KR100344002B1

KR100344002B1 - 토크증가형대향방식엔진

Info

Publication number: KR100344002B1
Application number: KR1019980030069A
Authority: KR
Inventors: 류길중
Original assignee: 류길중
Priority date: 1997-12-27
Filing date: 1998-07-27
Publication date: 2002-11-23
Also published as: WO1999034101A1; US6341583B1; KR980002698A; KR19990062463A

Abstract

2개의 크랭크 축으로 두 피스톤을 양방향으로 팽창하며, 소기작용으로 배기를 시키고 두 피스톤이 피스톤과 실린더헤드를 겸하면서 회전력을 발생하는 크랭크핀이 0˚와 180도 상에 있게 하는 통상의 대향방식은 연소실의 크기가 크기 때문에 연소압이 낮아 토크가 작게 되고, 두 크랭크핀이 0˚와 180˚있는 방식은 연소압이 높아도 크랭크 반경의 등가길이가 작아서 큰 회전력을 발생하지 못하고 배기를 소기작용으로만 행하여 불리하므로, 각도당 속도와 움직이는 거리가 다른 점과 크랭크각에 따라 크랭크 반경의 등가길이가 다른점을 이용하여, 1실린더 내에서 왕복운동을 하는 두 피스톤이 공유하는 구간을 갖게하여 반대편 피스톤의 상사점내에 상사점이 서로 있게 하여 연소시 연소실이 체적을 작게하며, 크랭크 반경의 크기를 같거나 다르게 하고 흡·배기밸브가 연소시 상사점에 있던 피스톤의 상사점에서 떨어진곳에 밸브가 있게 하면서, 하나의 피스톤이 상사점에 있을때 다른 하나는 상사점을 지난 상태이면서 크랭크 반경의 등가길이가 클때 두 피스톤의 사이를 좁게해 좁은공간에서 연소압을 높여 종래의 대향방식보다 큰 토크를 발생시킴을 특징으로 하는 토크증가형대향방식엔진.

Description

토크 증가형 대향방식 엔진

본 발명은 토크 증가형 대향방식의 엔진에 관한 것으로써, 1실린더 내의 두피스톤 사이 또는 연소실의 크기가 연소가 이뤄지고 있는 상태에서 하나의 크랭크핀은 0˚에 있고 다른 하나는 임의의 각도를 갖는 상태에서 연소실 체적이 종래의 것보다 작게하여 연소가스 압력이 최대일 때 하사점으로 향하는 크랭크 반경의 등가길이(r sinθ)도 종래의 길이보다 길게 되는 지점에서 토크가 발생되게하며, 연소가 아닌 높은 고압의 압력매체를 이용하는 토크증가형 대향방식엔진에 관한 것이다.

종래의 평형 대향방식(도1)에서 크랭크 핀에 위상차만을 주고 피스톤이 왕복하는 구간을 일부분 공유하지 않음으로 상사점이 같은 두 피스톤이 왕복 운동하는방식(ⅰ)과 두 피스톤의 상사점에 연료 분사밸브가 있는 방식의 개략적인 단면도(ⅱ)이고, 또한 두 피스톤이 압축을 하여 압축이 최대가 되는 지점이 하나의 피스톤을 이용하는 일반적인 방식(ⅲ)과 같이 상사점에서 압축이 최대가 되도록 하였다. 위와같은 종래의 평형대향방식(도1)에서 1실린더 내의 두 피스톤의 상사점이 같은곳에 있는 방식(도 1의 ⅰ)거나 한쪽 피스톤의 상사점 밖에 다른 피스톤의 상사점이 있게 하는 방식(도1의 ⅱ)중 두 피스톤 상사점의 실린더 양쪽에 흡·배기밸브가 있는 종래의 대향방식(도1의 ⅰ)은 종래의 대향방식(도1의 ⅲ)에서 두 크랭크핀에 위상차만을 주었던 것이 특징이다.

상기와 같이 종래방식은 연소시기 전에 상사점 전에 있던 피스톤이 상사점으로 진행할 때 연료를 분사하고 압축하여 상사점까지 올라올 때 연소가 완전히 끝나게 하여 주지만, 연소시기 전에 상사점에 있던 피스톤도 같은 거리만큼 하사점으로 이동이 되어진 상태로 두 피스톤간의 거리는 같은 조건에서 두 피스톤이 왕복운동 하는 구간을 일부분 공유하여 주었을 때보다 5배이고 여기에 두 피스톤의 상사점에 연료분사 밸브의 몸체가 실린더 내로 들어가게 설치하고 연소시기 때 상사점으로 움직이는 피스톤을 연료 분사 밸브가 있는 곳과 만나는 피스톤의 상단 측면을 반대편의 피스톤처럼 피스톤과 연료분사 밸브가 부딪치지 않게 파주지 않으므로 연료분사 밸브의 외형의 반값만큼 두 피스톤간의 거리가 앞의 5배보다 크게 되어 두 피스톤간의 거리가 더 크게 되므로 두 피스톤이 왕복 운동 하면서 공유하는 구간만을 갖게 하였을 때와 크랭크 반경의 크기가 같은 상태에서 서로 크랭크 각이 같으면 같은 연소압을 발생시키기 위해서는 연료와 공기가 이론 공연비로 혼합되는 혼합기체의 양을 많게 하거나 공연비보다 연료가 많게하여 주어야 된다.

이로 인해 연료가 많이 소비가 되고, 연소실의 체적이 큰 상태애서 압축비가 같거나 낮게 되어 희박한 혼합비 상태에서 토크를 발생시키기 어렵게 된다.

또한 같은 압축비로 되었다고 하여도 연소실의 체적에 대한 연소실의 표면적이 크기 때문에 화염핵이 전파되는 시간도 길게 되어 화염핵이 전파 도중에 소멸될 수 있어 불완전 연소 상태로 팽창되기 쉬워 연소압이 높게 되지 못한다. 또 연소가 완전히 이루어질 수 있도록 두 피스톤간의 거리가 가장 좁게되는 지점에서 연소가 완전히 끝나게 하여 주어도 연소압이 높은 반면에 두 크랭크 반경의 등가길이의 차에 의해서 회전력이 발생되므로 출력을 증가시킬 목적으로 두 크랭크 핀에 위상차를 주고 왕복운동하는 두 피스톤이 공유하는 구간이 없게 하여 두 피스톤간의 거리를 작게 하거나, 연소실의 크기를 작게 하여 주지 않으면 출력 증가를 기대하기 어렵고 증가가 되더라도 작고 연료가 많이 드는 결점이 있다.

이로 인해 왕복운동 하는 두 피스톤이 같은 구간을 공유하게 한 실시예와 같은 크랭크 각을 갖고 있어도 이론 공연비 상태에서 출력을 증가시킬 목적으로 크랭크 각을 다르게 하여 크랭크 반경의 등가길이가 커도 두 피스톤의 면상에 형성된 연소실의 크기가 같은 조건일 때 두 피스톤간의 거리가 크기 때문에 연소실의 크기가 다르게 되고 압축비가 다르게 되어 연소 완료 후 연소압이 약 1/5이하가 된다.

한편, 대향방식에서 공통적으로 밸브는 포피트 밸브를 사용하기 어려워 회전형 밸브를 쓸 수 밖에 없게 되는데, 회전형 밸브로 상사점에 흡·배기밸브를 설치하면 고압의 연소압이 밸브의 미끄럼 면으로 누설이 된다.

그리고 두 크랭크 각을 다르게 하여도 연소시기 때 압축이 최대가 되는 지점은 한 쪽은 상사점 후에 있고 다른 한 쪽은 상사점 전에서 두 피스톤 사이가 최소가 되어 일반적인 방식의 상사점과 같고 상사점 전에 있던 피스톤이 상사점을 지난 후에 회전력을 발생하고 그 전까지는 두 크랭크 반경의 등가길이(rsinθ)의 차에 의해서 회전력이 발생되고 연소시기 때 상사점 전에 있던 크랭크 핀의 등가길이가 클 때 연소압이 크게 되면 등가길이의 차에 의해 회전방향과 반대로 피스톤을 밀기 때문에 엔진시동이 되지 않고 두 피스톤이 상사점을 지난 상태에서 착화를 시키려고 하면 압축이 최대가 되는 크랭크 각과는 상당한 각을 갖게 되어 압축압에 의해서 발생된 열이 냉각되거나 압축비가 낮게 되어 착화되기 어려운 온도가 되기 쉽고 연소실의 크기를 무시한 채 피스톤이 양방향으로 움직이므로 큰 토크가 발생되지않는다.

종래의 대향방식(도1)과 같이 두 피스톤이 왕복운동 하는 구간을 공유하지않고, 두 크랭크 핀의 위상차 만을 주는 것과 위상차를 주지 않은 실시예의 경우와 같이 연소실의 크기가 크거나 크랭크 반경의 등가길이가 작은 이유로 연소압을 높게 하지 못하고 효율적으로 사용을 못하므로, 크랭크 반경의 등가길이가 클 때 연소압을 높게 하여 토크의 증가와 열효율의 증가를 갖도록 본 발명에서는 1실린더내의 두 피스톤 사이에서 종래의 것보다 연소압력이 1크랭크축에서 약 5배 이상 높을 때 하사점으로 향하는 크랭크 반경의 등가길이가 커진 상태에서 연소 압력이나 연소압이 아닌 고압의 압력 매체의 압력이 높아 토크가 증가되고, 연소실의 체적에 대한 표면적이 작게 하여 탄화수소 발생량이 작고 일반적인 방식보다 피스톤이 빠른 팽창을 하여 절대온도(T=PV)가 빠르게 떨어지고, 피스톤의 행정을 길게 하여 열효율의 증가를 목적으로 함과 동시에 엔진 자체에 필요한 힘을 최소화 하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 종래의 평형 대향방식의 개략적 단면도(ⅰ;ⅱ;ⅲ).

도 2는 본 발명 실시예 1의 부분절개정면도

도 3은 본 발명 실시예 1의 좌측면도.

도 4는 본 발명 실시예1에 따른 실린더블록의 발췌단면도

도 5는 도 2의 평면도.

도 6은 본 발명의 실시예 2에 따른 실린더블록의 부분 절개 정면도.

도 7은 도 6의 좌측면도.

도 8은 도 7의 부분절개 우측면도.

도 9는 실시예 1의 크랭크 축의 정면도(ⅰ)와 평면도(ⅱ).

도 10은 도 9의 A-A, B-B선 구간의 C-C선 방향 단면도

도 11은 실시예1, 2에서 실린더 라이너하부베이스의 정면도(ⅰ)와 평면도(ⅱ).

도 12는 실시예1, 2의 배기 밸브축에 삽입되는 S자형 자기 절연도체의 정면도(ⅰ)와 우측면도(ⅱ).

도 13은 실시예1, 2의 실린더 내에서 실린더 라이너와 밸브를 겸하면서 피스톤 역할을 하는 실린더 라이너 통의 정면도(ⅰ)와 저면도(ⅱ).

도 14는 실시예 1, 2의 도 13의 내측과 피스톤 사이에 있는 실린더 라이너의 정면도(ⅰ)와 저면도(ⅱ).

도 15는 실시예 1,2의 두 크랭크 핀의 각도 관계를 나타내기 위한 도.

[표 1]

도 15와 같은 실시예로 θ1이 0˚일때 θ2가 θ상태에서 연동되어 θ1이 상사점 전 60˚에서 상사점까지 10˚단위로 두 피스톤 간의 거리를 측정한 값.

본 발명은 피스톤이 크랭크 축에 의해서 상사점에서 하사점으로, 또는 하사점에서 상사점으로 진행할 때 크랭크 각도당 움직이는 거리와 속도가 다르다는 점과 크랭크 각에 따라 크랭크 반경의 등가길이가 다른 점을 이용하여, 크랭크 반경의 등가길이가 큰 상태에서 연소실 크기가 작게 되도록 연료 분사밸브의 몸체가 실린더 내로 들어가지 않도록 하고 두 피스톤이 왕복 운동하면서 공유하는 구간이 있게하여 두 피스톤의 속도차에 의해 연소시킬 때 연소실의 체적에 대한 연소실의 표면적이 작고 연소실의 크기가 작게 하여 종래의 실시예(도1)보다도 피스톤의 면상에 형성된 연소실이 같은 조건일 때 연소실의 크기가 1/5이하가 되어 큰 출력(5배이상)을 갖게 하는 것으로 실시예 1(도 2,3,4,5)과 실시예 2(도 6,7,8)로 나눠지고, 두 피스톤이 서로 피스톤과 실린더헤드 역할을 하면서 흡입, 압축, 폭발, 배기의 2행정과 4행정을 하는데 두 크랭크 핀 중 상사점에 가까운 크랭크 핀은 연소압 또는 압축압에 의해서 회전하는 방향과 반대로 피스톤에 의해 밀리지만 축의 중심으로 향하는 힘이 점차로 커지므로 회전시키기 어려운 상태가 되고 다른 크랭크 핀은 회전하기 쉬운 상태에서 두 크랭크 반경의 등가길이의 차에 의해서 두 크랭크 핀이 회전방향으로 상사점까지 계속 회전을 하고, 그 이후는 두 크랭크 반경의 등가길이에 의해 회전을 하게 된다. 그리고 표 1의 0인 지점에서 두 크랭크 반경의 등가길이의 차에 의해 압축압이 일부분에서 회전력으로 작용하게 되는 것을 도 15에 의해서 얻은 표 1에서와 같이 알 수 있고, 우측상단의 커넥팅 로드의 L1, L2는 크랭크 반경이 작은것과 큰 것에 결합되는 커넥팅 로드의 길이이고, 이 길이로 하여, 도 15에서 θ1의 크랭크 반경이 30mm이고, θ2의 반경을 42mm로 하여, θ1 이 0˚일때 θ2가 θ로 두 크랭크 핀간의 각으로 표 1에서 세로각이고, 세로각이 유지되면서 θ1이 상사점에서 상사점 전의 각으로 0˚∼60˚일때 두 피스톤 간의 간격을 측정한 값이 표의 mm 숫자이다.

그리고 두 크랭크 핀간의 각이 크면 0점이 우측으로 옮겨지고, 두 크랭크 핀간의 각이 작으면 좌측으로 옮겨지는 것을 표 1에서와 같이 알 수 있고, 두 크랭크핀간의 각을 크게 하여 주었을 땐 연소완료 후 상사점에 있는 피스톤의 행정 구간으로 상사점에 있지 않았던 피스톤이 많이 내려와서 배기 작용을 두 피스톤이 많이하여 주지만, 연소압을 이용할 수 있는 크랭크 각이 작고 열효율이 감소하고, 압축시킬 때나 노킹이 발생할 때도 불리하다.

또한 두 크랭크 축간의 각을 작게하여 주었을 땐, 연소직후의 연소압을 최적으로 이용할 수 없고, 절대온도가 연소 직후 빠르게 낮아지지 않으나 압축시킬 때 유리하고 연소압을 이용하는 크랭크 각도 커진다.

그리고 실린더 내의 두 피스톤 사이에서 절대온도 (T=PV)가 빠르게 감소하므로 냉각수 없이 방열판에 의해 실린더·밸브의 외벽에서 냉각시키기 쉽고, 밸브 축을 감싸고 밀봉하는 리데나(56)가 밸브 한 쪽에 있고, 다른 한 쪽은 마개(60)로 막아주거나 마개를 통하여 축 내부로 압력 공기를 넣어준다.

또한, 실린더 블록을 다이캐스팅 작업 때 작업이 쉽도록 1차 가공된 주철재 실린더 라이너로 코아를 형성하여 실린더 블록을 만들어 주고 같은 알미늄합금으로할 때는 내마모성의 재질로 코팅을 시켜준다.

그리고 간접 분사인 경우 피스톤 면상의 전극에 전압을 공급하는 실시예는 피스톤이 상사점 부근에서는 속도가 느린점을 이용하여 실린더 측면에서 피스톤의 측면 전극에 방전에 의한 전압으로 전압을 공급하여 두 피스톤의 면상에 형성된 연소실의 피스톤 하나에 매몰시키거나, 설치한 1∼3개의 전극에서 불꽃이 튀게하는 실시예로 되어 있다.

또 실린더 측면에 있는 점화플러그 1개를 이용하고 다른 하나는 실린더 블럭과 접지된 미끄럼 스프링에 의해서 점화시기 때 접지를 하여주는 실시예로 할 수 있고 직접분사인 경우 두 피스톤의 상단 일부가 약간 파여 연료통로로 확보되게 하며, 두 피스톤 면상과 위치가 상이하게 하여, 착화가 되기 전,후에 연소실의 난류가 연소실의 체적에 대한 표면적의 허용 범위에서 크게 되도록 한다.

그리고 이 후부터는 도 15와 같이하여 θ1이 0˚일때 아래에 위치한 피스톤, 상사점, 크랭크 핀을 피스톤 1, 상사점 1, 크랭크 핀 1로 하고, θ2가 0˚일때 위에 위치한 피스톤, 상사점, 크랭크 핀을 피스톤 2, 상사점 2, 크랭크 핀 2로 하고, 피스톤이 행정을 하는 동안 크랭크 각을 가리킬 때는 θ1을 가리킨다.

필요에 따라서는 선택적으로 배기 밸브를 배기 축으로 부르기도 하고, 밸브의 축에 있는 밸브용 구명을 밸브로도 부르기도 하고, 실시예 1, 2에 쓰이는 것으로 실린더 라이너를 겸함과 동시에 피스톤 역할을 하면서 한쪽의 측면에는 흡입·소기용구멍이 있고, 반대편에는 배기용 구멍이 있는 통을 실린더 라이너 통(피스톤2)으로 하고, 커넥팅 로드의 중간부위가 커넥팅 로드의 대단부 폭의 중심선에서 편심되어 있는 커넥팅 로드를 정상적인 커넥팅 로드로 하고, 실린더 상단을 덮고 있으면서 방향성 밸브를 연결 할 수 있는 마개를 실린더 헤드로 하고, 실시예1,2 모두에서 볼트와 너트, 볼트와 탭자리에 의해서 결합된다.

그리고 냉각수 펌프, 방열판, 오일 펌프, 압력공기 저장탱크와 발생 수단이 있는 것으로 하고, 기타 엔진의 구성에 필요한 것도 있는 것으로 하고, 각 실시예에서 쓰이는 실시예들은 각 실시예를 설명할 때 설명하기로 한다.

실시예 1,2는 1개의 크랭크축을 이용하여 본 발명을 실현하는 것으로, 1개의크랭크축을 이용하기 때문에 2개를 이용할 때보다 가공시간과 비용, 무게 등을 작게 하면서, 각 실린더 내에서 필요한 압축 공기를 외부의 도움이 없거나 작게 하면서 발생할 수 있어 유리하고, 토크 각도가 90˚간격으로 발생하면서 크랭크축이 1회전을 하므로 크랭크축이 회전을 하는 동안 각속도가 균등한 토크가 발생된다.

그리고 구성을 보면 도 3,5과 같은 V형상 실린더 블럭, 도 9, 10과 같은 크랭크 축, 또는 반경의 크기가 서로 바뀌거나 반경의 크기가 서로 같은 크랭크 축 실린더 라이너 통(173), 전극이 매몰된 피스톤1, 전극이 없는 피스톤 2, 실린더 헤드(191), 배기 밸브에 삽입되어 피스톤 1의 측면에 있는 전극(175)에 전압을 전달시켜주는 S자형 자기 절연도체(143), 실린더 라이너(176), 실린더 라이너를 잡아주는 물체(142), 피스톤 2를 고정시켜주는 볼트(172)와 핀(173-5), 크랭크 핀 한 곳에는 피스톤 1과 실린더 라이너 통(173)을 왕복 운동을 시키는 길이가 같은 커넥팅로드가 2개씩 결합되어 있다.

크랭크각으로 각 구간을 보면, 0˚∼90˚까지는 연소압력이 회전력으로 작용하는 구간, 90˚∼200˚까지는 두 피스톤에 의해서 배기 가스가 배출이 되는 구간, 200˚∼240˚까지는 소기작용 구간, 240˚∼280˚흡입구간까지는, 280˚∼335˚까지는 낮은 압축비로 압축이 되는 구간, 335˚∼355˚높은 압축으로 연소실의 압력이 높아지면서 연소가 이뤄지는 구간, 355˚∼360˚까지는 연소압에 의한 회전 방향과 반대의 힘이 일부 작용하는 구간으로 되나, 회전수에 따라서 압력밸브의 열림시기나 점화시기는 바뀌고 각 구간도 다소 바뀔 수 있으나 소기작용은 밸기밸브의 열림과 동시에 이루어질 수 있다.

도 3은 실시예 1의 정면도로 크랭크 각은 2번 실린더에 대해 0˚에 있고 커넥팅 로드는 제거된 상태에서 피스톤 1이 상사점 1에 있는 상태이고, 크랭크 각으로 하여 상사점 1의 전 76˚에서 피스톤 1이 흡입용 구멍(78)의 윗 부분을 지나면서 밸브가 닫힘과 동시에 흡입이 완료되게 밸브(176-2, 173-1)를 위치시켰고, 각 실린더 내에서 발생되는 배기가스는 실린더 측면에 뚫린 구명(55)을 통해 배기가스가 축(50)내부로 뚫린구멍(5l)으로 들어와 다시 축 밖으로 나갈 수 있게 또 다른 뚫린구멍(52)을 통해 배기 매니폴(53)로 배출될 때, 상기 뚫린구멍(51)은 홉입이 이뤄지기 바로 전에 닫히게 하였다.

그리고 실린더 라이너 통(173)은 실린더 내측과 실린더 라이너(176) 외측사이에서 직선 미끄럼 운동을 하면서 실린더 라이너(176)와 실린더 측면에 있는 흡입·소기용 구멍(78, 78-1)과 배기용 구멍(55)사이에서 밸브 작용을 하고, 흡입용 구멍(78)에 압력공기 저장 탱크와 연결파이브(79)로 연결하고, 1, 3번의 실린더의 흡입·배기 구멍(78)을 통해서 실더 측면을 각이 있게 뚫어주고, 2, 4번의 흡입·소기용 구멍은 반대편 실린더 벽(110)을 통해서 뚫어주고 실린더 라이너 통(173)의 내측에 있는 피스톤 2는 실린더 라이너통(173)의 윗쪽에 있는 볼트(174)와 핀(173-5)에 의해서 풀리지 않도록 고정이 되고, 볼트 머리(174)가 있는 공간에서 압축이 이뤄진다.

또한 압축이 완료될 때 볼트 머리(174)는 방향성 밸브가 부착되는 실린더 헤드에 있는 연결 탭(191)구멍보다 작은 것으로 하여 볼트 머리가 구멍안으로 들어가서 실린더 라이너통(173)과 실린더 헤드(191)의 사이를 최소화하여 최대한 압축을시켜주고, 압축된 공기는 방향성 밸브를 통해 저장탱크로 보내주지만, 피스톤링 (173-3) 하나로는 압축되는 과정에서 누설되는 양이 많을 땐 링을 다수개로 하여주고, 저장탱크의 압력이 부족할 때는 외부에서 대기압보다 높은 압력으로 이 곳에 공기를 흡입시켜 흡입된 공기를 2차로 압축을 시켜 탱크의 압력을 높여 준다.

그리고 실린더 라이너(176)의 상단 끝은 외측에서 내측으로 약 23˚로 경사져 있어 피스톤 2에 있는 링이 상사점 1로 내려갈때 미끄럼 저항을 작게 하고, 링이 이 지점을 지나서 하사점 2로 올라가면서 연소가스가 피스톤 2의 링과 실린더라이너 통(173)의 내측 사이로 들어가므로 가능한 실린더 라이너(176)의 두께 (약1.5mm 이하)를 얇게 하고 실린더 라이너(176)의 하단에 있는 턱(176-3)은 실린더 라이너가 밑으로나 위로 두 피스톤에 의해 끌려가지 않도록 실린더 라이너를 잡아주는 물체(도 11)의 중앙으로 회전을 시킨 뒤 점선(142-1)의 양쪽에 있는 두 핀(142-2)에 의해서 회전이 되지 않게 된것이 실린더 라이너(176)를 잡아주는 물체(도11)를 크랭크 실에 있는 탭자리(171)에 볼트로 조여주므로 실린더 라이너를 고정시킨다.

그리고 피스톤 1의 하단에 있는 3번 링은 도면에서처럼 피스톤 1이 상사점 1에 있을때 실린더 라이너(176)의 측면에 있는 흡입·소기용 구멍(176-2)이나 배기용 구멍(176-1)보다 아래에 있게 하여 흡입되는 혼합기체나 배기가스가 크렝크실로 들어가지 않도록 한다. 또한 배기 밸브 축(185)에 삽입되어 회전을 하면서 피스톤1의 측면 밑부분에 있는 전극(175)에 전압을 공급하는 S자형 전압 전달체(143)의 외형은 절연체의 자기로 되어 있고, 중심 부위에는 전압을 전달시켜주는 도체(143-1)가 있고, 도체 주위에는 도체와 자기간에 열팽창의 차이로 자기가 깨지는 것을 방지할 수 있는 물질로 도체를 감싸주고, 도체(143-1)는 스프링의 성질을 갖는 것으로 되어서 실린더 라이너 통(173)의 두께와 실린더 라이너(176)의 두께를 합한 두께보다 조금 많은 스프링의 복원 능력이 있는 것으로 하여, 피스톤 1의 전극(175)과 점화플러그(77)의 전극사이에서 충분한 접촉성을 갖게 하고, 피스톤 1의 진행방향과 회전형밸브(185)의 회전방향을 점화시기 때 같게 하여 점화시기 때 두 전극이 접촉되는 시간을 길게 하여 주고, 축을 잡아주는 베어링 하우징을 고정시킬 탭(72)이 블록의 측면에 있다.

그리고 냉각수 펌프 부착 부위(70)는 단면으로 나타나지 않는 2번 실린더의 측면에 있고, 이 곳에서 좌측의 1, 3번의 실린더 외벽으로 냉각수 통로(152)를 통해서 보내지고, 냉각수 배출구(59)는 각 기통에 하나씩 있으면서 물의 순환이 잘이뤄질 수 있도록 높은 부위에 만들어 준다.

그리고 크랭크축에 공급되는 오일은 하나의 오일 펌프에서 펌핑된 오일로 일반적인 실시예 처럼 두 축에 공급이 이뤄지게 오일 필터 부착탭(66), 펌프의 배출구(74), 필터 입구(67),오일 통로(73)를 통해 공급을 한다.

도 4는 실시예 1의 정면도를 우측에서 수직으로 세워서 본 절개한 우측 단면도로 피스톤 1에는 점화전극(175)이 있고, 4번 실린더 라이너(176)에는 소기·흡입용구멍(l76-2)이 있고, 바로 위의 점선은 실린더 라이너 통(173)에 있는 소기·흡입용구멍(173-1)이 있음을 보이고 있다.

도 5는 실시예 1의 평면도로 각 실린더의 점화순서를 # 를 붙여 표시하였고,배기매니폴(53)의 구멍을 통해 배기밸브(52)의 배출구가 있고, 축의 양끝에는 축을 밀봉시키는 마개(56,60)가 있고, 간접분사에 의한 2행정을 커넥팅 로드의 길이를 가급적 작게하는 실시예로 실현하였고, 직접분사 방식으로 할 때는 배기 밸브축의 윗쪽 상사점에 가까운 곳에 연료 분사 밸브를 설치하고, 점화에 필요한 장치가 없고, 흡입용 밸브가 없이 소기용 밸브로 소기작용부터 연소에 필요한 공기를 한 구멍으로 흡입시켜 주고, 배기 밸브에 의해 소기작용이 끝나게 되는 직접분사방식으로 실현할 수 있고, 커넥팅 로드의 길이를 길게 하고 각 지점들도 크랭크 축(150)에서 멀리하여 실린더 라이너 통(173)의 내부에 구비된 실린더 라이너(176)와 실린더 라이너하부베이스(142)를 채택하지 않고서도 간접분사 방식을 실현할 수 있다. 상기 실시예에서 점화에 필요한 장치가 없는 상태에서 직접 분사를 할 경우 배기 밸브(185)가 있는 방향에서 피스톤 1의 상사점 1에서 크랭크 축(150) 방향으로 약 2∼5mm 정도에 연료분사 밸브(76)를 한 곳에 설치하여 직접분사 방식을 실현할 수 있도록 하였다. 한편, 간접분사일 때는 S자형 자기 도체(143)가 없이 실린더 라이너 통의 상단 내외측에 전압 전달체와 전극을 설치할 수 있는데, 이때는 회전형 밸브를 생략한다.

그리고, 엔진의 회전수에 따라 점화시기를 ECU에 의한 판단과 크랭크 축에 부착되는 스프로켓을 중앙에 두고 양쪽에서 연동된 두 텐션너가 장력에는 변화가 없지만 장력을 조절할 때처럼 하여 밸브의 회전방향과 같은 방향으로 장력이 강하게 되는 것처럼 되었을 땐 그 양에 비례하는 만큼 밸브의 회전을 앞서게 하고, 회전방향과 반대의 방향으로 장력이 강하게 되는 것처럼 되었을땐 그 양에 비례하는만큼 밸브의 회전을 뒤지게 하여 밸브의 개폐시기와 점화시기를 조절하며 텐셔너의 회전각은 유압 피스톤으로 한다.

그리고 실시예 1, 2에서 실린더 측면의 흡입구(110)가 없이 실린더 헤드(191)에 통상의 2개의 방향성 밸브(도시되지 않았음)로 공기를 흡입시켜 압축할 수 있다.

그리고 연소압이 아닌 고압의 압력매체를 이용하여 두 피스톤을 밀어서, 동력을 발생할때는 두 피스톤의 사이가 최소가 되는 지점으로 상사점후 θ1이 35˚이내인 지점 가까이에 밸브를 설치하여, 압축 과정이 없어 회전력의 일부가 소모되지 않는 연소압이 아닌 고압의 압력매체로 동작하는 엔진을 실현할 수 있다.

실시예 2도 1개의 크랭크축을 이용하면서 평형 실린더 블럭 하나로 4행정을 시켜 2행정보다 개선된 열효율을 얻기 위한 것으로 간접 분사에 의한 도면을 그렸고, 그 구성은 도 6, 7과 같은 평형상 실린더 블럭, 도 9에서 크랭크 핀의 폭이 좁고 핀의 폭 중앙에 뚫린 오일 구멍을 갖는 크랭크 축, 실린더 라이너하부베이스 (142)의 볼트 구멍은 실시예 1의 설정위치와는 90˚틀어진 것, 크랭크 핀 한 곳에 커넥팅 로드와 베어링 캡의 외측에 핀으로 커넥팅 로드의 중단부위가 연결된 것이며, 나머지는 실시예 1과 같고, 4행정을 실현하기 위해 배기용 회전용밸브(185)와 흡입 겸 소기용밸브(183)에 있는 배기용 구멍이나 흡입용 홈이나 소기용 구멍(l47-1, 147)이 1실린더에 대해 1개씩 있는 축의 길이가 조금 작은 것이고, 흡입에서 배기까지의 과정을 크랭크 각으로 하여, 0˚∼125˚회전 방향으로 연소압이 작용하는 구간, 125˚∼240˚까지는 두 피스톤에 의해서 배기 가스가 배출이 되어지는 구간,240˚∼280˚까지는 소기작용이 이뤄지는 구간, 280˚∼444˚까지는 소기·흡입·배기 밸브가 닫혀 있는 구간, 444˚∼582˚까지는 흡입이 이뤄지는 구간, 582˚∼715˚까지는 압축을하고 연소가 이뤄지는 구간, 715˚∼720˚까지는 연소 압력으로 두 크랭크 반경의 등가 길이의 차로 회전을 하는 구간으로 하지만, 각 구간은 변경될 수 있고, 점화시기도 회전수에 따라서 연소가 이뤄지는 구간이 바뀌게 되는 간접분사에 의한 4행정을 하게 된다.

도 6은 실시예 2의 정면도로 실시예 1의 실린더블럭 배치형상이 V형상 임에 반하여, 본 실시예에서는 평형상으로 되어 있는 것과 같음을 제외하고는 실시예 1의 구성과 같은 작용을 하면서 간접분사에 의한 4행정을 하므로 중복된 설명을 생략한다.

도 7은 실시예 2의 좌측면도로 도 8의 #2부의 실린더 측면에 있는 냉각수 펌프 부착부위(70)에서 펑핑되는 냉각수가 #2부 실린더 외벽을 흐르면서 반대편의 #1, #4부의 실린더 외벽으로 도 7에 도시된바와 같은 냉각수를 보낼 수 있는 냉각수 출구(200)가 도 8의 #2부 실린더 밑에 있고, 상기 냉각수출구(200)와 반대편의 #4부 실린더 하부이면서 배기 밸브 축(185)의 실린더 블럭 외부에 있는 입구(201)에 파이브로 연결시켜 주어 냉각수를 반대편의 실린더 외벽으로 보내주어 외벽을 흐르면서 뜨거워진 물은 도 6에 도시된바와 같이 #1부 실린더의 윗쪽에 있는 배출구(59)와 #3부 실린더 윗쪽이면서 배기 밸브 축(185)의 윗쪽에 있는 또 다른 배출구(59; 도시되지 않았음)로 배출한다.

도 8은 실시예 2의 우측면도로 점화순서가 # 로 표시되어 있고 1, 2번의 실린더가 절단되어 있다.

그리고 실시예 1에서 실현되는 V형 실린더 블럭의 2개로 하는 방식을 제외한실시예를 실시예 2에서도 실현할 수 있고, 실린더의 중심선이 V형상에서는 #1,2부와 #3,4부가 일직선상에 실린더가 있지 않은 대신 실시예2에서는 #l,2부와 #3,4부가 일직선상에 있게 실현할수 있다. 한편, 회전형밸브(185)를 쓸때 밸브의 구멍(51;52)을 2행정으로 할 수 있게 하여 1,3번과 2,4번의 실린더에서 동시에 토크가 발생하는 평형 실린더 블럭 하나로 실현할 수 있다.

그리고 상기한 실시예 1∼2까지 크랭크 축의 비틀림 진동이 허용되는 범위에서 크랭크 핀을 더 늘려 6기통 내지 8기통으로 할 수 있고, 실시예 1,2에서 실린더 내에서 두 피스톤이 공유하는 구간이 없게 하고 두 피스톤의 상면에 난류발생 부위를 제외한 부위가 평면에 가깝게 하여 연소실의 체적이 크지 않게 하여 두 피스톤이 공유하는 구간이 없게 하는 실시예로 실행할 수 있다.

일반적인 방식에서는 크랭크 축이 상사점을 조금 지난 상태에서 출력측에 연소압과 같거나 조금 작은 부하가 걸리면 연소 압력은 작은 토크와 크랭크축의 중심으로 향하는 큰 힘으로 작용을 하면서 연소에 의한 고온 고압의 상태는 연소실의 표면적으로 열이 방출되어 압력이 떨어지게 되면서 엔진의 시동이 정지하지만, 본 발명은 연소가 이뤄질 때 연소 압력이 축의 중심으로 향하지 않거나 작게 되면서 크랭크 반경의 등가길이도 큰 상태에서 압력이 높기 때문에 큰 토크가 발생되고, 연소가 이뤄진 후, 피스톤이 빠른 속도로 팽창하므로 절대온도도 빠르게 떨어져 탄화수소를 증가시키지 않고 배기가스 재순환 방식을 취하지 않은 상태에서 질소산화물의 생성량을 작게하고, 두 피스톤으로 고온의 상태에서 많은 거리를 같은 시간에 이동하여 주므로 팽창 도중에 형성되는 공간의 표면적으로 열을 빼앗기는 시간이 적게되어 열 또는 압력을 이용하는데 유리하고, 연료가 연소하면서 발생되는 충격파로 인해 엔진 각 부위에서 금속 진동음이 생겨서 소음으로 발생되는데, 본 발명에서는 충격파의 속도와 크랭크축의 각속도가 같아 크랭크축이 0．에 있을 때는 반대편의 피스톤이 충격파를 일부 흡수하여 토크로 바뀌면서 소음도 경감되고, 또 질소산화물의 생성억제를 위해 고압축으로 하지 않거나 연소시기를 늦추지만, 늦출 필요가 없고, 이론 공연비보다 낮은 혼합비율로 고압축을 시켜서 연소를 행할 수 있고, 엔진의 회전수를 높게 하여도 크랭크축의 중심으로 향하는 힘은 작기 때문에 크랭크축의 베어링에서 눌러 붙음이 발생되기 어렵고, 같은 기통수와 실린더의 크기로 같은 배기량일 경우 토크의 증가로 배기량은 같지만 배기량이 큰 엔진과 같은 결과가 되어 소형으로 대형과 같은 출력을 얻을 수 있어 이에 상응하는 만큼 대기오염물질이 줄어들고, 밸브도 회전형으로 캠축과 스프링을 이용하여 포피트밸브를 개폐할 때보다 훨씬 작은 힘이 필요로 하고 엔진을 냉각시킬 때 고온의 열이 두 피스톤에 의해 빠르게 떨어지므로 냉각수 또는 방열판이 뜨거워지는데 필요한 시간이 길게 되어 냉각수 펌프나 라지에터 및 방열관의 열부하가 줄어들고, 종래의 대향방식(도1)보다도 크랭크 반경의 등가길이가 큰 상태에서 연소실의 크기 또는 두 피스톤간의 거리가 좁게 (1/5이하)되어 출력이 크게 되고 연소시기 때 연소실의 체적에 대한 표면적이 작게 되어 탄화수소 생성량이 작게 되고 구조가 단순하다.

Claims

V형상 실린더가 크랭크 축 양쪽에 있는 실린더의 두 중심선을 직선으로 나타냈을 때 평행인 블럭으로 하면서 연소압이 낮은 지점에 배기밸브(55)를 형성하며, 실린더 반대편에 흡입·소기용 밸브(173-1)를 형성하며, 배기 작용때는 두 피스톤, 또는 피스톤과 실린더 라이너 통(173)에 의해서 배기가스가 많이 배출이 될 수 있는 곳에 밸브가 있는 실린더 블럭을 냉각수나 방열판으로 냉각이 되는 것에 실린더 라이너를 사용면서 흡입용 구멍을 상사점을 향하여 뚫을 수 있는 실린더 블럭과, 1실린더에 대해 1개의 크랭크축에 크랭크 핀을 3곳으로 왕복 운동하는 두 피스톤이 공유하는 구간을 갖도록 하면서, 중앙에 있는 크랭크 핀과 양쪽에 있는 두 크랭크 핀의 반경의 크기가 15mm이상을 갖고 두 반경의 크기가 같은 것으로 1실린더에 대해 하나의 크랭크 핀이 0˚에 있을 때 다른 크랭크 핀은 80˚에서 173˚의 범위에 있는 크랭크 축과, 왕복 운동하는 두 피스톤이 서로 공유하는 구간이 없을 땐 하나의 크랭크핀이 0˚있을때, 다른 크랭크 핀은 130˚에서 173˚의 범위에 있는 크랭크 축과, 이 때 두 피스톤의 상면이 난류발생 부위를 제외한 부위가 평면에 가까운 것과 실린더 내에서 밸브 기능을 하면서 실린더 라이너와 피스톤 역할을 겸하는 실린더라이너통(173)과, 방향성 밸브가 있는 실린더 헤드(191)와 실린더 라이너(176)와 S자형 자기 절연도체(143)로 구비됨을 특징으로 하는 토크증가 형대향방식엔진.
제1항에 있어서, V형상의 실린더 블럭이 평행으로도 되며, 크랭크핀에 오일구멍이 하나로 형성됨을 특징으로 하는 토크증가형대향방식엔진
제1항에 있어서, 가솔린 엔진의 경우 연소압을 발생시키는 방식이 예비혼합된 혼합기체를 회전형 밸브를 통해서 실린더 내로 넣어주는 방식으로 실린더 라이너 통에 전극이 1∼3개 매몰설치 되어 있는 곳에 실린더의 측면에서 방전에 의한 방식으로 피스톤면상의 전극까지 전압을 공급하도록 함을 특징으로 하는 토크증가형대향방식엔진.