KR100746759B1 - Forced coaxially ventilated two stroke power plant - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 내연기관에 관한 것으로, 특히 세개의 과정, 즉 배기,압축 및 폭발로 이루어지고, 2행정에서 종래보다 높은 효율을 가지는 우수한 3단계 방식의 사이클을 가진 내연기관 엔진에 관한 것이다. TECHNICAL FIELD The present invention relates to an internal combustion engine, and more particularly, to an internal combustion engine engine which consists of three processes, namely exhaust, compression, and explosion, and has an excellent three-stage cycle, which has a higher efficiency than the conventional two stroke.
많은 내연기관은 하나의 사이클, 즉 1801년이후부터 널리 알려져 온 오토사이클로써 동작한다. 2사이클 엔진 또는 4사이클 엔진을 설명할 때에는 언제나 오토사이클은 엔진에서 일어나는 4개의 과정, 즉 흡입, 압축, 폭발, 및 배기를 규정하게 된다. Many internal combustion engines operate as a cycle, an autocycle that has been widely known since 1801. When describing a two-cycle or four-cycle engine, autocycle always defines four processes that occur in the engine: intake, compression, explosion, and exhaust.
4행정 엔진에서는 하나의 행정(720도 사이클각도중 180도)이 거의 4개의 과정을 수행하게 한다. 현재의 고속 4행정 엔진들이 흡입과 배기를 거의 동시에 수행하는 동안에 이들 각 과정들은 여전히 2개의 별도의 행정을 요구하게 된다. 그러한 구조에서는 모든 공기흐름은 실린더의 상부에서 발생하는 데, 그 공기흐름은 실린더 헤드를 냉각시키는 데에는 도움이 되지만, 실린더 몸체를 냉각시키지는 못하고 있다. 더우기 그러한 특성에서는 동력행정이 전체 행정의 22%를 넘지 못한다. 그리하여 엔진의 전체 출력을 제한하게 된다. In a four-stroke engine, one stroke (180 degrees of 720 degrees cycle angle) causes almost four steps to be performed. While current high speed four-stroke engines perform intake and exhaust at about the same time, each of these processes still requires two separate strokes. In such a structure, all the air flow occurs at the top of the cylinder, which helps to cool the cylinder head, but does not cool the cylinder body. Moreover, in such characteristics, power administration does not exceed 22% of the total administration. This limits the overall power of the engine.
2행정 엔진에서는 동력, 배기 및 흡입이 모두 하강행정에서 일어나고, 이어지는 상승행정에서 다른 배기 및 압축이 일어나게 된다. 상기한 바와 같이 알려진 2행정 내연기관은 사이클 과정중에 연소실 내에서 4개의 분명한 과정을 격는다. 실린더안의 연료/공기 혼합가스의 점화가 시작됨에 따라 실린더헤드 위쪽의 압력이 상승하여 피스톤을 하강시킨다. 피스톤이 하강할 때 피스톤이 배기포트를 개방하여 실린더 내부(고압상태임)를 거의 대기압으로 낮추어주고, 연료가 실린더 내에 들어가기 전에 상기 배기구를 통하여 실린더 외부로 강제배출된다. 계속하여 피스톤이 하강하여 하사점에 도달하기 전에 흡기포트를 개방한다. 복귀행정(또는 "상승행정")동안에 흡기포트가 피스톤에 의해 먼저 밀폐된다. 그러나 피스톤이 복귀행정에서 계속 상승함에 따라 배기포트는 짧은 시간동안에 개방된 상태로 유지된다. 그리하여 복귀행정중 피스톤이 배기포트를 통과하여 밀폐할 때까지 상기 흡기포트를 통하여 유입되는 새로운 공기의 일부와 그 흡입공기에 혼합된 연료의 일부도 마찬가지로 배기포트를 통하여 강제배출된다. 일단 배기포트가 밀폐되면 2사이클 과정은 완료되고, 연료/공기의 혼합가스의 점화가 다시 시작하여 새로운 사이클이 시작된다. 그러나 피스톤이 하사점에서 배기포트의 상단위치로 이동하는 사이클 과정에서 연소산물의 일부분으로 사용될 수 있는 공기 및 연료가 상당량 손실된다. In a two-stroke engine, power, exhaust and intake all take place in the downstroke, followed by other exhaust and compression. Known two-stroke internal combustion engines as described above undergo four distinct processes in the combustion chamber during the cycle process. As the fuel / air mixture gas in the cylinder starts to ignite, the pressure above the cylinder head rises, lowering the piston. When the piston is lowered, the piston opens the exhaust port to lower the inside of the cylinder (at high pressure) to almost atmospheric pressure and is forced out of the cylinder through the exhaust port before fuel enters the cylinder. Then the inlet port is opened before the piston descends and reaches the bottom dead center. During the return stroke (or "rising stroke"), the intake port is first closed by the piston. However, as the piston continues to rise in the return stroke, the exhaust port remains open for a short time. Thus, part of the fresh air introduced through the intake port and a portion of the fuel mixed in the intake air are similarly forced out through the exhaust port until the piston is sealed through the exhaust port during the return stroke. Once the exhaust port is sealed, the two-cycle process is complete and the ignition of the fuel / air mixture gas begins again and a new cycle begins. However, there is a significant loss of air and fuel that can be used as part of the combustion product during the cycle of the piston moving from the bottom dead center to the top of the exhaust port.
일반적인 2행정 엔진의 다른 특징은 크랭크 케이스가 많은 량의 기화가 발생하는 공간체적을 제공하는 것이다. 이러한 특징으로 인하여 종래 4행정 엔진에서 통상 발생하듯이, 크랭크케이스안 내벽에 골고루 오일이 뿌려지지 못하게 된다. 그 리하여 2행정 엔진에서 오일은 연료가 실린더 안으로 유입되기 전에 연료에 혼합됨으로써 연료와 사용되기 전의 오일을 혼합하여여 하는 사용자에게 추가의 부하를 제공하거나 더욱 복잡한 연료 및 오일 공급시스템을 요구하게 된다. 환경을 오염시키는 배기산물을 생성할 때, 연소산물에는 연소된 오일이 포함된다. Another feature of a typical two-stroke engine is that the crankcase provides a space volume where a large amount of vaporization occurs. Due to this feature, oil is not evenly sprayed on the inner wall of the crankcase, as is common in conventional four-stroke engines. Thus, in a two-stroke engine, oil is mixed with the fuel before it enters the cylinder, providing additional load to the user who needs to mix the fuel with the oil before it is used, or require a more complex fuel and oil supply system. When producing exhaust products that pollute the environment, the combustion products include combusted oils.
따라서 본 발명은 상기 종래기술의 단점을 해결하기 위하여 2행정으로 달성되는 3개의 과정, 즉 벤틸레이션, 압축 및 동력발생로 구성되어 높은 효율로 '3단계 방식' 사이클을 수행하는 내연기관을 제공함에 목적이 있다. Accordingly, the present invention is to provide an internal combustion engine that is composed of three processes, that is, ventilation, compression and power generation to perform a 'three-step' cycle with high efficiency to solve the shortcomings of the prior art, two strokes. There is a purpose.
본 발명의 다른 목적은 연소 실린더 안으로 공기를 도입하여 연소 실린더 전체를 냉각시키는 내연기관을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide an internal combustion engine for introducing air into a combustion cylinder to cool the entire combustion cylinder.
본 발명의 또 다른 목적은 4사이클 엔진에 비하여 구조를 복잡하게 하거나 무게를 증가시키지 않고, 종래 2사이클 엔진보다 효율이 높은 내연기관을 제공하는 것이다. It is still another object of the present invention to provide an internal combustion engine that is more efficient than a conventional two cycle engine, without complicating the structure or increasing the weight as compared to a four cycle engine.
본 발명의 또 다른 목적은 종래 4사이클 엔진의 장점은 가지면서 총 사이클의 25 내지 40% 이상의 출력행정을 연장하는 내연기관을 제공하는 것이다. It is yet another object of the present invention to provide an internal combustion engine which has the advantages of a conventional four cycle engine while extending the output stroke of 25-40% of the total cycle.
본 발명의 또 다른 목적은 연소 실린더에 유지될 수 있는 공기 충전량을 증가시켜 종래 2행정 엔진에서 사용될 수 있는 량이상으로 연소 과정에 관여하는 내연기관을 제공하는 것이다. It is yet another object of the present invention to provide an internal combustion engine that is involved in the combustion process by increasing the amount of air charge that can be maintained in the combustion cylinder, over the amount that can be used in conventional two-stroke engines.
본 발명의 또 다른 목적은 종래 2행정 엔진특성과 같이 오일을 연료에 혼합할 필요가 없는 내연기관을 제공하는 것이다. It is yet another object of the present invention to provide an internal combustion engine which does not require mixing oil into fuel as in conventional two-stroke engine characteristics.
본 발명의 또 다른 목적은 성능을 개선할 수 있는 내연기관에 사용되고, 종래 알려진 흡기밸브보다 저렴한 비용으로 제조할 수 있으며 구조도 간단한 개선된 흡기밸브를 제공하는 것이다. It is still another object of the present invention to provide an improved intake valve which is used in an internal combustion engine capable of improving performance and which can be manufactured at a lower cost than a conventionally known intake valve and whose structure is simple.
상기 본 발명에 따라 상기 목적들은 2개의 평행한 실린더, 즉 도입실린더 및 동력실린더를 구비한 내연기관을 제공함으로써 달성되고, 그로써 상기 동력실린더 내에서 일어나는 동력, 벤틸레이션(동시에 일어나는 흡기 및 배기로 이루진다) 및 압축 과정이 엔진의 사이클을 이루며, 도입실린더으로의 도입은 동력실린더에서의 사이클에 대하여 부수적이고 보조의 기능을 수행하게 하여 엔진냉각과 연료 효율이 종래 내연기관보다 개선된다. 상기 연소실린더 내에서 흡기포트는 실린더 상부에 제공되고, 상기 흡기포트에는 연소실린더의 내부 압력이 도입실린더의 내부압력이하로 될 때 공기가 연소실린더 안으로 유입되게 하는 일방향 압력감응식 개폐밸브가 구비된다. According to the invention the objects are achieved by providing an internal combustion engine having two parallel cylinders, i.e. an introduction cylinder and a power cylinder, whereby the power, ventilation (intake and exhaust occurring at the same time) occur in the power cylinder. And compression processes constitute the cycle of the engine, the introduction into the introduction cylinder allows for secondary and secondary functions for the cycle in the power cylinder, improving engine cooling and fuel efficiency over conventional internal combustion engines. An intake port is provided in the upper portion of the combustion cylinder in the combustion cylinder, and the intake port is provided with a one-way pressure sensitive on / off valve for introducing air into the combustion cylinder when the internal pressure of the combustion cylinder is lower than the internal pressure of the introduction cylinder. .
상기 본 발명에 따른 엔진의 사이클은 다음과 같이 구성된다.:The cycle of the engine according to the invention is constructed as follows:
동력실린더의 헤드에서 연료공기 혼합가스가 점화되면, 동력 피스톤은 동력행정 또는 하강행정을 시작한다. 그 후 배기 및 흡기는 동력피스톤의 하사점 이전에서 동력피스톤의 하사점 이후까지 거의 동시에 거의 동시에 일어난다. 최종적으로, 동력실린더 내에 갇힌 공기는 사이클의 나머지 과정에 걸쳐 동력피프톤의 상승행정의 잔여 기간동안 압축된다. 그리하여, 본 발명의 상기 특성때문에 종래 2개의 별개의 행정에서 흡기와 배기가 일어나는 4행정 엔진과는 다르게 어떠한 전체 행정이 이들 과정중 어느것이나 서로 결합된 양쪽에 제공되지 않는다. 특히, 연소실린 더의 배기포트의 위치와 도입피스톤과 동력피스톤의 상변화는 동력행정이 전체 사이클의 25% 이하로 떨어지지 않도록 하고 전체 사이클의 약 40% 정도까지 유지되게 한다. 특히, 본 발명에서는 기화 과정이 필요없고, 연소체임버안으로 공기와 연료가 도입될 때 크랭크케이스가 관련되지 않으므로 종래 4행정 엔진에서와 같이 오일이 크랭크케이스안에서 순환할 수 있고, 그 결과 연료에 오일을 혼합할 필요가 없으며, 종래 2사이클 엔진보다 깨끗한 배기가스가 배출된다. When the fuel air mixture gas is ignited in the head of the power cylinder, the power piston starts the power stroke or the downstroke. Exhaust and intake then occur almost simultaneously at the same time from the bottom dead center of the power piston to after the bottom dead center of the power piston. Finally, the air trapped in the power cylinder is compressed for the remainder of the upstroke of the power pipetons throughout the rest of the cycle. Thus, due to the above characteristics of the present invention, unlike a four-stroke engine in which intake and exhaust occur in two separate strokes in the prior art, no overall stroke is provided on both of these processes in conjunction with each other. In particular, the position of the exhaust port of the combustion cylinder and the phase change of the introduction piston and the power piston ensure that the power stroke does not fall below 25% of the entire cycle and is maintained at about 40% of the entire cycle. In particular, the present invention does not require a vaporization process, and since the crankcase is not involved when air and fuel are introduced into the combustion chamber, the oil can circulate in the crankcase as in a conventional four-stroke engine, resulting in oil There is no need to mix and the exhaust gas is cleaner than conventional two cycle engines.
본 발명의 다른 실시예에서는, 도입실린더가, 압축공기를 저장해두고 그 저장된 압축공기를 연소실린더의 흡기포트안으로 직접 공급하는 공기탱크로 대체된다. 상기 공기탱크는 내연기관이 터빈구동식 또는 크랭크축 구동식중 어느 방식으로 작동되는 동안에 압축공기를 계속 저장한다. In another embodiment of the present invention, the introduction cylinder is replaced with an air tank that stores compressed air and supplies the stored compressed air directly into the intake port of the combustion cylinder. The air tank continues to store compressed air while the internal combustion engine is operated in either a turbine driven or crankshaft driven manner.
냉각된 압축공기의 소스(source)가 도입실린더인지 공기탱크인지에 상관없이 기화가 본 발명의 내연기관에 필요한 경우에는 상기 냉각된 압축공기가 동력실린더에 유입될 때 압축공기가 기화되게 하여 크랭크케이스의 오염을 방지한다. If vaporization is required for the internal combustion engine of the present invention, regardless of whether the source of the cooled compressed air is an introduced cylinder or an air tank, the crankcase is made to cause the compressed air to vaporize when the cooled compressed air flows into the power cylinder. To prevent contamination.
또한 일방향 압력감응식 개폐밸브가 제공되고, 상기 밸브는 2개의 주요부품, 즉 고정된 밸브시트 하우징과 슬라이드이동하는 밸브부재를 포함한다. 상기 밸브시트 하우징은 내연기관의 작동체임버의 헤드의 구멍에 나사결합된다. 상기 슬라이드 밸브부재는 상기 밸브의 어느 일측에 가해지는 압력차이에 반응하여 상기 하우징의 중공형 내측구멍을 따라 왕복운동하게 되어 있다. 상기 슬라이딩부재는 주축에 대하여 평행한 내측구멍을 따라 형성된 중공형 체임버를 가지고, 상기 하우징의 밸브시트면에 인접하는 슬라이드부재의 바닥의 측벽에 형성된 구멍을 가진다. 상기 슬라이드부재의 내측구멍은 공기의 흐름이 밸브몸체에서 외측으로 안내되게 완만하게 형성된다. 상기 내측구멍의 내측표면은 대부분의 내연기관에서 사용되는 통상의 흡기밸브가 가진 공통의 형상을 가지지 않고, 밸브를 통과한 공기의 흐름을 밸브의 주축에 평행한 방향에서 밸브의 주축에 대하여 수직방향으로 전환하기 위하여 부분적으로 구형 형상을 가진다. 상기 실린더의 헤드에 복수개의 밸브를 제공함으로써 스월(swirl) 효과가 달성되고, 상기 스월효과는 유입된 공기를 냉각하는 효과를 강화하고 특히 연료와 공기를 더욱 효율적으로 혼합함으로써 전 엔진효율을 증가시키고 연료소모를 줄이게 된다. There is also provided a one-way pressure sensitive on / off valve, which includes two main parts: a fixed valve seat housing and a slide member. The valve seat housing is screwed into the hole of the head of the actuating chamber of the internal combustion engine. The slide valve member is reciprocated along the hollow inner hole of the housing in response to a pressure difference applied to either side of the valve. The sliding member has a hollow chamber formed along an inner hole parallel to the main axis, and has a hole formed in the side wall of the bottom of the slide member adjacent to the valve seat surface of the housing. The inner hole of the slide member is gently formed so that the flow of air is guided outward from the valve body. The inner surface of the inner hole does not have a common shape of a common intake valve used in most internal combustion engines, and the air flow through the valve is perpendicular to the main axis of the valve in a direction parallel to the main axis of the valve. It has a partially spherical shape to convert to. The swirl effect is achieved by providing a plurality of valves in the head of the cylinder, the swirl effect enhances the effect of cooling the incoming air, in particular to increase the overall engine efficiency by mixing fuel and air more efficiently and This reduces fuel consumption.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 장점들은 후술하는 발명의 바람직한 실시예와 다음 도면을 참조할 때 그 변형으로부터 더욱 명백해질 것이다.Other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following description when taken in conjunction with the preferred embodiments of the invention and the following drawings.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 3단계 방식(3과정)의 내연기관의 사시도로서, 완전히 개방된 상태,1 is a perspective view of an internal combustion engine of a three-stage method (three process) according to an embodiment of the present invention, a fully open state,
도 2는 압축과정중인 도 1의 내연기관의 사시도,2 is a perspective view of the internal combustion engine of FIG. 1 during a compression process;
도 3은 점화/연소과정중인 도 1 내지 도 2의 내연기관의 사시도,3 is a perspective view of the internal combustion engine of FIGS. 1 and 2 during ignition / combustion;
도 4는 동력행정중인 도 1 내지 도 3의 내연기관의 사시도,4 is a perspective view of the internal combustion engine of FIGS. 1 to 3 in power stroke;
도 5는 밀폐된 위치에 있는 본 발명의 밸브 조립체에 대한 정면도,5 is a front view of the valve assembly of the present invention in a closed position;
도 6은 슬라이드밸브부재의 정면도,6 is a front view of the slide valve member;
도 7은 도 6의 A-A선을 따라 절단한 슬라이드밸브부재의 부분 횡단면도, 7 is a partial cross-sectional view of the slide valve member cut along the line A-A of FIG.
도 8은 개방위치에 있는 밸브 조립체의 부분 횡단면도, 8 is a partial cross sectional view of the valve assembly in an open position;
도 9는 실린더의 헤드안에 위치하여 복수개의 완만하고, 연속적인 공기 층류를 실린더 안으로 도입하는 복수개의 밸브를 가진 작동실린더의 평면도,9 is a plan view of an operating cylinder having a plurality of valves positioned in the head of the cylinder and introducing a plurality of gentle, continuous air laminar flows into the cylinder;
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따라 동력피스톤이 상사점 위치에 있는 이중실린더, 3단계 방식의 내연기관의 사시도,10 is a perspective view of a double cylinder, three-stage internal combustion engine in which the power piston is in the top dead center position according to another embodiment of the present invention;
도 11은 도 10의 내연기관의 단면도로서, 동력피스톤이 하강하는 상태의 단면도,11 is a cross-sectional view of the internal combustion engine of FIG. 10, in which the power piston is lowered, FIG.
도 12는 도 10 내지 도 11의 내연기관의 단면도로서, 동력피스톤이 하사점의 위치에 있는 상태의 단면도,12 is a cross-sectional view of the internal combustion engine of FIGS. 10 to 11, wherein the power piston is in the bottom dead center position;
도 13은 도 10 내지 도 12의 내연기관의 단면도로서, 동력피스톤이 상승하는 상태의 단면도이다. FIG. 13 is a cross-sectional view of the internal combustion engine of FIGS. 10 to 12, wherein the power piston is raised.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 3단계 방식의 내연기관을 도식적으로 설명하고 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 내연기관은 바람직하게 수직방향으로 향하는 동력실린더(200)을 가진 엔진블록(10)을 구비한다. 도 1 내지 도 4가 동력실린더(200)를 수직방향으로 향하는 실린더로서 설명하지만, 그 실린더는 어떤 각도로도 배치될 수 있다. 동력실린더(200)는 그 안에서 왕복운동을 하는 동력피스톤(30)을 둘러싸고 있다. 표준 피스톤로드(31)가 동력피스톤(30)을 크랭크축(40)에 부착시킨다. 1 to 4 schematically illustrate a three stage internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention. As shown in Fig. 1, the internal combustion engine of the present invention preferably has an
압축공기 흡기포트(13)는 동력실린더(200)의 헤드의 입구이다. 일방향 압력감응식 개폐밸브(60)가 상기 흡기포트(13)안에 둘러싸여 있고, 상기 밸브(60)는 동 력실린더(200)의 내부압력이 떨어져 상기 밸브(60) 전후로 압력차이를 일으킬 때 압축공기가 압축공기 흡기포트(13)에서 동력실린더(200)로 충전되게 한다. The compressed
하나 이상의 배기포트(12)들이 상기 동력피스톤의 아래쪽 위치부근에 위치한 동력실린더(200)의 측벽에 위치한다. One or
연료분사포트(70)는 동력실린더(200)의 상면에 제공된다. 마찬가지로 본 발명이 연소과정이 동력실린더(200)안에서 일어나서 공기/연료 혼합가스의 압축동안에서 고열을 발생시키는 고압축 엔진으로 사용되고자 할 경우, 방전플러그 또는 점화플러그(도시안됨)가 연료분사포트(70)에 인접한 동력실린더(200)의 상면에 선택적으로 제공됨으로써 연소과정을 더욱 촉진한다. The
본 발명의 3단계 방식의 벤틸레이션, 압축 및 동력과정의 방법은 도 1 내지 도 4를 참조하여 다음에서 설명하는 바와 같이, 단지 2행정에서 수행된다. The method of the three-stage ventilation, compression and power process of the present invention is performed in only two strokes, as described below with reference to FIGS.
도 1은 완전히 외부와 연통된 하사점(BDC)위치를 도시하고 있는 데, 배기포트(12)가 완전히 개방되어 전 실린더를 통기가능하게 한다. 동력피스톤(30)이 하강행정 과정중에 배기포트(12)를 통과한 후, 배기가스는 배기포트(12)를 통과하여 동력실린더(200) 외부로 흘러나감으로써 동력실린더(200)의 압력을 감소시키고 개폐밸브(60)를 개방시킨다. 그리고나서, 압축된 새로운 공기가 도입실린더(100)에서 동력실린더(200)안으로 충전되게 된다. 배기포트(12)가 개방되어 있을 때, 개폐밸브(60)를 통과하여 유입되는 새로운 공기는 잔존하는 연소산물을 동력실린더(200)에서 교체되게 한다. Figure 1 shows the bottom dead center (BDC) position in full communication with the outside, where the
도 2는 동력피스톤(30)이 상승 혹은 복귀행정 중에 있고, 배기포트(12)가 밀 폐된 상태에 있는 압축과정을 도시하고 있다. 동력피스톤(30)이 하사점을 통과한 40°위치에 도달함에 따라 동력실린더는 다시한번 배기밸브(12)를 닫아준다. 배기밸브(12)가 닫히게 되면, 개폐밸브(60)를 통과하여 동력실린더(200)안으로 막 통과한 냉각된 공기는 동력실린더(200)와 동력피스톤(30)의 상단 크라운부의 표면에서 열을 흡수하여 압력이 증가한다. 그럼으로써 압력감응식 개폐밸브(60)를 강제로 닫아준다. 상기 동력피스톤(30)은 계속 상승하여 동력실린더(200)내부에 잔존하는 새로운 공기를 압축한다. 이러한 구조는 동력실린더(200)안에 고압력 분위기를 만들고, 이어서 압력감응식 개폐밸브(60)를 자동으로 닫히게 한다. 그리하여 다음 연소과정에서 사용되기 위하여 잔류하고 있는 새로운 공기를 가두어둔다. FIG. 2 shows a compression process in which the
도 3은 동력피스톤(30)이 상사점에 있는 점화/연소 과정을 도시한다. 연료는 인젝터(70)를 통하여 이미 분사되어 있거나 분사된다. 디젤 혹은 압축점화가 사용되면, 연료는 압축공기의 열에 의해 점화된다. 혹은 점화가 필요하면 연소는 점화플러그나 방전플러그(도시되지 않음)에 의해 공지의 방법으로 일어난다. 동력실린더(200)내에서의 연소과정은 동력피스톤(30)의 상부의 압력을 증가시키고, 이어서 연소가스가 팽창함에 따라 동력피스톤(30)을 하강시킨다. 3 shows the ignition / combustion process with the
도 4는 동력행정을 도시하고 있는 데, 여기서는 연소결과 급격한 압력상승이 동력피스톤(30)을 하강시켜 동력을 크랭크축(40)이나 플라이휠에 전달한다. 동력피스톤(30)의 상부 가장자리는 배기포트(12) 상부 이하로 하강하여 배기가스가 동력실린더(200)에서 배출되게 한다. 동력행정은 동력피스톤(30)이 배기포트(12)를 개방하고 가압된 연소산물이 배출된 후 다시 도 1의 벤틸레이션 과정이 시작할 때 종 료한다. 배기포트(12)가 노출되면 동력실린더(200) 내에서 압력의 급격한 저하로 인하여 압력감응식 개폐밸브(60)는 개방되게 된다. 4 shows a power stroke, in which a sudden pressure increase as a result of combustion lowers the
동력피스톤(30)이 배기포트(12)를 노출시키는 동안에 동력피스톤(30)은 잔여이동거리까지 잔여 하강행정을 수행하고, 상승행정동안에는 배기포트(12)를 닫아준다. 압력감응식 개폐밸브(60)를 경유하여 흡기포트(13)안으로 유입되는 새로운 공기의 흐름은 계속 이어진다. 이는 배기밸브(12)가 다시 밀폐될 때까지 동력실린더(200)안에 잔류하는 모든 연소산물이 동력실린더(200)외부로 배출되게 한다. While the
압력감응식 개폐밸브(60)를 경유하여 흡기포트(13)안으로 새로운 공기를 계속 공급하기 위하여 압축공기의 공급원이 압축공기 흡기포트(13)에 연결될 수 있고, 상기 공급원은 압축공기를 저장하는 저장용기일 수 있다. 상기 저장용기는 개폐밸브(60)를 둘러싸는 동력실린더(200)의 공기 흡입구에 전달체임버에 의해 연결된다. A source of compressed air can be connected to the compressed
벤틸레이션 과정이 동력실린더 내부압력을 저장탱크의 내부압력이하로 낮추게 됨에 따라 개폐밸브(60)는 개방되어 새로운 공기를 연소실린더 안으로 유입시킨다. 상기 공기 공급원이 동력피스톤(30)과는 별도로 냉각되고, 그 결과 종래 엔진의 경우보다 밀도가 높고 더 많은 산소 혼합가스가 점화과정 시작시점에 연소 체임버 안에 존재하게 된다. 배기 및 도입과정이 동시에 일어날 때, 연소 체임버 상부에서 아래쪽으로 연료를 강제로 과잉유입하면 새로운 유입공기가 배기가 종료할 때까지 실린더를 세척하므로 실린더 벽과 피스톤 크라운부에서 열을 수집하는 부수적인 장점이 있다. As the ventilation process lowers the internal pressure of the power cylinder below the internal pressure of the storage tank, the on-off
압축공기의 다른 공급원도 사용될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 예컨대 별개의 도입피스톤이 적용될 수 있고 다른 에어공급원도 적용될 수 있다. 상기한 바와 같이, 밸브(60)는 압력감응식 밸브로 구성되는 데, 이 밸브는 대략 1psi의 압력차에 반응하여 자동으로 개방된다. 그러한 압력감응식 밸브를 제공하기 위하여 도 5 내지 도 8에 상세히 도시된 바와 같이 상기 밸브(60)는 밸브시트 하우징(10)과 슬라이드 밸브부재(20)를 포함하고, 상기 슬라이드 밸브부재는 밸브시트 하우징(10)의 중공형 내부를 관통하여 왕복운동하도록 구성되어 상기 밸브의 어느 한 쪽에 작용하는 압력차이가 1psi정도가 되면 자동으로 개폐된다. 밸브시트 하우징(10)은 보어를 가지고, 금속재로 성형된 대략 원통형 몸체를 포함한다. 상기 밸브시트 하우징(10)의 보어는 하우징(10)의 바닥면에서 바닥면 약간 위쪽까지 길게 연장된 원통형 보어(11)로 구성된다. 아래에서 상세히 설명하는 바와 같이, 확개된 밸브시트(12)는 밸브가 닫힐 때 슬라이드밸브부재(20)의 바닥 확개부(23)와 어울리도록 구성된다. 위치결정핀(14)은 원통형 보어(11)의 측벽에서 반경방향 내측으로 연장된다. 아래에서 상세히 설명하는 바와 같이, 상기 위치결정핀(14)은 슬라이드 밸브부재(20)의 채널(22)안을 이동하면서 슬라이드 밸브부재(20)를 주축에 대하여 회전하지 않게 하여 작동중에 공기흐름을 밸브에서 원하는 방향으로 유지시켜준다. 바람직하게는 밸브시트 하우징(10)은 실린더형 외벽 일부분을 따라 제공되고, 일련의 나사부(13)를 가지며, 상기 나사부(13)는 밸브시트 하우징(10)을 내연기관의 실린더 헤드에 제공된 나사구멍에 결합된다. It will be apparent to one of ordinary skill in the art that other sources of compressed air may also be used. For example, separate introduction pistons can be applied and other air sources can also be applied. As noted above, the
도 6의 슬라이드밸브부재(20)의 측면도에 상세히 도시된 바와 같이, 슬라이드밸브부재(20)는 긴 축을 포함하고, 이 축은 바람직하게는 스틸이나 세라믹 또는 유사한 경질의 내열성 재료로 성형되고, 바닥부에 확장면(23)을 구비한다. As shown in detail in the side view of the
상기 확장면(23)은 밸브 하우징(10)에서 확장된 밸브시트(12)와 일치하는 형상으로 구성되어, 밸브 조립체가 완전히 밀폐된 위치(도 5에 도시된 바와 같이)에 있을 때, 슬라이드 밸브부재(20)의 바닥부는 상기 밸브 하우징(10)의 바닥면에 전개된다. 상기 슬라이드 밸브부재(20)는 상단에 상기 슬라이드 밸브부재(20)에 견고히 부착된 환형의 링(21)이 구비된다. 상기 환형의 링(21)은 밸브부재(20)가 밸브 하우징(10)안에서 밸브 조립체를 개폐하기 위하여 왕복운동할 때 슬라이드 밸브부재(20)의 최저 하강위치를 제한하는 스토퍼의 역할을 한다. The
상기 슬라이드 밸브부재(20)는 마찬가지로 측벽에 위치한 원형의 공기 출구포트(24)가 바닥부근에 구비된다. 상기 공기 출구포트(24)는 슬라이드 밸브부재의 주축을 관통시키도록 연장된 수직 보어(25)안으로 개방되어 그 수직 보어(25)를 차단한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 수직 보어(25)가 출구포트(24)에 의해 차단되는 위치는 일정한 반경(R)을 가진 구형의 내측 표면을 형상을 가지는 캐비티를 형성함으로써 상기 보어 표면이 상기 구형의 내측 표면을 따라 수직 보어(25)에서 측벽의 출구포트(24)로 이어지게 되어 있다. 구형 윤곽에 이어서 상기와 같은 완만한 보어 표면이 제공됨으로써 상기 밸브 구조를 따라 이동하는 층류 공기흐름을 유지하기 위한 최대 위치에너지가 달성되고, 다음에는 실린더 안으로 분사되는 연료에 공기를 혼합하는 효율을 개선하여 엔진 전체 효율을 개선하게 된다. 밸브를 통과하는 공기의 흐름을 강화하고, 층류 성질을 유지하기 위하여 상기 수직 보어(25)와 가로방향의 출구포트(24)를 서로 연결하는 구형부의 반경(R)은 상기 수직 보어(25)와 출구포트(24)의 양측 반경과 동일한 것이 바람직하며, 그로써 흐름을 방해하거나 아니면 상기 슬라이드 밸브부재(20)의 난류 영역의 조성을 유지하는 공기흐름 통로의 축소를 제거할 수 있다. Similarly, the
그러한 연속적인 공기흐름 통로의 형성은 수직 보어(25)와 출구포트(24)를 뚫기 위하여 볼밀을 사용함으로써 달성될 수 있고, 이들 2개의 구멍이 서로 교차하는 위치에서 오목한 구형 표면을 형성한다. The formation of such a continuous airflow passage can be achieved by using a ball mill to drill the
상기한 바와 같이, 슬라이드 밸브부재(20)는 또한 외측 측벽에 위치한 좁은 채널(22)이 구비된다. 상기 좁은 채널(22)는 상기 밸브시트 하우징(10)에 위치한 위치결정핀(14)보다 약간 더 큰 치수로 형성되어, 상기 위치결정핀(14)이 상기 밸브의 작동과정중 채널(22)을 통하여 상하로 자유로이 움직이게 하는 반면 슬라이드 밸브부재(20)의 회전을 저지한다. 그리하여 상기 밸브 조립체가 실린더의 헤드에 설치될 때, 밸브의 개방위치에서 밸브를 통하여 유입되는 공기흐름이 일정하고 고정된 방향으로 일어난다. As mentioned above, the
도 8에 도시된 바와 같이, 밸브 하우징(10)의 밸브시트측에 진공을 형성하기 위하여 밸브가 1psi 혹은 그 이상의 차압을 받을 때, 상기 슬라이드 밸브부재(20)는 슬라이드 밸브부재(20)의 상부에 위치한 환형의 링(21)이 밸브 몸체(10)의 상단면에 맞닿을 때까지 밸브몸체(10)에서 하강이동한다. 슬라이드 밸브부재가 밸브몸체(10)를 따라 이동할 때 주축을 중심으로 한 슬라이드 밸브부재(20)의 회전은 슬라이드 밸브부재(20)의 측벽의 채널(22)에 구비된 가이드핀(14)사이의 상호작용에 의해 방지된다. 상기 슬라이드 밸브부재(20)가 완전히 개방위치(도 8에 도시된 바와 같이)에 있을 때 출구포트(24)는 작업 체임버 안의 환경에 완전히 노출되고, 다음에 공기가 연속적이고 완만한 층류 흐름으로 출구포트(24)에서 배출되어 수직 보어(25)를 통과하여 슬라이드 밸브부재(20)를 따라 흘러가게 한다. 스프링(40)은 밸브 하우징(10)내에 구비되어 슬라이드 밸브부재(10)가 닫힘위치로 편향되게 환형링(21)에 힘을 작용한다. As shown in FIG. 8, when the valve is subjected to a differential pressure of 1 psi or more to create a vacuum on the valve seat side of the
마지막으로, 도 9에 도시된 바와 같이, 복수개의 밸브들이 내연기관의 실린더의 헤드에 위치하여 완만하고 연속적인 층류의 공기를 실린더 헤드 안으로 도입시킨다. 그러한 공기흐름의 조합은 실린더 안에서 중요한 냉각효과를 가지는 것으로 알려져온 스월 효과를 일으키고, 또 엔진작동중에 일어나게 되는 실린더와 피스톤 사이의 마찰을 감소시키게 된다. 마찬가지로 복수개의 밸브에서 공기가 도입됨으로써 얻어지는 스월효과는 종래 장치보다 연소에 앞서 연료/공기 혼합 효율을 증대시키고, 또 전 엔진효율을 증가시키며 연료 소모량을 감소시킨다. Finally, as shown in Fig. 9, a plurality of valves are positioned at the head of the cylinder of the internal combustion engine to introduce a gentle and continuous laminar flow of air into the cylinder head. Such a combination of airflows produces a swirl effect, which is known to have a significant cooling effect in the cylinder, and reduces the friction between the cylinder and the piston that occurs during engine operation. Likewise, the swirl effect obtained by introducing air from a plurality of valves increases fuel / air mixing efficiency prior to combustion, increases overall engine efficiency and reduces fuel consumption than conventional devices.
위에서 상세히 설명한 바와 같이, 상기 밸브는 1 psi 정도의 미약한 압력차에 반응하여 쉽게 작동하게 해주고, 그럼으로써 도입실린더의 흡입 혹은 도입행정 동안에 작용하는 하중을 크게 감소시키는 한편, 용이하게 감응하여 공기가 작업 체임버 안으로 유입되게 한다. 본 발명의 밸브는 자동 압력감응식으로 작동하여 기계적, 전기적 혹은 전자기계적인 밸브 엑츄에이터가 필요없게 되는 반면, 종래 공지 의 밸브에 비하여 아주 간단한 구조를 가진다. 간단한 구조는 밸브 유니트의 제조원가를 낮추어준다. As detailed above, the valve makes it easy to operate in response to a slight pressure difference of about 1 psi, thereby greatly reducing the load acting during the intake or introduction stroke of the introduction cylinder, while allowing the air to easily react. Allow it to flow into the working chamber. The valve of the present invention operates automatically and responsibly eliminates the need for mechanical, electrical or electromechanical valve actuators, while having a very simple structure compared to conventionally known valves. The simple structure lowers the manufacturing cost of the valve unit.
본 발명에 의한 개선된 밸브는 자동차엔진, 선박엔진, 산업엔진과 같은 여러가지 내연기관에 적용될 수 있다. 상기 본 발명에 따른 밸브도 마찬가지로 점화플러그 및/또는 연료분사시스템과 함께 사용되는 내연기관 뿐만아니라 압축점화방식을 적용하는 디젤엔진에도 적용가능하다. The improved valve according to the present invention can be applied to various internal combustion engines such as automobile engines, marine engines, industrial engines. The valve according to the present invention is likewise applicable to diesel engines using compression ignition as well as internal combustion engines used with spark plugs and / or fuel injection systems.
도 10 내지 도 13은 2중 실린더, 3단계 방식의 본 발명의 다른 실시예에 따른 내연기관을 설명하는 데, 상기 내연기관은 위에서 설명한 압축공기 공급보다 오히려 공기공급원으로서 별개의 도입실린더를 사용하는 예에 관한 것이다. 유사한 도면부호는 유사한 부품을 지칭한다. 10 to 13 illustrate an internal combustion engine according to another embodiment of the present invention in a two-cylinder, three-stage manner, which uses a separate introduction cylinder as an air source rather than the compressed air supply described above. It is about an example. Like reference numerals refer to like parts.
도 10 내지 도 13에 도시된 실시예는 바람직하게 수직방향으로 서로 평행하게 배치된 1쌍의 실린더, 즉 도입실린더(100)와 동력실린더(200)를 구비한 엔진블록(10)을 포함한다. 도 10 내지 도 13은 도입실린더(100)와 동력실린더(200)가 서로 수직방향으로 평행하게 배치된 것을 설명하지만, 상기 실린더들이 전형적인 V형태와 같이, 서로 일정한 각도로 배치될 수도 있다. 도입실린더(100)는 도입실린더(100)를 관통하여 왕복운동하도록 된 도입피스톤(20)을 둘러싸고 있다. 10 to 13 preferably comprises an
표준 피스톤로드(21)는 도입피스톤(20)을 크랭크축(40)에 연결한다. 마찬가지로, 동력실린더(200)는 동력실린더(200)를 관통하여 왕복운동하도록 된 동력피스톤(30)을 둘러 싸고 있다. 하나 이상의 배기포트(12)들은 동력실린더(200)의 하부근처에 위치한다. 피스톤로드(31)는 동력피스톤(30)을 크랭크축(40)에 연결한다. 본 실시예에서는 크랭크축(40)은 도입피스톤(20)이 동력피스톤(30)보다 140도 앞선 위상으로 되어 있다. 그러나 상기 위상차이는 본 발명의 기능을 유지하면서 90도 내지 180도로 변경될 수 있다. 도 10 내지 도 13에 도시된 실시예가 140도의 위상차이를 보이고 있지만 정밀한 위상차이는 동력실린더(200)에서 배기포트(12)의 위치와 사이클동안에 동력피스톤(30)의 각위치에 대한 함수이고, 특히 동력피스톤(30)이 배기포트(12)를 개방할 때 하강 동력행정에 대한 함수이다. 도입피스톤(20)과 동력피스톤(30) 사이의 정밀한 위상차이는 동력피스톤(30)의 하사점과 동력피스톤(30)이 배기포트(12)를 개방하는 360도 사이클 동안에 동력피스톤의 각 위치 사이의 각도의 2배가 되면 바람직하다. 이와 같은 정밀한 배치는 도입피스톤(20)이 상사점위치에 도달하는 것을 보장하고, 그리하여 도입실린더(100)안에 충전된 공기를 최대로 압축하며, 동력피스톤(30)이 배기포트(12)를 밀폐할 때 전 충전 공기를 동력실린더(200)로 이동시킨다. 또 상기한 바와 같은 배치는 새로운 공기의 최대량이 동력실린더(200)안에서 연소에 사용될 수 있게 보장한다. 그리하여 본 발명은 동력실린더(200) 내부에 연소가스가 잔존하여 재연소가 필요하거나, 연소산물의 일부로서 크랭크케이스에서 배출되는 오염된 배출가스를 사용하는 종래의 내연기관에 비하여, 엔진의 효율을 높이게 된다. The
공기 흡기포트(11)는 엔진블록(10)의 한쪽 선단에 구비되고 도입실린더(100)에 연통되게 되어 있다. 새로운 공기의 충전 체임버(도시안됨)는 새로운 외기를 엔진사이클의 연소결과물로부터 오염되지 않게 하여 흡기포트(11)로 보낸다. 일방향 압력감응식 밸브(50)가 흡기포트(11)안에 둘러싸여 있는 데, 상기 밸브(50)는 도입실린더(100)안의 압력이 밸브(50)의 입구측 압력이하로 떨어질 때, 새로운 공기가 충전체임버에서 도입실린더(100)로 이동하게 한다.The
동력실린더로 유입되는 공기의 량을 조절하기 위하여 도입실린더(100)는 도입실린더(100)의 상단 부근에 위치한 기계식 또는 전자기계식의 릴리프밸브를 선택적으로 구비할 수 있다. 상기 릴리프밸브는 연소과정에 불필요하거나 원하지 않는 공기를 동력실린더(200)로 공기이동이 있기 전에 도입실린더(100)에서 배출한다. 그리하여 그 공기는 연료나 배기가스에 오염되지 않고 도입실린더(100)에서 배출되어 환경오염을 일으키지 않게 된다. 상기 배출공기는 경제성을 고려하여 압축공기 용기안에 가압하여 저장될 수 있고, 그후 자동차, 배 및 비행기에서 많은 공압의 보조시스템를 작동시키는 데 사용될 수 있다. The
실린더의 "헤드" 근처에서 뜨겁고 차가운 실린더들을 서로 연결하는 이동포트(13)는 도입실린더(100)와 동력실린더(200) 사이에 위치하여 각 실린더 들 간의 유체이동이 있게 한다. 하나의 일방향 압력감응식 개폐밸브(60)는 상기 이동포트(13)에 둘러싸여 있고, 동력실린더(200)의 내부 압력이 도입실린더(100)의 내부압력이하로 떨어질 때 압축공기를 도입실린더(100)에서 동력실린더(200)로 이동하게 한다. A moving
하나 이상의 배기포트(12)는 동력피스톤의 최저 이동위치부근에 위치한 동력실린더(200)의 측벽에 위치한다. 동력피스톤(30)이 하강행정 동안에 배기포트(12)를 통과한 후에는 배기가스는 배기포트(12)를 통하여 동력실린더(200)외부로 배출되고, 그로써 동력실린더(200)의 압력을 낮추며, 개폐밸브(60)를 개방하고, 또 압 축된 새로운 공기를 도입실린더(100)에서 동력실린더(200)안으로 흘러들어가게 한다. 배기포트(12)가 개방되어 있는 동안에는 개폐밸브(60)를 통한 새로운 공기 유입은 잔존하는 연소산물들이 동력실린더(200)에서 교체되게 한다. 동력피스톤(30)이 상승할 때 배기포트(12)를 밀폐하여 잔류하는 새로운 공기를 다음 연소과정에서 사용하기 위하여 가두어둔다. One or
연료분사포트(70)는 동력실린더(200)의 상단에 구비된다. 상기한 바와 같이 본 발명의 구조는 공기/연료 혼합가스의 압축동안에 발생하는 열로써 연소과정이 동력실린더(200)에서 일어나게 하는 고압축 엔진으로 사용되기 위한 것이다. 또 다른 구조로서, 방전플러그 또는 점화플러그가 연소과정을 촉진하기 위하여 연료분사포트(70)에 인접한 동력실린더(200)의 상부에 선택적으로 구비될 수 있다. The
2중 실린더의 구조에서 벤틸레이션, 압축 및 동력의 3단계 방식의 방법은 다음과 같이 단지 2행정에서 수행된다. 도입피스톤(20)이 상사점(TDC)에 위치한 도 13에 도시된 바와 같이, 도입피스톤(30)의 다음 운동은 하강하는것이다. 이 경우 도 13의 그래프에 도시된 바와 같이, 동력피스톤(30)의 위치는 아래쪽으로 이동할 때 상사점 위치에서 대략 220도 혹은 140도이다. 이 경우 주목하여야 하는 것은 동력피스톤(30)은 배기포트(30)를 밀폐하여 동력피스톤(30)이 계속 상승할 때 동력실린더(200)안에 잔존하는 모든 새로운 공기를 압축하게 된다는 것이다. The three-stage method of ventilation, compression and power in the structure of a double cylinder is carried out in only two strokes as follows. As shown in FIG. 13 where the
좌측에 도시된 실린더에서는 동력피스톤(30)이 현재 상사점에 있다. 이 경우 연료는 이미 분사되었거나 분사되고 있는 중이다. 만약 디젤 혹은 압축점화가 사용된다면 연료는 압축공기의 열에 의해 점화되거나, 불꽃점화가 필요하면 점화가 일 어날 것이다. 그 결과 연소는 실린더 내부의 압력을 급격히 증가시킨다. In the cylinder shown on the left, the
연소결과 압력의 급격한 상승은 동력피스톤(30)을 아래로 밀어내려 크랭크축과 플라이휠에 동력을 부과하게 된다. 동력행정은, 동력피스톤이 배기포트(12)를 개방하여 압축된 연소산물이 배출되고 벤틸레이션 과정이 시작할 때 종료한다. As a result of the combustion, the sudden increase in pressure pushes down the
도입피스톤(20)이 도입실린더(100)에서 하강이동 시작할 때, 압력감응식 밸브(50)는 도입피스톤(20)이 하강행정을 시작함에 따라 도입실린더(100)안에서 일어나는 약간의 가압조건의 결과로서 개방된다. 상기 밸브(50)의 구조는 바람직하게는 밸브(60)와 동일하고, 그로인하여 도입실린더(100)내부의 극히 미약한 가압조건으로써 밸브가 개방되게 한다. 그 결과 흡입행정동안에 이루어지는 진공추출의 결과로서 종래 통상의 내연기관에서 생기는 일들이 줄어들게 된다. 특히 평균대기압이 대략 14.7 psi라고 가정하면, 본 발명의 개폐밸브(50)는 밸브를 개방하기에 충분한 1파운드보다 낮은 압력으로써 밀폐되는 구조로 된다. 개폐밸브에서 그러한 예민함은 공기가 동력실린더(200)안에서 갇혀서 압축되기 시작할 때 밸브의 닫힘을 확실하게 보장하게 된다. 압력감응식 밸브(50)가 개방될 때, 새로운 공기가 흡기포트(11)를 통하여 도입피스톤(20)위에서 도입실린더(100)안으로 유입된다. 도 10에 도시된 바와 같이, 도입피스톤(20)이 하강행정을 진행할 때 밸브(50)는 계속 열려 있어 실린더(100)안으로 유입되는 새로운 공기의 유입량을 최대로 한다. 도입피스톤(20)이 대략 140도 이동하였을 때(하사점(BDC) 위치에서 약 40도 일 때), 동력피스톤(30)은 상사점 위치에 도달하여 연료와 공기의 혼합가스를 완전히 압축하고, 동력실린더(200)안에서 연소과정을 시작한다. When the
동력실린더(200)내에서 연소과정은 동력피스톤(30)의 상단의 압력을 증가시키고, 연소가스가 팽창할 때 동력피스톤(30)을 하강시킨다. 도 11에 도시된 바와 같이, 동력피스톤(30)이 계속 하강행정을 수행할 때, 도입피스톤(20)은 하사점을 통과하고 다시 상승행정을 시작한다. 도입피스톤(20)이 일단 상승행정을 시작하면, 압력감응식 밸브(50)는 도입실린더(100)에 유입된 새로운 공기를 압축하도록 자동으로 닫힌다. 그리고나서 도입피스톤(20)은 동력피스톤(30)이 다시 배기포트(12)의 상단에 도달할 때까지 도입실린더(100)안에 들어있는 새로운 공기를 계속 압축하게 되고, 이때 배기과정이 시작하여 도입피스톤(20)이 상사점보다 80도 이전에 있을 때 동력실린더(200)의 내부압력을 즉시 감소시킨다. The combustion process in the
도 11에 도시된 피스톤장치에 이어서 동력피스톤(30)의 상단 가장자리가 배기포트(12)의 상단부 이하로 하강하게 되고, 그리하여 배기가스가 동력실린더(200)에서 강제배출되기 시작한다. 도 12에 도시된 바와 같이, 배기포트(12)가 노출되어 동력실린더(200)의 내부압력이 급격하게 감소하면 압력감응식 개폐밸브(60)는 개방된다. 동력피스톤(30)이 하사점보다 대략 40도 앞선위치에서 하사점으로 이동할 때, 도입피스톤(20)이 계속 상승행정을 함에 따라 개폐밸브(50)는 개방된 상태로 유지된다. 동력피스톤(30)이 배기포트(12)를 노출시키는 동안에는 동력피스톤(30)은 잔여 하강행정으로 총 이동거리의 대략 11.8%만큼 이동하고, 상승행정 동안에는 총 이동거리의 11.8% 만큼 다시 이동하여 상승행정동안 도입피스톤(20)의 상승보다 상대적으로 더 늦은 속도로 배기포트(12)를 다시 밀폐한다. 그 다음에 총 이동거리의 40.5%만큼 상승하여 상사점에 도달하고, 그에 따라 도입실린더(100)에 잔류하는 공기를 압축하고 동시에 그 압축공기를 동력실린더(200)안으로 유입시킨다. 배기포트(12)가 열려 있는 동안에 새로운 공기를 도입실린더(100)에서 동력실린더(200)로 계속 유입시키면 동력실린더(200)안에 잔류하는 연소산물은 배기밸브(12)가 다시 밀폐될 때까지 동력실린더(200)외부로 배출된다. Following the piston device shown in FIG. 11, the upper edge of the
도 13을 참조하면, 도입피스톤(20)이 상사점에 도달할 때 동력피스톤(30)은 하사점을 40도만큼 통과한 위치에 도달하고, 그 위치에서는 배기밸브(12)를 다시 밀폐한다. 배기밸브(12)가 닫히게 되면, 도입실린더(100)에서 개폐밸브(60)를 통과하여 동력실린더(200)로 유입된 냉각공기는 동력실린더(200)의 모든 표면과 동력피스톤(30)의 크라운부에서 열을 흡수하게 되고, 그로써 압력을 증가시키게 되어 밀폐된 개폐밸브(60)를 밀어준다. 동력피스톤(30)은 계속 상승하여 도입피스톤(20)이 도입행정을 시작할 동안에 동력실린더(200)안에 잔류하는 새로운 공기를 압축하게 된다. 이러한 장치는 동력실린더(200)안의 고압조건을 형성하고, 그로써 압력감응식 개폐밸브(60)가 자동으로 닫히게 된다. Referring to FIG. 13, when the
위에서 간단히 설명한 바와 같이, 밸브(50,60)들은 모두 압력감응식 개폐밸브로 이루어지고, 대략 1 psi 압력차이에 반응하여 자동으로 개방된다. 그와 같이 민감하게 반응하는 밸브를 제공하기 위하여 도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 양 밸브(50,60)들은 밸브시트 하우징(10)과 슬라이드 밸브부재(20)를 포함하고, 상기 슬라이드 밸브부재는 밸브시트 하우징(10)의 중공형 내부를 관통하여 왕복운동하도록 구성되어 상기 밸브의 어느 한 쪽에 작용하는 압력차이가 1psi정도가 되면 자동으로 개폐된다.
As briefly described above, the
상기 동력실린더(200)와 도입실린더(100)는 내측 실린더에 일렬로 배치되는 데, 상기 내측실린더는 다른 유사한 경질의 내열성 재질로 충분하지만 표면광택처리된 주철과 같이 경질이고 내열성의 재질로 구성된다. 상기 내측 실린더는 강재의 실린더블록(10)안으로 가압되면 바람직하다. 또 다른 방식으로 실린더블록이 콘크리트, 세라믹 또는 에폭시와 같은 주형성 재질로 성형되면, 상기 내측 실린더는 성형과정중에 실린더블록(10)안에 설치될 수도 있다. 상기 내측실린더에는 동력피스톤의 하사점 이상에서 분포된 미세한 구멍들이 구비된다. 이러한 다공성 구조는 배기를 위한 영역을 허용하는 한편, 동력피스톤(30)의 피스톤링을 보호하고 피스톤링이 슬라이드할 수 있는 연속적으로 완만한 표면을 유지한다. 내측 실린더의 외부의 실린더블록(10)에는 실린더 라이너에 인접한 제1 배기공간이 구비된다. 편심캠이나 유사한 구조의 장치와 같은 조정가능한 장애물은 배기가스의 흐름을 조절하기 위하여 선택적으로 구비될 수 있다. The
이제까지 본 발명의 바람직한 실시예와 변형을 제시하였고, 어떤 변형례 뿐만아니라 다양한 다른 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가에게는 자명할 것이다. 예컨대, 복수개의 공기 흡기밸브와 개폐밸브들이 각 실린더안으로의 공기유입을 증가시키기 위하여 구비될 수 있다. 따라서 그와 같은 본 발명은 위에서 설명한 바와는 다른 방식으로 실행될 것이다. Thus far, preferred embodiments and variations of the invention have been presented, and various modifications, as well as various other embodiments, will be apparent to those skilled in the art. For example, a plurality of air intake valves and on / off valves may be provided to increase air inflow into each cylinder. As such, the invention will be practiced in a manner different from that described above.
종래 2행정 엔진에서는 피스톤이 하사점에서 배기포트의 상단으로 이동하는 동안의 사이클 과정은 연소산물의 일부로서 사용될 수 있었던 공기와 연료의 심각 한 손실을 초래한다. 또 크랭크케이스는 기화가 많이 발생하는 공간을 제공한다. 이러한 구조는 종래 4행정 엔진에서 통상 일어나는 오일침적을 방지할 수 있다. 그리하여 2행정엔진에서 오일은 연료가 실린더에 도입되기 전에 오일에 혼합되고, 연료와 오일을 사용하기 전에 미리 혼합하거나 더 복잡한 연료 및 오일 전달시스템을 사용하는 사용자에게 추가적인 부담을 주고, 연소산물로서 타버린 오일을 포함하여 환경에 좋지않은 배기 산물을 생성하게 된다. 연소 체임버안으로 도입되는 공기가 전 실린더의 냉각에 역할을 할 수 있게 하는 개선된 내연기관에 대한 산업적인 요구가 있어 왔고, 그러한 엔진은 4사이클 엔진에 연관하여 무게 증가나 복잡성을 요구하지 않으면서 2사이클 엔진의 구조로써 연료/오일 혼합가스를 사용할 필요가 없다. In a conventional two-stroke engine, the cycle process while the piston moves from the bottom dead center to the top of the exhaust port results in significant losses of air and fuel that could be used as part of the combustion product. The crankcase also provides a lot of vaporization. This structure can prevent oil deposits that usually occur in conventional four-stroke engines. Thus, in a two-stroke engine, the oil is mixed with the oil before it is introduced into the cylinder, pre-mixing the fuel with the oil before it is used, or puts additional burden on the user using a more complex fuel and oil delivery system. This will produce waste products that are bad for the environment, including discarded oil. There has been an industrial need for an improved internal combustion engine that allows the air introduced into the combustion chamber to play a role in the cooling of the entire cylinder, and such engines do not require weight gain or complexity associated with four-cycle engines. It is not necessary to use fuel / oil mixture gas as the structure of the cycle engine.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
G170 | Re-publication after modification of scope of protection [patent] | ||
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |