KR100301124B1 - 2행정왕복동내연기관의실린더라이너 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 2행정 왕복동내연기관의 실린더라이너(10)는 그 벽에 웨브(17)에 의해 서로 분리된 일련의 흡기슬롯(12)이 형성된다. 웨브(17)에 대하여 상대적으로 이동가능하고, 예를 들어 흡기슬롯(12)을 통하여 흐르는 공기의 방향을 변화시키는 U 형상체(21)를 갖는 와류변화장치(20)가 흡기슬롯(12)내에 배치된다.

Description

2행정 왕복동내연기관의 실린더라이너
제1도는 종래기술에 따른 흡기슬롯을 갖는 실린더라이너의 부분단면도.
제2도는 와류를 변화시키기 위한 장치를 갖는 본 발명에 따른 실린더라이너의 축방향 부분단면도.
제3도는 원주방향으로 배치된 실린더라이너상의 한 지점을 도시한 제2도와 같은 축방향 단면도.
제4도는 제3도의 화살표 A방향의 일부단면도.
제5도는 제2도의 실린더라이너의 개략부분횡단면도.
제5(a)도 및 제5(b)도는 와류변화장치의 다른 위치에서의 제5도와 같은 부분횡단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1,10 : 실린더라이너 2,12 : 흡기슬롯
7,17 : 웨브 20,20′ : 와류변화장치
21 : U 형상체 22,23 : 암
25,26 : 링 51 : 웨지체
본 발명은 실린더라이너의 벽에 흡기슬롯이 웨브에 의해 서로 분리되어 형성된 2행정 왕복동내연기관의 실린더라이너에 관한 것이다. 이러한 종류의 실린더라이너의 경우에, 흡기슬롯은 통상 흡기슬롯을 통하여 실린더내부로 흐르는 공기가 와류(渦流)로 되도록 반경방향평면에 대하여 일정한 각으로 배열된다. 이 와류로 된 공기류의 속도는 왕복동내연기관의 동작데이터, 즉 연료소비, 스모크형성, 배기의 양 뿐만 아니라 실린더라이너와 연소실을 포위하는 다른 구성체의 온도에 상당한 영향을 주게 된다.
그러나, 연소기관은 여러가지 상이한 부하와 r.p.m으로 동작된다는 사실로부터 실린더내부의 와류의 속도를 상이한 동작상태에 맞추는 것이 바람직하다는 사실이 알려져 있다.
이러한 종류의 연소기관을 작동시키기 위해서는 실린더라이너의 외면을 따라 원주 방향으로 이동가능하고, 흡기 슬롯내로 돌출되어 공기 흐름 방향을 바꿀 수 있는 공기 안내면을 갖는 와류변화장치를 갖춘 실린더라이너가 필요한 것으로 알려져 있다. 이동가능한 와류변화장치는 각각의 흡기슬롯에 하나의 웨지체가 연결될 수 있도록 흡기슬롯의 갯수와 동일한 수의 웨지체를 보유하고, 웨지체의 날카로운 단부는 안내면을 이루는 웨지면과 실린더의 왕복면을 따라 배치되어 있다.
이동가능한 와류변화장치를 조정함으로써, 실린더내부로 흐르는 공기의 방향과 그에 따른 와류속도를 왕복동내연기관의 동작중에 그 때의 부하 및/또는 r.p.m에 용이하게 맞출 수 있다. 따라서, 전술한 동작데이터는 부하와 r.p.m에 의존하여 최적으로 상승될 수 있다.
기존의 장치는 웨지체의 형성으로 인하여 그 제조비용이 상당하였다. 더우기, 웨지체의 무게도 상당하였다.
본 발명의 과제는 이동가능한 와류변화장치가 구조적으로 간단해지고 이로부터 기존의 장치에 비해 더욱 저렴해질 수 있도록 2행정 왕복동내연기관의 실린더라이너를 개선하고자 하는 것이다.
각 웨브에 하나의 U-형상체가 연결될 수 있도록 웨브의 갯수와 동일한 수의 U-형상체를 보유하는 이동가능한 와류변화장치를 통해 상기한 문제점을 해결할 수 있다. U-형상체는 각각의 흡기 슬롯과 웨브의 외측면을 연결하는 두 개의 면을 포함하며, 각 U-형상체의 암은 안내면을 이루는 두 경계면에 인접해 있다.
공기를 안내하는 부분이 U-형상으로 이루어짐으로써, 이 부분을 박판을 굽혀서 형성하면 되므로 이동가능한 와류변화장치의 제작이 간단해지고 비용이 절감될 수 있다. 이에 따라, U-형상체의 무게도 감소되고 장치의 이동에 소요되는 힘도 적어진다. 장치가 이동하는 중에도 각각의 U-형상체는 흡기 슬롯의 전체 폭을 가로지르지 않음에도 불구하고, 흡기 슬롯을 관통하는 와류의 방향 변경은 작동 중인 엔진의 부하 및/또는 r.p.m에 맞게 와류의 속도를 변화시키는 데에는 충분하다. 이는 이동가능한 와류변화장치의 조정 범위가 기존의 장치보다 작다는 것을 의미하며 이로써 구조가 간단해지고 제작비가 저렴해진다.
본 발명의 다른 이점은 특허청구의 범위에 정의한 바와 같이 필요에 따라 웨브를 더 기계가공하여 적절한 형상으로 형성한 다음에, 이동가능한 와류변화장치를 장착함으로써, 기존의 연소기관에 대한 부가물로서 적용하는 것이 가능하다.
다음에, 본 발명의 실시예에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
제1도에 있어서, 상세히 도시하지 않은 디젤구조의 2행정 왕복동내연기관에는 실린더라이너의 원주면 전체에 균등한 간격으로 일련의 흡기슬롯(2)이 형성된 실린더라이너(1)가 설치된다. 흡기슬롯(2)은 단면(斷面)이 장방형이고, 이 단면의 장축은 실린더라이너의 축(3)과 평행하다. 제1도의 단면에 대하여 수직으로 형성되는 각 흡기슬롯(2)의 중심면(4)은 축(3)과 교차하지 않고, 그 축을 통과하는 반경방향 평면(5)에 대하여 α각을 형성한다. 중심면(4)의 이와 같은 경사위치에 의해 흡기슬롯(2)을 통하여 흐르는 공기가 실린더라이너(1)에 의해 밀폐된 공간(6)내에서 와류동작(화살표 B)을 야기함으로써, 배치과정이 유리하게 된다. 공지된 실린더라이너(1)의 경우에는 왕복동내연기관의 전부하와 부분부하에서의 공간(6)내의 공기의 와류는 공기유입량과 공기의 밀도에 의해 형성되는 것으로서, 이는 동작중에 모든 위치에서 최적으로 될 필요는 없다.
제5도에 있어서, 본 발명에 따른 와류변화장치(20)는 주철 또는 주강의 실린더라이너(10)로 형성되며, 각 웨브(17)마다 예를 들어 박판으로 구성되는 U-형상체(21)를 구비한다. 각 U-형상체(21)에는 2개의 암(22),(23)과, 외측에 위치하는 에지에서 상기 암을 연결시키는 연결부(24)를 포함한다. 웨브(17)의 양측에서는 2개의 암(22),(23)이 외측으로부터 2개의 인접하는 흡기슬롯(12)내로 배설되고, 이에 따라서 공기가 흐르는 가이드영역을 형성한다. 이들은 실린더라이너(10)의 구동면(18)에 가장 가까운 에지가 이 구동면에 가장 가까운 웨브(17)의 단부에 근접하고, 흡입슬롯에 접하는 양 면에 대향하도록, 즉 탄성적으로 배치된다. 실린더라이너(10)의 종축(30)(제2도)의 방향에서, U-형상체(21)는 각각의 경우에 흡기슬롯(12)의 전체깊이보다 더 길게 연장된다. 각 U-형상체(21)의 연결부(24)는 실린더라이너(10)의 외측에 위치하고, 제2도 내지 제4도에 상세히 도시한 메카니즘에 접속되어, U-형상체(21)에 피봇운동을 가한다.
제2도에 따른 일련의 흡기슬롯(12)의 상측 및 하측에는 각 링(25),(26)이 설치되어 실린더라이너(10)의 외면(19)에 따라 원주방향으로 이동할 수 있도록 배치된다. 2개의 링(25),(26)은 그 링의 원주둘레에 배치된 다수의 로드(27)에 의해 원주외측의 영역에서 함께 견고히 결합된다. 그 외측의 원주면에서 하측링(26)에는 단면이 장방형인 환상(環狀)홈(28)이 형성된다.
일점쇄선(29′)으로 표시된 바와 같이, 링(26)의 하측에서 실린더라이너(10)에 고정되는 가이드블롯(29)으로부터 돌출부가 환상홈(28)내로 삽입된다. 원주둘레에 형성된 다수의 가이드블롯(29)은 실린더라이너(10)에 고정되고, U-형상체(21)는 2개의 링(25),(26) 사이의 연결부(24) 위치만큼 돌출된다. 각 U-형상체(21)에는 2개의 브래킷(31),(32)이 고정되며, U-형상체는 힌지에 의해 1쌍의 링(25),(26)에 접속된다. 그 힌지접속은 중심이 같은 일점쇄선(31′),(32′)으로 나타낸다. 실린더라이너(10)에서 상하 이동 가능한 작동피스톤(50)이 제2도에 그 하사점(下死点)위치에 도시되어 있다. 실린더라이너의 상단에는 배기밸브가 배열된 실린더헤드가 공지의 형태로 배치된다. 따라서, 내연기관이 동작하는 동안 종방향으로의 배기가 이루어지게 된다.
실린더라이너(10)의 원주상의 한 지점에는, 와류변화장치(20)를 피봇이동시키기 위한 위치결정메카니즘(35)이 제3도 및 제4도와 같이 설치된다. 1쌍의 가이드블록(29) 사이에 위치하는 위치결정메카니즘(35)은 나사형성된 스핀들(36), 스핀들(36)의 나사형성부분을 수용하는 구동블록(37), 나사형성된 스핀들(36)을 수용하는 로케이터블록(38)으로 구성된다. 제3도에 있어서, 구동블록(37)은 예를 들어 나사(39)의 수단에 의해 그 외주의 홈에서 링(26)에 고정된다. 구동블록(37)의 하부내에 삽입되는 나사형성부재(40)에는 나사형성된 스핀들(36)에 대응하여 내부에 나사홈이 형성되어 구동블록(37)내에서 수직축(41)을 중심으로 회전할 수 있다. 로케이터블록(38)은 2개의 나사(42)에 의해 실린더라이너(10)에 고정된다. 로케이터블록(38)에서 안내되는 나사형성된 스핀들(36)은 로케이터블록(38)내에 삽입된 나사홈의 구멍이 형성된 링(43)에 의해 축방향으로 고정되는 콜러(collar)(36′)를 구비한다. 로케이터블록으로부터 돌출되는 나사형성된 스핀들(36)의 자유단에는 사각헤드(45)가 설치되고, 이 사각헤드(45)에 의해 나사형성된 스핀들이 수동으로 또는 도시하지 않은 위치결정모터에 의해 구동될 수 있다. 나사형성된 스핀들(36)이 회전하면 구동블록(37)은 실린더라이너(10)에 대하여 원주방향으로 이동함에 따라서, 링(26)이 함께 이동하고, 와류변화장치(20)가 피봇이동됨으로써 웨브(17)에 대한 그 U-형상체(21)의 위치를 변화시킨다. 이 변화는 흡기슬롯(12)을 통하여 흐르는 공기의 방향을 변화시킨다. 따라서, 피봇이동의 방향에 따라서 실린더내부(60)의 와류가 제5(a)도 또는 제5(b)도의 화살표 F 및 F′의 상이한 방향으로 나타낸 바와 같이 증가되거나 감소된다.
제5도에 있어서, 구동면(18)으로부터 실린더라이너(10)의 외면(19)에 향하여 좁아지도록 테이퍼가공된 웨브(17)가 도시되어 있다. 이러한 웨브의 형상에 따르면, 와류변화장치(20) 또는 (20′)내에서 최대한의 조정가능한 범위를 얻을 수 있다. 웨브의 테이퍼가공 한계는 웨브재료의 강도에 의해 설정되고, 조정범위의 감소를 고려한다면 외면(19)에서의 웨브의 폭도 도시된 것보다 크게 될 수 있다. 웨브의 폭은 예를 들어 일정하게 할 수도 있다.
주철 또는 주강으로 제조된 실린더라이너에 의해 실린더라이너의 벽두께를 비교적 크게 할 수 있다. 흡기슬롯이 있는 실린더라이너의 외면에 고정된 공기의 가이드블레이드에 의해 이 벽의 두께는 고정웨브(7)에 대하여 흡기슬롯(2)내의 공기를 안내하기 위한 길이가 길어져서 길이 ℓ로 된다(제1도). 이 길이 ℓ와 그 구동면에서 실린더라이너의 원주방향에서 측정된 슬롯의 폭 g과의 비는 0.5 이하이어야 한다. 본 발명에 따른 장치로서, 주어진 조정범위에서 최대의 가능한 강도와 0.2 이하의 ℓ/g 비를 달성할 수 있다.
전술한 실시예와는 달리, 와류변화장치(20) 또는 (20′)를 설치하지 않고 공기가 실린더내부로 반경방향으로 흐르게 하는 방법으로 실린더라이너(10)내의 흡기슬롯(12)을 형성하는 것도 가능하다. 또한, 흡기슬롯의 종축이 서로 평행하면서 실린더의 축(30)과는 평행하지 않게 연설하는 방법으로 실린더라이너내의 흡기슬롯(12)을 형성하는 것도 가능하다.

Claims (4)

  1. 실린더라이너의 벽에 웨브에 의해 서로 분리되어 형성된 흡기슬롯과, 웨브에 대하여 상대적으로 이동가능하고 흡기슬롯을 통하여 흐르는 공기의 방향을 변화시키도록 흡기슬롯내에 배치되는 와류변화장치를 포함하고, 상기 와류변화장치는 실린더라이너의 원주방향으로 이동가능하게 배치되고, 공기가 통과하여 흐르도록 흡기슬롯내에 배설되는 가이드면을 갖는 2행정 왕복동내연기관의 실린더라이너에 있어서, 상기 이동가능한 와류변화장치는 웨브와 동일한 개수의 U-형상체를 갖고, 각 웨브는 각 흡기슬롯의 웨브의 외측면에 인접하는 2개의 면을 포함하는 하나의 U-형상체에 결합되고, 2개의 경계면에 인접하는 각 U-형상체의 암은 가이드면을 형성하는 것을 특징으로 하는 실린더라이너.
  2. 제1항에 있어서, 상기 U-형상체는 그 외측단부에서 힌지에 의해 실린더라이너의 외면에 따라 안내되는 최소한 1개의 링에 고정되어 그 종축을 중심으로 피봇되는 것을 특징으로 하는 실린더라이너.
  3. 제2항에 있어서, 상기 링은 서보모터에 의해 이동하는 것을 특징으로 하는 실린더라이너.
  4. 제1항, 제2항 및 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 각 웨브는 실린더의 구동면으로부터 외측에 향해 좁아지도록 테이퍼가공되는 것을 특징으로 하는 실린더라이너.
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