KR20180053296A - 자유 피스톤 엔진 - Google Patents

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샤울 약코비
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아쿠아리우스 엔진스 (에이.엠.) 리미티드
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Abstract

내연기관은 엔진 블록, 연소실을 한정하는 실린더 및 실린더 내의 피스톤을 포함할 수 있다. 피스톤은 실린더의 일단부로부터 대향단부 제1 행정으로 이동할 수 있으며, 피스톤이 가스 팽창 압력하에서 이동하는 동안 제1 행정의 팽창 행정 부분을 가능하게 하고, 팽창 행정 부분을 따르는 제1 행정의 나머지 동안 제1 행정의 운동량 행정 부분을 가능하게 한다. 피스톤로드 부분은 피스톤에 연결되고, 연소실 내의 위치로부터 실린더의 외부영역까지 연장될 수 있다. 피스톤로드 부분의 리세스는 상기 피스톤이 운동량 행정 부분에 있는 경우에 연소실과 실린더 외부영역 사이에서 가스 유동을 연속적으로 전달하도록 통로를 형성할 수 있다.

Description

자유 피스톤 엔진
관련출원
본 출원은 "Free Piston Engine"라는 발명의 명칭으로 2015년 7월 15일자로 출원된 미합중국 임시 특허출원 제62/192,575호의 우선권을 주장하며, 이의 내용은 그 전체가 여기에 참고문헌으로서 포함된다.
기술 분야
본 발명은 내연기관 분야에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자유 피스톤을 갖는 내연기관 분야에 관한 것이다.
내연기관이 알려져 있다. 피스톤 엔진의 가장 일반적인 유형은 2행정 엔진과 4행정 엔진이다. 이러한 유형의 엔진은 비교적 많은 수의 부품들을 포함하며, 적절한 기능을 위한 윤활 시스템, 냉각 시스템, 흡기 및 배기 밸브 제어시스템 등과 같은 많은 보조 시스템을 필요로 한다.
일부 실시 예들은 내연기관을 포함할 수 있다. 내연기관은 엔진 블록, 엔진 블록 내에 적어도 하나의 연소실을 한정하는 실린더 및 상기 실린더 내의 피스톤을 포함할 수 있다. 양면 피스톤(double-faced piston)일 수 있는 피스톤은 실린더의 일단부에서 실린더의 대향하는 단부로 제1 행정으로 이동하도록 구성될 수 있으며, 피스톤이 가스 팽창 압력하에서 이동하는 제1 행정의 팽창 행정 부분, 및 상기 팽창 행정 부분에 후속하는 제1 행정의 나머지 동안에 제1 행정의 운동량 행정 부분을 가능하게 하도록 상기 실린더에 대하여 크기가 정해질 수 있다. 적어도 하나의 피스톤로드 부분은 피스톤에 연결될 수 있고, 적어도 하나의 연소실 내의 위치로부터 실린더 외부의 영역으로 연장될 수 있다. 적어도 하나의 리세스가 피스톤로드 부분에 형성될 수 있으며, 상기 적어도 하나의 리세스는 적어도 하나의 연소실과 실린더 외부 영역 사이에서 가스 유동을 전달하도록 구성된 통로를 형성한다. 적어도 하나의 리세스는, 피스톤이 제1 행정의 팽창 행정 부분을 따르는 제1 행정의 운동량 행정 부분에 있을 때, 적어도 하나의 리세스가 적어도 하나의 연소실과 상기 실린더의 외부 영역 사이에서 연속적으로 가스 유동을 전달하도록 구성된다.
일부 실시 예들에 있어서, 피스톤로드와 연관된 통로 또는 리세스는 적어도 하나의 연소실과 상기 실린더의 외부 영역 사이에서 가스 유동을 전달하도록 구성될 수 있다.
적어도 하나의 리세스는, 피스톤이 제1 행정의 팽창 행정 부분을 따르는 제1 행정의 운동량 행정 부분에 있을 때, 적어도 하나의 리세스가 적어도 하나의 연소실과 상기 실린더의 외부 영역 사이에서 가스 유동을 연속적으로 전달하도록 구성될 수 있다.
일부 실시 예들에 있어서, 피스톤의 제1 연소실 측상의 제1 행정의 실질적으로 전체 팽창 행정 부분은 제2 연소실과 상기 실린더의 제2 단부에 있는 흡기 매니 폴드 사이의 가스 유동과 일치한다.
일부 실시 예들에 있어서, 피스톤의 제1 연소실 측상의 제1 행정의 전체 운동량 행정 부분은 제2 연소실 내의 가스 압축과 일치한다.
일부 실시 예들에 있어서, 피스톤은 실린더의 제2 단부로부터 실린더의 제1 단부까지 제2 행정으로 이동하도록 추가 구성되고, 피스톤이 가스 팽창 압력하에서 이동하는 상기 제2 행정의 팽창 행정 부분, 및 상기 팽창 행정 부분을 따르는 제2 행정의 나머지 동안 제2 행정의 운동량 행정 부분을 가능하게 하도록 상기 실린더에 대하여 크기가 정해진다.
일부 실시 예들에 있어서, 실린더 및 양면 피스톤은 제1 행정 동안 피스톤이 이동하는 총 거리가 제1 행정의 팽창 행정 부분 동안 피스톤이 이동하는 거리보다 실질적으로 더 크도록 크기가 정해진다.
적어도 하나의 포트가 실린더의 주변 측벽에 위치될 수 있고, 상기 적어도 하나의 포트는 피스톤이 적어도 하나의 포트의 제2 연소실 측에 있을 때 제1 연소실과 실린더 외부 사이에서 가스 유동을 전달하도록 구성되고, 피스톤이 적어도 하나의 포트의 제1 연소실 측에 있을 때 제2 연소실과 실린더 외부 사이에서 가스 유동을 전달하도록 구성된다.
피스톤의 대향 측면상의 피스톤로드 부분의 통로는 양면 피스톤의 양면을 횡단하는 경로를 통해 실린더와 실린더 외부 위치 사이에서 가스가 교환되는 것을 방지하도록 구성될 수 있다.
양면 피스톤은 피스톤의 일면으로부터 피스톤의 대향면까지의 축 방향 길이를 가질 수 있는데, 이것은 제1 실린더 헤드와 제2 실린더 헤드 중 적어도 하나로부터 배출 포트까지의 거리의 1/2보다 작거나 같을 수 있다.
일부 실시 예들에 있어서, 양면 피스톤의 길이, 실린더의 길이, 배출 출구의 위치, 및 제1 및 제2 피스톤로드 부분의 각각에서의 채널 접근 개구부의 위치는, 피스톤이 제1 연소실에서 연소 단계에 있는 경우, 피스톤은 배출 출구가 제1 연소실과 연통하는 것을 차단하고 제1 피스톤로드 부분의 채널 접근 개구부가 제1 연소실의 외부에 있으며 동시에 배출 출구는 제2 연소실과 유체 연결되고 제2 채널의 접근 개구부는 제2 연소실 내에 있도록 배열된다.
본 발명의 다른 양태들은 다양한 피스톤 링 구조를 포함할 수 있다. 예를 들어, 연속적이고 갭이없는 피스톤 링은 가열될 때 피스톤 링이 피스톤의 축 방향으로 변형되도록 구성될 수 있다.
다른 양태에서, 피스톤 링은 피스톤 링의 형상이 홈의 형상과 상이하고 피스톤 링이 홈을 실질적으로 채우지 않을 수 있도록 상기 홈 내에 사행형상을 가질 수 있으며, 상기 피스톤 링은 열을 받을 때 사행형상이 변하는 재료로 구성되고, 이에 의해 피스톤 링은 홈의 테두리들 사시에서 피스톤의 축방향으로 팽창될 수 있다. 사행형상은 파형의 형태일 수 있고 파형의 피크는 홈의 마주보는 테두리들 쪽으로 교대로 연장된다.
피스톤 링은 열이 가해질 때 피스톤 링이 방사상보다는 피스톤의 축 방향으로 팽창하는 경향을 나타내도록 구성될 수 있다.
상기 설명은 일반적으로 본 발명의 단지 예시적인 양태들을 설명한다. 전술 한 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명은 단지 예시적이고 설명적인 것이며, 청구된 바와 같은 본 발명을 제한하지 않는다는 것을 이해해야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 자유 피스톤 엔진의 사시도;
도 2는 도 1의 엔진의 부분 단면도로서, 피스톤이 상기 실린더의 좌측 상사점에 위치한 상태를 나타낸 도면;
도 3은 도 1의 엔진의 부분 단면도로서, 엔진의 우측에서 가스를 압축하는 초기상태에서 피스톤이 행정의 운동량 부분에 위치하는 것을 나타낸 도면;
도 4는 도 1의 엔진의 부분 단면도로서, 도 3에 도시된 압축을 지나서 실린더의 우측에서 압축이 계속되는 상태를 나타낸 도면;
도 5는 도 1의 엔진의 부분 단면도로서, 도 4에 도시된 압축을 지나서 실린더의 우측에서 압축이 진행된 단계를 나타낸 도면;
도 6은 도 1의 엔진의 부분 단면도로서, 도 5에 도시된 압축을 지나서 실린더의 우측에서 압축이 더욱 진행된 단계를 나타낸 도면;
도 7은 도 1의 엔진의 부분 단면도로서, 피스톤이 실린더의 우측에서 상사점에 위치한 상태를 나타낸 도면;
도 8은 도 1의 엔진의 부분 단면도로서, 실린더의 좌측에서 가스를 압축하는 초기 단계에서 피스톤이 행정의 운동량 부분에 있는 상태를 나타낸 도면;
도 9는 도 1의 엔진의 부분 단면도로서, 도 8에 도시된 압축을 지나서 실린더의 좌측에서 압축이 계속적으로 이루어지는 것을 나타낸 도면;
도 10은 도 1의 엔진의 부분 단면도로서, 도 9에 도시된 압축을 지나서 실린더의 좌측에서 압축이 진행된 단계를 나타낸 도면;
도 11은 도 1의 엔진의 부분 단면도로서, 도 10에 도시된 압축을 지나서 실린더의 좌측에서 압축이 더욱 진행된 단계를 나타낸 도면;
도 12는 도 2와 유사한 도면으로서, 실린더의 좌측에서 피스톤의 상사점 위치를 나타낸 도면;
도 13은 도 1 및 도 2의 엔진과 함께 사용될 수 있는 피스톤 조립체의 사시도;
도 14는 도 13의 피스톤 조립체의 피스톤 센터 디스크의 사시도;
도 15는 도 13의 피스톤 조립체의 좌측 피스톤 디스크의 사시도;
도 16은 도 13의 피스톤 조립체의 우측 피스톤 디스크의 사시도;
도 17은 도 13의 피스톤 조립체와 함께 사용될 수 있는 피스톤 링의 사시도;
도 18은 도 17의 피스톤 링의 측면도;
도 19는 도 17의 피스톤 링의 평면도;
도 20은 도 17의 피스톤 링을 구비한 도 13의 피스톤 조립체의 사시도이다.
도 21은 도 2의 피스톤로드상에 조립된 도 20의 피스톤 조립체 및 피스톤 링의 측면도;
도 22는 상이한 입구 통로를 갖는 도 2의 피스톤로드상에 조립된 도 20의 피스톤 조립체 및 피스톤 링의 또다른 사시도; 및
도 23은 도 1의 엔진의 부분 단면 사시도이다.
본 발명은 내연기관에 관한 것이다. 본 발명은 자유 피스톤 엔진의 예를 제공하지만, 가장 넓은 의미에서의 본 발명의 양태들은 자유 피스톤 엔진에 국한되지 않는다는 것을 주목해야한다. 오히려, 상기 원리가 다른 내연기관에도 적용될 수 있다는 것이 고려된다.
본 발명에 따른 내연기관은 엔진 블록을 포함할 수 있다. 용어 "엔진 블록"은 "실린더 블록"과 동의어로 사용되며, 피스톤을 수용하는 적어도 하나의 실린더를 포함하는 일체형 구조를 포함할 수 있다. 자유 피스톤 엔진 블록의 경우, 엔진 블록은 단일 실린더를 포함하거나, 다수의 실린더를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 실린더는 엔진 블록 내에 적어도 하나의 연소실을 한정할 수 있다. 본 발명에 따른 일부 내연기관에서, 연소실은 엔진 블록 내의 실린더의 단일 측면상에 위치될 수 있다. 본 발명에 따른 다른 내연기관에서, 내연기관은 엔진 블록 내의 실린더의 각 측면에 하나씩 2개의 연소실을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 실린더 내에 피스톤을 더 포함할 수 있다. 자유 피스톤 엔진에 사용되는 본 발명의 일부 실시 예에 따르면, 피스톤은 그 반대측에 2개의 헤드를 포함할 수 있다. 본 발명의 일부 실시 예들에 있어서, 피스톤은 실린더 내에 "활주가능하게 장착된"된 것으로 간주될 수 있다. 이것은 피스톤이 실린더를 통해 실린더의 한쪽에서 다른쪽으로 미끄러지는 것을 일컫는다. 본 발명은 피스톤의 예를 설명하지만, 본 발명의 가장 넓은 의미는 특정 피스톤 구성 또는 구조로 제한되지 않는다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 자유 피스톤 엔진(10)의 예시적인 실시 예를 도시한다. 때때로 본 명세서에서 단순히 엔진이라 칭하는 자유 피스톤 엔진(10)은 엔진 블록(8)을 포함하는 내연기관의 일 예이다. 적어도 하나의 연소실을 형성하는 실린더(12)가 엔진 블록에 포함될 수 있으며, 중앙 종축(A)을 가질 수 있고, 실린더(12) 내에 왕복가능하게 장착된 양면 피스톤(50)을 가질 수 있다. 양면 피스톤(50)은 실린더의 제1 단부로부터 실린더(12)의 대향하는 제2 단부까지 제1 행정으로 그리고 역으로 실린더의 제2 단부로부터 실린더의 제1 단부까지 제 2 행정으로 이동하도록 구성될 수 있다. 도 2 내지 도 12는 실린더의 제1 단부로부터 실린더의 제2 단부로의 피스톤(50)의 예시적인 이동을 나타낸다. 적어도 하나의 피스톤로드 부분은 피스톤로드에 연결될 수 있고, 적어도 하나의 연소실 내의 위치로부터 실린더 외부의 영역으로 연장될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어 피스톤로드 부분은 피스톤으로부터 연장되는 로드 또는 샤프트의 임의의 부분을 포함한다. 일부 실시 예들에 있어서, 피스톤로드 부분은 피스톤을 통해 전체적으로 통과하는 통합 구조의 일부일 수 있다. 다른 실시 예에서, 피스톤로드 부분은 단지 피스톤의 한면으로부터 연장되는 피스톤로드의 부분일 수 있다.
예로서, 도 3에서, 피스톤로드 부분(42)은 피스톤(50)의 일면에 연결될 수 있고, 적어도 하나의 연소실 내의 위치로부터 실린더 외부의 영역(45)까지 연장될 수 있다. 마찬가지로, 제2 피스톤로드 부분(43)은 양면 피스톤(50)의 대향면으로부터 실린더(12) 외부의 다른 영역(47)까지 연장될 수 있다. 피스톤로드 부분(42,43)은 서로 일체화되거나, 또는 각각 피스톤(50)의 대향 측면으로부터 연장되는 완전히 별개의 구조물이 될 수 있다.
실린더에 대한 외부 영역(예를 들어, 영역 45 및 47)은 실린더 외부의 하나 이상의 가스 공급원으로부터 실린더의 대향 단부에서 각각의 연소실에 연소 가스를 공급하도록 구성된 입구 매니 폴드, 또는 상기 연소실로부터 연소 가스를 수용하고 상기 후처리를 위해 상기 연소 가스를 상기 실린더로부터 배기하도록 구성된 배기 매니 폴드를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 예를 들어, 피스톤로드 부분의 통로는 연소가스를 실린더 외부의 위치로부터 연소실로 도입하도록 구성된다. 일 실시 예에서, 실린더 외부의 영역(45 및 47)은 그 영역이 실린더 헤드와 직접 접촉하는지의 여부에 관계없이 실린더(12)로부터 실린더 헤드(14)의 대향 측면상의 임의의 영역을 단순히 언급할 수 있다. 실린더의 단부보다는 매니폴드 또는 실린더 옆에 위치한 다른 공급원으로부터 가스를 도입하기 위해 포트가 제공될 수 있다는 것이 고려된다. 따라서, 일반적인 의미에서, 실린더 외부의 위치는 실린더의 단부들중 어느 하나, 실린더와 나란히 또는 이들의 조합일 수 있다.
본 발명의 실시 예들에 따르면, 각각의 피스톤로드 부분은 적어도 하나의 연소실과 실린더 외부의 영역 사이에서 가스 유동을 전달하도록 구성된 통로를 형성하는 적어도 하나의 리세스를 포함할 수 있다. 본원에서 사용되는 "리세스 (recess)"라는 용어는 가스 유동을 전달할 수 있는 임의의 구조 또는 공극에 의해 한정될 수 있다. 예를 들어, 피스톤로드 부분의 적어도 일부분을 완전히 또는 부분적으로 포함하는 채널 또는 도관을 포함할 수 있다. 또는, 리세스는 피스톤로드 부의 적어도 일부에 하나 이상의 노출된 홈 또는 다른 절개부를 포함할 수 있다.
예를 들어, 본 발명에 따른 엔진의 일부 예시적인 실시 예에서, 피스톤로드 부분 내의 통로를 형성하는 하나 이상의 리세스는 피스톤로드 부분(42, 43)을 적어도 부분적으로 중공으로 만들 수 있다. 일부 변형 예에서, 통로는 피스톤로드 부분의 외주를 따라 형성된 홈이나 홈들을 포함할 수 있다. 감소된 직경의 그러한 영역(들)은 가스가 유동할 수 있는 하나 이상의 간격들을 제공할 수 있다. 이와는 달리, 통로를 형성하는 하나 이상의 리세스는 피스톤로드 부분의 내부로 연장되는 채널을 포함할 수 있다. 또 다른 대안으로서, 리세스는 일부 영역에서는 피스톤로드부를 중공으로 만들고 다른 영역에서는 부분적으로 중공(예를 들어, 외부 홈, 슬롯 등을 통해)으로 만들 수 있다. 피스톤로드 부분의 통로와 유체 소통하는 적어도 하나의 포트가 각각의 피스톤로드에 형성되어, 가스가 포트를 통해 통로로 진입 및/또는 출구로부터 배출되는 것을 허용할 수 있다.
도 22를 참조하여 예로서, 각각의 피스톤로드 부분(42, 43)은 각각 리세스 (53, 55)(예를 들어, 피스톤로드 부분(42, 43)의 중공의 내부)를 포함하는데, 이것은 연소실(49, 51)(각각 도 5 및 도 10 참조)과 실린더(12) 외부의 각각의 영역 (45 및 47) 사이의 가스 유동을 전달하도록 구성된 통로 또는 채널을 형성한다. 중공의 영역은 예를 들어 피스톤 로드 부분의 코어를 통과하는 보어가 될 수 있다.
도 5에 도시 된 바와 같이, 제1 연소실이 피스톤(50)의 면과 실린더(12)의 제1 헤드(14) 사이의 영역(49)에 한정될 수 있다. 유사하게, 도 10에 도시 된 바와 같이, 제 2 연소실(51)은 피스톤(50)의 대향하는 면과 실린더(12)의 대향하는 헤드(15) 사이에 한정될 수 있다. 물론, 각각의 연소실은 피스톤의 각 측면 상에 연소된 체적을 필수적으로 포함하는 가변 영역인 것으로 이해되어야하며, 상기 가변 영역은 상기 피스톤이 상기 실린더의 일단부로부터 상기 실린더의 대향 단부로 이동함에 따라서 압축된다.
도 22에 도시 된 바와 같이, 통로 또는 리세스(53, 55)는 단지 예시적인 것이다. 예를 들어, 도시된 바와 같이, 리세스는 포트(44)를 지나쳐서 연장되어 피스톤(50)에 도달하기 전에 종료된다. 다수의 다른 구성들이 본 발명 내에서 고려된다. 예를 들어, 리세스(53, 55)는 피스톤을 향하여 더 멀리 연장될 수 있거나, 피스톤의 한면을 가로지를 수 있다. 바람직한 실시 예에서, 통로(53, 55)는 서로 유체 연통하지 않는다.
도면에 도시된 예시적인 일 실시 예에서, 두 그룹, 즉 피스톤(50)에 가장 가까운 내부 그룹(46) 및 내부 그룹(46)에 대하여 먼쪽에 있는 외부 그룹(48)으로 배열될 수 있는 하나 이상의 포트(44)로 배열될 수 있다. 포트들(44)은 리세스(53 및 55)를 통해 실린더 내로 가스를 운반하기 위한 입구로서의 역할을 하도록 구성될 수 있다. 두 그룹의 입구 포트 대신에, 단지 하나의 그룹의 입구 포트(44)가 사용될 수 있거나, 피스톤로드 부분(42)을 따라 이격된 두 그룹 이상의 입구 포트(44)가 사용될 수 있다. 또한, 입구 포트는 리세스(53, 55)에 의해 한정되는 피스톤로드 내의 채널로부터 가스를 운반하기에 충분한 개구부가 있는 한, 반드시 그룹으로 배열될 필요는 없다.
본 발명의 일부 실시 예에 따르면, 피스톤로드 부분의 제1 통로 및 제2 통로는 피스톤의 제1면과 제2 면을 가로지르는 경로를 통해 실린더와 실린더 외부 위치 사이에서 가스가 교환되는 것을 방지하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 양면 피스톤(50)의 대향면으로부터 연장되는 한쌍의 피스톤로드 부분(42, 43)은 일체로 형성 될 수 있거나, 양면 피스톤을 통해 서로 간접적으로 연결될 수 있다. 그러나, 피스톤로드 사이에는 상호 연결 흐름 통로가 제공될 수 없다. 이러한 구조에서, 양면 피스톤(50)의 제1 면과 제2 면을 가로지르는 실린더와 실린더 외부 위치 사이에서 가스 유동의 전달이 일어날 수 없다. 따라서, 각 피스톤로드 부분에서 리세스 및/또는 통로는 서로 분리될 수 있고 상이한 피스톤로드 부분을 통해 연장될 수 있다.
엔진 블록의 각 측면상의 실린더 헤드가 흡기 매니 폴드를 포함한다면(예를 들어, 흡기 매니 폴드에 연결되거나 또는 일체로 형성되는 경우), 제1 피스톤로드 부분의 통로는 제1 연소실과 상기 실린더의 제1 단부에서 흡기 매니 홀드 사이의 가스 유동을 전달하도록 구성될 수 있고, 제2 피스톤로드 부분의 통로는 제2 연소실과 상기 실린더의 제2 단부에서 가스 유동을 전달하도록 구성될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 도 10을 참조하면, 흡기 매니 폴드(26)의 연소 가스 입구 챔버 (32)로부터 배출되는 가스는 포트(46 및 48)가 실린더 헤드(14)를 브릿지함에 따라 연소실로 진입할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 실린더는 양단부에서 폐쇄될 수 있다. 예를 들어, 엔진(10)의 실린더(12)는 다수의 볼트(16)에 의해 실린더(12)에 연결될 수 있는 실린더 헤드(14 및 IS)에 의해 그 양단부가 폐쇄될 수 있다. 여기에서 사용된 바와 같이, 용어 "폐쇄된"은 완벽한 폐쇄를 요구하지는 않는다. 예를 들어, 실린더 헤드가 피스톤로드 부분(42, 43)이 통과하는 개구부를 가질 수 있음에도 불구하고, 실린더 헤드는 본 발명의 의미 내에서 여전히 "폐쇄"된 것으로 간주된다.
실린더(12)의 주변부에는 냉각 핀(24)이 제공될 수 있다. 엔진(10)의 다른 구성은 실린더 벽 내부에 형성된 수로 또는 수냉을 위해 실린더 벽의 적어도 일부에 제공된 jacketing 및 실린더의 유체 냉각을 용이하게 하기 위해 실린더 주변 벽의 외부를 따라 위치되는 냉각 핀 또는 다른 전도성 및/또는 대류성 열 전달 향상 특징의 다른 구성을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 예시적인 실시 예에 따르면, 제1 단부와 제2 단부 사이의 실린더의 원주 벽은 적어도 하나의 배출 포트를 포함할 수 있다. 단지 예로서, 실린더(12)는 실린더의 제1 단부와 제2 단부 사이에서 실린더(12)의 원주 측벽을 형성한다. 도 2 내지 도 12에 도시된 예시적인 실시 예에서, 다수의 분배된 배출 포트(18)가 실린더의 대향 단부들 사이에서 실린더(12)의 대략 중간 지점에서 실린더의 원주 둘레로 이격될 수 있다. 배출 포트(18)는 실린더로부터 가스를 배기시키는 기능을 달성하기 위해 임의의 적합한 크기, 형상 및 분포일 수 있다. 하나 이상의 배출 포트는 예를 들어 도면에 도시된 바와 같이 실린더 주변 벽의 축 방향 중앙 영역에 위치될 수 있다. 비록 도면에 도시된 예시적인 실시 예가 배출 포트(18)가 실린더의 대향 단부들 사이의 중간에 위치된 상태로 대칭 적으로 구성되었지만, 대안적인 실시 예는 실린더 헤드(14) 사이의 정확한 중간 지점과는 다른 위치들에서 실린더 주위 벽과 교차하는 하나 이상의 반경 방향 평면에서 배출 포트를 위치시킬 수 있다.
본 발명의 일부 예시적인 실시 예에 따르면, 적어도 하나의 포트는 피스톤이 적어도 하나의 포트의 제2 연소실 측에 있을 때 제1 연소실과 실린더 외부 사이에서 가스 유동을 전달하도록 구성될 수 있으며, 상기 피스톤이 상기 적어도 하나의 포트의 제1 연소실 측 상에 있을 때 상기 제 2 연소실과 상기 실린더 외부 사이에서 가스 유동을 전달하도록 구성된다. 단지 예시로서, 이는 도 8에 도시 된 바와 같이, 피스톤(50)이 포트(18)의 우측에 위치하여 연소실로부터 피스톤(50)의 좌측으로 포트(18)를 통한 가스 유동의 운반을 가능하게 한다. 포트(18)는 연소실의 "외부" 위치로 가스 유동을 가능하게 한다. 외부 위치는 도시된 바와 같이 실린더의 측면에 있을 수 있거나, 엔진과 연관된 도관(도시되지 않음)은 가스를 다른 위치로 전달할 수 있다.
입구 매니 폴드(26)는 실린더(12)의 대향 단부에서 각각의 실린더 헤드(14, IS)에 연결되거나 일체로 형성될 수 있다. 입구 매니 폴드(26)는 종축(A)과 축 방향으로 정렬된 피스톤로드 개구부(28), 및 입구 매니 폴드의 말단부에 또는 입구 매니 폴드의 외주를 따라 임의의 위치에 위치될 수 있는 하나 이상의 입구 개구부(30)를 포함할 수 있다. 입구 매니 폴드(26)의 하나 이상의 입구 개구부(30)는 입구 가스를 종축(A)을 가로지르는 입구 매니 폴드 내로 지향시키도록 구성될 수 있다. 입구 매니 폴드(26)의 내부 공간은 입구 챔버(32)를 한정할 수 있다. 도 1 내지 도 12에 도시된 예시적인 실시예의 입구 매니 폴드가 원통형상을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 대안적인 실시 예들은 다른 형상의 프로파일 또는 단면을 갖는 하나 이상의 입구 매니 폴드를 제공할 수 있거나 또는 실린더(12)의 각 단부에서 각각의 실린더 헤드 내에 한정된 하나 이상의 내부 통로로서 실린더 헤드(14, IS) 내에 적어도 부분적으로 입구 매니 폴드를 통합할 수 있다.
각각의 실린더 헤드(14, 15)는 실린더(12)의 각 단부에서 연소실과 대면하는 관계로 실린더(12)의 각 단부에서 각각의 실린더 헤드의 방화 데크의 화염면에 또는 그에 인접하여 형성된 환형 또는 환상형 리세스(36) 내로 개방되는 하나 이상의 분사기(34)를 더 포함할 수 있다. 환상형 리세스(36)는 연소실 내에서 가스의 보다 완전한 연소를 촉진시키기 위해서 분사기(34)에 의해 분사된 연료 가스에 소용돌이 유동을 부여할 수 있다. 또한, 실린더 헤드(14, 15)는 하나 이상의 점화 플러그(38)를 수용하고 장착하기 위한 하나 이상의 공동, 및 피스톤 로드 부분(42,43)을 정렬, 지지, 안내 및 (전용 밀봉에 의해) 밀봉하기 위한 부싱(40)을 포함할 수 있으며, 이때 상기 피스톤 로드 부분은 상기 부싱에 의해서 지지되고, 상기 피스톤 로드 부분(42,43)은 실린더(12)의 대향하는 단부에서 각각의 실린더 헤드(14,15)를 통과한다. 이것은 피스톤로드 부분이 양면 피스톤의 면으로부터 연소실을 통해 어떻게 연장될 수 있는지의 일례이다. 피스톤로드가 실린더의 단부에서 연장할 수 있는 임의의 틈새의 특정 세부 사항과 관계없이, 실린더의 적어도 단부로 연장되는 피스톤로드는 본 발명의 의미내에서 연소실을 통해 연장된다.
본 발명의 실시예들과 일치하는 양면 피스톤은 실린더의 제1 단부로부터 실린더의 대향하는 제2 단부로 제1 행정으로 이동하고 그리고 실린더의 제2 단부로부터 제1 단부로 다시 제2 행정으로 이동하도록 구성될 수 있다. 이러한 길이의 이동이 도 2 내지 도 7에 예로서 도시되어 있는데, 도 2는 제1 행정의 끝을 나타내고 도 7은 제2 행정의 끝을 나타내며 도 3∼6은 예시적인 중간 위치를 나타낸다.
본 발명의 다양한 예시적인 실시 예에 따르면, 피스톤이 가스 팽창 압력 하에서 이동하는 각각의 행정의 팽창 행정 부분 및 상기 팽창 행정 부분에 후속하는 행정의 나머지에 대하여 각각의 행정의 운동량 행정 부분을 가능하게 하도록 피스톤은 실린더에 대해 크기가 결정될 수 있다. 피스톤의 제1 및 제2 행정 각각의 팽창 행정 부분은 피스톤이 연소 팽창 압력하에서 직접 이동할 때의 이동 부분이다. 예를 들어, 행정의 팽창 부분은 실린더의 각 단부에서의 피스톤의 상사점(TDC) 위치로부터 연소가스의 점화가 일어난 연소챔버와 실린더의 외부 사이에서 연소가스가 교환될 수 있는 지점으로의 부분으로서 한정될 수 있다.
각 행정 동안의 피스톤의 TDC 위치에서, 실린더 헤드(14, 15)에 의해 폐쇄됨으로써 양면 피스톤의 각각의 대향면과 실린더의 각각의 단부 사이에 간극 용적이 남게 된다. 피스톤이 TDC에 도달하기 전에 연소실로 도입된 연소 가스는 피스톤 면과 실린더 헤드의 방화 갑판 사이에서 피스톤 측면에 남아있는 간극 용적으로 압축된다. 일반적으로 연료/공기 혼합물을 포함하는 압축 가스는 스파크 또는 연소 가스의 압축으로부터 적어도 부분적으로 기인하는 자가 점화에 의해 점화될 수 있다. 각 행정의 팽창 행정 부분은 각 연소실의 연소로부터의 생성된 화학 에너지가 피스톤의 기계적 동력으로 변환됨에 따라 압축된 연소 가스의 점화 후에 발생한다. 피스톤의 일 측면상의 각 행정의 팽창 행정 부분과 동시에, 가스 유동은, 실린더의 중앙 주변부에 위치한 배기 매니 폴드(20) 뿐만아니라, 피스톤의 대향 측상의 연소실과 실린더의 대향 단부에서의 흡기 매니 폴드 사이에서 실질적으로 전체 팽창 행정 부분에 대해 발생할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 실린더의 좌측 단부에서 우측 단부로의 행정의 팽창 행정 부분의 시작 시, 가스 유동은 피스톤의 우측상의 연소실과 실린더의 우측상의 입구 매니폴드 사이에서, 그리고 피스톤의 우측상의 연소실과 출구 매니폴드 사이에서 배기구(18)를 통해 일어날 수 있다. 피스톤의 우측상의 연소실과 배기 가스 매니 폴드 사이의 가스의 전달은 피스톤의 우측면이 중앙에 위치한 배기 밸브로서 작용하고 우측 연소실과 배기 매니폴드 사이에서 전달을 차단하는 배출 포트 (18)를 지나 이동할 때까지 계속될 수 있다. 또한, 피스톤(50)이 배출 포트(18)를 폐쇄하기 전에, 피스톤의 우측면에 가장 가까운 입구 포트(44)는 우측 연소실의 외부로 이동하여, 우측 입구 매니 폴드 (26)와 우측 연소실 사이에서 우측 피스톤로드 부분(42)을 통한 가스 전달을 페쇄한다.
일부 실시 예에 따르면, 제1 및 제2 피스톤로드 부분의 각각에서 양면피스톤의 길이, 실린더의 길이, 배출 출구의 위치 및 채널 접근 개구부의 위치는, 피스톤이 제1 연소실에서 연소 단계에 있을 때 피스톤은 배출 출구가 제1 연소실과 소통하는 것을 차단하고 제1 피스톤로드 부분의 채널 접근 개구부는 제1 연소실의 외부에 있고 동시에 배출 출구는 제2 연소실과 유체 연통하고 제2 채널의 접근 개구부는 제2 연소실 내에 위치하도록 배열될 수 있다. 이것은 다양한 대체 구조에 의해 달성될 수 있다. 단지 도면을 참조하여 예로서, 양면 피스톤(50)의 길이, 실린더(12)의 길이, 배기구(18)의 위치, 및 피스톤(50)의 대향면으로부터 연장되는 제1 및 제2 피스톤로드 부분(42, 43)의 각각에서 입구 포트(44)의 위치는, 피스톤이 피스톤의 일측상의 제1 연소실에서 연소 단계에 있을 때 배기구와 제1 연소실과의 연통을 피스톤이 차단하도록 배열될 수 있다. 피스톤의 일측부에 가장 가까운 입구 포트(44)는 제1 연소실의 외부에 유지되어, 피스톤의 일측상의 흡기 매니 폴드와 제1 연소실 사이의 가스의 전달을 방지하게 된다.
동시에, 배출 출구는 피스톤의 대향 측상의 제2 연소실과 유체 연통하고, 제2 피스톤로드 부분(43)의 입구 포트(44)는 제2 연소실 내에 위치한다. 유사하게, 피스톤이 피스톤의 대향 측상의 제2 연소실의 다른 연소 단계에 있을 때, 피스톤은 배출 출구가 제 2 연소실과 소통하는 것을 차단한다. 피스톤의 제 2 측에 가장 가까운 입구 포트 (44)는 제 2 연소실의 외부에 유지되어, 피스톤의 제 2 측의 흡기 매니 폴드와 제 2 연소실 사이의 가스의 전달을 방지한다. 동시에, 배출 출구는 피스톤의 제1 측면상의 제1 연소실과 유체 연통하며, 제1 피스톤로드 부분(42)의 유입 포트(44)는 제1 연소실 내에 위치된다.
팽창 행정 부분 다음에, 피스톤은 행정의 나머지 동안에 운동량 행정 부분에서 계속 움직일 수 있다. 각 행정의 운동량 행정 부분은 팽창 행정 부분을 따르는 행정의 나머지 부분을 포함한다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 실질적으로 피스톤의 제2 연소실 측상의 제2 행정의 전체 운동량 행정 부분은 제1 연소실 내의 가스의 압축과 일치할 수 있다. 즉, 하나의 연소실에서 행정의 팽창 부분을 따르는 운동량은 다른 연소실의 가스를 압축하는데 사용된다. 이것은 하나의 연소실에서의 팽창의 끝이 대향 연소실의 TDC 위치와 일치하지 않는 엔진 구조에 의해 가능해질 수 있다. 오히려 엔진 디자인은 행정의 확장 부분에 이어 피스톤 이동을 더 가능하게한다. 일부 실시 예들에 있어서, 행정의 운동량 부분 동안의 추가 피스톤 이동은 피스톤의 적어도 폭일 수 있다. 다른 실시 예들에서, 그것은 피스톤의 폭의 여러 배일 수 있다. 또 다른 실시 예에서, 이는 피스톤의 적어도 절반의 폭일 수 있다.
각 행정의 운동량 행정 동안에, 가스는 연소 가스의 점화가 방금 발생한 연소실과 실린더 외부 영역 사이에서 교환될 수 있다. 가스들의 교환은 피스톤에 연결되고 적어도 하나의 연소실 내의 위치로부터 실린더 외부의 영역으로 연장되는 피스톤로드 부분 내의 통로를 통해 그리고 연소실의 주변 벽에 형성된 배출 포트를 통해 발생할 수 있다. 도 2 내지 도 7을 참조하여 일례로서, 피스톤(50) 및 피스톤로드 부분(42)의 위치는 도 2에서 피스톤의 먼 좌측위치로부터 도 7에서 피스톤의 먼 우측위치로의 제1 행정 동안에 도시된다. 도 7 내지 도 12는 도 7의 피스톤의 최 우측 위치로부터도 도 12의 피스톤의 최 좌측 위치까지의 제2 행정 동안에 피스톤(50) 및 피스톤로드 부분(42)의 위치를 나타낸다. 실린더(12) 내의 피스톤의 우측 위치는 연소 가스가 압축되고 연소 단계의 시작시에 가스의 점화가 발생하는 행정에 대한 상사점(Top Dead Center; TDC)로 지칭 될 수 있다. 피스톤이 도 2의 최 좌측 위치에 있고 피스톤의 좌측면과 실린더의 좌측 단부에 있는 실린더 헤드(IS) 사이의 간극 체적 내로 압축된 연소 가스에 대해 점화가 발생하는 경우, 피스톤은 도 2 내지 도 7에 도시된 바와 같이 실린더의 좌측 단부에서 우측 단부로의 행정 동안 TDC에 있다. 유사하게, 피스톤이 도 7의 최 우측 위치에 있고 실린더의 우측 단부에 있는 실린더 헤드(14)와 피스톤의 우측면 사이의 간극 체적 내로 압축된 연소 가스에 대해 점화가 발생하는 경우, 피스톤은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 실린더의 우측 단부에서 좌측 단부로의 행정 동안 TDC에 있다.
피스톤이 실린더의 좌측 단부로부터 실린더의 우측 단부까지의 행정 동안에 TDC로부터 계속 이동함에 따라, 도 3은 피스톤이 중앙에 위치한 배출 포트(18)를 막 통과한 위치에서의 피스톤을 나타낸다. 이때, 피스톤의 좌측상의 제1 연소실은중앙에 위치한 배출 포트(18)와 유체 연통하고 연소로부터의 배기 가스는 연소실을 빠져 나가기 시작할 수 있다. 따라서, 행정의 팽창 행정 부분은 종료되고, 팽창 행정의 종료 후에 잔존하는 관성의 결과로서 운동량 행정 부분에서 피스톤은 실린더의 우측 단부를 향해 계속 이동한다.
도 3 및 도 4에 도시 된 바와 같이, 양면 피스톤(50), 피스톤의 좌측상의 제1 피스톤로드 부분(43) 및 중앙에 위치된 배출 포트(18)는, 피스톤의 좌측면에 가장 가까운 입구 포트(44) 전에 실린더의 우측 단부를 향해 실린더의 좌측 단부로부터 피스톤의 좌측상의 제1 연소실로 들어도록 피스톤이 이동함으로써, 이중면 피스톤이 중앙에 위치된 배출 포트(18)를 통과하도록 구성될 수 있다. 도 4에 도시 된 바와 같이, 피스톤(50)은 좌측 피스톤로드 부분(42)의 입구 포트(44)가 연소실과 입구 포트(44) 사이에서 가스 유동을 허용하도록 피스톤의 좌측상의 연소실에 진입할 때까지 중앙에 위치한 배출 포트(18)의 우측으로 완전히 이동한다. 다양한 구성 요소의 이러한 상대적 크기 및 간격은, 새로운 예비 압축 공기 또는 다른 연소 가스가 피스톤의 좌측상에서 피스톤 로드부분(43)을 통해 제1 연소실로 도입되기 전에 제1 연소실에서 생성된 배기 가스가 중앙에 위치한 배출 포트(18)를 빠져나가기 시작할 수 있게 한다. 다양한 다른 실시 예에서, 양면 피스톤의 대향면에 대한 피스톤로드 부분(42, 43)을 통한 입구 포트의 정확한 배치는, 피스톤의 각면에 가장 가까운 입구 포트가 피스톤의 면이 중심에 위치한 배출 포트의 근처 테두리를 통과한 직후에 피스톤의 동일 측에 있는 각각의 연소실로 들어가도록 변화될 수 있고, 이에 의해 신선한 예비 압축공기나 다른 연소가스의 도입 전에 짧은 시간에 배기 가스가 각 연소실을 빠져 나갈 수 있게 된다(도 4 및 9 참조).
도 4에 도시된 바와 같이, 실린더의 좌측 단부에서 실린더의 우측 단부까지의 행정의 운동량 행정 동안 피스톤이 중심에 위치된 배출 포트(18)를 통과한 직후, 피스톤의 좌측면에 가장 가까운 피스톤로드 부분(43)에서 입구 포트들(44)의 테두리들이 좌측 연소실로 들어가기 시작한다. 이때, 예비 압축가스가 피스톤로드 부분(43) 및 입구 포트(44)를 통해 좌측 연소실 내로 도입되는 결과로서, 소기 단계가 피스톤의 좌측에서 발생할 수 있다. 입구 포트(44)는 피스톤이 실린더의 좌측 단부에서 우측 단부로의 제1 행정의 운동량 행정 부분에 있을 때 가스 유동이 좌측 연소실과 실린더의 외부 영역 사이에서 연속적으로 전달될 수 있다. 도면에 도시된 예시적인 실시 예에서, 신선한 예비 압축공기는 실린더 헤드에 대향하여 위치한 흡기 매니 폴드(26)로부터 또는 실린더의 좌측 단부상의 실린더 헤드와 일체로 좌측 연소실 내로 도입될 수 있다. 동시에, 배기 가스는 유입되는 예비 압축 공기 또는 다른 가스에 의해 좌측 연소실로부터 소기될 수 있고 중앙에 위치된 배출 포트(18)로부터 강제로 배출될 수 있다.
본 발명의 일부 양태들은 피스톤이 실린더의 제1 단부로부터 제2 단부로 이동함에 따라 피스톤의 제1 측면상의 제1 행정의 팽창 행정 부분이 피스톤의 제2 측상에서 소기 단계 및 가스 부스트 단계 중 적어도 하나와 부합하도록 실린더 및 양면 피스톤의 크기가 정해지는 것이 개입될 수 있다. 우연의 일치가 제2 행정과 관련하여 발생할 수 있다. 도면을 참조하여 비 제한적인 예로서, 피스톤은 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 실린더의 우측 단부를 향해 계속 이동함에 따라, 가스 유동은 좌측 연소실과 실린더 외부 영역 사이에서 연속적으로 전달될 수 있다. 입구 매니 폴드(26)로부터 연소실로 도입된 예비 압축 공기 또는 다른 가스의 연속적인 유동은 연소실로부터의 배기 가스의 소기 및 좌측 연소실 내의 가스 압력을 상승시키는 것 뿐만아니라 실린더의 냉각을 지원할 수 있다. 유사한 일치가 도 11 및 도 12에서 제2 행정에 대해서 도시되어있다. 일부 실시 예들에 있어서, 한면의 압축과 다른면의 소기 및 가스 부스트의 일치는 정확히 일치할 수 있다. 다른 실시 예에서, 이들은 실질적으로 중첩될 수 있다.
본 발명의 몇몇 양태들은 피스톤이 실린더의 제1 단부로부터 제2 단부로 이동함에 따라 피스톤의 제1 측면상의 제1 행정의 운동량 행정 부분이 피스톤의 제2 측면상의 제 2 연소실의 압축 상과 일치하도록 실린더 및 양면 피스톤이 크기가 정해지는 것을 포함할 수 있다. 비-제한적인 예로서, 실린더의 좌측 단부에서 실린더의 우측 단부까지의 제1 행정의 운동량 행정 부분과 동시에, 피스톤이 중앙에 위치된 배출 포트(18)를 지나서 우측 단부를 향해 이동한 후에, 피스톤의 우측에 있는 가스는 피스톤의 우측에서 압축단계 동안에 압축된다. 도 7에 도시된 바와 같이 피스톤이 우측으로 끝나면, 피스톤 우측의 연소 가스는 오른쪽 연소실의 나머지 간격 용적으로 압축되고 제2 행정을 시작하도록 점화가 발생할 것이다.
도 1 내지 도 12에서 비-제한적인 예로서 가장 잘 이해되는 바와 같이, 실린더의 좌측 단부로부터 실린더의 우측 단부까지의 제1 행정 동안 또는 실린더의 우측 단부로부터 실린더의 좌측 단부까지의 제2 행정 동안에 피스톤이 이동하는 총 거리가 어느 한 행정의 팽창 행정 부분 동안 피스톤(50)이 이동하는 거리보다 실질적으로 더 클 수 있도록 실린더(12) 및 양면 피스톤(50)의 크기가 정해질 수 있다. 일부 예시적인 실시 예에서, 실린더의 일 단부에서 실린더의 대향 단부까지 각각의 행정 동안 피스톤이 이동하는 총 거리가 적어도 일면으로부터 대향면까지의 피스톤의 길이만큼 행정의 팽창 행정부분 동안에 피스톤이 이동하는 거리를 초과할 수 있도록 실린더 및 양면 피스톤의 크기가 정해질 수 있다. 다른 예시적인 실시 예에서, 실린더 및 양면 피스톤은, 각각의 행정에서 피스톤이 이동하는 총 거리가 피스톤의 일 측면상에서 가스를 압축하는 동안 피스톤에 의해 이동된 거리를 적어도 피스톤의 길이 이상으로 초과하도록 크기가 정해질 수 있다. 도면에 도시 된 예시적인 실시 예에서 일면으로부터 대향면까지의 피스톤 (50)의 길이는 실린더 헤드들(14)중 적어도 하나로부터 중앙에 위치된 배출 포트 (18)까지의 거리의 1/2보다 작을 수 있다. 피스톤과 실린더의 이러한 구성 및 상대적인 크기는, 실린더의 대향 단부에서 각각의 연소가 일어난 후에 배기 가스를 소기하고 실린더를 냉각시키기 위해 신선한 예비 압축 공기 또는 다른 가스가 실린더 내로 도입 될 수 있는 동안에, 각각의 방향으로 피스톤에 대한 총 행정의 현저하게 더 긴 길이를 허용한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 실린더의 우측 단부에서 좌측 단부까지의 행정의 팽창 행정 부분의 초기에, 가스 유동은 피스톤의 좌측상의 연소실과 실린더의 좌측상의 입구 매니 폴드(26) 사이, 그리고 피스톤의 좌측상의 연소실과 배기 매니 폴드(20) 사이에서 배기구(18)를 통해 발생할 수 있다. 피스톤의 좌측면이 배기 밸브로서 작용하고 좌측 연소실과 배기 매니 폴드 사이의 연통을 차단하는 중심에 위치한 배출 포트(18)를 지나 이동할 때까지 피스톤의 좌측에 있는 연소실과 배기 매니 폴드 사이의 가스 전달이 계속될 수 있다. 또한, 피스톤(50)이 심지어 배출 포트(18)를 폐쇄하기 전에, 피스톤의 좌측면에 가장 가까운 입구 포트(44)는 좌측 연소실의 외부로 이동하여, 좌측 입구 매니 폴드(26)와 좌측 연소실 사이에서 좌측 피스톤로드 부분(43)을 통한 가스 전달을 차단하게 된다.
피스톤(50)의 대향하는 면들로부터 연장되는 제1 및 제2 피스톤로드 부분 (42, 43)의 각각에서 양면 피스톤(50)의 길이, 실린더(12)의 길이, 배기구(18)의 위치 및 입구 포트(44)의 위치는, 피스톤이 피스톤의 우측상의 제2 연소실에서 연소 단계에 있을 때 피스톤은 배출 출구가 제2 연소 챔버와 소통하는 것을 차단하도록 배열될 수 있다. 피스톤의 우측에 가장 가까운 입구 포트(44)는 제2 연소실의 외부에 유지되어, 피스톤의 우측상의 흡기 매니 폴드와 제2 연소실 사이의 가스 전달을 방지한다. 동시에, 배출 출구는 피스톤의 좌측상의 제1 연소실과 유체 연결되고, 좌측 피스톤로드 부분(43)의 입구 포트(44)는 제1 연소실 내에 위치된다.
각 행정의 운동량 행정 부분은 팽창 행정 부분을 따르는 행정의 나머지 부분을 포함한다. 각 행정의 운동량 행정 동안, 가스는 연소 가스의 점화가 방금 발생한 연소실과 실린더 외부 영역 사이에서 교환될 수 있다. 가스들의 교환은 피스톤에 연결되고 적어도 하나의 연소실 내의 위치로부터 실린더 외부의 영역으로 연장되는 피스톤로드 부분 내의 통로를 통해 그리고 실린더의 주변 벽에 형성된 배출 포트를 통해 발생할 수 있다. 도 2 내지 도 12는 도 7의 피스톤의 최 우측 위치로부터 도 12의 피스톤의 최 좌측 위치까지의 제2 행정 동안에 피스톤(50) 및 피스톤로드 부분(42)의 위치를 도시한다. 전술한 바와 같이, 실린더(12) 내의 피스톤의 좌측 및 우측의 위치는 연소 가스가 압축되고 연소단계의 초기에 가스들의 점화가 일어나는 행정에 대한 상사점(TDC)으로서 언급될 수 있다. 피스톤이 도 7의 가장 우측 위치에 있고 실린더의 우측 단부에서 실린더 헤드(14)와 피스톤의 우측면 사이의 간극 체적 내로 압축된 연소 가스에 대해 점화가 발생하는 경우, 피스톤은 도 7 내지 도 12에 도시된 바와 같이 실린더의 우측 단부에서 좌측 단부까지의 행정에 대한 TDC에 위치한다.
피스톤이 실린더의 우측 단부에서 실린더의 좌측 단부까지의 행정 동안 TDC로부터 계속 이동함에 따라, 도 8은 피스톤이 중앙에 위치한 배출 포트(18)를 막 통과한 위치에서의 피스톤을 도시한다. 이때, 피스톤의 우측상의 제2 연소실은 중앙에 위치한 배출 포트(18)와 유체 연결되고, 제2 행정의 팽창 행정 부분 동안 피스톤의 우측에서 일어나는 연소로부터의 발생한 배기 가스는 연소실을 빠져나가기 시작한다. 따라서, 제2 행정의 팽창 행정 부분이 종료되고, 팽창 행정 종료 후에 관성이 남아있는 결과로서 피스톤은 운동량 행정 부분에서 실린더의 좌측 단부쪽으로 계속 이동한다.
도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 양면 피스톤(50); 피스톤의 우측상의 제 2 피스톤로드 부분(42) 및 중앙에 위치한 배출 포트(18)는, 피스톤의 우측면에 가장 가까운 입구 포트(44)가 피스톤의 우측상의 제2 연소실로 들어가기 전에 피스톤이 실린더의 우측 단부로부터 실린더의 좌측 단부 쪽으로 이동함에 따라서 양면 피스톤이 중앙에 위치한 배출 포트(18)를 통과하도록 구성된다. 도 9에 도시된 바와 같이, 제2 연소실과 입구 포트(44) 사이의 가스 유동을 허용하도록 피스톤(50)은 우측 피스톤로드 부분(42)의 입구 포트(44)가 피스톤의 우측상의 제2 연소실에 진입할 때까지 중앙에 위치한 배출 포트(18)의 좌측으로 완전히 이동하게 된다. 이러한 다양한 구성 요소의 상대적 크기 및 간격은 신선한 예비 압축 공기 또는 다른 연소 가스가 피스톤 우측상의 피스톤로드 부분을 통해 제2 연소실로 도입되기 전에 제2 연소실에서 생성된 배기 가스가 중앙에 위치한 배출 포트(18)로부터 빠져나가기 시작할 수 있게 한다. 다양한 다른 실시 예에서, 양면 피스톤의 대향면에 대한 피스톤로드 부분(42, 43)을 통한 입구 포트의 정확한 배치는, 피스톤의 각면에 가장 가까운 입구 포트가 피스톤의 면이 중앙에 위치한 배출 포트의 근처 테두리를 통과한 직후에 피스톤의 동일 측에서 각각의 연소실을 들어가고 이에 의해 신선한 예비 압축 공기나 다른 연소가스의 도입 전에 짧은 시간에 배기 가스가 각 연소실을 빠져나갈 수 있도록 변화될 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 실린더의 우측 단부에서 실린더의 좌측 단부까지의 행정의 운동량 행정 동안 피스톤이 중앙에 위치한 배출 포트(18)를 통과한 직후, 피스톤 로드 부분(42)의 입구 포트(44)의 테두리들은 제2 연소실에 진입하기 위해 피스톤의 우측면에 가장 가깝게 위치한다. 이때, 예비 압축 가스가 피스톤로드 부분(42) 및 흡입 포트(44)를 통해 제2 연소실 내로 도입되는 결과로서 소기 단계가 피스톤의 우측에서 발생할 수 있다. 흡입 포트(44)는, 피스톤이 실린더의 우측 단부에서 좌측 단부로의 제2 행정의 운동량 행정 부분에 있을 때 가스 유동이 제2 연소실과 실린더 외부 영역 사이에서 연속적으로 전달될 수 있도록 구성된다. 도면에 도시된 예시적인 실시 예에서, 신선한 예비 압축 공기는 실린더 헤드의 반대쪽에 위치하거나 실린더의 우측 단부상의 실린더 헤드와 일체인 흡기 매니 폴드(26)로부터 2 연소실 내로 도입될 수 있다. 동시에, 배기 가스는 유입되는 예비 압축 공기 또는 다른 가스에 의해 피스톤(50)의 우측상의 제2 연소실로부터 소기될 수 있고 또는 중앙에 위치한 배출 포트(18)로부터 강제로 배출될 수 있다.
피스톤이 실린더의 좌측 단부를 향해 계속 이동함에 따라, 도 10 및도 11에 도시된 바와 같이, 가스 유동은 제2 연소실과 실린더 외부 영역 사이에서 연속적으로 전달될 수 있다. 입구 매니 폴드(26)로부터 제2 연소실 내로 도입되는 예비 압축 공기 또는 다른 가스의 연속적인 유동은 제2 연소실로부터의 배기 가스의 소기뿐만 아니라 실린더의 냉각 및 제2 연소실 내의 가스 압력의 증대를 도울 수 있다. 실린더의 우측 단부로부터 실린더의 좌측 단부까지의 제2 행정의 운동량 행정 부분과 동시에, 피스톤이 실린더의 좌측 단부를 향해 중앙에 위치한 배출 포트(18)를 지나 이동한 후에, 피스톤의 좌측에 있는 가스는 피스톤의 좌측에서 압축 단계 동안 압축된다. 그림 2와 같이 피스톤이 좌측으로 끝나면, 피스톤 좌측에 있는 연소 가스가 좌측 연소실의 나머지 간극 용적으로 압축되고, 실린더의 좌측 단부에서부터 실린더의 우측 단부까지의 다른 행정을 시작하도록 점화가 일어난다.
본 발명의 일부 실시 예에 따르면, 엔진의 다른 특정 구조에 관계없이, 실린더 및 양면 피스톤은 제1 행정 동안 피스톤이 이동하는 총 거리가 제1 행정의 팽창 행정 부분 동안에 피스톤이 이동하는 거리보다 실질적으로 크도록 크기가 정해질 수 있다. 도 7 내지 도 12를 참조한 예에 의해서, 피스톤 이동의 총 거리는 도 7에 도시된 바와 같이 엔진(10)의 우측상의 TDC로부터도 12에 도시된 바와 같이 엔진(10)의 좌측상의 TDC까지 측정될 수 있다. 이동된 총 거리는 도 7 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 피스톤(50)이 배출 포트(18) 중 적어도 하나를 통과할 때 일어나는 행정의 팽창 부분보다 실질적으로 더 크다. 본 발명의 다른 실시 예에서 팽창 행정의 종료는 기계적 밸브의 개방 또는 일부 다른 방식의 팽창 중단과 같은 다른 발생으로 표시될 수 있음이 고려된다. 팽창 행정 부분이 어떻게 끝나는 지에 관계없이, 그러한 실시 예는 이동 총 거리가 팽창 부분 단복보다 실질적으로 큰 한 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 고려된다. 비 제한적인 예로서, 총 거리는 행정의 팽창 부분과 행정의 비 팽창 부분 사이의 차이가 피스톤의 폭의 여러 배, 피스톤의 폭보다 3/4 크거나, 피스톤 복보다 절반 크거나 또는 피스톤의 폭보다 1/4 큰 인 경우에 실질적으로 더 크게 고려될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 양면 피스톤은 피스톤의 일면으로부터 피스톤의 대향면까지의 축 방향 길이가 제1 실린더 헤드와 제2 실린더 헤드중 적어도 하나로부터 배출 포트까지의 거리의 1/2 이하이다.
일부 예시적인 실시 예에서, 실린더의 일 단부에서 실린더의 대향 단부까지 각각의 행정 동안 피스톤이 이동하는 총 거리가 적어도 일면으로부터 대향면까지의 피스톤의 길이만큼 팽창 행정 동안에 이동하는 피스톤의 거리를 초과하도록 실린더 및 양면 피스톤의 크기가 정해질 수 있다. 다른 예시적인 실시 예에서, 실린더 및 양면 피스톤은, 각각의 행정에서 피스톤이 이동하는 총 거리가 피스톤의 일 측면상에서 가스의 압축 동안에 피스톤에 의해 이동된 거리를 적어도 피스톤의 길이 이상으로 초과하도록 크기가 정해질 수 있다. 도면에 도시된 예시적인 실시 예에서 일면으로부터 대향면까지의 피스톤(50)의 길이는 실린더 헤드들(14) 중 적어도 하나로부터 중앙에 위치한 배출 포트(18)까지의 거리의 1/2보다 작을 수 있다. 피스톤 및 실린더의 이러한 구성 및 상대적인 크기는 각각의 방향으로 피스톤에 대한 총 행정의 현저하게 더 긴 길이를 허용할 수 있으며, 배기 가스를 소기하고 각각의 연소가 실린더의 대향 단부에서 발생한 후에 실린더를 냉각시키기 위해서 신선한 예비 압축 공기 또는 다른 가스가 실린더 내로 도입될 수 있다.
본 발명의 일부 실시 예에 따라, 내연기관은 각각 제 1 외경을 갖는 한 쌍의 피스톤 단부 디스크를 포함하는 개별 부품의 조립체로 형성되는 피스톤을 포함할 수 있으며, 상기 중앙 디스크는 한 쌍의 피스톤 단부 디스크 사이의 열 간격이 야기되도록 구성된다. 예로서,도 13 내지 도 22에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 엔진의 다양한 실시 예는 양면 피스톤(50)을 포함할 수 있다. 피스톤(50)은 제1 직경을 갖는 원통형 제 1 피스톤 부분(56), 제1 직경의 원통형 제2 피스톤 부분(54) 및 제1 직경보다 작은 제2 직경의 원통형 제3 피스톤 부분(52)을 포함할 수 있다. 원통형의 제3 피스톤 부분(52)은 제1 피스톤 부분(56)과 제2 피스톤 부분(54) 사이에 위치 될 수 있고, 제1 피스톤 부분(56)은 조립 전에 제1 피스톤 부분 (56)이 제2 피스톤 부분으로부터 분리된다.
일부 실시 예에 따라, 중심 디스크의 경도는 단부 디스크의 경도와 상이하다. 추가적으로 또는 대안적으로, 피스톤 중심 디스크는 한 쌍의 피스톤 단부 디스크 중 하나와 일체로 형성될 수 있다.
실시 예들은 피스톤 부분을 둘러싸는 연속적이고 갭이 없는 피스톤 링을 또한 포함할 수 있으며, 피스톤 링은 가열될 때 피스톤 링이 피스톤의 축 방향으로 변형되도록 구성된다. 본 발명의 실시 예에 따라 다양한 형상의 피스톤 링이 채용될 수 있다. 이러한 형상은 웨이브 패턴 또는 대칭 또는 비대칭인 다른 사행 구조를 포함할 수 있다. 도 20에 단지 예로서 도시된 바와 같이, 연속적인 갭이 없는 피스톤 링(64)은 제3 피스톤 부분(52)을 둘러싸며, 피스톤 링(64)은 가열될 때 피스톤 링이 피스톤의 축 방향으로 변형되도록 구성된다. 제3 피스톤 부분(52)은 제1 피스톤 부분(56)과 제2 피스톤 부분(54) 사이에서 슬롯을 한정할 수 있다. 제1 피스톤 부분(56)과 제2 피스톤 부분(54) 사이에 한정된 슬롯은 피스톤 링에 의해서 완전히 채워지지 않는 열적 갭을 형성할 수 있고, 따라서 피스톤 링에 의한 열 전달을 용이하게 하여 그것의 수명을 연장시킨다. 조립 이전의 일부 실시 예들에 있어서, 제3 피스톤 부분(52)은 제1 피스톤 부분(56)과 일체형 일 수 있고 제2 피스톤 부분 (54)은 제3 피스톤 부분(52)과 일체가 아닐 수도 있다.
도 13에 도시된 바와 같이, 피스톤(50)의 외주 벽의 홈은 전술한 바와 같이 제1, 제2 및 제3 피스톤 부분의 조립체에 의해 형성될 수 있거나, 예를 들어, 3D 추가 제조공정을 사용하여 기계가공되거나 달리 제조될 수 있다. 홈은 제1 테두리 및 제1 테두리로부터 이격된 제2 테두리를 포함할 수 있다. 피스톤 링(64)(도 17 내지도 20)이 홈 내에 설치될 수 있고, 피스톤 링은 피스톤 링의 형상이 홈의 형상과 상이하고 피스톤 링은 그 홈을 실질적으로 채우지 않도록 홈 내에서 사행하는 형상을 가질 수 있다. 피스톤 링(64)은 열이 가해질 때 사행의 형상을 변화시켜 피스톤 링이 홈의 테두리들 사이에서 피스톤의 축방향으로 팽창할 수 있게 하는 재료로 구성될 수 있다. 도 17, 19 및 도 20에 가장 잘 도시 된 바와 같이, 피스톤 링(64)의 사행은 파동 형태일 수 있다. 파동의 피크는 홈의 대향하는 테두리들을 향해 연장된다. 피스톤 링(64)은 열이 가해질 때 피스톤 링이 방사상보다는 피스톤의 축방향으로 팽창하는 경향을 갖도록 구성될 수 있다.
도 17 내지 도 20에 도시된 바와 같이, 피스톤 링(64)은 기복이 있는 축 방향 단면 및 원형 방사상 단면을 가질 수 있다. 피스톤 링(64)은 축 방향으로 대향하는 면상에 다수의 지그재그형 평탄한 접합 표면부(68)를 포함할 수 있다. 평평한 접합 표면부(68)는 홈의 대향 테두리상에 교대로 위치하도록 구성될 수 있다. 피스톤(50)의 홈의 제1 및 제2 테두리 사이의 갭은 항상 실린더(12)의 내부 주변벽에 완전한 접촉을 유지하는 실질적으로 일정한 외경(70)을 갖는 피스톤 링의 반경 방향 단면을 유지하면서 피스톤 링(64)의 축방향으로 팽창 및 수축을 허용할 수 있게 한다.
도 19에서 명확히 볼 수 있는 바와 같이, 피스톤 링(64)의 평면도에서, 피스톤 링(64)은 실린더 벽(66)에 단단히 결합하기 위해 만곡된다. 일 실시 예에서, 피스톤 링(64)의 각 측면은 인접한 피스톤 부분, 즉 제1 피스톤 부분(56) 및 제2 피스톤 부분(54)에 대해 피스톤 링(64)을 접합시키기 위한 6개의 균등하게 주변에 분포된 평평한 접합 표면 부분(68)이 제공될 수 있다. 피스톤 링(64)의 일측의 접합 표면부분(68)은, 피스톤 링(64)의 일측의 각각의 접합 표면 부분(68)이 피스톤 링(64)의 다른 측면의 2개의 인접한 접합 표면 부분(68)으로부터 동일하게 이격되도록 피스톤 링(64)의 다른 측면의 인접한 표면 부분(68)에 대해 각 변위될 수 있다.
피스톤 링(64)의 측면도인 도 18에서 볼 수 있는 바와 같이, 만곡된 링 벽 (69)이 피스톤 링(64)의 양 측면의 2개의 인접한 접합 표면 부분(68) 사이에 형성 될 수 있다.
채용된 구성 및 재료에 따라, 일부 실시 예들에 있어서 피스톤 링(64)의 상기 구조는 몇 가지 장점을 가질 수 있다. 피스톤 링(64)은 종래의 피스톤 링과는 반대로 주변에서 연속적이어서, 엔진의 작동 중에 피스톤 링의 일 측면으로부터 그 반대 측면으로 압축가스의 누출에 기인하는 압축 손실을 실질적으로 제거하게 된다. 압축 손실의 감소의 결과로서, 당 업계에 공지된 바와 같이, (비록 본 발명과 일치하는 다수의 링이 본 발명과 일치하는 단일 피스톤상에 사용될 수 있지만) 2개 또는 3개의 피스톤 링보다는 단일 피스톤 링(64)이 사용될 수 있다. 피스톤 링의 수의 감소는 각각의 피스톤 링과 실린더 벽(66) 사이의 미끄럼 접촉에 의해 야기되는 마찰 손실의 현저한 감소를 초래할 수 있다. 마찰 손실의 감소는 다시 엔진(10)효율의 개선을 초래할 수 있다. 피스톤 링(64)의 양 측면상의 접합 표면부(68)는 피스톤 링(64)이 종축(A)에 실질적으로 수직인 방향으로 유지되는 것을 보장할 수 있으며, 이는 결국 링 주변 표면(70)이 실린더 벽(66)에 대하여 평행을 유지하면서 연속적으로 접촉할 수 있게 한다. 본 발명의 다양한 예시적인 실시 예에 따른 피스톤 링(64)이 작동 중에 가열되어 팽창하는 경향이 있기 때문에, 링 주위 표면(70)은 실린더 벽(66)과 완전 접촉 상태를 유지할 것이며, 실질적으로 일정한 압력을 가할 수 있다. 피스톤 링 (64)의 팽창 및 수축은 만곡된 링 벽(69)의 증가된 곡률 및 축 방향으로의 팽창을 야기할 수 있으며, 이에 의해 피스톤 링(64)의 일정한 반경 방향 프로파일을 방해하지 않고 팽창을 흡수한다.
본 발명의 다양한 예시적인 실시 예에 따른 엔진(10)은 연소를 위해 신선한 공기를 연속적으로 공급하면서 엔진으로부터 고온의 배기 가스의 거의 연속적인 소기를 용이하게 할 수 있다. 거의 지속적으로 도입된 신선한 압축 공기는 실린더 내의 온도를 감소시키고 엔진 효율과 엔진 수명을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 전술한 부분을 촉진하기 위해, 다양한 요소들의 조합이 함께 기술된다. 가장 넓은 의미에서 본 발명의 양태는 이전에 개시된 특정 조합에 한정되지 않는다는 것을 이해해야한다. 오히려, 본 발명에 부합하고, 단지 도면에 예시로 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예는 다음 중 하나 또는 그 이상을 단독으로 또는 다음 중 임의의 하나 이상과 조합하여 또는 이전에 공개된 기능과의 결합하여 포함할 수 있다:
·내연 기관.
·엔진 블록 내에 적어도 하나의 연소실을 한정하는 실린더.
·상기 실린더 내의 피스톤 - 상기 피스톤은 상기 실린더의 일단부로부터 상기 실린더의 대향단부로 제1 행정으로 이동하고 상기 피스톤은 가스 팽창 압력하에 이동하는 상기 제1 행정의 팽창 행정 부분, 및 상기 팽창 행정 부분에 후속하는 상기 제1 행정의 나머지 동안 상기 제1 행정의 운동량 행정 부분을 가능하게 하기 위해 상기 실린더에 대해 크기가 정해지도록 구성됨 -.
·상기 피스톤에 연결되고 적어도 하나의 연소실 내의 위치로부터 상기 실린더의 외부영역까지 연장되는 적어도 하나의 피스톤로드 부분.
·상기 피스톤로드 부분에 제공된 적어도 하나의 리세스 - 상기 적어도 하나의 리세스는 상기 적어도 하나의 연소실과 상기 실린더의 외부영역 사이에서 가스 유동을 전달하도록 구성된 통로를 형성함 -.
·상기 적어도 하나의 리세스는, 상기 피스톤이 상기 제1 행정의 상기 팽창 행정 부분을 따르는 상기 제1 행정의 상기 운동량 행정 부분에 있을 때, 상기 적어도 하나의 연소실과 상기 실린더의 외부영역 사이에서 가스 유동을 연속적으로 전달하도록 구성됨.
·상기 통로를 형성하는 적어도 하나의 리세스는 상기 적어도 하나의 피스톤로드 부분을 적어도 부분적으로 중공으로 만듦.
·상기 통로는 상기 적어도 하나의 피스톤로드 부분에 홈을 포함함, 내연기관.
·상기 통로는 상기 실린더 외부의 위치로부터 상기 적어도 하나의 연소실로 연소 가스를 도입하도록 구성됨.
·상기 피스톤은 양면이 있으며, 상기 적어도 하나의 피스톤로드 부분은 한쌍의 피스톤로드 부분을 포함하고, 각각의 피스톤로드 부분은 대면하는 상기 양면 피스톤으로부터 연장됨.
·상기 적어도 하나의 리세스는 상기 적어도 하나의 피스톤로드 부분의 내부로 연장되는 채널을 포함함.
·상기 한 쌍의 피스톤로드 부분은 일체로 형성됨.
·상기 한쌍의 피스톤로드 부분은 상기 양면 피스톤을 통해 서로 간접적으로 연결됨.
·상기 적어도 하나의 리세스는 각각 상이한 피스톤로드 부분을 통해 연장되는 적어도 두개의 리세스를 포함함.
·상기 적어도 하나의 피스톤로드 부분에 상기 통로와 유체 연통하는 적어도 하나의 포트를 더 포함함.
·상기 적어도 하나의 포트는 다수의 연장된 슬롯들을 포함함.
·상기 적어도 하나의 포트는 상기 피스톤로드에 다수의 구멍을 포함함.
·상기 통로는 상기 적어도 하나의 피스톤로드 부분의 외주면에 형성된 다수의 홈들을 포함함.
·상기 피스톤로드 부분의 적어도 하나의 리세스는 감소된 직경의 로드 영역을 포함함.
·상기 적어도 하나의 연소실는 상기 피스톤의 제1 단부와 상기 실린더의 제1 단부 사이에 형성된 제1 연소실, 및 상기 피스톤의 제2 단부와 상기 실린더의 제2 단부 사이에 형성된 제2 연소실을 포함함.
·상기 실린더는 실린더 헤드에 의해 각각의 대향 단부에서 폐쇄됨.
·상기 적어도 하나의 피스톤로드 부분은 상기 실린더의 상기 제1 단부에서 상기 실린더 헤드를 통해 상기 피스톤의 제1 단부로부터 연장되는 제1 피스톤로드 부분, 및 상기 실린더의 상기 제2 단부에서 상기 실린더 헤드를 통해 상기 피스톤의 상기 제2 단부로부터 연장되는 제2 피스톤로드 부분을 포함함.
·상기 실린더의 각 단부에서 상기 실린더 헤드는 흡기 매니 폴드를 포함하고, 상기 제1 피스톤로드 부분의 상기 통로는 상기 실린더의 상기 제1 단부에서 상기 제1 연소실과 상기 흡기 매니 폴드 사이에서 가스 유동을 전달하도록 구성되고, 상기 제2 피스톤로드 부분에서 상기 통로는 상기 실린더의 상기 제2 단부에서 상기 제2 연소실과 상기 흡기 매니 폴드 사이에서 가스 유동을 전달하도록 구성됨.
·상기 실린더의 상기 제1 단부 및 상기 제2 단부 사이의 상기 실린더의 주변 벽은 적어도 하나의 배출 포트를 포함함.
·상기 적어도 하나의 배출 포트는 상기 실린더의 원주 주위로 이격된 다수의 배출 포트들을 포함하고, 상기 다수의 배출 포트들은 배기 매니 폴드와 유체 연통함.
·상기 피스톤의 상기 제1 연소실측상의 상기 제1 행정의 실질적으로 전체 팽창 행정 부분은, 상기 제2 연소실과 상기 실린더의 상기 제2 단부에서 상기 흡기 매니 폴드 사이의 가스 유동과 일치함.
·상기 피스톤의 상기 제1 연소실측상의 상기 제1 행정의 실질적으로 전체 운동량 행정 부분은 상기 제2 연소실 내의 가스 압축과 일치함.
·상기 피스톤은 상기 실린더의 상기 제2 단부로부터 상기 실린더의 상기 제1 단부로 제2 행정으로 이동하고, 상기 피스톤이 가스 팽창 압력하에 이동하는 상기 제2 행정의 팽창 행정 부분을 가능하게 하기 위해 상기 실린더에 대해 크기가 정해지도록 구성되며, 상기 제2 행정의 나머지에 대한 상기 제2 행정의 운동량 행정 부분은 상기 팽창 행정 부분을 따름.
·상기 피스톤의 상기 제2 연소실측상의 상기 제2 행정의 실질적으로 전체 팽창 행정 부분은 상기 실린더의 상기 제1 단부에서 상기 제1 연소실과 상기 흡기 매니 폴드 사이의 가스 유동과 일치함.
·상기 피스톤의 상기 제2 연소실측상의 상기 제2 행정의 실질적으로 전체 운동량 행정 부분은 상기 제1 연소실 내의 가스의 압축과 일치함.
·상기 실린더 내에 활주 가능하게 장착되고 상기 실린더의 일단부로부터 상기 실린더의 대향단부로 제1 행정으로 이동하도록 구성된 이중면 피스톤으로서, 상기 양면 피스톤과 상기 실린더는, 상기 제1 연소실에서의 연소에 의한 화학 에너지가 상기 피스톤의 기계적 동력으로 변환되는 팽창 행정 부분과, 상기 피스톤이 상기 실린더의 제2 단부로 계속 이동하고 의 기계력으로 변환시키는 운동 행정 부분을 포함하고, 실린더의 제 2 단부로 계속 이동하고 가스는 제1 연소 챔버와 실린더 외부 위치 사이에서 교환되는 운동량 행정 부분을 포함하도록 구성되는 이중면 피스톤.
·상기 실린더 및 양면 피스톤은 제1 행정 동안 피스톤이 이동하는 총 거리가 제1 행정의 팽창 행정 부분 동안 피스톤이 이동하는 거리보다 실질적으로 더 크도록 크기가 정해짐.
·상기 실린더 및 상기 양면 피스톤은, 상기 제1 행정 동안 상기 피스톤이 이동하는 총 거리가 상기 제1 행정의 팽창 행정 부분 동안 상기 피스톤이 적어도 하나의 면에서 반대쪽 면으로 상기 피스톤의 길이만큼 이동하는 거리를 초과하도록 크기가 정해짐.
·상기 실린더와 상기 양면 피스톤은, 상기 피스톤이 상기 실린더의 제1 단부로부터 상기 실린더의 제2 단부까지 이동함에 따라 상기 피스톤의 제1 측면상의 상기 제1 행정의 팽창 행정 부분이 상기 피스톤의 제2 측면상의 소기 단계 및 가스 부스트 단계 중 적어도 하나와 일치하도록 크기가 정해짐.
·상기 실린더 및 상기 양면 피스톤은, 상기 피스톤이 상기 실린더의 제1 단부로부터 상기 실린더의 제2 단부까지 이동함에 따라 상기 피스톤의 제1 측면상의 상기 제1 행정의 운동량 행정 부분이 상기 피스톤의 제2 측면상의 상기 제2 연소실에서 압축단계와 일치하도록 크기가 정해짐.
·상기 양면 피스톤은 상기 실린더의 제2 단부로부터 상기 실린더의 제1 단부까지 제2 행정으로 이동하도록 구성되며, 상기 실린더 및 상기 양면 피스톤은, 제2 행정이 제2 연소실의 연소로부터 생성되는 화학적 에너지가 피스톤의 기계적 동력으로 변환되는 동안에 팽창 행정 부분, 및 피스톤이 실린더의 제1 단부로 계속해서 이동하고 가스가 제2 연소 챔버와 실린더 외부 위치 사이에서 교환되는 운동량 행정 부분을 포함하도록 크기가 정해짐.
·상기 실린더 및 상기 피스톤은 상기 제2 행정 동안에 상기 피스톤이 이동하는 총 거리가 상기 제2 행정의 상기 팽창 부분 동안 상기 피스톤이 이동하는 거리보다 실질적으로 크도록 크기가 정해짐.
·제2 행정 동안에 피스톤이 이동하는 총 거리는 제2 행정의 팽창 행정 부분 동안에 적어도 한면에서 대향면까지 피스톤이 이동하는 거리를 초과함.
·상기 피스톤이 상기 실린더의 제2 단부로부터 상기 실린더의 제1 단부까지 이동함에 따라 상기 피스톤의 제2 측면상의 상기 제2 행정의 팽창 행정 부분은 상기 피스톤의 제1 측면에서 소기 단계 및 가스 부스트 단계중 적어도 하나와 일치함.
·피스톤이 실린더의 제2 단부로부터 실린더의 제1 단부까지 이동함에 따라 피스톤의 제2 측면상의 제2 행정의 운동량 부분은 피스톤의 제1 측면상의 제1 연소실에서의 압축 단계와 일치함.
·양면 피스톤의 제1 면에 연결되고 제1 연소실 내의 위치로부터 실린더 외부의 제1 위치까지 연장되는 제1 피스톤로드 부분.
·양면 피스톤의 제2 면에 연결되고 제2 연소실 내의 위치로부터 실린더 외부의 제2 위치까지 연장되는 제2 피스톤로드 부분.
·상기 제1 피스톤로드 부분의 적어도 하나의 리세스 - 상기 적어도 하나의 리레스는 상기 제1 연소실과 상기 실린더 외부의 제1 위치 사이에서 가스 유동을 전달하도록 구성된 통로를 형성함.
·상기 제 2 피스톤로드 부분의 적어도 하나의 리세스 - 상기 적어도 하나의 리세스는 상기 제2 연소실과 상기 실린더 외부의 제2 위치 사이에서 가스 유동을 전달하도록 구성된 통로를 형성함.
·상기 실린더의 주변 측벽의 적어도 하나의 포트 - 상기 적어도 하나의 포트는 상기 피스톤이 상기 적어도 하나의 포트의 제2 연소실 측에 있을 때 제1 연소실과 실린더 외부 사이에서 가스 유동을 전달하도록 구성되며, 상기 피스톤이 적어도 하나의 포트의 제1 연소실 측에 있을 때 상기 제2 연소실과 상기 실린더 외부 사이에서 가스 유동을 전달하도록 구성됨.
·상기 제1 및 제2 피스톤로드 부분의 통로들은 각각 상기 제1 및 제2 연소실 내로 가스를 흡입하도록 구성되고, 상기 실린더의 주변 측벽의 적어도 하나의 포트는 각각 상기 제1 및 제2 연소실로부터 가스를 배출하도록 구성됨.
·상기 제1 행정 및 상기 제2 행정의 각각은, 상기 제1 연소실 및 상기 제2 연소실 중 하나의 연소로부터의 화학적 에너지가 상기 피스톤의 기계적 동력으로 변환되는 팽창 행정 부분과, 피스톤이 실린더의 각각의 단부를 향해 계속 이동하고 가스는 제1 연소 챔버 및 제2 연소 챔버 중 하나와 실린더 외부 위치 사이에서 교환되는 운동량 행정 부분을 포함함.
·상기 실린더 및 상기 피스톤은 상기 제1 및 제2 행정의 각각에서 상기 피스톤이 이동하는 총 거리는 상기 피스톤의 일측상에서 가스를 압축하는 동안 상기 피스톤에 의해 이동된 거리를 적어도 상기 피스톤의 길이만큼 초과함.
·상기 실린더 및 상기 피스톤은, 피스톤이 상기 실린더의 제1 단부로부터 상기 실린더의 제2 단부까지 이동함에 따라 상기 피스톤의 제1 측면상의 제1 행정의 팽창 행정 부분이 상기 피스톤의 제2 측상에서 소기 단계 및 가스 부스트 단계 중 적어도 하나와 일치하도록 크기가 정해짐.
·상기 실린더와 상기 피스톤은, 상기 피스톤이 상기 실린더의 제1 단부로부터 상기 실린더의 제2 단부까지 이동함에 따라 상기 피스톤의 제1 측면상의 상기 제1 행정의 운동량 행정 부분이 상기 피스톤의 제2 측상에서 제2 연소실의 가스 압축과 일치하도록 크기가 정해짐.
·상기 실린더의 주변 측벽에 있는 적어도 하나의 포트 - 상기 적어도 하나의 포트는 상기 피스톤이 상기 적어도 하나의 포트의 제2 연소실 측에 있을 때 상기 제1 연소 챔버와 상기 실린더 외부 사이에서 가스 유동을 전달하도록 구성되며, 상기 피스톤이 상기 적어도 하나의 포트의 제1 연소실측에 있을 때 상기 제2 연소실과 상기 실린더 외부 사이에서 가스 유동을 전달하도록 구성됨.
·상기 제1 및 제2 피스톤로드 부분의 통로는 각각 상기 제1 및 제2 연소실 내로 가스를 흡입하도록 구성되고, 상기 실린더의 주변 측벽의 적어도 하나의 포트는 각각 상기 제1 및 제2 연소실로부터 가스를 배출하도록 구성됨.
·제1 통로 및 제2 통로는 가스가 실린더와 실린더 외부의 위치 사이에서 제1 표면 및 제2 표면을 가로지르는 경로를 통해 교환되는 것을 방지하도록 구성됨.
·제1 통로 및 제2 통로는 제1 및 제2 피스톤로드 부분을 적어도 부분적으로 중공으로 만듦.
·제1 및 제2 통로 중 적어도 하나는 각각의 제1 및 제2 피스톤로드 부분에 홈을 포함함.
·제1 및 제2 통로는 연소 가스를 실린더 외부 위치로부터 제1 및 제2 연소실로 각각 도입하도록 구성됨.
·제1 및 제2 통로는 제1 및 제2 피스톤로드 부분의 내부로 연장되는 긴 채널을 포함함.
·제1 및 제2 피스톤로드 부분은 일체로 형성됨.
·제1 및 제2 피스톤로드 부분은 양면 피스톤을 통해 서로 간접적으로 연결됨.
·또한, 제1 통로와 유체 연통하는 제1 피스톤로드 부분에 형성된 적어도 하나의 포트, 및 제2 통로와 유체 연통하는 제2 피스톤로드 부분에 형성된 적어도 하나의 포트를 더 포함함.
·제1 및 제2 피스톤로드 부분 내의 적어도 하나의 포트는 다수의 연장 슬롯을 포함함.
·제1 및 제2 피스톤로드 부분 내의 적어도 하나의 포트는 피스톤로드 부분에 다수의 구멍을 포함함.
·제1 및 제2 피스톤로드 부분의 제1 및 제2 통로 중 적어도 하나는 각각의 피스톤로드 부분의 외주면에 형성된 다수의 홈들을 포함함.
· 제1 및 제2 피스톤로드 부분의 제1 및 제2 리세스 중 적어도 하나는 감소된 직경의 피스톤로드 영역을 포함함.
·제1 피스톤로드 부분의 제1 통로 및 제2 피스톤로드 부분의 제2 통로는 각각 제1 및 제2 연소 챔버로 가스를 흡입하도록 구성됨.
·양면 피스톤의 제1 면으로부터 제1 연소실 및 제1 실린더 헤드를 통해 연장되는 제1 피스톤로드 부분을 포함함.
·제1 피스톤로드 부분의 제1 리세스는 제1 연소실과 실린더 외부의 제1 위치 사이에서 가스를 전달하기 위한 제1 통로를 한정함.
·제2 피스톤로드 부분은 피스톤의 제2 면으로부터 제2 연소실 및 제2 실린더 헤드를 통해 연장되며, 제2 피스톤로드 부분의 제2 리세스는 제2 연소실과 제2 위치 사이에서 가스를 전달하기 위한 제2 통로를 한정함.
·상기 실린더 외부의 적어도 하나의 영역과 상기 제1 연소실 및 상기 제2 연소실 중 적어도 하나 사이에서 가스를 선택적으로 전달하기 위해 상기 실린더의 주변 벽에 형성된 적어도 하나의 포트.
·상기 양면 피스톤, 상기 제1 피스톤로드 부분 및 상기 적어도 하나의 포트는, 제1 리세스의 개구부가 제1 연소실로 들어가기 전에 상기 양면 피스톤이 상기 제1 위치로부터 상기 제2 위치로 이동하여 제1 연소실과 제1 피스톤로드 부분의 제1 리세스 사이의 가스 유동을 허용하게 됨에 따라 상기 양면 피스톤이 상기 적어도 하나의 포트를 통과하도록 구성됨.
·상기 양면 피스톤, 상기 제2 피스톤로드 부분 및 상기 적어도 하나의 포트는, 제2 리세스의 개구부가 제2 연소실로 들어가기 전에 상기 양면 피스톤이 상기 제2 위치로부터 상기 제1 위치로 이동하여 제2 연소실과 제2 피스톤로드 부분의 제2 리세스 사이의 가스 유동을 허용하게 됨에 따라 상기 양면 피스톤이 상기 적어도 하나의 포트를 통과하도록 구성됨.
·제1 피스톤로드 부분의 제1 리세스 및 제2 피스톤로드 부분의 제2 리세스는 가스의 흡입을 위한 입구로서 구성되고, 주변 벽의 적어도 하나의 포트는 가스의 배출을 위한 출구로서 구성되고, 상기 제1 피스톤로드 부분에 적어도 하나의 추가적인 리세스와 상기 제2 피스톤로드 부분에 적어도 하나의 추가적인 리세스를 더 포함함.
·상기 양면 피스톤, 상기 제1 피스톤로드 부분 및 상기 주변 실린더 벽의 적어도 하나의 포트는, 상기 양면 피스톤이 상기 제1 실린더 헤드와 상기 주변 벽의 적어도 하나의 포트 사이에 위치될 때 제1 리세스의 개구부는 실린더의 외부에 있고, 양면 피스톤은 제1 연소실과 적어도 하나의 포트 사이의 가스 유동을 차단하도록 구성되며, 상기 양면 피스톤, 상기 제2 피스톤로드 부분 및 상기 주변 실린더 벽의 적어도 하나의 포트는, 상기 양면 피스톤이 상기 제2 실린더 헤드와 상기 주변 벽의 적어도 하나의 포트 사이에 위치될 때 제2 리세스의 개구부는 실린더의 외부에 있고, 양면 피스톤은 제2 연소실과 적어도 하나의 포트 사이의 가스 유동을 차단하도록 구성됨.
·제1 피스톤로드 부분 및 제2 피스톤로드 부분의 리세스들은 제1 피스톤로드 부분 및 제2 피스톤로드 부분의 각각의 코어를 관통하는 보어를 포함함.
·제1 피스톤로드 부분 및 제2 피스톤로드 부분의 리세스들의 개구부들은 각각의 피스톤로드 부분의 각각의 외벽에 곡선으로 이루어진 포트를 포함함.
·제1 피스톤로드 부분 및 제2 피스톤로드 부분의 리세스들의 개구부들은 각각의 피스톤로드 부분의 각각의 외벽에 연장된 슬롯을 포함함.
·제1 및 제2 피스톤로드 부분의 리세스들은 감소된 직경의 영역에 의해 한정됨.
·상기 적어도 하나의 포트는 실린더 주변 벽의 축방향 중앙 영역에 배치된 배출 포트를 포함함.
·제1 및 제2 연소실 중 하나에서 가스의 압축 및 연소 중에, 피스톤은 연소 실 중 하나로부터 배출 가스의 유동을 방지하고 연소실의 다른 하나로부터 배기 가스의 유동을 가능하게 하는 배기 밸브로서 작용함.
·상기 제1 실린더 헤드와 상기 제2 실린더 헤드 사이의 상기 실린더의 대략 중앙 영역에서 상기 실린더의 주변 벽에 위치된 배출 포트, 상기 주변 실린더 벽 이외의 위치에 제공된 적어도 하나의 연소 가스 입구, 여기에서 상기 연소 가스 입구 및 상기 배출 포트는 유입구를 통해 도입된 연소 가스가 주변 벽내의 배출 포트를 통해 실린더로부터 배출되게 협력하도록 구성됨.
·상기 양면 피스톤은 상기 제1 실린더 헤드 및 상기 제2 실린더 헤드 중 적어도 하나로부터의 거리의 1/2 이하의 피스톤의 일면으로부터 상기 피스톤의 대향면까지의 축 길이를 가짐.
·상기 양면 피스톤의 제1 면으로부터 상기 제1 연소실 및 상기 제1 실린더 헤드를 통해 연장되는 제1 피스톤로드 부분을 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 연소 가스 유입구는 상기 제1 피스톤로드 부분에 위치함.
·상기 양면 피스톤의 제2 면으로부터 상기 제2 연소실 및 상기 제2 실린더 헤드를 통해 연장되는 제2 피스톤로드 부분을 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 연소 가스 유입구는 상기 제2 피스톤로드 부분에 위치함.
· 상기 적어도 하나의 연소 가스 유입구는 상기 제1 실린더 헤드에 인접하게 위치된 제1 흡기 매니 폴드와 유체 연통하는 제1 통로, 및 상기 제2 실린더 헤드에 인접하여 위치된 제2 흡기 매니 폴드와 유체 연통하는 제2 통로를 포함함.
·제1 피스톤로드 부분 내의 제1 연장 채널은 실린더 외부의 위치로부터 제1 연소실의 제1 단부를 통해 제1 연소실 내의 위치로 가스의 흡기 입구로서 작용하도록 구성됨.
·제2 피스톤로드 부분 내의 제2 연장 채널은 실린더 외부의 위치로부터 제2 연소실의 제2 단부를 통해 제1 연소실 내의 위치로 가스의 흡기 입구로서 작용하도록 구성됨.
·상기 제1 및 제2 피스톤로드 부분의 각각에서 상기 양면 피스톤의 길이, 상기 실린더의 길이, 상기 배출 출구의 위치, 및 상기 채널 접근 개구부의 위치는, 상기 피스톤이 제1 연소실 내의 연소 단계에 있는 경우, 상기 피스톤은 배출 출구가 제1 연소실과 소통하는 것을 차단하고 상기 제1 피스톤로드 부분의 채널 접근 개구부는 제1 연소실의 외부에 있으며, 이와 동시에 배출 출구는 제2 연소실과 유체 연결되고, 제2 채널의 접근 개구부는 제2 연소실 내에 있도록 구성됨.
·제1 피스톤로드 부분의 채널 접근 개구부와 피스톤의 제1 면 사이의 간격 및 배출 출구의 위치는, 제1 피스톤 로드 부분에 있는 채널 개구부가 제1 연소실 내에 위치하고 피스톤이 배출 출구의 제2 연소실 측상의 위치에 있는 경우에, 제1 연소실로부터의 연소 가스의 소기가 배출 출구를 통해서 일어나도록 구성됨.
·제1 피스톤로드 부분의 채널 접근 개구부와 피스톤의 제1 면 사이의 간격 및 배출 출구의 위치는, 예비 충전된 공기가 제1 피스톤 로드 부분에 있는 채널 접근 개구부를 통해서 제1 연소실로 계속적으로 도입됨에 따라서 제1 연소실에서의 가스 부스트가 제1 연소실로부터 연소가스의 소기를 따르도록 구성됨.
·제2 피스톤로드 부분의 채널 접근 개구부와 피스톤의 제2 면 사이의 간격 및 배출 출구의 위치는, 피스톤이 제2 연소실의 제2 단부를 향하여 배출 출구를 지나는 위치에 있고 제2 피스톤 로드 부분에 있는 채널 접근 개구부가 제2 연소실의외부에 있는 경우에, 제2 연소실 내에서 가스의 압축이 일어나도록 구성됨.
·제2 피스톤로드 부분의 채널 접근 개구부와 피스톤의 제2 면 사이의 간격 및 배출 출구의 위치는, 제2 피스톤 로드 부분에 있는 채널 접근 개구부가 제2 연소실에 있고 피스톤이 제1 연소실의 제1 단부를 향하여 배출 출구를 지나는 위치에 있는 경우에, 제2 연소실로부터의 연소가스의 소기가 배출 출구를 통해서 일어나도록 구성됨.
·제2 피스톤로드 부분의 채널 접근 개구부와 피스톤의 제2 면 사이의 간격 및 배출 출구의 위치는, 예비 충전된 공기가 제2 피스톤 로드 부분에 있는 채널 접근 개구부를 통해서 제2 연소실로 계속적으로 도입됨에 따라서 제2 연소실에서의 가스 부스트가 제2 연소실로부터 연소가스의 소기를 따르도록 구성됨.
·제1 피스톤로드 부분의 채널 접근 개구부와 피스톤의 제1 면 사이의 간격 및 배출 출구의 위치는, 피스톤이 제1 연소실의 제1 단부를 향하여 배출 출구를 지나는 위치에 있고 제1 피스톤 로드 부분에 있는 채널 접근 개구부가 제1 연소실의외부에 있는 경우에, 제1 연소실 내에서 가스의 압축이 일어나도록 구성됨.
·상기 엔진의 압축비는 상기 제1 피스톤로드 부분의 채널 접근 개구부와 상기 양면 피스톤의 제1 면 사이의 가장 가까운 간격 중 적어도 하나의 함수이며, 상기 가장 가까운 간격은 제2 피스톤로드 부분에 있는 채널 접근 개구부와 양면 피스톤의 제2 면 사이의 간격임.
·내연 기관용 피스톤으로서, 제1 직경을 갖는 원통형 제1 피스톤 부분, 제1 직경의 원통형 제2 피스톤 부분, 상기 제1 피스톤 부분과 상기 제2 피스톤 부분 사이에 위치하고 제1 직경보다 작은 제2 직경의 원통형 제3 피스톤 부분을 포함하며, 상기 제1 피스톤 부분은 조립 전에 상기 제1 피스톤 부분이 상기 제2 피스톤 부분과 분리되도록 구성되며, 상기 제3 피스톤 부분을 둘러싸는 연속적인 갭이없는 피스톤 링을 포함하며, 가열시 상기 피스톤 링이 피스톤의 축 방향으로 변형되도록 상기 피스톤 링이 구성됨.
·제3 피스톤 부분은 제1 피스톤 부분과 제2 피스톤 부분 사이의 슬롯을 한정함.
·조립전에, 상기 제3 피스톤 부분은 상기 제1 피스톤 부분과 일체이고, 상기 제2 피스톤 부분은 상기 제3 피스톤 부분과 일체가 아니며, 상기 피스톤의 외부 주변 벽의 홈은 제1 테두리 및 상기 제1 테두리로부터 이격된 제2 테두리를 가짐.
·상기 홈에 피스톤 링이 제공되고, 상기 피스톤 링은, 상기 피스톤 링의 형상이 상기 홈의 형상과는 다르고 상기 피스톤 링이 상기 홈을 실질적으로 채우지 않도록 상기 홈 내에 사행하는 형상을 가지며, 상기 피스톤 링은, 열이 가해질 때 사행의 형상을 변화시켜서 피스톤 링이 홈의 테두리들 사이에서 피스톤의 축 방향으로 팽창 할 수 있게하는 재료로 구성됨.
·상기 사행은 물결 모양임.
·상기 파동의 피크는 상기 홈의 대향 테두리들을 향해 교대로 연장됨.
·상기 피스톤 링은 열이 가해질 때 상기 피스톤 링이 반경 방향이 아닌 상기 피스톤의 축 방향으로 팽창하도록 구성됨.
·상기 피스톤 링은 기복이있는 축 방향 단면 및 원형 방사상 단면을 가짐.
·상기 피스톤 링은 축 방향의 대향면들상에 다수의 지그재그형 평탄한 접합표면 부분을 포함함.
·상기 편평한 접합 표면 부분은 상기 홈의 대향 테두리들상에 교대로 안착되도록 구성됨.
·홈의 제1 및 제2 테두리들 사이의 간격은 실질적으로 일정한 외경을 갖는 피스톤 링의 원형 반경 방향 단면을 유지하면서 피스톤 링의 축방향으로 지향된 팽창 및 수축을 허용함.
·상기 피스톤 링은 그것의 축방향 반대면상에 다수의 지그재그형 편평한 접합 표면부분들을 포함하는 기복이 있는 축방향 단면을 갖도록 형성되고; 상기 편평한 접합 표면부분들은 홈의 테두리들로부터 이격된 상기 편평한 접합 표면부분들 사이에서 피스톤 링의 부분들과 함께 상기 홈의 제1 및 제2 테두리들상에 교대로 안착하도록 구성됨.
·제1 외경을 각각 갖는 한 쌍의 피스톤 단부 디스크와, 제1 외경보다 작은 제2 외경을 갖는 피스톤 센터 디스크를 포함하는 개별 부재들의 조립체로 형성되는 피스톤 - 상기 피스톤 센터 디스크는 피스톤 단부 디스크들의 쌍 사이에 열적 간격을 야기하도록 구성됨.
·피스톤 단부 디스크와는 다른 경도를 갖는 피스톤 센터 디스크를 더 포함함.
· 피스톤 센터 디스크는 한 쌍의 피스톤 단부 디스크 중 하나와 일체로 형성됨.
하기의 청구범위에서 구체화되는 바와 같은 본 발명의 사상 또는 범위를 벗어남이 없이 개시된 예시적인 실시 예에 대한 다양한 변경 및 수정이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 엔진(10)에 의해 생성된 연소 가스는 터보 차저를 구동하는데 사용될 수 있다. 실린더 내로 도입된 압축 공기는 실린더의 대향 단부로부터 연장되는 왕복 운동하는 피스톤로드 부분에 의해 구동되는 외부 압축기에 의해 가압될 수 있다. 다른 변형은 가스가 실린더 내외로 반경 방향으로 향하지 않도록 입구 포트 및 출구 포트의 각도를 변화시킴으로써 실린더 내로 도입된 가스에 소용돌이 효과를 부여하는 것을 포함할 수 있다.

Claims (25)

  1. 내연기관으로서,
    엔진 블록;
    상기 엔진 블록 내에 적어도 하나의 연소실을 한정하는 실린더;
    상기 실린더 내의 피스톤 - 상기 피스톤은 상기 실린더의 일단부로부터 상기 실린더의 대향단부로 제1 행정으로 이동하고 상기 피스톤은 가스 팽창 압력하에 이동하는 상기 제1 행정의 팽창 행정 부분, 및 상기 팽창 행정 부분에 후속하는 상기 제1 행정의 나머지 동안 상기 제1 행정의 운동량 행정 부분을 가능하게 하기 위해 상기 실린더에 대해 크기가 정해지도록 구성됨 -;
    상기 피스톤에 연결되고 적어도 하나의 연소실 내의 위치로부터 상기 실린더의 외부영역까지 연장되는 적어도 하나의 피스톤로드 부분; 및
    상기 피스톤로드 부분에 제공된 적어도 하나의 리세스 - 상기 적어도 하나의 리세스는 상기 적어도 하나의 연소실과 상기 실린더의 외부영역 사이에서 가스 유동을 전달하도록 구성된 통로를 형성함 -;를 포함하며,
    상기 적어도 하나의 리세스는, 상기 피스톤이 상기 제1 행정의 상기 팽창 행정 부분을 따르는 상기 제1 행정의 상기 운동량 행정 부분에 있을 때, 상기 적어도 하나의 연소실과 상기 실린더의 외부영역 사이에서 가스 유동을 연속적으로 전달하도록 구성되는 내연기관.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 통로를 형성하는 적어도 하나의 리세스는 상기 적어도 하나의 피스톤로드 부분을 적어도 부분적으로 중공으로 만드는 내연기관.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 통로는 상기 적어도 하나의 피스톤로드 부분에 홈을 포함하는 내연기관.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 통로는 상기 실린더 외부의 위치로부터 상기 적어도 하나의 연소실로 연소 가스를 도입하도록 구성되는 내연기관.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 피스톤은 양면이 있으며, 상기 적어도 하나의 피스톤로드 부분은 한쌍의 피스톤로드 부분을 포함하고, 각각의 피스톤로드 부분은 대면하는 상기 양면 피스톤으로부터 연장되는 내연기관.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 리세스는 상기 적어도 하나의 피스톤로드 부분의 내부로 연장되는 채널을 포함하는 내연기관.
  7. 제 5 항에 있어서, 한 쌍의 피스톤로드 부분은 일체로 형성되는 내연기관.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 한쌍의 피스톤로드 부분은 상기 양면 피스톤을 통해 서로 간접적으로 연결되는 내연기관.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 리세스는 각각 상이한 피스톤로드 부분을 통해 연장되는 적어도 두개의 리세스를 포함하는 내연기관.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 피스톤로드 부분에 상기 통로와 유체 연통하는 적어도 하나의 포트를 더 포함하는 내연기관.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 포트는 다수의 연장된 슬롯들을 포함하는 내연기관.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 포트는 상기 피스톤로드에 다수의 구멍을 포함하는 내연기관.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 통로는 상기 적어도 하나의 피스톤로드 부분의 외주면에 형성된 다수의 홈들을 포함하는 내연기관.
  14. 제 10 항에 있어서, 상기 피스톤로드 부분의 적어도 하나의 리세스는 감소된 직경의 로드 영역을 포함하는 내연기관.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 연소실은 상기 피스톤의 제1 단부와 상기 실린더의 제1 단부 사이에 형성된 제1 연소실, 및 상기 피스톤의 제2 단부와 상기 실린더의 제2 단부 사이에 형성된 제2 연소실을 포함하는 내연기관.
  16. 제 15 항에 있어서, 실린더는 실린더 헤드에 의해 각각의 대향 단부에서 폐쇄되는 내연기관.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 피스톤로드 부분은 상기 실린더의 상기 제1 단부에서 상기 실린더 헤드를 통해 상기 피스톤의 제1 단부로부터 연장되는 제1 피스톤로드 부분, 및 상기 실린더의 상기 제2 단부에서 상기 실린더 헤드를 통해 상기 피스톤의 상기 제2 단부로부터 연장되는 제2 피스톤로드 부분을 포함하는 내연기관.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 실린더의 각 단부에서 상기 실린더 헤드는 흡기 매니 폴드를 포함하고, 상기 제1 피스톤로드 부분의 상기 통로는 상기 실린더의 상기 제1 단부에서 상기 제1 연소실과 상기 흡기 매니 폴드 사이에서 가스 유동을 전달하도록 구성되고, 상기 제2 피스톤로드 부분에서 상기 통로는 상기 실린더의 상기 제2 단부에서 상기 제2 연소실과 상기 흡기 매니 폴드 사이에서 가스 유동을 전달하도록 구성된 내연기관.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 실린더의 상기 제1 단부 및 상기 제2 단부 사이의 상기 실린더의 주변 벽은 적어도 하나의 배출 포트를 포함하는 내연기관.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 배출 포트는 상기 실린더의 원주 주위로 이격된 다수의 배출 포트들을 포함하고, 상기 다수의 배출 포트들은 배기 매니 폴드와 유체 연통하는 내연기관.
  21. 제 18 항에 있어서, 상기 피스톤의 상기 제1 연소실측상의 상기 제1 행정의 실질적으로 전체 팽창 행정 부분은, 상기 제2 연소실과 상기 실린더의 상기 제2 단부에서 상기 흡기 매니 폴드 사이의 가스 유동과 일치하는 내연기관.
  22. 제 18 항에 있어서, 상기 피스톤의 상기 제1 연소실측상의 상기 제1 행정의 실질적으로 전체 운동량 행정 부분은 상기 제2 연소실 내의 가스 압축과 일치하는 내연기관.
  23. 제 18 항에 있어서, 상기 피스톤은 상기 실린더의 상기 제2 단부로부터 상기 실린더의 상기 제1 단부로 제2 행정으로 이동하고, 상기 피스톤이 가스 팽창 압력하에 이동하는 상기 제2 행정의 팽창 행정 부분을 가능하게 하기 위해 상기 실린더에 대해 크기가 정해지도록 구성되며, 상기 제2 행정의 나머지에 대한 상기 제2 행정의 운동량 행정 부분은 상기 팽창 행정 부분을 따르는 내연기관.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 피스톤의 상기 제2 연소실측상의 상기 제2 행정의 실질적으로 전체 팽창 행정 부분은 상기 실린더의 상기 제1 단부에서 상기 제1 연소실과 상기 흡기 매니 폴드 사이의 가스 유동과 일치하는 내연기관.
  25. 제 23 항에 있어서, 상기 피스톤의 상기 제2 연소실측상의 상기 제2 행정의 실질적으로 전체 운동량 행정 부분은 상기 제1 연소실 내의 가스의 압축과 일치하는 내연기관.
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