KR100257949B1 - 2 행정 멀티-실린더 내연기관 - Google Patents

2 행정 멀티-실린더 내연기관 Download PDF

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네빌 프란시스 세이어 크리스토퍼
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톰 바스코비치
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Abstract

하나 이상의 실린더(11) 및 상기 실린더(11)와 연통된 각각의 배기 포트(15)를 갖는 실린더 블럭(9)과, 상기 배기 포트(15)와 관련된 밸브 부재(19) 및, 그리고 대향 접촉관계로 있는 면(40,44)을 가진 실린더 블럭(9)에 착탈 가능하게 고착되는 서로 보완하는 면(44)을 가진 배기 매니폴드(16)를 구비하며, 상기 밸브 부재(19)는 블럭(9)의 종방향으로 연장된 공통축(21) 둘레에 대하여 각각의 통로(15)에 대하여 피봇 이동하도록 지지되어 있으며, 상기 배기 포트(15)는 실린더 블럭(9)의 한쪽의 면(40)까지 연장되는 2 행정 내연기관에 있어서, 상기 실린더 블럭(9)의 면(40)은 각각 2개의 인접된 배기 포트(15) 사이의 적어도 하나의 오목부(27)로서 있는 다수의 정렬된 오목부(27)와, 각 오목부(27)에 수납된 베어링 부재(24)를 구비하며, 상기 베어링 부재(24)는 배기 매니폴드(16)가 실린더 블럭(9)에 고정될 때 동축으로 있는 베어링 부재(24)의 개구(25)와 대향접촉으로 있는 각각면(40,44)으로써 상기 배기 매니폴드(16)에 의하여 오목부(27)에 고정되게 부착될 수 있도록, 상기 오목부(27)와 베어링 부재(24)가 형성되며, 상기 밸브 부재(19)는 베어링 부재(24)의 상기 정렬된 개구(25)에 회전가능하게 지지된다.

Description

2 행정 멀티-실린더 내연기관
제1도는 각 실린더의 배기 포트와 관련된 구동 밸브가 합체되어 있는 2행정 멀티 실린더 엔진의 단면도이다.
제2도는 구동 밸브와 배기 파이프가 제거되어 있는 상태로 제1도에 도시된 엔진의 배기 포트 영역의 확대도이다.
제3도는 구동 밸브와 베어링 박스가 그 위치에 있고 배기 매니폴드가 제거되어 있는 엔진의 종단면도이다.
제4도는 오목부와 하나의 베어링 블럭의 사시도이다.
도면중 제1도를 참조하면, 실리더 블럭(9)을 갖는 종래의 2행정으로 작동되는 멀티-실린더 엔진이 도시되어 있다. 상기 실린더 블럭 내부에는 실린더(11)와, 상기 실린더(11) 내부에서 작동하고 커넥팅 로드(12)에 의하여 크랭크축(13)에 연결된 피스톤(10)이 구비되어 있다. 실린더(11)의 벽에 있는 배기 포트(14)는 배기 매니폴드(16)에 있는 배기 포트(15)와 그리고 배기 파이프(17)와 차례로 연통된다. 실린더 블럭(9) 내부에는 매니폴드(16)내부의 배기 포트(14)와 배기 통로(15) 사이를 연통시키는 확대된 캐비티(18)가 제공되어 있으며, 상기 캐비티(18) 내부에는 구동 밸브(power valve)로 언급되는 밸브(19)가 제공된다.
상기 구동 밸브(19)는 실린더 블럭(9)의 종방향으로 연장된 축(21)에 대하여 회전가능하므로, 구동 밸브(19)의 도입 모서리(22)가 상승 또는 하강하여 배기 포트(14)의 상부 또는 도입 모서리의 유효 높이를 조절할 수 있다. 구동 밸브(19)의 일반적인 구조, 기능 및 작동은 2 행정 기관의 기술 분야에 잘 공지되어 있으므로, 본원에서 상세히 다루지 않는다. 또한, 미국 특허 제4,920,932호에는 배기 가스에서 방출량 조절을 위해 엔진 실린더 내부에서 연소 처리 제어용으로 사용되는 유사한 밸브에 대하여 기술되어 있다.
제2도 및 제3도에 도시된 바와같이, 각각의 배기 캐비티(18)의 어느 한쪽에는 베어링 부재(24)가 위치되며, 각각의 베어링 부재(24)는 관통된 원통형 개구(25)를 구비하고, 모든 베어링 부재의 개구(25)는 축방향으로 정렬되어 있다. 각각의 구동 밸브(19)는 그 대향 측면의 각각에, 각 구동 밸브(19)의 공통의 피복축(21)을 제공하도록 동축으로 정렬된 스피곳(spigot) 또는 스핀들(30)을 갖는다. 각각의 스피곳(30)은 배기 포트(14)의 어느 한 측면 위에 있는 각 베어링 부재(24)의 개구(25)의 내부에 수납되어 있다. 인접된 배기 포트(14)의 각 배기 포트 밸브(19)의 스피곳(30)은 동일 베어링 부재(24)의 개구(25)의 대향 단부내에 수납되며, 예를들면 설편부(tongue) 및 슬롯 원리를 이용하여 상호 연결시키므로써 일체로 회전하도록 결합된다. 상기 연결 구조는 제조 공차에 기인하여 각각의 스피곳(30)의 미소한 오정렬을 허용하도록 선택된다.
제3도에 도시된 바와 같이, 상기 실린더 블럭의 좌측 단부에 위치된 구동밸브(19)의 스피곳(30)은 특정 구동 밸브(19)와 다른 밸브의 대향쪽 위의 스피곳보다 길다. 또한 상기 스피곳(30)은 적절히 프로그램되어 있는 ECU의 제어하에서 구동 밸브를 일체로 회전시키도록 제공되어 있는 모터의 구동축의 서로 보완하는 설편부를 수납하는 구조를 갖고, 단부에 직경방향으로 위치된 슬롯(32)을 구비한다. 상기 모터와 그 구동축은 본 발명과는 무관하기 때문에 도시하지 않았으며, 어떠한 구조로도 채용될 수 있다.
제3도에서 A로서 도시된 바와 같이, 상기 베어링 부재(24)는 어느 한 쪽위에 있는 각각의 구동 밸브(19)가 스피곳(30)과 함께 제거되어 있다. 따라서, 상기 베어링 부재(24)가 그 위에 위치되는 실린더 블럭(9)에 두개의 이격된 오목부(27)가 제공되어 있다. 상기 이격된 오목부(27)를 제공하면 가공 시간을 단축하고 제조 공차를 더욱 크게 허용할 수 있다.
제4도를 참조하면, 상기 베어링 부재(24) 각각은 상부 및 하부 평행면(35,36)과, 상기 상부 및 하부 평행면(35,36)에 직각인 외부 평면(37)을 구비한다. 조립시에, 베어링 부재(24)의 면(35,36)은 그 사이에 충분한 접촉 영역을 제공하기 위하여 실린더 블럭(9) 내부의 오목부(27)에 서로 보완하는 면(41,42)과 직접 접촉된다. 이러한 직접적인 접촉은 구동 밸브로부터 베어링 부재를 통해 냉각 유체까지의 열전달에 기여하며, 상기 냉각 유체는 실린더 블럭 내부의 냉각제 통로(45,46)를 통해 순환된다.
상기 베어링 부재(24)의 내부 단면은 외부 평면(37)과 평행하고 상부 및 하부의 평행면(35,36)에 수직인 중앙 평면부(38)를 갖는다. 각각의 베어링 부재(24)의 평면부(38)는 오목부(27)에 제공된 서로 보완하는 평면부(43)에 대향 접속함으로써, 베어링 부재(24)의 개구(25)를 정렬시킨다. 상기 평면부(38)는 면(35,36)과 표면(47) 사이의 어떠한 접촉도 없는 오목부(27)의 원호형 시이트 표면(47) 보다 충분히 작은 반경을 갖는 원호형 내부 단면(39)에 의하여 각각의 면(35,36)과 원활하게 결합된다. 표면(37,38) 사이에 있는 베어링 부재를 가로질러 있는 전체 치수는 베어링 부재가 시이트에 수납될 때 베어링 부재의 표면(37)은 실린더 블럭의 면(40)과 거의 동일한 높이가 되도록 되어 있다. 따라서 면(40)과 평행한 평면(44)을 갖는 매니폴드 캐스팅(16)이 실린더 블럭에 조립되고 적절한 부착용 볼트에 의하여 고정되면, 상기 베어링 부재(24)는 제2도를 참조하면 명백한 바와같이 배기 매니폴드(16)에 의하여 각 시이트의 위치에 견고하게 고정된다. 종래의 가스켓은 종래 방식으로 매니폴드와 실린더 블럭 사이에서 사용될 수 있다. 상기 가스켓은 제조 공차를 수용함으로써 매니폴드와 실린더 블럭 사이의 효과적인 밀봉을 성취하는 장점을 갖는다.
상술된 구조를 대량 생산에 필요한 장점을 갖는 배기 매니폴드의 기계 가공과 무관하게 각각의 구동 밸브의 피봇식 지지부를 수용할 수 있는 실린더 블럭의 기계 가공이 수행될 수 있음을 알 수 있다. 실린더 블럭 내부의 베어링 부재용 시이트를 기계 가공하는 것은 내부에 설치되는 베어링 부재의 부분에 대응되는 형상을 갖는 절삭 공구로 브로우칭 작업을 수행할 수 있다. 또는, 상기 시이트는 실린더 블럭의 표면(40)과 평행한 축 둘레에 대하여 회전하도록 지지된 적절한 형상을 갖는 로터리 절삭기에 의하여 기계 가공될 수 있다.
본 발명은 내연기관의 성능을 제어하기 위하여 각 실린더의 배기 포트에 피봇식으로 장착된 밸브가 제공되는 2 행정 멀티-실린더(multi-cylinder) 내연기관에 관한 것이다.
이러한 밸브를 각각의 배기 포트에 장착시키고 일치되게 작동하도록 밸브를 상호 연결시키는 구조는 몇몇의 제작상의 문제점, 특히 부품의 대량 생산과 관련하여 문제점이 존재한다.
또한, 배기 포트에 위치된 밸브는 부식성 환경하에 있기 때문에 이러한 밸브의 구조는 이러한 인자를 고려해야만 한다. 종래 기술은 이러한 구조적 특징을 갖는 밸브를 구비하는 내연기관을 제안한 바 없으며, 오히려 독일 특허 제3,833,846호는 환경이 배기측에서 보다는 상당히 덜 유해한 엔진의 흡기 측에 피봇식으로 장착된 밸브의 위치에 관해서만 기술하고 있다.
특히, 본 발명에서와 같이, 밸브 베어링이 배기측에 위치하여 흡기측에 존재하는 것 보다 높은 온도와 속도의 가스에 있는 것에 주목하기 바란다. 이러한 불변성은 재료 품질의 보다 높은 악화율과 바람직스럽지 못한 누설 통로의 형성을 야기시킨다.
따라서, 원통형 부시(bush)가 직선 측부와 나란하게 지지체 내부에 위치하고 몸체를 통과하는 누설 통로가 명백하게 존재하는 종래 구조가 채용된다면, 높은 누설율이 있게 되는 것이 명백하다. 또한, 부시로부터 열 전달을 감소시키기 위하여 부시, 엔진 블럭 및 배기 매니폴드 사이에 매우 작은 접촉 면적이 있기 때문에, 전도에 의해 열을 부시로부터 빼앗아 부시를 냉각시킬 가능성은 거의 없다. 이러한 점은 필연적으로 밸브 성능에 문제를 야기시키고 잠재적으로는 밸브의 고장을 발생시킨다.
또한, 배기 포트에 위치된 동력 밸브의 기능을 고려하면, 매우 빈번한 이동을 하게 되어서 베어링 위에 해머 로드(hammer load)를 발생시키는 것에 주목하여야 한다. 따라서 배기측에 설치된 밸브는 종래에 기재된 것보다 부시용으로 보다 견고하고 안정된 지지부를 필요로 한다.
더욱이, 배기 매니폴드와 엔진 블럭 사이의 가스켓은 높은 부하와 고온 가스에의 노출로부터 보호를 필요로 한다. 이러한 주변 상황에 있어서, 가스켓은 그 전체 영역에 걸친 위치로 고정되는 것이 바람직하다.
따라서, 배기측 보다는 엔진의 흡기측에 사용되는 구조인 종래 기술의 밸브 구조에 적용시키는 것에는 여러가지 문제점이 존재하는 것을 알 수 있다.
그러므로, 본 발명의 목적은 비교적 제조가 간단하고, 작동이 효율적이며 부품을 상호 교환할 수 있는 배기 통로 밸브용 장착부를 갖는 2 행정 멀티 실린더 내연기관을 제공하는 것이다.
상술된 목적을 위하여, 하나 이상의 실린더 및 상기 실린더와 연통하는 각각의 배기 통로를 갖는 실린더 블럭과, 상기 각 배기 통로와 관련된 밸브 부재와, 그리고 대향 접촉관계로 있는 면을 가진 실린더 블럭에 착탈 가능하게 고착되는 서로 보완하는(complementary)면을 가진 배기 매니폴드를 구비하고, 상기 밸브 부재는 블럭의 종방향으로 연장되는 공통축 둘레에서 각각의 통로에 대하여 피봇 이동하도록 지지되어 있으며, 상기 배기 통로는 실린더 블럭의 한 쪽의 면까지 연장되는 2행정 내연기관에 있어서, 상기 실린더 블럭의 면은 각각 2개의 인접된 배기 포트 사이의 적어도 하나의 오목부로서 있는 다수의 정렬된 오목부와, 각 오목부에 수납된 베어링 부재를 구비하며, 각각의 베어링 부재는 원형 단면이 바람직한 관통 구멍을 가지며, 상기 베어링 부재는 배기 매니폴드가 실린더 블럭에 고정될 때 동축으로 있는 베어링 부재의 개구와 대향접촉으로 있는 각각의 면으로써 상기 배기 매니폴드에 의하여 오목부에 고정되게 부착될 수 있도록, 상기 오목부와 베어링 부재가 형성되는 것을 특징으로 한다. 바람직하게는, 각각의 베어링 부재는 베어링 부재가 형성되는 것을 특징으로 한다. 바람직하게는, 각각의 베어링 부재는 각각의 오목부에서 서로 보완하는 평행한 면과 직접 접촉하는 상부 및 하부 평행면이 제공된다.
바람직하게는, 각각의 오목부 베이스에는 실린더 블럭의 측부위의 면에 평행한 평면부가 제공되어 있으며, 상기 베어링 부재에는 각각의 오목부 베이스에서 상기 평면부에 대하여 서로 보완하고 대향 접촉되는 평면부가 제공된다. 상기 오목부의 베이스에 있는 상기 평면부는 오목부에 수납된 베어링 부재에 의하여 대향 접촉되는 실린더 블럭의 표면에 대하여 기준면을 제공하여, 모든 베어링 부재에서 구멍을 정렬할 수 있다. 상기 평행한 평면은 지지체를 향상시키기 위하여 베어링 부재와 오목부 사이의 접촉 면적을 증가시켜, 누설 통로를 제어하므로써 가스 밀봉을 향상시키고, 배기 환경에서 베어링 부재와 실린더 블럭 사이의 열전도 면적을 증가시키므로써 베어링 부재로부터의 열전도를 향상시킨다.
일반적으로, 함께 작용하는(co-operating) 베어링 부재를 갖는 실린더 블럭의 어느 한 단부에서도 실린더의 배기 통로의 각 하나의 측부위에 오목부가 제공된다. 따라서, 각각의 밸브 부재는 관련된 배기 통로의 어느 한 측부위에 회전가능하게 지지될 수 있다.
상기 배기 통로는 실린더 블럭의 한 측면위의 평면까지 연장되며, 배기 매니폴드는 서로 보완하는 평면을 갖는 것이 바람직하다.
일반적으로, 인접된 배기 통로 사이에 위치된 오목부는 통로 사이의 전체 거리로 연장됨으로써, 제조중에 적절한 절삭 공구는 오목부를 기계 가공하는데 사용될 수 있으며, 하나의 배기 통로로부터 다음 통로까지 연속적으로 절단되는 관계로 통과할 수 있다. 또한, 배기 포트의 적어도 하나의 단부로부터 실린더 블럭의 인접된 단면까지 절단을 연속적으로 수행하는 것이 바람직하다. 상기 절단 작업은 배기 포트의 양 단부로부터 실린더 블럭의 각 단부면까지 연속되는 것이 바람직하다.
상기 절삭 공구의 연속된 통과로 모든 오목부를 기계 가공할 수 있는 가능성은 블럭의 측부위에 있는 평면 아래를 균일한 깊이로 오목부를 정확하게 기계 가공할 수 있게 한다. 이러한 점은 상기 베어링 부재가 오목부에 조립되고 배기 매니폴드에 의하여 내부에서 고정될 때, 상기 베어링 부재에 있는 구멍 또는 보어는 정렬되고, 각 베어링 부재의 단부는 블럭의 측면위에 있는 평면과 동일한 높이가 되도록 할 수 있으므로 중요한 것이다.
각각의 오목부는 그 사이에 경감 영역(relieved area)을 갖는 오목부의 각 단부에서 또는 인접하여 베어링 부재에 적합한 고정 시이트를 제공하도록 구성될 수 있다. 이러한 점은 길고 연속적인 베어링 면의 정렬과 관련된 문제점과 기계 가공 시간을 감소시킨다. 각각의 밸브 부재는 밸브 부재가 위치된 배기 포트의 어느 한 측면위의 각 베어링 부재에 있는 보어에 회전가능하게 수납되는 어느 한 측면으로부터 돌출되는 스피곳(spigot)을 갖는 것이 바람직하다. 각각의 밸브로부터 동일한 베어링 부재의 대향 단부내로 연장되는 각각의 스피곳은 일체로 회전하도록 상호 연결되어 있다. 상기 스피곳은 베어링 부재의 보어에 결합되지 않고 오정렬의 제한된 정도에 허용되는 방법으로 연결되는 것이 바람직하다.
최근에 제안된 구조는 실린더 블럭의 측면에 배기 매니폴드를 조립시키고 그리고 매니폴드와 실린더 블럭 사이의 분할선위에 있는 축으로 그 길이를 통해 원형구멍을 보오링 하는 예비 작업을 하지 않았다. 종래 작업은 여러가지 단점을 나타내었다. 첫째, 보어의 길이와 작은 직경으로 인하여, 정확히 기계 가공하는 것이 곤란하였다. 둘째로 상기 매니폴드와 블럭은 기계 가공을 위하여 조립되어야 하였고, 셋째로 블럭과 매니폴드는 교환될 수 없었다. 이러한 세번째 단점은 엔진을 대량 생산하는 것에는 완전히 적합하지 않는 것이다.
본 발명에 관하여 상술된 대부분의 것은 멀티-실린더 엔진에 기초한 것이지만, 단일 배기 포트를 갖는 싱글 실린더 엔진에도 적용될 수 있다.
본 발명은 첨부 도면에 도시된 바와 같은 본 발명의 양호한 실시예를 참조하면 용이하게 이해될 수 있을 것이다.

Claims (8)

  1. 하나 이상의 실린더(11) 및 상기 실린더(11)와 연통하는 각각의 배기 통로(15)를 갖는 실린더 블럭(9)과, 상기 각 배기 통로(15)와 관련된 밸브 부재(19) 및, 그리고 대향 접촉관계로 있는 면(40,44)을 가진 실린더 블럭(9)에 착탈 가능하게 고착되는 서로 보완하는(complementary) 면(44)을 가진 배기 매니폴드(16)를 구비하고, 상기 밸브 부재(19)는 블럭(9)의 종방향으로 연장되는 공통축(21) 둘레에 대하여 각각의 통로(15)에 대하여 피봇 이동하도록 지지되어 있으며, 상기 배기 통로(15)는 실린더 블럭(9)의 한 쪽의 면(40)까지 연장되는 2행정 내연기관에 있어서, 상기 실린더 블럭(9)의 면(40)은 각각 2개의 인접된 배기 통로(15) 사이의 적어도 하나의 오목부(27)로서 있는 다수의 정렬된 오목부(27)와, 각 오목부(27)에 수납된 베어링 부재(24)를 구비하며, 상기 각각의 베어링 부재(24)는 배기 매니폴드(16)가 실린더 블럭(9)에 고정될 때 동축으로 있는 베어링 부재(24)의 개구(25)와 대향접촉으로 각각 면(40,44)으로써 상기 배기 매니폴드(16)에 의하여 오목부(27)에 고정되게 부착될 수 있도록, 상기 오목부(27)와 베어링 부재(24)가 형성되며, 상기 밸브 부재(19)는 베어링 부재(24)의 상기 정렬된 개구(25)에 회전가능하게 지지되는 것을 특징으로 하는 2 행정 내연기관.
  2. 제1항에 있어서, 상기 각각의 베어링 부재(24)는 각 오목부에 있는 서로 보완하는 평행한 면(41,42)과 직접 접촉하는 상부 및 하부 평행면(35,36)을 구비하는 것을 특징으로 하는 2 행정 내연기관.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 각각의 오목부(27)의 베이스는 실린더 블럭(9)의 측부위에 있는 면(40)에 평행한 평면부(43)를 구비하고, 상기 베어링 부재(24)는 각각의 오목부의 베이스에서 평면부(43)에 서로 보완하고 대향 접촉되는 평면부(38)를 구비하는 것을 특징으로 하는 2 행정 내연기관.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 실린더 블럭(9)의 하나인 측부에서 배기 통로 또는 통로들(15)의 각 측부와, 그리고 함께 작용하는(co-operating) 베어링 부재(24)으로써 오목부가 하나 제공되는 것을 특징으로 하는 2 행정 내연기관.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 실린더 블럭(9)위에 있는 상기 면(40)과 상기 배기 매니폴드(16)위에 있는 면(44)을 각각 평면으로 있도록 하는 것을 특징으로 하는 2 행정 내연기관.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 인접된 배기 통로(15)사이에 위치된 오목부(27)는 배기 통로들(15)사이의 전체 거리로 연장되는 것을 특징으로 하는 2 행정 내연기관.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 단부 재기 통로(15)에 관련하여서, 상기 오목부(27)는 실린더 블럭(9)의 인접된 단부면까지 연장되는 것을 특징으로 하는 2 행정 내연기관.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 각각의 밸브 부재(19)는 이 밸브 부재(19)가 위치하는 배기 통로(15)의 어느 한쪽면 위의 각각의 베어링 부재(24)에 있는 개구(25)에 회전 가능하게 수납되는 어느 한 측면으로부터 돌출된 스피곳(30)을 구비하며, 상기 스피곳(30)은 다수의 밸브 부재(19)가 일체로 회전하도록 인접된 밸브 부재(19)의 스피곳(30)에 상호 연결되는 것을 특징으로 하는 2 행정 내연기관.
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