KR100244723B1 - 내연기관 - Google Patents

Abstract

본 발명의 내연기관은 실린더(2)에 왕복가능하게 수용되고 피스톤의 왕복운동을 출력축의 회전운동으로 변환하는 커플링(5, 22)에 의해 회전출력축(17)에 결합된 적어도 하나의 피스톤(1)을 포함한다. 이 엔진은 사용시 실린더내의 연료/공기 혼합물이 엔진의 동작주기에서 소정의 점화시간으로 점화되도록 배치된다.

커플링은 압축행정시 피스톤의 속도가 점화시에 갑자기 감소하고 또한 피스톤의 위치가 상사점 위치에 도달하기 전에 증가하도록 배치된다.

Description

내연기관

본 발명은 2 행정 또는 4 행정 방식의 내연기관에 관한 것으로, 특히 실린더내에 왕복가능하게 수납되고 피스톤의 왕복 운동을 출력축의 회전 운동으로 변환하는 커플링에 의해 회전 출력축에 결합되는 적어도 하나의 피스톤을 포함하는 엔진 형태에 관한 것이며, 상기 엔진은 사용시, 각 실린더내의 연료/공기 혼합물이 엔진의 동작 사이클에서 소정 시간으로 점화(이하, 점화 시간이라 함)하도록 배치된다. 또한, 본 발명은 이와같은 엔진의 작동 방법에 관한 것이다.

종래의 엔진에 있어서, 출력축은 크랭크축과 각 피스톤 사이의 커플링을 구성하며, 또한 출력축은 적어도 제한적인 상대 회전 운동을 하도록 피스톤에 연결된 피스톤 로드에 회전가능하게 결합된 출력축에 고정되는 각각의 크랭크를 구성한다. 물론, 크랭크축의 사용은 장기간에 걸쳐 확립 및 입증되었으며, 어떤 운동에서의 각 피스톤의 위치 및 속도가 조합된 피스톤 로드와 크랭크의 형상에 의해 정밀하게 결정되고 실린더내 연소과정의 진행 및 특성에 전혀 무관한 필연적 결과를 갖는다.

내연기관의 작동 효율은 서로 다수의 밀접한 관계가 있는 다수의 복잡한 요인들에 의해 좌우되며, 이 요인들은 공기/연료 혼합물을 통해 전파되는 화염의 완료와 속도 및 피스톤의 순간 위치와 연소 공정의 진행간의 관계를 포함한다.

종래의 엔진에 있어서, 피스톤의 순간 위치는 상기와 같이 기하학적 형상의 고려에 의해서만 결정되기 때문에 연소 공정의 진행을 피스톤의 운동에 매칭시키기 위한 시도가 행해져야 한다. 스파아크 점화 엔진에 의한 스파아크에 의하건 디젤 엔진에서의 압축에 의하건, 공기 연료 혼합물의 점화는 일반적으로 상사점 위치(top dead center position;TDC) 앞의 대략 5°내지 40°의 소정 포인트에서 일어난다. 연료의 연소는 일반적으로 TDC후의 대략 40°까지의 소정 점화점에서 발생한다. 연료의 연소는 2개의 구별이 어려운 중첩단계에서 일어나는데, 첫째는 화염이 최초에 전체의 공기/연료 혼합물에 걸쳐 일어나는 포인트로 부터 화염이 확산되는 화염전파 단계이고, 둘째는 연료가 실제로 점화되어 엔진의 파워 출력이 발생되는 단계이다. 종래의 엔진에 있어서는 화염 전파가 TDC 전에 반드시 종료되는 것이 바람직하며 화염 전파율은 공기/연료 혼합물 압력의 역함수이기 때문에 이는 사용가능한 최대 압축비에 대한 실제 한계에 놓이고 공기/연료 혼합물의 증대 압력이 화염 전파속도를 상당히 감소시키기 전에 화염 전파의 속도를 최대화 시키기 위한 부가적 장치의 사용을 필요로 한다.

따라서, 이는 평균 유효 압력(m.e.p)과 이에 따른 출력 및 엔진에 효율을 증대시키기 때문에 압축비를 증대시키는 것이 바람직하나, 상기한 요인은 압축비에 대한 실제 상한에 위치한다. 일반적으로, 화염 전파 속도를 최대화 시키기 위한 필요성은 복잡한 형상의 연소실, 와류-유도 입구, 스퀴시 영역 등의 제공에 의해 연료/공기의 와류 및/또는 난류의 발생을 요하며, 이들은 모두 엔진을 복잡하게 하고 제조가를 증대시킨다.

종래의 왕복 피스톤 엔진에 관해 일반적으로 취해지는 상기 여러 수단에도 불구하고, 연소 효율은 여전히 비교적 낮다. 이는 이론적으로 성취가능한 것 보다 현저히 낮은 엔진에 파워 출력 및 효율을 야기할 뿐만 아니라 엔진 배기 가스가 주로 탄화수소나 일산화탄소의 형태로 있는 다량의 미연소 또는 부분적으로 연소된 연료를 함유하게 된다. 이러한 배기 가스의 오염 문제는 환경적으로 수용할 수 있는 한계를 넘어 계속 심각해지고 있으며, 점증하는 엄격한 환경상 규정을 충족하기 위해서는 이들 오염물의 완전연소를 이루기 위해 자동차에 산화 촉매를 구비하도록 할 필요가 종종 있다. 그러나, 이러한 촉매들은 고가일 뿐만 아니라 예컨대, 납함유 연료의 부주의한 사용에 따른 촉매독으로 인해 사고를 일으킬 위험이 있다.

내연 기관에서 야기되는 또다른 문제는 각종 질소 산화물(NOx)의 발생에 관한 것이다. 이 NOx는 현재 특히 유해한 오염물로 인식되고 있다. 이는 효율을 높이기 위한 각종 엔진 설계 및 높은 배기 가스에 의해 촉진되어 NOx의 생성을 증대시킨다. 점증하는 오염에 대한 규정은 배기 가스로 부터 NOx를 제거하기 위해 자동차에 환원 촉매의 장착을 요하며 이는 자동차의 코스트를 더욱 증가시킨다.

크랭크축을 구비한 종래의 엔진에 있어서, 피스톤 속도는 하사점(BDC)으로 부터 점차 증가하고, 그 후 TDC 전의 90°에서 최대로 되며, 그 후 TDC에서 제로로된다. 속도의 감소율, 즉 피스톤의 감속은 TDC 전의 90°에서 TDC 까지 점진적으로 증가한다. 하향 행정시 이 패턴은 반대로 된다. 종래 엔진의 피스톤의 운동은 피스톤의 변위가 수직축상에 도시되고 크랭크축의 각도가 수평축상에 도시된 제2도에 실선으로 표시되었다.

상기한 많은 문제들이 시간적 피스톤 운동의 특성 및 피스톤의 왕복 운동을 출력축의 회전 운동으로 변환하기 위한 크랭크축의 사용에 의해 적어도 부분적으로 야기된다는 것을 본 발명자는 인식했다. 출력축과 결합하는 다른 형태를 사용하고 크랭크축을 채용하지 않는 엔진은 공지되었으며, 이러한 엔진의 일례는 US4834033호에 기술되었다. 이 엔진은 역상으로 진동하고 그의 길이 방향으로 수평으로만 가동하도록 안내되는 공통 피스톤 로드에 연결된 2개의 대향 피스톤들을 갖는다. 피스톤 로드로 부터 돌출하는 로울러들이 출력축에 고정된 캐리지의 캠홈의 측면에 맞물린다. 캠면을 구성하는 상기 홈들의 측면과 접촉하고 있는 로울러의 직선 운동은 출력축을 회전시킨다. 그러나, 이 엔진의 캠면은 일정하게 대체로 사인파형으로 되며, 이에 따라 피스톤의 운동이 크랭크축을 갖춘 종래 엔진과 유사하다. 따라서 이 엔진에 의해서도 상기 문제들은 해소되지 않는다.

본 발명의 목적은 상기 문제점들을 제거 또는 감소시키며, 특히 연료가 종래에 비해 완전히 연소되어 엔진의 출력과 효율이 증대되고 배기 가스류에 있어서의 산화 촉매의 필요성이 제거될 수 있는 엔진을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 배기 가스의 온도가 감소되어 NOx의 생성이 감소되고 산화 촉매의 필요성이 감소 또는 제거될 수 있는 엔진을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 상기 형태의 내연 기관의 특징은 압축 행정시 피스톤의 속도가 점화시에 갑자기 감소하고 이어 피스톤의 속도가 상사점 위치에 도달하기 전에 증가하도록 커플링이 배치되거나 프로그램되는 데에 있다.

본 발명의 엔진에 있어서, 피스톤은 점화시 또는 그 근방에서 급격히 감속하는데 이는 연료의 점화 직후 실린더의 용적이 극히 약간 감소함을 의미하며 이 정도는 피스톤의 연속 운동에 의한 종래 엔진에 비해 훨씬 적은 것이다. 이는 TDC 전의 90°에서 감소율이 서서히 점진적으로 증가하는 종래 엔진과 대조적이다. 혼합물의 압축율이 간단히 감소되거나 차단됨으로써 복잡한 연소실, 난류 유입구, 스퀴시 영역 등의 필요없이 종래에 비해 화염이 보다 신속히 전파되도록 한다. 연료/공기 혼합물에 화염이 일단 전파되면, 통상적인 상태로 압축이 계속될 수 있다. 전형적으로 TDC 전의 35° 내지 15°에서 TDC 전의 20° 내지 8°까지, 점화 후 피스톤이 단시간동안 통상보다 서서히 운동한다는 사실은 정확한 시간에 TDC에 도달하도록 TDC 직전의 종래 속도보다 큰 속도로 다시 스피드가 증가되어야 함을 의미한다. 그러나, 그때까지 이 부가적 압축은 화염의 선단이 연료/공기 혼합물에 이미 전파되었기 때문에 화염 전파를 금지할 필요가 없는 것으로 인해 가능했던 종래보다 혼합물을 더 압축시킬 수 있는데, 이는 압축비가 증가된 상태로 동작할 수 있게 한다. 이는 m.e.p.를 증가시켜 출력을 증대시킨다. 연료에 대한 화염의 완전한 전파는 완전한 연소를 행하여 종래보다 동일한 출력에 대해 연료 소모를 감소시켜 실질적으로 미연소 배기 방출을 감소시킨다.

비교적 작은 출력이 TDC 에서 또는 그 부근에서 발생되며 종래 엔진에서 피스톤은 단지 점차적으로 증가하는 속도로 비교적 서서히 TDC 로 부터 떨어져 운동한다. 그러나, 완전 연소를 촉진시키고 연소로 부터 얻어진 출력을 최대화시키기 위해서는 가능한한 신속히 연소 공기/연료 혼합물의 양을 증대시키기 위해 TDC 후가 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 작용 행정시 피스톤의 최대 가속 및 최대 속도는 0°내지 40°사이, 바람직하게는 0°내지 20°사이의 위치에 도달한다. 이는 작용 행정시 피스톤의 최대 가속 및 최대 속도가 TDC후 90°에 도달되는 종래 엔진과 명백히 구별된다.

TDC 직후 점화된 연료/공기 혼합물의 양의 신속한 증가, 즉 종래 엔진에서 보다 TDC 직후 피스톤의 신속한 운동은 피스톤이 설정 시간에 BDC에 도달해야 하기 때문에 그의 작용 행정의 후부에서 종래 엔진보다 피스톤이 더 천천히 운동해야 함을 의미한다. 이 감소된 양의 연료/공기 혼합물의 팽창은 작용 행정을 향하며, 그동안 적은 출력이 발생되어 대폭 감소와 함께 배기가스의 온도 감소는 배기구(들)의 부식 및 마모를 감소시킨다.

본 발명에 따른 엔진은 종래와 전혀 다른 구조를 갖는다. 종래 엔진에 있어서, 피스톤의 운동은 커넥팅 로드 및 크랭크축의 운동에 의해 결정되며, 연소를 이 운동에 가능한한 매칭시키기 위한 시도들이 행해졌다. 그러나 본 발명에 있어서의 연소는 최적 상태로 진행되고 피스톤은 "후술(follw)"하는 상태로 동작하도록 프로그램되며 연소 과정의 특성과 진행에 전적으로 관련된다. 이는 특히, 압축비를 종래 실행가능한 것으로 예측되었던 것 이상의 값으로 증대시키고, 오염물 방출이 감소되는 잇점이 얻어질 경우 연소 효율 및 출력을 증대시키게 된다.

본 발명은 스파아크 점화 및 디젤 방식의 2 행정 엔진은 물론 이들 방식의 4 행정 엔진에도 적용할 수 있다. 본 발명은 압축 및 작용 행정시 피스톤운동을 변형시키는 것에만 관련되기 때문에, 엔진이 4 행정일 경우 피스톤은 배기 행정시 상기 변형된 운동이나 임의의 다른 운동 패턴 중 하나를 수행할 수 있다. 엔진이 스파아크 점화식일 경우 점화 시간은 물론 그 엔진의 점화 시스템에 의해 한정된다. 엔진이 디젤식일 경우 점화는 사용되는 연료의 특성 및 압축비에 의해 미리 정해지는 시간에 행해진다.

물론, 그의 동작 상태를 매칭시키기 위해 스파아크 점화식 엔진의 점화 시간을 변경하는 것은 이상한 것이 아니며, 특히 점화 시간은 초기 주행상태와 정상 고속 주행 상태사이에서 통상적으로 상이하게 된다. 점화 시간의 변동을 매칭시키기 위해 피스톤과 출력 축간의 커플링으로 가변 타이밍요소를 도입하는 것도 가능하나, 이를 행하지 않고 엔진의 정상 동작 상태에서 점화시간 또는 그 부근에서 피스톤 속도의 갑작스런 변화가 일어나는 것이 바람직하다.

본 명세서에서 TDC 전 또는 후의 각도에 대한 언급은 크랭크축의 회전 각도에 관한 통상의 상태로 설명된다. 출력축이 피스톤의 각 사이클에 대한 완전한 회전을 수행하도록 엔진이 구성될 경우 이 용어는 출력축의 회전각도에 관한 것으로 될 것이다. 그러나, 크랭크축의 제거는 피스톤이 출력축의 매 회전 동안 2 또는 그 이상의 사이클을 수행할 가능성을 제시하며, 이는 출력축 토오크가 향상되는 잇점을 갖는바, 특히 TDC 전 또는 후 각도에 대한 언급이 설명되어야 하며, 따라서, 예컨대 축이 피스톤의 매 3 사이클 동안 한번 회전하면 3°를 통과하여 TDC 전의 9°가 출력축의 회전에 해당할 것이다.

피스톤과 출력축간의 커플링은 실시예에서 다양하게 형성될 수 있으나, 이 커플링은 피스톤에 연결되는 커넥팅 로드 및 출력축에 회전 가능하게 고정되는 캠을 포함하며, 상기 커넥팅 로드는 그의 길이 방향으로 직선 운동만 수행하도록 안내되고, 상기 캠은 출력축 주위로 뻗어있는 연속 환상 캠면을 구비하고 피스톤으로 부터의 그의 거리가 출력축의 회전에 따라 점진적으로 또한 연속적으로 증가 및 감소하고 커넥팅 로드가 캠면과 맞물려 슬라이딩 또는 롤링할 수 있도록 형성된다. 그러나, 이는 필수적인 것은 아니고 다른형태의 커플링도 고려될 수 있으며, 이들 중 몇몇은 커넥팅 로드를 전혀 갖지 않는다. 커플링의 정확한 형태는 왕복 운동을 회전 운동으로 변환할 수 있고 또한 상기한 바와 같이 피스톤이 운동할 수 있도록 할 경우 어떠한 형상도 무방하다.

엔진은 당해 커플링 또는 각각의 커플링들을 통해 출력축에 연결된 다수의 피스톤 또는 단일 피스톤만을 포함할 수도 있다. 물론, 엔진은 예컨대, 실린더들이 V형으로 배치될 경우, 하나 이상의 출력축을 포함할 수도 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명에 다른 2 행정 엔진의 부분 측단면도이다.

제2도는 종래 엔진의 피스톤과 본 발명에 따른 엔진의 시간적 위치 변화를 나타내는 그래프이다.

제3도는 동일 위상으로 운동하고 각각의 커넥팅 로드에 연결된 2개의 피스톤을 채용한 변형 구조로서 제1도와 유사한 도면이다.

제4도는 출력축이 피스톤 로드에 수직으로 뻗어있는 커플링의 변형형태의 부분 측단면도이다.

제5도는 제4도의 커플링이 출력축의 길이 방향으로 놓인 상태를 보인 도면이다.

제1도는 2개의 동일한 대칭적으로 배치된 피스톤을 포함하는 2 실린더 2 행정 엔진의 부분도로서, 상기 2개의 피스톤 중 하나만 커넥팅 로드(5)에 연결된 상태로 도시되어 있다. 각 피스톤은 엔진 블럭 또는 보디(6)에 의해 한정되는 각각의 실린더(2)내에서 왕복 운동할 수 있으며, 하나 이상의 피스톤 링(3)을 갖는다. 각 실린더는 단순한, 일반적으로는 반구형 연소실(8)을 한정하는 각각의 실린더 헤드(9)에 의해 포위된다. 상기 헤드(9)에는 스파아크 플러그(도시되지 않음)를 수용하기 위한 개구(7)가 제공된다. 각각의 실린더는 피스톤 제어 배기구(10)와 펌프실을 갖춘 이송로(12)와 예컨대 통상적인 밸브가 제공된 입구(14)를 통해 연통하는 피스톤 제어 입구(4)를 갖는다.

커넥팅 로드(5)는 주 엔진 보디(6)의 일부를 구성하는 서로 간격을 둔 지지 웨브들(15)에 의해 지지되는 각각의 스플라인 부쉬(13)에 맞물리는 그의 외면상에 2개의 서로 떨어진 스플라인군(11)에 의해 그의 길이 방향으로 직선상태로 평행하게만 운동 하도록 안내된다. 상기 부쉬들(13)은 커넥팅 로드의 행정보다 다소 긴 거리만큼 서로 거리를 두고 있다. 웨브들(15)에 제공된 유로(16)를 통해 윤활제가 메쉬 스플라인들에 공급된다. 각 스플라인군(11)과 그와 조합된 피스톤사이에는 커넥팅 로드(5)가 립 시일(20)에 의해 맞물려 있다.

커넥팅 로드에 평행하게 회전 출력축(17)이 연장되며, 상기 출력축에는 커넥팅 로드(15)의 왕복 운동이 전달되어 축(17)에 고정되고 이로부터 대체로 방사상으로 뻗어있는 환상 캠 디스크(21)에 의해 축(17)의 회전 운동으로 변환된다. 상기 캠디스크(21)는 축(17)의 길이 방향에서 대체로 대향하고 있는 환상 캠면들(22,23)을 갖는다. 이 캠 디스크(22,23)는 단순한 평면 디스크가 아니라 그의 중앙 방사면(28)에 대해 주변 방향으로 나선 상태로 형성되어 있다. 따라서, 각 면들(22,23)은 연속적, 점진적으로 증가하고 감소하는 거리만큼 커넥팅 로드(5)의 길이 방향으로 각 피스톤으로 부터 거리를 두고 있다. 축(17)의 길이 방향으로 상기 2면들(22,23)상의 피크들간의 거리는 커넥팅 로드의 행정과 동일하다.

상기 각각의 캠면(22,23)은 커넥팅 로드(5)로부터 방사상으로 돌출하는 각각의 스터브축(26,27)상에 회전 가능하게 장착되는 각각의 가이드 로울(24,25)에 의해 맞물린다.

사용시, 2 피스톤은 역상으로 움직이며 이에 따라 각 피스톤의 작용 행정시 발생되는 출력이 다른 피스톤의 압축 행정을 실시하도록 커넥팅 로드(5)를 통해 전달된다. 상기 로울들(24,25)은 커넥팅 로드(5)와 함께 움직이며 축(17)은 축방향 운동에 대해 고정되고 면들(22,23)은 커넥팅 로드(5)의 운동 방향으로 경사지기 때문에 커넥팅로드(5)의 왕복 운동이 축(17)의 회전운동으로 변환된다. 각 캠면(22,23)은 3개의 피크를 갖기 때문에, 축(17)은 피스톤의 각 사이클 동안 1/3만 회전하여 종래 엔진과 비교하여 적어도 3배의 출력 토오크의 증대를 가져온다. 제1도는 캠(21)과 결합된 하나의 대향 피스톤쌍만을 도시하였으나, 상기와 같이 조합된 단일 피스톤은 물론 다수의 개별적 피스톤 또는 피스톤 쌍으로도 될 수 있다. 공통 커넥팅 로드에 의해 링크 결합되고 역상으로 운동하는 피스톤쌍의 사용에 따른 중요한 잇점은 2 실린더 에서의 점화에 의해 야기되는 가변 힘이 전체적으로 균형을 이루는 것이며, 이때 물론 크랭크의 회전에 의한 편심력이 야기되지 않는다. 커넥팅 로드에서 발생된 힘은 횡력을 받지 않으며, 이에따라 커넥팅 로드 및 피스톤의 수명이 길어진다.

캠(21)은 로울(24,25)사이에 샌드위치되기 때문에 임의의 순간에서의 피스톤의 위치는 캠면(22,23)의 형상, 즉 그 순간에서 로울과 접촉하고 있는 캠면의 그 부분의 정확한 형상에 의해 정밀하게 결정된다. 캠면들이 규칙적인 사인파 형상으로 될 경우 피스톤의 형상은 종래 엔진의 피스톤과 유사할 것이다. 그러나, 본 발명에 따른 캠면은 피스톤 운동이 압축 행정의 거의 대부분 종래와 같은 반면, 점화시에는 갑자기 감속되고, TDC 앞에서 가속된 다음, 예컨대 높은 압축비로 종래의 엔진보다 더 운동한다. 점화 시간이나 그 부근에서의 피스톤의 감속으로 인해, 연료/공기 혼합물에 대한 화염의 급속한 전파는 통상적인 엔진에서 발생하는 압력으로 상승이 저지된다. 일단 화염이 연료에 확산되면 어떠한 바람직하지 않은 작용없이 종래보다 높은 압축율로 다시 증가되며 연료의 연소가 거의 완료된다. TDC 후, 피스톤은 매우 빠르게 하향하여 최대 가속도에 이르는데, 그 최대 속도는 TDC 로 부터 40°, 바람직하게는 20°내이다. 이는 압축율과 효율을 더 향상시키며 실제로 작용 행정에서 연소가 다소 진전된다. 통상적으로 2 행정기관의 배기구가 TDC전에 약 80°로 개방되는 반면, 본 발명에서의 연소의 가속은 배기 밸브의 개방이 예컨대 TDC 전에 10°내지 70°만큼 지연되게한다. 이는 엔진의 출력을 증대시키면서 배기 효율은 감소시키지 않는다.

제2도에는 피스톤 운동이 종래 엔진의 그것과 다른 상태로 점선으로 도시되어 있다. 피스톤이 작용 행정의 초기부 동안 종래보다 급속히 동작하기 때문에 피스톤 행정의 후부시에는 물론 보다 천천히 움직여야 한다. 제2도에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 엔진의 작용 행정시의 시간/변위 곡선은 BDC 전 대략 90°에서 종래 엔진의 그것과 교차한다. 그러나, 배기구가 BDC 전 대략 70°에서 개방하기 때문에 피스톤이 통상보다 천천히 움직이는 동안 배기구의 개방전 대략 20°의 주기에 있게된다. 이는 배기 가스 온도를 감소시키게 되어 배기 가스의 NOx 성분을 감소시킨다.

따라서, 캠면들(22,23)은 상기한 피스톤 운동을 발생시키기 위해 형성 또는 프로그램된다. 물론, 제1도에 도시된 것은 정확한 실제 형상은 아니나, 각 캠면상의 각 피크가 점선으로 변형된 제2도의 곡선과 동일한 형상을 갖는다.

2개의 피스톤이 강성의 커넥팅 로드에 의해 링크 결합된 제1도의 구성에 있어서, 피스톤의 운동은 물론 항상 동일하다.

본 발명은 TDC 부근에서 주로 각 피스톤의 운동을 변경하며 이 변경된 운동은 또한 다른 피스톤에 의해 동시에 수행된다. 그러나, 이때 다른 피스톤은 BDC 근방에 있으며, 이 위치에서 그의 다소의 변경은 출력이 TDC 후 대략 90°내에서만 피스톤에 의해 기본적으로 발생되기 때문에 그로 부터의 출력이나 동작에 대해 영향을 주지 않는다.

제3도는 2 피스톤 1A, 1B가 동상으로 움직이고 각각의 커넥팅 로드 5A,5B에 연결된 변형 실시예를 나타낸다. 실린더 헤드가 제공되어 있지 않으며, 연소실이 2 피스톤들 사이에 한정되어 있다. 직선 슬라이딩 운동을 하기 위해 각각의 커넥팅 로드가 각각의 스플라인(11)에 의해 지지된다. 각각의 커넥팅 로드는 제1도의 캠(21)과 동일한 형상을 갖는 각각의 캠들(21)상에서 동작하는 로울들(24,25)을 지지한다. 다른 관점에 의하면, 이 구성과 동작은 제1도의 그것과 유사하다.

제4도와 제5도는 한 라인에 다수의 개별적 피스톤/실린더를 포함하는 다른 변형 실시예를 나타내며, 각 피스톤은 커넥팅되는데, 도면에서 상기 커넥팅 로드는 단지 하나만 도시되어 있다. 피스톤(도시되지 않음)으로 부터 떨어진 그의 단부에서 커넥팅 로드는 분기 또는 요크(37)를 가지며, 그의 가지부들 사이에 주 로울(38)이 저널되어 있고, 그 아래로 2개의 다른 로울들(39)이 요크(37)의 가지부들로 부터 내측우로 돌출하는 스터브축(40)에 지지되어 있다. 방사상으로 돌출하는 캠 디스크(21)가 출력축(17)에 회전가능하게 고정 연결되며, 이는 외측으로 향한 면(34)과 2개의 내측으로 향한 면들(36)을 가진 림(35)이 그의 외단에 내측으로 연결되어 있다. 상기 림(35)은 각 측면이 오목한 상태로 축에 대해 평행하게 보았을때 대체로 3각형을 하고 있다. 이 림(35)은 로울 38과 39사이에 샌드위치되어 있으며, 이때 상기 로울 38은 면34와 구름(rolling) 상태로 맞물리고 상기 로울 39는 면36과 구름 상태로 맞물린다. 면들(34,36)과 샤프트(17)의 축간의 거리는 림 부근에서 점진적으로 변화하며, 그 최대 변위는 피스톤의 행정과 동일하다. 따라서, 피스톤이 왕복 운동함에 따라 림(35)과 축(17)은 피스톤의 매 3사이클 동안 마다 1회전한다. 비록 도시되지는 않았으나, 상기 면들(34,36)의 형상은 제1도에 도시된 면들(2,23)과 동일하며, 이에 따라 피스톤은 제1도의 실시예와 동일한 변형 운동을 수행한다.

상기 실시예들에 대한 여러가지 변형들이 실시될 수 있을 것이다. 특히, 엔진은 어떠한 형태라도 무방한 바, 이는 상기한 바와 같은 소정의 조정을 요하며 피스톤의 운동이 변경되는 타이밍이 당업자의 능력내에서 용이하게 설정될 수 있을 것이다. 피스톤과 출력축간의 커플링도 다양한 형태를 취할 수 있으며 이들의 특징은 피스톤의 운동이 연료의 연소를 따르고 연료의 연소와 엔진의 출력을 최적화하도록 변경하는 것이다.

Claims (11)

1. 실린더에 왕복 가능하게 수용되고 피스톤의 왕복 운동을 출력축의 회전 운동으로 변환하는 커플링에 의해 회전 출력축에 결합된 적어도 하나의 피스톤을 포함하고, 사용할 때 실린더내의 연료/공기 혼합물이 엔진의 동작주기에서 소정의 점화 시간으로 점화 되도록 배치되는 내연 기관에 있어서, 상기 커플링이 압축 행정시 피스톤의 속도가 점화시에 갑자기 감소하고 또한 피스톤의 속도가 상사점 위치에 도달하기 전에 증가하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
2. 제1항에 있어서, 상기 커플링은 작용 행정시 피스톤의 최대 가속이 상사점 후 0 내지 40°, 바람직하게는 0 내지 20°사이의 위치에 도달되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 커플링은 피스톤에 연결되는 커넥팅 로드 및 출력축에 회전 가능하게 고정되는 캠을 포함하며, 상기 커넥팅 로드는 그의 길이 방향으로 직선 운동만 수행하도록 안내되고, 상기 캠은 출력축 주위로 뻗어있는 연속 환상 캠면을 구비하고 피스톤으로 부터의 그의 거리가 출력축의 회전에 따라 점진적으로 또한 연속적으로 증가 및 감소하고 커넥팅 로드가 캠면과 미끄럼 또는 구름 상태로 맞물리도록 형성된 것을 특징으로 하는 내연 기관.
4. 제3항에 있어서, 상기 출력축은 커넥팅 로드에 평행하게 연장되고, 상기 캠면은 대체로 출력축의 길이 방향으로 향하며 커넥팅 로드로부터 가로로 뻗어 있는 돌출부에 의해 맞물리는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
5. 제3항에 있어서, 상기 출력축은 커넥팅 로드에 수직으로 연장되고 상기 캠면은 출력축 길이의 횡 방향으로 향한 것을 특징으로 하는 내연 기관.
6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 공통 커넥팅 로드에 연결된 각각의 실린더들에 2개의 피스톤이 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
7. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 커넥팅 로드에 연결되고 동시에 압축 및 작용 행정을 수행하기 위해 배치된 동일 실린더내의 2개의 피스톤이 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
8. 제3항에 있어서, 상기 캠은 서로 반대방향으로 향한 2개의 연속적 환상 캠면을 포함하고 상기 캠면들의 각 하나에 미끄럼 또는 구름 접촉하고 있는 2개의 맞물림 부재가 제공된 것을 특징으로 하는 내연 기관.
9. 제7항에 있어서, 상기 커플링은 출력축의 각 완전한 회전동안 피스톤이 2개이상, 바람직하게는 3개의 사이클을 수행하는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
10. 실린더에 왕복 가능하게 수용되고 피스톤의 왕복 운동을 출력축의 회전 운동으로 변환하는 커플링에 의해 회전 출력축에 결합된 적어도 하나의 피스톤을 포함하며, 실린더내로 연료 및 공기를 도입하고 연료가 엔진의 동작 주기에서 소정의 점화 시간으로 점화되는 단계를 포함하는 내연 기관의 작동 방법에 있어서, 압축 행정시 피스톤의 속도가 점화시에 갑자기 감소하고 또한 속도가 상사점 위치에 도달하기 전에 증가하도록 된 것을 특징으로 하는 내연 기관의 작동 방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 피스톤은 작용 행정시 피스톤의 최대 가속이 상사점 후 0 내지 40°, 바람직하게는 0 내지 20°사이의 위치에 도달되는 것을 특징으로 하는 방법.