KR20020022052A - 발동기의 밸브장치 - Google Patents

Abstract

실린더(3)의 끝면에, 피스톤(5)의 끝면보다도 소면적의 개구(7)를 설치하여 밸브시트(8)를 형성하고, 상기 밸브시트(8)의 외측에는 상기 밸브시트(8)에 맞닿는 밸브체(9)를 배열설치하고, 상기 실린더(3)는 상기 밸브체(9)에 이접 가능하게 한다. 그리고, 압축행정에 있어서의 피스톤(5) 상승시에는, 실린더(3)의 상단면에 상향의 힘이 작용하여 실린더(3)가 밸브체 측으로 가압되기 때문에, 밸브시트(8)는 고정된 밸브체(9)와 압착하는 것으로 된다.

따라서, 이 발명에 의하면, 간이한 구조로 기밀성이 높은 밸브장치를 얻을 수 있음과 동시에, 개구부의 면적을 피스톤의 직경극한까지 크게 할 수 있으므로, 배출효율이 높은 엔진 등 발전기를 얻을 수 있다.

Description

발동기의 밸브장치{VALVE DEVICE OF ENGINE}

종래의 엔진은, 실린더의 흡배출용 밸브로서, 버섯밸브라고 하는 우산형의 밸브를 사용하고, 피스톤의 상하동과 밸브의 개폐와의 타이밍을 취하기 위해, 기어나 체인, 캠 등으로 양자를 연동시키고 있다.

상기 버섯형 밸브는 밸브의 개구면적이 작고, 구조상 개구면적을 크게 할 수 없으므로, 고속회전을 가능하게 하기 위해서 흡배출효율을 향상시킬 경우에는, 버섯형 밸브를 복수 부착하는 것이 필요하고, 피스톤과의 연동기구가 복잡하게 된다.

게다가 종래의 엔진에 사용되고 있는 버섯형 밸브 등의 밸브장치에 있어서는, 밸브체에 걸리는 내압은, 실린더의 직경과는 관계없이, 밸브면적(밸브시트의 개구면적, 밸브가 복수 설치되어 있는 경우는 그 합계면적)만으로 결정된다. 그 때문에, 배출효율을 향상시키기 위하여 밸브면적을 증대시키면, 밸브를 개방하기 위한 에너지손실이 증대된다.

또, 크랭크실 압축형 2사이클 엔진은, 크랭크실을 소기(掃氣)에 이용하고 있으므로 소기효율이 나쁘고, 윤활유를 연료에 혼합하지 않으면 안된다. 그 때문에배출가스의 문제의 해결이 곤란하다.

이 발명의 제1의 과제는 실린더의 흡배출용 밸브와 피스톤의 운동을 기어 등 부가적인 연동기구를 사용하지 않고 연동시키는 것이다.

이 발명의 제2의 과제는, 밸브의 개방을 위한 에너지 손실을 가급적 작게 하면서, 밸브면적을 증대하고, 흡배출효율이 높고, 고효율운전에 적합한 것으로 하는 것이다.

이 발명의 제3의 과제는, 2사이클 엔진에 있어도, 크랭크실을 소기에 이용하지 않고, 윤활유의 연료와의 혼합을 불필요하게 하여, 배출가스의 개선을 도모하는 것이다.

이 발명은, 엔진 또는 외연기관 및 펌프에 있어서의 실린더의 흡배출용 밸브장치에 관한 것이다.

도 1은, 본 발명의 원리를 설명하는 단면도,

도 2는, 동일하게 크랭크각 0도의 상태를 도시하는 설명도,

도 3은, 동일하게 크랭크각 60도의 상태를 도시하는 설명도,

도 4는, 동일하게 크랭크각 85도의 상태를 도시하는 설명도,

도 5는, 동일하게 크랭크각 180도의 상태를 도시하는 설명도,

도 6은, 동일하게 크랭크각 280도의 상태를 도시하는 설명도,

도 7은, 동일하게 크랭크각 315도의 상태를 도시하는 설명도,

도 8은, 이 발명의 최량의 형태 1을 도시하는 단면도,

도 9는, 동일하게 크랭크각 60도의 상태를 도시하는 설명도,

도 10은, 동일하게 크랭크각 85도의 상태를 도시하는 설명도,

도 11은, 동일하게 크랭크각 180도의 상태를 도시하는 설명도,

도 12는, 이 발명의 최량의 형태 2를 도시하는 단면도,

도 13은, 동일하게 크랭크각 75도의 상태를 도시하는 설명도,

도 14는, 동일하게 크랭크각 180도의 상태를 도시하는 설명도,

도 15는, 동일하게 점화불량시의 크랭크각 300도의 상태를 도시하는 설명도,

도 16은, 이 발명의 최량의 형태 2의 별도의 예를 도시하는 단면도,

도 17은, 이 발명의 최량의 형태 3의 것을 도시하는 단면도,

도 18은, 동일하게 크랭크각 180도의 상태를 도시하는 설명도,

도 19는, 동일하게 크랭크각 360도의 상태를 도시하는 설명도

도 20은, 동일하게 크랭크각 380도의 상태를 도시하는 설명도,

도 21은, 동일하게 크랭크각 540도의 상태를 도시하는 설명도,

도 22는, 동일하게 크랭크각 710도의 상태를 도시하는 설명도,

도 23은, 이 발명의 최량의 형태 4를 도시하는 단면도,

도 24는, 동일하게 로터리 밸브의 단면도,

도 25는, 동일하게 크랭크각 710도의 상태를 도시하는 설명도,

도 26은, 동일하게 로터리밸브의 연동기구를 도시하는 단면도,

도 27은, 이 발명의 최량의 형태 5를 도시하는 단면도,

도 28은, 동일하게 크랭크각 380도의 상태를 도시하는 설명도,

도 29는, 동일하게 크랭크각 710도의 상태를 도시하는 설명도,

도 30은, 전환밸브의 별도의 구조를 도시하는 크랭크각 0도에 있어서의 설명도,

도 31은, 동일하게 크랭크각 710도에 있어서의 설명도,

도 32는, 로크핀의 제어장치의 예를 도시하는 단면도,

도 33은, 이 발명의 최량의 형태 6을 도시하는 단면도,

도 34는, 동일하게 크랭크각 37도의 상태를 도시하는 설명도,

도 35는, 동일하게 크랭크각 59도의 상태를 도시하는 설명도,

도 36은, 동일하게 크랭크각 180도의 상태를 도시하는 설명도,

도 37은, 동일하게 크랭크각 323도의 상태를 도시하는 설명도,

도 38은, 동일하게 점화불량시의 크랭크각 323도의 상태를 도시하는 설명도,

도 39는, 2 사이클 엔진에 적용된 예를 도시하는 단면도,

도 40은, 이 발명의 최량의 형태 7을 도시하는 단면도,

도 41은, 동일하게 크랭크각 260도의 상태를 도시하는 설명도,

도 42는, 동일하게 크랭크각 540도의 상태를 도시하는 설명도,

도 43은, 동일하게 크랭크각 710도의 상태를 도시하는 설명도,

도 44는, 로크핀의 제어의 일예를 도시하는 단면도,

도 45는, 동일하게 캠홈의 설명도,

도 46은, 로크핀 제어의 별도의 예를 도시하는 단면도,

도 47은, 2개의 미끄럼 캠의 관계를 도시하는 설명도,

도 48은, 2개의 미끄럼 캠의 관계를 도시하는 설명도,

도 49는, 2개의 미끄럼 캠의 관계를 도시하는 설명도,

도 50은, 실린더 스프링에 U자형 스프링을 사용한 예의 단면도,

도 51은, 실린더를 캠으로 제어하도록 한 예를 도시하는 단면도,

도 52는, 동일하게 크랭크각 180도의 상태를 도시하는 설명도,

도 53은, 동일하게 크랭크각 230도의 상태를 도시하는 설명도,

도 54는, 동일하게 크랭크각 360도의 상태를 도시하는 설명도,

도 55는, 동일하게 크랭크각 405도의 상태를 도시하는 설명도,

도 56은, 동일하게 크랭크각 540도(좌측) 및 675도(우측)의 상태를 도시하는 설명도,

도 57은, 동일하게 실린더의 위치와 크랭크각의 관계를 도시하는 도면,

도 58은, 이 발명의 최량의 형태 8을 도시하는 단면도,

도 59는, 이 발명의 최량의 형태 9를 도시하는 단면도,

도 60은, 이 발명의 최량의 형태 10을 도시하는 단면도,

도 61은, 착화기 자체를 밸브체로 한 실시형태를 도시하는 단면도,

도 62는, 이 발명의 최량의 형태 11을 도시하는 단면도,

도 63은, 동일하게 유입시의 상태를 도시하는 단면도,

도 64는, 복동식 엔진으로 한 실시형태를 도시하는 단면도,

도 65는, 이 발명의 최량의 형태 12를 도시하는 단면도,

도 66은, 이 발명의 최량의 형태 13을 도시하는 단면도,

도 67은, 동일하게 실린더의 확대 단면도,

도 68은, 동일하게 별도의 형태의 실린더의 확대 단면도,

도 69는, 이 발명의 최량의 형태 14를 도시하는 단면도, 및

도 70은, 스털링 엔진의 예를 도시하는 단면도.

(부호의 설명)

1 : 엔진 2 : 크랭크실

3 : 실린더 3a : 상실린더

3b : 하실린더 3c : 받이홈

3d : 실린더본체 3e : 실린더 끝면체

4 : 실린더 스프링 5 : 피스톤

5a : 피스톤의 통형상부 6 : 크랭크

7, 51, 54 : 개구부 8 : 밸브시트

9 : 밸브체 9a : 밸브체의 폐색판

10 : 유입로 11, 68 : 유입관

12 : 유입구 13, 22, 22a : 배출구

14, 15 : 볼록부 15a, 55, 56, 83 : 단부

16 : 피스톤 스프링 17, 28 : 밸브스프링

18 : 유입실 19 : 로크핀

19a : 핀 20 : 연동기구

21 : 체크밸브 23 : 로터리밸브

23a : 로터리 밸브의 본체 23b :로터리 밸브의 밸브체

24 : 전환밸브 25 : 밸브스프링

27 : 중간밸브 27a : 유로

29 : 로크핀의 스프링 30 : 팁

31 : 캠홈 32 : 스토퍼캠

33 : 걸음볼록부 34 : 제어캠

35 : 보조밸브체 36 : 보조밸브체의 받이시트

37 : 통기구멍 38 : 착화기

39 : 연료노즐 40 : 노즐의 플런저

41 : 체크밸브 42, 43, 55, 56 : 단부

44 : 엔진본체의 캡 45 : 유입구

46 : 보조밸브체 47 : 밸브시트

48 : 돌기 49 : 피스톤의 개구부

50 : 밸브체 장착시트 51,54 : 개구부

52 : 가열기 53 : 냉각기

57,67 : 펌프실 58, 59 : 연통로

61 : 축 62, 63 : 미끄럼캠

64 : 볼록조 65 : 슬리브

66 : 다이어프램 68 : 유입관

71 : 자석 72 : 코일

75 : 로드 76 : 작동체

77 : 스프링 78 : 냉각수로

81 : 소직경부 82 : 대직경부

84 : 가스유로 85 : 열교환기

88 : 실린더 89 : 디스플레이서 피스톤

90 : 투명구멍 91 : 파워 피스톤

92 : 크랭크 93 : 피스톤 링

청구항 1의 발명은, 기체 등의 유체가 공급되는 실린더와, 이 실린더 내에 장착된 피스톤과, 상기 실린더로의 유체의 흡배출을 전환하는 밸브를 구비한 발동기에 있어서 밸브장치에 관한 것이다.

여기서, 상기 실린더의 끝면에, 피스톤의 끝면보다도 소면적의 개구를 설치하여 밸브시트를 형성하고, 상기 밸브시트의 외측에는 상기 밸브시트에 맞닿는 밸브체를 배열설치하고, 상기 실린더는 상기 밸브체에 이접(離接) 가능하게 한다. 그리고, 상기 밸브시트와 밸브체가 맞닿아서 실린더 내가 가압되었을 때에, 실린더가 밸브체측으로 가압되어서 밸브시트와 밸브체가 압착하도록 한 것을 특징으로 하는 것이다.

또한 이 발명에 있어서 발동기는 엔진, 외연기관 외에 펌프도 포함하는 것이다.

상기 실린더의 끝면은, 실린더본체와 일체화된 통상의 실린더 외에, 실린더 본체의 일단부에 실린더의 중심축을 따라서 이동 가능하게 실린더 일단면부재를 장착한 구성으로 할 수도 있다(청구항 2).

청구항 3의 발명은, 상기 밸브체를 기체 등의 유체의 유입로 및 배출로에 면하게 하고, 상기 유입로 및 배출로에는 체크밸브를 배열설치하고, 밸브 해방시에 실린더와 유입로 또는 배출로가 연통하도록 한 것이다.

청구항 4의 발명은, 밸브체를 2중구조로 한 것이다. 즉, 밸브체를, 실린더로의 연료 공급구멍이 설치되고 실린더의 밸브시트에 맞닿는 제1의 밸브체와, 제1의 밸브체의 외측에 맞닿는 제2의 밸브체로 구성한다. 그리고, 상기 실린더의 끝면과 제1의 밸브체 사이에 희박연료의 공급구를 개구시키고, 상기 제1의 밸브체와 제2의 밸브체 사이에 짙은 연료의 공급구를 개구시키고, 상기 제2의 밸브체에 착화기를 배열설치한 것이다.

청구항 5의 발명은, 밸브체에 연료분사의 노즐 및 착화기를 배열설치한 것이다.

청구항 6의 발명은, 상방에 유입구멍을 가지고 실린더에 맞닿는 제1의 밸브체와, 상기 유입구를 폐색하는 제2의 밸브체로 구성되고, 실린더를 밸브체 측으로 가압한 것이다.

청구항 7의 발명은, 밸브시트의 상방에, 밸브체의 승강에 따라 승강하는 승강밸브를 배열설치하고, 상기 승강밸브의 해방시에 승강밸브를 통과하는 유체가 실린더로 유입하기 위한 유로를 설치한 것이다.

청구항 8의 발명은, 승강 자유로운 실린더 내에 피스톤을 장착하고, 이 피스톤의 저면에 개구를 설치하여 밸브시트가 형성되어 있다. 그리고, 상기 밸브시트의 상방에 밸브체 장착부를 설치하고, 이 밸브체 장착부에, 하단이 밸브시트에 맞닿음 함과 동시에 상부 가장자리가 밸브체 장착부의 상부 가장자리에 맞닿는 정상부를 가진 통형상의 밸브체를 승강 가능하게 배열설치하고, 상기 피스톤이 상승했을 때에 피스톤의 밸브시트나 밸브체 하단에 맞닿아서 밸브체를 밀어 올리고, 유체가 피스톤과 실린더 사이에 유입되어 실린더를 밀어 내리도록 되어 있다.

이 발명의 기본적인 작용을, 2사이클 엔진에 적용한 도 1 내지 도 7에 근거하여 설명한다.

도 1에 도시하는 바와 같이 엔진(1)에 있어서, 크랭크실(2)의 상방에 실린더(3)가 승강 가능하게 설치되어 있다. 이 실린더(3)는 실린더 스프링(4)에 의해 상방으로 가압되어 있고, 상기 실린더(3) 내에 피스톤(5)이 장착되어 있다. 도면중 부호 6은 크랭크이다.

상기 실린더(3)의 상단면에는 개구부(7)가 형성되어 있고, 개구부(7)의 둘레 가장자리가 밸브시트(8)로 되어 있다. 그리고, 상기 밸브시트(8)의 상방에, 실린더(3)가 상승했을 때에 밸브시트(8)에 맞닿는 밸브체(9)가 배치되어 있다.

상기 실린더(3)의 상단면과 밸브체(9) 사이에는, 실린더(3)가 하강했을 때에 개통하는 유입로(10)가 형성되어 있고, 유입로(10)는 유입관(11)으로 크랭크실(2)에 연결되어 있고, 크랭크실(2)의 유입구(12)로부터 흡인된 신기(新氣)가유입로(10)를 거쳐서 실린더(3)로 공급되도록 되어 있다.

도면중 부호 13은 실린더(3)의 하방에 설치된 배출구이다.

도 2는, 피스톤(5)이 하사점(크랭크각 0도)에 있는 상태를 표시하고, 이 상태에서 피스톤(5)의 하단이 실린더(3)의 하단에 설치된 볼록부(14)에 맞닿아서, 실린더(3)는 피스톤(5)에 눌려서 하강되어 있고, 밸브시트(8)와 밸브체(9)는 이격되어 유입로(10)로부터 신기가 실린더(3) 내로 유입되고, 또 배출구(13)도 개구되어 있으므로 실린더(3) 내의 잔류가스가 배출되고, 실린더(3) 내는 신기로 전환된다.

도 3은, 크랭크각 60도의 상태를 표시하고, 이 상태에서 피스톤의 상승에 따라 실린더(3)는 실린더 스프링(4)의 힘으로 상승하고, 밸브시트(8)는 밸브체(9)에 맞닿아서 개구부(7)가 닫히는데, 배출구(13)는 개구 한 그대로이다.

도 4는, 크랭크각 85도의 상태를 표시하고, 배출구(13)는 피스톤(5)에 의해 닫히고, 실린더 내는 압축공정으로 들어간다.

이 압축공정에 있어서, 밸브시트(8)와 밸브체(9)의 압접력은 압축이 증대함에 따라 증대된다. 즉, 실린더(3)는 승강 가능하고, 피스톤 상승시에는 이 실린더의 상단면에 상향의 힘이 작용한다. 따라서 밸브시트(8)는 고정된 밸브체(9)에 압착하는 것으로 된다.

그 때문에, 개구부(7)의 면적이 크더라도, 간이한 밸브구조로 실린더 내의 압축된 유체의 누출을 방지할 수 있다.

도 5는, 크랭크각 180도의 상태를 표시하고, 피스톤의 상사점 부근에서 점화가 행해진다. 점화 연소된 가스가 발생하는 압력에 의해 피스톤은 하강하는데,상기 와 같이 실린더에는 상향의 힘이 작용함으로, 밸브시트와 밸브체의 압착상태는 유지된다. 개구부(7)는, 피스톤이 더 하강하여 배출구(13)가 개구하고(크랭크각 280도의 상태를 표시하는 도 6), 연소가스가 배출되고, 피스톤에 의해 실린더가 눌려 내려가기까지 개구한다.

도 7은, 크랭크각 315도의 상태를 표시하고, 피스톤(5)이 실린더(3)의 저부의 볼록부(14)에 맞닿아서 실린더를 눌러 내리고 있다. 이 때 밸브시트(8)와 밸브체(9)는 이격되어 개구부(7)가 개통하고, 크랭크실에서 압축되어 있던 신기가 유입되고, 도 2의 상태로 되돌아간다.

(발명을 실시하기 위한 최량의 형태 1)

도 8 내지 도 11은, 2사이클 엔진에 적용한 예이다.

도 8에 도시하는 바와 같이, 엔진(1)에 있어서, 크랭크실(2)의 상방에 실린더(3)가 승강 가능하게 설치되어 있다. 이 실린더(3)는 실린더 스프링(4)에 의해 상방으로 가압되어 있다. 또 실린더(3)의 하단은 하강시에 엔진본체의 볼록부(15)에 맞닿도록 하여, 실린더(3)가 배출구(13)를 개방하는데 필요한 한도에서 하강하도록 하고 있다. 상기 실린더(3) 내에 피스톤(5)이 장착되어 있고, 실린더(3)의 하단에 지지된 피스톤 스프링(16)에 의해 상방으로 가압되어 있다. 도면중 부호 6은 크랭크이다.

상기 실린더(3)의 상단면에는 개구부(7)가 형성되어 있고, 개구부(7)의 둘레가장자리가 밸브시트(8)로 되어 있다. 그리고, 상기 밸브시트(8)의 상방에, 실린더 (3)가 상승했을 때 밸브시트(8)에 맞닿는 밸브체(9)가 배치되어 있다.

상기 실린더(3)의 상단면과 밸브체(9) 사이에는, 실린더(3)가 하강했을 때에 개통하는 유입로(10)가 형성되어 있고, 유입로(10)는 유입관(11)으로 크랭크실(2)에 연결되어 있고, 크랭크실(2)의 유입구(12)로부터 흡인된 신기가 유입로(10)를거쳐서 실린더(3)로 공급되도록 되어 있다.

상기 피스톤 스프링(16)은 실린더 스프링(4)보다도 강하고, 피스톤 스프링(16)이 다 뻗었을 때에 피스톤(5)이 배출구(13)를 닫도록 되어 있다.

도 8은, 피스톤(5)이 하사점(크랭크각 0도)에 있는 상태를 표시하고, 이 상태에서 피스톤 스프링(16)은 압축되고, 실린더(3)는 피스톤(5)에 눌려서 하강하고 있고, 밸브시트(8)와 밸브체(9)는 이격되어 있다. 따라서 유입로(10)로부터 신기가 실린더(3) 내로 유입되고, 또 배출구(13)도 개구되어 있으므로 실린더(3) 내의 잔류가스가 배출되어, 실린더(3) 내는 신기로 전환된다.

도 9는, 크랭크각 60도의 상태를 도시하고, 이 상태에서 피스톤(5)은 상승하는데 피스톤 스프링(16)의 힘으로 실린더(3)는 눌려서 상승되지 않는다. 따라서 개구부(7)는 개구상태를 유지하고, 배출구(13)는 피스톤(5)에 의해 폐색된다. 따라서 개구부(7)로부터의 신기의 유입은 배출구(13)의 폐쇄후도 계속하므로, 이른바 관성과급이 행해진다.

도 10은, 크랭크각 85도의 상태를 표시하고, 피스톤(5)이 더 상승하여 피스톤 스프링(16)이 뻗으면, 실린더 스프링(4)의 힘이 피스톤 스프링(16)의 힘을 극복하고, 실린더(3)가 상승하여 밸브시트(8)가 밸브체(9)에 맞닿아서 개구부(7)가 닫히고, 실린더 내는 압축공정으로 들어간다.

이 압축공정에서, 밸브시트(8)와 밸브체(9)의 압접력은 압축이 증대함에 따라 증대한다. 즉, 실린더(3)는 승강 가능하고, 피스톤 상승시에는 이 실린더의 상단면에 상향의 힘이 작용한다. 따라서 밸브시트(8)는 고정된 밸브체(9)에 압착하는것으로 된다.

그 때문에, 개구부(7)의 면적이 크더라도, 간이의 밸브구조로 누출을 방지할 수 있다.

도 11은, 크랭크각 180도의 상태를 표시하고, 피스톤의 상사점 부근에서 점화가 행해진다. 점화연소된 가스가 발생시키는 압력에 의해 피스톤은 하강하는데, 상기와 같이 실린더에는 상향의 힘이 작용하므로, 밸브시트와 밸브체의 압착상태는 유지된다. 개구부(7)는, 피스톤이 더 하강하고 배출구(13)가 개구되어 연소가스가 배출되고, 피스톤에 의해 실린더가 눌려 내려지기까지 폐쇄된다.

피스톤(5)이 더 하강하면, 피스톤 스프링(16)에 의해 눌려 내려진 실린더(3)의 하단이 본체의 볼록부(15)에 맞닿으므로, 피스톤(5)은 피스톤 스프링(16)을 압축하면서 하강하여, 도 8의 상태로 되돌아간다.

상기 압축공정에서, 개구부(7)의 면적은 피스톤(5)의 평면적보다도 작으므로, 상기 면적의 차이에 상당하는 실린더에 걸리는 축방향의 힘이 밸브를 눌러 붙이는 방향으로 작용하고, 상기 실린더 스프링(4)과 피스톤 스프링(16)의 힘의 차이에 의해 얻을 수 있는 상향의 힘과 합산된다. 따라서 실린더 내압이 높아질 수록 밸브시트와 밸브체의 압접력은 커지고, 압축기나 다음의 연소가스의 압력을 외부로 누출시키는 일은 없다.

또, 상기 실시형태에 있어서는, 피스톤 스프링(16)의 작용에 의해 실린더(3)를 눌러 내리면서 피스톤(5)만이 상승하기 때문에, 도 9와 같이, 배출구(13)를 닫은 상태로 유입을 계속할 수 있어 유입효율이 향상된다.

(발명을 실시하기 위한 최량의 형태 2)

도 12 내지 도 14도, 2사이클 엔진에 적용한 예이다.

도 12에 있어, 엔진(1)의 크랭크실(2)의 상방에 실린더(3)가 승강 가능하게 설치되어 있고, 상기 실린더(3) 내에 피스톤(5)이 장착되어 있다. 상기 실린더(3)는, 상 실린더(3a)와 하 실린더(3b)로 구성되고, 상 실린더(3a)는 밸브스프링(17)에 의해 하방으로 가압되고, 하 실린더(3b)는 밸브스프링(17)보다도 강한 실린더 스프링(4)에 의해 상방으로 가압되어 있다.

상기 상 실린더(3a)의 상단면에는 개구부(7)가 형성되어 있고, 개구부(7)의 둘레 가장자리가 밸브시트(8)로 되어 있다. 그리고, 상기 밸브시트(8)의 상방에, 상 실린더(3a)가 상승했을 때에 밸브시트(8)에 맞닿는 밸브체(9)가 배치되어 있다.

상기 상 실린더(3a)의 상단면과 밸브체(9) 사이에는, 상 실린더(3a)가 하강했을 때에 개통하는 유입로(10)가 형성되어 있고, 유입로(10)는 유입관(11)으로 유입실(18)에 연결되어 있고, 유입실(18)의 유입구(12)로부터 흡인된 신기가 유입로(10)를 거쳐서 실린더(3)에 공급되도록 되어 있다.

도면중 부호 13은 배출구이다.

도 12는, 피스톤(5)이 하사점(크랭크각 0도)에 있는 상태를 도시하며, 이 상태에서, 상 실린더(3a)는 밸브스프링(17)에 의해 눌려 내려지고 있고, 밸브시트(8)와 밸브체(9)는 이격되어 유입로(10)로부터 신기가 실린더(3) 내로 유입된다. 한편 피스톤(5)의 하단이 하 실린더(3b)의 하단에 설치된 볼록부(14)에 맞닿고, 하 실린더(3b)는 피스톤(5)에 눌려서 하강되어 있고, 상 실린더(3a)와 하 실린더(3b) 사이에 간극이 생기고, 실린더(3)와 배출구(13)가 개통하고 있으므로, 실린더(3) 내의 잔류가스가 배출되고, 실린더(3) 내는 신기로 교체된다.

피스톤(5)이 상승하면, 실린더 스프링(4)의 힘으로 하 실린더(3b)가 상승하고, 상 실린더(3a)의 하단에 맞닿아, 배출구(13)가 폐쇄된다. 피스톤(5)이 더 상승하면, 도 13(크랭크각 75도의 상태를 표시한다)과 같이 상 실린더(3a)는 하 실린더(3b)에 밀려 올라가서 상승하고, 밸브시트(8)는 밸브체(9)에 맞닿아서 개구부(7)가 폐쇄되고, 실린더 내는 압축공정으로 들어간다.

도 14는, 크랭크각 180도의 상태를 도시하고, 피스톤의 상사점 부근에서 점화가 행해진다. 점화 연소된 가스가 발생되는 압력에 의해 피스톤은 하강하는데, 상기와 같이 실린더(3)에는 상향의 힘이 작용하므로, 밸브시트와 밸브체의 압착상태는 유지된다. 피스톤(5)이 더 하강하여 피스톤(5)의 하단이 하 실린더(3b)의 볼록부(14)에 맞닿으면, 하 실린더(3b)는 하강한다. 하 실린더(3b)의 하강에 의해 배출구(13)가　개구함과 동시에 연소가스는 이른바 블로다운(blow down)하여, 일거에 배출된다.

한편, 하 실린더(3b)의 하강에 의해 상향의 힘을 잃은 상 실린더(3a)는 상기 연소가스의 배출에 의해 실린더 내압이 저하하면, 밸브스프링(17)에 의해 밀려 내려가고, 밸브시트(8)가 밸브체(9)로부터 이격되어 개구부(7)가 개통된다.

도 15는 연료가 점화되지 않은 경우의 움직임을 도시하고, 점화되지 않은 경우는 실린더 내압은 압축압뿐이므로, 피스톤(5)의 상사점 근방에서는 밸브시트(8)가 밸브체(9)에 눌려 붙여져 있는데, 피스톤이 하강하면 내압이 저하되고, 상 실린더(3a)는 하 실린더(3b)와 함께 하강하고, 피스톤이 하사점 부근까지 하강했을 때에 비로서 배출구(13)가 개구한다.

상기 압축공정에 있어도 제1의 실시형태와 동일하게, 실린더내압이 높아질수록 밸브시트와 밸브체의 압접력은 크게 되고, 압축기나 다음의 연소가스의 압력을 외부로 누출하는 일은 없다.

상기에서, 상 실린더(3a)와 하 실린더(3b) 사이에 형성되는 배출간극이 최적인 크기는 운전상황에 따라서 상이한데, 상 실린더의 하강 이동량을 규제하는 본체의 단부(段部)(15a)의 위치를 변화 가능하게 하고, 최적인 배출상태를 얻을 수 있도록 할 수 있다.

또, 실린더 내압이 0이거나 부압일 때에는 완전히 닫혀지도록 조정하면, 카데나지·엔진(배출직후의 실린더 내 감압효과에 의한 유입 이용의 2사이클 엔진)과 동일한　효과를 얻을 수 있다.

상기 실시형태에 있어서는, 이하와 같이, 종래의 2사이클 엔진의 문제점이 해결된다.

(1) 유입구가 닫히기 전에 배출구가 닫히기 때문에, 신기의 유출이 적고, 또한 과급되므로, 연소효율이 향상함과 동시에, 미연소 HC의 배출도 적고, 특히 저속 토크성능이 향상된다.

(2) 유입실(16)을 독립해서 설치했으므로 유입에 크랭크실(2)을 이용하지 않는다. 따라서, 4사이클 엔진과 동일하게 윤활유를 크랭크실에 저장해 둘 수 있어, 윤활유가 연료와 함께 연소하는 일이 없어, 점화플러그로의 카본의 부착이나 배출가스가 푸른 연기로 되는 일도 없다.

(3) 배출구는 엔진의 원통형상부의 끝부에 위치시킬 수 있고, 배출열은 실린더의 주위에 균등하게 분산시킬 수 있으므로, 실린더 자체에 국부적 온도 얼룩이 발생하지 않고 열변형이 적다. 그 때문에, 피스톤이나 피스톤링과의 끼워맞춤 정밀도를 높일 수 있어, 기밀성이 높아지고, 연소가스나 윤활유의 누출이 가급적 방지된다.

(4) 연료가 점화되지 않는 경우는 배출구의 개구를 지연시켜서 배출을 억제할 수 있고, 시동시의 연료의 빠짐이 억제되고, 시동성능을 향상시킬 수 있다.

(5) 운전시의 흡배출조건을 자동적으로 조정할 수 있다. 즉, 운전시의 연소 압력이 낮은 때(저 부하시)에는, 점화후 단시간에 배출되어 실린더 내압이 저하되므로, 상 실린더(3a)가 단시간에 하강하여 배출구가 폐쇄되고, 유입구가 개방되어, 배출이 억제된다. 한편 연소압력이 높은 때는, 점화후 배출에 의해 내압이 저하 할 때까지의 시간이 길기 때문에, 상 실린더의 하강은 지연된다. 따라서 배출구의 개방 시간은 길어지고, 효율좋게 배출된다.

(6) 펌프실을 철거하고, 별도 유입측에 압축기 등을 부착함으로써, 본체의 직경을 작게 하고, 다기통 엔진으로 할 수도 있다.

도 16은, 2사이클 엔진에 있어서, 크랭크실을 통과시키지 않고 소기하게 한 별도의 형태를 도시하는 것이다.

즉, 크랭크실(2)에 다이어프램(66)을 설치하고 일측에 펌프실(67)을 설치하여, 펌프실(67)에 유입관(68)을 접속한다.

이 구조에 있어서, 피스톤(5) 및 실린더(3)의 승강에 의해 생기는 압력변화에 의해 다이어프램(66)을 구동하여 펌프력을 얻고, 유입관(68)으로부터 외기를 도입하여, 소기를 행한다. 그 밖의 구성, 작용은 도 12 내지 도 15의 예와 동일하다.

여기서, 피스톤과 함께 실린더도 승강하므로, 피스톤의 직경에 더하여 실린더의 외주부분이 크랭크실 공간의 압축비를 높이기 때문에, 펌프력이 향상되어, 소기효율이 향상된다.

(발명을 실시하기 위한 최량의 형태 3)

도 17 내지 도 22는 4사이클 엔진에 적용한 예이다. 또한, 이미 설명한 구성과 동일한 구성에 관해서는 설명을 생략한다.

실린더(3)는, 실린더 스프링(4)에 의해 상방으로 가압되고, 피스톤(5)은 피스톤 스프링(16)에 의해 상방으로 가압되며, 실린더(3)의 하단부에는, 실린더를 고정하는 로크핀(19)이 걸고 벗김이 자유롭게 배열설치되어 있다.

상기 로크핀(19)은, 크랭크(6)의 화전에 따라 실린더(3)에 이접하도록 연동기구(20)에 의해 제어되어 있다. 이 연동기구는 도면에서는 롤러, 벨트, 캠으로 구성된 것을 도시하고 있는데, 그 구성에 제약은 없고, 전기적인 제어로서도 좋다.

상기 실린더(3)의 상방에는 유입구(12), 배출구(22)가 개구되어 있고, 각각에게 체크밸브(21a, 21b)가 설치되어 있다. 이러한 체크밸브는 실린더 내압의 변화에 의해 개폐한다.

상기에 있어서, 도 17에 도시하는 크랭크각 0도의 상태에서는 피스톤(5)이 하사점에 있고, 실린더(3)에는 로크핀(19)이 걸음되고, 실린더(3)는 하방에 위치하고, 개구부(7)는 개통되어 있다. 또, 2개의 체크밸브(21a, 21b)는 함께 폐색되어 있다.

이 상태에서 피스톤(5)을 상승시키면 배출측의 체크밸브(21b)가 열리고, 실린더(3) 내의 기체가 배출된다(크랭크각 180도의 상태를 도시하는 도 18 참조).

뒤이어 피스톤(5)을 하강시키면, 유입측의 체크밸브(21a)가 열리고, 배출측의 체크밸브(21b)는 닫히므로, 실린더(3) 내에 신기가 도입된다.

도 19에 도시하는 바와 같이, 크랭크각 360도에 근접하면 피스톤 스프링(16)의 힘으로 실린더(3)가 실린더 스프링(4)에 저항하여 눌려 내려가고, 연동기구의 작용으로 실린더(3)의 로크핀(19)에 의한 걸음은 해제된다.

크랭크각 380도의 상태의 도 20에 도시하는 바와 같이, 실린더(3)가 로크핀(19)으로부터 개방된 상태에서 피스톤이 상승하고, 피스톤 스프링(16)에 의한 실린더(3)를 누르는 힘이 약해지면, 실린더 스프링(4)의 힘으로 실린더(3)는 상승하고, 밸브시트(8)는 밸브체(9)에 맞닿고, 개구부(7)는 폐색된다. 이 때, 2개의 체크밸브(21a, 21b)는 닫혀 있고, 압축공정으로 들어가고, 상사점 부근에서 연료에 점화된다.

연료의 점화에 의해 실린더 내압이 상승하면, 피스톤(5)은 눌려 내려간다. 피스톤(5)이 실린더(3)의 배출구(13)를 통과하면, 실린더 내의 가스는 배출구(13)로부터 블로다운하여, 실린더 내압은 급격히 저하한다.

실린더 내압이 저하하면, 실린더(5)에 걸리는 상향의 힘이 감소하므로, 피스톤 스프링(16)이 신장되고, 실린더(3)는 피스톤 스프링(16)에 의해 눌려 내려간다.그리고, 다음 사이클의 크랭크각 0도의 때에는 실린더(3)에 로크핀(19)이 걸음되고, 실린더(3)는 고정된다.

이 실시 형태에 있어서는, 연소가스의 배기가 실린더의 배출구(13)로부터 행해지고, 실린더 상방의 배출구(22)로부터 행해지는 소기를 위한 배기와 별도로 되어 있다. 그 때문에, 실린더 상부의 밸브부분을 고온가스가 통과하지 않고, 해당부의 고온가열이 적어, 밸브의 내구성, 신뢰성이 향상된다. 또, 배출로와 유입로의 전환은 간단한 체크밸브로 대응할 수 있고, 자연히 자동적으로 동작함으로, 기계적인 구동장치는 불필요하다.

(발명을 실시하기 위한 최량의 형태 4)

도 23 내지 도 26에 도시하는 실시형태는, 상기 실시형태 3의 체크밸브(21a, 21b)를 로터리밸브(23)로 바꾸고, 실린더(3)의 둘레의 벽에는 배출구를 설치하지 않고, 배기는 모두 실린더 상방의 배출구(22)로부터 행하도록 한 것이다.

실린더 둘레의 벽에 배출구가 없으므로, 피스톤 스프링은 불필요하다.

상기 로터리밸브(23)는, 실린더 상방의 유입구(12), 배출구(22) 사이에 장착되어 있고, 도 24에 도시하는 바와 같이 본체(23a) 내에 밸브체(23b)를 내장한 구조이다. 그리고, 제1사이클에 있어서 피스톤이 하사점 부근에 있을 때 유입구(12), 배출구(22)를 함께 닫고, 피스톤 상승시에 배출구(22)가 개방되고, 피스톤 하강시에 유입구(12)가 개방되어 제2사이클에서는 항상 유입구(12), 배출구(22)가 함께 닫도록 제어되어 있다.

상기 로터리밸브의 제어수단은, 크랭크(6)와 기계적으로 연동시키거나(도 26참조), 전기적으로 제어된다.

이 실시형태에서, 제 2 사이클로 피스톤이 상사점 부근에 있을 때 가스가 점화 되고, 실린더 내압이 증대하면, 피스톤(5)은 일거에 하강하여 실린더(3)를 눌러 내린다. 실린더의 하강에 의해 개구부(7)가 개방되어 압력가스는 블로다운하여 배출된다(도 25 참조).

이 실시 형태에 있어서는, 유입과 배출의 전환에 로터리밸브를 사용했으므로, 연소가스의 배출도 실린더 상방으로부터 행하는 것으로 해도, 열의 영향을 받기 어렵다. 또, 이 실시형태에 있어서 로터리밸브(23)는, 유체의 흐름방향을 바꾸는 것뿐이므로, 부하가 작고 원활하게 회전한다.

상기 도 26에 도시하는 예에 있어서는, 실린더(3)의 측벽에 걸음되는 로크핀(19)은 설치되지 않고, 로터리밸브(23)의 회전에 의해 실린더(3)의 상승을 제어하도록 되어 있다.

즉, 실린더(3)의 끝면에 상향의 핀(19a)이 돌출되어 있고, 한편 로터리밸브(23)의 본체(23a)의 하면에는, 핀(19a)에 대응한 홈(도시하지 않음)이 설치되어 있다. 로터리밸브(23)의 회전각도와 실린더(3)의 상승한도위치는 대응하므로, 실린더(3)의 상승을 허용하는 회전각도에서는 상기 홈을 깊게 해서 실린더의 상승을 허용하고, 실린더(3)가 하방으로 위치해야 할 회전각도에서는 상기 홈을 얕게(또는 홈을 설치하지 않음)함으로써, 실린더의 상승위치를 제어하도록 되어 있다.

또한, 핀(19a)을 로터리밸브(23)에 설치하고, 실린더(3)에 홈을 설치해도 동일하게 제어할 수 있다.

(발명을 실시하기 위한 최량의 형태 5)

도 27 내지 도 29에 도시하는 실시예는, 연소가스의 블로다운도 개구부(7)로부터 행하도록 한 별도의 예이다.

도 27(크랭크각 0도)에서, 실린더(3)의 상방에, 체크밸브(21a)가 부착된 유입구(12)와, 체크밸브(21b)가 부착된 배출구(22)와, 상기 배출구(22)의 하방에 형성된 연소가스 배출구(22a)가 배열설치되어 있다. 상기 연소가스 배출구(22a)에는 환상이고 단면 L자형상으로 한 전환밸브(24)가 승강 자유로이 부착되어 있고, 이 전환밸브(24)는 밸브 스프링(25)에 의해 하방으로 가압되어 있고, 전환밸브(24)의 하면은 실린더(3)의 상단면에 맞닿도록 되어 있다. 또한, 이 맞닿기 힘(밸브 스프링의 강도)은, 후에 기술하는 도 29의 상태에서 케이싱 내압에 의해 전환밸브(24)가 밀려 올라가서 연소가스 배출구(22a)가 개방되도록 설정된다.

이 실시형태에서, 제1사이클에 있어서는 실린더(3)는 로크핀(19)으로 고정되어 상승하지 않으므로, 전환밸브(24)는 밸브 스프링(25)의 힘으로 눌려 내려가고, 항상 연소가스의 배출구(22a)를 폐색하고 있다.

제 2 사이클에 있어서는 로크핀(19)의 걸음이 해제되어 실린더(3)가 상승하므로(크랭크각 380도의 상태를 도시하는 도 28 참조), 개구부(7)가 폐쇄되고 실린더 내가 압축되어, 피스톤의 상사점 부근에서 가스에 점화되고, 점화에 의한 내압증대에 의해 피스톤(5)은 일거에 하강하여 실린더(3)를 눌러 내리므로, 개구부(7)가 개방된다. 이 때, 연소가스의 압력이 개구부(7)를 거쳐서 상기 전환밸브(24)의하면에 작용하여 전환밸브(24)를 밀어 올리므로, 연소가스의 배출구(22a)가 개구되고, 배출구(22a)로부터 연소가스가 배출된다(크랭크각 710도의 상태를 도시하는 도 29 참조).

도 30, 도 31은 상기 전환밸브의 다른 구조를 도시하는 것이다.

여기서, 전환밸브(24)는 도넛형상의 원반으로서, 밸브 스프링(25)으로 하방으로 가압되어 있다. 그리고 연소가스의 배출구(22a)는 실린더(3)의 하강시에 실린더(3) 상단면의 위치보다도 하방에 설치되어 있고, 도 30에 도시하는 크랭크각 0도의 상태에서, 밸브 스프링(25)의 힘에 의해 실린더의 상단면에 맞닿은 전환밸브(24)에 의해, 실린더의 개구부(7)와 배출구(22a) 사이가 폐색되도록 되어 있다.

이 구성에 있어도, 연소에 의한 실린더 내압 상승시에 전환밸브(24)가 밀려 올라가서 실린더의 개구부(7)와 배출구(22a)가 연통하는 것은, 도 27의 구조와 동일하다(크랭크각 710도의 상태를 도시하는 도 31 참조).

이 실시형태에 의하면, 피스톤 밸브, 체크밸브 등의 흡배출의 전환에 필요한 동작은 모두 기체의 압력에 의해 자동적으로 이루어지므로 흡배출의 타이밍제어의 기구는 불필요하다.

도 32는, 상기 각 4사이클 엔진의 실시형태에 있어서, 로크핀(19)을 고정하는 로크핀(19)의 제어장치의 예를 도시하는 것이다.

즉, 로크핀(19)을 솔레노이드(26)에 의해 실린더(3)에 이접시키도록 한 것이다. 이 경우, 크랭크(6)의 위치를 센서로 검지하여 전기신호로 하고, 솔레노이드를ON/OFF 시킨다.

도 33 내지 도 43은 2중밸브구조로 한 것이고, 도 33 내지 도 39는 2사이클 엔진으로의 적용예, 도 40 내지 43은 4사이클 엔진으로의 적용예이다.

어느 것도, 실린더의 밸브시트(8)와 밸브체(9)가 직접 맞닿음하지 않고, 양자 사이에 도넛형상의 중간밸브(27)가 개재되고, 중간밸브(27)의 상면과 밸브체(9)의 사이, 중간밸브의 하면과 밸브시트(8) 사이에 각각 유로가 형성되도록 되어 있다.

(발명을 실시하기 위한 최량의 형태 6)

2사이클 엔진으로의 적용을 도시하는 도 33에 있어서, 실린더(3)와 밸브체(9) 사이에, 하면이 실린더(3)의 개구부(7)의 밸브시트(8)에 맞닿고, 상면이 밸브체(9)에 맞닿는 중간밸브(27)가 배열설치되어 있고, 상기 밸브시트(8)에 중간 밸브(27)가 맞닿고, 중간밸브(27)에 밸브체가 맞닿았을 때에, 실린더(3)의 개구부(7)가 폐색되도록 되어 있다. 그리고 상기 중간밸브(27)는 밸브 스프링(28)에 의해 하방으로 가압되어 있다.

또, 실린더(3)는 상승시에 배출구(22)를 폐색하도록 되어 있다.

여기서, 피스톤(5)이 하사점에 있을 때(도 33), 중간밸브(27)는, 밸브 스프링(28)에 의해서 밀려 내려가고, 중간밸브(27)의 상면과 밸브체(9) 사이에 유입유로가 형성되어 있다. 또 중간밸브(27)의 하면과 밸브시트(8) 사이에는 배출의 유로가 형성되어 있다.

따라서 소기펌프(도시 생략)로부터 압송된 혼합기는 유입구(12)로부터 실린더(3) 내로 유입되고, 피스톤(5)에 닿아서 반전하여 배출구(22)로부터 배출되고, 실린더 내는 소기된다.

이 혼합기의 흐름은 가장 잘 이용되고 있는 시뉘를레(schnurle) 방식보다 소기효과가 높고, 유니플로(uniflow)에 잇따르는　효율이라고 평가되고 있다.

피스톤(5)이 상승하면, 실린더 스프링(4)의 힘에 의해 실린더(3)가 상승하고, 중간밸브(27)가 밸브시트(8)에 맞닿고, 실린더(3)의 개구부(7)와 배출구(22) 사이는 폐색되고, 유입만이 계속된다(크랭크각 37도의 상태를 도시하는 도 34 참조).

피스톤(5)이 더 상승함에 따라 실린더(3)가 더 상승하고, 중간밸브(27)를 밀어 올려서 중간밸브(27)가 밸브체(9)에 맞닿고, 개구부(7)는 폐색되어, 압축공정으로 들어간다(크랭크각 59도의 상태를 도시하는 도 35 참조).

그리고, 피스톤(5)의 상사점 부근에서 가스는 점화된다(도 36 참조).

가스의 연소에 따른 실린더 내압의 증대에 의하여, 피스톤(5)이 밀려 내려가서 실린더(3)가 하강하면, 실린더 내압에 의해 밸브스프링(28)에 저항하여 중간밸브(27)가 밀려 올라가고, 배출로측이 개방되어 연소가스는 일거에 배출된다(크랭크각 323도의 상태를 도시하는 도 37 참조).

상기에 있어서, 연료에 점화되지 않은 경우는, 실린더 내압이 증가하지 않으므로 중간밸브(27)는 실린더(3)와 함께 하강하여(크랭크각 323도의 상태를 도시하는 도 38 참조), 유입구(12)가 먼저 개방되고, 실린더가 더 하강하면 배출구(22)가 개방된다.

도 39는 크랭크실 압축형의 2사이클 엔진에 상기 밸브구조를 적용한 것이다.

이 실시형태는, 유입구를 크랭크실에 설치한 이외는 상기 실시형태와 동일하다.

이들의 실시형태에 있어서는, 실시형태 2와 같이 실린더를 상하로 분할하지 않고, 또 실린더의 둘레의 벽에 배출구를 설치하지 않고, 흡배출을 완결할 수 있는 2사이클 엔진을 얻을 수 있다.

또, 실린더의 바로 위로부터 냉하고 비중이 큰 신기가 피스톤의 상면에 닿아서 냉각효과를 가져옴과 동시에, 반전하여 동심원을 겹치도록 잔류 연소가스를 배출구로부터 내보내므로, 반전형 환기법을 닮은 새로운 소기법을 얻을 수 있다.

(발명을 실시하기 위한 최량의 형태 7)

도 40 내지 도 43은, 4사이클 엔진에 적용한 것이다. 여기서, 중간밸브(27)에는, 상면에서 내측면을 향해 유입만을 허용하는 체크밸브 부착의 유로(27a)가 형성되어 있고, 또 제1사이클에서 실린더(3)에는 로크핀(19)이 걸음하여 상승이 저지되어 있는데, 실린더(3)의 받이홈(3c)에 여유를 갖게 하여, 제1사이클에서도 실린더는 약간 상승될 수 있도록 하고 있다.

여기서, 피스톤(5)을 하사점(도 40)으로부터 상승시키면, 잔류가스의 배출압에 의하여 중간밸브(27)가 밸브 스프링(28)에 저항하여 상승하고 배출구(22)가 개통되어, 잔류가스가 배출된다.

상사점에 이른 피스톤(5)을 하강시키면, 중간밸브(27)는 밸브 스프링(28)에 의해 하강하여 실린더(3)의 상단면에 맞닿아서 배출구(22)는 폐색되고, 한편 유입구(12), 유로(27a), 개구부(7)의 사이가 개통하여 실린더(3) 내에 신기가 유입한다(크랭크각 260도의 상태를 도시하는 도 41 참조).

제 2 사이클에서, 실린더(3)가 상승하면 중간밸브(27)는 밀려 올라가고, 실린더의 개구부(7)는 폐색되어 실린더 내기는 압축되어, 피스톤5의 상사점 부근에서 가스에 점화된다. 가스점화에 의한 압력증대에 의해 피스톤(5)이 눌려 내려가고, 피스톤은 하사점 부근에서 실린더(3)를 밀어 내리므로, 중간밸브(27)와 실린더(3)의 상단면 사이에 간극이 생기고, 이 간극을 거쳐 연소가스가 배출구(22)로부터 배출된다(크랭크각 710도의 상태를 도시하는 도 43 참조).

도 44, 도 45는, 캠기구에 의해 로크핀을 제어하는 예를 도시하는 것이고, 로크 핀을 사용한 상기 각 실시형태에 적용할 수 있는 것이다.

도 44에서, 실린더(3)의 하부에 장착된 로크핀(19)은, 스프링(29)에 의해 돌출방향으로 가압되어 있고, 선단부가 피스톤(5)의 측벽에 고정된 팁(tip)(30)에 설치된 캠홈(31)에 끼워 있다.

상기 캠홈(31)과 로크핀(19)의 위치관계는, 피스톤(5)이 하사점에 있는 크랭크각이 0도일 때에 도 45 부호 a에 로크핀이 위치하고, 크랭크각이 180도인 때에 부호 b에 위치하여 실린더(5)의 약간의 상승이 허용되고, 크랭크각이 360도인 때에 부호 c에 위치하여 실린더(5)가 하강하고, 크랭크각이 360도를 넘어서 제 2 사이클로 들어가면 d를 향해서 이동하여 실린더(5)가 상승하고, 크랭크각이 540도를 넘으면 a를 향해서 이동하도록 되어 있다.

상기 움직임을 얻기 위하여, a로부터 b, b로부터 c, c로부터 d, d로부터 a를향해서 캠홈은 오르는 경사로 되어 있고, 각 전환점(a, b, c, d)에 있어서 깊게 떨어져서 역방향으로는 이동되지 않도록 되어 있다.

도 46 내지 도 49는 실린더(3)를 승강시키는 다른 구조를 도시하는 것이다.

즉, 수직인 축(61)에 톱니형상의 끝면(62a, 63a)을 가진 2개의 미끄럼 캠(62, 63)을 부착하고, 로크핀에 상당하는 환상의 볼록조(64)를 갖는 슬리브(65)를 외측의 미끄럼 캠(63)에 고정해 있고, 상기 볼록조(64)가 실린더의 홈에 끼워맞춤되어 있다.

상기에서, 2개의 미끄럼 캠이 맞닿는 톱니형상 끝면의 맞닿음위치는, 미끄럼 캠의 이동에 의해 변화한다. 여기서 미끄럼 캠(63)이, 피스톤의 제1사이클에 있어서는 캠(63)이 낮은 위치에 있고, 제 2 사이클에 있어서는 높은 위치에 있도록, 대향하는 톱니형상의 끝면을 형성하면, 볼록조(64)를 통하여 실린더의 높이가 제어된다.

도 50은 실린더 스프링(4)의 다른 예를 도시하고, 상기 각 실시형태에 적당히 이용할 수 있는 것이다.

즉, 실린더 스프링(4)으로서 U자형상의 스프링을 사용하고, 그 일단을 크랭크(6)에 부착하고, 타단을 실린더(3)의 하단에 압접시켜서 실린더(3)를 상방으로 가압하도록 되어 있다

또한, 도 50에서, 로크핀(19)은 스프링(29)으로 실린더 방향으로 가압하고 스토퍼 캠(32)으로 로크핀(19)의 진퇴를 제어하도록 되어 있다.

여기서, 실린더(3)에 형성된 로크핀의 받이홈(3c)의 폭이 로크핀의 굵기보다도 넓고, 상하방향으로 유극이 있다. 이 유극의 존재에 의해, 배출시에 실린더(5)가 피스톤과 함께 약간 상승하고, 피스톤의 상면과 밸브체(9)와의 간극을 가급적 감소할 수 있으므로, 배출효과를 향상시킬 수 있다.

단, 피스톤(5)이 실린더 상면에 맞닿으면 로크핀(19)이 파손될 우려가 있으므로, 상기 양자가 맞닿지 않도록 유극량(홈폭)을 정한다.

도 51은, 실린더의 이동을 피스톤에 의한 직접조작이 아니라, 캠에 의해 행하도록 한 것이다. 또한, 이하에 도시하는 구조 외에, 적당한 캠구조나 클러치 기구, 걸고 떼어내기기구 등, 공지의 기계구조를 사용해서 실린더 또는 로크핀을 조작할 수 있다.

도 51에서, 실린더(3)의 하단부에 걸음 볼록부(33)가 설치되어 있고, 이 걸음 볼록부(33)에 제어캠(34)의 선단부가 장착되어 있다.

상기 제어캠(34)은 실린더 스프링(4)으로 되는 토숀스프링으로 상향으로 가압되어 있다. 그리고, 제어캠(34)은 크랭크(6)의 축에 기어, 캠 등의 운동기구(20)로 연동시키고 있고, 피스톤의 제1사이클에서는 도 51에 도시하는 정위치에 유지되고, 피스톤의 제2사이클에서 실린더 스프링(4)에 힘으로 상향으로 회전운동하고, 실린더(3)의 걸음볼록부(33)는 제어캠(34)에 눌려서 상승하도록 되어 있다.

또한, 상기 제어캠은, 기계적인 제어 외에, 전기적으로 제어되는 것으로 해도 좋다.

이와 같이, 실린더의 승강을 제어캠에 의해 제어하는 것으로 하면, 크랭크각과 실린더의 위치를 임의로 설정할 수 있다.

즉, 실린더의 위치를 제어캠으로 제어하면, 실린더의 하단을 피스톤의 하사점보다도 하방에 위치시킬 수 있다. 따라서 흡배출의 전환밸브를 간이구조로 할 수 있다.

즉, 도 51에서, 엔진 본체의 상부에 배출구(22)가 설치되어 있고, 배출구(22)의 하단 부근에 밸브체(9)가 면하게 되어 있고, 밸브체(9)의 하방에 유입구(12)가 설치되어 있고, 배출구(22)의 하단에 위치하는 볼록부(15)에 의해 도넛형상의 원반인　전환밸브(24)가 지지되어 있다.

여기서 상기 제어캠(34)은 이하의 움직임이 달성되도록 연동기구(20)의 캠에 의해 제어되어 있다.

피스톤(5)이 하사점에 있는 크랭크각 0도일 때(도 51), 실린더(3)는 내려가고, 전환밸브(24)는 닫히고, 유입구(12)는 실린더(3)의 둘레의 벽에서 닫혀 있다.

피스톤(5)이 상승할 때, 실린더(3)는 피스톤(5)의 가급적인 상승을 허용하기 위해 약간 상승하는데, 하부에 정지한다. 이 때 피스톤의 상승에 의해 잔류가스가 밀려 나가고, 전환밸브가 부상(浮上)해서 배출구(22)가 열린다(도 52).

뒤이어 피스톤(5)이 하강하는 유체의 유입시에는, 실린더(3)가 하강해서 그 상단이 상기 유입구(12)보다도 내려가고, 유입구(12)가 개통하여 실린더(3) 내에 신기가 유입된다. 이 때, 실린더 내압은 낮으므로 상기 전환밸브(24)는 내려가고, 배출구(22)는 닫힌다(크랭크각 230도의 상태를 도시하는 도 53, 동일하게 360도의 상태를 도시하는 도 54 참조).

제 2 사이클에 들어가면, 실린더는 상승하고 유입구(12)가 닫힘과 동시에,개구부(7)가 폐쇄되고 배출구(22)는 닫혀서, 압축공정으로 들어간다(크랭크각 405도의 상태를 도시하는 도 55 참조). 그 후, 크랭크각 540도 부근에서 연료에 점화하여 실린더 내압이 증대하여 피스톤이 밀려 내려가고, 배출의 압력으로 전환밸브(24)는 상승하여 배출구(22)가 개통한다. 뒤이어, 실린더(3)가 하강하여 크랭크각 0도의 상태로 되돌아간다.

도 57은, 상기에서 실린더 하단의 위치의 움직임을 크랭크각과의 관계를 도시하는 것이고, A는 배기, B는 흡기, C는 압축, D는 연소의 각 공정이다.

(발명을 실시하기 위한 최량의 형태 8)

도 58은, 보조밸브체(35)를 개재시키므로써, 보조밸브체(35)의 상방에 개구하고, 짙은 혼합기가 흡입되는 유입로(10a)와, 보조밸브체(35)의 하방에 개구하고, 연한 혼합기가 흡입되는 유입로(10b)에 유로를 나눈 것이다. 상기 보조밸브체(35)와 그 상방의 밸브체(9)로 실린더의 개구부(7)를 폐색하는 이 발명의 밸브체를 구성한다.

엔진본체에 보조밸브체(35)의 받이시트(36)를 설치하고, 실린더(5)의 상단면과 밸브체(9) 사이에 보조밸브체(35)를 개재시켜 놓고, 보조밸브체(35)에는 통기구멍(37)이 설치되어 있다. 또, 상기밸브체(9)에는 착화기(38)가 부착되어 있다.

또한, 실린더 및 피스톤의 승강에 관한 구체적인 구성은, 상기 각 실시형태에 도시하는 것을 적당히 적용할 수 있다.

여기서, 실린더(5)가 상승하면, 실린더의 밸브시트(8)가 보조밸브체(35)에 맞닿아서 이것을 밀어 올리고, 보조밸브체(35)의 상면은 밸브체(9)에 맞닿아서 실린더 내는 밀폐된다.

여기서, 보조밸브체(35)의 상방은 짙은 혼합기가 유입되는 유입로(10a)에 연결되어 있으므로, 보조밸브체(35)의 상방은 점화하기 쉬운 짙은 혼합기로 채워져 있어, 용이하게 점화된다.

따라서 희박 혼합기체라도 안정되게 점화연소시킬 수 있고, 산화질소(NOx)나 그 밖의 유해가스의 발생을 억제할 수 있다.

(발명을 실시하기 위한 최량의 형태 9)

도 59는, 이 발명을 디젤엔진과 같은 연료 직접분사식 엔진에 적용하고, 연료를 직접 실린더 내에 압송하기 위한 노줄을 밸브체(9)에 장착한 것이다. 이 실시형태에 있어서도, 실린더의 승강구조는 적당히 적용된다.

도 59에서, 밸브체(9)에, 착화기(38) 및 연료노즐(39)이 부착되어 있다.

이 연료노즐(39)은, 피스톤(5)의 움직임과 동기하여(예를 들면 캠기구나 솔레노이드 등의 전기적 기구로 연동시키는)상하하는 플런저(40)와 체크밸브(41)로 구성되어 있고, 밸브시트(8)와 밸브체(9)가 맞닿아서 실린더(3) 내가 폐색된 때에 연료가 노즐(39)로부터 분사되도록 되어 있다.

도 60은 직접 통내 분사식 엔진에 있어서 연료노즐(39)의 다른 예로서, 밸브체(9)의 승강에 의해 연료노즐의 플런저(40)를 상하시키도록 하고, 도 59의 예에서 연동기구를 불필요하게 한 것이다.

즉 밸브체(9)의 상측에 플런저(40)를 헐거운 끼움하고, 밸브체(9)의 단부(42)에 플런저(40)의 단부(43)를 맞닿음시켜, 상기 밸브체(9)는밸브스프링(17)에 의해 하방으로 가압된다.

이 구성에 의하면, 실린더(3)가 하강하고 있을 때에는 밸브체는 하강하고 있고, 그것에 따라 플런저(40)도 하강하여 체크밸브(41)는 닫혀 있으므로, 연료는 분출하지 않는다. 실린더(3)가 상승하여 밸브체(9)를 밀어 올리면, 플런저(40)도 상승하므로, 연료압의 발생과 동시에 체크밸브는 열리고, 밸브체(9)에 설치된 분출구멍을 거쳐서 연료가 분출된다.

또한, 도 59와 같이 착화기(38)를 설치하는 것도 가능하다.

상기 도 58 내지 도 60에 도시하는 바와 같이, 이 발명에 있어서는 밸브체(9)의 면적이 크므로, 밸브체(9)에, 착화기나 연료 분사노즐 등을 장착할 수 있다.

도 61은, 착화기 자체를 밸브체로서 사용한 것이다.

즉, 착화기(38)의 보디 하단면(38a)을 밸브시트(8)에 대응하는 크기 형상의 밸브체로서 하고 있다.

이 발명에 있어서는, 실린더 내압이 높아지면 밸브시트와 밸브체의 압접력은 높아지므로, 밸브시트와 밸브체의 밀착정밀도의 요구도가 낮다. 따라서 기존의 점화플러그의 선단부의 형상을 밸브시트에 대응시키는 것만으로 밸브체로서 충분히 사용 가능하다. 따라서 실린더 직경이 작은 모형용 엔진 등이라도, 정밀한 가공을 요하는 일 없이 실용적인 엔진을 얻을 수 있다.

(발명을 실시하기 위한 최량의 형태 10)

도 62, 도 63은, 이 발명을 압력유체엔진(외연 엔진)에 적용한 것이다. 또한, 압력유체로서는 증기 외에 가압유, 가압공기 등 여러가지의 압력유체를 포함하는 것이다.

도면에서, 엔진본체의 캡(44)에 압력유체의 유입구(45)가 설치되어 있고, 이 유입구(45)의 하방에 승강하는 구형(球形)의 보조밸브체(46)가 배열설치되어 있다. 이 보조밸브체(46)의 밸브시트(47)의 하방에 밸브체(9)가 승강 가능하게 장착되어 있고, 밸브체(9)는 밸브스프링(17)에 의해 하방으로 가압되어 있다.

상기 밸브체(9)에는 그 상하를 연통하는 통기로 및 밸브체(9)가 상승했을 때에 상기 보조밸브체(46)를 밀어 올려서 밸브를 개통시키는 돌기(48)가 설치되어 있다.

또, 실린더(3)는 실린더 스프링(4)에 의해 하방으로 가압되어 있다.

이 실시형태에 있어서, 도 62는 피스톤(5)이 하사점에 있고, 실린더(3)는 피스톤과 함께 하강하고 있다. 따라서 실린더(3)의 개구부(7)는 개방되고, 실린더 내의 유체는 배출구(22)로부터 배출된다.

또 이 때, 밸브체(9)는 하강하여 있으므로, 구형의 보조밸브체(46)는 하강하여 밸브시트에 맞닿아서 밸브는 폐쇄되므로 압력유체는 유입하지 않는다.

따라서 피스톤(5)은 언밸런스 웨이트의 작용과 타성에 의해 상사점으로 이동한다.

도 63은 피스톤이 상사점에 있는 상태를 표시한다. 이 때, 피스톤(5)의 상승에 따라 실린더(3)가 실린더 스프링(4)을 극복하여 상승하고, 실린더(3)의 밸브시트(8)가 밸브체(9)에 맞닿아서, 개구부(7)는 폐쇄되고, 실린더(3)와 배출구(22)도차단된다. 아울러, 밸브체(9)의 돌기(48)가 구형의 보조밸브체(46)를 밀어 올려서 밸브시트(47)로부터 이격되므로 밸브가 개방된다.

따라서 압력유체는 밸브체(9)에 설치된 유로를 거쳐서 실린더(3) 내로 유입하여, 피스톤(5)을 밀어 내린다.

상기의 압력유체의 유입시에, 실린더(3)의 내압이 증대함과 동시에 실린더(3)가 밸브체(1)를 밀어 올리는 압력도 증대하므로, 실린더 내의 압력유체가 누출되는 우려가 없는 것은 상기 엔진에서 각 실시형태와 동일하다.

압력유체의 작용에 의해 피스톤이 하강하면 실린더(3)는 피스톤에 눌려서 하강하고 도 62의 상태로 되돌아간다.

또한, 돌기(48)는 실린더 또는 피스톤에 설치해도 좋다.

이 실시형태에 의하면, 피스톤이 하사점 부근에 이르기까지 압력유체의 실린더(3)로의 유입이 계속된다. 그리고, 이 발명의 특징인 실린더 내압의 증대에 따라 밸브의 폐색상태가 한층 더 향상된 것과 함께, 압력유체의 압력을 가급적 장기간 피스톤에게 작용시킬 수 있어, 에너지손실이 적고 출력이 높은 외연엔진을 얻을 수 있다.

상기와 같이, 이 구성에 의하면 피스톤의 상사점 직전으로부터 하사점 직전까지 실린더의 개구부(7)가 폐쇄되어 압력유체가 실린더 내로 유입하므로, 이 동안 압력유체가 피스톤에 작용한다. 따라서 기통이 3개 이상의 다기통형 엔진으로써, 운전정지중에 실린더 내의 압력이 빠져서 실린더가 밸브체(9)로부터 이격되지 않도록 실린더의 승강을 제어하면(예를 들면 도 46에 도시한 실린더 승강의 제어장치를적용하면), 압력유체의 유량제어만으로 항상 정해진 회전방향의 시동이 되고, 게다가 에너지손실이 적고 토크가 큰 외연엔진을 얻을 수 있고, 금후의 압축공기 등을 에너지로 한 무공해의 경차량용 엔진 등에도 이용 가능한 것으로 할 수 있다.

도 64는, 도 62, 도 63의 밸브구조를, 복동식의 엔진(발전기)에 적용한 것이다.

즉, 실린더(3)의 양단에 밸브시트(8)가 형성되어 있고, 각각의 밸브시트(8)에 밸브체(9)가 면하게 하여 있고, 구형상의 보조밸브체(46)가 상기 밸브체(9)의 이동에 의해 개폐되도록 되어 있다.

실린더(3)에는 쌍두의 피스톤(5)이 장착되고, 피스톤 사이에 자석(71)이 부착되어 있고, 피스톤의 이동에 의해 자석(71)이 왕복이동하도록 되어 있다. 실린더(3)의 외측에는 자기회로와 코일(72)이 배열설치되어 있고, 피스톤의 이동에 의해 코일에 전압이 발생한다.

이 엔진에 있어서도, 밸브의 작동은 상기 도 62, 도 63의 것과 동일하다.

(발명을 실시하기 위한 최량의 형태 11)

도 65의 좌측에서 부호 A로 도시하는 외연엔진은, 청구항 8에 대응하는 것으로서, 피스톤(5)에 밸브시트(8)를 설치하고 있다.

도 65에서, 엔진본체에 실린더(3)가 승강 자유롭게 장착되어 있다. 이 실린더(3)는 크랭크(6)에 연결되어서, 그 승강운동이 회전운동으로 변환되어 출력되도록 되어 있다.

상기 실린더(3) 내에 피스톤(5)이 장착되어 있다. 이 피스톤(5)은개구부(47)를 가지고, 그 둘레 가장자리부가 밸브시트(8)로 되어 있음과 동시에, 피스톤 스프링(16)으로 하방으로 가압되어 있다.

상기 엔진본체에는 압력유체의 유입구(45)가 설치되어 있고, 그 하방에 밸브체(9)가 장착되어 있다. 이 밸브체(9)는 상부가 폐색판(9a)에 의해 폐색된 통형상체이고, 그 하단부가 상기 피스톤의 밸브시트(8)에 맞닿도록 되어 있음과 동시에, 밸브스프링(17)으로 하방으로 가압되어 있다. 그리고, 상기 폐색판(9a)의 둘레 가장자리부는 엔진본체에 형성된 밸브체 장착시트(50)에 맞닿고, 피스톤의 하강시에는 밸브체 장착시트(50)에 맞닿도록 되어 있다. 또 상기 밸브체(9)의 둘레의 벽에는 배출용의 개구부(51)가 설치되어 있고, 밸브체의 하강시에 엔진본체의 배출구(22)에 연통하도록 되어 있다.

도면중 부호 52는 가열기, 53은 냉각기이다.

여기서, 도면에 도시하는 바와 같이 실린더(3)가 하사점에 있을 때, 피스톤(5)도 또한 하방에 위치한다. 따라서 밸브체(9)는 하강하고, 밸브스프링(17)의 힘으로 밸브는 폐색되므로 압력유체는 유입하지 않고, 밸브체(9)의 개구부(51), 배출구(22)를 거쳐서 실린더 내의 유체는 배출되고, 언밸런스 웨이트 및 관성에 의해 실린더(3)는 상승한다.

실린더(3)가 상승하면 피스톤(5)도 상승하여 밸브시트(8)가 밸브체(9)에 맞닿아서 밸브체(9)를 밀어 올린다. 밸브체(9)가 상승하면 밸브체(9)의 폐색판(9a)이 밸브체의 장착시트(50)로부터 이격되므로, 유입구(45)와 실린더(3)가 연통하고, 압력유체가 실린더(3) 내에 유입된다.

압력유체의 유입에 따라 실린더(3)는 밀려 내려가므로, 피스톤(5)은 피스톤 스프링(16)의 작용에 의해 밀려 내려가고, 밸브체(9)로부터 이격된다. 피스톤(5)이 하강하면 밸브체(9)는 밸브스프링(17)의 작용에 의해 하강하므로, 개구부(51)가 배출구(22)와 연통함과 동시에, 개구부(51)와 실린더(3)가 연통하므로, 실린더 내의 유체는 배출되어, 도면의 상태로 되돌아간다.

이 실시형태에 의하면, 실린더 자체가 피스톤의 스트로크로 이동하므로, 피스톤에 크랭크를 연결한 것에 비교해서 동일 엔진본체의 크기에 있어 안내거리를 길게 할 수 있다. 따라서 플러터링(fluttering)이 감소하고 특히 대직경의 실린더로서 유리하다.

또, 압력유체의 유입구(45)와 밸브체 장착시트(50)의 사이 및 크랭크실에 외부로의 유로는 없다. 그리고, 압력유체의 유입에 의해 실린더(3)의 내압이 증대하면, 그 내압에 의해 피스톤(5)은 상방으로 눌리므로, 밸브시트(8)와 밸브체(9)는 한층 더 압착되어 기밀성은 증대된다. 따라서 압력유체가 크랭크실 등 실린더 외부에 누출될 우려가 적고, 간이 구조로 에너지 손실이 적은 외연엔진을 얻을 수 있다.

이와 같이, 에너지손실이 적으므로, 약간의 압력차이를 이용한, 파력(波力)이나 화산의 분출가스 등을 이용한 소규모발전에도 유효하다.

(발명을 실시하기 위한 최량의 형태 12)

도 65의 우측에 부호 B로 도시하는 실시형태는, 이 발명을 펌프에 적용한 것이고, 상기 엔진 A와 반대의 움직임을 행하도록 구성되어 있다. 즉, 배출구(22)가펌프본체의 상부에 설치되어 있고, 그 하방에 유입구(45)가 설치되어 있다. 그리고, 밸브체(9)는 바닥있는 통형상으로서, 그 저부는 개구하고, 이 개구부(54)를 개폐하는 구형상의 보조밸브체(46)가 장착되어 있다.

또, 피스톤(5)은 개구부(49)를 갖는 기판(5a)의 상방에 통형상부(5b)를 가지고, 이 통형상부(5b)와 펌프본체 사이에 장착된 피스톤 스프링(16)에 의해, 피스톤(5)은 상방으로 가압되어 있다.

여기서, 도면에 도시하는 실린더(3)가 하사점에 있는 상태에 있어서는, 피스톤(5)은 피스톤 스프링(16)에 의해 상방으로 가압되어 있으므로, 밸브체(9)에 맞닿고, 또한 보조밸브체(46)도 하강하여 있으므로, 실린더(3) 내는 외부와 차단되고, 언밸런스웨이트 및 관성에 의해 실린더(3)가 상승한다.

실린더(3)의 상승에 따라, 실린더(3) 내의 유체압에 의해 밸브(5)가 밀려 오르고 있음과 동시에, 보조밸브체(46)를 밀어 올리므로 개구부(54)가 개방되고, 실린더(3) 내의 유체는 배출구(22)로부터 배출된다.

유체가 배출되면 보조밸브체(46)는 하강하여 개구부(54)는 폐쇄된다. 이 때, 유입구(45)로부터는 항상 유체가 유입되고 있고, 그 유체압이 피스톤 스프링(16)의 힘을 상회하면, 피스톤(5)은 눌려 내려가고, 밸브시트(8)는 밸브체(9)로부터 이격된다. 따라서 유입구(45)와 실린더(3)가 연통하므로 실린더(3) 내로 유체가 고여서, 실린더(3)를 눌러 내려 도면의 상태로 되돌아간다.

이 펌프도 실린더 내의 압력유체가 외부로 누출될 우려가 없고, 압력차가 작은 유체라도 이용할 수 있고, 공조용의 펌프 등에도 유효하다.

상기 엔진(A)과 펌프(B)를 도 65와 같이 조합시키면, 가열기(52)에 의해 가열된 압력유체에 의해 엔진(A)을 작동하여, 엔진(A)으로 이용된 유체를 펌프(B)에 유도하여 펌프(B)를 작동시키는 것이 가능하므로, 유체를 순환시킬 수 있어, 물이나 공기 이외의 유체를 사용한 외연식 엔진으로의 적용에 유효하다.

(발명을 실시하기 위한 최량의 형태 13)

도 66의 실시형태는 1대의 기관에 의해, 상기 실시형태 11, 12에 있어서 엔진과 펌프의 쌍방의 기능을 갖게 한 것이다.

도 67에 도시하는 바와 같이, 기관본체의 내벽은, 단부(55)를 통하여 하부를 소직경으로 하고 있고, 실린더(3)의 외벽은, 단부(56)를 통하여 하부를 소직경으로하고 있어. 실린더(3)와 기관본체의 내벽 사이에 펌프실(57)이 형성되도록 되어 있다. 이 펌프실(57)의 용적은, 실린더(3)가 상승시에 크고, 하강시에는 작게 된다. 또, 기관본체에는 펌프실(56)과 가열기(52), 냉각기(53)와의 연통로(58, 59)가 설치되어 있다.

밸브체(9)의 구성은 상기 실시예와 동일하다.

여기서, 도면에 도시하는 피스톤(5)이 상사점에 있을 때 밸브체(9)는 밀어 올라가고, 유입구(12)와, 밸브체의 개구부(51), 그리고 밸브체(9)의 통형상부(9b)를 거쳐서 실린더(3)의 상방은 연통하고, 밸브체의 개구부(51)와 유출구(22)는 닫혀 있다. 따라서 가열기(52)로 가열, 팽창된 계내의 유체는 실린더(3)의 상방으로 유입하고, 피스톤(5)을 눌러 내린다. 피스톤(5)이 하강해서 그 하단이 실린더 하부의 단부에 맞닿면, 실린더(3)는 피스톤(5)에 눌려 내리고, 피스톤(5)과 함께 하강하여 하사점에 이른다.

실린더(3)가 하강했을 때 밸브체(9)는 내려가 있으므로, 유입구(12)와 실린더(3) 사이는 폐색되고, 실린더(3)는 유출구(22)를 통하여 냉각기(53)와 연통한다. 또 실린더(3)의 하강에 의해 펌프실(57)의 용적은 축소한다. 따라서, 펌프실(57)에 고인 유체는 펌프실(57)로부터 밀려 나가서 가열기(52)로 유입하여 가열된다. 이 동안에 언밸런스 웨이트 및 관성에 의해 피스톤(5)과 실린더(3)는 상승하고, 펌프실(57)의 용적은 증대한다. 실린더(3)의 상승공정에서 밸브체(9)는 내려가 있으므로, 상기 가열된 유체에 밀려서 냉각된 유체가 냉각기(53)로부터 펌프실(57)로 유입되어, 도면의 상태로 되돌아간다.

도 68은, 상기와는 역으로, 기관본체의 내벽은 단부(55)를 통하여 하부를 대직경으로 하고 있고, 실린더(3)의 외벽은, 단부(56)를 통하여 하부를 대직경으로 하고 있고, 실린더(3)와 기관본체의 내벽 사이에 펌프실(57)이 형성되도록 되어 있다.

이 구성에 있어서는, 실린더(3)의 상승시에 펌프실(57)의 용적은 증대하고, 하강시에 축소한다.

(발명을 실시하기 위한 최량의 형태 14)

도 69는, 실린더(3)를, 통체인　실린더 본체(3d)의 상단부에, 개구부(7) 및 밸브시트(8)를 설치한 실린더 단면체(端面體)(3e)를 승강 가능하게 장착한 구성으로 한 2사이클 엔진이고, 청구항 2에 대응하는 것이다.

상기 실린더본체(3d)는 엔진본체에 고정되어 있다. 그리고, 실린더 단면체(3e)는, 실린더본체(3d)에 기밀하게 장착되어 있고, 압력 상승시에 있어서도, 실린더본체(3d)와의 기밀성이 잃지 않도록 되어 있다.

상기 실린더 단면체(3e)는 로드(75)로 작동체(76)에 연결되어 있다. 이 작동체(76)는 스프링(77)에 의해 상향으로 가압되어 있고, 피스톤(5)의 하강시에 피스톤에 눌려서 하강하고, 상승시에는 스프링(77)의 힘으로 상승하도록 되어 있다.

도면에 도시하는 피스톤이 하사점에 있는 상태에서는, 작동체(76)는 하강하고 있으므로, 작동체(76)에 로드(75)로 연결된 실린더 단면체(3e)는 하강하고, 실린더 단면체(3e)에 형성된 밸브시트(8)와 밸브체(9)는 이격되어 있고, 실린더(3)와 배기구(22)가 연통되어 소기된다.

피스톤(5)이 상승하면, 작동체(76)는 잠시 피스톤과 함께 상승하고, 밸브시트(8)가 중간밸브(27)에 맞닿고, 유출구(12)가 닫히고, 유입만이 계속된다. 피스톤이 더 상승하면 스프링(77)의 힘으로 실린더 단면체(3e)가 중간밸브(27)를 밀어 올려서 밸브체(9)에 맞닿으므로, 유입구(12)도 닫히고, 압축공정으로 들어간다. 그리고, 피스톤의 상사점 부근에서 연료에 점화되고, 실린더 내압이 저하되어, 도시의 상태로 되돌아간다.

이 구성은, 실린더본체(3d)가 고정되어 있으므로, 실린더본체와 냉각수로 (78) 사이에 실린더 이동을 위한 간극이 불필요하고, 냉각효율의 저하가 생기지 않는 이점이 있다

또한, 상기에 있어서는 2사이클 엔진의 구성으로서 설명했는데, 4사이클 엔진에서도 동일하게 적용할 수 있다. 실린더 단면체(3e)와 작동체(76)를 로크핀(19)의 이용 등, 상기 각 실시형태로 도시한 승강식의 실린더를 승강시키는 기구에 의해 승강시키도록 하면 좋다.

(참고예)

이 발명과 같이, 피스톤과 함께 실린더도 이동하도록 하면, 이른바 디스플레이서형 스털링 엔진의 구조를 간략화할 수 있다.

스털링 엔진은 오래전부터 제안되고 있는데, 근래, 원동기의 효율화 및 저공해화를 위해 재평가되고 있는 것이다.

디스플레이서형 스털링 엔진은, 디스플레이서 실린더의 양단간을 열교환기를 개재시킨 가스 그 밖의 유체의 유로로 연결하고, 상기 디스플레이서 실린더 내에 장착된 디스플레이서 피스톤의 이동에 의해 냉기 또는 난기를 디스플레이서 실린더에 도입하도록 하고, 다시 상기 디스플레이서 실린더로부터 계내의 가스를 파워 실린더의 상부로 이끌고, 이 가스에 의해 파워 실린더 내에 장착된 파워 피스톤을 승강시켜서 동력을 얻도록 되어 있다.

따라서 종래의 디스플레이서형 스털링 엔진에 있어서는, 통상 디스플레이서 실린더와 파워 실린더라는 2개의 독립한 실린더와 2개의 크랭크가 필요했다.

그런데, 피스톤과 함께 실린더를 이동하게 함으로써, 1개의 크랭크로 디스플레이서형 스털링 엔진을 구동시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 이하에서 유체를 가스로 표현하는데, 기체 외에 액체를 사용하는 것도 가능하다.

도 70에서, 엔진본체의 내부공간은, 하부에 실린더로서 기능하는 소직경부 (81)가 형성되어 있고, 상부는 대직경부(82)로 하고, 소직경부(81)와 대직경부(82)사이에 단부(83)가 형성되어 있다.

그리고, 상기 대직경부(82)의 상벽과 대직경부(82)의 하부 측벽 사이는, 가스유로(84)로 연결되고, 이 가스유로(84)에는 위로부터 순서있게, 냉각기(53), 열교환기(85), 가열기(52)가 개재되어 있고, 대직경부(82)의 상부로부터 냉기가, 하부로부터 난기가 각각 공급되도록 되어 있다.

상기 소직경부(81)에는 실린더(88)가 승강 자유로이 장착되어 있고, 이 실린더(88)의 상단에는 디스플레이서 피스톤(89)이 일체적으로 설치되어 있다. 이 디스플레이서 피스톤(89)의 중앙에는 투명구멍(90)이 설치되어 있고, 실린더(88)의 하단부 내측에는 걸음부(88a)가 설치되어 있다. 그리고, 상기 디스플레이서 피스톤(89)은, 대직경부(82)의 상하에 걸쳐서 이동할 수 있도록 되어 있다.

상기 실린더(88)에는 파워 피스톤(91)이 장착되어 있고, 파워 피스톤(91)에 크랭크(92)가 연결되어 있다.

상기에서, 디스플레이서 피스톤(89)에는 실링용의 피스톤링(93)이 장착되어 있다. 이 피스톤링(93)에 의해 엔진본체의 대직경부 내벽 사이에 마찰저항이 생기고, 파워 피스톤(91)이 실린더(88) 내에서 이동해도, 그것만으로는 디스플레이서 피스톤(89)이 이동하지 않도록 되어 있다.

상기 스털링 엔진의 작동은 이하와 같다.

또한, 스털링 엔진의 이론상의 특성으로서, 상기 가스유로(84)에는 이론적으로 전혀 저항이 없는 것으로 되어 봉입가스의 압력에도 불구하고, 디스플레이서 피스톤의 상하에 걸리는 압력은 언제나 동일하다.

도면에서, 디스플레이서 피스톤(89) 및 파워 피스톤(91)은 함께 상사점에 위치하고 있다. 이 때, 가스유로(84) 내의 가스는 가열기(52) 측에 편재(偏在)되어 있으므로, 가열기로 가열된 가스에 의해 가스유로(84) 내의 압력이 상승한다. 상승한 압력에 상당하는 힘이 투명구멍(90)을 거쳐서 파워 피스톤(91)의 상면에 작용하고, 파워 피스톤(91)에 하향의 힘이 작용하여 하강한다.

파워 피스톤(91)이 하강하여 크랭크각이 90도에 가까워지면, 파워 피스톤(91)의 하단이 실린더(88)의 걸음부(88a)에 맞닿고, 실린더(88) 및 이것과 일체의 디스플레이서 피스톤(89)은 하강하여, 함께 하사점에 이른다.

또한, 파워 피스톤(91)의 움직임과 이것에 연동하는 실린더(88)의 움직임은, 양자의 위상차(상기에서는 약 90도)가 어긋나지 않도록, 필요에 따라 브레이크를 거는 등, 마찰력을 조정한다.

상기에서, 디스플레이서 피스톤(89)의 하강에 따라, 디스플레이서 피스톤(89)의 상방의 공간이 확대되고, 하방의 공간이 축소하므로, 가스는 냉각기(53) 측으로 이동한다. 이 때, 가열된 가스는 열교환기(85)에 열을 맡겨서, 온도가 저하되어 냉각기(53)로 들어간다.

계내의 가스가 냉각되면 가스유로(84) 내의 압력이 저하되고, 저하된 압력에 상당하는 흡인력이 발생하고, 파워 피스톤(91)이 흡인되어 상승한다. 그리고, 크랭크각 270도 부근에서 파워 피스톤(91)의 상단이 디스플레이서 피스톤(89)의 하면에 맞닿고, 디스플레이서 피스톤을 밀어 올린다.

디스플레이서 피스톤(89)의 상승에 따라, 가스는 가열기측으로 이동하여, 도면의 상태로 되돌아간다.

상기 가스의 이동에서, 가열기 측으로부터 냉각기측으로의 이동시에는, 열을 열교환기에 맡기고, 냉각기 측으로부터 가열기측으로의 이동시에는, 열교환기에 맡긴 열을 인출한다. 따라서 가열기에서의 가열량 및 냉각기에서의 냉각열량은 저감된다.

그리고, 디스플레이서 실린더와 파워 실린더가 일체화되어 있으므로, 가스유로(84)의 길이는 가급적 짧게 할 수 있어, 열의 로스도 적다.

상기의 구성으로 함으로써, 종래 독립된 구성으로 되어 있던 디스플레이서 실린더와 파워 실린더가 일체화되고, 기구가 간이화되어, 소형화가 가능하게 된다.

그리고, 가스 유로가 짧아도 족하기 때문에, 가스이동의 응답성이 좋고. 에너지 밀도가 높고　효율이 좋은 스털링 엔진을 얻을 수 있다.

(발명의 효과)

이 발명에 의하면, 실린더에 장착된 피스톤의 직경, 또는 실린더의 직경보다도 작은 개구부에 흡배출용의 밸브를 설치했으므로, 실린더 내압의 증가에 따라 밸브의 기밀성은 증대하는 것으로 되고, 간이한 구조에서 기밀성이 높은 밸브장치를 얻을 수 있음과 동시에, 개구부의 면적을 피스톤의 직경극한까지 크게 할 수 있으므로, 배출효율이 높은 엔진등 발동기를 얻을 수 있다.

또, 밸브체는 실린더 또는 피스톤에 설치된 밸브시트 사이에서 실린더의 압력을 제어하므로, 종래의 원동기나 펌프 등에서 보이는 실린더헤드와 본체 사이의 개스킷(고장이 많은)이 불필요하게 된다.

더욱, 이 발명의 내연기관에 있어서, 밸브체의 상하위치를 변화시키므로써 실린더의 승강거리가 변화한다. 그리고, 피스톤의 승강거리는 일정하기 때문에, 밸브체를 상방으로 위치시켜서 실린더의 상사점을 높게 설정하면 실린더 내의 압축비가 작고, 역으로 밸브체를 하방으로 위치시켜서 실린더의 상사점을 낮게 설정하면 실린더 내의 압축비가 크다. 즉, 밸브체를 상하시키므로써, 엔진운전중에 실린더 내의 압축비를 변화시켜서 연소효율의 제어를 행할 수가 있다.

이상과 같이, 이 발명의 밸브장치는, 간이 구조로 실린더의 흡배출용 밸브를 피스톤에 연동해서 개폐할 수 있고, 또한 밸브면적의 증대에 의한 고효율운전을 가능하게 하는 것이고, 내연기관, 외연기관에 폭넓게 적용될 수 있는 것이다.

Claims (8)

1. 유체가 공급되는 실린더와, 이 실린더 내에 장착된 피스톤과, 상기 실린더로의 압력유체의 흡배출을 전환하는 밸브를 구비한 발동기에 있어서,

   상기 실린더의 끝면에, 피스톤의 끝면보다도 소면적의 개구를 설치하여 밸브시트를 형성하고,

   상기 밸브시트의 외측에 상기 밸브시트에 맞닿는 밸브체를 배열설치하고,

   상기 실린더의 끝면은 상기 밸브체에 이접 가능하게 하고,

   상기 밸브시트와 밸브체가 맞닿아서 실린더 내가 가압되었을 때에, 실린더의 끝면이 밸브체 측으로 가압되어 밸브시트와 밸브체가 압착되도록 한 것을 특징으로 하는 발동기의 밸브장치.
2. 제 1 항에 있어서, 실린더는, 실린더본체의 일단부에 실린더 끝면부재를 실린더의 축방향으로 이동 가능하게 장착하여 구성한 것을 특징으로 하는 발동기의 밸브장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 밸브체는 유입로 및 배출로에 면하게 하고, 상기 유입로 및 배출로에는 체크밸브를 배열설치하고, 밸브해방시에 실린더와 유입로 또는 배출로가 연통하도록 한 것을 특징으로 하는 발동기의 밸브장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 밸브체는, 실린더로의 연료공급구멍이 설치되어 실린더의 밸브시트에 맞닿는 제 1의 밸브체와, 제 1의 밸브체의 외측에 맞닿는 제 2의 밸브체로 구성되고, 상기 실린더의 끝면과 제 1의 밸브체 사이에 희박연료의 공급구가 개구되고, 상기 제 1의 밸브체와 제 2의 밸브체 사이에 짙은 연료의 공급구가 개구되고, 상기 제 2의 밸브체에 착화기를 배열설치한 것을 특징으로 하는 발동기의 밸브장치.
5. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 밸브체에, 연료분사노즐 및/또는 착화기를 배열설치한 것을 특징으로 하는 발동기의 밸브장치.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상방에 유입구멍을 가지고 실린더에 맞닿는 제1의 밸브체와, 상기 유입구를 폐색하는 제2의 밸브체로 구성되고, 실린더의 끝면은 밸브체측으로 가압된 것을 특징으로 하는 발동기의 밸브장치.
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 밸브시트의 상방에, 밸브체의 승강에 따라 승강하는 승강밸브를 배열설치하고, 상기 승강밸브 해방시에 승강밸브를 통과하는 압력유체가 실린더로 유입하기 위한 유로를 설치한 것을 특징으로 하는 발동기의 밸브장치.
8. 승강 자유로운 실린더 내에 피스톤을 장착하고, 이 피스톤의 저면에 개구를설치하여 밸브시트를 형성하고,

   상기 밸브시트의 상방에 밸브체 장착부를 설치하고,

   상기 밸브체 장착부에, 하단이 밸브시트에 맞닿음과 동시에 상부 가장자리가 상기 밸브체 장착부의 상부 가장자리에 맞닿는 정상부를 가진 통형상의 밸브체를 승강 가능하게 배열설치하고,

   상기 피스톤이 상승했을 때에 피스톤의 밸브시트가 밸브체 하단에 맞닿아서 밸브체를 밀어 올리고, 유체가 피스톤과 실린더 사이로 유입하여 실린더를 눌러 내리도록 한 것을 특징으로 하는 발동기의 밸브장치.