KR20160130241A - 예비 냉각 압축이 있는 2 사이클 내연기관 엔진 - Google Patents

Abstract

2사이클 내연기관 엔진은 단일 혹은 다중 예비 냉각 압축이 있다. 이것은 연소 실린더들로 가는 흡입 공기의 온도와 압력을 확실하게 제어 가능하고, 자동 점화 한계치에 접근하지 않고 우월한 압축 비율과 점화 전 압축 압력을 달성할 수 있게 한다. 이 디자인이 더 효율적으로 제어하고 공기 연료 혼합물의 최대 점화 전 온도를 설정하기 때문에 그 어떤 종류의 액체 탄화수소 연료를 노킹 없이 연소시킬 수 있다. 더 높은 압축 비율로 인해 이 2사이클 엔진은 4사이클 CWPSC 엔진보다 더 작고 가벼운 엔진으로 더 높은 효율과 더 높은 출력을 생성한다.

Description

예비 냉각 압축이 있는 2 사이클 내연기관 엔진{TWO-CYCLE INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH PRE-STAGE COOLED COMPRESSION}

관련된 신청에 대한 참조

본 신청은 2014년 5월 22일에 제출된 비 임시 U.S 특허 신청 no.14/285,169, 의 출원일의 이익을 주장한다. 이 특허 신청은 2014년 3월 7일에 제출된 비 임시 U.S 특허 신청 no.14/200,234, 의 연장이다.

본 발명은 내연기관 엔진 분야에 관련이 있고 더 자세하게는 2 사이클 스파크 점화식 내연기관 엔진들(SI-ICE)로 구분된다.

예비냉각 압축이 있는 4 사이클 가솔린 연소 엔진 (CWPSC) 의 (신청#14/279,580) 효율은 2 사이클 CWPSC 엔진의 개념을 적용함에 따라 증가시킬 수 있다. 이 엔진은 같은 개념의 4 사이클 엔진보다 더 작고 함축적이고 효율적일 것이다. 그 이유는 더 작은 부피와 적은 크랭크축 회전/사이클 그리고 엔진 실린더의 벽 내에서의 더 적은 마찰 에너지와 에너지 손실 때문이다. 4 사이클 CWPSC 엔진의 모든 이점은 본 신청에 적용된다.

본 발명은 예비 냉각 압축이 있는 2 사이클 내연기관 엔진을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

2사이클 CWPSC 내연기관 엔진은 4사이클 CWPSC 엔진처럼 흡입, 압축, 팽창, 그리고 배기 사이클을 가지고 있다. 차이점은 4사이클 엔진의 사이클들은 2번의 완전한 크랭크 축의 회전으로 끝나지만 2사이클 엔진의 사이클들은 1번의 완전한 크랭크 축 회전으로 이루어진다. 이 예시 2 사이클 엔진의 압축 비율의 설계치는 24이다. CR=24. 그러므로 팽창 사이클은 크랭크 축 회전이 0°에서 166°일 때 일어나고 이 시점에서 배기 밸브들이 열리면서 팽창 과정이 끝날 것이다. 배기 사이클은 크랭크 축 회전이 166°에서 281°일 때 일어난다.(이 범위는 엔진의 CR 그러므로 선택된 엔진의 변수들에 따라 미세하게 변동할 수 있다.) `이 시점에서 흡입 과정은 흡입 밸브가 이미 열려 있으므로 이미 진행되고 있다. (276°또는 조금 더 낮은 각에서, 이 각은 선택된 엔진의 변수에 따라 다르다) 그리고, 배기 밸브가 281°에 닫힌다. 흡입 사이클은 276°에서 294°크랭크 축 회전에 일어난다 (이 범위도 CR 과 선택된 엔진 변수들에 따라 미세하게 차이 날 수 있다.). 그리고 이 시점에서 흡입 밸브들은 잠길 것이다.

이 엔진의 흡입은 강제 흡입 과정의 형태다. 왜냐하면, 이 엔진의 흡입과정은 엔진 피스톤이 BDC로 내려가면서 형성되는 진공으로 인해 흡입이 되는 표준 연소 엔진들과 다르기 때문이다. 이 엔진의 피스톤은 흡입 과정 중 실린더의 TDC로 움직인다. 흡입 과정 중 잔여 배기가스는 대기 압력과 비슷한 압력을 가지고 이 압력은 엔진 실린더에 들어오기를 대기하고 있는 압축된 흡입공기의 압력보다 낮다. 전에 일어난 배기 사이클 때문에 대부분의 배기가스들이 엔진 실린더를 빠져나가면서 압축된 고압 공기는 강제로 엔진 실린더로 들어간다. 잔여 배기 가스 압력은 대기 압력과 비슷하고 흡입 공기 압력은 훨씬 더 높다. 276°에서 281°(미세한 차이 가능)에 일어나는 흡입 밸브들의 개방과 배기 밸브들의 폐쇄의 중복 때문에 고압 흡입공기는 엔진 실린더 밖으로 잔여 배기 가스의 일부를 내보낸다. 배기 가스 배출양은 중복에 따라 바뀐다. 294°크랭크 축 회전 또는 BDC에서 TDC로 피스톤 상향 이동의 2/3 지점일 때, 흡입 밸브들이 잠기면서 피스톤이 이동할 양은 원래 실린더 용량의 약 1/3밖에 되지 않는다. 피스톤은 계속 위로 올라가면서 공기 연료 혼합물을 점화 전 압축 압력으로 압축한다. 압축 사이클은 그러므로 294°에서 360°또는 0°까지의 크랭크 축 회전 동안 일어난다.(이 범위도 CR 과 선택된 엔진 변수들에 따라 미세하게 차이 날 수 있다.) 압축 사이클은 이처럼 압축 과정의 연속으로 일어난다. 이 압축 과정은 압축기에서 먼저 일어나고 열 교환기에서 방해 받는다. 이 열 교환기는 압축 과정 사이에 압축 공기를 냉각 시킨다. 압축 사이클의 끝은 공기 연료 혼합물의 스파크 점화로 끝난다. 이는 앞서 설명한 팽창 사이클 중 피스톤을 아래로 움직인다.

이러한 예비 압축이 있는 엔진의 압축기 실린더 용량은 엔진 실린더의 크기와 같다. 예시를 목적으로 엔진 실린더 부피 V_e 는 1/2 Liter로 정한다. 그러므로 압축기 실린더 부피는 1/2 Liter로 같다. V_e = Va. 4사이클 CWPSC 엔진과의 단순화된 비교를 위해, 우리는 이 2사이클 엔진이 2번의 엔진 연소과정들 또는 2번의 크랭크 축 회전을 한다고 가정할 것이다. 그래서, 엔진 실린더 용량 V_e 그리고 압축기 용량 Va을 두 배로 가정해서 1 Liter로 가정하자. 위의 설명에서 나왔듯이, 파워 출력이 같을 때, 이 2사이클 CWPSC엔진은 4사이클 CWPSC엔진의 절반이다. 위에서 설명한 예시 2사이클 엔진을 기반으로 해서 흡입 용량 V_t는 엔진 부피의 약 0.3으로 설정한다. V_e, V_t = 0.3 V_e. 그러므로 엔진 흡입에서 더 적은 용량이 유효하기 때문에 공기는 압축기에 의해 압축된다. 단열 가스 처리 공식에 의해, P(V)γ =고정값(공기 압축 계수 γ = 1.3) 압축기는 공기를 Pc 로 압축할 것이다.:

P_a(V_a)^1.3 = P_c(V_c)^1.3

(1)(1)^1.3 = P_c(0.3)^1.3

P_c = 4.78 bars

보일의 법칙을 적용, 이 압축 공기의 온도 Tc는:

P_aV_a/T_a = P_cV_c/T_c

(1)(1)/300 = (4.78)(0.3)/T_c

T_c = 430°K = 157°C

보일의 법칙을 적용, 압축된 공기를 고정값 318°K에서 냉각하면 흡입 압력 Pt 는 낮아진다.:

P_cV_c/T_c = P_tV_t/T_t

(4.78)(0.3)/430 = P_t (0.3)/318°

P_t = 3.53 Bars.

압축된 공기와 공기 연료 혼합물은 짧은 흡입 사이클 동안 엔진으로 유입된다. 부피는 0.3의 엔진 실린더 용량 V_e, 크랭크 축 회전 범위는 위에서 설명한 듯이 276° 에서 294°다. 이때 흡입 밸브들이 열리고 엔진 실린더로 빠르게 들어가면서 잔여 배기 가스들은 배기 밸브들이 닫히면서 (약 281°) 엔진 실린더 밖으로 배출된다. 우리는 이 과정을 동중 과정으로 설정할 것이다. 왜냐하면 엔진 실린더의 흡입 용량 V_t= 0.3 Liters은 모든 저장소와 공기 냉각 라디에이터 용량보다 훨씬 적다. 이 과정 동안, 압축기는 계속 공기를 압축할 거이다. 대기 온도와 관계없이, 흡입 공기 온도 T_t 는 항상 318°K(45°C)로 고정될 것이다. 이 예시 엔진에서 흡입 사이클 마지막에 (294° 크랭크 축 회전) 엔진 실린더 내의 공기 연료 혼합물은 27°C에서 3.53 Bars 압력 그리고 약 318°K(고정값)의 엔진 실린더 내 온도를 가진다.

실린더가 TDC로 이동하면서 (360° 또는 0°) CR =24일때, TDC에서 점화 직전 공기 연료 혼합물 용량은 압축될 것이다. 그리고 연소실 내의 압력은 P_i 다. 압축된 연소실 용량 V_i = 1 Liter / 24 = 0.042 Liters 그리고 흡입 용량 V_t=0.3 Liters일때, 압축된 혼합물의 점화전 압력 P_i 는 단열 처리 공식으로 다음과 같이 계산된다:

P_t(V_t)^1.3 = P_i(V_i)^1.3

(3.53)(0.3)^1.3 = P_i(0.042)^1.3

P_i = 45.48 Bars

TDC에서 연소 전 압축 공기 연료 혼합물 온도 T_i 는 보일의 법칙으로 다음과 같이 계산된다.:

P_tV_t/T_e = P_iV_i/T_i

(3.53)(0.3)/318 = (45.48)(0.042)/T_i

(3.53)(0.3)/318 = (45.48)(0.042)/T_i

이 엔진은 CR = 24, 대기 온도가 27°C일때 점화전 공기 혼합물 압력 = 약 46 Bars에서 작동한다. 압축된 공기 혼합물의 점화전 온도는 대기 온도와 관계없이 301°C에서 고정된다. 위 계산에서 볼 수 있듯이, 이것은 표준 SI 엔진보다 낮다. (신청 #14/279,580에서 보여진 듯이 표준 SI 엔진은 314°C다.) 이 개념은 그 어떤 점화 전 온도에 적용될 수 있다. 그러므로 효율 손실 없이 어느 엔진으로도 그 어떤 연료를 연소하는 다중 연료 엔진을 만들 수 있다.

만약 연소실 내의 연료 혼합물을 연소하는데 소비되는 에너지가 온도를 올리면서 P_f 가 약 2.5배 증가하는 정도의 양이라면, 그리고 점화 중 연소실 용량 V_i 는 바뀌지 않는다고 가정한자. T_f 는 보일의 법칙을 적용해서 다음과 같이 계산된다.:

P_iV_i/T_i = P_fV_f/T_f

(45.48)(0.042)/574 = (113.7)(0.042)/T_f

T_f = 1,435°K

이때, 연소 후 가스 압력 P_f 는 P_i보다 2.5배 더 높다. V_f -연소 과정 후 엔진 부피 그리고 T_f 는 연소 후 가스 온도다. 만약 여기서 연소 과정이 너무 빠르게 일어나서 엔진 연소양이 바뀌지 않는다고 가정한다면, V_f = V_i = 0.042 Liters.

이제 엔진의 사실적인 작동 과정인 팽창 과정을 보자. 단열 가스 처리 공식 사용, 공기 압축 비율이 1.3일때, P_x는 다음과 같이 계산된다.

P_f(V_f)^1.3 = P_x(V_e)^1.3

(113.7)(0.042)^1.3 = P_x(0.985)^1.3

P_x = 1.88 Bars

팽창 사이클은 크랭크 축 위치 166°쯤 에서 끝나므로, 팽창 사이클에서 엔진 실린더 용량 V_e는 1 Liter 보다 조금 적은 0.985Liter다.

보일의 법칙 적용, 배기 과정 직전 배기 가스 온도 T_x:

P_fV_f/T_f = P_xV_e/T_x

(113.7)(0.042)/1,435 = (1.88)(0.985)/T_x

T_x = 556°K

그러므로 예비 냉각이 있는 2사이클 엔진은 배기 가스 압력 P_x = 1.88 Bars 그리고 배기 가스 온도 T_x = 556°K를 가진다.

Figs. Figs.3A 와 3B은 CR =24일때, 0.5Liter짜리 2사이클 CWPSC엔진의 2사이클들 동안의 압력 부피 도표를 나타낸다. 이 도표는 4사이클 CWPSC엔진과의 비교목적으로 사용하겠다.

a- 압축 때 엔진이 소비하는 작업량=1.96PV/2cycle,

b- 팽창 때 엔진이 얻는 작업량= 8.17PV/2cycle,

c- 배기 때 수집될 수 없고 손실된 작업량 = 1.06PV/2cycle,

d- 연료가 연소됨으로써 엔진이 받는 열은 압력을 2.5배 증가시킨다.

e- 엔진이 얻은 최종 작업량= 4.48PV/2cycle,

f- 압축기에 소비된 작업량= 1.09PV/2cycle,

g- 흡입 전 공기 냉각에서 손실된 작업량= 1.09PV/2cycle,

이 엔진의 단순화 효율은: E = 4.48/5.54 = 81%. 이 엔진의 효율은 4사이클 CWPSC "Version I"의 효율보다 높다. 이유인즉슨, 크랭크 축 회전을 엔진 사이클마다 한번 덜 하고 그로 인해 더 낮은 엔진 내의 마찰 때문이다. 이 엔진은 4사이클 CWPSC엔진보다 더 조용하고 부드럽게 작동할 것이다. 왜냐하면, 파워 스트로크가 두 회전 대신 한번의 크랭크 축 회전으로 생성되기 때문이다. 이 단순화 효율은 마찰로 인해 잃은 작업량, 엔진에서 열 손실, 그리고 배기 가스가 대기 압력이 1Bar에 도달했을 때의 배기 가스 열 온도를 고려하지 않는다.

Fig. 1은 예비 냉각 단계가 한 단계인 본 발명의 2사이클 연소 과정을 나타낸 개략도이다.
Fig. 2는 각 엔진 사이클의 예시 크랭크 축 회전 위치를 보여주고 본 발명의 2사이클 연소 과정을 나타내는 개략도이다.
Figs.3A and 3B은 본 발명의 2사이클 연소 과정을 2번의 완전한 크랭크 축 회전 동안의 압력 부피 도표로 나타낸 개략도이다.

Fig.1을 보면, 그것은 예비 냉각이 있는 단일 실린더 2 사이클 내연기관 엔진20의 첫 번째 예시 구현이다. 엔진 블락1은 예비 압축기 실린더2, 연소 실린더8, 그리고 공기 냉각 열 교환기4로 이루어져 있다. 이 구현에서 연소 실린더8 그리고 압축기2는 같은 크랭크 축9과 플라이 휠17로 연결되어 있다. 이 2사이클 엔진의 4사이클 엔진 연소 과정19으로 인해, 압축기2는 1번의 완전한 압축 사이클을 각 엔진 연소 사이클마다 한다. 그러므로, 엔진 실린더8은 압축기 실린더2와 같은 크기다. 그러므로, 연소 사이클 동안, 압축기2는 엔진 실린더와 같은 공기양을 흡입하고 압축한다. 대기는 압축기2 실린더 용량으로 압축된다. 엔진 실린더와 압축기 실린더 크기가 같음에도 불구하고 공기는 압축된다. 왜냐하면, 이 예시 구현에서는 오직 1/3의 엔진 실린더 용량이 흡입 사이클 과정때 공기 연료 혼합물을 받을 수 있기 때문이다. 공기가 압축된 후 공기는 압력 제어 밸브5가 있는 공기 탱크 저장소3에서 열 교환기를 통해 팽창 없이 이동된다. 이 중 공기는 공기 냉각 라디에이터4에 있는 냉각 팬로 인해 약 318°K로 냉각된다. 압축 공기가 공기 냉각 라디에이터4를 통과한 후, (이 때, 압축 공기는 목표 흡입 압력 Pt = 3.53 Bars 와 온도 318°K를 도달) 이것은 저장소6으로 도착해서 흡입 사이클에서 엔진 실린더8로 들어갈 준비가 된다. 선택적 배기 팬22은 배기 시스템 내의 잔여 배기 가스들을 처리하는 데 도움을 줄 것이다. 이 2사이클 엔진의 흡입은 위에서 설명했듯이 강제 흡입 과정이기 때문에, 작은 분할 전기 압축기와 고속 예비 고압 공기 저장소가 공기 저장소를 예비 압축하고 압축 지연을 방지하기 위해 필요할 수도 있다.

Fig.2. 단일 실린더 2사이클 엔진 연소 과정19의 예시 4사이클은 짧은 흡입 과정11(276°에서 294°크랭크 축 위치,약간 가변), 압축 사이클14 (294°에서 360°또는 0°,약간 가변), 팽창 사이클12(0°에서 166°,약간 가변), 그리고 배기 사이클15 (166°에서 281°,약간 가변)로 이루어져 있다. 여기서 압축 비율10은 CR=24:1이다.

압축기 실린더2와 연소 실린더8의 상대적 용량들은 압축 공기 압력 설계치를 달성하기 위해 선택되었다. Fig.1의 예시 구성에서 연소 실린더8은 1/2 Liters고 압축기 실린더2도 같은 크기다. 그러므로, 각 연소 사이클에서 압축기2는 1/2 Liter의 대기를 흡입하고 압축한다. 만약 대기 압력을 P_a 로 하고 온도는 T_a,라면, 가스 법칙을 적용해서 압축 공기 압력 P_c는 약 4.78로 온도 T_c는 약 157°C로 계산된다. 압축기 실린더2의 용량을 연소 실린더8의 용량에 상대적으로 증가시킴에 따라 또는 엔진 압축 용량 14를 바꿈에 따라 P_c 와 T_c 값은 더 높은 설계치를 달성할 수 있다. 지금 설계에서 압축 용량 14는 전체 엔진 실린더 8의 1/3이다.

P_c 와 T_c 일때, 압축 공기는 사전 단계 공기 저장소3에 저장된다. 이 저장소는 제어 압력 밸브5가 압력을 설계치 P_c로 유지시킨다. 저장소의 압축 공기3은 부피 팽창 없이 냉각 열 교환기4로 해방된다. 열 교환기18 에서의 열 교환 비율은 팬 속도에 따라 제어된다.

이들 열 교환 제어들은 중앙 처리 장치 (CPU)에 의해 통제될 수 있다. 목표 연소 실린더 흡입 온도 T_t를 달성하기 위해 CPU는 압력 센서들5 또는 열 교환기 앞 조절판21의 수치에 따라 열 교환을 제어한다. 목표 흡입 온도T_t 는 연료의 자동 점화 온도를 바탕으로 엔진의 압축 비율 CR10 설계치에서의 엔진 노킹을 피하기 위해 설정된다. 다른 옵션으로는 CPU가 다양한 연소 실린더 흡입온도T_t 를 달성하고 다양한 조절 가능한 압축 비율들 그리고 /또는 자동점화 온도들에서의 엔진 노킹을 피하기 위해 프로그램될 수 있다.

Fig. 3A 과 Fig. 3B 은 이 2사이클 단일 실린더의 예시 4사이클 연소 과정23의 압력 부피 도표다. 여기서 압축비율은 Cr=24고 엔진 실린더 크기는 V_e = 1/2 Liter다. 가상의 1.6 Liters의 팽창 엔진 용량은 엔진 실린더가 가스 배기 압력이 1 Bar일 때, 존재하지 않는 팽창 부피를 나타낸다. 그리고, 이 때 더 이상의 작업량은 배기 온도 T_ex와 무관하게 수집될 수 없다. 압력 부피 도표는 2번의 엔진 사이클 또는 2번의 크랭크 축 회전 동안의 작업량을 나타낸다. 여기서 총 유효 엔진 용량은 1 Liter ,2*V_e= 1 Liter다.

배기 가스 압력이 1Bar 또는 대기 압력으로 도달하기 위한 존재하지 않는 엔진 용량은 V_ex:

P_f(V_f)1.3 = P_a(V_ex)^1.3

(113.7)(0.042)^1.3 = 1(V_ex)^1.3

V_ex = 1.60 Liters

보일의 법칙을 적용, 배기 과정 직전 가상 1.6Liters짜리 가상 엔진 배기 가스 온도 T_ex:

P_fV_f/T_f = P_aV_ex/T_ex

(113.7)(0.042)/1,435 = (1)(1.60)/T_ex

T_ex = 481°K

여기서 V_ex 는 모든 작업량을 수집해야 할 때 엔진 실린더가 팽창해야 하는 가상의 부피다. P_a는 대기 압력이다.

이 엔진의 단순화 효율(얻은 작업량/1.6Liters 짜리 가상 팽창 엔진의 총 작업량)은 이 압력 부피 도표에 따르면 81%다. 이 단순화된 효율의 계산은 마찰에 의한 손실, 엔진에서의 열 손실, 그리고 배기 가스 열 온도를 고려하지 않는다. 위의 가상 엔진에서 증명했듯이, 배기 가스가 대기 압력 1Bar에 도달했을 때 온도는 481°K 또는 208° C다. 왜냐하면, 그 가스는 열을 가지고 있어도 더 이상의 작업을 할 수 없다.

밑의 어휘들은 본 신청에서 사용되는 단어들의 정의들이다.
2사이클: 4 사이클(팽창,배기, 흡입, 그리고 압축)을 1번의 엔진 크랭크 축 회전으로 끝내는 엔진.
SI: Spark igntion, 전기 스파크로 일어나는 연소
ICE: 내연기관 엔진
상사점 (TDC): 피스톤의 실린더 헤드에 가장 가까운 위치
하사점 (BDC): 피스톤의 실린더 헤드에 가장 먼 위치
압축 비율(CR): BDC일 때와 TDC일 때의 압축 실린더 용량 비율 ratio of compression cylinder volume at BDC to that at TDC.
CWPSC: 예비 압축이 있는 연소
공기 연료 혼합물: 엔진의 흡입 중 공기와 연료의 혼합물
총 실린더 용량: TDC에서 BDC까지의 실린더 부피

Claims (4)

1. 4사이클 연소 엔진 기능이 있는 2사이클 스파크 점화 내연기관 엔진. 구성:
   하나 이상의 연소 실린더들: 각 실린더는 총 실린더 용량, 흡입량, 상사점 (TDC), 하사점(BDC)을 가지고 있다. 각 실린더는 크랭크 축과 플라이 휠에 연결된 축 왕복하는 피스톤을 포함한다. 각 실린더는 2 사이클 연소 과정을 시행하는데 팽창 사이클에서는 피스톤이 실린더의 BDC에 도달하지 않고 BDC쪽으로 축 이동하고 배기 사이클에서는 피스톤이 TDC로 이동하면서 배기 가스를 실린더 밖으로 내보낸다. 그 후 흡입 사이클에서는 피스톤이 공기 연료 혼합물의 흡입량을 실린더 내부로 이동시킨다. 이 때 피스톤은 압력차에 따른 강제 흡입으로 실린더의 TDC로 축 이동한다. 압축 사이클에서는 피스톤은 계속 TDC로 이동하고 공기 연료 혼합물을 점화 전 압축량, 점화 전 압축 압력, 그리고 점화 전 압축 온도에 도달하도록 압축시킨다. 그 뒤 공기 연료 혼합물의 스파크 점화가 일어나고 이는 다음 팽창 사이클 때 피스톤을 BDC로 이동 시킨다. 그런 다음에 배기 사이클이 일어난다. 여기서 흡입량 대 점화 전 압축량의 비율은 압축 비율을 정의한다.
   하나 이상의 공기 압축기: 각 압축기는 압축기 공기량을 가진다. 여기서 각 압축기는 압축기 공기량의 대기를 대기 압력과 대기 온도에 압축한다. 이것은 압축된 흡입 전 공기량을 흡입 전 공기 온도와 2.1Bars 이상의 흡입 전 공기 압력으로 생성하기 위함이다.
   하나 이상의 열 교환기: 여기서 압축된 흡입 전 공기량은 부피 팽창 없이 냉각된다. 흡입 공기 압력은 1.8 Bars이상이고 흡입 공기 온도는 흡입 전 공기 온도 보다 최소 50°C낮다. 이는 흡입 공기량을 생성하고 자동 점화 온도가 있는 연료와 혼합하여 실린더들 중 하나의 흡입양을 구성하기 위함이다.
   여기서 열 교환기는 흡입 공기 온도가 대기 온도와 상관없이 고정값으로 유지되게 제어되고 흡입 공기 온도가 충분히 낮아서 압축 비율 설계치에서 점화전 압축 온도가 연료의 자동 점화 온도보다 낮게 제어한다.
2. 주장 1의 엔진: 여기서 열 교환기는 흡입 공기 온도가 복수의 선택 가능한 점화 전 압축 온도들 중 하나를 달성하기 위해 제어된다. 그리고 여기서 각 선택 가능한 점화 전 압축 온도는 선택 가능한 압축 비율 중 하나 또는 선택 가능한 연료 자동 점화온도들 중 하나 또는 이 둘의 조합과 상응한다.
3. 주장 1또는 2의 엔진: 여기서 각 예비 공기 압축기들은 압축기 실린더와 압축기 피스톤으로 구성된다. 압축기 실린더는 총 실린더 용량, TDC 와 BDC를 가지고 압축기 피스톤은 크랭크 축과 플라이 휠에 기계적으로 결합되어있다. 각 압축기 실린더들은 2사이클 연소 과정과 동일한 타이밍으로 2 단계 압축 과정을 시행한다. 이 압축 과정은 압축기 흡입 단계로 시작한다. 이 단계에서는 압축기 피스톤이 압축기 실린더의 BDC로 축 이동하면서 대기의 압축기 공기량(압축기 실린더의 총 실린더 용량)을 압축기 실린더로 끌어들인다. 그 후, 압축기 압축 단계에서는 압축기 피스톤이 압축기 실린더의 TDC로 축 이동하면서 대기 공기의 압축기 공기량을 흡입 전 공기 저장소로 압축한다. 이 공기량은 압축된 흡입 전 공기량을 구성한다.
4. 주장3의 엔진: 여기서 각 연소 실린더의 흡입량은 각 연소 실린더들의 총 실린더 용량과 같지 않다.
   

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