KR101208052B1

KR101208052B1 - 내연기관용 실린더유닛

Info

Publication number: KR101208052B1
Application number: KR1020120034987A
Authority: KR
Inventors: 양상걸; 김재식; 이재헌
Original assignee: 양상걸; 이재헌; 김재식
Priority date: 2012-04-04
Filing date: 2012-04-04
Publication date: 2012-12-04

Abstract

본 발명은 내연기관용 실린더유닛에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실린더블록에 다수의 연소실을 형성하고, 각 연소실에서 폭발이 순차적으로 일어나거나 홀수 연소실과 짝수 연소실에서 교차적으로 폭발이 일어나는 내연기관용 실린더유닛에 관한 것이다.
본 발명에 따른 내연기관용 실린더유닛은, 공기와 연료가 혼합된 혼합기체가 연소되는 연소 공간이 내부에 형성되고, 측벽의 서로 다른 높이에 흡기포트와 배기포트가 연소실의 수만큼 형성되는 실린더블록; 상기 실린더 블록의 측벽에 서로 대향되도록 개재되어 상기 실린더블록의 측벽을 따라 상하로 왕복 운동하는 한 쌍의 슬라이딩 가이드; 상기 한 쌍의 슬라이딩 가이드 사이에 고정되고 상기 연소 공간을 다수의 연소실로 구획하여 실린더블록의 내부에서 상하로 왕복 운동하는 다수의 피스톤헤드; 및 상기 흡기포트와 배기포트에 각각 장착되어 흡기포트와 배기포트를 개방하거나 폐쇄하는 흡기밸브와 배기밸브; 를 포함하여 구성된다.

Description

내연기관용 실린더유닛 {CYLINDER UNITS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 내연기관용 실린더유닛에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실린더블록에 다수의 연소실을 형성하고, 각 연소실에서 폭발이 순차적으로 일어나거나 홀수 연소실과 짝수 연소실에서 교차적으로 폭발이 일어나는 내연기관용 실린더유닛에 관한 것이다.

일반적으로 내연기관(內燃機關)은 연료와 공기 등의 산화제(혼합 기체)를 연소실에서 연소시켜 에너지를 얻는 기관으로서, 연소실에서 연소되는 연료와 산화제의 발열반응으로 인해 높은 온도와 압력의 기체가 생성되어 피스톤을 상하 왕복운동시키고, 이 피스톤의 상하 왕복운동을 크랭크 기구로서 회전운동을 변환시켜 회전동력을 얻게 된다.

이러한 내연기관은 행정의 수에 따라 2행정 기관과 4행정 기관으로 구분되고, 상기 4행정 기관은 피스톤의 두 왕복, 곧 4행정으로 흡입?압축?폭발?배기(排氣)의 전 동작을 끝내는 내연기관으로, 피스톤이 처음에는 밖으로 이동했다가 공기와 연료가 혼합되면 다시 안으로 밀려올라 가서 혼합물을 압축시키고 혼합물이 팽창되면서 다시 밀려나왔다가 마지막으로 가스를 배출하기 위해 안으로 이동하는 과정을 반복한다.

즉, 상기 흡입은 연료와 산화제(예를 들어 공기)를 실린더 안으로 흡입하는 행정이고, 압축은 실린더 안의 연료와 산화제의 혼합물을 피스톤에 의해 압축하는 행정이며, 폭발은 연료와 산화제의 혼합물을 전기방전에 의해 점화하여 급격한 발열반응을 일으켜서 발생하는 기체의 팽창으로 기관을 움직이는 힘을 얻는 행정이며, 배기는 반응이 완료된 기체를 기관 밖으로 내보내는 행정이다.

상기한 4행정 기관의 종래 구조는 실린더 블록의 내부에 커넥팅 로드에 의하여 크랭크축과 연결되는 피스톤이 삽입되고, 상기 실린더 블록의 상측에는 흡기 포트와 흡기 밸브 및 배기 포트와 배기 밸브를 구비하며, 상기 흡기 포트 측에는 점화 플러그가 결합된 구조이다.

그런데 종래의 4행정 기관은 1번의 폭발 행정으로 2회전을 시킴으로써 2번째 회전에 대한 힘의 전달과 동력의 효율성이 떨어지는 문제점이 있었다.

또한, 흡입?압축?폭발?배기의 4행정의 루트가 차례로 진행되어 한 사이클이 이루어지는 시간이 길어지고 따라서 폭발이 이루어지는 시간 간격도 늘어나 단시간에 큰 힘을 요구하는 엔진에는 적용할 수 없는 문제점이 있었다.

또한, 피스톤 하나와 실린더 블록 하나가 하나의 기통을 구성하여 예를 들어 자동차에 있어 엔진의 힘을 키우기 위해 다기통을 만드는 경우 다수의 피스톤과 실린더 블록을 구비해야 하므로 엔진 하나에 다수의 피스톤과 실린더 블록이 차지하는 부피와 무게의 비율이 높아져 연비에 있어서 비효율적인 문제점이 있었다.

공개번호 특2000-0031721(공개일자 2000년06월05일)

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 실린더블록에 다수의 연소실을 형성하고, 각 연소실에서 폭발이 순차적으로 일어나게 하여 교호적인 힘의 발생과 흡입?압축?폭발?배기의 4행정으로 이루어지는 1 사이클의 구동 시간을 줄일 수 있는 내연기관용 실린더유닛을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 실린더블록에 다수의 연소실을 형성하고, 홀수 연소실과 짝수 연소실에서 교차적으로 폭발이 일어나게 하여 1회 연소로 큰 힘을 발생할 수 있는 내연기관용 실린더유닛을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 한번의 폭발로 2회전을 시킬 때 생기는 동력손실을 최소화할 수 있는 내연기관용 실린더유닛을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 하나의 실린더블록에 다수의 피스톤헤드를 구비하여 다수의 연소실을 형성함으로써 제작비용을 절감하고 무게를 줄일 수 있는 내연기관용 실린더유닛을 제공하는데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 내연기관용 실린더유닛은, 공기와 연료가 혼합된 혼합기체가 연소되는 연소 공간이 내부에 형성되고, 측벽의 서로 다른 높이에 흡기포트와 배기포트가 연소실의 수만큼 형성되는 실린더블록;

상기 실린더 블록의 측벽에 서로 대향되도록 개재되어 상기 실린더블록의 측벽을 따라 상하로 왕복 운동하는 한 쌍의 슬라이딩 가이드;

상기 한 쌍의 슬라이딩 가이드 사이에 고정되고 상기 연소 공간을 다수의 연소실로 구획하여 실린더블록의 내부에서 상하로 왕복 운동하는 다수의 피스톤헤드; 및

상기 흡기포트와 배기포트에 각각 장착되어 흡기포트와 배기포트를 개방하거나 폐쇄하는 흡기밸브와 배기밸브; 를 포함하여 구성된다.

상술한 과제의 해결 수단에 의하면, 실린더블록에 다수의 연소실을 형성하고, 각 연소실에서 폭발이 순차적으로 일어나게 하여 교호적인 힘의 발생과 흡입?압축?폭발?배기의 4행정으로 이루어지는 1 사이클의 구동 시간을 줄일 수 있다.

또한, 실린더블록에 다수의 연소실을 형성하고, 홀수 연소실과 짝수 연소실에서 교차적으로 폭발이 일어나게 하여 1회 연소로 큰 힘을 발생할 수 있고, 공회전을 상쇄시킴으로써 에너지 손실을 최소화할 수 있다.

또한, 하나의 실린더블록에 다수의 피스톤헤드를 구비하여 다수의 연소실을 형성함으로써 제작비용을 절감하고 무게를 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내연기관용 실린더유닛의 단면도이다.
도 2a와 도 2b는 다른 각도에서의 도 1의 단면도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 내연기관용 실린더유닛의 상부 외관을 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 1에 나타낸 내연기관용 실린더유닛의 저면도이다.
도 5a 내지 도 5d는 도 1에 나타낸 내연기관용 실린더유닛의 순차적 폭발시 작동도이다.
도 6a 내지 도 6d는 도 1에 나타낸 내연기관용 실린더유닛의 교차적 폭발시 작동도이다.
도 7a와 도 7b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 내연기관용 실린더유닛의 단면도이다.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다.

도면들 중 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내연기관용 실린더유닛의 단면도이고, 도 2a와 도 2b는 다른 각도에서의 도 1의 단면도이며, 도 3은 도 1에 나타낸 내연기관용 실린더유닛의 상부 외관을 나타내는 사시도이며, 도 4는 도 1에 나타낸 내연기관용 실린더유닛의 저면도이다.

도시된 바와 같이 내연기관용 실린더유닛(100)이 실린더블록(110), 피스톤헤드(120a,…,120e), 슬라이딩 가이드(130a,130b), 흡기 및 배기밸브(140,150), 커넥팅로드(160a,160b)를 포함하여 구성된다.

상기 실린더블록(110)은 전체적으로 원통 형상을 이루어 연료가 연소되는 공간을 형성하고 이 연소 공간에서 공기와 연료가 혼합된 혼합 기체가 연소되어 폭발 행정이 진행된다.

상기 실린더블록(110)의 내부는 다수의 피스톤헤드(120a,…,120e)에 의해 다수의 연소실(111a,…,111d)로 구획되어 순차적으로 4행정 사이클이 진행되거나 교호로 4행정 사이클이 진행된다.

여기서는 실린더블록 하나에 피스톤헤드가 5개 구비되어 4개의 연소실이 구획되게 형성된다.

상기 슬라이딩 가이드(130a,130b)는 실린더블록(110)의 측벽을 따라 상하로 왕복 운동하기 위한 것으로, 실린더블록(110)의 측벽에 서로 대향되도록 구비된다.

본 발명에서는 슬라이딩 가이드(130a,130b)가 실린더블록(110) 측벽을 따라 상하로 왕복 운동하도록 2개 구비되어 제1슬라이딩 가이드(130a)는 제1,3,5피스톤헤드(120a,120c,120e)가 결합되고, 제2슬라이딩 가이드(130b)는 제2,4피스톤헤드(120b,120d)에 결합된다.

이와 같이 피스톤헤드(120a,…,120e)로 구획된 연소실(111a,…,111d)에서 4행정 사이클이 진행되므로 피스톤헤드(120a,…,120e)의 왕복 운동을 커넥팅로드(160)로 전달시키기 위해서 슬라이딩 가이드(130a,130b)가 구비된다.

상기 슬라이딩 가이드(130a,130b)는 실리더블록(110)의 내측면에 형성된 가이드홈(112a,112b)에 일부가 슬라이딩 가능하게 끼워진 상태에서 그 일단부가 실린더블록(110)의 일단부를 감싸는 바 형상으로 절곡되며, 상기 실린더블록(110)의 외부로 노출된 슬라이딩 가이드(130a,130b)의 일단부에는 한 쌍의 커넥팅로드(160a,160b)가 연결됨으로써 상기 피스톤헤드(120a,…,120e)로 구획된 각 연소실(111a,…,111d)에서 모두 4행정 사이클의 진행공간으로 확보하게 된다.

상기 제1,3,5피스톤헤드(120a,120c,120e)는 한 쌍의 제1슬라이딩 가이드(130a)에 결합되어 제1슬라이딩 가이드(130a)의 상하 왕복 운동에 연동하여 실린더블록(110)의 내부에서 상하로 왕복운동하고, 상기 제2,4피스톤헤드(120b,120d)는 한 쌍의 제2슬라이딩 가이드(130b)에 결합되어 제2슬라이딩 가이드(130b)의 상하 왕복 운동에 연동하여 실린더블록(110)의 내부에서 상하로 왕복 운동한다.

상기 각 피스톤헤드(120a,…,120e)의 외주면에는 오일링홈을 환상형으로 요설하고 이 오일링홈에 통상의 오일링(121)을 끼워주어서 오일링(121)의 외주연이 실린더블록(110)의 내주면에 밀접되어 각 연소실(111a,…,111d)이 밀폐된다.

또한, 실린더블록(110)의 외부로 노출된 제1,2슬라이딩 가이드(130a,130b)의 일단부에는 한 쌍의 제1,2커넥팅로드(160a,160b)의 일단부가 연결되고 그 타단부에는 크랭크축(170a,170b)이 연결되어 슬라이딩 가이드(130a,130b)의 왕복운동이 회전운동으로 변환된다.

이때 제1슬라이딩 가이드(130a)의 일단부가 실린더블록(110)의 하단부를 감싸는 바 형상으로 절곡되어, 제1슬라이딩 가이드(130a)의 왕복 운동을 회전 운동으로 변환하는 제1커넥팅로드(160a)와 제1크랭크축(170a)은 실린더블록(210)의 하부에 위치하고, 제2슬라이딩 가이드(130b)의 일단부는 실린더블록(110)의 상단부를 감싸는 바 형상으로 절곡되어, 제2슬라이딩 가이드(130b)의 왕복 운동을 회전 운동으로 변환하는 제2커넥팅로드(160b)와 제2크랭크축(170b)은 실린더블록(110)의 상부에 위치한다.

또한, 상기 제1슬라이딩 가이드(130a)와 제2슬라이딩 가이드(130b)는 원통형의 실린더블록(210) 측벽에 90도 간격을 두고 위치한다.

한편, 각 연소실(111a,…,111d)에는 실린더블록(110)의 측면 상하에 흡기포트(113)와 배기포트(114)를 형성하고, 상기 흡기포트(113)와 배기포트(114)를 개방하거나 폐쇄할 수 있도록 각각에 흡기밸브(140)와 배기밸브(150)가 장착된다.

그리고 상기 각 연소실(111a,…,111d)의 흡기포트(113)에는 엔진 연료가 가솔린인 경우 각 연소실(111a,…,111d)과 연통되는 점화플러그(180)가 장착되어 혼합 기체를 연소하는 폭발 행정시 불꽃 방전을 일으킨다.

물론 엔진 연료가 디젤인 경우 점화플러그(180)는 흡기포트(113)에 장착하지 않아도 된다.

도 5a 내지 도 5d는 도 1에 나타낸 내연기관용 실린더유닛의 순차적 폭발시 작동도이다.

먼저, 5a에 도시된 바와 같이 제1연소실(111a)에서 폭발 행정이 이루어지는 경우에는 흡기밸브(140)와 배기밸브(150)가 흡기포트(113)와 배기포트(114)를 모두 폐쇄한 상태에서, 점화플러그(180)에 의하여 혼합 기체가 점화되면서 급격히 연소하여 제1연소실(111a)의 압력을 상승시켜 제1피스톤헤드(120a)는 상승하고, 제2피스톤헤드(120)는 하강하는 힘을 가하게 된다.

이에 따라 제1피스톤헤드(120a)에 결합된 제1슬라이딩 가이드(130a)가 제1가이드홈(112a)을 따라 상승하면서 이에 결합된 제3,5피스톤헤드(120c,120e)도 같이 동반 상승하고, 제2피스톤헤드(120b)에 결합된 제2슬라이딩 가이드(130b)가 제2가이드홈(112b)을 따라 하강하면서 이에 결합된 제4피스톤헤드(120d)도 같이 동반 하강하게 된다.

이와 동시에 제2연소실(111b)에서는 흡기밸브(140)와 배기밸브(150)가 흡기포트(113)와 배기포트(114)를 모두 폐쇄한 상태에서, 제2피스톤헤드(120b)는 하강하고 제3피스톤헤드(120c)는 상승하여 제2연소실(111b) 내부의 혼합 기체가 압축되는 압축 행정이 이루어진다.

또한, 제3연소실(111c)에서는 배기밸브(150)가 배기포트(114)를 폐쇄한 상태에서, 제3피스톤헤드(120c)는 상승하고 제4피스톤헤드(120d)는 하강하며 흡기밸브(140)가 흡기포트(113)를 개방하여, 공기와 연료의 혼합 기체는 흡기포트(113)를 통하여 제3연소실(111c)로 흡입되는 흡입 행정이 이루어진다.

그리고 제4연소실(111d)에서는 흡기밸브(140)가 흡기포트(113)를 폐쇄한 상태에서, 제4피스톤헤드(120d)는 하강하고 제5피스톤헤드(120e)는 상승하며 배기밸브(150)가 배기포트(114)를 개방하여, 혼합 기체의 연소로 인하여 발생된 가스가 배기포트(114)를 통하여 제4연소실(111d) 외부로 배출된다.

이와 같이 도 5a에서는 제1연소실(111a)에서 폭발 행정이, 제2연소실(111b)에서 압축 행정이, 제3연소실(111c)에 흡입 행정이, 제4연소실(111d)에서 배기 행정이 이루어진다.

다음 도 5b에서와 같이 제2연소실(111b)에서 폭발 행정이 이루어지는데, 이전의 압축 행정에 의해 혼합 기체가 압축되고 흡기밸브(140)와 배기밸브(150)가 흡기포트(113)와 배기포트(114)를 모두 폐쇄한 상태에서, 점화플러그(180)에 의하여 압축된 혼합 기체가 점화되면서 급격히 연소하여 제2연소실(111b)의 압력을 상승시켜 제2피스톤헤드(120b)는 상승하고, 제3피스톤헤드(120c)는 하강하는 힘을 가하게 된다.

이에 따라 제2피스톤헤드(120b)에 결합된 제2슬라이딩 가이드(130b)가 제2가이드홈(112b)을 따라 상승하면서 이에 결합된 제4피스톤헤드(120d)도 같이 동반 상승하고, 제3피스톤헤드(120c)에 결합된 제1슬라이딩 가이드(130a)가 제1가이드홈(112a)을 따라 하강하면서 이에 결합된 제1,5피스톤헤드(120a,120e)도 같이 동반 하강하게 된다.

이와 동시에 제1연소실(111a)에서는 흡기밸브(140)가 흡기포트(113)를 폐쇄한 상태에서, 제1피스톤헤드(120a)는 하강하고 제2피스톤헤드(120b)는 상승하며 배기밸브(150)가 배기포트(114)를 개방하여, 이전 폭발 행정시 혼합 기체의 연소로 인하여 발생된 가스가 배기포트(114)를 통하여 제1연소실(111a) 외부로 배출된다.

또한, 제3연소실(111c)에서는 흡기밸브(140)와 배기밸브(150)가 흡기포트(113)와 배기포트(114)를 모두 폐쇄한 상태에서, 제3피스톤헤드(120c)는 하강하고 제4피스톤헤드(120d)는 상승하여 이전 흡입 공정에서 흡입된 제3연소실(111c) 내부의 혼합 기체가 압축되는 압축 행정이 이루어진다.

그리고 제4연소실(111d)에서는 배기밸브(150)가 배기포트(114)를 폐쇄한 상태에서, 제4피스톤헤드(120d)는 상승하고 제5피스톤헤드(120e)는 하강하며 흡기밸브(140)가 흡기포트(113)를 개방하여, 공기와 연료의 혼합 기체는 흡기포트(113)를 통하여 제4연소실(111d)로 흡입되는 흡입 행정이 이루어진다.

이와 같이 도 5b에서는 제1연소실(111a)에서 배기 행정이, 제2연소실(111b)에서 폭발 행정이, 제3연소실(111c)에 압축 행정이, 제4연소실(111d)에서 흡입 행정이 이루어진다.

다음 도 5c에서와 같이 제3연소실(111c)에서 폭발 행정이 이루어지는데, 이전 압축 행정에 의해 혼합 기체가 압축되고 흡기밸브(140)와 배기밸브(150)가 흡기포트(113)와 배기포트(114)를 모두 폐쇄한 상태에서, 점화플러그(180)에 의하여 압축된 혼합 기체가 점화되면서 급격히 연소하여 제3연소실(111c)의 압력을 상승시켜 제3피스톤헤드(120c)는 상승하고, 제4피스톤헤드(120d)는 하강하는 힘을 가하게 된다.

이에 따라 제3피스톤헤드(120c)에 결합된 제1슬라이딩 가이드(130a)가 제1가이드홈(112a)을 따라 상승하면서 이에 결합된 제1,5피스톤헤드(120a,120e)도 같이 동반 상승하고, 제4피스톤헤드(120d)에 결합된 제2슬라이딩 가이드(130b)가 제2가이드홈(112b)을 따라 하강하면서 이에 결합된 제2피스톤헤드(120b)도 같이 동반 하강하게 된다.

이와 동시에 제1연소실(111a)에서는 배기밸브(150)가 배기포트(114)를 폐쇄한 상태에서, 제1피스톤헤드(120a)는 상승하고 제2피스톤헤드(120b)는 하강하며 흡기밸브(140)가 흡기포트(113)를 개방하여 공기와 연료의 혼합 기체는 흡기포트(113)를 통하여 제1연소실(111a)로 흡입되는 흡입 행정이 이루어진다.

또한, 제2연소실(111b)에서는 흡기밸브(140)가 흡기포트(113)를 폐쇄한 상태에서, 제2피스톤헤드(120b)는 하강하고 제3피스톤헤드(120c)는 상승하며 배기밸브(150)가 배기포트(114)를 개방하여 이전 폭발 행정시 혼합 기체의 연소로 인하여 발생된 가스가 배기포트(114)를 통하여 제2연소실(111b) 외부로 배출된다.

그리고 제4연소실(111d)에서는 흡기밸브(140)와 배기밸브(150)가 흡기포트(113)와 배기포트(114)를 모두 폐쇄한 상태에서, 제4피스톤헤드(120d)는 하강하고 제5피스톤헤드(120e)는 상승하여, 이전 흡입 공정에서 흡입된 제4연소실(111d) 내부의 혼합 기체가 압축되는 압축 행정이 이루어진다.

이와 같이 도 5c에서는 제1연소실(111a)에서 흡입 행정이, 제2연소실(111b)에서 배기 행정이, 제3연소실(111c)에 폭발 행정이, 제4연소실(111d)에서 압축 행정이 이루어진다.

다음 도 5d에서와 같이 제4연소실(111d)에서 폭발 행정이 이루어지는데, 이전 압축 행정에 의해 혼합 기체가 압축되고 흡기밸브(140)와 배기밸브(150)가 흡기포트(113)와 배기포트(114)를 모두 폐쇄한 상태에서, 점화플러그(180)에 의하여 압축된 혼합 기체가 점화되면서 급격히 연소하여 제4연소실(111d)의 압력을 상승시켜 제4피스톤헤드(120d)는 상승하고, 제5피스톤헤드(120e)는 하강하는 힘을 가하게 된다.

이에 따라 제4피스톤헤드(120d)에 결합된 제2슬라이딩 가이드(130b)가 제2가이드홈(112b)을 따라 상승하면서 이에 결합된 제2피스톤헤드(120e)도 같이 동반 상승하고, 제5피스톤헤드(120e)에 결합된 제1슬라이딩 가이드(130a)가 제1가이드홈(112a)을 따라 하강하면서 이에 결합된 제1,3피스톤헤드(120a,120c)도 같이 동반 하강하게 된다.

이와 동시에 제1연소실(111a)에서는 흡기밸브(140)와 배기밸브(150)가 흡기포트(113)와 배기포트(114)를 모두 폐쇄한 상태에서, 제1피스톤헤드(120a)는 하강하고 제2피스톤헤드(120b)는 상승하여, 이전 흡입 공정에서 흡입된 제1연소실(111a) 내부의 혼합 기체가 압축되는 압축 행정이 이루어진다.

또한, 제2연소실(111b)에서는 배기밸브(150)가 배기포트(114)를 폐쇄한 상태에서, 제2피스톤헤드(120b)는 상승하고 제3피스톤헤드(120c)는 하강하며 흡기밸브(140)가 흡기포트(113)를 개방하여 공기와 연료의 혼합 기체는 흡기포트(113)를 통하여 제2연소실(111b)로 흡입되는 흡입 행정이 이루어진다.

그리고 제3연소실(111c)에서는 흡기밸브(140)가 흡기포트(113)를 폐쇄한 상태에서, 제3피스톤헤드(120c)는 하강하고 제4피스톤헤드(120d)는 상승하며 배기밸브(150)가 배기포트(114)를 개방하여, 이전 폭발 행정시 혼합 기체의 연소로 인하여 발생된 가스가 배기포트(114)를 통하여 제3연소실(111c) 외부로 배출된다.

이와 같이 도 5d에서는 제1연소실(111a)에서 압축 행정이, 제2연소실(111b)에서 흡입 행정이, 제3연소실(111c)에 배기 행정이, 제4연소실(111d)에서 폭발 행정이 이루어진다.

도 5에서는 각 연소실(111a,…,111d)에서 폭발이 순차적으로 일어나게 하여 교호적인 힘의 발생과 흡입?압축?폭발?배기의 4행정으로 이루어지는 1 사이클의 구동 시간을 줄일 수 있다.

도 6a 내지 도 6d는 도 1에 나타낸 내연기관용 실린더유닛의 교차적 폭발시 작동도이다.

도 6a에 도시된 바와 같이 제1연소실(111a)과 제3연소실(111c)에서 폭발 행정이 동시에 이루어지는 경우에 흡기밸브(140)와 배기밸브(150)가 흡기포트(113)와 배기포트(114)를 모두 폐쇄한 상태에서, 점화플러그(180)에 의하여 혼합 기체가 점화되면서 급격히 연소하여 제1연소실(111a)과 제3연소실(111c)의 압력을 상승시켜 제1,3피스톤헤드(120a,120c)는 상승하고, 제2,4피스톤헤드(120b,120d)는 하강하는 힘을 가하게 된다.

이에 따라 제1,3피스톤헤드(120a,120c)에 결합된 제1슬라이딩 가이드(130a)가 제1가이드홈(112a)을 따라 상승하면서 이에 결합된 제5피스톤헤드(120e)도 같이 동반 상승하게 된다.

이와 동시에 제2,4연소실(111b,111d)에서는 흡기밸브(140)와 배기밸브(150)가 흡기포트(113)와 배기포트(114)를 모두 폐쇄한 상태에서, 제2,4피스톤헤드(120b,120d)는 하강하고 제3,5피스톤헤드(120c,120e)는 상승하여 제2,4연소실(111b,111d) 내부의 혼합 기체가 압축되는 압축 행정이 이루어진다.

다음 도 6b에 도시된 바와 같이 제2연소실(111b)과 제4연소실(111d)에서 폭발 행정이 동시에 이루어지는데, 흡기밸브(140)와 배기밸브(150)가 흡기포트(113)와 배기포트(114)를 모두 폐쇄한 상태에서, 점화플러그(180)에 의하여 혼합 기체가 점화되면서 급격히 연소하여 제2연소실(111b)과 제4연소실(111d)의 압력을 상승시켜 제2,4피스톤헤드(120b,120d)는 상승하고, 제3,5피스톤헤드(120c,120e)는 하강하는 힘을 가하게 된다.

이에 따라 제3,5피스톤헤드(120c,120e)에 결합된 제1슬라이딩 가이드(130a)가 제1가이드홈(112a)을 따라 상승하면서 이에 결합된 제1피스톤헤드(120a)도 같이 동반 상승하게 된다.

이와 동시에 제1,3연소실(111a,111c)에서는 흡기밸브(140)가 흡기포트(113)를 폐쇄한 상태에서, 제2,4피스톤헤드(120b,120d)는 상승하고 제1,3피스톤헤드(120a,120c)는 하강하며 배기밸브(150)가 배기포트(114)를 개방하여, 이전 폭발 행정시 혼합 기체의 연소로 인하여 발생된 가스가 배기포트(114)를 통하여 제1,3연소실(111a,111c) 외부로 배출된다.

다음 도 6c에 도시된 바와 같이, 제1연소실(111a)과 제3연소실(111c)에서 흡입 행정이 동시에 이루어지는데, 배기밸브(150)가 배기포트(114)를 폐쇄한 상태에서, 제1,3피스톤헤드(120a,120c)는 상승하고 제2,4피스톤헤드(120b,120d)는 하강하며 흡기밸브(140)가 흡기포트(113)를 개방하여, 공기와 연료의 혼합 기체는 흡기포트(113)를 통하여 제1,3연소실(111a,111c)로 흡입된다.

이와 동시에 제2연소실(111b)과 제4연소실(111d)에서 배기 행정이 동시에 이루어지는데, 흡기밸브(140)가 흡기포트(113)를 폐쇄한 상태에서, 제3,5피스톤헤드(120c,120e)는 상승하고 제2,4피스톤헤드(120b,120d)는 하강하며 배기밸브(150)가 배기포트(114)를 개방하여, 이전 폭발 행정시 기체의 연소로 인하여 발생된 가스가 배기포트(114)를 통하여 제2,4연소실(111b,111d) 외부로 배출된다.

다음 도 6d에 도시된 바와 같이, 제1연소실(111a)과 제3연소실(111c)에서 압축 행정이 동시에 이루어지는데, 흡기밸브(140)가 흡기포트(113)를 배기밸브(150)가 배기포트(114)를 모두 폐쇄한 상태에서, 제1,3피스톤헤드(120a,120c)는 하강하고 제2,4피스톤헤드(120b,120d)는 상승하여 이전 흡입 공정에서 제1,3연소실(111a,111c)로 흡입된 혼합 기체가 압축된다.

이와 동시에 제2연소실(111b)과 제4연소실(111d)에서 흡입 행정이 동시에 이루어지는데, 배기밸브(150)가 배기포트(114)를 폐쇄한 상태에서, 제3,5피스톤헤드(120c,120e)는 하강하고 제2,4피스톤헤드(120b,120d)는 상승하며 흡기밸브(140)가 흡기포트(113)를 개방하여 공기와 연료의 혼합 기체는 흡기포트(113)를 통하여 제2,4연소실(111b,111d)로 흡입된다.

도 6에서는 홀수 연소실(111a,111c)과 짝수 연소실(111b,111d)이 같은 행정을 수행하면서 4행정 사이클을 수행하게 된다.

도 6과 같이 하나의 실린더블록(110)에 다수의 연소실(111a,111b,111c,111d)을 형성하고, 홀수 연소실(111a,111c)과 짝수 연소실(111b,111d)에서 교차적으로 폭발이 일어나게 하여 1회 연소로 큰 힘을 발생할 수 있다.

도 7a와 도 7b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 내연기관용 실린더유닛의 단면도이다.

도 2a와 도 2b에 나타낸 내연기관용 실린더유닛(100)은 제1슬라이딩 가이드(130a)의 일단부가 실린더블록(110)의 하단부를 감싸는 바 형상으로 절곡되어, 제1슬라이딩 가이드(130a)의 왕복 운동을 회전 운동으로 변환하는 제1커넥팅로드(160a)와 제1크랭크축(170a)은 실린더블록(110)의 하부에 위치하고, 제2슬라이딩 가이드(130b)의 일단부는 실린더블록(110)의 상단부를 감싸는 바 형상으로 절곡되어, 제2슬라이딩 가이드(130b)의 왕복 운동을 회전 운동으로 변환하는 제2커넥팅로드(160b)와 제2크랭크축(170b)은 실린더블록(110)의 상부에 위치한다.

이와 대조적으로 도 7a와 도 7b에 나타낸 내연기관용 실린더유닛(100)은 제1,2슬라이딩 가이드(130a,130b)의 일단부가 실린더블록(110)의 하단부를 감싸는 바 형상으로 절곡되어, 제1,2슬라이딩 가이드(130a,130b)의 왕복 운동을 회전 운동으로 변환하는 제1,2커넥팅로드(160a,160b)와 제1,2크랭크축(170a,170b)이 모두 실린더블록(110)의 하부에 위치한다.

100: 실린더유닛 110: 실린더블록
120: 피스톤헤드 130: 슬라이딩 가이드
140: 흡기밸브 150: 배기밸브
160: 커넥팅로드 170: 크랭크축
180: 점화플러그

Claims

공기와 연료가 혼합된 혼합기체가 연소되는 연소 공간이 내부에 형성되고, 측벽의 서로 다른 높이에 흡기포트와 배기포트가 연소실의 수만큼 형성되는 실린더블록;
상기 실린더블록의 측벽에 서로 대향되도록 개재되어 상기 실린더블록의 측벽을 따라 상하로 왕복 운동하는 한 쌍의 슬라이딩 가이드;
상기 한 쌍의 슬라이딩 가이드 사이에 고정되고 상기 연소 공간을 다수의 연소실로 구획하여 실린더블록의 내부에서 상하로 왕복 운동하는 다수의 피스톤헤드; 및
상기 흡기포트와 배기포트에 각각 장착되어 흡기포트와 배기포트를 개방하거나 폐쇄하는 흡기밸브와 배기밸브;
를 포함하는 내연기관용 실린더유닛.
제1항에 있어서,
상기 피스톤헤드가 하나의 실린더블록에 5개 구비되어 연소 공간이 4개의 연소실로 구획되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 실린더유닛.
제2항에 있어서,
상기 한 쌍의 슬라이딩 가이드가 2개 구비되어 홀수 번째 피스톤헤드는 하나의 슬라이딩 가이드에 결합되고, 짝수 번째 피스톤헤드는 다른 하나의 슬라이딩 가이드에 결합되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 실린더유닛.
제3항에 있어서,
상기 슬라이딩 가이드 각각은 그 일단부가 실린더블록의 일단부를 감싸는 바형상으로 절곡 형성되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 실린더유닛.
제3항에 있어서,
상기 2개의 슬라이딩 가이드 중 어느 하나의 슬라이딩 가이드는 그 일단부가 실린더블록의 일단부를 감싸는 바 형상으로 절곡 형성되고, 다른 하나의 슬라이딩 가이드는 그 일단부가 실린더블록의 타단부를 감싸는 바 형상으로 절곡되며, 두 슬라이딩 가이드는 90도 간격을 두고 실린더블록의 측벽에 위치하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 실린더유닛.
제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 실린더블록의 측벽 내주면에는 그 길이 방향을 따라 서로 대향되는 가이드홈이 2개 형성되어 실린더블록의 내부에 위치되는 슬라이딩 가이드 각각이 부분적으로 삽입되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 실린더유닛.
제3항에 있어서,
상기 슬라이딩 가이드 각각과 상기 슬라이딩 가이드의 왕복 운동을 회전 운동으로 변환하는 크랭크축을 각각 연결하도록, 실린더블록 외부의 슬라이딩 가이드 일단부에 각각 연결되는 커넥팅로드가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 실린더유닛.
제3항에 있어서,
상기 각 연소실에 연통하는 흡기포트에 장착되어 압축된 혼합기체를 점화하는 점화플러그가 더 구비된 것을 특징으로 하는 내연기관용 실린더유닛.
제3항에 있어서,
상기 각 연소실에서 폭발 행정이 순차적으로 이루어지거나, 홀수 연소실과 짝수 연소실에서 폭발 행정이 교차적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내연기관용 실린더유닛.