KR20060040722A - 왕복 내연기관 - Google Patents

Abstract

하우징과 하우징에 배치된 피스톤 조립체를 포함하는 왕복 내연기관이 제시된다. 피스톤 조립체는 하우징 내에서 거의 움직이지 않는다. 실린더는 하우징 내부에 배치되어 이동할 수 있다. 연소실은 피스톤 조립체와 실린더 사이에 배치된다.

내연기관, 움직이지 않는 피스톤, 피스톤 조립체, 피스톤 라이너, 이동 실린더, 크랭크축, 회수밸브, 배기밸브, 웨이스트 게이트 밸브, 압축비 조절

Description

왕복 내연기관 {RECIPROCATING INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 일반적으로 내연기관에 관한 발명이며, 더욱 자세히는, 거의 움직이지 않는 피스톤을 가진 왕복 내연기관에 관한 발명이다.

당해 기술 분야에서 널리 알려진 바와 같이, 내연기관이란 열에너지를 기계적인 일로 변환하는 기계를 말한다. 내연기관에서, 연소실 내부로 유입된 연료-공기의 혼합물(혼합기)은 연소실 안에서 피스톤이 미끄러질 때 압축된다. 혼합기를 점화하기 위한 전기 스파크를 발생시키기 위해서 연소실에 장착된 점화플러그에 높은 전압이 가해진다. 이에 따른 연소에 의해 피스톤은 연소실 내부에서 아래방향으로 가압 되고, 이에 따라 회전식의 출력으로 변환된 힘이 생성된다.

이러한 내연기관은 다양한 문제점이 있다. 첫째로, 이동하는 부품들이 많기 때문에 엔진 조립 비용이 많이 든다. 또한, 이동하는 부품들 때문에 이동하는 부품들 사이의 마찰에 의해 엔진의 사용 수명이 짧아진다. 그리고, 다수의 부품으로 인해 엔진이 무겁다. 또한, 종래 개발된 내연기관은 외부로 배기가스를 방출하기 전에, 배기가스에 포함된 가용 에너지를 충분하게 동력화하지 못하므로 효율이 떨어진다. 그리고, 종래 개발된 엔진은 웨이스트 게이트 밸브(waste gate valve)의 열림을 배압(back pressure)에만 의존할 뿐 엔진의 출력설정이나 엔진의 RPM에 의 존하지 않으므로 웨이스트 게이트 밸브의 효율이 떨어진다. 게다가, 종래 개발된 내연기관은 분사된 연료를 곧바로 배기밸브로 보내지 못하므로 배기밸브가 조기에 손상되고 배기밸브의 냉각과 설계에 많은 비용이 든다. 그리고, 종래 개발된 내연기관에서는 점화플러그나 연료분사장치가 엔진의 피스톤 내부에 설치될 수 없으므로 이러한 장치들을 더 바람직할 가능성이 있는 곳에 배치하지 못하는 제한이 있다.

그러므로, 높은 출력 대 중량비(power-to-weight ratio)를 가질 뿐만 아니라 경제적인 생산이 가능하고, 높은 정도의 신뢰성을 가지며, 현재 가용한 왕복기관보다 더 적은 이동 부품을 가지면서, 더 효율이 좋은 내연기관에 대한 요구가 있다.

본 발명에 따라 이루어진 내연기관의 제 1 실시예가 제시된다. 상기 내연기관은 하우징과 상기 하우징 내부에 배치된 피스톤 조립체를 포함하며, 내부의 상기 피스톤 조립체는 상기 하우징에 대하여 거의 움직이지 않는다. 상기 내연기관은 또한 상기 하우징 내부에 이동가능하게 배치된 실린더와 상기 실린더 및, 상기 피스톤 조립체 사이에 배치된 연소실을 포함한다.

본 발명에 따라 이루어진 내연기관의 제 2 실시예가 제시된다. 상기 내연기관은 상기 하우징 내에 배치된 피스톤 조립체와 상기 하우징 내부에 이동가능하게 배치된 실린더를 포함한다. 또한, 상기 내연기관은 상기 실린더와 상기 하우징 사이에 배치된 배기가스 회수실을 가지며, 상기 배기가스 회수실은 상기 실린더의 이동을 보조하기 위해 상기 내연기관에서 생성된 배기가스를 수용하기 적합하다.

본 발명에 따라 이루어진 내연기관의 제 3 실시예가 제시된다. 상기 내연기관은 하우징과 상기 하우징 내에 배치된 피스톤 조립체를 포함한다. 또한, 상기 내연기관은 상기 하우징 내부에 이동가능하게 배치된 실린더와, 상기 실린더와 유체 소통되는 웨이스트 게이트 밸브를 포함한다. 상기 웨이스트 게이트 밸브는 상기 실린더 내에서 생성된 배기가스가 상기 내연기관으로부터 조기에 배출되도록 하는 방출위치 및, 상기 배기가스가 상기 내연기관으로부터 조기에 방출되는 것이 방해받는 닫힘위치로 움직일 수 있다.

본 발명의 전술한 측면들과 이에 따르는 많은 장점들은, 이에 수반되는 도면과 함께 후술할 발명의 상세한 설명을 참조하여 더 잘 이해함으로써, 더 쉽게 평가될 수 있다.

도 1A는 본 발명에 따라 이루어진 내연기관의 직선 변위와 회전 변위를 나타내는 도식도;

도 1B는 본 발명에 따라 이루어진 내연기관의 운동과 공통 중심점을 나타내는 도;

도 2는 본 발명에 따라 이루어진 내연기관에서, 실린더의 제 2 세트에 대해 수직으로 뻗어있는 실린더의 제 1 세트를 나타내며, 각각의 실린더세트가 왕복 및 회전 메커니즘과 접촉하고 있는 것을 나타내는 내연기관의 측단면도;

도 3은 본 발명에 따라 이루어진 내연기관에서 배기포트, 흡기포트와 왕복 및 회전 메커니즘을 나타내는 내연기관의 일부의 단면도;

도 4는 본 발명에 따라 이루어진 내연기관에서 실린더, 흡기포트와 배기포트를 나타내는 내연기관의 단면도;

도 5는 본 발명에 따라 이루어진 내연기관에서 실린더 저널 핀 슬롯, 배기포트, 하우징과 실린더 링을 나타내는 내연기관의 단면도;

도 6은 본 발명에 따라 이루어진 내연기관에서, 피스톤 링과 점화플러그 또는 분사개구를 나타내는 내연기관용 피스톤의 단면도;

도 7은 본 발명에 따라 이루어진 내연기관에서, 상기 하우징, 배기포트와 실린더 링을 나타내는 내연기관의 단면도;

도 8A은 본 발명에 따라 이루어진 내연기관용 예압축 판의 평면도;

도 8B는 본 발명에 따라 이루어진 내연기관용 예압축 판의 횡단면도;

도 8C는 본 발명에 따라 이루어진 내연기관에 대한 예압축 판의 횡단면도;

도 9는 본 발명에 따라 이루어진 내연기관에서, 연소실로 들어가는 연료-공기 혼합기의 들어가는 모습과 배기포트를 통하여 배기가스가 배기되는 모습을 나타내는 내연기관의 측단면도;

도 10은 본 발명에 따라 이루어진 내연기관에서, 왕복 및 회전 메커니즘의 단부에 부착된 동력인출축을 나타내는 내연기관의 측단면도;

도 11은 본 발명에 따라 이루어진 내연기관에서, 엔진의 주 구성요소를 나타내는 내연기관의 횡단면도;

도 12는 본 발명에 따라 이루어진 내연기관에서, 실린더에 부착된 과압밸브를 가지는 엔진의 주 구성요소를 나타내는 내연기관의 횡단면도;

도 13은 본 발명에 따라 이루어진 내연기관에서, 왕복 및 회전 메커니즘의 한쪽 단부에 부착된 감소판(reduction plate)을 나타내는 내연기관의 횡단면도;

도 14는 동력인출저널을 나타내는, 본 발명에 따라 이루어진 내연기관의 측면도;

도 15는 리드밸브(reed valve) 조립체를 나타내는, 본 발명에 따라 이루어진 내연기관의 단부를 나타내는 도;

도 16은 본 발명에 따라 이루어진 내연기관에서 실린더 운동을 나타내는 도;

도 17은 본 발명에 따라 이루어진 내연기관에서 실린더 조립체의 운동을 나타내는 도;

도 18은 엔진블록 및 제어판 하우징과 여기에 부착된 흡기 매니폴드와 같은 관련 구성요소를 보여주는, 본 발명에 따라 이루어진 내연기관의 제 2 실시예에 대한 사시도;

도 19는 도 18에 도시된 내연기관의 평면도;

도 20은 도 18에 도시된 내연기관의 측면도;

도 21은 엔진블록을 절단한 부분과, 서로 마주보는 거의 움직이지 않는 한 쌍의 피스톤을 수용하는 왕복 실린더 라이너의 단면도를 보여주는, 도 18에서 도시된 내연기관의 평면도;

도 22는 도 21에 도시된 거의 움직이지 않는 피스톤 중 하나의 일례를 나타내는 입면도;

도 23은 도 21에 도시된 왕복 실린더 라이너의 일례를 나타내는 단면도;

도 24는 열역학 사이클의 압축 과정이 개시될 때의 왕복 실린더 라이너를 나타내는, 도 21에 도시된 왕복 실린더 라이너 및 이와 관련된 구성요소의 일부분에 관한 파단면도;

도 25는 왕복 실린더 라이너가 열역학 사이클의 팽창 과정으로 전이되는 때에, 도시된 거의 움직이지 않는 피스톤에 대하여 왕복 실린더 라이너가 상사점(TDC) 위치에 있는 것을 나타내는, 도 21에 도시된 왕복 실린더 라이너 및 이와 관련된 구성요소에 관한 파단면도;

도 26은 복수 개의 흡기포트가 거의 움직이지 않는 피스톤의 크라운 부근에서 개방되어 있고 배기밸브가 개방되는 것으로 표현되는, 열역학 사이클이 소기 과정으로 실린더 라이너가 전이되는 때의 왕복 실린더 라이너를 나타내는, 도 21에 도시된 왕복 실린더 라이너 및 이와 관련된 구성요소에 관한 파단면도;

도 27은 왕복 실린더 라이너가 흡기포트와 배기밸브가 완전히 개방된 상태에서 소기 과정을 거치는 때, 도시된 거의 움직이지 않는 피스톤에 대하여 왕복 실린더 라이너가 하사점(BDC) 위치에 있는 것을 나타내는, 도 21에 도시된 왕복 실린더 라이너 및 이와 관련된 구성요소에 관한 파단면도;

도 28은 제 1 실린더 라이너의 중심선과 동일 평면상에 있고, 이 제 1 실린더 라이너에 수직 방향으로 향하여진 제 2 실린더 라이너의 중심선을 수직으로 통과하도록, 거의 크랭크-캠의 중심선을 따라 취한 절단면을 나타내는, 도 18의 왕복 내연기관에 관한 파단면도;

도 29는 본 발명에 따라 이루어진 도 28에 도시된 크랭크-캠의 일례의 사시 도;

도 30은 도 29에 도시된 크랭크-캠의 저면도;

도 31은 도 29에 도시된 크랭크-캠의 입면도;

도 32는 도 31에 도시된 크랭크-캠의 측면도;

도 33은 완전히 이동한 위치에 있는 수직 방향으로 향하여진 제 1 실린더 라이너 및 행정의 중도에 위치하는 수평 방향으로 향하여진 제 2 실린더 라이너를 나타내며, 여기에서 크랭크 저널 사이의 간격이 실린더 라이너의 운동을 잘 표현하기 위해 과장 도시된, 제 1 실린더 라이너 및 제 2 실린더 라이너를 가지는 크랭크-캠의 직선 및 회전 운동을 나타내는 도해 입면도;

도 34는 도 33에 도시된 제 1 실린더 라이너 및 제 2 실린더 라이너를 가지는 크랭크-캠의 도해 측면도;

도 35는 크랭크-캠이 도 33에서 도시된 위치로부터 제 1 회전축에 대하여 30° 회전하였을 때, 수직 방향으로 향하여진 제 1 실린더 라이너가 일직선으로 아래로 움직이고 수평 방향의 제 2 실린더 라이너가 일직선으로 왼쪽으로 움직인 것을 나타내는, 도 33에 도시된 제 1 실린더 라이너 및 제 2 실린더 라이너를 가지는 크랭크-캠에 관한 개략 입면도;

도 36은 도 35에 도시된 제 1 실린더 라이너 및 제 2 실린더 라이너를 가지는 크랭크-캠의 도해 측면도;

도 37은 크랭크-캠이 도 33에서 도시된 위치로부터 제 1 회전축에 대하여 90° 회전하였을 때, 수직 방향으로 향하여진 제 1 실린더 라이너가 행정의 중도에 위치하고 수평 방향으로 향하여진 제 2 실린더 라이너가 일직선으로 오른쪽으로 움직인 것을 나타내는, 도 33에 도시된 제 1 실린더 라이너 및 제 2 실린더 라이너를 가지는 크랭크-캠의 도해 입면도;

도 38은 도 37에 도시된 제 1 실린더 라이너 및 제 2 실린더 라이너를 가지는 크랭크-캠의 도해 측면도;

도 39는 크랭크-캠이 도 33에서 도시된 위치로부터 제 1 회전축에 대하여 150° 회전하였을 때, 수직 방향으로 제 1 실린더가 일직선으로 아래로 움직이고 수평 방향으로 제 2 실린더가 일직선으로 오른쪽으로 움직인 것을 나타내는, 도 33에 도시된 제 1 실린더 라이너 및 제 2 실린더 라이너를 가진 크랭크-캠의 도해 입면도;

도 40은 도 39에 도시된 제 1 실린더 라이너 및 제 2 실린더 라이너를 가진 크랭크-캠의 도해 측면도;

도 41은 크랭크-캠이 도 33에서 도시된 위치로부터 제 1 회전축에 대하여 180° 회전하였을 때, 수직 방향으로 제 1 실린더가 완전히 이동한 위치에 있고 수평 방향으로 제 2 실린더가 행정의 중도에 위치한 것을 나타내는, 제 1 실린더 라이너 및 제 2 실린더 라이너를 가진 크랭크-캠의 직선 및 회전 운동을 나타내는 도해 입면도;

도 42는 도 41에 도시된 제 1 실린더 라이너 및 제 2 실린더 라이너를 가진 크랭크-캠의 도해 측면도;

도 43은 크랭크-캠이 도 33에서 도시된 위치로부터 제 1 회전축에 대하여 210° 회전하였을 때, 수직 방향으로 제 1 실린더 라이너가 일직선으로 위로 이동하고 수평 방향으로 제 2 실린더 라이너가 일직선으로 오른쪽으로 이동하는 것을 나타내는, 도 33에 도시된 제 1 실린더 라이너 및 제 2 실린더 라이너를 가진 크랭크-캠의 도해 입면도;

도 44는 도 43에 도시된 제 1 실린더 라이너 및 제 2 실린더 라이너를 가진 크랭크-캠의 도해 측면도;

도 45는 크랭크-캠이 도 33에서 도시된 위치로부터 제 1 회전축에 대하여 270° 회전하였을 때, 수직 방향으로 제 1 실린더 라이너가 행정의 중도에 위치하고 수평 방향으로 제 2 실린더 라이너가 완전히 이동한 위치에 있는 것을 나타내는, 도 33에 도시된 제 1 실린더 라이너 및 제 2 실린더 라이너를 가진 크랭크-캠의 도해 입면도;

도 46은 도 45에 도시된 제 1 실린더 라이너 및 제 2 실린더 라이너를 가진 크랭크-캠의 도해 측면도;

도 47은 크랭크-캠이 도 33에서 도시된 위치로부터 제 1 회전축에 대하여 360° 회전하였을 때, 수직 방향으로 제 1 실린더 라이너가 완전히 이동한 위치에 있고 수평 방향으로 제 2 실린더 라이너가 행정의 중도에 위치하고 있는 것을 나타내는, 도 33에 도시된 제 1 실린더 라이너 및 제 2 실린더 라이너를 가진 크랭크-캠의 도해 입면도;

도 48은 도 47에 도시된 제 1 실린더 라이너 및 제 2 실린더 라이너를 가진 크랭크-캠에 관한 개략 측면도;

도 49는 설명된 본 발명의 제 2 실시예에 사용하기 적합한 크랭크-캠, 출력 구동부 기어, 출력 구동부 감소 기어 및 동력 인출 플랜지의 확대도로서, 출력 구동부 기어의 경우 절단면을, 출력 구동부 감소 기어의 경우 부분적으로 절단한 면을 나타내는 확대도;

도 50은 도 49의 부분 50-50을 거의 통과하도록 취하여진, 도 49에 도시된 출력 구동부 기어, 출력 구동부 감소 기어, 동력 인출 플랜지 및 크랭크-캠의 평면 단면도;

도 51은 출력 구동부 감소 기어가 도 49에 도시된 위치로부터 1/16 바퀴 회전하였을 때, 도 49에 도시된 크랭크-캠, 출력 구동부 기어, 출력 구동부 감소 기어 및 동력 인출 플랜지의 평면 단부를 나타내는 도;

도 52는 출력 구동부 감소 기어가 도 49에 도시된 위치로부터 1/8 바퀴 회전하였을 때, 도 49에 도시된 크랭크-캠, 출력 구동부 기어, 출력 구동부 감소 기어 및 동력 인출 플랜지의 평면 단부를 나타내는 도;

도 53은 출력 구동부 감소 기어가 도 49에 도시된 위치로부터 1/4 바퀴 회전하였을 때, 도 49에 도시된 크랭크-캠, 출력 구동부 기어, 출력 구동부 감소 기어 및 동력 인출 플랜지의 평면 단부를 나타내는 도;

도 54는 출력 구동부 감소 기어가 도 49에 도시된 위치로부터 3/8 바퀴 회전하였을 때, 도 49에 도시된 크랭크-캠, 출력 구동부 기어, 출력 구동부 감소 기어 및 동력 인출 플랜지의 평면 단부를 나타내는 도;

도 55는 출력 구동부 감소 기어가 도 49에 도시된 위치로부터 1/2 바퀴 회전 하였을 때, 도 49에 도시된 크랭크-캠, 출력 구동부 기어, 출력 구동부 감소 기어 및 동력 인출 플랜지의 평면 단부를 나타내는 도;

도 56은 본 발명에 따라 이루어진 직접 출력 구동부(direct out-drive) 및 글라이딩 블록을 나타내는 평면 단부 도;

도 57은 도 56에 도시한 직접 출력 구동부 및 글라이딩 블록을 위에서 바라본 분해도;

도 58은 직접 출력 구동부 어댑터를 포함하여, 도 56에 도시된 직접 출력 구동부 및 글라이딩 불록을 나타내는 측면분해도;

도 59는 도 58에 도시한 직접 출력 구동부, 글라이딩 블록 및 직접 출력 구동부 어댑터를 나타내는 평면 단부 도;

도 60은 직접 출력 구동부이 도 59에 도시된 위치로부터 90° 회전하였을 때, 도 59에 도시된 직접 출력 구동부, 글라이딩 블록 및 출력 구동부 어댑터를 나타내는 평면 단부 도;

도 61은 직접 출력 구동부가 도 59에 도시된 위치로부터 180° 회전하였을 때, 도 59에 도시된 직접 출력 구동부, 글라이딩 블록 및 출력 구동부 어댑터를 나타내는 평면 단부 도;

도 62는 직접 출력 구동부가 도 59에 도시된 위치로부터 270° 회전하였을 때, 도 59에 도시된 직접 출력 구동부, 글라이딩 블록 및 출력 구동부 어댑터를 나타내는 평면 단부 도;

도 63은 본 발명에 따라 이루어진 압축비 및 출력설정 제어시스템의 일례를 나타내는 부분 도해도;

도 64는 왕복 실린더 라이너가 높은 압축비와 낮은 출력설정 위치로 배치된, 거의 움직이지 않는 피스톤에 대하여 TDC 위치에 있는 것을 나타내는, 도 21에 도시된 왕복 실린더 라이너 중 하나 및 이와 관련된 구성요소의 부분 단면도;

도 65는 왕복 실린더 라이너가 높은 압축비와 낮은 출력설정 위치로 배치된, 거의 움직이지 않는 피스톤에 대하여 BDC 위치에 있는 것을 나타내는, 도 21에 도시된 왕복 실린더 라이너 중 하나 및 이와 관련된 구성요소에 관한 부분 단면도;

도 66은 엔진블록 및 배기가스 회수밸브 구동 조립체, 배기 조립체, 흡기 매니폴드 및 그에 부착된 압축비 제어장치와 같은 관련 구성요소를 나타내는, 본 발명에 따라 이루어진 디젤 왕복 내연기관을 설명하는 제 3 실시예에 관한 등각투영도;

도 67은 실린더가 제 1 피스톤 조립체에 대하여 상사점에 있고 제 2 피스톤 조립체에 대하여 하사점에 위치한 것을 나타내는, 도 66의 부분 67-67을 따라 절단한 도 66에 도시된 디젤 내연기관의 단면도;

도 68은 도 67의 디젤 내연기관에 대하여, 실린더가 대략 중심위치로 이동하여, 제 1 피스톤 조립체 및 제 2 피스톤 조립체로부터 거의 등간격을 이루는 곳에 위치한 것을 나타내는 도;

도 69는 도 67의 디젤 내연기관에 대하여, 실린더가 제 1 피스톤 조립체에 대하여 하사점에, 제 2 피스톤 조립체에 대하여 상사점에 위치하도록 이동한 것을 나타내는 도;

도 70은 거의 도 66의 부분 70-70을 통과하도록 취하여진, 도 66의 디젤 왕복 내연기관의 로터리 밸브 및 이와 관련된 구성요소의 단면도;

도 71은 도 66의 디젤 왕복 내연기관을 가솔린에 대하여 구동되도록 수정된, 본 발명에 따라 이루어진 왕복 내연기관의 또 다른 실시예에 관하여, 실린더가 제 1 피스톤 조립체에 대하여 상사점에, 제 2 피스톤 조립체에 대하여 하사점에 위치한 상태를 나타내는 단면도.

본 발명에 따라 이루어진 내연기관은 2 순환원리에 따라 적절하게 작동한다. 본 발명에서의 엔진은, 각각의 더블실린더하우징(9)에 대하여 하나의 더블실린더(1)를 사용함으로써 현재 사용되는 엔진들과는 구별된다. 더블실린더(1)의 중앙을 관통하여 실린더 저널핀(2)이 있다. 실린더 저널핀(2)은 베어링(10, 롤러 또는 기타 형식의 베어링)상에, 그 안에 적절하게 배치된다. 상기 실린더 저널핀(2)은 회전할 수 있다. 커넥팅로드는 존재하지 않는다.

배기포트(3)와 흡기포트(4)들은 실린더 보어의 서로 마주보는 양단부에 위치한다. 도 11에 도시된 바와 같이, 배기포트(3)와 흡기포트(4)들은 서로 수직 방향으로 이격 되어있다. 이것은 종래 2 순환 엔진의 배기포트와 흡기포트가 직경 방향으로 마주보고 있는 형태와는 다르다.

흡기포트(4)는 실린더의 전체의 원주방향을 따라 위치될 수 있다. 배기포트(3)는 실린더의 지름의 양측부상에 위치할 수 있다.

도 5 및 도 8을 참조하면, 배기포트(3)는 실린더하우징(9)의 양측부상에 위 치한다. 배기포트들은 중앙에 위치되고, 실린더들이 하사 단부 위치(bottom dead end position)에 이르면 양 더블실린더의 배기포트(3)와 교대로 공유된다.

상기 엔진은 또한 피스톤(6)들을 포함한다. 피스톤(6)은 움직이지 않으며 엔진에서의 가동 부품이 아니다. 피스톤(6)은 다른 압축비로 조절될 수 있다.

피스톤(6)은 점화플러그 또는 분사개구(8)와 피스톤링(7)을 포함한다. 분사개구(8)는 디젤엔진과 같은 다른 실시예의 경우에서도 적합하다.

도면 6을 참조하면, 피스톤(6)의 끝단에는 적어도 하나의 피스톤링(7)을 포함한다. 피스톤(6)의 끝단의 직경은 실린더의 직경과 거의 일치한다. 피스톤의 길이 중 상기 끝단 이외의 부분은 작은 직경을 가지는 것이 유리하다. 피스톤(6)의 중심은 점화플러그나 분사개구(8)의 장착을 위해서 부분적으로 비어있다.

더블실린더(1)의 개방단은 그것에 부착되어 있는 환상의 예압축판(13)을 포함한다. 예압축판(13)과 피스톤링(7)은 실린더의 벽과 맞닿아 그들 사이에서 밀봉을 형성한다. 각각의 예압축판(13)은 그것의 실린더에 함께 단단히 고정되고 피스톤(6)을 따라 상사점(top dead center) 및 하사점(bottom dead center) 사이에서 미끄러진다.

예압축판(13)은 흡입 사이클의 여러 단계에서 주된 역할을 한다.

도 11을 참조하면, 더블실린더하우징(9)은 흡입실(17)을 가진다. 흡입실(17)은 실린더하우징판(15)에 의해 패쇄된다. 실린더하우징판(15)은 제 1 리드밸브조립체(14)와 피스톤(6)을 고정하고 있다.

각각의 더블실린더하우징(9)은 실린더의 각 측부상에 위치한 슬롯(18)을 가 지고 있다. 각각의 슬롯(18)은 실린더 보어의 선을 따라 중심에 위치한다. 슬롯(18)은, 실린더저널핀(2)이 더블실린더하우징(9)을 통과하여 뻗어 그 행정길이 전체에 걸쳐 자유롭게 미끄러지도록 하는 방식으로 형성되어 있다.

계속해서 도면 11을 참조하면, 두 더블실린더하우징(9)은 직각을 형성하며 서로 연결된다. 이 한쌍의 더블실린더하우징(9)은, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 슬롯(18)들이 동일할 각도로 서로 대향하고 동일한 중심점을 가질 수 있도록 배치된다.

도 11 및 도 12를 다시 참조하면, 두 실린더저널핀(2)은 크랭크축 타입의 방식으로 편심되어 서로 연결되어 있는데, 두 실린더저널핀의 중심선은 행정거리의 반 만큼 떨어져 있다. 실린더저널핀(2)들의 양 끝단부 상에는 동력인출저널(11)에 의해 핀(2)에 연결되어 있는 동력인출(power takeoff, PTO)(12)이 있다. PTO저널(11)의 중심은 서로 연결된 실린더저널핀(2)의 중심선들 사이에서 가운데 위치된 선상에 위치한다.

상기 PTO저널(11)은 PTO축(12) 안쪽에 위치한 베어링(10) 내에 장착될 수 있다. 도 2에서와 같이, PTO축(12)의 중심선은 모터 조립체의 중심선에 일치한다.

실린더저널핀(2)은 직선으로 행정거리를 이동하고, 더블실린더 조립체와 슬롯(18) 및 직각으로 연결된 실린던하우징(9)에 의해 안내된다. 동시에, 실린더핀 조립체 전체는 스스로 PTO축(12)의 중심선 주위를 회전한다. 그러므로 실린더저널핀 조립체는 두 개의 회전축을 가진다. 제 1 회전축은 실린더저널핀 조립체의 긴 방향을 통과하여 뻗은 길이방향의 축으로 정의된다. 제 2 회전축은 실린더 행정길 이의 양 끝단 사이의 가운데로 정의되는 점에 수직인 축으로 정의된다.

직선운동이 원운동으로 변형되는 과정은 다음과 같다:

도 1 : 같은 길이를 가진 두 직선(AB, CD)은 각 직선의 중간인 점에서 직각으로 서로 교차한다. 직선(ab)는 직선(AB) 또는 직선(CD)의 반에 해당하는 길이를 가지는데, 직선(CD) 상에 점(a)을 가지는 상태로, 점(C)로부터 점(D)로, 및 그 반대로 운동한다. 동시에 점(b)은 직선(AB)상에서 점(A)로부터 점(B)로, 및 그 반대로 운동한다. 이것은 서로 연결된 실린더저널핀(2)의 직선운동을 나타낸다. 그 결과, 직선(ab)의 가운데 점에 위치한 점(X)는 원운동을 하게 된다. 이것은 PTO저널(11)의 원운동을 나타낸다. PTO저널(11)은 PTO축(12)을 회전시킨다.

공기 또는 공기/연료 혼합기는 연소행정 동안에 제 1 리드밸브조립체(14)를 통과하여 흡입실(17) 내로 들어간다. 흡입실(17)은 실제 실린더의 이동거리보다 더 큰 것이 유리하다.

더블실린더(1)에 부착된 예압축판(13)은 압축행정 동안에 예압축판(13)에 형성된 제 2 리브밸브조립체(16)를 통과하여 예압축실(19) 내로 공기 또는 공기/연료 혼합기를 전달한다.

도 11에서 도시된 바와 같이, 동일한 과정이 실린더하우징 및 피스톤축에 위치한 전달포트(21)를 거쳐 이루어질 수 있다. 연소행정에서, 공기/혼합기는 하사점 위치 가까이에서 흡기포트(4)를 통하여 실린더실(20)의 내로 들어간다. 이렇게 흡입된 공기/혼합기는 연소된 후의 잔여 가스를 이미 개방된 실린더 배기포트(3)을 통하여 외부로 밀어내고, 실린더 배기포트(3)는 이 위치에서 실린더하우징(9) 내에 위치한 배기포트의 위치와 일치한다.

실린더(1)가 압축행정을 시작함에 따라, 흡기포트(4)는 닫혀지고, 배기포트(3)는 더 이상 일치하지 않게 되고 실린더실(20)은 밀폐된다. 큰 크기의 흡기실(17)로 인해 실린더실(20)은 과급엔진 또는 터보과급엔진의 경우와 대등한 정도의 부하를 받게된다. 이것은 스로틀이 완전히 열리자마자, 낮은 rpm에서 이미 얻어진다.

커넥팅로드와 크랭크축 주위로의 그에 대응하는 운동이 없으므로, 실린더 벽 상의 마찰은 감소한다. 피스톤 속도(여기서는 실린더 속도)의 선도는 어떤 rpm에서든지 변화하는 것이 유리하다.

연소 압력 또한 향상되고, 에너지의 기계적 출력으로의 변환도 더욱 효율적이다.

도 12는 일반적인 피스톤-실린더의 배치에서의 동일한 원리를 나타낸다.

도 13은 도 2의 모습을 다른 치수에서 나타낸 것이다.

도 12에서, 과압밸브(22)는 제 2 리드밸브조립체(16)의 리드밸브 사이에 위치한다. 조절에 의존하는 소정의 예압에 다다르면, 예압시 과잉의 공기/연료 혼합기는 흡기실(17) 내로 다시 흘러들어간다.

조절된 예압에 다다르기만 하면, 작동 고도나 엔진 rpm에 관계없이 엔진은 최대의 출력과 토크 범위를 전달할 것이다.

예압축실(19)의 바닥에는 하나 또는 그 이상의 실린더하우징 환기개구(21)가 있다. 환기개구(21)는 압축기 리드밸브(23)를 경유하여 엔진이나 엔진이 장착된 차량의 어느 곳에든 연결된 공기 호스에까지 통한다. 디젤엔진에서는, 남은 공기는 하나 또는 모든 실린더들에서 엔진의 정규 작동 동안에 압축기용으로 사용될 수 있다.

가솔린엔진에서는 오직 하나의 실린더 부분만이 요구가 있는 즉시 상기의 방법대로 사용될 수 있다. 이런 상황에서는, 이 특정한 실린더를 위한 공기는 기화기를 우회하여야 한다.

연료분사식 가솔린엔진에서는, 실린더들의 분사기들이 닫혀지는 한 우회는 필요없다.

이것은 공기만 압축되는 것을 보장한다.

가솔린엔진의 부품은 계속 작동하고 압축기 부품에 동력을 공급한다. 상기 압축기가 불필요하게 되고 상기 공기 호스와 다른 장치의 연결이 끊어지면, 환기 개구는 자동으로 닫히고 엔진은 모든 실린더에 대하여 정규 작동으로 전환된다.

도 13에 따르면, 기어(24)는 PTO저널(11)에 부착된다. 기어(24)는 그 주위의 PTO저널(11)과 실린더저널핀(2)과 마찬가지로 회전한다. 동시에, 기어는 그 중심선이 내부 기어링(25)이 부착된 동력인출축(12)의 중심선의 주위로 회전한다.

만약 기어(24)가 360도로 회전한다면, 기어는 기어링(25)의 이보다 두배로 많은 이에 해당하는 캠이 되어야 한다.

지름과 회전에 관련된 가능한 수의 기어 잇수를 계산하는 과정을 통해, 실제 엔진의 rpm의 바람직한 PTO축(12)의 rpm에 대한 상이한 감소비를 얻을 수 있다. 도 13의 예를 들면, PTO저널(11)에 있는 기어(24)는 30개의 이를 가지고 있다. PTO축(12) 상의 기어링(25)은 40개의 이를 가진다. 실린더핀 조립체와 기어(24)가 그 중심을 축으로 하여 360도 회전한 때, 상기 기어는 기어링(25)에서 60개의 이에 해당하는 캠이 되어야 한다. 기어링(25)은 단지 40개의 이만을 가지고 있으므로, 기어링은 20개 이의 거리에 해당하는 과정만큼 더 회전하여야하고, 이 양은 PTO축(12)이 180도 회전하는 양에 해당한다. 2:1의 rpm 감소비가 얻어진다.

도 16 및 도 17은 4-실린더 엔진 중에서 단지 3개의 주요 구동 부품만을 나타낸다. 두 개의 더블실린더(1)와 두 개의 실린더핀(2)을 가진 실린더핀조립체와 PTO저널(11)이다. 제 1 단계부터 제 8 단계가 1/4의 행정의 증가분에서 360° 회전을 보여준다. 4개의 실린더보다 더 많거나 적은 엔진들이 만들어질 수 있다.

종래의 모든 기화장치, 연료분사장치 또는 부가적인 터보과급장치, 압축기 및 송풍기가 이 엔진에 사용될 수 있으며 반드시 사용될 필요는 없다. 또한, 종래 모든 형태의 점화장치, 윤활장치, 냉각장치, 배기조정장치 및 기타 알려진 장치와 엔진과 관련된 시스템이 채택될 수 있으며, 그러므로 이 장치들은 모두 본 발명의 범위 내에 있다.

도 18 내지 65는 본 발명에 따라 이루어진 왕복내연기관(1010)의 제 2 실시예를 나타낸다. 엔진(1010)은 종래 왕복내연기관들과는 다음과 같이 다르다. 엔진(1010)은 서로에 대하여 직교하도록 향하여진 두 개의 실린더라이너(1014a, 1014b)를, "거의 움직이지 않는(substantially stationary)" 두 개의 각각 마주보는 각각의 실린더 쌍(1012a와 1012b, 1012c와 1012d)의 사이에서 왕복운동시킨다. 본 발명의 상세한 설명란에서, "거의 움직이지 않는"이란 어구는 비록 약간의 움직 임이 있을 수 있다 하더라도, 크랭크축이나 이와 유사한 엔진의 구성요소(즉, 종래 엔진의 피스톤이나 커넥팅로드 또는 밸브 같은 것들)를 따라 움직이지 않는 것을 의미하도록 사용될 것이다. 다시 말해, 거의 움직이지 않는 부품들의 운동은 크랭크축이나 이와 유사한 엔진의 구성요소와는 분리될 수 있고 이로부터 독립하여 구동될 수 있다.

도 18 내지 도 65로부터 예시되는 실시예에서는, 많은 구성요소들이 서로 동일하다. 피스톤(1012a, 1012b, 1012c 및 1012d)과 두 개의 실린더라이너(1014a 및 1014b)가 그와 같다. 그러므로, 동일한 구성요소는 동일한 참조 번호가 매겨지고 참조 번호 뒤에 그것들의 동일한 다른 구성요소와 구별하기 위해 선택된 문자를 덧붙인다. 문맥상, 계속되는 설명 중에 동일한 구성요소를 가지고 있는 구성요소에 대한 참조번호는 그에 상응하는 다른 동일한 구성요소 또한 지칭하는 것으로 이해될 것이다.

도 18 내지 20을 참조하여, 엔진블록(1013)과 엔진의 다른 관련 구성요소를 본 발명에 따라 이루어진 실시예를 통하여 설명한다. 엔진블록(1013)은 평면 형태의 윗면(1146)과 맞은편에 평면 형태의 아랫면(1148)을 가진 8각기둥 형태의 블록구조를 가지고 있으며 내부에 피스톤 하우징, 실린더 및 기타 관련 구성요소를 배치하기 위해 공동을 가지고 있다. 엔진블록(1013)은 스틸, 주철 또는 알루미늄과 같은 강한 재료로 형성되며, 관련 기술분야에서 잘 알려진 절삭이나 주조의 방법으로 형성된다. 엔진블록(1013)의 측면 벽에는 두 개의 흡기매니폴드(1138)와 네 개의 정방형 마운팅플레이트(1136)가 고정된다. 하우징마운팅플레이트(1144)가 상기 마운팅플레이트(1136)의 각각에 연결되고, 그 위에 제어판 하우징(1320)이 연결된다.

도 18 및 도 21을 참조하여, 하우징마운팅플레이트(1144)를 설명한다. 하우징마운팅플레이트(1144)는 절연체로서의 역할을 하는데, 엔진블록(1013)의 내부에서, 압축비 및 출력설정 제어장치(1300)의 다양한 구성요소(자세한 것은 후술한다.)에서 발생한 열이 전달되는 것을 방해한다. 열 전달을 방해하기 위해, 하우징마운팅플레이트(1144)는 내부공동(1324)을 가진다. 내부공동(1324)은 압축비 및 출력설정 제어장치(1300)의 구성요소와 마운팅플레이트(1136) 사이의 접촉을 제한함으로써 열 전달을 방해한다. 나아가, 하우징마운팅플레이트(1144)는 4개의 냉각포트(1326)를 포함하며, 이는 가열된 공기가 외부의 찬 공기와 교환될 수 있도록, 내부공간(1324)과 외부 환경은 유체 소통된다.

도 18 내지 도 20을 다시 참조하면, 제어판하우징(1320)으로부터 돌출된 것들은 피스톤(1012) 각각의 말단부와 압축비 및 출력설정 제어장치(1300)와 관련된 상부챔버배관(1312)이다. 하우징마운팅플레이트(1144)로부터 돌출된 것은 역시 압축비 및 출력설정 제어장치(1300)와 관련된 하우징챔버배관(1314)이다. 제어판하우징(1320)의 위쪽 또는 아래쪽에 위치하거나 위치할 수 있는 것은 배기포트(1142)이다. 배기포트(1142)는 엔진블록(1013)의 내부에 위치한 배기가스통로(1037, 도 27참조)와 유체 소통되며, 엔진(1010)의 연소실에서 생성되는 연소물질을 대기 중으로 방출할 수 있도록 한다. 바람직하게는, 잘 알려진 배기가스 집진장치, 처리장치 및/또는 머플러장치(도면에 미 도시)를 배기포트(1142)와 유체 전달 방법으로 연결한다. 각각의 흡기계통(1138)은 두 개의 흡기포트(1140)를 포함한다. 바람직하게는, 기화기 및/또는 필터와 같은 구성요소를 포함하는 널리 알려진 흡기장치가 각각의 흡기포트(1140)에 연결된다.

도 21을 참조하여, 지금부터 내연기관(1010)의 내부 구성요소를 주로 살펴보면, 엔진(1010)은 두 개의 더블실린더라이너(1014a 및 1014b)를 포함하고 있는데, 각각의 더블실린더라이너는 각각이 서로 마주하고 있고 거의 움직이지 않는 두 개의 피스톤(1012a 및 1012b, 1012c 및 1012d)을 실린더라이너(1014a 및 1014b)의 마주보는 양단부 내에서 수용하고 있다. 실린더라이너(1014a, 1014b)는 엔진블록(1013)의 내부에서 서로에 대하여 직교하고 서로 오프셋 되어 탑재되어있다. 실린더라이너(1014a 및 1014b)는 번갈아가며 제 1 확장 위치와 제 2 확장 위치 사이를 왕복한다. 더 상세하게 설명하면, 실린더라이너(1014a)에 있어서, 실린더라이너(1014a)는 제 1 확장 위치와 제 2 확장 위치 사이를 왕복 운동하는데, 도 21에서와 같이, 제 1 확장 위치는 실린더라이너(1014a)가 제 1 피스톤(1012b)에 대하여는 상사점(TDC) 위치이고 제 2 피스톤(1012a)에 대하여는 하사점(BDC) 위치에 있을 때의 위치를 말하고, 제 2 확장 위치는 이 실린더라이너(1014a)가 제 1 피스톤(1012b)에 대하여는 BDC 위치이고 제 2 피스톤(1012a)에 대하여는 TDC 위치에 있을 때의 위치를 말한다. 제 2 실린더라이너(1014b)도 유사하게 제 1 확장 위치와 제 2 확장 위치 사이를 왕복 운동한다. 그러나, 제 1 실린더라이너(1014a)가 확장 위치에 있을 때, 제 2 실린더라이너(1014b)가 중간 행정 위치에 있도록 제 2 실린더라이너(1014b)는 제 1 실린더라이너(1014a)의 위상과 180도 만큼 어긋나게 왕복 운동한 다. 실린더라이너(1014)들은 크랭크-캠(1016)에 의해 서로 연결되어 있다. 크랭크-캠(1016)은 실린더라이너(1014)의 직선 운동을 회전 운동으로 변환하는데, 자세한 것은 후술한다.

도 22를 참조하여, 본 발명에 따라 제작된 4개의 거의 움직이지 않는 피스톤(1012) 중 하나의 물리적 구조를 설명한다. 피스톤(1012)들은 대체로 서로 동일하므로, 도 22에서 표현된 바와 같이, 피스톤(1012a)의 참조번호는 문맥상 동일한 다른 세 개의 피스톤(1012b, 1012c 및 1012d, 도 21 참조)을 가리키는 것으로 이해될 수 있다. 피스톤(1012a)은 속이 비어 있고, 축(1020)에 동심원을 형성하며 수직방향으로 축(1020)에 붙어있는 피스톤 헤드(1018)를 가진 원통 형태의 플런저이다. 피스톤 헤드(1018)와 축(1020)은 모두 정렬된 내부 보어들을 가지고 있어, 피스톤(1012)의 중심을 축 방향으로 통과하는 채널(1022)을 형성한다. 이 채널(1022)은 피스톤(1012) 무게를 실질적으로 감소시키고, 피스톤 헤드(1018) 내부에 배치된 점화 플러그(1024)의 장착 및/또는 연료분사(도면에 미 도시)를 가능하게 한다. 피스톤(1024)은 점화플러그(1024)의 장착 및/또는 연료분사를 위해서 점화 플러그 개구 또는 분사 개구(1023)를 포함한다.

피스톤 헤드(1018)의 원주 방향으로 부착된 것은 두 개의 압축링(1030)이다. 관련 분야에서 잘 알려진 바와 같이, 압축링(1030)은 주로 열역학 사이클의 압축과 팽창 부분 동안에 피스톤 헤드(1018)를 지나쳐가는 연소 가스와 물질들의 블로바이(blow-by)를 방지한다. 도면에 표시되지는 않았지만, 관련 분야에서 잘 알려진 바와 같이, 피스톤 헤드(1018)는 또한 오일 제어 링을 포함할 수도 있다. 압축링 (1030)에 근접하여, 피스톤 헤드(1018)의 지름은 실린더라이너(1014)의 지름과 거의 동일하다. 피스톤 헤드(1018)의 지름은 피스톤 헤드(1018)의 길이 방향을 따라서 테어퍼지도록 형성되어, 압축링이 위치한 피스톤 헤드(1018)의 부분은 상대적으로 작은 지름을 가질 수 있다.

축(1020) 상에는 원주방향으로는 압축비 제어판(1026)이 탑재된다. 압축비 제어판(1026)은 판(1026)의 상부 고리모양 표면(1025) 및 하부 고리모양 표면(1027) 위에서, 가압된 제어 유체를 수용하는데 적합하게 된다. 고리모양 표면(1025, 1027)을 가로지르는 방향으로 압력 구배를 선택적으로 제공함으로써, 엔진 블록에 대하여 피스톤(1012a)의 축 방향으로의 위치가 조절되어, 엔진의 출력설정 및 압축비 조절이 가능해지는데, 이에 관한 상세 사항은 후술한다. 두 개의 오일 제어링(1028)은 압축비 제어판(1026)에 원주방향으로 부착되어 있으며, 제어 유체의 누설을 막는 역할을 한다.

도 23을 참조하여, 상기 설명한 두개의 거의 움직이지 않는 피스톤(1012)과 결합하여 작동하는, 왕복 더블 실린더 라이너(1014a)를 설명한다. 더블 실린더 라이너(1014)들은 서로 거의 동일하므로, 도 23에서 표현된 바와 같이, 더블 실린더 라이너(1014a)의 참조번호는 문맥상 동일한 다른 더블 실린더 라이너(1014b, 도 21 참조)를 가리키는 것으로 이해될 수 있다. 더블 실린더 라이너(1014a)는 일반적으로 길게 늘어진 원통 구조인데, 실린더 라이너(1014a)의 상부 끝단에 동심원의 형태로 축 방향으로 정렬된 제 1 보어를 가지고 있고, 이에 따라 피스톤(1012a, 도 21 참조)이 왕복운동할 수 있게 수용하는 제 1 실린더(1032a)를 형성한다. 실린더 라이너(1014a)의 반대쪽 하부 끝단에는 실린더 라이너(1014a) 내부에 축 방향으로 정렬되며 동심원의 형성된 제 2 보어가 위치하고, 그 결과 제 2 피스톤(1012b, 도 21 참조)가 왕복운동 할 수 있도록 수용하는 제 2 실린더(1032b)를 형성한다. 실린더(1032a, 1032b)는 관련 분야에서 널리 알려진 바와 같이 끼워 맞춤(clearance fit) 관계에 따라, 피스톤(1012a, 1012b)을 수용할 수 있도록 모양과 크기가 정해진다.

도 21, 도 23 및 도 24를 참조하면, 배기밸브 자리(1034)가 실린더(1032)의 내부 또는 바닥 단부에 위치한다. 배기밸브 자리(1034)는 배기밸브를 수용하기 위해 관련 기술분야에서 널리 알려진 방법으로 형성된다. 실린더(1032)로부터 배기가스를 방출하기 위해 4개의 배기가스 통로(1036)가 배기밸브 자리(1034)와 유체 소통되어 있다. 실린더 라이너(1014a)의 중심을 관통하여 뚫린 것은 밸브 스템 보어(1138)이다. 밸브 스템 보어(1038)는 배기 밸브(1052)의 스템을 수용하기 위한 크기이다. 밸브 스템 보어(1038)와 소통된 것은 밸브 스프링 하우징(1040)이다. 밸브 스프링 하우징(1040)과 소통된 것은 크랭크-캠 하우징(1042)이다. 크랭크-캠 하우징(1042)은 크랭크-캠(1016)을 위한 공간을 제공하기 위한 크기로 형성되며 그 안에서 크랭크-캠이 회전할 수 있도록 한다.

도 23 및 도 28을 참조하면, 크랭크-캠 하우징(1042)은 실린더 라이너 양 끝단부에서부터 같은 거리에 위치하는 곳에서 실린더 라이너(1014a)를 수직으로 관통하는 원통 모양 보어(1150)에 의해 형성된다. 보어(1150)의 반지름은 크랭크-캠(1016)의 중심으로부터 크랭크-캠(1016)의 외면까지 측정한 거리와 거의 동일하다. 이러한 치수의 상기 반지름은 크랭크 저널(1072)이 구동 중에 크랭크-캠 하우징(1042)의 보어(1150) 안에서 자유롭게 회전하는 것을 가능하게 한다. 보어(1150)의 지름은 보어(1150)의 중심에서 바깥방향으로 갑자기 계단 모양으로 형성되어 로브 클리어런스 보어(1152)를 형성한다. 로브 클리어런스 보어(1152)의 반지름은 크랭크-캠의 중심선으로부터 크랭크-캠(1016)의 로브(1054)의 끝단 또는 최고점까지 측정된 거리와 동일하거나 더 크다. 이 치수의 반지름은 로브(1054)가 크랭크-캠 하우징(1042) 내부를 자유롭게 회전할 수 있도록 충분한 틈새를 제공한다.

실린더 라이너(1014a)의 마주하는 양 끝단에 위치하고 있는 것은 고리모양 예압축판(1044)이다. 고리모양 예압축판(1044)은 압축된 연소가스를 압축하고 실린더(1032)로 전달하는 역할을 하는데, 자세한 것은 후술한다. 이 고리모양 예압축판(1044)의 근접하게 흡기포트(1046)가 있다. 본 실시예에서, 흡기포트(1046)는 실린더(1032) 주위를 원주방향으로 60도의 간격을 두고 배치된다; 그러나 다른 형상도 적합하다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 흡기포트(1046)는 실린더(1032)의 소기 및 충전 과정 동안에 연소가스가 실린더(1032) 안으로 들어갈 수 있는 입구를 제공한다. 고리모양 예압축판(1044)의 내부과 외부에 위치한 것은 내부 및 외부 연소 가스/오일 씨일(seal, 1048)이다. 씨일(1048)은 그 근처에 유체의 유동을 막는 역할을 하며, 자세한 것은 후술한다.

도 24를 참조하여, 상술한 왕복 더블실린더 라이너(1014) 및 거의 움직이지 않는 피스톤(1012)에 비추어서, 열역학 사이클의 특정한 과정 중에서 이들의 관계 및 서로 관련된 구성요소들에 관하여 설명한다. 본 발명의 왕복 내연기관(1010)에 관하여 설명된 실시예는 2 행정 사이클로 구동된다. 그러므로, 크랭크-캠(1016)이 매번 1회전 할 때마다, 각각의 피스톤(1012)는 2행정만에 열역학 사이클을 완성한다. 이 경우 1 행정은 실린더 라이너(1014) 안에 포함되어 있는 거의 움직이지 않는 피스톤(1012)에 관하여 실린더 라이너(1014)가 TDC 위치에서 BDC 위치로 (혹은 그 반대로) 이동하는 것으로 정의된다. 따라서, 실린더 라이너(1014)의 모든 행정은 팽창행정으로 알려져 있는 동력행정이거나 각각의 피스톤(1012)에 관하여 압축행정에 해당한다. 이것은 흡기 및 배기 작동, 예컨대 소기가 각각의 동력행정의 마지막에, 그리고 후속하는 압축행정 전에 빠르게 일어날 것을 요구한다. 설명된 실시예에서, 각각의 피스톤(1012)은 크랭크-캠(1016)이 1회전 할 때마다 한 번의 동력행정을 거치며, 이것은 주어진 RPM에 대하여 유사하게 설계된 4행정 사이클 엔진에서보다 두 배 많은 동력행정을 야기한다.

계속하여 도 24를 참조하면, 실린더 라이너(1014)는 열역학 사이클 중 압축 부분의 시작 위치에 나타내져 있다. 더 자세하게, 실린더 라이너(1014)는 실린더 라이너의 BDC 위치에서부터 피스톤(1012)를 향하여 위로 이동하려는 상태로 나타내져 있다. 실린더 라이너(1014)가 위로 이동하려고 할 때, 피스톤(1012)은 흡기포트(1046)를 완전히 덮고 있으며, 그리하여 실린더(1032)를 밀폐하고 있다. 표현된 위치에서, 크랭크-캠(1016) 상의 배기로브(1054)는, 밸브스템(1066)이 배기로브(1054)의 끝에 오도록 위치하고 있고, 이에 따라 밸브 스프링(1056)이 배기밸브(1052)가 닫힌 위치로 편향되도록 한다. 닫힌 위치에서, 배기밸브(1052)는 실린더 라이너(1014)에서 배기밸브 자리(1034)를 밀폐하고 있으며, 그것에 의해 실린더 (1032)로부터 어떠한 연소가스의 방출도 일어나지 않는다. 설명된 배치에서, 연소가스는 연소실(1033) 안에 밀봉되어 수용되어 있는데, 이 연소실은 실린더(1032)의 측면과 바닥 주위의 벽, 끝 단면 또는 피스톤 헤드(1018)의 크라운(1019)으로 형성된다.

실린더 라이너가 BDC 위치에서 벗어나 피스톤(1012)에 대하여 TDC 위치로 이동하며 피스톤에 가까이 갈 때, 그에 따라서 연소실(1033)의 부피는 감소하고, 내부에 포함된 연소가스는 압축된다. 계속하여 도 25를 참조하면, 실린더 라이너(1014)가 피스톤(1012)에 관하여 TDC 위치에 도착하거나 도착하기 바로 전에, 공지의 수단에 의해 고압의 스파크(1058)가 점화 플러그(1024)로부터 방출되며(도 22 참조), 그에 따라 연소가스가 점화된다. 연소가스가 연소하면서, 생성된 연소 생성물은 팽창하고, 실린더 라이너(1014)가 피스톤(1012)에서 떨어져 이동하도록 구동한다. 이제 도 26을 참조하면, 연소 생성물의 팽창은 계속하여 실린더 라이너(1014)를 피스톤(1012)으로부터 떨어지게 하여 아래로 이동시키며, 이 과정은 배기밸브(1052)가 배기밸브 자리(1034)에 다시 위치하고, 흡기포트(1046)가 열기게 되어 연소 생성물이 연소실(1033)로부터 소기될 수 있도록 초기화되는 과정이 이를 때까지 계속된다.

그러나, 연소실(1033)로부터 연소 생성물의 소기가 일어나기 전에, 연소실(1033) 내의 소기를 돕기 위해 새로운 용적의 연소가스가 압축된다. 설명된 본 발명의 실시예에서, 이것은 고리모양 예압축판(1044)이 흡기실(1064)을 통과하여 휩쓸어가는 것에 의해 달성될 수 있다. 자세하게 설명하면, 실린더 라이너(1014)가 도 24의 위치에서 도 25의 위치로 상승하면서, 고리모양 예압축판(1044)은 원통 모양의 흡기실(1064)을 통과하도록 힘을 받는다. 예압축판(1044)이 흡기실(1064)을 위쪽 방향으로 통과하며 휩쓸 때, 흡기실(1064)에는 진공이 형성되고, 새로운 연소가스가 흡기실(1064) 안으로 흡입된다. 공지의 원웨이 리드 체크 밸브(도면에 미 도시)는 흡기실(1064) 안으로 연소가스가 흘러들어가도록 허용하는 한편, 연소가스나 연소 생성물이 흡기실(1064) 밖으로 흘러나가는 것을 방지한다.

실린더 라이너(1014)가 도 25의 위치에서 도 26의 위치로 아래 방향으로 이동할 때, 즉 TDC 위치에서 BDC 위치로 이동할 때, 흡기포트(1046)가 피스톤(1012)에 의해 밀폐되고, 상기 원웨이 리드 체크 밸브는 연소가스가 흡기실(1064)의 외부로 방출되는 것을 막고 있으므로 흡기실(1064)은 밀폐된 압력용기가 된다. 예압축판(104)이 흡기실(1064)을 통과하며 아래로 쓸려 내려갈 때, 흡기실(1064)에 포함된 연소가스는 흡기포트(1046)가 열려 연소실(1033) 내부로 들어가기 전까지 압축된다.

흡기실(1064)은 연소실(1033)의 최대 용적보다 더 큰 용적을 가지는 것이 바람직하다. 본 실시예에서 흡기실(1064)은 연소실의 최대 용적보다 세 배 큰 부피를 가진다. 그러나 흡기실 부피 대 최대 연소실 부피의 비는 최소 1:1에서부터 3:1의 값 이상의 값 사이의 다른 값이 가능하다는 것은 당해 기술분야의 당업자에게 자명하다. 연소실(1033)에 비하여 흡기실(1064)의 용적이 비교적 큰 값을 가지는 결과, 연소가스는 상승한 압력으로 공급될 수 있다. 그러므로, 흡기실(1064)의 상대적 크기를 선택함으로써, 과급 엔진이나 터보 과급 엔진에서의 압력과 유사한 압력에까지 압력이 상승된 연소가스를 얻을 수 있다. 연소가스의 가압은 낮은 RPM에서 일어날 수도 있다. 이것은 종래의 과급 엔진 또는 터보 과급 엔진과는 다른 점인데, 낮은 RPM에서 종래의 엔진은 전형적으로 연소가스에 충분한 압력을 가할 수 없었고, 그 결과 엔진 성능의 저하를 가져오게 되고, 엔진은 높은 RPM에 이르러서야 충분하게 가압된 연소가스를 제공할 수 있게 된다.

연소실(1033)의 소기는 동력행정의 마지막에서 시작된다. 동력행정의 마지막은 흡기포트(1046)와 배기밸브(1052)의 개방으로 나타난다. 도 26에서와 같이, 이것은 실린더 라이너(1014)가 거의 움직이지 않는 피스톤(1012)으로부터 떨어져 아래로 이동하여 흡기포트(1046)가 최초로 개방되고, 배기밸브(1052)가 최초로 배기밸브 자리(1034)로부터 들어올려 지는 포인트까지 이동함에 따라 일어난다. 흡기포트(1046)가 최초로 개방되면, 예압축판(1044) 아래의 흡기실(1064) 내부에 포함된 압축 연소가스는 연소실(1033) 안으로 방출된다. 그의 동시에, 크랭크-캠(1016)의 로브(1054)가 밸브스템(1066)에 맞물려, 배기밸브(1052)를 거의 움직이지 않는 피스톤(1012) 쪽으로 배치할 때, 배기밸브(1052)는 최초로 배기밸브 자리(1034)로부터 들어올려 지게 된다. 따라서, 흡기실(1064) 안에 수용되어 있던 압축 연소 가스가 흡기포트(1046)와 연소실(1033)을 통하여 흡기실(1064)로부터 방출될 때, 연소실(1033)에 포함된 연소 생성물은 연소실(1033)로부터 쓸려나가기 시작한다. 실린더 라이너(1014) 내부에 있는 배기가스통로(1036)가 엔진블록(1013)에 위치한 배기가스통로(1037)에 정렬될 때, 연소실(1033) 내부로 유입된 압축 연소가스는 실린더 라이너(1014) 내부에 있는 배기가스통로(1036) 밖으로 연소 생성물을 밀어낸다.

배기가스통로(1037)는 엔진블록(1013)의 가운데에 위치하고 있고 실린더 라이너(1014)의 위치에 따라 번갈아가며 정렬되며, 실린더 라이너(1014) 내부에서 제 1 배기가스통로(1036a) 및 제 2 배기가스통로(1036b)와 유체 소통된다. 자세하게 설명하면, 실린더 라이너(1014)가 제 1 피스톤(1012a)에 관하여 BDC 위치에 있을 때, 제 1 피스톤(1012a)과 관련된 제 1 배기가스통로(1036a)는 엔진블록(1013)의 배기가스통로(1037)와 유체 소통된다. 실린더 라이너가 제 1 피스톤의 반대편에 있는 제 2 피스톤에 관하여 BDC 위치에 있을 때, 제 2 피스톤과 관련된 제 2 배기가스통로(1036b)는 엔진블록(1013)의 배기가스통로(1037)와 유체 소통된다.

이제 엔진의 운전으로 돌아가서, 실린더 라이너(1014)는 실린더 라이너(1014)가 BDC 위치에 이를 때까지 거의 움직이지 않는 피스톤(1012a)으로부터 멀어지는 방향으로 움직인다. 도 27과 같이, BDC 위치에서, 흡기포트(1046)와 배기밸브(1052)는 완전히 개방된다. 이 시점에서, 압축 연소가스는 빠른 속도로 연소실(1033) 내부로 흘러들어가며, 이로 인해 연소 생성물로 가득한 연소실(1033)을 비워내고 새로운 연소가스로 연소실을 다시 채우게 된다. 크랭크-캠(1016)이 BDC 위치를 지나 시계방향으로 회전을 계속할 때, 로브(1054)가 밸브스템(1066)과 맞물리지 않게 되면서 배기밸브(1052)는 폐쇄 상태로 바뀌게 되고, 실린더 라이너(1014)는 거의 움직이지 않는 피스톤(1012)을 향하여 이동하며, 그로 인해 흡기포트(1046)는 닫히게 된다. 그러므로 연소실(1033)은 완전하게 밀폐되고 그 안에 저장된 연소가스는 압축되기 시작하고, 그리하여 사이클은 도 24에서 표현된 위치로 되 돌아간다.

도 29 내지 도 32로 돌아가서, 본 발명에 따라 이루어진 크랭크-캠(1016)에 대하여 더 상세하게 설명한다. 본 발명에 대하여 설명되고 있는 실시예에 있어서 크랭크-캠(1016)은 종래 왕복 내연기관에서의 크랭크축과 캠축의 기능을 동시에 제공한다. 크랭크-캠(1016)은 3개의 원형 크랭크 웨브(web, 1070), 2개의 크랭크 저널(1072a 및 1072b) 및 2개의 크랭크-캠 로브(lobe, 1054)를 포함한다. 크랭크-캠(1016)은 스틸 또는 다른 적절한 강체로 만들어지고, 일체형으로 단조되거나, 분리하여 단조된 크랭크 저널(1072)과 주조된 크랭크 웨브(1070)를 수축 끼워 맞춤 방법에 의해 조립할 수 있다. 크랭크 웨브(1070)는 서로 동심원을 이루며 정렬하고 있는 반면에, 크랭크 저널(1072)은 행정길이의 1/2의 거리만큼 서로 오프셋되어 있으며 크랭크 웨브(1070)의 중심선(1074)에 대하여도 오프셋되어 있다.

이제 도 21, 도 29 내지 도 32를 참조하면, 제 1 실린더 라이너(1014a)가 제 1 피스톤(1012b)에 대하여 TDC 위치에 있고 맞은편의 제 2 피스톤(1012a)에 대하여 BDC 위치에 있는 관계에 있을 때, 그리고 제 2 실린더 라이너(1014b)는 마주보는 피스톤(1012c 및 1012d)으로부터 같은 거리에 있을 때와 같이 크랭크 저널(1072a 및 1072b)은 서로 배치된다. 유사하게, 각각의 크랭크 저널(1072)의 크랭크-캠 로브(1054)는 서로 마주보는 방향으로 위치하고 있으며, 그에 따라 제 1 크랭크-캠 로브(1054a)가 피스톤(1012a)에 관하여 배기밸브(1052)를 완전히 개방하는 위치에 있을 때, 다른 크랭크-캠 로브(1054b)는 마주보고 있는 거의 움직이지 않는 피스톤(1012c 및 1012d)로부터 같은 거리 위치하고, 따라서 로브(1054b)는 배기밸브의 밸 브스템에 맞물리지 않으므로 배기밸브는 닫힌 위치에 자리하게 된다.

당업자에게 명백한 바와 같이, 첫번째 피스톤(1012a)에 관련된 연소가스를 압축하는 힘은 맞은편 피스톤(1012b)과 관련된 연소가스 팽창에 의해 제공된다. 그러므로 당업자에게 명백한 바와 같이, 크랭크 저널(1072a)에서 소모되는 힘은 연소가스의 팽창에 의해 발생하는 팽창력에서 맞은편 피스톤과 관련된 연소가스의 압축에 필요한 압축력을 뺀 합성력과 같다. 게다가, 압축력과 팽창력은 동일선상에서 일어나므로, 팽창력과 압축력의 동시 작용에 의해 크랭크-캠(1016)에서 모멘트는 발생하지 않는다. 그러므로 본 발명의 크랭크-캠(1016)은 팽창력과 압축력이 동일 선상에서 상쇄되지 않는 종래 엔진의 크랭크축에 비하여 그 크기를 줄일 수 있다.

도 29 내지 도 32, 및 도 33 내지 도 48을 참조하여, 엔진 운전 중에 크랭크-캠(1016)과 관련하여 실린더 라이너들(1014a 및 1014b) 사이의 관계에 대하여 설명한다. 도 33 및 도 34를 참조한다. 도 34는 도 33에서 도시된 구성요소의 측면을 나타낸다. 제 1 실린더 라이너(1014a)는 제 1 크랭크 저널(1072a)에 수직으로 설치된다. 제 2 실린더 라이너(1014b)는 제 1 실린더 라이너(1014a)에 대하여 직교하여, 즉 수평방향으로, 제 2 크랭크 저널(1072b) 상에 설치된다. 제 1 실린더(1014a)는 도면부호(1100)로 나타내진 선에 의해 표현된 엔진블록에 의해 이동경로가 수직의 왕복운동으로 제한된다. 이와 유사하게, 제 2 실린더(1014b)는 도면부호(1098)로 식별되는 선에 의해 나타내진 엔진블록에 의해 이동경로가 수평의 왕복운동으로 제한된다.

실린더 라이너(1014a 및 1014b)의 왕복 직선 운동은 크랭크-캠(1016)을 매개로 하여 회전운동으로 변형된다. 더 자세하게 설명하면, 크랭크-캠(1016)은 두 개의 회전축 상에서 회전한다. 제 1 회전축(1074)은 대략 크랭크-캠(1016)의 중심선이다. 자세하게 설명하면, 제 1 회전축(1074)은 크랭크 저널(1072a 및 1072b) 각각의 중심선(1076a 및 1076b)으로부터 같은 거리에 있고 동일 평면상에서 평행한 직선으로 정의된다. 엔진 운전 중에, 크랭크-캠(1016)은 제 1 회전축(1074) 주위를 회전하며, 반면에 제 1 회전축(1074)은 제 2 회전축(1078) 주위로 원형궤도(1080)를 그리며 회전한다. 제 2 회전축(1078)은 각각의 실린더 라이너(1014a 및 1014b)의 행정의 중간점을 양분하는 제 1 실린더 라이너(1014a) 및 제 2 실린더 라이너(1014b)의 중심선들 모두에 수직인 직선으로 정의된다. 제 2 회전축(1078)으로부터 원형궤도(1080)의 반지름은 행정길이의 1/4에 해당하는 길이와 동일하다.

계속하여 도 33 및 도 34를 참조하면, 실린더 라이너(1014a)는 마주보는 두 피스톤에 대하여 실린더 라이너(1014a)가 TDC 위치 및 BDC 위치에 있을 때인 확장 위치에서 도시되어 있고, 실린더 라이너(1014b)는 각각의 서로 마주보는 피스톤으로부터 같은 거리만큼 떨어진 위치인 중심점 위치에 도시되어 있다. 이런 배열에서, 제 2 회전축(1078)은 크랭크 저널(1072b)의 중심선과 동일선상에 있고 실린더 라이너(1014b)의 행정길이의 중심점을 양분한다. 크랭크-캠이 제 1 회전축(1074)에 관하여 시계방향으로 회전하고, 동시에 제 1 회전축(1074)이 제 2 회전축(1078)을 중심으로 주위를 회전하는 원형궤도(1080)를 따라 반시계방향으로 회전할 때, 크랭크 저널(1072b)과 이와 관련된 실린더 라이너(1014b)는 실린더 라이너(1014b) 의 수평 운동 궤도(1098)을 따라 왼쪽으로 선형 이동한다. 유사하게, 크랭크 저널(1072a)과 이와 관련된 실린더 라이너(1014a)는 실린더 라이너(1014a)의 수직 운동 궤도(1100)를 따라 도 35 및 도 36에 도시된 배열을 향하여 아래로 선형 이동한다.

도 35 및 도 36을 참조하면, 크랭크-캠이 제 1 회전축에 관하여 30도 회전한 후에, 부속된 실린더 라이너(1014a 및 1014b)를 가진 크랭크-캠이 나타나있다. 그러므로, 실린더 라이너(1014a)는 도 33 및 도 34에서 도시된 바와 같은 확장 위치로부터 멀어지고 아래 방향으로 선형 이동하는 것으로 도시되어 있고, 실린더 라이너(1014b)는 도 35 및 도 36에서 도시된 바와 같은 중심점 위치로부터 왼쪽으로 이동하는 것으로 도시되어 있다. 크랭크-캠이 제 1 회전축(1074)을 중심으로 시계방향으로 회전하고, 동시에 제 1 회전축(1074)이 제 2 회전축(1078)을 중심으로 주위를 회전하는 원형궤도(1080)를 따라 반시계방향으로 회전할 때, 크랭크 저널(1072b)과 이와 관련된 실린더 라이너(1014b)는 실린더 라이너(1014b)의 수평 운동 궤도(1098)를 따라 왼쪽으로 선형 이동한다. 유사하게, 크랭크 저널(1072a)과 이와 관련된 실린더 라이너(1014a)는 실린더 라이너(1014a)의 수직 운동 궤도(1100)를 따라 도 37 및 도 38에서 나타난 배열을 향하여 아래로 선형 이동한다.

도 37 및 도 38을 참조하면, 크랭크-캠이 제 1 회전축(1074)에 관하여 90° 회전한 후에, 부속된 실린더 라이너(1014a 및 1014b)를 가진 함께 크랭크-캠이 나타내져 있다. 그러므로, 실린더 라이너(1014b)는 두 개의 마주보는 피스톤에 대하여 확장 위치에서 도시되고, 반면에 실린더 라이너(1014a)는 각각의 마주보는 피스톤으로부터 같은 거리에 위치하는 중심점 위치에서 도시된다. 이런 배열에서, 제 2 회전축(1078)은 크랭크 저널(1072a)의 중심선(1076a)과 동일 선상에 있으며, 실린더 라이너(1014a)의 행정길이의 가운데 점을 양분한다. 크랭크-캠이 제 1 회전축(1074)을 중심으로 계속하여 시계방향으로 회전하고, 동시에 제 1 회전축(1074)이 제 2 회전축(1078)을 중심으로 주위를 회전하는 원형궤도(1080)를 따라 반시계방향으로 회전할 때, 크랭크 저널(1072b)과 이와 관련된 실린더 라이너(1014b)는 방향을 바꾸어 실린더 라이너(1014b)의 수평 운동 궤도(1098)를 따라 오른쪽으로 선형 이동한다. 크랭크 저널(1072a)과 이와 관련된 실린더 라이너(1014a)는 실린더 라이너(1014a)의 수직 운동 궤도(1100)를 따라 도 39 및 도 40에서 나타난 배열을 향하여 계속하여 아래로 선형 이동한다.

도 39 및 도 40을 참조하면, 제 1 회전축(1074)을 중심으로 크랭크-캠이 150° 회전한 후에, 부착된 실린더 라이너(1014a 및 1014b)와 함께 크랭크-캠을 나타낸다. 그러므로, 실린더 라이너(1014a)는 도 37 및 도 38에서 도시된 중심점 위치로 부터 아래방향으로 선형 이동하는 것으로 도시되어 있고, 실린더 라이너(1014b)는 도 37 및 도 38에서 도시된 확장 위치로부터 오른쪽으로 이동하는 것으로 나타내져 있다. 크랭크-캠이 제 1 회전축(1074)을 중심으로 계속하여 시계방향으로 회전하고, 동시에 제 1 회전축(1074)이 제 2 회전축(1078)을 중심으로 주위를 회전하는 원형궤도(1080)를 따라 반시계방향으로 회전할 때, 크랭크 저널(1072b)과 이와 관련된 실린더 라이너(1014b)는 실린더 라이너(1014b)의 수평 이동 경로(1098)를 따라서 그것의 중심점 위치를 향하여 오른쪽으로 선형 이동한다. 유사하게, 크랭크 저널(1072a)과 이와 관련된 실린더 라이너(1014a)는 실린더 라이너(1014a)의 수 직 이동 경로(1100)를 따라 도 41 및 도 42에서 나타난 배열을 향하여 아래 방향으로 선형 이동한다.

도 41 및 도 42를 참조하여, 실린더 라이너(1014a)는 확장 위치에서 도시되는데, 여기에서 실린더 라이너(1014a)는 두 개의 서로 마주보는 피스톤에 대하여 TDC 및 BDC 위치에 있으며, 반면에 실린더 라이너(1014b)는 중심점 위치에 도시되어있는데, 여기에서 실린더 라이너(1014b)는 서로 마주보는 피스톤으로부터 같은 거리만큼 떨어져 있다. 이러한 배열에서, 제 2 회전축(1078)은 실린더 라이너(1014b)의 크랭크 저널의 중심선과 동일선상에 있으며, 실린더 라이너(1014b)의 행정길이의 중심점을 양분한다. 크랭크-캠이 제 1 회전축(1074)을 중심으로 계속하여 시계방향으로 회전하고, 동시에 제 1 회전축(1074)이 제 2 회전축(1078)을 중심으로 주위를 회전하는 원형궤도(1080)를 따라 반시계방향으로 회전할 때, 크랭크 저널(1072b)과 그와 관련된 실린더 라이너(1014b)는 실린더 라이너(1014b)의 수평 운동 궤도(1098)를 따라 오른쪽을 선형 이동한다. 유사하게, 크랭크 저널(1072a)과 그와 관련된 실린더 라이너(1014a)는 실린더 라이너(1014a)의 수직 운동 궤도(1100)를 따라 도 43 및 도 44에서 나타난 배열을 향하여 위쪽 방향으로 선형 이동한다.

도 43 및 도 44를 참조하면, 제 1 회전축(1074)을 중심으로 크랭크-캠이 210도 회전한 후, 부속된 실린더 라이너(1014a 및 1014b)를 가진 크랭크-캠이 나타내져 있다. 그러므로, 실린더 라이너(1014a)는 도 41 및 도 42에서 도시된 확장 위치로부터 떨어져서 위쪽 방향으로 선형 이동하고, 실린더 라이너(1014b)는 도 41 및 도 42에서 도시된 등간격 위치로부터 오른쪽으로 이동하는 것으로 나타난다. 크랭크-캠이 제 1 회전축(1074)을 중심으로 계속하여 시계방향으로 회전하고, 동시에 제 1 회전축(1074)이 제 2 회전축(1078)을 중심으로 주위를 회전하는 원형궤도(1080)를 따라 반시계방향으로 회전할 때, 크랭크 저널(1072b)과 그와 관련된 실린더 라이너(1014b)는 실린더 라이너(1014b)의 수평 운동 궤도(1098)를 따라 오른쪽으로 선형 이동한다. 유사하게, 크랭크 저널(1072a)과 그와 관련된 실린더 라이너(1014a)는 실린더 라이너(1014a)의 수직 운동 궤도(1100)를 따라서 도 45 및 도 46에서 나타난 배열을 향하여 위쪽으로 선형 이동한다.

도 45 및 도 46을 참조하면, 크랭크-캠이 제 1 회전축(1074)을 중심으로 270° 회전한 후, 부속된 실린더 라이너(1014a 및 1014b)를 가진 크랭크-캠이 나타내져 있다. 그러므로, 실린더 라이너(1014b)는 두 개의 마주보는 피스톤에 관하여 확장 위치에 도시되는 한편, 실린더 라이너(1014a)는 중심점 위치에 도시되는데, 여기에서 실린더 라이너(1014a)는 서로 마주보는 피스톤으로부터 같은 거리만큼 떨어져 있다. 이러한 배치에서, 제 2 회전축(1078)은 크랭크 저널(1072b)의 중심선과 동일선상에 있으며, 실린더 라이너(1014b)의 행정길이의 중심점을 양분한다. 크랭크-캠이 제 1 회전축(1074)을 중심으로 계속하여 시계방향으로 회전하고, 동시에 제 1 회전축(1074)이 제 2 회전축(1078)을 중심으로 주위를 회전하는 원형궤도(1080)를 따라 반시계방향으로 회전할 때, 크랭크 저널(1072b)과 이와 관련된 실린더 라이너(1014b)는 방향을 바꾸어 실린더 라이너(1014b)의 수평 운동 궤도(1098)를 따라 왼쪽으로 선형 이동한다. 크랭크 저널(1072a)과 이와 관련된 실린더 라이 너(1014a)는 실린더 라이너(1014a)의 수직 운동 궤적(1100)을 따라 도 47 및 도 48에 나타난 배열을 향하여 계속하여 위쪽으로 선형 이동하고, 따라서 엔진은 도 33 및 도 34에 나타난 배열로 되돌아 가게 되고, 각각의 피스톤에 대하여 하나의 열역학 사이클을 완성한다.

도 28을 참조하여, 크랭크-캠(1016)과 실린더 라이너(1014a 및 1014b) 사이의 상관 관계를 상세하게 설명한다. 도 28은 본 발명에 따라 제작된 왕복 내연기관(1010)의 파단면을 나타낸 것이다. 이 단면은 크랭크-캠(1016)을 길이 방향과 거의 나란하게 취해진 것이다. 이와 같이 얻은 단면에서, 수직으로 위치한 실린더 라이너(1014a)는 실린더 라이너(1014a)의 중심선을 따라 절단된다. 실린더 라이너(1014b)는 실린더 라이너(1014a)에 수직으로 위치하므로, 수평 방향으로, 실린더 라이너(1014b)의 단면은 실린더 라이너(1014b)의 양 단 사이의 중간을 지나면서 옆으로 잘라낸 형태이다. 실린더 라이너(1014a)는 피스톤(1012a, 도면에 미 도시)에 대하여 BDC 위치에, 피스톤(1012b)에 대하여 TDC 위치에 있음을 나타낸다.

실린더 라이너(1014b)는 마주하는 피스톤들로부터 같은 거리의 위치에 있음을 나타낸다. 이와 같이 배치된 크랭크-캠(1016)에서, 크랭크 저널(1072a)에 결합된 로브(1054a)는 피스톤(1012a)에 관련된 배기밸브(1052)의 밸브스템(1066a)에 맞물려, 밸브(1052)를 배기밸브 자리(1034)로부터 들어올린다. 실린더 라이너(1014b)의 크랭크 저널(1072b)과 결합된 로브(1054b)는 마주보는 거의 움직이지 않는 피스톤들의 밸브스템들 사이로부터 같은 거리에 위치하는 것으로 나타난다. 실린더 라이너(1014b)는 실린더 라이너(1014b)와 관련된 마주보는 피스톤들 사이의 중간에 위치하므로, 실린더 라이너(1014b)는 현재 소기 과정에 있지 않다. 따라서, 엔진블록(1013)에서의 배기가스 통로(1037)는 실린더 라이너(1014b)에서의 배기가스 통로(1036, 도 23 참조)와 유체 소통을 아직까지는 형성하고 있지는 않다.

도 49를 참조하여, 출력 구동부 시스템(1094)의 구성요소에 관하여 설명한다. 출력 구동부 시스템(1094)은 크랭크-캠(1016)의 왕복운동과 회전운동을 동력인출축(1084)의 중심선에 관한 회전운동으로 변환한다. 출력 구동부 시스템(1094)은 출력 구동부 감소 기어(1082)와 출력 구동부 기어(1086)를 포함한다. 또한, 출력 구동부 감소 기어(1082)는 출력 구동부 기어 수용 리세스(1096)의 원통형 벽의 원주 방향을 따라 배치된 내부 기어 이(1090)를 포함한다. 출력 구동부 감소 기어(1082)는 체결구와 같이 잘 알려진 수단에 의해 동력 인출 구동 플랜지(1080)에 강하게 체결된다. 동력 인출축(1084)은 동력 인출 구동 플랜지(1080)에 수직이고 동심원을 이루며 부착된다. 동력 인출축(1084)의 중심선은 제 2 회전축(1078)과 동일선상에 있다. 출력 구동부 기어(1086)는 출력 구동부 감소 기어(1082)의 내부 기어 이(1090)와 맞물릴 수 있는 크기와 모양을 가진 외부 기어 이(1088)를 가진다. 출력 구동부 기어(1086)는 원형의 크랭크 웨브(1070)를 받아들일 수 있는 크기와 모양을 가진 크랭크 웨브(1070)의 수용 리세스(1092)를 가진다. 크랭크 웨브(1070)는, 체결구와 같이 잘 알려진 수단에 의해 출력 구동부 기어(1086)의 리시빙 리세스(1092)에 강하게 체결된다.

출력 구동부 시스템(1094)의 구성요소에 관하여 상기 설명한 바에 비추어, 출력 구동부 시스템(1096)의 작동을 설명한다. 도 50 내지 도 55를 참조하면, 문 자 A는 출력 구동부 기어(1086) 상에서 임의로 선택된 참조 점으로서 사용되고, 문자 B는 출력 구동부 감소 기어(1082) 상에서 임의로 선택된 참조 점으로서 사용된다. 참조 문자 C는 크랭크 저널(1072b)의 중심점을 표시하고, 그러므로 실린더 라이너(1014b, 도면에 미 도시)를 나타낸다. 그리고 참조 문자 D는 크랭크 저널(1072a)의 중심점을 표시하고, 그러므로 실린더 라이너(1014a, 도면에 도시되지 않음)를 나타낸다.

도 50을 참조하면, 출력 구동부 기어(1086)는 출력 구동부 감소 기어(1082) 내부에 위치하여, 출력 구동부 기어(1086)의 외부 기어 이(1088)가 출력 구동부 감소 기어(1082)의 내부 기어 이(1090)와 서로 맞물리게 된다. 맞물린 상태에서 출력 구동부 감소 기어(1082)와 출력 구동부 기어(1086)가 시계방향으로 회전하면서, 출력 구동부 기어(1086) 상의 참조 점(D)은 수평 참조 선(1098)을 따라 왕복한다. 참조 선(1098)은 실린더 라이너(1014b, 도면에 미 도시)의 직선 궤적을 나타내며, 도 33 내지 도 48에 도시한 참조 선(1098)과 동일하다. 유사하게, 참조 점(C)은 수직 참조 선(1100)을 따라 왕복한다. 수직 참조 선(1100)은 실린더 라이너(1014a, 도면에 미 도시)의 직선 궤적을 나타내며, 도 33 내지 도 48에 도시한 참조 선(1100)과 동일하다. 출력 구동부 감소 기어(1082)와 출력 구동부 기어(1086)가 시계방향으로 회전하면서, 참조 점(D)은 참조 선(1098)을 따라 오른쪽으로 이동하고, 참조 점(C)은 참조 선(1100)을 따라 위쪽으로 각각 이동한다.

도 51을 참조하면, 출력 구동부 감소 기어(1082)가 도 50에서 도시된 배열로부터 1/16 바퀴만큼 시계방향으로 회전할 동안, 출력 구동부 기어(1086)는 1/8 바 퀴만큼 시계방향으로 회전한다. 도 51을 참조할 때 명백한 바와 같이, 참조 점(C)과 참조 점(D)은 여전히 참조 선(1100)과 참조 선(1098) 상에 각각 위치하며, 이에 따라 크랭크 저널의 중심 및 그에 부착된 실린더 라이너의 운동 궤적은 직선으로 유지된다.

도 52를 참조하면, 출력 구동부 감소 기어(1082)가 도 50에서 도시된 배열로부터 1/8 바퀴만큼 시계방향으로 회전할 동안, 출력 구동부 기어(1086)는 1/4 바퀴만큼 시계방향으로 회전한다. 도 52를 참조할 때, 도 51에서 도시된 각각의 위치로부터, 참조 점(C)은 선형의 참조 선(1100)을 따라 위쪽으로 수직 이동하였고, 한편 참조 점(D)이 수평의 참조 선(1098)을 따라 오른쪽으로 수평 이동하였다는 것은 명백하다. 참조 점(D)은 현재 "정점(zenith)"에 있으며, 그러므로 상기 실린더 라이너와 관련된 거의 움직이지 않는 서로 마주보는 피스톤에 관하여 실린더 라이너는 TDC 및 BDC 위치에 있는 상태에서 각 실린더 라이너는 확장 위치에 있다. 출력 구동부 기어(1082)가 시계방향으로 좀 더 회전하면, 참조 점(D)은 참조 선(1098)을 따라 오른쪽의 운동 방향에서 왼쪽 방향으로 전환된다.

도 53을 참조할 때, 출력 구동부 기어(1086)는 1/2 바퀴만큼 회전하였고 출력 구동부 감소 기어(1082)는 1/4 바퀴만큼 회전하였다. 참조 점(C)은 정점에 위치하고 있으며, 그러므로 이에 대응되는 실린더 라이너는 상기 실린더 라이너와 관련하여 거의 움직이지 않는 서로 마주보는 두 개의 피스톤에 관하여 TDC 및 BDC 위치에 해당하는 확장 위치에 있다. 출력 구동부 기어(1082)가 시계 방향으로 좀 더 회전하면, 참조 점(C)은 참조 선(1100)을 따라 위쪽 방향으로부터 아래쪽 방향으로 운동 방향이 전환된다.

도 54를 참조할 때, 출력 구동부 기어(1086)는 3/4 바퀴만큼 회전하였다. 출력 구동부 감소 기어(1082)는 3/8 바퀴만큼 회전하였다. 참조 점(C)은 현재 참조 궤적(1100)의 중심점에 있다. 상기 중심점은 참조 점(C)과 대응하는 실린더 라이너가 현재 거의 움직이지 않는 피스톤들로부터 등거리 상에 있음을 나타낸다. 유사하게, 참조 점(D)은 현재 정점에 있다. 그러므로, 참조 점(D)에 대응하는 실린더 라이너는 확장 위치에 있고, 따라서 상기 실린더 라이너에 상응하는 거의 움직이지 않는 피스톤들에 대하여 TDC 및 BDC 위치에 있다.

이제 도 55를 살펴보면, 참조 점(A)과 참조 점(B)의 상대적인 위치에 의해 지시된 바와 같이 출력 구동부 기어(1086)는 완전히 1바퀴를 회전하였고, 한편 출력 구동부 감소 기어(1082)는 1/2 바퀴만큼 회전하였다. 출력 구동부 기어(1086)가 완전히 1바퀴를 회전할 때, 각각의 피스톤은 한 번의 완전한 열역학 사이클을 완성한다. 지름의 치수와 가능한 양의 기어 이를 조작함으로써, 엔진 RPM 대 동력 인출 축(1084) RPM의 감소비를 다르게 하는 것이 가능하다는 것은 당업자에게 명백하다. 도 50 내지 도 55에서 도시된 실시예에서, 출력 구동부 기어(1086)은 30개의 기이 이가 있고, 출력 구동부 감소 기어(1082)는 40개의 이가 있다. 출력 구동부 기어(1086)가 360도를 회전할 경우, 출력 구동부 기어(1086)는 출력 구동부 감소 기어(1082)의 60개의 이를 물게 된다(cam). 출력 구동부 감소 기어(1082)는 40개의 기어 이가 있으므로, 출력 구동부 감소 기어(1082)는 20개의 이만큼의 거리를 진행하며, 이는 출력 구동부 감소 기어(1082)와 이에 부속된 축의 180도 회전에 해 당한다. 따라서 RPM에서 2:1의 감소비가 달성된다.

종종 엔진 또는 더 상세하게는 크랭크-캠 RPM에서와 같은 RPM으로 회전하는 직접 출력 구동부 축을 가지는 것이 바람직한 경우가 있다. 직접 출력 구동부 축은 분배기와 같은 부품을 구동하기 위해 사용될 수 있다. 도 56 내지 도 58을 참조하면, 본 발명과 함께 사용하기 적합하고, 본 발명에 의해 제작된 직접 출력 구동부 장치(1102)를 나타낸다. 직접 출력 구동부 장치(1102)는 직접 출력 구동부 어댑터(1104), 직접 출력 구동부(1106), 직접 출력 구동부 축(1108) 및 글라이딩 블록(1110)을 포함한다. 이들 구성요소들은 서로 유기적으로 작동하여 크랭크-캠의 회전 및 왕복운동을 직접 출력 구동부 축(1108)에서의 회전 운동을 변환한다.

직접 출력 구동부 어댑터(1104)의 구성에 대하여 설명한다. 직접 출력 구동부 어댑터(1104)는 각각 내부 고리모양 표면(1114, 엔진을 향하고 있음)과 외부 고리모양 표면(1116, 엔진으로부터 떨어진 쪽을 향함)을 가지고 있는 원반 모양의 부재이다. 내부 고리모양 표면(1114)의 인접한 곳에 형성되어 있는 것은 크랭크 웨브 수용 리세스(1118)이며, 여기에 크랭크 웨브(1070, 도 31 참조) 중 하나가 그 내부로 수용되어 그 내부에 단단하게 체결된다. 외부 고리모양 표면(1116)에 수직으로 동심원을 이루며 부착된 것은 구동축(1112)이다. 구동축(1112)은 글리이딩 블록(1110) 안에 위치한 보어(1120)의 내부로 수용된다.

글라이딩 블록(1110)의 구성에 대하여 설명한다. 글라이딩 블록(1110)은 일반적으로 직사각형 모양의 블록 구조를 하고 있으며, 직접 출력 구동부(1106)의 외부 원형 원주와 일치되도록 형성된 아치형 단부(1122)를 가지고 있다. 글라이딩 블록(1110)의 길이와 폭은 직접 출력 구동부(1106)에서 형성된 채널(1124)의 길이와 폭과 일치되도록 선택되고, 이에 따라 글라이딩 블록(1110)이 채널(1124) 내부로 수용되도록 한다. 바람직하게는, 마찰과 마모를 줄이기 위해, 글라이딩 블록(1110)과 직접 출력 구동부(1116) 내부에 형성된 채널(1124)의 접촉 표면을 연마 다듬질한다.

직접 출력 구동부(1106)는 각각 내부 원판 표면(1126, 엔진을 향함)과 외부 원판 표면(1128, 엔진으로부터 떨어진 쪽을 향함)을 가진 원반 모양의 부재이다. 글라이딩 블록(1110)을 삽입하는 채널(1124)은 내부 원판 표면(1126)에 형성된다. 직접 출력 구동부 출력 축(1108)은 외부 원판 표면(1128)에 수직으로 동심원을 이루며 부착된다.

도 59 내지 도 62를 참조하여, 직접 출력 구동부 시스템(1102)의 작동을 설명한다. 도 59를 참조하면, 직접 출력 구동부 시스템(1102)의 평단면도를 나타내는데, 크랭크-캠이 제거된 상태에서 직접 출력 구동부 어댑터(1104)의 내부 고리모양 표면(1114)을 나타내고, 직접 출력 구동부(1106)의 내부 원판 표면(1126)을 나타낸다. 어댑터(1104)의 구동축(1112)은 점선으로 나타난다. 글라이딩 블록(1110)은 나타나지만, 글라이딩 블록(1110)의 대부분은 어댑터(1104)에 의해 가려진다. 문자(A)는 출력 구동부(1106)의 바깥 원주 상에서 임의로 선택된 참조 점이며, 문자(B)는 직접 출력 구동부 어댑터(1104) 상에서 임의로 선택된 참조 점이다.

도 59를 계속 참조하면, 직접 출력 구동부 어댑터(1104)의 중심은 도면부호(1130)로 표시된다. 직접 출력 구동부(1106)의 중심은 도면부호(1132)로 표시된 다. 직접 출력 구동부 어댑터(1104)는 그 중심(1130) 주위로 회전하고, 동시에 직접 출력 구동부(1106)의 중심(1132) 주위를 원형 궤도(1134)를 따라 회전한다. 원형 궤도(1134)는 행정길이의 1/4에 해당하는 길이와 동일한 반지름을 가진다.

도 60은 직접 출력 구동부 시스템(1102)이 도 59에서 나타난 위치에서부터 반시계방향으로 1/4 바퀴만큼 회전한 상태를 나타낸다. 도 61은 직접 출력 구동부 시스템(1102)이 도 59에 나타난 위치에서부터 반시계방향으로 1/2 바퀴만큼 회전한 상태를 나타낸다. 도 62는 직접 출력 구동부 시스템(1102)이 도 59에 나타난 위치에서부터 반시계방향으로 3/4 바퀴만큼 회전한 상태를 나타낸다. 도 59 내지 도 62에서 나타난 바와 같이, 참조문자(A)와 참조문자(B)는 직접 출력 구동부 어댑터(1104)와 직접 출력 구동부(1106)가 회전하는 동안에 재빠르게 정렬된 상태로 남아 있으므로, 어댑터(1104)와 직접 출력 구동부(1106)가 동일한 속도로 회전한다는 사실은 당업자에게 명백하다. 그러므로, 직접 출력 구동부 출력 축(1108, 도 58 참조)은 엔진 RPM에서 회전하는 회전 입력을 요구하는 구성요소를 구동하는데 사용할 수 있다.

도 59 내지 도 62에서 살펴본 바와 같이, 슬라이딩 블록(1110)은 구동 중에 움직이지 않는 것으로 나타난다. 이것은 엔진의 부품들이 0의 공차를 가지도록 형성된다면 가능할 것이다. 그러나, 통상의 상황에서와 같이, 구성요소들이 소정의 공차 범위 내에서 형성되는 경우에는, 슬라이딩 블록(1110)은 채널(1124) 안에서 약간의 운동을 겪게 될 것이고, 그로 인해 부품들의 공차를 흡수해버리고, 진동을 완화시키고 부품들의 융착 가능성을 감소시킨다.

도 63을 참조하여, 본 발명의 상기 실시예에 대한 압축비 및 출력설정 제어시스템(1300)을 설명한다. 제어시스템(1300)은 엔진 구동 중에 동시적으로 조절되는 엔진의 압축비 및 출력설정을 제어한다. 상세하게 설명하면, 낮은 부스트 상태에서, 제어 장치(1300)는 엔진이 선택적으로 구성되도록 하는데, 높은 출력설정(스로틀 완전 개방) 상태에서는 10:1과 같은 낮은 압축비를 가지고, 낮은 출력설정(아이들) 상태에서는 15:1과 같은 높은 압축비를 가지도록 한다. 높은 부스트 상태에서, 제어시스템(1300)은 엔진이 선택적으로 구성되도록 하는데, 높은 출력설정(스로틀 완전 개방) 상태에서는 5.6:1과 같은 낮은 압축비를 가지고, 낮은 출력설정(아이들) 상태에서는 15:1과 같은 높은 압축비를 가지도록 한다. 제어시스템(1300)은 엔진의 거의 움직이지 않는 피스톤(1012)의 축방향 위치를 선택적으로 조작함으로써 엔진의 압축비와 출력설정을 조절하는데, 상세한 것은 후술한다. 상기 실시예에서, 피스톤의 축 방향 위치는, 압축 유체를 피스톤(1012)에 원주방향으로 부착된 제어판(1026)에의 상부 고리모양 표면(1025) 및 하부 고리모양 표면(1027) 중 어느 하나에 선택적으로 가함으로써 조절되고, 따라서 피스톤(1012)에 힘을 가해 그 축 방향으로 움직이게 한다.

제어 시스템(1300)의 주요 구성요소는 유압펌프(1302), 제어밸브(1304), 제어판(1026)과 제어판 하우징(1320)을 포함한다. 유압펌프(1302)는 제어밸브(1304)와 공급 선(1308)과 복귀 선(1310)에 의해 유체 소통되어 있다. 유압펌프(1302)는 압축 제어 유체를 공급하기 위한 장치로서 당해 기술 분야에서 알려진 적절한 장치라면 어떠한 장치라도 가능하다. 구동 상태에서, 유압펌프(1302)는 구동유 (hydraulic oil)와 같은 압축 제어 유체를 공급 선(1308)을 통하여 제어밸브(1304)로 방출한다. 유사하게, 사용된 제어 유체는 재압축되기 위해 복귀 선(1310)을 따라 유압펌프(1302)로 되돌아간다.

제어밸브(1304)는 제어 유체의 유동을 제어판 하우징(1320)으로 선택적으로 제어하고, 그에 따라 거의 움직이지 않는 피스톤(1012)의 축 방향 위치를 선택적으로 조작하도록 한다. 제어밸브(1304)는 3개의 위치 사이에서 작동이 가능하다. 제 1 위치에서, 유압펌프(1302)에서 얻어진 압축 제어 유체는 공급 선(1308)을 경유하여 제 1 포트(1311)로 전달되고, 한편 제 2 포트(1313)는 유압펌프(13020)의 복귀 선(1310)과 유체 소통되도록 구성된다. 제 2 위치에서, 유체 흐름은 역전되고, 유압펌프(1302)에서 얻어진 압축 제어 유체는 공급 선(1308)을 경유하여 제 2 포트(1313)로 전달되고, 한편 제 1 포트(1311)는 유압펌프(1302)의 복귀 선(1310)과 유체 소통되도록 구성된다. 제 3 위치에서, 제어밸브(1304)는 유체 흐름이 없는 위치에 위치하고, 제어 유체는 포트(1311 및 1313)로 유입하거나 방출되지 않도록 차폐된다. 제어밸브는 레버(1306)와 같은 당해 기술분야에서 알려진 적절한 수단에 의해 3개의 위치 사이에서 구동된다. 바람직하게는, 레버(1306)의 위치는 스로틀이나 가스 패달과 같은 출력설정 장치의 위치에 대한 직접적인 관계에 따라 제어된다.

제어판 하우징(1320)은 제어판(1026)을 수용할 수 있도록 원통형 홈(1322)을 포함한다. 제어판은 홈(1322)을 상부 챔버(1316)와 하부 챔버(1318)로 양분하며, 오일 제어링(1028)이 제어판(1026)의 가장자리에 원주방향으로 배치되어 상부 챔버 (1316)와 하부 챔버(1318)가 독립하여 압축되도록 한다. 또 다른 오일 제어링(1323)이 홈(1322) 안에 저장된 압축 유체의 방출을 막는 역할을 한다. 상부 챔버 배관(1312)은 각각의 피스톤과 관련된 상부 챔버(1316)에 연결되어 있어, 제어 밸브(1304)의 제 1 포트(1311)와 유체 소통된다. 하부 챔버 배관(1314)은 각각의 피스톤과 관련된 하부 챔버(1318)에 연결되어 있어, 제어 밸브(1304)의 제 2 포트(1313)와 유체 소통된다.

상기 설명한 압축비 및 출력설정 제어시스템(1300)의 구성요소에 비추어, 장치의 구동에 관하여 설명한다. 도 63을 참조하면, 제어밸브(1304)가 제 1 위치에 있을 때, 유압펌프(1302)에서 얻어진 압축 유체는 상부 챔버(1316)로 이동된다. 압축 유체는 제어판(1026)의 상부 고리모양 표면(1025)에 작용하고, 제어판(1026)과 강성적으로 부착된 피스톤(1012)을 피스톤(1012)의 축을 따라 도 64에 도시된 위치를 향하여 아래 방향으로 이동시킨다. 반대로, 제어밸브(1304)가 제 2 위치에 있을 때, 유압펌프(1302)에서 얻어진 압축 유체는 하부 챔버(1318)로 이동된다. 압축 유체는 제어판(1026)의 하부 고리모양 표면(1027)에 작용하고, 제어판(1026)과 강성적으로 부착된 피스톤(1012)을 피스톤(1012)의 축 방향을 따라 위 방향으로 힘을 가하고, 피스톤을 도 64에서 도시된 위치에서 도 63에서 도시된 위치로 이동시킨다.

피스톤(1012)의 축 방향 위치를 조작하는 것은 엔진의 압축비를 조절한다. 보다 구체적으로 설명하면, 실린더 라이너(1014)의 행정길이는 일정하게 유지된다. 그러므로, 피스톤(1012)의 축 방향 위치를 조절함으로써, TDC 위치에서 피스톤 (1012)의 크라운과 맞은편에 있는 실린더 라이너(1014)의 내부 표면과의 거리는 감소한다. 그러므로, 실린더 라이너가 피스톤에 관하여 TDC 위치에 있을 때, 거의 같은 부피의 연소가스는 상대적으로 작은 부피로 압축되며, 당업자에게 명백한 것처럼 압축비는 증가한다. 예를 들어, 도 25와 비교하여 도 64를 참조하면, 두 경우 모두 피스톤(1012)에 관하여 TDC 위치에서 도시되고, 연소가스의 최종 부피는 도 25의 경우와 비교하여 도 64의 경우에서 대체로 감소한 것이 당해 기술분야의 숙련자에게 명백하고, 그에 따라 도 64에서 높은 압축비를 얻고, 도 25에서 상대적으로 낮은 압축비를 얻게 된다.

도 65를 참조하면, 피스톤(1012)의 축 방향 위치를 조작하면 엔진의 출력설정 역시 동시에 조작할 수 있다. 상세하게 설명하면, 피스톤(1012)의 축 방향 위치를 조절함으로써, 흡기포트(1046)가 연소실(1033)과 유체 소통되어 있는 정도를 지속시간과 표면적 모두에 대하여 선택적으로 조절한다. 흡기포트(1046)가 연소실(1033)과 유체 소통되어 있는 정도를 제어함으로써, 연소실(1033)로 전달되는 연소가스의 양이 조절되고, 이는 종래의 자연흡입기관의 기화기에서의 나비밸브와 동일한 방법에 의한다.

도 27과 비교하여 도 65를 참조하면, 피스톤(1012)의 축 방향 위치의 조작에 의해 구현되는 출력설정 또는 스로틀 효과는 당해 기술분야의 숙련자에게 쉽게 이해될 수 있다. 도 65를 참조하면, 실린더 라이너(1014)가 BDC 위치에 있는 상태에서 피스톤(1012)은 높은 압축비와 낮은 출력설정 구성을 나타낸다. 도 65에서 나타난 바와 같이, 흡기포트(1046)는 실린더 라이너가 BDC 위치에 있을 때 피스톤 (1012)에 의해 부분적으로 막혀있다. 도 27을 참조하면, 실린더 라이너(1014)는 역시 BDC 위치에 있다. 그러나 흡기포트(1046)는 완전히 열려있는데, 이는 피스톤(1012)이 도 65에 나타난 피스톤(1012)의 위치와 비교하여 볼 때 실린더 라이너(1014)로부터 축 방향으로 더 멀어진 위치로 이동하였기 때문이다. 흡기포트(1046)를 부분적으로 차폐하기 위해서 피스톤(1012)을 아래 방향으로 이동시킴으로써, 흡기포트(1046)의 표면적과 흡기포트(1046)가 연소실(1033)과 유체 소통되는 지속시간이 대체로 감소한다. 흡기포트(1046)가 연소실(1033)과 유체 소통되는 정도를 감소시킴으로써, 연소실(1033) 내부로 유입되는 연소가스의 양은 감소하고, 따라서 엔진은 낮은 파위세팅으로 조절된다. 당업자에게 명백한 바와 같이, 엔진은 흡기포트(1046)가 완전히 닫힘으로써 정지할 것이다. 또한 당업자에게 명백한 바와 같이, 피스톤의 축 방향 위치를 조절하는 것은 흡기 과정의 타이밍을 조절한다.

제어시스템(1300)에 관한 상기 상세한 설명이 피스톤(1012)의 움직임을 일으키게 하는 유압장치를 나타내고 있음에도, 피스톤(1012)을 구동하는 다른 방법도 본 발명의 구동을 위하여 적합하다는 것은 당업자에게 명확하다. 예를 들면, 피스톤(1012)은 전자기 시스템이나 캠이 피스톤(1012)의 선택적인 위치로 회전하는 곳과 같은 기계적인 수단에 의해서 구동될 수 있다.

모든 내연기관에서와 같이, 상기 설명한 왕복 내연기관(1010)에서도 많은 양의 열이 엔진 구동 중에 발생한다. 그 열의 대부분은 연소과정의 결과로 발생하는 열, 실린더 라이너 내부의 가스의 압축에 의해 발생하는 부가적인 열 및 엔진 (1010)의 구동 부품들 사이의 마찰에 의한 것이다. 엔진(1010) 내부의 온도는 냉각장치에 의해 제어되는데, 냉각장치는 과다한 열을 제거하고 열에 의해 발생하는 응력을 균등하게 하기 위해서 엔진블록 내부의 통로를 통하여 중요 부품들 주위로 냉각제를 순환시킨다. 내연기관의 냉각장치의 구성요소와 설계는 당해 기술분야에서 공지되어 있으므로, 엔진의 냉각 통로 및 냉각장치 구성요소는 본 발명의 설명에 대한 명확성을 기하기 위해 생략한다.

도 66 내지 도 70은 본 발명에 따라 제작된 왕복 내연기관(2000)의 제 3 실시예를 나타낸다. 상기 엔진(2000)은 디젤 연료를 기반으로 구동되기 위해 적합하게 개조된 4-피스톤 내연기관이다. 도 66을 참조하면, 내연기관(2000)은 상기 설명한 제 2 실시예에서의 내연기관과 많은 면에서 거의 유사하고, 그러므로 간략하게 하기 위해, 본 상세한 설명은 제 2 실시예에서와 비교하여 엔진(2000)의 다른 면에 초점을 맞춘다.

엔진(2000)은 연료 분사기(2002, 도 67 참조)와 피스톤 라이너 조립체(2034, 도 67 참조)를 추가적으로 포함한다. 엔진(2000)은 또한 배기가스에 존재하는 압력과 열을 마력과 같은 유용한 에너지로 전환하도록 만들어진 배기회수장치(2004)를 포함한다. 엔진(2000)은 한쌍의 웨이스트 게이트 밸브 조립체(2006)를 포함하는데, 그 각각은 웨이스트 게이트 밸브(2008)의 구동을 제어하는데 사용될 수 있다.

도 66 내지 도 70에서 설명하는 실시예에 대하여, 많은 구성요소가 엔진(2000) 위 또는 내부의 다중의 위치에 설치된다. 그러므로, 그 중에서 오직 하나 의 구성요소만 상세하게 설명한다. 대체로 동일한 구성요소의 군에서 하나의 구성요소에 대한 설명만으로도 동일한 군의 구성요소에 대하여 동일한 설명으로서 적용된다는 것은 당업자에게 명백하다.

도 66을 참조하여, 배기가스 회수 구동장치(2010)에 대하여 상세히 설명한다. 배기가스 회수 구동장치(2010)는 동력을 크랭크-캠(2012, 도 67 참조)으로부터 로터리 밸브(2014, 도 67 참조)로 이동시키기에 적합하다. 크랭크-캠(2012)에 연결된 것은 하부 풀리(2014)와 상부 풀리(2016)이다. 하부 풀리(2014)와 상부 풀리(2016)로부터 떨어져 위치한 것은 제 1 로터리 밸브 구동 풀리(2018)와 제 2 로터리 밸브 구동 풀리(2020)이다.

제 1 벨트(2022)는 하부 풀리(2014)와 제 1 로터리 밸브 구동 풀리(2018) 사이에서 뻗어 있고, 동시에 제 2 벨트(2024)는 상부 풀리(2016)와 제 2 로터리 밸브 구동 풀리(2020) 사이에 뻗어 있다. 하부 풀리(2014)와 상부 풀리(2016) 각각의 지름은 제 1 로터리 밸브 구동 풀리(2018)와 제 2 로터리 밸브 구동 풀리(2020)의 지름의 절반에 상당하다. 따라서, 제 1 로터리 밸브 구동 풀리(2018) 및 제 2 로터리 밸브 구동 풀리(2020)의 회전 속도는 하부 풀리(2014) 및 상부 풀리(2016)의 회전 속도의 절반이며, 상기 하부 및 상부 풀리(2014 및 2016)에 연결된 크랭크-캠(2012)의 회전 속도의 절반이다. 공지의 덮개판(2030)이 하부 및 상부 풀리(2014 및 2016)의 아래에 배치된다.

상기 실시예에서 크랭크-캠(2012)은 벨트와 풀리를 이용한 배기가스 회수 구동장치(2010)에 의해 로터리 밸브와 연결되지만, 크랭크-캠(2012)과 로터리 밸브를 연결하는 다른 시스템이 가능하다는 것은 당업자에게 명백하다. 무한한 예들이 가능한데, 기어, 체인 또는 기타 다른 장치들이 크랭크-캠의 운동을 로터리 밸브의 운동으로 변환하는데 사용될 수 있다. 또 다른 방법으로, 로터리 밸브의 회전과 크랭크-캠(2012)의 물리적 연결을 대신하여, 개별적인 구동 모터들을 로터리 밸브의 구동을 위해 사용할 수 있다. 그러므로, 그러한 메커니즘 또한 본 발명의 범위 내에 속한다.

또한, 엔진(2000)의 외부에 결합된 것은 한 쌍의 외부 배기 매니폴드(2026)이다. 각각의 외부 배기 매니폴드(2026)는 각 피스톤마다 두 개씩, 4개의 배기포트(2027)를 포함한다. 각각의 외부 배기 매니폴드(2026)는 또한 웨이스트 게이트 밸브(2008)와 소통되도록 연결된 웨이스트 게이트 배기가스 포트(2028)를 포함한다. 웨이스트 게이트 배기가스 포트(2028)는 엔진의 배기 배압을 줄이는 것이 바람직할 때에 엔진(2000)으로부터 배기가스를 방출하는 것을 허용한다. 엔진(2000)의 외부에 배치된 나머지 구성요소들은 상기 실시예에서 설명한 것들과 대체로 동일하므로, 간명한 설명을 위해 이하 설명을 생략한다.

도 67을 참조하여 가장 잘 나타난 것처럼, 엔진(2000)은 4개의 피스톤 라이너 조립체(2032)를 포함한다. 피스톤 라이너 조립체(2032) 각각은 피스톤 라이너(2036)와 결합된 베이스 플레이트(2034)를 포함한다. 베이스 플레이트(2034)는 본 상세한 설명의 목적을 위해 엔진(2000)의 하우징(2068)의 일부로 간주된다. 피스톤 라이너(2036)는, 피스톤(2038)을 슬라이드 가능하게 수용하는데 적합한 내부 지름과, 실린더(2040)의 안에서 슬라이드 가능하게 수용되는데 적합한 외부 지름을 가진다. 피스톤 라이너(1036)는 피스톤 라이너(2036)를 피스톤(2038)과 실린더(2040)에 밀폐시키는데 적합한 씨일(seal, 2042)을 포함한다. 유사하게, 피스톤(2038)은 피스톤(2038)은 피스톤 라이너(2036)에 밀폐시키기 위한 씨일(2046)을 포함한다.

피스톤(2038) 내부에 배치된 것은 잘 알려진 연료 분사기(2002)이다. 연료 분사기(2002)는 앞서 설명된 실시예에서의 점화 플러그와 유사한 방법으로 피스톤(2038) 내에 배치된다. 당업자에게 명백한 바와 같이, 연료 분사기(2002)는 연소 사이클 동안에 미리 결정된 간격에서 압축 연료의 선택된 양을 제공하는 공지의 연료 장치에 결합될 수 있다. 연료 분사기(2002)는 방출된 연료가 배기밸브(2048)로 향하게 하도록 적절하게 방향이 맞추어 진다. 방출된 연료는 엔진 구동 중에 배기밸브를 냉각시키면서, 배기밸브(2048)에 충격을 가할 것이다.

배기회수장치(2004)는 도 67 및 도 70을 참조하여 가장 잘 이해할 수 있다. 배기회수장치(2004)는 상술한 배기회수 구동장치(2010)를 포함하고, 배기가스 통로망, 적절한 수의, 본 실시예에서는 4개의 로터리 밸브(2014) 및 적절한 수의, 본 실시예에서는 4개의 배기가스 회수실(2066)을 포함한다.

배기가스 통로망은 다수의 연소실 통로(2056), 회수실 통로(2058), 배기포트 통로(2060), 회수 밸브 매니폴드(2088)와 웨이스트 게이트 밸브 통로(2062)를 포함한다. 일반적으로, 연소실 통로(2056), 회수 밸브 매니폴드(2088)와 웨이스트 게이트 밸브 통로(2062)의 집합은 내부 배기 매니폴드(2087)를 형성한다. 연소실 통로(2056)는 로터리 밸브(2014)를 실린더(2040)의 연소실(2064)과 유체 소통되도록 결합한다. 회수실 통로(2058)는 로터리 밸브(2014)를 일련의 배기가스 회수실(2066)과 유체 소통되도록 결합한다. 배기포트 통로(2060)은 로터리 밸브(2014)가 배기포트(2027)와 유체 소통되도록 결합한다. 웨이스트 게이트 밸브 통로(2062)는 로터리 밸브(2014)를 한 쌍의 웨이스트 게이트 밸브(2008)와 유체 소통되도록 결합한다.

내부 배기 매니폴드(2087)는 연소실(2064)에 관련된 배기밸브(2048) 덮개 위에 있는 배기가스를 일련의 연소실(2064)로부터 수용하기 위한 저장소와 같은 역할을 한다. 로터리 밸브(2014)는 내부 배기 매니폴드(2087)의 내부에 포함된 배기가스의 저장소로부터 번갈아 가며 선택적으로 흡수하거나 방출한다. 또한, 로터리 밸브(2014)는 연소 사이클 중에 선택된 시간에 내부 배기 매니폴드(2087)로부터 일련의 배기가스 회수실(2066)로 배기가스를 선택적으로 향하게 하고, 그 안에서 배기가스는 제 2 팽창을 한다(제 1 팽창은 연소실(2064)에서 일어난다.). 제 2 팽창 중에, 배기가스에 포함된 압력과 열은 실린더(2040)를 구동하는데 사용한다. 나가가, 로터리 밸브(2014)는 또한 배기가스 회수실(2066)을 배기가스 포트(2027)와 소통되도록 선택적으로 위치시킴으로써 배기가스 회수실(2066)에 포함된 배기가스를 대기 중으로 방출하는 것을 제어한다.

엔진 구동 중에, 내부 배기 매니폴드(2087)는 웨이스트 게이트 밸브(2008)의 구동을 통하여, 선택된 압력으로 유지될 수 있다. 본 실시예에서는, 내부 배기 매니폴드(2087)는 약 40psi로 유지되는데, 이 값은 엔진 설계자가 선택한 대로 어떠한 압력의 범위 또는 특정 압력이 될 수 있음은 당업자에게 명백하다.

도 70을 참조하여, 전형적인 로터리 밸브(2014)에 관하여 설명한다. 로터리 밸브(2014)는 엔진(2000)의 하우징(2068)의 내부에 배치된다. 로터리 밸브(2014)는 일반적으로 긴 원통 구조를 하고 있다. 로터리 밸브(2014)의 구동축(2070)은 하우징(2068)의 바깥으로 뻗어있다. 제 2 로터리 밸브 구동 풀리(2020)은 구동축(2070)에 연결되어 있고, 크랭크-캠(2012, 도 67 참조)의 속도의 1/2에 해당하는 속도로 로터리 밸브(2014)를 회전시키는데 사용된다. 구동축(2070)은 슬리브(2072)에 대항하는 씨일(2074)에 의해 밀폐되어 있다. 한 쌍의 베어링(2076)은 로터리 밸브(2014)의 회전 마찰력의 감소를 돕는다.

두 개의 밸브 판(2078 및 2080)은 로터리 밸브(2014)의 중심축 상에서 동심원을 이루며 정렬되어 배치된다. 이 밸브 판(2078 및 2080)은 일반적으로 직사각형 형상이며, 밸브 판(2078 및 2080)의 외부 표면(2082)은 도 67에 가장 잘 도시된 바와 같이 안쪽으로 굽혀지거나, 오목한 형상으로 되어있다. 그 결과, 밸브 판(2078 및 2080)의 폭은, 밸브 판(2078 및 2080)의 외부 가장자리에 비하여 로터리 밸브(2014)의 중심축을 따라 더 작다. 씨일(2084)은 배기가스가 밸브 판(2078 및 2080)과 그와 연결된 통로들 사이를 흐르는 것을 방해한다. 상부 밸브 판(2078, 하나가 도 70에서 도시되어 있음)은 상부 실린더(2040A, 도 67 참조)와 유체 소통되어 있고 상부 로터리 밸브(2014A 및 2014B, 도 67 참조)를 형성한다. 하부 밸브 판(2080, 하나가 도 70에서 도시되어 있음)은 하부 실린더(2040B, 도 67 참조)와 유체 소통되어 있고 하부 로터리 밸브(2014C 및 2014D)를 형성한다. 밸브 판(2078 및 2080)은 서로 45도 각도로 원형 배치될 수 있다.

도 67에서와 같이, 배기가스 회수실(2066)은 실린더(2040)의 각각의 예압축판(2086) 위에 배치된다. 배기가스 회수실(2086)은 예압축판(2086)과 하우징(2068)에 의해 정해지는 부피를 가지며, 피스톤 라이너 조립체(2032)의 베이스 플레이트(2034)를 포함한다. 배기가스 회수실(2066)으로 방출되는 배기가스는 예압축판(2086) 상에 작용하며, 그에 따라 실린더(2040)가 배기가스 회수실(2066)로부터 멀어지는 방향으로 예압축판(2086)에 힘을 작용한다. 다 자세한 것은 아래에서 설명한다.

도 66 및 도 70을 참조하여, 웨이스트 게이트 밸브 조립체(2006)에 대하여 상세하게 설명한다. 웨이스트 게이트 밸브 조립체(2006)는 배기가스 매니폴드(2088)에 결합된 웨이스트 게이트 밸브(2008)를 포함한다. 본 실시예에서, 웨이스트 게이트 밸브(2008)는 공지의 나비밸브이며 가동 시스템(2090)에 결합되어 있다.

가동 시스템(2090)은 압력센서(2092)에 연결될 수 있다. 압력센서(2092)는 내부 배기가스 매니폴드(2087) 안에 존재하는 배기가스의 압력을 감지하고, 배기가스의 압력을 감지한 신호를 가동 시스템(2090)으로 전달하는데 적합하다. 감지된 압력에 따라, 가동 시스템(2090)은 선택적으로 웨이스트 게이트 밸브(2008)를 개방하거나 패쇄시켜 내부 배기가스 매니폴드(2087) 안의 배기가스의 압력을 제어한다. 예를 들면, 내부 배기가스 매니폴드(2087) 안의 배기가스의 압력이 40psi와 같은 미리 결정된 값을 초과하면, 가동 시스템(2090)은 웨이스트 게이트 밸브(2008)를 개방하여 내부 배기가스 매니폴드(2087)로부터 배기가스를 방출할 수 있다.

이 대신, 상기 가동 시스템(2090)은 분당 회전수(RPM) 센서(2094)에 연결될 수 있는데, 이 RPM 센서(2094)는 엔진의 구동 속도를 감지하고 엔진의 구동 속도를 나타내는 신호를 가동 시스템(2090)에 전달하는데 적합하다. 감지된 엔진의 구동 속도에 따라, 가동 시스템(2090)은 선택적으로 웨이스트 게이트 밸브(2008)를 개방하거나 패쇄시켜 내부 배기가스 매니폴드(2087) 안의 배기가스의 압력을 제어한다.

이 대신, 가동 시스템(2090)은 엔진의 출력설정을 측정하고 출력설정을 나타내는 신호를 가동 시스템(2090)에 전달하는데 적합한 출력설정 센서(2096)에 결합할 수 있다. 감지된 엔진의 출력설정에 따라, 가동 시스템(2090)은 선택적으로 웨이스트 게이트 밸브(2008)를 개방하거나 패쇄시켜 내부 배기가스 매니폴드(2087) 안의 배기가스의 압력을 제어한다.

당업자에게 자명한 바와 같이, 센서(2092, 2094, 2096)들은 개별적으로 또는 그것들 사이의 어떠한 조합으로든 가동 시스템(2090)에 결합할 수 있다. 한가지 예로, RPM 센서(2094)와 출력설정 센서(2096)의 조합이 가동 시스템(2090)에 결합한다. 가동 시스템(2090)은 웨이스트 게이트 밸브(2008)의 배치를 제어하고, 이에 따라 센서(2094 및 2096)로부터 측정된 신호에 기초하여 엔진의 배기 배압을 제어한다.

바람직하게는, 엔진은 웨이스트 게이트 밸브(2008)의 바람직한 위치를 결정하기 위해 동력계에 의해 테스트 된다. 보다 상세하게는, 엔진은 파위세팅 및 RPM의 한 세트와 이러한 세트의 각각의 포인트에서 결정된 웨이스트 게이트 밸브(2008)의 최적화된 위치에서 구동된다. 모든 구동 조건에서 최적화된 웨이스트 게이트 밸브(2008)의 위치를 나타내는 데이터가 가동 시스템(2090)에서 생성되어 저 장되며, 구동 중에 웨이스트 게이트 밸브(2008)의 위치를 제어하는데 사용된다. 당업자에게 자명한 바와 같이, 이러한 형식의 검사 체계는 센서들(2092, 2094 또는 2096) 각각 또는 이들의 임의의 조합과 관련하여 최적의 웨이스트 게이트 밸브(2008)의 위치를 정하는데 적합하다.

도 68을 참조하여, 흡기 장치(2098)를 중점적으로 상세히 설명한다. 흡기 장치(2098)는 복수 개의 리드(2102)가 있는 리드밸브(2100)를 포함한다. 연소 사이클에서 흡기 부분이 진행되는 동안에, 예압축판(2086)이 흡기실(2116)을 쓸어내는 과정에 의해 생성된 낮은 압력은, 흡기실(2116) 내부에 낮은 압력 또는 진공 상태를 만든다. 진공 상태는 리드밸브(2100)를 통과하는 공기에 힘을 가하여, 리드(2102)를 그것의 닫힌 위치로부터 들어올리고, 공기가 흡기실(2116) 안으로 흘러들어오도록 한다. 진공 상태가 제거되면, 리드(2102)는 제자리로 돌아가 닫히고, 리드밸브(2100)를 통하여 공기가 흘러나가지 않도록 막는다.

도 67로 돌아가서, 압축비 제어장치(2200)에 관하여 설명한다. 압축비 제어장치(2200)는 제 2 실시예에서 설명한 압축비 및 출력설정 제어장치와 거의 동일하다. 도 66 내지 도 70에 대한 실시예에서, 피스톤(2038)의 운동은 배기포트(2114)가 개방되는 지속시간 및 면적을 현저하게 변경하지는 않는다. 그러므로, 엔진(2000)의 압축비는 흡기포트(2114)로부터 현저한 영향을 받지 않고 조절될 수 있다. 또한 엔진(2000)의 압축비는 엔진의 출력설정으로부터 현저한 영향을 받지 않고 조절될 수 있다.

보다 상세하게 설명하면, 피스톤(2038)들이 그 각각의 피스톤 라이너(2036) 의 내부에서 크랭크-캠(2012)을 향하여 안쪽으로 이동될 때, 흡기포트(2114)는 개방 면적과 지속시간에서 거의 영향을 받지 않는데, 이는 피스톤 라이너(2036)가 피스톤(2038)을 실린더(2040)로부터 떨어지게 변위시키기 때문이다. 제 2 실시예에서는, 피스톤이 압축비 및 출력설정 제어장치에 의해 구동될 때, 피스톤은 연소실의 벽을 따라서 직선으로 미끄러져 움직이고, 이에 따라 피스톤 위치의 조절을 통해 흡기포트를 부분적으로 폐쇄하거나 완전히 폐쇄할 수 있었다. 본 실시예에서는, 피스톤은 피스톤 라이너(2036)에 의해 연소실(2064)의 벽으로부터 떨어져서 변위되므로, 피스톤(2038)의 운동은 흡기포트(2114)의 개방 지속시간 뿐만 아니라 흡기포트(2114)의 면적에도 거의 영향을 미치지 않는다. 그러므로, 흡기포트(2114)는 엔진에서 어떠한 출력설정이나 압축비에 대해서도 완전히 개방된 상태를 유지한다. 엔진(2000)의 출력설정은 엔진 구동 중에 연소실(2064)로 분사되는 연료의 양에 의해 결정된다. 보다 자세하게 설명하면, 연료가 더 많이 분사될수록 출력설정은 더 높게 되고, 연료가 더 적게 분사될수록 출력설정은 더 낮아진다.

본 실시예에서, 압축비 제어장치(2200)는 엔진(2000)의 구동속도/RPM 및/또는 출력설정에 기초하여 자동으로 엔진(2000)의 압축비를 조절하기에 적합할 수 있다. 본 실시예에서, 압축비 제어장치(2200)는 엔진의 구동속도/RPM이 가장 먼저 선택된 RPM 아래로 떨어질 때 엔진(2000)의 압축비를 증가시키기에 적합할 수 있다. 게다가, 압축비 제어장치(2200)는 엔진의 구동속도/RPM이 두번째로 선택된 RPM 보다 높아질 때 엔진의 압축비(2000)를 증가시키기에 적합할 수 있다.

더욱 상세하게 설명하면, 압축비는 각각의 연소실에서 일정한 압축압력을 유 지하는데 적합하다. 압축압력은 유입 공기 속도에 관한 함수이다. 차례로, 유입 공기 속도는 엔진의 RPM에 관한 함수이다. 더욱이, 낮은 RPM에서, 유입 공기 속도는 너무 낮아서 연소실을 최적으로 가득 채울 수 없고, 따라서 압축압력은 최적값 아래로 떨어진다. 그러므로, 일정한 압축압력을 유지하기 위해서는, 엔진의 압축비가 압축비 제어장치(2200)의 선택적 사용을 통하여 변경될 수 있다. 본 실시예에서는, 유입 공기 속도가 최적의 유입 공기 속도를 벗어나면(위로 상승하거나 아래로 떨어지거나) 압축비는 선택적으로 바람직하게 점점 증가된다.

출력설정 및 RPM의 다양한 조합에 대한 바람직한 압축비는 동력계나 벤치 플로(bench flow) 검사장치 등을 이용하여 검사함으로써 쉽게 결정될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 또한, 다양한 엔진 RPM 및 출력설정에 대한 바람직한 압축비를 결정하는 것과, 그에 따라 바람직한 압축비를 얻기 위한 위치로 피스톤을 구동시키기 위해 압축비 제어장치(2200)를 구동하는 것은 당업자의 기술과 지식의 범위 안에 있다. 또한, 바람직한 압축비를 결정하기 위하여, 엔진(2000)의 출력설정이 감지되고 개별적으로 사용되거나, 측정된 구동 속도/RPM과 조합하여 사용될 수 있음은 당업자에게 자명하다.

엔진(2000)의 구성요소에 관한 상기 설명에 비추어, 엔진(2000)의 구동에 관하여 설명한다. 도 67을 참조하면, 제 1 실린던(2040A)가 제 1 피스톤(2038A)에 대하여 상사점(TDC)에 있고 제 2 피스톤(2038B)에 대하여 하사점(BDC) 위치에 있는 것을 나타낸다. 제 2 실린더(2040B, 점선으로 표시)는 제 3 피스톤(2038C) 및 제 4 피스톤(2038D)으로부터 같은 거리에 있는 중간 지점에 있는 것으로 도시된다. 사이클 도중 상기 시점에서, 디젤 연료가 실린더(2040A) 및 제 1 피스톤(2038A) 사이에 배치된 연소실(2064A) 안으로 분사된다. 압축 공기의 열 때문에, 디젤 연료는 발화되어 연소실(2064A) 내부에서 연료 및 공기 혼합물을 빠르게 팽창시킨다. 연료 및 공기 혼합물의 팽창은 실린더(2040A)를 화살표(2108) 방향으로 이동시킨다.

실린더(2040A)가 화살표(2108) 방향으로 이동될 때, 로터리 밸브(2014)는 반 시계방향으로 회전하는 크랭크-캠(2012)의 속도의 절반에 해당하는 속도로 시계방향으로 회전한다. 배기밸브 캠(2110)은 제 2 배기밸브(2048B)를 완전히 개방된 상태로 구동시켰다. 배기가스(2112)는 연소실(2064B)로부터 빠져나와 내부 배기 매니폴드(2087)에 압력을 가한다. 도 67에 도시된 위치에서, 연소실(2064B)을 빠져나온 대부분의 배기가스(2112)는 연소실 통로(2056B)를 통과하여 회수밸브 매니폴드(2088B) 안으로 흐른다. 배기가스(2112)는 회수밸브 매니폴드(2088B)를 통하여 로터리 밸브(2014D)로 흘러 내려가는데(지면 아래로), 이 로터리 밸브(2014D)는 로터리 밸브(2014B)의 바로 아래 배치되고 도 67에서는 점선으로 도시되어 있다. 로터리 밸브(2014D)는 연소실(2064B)을 빠져나온 배기가스(2112)를 피스톤(2038D)과 관련된 배기가스 회수실(2066D)로 향하도록 한다. 배기가스는 배기가스 회수실(2066D) 안에서 팽창되어 실린더(2040B)를 피스톤(2038C) 쪽으로 이동시킨다.

로터리 밸브(2014B)는 배기가스 회수실(2066B)이 배기포트 통로(2060B)와 유체 소통되는 위치로 회전하기 직전의 상태로 도시되며, 이 상태에서 배기가스 회수실(2066B)에 존재하는 배기가스는 엔진(2000)으로부터 방출될 수 있다.

로터리 밸브(2014A)는 연소실 통로(2056A)가 회수실 통로(2058A)와 유체 소통되는 위치로 회전하기 직전의 상태로 도시된다. 로터리 밸브(2014A)가 시계방향으로 좀 더 회전하면, 연소실 통로(2056B)로 들어가는 배기가스(2112)의 흐름은 그 흐름이 연소실 통로(2056A)로 방향을 바꾸는 것에 따라 감소할 것이다. 보다 상세하게, 로터리 밸브(2014A)가 시계방향으로 더 회전함에 따라, 배기가스(2112)는 배기가스 회수실(2066A) 내로 흘러들어갈 것이고, 고압의 배기가스(2112)로 배기가스 회수실(2066A)을 충전할 것이다. 고압의 배기가스(2112)는 예압축판(2086A)에 작용하여 실린더(2040A)를 화살표(2108) 방향으로 이동시킨다. 실린더(2040A)가 화살표(2018) 방향으로 이동함에 따라, 예압축판(2086A)은 흡기실(2116A)를 통과하며 쓸어가고, 압축(과급)된 공기가 그 안에 존재하게 된다.

도 67을 참조하면, 로터리 밸브(2014A)의 바로 아래 위치하고 도 67에서 점선으로 표시된 로터리 밸브(2014C)는 배기 방출 위치로 나타난다. 보다 상세히 설명하면, 로터리 밸브(2014C)는 배기가스 회수실(2066C)과 배기가스 포트(2027)를 유체 소통되도록 결합시키는 위치로 나타나고, 배기가스 회복실(2066C) 안의 배기가스는 엔진으로부터 방출될 수 있다.

도 67을 계속 참조하면, 실린더(2040A)는 피스톤(2038B)에 관하여 BDC 위치에 있다. 이 상태에서, 흡기포트(2114B)는 완전히 개방된 상태에 있으며, 예압축판(2086B)에 의해 압축된 신선한 공기(2118)는 연소실(2064B) 안으로 들어가고 있다. 상술한 바와 같이, 배기밸브(2048B) 역시 완전하게 개방된 위치에 있으므로, 연소실(2064B) 내부에 존재하는 연소가스가 연소실(2064B)을 빠져나가 내부 연소가 스 매니폴드(2087)에 압력을 가하도록 허용한다.

실린더(2040A)가 화살표(2108)의 방향으로 이동하여 도 68에 도시된 상태로 움직이면, 흡기 포트(2114B)는 피스톤 라이너(2036B)에 의해 덮여 폐쇄된다. 배기밸브(2048B)는 닫히고, 연소실(2064B) 안의 흡입 공기는 연소실(2064B)의 부피가 감소함에 따라 점점 더 압축되기 시작한다. 예압축판(2086B)은 흡기실(2116B)을 통과하며 쓸어갈 것이고, 그에 따라 흡기실(2116B)에는 진공이 형성될 것이다. 이것은 리드밸브(2100B)의 리드(2102)가 닫힌 상태로부터 들어 올려져, 유입 공기가 흡기실(2116B) 안으로 들어오도록 하게 한다.

도 68에서 잘 알 수 있는 바와 같이, 실린더(2040A)는 거의 등거리 또는 중심점 위치에 있으며, 여기에서 실린더(2040A)는 각각의 피스톤(2038A 및 2038B)으로부터 거의 같은 간격으로 떨어져 있다. 연소 생성물은 연소실(2064A) 안에서 빠르게 팽창하여 실린더(2040A)에 화살표(2108) 방향으로 힘을 가할 것이다. 또한, 배기가스는 배기가스 회수실(2066A) 내에서 빠르게 팽창할 것이고 실린더(2040A)에 화살표(2108) 방향으로 힘을 가할 것이다.

실린더(2040A)가 화살표(2108) 방향으로 이동할 때, 예압축판(2086A)은 흡기실(2116A)을 통과하며 쓸어가고 그 내부에 존재하는 유입 공기를 압축한다. 예압축판(2086A)에 의해 유입 공기를 압축하는 것은 리드밸브(2100A)의 리드(2102)를 안착시켜, 흡기실(2116A)을 외부 기체의 흐름으로부터 거의 밀폐시킨다. 일시적으로 리드(2102)를 안착시켜 밀폐하는 것은 흡기실(2116A)을 압력용기로 형성하여, 실린더(2040A)의 이동이 유입 공기(나중에 연소실(2064A)로 분사될 공기)를 과급하 도록 허용한다.

이제 피스톤(2038B)에 초점을 맞추면, 연소실(2064B)의 부피는 빠르게 감소한다. 배기밸브(2048B)와 흡기포트(2114B, 도 67 참조)는 닫힌 위치에 있고, 연소실(2064B)을 거의 밀폐된 압력용기를 형성하도록 한다. 연소실(2064B)의 부피 감소는 그 안에 포함된 유입 공기의 압력과 온도를 대체로 상승시킬 것이다. 로터리 밸브(2014B)는 회수실 통로(2058B)가 배기포트 통로(2060B)와 유체 소통되도록 회전하였다.

전술한 바와 같이 로터리 밸브(2014B)가 위치된 상태에서, 배기가스(2113)는 배기가스 회수실(2066B)로부터 외부 대기로 방출이 가능하게 된다. 바람직하게는, 배기가스(2113)는 배기가스(2113)의 압력과 온도가 현저하게 감소되는 포인트까지 팽창하였다. 예들 들면, 배기가스(2113)는 약 3 psi 정도의 대기압보다 약간 높은 압력으로 방출된다.

도 69를 참조하면, 실린더(2040A)는 대체로 중간 위치에서 화살표(2108) 방향을 따라 도 69에 도시된 위치로 이동하였다. 도 69에 도시된 배치에서, 실린더(2040A)는 제 1 피스톤(2038A)에 대하여 BDC 위치에 있고, 제 2 피스톤(2038B)에 대하여 TDC 위치에 있다.

피스톤(2038A)에 초점을 맞추면, 소기 과정이 시작된다. 배기밸브(2048A)는 개방된 위치에 있어, 고압의 배기가스가 내부 배기가스 매니폴드(2087)로 들어갈 수 있도록 한다. 실린더(2040A)는 화살표(2108) 방향으로 충분히 왕복하여 흡기포트(2114A)가 개방되도록 하였고, 과급된 유입 공기가 흡기실(2116A)로부터 연소실 (2064A)로 들어가게 한다. 크랭크-캠(2112)이 도 69에 도시된 상태로부터 반 시계방향으로 더 회전하면, 실린더(2040A)는 화살표(2108) 방향으로부터 방향을 바꾸어 화살표(2108)와 반대방향으로 움직일 것이다.

실린더(2040A)가 화살표(2108)와 반대방향으로 이동하면, 흡기포트(2114A)는 피스톤 라이너(2036A)에 의해 닫혀져 폐쇄될 것이고, 배기밸브(2048A)는 제자리로 돌아가 연소실(2064A)을 거의 밀폐하여 연소 사이클의 압축 과정이 시작되도록 할 것이다. 로터리 밸브(2014A)는 배기가스 회수실(2066A)에 존재하는 배기가스가 회수실 통로(2058A)와 배기포트 통로(2060A)를 통하여 대기 중으로 새어나가도록 시계방향으로 회전할 것이다. 예압축판(2086A)은 흡기실(2116A)을 통과하며 쓸어나갈 것이고, 신선한 공기를 흡기실(2116A)로 흡입할 것이다.

피스톤(2038B)에 초점을 맞추면, 팽창 과정이 시작된다. 연료 분사기(2002)는 연소실(2064B) 안으로 미리 정해진 양의 디젤 연료를 분사한다. 연료 분사기(2002)는 디젤 연료가 적어도 부분적으로 배기밸브(2048B)에 부딪히도록 배치되어, 배기밸브를 냉각시키도록 한다. 연소실(2064B) 내부에 존재하는 고압 및 고온의 흡입 기체로 연료를 분사하는 것은 디젤 연료의 점화를 야기하고, 연소실(2064B)에 존재하는 연료 및 공기 혼합기의 빠른 팽창을 야기한다. 연료 및 공기 혼합기의 빠른 팽창은 실린더(2040A)가 화살표(2108)의 반대방향으로 움직이도록 한다.

실린더(2040A)가 화살표(2108)의 반대방향으로 움직이면서, 로터리 밸브(2014B)는 제 1 피스톤(2038A)의 연소실(2064A)과 내부 배기 매니폴드(2087) 안에 있는 배기가스를 제 2 피스톤(2038B)의 배기 회수실(2066B)로 들어갈 수 있도록 시 계방향으로 회전한다. 연소실(2064B)에 있는 연료 및 공기 혼합기의 팽창과 배기가스 회수실(2066B)에 있는 배기가스의 팽창은 실린더(2040A)를 화살표(2108)와 반대방향으로 밀어낸다. 흡기실(2116B)에 있는 유입 공기는 예압축판(2086B)이 흡기실(2116B)을 통과하며 쓸어감으로써 압축되고, 차후의 연소실(2064B) 내로의 분사를 위하여 유입 공기를 과급한다.

열역학 사이클을 완성하기 위하여, 실린더(2040A)는 화살표(2108) 반대방향으로 도 68에 도시된 위치까지 이동하기를 계속하고, 화살표(2108) 반대방향으로 도 67에 도시된 위치에 다다를 때까지 이동을 계속하여, 열역할 사이클을 완성한다. 도 67로 돌아가서, 당업자에게 자명한 바와 같이, 상기 설명한 과정은 엔진 구동 중에 무한 루프로 계속된다. 당업자에게 자명한 바와 같이, 제 2 실린더(2040B)도 제 1 실린더(2040A)에 대하여 설명한 것과 대체로 같은 방법으로 구동되지만, 제 1 실린더(2040A)의 위상과 90도의 차이가 있다. 더욱 상세하게 설명하면, 제 1 실린더(2040A)가 피스톤(2038A 및 2038B)에 대하여 TDC 및 BDC 위치에 있을 때, 제 2 실린더(2040B)는 피스톤(2038C 및 2038D) 사이의 중앙 위치에 있다.

도 71을 참조하여, 본 발명에 따라 형성된 왕복 내연기관의 또 다른 실시예에 대한 단면도에 대하여 설명한다. 또 다른 실시예는 도 66 내지 도 70에서의 디젤 왕복 내연기관을 가솔린에서 구동되도록 수정한 것이다. 도 66 내지 도 70에서의 디젤 왕복 내연기관을 가솔린에 대하여 구동되도록 전환하기 위해서, 여러 과정이 수행될 수 있다. 도 67에서, 실린더(2040), 피스톤(2038), 피스톤 라이너 조립체(2032) 및 압축비 제어장치(2200)는 제거된다. 그 후 이러한 부품들은 제 2 실 시예에서는 존재하지 않았던 피스톤 라이너 조립체(2032)를 제외하고는 도 18 내지 도 65로부터 대응하는 부품들에 의해 대체된다.

엔진(3000)은 도 66 내지 도 70에서 설명한 제 3 실시예에서와 대체로 유사한 방법으로 구동되지만, 몇가지 예외가 있다. 도 67에서의 연료 분사기(2002)는 점화 플러그(3002)로 대체된다. 당해 기술분야에서 잘 알려진 바와 같이, 가솔린은 기화기 또는 연료 분사 장치를 통하여 흡입되는 유입 공기와 혼합된다. 연료가 연소실(3064)로 직접 방출되는 것과는 다르다. 바람직하게는, 도 71에 의해 설명되는 실시예서의 압축비는 도 66 내지 도 70에 의해 설명되는 실시예의 경우에 비하여 낮아지는데, 이는 당해 기술분야에서 잘 알려진 바와 같이 가솔린 사용을 도모하기 위함이다.

게다가, 도 66 내지 도 70의 실시예에서의 피스톤 라이너 조립체(2032)가 도 71에 의한 가솔린 엔진에서는 제거되었으므로, 압축비 및 출력설정 제어 매커니즘(3200)에 의한 피스톤(3038)의 이동은 동시에 엔진(3000)의 압축비 및 출력설정을 조절한다. 엔진(3000)의 모든 구성요소를 이미 설명함과 동시에, 엔진(3000)의 구동은 상술한 실시예에서의 구동 방법에 관한 설명으로부터 당업자가 명백하게 이해할 수 있으므로, 도 71의 실시예에 관한 구성요소와 구동 방법은 간략한 설명을 위해 생략한다.

본 발명의 왕복 내연기관에 관한 본 실시예에서는 윤활 장치도 포함된다. 윤활 장치는 엔진의 구동 부품들 사이의 마찰과 마모를 감소시킨다. 내연기관 윤활장치의 설계와 구성요소는 당해 기술분야에서 자명하므로, 엔진의 오일 통로와 윤활장치 구성요소는 간결함을 위해 생략한다.

비록 본 실시예가 가솔린 기반 연료 또는 디젤 기반 연료의 사용을 위한 것이기는 하지만, 가솔린을 사용하기 위한 실시예라면 디젤을 사용하기 위해, 디젤을 사용하기 위한 실시예라면 가솔린을 사용하기 위해, 또는 현재 알려지거나 개발될 다른 연료를 사용하기 위해 본 실시예는 수정될 수 있음이 당업자에게 자명하다. 예를 들면, 가솔린을 사용하기 위한 상기 실시예에 있어서, 점화플러그를 연료분사기로 교체하고 압축 연소가스의 온도를 디젤 연료의 점화 온도(디젤 연료 사용을 위해 미리 계획된 온도) 이상으로 상승시키기 위해 엔진의 압축비를 증가시킴으로써, 엔진은 디젤로 구동되도록 수정될 수 있다.

기화기, 연료 분사기, 또는 부가적으로 터보과급기, 압축기 및 송풍기 등 모든 알려진 장치들이 본 발명에 의해 형성된 엔진에 사용될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 또한, 당해 기술분야에서 공지된 모든 종류의 점화장치, 윤활장치, 냉각장치, 배기조정장치 및 기타 엔진과 관련된 장치들이 본 발명에 의해 형성된 엔진에 사용되기 적합하고, 그러므로 이들은 본 발명의 범위 내에 속한다.

본 실시예가 본 발명의 4-실린더 형태를 설명하고 있음에 불과하지만, 다른 개수의 실린더를 가진 엔진이 본 발명에 적용되기 적절하다는 것이 당업자에게 자명하고, 그러므로 본 발명의 범위 내에 속한다. 또한, 4 행정 엔진 역시 본 발명의 범위 내에 속한다.

비록 본 실시예에서 한 쌍의 로터리 밸브가 크랭크-캠의 속도의 절반에 해당하는 속도로 회전하는 경우에 관해서만 설명하였지만, 로터리 밸브가 크랭크-캠 속도의 절반보다 더 빠르거나 더 느린 속도로 회전하는 경우도 가능함은 당업자에게 자명하다. 게다가, 로터리 밸브가 엔진 구동 중에 배기 가스를 향하도록 하기 위하여 나타내어졌지만, 다른 배기가스의 안내 장치가 본 발명의 사상 및 범위 내에서 적절하게 사용될 수 있다는 것도 당업자에게 자명하다 할 것이다.

본 발명의 상기 실시예가 설명되고 표현되는 과정에서, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 다양한 수정실시 형태가 가능하다는 것이 이해될 것이다.

Claims (40)

1. 내연기관에 있어서,

   하우징;

   상기 하우징의 내부에 배치되어, 상기 하우징에 대하여 거의 움직이지 않는 피스톤 조립체;

   상기 하우징 내부에 이동가능하게 배치된 실린더;

   상기 피스톤 조립체와 상기 실린더 사이에 배치된 연소실; 및

   상기 실린더와 상기 하우징 사이에 배치되어, 배기가스를 수용하여 상기 배기가스가 상기 실린더의 이동을 도울 수 있도록 팽창되도록 하는데 적합한 배기가스 회수실을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 배기가스 회수실과 소통되고, 제 1 위치와 제 2 위치 사이에서 이동 가능한 회수밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 회수밸브가 상기 제 1 위치에 있을 때, 배기가스가 상기 실린더의 이동을 돕기 위해 상기 배기가스 회수실로 유입되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 회수밸브가 상기 제 2 위치에 있을 때, 상기 배기가스 회수실로의 배기가스의 유입이 방해되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
5. 제 2 항에 있어서,

   상기 회수밸브가 로터리 밸브인 것을 특징으로 하는 내연기관.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 실린더가 크랭크축에 연결된 것을 특징으로 하는 내연기관.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 실린더는 상기 크랭크축의 제 1 부분에 연결되어 있고, 작동 중에 상기 크랭크축의 상기 제 1 부분은 소정의 행정길이를 따라 상기 실린더를 이동시킬 수 있도록 직선 궤적을 따라 변위되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 크랭크축의 상기 제 1 부분이 상기 직선 궤적을 따라 변위될 때, 동시에 회전하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
9. 제 1 항에 있어서,

   적어도 부분적으로 상기 피스톤 조립체의 내부에 배치되어, 상기 실린더 안으로 연료를 방출하기 적합한 연료 분사 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 연소실 내에 위치한 배기포트를 선택적으로 밀봉시키기 위해서 상기 하우징 안에 배치된 배기밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
11. 제 10 항에 있어서,

    적어도 부분적으로 상기 피스톤 조립체의 내부에 배치된 연료 분사 장치로서, 이 연료 분사 장치로부터 방출된 연료의 적어도 일부가 상기 배기밸브를 향하도록 하는데 적합한 연료 분사 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
12. 제 1 항에 있어서,

    상기 내연기관이 디젤 내연기관인 것을 특징으로 하는 내연기관.
13. 제 1 항에 있어서,

    상기 내연기관이 가솔린 내연기관인 것을 특징으로 하는 내연기관.
14. 제 1 항에 있어서,

    상기 하우징에 연결된 추가적인 피스톤 조립체; 및

    상기 피스톤 조립체를 적어도 부분적으로 수용하기 위하여 상기 실린더 내에 배치된 제 1 실 및 상기 추가적인 피스톤 조립체를 적어도 부분적으로 수용하기 위하여 상기 실린더 내에 배치된 제 2 실을 더 포함하며, 상기 실린더는 상기 피스톤 조립체들 사이의 왕복 운동을 위해 상기 하우징 안에 배치된 것을 특징으로 하는 내연기관.
15. 제 1 항에 있어서,

    적어도 부분적으로 상기 피스톤 조립체 내부에 적어도 일부에라도 배치된 점화 플러그를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
16. 내연기관에 있어서,

    하우징;

    상기 하우징 안에 배치된 피스톤 조립체;

    상기 하우징 안에 이동가능하게 배치된 실린더; 및

    상기 실린더 및 상기 하우징 사이에 배치되어, 상기 실린더의 이동을 돕기 위하여 상기 내연기관 내에서 생성된 배기가스를 수용하기에 적합한 배기가스 회수실을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
17. 제 16 항에 있어서,

    상기 배기가스 회수실과 소통되고, 제 1 위치와 제 2 위치 사이에서 이동 가능한 회수밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
18. 제 17 항에 있어서,

    상기 회수밸브가 상기 제 1 위치에 있을 때, 상기 배기가스 회수실이 상기 실린더의 상기 이동을 돕기 위해 배기가스를 수용하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
19. 제 17 항에 있어서,

    상기 회수밸브가 상기 제 2 위치에 있을 때, 상기 배기가스 회수실이 상기 내연기관으로부터 배기가스를 수용하는 것이 방해되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
20. 제 17 항에 있어서,

    상기 회수밸브가 로터리 밸브인 것을 특징으로 하는 내연기관.
21. 제 16 항에 있어서,

    상기 내연기관이 디젤 내연기관인 것을 특징으로 하는 내연기관.
22. 제 16 항에 있어서,

    상기 내연기관이 가솔린 내연기관인 것을 특징으로 하는 내연기관.
23. 내연기관에 있어서,

    하우징;

    상기 하우징 안에 배치된 피스톤 조립체;

    상기 하우징 안에 이동가능하게 배치된 실린더; 및

    상기 실린더와 유체 소통되어, 상기 실린더 내에서 생성된 배기가스가 상기 내연기관으로부터 방출되도록 하는 방출 위치와 상기 배기가스가 상기 내연기관으로부터 방출되는 것이 방해되는 닫힘 위치로 이동이 가능한 웨이스트 게이트 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
24. 제 23 항에 있어서,

    상기 내연기관의 구동 속도에 기초하여, 상기 웨이스트 게이트 밸브를 상기 방출 위치와 상기 닫힘 위치 사이에서 이동시키는데 적합한 웨이스트 게이트 밸브 구동 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
25. 제 23 항에 있어서,

    상기 내연기관의 출력설정에 기초하여, 상기 웨이스트 게이트 밸브를 상기 방출 위치와 상기 닫힘 위치 사이에서 이동시키는데 적합한 웨이스트 게이트 밸브 구동 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
26. 제 23 항에 있어서,

    상기 내연기관의 출력설정 및 엔진 구동 중의 상기 내연기관의 구동 속도 모두에 기초하여, 상기 웨이스트 게이트 밸브를 상기 방출 위치와 상기 닫힘 위치 사이에서 이동시키는데 적합한 웨이스트 게이트 밸브 구동 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
27. 제 23 항에 있어서,

    상기 내연기관이 디젤 내연기관인 것을 특징으로 하는 내연기관.
28. 제 23 항에 있어서,

    상기 내연기관이 가솔린 내연기관인 것을 특징으로 하는 내연기관.
29. 디젤 내연기관에 있어서,

    하우징;

    상기 하우징 안에 배치되어 있고, 상기 하우징에 대하여 거의 움직이지 않는 피스톤 조립체;

    상기 하우징 내부에 이동가능하게 배치된 실린더;

    상기 피스톤 조립체 및 상기 실린더 사이에 배치된 연소실; 및

    상기 하우징 안에 배치되고, 상기 연소실 안으로 연료를 분사하는데 적합한 연료 분사 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 내연기관.
30. 제 29 항에 있어서,

    상기 연료 분사 장치는 적어도 부분적으로 상기 피스톤 조립체 내에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 디젤 내연기관.
31. 제 29 항에 있어서,

    상기 피스톤 조립체는 적어도 부분적으로 피스톤 라이너 내에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 디젤 내연기관.
32. 제 29 항에 있어서,

    상기 피스톤 조립체가 조정 가능한 방식으로 상기 하우징에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 디젤 내연기관.
33. 제 32 항에 있어서,

    상기 피스톤 조립체와 소통되어 있으며, 엔진의 구동 중에 상기 피스톤 조립체의 이동에 의해 상기 디젤 내연기관의 압축비를 조절하기에 적합한 압축비 조절 메커니즘을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 내연기관.
34. 제 29 항에 있어서,

    상기 실린더 및 상기 하우징 사이에 배치되고, 상기 실린더의 이동을 돕기 위해 디젤 내연기관 내에서 생성된 배기가스를 수용하기에 적합한 배기가스 회수실을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 내연기관.
35. 제 34 항에 있어서,

    상기 배기가스 회수실과 소통되어 있으며, 제 1 위치와 제 2 위치 사이에서 이동가능한 회수밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 내연기관.
36. 제 35 항에 있어서,

    상기 회수밸브가 상기 제 1 위치에 있을 때, 상기 배기가스가 상기 실린더의 상기 이동을 돕기 위해 상기 배기가스 회수실 내로 유입되는 것을 특징으로 하는 디젤 내연기관.
37. 제 35 항에 있어서,

    상기 회수밸브가 상기 제 2 위치에 있을 때, 상기 배기가스 회수실 내로의 배기가스 유입이 방해되는 것을 특징으로 하는 디젤 내연기관.
38. 제 29 항에 있어서,

    상기 실린더는 상기 크랭크축의 제 1 부분에 연결되어 있고, 엔진 구동 중에 상기 크랭크축의 상기 제 1 부분은, 소정의 행정길이를 따라 상기 실린더를 이동시 킬 수 있도록 직선 궤적을 따라 변위되는 것을 특징으로 하는 디젤 내연기관.
39. 제 38 항에 있어서,

    상기 크랭크축의 상기 제 1 부분이 상기 직선 궤적을 따라 변위될 때, 동시에 회전하는 것을 특징으로 하는 디젤 내연기관.
40. 제 29 항에 있어서,

    상기 하우징에 연결된 추가적인 피스톤 조립체; 및

    상기 피스톤 조립체를 적어도 부분적으로 수용하기 위하여 상기 실린더에 배치된 제 1 실 및 상기 추가적인 피스톤 조립체를 적어도 부분적으로 수용하기 위하여 상기 실린더에 배치된 제 2 실을 포함하며, 상기 실린더는 상기 피스톤 조립체들의 사이를 왕복 운동하기 위해 상기 하우징 안에 배치된 것을 특징으로 하는 디젤 내연기관.

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