 의해 조절될 수 있기 때문에 제1도의 선도의 점 2에 일치하는 반응 시작에서 연료와 산소의 적절한 분배가 일단 이루어지기만 하면, 작업실(20) 내의 산소의 참여는 어떤 요구되는 방식으로 조절될 수 있다.The amount of oxygen useful to participate in any reaction occurring within the chamber 20 is dependent on the size of the volume 48 because the activated oxygen molecules can easily move into the chamber 20 only through vertical straight passages. Mainly depends. Since the volume 48 can be adjusted by adjusting the height or depth 50 as well as the width and length of the gap, an adequate distribution of fuel and oxygen is achieved once at the start of the reaction coinciding with point 2 in the diagram of FIG. Once lost, the participation of oxygen in the workroom 20 can be adjusted in any desired manner.

반응이 개시될때 화학 양론 비율보다 더 많은 양의 연료를 가지는 충전물이 작업실(20) 내에 내포되도록 반응이 개시될때의 작업실내의 반응 충전물이 연료 및 공기분배 시스템(제8도 내지 제10도에 관련하여 후술함)에 의해 조절되기 때문에, 작업실(20) 내의 부가적인 산소 유용성은 제1도의 압력-체적 선도의 일정체적 부분(점 2로부터 점 3까지)과 대체로 일치하는 반응 개시(즉, 충전물의 점화)의 시기에 완전히 제한된다. 그러나, 반응이 진행하면 초기의 산소는 반응에서 고갈되기 때문에, 화학 양론에 가까운 산소에 대한 연료의 비율을 최대 예상율로 유지시켜 반응을 확실하게 지속시킬 수 있도록 하기 위해 산소가 추가로 공급되어야 한다.When the reaction is initiated, the reaction charge in the work room is associated with the fuel and air distribution system (FIGS. 8-10) such that a charge having a larger amount of fuel than the stoichiometric ratio is contained in the work room 20 when the reaction is initiated. As will be described later), the additional oxygen availability in the work chamber 20 is generally consistent with the initiation of the reaction (i.e., charge of the charge) from the constant volume portion (points 2 to 3) of the pressure-volume diagram of FIG. Ignition) is completely limited. However, as the reaction proceeds, the initial oxygen is depleted from the reaction, so additional oxygen must be supplied to maintain the ratio of fuel to oxygen close to stoichiometry at the maximum expected rate to ensure that the reaction can be sustained. .

그러므로, 체적(48)은 제6도에 도시된 바와같이 작업실이 최소 체적일때의 최소값으로 부터 제7도에 도시된 바와같이 작업실의 크기가 최소 체적보다 클때의 최대값으로 변화된다. 따라서, 지속실(42)로부터 작업실(20)로의 산소분자의 이동은 작업실이 최소 체적상태에 있거나 그 상태에 접근될때는 최소로 되나, 작업실의 팽창중에 반응이 진행할때는 증가하여 요구되는 충전물 비율을 지속시킨다.Therefore, the volume 48 is changed from the minimum value when the work room is the minimum volume as shown in FIG. 6 to the maximum value when the size of the work room is larger than the minimum volume as shown in FIG. Thus, the movement of oxygen molecules from the continuous chamber 42 to the work chamber 20 is minimal when the work room is at or near the minimum volume, but increases as the reaction proceeds during expansion of the work room, thereby increasing the required rate of filling. Continue.

작업실(20) 내의 산소 이용도는 아래에서 설명되는 바와같이 반응중에 지속실(42)로부터 작업실(20)로의 실질적인 미소 공기 흐름으로부터 초래되지 않는다는 것을 기억해야 한다. 지속실(42)과 작업실(20)에 대한 분자들의 일정치 않은 에너지 분배가 반응중에 서로 다르다는 사실 때문에, 각 실(20, 42)들 사이의 압력이 균등함에도 불구하고 오히려 확산과 같은 운동이 지속실(42)로 부터 작업실(20)로의 분자 이동을 계속하게 한다. 따라서, 지속실(42)로부터 체적(48)과 틈새(46)를 통한 작업실(20)로의 고 에너지 산소분자의 이동은 체적(48)의 매개변수에 의존하는 비율로 발생하고, 이것에 의해 압력평형이 유지된다.It should be remembered that the oxygen utilization in the work room 20 does not result from the actual micro air flow from the continuous room 42 to the work room 20 during the reaction, as described below. Due to the fact that the non-uniform energy distribution of the molecules to the continuous chamber 42 and the working chamber 20 differs during the reaction, even though the pressure between the chambers 20 and 42 is equal, movements such as diffusion persist rather. Molecular migration from chamber 42 to work chamber 20 is continued. Thus, the transfer of high energy oxygen molecules from the continuous chamber 42 through the volume 48 and the gap 46 to the work chamber 20 takes place at a rate that depends on the parameters of the volume 48, whereby the pressure Equilibrium is maintained.

과정중에서 중요하다고 생각되는 다음 문제는, 각 반응중에 허락될 수 있는 양 산소 참여량이다. 이것은 필요조건으로서, 반응중에 작업실(20) 내의 산소 이용도를 조절하는데 요구된다. 본래, 반응의 개시때는 연료와 산소 사이의 대부분의 연쇄 반응을 지속시킴과 아울러 연료 분자들의 분자 분리를 통해 화학적 에너지를 열적 퍼텐샬로 전환시킴으로써 사이클의 대부분의 열발산 과정을 수행할 수 있는 충분한 산소량이 작업실(20)에 존재한다. 그러나, 비교적 불안정한 결합물들만이 반응 개시중에 파괴될뿐 연료와 연료 종류 사이의 더욱 안정된 결합은 계속 남아 있게 된다. 종래 기술의 연소 방법에는, 강한 친화적인 결합을 갖는 분자들의 분리를 초래 시킬 수 있는 충분한 에너지를 갖는 산소 분자들을 반응 지역에 공급시키기에 유용한 수단이 없었고, 또한 균질의 연료 혼합물의 순간 연소에 의거한 엔진 설계로 통상의 제한적인 속박없이 최대 비율에서 자연적인 연소 과정을 따라 반응의 진행을 가능하게 할 수 있도록 이러한 산소를 지속적인 정도로 공급할 수 있는 비율을 조절할 수 있는 유용한 방법도 없었다.The next problem, which is considered important during the process, is the amount of oxygen participation that can be tolerated during each reaction. This is a requirement and is required to control the oxygen utilization in the work chamber 20 during the reaction. Originally, at the start of the reaction, there was enough oxygen to sustain most of the chain reaction between fuel and oxygen, as well as to convert chemical energy into thermal potential through molecular separation of fuel molecules to perform most of the heat dissipation process of the cycle. Present in the workroom 20. However, only relatively unstable bonds are destroyed during the initiation of the reaction, leaving a more stable bond between fuel and fuel type. Prior art combustion methods did not have a useful means for supplying the reaction zone with oxygen molecules with sufficient energy to result in the separation of molecules with strong friendly bonds, and also based on the instantaneous combustion of a homogeneous fuel mixture. There was no useful way to adjust the rate at which this oxygen could be supplied to the engine design to allow the reaction to proceed along the natural combustion process at the maximum rate without the usual limited constraints.

따라서, 본 발명의 방법은, 첫번째로 작업실(20) 내의 최초의 반응 충전물이 화학 양론에 비해 충분한 연료를 가지도록 요구하며, 두번째로 반응이 유용한 완료시까지 진행할때까지, 즉 열발산율이 더욱 유용한 일을 수행하기에 불충분할때까지 작업실(20)내의 반응물의 연료 비율이 풍부하게 유지되는 것을 요구한다. 그러므로, 분할체적(48) 및 지속실(42)은 반응중 작업실(20)에 대한 산소 보충이 최대 반응율의 가능성을 얻기 위해 화학 양론에 비해 풍부한 상태의 작업실(20)(산소, 연료, 그리고 부분적으로Thus, the method of the present invention firstly requires that the first reaction charge in the workroom 20 have sufficient fuel relative to stoichiometry, and secondly until the reaction proceeds to a useful completion, ie the heat dissipation rate is more useful. It is required that the fuel proportion of the reactants in the workroom 20 be kept abundant until it is insufficient to carry out the work. Therefore, the divided volume 48 and the continuous chamber 42 are those in which the oxygen replenishment to the chamber 20 during the reaction is rich in the stoichiometry of the chamber 20 (oxygen, fuel, and partial) in order to obtain the possibility of the maximum reaction rate. to

여기서 요구되는 다른 성능을 위해, 연료, 기하학적 형상, 이에 따른 제한 또는 값의 범위들은 일반적으로 제4도 내지 제7도 및 제15도 내지 제20도에 따라 이루어지는 연소실내의 산소 이용도에 대해 이러한 조절을 보장할 것이다. 작업실의 체적에 대한 지속실의 체적비는, 이 체적비가 지나치게 크면 활성화된 산소가 작업실(20)로 과잉 공급되고, 또 반응에서의 산소참여를 조절하기 어렵기 때문에, 대부분의 엔진에 대해서는 0.2 내지 1.8 사이에 있도록 해야한다. 틈새폭(46)의 최소 칫수는 사이클중 이 틈새가 작업실과 지속실 사이의 적당한 상호 교환에 도움을 주지 않기 때문에 1.27mm 보다 더 적게 되지 않아야 한다. 이러한 이유들 때문에, 틈새(46)는 반응의 팽창 상태중에 지속실로부터의 대체로 많은 양의 공기 흐름을 막기 위해 또 반응중에 지속실내의 연료 오염을 막기 위해 5.08mm 보다 더 크지 않게 되어야 한다.For the other performance required here, the fuel, geometry, and thus the limits or ranges of values are generally determined for the oxygen utilization in the combustion chamber made according to FIGS. 4 to 7 and 15 to 20. Control will be guaranteed. The volume ratio of the continuous chamber to the volume of the studio is 0.2 to 1.8 for most engines, since activated oxygen is excessively supplied to the laboratory 20 when this volume ratio is too large, and it is difficult to control oxygen participation in the reaction. Should be in between. The minimum dimension of the clearance width 46 should not be less than 1.27 mm because this clearance during the cycle does not aid in proper interchange between the work room and the continuous room. For these reasons, the gap 46 should not be larger than 5.08 mm to prevent large amounts of air flow from the continuous chamber during the expansion of the reaction and to prevent fuel contamination in the continuous chamber during the reaction.

틈새(46)를 따라 형성되는 최대의 총 최대 분할지역은 작업실(20) 내의 전체 산소 이용도의 제한을 허락하기 위해 작업실 또는 원통형 보어의 직경의 제곱의 약 0.05 내지 0.15배 사이에 있어야 한다. 분할체적(48)은 활성화된 산소의 적절한 확산 조절을 이루기 위해 분할틈새(46)가 최대 구멍으로 될때의 전체 지속실 체적의 약 0.10 내지 0.35배 사이에 있어야 한다.The maximum total dividing zone formed along the gap 46 should be between about 0.05 and 0.15 times the square of the diameter of the laboratory or cylindrical bore to allow for limitation of the overall oxygen utilization in the laboratory 20. The partition volume 48 should be between about 0.10 and 0.35 times the total sustained volume when the split gap 46 is at its maximum aperture to achieve proper diffusion control of the activated oxygen.

이제 남은 것은, 과정을 더욱 잘 이해하기 위해, 연료입자들이 지속실내로 유입되는 것을 최대로 억제하면서, 연료와 공기 성분들이 작업실(20)과 지속실(42) 내에 분배됨과 아울러 각 충전물중 공기부분이 작업실(20)과 지속실(42) 사이에서 어떻게 분리되는가, 그리고 작업실(20) 내의 바람직한 연료 및 공기의 혼합물의 존재를 어떻게 보장하는 가의 설명이다. 공기와 연료의 분배는 활성화(압축)과정중에 이루어져야 하며, 자체의 반응중에는 큰 범위로 유지되어야 한다. 작업실 및 지속실의 기하학적형, 연료 및 공기 공급 시스템, 그리고 각 사이클중에 연료 및 산소 공급사이의 시간 제한 관계에 대한 적절한 조절등은, 각 동력 사이클 중에 반응이 개시되는 시기까지 바람직한 반응물의 분배를 작업실과 지속실내에 성취시키기 위해 조화된 방식으로 모두 작용해야 한다.What remains now is that, in order to better understand the process, the fuel and air components are distributed in the workroom 20 and the sustaining chamber 42 while maximally suppressing the inflow of fuel particles into the continuous chamber and in the air portion of each charge. This is a description of how the separation between the work room 20 and the continuous room 42 and how to ensure the presence of the desired mixture of fuel and air in the work room 20 is described. The distribution of air and fuel must take place during the activation process and must remain large during its reaction. Appropriate adjustments to the geometry of the work and continuous rooms, the fuel and air supply system, and the time-limiting relationship between fuel and oxygen supply during each cycle provide the desired distribution of the reactants until the reaction is initiated during each power cycle. And work together in a harmonious manner to achieve in-room.

먼저, 연료 및 산소의 공급 시스템, 특히 연료 및 산소 충전물들을 주기적으로 형성시키기 위한 시스템을 고찰함과 아울러, 이들 전형적인 시스템들이 다양한 엔진 형상에서 바람직한 연료 분배를 성취시키기 위해 어떻게 배치될 수 있는가를 제8도 내지 제10도에서 도식적으로 설명한다. 제8도에 도시된 실시예는 제4도에 전반적으로 도시된 구조와 동일하며, 여기서 엔진(60)은 점화플러그(62), 입구밸브 및 배출밸브(64, 66), 연료 공급원(68), 공기통로(70) 등을 가진다. 본 실시예에서, 연료와 공기는 각각의 흡입과정중에 작업실내로 독립적으로 흡입되며, 활성화된 후에 연료 및 공기 충전물은 일을 생산하는 피스톤(72)을 가동시키도록 연료와 산소 반응물들 사이의 연소 반응을 개시시키기 위해 점화된다. 연료 및 공기 공급은 74로 표시된 적절한 조정 시스템에 의해 독립적으로 통제된다. 엔진의 드로틀(throttle) 또는 동력 조절기와 제휴되는 중앙 조정장치(74)는 공기밸브(76)가 아이들 상태인 경우를 제외하고는 밸브가 필수적으로 개방상태에 있도록 공기밸브(76)의 위치를 조정한다. 그럼으로써, 공기는 아무런 속박을 받지 않고 엔진의 동력 요First of all, a discussion of fuel and oxygen supply systems, in particular systems for periodically forming fuel and oxygen charges, as well as how these typical systems can be arranged to achieve the desired fuel distribution in various engine configurations is shown in FIG. It will be described schematically in FIG. The embodiment shown in FIG. 8 is identical in structure to that shown generally in FIG. 4, where the engine 60 is a spark plug 62, inlet and outlet valves 64 and 66, fuel supply 68 And an air passage 70. In this embodiment, the fuel and air are sucked into the chamber independently during each intake process, and after activation the fuel and air charges burn between the fuel and oxygen reactants to drive the piston 72 to produce work. Ignite to start the reaction. The fuel and air supply are independently controlled by an appropriate adjustment system labeled 74. The central regulator 74, which is associated with the throttle or power regulator of the engine, adjusts the position of the air valve 76 such that the valve is essentially open unless the air valve 76 is idle. do. As a result, the air is not bound by any force

연료 및 공기 공급 조절 시스템의 중요한 특징은 각 충전물내의 연료 및 공기의 전체비율의 상호 관계가 전동력 소요량의 화학양론으로부터 최대 동력 작동 조건 이하에서의 공기 초과량까지 변화한다는 것이다. 즉, 충전물 비율들이 화학양론에 접근할때, 전동력 상태 이외에는 충전물 비율들은, 연료비율만 동력 소요량에 따라 변화되어 공기가 화학 양론보다 희박하거나 또는 과도한 상태로 되고, 결코 풍부한 상태가 되지 않을 것이다.An important feature of the fuel and air supply control system is that the correlation of the overall proportion of fuel and air in each charge varies from the stoichiometry of the power requirement to the excess of air below the maximum power operating conditions. That is, when the charge ratios approach the stoichiometry, the charge ratios, except for the electric power state, will change only the fuel ratio according to the power requirement so that the air will be lean or excessive than the stoichiometry, and will never become abundant.

제9도에 도시된 바와같이, 다른 연료 공급 및 조정 시스템이 연료를 흡입 매니홀드속으로 직접 분사시키도록 구성할 수 있다. 제9도에서, 흡입 매니홀드(84)는 조정기(88)에 의해 제어되는 공기 조정밸브(86), 연료 분사노즐(90), 연료 공급기에 연결된 정시 분사 조절기(92)등을 포함한다. 플러그(94)는 스파크 플러그 또는 예열 플러그를 사용할 수 있고, 엔진(96)은 통상의 흡입밸브(98), 배출밸브(100), 및 피스톤(102)을 포함하다. 연료는 피스톤 흡입 행정중 각각의 흡입과정에 대해 시간 제어관계를 유지하As shown in FIG. 9, other fuel supply and conditioning systems may be configured to inject fuel directly into the intake manifold. In FIG. 9, the intake manifold 84 includes an air control valve 86 controlled by the regulator 88, a fuel injection nozzle 90, a timing injection regulator 92 connected to the fuel supply, and the like. The plug 94 may use a spark plug or a glow plug, and the engine 96 includes a conventional intake valve 98, a discharge valve 100, and a piston 102. Fuel maintains a time-controlled relationship for each intake process during the piston intake stroke.

제10도에는 연료 공급기의 또 다른 실시예가 도시되어 있다. 여기서, 연료공급기는 엔진(108)의 작업실내로 압축된 연료를 직접 분사하는 연료분사 노즐 (106)을 포함한다. 공기는 공기 흡입 밸브(110)를 통해 정상적으로 흡입되며, 연료는 본 기술 분야에서 잘 알려진 통상의 분사시스템(112)을 통해 압력하에서 연료분사노즐(106)에 공급된다. 연료 분사 시스템은 작업실내에서 요구되는 연료 및 공기 분배를 성취시키기 위해 각 피스톤의 행정과 시간 제어관계를 유지하면서 작업실내로 액체연료의 조절된 양을 공급한다. 엔진을 시동시키기 위해 예열플러그(114)가 사용될 수 있지만, 본 실시예에서는 압축 점화에 의해 반응이 개시될 것이다. 본 실시예에서 충전물의 공기에 대한 연료 비율은 제8도 및 제9도에 도시된 엔진들과 마찬가지로 변화한다.In FIG. 10 another embodiment of a fuel supply is shown. Here, the fuel supplier includes a fuel injection nozzle 106 that directly injects compressed fuel into a working chamber of the engine 108. Air is normally sucked through the air intake valve 110 and fuel is supplied to the fuel injection nozzle 106 under pressure through a conventional injection system 112 well known in the art. The fuel injection system supplies a controlled amount of liquid fuel into the chamber while maintaining a time-controlled relationship with the stroke of each piston to achieve the required fuel and air distribution within the chamber. The glow plug 114 can be used to start the engine, but in this embodiment the reaction will be initiated by compression ignition. In this embodiment, the fuel ratio of the charge to air varies as with the engines shown in FIGS. 8 and 9.

이와같이, 연료 공급의 시간 제어 성질은 이것이 충전물을 조절하는 것이기 때문에 본 발명의 과정에서 매우 중요하다는 것은 명백해질 것이다. 작업실로의 연료주입과 엔진작동 사이의 시간제어 관계, 또는 조절관계를 더욱 명료하게 이해하기 위해 구하려는 목적이 두 가지 요소라는 것을 이해하는 것이 중요하다. 즉, 그 첫번째는 지속실내의 공기가 작업실내의 충전물로부터 완전히 분리되도록 작업실과 지속실내에서 연료와 공기를 분배시키는 것이며, 그 두번째는 작업실내의 반응 충전물의 비율들이 항상 반응의 개시(즉, 점화)시에 화학양론에 비해 많은 연료를 갖도록 연료와 공기를 분배시키는 것이다. 작업실내의 충전물의 풍부한 비율은 연료의 화학적 조성, 특히 엔진 형상과 작업실의 기하학적 형을 고려할 때, 유용한 연료에 대한 최적 반응율을 제공한다. 이러한 분배를 성취시키기 위해 공급된 충전물의 공기에 대한 연료의 비율은 상술한 바와같이 변화되지만, 양호하게는 연료는 사이클의 흡입과 압축중에 작업실의 체적변화와 특수한 시간 제어관계를 갖고 작업실로 주입되며 이러한 시간 제어 관계는 과정과 일치하는 넓은 범위로 부터 선택As such, it will be apparent that the time controlling nature of the fuel supply is very important in the process of the present invention because it is to control the charge. It is important to understand that the two objectives are to obtain a clearer understanding of the time-controlled relationship or control relationship between fuel injection into the workshop and engine operation. That is, the first is to distribute the fuel and air in the studio and the studio so that the air in the studio is completely separated from the filling in the studio, and the second is that the proportions of the reactant charges in the studio always initiate the reaction (ie ignition). In this case, fuel and air are distributed to have more fuel than stoichiometry. Abundant proportions of filling in the workshop provide optimum response rates for the useful fuels, taking into account the chemical composition of the fuel, especially the engine shape and the geometry of the workshop. The ratio of fuel to air supplied charge to achieve this distribution is varied as described above, but preferably the fuel is injected into the chamber with a special time control relationship with the volumetric change of the chamber during suction and compression of the cycle. These time control relationships are selected from a wide range to match the process

제11도와 제12도에서는, 내연기관의 연소실에 대한 종래의 연료 및 공기 공급시기가 최내부 원형호로 시작해서 최외부 원형호로 끝나는 사이클을 도시하는 다수의 동심원들을 포함하는 표준원형 도표로서 도시되어 있다. 도표의 각(角) 좌표는 도표에 도시된 사이클을 성취시킬 수 있는 엔진의 출력측의 각의 위치와 일치한다. 그러므로, 제11도에 도시된 바와같이, 종래의 오토 사이클 엔진의 연료 및 공기의 흡입은, 흡입밸브의 폐쇄시기에 따라 흡입 행정중 최내부 원형호(119)상에 표시된 축의 회전주기, 즉 약 0°에서 약 190°이상까지의 축회전을 통해 연료와 공기의 균질한 혼합물로써 흡입된다. 그리고, 압축은 원형호(118)로 표시한 바와같이 피스톤 상사점(0°)에 가까울때까지 발생하며, 이 지점에서 점화가 발생하여 다음의 외측 원형호(120)로 표시된 회전주기를 통하여 연소와 팽창이 거의 동시에 이루어진다. 배기상태는 최외측 원형호(122)로 표시되어 있다. 제11도의 사이클은 4행정 사이클이며, 본 사이클을 통해서 연료와 공기 혼합물이 각각의 흡입 과정중 쉽고 빠르게 연소할 수 있는 혼합물로서 연소실내에 어떻게 완전히 위치되는가, 또In Figures 11 and 12, the conventional fuel and air supply timing for the combustion chamber of an internal combustion engine is shown as a standard circular diagram containing a number of concentric circles showing a cycle starting with the innermost circular arc and ending with the outermost circular arc. . The angle coordinates of the diagram correspond to the positions of the angles on the output side of the engine that can achieve the cycle shown in the diagram. Therefore, as shown in FIG. 11, the intake of fuel and air of a conventional auto cycle engine, according to the closing timing of the intake valve, the rotation period of the axis indicated on the innermost circular arc 119 during the intake stroke, that is, about 0 It is sucked as a homogeneous mixture of fuel and air through an axial rotation from ° to above 190 °. Compression occurs until it is close to the piston top dead center (0 °), as indicated by the circular arc 118, where ignition occurs and combustion and expansion through the rotation period indicated by the next outer circular arc 120. This is done almost simultaneously. The exhaust state is indicated by the outermost circular arc 122. The cycle of FIG. 11 is a four-stroke cycle, through which the fuel and air mixture is positioned completely in the combustion chamber as a mixture that can burn easily and quickly during each intake process.

제12도에는 전형적인 디젤사이클이 도시되어 있으며, 이것은 표준 또는 고속의 디젤사이클을 성취시키기 위해 연료와 공기가 연소실로 어떻게 서로 독립적으로 분사될 수 있는가를 보여준다. 그러나, 여기서는 연료와 공기의 충분한 활성화를 제공하기 위해 고압축율이 요구되며, 연소전후에 연료의 완전 증기화를 보장하기 위해 복잡한 예방조치가 주어져야 한다는 것은 잘 알려져 있다. 통상적으로, 디젤엔진에 있어서는 연소실내의 최고압력을 제어하여 엔진의 손상을 방지하며, 따라서 분사연료를 공급하기 시A typical diesel cycle is shown in FIG. 12, which shows how fuel and air can be injected independently of one another into a combustion chamber to achieve a standard or high speed diesel cycle. However, it is well known here that high compression rates are required to provide sufficient activation of fuel and air, and complex precautions should be taken to ensure complete vaporization of the fuel before and after combustion. In general, in diesel engines, the maximum pressure in the combustion chamber is controlled to prevent damage to the engine.

제13도 및 제14도에서, 본 발명에 따른 전형적인 사이클은, 전술한 바와같이 반응중에 산소 유용성의 적당한 조절과 작업실내의 연료 및 산소의 적당한 분배를 고려하여 사이클을 수행하는 것과 일치하는 연료 흡입에 대한 시간 조정범위를 보여주기 위해 도시된다. 4행정 동력 사이클은 제13도에 도시되며, 이것은 압축점화에 의해서가 아니라 스파크 플러그 또는 예열 플러그에 의해 반응물을 점화시키는 것으로 가정한다. 공기 흡입은 최내측 원형호(126)에 일치하는 출력축 회전 기간중에 발생한다. 그러나, 연료는 공기 흡입 시작후의 30내지 50°로부터 점화전의 30내지 40°까지 사이(128)의 흡입 및 압축 과정중에 언제든지 흡입된다. 흡입 및 압축과정의 중앙기간중의 적당한 압력하의 연료공급은 흡입 시작후의 140°로부터 점화전의 120°까지이며, 이것은 작업실의 기하학적 형과 엔진 형상에 따라 어떤 사이클에서는 유용한 것으로 간주되고 있다. 압축에 의한 반응물의 활성화 과정은 도시된 바와같이 원형호(130)로 표시되며 이것은 연료 공급 과정과 겹칠 수 있다. 일련의 반응뒤에 오는 점화는 원형호(132)를 통해 수행되며, 그뒤에 마지막으로In FIGS. 13 and 14, a typical cycle according to the invention is fuel intake consistent with conducting the cycle, taking into account the proper control of oxygen availability and the proper distribution of fuel and oxygen in the chamber as described above. It is shown to show the time adjustment range for. The four-stroke power cycle is shown in FIG. 13, which assumes that the reactants are ignited by spark plugs or glow plugs, not by compression ignition. Air intake occurs during the output shaft rotation period coinciding with the innermost circular arc 126. However, fuel is aspired at any time during the intake and compression process 128 between 30 and 50 degrees after the start of air intake, from 30 to 40 degrees before ignition. The fuel supply under moderate pressure during the middle of the suction and compression process is from 140 ° after the start of suction to 120 ° before ignition, which is considered useful in some cycles depending on the geometry and engine geometry of the workshop. The activation process of the reactants by compression is indicated by circular arc 130 as shown, which may overlap with the fuel supply process. Ignition following a series of reactions is carried out through circular arc 132, and finally

제14도에는 본 발명에 따른 과정이 도시되어 있으며, 이 과정에서 연료는 가압된 상태하에서 작업실로 분사되고, 점화는 활성화에 의해 반응이 자연 개시됨으로써 발생한다. 이 사이클은 호(136)로 표시된 연료공급이 흡입과 압축 사이의 대략 중간의 어떤 지점에서 시작되어야 하며, 점화점전의 35내지 40°보다 전에 끝나야 한다는 점에서 제13도에 도시된 것과 본질적으로 상이하다. 제13도의 사이클은 분사된 연료 분자에 대한 적당한 활성화를 위해 충분한 시간을 제공하는 것이 필요하다. 작업실과 지속실내The process according to the invention is shown in FIG. 14, in which fuel is injected into the work chamber under pressure and ignition occurs by spontaneously initiating a reaction by activation. This cycle is essentially different from that shown in FIG. 13 in that the fuel supply, indicated by arc 136, must begin at about halfway between suction and compression, and must end 35 to 40 degrees before the ignition point. Do. The cycle of FIG. 13 needs to provide sufficient time for proper activation of the injected fuel molecules. Workshop and continuous room

본 발명의 과정은 유독 생성물의 발생비율이 종래의 오토 및 디젤 사이클들 보다 실질적으로 낮은 비율로 발생시키는 방식으로 화적 에너지를 열 에너지로 전환시킬 수 있게한다. 일련의 반응 성질은 본 발명에 따라 성취되며, 이 반응의 진행결과 연료 및 산소의 반응물들이 공지된 연소과정보다도 더 낮은 실린더 최고 압력에서 안정한 최종 반응 생성물로 완전히 전환하게 된다.The process of the present invention makes it possible to convert chemical energy into thermal energy in such a way that the rate of generation of toxic products occurs at a substantially lower rate than conventional auto and diesel cycles. A series of reaction properties is achieved according to the present invention, and the progress of this reaction results in the complete conversion of the reactants of fuel and oxygen to a stable final reaction product at lower cylinder peak pressures than known combustion processes.

현재의 평가 기술들을 사용하여 오토, 디젤, 그리고 본 발명의 사이클의 각 배출 생성물들을 비교함과 아울러 각 사이클을 성취시키기 위해 통상적인 피스톤 엔진설계의 사용을 가정함으로써, 각 엔진의 배기가스에 함유된 산소(O2), 이산화탄소(CO2), 일산화탄소(CO), 그리고 부분적으로 반응되지 않은 탄화수소(UHC)들의 비율은, 각 엔진이 방출 조정없이 자연적인 상태로 작동된다고 가정하면 각각의 연료 충전물을 열적 퍼텐샬로 전환시키기 위한 각 사이클의 성능 평가에 사용될 수 있다.By using current evaluation techniques to compare the respective emissions products of Otto, Diesel, and the cycle of the present invention as well as assuming the use of a conventional piston engine design to achieve each cycle, The proportions of oxygen (O 2 ), carbon dioxide (CO 2 ), carbon monoxide (CO), and partially unreacted hydrocarbons (UHC) are determined for each fuel charge, assuming each engine operates in its natural state without emission control. It can be used to evaluate the performance of each cycle to convert to thermal potential.

전 동력 상태에서, 균질의 연료 혼합물을 순간적으로 연소시키는 오토 사이클은 배출류에서 6내지 11%의 CO와 1,000내지 5,000ppm의 UHC를 자연적으로 생성하는 경향이 있으며, O2는 연소 사이클에서 이미 고갈되었기 때문에 존재하지 않는다. 또한 전 동력소요량에서 종래의 디젤 엔진의 배기가스는 보통 0.5내지 0.8%의 CO, 0.5내지 1%의 O2, 그리고 다양한 비율의 UHC와 탄소를 포함하는 연기를 포함한다.At full power, autocycles that instantaneously burn homogeneous fuel mixtures tend to naturally produce 6-11% CO and 1,000-5,000 ppm UHC in the exhaust stream, with O 2 already depleted in the combustion cycle. Because it does not exist. In addition, at full power requirements, exhaust gas from conventional diesel engines typically contains 0.5 to 0.8% CO, 0.5 to 1% O 2 , and smoke containing various proportions of UHC and carbon.

경제동력조건에서, 오토 사이클 엔진의 배기가스는 보통 0.5내지 1%의 CO, 200내지 1,000ppm의 UHC, 그리고 0.5내지 0.8%의 O2를 포함하며, 디젤엔진의 배기가스는 0.3내지 0.5%의 CO, 500내지 1,500ppm의 UHC, 그리고 2내지 4%의 O2를 포함한다.Under economic power conditions, the exhaust gas of an auto cycle engine usually contains 0.5 to 1% of CO, 200 to 1,000 ppm of UHC, and 0.5 to 0.8% of O 2 , and diesel engine exhaust of 0.3 to 0.5%. CO, 500 to 1,500 ppm UHC, and 2 to 4% O 2 .

공회전 상태에서 오토 사이클 엔진의 배기가스는 약 6내지 9%의 CO, 100내지 3,000ppm의 UHC를 포함하는 반면에 산소를 포함하지 않으며, 디젤엔진의 배기가스는 0.2내지 0.5%의 CO, 5내지 8%의 O2그리고 연기내에 함유된 다양한 량의 탄소와 UHC를 포함한다.At idle, the autocycle engine's exhaust contains about 6 to 9% CO and 100 to 3,000 ppm UHC, while it does not contain oxygen, while the diesel engine's exhaust is 0.2 to 0.5% CO, 5 to 8% O 2 and various amounts of carbon and UHC contained in the smoke.

본 발명의 과정은 전동력 조건에서 작동하여 이 과정을 수행하는 왕복 피스톤 엔진의 배기가스내에 최대 0.2내지 3%의 CO, 100내지 1,800ppm의 UHC, 그리고 0내지 0.2%의 O2를 생성하도록 수행된다. 경제 동력 조건에서, 반응후의 배기가스는 최대 0.1내지 1%의 CO, 50내지 1,500ppm의 UHC, 0.2내지 3.0%의 O2를 생성한다. 공회전 상태에서, 배기가스는 최대 0.2내지 1.0%의 CO, 100내지 1,000ppm의 UHC, 그리고 2내지 4%의 O2를 포함할 것이다.The process of the present invention is performed to produce up to 0.2 to 3% CO, 100 to 1,800 ppm UHC, and 0 to 0.2% O 2 in the exhaust gas of a reciprocating piston engine operating under electric power conditions to perform this process. . Under economic power conditions, the exhaust gases after the reaction produce up to 0.1 to 1% CO, 50 to 1,500 ppm UHC, and 0.2 to 3.0% O 2 . At idle, the exhaust gases will contain up to 0.2 to 1.0% CO, 100 to 1,000 ppm UHC, and 2 to 4% O 2 .

이 과정을 수행하는 엔진내의 반응물의 공급과 분배, 그리고 반응중 초과산소의 적절한 참여는 작업실의 배기밸브가 열릴때 반응 지역에 인접한 초과산소를 활성화시키게 된다는 것이 주목된다. 이때, 작업실내의 압력은 반응물질이 밸브를 통해 팽창하기 때문에 급속히 떨어진다. 이때의 활성화된 초과산소는 지속실로부터 배출되며, 동시에 작업실과 배기류내에서의 연속적인 반응을 계속시키기 위해 작업실내로 팽창한다. 따라서, 본 과정에 의해 배기류내의 반응되지 않은 생성물의 비율은 표준 내부 연소 과정과 비교할때 감소된다.It is noted that the supply and distribution of reactants in the engine performing this process, and the proper participation of excess oxygen during the reaction, activate the excess oxygen adjacent to the reaction zone when the exhaust valve of the laboratory is opened. At this time, the pressure in the working room drops rapidly because the reactant expands through the valve. Activated excess oxygen at this time is discharged from the continuous chamber and at the same time expands into the chamber to continue the continuous reaction in the chamber and the exhaust stream. Thus, by this process the proportion of unreacted product in the exhaust stream is reduced compared to the standard internal combustion process.

본 발명의 과정을 수행하기에 적합한 엔진의 한 실시예가 제4도와 그에 관련된 제5도 내지 제7도에 도시되어 있다. 제15도 내지 제23도는 본 발명에 따른 과정을 수행하기 위해 시도된 변형된 형태의 엔진을 도시한다.One embodiment of an engine suitable for carrying out the process of the present invention is shown in FIG. 4 and related FIGS. 5 to 7. 15 to 23 show a variant of the engine attempted to carry out the process according to the invention.

제15도에서, 작업실은 오목한 호형 표면 지역(144)을 포함하는 헤드(142)를 갖는 실린더 보어(140)를 포함한다. 오목한 호형표면(149)을 갖는 폐쇄된 상부단(148)을 갖는 피스톤(146)은 피스톤의 폐쇄된 상부단(148)과 보어(140)의 헤드 사이의 작업실(150)의 체적을 변화시키기 위해 보어(140)내에서 왕복 운동한다. 또한 작업실(150)은 흡입밸브(152), 배기밸브(154), 스파크 플러그(156)등을 포함한다. 물론, 상기 밸브와 플러그들은, 예컨대, 예열플러그를 사용하는 2 사이클형의 엔진을 가동시키려고 할 경우In FIG. 15, the workroom includes a cylinder bore 140 having a head 142 that includes a concave arcuate surface area 144. The piston 146 having the closed upper end 148 with the concave arcuate surface 149 is used to change the volume of the working chamber 150 between the closed upper end 148 of the piston and the head of the bore 140. Reciprocating in the bore 140. In addition, the working chamber 150 includes an intake valve 152, an exhaust valve 154, a spark plug 156, and the like. Of course, the valves and plugs may, for example, be used to run a two-cycle engine using a preheating plug.

지속실(158)은 본 실시예에서 실린더 보어(140)의 상부의 헤드의 가장자리에 배치되며, 틈새(160)(제16도 및 제17도 참조)는 작업실(150)이 최소 체적하에 있을때 피스톤의 상부끝에 밀접하게 배치되거나 또는 실제로 동일 평면상에 위치된다. 따라서, 피스톤(146)의 상부끝(162)은 틈새(160)를 부분적으로 방해하며 작업실의 최소 체적하에 있을때 제16도에 도시된 바와같이 효과적으로 틈새(160)의 크기를 감소시킨다. 그러나, 피스톤(147)이 최소체적 위치로부터 멀리 이동하면 틈새(160)는 격실(150, 158)들 사이의 연결 지역을 제공하도록 개방된다. 이와같이 분할 체적(164)은 작업실이 최소 체적하에 있을때의 최소값으로부터 피스톤이 상사점으로 부터 멀리 이동할때의 최대값까지 변화한다. 제17도에는 분할체적(164)이 피스톤이 상자점에 위치할때의 분할 체적과 비교하여 어떻게 확대되는 가가 음영으로 도시되어 있다.The continuous chamber 158 is disposed at the edge of the head of the top of the cylinder bore 140 in this embodiment, and the gap 160 (see FIGS. 16 and 17) is a piston when the chamber 150 is at a minimum volume. It is arranged closely to the upper end of or is actually located on the same plane. Thus, the upper end 162 of the piston 146 partially obstructs the gap 160 and effectively reduces the size of the gap 160 as shown in FIG. 16 when under the minimum volume of the workroom. However, when the piston 147 moves away from the minimum volume position, the gap 160 opens to provide a connection area between the compartments 150, 158. Thus, the divided volume 164 varies from the minimum value when the chamber is under the minimum volume to the maximum value when the piston moves away from the top dead center. FIG. 17 shows in shade how the divided volume 164 enlarges compared to the divided volume when the piston is located at the box point.

피스톤(164)의 상부 끝을 포함하는 틈새(160)에 인접한 면과 격실(150, 158)들을 정의하는 면들은, 제4도의 실시예와 관련하여 기술된 바와같은 방식으로 분자운동의 되튐에 조력하도록 그 윤곽이 형성되어 있다는 점이 주목될 것이다.Faces adjacent to gap 160 including the upper end of piston 164 and defining compartments 150 and 158 assist in the reversal of molecular motion in a manner as described in connection with the embodiment of FIG. It will be noted that the contour is formed so as to.

제18도 내지 제20도의 엔진의 실시예에서, 일단이 폐쇄된 두개의 마주보는 피스톤(170, 172)들은 반응물 입구/출구(176)들을 갖는 단일보어(174)내에 왕복 가능하게 장치된다. 최소 체적하에 있는 작업실(174)은 피스톤(170, 172)의 오목한 호형표면(180,182)들 사이의 체적에 의해 한정된다. 지속실(184)의 체적은 피스톤(170, 172)의 외측 가장자리 지역(186)과 각 피스톤의 상부 밀폐링(188)사이에서 형성됨과 아울러 제18도에 도시된 바와같이 상하 2개의 체적으로 분할된다. 제19도에 양호하게 도시된 바와같In the embodiment of the engine of FIGS. 18-20, two opposing pistons 170, 172 that are closed at one end are reciprocally mounted in a single bore 174 with reactant inlet / outlets 176. The working chamber 174 under the minimum volume is defined by the volume between the concave arcuate surfaces 180, 182 of the pistons 170, 172. The volume of the continuous chamber 184 is formed between the outer edge region 186 of the pistons 170 and 172 and the upper sealing ring 188 of each piston and is divided into two upper and lower volumes as shown in FIG. do. As shown well in FIG. 19

제21도 내지 제23도의 엔진의 실시예에서, 폐쇄된 상부 표면들 사이에 작업실(198)을 갖는 마주보는 피스톤(196)들은 실린더 보어(200)내에 왕복 운동 가능하게 장치된다. 피스톤(196)의 상부 가장자리 지역(202)은 피스톤(196)이 왕복운동함으로써 각기 서로에 대해 근접되거나 후퇴되며 피스톤 상부 가장자리들 사이의 최소 간격(206)을 갖는다. 본 실시예에서, 지속실(204)은 실린더 측벽에 위치하며 틈새(208)를 통해 작업실과 연결된다. 본 실시예에서 최소 분할 틈새는 피스톤 상부 가장자리 지역(222)들 사In the embodiment of the engines of FIGS. 21-23, opposing pistons 196 having a workroom 198 between the closed top surfaces are reciprocally mounted in cylinder bore 200. The upper edge region 202 of the piston 196 is close to or retracted from each other with respect to each other as the piston 196 reciprocates and has a minimum spacing 206 between the piston upper edges. In this embodiment, the continuous chamber 204 is located on the cylinder sidewall and is connected to the working chamber through the gap 208. In this embodiment the minimum dividing clearance is between the piston upper edge regions 222.

제4도 내지 제7도 및 제15도 내지 제23도에 도시된 실시예는 각 반응실들내의 활성화된 산소의 유용성을 제어하기 위해 반응증 분할체적이 변화될 수 있는 방식에 관한 다양한 접근을 도시하고 있다. 이들은 각각의 엔진 형상에 대해서만 각각의 분할체적이 조정된 수 있는 방법을 나타내려는 것이 아니라, 본 발명의 과정을 수행하기 위해서 현존 엔진 시스템을 어떻게 쉽게 변형시킬 수 있는가에 대하여 현 엔진 기술분야의 설계자들에게 유용한 선택범위를 제공해 주고 있는 것이다.The embodiments shown in FIGS. 4-7 and 15-23 take a variety of approaches regarding how the reaction volume can be varied to control the availability of activated oxygen in the respective reaction chambers. It is shown. They are not intended to represent how each subvolume can be adjusted for each engine shape only, but how designers in the current engine technology can easily modify existing engine systems to carry out the process of the present invention. It provides a range of useful options.

Claims (1)

공기 흡입 엔진의 가변 체적 작업실내에서의 가스연료와 산소 반응물들 사이의 연소특성을 명백히 함과 아울러, 각 반응 충전물들을 작업실에 주기적으로 공급하여 작업실내의 피스톤을 구동시키기 위한 열을 발생시킴과 동시에 상기 각 반응 충전물들이 급속하게 반응하도록 하는 급속 분리 연쇄반응 과정을 사용하여 화학적 에너지를 열에너지로 전환시키기 위한 방법에 있어서, 엔진의 동력요구에 따른 연료 및 공기의 다양한 혼합비를 형성함과 아울러 충전물중의 총연료에 대한 총 공기의 비율을 최대 동력시의 화학 양론으로부터 최대동력 이하에서의 과잉공기까지 변화시키며, 압축에 의해 각 충전물의 분자밀도 및 분자 활성화를 증대시키는 반면, 반응이 개시될 경우 거의 모든 연료를 화학양론 이하의 공기 비율을 가짐과 동시에 유효한 반응물들에 대한 최대 잠재 반응율을 충분히 확보할 수 있는 비율로 상기 작업실(20)내에 위치시키고, 실제로 공기만으로 구성된 충전물의 나머지는, 작업실(20)에 인접 배치됨과 동시에 작업실(20)이 최소 체적하에 있을때의 제 1 영역(46)으로부터 작업실(20)이 최소 체적보다 큰 제 2 영역까지 변하는 분자 분할지역(48)을 통해 작업실(20)과 연동하는 지속실(42)내에 위치시키고, 상기분할지역(48)은 작업실(20)로부터 지역(48)에 접근하거나 지역(48)을 통해 작업실(20)로 유입하는 기체분자들을 기하학적으로 형성된 면(44,47,22,24)들에 의해 작업실(20)쪽으로 최대범위까지 반발시키는 그러한 형식으로 작업실(20)내의 연료 및 산소반응물들의 분배를 제어하며, 적합한 장치에 의해 각 충전물의 반응을개시함과 아울러, 작업실(20)이 최소 체적으로 접근하는 동안, 그리고 분할지역(48)을 통해 작업실(20)로 자연적으로 확산된 산소를 활성화된 산소분자의 보급원으로 사용하므로써 반응이 계속되는 바람직한 일생산율에서는 그러한 반응이 더 이상 계속될 수 없는 상태로 연료가 소모될때까지 전 반응을 통해 화학양론을 초과한 연료비율에 의해 최대율로서 반응이 수행되는 형식으로 작업실(20)이 팽창하는 동안 작업실(20)내에서 반을을 계속하며,각 반응의 완료시점에 근접하여 작업실(20)을 배출시키도록 구성됨을 특증으로 하는 내연기관의 화학적에너지를 열에너지로 전환시키기 위한 방법.In addition to clarifying the combustion characteristics between the gaseous fuel and oxygen reactants in the variable volume work chamber of the air intake engine, the reaction charges are periodically supplied to the work room to generate heat to drive the piston in the work room. A method for converting chemical energy into thermal energy by using a rapid separation chain reaction process in which each of the reaction charges reacts rapidly, forming various mixing ratios of fuel and air according to the power demand of the engine, The ratio of total air to total fuel is varied from stoichiometry at maximum power to excess air below the maximum power, and compression increases the molecular density and molecular activation of each charge, while almost all when the reaction is initiated. Effective reaction with fuel having substoichiometric air ratio Located in the workroom 20 at a rate sufficient to ensure a maximum potential response rate to water, and the remainder of the air-only charge is placed adjacent to the workroom 20 and at the same time the workroom 20 is at a minimum volume. The work area 20 is located in the continuous room 42 in cooperation with the work room 20 through the molecular division area 48 which varies from the first area 46 of the work room to the second area larger than the minimum volume. 48 is a work room 20 by means of surfaces 44, 47, 22, 24 that are geometrically formed of gas molecules approaching the area 48 from the work room 20 or entering the work room 20 through the area 48. Control the distribution of fuel and oxygen reactants in the workroom 20 in such a way that it rebounds to the maximum range, while initiating the reaction of each charge by a suitable device, while also allowing the workroom 20 to approach a minimum volume. , And When the fuel is consumed in such a state that such reactions can no longer continue at the desired daily production rate at which the reaction continues by using oxygen diffused naturally into the workroom 20 through the division zone 48 as a supply source of activated oxygen molecules. Until half of the reaction is continued in the work room 20 while the work room 20 is expanded in a form in which the reaction is carried out as a maximum rate by the fuel ratio exceeding the stoichiometry through the entire reaction, close to the completion time of each reaction To convert the chemical energy of the internal combustion engine into thermal energy, characterized in that it is configured to discharge the working chamber (20).
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