KR102664741B1 - 개선된 연소 엔진 - Google Patents
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Abstract
Description
도 1 은 당 업계에 공지된 종래의 타이밍 배열을 보여주는 밸브 타이밍 다이어그램으로서, 흡기 밸브 및 배기 밸브의 개폐 이벤트의 대략적인 타이밍이 피스톤의 4 개의 스트로크 각각에 대해 도시된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 타이밍 다이어그램으로, 피스톤의 4 개 스트로크 각각에 대해 흡기 밸브 및 배기 밸브의 개폐 이벤트의 대략적인 타이밍이 도시된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 단면도로서, 실린더 블록 및 피스톤 배열을 도시하며, 헤드는 폐쇄 구성의 흡기 밸브와 폐쇄 구성의 배기 밸브를 포함한다. 제 1 배기 캠과 제 2 배기 캠은 명확성을 위해 나란히 표시되어 있지만 실제로는 공통 중심선을 따라 중첩된다.
도 4는 개방 위치에 있는 흡기 밸브와 폐쇄 위치에 있는 배기 밸브를 보여주는 실린더 헤드의 단면도이다.
도 5는 실린더 헤드의 단면으로서, 폐쇄 위치에 있는 흡기 밸브와 개방 위치에 있는 배기 밸브를 도시한다.
도 6은 흡기 행정의 시작시 밸브 및 캠 배열을 도시하는 본 발명의 실시예에 따른 실린더 블록 및 실린더 헤드의 단면도이다. 제 1 배기 캠과 제 2 배기 캠은 명확성을 위해 나란히 표시되어 있지만 실제로는 공통 중심선을 따라 중첩된다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 실린더 블록 및 실린더 헤드의 단면도로서, 압축 행정 초기의 밸브 및 캠 배열을 도시하며, 크랭크 샤프트는 하사점 이후 약 45도를 나타낸다. 이 관점에서 제 2 배기 캠은 중간 출력 상태에서 부분적으로 결합되어 대부분의 압축 행정 동안 배기 밸브가 닫힌 상태로 유지되지만 잠시 열리게 된다. 제 1 배기 캠과 제 2 배기 캠은 명확성을 위해 나란히 표시되어 있지만 실제로는 공통 중심선을 따라 중첩된다.
도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 실린더 블록 및 실린더 헤드의 단면도로서, 압축 행정 초기의 밸브 및 캠 배열을 도시하며, 크랭크 샤프트는 하사점 이후 약 45도를 나타낸다. 이 관점에서 제 2 배기 캠은 저출력 상태에서 맞물리지 않으므로 배기 밸브가 압축 행정의 상당 부분에서 열도록 허용될 수 있다. 제 1 배기 캠과 제 2 배기 캠은 명확성을 위해 나란히 표시되어 있지만 실제로는 공통 중심선을 따라 중첩된다.
도 7c는 본 발명의 실시예에 따른 실린더 블록 및 실린더 헤드의 단면도로서, 압축 행정 초기에 밸브 및 캠 배열을 도시하며, 크랭크 샤프트는 하사 점 후 대략 45도를 나타낸다. 이 관점에서 제 2 배기 캠은 고출력 상태에서 완전히 체결되어 전체 압축 행정 동안 배기 밸브가 닫힌 상태로 유지된다. 제 1 배기 캠과 제 2 배기 캠은 명확성을 위해 나란히 표시되어 있지만 실제로는 공통 중심선을 따라 중첩된다.
도 7d는 본 발명의 일 실시예에 따른 실린더 블록 및 실린더 헤드의 단면도로서, 크랭크 샤프트가 하사점 후 거의 90도를 나타내는 압축 행정을 통해 대략 절반 정도의 밸브 및 캠 배열을 도시한다. 이 관점에서 제 2 배기 캠은 저출력 상태에서 맞물리지 않으므로 배기 밸브가 압축 행정의 상당 부분에서 열도록 허용될 수 있다. 제 1 배기 캠과 제 2 배기 캠은 명확성을 위해 나란히 표시되어 있지만 실제로는 공통 중심선을 따라 중첩된다.
도 8a는 압축 행정의 시작에서 밸브 및 캠 배열을 도시하는 본 발명의 실시예에 따른 실린더 블록 및 실린더 헤드의 단면도이다. 이 관점에서 제 2 배기 캠은 고출력 상태에서 완전히 체결되어 전체 압축 행정 동안 배기 밸브가 닫힌 상태로 유지된다. 제 1 배기 캠과 제 2 배기 캠은 이것이 어떻게 달성되는지 설명하기 위해 공통 중심선을 따라 겹쳐서 표시된다.
도 8b는 크랭크 샤프트가 하사 점 후 대략 45도를 나타내는 압축 행정 초기에 밸브 및 캠 배열을 도시하는 본 발명의 실시예에 따른 실린더 블록 및 실린더 헤드의 단면도이다. 이 관점에서 제 2 배기 캠은 출력 상태의 약 75 %에서 부분적으로 체결되어 압축 행정 중에 배기 밸브가 잠깐 열린다. 제 1 배기 캠과 제 2 배기 캠은 이것이 어떻게 달성되는지 설명하기 위해 공통 중심선을 따라 겹쳐서 표시된다.
도 8c는 본 발명의 실시예에 따른 실린더 블록 및 실린더 헤드의 단면도로서, 압축 행정 초기에 밸브 및 캠 배열을 도시하며, 크랭크 샤프트는 하사점 이후 약 62도를 나타낸다. 이 관점에서 제 2 배기 캠은 출력 상태의 약 50 %에서 부분적으로 결합되어 압축 행정 중에 배기 밸브가 약간 더 오래 열린다. 제 1 배기 캠과 제 2 배기 캠은 이것이 어떻게 달성되는지 설명하기 위해 공통 중심선을 따라 겹쳐서 표시된다.
도 8d는 본 발명의 실시예에 따른 실린더 블록 및 실린더 헤드의 단면도로서, 압축 행정 초기에 밸브 및 캠 배열을 도시하며, 크랭크 샤프트는 하사점 이후 90도에 접근하는 것으로 도시된다. 이 관점에서 제 2 배기 캠은 출력 상태의 약 25 %에서 약간만 맞물려 압축 행정 중에 배기 밸브가 더 오래 열려 있다. 제 1 배기 캠과 제 2 배기 캠은 이것이 어떻게 달성되는지 설명하기 위해 공통 중심선을 따라 겹쳐서 표시된다.
도 8e는 본 발명의 일 실시예에 따른 실린더 블록 및 실린더 헤드의 단면도로서, 압축 행정 후반부의 밸브 및 캠 배열을 도시하며, 크랭크 샤프트는 하사점 이후 120도에 접근하는 것으로 도시된다. 이 관점에서 제 2 배기 캠은 저출력 상태 (예 : 엔진 공회전 중)에서 결합되지 않으므로 압축 행정의 최대 지속 시간 동안 배기 밸브가 열린다. 제 1 배기 캠과 제 2 배기 캠은 이것이 어떻게 달성되는지 설명하기 위해 공통 중심선을 따라 겹쳐서 표시된다.
도 9는 실린더가 상사점에 접근하는 상태에서 압축 행정의 끝과 출력행정의 시작에서 밸브 및 캠 배열을 도시하는 본 발명의 실시예에 따른 실린더 블록 및 실린더 헤드의 단면도이다. 제 1 배기 캠과 제 2 배기 캠은 명확성을 위해 나란히 표시되어 있지만 실제로는 공통 중심선을 따라 중첩된다.
도 10은 연소 행정을 통해 부분적으로 밸브 및 캠 배열을 도시하는 본 발명의 실시예에 따른 실린더 블록 및 실린더 헤드의 단면도이다. 제 1 배기 캠과 제 2 배기 캠은 명확성을 위해 나란히 표시되어 있지만 실제로는 공통 중심선을 따라 중첩된다.
도 11은 연소 행정의 끝에서 밸브 및 캠 배열을 도시하는 본 발명의 실시예에 따른 실린더 블록 및 실린더 헤드의 단면도이다. 제 1 배기 캠과 제 2 배기 캠은 명확성을 위해 나란히 표시되어 있지만 실제로는 공통 중심선을 따라 중첩된다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 분사기 및 점화 수단의 배열을 도시하는 흡입 밸브 및 배기 밸브의 축을 따라 본 단면도이며, 나타나는 바와 같이 연료는 점화 지점으로 향할 수 있다.
도 13은 흡기 밸브 및 배기 밸브가 각각의 밸브 슬리브, 캠 및 추종핀(follower pins)과 함께 도시된 본 발명의 실시예를 도시한 등각도이다.
도 14는 실린더 헤드를 도시하는 등각 투상도이고, 반대되는 배기 밸브의 단부를 향해 공기 흐름을 지향하도록 구성된 흡기 포트의 유체 흐름 경로를 추가로 도시한다.
도 15 및 16은 각각의 댐퍼를 포함하는 흡기 밸브 슬리브 및 배기 밸브 슬리브를 도시한다.
도 17은 배기 밸브 슬리브, 배기 밸브, 밸브 스프링, 추종 핀, 제 1 배기 캠 및 밸브 스프링 앵커를 보여주는 본 발명의 실시예에 따른 배기 밸브 분해 배열을 도시한다.
도 18 및 19는 배기 밸브 슬리브, 배기 밸브, 밸브 스프링, 추종 핀, 제 1 배기 캠 및 밸브 스프링 앵커를 보여주는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기 밸브 배열을 도시한다. 그림은 폐쇄된 (그림 18) 및 개방된 (그림 19) 구성의 배기 밸브를 보여준다.
Claims (20)
- 4 행정 내연 기관으로서,
연소실;
연소실 내부에 장착되고 연소실의 벽과 밀봉식으로 맞물리도록 구성되고, 연소실이 최대 부피인 제 1 위치와 연소실이 최소 부피인 제 2 위치 사이에서 축을 따라 왕복 운동하도록 배열되고, 사이클 동안 흡기 행정, 압축 행정, 연소 행정 및 배기 행정으로 정의되는 4 개의 행정을 완료하는, 피스톤;
피스톤의 제 2 위치에서 정의된 최소 부피의 연소실 영역의 연료 분사 수단; 및
실린더 헤드로서,
점화 수단;
흡기 밸브를 개폐하도록 구성된 흡기 캠;
배기 밸브를 개폐하도록 구성된 제 1 배기 캠; 및
동일한 배기 밸브를 열고 닫도록 구성된 제 2 배기 캠을 포함하고,
제 2 배기 캠은 조작자의 입력에 응답하여 제 1 배기 캠에 대해 각도 조절이 가능하여 제 2 배기 캠이 배기 밸브와 선택적으로 맞물릴 수 있으며,
제 1 배기 캠은 압축 행정 동안 배기 밸브를 열고 닫도록 구성되어, 흡입 행정 동안 흡입된 선택된 양의 공기가 압축 행정 동안 배출되고,
제 2 배기 캠은 배기 밸브에 맞물릴 때 배기 밸브를 닫도록 구성되고,
연료 분사 수단은 압축 행정 동안 유지되는 공기의 양에 따라 분사되는 연료의 양을 조정하도록 구성되고,
상기 흡기 밸브와 배기 밸브는 서로 반대편에 배치되고 피스톤의 축에 대해 반경 방향 이동을 갖고, 그리고,
흡기 밸브는 개방 위치에 있을 때 흡기 포트로부터 연소실로 유체 유동 경로를 제공하도록 배열되며, 그리고 배기 밸브는 개방 위치에 있을 때 배기 포트로부터 연소실로 유체 유동 경로를 제공하도록 배열되고,
흡기 캠은 제한되지 않은 공기 유동이 연소실로 유입될 수 있도록 흡기 포트 크기의 스로트를 제공하는 흡기 포트를 지나 흡기 밸브를 이동시키도록 구성되는, 실린더 헤드를 포함하는, 4 행정 내연 기관. - 제 1 항에 있어서,
흡기 캠은 흡기 캠 샤프트에 연결되고,
제 1 배기 캠은 배기 캠 샤프트에 연결되어 배기 캠 샤프트와 함께 회전하고,
제 2 배기 캠은 배기 캠 샤프트의 축을 중심으로 회전할 수 있는, 4 행정 내연 기관. - 제 1 항에 있어서,
흡기 밸브 및 배기 밸브가 피스톤 밸브인, 4 행정 내연 기관. - 제 2 항에 있어서,
엔진은 제 2 배기 캠을 제어하는 제어 샤프트에 연결되는 제 2 배기 캠 구동 기어를 포함하고,
제 2 배기 캠 구동 기어는 제 2 배기 캠에 연결되는 제 2 배기 캠 피동 기어와 맞물리는, 4 행정 내연 기관. - 제 4 항에 있어서,
엔진은 배기 캠 샤프트와 평행하고 일치하는 축을 갖고, 제어 샤프트에 연결되는 출력 제어 피동 기어와 맞물리도록 구성된 출력 제어 구동 기어를 더 포함하고,
출력 제어 구동 기어는 조작자로부터의 입력에 응답하여 출력 제어 구동 기어의 축을 따라 이동할 수 있는, 4 행정 내연 기관. - 제 5 항에 있어서,
제 1 배기 캠에 대한 제 2 배기 캠의 각도 조정은 각도 조정 메커니즘을 사용하여 달성되며, 각도 조정 메커니즘은 출력 제어 구동 기어의 축 방향 이동시 배기 캠 샤프트에 대한 출력 제어 구동 기어의 각도 조정을 가능하게 하도록 구성되고;
출력 제어 구동 기어의 축 방향 이동은 제 2 배기 캠에 대한 제 1 배기 캠의 각도 조정을 가져오므로 배기 밸브가 열려 있거나 닫힌 상태로 유지되는 기간이 작업자의 입력에 따라 조정될 수 있는, 4 행정 내연 기관. - 제 6 항에 있어서,
상기 각도 조정 메커니즘은 케이지 볼 베어링과 결합하는 나선형 홈을 포함하는, 4 행정 내연 기관. - 제 1 항에 있어서,
흡기 밸브는 흡기 밸브 슬리브와 밀봉식으로 결합하도록 구성되고 배기 밸브는 배기 밸브 슬리브와 밀봉식으로 결합하도록 구성되는, 4 행정 내연 기관. - 제 1 항에 있어서,
흡기 밸브는 폐쇄 위치에 있을 때 유동을 방지하기 위해 흡기 포트를 덮도록 배열되고,
배기 밸브는 폐쇄 위치에 있을 때 배기 포트로부터 유체 유동을 방지하기 위해 배기 포트를 덮도록 배열되는, 4 행정 내연 기관. - 제 1 항에 있어서,
흡기 밸브 및 배기 밸브는 각각의 개방 위치를 향해 편향되는, 4 행정 내연 기관. - 제 10 항에 있어서,
흡기 밸브 및 배기 밸브는 각각 밸브 스프링을 사용하여 편향되는, 4 행정 내연 기관. - 제 11 항에 있어서,
흡기 밸브를 편향시키는 밸브 스프링은 흡기 밸브 내부에 위치되고, 배기 밸브를 편향시키는 밸브 스프링은 배기 밸브 내부에 위치되는, 4 행정 내연 기관. - 제 12 항에 있어서,
밸브 스프링들은 밸브 스프링 앵커를 사용하여 유지되는, 4 행정 내연 기관. - 제 13 항에 있어서,
밸브 스프링 앵커들은 Y 또는 위시본 형상이어서, 밸브 스프링들의 앵커링이 흡기 및 배기 캠들 그리고 흡기 및 배기 캠 샤프트들을 방해하지 않는, 4 행정 내연 기관. - 제 1 항에 있어서,
흡기 포트는 개방 위치에 있을 때 배기 밸브를 향하여 공기 유동을 유도하도록 배열되어, 배기 밸브가 흡기 포트에 들어가는 공기에 의해 냉각되는, 4 행정 내연 기관. - 제 8 항에 있어서,
흡기 밸브 슬리브는 연소실과 흡기 포트 사이의 유체 유동을 허용하기 위해 흡기 밸브 슬리브의 벽에 개구를 포함하는, 4 행정 내연 기관. - 제 16 항에 있어서,
흡기 밸브 슬리브의 벽에 있는 개구는 흡기 포트로부터 배기 밸브를 향해 유체 유동을 지향하도록 형성되는, 4 행정 내연 기관. - 제 8 항에 있어서,
흡기 밸브 슬리브 및 배기 밸브 슬리브는 모두 결합 특징부를 포함하고,
결합 특징부는 실린더 헤드 내부에서 흡기 밸브 슬리브 및 배기 밸브 슬리브의 축 방향 이동을 제어하도록 구성된 것인, 4 행정 내연 기관. - 제 18 항에 있어서,
결합 특징부는 흡기 밸브 슬리브 및 배기 밸브 슬리브의 벽에 있는 리세스 내에 장착된 댐퍼를 포함하고,
댐퍼는, 흡입 밸브 슬리브 및 배기 밸브 슬리브를 실린더 헤드에 설치할 수 있도록 압축되고, 일단 설치되면 실린더 헤드에 반경 방향 힘을 전달하여 실린더 헤드 내의 흡기 밸브 슬리브 및 배기 밸브 슬리브의 축 방향 움직임을 제어하도록 구성되는, 4 행정 내연 기관. - 삭제
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