KR20140001932A - ２행정 엔진 포팅 배열 - Google Patents

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KR20140001932A KR1020137014434A KR20137014434A KR20140001932A KR 20140001932 A KR20140001932 A KR 20140001932A KR 1020137014434 A KR1020137014434 A KR 1020137014434A KR 20137014434 A KR20137014434 A KR 20137014434A KR 20140001932 A KR20140001932 A KR 20140001932A
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Abstract

본 발명은, 2행정의 내연 엔진의 실린더용 가스 전달 포트 시스템으로서, 상기 실린더는 상기 실린더를 상부 섹션과 하부 섹션으로 분할하는 고정된 분리판을 구비하며; 상기 실린더 내 피스톤은 상기 분리판과 실린더 헤드 사이에서 왕복운동하며; 상기 분리판으로부터 하강하는 환형 스커트는 상기 실린더의 내부면과 상기 스커트 사이에 환형 웰(well)의 적어도 일부를 형성하며; 상기 웰은 상기 실린더가 상기 엔진의 크랭크케이스로부터 분리되도록 저부(bottom)에서 밀봉되며; 상기 가스 전달 포트 시스템은 상기 실린더의 벽의 가스 전달 포트 출구 개구와 상기 환형 웰의 하부 부분을 연결하는 적어도 하나의 긴 가스 전달 포트를 포함하는, 시스템에 관한 것이다.

Description

２행정 엔진 포팅 배열{TWO STROKE ENGINE PORTING ARRANGEMENT}
본 발명은 2행정 엔진에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이러한 엔진의 실린더 내의 가스를 전달하는 것에 관한 것이다.
유사한 배기량의 4행정 엔진에 비해 비교적 높은 출력 대 중량 비와 더 적은 수의 이동 부품을 포함하는 일반적인 2행정의 내연 엔진의 장점은 다음과 같은 단점에 의해 상쇄된다:
2행정 엔진은 일반적으로 가압 윤활 시스템을 사용할 수 없어서 대신, 오일을 공기/연료의 혼합물에 추가하여 실린더 내 피스톤과 크랭크 샤프트 위 롤러 베어링을 윤활하도록 하고 있다.
따라서 2행정 엔진은 오일을 연소시키는 것에 의해 원치 않는 오염물을 야기한다.
가압 윤활 시스템이 없는 것으로 인해, 더 값싸고 더 간단한 슬리퍼 베어링(slipper bearings)과 달리 않은, 오일/연료 혼합물에서도 동작할 수 있는 커넥팅-로드(connecting rod) 및 크랭크 샤프트 위 롤러 베어링을 요구한다. 이것은 롤러 베어링 부품을 가능하게 하는 무겁고 값비싼 크랭크 샤프트 조립체를 요구한다.
선행 출원 AU2009238281에서, 본 출원인은, 트윈 실린더 2행정 엔진 배열로서, 각 실린더가 고정된 분리판에 의해 상부 및 하부 실린더 섹션(upper and lower cylinder sections)으로 분할되고, 각 피스톤은 이 분리판과 실린더 헤드 사이의 상부 섹션에서 왕복 운동하는, 트윈 실린더 2행정 엔진 배열을 개시하였다.
이 배열은 증가된 기본 압축비, 피스톤의 압력 윤활, 및 더 간단하고 더 값싼 크랭크샤프트 구성을 가능하게 하는 수많은 장점을 가지고 있지만, 초기 유도(induction)로부터 분리판과 피스톤의 밑면(underside) 사이의 영역으로, 피스톤 위 연소 챔버로 가스를 전달하는 것은 최적 미만인 것으로 발견되었다.
본 발명의 목적은 상기 단점을 해결하거나 적어도 일부를 개선하는 것이다.
주(notes)
1. "포함하는"이라는 용어(및 그 문법적 변형어)는 "∼만으로 구성된"의 배타적인 의미가 아니라, "∼을 가지는" 또는 "∼을 구비하는"의 포괄하는 의미로 본 명세서에서 사용된다.
2. 본 발명의 배경 란에 있는 종래 기술에 대한 전술된 설명은 여기에 언급된 정보가 임의의 나라에서 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자의 보편적인 일반적인 지식의 일부라거나 또는 인용가능한 선행 기술이라는 것을 인정하는 것이 아니다.
따라서, 본 발명의 제 1 광의의 형태에서, 2행정의 내연 엔진의 실린더용 가스 전달 포트 시스템으로서, 상기 실린더는 상기 실린더를 상부 섹션과 하부 섹션으로 분할하는 고정된 분리판을 구비하며; 상기 실린더 내 피스톤은 상기 분리판과 실린더 헤드 사이에서 왕복운동하며; 상기 분리판으로부터 하강하는 환형 스커트는 상기 실린더의 내부면과 상기 스커트 사이에 환형 웰(well)의 적어도 일부를 형성하며; 상기 웰은 상기 실린더가 상기 엔진의 크랭크케이스로부터 분리되도록 저부(bottom)에서 밀봉되며; 상기 가스 전달 포트 시스템은 상기 실린더의 벽에 있는 가스 전달 포트 출구 개구와 상기 환형 웰의 하부 부분을 연결하는 적어도 하나의 긴 가스 전달 포트를 포함하는, 시스템이 제공된다.
바람직하게는, 상기 긴 가스 전달 포트는 적어도 한 쌍의 가스 전달 포트 중 하나이며; 상기 적어도 한 쌍의 가스 전달 포트 각각은 상기 긴 가스 전달 포트와 짧은 가스 전달 포트를 포함한다.
바람직하게는, 상기 고정된 분리판은 상기 환형 스커트의 상부 폐쇄부를 형성하며; 상기 환형 스커트의 외부면의 직경은 상기 실린더의 보어(bore)보다 더 작아서, 상기 환형 스커트의 외주면의 적어도 일부에서 상기 실린더의 상기 보어와 상기 외부면 사이에 환형 웰이 형성된다.
바람직하게는, 상기 고정된 분리판과 상기 환형 스커트는 상기 엔진의 크랭크케이스로부터 상기 실린더의 상기 상부 섹션을 분리시키며; 상기 환형 스커트의 하부 에지는 상기 실린더의 베이스에서 환형 레지(ledge)를 밀봉한다.
바람직하게는, 상기 피스톤이 하사점(BDC)으로 하강할 때 상기 웰은 배기 제어 스커트를 수용하기에 충분한 깊이이며; 상기 배기 제어 스커트는 상기 피스톤의 밑면 림(underside rim)으로부터 매달려 있다.
바람직하게는, 상기 실린더의 배기 포트는 상기 실린더의 입구 포트의 정반대쪽에 배열된다.
바람직하게는, 상기 실린더는 4쌍의 상기 가스 전달 포트를 구비하며; 상기 4쌍은 상기 배기 포트와 상기 입구 포트 사이에 2개의 정반대쪽에 배열된 쌍이 쌍으로 배열된다.
바람직하게는, 상기 짧은 가스 전달 포트 각각은 상기 분리판의 상부면에 근접하여 입구 개구를 구비하며; 상기 짧은 가스 전달 포트는 상기 피스톤이 하사점(BDC)에 있을 때 상기 피스톤의 상부면 위에 출구 개구를 구비한다.
바람직하게는, 상기 긴 가스 전달 포트 각각은 상기 환형 웰의 저부에 근접하여 입구를 구비하며; 상기 긴 가스 전달 포트는 상기 적어도 한 쌍의 가스 전달 포트의 대응하는 짧은 가스 전달 포트의 상기 출구 개구와 공통인 출구 개구를 구비한다.
바람직하게는, 단일 가스 전달 포트는 상기 입구 포트의 출구 개구와 축 방향으로 정렬되어 배열되며; 상기 단일 가스 전달 포트는 상기 분리판의 상기 상부면 아래으로부터, 상기 피스톤이 하사점(BDC)에 있을 때 상기 피스톤의 상기 상부면 위로 연장하며; 상기 입구 포트의 출구 개구는 상기 단일 가스 전달 포트와 연통한다.
바람직하게는, 상기 피스톤은 입구 포트 제어 스커트를 구비하며; 상기 입구 포트 제어 스커트는 상기 분리판의 상기 상부면과 상기 피스톤의 밑면 사이로부터, 상기 피스톤이 하사점(BDC)으로 하강할 때 상기 입구 포트의 상기 출구 개구로 가스의 통로(passage)를 차단하기에 충분할만큼 상기 피스톤의 상기 하부 에지로부터 매달려 있으며; 상기 스커트는 상기 피스톤이 하사점(BDC)에 있을 때 상기 분리판의 상기 상부면 아래로 연장한다.
바람직하게는, 상기 짧은 및 긴 가스 전달 포트의 통로는 상기 공통 출구 개구로부터 방출되는 가스 흐름이 상기 입구 포트 쪽으로 상기 입구 포트 위 흐름 방향으로 편향되도록 상기 공통 출구 개구에 근접하여 굴곡된다.
바람직하게는, 상기 환형 웰의 일부는 상기 웰의 볼륨을 감소시키도록 차단되며; 상기 볼륨의 감소는 상기 실린더의 이용가능한 압축비를 증가시킨다.
바람직하게는, 상기 피스톤의 밑면은 상기 실린더의 입구 포트 측과 배기 포트 측 사이에 놓여있는 직경 중심선으로부터 위쪽으로 지나가는 각진 표면을 가지게 형성되고; 상기 각진 표면은 상기 분리판의 상기 상부면과 상기 피스톤의 상기 밑면 사이로부터, 상기 피스톤이 하사점(BDC)에 접근할 때 상기 짧은 가스 전달 포트의 상기 입구 개구로 가스의 흐름을 향하게 한다.
본 발명의 또 다른 광의의 형태에서, 2행정 엔진의 실린더의 피스톤의 밑면으로부터 가스를 전달하는 방법으로서, 환형 웰의 저부 부분(bottom portion)에 근접한 입구 개구로부터 상기 피스톤이 하사점(BDC)에 있을 때 상기 피스톤의 상부면 위에 위치된 출구 개구로 연장하는 적어도 하나의 긴 가스 전달 포트를 제공하는 단계를 포함하며; 상기 환형 웰은 고정된 분리판으로부터 매달려 있는 환형 스커트와 상기 실린더의 내부면 사이에 형성되는, 방법이 제공된다.
바람직하게는, 상기 긴 가스 전달 포트는 한 쌍의 가스 전달 포트 중 하나이며; 상기 한 쌍의 전달 포트 중 제 2 포트는 상기 피스톤의 밑면 아래 레벨로부터 상기 피스톤이 상기 실린더에서 하사점(BDC)에 있을 때 상기 피스톤의 상기 상부면 위 상기 출구 개구로 연장하는 짧은 가스 전달 포트이며; 상기 짧은 가스 전달 포트는 상기 긴 가스 전달 포트와 공통인 출구 개구를 구비한다.
바람직하게는, 상기 환형 웰은 상기 고정된 분리판으로부터 매달려 있는 상기 환형 스커트를 적어도 부분적으로 둘러싸며; 상기 분리판과 상기 환형 스커트는 상기 엔진의 크랭크케이스로부터 상기 실린더의 상부 섹션을 분리한다.
바람직하게는, 가스를 포함하는 공기 또는 공기/연료 혼합물의 충전물이 상기 피스톤이 상사점(TDC)으로 상승할 때 입구 포트를 통해 상기 고정된 분리판의 상부면과 상기 피스톤의 상기 밑면 사이에 상기 환형 웰에 의해 한정된 볼륨으로 사이에 유입된다.
바람직하게는, 상기 피스톤이 상사점(TDC)으로부터 하사점(BDC)으로 하강할 때 상기 가스 충전물은 상기 볼륨으로 압축되며; 상기 한 쌍의 가스 전달 포트의 압력은 상기 피스톤의 상기 상부면이 상기 한 쌍의 가스 전달 포트의 상기 출구 개구의 상부 에지 아래로 하강할 때까지 최대로 상승하며; 상기 충전물은 이후 상기 출구 개구로부터 방출을 시작한다.
바람직하게는, 상기 충전물의 전달은 상기 분리판의 상기 상부면과 상기 피스톤의 상기 밑면 사이의 분리 거리가 최소로 접근할 때 급격한 압력 상승에 의해 급증되고, 상기 급격한 압력 상승은 상기 짧은 전달 포트를 통해 상기 가스의 가속 전달을 야기한다.
바람직하게는, 단일 가스 전달 포트는 상기 피스톤이 하사점(BDC)에 접근할 때 상기 피스톤의 상부면으로 상기 충전물의 흐름을 향하게 하고; 상기 단일 가스 전달 포트는 상기 실린더의 입구 포트의 출구 개구와 연통하며; 상기 단일 가스 전달 포트는 상기 분리판 아래 레벨로부터 상기 피스톤의 상기 상부면 위 레벨로부터 연장한다.
바람직하게는, 상기 피스톤은 상기 피스톤의 에지로부터 매달려 있는 짧은 입구 포트 스커트를 구비하며; 상기 짧은 입구 스커트는 상기 피스톤이 하사점(BDC)에 있을 때 상기 입구 포트의 상기 출구 개구와 실질적으로 동일 공간에 걸쳐 있다.
본 발명의 실시 예가 이제 첨부된 도면을 참조하여 설명된다:
도 1은 본 발명의 포팅 배열을 사용하는 2행정의 내연 엔진의 개략도;
도 2는 도 1의 포팅 배열을 포함하는 2행정 엔진의 한 쌍의 실린더 및 연관된 부품의 단면도;
도 3은 도 2의 한 쌍의 실린더의 다른 단면도.
도 1 및 도 2를 참조하면, 바람직한 배열에서 본 발명의 포팅 시스템은 2행정 엔진(14)의 한 쌍의 실린더(10 및 12)에 적용된다. 본 발명을 사용하는 엔진은 2개의 실린더 또는 쌍을 이루는 실린더, 따라서, 예를 들어 4개, 6개 또는 8개의 실린더 엔진의 다른 조합일 수 있으나, 본 발명의 포팅 배열은 단일 실린더 엔진에도 적용될 수 있다. 그러나, 이하 상세한 설명은 제 1 실린더가 상사점(TDC: top dead centre)에 있을 때 다른 실린더는 하사점(BDC: bottom dead centre)에 있는 2개의 피스톤이 180도 분리되어 이동하는 "V"자 형상으로 쌍을 이루는 실린더들 중 하나의 실린더("제 1 실린더" 및 연관된 특징부)에만 초점을 맞춘다.
바람직하게는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 같은 쌍을 이루는 실린더의 경우, 엔진(14)은 출원인의 선행 출원 AU2009238281에서 전술된 입구 선회 밸브(16) 배열을 구비한다. 명백하게 되는 바와 같이, 본 발명의 포팅 배열은 선회 밸브 발명의 동작, 무결성 및 효율을 크게 증가시킨다.
본 발명의 포팅 시스템은, 각 실린더를 고정된 분리판(18)에 의해 상부 및 하부 실린더 섹션(22, 24)으로 분할하며 피스톤(20)은 분리판(18)과 실린더 헤드(26)(도 2에서는 제거된) 사이의 상부 섹션(22)에서 왕복 운동하는 엔진에 적용가능하다. 따라서, 피스톤(20)은 상부 실린더 섹션(22)을 피스톤 위 연소 챔버 부분(19)과 피스톤(20)의 밑면과 분리판(18)의 상부면 사이의 유도 또는 압력 챔버 부분(17)으로 분할한다.
분리판(18)의 개구를 통과하는 포스트(post)(28)는 가이드 부재(30)와 피스톤(20)을 상호 연결하며, 이 가이드 부재는 하부 실린더 섹션(24)에서 피스톤과 함께 왕복운동한다. 가이드 부재(30)는 굴대 핀(32)에 의해 커넥팅 로드(34)에 선회가능하게 연결되며, 이 커넥팅 로드는 통상적인 방식으로 크랭크샤프트 저널(36)에 회전가능하게 연결된다.
실린더의 이 하부 섹션은 상부 실린더 섹션의 보어(bore)보다 더 작은 직경이며, 사실상, 주 실린더 본체 내에 삽입된 것으로서, 분리판(18)과 이 판(18)으로부터 매달려 있는 환형 스커트(annular skirt)(21)를 포함하는 역 "비커(beaker)" 또는 "골무(thimble)" 형상을 형성한다. 환형 스커트(21)의 외부 직경은 주 실린더 본체의 보어와 환형 스커트(21) 사이에 환형 웰(annular well)(23)을 형성하는 것으로 구성되어 있다. 이 웰(23)은 2행정 엔진에 일반적인 것으로, 피스톤(20)의 밑면 림(underside rim)으로부터 매달려 있는 배기 포트 제어 스커트(25)를 수용하기에 충분한 깊이이다.
환형 스커트(21)의 하부 림은 실린더(10) 내 레지(ledge)(27)를 밀봉(sealed)하여, 상부 실린더 섹션과 환형 웰이 엔진의 크랭크케이스 공간(29)으로부터 분리되도록 한다.
각 실린더(10, 12)는 적어도 하나의 긴 가스 전달 포트(44)를 구비한다. 바람직하게는, 적어도 하나의 긴 가스 전달 포트(44)는 한 쌍의 가스 전달 포트(40) 중 하나이다. 한 쌍의 가스 전달 포트 중 다른 것은 짧은 전달 포트(42)이다.
한 쌍의 전달 포트 중 긴 가스 전달 포트(44)는 환형 웰(23)의 저부에 인접한 개구(46)로부터 짧은 전달 포트(42)의 공유 공통 출구 개구(45)로 연장한다. 도 1의 개략도에서 볼 수 있는 바와 같이 짧은 전달 포트(42)는 고정된 분리판(18)의 상부면과 피스톤(20)의 밑면 사이의 상부 실린더 섹션의 벽(wall)에 위치된 입구 개구(43)로부터, 피스톤이 하사점(BDC)에 있을 때 피스톤의 상부면 위 실린더 벽에 있는 출구 개구(45)로 연장한다.
바람직하게는, 본 발명의 전달 포트 시스템을 응용하기 위한 엔진은 배기 포트(48)와 입구 포트(50)가 실린더의 정반대쪽에 위치된다는 점에서 크로스 플로우 엔진(cross flow engine)이다. 단 한 쌍의 가스 전달 포트만이 명확화를 위해 도면에 도시되어 있지만, 본 발명의 전달 포트 시스템은 다수의 쌍, 바람직하게는, 4쌍의 짧은 및 긴 전달 포트를 포함할 수 있으며, 도 3에서는 배기 포트(48)와 입구 포트(50) 사이에 2쌍이 쌍으로 정반대쪽에 위치된 것을 볼 수 있다. 바람직하게는, 4쌍의 전달 포트의 배기 포트(48)의 하부 에지, 입구 포트(50), 및 출구 개구(45)는 피스톤이 하사점(BDC)에 있을 때 피스톤(20)의 상부면과 실린더 내에서 동일한 레벨에 위치된다. 이들 포트의 상부 에지의 위치는 하강하는 피스톤에 의해 포트를 개방하여, 배기 가스를 제일 먼저 배기 포트를 통해 배출하기 시작한 후 전달 포트를 개방하는데 중요하다. 입구 포트(50)의 출구 개구는 배기 포트(48)의 하부 립(lower lip)의 레벨에서 다소 아래에 놓여있다.
도 3에서 수직으로 배향된 실린더(12)에서 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이, 각 입구 개구로부터 공통 출구 개구(45)로 짧은 및 긴 가스 전달 포트를 연결하는 통로(passages)(52)는 출구 개구에 인접하여 개구로부터 입구 포트(50) 쪽으로 가스를 방출하도록 굴곡되어 있어 연소 챔버(22)로부터 배기 가스를 배기하는 것을 돕는다.
본 발명의 시스템은 일반적이고 공통적인 추가적인 단일 전달 포트(54)를 제공한다는 것을 도 2 및 도 3에서 볼 수 있다. 이 단일 가스 전달 포트(54)는 고정된 분리판(18)의 상부면의 레벨 아래 레벨로부터, 피스톤이 하사점(BDC)에 있을 때 피스톤(20)의 상부면에서 다소 위의 지점으로 연장한다.
이런 유형의 가스 전달 포트는 현대의 2행정 엔진에 일반적으로 사용되고 있고, 부스터 전달 포트(booster transfer port)로 알려져 있다. 이것은 피스톤이 하사점(BDC) 부근에 있을 때 연소 챔버(22)와 포트를 연결하는 입구 포트(50)의 수직 돌출부를 형성하여, 피스톤(20)의 위와 아래에 각각 형성된 연소 챔버 부분(19)과 유도/압력 챔버 부분(17)을 연결하는 전달 포트들의 네트워크 사이에 추가적인 연통을 가능하게 한다.
알려진 2행정 엔진에서 부스터 전달 포트(54)의 기능은 피스톤의 상부로부터 임의의 잔류 연소 충전물(charges)을 제거(clear)하는 것 뿐만아니라, 유도/압력 챔버 부분으로부터 실린더의 연소 챔버 부분으로 충전물의 전달을 증가시키는 것이다. 이 전달 포트로부터 방출되는 가스는 (그 아래에서 실린더의 입구 포트 쪽으로 가스 흐름을 향하게 하는, 전술된 바와 같은 쌍을 이루는 전달 포트 통로와는 달리) 배기 포트 쪽으로 향하게 되어 있기 때문에, 초과 충전물은 단락 회로(short circuiting)라고 알려진 조건에서 배기 포트를 통해 손실될 수 있으므로, 부스터 포트의 사이즈는 상대적으로 작게 유지된다.
본 발명에서는 입구 포트 출구에서 이 단일 가스 전달 포트(54)는 추가적인 기능을 가지고 있다. 피스톤(20)이 배기 포트(48)를 개방한 후에는 배기 파이프 아래 배기 슬러그(slug)의 큰 분출(outrush)로 인해 연소 챔버 부분(19)의 잔류 압력이 주변 대기압 아래로 강하되고, 하강하는 피스톤(20)이 전달 포트 출구 개구(45)의 상부 에지를 떠나자마자(clear), 한 쌍의 전달 포트(40)를 통해 피스톤(20) 아래 유도/압력 챔버 부분(17)으로부터 신선한 충전물을 유입(draw in)시킨다. 사실상 입구 포트의 연장부인 단일 전달 포트(54)는 이후 개방되어 실린더의 입구 측을 향하는 전달 포트의 궤도를 따라 잔류할 수 있는 피스톤의 상부면으로부터 잔류 연소 가스를 제거한다. 단일 가스 전달 포트(54)는 배기 포트(48)로부터 입구 포트(50)로 가장 직통 경로를 제공하며, 이로써 하강된 압력 또는 흡입력이 이 단일 전달 포트(54)를 통해 보다 즉각적으로 아직 폐쇄된 선회 밸브(16)로 전달되어 이 밸브를 개방하기 시작한다.
이러한 배기 동력학이 없으면, 하사점(BDC)으로부터 상승하는 피스톤은, 상승하는 피스톤(20)이 과거 상승하여 전달 포트(40)의 출구 개구(45)를 폐쇄하고 피스톤이 이 지점을 통과하는 경우에만 형성되는 흡입력 하에서 선회 밸브(16)가 개방되기 전의 시간까지, 입구 포트(50)로부터가 아니라 연소 챔버 부분(19)으로부터 유도/압력 챔버 부분(17)으로 전달 포트(40)를 통해 "후퇴(draw-back)"할 수 있다.
이러한 지연은 전술된 배기 가스의 배기에 의해 감소되거나 또는 제거된다. 대조적으로, 쌍을 이루는 실린더 중 다른 제 2 실린더(12)의 반대쪽 피스톤은 상사점(TDC)으로부터 하강을 시작할 때 이 실린더의 유도/압력 부분(17)을 바로 가압하기 시작하여, 입구 포트에서 동작하는 선회 밸브의 박판(leaf)이 폐쇄되게 한다. 선회 밸브의 2개의 박판이 (일부 휨이 있지만) 견고하게 상호 연결되므로, 이 상승하는 압력은 제 1 실린더(10)의 선회 밸브의 박판의 개방 움직임을 도와준다. 따라서 하사점(BDC)과 상사점(TDC) 사이를 각각 이동하는 반대방향의 피스톤으로부터 2개의 힘은 밀접히 조화하여 작동할 수 있다. 반대방향의 피스톤 운동으로부터 선회 밸브의 박판에 작용하는 폐쇄 및 개방 유체 동력학의 잔존하는 선행(lead) 또는 지연(lag)은 상호 연결된 박판의 복합 물질의 설계에서 허용된 휨에 의해 수용된다.
도면에는 도시되지 않은 피스톤(20)의 밑면은 실린더의 입구 포트 측과 배기 포트 측 사이에 놓여 있는 직경 중심선으로부터 위쪽으로 지나가는(sweeping) 각진 표면(angled surface)을 가지게 형성되는 것이 특징이다. 이 각진 표면은 피스톤이 하사점(BDC)에 접근할 때 고정된 분리판(18)의 상부면과 피스톤(20)의 밑면 사이로부터 짧은 가스 전달 포트(42)의 입구 개구(43) 쪽으로 직접적인 가스 흐름을 가능하게 한다.
고정된 분리판이 허용하는 엔진의 가능한 압축비를 최대화하기 위해, 환형 웰(23)은 도 2에서 우측 실린더의 단면도에서 볼 수 있는 바와 같이 하부 실린더 섹션 주위에 완전히 연장하지 않고, 여기서 이 환형 웰은 긴 전달 포트 입구 개구와 정렬되지 않는다.
종래의 배기 포트 제어 슬리브(25) 뿐만 아니라, 본 발명의 가스 전달 포트 시스템이 적합한 엔진의 피스톤은 배기 스커트(25)와 정반대쪽에 더 짧은 스커트(56)를 구비한다. 이 입구 포트 스커트(56)는 도 2에서 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이 피스톤(20)으로부터 아래쪽으로 연장하고 입구 포트(50)의 출구 개구의 영역과 실질적으로 동일 공간에 걸쳐 있다(coextensive). 피스톤(20)이 하사점(BDC)에 접근하는 중에, "시퀴시(squish)" 효과가 시작될 때, 피스톤의 밑면과 고정된 분리판(18) 사이에 신속히 압축된 가스가 입구 포트 위 파괴 압력 파(destructive pressure wave)를 폐쇄된 위치의 선회 밸브(16)의 비교적 취약한 박판으로 전달할 수 있다. 이 압력 파는 입구 포트 스커트(56) 뒤에서 트랩(trapped)된다.
계속적인 배기 가스의 배기를 수용하도록 추가적인 충전물이 단일 또는 부스터 전달 포트(54)의 개방을 통해 피스톤(20) 위로 계속 전달되어, 입구 포트 스커트(56)에 의해 야기된 제한을 보상한다. 나아가, 스커트(56)에 의해 트랩된 "스퀴시" 압력은 본 발명의 전달 포트 시스템의 동력학을 더 사용하여 짧은 가스 전달 포트(42)로 우회된다.
사용시
도 1에서 왼쪽 실린더를 참조하면, 본 발명의 가스 전달 포트 배열에서, 공기 또는 공기/연료 혼합물의 충전물이 입구 포트(50)를 통해 {피스톤이 하사점(BDC)으로부터 상사점(TDC)으로 상승할 때, 고정된 분리판(18)의 상부면과 피스톤(20)의 밑면 사이에 형성된 공간과 환형 웰(23)을 구비하는} 유도 또는 압력 챔버(17)로 유입된다. 이것은 피스톤의 압축/유도 충전 행정이고, 연소 챔버(19)로 이전에 전달된 압축된 충전물이 점화되면 피스톤이 하사점(BDC) 쪽으로 다시 아래로 구동되는 동력 행정을 개시하게 된다.
이러한 하강은 유도 또는 압력 챔버(19)에서 신선한 충전물을 압축하기 시작한다. 충전물의 유도에 의해 이전에 개방된 선회 밸브(16)는 이제 폐쇄된 위치로 역전된다{피스톤이 상승하는 우측 실린더(12)에 형성된 부분 진공으로 인해 밸브의 다른 박판에 가해지는 흡입력에 의해 촉진된다).
하강하는 피스톤이 짧은 및 긴 가스 전달 포트의 출구 개구(45)를 드러내기(uncover) 시작하기 직전 지점에서 유도 또는 압력 챔버(17)의 압력이 최대로 증가한다. 이들 개구들이 드러날 때, 충전물은 연소 챔버(19)로 방출되고 긴 가스 전달 포트(44)는 모두 하나의 방향으로 이동하는 {환형 웰(23)을 구비하는} 압축/유도 챔버에서 축적된 압력에 의해 구동된다. 종래의 2행정 엔진의 크랭크케이스로부터의 전달이 난류이었던 것과 달리, 유도 또는 압력 챔버 부분(17)으로부터 신선한 충전물의 이러한 흐름은 상당히 균일하다.
피스톤의 밑면이 고정된 분리판(18)에 매우 근접하게 되지만 피스톤이 하사점(BDC)에 도달하기 전에는 충전물이 짧은 전달 포트(42)로 가속된 펄스로 전달된다(소위 "시퀴시" 효과). 이러한 펄스는 긴 가스 전달 포트(44)를 통해 환형 웰(23)로부터 충전물이 배기되는 것을 도와주는 효과를 제공한다.
상기한 바는 본 발명의 일부 실시예만을 기술하는 것이며, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에게는 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 본 발명에 변형이 이루어질 수 있다는 것이 명백할 것이다.

Claims (20)

  1. 2 행정의 내연 엔진의 실린더용 가스 전달 포트 시스템으로서,
    상기 실린더는 상기 실린더를 상부 섹션과 하부 섹션으로 분할하는 고정된 분리판을 구비하며; 상기 실린더 내 피스톤은 상기 분리판과 실린더 헤드 사이에서 왕복운동하며; 상기 분리판으로부터 하강하는 환형 스커트는 상기 실린더의 내부면과 상기 스커트 사이에 환형 웰(well)의 적어도 일부를 형성하며; 상기 웰은 상기 실린더가 상기 엔진의 크랭크케이스로부터 분리되도록 저부(bottom)에서 밀봉되며; 상기 가스 전달 포트 시스템은 상기 실린더의 벽에 있는 가스 전달 포트 출구 개구와 상기 환형 웰의 하부 부분을 연결하는 적어도 하나의 긴 가스 전달 포트를 포함하며; 상기 가스 전달 포트 시스템은 상기 고정된 분리판의 상부면에 근접한 입구 개구와 상기 출구 개구를 연결하는 짧은 가스 전달 포트를 더 포함하며; 상기 출구 개구는 상기 긴 가스 전달 포트와 상기 짧은 가스 전달 포트에 공통인 것을 특징으로 하는 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 긴 가스 전달 포트와 상기 짧은 가스 전달 포트는 다수 쌍의 가스 전달 포트 중 적어도 한 쌍의 가스 전달 포트를 형성하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 고정된 분리판은 상기 환형 스커트의 상부 폐쇄부를 형성하며; 상기 환형 스커트의 외부면의 직경은 상기 실린더의 보어(bore)보다 더 작아서, 상기 환형 스커트의 외주면의 적어도 일부에서 상기 실린더의 상기 보어와 상기 외부면 사이에 상기 환형 웰이 형성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고정된 분리판과 상기 환형 스커트는 상기 엔진의 크랭크케이스로부터 상기 실린더를 분리시키며; 상기 환형 스커트의 하부 에지는 상기 실린더의 베이스에서 환형 레지(ledge)를 밀봉하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피스톤이 하사점(BDC)으로 하강할 때 상기 웰은 배기 제어 스커트를 수용하기에 충분한 깊이이며; 상기 배기 제어 스커트는 상기 피스톤의 밑면 림(underside rim)으로부터 매달려 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 실린더의 배기 포트는 상기 실린더의 입구 포트의 정반대쪽에 배열되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 실린더는 상기 다수 쌍의 가스 전달 포트 중 4쌍의 가스 전달 포트를 구비하며; 상기 4쌍은 상기 배기 포트와 상기 입구 포트 사이에 2개의 정반대쪽에 배열된 쌍이 쌍으로 배열되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 단일 가스 전달 포트는 상기 입구 포트의 출구 개구와 축 방향으로 정렬되어 배열되며; 상기 단일 가스 전달 포트는 상기 분리판의 상기 상부면의 레벨 아래로부터, 상기 피스톤이 하사점(BDC)에 있을 때 상기 피스톤의 상부면 위로 연장하며; 상기 입구 포트의 출구 개구는 상기 단일 가스 전달 포트와 연통하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 피스톤은 입구 포트 제어 스커트를 구비하며; 상기 입구 포트 제어 스커트는 상기 고정된 분리판의 상기 상부면과 상기 피스톤의 밑면 사이로부터, 상기 피스톤이 하사점(BDC)으로 하강할 때 상기 입구 포트의 상기 출구 개구로 가스의 통로(passage)를 차단하기에 충분할만큼 상기 피스톤의 상기 밑면 림으로부터 매달려 있으며; 상기 스커트는 상기 피스톤이 하사점(BDC)에 있을 때 상기 분리판의 상기 상부면의 상기 레벨 아래로 연장하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  10. 제 5 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 쌍을 이루는 상기 짧은 및 긴 가스 전달 포트 각각의 통로는 상기 공통 출구 개구로부터 방출되는 가스 흐름이 상기 입구 포트 쪽으로 상기 입구 포트 위 흐름 방향으로 편향되도록 상기 공통 출구 개구에 근접하여 굴곡되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  11. 제 2 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 환형 웰의 일부는 상기 웰의 볼륨을 감소시키도록 차단되며; 상기 볼륨의 감소는 상기 실린더의 이용가능한 압축비를 증가시키는 것을 특징으로 하는 시스템.
  12. 제 6 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피스톤의 밑면은 상기 실린더의 입구 포트 측과 배기 포트 측 사이에 놓여있는 직경 중심선으로부터 위쪽으로 지나가는 각진 표면을 가지게 형성되고; 상기 각진 표면은 상기 분리판의 상기 상부면과 상기 피스톤의 상기 밑면 사이로부터, 상기 피스톤이 하사점(BDC)에 접근할 때 상기 짧은 및 긴 가스 전달 포트 쌍이 상기 2개의 정반대쪽에 쌍으로 배열된 것에서 상기 짧은 가스 전달 포트의 상기 입구 개구로 가스의 흐름을 향하게 하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  13. 2행정 엔진의 실린더의 피스톤의 밑면으로부터 가스를 전달하는 방법으로서,
    상기 실린더의 벽에 있는 공통 출구 개구에 연결된 적어도 한 쌍의 짧은 및 긴 가스 전달 포트를 제공하는 단계를 포함하며; 각 상기 짧은 가스 전달 포트는 상기 실린더를 상부 및 하부 섹션으로 분할하는 고정된 분리판의 상부면에 근접한 입구 개구로부터 연장하며; 각 상기 긴 가스 전달 포트는 상기 하부 섹션에 있는 웰(well)의 저부 부분(bottom portion)에 근접한 입구 개구로부터 연장하며; 상기 공통 출구 개구는 상기 피스톤이 하사점(BDC)에 있을 때 상기 피스톤의 상부면 위에 위치되고; 상기 실린더의 내부면과 환형 스커트 사이에 형성된 상기 웰은 상기 고정된 분리판으로부터 매달려 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 짧은 가스 전달 포트는 상기 피스톤의 밑면 아래 레벨로부터, 상기 피스톤이 상기 실린더에서 하사점(BDC)에 있을 때 상기 피스톤의 상기 상부면 위 상기 공통 출구 개구로 연장하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 웰은 상기 고정된 분리판으로부터 매달려 있는 상기 환형 스커트를 적어도 부분적으로 둘러싸며; 상기 분리판과 상기 환형 스커트는 상기 엔진의 크랭크케이스로부터 상기 실린더의 상부 섹션을 분리하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 13 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 가스를 포함하는 공기 또는 공기/연료 혼합물의 충전물이 상기 피스톤이 상사점(TDC)으로 상승할 때 입구 포트를 통해 상기 고정된 분리판의 상부면과 상기 피스톤의 상기 밑면 사이에 상기 환형 웰에 의해 한정된 볼륨으로 사이에 유입되는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 피스톤이 상사점(TDC)으로부터 하사점(BDC)으로 하강할 때 상기 가스 충전물은 상기 볼륨으로 압축되며; 상기 한 쌍의 가스 전달 포트의 압력은 상기 피스톤의 상기 상부면이 상기 한 쌍의 가스 전달 포트의 상기 출구 개구의 상부 에지 아래로 하강할 때까지 최대로 상승하며; 상기 충전물은 이후 상기 출구 개구로부터 방출을 시작하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서, 상기 충전물의 전달은 상기 분리판의 상기 상부면과 상기 피스톤의 상기 밑면 사이의 분리 거리가 최소로 접근할 때 급격한 압력 상승에 의해 급증되고, 상기 급격한 압력 상승은 상기 짧은 전달 포트를 통해 상기 가스의 가속 전달을 야기하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 13 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 단일 가스 전달 포트는 상기 피스톤이 하사점(BDC)에 접근할 때 상기 피스톤의 상부면으로 상기 충전물의 흐름을 향하게 하고; 상기 단일 가스 전달 포트는 상기 실린더의 입구 포트의 출구 개구와 연통하며; 상기 단일 가스 전달 포트는 상기 분리판 아래 레벨로부터 하사점(BDC)에 있는 상기 피스톤의 상기 상부면 위 레벨로부터 연장하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 피스톤은 상기 피스톤의 에지로부터 매달려 있는 짧은 입구 포트 스커트를 구비하며; 상기 짧은 입구 스커트는 상기 피스톤이 하사점(BDC)에 있을 때 상기 입구 포트의 상기 출구 개구와 실질적으로 동일 공간에 걸쳐 있는 것을 특징으로 하는 방법.
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