KR880001683B1

KR880001683B1 - 수소개스 내연기관

Info

Publication number: KR880001683B1
Application number: KR8204738A
Authority: KR
Inventors: 겐지 와다나베
Original assignee: 겐지 와다나베; 바바 가쓰지
Priority date: 1981-11-12
Filing date: 1982-10-22
Publication date: 1988-09-06
Also published as: KR840002070A; JPS6217646B2; JPS58133449A

Abstract

내용 없음.

Description

수소개스 내연기관

제1도는 본 발명의 수소개스 엔진을 피스톤형 왕복엔진에 적용한 경우의 실린더 단면도.

제2도는 제1도에 도시한 수소개스 엔진의 연료공급 계통도.

제3도는 본 발명의 수소개스 엔진을 로우터리엔진에 적용한 경우의 연료공급 계통도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 실린더 3 : 점화플러그

4 : 흡기밸브 5 : 배기밸브

6 : 수소개스가압분사노즐 7 : 분무수분사노즐

8 : 수소개스 9 : 흡기구

10 : 연소실 11 : 흡기구

12 : 피스톤 13 : 수소개스용기

14 : 수소개스공급로 15,20 : 압력조정기

16. 19 : 체크밸브 17 : 조절기

18 : 저압개스공급용우회로 23 : 기화기

24 : 진공파이프 25 : 물탱크

28 : 분무펌프 61 : 수소개스분사노즐

70 : 로우터하우징

본 발명은 수소개스엔진에 관한것이다.

주지하고 있는 바와같이 수소개스엔진은 석유계 연료엔진에 비교하여, 연료비의 경제성과 무공해로해서 이점을 갖고 있기 때문에 이미 각분야에서 시작연구가 되고있다.

그러나 지금까지 시험제작된 대부분의 수소개스엔진은 출력, 엔진형성과 중량 및 경제성등의 면에서 종래의 석유계 연료를 사용하는 엔진에 비교하여 실용성이 대9 뒤떨어지고, 따라서 개발도 답보상태에 머무르고 있는 것이 현상태이다.

종래에 있어서 시험제작된 수소엔진이 아직까지 실용단계에 도달하지 못한 근본적인 원인은 그 모든 시도가 수소개스의 연소폭발에너지를 종래의 석유연료의 연소 폭발에너지와 똑같이 그대로 기계적운동에너지로 전환시키도록 시도하고 있다는데 있다.

수소개스를 기계적운동에너지를 얻기 위한 연료로서 고찰한 경우, 수소개스는 그의 연소속도가 석요계연료의 그것과 비교해서 현저히 급속하고, 그 결과 얻어지는 연소폭발에너지의 기계적운동에너지로의 전환율이 현저히 낮기 때문에, 기계적 운동에너지로 전환되지않는 잔여열에너지가 연소실내에 잔존하여 축적됨으로서, 연소실 형성부분 및 그주변 기기의 비정상적인 온도 상승을 초래하고, 수소개스의 연소실내로의 원활한 공급과 요구착화 시기등이 불확실하게 되어, 적절한 엔진구동이 이루어지지 않는다.

종래에 있어서도 수소개스를 연소시킨 경우의 고부하시에 있어서, 역화나 노킹의 발생 및 과열부분의 온도강화를 목적으로하여 수소개스와 함께 물을 흡입시키는 방법은 제창되었다.

그러나 종래에 있어서 이러한 종류의 시도는 어느것이든 수소와 물을 공기를 미리혼합한 상태로 연소실에 보내는 것이기때문에 역화나 노킹의 방지는 어느 정도 가능하여도, 최대출력시에는 충분히 효과를 얻을 수 없다는 문제점을 갖고 있었다.

본 발명은 상기와 같이, 종래에 있어서 수소개스엔진의 문제점을 해소하고, 수소개스의 연소폭발에너지의 기계적운동에너지로의 전환율을 높일수 있는 실용화가 가능한 수소개스엔진의 제공을 목적으로 한 것이다.

본 발명에 속하는 수소개스엔진은 수소개스를 연소시내에서 착화연소시킴에 의하여 발생되는 열에너지를 기계적운동에너지로서 이용함은 물론, 연소실내에 상기 수소개스와는 별도로 물을 수소개스와 미리혼합한 상태는 아니고 분무수의 상태로 직접분사공급함에 의해서, 상기한 수소개스의 연소열에너지를 이용해서 이 분무수를 증기에너지로 전환시키고, 상기 수소개스의 연소폭발 에너지와 증기에너지와의 병합작용에 의하여, 동력원으로서의 기계적운동 에너지에로의 전환율이 높게되도록 함과 아울러 이방식에 따라서 얻어지는 구동력이 고부하의 상태는 물론 저부하의 상태에 있어서도 지장없이 원활할수 있도록 한것을 특징으로 하는 것이다.

다음에 본발명에 속하는 수소엔진을 도시한 실시예에 따라서 상세히 설명하면, 제1도는 본발명을 왕복엔진에 적용한 경우의 실린더 단면도이다.

도시한 바와 같이 실린더 (1)에 있어서 실린더헤드 (2)에는 점화플러그(3), 흡기밸브(4) 및 배기밸브(5)와 함께, 수소개스가압분사노즐(6)과 분무수분사노즐(7)을 각각 수소개스(8) 및 분무수(9)가 연소실 (10)내에 분출되도록 병설한다. 일들 수소개스 가압분사노즐(6)및 분무수 분사노즐(7)은 어느것이든 도시한외의 공급장치로부터 수소개스(8)및 분무수(9)를 동시에, 또는 타이밍을 약간 늦춘 상태에서 연소실(10)내에 분사한다.

수소개스(8) 및 분무수(9)의 분사는 통상의 석유계 연료에 의한 엔진과 같이 흡기밸브(4)와 9 배개밸브(5)가 함께 폐쇄된 상태에서 피스톤(12)이 상승하는 압축행정에서 행하여지고, 피스톤(12)이 상승하는 압축행정에서 행하여지고, 피스톤(12)이 상사점에 도달하기 직전에 각각의 분사가 정지되고, 동시에 점화플러그(3)에 의하여 압축된 수소개스에 점착화 된다.

수소개스의 착화연소에 의한 열에너지는 직접 기계적운동에너지로 전환됨과 동시에 그일부가 연소실(10)내의 분무수를 순간적으로 증기에너지로 변화시키고, 수소개스의 폭발열에너지와 증기에너지가 병합해서 피스톤(12)을 압축하여 기계적운동에너지로 전환된다.

상기 폭발행정에 연이어서 행하여지는 배기 및 흡기의 각 행정은 통상의 석유계연료엔진과 같다.

제2도는 본 수소개스엔진의 연료공급로를 표시하는 계통도로서, 수소개스(8)는 용기(13)로 부터 개스공급로(14)를 통하여 기화기(23)를 통하지 않고 실린더(1)내에 직접 가압분사된다.

이 공급로(14)는 용기 (13)의 입구에 설치한 압력조정기 (15)에 의하여 수소개스를 약5㎏f/㎤정도의 압력으로 공급하지만, 도중에 체크밸브(16)와 감압및 유량조정을 행 하는 조절기(17)를 갖고있어서 수소개스는 조절기(17)를 통하여 0.5㎏f/㎤ 정도의 저압으로 가압분사노즐 (6)에 보내어지고, 이 노즐(6)에 의하여 소정의 압력으로 실린더 (1)내에 가압분사된다.

또 상기 개스공급로(14)에 있어서 체크밸브(16)가 설치되어 있는 부분의 양측에는 저부하용의 저압개스공급용우회로(18)가 설치되어 있다.

이 우회로(18)는 체크밸브(19)와 압력조정기(20)를 갖고 있고, 이 압력조정 기(20)에 의하여 용기(13)로부터 약 5㎏f/㎤ 정도로 보내어지는 개스를 0.1㎏f/㎤ 정도로 감압하도록 되어있다.

이 우회로(18)는 완속운전과 같이 저부하상태의 경우, 예를들면 가속패달(21)에 설치된 리미트 스위치(22)가 후퇴한 페달(21)에 의하여 폐쇄됨으로, 이 우회로(18)으 체크밸브(19)를 열고, 동시에 공급로 (14)의 체크밸브(16)가 폐쇄되어 상기와 같이 0.1㎏f/㎤ 정도로 감압된 저압개스가 조절기(17)내에 보내어진다.

그런데, 이 조절기(17)의 설정압력은 우회로(18)로부터 유입되는 개스압력보다 크기 때문에, 우회로(18)로부터의 저압개스는 0.1㎏f/㎤ 정도의 저압 그대로 가압 분사노즐(6)에 보내어지고, 이 노즐(6)에 의하여 소정의 압력으로 가압된 상태에서 실린더(1)내에 분사된다.

기압페달(21)을 밟아서 고부하 상태로 되면 상기 스위치(22)가 열리고. 우회로(18)의 체크밸브(19)닫히며, 동시에 공급로(14)의 체크밸브(16)가 열려서 용기(13)로부터의 개스조절기(17)에 보내어지고. 이 조절기(17)에 의하여 이루어 진 0.5㎏f/㎤ 정도의 압력으로 가압분사노즐 (6)에 보내어지며, 이 노즐 (6)에 의하여 소정압력으로 가압된 실린더(1)내에 분사된다.

엔진 회전수의 변화에 따르는 수소개스(8)의 공급량의 증감은 기화기(23)의 드로틀 밸브의 개폐정도에 의하여 기화기(23)와 상기 조절기(17)를 연결하는 진공파이프(24)를 통하여 행하여지는 조절기(17)의 유량조정에 의하여 가능하다.

수소개스(8)와 함께 실린더(1)내에 분사된 분무수(9)는, 물탱크(25)로부터 급수펌프(26)를 갖는 관(27)에 의하여 보내어지는 물을 엔진회전수에 대응해서 제어된 분사펌프 (28)에 의하여, 회전수의 변화에 대응된 공급량이 조정되도록 해서 안개모양으로 분사되도록 함으로써 얻어진다.

제3도는 본 발명을 로우터리엔진에 적용한 경우의 연료공급로 계통도이다.

이 경우에 있어서는, 수소개스(8)의 공급계통은 상기의 왕복엔지의 경우와 같지만, 분무수(9)의 공급계통이 약간 왕복엔진의 경우와 다르다.

이 로우터리엔진의 경우에는, 분무수용의 물은 탱크(25)로부터 급수펌프 (26)에 의하여 기화기 (23)에 보내어지고, 이 기화기(23)에 의하여 안개상태로 변화되어 공기와 함께 흡기구(11)를 통해서 로우터하우징(70)내에 분사된다.

한편 수소개스(8)는 조절기(17)로부터 흡기구(11)외 일부에 설치된 노즐 (61)로부터 분무수(9)와의 흡기구(11)에의 분사는 별도로 행하여진다는 의미에서, 수소개스와 물과 공기를 미리 혼합한 실린더내에 공급하는 종래로 부터 알려진 예비 혼합방식과는 기본적으로 다르다.

본 발명에 속하는 수소개스엔진에 있어서는, 수소개스 자체의 연소 속도는 빠르지만, 이 연소에 의해서 초래되는 분무수의 중기화 속도가 석유계연료의 연소 속도에 비해서 느리기때문에, 수소개스의 폭발연소와 분무소의 중기화가동인연소실내에서 일련의 연관을 가진 상태로 행하여지는 결과, 기계적운동에너지로의 전환을 석유계연료의 연소에 의한 기계적운동에너지로의 전환과 근사한 상태로 할수있다.

그 결과 본 발명에 속하는 수소개스엔진에 있어서는 수소개스만을 연소시킨 경우에 기계적운동 에너지로서 유효하게 전환할수는 없고 다만 배출된 수소개스의 열에너지를 손실함이 없이 효율적으로 잘 이용할수 있고, 그부분의 기계적 운동에너지를 증대시킬수가 있다.

또 이 엔진에 있어서는, 수소개스와 함께 연소실내에 공급되는 물을, 수소개스와 미리 혼합되어있지 않는 분무수 상태로 직접공급하는 것으로서, 이 분무수의 공급에 의하여 연소실내에서 증기에너지의 발생을 가능하게 할수있으며, 이 증기에너지의 발생이 수소개스연소에 따르는 기계적운동에너지로의 전환율을 향상시키는 역활을 한다.

그리고, 이 분무수의 공급에 의하여 수소개스의 연소에 따르는 잔여 열에너지가 감소하기 때문에 연소실 형성 부분과 함께 연소실 주변기기부의 온도상승을 억제할수가 있고, 따라서, 수소개스의 연소실내로의 원활한 공급과 요구된 착화시기가 가능하게되는 이점을 갖고 있다.

또 본 발명의 수소개스 엔진에서는, 수소개스 공급로(14)에 저부하시의 운전에 적합한 설정압력 이하의 저압 수소개스를 공급할수있는 저압개스공급용 우회로(18)를 구비하고 있기때문에 상기 공급로(14)를 통해서의 고부하시의 운전을 원활히 행하는 것은 물론, 완속운전과 같은 저부하시의 운전도 이 우회로(18)를 통해서의 저압개스의 공급에 의하여 지장없이 원활하게 지속할 수가 있다.

실험에 의하면, 시판이 1800CC 왕복엔진차 및 로우터리엔진차의 엔진을 그대로 이용해서 본발명을 적용한 결과, 저속주행은 물론, 120㎞ 까지의 고속중도 지장없이 행하는 것이 가능하였다.

따라서, 본 발명에 의하면, 수소개스의 연소폭발에너지를 증기에너지와의 병합에 의하여 효율이 양호한 기계적운동에너지로의 전환 이용이 가능하여서, 종래부터 실용화가 문제로된 새로운 동력원으로서의 수소개스엔진을 확실히 실용화 할 수 있는 효과를 갖는 것이다.

Claims

공기가 압축된 상태의 연소실내로 수소개스와 분무수를 각각 집적 분출시켜서, 수소개스를 착화연소시킴에 의하여 분무수를 증기화하고, 수소개스의 연소 폭발에너지와 분무수의 증기화에 의한 증기에너지를 병합이용하여 기계적 운동에너지를 획득하도록 구성된 수소개스엔진에 있어서, 수소개스 용기와 연소실사이의 수소개스 공급로에, 저부하상태에 있어서 상기 수소 개스공급로를 폐쇄하고, 이 개스공급로 내의 공급압력 보다도 낮은 저압 개스를 연소실내로 공급할 수 있는 저압개스 공급용 우회로를 구비/uf; 한 것을 특징으로하는 수소개스 엔진.