KR20200043630A - 2행정 엔진 - Google Patents

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KR20200043630A
KR20200043630A KR1020180124202A KR20180124202A KR20200043630A KR 20200043630 A KR20200043630 A KR 20200043630A KR 1020180124202 A KR1020180124202 A KR 1020180124202A KR 20180124202 A KR20180124202 A KR 20180124202A KR 20200043630 A KR20200043630 A KR 20200043630A
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박재만
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Abstract

본 발명은 2행정 엔진에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 크랭크실 측에 인젝터를 설치하여 면적이 상대적으로 넓은 크랭크실 내부에 직접 연료를 분사함으로써, 흡기 포트를 통해 크랭크실 내부로 유입되는 공기와 인젝터에 의해 크랭크실 내부로 분사되는 연료 간의 혼합을 촉진시킬 수 있고, 이를 통해, 연료의 소비를 줄이고 연소효율을 증대시킬 수 있는 2행정 엔진에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은, 피스톤; 상기 피스톤의 상부에 위치하는 연소실을 가지는 실린더; 상기 실린더에 연결되어 상기 연소실 내부의 연소가스의 배출 통로를 제공하는 배기 포트; 상기 실린더의 하부에 위치하고, 커넥팅 로드에 의해 상기 피스톤과 연결된 크랭크 샤프트가 설치되는 크랭크실; 상기 크랭크실과 연결되어 외부의 공기가 상기 크랭크실 내부로 유입되는 통로를 제공하는 흡기 포트; 상기 크랭크실과 상기 연소실 사이에 형성되어 상기 크랭크실 내부의 혼합기가 상기 연소실로 이동하는 통로를 제공하는 트랜스퍼 포트; 및 상기 크랭크실 측에 설치되어 상기 크랭크실 내부로 연료를 분사하는 인젝터를 포함하는 2행정 엔진을 제공한다.

Description

2행정 엔진{2-STROKE ENGINE}
본 발명은 2행정 엔진에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 크랭크실 측에 인젝터를 설치하여 면적이 상대적으로 넓은 크랭크실 내부에 직접 연료를 분사함으로써, 흡기 포트를 통해 크랭크실 내부로 유입되는 공기와 인젝터에 의해 크랭크실 내부로 분사되는 연료 간의 혼합을 촉진시킬 수 있고, 이를 통해, 연료의 소비를 줄이고 연소효율을 증대시킬 수 있는 2행정 엔진에 관한 것이다.
일반적으로, 2행정 엔진은 마력당 무게가 가볍고 동일 배기량의 4행정 엔진에 비해 더 높은 출력을 낼 수 있는 장점이 있다. 하지만, 2행정 엔진의의 낮은 연비와 높은 배기가스 배출량은 단점으로 지적되고 있다. 특히, 배기가스 규제가 적용되는 환경에서는 과도한 배기가스 배출량 때문에 2행정 엔진의 사용 자체가 제한되고 있다.
2행정 엔진에서 배기가스 배출량이 높은 이유는 흡기측과 배기측이 동시에 열려있는 구간에서 흡기측에서 유입된 연료가 소기 과정에서 배기측으로 그대로 배출되는 단락유동(short-circuiting)이 발생하기 때문이다. 예를 들어, 기화기식 2행정 엔진의 경우에는 흡기측에서 유입된 연료의 약 25% 내지 40%가 미연소 상태로 배출되는 것으로 알려져 있다.
한편, 현재 양산되고 있는 엔진은 연료를 분사하는 인젝터가 흡기관에 설치되어 있다. 이때, 2행정 엔진에서는 엔진과 흡기관 사이에 밸브가 설치되어 있다. 이에 따라, 흡기관에 설치되어 있는 인젝터로부터 분사되는 연료는 흡기관의 좁은 유로와 밸브에 간섭되어 무화를 방해 받게 되는데, 이는 연소 효율을 저하시키는 요인으로 작용하게 된다.
대한민국 공개특허공보 제10-1994-7001495호(1994.05.28.)
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 크랭크실 측에 인젝터를 설치하여 면적이 상대적으로 넓은 크랭크실 내부에 직접 연료를 분사함으로써, 흡기 포트를 통해 크랭크실 내부로 유입되는 공기와 인젝터에 의해 크랭크실 내부로 분사되는 연료 간의 혼합을 촉진시킬 수 있고, 이를 통해, 연료의 소비를 줄이고 연소효율을 증대시킬 수 있는 2행정 엔진을 제공하는 것이다.
이를 위해, 본 발명은, 피스톤; 상기 피스톤의 상부에 위치하는 연소실을 가지는 실린더; 상기 실린더에 연결되어 상기 연소실 내부의 연소가스의 배출 통로를 제공하는 배기 포트; 상기 실린더의 하부에 위치하고, 커넥팅 로드에 의해 상기 피스톤과 연결된 크랭크 샤프트가 설치되는 크랭크실; 상기 크랭크실과 연결되어 외부의 공기가 상기 크랭크실 내부로 유입되는 통로를 제공하는 흡기 포트; 상기 크랭크실과 상기 연소실 사이에 형성되어 상기 크랭크실 내부의 혼합기가 상기 연소실로 이동하는 통로를 제공하는 트랜스퍼 포트; 및 상기 크랭크실 측에 설치되어 상기 크랭크실 내부로 연료를 분사하는 인젝터를 포함하는 2행정 엔진을 제공한다.
여기서, 상기 인젝터는 상기 연소실 방향으로 연료를 분사할 수 있다.
이때, 상기 크랭크실의 하측에는 상기 인젝터가 장착되는 인젝터 장착 포트가 형성되어 있을 수 있다.
또한, 상기 실린더의 외부에 배치되고 상기 인젝터와 연결되는 연료펌프 및 연료압 조정기를 더 포함할 수 있다.
그리고 상기 연소실 측에 설치되는 적어도 하나의 점화 플러그를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 흡기 포트에는 흡기관이 연결될 수 있다.
그리고 상기 실린더의 외주면에는 요철 구조의 냉각핀이 형성되어 있을 수 있다.
본 발명에 따르면, 크랭크실 측에 인젝터를 설치하여 면적이 상대적으로 넓은 크랭크실에 직접 연료를 분사함으로써, 흡기 포트를 통해 크랭크실 내부로 유입되는 공기와 인젝터에 의해 크랭크실 내부로 분사되는 연료 간의 혼합을 촉진시킬 수 있고, 그 결과, 연료 소비를 줄여 연소효율을 증대시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 종래 흡기관에 인젝터가 설치되어 흡기관에 연료를 분사할 때 좁은 유로 및 밸브 간섭에 의한 연료의 손실을 줄일 수 있고, 엔진 성능을 보다 안정화시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 2행정 엔진을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 2행정 엔진에 대해 상세히 설명한다.
아울러, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 2행정 엔진은 피스톤(110), 실린더(120), 흡기 포트(131), 배기 포트(132), 크랭크실(140), 트랜스퍼 포트(133) 및 인젝터(150)를 포함하여 형성된다.
피스톤(110)은 실린더(120) 내부에 설치된다. 이때, 피스톤(110)은 실린더(120) 내부에 상, 하로 승강 동작 가능하도록 설치된다. 2행정 엔진에서는 피스톤(110)이 1회 상승하면서 흡입과 압축이 이루어지고, 1회 하강하면서 폭발과 배기가 이루어지면서 총 2행정으로 1사이클이 완료된다. 즉, 2행정 엔진에서는 흡입 및 압축 행정 동안 피스톤(110)이 하사점에서 상사점으로 올라가면서 사이클이 시작되고, 실린더(120) 내부의 연소실(121)에 먼저 유입되어 있는 혼합기를 압축시킨다. 동시에 다음 사이클을 위해 크랭크실(140)에는 외기가 유입된다. 이때, 본 발명의 실시 예에서는 외기의 유입 경로와 다른 경로로 크랭크실(140)에 연료가 유입되는데, 이에 대해서는 하기에서 보다 상세히 설명하기로 한다.
피스톤(110)이 상사점 최대치까지 상승된 후에는 연소실(121) 측에 설치되어 있는 점화 플러그(122)의 전기 스파크에 의해 압축된 혼합기가 연소된다. 이때의 폭발 압력으로 피스톤(110)이 상사점에서 하사점으로 내려가면서 폭발 및 배기 행정이 진행된다. 이때, 먼저 배기 포트(132)가 열리면서 배기가스가 빠져나가고, 이후, 트랜스퍼 포트(133)가 열리면서 크랭크실(140) 내에서 혼합되어 있는 공기와 연료의 혼합기가 트랜스퍼 포트(133)를 통과하여 실린더(120)의 연소실(121)에 유입되면서 한 사이클이 완료된다.
전술한 바와 같이, 실린더(120)는 피스톤(110)의 상부에 위치하는 연소실(121)을 갖는다. 이때, 연소실(121) 측에는 피스톤(110)의 상승으로 연소실(121) 내부에서 압축된 혼합기를 연소시키는 적어도 하나의 점화 플러그(122)가 설치된다. 또한, 실린더(120)의 외주면에는 요철 구조의 냉각핀(123)이 형성되어 있다. 냉각핀(123)은 실린더(120)의 외주면을 따라 돌출된 환형 구조로 형성될 수 있다. 또한, 냉각핀(123)은 실린더(120)의 외주면 길이 방향을 따라 복수 개가 이격되는 구조로 형성될 수 있다. 하지만, 이는 일례일 뿐, 냉각핀(123)의 형성 구조와 형성 개수는 설계에 따라 다양하게 조절될 수 있다. 한편, 실린더(120)의 하측에는 크랭크실(140)이 위치한다.
배기 포트(132)는 실린더(120)의 연소실(121) 내부의 연소된 가스, 즉, 배기가스의 배출 통로를 제공한다. 이를 위해, 배기 포트(132)는 실린더(120)의 일측에 실린더(120)의 연소실(121)과 연통되는 구조로 형성된다. 이러한 배기 포트(132)는 2행정 엔진의 폭발 및 배기 행정 시 배기가스 배출을 위해 개방된다.
크랭크실(140)은 실린더(120)의 하부에 위치한다. 이러한 크랭크실(140)은 실린더(120)의 연소실(121)과 함께 피스톤(110)의 승강 동작을 위한 공간을 제공한다. 또한, 크랭크실(140)은 흡기 포트(131)와 연결되어, 2행정 엔진의 흡입 및 압축 행정 시 흡기 포트(131)를 통해 유입되는 외기의 수용 공간을 제공한다.
또한, 본 발명의 실시 예에서는 크랭크실(140)에 인젝터(150)가 설치된다. 이를 위해, 크랭크실(140)의 하측에는 인젝터(150)가 장착되는 인젝터 장착 포트(143)가 형성된다. 이에 따라, 크랭크실(140)은 인젝터(150)로부터 분사되는 연료의 수용 공간을 제공한다. 아울러, 크랭크실(140)은 서로 다른 경로를 통해 이의 내부로 유입되는 외기와 연료의 혼합 공간을 제공한다.
즉, 흡기 포트(131)를 통해 크랭크실(140) 내부에 유입된 외기와 인젝터(150)에 의해 크랭크실(140) 내부에 분사된 연료는 면적이 상대적으로 넓은 크랭크실(140) 내부에서 별다른 간섭 없이 상호 혼합된다.
한편, 크랭크실(140)은 피스톤(110)의 승강 동작을 위한 커넥팅 로드(141) 및 크랭크 샤프트(142)를 포함한다.
여기서, 커넥팅 로드(141)의 일단은 피스톤(110)에 회동 가능하게 연결되고, 커넥팅 로드(141)의 타단은 크랭크실(140) 내부에 회전 가능하게 설치되어 있는 크랭크 샤프트(142)에 편심되어 회동 가능하게 연결된다.
예를 들어, 2행정 엔진의 흡입 및 압축 행정 시 크랭크 샤프트(142)가 회전하면, 커넥팅 로드(141)는 상승한다. 그리고 커넥팅 로드(141)의 일단에 연결되어 있는 피스톤(110)도 함께 상승하여 연소실(121) 내에 유입된 공기와 연료의 혼합기를 압축한다.
그리고 2행정 엔진의 폭발 및 배기 행정 시 피스톤(110)이 폭발 압력을 받으면, 그 힘이 크랭크 샤프트(142)에 전달되고, 이에 따라, 크랭크 샤프트(142)가 동일 방향으로 계속 회전한다. 이와 같이, 크랭크 샤프트(142)가 동일 방향으로 계속 회전하면, 크랭크 샤프트(142)에 편심되어 있는 커넥팅 로드(141)는 하강하고, 그 결과, 커넥팅 로드(141)의 일단에 연결되어 있는 피스톤(110)도 함께 하강한다.
이와 같이, 피스톤(110)은 크랭크 샤프트(142)가 한 바퀴 회전함에 따라 상, 하로 왕복 운동하게 된다.
흡기 포트(131)는 외부의 공기가 크랭크실(140) 내부로 유입되는 통로를 제공한다. 이를 위해, 흡기 포트(131)는 크랭크실(140)과 연통되는 구조로 형성된다. 이러한 흡기 포트(131)에는 외부의 공기를 흡기 포트(131)로 안내하는 흡기관이 연결된다. 흡기 포트(131)는 2행정 엔진의 흡입 및 압축 행정 시 크랭크실(140) 내부로 외기를 유입하기 위해 개방된다.
한편, 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에서는 흡기 포트(131)와 배기 포트(132)가 동일 방향에 형성된다. 하지만, 흡기 포트(131)와 배기 포트(132)는 서로 반대 방향에 형성될 수 있는 바, 본 발명에서 흡기 포트(131)와 배기 포트(132) 간의 형성 방향을 특정 방향으로 특별히 한정하는 것은 아니다.
트랜스퍼 포트(133)는 2행정 엔진의 흡입 및 압축 행정 시 흡기 포트(131)를 통해 크랭크실(140) 내부로 유입된 공기와, 인젝터(150)에 의해 크랭크실(140) 내부로 분사된 연료의 혼합기가 2행정 엔진의 폭발 및 배기 행정 시 연소실(121)로 이동하는 통로를 제공한다.
이를 위해, 트랜스퍼 포트(133)는 크랭크실(140)과 연소실(121) 사이에 이들을 연결하는 배관 형태로 형성된다.
흡기 포트(131)를 통해, 크랭크실(140) 내부에 유입되어 있는 공기는 인젝터(150)에 의해 크랭크실(140) 내부로 분사된 연료와 혼합되고, 2행정 엔진의 폭발 및 배기 행정 시 트랜스퍼 포트(133)를 통해 크랭크실(140)로부터 연소실(121)로 이동한다.
인젝터(150)는 연료를 분사하는 장치이다. 본 발명의 실시 예에서, 인젝터(150)는 크랭크실(140) 내부로 연료를 직접 분사한다. 이를 위해, 인젝터(150)는 크랭크실(140) 측에 설치, 보다 상세하게는 크랭크실(140)의 하측에 형성되어 있는 인젝터 장착 포트(143)에 장착된다. 이때, 인젝터(150)는 분사되는 연료가 연소실(121)을 향하도록 장착될 수 있다. 이에 따라, 인젝터(150)는 연소실(121) 방향으로 연료를 분사한다.
이와 같이, 인젝터(150)가 크랭크실(140) 측에 설치되어 크랭크실(140) 내부로 연료를 직접 분사하게 되면, 흡기 포트(131)를 통해 크랭크실(140) 내부로 유입되는 공기와 인젝터(150)에 의해 크랭크실(140) 내부로 분사되는 연료가, 면적이 상대적으로 넓은 크랭크실(140) 내부에서 별다른 간섭 없이 원활하게 혼합될 수 있다. 즉, 흡기관에 인젝터가 설치되어 있는 종래의 경우, 흡기관에 연료를 분사할 때 흡기관의 좁은 유로와 흡기관과 엔진 사이에 설치되어 있는 밸브의 간섭에 의해 분사되는 연료가 손실되는 문제가 발생되었지만, 본 발명의 실시 예에서는 크랭크실(140) 측에 인젝터(150)가 설치되어, 면적이 넓은 크랭크실(140)에 직접 연료를 분사한다. 이렇게 되면, 흡기 포트(131)를 통해 크랭크실(140) 내부로 유입된 공기와, 이와 다른 경로인 인젝터(150)에 의해 크랭크실(140) 내부로 분사된 연료 간의 혼합이 촉진되고, 그 결과, 연료 소비를 줄여 연소효율을 증대시킬 수 있게 되며, 이를 통해, 엔진 성능을 보다 안정화시킬 수 있게 된다.
한편, 도시하진 않았지만, 이러한 인젝터(150)는 실린더(120) 외부에 배치되는 연료펌프 및 연료압 조정기와 연결될 수 있다. 연료펌프 및 연료압 조정기는 연료를 인젝터(150)에 공급하고 인젝터(150)로부터 분사되는 연료의 분사 압력을 조절한다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
110; 피스톤 120; 실린더
121; 연소실 122; 점화 플러그
123; 냉각핀 131; 흡기 포트
132; 배기 포트 133; 트랜스퍼 포트
140; 크랭크실 141; 커넥팅 로드
142; 크랭크 샤프트 143; 인젝터 장착 포트
150; 인젝터

Claims (7)

  1. 피스톤;
    상기 피스톤의 상부에 위치하는 연소실을 가지는 실린더;
    상기 실린더에 연결되어 상기 연소실 내부의 연소가스의 배출 통로를 제공하는 배기 포트;
    상기 실린더의 하부에 위치하고, 커넥팅 로드에 의해 상기 피스톤과 연결된 크랭크 샤프트가 설치되는 크랭크실;
    상기 크랭크실과 연결되어 외부의 공기가 상기 크랭크실 내부로 유입되는 통로를 제공하는 흡기 포트;
    상기 크랭크실과 상기 연소실 사이에 형성되어 상기 크랭크실 내부의 혼합기가 상기 연소실로 이동하는 통로를 제공하는 트랜스퍼 포트; 및
    상기 크랭크실 측에 설치되어 상기 크랭크실 내부로 연료를 분사하는 인젝터;
    를 포함하는 2행정 엔진.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 인젝터는 상기 연소실 방향으로 연료를 분사하는 2행정 엔진.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 크랭크실의 하측에는 상기 인젝터가 장착되는 인젝터 장착 포트가 형성되어 있는 2행정 엔진.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 실린더의 외부에 배치되고 상기 인젝터와 연결되는 연료펌프 및 연료압 조정기를 더 포함하는 2행정 엔진.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 연소실 측에 설치되는 적어도 하나의 점화 플러그를 더 포함하는 2행정 엔진.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 흡기 포트에는 흡기관이 연결되는 2행정 엔진.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 실린더의 외주면에는 요철 구조의 냉각핀이 형성되어 있는 2행정 엔진.
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KR1020180124202A KR20200043630A (ko) 2018-10-18 2018-10-18 2행정 엔진

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