KR100563223B1 - 내연기관 - Google Patents

Abstract

배기행정시 기관 실린더에서 발생된 배기가스를 제거하기 위한 진공펌프(17)를 구비한 내연기관이 제공된다. 진공펌프(17)에 의해 진공이 가해져 배기행정시 배기가스를 제거(배출)시키기 충분함과 동시에 피스톤을 상승시키는 힘을 가하게 된다. 따라서 배기행정시 다소의 토크가 발생된다. 이와 유사한 방식과 효과를 얻기 위해 흡입행정시 연료를 실린더내로 가압공급하기 위한 압축기(18)가 제공되어 다소의 토크를 발생시킨다.

Description

내연기관{Internal Combustion Engines}

본 발명은 내연기관에 관한 것이다.

더욱 상세히는 내연기관에서 배기가스를 제어하는 것에 관한 것이다.

내연기관의 정상적인 작동시 실린더 내의 배기가스는 매 압축행정후 피스톤에 의해 배기행정동안 배기다기관을 통해 배기파이프로 배출된다.

US-A-1 586 778에는 흡입밸브와 배출밸브가 각 실린더의 상부측에 배치된 복수개의 실린더와 기관의 구동시 발생되는 배기가스를 수거하기 위한 배기챔버를 갖는 4행정 피스톤 내연기관이 공지되어 있는데, 이 기관은 배출밸브가 열렸을 때 실린더내의 배기가스를 외부로 배출시키기 위해 각 실린더에 부압을 인가하는 진공펌프(B)를 포함한다. 부압이 배기챔버에 인가되어 실린더 내의 배기가스를 외부로 배출시키고, 피스톤도 실린더의 상부로 빨아 올려져 배기행정도 동력행정이 되도록 한다.

효율적인 배기를 위해, 가능한 많은 양의 배기가스를 제거하기 위해 실린더의 상단에 설치된 흡,배출밸브간의 조화로운 밸브 오버랩이 요구되고 있다.

또한, 배기행정은 피스톤에 가해지는 기계적인 에너지를 흡수하므로써 기관의 불균형을 초래하게 된다.

첨부도면은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 내연기관의 개략구성도이다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하거나 또는 완화시키는데 있다.

본 발명은 각 실린더의 상부측에 흡입 및 배출밸브를 갖는 하나 또는 그 이상의 실린더와, 기관구동시 발생된 배기가스를 수거하기 위한 배기챔버를 갖는 왕복 4행정 내연기관으로, 상기 배기챔버에 설치되는 진공펌프와 각 실린더에 연료-공기 혼합기를 공급하기 위한 압축기를 포함하며, 상기 진공펌프는 배출밸브가 열려 실린더 내의 배기가스를 배출시킬 때 각 실린더에 부압을 인가시키고 그 실린더 내의 피스톤을 상부로 빨아 올려 기관의 각 배기행정도 동력행정이 되도록 한 것으로, 상기 압축기는 압력을 공급하여 연료-공기 혼합기가 흡입밸브가 열렸을 때 각 실린더내로 충분한 압력으로 압축 공급되도록 하며, 상기 밸브들은 밸브 오버랩없이 개폐되도록 정렬된다.

바람직하게는 상기 진공펌프는 기관에 기계적으로 연결되어 구동되도록 한다.

상기 진공펌프와 압축기는 같은 하우징내에 장착되는 것이 바람직하다.

상기 압축기는 기관의 구동속도에 의해 자동적으로 변환되는 비율로 구동되도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명은 또 기관에 의해 구동되어 배출밸브가 열렸을 때 각 실린더에 부압을 인가시켜 실린더내의 피스톤을 상부로 끌어 올리기 충분한 압력을 가하므로써 각 배기행정이 동력행정이 되도록 하는 배기다기관 진공펌프를 제공한다.

기관의 구동속도에 따른 비율로 펌프를 구동시키기 위한 기계적인 전동장치가 기관으로부터 펌프로 연결된다.

이하에서는 본 발명에 의한 배기시스템을 갖는 내연기관의 실시예를 첨부된 도면에 의하여 설명하기로 한다.

도시된 바와 같이, 4기통 왕복 내연기관은 전형적인 방식으로 크랭크 축(14)에 기계적으로 연결된 4개의 피스톤(10)(11)(12)(13)을 갖고 있다.

기관의 각 실린더는 하나의 흡입밸브(A)와 하나의 배출밸브(B)를 갖고 있다.

상기 흡입밸브들은 도시안된 연료분사기로부터 공급되는 연료-공기 혼합기를 받기 위해 흡기다기관(15)에 연결되어 있고, 배출밸브는 배기다기관(16)과 연결되어 있다.

여기서 설명된 기관은 전형적이고 잘 알려진 것이다.

본 발명의 실시예들에서, 기관은 배기다기관 내에 부압을 형성하기 위한 배기다기관 진공펌프(17)를 포함한다.

상기 진공펌프(17)는 도시안된 치형벨트에 의해 크랭크 축(14)에 연결되어 구동된다.

상기 진공펌프(17)를 구동시키기 위해 전기식 모터를 포함한 다른 방식의 장치도 제공될 수 있다.

압축기(18)가 흡기다기관(15)내의 압력을 증가시키기 위해 설치되어 연료-공기 혼합기를 각 흡입밸브가 열렸을 때 실린더내로 가압 공급하게 된다.

이는 소위 " 수퍼 차아저" 라고 하는 것과 유사하나, 이하에서 설명되는 본 발명의 내연기관에 가해지는 압력은 대체로 더 높다.

상기 압축기(18)는 크랭크 축(14)으로부터 치형벨트를 통해, 또는 이외의 다른 적절한 수단에 의해 구동될 수 있다.

여하튼, 본 발명의 기관에서는 배기가스가 배기행정시 한층 더 효율적으로 배출(sucking)되며, 종래 기관에서 요구되는 것과 같은 특이한 밸브 오버랩을 필요로 하지 않는다.

진공펌프(17)에 의한 배출(sucking)은 기관의 출력을 추가하거나 또는 부분적으로 출력을 발생시키게 된다.

일반적인 기관에 있어서 배기행정은 비동력행정이며, 실제로 이는 실린더 내의 연소가스를 배출시키기 위해 기관의 동력이 사용되거나 또는 요구된다.

또한, 이러한 요구는 연속되는 동력행정시 발생되는 힘의 반대방향으로 피스톤에 힘을 가하게 된다.

상기한 바와 같이 기관에 가해지는 모든 힘들은 추가적인 진동 또는 기관의 불균형을 초래하는 역작용을 하게 된다.

다시 말하면, 본 발명에 있어서 상기 진공펌프(17)는 연소가스를 훨씬 효율적으로 제거하게 되고, 기관에 추가적인 동력행정을 제공하며, 기관의 기계적인 균형(밸런스)을 향상시키게 된다.

밸브 오버랩이 없이 기관은 더욱 효율적으로 사용될 수 있도록 조정(tune)되게 된다.

본 발명은 또 기관의 운전성을 향상시키는 압축기(18)를 포함한다.

일반적인 기관의 흡입행정시, 연료-공기 혼합기는 피스톤의 동작에 의해 발생된 부압에 의해 흡입밸브가 열리면서 실린더내로 공급된다.

요구로 하는 부압을 생성시키기 위해 피스톤은 스스로를 감속시키는 힘으로 작용하게 되므로 흡입행정 또한 동력소모행정이 된다.

일반적인 수퍼 차아저에서, 연료-공기 혼합기는 적어도 어느 정도의 힘으로 실린더내로 공급된다.

본 발명의 장치에서, 압축기(18)에서 발생된 압력은 피스톤을 하강시키게 되고 이에 따라 연료-공기 혼합기가 각 실린더에 차례대로 공급된다.

이는 흡입행정이 실제로 추가적인 동력행정이 되는 것을 의미한다.

그 결과로, 본 발명의 기관은 주 동력행정 및 배기행정과 흡입행정에 연계된 부수적인 2개의 동력행정을 갖게 된다.

압축행정은 동력을 발생시키지 않는 유일한 행정이나 적어도 어느 정도의 양성(positive) 토크를 제공한다.

흡입챔버에는 실린더 헤드에 인접되도록 단순한 일방향 밸브를 설치하여 발생되는 가스의 역류를 방지하도록 하는 것이 바람직하다.

상기 진공펌프(17)와 압축기(18)의 설치를 위해 부수적인 기관의 개조가 요구된다.

벨트 타이밍은 개선된 가스의 흐름과 압력차에 의한 이익을 확보하기 위해 변경되어야 한다.

실제로 피스톤의 실제 위치에서 즉시즉시 연료가 강제로 흡입되고 배기가스가 배출된다면 밸브 오버랩은 필요하지 않게 된다.

종래의 기관에서는 기관행정에 있어서 피스톤이 사점으로부터 다음의 각 행정으로 이동되더라도 실린더 내에 연료를 충진시키고 연소가스를 배출시키기 위한 시간이 제공되어야 하므로 밸브 오버랩이 요구되고 있다.

실린더내에서 가스가 팽창될 때 밸브가 열려 있을 필요가 없으므로 기관은 소음을 덜 발생시키게 된다는 점이 중요하다.

또한, 피스톤 링은 가스가 피스톤의 측면을 따라 엔진 섬프로 유출되는 것을 방지할 수 있도록 설계되어야 한다.

예를 들면, 상기한 본 발명의 기관에서, 피스톤 위의 압력이 대기압보다 낮게 떨어지게 되는 때가 있다.

따라서, 가스가 엔진 섬프로부터 피스톤 위의 실린더로 유출되는 것을 방지할 수 있도록 피스톤 링이 설치될 것을 필요로 한다.

진공펌프(17)와 압축기(18)는 하나의 같은 하우징 내에 장착될 수 있고, 같은 치형벨트에 의해 구동될 수 있으며, 진공펌프(17)와 압축기(18)는 각기 다른 속도를 가지므로 적절한 기어박스를 사용한다.

여하튼, 펌프(17)와 압축기(18)를 함께 설치하면 자체가 갖고 있는 인터-쿨링을 얻을 수 있고 발생된 열을 효과적으로 사용할 수 있다.

상기한 본 발명의 기관은 일반적으로 전형적인 기관에 비해 낮은 압축비를 가지고, 연료가스와 알콜을 포함하는 저옥탄 연료로 가동되며, 본 발명의 실시예들은 디젤기관에도 사용될 수 있음을 알 수 있다.

상기한 본 발명의 기관 블록은 실린더 헤드가 기관 블록의 다른 부분들과 조합되도록 하나의 부품으로 주조될 수 있다.

또한, 본 발명에서는 펌프(17)와 압축기(18)에 의한 가스의 흐름에 의해 밸브들은 덜 마모되고 연소되므로 스스로를 더욱 만족스럽게 냉각시킨다는 것을 알수 있다.

Claims (4)

1. 각 실린더의 상부측에 흡입 및 배출밸브(A,B)를 갖는 하나 또는 그 이상의 실린더와, 기관구동시 발생된 배기가스를 수거하기 위한 배기챔버(16)를 갖는 왕복4행정 내연기관으로, 상기 배기챔버에 설치되는 진공펌프(17)와 각 실린더에 연료-공기 혼합기를 공급하기 위한 압축기(18)를 포함하며, 상기 진공펌프(17)는 배출밸브(B)가 열려 실린더 내의 배기가스를 배출시킬 때 각 실린더에 부압을 인가시키고 그 실린더내의 피스톤을 상부로 빨아 올려 기관의 각 배기행정도 동력행정이 되도록 한 것으로,

   상기 압축기(18)는 압력을 공급하여 연료-공기 혼합기가 흡입밸브(A)가 열렸을 때 각 실린더내로 충분한 압력으로 압축 공급되도록 하며, 상기 밸브(A,B)들은 밸브 오버랩없이 개폐되도록 정렬된 것을 특징으로 하는 내연기관.
2. 제 1항에 있어서, 상기 진공펌프(17)는 기관에 기계적으로 연결되어 구둥되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 진공펌프(17)와 압축기(18)는 같은 하우징내에 장착되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 압축기(18)는 기관에 기계적으로 연결되어 구동되는 것을 특징으로 하는 내연기관.