이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라서 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 4행정 내연기관의 흡배기 장치 사시도, 도 2는 도 1의 뒤쪽 방향에서 본 사시도, 도 3 및 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 제1전동수단과 배기연결관을 도시한 사시도, 도 5 및 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 제2전동수단과 흡배기조절캠을 도시한 사시도, 도 7 및 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 제1흡배기조절수단과 제2흡배기조절수단의 동작상태도, 도 9 내지 도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 흡배기 장치가 장착된 4행정 내연기관의 행정도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 4행정 내연기관의 흡배기 장치(1)는 도 1 내지 도 16에 도시된 바와 같이, 피스톤(11)의 상하 왕복운동이 커넥팅로드(12)에 의해 전달되어 크랭크축(14)을 회전시킴에 따라 회전동력을 발생시키는 실린더블록(10)과, 실린더블록(10)의 상부에 결합되고 일측에는 제1흡배기밸브(21)에 의해 개폐되는 제1흡배기매니폴드(22)가 연결되며 타측에는 제2흡배기밸브(23)에 의해 개폐되는 제2흡배기매니폴드(24)가 연결되는 실린더헤드(20)와, 실린더헤드(20)의 상측에 배열되고 크랭크축(14)의 회전에 연동되어 회전되며 제1흡배기밸브(21)를 구동시키는 제1흡배기캠(31)이 결합되는 제1캠축(30)과, 실린더헤드(20)의 상측에 배열되고 크랭크축(14)의 회전에 연동되어 회전되며 제2흡배기밸브(23)를 구동시키는 제2흡배기캠(41)이 결합되는 제2캠축(40)과, 실린더헤드(20)의 상측에 배열되고 제2캠축(40)의 회전에 연동되어 회전되는 제3캠축(50)과, 제1흡배기매니폴드(22)에 설치되어 혼합기 또는 공기의 흡기와 연소가스의 배기 중 어느 하나를 선택적으로 조절하는 제1흡배기조절수단(60)과, 제2흡배기매니폴드(24)에 설치되어 혼합기 또는 공기의 흡기와 연소가스의 배기 중 어느 하나를 선택적으로 조절하는 제2흡배기조절수단(70)과, 제1흡배기매니폴드(22) 및 제2흡배기매니폴드(24)와 연통하게 설치되어 연소가스의 배기통로를 이루는 배기연결관(80)을 포함하여 이루어진다.

여기서 실린더블록(10)은 연료가 연소되는 공간을 형성함과 동시에 피스톤(11)의 상하 왕복운동을 가이드 하는 것으로, 실린더블록(10)의 내부에는 피스톤(11)이 상하 왕복운동 가능하게 결합되고 피스톤(11)의 하부에는 커넥팅로드(12)의 일단이 연결되며, 이 커넥팅로드(12)의 타단에는 크랭크(13)의 일측이 연결되고, 크랭크(13)의 중심에는 실린더블록(10)에 회동가능하게 결합되는 크랭크축(14)이 일체로 결합됨에 따라, 피스톤(11)의 상하 왕복운동이 커넥팅로드(12)에 의해 전달되어 크랭크축(14)을 회전시킴에 따라 회전동력을 발생시키게 된다.

전술한 실린더블록(10)의 상부에는 실린더헤드(20)가 결합되는데, 이 실린더헤드(20)는 실린더블록(10)의 상부를 기밀적으로 폐쇄함과 동시에 연료의 연소를 위해 혼합기 또는 공기를 공급하고 연소가스를 배기시키는 역할을 하는 것으로, 그 일측에는 제1흡배기밸브(21)에 의해 개폐되면서 혼합기 또는 공기를 실린더블록(10) 내부로 흡기시키거나 연소가스를 실린더블록(10) 외부로 배기시키는 제1흡배기매니폴드(22)가 연결되며, 타측에는 제2흡배기밸브(23)에 의해 개폐되면서 혼합기 또는 공기를 실린더블록(10) 내부로 흡기시키거나 연소가스를 실린더블록(10) 외부로 배기시키는 제2흡배기매니폴드(24)가 연결되고, 그 중앙에는 내부로 흡기된 혼합기가 압축될 경우에 인위적으로 불꽃을 튀겨 점화가 일어날 수 있도록 하는 점화플러그(미도시)가 구비되거나(가솔린기관의 경우) 또는, 내부로 흡기된 공기가 압축될 경우에 연료를 분사하여 폭발이 일어나도록 하는 연료분사구(미도시)가 구비(디젤기관의 경우)된다.

즉, 종래에는 흡기 매니폴드와 배기 매니폴드가 각각 독립적으로 구성되어 공기 또는 혼합기의 흡기와, 연소가스의 배기 중 하나에만 전용으로 사용되었으나, 본 발명의 일실시예에 의하면 제1,제2흡배기매니폴드(22,24)는 흡기와 배기 겸용으로 사용되며, 흡기행정시에는 제1,제2흡배기매니폴드(22,24)를 통해 공기 또는 혼합기의 흡기가 이루어지고, 배기행정시에는 제1,제2흡배기매니폴드(22,24)를 통해 연소가스의 배기가 이루어지게 된다.

이때, 제1흡배기매니폴드(22)와 제2흡배기매니폴드(24)는 흡기 및 배기효율을 증대시키기 위하여 2개가 서로 인접하여 각각 1쌍으로 형성되는 것이 바람직한데, 이 경우 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 제1흡배기밸브(21)와 제2흡배기밸브(23)도 각각 1개의 쌍으로 이루어지고, 제1흡배기캠(31)과 제2흡배기캠(41) 등도 1쌍으로 형성된다.

전술한 실린더헤드(20)의 상측에는 제1캠축(30)이 배열되는데, 이 제1캠축(30)은 크랭크축(14)의 회전에 연동되어 회전하는 것으로, 제1캠축(30)에는 제1캠축(30)과 함께 일체로 회전하면서 제1흡배기밸브(21)를 밀어 제1흡배기매니폴드(22)를 개방시키고 이에 따라 혼합기 또는 공기의 흡기행정 또는 연소가스의 배기행정이 일어날 수 있도록 하는 제1흡배기캠(31)이 결합된다.

전술한 실린더헤드(20)의 상측에는 제2캠축(40)이 제1캠축(30)과 나란하게 배열되는데, 이 제2캠축(40)은 크랭크축(14)의 회전에 연동되어 회전되는 것으로, 제2캠축(40)에는 크랭크축(14)과 함께 일체로 회전되면서 제2흡배기밸브(23)를 밀어 제2흡배기매니폴드(24)를 개방시키고 이에 따라 혼합기 또는 공기의 흡기행정 또는 연소가스의 배기행정이 일어날 수 있도록 하는 제2흡배기캠(41)이 결합된다.

전술한 제1캠축(30)과 제2캠축(40)은 제1전동수단(110)에 의해 크랭크축(14)의 회전에 연동되어 회전하는데, 제1전동수단(110)은 도 3 및 도 4에 도시되는 바와 같이, 크랭크축(14)에 고정되는 제1스프로킷(111)과, 제1캠축(30)에 고정되는 제2스프로킷(112)과, 제2캠축(40)에 고정되는 제3스프로킷(113)과, 이 스프로킷(111~113)들을 연결하는 전동체인(114)을 포함하여 이루어진다.

여기서, 제1캠축(30)은 크랭크축(14)의 2회전을 통해 이루어지는 전체 4행정 동안 혼합기 또는 공기의 흡기행정과 연소가스의 배기행정이 각각 1회씩 4행정 간격으로 발생될 수 있도록, 제1스프로킷(111)의 2회전당 제2스프로킷(112)이 1회전함에 따라 크랭크축(14)의 2회전당 1회전하도록 크랭크축(14)의 회전에 연동된다.

제2캠축(40)도 크랭크축(14)의 2회전을 통해 이루어지는 전체 4행정 동안 혼합기 또는 공기의 흡기행정과 연소가스의 배기행정이 각각 1회씩 4행정 간격으로 발생될 수 있도록, 제1스프로킷(111)의 2회전당 제3스프로킷(113)이 1회전함에 따라 크랭크축(14)의 2회전당 1회전하도록 크랭크축(14)의 회전에 연동된다.

따라서, 제1흡배기캠(31)에 의해 제1흡배기밸브(21)가 개방되어 혼합기 또는 공기의 흡기행정이 행해질 때, 동시에 제2흡배기캠(41)에 의해 제2흡배기밸브(23)가 개방되어 혼합기 또는 공기의 흡기행정이 행해지고, 이후 3행정의 간격을 두고 제1흡배기캠(31)에 의해 제1흡배기밸브(21)가 개방되어 연소가스의 배기행정이 행해질 때, 동시에 제2흡배기캠(41)에 의해 제2흡배기밸브(23)가 개방되어 연소가스의 배기행정이 행해진다.

이때, 배기행정에 이어서 다시 제1,제2흡배기캠(31,41)에 의해 혼합기 또는 공기의 흡기행정이 행해지는데, 제1,제2흡배기캠(31,41)이 배기행정과 흡기행정의 두 행정에 걸쳐서 계속 제1,제2흡배기밸브(21,23)의 일단을 밀어서 개방상태를 유지하도록 하기 위해, 제1,제2흡배기캠(31,41)의 로브는 소정 각도를 가진 부채꼴 형상을 하는 것이 바람직하다.

한편, 도 3 및 도 4에서 화살표는 찬공기가 배기연결관(80)으로 유입되는 것과 배기가스가 배기연결관(80)으로부터 배출되는 모습을 도시한 것이다.

전술한 실린더헤드(20)의 상측에는 제3캠축(50)이 배열되는데, 이 제3캠축(50)은 제2캠축(40)의 회전에 연동되어 회전되면서 차후에 설명될 제1흡배기조절수단(60)과 제2흡배기조절수단(70)의 작동을 제어하기 위한 것으로, 제3캠축(50) 상에 결합되는 한 쌍의 흡배기조절캠(51)에 의해 제1,제2흡배기조절수단(60,70)이 작동되면서 공기 또는 혼합기의 흡입과 연소가스의 배기를 선택하게 된다.

이때, 제1캠축(30)과 제2캠축(40) 사이에 위치되는 제3캠축(50)은 실린더헤드(20)의 정중앙에 점화플러그 또는 연료분사구의 설치가 가능하도록 실린더헤드(20)의 정중앙으로부터 일측으로 치우쳐져 배열되는 것이 바람직하다.

또한, 제3캠축(50)은 제2전동수단(120)에 의해 제2캠축(40)의 회전에 연동되어 회전되는데, 이 제2전동수단(120)은 도 5 및 도 6에 도시되는 바와 같이, 제2캠축(40)에 고정되는 제1기어(121)와, 제3캠축(50)에 고정되고 제1기어(121)에 맞물려지는 제2기어(122)를 포함하여 이루어진다.

아울러, 제3캠축(50)은 크랭크축(14)의 2회전을 통해 이루어지는 전체 4행정 동안 1회전함으로써 제1,제2흡배기조절수단(60,70)이 1회만 작동될 수 있도록, 제1기어(121)와 제2기어(122)가 1:1의 기어비를 가짐으로써 제1기어(121)의 1회전당 제2기어(122)가 1회전함에 따라, 제2전동수단(120)에 의해 제2캠축(40)의 1회전당 1회전하도록 제2캠축(40)의 회전에 연동된다.

전술한 제1,제2흡배기매니폴드(22,24)는 배기연결관(80)을 관통하여 설치되는데, 이 배기연결관(80)은 제1,제2흡배기매니폴드(22,24)를 통해 실린더블록(10) 내부로 흡기된 혼합기 또는 공기가 압축행정과 폭발행정을 거쳐 연소가스로 배기될 경우에 거치게 되는 관로이며, 도 1, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 제1,제2흡배기매니폴드의 일단(22a,24a)에 제1연통공(63a)에 의해 배기연결관(80)의 일측이 각각 연통되고, 제1,제2흡배기매니폴드의 타단(22b,24b)에는 제2연통공(63b)에 의해 배기연결관(80)의 타측이 각각 연통되며, 배기연결관(80) 내에서는 후술하는 연통관(61)에 의해 제1,제2흡배기매니폴드의 일단(22a,24a)과 타단(22b,24b)이 연결된다.

배기연결관(80)에 제1,제2흡배기매니폴드(22,24)가 연결되는 부분에는 각각 제1,제2흡배기조절수단(60,70)이 설치되는데, 이 제1,제2흡배기조절수단(60,70)은 제1,제2흡배기매니폴드(22,24)로부터 배기연결관(80)으로 관로를 선택적으로 변경함에 따라, 흡기행정에서는 혼합기 또는 공기가 실린더블록(10) 내로 흡기되도록, 도 7에 도시된 바와 같이 연통관(61)이 제1,제2흡배기매니폴드의 일단(22a,24a)과 타단(22b,24b)을 연통시키고, 배기행정에서는 도 8에 도시된 바와 같이 연통관(61)이 제1,제2흡배기매니폴드의 일단(22a,24a)과 배기연결관(80)을 연통시켜 연소가스가 배기연결관(80)을 통해 배출되도록 하는 것으로, 배기연결관(80) 내에서 배기연결관(80)의 반경방향으로 회전가능하게 설치되는 연통관(61)과, 이 연통관(61)을 회전시키는 액추에이터(64)를 포함하여 이루어진다.

여기서, 배기연결관(80)은 연통관(61)이 회전할 수 있도록 지지대 역할을 하고 배기가스는 이 배기연결관(80)의 일단에 팬 구동벨트(200)에 의해 크랭크축(14)과 연결된 배기팬(미도시)에 의하여 빨려나가며 이때, 연통관(61)은 외부로부터 빨려들어오는 찬공기에 의하여 식혀진다. 이 배기팬은 크랭크축(14)이 회전하는 한 계속 돌아가므로 지속적으로 연통관(61)을 냉각시켜 제1,제2흡배기매니폴드(22,24)를 통해 흡입되는 공기 또는 혼합기의 온도 상승에 의해 흡기효율이 저하되는 것을 방지한다.

또한, 제1,제2흡배기조절수단(60,70)의 작동에 있어서는 기밀이 유지되는 것이 상당히 중요한데, 이를 위해 연통관(61)의 양단은 배기연결관(80)의 내주면 양측에 밀착된 상태에서 회전되는 것이 바람직하며, 따라서 연통관(61)의 양단에 연통관(61)과 일체로 형성되고 배기연결관(80)의 내주면에 밀착 지지되는 곡면판 형상의 스커트(62)가 구비된다.

이때, 도 14 내지 도 16에 도시된 바와 같이, 배기행정시 연통관(61)이 회전하여 제1연통공(63a)이 개방되고 제1,제2흡배기매니폴드(22,24)와 배기연결관(80)이 연통된 경우, 배기가스가 모두 배기연결관(80)을 통해 배출될 수 있도록, 제2연통공(63b)은 폐쇄상태로 유지되어야 할 필요가 있다.

따라서, 연통관(61)이 회전하여 제1연통공(63a)이 개방되더라도 제2연통공(63b)은 제1,제2흡배기매니폴드의 타단(22b,24b) 쪽 스커트(62b)에 의해 폐쇄상태가 유지되게끔, 제1,제2흡배기매니폴드의 타단(22b,24b) 쪽 스커트(62b)의 길이를 적절히 형성시키는 것이 바람직하며, 제1,제2흡배기매니폴드의 타단(22b,24b) 쪽 스커트(62b)의 현의 길이가 제2연통공(63b)의 직경과 동일하거나 약간 더 크게 형성되는 것이 바람직하다.

연통관(61)을 양방향으로 회전시키는 액추에이터(64)는, 도 2에 도시되는 바와 같이, 연통관(61)의 외주면 중간부를 관통하여 고정되는 회전축(64a)과, 이 회전축(64a)에 결합하여 고정되는 평기어(64b)와, 제3캠축(50)에 결합되는 한 쌍의 흡배기조절캠(51)에 일단이 접하도록, 예를 들어 코일스프링(65) 등에 의해 탄성바이어스되어 제3캠축(50)의 회전에 따라 선형이동되는 흡배기조절로드(64c)와, 흡배기조절로드(64c)의 타단에 일체로 형성되고 평기어(64b)에 맞물려지는 랙기어(64d)를 포함하여 이루어진다.

따라서, 제3캠축(50)이 회전하면 제3캠축(50)에 결합된 흡배기조절캠(51)이 회전하게 되고, 이에 의해 흡배기조절캠(51)에 밀착된 흡배기조절로드(64c)가 선형이동되면 그 단부에 형성된 랙기어(64d)도 일체로 선형이동되며, 이러한 랙기어(64d)의 선형이동에 의해 연통관(61)의 회전축(64a)에 고정되는 평기어(64b)가 양방향으로 교호적으로 회전됨에 따라 연통관(61)이 배기연결관(80) 내에서 회전되면서, 흡기행정에서는 제1,제2흡배기매니폴드의 일단(22a,24a)과 타단(22b,24b)을 연통시켜 혼합기 또는 공기가 실린더블록(10) 내로 흡기되고, 배기행정에서는 제1,제2흡배기매니폴드의 일단(22a,24a)과 배기연결관(80)이 연통되어 연소가스가 배기연결관(80)을 통해 배출된다.

여기서 흡배기조절캠(51)의 작동은, 배기행정 전체에 걸쳐 제1,제2흡배기조절수단(60,70)에 의해 제1,제2흡배기매니폴드(22,24)와 배기연결관(80)이 연통된 상태를 유지시키고, 배기행정의 종료, 흡기행정 직전에는 순간적으로 연통관(61)을 회전시켜 제1,제2흡배기매니폴드의 일단(22a,24a)과 타단(22b,24b)을 연통시키고, 제1,제2흡배기매니폴드(22,24)를 통해 공기 또는 혼합기가 실린더블록(10) 내로 흡입되도록 해야 한다.

이를 위해, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 제3캠축(50)이 삽입되는 흡배기조절캠(51)의 내주면 일측에 캠돌기(51a)를 돌출형성시키고, 제3캠축(50)의 외주면에는 캠돌기(51a)에 대응되는 단턱(50a)을 원주방향으로 형성시켜, 제3캠축(50) 회전시 제3캠축(50)의 단턱(50a)이 캠돌기(51a)를 밀게 하여 흡배기조절캠(51)이 제3캠축(50)의 회전에 연동하여 회전하도록 하는 한편, 원주방향으로 형성되는 단턱(50a)의 일정 각도 구간에 빈 공간(52)을 형성시켜, 일정 각도 구간 내에서는 흡배기조절캠(51)이 제3캠축(50)의 회전에 관계없이 자유롭게 회전될 수 있도록 한다.

또한, 흡배기조절로드(64c)의 상단과 접촉하여 작동력을 전달하게 되는 흡배기조절캠(51)의 로브는 소정 각도의 부채꼴형상으로 형성시켜, 연통관(61) 회전 후 제1,제2흡배기매니폴드(22,24)와 배기연결관(80)의 연통이 최대한 오래 유지되도록 하되, 제1,제2흡배기매니폴드의 일단(22a,24a)과 타단(22b,24b)이 연통되도록 연통관(61)이 회전되는 동작은 급속하게 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

즉, 흡배기조절캠(51)은 부채꼴형상의 로브에 의해 충분한 밸브리프트량을 확보한 상태에서 흡기행정 직전까지 흡배기조절로드(64c)의 상단을 밀고 있다가, 흡배기조절캠(51)의 로브와 흡배기조절로드(64c) 상단의 접촉이 끝나는 즉시, 코일스프링(65)의 강한 탄성회복력을 받아 급속히 회전하면서 제1,제2흡배기매니폴드의 일단(22a,24a)과 타단(22b,24b)이 연통되도록 하는 것이 바람직하다.

이때, 흡배기조절캠(51)의 급속한 회전은, 흡배기조절캠(51)의 측면이 코일스프링(65)의 강한 탄성회복력을 받는 순간, 흡배기조절캠(51)이 제3캠축(50)의 단턱(50a) 사이에 일정 각도로 형성된 빈 공간(52)을 따라 캠돌기(51a)가 급속하게 회전하면서 이루어지는 것이다.

이하, 본 발명의 일실시예에 따른 4행정 내연기관의 흡배기 장치(1)의 작동을 각각의 행정별로 살펴보기로 한다.

4행정 내연기관은 도 9 내지 도 16에 도시되는 바와 같이, 혼합기 또는 공기가 실린더블록(10) 내부로 흡기되는 흡기행정과, 흡기행정에 의해 실린더블록(10) 내부로 흡기된 혼합기 또는 공기를 피스톤(11)의 상승을 통해 압축시키는 압축행정과, 압축행정에 의해 압축된 혼합기를 점화플러그로 점화시키거나 또는 압축행정에 의해 압축된 공기에 연료를 분사하여 폭발적인 연소를 일으키는 폭발행정과, 폭발행정에 의해 연소된 연소가스를 실린더블록(10)으로부터 배기시키는 배기행정을 수행하면서 동력을 발생시키게 된다.

본 발명의 일실시예에 따른 4행정 내연기관의 흡배기 장치(1)에 있어서, 제1,제2흡배기밸브(21,23)는 전체 4행정 중 배기행정과 흡기행정에서는 개방된 상태로 유지되고, 압축행정과 폭발행정에서는 폐쇄된 상태로 유지된다.

또한 제1,제2흡배기조절수단(60,70)은 전체 4행정 중 배기행정을 제외한 대부분에 있어서 연통관(61)이 제1,제2흡배기매니폴드의 일단(22a,24a)과 타단(22b,24b)을 연통시키는 상태로 유지되게 하고, 배기행정에서는 연통관(61)이 제1,제2흡배기매니폴드의 일단(22a,24a)과 배기연결관(80)을 서로 연통시키게 됨을 밝혀둔다.

도 9와 도 10에는 흡기행정이 도시되는데, 이 흡기행정 동안 크랭크축(14)은 0도에서 180도로 회전되고, 제1전동수단(110)에 의해 크랭크축(14)에 연동되는 제1캠축(30)과 제2캠축(40)은 0도에서 90도로 회전되며, 제2전동수단(120)에 의해 제2캠축(40)에 연동되는 제3캠축(50)은 0도에서 90도로 회전된다.

크랭크축(14)이 0도에서 180도로 회전되는 동안 제1캠축(30)에 일체로 결합된 제1흡배기캠(31)이 제1흡배기밸브(21)를 아래로 밀어 제1흡배기매니폴드(22)가 개방되고, 제2캠축(40)에 일체로 결합된 제2흡배기캠(41)이 제2흡배기밸브(23)를 아래로 밀어 제2흡배기매니폴드(24)가 개방됨에 따라 혼합기 또는 공기가 실린더블록(10) 내부로 흡기가능하게 되고, 피스톤(11)이 상사점에서 하사점으로 이동되면서 혼합기 또는 공기가 실린더블록(10) 내부로 흡기된다. 크랭크축(14)이 180도로 회전되어 피스톤(11)이 하사점에 도달하면 제1,제2흡배기밸브(21,23)는 다시 원위치되면서 제1,제2흡배기매니폴드(22,24)는 폐쇄되고 흡기행정이 완료된다.

도 11과 도 12에는 압축행정이 도시되는데, 이 압축행정 동안 크랭크축(14)은 180도에서 360도로 회전되고, 제1전동수단(110)에 의해 크랭크축(14)에 연동되는 제1캠축(30)과 제2캠축(40)은 90도에서 180도로 회전되며, 제2전동수단(120)에 의해 제2캠축(40)에 연동되는 제3캠축(50)은 90도에서 180도로 회전된다.

크랭크축(14)이 180도에서 360도로 회전되는 동안 제1,제2흡배기밸브(21,23)는 닫혀진 상태로 유지되어 제1,제2흡배기매니폴드(22,24)가 폐쇄된 상태로 유지되며, 피스톤(11)은 하사점에서 상사점으로 이동하면서 실린더블록(10) 내부로 흡기된 혼합기 또는 공기를 압축한다.

도 13과 도 14에는 폭발행정이 도시되는데, 이 폭발행정 동안 크랭크축(14)은 360도에서 540도로 회전되고, 제1전동수단(110)에 의해 크랭크축(14)에 연동되는 제1캠축(30)과 제2캠축(40)은 180도에서 270도로 회전되며, 제2전동수단(120)에 의해 제2캠축(40)에 연동되는 제3캠축(50)은 180도에서 270도로 회전된다.

크랭크축(14)이 360도로 회전한 때에 점화플러그에 의해 불꽃이 튀겨지거나 또는 연료분사구에 의해 연료가 분사되는데, 이에 의해 압축된 혼합기 또는 공기가 폭발적으로 연소되면서 피스톤(11)을 아래로 내리누르게 되고, 이러한 힘이 커넥팅로드(12)를 거쳐 크랭크(13)에 전달됨에 따라 크랭크축(14)을 회전시키는 원동력이 되며, 결국 피스톤(11)은 크랭크축(14)이 360도에서 540도로 회전되는 동안 상사점에서 하사점으로 이동된다.

크랭크축(14)이 360도에서 540도로 회전되는 동안 제1,제2흡배기밸브(21,23)는 닫혀진 상태로 유지되어 제1,제2흡배기매니폴드(22,24)가 폐쇄된 상태로 유지된다.

도 15와 도 16에는 배기행정이 도시되는데, 이 배기행정 동안 크랭크축(14)은 540도에서 720도로 회전되고, 제1전동수단(110)에 의해 크랭크축(14)에 연동되는 제1캠축(30)과 제2캠축(40)은 270도에서 360도로 회전되며, 제2전동수단(120)에 의해 제2캠축(40)에 연동되는 제3캠축(50)은 270도에서 360도로 회전된다.

크랭크축(14)이 540도에서 720도로 회전되는 동안 제1흡배기캠(31)과 제2흡배기캠(41)은 각각 제1흡배기밸브(21)와 제2흡배기밸브(23)를 아래로 밀어 제1,제2흡배기매니폴드(22,24)가 개방됨에 따라 연소가스가 실린더블록(10)으로부터 배기 가능하게 되며, 피스톤(11)은 하사점에서 상사점으로 이동되면서 연소가스를 밀어 배출시킨다.

한편, 배기행정시 제3캠축(50)에 결합된 한 쌍의 흡배기조절캠(51)에 의해 흡배기조절로드(64c)가 선형이동되면서 연통관(61)이 회동되고, 그 결과 연통관(61)은 제1연통공(63a)에 의해 제1,제2흡배기매니폴드의 일단(22a,24a)과 배기연결관(80)을 서로 연통시키는 상태로 유지되며, 이때 제2연통공은 스커트(62b)에 의해 폐쇄된 상태이다.

따라서, 배기행정에 의해 실린더블록(10)으로부터 배기된 연소가스는 제1,제2흡배기매니폴드의 타단(22b,24b)을 통해 배기되는 것이 아니라 배기연결관(80)을 통해 배출되며, 이때 배기연결관(80)의 일측에는 팬 구동벨트(200)에 의해 크랭크축(14)에 연동되어 회전하게끔 배기팬(미도시)이 설치되고, 이 배기팬의 회전에 의해 연소가스는 배기연결관(80)을 통해 외부로 배출되는 것이다.

이에 따라, 종래 고온 고압의 연소가스가 배기매니폴드를 통해 빠르게 배출되면서 발생되는 소음이 저감되는 효과가 있다.

크랭크축(14)이 720도로 회전되면 흡배기조절로드(64c)는 다시 원위치되면서 연통관(61)이 회전하여 다시 제1,제2흡배기매니폴드의 일단(22a,24a)과 타단(22b,24b)을 연통시키게 되고 배기행정이 완료된다.

즉, 흡배기조절캠(51)이 계속 회전하던 중에, 흡배기조절캠(51)의 로브와 흡배기조절로드(64c) 상단과의 접촉이 끝나게 되면, 코일스프링(65)의 강한 탄성회복력을 받아 흡배기조절캠(51)이 급속히 회전하면서 흡배기조절로드(64c)가 급속히 선형이동하고, 연통관(61) 역시 급속히 회전하여 제1,제2흡배기매니폴드의 일단(22a,24a)과 타단(22b,24b)을 연통시킨다.

이때, 흡배기조절캠(51)의 급속한 회전은, 흡배기조절캠(51)의 측면이 코일스프링(65)의 강한 탄성회복력을 받는 순간, 흡배기조절캠(51)이 제3캠축(50)의 단턱(50a) 사이에 일정 각도로 형성된 빈 공간(52)을 따라 캠돌기(51a)가 급속하게 회전하면서 이루어지는 것이다.

한편, 제1,제2흡배기캠(31,41)의 로브가 부채꼴 형상으로 형성되어 배기행정에서 흡기행정까지 계속하여 제1,제2흡배기밸브(21,23)를 밀게 됨에 따라 제1,제2흡배기밸브(21,23)는 배기행정에서 시작하여 흡기행정이 완료될 때까지 개방상태가 유지된다.

따라서, 흡기행정에서는 제1,제2흡배기매니폴드의 일단(22a,24a)과 타단(22b,24b)이 연통된 상태에서 공기 또는 혼합기가 실린더블록(10) 내부로 흡입되고, 배기행정에서는 제1,제2흡배기매니폴드의 일단(22a,24a)과 배기연결관(80)을 통해 연소가스가 외부로 배출되는 것이다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 즉, 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.