KR20020069354A - 동축방향으로 강제배기하는 2행정 동력발생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동력실린더(200)를 가진 내연기관이고, 동력실린더(200)안에서 동력, 벤틸레이션(흡입과 배출을 동시에 구성한다) 및 압축이 엔진의 사이클을 이루고, 도입실린더(100)안으로 공기 도입이 되면 동력실린더(200)안의 사이클에 대하여 보조적이고 부수적인 효과를 가지며, 그 결과 종래 내연기관에 비하여 엔진냉각 연료 효율이 개선된다. 동력실린더(200)와 도입실린더(100)의 상호 연결은 이동 체임버로 이루어지는 데, 이동 체임버는 동력실린더(200)의 상부에서 개방되어 있고, 다음에 일방향 압력감응식 개폐밸브(60)가 구비되어 그 내부의 압력이 유도실린더(100)의 압력이하로 떨어지면 공기를 동력실린더(200)로 흐르게 한다. 배기구(12)는 마찬가지로 동력실린더(200)의 바닥부근에 위치한다.

Description

동축방향으로 강제배기하는 2행정 동력발생장치{ FORCED COAXIALLY VENTILATED TWO STROKE POWER PLANT}

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.

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.

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.

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. 그리하여 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.

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.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 장점들은 후술하는 발명의 바람직한 실시예와 다음 도면을 참조할 때 그 변형으로부터 더욱 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 3단계 방식(3과정)의 내연기관의 사시도로서, 완전히 개방된 상태,

도 2는 압축과정중인 도 1의 내연기관의 사시도,

도 3은 점화/연소과정중인 도 1 내지 도 2의 내연기관의 사시도,

도 4는 동력행정중인 도 1 내지 도 3의 내연기관의 사시도,

도 5는 밀폐된 위치에 있는 본 발명의 밸브 조립체에 대한 정면도,

도 6은 슬라이드밸브부재의 정면도,

도 7은 도 6의 A-A선을 따라 절단한 슬라이드밸브부재의 부분 횡단면도,

도 8은 개방위치에 있는 밸브 조립체의 부분 횡단면도,

도 9는 실린더의 헤드안에 위치하여 복수개의 완만하고, 연속적인 공기 층류를 실린더 안으로 도입하는 복수개의 밸브를 가진 작동실린더의 평면도,

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따라 동력피스톤이 상사점 위치에 있는 이중실린더, 3단계 방식의 내연기관의 사시도,

도 11은 도 10의 내연기관의 단면도로서, 동력피스톤이 하강하는 상태의 단면도,

도 12는 도 10 내지 도 11의 내연기관의 단면도로서, 동력피스톤이 하사점의 위치에 있는 상태의 단면도,

도 13은 도 10 내지 도 12의 내연기관의 단면도로서, 동력피스톤이 상승하는 상태의 단면도이다.

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.

본 발명의 다른 목적은 연소 실린더 안으로 공기를 도입하여 연소 실린더 전체를 냉각시키는 내연기관을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 4사이클 엔진에 비하여 구조를 복잡하게 하거나 무게를 증가시키지 않고, 종래 2사이클 엔진보다 효율이 높은 내연기관을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 종래 4사이클 엔진의 장점은 가지면서 총 사이클의 25 내지 40% 이상의 출력행정을 연장하는 내연기관을 제공하는 것이다.

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.

본 발명의 또 다른 목적은 종래 2행정 엔진특성과 같이 오일을 연료에 혼합할 필요가 없는 내연기관을 제공하는 것이다.

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.

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.

상기 본 발명에 따른 엔진의 사이클은 다음과 같이 구성된다.:

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, 연소실린더의 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.

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.

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.

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. 상기슬라이드부재의 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.

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.

압축공기 흡기포트(13)는 동력실린더(200)의 헤드의 입구이다. 일방향 압력감응식 개폐밸브(60)가 상기 흡기포트(13)안에 둘러싸여 있고, 상기 밸브(60)는 동력실린더(200)의 내부압력이 떨어져 상기 밸브(60) 전후로 압력차이를 일으킬 때 압축공기가 압축공기 흡기포트(13)에서 동력실린더(200)로 충전되게 한다.

하나 이상의 배기포트(12)들이 상기 동력피스톤의 아래쪽 위치부근에 위치한 동력실린더(200)의 측벽에 위치한다.

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.

본 발명의 3단계 방식의 벤틸레이션, 압축 및 동력과정의 방법은 도 1 내지 도 4를 참조하여 다음에서 설명하는 바와 같이, 단지 2행정에서 수행된다.

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 동랙실린더(200)안으로 충전되게 된다. 배기포트(12)가 개방되어 있을 때, 개폐밸브(60)를 통과하여 유입되는 새로운 공기는 잔존하는 연소산물을 동력실린더(200)에서 교체되게 한다.

도 2는 동력피스톤(30)이 상승 혹은 복귀행정 중에 있고, 배기포트(12)가 밀폐된 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.

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.

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 종료한다. 배기포트(12)가 노출되면 동력실린더(200) 내에서 압력의 급격한 저하로 인하여 압력감응식 개폐밸브(60)는 개방되게 된다.

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.

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.

벤틸레이션 과정이 동력실린더 내부압력을 저장탱크의 내부압력이하로 낮추게 됨에 따라 개폐밸브(60)는 개방되어 새로운 공기를 연소실린더 안으로 유입시킨다. 상기 공기 공급원이 동력피스톤(30)와는 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.

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 달힐 대 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)위 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 나사구멍에결합된다.

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.

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.

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(23)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.

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.

상기한 바와 같이, 슬라이드 밸브부재(20)는 또한 외측 측벽에 위치한 좁은 통로(22)에 구비된다. 상기 좁은 통로(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.

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(40)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 통가하여 슬라이드 밸브부재(20)를 따라 흘러가게 한다. 스프링(14)은 밸브 하우징(10)내에 구비되어 슬라이드 밸브부재(10)가 닫힘위치로 편향되게 환형링(21)에 힘을 작용한다.

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 알려져 온스월 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.

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 공지의 밸브에 비하여 아주 간단한 구조를 가진다. 간단한 구조는 밸브 유니트의 제조원가를 낮추어준다.

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.

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.

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.

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.

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(50)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.

동력실린더로 유입되는 공기의 량을 조절하기 위하여 도입실린더(100)는 도입실린더(100)의 상단 부근에 위치한 기계식 또는 전자기계식의 릴리트밸브를 선택적으로 구비할 수 있다. 상기 릴리프밸브는 연소과정에 불필요하거나 원하지 않는 공기를 동력실린더(200)로 공기이동이 있기전에 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.

실린더의 "헤드" 근처에서 뜨겁고 차거운 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.

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 압축된 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.

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.

2중 실린더의 구조에서 벤틸레이션, 압축 및 동력의 3단계 방식의 방법은 다음과 같이 단지 2행정에서 수행된다. 도입피스톤(20)이 하사점에 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.

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 일어날 것이다. 그 결과 연소는 실린더 내부의 압력을 급격히 증가시킨다.

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.

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 ㅇ입되는 새로운 공기의 유입량을 최대로 한다. 도입피스톤(20)이 대략 140도 이동하였을 때( 하사점 위치에서 약 40도 일 때), 동력피스톤(30)은 상사점 위치에 도달하여 연료와 공기의 혼합가스를 완전히 압축하고, 동력실린더(200)안에서 연소과정을 시작한다.

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.

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 잔류하는공기를 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.

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.

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.

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.

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.

종래 2행정 엔진에서는 피스톤이 하사점에서 배기포트의 상단으로 이동하는 동안의 사이클 과정은 연소산물의 일부로서 사용될 수 있었던 공기와 연료의 심각한 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.

Claims (25)

1. 커넥팅로드로써 구동축에 연결되고, 제1선단에 인접한 상사점과 제2선단에 인접한 하사점 사이에서 왕복운동을 하도록 설치된 하나의 피스톤을 가진 동력실린더와, 상기 동력실린더의 제1선단에 인접하고 상기 동력실린더를 압축공기 공급원에 서로 연통시키는 공기 흡기포트와, 상기 공기 흡기포트안에 설치된 자동 압력감응식 밸브와, 상기 동력실린더의 상기 제2선단에서 충분한 거리만큼 떨어져 위치하여 상기 피스톤이 하사점에 있고, 전 과정 동안 상기 피스톤에 의해 적어도 부분적으로 막혀 있는 배기 포트를 포함한 2행정 내연기관에서,

   하강하는 상기 피스톤에 의해 발생되는 상기 압력감응식 밸브 양측의 압력차이에 반응하여 상기 동력실린더 안으로 압축공기를 유입하고, 상기 배기 포트를 노출하며, 상기 배기 포트가 적어도 부분적으로 노출되는 동안에 상기 압축공기가 유입되는 단계;

   배기 포트가 밀폐됨에 따라 상승하는 상기 피스톤에 의해 동력실린더 안의 공기를 압축하는 단계;

   압축된 공기/연료 혼합가스를 생성하기 위하여 상기 압축 과정동안에 상기 공기에 연료를 추가하는 단계;

   상기 피스톤이 동력실린더 안에서 하강하도록 상기 연료/공기 혼합가스를 연소하는 단계; 및

   상기 피스톤이 하강행정중에 상기 배기포트를 노출하기 시작하는 순간에 상기 동력실린더에서 연소산물을 배출하고 동시에 신선하고 냉각된 압축공기를 상기 동력실린더안으로 유입시켜 상기 동력실린더의 길이방향 축을 따라 상기 공기흡기포트에서 배기포트로 공기흐름을 생성하는 단계;를 포함하여

   상기 동력실린더의 길이방향 축을 따라 상기 흡기포트에서 배기포트로 향하는 공기흐름을 생성하고, 그 공기의 흐름이 상기 동력실린더를 냉각하는 동력실린더안에서 2행정 사이클을 수행하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 피스톤이 상기 하사점에서 다시 상사점으로 움직일 때 상기 배기 포트가 닫히고, 상기 압력감응식 밸브가 닫힐 때까지 상기 동력실린더안에 압력이 형성됨으로써 그 안에 들어 있는 공기를 가두어 압축하는 것을 특징으로 하는 동력실린더안에서 2행정 사이클을 수행하는 방법.
3. 압축공기의 공급원;과

   제1선단과 상기 제1선단과 마주보는 제2선단을 가지고, 상기 압축공기의 공급원과 서로 연통되며, 상기 제1선단에 인접한 상사점과 상기 제2선단에 인접한 하사점 사이에서 왕복운동을 하도록 설치되고, 구동축에 연결된 커넥팅로드에 설치된 피스톤과, 상기 제1선단에 인접하게 배치되고 상기 압축공기 공급원과 상기 동력체임버를 서로 연결하는 공기 흡기포트와, 양단에 작용하는 압력차이에 감응하여 상기 압축공기 공급원에서 압축공기를 유입시키도록 상기 공기 흡기포트에 설치된 압력감응식 밸브 및 상기 피스톤이 상사점에 있을 때에만 완전히 노출되고 다른 때에는 상기 피스톤에 의해 적어도 부분적으로 막혀 있도록 상기 제2선단에서 충분한 거리로 떨어져 위치한 배기포트를 포함한 동력 체임버;를 포함하여,

   상기 배기포트의 노출이 상기 동력체임버와 동축방향을 따라 공기 흡기포트에서 배기포트로 흘러가는 공기흐름을 생성하고, 상기 공기흐름은 공기 흡기포트에서 상기 배기포트로 일어날 때 상기 동력체임버를 냉각하는 동축방향으로 강제배기하는 2행정 동력발생장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 압력감응식 밸브는 밸브시트 하우징과, 상기 밸브시트 하우징을 관통하여 상면에서 바닥면까지 연장되고 상기 바닥면에 인접한 위치에 확장된 밸브시트를 형성하는 제1보어와, 상기 보어를 따라 왕복운동을 하게 되어 있고, 외측으로 확장되어 상기 밸브를 밀폐하는 밸브시트와 일치하도록 된 슬라이드 밸브부재와, 상기 밸브시트 하우징을 따라 상기 슬라이드 밸브부재를 안내하는 안내수단과, 외측으로 확장된 바닥면을 가지고 상기 확장된 바닥면을 가지는 길이가 긴 부재와, 상기 길이가 긴 부재의 측벽안으로 연장되는 측면포트 및 상기 밸브부재를 관통하여 상기 슬라이드 밸브부재의 상면에서 상기 측면포트로 연장되는 제2보어를 포함한 것을 특징으로 하는 동축방향으로 강제배기하는 2행정 동력발생장치.
5. 제3항에 있어서, 상기 압축공기 공급원이 압축공기 저장탱크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동축방향으로 강제배기하는 2행정 동력발생장치.
6. 제3항에 있어서, 상기 압축공기 공급원이 도입실린더를 더 포함하고, 상기 도입실린더는 외기와 서로 연통되는 공기도입 흡입구와, 상기 동력체임버의 공기 흡입구와 서로 연통하는 공기배출구 및 하사점과 상사점 사이에서 왕복운동을 하도록 설치된 피스톤을 더 포함한 것을 특징으로 하는 동축방향으로 강제배기하는 2행정 동력발생장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 도입실린더의 공기도입 흡입구안에 설치된 제2 자동 압력감응식 밸브를 더 포함한 것을 특징으로 하는 동축방향으로 강제배기하는 2행정 동력발생장치.
8. 압축공기를 공급하는 공기공급수단;

   압력차에 감응하여 상기 공기공급수단에서 공급되는 압축공기를 유입시키기 위하여 상기 공기공급수단과 서로 연통하는 제1 자동 압력감응식 밸브수단;

   제1선단과 상기 제1선단의 반대쪽에 구비된 제2선단을 가지고, 구동축에 연결되며 상기 상기 제1선단에 인접한 상사점과 상기 제2선단에 인접한 하사점 사이에서 왕복운동을 하도록 설치되고, 구동축에 연결된 커넥팅로드에 설치된 피스톤수단을 포함하고, 상기 공기공급수단에 서로 연통되며 연료와 공기의 혼합가스를 압축하며 그후 상기 혼합가스를 연소하여 동력을 상기 피스톤수단에서 구동축으로 전달하는 동력실린더; 및

   상기 동력실린더의 벤틸레이션 과정중에 길이방향 축을 따라 상기 동력실린더를 냉각시키는 냉각수단을 포함한 동축방향으로 강제배기하는 2행정 동력발생장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 냉각수단이 상기 공기공급수단과 동력실린더를 상호 연결하는 공기흡입수단;

   배기수단; 및

   상기 공기흡입수단에 설치되는 상기 제1 압력감응식 밸브수단을 더 포함한 것을 특징으로 하는 동축방향으로 강제배기하는 2행정 동력발생장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 공기 흡기수단은 상기 제1선단에 인접하게 위치하고, 상기 배기수단은 상기 피스톤이 상사점에 있을 때에만 완전히 노출되고 다른 때에는 상기 피스톤에 의해 적어도 부분적으로 막혀 있도록 상기 제2선단에서 충분한 거리로 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 동축방향으로 강제배기하는 2행정 동력발생장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 압력감응식 밸브는 상기 노출된 배기수단을 통하여 상기 동력실린더의 벤틸레이션 과정중에 자동으로 개방되게 되어 상기 동력실린더와 동축 방향을 따라 상기 흡기수단에서 배기수단으로 흐르는 공기흐름이 생성되고, 그 공기흐름이 상기 흡기수단에서 배기수단으로 향할 때 상기 동력실린더를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 동축방향으로 강제배기하는 2행정 동력발생장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 압력감응식 밸브는 밸브시트 하우징과, 상기 밸브시트 하우징을 관통하여 상면에서 바닥면까지 연장되고 상기 바닥면에 인접한 위치에 확장된 밸브시트를 형성하는 제1보어와, 상기 보어를 따라 왕복운동을 하게 되어 있고, 외측으로 확장되어 상기 밸브를 밀폐하는 밸브시트와 일치하도록 된 슬라이드 밸브부재와, 상기 밸브시트 하우징을 따라 상기 슬라이드 밸브부재를 안내하는 안내수단과, 외측으로 확장된 바닥면을 가지고 상기 확장된 바닥면을 가지는 길이가 긴 부재와, 상기 길이가 긴 부재의 측벽안으로 연장되는 측면포트 및 상기 밸브부재를 관통하여 상기 슬라이드 밸브부재의 상면에서 상기 측면포트로 연장되는 제2보어를 포함한 것을 특징으로 하는 동축방향으로 강제배기하는 2행정 동력발생장치.
13. 제9항에 있어서, 상기 공기 공급수단은 제1선단과 제2선단을 가진 도입실린더를 포함하고, 상기 도입실린더는 외기와 연통하는 공기 흡기포트와, 상기 공기 흡기포트와 서로 연통하는 배기포트와, 상기 도입실린더 안에서 상기 제1선단에 인접한 상사점과 상기 제2선단에 인접한 하사점 사이에서 왕복운동을 하도록 설치된 피스톤을 더 포함한 것을 특징으로 하는 동축방향으로 강제배기하는 2행정 동력발생장치.
14. 제13항에 있어서, 상기 흡기포트안에 설치된 제2 압력감응식 밸브를 더 포함한 것을 특징으로 하는 동축방향으로 강제배기하는 2행정 동력발생장치.
15. 적어도 하나의 작업실린더를 가지는 내연기관에서 상기 작업실린더가 실린더 헤드, 자동 압력감응식 공기 흡입밸브를 더 포함하고, 상기 자동 압력감응식 공기 흡입밸브는 밸브시트 하우징과, 상기 밸브시트 하우징을 관통하여 상면에서 바닥면까지 연장되고 상기 바닥면에 인접한 위치에 확장된 밸브시트를 형성하는 제1보어와, 상기 보어를 따라 왕복운동을 하게 되어 있고, 외측으로 확장되어 상기 밸브를 밀폐하는 밸브시트와 일치하도록 된 슬라이드 밸브부재와, 상기 밸브시트 하우징을 따라 상기 슬라이드 밸브부재를 안내하는 안내수단과, 외측으로 확장된 바닥면을 가지고 상기 확장된 바닥면을 가지는 길이가 긴 부재와, 상기 길이가 긴 부재의 측벽안으로 연장되는 측면포트 및 상기 밸브부재를 관통하여 상기 슬라이드 밸브부재의 상면에서 상기 측면포트로 연장되는 제2보어를 포함한 것을 특징으로 하는 자동 압력감응식 공기흡입밸브.
16. 제15항에 있어서, 상기 밸브시트 하우징은 상기 밸브시트 하우징을 상기 실린더의 헤드에 있는 구멍에 부착하기 위한 수단을 더 포함한 것을 특징으로 하는 자동 압력감응식 공기흡입밸브.
17. 제16항에 있어서, 상기 밸브시트 하우징을 부착하기 위한 수단은 상기 밸브시트 하우징의 외측 표면의 적어도 일부분에 원주방향으로 형성된 나사를 더 포함한 것을 특징으로 하는 자동 압력감응식 공기흡입밸브.
18. 제17항에 있어서, 상기 자동 압력감응식 공기 흡기밸브는 상기 밸브시트 하우징안의 제1보어 안쪽 반경방향으로 연장된 핀을 더 포함하고, 상기 핀은 상기 슬라이드 밸브의 회전을 방지하고 슬라이드밸브의 행정을 제한하기 위하여 상기 슬라이드밸브에 상기 안내수단을 연결한 것을 특징으로 하는 자동 압력감응식 공기흡입밸브.
19. 제18항에 있어서, 상기 안내수단은 상기 슬라이드밸브의 긴 부재안으로 연장된 슬로트를 더 포함한 것을 특징으로 하는 자동 압력감응식 공기흡입밸브.
20. 제18항에 있어서, 상기 제2보어는 상기 슬라이드 밸브부재안에 형성되고, 상기 제2보어의 측벽에 의해 한정되며 구형의 안쪽 부분의 윤곽을 가지는 캐비티와, 상기 슬라이드 밸브부재의 주축에 평행한 방향을 따라 상기 슬라이드 밸브부재의 상면에서 상기 캐비티로 연장되는 제1 보어부와, 상기 슬라이드 밸브부재의 주축에 대하여 일정한 각도로 연장되고 상기 캐비티에서 끝나는 측편포트를 더 포함하여, 상기 제2보어를 통과하는 공기흐름이 상기 주축을 따라 상기 캐비티의 구형 윤곽을 따라 선회하여 층류흐름을 유지하면서 상기 측편포트에서 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 자동 압력감응식 공기흡입밸브.
21. 제20항에 있어서, 상기 포트는 상기 슬라이드 밸브부재의 주축에 대하여 수직으로 연장된 것을 특징으로 하는 자동 압력감응식 공기흡입밸브.
22. 제15항에 있어서, 상기 실린더 헤드 내부에 위치한 복수개의 공기 흡입밸브를 더 포함한 것을 특징으로 하는 자동 압력감응식 공기흡입밸브.
23. 제22항에 있어서, 상기 각 밸브는 공기의 흐름이 상기 밸브를 거쳐 상기 작업실린더의 반경에 대하여 접선방향으로 향하도록 배치됨으로써 복수개의 밸브로부터의 복수의 공기흐름이 상기 작업실린더안에서 균일하고 스월되는 공기흐름을 생성하도록 된 것을 특징으로 하는 자동 압력감응식 공기흡입밸브.
24. 제15항에 있어서, 상기 밸브시트 하우징은 상기 실린더 헤드안에 조립식으로 형성된 것을 특징으로 하는 자동 압력감응식 공기흡입밸브.
25. 제1선단과 상기 제1선단과 마주보는 제2선단을 가지고, 상기 제1선단에 인접한 상사점과 제2선단에 인접한 하사점 사이에서 왕복운동을 위하여 설치되며, 구동축에 연결되는 구동축과, 상기 피스톤 수단의 하사점 부근에서 공기를 혼합하기 위한 동력실린더와, 공기공급수단 상사점부근에서 공기를 공급하기 위하여 제1선단에서 상기 동력실린더와 서로 연통되는 공기 공급수단; 압력차이에 반응하여 상기공기 공급수단으로부터 압축공기를 유입시키기 위한 공기 공급수단과 서로 연결된 압력보상 밸브수단과, 상기 피스톤수단의 하사점 부근에서 연소산물을 배출하기 위하여 동력실린더와 서로 연통되는 배기포트를 포함한 동축방향으로 강제배기하는 2행정 동력발생장치.