KR100614770B1

KR100614770B1 - 2-행정 사이클 엔진

Info

Publication number: KR100614770B1
Application number: KR1020017005848A
Authority: KR
Inventors: 폴프란시스 던; 로버트매튜 러더포드
Original assignee: 로텍 디자인 리미티드
Priority date: 1998-11-09
Filing date: 1999-11-09
Publication date: 2006-08-25
Also published as: EP1165950A4; ES2223188T3; ATE268864T1; KR20010100996A; US6571755B1; DE69917945T2; CN1332827A; CA2358444C; DE69917945D1; EP1165950B1; EP1165950A1; WO2000028199A1; CN1123679C; BR9916602A; CA2358444A1; AUPP700398A0; RU2230206C2

Abstract

본 발명은 원래 사용하던 오버헤드 밸브(18)을 통하여 4-행정 사이클 왕복 피스톤 엔진(10)을 효율적인 2 행정 사이클의 흡입식 엔진으로 전환하기 위한 방법이 제공된다.

본 발명은 엔진(10)의 유입구(34)에 인접한 배출구(33)에 배열된 각각의 펌핑 챔버(26)를 갖는 왕복 용적형 펌프(22)를 제공하고, 동력 실린더 그룹(22)을 공급함으로써 달성된다. 상기 펌프(22)는 엔진(10)으로부터 가속 변속장치를 통하여 구동되며, 시간 조절은 공급하려는 각 동력 실린더(12)에 대한 유입 밸브(18i)는 하사점이전에 열리고 TDC이전에 닫히며; 그리고 상기 공급된 동력 실린더(12)로부터 출력 밸브(18e)는 BDC 이전에 열리고 TDC이후에 닫히도록 함으로써 각 펌핑 피스톤(25)을 공급된 동력 피스톤 공급(11)중 하나를 각각 상사점(TDC)위치까지 교대하는 것을 이끈다.

2행정 사이클의 흡입식 엔진, 왕복 용적형 펌프, 동력 실린더

Description

2-행정 사이클 엔진{TWO-STROKE ENGINE}

본 발명은 엔진에 관한 것이다. 본 발명은 일반적인 4-행정 사이클 엔진을 효율적인 2-행정 사이클 엔진으로 전환하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 그러나 본 발명은 엔진 전환에 한정하는 것은 아니고 효과적인 2-행정 사이클 엔진의 생산에도 적용할 수 있다.

효율 개선을 제공하기 위하여, 펌핑 챔버로부터 장입된 동력 실린더를 사용하는 2-행정 사이클 엔진은 종래 개시되어 있다. 그러나 이같은 제안에서는 모든 새로운 엔진 설계를 위해 재설비하는데 큰 비용이 소요된다. 나아가 종래 대다수의 제안은 대부분의 내부 연소 엔진이 현재 요구하는 엄격한 방출 규격에 부합할 수 없는 것으로 여겨진다. 예를 들어, 질소산화물(NOx) 및 그을음을 포함한 미립자의 방출을 줄이는 것이 가장 바람직하다. 이같은 방출 저감 관점에서의 효율이 연료 효율이나 동력 이득을 얻는 것보다 중요할 수 있다.

현존하는 엔진 산업은 대형화되고, 완전히 발달되었고 안정하면서 또한 보수적이다. 엔진 설계에 대한 심지어 가장 적당한 변화라고 할지라도 이를 도입하기 위한 장벽은 만만치않다. 엔진 소비자는 현존하는 엔진과 그 설계에 길들여져있다. 이들은 통상의 엔진용 값비싼 플랜트와 장비로 설비되어 있으며, 근본적인 변경에 는 반대하면서 이익을 갖는 기술적 개선은 쉽게 받아들인다.

본 발명의 일 목적은 전환된 엔진이 배기가스 방출, 연료 효율 및 동력 출력의 선택된 혹은 모든 관점에서 효과적으로 작동할 수 있는, 일반적인 4-행정 사이클 엔진을 2-행정 사이클 엔진으로 전환하기 위한 방법 및 장치를 제공하려는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 또한 제조업자나 사용자 모두에게 유용하고 상업적으로 흥미를 유발할 수 있는 엔진을 제공하려는데 있다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명의 일견지에 의하면,

엔진의 최소 2개로된 실린더 그룹에 대하여 각각의 펌핑 챔버를 갖는 왕복 용적형 펌프를 제공하며,

각 펌핑 챔버는 엔진의 각 실린더의 쓸기된 실린더 배기량보다 큰 펌핑 피스톤에 의해 쓸기된 배기량을 갖는 단계;

상기 펌프를 실린더 인접한 엔진상의 고정설치를 확보함으로써 펌프로부터의 배출구가 엔진의 유입구에 인접하여 근접 위치하도록 하는 단계;

상기 각 실린더 그룹에 대하여 크랭크 핀을 360°를 실린더 그룹 수로 나눈 각 간격으로 배치하는 단계;

상기 엔진으로부터 펌프를 구동하기 위한 가속(step-up) 구동 수단을 제공하며, 상기 가속 수단은 펌핑 챔버당 엔진의 각 실린더 그룹내 실린더수의 비로 존재하는 단계;

각 펌핑 챔버로부터의 배출구와 공급하려는 실린더 그룹의 유입구를 상호연결하는 이송 매니폴드를 통하여 상대적으로 짧은 공급 통로를 제공하는 단계; 및

엔진과 펌프간 연결 및 엔진의 유입밸브와 배기밸브간 작동을

상기 혹은 각각의 펌핑 피스톤을 이로 인하여 공급된 동력 피스톤중 하나를 개별 상사점(TDC) 위치까지 교대하도록 이끌며;

공급하려는 각 동력 실린더에 대한 유입 밸브를 하사점(BDC) 이전에 개방하고 TDC 이전에 닫으며, 그리고

상기 공급된 동력 실린더로부터의 출구 밸브를 BDC 이전에 개방하고 TDC 이전에 닫도록, 시간조절하는 단계;를 포함하여 이루어지는 4-행정 사이클 왕복 피스톤 엔진을 2-행정 사이클 엔진으로 전환하는 방법이 제공된다.

바람직하게는 상기 혹은 각각의 펌핑 피스톤을 공급된 동력 피스톤중 하나를 크랭크축 회전의 80-160°씩 상사점(TDC) 위치까지 교대하며;

상기 공급하려는 동력 실린더에 대한 유입 밸브를 BDC 이전에 50-0°범위로 개방하며;

공급하려는 동력 실린더에 대한 유입 밸브를 크랭크축 회전의 TDC 이전에 70-160°범위로 닫고;

공급된 동력 실린더로부터의 출구 밸브를 BDC 이전에 110-40°범위로 개방하며; 그리고

상기 공급된 동력 실린더로부터의 출구 밸브를 크랭크축 회전의 TDC 이전에 100-180°범위에서 닫는 것이 좋다.

상기 범위내에서, BDC에 보다 근접한 시간 조절은 상대적으로 낮은 작동 속도로 작동하는 엔진 및 특히 대형 엔진에 보다 적합할 것이다. 고속 엔진은 다른 범위로 작동하는 것이 이로울 것이다.

이 사이클로 전환되거나 작동하며, 예를 들어, 240V 교류 발전기를 구동하기 위하여 1500RPM의 동기 속도하에 작동하도록 최적화된 전형적인 2ℓ자동차 디젤 엔진에 대하여, 전형적인 시간조절은 상기 펌핑 피스톤이 동력 피스톤을 상사점까지 120°씩 이끌며;

상기 공급하려는 동력 실린더에 대한 유입 밸브를 하사점 이전에 40°에서 개방하고 상사점 이전에 110°에서 닫으며;

상기 공급된 동력 실린더로부터의 출구 밸브를 하사점 이전에 70°에서 개방하고 상사점 이전에 140°에서 닫는다.

이 사이클로 전환되거나 작동하고, 고속으로 최적화된 전형적인 2ℓ자동차 디젤 엔진에 대하여, 전형적인 시간조절은 상기 펌핑 피스톤이 동력 피스톤을 상사점까지 135°씩 이끌며;

상기 공급하려는 동력 실린더에 대한 유입 밸브를 하사점 이전에 45°에서 개방하고 상사점 이전에 115°에서 닫으며;

상기 공급된 동력 실린더로부터의 출구 밸브를 하사점이전에 85°에서 개방하고 상사점 이전에 155°에서 닫는다.

펌프로부터 동력 실린더까지 공기를 효과적으로 이송하기 위해서는, 크랭크축에 비례한 구동축의 가속비가 2:1인 것이 고속 엔진용으로 바람직하다. 가속비가 2:1이상인 경우는 상대적으로 저속 엔진과 중속 엔진에 한정하는 것이 바람직하다.

펌핑 챔버의 쓸기된 부피가 각 개별 동력 실린더보다 1.6배이하인 것이 적합하다. 예를 들어, 적당한 동력 이득을 필요로하는 적용처에서, 펌핑 챔버의 쓸기된 부피는 각 개별 동력 실린더의 쓸기된 부피보다 30%까지 클 수 있다. 높은 동력 이득을 위한 적용처에서, 펌핑 챔버의 쓸기된 부피는 각 개별 동력 실린더의 쓸기된 부피보다 60%까지 클 수 있다.

바람직하게는 보다 큰 방출 개선을 위해서는 펌핑 챔버의 쓸기된 부피가 각 개별 동력 실린더의 쓸기된 부피보다 60% 큰 것이 좋다.

더욱이 상기 펌프 부품은 동력 부품보다 훨씬 낮은 압력 및 온도하에 작동할 것이 요구되므로 본 발명은 상기 부품들이 펌핑을 위해 덜 강한 부품을 사용하면서 각각의 선회를 갖는 전환된 엔진 수행 작업시 비교적 강한 부품을 갖는 것에 의해 최적화함에 따라 동력 소비의 저감 및 이와 연관된 마찰 하중내 감소에 있어 잇점을 제공한다.

바람직하게는 배출 밸브가 구동될 수 있으나 동력 실린더의 포집(scavenging)-통풍 위상도중 이송 매니폴드로부터 펌프 실린더로의 가스 역류를 방지하는 리드 밸브등과 같은 압력 민감성 밸브가 제공되는 것이 좋다. 보다 바람직하게는 상기 배출 밸브는 재팽창 부피를 최소화하는 펌핑 챔버로부터 배출구에 인접하여 근접 위치하며 따라서 펌핑 챔버의 부피 효율을 개선시킬 수 있다.

상기 배출 밸브의 설비는 유입 밸브의 초기 개방시 및 배기 밸브의 폐쇄이전에, 배기 가스의 포집을 증진시키도록 유입 매니폴드로부터 배출밸브의 가압된 새로운 가스 하류의 장입물을 트랩하여 새로운 가스의 실질적인 흐름을 주입할 수 있다. 이 설비는 또한 펌프 실린더내로 운반구와 운반 매니폴드를 매개로 하여 동력 실린더로부터 폐가스의 역류를 억제하도록 하는데 사용될 수 있다.

상기 펌프로부터 실린더 그룹으로의 이송 매니폴드는 펌프와 연결되고, 실린더 그룹과 복수의 하류 분기로 연결되는 단일 상류 분기를 포함할 수 있다. 이같은 적용처에 있어서, 모든 하류 분기들에 동시 전달을 위하여 리드 밸브와 같은 단일 배출 밸브가 상류 분기내에 사용될 수 있다.

그러나 상기 배출 밸브는 하류 분기들중 하나를 교대하는 순차적인 방법으로 전달을 제어할 수 있는 타입인 것이 바람직하다. 이는 보다 효과적인 가스 이송을 위하여 펌프와 각각의 실린더간 통로의 효과적인 부피를 최소화할 것이다. 바람직하게는 상기 배출 밸브는 상사점에서 펌프 피스톤 꼭대기로 가능한한 근접 배치되고, 하류 분기들과 순차 전달되는 시간조절된 회전형 드럼 밸브인 것이 좋다.

변류기 수단이 유입관내에 제공될 수 있으며 혹은 밸브 보호판등이 폐배가스 의 선회타입 포집을 유도하도록 제공될 수 있다.

또한 펌핑 챔버의 부피적 효율을 증진시키는 것을 보조하도록 상기 혹은 각각의 펌핑 챔버에 대한 유입관내에 리드 밸브 혹은 다른 밸브 수단을 배치하는 것이 또한 바람직하다.

필요로 하는 크랭크축/구동축 시간조절을 제공하기 위하여, 하나의 펌프 실린더에 의해 공급되는 실린더 그룹은 연관된 크랭크축을 360°를 실린더 그룹수로 나눈 각 간격으로 배치하여야 한다. 따라서 본 발명의 전환된 엔진은 이같은 구조를 달성하기 위해 크랭크축 변형을 필요로 할 수 있다. 캠축은 알맞은 새로운 "시간조절"을 필요로 할 것이다. 상기 캠축은 보다 짧은 배기/유입 위상에 알맞도록 변형된 승강 프로파일로부터 이로울 것이며, 이는 또한 스프링 비율과 같은 밸브 트레인 변형을 필요로 할 수 있다. 더욱이, 펌프상에 볼트를 포함하고 그리고 보다 낮은 엔진 공회전에서 압력을 유지하도록 대형 유입에 부합하도록 오일펌프를 변형시킬 수 있다.

균형을 맞출 목적으로, 2배기량의 실린더를 갖는 전환된 엔진의, 각각의 크랭크 쌍은 서로 고르게 엇갈리는 것이 바람직하다. 이들은 공통 평면내에서 포함된 크랭크를 갖는 통상의 4개 실린더 엔진내에 있으며, 크랭크의 전후쌍은 서로 90°씩 엇갈려 크랭크축의 매90°회전마다 전환된 엔진내로 점화를 생성한다.

또다른 견지에 있어서, 본 발명은 유입 밸브 및 배출 밸브와 실린더 장입용 외부 펌프가 탑재된 헤드를 갖는 2 행정 사이클 왕복 엔진에 관한 것으로,

여기서 상기 외부 펌프는 엔진의 최소 2개로된 실린더 그룹에 대하여 각각의 펌핑 챔버를 갖는 왕복 용적형 펌프이고,

각 펌핑 챔버는 엔진의 각 실린더의 쓸기된 실린더 배기량보다 큰 펌핑 피스톤에 의해 쓸기된 배기량을 갖으며;

상기 펌프는 실린더 인접한 엔진상의 고정설치를 확보함으로써 펌프로부터의 배출구가 엔진의 유입구에 인접하여 근접 위치하며;

각 실린더 그룹에 대한 크랭크 핀은 360°를 실린더 그룹 수로 나눈 각 간격으로 배치되며;

가속 구동 수단이 엔진으로부터 펌프를 구동하도록 제공되며, 상기 가속 수단은 펌핑 챔버당 엔진의 각 실린더 그룹내 실린더수의 비로 존재하며;

상대적으로 짧은 공급 통로가 각 펌핑 챔버로부터의 배출구와 이에따라 제공하는 실린더 그룹의 유입구를 상호연결하는 이송 매니폴드를 통하여 제공되며; 그리고

엔진과 펌프간 연결 및 엔진의 유입밸브와 배기밸브의 작동은

상기 혹은 각각의 펌핑 피스톤이 그것에 의하여 공급된 동력 피스톤중 하나를 각 상사점(TDC) 위치까지 교대하며;

공급하려는 각 동력 실린더에 대한 유입 밸브를 하사점(BDC)이전에 개방하고 TDC이전에 닫으며; 그리고

상기 공급된 동력 실린더로부터의 출력 밸브를 BDC 이전에 개방하고 TDC이후에 닫히도록, 시간조절한다.

4개이상의 실린더를 갖는 엔진에 있어, 하나의 실린더의 배기 펄스 혹은 위상이 또다른 실린더의 포집위상을 간섭하는 것을 방지하기 위해서, 별도의 배기 매니폴드 혹은 포집 위상과 함께 배기 위상의 간섭을 방지하는 타입의 매니폴드가 제공된다. 터보차저(turbocharger)가 달린 엔진의 경우에는 별도의 터보차저 유입구가 제공되거나 혹은 터보차저 유입구내에 칸막이된 소용돌이 수단이 제공된다. 대체하여 별도의 터보차저 엔진이 사용될 수 있다.

도면의 간단한 설명

도 1은 본 발명의 장치에 의해 2 행정 사이클으로서 작동하도록 채택된 통상의 다중 실린더 4 행정 사이클 엔진의 개략도;

도 2는 작동 사이클의 위상을 도시한 도면;

도 3 및 도 4는 구 변류기와 밸브 보호판에 대한 전형적인 배치도; 및

도 5는 이송 매니폴드에 대한 압력 대 시간 그래프이다.

*도면의 주요한 부호에 대한 간단한 설명*

10... 다중 실린더 4행정 사이클 엔진 11,25... 피스톤

12... 실린더 14... 크랭크축 16,17... 오버헤드 캠축

이하, 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하며, 이는 예시적인 것으로 본 발명을 이에 한정하는 것은 아니다.

우선 도 1을 참조하면, 전형적인 다중-실린더 4 행정 사이클 엔진(10)은 각각의 실린더(12)의 이리저리로 유체를 제어하기 위한 포핏 밸브(18)를 지지하는 실린더 헤드 어셈블리(13)의 이리저리로 실린더(12)내에 왕복하기 위한 피스톤(11)을 배치한다.

상기 피스톤(11)은 크랭크축(14)을 통하여 구동하고 피스톤봉(15)을 연결함으로써 여기에 연결된다. 오버헤드 캠축(16,17)은 시간조절된 상관관계내에서 크랭크축으로부터 구동됨으로써 포핏 밸브(18)가 4 행정 사이클 공정을 제어한다.

본 발명에 의하면, 이같은 다중-실린더 4 행정 사이클 엔진은 고정설치를 제공함으로써, 그리고 적합하게는 볼트로 죄는 왕복 펌프(22)를 지지할 수 있는 나선가공한 구멍을 제공하는 엔진 블록(21)의 일측벽에서 어댑터 플레이트(20)의 형태로 2행정 사이클 엔진으로서 작동하기 위해 쉽게 변형된다.

상기 펌프(22)는 그 2배의 회전 속도로 엔진 크랭크축(14)으로부터 구동되는 크랭크축(23)을 갖음으로써 볼트로 죄는 펌프의 피스톤(25)이 엔진(10)의 피스톤(11)의 2배 주기속도로 왕복하게 한다. 상기 볼트로 죄는 펌프(22)는 피스톤(11)이 왕복하는 엔진(10)의 각 2개의 실린더(12)에 대하여 하나의 피스톤(25)과 펌핑 챔버(26)를 제공한다.

상기 볼트로 죄는 펌프(22)는 상대적으로 짧은 이송 통로(32)를 각각의 펌핑 챔버로부터의 출구구(33)와 한쌍의 유입구(34)사이에 배치할 수 있도록 공기 유입 매니폴드가 정규적으로 연결된 유입 개방구에 실시가능하게 근접하여 탑재된 그 실 린더 헤드(30)에 탑재된다.

유입 통로(35)가 볼트로 죄는 펌프(22) 및 비회귀 밸브, 적합하게는 리드 밸브(36,37)가 유입 통로(35) 및 이송 통로(32)내에 배치되도록 제공된다.

이송 통로를 통한 흐름은 또한 유입 포핏 밸브(18i)에 의해 제어되며, 이는 유입 포핏 밸브(18i)와 리드 밸브(37)가 이송 통로(32)의 말단 근처에 배치되는 것을 보일 것이다. 또다른 밸브(18e)는 통상의 방법에서 각각의 실린더(12)로부터 각 배기구(38)에 제공되나 밸브(18)의 시간조절은 2 행정 사이클 작동을 위해 변형된다.

유입 밸브(18i) 혹은 유입구(34)는 보다 효율적인 포집을 야기하고 간략한 선회를 저감하도록 유입 공기를 유도하기 위해 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같은 보호판을 필요로 할 수 있으며, 냉각 시스템은 보다 큰 흐름비 물 펌프 및 대형 라디에이터를 포함하는 보다 큰 폐열 수단을 필요로 할 수 있다. 원한다면, 원래의 4 행정 사이클 유입구는 배기구가 될 필요가 있으며, 역으로도 가능하다.

볼트로 죄는 펌프의 구멍과 홈은 각 동력 실린더(12)의 쓸기된 부피보다 큰 각 펌핑 챔버에 대하여 쓸기된 부피를 제공하고 고동력 적용처에 대하여 각 펌핑 챔버의 쓸기된 부피는 각 동력 실린더(12)의 쓸기된 부피의 1.6배일 수 있다.

상기 펌핑 챔버는 각각의 펌핑 피스톤(25)이 장입물이 유도하는 내로 동력 실린더(12)내에서 피스톤(11)에 앞서 상사점에 도달하도록 동력 실린더에 비례하여 시간조절된다. 예시된 실시예에 있어서, 상기 펌핑 피스톤(25)이 상사점 위치에 도달하는 동안 동력 피스톤(11)은 개별 실린더(12)내에서 상사점위치이전에 약120° 에 배치된다. 예시된 실시예는 연소 챔버내로 연료를 직접 주입하는 연료분사장치(미도시됨)를 갖는 디젤 엔진이다.

사용시, 볼트로 죄는 펌프(22)는 피스톤(25)의 하방작동도중 그리고 하사점까지 연속하여 공기가 피스톤(25)상에서 각각의 펌핑 챔버(26)내로 유도된 다음 이들로부터 이송 통로(32)의 입구에 위치한 리드 밸브(37)형태의 일방 밸브를 통하여 배출되도록 그 유입 통로(35)내에 일방 흐름 리드 밸브(36)를 제공한다. 원한다면 회전 밸브 혹은 포핏 밸브가 리드 밸브를 대체하여 사용될 수 있다.

각각의 동력 실린더(12)에 대한 유입 밸브(18i)는 펌프(22)의 하사점 이전에 약40°에서 열리고 피스톤(11)의 상방행정 사이클도중 닫힘으로써 연료가 주입될 때 상사점으로의 이동도중 압축이 일어나고 실린더(12)를 그 하사점 위치를 향하여 하방으로 이동함에 따라 동력 작동을 제공하도록 연소가 일어나게 한다.

그런 다음 배기 밸브(18e)를 열고 피스톤이 하사점 위치아래로 내려갔다가 다음 압축 행정을 계속함에 따라 이를 통하여 배기가스가 배출된다. 배기 밸브(18e)를 닫기에 앞서, 유입 밸브(18i)를 열고 개방시점에서 잔류 배가스보다 큰 압력하에 이송 통로(32)내에서 유입 밸브(18i)와 리드 밸브(37)사이에서 공기를 트랩함으로써 트랩된 공기가 배가스의 포집을 보조하는 실린더(12)내로 강제되도록 한다.

차후에 펌프(22)에 공급 압력을 올리고, 리드 밸브(37)는 닫고, 이송 매니폴드(32)내에서 가압된 공기를 트랩한 효과는 도 5의 그래프에 빗금친 영역에 의해 입증된다.

유입 밸브(18i)는 열린채 잔류하여 펌프(22)내로 유도된 새로운 장입물이 상술한 공정의 압축 및 반복을 위하여 연소 챔버내로 강제되게 한다.

도 1에 예시된 실시예에 있어서, 도 2에 도시한 바와 같은 시간조절 배치는각각의 동력 피스톤(11)이 실린더(12)내 상사점이전에 120°에 있을 때 펌핑 피스톤(25)이 상사점 위치에 도달하도록 한다. 상기 유입 밸브(18i)는 피스톤(11)의 하사점에 앞서 40°에서 열리도록 채택되며, 상사점에 앞서 110°에서 닫히도록 채택된다. 배기 밸브(18e)는 피스톤(11)의 하사점에 앞서 70°에서 열리도록 채택되며 피스톤(11)의 상사점에 앞서 140°에서 닫히도록 채택된다. 디젤 연료는 16°에서 주입된다.

나아가 상기 볼트로 죄는 펌프는 엔진(10)의 각 실린더(12)의 쓸기된 능력의 1.4배인 쓸기된 능력을 갖는다.

상기 엔진은 원래의 4 행정 사이클 엔진보다 동력이 최대 1.7배 증진된 2 행정 사이클 엔진으로서 효과적으로 작동할 것으로 기대될 수 있다.

바람직하게는 4개의 실린더 엔진을 위하여, 상기 볼트로 죄는 펌프는 피스톤이 서로 위상밖으로 피스톤이 180°인 2개의 실린더 펌프이고 통상의 엔진의 크랭크축(14)은 서로로부터 180°변위에 2개의 인접 실린더의 각 그룹의 크랭크를 배치하고, 서로 90°변위된 크랭크의 2그룹은 점화 명령 1324를 제공한다.

본 발명에 따라 통상의 4 행정 사이클 엔진을 2 행정 사이클 엔진으로 전환함으로써, 전환된 엔진의 엔진 쓸기된 부피 유닛당 원래의 토크와 동력 출력은 현저하게 증가하게 된다. 전환된 4 행정 사이클 엔진에 의해 최대 100%의 토크 및 동 력 출력은 최대 100% 증가될 수 있는 것으로 여겨진다.

더욱이, 동력-대-중량 및 동력-대-부피비 또한 증진되어 펌핑 기능만을 수행하는 펌프의 추가 중량이 대부분인 기초 엔진 중량의 5-10%의 중량 보상이 달성되며, 연소력이 필요없어 상대적으로 경량 구조일 수 있다.

따라서 전환된 4 행정 사이클 엔진내에서는 종래의 4 행정 사이클 왕복 연소 엔진에 비해 전체 패키지 부피가 30% 가볍고 25% 소형인 전환된 엔진으로 70%의 출력 이득을 얻을 수 있는 것으로 기대된다.

원래보다 전환된 엔진의 각 실린더는 거의 2배 가까이 점화하기 때문에, 연소당 원래의 연료비가 저감되거나 혹은 공기/연료비가 줄어들게 된다. 이는 피크 사이클 온도 및 고온에서의 잔류 시간을 저감시키는 효과를 갖는다. 이는 NOx의 생성을 저감하고 이에 따라 이용가능한 산소가 많아져 미립자와 스모크 생성을 저감한다.

부가하여, 효과적인 연소를 보조하도록 연소이전 및 연소도중 높은 수준의 작고 미세한 난류가 존재할 것이다. 그 결과 유입되는 장입 공기의 대부분이 크랭크 회전의 90°이하에서 이송되기 때문에 유입 밸브를 통과하는 공기를 포집하는 흐름비는 높을 것이며, 사이클내 늦은 진입으로 인하여 동력 피스톤후의 하사점이후에 대다수의 공기가 이송될 것이다.

이 점에서, 4 행정 사이클 엔진내에서 연소가 개시된 시간에 따라 유도도중 생성되는 작고 미세한 난류는 대다수 붕괴된다. 본 발명에 의하면, 전환된 엔진에 있어서 난류는 통상보다 밀집되고 통상보다 엔진 주기가 늦게 생성되기 때문에 연 소 초기에 실질적인 난류를 낳는다.

이 효과는 스파크 개선 혹은 디젤 주입 개선 필요성에 있어 현저한 저감 그 자체를 명시한다.

석유와 디젤 모두에서 최상의 토크를 필요로 하는 시간조절 개선 BTDC는 각각 약30°- 내지 12°-주입으로부터 약30°-내지 16°- 주입으로부터 저감될 수 있는 것으로 여겨진다. 디젤에 있어서 이는 또한 연소의 예비혼합된 위상을 현저하게 감소시킬 것이고, 압력비 감소를 개선시킴에 따라 NOx 및 소음의 생성이 저감될 것이다.

펌프 피스톤이 엔진 피스톤의 2배 사이클 속도로 작동함에 따라 포집 공기는 신속한 펄스로 운반되기 때문에, 포집 공기의 평균 유속 증가는 또한 포집 효과를 증가시킬 것으로 여겨진다. 포집 공기가 사이클내에서 상대적으로 늦게 운반되기 때문에, 배기를 위해 직접 순환하는 새로운 장입물이 바닥나는 것을 최소화할 것이다. 따라서 효과적인 포집이 일어나게 된다.

본 발명의 전환된 엔진은 일반적으로는 보다 낮은 실린더 압력으로 작동할 것이나 연소시보다는 2배 압력으로 작동할 것이며, 각각의 압력 피크는 연결 피스톤봉상에 보다 낮은 각각의 토크 펄스일 것이며, 크랭크축은 보다 낮고 보다 다수의, 저감 토크로 변동할 것이다. 따라서 크랭크축 및 베어링과 같은 부품, 연결 피스톤봉, 실린더 헤드 가스킷 및 규정 4 행정 사이클 하중을 견디도록 설계된 피스톤 고리 그룹은 유사하거나 보다 긴 예상수명을 가지게 된다.

본 발명은 현존하는 생산 기술 및 설비, 생산하는데 필요시되는 인력 유지 및 R&D 노력에 미치는 충격을 최소화하면서, 제조업자가 제조를 위해 설치하고 실질적인 기계적 잇점을 잠재력으로 제공하도록 엔진을 변형하기 위한 볼트로 죄는 시스템을 제공할 수 있다. 이같은 전환은 현재의 엔진 제조업자 혹은 최소 부분적으로 기본 부품제조도중 적절하게 달성된다. 그러나 물론 이밖의 다른 것또한 수행될 수 있다.

전환은 비교적 저가의, 잘 입증된 왕복 피스톤 부품들을 사용하고 그리고 최소한의 부품과 제조 플랜트 및 장비 변화로 4 행정 사이클 엔진 생산시 볼트로 죄는 것에 의해 달성될 수 있다.

따라서 제조업자가 새로운 보다 대형 kW 시장에 인입하고 혹은 방출 규제에 부합되기를 원한다면, 제조업체는 새로운 시장에 대하여 본 발명에 의한 현존하는 엔진의 전환된 변형을 제시할 수 있다.

제조업자는 현존하는 R&D 지식을 이용하면서 단지 그 생산 설비에 적당한 교체를 꾀할 수 있다. 대다수의 경우에, 생산 설비는 본 발명의 현존하고 전환된 엔진 모두를 생성하기에 적합한 수용량 및 융통성을 가질 것이며, 따라서 두 엔진 모두에 대하여 생성 출력 파단 분기점은 크게 저감될 것이다. 인력 보유 또한 제품 제조업자 공급 문제와 함께 최소화된다.

펌프와 운반 매니폴드를 공급하는데 덧붙여, 제조업체는 고정설치 및 펌프용 구동수단을 채택할 것을 필요로 할 것이다. 상기 구동수단은 엔진전후에 크랭크축으로부터 채택될 수 있으며, 혹은 엔진 크랭크축을 따라 어떠한 지점으로부터 채택될 수 있다. 상기 구동수단은 접속이 단지 작동내에서 적절하게 시간 조절된 것만 을 필요로 하는 어떠한 타입일 수 있다. 원한다면 크랭크축과 구동축간의 구동수단 연결은 위상이 구체적인 작동 조건에 알맞도록 사용하면서 조정가능한 타입일 수 있다. 예를 들어, 높은 하중 및 높은 RPM에서, 구동축의 위상은 포집 효율을 최적화할 수 있도록 크랭크축에 비례하여 개선시킬 수 있다.

엔진 배기 매니폴드는 개별 실린더 배기 펄스를 분리하기 위한 칸막이나 스크롤을 포함하도록 변형될 수 있으나, 위상밖의 실린더는 통상의 배기 매니폴드 부피를 점유할 수 있다.

상기 배기구는 이들이 충분한 열 폐기 능력을 갖지 않는다면 이들은 세라믹 구 코팅제로 단열시킬 수 있도록 추가 냉각재를 필요로 할 수 있다.

상기 펌프의 채택을 위하여 엔진영역에는 장식못 혹은 나선가공된 구멍과 같은 고정물로 펌프를 볼트죄고 잠그기 위한 설비를 포함하는 것이 적절하다.

바람직하게는 상기 영역은 볼트를 죄기 위한 표면 영역 혹은 면이며 내부 구동수단이 가능한 밀폐가능한 포트를 통하여 제공된다. 고정설치 영역은 또한 오일 공급 및 회귀 수단과 냉각수 공급 및 회수 수단을 포함할 수 있다.

공급된 2개의 동력 실린더를 공급하는 단일 펌프 실린더의 설비는 펌프 피스톤이 동력 피스톤의 2배 사이클 비율로 작동하는 잇점을 갖는다. 이는 배기 사이클에 있어 늦게 운반됨으로써 개방 배기 밸브에 직접 단축된 회전에 의해 새로운 장입물의 손실을 최소화하여 동력 실린더내로 유도될 새로운 장입물의 평균 유속을 증가시킨다.

개선된 흐름 유속은 또한 장입물을 유입하여 연소개시시 난류를 증가시키는 이로운 효과를 가질 수 있다. 나아가 이는 경제성을 제공하도록 실질적으로 감소된 안정한 공회진 속도를 제공할 것으로 간주된다.

물론 상기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 모든 이같은 및 다른 변형 및 변형은 이 기술분야에서 숙련된 자라면 첨부된 청구범위에 정의된 바와 같이 본 발명의 넓은 사상내에 있는 것이 명백할 것이다.

Claims

엔진의 최소 2개로된 실린더 그룹에 대하여 각각의 펌핑 챔버를 갖는 왕복 용적형 펌프를 제공하며,

각 펌핑 챔버는 엔진의 각 실린더의 쓸기된 실린더 배기량보다 큰 펌핑 피스톤에 의해 쓸기된 배기량을 갖는 단계;

상기 펌프를 실린더에 인접한 엔진상의 고정설치를 확보함으로써 펌프로부터의 배출구가 엔진의 유입구에 인접하여 근접 위치하도록 하는 단계;

상기 각 실린더 그룹에 대하여 크랭크 핀을 360°를 실린더 그룹 수로 나눈 각 간격으로 배치하는 단계;

상기 엔진으로부터 펌프를 구동하기 위한 가속(step-up) 구동 수단을 제공하며, 상기 가속 수단은 펌핑 챔버당 엔진의 각 실린더 그룹내 실린더수의 비로 존재하는 단계;

각 펌핑 챔버로부터의 배출구와 공급하려는 실린더 그룹의 유입구를 상호연결하는 이송 매니폴드를 통하여 상대적으로 짧은 공급 통로를 제공하는 단계; 및

엔진과 펌프간 연결 및 엔진의 유입밸브와 배기밸브간 작동을

상기 혹은 각각의 펌핑 피스톤이 그것에 의하여 공급된 동력 피스톤중 하나를 개별 상사점(TDC) 위치까지 교대하도록 이끌며;

공급하려는 각 동력 실린더에 대한 유입 밸브를 하사점(BDC) 이전에 개방하고 TDC 이전에 닫으며, 그리고

상기 공급된 동력 실린더로부터의 출구 밸브를 BDC 이전에 개방하고 TDC 이전에 닫도록, 시간조절하는 는 단계;를 포함하여 이루어지는 4행정 사이클 왕복 피스톤 엔진을 2행정 사이클 엔진으로 전환하기 위한 방법
제1항에 있어서, 상기 혹은 각각의 펌핑 피스톤은 공급된 동력 피스톤중 하나를 크랭크축 회전의 80-160°씩 상사점(TDC) 위치까지 교대하며;

상기 공급하려는 동력 실린더에 대한 유입 밸브는 BDC 이전에 50-0°범위로 개방하며;

공급하려는 동력 실린더에 대한 유입 밸브는 크랭크축 회전의 TDC 이전에 70-160°범위로 닫고;

공급된 동력 실린더로부터의 출구 밸브는 BDC 이전에 110-40°범위로 개방하며; 그리고

상기 공급된 동력 실린더로부터의 출구 밸브는 크랭크축 회전의 TDC 이전에 100-180°범위에서 닫히는 것;을 특징으로 하는 방법
제2항에 있어서, 상기 엔진은 상대적으로 낮은 작동 속도에서 작동하며, BDC에 근접하여 청구된 범위 부분내에서 작동하는 것을 특징으로 하는 방법
제2항에 있어서, 상기 엔진은 상대적으로 높은 작동 속도에서 작동되며, BDC에서 보다 떨어져 청구된 범위 부분내에서 작동하는 것을 특징으로 하는 방법
제4항에 있어서, 상기 가속비는 2:1임을 특징으로 하는 방법
제1항에 있어서, 상기 펌핑 챔버의 쓸기된 부피는 엔진의 각 실린더보다 1.6배이하로 큰 것을 특징으로 하는 방법
제1항에 있어서, 상기 펌핑 챔버의 쓸기된 부피는 엔진의 각 실린더보다 1.3 ~ 1.6배 큰 것을 특징으로 하는 방법
제1항에 있어서, 상기 이송 매니폴드 혹은 펌프 헤드는 동력 실린더의 포집-통풍 위상도중 이송 매니폴드로부터 펌프 챔버까지 가스가 역류하는 것을 방지하는 배출 밸브를 제공함을 특징으로 하는 방법
제8항에 있어서, 상기 배출 밸브는 펌핑 챔버로부터의 배출구에 인접하여 근접 위치함을 특징으로 하는 방법
제1항에 있어서, 상기 이송 매니폴드 수단은 펌핑 챔버에 연결된 각각의 단일 상류 분기를 포함하고, 복수개의 하류 분기들은 실린더 그룹과 연결되는 것을 특징으로 하는 방법
제10항에 있어서, 상기 상류 분기내에 배출 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법
제11항에 있어서, 상기 배출 밸브는 하류 분기들과 순차적으로 연결하여 제어되는 것을 특징으로 하는 방법
제1항에 있어서, 폐 배가스의 선회형 포집을 유도하기 위하여 유입 트랙내에 변류기 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법
제1항에 있어서, 폐 배가스의 선회형 소기를 유도하도록 각 실린더에 유입 트랙내에 밸브 보호 수단을 제공하는 것을 특징으로 하는 방법
제1항에 있어서, 각 펌핑 챔버에 대한 유입 트랙내에 밸브 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법
공통 평면내에서 포함되는 크랭크를 갖고, 전후쌍의 크랭크를 서로 90°로 엇갈리게 하는 것을 포함하여 이루어지는 통상 4개의 실린더 엔진을 전환하기 위한 방법
외부 펌프는 엔진의 최소 2개로된 실린더 그룹에 대하여 각각의 펌핑 챔버를 갖는 왕복 용적형 펌프이고,

각 펌핑 챔버는 엔진의 각 실린더의 쓸기된 실린더 배기량보다 큰 펌핑 피스톤에 의해 쓸기된 배기량을 갖으며;

상기 펌프는 실린더상에 엔진상의 고정설치를 확보함으로써 펌프로부터의 배출구가 엔진의 유입구에 인접하여 근접 위치하며;

엔진의 크랭크축의 크랭크 핀을 360°를 실린더 그룹 수로 나눈 각 간격으로 배치하며;

실린더 각 그룹에 대한 크랭크 핀을 360°를 실린더 그룹 수로 나눈 각 간격으로 배치하며;

가속 구동 수단이 엔진으로부터 펌프를 구동하도록 제공되며, 상기 가속 수단은 펌핑 챔버당 엔진의 각 실린더 그룹내 실린더수의 비로 존재하며;

상대적으로 짧은 공급 통로는 각 펌핑 챔버로부터의 배출구와 이에따라 제공되려는 실린더 그룹의 유입구를 상호연결하는 이송 매니폴드를 통하여 제공되며; 그리고

엔진과 펌프간 연결 및 엔진의 유입밸브와 배기밸브의 작동을

상기 혹은 각각의 펌핑 피스톤이 그것에 의하여 공급된 동력 피스톤중 하나를 각 상사점(TDC) 위치까지 교대하며;

공급하려는 각 동력 실린더에 대한 유입 밸브를 하사점(BDC)이전에 개방하고 TDC이전에 닫으며; 그리고

상기 공급된 동력 실린더로부터의 출력 밸브를 BDC 이전에 개방하고 TDC이후에 닫도록, 시간조절하는 것을, 특징으로 하는 유입 밸브 및 배출 밸브와 실린더 장입용 외부 펌프 탑재된 헤드를 갖는 2 행정 사이클 왕복 엔진