KR20230028477A - 블로바이 가스 교환 및 가변 연소실을 갖는 2행정 엔진 - Google Patents

Abstract

내연기관은 조정 가능한 실린더의 축을 따라 선형으로 왕복 운동하는 피스톤을 가질 수 있다. 피스톤에 연결된 피스톤 로드가 있을 수 있으며, 피스톤 로드도 축을 따라 선형으로 왕복 운동한다. 실린더 내부에 연소실을 포함하는 제1 챔버와 공기 챔버를 포함하는 제2 챔버로부터 분리될 수 있다. 공기 챔버는 윤활제를 수용하도록 구성되는 제1 챔버와 제3 챔버 사이에 있을 수 있다. 내연기관은 제1 챔버로부터 제2 챔버로 빠져나가는 블로바이 가스가 제3 챔버로 유입되는 것을 방지하고 블로바이 가스를 제1 챔버로 재순환시키도록 구성될 수 있다. 통로는 제1 및 제2 챔버를 연통시키도록 구성될 수 있다. 실린더는 연소실의 압축비를 변경하도록 조정될 수 있다. 제3 챔버는 선형 운동을 다른 형태로 변환하는 메커니즘을 포함할 수 있다.

Description

블로바이 가스 교환 및 가변 연소실을 갖는 2행정 엔진

본 발명은 내연 기관 분야에 관한 것으로, 특히 연소실과 오일 챔버와 같은 다른 챔버 사이에 에어 갭을 갖는 내연 기관 분야에 관한 것이다.

내연기관은 공지되어 있다. 일부 엔진 구성은, 예를 들어 단일 또는 다중 실린더 피스톤 엔진, 대향 피스톤 엔진, 및 회전 엔진을 포함한다. 피스톤 엔진의 가장 일반적인 유형은 2행정 엔진과 4행정 엔진이다. 또한, 자유 피스톤 엔진은 크랭크축에 의해 구속되지 않고 움직이는 피스톤을 포함할 수 있다. 엔진은 윤활제 오염, 다양한 유형의 연료를 수용할 수 있는 유연성 부족, 과도한 진동 등의 문제에 직면할 수 있다. 엔진의 다양한 개선이 요구된다.

일부 실시예는 선형 왕복 엔진과 같은 내연 기관에 관한 것일 수 있다. 엔진은 실린더의 축을 따라 선형 왕복 운동하도록 구성되는 피스톤을 포함할 수 있다. 피스톤 로드는 피스톤에 연결될 수 있다. 피스톤 로드는 축을 따라 선형 왕복 운동하도록 구성될 수 있다. 실린더 내에 연소실을 포함하는 제1 챔버와 실린더 내에 공기 챔버를 포함하는 제2 챔버가 있을 수 있다. 통로는 제1 및 제2 챔버 사이에서 가스를 전달하도록 구성될 수 있다. 또한, 윤활제를 수용하도록 구성되는 제3 챔버가 있을 수 있다. 씨일(Seal)은 제2 챔버와 제3 챔버 사이에 제공될 수 있다. 씨일은 제2 챔버의 가스가 제3 챔버의 윤활제와 혼합되는 것을 방지하도록 구성될 수 있다.

일부 실시예에서, 엔진은 축을 따라 이동하도록 구성되는 조정 가능한 실린더, 축을 따라 실린더 내에서 선형으로 왕복 운동하도록 구성된 피스톤 및 피스톤에 연결된 피스톤 로드를 포함할 수 있으며, 피스톤 로드는 축을 따라 선형 왕복 운동하도록 구성된다. 실린더 내부에 연소실을 포함하는 제1 챔버, 공기 챔버를 포함하는 제2 챔버, 및 제2 챔버 및 제1 챔버로부터 분리되는 제3 챔버가 존재할 수 있다. 피스톤 로드는 제2 챔버를 통해 제3 챔버 내로 연장될 수 있다. 엔진은 축을 따른 실린더의 위치에 따라 연소실의 압축비를 조절하도록 구성될 수 있다. 피스톤의 이동 범위에 대한 실린더의 상대적 지오메트리(geometry)는 축을 따른 실린더의 위치가 변경됨에 따라 변할 수 있다.

일부 실시예에서, 엔진은 실린더의 축을 따라 선형 왕복 운동하도록 구성되는 피스톤, 및 피스톤에 연결된 피스톤 로드를 포함할 수 있으며, 피스톤 로드는 축을 따라 선형 왕복 운동을 하도록 구성된다. 실린더 내부에 연소실을 포함하는 제1 챔버, 공기 챔버를 포함하는 제2 챔버, 및 제2 챔버 및 제1 챔버로부터 분리되는 제3 챔버가 존재할 수 있다. 제3 챔버는 윤활제를 수용하도록 구성될 수 있고, 피스톤 로드는 제2 챔버를 통해 제3 챔버 내로 연장될 수 있다. 통로는 제1 챔버와 제2 챔버를 연통시키도록 구성될 수 있다.

본 발명의 예시적인 장점 및 효과는 특정 실시예가 예시 및 예로서 설명되는 첨부 도면과 함께 취해진 다음의 설명으로부터 명백해질 것이다. 본 명세서에 기재된 예는 본 발명의 단지 몇 가지 예시적인 양태이다. 전술한 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명은 모두 예시적이고 설명을 위한 것이며, 본 발명을 제한하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 배면도를 예시한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 단면도를 예시한다.
도 4a는 본 발명의 실시예에 따라 바닥측(bottom side)에서 보았을 때의 엔진의 내부를 도시한다.
도 4b는 본 발명의 실시예에 따라 바닥측에서 보았을 때의 엔진 내부의 단면도를 도시한다.
도 5a 내지 5i는 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 단면도로서, 여기서 도 5a 내지 5e는 제1 행정을 예시할 수 있고, 도 5e 내지 5i는 제2 행정을 예시할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 실린더 내 피스톤의 확대도를 도시한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 경사 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 단면도를 예시한다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따라, 선형 운동과 회전 운동 사이를 변환하는 메커니즘의 일부 구성요소를 보여주는 확대도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 기어의 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 샤프트의 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 샤프트를 도시한다.
도 13a 및 13b는 본 발명의 실시예에 따라 조절되는 엔진의 실린더를 예시한다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 실린더의 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 링의 도면이다.
도 16a 및 16b는 본 발명의 실시예에 따른 서로 다른 각도 위치에서의 링을 도시한다.
도 17a 내지 17c는 본 발명의 실시예에 따른 엔진을 예시한다.
도 18a 내지 18c는 본 발명의 실시예에 따라, 격리 영역을 포함하는 엔진 또는 동력 시스템의 개략도이다.
도 19a 내지 19g는 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 단면도를 예시한다.
도 20a 내지 20h는 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 단면도를 예시한다.

이하, 예시적인 실시예들을 상세히 참조할 것이며, 그 예는 첨부 도면에 예시되어 있다. 다음 설명은 첨부 도면을 참조하며, 다른 도면에서 동일한 번호가 달리 표시되지 않는 한 동일하거나 유사한 요소를 나타낼 수 있다. 예시적인 실시예들의 다음 설명에서 설명된 구현은 본 발명과 일치하는 모든 구현을 나타내는 것은 아니다. 그 대신, 그것들은 청구범위에 인용될 수 있는, 본 발명과 관련된 양태와 일치하는 시스템, 장치 및 방법의 예일 뿐이다. 도면에서 요소의 상대적 치수는 명확성을 위해 과장될 수 있다.

내연기관에서는, 연소실에서의 연소에 의해, 팽창 가스가 고압에 도달하고, 피스톤을 이동하게 하여 피스톤의 기계적 운동으로부터 에너지를 추출할 수 있다. 피스톤은 피스톤 링을 가질 수 있고, 실린더의 벽에 대해 씨일을 형성할 수 있다. 이상적으로, 팽창 가스는 엔진이 배기 단계에 도달할 때까지 연소실에 완전히 포함되어 있다. 그러나 실제로는 연소 중에 피스톤을 지나 날아가는(blow) 일부 팽창 가스가 있을 수 있다. 예를 들어, 피스톤을 지나 연소실 밖으로 빠져나가는 "블로바이 가스(blowby-gas)"가 있을 수 있다. 이러한 가스는 연소 생성물(예를 들어, 연소된 연료)을 포함할 수 있으며, 피스톤의 다른 쪽 오일 또는 기타 물질을 오염시킬 수 있다. 피스톤의 다른 쪽에 있는 챔버(예를 들어, 크랭크케이스)는 엔진의 크랭크샤프트를 윤활하는 데 사용되는 오일과 직접 연통될 수 있다. 블로바이 가스는 주기적으로 엔진 오일을 교체해야 하는 원인이 될 수 있다.

본 발명의 일부 실시예에서는, 연소실과 오일 챔버 사이에 에어 갭을 포함하는 엔진이 제공될 수 있다. 에어 갭은 오일 챔버의 오일이 오염되는 것을 방지하도록 구성될 수 있다. 에어 갭은 연소실 및 오일 챔버 중 하나 이상으로부터 격리되는 공기 챔버를 포함할 수 있다. 공기 챔버는 피스톤에 의해 연소실로부터 씰링될 수 있다. 공기 챔버는 고정 씨일에 의해 오일 챔버로부터 씰링될 수 있다. 공기 챔버는 블로바이 가스에 존재할 수 있는 연소 생성물이 오일 챔버의 오일에 도달하는 것을 방지하거나 방해하여 오일을 깨끗하게 유지하도록 오일 챔버로부터 씰링(sealing)될 수 있다. 공기 챔버의 가스와 오일 챔버의 오일 사이의 연통이 차단될 수 있다.

또한, 엔진은 선형으로 왕복 운동하도록 구성된 피스톤 및 피스톤 로드를 포함할 수 있다. 피스톤 로드는 선형 방향으로만(예를 들어, 좌우로 이동하지 않고 상하로만) 이동하도록 구성될 수 있다. 기존 엔진의 연결 로드와 달리, 피스톤 로드의 횡방향 이동이 없을 수 있다. 공기 챔버와 오일 챔버 사이의 씨일을 형성하기 위해, 피스톤 로드가 상하로 슬라이딩하도록 하면서 블로바이 가스가 오일 챔버의 오일에 도달하는 것을 방지하는 개스킷이 챔버들 사이에 제공될 수 있다.

또한, 엔진은 공기 챔버와 연소실이 선택적으로 연통하도록 하는 통로를 포함할 수 있다. 통로는 실린더의 벽에 형성될 수 있다. 엔진은 피스톤이 실린더 내에서 왕복 운동할 때 통로를 열고 닫는 슬라이딩 밸브로서 피스톤이 작동하도록 구성될 수 있다. 피스톤은 통로를 열고 공기 챔버와 연소실이 연통하게 하여 블로바이 가스가 연소실로 재순환되도록 할 수 있다. 통로는 또한 흡입 가스를 연소실로 공급하는 데 사용될 수 있다. 통로는 배기 가스 재순환(exhaust gas recirculation, EGR)을 가능하게 할 수 있다. EGR은 실린더의 연소 온도를 낮추고 배출물을 개선하는 데 유용할 수 있다.

또한, 엔진은 조정 가능한 실린더를 포함할 수 있다. 실린더는 즉석에서 엔진의 압축비를 변경하도록 이동할 수 있다. 실린더는 피스톤의 왕복 운동 방향과 동일한 방향으로 이동 가능하도록 구성될 수 있다. 실린더는 조정 메커니즘에 의해 조정될 수 있다. 실린더는 실린더의 상대적 지오메트리의 변경을 가능하게 하도록 이동할 수 있다. 실린더의 지오메트리는 피스톤의 이동에 상대적일 수 있다. 실린더는 엔진 온도, 연료 유형 등과 같은 다양한 작동 조건에 맞게 조정될 수 있다.

또한, 엔진은 선형 운동을 회전 운동으로 변환하거나, 또는 피스톤 로드의 운동을 일부 다른 형태의 출력으로 변환하는 메커니즘을 포함할 수 있다. 메커니즘은 링 기어를 포함할 수 있다. 메카니즘은 피스톤 로드가 피스톤과 동일한 방향으로 선형으로 이동할 수 있도록 구성되어, 실린더 벽에 횡력이 작용하지 않고 공기 챔버와 오일 챔버 사이의 씨일이 고정 개스킷에 의해 영향을 받을 수 있다. 메커니즘은 밸런싱 샤프트를 포함할 수도 있다. 엔진은 밸런싱 샤프트가 피스톤과 피스톤 로드를 포함하는 진동 질량체(mass)의 균형을 맞추도록 구성될 수 있다. 피스톤과 피스톤 로드의 선형 운동은 플라이휠을 회전시키는 회전 운동으로 변환될 수 있다. 플라이휠은 엔진 작업을 활용하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 플라이휠은 휠을 구동하거나 발전기에 동력을 공급할 수 있다.

본 발명의 일부 실시예에 따르면, 콤팩트하고 가벼운 엔진이 제공될 수 있다. 엔진은 고효율을 달성하고 환경 오염을 줄일 수 있다. 엔진의 압축비를 실시간으로 조절할 수 있으며, 운전 조건에 따라 효율을 최적화할 수 있다. 엔진은 높은 출력 대 중량비를 달성할 수 있다.

본 명세서에 사용된 바와 같이, 달리 구체적으로 언급되지 않는 한, 용어 "또는"은 실행 불가능한 경우를 제외하고 모든 가능한 조합을 포함한다. 예를 들어, 구성요소가 A 또는 B를 포함한다고 명시되어 있는 경우, 달리 명시되거나 실행 불가능한 경우를 제외하고, 구성요소는 A, 또는 B, 또는 A 및 B를 포함할 수 있다. 두 번째 예로서, 구성 요소가 A, B 또는 C를 포함한다고 명시되어 있는 경우, 달리 구체적으로 언급되지 않거나 실현 불가능한 경우가 아니면, 구성 요소는 A, 또는 B, 또는 C, 또는 A 및 B, 또는 A 및 C, 또는 B 및 C, 또는 A 및 B 및 C를 포함할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 엔진(1)을 예시한다. 엔진(1)은 상부(100)와 베이스(200)를 포함할 수 있다. 상부(100)는 핀(111)을 갖는 실린더(110), 배기 개구(125)를 갖는 헤드(120), 및 슬롯(155) 및 경사면(angled surface)(156)을 갖는 링(150)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 엔진(1)은 액체 냉각될 수 있고, 핀(111)은 생략될 수 있다. 대신에, 실린더(110)를 둘러싸는 냉각 재킷이 제공될 수 있다. 패스너를 수용하도록 구성될 수 있는 실린더(110)에 제공되는 홀(119)이 있을 수 있다. 패스너는 슬롯(155)과 협동하도록 구성될 수 있다.

베이스(200)는 엔진 블록(201) 및 브레이스(brace, 210)를 포함할 수 있다. 브레이스(210)는 패스너에 의해 엔진 블록(201)에 연결될 수 있다. 브레이스(210)는, 예를 들어, 베어링에 의해 샤프트(342, 344)를 수용하도록 구성될 수 있다. 흡입 개구(225)는 베이스(200)에 형성될 수 있다. 도 1은 베이스(200) 내부의 구성요소를 도시한다. 커버(미도시)는 베이스(200)의 전면(209)에 부착될 수 있다. 커버는 액밀(liquid-tight) 씨일을 형성하도록 구성될 수 있다. 피스톤 로드(320), 지지 부재(330), 및 기어(343, 345) 또한 도 1에서 볼 수 있다. 기어(343, 345)는 각각 샤프트(342, 344)와 함께 회전할 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 엔진(1)의 배면도를 예시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 엔진(1)은 스타터(60)와 플라이휠(70)을 포함할 수 있다. 플라이휠(70)은 축 A를 따라 회전하도록 구성될 수 있는 크랭크샤프트(350)에 연결될 수 있다. 플라이휠(70)은 예를 들어 휠, 압축기 또는 발전기 등을 구동하기 위한 다른 구성요소에 연결될 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 엔진(1)의 단면도를 예시한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 엔진(1)은 상부 표면(311)을 갖는 피스톤(310)을 포함할 수 있다. 피스톤 로드(320)는 상부 표면(311)의 반대측에서 피스톤(310)에 연결될 수 있다. 피스톤 로드(320)는 피스톤(310)으로부터 피스톤 로드(320)의 반대쪽 단부에서 지지 부재(330)에 연결될 수 있다. 지지 부재(330)는 웹(335)에 연결될 수 있다. 웹(335)은 휠(340)에 연결될 수 있다. 선형 운동과 회전 운동 사이를 변환하는 메커니즘은 지지 부재(330), 웹(335) 및 휠(340)을 포함할 수 있다. 피스톤(310)은 축 B를 따라 실린더(110)에서 선형 왕복 운동하도록 구성될 수 있다. 축 B는 축 A에 수직일 수 있다(도 2 참조).

도 3에 도시된 바와 같이, 엔진(1)은 제1 챔버(10), 제2 챔버(20) 및 제3 챔버(30)를 포함할 수 있다. 제1 챔버(10)는 연소실을 포함할 수 있다. 연소실은 피스톤(310)의 상부 표면(311)에 의해 형성된 스위핑된(swept) 체적을 포함하는 실린더(110) 내의 가변 영역일 수 있다. 스위핑된 체적은 피스톤(310)이 실린더(110)의 일 단부로부터 그 반대쪽 단부로 이동함에 따라 변할 수 있다. 연소실은 또한 피스톤(310)이 그의 최고 이동 범위(예를 들어, 상사점(top dead center, TDC)에 있을 때 피스톤(310)의 상부 표면(311)과 헤드(120) 사이에 형성되는 간극(clearance) 체적을 포함할 수 있다. 간극 체적은 실린더(110)가 정 위치에 고정될 때 고정될 수 있다. 스위핑된 체적은 피스톤(310)이 최저(bottom-most) 이동 범위(예를 들어, 하사점(bottom dead center, BDC)에 있을 때 최대일 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 TDC 및 BDC와 같은 용어는 피스톤(310)이 최대 이동 지점에 있는 위치를 지칭할 수 있다. 일부 실시예에서, 피스톤 로드(320)는 크랭크샤프트에 연결될 수 있고, 용어 TDC, BDC는 크랭크샤프트 각도가 각각 0도 및 180도인 위치를 지칭할 수도 있다. 축 B를 따른 피스톤(310)의 최대 이동 지점은 크랭크샤프트에 의해 규정될 수 있다.

제2 챔버(20)는 공기 챔버를 포함할 수 있다. 제2 챔버(20)는 실린더(110) 내의 가변 영역을 포함할 수 있다. 제2 챔버(20)는 피스톤(310)의 저면(bottom surface)과 격벽(230)의 상면에 의해 규정될 수 있다. 격벽(230)은 엔진 블록(201)과 통합될 수 있다. 제1 챔버(10)의 체적이 증가함에 따라 제2 챔버(20)의 체적은 감소할 수 있다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 엔진(1)은 통로(140)를 포함할 수 있다. 통로(140)는 실린더(110)에 포함될 수 있다. 통로(140)는 실린더(110)의 내벽(113)에 홈을 파서 형성할 수 있다. 일부 실시예에서, 실린더(110)는 통로(140)와 함께 (예를 들어, 주조 또는 단조에 의해) 형성될 수 있다. 통로(140)는 실린더(110)의 내부 원주 둘레에 균일하게 이격된 복수의 통로를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 슬롯(140a, 140b, 140c)을 포함하는 복수의 통로가 실린더(110)에 제공될 수 있다. 통로(140)는 축 B에 대해 일정 각도로 경사진 세장형(elongated) 슬롯을 포함할 수 있다. 통로(140)는 제1 챔버(10)와 제2 챔버(20)를 연통시키도록 구성될 수 있다. 통로(140)의 경사각은 원하는 작동 특성에 기초하여 설정될 수 있다. 예를 들어, 통로(140)의 경사각은 제1 챔버(10)에서 최적의 가스 혼합 정도에 기초하여 설정될 수 있다.

제3 챔버(30)는 윤활제 챔버를 포함할 수 있다. 제3 챔버(30)는 피스톤(310)의 운동을 변형시키는 메커니즘이 제공될 수 있다. 메커니즘은 선형 운동을 회전 운동으로 변환하는 메커니즘을 포함할 수 있다. 메커니즘은 윤활제에 의해 윤활되도록 구성될 수 있다. 제3 챔버(30)에는 윤활제 저장소가 있을 수 있다. 윤활제는 오일을 포함할 수 있다. 따라서, 본 명세서에서 설명된 바와 같은 제3 챔버(30)는 때때로 "오일 챔버"로도 지칭될 수 있다. 제3 챔버(30)는 내부에 오일을 포함할 수 있도록 씰링된 챔버를 형성할 수 있다. 공기 경로(미도시)는 흡기 개구(225)를 제2 챔버(20)와 연결할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 베이스(200)에는 제3 챔버(30)가 외부로부터 씰링되도록 커버가 제공될 수 있다.

도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 엔진(1)의 내부를 바닥측에서 본 도면이다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 흡기 개구(212, 214)는 격벽(230)에 제공될 수 있다. 흡기 개구(212, 214)는 세장형 포트를 포함할 수 있다. 흡기 개구(225)(도 1 및 도 3 참조)는 공기 공급 시스템의 일부일 수 있는 공기 경로(미도시)를 통해 흡기 개구(212, 214)와 연결될 수 있다. 공기 공급 시스템은 제3 챔버(30)로부터 흡입 공기를 격리할 수 있다. 흡입 공기는 제3 챔버(30)에 포함될 수 있는 윤활제와 접촉하지 않고 제2 챔버(20)에 직접 공급될 수 있다. 또한 도 4a에 도시된 바와 같이, 격벽(230)에는 개구(235)가 형성될 수 있다. 제2 챔버(20)로부터의 공기와 제3 챔버(30)로부터의 윤활제가 접촉하는 것을 방지하도록 개구(235)에 씨일(미도시)이 제공될 수 있다. 개구(235)의 씨일은 피스톤 로드(320)에 대해 씰링하도록 구성될 수 있다. 개구(235)의 씨일은 O-형 요소와 같은 환형 부재를 포함할 수 있다.

에어 갭은 제2 챔버(20)에 의해 형성될 수 있다. 제1 챔버(10)와 제3 챔버(30)는 에어 갭에 의해 분리될 수 있다. 제1 챔버(10)로부터 빠져나갈 수 있는 블로바이 가스는 제2 챔버(20)에 의해 수용될 수 있다. 에어 갭은 블로바이 가스가 제3 챔버(30)에 포함될 수 있는 오일과 접촉하는 것을 방지하거나 방해할 수 있다.

도 4b는 본 발명의 실시예에 따라, 바닥측에서 본 엔진(1) 내부의 단면도를 도시한다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 배기 개구(125)는 실린더(110)의 상부에 형성될 수 있다. 배기 밸브는 배기 개구(125)에 제공될 수 있다. 배기 밸브는 실린더(110) 밖으로의 가스 흐름을 제어하도록 구성될 수 있다. 배기 밸브는 연소 단계 동안 폐쇄되고 배기 단계를 시작하는 연소 단계의 단부에서 개방되도록 구성될 수 있다. 또한, 도 4b에 도시된 바와 같이, 피스톤(310)은 저면(312)을 갖는다. 또한, 헤드(120)는 홈(122)을 포함할 수 있다. 홈(122)은 실린더(110)의 간극 체적을 증가시키기 위해 제공될 수 있다. 연료 인젝터 또는 스파크 플러그는 홈(122)으로 개방되는 헤드(120)에 제공될 수 있다.

도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 엔진(1)의 측단면도를 도시한다. 엔진(1)은 도 5a에 예시된 위치의 TDC에 있을 수 있다. 피스톤(310)은 TDC에서 축 B를 따른 이동 범위의 최상위 위치에 있을 수 있다. 피스톤(310)은 TDC로부터 BDC로의 제1 행정 및 BDC로부터 TDC로의 제2 행정으로 이동하도록 구성될 수 있다. 엔진(1)은 연료의 화학 에너지를 피스톤(310)의 기계적 운동으로 변환함으로써 동력을 생성하도록 구성될 수 있다. 일은 크랭크샤프트와 같은 액추에이터에 의해 피스톤(310)의 운동으로부터 추출될 수 있다. 예를 들어, 피스톤(310)은 이전 행정의 연소 또는 스타터(60)로부터의 운동량으로 인해 이동할 수 있다. 도 5a 내지 5e는 엔진(1)의 제1 행정을 예시할 수 있다. 일부 실시예에서, 엔진은 종래의 2행정 엔진의 전통적인 2행정에 반드시 한정될 필요는 없다.

제1 행정 및 제2 행정 각각은 단계(phase)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 5a에 도시된 위치에서 팽창 단계가 시작될 수 있다. 팽창 단계는 연소를 포함할 수 있다. 연소는 실린더(110) 내의 스파크 플러그 또는 예열 플러그와 같은 점화기(미도시)를 작동시킴으로써 유발될 수 있다. 일부 실시예에서, 연소는 자동 점화에 의해 일어날 수 있다. 예를 들어, 실린더(110)의 지오메트리가 조정되고 엔진(1)의 압축비를 변경하여 연소가 자동으로 일어나도록 할 수 있다.

연소가 시작된 후, 피스톤(310)은 BDC를 향해 이동하게 될 수 있다(예를 들어, 도 5a 내지 5i의 도면에서 하향). 연소는 제1 챔버(10)의 공기-연료 혼합물이 피스톤(310)을 이동하게 하는 고압을 갖는 팽창 가스로 변환되게 할 수 있다. 도 5b에서는, 팽창 단계가 계속될 수 있다. 어떤 시점에서, 제1 챔버(10) 내의 팽창 가스의 압력은 최대치에 도달할 수 있다. 피스톤(310)이 아래로 이동함에 따라 제1 챔버(10)의 체적이 증가할 수 있다. 동시에, 제2 챔버(20)의 체적이 감소할 수 있고, 제2 챔버(20)의 가스가 압축될 수 있다. 어떤 시점에서, 제1 챔버(10) 내의 팽창 가스의 압력은 최소로 감소될 수 있다. 이 지점 또는 그 부근에서, 배기 개구(125)가 개방될 수 있고, 팽창 가스가 빠져나가도록 허용될 수 있다.

제1 행정은 연소가 제1 챔버(10)에서 발생할 수 있는 팽창 단계를 포함할 수 있다. 제1 행정은 또한 제2 챔버(20)에서 압축이 발생할 수 있는 압축 단계를 포함할 수 있다. 일부 단계는 서로 겹칠 수 있다. 예를 들어, 제1 행정의 팽창 단계는 제1 행정의 압축 단계와 함께 발생할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 행정에서 팽창 단계의 끝은 제1 행정에서 압박 단계의 끝과 일치할 수 있다. 예를 들어, 배기 개구(125)는 제1 챔버(10)에서 통로(140)를 열기 시작하는 피스톤(310)과 동시에 개방될 수 있다.

도 5c의 도면에서, 배기 개구(125)가 개방될 수 있고, 피스톤(310)이 운동량, 잔류 팽창 가스 압력 또는 플라이휠(70)의 관성에 기초하여 이동할 수 있다. 또한, 피스톤(310)은 통로(140)가 피스톤(310)에 의해 개방되기 시작하는 지점에 도달할 수 있다.

통로(140)는 제1 챔버(10)와 제2 챔버(20)를 연통시킬 수 있다. 도 5d에 도시된 바와 같이, 피스톤(310)이 통로(140)의 상부 에지(edge)와 하부 에지 사이의 위치에 있을 때, 가스는 통로(140)를 통해 제1 챔버(10)와 제2 챔버(20) 사이에서 연통할 수 있다.

도 5e에 도시된 바와 같이, 피스톤(310)은 BDC에 도달할 수 있다. BDC로부터, 제2 행정은 피스톤(310)이 TDC를 향해(예를 들어, 도 5a 내지 5i에서 위쪽으로) 이동하기 시작할 때 개시될 수 있다. 제2 행정은 흡기 단계에서 시작할 수 있다. 흡입 단계에서 가스가 엔진(1)에 공급될 수 있다. 도 5e 내지 5i는 엔진(1)의 제2 행정을 예시할 수 있다.

도 5f에서, 피스톤(310)은 위쪽으로 이동할 수 있다. 피스톤(310)이 위쪽으로 이동함에 따라 제2 챔버(20)의 체적이 증가할 수 있다. 제2 챔버(20)의 체적이 증가함에 따라, 엔진(1)의 외부로부터 제2 챔버(20)로 공기가 유입될 수 있다. 공기는 흡기 개구(225)를 통해 엔진(1)에 유입될 수 있다. 공기는 공기가 제2 챔버(20)에 직접 공급되도록 공기 공급 시스템을 통해 흡기 개구(212, 214)로 통과할 수 있다. 공기는 제3 챔버(30)에 포함된 윤활제와 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 공기는 압력 하에서 엔진(1)에 공급될 수도 있다. 예를 들어, 가압된 공기가 흡기 개구(225)로 공급될 수 있다. 흡기 매니폴드는 흡기 개구(225)에 부착될 수 있다. 흡기 매니폴드는 터보차저(turbocharger) 또는 슈퍼차저(supercharger) 등에 연결될 수 있다.

엔진(1)에 공급되는 공기는 신선한 공기일 수 있다. 연료가 없는 공기는 제2 챔버(20)에 유입될 수 있고, 연료는 하류 위치에서 공기에 첨가될 수 있다. 예를 들어, 연료 인젝터(미도시)는 연료를 분무하도록 구성된 실린더(110)에 제공될 수 있다. 일부 실시예에서, 연료 인젝터는 엔진(1)의 상류 위치에서 공기 흐름에 연료를 공급하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제2 챔버(20)에 공급되는 가스는 공기-연료 혼합물을 포함할 수 있다.

또한, 공기 공급 시스템의 일부로서 일 방향 밸브가 제공될 수 있다. 일 방향 밸브는 흡기 개구(225)에 제공될 수 있다. 일 방향 밸브는 리드(reed) 밸브를 포함할 수 있다. 가스는 흡기 개구(225)로부터 제2 챔버(20)로 흐르도록 구성될 수 있지만, 제2 챔버(20)로부터 흡기 개구(225)를 통해 엔진(1) 밖으로 다시 흐르지는 않는다. 일 방향 밸브를 제공하면 제2 챔버(20)의 가스가 압축될 수 있고, 압력이 제2 챔버(20)에 형성될 수 있다. 압력은 피스톤(310)의 작용으로 인해 또는 흡기 개구(225)를 통한 가스의 추가 공급(예를 들어, 압축 공기 사용)에 의해 체적이 감소함에 따라 제2 챔버(20)에서 추가로 형성될 수 있다.

도 5f에 도시된 바와 같이, 피스톤(310)이 통로(140)의 영역 내에 위치하는 동안, 가스는 제1 챔버(10)와 제2 챔버(20) 사이에서 연통할 수 있다. 흡입 공기는 제2 챔버(20)로부터 제1 챔버(10)로 흐를 수 있다. 특히, 피스톤(310)의 저면(312)이 통로(140)의 저부 에지 위에 있고, 피스톤(310)의 상부 표면(311)이 통로(140)의 상부 에지 아래에 있을 때, 제1 챔버(10)와 제2 챔버(20)는 연통할 수 있고 그들 사이에서 가스가 흐를 수 있다.

도 5f에 도시된 지점에서, 배기 개구(125)는 개방될 수 있고, 제1 챔버(10)의 팽창 가스는 제2 챔버(20)로부터 새롭게 도입된 가스에 의해 제1 챔버(10)로부터 제거될 수 있다. 일부 지점에서, 배기 개구(125)가 폐쇄될 수 있고, 가스가 더 이상 실린더(110)를 빠져나갈 수 없다. 압축 단계는 제2 행정 동안 제1 챔버(10)에서 시작될 수 있다.

도 5g에 도시된 바와 같이, 피스톤(310)은 제2 행정에서 TDC를 향해 계속 이동할 수 있고, 제1 챔버(10)와 제2 챔버(20) 사이의 연통이 차단될 수 있다. 피스톤(310)은 통로(140)가 더 이상 제1 챔버(10) 및 제2 챔버(20) 모두와 연통하지 않는 위치에 도달할 수 있다. 예를 들어, 피스톤(310)의 상부 표면(311)은 통로(140)의 상부 에지에 도달할 수 있다.

제2 행정은 가스가 제1 챔버(10)에서 압축될 수 있는 압축 단계를 포함할 수 있다. 피스톤(310)이 TDC 쪽으로 이동하고 제1 챔버(10)의 체적이 감소함에 따라, 제1 챔버(10) 내의 가스가 압축될 수 있다. 이 시간 동안, 배기 개구(125)는 폐쇄될 수 있다. 또한, 가스는 제2 챔버(20)에 계속해서 공급될 수 있다. 일부 실시예에서, 가스는 대기압과 같은 미리 결정된 압력으로 제2 챔버(20)에 계속 공급될 수 있다. 일부 실시예에서, 가스는 압력 하에서 제2 챔버(20)에 공급될 수 있다. 가스가 계속 공급됨에 따라 제2 챔버(20)에 포함된 가스의 압력은 계속 증가할 수 있다.

도 5h에 도시된 바와 같이, 피스톤(310)은 제2 행정에서 TDC를 향해 계속 이동할 수 있다. 어느 시점에서 연료가 주입될 수 있다. 연료는 실린더(110)로 직접 주입될 수 있다. 공기-연료 혼합물은 제1 챔버(10)에서 형성될 수 있다. 연료는 혼합을 최적화하기 위해 한 지점에서 분사될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 연료는 피스톤(310)이 통로(140)를 폐쇄하고, 폐쇄된 제1 챔버(10)의 체적이 최대로 될 수 있는, 도 5g에 도시된 위치에서 분사될 수 있다. 연료 분사 타이밍은 피스톤(310)의 위치에 기초할 수 있다. 연료 분사 타이밍은 또한 다른 작동 파라미터에 기초할 수 있다.

도 5i에 도시된 지점에서, 피스톤(310)은 TDC에 도달할 수 있고, 제1 챔버(10)에서의 압축은 최대에 도달할 수 있다. 이 지점 또는 그 근처에서, 연소가 제1 챔버(10)에서 유발될 수 있고, 제1 행정이 반복될 수 있다. 또한, 도 5i에 도시된 지점에서, 제2 챔버(20)의 체적은 최대일 수 있다. 제2 챔버(20)에 대기압 상태에서 공기를 공급하면, TDC에서 제2 챔버(20)의 체적을 포함하는 소정 체적의 공기가 제2 챔버(20)에 공급될 수 있다.

전술한 바와 같이, 피스톤(310)이 TDC(도 5a 참조)에서 BDC(도 5e 참조)로 이동할 때 대응하는 제1 행정이 있을 수 있다. 제1 행정은 팽창 단계 및 가스 교환 단계를 포함할 수 있다. 팽창 단계 동안, 제1 챔버(10)에서의 연소로 인한 팽창 가스는 피스톤(310)을 아래로 밀어낼 수 있다. 팽창 단계와 동시에, 제2 챔버(20) 내의 가스가 압축되는 압축 단계가 발생할 수 있다. 흡기 개구(225)에 제공되는 밸브는 가스가 제2 챔버(20)로부터 엔진(1) 밖으로 유출되는 것을 방지할 수 있다.

팽창 단계가 계속됨에 따라, 제1 챔버(10)의 체적이 증가할 수 있고, 제1 챔버(10)의 압력이 감소할 수 있다. 연료는 계속 연소될 수 있고, 팽창 가스는 계속 증가할 수 있다. 팽창 단계는 팽창 가스가 더 이상 피스톤(310)을 아래쪽으로 밀어내는 압력 증가에 기여하지 않을 때 종료될 수 있다. 이 지점 또는 그 근처에서, 배기 개구(125)가 개방될 수 있고, 배기 단계가 시작될 수 있다. 배기 단계는 배기 개구(125)가 다시 폐쇄될 때까지 지속될 수 있다.

또한, 제1 행정의 가스 교환 단계는, 제1 챔버와 제2 챔버가 연통될 때 시작할 수 있다. 이것은 제1 챔버(10)와 제2 챔버(20)가 통로(140)를 통해 서로 연통할 수 있도록 피스톤(310)이 통로(140)를 개방할 때 발생할 수 있다. 가스 교환 단계는 흡입 단계를 포함할 수 있다. 가스 교환 단계에서, 흡입 공기는 제2 챔버(20)로부터 제1 챔버(10)로 유입될 수 있다. 가스 교환 단계에서, 제2 챔버(20)의 압력은 제1 챔버(10)의 압력보다 높을 수 있다. 가스 교환 단계가 시작되기 직전에, 제2 챔버(20) 내의 가스는 작은 체적으로 압축될 수 있고 고압을 가질 수 있다. 그러면, 제2 챔버(20)로부터의 가스 압력이 제1 챔버(10)로 쉽게 방출될 수 있다. 신선한 공기는 제1 챔버(10)에서 연소가 발생한 후 압력 하에서 제2 챔버(20)로부터 제1 챔버(10)로 방출될 수 있고, 제1 챔버(10)에서 배기 가스의 소기(scavenging)가 향상될 수 있다.

제1 행정의 팽창 단계 동안, 블로바이가 발생할 수 있다. 제1 챔버(10)로부터의 일부 팽창 가스는 피스톤(310)을 지나 빠져나와 피스톤(310)이 아래로 이동함에 따라 제2 챔버(20)로 이동할 수 있다. 그러나 이들 가스는 제2 챔버(20)에 포함될 수 있다. 그 다음, 가스 교환 단계에서, 이들은 제1 챔버(10)로 재순환될 수 있다. 따라서, 엔진(1)에서 블로바이가 발생하더라도, 팽창가스는 제1 챔버(10) 또는 제2 챔버(20)에 수용되어 제3 챔버(30)에 도달하는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 실린더(110) 내의 피스톤(310)의 확대도를 도시하는 도 6을 참조할 것이다. 팽창 단계에서, 위에서 설명된 바와 같이 연소가 제1 챔버(10)에서 발생할 수 있다. 제1 챔버(10)는 헤드(120), 실린더(110)의 벽(113) 및 피스톤(310)의 상부 표면(311)에 의해 한계가 정해질 수 있다. 피스톤(310)은 피스톤(310)이 벽(113)에 대해 약간의 간극을 갖도록 실린더(110) 내에 슬라이딩 가능하게 장착되도록 구성될 수 있다. 즉, 피스톤(310)의 직경은 실린더(110)의 내경보다 작을 수 있다. 피스톤(310)은 주연 면(peripheral face)(313)을 포함할 수 있다. 홈(315)은 주연 면(313)에 형성될 수 있다. 피스톤 링(미도시)이 홈(315)에 제공될 수 있다. 피스톤 링은 제2 챔버(20)로부터 제1 챔버(10)를 씰링하도록 구성될 수 있다. 피스톤 링은 실린더(110)의 벽(113)과 완전히 접촉하도록 구성될 수 있다. 피스톤 링은 홈(315)의 내면과 완전히 접촉하도록 구성될 수 있다. 따라서, 제1 챔버(10)와 제2 챔버(20) 사이에 기밀(gas-tight) 씰링이 있을 수 있다. 피스톤 링은 가열될 때 팽창하도록 구성될 수 있다.

피스톤의 양쪽에 있는 상부 챔버와 하부 챔버 사이에 씰링이 있음에도 불구하고, 팽창 가스는 매우 높은 압력에 도달할 수 있으며, 일부 팽창 가스는 씨일을 극복하고 피스톤을 지나 빠져나갈 수 있다. 예를 들어, 제1 챔버(10)의 팽창 가스는 매우 높은 압력 하에 있을 수 있고, 일부 가스는 홈(315)에 제공되는 피스톤 링에 의해 날아가 버릴 수 있다. 이들 블로바이 가스는 제2 챔버(20)에 도달할 수 있다. 그러나 제2 챔버(20)를 제3 챔버(30)로부터 분리하는 추가 씨일이 제공될 수 있고, 블로바이 가스가 제3 챔버(30)에 도달하는 것을 방지할 수 있다.

제1 챔버(10)와 제3 챔버(30) 사이에 에어 갭을 제공하면, 추가 혼합 단계를 가능하게 할 수 있다. 블로바이 가스는 연소된 연료, 그을음 및 기타 연소 생성물과 같은 오염 물질이 포함할 수 있다. 블로바이 가스는 제1 챔버(10)로부터 제2 챔버(20)로 빠져나갈 수 있다. 제2 챔버(20)는 다음 연소 사이클을 위해 제공될 신선한 공기로 채워질 수 있다. 또한, 제2 챔버(20)는 압축 상태일 수 있고, 이에 따라 제2 챔버(20)의 공기 질량이 증가한다. 제2 챔버(20)에 도달하면, 블로바이 가스가 제2 챔버(20)의 신선한 공기와 혼합될 수 있다. 블로바이 가스의 질량은 제2 챔버(20)의 신선한 공기의 질량에 비해 매우 낮을 수 있다. 따라서, 일부 블로바이 가스가 제2 챔버(20)에 유입될 수 있지만, 제2 챔버(20) 내의 오염물의 농도는 매우 낮아질 수 있다.

도 4a와 관련하여 위에서 설명된 바와 같이, 격벽(230)은 제2 챔버(20)를 제3 챔버(30)로부터 분리하는 엔진(1)에 제공될 수 있다. 격벽(230)의 개구(235)에 씨일이 제공될 수 있다. 또한, 피스톤 로드(320)가 축 B를 따라 선형으로 왕복 운동하도록 구성될 수 있기 때문에, 개구(235)에 고정 씨일을 제공할 수 있다. 피스톤 로드(320)는 횡방향 이동이 방지될 수 있다. 개구(235)의 씨일은 피스톤 로드(320)가 축 B를 따라 슬라이딩 가능하도록 구성될 수 있다. 또한, 피스톤 로드(320)는 제3 챔버(30)에서 오일과 접촉할 수 있고, 이 오일을 개구(235)의 씨일로 전달할 수 있다. 오일이 제2 챔버(20)로 누출되지 않게 하고, 피스톤 로드(320)의 슬라이딩 작용은 개구(235)의 씨일을 윤활 상태로 유지할 수 있다.

또한, 가스는 상대적으로 낮은 온도에서 제2 챔버(20)로 공급될 수 있다. 예를 들어, 대기 온도에서 흡기 개구(225)로부터 공기가 공급될 수 있다. 제2 챔버(20)에 도달하는 공기는 상대적으로 낮은 온도로 유지될 수 있고, 피스톤 로드(320) 및 개구(235)의 씨일을 냉각시킬 수 있다. 개구(235)의 씨일을 냉각 상태로 유지하는 것은 제2 챔버(20)와 제3 챔버(30) 사이의 가스 교환을 방지하는 씨일의 효율성을 향상시킬 수 있고 씨일의 수명을 연장할 수 있다.

당업계에 알려진 대안적인 엔진에서, 실린더 내의 피스톤은 피스톤 위의 연소실을 피스톤 아래의 다른 챔버로부터 분리할 수 있다. 피스톤 아래의 챔버는 오일과 연통될 수 있다. 예를 들어, 종래의 2행정 엔진은 피스톤 위의 연소실과 피스톤 아래의 크랭크케이스를 포함할 수 있다. 피스톤을 지나 빠져나가는 블로바이 가스는 크랭크케이스로 유입되어 크랭크케이스의 오일을 오염시킬 수 있다.

반대로, 본 발명의 일부 실시예에서, 엔진에는 연소실과 윤활 챔버 사이에 에어 갭이 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 5b에 도시된 바와 같이, 피스톤(310)은 제1 챔버(10)를 제2 챔버(20)로부터 분리할 수 있다. 격벽(230)은 제2 챔버(20)를 제3 챔버(30)로부터 분리할 수 있다. 제1 챔버(10)는 팽창 가스가 피스톤(310)을 아래로 이동시키는 연소실을 포함할 수 있다. 피스톤(310)을 지난 블로바이 가스는 제2 챔버(20)에 수용될 수 있다. 제2 챔버(20)는 공기로 채워질 수 있고, 블로바이 가스는 공기와 혼합될 수 있다. 그 다음, 예를 들어 도 5d에 도시된 바와 같이, 블로바이 가스는 제1 챔버(10)로 재순환될 수 있다. 이것은 내부 배기 가스 재순환(EGR) 시스템으로 작용할 수 있다. 제2 챔버(20)로 공급된 신선한 공기는 소량의 블로바이 가스와 혼합될 수 있고, 혼합물은 다음 연소 사이클을 위해 제1 챔버(10)로 공급될 수 있다. 공기의 다음 충전에 블로바이 가스를 포함시키는 것은 제1 챔버(10)의 연소 온도를 낮출 수 있기 때문에 유익할 수 있다. 재순환된 배기 가스는 불활성 가스로 작용할 수 있으므로, 연소에 기여하는 대신, 연소실에서 체적을 차지하고 연소실에서 발생할 수 있는 연소량을 낮출 수 있다. 경우에 따라, 제1 챔버(10)에 신선한 공기만 공급하면, 연소 온도가 과도하게 높아질 수 있다.

일부 실시예에서, EGR의 양은 피스톤 링의 특성에 기초하여 제어될 수 있다. 예를 들어, 상대적으로 약한 씨일을 생성하도록 구성된 피스톤 링이 피스톤(310)의 홈(315)에 제공될 수 있다. 일부 실시예에서, 상대적으로 강한 씨일을 생성하도록 구성되는 피스톤 링이 제공되어 더 적은 EGR이 발생할 수 있다. 강한 씨일은 예를 들어 실린더(110)의 벽(113)에 대해 씨일을 누르는 작용을 하는 더 많은 힘을 제공함으로써 더 단단한 씨일을 생성하도록 구성될 수 있다. 씨일의 재질을 조절함으로써 씨일의 강도를 조절할 수 있다. 일부 실시예에서, 피스톤 링은 일부 블로바이 가스가 제어된 방식으로 피스톤(310)을 지나 빠져나갈 수 있도록 구성된 통로를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 엔진(1)의 경사 단면도를 예시하는 도 7을 참조할 것이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 격벽(230)의 개구(235)에 베어링(231)이 제공될 수 있다. 베어링(231)은 피스톤 로드(320)를 지지하도록 구성될 수 있다. 베어링(231)은 선형 베어링일 수 있다.

또한, 피스톤 로드(320)는 지지 부재(330)에 의해 지지될 수 있다. 지지 부재(330)는 웹(335)에 연결될 수 있다. 웹(335)은 휠(340)에 연결될 수 있다. 선형 운동과 회전 운동 사이를 변환하는 메커니즘은 지지 부재(330), 웹(335) 및 휠(340)을 포함할 수 있다. 휠(340)은 크랭크샤프트(350)와 함께 회전할 수 있다(도 2 참조). 메커니즘은 지지 부재(330)가 축 B를 따라 선형으로만 이동하도록 구성될 수 있다. 따라서, 도 7에 도시된 바와 같이, 피스톤 로드(320)는 두 지점, 예를 들어 베어링(231) 및 지지 부재(330)에서 지지될 수 있다. 축 B를 따른 두 지점에서 피스톤 로드(320)를 지지함으로써 피스톤 로드(320)의 이동이 축 B를 따른 선형 방향으로 제한될 수 있다. 피스톤 로드(320)가 축 B를 따라 선형으로만 이동할 때, 피스톤 로드(320)를 둘러싸는 고정 씨일은 제2 챔버(20)와 제3 챔버(30) 사이의 씨일을 수행하기 위해 개구(235)에 제공될 수 있다. 또한, 실린더(110)의 벽(113)을 누르기 위해 피스톤(310)을 가압하는 측력이 발생하는 것이 방지될 수 있다.

도 8은 웹(335)을 강조하는 본 발명의 실시예에 따른 엔진(1)의 단면도를 도시한다. 웹(335)은 제1 단부(336) 및 제2 단부(337)를 포함할 수 있다. 제1 단부(336)는 지지 부재(330)에 연결될 수 있다. 제2 단부(337)는 휠(340)에 연결될 수 있다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따라 선형 운동과 회전 운동 사이를 변환하기 위한 메커니즘의 일부 구성요소를 보여주는 확대도이다. 도 9에서, 휠(340)의 예시도는 그 뒤의 구성요소가 보이도록 억제된다. 도 9에 도시된 바와 같이, 웹(335)은 회전 부재(338) 및 기어(339)에 연결될 수 있다. 회전 부재(338)는 베어링 표면(341)을 따라 구르도록(roll) 구성될 수 있는 반면, 기어(339)는 링 기어(342)와 맞물리도록 구성될 수 있다. 휠(340)(미도시)이 크랭크샤프트와 함께 회전할 때, 기어(339)는 링 기어(342)를 따라 이동할 수 있고, 회전 부재(338)는 베어링 표면(341)에 대한 베어링에 의해 추가적인 지지체를 제공할 수 있다. 웹(335)은 회전 부재(338) 및 기어(339)에 연결될 수 있고, 이들 구성요소와 함께 이동할 수 있다. 지지 부재(330)는 웹(335)의 제1 단부(336)에 연결될 수 있고, 웹(335), 회전 부재(338), 및 기어(339)가 링 기어(342) 주위를 회전하는 동안 선형으로 이동하도록 구성될 수 있다. 도 10은 기어(339)의 도면이다. 기어(339)는 슬롯을 가질 수 있고, 회전 부재(338)와 함께 회전하도록 구성될 수 있다.

도 1을 참조하여 전술한 바와 같이, 엔진(1)은 샤프트(342, 344)를 포함할 수 있다. 도 11은 이러한 샤프트 중 하나를 도시한다. 예를 들어, 샤프트(342)는 도 11에 도시된 바와 같이 밸러스트(346)를 포함한다. 밸러스트(346)는 축부(347)에 고정 부착될 수 있다. 밸러스트(346)는 아크 형태로 형성될 수 있다.

도 12는 엔진(1)의 샤프트(342, 344)를 도시한다. 샤프트(342, 344)는 선형 운동을 엔진(1)에 포함된 회전 운동으로 변환하기 위해 메커니즘의 구성요소에 연결될 수 있다. 샤프트(342, 344)는 크랭크샤프트(350)와 함께 회전할 수 있다. 샤프트(342, 344)는 기어(343, 345)가 서로 맞물리도록 서로 연결될 수 있다. 샤프트(342, 344)의 회전 방향은 서로 반대일 수 있다.

샤프트(342, 344)는 밸러스트(346, 348)가 엔진(1)의 다른 구성요소의 균형을 맞추도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 엔진(1)은 피스톤(310), 피스톤 로드(320), 및 지지 부재(330)를 포함하는 진동 질량체를 포함할 수 있다. 밸러스트(346, 348)는 진동하는 질량체와 균형을 이루도록 크기가 조정될 수 있다. 피스톤(310)이 실린더(110) 내에서 왕복할 때, 샤프트(342, 344)가 회전할 수 있고 밸러스트(346, 348)도 회전할 수 있다. 샤프트(342, 344)는 밸러스트(346, 348)로 인해 균형이 맞지 않을 수 있으며, 따라서 샤프트(342, 344)는 진동이 피스톤(310)의 진동과 반대로 작동하는 진동 질량체를 형성할 수 있다. 피스톤(310)이 실린더(110)의 하부에 있을 때, 밸러스트(346, 348)는 샤프트(342, 344)의 상부에 있을 수 있다. 피스톤(310)이 실린더(110)의 상부에 있을 때, 밸러스트(346, 348)는 샤프트의 하부에 있을 수 있다. 피스톤(310)이 축 B를 따라 이동할 때, 밸러스트(346, 348)의 질량체 중심은 피스톤(310)에 대해 반대 방향으로 축 B를 따라 이동할 수 있다. 밸러스트(346, 348)를 제공하면 엔진(1)의 진동을 줄일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따라 조정되는 엔진(1)의 실린더(110)를 예시하는 도 13a 내지 도 13b를 참조할 것이다. 도 13a에 도시된 바와 같이, 실린더(110)는 제1 위치에 있을 수 있다. 실린더(110)는 실린더(110)가 축 B를 따라 위 또는 아래로 이동할 수 있도록 조정 가능하다. 도 13a에 도시된 바와 같이, 실린더(110)의 제1 위치는 실린더(110)의 조정의 최상 범위에 있을 수 있다. 도 13b에 도시된 바와 같이, 실린더(110)는 제2 위치에 있을 수 있다. 실린더(110)의 제2 위치는 실린더(110)의 가장 낮은 조정 범위에 있을 수 있다.

엔진(1)은 피스톤(310)의 운동 범위에 대한 실린더(110)의 지오메트리가 조정 가능하도록 구성될 수 있다. 피스톤(310)은 미리 결정된 범위에서 축 B를 따라 왕복 운동하도록 구성될 수 있다. 피스톤(310)은 크랭크샤프트(350)에 연결될 수 있고, 미리 결정된 TDC 및 BDC 위치를 가질 수 있다. 실린더(110)는 예를 들어 미리 결정된 TDC 지점에 대해 조정될 수 있다. 따라서, 피스톤(310)의 상부 면(311)과 엔진(1)의 헤드(120) 사이의 체적이 변경될 수 있다. 실린더(110)가 축 B를 따라 위쪽으로 이동함에 따라, 실린더(110)의 체적이 증가할 수 있다. 이것은 피스톤(310)의 운동 범위에서 다양한 위치를 따라 피스톤(310)과 관련되기 때문에, 실린더(110)의 상대적인 지오메트리를 변경할 수 있다. 또한, 압축비(예를 들어, BDC와 TDC 사이의 연소실 체적비)가 감소될 수 있다. 또한, 실린더(110)가 축 B를 따라 아래로 이동함에 따라, 실린더(110)의 체적이 감소할 수 있다. 따라서 압축률을 높일 수 있다.

엔진(1)은 실린더(110)를 조정하기 위한 메커니즘을 포함할 수 있다. 메커니즘은 조절기를 포함할 수 있다. 또한, 실린더(110)를 제자리에 잠그기 위해 다양한 구성 요소가 사용될 수 있다. 예를 들어, 엔진(1)은 링(150)을 포함할 수 있다. 링(150)은 축 B를 중심으로 회전할 수 있다. 링(150)은 실린더(110)의 위치를 변경하기 위해 실린더(110)와 상호작용하도록 구성될 수 있다. 링(150)은 일정 경사면(156)을 통해 실린더(110)와 협동할 수 있다.

도 13a에 도시된 바와 같이, 링(150)은 제1 각도 위치에 있을 수 있다. 이 위치에서 실린더(110)는 제1 위치에 있을 수 있다. 그 다음, 링(150)은 축 B를 중심으로 회전될 수 있다. 도 13b에 도시된 바와 같이, 링(150)은 제2 각도 위치에 있을 수 있다. 이 위치에서 실린더(110)는 제2 위치에 있을 수 있다. 경사면(156)의 위치는 도 13a와 도 13b 사이에서 비교하여 이동될 수 있다.

도 14는 본 발명의 실시예에 따른 실린더(110)를 도시한다. 실린더(110)는 돌출부(115)를 포함할 수 있다. 돌출부(115)는 축 B로부터 방사상 외측으로 돌출할 수 있다. 돌출부(115)는 실린더(110)의 주변 주위에 균일하게 이격된 복수의 노브(knob)를 포함할 수 있다. 돌출부(115)는 경사면(116) 및 측면(117)을 포함할 수 있다. 돌출부(115)의 경사면(116)은 링(150)의 경사면(156)과 협동하도록 구성될 수 있다. 추가로, 도 14에 도시된 바와 같이, 실린더(110)는 저면(112)을 포함할 수 있다.

도 15는 본 발명의 실시예에 따른 링(150)을 도시한다. 링(150)은 슬롯(155)을 포함할 수 있다. 슬롯(155)은 링(150)의 이동 범위를 제한하도록 구성될 수 있다. 링(150)은 노치(157)를 포함할 수 있다. 노치(157)는 링(150)이 엔진(1)에 설치될 수 있도록 제공될 수 있다. 예를 들어, 엔진(1)의 조립은 엔진 블록(201)의 상부에 링(150)을 배치하는 것을 포함할 수 있다. 그 다음, 돌출부(115)가 노치(157)를 통해 삽입되는 동안 실린더(110)는 엔진 블록(201)에 배치될 수 있다. 그 다음, 링(150)과 실린더(110)의 위치는 링(150)의 경사면(156)이 실린더(110)의 경사면(116)과 접촉하도록 조정될 수 있다. 실린더(110)의 돌출부(115)는 또한 엔진 블록(201)의 상보적인 개구에 끼워질 수 있다.

도 16a는 제1 각진 위치에 있는 링(150)을 도시한다. 링(150)은 그 각도 이동의 최대 범위의 일 단부에 있을 수 있다. 예를 들어, 도 16a에서, 반시계 방향으로의 추가 이동은 홀(119, 227)을 통해 삽입된 패스너와의 접촉에 의해 차단될 수 있다. 링(150)의 각도 이동 범위는 슬롯(155)에 의해 규정될 수 있다. 도 16b에 도시된 바와 같이, 링(150)은 최대 각도 이동 범위의 다른 단부에 있을 수 있다. 링(150)은 제2 각도 위치에 있을 수 있다. 도 16b에 도시된 위치에서, 링(150)은 홀(119, 227)을 통해 삽입된 패스너와 슬롯(155)의 벽(미도시) 사이의 접촉에 의해 시계 방향으로 더 이상 이동하는 것이 방지될 수 있다. 링(150)이 제1 각도 위치와 제2 각도 위치 사이에서 회전할 때, 실린더(110)는 경사면(156, 116)이 협동함에 따라 상이한 높이로 설정될 수 있다.

또한, 도 16a 및 16b에 도시된 바와 같이, 실린더(110)의 바닥과 엔진 블록(201) 사이에 공간(228)이 제공될 수 있다. 탄성 부재는 공간(228)에 제공될 수 있다. 예를 들어, 실린더(110)의 저면(112)에 대해 지탱하도록 구성될 수 있는 스프링(미도시)이 공간(228)에 제공될 수 있다. 도 14는 예를 들어 저면(112)을 갖는 실린더(110)를 도시한다. 공간(228)의 탄성 부재는 실린더(110)를 축 B를 따라 TDC를 향하는 방향(예를 들어, 도 14, 도 16a 또는 도 16b에서 상향)으로 가압하도록 구성될 수 있다. 탄성 부재는 실린더(110)를 위로 밀고 링(150)에 따라 설정된 위치에 실린더(110)를 유지하기 위한 잔류력(residual force)을 제공할 수 있다. 탄성 부재는 실린더(110)의 벽(113)에 있는 홈(315)의 피스톤 링의 마찰력과 제2 챔버(20)의 압력에 의한 힘을 포함하는 힘의 합보다 큰 가압력을 제공하도록 설정될 수 있다. 따라서, 실린더(110)는 링(150)에 의해 일단이 구속될 수 있고, 공간(228)에 제공된 부재의 가압력에 의해 타 단부가 구속될 수 있다. 공간(228)에서 부재에 의해 제공되는 가압력은 실린더(110)가 미리 결정된 방향으로 이동하게 할 수 있고, 실린더(110)는 링(150)에 의해 미리 결정된 방향으로 특정 위치를 지나 이동하는 것이 제한될 수 있다.

또한, 도 4b에 도시된 바와 같이, 실린더(110)는 엔진 블록(201)에 의해 내측 및 외측에서 지지될 수 있다. 엔진 블록(201)에는, 실린더(110)가 맞물리는 홈이 제공될 수 있다. 실린더(110)는 여러 측면에서 지지될 수 있고 안정성이 향상될 수 있다.

실린더(110)는 액추에이터에 의해 조정될 수 있다. 예를 들어, 링(150)을 회전시키도록 구성되는 기계적 또는 전기적 액추에이터가 제공될 수 있다. 링(150)은 링(150)을 회전시키기 위해 누를 수 있는 레버(미도시)를 포함할 수 있다. 링(150)의 작동은 컴퓨터에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어, 링(150)을 작동시킴으로써 실린더(110)를 조정하도록 프로그래밍된 전자 제어 유닛(ECU)이 제공될 수 있다. 실린더(110)의 위치는 링(150)을 제자리에 고정함으로써 고정될 수 있다. 잠금 링(150)을 원하는 위치에 잠그는 잠금 장치가 제공될 수 있다. 잠금 장치는 실린더(110)의 압축으로 인한 힘에 저항하도록 구성될 수 있다.

실린더(110)의 조정은 ECU에 의해 모니터링될 수 있는 엔진(1)의 작동 조건에 기초할 수 있다. 엔진(1)에는 다양한 센서가 제공될 수 있다. ECU는 예를 들어 노크(knock) 센서에 의해 실린더(110)의 압축비가 조정되어야 한다고 결정할 수 있고, 따라서 압축비를 목표 값으로 변경하기 위해 링(150)을 작동시킬 수 있다. ECU는 엔진(1)의 온도가 미리 정해진 임계값 미만인 동안 워밍업 모드를 사용하도록 결정할 수 있다. 워밍업 모드에서 실린더(110)의 압축비는 다른 모드의 압축비와 다를 수 있다.

본 발명의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고 개시된 예시적인 실시예에 대해 다양한 변경 및 수정이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 엔진(1)에 의해 생성된 연소 가스는 터보 차저를 구동하는 데 사용될 수 있다. 엔진(1)으로 유입된 압축공기는 피스톤으로부터 연장된 왕복 피스톤 로드에 의해 구동되는 외부 압축기에 의해 가압될 수 있다. 다른 변형은 가스가 축(예를 들어, 축 B)에 대한 기울기로 실린더 안팎으로 향하도록, 통로 또는 다른 포트의 각도를 변경하여 실린더 내에서 흐르는 가스에 소용돌이 효과를 부여하는 것을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 엔진(1A)을 예시하는 도 17a 내지 도 17c를 참조한다. 엔진(1A)은 엔진(1)과 유사할 수 있다. 그러나, 도 17a에 도시된 바와 같이, 엔진(1A)은 배기 개구(125)에 제공된 배기 밸브(126)를 포함할 수 있다. 또한, 헤드(120)는 배기 가스를 실린더(110)의 내부로부터 외부 위치로 안내하도록 구성될 수 있는 배기 포트(127)를 포함할 수 있다. 배기 포트(127)는 채널(123)에 연결될 수 있다(도 17b 참조). 배기 밸브(126)는, 실린더(110) 내부가 배기 포트(127)와 연통되는 개방 위치와 실린더(110) 내부가 배기 포트(127)와 연통되지 않는 폐쇄 위치 사이에서 선형 방향으로 이동하도록 구성될 수 있다. 배기 밸브(126)는 축 B를 따라 이동하도록 구성될 수 있다(도 17c 참조). 일부 실시예에서, 배기 밸브(126)는 홈(122)을 채널(123)에 선택적으로 연결하도록 구성될 수 있다.

또한, 엔진(1A)은 흡기 시스템(220)을 포함한다. 흡기 시스템(220)은 엔진(1A)에 공기를 공급하도록 구성될 수 있다. 흡기 시스템(220)은 유입 포트(221), 에어 박스(222) 및 도관(223)을 포함할 수 있다. 유입 포트(221)는 대기로부터 공기를 흡인하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 유입 포트(221)는 강제 유도 시스템에 연결될 수 있다. 에어 박스(222)는 흡입 공기에 존재할 수 있는 오염 물질을 여과하도록 구성된 에어 필터를 포함할 수 있다. 흡기 시스템(220)은 공기 유량계, 압력 센서 등과 같은 센서를 포함할 수 있다.

또한, 도 17a에 도시된 바와 같이, 엔진(1A)은 상부(100) 및 베이스(200)를 포함할 수 있다. 베이스(200)는 엔진 블록(201A)을 포함할 수 있다. 엔진 블록(201A)은 피트(202)를 포함할 수 있다. 피트(202)는 지면과 같은 기준면에서 엔진(1A)을 지지하도록 구성될 수 있다.

도 17b는 본 발명의 실시예에 따른 엔진(1A)의 단면도를 도시한다. 엔진(1A)은 엔진(1)과 유사하게 제1 챔버(10), 제2 챔버(20) 및 제3 챔버(30)를 포함할 수 있다. 제1 챔버(10)는 피스톤(310)에 의해 제2 챔버(20)로부터 분리될 수 있다. 제2 챔버(20)는 격벽(230)에 의해 제3 챔버(30)와 분리될 수 있다. 격벽(230)에는 개구(235)가 형성될 수 있다. 씨일이 개구(235)에 제공될 수 있다. 씨일은 피스톤 로드(320)가 왕복 운동하는 동안 제2 챔버(20)의 유체와 제3 챔버(30)의 유체 사이의 연통을 방지하도록 구성될 수 있다. 유체는 예를 들어 가스 또는 액체를 포함할 수 있다.

또한, 개구(224)는 도 17a에 도시된 바와 같이 엔진 블록(201A)에 제공될 수 있다. 구체적으로, 개구(224)는 격벽(230)에 형성될 수 있다. 흡기 시스템(220)은 개구(224)를 통해 제2 챔버(20)에 공기를 공급하도록 구성될 수 있다. 개구(224)는 도관(223)에 연결될 수 있다. 유입 포트(221)와 개구(224) 사이의 공기 흐름 경로에 일 방향 밸브가 제공될 수 있다. 예를 들어, 흡기 시스템(220)의 일부 위치에 리드 밸브가 제공될 수 있다.

도 17c에 도시된 바와 같이, 축 A와 축 B는 서로 수직일 수 있다. 엔진(1A)은 플라이휠(70)을 통해 출력되는 전력을 생성하도록 구성될 수 있다. 엔진(1A)의 메커니즘은 예를 들어 축 B를 따르는 피스톤(310)(도 17c에 도시되지 않음)의 선형 운동을 다른 형태의 에너지(예를 들어 축 A에 대한 플라이휠(70)의 회전)로 변환하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 격리 영역을 포함하는 전력 시스템의 개략도인 도 18a 내지 도 18c를 참조한다. 도 18a에 도시된 바와 같이, 동력 시스템(18)은 엔진을 포함할 수 있다. 엔진은 제1 챔버(10), 제2 챔버(20) 및 제3 챔버(30)를 포함하는 복수의 챔버를 가질 수 있다. 챔버 중 하나 이상의 체적은 가변적일 수 있다. 예를 들어, 제1 챔버(10)와 제2 챔버(20) 사이의 격벽은 왕복 운동하는 피스톤을 포함할 수 있다. 피스톤이 제1 챔버(10) 쪽으로 이동함에 따라 제1 챔버(10)의 체적은 감소하고 제2 챔버(20)의 체적은 증가할 수 있다. 제2 챔버(20)는 제3 챔버(30)와 격리될 수 있다. 제2 챔버(20)는 격리 영역을 구성할 수 있다. 격리 영역은 공기 챔버 또는 에어 갭을 포함할 수 있다.

제2 챔버(20)에는 신선한 공기 또는 다른 가스가 공급될 수 있다. 제2 챔버(20)에 공급되는 가스는 불연성일 수 있다. 예를 들어, 무 연료 공기가 제2 챔버(20)에 공급될 수 있다. 제2 챔버(20)에 공급되는 가스는 동력 시스템(18)의 엔진에 대한 흡입 공급원으로 사용될 수 있다. 제2 챔버(20)로부터의 가스는 연소실로 사용될 수 있는 제1 챔버(10)로 유입될 수 있다. 한편, 제3 챔버(30)는 전력 변환 영역으로 사용될 수 있다. 제3 챔버(30)는 동력 시스템(18)의 엔진으로부터 생성된 기계적 운동을 다른 형태의 에너지로 변환하는 데 사용될 수 있는 액추에이터를 포함할 수 있다. 제3 챔버(30)는 윤활제 의해 윤활되도록 구성된 메커니즘을 포함할 수 있다. 윤활제는 액체를 포함할 수 있다. 제2 챔버(20)는 제1 챔버(10)로부터 제3 챔버(30)를 격리시키도록 구성될 수 있다. 제2 챔버(20)는 제1 챔버(10)로부터 블로바이 가스 또는 다른 오염물을 수용하도록 구성될 수 있고, 제3 챔버(30)에 포함된 유체를 깨끗하게 유지할 수 있다. 블로바이 가스 또는 다른 오염물은 제2 챔버(20)로부터 제1 챔버(10)로 재순환될 수 있다.

도 18b에 도시된 바와 같이, 제1 챔버(10)는 피스톤(310)에 의해 제2 챔버(20)로부터 분리될 수 있다. 피스톤(310)은 선형 방향으로 왕복 운동하도록 구성될 수 있다. 피스톤(310)이 도 18b의 도면에서 좌측으로 이동함에 따라, 제1 챔버(10)의 체적은 감소할 수 있는 반면, 제2 챔버(20)의 체적은 증가할 수 있다. 따라서, 제1 챔버(10) 및 제2 챔버(20)는 가변 체적을 가질 수 있다.

도 18b에 또한 도시된 바와 같이, 제2 챔버(20)는 격벽(230)에 의해 제3 챔버(30)로부터 분리될 수 있다. 격벽(230)은 씨일(25)을 포함할 수 있다. 씨일(25)은 피스톤 로드(320) 주위를 씰링하도록 구성될 수 있다. 씨일(25)은 원형 개스킷과 같은 환형 요소를 포함할 수 있다. 씨일(25)은 피스톤 로드(320)가 씨일(25)에 의해 구획된 영역을 가로질러 유체 연통을 방지하면서 피스톤 로드를 통해 왕복 운동하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 씨일(25)은 제3 챔버(30)에 포함된 액체와 제2 챔버(20)에 포함된 가스 사이의 연통을 방지하도록 구성될 수 있다. 제3 챔버(30)의 액추에이터는 피스톤 로드(320)로부터 전달될 수 있는 선형 왕복 운동을 다른 형태의 에너지로 변환하도록 구성될 수 있다.

도 18c는 복수의 챔버를 포함하는 시스템을 나타낸다. 제1 연소실(11)과 제2 연소실(12)이 있을 수 있다. 제1 연소실(11)과 제2 연소실(12) 사이의 격벽은 양측(double-sided) 피스톤을 포함할 수 있다. 제1 연소실(11)과 제2 연소실(12)은 제2 챔버(20)로부터 분리될 수 있다. 제2 챔버(20)는 제3 챔버(30)로부터 분리될 수 있다. 피스톤 로드와 같이 양측 피스톤에 연결되는 부재는 제2 챔버(20)를 관통하여 제3 챔버(30) 내부로 연장될 수 있다. 예를 들어 유용한 일을 생성하기 위해 양측 피스톤에 연결된 부재의 운동을 사용하도록 구성된 제3 챔버(30)에 포함된 액추에이터가 있을 수 있다. 제3 챔버(30)와 제1 연소실(11) 또는 제2 연소실(12) 사이의 연통이 차단될 수 있다.

각 단부에서 엔진 헤드에 의해 한계가 정해지는 양측 실린더, 각 단부에 위치한 흡기 또는 배기 유닛, 실린더 내에서 슬라이딩하도록 구성된 피스톤을 포함하는 엔진이 사용될 수 있다. 피스톤은 양측일 수 있다. 실린더 중간 지점에 포트가 제공될 수 있다. 2개의 피스톤 로드는 엔진의 종축에 정렬될 수 있으며, 각 피스톤 로드는 피스톤의 타측에 연결된다. 각각의 피스톤 로드는 흡기 또는 배기 개구로 연장되는 통로를 가질 수 있다. 피스톤 로드의 개구는 피스톤 로드의 통합 부분인 흡기 또는 배기 밸브를 구성할 수 있다. 피스톤은 슬라이딩 밸브를 구성할 수 있다. 그러한 엔진의 예는 미국 특허 제9,995,212호에 설명되어 있다. 자유 피스톤 엔진과 같은 양측 피스톤을 갖는 엔진의 추가 예는 미국 특허 제9,551,221호, 9,845,680호 및 9,869,179호에서 설명되어 있다. 본 발명의 실시예에서는 양측 실린더와 양면 피스톤이 사용될 수 있다. 양측 피스톤에 부착된 피스톤 로드의 단부는 피스톤 로드의 선형 운동을 다른 형태로 변환하는 메커니즘에 부착될 수 있다. 따라서 양측 피스톤은, 예를 들어 크랭크축에 의해 구속될 수 있다. 일부 실시예에서, 양측 피스톤은 자유 피스톤으로 구성될 수 있고, 예를 들어 발전기에 연결될 수 있다. 엔진의 운동을 다른 형태로 변환하는 장치를 포함하는 챔버는 예를 들어 에어 갭에 의해 연소실로부터 격리될 수 있다. 에어 갭은 신선한 공기가 공급되도록 구성된 영역을 포함할 수 있고, 운동을 변환하기 위한 장치를 포함하는 챔버에 오염 물질이 도달하는 것을 방지하거나 방해하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 엔진(1B)을 예시하는 도 19a 내지 도 19g를 참조할 것이다. 엔진(1B)는 엔진(1)과 유사할 수 있지만, 흡기 및 배기 시스템은 다음과 같이 설명되어야 하며 기타 기능도 있다. 헤드(120)는 흡입 공기가 실린더(110)에 유입될 수 있도록 구성될 수 있는 개구(121)를 포함할 수 있다. 흡기실(40)이 제공될 수 있다. 흡기실(40)은 헤드(120)의 상부벽과 피스톤(314)의 상부 면 사이의 공간에 의해 형성될 수 있다.

피스톤(314)은 실린더(110) 내에서 슬라이딩 가능하게 제공될 수 있다. 피스톤 로드(321)는 피스톤(314)에 연결될 수 있다. 피스톤(314)은 피스톤 로드(321)가 피스톤 로드를 통해 연장되도록 중앙에 개구를 가질 수 있다. 피스톤 로드(321)는 피스톤 로드(321)의 제1 단부에 개구(322)를 포함할 수 있다. 피스톤 로드(321)의 제2 단부는 지지 부재(330)에 연결될 수 있다. 피스톤 로드(321)의 제1 단부와 제2 단부 사이에는 벽(324)이 제공될 수 있다. 벽(324)은 피스톤 로드(321)를 통한 공기 흐름을 차단하도록 구성될 수 있다. 피스톤 로드(321)는 공기가 적어도 부분적으로 관통하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 피스톤 로드(321)는 개구(322)로부터 개구(323)까지 형성된 통로를 포함할 수 있다. 개구(323)는 피스톤 로드(321)의 벽을 통해 연장되는 복수의 홀을 포함할 수 있다. 헤드(120)의 개구(121)를 통해 유입되는 흡입 공기는 피스톤 로드(321)를 통해 개구(322) 및 개구(323)를 통해 실린더(110)의 제1 챔버(10)로 이동할 수 있다.

실린더(110)는 실린더(110)의 벽에 형성될 수 있는 배기 개구(118)를 포함할 수 있다. 배기 개구(118)는 복수의 개구를 포함할 수 있다. 피스톤(314)이 배기 개구(118) 위에 있는 동안, 제1 챔버(10)의 가스가 실린더(110)를 빠져나가도록 허용될 수 있다.

도 19a는 흡기 단계의 시작을 예시할 수 있다. 공기는 헤드(120)의 개구(121)를 통해 엔진(1B)에 유입될 수 있다. 일부 공기는 적어도 일시적으로 흡기실(40)에 유지될 수 있다. 공기는 피스톤 로드(321)를 통해 이동할 수 있고, 실린더(110) 내의 제1 챔버(10)에 공급될 수 있다. 피스톤(314)이 배기 개구(118) 위에 있는 동안, 흡입 경로는 배기 개구(118)와 연통할 수 있고, 엔진(1B)은 소기(scavenging) 단계에 있을 수 있다. 제1 챔버(10)는 연소실 역할을 할 수 있다.

도 19a에 도시된 바와 같이, 피스톤(314)은 상부 벽(316)을 포함할 수 있다. 상부 벽(316)은 헤드(120)의 수용 공간(124)으로 연장하도록 구성될 수 있다. 홈(317)은 상부 벽(316)에 제공될 수 있다. 흡기실(40)을 제1 챔버(10)로부터 씰링하도록 구성된 피스톤 링이 홈(317)에 제공될 수 있다. 홈(317)의 피스톤 링은 홈(315)의 피스톤 링과 함께 작동하여 피스톤(314) 위 및 아래의 챔버를 씰링할 수 있다. 2 개의 씨일은 가스를 위한 중간 공간을 제공할 수 있다.

하부 엔진 헤드(190)는 실린더(110)에 연결되어 제공될 수 있다. 하부 엔진 헤드(190)는 실린더(110)의 저부(bottom)와 제1 챔버(10)의 저부를 규정할 수 있다. 하부 엔진 헤드(190)는 제2 챔버(20)를 위한 공간을 포함할 수 있다. 제1 챔버(10) 및 제3 챔버(30)로부터 제2 챔버(20)를 씰링하기 위해 씨일이 제공될 수 있다.

엔진(1B)의 베이스는 블록(201B)을 포함할 수 있다. 블록(201B)은 제3 챔버(30)를 포함할 수 있다. 제3 챔버(30)는 선형 왕복 운동을 회전 운동으로 변환하는 메커니즘을 포함할 수 있다. 지지 부재(330)는 피스톤 로드(321)와 함께 이동하도록 구성될 수 있고, 메커니즘의 기어를 회전시킬 수 있다. 회전 운동은 다른 부재를 통해 전달될 수 있고, 예를 들어 플라이휠에 출력될 수 있다.

도 19b에 도시된 바와 같이, 피스톤(314)은 계속해서 아래쪽으로 이동할 수 있다. 도 19b는 피스톤 로드(321)의 개구(323)가 실린더(110) 외부로 이동하는 지점을 예시할 수 있고, 피스톤 로드(321)의 통로는 더 이상 제1 챔버(10)와 연통되지 않을 수 있다. 배기 개구(118)는 피스톤(314)에 의해 부분적으로 노출될 수 있다. 일부 실시예에서, 피스톤 로드(321) 및 실린더(110)는 피스톤 로드(321)의 개구(323)가 실린더(110) 외부로 이동하기 전에 배기 개구(118)가 피스톤(314)에 의해 폐쇄되도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 피스톤 로드(321) 및 실린더(110)는, 피스톤 로드(321)의 배기 개구(118) 및 개구(323)가 함께 폐쇄되도록 구성될 수 있다. 피스톤 로드(321)와 실린더(110)는 이와 같은 방식으로 가스 연통이 제어되도록 크기를 조정하여 구성할 수 있다.

배기 개구(118)가 피스톤(314)에 의해 덮일 때, 압축 단계가 제1 챔버(10)에서 발생할 수 있다. 제1 챔버(10)에 미리 공급된 흡입 공기는 제1 챔버(10)에 트랩될 수 있고, 피스톤(314)이 이동하고 제1 챔버(10)의 체적을 감소시키면서 압축될 수 있다.

제2 챔버(20)는 제1 챔버(10) 및 제3 챔버(30)로부터 격리될 수 있다. 제3 챔버(30)는 피스톤 로드(321)의 선형 운동을 변형시키는 메커니즘을 윤활하기 위한 윤활제를 포함할 수 있다.

도 19c는 피스톤(314)이 계속해서 아래로 이동하는 위치를 도시한다. 피스톤(314)은 배기 개구(118)를 완전히 덮을 수 있다. 도 19c에 도시된 위치에서, 압축 단계가 계속될 수 있다. 피스톤 로드(321)의 개구(323)는 제2 챔버(20)의 영역에 있을 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 챔버(20)는 피스톤 로드(321)의 개구(323)로부터 격리될 수 있다. 연료 분사는 가스가 계속 압축되는 동안 제1 챔버(10)에서 발생할 수 있다.

도 19d는 피스톤(314)이 BDC에 도달한 위치를 도시한다. 제1 챔버(10)의 체적은 최소일 수 있다. 이 시점에서 점화는 제1 챔버(10)에서 유발될 수 있다. 그 후 챔버(10)에서 연소 단계가 시작될 수 있다. 연소 단계 동안, 제1 챔버(10) 내의 팽창 가스의 압력은 매우 높아질 수 있고, 약간의 블로바이가 발생할 수 있다. 일부 가스는 피스톤(314)을 지나 날아갈 수 있다. 일부 가스는 제2 챔버(20)로 날아갈 수 있다. 그러나, 제2 챔버(20)는 에어 갭으로서 작용할 수 있고, 블로바이 가스가 제3 챔버(30)에 도달하는 것을 방지하거나 방해할 수 있다.

도 19e에 도시된 바와 같이, 연소 단계에서, 피스톤(314)은 역방향을 가질 수 있고, 위쪽으로 이동할 수 있다. 도 19e에 도시된 지점에서, 피스톤(314)의 저면(bottom face)은 배기 개구(118)의 바닥에 도달했을 수 있다. 배기 개구(118)가 열리기 시작할 수 있고 배기 단계가 제1 챔버(10)에서 시작될 수 있다.

도 19f에 도시된 지점에서, 피스톤 로드(321)의 개구(323)는 실린더(110)에 유입되기 시작할 수 있다. 흡입 가스는 피스톤 로드(321)를 통해 실린더(110)에 공급될 수 있다. 흡기실(40)로부터의 흡입 공기는 피스톤 로드(321)를 통해 이동할 수 있고, 개구(323)를 통해 제1 챔버(10)로 공급될 수 있다. 이 시점까지 제1 챔버(10)는 팽창 가스로 채워질 수 있다. 신선한 공기의 도입은 배기 개구(118)를 통해 팽창 가스를 실린더(110) 밖으로 밀어내는 데 도움이 될 수 있다. 배기 가스가 배출되는 동안, 공기가 실린더(110)에 공급됨에 따라 소기가 발생할 수 있다.

도 19g는 피스톤(314)이 TDC에 도달한 지점을 도시한다. 이 시점에서 제1 챔버(10)에서 소기가 완료되었을 수 있다. 일부 실시예에서, 피스톤 로드(321) 및 실린더(110)는 약간의 신선한 공기가 제1 챔버(10)에 공급되고, 다음 압축 단계가 시작되기 전에 실린더(110)로부터 배출되도록 구성될 수 있다.

도 20a 내지 20h는 본 발명의 실시예에 따른 엔진(1C)을 도시한다. 엔진(1C)는 다른 차이점 중에서도 양측 피스톤이 사용된다는 점을 제외하고, 엔진(1B)과 유사할 수 있다. 도 20a에 도시된 바와 같이, 엔진(1C)은 실린더(110)의 양측에 제1 아트리움(atrium)(191) 및 제2 아트리움(192)을 포함할 수 있다. 제1 아트리움(191)은 흡입 공기를 수용하도록 구성된 개구(193)를 포함할 수 있다. 제2 아트리움(192)은 흡입 공기를 수용하도록 구성된 개구(194)를 포함할 수 있다. 엔진(1C)은 일 단부를 덮는 상부(195)와 다른 단부의 블록(201C)을 포함할 수 있다. 제3 챔버(30)는 내부에 포함된 선형 운동을 회전 운동으로 변환하기 위한 메커니즘을 윤활하기 위한 윤활제를 포함할 수 있다.

실린더(110)에 슬라이딩 가능하게 장착된 피스톤은 양측 피스톤일 수 있다. 제1 피스톤 측면(side)(314A) 및 제2 피스톤 측면(314B)이 있을 수 있다. 제1 및 제2 피스톤 측면(314, 314B)는 일체형 또는 개별 부재일 수 있다. 각 피스톤 측면에는 피스톤 링과 맞물릴 수 있는 홈이 있을 수 있다. 제1 피스톤 측면(314A)는 제2 피스톤 측면(314B)와 이격되어 그들 사이에 공간이 형성될 수 있다. 공간은 가스를 포함하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 피스톤을 통한 가스 연통을 허용하기 위한 개구를 포함하는 조건에서, 단일의 고체 피스톤이 사용될 수 있다.

피스톤 로드(321)는 제1 및 제2 피스톤 측면(314A, 314B)을 통해 연장될 수 있다. 피스톤 로드(321)는 제1 개구(323A) 및 제2 개구(323B)를 포함할 수 있다. 피스톤 로드(321)는 중공형일 수 있다. 상호 연결 흐름 통로는 피스톤 로드(321)를 통해 연장될 수 있다. 개구(193) 또는 개구(194)를 통해 공급된 흡입 공기는 제1 개구(323A) 또는 제2 개구(323B)를 통해 피스톤 로드(321)를 통해 연통될 수 있다. 흡입 공기는 피스톤 로드(321)를 통해 이동하여 실린더(110) 내부로 공급될 수 있다. 피스톤 로드(321)는 지지 부재(330)에 연결될 수 있고, 가스가 제3 챔버(30)로 빠져나가지 않도록 씰링될 수 있다. 일부 실시예에서, 피스톤 로드(321)는, 가스 연통이 제1 및 제2 개구(323A, 323B)를 통해서만 발생하도록 일측 또는 양측 단부에 벽을 포함할 수 있다.

엔진(1C)은 제1 챔버(11) 및 제2 챔버(12)를 포함할 수 있다. 제1 챔버(11) 및 제2 챔버(12)는 실린더(110)의 양 단부 상의 헤드 및 피스톤 측면(314A, 314B)에 의해 규정될 수 있다. 제1 챔버(11)의 체적이 증가함에 따라, 제2 챔버(12)의 체적은 감소할 수 있다. 제1 및 제2 챔버(11, 12)는 실린더(110) 내의 연소실을 포함할 수 있다.

도 20a에 도시된 바와 같이, 제2 챔버(12)는 피스톤 로드(321)를 통해 흡입 공기를 공급받을 수 있다. 공기는 개구(193)를 통해 제1 아트리움(191)으로 이동할 수 있다. 그 다음, 공기는 제1 개구(323A)를 통해 피스톤 로드(321)로 유입되고, 피스톤 로드(321)의 통로를 통해 이동한 다음, 제2 개구(323B)를 통해 피스톤 로드(321)를 빠져나갈 수 있다.

엔진(1C)은 제4 챔버(21) 및 제5 챔버(22)를 포함할 수 있다. 제5 챔버(22)는 실린더(110)와 제3 챔버(30) 사이의 에어 갭으로서 작용할 수 있다. 도 20a에서, 연소는 제1 챔버(11)에서 발생할 수 있고, 피스톤(예를 들어, 피스톤 측면(314A, 314B))은 아래로 이동할 수 있다.

도 20b에 도시된 바와 같이, 피스톤은 계속해서 아래로 이동할 수 있다. 도 20b는 피스톤 로드(321)의 개구(323B)가 실린더(110) 외부로 이동하는 지점을 예시할 수 있고, 피스톤 로드(321)의 통로는 더 이상 제2 챔버(12)와 연통하지 않을 수 있다. 한편, 연소 단계는 제1 챔버(11)에서 계속될 수 있다. 배기 개구(118)(도 20a 참조)는 피스톤에 의해 차단될 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 및 제2 피스톤 측면(314A, 314B), 피스톤 로드(321) 및 실린더(110)는, 피스톤 로드(321)의 개구(323B)가 실린더(110) 외부로 이동하기 전에, 배기 개구(118)가 피스톤에 의해 폐쇄되도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 및 제2 피스톤 측면(314A, 314B), 피스톤 로드(321) 및 실린더(110)는, 피스톤 로드(321)의 개구(323B)가 실린더(110) 외부로 이동한 후에 배기 개구(118)가 피스톤에 의해 폐쇄되도록 구성될 수 있다. 피스톤 측면(314A, 314B), 피스톤 로드(321) 및 실린더(110)는 이러한 방식으로 가스 연통이 제어되도록 크기 조정에 의해 구성될 수 있다.

배기 개구(118)가 제2 피스톤 측면(314B)에 의해 덮일 때, 압축 단계가 제2 챔버(12)에서 발생할 수 있다. 제2 챔버(12)로 미리 공급된 흡입 공기는 제2 챔버(12)에 트랩되어 피스톤이 아래로 이동하면서 압축되어 제2 챔버(12)의 체적이 줄어들 수 있다.

도 20c는 피스톤이 계속 아래쪽으로 이동하는 위치를 도시한다. 도 20c에 도시된 위치에서, 제2 챔버(12)의 압축 단계가 계속될 수 있다.

도 20d는 제1 챔버(11)의 연소 단계와 제2 챔버(12)의 압축 단계가 계속되는 위치를 도시한다. 피스톤 로드(321)의 제2 개구(323B)는 제5 챔버(22)의 영역에 있을 수 있다. 연료 분사는 가스가 계속 압축되는 동안 제2 챔버(12)에서 발생할 수 있다.

도 20e는 제2 챔버(12)에서 압축 단계가 계속되고, 제1 챔버(11)에서 배기 단계가 발생하는 위치를 도시한다. 배기 가스는 배기 개구(118)를 통해 실린더(110) 내의 제1 챔버(11)로부터 빠져나갈 수 있다.

도 20e에 도시된 바와 같이, 피스톤 로드(321)의 제1 개구(323A)는 실린더(110)에 유입될 수 있고, 공기는 실린더(110)에 공급될 수 있다. 소기 단계는 제1 챔버(11)에서 발생할 수 있다. 공기는 개구(193)를 통해 피스톤 로드(321)로 공급될 수 있다. 피스톤 로드(321)는 일단이 개방될 수 있다. 피스톤이 실린더(110)의 하부 절반부에 있을 때 제1 챔버(11)에 공기가 공급될 수 있다.

도 20f는 피스톤이 BDC에 있을 수 있는 위치를 도시한다. 제2 챔버(12)의 체적은 최소일 수 있다. 이 시점에서, 점화는 제2 챔버(12)에서 유발될 수 있다. 연소 단계는 그 후 제2 챔버(12)에서 시작될 수 있다.

도 20g에 도시된 바와 같이, 제2 챔버(12)에서의 연소 단계가 계속될 수 있다. 연소 단계 동안, 제2 챔버(12) 내의 팽창 가스의 압력은 매우 높아질 수 있고 약간의 블로바이가 발생할 수 있다. 일부 가스는 제2 피스톤 측면(314B)를 지나 날아갈 수 있다. 일부 가스는 제5 챔버(22)로 빠져나갈 수 있다. 그러나, 제2 챔버(22)는 에어 갭으로서 작용할 수 있고, 블로바이 가스가 제3 챔버(30)에 도달하는 것을 방지하거나 방해할 수 있다. 또한, 제1 피스톤 측면(314A)과 제2 피스톤 측면(314B) 사이의 중간 챔버(13)는 블로바이 가스가 일시적으로 포함될 수 있는 에어 갭으로서 작용할 수 있다. 제1 피스톤 측면(314A)과 제2 피스톤 측면(314B) 사이의 중간 챔버(13) 내의 가스는 배기 개구(110)를 통해 배출될 수 있다.

도 20g에 예시된 지점에서, 제1 개구(323A)는 실린더(110) 외부로 이동할 수 있다. 배기 개구(118)가 제1 피스톤 측면(314A)에 의해 덮힌 후, 새로운 압축 단계가 제1 챔버(11)에서 시작될 수 있다. 또한, 연소 단계는 제2 챔버(12)에서 계속될 수 있다.

도 20h는 피스톤(314)이 TDC에 도달한 지점을 도시한다. 제1 챔버(11)의 압축 단계가 완료될 수 있고, 이 지점에서 점화가 발생할 수 있다. 또한, 배기(및 소기) 단계가 제2 챔버(12)에서 발생할 수 있다. 피스톤이 실린더(110)의 상부 절반부에 있을 때 제2 챔버(12)에 공기가 공급될 수 있다.

엔진(1C)의 개별 챔버들 사이에 씨일이 제공될 수 있다. 예를 들어, 씨일은 제5 챔버(22)와 제3 챔버(30) 사이에 제공될 수 있다. 씨일은 제3 챔버(30)의 윤활제로부터 제5 챔버(22)의 에어 갭을 격리하도록 구성될 수 있다. 또한, 제2 챔버(12)와 제5 챔버(22) 사이에 씨일이 제공될 수 있다. 제2 챔버(12)와 제5 챔버(22) 사이의 씨일은, 제2 개구(323B)가 씨일을 연결하는 경우를 제외하고 두 챔버 사이의 가스 연통이 차단되도록 구성될 수 있다. 피스톤 로드(321)가 축을 따라 선형으로만 이동하도록 구성된 부싱(bushing)이 제공될 수 있다. 부싱은 씨일에 인접할 수 있다. 부싱 또는 씨일은 실린더(110)의 단부들을 구속하는 헤드에 제공될 수 있다.

발명의 상술한 부분을 촉진하기 위해, 요소들의 다양한 조합이 함께 설명된다. 본 발명의 양태는 가장 넓은 의미에서 전술한 특정 조합으로 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 오히려, 본 발명과 일치하고 도면에 예로서 예시된 바와 같이, 본 발명의 실시예는 하기 열거된 특징 중 하나 이상을 단독으로 또는 다음의 다른 열거된 특징 중 임의의 하나 이상과 조합하여, 또는 이전에 기재된 특징과 조합하여 포함할 수 있다.

예를 들어, 엔진을 포함하는 동력 시스템이 제공될 수 있다. 엔진은 내부에 연소실을 갖는 실린더; 및 실린더 내에 슬라이딩 가능하게 장착된 피스톤을 포함할 수 있다. 또한 다음 요소가 제공될 수 있다:

- 엔진에 가스를 공급하도록 구성된 공기 챔버.

- 여기서 공기 챔버는 흡기 매니폴드에 연결됨.

- 액추에이터 윤활용 오일을 포함하도록 구성된 오일 챔버.

- 여기서 액추에이터는 엔진으로부터 일을 추출하는 메커니즘을 포함함.

- 여기서 액추에이터는 선형 운동을 회전 운동으로 변환하는 메커니즘을 포함.

- 여기서 공기 챔버는 연소실과 오일 챔버 사이에 존재함.

- 피스톤에 연결된 피스톤 로드.

- 여기서 피스톤 로드는 공기 챔버와 오일 챔버를 통과함.

- 여기서 피스톤 로드는 연소실, 공기 챔버 및 오일 챔버를 통과함.

- 여기서 실린더는 실린더의 상대적인 지오메트리를 변경하도록 이동할 수 있음.

- 여기서 실린더는 실린더의 압축비를 변경하도록 이동할 수 있음.

- 여기서 엔진은 축을 따라 피스톤 로드를 정렬하도록 구성됨.

- 여기서 엔진은 축을 따라 실린더를 정렬하도록 구성됨.

- 연소실과 공기 챔버이 소통하도록 구성된 통로.

- 여기서 통로는 실린더의 벽에 있는 홈을 포함함.

- 여기서 오일 챔버는 내부에 씨일이 배치된 개구가 있는 격벽에 의해 공기 챔버와 분리됨.

- 여기서 엔진은 연소실로부터 공기 챔버로 빠져나가는 블로바이 가스가 오일 챔버로 유입되는 것을 방지하거나 방해하도록 구성됨.

- 씨일은 공기 챔버와 오일 챔버 사이의 가스 또는 유체의 연통을 방지하면서 피스톤 로드가 축을 따라 선형으로 슬라이딩하도록 구성됨.

- 피스톤을 둘러싸는 피스톤 링.

또한, 예를 들어 다음을 포함하는 선형 왕복 엔진이 제공될 수 있다: 실린더의 제1 단부에 제1 연소실을 갖고 실린더의 대향하는 제2 단부에 제2 연소실을 갖는 실린더; 제1 연소실의 단부에 위치하는 제1 실린더 헤드; 제2 연소실의 단부에 위치하는 제2 실린더 헤드; 실린더 내에 슬라이딩 가능하게 장착된 피스톤; 및 제1 연소실을 통해 연장되는 제1 피스톤 로드 부분 및 제2 연소실을 통해 연장되는 제2 피스톤 로드 부분을 포함하는 피스톤 로드로서, 제1 피스톤 로드 부분은 피스톤의 제1 측에 위치하는 제1 포트를 갖고, 제2 피스톤 로드 부분은 피스톤의 제1 측면에 대향하는 피스톤의 제2 측면에 위치된 제2 포트를 갖는, 피스톤 로드. 또한 다음 요소가 제공될 수 있다:

- 선형 운동을 다른 형태로 변환하도록 구성된 액추에이터.

- 기계적 동작을 전력으로 변환하도록 구성된 에너지 변환기.

- 여기서 에너지 변환기는 액추에이터를 포함.

- 액추에이터를 수용하도록 구성된 오일 챔버.

- 여기서 오일 챔버는 액추에이터를 윤활하도록 구성된 윤활제를 포함.

- 여기서 액추에이터는 엔진의 일 측에 제공됨.

- 제1 또는 제 연소실과 오일 챔버 사이의 공기 챔버.

- 여기서 공기 챔버는 흡기 매니폴드에 연결됨.

- 여기서 공기 챔버는 가스를 실린더에 공급하도록 구성됨.

- 실린더의 배기 포트.

- 여기서 제1 피스톤 로드 부분은 제1 연소실, 공기 챔버, 및 오일 챔버를 통해 연장됨.

- 여기서 제2 피스톤 로드 부분은 제2 연소실, 공기 챔버 및 오일 챔버를 통해 연장됨.

또한, 예를 들어 다음을 포함하는 요소를 갖는 내연 기관이 제공될 수 있다:

- 실린더의 축을 따라 선형 왕복 운동하도록 구성된 피스톤.

- 피스톤에 연결된 피스톤 로드로서, 축을 따라 선형 왕복 운동하도록 구성된 피스톤 로드.

- 실린더에 연소실을 포함하는 제1 챔버.

- 실린더에 공기 챔버를 포함하는 제2 챔버.

- 윤활제를 수용하도록 구성된 제3 챔버.

- 제2 챔버와 제3 챔버 사이의 씨일로서, 제2 챔버의 가스가 제3 챔버의 윤활제와 혼합되는 것을 방지하도록 구성되는 씨일.

- 여기서, 제2 챔버는 흡기 개구에 연결되고, 엔진은 제1 챔버로 도입하기 위해 공기가 제2 챔버에 공급되도록 구성됨.

- 선형 운동을 회전 운동으로 변환하도록 구성된 제3 챔버의 메커니즘, 여기서 피스톤 로드가 메커니즘에 연결됨.

- 제1 챔버 및 제2 챔버를 소통하게 하도록 구성된 통로.

- 여기서 통로는 실린더의 벽에 홈을 포함함.

- 여기서 통로는 피스톤이 통로의 영역에 있을 때 제1 챔버와 제2 챔버를 연통시키도록 구성됨.

- 여기서 통로는 피스톤의 상부 표면이 통로의 상부 에지 아래에 있을 때, 제1 챔버와 제2 챔버를 연통시키도록 구성됨.-

- 여기서 씨일은 블로바이 가스가 제1 챔버로부터 제3 챔버로 빠져나가는 것을 방지하도록 구성됨.

- 여기서 엔진은 제1 챔버로부터 제2 챔버로 빠져나가는 블로바이 가스가 제1 챔버로 재순환되도록 구성됨.

- 제2 챔버와 제3 챔버 사이의 격벽.

- 여기서 씨일은 격벽의 개구에 제공됨.

- 여기서 피스톤 로드가 축에 수직인 방향으로 이동하는 것이 방지됨.

- 여기서 실린더는 조정 가능함.

- 여기서 실린더는 축을 따라 이동하도록 구성됨.

- 실린더와 상호 작용하도록 구성된 링.

- 여기서 실린더는 제1 경사면을 갖는 돌출부를 포함함.

- 여기서 링은 제2 경사면을 포함함.

- 여기서 실린더와 링은 제1 경사면이 제2 경사면을 따라 슬라이딩할 때 실린더가 이동하도록 구성됨.

- 여기서 실린더는 연소실의 압축비를 조정하도록 구성됨.

- 제2 챔버로부터 제1 챔버를 씰링하도록 구성된 피스톤 링.

- 피스톤과 피스톤 로드를 포함하는 진동 질량체의 균형을 맞추도록 구성된 메커니즘.

- 여기서 메커니즘은 불균형 샤프트를 포함함.

- 여기서 엔진은 피스톤이 축을 따라 이동하고, 불균형 샤프트의 밸러스트 질량체의 중심이 피스톤에 대해 축을 따라 반대 방향으로 이동하도록 구성됨.

- 여기서 피스톤 로드는 제2 챔버를 통해 제3 챔버로 연장됨.

- 여기서 엔진은 축을 따라 실린더의 위치에 따라 연소실의 압축비를 조정하도록 구성되며, 피스톤의 이동 범위에 대한 실린더의 상대적 지오메트리는 축을 따라 실린더의 위치가 변함에 따라 변함.

- 여기서 제3 챔버는 제2 챔버 및 제1 챔버로부터 분리되고, 제3 챔버는 제3 챔버 내에 수용된 윤활 구성요소용 윤활제를 수용하도록 구성됨.

또한, 예를 들어 다음을 포함하는 요소를 갖는 내연 기관이 제공될 수 있다:

- 실린더의 축을 따라 선형 왕복 운동하도록 구성된 피스톤.

- 여기서 피스톤은 양측 피스톤임.

- 여기서 양측 피스톤은 제1 피스톤 측면과 제2 피스톤 측면을 포함함.

- 피스톤에 연결되고, 축을 따라 선형 왕복 운동하도록 구성된 피스톤 로드.

- 실린더에 제1 연소실을 포함하고, 엔진의 제1 단부에 있는 제1 챔버.

- 실린더에 제2 연소실을 포함하고, 제2 연소실이 엔진의 제2 단부에 있는 제2 챔버.

- 윤활제를 수용하도록 구성된 제3 챔버.

- 가스를 수용할 수 있는 공간을 포함하고 제1 단부에 있는 제4 챔버.

- 가스를 수용할 수 있는 공간을 포함하고 제2 단부에 있는 제5 챔버.

- 여기서 제5 챔버는 실린더와 제3 챔버 사이에 존재함.

- 제5 챔버와 제3 챔버 사이에 있는 씨일로서, 여기서 씨일은 제5 챔버의 가스가 제3 챔버의 윤활제와 혼합되는 것을 방지하도록 구성됨.

- 선형 운동을 회전 운동으로 변환하도록 구성된, 제3 챔버의 메커니즘으로서, 피스톤 로드가 지지 부재를 통해 메커니즘에 연결되는 제3 챔버의 메커니즘.

- 여기서 씨일은 블로바이 가스가 제2 챔버로부터 빠져나와 제3 챔버에 유입되는 것을 방지하도록 구성됨.

- 여기서 피스톤 로드가 부싱에 의해 축에 수직인 방향으로 이동하는 것이 방지됨.

- 제1 단부에 있는 제1 아트리움.

- 제2 단부에 있는 제2 아트리움.

- 여기서 흡입 공기는 제1 아트리움 또는 제2 아트리움을 통해 실린더로 공급되도록 구성됨.

- 제1 피스톤 측면과 제2 피스톤 측면 사이의 중간 챔버.

- 실린더 벽에 형성된 배기 개구.

- 여기서 피스톤 로드는 피스톤을 통해 연장되는 상호 연결 유동 통로를 포함함.

- 여기서 피스톤 로드는 제1 개구와 제2 개구를 포함함.

- 여기서 엔진은 피스톤이 실린더의 제2 단부에 있는 실린더의 절반부에 있을 때 피스톤 로드의 제1 개구를 통해 제1 챔버에 흡입 공기를 공급하고, 그리고 피스톤이 젭 단부에서 실린더의 절반부에 있을 때 제2 개구를 통해 제2 챔버에 흡입 공기를 공급하도록 구성됨.

Claims (30)

1. 연소실을 포함하는 실린더;
   상기 실린더 내에 슬라이딩 가능하게 장착되는 피스톤;
   공기를 상기 상기 실린더의 내부로 전달하도록 구성되는 공기 공급부; 및
   상기 피스톤의 운동으로부터 일을 추출하도록 구성되는 액추에이터를 포함하고,
   상기 액추에이터는 공기 챔버에 의해 상기 실린더로부터 격리되는 챔버에 포함되며, 상기 공기 챔버는 상기 실린더로부터의 가스가 상기 챔버와 연통하는 것이 차단되도록 상기 챔버로부터 씰링되는 것인 내연기관.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 챔버는 상기 액추에이터를 윤활하기 위한 윤활제를 포함하고, 상기 공기 챔버는 상기 실린더로부터 나오는 가스의 오염물질이 상기 챔버의 윤활제를 오염시키는 것을 방지하도록 구성되는 것인 내연기관.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 공기 공급부는 상기 공기 챔버에 무연료 공기를 공급하도록 구성되는 것인 내연기관.
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 피스톤에 연결되는 피스톤 로드를 더 포함하고,
   상기 액추에이터는 상기 피스톤 로드의 선형 왕복 운동을 다른 형태의 에너지로 변환하도록 구성되는 것인 내연기관.
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 실린더 내부로 공급되는 가스를 상기 연소실에 전달하도록 구성된 통로를 더 포함하는 것인 내연기관.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 피스톤은, 상기 연소실이 공기 챔버로부터 격리되는 제1 위치, 및 상기 통로가 상기 공기 챔버와 상기 연소실 사이에서 가스를 연통시키는 제2 위치로부터 상기 실린더의 축을 따라 이동하도록 구성되는 것인 내연기관.
7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 실린더는 상기 연소실에서 제1 압축비에 대응하는 제1 위치와 상기 연소실에서 제2 압축비에 대응하는 제2 위치 사이에서 조정 가능한 것인 내연기관.
8. 실린더의 축을 따라 선형 왕복 운동하도록 구성되는 피스톤;
   상기 피스톤에 연결되는 피스톤 로드로서, 상기 피스톤 로드는 상기 축을 따라 선형 왕복 운동하도록 구성되는 피스톤 로드;
   상기 실린더에 연소실을 포함하는 제1 챔버를 포함하고,
   상기 실린더가 상기 연소실에서 연소율을 변경하도록 조정 가능한 것인 내연기관.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 실린더는 상기 축을 따라 이동하도록 구성되는 것인 내연기관.
10. 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
    상기 실린더와 상호 작용하도록 구성되는 링을 더 포함하고,
    상기 실린더는 제1 경사면을 포함하는 돌출부를 포함하고,
    상기 링은 제2 경사면을 포함하고,
    상기 실린더 및 상기 링은, 상기 제1 경사면이 상기 제2 경사면을 따라 슬라이딩할 때 상기 실린더가 이동하도록 구성되는 것인 내연기관.
11. 청구항 8 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실린더는 상기 연소실에서 제1 압축비에 대응하는 제1 위치와 상기 연소실에서 제2 압축비에 대응하는 제2 위치 사이에서 조정 가능한 것인 내연기관.
12. 청구항 8 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실린더 내부에 공기 챔버를 포함하는 제2 챔버; 및
    상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버를 연통시키도록 구성되는 통로;
    를 더 포함하는 것인 내연기관.
13. 청구항 12에 있어서, 상기 통로는 상기 실린더의 벽에 홈을 포함하는 것인 내연기관.
14. 청구항 12 또는 청구항 13에 있어서,
    상기 통로는, 상기 피스톤이 상기 통로의 영역에 있을 때, 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버를 연통시키도록 구성되는 것인 내연기관.
15. 청구항 12 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 통로는, 상기 피스톤의 상부 표면이 상기 통로의 상부 에지 아래에 있을 때, 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버를 연통시키도록 구성되는 것인 내연기관.
16. 청구항 12 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
    윤활제를 수용하도록 구성되는 제3 챔버; 및
    상기 제2 챔버와 상기 제3 챔버 사이의 씨일로서, 상기 제2 챔버 내의 가스가 상기 제3 챔버 내의 윤활제와 혼합되는 것을 방지하도록 구성되는 씨일;
    을 더 포함하는 것인 내연기관.
17. 청구항 12 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 챔버는 흡기 개구에 연결되고, 상기 내연기관은 상기 제2 챔버에 공기가 공급되어 상기 제1 챔버로 유입되도록 구성되는 것인 내연기관.
18. 청구항 16에 있어서,
    선형 운동을 회전 운동으로 변환하도록 구성되는, 상기 제3 챔버 내의 메커니즘을 더 포함하고, 상기 피스톤 로드는 상기 메커니즘에 연결되는 것인 내연기관.
19. 청구항 16에 있어서,
    상기 씨일은 제1 챔버로부터 빠져나가는 블로바이 가스가 상기 제3 챔버로 유입되는 것을 방지하도록 구성되는 것인 내연기관.
20. 청구항 12 내지 청구항 18 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내연기관은 상기 제1 챔버로부터 상기 제2 챔버로 빠져나가는 블로바이 가스가 상기 통로를 통해 상기 제1 챔버로 재순환되도록 구성되는 것인 내연기관.
21. 청구항 16에 있어서,
    상기 제2 챔버 및 상기 제3 챔버 사이의 격벽을 더 포함하고,
    상기 씰은 상기 격벽의 개구에 제공되며, 상기 피스톤 로드는 상기 축에 수직인 방향으로 이동하는 것이 방지되는 것인 내연기관.
22. 청구항 12 내지 청구항 21 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 챔버로부터 상기 제1 챔버를 씰링하도록 구성되는 피스톤 링을 추가로 포함하는 것인 내연기관.
23. 청구항 8 내지 청구항 22 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피스톤 및 상기 피스톤 로드를 포함하는 진동 질량체의 균형을 맞추도록 구성되는 메커니즘을 더 포함하고,
    상기 메커니즘은 불균형 샤프트를 포함하고, 상기 엔진은, 상기 피스톤이 상기 축을 따라 이동함에 따라, 불균형 샤프트의 밸러스트 질량체 중심이 상기 피스톤에 대해 상기 축을 따라 반대 방향으로 이동하도록 구성되는 것인 내연기관.
24. 축을 따라 이동하도록 구성되는 조정 가능 실린더;
    상기 실린더 내에서 상기 축을 따라 선형 왕복 운동하도록 구성되는 피스톤;
    상기 피스톤에 연결되어 상기 축을 따라 선형 왕복 운동하도록 구성되는 피스톤 로드;
    상기 실린더 내에 연소실을 포함하는 제1 챔버;
    공기 챔버를 포함하는 제2 챔버; 및
    상기 제2 챔버 및 상기 제1 챔버로부터 분리된 제3 챔버를 포함하고,
    상기 피스톤 로드는 상기 제2 챔버를 통해 상기 제3 챔버 내로 연장되는 것인 내연기관.
25. 청구항 24에 있어서,
    상기 제2 챔버는 흡기 시스템에 연결되고, 상기 제3 챔버는 피스톤 로드의 선형 운동을 다른 형태로 변환하도록 구성되는 메커니즘을 수용하는 것인 내연기관.
26. 청구항 24 또는 청구항 25에 있어서,
    상기 내연기관은 상기 축을 따르는 실린더의 위치에 따라 상기 연소실의 압축비를 조정하도록 구성되고, 상기 피스톤의 이동 범위에 대한 상기 실린더의 상대 지오메트리는, 상기 실린더의 위치가 축을 따라 변함에 따라 변하는 것인 내연기관.
27. 실린더 내에서 축을 따라 선형 왕복 운동하도록 구성되는 피스톤;
    상기 피스톤에 연결되어 상기 축을 따라 선형 왕복 운동하도록 구성되는 피스톤 로드;
    상기 실린더 내에 연소실을 포함하는 제1 챔버;
    공기 챔버를 포함하는 제2 챔버;
    상기 제2 챔버 및 상기 제1 챔버로부터 분리되고, 윤활제를 수용하도록 구성되는 제3 챔버로서, 상기 피스톤 로드는 상기 제2 챔버를 통해 상기 제3 챔버 내로 연장되는 제3 챔버; 및
    상기 제1 챔버 및 상기 제2 챔버를 연통시키도록 구성되는 통로;
    를 포함하는 것인 내연기관.
28. 연소실을 포함하는 제1 체적;
    피스톤 운동을 출력 에너지로 변환하기 위한 메커니즘을 포함하는 제2 체적; 및
    상기 제1 체적과 상기 제2 체적 사이의 제3 체적으로서, 상기 연소실로부터의 가스로부터 제2 체적을 격리시키는 제3 체적;
    을 포함하는 것인 내연기관.
29. 청구항 28에 있어서,
    상기 제2 체적은 크랭크케이스를 포함하는 것인 내연기관.
30. 청구항 28에 있어서,
    상기 메커니즘은 상기 피스톤에 연결되는 피스톤 로드의 선형 왕복 운동을 회전운동으로 변환하도록 구성되는 것인 내연기관.
    

Images