KR100545110B1 - 과급형 내연엔진 - Google Patents

Abstract

본 발명은 크로스 플로 엔진(cross flow engine)에서 흡기밸브를 통해 연소실로 유입되는 외기와 더불어 크랭크실을 경유하는 일정 압력 상태의 공기를 흡기와 배기과정에서 연소실로 유입하여 흡기과정에서 공기량의 증량과 배기과정에서 잔류가스의 완전한 배기를 이룸과 함께 출력 상태에 따라 연소실로 유입되는 공기량의 증감정도가 미세하게 조절되는 것을 목적으로한 과급형 내연엔진에 관한 것으로서, 상기 목적을 실현하기 위한 본 발명은 실린더헤드의 양측 전후면에 형성한 배기경로들과 흡기경로들을 단속하는 배기밸브들과 흡기밸브들 및 일정 동력에 의해 회전 운동하는 캠축들에 구비되어 배기밸브들 및 흡기밸브들에 단속력을 제공하는 캠들을 갖춘 것에 있어서, 크랭크실의 공기압에 의해 단속되는 유입밸브와 공급밸브에 의해 개폐되는 유입구와 공급구를 갖춘 크랭크케이스와, 크랭크케이스의 유입구를 수용한 상태로 설치되는 유입실 및 실린더헤드의 흡기경로들에 연통하는 제1통공과 제2통공을 형성하여 실린더헤드에 설치되는 집관실을 안내관으로 연통되는 과급안내수단과, 운전실에 위치한 조작스위치에 전기적으로 연결된 삼방밸브를 내장한 밸브하우징에 연통되어 삼방밸브의 단속에 의해 개폐되는 과급안내수단의 집관실과 연통하는 연통관 및 제2통공을 통해 흡기경로와 연통하는 흡기연결관 및 외기의 유입이 이루어지는 주흡기관을 갖춘 흡기변환수단을 특징으로 한다.

Description

과급형 내연엔진 {Cross flow engine}

도 1은 본 발명의 정면도,

도 2는 본 발명에 적용한 흡기캠의 구성을 나타낸 시시도,

도 3은 본 발명에 적용한 과급경로의 구성을 나타낸 사시도,

도 4 내지 도 6은 본 발명의 흡기과정을 나타낸 요부 단면도,

도 7 내지 도 9는 본 발명의 배기과정을 나타낸 요부단면도,

도 10은 본 발명에 의한 흡기경로를 변환하는 작동 상태를 나타낸 요부 단면도,

도 11은 본 발명에 의한 엑셀의 답력 상태에 따라 공기량을 조절하는 작동 상태를 나타낸 요부 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

50 : 과급형 내연엔진 110 : 배기경로 111 : 배기밸브

112,125 : 캠축 113,122,132 : 캠 114,133,134 : 돌출부

120,130 : 흡기경로 121,131 : 흡기밸브 200 : 크랭크케이스

212 : 역류구 214 : 차단밸브 220 : 유입밸브

222 : 유입구 230 : 공급밸브 232 : 공급구

300 : 집관실 400 : 안내관 500 : 유입실

600 : 밸브하우징 610 : 삼방밸브 620 : 연통관

630 : 흡기연결관 640 : 주흡기관 700 : 실린더

720 : 피스톤

본 발명은 실린더헤드에 흡기밸브 및 배기밸브가 각각 2개식 한 조를 이루어 상호 반대측에 위치하는 크로스 플로 엔진(cross flow engine)에 적용한 과급형 내연엔진에 관한 것으로서, 특히 흡기밸브를 통해 연소실로 유입되는 외기와 더불어 크랭크실을 경유하는 일정 압력 상태의 공기를 흡기와 배기과정에서 연소실로 유입하여 흡기과정에서 공기량의 증량과 배기과정에서 잔류가스의 완전한 배기와 함께 출력 상태에 따라 연소실로 유입되는 공기량이 증감되는 과급형 내연엔진에 관한 것이다.

일반적으로 실린더헤드에 흡기밸브 및 배기밸브가 각각 2개식 한 조를 이루어 상호 반대측에 위치하는 크로스 플로 엔진(cross flow engine)은 흡기밸브들과 배기밸브들이 흡기와 배기 과정에서 교번적으로 작동을 한다.

즉, 피스톤의 하강과 더불어 배기밸브들이 닫힌 상태로 흡기밸브가 하강하여 흡기구경로를 개로함으로써, 이를 통해 외부의 공기가 연소실로 유입되어 압축, 팽창을 이루고, 이후 피스톤의 상승과 더불어 흡기밸브들이 닫힌 상태로 배기밸브들이 하강하여 배기경로를 개로함으로써, 이를 통해 연소가스가 배기된다.

그러나 상기한 종래의 내연엔진은 배기과정서 연소실 내의 잔류가스가 완전히 배기되지 않음으로써, 상대적으로 연소실 내의 흡기공기량이 적어져 연소율이 저하되는 문제점이 있었다.

다른 문제점은 출력에 따른 공기량의 미세조절이 어려운 것이다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 실린더헤드에 흡기밸브 및 배기밸브가 각각 2개식 한 조를 이루어 상호 반대측에 위치하는 크로스 플로 엔진(cross flow engine)에서 흡기밸브를 통해 연소실로 유입되는 외기와 더불어 크랭크실을 경유하는 일정 압력 상태의 공기를 흡기와 배기과정에서 연소실로 유입하여 흡기과정에서 공기량의 증량과 배기과정에서 잔류가스의 완전한 배기를 이루는 과급형 내연엔진을 제공하는데 있다.

다른 목적은 출력 상태에 따라 연소실로 유입되는 공기량의 증감정도가 미세하게 조절되는 과급형 내연엔진을 제공하는데 있다.

상기 목적을 실현하기 위한 본 발명은 실린더헤드의 양측 전후면에 형성한 배기경로들과 흡기경로들을 단속하는 배기밸브들과 흡기밸브들 및 일정 동력에 의해 회전 운동하는 캠축들에 구비되어 배기밸브들 및 흡기밸브들에 단속력을 제공하는 캠들을 갖춘 것에 있어서, 크랭크실의 공기압에 의해 단속되는 유입밸브와 공급밸브에 의해 개폐되는 유입구와 공급구를 갖춘 크랭크케이스와, 크랭크케이스의 유입구를 수용한 상태로 설치되는 유입실 및 실린더헤드의 흡기경로들에 연통하는 제1통공과 제2통공을 형성하여 실린더헤드에 설치되는 집관실을 안내관으로 연통되는 과급안내수단과, 운전실에 위치한 조작스위치에 전기적으로 연결된 삼방밸브를 내장한 밸브하우징에 연통되어 삼방밸브의 단속에 의해 개폐되는 과급안내수단의 집관실과 연통하는 연통관 및 제2통공을 통해 흡기경로와 연통하는 흡기연결관 및 외기의 유입이 이루어지는 주흡기관을 갖춘 흡기변환수단을 특징적 구성으로 한다.

상기 흡기연결관을 단속하는 흡기밸브에 접촉되는 캠은 배기밸브들을 단속하는 캠들과 연동하여 1싸이클을 이루도록 하고, 다른 흡기밸브를 단속하는 캠은 상기 캠들이 흡기와 배기하는 과정에서 작동하도록 외경에 돌출부를 2개 형성한 것을 특징으로 한다.

상기 캠은 돌출부를 포함하여 외경이 다른 캠에 대해 직경을 크게함과 다름 캠의 양정 차이에 대해 흡입밸브의 길이를 작게한 것을 특징으로 한다.

상기 크랭크실에는 유입실의 범위 내에 인접하여 역류구를 형성함과 유입실에는 엑셀의 답력에 따른 출력여부에 따라 역류구를 차단하는 차단밸브를 엑셀과 회로적으로 연결한 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면 도 1 내지 도 11을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도면에서 부호 50은 본 발명에 의한 과급형 내연엔진을 나타낸 것으로서, 상기 내연엔진은 도 1에서 실린더헤드(100), 실린더(700), 크랭크케이스(200)와 과급안내수단, 흡기변환수단의 외부 구성을 갖춘다.

도 4 내지 도 11에서와 같이 상기 실린더헤드(100)는 양측 전후면에 형성한 배기경로(110)들과 흡기경로(120.130)들을 단속하는 배기밸브(111)들과 흡기밸브 (121.131)들 및 일정 동력에 의해 회전 운동하는 캠축(112)(125)들에 구비되어 배기밸브(111)들 및 흡기밸브(121)(131)들에 단속력을 제공하는 캠(113)(122)(132)들을 갖추고 있다.

크랭크케이스(200)는 커넥팅로드(740)를 구비한 피스톤(720)이 실린더(700)에서의 승강에 의해 발생하는 크랭크실(210)의 공기압에 의해 단속되는 유입밸브(220)와 공급밸브(230)에 의해 개폐되는 유입구(222)와 공급구(232)를 갖춘다.

그리고, 도 3에서와 같이 과급안내수단은 크랭크케이스(200)의 유입구(222)를 수용한 상태로 설치되는 유입실(500) 및 실린더헤드(100)의 흡기경로(120)(130)들에 연통하는 제1통공(312)과 제2통공(314)을 형성하여 실린더헤드(100)에 설치되는 집관실(300)을 안내관(400)으로 연통되하도록 장착한다.

이때 유입실(500)은 둘레면(510) 및 집관실(300)은 전면에 제1통공(312)과 제2통공(314)이 형성된 부착면(310)을 갖추고, 이 둘레면(510) 및 부착면(310)을 각각 크랭크케이스(200)와 실린더헤드(100)에 볼트로 체결한다. 도면에서 볼트는 생략함.

흡기변환수단은 운전실에 위치한 조작스위치에 전기적으로 연결된 삼방밸브(610)를 내장한 밸브하우징(600)에 연통되어 삼방밸브(610)의 단속에 의해 개폐되는 과급안내수단의 집관실(300)과 연통하는 연통관(620) 및 제2통공(314)을 통해 흡기경로(120)와 연통하는 흡기연결관(630) 및 외기의 유입이 이루어지는 주 흡기관(640)을 갖춘다.

한편 흡기연결관(630)을 단속하는 흡기밸브(120)에 접촉되는 캠(122)은 배기밸브(111)들을 단속하는 캠(113)들과 연동하여 1싸이클을 이루도록 단일 돌출부 (114.123)를 형성하고, 다른 흡기밸브(131)를 단속하는 캠(132)은 상기 캠(113)(122)들이 흡기와 배기하는 과정에서 작동하도록 외경에 돌출부(133)(134)를 2개 형성한다.

이때 상기 2개 형성된 돌출부(133)(134)는 단일 돌출부(114)(123)와 동축상에서 돌출부(133)(134)(114)(123)간에 일정범위 중첩되도록 함이 바람직하다.

이때 상기 캠(132)은 돌출부(133)(134)들을 포함하여 외경이 다른 캠(113) (122)에 대해 직경을 크게함과 다른 캠(113)(122)의 양정 차이에 대해 흡기밸브 (131)의 길이를 작게한다.

한편 크랭크실(210)에는 유입실(500)의 범위 내에 인접하여 역류구(212)를 형성함과 유입실(500)에는 엑셀의 답력에 따른 출력여부에 따라 역류구(212)를 차단하는 차단밸브(214)를 엑셀과 회로적으로 연결한다.

아울러 본 발명의 전술한 삼방밸브(610)와 차단밸브(214)는 전기적으로 연결하였으나, 레버를 연결하여 케이블 등으로 기계적으로 연결하여도 가능하다. 또한 조작스위치와 엑셀의 표기는 도 4와 도 10과 도 11에서만 표기 하였으나 미 표기한 도 1과 도 5 내지 도 9에서도 동 구조를 적용한다.

상기 구성에 의한 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

우선 본 발명은 피스톤(720)의 승강에 의해 발생하는 크랭크실(210)의 압력 에 의해 크랭크실(210)을 통해 유입, 배기되는 과급공기를 과급안내수단을 통해 집관실(300)로 유도 한 후 피스톤(720)의 흡기, 배기 시점에서 캠(113)(122)(132)의 작동에 의해 주흡기관(640)을 통해 흡기되는 공기에 부가하여 연소실로 일정 압력으로 흡기 시킴으로서, 이 압력에 의해 배기시 잔류가스의 완전한 배기와 흡기시 흡입량이 증량된다.

아울러 흡기변환수단에 의해 주흡기관(640)을 통한 집관실(300)의 과급공기를 선택함으로서, 출력여부에 따라 ,즉 고출력과 저출력 상태에 따라 효율적인 공기 흡기량을 선택한다. 아울러 엑셀의 상태에 따라 역류구(212)가 개폐되어 집관실(300) 내의 공기를 조절함으로써, 출력에 맞는 최적의 공기량이 연소실에 공급된다.

이하 상기 특징적 작동을 상세히 설명한다.

우선 도 4 내지 도 6은 피스톤(720)이 하강하는 흡기 상태를 나타낸다.

이때 조작스위치의 조작으로 삼방밸브(610)는 주흡기관(640)을 개로 한 상태로 집관실(300)과 연통하는 연통관(620)은 폐로하여 고출력 상태이다.

이러한 상태에서 도 4는 흡기밸브(121)가 흡기연결관(630)과 연통하는 흡기(120)경로를 개로되도록 캠(122)이 누르고 있다.
이때 흡기측의 다른 캠(132)은 미 가압 상태이다.

이에 도 4에서는 주흡기관(640), 흡기연결관(630),흡기경로(120)를 통해 연소실로 외기가 흡입된다. 이때 크랭크실(210)은 가압 상태로 크랭크실(210)에 흡기된 외기가 공급밸브(230)를 개로한 후 공급구(232)를 통해, 유입실(500), 안내관(400)을 포함한 집관실(300)에 일정압력으로 공급된다.

이후 도 5와 도 6에서와 같이 흡기연결관(630)과 연통하는 흡기경로(120)는 캠(122)의 작동으로 닫히는 과정에서 다른 캠(132)이 흡기밸브(131)를 누르게 되어 제1통공(312)과 연통하는 흡기경로를 개로함으로써, 집관실(300)에 있던 외기가 일정 압력으로 연소실로 흡기된다.

이후 캠축(125)을 따라 캠(122)(132)이 회전하여 흡기밸브(121)(131) 두 개는 도6에서와 같이 모두 닫히게 됨과 동시에 피스톤(720)은 하사점에 위치한다.

이 상태로 지속적으로 압력, 팽창을 수행한 후 도 7 내지 도 9에서와 같이 배기, 즉 피스톤(720)은 상승한다.

이때 조작스위치의 조작으로 삼방밸브(610)는 주흡기관(640)을 개로 한 상태로 집관실(300)과 연통하는 연통관(620)은 폐로하여 지속적으로 고출력 상태를 유지한다.

이러한 상태에서 도7은 배기밸브(111)들은 배기경로(110)들이 개로되도록 캠(113)이 누르고 있다. 이때 흡기밸브(121)(131) 측의 캠(122)(132)들은 미 가압 상태이다.

이에 도 7에서는 연소실 내의 연소가스가 배기경로(110)를 통해 배기된다.

이때 크랭크실(210)은 흡입력이 발생한 상태로 유입밸브(220)가 작동하여 유입구(222)를 통해 외기가 크랭크실(210) 내부로 유입된다.

이후 도 8에서와 캠(132)이 흡기밸브(131)를 누르게 되어 집관실(300)에 있던 외기가 일정 압력으로 연소실로 흡기되면서 잔류가스를 배기경로(110)를 통해 배기하게 된다.

이후 도 9에서와 같이 캠축(112)(125)을 따라 캠(113)(122)(132)이 회전하여 흡기밸브(121)(131) 두 개와 배기밸브(111) 두 개 모두 닫히게 됨과 동시에 피스톤 (720)은 상사점에 위치한다.

한편 도 10은 조작스위치의 조작에 의해 주흡기관(640)이 폐로되고 연통관 (620)이 집관실(300)과 흡기연결관(630)을 통해 연소실과 연통하는 것으로서, 상기 상태에서 주흡기관(640)을 통한 외기의 유입이 방지됨으로서, 저출력을 요구하는 경우이다.

이러한 경우에는 전술한 예에서 주흡기관(640)을 통해 흡기되는 외기가 크랭크실(210)을 경유하여 집관실(300)로 유입된 공기가 흡기밸브(1231)(131)들과 배기밸브(111)들의 개폐에 따라 연소실로, 그리고 연소실을 통해 배기된다.

아울러 전술한 작동에서 엔진의 무부하 상태 등 출력이 저출력으로 미세하게 흡기량이 조잘되어져야 하는 경우, 도 11에서와 같이 차단밸브(214)가 열리면서 집관실(300)에 유입된 공기가 역류구(212)를 통해 일정량 크랭크실(210)로 유입된다.

이에 유입구(222)를 통해 크랭크실(210)로 유입되는 공기량이 적어지고, 이에 상대적으로 연소실로 흡기되는 공기량은 적어지게 된다.

본 발명은 피스톤의 승강에 의해 발생하는 크랭크실의 압력에 의해 크랭크실을 통해 유입, 배기되는 과급공기를 흡기, 배기 시점에서 캠의 작동에 의해 주흡기관을 통해 흡기되는 공기에 부가하여 연소실로 일정 압력으로 흡기 시킴으로서, 이 압력에 의해 배기시 잔류가스의 완전한 배기와 흡기시 흡입량이 증량되어 고출력을 실현하는 효과가 있다.

아울러 주흡기관을 통한 외기와 집진실의 과급공기를 선택함으로서, 출력여부에 따라 ,즉 고출력과 저출력 상태에 따라 효율적인 공기 흡기량을 선택됨은 물론 부하 무부하 및 엑셀의 답력 상태에 상태에 따라 역류구가 개폐되어 집관실 내의 공기를 조절함으로써, 출력에 맞는 최적의 공기량이 연소실에 공급되어 효율적인 자원 활용이 가능한 효과가 있다.

Claims (4)

1. 삭제
2. 양측 전후면에 배기경로(110)와 흡기경로(120,130)를 단속하는 각각의 배기밸브(111)와 흡기밸브(121,131)들이 구비된 실린더헤드(100)와, 상기 배기밸브(111)와 흡기밸브(121,131)들에 단속력을 제공하는 각각의 캠(113),(122.132)이 구비된 캠축 및, 크랭크실(210)의 공기압에 의해 단속되는 유입/공급밸브(220.230)를 통해 개폐되는 유입/공급구(222.232)가 구비된 크랭크케이스(200)을 갖춘 과급형 내연엔진에 있어서,

   상기 크랭크케이스(200)에 둘레면(510)을 통해 공급구(232)를 수용한 상태로 설치되는 유입실(500)이 구성되면서;

   상기 유입실(500)에 실린더헤드(100)의 흡기경로(120.130)에 제1.2통공(312.314)을 통해 각각 연결되는 집관실(300)이 안내관(400)에 의해 연결되고;

   상기 집관실(300)에 제2통공(314)를 통해 흡기경로(120)와 연통하는 흡기연결관(630)과, 삼방밸브(610)에 의해 개폐되면서 집관실(300)과 연통하는 연통관(620) 및, 삼방밸브(610)에 의해 외기가 유입 또는 차단되는 주흡기관(640)이 구성된 밸브하우징(600)이 설치되며;

   상기 캠(122)에 배기밸브(111)들을 단속하는 상기 캠(113)들과 연동하여 1싸이클을 이루도록 단일 돌출부(114,123)가 형성되는 한편, 상기 캠(132)에 상기 캠(113,122)들이 흡기와 배기하는 과정에서 작동하도록 두 개의 돌출부(133,134)가 형성되어;

   상기 크랭크실(210)에서 발생하는 압력을 통해 유입/배기되는 과급공기를 집관실(300)로 유도한 후 상기 캠(113.122.132)의 작동에 의해 주흡기관(640)으로 흡기되는 공기에 부가하여 연소실의 흡기량을 조절함과 더불어, 삼방밸브(610)를 작동하여 주흡기관(640)을 폐로하여 집관실(300)로 유입되는 외기를 차단시키는 것을 특징으로 하는 과급형 내연엔진.
3. 제 2항에 있어서, 상기 캠(132)은,

   상기 돌출부(133.134)들을 포함하여 다른 캠(113,122)에 비해 직경을 크게 형성함과 더불어 캠(113.122)의 양정 차이에 대해 흡기밸브(131)의 길이를 작게 한 구성을 특징으로 하는 과급형 내연엔진.
4. 제 2항에 있어서, 상기 크랭크실(210)에는,

   상기 유입실(500)에 구성되어 엑셀의 답력에 따른 출력여부에 따라 작동하는 차단밸브(214)를 통해 개폐되면서 상기 유입구(222)로 유입되는 공기량을 조절하는 역류구(212)가 형성된 것을 특징으로 하는 과급형 내연엔진.

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