KR102387326B1 - 포트 벨트 장치 - Google Patents

Abstract

한 쌍의 인접한 실린더를 포함하는 2 행정 내연 기관에서 사용하기 위한 포트 벨트 장치가 개시된다. 장치는 제1 환형 채널을 형성하는 제1 중공 환형부로서, 제1 환형 채널은 제1 포트로부터의 원주방향 거리가 증가함에 따라 반경방향으로 테이퍼링되고, 제1 환형 채널의 내부 벽은 제2 포트를 갖는, 제1 중공 환형부, 및 제2 환형 채널을 형성하는 제2 중공 환형부로서, 제2 환형 채널은 제3 포트로부터의 원주방향 거리가 증가함에 따라 반경 방향으로 테이퍼링되고, 제2 환형 채널의 내부 벽은 제4 포트를 갖는, 제2 중공 환형부를 포함하고, 제1 중공 환형부와 제2 중공 환형부는 각각의 원주 상에 위치한 결합점에서 함께 결합된다. 결합점에서의 제1 환형 채널의 단면적은 결합점으로부터 가장 멀리있는 제1 중공 환형부의 원주 상의 지점에서의 제1 환형 채널의 단면적보다 작다.

Description

포트 벨트 장치

본 발명은 특히 한 쌍의 인접한 실린더를 포함하는 2 행정 내연 기관에 사용하기 위한 포트 벨트 및 포트 벨트 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 포트 벨트 장치를 포함하는 기관 및 이 기관을 포함하는 차량에 관한 것이다.

종래의 2 행정 내연 기관(불꽃 또는 압축 점화 중 어떤 것이든)에서, 장입 공기(charge air)는 통상적으로 실린더 벽 둘레로 원주방향으로 이격된 일련의 입구 포트를 통해 각 실린더로 도입된다. 또한 배기 가스(즉, 연소 생성물)가 실린더 벽 둘레로 원주방향으로 이격되고 입구 포트로부터 실린더 벽을 따라 길이방향으로 이격된 유사한 일련의 배기 포트를 통해 실린더로부터 배출되는 것이 일반적이다. 입구 포트에 장입 공기(통상적으로 가압됨)를 공급하기 위해, 입구 포트에 인접한 실린더 둘레로 연장되는 환형 채널을 형성하는 포트 벨트를 사용하여 장입 공기를 실린더 벽의 원주 주위의 단일 입구로부터 분배하는 것이 알려져 있으며, 이 단일 입구로부터 입구 포트를 통해 실린더에 장입 공기가 진입할 수 있다. 유사하게, 포트 벨트는 배기 포트를 통해 실린더로부터 배출된 배기 가스를 수용하고 이 가스를 단일 출구로 채널링시키는데 사용될 수 있다.

도 1a는 2개의 실질적으로 동일한 포트 벨트(2A, 2B)를 포함하는 공지된 이중 포트 벨트 장치(1)의 예를 도시한다. 포트 벨트(2A, 2B)는 실질적으로 동일하기 때문에, 이하의 설명은 제1 포트 벨트(2A)에만 관련한다. 각각의 포트 벨트(2A, 2B)의 대등한 특징은 제1 포트 벨트(2A) 상의 특징이 "A"로 표시되고, 제2 포트 벨트(2B) 상의 특징이 "B"로 표시된 상태로 동일한 참조 번호를 갖는다.

포트 벨트(2A)는 중공 환형부(3A)를 포함하고, 그 내부 벽(5A)은 실린더(4A)를 둘러싸고 있다. 중공 환형부(3A)는 외부 반경(R₁)을 가지고 실린더(4A)는 반경(R₂)을 갖는다. 중공 환형부(3A)의 일 측면에 입구 포트(8A)가 제공되고, 그를 통해 (예를 들어, 과급기, 터보 과급기, 크랭크케이스 압축 또는 이의 조합으로부터의) 장입 공기가 중공 환형부(3A) 내에 형성된 환형 채널로 도입될 수 있다. 사용시, 장입 공기는 유로(F)를 따라 환형 채널 주위로 흐른다. 그 다음, 장입 공기는 환형 채널로부터 실린더(4A)의 내부 벽(5A)/외부 벽 주위에 원주방향으로 이격된 포트(도시되지 않음)를 통해 실린더(4A)로 통과한다.

도 1a에 도시된 포트 벨트 장치(1)에서, 실린더(4A, 4B)의 간격은 적어도 2R₁이어야 하며, 이는 기관의 전체 패키지 크기와 브리딩(breathing) 성능 사이의 절충을 필요로 한다. 또한, 도 1의 것과 같은 통상적 포트 벨트 설계에서는 실린더 둘레에 공기 유동을 분배하는 것이 어렵고, 이러한 어려움은 매우 동적인 입구 조건에서 심화된다. 이는 일반적으로 실린더 내부에 추가 배플을 포함시킴으로써 극복되며, 이러한 배플은 기관의 브리딩을 억제할 수 있다.

미국 특허공보 US 1,950,970

본 발명의 가장 일반적인 형태에서, 본 발명의 제1 양태는 실린더 쌍 사이의 간격을 감소시켜 주어진 패키지 크기에 대해 개선된 브리딩 효율을 초래할 수 있게 하기 위해 적어도 하나의 "스크롤 형상" 포트 벨트를 갖는 2 행정 내연 기관에 사용하기 위한 포트 벨트 장치를 제공한다.

보다 구체적으로, 본 발명의 제1 양태는 한 쌍의 인접한 실린더를 포함하는 2 행정 내연 기관에서 사용하기 위한 포트 벨트 장치를 제공하며, 이 장치는

제1 환형 채널을 형성하는 제1 중공 환형부로서, 채널은 제1 포트로부터 원주방향 거리가 증가함에 따라 반경방향 치수가 테이퍼링되고, 제1 환형 채널의 내부 벽은 제2 포트(또는 원주방향으로 이격된 일련의 제2 포트)를 갖는, 제1 중공 환형부; 및

제2 환형 채널을 형성하는 제2 중공 환형부로서, 채널은 제3 포트로부터 원주방향 거리가 증가함에 따라 반경방향 치수가 테이퍼링되며, 제2 환형 채널의 내부 벽은 제4 포트(또는 원주방향으로 이격된 일련의 제4 포트)를 갖는, 제2 중공 환형부를 포함하고,

제1 중공 환형부와 제2 중공 환형부는 그 원주 각각에 위치된 결합점에서 함께 결합되며,

결합점에서의 제1 환형 채널의 단면적은 결합점으로부터 가장 멀리 있는 제1 중공 환형부의 원주 상의 지점에서의 제1 환형 채널의 단면적보다 작다.

다음 설명에서(결합점에서 결합된 제1 중공 환형부 및 제2 중공 환형부를 가짐), "이중 포트 벨트" 또는 "포트 벨트"라는 용어는 두 개의 결합된 환형부에 의해 형성된 숫자 8 또는 염주 형상의 구성요소를 지칭할 수 있다. 제1 중공 환형부 및 제2 중공 환형부 각각은 제1 실린더 및 제2 실린더를 수용하도록 구성된 중심 애퍼처를 형성한다. 용어 "환형" 또는 "환형부"는 일반적으로 링 형상 구조 예를 들어(제한적인 의도는 없음) 원형 링 형상 또는 도넛형 구조를 지칭한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 제1 중공 환형부 및/또는 제2 중공 환형부는 내부 원통형 쉘 및 외부 원통형 쉘로 형성될 수 있으며, 각각의 쉘의 상부 및 하부 에지는 평면형 또는 만곡형인 환형 표면에 의해 결합된다. 중공 환형부는 일반적으로 타원형일 수 있다.

중앙 평면은 결합점을 포함하는 평면으로서 정의될 수 있고, 제1 중공 환형부는 중앙 평면의 일 측면에 위치되고, 제2 중공 환형부는 중앙 평면의 다른 측면 상에 위치된다. 제1 중공 환형부와 제2 중공 환형부가 함께 결합되더라도, 제1 및 제2 환형 채널, 즉 제1 중공 환형부와 제2 중공 환형부 내에 포함된 환형 체적은 함께 결합되지 않는다는 것을 또한 유의하여야 한다.

본원에서 사용된 용어 "포트"는 가스가 하나의 구성요소로부터 다른 구성요소로 흐를 수 있게 하는 개구를 지칭할 수 있다. 예를 들어, 포트는 포트 벨트 장치의 구성요소 벽의 구멍일 수 있지만, 이것에만 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 본 발명의 일부 실시예에서, 채널, 파이프, 튜브 또는 원통형 쉘의 개방 단부는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 포트로 지칭될 수 있다.

본원에서 고려되는 바와 같은 "환형 채널"은 반드시 양 단부에서 결합하는 것을 필요로 하지는 않으며, 예를 들어 이는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 중공 환형부의 원주의 대부분 주위로만 연장될 수 있다.

결합점을 제1 환형 채널의 단면적이 가장 작은 제1 중공 환형부의 원주 상의 지점에 위치시킴으로써, 제1 중공 환형부와 제2 중공 환형부의 중심 사이의 거리가 최소화될 수 있다. 따라서, 제1 중공 환형부와 제2 중공 환형부의 중심의 분리는 포트 벨트 장치의 최대 전체 폭의 절반보다 작고, 폭은 제1 중공 환형부의 중심과 제2 중공 환형부의 중심을 결합하는 선의 방향으로 측정된다. 본 발명의 포트 벨트 장치를 채용하는 기관에서, 제1 실린더와 제2 실린더가 함께 근접할 수 있기 때문에, 전체 기관이 보다 효율적으로 팩킹될 수 있다.

실린더 사이의 거리를 더 감소시키기 위해, 결합점에서의 제2 환형 채널의 단면적은 결합점으로부터 가장 먼 제2 중공 환형부의 원주 상의 지점에서의 제2 환형 채널의 단면적보다 작을 수 있다. 그 다음, 결합점은 제1 환형 채널 및 제2 환형 채널의 각각의 영역에 또는 그 부근에 위치하며, 여기서, 이들은 가장 좁은 부분에 있어(즉, 가장 작은 단면적을 가져), 제1 중공 환형부와 제2 환형부의 중심 사이의 거리를 추가로 감소시킨다. 포트 벨트 장치는 바람직하게는 앞서 정의된 중앙 평면에 대해 대칭이다.

2 행정 내연 기관의 실린더는 서로 평행할 수 있다. 평행한 실린더 쌍을 수용하기 위해, 제1 중공 환형부와 제2 중공 환형부는 동일 평면에 있거나 또는 실질적으로 동일 평면 상에 있는 것이 바람직하다. 다시 말해서, 제1 중공 환형부와 제2 중공 환형부의 중심을 연결하는 선은 바람직하게는 제1 및 제2 중공 환형부 모두의 축에 수직인 평면에 놓여 있다. 구성요소의 팩킹을 추가로 개선하기 위해, 제1 중공 환형부와 제2 중공 환형부는 바람직하게는 공통의 외부 벽을 공유한다. 대안적으로, 2 행정 내연 기관 내의 실린더는 V 형상 구성으로 배열될 수 있다. 이 경우에, 제1 환형부와 제2 환형부의 평면은 바람직하게는 상기 V 형상 구성으로 배열된 2개의 실린더를 수용하기 위해 서로에 대해 경사져 있다.

포트 벨트 장치는 서로 인접하여 위치된 기관의 제1 실린더 및 제2 실린더를 포함할 수 있다. 이 경우에, 제1 중공 환형부 및 제2 중공 환형부의 내부 벽은 각각 제1 실린더 및 제2 실린더의 외부 벽에 의해 형성될 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 환형 채널은 제1 중공 환형부 및 제2 중공 환형부의 외부 벽, 및 제1 및 제2 실린더의 벽의 외부 표면에 의해 각각 형성될 수 있다. 따라서, 제1 환형 채널의 제2 포트와 제2 환형 채널의 제4 포트는 각 환형 채널과 그 각각의 실린더 사이의 유체 연통을 제공하기 위해 실린더의 외부 벽의 개구일 수 있다는 점이 이해될 것이다. 포트 벨트가 실린더와 조립될 때에만 제1 환형 채널 및 제2 환형 채널이 형성되기 때문에, 제1 중공 환형부 및 제2 중공 환형부가 내부 벽을 갖지 않는 이 실시예는 "쉘" 실시예로 지칭될 수 있다.

대안적으로, "풀 채널" 실시예로 지칭될 수 있는 실시예에서, 제1 중공 환형부와 제2 중공 환형부는 모두 제2 및 제4 포트가 형성되는 내부 벽을 가질 수 있다. 내부 벽은 제1 중공 환형부와 제2 중공 환형부 각각의 중심에 애퍼처를 형성한다. 이 실시예에서, 제1 환형 채널 및 제2 환형 채널은 각각 포트 벨트가 그 주위에 조립되는 실린더의 벽이 아닌, 제1 중공 환형부 및 제2 중공 환형부의 벽에 의해 각각 형성된다. 이들 실시예에서, 제1 중공 환형부의 제2 포트(들)는 제1 실린더의 벽에 형성된 포트(더욱 바람직하게는 일련의 포트)를 통해 제1 환형 채널과 제1 실린더 사이의 유체 연통을 제공하도록 위치되는 것이 바람직하다. 마찬가지로, 제2 중공 환형부의 제4 포트(들)는 바람직하게는 제2 환형 채널과 제2 실린더 사이에 유체 연통을 제공하도록 위치된다.

포트 벨트 장치가 실린더 자체를 포함하는 지의 여부는 쉘 또는 풀 채널 실시예 중 어느 것과 명백하게 양립할 수 없는 경우를 제외하고는 본 발명의 다른 선택적 특징에 중요하지 않다.

넓게 말하면, 본 발명의 제1 양태에 따른 포트 벨트 장치는 두 개의 구별되는 방식으로, 즉, 흡기 포트 벨트 장치로서 또는 배기 포트 벨트 장치로서 사용될 수 있다. 이는 차례로 아래에서 설명된다.

흡기 포트 벨트 장치의 목적은 내연 기관의 과급기로부터의 가압된 장입 공기 또는 과급 공기일 수 있는 장입 공기를 동일한 기관의 실린더로 안내하는 것이다. 흡기 포트 벨트 장치에서, 제1 포트 및 제3 포트는 과급기로부터 제1 환형 채널 및 제2 환형 채널 각각으로 가스의 유동을 허용하도록 배열된 입구 포트이다. 동일한 실시예에서, 제2 포트(들) 및 제4 포트(들)는 사용시에 제1 환형 채널로부터 제1 대응 실린더로, 그리고, 제2 환형 채널로부터 제2 대응 실린더로의 가스 유동을 허용하도록 배열된 실린더 입구 포트이다. 따라서, 가스 유로는 제1 환형 채널에서 제1(입구) 포트로부터 제2(실린더 입구) 포트(들)로 그리고 제2 환형 채널에서 제3(입구) 포트로부터 제4(실린더 입구) 포트(들)로 형성된다.

그 입구 포트로부터(즉, 추가로 가스 유로를 따라) 원주방향 거리가 증가함에 따라, 각각의 환형 채널의 반경방향으로 테이퍼링된 단면은 사용시에 가스가 실린더 입구 포트(들)를 통해 대응하는 실린더 내로 유도되고 제2 포트 및 제4 포트 모두에 대한 가스의 균등 분포를 보증하는 것을 돕는다.

반경방향으로 테이퍼링되는 것뿐만 아니라, 제1 및 제2 환형 채널은 또한 그 입구 포트로부터의 원주방향 거리가 증가함에 따라 그 깊이(즉, 실린더의 축에 평행한 그 치수)가 테이퍼링되어 가스 유로를 따른 단면적의 더 큰 감소를 달성하게 할 수 있다.

계속해서 흡기 포트 벨트 장치를 참조하면, 기관 설계는 동일한 주 입구 포트로부터 제1 포트 및 제3 포트(즉, 2개의 환형 채널에 대한 입구)를 공급함으로써 더욱 단순화될 수 있다. 따라서, 제1 포트 및 제3 포트는 바람직하게는 단일 주 입구와 유체 연통하도록 배열된다. 주 입구는 바람직하게는 제1 및 제3 포트(즉, 입구 포트)에 과급기와 같은 가스 공급원으로부터 과급 공기를 공급하도록 구성된다. 주 입구는 단순히 두 입구 포트 모두를 덮기에 충분한 폭을 갖는 단일 채널의 형태일 수 있다. 환형 채널을 통한 과급 공기의 유로는 본 출원에서 추후에 도면을 참조하여 더 상세히 설명된다. 다른 실시예에서, 예를 들어 패키징 이유로 인해, 제1 및 제2 환형 채널은 단일 주 입구가 아닌 2개의 별개의 입구(즉, 제1 포트 및 제3 포트 각각과 하나씩 연관됨)로부터 공급될 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이 단일 주 입구를 포함하는 실시예에서, 포트 벨트 장치는 제1 환형 채널과 제2 환형 채널 사이의 격벽 또는 분리 벽을 포함할 수 있고, 이는 주 입구로부터 유동하는 가스를 2개의 별개의 스트림으로 분리하도록 배열되고, 2개의 스트림은 하나는 제1 환형 채널 내로 유동(제1 스트림에 대응)하고, 다른 하나는 제2 환형 채널 내로 유동(제2 스트림에 대응)한다. 격벽 또는 분리 벽은 바람직하게는 위에서 정의된 중앙 평면에 평행하거나 실질적으로 평행하다. 격벽은 바람직하게는 제1 중공 환형부와 제2 중공 환형부 중 하나 또는 둘 모두의 외부 벽과 일체형이다. 격벽의 폭은 바람직하게는 주 입구로부터의 거리가 증가함에 따라 증가하고, 또한 바람직하게는 양 측면에 오목한 형상을 갖는다. 바람직한 실시예에서, 격벽은 위에서 정의된 바와 같은 중앙 평면에 대해 대칭이다.

흡기 포트 벨트 장치에서, 제2 포트 및 제4 포트는 각각 제1 환형 채널과 제1 실린더 및 제2 환형 채널과 제2 실린더 사이의 유체 연통을 제공한다. 실린더 내로의 가스의 유동을 개선시키고 보다 균일하게 하기 위해, 제1 중공 환형부와 제2 중공 환형부 각각은 복수의 제2/제4 포트(이하에서 실린더 입구 포트라고 함)를 포함하고, 이 포트를 통해 장입 공기가 실린더로 흐르는 것이 바람직하다. 이 실린더 입구 포트는 바람직하게는 그 각각의 환형 채널의 내부 벽 둘레에 원주방향으로 균등하게 분포된다. 각 실린더 입구 포트의 측부 벽은 바람직하게는 포트에 인접한 환형부의 내부 벽의 표면에 대해 또는 달리 말해 그 지점에서 환형 챔버 내의 가스 유로의 방향에 대해 경사지게 배향된다. 이러한 방식으로, 가스가 환형 채널을 따라 유동할 때, 가스는 실린더 입구 포트를 통해 각을 이루어 실린더 내로 유도되어, 가스가 실린더 둘레에서 소용돌이를 일으킴으로써, 연료와 가스(바람직하게는 과급 공기)의 개선된 혼합을 가능하게 한다. 바람직한 실시예에서, 각도는 올바른 소용돌이를 달성하도록 선택된다. 각도가 너무 크면 이때 양호한 연소를 촉진하기에는 실린더 내의 공기 운동이 불충분해진다. 각도가 너무 작으면 이때 공기 운동이 과도하여 연료 분무의 과도한 파괴 및 제한적 유동 효과로 인한 과도한 펌핑 손실이 생성되게 할 수 있다. 따라서, 실린더 입구 포트의 측부 벽과 실린더의 외부 벽일 수 있는 환형 채널의 내부 벽 사이의 각도는 바람직하게는 20° 이상이다. 또한 이 각도는 90° 이하다.

제1 환형 채널과 제2 환형 채널의 가장 좁은 지점은 가스 유로의 단부에 위치하고, 따라서 가스는 이 지점에 마지막으로 도달한다. 따라서, 대부분의 가스가 이미 선행 출구 포트를 통해 실린더로 이미 들어왔기 때문에, 적은 가스가 유로의 이 지점에 도달한다. 따라서, 단면적 감소의 결과로서 감소된 가스 물질 유동이 존재한다. 단면적의 감소는 일정한 유동 속도 및 일정한 가스 압력을 달성하는 데에도 도움이 된다(그러나, 표피 마찰로 인해 작은 감소가 있을 수 있음). 이 지점에서 물질 유동을 보충하기 위해, 제1 중공 환형부는 가스를 포트 벨트 장치의 주 입구로부터 가장 작은 단면적을 갖는 제1 환형 채널의 부분에 있는 또는 그 부근의 제1 환형 채널의 영역으로 유도하도록 배열된 보충 입구 포트를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 제1 환형 채널의 가장 좁은 부분은 주 입구 포트와 직접적으로, 즉 제1 환형 채널의 잔여 부분을 통하지 않고 유체 연통된다. 이는 증가된 양의 가스가 유입되고, 대응적으로 가스 유로의 먼 단부에 위치한 실린더 입구 포트 또는 포트들을 통해 유동하게 한다. 대응하는 보충 입구가 또한 제2 중공 환형부에 제공될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 제1 중공 환형부와 제2 중공 환형부 각각에 복수의 보충 입구가 있다. 이 보충 입구는 대응하는 환형 채널과 경사지게 만나도록 성형되는 것이 바람직하며, 따라서 보충 채널을 통해 환형 채널로 들어가는 공기는 공기 유동의 방향에 대해 90° 이하의 각도로 그리고 20° 이상의 각도를 이룬다. 각도가 작을수록 2개의 급격하게 유동하는 가스 스트림이 병합될 때 난류 유동이 발생할 위험이 줄어든다. 보충 입구는 바람직하게는 앞서 설명한 바와 같이 중앙 평면에 대해 대칭적으로 배열된다.

앞서 설명한 바와 같이, 포트 벨트 장치는 또한 배기 가스를 실린더로부터 배기 출구로 안내하는 데 벨트가 사용되는 배기 포트 벨트 장치로서 사용될 수 있다. 이 실시예에서, 제1, 제2, 제3 및 제4 포트는 앞서 설명한 흡기 포트 벨트 장치에서의 그 기능과 반대 기능을 갖는다. 구체적으로, 제2 포트 및 제4 포트는 제1 및 제2 실린더와 제1 및 제2 환형 채널 각각과의 유체 연통을 제공하는 실린더 배기 포트이다. 동일한 실시예에서, 제1 포트 및 제3 포트는 배기 가스를 제1 환형 채널 및 제2 환형부로부터 배기 출구로 전달하도록 각각 구성된 출구 포트를 형성한다. 따라서, 가스 유로는 제1 환형 채널 내에서 제2(실린더 배기) 포트로부터 제1(출구) 포트로 그리고 제2 환형 채널 내에서 제4(실린더 배기) 포트로부터 제3(출구) 포트로 형성된다. 출구 포트(즉, 제1 및 제3 포트)를 향한, 그리고, 추가로 유로를 따른 제1 환형 채널 및 제2 환형 채널의 확장 형상은 채널을 따라 유동하도록 실린더를 나가는 가스를 위한 충분한 체적이 환형 채널에 존재하는 것을 보증한다. 흡기 포트 벨트 장치와 마찬가지로, 제1 및 제2 환형 채널을 위한 배기 포트 벨트 장치에서, 제1 및 제3 포트 각각으로부터 원주방향 거리가 증가함에 따라 대응하는 중공 환형부의 평면에 실질적으로 수직한 방향으로(즉, 기관 실린더 축과 평행하게) 테이퍼링되는 것이 또한 바람직하다.

기관의 설계를 단순화하기 위해, 배기 포트 벨트 장치는 제1 및 제3 포트와 유체 연통하는 배기 출구를 더 포함할 수 있다. 배기 출구는 제1 및 제3 포트 모두를 덮기에 충분한 폭을 갖는 채널의 형태일 수 있다.

배기 포트 벨트 장치에서, 제2 포트 및 제4 포트는 각각 제1 환형 채널과 제1 실린더, 및 제2 환형 채널과 제2 실린더 사이의 유체 연통을 제공한다. 실린더로부터 그 각각의 채널로 가스의 개선된 유동을 위해, 각각의 중공 환형부는 복수의 제2/제4 포트(즉, 실린더 배기 포트)를 포함하는 것이 바람직하며, 이들은 각각의 환형 채널의 내부 벽에 대해 균일하게 원주방향으로 분포될 수 있다. 각 실린더 배기 포트의 측부 벽은 바람직하게는 실린더 배기 포트를 둘러싸는 내부 벽의 표면에 대해, 또는, 달리 말하면, 그 지점에서 가스 유로의 방향에 대해 경사지게 배향된다. 따라서, 실린더 배기 포트의 측부 벽과 실린더의 외부 벽일 수 있는 환형 채널의 내부 벽 사이의 각도는 바람직하게는 20° 이상이다. 또한 이 각도는 90° 이하이다. 이러한 방식으로, 배기 가스가 (피스톤의 운동에 의해 또는 소기에 의해) 실린더 밖으로 배출될 때, 이는 원하는 유로의 방향으로, 즉 출구 포트를 향해 환형 채널 내로, 그리고, 그 둘레로 유도된다.

본 발명의 양태에 따른 흡기 포트 벨트는 고급 플라스틱, 플라스틱 매트릭스 복합체 또는 금속으로 제조될 수 있다. 배기 포트 벨트는 금속 또는 금속 매트릭스 복합체로 제조될 수 있다.

본 발명의 제2 양태는 2 행정 내연 기관에서 사용하기 위한 포트 벨트를 제공하며, 포트 벨트는 환형 채널을 형성하는 중공 환형부를 가지며, 환형 채널은 제1 포트로부터 원주방향 거리가 증가함에 따라 중공 환형부의 평면에 실질적으로 수직인 방향으로(즉, 환형 채널이 둘러싸는 실린더의 길이방향 축에 평행하게) 테이퍼링되고, 중공 환형부의 내부 벽은 제2 포트를 갖는다.

본 발명의 제2 양태에 따른 포트 벨트는 본 발명의 제1 양태를 참조하여 앞서 설명된 임의의 선택적 특징을 포함할 수 있다. 특히, 제1 벨트의 환형 채널의 결합점에서의 단면적이 결합점으로부터 가장 먼 제1 포트 벨트의 중공 환형부의 원주 상의 지점에서 제1 포트 벨트의 환형 채널의 단면적보다 작도록 그 원주 각각에 위치된 결합점에서 둘 모두가 본 발명의 제2 양태에 따르는 제1 포트 벨트와 제2 포트 벨트를 함께 결합함으로써 본 기관의 제1 양태와 유사한 이중 포트 벨트 장치가 제공될 수 있다는 것에 유의하여야 한다.

본 발명의 제3 양태는 2 행정 내연 기관에서 사용하기 위한 포트 벨트를 제공하며, 포트 벨트는 입구 포트 및 출구 포트를 갖는 환형 채널을 형성하는 중공 환형부를 가지며, 입구 포트 및 출구 포트는 환형 채널의 대부분의 원주방향 주위의 가스 유로를 형성하고,

제1 중공 환형부의 벽은 입구 포트보다 출구 포트에 더 가까운 그 원주의 지점에서 환형 채널 내로 가스를 유도하도록 배열된 보충 입구를 더 포함한다.

본 발명의 제2 양태와 유사하게, 본 발명의 제3 양태에 따른 포트 벨트는 본 발명의 제1 양태를 참조하여 설명된 임의의 선택적인 특징을 포함할 수 있다. 본 발명의 제1 양태에서와 유사하게 이중 포트 벨트 장치는 또한 본 발명의 제3 양태의 2개의 포트 벨트를 그 각각의 원주 상의 결합점에서 함께 결합함으로써 제공될 수 있다.

본 발명의 제4 양태는 한 쌍의 인접한 실린더를 포함하는 2 행정 내연 기관에서 사용하기 위한 포트 벨트 장치를 제공하며, 장치는

제1 환형 채널을 형성하는 제1 중공 환형부로서, 제1 환형 채널은 제1 포트로부터 원주방향 거리가 증가함에 따라 반경방향으로 테이퍼링되고, 제1 환형 채널의 내부 벽은 제2 포트를 갖는, 제1 중공 환형부; 및

제2 환형 채널을 형성하는 제2 중공 환형부로서, 제2 환형 채널은 제3 포트로부터 원주방향 거리가 증가함에 따라 반경방향으로 테이퍼링되고, 제2 환형 채널의 내부 벽은 제4 포트를 갖는, 제2 중공 환형부를 포함하고,

제1 중공 환형부와 제2 중공 환형부는 그 각각의 원주 상에 위치된 결합점에서 함께 결합된다.

본 발명의 제5 양태는 본 발명의 제1, 제2, 제3 및 제4 양태 중 임의의 양태의 제1 실린더 및 제2 실린더와 이중 포트 벨트 장치를 포함하는 2 행정 내연 기관을 제공한다. 이러한 내연 기관은 본 발명의 제1, 제2, 제3 또는 제4 양태에 따른 관련된 이중 포트 벨트 장치를 각각 갖는 복수의 실린더 쌍을 포함할 수 있다.

이러한 2 행정 내연 기관은 발전기, 온 및 오프 로드 휠형 또는 트랙형 차량, 수륙 양용 차량, 경 항공기 및 헬리콥터와 같은 다수의 대형 기계에 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 제6 양태는 본 발명의 제5 양태의 2 행정 내연 기관을 포함하는 차량을 제공한다.

이하, 도면을 참조하여 이제 본 발명의 실시예를 설명할 것이다.
도 1a는 공지된 이중 포트 벨트 장치의 개략도이다.
도 1b 및 도 1c는 본 발명의 실시예에 따른 이중 포트 벨트 장치의 평면도를 도시하는 개략도이다. 도 1b는 흡기 포트 벨트 장치를 도시하고, 도 1c는 배기 포트 벨트 장치를 도시한다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 이중 포트 벨트 장치의 밀폐 체적을 나타내는 사시도이며, 이중 포트 벨트 장치는 흡기 이중 포트 벨트 장치로서 사용된다.
도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 이중 포트 벨트 장치의 외관을 도시하는 사시도이며, 이중 포트 벨트 장치는 배기 이중 포트 벨트 장치로서 사용된다.
본 발명의 또 다른 선택적인 특징은 이하의 설명에서 설명된다.

도 1b 및 도 1c는 본 발명의 제1 양태의 실시예에 따른 포트 벨트 장치(20)를 통한 단면이다. 이 2개의 장치는 도 1b가 흡기 포트 벨트 장치를 도시하고, 도 1c가 배기 포트 벨트 장치를 도시한다는 점에서 상이하다. 구조적으로, 이들은 동일하며, 양자 사이의 유일한 차이는 환형부(22A, 22B)를 통한 가스 유동의 방향이 역전된다는 것이다. 장치의 구조적 특징에 대한 설명은 여기에서 반복하지 않으며, 도 1b 및 도 1c의 동일한 참조 번호는 동일한 특징을 나타낸다.

장치(20)는 내부 벽(25A, 25B)에 의해 형성된 중심 개구(24A)(제1 실린더 위치에 대응) 및 중심 개구(24B)(제2 실린더 위치에 대응)를 각각 갖는 2개의 실질적으로 동일한(즉, 거울상) 중공 환형부(22A, 제1 중공 환형부에 대응)(22B, 제2 중공 환형부에 대응)를 포함한다. 2개의 중공 환형부(22A, 22B)는 본 실시예에서는 환형부가 서로 접하는 선인 결합점(J)에서 결합된다. 격벽(26)은 환형 채널을 분리시킨다. 포트 벨트 장치(20)는 중앙 평면(M)에 대하여 대칭이다. 중공 환형부(22A, 22B) 둘 모두는 주 입구(29)로부터 공급받는 입구(28A, 28B)를 각각 갖는 격벽(26)에 의해 분리된 환형 채널을 형성하며, 주 입구는 입구(28A, 28B) 모두를 덮기에 충분한 폭을 갖는 채널의 형태이다. 흡기 포트 벨트로서 사용되는 실시예에서, 과급 공기는 환형부(22A)를 위한 유로(F_in)로 도시된 바와 같이(도 1b에서만) 주 입구(29)로부터 환형 채널 주위로 유동한다. 환형부(22B) 내의 유로는 환형부(22A)에 대해 도시된 것의 거울상(중앙선(M)을 중심으로)일 것이다. 배기 포트 벨트 장치로서 사용되는 실시예에서, 즉 도 1c에서, 배기 가스는 실린더로부터 환형 채널 내로, 내부 벽(25A, 25B)의 실린더 포트(도시되지 않음)(제1 내지 제4 포트에 대응)를 통해, 그리고, 출구(28A, 28B)(도 1b에서 입구로서 작용함)를 거쳐 외부로 유동한다. 도 1c에서, 유로(제1 또는 제2 가스 유로에 대응)는 F_out로 표시된다.

환형 채널(제1 또는 제2 환형 채널에 대응)은 유로(F_in)를 따라 테이퍼링된다. 예를 들어, 우측 중공 환형부(22B)에서, W_A > W_B > W_C이다. 그 결과, 환형 채널의 단면적도 또한 감소한다. 따라서, 2개의 중공 환형부(22A, 22B)는 가장 좁은 영역(30A, 30B) 부근에서 결합된다는 것을 알 수 있다. 그렇게 함으로써, 사용시 2개의 실린더의 중심의 분리는 도 1a에 도시된 종래의 포트 벨트 장치(1)에서의 분리보다 작다. 분리(2R₁')는 포트 벨트 장치(20)의 전체 폭(W)의 절반보다 작다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 포트 벨트 장치(20)의 사시도를 도시한다. 언급될 바와 같이, 도 2a 및 도 2b에 도시된 포트 벨트 장치(20)는 앞서 설명한 "쉘" 실시예의 예이며, 중공 환형부(22A, 22B)는 내부 벽을 구비하지 않는다. 구체적으로, 도 2a는 포트 벨트 장치(20)의 내부 밀폐 체적, 즉 중공 환형부(22A, 22B)에 의해 형성된 환형 채널의 형상을 도시한다. 도 2b는 포트 벨트 장치(20)의 외관을 도시한다. 도 1b를 참조하여 설명된 특징은 간결함을 위해 여기서 다시 설명되지 않지만, 사시도는 몇몇 추가적인 특징을 강조한다. 먼저, 과급 공기가 원주방향으로 균등 분포된 방식으로 실린더에 들어가는 것을 보증하기 위해 유로(F_in) 주위의 모든 경로로 먼저 유동해야 할 필요 없이 과급 공기를 이 영역(30)에 제공하기 위해 주 입구(29)를 환형 채널의 가장 좁은 영역(30A, 30B)에 연결하는 보충 입구(32A-D)가 존재한다. 도 2a는 또한 환형 채널이 반경방향뿐만 아니라 높이 방향(H)으로 테이퍼링되는 것을 도시한다. 환형 채널의 가장 넓은 지점이 스텝(31A, 31B)에서 가장 좁은 지점(30A, 30B)과 유체 연통하지만, 입구(28A, 28B)는 가스가 분기되어 채널 주위의 양 경로로 유동하는 대신 가스가 유로(F_in)를 따라 유동하는 것을 보증하도록 성형된다는 것도 알 수 있다.(보충 입구(32A-D)를 통해 진입하는 가스 제외).

본 발명은 앞서 설명한 예시적인 실시예와 관련하여 설명되었지만, 본 개시내용을 참조할 때 본 기술 분야의 숙련자는 많은 동등한 수정 및 변형을 명백히 알 수 있을 것이다. 따라서, 앞서 설명한 본 발명의 예시적인 실시예는 예시적인 것으로 간주되고 제한적이지 않다. 설명된 실시예에 대한 다양한 변경이 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있다.

Claims (30)

1. 인접한 한 쌍의 실린더를 포함하는 2 행정 내연 기관에서 사용하기 위한 포트 벨트 장치이며, 장치는
   외부 벽과 내부 벽을 가지며, 제1 중공 환형부의 외부 벽과 내부 벽 사이에 제1 환형 채널을 형성하는 제1 중공 환형부로서, 제1 환형 채널은 제1 포트로부터 원주방향 거리가 증가함에 따라 반경방향으로 테이퍼링되고, 제1 중공 환형부의 내부 벽은 제2 포트를 가지며 제1 중공 환형부의 중심에 제1 개구를 형성하는, 제1 중공 환형부; 및
   외부 벽과 내부 벽을 가지며, 제2 중공 환형부의 외부 벽과 내부 벽 사이에 제2 환형 채널을 형성하는 제2 중공 환형부로서, 제2 환형 채널은 제3 포트로부터 원주방향 거리가 증가함에 따라 반경방향으로 테이퍼링되고, 제2 중공 환형부의 내부 벽은 제4 포트를 가지며 제2 중공 환형부의 중심에 제2 개구를 형성하는, 제2 중공 환형부를 포함하고,
   제1 중공 환형부와 제2 중공 환형부는 그 원주 각각에 위치된 결합선에서 함께 결합되며,
   결합선에서의 제1 환형 채널의 단면적은 결합선으로부터 가장 멀리있는 제1 중공 환형부의 원주 상의 지점에서의 제1 환형 채널의 단면적보다 작고
   제1 가스 유로는 제1 환형 채널에서 제1 포트와 제2 포트 사이에 형성되고,
   제2 가스 유로는 제2 환형 채널에서 제3 포트와 제4 포트 사이에 형성되고,
   제1 포트 및 제3 포트는 제1 및 제2 환형 채널에 대한 입구 포트이고,
   제2 포트 및 제4 포트는 가스가 제1 및 제2 환형 채널로부터 제1 및 제2 개구로 유동할 수 있는 실린더 입구 포트인, 포트 벨트 장치.
2. 제1항에 있어서,
   결합선에서의 제2 환형 채널의 단면적은 결합선으로부터 가장 먼 제2 중공 환형부의 원주 상의 지점에서의 제2 환형 채널의 단면적보다 작은, 포트 벨트 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   제1 중공 환형부의 제1 개구를 통과하는 제1 실린더; 및
   제2 중공 환형부의 제2 개구를 통과하는 제2 실린더를 더 포함하는, 포트 벨트 장치.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제3항에 있어서,
   제2 포트는 제1 실린더의 외부 벽의 구멍을 통해 제1 환형 채널과 제1 실린더 사이에 유체 연통을 제공하도록 배열되고,
   제4 포트는 제2 실린더의 외부 벽의 구멍을 통해 제2 환형 채널과 제2 실린더 사이에 유체 연통을 제공하도록 배열되는, 포트 벨트 장치.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   제1 중공 환형부와 제2 중공 환형부는 공통의 외부 벽을 공유하는, 포트 벨트 장치.
8. 삭제
9. 제1항에 있어서,
   제1 포트 및 제3 포트는 가스 공급원으로부터 가스를 전달하도록 배열된 단일 주 입구와 유체 연통하는, 포트 벨트 장치.
10. 제9항에 있어서,
    주 입구로부터 유동하는 가스를 제1 환형 채널을 향해 유도되는 제1 스트림과 제2 환형 채널을 향해 유도되는 제2 스트림으로 분리하도록 배열된 격벽 또는 분리 벽을 더 포함하는, 포트 벨트 장치.
11. 제3항에 있어서,
    제1 중공 환형부는 각각이 제1 환형 채널과 제1 실린더 사이에 유체 연통을 제공하는 복수의 원주방향으로 분포된 실린더 입구 포트를 포함하며,
    제2 중공 환형부는 각각이 제2 환형 채널과 제2 실린더 사이의 유체 연통을 제공하는 복수의 원주방향으로 분포된 실린더 입구 포트를 포함하는, 포트 벨트 장치.
12. 인접한 한 쌍의 실린더를 포함하는 2 행정 내연 기관에서 사용하기 위한 포트 벨트 장치이며, 장치는,
    외부 벽과 내부 벽을 가지며, 제1 중공 환형부의 외부 벽과 내부 벽 사이에 제1 환형 채널을 형성하는 제1 중공 환형부로서, 제1 환형 채널은 제1 포트로부터 원주방향 거리가 증가함에 따라 반경방향으로 테이퍼링되고, 제1 중공 환형부의 내부 벽은 제2 포트를 가지며 제1 중공 환형부의 중심에 제1 개구를 형성하는, 제1 중공 환형부; 및
    외부 벽과 내부 벽을 가지며, 제2 중공 환형부의 외부 벽과 내부 벽 사이에 제2 환형 채널을 형성하는 제2 중공 환형부로서, 제2 환형 채널은 제3 포트로부터 원주방향 거리가 증가함에 따라 반경방향으로 테이퍼링되고, 제2 중공 환형부의 내부 벽은 제4 포트를 가지며 제2 중공 환형부의 중심에 제2 개구를 형성하는, 제2 중공 환형부를 포함하고,
    제1 중공 환형부와 제2 중공 환형부는 그 원주 각각에 위치된 결합선에서 함께 결합되며,
    결합선에서의 제1 환형 채널의 단면적은 결합선으로부터 가장 멀리있는 제1 중공 환형부의 원주 상의 지점에서의 제1 환형 채널의 단면적보다 작고,
    제1 포트 및 제3 포트는 환형 채널로부터의 출구 포트이고,
    제2 포트 및 제4 포트는 실린더 배기 포트이고,
    제1 가스 유로는 제1 환형 채널에서 제2 포트와 제1 포트 사이에 형성되며,
    제2 가스 유로는 제2 환형 채널에서 제4 포트와 제3 포트 사이에 형성되는, 포트 벨트 장치.
13. 제12항에 있어서,
    제1 포트 및 제3 포트와 유체 연통하는 배기 출구를 더 포함하는, 포트 벨트 장치.
14. 제12항에 있어서,
    제1 중공 환형부의 제1 개구를 통과하는 제1 실린더, 및
    제2 중공 환형부의 제2 개구를 통과하는 제2 실린더를 더 포함하고,
    제1 중공 환형부는 각각이 제1 환형 채널과 제1 실린더 사이에 유체 연통을 제공하는 복수의 원주방향으로 분포된 실린더 배기 포트를 포함하며,
    제2 중공 환형부는 각각이 제2 환형 채널과 제2 실린더 사이의 유체 연통을 제공하는 복수의 원주방향으로 분포된 실린더 배기 포트를 포함하는, 포트 벨트 장치.
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