KR20210010427A - 연소 엔진 - Google Patents

Abstract

연소 엔진(combustion engine)은 왕복 피스톤들(5), 흡기 포트들(6) 및 배기 포트들(7)을 가진 연소실들(combustion chambers)(1-4)을 포함한다. 상기 엔진의 고부하(high load) 작동 모드 중에 폐쇄되고 부분 부하(partial load) 작동 모드 중에 개방되는 오버플로우 채널을 제공하기 위해 인접한 연소실들 사이에 오버플로우 포트들(11, 12)이 제공된다. 상기 오버플로우 포트들(11, 12)은 인접한 연소실들 사이의 최단 거리의 경로 양쪽에 걸쳐지며(straddle), 상기 오버 플로우 채널(15)은 적어도 실질적으로 상기 최단 거리의 경로를 따라서 연장된다. 본 발명의 추가적인 측면에서, 인접한 연소실들의 배기 포트들(1b+2a, 3b+4a)은, 상기 엔진의 고부하 작동 모드 중에 개방되고 부분 부하 작동 모드 중에 폐쇄되는 밸브 수단(V1, V2)을 통해 상기 엔진의 배기 헤더(exhaust header)(20)와 연통된 공통 배기 채널(P2, P4)로 연결된다.

Description

연소 엔진

본 발명은 연소 엔진(combustion engine)에 관한 것으로서, 상기 연소 엔진은 서로 인접한 적어도 제1 연소실(combustion chamber)과 제2 연소실을 포함하고, 상기 제1 연소실과 상기 제2 연소실은 각각 왕복 피스톤, 적어도 하나의 흡기 포트, 적어도 하나의 배기 포트, 및 오버플로우 포트를 가지며, 상기 제1 연소실의 오버플로우 포트와 상기 제2 연소실의 오버플로우 포트는 오버플로우 채널을 통해 서로 연결되고, 상기 오버플로우 채널은 상기 엔진의 고부하(high load) 작동 모드 중에 상기 오버플로우 채널을 폐쇄하고 상기 엔진의 부분 부하(partial load) 작동 모드 중에 상기 오버플로우 채널을 개방하는 밸브를 포함한다. 본 발명은 특히 왕복 피스톤들을 가진 내연 엔진(internal combustion engine)에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 이 발명은 과팽창(overexpansion)의 원리를 이용하여 에너지 효율 향상을 위해 연소실들을 비활성화시키는 능력을 가진 내연 엔진에 관한 것이다.

현재의 내연(IC: internal combustion) 엔진은 자동차뿐만 아니라 많은 다른 형태의 운송 및 레크리에이션 장치들을 추진시키기 위한 동력을 제공할 목적으로 오늘날 사용되는 월등히 지배적인 유형의 엔진이다. 자동차 동력의 다른 형태와 비교할 때, 내연 엔진은 높은 출력 밀도, 높은 신뢰성 및 급유와 충전 시간 사이에서 이동하는 거리로서 표현되는 편리한 에너지 저장 가능성에서 선호된다. 그러나, 천연 자원의 보존과 환경에 대한 관심은 IC 엔진의 유해한 배출물과 소음을 감소시키면서 효율, 성능 및 연비를 향상시키기 위한 노력을 계속적으로 조장하여 왔다.

IC 엔진의 연소 효율을 향상시키기 위해 다양한 장치들이 제안되었다. 효율을 향상시키는 하나의 방식은 오직 엔진의 부분 부하가 요구될 때 연소실의 비활성화(deactivation)를 이용하는 것이다. 이 원리는 몇몇의 생산 차량에 적용된다. 이러한 유형의 연소 엔진은 독일 특허 출원 DE 10 2013 006 703호로부터 알려졌다. 이 문헌은 부분 부하 작동 모드일 때 연소실들의 중심 쌍이 비활성화되는 4 연소실 직렬 엔진(inline engine)을 서술한다. 엔진에 대한 부하 수요(load demand)가 전출력 능력을 얻도록 요구할 때, 이러한 연소실들은 다시 활성화된다.

전체 효율을 더 증가시키기 위해, 이러한 알려진 엔진은 엔진의 효율을 증가시키기 위해 부분 부하 중에 연소 가스들의 과팽창으로부터 추가적인 성능을 얻는다. 그 목적을 위해, 제1 연소실들로서 지칭되는 외측 연소실들은 오직 하나의 배기 포트를 포함하며, 다른 배기 포트는 오버플로우 채널을 통해 제2 연소실들로 지칭되는 중심 연소실들 중 인접한 하나의 대응되는 오버플로우 포트에 연결되는 오버플로우 포트로서 역할을 한다. 이러한 중심 연소실들은, 흡기 포트들 중 하나를 희생함으로써 이러한 연소실들의 흡기측에 제공된 오버플로우 채널을 통해 서로 연통된다.

부분 부하 중에 오버플로우 채널들은 연소 가스들의 과팽창이 이제 유휴의(idle) 중심 연소실들로 들어갈 수 있도록 개방된다. 연소 가스들 내에 저장된 잔류 에너지는 이 가스들이 중심 연소실들에 의해 제공된 추가적인 체적 내에서 더 팽창될 수 있도록 한다. 이러한 추가적인 팽창은 이러한 작동 모드 중에 추가적인 효율로서 얻어진다. 그러나, 고부하에서는, 오버플로우 채널들은 적절한 밸브들에 의해 폐쇄되며 중심 연소실들은 전 엔진 출력(full engine power)을 제공하기 위해 활성화된다.

전체 효율(overall efficiency)을 향상시키기 위해, 이러한 알려진 엔진은 부분 부하 중 연소실의 비활성화와 과팽창에 의한 효율 이득의 조합을 채용한다. 그러나, 오버플로우 채널들의 제공은 외측 연소실에 있는 배기 포트와 중심 연소실의 흡기 포트가 희생되도록 요구하기 때문에, 고부하 중에는, 이러한 알려진 엔진은 전혀 최적으로 수행되지 않는다. 이는 고부하 작동 중에 필연적으로 낮은 성능과 낮은 효율로 이어진다. 더욱이, 오버플로우 포트들 및 대응되는 오버플로우 채널들을 통한 연소 가스들의 경로 변경은 상기 독일 특허 출원에서 서술된 방식으로 수행될 경우에 엔진의 복잡성을 가중시킨다.

본 발명의 목적은, 상기 독일 특허 출원의 엔진에서 접하게 되는 이러한 단점들이 적어도 상당한 정도로 방지되는 방식으로 연소 엔진에 과팽창(overexpansion)과 연소실-비활성화(deactivation)의 원리들을 적용하는 것이다. 본 발명의 추가적인 측면에서, 본 발명의 목적은, 알려진 엔진에서 요구되는 복잡성의 적어도 많은 부분을 방지하는 상당히 더 편리한 방식으로 이러한 원리들을 연소 엔진에서 시행하는 것이다.

상기 목표를 달성하기 위해, 시작 문단에서 서술된 유형의 연소 엔진은, 본 발명에 따라, 상기 제1 연소실의 상기 오버플로우 포트와 상기 제2 연소실의 상기 오버플로우 포트는 적어도 실질적으로 상기 제1 연소실과 상기 제2 연소실 사이의 최단 거리의 경로 양쪽에 걸쳐진 위치들에 배치되며, 상기 오버플로우 채널은 적어도 실질적으로 상기 제1 연소실의 상기 오버플로우 포트와 상기 제2 연소실의 상기 오버플로우 포트 사이에 상기 최단 거리의 경로를 따라서 연장되는 것을 특징으로 한다. 본 발명은, 관련된 연소실들 사이의 최단 거리에 있는 오버플로우 포트들은 그 방식으로 경로 변경된 연소 가스들의 최소의 유동 저항과 에너지 손실로 이어질 것이라는 인식에 근거한다. 이는, 특히 부분 부하 작동 중에, 엔진의 전체 효율에 추가될 것이다.

비록 본 발명은, 과팽창을 허용하기 위해 연소실 비활성화 및 유휴(idle) 연소실로의 배기가스의 경로 변경 둘 다를 채용하기 위해 최소 두 개의 연소실들을 요구하지만, 본 발명에 따른 엔진의 특히 실제적인 실시예는, 상기 제1 연소실 및 제2 연소실과 유사한 추가적인 제1 연소실과 추가적인 제2 연소실을 포함하며, 상기 제2 연소실과 상기 추가적인 제2 연소실은 각각 추가적인 오버플로우 포트를 포함하고, 상기 제2 연소실의 추가적인 오버플로우 포트와 상기 추가적인 제2 연소실의 추가적인 오버플로우 포트는 추가적인 오버플로우 채널을 통해 서로 연결되며, 상기 추가적인 오버플로우 채널은 상기 엔진의 상기 고부하 작동 모드 중에 상기 추가적인 오버플로우 채널을 폐쇄하고 상기 엔진의 상기 부분 부하 작동 모드 중에 상기 추가적인 오버플로우 채널을 개방하는 밸브를 포함하며, 상기 제2 연소실의 상기 추가적인 오버플로우 포트와 상기 추가적인 제2 연소실의 상기 추가적인 오버플로우 포트는 적어도 실질적으로 상기 제2 연소실과 상기 추가적인 제2 연소실 사이의 최단 거리의 경로 양쪽에 걸쳐진 위치들에 배치되며, 상기 추가적인 오버플로우 채널은 적어도 실질적으로 상기 제2 연소실의 상기 추가적인 오버플로우 포트와 상기 추가적인 제2 연소실의 상기 추가적인 오버플로우 포트 사이에 상기 최단 거리의 경로를 따라서 연장되는 것을 특징으로 한다. 이 실시예는 적어도 네 개의 연소실들에 관한 것이며, 두 개의 제1 연소실들은 모든 작동 모드에서 작동하고, 반면에 두 개의 제2 연소실들은 부분 부하 작동 중에 비활성화되어 제1 연소실들로부터 방출되는 연소가스들에게 추가적인 팽창 능력을 제공한다. 두 개의 제2 연소실들 사이의 오버플로우 채널은 이 연소실들이 단일의 과팽창 체적으로서 작용하도록 허용한다.

본 발명에 따른 엔진의 '정상(normal)' 및 '과팽창(overexpansion)' 모드 사이의 전환은 엔진 일 회전 내에서 일어나야 한다. 이를 위해, 본 발명에 따른 엔진의 구체적인 실시예는, 상기 엔진의 일 회전 내에서 상기 제1 실린더와 상기 제2 실린더 사이의 상기 오버플로우 채널의 상기 오버플로우 밸브를 활성화시키면서, 상기 제1 실린더의 상기 적어도 하나의 배기 포트와 상기 제2 실린더의 상기 적어도 하나의 흡기 포트의 완전한 개방을 불능화시키는 제어 수단이 제공되는 것을 특징으로 한다.

상기 연소실들의 흡기 포트들 뿐만 아니라 배기 포트들은 각개의 밸브들에 의해 정상적으로 제어되며, 상기 밸브들은 엔진의 각 사이클 중 정확한 경우에 충분히 빠르게 개폐될 필요가 있다. 이 경우에, 본 발명에 따른 엔진의 바람직한 실시예는, 상기 제어 수단은 제1 가변 캠샤프트와 제2 가변 캠샤프트를 포함하고, 상기 제1 연소실과 상기 제2 연소실의 흡기 포트들은, 엔진 일 회전 내에서 활성화되며 상기 제1 가변 캠샤프트에 의해 제어되는 시간 설정된(timed) 밸브들, 특히 포핏 밸브들을 포함하며, 상기 제1 연소실과 상기 제2 연소실의 배기 포트들은, 엔진 일 회전 내에서 활성화되며 상기 제2 가변 캠샤프트에 의해 제어되는 시간 설정된(timed) 밸브들, 특히 포핏 밸브들을 포함하는 것을 특징으로 한다.

동일한 기술을 사용하여, 본 발명에 따른 엔진의 특정 실시예는, 상기 오버플로우 채널의 상기 오버플로우 밸브는 추가적인 가변 캠샤프트에 의해 작동되는 포핏 밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이 추가적인 캠샤프트는 부분 부하 작동 중 과팽창을 위해 배기가스를 경로 변경하기 위해 일차(제1) 연소실(들)과 이차(제2) 연소실들 사이의 오버플로우 채널들 내의 (포핏) 밸브(들)을 작동시킨다. 이중 오버헤드 캠샤프트 엔진의 경우에, 이 과팽창 캠샤프트는 흡기 캠샤프트와 배기 캠샤프트 사이에 연소실들 사이의 최단 거리의 경로를 따라서 제공될 수 있다.

연소실들의 행정을 제어하는 밸브들과 반대로, 과팽창을 위해 배기가스들을 경로 변경하는 밸브들은 엔진의 각개의 모드, 즉, 부분 부하 또는 전부하 모드의 전체 지속 기간에 걸쳐 동일한 상태로 유지된다. 그 결과로서, 이 밸브들은 신속할 필요가 없으며, 경로 변경에 최적화될 수 있다. 이러한 점에서, 본 발명에 따른 엔진의 구체적인 실시예는, 상기 추가적인 오버플로우 채널의 상기 오버플로우 밸브는 연속적인 엔진 회전들에 걸쳐서 활성화 또는 비활성화되는 슬로우 밸브(slow valve), 특히 플런저 또는 회전형 밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.

추가적인 측면에서, 본 발명은 그 목적을 위해 비교적 단순한 레이아웃에 의해 부분 부하 작동 중에 배기가스들의 과팽창으로부터 이익을 받는 연소 엔진을 제공하여야 한다. 이 목적을 위해, 연소 엔진은 적어도 제1 연소실(combustion chamber)과 제2 연소실을 포함하며, 상기 제1 연소실과 상기 제2 연소실은 각각 왕복 피스톤, 흡기 포트, 및 배기 포트를 가지고, 상기 제1 연소실의 배기 포트와 상기 제2 연소실의 배기 포트는 각개의 배기 채널들을 통해 상기 엔진의 배기 헤더(exhaust header)와 연통되며, 본 발명에 따라서, 상기 제1 및 제2 연소실은 각각 추가적인 배기 포트를 포함하고, 상기 제1 연소실의 상기 추가적인 배기 포트와 상기 제2 연소실의 상기 추가적인 배기 포트는 공통 배기 채널 내에 공동으로 연통되며, 상기 공통 배기 채널은 밸브 수단을 통해 상기 배기 헤더와 연통되고, 상기 밸브 수단은 상기 엔진의 고부하 작동 모드 중에 개방되며 상기 엔진의 부분 부하 작동 모드 중에 폐쇄되는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 이러한 측면에 따르면, 인접한 연소실들 사이의 배기 채널은 제1 연소실과 제2 연소실 사이의 오버플로우 채널로서 사용된다. 적합한 밸브의 사용에 의해 이 오버플로우 채널은 엔진의 부분 부하 중에 배기 헤더로의 배기 경로를 폐쇄함으로써 개방되거나, 또는 엔진의 전부하 중 원래의 배기 경로의 부분이다. 이처럼, 오버플로우 채널은 전부하 작동 중에 배기 능력이 실질적으로 타협되지 않도록 하는 배기 헤더의 Y-배관 디자인 레이아웃 내에 수용된다.

이러한 Y-배관 디자인이 연소실 비활성화 및 과팽창을 허용하기 위해 유휴 연소실로의 배기가스들의 경로 변경을 둘 다 채용하기 위해 최소 두 개의 연소실들을 요구하더라도, 본 발명에 따른 엔진의 특히 실제적인 실시예는, 상기 제1 연소실 및 상기 제2 연소실과 유사한 추가적인 제1 연소실과 추가적인 제2 연소실을 포함하며, 상기 제2 연소실의 배기 포트와 상기 추가적인 제2 연소실의 배기 포트는 상기 엔진의 상기 배기 헤더에 연결된 추가적인 공통 배기 채널 내에 함께 연통되는 것을 특징으로 한다. 이 실시예는 적어도 네 개의 연소실들에 관한 것이며,

네 개의 연소실들에 관한 것이며, 두 개의 제1 연소실들은 각각의 작동 모드에서 작동하고, 반면에 두 개의 제2 연소실들은 부분 부하 작동 중에 비활성화되어 제1 연소실들로부터 방출되는 연소가스들을 위한 추가적인 팽창 체적으로서 사용된다.

두 개의 제2 연소실들 사이의 오버플로우 채널은 이 연소실들이 단일의 과팽창 체적으로서 작용하도록 허용할 수 있다. 이를 위해, 본 발명에 따른 엔진의 추가적인 바람직한 실시예는, 상기 제2 연소실과 상기 추가적인 제2 연소실은 밸브 수단을 포함하는 오버플로우 채널을 통해 서로 연결되며, 상기 밸브 수단은 상기 엔진의 상기 고부하 작동 모드 중에 상기 오버플로우 채널을 폐쇄하고 상기 엔진의 상기 부분 부하 작동 모드 중에 상기 오버플로우 채널을 개방하는 것을 특징으로 한다. 이 오버플로우 채널은 엔진의 부분 부하 작동 모드의 전체 지속 기간에 걸쳐 개방된 상태로 유지될 수 있으며, 전부하 작동이 요구될 때 폐쇄된다. 상기 오버플로우 채널의 오버플로우 특성을 최적화하기 위해, 본 발명에 따른 엔진의 추가적인 구체적 실시예는, 상기 오버플로우 채널은 적어도 실질적으로 상기 제2 연소실과 상기 추가적인 제2 연소실 사이의 최단 거리의 경로를 따라서 연장되는 것을 특징으로 한다.

연소실들의 행정을 제어하는 밸브들과는 반대로, 두 개의 제2 연소실들 사이의 오버플로우 채널 내의 밸브 수단은 엔진의 각개의 작동 모드, 즉, 부분 부하 또는 전부하 모드의 전체 지속 기간에 걸쳐 동일한 상태로 유지된다. 그 결과로서, 이 밸브들은 신속할 필요가 없으며, 두 개의 제2 실린더들에 걸친 배기가스들의 과팽창의 균형을 유지하도록 최적화될 수 있다. 이러한 점에서, 본 발명에 따른 엔진의 구체적인 실시예는, 상기 오버플로우 채널의 밸브 수단은 슬로우 밸브(slow valve), 특히 플런저 또는 회전형 밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 연소실들의 흡기 포트들 뿐만 아니라 배기 포트들은 각개의 밸브들에 의해 제어되며, 상기 밸브들은 엔진의 각 사이클 중 정확한 경우에 충분히 빠르게 개폐될 필요가 있다. 이를 위해, 본 발명에 따른 엔진의 바람직한 실시예는, 상기 제1 연소실과 상기 제2 연소실의 흡기 포트들은, 엔진 일 회전 내에서 활성화되며 제1 가변 캠샤프트에 의해 제어되는 시간 설정된(timed) 밸브들, 특히 포핏 밸브들을 포함하며, 상기 제1 연소실과 상기 제2 연소실의 배기 포트들은, 엔진 일 회전 내에서 활성화되며 제2 가변 캠샤프트에 의해 제어되는 시간 설정된(timed) 밸브들, 특히 포핏 밸브들을 포함하는 것을 특징으로 한다. 두 개의 캠샤프트들은, 예를 들어, 유압식, 기계식 또는 전자식 캠샤프트 이동 기술과 조합된 적합한 캠 프로파일에 의해 가변적일 수 있다.

연소실들의 흡기 및 배기 포트들을 제어하는 포핏 밸브들과는 반대로, 인접한 연소실들 사이의 배기 채널들 내의 밸브 수단은 엔진의 각개의 작동 모드, 즉, 부분 부하 또는 전부하 모드의 전체 지속 기간에 걸쳐 동일한 상태로 유지된다. 그 결과로서, 이 밸브 수단은 신속할 필요가 없으며, 전부하 작동 중에 배기가스들을 배기 헤더로 배기시키고 과팽창 중 인접한 실린더들 사이에 낮은 저항의 오버플로우 경로를 제공하도록 최적화될 수 있다. 이러한 점에서, 본 발명에 따른 엔진의 구체적인 실시예는, 상기 공통 배기 채널과 상기 배기 헤더 사이의 상기 밸브 수단은 슬로우 밸브(slow valve), 특히 플런저 또는 회전형 밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.

다른 실린더들로의 과팽창 중에 효율 최적화는 노상 차량에서 실제적인 시행을 위한 중요한 측면이다. 노상 차량의 동적 거동에 기인하여 하나의 사이클 이하의 반응 시간이 운전 용이성의 절충을 피하기 위해 요구된다. 하이브리드-전기 구동장치의 추가는 아래의 추진 모드들 사이의 매끈한 전이(seamless transition)로의 접근의 필요성을 높인다.

- 전부 전기(연소 엔진 없음)

- 하이브리드 구동 - 과팽창 모드

- 과팽창 모드

- 전부 연소 엔진 작동

- 하이브리드 구동 - 전부 연소 엔진 작동

지연(delay)을 가진 구동장치들 사이의 전환은 운전 용이성과 '운전의 즐거움(fun-to-drive)'에 큰 영향을 줄 것이며, 이는 승용차 산업에서 중대한 주제이다. 임의의 딸꾹질(hic-ups), 소음 또는 진동은 종종 받아들일 수 없는 것으로 인지된다. 본 발명의 설정을 사용하면, 이를 최소화 및/또는 해결할 수 있다.

둘째로, 채널들의 최적화된 경로를 사용하면, 열손실이 최소화되고, 과팽창의 효율이 향상된다. 이는 과팽창이 적용될 수 있는 작동 분야를 확장시키며, 이에 의해, 심지어 연료 효율을 더 향상시킨다. 마지막으로, 가스 경로를 최적화하는 것은 실린더 비활성화와 비교하여 엔진 진동을 더 감소시킨다.

본 발명은 이제 첨부된 도면들에 걸쳐 특정한 예시적인 실시예들을 참조하여 더 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 종래의 연소 엔진의 전반적인 내부 레이아웃을 보여주며;
도 2는 본 발명에 따른 연소 엔진의 실시예의 단면도를 보여주며;
도 3은 도 2의 연소 엔진의 상면도를 보여주며;
도 4는 도 2의 엔진 내의 오버플로우 채널의 체적에 대한 압력 효율을 나타낸 그래프를 보여주며;
도 5는 엔진 효율에 대한 도 2의 엔진 내의 오버플로우 채널의 길이의 효과를 나타낸 그래프를 보여주며;
도 6은 엔진 효율에 대한 도 2의 엔진 내의 오버플로우 채널의 직경의 효과를 나타낸 그래프를 보여주며;
도 7은 전부하 작동 모드에서 본 발명에 따른 연소 엔진의 제2 실시예의 전반적인 설계 레이아웃을 보여주며;
도 8은 부분 부하 작동 모드에서 도 7의 전반적인 설계 레이아웃을 보여준다.
도면은 단순히 보여주기 위한 것이며 반드시 동일한 축척으로 그려지지 않았다는 것을 이해하여야 한다. 특히, 도면이 더욱 명확하도록 특정 치수는 다소 과장되어 있을 수 있다. 도면들에 걸쳐 동일한 부분들은 동일한 참조번호들로 표시된다.

도 1은 직렬로(inline) 배치되고 실린더들을 포함하는 네 개의 연속된 연소실들을 가진 전형적인 4-실린더 내연 엔진을 보여준다. 이 설명 전체에 걸쳐 "실린더(cylinder)"와 "연소실(combustion chamber)"이라는 표현은 서로 동의어로서 교대로 사용될 수 있다. 이 엔진은 전형적으로 점화 순서(firing order) '1-3-4-2'를 가진다. 그러나, 실제로 점화 순서는 본 발명의 일반적인 원리로부터 벗어나지 않고서 바뀔 수 있다. 실린더들(1, 4)은 서로 같은 위상이고 실린더들(2, 3)의 위상과는 180° 차이가 있으며, 실린더들(2, 3)도 함께 움직인다. 명료성을 위해, 엔진의 내부 디자인은 실린더들 내부에서 왕복하는 피스톤들(5)을 보여주는 도 1에 도시된다. 각각의 실린더는, 흡기 포핏 밸브들(6)에 의해 제어되는 두 개의 흡기 포트들과, 배기 포핏 밸브들(7)에 의해 개방 또는 폐쇄되는 두 개의 배기 포트들을 포함한다. 상기 흡기 포핏 밸브들(7)은 흡기 캠샤프트(8)에 의해 작동되며, 상기 배기 밸브들(7)은 이 밸브들을 작동시키는 별도의 오버헤드 배기 캠샤프트(9)을 가진다. 상기 엔진은 하단부에 크랭트샤프트(10)를 포함하며, 크랭크샤프트는 엔진의 연속적인 행정들에서 실린더들 내부에서 교대로 왕복운동하는 피스톤들(5)로부터 연장된 피스톤 로드들에 의해 구동된다.

전부하(full load) 작동 중에, 정상적인 4-행정 작동이 수행되며, 각각의 실린더(1-4)는 흡기 행정 중에 공기가 유입되도록 하는 두 개의 흡기 밸브들과 배기 행정 중에 실린더들로부터 연소 가스들을 제거하기 위한 두 개의 배기 밸브들을 가진다. '엔진의 전출력 모드(full power mode)'에서 실린더 헤드 내의 종래의 포핏 밸브들(6, 7)을 사용하여 각각의 실린더의 배기 가스는 배기 시스템으로 보내진다.

엔진이 단지 제한된 출력을 전달할 필요가 있는 경우에, 예를 들어 엔진이 정지 상태에서 운전되거나 또는 일정한 완화된 속도로 운전되는 경우에, 엔진 관리 시스템은 엔진을 대응되는 부분 부하 작동 모드로 전환한다. 이 모드에서 내측 실린더들(2, 3)은 비활성화되며 엔진은 단지 일차 실린더들(1, 4)에 의해 구동된다. 실린더 비활성화 중에, 비활성화된 실린더 포핏 밸브들은 더 이상 사용될 필요가 없으며 이 모드를 위한 캠 프로파일을 변경함으로써 비활성화될 수 있다. 이는 다양한 방식으로, 즉 캠샤프트를 축방향으로 이동시키거나, 캠샤프트의 원뿔형 회전을 사용하거나, 또는 전자기 밸브 작동과 같은 다른 기계적 또는 전자적 방법들을 사용하여 이루어질 수 있다.

액티브 실린더들(1, 4)을 떠나는 배기가스들은, 상기 부분 부하 작동 모드 중에 패시브 실린더들(2, 3)에 의해 제공된 추가적인 자유 체적 내에서 배기 가스들의 과팽창을 허용하기 위해, 패시브 실린더들(2, 3)로 경로 변경된다. 본 발명의 제1 측면에 따르면, 연소 엔진은 이러한 경로 변경(rerouting)을 최적화하고 이에 의해 부분 부하 중 엔진 효율을 최적화하기 위해 각각의 연소 엔진 내에 전용 오버플로우 포트들(11, 12)을 구비한다. 본 발명에 따르면, 이러한 오버플로우 밸브들은 인접한 실린더들 사이의 최단 거리의 경로(15, 16) 양쪽에 걸쳐지며, 실린더들 사이의 오버플로우 채널은 적어도 실질적으로 최단 거리의 경로를 따라서 제공된다(도 2 참조).

이 예의 오버플로우 포트들(11, 12)은 개개의 포핏 밸브들을 구비한다. 밸브 작동은 가변 유압식/기계식/전자식 캠샤프트 기술을 사용하여 매우 빠르다. 이 예에서, 오버플로우 포트들(11, 12)을 개폐하는 포핏 밸브들의 작동은, 도 3에 도시된 바와 같이, 별도의 유일한 가변 캠샤프트(13)를 사용함으로써 구현된다. 이러한 추가적인 캠샤프트(13)는, 전형적인 4-실린더 엔진에서 실린더(1)를 실린더(2)에 연결하고 실린더(4)를 실린더(3)에 연결하는 실린더들 내의 포핏 밸브들을 작동시킨다. 상기 과팽창 캠샤프트(13)는 흡기 캠샤프트(8)와 배기 캠샤프트(9) 사이에 배치된다.

정상적인 "전부하(full load)" 4 실린더 작동 중에는, 정상적인 엔진 흡기 및 배기 캠샤프트들(8, 9)이 작동되며, 추가적인 "과팽창" 캠샤프트(13)는 사용되지 않는다. 상기 캠샤프트(13)의 불능화(disabling)는 다양한 기존 기술을 사용하여, 즉, 캠이 배기가스를 내측 실린더들로 경로 변경하기 위한 포핏 밸브들을 작동시키지 않는 방식으로 캠샤프트를 축방향으로 이동시키거나 또는 캠을 전기적/유압식으로 조절함으로써 수행될 수 있다.

실린더 비활성화의 경우에, 즉, 부분 부하 작동 모드 중에, 상기 배기 캠샤프트(9)는 액티브 실린더들(1, 4)의 배기 포트들(7)이 더 이상 사용되지 않는 방식으로 조절될 것이다. 대신에 과팽창을 위한 전용의 추가적인 캠샤프트(13)가 이제 활성화되어 액티브(제1) 실린더들(1, 4)로부터의 배기가스들을 패시브(제2) 실린더들(2, 3) 내부로 보내기 위한 전용 오버플로우 포트들의 추가적인 포핏 밸브들을 작동시킨다. 이에 의해, 실린더들(1 및 4)은 연소 모드로 운전되고 실린더들(2 및 3)은 비활성화되며, 액티브 실린더들(1 및 4)의 배기가스들은, 그렇지 않으면 배기 시스템에서 손실될 수 있는 이 가스들 내의 잔류(열) 에너지로부터 추가적인 출력을 얻기 위해 이 가스들이 추가적으로 팽창할 수 있도록, 비활성화된 실린더들(2 및3)으로 보내진다.

두 개의 모드들, 즉, 전부하 모드 및 부분 부하 모드 사이의 전환은, 두 개의 모드들을 위한 캠샤프트 작동이 동기화되고 회전, 축방향 이동 등과 같은 기존의 캠샤프트 조절 방법들을 사용하여 전환될 수 있기 때문에, 하나의 엔진 사이클 내에서 매끄럽게(seamless) 진행된다. 엔진 디자인과 교정에 따라 최적화된 작동을 위한 캠 프로파일에 대한 변화를 더 가질 수 있을지라도, 실린더(1 및 4)에 대해 불능화된 배기 캠샤프트(9)는 실린더(2 및 3)을 위해서는 완전한 기능을 할 것이다.

'과팽창' 캠샤프트(13)는, 포핏 밸브들이 실린더들(2, 3)을 연결하는 오버플로우 채널(12)을, 제한된 공간으로 인해 상사점(TDC: top-dead-center) 가까이에서 물리적으로 불가능한 경우를 제외하고, 대부분의 엔진 회전 중에 개방시키는 방식으로 설계된다. 이러한 캠 프로파일을 사용하면 두 개의 내측 실린더들(2 및 3)은 과팽창의 이익을 최대화하는 '사실상' 하나의 단일 실린더로서 기능하며 유동 손실이 크게 감소될 수 있다.

하나의 조합된 체적으로서 작용하는 패시브 실린더들(2, 3)을 연결하기 위한 포핏 밸브들 대신에, 이는 이 거동을 위해 최적화된 전용 슬로우 밸브(slow valve)에 의해서도 달성될 수 있다. 바람직하게는, 부분 부하 작동 모드 중에, 실린더(2, 3)는 '하나의 큰 실린더'처럼 작동하여야 하며, 이에 따라 이 실린더들 사이의 유동 손실이 최소화되어야 한다. 엔진이 전부하로 운전될 때 내측 실린더들(2, 3)이 독립적으로 작동할 가능성을 유지하면서, 내측 실린더들(2, 3)을 상기한 방식으로 연결하기 위해, 플런저 또는 회전하는 밸브 유형의 전용 밸브가 두 개의 실린더들(2, 3) 사이에 배치될 수 있다. 이 밸브는 캠샤프트들(8, 9, 13)과는 독립적으로 작동될 수 있으며 엔진의 일 회전 내에서 반응할 필요는 없다. 밸브 메커니즘은 '정상적인' 모든-실린더 작동에서 상당한 기밀성과 '과팽창' 중에 비활성화된 실린더들 사이의 낮은 가스 유동 저항을 허용하는 임의의 현실성 있는 유형의 플런저 유형일 수 있다. 추가적인 이익은 오버플로우 채널로의 가능한 완전히 개방된 통로로 인해 낮은 유동 마찰이다. 종래의 포핏 밸브들은 피스톤 상사점(TDC)에서 필연적으로 통로를 제한한다. 실린더들을 연결하는 오버플로우 채널들(15)은 채널들 내에서 자유-팽창 체적 손실(free-expansion volume losses)을 최소화하기 위해 가능한 한 짧고 좁은 것이 바람직하다. 다른 한편, 상기 채널들(15)은 유동 저항이 이송 중 압력 강하로 인한 손실을 초래할 정도로 너무 좁지 않아야 한다. 유동 저항 손실과 체적 팽창 손실을 균형맞추는 최적의 단면 직경이 있다. 어떤 경우에도 짧은 이송 경로가 바람직하며, 이에 따라 본 발명에 따르면, 상기 오버플로우 채널들(15)은 실린더들(1-2, 3-4) 사이의 거리가 가장 짧은 위치에 배치되며, 즉, 이러한 실린더들 사이의 최단 거리의 경로를 따라서 배치된다. 상기 과팽창 캠샤프트(13)는 이러한 채널들 바로 위해 배치된다.

상기 오버플로우 채널들(15)의 구체적인 치수들은 난류와 열 및 압력 강하를 감안하여 최적화될 수 있다. 이러한 세 개의 측면들은 오버플로우 채널 길이, 직경 및 형상 사이의 균형을 유지함으로써 최적화될 수 있으며, 이는 평평한 크랭크 표준 레이아웃을 가지며 아래의 성질들을 가정하는 본 실시예와 맥락을 같이하여 이제 설명될 것이다.

보어(bore) : 90mm

행정(stroke) : 90mm

엔진 변위 : 2.3 리터

점화 순서 : 1-3-4-2

일차 실린더로부터 과팽창 실린더들로의 가스들의 이송은 효율 손실을 초래한다. 이들은:

ⅰ) 오버플로우 채널들 내부의 체적 및 과팽창 실린더들 내의 잔여 실린더 체적으로 인한 자유-팽창 체적 손실;

ⅱ) 마찰 손실;

ⅲ) 압력 강하를 초래하는 열손실; 및

ⅳ) 초킹 유동 효과(choking flow effects)를 포함한다.

일반적으로 '패시브' 실린더들의 상사점은 과팽창이 일어났을 때 고정된 압력 강하를 초래할 것이다. 이는 엔진의 압축비에 따라서 변동될 수 있다. 이에 추가하여 오버플로우 채널들의 체적도 자유 팽창으로 인한 압력 손실로 이어지며, 이에 따라 이 체적은, 도 4에 도시된 바와 같이, 바람직하게는 최소로 감소된다.

길이 'L'과 직경 'd'의 이송 채널들을 설계할 때, 여전히 기계적으로 효율적인 유체 통로를 생성하면서 가능한 한 짧은 길이를 가지는 것이 바람직하다. 짧은 길이는, 도 5에 도시된 바와 같이, 일반적으로 모드 손실들; 체적, 마찰/난류 및 열 손실들을 낮출 것이다.

또한, 채널 직경의 효과도 감안할 필요가 있다. 체적 손실 대 마찰 손실에 대하여, 더 큰 직경은 마찰을 감소시키는데 도움을 줄 것이지만 체적 손실을 증가시키기 때문에 최적값을 찾아야 한다. 그러나, 마찰 손실에 대해, 오버플로우 채널들 내의 개선된 파이프 유동을 감안할 필요가 있으며, 유입 및 배기 효과도 주목하여야 한다. 이 예에서, 두 개의 오버플로우 채널들의 유형, 액티브 실린더들(1, 4)과 비활성화된(패시브) 실린더들 사이의 제1 유형(11)과, 팽창 실린더들(2, 3)을 연결하는 다른 유형(12)이 있다. 상기 오버플로우 채널들의 작은 직경에서, 유동 초킹 효과들도 감안될 필요가 있다. 유동 속도가 국부적으로 음속에 도달한 때, 유동 속도 및 실린더들 사이의 처리량에 대한 제한을 초래하는 초크가 생성된다. 이러한 효과들은 대략 총합-곡선(total-curve)의 정상부의 최적값을 찾는 도 6에서 합해진다. 이러한 또는 유사한 방식으로, 엔진 변위, 압축비, 밸브 타이밍 및 오버랩, 필요한 출력, rpm 범위 및 연소 연료의 유형에 따라서 특정 엔진을 위한 오버플로우 채널들의 최적 치수들이 찾아질 수 있다.

본 발명의 제2 측면에서, 연소 가스들의 과팽창은, 부분 부하 작동 중에 비활성화된 실린더들의 이용 가능한 체적을 사용하여, 전용 오버플로우 채널들의 필요 없이, 연소 엔진 내에서 가능하게 된다. 그 일 예는 도 7과 8에 도시된다. 이 예에서도 도시의 목적으로 4 실린더 직렬 엔진이 사용되지만, 더 적거나 더 많은 실린더들에도 동일한 원리가 적용될 수 있으며 다른 실린더 레이아웃에도 동일한 원리가 적용될 수 있다.

도 7은 1-3-4-2의 전형적인 점화 순서를 가진 4-실린더 내연 엔진을 보여주지만, 점화 순서는 달라질 수 있다. 외측 실린더들은 모든 조건들에서 사용되는 일차(제1) 실린더들로서 사용되며, 반면에 이차 내측(wp2) 실린더들은 엔진의 부분 부하 작동 중에는 비활성화되고 그래서 제1 실시예에 관하여 설명된 방식으로 배기 경로(exhaust routing)를 사용하여 과팽창 능력을 제공한다.

실린더들(1, 4)은 서로 같은 위상이고, 둘 다 실린더들(2, 3)의 위상과는 180° 차이가 있으며, 실린더들(2, 3)도 함께 움직인다. 이는 전형적인 4-실린더 디자인이다. 전부하 작동 중에, 정상적인 4-행정 작동이 수행되며, 도 7에 도시된 바와 같이, 각각의 실린더는 흡기 행정 중에 공기가 유입되도록 두 개의 흡기 밸브들(6a, 6b)과 배기 행정 중에 실린더들로부터 연소 가스들을 제거하기 위해 두 개의 배기 밸브들(7a, 7b)을 가진다.

캠샤프트들은 상기 밸브들(6a, 6b, 7a, 7b)을 작동시키며; 전형적으로 흡기 밸브들(6a, 6b)을 위한 하나의 캠샤프트와 배기 밸브들(7a, 7b)을 위한 하나의 캠샤프트(DOHC)를 가진다. 통상적인 4-실린더 엔진에서, 두 개의 배기 밸브들(7a, 7b)은 각각의 실린더로부터 가스들을 결합된 배기 포트로 방출하며, 배기 포트는 실린더 헤드에 존재하는 전체 4개의 배기 채널들로 이어진다.

이 예에서, 배기 헤더(exhaust header)는 특유의 Y-헤더 디자인으로 수정된다. 각각의 실린더의 배기 밸브들(7a, 7b)을 배기 채널(20)에 연결되는 각 실린더의 배기 포트에 결합하는 대신에, 인접한 실린더들(1, 4)의 인접한 배기 밸브들(7a, 7b)이 개개의 배기 포트들(P2, P3, P4)에 결합된다. 외측 실린더들(1, 4)의 외측 밸브들(7a, 7b)이 남겨지며, 이들은 그들 자신의 개개의 포트들(P1, P2)을 가진다. 이는 5개의 배기 포트들(P1..P5)을 특징으로 하는 도 7의 구성으로 이어진다. 상기 포트들은 상기 밸브들을 결합하기 위한 전형적인 'Y 형상' 디자인을 가진다. 이러한 구성은 실린더 헤드의 냉각 자켓에 필요한 최소의 조절로 이어지며, 반면에 전부하 작동 중에는 모든 배기 밸브들의 작동을 유지한다. 상기 배기 헤더는 전부하 작동 모드 중에 엔진의 배기 능력이 상당히 양보되지 않도록 완전히 개방되는 외부 밸브들(V1, V2)을 포함한다.

부분 부하 작동 모드 중에, 내측 실린더들(2, 3)은 비활성화되어 위에서 설명된 방식으로 과팽창을 허용하며, 배기 헤더 내의 외부 밸브들(V1, V2)은 포트(P2)와 포트(P4)를 폐쇄하기 위해 사용된다(도 8 참조). 이는 '시트(seat)'로 떨어지는 플런저 밸브일 수 있으며, 이는 Y-형상의 포트를 실린더들을 가로지르는 유동 채널로 효과적으로 개조함으로써 체적 손실을 최소화한다. 이러한 밸브들은 "슬로우(slow)'일 수 있으며, 즉, 이들은 한 번의 엔진 회전 내에서 작동될 필요가 없고, 엔진의 캠샤프트와 정확히 시간을 맞출 필요가 없으며, 이는 교정 및 작동을 용이하게 만든다. 또한, 이 밸브들은, 실린더들 내부에 배치되는 밸브들을 위한 대략 100bar의 완전 연소 압력 대신에, 오직 대략 5bar 이하의 잔류 배기 압력을 유지할 필요가 있다. 포트(P3)는 개방된 상태이며 이러한 작동 모드에서 엔진을 위한 배기 포트로서 역할을 한다.

배기 캠샤프트는 인접한 캠들로의 축방향 이동에 의해 새로운 캠 프로파일로 수정된다. 이 모드에서, 외측 실린더들(1, 4)의 개개의 포트들(P1, P5)에 대한 배기 밸브들(1a, 7b)은 더 이상 작동하지 않는다. 밸브들(1b+2a)은 실린더(1)로부터 실린더(2) 내부로의 오버플로우 채널(P2)을 생성하기 위해 동시에 작동하며, 마찬가지로, 밸브들(3b+4a)은 실린더(4)와 실린더(3) 사이에 오버플로우 채널(P4)을 생성하기 위해 동시에 작동한다. 밸브들(2b+3a)은 배기 채널(P3)을 통해 과팽창 후의 연소 가스들을 배기시키기 위해 동시에 작동한다.

흡기 캠샤프트에 관하여, 실린더들(2, 3)로의 상기 흡기 밸브들(6)은 불능화된다. 별도의 슬로우 밸브(V3)가 내측 실린더들(2, 3) 사이에 이들이 연통되도록 하기 위해 제공된다. 이는, 예를 들어, 헤드 내에서 실린더들 사이에 수평으로 배치된, 슬롯을 가진 회전하는 실린더형 핀이거나, 또는 배기 헤더 내에 사용된 것과 같은 플런저 타입의 밸브일 수 있다. 이 밸브(V3)는 실린더들(2, 3)이 기능상 하나의 큰 체적으로서 작동하는 방식으로 실린더들(2, 3)을 연결하는 오버플로우 채널 내에 안착된다. 회전 또는 병진운동은 두 개의 실린더들 사이에 짧은 통로를 생성하는 슬롯을 개방시킬 수 있다.

본 발명이 단지 몇몇의 예시적인 실시예들과 관련하여 설명되었다 할지라도, 본 발명은 이러한 예들에 의해 결코 제한되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 이와는 반대로, 많은 수정들과 변형들이 본 발명의 범위와 사상으로부터 벗어나지 않고서도 본 기술 분야의 기술자에 의해 실현 가능하다. 이전의 실시예들이 4-실린더 엔진에 초점을 맞추었지만, 동일 또는 유사한 원리가 예컨대, 직렬로 배치되거나, V-형태로 또는 서로 대향하게 배치된 두 개, 여섯 개 및 여덟 개의 실린더들을 가진 다른 내연 엔진 구성에도 적용될 수 있을 것이다.

흐름을 최적화하기 위해, 엔진의 실린더들의 흡기 밸브들은 전형적으로 정확히 상사점 또는 하사점에서 개방되지 않으며, 약간 전에 개방된다. 과팽창의 경우에, 연소 실린더들과 과팽창 실린더들 사이의 이송은 중요하다. 그 점에 있어서, 직렬 4 실린더 엔진을 위한 표준일 수도 있는, 정확히 180도 상이한 작동 실린더들과 유휴(idle) 실린더들 사이의 크랭크 각 차이(crank angle difference)를 가진 크랭크 샤프트를 가지는 것이 유리하다. 이러한 차이는 양의 방향 또는 음의 방향으로 대략 몇 도 내지 20도 사이일 수 있다. 이는 팽창된 가스가 과팽창 스트로크를 더 많이 사용하도록 허용할 것이고, 과팽창 모드에서의 전체 효율을 위해 유리할 것이며. 심지어 전부하에서 약간의 효율 손실을 과잉 보상할 수도 있을 것이다. 최적화된 밸브 타이밍은 예를 들어 디폴트와 비교하여 배기구의 늦은 개방과, 과팽창 실린더들의 흡기구의 동시 개방일 수 있다. 이는 또한 과팽창 실린더들의 흡기구들이 개방되는 더 큰 크랭크 각일 수 있다.

배기가스의 일부가 점화 실린더들 내부로 다시 유입되도록 밸브 타이밍을 조정함으로써 고온의 배기가스 재순환이 달성될 수 있다. 이는 더욱 복잡한 외부 재순환 루프에 대한 필요성을 줄인다. 변형들로서 배기 밸브(들)의 조기 폐쇄, 과팽창 실린더(들)의 흡기 밸브(들)을 위한 상이한 폐쇄 타이밍, 크랭크 각 조절의 사용 또는 이들의 조합이 있다.

또한, 직접 배기와 더 긴 채널을 통한 배기 사이에서 엔진의 전환 메커니즘은 가열 중에 더 긴 채널들을 통해 가스들을 유동시키는 것을 선호하는 모터 관리 시스템에 의해 유리하게 사용될 수 있다. 추가된 가치는 현저히 상승된 가열로 인한 더 낮은 배출이며, 엔진을 능동적으로 또는 수동적으로 가열하기 위한 EGHRC 또는 다른 시스템들의 회피이다.

과팽창 모드에서 압축기 수단의 특별한 사용은 압축기 수단에 의해 제공된 더 높은 유입 압력으로 인해 이 모드에서 엔진의 출력을 크게 향상시킬 수 있다. 압축기는 동력 행정 후에 더 높은 잔류 압력을 초래하며, 이는 엔진의 과팽창 모드에서도 여전히 얻을 수 있다. 이러한 압축기 수단은 바람직하게는, 터보가 배기가스들에 의해 정상적으로 구동될 때의 표준 터보가 아니며, 이에 따라 본 발명에 따른 과팽창과 배기가스 에너지를 다투는 방식이기 때문에 이러한 동일한 효과를 가지지 않는다는 것을 유의하여야 한다. 더욱 일반적으로, 본 발명은 다음의 청구항들의 범위 또는 사상 내에 속하는 임의의 그리고 모든 실시예들에 관련된다.

Claims (15)

1. 서로 인접한 적어도 제1 연소실(combustion chamber)과 제2 연소실을 포함하는 연소 엔진(combustion engine)으로서,
   상기 제1 연소실과 상기 제2 연소실은 각각 왕복 피스톤, 적어도 하나의 흡기 포트, 적어도 하나의 배기 포트, 및 오버플로우 포트를 가지며, 상기 제1 연소실의 오버플로우 포트와 상기 제2 연소실의 상기 오버플로우 포트는 오버플로우 채널을 통해 서로 연결되고, 상기 오버플로우 채널은 상기 엔진의 고부하(high load) 작동 모드 중에 상기 오버플로우 채널을 폐쇄하고 상기 엔진의 부분 부하(partial load) 작동 모드 중에 상기 오버플로우 채널을 개방하는 오버플로우 밸브를 포함하며,
   상기 제1 연소실의 상기 오버플로우 포트와 상기 제2 연소실의 상기 오버플로우 포트는 적어도 실질적으로 상기 제1 연소실과 상기 제2 연소실 사이의 최단 거리의 경로상에서 상기 제1 연소실과 상기 제2 연소실 사이의 상기 최단 거리의 경로 양쪽에 걸쳐진 위치들에 배치되며, 상기 오버플로우 채널은 적어도 실질적으로 상기 제1 연소실의 상기 오버플로우 포트와 상기 제2 연소실의 상기 오버플로우 포트 사이에 상기 최단 거리의 경로를 따라서 연장되는 것을 특징으로 하는, 연소 엔진.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 연소실 및 제2 연소실과 유사한 추가적인 제1 연소실과 추가적인 제2 연소실을 포함하며, 상기 제2 연소실과 상기 추가적인 제2 연소실은 각각 추가적인 오버플로우 포트를 포함하고, 상기 제2 연소실의 추가적인 오버플로우 포트와 상기 추가적인 제2 연소실의 추가적인 오버플로우 포트는 추가적인 오버플로우 채널을 통해 서로 연결되며, 상기 추가적인 오버플로우 채널은 상기 엔진의 상기 고부하 작동 모드 중에 상기 추가적인 오버플로우 채널을 폐쇄하고 상기 엔진의 상기 부분 부하 작동 모드 중에 상기 추가적인 오버플로우 채널을 개방하는 밸브를 포함하며,
   상기 제2 연소실의 상기 추가적인 오버플로우 포트와 상기 추가적인 제2 연소실의 상기 추가적인 오버플로우 포트는 적어도 실질적으로 상기 제2 연소실과 상기 추가적인 제2 연소실 사이의 최단 거리의 경로상에서 상기 제2 연소실과 상기 추가적인 제2 연소실 사이의 상기 최단 거리의 경로 양쪽에 걸쳐진 위치들에 배치되며, 상기 추가적인 오버플로우 채널은 적어도 실질적으로 상기 제2 연소실의 상기 추가적인 오버플로우 포트와 상기 추가적인 제2 연소실의 상기 추가적인 오버플로우 포트 사이에 상기 최단 거리의 경로를 따라서 연장되는 것을 특징으로 하는, 연소 엔진.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 엔진의 일 회전 내에서 상기 제1 실린더와 상기 제2 실린더 사이의 상기 오버플로우 채널의 상기 오버플로우 밸브를 활성화시키면서, 상기 제1 실린더의 상기 적어도 하나의 배기 포트와 상기 제2 실린더의 상기 적어도 하나의 흡기 포트의 완전한 개방을 불능화시키는 제어 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는, 연소 엔진.
4. 제3항에 있어서,
   상기 수단은 제1 가변 캠샤프트와 제2 가변 캠샤프트를 포함하고, 상기 제1 연소실과 상기 제2 연소실의 흡기 포트들은, 엔진 일 회전 내에서 활성화되며 상기 제1 가변 캠샤프트에 의해 제어되는 시간 설정된(timed) 밸브들, 특히 포핏 밸브들을 포함하며, 상기 제1 연소실과 상기 제2 연소실의 배기 포트들은, 엔진 일 회전 내에서 활성화되며 상기 제2 가변 캠샤프트에 의해 제어되는 시간 설정된(timed) 밸브들, 특히 포핏 밸브들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 연소 엔진.
5. 제4항에 있어서,
   상기 오버플로우 채널의 상기 오버플로우 밸브는 추가적인 가변 캠샤프트에 의해 작동되는 포핏 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는, 연소 엔진.
6. 제2항에 있어서,
   상기 추가적인 오버플로우 채널의 상기 오버플로우 밸브는 연속적인 엔진 회전들에 걸쳐서 활성화 또는 비활성화되는 슬로우 밸브(slow valve), 특히 플런저 또는 회전형 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는, 연소 엔진.
7. 적어도 제1 연소실(combustion chamber)과 제2 연소실을 포함하는 연소 엔진(combustion engine)으로서,
   상기 제1 연소실과 상기 제2 연소실은 각각 왕복 피스톤, 흡기 포트, 및 배기 포트를 가지고, 상기 제1 연소실의 배기 포트와 상기 제2 연소실의 배기 포트는 각개의 배기 채널들을 통해 상기 엔진의 배기 헤더(exhaust header)와 연통되며, 상기 제1 및 제2 연소실은 각각 추가적인 배기 포트를 포함하고, 상기 제1 연소실의 상기 추가적인 배기 포트와 상기 제2 연소실의 상기 추가적인 배기 포트는 공통 배기 채널 내에 공동으로 연통되며, 상기 공통 배기 채널은 밸브 수단을 통해 상기 배기 헤더와 연통되고, 상기 밸브 수단은 상기 엔진의 고부하 작동 모드 중에 개방되며 상기 엔진의 부분 부하 작동 모드 중에 폐쇄되는 것을 특징으로 하는, 연소 엔진.
8. 제7항에 있어서,
   상기 제1 연소실 및 상기 제2 연소실과 유사한 추가적인 제1 연소실과 추가적인 제2 연소실을 포함하며,
   상기 제2 연소실의 배기 포트와 상기 추가적인 제2 연소실의 배기 포트는 상기 엔진의 상기 배기 헤더에 연결된 추가적인 공통 배기 채널 내에 함께 연통되는 것을 특징으로 하는, 연소 엔진.
9. 제8항에 있어서,
   상기 제2 연소실과 상기 추가적인 제2 연소실은 밸브 수단을 포함하는 오버플로우 채널을 통해 서로 연결되며, 상기 밸브 수단은 상기 엔진의 상기 고부하 작동 모드 중에 상기 오버플로우 채널을 폐쇄하고 상기 엔진의 상기 부분 부하 작동 모드 중에 상기 오버플로우 채널을 개방하는 것을 특징으로 하는, 연소 엔진.
10. 제9항에 있어서,
    상기 오버플로우 채널은 적어도 실질적으로 상기 제2 연소실과 상기 추가적인 제2 연소실 사이의 최단 거리의 경로를 따라서 연장되는 것을 특징으로 하는, 연소 엔진.
11. 제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 연소실과 상기 제2 연소실의 흡기 포트들은, 엔진 일 회전 내에서 활성화되며 제1 가변 캠샤프트에 의해 제어되는 시간 설정된(timed) 밸브들, 특히 포핏 밸브들을 포함하며, 상기 제1 연소실과 상기 제2 연소실의 배기 포트들은, 엔진 일 회전 내에서 활성화되며 제2 가변 캠샤프트에 의해 제어되는 시간 설정된(timed) 밸브들, 특히 포핏 밸브들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 연소 엔진.
12. 제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공통 배기 채널과 상기 배기 헤더 사이의 상기 밸브 수단은 슬로우 밸브(slow valve), 특히 플런저 또는 회전형 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는, 연소 엔진.
13. 제9항에 있어서,
    상기 오버플로우 채널의 상기 밸브 수단은 슬로우 밸브(slow valve), 특히 플런저 또는 회전형 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는, 연소 엔진.
14. 전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제1 연소실과 상기 적어도 하나의 제2 연소실은 공통 크랭크 샤프트를 구동시키며, 상기 적어도 하나의 제1 연소실의 피스톤의 결합 지점(point of engagement)과 상기 적어도 하나의 제2 연소실의 피스톤의 결합 지점 사이에 180도에서부터, 양의 방향 또는 음의 방향으로 특히 20도까지 또는 구체적으로 대략 20도 벗어나는 크랭크 각 차이(crank angle difference)가 도입되는 것을 특징으로 하는, 연소 엔진.
15. 전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 엔진의 상기 부분 부하 작동 모드에서, 상기 제1 연소실의 흡기 포트에 상승된 흡기 압력을 제공하는 압축기 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는, 연소 엔진.

Images