KR20160009043A

KR20160009043A - 1행정 내연기관

Info

Publication number: KR20160009043A
Application number: KR1020157035202A
Authority: KR
Inventors: 경수 한
Original assignee: 디퍼렌셜 다이나믹스 코포레이션; 경수 한
Priority date: 2013-05-21
Filing date: 2014-04-22
Publication date: 2016-01-25
Also published as: WO2014189640A1; CN105247189A; EP2999866A1; JP2016522346A; EP2999866A4

Abstract

1행정 내연기관은 선형이나 로터리형의 왕복 피스톤들을 포함한다.1행정 기관이 작동하는데는 4개의 챔버를 만들고, 이들 챔버에 기능들을 할당하며 피스톤들을 일체로 움직이게 하는 3가지 원리가 필요하다. 이런 기능들은 단일 행정에만 할당되지만, 오토사이클이 반복적인 4행정 사이클을 생성한다. 1행정 동안 4가지 기능들이 동시에 수행되기 때문에, 매 행정이 동력행정이 되고, 실제 1행정 기관은 물리적으로 재배열된 4행정 기관이다. 선형과 로터리형 1행정 기관들이 OPOC 기관일 수도 있다. 1행정 피스톤의 왕복출력이 크랭크축에 의해 회전출력으로 연속적으로 변한다. 1행정 기관은 크랭크축이 하나만 필요하므로, 부품수를 줄이고 비출력은 늘일 수 있다.

Description

1행정 내연기관{ONE-STROKE INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 매 행정마다 동력 행정을 하는 사이클을 갖는 1행정 내연기관에 관한 것으로, 구체적으로는 1행정 사이클을 공유하는 흡기, 압축, 점화/연소 및 배기 챔버들을 구현하는 선형, 로터리 또는 대향 피스톤 구조의 왕복 피스톤을 갖춰 청소가 간단한 내연기관에 관한 것이다.

왕복 4행정 선형 피스톤은 잘 알려져 있다. 도 1은 점화행정중에 점화되는 기존의 점화플러그(1)를 보여준다. 밸브(2)는 챔버(9)에 연료를 넣기위한 흡기밸브이고, 밸브(3)는 미연소 연료나 탄소산화물 등을 배출하기 위한 배기밸브이다. 전용 챔버가 없는 2행정 피스톤기관은 효율이 더 떨어진다. 로커아암(4)은 피봇하고 밸브리프터(6)는 푸시로드를 올려 로커아암(4)을 움직여 흡기밸브(2)를 상승시킨다. 일반적으로, 타이밍벨트(8)는 흡기밸브(2)의 상승을 조절하고 크랭크축(14)을 회전시킨다. 실린더(10)와 링(11)과 피스톤(12)과 커넥팅로드(13)가 있고, 크랭크축(14)은 흡기, 압축, 점화/연소 및 배기의 4 행정에 응답해 출력축을 회전시킨다.

도 2는 도 1의 4행정 피스톤의 작동순서를 보여준다. 좌측의 흡기행정에서 흡기밸브(2)가 열리면서 챔버(9)에 연료/공기가 들어가 팽창하고 배기밸브(3)는 닫힌다. 두번째 압축행정에서 밸브(2,3)이 닫히고, 크랭크축(14)이 화살표 방향으로 회전하면서 챔버(9)는 연료의 압축을 시작한다. 세번째 점화행정에서, 연료/공기 혼합물이 압축될 때 점화플러그(1)가 점화되어 피스톤(12)이 내부연소에 의해 하강한다. 크랭크축(14)이 회전한다. 네번째 배기행정에서는 배기밸브(3)가 열려 연소결과그 화살표 방향으로 배출된다. 챔버(9)는 4개의 행정 각각에 대해 압축과 팽창을 반복하고 각 행정에 전용으로 사용된다. 도 3과 같이 4행정 피스톤 4개를 사용할 때, 각 피스톤이 각각 다른 행정을 수행하면서 크랭크축(14)이 움직이는데, 도면 좌측부터 차례대로 점화를 위한 압축대기, 배기를 위한 점화대기, 압축을 위한 흡기대기 및 흡기를 위한 배기대기를 보여준다.

도 4는 종래의 2행정 피스톤을 보여준다. 좌측은 상승행정이고 우측은 하강행정이다. 상승행정 동안, 연료의 압축점화가 일어나고 포트가 막히며, 커넥팅로드가 피스톤을 상승시키고 밸브가 열려 연료혼합물이 크랭크케이스 안으로 들어간다. 하강행정 동안, 포트가 열리고 연료혼합물이 들어가며, (흑색 도트로 표시된) 연소된 연료가 압축된 연료혼합물에 의해 밀려나간다. 피스톤이 완전히 하강하면 크랭크축/커넥팅로드는 아래 위치에 있다. 출력축은 반시계방향으로 회전한다.

도 5는 챔버가 하나인 터보차저가 달린 종래의 2행정 기관을 보여준다. 공기는 좌측에서 들어가고, 인젝터에 의해 연료가 주입되며, 크랭크케이스 안에 연료와 공기 혼합물이 드어가 압축된 다음, 점화되고, 연소된 연료가 터보차저로 배기된다.

도 6은 오토사이클을 갖는 기존의 반켈 로터리 기관을 보여준다. 흡기구와 배기구를 갖춘 타원형 챔버 중앙에 축(B)이 있고, 삼각형 로터리 피스톤(A)이 축(B)을 회전시키면서 흡기, 압축, 점화, 배기 동작을 한다. 챔버 우측에 2개의 점화플러그가 있다. 피스톤(A)이 점화플러그 부근의 내용물을 압축하면 점화되어 연소가 일어나고 로터리 피스톤(A)이 축(B)을 회전시킨다.

이런 공지의 2행정 기관은 크랭크축이 360°회전하는 동안 1 동력행정을 하고 상승과 하강의 2행정을 하는 것으로 알려졌다. USP8,127,544는 USP1,785,643부터 USP7,258,086까지의 소위 "이중작동" 2행정 기관들의 역사에 대해 설명하고 있는데, 소위 "이중작동" 시스템들이 USP2,963,008과 6,199,519와 6,700,229 및 7,258,086에 기술되었다고 소개한다. '643 특허의 도 1은 피스톤(6,7)을, 도 2는 자유 피스톤기관(1) 안에서 앞뒤로 움직이는 추가 압축피스톤(11,12)을 보여준다. '008 특허는 연료분사 시스템을 포함한 자유 피스톤기관의 개선사항을 소개하고, '528 특허는 "팬형 2행정 사이클"을 통한 청소를 소개한다.

"이중작동" 2행정 시스템은 정적 연소를 위한 HCCI(homogenous charge compression ignition)를 이용한다(도 7 참조). 도 7은 '544 특허의 도 8~10의 실시예를 보여주는데, 여기서 제1 및 제2 피스톤들은 커넥팅로드를 통해 서로 고정되어 원통형 케이스의 양단 사이로 진동을 한다.

USP6,170,443은 도 10과 같은 수퍼차지 OPOC(opposed piston, opposed cylinder) 내연기관을 소개한다. 크랭크축 회전축이 푸시로드와 풀로드에 의해 구동된다. 기관차와 비슷한 내부동작을 하는 구동 아암들이 많다. '443 특허의 OPOC 기관은 기존의 배기시스템을 채택한다. 한편, USP8,490,380은 흡기실과 배기실이 연소실과 통하는 개선된 OPOC 시스템을 소개한다.

도 7은 Schwiesow 기관으로서, 이중작동 2행정 피스톤들이 점화가 교대로 일어날 때 한쪽에서 다른쪽으로 움직인다.

도 8은 GB514842에 소개된, 2행정 피스톤이 4개인 Bourke 기관을 보여준다.

도 9는 1행정 Massey-Harris 개솔린 기관으로서, 왕복 로터리 2행정 피스톤 기관이다. 1행정 피스톤은 180°의 동력 행정을 갖는 피스톤이지만, 이 기관은 로터리 2행정 피스톤을 갖는 기관으로 본다. 그 결과, 1행정 피스톤이 상사점에서부터 좌측으로 움직였다가 정지한 다음 우측으로 움직여 정지하여 1행정을 완성하거나 앞뒤로 움직이면서 180°동력 행정을 이룬다. 1행정 내연기관이 미국특허출원 2003/0121482에 소개되었다. 피스톤 블록(20)이 연소실과 압축실을 형성한다. 작동 어셈블리(40)가 원통부(46), 압축패들(50) 및 피스톤(48)을 포함한 블록(20) 안에서 회전한다. 아치형 연소실(28)과 압축실(30)도 있다. 드라이브 로드(90)가 제1 및 제2 피스톤블록(20)을 연결하여 드라이브 블록(22)의 요소들을 구동한다.

도 11의 표는 개발중인 4개 기관의 비교표이다.

이상 2행정 내연기관과 다른 종래의 기관들에 대해 설명했지만, 연료효율이나 출력과, 180°동력 행정을 갖는 로터리/선형 왕복 내연기관의 청소와 같은 사항에서 여전히 개선할 점이 있다.

발명의 요약

도 12는 내연기관들의 사양표로서, 종래의 내연기관과 도 14에 도시된 본 발명의 1행정 기관을 비교하기 위한 것이다.

4행정 기관은 출력축을 연속으로 회전시키거나 전체 사이클을 완성하는데 4개의 동력행정, 즉 4개의 4행정 피스톤 어셈블리들을 필요로 한다. 2행정 기관은 동일한 동작에 2개의 동력행정이나 2개의 2행정 피스톤을 필요로 한다. 1행정 기관은 1개의 동력행정이나 1개의 1행정 피스톤만 필요로 한다. 1사이클을 완성하는데 필요한 동력행정의 수에 있어서 본 발명과 종래의 기관 사이에 차이가 있다. 피스톤당 동력행정은 180°이다. 피스톤 어셈블리의 수는 4행정, 2행정, 본 발명의 1행정으로 갈수록 4, 4, 1로 줄어들고, 크랭크축도 마찬가지다.

현재의 4행정 기관은 피스톤 수가 4개 이상이고 부품수도 최대 500개 정도이며, 2행정 기관은 그 절반이고 DD모션 기관은 200개 정도이다. 4행정 기관은 1 사이클 동안 4개의 챔버를 형성한다. 본 발명의 1행정 기관도 4개의 챔버를 형성하지만 2행정 기관은 챔버가 1개뿐이다. 4행정 기관은 본 발명의 1행정 기관과 마찬가지로 연료효율이 높지만, 2행정 기관은 연료효율이 낮다. 4행정과 1행정 DD모션 기관들은 배기량이 낮지만 2행정 기관은 배기량이 상대적으로 높다. 4행정 기관의 비출력을 기준점으로서 1.0으로 한다. 2행정 기관과 DD모션 1행정 기관의 비출력은 각각 1.5 및 1.5보다 크다. 4행정 기관은 승용차에, 2행정 기관은 소형 엔진과 동력차에, 1행정 기관은 승용차와 소형엔진과 동력차는 물론 트랙터와 선박에도 사용된다.

반켈 로터리 기관은 피스톤이 3개이고 부품수는 250개 정도이며 전용 챔버들을 갖고, 360°의 동력행정을 가지며 Mazda RX-7, RX-8과 같은 승용차에 주로 사용된다.

본 발명의 1행정 내연기관을 선형과 로터리형 2가지에 대해 설명한다. 선형은 2개 이상의 피스톤들이 선형으로 배치된 것이고, 로터리형은 2개 이상의 피스톤을 갖는다. 한편, 본 발명의 내연기관은 200개 부품과 전용 챔버들을 가지며 연료효율은 높고 배기량은 낮다. 피스톤이 출력축을 180°회전시킨다. 비출력은 1.5 이상이고, 용도가 제한되지 않아 트럭, 승용차, 설상차, 잔디깎는 기계, 모터사이클, 기관차는 물론 프로펠러가 여러개인 대형 선박에도 사용된다.

USP8,485,933와 8,641,570에 소개된 1방향 회전기어인 스프래그, 기어, 드라이버, 크랭크축 제어장치도 1행정 DD모션 기관에 있어, 출력축을 원하는 방향으로 연속 회전할 수 있다. 180°동력행정 사이클 동안, 4개 챔버 각각이 연료/공기 혼합물로 채워지고 점화 및 배기되어 연료효율이 높다. 도 14, 19, 23의 기관은 크랭크축 방식으로, 기어와 스프래그 조절이나 다른 조절방식을 채택한다. 스프래그는 1방향 클러이나 래칫베어링, 또는 2개의 회전 입력에서 1방향 출력을 제공하는 것을 말한다.

DD모션 1행정/다행정이나 대향피스톤 기관에는 스프래그와 같은 래칫베어링이나 1방향 클러치베어링을 이용한다. 스프래그는 이런 베어링의 상표명으로 시중에서 구할 수 있다. 스프래그는 한쪽으로는 자유롭게 회전하고 반대 방향으로는 회전이 안되는 베어링으로서, 180°동력행정을 갖는 내연기관에 사용되는 출력기어이다.

이런 스프래그의 외부 하우징에는 니들롤러를 끼울 노치가 있어, 외륜이 1방향으로 움직일 때 외부 하우징도 한쪽 방향으로 움직이는데 이는 니들롤러가 노치에서 회전하기 때문이다. 한편, 내륜이 외부 하우징과는 다른 방향으로 회전하면, 니들롤러는 내륜과 노치 사이의 위치로 회전하여, 하우징은 내륜과는 반대 방향으로 회전한다. USP8,388,481에도 스프래그가 기재되어 있다.

본 발명의 출력축은 2행정의 360°나 4행정의 720°에 비해 180°회전한다. 또, 로터리 스위치나 전자장치로 제어를 하여 로터리 기관의 사이클이 간단하다. 이 사이클은 솔레노이드로 원격제어 가능하고, 로터리 기관이나 선형 기관에도 가능하다. 이상 설명한 출력 제어는 스프래그, 크랭크축, 로터리 출력부, 드라이버 및 출력축을 시계방향이나 반시계방향으로 회전시키는 다른 기어에 의해 이루어진다. 선형과 로터리 모두 대향 피스톤 디자인을 적용할 수 있다.

도 1은 종래의 4행정 선형 피스톤의 단면도;
도 2는 도 1의 피스톤의 4행정 사이클을 보여주는 도면;
도 3은 도 1의 4행정 피스톤 4개를 갖춘 종래의 내연기관의 단면도;
도 4는 기존의 2행정 피스톤이 상승과 하강 상태에 있을 때의 단면도;
도 5는 터보차저가 달린 종래의 2행정 기관의 단면도;
도 6은 종래의 반켈 로터리 기관의 단면도;
도 7은 이중작동 2행정 피스톤드을 갖춘 종래의 Schwiesow 기관의 단면도;
도 8은 2행정 피스톤이 4개인 종래의 Bourke 기관의 단면도;
도 9는 로터리 2행정 피스톤을 갖춘 종래의 Massey-Harris 기관의 단면도;
도 10은 수퍼차지 OPOC 2행정 내연기관인 종래의 Hofbauer 기관의 사시도;
도 11은 기존 기관들의 장단점을 비교한 표;
도 12는 본 발명과 종래의 기관들의 사양을 나타낸 표;
도 13은 은 1행정 기관에 4개의 챔버를 생성하는 원리를 보여주는 상태도;
도 14는 중심 공통 축으로 연결된 2개의 더블헤드 피스톤으로 4개의 챔버를 만드는 두번째 원리를 보여주는 상태도;
도 15는 4개의 챔버에 각 기능을 할당하는 세번째 원리를 보여주는 상태도;
도 16은 1 사이클 동안 1행정 기관의 챔버와 그 기능들을 보여주는 표;
도 17은 기존의 4행정 기관과 1행정 기관의 차이를 설명하는 상태도;
도 18은 종래의 4행정 기관과 2행정 기관과 DD모션 1행정 기관의 다른 비교표;
도 19는 전용 챔버가 4개이고 더블헤드 피스톤이 2개인 선형 1행정 DD모션 피스톤의 2가지 예의 작동원리를 보여주는 단면도;
도 20은 OPOC 기관의 작동원리를 보여주는 단면도;
도 21은 피스톤이 5개인 OPOC 1행정 기관의 단면도;
도 22는 더블헤드 피스톤 4개와 챔버 4개가 정사각형 하우징을 형성하는 DD모션 OPOC 기관의 단면도;
도 23은 하우징이 원형이고 2개의 피스톤이 중심부에서 연결된 1행정 DD모션 로터리 기관의 단면도;
도 24는 OPOC 로터리 기관의 작동원리를 보여주는 단면도;
도 25는 1행정 기관의 원리를 따르는 N행정 피스톤의 예를 보여주는 상태도;
도 26은 1행정 중심 축(2620)을 출력축(2645)에 결합하는 다른 수단을 보여주는 단면도;
도 27은 크랭크축을 통해 출력축에 대한 드라이버와 기어 제어 피스톤 출력을 하는 장치의 측면도와 평면도;
도 28은 DD모션 1행정이나 다른 기관의 기어와 피스톤 출력부의 측면도와 평면도;
도 29는 중심 축으로 연결된 2개의 더블헤드 선형 피스톤들을 보여주는 측면도와 정면도;
도 30은 트랜스기어 제어부를 갖춘 본 발명의 1행정 로터리 피스톤을 보여주는 횡단면도와 측단면도;
도 31은 로터리 피스톤의 밀봉부를 보여주는 단면도.

이하, 도 12~31을 참조하여 본 발명에 대해 설명하는데, 도 12는 본 발명의 일반 엔진이고; 도 13~15는 1행정 DD모션 원리를 보여주며 도 16은 1행정 엔진사이클을 보여준다. 도 17은 4행정 엔진을 1행정 엔진으로 재배열하는 방법을 보여주고, 도 18은 피스톤과 엔진 테이블이며, 도 19~31은 직선형 및 로터리형 1행정과 N행정 대향 피스톤의 기계적 원리를 보여준다.

도 12는 현재 사용되는 4행정/2행정 기관과 본 발명의 1행정 기관의 비교표이다. 왕복 더블헤드 피스톤이 공통의 중심축으로 연결되어, 일반 1행정 DD모션 기관처럼 경판이 달린 실린더 안에 도 14의 전용 챔버(A~D)를 형성한다. 도 12의 비교표의 좌측은 현재 사용되는 내연기관인 4행정/2행정 피스톤기관의 데이터이고, 우측 데이터는 도 14에 도시된 본 발명의 1행정 기관의 데이터이다.

4행정 기관은 출력축을 연속 회전시키거나 1 사이클을 완성하는데 2개의 행정을 필요로 하고, 2행정 기관은 2개의 행정을 필요로 한다. 1행정 기관은 1 사이클을 완성하는데 1개의 행정만 필요하다. 1 사이클을 완성하는데 필요한 행정의 수는 본 발명과 종래의 기관 사이에 중요한 차이점이다. 기관의 행정은 동일한 180°행정이고, 피스톤의 수는 기존의 4행정, 2행정, 1행정으로 갈수록 4개, 2개, 1개로 줄어들고 크랭크축도 마찬가지다.

현재의 4행정 기관은 보통 4개 이상의 피스톤과 최대 500개의 부품으로 이루어지고, 2행정 기관은 그 절반이며, DD모션 기관은 200개 정도의 부품으로 이루어진다. 4행정 기관은 피스톤 사이클 동안 전용 챔버들을 형성한다. 본 발명의 1행정 기관도 전용 챔버들을 형성하지만 2행정 기관은 하나의 전용 챔버만 형성한다. 4행정 기관은 본 발명의 1행정 기관처럼 높은 연료효율을 갖지만, 2행정 기관은 연료효율이 낮다. 4행정과 1행정 DD모션 기관은 배기량이 적지만, 2행정 기관은 배개량이 상대적으로 많다. 4행정 기관의 출력비 1.0을 기준으로, 2행정 기관과 DD모션 1행정 기관의 출력비는 1.5 및 1.5 이상이다. 4행정 기관은 주로 자동차에 사용되고, 2행정 기관은 소형 기관과 자동차에 사용되며, 1행정 DD모션 기관은 소형 기관과 자동차에는 물론 트랙터나 프로펠러가 여러개인 선박에도 사용된다.

반켈 로터리엔진은 피스톤이 3개이고 200개 정도의 부품으로 이루어지며 전용 챔버들과 360°행정을 갖고, 마츠다 RX-7/8과 같은 자동차에 많이 사용된다.

도 14의 본 발명의 1행정 내연기관을 직렬형과 로터리 2가지에 대해 설명한다. 직렬형은 2개 이상의 피스톤이 선형으로 배열된 것이고, 로터리형은 피스톤이 1~2개 이상이다. 본 발명의 내연기관은 200개 정도의 부품과 전용 챔버들을 갖고, 높은 연료효율과 낮은 배기량을 보인다. 출력축을 180°회전시키거나 하우징내에서 피스톤을 일방향으로 움직인다. 출력비는 기존 엔진보다 높아 1.5 이상 2.0에 이른다. 그 용도는 제한이 없어, 예컨대 (트럭이나 승용차와 같은) 자동차, 설상차, 잔디깎는 기계, 모터사이클, 기관차, 선박 등에 사용할 수 있다.

도 13~15는 1행정 기관의 3가지 원리를 보여준다. 도 13(A)는 1행정 기관의 4개 전용 챔버를 생성하는 첫번째 원리를 보여주는데, 우선 중심판(1315)으로 분리된 2개의 챔버(#1~2)가 실린더 하우징 안에 생기고, 각 챔버의 더블헤드 피스톤에 의해 총 4개의 챔버(A~D)가 생긴다(도 13(B) 참조). 실린더 하우징(1300)은 좌우 경판(1310-1~2)에 의해 단부가 밀봉되고, 단면이 보통은 원형이지만 피스톤에 따라서는 타원형이나 정사각형이나 직사각형을 취할 수도 있다. 중심판(1315)이 하우징(1300)을 2개의 챔버(#1~2)로 나누고, 챔버에 하나씩 2개의 더블헤드 피스톤(#1~2)가 있으며, 1번 피스톤(#1)은 1번 챔버(#1)를 2개의 (압축된) 챔버(A)와 (팽창된) 챔버(B)로, 2번 피스톤(#2)은 2번 챔버(#2)를 2개의 (압축된) 챔버(C)와 (팽창된) 챔버(D)로 나눈다.

도 14는 1행정 기관의 두번째 원리를 보여주는데, 여기서는 챔버들(A~D)이 동시에 작동한다. 1~2번 챔버(#1~2)에 각각 투입된 1~2번 더블헤드 피스톤(#1~2)은 공통 축(1410)으로 연결된다. 축(1410)에 의해 동시에 작동되는 2개의 피스톤에 의해 2개의 챔버(#1~2)가 4개의 챔버(A~D)로 분리되고, 이들 4개의 챔버는 세번째 원리에 따라 작동한다.

2개의 피스톤들을 공통 축(1410)과 같은 고정수단으로 연결하여 4개의 챔버(A~D)를 만드는데, 이 축(1410)을 좌측이나 우측 또는 양쪽으로 연장하여 왕복운동을 하도록 할 수 있다. 한편, 도 19(B)에 도시된 외부 하우징 로드로 축을 대체하거나 보완할 수도 있다. 마찬가지로, 좌측이나 우측이나 양쪽으로 외부 로드를 연장할 수도 있다. 피스톤(#1~2)은 축(1410)에 의해 좌우로 왕복운동한다. 어떤 챔버에서 점화가 일어나면 양쪽 피스톤이 움직인다. 4가지 기능(흡기, 배기, 점화 및 압축)이 (예컨대 좌측이나 우측으로 움직이는) 1행정마다 동시에 일어나고, 이것이 1행정 기관의 세번째 원리이다.

도 14도에서는 2개의 피스톤들을 축(1410)으로 연결해 4개의 챔버(A~D)가 동시에 작동한다. 어느 한 챔버에서 점화가 일어나면 양쪽 피스톤이 좌측이나 우측으로 동시에 움직이고, 이때 4개의 챔버(A~D)가 매 행정당 4가지 기능을 수행할 수 있다.

도 15는 예컨대 챔버 A는 흡기, B는 배기, C는 점화, D는 압축과 같이 각 기능들을 4개의 챔버에 할당하는 것을 보여주는 상태도로서, "흡기"는 챔버 A가 팽창하는 동안 연료/공기 혼합물로 채우고, "배기"는 피스톤이 압축하면서 챔버 B에서 연소된 연료를 배출하며, "점화"는 챔버 C의 압축된 연료-공기 혼합물을 점화플러그로 점화시키고, "압축"은 챔버 D에 채워진 연료-공기 혼합물을 압축하는 것을 의미한다. 여기서는 피스톤이 좌측으로 움직인다. 그러나, 엔진을 시동할 때는 피스톤이 좌우측 끝단 사이 어디에도 있을 수 있다. 따라서 챔버 C에서 점화가 일어나면, 2개의 피스톤이 우측 끝단을 제외한 어디에 있어도 점화로 인해 우측으로 움직인다. 챔버가 다른 기능을 할 수도 있어, 예컨대 A는 점화, B는 배기, C는 흡기, D는 압축 기능을 할 수도 있다.

도 16은 1행정 기관이 팽창할 때의 사이클(오토 사이클)을 보여주는 상태도이다. 첫번째 행정에서 챔버 C에서 점화가 된 뒤, 두번째 행정에서 D에서 점화가 일어남과 동시에 A는 압축, B는 흡기, C는 배기가 일어나면서 기존의 4행정의 오토사이클이 완성되어, 4행정 사이클이 반복된다. 첫번째 행정에서는 2개의 연결된 피스톤이 우측으로 움직이고, 두번째 행정에서는 좌측으로 움직이며, 계속해서 3번째 행정에서는 A에서 점화, B에서 압축, C에서 흡기, D에서 배기가 일어난다. 오토사이클의 마지막 네번째 행정에서는 B에서 점화, A에서 배기, C에서 압축, D에서 흡기가 일어난다. 4행정의 오토사이클은 반복된다.

도 13(B)의 챔버 A와 C를 피스톤이 완전히 차지하지 않고, A와 C는 압축중이고 B와 D는 팽창중이다. A나 C에서 점화가 일어나면 축(1410)으로 연결된 2개 피스톤이 동시에 우측으로 움직인다.

도 17은 종래의 4행정 기관에서 DD모션 1행정 기관으로 변환하는 일련의 단계들을 보여주는 상태도이다. 도 17(A)에서 2~3번 피스톤(#2~3)은 하강(챔버 팽창)하고 1, 4번 피스톤(#1,#4)은 상승(챔버 압축)된 기존의 4행정 내연기관을 보여준다. 2번 피스톤의 챔버는 공기-기체 혼합물로 충전되고 #4는 공기-기체 혼합물이 점화되어 우측으로 배기하고 있음을 보여준다. 챔버 #1은 공기-기체 혼합물이 압축되어 점화 대기상태에 있다.

도 17(B)는 도 17(A)와 동일한 상태를 단순하게 표현한 것이고, 도 17(C)는 도 17(A)(B)의 4행정 기관을 재배열하는 1단계로서, 피스톤 #1과 #4가 출력축의 양쪽으로 움직여 바닥에 있고 #2와 #3은 상단에 위치하여 피스톤들이 #1, #3, #2 #4 순서로 있다. 도 17(D)에서는 피스톤 #1-#3가 #2-#4가 서로 반대로 위치하여 중심 축이 2쌍의 피스톤들을 연결한 상태이며 출력축은 보이지 않는다. 도 17(E)는 챔버를 할당하는 마지막 단계로서, 피스톤 #1-#3과 #2-#4가 서로 선형으로 연결되어 DD모션 1행정 선형기관을 형성한다.

도 18은 1) 종래의 4행정 기관, 2) 종래의 2행정 기관, 3) DD모션 1행정 기관의 다른 비교표로서, 2행은 피스톤 수, 3행은 크랭크축 수, 4행은 크랭크케이스 수, 5행은 챔버 수, 6행은 공유 챔버 수, 7행은 피스톤 어셈블리 수를 보여준다. 1행은 2가지 기존 피스톤과, 도 14와 같은 DD모션 1행정 피스톤의 측면도를 보여준다. 7행에서 피스톤 어셈블리의 수는 4행정은 4개, 2행정은 2개 DD모션은 1개이다.

도 19(A)는 도 14에 도시된 중앙 축(1410)으로 2개의 더블헤드 피스톤 #1~2이 연결되어 있고 챔버가 A~D 4개인 선형 1행정 DD모션 피스톤 어셈블리의 제1 실시예를 보여준다. 도 19(A)의 경판(1310-1~2)에는 축(1410)이 하우징(1300) 외부로 왕복운동하도록 하는 구멍이 뚫려있고, 도 19(B)의 하우징(1300)에는 외부 로드(1905-1~2)이 피스톤을 왕복운동하게 하는 측면 슬롯들이 형성되어 있다. 도 19(A)에서는 피스톤 #1~2가 좌측 위치에 있고 축(1410)은 좌측으로 연장되어 우측으로 행정을 시작할 상태에 있다.

도 19(B)는 DD모션 피스톤 어셈블리의 실시예로서, 축(1410) 대신에 외부 측면 로드(1905-1~2)를 사용해 2개의 피스톤을 연결한 제2 실시예를 보여준다. 로드(1905) 세트는 좌측, 우측 또는 양쪽으로 출력을 제공한다. 여기서는 양쪽 로드(1905-1~2)로 직각 형태로 2개 피스톤을 연결했지만, 응력경감을 위해 우측 출력이 필요할 때는 우측으로, 좌측 출력이 필요할 때는 좌측으로 로드(1905)에 곡률을 두고 연결할 수도 있다. 또는, 로드(1905)를 하나만 사용할 수도 있다. 축(1410)과 마찬가지로 한쌍의 외부 로드가 앞뒤로 왕복할 수 있도록 실린더 하우징(1300) 양쪽에 선형 슬롯을 형성한다. 도 19의 2 실시예를 결합하여 축과 외부 로드에 모두 2개 피스톤을 연결할 수도 있다.

도 20은 피스톤이 5개이고 챔버가 4개인 OPOC 기관의 단면도로서, 도 20(A)는 도 19(A)의 1행정 기관의 단순화한 도면으로 동일한 도면부호를 사용한다. 도 20(A)에서, 축(1410)은 좌측이나 우측으로 왕복운동하지 않으며 양쪽에서 출력부에 연결된다. 도 20B는 본 발명의 OPOC 기관을 향한 다음 단계를 보여주고, 여기서 외부 하우징(2000) 안에 내부 하우징(1300)이 있고, 외부 로드(2005-1~2)가 외부 하우징(200)을 통과하여 도 20(A)의 기관의 운동을 허용함으로써, 1행정 선형 2-피스톤 OPOC 기관을 형성한다. 도 20(B)의 축(1410)은 피스톤에 연결되거나 일체이고, 중앙 판(1315)과, 하우징(1300)의 경판과 외부 하우징(2000)의 경판을 관통하여 뻗는다.

도 20(C)에서는 싱글헤드 피스톤 #3, #5와 중앙의 더블헤드 피스톤 #4가 외부 로드(2005)에 의해 서로 연결되고, 내부 하우징(1300)은 없으며, 더블헤드 피스톤 #1, #2를 포함해 피스톤 수가 5개로 늘어난다. 피스톤 #1, #2는 축(1410)에 연결되고, 축(1410)은 피스톤 #3~5와 하우징(2010)의 경판들을 통해 외부로 뻗어, 가능한 마찰없이 원활하게 왕복운동이 일어난다. 도 20(C)의 기관을, 5개의 피스톤 중의 3개인 #3~5를 외부로드에 연결하고 #1~2는 축(1410)에 연결하여 1행정 선형 5-피스톤 OPOC 기관으로 재구성할 수도 있다. 이런 OPOC 기관의 챔버들 A~D에서, A와 C는 압축되고 B와 D는 팽창된다. 로드(2005)가 우측으로 움직였다가 반대로 움직여 왕복 출력을 일으킬 때 축(1410)이 좌측으로 움직인다. 외부 로드가 고정되고 축(1410)만 좌우로 움직이거나, 그 반대일 수도 있다.

도 21은 5-피스톤 OPOC 1행정 DD모션 기관으로서, 중심축(1410)과 연결부(2120)와 2개의 외부로드(2005-1~2)를 통해 출력축(2125)에 연결되고, 피스톤 #3~5는 측면 로드(2005)에, 피스톤 #1~2는 축(1410)에 연결된다. 축(1410)은 더블헤드 피스톤 #1~2에 연결된다. 피스톤 #3~5는 롤러베어링이나 윤활제 등을 통해 축(1410)을 타고 쉽게 미끄러질 수 있다. 4개의 챔버(A~D) 중의 A와 C는 압축중이다. 피스톤(2115-1,3,5)은 로드(2005)에 의해 고정되고, 연결부(2120)는 좌우로 왕복하며, 축(1410)과 로드(2005)는 연결부(2120)를 통해 출력축에 연결된다. 챔버들은 도 16의 사이클을 따르면서 기능을 수행한다. 이들 챔버도 오토사이클을 수행한다.

도 22는 정사각형 하우징(2200) 안에서 4개의 피스톤과 챔버들이 정사각형 단면을 형성하는 실시예를 보여준다. 하우징(2200) 외벽에 1~4번 더블헤드 피스톤(2210-1~4)이 맞닿아 있고, 각각의 피스톤이 전용 챔버와, 이 챔버로 구동되는 기어를 갖는다. 1번 피스톤(2210-1)은 챔버 A(2205-1)와 1번 기어(2215-1)를, 2번 피스톤(2201-2)은 챔버 B(2205-2)와 2번 기어(2215-2)를, 3번 피스톤(2201-3)은 챔버 C(2205-3)와 3번 기어(2215-3)를, 4번 피스톤(2210-4)은 챔버 D(2205-4)와 4번 기어(2215-4)를 갖는다. 4개의 기어도 정사각형을 이루고 서로 맞물려 있어, 어떤 피스톤이 점화되어도 모든 기어가 왕복운동한다. 이 엔진의 챔버 A~D도 도 16의 오토사이클을 수행한다.

도 23은 1행정 로터리 피스톤기관으로서 하우징(2300)이 원형이다. 하우징(2300)의 2개 격벽(2325-1~2)은 중심 축(2322)을 둘러싼 원형 구간(2318)과 일체이거나 연결된 1~2번 피스톤들의 왕복운동을 제한한다. 이 엔진의 A~D 챔버들 중의 A와 C는 B와 D가 팽창할 때 압축되거나 그 반대이다. 각각의 챔버는 도 15~16의 오토사이클의 표에 따라 기능한다. 1~2번 피스톤들은 격벽들 사이를 왕복운동한다. 1~2번 피스톤들의 1행정은 시계방향으로 정지상태에서 움직이다가 격벽 부근에서 정지하는 것으로 이루어진다. 다른 행정은 선형 1행정과 마찬가지로 1~2번 피스톤들의 반시계방향 운동이다. 밸브와 점화플러그들은 격벽(2325)이나 하우징(2300)에 설치된다.

도 23의 로터리 기관의 1~2번 피스톤들은 (압축실이나 팽창실이 아닌) 상사점 부근에서 정지할 수 있다. 챔버 C에서 점화가 일어나면 이 챔버의 공기-기체 혼합물의 점화로 2번 피스톤이 1번 피스톤과 함게 화살표의 반시계방향으로 움직이면서, 기관이 시동된다. 도 23의 기관도 도 16의 오토사이클을 따른다.

이 기관에 대해 시동부터 설명한다. 로터리 1행정 내연기관의 피스톤링을 실린더 하우징에 설치한다. 도 16과 같이, 2개의 챔버 B, D가 먼저 열리고(팽창되고), A와 C는 도 23의 우상/좌하의 왕복 로터리 피스톤에 의해 닫힌다(압축된다).

시동되면, 1) B가 열리면서 배기동작을 하고, 2) 흡기실인 사이클 표의 좌상부의 챔버 A에 연료가 충전되며, 3) 로터리 피스톤이 반시계 방향으로 회전하면서 B를 압축하며, 4) 행정 2에서 B가 공기-연료 혼합물로 충전되고, 5) D가 점화되어 초엄 반시계방향 행정에 이은 시계방향 행정을 일으킨다. 연료-공기 혼합물의 점화로 1번 피스톤이 좌상 위치에서 우상 위치로 움직여 오토사이클을 시작하고, 아래 2번 피스톤도 우하 위치에서 좌하 위치로 시계방향으로 움직인다.

점화에는 점화플러그와 같은 기존의 수단을 이용한다. 도 16의 실시예에서는 압축된 연료-공기 혼합물을 점화하기에 편리한 어떤 지점에서도 점화가 일어날 수 있다. 그러나, 시계방향으로 점화, 흡기, 배기를 하도록 하고, 밸브나 시일과 같은 장치들은 하우징 외부에서 접근할 수 있도록 하는 것이 좋다. 기계식 캠 대신, 솔레노이드를 사용해 개폐(흡배기)할 수도 있다. 연료분사 시스템은 기존의 것을 사용할 수 있다. 흡기와 배기가 반복 사이클의 4 단계 각각에서 일어날 수 있어, 개폐 타이밍이 2행정이나 로터리 기관에 비해서는 개선되고 4행정 기관과는 비슷하다. 아래 표는 도 15의 예로서, A~D 챔버 어느 것도 점화될 수 있고, 1행정 기관의 피스톤 쌍의 위치가 점화 위치에 따라 변하는 것을 보여준다.

	A	B	C	D
1번 행정	흡기	배기	점화	압축

도 15, 16의 1번 행정이 첫 행정일 경우의 챔버의 기능

본 발명의 1행정 기관을 전술한 것처럼 4행정 내연기관으로 개조할 수 있다. 4개의 챔버의 기능은 오토사이클을 따른다. 표 2는 챔버 A의 사이클로서, A는 첫번째로 "흡기"를 선택할 수 있다. 표 3은 모든 챔버의 사이클이나 1행정 선형 사이클의 로터리를 보여준다.

	A	B	C	D
1번 행정	흡기	배기	점화	압축
2번 행정	압축
3번 행정	점화
4번 행정	배기

A의 사이클

아래 표 3은 완전한 사이클로서, 행정별로 주어진 기능이 대각선 방향으로 움직인다. 예컨대, 흡기는 A에서 D로 가면서 대각선으로, 점화는 C에서 B로 가면서 대각선으로 움직인다. 즉, 모든 기능이 행정이 넘어갈수록 대각선 방향으로 할당된다.

	A	B	C	D
1번 행정	흡기	배기	점화	압축
2번 행정	압축	흡기	배기	점화
3번 행정	점화	압축	흡기	배기
4번 행정	배기	점화	압축	흡기

1행정 로터리 사이클(모든 챔버의 사이클)

도 24는 DD모션 로터리 OPOC 기관의 단면도로서, 단면이 환형인 실린더 하우징(2400) 안의 환형의 내부 하우징(2405)이 3~4번 피스톤(2420-1~2)을 갖는데, 이들은 도 23의 기관의 격벽과 비슷하다. 3~4번 피스톤들은 내부 1~2번 피스톤(2415-1~2)과는 반대 방향으로 왕복운동할 수 있다. 피스톤(2415-1~2)은 중심 축(2422)에 연결되고 원형 단면부(2418)를 공유하고, 그 중심의 축(2422)은 출력축이다. 4개의 피스톤으로 형성된 4개의 챔버들 중 A와 C는 압축중이고 B와 D는 팽창중이다. 3~4번 피스톤들은 내부 하우징(2400)과 일체이거나 연결되고, 1~2번 피스톤드은 중심부(2418)와 크랭크축(2422)에 연결되어 챔버 A~D를 형성한다. 기존의 밸브와 점화플러그들은 외부 하우징(2400)의 경판(도시 안됨)에 서치된다. 선형 OPOC 기관과 마찬가지로, 내부 3~4번 피스톤들이 로드를 통해 출력축에 연결되고 중심 축(2422)이 반대방향 출력을 공급하여 내부 하우징(2405)과 축(2422) 사이에 왕복운동이 일어날 수도 있다. 외부 하우징(2400)이 고정되고 내부 부재들이 시계/반시계 방향의 왕복운동을 할 수도 있다. 로터리 OPOC 기관도 오토사이클을 따른다.

도 25는 1행정 기관의 원리를 따르는 N행정 피스톤의 예를 보여준다. 도 25(A)는 싱글헤드 1~4번 피스톤들을 갖춘 4행정 피스톤기관의 개략도로서, 각각의 피스톤이 출력축(2510)까지 이어진 별도의 하우징(2501~4) 안에 들어있다. 하우징(2501~4)이 각각 챔버 A~D를 형성하고 공통의 출력축(2510)에 연결된 공통의 중심 축을 갖는다. 1번과 3번 피스톤들은 2번과 4번 피스톤들에 대해 크랭크축(2510) 양쪽에 위치한다. 피스톤 모두 싱글헤드 피스톤이다. 즉, 이 기관은 4개의 싱글헤드 피스톤을 갖는 4행정 피스톤기관이다.

도 25(B)는 더블헤드 피스톤 2개가 각각 2개씩 4개의 챔버 A~D를 형성하는 2행정 피스톤기관의 개략도로서, 하우징(2511~2)이 중심 출력축(2520) 양쪽에 배치된다. 각 피스톤의 중심 축은 출력축(2520)을 회전시키는 크랭크축을 구동한다. 이것은 1~2번 피스톤을 갖는 2행정 기관이다.

도 25(C)는 크랭크축을 통해 출력축(2530)을 회전시키도록 실린더 하우징 안에 2개의 더블헤드 1~2번 피스톤이 들어있는 DD모션 1행정 기관의 개략도이다. 이 엔진은 선형 엔진이고, 4개의 챔버 A~D 중의 A와 C는 압축되고 B와 D는 팽창된다. 도 25는 본 발명의 원리를 보여주는데, DD모션 1행정 기관이 N행정 기관으로 확장되는데, 여기서 N은 1, 2, 4 또는 그 이상의 싱글 또는 더블헤드 피스톤이고 전용 챔버를 갖는다. 중심판을 갖는 하나의 실린더 하우징 안에 더블헤드 피스톤이 2개의 대향 실린더 하우징을 갖는 2개의 더블헤드 피스톤에서 4개의 싱글헤드 피스톤으로 변할 수 있고, 피스톤 각각 자체 실린더 하우징을 가지며 1행정 더블헤드 2개의 피스톤기관에서 4행정 피스톤 기관까지 움직인다.

도 26은 1행정 중심 축(2620)을 출력축(2645)에 결합하는 다른 수단을 보여준다. 도 26(A)와 (C)는 크랭크축 방식으로 출력축(2645)에 커넥터(2630)와 축(2635)를 통해 왕복 축(2620)이 연결되는 상태의 측면도와 평면도이다. 도 26(B)와 (D)는 출력축(2645)을 생성하기 위해 1행정 기관을 연결하는 크랭크기어 축베어링의 측면도와 평면도이다. 커넥터(2630)가 중심 축(2620)을 갖는 원형 크랭크기어 축베어링(2640)에 대해 축(2635)을 왕복운동시켜 출력축(2645)을 구동한다.

도 27은 크랭크축을 통해 출력축에 대한 드라이버와 기어 제어 피스톤 출력을 하는 장치의 측면도와 평면도이다. 도 27(A)는 드라이버와 기어 출력제어부에 연결된 1행정 DD모션 로터리 기관(도 23)을 포함한 개략도이다. 도 27~28과 30(C)의 실시예에서, 본 발명의 선형/로터리 1행정이나 OPOC를 포함해 모든 왕복 입력부를 제어할 수 있다. 도 27(B)는 도 27(A)의 크랭크축을 왕복구동하는 드라이버와 기어 제어부를 더 자세히 보여주는 측면도로서, 도 20의 로터리 내연기관의 기어 제어부와 드라이버(2707)가 보인다. 축(2701)은 왕복 로터리 내연기관의 출력부로서, 180°사이클로 왕복운동한다. 기어(2702)는 왕복 축(2701)에 설치되고, 기어(2703)는 베어링(2704)을 갖춘 아이들 기어이다. 하단부에서 랙기어(2705)가 기어(2703)에 맞물린다. 드라이버(2707)는 절반폭의 랙기어(2705~6)를 갖추고, 기어(2702~3)와 선택적으로 맞물린다. 드라이버(2707)의 출력부는 앞뒤로 왕복운동하고, 크랭크축을 통해 출력축에 연결된다. 드라이버(2707)는 크랭크축의 왕복운동을 도 27(A)의 출력축의 일방향 회전운동으로 변환한다.

도 28은 DD모션 1행정이나 다른 기관의 기어와 피스톤 출력부의 측면도와 평면도로서, A는 기어와 스프래그를, B는 피스톤의 왕복 축(2801)과 일방향 출력축(2806B)과 다른 출력축(2806A)을 보여준다. 기어와 스프래그는 출력축(2806B)에서 엔진출력을 일방향으로 제어한다. 엔진(2800)은 피스톤의 왕복 축(2801)과 일방향 출력축(2806B)을 갖는다. 기어(2802)는 왕복 축(2801)에 설치되고, 기어(2803A~B)와 맞물린다. 기어(2803A)는 기어(2802)에 맞물리고 스프래그(2804A)에 설치된다. 스프래그는 1방향 회전기어이다. 레이스(2805A)는 스프래그(2803A)의 레이스이다. 축(2806A)은 레이스(2805A)에 부착된다. 기어(2807A)는 축(2806A)에 부착된다. 기어(2803B~2807B)는 기어(2803A&)와 같은 세트이다. 기어(2807A~B)는 서로 맞물린다. 축(2806B)은 기어와 스프래그에 의한 일방향 출력축이다. 전후진 운동은 종래의 방식으로 이루어진다. 스프래그(2804A~B)가 왕복 축(2801)에 반대 방향으로 맞물려 축(2806B)이 일방향 운동한다.

도 29는 중심 축으로 연결된 2개의 더블헤드 선형 피스톤(2915-1~2)을 보여주는 측면도와 정면도로서, A에서는 DD모션 1행정 기관의 챔버 A~D(A와 C는 팽창, B와 D는 압축)를 형성하는 2개의 피스톤과 중심 출력 축(2940)을 갖춘 하우징 안에 있는 흡기밸브, 점화플러그 및 배기밸브가 보이고, B에서는 축(2940)이 하우징에서 우측으로 뻗고 출력 기어(2942)에 연결된 것을 볼 수 있다.

도 29는 2개의 피스톤들이 종래의 4-피스톤 작용을 하는 것을 보여준다. 종래의 4-피스톤 내연기관은 720°의 행정을 갖는다. 도 29에 의하면, 챔버 A와 C가 팽창하고 이어서 B와 D가 압축하며 피스톤(2915-1~2)이 180°의 행정을 구현하여 종래의 내연기관처럼 동작한다. 중간에 있는 출력 축(2940)과 출력 기어(2942) 양쪽에 모든 4개 더블헤드 피스톤들에 대한 점화점이 있다. 이런 위치는 각 챔버에서 순서대로 점화가 일어나는 한 바뀌어도 된다. 2개의 피스톤(2915-1~2)은 축(2940)의 위아래 배치되고, 이들 피스톤의 위아래 베어링(2945)이 위치한다. 챔버 A와 C가 팽창하고 B와 D가 압축하면서 도 16의 오토사이클을 따른다.

도 30은 트랜스기어 제어부를 갖춘 본 발명의 1행정 로터리 피스톤을 보여주는데, 1~2번 피스톤들이 형성하는 챔버 A~D 중의 B와 D는 초기에 도 30(A)처럼 압축되었다가 도 30(B)처럼 팽창한다. 도 30(C)에 도시된 왕복 입력 축, 1~2번 스프래그 및 출력 선기어는 본 발명의 트랜스기어 제어 왕복운동 로터리 대향 피스톤의 일방향 출력을 제어하고 공급한다.

도 30(A)에서 챔버 A와 C는 팽창되고 B와 D는 압축되어 있으며, 이들 A~D 챔버들은 도 16의 오토사이클을 수행한다. 도 30(B)처럼 1~2번 피스톤들이 옆으로 회전하면서 B와 D는 팽창되고 A와 C는 압축된다. 도 30(C)는 단면도로서 1~2번 피스톤들이 중심 축과 출력기어와 출력축을 둘러싼다. 좌측 상하단 위치에 아이들기어가 있다. 좌우측 선기어들은 서로 동일하고, 좌측 선기어는 축과 일체이거나 축에 설치된다. 1~2번 스프래그들을 포함한 축으로 구동되는 출력구간이 우측에 위치한다. 출력기어는 축과 일체이거나 축에 연결된다. 스프래그 기어가 출력기어를 출력축에 연결하고, 출력기어는 출력축과 일체이거나 연결된다.

도 31은 로터리 피스톤의 밀봉부를 보여주는데, A는 본 발명의 1행정 로터리 기관에 설치된 밀봉판, 피스톤형 밀봉부 및 C형 밀봉부를 보여주고, B~D는 각각 피스톤형 밀봉부와 C형 밀봉부와 밀봉판을 자세히 보여준다. 도 23은 (격벽을 대체하는) C형 밀봉부나 밀봉판을 사용할 수 있는 상사점의 피스톤을 보여준다. 밀봉판은 실린더 하우징의 직경부를 밀봉한다. 도 31(A)처럼, 밀봉판은 피스톤 하부의 피스톤패들의 양쪽에 있을 수 있다.

Claims

동력 행정이 180°이거나 일방향이고;
중심축을 중심으로 시계방향이나 반시계방향으로 왕복운동하도록 제1 및 제2 피스톤이 설치되어 로터리 1행정 기관을 형성하거나, 중심의 공통 축이나 외부 로드들 중의 하나에 의해 제1 피스톤이 제2 피스톤에 묶여 실린더 하우징 내부에서 선형 왕복운동을 하고;
실린더 하우징은 제1 내지 제4 챔버들을 갖고, 각각의 챔버는 피스톤이 챔버를 가릴 때의 압축상태와 피스톤이 챔버를 가리지 않을 때의 팽창상태를 가질 수 있으며, 상기 동력 행정내에서 제1 및 제2 팽창된 챔버들은 배기와 압축 기능들 중의 하나를 수행하고 제3 및 제4 압축된 챔버들은 흡기와 점화 기능들 중의 하나를 수행하며, 제1 피스톤과 제2 피스톤이 실린더 하우징 내에서 같이 움직이면서 왕복운동을 하고, 4개의 챔버들이 4행정 사이클의 4개 동력 행정들 각각의 흡기, 배기, 점화 및 압축을 수행하는 것을 특징으로 하는 왕복 로터리/선형 내연기관.
제1항에 있어서, 반복되는 기관 사이클의 4 행정 각각 동안에 상기 4개의 챔버들이 흡기, 압축, 점화/연소 및 배기 기능들을 각각 수행하고, 이런 4개의 챔버가 제1 피스톤의 챔버 A와 B 및 제2 피스톤의 챔버 C와 D이며, 첫번째 동력 행정중에 배기 챔버 B와 압축 챔버 D는 팽창되고 흡기 챔버 A와 점화 챔버 C는 압축되며; 두번째 동력 행정중에 압축 챔버 A와 배기 챔버 C는 팽창되고 흡기 챔버 B와 점화 챔버 D는 압축되고; 세번째 동력 행정중에 압축 챔버 B와 배기 챔버 D는 팽창되고 점화 챔버 A와 흡기 챔버 C는 압축되며; 네번째 동력 행정중에 배기 챔버 A와 압축챔버 C는 팽창되고 점화 챔버 B와 흡기 챔버 D는 압축되어 로터리/선형 1행정 기관의 1 사이클을 완성하는 것을 특징으로 하는 왕복 로터리/선형 내연기관.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기관이 선형 구조이고, 제1 및 제2 피스톤들은 중심의 공통 축과 외부 로드들 중의 하나에 의해 연결된 더블헤드 피스톤이며, 실린더 하우징은 중심판에 의해 2개로 분리되고, 중심의 공통 축과 외부 로드들 중의 하나가 출력축 회전을 위해 크랭크축에 연결되는 것을 특징으로 하는 왕복 로터리/선형 내연기관.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기관이 로터리 구조이고, 제1 및 제2 피스톤들은 중심축을 둘러싼 중심 원형 단면 피스톤의 양쪽에 있고 서로 연결되며, 실린더 하우징은 단면이 원형이고 제1 및 제2 대향 격벽들을 갖고, 이들 격벽은 제1 및 제2 로터리 피스톤들의 운동을 시계방향과 반시계방향 왕복운동으로 제한하는 것을 특징으로 하는 왕복 로터리/선형 내연기관.
제3항에 있어서, 상기 선형 구조의 기관이 OPOC(opposed piston, opposed cylinder) 구조이고, 실린더 하우징이 제2 외부 하우징을 가지며, 중심의 공통 축은 제1 및 제2 더블헤드 피스톤들에 연결되거나 일체이고 제2 외부 하우징을 통해 뻗으며, 실린더 하우징이 외부 로드들에 의해 중심판에 연결되고, 중심의 공통 축과 외부 로드들 각자 크랭크축을 통해 출력축에 연결되는 것을 특징으로 하는 왕복 로터리/선형 내연기관.
제3항에 있어서, 상기 선형 구조의 기관이 OPOC 구조이고, 실린더 하우징 안에 5개의 피스톤이 있는데, 그 중 제1 및 제2 피스톤들은 더블헤드 피스톤으로 중심의 공통 축에 연결되거나 일체이고, 제3 및 제5 피스톤들은 싱글헤드 피스톤이며 외부 로드들에 의해 서로 연결되어 동시에 운동하며, 제4 피스톤은 더블헤드 피스톤이고, 제1 및 제2 피스톤들은 제3 내지 제5 피스톤들에 대해 왕복운동하며, 중심의 공통 축과 외부 로드들이 각각 크랭크축에 연결되어 출력축을 회전시키는 것을 특징으로 하는 왕복 로터리/선형 내연기관.
제4항에 있어서, 상기 로터리 구조가 로터리 OPOP 구조이고, 제1 및 제2 피스톤들은 중심축을 둘러싼 중심 원형 단면부의 양쪽에 있고 서로 연결되며, 제3 및제4 로터리 피스톤들이 실린더 하우징에 연결되거나 일체이고, 실린더 하우징이 외부 하우징 안에서 제1 및 제2 피스톤과 반대 방향으로 회전 왕복운동을 하는 것을 특징으로 하는 왕복 로터리/선형 내연기관.
제3항에 있어서, 중심의 공통 축이 크랭크기어 축베어링에 연결 축에 커넥터를 통해 연결되고, 크랭크기어 축베어링은 단면이 원형이고 출력축에 연결되는 것을 특징으로 하는 왕복 로터리/선형 내연기관.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기관이 사각형 하우징 내부에서 제1 및 제2 피스톤들이 중심의 공통 축에 의해 서로 연결되어 있는 병렬 선형 구조이고, 제1 및 제2 피스톤들은 제3 및 제4 피스톤들에 나란하며, 제3 및 제4 피스톤들이 제3 팽창 챔버와 제4 압축 챔버를 가질 때 제1 및 제2 피스톤들은 제1 팽창 챔버와 제2 압축 챔버를 갖고, 출력축이 시계방향과 반시계방향으로 왕복운동하는 것을 특징으로 하는 왕복 로터리/선형 내연기관.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기관이 로터리 구조이고 실린더 하우징 내의 제1 및 제2 피스톤들 가지며 A 내지 D의 챔버들을 형성하고, 제1 및 제2 피스톤들은 첫번째 동력 행정에서 팽창된 챔버 A와 C 및 압축된 챔버 B와 D를 형성하는 한편 두번째 동력 행정에서는 압축된 챔버 A와 C 및 팽창된 챔버 B와 D를 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복 로터리/선형 내연기관.
제10항에 있어서, 제1 및 제2 스프래그, 제1 및 제2 출력기어, 좌우측 선기어, 아이들기어 및 스프래그 기어가 중심축에 달려있고, 스프래그 기어는 제1 및 제2 스프래그들과 출력부 사이에 결합되어 중심축의 왕복 회전운동으로부터 일방향 출력을 제공하는 것을 특징으로 하는 왕복 로터리/선형 내연기관.
제1항 또는 제2항에 있어서, 출력축의 일방향 운동을 제공하는 적어도 하나의 스프래그를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복 로터리/선형 내연기관.
제1항 또는 제2항에 있어서, 왕복 입력운동으로부터 출력축의 일방향 회전운동을 제공하는 드라이버와 기어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복 로터리/선형 내연기관.
제1항 또는 제2항에 있어서, 출력축의 일방향 운동을 위한 크랭크축을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복 로터리/선형 내연기관.
제3항에 있어서, 실린더 하우징의 제1 및 제2 더블헤드 피스톤들의 제1 내지 제4 챔버들 각각의 단부에 점화점이 위치하는 것을 특징으로 하는 왕복 로터리/선형 내연기관.
제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 및 제2 피스톤들이 서로 나란하고 제3 및 제2 피스톤들이 서로 나란하면서 제1 내지 제4 기어들을 둘러싸고, 제3 및 제4 피스톤들은 정사각형 단면의 하우징 안에 위치하며, 제1 내지 제4 피스톤들이 챔버 A 내지 D를 형성하는데, 챔버 B와 D가 압축될 때 챔버 A와 C가 팽창되고, 제1 내지 제4 피스톤들이 제1 내지 제4 기어들에 각각 결합되어 왕복운동 출력을 제공하는 것을 특징으로 하는 왕복 로터리/선형 내연기관.
제10항에 있어서, 피스톤 운동을 제한하는 대향 밀봉판, 실린더 하우징 내부에 설치되는 C형 밀봉부, 및 C형 밀봉부 반대쪽의 피스톤형 밀봉부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복 로터리/선형 내연기관.
제10항에 있어서, 서로 시계방향과 반시계방향으로 움직이는 한쌍의 제1 및 제2 피스톤들 각각이 180°동력 행정을 갖고, 왕복운동하는 대향 피스톤들 옆에 챔버들이 형성되는 것을 특징으로 하는 왕복 로터리/선형 내연기관.
제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 및 제2 피스톤들에 연결된 왕복운동 입력축에 대해 출력축의 일방향 회전을 하도록 제어되는 트랜스기어인 출력축을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복 로터리/선형 내연기관.
제19항에 있어서, 트랜스기어 제어가 왕복 입력축에 연결되거나 일체인 좌측 선기어에 의해 이루어지고, 왕복 입력축은 출력측에서 우측 선기어로 둘러싸이며, 좌우측 선기어들이 관련 아이들기어를 갖는 것을 특징으로 하는 왕복 로터리/선형 내연기관.
제1항 또는 제2항에 있어서, 서로 맞물리는 제1 및 제2 기어들을 갖춘 출력제어 어셈블리를 더 포함하고, 제2 기어는 왕복 입력축으로부터 일방향 출력을 하기 위해 스프래그 기어를 갖춘 것을 특징으로 하는 왕복 로터리/선형 내연기관.