KR20150132288A - 개선된 대향 피스톤 엔진 - Google Patents

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KR20150132288A
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폴 엘리스
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투 스트로크 디벨롭먼츠 리미티드
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Abstract

본 발명은 대향 피스톤 엔진에 관한 것으로 대향 피스톤 엔진은 적어도 하나의 실린더, 대향하는 방식으로 동일한 실린더 내에서 왕복 운동하도록 배치된 적어도 2개의 피스톤들; 실린더 벽부를 관통하는 적어도 하나의 흡기 포트; 실린더 벽부를 관통하는 적어도 하나의 배기 포트; 대향 피스톤들의 왕복 운동 움직임에 의해 회전되도록 배치된 적어도 하나의 샤프트; 실린더 내에 위치되고, 적어도 2개의 피스톤들 중 적어도 하나의 피스톤을 둘러싸는 적어도 하나의 왕복 슬리브 밸브; 적어도 하나의 흡기 포트와 적어도 하나의 배기 포트 중 하나 또는 모두의 포팅(porting)을 제어하도록 적어도 하나의 슬리브 밸브의 왕복 운동 움직임을 제어하는 슬리브 밸브 구동 메커니즘; 및 드웰 메커니즘을 포함한다. 드웰 메커니즘은 피스톤 움직임의 각 사이클 동안 적어도 2개의 피스톤들에 대한 적어도 하나의 드웰 기간을 유도하도록 구성된다.

Description

개선된 대향 피스톤 엔진{IMPROVED OPPOSED PISTON ENGINE}
본 발명은 한 쌍의 대향 피스톤들이 동일한 실린더 내에서 왕복 운동하도록 배치된 타입의 내연 엔진에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 2 행정 사이클로 동작하는 내연 엔진에 적합하다. 또한, 본 발명은 2-행정 압축 점화 엔진에 특히 적합하다.
영국 특허출원공보 제2477272호와 국제 특허출원공보 제2011/092501호는 한 쌍의 피스톤들을 갖는 엔진을 개시하는데, 여기서 한 쌍의 피스톤들은 회전 실린더 블록에 형성된 실린더들 내에서 왕복 운동하는 연결 요소에 의해 연결된다. 피스톤이 실린더들 내에서 왕복 운동하기 때문에, 상기 피스톤들에 부착된 후속 부품들은 실린더 블록이 고정된 중앙 캠샤프트 상에 형성된 캠들을 중심으로 회전하게 한다. 회전 실린더 블록은 고정된 외부 케이스 내에서 회전하고, 동력 인출을 위한 추가적인 샤프트에 연결된다. 왕복 슬리브 밸브는 공기가 실린더들로 들어가는 포트들을 닫고 열기 위해 각 피스톤에 대해 제공되고, 실린더 블록이 회전할 때 슬리브들은 추가적인 캡들에 의해 왕복 운동된다.
피스톤 캠은 피스톤들의 드웰(dwell) 기간이 연소의 모든 열교환이 대체로 일정한 체적으로 발생시키도록 성형된다. 회전 블록의 단부에서 흡기 포트들은 고정 케이스에서 흡기 포트를 갖는 블록의 회전에 따라 정렬 가능하여, 케이스로의 공기의 유입을 허용한다. 전달 채널/통로는 회전 블록에서의 흡기 포트들로부터 실린더 벽부에서의 전달/소기 포트들에 연결된다. 배기 포트는 이들이 실린더 블록의 회전에 따라 배기 포트와 정렬되는 경우, 연소 폐기물들이 실린더들의 단부로부터 지나가는 것을 허용하도록 고정된 케이스에 구비된다. 엔진의 동작 동안, 슬리브 밸브는 실린더 벽들에서 전달/소기 포트들을 닫고 여는 데 사용된다. 흡기 및 배기 포트들은 고정된 케이스에 관련된 실린더 블록의 회전에 의해 닫혀지거나 열리게 된다.
이러한 엔진은 다른 타입들의 알려진 엔진들에 대한 다양한 장점들을 갖는다. 하지만, 본 발명자는 이러한 엔진의 효율적인 동작에 대한 다수의 도전 과제들이 존재함을 인식하였다. 해당 도전 과제들은
- 마찰 손실을 최소화하기 위해 고정된 외부 하우징 내에서 회전하는 회전 블록의 유효한 윤활;
- 회전 블록이 고정된 외부 하우징 내에서 회전할 때 회전 블록의 유효 실링(sealing);
- 회전 블록에서의 흡기 포트로부터, 실린더의 벽부들에서의 전달/소기 포트들로 연결된 전달 통로의 길이에 기인한 공기의 효율적인 소기;
- 회전 실린더 블록에서 피스톤들과 슬리브들의 왕복 운동으로부터 초래되는 힘들의 조합에 기인한 엔진의 유효 밸런싱;
- 회전 실린더 블록와 외부 하우징 사이에 필요한 정확한 기계 가공 공차;
- 실린더들의 벽부 상에서 피스톤들에 의해 가해지는 높은 측면 부하로부터 실린더들을 보호하여, 고정된 샤프트를 중심으로 블록을 회전시키기 위한 요구를 포함한다.
종래 기술에 따른 엔진은 선형 왕복 슬리브 밸브 또는 진동 로터리 슬리브 밸브를 포함하는 대향 피스톤 엔진들을 포함한다. 이러한 엔진들의 예시들은 Hult의 영국특허 제158532호, Clarke에게 허여된 미국특허 제5623894호, 그리고 Porkman에게 허여된 영국특허 제497300호를 포함한다.
또한, 종래 기술에 따른 엔진들은 피스톤들의 드웰 기간을 제공하는 수단들을 포함하는 대향 피스톤 엔진들을 포함한다. 이러한 엔진들의 예시들은 Kriedler에게 허여된 영국특허 제377614호, 그리고 Alfaro에게 허여된 영국특허 제442126호를 포함한다.
본 발명은 개선된 체적 효율을 통해 더 효율적인 동작을 할 수 있는 엔진을 제공하는 데 그 목적이 있다. 또한, 본 발명은 종래 기술의 엔진들에 비해 배기 가스 예를 들어, 그을음을 줄이는 엔진을 제공하는 데 그 목적이 있다. 또한, 본 발명은 종래의 엔진들에 관련된 다른 도전 과제들을 다루는 데 그 목적이 있다.
다음의 설명에서 용어 "횡방향 중심선"은 샤프트의 회전 축에 수직이고, 피스톤들의 상사점(TDC) 위치들에서 각 실린더 내의 대향 피스톤들의 피스톤 크라운들 사이에 한정된 연소 공간의 중심을 통해 수평 방향으로 연장하는 엔진의 중심선을 언급하는 데 사용된다.
다음의 설명에서 용어 "내부"는 엔진의 횡방향 중심선에 가깝에 위치되는 것으로 의도되고, 용어 "외부"는 엔진의 횡방향 중심선으로부터 더 멀리에 위치되는 것으로 의도된다.
다음의 설명에서 용어 "드웰"은 피스톤들이 정적으로 유지되는 샤프트의 회전 기간을 언급하는 것으로 사용된다. "드웰"은 종래의 내연 엔진(콘로드에 연결된 하나 이상의 왕복 피스톤들이 크랭크샤프트를 회전시키는)에서 왕복 피스톤들이 이들의 상사점(TDC) 및 하사점(BDC)에서 정적인 순간보다 긴 정적 움직임의 기간을 나타내는 것으로 의도된다.
본 발명은 대향 피스톤 엔진에 관한 것으로 대향 피스톤 엔진은 적어도 하나의 실린더, 대향하는 방식으로 동일한 실린더 내에서 왕복 운동하도록 배치된 적어도 2개의 피스톤들; 실린더 벽부를 관통하는 적어도 하나의 흡기 포트; 실린더 벽부를 관통하는 적어도 하나의 배기 포트; 대향 피스톤들의 왕복 운동 움직임에 의해 회전되도록 배치된 적어도 하나의 샤프트; 실린더 내에 위치되고, 적어도 2개의 피스톤들 중 적어도 하나의 피스톤을 둘러싸는 적어도 하나의 선형 왕복 슬리브 밸브; 적어도 하나의 흡기 포트와 적어도 하나의 배기 포트 중 하나 또는 모두의 포팅(porting)을 제어하도록 적어도 하나의 선형 왕복 슬리브 밸브의 왕복 운동 움직임을 제어하는 슬리브 밸브 구동 메커니즘; 및 드웰 메커니즘을 포함하고, 드웰 메커니즘은 피스톤 움직임의 각 사이클 동안 적어도 2개의 피스톤들에 대한 적어도 하나의 드웰 기간을 유도하도록 구성된다.
본 발명의 대향 피스톤 엔진은 알려진 엔진들에 대해 다수의 장점들을 갖는 것으로 믿어지고, 이들 장점은 다음:
(i) 엔진의 내부 밸런싱;
(ii) 흡기 포트들이 공기가 실린더에 들어가는 것을 허용하도록 개방된 더 긴 엔진 사이클의 기간, 배기 포트들이 실린더의 소기를 허용하도록 개방된 더 긴 엔진 사이클의 기간; 및 흡기 포트들 및 배기 포트들이 실린더들을 통한 개선된 공기 흐름을 유도하도록 개방된 더 긴 엔진 사이클의 기간으로부터 초래되는 증가된 체적 효율;
(iii) 일정한 체적으로 실린더에서의 연료 연소에 대해 이용가능한 시간의 증가에 기인한 감소된 매연 생성;
(iv) 실린더 벽부들 상에서 감소된 또는 제거된 측면 부하들;
(v) 이동 부품들 간의 더 '정상적이고' / 표준 엔진 공차를 제공하기 위한 능력;
(vi) 간단한 윤활 및 이동 부품들 간의 실링;
중 일부 또는 전체를 포함한다.
본 발명의 일부 바람직한 특징들은 종속항으로 강조되고, 아래의 상세한 설명에서 논의된다
바람직하게, 적어도 2개의 피스톤들은 선형으로 및 동축으로 왕복 운동되도록 배치된다. 더 바람직하게, 적어도 2개의 피스톤들은 피스톤 크라운(crown)들이 실질적으로 서로에 인접한 각각의 TDC 위치들과, 피스톤 크라운들이 서로 이격된 각각의 BDC 위치들 사이에서 왕복 운동되도록 배치된다. 더 바람직하게, 적어도 2개의 피스톤들은 동기 방식으로 왕복 운동되도록 배치된다.
바람직하게, 엔진 사이클 동안, 포팅 이벤트의 타이밍은 실런더 내의 한 쌍의 대향 피스톤들의 위치에 독립적으로 제어 가능하다.
바람직하게, 슬리브 밸브 구동 메커니즘에 의해 제어되는 적어도 하나의 슬리브 밸브의 왕복 운동 움직임은 적어도 2개의 피스톤들의 왕복 운동 움직임에 연결된다. 더 바람직하게, 슬리브 밸브 구동 메커니즘은 적어도 2개의 피스톤들의 왕복 운동 움직임과 다른 위상으로 적어도 하나의 슬리브 밸브를 왕복 운동 시키도록 배치된다.
바람직하게, 드웰 메커니즘은 피스톤 움직임의 사이클 동안 피스톤들 각각의 BDC 위치들에서 피스톤들의 드웰 기간을 유도하도록 구성된다. 더 바람직하게, 피스톤들의 각 BDC 위치들에서 피스톤들의 드웰 기간은 피스톤들이 피스톤들 각각의 BDC 위치들로부터 움직이기 시작하기 전에, 적어도 하나의 배기 포트를 통한 연소 폐기물의 대부분의 소기가 발생하는 데 충분하다.
바람직하게, 드웰 메커니즘은 60 내지 140˚의 적어도 하나의 샤프트 회전의, 더 바람직하게 약 100˚의 적어도 하나의 샤프트 회전의 피스톤들 각각의 BDC 위치들에서 피스톤들의 드웰 기간을 유도하도록 구성된다.
바람직하게, 드웰 메커니즘은 피스톤의 왕복 운동 움직임의 사이클 동안 피스톤들의 TDC 위치들에서 피스톤들의 드웰 기간을 유도하도록 구성된다. 더 바람직하게, 피스톤들 각각의 TDC 위치들에서 피스톤들의 기간은 실질적으로 모든 연소의 열 교환이, 피스톤들이 이들 각각의 TDC 위치들로부터 움직이기 시작하기 전, 일정한 체적으로 실린더 내에서 이루어지는 데 충분하다. 더 바람직하게, 드웰 메커니즘은 20 내지 60˚의 적어도 하나의 샤프트 회전의, 더 바람직하게 약 40˚의 적어도 하나의 샤프트 회전의 이들의 각 TDC 위치들에서 피스톤들의 드웰 기간을 유도하도록 구성된다.
바람직하게, 드웰 메커니즘은 캠 메커니즘이다. 더 바람직하게, 피스톤 캠 메커니즘은 피스톤의 움직임 사이클 동안 각 피스톤과 결합된 하나 이상의 피스톤 캠들의 캠 표면과 접촉하는 피스톤들 각각에 연결된 하나 이상의 캠 종동자들을 포함한다.
바람직하게, 슬리브 밸브 구동 메커니즘은 캠 메커니즘이다. 더 구체적으로, 슬리브 밸브 캠 메커니즘은 피스톤의 움직임 사이클 동안 하나 이상의 슬리브 캠의 표면과 접촉하는 하나 이상의 슬리브에 연결된 하나 이상의 캠 종동자들을 포함한다.
바람직하게, 엔진은 2개의 슬리브 밸브들, 적어도 2개의 피스톤들 각각을 둘러싸는 하나의 슬리브 밸브, 동일한 실린더 내에서 대향하는 방식으로 슬리브 밸브 구동 메커니즘에 의해 왕복 운동되도록 배치된 슬리브 밸브들을 포함한다.
바람직하게, 적어도 2개의 슬리브 밸브들은 슬리브 밸브 구동 메커니즘에 의해 선형으로, 동축으로, 그리고 적어도 2개의 피스톤들과 동축으로 왕복 운동 되도록 배치된다. 더 바람직하게, 적어도 2개의 슬리브 밸브들은 슬리브 밸브들이 실질적으로 서로 인접한 각각의 TDC 위치들과, 슬리브 밸브들이 서로 이격된 각각의 BDC 위치들 사이에서 슬리브 밸브 구동 메커니즘에 의해 왕복 운동되도록 배치된다. 더 바람직하게, 적어도 2개의 슬리브 밸브들은 슬리브 밸브 구동 메커니즘에 의해 서로 다른 위상으로 왕복 운동되도록 배치된다. 더 바람직하게, 적어도 2개의 슬리브 밸브들 중 하나의 밸브는 적어도 하나의 흡기 포트의 포팅을 제어하기 위해 배치되고, 적어도 2개의 슬리브 밸브들 중 다른 하나의 밸브는 적어도 하나의 배기 포트의 포팅을 제어하기 위해 배치된다.
바람직하게, 복수의 흡기 포트들은 대향하는 쌍의 왕복 운동 가능한 슬리브 밸브들 중 하나의 슬리브 밸브의 TDC 위치와 BDC 위치 사이의 위치에서 실린더 벽부를 통해 제공되고, 복수의 배기 포트들은 대향하는 쌍의 왕복 운동 가능한 슬리브 밸브들 중 다른 슬리브 밸브의 TDC 위치와 BDC 위치 사이의 위치에서 실린더 벽부를 통해 제공된다. 슬리브의 원주 주위에서의 다수의 포트들의 제공은 흡기 포트 및 배기 포트의 유효 영역을 증가시킨다.
바람직하게, 복수의 흡기 포트들에 대한 전체 축적 포트 영역은 피스톤 크라운들 중 하나의 피스톤 크라운의 표면 영역과 거의 동일하거나 또는 이 영역보다 크다. 바람직하게, 복수의 배기 포트들의 전체 축적 포트 영역도 피스톤 크라운들 중 하나의 피스톤 크라운의 표면 영역과 거의 동일하거나, 이 영역보다 크다. 그러므로, 흡기 포트의 전체 영역과 배기 포트의 전체 영역은 포트 개방 및 닫힘이 피스톤들에 의해 제어되는 다른 알려진 엔진들에서도 가능하다. 배기 포트들을 닫거나 열기 위한 슬리브의 밸브의 사용은 피스톤들이 배기 포트들이 개방되기 전 팽창 행정의 바닥부로 바로 움직이는 것을 가능케 한다. 이는 피스톤들이 배기 포트들을 닫거나 여는 데 사용되는 알려진 엔진들에 비해 팽창 행정의 유효 길이에 대한 상당한 증가를 초래한다. 흡기 포트들을 닫거나 열기 위한 슬리브 밸브의 사용은 흡기 포팅이 피스톤 위치에 독립적으로 제어되는 것을 가능케 하고, 흡기 포팅이 피스톤들이 흡기 포트들을 닫거나 열기 위해 사용되는 알려진 엔진들에 비해 더 정확하게 제어되는 것을 가능케 한다.
바람직하게, 엔진의 사용 시, 슬리브 밸브 구동 메커니즘은 피스톤들이 드웰 메커니즘에 의해 피스톤들 각각의 TDC 위치들에서 유지되는 다수의 샤프트 회전의 각도 개수보다 많은 개수의 샤프트 회전 각도로, 피스톤들 각각의 TDC 위치들에서 적어도 2개의 슬리브 밸브를 유지한다.
바람직하게, 엔진의 사용 시에 하나 이상의 피스톤 캠들 중 적어도 하나의 피스톤 캠은 축방향 캠이다. 바람직하게, 하나 이상의 슬리브 캠들 중 적어도 하나의 피스톤 캠은 또한, 축방향 캠이다. 바람직하게, 각 피스톤에 대한 적어도 하나의 축방향 피스톤 캠은 적어도 하나의 샤프트 상에 위치된다.
바람직하게, 각 슬리브 밸브에 대한 적어도 하나? 축방향 슬리브 캠은 적어도 하나의 샤프트 상에 위치된다. 각 피스톤에 대한 적어도 하나의 축방향 피스톤 캠과 각 슬리브 밸브에 대한 적어도 하나의 축방향 슬리브 캠은 적어도 하나의 샤프트와 일체로 형성된다. 대안적으로, 각 피스톤에 대한 적어도 하나의 축방향 피스톤 캠과, 각 슬리브 밸브에 대한 적어도 하나의 축방향 슬리브 캠은 적어도 하나의 샤프트 상에서 각 피스톤에 대한 적어도 하나의 축방향 피스톤 캠과, 각 슬리브 밸브에 대한 적어도 하나의 축방향 슬리브 캠은 동일한 캠 몸체 상에서 일체로 형성되고, 캠 몸체는 적어도 하나의 샤프트 상에서 대응하는 스플라인과 맞물리도록 스플라인 형성된다.
바람직하게, 엔진의 사용 시, 적어도 하나의 배기 포트는 피스톤들이 이들의 각 BDC 위치들에 도달할 때, 실질적으로 적어도 하나의 슬리브 밸브에 의해 개방된다.
바람직하게, 적어도 하나의 흡기 포트는 피스톤들이 피스톤들 각각의 BDC 위치들에 도달한 이후, 적어도 하나의 슬리브 밸브에 의해 약 20˚의 샤프트 회전으로 개방된다.
바람직하게, 엔진의 사용 시, 적어도 하나의 배기 포트는 피스톤들이 상기 피스톤들의 BDC 위치들을 벗어난 이후, 적어도 하나의 슬리브 밸브에 의해 약 30˚의 샤프트 회전으로 닫힌다.
바람직하게, 엔진의 사용 시, 적어도 하나의 흡기 포트는 피스톤들이 상기 피스톤들의 각 BDC 위치들을 벗어난 이후, 적어도 하나의 슬리브 밸브에 의해 약 50˚의 샤프트 회전으로 닫힌다.
바람직하게, 엔진의 사용 시, 적어도 하나의 흡기 포트를 통해 들어가는 공기의 압력 충전을 가능케 하도록 배기 포트가 닫힌 이후, 적어도 하나의 흡기 포트는 적어도 하나의 슬리브 밸브에 의해, 약 20˚의 샤프트 회전으로 닫힌다.
적어도 하나의 흡기 포트를 유도하는 흡기 트랙트는 공기의 소기 및 충전 스트림들이 공기를 소기시키는 기계적 펌프로부터 및 공기를 충전하는 배기 터보차저로부터와 같은 별개의 원천의 것이 되도록 2개로 분기될 수 있다.
바람직하게, 적어도 하나의 샤프트는 동력 인출을 위한 출력 샤프트이다.
본 발명은 다양한 분야들에서의 사용에 적합하고, 이는 지상의 동력 생성기들; 예를 들어 자동차 또는 오토바이, 대형 트럭들, 트럭들, 선로 기관차들, 성형용 기구들과 같은 차량 분야; 예를 들어, 보트용 외장 또는 내장 엔진들과 같은 선박 분야; 예를 들어 사람에 의해 동작되는 항공기 또는 무인 항공기(UAV)에서의 사용을 위한 엔진과 같은 항공 분야를 포함하나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명은 2-행정, 압축 점화, 내연 엔진에 특히 적합하지만 이에 제한되지 않는다. 또한, 엔진은 다른 타입들의 엔진 중 2-행정, 불꽃 또는 플라즈마 점화, 내연 엔진으로서의 사용에 적합하다.
이제, 본 발명의 일부 예시적인 실시예들은 이하에서 오직 예시로서 첨부 도면들을 참조로 설명될 것이다.
도 1은 본 발명을 구성하는 대향 피스톤 엔진에 대한 사시도다.
도 2는 단부 캡 또는 플레이트가 제거된 도 1의 엔진에 대한 사시도다.
도 3은 2개가 각 슬리브들에 의해 둘러싸이고, 하나가 분할된 피스톤인 3개의 완전한 피스톤들을 나타내는 도 1의 엔진의 컷어웨이 사시도다.
도 4는 피스톤 장치가 제거된 도 1의 엔진을 통한 단면의 사시도다.
도 5는 피스톤 장치를 갖는, 완전한 도 1의 엔진을 통한 단면의 추가적인 사시도다.
도 6은 샤프트의 세로축 중심선을 통한 수직면에서 도 1의 엔진을 통한 단면의 추가적인 사시도다.
도 7은 도 6의 평면에 평행한 수직 면에서 도 1의 엔진을 통한 단면의 추가적인 사시도다.
도 8은 각 TDC 위치들에서 대향 피스톤들을 갖는 도 7의 측단면도이다.
도 9는 각 BDC 위치들에서 대향 피스톤들에 갖는 도 7의 측단면도이다.
도 10a는 도 1의 엔진의 샤프트, 피스톤 및 슬리브 조립체들에 대한 측면도이다.
도 10b는 도 1의 엔진의 샤프트, 피스톤 및 슬리브 조립체들에 대한 사시도이다.
도 10c는 도 10b의 도면에서 약 180˚의 샤프트 회전이 이루어진 도 1의 엔진의 샤프트, 피스톤 및 슬리브 조립체들에 대한 추가적인 사시도이다.
도 11a는 슬리브 밸브들이 제거된 도 1의 엔진의 샤프트 및 피스톤 조립체들에 대한 측면도이다.
도 11b는 슬리브 밸브들이 제거된 도 1의 엔진의 샤프트 및 피스톤 조립체에 대한 사시도이다.
도 11c는 슬리브 밸브들이 제거되고, 도 11b의 도면에서 약 180˚만큼 샤프트 회전이 이루어진 도 1의 엔진의 샤프트 및 피스톤 조립체에 대한 사시도이다.
도 12a 내지 도 12c는 상이한 각도로부터의 도 1의 엔진의 샤프트 조립체에 대한 일련의 사시도이다.
도 13a 및 도 13b는 도 1의 엔진의 피스톤에 대한 사시도이다.
도 14는 피스톤들의 TDC 위치들에서 피스톤들의 드웰 기간 동안 엔진 사이클 중 일 지점에서 도 1의 엔진에 대한 단면도이다.
도 15는 흡기 포트(들)이 흡기 슬리브 밸브에 의해 완전히 닫히고, 배기 포트(들)이 배기 슬리브 밸브에 의해 부분적으로 닫힌, 피스톤들의 BDC 위치들에서 피스톤들의 드웰 기간 동안 엔진 사이클의 일 지점에서 도 1의 엔진에 대한 추가적인 단면도이다.
도 16은 피스톤들이 이들 각각의 BDC 위치들에 도달하고, 배기 포트(들)이 피스톤의 BDC 위치에서 또는 피스톤의 BDC 위치 근처에서 흡기 슬리브 밸브를 통해 열리고, 흡기 포트(들)이 흡기 슬리브 밸브에 의해 부분적으로 열린 엔진 사이클의 일 지점에서 도 1의 엔진에 대한 추가적인 단면도이다. 그러므로, 엔진은 블로 다운 기간을 겪는다.
도 17은 피스톤들이 이들 각각의 BDC 위치들에서 드웰되고, 피스톤들의 BDC 위치에서 또는 BDC 위치의 근처에서 배기 포트(들)이 배기 슬리브 밸브에 의해 완전히 닫히고, 흡기 포트(들)이 흡기 슬리브 밸브를 통해 적어도 부분적으로 열리는 엔진 사이클의 일 지점에서 도 1의 엔진에 대한 추가적인 단면도이다. 그러므로, 엔진은 슈퍼 차징 기간을 겪는다.
도 18은 배기 포트(들)이 배기 슬리브 밸브에 의해 완전히 닫히고, 흡기 포트(들)이 흡기 슬리브 밸브에 의해 부분적으로 열린 피스톤들의 팽창 행정 동안 엔진 사이클의 일 지점에서 도 1의 엔진에 대한 추가적인 단면도이다.
도 19는 도 1의 엔진의 사이클 동안 샤프트 회전의 각도에 따른 피스톤, 배기 슬리브 밸브 및 흡기 슬리브 밸브 행정 위치를 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 엔진(1)은 종래의 냉각 핀(3)들을 구비할 수 있는 고정된 실린더 블록(2)을 포함한다. 실린더 블록은 종래의 고정 수단을 이용하여 프레임 또는 차량 샤시(미도시)에 부착 가능할 수 있다. 실린더 블록은 엔진의 조립 및 조립 해제를 허용하기 위해 한 쌍의 제거 가능한 단부 캡들 또는 플레이트(4, 5)들을 구비하는데, 단부 캡들 또는 플레이트(4, 5)들은 종래의 고정 수단을 통해 블록에 부착 가능하다. 대안적으로, 실린더 블록은 종래의 고정 수단에 의해 부착 가능한 2개의 절반부들로 형성될 수 있다.
도 3 내지 도 9를 참조하면, 실린더 블록은 2개의 연장하는 즉, 수평 방향으로 연장하는 실린더(6, 7)들을 한정한다. 대향 피스톤(8 및 9와, 10 및 11)들은 각 실린더에서 대향 피스톤들의 피스톤 크라운들이 실질적으로 서로 인접한 각 상사점(TDC) 위치들(도 8)과, 각 실린더에서 대향 피스톤들의 피스톤 크라운들이 서로 이격된 각 하사점(BDC) 위치들(도 9) 사이의 실린더(6, 7)들 각각 내에서 선형으로 그리고, 축 방향으로 왕복 운동되도록 배치된다. 대향 피스톤들의 쌍 각각에서 피스톤들은 동기식으로 그리고, 반대 방향으로 왕복 운동 되도록 배치된다. 하나 이상의 인젝터들은 대향 피스톤들의 피스톤 크라운들 사이의 공간에서 연료를 실린더로 주입하기 위한 포트(12) 내에서 위치가 정해질 수 있다. 바람직하게, 피스톤 크라운들은 연소 공간을 제공하기 위해 오목한 함몰부 또는 볼(bowl)을 구비한다. 또한, 피스톤은 연소 챔버에서 난류를 만들기 위해 스퀴시 밴드(squish band)를 구비할 수 있다.
샤프트(13)는 2개의 실린더들 사이에서 엔진의 중심을 통해 연장한다. 샤프트의 회전 축은 피스톤들의 왕복 운동 축으로부터 이격되고, 이 축에 평행하다. 샤프트는 일련의 베어링(14, 15, 16, 17)들에 의해 실린더 블록에서 회전 가능하게 지지된다. 샤프트의 단부(18, 19)들은 기어 또는 벨트 구동 시스템(미도시)으로의 연결을 위해 스플라인 형성된다(splined), 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 엔진은 실린더들에서 연료/공기 혼합물의 연소로부터 초래되는 각 실린더들 내에서의 대향 피스톤들의 쌍의 왕복 운동이 샤프트를 회전시키도록 구성된다.
엔진은 피스톤들의 선형 왕복 운동 움직임을 샤프트의 회전 움직임으로 변환하는 캠 메커니즘을 포함한다. 도 10a 내지 도 12c에 상세히 도시된 바와 같이, 캠 메커니즘은 샤프트(13) 상에 위치된 서로 이격된 축방향 캠들의 쌍을 포함한다. 캠들은 일반적으로 실린더들에 횡방향으로 위치되고, 각각은 샤프트의 대향하는 측상에서 인접한 피스톤들의 쌍 사이에 위치된다.
축방향 캠들은 샤프트를 통해 필수적으로 형성될 수 있다. 대안적으로, 캠들은 샤프트 상에서 대응하는 스플라인들과 맞물리도록 스플라인 형성될 수 있는 캠 몸체 상에 구비될 수 있다. 캠 표면은 도시된 바와 같이, 캠의 몸체로부터 돌출된 단일 돌출 플랜지(22)에 의해 형성될 수 있다. 대안적으로, 캠 표면은 캠의 몸체로부터 돌출되고, 이격되며, 평행한, 한 쌍의 플랜지들 또는 캠의 몸체 내의 홈 또는 채널에 의해 형성될 수 있으며, 내부 및 외부 캠 표면들을 한정한다.
도 13a 및 도 13b에 더 상세히 도시된 바와 같이, 피스톤(8, 9, 10, 11)들 각각은 횡방향 핀 또는 샤프트(24)에 의해 피스톤에 연결된 연장부 또는 피스톤 로드(23)를 구비한다. 피스톤 로드는 플랜지의 대향하는 면에서 내부 및 외부 캠 표면들에 따라 작용하도록 위치된 한 쌍의 후속 부품들 또는 롤러(25, 26)를 구비한다. 각 실린더에 인접하게, 샤프트(13)의 대향하는 면 상에서 인접한 피스톤의 쌍(8, 9 및 9, 11)에 이격된 후속 부품들의 쌍은 직경 방향으로 캠의 대향하는 면에서 동일한 축방향 캠(20, 21)의 캠 표면들에 따라 작용한다. 이들 피스톤들은 동일한 캠을 회전시키기 위해 배치된다.
피스톤 로드들 각각은 원통형 슬롯 내에서 슬라이딩 하도록 배치된 피스톤의 외부 단부로부터 돌출된 핀(27) 또는, 바람직하게 실린더 블록의 단부 캡에서의 블라인드 홀(28)을 구비할 수 있다. 이는 피스톤의 왕복 운동 움직임 동안 실린더 내에서 피스톤을 안정시키고, 피스톤의 흔들림을 방지하는 데 도움이 될 수 있다. 단부 캡 및/또는 핀에서 홀은 적합한 마찰 감소 물질을 통해 라이닝되거나 코팅될 수 있다.
실린더의 각 단부에 인접한 축방향 캠들은 피스톤들의 왕복 운동 움직임을 한정하고 제어하기 위해 제조 동안 성형될 수 있다. 예를 들어, 축방향 캠들은, 실린더들 중 하나의 실린더에서 대향 피스톤들이 다른 실린더에서의 대향 피스톤들과 다른 위상으로 왕복 운동되도록 또는, 각 실린더에서 대향 피스톤들이 서로 다른 위상으로 왕복 운동되도록 성형된다.
축방향 캠들은 이들의 각 피스톤 움직임 사이클 동안 피스톤 각각에 대한 적어도 하나의 드웰 기간을 야기하도록 성형된다. 특히, 캠들은 피스톤들의 BDC 위치에서 피스톤들의 드웰 기간을 제공하도록 성형된다. 또한, 샤프트 회전 메커니즘은 피스톤들의 TDC 위치에서 피스톤들 각각의 드웰 기간을 야기하도록 구성될 수 있다. 피스톤들의 드웰 기간은 축 방향 캠들의 프로파일에 의해 결정된다. 예를 들어, 캠들은 특정 분야에 적합한 드웰 기간을 한정하기 위해, 원하는 엔진 작동 특성을 제공하기 위해 및/또는 특정 타입 및/또는 품질의 연료를 이용하기 위해 설계될 수 있다. 여기서, 축방향 캠들은 샤프트 상에서 대응하는 스플라인들과 맞물리는 스플라인을 구비하고, 엔진은 상이한 드웰 기간을 한정하는 상이한 캠 프로파일을 갖는 상이한 축방향 캠을 포함하기 위해 초기 제조 이후, 변경될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 압축 행정 시 TDC 위치 방향으로 피스톤들이 움직이기 전, 적어도 하나의 배기 포트를 통해 연소 시 대부분의 또는 실질적으로 모든 배기 가스의 소기가 발생하는 동안, 축방향 캠들은 피스톤들이 이들의 각 BDC 위치들에서 드웰 기간에 영향을 받도록 성형된다. 바람직하게, 피스톤 캠(20, 21)들은 60 내지 140˚ 사이의 샤프트 각도로 TDC에서 피스톤들의 드웰 기간을 제공하도록 성형된다. 더 바람직하게, 캠들은 약 100˚의 샤프트 회전 각도로 TDC 에서 피스톤들의 드웰 기간을 제공하도록 성형된다.
바람직한 실시예에서, 축방향 캠들은 이들의 각 TDC 위치에서 피스톤들이 일시 정지되는 반면, 연소시 실질적으로 모든 열 교환은 피스톤들이 이들의 팽창 행정에서 이들의 각 BDC 위치로부터 움직이기 전에, 실린더 내에서 일정한 체적으로 이루어지도록 성형된다. 바람직하게, 캠들은 20 내지 60˚의 샤프트 회전 각도로 BDC에서 피스톤들의 드웰 기간을 제공하도록 성형된다. 더 바람직하게, 캠들은 약 40˚의 샤프트 회전 각도로 피스톤들의 회전 기간을 제공하도록 성형된다.
전술한 바람직한 드웰 기간들은 엔진의 효율적인 동작을 제공하고, 넓은 범위의 관련 인자들 간의 밸런스를 나타내기 위해 선택되었다. 또한, 다른 드웰 기간들은 엔진에 대해 적합할 수 있고, 다음의 요소: 특정 적용(예를 들어, 최대 동력 출력 또는 연료 효율이 위험한); 특정 환경(예를 들어, 주변 공기 온도가 특히 높거나 낮은); 특정 타입 및/또는 품질의 연료의 이용; 및 다른 관련 요소들 중 임의의 요소 또는 이들 요소 전체에 의해 결정될 수 있다.
도 3 내지 도 10c를 참조하면, 실린더들 각각은 대향 슬리브 밸브들의 쌍(29,30 및 31, 32)을 더 구비하고, 하나의 슬리브 밸브는 각 실린더 내에서 대향 피스톤들 각각을 둘러싼다. 각 실린더에서 슬리브 밸브들은 대향하는 방식으로, 서로 동축으로, 그리고 대향 피스톤들의 왕복 운동의 축과 동축으로 왕복 운동하도록 배치된다. 슬리브 밸브들은 슬리브 밸브들이 실질적으로 서로에 대해 인접한 개별적인 TDC 위치들과, 슬리브 밸브들이 서로 이격된 BDC 위치들 사이에서 왕복 운동한다. 이들의 각 TDC 위치들에서 슬리브들은 피스톤들에 비해 더 가깝게 위치될 수 있다. 이들의 TDC 위치들에서 바람직하게, 슬리브들은 실링된 연소 챔버를 제공하기 위해 서로 인접한다. 대안적으로, 실린더 벽부로부터 실린더로 연장하는 숄더부(33)에 인접할 수 있다. 슬리브들은 편평하거나, 경사지거나 또는 프로파일링된 내부 단부를 구비할 수 있다. 아래에서 더 설명되는 바와 같이, 슬리브 밸브들은 엔진의 포팅을 제어하는 데 사용되고, 흡기 및 배기 포팅이 실린더들 내의 피스톤들의 위치에 독립적으로 제어될 수 있게 한다.
구동 메커니즘의 슬리브 밸브는 실린더들 내에서 슬리브들을 왕복 운동 시키기 위해 제공된다. 슬리브 구동 메커니즘은 실린더들 사이에 위치된 추가적인 쌍의 축방향 캠(34, 35)들을 포함한다. 하나의 축방향 캠은 엔진의 횡방향 중심선의 각 면 상에 제공된다. 슬리브 캠들은 샤프트 상에서, 축방향 피스톤 캠들(20, 21) 사이에 위치된다. 위에서 피스톤 캠들을 참조로 설명한 바와 같이, 슬리브 캠들은 수리를 위한 제거, 변경 및/또는 교체를 허용하기 위해, 샤프트와 일체로 형성될 수 있거나, 또는 샤프트 상에서 대응하는 스플라인과 맞물리도록 스플라인 형성된다.
도 10a 내지 도 10c, 도 13a 및 도 13b에서 더 상세히 도시된 바와 같이, 슬리브 밸브들 각각은 실리브 밸브의 외부 단부에 가까운 슬리브 밸브의 표면으로부터 횡방향으로 돌출되는 핀(36)을 구비한다. 축방향 슬리브 캠은 슬리브 밸브 핀들을 수용하는 캠 트랙(37)을 한정한다. 트랙(track)은 한 쌍의 서로 이격되고, 평행인 플랜지(38, 39)들에 의해, 또는 캠의 몸체의 표면에서의 홈 또는 채널에 의해 형성될 수 있다. 캠은 내부 및 외부 캠 표면들을 한정한다. 축방향 슬리브 캠들은 샤프트의 대향하는 면들 상에서 횡방향으로 인접한 쌍의 슬리브 밸브들 각각 상의 슬리브 핀이 각 축방향 캠에 의해 한정된 동일한 캠 트랙의 직경 방향으로 대향하는 면들과 맞물리도록 위치된다. 슬리브 밸브 핀들은 샤프트가 회전할 때, 축방향 캠 표면과 일정하게 접촉하게 된다.
또한, 슬리브 밸브들은 추가 핀(40)을 구비할 수 있는데, 이 추가 핀은 축방향 슬리브 캠들과 맞물리는 핀에 대한 슬리브 밸브의 외부 단부에 가장 가깝게, 그리고 직경 방향으로 대향하는 면 상에 위치된다. 이러한 추가 핀은 실리브의 왕복 운동 움직임 동안 실린더 블록에서 홈 또는 채널(41)을 따라 슬라이딩한다. 이는 슬리브 밸브를 안정화시키고, 실린더들 내에서 슬리브 밸브들의 진동을 방지하는 데 도움을 줄 수 있다. 홈 또는 채널은 적합한 마찰-감소 물질을 통해 라이닝되거나 또는 코팅될 수 있다.
축방향 피스톤 캠(20, 21)들을 위에서 참조로 설명한 바와 같이, 축방향 슬리브 캠(34, 34)들은 슬리브 밸브들의 왕복 운동 움직임을 한정하고 제어하도록, 제조 동안 성형될 수 있다. 예를 들어, 이들 캠들은 실린더들 중 하나의 실린더에서 대향 슬리브 밸브들이 실린더들 중 다른 실린더 내의 대향 슬리브 밸브들과 다른 위상으로 왕복 운동되도록 또는 각 실린더에서 대향 슬리브 밸브들이 서로 다른 위상으로 왕복 운동되도록 성형될 수 있다.
슬리브 구동 메커니즘은 이들의 각 피스톤과 동일한 방향으로, 하지만 피스톤의 움직임 이후의 얼마 동안 각 슬리브를 왕복 운동시키도록 배치된다. 이는 축방향 슬리브 캠들의 형태 및 축방향 슬리브 캠들 중 하나 또는 이들 모두에 의해 달성될 수 있는데, 축방향 슬리브 캠들은 피스톤 캠들이 축방향 피스톤 캠들과 다른 위상으로 이루어지도록 샤프트를 중심으로 피스톤 캠들로부터 더 멀리에 위치된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 흡기 및 배기 포트들은 제공된다. 특히, 실린더들 각각에서, 하나 이상의 흡기 포트(42)들이 각 대향하는 쌍의 피스톤들 중 하나의 TDC 및 BDC 위치 사이의 실린더 벽부들을 통해 제공되고, 하나 이상의 배기 포트(43)들은 각 대향하는 쌍의 피스톤들 중 다른 하나의 TDC 및 BDC 위치들 사이의 실린더 벽부를 통해 제공된다. 바람직하게, 복수의 흡기 포트(42) 및/또는 배기 포트(43)는 실린더들 각각에 제공되고, 포트들은 실린더들의 원주 주위에 균일하게 이격되고, 피스톤들의 왕복 운동 축에 횡단하는 동일한 면 상에서 중심이 맞춰진다. 포트들은 브릿지부(44)에 의해 실린더들의 원주 주위에서 서로로부터 이격된다.
그러므로, 각 실린더에서 흡기 및 배기 포트들은 실린더의 길이에 따라 서로로부터 이격되고, 엔진의 횡방향 중심선의 대향 면 상에 위치되어, 흡기 포트들의 포팅이 슬리브 밸브들 중 각 대향하는 쌍의 슬리브 밸브들 중 하나의 슬리브 밸브에 의해 제어되고, 배기 포트들의 포팅이 슬리브 밸브들 중 각 대향하는 쌍의 슬리브 밸브들 중 다른 하나의 슬리브 밸브에 의해 제어된다. 복수의 흡기 포트들에 대한 전체 축적 포트 영역은 피스톤 크라운들 중 하나의 영역과 거의 동일하고, 복수의 배기 포트들의 전체 축적 포트 영역은 피스톤 크라운들 중 하나의 영역과 거의 동일하다.
도 19에 도시된 바와 같이, 그리고 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 개선된 체적 효율에 대한 특정 초점으로 설계된 엔진의 예시적인 형태에서, 축방향 슬리브 캠들의 캠 프로파일은, 흡기 및 배기 슬리브들이, 이들의 움직임 사이클 동안 지속적으로 실린더들을 따라 움직이더라도, 샤프트 회전 기간 동안 이들의 각 슬리브 밸브 행정에 비례하여 상대적으로 적게 움직이도록 성형되는데, 여기서 샤프트 압축 기간은 (i) 피스톤들의 압축 행정, (ii) TDC에서 피스톤 드웰 기간 및 (iii) 피스톤들의 팽창 행정을 포함한다. 대안적으로, 축방향 슬리브 캠들의 캠 프로파일은, 흡기 및 배기 슬리브들 중 하나 또는 이들 모두가 감소된 선형 움직임의 길더나 짧은 기간 또는, 엔진 사이클 동안의 드웰 기간에 영향을 받는다.
축방향 슬리브 각각의 캠 프로파일은 다음 중 임의의 하나 또는 이들의 조합이 적용되도록 성형될 수 있다:
(i) 각 실린더에서, 흡기 및 배기 슬리브들 중 하나 또는 이들 모두가 엔진 사이클 동안 드웰에 가까워지는 지속적인 움직임의 기간에 영향을 받는다.
(ii) 각 실린더에서, 유입 슬리브는 약 150 내지 약 250˚사이의, 바람직하게 약 195˚의 샤프트 회전의 기간 동안 각 방향으로(즉, 도 18의 흡기 슬리브의 TDC 위치의 각 면 상에서), 이의 슬리브 밸브 행정의 약 20% 움직인다.
(iii) 각 실린더에서, 흡기 슬리브는 샤프트의 약 90 내지 150˚ 사이의, 바람직하게 샤프트의 약 115˚의 기간 동안 드웰에 가까워진다. 이는 예를 들어, 흡기 슬리브가 각 방향으로(즉, 흡기 슬리브 밸브 커브의 TDC 위치의 각 면에서) 이의 슬리브 밸브 행정의 약 5 내지 10% 움직이는 슬리브의 TDC 위치에 걸쳐 연장하는 도 19의 흡기 슬리브 커브의 실질적으로 편평한 위치에 의해 나타난다.
(iv) 각 실린더에서, 배기 슬리브는 약 150 내지 250˚의, 바람직하게 약 195˚의 샤프트 회전의 기간 동안, 각 방향으로(즉, 도 19의 커브로 도시된 배기 슬리브의 TDC 위치의 각 면에서) 이의 슬리브 밸브 행정의 약 20% 움직인다.
(v) 각 실린더에서, 배기 슬리브는 약 80 내지 150˚의, 바람직하게 약 110˚의 샤프트 회전의 기간 동안 드웰에 가까워진다. 이는 예를 들어, 배기 슬리브들이 각 방향으로(즉, 배기 슬리브 굴곡의 TDC 위치의 각 면에서) 이의 슬리브 밸브 행정의 약 5 내지 10%만 움직이는 슬리브의 TDC 위치에 걸쳐 연장하는 도 19의 배기 슬리브 커브의 실질적으로 편평한 위치에 의해 도시된다.
(vi) 각 실리더에서, 대부분의 흡기 및 배기 슬리브들 각각의 행정은 이들의 각 BDC 위치에서 피스톤들의 드웰 기간 동안 움직인다.
(vii) 각 실린더에서, 흡기 및 배기 슬리브들의 각각은 적어도 피스톤들이 이들의 각 TDC 위치들에서 머무르는 샤프트의 기간 만큼 길게, 그리고 이 기간을 포함하는 샤프트 회전 기간 동안 연소 챔버를 형성하도록 이들의 각 TDC 위치들에서 서로 실질적으로 인접하게 유지된다.
(viii) 각 실린더에서, 흡기 및 배기 슬리브들 각각은 피스톤들 드웰이 이들의 각 TDC 위치들인 샤프트 회전 기간보다 긴 샤프트의 회전 기간 동안 연소 챔버를 형성하도록, 서로 이들의 각 TDC 위치들에서 서로 인접하게 유지된다.
축방향 시프톤 캠들과 축방향 슬리브 캠들의 외부 단부들은 중량을 줄이기 위해 공동(空洞)이 형성될 수 있다(도 6). 바람직하게, 피스톤 로드들은 중량을 더 감소시키기 위해 홀 또는 슬롯(45)을 구비한다(도 13a 및 도 13b).
예를 들어, 실린더 블록은 알루미늄 합금 또는 주철로 이루어질 수 있다. 피스톤들은 예를 들어, 고규소, 저팽창 피스톤 합금으로 이루어질 수 있다. 슬리브들은 예를 들어, 경화된 및 그라운드 스틸(ground steel), 코팅된 알루미늄 합금 또는 단단하게 도금된(hard plated) 청동으로 이루어질 수 있다. 샤프트는 예를 들어, 고장력강으로 이루어질 수 있다. 축방향 피스톤 및 슬리브 캠들은 예를 들어, 경화된 스틸 또는 칠링된(chilled) 주철로 이루어질 수 있다.
엔진은 압축된 공기에 의해서만 소기될 수 있고, 연료는 배기 포트가 배기 슬리브 밸브들에 의해 닫힌 이후 주입된다. 이는 배기 터보-압축기만을 통해 또는 별도의 소기 펌프와의 혼합으로 달성될 수 있다.
분할된 또는 2개로 분기된 흡기 트랙트(미도시)가 제공될 수 있고, 이에 의해, 배기 포트들을 통해 실린더로부터 연소 폐기물에 가하기 위한 소기용 공기가 하나의 소스로부터 공급될 수 있고, 실린더들에서 다음의 연소 이벤트를 위한 새로운 충전 공기가 대안적인 소스로부터 공급될 수 있다. 예를 들어, 압축된 소기용 공기는 압축된 저장부로부터 또는 전기적 또는 기계적으로 구동되는 펌프 또는 압축기로부터 직접적으로 공급될 수 있다. 압축된 충전 공기는 압축된 충전 공기는 실린더들로의 공기의 흐름 속도를 증가시키기 위해, 압축된 저장부 배기-구동 터보차저 또는 유사한 디바이스를 통해 제공될 수 있다. 충전 압축을 제공하기 위해 배기 압력 구동 압축기를 이용함으로써, 여분의 배기 에너지가 유용한 작업을 위해 변환될 수 있고, 피스톤들이 충전 압축의 모든 작업을 하기 위한 요구사항이 감소되어, 개선된 엔진 효율이 초래된다.
하나 이상의 연료 인젝터들은 연료를 연소 공간으로 주입하기 위한 포트들을 통해 각 실린더 주위에 위치된다. 연료 주입 이벤트의 기간은 엔진 속도 및 엔진에 대한 부하와 같은 인자들에 따라 정밀하게 제어되고 변형될 수 있다. 이는 전기로 제어되는 공통 레일 연료 시스템을 이용하여 이루어질 수 있다. 연료 주입은 예를 들어, 특허 등록된 "오비탈(Orbital)" 주입 시스템을 통해 달성될 수 있다.
엔진 사이클 동안 연료, 물, 메탄올 또는 디젤 중 하나 이상을 적합한 지점에 주입하여, 연소 처리를 제어하는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 피스톤의 압축 행정 동안 연료가 연소되는 것을 지속하도록, TDC 위치들에서 피스톤들의 드웰 기간 동안 또는 단지 이 기간 이후, 추가적인 연료를 주입하는 것이 바람직할 수 있다.
점화는 예혼합 압축착화(HCCI: Homogeneous Charge Compression Ignition) 또는 "스마트 플러그(플라즈마 주입 디바이스)"를 통해 달성될 수 있다. 이들 모두는 초희박 혼합물이 연소되는 것을 허용한다.
섬프(미도시)는 윤활유를 수용하기 위해 제공된다. 오일은 펌프에 의해 실린더 내의 오일 통로와, 엔진의 다양한 회전 부품을 윤활시키기 위해 샤프트 내의 적합한 드릴링들을 통해 순환된다. 슬리브의 윤활은 실린더 라이너의 외부 벽부 상에서 기계 가공된 미세 홈과 결합된 엔진 블록 케이스에서 오일 공급 홀들로부터의 가압 윤활에 의해 달성된다.
피스톤들은 각 실 및 이의 각 슬리브 사이의 실을 제공하기 위해 피스톤 링(46)들을 구비한다(도 13b). 각 왕복 운동 슬리브는 고유의 유연성을 갖는 상대적으로 얇은 벽부를 통해 압축에 대비하여 실링된다.
엔진은 공기 냉각될 수 있다. 대안적으로, 내부 통로는 냉각제가 냉각제 펌프에 의해 순환되는 실린더 블록에 제공될 수 있다.
엔진은 도면에 미도시된 다른 종래의 구성 및 시스템들을 구비할 수 있고, 예를 들어, 다음 중 임의의 하나 또는 전체가 제공될 수 있고, 이는 스타터 모터 및 플라이 휠 조립체; 오일 섬프 및 오일 순환 시스템; 고압 연료 시스템; 공기 흡기 및 필터링 시스템; 공기를 실린더들로 유도하는 흡입 매니폴드(들); 실린더들로부터 연소 폐기물들을 제거하기 위한 배기 매니폴드(들); 연소 폐기물들을 대기로 방출하는 소음기를 구비한 배기 파이프; 터보 차저 또는 슈퍼차저용 구동기; 엔진이 불꽃 점화 엔진에 관련되는 점화 시스템을 포함한다.
도면들을 참조로 상술한 엔진의 동작에서, 연료는 실린더들 중 제 1 실린더(6)에서 인젝터(들)에 의해 연소 공간으로 주입되는데, 이 연소 공간은 슬리브 밸브(29, 30)들 및 대향 피스톤 크라운들에 의해 한정된다. 실린더 내에서 연료의 연소는 피스톤들의 TDC에서 샤프트의 약 40˚의 피스톤 드웰 기간 동안 발생하여, 연소 챔버 내에서 연료/공기 혼합을 통한 화염 점파가 TDC에서의 피스톤 기간 동안 발생하게 된다. 이 결과, 모든 또는 실질적으로 모든 연소시 열 교환이 TDC에서 일정한 체적으로 발생하게 된다.
피스톤들의 TDC 드웰 기간의 종료시, 제 1 실린더(6) 내의 피스톤(8, 9)들은 이들의 각 BDC 위치들 쪽으로, 이들의 팽창 행정을 따라 외부로 움직이기 시작한다. 제 1 실린더를 따른 피스톤들의 움직임은 결합된 피스톤 로드(34)들의 움직임을 야기하고, 피스톤 로드들 상의 후속 부품(25, 26)들은 축방향 피스톤 캠들의 캠 표면과 맞물려서, 축방향 피스톤 캠들의 로터리 움직임을 야기한다. 축방향 피스톤 캠들의 로터리 움직임은 샤프트(13)를 회전시키기 시작하고, 제 2 실린더(7)에서 대향 피스톤(10, 11)들에 왕복 운동 움직임을 제공하는데, 여기서 제 2 실린더(7)는 피스톤들을 피스톤들의 압축 행정을 따라 피스톤들의 TDC 위치들 쪽으로 제 1 실린더에서의 피스톤들에 대향하는 내부 방향으로 움직이게 한다.
또한, 샤프트의 로터리 움직임은 후속하는 부품으로 작용하는 슬리브 밸브들의 내부 단부에서 핀들을 경유하여 슬리브 밸브(29, 30)들로 선형 움직임을 제공하는 축방향 슬리브 밸브 캠(34, 35)들의 로터리 움직임을 야기한다. 슬리브들의 선형 움직임은 아래에서 더 논의되는 바와 같이, 흡기 및 배기 포트들의 포팅을 제어한다.
피스톤들이 이들의 TDC 위치로부터 움직이기 시작한 이후, 약 1 내지 10˚의 샤프트 회전으로 제 1 실린더(6)에서 피스톤(8, 9)들이 팽창 행정의 종료 시, 이들의 각 BDC 위치들에 도달할 때, 피스톤들은 축방향 캠들에 의해, 이들의 BDC 위치에서 약 100˚의 샤프트 회전에 대한 추가적인 드웰 기간에 영향을 받는다. 또한, 제 2 실린더(7)에서 피스톤(10, 11)들은 이들의 팽창 행정의 종료 시 이들의 각 TDC 위치들에 도달한다. BDC에서 제 2 실린더의 피스톤들의 이러한 드웰 기간 동안, 연소 폐기물들은 실린더로부터, 배기 슬리브에 의해 개방된 배기 포트(43)를 통해 소기된다.
BDC에서 피스톤의 기간의 종료 시, 제 1 실린더(6)에서의 피스톤(8, 9)들은 이들의 팽창 행정에서, 축방향 캠들에 의해 팽창 행정에 따라 이들의 각 TDC 위치들 쪽으로 진행되는데, 여기서 축방향 캠들은 제 2 실린더(7)에서 이들의 팽창 행정에 따라 피스톤들에 의해 구동된다. 흡기 포트(42) 및 배기 포트(43)의 포팅은 다시, 샤프트의 로터리 움직임에 의해 유도된 슬리브 밸브들의 움직임에 의해 제어된다. 이들의 압축 행정을 개시한 이후, 약 1 내지 10˚의 샤프트 회전으로 피스톤들이 축방향 피스톤 캠들에 의해 이들의 TDC 위치들로 진행될 때, 공기는 흡기 포트(42)(들)을 통해 실린더에 들어가고, 대향 피스톤 크라운들 사이에서 압축된다.그 후, 엔진 사이클은 반복된다.
도 14 내지 도 19는 엔진 포팅 상에서 슬리브 밸브들의 왕복 운동에 대한 결과를 도시한다. 도 14의 위치에서, 제 1 실린더(6) 내의 피스톤(8, 9)들은 드웰 기간의 중간점에서 이들의 TDC 위치에 모두 존재한다. 이들의 각 슬리브(29, 30)들은 연소 챔버를 한정하기 위해, 이들이 실런더 벽부에서 서로 또는 숄더부에 접하는 이들의 TDC 위치에 있거나, 또는 TDC 위치에 매우 가깝다. 실린더 벽부들에서 흡기 포트(42) 및 배기 포트(43)는 모두 각 흡기 슬리브(29) 및 배기 슬리브(30)에 의해 닫힌 상태로 유지된다. 이러한 위치에서, 공기는 실린더에 들어갈 수 없고, 연소물은 실린더를 벗어날 수 없으며, 그러므로 연료/공기 혼합물은 일정한 체적으로 발생한다.
약 40˚의 샤프트 회전에 대한 피스톤들의 드웰 기간 이후, 피스톤들은 이들의 팽창 행정을 따라 이들의 각 BDC 위치로 이동된다. 축방향 캠들 및 축방향 캠들의 프로파일들과, 샤프트 상에서 이들의 상대적인 위치들은 이들의 팽창 행정을 따른 피스톤들의 움직임과, 흡기 및 배기 슬리브들의 대응하는 움직임 사이에 시간 지연이 존재하도록 있다. 도 19에 도시된 것처럼, 피스톤 및 슬리브 움직임의 타이밍은 피스톤들이 BDC에 도달하고 배기 슬리브가 빠르게 가속할 때 배기 슬리브가 배기 포트들을 실질적으로 개방하기 시작하도록 존재하고, 따라서, 배기 포트(43)는 피스톤들이 약 130˚의 샤프트 회전에 대한 피스톤 드웰 기간에 BDC에 도달한 바로 이후, 그리고 BDC에 도달하기 바로 직전에 완전히 개방된다. 흡기 슬리브 움직임의 타이밍은 흡기 슬리브(29)가 이의 VDC 위치로 움직일 때 배기 슬리브(30)에 비해 더 느리게, 그리고 피스톤(8, 9)들과 비슷한 속도로 가속하도록 존재한다. 흡기 슬리브는 피스톤들이 이들의 압축 행정에서 이들의 BDC 위치들로부터 이격되어 움직이기 시작할 때, 실질적으로 BDC 위치에 도달한다.
도 15의 위치에서, 실린더들 중 하나에서의 피스톤들은 이들의 각 BDC 위치들에, 그리고 이들의 BDC 드웰 기간의 중간점에서 또는 중간점 부근에 존재한다. 배기 슬리브는 배기 포트들을 부분적으로 열고, 엔진의 연소물의 소기를 허용하기 위해, 이의 TDC 위치로부터 이의 BDC 위치쪽으로 움직인다. 축방향 슬리브 캠들은 흡기 슬리브의 움직임이 배기 슬리브의 움직임과 다른 위상으로 이루어지고, 배기슬리브와 흡기 슬리브의 움직임 사이에 시간 지연이 존재하도록 구성된다. 흡기 슬리브는 이의 TDC 위치로부터 이의 BDC 위치쪽으로 움직이기 시작하지만, 실린더를 따라 배기 슬리브 만큼 움직이지는 않는다. 흡기 슬리브의 내부 엣지는 흡기 포트들의 내부 엣지를 아직 통과하지는 않고, 따라서 흡기 포트들은 완전히 닫힌 상태로 유지된다.
도 16의 위치에서, 실린더들 중 하나에서의 피스톤들은 피스톤들의 드웰 기간 동안 이들의 각 BDC 위치들에 있다. 배기 슬리브는 이의 BDC 위치들에 도달하고, 엔진으로부터 연소물들의 추가적인 소기를 허용한다. 배기 슬리브가 배기 밸브들을 열기 시작한 이후, 약 20˚의 샤프트 회전으로, 흡기 슬리브는 공기가 슬린더에 들어가는 것을 허용하는 흡기 포트들을 부분적으로 개방한다. 압력 하에 실린더에 들어가는 공기는 배기 포트를 통해 연소물을 밀어냄으로써 소기 처리를 보조한다.
도 17의 위치에서, 제 1 실린더 내의 피스톤들은 이들의 각 TDC 위치들 쪽으로 이들의 압축 행정에 따라 움직이기 시작한다. 흡기 슬리브는 이의 BDC 위치에 있고, 또한, 흡기 포트를 닫기 위해 TDC 위치 방향으로 움직이기 시작한다. 배기 슬리브는 배기 포트를 닫기 위해, 도 16의 BDC 위치로부터 TDC 위치 방향으로 움직인다. 실린더에 들어가는 공기는 실린더로부터 폐기물의 소기의 보조를 지속한다.
도 18의 위치에서, 제 1 실린더 내의 피스톤들은 이들의 압축 행정에 따라 이들의 TDC 위치들로의 움직임을 지속한다. 피스톤들이 이들의 TDC 위치들을 벗어난 이후, 약 30˚의 샤프트 회전으로, 배기 슬리브는 배기 포트를 완전히 닫는다. 흡기 슬리브는 흡기 포트들을 닫기 시작하지만, 흡기 포트들은 여전히 부분적으로 개방된다. 그러므로, 압축된 공기는 여전히 실린더에 들어가지만, 배기 포트가 닫힐 때, 더 이상 실린더를 빠져나가는 폐기물을 대체하지는 않는다. 실린더에 들어가는 압축된 공기는 피스톤들이 이들의 각 TDC 위치들로 움직일 때, 대향 피스톤 크라운들 사이에서 압축된다. 배기 슬리브가 배기 포트들을 닫은 이후, 약 20˚의 샤프트 회전으로, 흡기 포트들은 흡기 슬리브에 의해 완전히 닫힌다.
흡입 슬리브(29) 및 배기 슬리브(30)는 슬리브들이 피스톤들의 TDC 위치들에 도달하도록 피스톤들이 TDC 쪽으로 진행할 때 이전의 각 피스톤들을 가속시키는데, 이는 도 14에 도시된 바와 같이, 피스톤들이 TDC에 도달하기 바로 전에, 슬리브들이 연소 챔버를 한정하고 실링하기 위함이다.
도 19를 참조로 전술한 내용으로부터 배기 슬리브 밸브 및 흡기 슬리브 밸브의 대부분의 움직임이 이들의 BDC 위치들에서 피스톤들의 드웰 기간 동안 발생하고, 단지 상대적으로 적은 정도의 흡기 슬리브 밸브 및 배기 슬리브 밸브의 선형 왕복 운동 움직임이, 압축 행정에서 피스톤 움직임의 제 2 절반부로 구성된 샤프트 회전 기간, TDC 에서의 피스톤 드웰 기간, 그리고 팽창 행정에서 피스톤 움직임의 제 1 절반부로 구성된 샤프트 회전 기간 동안 커버된다는 점이 인식될 것이다.
흡기 및 배기 슬리브 밸브들을 구동시키는 캠들의 축방향 캠 프로파일들은 내부 및/또는 외부 슬리브 드웰들 사이의 밸런스를 맞추거나, 감소된 선형 움직임의 기간, 드웰에 가까워지는 기간, 그리고 각 TDC 위치와 BDC 위치 사이의 움직임 동안 슬리브의 피크 가속 기간에 영향을 받게 된다.
피스톤들이 BDC에 도달할 때 또는 BDC에 도달하기 바로 직전에 배기 포트들을 열기 위해 배기 슬리브 밸브의 시간을 조정함으로써, 피스톤들은 배기 포트들이 열리고 연소물이 실린더로부터 흡입되기 전에 완전한 팽창 행정을 겪는다. 이는 배기 포트들이 이들의 팽창 행정에서 피스톤들에 의해 열리는 종래의 엔진들에 대한 효율성을 개선시킨다.
BDC 피스톤 기간 이후, 피스톤들의 팽창 행정 동안 배기 포트들을 완전히 닫기 위해 배기 슬리브들의 시간을 조정함으로써, 배기 포트들은 BDC에서, 어떠한 피스톤들의 드웰도 없는 종래의 엔진들에 비해 연소물의 소기를 위해 상당히 많은 시간을 제공하는 전체 피스톤 드웰 기간 동안 개방된 상태로 있게 된다.
흡기 슬리브가 배기 포트들의 개방을 시작하기 전 약 20˚의 샤프트 회전으로 배기 포트들의 개방을 시작하기 위해 배기 슬리브의 시간을 조정함으로써, 엔진 사이클의 기간은 블로 다운부(blowdown)로 하여금, 실린더 압력이 소기 공기 압력 이하로 떨어져서 발생할 수 있도록 제공된다.
BDC에서 피스톤 드웰 기간의 이른 스테이지들 동안 흡기 포트들을 개방하기 위해, 그리고 피스톤들의 팽창 행정 동안 흡기 포트들을 완전히 닫기 위해 흡기 밸브의 시간을 조절함으로써, 흡기 포트들은 흡기 포트들이 닫히기 전 실린더의 완전한 충전을 위한 시간을 허용하는 상당한 정도의 엔진 사이클 동안 개방된 상태로 있게 된다.
배기 슬리브가 배기 포트를 완전히 닫은 이후, 약 20˚의 샤프트 회전으로 흡입 포트들을 완전히 닫기 위해 흡기 슬리브들의 시간을 조절함으로써, 엔진은 실린더에 들어가는 공기의 기간 충전 압축 또는 "슈퍼차징(supercharging)"을 허용한다.
축방향 슬리브 캠들은 배기 포트들은 약 140˚의 샤프트 회전 동안 적어도 부분적으로 개방된 상태로 유지되고, 흡기 포트들은 샤프트의 약 140˚의 회전 동안 적어도 부분적으로 개방된 상태로 유지된다. 가령, 흡기 및 배기 포트들은 엔진 사이클의 상당한 부분 동안 적어도 부분적으로 개방된 상태로 유지된다.
또한, 축방향 슬리브 캠들은 배기 포트들 및 흡기 포트들이 모두 약 120˚의 샤프트 회전의 겹치는 기간 동안 적어도 부분적으로 개방된다. 가령, 엔진 사이클 대부분 동안, 실린더에 들어가는 공기는 실린더의 소기를 보조하여, 엔진을 통한 공기의 흐름을 개선시킨다.
전술한 설명에서 모든 수치 값들은 단지 예시를 위해 제공되었고, 이는 본 발명의 청구항의 범주를 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 전술한 설명에서 샤프트 회전의 예시적인 값들은 주로 최적의 체적 효율을 위해 설계된 본 발명의 하나의 특정 형태에 관련된다. 당업자라면, 대안적인 샤프트 회전 값들이 하나 이상의 다른 키 요소들 예를 들어, 최대 출력 밀도, 특정 타입 또는 등급의 연료를 이용한 동작 등으로 설계된 엔진의 변형예에 적절하다는 것을 쉽게 인식할 것이다.
1 : 엔진 3 : 냉각 핀
4, 5 : 단부 캡들 또는 플레이트 6, 7 : 실린더
8, 9, 10 11 : 대향 피스톤 12 : 포트
13 : 샤프트 14, 15, 16, 17 : 베어링
18, 19 : 샤프트의 단부 20, 21 : 피스톤 캠
23 : 피스톤 로드 25, 26 : 롤러
27 : 핀 28 : 블라인드 홀
29, 30 : 슬리브 36 : 핀
37 : 캠 트랙 38, 39 : 플랜지
42 : 흡기 포트 및 43 : 배기 포트

Claims (43)

  1. 대향 피스톤 엔진으로서,
    적어도 하나의 실린더;
    대향하는 방식으로 동일한 실린더 내에서 왕복 운동하도록 배치된 적어도 2개의 피스톤들;
    실린더 벽부를 관통하는 적어도 하나의 흡기 포트;
    상기 실린더 벽부를 관통하는 적어도 하나의 배기 포트;
    상기 대향 피스톤들의 왕복 운동 움직임에 의해 회전되도록 배치된 적어도 하나의 샤프트;
    상기 실린더 내에 위치되고, 상기 적어도 2개의 피스톤들 중 적어도 하나의 피스톤을 둘러싸는 적어도 하나의 선형 왕복 슬리브 밸브;
    상기 적어도 하나의 흡기 포트와 상기 적어도 하나의 배기 포트 중 어느 하나 또는 양자의 포팅(porting)을 제어하도록 상기 적어도 하나의 선형 왕복 슬리브 밸브의 선형 왕복 운동 움직임을 제어하는 슬리브 밸브 구동 메커니즘; 및
    드웰 메커니즘(dwell mechanism)을 포함하고,
    상기 드웰 메커니즘은 피스톤 움직임의 각 사이클 동안 적어도 2개의 피스톤들에 대한 적어도 하나의 드웰 기간을 유도하도록 구성되는 것인 대향 피스톤 엔진.
  2. 제1항에 있어서.
    상기 적어도 2개의 피스톤들은 선형으로 및 동축방향으로 왕복 운동하도록 배치되는 것인 대향 피스톤 엔진.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 피스톤들은 피스톤 크라운들이 실질적으로 서로 인접한 각 TDC 위치들과, 상기 피스톤 크라운들이 서로 이격된 각 BDC 위치들 사이에서 왕복 운동되도록 배치되는 것인 대향 피스톤 엔진.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 피스톤들은 동기 방식으로 왕복 운동되도록 배치되는 것인 대향 피스톤 엔진.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    엔진 사이클 동안 포팅 이벤트의 타이밍은 상기 실린더 내에서 대향하는 피스톤들의 쌍의 위치와 독립적으로 제어 가능한 것인 대향 피스톤 엔진.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    슬리브 밸브 구동 메커니즘에 의해 제어되는 적어도 하나의 슬리브 밸브의 왕복 운동 움직임이 상기 적어도 2개의 피스톤들의 왕복 운동 움직임에 연결되도록 배치되는 것인 대향 피스톤 엔진.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 슬리브 밸브 구동 메커니즘은 상기 적어도 2개의 피스톤들의 왕복 운동 움직임과 다른 위상으로 적어도 하나의 슬리브 밸브를 왕복 운동시키도록 배치되는 것인 대향 피스톤 엔진.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 드웰 메커니즘은 피스톤 움직임의 사이클 동안 각 BDC 위치들에서 상기 피스톤들의 드웰 기간을 유도하도록 구성되는 것인 대향 피스톤 엔진.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 피스톤들의 각 BDC 위치들에서 상기 피스톤들의 드웰 기간은 적어도 하나의 배기 포트를 통해 연소 폐기물들의 다량의 소기가, 상기 피스톤들이 상기 피스톤들의 각 BDC 위치들에서의 움직임을 시작하기 전 발생하는 데 충분한 것인 대향 피스톤 엔진.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 드웰 메커니즘은 약 60 내지 140˚의 적어도 하나의 샤프트 회전의 상기 피스톤들의 각 BDC 위치들에서 상기 피스톤들의 드웰 기간을 야기하도록 구성되는 것인 대향 피스톤 엔진.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 드웰 메커니즘은 약 100˚의 적어도 하나의 샤프트 회전의 상기 피스톤들의 각 BDC 위치들에서 상기 피스톤들의 드웰 기간을 야기하도록 구성되는 것인 대향 피스톤 엔진.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 드웰 메커니즘은 왕복 운동 피스톤 움직임의 사이클 동안 상기 피스톤들의 각 TDC 위치들에서 상기 피스톤들의 드웰 기간을 유도하도록 구성되는 것인 대향 피스톤 엔진.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 피스톤의 각 TDC 위치들에서 상기 피스톤들의 드웰 기간은, 상기 피스톤이 상기 피스톤들의 각 TDC 위치들로부터 멀어지게 움직이기 전, 연소시 실린더에서 실질적으로 모든 열 교환이 일정한 체적으로 발생하는 데 충분한 것인 대향 피스톤 엔진.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 드웰 메커니즘은 약 20 내지 60˚의 적어도 하나의 샤프트 회전의 상기 피스톤들의 각 TDC 위치들에서 상기 피스톤들의 드웰 기간을 야기하도록 구성되는 것인 대향 피스톤 엔진.
  15. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 드웰 메커니즘은 약 40˚의 적어도 하나의 샤프트 회전의 상기 피스톤들의 각 TDC 위치들에서 상기 피스톤들의 드웰 기간을 야기하도록 구성되는 것인 대향 피스톤 엔진.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 드웰 메커니즘은 캠 메커니즘인 것인 대향 피스톤 엔진.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 피스톤 캠 메커니즘은 각 피스톤에 대한 하나 이상의 피스톤 캠들과, 피스톤 움직임의 사이클 동안 각 피스톤에 대한 각각의 하나 이상의 피스톤 캠들의 캠 표면과 접촉하고, 피스톤들 각각에 연결된 하나 이상의 캠 종동자들을 포함하는 것인 대향 피스톤 엔진.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬리브 밸브 구동 메커니즘은 캠 메커니즘인 것인 대향 피스톤 엔진.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 슬리브 밸브 캠 메커니즘은 상기 적어도 하나의 슬리브 밸브 각각에 대한 하나 이상의 슬리브 캠들과, 슬리브 움직임의 사이클 동안 상기 적어도 하나의 슬리브 밸브 각각에 대해 각각의 하나 이상의 슬리브 캠들의 캠 표면과 접촉하고, 상기 적어도 하나의 슬리브 밸브에 연결되는 하나 이상의 캠 종동자들을 포함하는 것인 대향 피스톤 엔진.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 2개의 슬리브 밸브들을 더 포함하고, 하나의 슬리브 밸브가 적어도 2개의 피스톤들 각각을 둘러싸며, 슬리브 밸브는 동일한 실린더 내에서 대향하는 방식으로 상기 슬리브 밸브 구동 메커니즘에 의해 왕복 운동되도록 배치되는 것인 대향 피스톤 엔진.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 슬리브 밸브들은 슬리브 밸브 구동 메커니즘에 의해 선형으로, 동축으로, 그리고 적어도 2개의 피스톤들과 동축으로 왕복 운동되도록 배치되는 것인 대향 피스톤 엔진.
  22. 제20한 또는 제21항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 슬리브 밸브들은 슬리브 밸브들이 실질적으로 서로 인접한 각각의 TDC 위치들과, 슬리브 밸브들이 서로 이격된 각각의 BDC 위치들 사이에서 슬리브 밸브 구동 메커니즘에 의해 왕복 운동되도록 배치되는 것인 대향 피스톤 엔진.
  23. 제20항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 슬리브 밸브들은 상기 슬리브 밸브 구동 메커니즘에 의해 서로 다른 위상으로 왕복 운동되도록 배치되는 것인 대향 피스톤 엔진.
  24. 제20항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 슬리브 밸브들 중 제 1 슬리브 밸브는 적어도 하나의 흡기 포트의 포팅을 제어하기 위해 배치되고, 상기 적어도 2개의 슬리브 밸브들 중 제 2 슬리브 밸브는 적어도 하나의 배기 포트의 포팅을 제어하기 위해 배치되는 것인 대향 피스톤 엔진.
  25. 제24항에 있어서,
    복수의 흡기 포트들은 왕복 운동 가능한 슬리브 밸브들 중 제 1 슬리브 밸브의 TDC 위치와 BDC 위치 사이의 위치에서 실린더 벽부를 통해 제공되고, 복수의 배기 포트들은 제 2 슬리브 밸브의 TDC 위치와 BDC 위치 사이의 위치에서 실린더 벽부를 통해 제공되는 것인 대향 피스톤 엔진.
  26. 제25항에 있어서,
    사용에서, 상기 슬리브 밸브 구동 메커니즘은 피스톤들이 상기 드웰 메커니즘에 의해 상기 피스톤들 각각의 TDC 위치들에서 유지되는 다수의 샤프트 회전의 각도 개수보다 많은 개수의 샤프트 회전 각도로, 상기 피스톤들 각각의 TDC 위치들에서 적어도 2개의 슬리브 밸브를 유지하도록 구성되는 것인 대향 피스톤 엔진.
  27. 제17항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 피스톤 캠들 중 적어도 하나의 피스톤 캠은 축방향 캠인 것인 대향 피스톤 엔진.
  28. 제19항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 슬리브 밸브 캠들 중 적어도 하나의 슬리브 밸브 캠은 축방향 캠인 것인 대향 피스톤 엔진.
  29. 제27항 또는 제28항에 있어서,
    각 피스톤에 대한 적어도 하나의 축방향 피스톤은 적어도 하나의 샤프트 상에 위치되는 것인 대향 피스톤 엔진.
  30. 제28항 또는 제29항에 있어서,
    각 슬리브 밸브에 대한 적어도 하나의 축방향 슬리브 캠은 적어도 하나의 샤프트 상에 위치되는 것인 대향 피스톤 엔진.
  31. 제27항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
    각 피스톤에 대한 적어도 하나의 축방향 피스톤 캠과, 각 슬리브 밸브에 대한 적어도 하나의 축방향 슬리브 캠은 적어도 하나의 샤프트와 일체로 형성되는 것인 대향 피스톤 엔진.
  32. 제27항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
    각 피스톤에 대한 적어도 하나의 축방향 피스톤 캠과, 각 슬리브 밸브에 대한 적어도 하나의 축방향 슬리브 캠은 적어도 하나의 샤프트 상에서 하나 이상의 대응하는 스플라인(spline)들과 맞물리도록 스플라인 형성되는 것인 대향 피스톤 엔진.
  33. 제27항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
    각 피스톤에 대한 적어도 하나의 축방향 피스톤 캠과, 각 슬리브 밸브에 대한 적어도 하나의 축방향 슬리브 캠은 동일한 캠 몸체 상에 일체로 형성되고, 상기 캠 몸체는 적어도 하나의 샤프트 상에서 대응하는 스플라인과 맞물리도록 스플라인 형성되는 것인 대향 피스톤 엔진.
  34. 제20항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서,
    사용 시, 상기 적어도 하나의 배기 포트는 피스톤들이 상기 피스톤들 각각의 BDC 위치들에 도달할 때, 실질적으로 제 2 슬리브 밸브에 의해 개방되도록 구성되는 것인 대향 피스톤 엔진.
  35. 제20항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서,
    사용 시, 상기 적어도 하나의 흡기 포트는 피스톤들이 상기 피스톤들 각각의 BDC 위치들에 도달한 이후, 제 1 슬리브 밸브에 의해 약 20˚의 샤프트 회전으로 개방되도록 구성되는 것인 대향 피스톤 엔진.
  36. 제20항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서,
    사용 시, 상기 적어도 하나의 배기 포트는 피스톤들이 상기 피스톤들의 BDC 위치들을 벗어난 이후, 제 2 슬리브 밸브에 의해 약 30˚의 샤프트 회전으로 닫히도록 구성되는 것인 대향 피스톤 엔진.
  37. 제20항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서,
    사용 시, 상기 적어도 하나의 흡기 포트는 피스톤들이 상기 피스톤들의 각 BDC 위치들을 벗어난 이후, 상기 제 1 슬리브 밸브에 의해 약 50˚의 샤프트 회전으로 닫히도록 구성되는 것인 대향 피스톤 엔진.
  38. 제20항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
    사용 시, 적어도 하나의 흡기 포트를 통해 들어가는 공기의 압력 충전을 가능케 하도록 배기 포트가 닫힌 이후, 적어도 하나의 흡기 포트는 제 1 슬리브 밸브에 의해, 약 20˚의 샤프트 회전으로 닫히도록 구성되는 것인 대향 피스톤 엔진.
  39. 제1항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 흡기 포트에 이르는 흡기 트랙트는 공기의 소기 및 충전 스트림들이 공기를 소기시키는 기계적 펌프로부터 및 공기를 충전하는 배기 터보차저로부터와 같은 별개의 원천의 것이 되도록 2개로 분기되는 것인 대향 피스톤 엔진.
  40. 제1항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 샤프트는 동력 인출을 위한 출력 샤프트인 것인 대향 피스톤 엔진.
  41. 제1항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 엔진은 2-행정 사이클로 동작하는 것인 대향 피스톤 엔진.
  42. 제1항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 엔진은 압축 점화 엔진인 것인 대향 피스톤 엔진.
  43. 첨부 도면을 참조로 위에서 실질적으로 설명된 대향 피스톤 엔진.
KR1020157028399A 2013-03-12 2014-03-12 개선된 대향 피스톤 엔진 KR20150132288A (ko)

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