KR200231105Y1 - 가스·스팀 하이브리드 엔진 - Google Patents

Abstract

본 고안은 내연기관의 점화시기 직전에서 직후 까지의 적절한 시기에 적당량의 물을 연소실 내부의 압력변화를 이용하여 연소실 내부로 직접 분사시켜 상대적으로 저온, 초고압의 연소가스와 수증기의 혼합체를 얻는 가스·스팀 하이브리드 엔진에 관한 것이다.

본 고안의 구조는 통상의 내연기관의 실린더해드를 관통하게 물분사 실린더를 설치하고 그 내부에 물분사구와 역지밸브가 부설된 피스톤, 일정압력으로 압축되어 있는 압축스프링, 다른하나의 역지밸브가 설치되어 있으며 물공급관이 물분사실린더에 연결되어 있다.

본 고안의 작동을 설명하면 기관이 압축행정에 들어가면 실린더해드 내부의압력이 급격히 중대되어 압축스프링의 설정압력 이상으로 상승되면 연소실 내부압력이 피스톤에 작용하여 피스톤을 상부로 이동시켜 물이 실린더해드 내부로 분사되기 시작한다. 이후 점화 및 폭발이 일어나면 연소실내의 압력은 더욱 커져서 피스톤은 완전히 후퇴하여 물분사를 마치게 된다. 이때 분사된 물이 수증기로 기화되며 많은 열에너지를 흡수하여 연소가스의 온도는 크게 낮아지는 반면 압력은 초고압을 이루게 된다.

이와같이 본 고안은 내연기관 연소실의 압력 변화를 이용하는 극히 간단한 구조의 자동 물분사장치를 이용하여 점화시기의 직전에서 직후 까지의 고온 고압의 연소실 내부에 물을 직접 분사함으로써 기관의 출력 및 효율의 증대는 물론 공해가스 생성방지 및 열손상의 방지 등 획기적인 효과를 얻을 수 있다.

Description

가스·스팀 하이브리드 엔진{gas-steam hybrid engine}

본 고안은 내연기관의 점화시기 직전에서 직후 까지의 적절한 시기에 적당량의 물을 연소실 내부의 압력변화를 이용하여 연소실 내부로 직접분사시켜 상대적으로 저온, 초고압의 연소가스와 수증기의 혼합체를 얻는 가스·스팀 하이브드 엔진에 관한 것이다.

종래의 내연기관은 연료의 압축, 폭발 과정에서 연소실 내에 고온, 고압의 연소가스가 생성되며 이로인한 고온연소가스의 열해리, 고온배기 가스 및 엔진 냉각으로 인한 연손실, 실린더, 피스톤 등 부품의 국부과열 및 열충격, 질소산화물등 공해물질 생성 등의 여러 가지 문제가 발생하게 된다. 이와같은 문제점을 해결하기 위해 흡기매니폴드 등에 물을 주입하는 방법이 알려지고 있으나 이 방법은 주입된 물이 흡입, 압축 과정에서 미리 수증기로 변화되므로 기관의 열효율 향상이나 공해방지 등에 큰 효과를 기대할 수 없었다.

본 고안은 위의 공지 기술들과는 전혀 다르게 점화시기 직전 또는 직후의 고온 고압의 연소실 내부에 직접 물을 분사함으로써 상대적으로 저온의 초고압가스·스팀 혼합 연소생성물을 얻는 것을 목적으로하고 있으며 본 고안의 실현을 위해서는 신규로 연소실 내부의 압력변화를 이용하여 연소실 내부에 물을 자동분사하는 물분사장치가 제공되었다.

도 1 은 본 고안의 단면도

※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 실린더 해드

2 : 물분사실린더

3 : 피스톤

4 : 물분사구

5 : 역지밸브

6 : 압축스프링

7 : 물 공급관

8 : 역지밸브

본 고안의 물분사장치(10)의 구조를 설명하면 통상의 내연기관의 실린더 해드(1)를 관통하게 물분사실린더(2)를 설치하고 그 내부에 물분사구(4)와 역지밸브(5)가 부설된 피스톤(3), 일정압력으로 압축되어 있는 압축스프링(6),다른하나의 역지밸브(8)가 설치되어 있으며 물공급관(7)이 물분사실린더(2)에 연결되어 있다.

본 고안의 작동은 기관이 배기 및 흡입 행정과 같이 연소시 내부의 압력이 낮은 상태에서는 압축스프링(6)과 역지밸브(5)에 의해 물분사 실린더(2) 내의 물(9)이 연소실로 유출되는 것을 막아준다. 이후 기관이 압축행정에 들어가면 실린더해드(1)내부의 압력이 급격히 증대되어 압축스프링(6)의 설정압력 이상으로 상승되면 연소실 내부압력이 피스톤(3)을 상부로 이동시켜 물(9)이 실린더해드(1)내부로 분사되기 시작한다. 이후 점화 및 폭발이 일어나면 연소실내의 압력은 더욱 커져서 피스톤(3)은 완전히 후퇴하여 물(9)분사를 마치게된다. 이때 분사된 물이 수증기로 기화되며 많은 열에너지를 흡수하여 연소가스의 온도는 크게 낮아지는 반면 압력은 초고압을 이루게된다. 이후 내연기관이 팽창 및 배기 행정으로 들어가면 실린더해드(1)내의 압력이 낮아져 피스톤(3)은 압축스프링(6)의 반력에 의해 하강하게되며 물공급관(7)과 역지밸브(8)를 통하여 새로운 물이 물분사실린더(2)내부로 공급되게 되어 하나의 사이클을 완성하게 된다.

이와같이 본 고안은 내연기관의 연소실의 압력변화를 이용하는 극히 간단한 구조의 자동 물분사장치를 이용하여 점화시기의 직전에서 직후까지의 고온 고압의 연소실 내부에 물을 직접 분사함으로써 기관의 출력 및 효율의 증대는 물론 공해가스 생성방지 및 열손상의 방지등 획기적인 효과를 얻을 수 있는 것으로 그 효과를 상세히 설명하면 다음과같다.

통상의 내연기관은 폭발행정에서 연소가스의 온도는 3,000℃를 넘게되며 이러한 고온으로 인해 이산화탄소와 수증기의 열해리가 일어나 열에너지가 화학에너지로 변화되어 큰 열손실이 일어나게 된다. 또한 고온의 내연기관을 강제 냉각시킴으로 인한 열에너지 손실 및 고온의 배기가스로 방출되는 열 손실도 커지게 된다. 이와함께 고온연소시 질소산화물 등 공해물질의 생성과 부품의 국부과열, 열충격, 등도 많은 문제를 야기하고 있다.

본 고안은 극히 간단한 구조의 자동 물분사장치에 의해 고온고안의 연소실 내부에 적당량의 물을 직접 분사함으로써 초고온의 연소가스의 온도를 크게 낮추는 한편 물의 증발에 의해 초고압의 가스. 증기 혼합체를 얻게 되어 내연기관의 출력이 크게 증대되고 열효율이 크게 높아지며 질소산화물 등 공해 물질이 생성을 방지하고 국부과열 등을 해소시키는 등 획기적인 효과를 갖는다.

Claims (1)

1. 물분사공(4)과 역지밸브(5)가 부설된 피스톤(3), 일정압력으로 미리 압축되어 있는 압축스프링(6), 물공급관(7) 그리고 다른 하나의 역지밸브가 설치된 물분사실린더(2)로 구성된 물분사장치(10)를 통상의 내연기관의 실린더해드(1)를 관통하도록 설치하여 점화시기 직전에서 직후까지의 적당한 시기에 적당량의 물을 연소실 내부에 직접 분사시키는 가스·스팀 하이브리드 엔진