KR200431488Y1 - 소기관 제어 밸브 장치를 구비한 내연 기관 - Google Patents

Abstract

본 고안의 과제는 실린더 내 새로운 공기의 배기측으로의 블로 바이에 의한 유출 손실의 발생을 방지하여 실린더 내 가스의 유효 작업을 증대시킴으로써 기관의 열효율을 상승시켜 연료 소비율을 저감시키는 소기관 제어 밸브 장치를 구비한 내연 기관을 제공하는 데 있다.

실린더 라이너의 내측에 상기 실린더 라이너의 내면에 따라서 이동 가능하게 설치되어 소기 구멍을 개폐하는 동시에 연소실 내로의 소기 통로의 개구 면적을 변화시키는 소기관 제어 밸브를 설치하는 동시에, 크랭크각에 대응하여 소기관 제어 밸브를 구동하는 밸브 작동 장치를 설치하고, 밸브 작동 장치는 소기관 제어 밸브를 거쳐서 피스톤 하강 스트로크로 소기 구멍을 폐쇄해 둠으로써 배기 밸브 개방을 최대한으로 늦춰 최대의 유효 작업을 얻고, 또한 하사점 후의 소기 통로의 폐쇄 시기를 배기 밸브의 폐쇄 밸브 시기와 동일 시기로 제어하도록 구성되어 이루어진다.

실린더 라이너, 연소실, 소기관 제어 밸브, 피스톤 하강 스트로크, 배기 밸브

Description

소기관 제어 밸브 장치를 구비한 내연 기관 {INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH CONTROL VALVE DEVICE FOR SCAVENGE AIR RECEIVER}

도1은 본 고안의 제1 실시예에 관한 유니플로 소기식 2사이클 대형 디젤 기관의 소기관 제어 밸브 장치의 구성을 나타내는 실린더 중심선에 따르는 주요부 단면도.

도2는 도1의 A-A 화살표도.

도3은 제2 실시예를 나타내는 도1의 대응도(실린더 중심선에 따르는 주요부 단면도).

도4는 도3의 B-B 화살표도.

도5는 본 고안이 적용되는 유니플로 소기식 2사이클 대형 디젤 기관의 구성을 나타내는 실린더 중심선에 따르는 개략 단면도.

도6의 (a) 및 도6의 (b)는 본 고안의 제5 실시예에 관한 유니플로 소기식 2사이클 대형 디젤 기관의 소기관 제어 밸브 장치의 구성을 도시하는 도면으로, 도6의 (a)는 실린더 중심선에 따르는 주요부 단면도, 도6의 (b)는 그 A-A 화살표도.

도7의 (a) 및 도7의 (b)는 본 고안의 제6 실시예에 관한 유니플로 소기식 2사이클 대형 디젤 기관의 소기관 제어 밸브 장치의 구성을 도시하는 도면으로, 도7의 (a)는 실린더 중심선에 따르는 주요부 단면도, 도7의 (b)는 그 A-A 화살표도.

도8는 상기 각 실시예에 있어서의 소기 통로의 개구 면적 선도.

도9은 상기 각 실시예에 있어서의 실린더내 압력 선도.

도10는 종래 기술에 있어서의 소기 통로의 개구 면적 선도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1, 1A, 30 : 회전식 소기관 제어 밸브

1a : 관 제어 밸브 개구부

2 : 구동 링크

3, 7, 41 : 유압 실린더

5A, 40 : 왕복식 소기관 제어 밸브

8 : 스프링

10 : 실린더 라이너

10a : 실린더 라이너의 내면

11 : 피스톤

12 : 소기 구멍

13 : 피스톤 링

14 : 연소실

16 : 배기 밸브

19 : 과급기

23 : 소기실

50 : 전자 밸브

51 : 밸브 개폐 제어 장치

52 : 크랭크각 검출기

53 : 회전수 검출기

54 : 부하 검출기

60 : 주유 장치

72A, 72B : 구동 링크

73A, 73B : 구동 링크 취출 개구부

본 고안은, 2사이클 대형 디젤 기관에 적용되어 실린더 커버에 배기 밸브를 구비하는 동시에 연소실 내에 소기를 공급하는 소기 구멍이 실린더 라이너의 하부에 주위 방향에 따라서 복수 마련되고, 또한 상기 소기 구멍을 개폐하는 동시에 연소실 내로의 소기 통로의 개구 면적을 변화시키는 소기관 제어 밸브 장치를 구비한 내연 기관에 관한 것이다.

2사이클 대형 디젤 기관은, 통상 유니플로 소기 방식이 채용되어 있고, 피스톤의 하사점(下死点) 전에 실린더 라이너의 하부에 주위 방향에 따라서 복수 마련된 소기 구멍을 상기 피스톤의 상부 모서리에 의해 개방하여 상기 소기 구멍으로부터 소기(공기)를 실린더 내에 공급하고, 상기 실린더 내의 잔류 연소 가스를 실린더 커버에 설치된 배기 밸브를 통해 압출하도록 구성되어 있다.

도10는 이러한 유니플로 소기식 2사이클 대형 디젤 기관에 있어서의 소기 구멍의 개구 면적(A₁), 배기 밸브의 개구 면적(A₄) 및 상기 소기 구멍 및 배기 밸브의 합성 통로 면적 즉 유효 환산 면적(A₅)을 크랭크각에 대응하여 도시하는 소기 및 배기 면적 선도이다.

이러한 유니플로 소기식 2사이클 대형 디젤 기관에 있어서, 도10에 도시되는 소기 구멍 및 배기 밸브의 유효 환산 통로 면적을 조정하기 위해 소기 구멍을 개폐하는 소기관 제어 밸브를 설치한 것이 특허 문헌 1(일본 특허 공개 평7-324626호 공보) 등에 의해 제안되어 있다.

상기 특허 문헌 1의 기술은, 유니플로 소기식 2사이클 대형 디젤 기관에 있어서 소기 구멍의 상측에 주위 방향에 따라서 복수의 부소기 구멍을 마련하는 동시에, 실린더 라이너의 외측에 상기 실린더 라이너의 외면에 따라서 축 방향으로 이동 가능하게 되어 상기 부소기 구멍을 개폐하는 소기관 제어 밸브를 설치하여 상기 소기관 제어 밸브를 축 방향으로 이동시킴으로써 연소실 내로의 소기 통로 개구 면적을 변화시키도록 구성되어 있다.

[특허 문헌 1]

일본 특허 공개 평7-324626호 공보

상기 특허 문헌 1에 기재된 디젤 기관에 있어서는, 실린더 라이너의 외측에 설치한 소기관 제어 밸브를 축 방향으로 이동시킴으로써 부소기 구멍을 개폐하여 연소실 내로의 소기 통로 개구 면적을 변화시키도록 구성되어 있고, 부소기 구멍의 개구 면적을 변화시킴으로써 소기 구멍 개구 면적을 변화시켜 소기 구멍 및 배기 밸브의 유효 환산 통로 면적을 조정하고 있지만, 소기 구멍 및 배기 밸브의 개폐 시기는 기본적으로는 도10와 같은 개폐 타이밍으로 되어 있다.

즉, 이러한 종래 기술에 있어서는 피스톤의 하강 공정에서 소기 구멍이 개구되므로, 고압 고온의 작동 가스가 소기 구멍으로부터 소기실 내로 역류하여 소기실 화재 등의 문제점을 발생시키는 것을 방지하기 위해, 배기 밸브로부터의 고압 배기가 소기 구멍 개구 전에 완료되도록 도9 중 A점에서 배기 밸브를 개방하기 시작함으로써 작동 가스가 배기 밸브로부터 유출되고, K에 나타내는 유효 작업을 상실하고 있었다. 또한 소기 구멍이 폐쇄된 후에 있어서도 배기 밸브가 개방되어 있고, 이 기간 중에는 소기 구멍으로부터의 소기로 실린더 내의 잔류 연소 가스를 배기 밸브를 통해 과급기측으로 압출하도록 되어 있으므로, 실린더 내의 새로운 공기가 배기측으로 블로 바이되어 상기 새로운 공기의 유출 손실이 발생하고, 이들 유출 손실에 의해 기관의 열효율이 억제되어 연료 소비율의 저감도 억제되고 있다.

또한, 이러한 종래 기술에 있어서는, 소기 구멍이 피스톤의 하강 중인 하사점 전에 개구되어 있으므로, 소기 구멍의 개구로부터 하사점까지는 피스톤의 하강 운동이 연소실의 상부측을 향하는 소기의 유입 운동에 대해 역방향으로 작용하여 연소실 내의 소기 작용이 저해되기 쉬워 높은 소기 효율을 유지하기 어려울 수 있다.

또한, 이러한 종래 기술에 있어서는, 소기 구멍의 상측에 주위 방향에 따라 서 복수 마련된 부소기 구멍을 개폐하는 소기관 제어 밸브를 실린더 라이너의 외측에 설치하여 상기 소기관 제어 밸브를 실린더 라이너의 외측에 있어서 축 방향으로 이동시킴으로써 소기 통로 개구 면적을 변화시키도록 구성되어 있으므로, 상기 소기관 제어 밸브로 부소기 구멍을 완전 폐쇄하여 제1 피스톤 링에 의해 소기 구멍을 폐쇄해도 피스톤 링의 링 간극으로부터 가스가 통류하게 되어 소기 통로를 완전히 폐색하는 것은 실질적으로 불가능해진다.

이로 인해, 이러한 종래 기술에 있어서는, 소기 통로의 개구 면적 변화를 목표로 하는 개구 면적 패턴으로 정확하게 제어하는 것은 곤란해지는 동시에, 소기 통로를 통한 작동 가스의 역류가 발생하여 피스톤 링, 실린더 라이너의 내구성이 저하되는 동시에, 실린더 주유용 윤활유 소비율도 증대하기 쉽다는 등의 문제점을 갖고 있다.

본 고안은 이러한 종래 기술의 과제에 비추어, 하강 스트로크에서의 작동 가스의 유효 작업을 최대한으로 인출하는 것과, 실린더 내 새로운 공기의 배기측으로의 블로 바이에 의한 유출 손실의 발생을 방지하여 실린더 내 가스의 유효 작업을 증대시킴으로써 기관의 열효율을 상승시켜 연료 소비율을 저감시키고, 소기의 유입 운동을 피스톤의 운동에 의해 조장시켜 연소실 내의 소기 효율을 상승시키고, 또한 소기관 제어 밸브와 실린더 라이너의 미끄럼 접촉부의 밀봉성을 양호하게 유지하여 소기 통로의 개구 면적을 목표 개구 면적으로 정확하게 제어 가능하게 하는 동시에, 소기 통로의 완전한 폐색을 가능하게 하여 소기 통로를 통한 작동 가스의 역류를 저지하여 피스톤 링, 실린더 라이너의 내구성을 향상시키고, 또한 실린더 주유 용 윤활유 소비율을 저감할 수 있는 소기관 제어 밸브 장치를 구비한 내연 기관을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 고안은 이러한 목적을 달성하는 것으로, 그 제1 고안은 연소실 내에 소기를 공급하는 소기 구멍이 실린더 라이너의 하부에 주위 방향에 따라서 복수 마련되는 동시에, 실린더 커버에 배기 밸브를 구비한 내연 기관에 있어서, 상기 실린더 라이너의 내측에 상기 실린더 라이너의 내면에 따라서 이동 가능하게 설치되어 상기 소기 구멍을 개폐하여 상기 연소실 내로의 소기 통로의 개구 면적을 변화시키는 소기관 제어 밸브를 설치하는 동시에, 기관의 크랭크각에 대응하여 상기 소기관 제어 밸브를 구동하는 밸브 작동 장치를 설치하고, 상기 밸브 작동 장치는 상기 소기관 제어 밸브를 거쳐서 하사점 후의 소기 통로의 폐쇄 시기를 배기 밸브의 폐쇄 밸브 시기와 동일 시기로 제어하도록 구성되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이러한 제1 고안에 있어서 바람직하게는, 기관의 크랭크각을 검출하는 크랭크각 검출 수단과, 기관 회전수, 기관 부하를 포함하는 기관 운전 상태를 검출하는 기관 운전 상태 검출 수단을 구비하고, 상기 밸브 작동 장치는 상기 크랭크각 검출 수단으로부터 입력되는 크랭크각의 검출치 및 상기 기관 운전 상태 검출 수단으로부터 입력되는 기관 운전 상태의 검출치를 기초로 하여 상기 소기관 제어 밸브를 구동하도록 구성되어 이루어진다.

이러한 제1 고안에 따르면, 밸브 작동 장치로 소기관 제어 밸브의 개방도를 제어함으로써 피스톤 하강 스트로크로 소기 구멍을 폐쇄해 두는 것으로 배기 밸브 개방을 최대한으로 늦춰 최대의 유효 작업을 얻을 수 있고, 또한 하사점 후의 소기 통로의 폐쇄 시기를 배기 밸브의 폐쇄 밸브 시기와 동일 시기로 하였으므로, 소기 통로의 폐지와 동시에 배기 밸브도 폐쇄하게 되어 종래 기술과 같이 소기 구멍이 폐쇄된 후에도 배기 밸브가 개방되어 실린더 내의 가스가 배기측으로 블루 바이되어 상기 가스의 유출 손실이 발생하는 일이 없고, 실린더 내 가스의 유효 작업이 증대하여 기관의 열효율이 상승하여 연료 소비율을 저감시킬 수 있다.

또한, 상기한 바와 같이, 소기 통로의 폐지와 동시에 배기 밸브도 폐쇄함으로써 실린더 내의 가스의 배기측으로 블루 바이가 없고, 과급기 및 배기 가스 열회수 시스템에 고배기 온도의 배기 가스를 공급할 수 있어 과급기를 구동하는 배기 가스 에너지가 증대되는 동시에, 배기 가스 열회수 시스템에 있어서의 폐열회수 효율이 향상된다.

또한, 과급기에 공지한 가변 용량형 과급기를 설치하여 이러한 소기관 제어 밸브 장치를 이용한 소기량 제어와 상기 과급기의 용량 제어를 조합함으로써 상기 과급기로의 배기 가스 유량과 과급기의 용량을 서로 연관시켜 제어할 수 있고, 이에 의해 NO_X의 발생을 억제하면서 기관의 열효율을 높게 유지할 수 있다.

또한, 소기관 제어 밸브에 의해 소기 통로의 개구 면적을 자유롭게 축소하여 실린더 내로 도입되는 새로운 공기의 양을 감소시킴으로써, 공기 과잉률을 저하시켜 연소실 내를 환원 분위기로 함으로써, 즉 EGR(배기 가스 재순환)과 같은 작용에 의해 NO_X의 발생을 억제하는 것이 가능해진다.

또한, 기관 회전수, 기관 부하를 포함하는 기관 운전 상태를 검출하여 상기 기관 운전 상태의 검출치를 기초로 하여 상기 소기관 제어 밸브를 구동함으로써, 기관의 운전 상태에 최적인 소기 통로의 개구 면적 변화를 얻는 것이 가능해지고, NO_X의 발생을 억제하면서 기관의 열효율을 높게 유지하는 운전이 가능해진다.

또한, 이러한 제1 고안에 있어서 바람직하게는, 상기 밸브 작동 장치는 상기 소기관 제어 밸브를 거쳐서 상기 소기 통로의 개구 시작 시기를 하사점 후로 설정하도록 구성되어 이루어진다.

이와 같이 구성하면, 피스톤의 견부 하사점 후의 피스톤의 상승과 함께 소기 작용이 개시되어 소기의 유입 속도와 피스톤의 상승 운동과의 상승 작용에 의해 연소실 내의 소기 작용이 조장, 강화되게 되어 적은 소기 유량으로 소기 효율을 높게 유지할 수 있고, 기관의 열효율이 상승하여 연료 소비율을 저감시킬 수 있다.

또한 제2 고안은, 실린더 라이너의 하부에 연소실 내에 소기를 공급하는 소기 구멍이 주위 방향에 따라서 복수 마련된 내연 기관에 있어서, 상기 실린더 라이너의 내측에 상기 실린더 라이너의 내면에 따라서 이동 가능하게 설치되어 상기 소기 구멍을 개폐하여 상기 연소실 내로의 소기 통로의 개구 면적을 변화시키는 소기관 제어 밸브와, 기관의 크랭크각에 대응하여 상기 소기관 제어 밸브를 구동하는 밸브 작동 장치를 구비하고, 상기 크랭크각의 변화에 대응하여 상기 소기관 제어 밸브를 이동시킴으로써 상기 소기 통로의 개구 면적을 변화시키도록 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 소기관 제어 밸브는 구체적으로는 다음과 같이 구성한다.

즉, 제1 구성은, 상기 소기관 제어 밸브는 상기 밸브 작동 장치에 의해 상기 실린더 라이너의 내면에 있어서 상기 실린더 라이너의 주위 방향으로 왕복 회전하게 되는 회전식 소기관 제어 밸브로 이루어진다.

이러한 회전식 소기관 제어 밸브에 있어서, 바람직하게는 실린더 라이너 축 방향 높이(H₂)를 제1단 피스톤 링 상면으로부터 최하단 피스톤 링 하면까지의 높이(H₁)보다도 작게 형성한다.

이러한 제2 고안에 따르면, 소기관 제어 밸브를 실린더 라이너의 내측에 상기 라이너의 내면에 따라서 이동 가능하게 설치하여 소기 구멍을 개폐하여 연소실 내로의 소기 통로의 개구 면적을 변화시키도록 구성하였으므로, 상기 소기관 제어 밸브를 상기 회전식 소기관 제어 밸브로 구성하여 실린더 라이너의 내면에 따라서 주위 방향으로 이동시킴으로써 소기관 제어 밸브와 실린더 라이너의 미끄럼 접촉부의 밀봉성을 양호하게 유지하여 소기 통로의 개구 면적을 소기 구멍의 완전 폐쇄 상태로부터 소기 구멍의 완전 개방 상태까지 자유롭게 변화시킬 수 있다. 이에 의해, 소기 통로의 개구 면적 변화를 목표로 하는 개구 면적 패턴으로 정확하게 제어할 수 있다.

또한, 회전식 소기관 제어 밸브 혹은 왕복식 소기관 제어 밸브로 구성된 소기관 제어 밸브를 실린더 라이너의 내측에 상기 라이너의 내면에 따라서 이동 가능하게 설치하여 소기 구멍을 개폐하므로, 소기 통로의 폐쇄시에는 소기관 제어 밸브 와 실린더 라이너의 미끄럼 접촉부의 밀봉성을 양호하게 유지하여 소기 통로를 완전하게 폐색하는 것이 가능해지고, 이에 의해 소기 통로측으로부터의 작동 가스의 역류를 제로로 할 수 있어 피스톤 링, 실린더 라이너의 내구성이 향상되는 동시에, 실린더 주유용 윤활유 소비율을 저감시킬 수 있다.

또한, 회전식 소기관 제어 밸브 혹은 왕복식 소기관 제어 밸브로 구성된 소기관 제어 밸브의 축 방향 길이를 길게 함으로써, 소기 구멍 높이를 종래의 것보다도 높게 하여 동일 소기 통로 개구 면적을 보유 지지하는 것이 가능해져 피스톤 스트로크에 대한 소기 구멍 높이의 비율을 크게 취하여 소기 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 이러한 제2 고안에 있어서 바람직하게는, 상기 소기관 제어 밸브와 실린더 라이너와의 미끄럼 이동면에 윤활유를 강제 주유하는 주유 장치를 설치하여 이루어진다.

이와 같이 구성하면, 실린더 내의 가스가 침입하기 쉬운 소기관 제어 밸브와 실린더 라이너의 미끄럼 이동부의 윤활이 충분히 이루어져 소기관 제어 밸브의 작동성을 양호하게 유지하는 동시에, 소부의 발생을 방지할 수 있다.

또한, 이러한 제2 고안에 있어서 바람직하게는, 상기 소기관 제어 밸브는 상기 실린더 라이너보다도 높은 강도를 갖는 주재료의 상기 실린더 라이너와의 미끄럼 접촉면에 질화 등의 표면 경화 처리를 실시한 재료로 이루어진다.

이와 같이 구성하면, 소기관 제어 밸브의 내마모성을 높게 유지하여 내구성을 향상시킬 수 있다.

또한 제2 고안의 상기 실린더 라이너의 내측에 위치하는 소기관 제어 밸브가 실린더 라이너 외측에 배치된 구동계에 의해 상기 실린더 라이너의 내면에 따라서 주위 방향 혹은 축 방향으로 왕복 이동 가능하게 구성된 내연 기관인 경우에, 상기 구동계와 소기관 제어 밸브를 연결하는 전도 기구가 소기관 제어 밸브에 의해 밀봉 가능한 위치에 개구된 실린더 라이너 개구부보다 구동계측으로 연장되어 있도록 구성해도 좋고, 또한 상기 소기관 제어 밸브를 주위 방향 혹은 축 방향으로 왕복 이동 가능하게 구성하는 가이드부가 실린더 라이너 내면측에 설치되어 있는 것도 좋다.

이하, 본 고안을 도면에 나타낸 실시예를 이용하여 상세하게 설명한다. 단, 본 실시예에 기재되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대 배치 등은 특별히 특정적인 기재가 없는 한 본 고안의 범위를 그것으로만 한정하는 취지는 아니며, 단순한 설명예에 지나지 않는다.

도1은 본 고안의 제1 실시예에 관한 유니플로 소기식 2사이클 대형 디젤 기관의 소기관 제어 밸브 장치의 구성을 나타내는 실린더 중심선에 따르는 주요부 단면도, 도2는 도1의 A-A 화살표도이다. 도3은 제2 실시예를 나타내는 도1의 대응도(실린더 중심선에 따르는 주요부 단면도), 도4는 도3의 B-B 화살표도이다. 도5는 본 고안이 적용되는 유니플로 소기식 2사이클 대형 디젤 기관의 구성을 나타내는 실린더 중심선에 따르는 개략 단면도이다. 도6, 도7은 본 고안의 제5 및 제6 실시예에 관한 유니플로 소기식 2사이클 대형 디젤 기관의 소기관 제어 밸브 장치의 구성을 도시하는 도면으로, 도6의 (a) 및 도7의 (a)는 실린더 중심선에 따르는 주요부 단면도, 도6의 (b) 및 도7의 (b)는 그 A-A 화살표도이다. 도8는 상기 각 실시예에 있어서의 소기 통로의 개구 면적 선도, 도9은 실린더내 압력 선도이다.

본 고안이 적용되는 유니플로 소기식 2사이클 대형 디젤 기관의 구성을 나타내는 도5에 있어서, 부호 10은 실린더 라이너, 11은 피스톤, 13은 피스톤 링, 15는 피스톤 로드, 10a는 상기 피스톤(11) 및 피스톤 링(13)이 미끄럼 이동하는 실린더 라이너의 내면(미끄럼 이동면), 14는 연소실, 17은 실린더 커버, 16은 배기 밸브, 18은 배기 포트이다. 또한 23은 소기실, 24는 밀봉 패킹이다.

부호 12는 상기 실린더 라이너(10)의 하부에 복수 마련된 소기 구멍으로, 상기 소기실(23) 내의 소기(공기)가 상기 소기 구멍(12)군을 통해 상기 연소실(14) 내로 공급되도록 되어 있다.

부호 19는 과급기로, 상기 연소실(14) 내의 배기 가스는 상기 배기 밸브(16)의 개방 밸브에 의해 배기 포트(18) 및 배기관(20)을 통해 상기 과급기(19)의 터빈(19a)을 구동한 후, 도시하지 않은 폐열회수 장치로 이송되어 폐열회수가 이루어진다.

한편, 상기 과급기(19)의 터빈(19a)과 동축 구동되는 압축기(19b)에 의해 압축된 공기(소기)는 급기관(22)을 통해 공기 냉각기(21)로 들어가 상기 공기 냉각기(21)에 있어서 냉각, 강온된 후, 소기실(23)에 저장되어 상기 소기 구멍(12)군의 개방 구멍에 의해 연소실(14) 내로 유입하여 상기 연소실(14) 내의 잔류 연소 가스를 배기 밸브(16)측으로 압출한다.

이상의 기본 구성은 종래의 유니플로 소기식 2사이클 대형 디젤 기관과 마찬 가지이다.

본 고안은, 상기 실린더 라이너(10)의 소기 구멍 및 상기 소기 구멍을 개폐하는 소기관 제어 밸브 장치에 관한 것이다.

본 고안의 제1 실시예를 나타내는 도1 내지 도2에 있어서, 부호 1은 회전식 소기관 제어 밸브로, 상기 실린더 라이너(10)의 내면(10a)측에 상기 실린더 라이너(10)의 주위 방향으로 소정 호상 각도 왕복 회전 가능하게 끼워 맞추어져 있다. 상기 회전식 소기관 제어 밸브(1)의 내면, 즉 상기 피스톤 링(13)과 미끄럼 접촉하는 관 제어 밸브 내면(1b)은 상기 실린더 라이너(10)의 내면(10a)과 동일면(동일 직경)으로 형성된다.

도2에 도시된 바와 같이, 상기 회전식 소기관 제어 밸브(1)는 그 원주 방향에 따라서 관 제어 밸브 개구부(1a)가 개구되어 있다. 상기 관 제어 밸브 개구부(1a)는 상기 소기 구멍(12)과 동일 형상 또한 동일 피치로 형성되고, 도2와 같이 상기 관 제어 밸브 개구부(1a)가 각 소기 구멍(12) 사이에 있을 때에 각 소기 구멍(12)이 완전 폐쇄가 되어 이 위치로부터 상기 관 제어 밸브 개구부(1a)가 원주 방향으로 이동하는 데 따라서 소기 구멍(12)의 개구 면적이 증대되고, 각 관 제어 밸브 개구부(1a)와 각 소기 구멍(12)이 포개어졌을 때 각 소기 구멍(12)이 완전 개방이 되어 소기 구멍 개구 면적이 최대가 되도록 구성되어 있다.

또한, 상기 각 관 제어 밸브 개구부(1a)는 실린더 라이너(10) 축 방향 높이(H₂)를 상기 피스톤 링(13)의 제1단 피스톤 링 상면으로부터 최하단 피스톤 링 하 면까지의 높이(H₁)보다도 작게 형성되어 있다. 이와 같이 구성함으로써, 상기 회전식 소기관 제어 밸브(1)의 완전 폐쇄시에 피스톤 링(13)으로부터 떨어진 부위로부터 가스의 누설을 확실하게 회피할 수 있다.

또한, 상기 회전식 소기관 제어 밸브(1)는 스테인레스계 강재 등의 상기 실린더 라이너(10)보다도 높은 강도를 갖는 주재료의 상기 관 제어 밸브 내면(1b) 즉 상기 실린더 라이너(10)와의 미끄럼 접촉면에 질화, 침탄 등의 표면 경화 처리를 실시한 재료를 이용하여 내마모성을 높게 유지하고 있다.

부호 4는 상기 실린더 라이너(10)의 하부 외주면에 도시하지 않은 복수의 볼트에 의해 고정된 관 제어 밸브 서포트로, 상기 회전식 소기관 제어 밸브(1)는 그 하단부 플랜지부(1c)를 상기 관 제어 밸브 서포트(4)와 실린더 라이너(10)의 하면 사이에 상대 미끄럼 이동 가능하게 지지되어 있다.

부호 3은 유압 실린더로, 상기 관 제어 밸브 서포트(4)의 외면에 도시하지 않은 복수의 볼트에 의해 고정되어 있다. 2는 상기 유압 실린더(3)의 출력축인 피스톤 로드(3e)와 상기 회전식 소기관 제어 밸브(1)의 하부[상기 하단부 플랜지부(1c)]를 연결하는 구동 링크로, 상기 유압 실린더(3)의 피스톤 로드(3e)가 도2의 X 화살표 방향으로 왕복 이동하면, 상기 회전식 소기관 제어 밸브(1)가 상기 하단부 플랜지부(1c)에 있어서 슬라이드함으로써 원주 방향(X₁ 화살표 방향)으로 왕복 이동하도록 되어 있다.

부호 62는 상기 회전식 소기관 제어 밸브(1)와 미끄럼 접촉하는 실린더 라이 너(10)의 내면에 원주 방향에 따라서 새겨진 오일 홈이다. 61은 상기 실린더 라이너(10)의 원주 방향 복수 부위에 뚫린 오일 구멍으로, 상기 오일 홈(62)과 실린더 라이너(10)의 외면(10b)을 연통하고 있다.

부호 60은 주유 장치로, 상기 실린더 라이너(10)의 외면(10b)에 도시하지 않은 복수의 볼트에 의해 고정된 환형의 케이스(63)의 내주에 상기 오일 구멍(61)에 연통되는 오일 홈(64)이 새겨지고, 상기 케이스(63)에 뚫린 오일 구멍(65)이 상기 오일 홈(64)에 연통하도록 구성되어 있다.

부호 66은 주유관으로, 도시하지 않은 실린더 주유 장치로부터의 윤활유(다른 계통으로부터의 윤활유라도 좋음)가 상기 주유관(66)을 통해 공급되고, 상기 오일 구멍(65)으로부터 오일 홈(64)을 경유하여 상기 실린더 라이너(10)의 각 오일 구멍(61)으로 들어가 각 오일 구멍(61)으로부터 상기 오일 홈(62)을 통해 상기 회전식 소기관 제어 밸브(1)와 실린더 라이너(10)의 미끄럼 접촉부(1f)를 윤활하도록 되어 있다.

상기 주유 장치(60)를 설치함으로써, 연소실(14) 내의 가스가 침입하기 쉬운 회전식 소기관 제어 밸브(1)와 실린더 라이너(10)의 미끄럼 접촉부(1f)의 윤활이 충분히 이루어지고, 상기 회전식 소기관 제어 밸브(1)의 작동성을 양호하게 유지하는 동시에, 상기 미끄럼 접촉부(1f) 소부의 발생을 방지할 수 있다.

부호 52는 기관의 크랭크각을 검출하는 크랭크각 검출기, 53은 기관 회전수를 검출하는 회전수 검출기, 54는 기관 부하(기관 출력)를 검출하는 부하 검출기이다. 50은 상기 유압 실린더(3)로의 작동유의 공급, 차단을 행하는 전자 밸브, 51 은 상기 전자 밸브(50)를 개폐 제어하는 밸브 개폐 제어 장치이다. 부호 50a는 도시하지 않은 유압원으로부터의 작동유를 상기 전자 밸브(50)의 입구에 공급하는 작동유 공급관, 50b, 50c는 상기 전자 밸브(50)와 상기 유압 실린더(3)의 오일실(도시 생략)을 접속하는 작동유관이다.

상기 크랭크각 검출기(52)로부터의 크랭크각의 검출 신호, 상기 회전수 검출기(53)로부터의 기관 회전수의 검출 신호 및 상기 부하 검출기(54)로부터의 기관 부하(기관 출력)의 검출 신호는 상기 밸브 개폐 제어 장치(51)에 입력되도록 되어 있다.

다음에, 도1 내지 도2 및 도8 내지 도9을 기초로 하여 이러한 제1 실시예의 동작을 설명한다.

상기 밸브 개폐 제어 장치(51)는 상기 크랭크각 검출기(52)로부터의 크랭크각의 검출 신호, 회전수 검출기(53)로부터의 기관 회전수의 검출 신호 및 부하 검출기(54)로부터의 기관 부하(기관 출력)의 검출 신호를 기초로 하여 상기 전자 밸브(50)의 개폐 시기 및 개방 밸브 기간을 제어하고, 상기 전자 밸브(50)는 상기 유압 실린더(3)로의 작동유관(50b, 50c)과 작동유 공급관(50a)과의 접속, 차단을 행한다.

그리하여, 상기 회전식 소기관 제어 밸브(1)가 이 각 관 제어 밸브 개구부(1a)와 각 소기 구멍(12)이 포개어져 각 소기 구멍(12)이 완전 개방으로 되어 있을 때에는, 상기 소기실(23)과 연소실(14) 사이의 소기 통로의 개구 면적은 도8의 A₁과 같이 되어 있다.

따라서, 상기한 바와 같이 회전식 소기관 제어 밸브(1)가 각 소기 구멍(12)을 완전 개방하고 있을 때에는, 연소 행정에 있어서 피스톤(11)이 하강하여 도8의 A에 있어서 피스톤의 견부가 상기 회전식 소기관 제어 밸브(1)의 각 관 제어 밸브 개구부(1a)를 개구한 후, 피스톤(11)이 하사점 C로부터 상승하고, E에 있어서 피스톤의 견부가 각 관 제어 밸브 개구부(1a)를 폐쇄할 때까지는 소기 통로의 개구 면적은 도8의 A₁과 같이 변화된다.

도2에 도시된 바와 같이, 상기 회전식 소기관 제어 밸브(1)의 각 관 제어 밸브 개구부(1a)가 각 소기 구멍(12) 사이에 위치하고 있을 때에는, 상기 회전식 소기관 제어 밸브(1)에 의해 각 소기 구멍(12)이 폐쇄되고, 상기 소기 통로의 개구 면적은 제로(완전 폐쇄)로 되어 있다.

이러한 소기 통로의 개구 면적이 완전 폐쇄된 상태에 있어서, 상기 크랭크각의 검출 신호에 의해 피스톤의 위치가 하사점 C 후의 D에 온 것이 상기 밸브 개폐 제어 장치(51)에 입력되면, 상기 밸브 개폐 제어 장치(51)는 전자 밸브(50)를 절환하여 상기 유압 실린더(3)로의 작동유관(50b, 50c)과 작동유 공급관(50a)과의 접속을 절환하고, 상기 유압 실린더(3)에 의해 상기 회전식 소기관 제어 밸브(1)를 상기 완전 폐쇄된 상태로부터 원주 방향(도2의 X₁ 화살표 방향)으로 이동시켜 상기 회전식 소기관 제어 밸브(1)를 개방하기 시작한다.

이러한 회전식 소기관 제어 밸브(1)의 개구 면적은 상기 피스톤의 견부에 의 해 상기 회전식 소기관 제어 밸브(1)의 각 관 제어 밸브 개구부(1a)의 일부 혹은 전부가 폐쇄되어 있지 않은 경우에는, 상기 회전식 소기관 제어 밸브(1)의 원주 방향의 이동에 따라 도8의 A₂와 같이 변화하여 하사점 C 후의 D에서 상기 회전식 소기관 제어 밸브(1)가 개방되기 시작하고, F에서 폐쇄된다.

그런데, 이러한 실시예에 있어서는, 상기 회전식 소기관 제어 밸브(1)의 완전 폐쇄 상태로부터 밸브 개방도의 증대와 동시에, 피스톤(11)이 하사점 C로부터 상승하여 상기 피스톤의 견부에 의해 상기 각 관 제어 밸브 개구부(1a)를 축 방향에 있어서 폐쇄해 가고, 상기 관 제어 밸브 개구부(1a)의 축 방향에 있어서의 개구 높이가 감소되어 가므로 상기 소기 통로의 실제의 개구 면적은 도8의 A₃과 같이 되어, 후술하는 바와 같이 상기 F보다도 조기인 E에서 상기 배기 밸브(16)와 동시에 폐쇄되게 된다.

한편, 상기 배기 밸브(16)(도5 참조)의 개구 면적은 도8의 A₄와 같이 상기하사점 C 전의 B에서 개방되기 시작한다.

그리고, 이러한 실시예에 있어서는, 상기 밸브 개폐 제어 장치(51)는 상기 소기 통로의 실제의 개구 면적(A₃)과 상기 배기 밸브의 개구 면적(A4)이 동일 크랭크각에 있어서 제로가 되는, 즉 하사점 C 후의 소기 통로의 폐쇄 시기를 배기 밸브(16)의 폐쇄 밸브 시기와 동일 시기(도8의 E)가 되도록 상기 회전식 소기관 제어 밸브(1)를 개폐 제어한다.

상기 회전식 소기관 제어 밸브(1)의 개폐 시기는 상기 회전수 검출기(53)에 서 검출되는 기관 회전수 및 부하 검출기(54)에서 검출되는 기관 부하(기관 출력)에 의해 변화시키는 것이 가능하다.

이러한 제1 실시예에 따르면, 상기 밸브 개폐 제어 장치(51)에 의해 상기 회전식 소기관 제어 밸브(1)의 개방도를 제어함으로써, 하사점 C 후의 소기 통로의 폐쇄 시기를 배기 밸브(16)의 폐쇄 밸브 시기와 동일 시기(도8의 E)가 되도록 하였으므로 상기 소기 통로의 폐지와 동시에 배기 밸브(16)도 폐쇄하게 되고, 종래 기술과 같이 소기 구멍(12)이 폐쇄된 후에도 배기 밸브(16)가 개방되어 연소실(14) 내의 새로운 공기가 배기관(20)측으로 블로 바이되어 새로운 공기의 유출 손실이 발생하는 일이 없다. 또한 피스톤(11)의 하강 스트로크로 소기 구멍(12)군을 폐쇄해 둠으로써 배기 밸브(16)의 개방 밸브를 최대한으로 늦춰 최대의 유효 작업을 얻을 수 있고, 이에 의해 도9의 K부에 나타내는 면적에 상당하는 양의 실린더 내 가스의 유효 작업을 증대시키는 것이 가능해진다.

또한, 도9에 있어서의 A, B, C, D, E의 부호는 도8의 부호에 대응하고 있다.

또한, 기관 회전수, 기관 부하(기관 출력) 등의 기관 운전 상태를 검출하여 상기 밸브 개폐 제어 장치(51)에 입력하고, 상기 밸브 개폐 제어 장치(51)에 의해 기관 운전 상태에 따라서 상기 회전식 소기관 제어 밸브(1)를 구동하므로 기관의 운전 상태에 최적인 소기 통로의 개구 면적 변화를 얻는 것이 가능해지고, NO_X의 발생을 억제하면서 기관의 열효율을 높게 유지하는 운전이 가능해진다.

또한, 상기한 바와 같이 소기 통로의 폐지와 동시에 배기 밸브(16)도 폐쇄됨 으로써 연소실(14) 내의 새로운 공기가 배기관(20)측으로 블로 바이되는 일이 없어지므로, 과급기(19) 및 도시하지 않은 배기 가스 열회수 시스템에 고배기 온도의 배기 가스를 공급할 수 있다. 이에 의해, 상기 과급기(19)를 구동하는 배기 가스 에너지가 증대되는 동시에, 상기 배기 가스 열회수 시스템에 있어서의 폐열회수 효율이 향상된다.

또한, 상기 밸브 개폐 제어 장치(51)는 상기 회전식 소기관 제어 밸브(1)를 거쳐서 상기 소기 통로의 개구 시작 시기를 하사점 C 후의 D로 설정하도록 구성되어 있으므로, 하사점 C 후의 피스톤(11)의 상승과 함께 소기 작용이 시작되어 소기의 유입 속도와 피스톤(11)의 상승 운동과의 상승 작용에 의해 연소실(14) 내의 소기 작용이 조장, 강화되게 된다. 이에 의해, 적은 소기 유량으로 소기 효율을 높게 유지할 수 있다.

또한, 상기 회전식 소기관 제어 밸브(1)를 실린더 라이너(10)의 내면(10a) 측에 상기 실린더 라이너(10)의 주위 방향으로 소정 호상 각도 왕복 회전 가능하도록 끼워 맞추어 소기 구멍(12)을 개폐하고, 상기 소기 통로의 개구 면적을 변화시키도록 하였으므로, 상기 회전식 소기관 제어 밸브(1)를 실린더 라이너(10)의 내면(10a)에 따라서 원주 방향으로 이동시킴으로써, 상기 회전식 소기관 제어 밸브(1)와 실린더 라이너(10)와의 미끄럼 접촉부(1f)의 밀봉성을 양호하게 유지하여 소기 통로의 개구 면적을 완전 폐쇄 상태로부터 완전 개방 상태까지 자유로이 변화시킬 수 있어, 소기 통로의 개구 면적 변화를 목표로 하는 개구 면적 패턴으로 정확하게 제어하는 것이 가능해진다.

또한, 상기한 바와 같이 회전식 소기관 제어 밸브(1)와 실린더 라이너(10)와의 미끄럼 접촉부(1f)의 밀봉성을 양호하게 유지하여 소기 통로를 완전하게 폐색하는 것이 가능해지므로, 소기 통로측으로부터의 작동 가스의 역류를 제로로 할 수 있어, 이에 의해 피스톤 링(13), 실린더 라이너(10)의 내구성이 향상된다.

또한, 상기 회전식 소기관 제어 밸브(1)의 각 관 제어 밸브 개구부(1a)의 개구 폭을 변화시킴으로써 동일 소기 통로 개구 면적을 변화시키므로, 상기 관 제어 밸브 개구부(1a)의 축 방향 길이를 길게 함으로써 소기 구멍(12)의 높이를 종래의 것보다도 높게 하여 종래의 것과 동일 소기 통로 개구 면적을 보유하는 것이 가능해진다. 이에 의해, 피스톤 스트로크에 대한 소기 구멍(12)의 높이의 비율을 크게 취하여 소기 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.

도3 내지 도4에 도시하는 제2 실시예에 있어서는, 소기관 제어 밸브를 상기 실린더 라이너(10)의 내면에 있어서 상기 실린더 라이너(10)의 축 방향으로 왕복 이동하게 되는 왕복식 소기관 제어 밸브(5)에 의해 구성되어 있다.

즉, 도3 내지 도4에 있어서, 부호 5는 왕복식 소기관 제어 밸브로, 상기 실린더 라이너(10)의 내면(10a)측에 상기 실린더 라이너(10)의 축 방향으로 왕복 이동 가능하게 끼워 맞추어져 있다. 상기 왕복식 소기관 제어 밸브(5)의 내면, 즉 상기 피스톤 링(13)과 미끄럼 접촉하는 관 제어 밸브 내면(5b)은 상기 실린더 라이너(10)의 내면(10a)과 동일면(동일 직경)으로 형성된다.

도4에 도시된 바와 같이, 상기 왕복식 소기관 제어 밸브(5)는 그 원주 방향에 따라서 관 제어 밸브 제어부(5a)가 상기 소기 구멍(12)과 동일수 형성되어 있 다. 각 관 제어 밸브 제어부(5a)는 최상부 스트로크시에 상기 소기 구멍(12)을 완전 폐쇄 가능하도록 상기 소기 구멍(12)보다도 약간 폭 넓게 형성되고, 상기 관 제어 밸브 제어부(5a)가 도4와 같이 최상부 위치에 있을 때에 각 소기 구멍(12)이 완전 폐쇄가 되어, 이 위치로부터 상기 왕복식 소기관 제어 밸브(5)가 하강하는데 따라서 소기 구멍(12)의 개구 면적이 증대하여 왕복식 소기관 제어 밸브(5)가 최하부로 왔을 때 각 소기 구멍(12)이 완전 개방되어 소기 구멍 개구 면적이 최대가 되도록 구성되어 있다.

부호 6은 상기 실린더 라이너(10)의 하부 외주면에 도시하지 않은 복수의 볼트에 의해 고정된 관 제어 밸브 서포트이고, 상기 왕복식 소기관 제어 밸브(5)는 그 하단부 플랜지부(5c)와 상기 관 제어 밸브 서포트(6)의 하단부 지지부(6a) 사이에 후술하는 유압 실린더(7) 및 스프링(8)을 거쳐서 실린더 라이너(10)와의 미끄럼 접촉부(1f)를 왕복 미끄럼 이동 가능하게 부착되어 있다.

부호 7은 유압 실린더로, 상기 왕복식 소기관 제어 밸브(5)의 하단부 플랜지부(5c)와 상기 관 제어 밸브 서포트(6)의 하단부 지지부(6a) 사이에 개재 장착되고, 상기 유압 실린더(7)의 신축에 의해 상기 왕복식 소기관 제어 밸브(5)가 실린더 라이너(10)의 축 방향으로 왕복 이동하여 상기 각 소기 구멍(12)을 개폐하도록 되어 있다. 상기 유압 실린더(7)의 구동계를 구성하는 전자 밸브(50), 밸브 개폐 제어 장치(51) 등의 구성은 상기 제1 실시예와 마찬가지이다.

부호 8은 압축 스프링 혹은 압축 공기로 이루어지는 스프링으로, 상기 왕복식 소기관 제어 밸브(5)의 하단부 플랜지부(5c)와 상기 관 제어 밸브 서포트(6)의 하단부 지지부(6a) 사이에 개재 장착되어, 상기 왕복식 소기관 제어 밸브(5)를 상방으로 밀어 올려 상기 각 소기 구멍(12)을 폐쇄하는 방향으로 압박되어 있다.

상기 유압 실린더(7) 및 스프링(8), 실린더 라이너(10)의 원주 방향에 따라서 복수개 설치되어 있다.

이러한 제2 실시예에 있어서, 상기 왕복식 소기관 제어 밸브(5)가 최하부에 위치하여 각 소기 구멍(12)이 완전 개방되어 있을 때에는, 상기 소기실(23)과 연소실(14) 사이의 소기 통로의 개구 면적은 도8의 A₁과 같이 되어 있다.

따라서, 왕복식 소기관 제어 밸브(5)가 각 소기 구멍(12)을 완전 개방하고 있을 때에는, 연소 행정에 있어서 피스톤(11)이 하강하여 도8의 A에 있어서 피스톤의 견부가 소기 구멍(12)군을 개구한 후, 피스톤(11)이 하사점 C로부터 상승하고, E에 있어서 피스톤의 견부가 각 소기 구멍(12)을 폐쇄할 때까지는 소기 통로의 개구 면적은 도8의 A₁과 같이 변화된다.

도4에 도시된 바와 같이, 상기 스프링(8)에 의해 상기 왕복식 소기관 제어 밸브(5)가 최상부에 위치하게 되어 있을 때에는, 상기 왕복식 소기관 제어 밸브(5)의 관 제어 밸브 제어부(5a)에 의해 각 소기 구멍(12)이 폐쇄되고, 상기 소기 통로의 개구 면적은 제로(완전 폐쇄)로 되어 있다.

이러한 소기 통로의 개구 면적이 완전 폐쇄인 상태에 있어서, 상기 크랭크각의 검출 신호에 의해 제1단의 피스톤 링(13)의 위치가 하사점 C 후의 D에 온 것이 상기 밸브 개폐 제어 장치(51)에 입력되면, 상기 밸브 개폐 제어 장치(51)는 상기 전자 밸브(50) 및 밸브 개폐 제어 장치(51)를 거쳐서 상기 왕복식 소기관 제어 밸브(5)를 상기 완전 폐쇄 상태로부터 축 방향 하방(도3의 Y 화살표 방향)으로 이동시켜 상기 왕복식 소기관 제어 밸브(5)를 개방하기 시작한다.

이러한 왕복식 소기관 제어 밸브(5)의 개구 면적은 상기 피스톤 견부에 의해 각 소기 구멍(12)군이 폐쇄되어 있지 않은 경우에는, 상기 왕복식 소기관 제어 밸브(5) 축 방향의 이동에 따라서 도8의 A₂와 같이 변화하여 하사점 C 후의 D에서 상기 왕복식 소기관 제어 밸브(5)가 개방되기 시작하여 F에서 폐쇄된다.

그런데, 이러한 실시예에 있어서는, 상기 왕복식 소기관 제어 밸브(1)의 완전 폐쇄 상태로부터 밸브 개방도의 증대와 동시에, 피스톤(11)이 하사점 C로부터 상승하여 상기 제1단의 피스톤 링(13)에 의해 소기 구멍(12)군을 폐쇄해 가고, 상기 소기 구멍(12)의 축 방향에 있어서의 개구 높이가 감소되므로, 상기 소기 통로의 실제 개구 면적은 도8의 A₃과 같이 작아지고, 상기 F보다도 조기인 E에서 폐쇄되게 된다.

한편, 상기 배기 밸브(16)(도5 참조)의 개구 면적은 도8의 A₄와 같이 상기하사점 C 전의 B에서 개방되기 시작된다.

그리고, 이러한 제2 실시예에 있어서는 상기 제1 실시예와 마찬가지로, 상기 밸브 개폐 제어 장치(51)는 상기 소기 통로의 실제 개구 면적(A₃)과 상기 배기 밸브의 개구 면적(A₄)이 동일 크랭크각에 있어서 제로가 되는, 즉 하사점 C 후의 소기 통로의 폐쇄 시기를 배기 밸브(16)의 폐쇄 밸브 시기와 동일 시기(도8의 E)가 되도록 상기 회전식 소기관 제어 밸브(1)를 개폐 제어한다.

따라서 상기 소기 통로의 폐지와 동시에 배기 밸브(16)도 폐쇄되게 되어, 종래 기술과 같이 소기 구멍이 폐쇄된 후에도 배기 밸브가 개방되어 연소실(14) 내의 새로운 공기가 배기관(18)측으로 블로 바이되어 상기 가스의 유출 손실이 발생하는 일은 없다.

이러한 제2 실시예에 있어서, 상기 이외의 작용, 효과는 상기 제1 실시예와 마찬가지이다. 또한 상기 이외의 구성은 상기 제1 실시예와 마찬가지이고, 이와 동일한 부재는 동일한 부호로 나타낸다.

도6의 (a) 및 도6의 (b)에 도시하는 제5 실시예에 있어서는, 소기관 제어 밸브(1A)를 상기 실린더 라이너(10)의 내면에 있어서 상기 실린더 라이너(10)의 원주 방향으로 소정 호상 각도 왕복 이동하게 되는 회전식(로터리 슬라이드식) 소기관 제어 밸브에 의해 구성하는 동시에, 상기 소기관 제어 밸브(1A)의 개구부(65)를 소기 구멍군(12)과 대략 동일한 형상이면서 또한 동일 피치의 개구군을 갖고, 실린더 라이너(10)의 원주 방향으로 소정 호상 각도 왕복 이동시킴으로써 소기 구멍을 관 제어하는 것으로, 상기 관 제어 밸브(1A)의 구동 링크(72A)를 실린더 라이너(10)에 구동 링크 취출 개구부(73A)를 설치하여 상기 구동 링크(72A)를 라이너 외주측으로 연장시킴으로써, 배기 관 제어 밸브(1A)의 높이와 중량을 최소로 하고 있다.

즉, 도6의 (a) 및 도6의 (b)에 있어서, 부호 1A는 회전식 소기관 제어 밸브로, 상기 실린더 라이너(10)의 내면(10a)에 상기 실린더 라이너(10)의 주위 방향으 로 소정 호상 각도 왕복 회전 가능하게 끼워 맞추어져 있다.

상기 회전식 소기관 제어 밸브(1A)는 그 원주 방향에 따라서 관 제어 밸브 개구부(65)가 상기 소기 구멍(12)과 동일 형상이면서 또한 동일 피치로 형성되고, 도6의 (b)에 도시한 바와 같이 상기 관 제어 밸브 개구군(65)이 각 소기 구멍(12)군 사이에 있을 때에 각 소기 구멍(12)이 완전 폐쇄가 되어, 이 위치로부터 상기 관 제어 밸브 개구부(65)가 원주 방향으로 이동하는데 따라서 소기 구멍(12)군의 개구 면적이 증대되고, 각 관 제어 밸브 개구부(65)와 각 소기 구멍(12)이 포개어졌을 때 각 소기 구멍(12)이 완전 개방이 되어 소기 구멍 개구 면적이 최대가 되도록 구성되어 있다.

또한 상기 소기관 제어 밸브(1A)는 상기 구동 링크 취출 개구부(73A)를 기밀 밀봉 가능하게 막도록 상기 개구부(73A) 하단측보다 약간 하방으로 연장시켜 덮개부(1Ab)가 되는 동시에, 상기 덮개부 하단부와 소기관 제어 밸브(1A) 상단부가 라이너 주위 방향으로 미끄럼 이동 가능하게 평행하게 형성되는 동시에, 상기 미끄럼 이동 영역의 실린더 라이너(10)측을 오목하게 설치하여 그 오목 설치 단부면이 미끄럼 이동 가이드(10c)가 된다.

부호 71A는 구동 유압 실린더로, 상기 구동 링크 취출 개구부(73A) 근방의 실린더 라이너(10)의 외면에 도시하지 않은 복수의 볼트에 의해 고정되어 있다. 72A는 상기 유압 실린더(71A)의 출력축인 피스톤 로드 (71Ae)와 상기 회전식 소기관 제어 밸브(1A)의 하부를 연결하는 구동 링크로, 상기 유압 실린더(71A)의 피스톤 로드(71Ae)가 실린더 라이너(10)의 주위 방향으로 왕복 이동하면, 상기 회전식 소기관 제어 밸브(1A)가 실린더 라이너(10)의 내주면을 슬라이드함으로써 원주 방향으로 왕복 이동하여 상기 각 소기 구멍(12)을 개폐하도록 되어 있다.

또한, 상기 유압 실린더(71A)의 구동계를 구성하는 전자 밸브(50), 밸브 개폐 제어 장치(51) 등의 구성은 상기 제1 실시예와 마찬가지이다.

이러한 제5 실시예에 있어서의 작용은 제1 실시예와 마찬가지이지만, 관 제어 밸브(1A)의 구동 링크(72A)를, 실린더 라이너(10)에 구동 링크 취출 개구부(73A)를 마련하여 상기 구동 링크(72A)를 라이너 외주측으로 연장시킴으로써, 배기 관 제어 밸브(1A)의 높이와 중량을 최소로 하고 있으므로 운동부인 관 제어 밸브(1A)의 질량이 최소가 되어 제어성이 향상되는 동시에, 이에 의해 고강도 재료에 의해 만들어지는 관 제어 밸브(1A)의 중량이 최소가 되어 비용을 저감시키고, 또한 이에 의해 전체를 콤팩트하게 할 수 있다.

도7의 (a) 및 도7의 (b)에 나타내는 제6 실시예에 있어서는, 소기관 제어 밸브를 상기 실린더 라이너(10)의 내면에 있어서 상기 실린더 라이너(10)의 축 방향으로 왕복 이동하게 되는 왕복식 소기관 제어 밸브(5A)에 의해 구성되어 있는 점은 제1 실시예와 마찬가지이지만, 실린더 라이너의 관 제어 밸브 구동 링크를 실린더 라이너의 소기 구멍 하방에 링크 스트로크 길이에 대응하는 세로로 긴 띠형으로 링크 스트로크에 대응하는 길이의 개구부를 마련하여 상기 개구부를 거쳐서 링크를 실린더 라이너 외주로 연장시켜 구동 유압 실린더에 부착한다.

즉, 부호 5A는 왕복식 소기관 제어 밸브로, 상기 실린더 라이너(10)의 내면(10a)측에 상기 실린더 라이너(10)의 축 방향으로 왕복 이동 가능하게 끼워 맞추 어져 있다. 상기 왕복식 소기관 제어 밸브(5A)의 내면, 즉 상기 피스톤 링(13)과 미끄럼 접촉하는 관 제어 밸브 내면(5b)은 상기 실린더 라이너(10)의 내면(10a)과 동일면(동일 직경)으로 형성된다.

도7의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 왕복식 소기관 제어 밸브(5A)는 그 원주 방향에 따라서 빗살형의 관 제어 밸브 제어부(5Aa)가 상기 소기 구멍(12)군과 동일수 형성되어 있다. 각 관 제어 밸브 제어부(5Aa)는 최상부 스트로크시에 상기 각 소기 구멍(12)을 완전 폐쇄 가능하도록 상기 소기 구멍(12)보다도 약간 폭 넓게 형성되고, 상기 관 제어 밸브 제어부(5Aa)가 도7의 (a) 및 도7의 (b)와 같이 최상부 위치에 있을 때에 각 소기 구멍(12)이 완전 폐쇄가 되어, 이 위치로부터 상기 왕복식 소기관 제어 밸브(5A)가 하강함에 따라서 소기 구멍(12)의 개구 면적이 증대되고, 왕복식 소기관 제어 밸브(5A)가 최하부에 왔을 때 각 소기 구멍(12)이 완전 개방이 되어 소기 구멍 개구 면적이 최대가 되도록 구성되어 있다.

그리고 상기 관 제어 밸브 제어부(5Aa)의 하측(5Ab)은 빗살형으로 현수되어 있고, 상기 빗살부(5Ab)는 실린더 라이너에 설치한 오목 설치된 슬라이드 홈(101)과 축 방향으로 미끄럼 이동 가능하게 끼워 맞추어 관 제어 밸브(5A)가 축 방향으로 왕복 이동할 때의 요동을 방지하고 있다.

또한, 빗살부의 빗살 폭은 관 제어 밸브 제어부(5Aa)의 폭과 동등하거나 약간 작게 설정되는 동시에, 실린더 라이너(10)측의 슬라이드 홈(101)에 용이하게 침입할 수 있도록 선단부 U자형으로 형성된다.

실린더 라이너(10)측의 슬라이드 홈(101)을 형성하는 볼록부(102)도 선단부 U자형으로 형성되는 동시에, 왕복식 소기관 제어 밸브가 실린더 라이너(10)의 내면에 따라서 축 방향으로 왕복 이동 가능한 스트로크 위치에 형성된다.

또한 구동 링크 취출 개구부(73B)는 소기 구멍 하방의 상기 빗살부(5Ab)의 빗살 폭보다 작게 설정하여 그 부분으로부터 누설되지 않도록 개구한다.

부호 71B는 구동 유압 실린더로, 상기 구동 링크 취출 개구부의 하측에 고정 배치되어 상기 유압 실린더(71B)의 신축에 의해 상기 왕복식 소기관 제어 밸브(5A)가 실린더 라이너(10)의 축 방향으로 왕복 이동하여 상기 각 소기 구멍(12)을 개폐하도록 되어 있다.

이러한 실시예에 따르면 소기관 제어 밸브를 축 방향으로 왕복 이동시키는 관 제어 밸브 구동 링크(72B)를 소기 구멍 하방의 실린더 라이너(10)에 구동 링크 취출 개구부(73B)를 마련하여 상기 링크(72B)를 실린더 라이너(10) 외주로 취출함으로써 관 제어 밸브 높이와 중량을 최소로 할 수 있고, 이에 의해 운동부인 관 제어 밸브(5A)의 질량이 최소가 되어 제어성이 향상되는 동시에, 고강도 재료에 의해 만들어지는 관 제어 밸브(5A)의 중량이 최소가 되어 비용을 저감시킬 수 있고 또한 전체를 콤팩트하게 할 수 있다.

2사이클 대형 디젤 기관에 적용되어 실린더 커버에 배기 밸브를 구비하는 동시에 연소실 내에 소기를 공급하는 소기 구멍이 실린더 라이너의 하부에 주위 방향에 따라서 복수 마련되고, 또한 상기 소기 구멍을 개폐하는 동시에 연소실 내로의 소기 통로의 개구 면적을 변화시키는 소기관 제어 밸브를 구비한 내연 기관에 있어서 기관의 열효율 및 연료 소비율의 저감을 도모할 수 있는 동시에, 특히 연소실 내의 소기 작용이 저해되기 어려워 높은 소기 효율을 유지할 수 있다.

이상 기재한 바와 같이 본 고안에 따르면, 밸브 작동 장치로 소기관 제어 밸브의 개방도를 제어함으로써 피스톤 하강 스트로크로 소기 구멍을 폐쇄해 두는 것으로 배기 밸브 개방을 최대한으로 늦춰 최대의 유효 작업을 얻을 수 있고, 또한 하사점 후의 소기 통로의 폐쇄 시기를 배기 밸브의 폐쇄 밸브 시기와 동일 시기로 함으로써 소기 통로의 폐지와 동시에 배기 밸브도 폐쇄하게 되어, 종래 기술과 같이 소기 구멍이 폐쇄된 후에도 배기 밸브가 개방되어 실린더 내의 가스가 배기측으로 블로 바이되어 상기 가스의 유출 손실이 발생하는 일이 없고, 실린더 내 가스의 유효 작업이 증대하여 기관의 열효율이 상승하여 연료 소비율을 저감시킬 수 있다.

또한, 상기한 바와 같이 실린더 내의 가스의 배기측의 블로 바이가 없으므로, 과급기 및 배기 가스 열회수 시스템에 고배기 온도의 배기 가스를 공급할 수 있고, 과급기를 구동하는 배기 가스 에너지가 증대하는 동시에, 배기 가스 열회수 시스템에 있어서의 폐열회수 효율이 향상된다.

또한, 소기관 제어 밸브를 거쳐서 상기 소기 통로의 개구 시작 시기를 하사점 후로 설정함으로써, 하사점 후의 피스톤의 상승과 함께 소기 작용이 개시되어 소기의 유입 속도와 피스톤의 상승 운동과의 상승 작용에 의해 연소실 내의 소기 작용이 이루어지게 되고, 적은 소기 유량으로 소기 효율을 높게 유지할 수 있어 기관의 열효율이 상승되어 연료 소비율을 저감시킬 수 있다.

또한, 소기관 제어 밸브를 실린더 라이너의 내면에 따라서 축 방향으로 이동 시킴으로써, 상기 소기관 제어 밸브와 실린더 라이너의 미끄럼 접촉부의 밀봉성을 양호하게 유지하여 소기 통로의 개구 면적을 소기 구멍의 완전 폐쇄 상태로부터 소기 구멍의 완전 개방 상태까지 자유롭게 변화시킬 수 있다.

이에 의해, 소기 통로의 개구 면적 변화를 목표로 하는 개구 면적 패턴으로 정확하게 제어할 수 있다.

제2 고안의 상기 실린더 라이너의 내측에 위치하는 소기관 제어 밸브가 실린더 라이너 외측에 배치된 구동계에 의해 상기 실린더 라이너의 내면에 따라서 주위 방향 혹은 축 방향으로 왕복 이동 가능하게 구성된 내연 기관인 경우에,

상기 구동계와 소기관 제어 밸브를 연결하는 전도 기구가 소기관 제어 밸브에 의해 밀봉 가능한 위치에 개구된 실린더 라이너 개구부로부터 구동계측으로 연장되어 있도록 구성하면, 소기 구멍 하방의 실린더 라이너에 구동 링크 취출 개구부를 마련하여 상기 링크를 실린더 라이너 외주로 취출함으로써 관 제어 밸브 높이와 중량을 최소로 할 수 있고, 이에 의해 운동부인 관 제어 밸브의 질량이 최소가 되어 제어성이 향상되는 동시에, 고강도 재료에 의해 만들어지는 관 제어 밸브의 중량이 최소가 되어 비용을 저감시킬 수 있고 또한 전체를 콤팩트하게 할 수 있다.

또한 상기 소기관 제어 밸브를 주위 방향 혹은 축 방향으로 왕복 이동 가능하게 구성하는 가이드부가 실린더 라이너 내면측에 설치됨으로써, 정밀도 좋게 소기관 제어 밸브를 왕복 이동시킬 수 있다.

Claims (9)

1. 연소실 내에 소기를 공급하는 소기 구멍이 실린더 라이너의 하부에 주위 방향에 따라서 복수 마련되는 동시에, 실린더 커버에 배기 밸브를 구비한 내연 기관에 있어서,

   상기 실린더 라이너의 내측에 상기 실린더 라이너의 내면에 따라서 이동 가능하게 설치되어 상기 소기 구멍을 개폐하여 상기 연소실 내로의 소기 통로의 개구 면적을 변화시키는 소기관 제어 밸브를 설치하는 동시에, 기관의 크랭크각에 대응하여 상기 소기관 제어 밸브를 구동하는 밸브 작동 장치를 설치하고, 상기 밸브 작동 장치는 상기 소기관 제어 밸브를 거쳐서 하사점 후의 소기 통로의 폐쇄 시기를 배기 밸브의 폐쇄 밸브 시기와 동일 시기로 제어하도록 구성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 소기관 제어 밸브 장치를 구비한 내연 기관.
2. 제1항에 있어서, 상기 밸브 작동 장치는 상기 소기관 제어 밸브를 거쳐서 소기 통로의 개구 시작 시기를 하사점 후로 설정하도록 구성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 소기관 제어 밸브 장치를 구비한 내연 기관.
3. 제1항에 있어서, 기관의 크랭크각을 검출하는 크랭크각 검출 수단과, 기관 회전수, 기관 부하를 포함하는 기관 운전 상태를 검출하는 기관 운전 상태 검출 수단을 구비하고, 상기 밸브 작동 장치는 상기 크랭크각 검출 수단으로부터 입력되는 크랭크각의 검출치 및 상기 기관 운전 상태 검출 수단으로부터 입력되는 기관 운전 상태의 검출치를 기초로 하여 상기 소기관 제어 밸브를 구동하도록 구성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 소기관 제어 밸브 장치를 구비한 내연 기관.
4. 연소실 내에 소기를 공급하는 소기 구멍이 실린더 라이너의 하부에 주위 방향에 따라서 복수 마련되는 동시에, 실린더 커버에 배기 밸브를 구비한 내연 기관에 있어서,

   상기 실린더 라이너의 내측에 상기 실린더 라이너의 내면에 따라서 이동 가능하게 설치되어 상기 소기 구멍을 개폐하여 상기 연소실 내로의 소기 통로의 개구 면적을 변화시키는 소기관 제어 밸브와, 기관의 크랭크각에 대응하여 상기 소기관 제어 밸브를 구동하는 밸브 작동 장치를 구비하고, 상기 크랭크각의 변화에 대응하여 상기 소기관 제어 밸브를 이동시킴으로써 상기 소기 통로의 개구 면적을 변화시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 소기관 제어 밸브 장치를 구비한 내연 기관.
5. 제4항에 있어서, 상기 소기관 제어 밸브는 상기 밸브 작동 장치에 의해 상기 실린더 라이너의 내면에 있어서 상기 실린더 라이너의 주위 방향으로 왕복 회전하게 되는 회전식 소기관 제어 밸브로 이루어지는 것을 특징으로 하는 소기관 제어 밸브 장치를 구비한 내연 기관.
6. 제5항에 있어서, 상기 회전식 소기관 제어 밸브의 실린더 라이너 축 방향 높 이(H₂)를 제1단 피스톤 링 상면으로부터 최하단 피스톤 링 하면까지의 높이(H₁)보다도 작게 형성한 것을 특징으로 하는 소기관 제어 밸브 장치를 구비한 내연 기관.
7. 제4항에 있어서, 상기 소기관 제어 밸브는 상기 밸브 작동 장치에 의해 상기 실린더 라이너의 내면에 있어서 상기 실린더 라이너의 축 방향으로 왕복 이동하게 되는 왕복식 소기관 제어 밸브로 이루어지는 것을 특징으로 하는 소기관 제어 밸브 장치를 구비한 내연 기관.
8. 실린더 라이너의 내측에 위치하는 소기관 제어 밸브가 실린더 라이너 외측에 배치된 구동계에 의해 상기 실린더 라이너의 내면에 따라서 주위 방향 혹은 축 방향으로 왕복 이동 가능하게 구성된 청구항 4에 기재된 소기관 제어 밸브 장치를 구비한 내연 기관에 있어서,

   상기 구동계와 소기관 제어 밸브를 연결하는 전도 기구가 소기관 제어 밸브에 의해 밀봉 가능한 위치에 개구된 실린더 라이너 개구부로부터 구동계측으로 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 소기관 제어 밸브 장치를 구비한 내연 기관.
9. 실린더 라이너의 내측에 위치하는 소기관 제어 밸브가 실린더 라이너 외측에 배치된 구동계에 의해 상기 실린더 라이너의 내면에 따라서 주위 방향 혹은 축 방향으로 왕복 이동 가능하게 구성된 청구항 4에 기재된 소기관 제어 밸브 장치를 구 비한 내연 기관에 있어서,

   상기 소기관 제어 밸브를 주위 방향 혹은 축 방향으로 왕복 이동 가능하게 구성하는 가이드부가 실린더 라이너 내면측에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 소기관 제어 밸브 장치를 구비한 내연 기관.

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