KR100897843B1 - 8행정 내연기관 - Google Patents

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KR100897843B1
KR100897843B1 KR1020080024307A KR20080024307A KR100897843B1 KR 100897843 B1 KR100897843 B1 KR 100897843B1 KR 1020080024307 A KR1020080024307 A KR 1020080024307A KR 20080024307 A KR20080024307 A KR 20080024307A KR 100897843 B1 KR100897843 B1 KR 100897843B1
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Abstract

본 발명은 연료의 연소에 따른 4행정 직후에 연소가스를 재순환시켜 실린더블럭 내로 재흡기 및 재압축한 상태에서 물을 분사시킴에 따라, 연료의 연소에 따른 4행정과 분사된 물의 기화 및 부피팽창에 따른 4행정이 교호적으로 반복되어 동력을 고효율적으로 발생시키는 8행정 내연기관에 관한 것이다.
본 발명에 따른 8행정 내연기관은, 피스톤의 상하 왕복운동이 커넥팅로드에 의해 전달되어 크랭크축을 회전시킴에 따라 회전동력을 발생시키는 실린더블럭과, 상기 실린더블럭의 상부에 결합되고 일측에는 흡기밸브에 의해 개폐되는 흡기매니폴드가 연결되며 타측에는 배기밸브에 의해 개폐되는 배기매니폴드가 연결되는 실린더헤드와, 상기 실린더헤드의 상측에 배열되고 상기 크랭크축의 회전에 연동되어 회전되며 상기 흡기밸브를 구동시키는 흡기캠이 일체로 형성되는 제 1 캠축과, 상기 실린더헤드의 상측에 배열되고 상기 크랭크축의 회전에 연동되어 회전되며 상기 배기밸브를 구동시키는 배기캠이 일체로 형성되는 제 2 캠축과, 상기 실린더헤드 상에 설치되어 상기 실린더블럭 내부로 물을 분사하는 물분사수단과, 상기 실린더헤드의 상측에 배열되고 상기 제 1 캠축의 회전에 연동되어 회전되며 상기 물분사수단을 작동시키는 물분사작동기구가 구비되는 제 3 캠축과, 상기 흡기매니폴드와 상기 배기매니폴드를 연결하는 연소가스 바이패스관과, 상기 흡기매니폴드 상에 설치되고 상기 연소가스 바이패스관에 연결되어 혼합기 또는 공기 또는 공기의 흡기 또는 연소가스의 재흡기를 선택적으로 조절하는 연소가스 흡기조절수단과, 상기 배 기매니폴드 상에 설치되고 상기 연소가스 바이패스관에 연결되어 연소가스의 배기 또는 재순환을 선택적으로 조절하는 연소가스 배기조절수단을 포함하여 이루어진다.
8행정 내연기관, 실린더블럭, 실린더헤드, 캠축, 물분사수단, 연소가스 바이패스관, 연소가스 바이패스관

Description

8행정 내연기관{8-STROKE INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 연료의 연소에 따른 동력발생과 분사된 물의 기화 및 부피팽창에 따른 동력발생이 교호적으로 반복되어 연료효율을 증대시킬 수 있도록 한 내연기관에 관한 것이다.
일반적으로 내연기관은 혼합기 또는 공기를 흡기, 압축, 점화 또는 연료분사에 의한 폭발 및 배기로 이루어지는 4행정을 반복하면서 크랭크축을 회전시켜 동력을 발생시킨다. 그러나 전술한 4행정이 계속적으로 반복될 경우에는 4행정마다 연료가 계속적으로 소모되어 연료소비량이 증대됨은 물론 4행정마다 1회씩 반복적으로 발생되는 폭발행정으로 실린더블럭이 상당한 고온에 노출되므로 이를 냉각시키는 데 많은 어려움이 있을 뿐만 아니라, 배기가스로 인해 환경에 유해한 물질이 배출되는 문제점이 발생되었다.
이러한 문제점을 해소하기 위하여 연료의 연소에 의해 비교적 고온상태가 유지되는 실린더블럭 내로 배기행정 직후에 물을 분사시킴으로써, 연료의 연소에 따 른 동력발생과 분사된 물의 기화 및 부피팽창에 따른 동력발생이 교호적으로 발생되는 6행정 내연기관이 제안되었다.
흡기, 압축, 폭발, 배기, 팽창, 재배기 행정이 순차적으로 반복되는 전술한 종래의 6행정 내연기관은, 4행정마다 1회씩이 아니라 6행정마다 1회씩 연료가 소비됨에 따라 종래의 4행정 내연기관에 비해 연료소비량이 대폭적으로 절감될 수 있으며, 연료의 연소에 의해 고온으로 가열된 실린더블럭 내로 물이 분사됨에 따라 실린더블럭의 냉각이 자동적으로 이루어질 뿐만 아니라 배기가스의 온도를 떨어뜨려 배기가스 내에 NOX와 같은 유해물질의 발생량을 저감시키는 효과가 있다.
그러나 전술한 바와 같은 종래의 6행정 내연기관의 경우에는 연료의 연소로 인한 동력발생 직후에 오로지 물의 기화에 따른 부피팽창만으로 동력을 발생시켜야 하는데, 이러한 물의 기화에 따른 부피팽창력으로는 피스톤을 미는 힘이 약해 동력발생이 제대로 이루어지지 못하는 문제점이 있었다.
또한 종래의 6행정 내연기관의 경우에는 연료의 연소에 의한 고온의 배기가스가 재순환됨없이 그대로 방출됨에 따라 열효율이 떨어지는 문제점도 있었다.
뿐만 아니라 종래의 6행정 내연기관의 경우에는 대부분 전자밸브를 이용하여 물을 분사하게 되는데, 이 경우에는 물을 분사하는 타이밍에 대한 신뢰성이 떨어지는 문제점도 있었다.
본 발명의 목적은 연료의 연소에 따른 4행정과 분사된 물의 기화 및 부피팽창에 따른 4행정이 교호적으로 반복되면서 동력을 발생시킴에 따라 연료효율을 대폭적으로 증대시킬 수 있도록 한 8행정 내연기관을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 연료의 연소에 따른 4행정 직후에 연소가스를 재순환시켜 실린더블럭 내로 재흡기 및 재압축한 상태에서 물을 분사시킴에 따라 일정한 동력이 지속적으로 발생됨과 동시에 연소가스의 폐열회수로 인해 열효율을 대폭적으로 증대시킬 수 있도록 한 8행정 내연기관을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 크랭크축의 회전에 연동되는 비교적 간단한 기계적 메커니즘을 통해 물분사의 타이밍에 대한 신뢰도가 대폭적으로 증대될 수 있도록 한 8행정 내연기관을 제공하는 것이다.
전술한 본 발명의 목적은, 피스톤의 상하 왕복운동이 커넥팅로드에 의해 전달되어 크랭크축을 회전시킴에 따라 회전동력을 발생시키는 실린더블럭과, 상기 실린더블럭의 상부에 결합되고 일측에는 흡기밸브에 의해 개폐되는 흡기매니폴드가 연결되며 타측에는 배기밸브에 의해 개폐되는 배기매니폴드가 연결되는 실린더헤드와, 상기 실린더헤드의 상측에 배열되고 상기 크랭크축의 회전에 연동되어 회전되며 상기 흡기밸브를 구동시키는 흡기캠이 일체로 형성되는 제 1 캠축과, 상기 실린 더헤드의 상측에 배열되고 상기 크랭크축의 회전에 연동되어 회전되며 상기 배기밸브를 구동시키는 배기캠이 일체로 형성되는 제 2 캠축과, 상기 실린더헤드 상에 설치되어 상기 실린더블럭 내부로 물을 분사하는 물분사수단과, 상기 실린더헤드의 상측에 배열되고 상기 제 1 캠축의 회전에 연동되어 회전되며 상기 물분사수단을 작동시키는 물분사작동기구가 구비되는 제 3 캠축과, 상기 흡기매니폴드와 상기 배기매니폴드를 연결하는 연소가스 바이패스관과, 상기 흡기매니폴드 상에 설치되고 상기 연소가스 바이패스관에 연결되어 혼합기 또는 공기의 흡기 또는 연소가스의 재흡기를 선택적으로 조절하는 연소가스 흡기조절수단과, 상기 배기매니폴드 상에 설치되고 상기 연소가스 바이패스관에 연결되어 연소가스의 배기 또는 재순환을 선택적으로 조절하는 연소가스 배기조절수단을 포함하여 이루어지는 8행정 내연기관을 제공함에 의해 달성된다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 실린더헤드의 중앙에는 점화플러그 또는 연료분사구가 설치된다.
본 발명의 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 제 1 캠축과 상기 제 2 캠축은, 상기 크랭크축에 고정되는 제 1 스프로킷과, 상기 제 1 캠축에 고정되는 제 2 스프로킷과, 상기 제 2 캠축에 고정되는 제 3 스프로킷과, 상기 스프로킷들을 연결하는 전동체인을 포함하여 이루어지는 제 1 전동수단에 의해, 상기 크랭크축의 회전에 연동되어 회전된다.
본 발명의 더욱 바람직한 특징에 따르면, 상기 제 1 스프로킷의 2회전당 상기 제 2 및 제 3 스프로킷이 1회전함에 따라 상기 제 1 캠축과 상기 제 2 캠축은 상기 크랭크축의 2회전당 1회전하도록 상기 크랭크축의 회전에 연동된다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 제 3 캠축은, 상기 제 1 캠축에 고정되는 제 1 기어와, 상기 제 3 캠축에 고정되고 상기 제 1 기어에 맞물려지는 제 2 기어로 이루어지는 제 2 전동수단에 의해, 상기 제 1 캠축의 회전에 연동되어 회전된다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 제 1 기어의 2회전당 상기 제 2 기어가 1회전함에 따라, 상기 제 3 캠축은 상기 제 2 전동수단에 의해 상기 제 1 캠축의 2회전당 1회전하도록 상기 제 1 캠축의 회전에 연동된다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 연소가스 흡기조절수단은, 상기 흡기매니폴드의 일측에 고정설치되고 상기 연소가스 바이패스관과 연통되는 제 1 반원곡면판과, 상기 제 1 반원곡면판과 상기 흡기매니폴드의 타측 사이에 외접하여 제 1 회전축에 의해 회전가능하게 설치되고 그 내부에는 회전방향에 따라 상기 흡기매니폴드의 양측을 선택적으로 연통시키는 제 1 연통관이 구비되며 그 외주면에는 회전방향에 따라 상기 연소가스 바이패스관과 상기 흡기매니폴드의 타측을 선택적으로 연통시키는 제 1 연통공이 형성되는 제 1 회전드럼과, 상기 제 1 회전드럼의 제 1 회전축을 회전시켜 상기 제 1 회전드럼을 회전시키는 제 1 액추에이터를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 제 1 액추에이터는, 상기 제 1 회전드럼의 제 1 회전축에 고정되는 제 1 평기어와, 상기 제 3 캠축에 일체로 형성되는 흡기조절캠과, 일단이 상기 흡기조절캠에 접하도록 탄성바이어스되어 상 기 제 3 캠축의 회전에 따라 선형이동되는 흡기조절노드와, 상기 흡기조절노드의 타단에 일체로 형성되고 상기 제 1 평기어에 맞물려지는 제 1 랙기어를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 연소가스 배기조절수단은, 상기 배기매니폴드의 일측에 고정설치되고 상기 연소가스 바이패스관과 연통되는 제 2 반원곡면판과, 상기 제 2 반원곡면판과 상기 배기매니폴드의 타측 사이에 외접하여 제 2 회전축에 의해 회전가능하게 설치되고 그 내부에는 회전방향에 따라 상기 배기매니폴드의 양측을 선택적으로 연통시키는 제 2 연통관이 구비되며 그 외주면에는 회전방향에 따라 상기 연소가스 바이패스관과 상기 배기매니폴드의 타측을 선택적으로 연통시키는 제 2 연통공이 형성되는 제 2 회전드럼과, 상기 제 2 회전드럼의 제 2 회전축에 결합되어 상기 제 2 회전드럼을 회전시키는 제 2 액추에이터를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 제 2 액추에이터는, 상기 제 2 회전드럼의 제 2 회전축에 고정되는 제 2 평기어와, 상기 제 3 캠축에 일체로 형성되는 배기조절캠과, 일단이 상기 배기조절캠에 접하도록 탄성바이어스되어 상기 제 3 캠축의 회전에 따라 선형이동되는 배기조절노드와, 상기 배기조절노드의 타단에 일체로 형성되고 상기 제 2 평기어에 맞물려지는 제 2 랙기어를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 물분사수단은, 상기 실린더헤드 상에 설치되고 일측에는 물공급원에 연결되고 하단에는 분사노즐이 설치되 는 분사실린더와, 상기 분사실린더에 회전가능하게 결합되고 상기 분사노즐을 폐쇄하는 방향으로 탄성바이어스되며 회전에 따라 상기 물분사작동기구에 연동되어 분사노즐을 개폐시키는 노즐개폐봉을 포함하여 이루어진다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 물분사작동기구는, 상기 노즐개폐봉의 상부 일측에 돌출형성되는 돌기와, 상기 흡기조절캠 상에 형성되고 상기 흡기조절캠의 회전에 따라 상기 돌기를 밀어 상기 노즐개폐봉을 회전시키는 트리거를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 트리거는 연소가스가 재순환되어 상기 실린더블럭 내로 재흡기되고 재압축된 후에 상기 노즐개폐봉을 회동시켜 상기 분사노즐을 개방시킨다.
본 발명에 따른 8행정 내연기관에 의하면, 연료의 연소에 따른 4행정과 분사된 물의 기화 및 부피팽창에 따른 4행정이 교호적으로 반복되면서 동력을 발생시킴에 따라 종래의 4행정 또는 6행정 내연기관에 비해 연료효율을 대폭적으로 증대시킬 수 있는 탁월한 효과가 있다.
또한 연료의 연소에 따른 4행정 직후에 연소가스를 재순환시켜 실린더블럭 내로 재흡기 및 재압축한 상태에서 물을 분사시킴에 따라 분사된 물의 기화 및 부피팽창에 따른 4행정에서도 연료의 연소에 따른 4행정과 동일한 동력이 발생됨으로써, 연료의 연소에 따른 4행정과 분사된 물의 기화 및 부피팽창에 따른 4행정이 교 호적으로 반복되더라도 일정한 동력이 지속적으로 발생될 수 있는 탁월한 효과가 있다.
또한 연료의 연소에 따른 4행정 직후에 연소가스를 재순환시켜 사용함으로써 연소가스의 폐열을 회수함에 따라 열효율을 대폭적으로 증대시킬 수 있는 탁월한 효과도 있다.
뿐만 아니라 크랭크축의 회전에 연동되는 물분사기구가 비교적 간단한 기계적 메커니즘에 의해 재순환된 연소가스의 압축시에만 물을 분사함으로써 오작동이 방지되고 물분사의 타이밍에 대한 신뢰도가 대폭적으로 증대되는 효과도 있다.
이하에는, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
도 1에는 본 발명에 따른 8행정 내연기관의 개략구조도가 도시되고, 도 2a 및 도 2b에는 본 발명에 따른 8행정 내연기관의 상측구조도가 도시되며, 도 3에는 크랭크축과 제 1, 제 2 및 제 3 캠축의 연동구조도가 도시되고, 도 4a 및 도 4b에는 물분사수단의 작동도가 도시되며, 도 5a 및 도 5b에는 흡기밸브, 배기밸브, 제 1 및 제 2 액추에이터의 작동도가 도시되고, 도 6a 내지 도 6c에는 연소가스 흡기 조절수단 및 연소가스 배기조절수단의 작동도가 도시된다.
본 발명에 따른 8행정 내연기관(1)은, 연료의 연소에 따른 4행정 직후에 연소가스를 재순환시켜 실린더블럭 내로 재흡기 및 재압축한 상태에서 물을 분사시킴에 따라, 연료의 연소에 따른 4행정과 분사된 물의 기화 및 부피팽창에 따른 4행정이 교호적으로 반복되어 동력을 고효율적으로 발생시킬 수 있도록 한 것으로, 도 1 내지 도 7에 도시되는 바와 같이, 피스톤(11)의 상하 왕복운동이 커넥팅로드(12)에 의해 전달되어 크랭크축(14)을 회전시킴에 따라 회전동력을 발생시키는 실린더블럭(10)과, 실린더블럭(10)의 상부에 결합되고 일측에는 흡기밸브(22)에 의해 개폐되는 흡기매니폴드(21)가 연결되며 타측에는 배기밸브(24)에 의해 개폐되는 배기매니폴드(23)가 연결되는 실린더헤드(20)와, 실린더헤드(20)의 상측에 배열되고 크랭크축(14)의 회전에 연동되어 회전되며 흡기밸브(22)를 구동시키는 흡기캠(31)이 일체로 형성되는 제 1 캠축(30)과, 실린더헤드(20)의 상측에 배열되고 크랭크축(14)의 회전에 연동되어 회전되며 배기밸브(24)를 구동시키는 배기캠(41)이 일체로 형성되는 제 2 캠축(40)과, 실린더헤드(20) 상에 설치되어 실린더블럭(10) 내부로 물을 분사하는 물분사수단(50)과, 실린더헤드(20)의 상측에 배열되고 제 1 캠축(30)의 회전에 연동되어 회전되며 물분사수단(50)을 작동시키는 물분사작동기구(61)가 일체로 형성되는 제 3 캠축(60)과, 흡기매니폴드(21)와 배기매니폴드(23)를 연결하는 연소가스 바이패스관(70)과, 흡기매니폴드(21) 상에 설치되고 연소가스 바이패스관(70)에 연결되어 혼합기(가솔린기관의 경우) 또는 공기(디젤기관의 경우)의 흡기 또는 연소가스의 재흡기를 선택적으로 조절하는 연소가스 흡기조절수단(80)과, 배기매니폴드(23) 상에 설치되고 연소가스 바이패스관(70)에 연결되어 연소가스의 배기 또는 재순환을 선택적으로 조절하는 연소가스 배기조절수단(90)을 포함하여 이루어진다.
여기서 실린더블럭(10)은 연료의 연소 및 물의 기화가 교호적으로 발생되는 공간을 형성함과 동시에 피스톤(11)의 상하 왕복운동을 가이드 하는 것으로, 그 내부에는 피스톤(11)이 상하 왕복운동 가능하게 결합되고 피스톤(11)의 하부에는 커넥팅로드(12)의 일단이 연결되며, 이 커넥팅로드(12)의 타단에는 크랭크(13)의 일측이 연결되고, 크랭크(13)의 중심에는 실린더블럭(10)에 회동가능하게 결합되는 크랭크축(14)이 일체로 결합됨에 따라, 피스톤(11)의 상하 왕복운동이 커넥팅로드(12)에 의해 전달되어 크랭크축(14)을 회전시킴에 따라 회전동력을 발생시킨다.
전술한 실린더블럭(10)의 상부에는 실린더헤드(20)가 결합되는데, 이 실린더헤드(20)는 실린더블럭(10)의 상부를 기밀적으로 폐쇄함과 동시에 연료의 연소 및 물의 기화가 교호적으로 발생될 수 있도록 혼합기 또는 공기 또는 연소가스를 공급하고 연소가스를 배기시키는 역할을 하는 것으로, 그 일측에는 흡기밸브(22)에 의해 개폐되면서 혼합기 또는 공기를 실린더블럭(10) 내부로 흡기시키거나 연소가스를 실린더블럭(10) 내부로 재흡기시키는 흡기매니폴드(21)가 연결되며 타측에는 배기밸브(24)에 의해 개폐되면서 연소가스나 증기가 포함된 연소가스를 실린더블럭(10) 외부로 배기시키는 배기매니폴드(23)가 연결되고 그 중앙에는 내부로 흡기된 혼합기가 압축될 경우에 인위적으로 불꽃을 튀겨 점화가 일어날 수 있도록 하는 점화플러그(도시되지 않음)가 구비되거나(가솔린기관의 경우) 또는 내부로 흡기된 공기가 압축될 경우에 연료를 분사하여 폭발이 일어나도록 하는 연료분사구(도시되지 않음)가 구비(디젤기관의 경우)된다. 흡기밸브(22)는 스프링 등에 의해 흡기매니폴드(21)를 폐쇄시키는 방향으로 탄성바이어스되고, 배기밸브(24)는 스프링 등에 의해 배기매니폴드(23)를 폐쇄시키는 방향으로 탄성바이어스된다. 도시되지 않은 점화플러그 또는 연료분사구는 실린더헤드(20)의 정중앙에 형성된 구멍(25)에 결합된다.
흡기매니폴드(21)와 배기매니폴드(23)는 흡기 및 배기효율을 증대시키기 위하여 2개가 서로 인접하여 1쌍으로 형성되는 것이 바람직한데, 이 경우 흡기밸브(22)와 배기밸브(24)도 각각 1개의 쌍으로 이루어지고, 차후에 설명되겠지만 이를 구동하기 위한 흡기캠(31) 및 배기캠(41) 등도 도시된 바와 같이 1쌍으로 형성된다.
전술한 실린더헤드(20)의 상측에는 제 1 캠축(30)이 배열되는데, 이 제 1 캠축(30)은 크랭크축(14)의 회전에 연동되어 회전되는 것으로, 제 1 캠축(30)에는 제 1 캠축(30)의 회전에 따라 일체로 회전되면서 흡기밸브(22)를 밀어 흡기매니폴드(21)를 개방시킴에 따라 혼합기 또는 공기의 흡기행정 또는 연소가스의 재흡기행정이 일어날 수 있도록 하는 흡기캠(31)이 일체로 형성된다.
전술한 실린더헤드(20)의 상측에는 제 2 캠축(40)이 제 1 캠축(30)과 나란하게 배열되는데, 이 제 2 캠축(40)은 크랭크축(14)의 회전에 연동되어 회전되는 것으로, 제 2 캠축(40)에는 크랭크축(14)의 회전에 따라 일체로 회전되면서 회전되며 배기밸브(24)를 밀어 배기매니폴드(23)를 개방시킴에 따라 연소가스의 배기행정 또 는 증기가 포함된 연소가스의 재배기행정이 일어날 수 있도록 하는 배기캠(41)이 일체로 형성된다.
전술한 제 1 캠축(30)과 제 2 캠축(40)은 제 1 전동수단(110)에 의해 크랭크축(14)의 회전에 연동되어 회전되는데, 제 1 전동수단(110)은 도 3에 도시되는 바와 같이, 크랭크축(14)에 고정되는 제 1 스프로킷(111)과, 제 1 캠축(30)에 고정되는 제 2 스프로킷(112)과, 제 2 캠축(40))에 고정되는 제 3 스프로킷(113)과, 스프로킷들(111, 112 및 113)을 연결하는 전동체인(114)을 포함하여 이루어진다.
제 1 캠축(30)은 크랭크축(14)의 4회전을 통해 이루어지는 전체 8행정 동안 혼합기 또는 공기의 흡기행정과 연소가스의 재흡기행정이 각각 1회씩 4행정 간격으로 발생될 수 있도록, 제 1 스프로킷(111)의 2회전당 제 2 스프로킷(112)이 1회전함에 따라 크랭크축(14)의 2회전당 1회전하도록 크랭크축(14)의 회전에 연동된다.
제 2 캠축(40)도 크랭크축(14)의 4회전을 통해 이루어지는 전체 8행정 동안 연소가스의 배기행정과 증기가 포함된 연소가스의 재배기행정이 각각 1회씩 4행정 간격으로 발생될 수 있도록, 제 1 스프로킷(111)의 2회전당 제 3 스프로킷(113)이 1회전함에 따라 크랭크축(14)의 2회전당 1회전하도록 크랭크축(14)의 회전에 연동된다.
또한 제 1 캠축(30)에 형성되는 흡기캠(31)과 제 2 캠축(40)에 형성되는 배기캠(41)의 최대 반경지점은 회전방향으로 서로 270도의 각도간격을 두고 떨어져서 형성됨에 따라, 흡기캠(31)에 의해 혼합기 또는 공기의 흡기행정이 행해진 후 3행정의 간격을 두고 배기캠(41)에 의해 연소가스의 배기행정이 행해지고, 흡기캠(31) 에 의해 연소가스의 재흡기행정이 행해진 후 3행정의 간격을 두고 배기캠(41)에 의해 증기를 포함하는 연소가스의 재배기행정이 행해진다.
전술한 실린더헤드(20) 상에는 물분사수단(50)이 설치되는데, 이 물분사수단(50)은 연소가스가 재순환되어 실린더블럭(10) 내로 재흡기되고 재압축된 후에 실린더블럭(10) 내부로 물을 분사함에 따라 연료의 연소로 인한 동력발생 이후에 물의 기화로 인한 부피팽창을 통해 동력이 발생될 수 있도록 하는 것으로, 도 1, 도 4a 및 도 4b에 도시되는 바와 같이, 실린더헤드(20) 상에 설치되고 일측에는 물공급원(도시되지 않음)에 연결되고 하단에는 실린더블럭(10) 내로 향하는 분사노즐(51a)이 설치되는 분사실린더(51)와, 분사실린더(51)에 회전가능하게 결합되고 차후에 상세히 설명될 물분사작동기구(61)에 의해 분사노즐(51a)을 폐쇄하는 방향으로 탄성바이어스되며 회전에 따라 분사노즐(51a)을 개폐시키는 노즐개폐봉(52)을 포함하여 이루어진다.
전술한 실린더헤드(20)의 상측에는 제 3 캠축(60)이 배열되는데, 이 3 캠축은 제 1 캠축(30)의 회전에 연동되어 회전되면서 차후에 설명될 연소가스 흡기조절수단(80)과 연소가스 배기조절수단(90)의 작동을 제어함과 동시에 물분사작동기구(61)를 작동시켜 실린더블럭(10) 내로 물이 분사될 수 있도록 하는 것으로, 제 3 캠축(60) 상에는 제 3 캠축(60)과 일체로 회전되면서 연소가스가 재순환되어 실린더블럭(10) 내로 재흡기되고 재압축된 즉시 물분사수단(50)를 연동시켜 물분사수단(50)을 작동시키는 물분사작동기구(61)가 형성된다.
제 1 캠축(30)과 제 2 캠축(40) 사이에 위치되는 제 3 캠축(60)은 실린더헤 드(20)의 정중앙에 점화플러그 또는 연료분사구의 설치가 가능하도록 실린더헤드(20)의 정중앙으로부터 일측으로 치우쳐져 배열되는 것이 바람직하다.
또한 제 3 캠축(60)은 제 2 전동수단(120)에 의해 제 1 캠축(30)의 회전에 연동되어 회전되는데, 이 제 2 전동수단(120)은 도 1 내지 도 2b에 도시되는 바와 같이, 제 1 캠축(30)에 고정되는 제 1 기어(121)와, 제 3 캠축(60)에 고정되고 제 1 기어(121)에 맞물려지는 제 2 기어(122)를 포함하여 이루어진다.
제 3 캠축(60)은 크랭크축(14)의 4회전을 통해 이루어지는 전체 8행정 동안 1회전함으로써 물분사수단(50)이 1회만 작동될 수 있도록, 제 1 기어(121)와 제 2 기어(122)가 1:2의 기어비를 가짐으로써 제 1 기어(121)의 2회전당 제 2 기어(122)가 1회전함에 따라, 제 2 전동수단(120)에 의해 제 1 캠축(30)의 2회전당 1회전하도록 제 1 캠축(30)의 회전에 연동된다.
물분사작동기구(61)는 차후에 설명될 흡기조절캠(83b)에 연동되므로, 차후 흡기조절캠(83b)의 설명시에 상세히 설명하기로 한다.
전술한 흡기매니폴드(21)와 배기매니폴드(23)는 연소가스 바이패스관(70)에 의해 연결되는데, 이 연소가스 바이패스관(70)은 흡기매니폴드(21)를 통해 실린더블럭(10) 내부로 흡기된 혼합기 또는 공기가 압축행정과 폭발행정을 거쳐 배기매니폴드(23)를 통해 연소가스로 배기될 경우에 바로 배기시키지 않고 다시 흡기매니폴드(21)로 재순환시켜 실린더블럭(10) 내부로 재흡기될 수 있도록 하는 관로이다.
연소가스 바이패스관(70)의 일단은 차후에 설명될 연소가스 흡기조절수단(80)에 연결되고 연소가스 바이패스관(70)의 타단은 차후에 설명될 연소가스 배 기조절수단(90)에 각각 연결된다.
흡기매니폴드(21) 상에서 연소가스 바이패스관(70)이 연결되는 부분에는 연소가스 흡기조절수단(80)이 설치되는데, 이 연소가스 흡기조절수단(80)은 흡기매니폴드(21) 또는 연소가스 바이패스관(70)으로부터 실린더블럭(10)으로 관로를 선택적으로 변경함에 따라 흡기행정에서는 흡기매니폴드(21)와 실린더블럭(10)을 연통시켜 혼합기 또는 공기가 실린더블럭(10) 내로 흡기되도록 하고, 재흡기행정에서는 연소가스 바이패스관(70)과 실린더블럭(10)을 연통시켜 연소가스가 실린더블럭(10) 내로 재흡기되도록 하는 것으로, 도 2a 및 도 2b 그리고 도 6a 내지 도 6c에 도시되는 바와 같이, 흡기매니폴드(21)의 일측에 고정설치되고 연소가스 바이패스관(70)이 결합되는 제 1 결합관(81a)이 구비되는 제 1 반원곡면판(81)과, 제 1 반원곡면판(81)과 흡기매니폴드(21)의 타측 사이에 외접하여 제 1 회전축(82a)에 의해 회전가능하게 설치되고 그 내부에는 회전방향에 따라 흡기매니폴드(21)의 양측을 선택적으로 연통시키는 제 1 연통관(82b)이 구비되며 그 외주면에는 회전방향에 따라 연소가스 바이패스관(70)과 흡기매니폴드(21)의 타측을 선택적으로 연통시키는 제 1 연통공(82c)이 형성되는 제 1 회전드럼(82)과, 제 1 회전드럼(82)의 제 1 회전축(82a)을 회전시켜 제 1 회전드럼(82)을 회전시키는 제 1 액추에이터(83)를 포함하여 이루어진다.
제 1 연통공(82c)은 양측에 형성되는데, 일측의 제 1 연통공(82c)은 제 1 결합관(81a)에 연통가능하고 타측의 제 1 연통공(82c)은 흡기매니폴드(21)의 타측에 연통가능하다.
연소가스 흡기조절수단(80)의 작동에 있어서는 기밀이 유지되는 것이 상당히 중요한데, 이를 위해 제 1 회전드럼(82)의 회전에 따라 제 1 연통관(82b)의 양단은 흡기매니폴드(21)의 양측에 기밀적으로 연통되는 것이 바람직하며 제 1 회전드럼(82)의 회전에 따라 제 1 연통공(82c)은 제 1 반원곡면판(81)의 제 1 결합관(81a)과 흡기매니폴드(21)의 타측에 각각 기밀적으로 연통되는 것이 바람직하다.
또한 제 1 회전드럼(82)의 외주면에는 제 1 액추에이터(83)에 의한 회동에 따라 제 1 반원곡면판(81)이 접하여 양방향으로의 회동범위를 한정하는 제 1 스토퍼(82d)가 형성되는 것이 바람직하다.
제 1 회전드럼(82)을 양방향으로 회전시키는 제 1 액추에이터(83)는, 도 2a 및 도 2b에 도시되는 바와 같이, 제 1 회전드럼(82)의 제 1 회전축(82a)에 고정되는 제 1 평기어(83a)와, 제 3 캠축(60)에 일체로 형성되는 흡기조절캠(83b)과, 일단이 흡기조절캠(83b)에 접하도록 예를 들어 코일스프링 등에 의해 탄성바이어스되어 제 3 캠축(60)의 회전에 따라 선형이동되는 흡기조절노드(83c)와, 흡기조절노드(83c)의 타단에 일체로 형성되고 제 1 평기어(83a)에 맞물려지는 제 1 랙기어(83d)를 포함하여 이루어진다.
따라서 제 3 캠축(60)이 회전하면 이에 일체로 형성된 흡기조절캠(83b)이 회전하게 되고, 이에 의해 흡기조절캠(83b)에 밀착된 흡기조절노드(83c)가 선형이동되면 그 단부에 형성된 제 1 랙기어(83d)도 일체로 선형이동되며, 이러한 제 1 랙기어(83d)의 선형이동에 의해 제 1 회전드럼(82)의 제 1 회전축(82a)에 고정되는 제 1 평기어(83a)가 양방향으로 교호적으로 회전됨에 따라 제 1 회전드럼(82)이 제 1 반원곡면판(81)과 흡기매니폴드(21)의 타측 사이에서 회전되면서 흡기행정에서는 흡기매니폴드(21)와 실린더블럭(10)가 연통되어 혼합기 또는 공기가 실린더블럭(10) 내로 흡기되고, 재흡기행정에서는 연소가스 바이패스관(70)과 실린더블럭(10)가 연통되어 연소가스가 실린더블럭(10) 내로 재흡기된다.
전술한 제 3 캠축(60)의 물분사작동기구(61)는 제 1 액추에이터(83)의 흡기조절캠(83b)에 연동되어 작동되는데, 이 물분사작동기구(61)는 도 4a 및 도 4b에 도시되는 바와 같이 노즐개폐봉(52)의 상부 일측에 돌출형성되는 돌기(61a)와, 흡기조절캠(83b) 상에 형성되고 흡기조절캠(83b)의 회전에 따라 돌기(61a)를 밀어 노즐개폐봉(52)을 회전시키는 트리거(61b)를 포함하여 이루어진다.
트리거(61b)는 연소가스가 재순환되어 실린더블럭(10) 내로 재흡기되고 재압축이 완료된 직후에만 노즐개폐봉(52)을 회동시켜 분사노즐(51a)을 개방시킴에 따라 크랭크축(14)의 4회전을 통해 이루어지는 전체 8행정 동안 오직 연소가스의 재압축이 완료된 직후에만 물분사수단(50)에 의해 물이 실린더블럭(10) 내로 분사된다.
전술한 배기매니폴드(23) 상에서 연소가스 바이패스관(70)이 연결되는 부분에는 연소가스 배기조절수단(90)이 설치되는데, 이 연소가스 배기조절수단(90)은 실린더블럭(10)으로부터 연소가스 바이패스관(70) 또는 배기매니폴드(23)으로 선택적으로 관로를 변경함에 따라, 배기행정에서는 연소가스 바이패스관(70)과 실린더블럭(10)을 연통시켜 연소가스가 연소가스 바이패스관(70)을 통해 재순환되도록 하고, 재배기행정에서는 배기매니폴드(23)와 실린더블럭(10)을 연통시켜 증기를 포함 한 연소가스가 배기매니폴드(23)를 통해 최종적으로 배기되도록 하는 것으로, 도 2a 및 도 2b 그리고 도 6a 내지 도 6c에 도시되는 바와 같이, 배기매니폴드(23)의 일측에 고정설치되고 연소가스 바이패스관(70)이 결합되는 제 2 결합관(91a)이 구비되는 제 2 반원곡면판(91)과, 제 2 반원곡면판(91)과 배기매니폴드(23)의 타측 사이에 외접하여 제 2 회전축(92a)에 의해 회전가능하게 설치되고 그 내부에는 회전방향에 따라 배기매니폴드(23)의 양측을 선택적으로 연통시키는 제 2 연통관(92b)이 구비되며 그 외주면에는 회전방향에 따라 연소가스 바이패스관(70)과 배기매니폴드(23)의 타측을 선택적으로 연통시키는 제 2 연통공(92c)이 형성되는 제 2 회전드럼(92)과, 제 2 회전드럼(92)의 제 2 회전축(92a)에 결합되어 제 2 회전드럼(92)을 회전시키는 제 2 액추에이터(93)를 포함하여 이루어진다.
제 2 연통공(92c)은 양측에 형성되는데, 일측의 제 2 연통공(92c)은 제 2 결합관(91a)에 연통가능하고 타측의 제 2 연통공(92c)은 배기매니폴드(23)의 타측에 연통가능하다.
연소가스 배기조절수단(90)의 작동에 있어서는 기밀이 유지되는 것이 상당히 중요한데, 이를 위해 제 2 회전드럼(92)의 회전에 따라 제 2 연통관(92b)의 양단은 배기매니폴드(23)의 양측에 기밀적으로 연통되는 것이 바람직하며 제 2 회전드럼(92)의 회전에 따라 제 2 연통공(92c)은 제 2 반원곡면판(91)의 제 2 결합관(91a)과 배기매니폴드(23)의 타측에 각각 기밀적으로 연통되는 것이 바람직하다.
또한 제 2 회전드럼(92)의 외주면에는 제 2 액추에이터(93)에 의한 회동에 따라 제 2 반원곡면판(91)이 접하여 양방향으로의 회동범위를 한정하는 제 2 스토 퍼(92d)가 형성되는 것이 바람직하다.
제 2 회전드럼(92)을 양방향으로 회전시키는 제 2 액추에이터(93)는, 도 2a 및 도 2b에 도시되는 바와 같이, 제 2 회전드럼(92)의 제 2 회전축(92a)에 고정되는 제 2 평기어(93a)와, 제 3 캠축(60)에 일체로 형성되는 배기조절캠(93b)과, 일단이 배기조절캠(93b)에 접하도록 예를 들어 코일스프링 등에 의해 탄성바이어스되어 제 3 캠축(60)의 회전에 따라 선형이동되는 배기조절노드(93c)와, 배기조절노드(93c)의 타단에 일체로 형성되고 제 2 평기어(93a)에 맞물려지는 제 2 랙기어(93d)를 포함하여 이루어진다.
따라서 제 3 캠축(60)이 회전하면 이에 일체로 형성된 배기조절캠(93b)이 회전하게 되고, 이에 의해 배기조절캠(93b)에 밀착된 배기조절노드(93c)가 선형이동되면 그 단부에 형성된 제 2 랙기어(93d)도 일체로 선형이동되며, 제 2 랙기어(93d)의 선형이동에 의해 제 2 회전드럼(92)의 제 2 회전축(92a)에 고정되는 제 2 평기어(93a)가 양방향으로 교호적으로 회전됨에 따라 제 2 회전드럼(92)이 제 2 반원곡면판(91)과 배기매니폴드(23)의 타측 사이에서 회전되면서 배기행정에서는 연소가스 바이패스관(70)과 실린더블럭(10)이 연통되어 연소가스가 연소가스 바이패스관(70)을 통해 재순환되고, 재배기행정에서는 배기매니폴드(23)와 실린더블럭(10)이 연통되어 증기를 포함하는 연소가스가 배기매니폴드(23)를 통해 최종적으로 배기된다.
도 7에는 본 발명에 따른 8행정 내연기관의 행정순서도가 도시된다. 이하 첨 부도면을 참조하여 본 발명에 따른 8행정 내연기관의 전체 작동을 개략적으로 설명하면 다음과 같다:
본 발명에 따른 8행정 내연기관(1)은 도 7에 도시되는 바와 같이, 혼합기 또는 공기가 실린더블럭(10) 내부로 흡기되는 흡기행정과, 흡기행정에 의해 실린더블럭(10) 내부로 흡기된 혼합기 또는 공기를 피스톤(11)의 상승을 통해 압축시키는 압축행정과, 압축행정에 의해 압축된 혼합기를 점화플러그로 점화시키거나 또는 압축행정에 의해 압축된 공기에 연료를 분사하여 폭발적인 연소를 일으키는 폭발행정과, 폭발행정에 의해 연소된 연소가스를 실린더블럭(10)으로부터 배기시켜 연소가스 바이패스관(70)으로 재순환시키는 배기행정과, 배기행정에 의해 연소가스 바이패스관(70)으로 재순환된 연소가스를 다시 실린더블럭(10) 내부로 유입시키는 재흡기행정과, 재흡기행정에 의해 실린더블럭(10) 내부로 다시 유입된 연소가스를 피스톤(11)의 상승을 통해 다시 압축시키는 재압축행정과, 재압축행정에 의해 압축된 고온의 연소가스 내로 물을 분사하여 물의 기화를 통해 부피팽창시키는 팽창행정과, 팽창행정 이후 증기를 포함하는 연소가스를 실린더블럭(10)으로부터 최종적으로 배기시키는 재배기행정을 포함하는 전체 8행정을 통해 동력을 발생시킨다.
도 8a 내지 도 8p는 크랭크축의 90도 회전간격으로 나누어진 본 발명에 따른 8행정 내연기관의 전체작동순서도가 도시된다. 이하 각각의 행정별로 본 발명에 따른 8행정 내연기관의 작동을 상세히 설명하면 다음과 같다:
본 발명에 따른 8행정 내연기관(1)에 있어서, 흡기밸브(22)는 전체 8행정 중 흡기행정과 재흡기행정을 제외한 대부분 닫혀진 상태로 유지되고, 배기밸브(24)는 전체 8행정 중 배기행정과 재배기행정을 제외한 대부분 닫혀진 상태로 유지된다. 또한 연소가스 흡기조절수단(80)은 전체 8행정 중 배기행정 및 재흡기행정을 제외한 대부분 제 1 연통관(82b)이 흡기매니폴드(21)의 일측과 타측을 서로 연통시키는 상태로 유지되고, 연소가스 배기조절수단(90)은 전체 8행정 중 배기행정 및 재흡기행정을 제외한 대부분 제 2 연통관(92b)이 배기매니폴드(23)의 일측과 타측을 서로 연통시키는 상태로 유지됨을 밝혀둔다.
도 8a 및 도 8b에는 흡기행정이 도시되는데, 이 흡기행정 동안 크랭크축(14)은 0도에서 180도로 회전되고, 제 1 전동수단(110)에 의해 크랭크축(14)에 연동되는 제 1 캠축(30)과 제 2 캠축(40)은 0도에서 90도로 회전되고 제 2 전동수단(120)에 의해 제 1 캠축(30)에 연동되는 제 3 캠축(60)은 0도에서 45도로 회전된다.
크랭크축(14)이 0도에서 180도로 회전되는 동안 제 1 캠축(30)에 일체로 형성된 흡기캠(31)이 흡기밸브(22)를 아래로 밀어 흡기매니폴드(21)가 개방됨에 따라 혼합기 또는 공기가 실린더블럭(10) 내부로 흡기가능하게 되고, 피스톤(11)이 상사점에서 하사점으로 이동되면서 혼합기 또는 공기가 실린더블럭(10) 내부로 흡기되며, 배기밸브(24)는 닫혀진 상태로 유지되어 배기매니폴드(23)가 폐쇄된 상태로 유지된다. 크랭크축(14)이 180도로 회전되어 피스톤(11)이 하사점에 도달하면 흡기밸브(22)는 다시 원위치되면서 흡기매니폴드(21)는 다시 폐쇄되고 흡기행정이 완료된다.
도 8c 및 도 8d에는 압축행정이 도시되는데, 이 압축행정 동안 크랭크축(14)은 180도에서 360도로 회전되고, 제 1 전동수단(110)에 의해 크랭크축(14)에 연동 되는 제 1 캠축(30)과 제 2 캠축(40)은 90도에서 180도로 회전되고 제 2 전동수단(120)에 의해 제 1 캠축(30)에 연동되는 제 3 캠축(60)은 45도에서 90도로 회전된다.
크랭크축(14)이 180도에서 360도로 회전되는 동안 흡기밸브(22)는 닫혀진 상태로 유지되어 흡기매니폴드(22)가 폐쇄된 상태로 유지되고, 배기밸브(24)도 닫혀진 상태로 유지되어 배기매니폴드(23)가 폐쇄된 상태로 유지되며, 피스톤(11)은 하사점에서 상사점으로 이동하면서 실린더블럭(10) 내부로 흡기된 혼합기 또는 공기를 압축한다.
도 8e 및 도 8f에는 폭발행정이 도시되는데, 이 폭발행정 동안 크랭크축(14)은 360도에서 540도로 회전되고, 제 1 전동수단(110)에 의해 크랭크축(14)에 연동되는 제 1 캠축(30)과 제 2 캠축(40)은 180도에서 270도로 회전되고 제 2 전동수단(120)에 의해 제 1 캠축(30)에 연동되는 제 3 캠축(60)은 90도에서 135도로 회전된다.
크랭크축(14)이 360도로 회전한 때에 배전기(도시되지 않음)의 작동에 의해 점화플러그에 의해 불꽃이 튀겨지거나 또는 연료분사구에 의해 연료가 분사되는데, 이에 의해 압축된 혼합기 또는 공기가 폭발적으로 연소되면서 피스톤(11)을 아래로 내리누르게 되고, 이러한 힘은 커넥팅로드(12)를 거쳐 크랭크(13)에 전달됨에 따라 크랭크축(14)을 회전시키는 원동력이 되며, 결국 피스톤(11)은 크랭크축(14)이 360도에서 540도로 회전되는 동안 상사점에서 하사점으로 이동된다.
크랭크축(14)이 360도에서 540도로 회전되는 동안 흡기밸브(22)는 닫혀진 상 태로 유지되어 흡기매니폴드(22)가 폐쇄된 상태로 유지되며 배기밸브(24)는 닫혀진 상태로 유지되어 배기매니폴드(23)가 폐쇄된 상태로 유지된다.
도 8g 및 도 8h에는 배기행정이 도시되는데, 이 배기행정 동안 크랭크축(14)은 540도에서 720도로 회전되고, 제 1 전동수단(110)에 의해 크랭크축(14)에 연동되는 제 1 캠축(30)과 제 2 캠축(40)은 270도에서 360도로 회전되고 제 2 전동수단(120)에 의해 제 1 캠축(30)에 연동되는 제 3 캠축(60)은 135도에서 180도로 회전된다.
크랭크축(14)이 540도에서 720도로 회전되는 동안 흡기밸브(22)는 닫혀진 상태로 유지되어 흡기매니폴드(22)가 폐쇄된 상태로 유지되고, 제 2 캠축(40)에 일체로 형성된 배기캠(31)은 배기밸브(22)를 아래로 밀어 배기매니폴드(23)가 개방됨에 따라 연소가스가 실린더블럭(10)으로부터 배기가능하게 되며, 피스톤(11)은 하사점에서 상사점으로 이동되면서 연소가스를 밀어 배기시킨다. 크랭크축(14)이 720도로 회전되면 배기밸브(24)는 다시 원위치되면서 배기매니폴드(23)는 다시 폐쇄되고 배기행정이 완료된다.
배기행정시 제 3 캠축(60)에 일체로 형성된 흡기조절캠(83b)에 의해 흡기조절로드(83c)가 선형이동되면서 제 1 회전드럼(82)이 회동되고 그 결과 연소가스 흡기조절수단(80)은 제 1 연통공(82c)에 의해 연소가스 바이패스관(70)과 흡기매니폴드(21)의 타측을 서로 연통시키는 상태로 유지된다. 또한 제 3 캠축(60)에 일체로 형성된 배기조절캠(93b)에 의해 배기조절로드(93c)가 선형이동되면서 제 2 회전드럼(92)이 회동되고 그 결과 연소가스 배기조절수단(90)은 제 2 연통공(92c)에 의해 연소가스 바이패스관(70)과 배기매니폴드(23)의 타측을 서로 연통시키는 상태로 유지된다.
따라서 배기행정에 의해 실린더블럭(10)으로부터 배기된 연소가스는 배기매니폴드(23)을 통해 배기되는 것이 아니라 연소가스 바이패스관(70)을 통해 재순환된다.
도 8i 및 도 8j에는 재흡기행정이 도시되는데, 이 재흡기행정 동안 크랭크축(14)은 720도에서 900도로 회전되고, 제 1 전동수단(110)에 의해 크랭크축(14)에 연동되는 제 1 캠축(30)과 제 2 캠축(40)은 360도에서 450도로 회전되고 제 2 전동수단(120)에 의해 제 1 캠축(30)에 연동되는 제 3 캠축(60)은 180도에서 225도로 회전된다.
크랭크축(14)이 720도에서 900도로 회전되는 동안 제 1 캠축(30)에 일체로 형성된 흡기캠(31)이 흡기밸브(22)를 아래로 밀어 흡기매니폴드(21)가 개방됨에 따라 연소가스 바이패스관(70)으로 재순환된 연소가스가 실린더블럭(10) 내부로 재흡기가능하게 되고, 피스톤(11)이 상사점에서 하사점으로 이동되면서 연소가스가 실린더블럭(10) 내부로 재흡기되며, 배기밸브(24)는 닫혀진 상태로 유지되어 배기매니폴드(23)는 폐쇄된 상태로 유지된다. 크랭크축(14)이 900도로 회전되어 피스톤(11)이 하사점에 도달하면 흡기밸브(22)는 다시 원위치되면서 흡기매니폴드(21)는 다시 폐쇄되고 재흡기행정이 완료된다.
재흡기행정이 완료되면 제 3 캠축(60)에 일체로 형성된 흡기조절캠(83b)에 의해 흡기조절로드(83c)가 반대방향으로 선형이동되면서 원위치됨에 따라 제 1 회 전드럼(82)이 회동되고 그 결과 연소가스 흡기조절수단(80)은 제 1 연통관(82b)이 흡기매니폴드(21)의 일측과 타측을 서로 연통시키는 원상태로 전환된다. 또한 제 3 캠축(60)에 일체로 형성된 배기조절캠(93b)에 의해 배기조절로드(93c)가 반대방향으로 선형이동되면서 원위치됨에 따라 제 2 회전드럼(92)이 회동되고 그 결과 연소가스 배기조절수단(90)은 제 2 연통관(92b)이 배기매니폴드(23)의 일측과 타측을 서로 연통시키는 원상태로 전환된다.
도 8k 및 도 8l에는 재압축행정이 도시되는데, 이 재압축행정 동안 크랭크축(14)은 900도에서 1080도로 회전되고, 제 1 전동수단(110)에 의해 크랭크축(14)에 연동되는 제 1 캠축(30)과 제 2 캠축(40)은 450도에서 540도로 회전되고 제 2 전동수단(120)에 의해 제 1 캠축(30)에 연동되는 제 3 캠축(60)은 225도에서 270도로 회전된다.
크랭크축(14)이 900도에서 1080도로 회전되는 동안 흡기밸브(22)는 닫혀진 상태로 유지되어 흡기매니폴드(22)가 폐쇄된 상태로 유지되고, 배기밸브(24)도 닫혀진 상태로 유지되어 배기매니폴드(23)가 폐쇄된 상태로 유지되며 피스톤(11)은 하사점에서 상사점으로 이동하면서 실린더블럭(10) 내부로 흡기된 연소가스를 재압축한다.
도 8m 및 도 8n에는 팽창행정이 도시되는데, 이 팽창행정 동안 크랭크축(14)은 1080도에서 1260도로 회전되고, 제 1 전동수단(110)에 의해 크랭크축(14)에 연동되는 제 1 캠축(30)과 제 2 캠축(40)은 540도에서 630도로 회전되고 제 2 전동수단(120)에 의해 제 1 캠축(30)에 연동되는 제 3 캠축(60)은 270도에서 315도로 회 전된다.
크랭크축(14)이 1080도로 회전하여 연소가스가 재압축된 상태에서는 폭발행정에 따른 열원과 연소가스에 의한 열원에 의해 실린더블럭(10)의 내부가 고온으로 유지됨과 동시에 연소가스가 고압으로 압축된다.
이 때 흡기조절캠(83b)에 형성된 트리거(61b)가 돌기(61a)를 밀어 물분사수단(50)을 작동시킴에 따라 실린더블럭(10) 내로 물이 분사되고, 이렇게 분사된 물은 고온고압의 실린더블럭(10) 내에서 폭발적으로 기화하면서 그 부피팽창력에 의해 피스톤(11)이 하향이동되고 최종적으로 하사점까지 이동되면서 크랭크축(14)의 회전동력을 발생시킨다.
크랭크축(14)이 1080도에서 1260도로 회전되는 동안 흡기밸브(22)는 닫혀진 상태로 유지되어 흡기매니폴드(22)가 폐쇄된 상태로 유지되며 배기밸브(24)는 닫혀진 상태로 유지되어 배기매니폴드(23)가 폐쇄된 상태로 유지된다.
도 8o에는 재배기행정 중인 상태가 도시되는데, 이 재배기행정 동안 크랭크축(14)은 1260도에서 1440도로 회전되고, 제 1 전동수단(110)에 의해 크랭크축(14)에 연동되는 제 1 캠축(30)과 제 2 캠축(40)은 630도에서 720도로 회전되고 제 2 전동수단(120)에 의해 제 1 캠축(30)에 연동되는 제 3 캠축(60)은 315도에서 360도로 회전된다.
크랭크축(14)이 1260도에서 1440도로 회전되는 동안 흡기밸브(22)는 닫혀진 상태로 유지되어 흡기매니폴드(21)가 폐쇄된 상태로 유지되고, 제 2 캠축(40)에 일체로 형성된 배기캠(41)은 배기밸브(24)를 아래로 밀어 배기매니폴드(23)가 개방됨 에 따라 증기를 포함하는 연소가스가 실린더블럭(10)으로부터 배기가능하게 되며, 피스톤(11)은 하사점에서 상사점으로 이동되면서 증기를 포함하는 연소가스를 밀어 배기매니폴드(23)을 통해 최종적으로 배기시킨다. 크랭크축(14)이 1440도로 회전되면 도 8p에 도시되는 바와 같이 배기밸브(24)는 다시 원위치되면서 배기매니폴드(23)는 다시 폐쇄되고 재배기행정이 완료된다.
재배기행정의 완료시 전체 8행정 사이클도 완료되고 이와 동시에 본 발명에 따른 8행정 내연기관(1)은 도 8a와 같은 상태로 원위치되며 전술한 8행정 사이클을 계속 반복하면서 동력을 발생시키게 된다.
본 발명에 따른 8행정 내연기관(1)에 의한 전체 8행정동안 크랭크축(14)은 1440도로 회전(4회전)되고, 제 1 전동수단(110)에 의해 크랭크축(14)에 연동되는 제 1 캠축(30)과 제 2 캠축(40)은 720도로 회전(2회전)되고 제 2 전동수단(120)에 의해 제 1 캠축(30)에 연동되는 제 3 캠축(60)은 360도로 회전(1회전)된다.
따라서 본 발명에 따른 8행정 내연기관(1)은 연료의 연소에 따른 4행정과 분사된 물의 기화 및 부피팽창에 따른 4행정이 교호적으로 반복되면서 동력을 발생시킴에 따라 종래의 4행정 또는 6행정 내연기관에 비해 연료효율이 대폭적으로 증대될 수 있고, 연료의 연소에 따른 4행정 직후에 연소가스를 재순환시켜 실린더블럭(10) 내로 재흡기 및 재압축한 상태에서 물을 분사시킴에 따라 분사된 물의 기화 및 부피팽창에 따른 4행정에서도 연료의 연소에 따른 4행정과 동일한 동력이 발생됨으로써, 연료의 연소에 따른 4행정과 분사된 물의 기화 및 부피팽창에 따른 4행정이 교호적으로 반복되더라도 일정한 동력이 지속적으로 발생될 수 있으며, 연료 의 연소에 따른 4행정 직후에 연소가스를 재순환시켜 사용함으로써 연소가스의 폐열을 회수함에 따라 열효율을 대폭적으로 증대시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 8행정 내연기관의 개략구조도.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 8행정 내연기관의 상측구조도.
도 3은 본 발명에 따른 8행정 내연기관에 있어서, 크랭크축과 제 1, 제 2 및 제 3 캠축의 연동구조도.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 8행정 내연기관에 있어서, 물분사수단의 작동도.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 8행정 내연기관에 있어서, 흡기밸브, 배기밸브, 제 1 및 제 2 액추에이터의 작동도.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 따른 8행정 내연기관에 있어서, 연소가스 흡기조절수단 및 연소가스 배기조절수단의 작동도.
도 7은 본 발명에 따른 8행정 내연기관의 행정순서도.
도 8a 내지 도 8p는 크랭크축의 90도 회전간격으로 나누어진 본 발명에 따른 8행정 내연기관의 전체작동순서도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 본 발명에 따른 8행정 내연기관
10 : 실린더블럭
20 : 실린더헤드
30 : 제 1 캠축
40 : 제 2 캠축
50 : 물분사수단
60 : 제 3 캠축
70 : 연소가스 바이패스관
80 : 연소가스 흡기조절수단
90 : 연소가스 배기조절수단
110 : 제 1 전동수단
120 : 제 2 전동수단

Claims (13)

  1. 피스톤의 상하 왕복운동이 커넥팅로드에 의해 전달되어 크랭크축을 회전시킴에 따라 회전동력을 발생시키는 실린더블럭;
    상기 실린더블럭의 상부에 결합되고 일측에는 흡기밸브에 의해 개폐되는 흡기매니폴드가 연결되며 타측에는 배기밸브에 의해 개폐되는 배기매니폴드가 연결되는 실린더헤드;
    상기 실린더헤드의 상측에 배열되고 상기 크랭크축의 회전에 연동되어 회전되며 상기 흡기밸브를 구동시키는 흡기캠이 일체로 형성되는 제 1 캠축;
    상기 실린더헤드의 상측에 배열되고 상기 크랭크축의 회전에 연동되어 회전되며 상기 배기밸브를 구동시키는 배기캠이 일체로 형성되는 제 2 캠축;
    상기 실린더헤드 상에 설치되어 상기 실린더블럭 내부로 물을 분사하는 물분사수단;
    상기 실린더헤드의 상측에 배열되고 상기 제 1 캠축의 회전에 연동되어 회전되며 상기 물분사수단을 작동시키는 물분사작동기구가 구비되는 제 3 캠축;
    상기 흡기매니폴드와 배기매니폴드를 연결하는 연소가스 바이패스관;
    상기 흡기매니폴드 상에 설치되고 상기 연소가스 바이패스관에 연결되어 혼합기 또는 공기의 흡기 또는 연소가스의 재흡기를 선택적으로 조절하는 연소가스 흡기조절수단; 및
    상기 배기매니폴드 상에 설치되고 상기 연소가스 바이패스관에 연결되어 연 소가스의 배기 또는 재순환을 선택적으로 조절하는 연소가스 배기조절수단;을 포함하여 이루어지는 8행정 내연기관.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 실린더헤드의 중앙에는 점화플러그 또는 연료분사구가 설치되는 것을 특징으로 하는 8행정 내연기관.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제 1 캠축과 상기 제 2 캠축은, 상기 크랭크축에 고정되는 제 1 스프로킷과, 상기 제 1 캠축에 고정되는 제 2 스프로킷과, 상기 제 2 캠축에 고정되는 제 3 스프로킷과, 상기 스프로킷들을 연결하는 전동체인을 포함하여 이루어지는 제 1 전동수단에 의해, 상기 크랭크축의 회전에 연동되어 회전되는 것을 특징으로 하는 8행정 내연기관.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제 1 스프로킷의 2회전당 상기 제 2 및 제 3 스프로킷이 1회전함에 따라 상기 제 1 캠축과 상기 제 2 캠축은 상기 크랭크축의 2회전당 1회전하도록 상기 크랭크축의 회전에 연동되는 것을 특징으로 하는 8행정 내연기관.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제 3 캠축은, 상기 제 1 캠축에 고정되는 제 1 기어와, 상기 제 3 캠축에 고정되고 상기 제 1 기어에 맞물려지는 제 2 기어로 이루어지는 제 2 전동수단에 의해, 상기 제 1 캠축의 회전에 연동되어 회전되는 것을 특징으로 하는 8행정 내연기관.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제 1 기어의 2회전당 상기 제 2 기어가 1회전함에 따라, 상기 제 3 캠축은 상기 제 2 전동수단에 의해 상기 제 1 캠축의 2회전당 1회전하도록 상기 제 1 캠축의 회전에 연동되는 것을 특징으로 하는 8행정 내연기관.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 연소가스 흡기조절수단은, 상기 흡기매니폴드의 일측에 고정설치되고 상기 연소가스 바이패스관과 연통되는 제 1 반원곡면판과, 상기 제 1 반원곡면판과 상기 흡기매니폴드의 타측 사이에 외접하여 제 1 회전축에 의해 회전가능하게 설치 되고 그 내부에는 회전방향에 따라 상기 흡기매니폴드의 양측을 선택적으로 연통시키는 제 1 연통관이 구비되며 그 외주면에는 회전방향에 따라 상기 연소가스 바이패스관과 상기 흡기매니폴드의 타측을 선택적으로 연통시키는 제 1 연통공이 형성되는 제 1 회전드럼과, 상기 제 1 회전드럼의 제 1 회전축을 회전시켜 상기 제 1 회전드럼을 회전시키는 제 1 액추에이터를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 8행정 내연기관.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제 1 액추에이터는, 상기 제 1 회전드럼의 제 1 회전축에 고정되는 제 1 평기어와, 상기 제 3 캠축에 일체로 형성되는 흡기조절캠과, 일단이 상기 흡기조절캠에 접하도록 탄성바이어스되어 상기 제 3 캠축의 회전에 따라 선형이동되는 흡기조절노드와, 상기 흡기조절노드의 타단에 일체로 형성되고 상기 제 1 평기어에 맞물려지는 제 1 랙기어를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 8행정 내연기관.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 연소가스 배기조절수단은, 상기 배기매니폴드의 일측에 고정설치되고 상기 연소가스 바이패스관과 연통되는 제 2 반원곡면판과, 상기 제 2 반원곡면판과 상기 배기매니폴드의 타측 사이에 외접하여 제 2 회전축에 의해 회전가능하게 설치되고 그 내부에는 회전방향에 따라 상기 배기매니폴드의 양측을 선택적으로 연통시키는 제 2 연통관이 구비되며 그 외주면에는 회전방향에 따라 상기 연소가스 바이패스관과 상기 배기매니폴드의 타측을 선택적으로 연통시키는 제 2 연통공이 형성되는 제 2 회전드럼과, 상기 제 2 회전드럼의 제 2 회전축에 결합되어 상기 제 2 회전드럼을 회전시키는 제 2 액추에이터를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 8행정 내연기관.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제 2 액추에이터는, 상기 제 2 회전드럼의 제 2 회전축에 고정되는 제 2 평기어와, 상기 제 3 캠축에 일체로 형성되는 배기조절캠과, 일단이 상기 배기조절캠에 접하도록 탄성바이어스되어 상기 제 3 캠축의 회전에 따라 선형이동되는 배기조절노드와, 상기 배기조절노드의 타단에 일체로 형성되고 상기 제 2 평기어에 맞물려지는 제 2 랙기어를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 8행정 내연기관.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 물분사수단은, 상기 실린더헤드 상에 설치되고 일측에는 물공급원에 연 결되고 하단에는 분사노즐이 설치되는 분사실린더와, 상기 분사실린더에 회전가능하게 결합되고 상기 분사노즐을 폐쇄하는 방향으로 탄성바이어스되며 회전에 따라 상기 물분사작동기구에 연동되어 분사노즐을 개폐시키는 노즐개폐봉을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 8행정 내연기관.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 물분사작동기구는, 상기 노즐개폐봉의 상부 일측에 돌출형성되는 돌기와, 상기 흡기조절캠 상에 형성되고 상기 흡기조절캠의 회전에 따라 상기 돌기를 밀어 상기 노즐개폐봉을 회전시키는 트리거를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 8행정 내연기관.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 트리거는 연소가스가 재순환되어 상기 실린더블럭 내로 재흡기되고 재압축된 후에 상기 노즐개폐봉을 회동시킴에 따라 분사노즐을 개방시키는 것을 특징으로 하는 8행정 내연기관.
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