KR20080111145A - 내연기관 - Google Patents

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KR20080111145A
KR20080111145A KR1020087028179A KR20087028179A KR20080111145A KR 20080111145 A KR20080111145 A KR 20080111145A KR 1020087028179 A KR1020087028179 A KR 1020087028179A KR 20087028179 A KR20087028179 A KR 20087028179A KR 20080111145 A KR20080111145 A KR 20080111145A
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제임스 엠. 클레베스
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클레베스 엔진스 인코포레이티드
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Abstract

내연기관이 제공된다. 대향 피스톤(facing piston)은 실린더 헤드를 제거하고, 이에 의해 실린더 헤드를 통한 열손실을 감소시킨다. 또한, 대향 피스톤은 하나의 피스톤이 동일한 압축비를 제공하는데 필요한 스트로크를 가지고, 따라서 엔진은 분당 더 높은 회전에서 작동될 수 있으며 더 많은 동력을 만든다. 내부 슬리브 밸브가 공간 및 다른 고려사항에 대해 제공된다. 연소 챔버 크기 변화 기구는 내부 부피의 최소 크기의 조정을 가능하게 하고 이에 의해 부분 동력 작동에서 효율을 증가시킨다. 변화 가능한 흡입 밸브 작동이 엔진 동력을 제어하는데 이용된다.

Description

내연기관 {AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
관련 기술의 교차참조
본 출원은 2006년 4월 17일 출원된 미국 가특허출원 제 60/792,995호 및 2006년 10월 20일 출원된 미국 가특허출원 제 60/853,095호로부터 우선권을 주장하고, 이들 모두는 여기서 그 전체가 참조로서 인용된다.
본 발명은 내연기관에 관한 것이다.
내연기관은 동력 차량 및 다른 기계류에 이용된다. 일반적인 왕복 내연기관은 몸체, 피스톤, 하나 이상의 포트, 하나 이상의 밸브, 크랭크샤프트(구동 샤프트로서 작용함), 및 연결 막대를 포함한다. 몸체는 실린더를 형성한다. 피스톤은 실린더 내부에 위치하여 피스톤의 표면 및 실린더의 벽이 내부 부피를 형성하게 한다. 이 포트는 몸체 내에 위치하고 내부 부피 안으로 공기 및 연료가 들어가게 하고 내부 부피로부터 밖으로 배기 가스가 나가게 한다. 밸브는 포트가 개방되어 있는 제 1 위치 및 밸브가 포트를 폐쇄하는 제 2 위치 사이에서 이동 가능하다. 크 랭크샤프트는 오프셋 스로우 섹션(offset throw section) 및 몸체에 회전 가능하게 장착된 베어링 섹션을 갖는다. 연결 막대는 크랭크 샤프트의 오프셋 스로우 섹션 및 피스톤 사이에 연결되고 이에 의해 피스톤의 왕복 운동이 크랭크축 주위로 크랭크 샤프트의 오프셋 스로우 섹션의 회전을 일으킨다.
상기 종류의 왕복 엔진은 피스톤의 표면 및 실린더의 벽과 함께 내부 부피를 형성하는 실린더 헤드를 일반적으로 갖는다. 열은 실린더 헤드로 전달되고 실린더 헤드를 통해 전도되며, 이에 의해 내부 부피로부터의 에너지 손실 및 효율 감소를 초래한다. 효율을 높이는 한가지 방법은 피스톤의 표면 구역을 감소시킴에 의해 그리고 피스톤의 스트로크(오프셋 스로우 섹션이 따라오는 원의 지름)를 증가시킴에 의한다. 큰 스트로크는 피스톤 상에 그리고 엔진의 다른 부품 상에 큰 힘을 초래하고, 이에 의해 엔진은 동력(power)에서의 상응하는 감소와 함께 분당 낮은 회전으로 작동될 수 있다. 또한, 종래의 연소 엔진에서의 부분적인 동력 작동은 전체 동력 작동보다 덜 효과적인데, 왜냐하면 내부 부피 내의 가스가 부분 동력 작동 동안 충분히 팽창하지 않고 냉각되지 않기 때문이며, 이로써 배기될 때 가스가 비교적 고온에 있게 된다. 배기 가스에서의 열은 효율에서의 감소를 초래하는 에너지 손실이다.
본 발명은 내연기관을 제공하고, 이 내연기관은, 서로 교통하는 제 1 및 제 2 실린더를 형성하는 몸체; 상기 제 1 및 제 2 실린더의 각각에 있는 제 1 및 제 2 피스톤으로서, 상기 피스톤들의 표면과 상기 실린더들의 벽이 내부 부피를 형성하는, 제 1 및 제 2 피스톤; 상기 내부 부피로 공기 및 연료가 들어가게 하고 상기 내부 부피로부터 배기 가스가 나오게 하는 상기 몸체 내의 하나 이상의 포트; 제 1 및 제 2 드라이브 샤프트로서, 각각이 상기 몸체를 통한 개별적인 드라이브 샤프트 축 상에서의 회전을 위해 장착된 베어링 섹션 및 오프셋 스로우 섹션(offset throw section)을 가지며, 상기 제 1 피스톤 및 상기 제 1 드라이브 샤프트의 오프셋 스로우 섹션이 연결되고 상기 제 2 피스톤 및 상기 제 2 드라이브 샤프트의 오프셋 스로우 섹션이 연결되어 상기 제 1 및 제 2 피스톤의 왕복 운동이 상기 내부 부피의 크기를 최소 크기 및 최대 크기 사이에서 증가시키고 감소시키며 상기 드라이브 샤프트 축 주위로 상기 제 1 및 제 2 드라이브 샤프트의 상기 오프셋 스로우 섹션의 회전을 일으키고, 상기 내부 부피의 최소 크기는 큰 동력 전달을 위한 큰 크기 및 작은 동력 전달을 위한 작은 크기 사이에서 조정 가능한, 제 1 및 제 2 드라이브 샤프트; 및 상기 포트를 각각 개방하고 폐쇄하며 상기 내부 부피 안으로 적어도 상기 공기의 유동을 각각 가능하게 하고 제한시키도록 상기 몸체에 장착된 하나 이상의 밸브로서, 피스톤의 하나의 사이클 동안 큰 동력 전달 동안에는 상기 내부 부피 안으로 공기의 증가된 양을 그리고 작은 동력 전달 동안에는 연료의 감소된 양을 허용하도록 작동 가능한, 하나 이상의 밸브를 포함한다.
이 내연기관은 상기 몸체에 대해 상기 제 2 드라이브 샤프트의 베어링 섹션의 위치를 조정하는 연소 챔버 크기 변화 기구를 추가로 포함한다.
이 연소 챔버 크기 변화 기구는 상기 드라이브 샤프트의 회전을 서로에 대해 동기화시킬(synchronize) 수 있다.
이 연소 챔버 크기 변화 기구는 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 기어로 된 기어 트레인(gear train) 및 연소 챔버 크기 변화 캐리지(carriage)를 포함하고, 상기 제 1 및 제 4 기어가 각각 상기 제 1 및 제 2 드라이브 샤프트에 장착되어 상기 제 1 및 제 4 기어가 상기 제 1 및 제 2 드라이브 샤프트와 함께 각각 상기 제 1 및 제 2 드라이브 샤프트 축 주위로 회전하며, 상기 연소 챔버 크기 변화 캐리지는 제 2 드라이브 샤프트에 연결되고 상기 제 3 기어의 회전축 주위로 상기 제 2 드라이브 샤프트 축을 회전시키도록 이동 가능하다.
이 내연기관은 상기 내부 부피로 들어가는 공기의 양을 조정하는 밸브 제어 시스템을 추가로 포함하고, 큰 동력 전달에 대해 더 많은 공기가 제공되며 작은 동력 전달에 대해서 더 적은 공기가 제공되고, 상기 밸브 제어 시스템은 상기 제 1 드라이브 샤프트의 위상에 대해 상기 큰 동력 전달 및 작은 동력 전달 사이에서 상기 내부 부피로 전달되는 공기의 위상을 시프트(shift)한다.
이 밸브 제어 시스템은, 지지 구조; 상기 지지 구조로의 이동을 위해 장착된 캐리지; 외부 캠 표면을 갖고 상기 캐리지에 회전 가능하게 장착된 캠; 상기 지지 구조에 의해 지지되는 제 1 팔로우어(first follower)로서, 상기 캠의 회전이 상기 제 1 팔로우어의 평행 이동을 일으키도록 상기 캠 표면에 대한 단부면을 가지며, 측면 캠 표면을 갖는, 제 1 팔로우어; 및 제 2 팔로우어로서, 상기 제 1 팔로우어의 평행 이동이 상기 제 2 팔로우어의 이동을 일으키도록 상기 측면 캠 표면에 대한 추종 표면(following surface)을 갖는, 제 2 팔로우어를 포함한다.
이 내연기관은 상기 제 1 피스톤의 주위로 적어도 부분적으로 위치한 슬리브 밸브를 추가로 포함하고, 상기 슬리브 밸브가 상기 포트가 개방된 제 1 위치 및 상기 슬리브 밸브가 포트를 폐쇄하는 제 2 위치 사이에서 이동 가능하다.
이 내연기관은 상기 슬리브 밸브가 상기 포트가 개방된 제 1 위치 및 상기 슬리브 밸브가 상기 포트를 폐쇄하는 제 2 위치 사이에서 주로 선형의 왕복 경로로 이동할 수 있다.
이 포트는 시트(seat)를 구비한 출입구(mouth)를 갖고, 상기 슬리브 밸브가 상기 슬리브 밸브가 이동하는 방향에 대해 0도 이외의 각에서 표면을 가지며, 상기 단부면이 상기 포트에 인접한 시트와 맞물린다(engaging with).
이 내연기관은 밸브 냉각부를 추가로 포함하고, 상기 밸브 냉각부가 상기 슬리브 밸브의 외부면과 함께 밸브 냉각 통로를 형성하며, 상기 밸브 냉각 통로를 통해 밸브 냉각 유체가 상기 슬리브 밸브를 냉각시키도록 통과할 수 있다.
또한, 본 발명은 내연기관을 제공하고, 이 내연기관은, 서로 교통하는 제 1 및 제 2 실린더를 형성하는 몸체; 상기 제 1 및 제 2 실린더의 각각에 있는 제 1 및 제 2 피스톤으로서, 상기 피스톤들의 표면과 상기 실린더들의 벽이 내부 부피를 형성하는, 제 1 및 제 2 피스톤; 상기 내부 부피로 공기 및 연료가 들어가게 하고 상기 내부 부피로부터 배기 가스가 나오게 하는 상기 몸체 내의 적어도 제 1 및 제 2 포트; 각각 상기 제 1 및 제 2 피스톤 주위로 적어도 부분적으로 위치하는 제 1 및 제 2 슬리브 밸브로서, 상기 제 1 슬리브 밸브는 제 1 포트가 개방된 제 1 위치 및 제 1 슬리브 밸브가 제 1 포트를 폐쇄하는 제 2 위치 사이에서 이동 가능하고, 상기 제 2 슬리브 밸브는 제 2 포트가 개방된 제 1 위치 및 제 2 슬리브 밸브가 제 2 포트를 폐쇄하는 제 2 위치 사이에서 이동 가능한, 제 1 및 제 2 슬리브 밸브; 및 각각 상기 몸체에 회전 가능하게 장착된 베어링 섹션 및 오프셋 스로우 섹션을 갖는, 제 1 및 제 2 드라이브 샤프트를 포함하고, 상기 제 1 피스톤 및 상기 제 1 드라이브 샤프트의 베어링 섹션이 연결되어 상기 제 1 피스톤의 왕복 운동이 제 1 드라이브 샤프트 축 주위로 상기 제 1 드라이브 샤프트의 오프셋 스로우 섹션의 이동을 일으키고, 상기 제 2 피스톤 및 상기 제 2 드라이브 샤프트의 베어링 섹션이 연결되어 상기 제 2 피스톤의 왕복 운동이 제 2 드라이브 샤프트 축 주위로 상기 제 2 드라이브 샤프트의 오프셋 스로우 섹션의 이동을 일으킨다.
또한, 본 발명은 내연기관을 제공하고, 이 내연기관은, 제 1 및 제 2 실린더를 형성하는 몸체; 상기 제 1 및 제 2 실린더의 각각에 있는 제 1 및 제 2 피스톤으로서, 상기 피스톤들의 표면과 상기 실린더들의 벽이 내부 부피를 형성하는, 제 1 및 제 2 피스톤; 상기 내부 부피로 공기 및 연료가 들어가게 하고 상기 내부 부피로부터 배기 가스가 나오게 하는 상기 몸체 내의 하나 이상의 포트; 및 각각 상기 몸체에 회전 가능하게 장착된 베어링 섹션 및 오프셋 스로우 섹션을 갖는 제 1 및 제 2 드라이브 샤프트를 포함하고, 상기 제 1 피스톤 및 상기 제 1 드라이브 샤프트의 오프셋 스로우 섹션이 연결되고 상기 제 2 피스톤 및 상기 제 2 드라이브 샤프트의 오프셋 스로우 섹션이 연결되어 상기 제 1 및 제 2 피스톤의 왕복 운동이 각각 상기 제 1 및 제 2 베어링 섹션의 드라이브 샤프트 축 주위로 상기 제 1 및 제 2 드라이브 샤프트의 오프셋 스로우 섹션의 회전을 일으키며, 상기 드라이브 샤프트 축 사이의 거리가 상기 내부 부피의 최소 크기를 조정하도록 조정 가능하다.
또한, 본 발명은 밸브 제어 시스템을 제공하고, 이 밸브 제어 시스템은, 지지 구조; 상기 지지 구조로의 이동을 위해 장착된 밸브 제어 캐리지; 상기 캐리지에 회전 가능하게 장착되고 외부 캠 표면을 갖는 캠; 상기 지지 구조에 의해 지지되는 제 1 팔로우어로서, 상기 캠의 회전이 상기 제 1 팔로우어의 평행 이동을 일으키도록 상기 캠 표면에 대한 단부면을 가지며, 측면 캠 표면을 갖는, 제 1 팔로우어; 및 제 2 팔로우어로서, 상기 제 1 팔로우어의 평행 이동이 상기 제 2 팔로우어의 이동을 일으키도록 상기 측면 캠 표면에 대해 추종 표면을 갖는, 제 2 팔로우어를 포함한다.
또한, 본 발명은 내연기관을 제공하고, 이 내연기관은, 실린더를 형성하는 몸체; 상기 실린더 내의 피스톤으로서, 상기 피스톤의 표면 및 상기 실린더의 벽이 내부 부피를 형성하는, 피스톤; 상기 내부 부피로 공기 및 연료가 들어가게 하고 상기 내부 부피로부터 배기 가스가 나오게 하는 상기 몸체 내의 하나 이상의 포트; 상기 피스톤 주위로 적어도 부분적으로 위치한 슬리브 밸브로서, 상기 포트가 개방된 제 1 위치 및 상기 슬리브 밸브가 상기 포트를 폐쇄하는 제 2 위치 사이에서 주로 선형 왕복 경로로 이동 가능한, 슬리브 밸브; 및 각각 상기 몸체에 회전 가능하게 장착된 베어링 섹션 및 오프셋 스로우 섹션을 갖는 드라이브 샤프트를 포함하고, 상기 피스톤 및 상기 드라이브 샤프트의 오프셋 스로우 섹션이 연결되어 상기 피스톤의 왕복 운동이 상기 드라이브 샤프트의 드라이브 샤프트 축 주위로 상기 드라이브 샤프트의 오프셋 스로우 섹션의 회전을 일으킨다.
또한, 본 발명은 내연기관을 제공하고, 이 내연기관은, 실린더를 형성하는 몸체; 상기 실린더 내의 피스톤으로서, 상기 피스톤의 표면 및 상기 실린더의 벽이 내부 부피를 형성하는, 피스톤; 상기 내부 부피로 공기 및 연료가 들어가게 하고 상기 내부 부피로부터 배기 가스가 나오게 하는 상기 몸체 내의 하나 이상의 포트; 상기 피스톤 주위로 적어도 부분적으로 위치한 슬리브 밸브로서, 상기 포트가 개방된 제 1 위치 및 상기 슬리브 밸브가 상기 포트를 폐쇄하는 제 2 위치 사이에서 이동 가능한, 슬리브 밸브; 상기 슬리브 밸브에 인접한 오일 경로 형성부로서, 상기 오일 경로 형성부의 표면 및 상기 슬리브 밸브가 오일 통로를 형성하는, 오일 경로 형성부; 상기 몸체를 통해 상기 오일 통로 안으로의 오일 입구 포트; 상기 몸체를 통해 상기 오일 통로로부터의 오일 배출 포트; 및 상기 몸체에 회전 가능하게 장착된 베어링 섹션 및 오프셋 스로우 섹션을 갖는 드라이브 샤프트를 포함하고, 상기 피스톤 및 상기 드라이브 샤프트의 오프셋 스로우 섹션이 연결되어 상기 피스톤의 왕복 운동이 상기 드라이브 샤프트의 드라이브 샤프트 축 주위로 상기 드라이브 샤프트의 오프셋 스로우 섹션의 회전을 일으킨다.
또한, 본 발명은 실린더를 형성하는 몸체; 상기 실린더 내의 피스톤으로서, 상기 피스톤의 표면 및 상기 실린더의 벽이 내부 부피를 형성하는, 피스톤; 상기 내부 부피로 공기 및 연료가 들어가게 하고 상기 내부 부피로부터 배기 가스가 나오게 하는 상기 몸체 내의 하나 이상의 포트로서, 시트를 구비한 출입구를 갖는, 하나 이상의 포트; 상기 피스톤 주위로 적어도 부분적으로 위치한 슬리브 밸브로서, 상기 포트가 개방된 제 1 위치 및 상기 슬리브 밸브가 상기 포트를 폐쇄하는 제 2 위치 사이에서 이동 가능하고, 상기 슬리브 밸브가 이동하는 방향에 대해 0도 이외의 각에서(at an angle other than zero degrees) 단부면을 가지며, 상기 단부면이 상기 포트에 인접한 상기 시트와 맞물리는, 슬리브 밸브; 및 상기 몸체에 회전 가능하게 장착된 베어링 섹션 및 오프셋 스로우 섹션을 갖는 드라이브 샤프트를 포함하고, 상기 피스톤 및 상기 드라이브 샤프트의 오프셋 스로우 섹션이 연결되어 상기 피스톤의 왕복 운동이 드라이브 샤프트 축 주위로 상기 드라이브 샤프트의 오프셋 스로우 섹션의 회전을 일으킨다.
또한, 본 발명은 내연기관을 제공하고, 이 내연기관은, 실린더, 연료 공급 공동, 및 상기 실린더로 상기 연료 공급 공동을 연결시키는 연료 배출 포트를 형성하는 몸체; 상기 실린더 내의 피스톤으로서, 상기 피스톤의 표면 및 상기 실린더의 벽이 내부 부피를 형성하는, 피스톤; 상기 내부 부피로 공기가 들어가게 하는 상기 몸체 내의 하나 이상의 공기 입구 포트; 밸브로서, 상기 공기 입구 포트 및 연료 배출 포트가 개방된 제 1 위치, 및 상기 밸브가 상기 공기 입구 포트 및 연료 배출 포트를 폐쇄시키는 제 2 위치 사이에서 이동 가능한, 밸브; 및 상기 몸체에 회전 가능하게 장착된 베어링 섹션 및 오프셋 스로우 섹션을 갖는 드라이브 샤프트를 포함하고, 상기 피스톤 및 상기 드라이브 샤프트의 오프셋 스로우 섹션이 연결되어 상기 피스톤의 왕복 운동이 드라이브 샤프트 축 주위로 상기 드라이브 샤프트의 오프셋 스로우 섹션의 회전을 일으킨다.
또한, 본 발명은 내연기관을 제공하고, 이 내연기관은, 실린더를 형성하는 몸체로서, 상기 실린더 내에서 피스톤이 지지되어 상기 피스톤의 표면 및 상기 실린더의 벽에 의해 내부 부피가 형성되는, 실린더를 형성하는 몸체; 상기 내부 부피로 공기 및 연료가 들어가게 하고 상기 내부 부피로부터 배기 가스가 나오게 하는 상기 몸체 내의 하나 이상의 포트; 상기 몸체에 회전 가능하게 장착된 베어링 섹션 및 오프셋 스로우 섹션을 갖는 드라이브 샤프트; 밸브로서, 상기 포트가 개방된 제 1 위치 및 상기 밸브가 상기 포트를 폐쇄하는 제 2 위치 사이에서 이동 가능한 밸브; 상기 슬리브 밸브에 연결된 부품으로서, 표면에 압력이 가해질 때 상기 밸브를 제 2 위치로 이동시키는 표면을 갖는, 부품; 측면부를 갖는 밸브 압력 저장소; 상기 측면부에 연결되고 상기 밸브 압력 저장소 내의 상승 압력을 유지시키기 위해 상기 측면부 상에 작용하는 스프링; 상기 밸브 압력 저장소보다 높은 압력에서 유체를 포함하는 높은 압력 저장소; 및 상기 높은 압력 저장소가 상기 표면에 연결되고 상기 밸브 압력 저장소가 상기 표면으로부터 연결이 끊긴 제 1 위치, 및 상기 높은 압력 저장소가 상기 표면으로부터 연결이 끊기고 상기 밸브 압력 저장소가 상기 표면에 연결된 제 2 위치 사이에서 이동 가능한 밸브를 포함하고, 상기 피스톤 및 상기 드라이브 샤프트의 오프셋 스로우 섹션이 연결되어 상기 피스톤의 왕복 운동이 상기 드라이브 샤프트의 드라이브 샤프트 축 주위로 상기 드라이브 샤프트의 오프셋 스로우 섹션의 회전을 일으킨다.
또한, 본 발명은 내연기관을 제공하고, 이 내연기관은, 실린더를 형성하는 몸체; 상기 실린더 내의 피스톤으로서, 상기 피스톤의 표면 및 상기 실린더의 벽이 내부 부피를 형성하는, 피스톤; 상기 내부 부피로 공기 및 연료가 들어가게 하고 상기 내부 부피로부터 배기 가스가 나오게 하는 상기 몸체 내의 하나 이상의 포트; 드라이브 샤프트 축 상의 회전을 위해 장착된 베어링 섹션 및 오프셋 스로우 섹션을 갖는 드라이브 샤프트; 상기 내부 부피 내의 조기 점화를 탐지하는 노크 센서(knock sensor); 및 상기 노크 센서에 의해 탐지되는 조기 점화에 기초하여 상기 내부 부피의 최소 크기를 조정하는 피드백 시스템을 포함하고, 상기 피스톤 및 상기 드라이브 샤프트의 오프셋 스로우 섹션이 연결되어 상기 피스톤의 왕복 운동이 상기 내부 부피의 크기를 최소 및 최대 크기 사이에서 증가시키고 감소시키며 그리고 상기 드라이브 샤프트의 축 주위로 상기 드라이브 샤프트의 오프셋 스로우 섹션의 회전을 일으킨다.
또한, 본 발명은 내연기관을 제공하고, 이 내연기관은, 실린더를 형성하는 몸체; 상기 실린더 내의 피스톤으로서, 상기 피스톤의 표면 및 상기 실린더의 벽이 내부 부피를 형성하는, 피스톤; 상기 내부 부피로 공기 및 연료가 들어가게 하고 상기 내부부피로부터 배기 가스가 나오게 하는 상기 몸체 내의 하나 이상의 포트; 드라이브 샤프트 축 상의 회전을 위해 장착된 베어링 섹션 및 오프셋 스로우 섹션을 갖는 드라이브 샤프트; 각각 제 1 및 제 2 전극을 갖는 제 1 및 제 2 스파크 플러그; 및 상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 연결된 점화 시스템으로서, 상기 제 1 전극 상에 포지티브 전압을 제공하고 상기 제 2 전극 상에 네거티브 전압을 제공하여 상기 내부 부피 내에서 스파크를 만들도록 상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 전압차가 만들어지는, 점화 시스템을 포함하고, 상기 피스톤 및 상기 드라이브 샤프트의 오프셋 스로우 섹션이 연결되어 상기 피스톤의 왕복 운동이 상기 내부 부피의 크기를 최소 및 최대 크기 사이에서 증가시키고 감소시키며 그리고 상기 드라이브 샤프트의 축 주위로 상기 드라이브 샤프트의 오프셋 스로우 섹션의 회전을 일으킨다.
또한, 본 발명은 내연기관을 제공하고, 이 내연기관은, 실린더를 형성하는 몸체; 상기 실린더 내에서 피스톤이 지지되어 상기 실린더의 벽 및 상기 피스톤의 표면에 의해 내부 부피가 형성되는, 피스톤; 상기 내부 부피로 공기 및 연료가 들어가게 하고 상기 내부 부피로부터 배기 가스가 나가게 하는 상기 몸체 내의 하나 이상의 포트; 드라이브 샤프트로서, 회전을 위해 드라이브 샤프트 베어링에 장착된 베어링 섹션 및 상기 드라이브 샤프트 베어링의 축 주위로의 원형 경로로 이동하는 오프셋 스로우 섹션을 갖는, 드라이브 샤프트; 및 각각 상기 드라이브 샤프트의 오프셋 스로우 섹션 및 상기 피스톤에 연결된 제 1 및 제 2 단부를 갖는 연결 막대를 포함하고, 이에 의해 상기 내부 부피 내의 유체의 연소에 의한 상기 피스톤의 왕복 운동이 상기 원형 경로로 상기 드라이브 샤프트의 오프셋 스로우 섹션의 이동을 일으킨다.
또한, 본 발명은 내연기관을 제공하고, 이 내연기관은, 실린더를 형성하는 몸체; 하나 이상의 피스톤으로서, 상기 하나 이상의 피스톤의 표면 및 상기 실린더의 벽이 내부 부피를 형성하는, 하나 이상의 피스톤; 상기 내부 부피로 공기 및 연료가 들어가게 하고 상기 내부부피로부터 배기 가스가 나오게 하는, 상기 몸체 내의 하나 이상의 포트; 및 상기 몸체에 회전 가능하게 장착된 베어링 섹션 및 오프셋 스로우 섹션을 갖는 드라이브 샤프트를 포함하고, 상기 피스톤 및 상기 드라이브 샤프트의 오프셋 스로우 섹션이 연결되어 상기 피스톤의 왕복 운동이 상기 드라이브 샤프트의 드라이브 샤프트 축 주위로 상기 드라이브 샤프트의 오프셋 스로우 섹션의 회전을 일으키며, 상기 하나 이상의 피스톤의 흡입 스트로크 동안 상기 하나 이상의 밸브가 개방된 채로 유지되어 상기 흡입 스트로크의 제 1 미리 선택된 기간(preselected length) 동안 공기가 상기 연소 챔버 안으로 들어가게 하고, 상기 하나 이상의 피스톤의 팽창 스트로크 동안 상기 하나 이상의 밸브가 상기 팽창 스트로크의 제 2 기간 동안 상기 연소 챔버를 실질적으로 폐쇄된 채로 유지시키며, 상기 제 2 기간이 상기 제 1 기간보다 더 길고, 상기 하나 이상의 피스톤을 통해 드라이브 트레인으로 전달된 에너지 및 상기 하나 이상의 피스톤의 배기 사이클에서의 에너지 손실이 합쳐서 상기 실린더의 연료의 에너지의 65%를 넘는다.
본 발명은 첨부된 도면을 참고하여 실시예에 의해 설명된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 내연기관의 사시도이다.
도 2는 도 1의 내연기관의 중앙 연결부 형성 부품, 우측 캐스팅, 및 우측 밸브 배열체의 측면 단면도이다.
도 3은 연료가 내연기관의 내부 부피로 들어가는 경우 도 2에서 도시된 구성요소의 측면 단면도이다.
도 4는 내연기관의 스파크 플러그의 위치를 도시하는 단부도이다.
도 5는 내연기관의 동력 전달 배열체의 조립체 및 연소 챔버 크기 변화 기구를 도시하는 개략 부분도이다.
도 6은 내연기관의 밸브 제어 시스템을 도시하는 개략 측면도이다.
도 7은 도 6의 밸브 제어 시스템의 기능을 도시하는 그래프이다.
도 8a-8g는 내연기관의 최대 동력 작동을 도시하는 측면 단면도이다.
도 9a-9g는 내연기관의 부분 동력 작동을 도시하는 측면 단면도이다.
도 10a-10b는 내연기관의 유압식 폐쇄 지지 시스템 형성 부품(hydraulic hold-closed system forming part)을 도시하는 측면 개략도이다.
도 11은 내연기관의 제어 시스템 형성 부품의 블록도이다.
도 12a-12b는 본 발명의 내연기관의 일 대안적인 실시예에서 이용되는 연소 챔버 크기 변화 캐리지의 측면도이다.
도 13a 및 13b는 본 발명의 내연기관의 추가적인 대안적 실시예에서 이용되는 연소 챔버 크기 변화 캐리지의 측면도이다.
도 14는 본 발명의 추가적인 실시예에 따르면 내연기관에서 이용되는 가요성 벨로우즈 시일의 이용을 도시한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 내연기관(10)의 부품을 도시하는 첨부도면이고, 이 내연기관은 몸체(12), 좌우 밸브 배열체(14, 16), 밸브 제어 시스템(18)의 부품, 스파크 플러그(20), 각각 좌우 동력 전달 배열체(22, 24) 및 연소 챔버 크기 변화 기구(26)를 포함한다.
몸체(12)는 베이스부(28), 좌우 캐스팅(30, 32), 및 중앙 연결부(34)를 포함 한다. 좌우 캐스팅(30, 32)은 중앙 연결부(34)에 장착된다. 좌우 캐스팅(30, 32) 및 중앙 연결부(34)를 포함하는 조립체는 이후 베이스부(28)에 고정되고 이에 의해 베이스부, 캐스팅(30, 32), 및 중앙 연결부(34)와 서로 이동 불가능하게 연결되어 단일 부품을 형성한다.
도 2에서 도시된 것처럼, 우측 캐스팅(32)은 실린더 블록부(36), 공기 흡입 및 분배부(38), 및 크랭크샤프트 하우징(40)을 포함한다. 실린더 블록부(36)는 그 내부에서 우측으로부터 좌측으로 기계가공된 원형 보어(42)를 갖는다. 공기 흡입 및 분배부(38)는 실린더 블록부(36)의 좌측 섹션 주위로 볼루트(volute; 44)를 형성한다. 이 볼루트(44)는 그 상부에 입구(46)를 갖는다. 실린더 블록부(36)와 공기 흡입 및 분배부(38)의 좌측 단부는 볼루트(44)의 좌측부의 밖으로(out of) 주위 배출구(48)를 형성한다.
크랭크샤프트 하우징(40)은 실린더 블록부(36)로부터의 연장부이고 실린더 블록부(36)보다 그 크기가 크다. 두 구동 샤프트 개구(50) 중 하나는 도 2의 단면에서 도시된다.
우측 밸브 배열체(16)는 오일 경로 형성부(52), 슬리브 밸브(54) 및 유지부(56)를 포함한다.
오일 경로 형성부(52)는 우측으로부터 좌측으로 원형 보어(42) 안으로 삽입된다. 오일 경로 형성부(52)는 좌측에 밸브 냉각부(58)로 그리고 우측에 밸브 구동부(60)로 형성된다. 밸브 냉각부(58)는 그 내부면에 형성된 나선형 그루브(62)와, 그 외부면에 형성된 입구 및 배출구 그루브(64, 66)를 각각 갖는다. 입구 및 배출구 그루브(64, 66)는 나선형 그루브(62)의 대향 단부와 소통한다. 밸브 구동부(60)는 그 내부에 형성된 오일 압력 슬롯(68, 70)을 갖는다. 오일 경로 형성부(52)는 오일 경로 형성부(52)가 실린더 블록부(36) 상의 시트에 접촉할 때까지 원형 보어(42) 안으로 삽입되고 원형 보어(42)로의 추가적인 운동을 금지시킨다. 이후 에워싸인 공동은 원형 보어(42)의 표면 및 입구 그루브(64)에 의해 형성된다. 유사하게, 공동은 원형 보어(42)의 표면 및 오일 압력 슬롯(68, 70)에 의해 그리고 외부 그루브(66) 및 원형 보어(42)의 표면에 의해 형성된다.
슬리브 밸브(54)는 우측으로부터 좌측으로 오일 경로 형성부(52) 안으로 삽입된다. 슬리브 밸브(54)는 슬리브부(76) 및 슬리브부(76)의 우측 단부에 인접하여 그 주위에 리지 구성요소(78)를 갖는다. 에워싸인 나선형 오일 냉각 경로는 슬리브부(76)의 외부면에 의해 그리고 나선형 그루브(62)의 표면에 의해 형성된다. 리지 구성요소(78) 상에서 좌측 및 우측 표면(80, 82)은 각각 오일 압력 슬롯(68, 70)에 의해 형성된 공동을 완성한다. 슬리브 밸브(54)는 오일 경로 형성부(52)에 대해 우측으로 그리고 다시 좌측으로 슬라이드 가능하게 이동 가능하다. O-링(84)은 리지 부품(component; 78) 및 밸브 구동부(60) 사이에 위치하고 이에 의해 밸브 구동부(60)에 대해 리지 부품(78)의 슬라이딩 운동을 가능하게 한다.
유지부(retaining piece; 56)는 오일 경로 형성부(52)보다 실질적으로 큰 지름, 및 슬리브부(76)의 외부 지름보다 약간 큰 내부 지름을 갖는 링의 형태이다. 유지부(56)는 슬리브부(76)의 우측 단부를 넘어 위치하고, 이에 의해 오일 경로 형성부(52)의 우측 단부는 유지부(56)의 좌측면과 접한다. 이후 유지부(56)는 우측 캐스팅(32)에 고정되고 이에 의해 오일 경로 형성부(52)를 그 위치에 유지시킨다. 볼트는 우측 캐스팅(32)에 대해 유지부(56)를 방출 가능하게 고정시키는데 이용될 수 있고, 이에 의해 오일 경로 형성부 및 슬리브 밸브(54)의 제거 및 유지를 가능하게 한다. O-링(86)은 슬리브부(76)의 우측 단부의 외부면 및 유지부(56)의 내부 지름 사이에 형성되고, 이에 의해 유지부(56)를 지나 슬리브부(76)의 슬라이딩 운동을 가능하게 한다. O-링(86)은 우측면(82), 오일 압력 슬롯(70) 중 하나, 및 슬리브부(76)의 외부면에 의해 부분적으로 형성된 공동을 밀봉하고, 이에 의해 오일은 이로부터 새어나갈 수 없으며 여전히 유지부(56)에 대해 슬리브부(76)의 슬라이딩 운동을 가능하게 한다.
중앙 연결부(34)는 내측부(92) 및 외측부(90)를 갖는 링의 형태이다. 내측부(92)는 서로에 대해 뾰족한 대향 측면(94)을 갖는다. 연료 공급 공동(96)은 중앙 연결부(34)의 수평 중심축(C) 주위로 그리고 내측부(92) 내부에 볼루트를 형성한다. 또한, 중앙 연결부(34)는 스파크 플러그 슬리브(98)를 포함하고, 이를 통해 스파크 플러그가 연료 공급 공동(96)에서의 어떠한 연료와의 접촉 없이 연료 공급 공동을 통해 삽입될 수 있다.
우측 캐스팅(32)이 중앙 연결부(34)에 장착될 때, 공기 입구 포트(100)는 일 측부 상에서 측면(94) 중 하나 사이에서 그리고 타 측부 상에서 오일 경로 형성부(52) 및 실린더 블록부(36)의 단부면(102, 104)에 의해 형성된다. 공기 입구 포트(100)는 슬리브 밸브(54)의 수평 중심축(C) 주위의 링 형태의 포트이다. 공기 입구 포트(100)는 공기 흡입 및 분배부(38)의 배출구(48)로부터 연장하고 슬리브 부(76)의 좌측단부에 출입구(mouth; 106)를 갖는다. 우측으로의 슬리브 밸브(54)의 운동은 출입구(106)를 개방하고 좌측으로의 운동은 출입구(106)를 폐쇄한다.
도 3에서 도시된 것처럼, 연료 출구 포트(108)는 내측부(92)의 벽을 통해 연료 공급 공동(96)으로부터 형성된다. 슬리브부(76)는 주요 선형 왕복 경로를 따라 우측 그리고 좌측 방향(110)으로 이동한다. 슬리브 밸브(54)는 완전한 선형 경로로 이동할 수 있고, 수평 제어축(C) 주위로 회전하기 위한 슬리브 밸브(54)의 자유로움(freedom) 및 오일에 의해 생성된 힘은 슬리브 밸브(54)의 약간의 회전을 일으킬 수 있다. 슬리브부(76)의 단부면(112)은 회전(110)에 대해 대략 45도의 각(114)에 있다. 내측부(92)는 상응하는 시트(seat)를 갖고, 이 시트에 대해 단부면(112)이 접한다. 단부면(112)이 내측부(92)의 시트에 대해 있을 때, 연료 배출구 포트(108)가 폐쇄된다. 시트로부터 멀리 슬리브부(76)의 운동은 연료 배출구 포트(108)를 개방한다. 주목해야 할 점은 연료 배출구 포트(108)가 내측부(92)의 좌측에 반영되지(mirrored) 않는다는 점이다. 연료 배출구 포트(108)와 유사한 다수의 연료 배출구 포트는 내측부(92)의 수평 중앙 라인(C)을 주위로 링으로 형성된다.
대안적인 실시예에서, 연료 분사기는 연료를 직접 또는 공기를 분사하는데 이용될 수 있고, 연료는 외부적으로 혼합될 수 있다. 이러한 대안적인 실시예에서, 물은 슬리브 밸브를 냉각시키기 위한 공동(96)과 같은 공동 내부에서 이용될 수 있다.
도 1을 다시 참고하면, 좌측 캐스팅(30) 및 좌측 밸브 배열체(14)는 우측 캐 스팅(32) 및 우측 밸브 배열체(16)와 각각 거울 이미지이고, 이 경우 두 개의 현저한 구조적 차이점이 있다. 첫번째로, 도 2를 참고하여 언급된 것처럼, 구동 샤프트 개구(50)와 같은 구동 샤프트 개구가 제공되지 않는다는 점이고, 대신 원형 베어링 장착이 좌측 캐스팅(30)의 크랭크샤프트 장착부의 각각의 측부 상에 제공된다. 두번째로, 좌측 슬리브 밸브 배열체(14)는 연료 공급 공동(96)으로부터 밖으로 연료의 유동을 제어하지 못하는데, 왜냐하면 도 3을 참고하여 설명된 것처럼, 내측부(92)의 좌측에는 연료 배출구 포트가 없기 때문이다. 도 2를 참고하여 논의된 것처럼, 공기 입구 포트(100)는 중앙 연결부의 우측에 형성된다. 유사한 구성은 중앙 연결부(34)의 좌측에 공기 배출구 포트를 형성한다. 일반적으로 배기 포트를 넘어 슬리브 밸브(54)는 공기 입구 포트(100) 만큼 크게 개방하지 않는데, 왜냐하면 가스는 뜨거울 때 더 빠르게 운동하기 때문이다. 또한, 포트가 짧다면 배기장치를 형성하는 슬리브 밸브를 냉각시키는 것이 더 쉽다.
도 1은 중앙 연결부(34)의 수평 중심축(C) 주위로 위치한 4개의 스파크 플러그(20) 중 3개를 도시한다. 또한, 도 1은 4개의 스파크 플러그 개구(115) 중 하나를 도시하고, 개구를 통해 각각의 스파크 플러그(20)가 중앙 연결부(34) 안으로 삽입된다. 이후 각각의 스파크 플러그(20)는 도 2에서 도시된 슬리브(98) 중 각각의 하나를 통과하고, 스파크 플러그의 전극은 내측부(92)의 내부면으로부터 돌출된다. 도 4에서 도시된 것처럼, 스파크 플러그(20)의 한쌍은 상부에 전극(118A, 118B)을 함께 갖고, 스파크 플러그(20)의 나머지 쌍은 그 바닥부에서 전극(118C, 118D)을 함께 갖는다. 포지티브(positive) 고전압이 예를 들어 전극(118A)에 제공될 수 있 고, 네거티브 고전압이 전극(118B)에 제공될 수 있으며, 스파크는 전극(118A, 118B) 사이에서 생성된다. 동시에, 포지티브 고전압이 전극(118C)에 제공될 수 있고 네거티브 고전압이 전극(118D)에 제공될 수 있으며, 이에 의해 전극(118C, 118D) 사이에 스파크를 생성한다.
또한, 도 4는 점화 시스템(250)을 도시하고, 이 점화 시스템은 전압 공급장치(252), 분배기 또는 컵퓨터에 의해 구동되는 스위치(254), 주요 권선(primary winding; 256), 및 보조 권선(258)을 포함한다. 전압 공급장치(252), 스위치(254), 및 주요 권선(256)은 두 개의 그라운드 접촉부(260, 262) 사이에서 직렬로 연결된다. 보조 권선(258)은 주요 권선(256)에 의해 유도되는 위치에 위치하고, 전극(118A, 118B) 사이에서 연결된다.
이용시, 스위치(254)는 전압 공급장치(252)를 주요 권선(256)에 연결시키고 주요 권선(256)을 넘어 전압을 만든다. 보조 권선(258)은 유도되고 이에 의해 전압이 보조 권선(258)을 넘어 만들어진다. 보조 권선(258) 중 일단부는 포지티브 전압을 갖고, 보조 권선(258)의 대향 단부는 네거티브 전압을 갖는다.
높은 네거티브 및 포지티브 전압은 보조 권선(258) 중 일단부가 하나의 전극(118A)에 연결되게 하고 보조 권선(258) 중 타단부는 다른 전극(118B)에 연결되게 함에 의해 쉽게 생성될 수 된다. 주요 권선(256)은 시스템 그라운드 접촉(260/262) 및 전압 공급장치(252) 사이에서 일반적으로 작동한다. 이러한 방법으로, 시스템 그라운드 접촉부(260/262)에는 아무런 고전압 연결부가 없다. 또한, 절연 요구사항은 절반만큼 감소된다. 전극(118A, 118B) 사이의 주어진 고전압 델 타(delta)에 대해, 오직 절반의 전압이 어느 하나의 전극(예를 들어 118B) 및 그라운드 접촉부(260/262) 사이에서 형성된다.
이제 도 1 및 5를 공동으로 참고한다. 도면을 불명료하게 하지 않기 위해, 도 1의 모든 상세한 내용이 도 5에서 도시되는 것은 아니고 도 5의 모든 상세한 내용이 도 1에서 도시되는 것은 아니다. 일반적으로, 도 1은 오직 일반적으로 큰 조립체를 도시하고, 도 5는 더 큰 조립체를 만드는데 더 뛰어난 구성요소를 도시한다.
좌측 동력 전달 배열체(22)는 좌측 피스톤(120), 좌측 크랭크샤프트(122), 및 좌측 연결 막대(124)를 포함한다. 좌측 크랭크샤프트(122)는 대향 베어링 섹션(126)(베어링 섹션(126)은 페이퍼 안으로 서로 앞뒤로 위치한다), 오프셋 스로우 섹션(128), 및 상기 오프셋 스로우 섹션(128)을 베어링 섹션(126)으로 연결시키는 연결 섹션(130)을 갖는다. 베어링 섹션(126)은 좌측 캐스팅(30)의 크랭크샤프트 하우징(40)에서 저널 베어링(미도시) 상에 회전 가능하게 장착된다. 전체 좌측 크랭크샤프트(122)는 저널 베어링 상에서 회전하는 베어링 섹션(126)을 통해 좌측 크랭크샤프트 축 주위로 회전한다.
좌측 피스톤(120)은 좌측 캐스팅(30) 내에 있고, 좌측 밸브 배열체(14)의 슬리브 밸브(54)의 내부면 상에서 좌측으로 그리고 우측으로 슬라이드 가능하게 이동 가능하다. 좌측 연결핀(132)은 좌측 피스톤(120)에 고정된다. 좌측 연결 막대(124)는 좌측 크랭크샤프트(122)의 오프셋 스로우 섹션(128)으로 그리고 좌측 연결핀(132)으로 피봇 가능하게 연결된 대향 단부를 갖는다. 좌측 크랭크샤프 트(122)의 회전은 좌측 크랭크샤프트(122)의 베어링 섹션(126)으로부터 오프셋 스로우 섹션(128)까지의 거리의 두 배와 동일한 거리만큼 피스톤(120)의 왕복 운동을 일으킨다.
다른 실시예는 좌측 동력 전달 배열체의 모든 구성요소를 가질 수 있거나 또는 가지지 않을 수 있다. 캠-기초(cam-based) 연결부가 예를 들어 제공될 수 있다. 캠-기초 배열체에서, 아무런 연결 막대가 제공되지 아니하고 캠은 피스톤을 이동시킬 목적으로 작용한다.
연소 챔버 크기 변화 기구(26)는 각각 일련의 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 기어(134, 136, 138, 140), 각각 제 1 및 제 2 기어 샤프트(142, 144), 및 연소 챔버 크기 변화 캐리지(146)를 포함한다. 제 1 기어(134)는 좌측 크랭크샤프트(122)의 하나의 베어링 섹션(126)에 장착된다. 좌측 크랭크샤프트(122)의 베어링 섹션(126) 및 제 1 기어(134) 상의 키(spline)는 제 1 기어(134)가 좌측 크랭크샤프트(122)의 베어링 섹션(126) 상에서 미끄러지지 않게 하고 제 1 기어(134)가 좌측 크랭크샤프트(122)와 함께 회전하는 것을 보장한다. 제 1 및 제 2 기어 샤프트(142, 144)는 베이스부(28) 에 개별적인 베어링을 통해 회전 가능하게 장착된다. 제 1 및 제 2 기어 샤프트(142, 144)와 좌측 크랭크샤프트(122)의 베어링 섹션(126) 사이의 공간적 관계는 고정되는데, 왜냐하면 모두가 동일한 베이스부(28)에 장착되기 때문이다. 제 2 및 제 3 기어(136, 138)는 각각 제 1 및 제 2 기어 샤프트(142, 144)에 장착되고 함께 회전한다. 제 2 기어(136)는 제 1 기어(134)와 맞물리고, 제 3 기어(138)는 제 2 기어(136)와 맞물린다. 제 1 기어(134)의 유효 가공 지름은 제 2 기어(136)의 유효 가공 지름의 정확히 2배이고, 제 3 기어(138)는 제 2 기어(136)와 동일한 유효 가공 지름을 갖는다. 또한, 제 2 기어(136)는 제 1 기어(134)의 톱니의 정확히 2배를 갖고, 제 3 기어는 제 2 기어(136)의 톱니와 동일한 숫자를 갖는다. 따라서, 제 2 및 제 3 기어(136, 138)는 제 1 기어(134)의 회전 속도의 정확히 절반으로 회전한다.
연소 챔버 크기 변경 캐리지(146)는 각각 제 1 및 제 2 대향 단부(148, 150)를 갖는다. 제 1 단부(148)는 제 2 기어 샤프트(144)에 피봇 가능하게 고정되고, 이에 의해 제 2 단부(150)는 제 2 기어 샤프트(144)의 중앙 라인에서 중심점을 갖는 반지름 상에서 움직일 수 있다.
우측 동력 전달 배열체(24)는 우측 피스톤(154), 우측 크랭크샤프트(156), 및 우측 연결 막대(158)를 포함한다. 우측 피스톤(154)은 도 2에서 슬리브 밸브(54)를 위 아래로 슬라이드 시키고 내부에 위치한다. 우측 크랭크샤프트(156)는 대향 베어링 섹션(160), 오프셋 스로우 섹션(162), 및 오프셋 스로우 섹션(162)을 베어링 섹션(160)으로 연결시키는 연결 섹션(164)을 갖는다. 우측 연결핀(166)은 우측 피스톤(154)에 고정된다. 우측 연결 막대(158)는 우측 크랭크샤프트(156)의 오프셋 스로우 섹션(162) 및 우측 연결핀(166)에 피봇 가능하게 고정된 대향 단부를 갖는다. 우측 크랭크샤프트(156)의 베어링 섹션(160)은 연소 챔버 크기 변화 캐리지(146)로 각각의 저널 베어링(미도시) 상에 회전 가능하게 고정된다. 전체 우측 크랭크샤프트(156)는 베어링 섹션(160)을 통해 우측 크랭크샤프트축 상에서 회전할 수 있다. 우측 크랭크샤프트(156)의 회전은 우측 피스톤(154)의 왕복 운동 을 야기시킨다. 우측 피스톤(156)이 운동하는 거리는 크랭크샤프트축으로부터 우측 베어링 섹션(160)을 통해 오프셋 스로우 섹션(162)의 축에 이르는 거리와 동일하거나 또는 2배에 가깝다.
내부 부피(170)는 좌측 및 우측 피스톤(120, 154)의 대향면들 사이에서 좌측 및 우측 밸브 배열체(14, 16)와 중앙 연결부(34)의 내부면에 의해 형성된다. 도 1 및 5는 개별적인 각으로 회전되는 좌측 및 우측 크랭크샤프트(120, 156)를 도시하고, 이에 의해 좌측 및 우측 피스톤(120, 154)은 각각 베어링 섹션(126, 160)으로부터 가장 먼 위치에 있게 되며 내부 부피(170)는 가장 최소가 된다. 각(172)을 통한 연소 챔버 크기 변경 캐리지(146)의 피봇은 제 2 기어 샤프트(144) 주위로 각(172)을 통해 우측 크랭크샤프트(156)의 베어링 섹션을 회전시킨다. 우측 크랭크샤프트(156)의 베어링 섹션(160)의 우측으로의 회전은 우측 피스톤(154)의 우측으로의 이동을 야기한다. 우측 피스톤(154)의 우측으로의 이동은 내부 부피(170)를 크게 한다. 우측 크랭크샤프트(156)가 우측 피스톤(154)이 우측 크랭크샤프트(156)의 베어링 섹션(160)으로부터 가장 멀리 위치하는 경우의 각 위치에 있을 때, 연소 챔버, 즉 내부 부피(170)의 최소 크기가 확대된다. 또한, 내부 부피(170)의 최소 크기의 확대는 내부 부피(170)의 최대 크기에서의 상응하는 증가를 야기한다.
제 4 기어(140)는 우측 크랭크샤프트(156)의 베어링 섹션(160)에 장착되고 이에 의해 우측 크랭크샤프트(156)와 함께 회전한다. 제 4 기어(140)는 제 3 기어(138)와 맞물린다. 제 4 기어(140)는 제 3 기어(138)의 톱니의 수의 정확히 절 반을 갖고, 제 3 기어(138)의 유효 지름의 정확히 절반인 유효 지름을 갖는다. 따라서 제 1 및 제 4 기어는 동일한 각속도로 회전하지만 그 방향은 반대이다. 피스톤(120, 154)은 서로로부터 멀리 그리고 서로를 향하여 이동한다. 피스톤(120, 154)의 이동은 대략 위상이 같고, 피스톤(120, 154) 사이의 위상의 유일한 차이는 작으며 이는 각(172)을 통한 연소 챔버 크기 변화 캐리지(146)의 피봇 때문이다.
도 6은 도 2에서 도시된 우측 밸브 배열체(16)의 슬리브 밸브의 작동을 제어하는데 이용되는 밸브 제어 시스템(174)을 도시한다. 밸브 제어 시스템(174)은 지지 구조(178), 밸브 제어 캐리지(180), 제 1 및 제 2 캡 구동 기어(182, 184), 제 1 및 제 2 팔로우어(follower)(186, 188), 리턴 스프링 배열체(return spring arrangement(190), 및 캠(192)을 포함한다.
밸브 제어 캐리지(180)는 각각 제 1 및 제 2 단부(193, 194)를 갖는다. 제 1 단부(193)는 제 1 기어 샤프트(142)에 피봇 가능하게 고정된다(도 1 및 5를 보라). 또한, 제 1 캠 구동 기어(182)는 제 1 기어 샤프트(142)에 고정되고 제 1 기어 샤프트(142)에 의해 구동된다. 제 2 캠 구동 기어(184)는 밸브 제어 캐리지(180)에 회전 가능하게 고정된다. 제 1 및 제 2 구동 기어(182, 184)는 동일한 유효 지름을 갖고 동일한 숫자의 톱니를 가지며, 이에 의해 이 기어들은 제 2 기어(136)와 동일한 회전 속도로, 좌측 크랭크샤프트(122) 및 우측 크랭크샤프트(156)의 절반의 회전 속도로 회전한다. 따라서, 당업자는 제 2 캠 구동 기어의 회전 속도가 4 행정 작동을 제어하기에 정확하다는 것을 이해할 것이다. 대안적인 실시예에서 기어(182, 183, 136, 138)의 각각은 마모를 감소시키기 위해 소 수(prime number)의 톱니를 가질 수 있다.
캠(192)은 밸브 제어 캐리지(180)에 대해 상대적으로 제 2 캠 구동 기어(184)에 고정되고 이와 함께 회전한다. 지지 구조(178)는 몸체(12)에 이동 불가능하게 고정된다(도 1을 보라). 제 1 팔로우어(186)는 지지 구조(178)로의 선형 평행 이동을 위해 장착되고, 캠(192)에 대한 제 1 단부(195)를 갖는다. 리턴 스프링 배열체(190)는 제 1 팔로우어(186)의 대향 단부에 그리고 지지 구조(178)에 장착된다. 리턴 스프링 배열체(190)는 캠(192)을 향해 제 1 팔로우어(186)를 편향시키는 스프링 힘을 제공한다. 제 2 팔로우어(188)는 제 1 팔로우어(186)의 운동 방향에 대해 90도를 이루는 방향으로 지지 구조(178)로의 선형 평행 이동을 위해 장착된다.
캠(192)은 프로파일(profile)을 갖는 외부면(196)을 갖고, 이에 의해 캠(192)의 하나의 사이클은 그 선형 경로 상에서 제 1 팔로우어(186)의 앞뒤로의 하나의 사이클을 야기시킨다. 제 1 팔로우어(186)는 프로파일된 측면(198)을 갖는다. 제 2 팔로우어(188)의 단부는 측면(198) 상에 장착되어 있다(ride on). 제 1 팔로우어(186)의 하나의 사이클은 선형 경로 상에서 제 2 팔로우어(188)의 하나의 사이클을 야기시킨다.
각(200)을 통한 캐리지(180)의 피봇은 지지 구조(178)에 대해 각(200)을 통해 제 1 위치로부터 제 2 위치로 제 2 캠 구동 기어(184)의 중심점을 회전시킨다. 리턴 스프링 배열체(190)는 제 1 팔로우어(186)의 좌측으로의 상응하는 이동을 야기시키고, 이에 의해 제 1 팔로우어(186)의 단부는 캠(192)의 외부면(196)과 접촉 한 채로 있게 된다. 캠(192)의 회전은 선형 경로 상에서 제 1 팔로우어(186)의 선형 이동을 야기시킨다. 또한, 각(200)을 통한 캐리지(180)의 이동은 측면(198) 프로파일을 좌측으로 이동시킨다. 좌측으로의 측면(198) 프로파일의 이동 때문에, 제 2 팔루오어는 제 1 팔로우어(186)의 하나의 사이클 동안 더 긴 시간 주기 동안 측면(198)의 평평한 부분 상에 장착된다. 도 7에서 볼 수 있는 것처럼, 도 6의 밸브 제어 캐리지(180)의 이동은 캠(192)의 회전의 더 짧은 각에 대해 제 2 팔로우어(188)의 이동을 야기한다. 주목해야 할 점은, 제 1 캡 구동 기어(182)의 상에 대해서 제 2 팔로우어(188)의 위상의 시간에 따른 약간의 전진이 있다는 것이고, 이는 밸브 제어 캐리지(180)의 시계방향의 피봇에 대한 제 1 캡 구동 기어(182)의 고정 위치에 대한 시계 방향으로 진행하는 제 2 캠 구동 기어(184)에 의한 것이다. 제 2 팔로우어(188)가 이동하기 시작하는 캠(192)의 각은 위상 변화에 의해 거의 변하지 않은 채 남아 있다. 또한, 캐리지(180)는 제 2 위치를 지나 제 3 위치로 피봇될 수 있고, 이에 의해 측면(198)은 좌측으로 멀리 이동하며, 제 2 팔로우어(188)는 제 1 팔로우어(186)의 완전한 사이클 동안 계속 측면(198)의 평평한 부분 상에 장착된다.
제 2 팔로우어(188)는 도 2의 오일 압력 슬롯(68)에 유압식 시스템(미도시)을 통해 연결되고, 이에 의해 제 2 팔로우어의 이동은 오일 압력 슬롯(68) 안으로 그리고 밖으로 오일을 유동시킨다. 이동제한에 의해 제 2 팔로우어(188)의 위상 변화 이동, 슬리브 밸브(54)의 위상 및 이동이 조정될 수 있다. 슬리브 밸브(54)의 이동의 조정은 도 3에서 도시된 연료 입구 포트를 통한 연료 흡입 및 공기 입구 포트(100)를 통한 공기 흡입이 조정될 수 있다는 것을 의미한다.
도 1을 참고하면, 좌측 밸브 배열체(14)는 오직 배기관으로서 작용한다. 도 6의 밸브 제어 시스템(174)에 부가하여 내연기관(10)은 좌측 밸브 배열체(14)를 제어하기 위한 밸브 제어 시스템(174)을 갖는다. 그러나, 배기 이상의 제어가 필요하지 않기 때문에, 좌측 밸브 배열체(14)를 제어하는데 이용되는 밸브 제어 시스템은 좌측 밸브 배열체(14)의 슬리브 밸브의 이동 제한 또는 위상 변화를 필요로 하지 않는다.
주로 도 8a 내지 8g를 참고하여 그리고 설명된 모든 다른 도면들의 도움으로 내연기관의 최대 동력 작동이 이제 설명된다. 최대 동력 작동 동안, 도 1 및 5에서의 연소 챔버 크기 변화 캐리지(146)는 우측으로 시계방향으로 피봇되고 이에 의해 내부 부피(170)가 가장 작을 때 우측 피스톤(154)은 도 5의 가상선의 위치에 있다. 최대 동력 작동 동안, 도 6의 밸브 제어 캐리지는 우측으로 시계 반대 방향으로 회전한다.
도 8a는 이제 내부 부피(170)의 크기가 최대 동력 작동에 대해 가장 작을 때와 점화시 좌측 및 우측 피스톤(120, 154)의 위치를 도시한다. 도 6을 참고하면, 제 1 팔로우어(186)의 단부가 캠(192)의 외부면(196)의 중앙부 상에 장착되고, 따라서 우측으로 변위되지 않는다. 제 2 팔로우어(188)는 측면(198)에 대해서 그 최상부 위치에 있다. 슬리브 밸브(54)는 좌측을 향해 유지되고, 이경우 슬리브부(76)는 공기 흡입 포트(100)를 폐쇄한다. 도 3을 참고하면, 단부면(112)은 내측부(92) 상의 시트에 대해 있고 연료 배출 포트(108)를 폐쇄한다. 도 8a를 추가적 으로 참고하면, 좌측 밸브 배열체(14)의 슬리브 밸브(54)는 배출 포트(202)를 폐쇄한다. 내부 부피(170)는 압축된 공기 및 연료고 채워지고 일반적으로 기화된 페트롤륨으로 채워진다. 도 4를 참고하면, 전류가 스파크 플러그(20)의 전극(118)으로 제공되고, 이는 연료를 점화한다. 점화는 연소를 일으키고 내부 부피(170) 내의 압력의 증가를 일으킨다. 증가된 압력은 좌측 피스톤(120)을 좌측으로 이동시키고 우측 피스톤(154)을 우측으로 이동시킨다.
도 8b는 연소의 증가된 압력에 의해 내부 부피(170)의 팽창의 종료 이후 좌측 및 우측 피스톤(120, 154)을 도시한다. 팽창은 내부 부피(170) 내에서 압력 및 온도의 감소를 일으킨다. 도 5를 참고하면, 내부 부피(170)의 팽창은 시계 방향으로 좌측 크랭크샤프트(122)의 회전을 일으키고 반시계 방향으로 우측 크랭크샤프트(156)의 회전을 일으킨다. 연결 막대(122)를 통해 생성된 힘은 베어링 섹션(126) 상의 시계 방향 토크를 만든다. 베어링 섹션(126) 중 하나의 팽창은 출력 샤프트를 형성할 수 있고 이 샤프틀 통해 토크가 구동 트레인으로 전달될 수 있다. 우측 연결 막대(158)에 의해 만들어진 힘은 우측 베어링 섹션(160) 상에 반시계 방향의 토크를 만든다. 우측 베어링 섹션(160) 상에서 만들어진 토크는 제 4 기어(140)로 제공된다. 제 4 기어(140) 상의 반시계 방향 토크는 제 1 기어(134) 상에 시계방향 토크로서 순차적으로 제 3 및 제 2 기어(138, 136)를 통해 제공된다. 제 1 기어(134) 상에서 만들어진 시계방향 토크는 제 1 베어링 섹션(126)으로 제공되고 좌측 연결 막대(124) 때문에 토크에 추가된다.
도 8c는 배기를 통해 중간으로 좌측 및 우측 피스톤(120, 154)을 도시한다. 좌측 밸브 배열체(14)의 슬리브 밸브(54)는 좌측으로 이동되었고 이에 의해 배기 포트(202)를 개방한다. 내부 부피(170)는 그 크기가 감소되고 연소된 가스는 배기 포트(202)를 통해 방출된다.
도 8d는 배기의 종료시 좌측 및 우측 피스톤(120, 154)을 도시한다. 다시 내부 부피(170)는 최대 동력 작동에 대해 가장 작은 크기에 있게 된다. 좌측 밸브 배열체(14)의 슬리브 밸브(54)는 배기 포트(202)에 가깝게 우측으로 이동된다.
도 8e는 흡입 스트로크에서 초기에서 슬리브 밸브(54)의 위치와 좌측 및 우측 피스톤(120, 154)의 위치를 도시한다. 좌측 피스톤(120)은 작은 거리만큼 좌측으로 이동되었고 우측 피스톤(154)은 작은 거리만큼 우측으로 이동되었다. 도 6을 참고하면, 캠(192)의 외부면(196)의 형태는 작은 거리만큼 우측으로 제 1 팔로우어(186)를 이동시켰고, 제 1 팔로우어(186)의 측면(198)은 작은 거리만큼 아래로 제 2 팔로우어(188)를 이동시켰다. 도 2를 참고하면, 도 6의 제 2 팔로우어(188)의 아래 방향으로의 이동이 좌측에서 오일을 오일 압력 슬롯(68) 안으로 유동하게 하고 우측에서 오일 압력 슬롯(70)으로부터 밖으로 오일이 유동하게 한다. 우측면(82) 상의 압력과 비교하여 좌측면(80) 상의 압력의 가능한(possible) 증가를 보상하기 위해, 슬리브 밸브(54)는 작은 거리 만큼 우측으로 이동했다. 공기 흡입 포트(100)는 작은 양만큼 개방된다. 연료는 연료 개구(미도시)를 통해 연료 공급 공동(96)으로 제공되고, 도 3을 참고하면 단부면(112)은 연료 배출 포트(108)를 개방하기 위해 우측으로 이동된다. 연료는 연료 공급 공동(96)으로부터 연료 배출 포트(108)를 통해 유동된다. 도 8e를 다시 참고하면, 공기 및 연료는 내부 부 피(170)로 들어간다. 도 8f를 볼 때 좌측 및 우측 피스톤(120, 154)은 각각 좌측으로 그리고 우측으로 계속 이동한다. 도 6을 참고하면, 캠(184)은 이제 도시된 위치에 있고, 이 경우 제 1 및 제 2 팔로우어(186, 188)는 최대로 이동되었다. 도 8f를 다시 참고하면, 공기 흡입 포트(100)는 이제 최대로 개방된다. 도 8f에서 도시된 위치는 도 7의 피크(204)에 대응된다.
도 8g는 흡입의 종료시 좌측 및 우측 피스톤(120, 154)을 도시한다. 피스톤(120, 154)은 각각 좌측 및 우측으로 최대 거리 또는 스트로크를 이동하였다. 도 6을 참고하면, 캠(192)은 회전하여 제 1 팔로우어(186)는 외부면(196)의 원형부 상에 다시 있고 따라서 최대 동력 작동에 대해 좌측으로 그 최대 위치에 있다. 또한, 제 2 팔로우어(188)는 그 최상부 위치에 있다. 도 8g를 다시 참고하면, 우측 밸브 배열체(16)의 슬리브 밸브(54)는 공기 흡입 포트(100)를 폐쇄하고, 도3을 참고하면 연료 배출 포트(108)를 폐쇄한다.
도 8b의 팽창 스트로크는 도 5에서 도시된 좌측 및 우측 크랭크샤프트(120, 156)에 연결된 플라이휠(flywheel)로 각 모멘텀을 전달한다. 플라이휠의 모멘텀은 도 8c 내지 8g에서 도시된 순서를 통해 좌측 및 우측 피스톤(120, 154)을 이동시킨다. 이후 모멘텀은 좌측 및 우측 피스톤(120, 154)을 그 위치로부터 도 8a에서 도시된 위치로 이동시키고, 이에 의해 내부 부피(170)의 크기를 감소시키며 내부 부피(170) 내에서 공기를 압축시킨다.
도 9a 내지 9g를 주로 참고하고 여기에 설명된 다른 도면들에 의하면, 부분 동력 작동이 도시된다. 도 5를 참고하면, 연소 챔버 크기 변화 캐리지(146)가 좌 측으로 반시계 방향으로 각(172)을 통해 회전할 때의 부분 동력 작동이다. 도 6을 참고하면, 부분 동력 작동 동안, 밸브 제어 캐리지(180)가 시계방향으로 각(200)을 통해 회전하고 이에 의해 구성요소들은 가상선에 의해 도시된 위치에 있게 된다.
도 9a 및 8a를 비교할 때, 점화 동안의 내부 챔버(170)는 최대 동력에 대한 것보다 부분 동력에 대해서 훨씬 작다. 도 9b 및 8b를 비교할 때, 내부 부피의 최대 크기는 최대 동력 작동 동안보다 부분 동력 작동 동안 더 작다. 도 9c 및 9d는 각각 배기 동안 그리고 배기의 완료시 좌측 및 우측 피스톤(120, 154)의 위치를 도시한다. 도 9d의 내부 부피는 도 8d에서의 내부 부피보다 작다.
도 9e는 흡입 스트로크 동안 초기에 좌측 및 우측 피스톤(120, 154)의 위치를 도시한다. 우측 슬리브 배열체(16)의 슬리브 밸브(54)는 작은 양만큼 개방되었다. 도 6을 참고하면, 캠(192)은 부분 동력 작동 동안 최대 거리 만큼 제 1 팔로우어(186)를 편향시키도록 그리고 부분 동력 작동 동안 최대 거리 만큼 제 2 팔로우어(188)를 편향시키도록 회전되었다. 도 7을 참고하면, 우측 슬리브 배열체(16)의 슬리브 밸브(54)가 이동되는 거리는 피크(204)의 높이와 피크(206)의 높이를 비교함에 의해 반영된다. 도 9e 및 8e는 유사하게 보이지만, 사실은 피크(204)로부터 피크(206)로의 위상의 전진이 있고, 이에 의해 공기 흡입 포트(100)의 최대 개구는 최대 동력 작동 동안 도 8f에서만 일어나며, 반면에 공기 흡입 포트(100)의 최대 개구는 부분 동력 작동 동안 도 9e에서 일어난다.
도 9f는 흡입 도중의 좌측 및 우측 피스톤(120, 154)의 위치를 도시한다. 도 6을 참고하면, 제 1 팔로우어(186)는 캠(192)의 외부면(196)의 원형부 상에 아 직 있지 아니하고, 제 2 팔로우어(188)는 그 최상부 위치에 아직 있다. 도 9f를 다시 참고하면, 우측 슬리브 배열체(16)의 슬리브 밸브(54)는 공기 흡입 포트(100)를 폐쇄하고, 도 3을 참고하면 연료 배출 포트(108)도 폐쇄된다. 도 9g를 참고하면, 좌측 및 우측 피스톤(120, 154)은 각각 좌측으로 그리고 우측으로 계속 이동하고, 슬리브 밸브(54)는 폐쇄된다. 내부 부피(170)의 확장은 압력에서의 약간의 감소를 일으킨다. 좌측 및 우측 피스톤(120, 154)이 서로를 향해 돌아오기 시작할 때, 내부 부피(170) 내의 압력은 다시 도 9f에서 내부 부피(170)의 압력으로 돌아온다. 이후 좌측 및 우측 피스톤(120, 154)이 점화 목적으로 도 9a에서 도시된 위치로 되돌아 온다.
도 2를 참고하면, 연소 프로세스에서 생성된 열은 도 8a 내지 8g를 참고하여 도시되고, 도 9a 내지 9g는 슬리브 밸브(54)의 과열(overheating)을 초래할 수 있다. 실린더 블록부(36)를 통한 오일 입구 포트(미도시)는 입구 그루브(64)에 연결되고, 유사한 오일 출구 포트는 출구 그루브(66)에 연결된다. 냉각 오일의 형태로 냉각 유체는 오일 입구 포트를 통해 그리고 오일 출구 포트로부터 밖으로 펌프된다. 냉각 오일은 슬리브부(76)의 외부면을 넘어 나선형 그루브(62)를 통해 유동한다. 열은 슬리브부(76)로부터 냉각 오일로 대류로 보내지고 오일 출구 포트를 통해 오일에 의해 제거된다. 오일 유동은 좌로부터 우로 향하고 이는 오일이 슬리브 밸브(54)의 좌측 가까이로 가능한 냉각되는 것을 보장하며 오일이 슬리브 밸브(54)의 좌측을 지나 과도하게 누수하는 것이 발견된다면 오일 유동은 입구 그루브(64)에서 압력을 감소시키도록 반대로 된다. 도 3을 참고하면, 연료 공급 공동(96)을 통해 순환하는 연료는 시트(74)를 냉각시키고 그 단부면(112)은 시트와 접촉하게 된다.
본 발명의 한가지 장점은 모든 모드에서 에너지 손실이 최소화된다는 것이다. 도 1, 2, 및 5를 참고하면, 내부 부피(170)는 좌측 및 우측 밸브 배열체(14, 16)의 슬리브부(76)의 내부면, 내부(92)의 내부면, 및 좌측 및 우측 피스톤(120, 154)의 대향면(facing surface)에 의해 전체적으로 형성된다. 따라서, 내부 부피(170)의 부피는 좌측 피스톤(120) 및 우측 피스톤(154)의 대향면 사이의 거리 만큼 배가된 좌측 피스톤(120)의 대략의 구역이다. 또한, 본 발명의 범위 내에서, 내부 부피(170)는 좌측 및 우측 피스톤(120, 154)이 최대 스트로크에 있을 때 예를 들어 20% 크게 더욱 바람직하게는 10% 크게 좌측 및 우측 피스톤(120, 154)의 대향면 사이의 거리에 의해 배가된 좌측 피스톤(120)의 면의 표면적보다 약간 더 크다. 좌측 및 우측 피스톤(120, 154)의 대향 관계에 의해, 열이 빠져나갈 수 있는 좌측 피스톤(120)을 위한 실린더 헤드가 없고, 열이 빠져나갈 수 있는 우측 피스톤(154)에 대한 실린더 헤드도 없다. 따라서, 좌측 및 우측 피스톤(120, 154) 사이의 대향 관계는 효율에서의 상응하는 증가와 함께 열 에너지의 함유를 돕는다.
또한 주목해야 할 점은 좌측 및 우측 피스톤(120, 154)이 내부 부피(170)의 부피와 비교하여 비교적 작은 지름을 갖는다는 점이다. 또한, 비교적 낮은 표면적 대 부피 비는 열 손실을 감소시키는 것을 돕는다. 일반적으로 피스톤의 표면적에서의 감소는 피스톤의 스트로크에서의 증가에 대응하고 이에 의해 동일한 변위를 얻지만, 좌측 및 우측 동력 전달 배열체(22, 24)가 제공되기 때문에 각각의 피스 톤(120, 154)의 스트로크는 단일 피스톤 만이 제공되는 경우에 필요한 것의 대략 절반이다. 예를 들면 좌측 피스톤(120)의 비교적 짧은 스트로크 길이 때문에, 이는 높은 분당 회전으로 작동할 수 있고 단일 피스톤만이 제공되는 경우의 배열체에서보다 더 많은 동력을 만들 수 있다.
좌측 및 우측 피스톤(120, 154) 사이의 대향 관계로 포함된 여분의 열은 도 9a 내지 9g의 부분적인 동력으로 더욱 효과적으로 추출될 수 있다. 이와 같은 모든 낮은 열 손실 엔진에서, 피스톤을 통해 드라이브 트레인으로 전달되는 에너지 및 배기 사이클에서의 가스의 배출에서의 에너지 손실은 합쳐서 연료의 에너지의 65%를 넘고 바람직하게는 70%를 넘으며 더욱 바람직하게는 75%를 넘는다.
도 9e 내지 9g를 참고하여 구체적으로 주목할 점은 내부 부피(170) 내의 가스가 최대로 팽창한다는 점이다. 이미 언급한 것처럼, 내부 부피(170) 내에서의 가스의 팽창은 가스의 냉각을 야기시킨다. 따라서, 최대 팽창은 내부 부피(170)에서 가스의 최대 냉각 및 가스로부터 열의 최대 추출을 초래한다. 가스가 배출될 때, 이는 부분적인 동력에서 작동하고 아무런 가변성 압축을 갖지 않는 배열체와 비교하여 비교적 냉각되어 있다. 주목해야 할 점은 팽창 및 압축이 앳킨슨 사이클(Atkinson Cycle) 또는 밀러 사이클(Miller Cycle)과 비대칭적으로 유사하다는 점이다. 시너지적 효과는 낮은 열손실 및 비대칭 팽창의 조합에 의해 생성된다.
도 10a는 슬리브 밸브(54)가 공기 입구 포트(100)를 폐쇄된 채 유지하도록 오일 압력 슬롯(70) 내의 높은 압력의 변하는 양을 제공하는데 이용되는 유압식 시스템(208)을 도시한다. 도 10a에서 추가적으로 볼 수 있는 것처럼, 도 6의 제 2 팔로우어(188)는 유압식 연결 시스템(210)을 통해 오일 압력 슬롯(68)에 연결된다. 유압식 연결 시스템(210)은 제 2 팔로우어(188)의 평행 이동이 슬리브 밸브(54)의 상응하는 평행 이동을 야기하는 것을 보장한다.
유압식 시스템(208)은 밸브 압력 실린더(212), 밸브 압력 피스톤(214), 및 밸브 리턴 스프링(216)을 포함한다. 밸브 압력 실린더(212) 및 밸브 압력 피스톤(214)은 밸브 압력 저장소(218)의 측부를 형성하는 밸브 압력 피스톤(214)을 구비한 밸브 압력 저장소(218)를 공동으로 형성한다. 밸브 리턴 스프링(216)은 밸브 압력 피스톤(214)에 대해 밸브 압력 저장소(218)의 외부에 위치한다.
또한, 유압식 시스템(208)은 높은 압력의 저장소(220)를 포함한다. 높은 압력 저장소(220)는 밸브가 폐쇄될 때 밸브 압력 저장소(218)의 압력보다 높은 압력에서 오일을 유지시킨다.
높은 압력 저장소(220) 및 밸브 압력 저장소(218)는 회전 밸브(222)를 통해 오일 압력 슬롯(70)에 연결된다. 도 10a에서 도시된 위치에서, 밸브(222)는 높은 압력 저장소(220)를 오일 압력 슬롯(70)에 연결시키고, 밸브 압력 저장소(218)는 오일 압력 슬롯(70)으로부터 연결이 끊긴다. 이러한 상태에서, 슬리브 밸브(54)는 특히 피스톤 마찰에 의해 공기 입구 포트(100)를 개방시킬 운동이 금지된다.
도 10b에서, 밸브(222)는 회전하고 이에 의해 밸브는 밸브 압력 저장소(218)를 오일 압력 슬롯(70)에 연결시키며, 오일 압력 슬롯(70)으로부터 높은 압력 저장소(220)의 연결을 끊는다. 높은 압력 저장소(220)와 비교되는 밸브 압력 저장소(218)에서의 낮은 압력 때문에, 슬리브 밸브(54)는 공기 입구 포트(100)를 개방 하도록 허용된다. 따라서, 제 2 팔로우어(188)는 슬리브 밸브(54)가 공기 입구 포트(100)를 개방하는 위치로 이동한다. 슬리브 밸브(54)의 이동은 스프링(216)에 의해 생성된 힘에 대해 밸브 압력 저장소(218) 안으로 밸브(222)를 통해 오일 압력 슬롯(70)으로부터 밖으로 오일이 유동하게 한다. 에너지는 스프링(216) 내에 저장된다. 스프링(216)에 저장된 에너지는 오일의 일부를 오일 압력 슬롯(70)으로 다시 이동하게 한다. 오일 압력 슬롯(70) 안으로의 오일의 유동 및 슬롯(68)을 통한 외부로의 유동은 표면(82, 80) 사이에서 압력차를 만들고, 이는 슬리브 밸브(54)가 공기 입구 포트(100)를 폐쇄하게 한다. 도 10a 및 10b의 구성들 사이에서 이동할 때 저장소(220)의 오일에 의해 실행되는 작업은 없는데, 왜냐하면 슬리브 밸브(54)가 폐쇄될 때 높은 압력 저장소(220)를 개방시키도록 밸브(222)가 작동되기 때문이다. 이러한 방법에서, 오일은 더이상 유동할 필요가 없고 압력은 여전히 높다.
도 11은 도 1의 엔진의 일부를 형성하는 제어 시스템을 도시하고, 이는 연소 챔버 크기 변화 캐리지(146), 밸브 제어 캐리지(180), 연소 챔버 크기 변화 액츄에이터(232), 노크 센서(234), 및 컴퓨터 시스템(236)을 포함한다.
노크 센서(234)는 도 1에서 도시된 몸체(12)에 연결되고 초과 압축(over compression)에 의해 조기 점화(pre-iginition)를 탐지할 수 있다. 컴퓨터 시스템(236)은 노크 센서(234)에 연결되고, 이에 의해 노크 센서(234)는 조기 점화가 있는지 없는지를 표시하는 컴퓨터 시스템(236)으로 신호를 제공한다.
컴퓨터 시스템(236)은 프로세서 및 메모리를 갖는다. 한 세트의 명령 및 데이터 맵이 메모리에 저장된다. 명령의 세트는 프로세서에 의해 실행 가능하고 이 에 의해 프로세서는 선택적인 출력을 제공할 수 있다. 또한, 명령의 세트는 데이터 파일과 상호작용하고 이에 의해 컴퓨터 시스템(236)으로부터 반응을 변경시킨다.
연소 챔버 크기 변화 액츄에이터(230) 및 밸브 제어 액츄에이터(232)가 각각 연소 챔버 크기 변화 캐리지(146) 및 밸브 제어 캐리지(180)에 장착된다. 액츄에이터(230, 232)는 컴퓨터 시스템(236)에 연결되고 컴퓨터 시스템(236)의 제어 하에 있다. 컴퓨터 시스템(236)은 노크 센서(234에 의해 탐지된 조기 점화에 기초하여 액츄에이터(230, 232)를 제어한다. 특히, 조기 점화는 노크 센서(234)에 의해 탐지되고, 컴퓨터 시스템(236)은 맵(map)을 조정한다. 컴퓨터 시스템(236)은 연소 챔버 크기 변화 액츄에이터(230)를 작동시키도록 맵을 이용하고, 이에 의해 연소 챔버 크기 변화 캐리지(146)는 내부 부피 형성 엔진 내에서 그 부피의 최소 크기를 증가시키도록 이동된다. 내부 부피의 크기의 증가는 압축 비의 대응하는 낮춤을 초래한다.
따라서, 연소 챔버 크기 변화 캐리지(146)는 도 9a 내지 9g를 참고하여 논의된 것처럼 내부 부피(170)를 형성하는 부피의 크기를 감소시키는 이중 목적을 제공하고 이에 의해 조기 점화의 경우에 압축 비를 감소시킨다. 조기 점화에 기초한 압축 비를 변화시키는 특징이 이용되는데 왜냐하면 이는 상이한 연료 형태가 이용되는 것을 허용하기 때문이다. 예를 들면, 스위치는 높은 옥탄 연료로부터 낮은 옥탄 연료로 이루어져야 하고, 노크 센서는 조기 점화를 탐지하며, 압축 비는 연소 챔버 크기 변화 캐리지(146)에 의해 감소된다. 컴퓨터 시스템(236)은 추가적인 센 서(238)로부터 입력을 수신하고 추가적인 센서(238) 상의 반응에 근거한다. 추가적인 센서(238)는 예를 들어 엔진 하중, 분당 엔진 회전, 공기 온도, 물 온도, 오일 온도, 연료 온도, 높이 등을 탐지하기 위한 센서일 수 있다. 또한, 이 시스템은 메탄, 프로판, 에탄올, 수소, 또는 다른 휘발성의 가연성 연료와 같은 대안적인 연료의 이용을 허용한다.
여기서 이전에 설명된 실시예들에 대한 일 변형은 도 2를 참고하여 주로 설명된 유압식 밸브 작동 대신 기계적 밸브 작동을 갖는 것이다. 기계적 밸브 작동 시스템에서, 예를 들어 포크(fork)는 슬리브 밸브에 직접 연결될 수 있고, 포크는 도 6의 밸브 제어 시스템(174)과 같은 밸브 제어 시스템과 함께 이동될 수 있다.
대안적인 실시예에서, 기계적 유지 폐쇄(mechanical hold-closed system)으로 도 10a 및 10b의 유압식 유지 폐쇄 시스템(208)을 대체하는 것이 가능할 수도 있다. 기계적 유지 폐쇄 시스템에서, 스프링은 우측 캐스팅(32) 내에 위치할 수 있고 슬리브 밸브(54)와 같은 슬리브 밸브에 연결된 플랜지 상에서 작동할 수 있다.
체인 및 톱니(toothed) 벨트 드라이브가 개발되었고 이들은 도 1의 기어들(134, 136, 138, 140) 사이에서와 같은 기어 메쉬보다 더욱 효과적으로 동력을 전달한다. 체인 또는 톱니 벨트와 같은 폐쇄 루프 연장 부재의 이용은 적절하게 긴장되게 유지시킨다. 도 12a 및 12b는 연소 챔버 크기 변화 기구(250)의 구성요소들을 도시하고, 이는 도 1의 연소 챔버 크기 변화 기구(26) 대신 이용될 수 있다. 두 개의 크랭크 샤프트(126, 160)는 평행사변형 기구의 형태로 서로 연결된 4 개의 링크 장치로 서로 연결된다. 링크 장치(252)에 의해 형성된 평행사변형 기구는 나란히 놓인 코너의 피봇 포인트(256) 및 나란히 놓인 코너의 피봇 포인트(254)를 갖는다. 피봇 포인트(256)는 크랭크 샤프트의 베어링 섹션(126, 160)과 일치한다.
개별적인 아이들러(idler) 롤러 또는 기어(260)가 피봇 포인트(254, 256) 중 각각의 하나에 연결된다. 폐쇄 루프 안으로 형성된 가요성 연장 부재(flexible elongate member; 262)는 아이들러 롤러 또는 기어(260) 중 하나로부터 그 다음으로 순차적으로 작동한다. 가요성 연장 부재(262)는 예를 들어 체인 또는 톱니 벨트일 수 있다. 아이들러 롤러 또는 기어(260) 모두 동일한 지름을 갖고, 이에 의해 아이들러 롤러(260) 중 하나로부터 다음의 아이들러 롤러로 연장하는 연장 부재(262)의 섹션은 링크(252) 중 하나와 동일한 길이를 갖는다. 도 12a에서 도시된 배열체로부터 도 12b에서 도시된 배열체로의 평행사변형의 변화는, 아크에서의 감소를 야기시킬 것이고 연장 부재(262)는 피봇 포인트(254) 중 하나에서 아이들러 롤러(260) 중 하나와 접촉하며, 또한 아크에서의 대응하는 증가를 일으킬 것이고 연장 부재(262)는 피봇 포인트(256) 중 하나에서 아이들러 롤러(260) 중 하나와 접촉한다. 따라서 연장 부재(262)는 항상 완전히 긴장된 채 유지된다. 또한 그리고 더욱 중요하게, 연장 부재(262)를 긴장시키는데 이용되는 기구는 두 크랭크 샤프트가 더욱 가깝게 그리고 더욱 멀리 이동됨에 따라 동일한 상대 위상에서 유지되는 것을 보장한다.
일례의 엔진 구성에서, 최소 크랭크샤프트 공간은 16인치이고 최대 공간은 17인치이다. 대략 9인치의 길이가 되도록 링크(252)를 선택하는 것은, 아이들러 롤러 또는 기어(260)의 공간을 대략 8인치 떨어지게 할 것이고 이때 크랭크 샤프트는 서로 가장 가까이 있으며, 이 공간이 약 5.5인치 떨어진 경우 이때 크랭크 샤프트는 서로 17인치 이격되어 있다.
아이들러 기어(260)의 움직임이 두 크랭크 샤프트 사이의 중앙 라인 주위로 대칭적이기 때문에, 연장 가요성 부재(262)의 상부 및 하부 섹션 모두는 동일한 양만큼 변위되고, 이동하는 크랭크 샤프트 및 고정된 크랭크 샤프트를 동일한 상대 회전 각에 남겨 둔다. 링크(252)를 동일한 길이로 그리고 아이들러 기어 또는 롤러(260)를 동일한 지름으로 유지시키고 이에 의해 아이들러 기어 또는 롤러(260)의 각각의 쌍 사이에 체인의 동일한 양이 항상 있게 된다.
추가적인 아이들러 롤러 또는 기어가 고정된 크랭크 샤프트 근처의 연장 부재(262)에서 벨트 또는 체인 허용한계의 매우 작은 양을 취하는 것이 필요할 수 있다. 이러한 추가적인 아이들러 롤러 또는 기어는 연장 부재(262)에서의 허용한계 및 마모를 제작하는 것을 설명하는데 이용될 것이다. 연장 부재(262)가 체인이라면, 연장 부재(262)가 벨트라면 연장 부재(262)에서 늘어난다.
도 13a 및 13b는 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 연소 챔버 크기 변화 기구(270)의 구성요소를 도시한다. 이 기구(270)는 4개의 롤러 또는 기어(272, 274, 276, 278) 및 연장 부재(280), 그리고 두 개의 센서(282, 284)를 포함한다. 이 센서(282) 및 제어기는 이 기구(270)를 단순하게 유지시키는데 이용된다. 연장 부재(280)는 롤러 또는 기어(272, 274)를 넘어 폐쇄 루프를 형성한다. 베어링 부(126, 160)는 서로에 대해 조정될 수 있다. 아이들러 롤러 또는 기어(276)는 임의적인 크기를 갖고 액츄에이터(286) 상에 장착된다.
액츄에이터(286)의 위치는 컴퓨터에 의해 제어된다. 센서(282, 284)는 베어링 섹션(126, 160)의 각을 탐지하고 컴퓨터로 피드백으로서 각을 제공한다. 컴퓨터는 센서(282, 284)에 의해 측정된 각 사이의 차이에 기초하여 액츄에이터(286)를 조정한다.
베어링 섹션(160)은 베어링 섹션(126)에 대해 상대적으로 역위상(out of phase)으로 시작하기 때문에, 압축 비에서의 변화 동안, 액츄에이터(286)는 아이들러 롤러 또는 기어(276)를 이동시킨다. 아이들러 롤러 또는 기어(276)의 이동은 폐쇄 루프의 일 측부 상에서 폐쇄 루프의 나머지 측부에 대해 연장 부재(280)의 길이를 증가시키거나 또는 감소시킨다. 연장 부재(280)의 이러한 조정은 베어링 섹션(126, 160)을 서로에 대해 원하는 위상 각으로 가져온다. 연장 부재(280)의 나머지 측부는 정상 방식으로 스프링(288)을 구비한 아이들러 롤러 또는 기어(278)로 긴장되고, 공기 또는 유압힘은 공급되어 연장 부재(280)를 팽팽하게 유지시킨다.
도 12a 및 12b, 그리고 13a 및 13b의 시스템의 장점은, 베어링 섹션(126, 160)에 대응하는 크랭크 샤프트가 정확하게 정위상으로(in phase) 유지될 수 있고 이에 의해 엔진의 진동 레벨이 최소화되도록 유지될 것이라는 것을 보장한다. 크랭크 샤프트가 정위상에 있을 때 이 시스템은 자연적으로 균형을 이룬다. 도 12a 및 12b, 그리고 13a 및 13b의 기구의 추가적인 장점은, 이러한 기구가 크랭크 샤프트의 이동의 더욱 임의적인 움직임을 허용한다는 점이다. 크랭크 샤프트 제어의 이러한 추가된 가요성은 더욱 간단한 기구를 허용하고 이들을 지지하기 위한 더욱 단단한 구조를 허용한다.
도 2의 배열체에서, O-링(300)은 오일 경로 형성부(52)의 단부에서 내부 그루브 내에 위치한다. O-링은 그루브를 밀봉하는 외부의 전면 및 후면을 갖는다. O-링(300)의 내부면은 슬리브부(76)의 외부면에 대해 위치한다. 슬리브부(76)는 O-링(300)에 대해 슬라이드 가능하다. O-링(300)은 내부 그루브(64) 내의 오일이 공기 입구 포트(100) 안으로 슬리브부(76)의 외부면을 넘어 통과하는 것을 막는다. 시간이 지남에 따라 O-링(300)은 마모되게 시작하고, 이 경우에 오일은 연소 챔버 안으로 공기 입구 포트(100)를 통해 들어갈 것이고, 이는 엔진의 초과 스모킹(smoking)을 유도할 수 있다.
도 14는 도 2의 배열체와 유사한 배열체를 도시하고, 도 2의 배열체의 오일 입구 포트 및 O-링(300)은 도 14의 배열체에서는 제공되지 않는다. 대신, 가요성 벨로우즈 시일(flexbile bellows seal; 302)이 제공된다. 이 시일(302)은 전방 및 후방 단부(304, 306)를 갖는다. 전방 단부(304)는 슬리브부(76)의 단부에 장착되고 왕복 운동 방식으로 슬리브부(76)와 함께 이동한다. 후방 단부(306)는 케이싱(32)에 장착되고 슬리브부(76)의 이동시 케이싱(32)과 함께 고정된 채로 유지된다. 전방 및 후방부(304, 306) 사이의 시일(302)의 교번적인 벨로우즈 형태 때문에, 시일(302)은 충분히 가요성이 있고 이에 의해 후방 단부(306)에 대한 전방 단부(304)의 상대적 이동을 허용한다. 또한, 이 시일(302)은 슬리브부(76)를 폐쇄하는 것을 돕는 스프링 상수를 가질 수 있다.
단부면(102)과 함께 시일(302)의 내부면은 오일 배출 포트(308)를 형성한다. 슬리브부(76)의 외부면을 넘어 유동하는 오일은 오일 배출 포트(308)로 들어간다. 이후 오일은 냉각되고 오일 입구 포트(310) 안으로 재순환된다. 따라서, 이러한 시일(302)은 오일이 연소 챔버 안으로 들어가는 것을 막는다.
측면(94)과 함께 시일(302)의 외부면은 공기 입구 포트(100)를 형성한다. 따라서, 이 시일(302)은 공기가 연소 챔버 안으로 공기 입구 포트(100)를 통해 유동하는 것을 막지 못한다.
추가적으로 주목해야 할 점은, 립(lip; 312)이 슬리브부(76)의 단부에 제공된다는 점이다. 이 립(312)은 피스톤(154)을 향하는 측부 상에서 따라서 중앙 연결부(34)에 대향한 측부 상에서 뾰족한 내부면을 갖는다. 피스톤(154)이 연소 챔버 내부에서 공기를 압축할 때, 슬리브부(76)는 폐쇄 위치에 있고, 포지티브 압력차가 립(312)의 내부 및 외부면 사이에서 생성된다. 또한, 포지티브 압력차는 립(312)을 중앙 연결부(34)에 대해 폐쇄된 채로 유지시키는 것을 돕는다. 피스톤(154)은 뾰족한 에지(322)를 갖는 전면(320)을 갖는다. 이 뾰족한 에지(322)는 립(312)의 내부면의 형태와 상보적인 형태를 갖고 이에 의해 립(312)은 피스톤(154)의 이동을 방해하지 않는다.
벨로우즈 형태 시일(302)이 설명되었지만, 다른 형태의 가요성 시일도 벨로우즈 형태 시일 대신 이용될 수 있다. 예를 들면, 콘 형태 스프링 배열체는 시일로서 이용될 수 있고, 또는 이러한 콘 형태의 시일 배열체의 둘 이상은 연속적인 방식으로 서로 위로 쌓일 수 있다. 또한, 엔진의 열적 응력을 허용할 수 있는 강 또는 다른 금속으로부터의 다이어프램(diaphragm)을 형성하는 것이 가능할 수도 있다.
일정한 예시적 실시예들이 첨부된 도면들에서 설명되었고 도시되었지만, 이러한 실시예들은 본 발명의 예시일 뿐 본 발명을 제한하는 것은 아니고, 본 발명은 도시되고 설명된 특별한 구성 및 배열체에 제한되는 것은 아니며, 개조는 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 가능할 수 있다. 예를 들면 설명된 기술의 당업자의 일부는 로터리 엔진, 단일 크랭크샤프트를 가진 엔진, 포펫(poppet) 밸브를 가진 엔진, 전기적으로 제어된 밸브 구동을 갖는 엔진, 연료 및 공기의 외부 혼합을 갖는 엔진, 하나의 크랭크샤프트에 연결된 하나 이상의 피스톤을 갖는 엔진 등에 관한 출원을 찾을 수 있다.

Claims (21)

  1. 내연기관으로서,
    서로 교통하는 제 1 및 제 2 실린더를 형성하는 몸체;
    상기 제 1 및 제 2 실린더의 각각에 있는 제 1 및 제 2 피스톤으로서, 상기 피스톤들의 표면과 상기 실린더들의 벽이 내부 부피를 형성하는, 제 1 및 제 2 피스톤;
    상기 내부 부피로 공기 및 연료가 들어가게 하고 상기 내부 부피로부터 배기 가스가 나오게 하는 상기 몸체 내의 하나 이상의 포트;
    제 1 및 제 2 드라이브 샤프트로서, 각각이 상기 몸체를 통한 개별적인 드라이브 샤프트 축 상에서의 회전을 위해 장착된 베어링 섹션 및 오프셋 스로우 섹션(offset throw section)을 가지며, 상기 제 1 피스톤 및 상기 제 1 드라이브 샤프트의 오프셋 스로우 섹션이 연결되고 상기 제 2 피스톤 및 상기 제 2 드라이브 샤프트의 오프셋 스로우 섹션이 연결되어 상기 제 1 및 제 2 피스톤의 왕복 운동이 상기 내부 부피의 크기를 최소 크기 및 최대 크기 사이에서 증가시키고 감소시키며 상기 드라이브 샤프트 축 주위로 상기 제 1 및 제 2 드라이브 샤프트의 상기 오프셋 스로우 섹션의 회전을 일으키고, 상기 내부 부피의 최소 크기는 큰 동력 전달을 위한 큰 크기 및 작은 동력 전달을 위한 작은 크기 사이에서 조정 가능한, 제 1 및 제 2 드라이브 샤프트; 및
    상기 포트를 각각 개방하고 폐쇄하며 상기 내부 부피 안으로 적어도 상기 공 기의 유동을 각각 가능하게 하고 제한시키도록 상기 몸체에 장착된 하나 이상의 밸브로서, 피스톤의 하나의 사이클 동안 큰 동력 전달 동안에는 상기 내부 부피 안으로 공기의 증가된 양을 그리고 작은 동력 전달 동안에는 연료의 감소된 양을 허용하도록 작동 가능한, 하나 이상의 밸브를 포함하는,
    내연기관.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 몸체에 대해 상기 제 2 드라이브 샤프트의 베어링 섹션의 위치를 조정하는 연소 챔버 크기 변화 기구를 추가로 포함하는,
    내연기관.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 연소 챔버 크기 변화 기구가 상기 드라이브 샤프트의 회전을 서로에 대해 동기화시키는(synchronize),
    내연기관.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 연소 챔버 크기 변화 기구가 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 기어로 된 기어 트레인(gear train) 및 연소 챔버 크기 변화 캐리지(carriage)를 포함하고, 상기 제 1 및 제 4 기어가 각각 상기 제 1 및 제 2 드라이브 샤프트에 장착되어 상기 제 1 및 제 4 기어가 상기 제 1 및 제 2 드라이브 샤프트와 함께 각각 상기 제 1 및 제 2 드라이브 샤프트 축 주위로 회전하며, 상기 연소 챔버 크기 변화 캐리지는 제 2 드라이브 샤프트에 연결되고 상기 제 3 기어의 회전축 주위로 상기 제 2 드라이브 샤프트 축을 회전시키도록 이동 가능한,
    내연기관.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부 부피로 들어가는 공기의 양을 조정하는 밸브 제어 시스템을 추가로 포함하고,
    큰 동력 전달에 대해 더 많은 공기가 제공되며 작은 동력 전달에 대해서 더 적은 공기가 제공되고, 상기 밸브 제어 시스템은 상기 제 1 드라이브 샤프트의 위상에 대해 상기 큰 동력 전달 및 작은 동력 전달 사이에서 상기 내부 부피로 전달되는 공기의 위상을 시프트(shift)하는,
    내연기관.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 밸브 제어 시스템이,
    지지 구조;
    상기 지지 구조로의 이동을 위해 장착된 캐리지;
    외부 캠 표면을 갖고 상기 캐리지에 회전 가능하게 장착된 캠;
    상기 지지 구조에 의해 지지되는 제 1 팔로우어(first follower)로서, 상기 캠의 회전이 상기 제 1 팔로우어의 평행 이동을 일으키도록 상기 캠 표면에 대한 단부면을 가지며, 측면 캠 표면을 갖는, 제 1 팔로우어; 및
    제 2 팔로우어로서, 상기 제 1 팔로우어의 평행 이동이 상기 제 2 팔로우어의 이동을 일으키도록 상기 측면 캠 표면에 대한 추종 표면(following surface)을 갖는, 제 2 팔로우어를 포함하는,
    내연기관.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 피스톤의 주위로 적어도 부분적으로 위치한 슬리브 밸브를 추가로 포함하고, 상기 슬리브 밸브가 상기 포트가 개방된 제 1 위치 및 상기 슬리브 밸브가 포트를 폐쇄하는 제 2 위치 사이에서 이동 가능한,
    내연기관.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 슬리브 밸브가 상기 포트가 개방된 제 1 위치 및 상기 슬리브 밸브가 상기 포트를 폐쇄하는 제 2 위치 사이에서 주로 선형의 왕복 경로로 이동하는,
    내연기관.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 포트가 시트(seat)를 구비한 출입구(mouth)를 갖고, 상기 슬리브 밸브가 상기 슬리브 밸브가 이동하는 방향에 대해 0도 이외의 각에서 표면을 가지며, 상기 단부면이 상기 포트에 인접한 시트와 맞물리는,
    내연기관.
  10. 제 7 항에 있어서,
    밸브 냉각부를 추가로 포함하고, 상기 밸브 냉각부가 상기 슬리브 밸브의 외부면과 함께 밸브 냉각 통로를 형성하며, 상기 밸브 냉각 통로를 통해 밸브 냉각 유체가 상기 슬리브 밸브를 냉각시키도록 통과할 수 있는,
    내연기관.
  11. 내연기관으로서,
    서로 교통하는 제 1 및 제 2 실린더를 형성하는 몸체;
    상기 제 1 및 제 2 실린더의 각각에 있는 제 1 및 제 2 피스톤으로서, 상기 피스톤들의 표면과 상기 실린더들의 벽이 내부 부피를 형성하는, 제 1 및 제 2 피스톤;
    상기 내부 부피로 공기 및 연료가 들어가게 하고 상기 내부 부피로부터 배기 가스가 나오게 하는 상기 몸체 내의 적어도 제 1 및 제 2 포트;
    각각 상기 제 1 및 제 2 피스톤 주위로 적어도 부분적으로 위치하는 제 1 및 제 2 슬리브 밸브로서, 상기 제 1 슬리브 밸브는 제 1 포트가 개방된 제 1 위치 및 제 1 슬리브 밸브가 제 1 포트를 폐쇄하는 제 2 위치 사이에서 이동 가능하고, 상기 제 2 슬리브 밸브는 제 2 포트가 개방된 제 1 위치 및 제 2 슬리브 밸브가 제 2 포트를 폐쇄하는 제 2 위치 사이에서 이동 가능한, 제 1 및 제 2 슬리브 밸브; 및
    각각 상기 몸체에 회전 가능하게 장착된 베어링 섹션 및 오프셋 스로우 섹션을 갖는, 제 1 및 제 2 드라이브 샤프트를 포함하고,
    상기 제 1 피스톤 및 상기 제 1 드라이브 샤프트의 베어링 섹션이 연결되어 상기 제 1 피스톤의 왕복 운동이 제 1 드라이브 샤프트 축 주위로 상기 제 1 드라이브 샤프트의 오프셋 스로우 섹션의 이동을 일으키고, 상기 제 2 피스톤 및 상기 제 2 드라이브 샤프트의 베어링 섹션이 연결되어 상기 제 2 피스톤의 왕복 운동이 제 2 드라이브 샤프트 축 주위로 상기 제 2 드라이브 샤프트의 오프셋 스로우 섹션 의 이동을 일으키는,
    내연기관.
  12. 내연기관으로서,
    제 1 및 제 2 실린더를 형성하는 몸체;
    상기 제 1 및 제 2 실린더의 각각에 있는 제 1 및 제 2 피스톤으로서, 상기 피스톤들의 표면과 상기 실린더들의 벽이 내부 부피를 형성하는, 제 1 및 제 2 피스톤;
    상기 내부 부피로 공기 및 연료가 들어가게 하고 상기 내부 부피로부터 배기 가스가 나오게 하는 상기 몸체 내의 하나 이상의 포트; 및
    각각 상기 몸체에 회전 가능하게 장착된 베어링 섹션 및 오프셋 스로우 섹션을 갖는 제 1 및 제 2 드라이브 샤프트를 포함하고,
    상기 제 1 피스톤 및 상기 제 1 드라이브 샤프트의 오프셋 스로우 섹션이 연결되고 상기 제 2 피스톤 및 상기 제 2 드라이브 샤프트의 오프셋 스로우 섹션이 연결되어 상기 제 1 및 제 2 피스톤의 왕복 운동이 각각 상기 제 1 및 제 2 베어링 섹션의 드라이브 샤프트 축 주위로 상기 제 1 및 제 2 드라이브 샤프트의 오프셋 스로우 섹션의 회전을 일으키며, 상기 드라이브 샤프트 축 사이의 거리가 상기 내부 부피의 최소 크기를 조정하도록 조정 가능한,
    내연기관.
  13. 밸브 제어 시스템으로서,
    지지 구조;
    상기 지지 구조로의 이동을 위해 장착된 밸브 제어 캐리지;
    상기 캐리지에 회전 가능하게 장착되고 외부 캠 표면을 갖는 캠;
    상기 지지 구조에 의해 지지되는 제 1 팔로우어로서, 상기 캠의 회전이 상기 제 1 팔로우어의 평행 이동을 일으키도록 상기 캠 표면에 대한 단부면을 가지며, 측면 캠 표면을 갖는, 제 1 팔로우어; 및
    제 2 팔로우어로서, 상기 제 1 팔로우어의 평행 이동이 상기 제 2 팔로우어의 이동을 일으키도록 상기 측면 캠 표면에 대해 추종 표면을 갖는, 제 2 팔로우어를 포함하는,
    밸브 제어 시스템.
  14. 내연기관으로서,
    실린더를 형성하는 몸체;
    상기 실린더 내의 피스톤으로서, 상기 피스톤의 표면 및 상기 실린더의 벽이 내부 부피를 형성하는, 피스톤;
    상기 내부 부피로 공기 및 연료가 들어가게 하고 상기 내부 부피로부터 배기 가스가 나오게 하는 상기 몸체 내의 하나 이상의 포트;
    상기 피스톤 주위로 적어도 부분적으로 위치한 슬리브 밸브로서, 상기 포트가 개방된 제 1 위치 및 상기 슬리브 밸브가 상기 포트를 폐쇄하는 제 2 위치 사이에서 주로 선형 왕복 경로로 이동 가능한, 슬리브 밸브; 및
    각각 상기 몸체에 회전 가능하게 장착된 베어링 섹션 및 오프셋 스로우 섹션을 갖는 드라이브 샤프트를 포함하고,
    상기 피스톤 및 상기 드라이브 샤프트의 오프셋 스로우 섹션이 연결되어 상기 피스톤의 왕복 운동이 상기 드라이브 샤프트의 드라이브 샤프트 축 주위로 상기 드라이브 샤프트의 오프셋 스로우 섹션의 회전을 일으키는,
    내연기관.
  15. 내연기관으로서,
    실린더를 형성하는 몸체;
    상기 실린더 내의 피스톤으로서, 상기 피스톤의 표면 및 상기 실린더의 벽이 내부 부피를 형성하는, 피스톤;
    상기 내부 부피로 공기 및 연료가 들어가게 하고 상기 내부 부피로부터 배기 가스가 나오게 하는 상기 몸체 내의 하나 이상의 포트;
    상기 피스톤 주위로 적어도 부분적으로 위치한 슬리브 밸브로서, 상기 포트가 개방된 제 1 위치 및 상기 슬리브 밸브가 상기 포트를 폐쇄하는 제 2 위치 사이 에서 이동 가능한, 슬리브 밸브;
    상기 슬리브 밸브에 인접한 오일 경로 형성부로서, 상기 오일 경로 형성부의 표면 및 상기 슬리브 밸브가 오일 통로를 형성하는, 오일 경로 형성부;
    상기 몸체를 통해 상기 오일 통로 안으로의 오일 입구 포트;
    상기 몸체를 통해 상기 오일 통로로부터의 오일 배출 포트; 및
    상기 몸체에 회전 가능하게 장착된 베어링 섹션 및 오프셋 스로우 섹션을 갖는 드라이브 샤프트를 포함하고,
    상기 피스톤 및 상기 드라이브 샤프트의 오프셋 스로우 섹션이 연결되어 상기 피스톤의 왕복 운동이 상기 드라이브 샤프트의 드라이브 샤프트 축 주위로 상기 드라이브 샤프트의 오프셋 스로우 섹션의 회전을 일으키는,
    내연기관.
  16. 내연기관으로서,
    실린더를 형성하는 몸체;
    상기 실린더 내의 피스톤으로서, 상기 피스톤의 표면 및 상기 실린더의 벽이 내부 부피를 형성하는, 피스톤;
    상기 내부 부피로 공기 및 연료가 들어가게 하고 상기 내부 부피로부터 배기 가스가 나오게 하는 상기 몸체 내의 하나 이상의 포트로서, 시트를 구비한 출입구를 갖는, 하나 이상의 포트;
    상기 피스톤 주위로 적어도 부분적으로 위치한 슬리브 밸브로서, 상기 포트가 개방된 제 1 위치 및 상기 슬리브 밸브가 상기 포트를 폐쇄하는 제 2 위치 사이에서 이동 가능하고, 상기 슬리브 밸브가 이동하는 방향에 대해 0도 이외의 각에서(at an angle other than zero degrees) 단부면을 가지며, 상기 단부면이 상기 포트에 인접한 상기 시트와 맞물리는, 슬리브 밸브; 및
    상기 몸체에 회전 가능하게 장착된 베어링 섹션 및 오프셋 스로우 섹션을 갖는 드라이브 샤프트를 포함하고,
    상기 피스톤 및 상기 드라이브 샤프트의 오프셋 스로우 섹션이 연결되어 상기 피스톤의 왕복 운동이 드라이브 샤프트 축 주위로 상기 드라이브 샤프트의 오프셋 스로우 섹션의 회전을 일으키는,
    내연기관.
  17. 내연기관으로서,
    실린더, 연료 공급 공동, 및 상기 실린더로 상기 연료 공급 공동을 연결시키는 연료 배출 포트를 형성하는 몸체;
    상기 실린더 내의 피스톤으로서, 상기 피스톤의 표면 및 상기 실린더의 벽이 내부 부피를 형성하는, 피스톤;
    상기 내부 부피로 공기가 들어가게 하는 상기 몸체 내의 하나 이상의 공기 입구 포트;
    밸브로서, 상기 공기 입구 포트 및 연료 배출 포트가 개방된 제 1 위치, 및 상기 밸브가 상기 공기 입구 포트 및 연료 배출 포트를 폐쇄시키는 제 2 위치 사이에서 이동 가능한, 밸브; 및
    상기 몸체에 회전 가능하게 장착된 베어링 섹션 및 오프셋 스로우 섹션을 갖는 드라이브 샤프트를 포함하고,
    상기 피스톤 및 상기 드라이브 샤프트의 오프셋 스로우 섹션이 연결되어 상기 피스톤의 왕복 운동이 드라이브 샤프트 축 주위로 상기 드라이브 샤프트의 오프셋 스로우 섹션의 회전을 일으키는,
    내연기관.
  18. 내연기관으로서,
    실린더를 형성하는 몸체로서, 상기 실린더 내에서 피스톤이 지지되어 상기 피스톤의 표면 및 상기 실린더의 벽에 의해 내부 부피가 형성되는, 실린더를 형성하는 몸체;
    상기 내부 부피로 공기 및 연료가 들어가게 하고 상기 내부 부피로부터 배기 가스가 나오게 하는 상기 몸체 내의 하나 이상의 포트;
    상기 몸체에 회전 가능하게 장착된 베어링 섹션 및 오프셋 스로우 섹션을 갖는 드라이브 샤프트;
    밸브로서, 상기 포트가 개방된 제 1 위치 및 상기 밸브가 상기 포트를 폐쇄 하는 제 2 위치 사이에서 이동 가능한 밸브;
    상기 슬리브 밸브에 연결된 부품으로서, 표면에 압력이 가해질 때 상기 밸브를 제 2 위치로 이동시키는 표면을 갖는, 부품;
    측면부를 갖는 밸브 압력 저장소;
    상기 측면부에 연결되고 상기 밸브 압력 저장소 내의 상승 압력을 유지시키기 위해 상기 측면부 상에 작용하는 스프링;
    상기 밸브 압력 저장소보다 높은 압력에서 유체를 포함하는 높은 압력 저장소; 및
    상기 높은 압력 저장소가 상기 표면에 연결되고 상기 밸브 압력 저장소가 상기 표면으로부터 연결이 끊긴 제 1 위치, 및 상기 높은 압력 저장소가 상기 표면으로부터 연결이 끊기고 상기 밸브 압력 저장소가 상기 표면에 연결된 제 2 위치 사이에서 이동 가능한 밸브를 포함하고,
    상기 피스톤 및 상기 드라이브 샤프트의 오프셋 스로우 섹션이 연결되어 상기 피스톤의 왕복 운동이 상기 드라이브 샤프트의 드라이브 샤프트 축 주위로 상기 드라이브 샤프트의 오프셋 스로우 섹션의 회전을 일으키는,
    내연기관.
  19. 내연기관으로서.
    실린더를 형성하는 몸체;
    상기 실린더 내의 피스톤으로서, 상기 피스톤의 표면 및 상기 실린더의 벽이 내부 부피를 형성하는, 피스톤;
    상기 내부 부피로 공기 및 연료가 들어가게 하고 상기 내부 부피로부터 배기 가스가 나오게 하는 상기 몸체 내의 하나 이상의 포트;
    드라이브 샤프트 축 상의 회전을 위해 장착된 베어링 섹션 및 오프셋 스로우 섹션을 갖는 드라이브 샤프트;
    상기 내부 부피 내의 조기 점화를 탐지하는 노크 센서(knock sensor); 및
    상기 노크 센서에 의해 탐지되는 조기 점화에 기초하여 상기 내부 부피의 최소 크기를 조정하는 피드백 시스템을 포함하고,
    상기 피스톤 및 상기 드라이브 샤프트의 오프셋 스로우 섹션이 연결되어 상기 피스톤의 왕복 운동이 상기 내부 부피의 크기를 최소 및 최대 크기 사이에서 증가시키고 감소시키며 그리고 상기 드라이브 샤프트의 축 주위로 상기 드라이브 샤프트의 오프셋 스로우 섹션의 회전을 일으키는,
    내연기관.
  20. 내연기관으로서.
    실린더를 형성하는 몸체;
    상기 실린더 내의 피스톤으로서, 상기 피스톤의 표면 및 상기 실린더의 벽이 내부 부피를 형성하는, 피스톤;
    상기 내부 부피로 공기 및 연료가 들어가게 하고 상기 내부부피로부터 배기 가스가 나오게 하는 상기 몸체 내의 하나 이상의 포트;
    드라이브 샤프트 축 상의 회전을 위해 장착된 베어링 섹션 및 오프셋 스로우 섹션을 갖는 드라이브 샤프트;
    각각 제 1 및 제 2 전극을 갖는 제 1 및 제 2 스파크 플러그; 및
    상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 연결된 점화 시스템으로서, 상기 제 1 전극 상에 포지티브 전압을 제공하고 상기 제 2 전극 상에 네거티브 전압을 제공하여 상기 내부 부피 내에서 스파크를 만들도록 상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 전압차가 만들어지는, 점화 시스템을 포함하고,
    상기 피스톤 및 상기 드라이브 샤프트의 오프셋 스로우 섹션이 연결되어 상기 피스톤의 왕복 운동이 상기 내부 부피의 크기를 최소 및 최대 크기 사이에서 증가시키고 감소시키며 그리고 상기 드라이브 샤프트의 축 주위로 상기 드라이브 샤프트의 오프셋 스로우 섹션의 회전을 일으키는,
    내연기관.
  21. 내연기관으로서.
    실린더를 형성하는 몸체;
    하나 이상의 피스톤으로서, 상기 하나 이상의 피스톤의 표면 및 상기 실린더의 벽이 내부 부피를 형성하는, 하나 이상의 피스톤;
    상기 내부 부피로 공기 및 연료가 들어가게 하고 상기 내부 부피로부터 배기 가스가 나오게 하는, 상기 몸체 내의 하나 이상의 포트; 및
    상기 몸체에 회전 가능하게 장착된 베어링 섹션 및 오프셋 스로우 섹션을 갖는 드라이브 샤프트를 포함하고,
    상기 피스톤 및 상기 드라이브 샤프트의 오프셋 스로우 섹션이 연결되어 상기 피스톤의 왕복 운동이 상기 드라이브 샤프트의 드라이브 샤프트 축 주위로 상기 드라이브 샤프트의 오프셋 스로우 섹션의 회전을 일으키며,
    상기 하나 이상의 피스톤의 흡입 스트로크 동안 상기 하나 이상의 밸브가 개방된 채로 유지되어 상기 흡입 스트로크의 제 1 미리 선택된 기간(preselected length) 동안 공기가 상기 연소 챔버 안으로 들어가게 하고, 상기 하나 이상의 피스톤의 팽창 스트로크 동안 상기 하나 이상의 밸브가 상기 팽창 스트로크의 제 2 기간 동안 상기 연소 챔버를 실질적으로 폐쇄된 채로 유지시키며, 상기 제 2 기간이 상기 제 1 기간보다 더 길고,
    상기 하나 이상의 피스톤을 통해 드라이브 트레인으로 전달된 에너지 및 상기 하나 이상의 피스톤의 배기 사이클에서의 에너지 손실이 합쳐서 상기 실린더의 연료의 에너지의 65%를 넘는,
    내연기관.
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