KR940006047B1 - 2행정 사이클 엔진에 대한 배기제어 밸브 및 그 사용방법 - Google Patents

2행정 사이클 엔진에 대한 배기제어 밸브 및 그 사용방법 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

2행정 사이클 엔진에 대한 배기제어 밸브 및 그 사용방법
[도면의 간단한 설명]
본 발명의 작동은 첨부도면과 함께 다음의 설명으로부터 분명해질 것이다.
제 1 도는 본 발명에 따른 2행정 사이클 엔진의 부분 종단면도.
제 2 도는 제 1 도의 선(2-2)을 따라 취해진 횡단면도.
제 3 도는 크랭크의 회전에 따른 배기밸브 및 피스톤의 위치를 나타낸 선도.
제 4 도는 엔진이 고속일때의 배기제어 밸브 구동기구의 단면도.
제 5 도는 엔진이 저속일때의 배기제어 밸브의 단면도.
제 6 도는 배기제어 밸브 구동기구의 측면도.
제 7 도는 배기제어 밸브 구동기구의 부품들에 대한 분리도.
제 8 도는 배기제어 밸브 구동기구의 다른 실시예의 단면도.
[발명의 상세한 설명]
[발명의 배경]
본 발명은 2행정 사이클 가솔린 엔진의 새롭고 유용한 개선에 관한 것이며, 보다 상세하게, 팽창 행정동안 배기구의 개방을 지연시키고, 필요에 따라서는 압축행정중에 배기구를 조기 폐쇄시키며, 또한 실린더의 소기중에 배기구를 완전히 개방시키는 그러한 엔진 배기밸브를 새롭고 유용한 개선에 관한 것이다. 더우기 본 발명은, 엔진속도에 따라서 피스톤의 위치에 연관된 배기구의 개폐를 변화시킬 수 있게 해준다.
엔진의 저속시에 부분적으로 폐쇄되어서 연소실과 배기통로 사이의 소통을 피스톤에 의한 통상적인 배기구의 개방보다 더 지연시키며, 엔진의 고속시에는 상부로 이동하여 배기통로를 지나 연소실까지 완전히 개방시키는 속도제어 배기밸브가 공지되어 있다. 그러나 그러한 밸브는, 최대소기를 허용하는 동시에 팽창 및 압축행정을 더 연장시키는 잇점을 제공하지는 못한다.
전기사항을 고려하여 본 발명의 주요목적은 피스톤의 각 행정중에 선택된 패턴에 따라 배기구를 변화시킬 수 있는, 2행정 사이클 엔진에 대한 새로운 배기제어 밸브를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 각 사이클중에 배기구를 변화시킬 수 있을뿐 아니라 엔진속도의 변화에 따라서도 배기구를 변화시킬 수 있는, 2행정 사이클 엔진에 대한 새로운 배기제어 밸브를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은, 팽창행정중에 배기통로의 개방을 지연시키고, 압축행정중에 배기통로를 조기폐쇄시키며, 반면에 소기중에는 배기통로를 완전히 개방시키도록, 피스톤운동에 따라서 구동되는 새로운 왕복식 배기제어 밸브를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은, 엔진내에 용이하게 설치되며 확실하게 효율적으로 작동할 수 있는, 2행정 사이클 엔진에 대한 새로운 배기제어 밸브를 제공하는 것이다.
[발명의 요약]
2행정 사이클 엔진에 대한 배기제어 밸브는 피스톤의 가장자리 부근에 위치한 엔진배기통로내에 제공된다. 밸브는 엔진 크랭크축과 상호 연결되어, 피스톤의 팽창행정동안 배기통로의 개방을 지연시키기 위하여 피스톤 운동에 따라서 상하로 왕복운동하며, 피스톤의 압축 행정동안 배기통로를 조기 폐쇄시킨다. 처음에 배기통로가 개방된 후, 밸브는 연소실소기를 방해하지 않도록 배기구를 통과하는 배기가스 흐름과는 별도로 상부로 이동되어 배기구를 완전히 개방시킨다. 또한 조정할 수 있는 구동연결은 엔진속도의 변화에 따라 피스톤에 상대적인 밸브위치의 수정을 허용하기 위하여 크랭크축과 밸브사이에 제공된다.
[바람직한 실시예에 대한 상세한 설명]
본 발명의 도시된 실시예에서, 배기제어 밸브는 예를들어 모터사이클등에 사용되는 것과 같은 단일 실린더의 2-행정 사이클 엔진으로서 가변속도를 가지는 크랭크 케이스 압축엔진에 관하여 도시되어 있다. 이러한 배기제어 밸브는 다른 유형의 엔진에도 유용하게 사용된다.
엔진(10)은 실린더(11), 실린더헤드(12) 및 크랭크 케이스 하우징(13)을 포함한다. 실린더(11)는 연소실(14), 흡기구(16)로 종결되는 흡기통로(15), 이송구(18)로 종결되는 이송통로(17), 그리고 배기통로(20)로 이어지는 배기구(19)를 포함한다. 흡입구에는, 본인의 선행 미합중국 특허 제3,905,341호에 설명한 것과 유사하게, 리드밸브(21), 보조이송통로(22) 및 부스터구(23)가 있다.
이런 유형의 엔진에서 피스톤 가장자리(도시안됨)는 흡기구(16), 부스터구(23), 이송구(18) 및 배기구(19)를 개폐시키는 밸브장치로 작용한다. 이러한 유형의 일반적인 엔진에서 피스톤이 하사점 위치를 향하여 이동함에 따라, 피스톤의 상단부는 크랭크축이 약 90°인 위치에서 배기구(19)를 개방하기 시작하는데, 상사점에서의 크랭크축의 위치는 0°이고 하사점에서의 크랭크축의 위치는 180°이다. 피스톤이 더 하방으로 계속 이동함에 따라, 이송구(18) 및 부스터구(23)는 크랭크축이 약 120°인 위치에서 개방되기 개방된다. 피스톤이 하사점에 도달할때, 상기한 모든 구멍들은 완전히 노출되거나 개방된다. 마찬가지로, 피스톤의 압축행정중에, 이송구(18) 및 부스터구(23)는 크랭크축이 240°인 위치에서 피스톤에 의해 폐쇄되며, 배기구(19)는 크랭크축이 270°인 위치에서 폐쇄된다. 그리하여 상기한 유형의 엔진에서는 피스톤의 유효압축 및 팽창행정은 각각 크랭크축이 90°회전하는 동안만 발생한다.
본 발명에 따르면, 밸브장치는 팽창행정중에 피스톤이 배기구(19)의 상단부를 노출시키기 시작한 후 까지 연소실(14)과 배기통로(20) 사이의 유체전달을 지연시키지만, 이송구(18)가 개방되기 전에 그러한 유체전달은 허용하도록 제공된다. 마찬가지로, 밸브장치는 피스톤이 배기구(19)를 폐쇄시키기 전에 연소실(14)과 배기통로(20) 사이의 유체전달을 차단할 수있다. 이는, 팽창 및 압축행정의 유효길이를 증가시킴으로써 엔진출력을 증가시킨다.
예시된 본 발명의 실시예에서, 이 밸브장치에는 배기통로(20)내에 있는 요홈부(25) 안에 그 일단부가 피봇 가능하게 장착된 편평한 밸브판(24)이 포함되어 있다. 이러한 장착은 밸브판(24)에 고정되어 그와 함께 회전할 수 있는 회전 밸브축(26)에 의해서 이루어지는데. 이 회전 밸브축(26)은 배기통로(20)내의 요홈부(25)의 양쪽으로 실린더(11)에 장착된 부싱(보이지 않음)을 통해서 뻗어 있다. 이 밸브판(24)은 밸브축(26)으로 부터 전방으로 뻗어서 배기구(19)에서, 혹은 배기구의 앞에서 종결된다. 밸브판(24)의 전단부(24a)는 제 2 도에 도시된 바와 같이 위에서 볼때 오목하며, 연소실(14)의 직경과 같거나 약간 큰 곡율반경을 갖는다. 이러한 밸브판(24)의 전단부(24a)는 배기통로 요홈부(25)내에 놓여질 수 있도록 상부 및 후방으로 경사져 있다.
본 발명의 중요한 특징은 피스톤 운동에 맞추어서 밸브판(24)을 이동시키는 장치의 제공에 있다. 제 1 도에 도시된 위치에서, 밸브판(24)은 배기구(19)의 상부와 이송구(18)의 상부 사이의 거의 중간에 있으며, 크랭크축의 회전에 따라 윗쪽으로 이동할 것이다. 하향이동하는 피스톤의 상단부는 일점쇄선(P)으로 도시된 바와 같이 상향 이동하는 밸브판(24)을 통과하는 지점에 있다. 이것은 도시된 실시예에서 크랭크축이 약 105°인 위치이다. 피스톤과 밸브판의 이러한 위치에서는, 연소실내의 연소생성물이 팽창하여 배기통로(20)로 들어가는 것을 방지하기 위하여 피스톤의 가장자리와 밸브판의 전단부(24a) 사이에 밀봉이 제공된다. 배기구(19)의 상부가 피스톤(P)에 의해 노출되는 동안, 밸브판(24)이 피스톤위의 연소실(14) 지역과 배기통로(20) 사이에 약간의 누설이 있는 장벽(barriler)을 제공하므로, 연소실내의 팽창가스가 배기통로(20)로 들어갈 수 없다. 이러한 배열에 의해서, 피스톤에 대한 유효팽창력은 크랭크축의 90°회전위치에서부터 거의 105°회전위치까지 연장된다. 이것은 피스톤의 동력행정길이를 20퍼센트이상 증가시킨다.
밸브판(24)의 이동은 크랭크축의 회전에 의해 제어된다. 이 목적을 위하여, 밸브축(26)은 밸브판(24)에 고정되며 그 한쪽단부는 실린더(11)의 외부로 뻗어 있다. 작동링크(27)가 밸브축(26)에 부착되며 연결링크(28)에 의해서 크랭크축과 상호연결된다.
도시된 바와 같이 피니언(29)이 엔진크랭크축의 연장부(30)에 달려 있다. 이 피니언(29)은 구동기어(31)를 일대일로 구동시키며, 구동기어(31)는 축(32)에 의해 지지된다. 회전가능한 구동판(33)이 축(32)의 단부에 있고, 연결링크(28)의 하단부가 이 구동판(33)에 부착된다. 이후에 더 상세히 설명될 구동연결이 구동기어(31)와 구동판(33) 사이에 제공되어서 구동판(33) 사이에 제공되어서 구동판(33)을 구동기어(31)와 함께 회전시킨다. 그리하여, 밸브판(24)은 피스톤운동에 맞추어서 크랭크축에 의해 구동된다.
피스톤의 하향이동중에, 밸브판(24)는 제 1 도에 도시된 바와 같이 상부로 이동한다. 밸브판의 전단부(24a)가 피스톤의 상단부보다 더 높을때, 연소생성물이 연소실(14)로부터 배기통로(20)로 방출될 수 있다. 크랭크축이 더 회전하며, 밸브판이 배기통로 요홈부(25)내에 완전히 들어설때까지 상승하여서, 배기통로(20)를 통한 무제한의 배기가스 유동이 허용된다.
엔진속도가 고속일때는, 소기를 위한 적절한 시간을 허용하도록 배기통로(20)를 조기 개방하는 것이 필요할 것이다. 배기통로(20)를 조기 개방하는 한자기 방법이 제 4 도 내지 제 7 도에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 구동기어(31)와 인접한 구동판(33)의 표면에는 S자형 홈(37) (제 6 도 및 제 7도 참조)이 있으며 구동판(33)에 인접한 구동기어(31)의 표면에는 직경방향 홈(36)이 있다. 경화 처리된 한쌍의 구동불(38)이 축(32)의 양쪽면으로 각각의 홈(36, 37)내에 제공되어서, 구동판(33)을 기어(31)와 함께 회전시킨다. 축(32)을 둘러싸는 토션스프링(39) (제 6 도 및 제 7 도 참조)은 평상시에는 제 5 도에 도시된 바와 같이 구동판(33)을 구동기어(31)에 대하여 반시계 방향으로 밀어서, 볼(38)이 안쪽으로 축(32)을 향하도록 한다 .엔진이 고속에 다달을때, 원심력이 제 4 도에 도시된 것처럼 스프링(39)의 비틀림에 대항하여 볼을 방사상 바깥쪽으로 구동시켜서, 구동판(33)을 기어(31)에 대하여 시계방향으로 회전시킬 것이다. 이는, 피스톤의 팽창행정동안 밸브판(24)의 상향이동을 빠르게 하여서, 연소실(14)을 소기시키는 더 많은 시간을 허용하도록 엔진이 느린 혹은 완만한 속도인 경우 보다 더 일찍 배기통로(20)를 개방할 것이다.
밸브(24)에 대한 다른 구동장치가 제 8 도에 도시되어 있다. 이 실시예에서도 밸브판(24)은 오목한 전단부(24b)를 갖지만 윗쪽으로 경사져 있지 않고 둥글게 되어 있어서, 피스톤과 밸브판(24) 사이의 상대운동에 대해서 더 긴 기간동안에 일정한 간극을 피스톤에 제공한다. 크랭크축에 고정되거나 크랭크축에 의해 구동되는 회전가능한 구동판(40)의 표면에는 캠 트랙홈(41)이 있으며, 둘로 나누어진 링크부재(43, 44)중 하부링크 부재(43)에 의해 지지되는 캠 로울러(42)가 홈(41)안으로 수용된다. 링크장치의 상부 링크부재(44)는 구동판(40)의 회전중에 밸브판(24)의 왕복운동을 야기시키도록 작동링크(27)에 연결된다. 아이들러 링크(45)는 엔진속도의 변화에 따라 제 8 도에서와 같이 오른쪽 혹은 왼쪽으로 수평이동되어, 고속의 엔진속도에서는 배기통로(20)를 조기 개방시키고 저속의 엔진속도에서는 배기통로(20)의 개방을 지연시킬 수 있다.
제 3 도의 그래프(A)는 크랭크각에 대한 피스톤위치를 나타낸다. 그래프(B)는 저속의 엔진속도에서 배기통로(20)가 연소실로 개방되는 시간동안 밸브판(24)의 운동에 대한 선도이며, 그래프(C)는 배기통로(20)가 고속인 엔진속도에서 개방된 경우에 밸브판(24)의 운동에 대한 선도이다. 그래프(B)는 배기통로(20)가 105°의 크랭크각에서 개방되며 255°의 크랭크각에서 폐쇄되게 도시되어 있으나 설계상 유연성을 가지며, 배기통로(20)는 90°와 12°사이의 어느곳에서도 개방되며 270°까지의 어느 곳에서도 폐쇄되도록 설계될 수 있다.
본 발명의 특별한 실시예를 예시하고 설명하였지만, 이어지는 청구 범위내에서 변화 및 수정이 가해질 수도 있을 것이다.

Claims (13)

  1. 크랭크축에 연결되어 실린더의 상하부사이를 왕복운동하는 피스톤을 가진 2행정 사이클 내연기관을 작동시키기 위한 방법에 있어서 : 상기 크랭크축이 상사점으로 부터 약 105° 내지 120° 회전했을때 상기 피스톤에 의해 배기통로가 개방을 시작하는 단계 ; 상기 크랭크축이 상기 상사점으로부터 약 240° 내지 270°회전했을때 상기 피스톤에 상기 배기통로를 폐쇄하는 단계 ; 및 상기 크랭크축이 상기 상사점으로부터 180°회전하기 전에, 개방되어 있는 상기 배기통로의 윗면을 상기 실린더의 상부쪽으로 상승시키는 단계 ; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 저속엔진 속도에 비해서 고속엔진 속도에서는, 상기 크랭크축의 더 앞선 회전위치에서 상기 피스톤에 의해 상기 배기통로가 개방을 시작하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 배기구와, 실린더내에서 상사점 및 하사점 사이를 왕복운동하며 회전가능한 크랭크축과 상호연결된 피스톤과를 구비한 2행정 사이클 내연기관에 있어서 : 상기 피스톤에 마주하여 배기구를 밀폐시키도록 상기 배기구에 인접한 밸브부재 및 ; 상기 밸브부재를, 상기 실린더의 상부에 가장 가까운 상기 배기구의 가장자리 근처의 제 1 위치로부터 상기 피스톤에 마주하여 상기 배기통로를 밀폐시키는 제 2 위치까지 이동시키기 위한 상기 밸브부재의 작동장치로서, 상기 피스톤의 상단부가 상기 배기구의 상단부 아래로 통과한 후 상기 밸브부재를 상기 제 2 위치에서 상기 제 1 위치로 이동시키며, 상기 피스톤이 상기 하사점에 도달한 후 상기 밸브부재를 상기 제 1 위치에서 상기 제 2 위치로 이동시키기 시작하도록, 상기 크랭크축 및 상기 피스톤의 운동과 시간적으로 관계된 작동장치 ; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 2행정 사이클 내연기관.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 작동장치와 상호 연결되어서, 상기 크랭크축의 증가된 회전속도에 따라 상기 제 2 위치로부터 상기 제 1 위치까지 상기 밸브부재를 조기 이동시키도록 조정 가능한 구동장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 2행정 사이클 내연기관.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 밸브부재는 상기 제1 및 제 2 위치 사이를 왕복하는 것을 특징으로 하는 2행정 사이클 내연기관.
  6. 실린더와, 상기 실린더내의 연소실과, 상기 연소실 상단부의 아래로 상기 연소실과 이격되어서 배기통로에 이르는 배기구와, 상기 연소실내에 설치되어 상사점과 하사점 사이로 왕복운동하도록 회전가능한 크랭크축과 상호 연결되어 있으며 상기 배기구를 개방 및 밸브부재로서 작용하는 피스톤과를 포함하는 2행정 사이클 내연기관에 있어서 : 상기 배기통로내에 제공된 요홈부 ; 상기 요홈부내의 제 1 위치와, 상기 배기구의 상하단부의 중간에 있는 제 2 위치와의 사이에서 왕복운동을 하도록 상기 요홈부내에 적어도 그 일부가 장착되어 있으며, 상기 제 2 위치에서 상기 연소실로부터 상기 배기통로로의 유체유동을 방지하도록 상기 피스톤과 함께 기밀(gas-tightseal)을 제공하는 밸브부재 ; 및 이 밸브부재 및 상기 크랭크축에 상호 연결되어서, 상기 밸브부재를 상기 피스톤의 운동과 시간적으로 일치되도록 상기 제1 및 제 2 위치 사이에서 이동시키는 작동수단 ; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 2행정 사이클 내연기관.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 작동수단에 상호연결되어서, 상기 크랭크축의 증가된 회전속도에 따라 상기 제 2 위치에서 상기 제 1 위치로 밸브부재의 이동을 진행시키도록 조정가능한 구동수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 2행정 사이클 내연기관.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 조정가능한 구동수단이 상기 크랭크축의 회전으로 야기된 원심력에 대응하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 2행정 사이클 내연기관.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 밸브부재가 상기 제1 및 제 2 위치 사이에서 이동하도록 상기 요홈부내에 회전가능하게 장착시키는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 2행정 사이클 내연기관.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 밸브부재가 상기 피스톤을 향하여 오목한 전단부를 갖는 편평한 판이며, 상기 피스톤의 운동방향에 수직인 평면에서 상기 피스톤의 곡률반경과 거의 같은 곡률반경을 가지는 것을 특징으로 하는 2행정 사이클 내연기관.
  11. 제 7 항에 있어서, 상기 작동수단이 상기 크랭크축에 의해 회전구동되는 구동판을 포함하며, 상기 조정가능한 구동수단이, 상기 구동판의 각도위치를 상기 크랭크축의 각도위치에 관하여 변경시키도록 원심력에 대응하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 2행정 사이클 내연기관.
  12. 제 7 항에 있어서, 상기 작동수단이 캠 및 캠종동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 2행정 사이클 내연기관.
  13. 제 6 항에 있어서, 상기 피스톤이 상기 밸브부재와 함께 밀폐되어서 하사점 위치를 향하여 움직임에 따라, 상기 작동수단이 상기 제 1 위치를 향하여 반대방향으로 상기 밸브부재를 이동시키는 것을 특징으로 하는 2행정 사이클 내연기관.
KR1019890700710A 1987-09-15 1988-09-14 2행정 사이클 엔진에 대한 배기제어 밸브 및 그 사용방법 KR940006047B1 (ko)

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