KR101650818B1 - 내연 엔진을 위한 가변 행정 메커니즘 - Google Patents

Abstract

각각의 작동 사이클 중에 내연 엔진의 행정 길이를 변화시키기 위한 메커니즘은 엔진의 전체 행정 사이클을 통해 피스톤 왕복운동의 변화하는 길이를 생성하기 위해 균일한 기계적 크랭크 암 및 가변 캠 암을 달성하기 위해 엔진 블록에 회전 불가능하게 장착되는 제 1 기어 및 제 1 기어와 치합하는 그 내면에 형성된 치를 갖는 제 2 기어를 구비하는 기어 세트를 포함한다. 피스톤 왕복운동의 축선에 대한 크랭크 암 및 캠 암의 배향은 크랭크 암 및 캠 암이 피스톤의 상사점 위치에서 크랭크샤프트 상에 양의 토크를 협동적으로 발생하도록 선택된다. 기어 세트는 또한 캠 암의 길이 대 크랭크 암의 길이의 소정의 비율이 달성되도록 선택적으로 구성 및 치수결정된다.

Description

내연 엔진을 위한 가변 행정 메커니즘{VARIABLE STROKE MECHANISM FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 개괄적으로 내연 엔진에 관한 것이고, 더 구체적으로는 왕복운동 피스톤과 엔진 크랭크샤프트 사이의 기계적 연결 구조가 엔진의 전체 작동 사이클 중에 피스톤 운동의 범위를 변화시키는 소위 "가변 행정" 엔진에 관한 것이다. 일반적으로, 이와 같은 메커니즘은 팽창 행정 중에 효과적으로 더 큰 기계적 크랭크 암을 달성하고, 그리고 흡기 행정 중에 효과적으로 더 짧은 기계적 크랭크 암을 달성함으로써 내연 엔진의 효율을 향상시키는 목적을 갖는다.

종래의 내연 엔진은 통상적으로 흡기 행정, 압축 행정, 팽창 행정, 및 배기 행정이라고 부르는 일련의 반복 운동에 따라 작동한다. 이러한 의미에서, "행정"은 구동 피스톤이 엔진 하우징 또는 "블록" 내의 원통상 연소실을 통해 전후로 이동할 때 이 구동 피스톤의 왕복운동을 설명한다. 용어 "사이클"은 경우에 따라 "행정"이라는 용어와 상호교환적으로 사용될 수 있다. 따라서, 위에서 설명된 방식에 따라 작동하는 엔진은 일반적으로 전출력 사이클을 완결하기 위해 피스톤이 실린더 내에서 4 회 왕복운동해야 함을 나타내는 4 사이클 또는 4 행정 엔진이라고 불린다. 또한 "사이클"은 엔진의 완전한 출력 사이클을 설명하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 용어의 사용은 당업자에게 모순되지 않게 잘 이해되고 있다.

전술한 바와 같이, 엔진 피스톤이 흡기, 압축, 팽창, 또는 배기 행정 중에 또는 이들의 임의의 조합 중에 더 긴 거리 또는 더 짧은 거리를 이동하는, 그리고 그 이동의 일부 내에서 피스톤 속도를 변경시키는 다양한 설계가 제안되어 왔다. 예를 들면, 피스톤의 소위 상사점 또는 하사점 위치는 매 1 회전마다 또는 매 2 회전마다 상방으로 또는 하방으로 변위된다. 이러한 모든 조건은 가변 행정 엔진의 다양한 변형이다. 채드본(Chadbourne)의 미국 특허 번호 1,326,129 및 클라크(Clarke)의 미국 특허 번호 4,044,629는 확장된 팽창 행정을 설명한다. 확장된 팽창 행정의 실제 적용은 마즈다에 의해 제작된 밀레니아(Millenia) 모델 자동차로서, 이것은 미국 엔지니어인 랄프 밀러(Ralph Miller)에 의해 1947년에 설계된 유형의 소위 밀러-사이클 엔진을 사용한다. 밀러의 엔진은 선박 및 정치된 발전소에서 한동안 사용되었다. 엔지니어링의 목표는 동력을 발생하는 팽창 행정과 간섭하지 않고 엔진의 압축비를 감소시키는 것이다. 밀러-사이클 엔진에서, 피스톤은 공기 흡기 밸브가 폐쇄되기 전에 그것의 행정의 1/5을 상승시킨다. 행정의 상부에서 연소가 발생한 후, 팽창 가스는 피스톤을 행정의 하부를 향해 마지막까지 가압함으로써 팽창 비율은 영향을 받지 않는다.

20 세기의 전반기 중에, 각각의 팽창 행정 후와 흡기 행정 전 사이의 배기 행정 중에 엔진 실린더 내부부의 연소 생성물이 가능한 한 완전히 제거되어야 한다는 것이 내연 엔진의 당업자들 사이에서 일반적으로 받아들여졌다. 많은 다양한 특허가 더 큰 배기 행정을 얻기 위한 상이한 방식을 제안한다. 참고로, 예를 들면, 헐스(Hulse)의 미국 특허 번호 1,326,733; 스벳(Svete)의 미국 특허 번호 2,394,269; 캐디(Cady)의 미국 특허 번호 1,786,423; 터커(Tucker)의 미국 특허 번호 1,964,096; 및 오스틴(Austin) 미국 특허 번호 1,278,563가 있다. 채드본(Chadbourne)의 미국 특허 번호 1,326,129 및 클라크(Clarke)의 미국 특허 번호 4,044,629도 더 큰 배기 행정 및 팽창 행정과 관련된다. 그러나, 20 세기의 후반에 실시된 배출 규제로 인해, 연소실 내에서의 질소의 산화에 기인된 NOx(질소의 산화물)의 대기 방출을 감소시키는 수단으로서 배기 가스의 일부를 재순환시키거나 연소실 내에 유지시키는 새로운 엔진 설계가 제안되었다. 이것은 EGR(배기 가스 재순환) 밸브를 통해 흡기 매니폴드 내로 배기 가스를 흡입하도록 흡기 매니폴드를 진공화함으로써 달성된다.

다른 것은 엔진 압축비를 변경하기 위해 가변 행정 설계를 사용하였다. 실린더의 헤드에 대한 피스톤의 위치를 변화시키는 구조를 이용하여 소위 가변 압축비를 달성하기 위한 많은 연구가 특히 유럽과 일본에서 실시되었다.

압축비는 실린더의 용량과 연소실의 용량 사이의 비율, 다시 말하면, 흡기 행정 중에 실린더 내에 유입되는 공기-연료 혼합물은 압축비 값만큼 압축된다. 일반적으로, 압축비가 높으면 높을 수로 엔진 효율도 높아진다. 혼합물 조기점화, 노킹, 엔진 온도, 및 심지어 엔진 구조와 같은 몇 가지 한계가 존재한다. 압축비는 엔진 효율에 영향을 주는 주요 인자 중 하나이므로, 이것을 다양한 작동 조건(속도율, 부하, 가속도 등)에 대해 최적화하는 것이 바람직하다. 스케치터(Schechter)의 미국 특허 번호 5,165,368은 이와 같은 엔진의 대표적인 예를 설명한다.

가변 피스톤 행정 용법은 또한 피스톤 상에 작용하는 압력을 최적화하기 위해 사용되었다. 이 목적을 위해, 연소 프로세스 및 그 결과 피스톤 상에 작용하는 힘을 최대화하기 위해 상사점 근처에서의 피스톤 속도가 종래의 피스톤의 속도에 비해 감소된다. 쉬알(Schaal) 등의 미국 특허 번호 5,158,047, 윌리엄스(Williams)의 미국 특허 번호 5,060,603, 및 맥호터(McWhorter)의 미국 특허 번호 3,686,972, 3,861,239 및 4,152,955는 이러한 개념을 대표하는 것이다.

더 최근에, 미국 특허 번호 5,927,236는 완전한 엔진 출력 사이클에 걸쳐 피스톤 행정의 길이의 변동을 달성하기 위해 오프셋 베어링 표면을 통해 엔진의 피스톤 커넥팅 로드와 크랭크샤프트를 연결하기 위해 기어 세트 구조가 사용되는 내연 엔진 설계를 개시한다. 특히 이 설계는 토크 출력을 증가시키기 위해 출력 사이클의 팽창 부분 중에 증가된 유효 크랭크 암 길이를 통해 피스톤 행정을 증가시키도록, 그리고 체적 효율을 증가시키기 위해 사이클의 흡기 또는 흡입 및 배기 부분 중에 행정 및 피스톤 속도를 감소시키도록, 그리고 그 결과 엔진의 열효율을 향상시키는 것을 모색한다.

근본적으로 본 발명의 목적은 위에서 설명된 미국 특허 번호 5,927,236의 발명을 더 발전시키기 위한 것이다.

더 구체적으로, 본 발명의 목적은 미국 특허 번호 5,927,236의 설계의 가변 행정 메커니즘의 개량을 이용하여 내연 엔진의 토크 출력, 마력 출력, 연료 효율, 체적 효율, 및 배기 감소의 추가의 향상을 달성하는 것이다.

이 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 피스톤이 제 1 방향으로 운동하는 흡기 행정, 제 2 방향으로 운동하는 압축 행정, 상기 제 1 방향으로 운동하는 팽창 행정, 및 상기 제 2 방향으로 운동하는 배기 행정을 통해 연소실 내에서 왕복운동하는 4 행정 사이클에 따라 작동할 수 있는 개량된 내연 엔진을 제공한다. 상기 압축 행정의 말기 및 상기 팽창 행정의 초기에서의 피스톤의 위치치는 상사점으로서 정의된다. 기본적으로, 본 발명의 엔진은 적어도 하나의 연소실을 한정하는 엔진 블록, 상기 엔진 블록에 회전가능하게 장착되는 크랭크샤프트, 연소실 축선을 따르는 왕복운동을 위해 상기 연소실 내에 배치되는 피스톤, 및 상기 피스톤에 선회가능하게 장착되는 커넥팅 로드를 포함한다.

본 발명에 따르면, 내연 엔진에서 가변 행정 길이를 생성하는 메커니즘은 피스톤의 왕복운동을 크랭크샤프트의 회전 운동으로 변환시키기 위해 크랭크샤프트에 커넥팅 로드를 회전가능하게 연결하기 위한 기계적 기어 조립체를 사용한다. 기본적으로, 상기 기계적 조립체는 상기 엔진 블록에 회전 불가능하게 장착되는 적어도 하나의 제 1 기어 부재 및 상기 제 1 기어 부재와 치합되는 제 2 기어 부재를 포함하는 기어 세트를 포함한다. 상기 제 2 기어 부재는 상기 커넥팅 로드가 장착되는 제 1 베어링 표면 및 상기 크랭크샤프트와 함께 상기 제 2 기어 부재의 회전을 위해 상기 크랭크샤프트에 장착되는 제 2 베어링 표면을 갖는다. 상기 제 2 베어링 표면은 상기 엔진의 상기 4 행정 사이클의 전체를 통해 상기 크랭크샤프트 상에 균일한 기계적 크랭크 암을 부과(imposing)하기 위해 상기 크랭크샤프트 축선을 중심으로 원형 경로 내에서 운동하도록 상기 크랭크샤프트 축선으로부터 오프셋된다. 상기 제 1 및 제 2 베어링 표면은 오프셋 거리만큼 상호로부터 이격되고, 이것에 의해 상기 제 1 베어링 표면은 상기 크랭크샤프트 상에 가변 캠 암을 부과하기 위해 상기 상기 크랭크샤프트를 중심으로 내부 및 외부 타원형 경로 내를 교대로 운동하게 된다. 따라서, 상기 크랭크 암 및 상기 캠 암의 합에 의해 상기 피스톤 왕복운동의 길이는 상기 엔진의 4 행정 사이클의 전체를 통해 변화한다.

본 발명의 하나의 양태에 따르면, 상기 제 1 베어링 표면의 상기 내부 및 외부 타원형 경로는 상기 크랭크 암 및 상기 캠 암이 상기 피스톤의 상사점 위치에서 상기 크랭크샤프트 상에 양의 토크를 협동적으로 생성하도록 상기 연소실 축선의 하나의 점에서 또는 상기 연소실 축선에 근접하는 하나의 점에서 상기 연소실 축선과 교차한다. 예를 들면, 본 발명의 하나의 실시형태에서, 상기 제 1 베어링 표면의 내부 및 외부 타원형 경로는 상기 연소실 축선과 일치하는 하나의 점에서 교차한다. 대안적으로, 후속되는 상기 흡기 행정을 개시할 때 상기 연소실이 소정량의 배기를 유지할 수 있도록 허용하기 위해, 상기 배기 행정의 말기 및 상기 흡기 행정의 초기에서의 상기 피스톤의 위치가 상기 상사점 위치의 하측으로 소정의 간격을 가지도록, 상기 제 1 베어링 표면의 내부 및 외부 타원형 경로는 상기 크랭크샤프트의 회전 방향으로 상기 연소실 축선에 앞서 바람직하게 약 25도(°) 이하의 소정의 각도만큼 이격된 하나의 점에서 교차한다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 제 2 기어 부재의 제 1 및 제 2 베어링 표면은 상기 캠 암의 길이 대 상기 크랭크 암의 길이의 소정의 비율을 달성하기 위해 선택적으로 구성 및 치수결정된다. 바람직하게, 상기 캠 암 길이는 상기 크랭크 암의 길이의 적어도 약 20%이고, 크랭크 암의 길이의 최대 약 100%일 수 있다.

본 발명의 관련된 양태에 따르면, 상기 캠 암의 길이 대 상기 크랭크 암의 길이의 비율은 상기 흡기 행정의 말기에서 상기 연소실 내의 소정의 체적 용량을 달성하도록 선택된다.

상기 제 1 기어 부재는 바람직하게 피니언 기어일 수 있고, 상기 제 2 기어 부재는 유성 기어 식으로 그 주위에서 운동하도록 피니언 기어와 치합하기 위한 바람직하게 환형 본체의 반경방향의 내면의 주위에 형성된 기어 치를 갖는 크라운 기어 부분을 포함할 수 있다. 바람직하게 상기 제 2 기어 부재는 또한 크라운 기어 부분으로부터 외방으로 돌출하는 베어링 부분을 포함하고, 상기 베어링 부분의 외면 상에 형성된 제 1 베어링 표면 및 상기 베어링 부분의 내면 상에 형성된 제 2 베어링 표면을 갖는다. 이러한 방식으로, 상기 커넥팅 로드는 상기 제 1 베어링 표면 상에서 회전할 수 있고, 상기 제 2 베어링 표면은 상기 크랭크샤프트 상에서 회전할 수 있다.

본 발명은 실질적으로 임의의 내연 엔진에 적합될 수 있고, 바람직하게는 복수의 연소실 및 이 연소실의 개수 이하의 수에 대응하는 복수의 기어 세트를 갖는 멀티-실린더 엔진에 장착될 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 피스톤 행정의 가변 길이를 생성하기 위한 기계적 조립체를 장착한 개량된 내연 엔진의 사시도이고;
도 2는 도 1의 실시형태에 따른 가변 행정 메커니즘의 사시도이고;
도 3은 도 1 및 도 2의 내연 엔진 및 가변 행정 메커니즘의 절취된 개략 단면도이고;
도 4는 도 3에 도시된 가변 행정 메커니즘의 제 2 절취도이고;
도 5는 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 가변 행정 메커니즘을 장착한 내연 엔진의 팽창 행정의 개략도이고;
도 6은 도 5의 실시형태에 따른 내연 엔진의 배기 행정의 개략도이고;
도 7은 도 5의 실시형태에 따른 내연 엔진의 흡기 행정의 개략도이고;
도 8은 도 5의 실시형태에 따른 내연 엔진의 압축 행정의 개략도이고;
도 9는 미국 특허 번호 5,927,236의 발명에 대해 도 5 내지 도 8의 도시된 본 발명의 실시형태를 비교한 개략도이고;
도 10은 본 발명에 따른 내연 엔진용 가변 행정 메커니즘의 대안적 실시형태를 도시하는 도 5 내지 도 8과 유사한 개략도이고;
도 11은 본 발명에 따른 가변 행정 메커니즘을 장착한 내연 엔진 및 종래의 4 행정 내연 엔진의 비교 토크 곡선을 도시하는 그래프이고;
도 12는 캠 암의 길이 대 크랭크 암의 길이의 비율의 각각 상이한 선택적 변동을 사용하는 본 발명의 가변 행정 메커니즘의 상이한 실시형태에서의 캠 암 및 크랭크 암이 운동되는 상이한 경로를 개략적으로 도시하고; 그리고
도 13은 본 발명의 실시형태에서의 캠 암의 길이 대 크랭크 암의 길이의 비율의 상이한 선택적 변동을 위한 비교 데이터를 수집한 도표이다.

이제 첨부한 도면의 도 1 내지 도 4를 먼저 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 개량된 내연 엔진은 전체적으로 10으로 도시되어 있고, 종래의 엔진 블록(12)을 포함한다. 엔진 블록(12)은 본 발명에 따른 기계적 조립체를 위한 지지체로서 부분적 및 도식적으로 도시되어 있다는 것에 주의해야 한다. 더욱이, 설명의 목적을 위해, 엔진은 단지 2 실린더의 엔진으로서 도시되어 있다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 메커니즘은 사실상 임의의 멀티-실린더 엔진을 위한 다양화된 구성에 적합될 수 있다는 것이 당업자에 의해 쉽게 이해될 것이다.

일반적으로 종래의 크랭크샤프트(16)는 크랭크샤프트(16)와 엔진 블록(12)의 접합점에 크랭크샤프트 베어링 표면(17)를 구비한다. 2 개의 볼트 개구가 형성된, 그리고 그 하측면으로서 만곡된 베어링 표면(21)을 갖는 폼 피팅 아치웨이(form fitting archway)로서 형성되는 베어링 캡(19)은 크랭크샤프트(16)를 정위치에 유지하기 위해 베어링 캡(19)을 엔진 블록(12)에 고정하기 위해 종래의 볼트를 수용하도록 정렬되는 엔진 블록 및 베어링 캡(19) 내에 사전형성된 개구를 이용하여 엔진 블록(12)에 장착된다.

엔진 블록에는 2 개의 원통상 보어(14)(도 3 및 도 4)가 형성되어 있고, 그 내부에는 2 개의 종래의 피스톤(22)이 왕복운동을 위해 배치된다. 2 개의 동일한 종래의 커넥팅 로드(24)는 피스톤(22)에 선회가능하게 장착되고, 다음에 이후에 더 상세히 설명되는 방식으로 본 발명의 기계적 조립체를 통해 크랭크샤프트(16)에 장착된다. 종래의 단부 캡(26)은 크랭크샤프트(16)와 관련하여 회전가능한 방식으로 커넥팅 로드(24)를 유지하기 위해 커넥팅 로드(24)에 부착된다. 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 커넥팅 로드(24)는 크랭크샤프트(16)에 직접적으로 장착되지 않고, 본 발명의 메커니즘의 베이스 표면에 장착된다.

본 발명의 기계적 조립체는 기어 세트(30)가 본 발명의 일차적 구동 부분을 형성하도록 각각의 피스톤 및 커넥팅 로드 조립체와 관련하여 크랭크샤프트(16)에 장착되는 기어 세트(30)를 포함한다. 각각의 기어 세트(30)는 바람직하게 크라운 기어의 형태인 제 2 기어 부재(36)와 작동가능한 치합 상태인 바람직하게 피니언 기어의 형태인 제 1 기어 부재(32)를 포함한다. 편심 카운터웨이트(20)는 2 실린더 엔진에서 통상적인 바와 같이 평형을 위해 크랭크샤프트에 장착된다. 기어 세트(30)는 엔진(10)을 본질적으로 2개의 거울상의 하프(half)로 분할하는 상호 거울상으로 구성되고, 기어 세트(30)는 중앙에 위치한다.

도 2를 참조하면, 제 1 기어 부재(32)는 그 주위에 원주방향으로 형성되는 일련의 치(34)를 구비하는 원통상 본체를 갖는 바람직한 피니언 기어 형태로 도시되어 있다. 제 2 기어 부재(36)는 그것의 반경방향 내측 환형 표면의 주위에 형성된 연속적인 치(38)를 구비하는 컵형상의 대체로 원통상인 기어 본체(37)를 갖는 바람직한 크라운 기어의 형태로 도시되어 있다. 2 개의 제 1 기어 부재(32)는 원통상 지지 부재(35)에 의해 분리 및 장착되고, 이 원통상 지지 부재(35)는 도 1에 도시된 바와 같이 클램핑 부재(33)에 의해 엔진 블록에 고정된다. 이것에 의해 각각의 제 1 기어 부재(32)는 회전이 방지되도록 엔진 블록 내의 정위치에 고정된다. 제 2 기어 부재(36)의 치는 유성 기어 식으로 제 1 기어 부재(32)의 주위에서 제 2 기어 부재(36)의 회전을 위해 제 1 기어 부재(32)의 치와 치합된다.

이제 도 3 및 도 4로 돌아가면, 본 발명에 따른 메커니즘의 더욱 개략적인 도면이 제공되어 있다. 여기서도 마찬가지로, 엔진 블록은 내부에서 피스톤(22)이 운동하는 하나의 실린더(14)를 도시하기 위해 전체적으로 12로 나타낸 바와 같이 부분적 및 개략적으로만 도시되어 있다.

제 2 기어 부재(36)는 내부 기어 치(38)로부터 대향하는 직선방향으로 변위되는 컵형상의 기어 본체(37)의 외면으로부터 축방향의 외방으로 돌출하는 환형 허브의 형태로 베어링 부재(48)를 포함한다. 베어링 부재(48)는 그 외면의 주위에서 원주방향으로 형성되는, 그리고 그 주위에 커넥팅 로드(24)가 회전가능하게 장착되는 제 1 외부 환형 베어링 표면(40) 및 베어링 부재(48)의 반경방향 내면의 주위에 형성되는 제 2 내부 베어링 표면(42)을 갖는다. 내부 베어링 표면(42)은 컵형상의 원통상 기어 본체(37)와 공통의 중심축선을 갖는 원통상이다. 외부 베어링 표면(40)도 원통상이지만, 내부 베어링 표면(42) 및 기어 본체(37)의 축선에 대해 편심을 이루고, 그 결과 베어링 부재(48)의 본체는 베어링 표면들(40, 42) 사이에 반경방향으로 확대된 오프셋 부분(44)을 갖고, 이것은 이하에서 더 상세히 설명되는 최대 오프셋 거리(46)를 한정한다. 베어링 표면(40, 42)을 한정하는 베어링 부재(48)는 기어 부재(36)과 일체적으로 형성될 수 있으나, 이것은 특별한 요건이 아니다. 유일한 요건은 베어링 부재(48)가 기어 부재(36)와 일체로 회전해야 한다는 것인데, 이 결과를 달성하기 위한 가장 간단한 방식은 일체적 형성이다.

따라서 도 3 및 도 4를 참조하여 이해될 수 있는 바와 같이, 3 개의 회전 축선이 본 기계적 조립체에 의해 한정된다. 크랭크샤프트(16)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 제 1 기어 부재(32)의 기하학적 축선과 일치되는 크랭크샤프트 축선(70), 즉 기어 부재(32)의 엔진 블록에 대한 장착부가 자유 회전될 수 있는 경우 기어 부재(32)의 회전 중심인 축선을 중심으로 회전된다. 제 1 기어 부재(32)의 배치는 크랭크샤프트 축선(70)을 중심으로 몇 각도의 회전 조절을 허용하도록 조절될 수 있다. 일체식 베어링 부재(48)를 포함하는 제 2 기어 부재(36)는 크랭크샤프트 축선(70)과 평행한, 그러나 소정의 오프셋 거리(50) 만큼 크랭크샤프트 축선(70)으로부터 오프셋되는 축선(72)을 중심으로 회전한다. 이 크랭크샤프트 오프셋(50)은 모든 크랭크-구동식 내연 엔진에 존재하고, 피스톤의 펌핑하는 왕복운동을 크랭크샤프트(16)의 회전으로 변환하는 크랭크샤프트(16) 상에 작용하는 비가변식 기계적 크랭크 암을 생성한다. 베어링 표면(40, 42)의 편심 배향으로 인해, 커넥팅 로드(24)는 크랭크샤프트 축선(70) 및 오프셋 축선(72)에 평행하게 연장하는 별도의 축선(74)을 중심으로 회전한다. 오프셋 축선(72) 및 커넥팅 로드 축선(74) 사이의 거리는 크랭크샤프트(16) 상에 작용하는 가변 캠 암을 부과하는 최대 오프셋 거리(46)를 한정한다. 이러한 방식으로, 최대 오프셋 거리(46)는 크랭크샤프트 오프셋(50)와 결합하여 총 유효 크랭크 길이를 한정하고, 이것은 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 엔진 작동 사이클의 전체를 통해 가변 캠 암에 따라 변화한다.

당업자는 엔진이 밸브 시스템, 냉각 시스템, 점화 시스템, 및 완전히 작동하는 내연 엔진을 제공하기 위해 수반되는 어떤 구조적 부품도 가지지 않는 것으로 설명되어 있음을 이해할 것이다. 엔진은 이들 시스템 및 부품을 필수적으로 포함하지만, 이러한 시스템 및 부품은 종래의 표준 내연 엔진의 부품 및 시스템과 다를 필요가 없다. 따라서, 이러한 부품은 본 발명의 범위 밖에 있고, 본 발명의 설명 및 이해를 위해 필요하지 않으므로 본 발명을 더 명확하게 설명할 수 있도록 생략되었다. 임의의 적절한 밸브 시스템, 냉각 시스템, 점화 시스템, 및 관련된 구조적 부품은 본 발명과 함께 만족스럽게 작동할 것이고, 본 발명은 사실상 어떤 표준 크랭크-구동식 내연 엔진에도 적합될 수 있다는 것에 주목해야 한다.

종래의 내연 엔진에서와 같이, 피스톤(22)의 상측의 실린더(14)의 연소실 부분 내의 공기 연료 혼합물의 폭발은 피스톤(22)을 하방으로 구동하고, 크랭크샤프트(16)의 회전을 유발한다. 멀티-실린더 엔진은 원활한 엔진 작동을 위해 소정의 순서로 연료 공기 혼합물의 순차적 폭발을 위해 배치된 다중의 피스톤/실린더 구조를 제공한다. 일반적으로, 실린더의 수가 많으면 많을 수록 엔진은 더 원활하게 작동한다. 비록 본 발명이 2-실린더 엔진으로서 도시되어 있으나, 본 발명은 사실상 임의의 수의 실린더를 갖는 엔진에 완전히 적합될 수 있다. 본 발명은 불꽃 점화식 엔진, 디젤 및 기타 압축 점화식 엔진, 및 레이디얼 엔진에 동등하게 적합될 수 있다.

본 발명의 개선은 유효 행정 길이, 즉 완전한 엔진 작동 출력 사이클의 전체를 통해 피스톤이 이동하는 범위를 변화시키기 위해 작용한다. 본 발명에 따른 엔진은 완전한 엔진 작동 사이클이 흡기 또는 흡입 행정, 압축 행정, 팽창 또는 출력 행정, 및 배출 또는 배기 행정의 4 개의 별도의 행정에 의해 정의되는 변형된 앳킨슨(Atkinson) 사이클에 따라 작동한다. 소정의 실린더에서 흡기 행정 중에, 실린더의 관련된 흡기 밸브가 개방되고, 피스톤은 크랭크샤프트의 회전에 의해 하방으로 견인되고, 이것에 의해 연료 공기 혼합물이 연소실 내에 수용된다. 압축 행정 중에, 흡기 밸브는 폐쇄되고, 피스톤은 상방으로 이동하여 연소실 내의 연료 공기 혼합물을 소정의 정도까지 압축하고, 소정의 시간에 상기 압축된 연료-공기 혼합물이 폭발되고, 예를 들면, 실린더와 관련된 점화 플러그가 착화되고, 따라서 연소에 의해 생성되는 가스가 팽창함에 따라 실린더 내에서 피스톤을 다시 하방으로 구동함으로써 팽창 행정을 개시한다. 팽창 행정의 완료 시, 배기 또는 배출 행정을 실행하기 위해 피스톤이 실린더 내에서 상방으로 다시 이동하기 시작할 때 실린더의 배기 밸브는 개방되고, 그 동안에 피스톤은 배기 밸브를 통해 연소실로부터 폐 연소 가스를 배출하여 4 사이클 엔진의 4 행정 또는 4 사이클을 반복하도록 준비한다. 소위 행정 길이는 작동 사이클의 4 행정의 각각의 행정 중에 연소실 내에서의 피스톤이 이동하는 거리로서 정의된다. 종래의 내연 엔진에서, 행정 길이는 일정하고, 엔진 작동 출력 사이클의 4 작동 행정의 전체를 통해 변하지 않는다.

이에 반해, 본 발명은 가변 행정 길이를 제공하는 역할을 한다. 제 2 기어 부재(36)의 치는 그 내면 상에 형성되므로, 제 2 기어 부재(36)는 크랭크샤프트(16)의 회전 방향과 동일한 방향으로 제 1 기어 부재(32)를 중심으로 유성처럼 회전한다. 제 1 및 제 2 기어 부재(32, 36) 사이의 기어는 1:2의 기어비를 제공하도록 선택되고, 이것에 의해 베어링 부재(48), 및 그 결과 오프셋 부분(44) 및 최대 오프셋 간격(46)은 크랭크샤프트(16)의 매 1회 회전마다 1/2 회전 만큼 회전한다. 이 기계적 작용의 효과는 각각 엔진의 작동 출력 사이클의 단일의 행정을 도시하는 도 5 내지 도 8에 도시되어 있다.

이제 도 5 내지 도 8로 돌아가면, 피스톤(22) 및 이 피스톤(22)을 커넥팅 로드(24) 통해 크랭크샤프트(16)에 연결하는 본 발명의 관련된 기어식 기계적 조립체의 진행이 팽창 또는 출력 행정, 배기 행정, 흡기 행정 및 압축 행정을 통한 순서로 개략적으로 도시되어 있다. 도 5 내지 도 8의 각각에서, 각각의 행정은 차례대로 문자에 의해 표시되는 초기의 출발 위치, 중간 위치, 및 최종 위치로 도시되고, 하나의 행정의 최종 위치는 동일 문자 표시 하에서 다음에 이어지는 행정의 초기 위치를 구성한다. 따라서, A로 도시되는 피스톤(22)의 초기 위치(통상적으로 "상사점" 위치라고 부름), B로 도시되는 중간 구동 위치, 및 C로 도시되는 최종 위치를 갖는 조립체의 팽창 또는 출력 행정은 도 5에 개략적으로 도시되어 있다. 도 6은 팽창/출력 행정 후의 배기 행정에서의 조립체의 초기 위치(C), 중간 위치(D) 및 최종 위치(E)를 도시한다. 도 7은 배기 행정 후의 흡기 행정에서의 조립체의 초기 위치(E), 중간 위치(F) 및 최종 위치(G)를 도시한다. 도 8은 흡기 행정 후의 압축 행정에서의 피스톤(22)의 초기 위치(G), 중간 위치(H) 및 최종 위치(A)를 도시한다.

도 5 내지 도 8에서, 피스톤(22)이 왕복운동하는 엔진 블록(12)의 실린더(14)의 종방향 중심 축선은 102로 표시되었고, 크랭크샤프트(16)의 회전 축선을 70으로 표시되었다. 축선(74)과 일치하는 베어링 부재(48)와 커넥팅 로드(24) 사이의 연결부를 나타내는 접합점은 개략적으로 52로 표시되고, 축선(72)과 일치하는 베어링 부재(48)와 크랭크샤프트(16) 사이의 연결부를 나타내는 이격된 접합점은 54로 표시되고, 각각의 접합점(52, 54) 사이의 간격은 최대 오프셋 간격(46)으로 표시된다. 크랭크샤프트 오프셋에 의해 크랭크샤프트(16) 상에 작용하는 기계적 크랭크 암은 베어링 부재(48)와 크랭크샤프트(16) 사이의 접합점(54)과 크랭크샤프트 축선(70) 사이에 연장하는 50으로서 표시되고, 최대 오프셋 거리에 의해 생성되는 가변 캠 암은 커넥팅 로드(24)와 베어링 부재(48) 사이의 접합점(52)과 베어링 부재(48)와 크랭크샤프트(16) 사이의 접합점(54) 사이에 연장하는 46으로서 표시된다. 자체의 축선(70)을 중심으로 한 크랭크샤프트(16)의 회전 중, 베어링 부재/크랭크샤프트 접합점(54)은 조립체가 회전할 때 크랭크샤프트 축선(70)을 중심으로 동심의 원형 경로(56)를 따라 운동한다. 오프셋(46) 만큼의 축선(72, 74)의 간격으로 인해, 커넥팅 로드/오프셋 접합점(52)은 외부 타원형 경로(58)와 내부 타원형 경로(60) 사이에서 교대되는 2 개의 별개의 타원형 경로를 따라 운동한다.

이해될 수 있는 바와 같이, 본 발명의 기계적 기어 세트 조립체가 없었더라면, 커넥팅 로드(24)는 종래의 엔진에서와 마찬가지로 크랭크샤프트(16)에 접합될 것이다. 대신, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 기계적 기어 세트 조립체의 크랭크샤프트 오프셋(50)에 의해 생성되는 크랭크 암 및 최대 오프셋(46)에 의해 생성되는 캠 암은 함께, 폭발 후 팽창/출력 행정이 피스톤(22)의 중간 위치(B)를 통해 최종 위치(C)로 진행할 때, 피스톤(22)의 행정 길이를 효과적으로 증대시킨다. 구체적으로, 팽창 행정 중, 베어링 부재(48)와 커넥팅 로드(24) 사이의 접합점(52)은 자체의 외부 편심 경로(58)를 따라 운동하고, 그 결과 조립체가 도 5의 위치 B를 통해 위치 C로 진행할 때, 크랭크샤프트(16)는 1/2 회전하고, 그 동안에 최대 오프셋(46)에 의해 생성되는 캠 암은 유효 행정 길이를 증가시키도록 크랭크샤프트 오프셋(50)에 추가하도록 작용하고, 그 결과 팽창 행정은 최대의 총 유효 크랭크 길이로 완료된다. 이러한 유효 행정 길이의 증가는 팽창 행정에서 엔진(10)에 의해 수행되는 일(work)을 증대시키도록 작용한다. 이 시점에서, 배기 행정이 개시된다.

도 6에서 피스톤 위치 C, D 및 E로 도시된 바와 같이, 후속되는 배기 행정 중에 크랭크샤프트/오프셋 접합점(54)은 접합점(52, 54)이 자체의 각각의 경로에서 진행할 때 오프셋/커넥팅 로드 접합점(52)을 통과하고, 그 결과 배기 행정의 말기에서 접합점(52, 54)은 도 5의 A에서의 팽창 행정의 개시로부터 본질적으로 반전된 그 상대적 위치를 갖고, 이것에 의해 배기 행정 중의 피스톤 행정의 총 길이는 팽창 행정의 피스톤 행정 길이와 실질적으로 동일하다. 결과적으로, 피스톤은 연소실로부터 연소 가스 및 부산물을 완전히 배출한다.

도 7은 도 6의 배기 행정의 최종 위치(E)에서 개시되는 피스톤(22)에 의해 연료/공기 혼합물을 흡인하기 위한 흡기 행정을 도시한다. 작동 사이클의 이 부분 중에, 오프셋/커넥팅 로드 접합점(52)은 그 내부 경로(60)를 따라 운동하고, 그 결과 조립체가 위치 F를 향해, 그리고 위치 F를 통과하여 전진함에 따라, 흡기 행정의 말기의 위치 G에서 유효 행정 길이가 최대 오프셋(46) 미만인 크랭크샤프트 오프셋(50)와 동등한 양만큼 그 최소 길이까지 감소될 때까지, 유효 행정 길이는 점진적으로 감소된다. 도 7의 초기 위치(E)로부터 최종 위치(G)까지 크랭크샤프트(16)는 1/2 회전 만큼 회전한다. 흡기 행정 중의 유효 행정 길이의 감소로 인해, 연소실(14) 내에 연료/공기 혼합물을 흡입하기 위해 피스톤을 후퇴시킬 때 엔진이 수행해야 하는 일의 양은 이에 따라 감소되어 상응하는 연료 사용의 감소를 달성한다. 흡기 행정 중에 피스톤(22)이 하방으로 이동하는 속도는 선행하는 팽창 및 배기 행정 중의 속도보다 비례적으로 더 느리다.

도 8은 흡기 행정의 말기인 위치 G에서의 후속하는 압축 행정 초기를 도시한다. 조립체가 다른 팽창 행정을 개시하기 위해 중간 위치(H)를 통해 출발 위치(A)로 복귀하도록 진행함에 따라, 오프셋/커넥팅 로드 접합점(52)은 그 내부 경로(60)를 통한 자신의 운동을 종료하고 다시 한번 그 외부 경로(58)로 이동한다.

본 발명은 미국 특허 번호 5,927,236의 발명에 비해 수 개의 진보를 제공한다. 본 발명의 하나의 양태에 따르면, 제 2 기어 부재(36)의 베어링 부재(48)와 커넥팅 로드(24) 사이의 연결부가 접합점(52)(즉, 커넥팅 로드(24)의 축선(74))에 의해 추적되는 외부 및 내부 타원형 경로(58, 60)를 연소실 축선(102)의 하나의 점 또는 연소실 축선(102)에 근접하는 하나의 점에서 교차하도록 기어 세트(30)를 배치하고, 이것에 의해 기계적 크랭크 암 및 캠 암은 협동하여 피스톤의 상사점 위치에서 크랭크샤프트 상에 양의 토크를 생성한다. 더 구체적으로, 도 5 내지 도 8은 타원형 외부 및 내부 경로(58, 60)의 교차부가 실린더/연소실의 축선(102)과 일치하는 본 발명의 실시형태를 도시한다. 이에 반해, 도 9에 도시된 바와 같이, 미국 특허 번호 5,927,236에 도시 및 설명된 바람직한 실시형태에서, 외부 및 내부 경로(58, 60)의 교차부는 크랭크샤프트(16)의 회전 방향에 관련하여 보았을 때 실린더 축선(102)에 대해 90도(°) 앞서 위치되어 있다.

유리하게, 본 발명의 기계적 구조의 이러한 변경된 배향은 도 9에서 비교하여 도시된 바와 같이 미국 특허 번호 5,927,236의 바람직한 실시형태에 비해 그 상사점 위치에서 피스톤 상에 작용하는 확대된 기계적 크랭크 암을 생성하고, 엔진의 4 사이클의 전체 범위에 걸쳐 기계적 크랭크 암 및 이에 따른 크랭크샤프트 토크를 비례적으로 개선한다. 크랭크 암의 개량은 도 11의 그래프에서 도시된 바와 같이 가변 행정 구조가 없는 종래의 엔진에 비해 특히 현저하다. 도 11에서, 곡선(104)은 4 사이클 또는 행정에 걸쳐 엔진의 크랭크 각에 대해 본 발명을 구현하는 1000 cc 배기량의 4 실린더 엔진에서 생성되는 밀리미터로 측정된 기계적 크랭크 암을 작도한 것이고, 곡선(106)은 피스톤 커넥팅 로드가 피스톤 행정을 변화시키기 위한 임의의 기계적 구조 또는 다른 구조 없이 크랭크샤프트에 직접적으로 연결되는 종래의 1000 cc 배기기량의 4 실린더 엔진에서 생성되는 기계적 크랭크 암을 비교하여 작도한 것이다.

곡선(106)이 도시하는 바와 같이, 종래의 엔진은 팽창/출력 행정에 접근하는 압축 행정 중에 크랭크샤프트 상에 상당량의 음의 토크를 발생하므로 통상적으로 연소 불꽃은 상사점 위치의 35도(°) 앞에서 점화되어야 한다. 이와 같은 엔진에서, 피스톤은 음의 토크를 극복하기 위해 음의 일을 수행해야 하고, 이것은 상사점(TDC)에서 0의 토크 값에 도달될 때까지 지속적으로 존속하고, 상사점 이후 약 16도(°)의 위치(ATDC)까지는 상당량의 양의 토크가 생성되지 않는다. 이것은 종래의 엔진이 약 800 RPM 미만의 엔진 속도에서 일반적으로 아이들링이 불가능한 일차적 원인이다. 이에 반해, 접합점(52)(즉, 커넥팅 로드(24)의 축선(74))이 운동하는 외부 및 내부 타원형 경로(58, 60)의 교차점을 연소실 축선(102)에 또는 연소실 축선(102)에 근접하여 일치시키는 본 발명의 구조의 경우, 증가된 크랭크 암은 상사점 위치에 대해 35도(°) 앞서는 위치로부터 상사점 위치까지 증가하는 양의 토크를 생성하고, 상사점 위치의 16도(°) 이후의 위치에서, 본 엔진에서 생성되는 토크는 종래의 엔진의 토크의 2 배 이상이다.

도 10에 도시된 바와 같이, 타원형 외부 및 내부 경로(58, 60)의 교차점이 연소실 축선의 약 25도(°) 내에 위치하는 본 발명의 대안적 실시형태가 가능하다. 구체적으로, 도 10은 크랭크샤프트의 회전 방향에서 보았을 때, 본 발명의 기계적 구조가 연소실 축선에 앞서 약 25도(°) 이하의 소정의 각도만큼 이격되는 하나의 점에 타원형 외부 및 내부 경로(58, 60)의 교차점을 일치시키도록 구성되는 대안적 실시형태를 도시한다. 도 10에서 위치 A'는 팽창 행정의 초기의 발단, 즉 상사점 위치에서의 피스톤 및 본 발명의 다른 관련된 기계적 부품을 도시한 것으로서, 미국 특허 번호 5,927,236에 비해, 이와 같은 위치에서 피스톤 상에 작용하는 상당히 확대된 기계적 크랭크 암을 여전히 생성함을 볼 수 있다. 더욱이, 이러한 구조에 의해 얻어지는 추가의 이점은 배기 행정의 말기 및 흡기 행정의 초기에서의 피스톤의 위치가 도 10에서 위치 E'로 표시된 바와 같이 상사점 위치의 하측의 소정의 간격에 위치되는 것이다. 이러한 방식의 기계적 구조의 선택적 배향에 의해 연소실은 흡기 행정의 개시 시에 소정의 체적의 배기 가스를 유지할 수 있고, 이것은 엔진으로부터 유해한 배출을 감소시키는 것에 기여한다.

캠 암의 길이(46) 대 크랭크 암의 길이(50)의 비율의 선택적 변경으로 인해, 흡기 행정의 말기에 연소실 내의 체적 용량 및 압축 대 팽창 비율의 관련된 기능적 변수를 선택적으로 변화시킬 수 있다는 것이 또한 밝혀졌다. 예를 들면, 캠 암 길이는 크랭크 암의 길이의 적어도 약 20% 내지 크랭크 암의 길이의 약 100%에서 변화될 수 있다는 것이 고찰된다. 이와 같은 변동은 베어링 부재(48)의 외부 및 내부 베어링 표면(40, 42)의 치수 및 편심 관계를 변화시켜 상이한 선택된 크랭크 암(50) 및 상이한 선택된 캠 암(46)을 얻음으로써 달성될 수 있다. 도 12는 20 퍼센트(%)의 증가분으로 캠 암 대 크랭크 암 비율을 선택적으로 변화시킬 때 접합점(52)(즉, 커넥팅 로드(24)의 축선(74))이 운동하는 외부 및 내부 타원형 경로(58, 60) 내의 구성에서 생성되는 상대적 변화 및 상대적 차이(크기 및 형상)를 개략적으로 도시한다. 도 13의 도표는 이와 같은 변화에 의해 영향을 받은 변수를 위한 비교 데이터를 수집한 것이다. 특히, 이 도표에 수집된 데이터는 1000 cc 배기량의 엔진, 즉 일정한 1000 cc 흡입 사이클 및 일정한 10:1의 압축비(불꽃 점화식 연소를 사용하는 엔진의 경우) 또는15:1의 압축비(압축 점화식 엔진의 경우)를 갖는 엔진을 가정한다. 전체적으로, 도표는 캠 암 대 크랭크 암 비율의 증가는 연료 소비량(갤런당 이동 마일 수) 및 토크의 면에서 1000 cc 배기량의 종래의 엔진에 비해 상당한 이점을 달성한다는 것을 설명한다. 예를 들면, 이와 같은 1000 cc 엔진에서 70%의 캠 암 대 크랭크 암 비율의 경우, 엔진은 1739 cc의 팽창 용량을 달성하고, 10:1의 압축비에서 16.7:1의 팽창 비율이 달성된다. 사실상, 이러한 구성의 본 발명에 따른 1000 cc 엔진은 1739 cc 엔진의 토크 및 마력 출력을 생성하지만 종래의 1000 cc 엔진과 동일한 양의 연료를 소비한다.

그러므로 본 기술분야의 당업자는 본 발명을 광범위하게 활용 및 적용할 수 있다는 것을 쉽게 이해할 것이다. 본 발명의 요지 또는 범위로부터 벗어나지 않는 한, 본 명세서에 설명된 것 이외의 본 발명의 많은 실시형태 및 개조 뿐만 아니라 많은 변동, 개조 및 등가의 구조가 본 발명 및 본 발명의 전술한 설명으로부터 명백하거나 합리적으로 제시될 것이다. 따라서, 본 발명은 본 명세서에서 그것의 바람직한 실시형태에 관련하여 상세히 설명되었으나, 본 개시는 본 발명의 설명 및 예시에 불과하고, 본 발명의 개시의 완전한 이해를 제공하기 위해 작성된 것임을 이해해야 한다. 전술한 개시는 본 발명의 제한하려는 목적을 갖지 않고, 또는 본 발명의 제한하거나, 아니면 임의의 이와 같은 다른 실시형태, 적합, 변동, 개조 및 등가의 구조를 배제하는 것으로 해석되어서는 안되고, 본 발명은 본 명세서에 첨부된 청구항 및 그 등가에 의해서만 제한된다.

Claims (14)

1. 내연 엔진으로서,
   각각 연소실 축선을 한정하는 복수의 원통형 연소실을 한정하는 엔진 블록,
   상기 연소실에 대해 횡방향으로 연장되는 크랭크샤프트 축선을 중심으로 회전하도록 상기 엔진 블록에 장착되는 크랭크샤프트,
   상기 연소실 축선을 따라 왕복운동하도록 각각의 연소실 내에 배치되는 피스톤으로서, 상기 내연 엔진은 4 행정 사이클에 따라 작동할 수 있고, 상기 피스톤은 제 1 방향으로 운동하는 흡기 행정, 제 2 방향으로 운동하는 압축 행정, 상기 제 1 방향으로 운동하는 팽창 행정, 및 상기 제 2 방향으로 운동하는 배기 행정을 통해 상기 연소실 내에서 왕복운동하고, 상기 압축 행정의 말기 및 상기 팽창 행정의 초기에 피스톤의 위치는 상사점으로서 정의되고, 상기 팽창 행정의 말기 및 상기 배기 행정의 초기에 피스톤의 위치는 하사점으로서 정의되는, 피스톤,
   각각의 피스톤에 선회가능하게 장착되는 커넥팅 로드, 및
   상기 피스톤의 왕복 운동을 상기 크랭크샤프트의 회전 운동으로 변환하기 위해 각각의 커넥팅 로드를 상기 크랭크샤프트에 회전가능하게 연결하는 기계적 조립체를 포함하고,
   상기 기계적 조립체는 상기 엔진 블록에 회전 불가능하게 장착되는 제 1 기어 부재 및 상기 제 1 기어 부재와 치합되는 제 2 기어 부재를 포함하고,
   상기 제 1 기어 부재는 원통형 본체의 반경방향 외면의 주위에 형성되는 기어 치를 갖는 피니언 기어 부분을 구비하는 원통형 본체를 포함하고,
   상기 제 2 기어 부재는,
   환형 본체의 반경방향 내면의 주위에 형성되는 기어 치를 갖는 크라운 기어 부분을 구비하는 환형 본체로서, 상기 제 1 기어 부재의 원통형 본체는 상기 크라운 기어 부분의 기어 치와 치합되는 상기 피니언 기어 부분의 기어 치를 구비하는 상기 환형 본체 내로 연장되는, 환형 본체, 및
   상기 크라운 기어 부분으로부터 외측으로 돌출하는 베어링 부분으로서, 상기 베어링 부분의 외면 상에 형성되는 제 1 베어링 표면 및 상기 베어링 부분의 내면 상에 형성되는 제 2 베어링 표면을 가지고, 상기 커넥팅 로드는 상기 제 1 베어링 표면의 주위에 장착되고, 상기 크랭크샤프트와 함께 상기 제 2 기어 부재의 회전을 위해 상기 크랭크샤프트는 상기 제 2 베어링 표면 내에 장착되고, 상기 커넥팅 로드는 상기 제 1 베어링 표면 상에서 회전하고, 상기 제 2 베어링 표면은 상기 크랭크샤프트 상에서 회전하는, 베어링 부분을 포함하고,
   상기 제 1 기어 부재의 피니언 기어 부분과 상기 제 2 기어 부재의 크라운 기어 부분은, 상기 크랭크샤프트의 매 2 회전마다 상기 제 2 기어 부재의 1 회전이 유발되도록 2:1의 기어비를 가지고,
   상기 제 2 베어링 표면은, 상기 크랭크샤프트 상에 상기 엔진의 4 행정 사이클의 전체를 통해 일정한 기계적 크랭크 암을 부과하기 위해 상기 크랭크샤프트 축선에 대해 원형 경로에서 운동하도록 상기 크랭크샤프트 축선으로부터 오프셋되고,
   상기 제 1 및 제 2 베어링 표면은 오프셋 거리만큼 상호로부터 이격되고, 이것에 의해 상기 제 1 베어링 표면은, 상기 크랭크샤프트 상에 상기 엔진의 4 행정 사이클에 걸쳐 변화되는 기계적 캠 암을 부과하기 위해 상기 크랭크샤프트를 중심으로 내부 및 외부 타원형 경로에서 교대로 운동하게 되고,
   상기 크랭크샤프트와 함께 상기 제 2 기어 부재의 회전은, 상기 엔진의 4 행정 사이클의 전체를 통해 상기 피스톤의 왕복운동의 길이를 변화시키도록, 상기 엔진의 4 행정 사이클에 걸쳐 계속 변화하는 상기 크랭크 암과 상기 캠 암의 벡터 합에 상당하는 조합된 유효 크랭크 암을 상기 크랭크샤프트 상에 부과하고,
   상기 제 2 기어 부재의 상기 제 1 및 제 2 베어링 표면은,
   상기 캠 암이 상기 크랭크 암의 길이의 20% 내지 100%의 길이를 가지고,
   상사점에서, 상기 캠 암이 상기 크랭크 암에 대해 실질적으로 90도로 배향되고,
   상사점에서, 상기 크랭크 암이 상기 연소실 축선에 선행하는 각도로 배향되고,
   상기 크랭크 암 및 상기 캠 암은 협동적으로 작용하여 상기 크랭크샤프트 상에 양의 토크를 생성하고, 상기 양의 토크는 상기 피스톤의 상사점 위치로부터 최대 20°만큼 선행하여 상기 압축 행정의 말기 이전에 개시되고, 상기 피스톤의 상사점 위치를 통과하여 상기 팽창 행정을 향해 그리고 상기 팽창 행정 중에 지속되고,
   상기 팽창 행정의 종료 시에, 상기 크랭크 암과 상기 캠 암 각각은 상기 연소실 축선과 일직선으로 정렬되어 연장되고, 상기 캠 암은 상기 크랭크 암으로부터 외측으로 연장됨으로써, 상기 엔진의 4 행정 사이클 동안 가장 긴 조합된 유효 크랭크 암이 형성되고,
   상기 흡기 행정의 종료 시에, 상기 크랭크 암과 상기 캠 암 각각은 상기 연소실 축선과 일직선으로 정렬되어 연장되고, 상기 캠 암은 상기 크랭크 암과 중첩되도록 내측으로 연장됨으로써, 상기 엔진의 4 행정 사이클 동안 가장 짧은 유효 크랭크 암이 형성되고,
   상기 내연 엔진의 4 행정 사이클의 상기 흡기 행정 및 상기 압축 행정은 상기 팽창 행정 및 상기 배기 행정보다 짧고,
   상기 내연 엔진의 4 행정 사이클의 전체를 통해 실질적으로 일정한 압축비가 유지되도록,
   선택적으로 구성 및 치수결정되는, 내연 엔진.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제

Images