KR100267041B1

KR100267041B1 - 장동형 내연기관

Info

Publication number: KR100267041B1
Application number: KR1019940702274A
Authority: KR
Inventors: 마이어 레너드
Original assignee: 마이어 레너드
Priority date: 1991-12-31
Filing date: 1992-12-19
Publication date: 2000-10-02
Also published as: CN1041648C; DE69209807D1; TW215939B; JP3394253B2; EP0550044A1; MX9207656A; AU3424393A; AR248299A1; CA2117353C; DE69209807T2; US5482449A; EP0550044B1; JPH07502794A; CA2117353A1; AU661639B2; US5251594A; WO1993013305A1; BR9206993A; CN1076005A

Abstract

원추형 표면들 및 대칭의 구형 체임버(300)내에 배치된 중앙의 구형부분(100)을 가진 디스크(110)를 포함하며 상기 체임버는 디스크(110)를 포함하며 상기 구형 부분과 이동 가능하게 결합되어 상기 디스크를 체임버내에서 장동 회전운동시켜서 구동 축들(210,220)을 회전운동시키는 중앙의 베어링을 가지는 장동 내연기관이 개시된다. 이 엔진은 4행정원리로 작동하며 매번 180° 각도에서 점화되며 흡입 및 압축 행정을 단일 체임버에서 행하고 연소 및 배기 행정도 하나의 체임버에서 행한다.

Description

[발명의 명칭]

장동형 내연기관

[발명의 분야]

본 발명은 장동형 내연기관에 관한 것으로 보다 특별하게는 고효율 장동형 내연기관에 관한 것이다. 본 발명은 원추형 표면을 가진 원판 및 대칭인 구대(球臺)형 체임버 내 중심에 배치된 구체(球體)를 포함하는 장동형 내연기관으로, 이 체임버는 원판을 수용하는데 적합하게 만들어졌으며 구체를 동작가능하게 연결하고 원판이 구동축을 회전시키기 위해 체임버내에 장동 운동을 하도록 하기 위한 중심 베어링을 가진다. 바람직하게는, 이 엔진은 4 행정 원리에 따라 동작하여 매 180°마다 폭발하도록 흡기 및 압축 체임버를 하나의 체임버로, 또, 폭발 및 배기 체임버를 한 개의 체임버로 결합시킨다.

[종래 기술의 설명]

4 행정 내연기관은 1 세기 이상 사용되어 와다. 기계학에서 물체의 세차운동(precession) 및 장동운동(nutation)에 대한 개념은 훨씬 더 오랫동안 알려져 왔다.

장동 운동 물체의 회전운동으로부터 어떤 다른 형태의 운동으로의 에너지 전환 역시 알려져 왔다. 내연기관 내 장동 운동 물체의 이용에 대한 개념의 실현이 시도되어 왔지만, 그다지 큰 성공을 보여주지는 못하였다. 본 적용을 통한 장치가 개시되기까지는, 내연기관의 체임버를 형성하기 위한 장동 운동 물체의 효율적 사용은 더욱 성공적이지 못하였다.

일반적으로, 물체의 세차 운동은 회전하는 물체(예를 들어, 정점)에 의해 전개되는 효과로서, 인가 토크가 그 회전축의 방향을 바꾸려 작용할 때, 그 축이 원추형 패턴을 만들어 내고 토크 방향에 대해 수직 방향으로 회전하게 한다. 장동 운동은 회전 물체(예, 정점) 세차 회전축의 수선으로부터의 경사가 주기적으로 변화하는 것이다.

장동 엔진의 기본 요소는 구형 물체와 함께 구체의 축선을 따라 구체를 관통하여 연장하는 축이다. 구체와 축은 체임버 내에 위치하고 거기서 구체와 축은 축이 원추형을 따르는 운동 방식으로 움직인다. 장동 운동의 전체적 효과는 실제회전이 존재하지 않는 워블(wobble)의 존재이다. 장동요소들은 에너지를 전달하기 위해 다양한 기계 장치들에서 사용되어져 왔다. 예를 들어, 1904년, F.E. Hall에게 부여된 미국 특허 773,206에서 구동축을 회전시키기 위해 장동운동 형태로 피스톤이 볼(ball)과 축을 구동하는 가솔린 엔진이 개시되었다. 비숫하게, 1908년, 미국 특허 번호 876,202에서는 장동요소가 피스톤과 구동축 사이의 링크 장치인 엔진용 운동 전달기구가 개시되어 있다. 특히, 그 피스톤들은 장동요소의 아암들을 구동하고 그리하여 장동운동 형태로 축을 구동하고, 원추형 패턴을 만들어 낸다. 축의 에너지는 기어 기구를 통해 전달되어 별도의 구동축을 구동한다.

다른 다양한 특허들도 어떤 형태에서 다른 형태로 운동을 전달하기 위해 장동 볼 및 축을 사용한다. 1942년 미국 특허 번호 2,278,696에서는 로터리 엔진에 적용된 장동 요소가 설명되고 있다. 두 개의 원추형 회전을 발생시키도록 중심의 피봇점 주위로 그 축이 회전한다. 축의 단부들은 별도의 구동축을 회전시키는 수단에 고정되었다. 그 축은 베어링에 의해 볼 및 원판기구 내에서 운동한다. 그러나, 언급된 모든 참고 문헌들은 장동하는 볼 및 축을 단지 한 형태의 운동을 다른 형태로 바꾸는 수단으로 사용할 뿐이다. 참조 문헌 중의 어떤 것도 실제의 장동 요소들(즉, 볼, 원판 및 축 등)을 내연기관에 사용되는 체임버를 형성하기 위해 사용하지는 않았다.

1963년, Day에게 부여된 미국 특허 번호 3,102,517에서는 장동 물체 개념으로 동작하는 장동원판내연기관을 개시하고 있다. 장동원판기구 그 자체는 실제적인 내연기관 사이클의 구성 부분이다. 특별히, 볼 및 원판은 흡기, 압축, 팽창, 배기 체임버들을 형성한다. Day가 개시한 엔진은 체임버를 두 개의 체임버로 나누는 원판과 체임버의두 절반부 사이에서 소통하는 싱글 스톱(single stop)을 가지는 구체 표면을 감싸고 지지하는 하우징으로 구성된 내연기관을 포함한다. 구체와 원판이 장동형식으로 회전함에 따라 흡기, 압축, 팽창, 배기 용의 체임버들은 축을 구동시키기 위해 상호 작용한다. Day가 개시한 엔진은 매 360° 마다 점화한다.

Day가 개시한 엔진은 단지 하나의 구동축 만을 제공한다. 따라서, 볼 및 축 요소의 무게중심은 볼의 중심에 있지 않다. 본 적용을 통해 개시된 장동엔진과는 달리, 볼 및 축의 무게중심은 계속 이동하고 엔진에 부가적 압박을 가한다. Day의 참조 문헌에서는 한 개의 스톱(stop)만이 개시되었기 때문에, Day 기구는 둘 또는 세 개의 체임버를 가진다. 추가하여, 흡기 및 압축행정은 원판의 한쪽 면에서 동시에 이루어지며, 팽창 및 배기행정은 원판의 다른쪽 면에서 이루어진다. 따라서, 원판의 양면이 하나의 4 행정 과정을 완성하는데 필요하다.

본 발명의 목적은 엔진의 각 측면에 흡기/압축 체임버들을 하나의 체임버로 결합하고 팽창/배기 체임버들을 하나의 체임버로 결합하는 장동 내연기관의 제공에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 각 면이 180°의 위상차가있는, 한 면당 매 360° 마다 점화하는 내연기관의 제공에 있다. 따라서, 본 내연기관은 전체적으로 매 180° 마다 점화한다.

본 발명의 다른 목적은 흡기/압축 및 팽창/배기용의 체임버들을 결합함으로써 내연기관의 크기를 감소시키는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 체임버들을 분할 함으로써 하부 영역의 용적이 원판의 양면 위에서 흡기/압축을 위해 사용되고 상부 영역의 용적이 원판의 양면 위에서 팽창/배기용으로 사용되어 내연기관의 크기를 감소시키는 것이다.

[발명의 개요]

본 발명은 원추형 표면들을 가지는 원판과 중심에 배치된 구체를 포함하는 장동형 내연기관으로 구성된다. 대칭의 구대형 체임버가 원판을 수용하도록 적합화되고, 구체를 자동적으로 연결하고 원판이 체임버 내에서 장동 운동을 하게 하기 위한 중심베어링을 가진다. 크랭크축은 구체 내에 원판축 위에 회전가능하게 배치되고 구동축은 체임버의 양 면에 배치된 체임버축 위에 배치된다. 구동축들은 편심되게 크랭츠축에 연결되어 원판의 장동운동이 구동축을 회전시키게 한다. 바람직한 실시예에서, 원판은 180° 떨어지게 위치한 두 개의 갭(gap)을 가진다. 체인버는 엔진의 각 면이 매 360° 마다 점화하여 전체적으로 매 180° 마다 점화하도록 체임버를 흡기/압축 및 팽창/배기 구역들로 분할하기 위해 원판 내에 갭들과 함께 배열된 동일한 수의 스톱들을 가진다.

본 발명의 다른 실시예들에서 스톱용의 다른 형태들이 또한 제공된다. 하나의 형태는 두 개 이상의 스톱들과 갭들을 포함한다. 다른 형태는 스톱들이 어떤 다른 각도에 대해 180° 떨어져 배치된 형태로부터 두 개의 스톱을 이동시키는 것을 포함한다. 특별히, 180° 이상 다른 위치로의 스톱들의 이동은 큰 체임버와 작은 체임버가 각각 스톱들 위와 아래에 위치하도록 허용한다. 이러한 형태는 작은 체임버 내에서 흡기 및 압축을 그리고 큰 체임버 내에서 팽창 및 배기를 허용하여, 앳킨슨 사이클(Atkinson cycle)이 유용한 결과로서 나타나게 한다.

바꾸어서, 유효하게 자기 과급(自己過給) 사이클을 생성하면서, 흡기/압축 체임버가 팽창/배기 체임버보다 커질 수도 있다. 추가하여 이러한 형상은 펌프 또는 공기 압축기로서 사용될 수 있다.

[도면의 간단한 설명]

제1(a)도는 볼-원판 기구의 평면도.

제2(b)도는 볼-원판 기구의 정면도.

제2(a)도는 제1(b)도에 도시된 원판의 절단 단면도.

제2(b)도는 제1(a)도에 도시된 원판의 단면도.

제3도는 원판의 밀봉 수단을 도시하는 원판 및 체임버의 단면도.

제4도는 배기관을 도시하는 외부 체임버의 평면도.

제5도는 체임버 내의 볼, 축 및 원판 기구의 측단면도.

제6도는 제4도의 6-6선을 따라 취한 장동형 엔진의 단면도.

제7도는 제4도의 7-7선을 따라 취한 장동형 엔진의 단면도.

제8도는 제6도의 8-8선을 따라 취한 장동형 엔진의 단면도.

제9도는 제6도의 9-9선을 따라 취한 장동형 엔진의 단면도.

제10도는 제6도의 10-10선을 따라 취한 장동형 엔진의 단면도.

제11도는 대체 배기구를 도시한 장동형 엔진의 단면도.

제12도는 제6도에 도시된 바와 같이 분리되어 있는 공기 흡입구 및 연료 분사스톱들을 도시한다.

제13도는 제9도에 도시된 바와 같이 분리되어 있는 공기 흡입구 및 연료 분사스톱들을 도시한다.

제14도는 엔진 내의 다양한 체임버들, 부분들 및 역역들의 구성을 도시하는 도표.

제14(a)도에서 제14(g)도까지는 제2체임버를 형성하기 위한 원판의 이동지점효과(移動支點效果)를 도시하는 체임버 단면도들.

제15(a)도에서 제15(c)도까지는 팽창을 위해 변화하는 용적들과 압축비를 변화시키는 전자 제어기의 블록선도를 도시한다.

제16(a)도 및 제16(b)도는 1 계통 및 2 계통 연료 분사 시스템용 공기 및 연료 분사타이밍을 도시한다.

제17(a)도에서 제17(c)도까지는 엔진이 오토사이클(auto cycle), 자기과급 사이클, 및 앳킨슨 사이클 상에서 작동하게 하기 위한 스톱들의 다양한 형상들을 도시한다.

제18도는 함께 작동하도록 열지어 배치된 다연(多連) 장동 내연기관의 대표예이다.

[바람직한 실시예에 대한 설명]

본 발명은 이분된 원추형 원판에 두 평행하고 편평한 체임버 벽과 동시적으로 물리적 접촉을 하면서 장동운동을 전개함에 의해 용적들의 변화가 발생할 수 있는 기계역학적 원리에 기초한 내연기관으로 이루어진다. 이 이분된 원추형 원판(110)은 동력 발생요소이다. 대칭 형상 및 분리된 체임버들은 물리적 공간의 효율적 사용을 이루게 한다. 이러한 형상은 연료 소모의 잠재적 감소와 함께 기본적으로 중량 대비 동력비와 출력밀도를 증가시킨다.

전체 사양에 걸쳐서, 장동엔진은 배기 밸브가 엔진의 상부에 위치하고 구동축들이 엔진이 양면에서 바깥쪽으로 연장하는 제5도에 도시된 방향에서 언급될 것이다. 그러나, 이 방향은 엔진 설명상의 일관성을 유지하기 위해 임의로 선택되었을 뿐이다. 엔진의 작동 방향은 본 형상에 제한되지 않는다. 오히려, 어떤 방향이라도 본 발명의 범위내에 있을 수 있다.

먼저 제1(a)도로 돌아가서, 본 도면은 측면으로부터의 볼(100)과 원판(110)의 배열을 보여준다. 원판의 표면들은 평행하지 않으며, 원판(110)이 제1(b)도에서처럼 보여질 때 분명한 것처럼 원추형이다. 갭(190,192)은 원판을 원판부들(120,130)로 분할한다. 이들 갭들(190,192)은 따로 제12도와 제13도에서 도시되고 설명될 대응하는 스톱들(390,480)을 수용하도록 위치된다. 갭(190,192)은 제17도를 참조하여 설명될 바와 같이 어떤 다른 각도로 위치되어질 수도 있지만, 본 바람직한 실시예 상에서는 180°가 떨어지게 배치되었다. 장동형 엔진의 볼과 원판은 대칭이기 때문에, 볼-원판 무게중심은 언제나 정주되어 있다. 또한, 장동판 내연기관은 크랭크축에의 왜력을 최소화하는 정지 무게중심 때문에 높은 분당 회전수(RPMS)에서 작동할 수 있다. 스톱들이 180° 이격되게 위치하지 않을 경우에, 원판부의 중량분포는 정지 무게중심을 가지도록 조정될 수 있다. 또한, 추가 체임버를 형성하도록 다수의 갭들이 사용될 수 있다.

이제 제1(b)도로 돌아가서, 볼-원판 기구의 정면도가 도시되어 있다. 볼을 둘러싸는 원판부들(120,130)과 함께 볼(100)이 도시되었다. 크랭크축(200, 제5도에 도시)은 구멍(102)을 통과하여 볼의 양 표면 밖으로 연장한다. 크랭크축(200)은 원판을 포함하는 평면에 수직이다. 또한 제1옆면(122)과 제2옆면(124)을 가진 상부 원판부(120)과 옆면들(132,134)을 가진 하부 원판부(130)가 도시되었다. 분명하게 보이는 원판부의 테두리(140)는 제3도를 참조하여 보다 자세히 논의될 것이다. 끝으로, 상부 수직 스톱 실(stop seal, 160)과 하부 수직 스톱 실(162)이 볼(100)에서 원판 테두리(140)로 연장하는 원판 안쪽 테두리를 따라 보인다.

이제 제2도에서 제13도를 보면, 이 도면들은 체임버 내에 위치된 상태대로의 볼, 축, 원판의 다양한 단면들을 보여준다. 제5도는 체임버 내의 제1도의 볼-원판 기구의 측면도를 보여준다. 제2도에서 제4도까지에 도시된 냉각 및 윤활 시스템과 엔진의 외부 체임버에 대한 설명은 제5도를 참조하여 보다 자세히 후술될 것이다.

먼저 제5도에 도시된 장동엔진의 대체적 구조를 설명하면, 장동엔진은 체임버(300)에 의해 포위되어 있는 두 개의 원판부들(120,130)에 둘러싸인 볼(100)을 포함한다. 원판부들은 원판의 옆면이 체임버 벽과 접촉할 때 체임버벽들과 접촉선을 형성하도록 되어 있는 원추형이다. 체임버(300)는 내연기관의 왜력을 견딜 수 있는 적절한 재료로 만들어진다. 볼(100)은 두 개의 체임버 볼 실(308)들에 의해 체임버 내에서 밀봉된다. 실(308)들은 체임버(제5도의 분할부, 322,352)로부터의 임의의 가스노출을 방지하기 위하여 채용된 것으로서, 볼과 원판이 제거된 체임버의 단면을 보여주는 제11도에 보다 자세히 도시되었다. 실(308)들은 원형으로서 체임버(300) 외부로 연장하는 볼(100) 영역을 밀봉시킨다.

볼과 원판을 따라, 체임버(300)는 원판의 갭들(190,192)에 끼워 맞춰지는 두 개의 스톱들(390,480, 제9도에 도시되고 제12,13도에 분리 도시된)을 포함한다. 스톱들(390,480)은 또한 엔진 내에서의 연소에 필요한 공기와 연료를 제공한다.

장동엔진의 구조 및 작동에 대한 다음 설명에서의 일관성을 유지하고 명료성을 제공하기 위해, 체임버는 엔진내의 여러 체임버들, 부분들 및 영역들을 묘사하는 도표인 제14도에 설명된 것처럼 볼과 그 볼을 받치는 두 스톱들 옆의 상부 체임버부(312)와 하부 체임버부(342)와 관련하여 설명될 것이다. 상부 체임버부는 그 바닥에서 볼과 스톱들로 감싸인 영역으로서 벽들(320,330, 제5도)과 스톱들 위의 구대형 체임버(310)들에 의해 옆면이 경계를 이루게 될 것이다. 하부 체임버부는 그 상부에서 볼과 스톱들로 감싸인 영역으로서 벽들(350,360, 제5도)과 스톱들 아래의 구대형 체임버(340)에 의해 그 옆면이 경계를 이루게 될 것이다.

각 체임버부들은 제14도에 개략적으로 도시된 바와 같이 좌측 체임버부와 우측 체임버부로 더 나누어질 수 있다. 특히 우측 체임버부(322)와 좌측 체임버부(332)는 상부 체임버(312) 내의 원판부(120)들에 의해 형성된다. 또한, 우측 체임버부(362)와 좌측 체임버부(352)는 하부 체임버(342) 내의 원판부에 의해 형성된다. 끝으로, 각 체임버부는 흡기, 압축, 팽창, 배기 영역들을 포함하는, 계속하여 변하는 여러 영역들로 나누어지며, 제14(a)도에서 제14(g)도까지를 참조하여 상세히 설명될 것이다.

제8도에서 도시된 배기구(368~382)들은 두 팽창/배기부 용으로 상부 체임버부(312)의 측벽(320,330)들을 따라 배치되었다. 역시 제8도에 도시된, 배기 밸브(422~438)들은 배기구 내에 배치된다. 비록 네 개의 밸브가 상부 구역들 내의 각 측벽들 위에 도해되었으나, 임의 개수의 배기구가 사용될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 기술상의 잘 알려진 바와 같이 밸기 밸브들은 캠에 의해 작동된다. 그러나, 배기 밸브들을 여닫는 임의의 다른 적절한 수단이 사용되어질 수도 있다.

크랭크축(200)은 볼의 양단으로부터 연장하여 구동축(210,220)에 편심되게 고정된다. 바람직한 실시예에서 원판의 양면에서 180°의 위상차를 갖는 사이클을 유지하도록 크랭츠축(200)을 구동축(210,220)에 강체 결합시키기 위해 스플라인(230)이 사용된다. 크랭츠축을 구동축들에 고정시킴으로써, 본 발명의 기구는 또한 별도의 기어연동장치의 필요성을 배제시킨다. 베어링(202)은 볼 내에 배치되어 구동축들로 연장한다. 크랭크축(200)은 베어링(202) 내에 회전가능하게 배치된다. 바람직한 실시예에서, 베어링은 볼(100)에 확고하게 고정된 단일 원주형 베어링이다. 제2(a)도와 제2(b)도에 도시된 바와 같이, 베어링(202)은 오일이 원판을 지나 크랭크축으로 가도록 원판 오일 출구(180)와 함께 정렬된 구멍(203)을 가진다. 베어링은 기술상의 알려진 임의의 적절한 재료로 만들어 진다.

볼과 베어링(202)내에 위치한 크랭크축(200)은 구동축 중심선에 대한 어떤 각도로 배치된다. 10°에서 70° 범위 내의 각도가 엔진에 대해 사용될 수 있지만, 동력과 토크 조건을 고려한다면, 최적 크랭크축 각은 10°에서 30° 사이가 될 것이다. 바람직한 실시예에서 크랭크축은 20° 각도로 배치된다. 원판부에 작용하는 팽창 가스에 의해 이루어지는 볼과 원판의 장동 운동은 베어링(202)을 통해 크랭크축을 구동시킨다. 크랭크축의 운동은 크랭크축(200)의 중심점에서 바깥 단부로 연장하는 선을 상상하면 잘 이해된다. 크랭크축(200)이 중심점 주위로 피벗선회(pivot) 함에 따라 가상의 선은 두 개의 원뿔을 만들어내고 두 원뿔의 꼭지점들이 크랭크축의 중심점에서 연결된다. 크랭크축(200)이 회전하면서 구동축들의 중심을 관통하는 선인 구동축 회전 축선을 중심으로 회전하도록 두 구동축(210,220)을 구동시킨다. 그러나, 단일 구동축을 가지는 것도 가능한다. 구동축에 부착되지 않은 크랭크축 단부는 베어링에 의해 엔진 내에서 회전할 것이다. 볼과 원추형 원판이 장동운동을 함으로써, 원판과 체임버 벽들에 의해 형성된 내연기관의 여러 체임버들이 제14(a)도에서 제14(g)도에 상세히 도시될 바와 같이 지속적으로 변화하게 된다.

장동 내연 기관의 여러 체임버들에 대해 대체적으로 설명하면, 엔진 하부 체임버부(342)내 엔진의 한쪽 단일 구역들에서 흡기 및 압축 사이클이 일어난다. 또한, 엔진 상부 체임버부(312) 내 엔진 한 쪽 단일 구역들에서 팽창 및 배기 사이클이 일어난다. 상부 우측 구역(322) 및 상부 좌측 구역(332)(제8도에 도시) 내의 연소 영역들은 내연기관이 매 180° 마다 점화하도록 매 360° 마다 각각 점화한다. 원판의 위치에 따라, 보다 상세히 후술될 제14(a)도에서 제14(g)도에 도시된 바와 같이 둘 또는 세 개의 영역들이 상부 체임버(312)에 존재하고 하부 체임버(342)에도 둘 또는 세 개의 영역들이 존재한다. 이들 영역들은 엔진의 한 쪽에서 내연기관의 네 개 사이클을 이루는데 사용된다.

제5도의 체임버들을 특별히 참조하며, 원판부(120) 표면(122) 옆의 구역이 팽창/배기 구역(322)을 형성한다. 보여지는 배기구(374)는 상부 우측 구역(322) 내에서의 배기 사이클 동안의 배기 출구로 제공되는 구멍들 중의 하나이다. 장동 물체가 그의 운동 전 범위에 걸쳐 회전할 때, 제2상부 구역이 상부 체임버부(312) 내에서 뚜렷하게 드러난다. 특별히, 제2상부 연소 영역은 원판부(120)의 벽과 배기구(382)를 포함하는 벽(330) 사이에 형성될 것이다. 이 좌측 상부 구역은 우측 구역과 동일하며, 우측 구역과 180°의 위상차를 가지고 점화될 것이다.

제5도에 도시된 좌측 하부 구역(352)은 원판(130)의 벽(134)과 하부 체임버부의 벽(350)에 의해 형성된다. 좌측 하부 구역(352)은 흡기/압축 구역이다. 장동물체가 그의 운동 전 범위에 걸쳐 회전함에 따라 제2하부 우측 구역(362, 제10도에 도시)이 하부 체임버부(342) 내에서 뚜렷하게 드러난다. 상부 체임버(312) 또는 하부 체임버(342) 내의 둘 또는 세 개의 영역과 이들 영역들의 연속적 변화가 제14(a)도에서 제14(g)도의 설명에서 상세히 논의될 것이다.

도시된 냉각 시스템을 설명하면, 제2도와 함게 제5도는 엔진 내의 일련의 유체 이동을 보여 준다. 특히, 제2(a)도는 제2(b)도의 B-B선에서 취한 원판의 단면을 도시한다. 볼 부분의 우측에, 원판 유체 투입(170)이 도시되었다. 바람직한 실시예에서, 유체가 원판부들 사이의 갭(190) 내에 위치한 연료분사스톱(480, 제13도에 도시)에 의해 볼과 원판 안으로 공급된다. 그러나, 유체를 분사하기 위한 다른 적절한 위치 혹은 수단이 채용될 수 있다. 원판을 냉각하고 윤활시키기 위해 임의의 적절한 유체가 사용될 수 있으나, 주로 오일이 사용된다. 투입(170)은 채널 아일런드(174, channel islands) 주위로 누비며 나아가는 일련의 냉각 채널(172)들에 이른다. 일련의 냉각 채널들은 볼의 좌측 가까이 원판 유체 출구(180)에 모인다. 제2(b)도는 제1(a)도의 A-A선에서 취한 볼과 원판의 단면을 도시한다. 냉각 채널(172)과 아이런드(174)가 보인다. 원판 유체 출구(180)는 유체 홈(179)과 직접 소통하고 유체가 제5도의 크랭크축 내에 위치하는 유체 경로(181)를 거쳐 유체 출구 경고(182)로 나가도록 해 준다. 유체 출구 경로(182)는 구동축 내의 유체 출구(184)로 유체를 보낸다. 이 유체는 이제 관련 기술 분야에서 사용되는 적절한 오일 펌프를 거쳐, 냉각되고 연료 분사 스톱의 오일 투입 구역으로 재순환된다.

이제, 체임버 내의 볼-원판 실링(sealing)을 설명하면, 장동 원판 내연기관은 네 개의 주 실링 영역을 가진다. 먼저, 볼은 실(308)에 의해 체임버 내에서 밀봉된다. 실(308)은 체임버를 지나 연장하는 볼의 일부분에서 체임버를 밀봉하기 위해 체임버 내에 위치한 두 개의 링 실(ring seal)을 포함한다. 이 실들은 볼과 원판이 제거된 제11도에서도 보여진다. 엔진은 볼을 떠받치는 스톱들(390,480)의 단부에 위치한 다른 밀봉 요소(400)를 포함한다. 제11도에, 흡기 스톱(390)의 실들이 보인다. 연료 투입 스톱 실들은 공기 투입 스톱 실들과 동일하다.

디스크 부분(120)이 벽(310)을 따라서 우측으로 움직이면, 벽(124)위의 고압 지역은 벽(142)에 반하여 밀봉장치(158)가 우측으로 가도록 한다는 원리에 의해 밀봉장치들(148,158)을 포함한 밀봉의 배열이 이루어 진다. 유사하게, 비교적 고압이고 벽(122)을 따라 우측으로 디스크가 움직이는 지역은 밀봉장치(148)를 좌측으로 가도록 한다. 결과적으로, 독특한 밀봉 배열은 적절한 밀봉과 윤활을 위하여 액체 홈통(144)안에 액체를 유지한다.

제4도는 장동형 내연기관의 외 체임버를 보여준다. 이 엔진의 위에는 배기 매니폴드들(302,304)이 있다. 공기 축(398)에 이르는 공기 흡입구(396)도 또한 보여진다. 연료 분사섹션은 일반적으로 엔진의 반대편에 보여진다. 특히, 추후에 자세히 설명되어질 연료 분사 시스템은 엔진의 양쪽에 이르는 어큐뮬레이터 통로(502)를 가지는 어큐뮬레이터(500)를 포함한다. 어큐뮬레이터 통로(502)는 어큐뮬레이터로부터 예체임버들(484,494)(제9도)로 압축 공기를 분사하는 우 공기분사기(532)와 좌 공기분사기(552)에 이른다. 추가로, 장동형 엔진은 우 연료분사기(536)와 좌 연료분사기(556)를 포함한다. 구동축들(210,220)은 엔진의 양쪽에서부터 뻗어나옴을 볼 수 있다.

제6도는 제4도의 6-6선에 따른 단면도이다. 공기 통로(398)를 가진 공기 흡입구(396)는 일반적으로 제6도의 윗부분에 보여진다. 공기는 공기 흡입구를 통하여 들어와서 엔진안에 있는 체임버를 통하여 반시계방향으로 움직인다. 엔진안의 공기의 흐름은 제14(a)도에서 제14(g)도까지를 참조하여 더욱 자세히 설명될 것이다. 압축 공기는(제7도에 보여진 것과 같이) 어큐뮬레이터 공급 통로(501)를 거쳐서 어큐뮬레이터(500)에 의해 수용되고, 압력 밸브(504)를 통하여 지나는 어큐뮬레이터 통로(502)를 통해 움직인다. 추후에 더 자세히 설명되어지겠지만, 연료는 연료분사기(556)에 분사되어 예체임버안에 있는 어큐뮬레이터로부터 공기의 차지와 혼합된다. 공기의 차지와 연료는 예체임버안의 점화 플러그(554)에 의해 점화된다. 연소와 배기는 일반적으로 밸브들(432-438)이 보여진 체임버의 우측 반대쪽에서 일어난다.

제7도는 제4도의 7-7선에 따른 단면도이며, 일반적으로 엔진의 정상 근처에 위치한 공기 통로(398)를 가지는 공기 흡입구(396)를 보여준다. 공기는 흡입 섹션 및 압축 섹션들을 통하여 어큐뮬레이터 공급 통로(501)까지 시계방향으로 움지기며, 이 공급 통로는 흡입 섹션 및 압축 섹션들로부터 어큐뮬레이터(500)까지 공기를 공급한다. 일반적으로 어큐뮬레이터로부터 나온 압축 공기는 예체임버안에서 연료와 혼합된다. 연료 분사 시스템은 연료 차지를 일반적으로 그림에 보여진 것과 같이 엔진의 좌측에 있는 연소 섹션에 공급한다. 배기 밸브들(368-374)과 배기 출구(302)도 또한 이 단면도에 보여지고 있다.

제7도는 또한 이 장동형 엔진의 공기 이송 시스템을 보여준다. 우측 하단의 체임버 부분의 어느 한쪽 섹션위의 압축 체임버로부터 압축된 공기는 어큐뮬레이터 공급 통로(501)를 거쳐서 디스크의 각 면위의 우측 하단 섹션으로부터 어큐뮬레이터(500)까지 이송된다. 디스크의 각 면은 크랭크축의 매 360도 회전마다 어큐뮬레이터로 압축 공기 볼륨을 공급한다. 각 면은 180도 만큼 위상각이 벗어나 있으므로, 어큐뮬레이터는 매 180도의 크랭크축 회전마다 하나의 차지를 받는다. 압축된 공기 볼륨은 엔진의 적당한 압축비율에 따라 예정된 압력에서 어큐뮬레이터(500)에 저장된다. 어큐뮬레이터는 엔진으로부터 어떤 숫자의 차지를 가질 만한 크기인 반면에, 어큐뮬레이터는 충분한 숫자의 차지를 가져서 차지된 공기가 압축 지역으로부터 어큐뮬레이터로 또 어큐뮬레이터에서 연소 지역으로 이송될 때에 어큐뮬레이터안에 압력 변동을 최소화하는 것이 바람직하다.

가동 초기에는, 가변 압력밸브(504)가 어큐뮬레이터(500)와 공기 분사밸브(532)의 사이에 위치한다. 압력밸브는 어큐뮬레이터가 작동 압력을 가질 때까지 닫혀있다. 작동 압력에 이르면, 가변 압력밸브(504)는 압축 공기가 공기 분사 밸브로 흘러가도록 열린다. 공기 분사밸브는 캠이나 그 이외의 적당한 기구를 사용하여 기계적으로 작동할 수 있다. 특히 전자 제어기에 의해 작동되는 솔레노이드가 사용될 수 있다. 공기 분사기 밸브가 열리면, 공기의 차지는 정지 예체임버로 전달된다. 제14(a)도에서 제14(g)도까지 및 제15도에서 자세히 설명되겠지만, 체임버가 팽창하기 시작하면, 압축 공기의 차지는 예체임버와 팽창하는 연소체임버에 들어온다. 이 사이에는, 요구된 연료가 분사된다. 복합된 예체임버의 볼륨과 연소체임버의 볼륨이 분사된 공기 차지와 같아지면, 공기 분사 밸브는 닫아진다. 연소를 시작하기 위하여 점화가 일어난다.

제8도는 장동형 엔진의 정면도를 보여준다. 여기서 보면, 디스크 부분(120)만이 보인다. 제8도의 디스크 부분(120)의 위치에서 보면 디스크 부분(120)은 윗 체임버를 세등분한다. 특히, 좌측 섹션(332)은 지역(334,336)들로 나누어 지도록 정의된다. 유사하게, 우측 섹션(322)는 지역(326)으로 나타내어진다. 윗면(122)의 접촉선(316)은 배기구(380)와 일직선으로 보여진다.

볼(100)과 디스크 부분(120)이 장동하면, 접촉선(316)은 위치를 바꾸어 여러 지역들의 체임버 볼륨들을 정의하여 준다. 접초선(316)이 정지구의 어느 한쪽의 끝에 도달하면, (제14(a)도에서 보여진 것과 같이) 오직 두 지역들만이 윗 체임버에서 정의된다. 특히, 지역(332)은 윗 체임버(312)의 우측에 보이고 지역(332)은 윗 체임버(312)의 좌측에 보이며, 디스크 부분(120)은 윗 체임버(312)를 횡단하는 대각선을 형성한다. 볼과 디스크가 장동하며 계속 움직이면, 접촉선(316)은 벽(330)을 따라 움직이므로, 접촉선을 가진 체임버 쪽에는 두 개의 지역이 형성되고 접촉선을 가지지 않은 체임버 쪽에는 하나의 지역이 형성된다.

바람직한 실시예에서는 엔진의 한쪽에 흡입 지역 및 압축 지역들이 단식 섹션으로 합쳐지고 연소 지역 및 배기 지역들이 단식 섹션으로 합쳐지므로 단식의 장동형 내연기관은 두 개의 연소 지역들을 갖게 된다. 장동형 내연기관을 하나로 보아 매 180도마다 점화하도록 하기 위하여 제8도에 보여진 각 연소 지역은 매 360도 마다 점화한다.

게다가, 본 발명에서는 또한 장동형 엔진의 좌우측의 섹션들로 나누어진 체임버들의 위상을 180도 만큼 다르게 하였으므로 체임버들 사이에서 볼륨들을 공유한다. 특히, 좌측상부의 지역(322)은 지역(336)에서 연소기를 가지고 지역(334)에서 최종 배기 모드를 가지며, 두 지역은 모두 윗 체임버 부분(312)에 작은 볼륨을 차지한다. 동시에, 우측 상부 지역(322)은 초기 배기 모드에 있으며, 윗 체임버 부분(312)의 큰 볼륨을 차지한다. 공유된 체임버들의 두 쪽에서는 서로 180도의 위상각의 차이를 가지고 점화되므로, 장동형 내연기관의 크기와 무게는 크게 줄며, 그 반면에 효율은 크게 는다.

제8도는 윗 체임버의 배기구를 보여준다. 특히, 우측 체임버는 벽(320)을 따라서 위치한 배기구를 보여준다. 이 배기구들은 열린 위치에 와 있다. 좌측 벽(330)을 따라서 위치한 배기구는 모두 닫혀 있다. 밸브들은 배기를 위해서 모두 동시에 열리지만, 접촉선 바로 앞에서는 차례로 닫힌다. 바람직한 실시예에서는, 밸브들이 구동축들에 부착되어 있는 캠(240)들을 거쳐서 작동한다. 장동형 엔진의 독특한 콘피규레이션에 의하여, 벽들(320,330)은 배기 밸브의 작동을 위하여 유용한 더 큰 면적을 제공한다. 특히, 장동형 내연기관은 볼과 디스크가 장동하여 움직이면 크기가 변하는 체임버들의 역할로 작동하므로, 큰 표면적이 배기구로 사용될 수 있다. 이 특징은 보통의 피스톤 엔진과 비교하여 펌프시의 손실이 작다.

게다가, 이 장동형 엔진은 로터리 엔진에서 사용되는 길고 협착한 체임버에 비교하여 화염 정면에 제한되지 않는 구상 삼각형 개방 연소 체임버를 제공하는 염소 체임버의 지표를 증진시킨다. 또한, 평평한 체임버판이 달린 원추 디스크와의 물질적인 접촉에 의하여 정의되는 선은 상재적인 미끄럼을 표시한다. 이와같은 움직임이 가지는 청소하는 특징은 유익하다. 특히, 이 움직임의 이점은 연소 및 배기 시에 표면에 형성되는 어떤 축적 물질도 청소될 수 있다는 것이다.

제9도는 독특한 연료 분사 시스템을 가지는 장동형 엔진의 단면을 보여준다. 연료 분사 시스템은 연료분사 정지구(480), 어큐뮬레이터(500), 어큐뮬레이터 공급통로(501)(제7도), 어큐뮬레이터 출구통로(502), 압력밸브(504), 연료분사기들(536,556)(제8도), 공기분사 밸브들(532,552) 및 점화 플러그들(534,554)을 포함한다. 특히, 연료분사 시스템은 엔진으로부터 압축 공기를 축적하는 어큐뮬레이터(500)를 포함한다. 바람직한 실시예에서의 연료분사 시스템의 우측에 대하여 기술하자면, 공기분사기 밸브(532)를 작동하는 캠은 공기를 예체임버(484)안으로 방출한다. 그러나, 유압 밸브와 같은 다른 수단도 예체임버안으로 공기를 방출하는 수단으로 사용될 수 있다. 제8도에서 보여진 것과 같이 우측 연소체임버를 참조하면, 연료는 연료분사기(536)를 사용하여 예체임버에 첨가된다. 동시에, 공기 분사기 밸브는 열려서 공기와 연료의 혼합체가 예체임버에첨가된다. 동시에, 공기 분사기 밸브는 열려서 공기와 연료의 혼합체가 예체임버에 진입하도록 한다. 그런 후에 차지는 점화 플러그(534)에 의해 점화된다. 공기와 연료의 분사 시기는 제16(a)도를 참조하여 추후에 자세히 설명될 것이다.

제10도는 우측 하단 섹션(362)과 좌측 하단 섹션(352)을 포함하는, 장동형 엔진의 밑에서 본 도면이다. 장동형 디스크 내연기관은 두 개의 정지구를 사용하고 있지만, 추가의 정지구가 사용될 수 있다. 제10도는 흡입구(394)와 공기통로(396)를 포함한 정지구(390)안의 공기흡입구를 보여준다. 공기흡입 정지구(390)는 디스크가 흡입구를 장동하며 지나감에 따라 그 디스크의 위치에 따라 엔진의 양쪽에 공기를 선택적으로 공급한다. 장동형 내연기관은 흡입과정에서는 아무런 기계적인 밸브 요소를 가지지 않는다. 디스크 부분(130)의 하단과 접촉하고 있는 체임버 정지 측면은 또한 특별한 모양이나 외양을 가져서 체임버 정지측들이 평평한 경우에 상당한 정도의 정지구 밀봉의 방위각의 움직임을 최소화한다.

특히, 제10도에 보여진 디스크 부분(130)과 볼(100)안에는 접촉선(346)이 벽(360)을 따라서 체임버의 대략 중간에 위치하고 있다. 디스크 부분(130)은 흡입 및 압축 지역들로 구성된 하부 체임버의 지역을 지정해 준다. 체임버의 좌측에 보여지는 좌측 하부 섹션(352)은 어큐뮬레이터(500)(제4도)에 압축 공기를 공급하는 흡입지역을 지정하여 준다. 우측에 보여진 우측 하부 섹션(362)은 벽면(360위에 접촉선(346)이 있음으로 해서 흡입 지역(364)과 압축 지역(366)에 의해 지정된다. 압축사이클에서 공기가 압축된 후에, 압축공기는 어큐뮬레이터에 이송되어 예체임버에 방출되며, 이 사항은 제14도와 연계되어 더 자세히 설명되어 질 것이다.

제11도는 배기 시스템의 대체 실시예를 보여준다. 특히, 제11도에 보여진 것과 같은 일부 변경을 하면, 어떤 배기 밸브들은 체임버의 구상면위에 있는 단식 포트(402) 혹은 복식 포트들로 대체될 수 있다. 포트(402)의 위치는 하우징과 인터페이스되어 있는 정지구와 인접하여 있다. 특히, 제11도는 볼과 디스크의 배열이 제거된 상태를 보여준다. 단식 배기구는 정지구의 위에 위치한 것으로 보여지고 있다. 그러므로, 단식 포트는 양 배기 체임버에 공통으로 사용된다. 바람직한 실시예에서는, 디스크가 배기구를 지나간 후에 배기 체임버안에 남아있는 잔류개스를 배기하기 위하여 단식 배기구들(368,376)이 측벽을 따라 남아있다. 포트의 일반적인 모양은 구형 하우징을 따라서 디스크의 장동 움직임에 따라 형성되는 결합 구조를 이용하기 위하여 구형면안에 자리잡은 구형 삼각형 모양을 하고 있다. 크기는 연소 사이클을 최대화하고 배기 사이클의 효율을 방해하지 않도록 정해져 있다. 또한 제11도에는 볼과 체임버를 밀봉하는 밀봉장치(308)들과 볼에 반하여 공기 정지구를 밀봉하는 공기 정지 밀봉장치(400)들이 분명히 보여지고 있다. 유사한 밀봉 수단이 볼에 반하여 연료분사 정지구를 밀봉하기 위하여 연료분사 정지구위에 사용되어 있다. 제12도와 제13도는 다른 단면도들로부터 격리된 두 정지구를 보여준다. 제12도는 공기통로(398)로 공기가 들어올 수 있도록 허용하는 공기흡입 정지구(390)의 공기흡입구(396)을 일반적으로 보여준다. 공기축안에 있는 공기는 앞으로 전진하여 엔진안의 공기흡입구를 통해 공기체임버로 들어간다. 연료분사 정지구(480)는 제12도에 또한 보여지며 제9도에 기술되어 있다. 제12도의 정지구들은 볼과 디스크안의 갭들 사이에 위치한다. 또한 제13도는 제9도에 기술된 연료분사 장치의 단면을 보여주는 연료분사 섹션을 보여준다.

여러 단면들에서 장동형 엔진을 보면, 여러 체임버들의 방향과 상호작용은 제14(a)도에서 제14(g)도까지를 보면 알 수 있다. 여러 체임버들, 섹션들 및 지역들을 설명하여 주는 제14도의 차트를 참조하면, 좌측하부 섹션(352)과 좌측상부 섹션(332)는 네 개의 사이클이 일어나는 엔진의 반을 형성한다. 더욱이, 우측하부 섹션(362)과 우측상부 섹션(322)은 네 개의 사이클이 각각 일어나는 엔진의 나머지 반을 형성한다. 그러므로, 본 응용의 단식 장동형 디스크 내연기관의 작동은 점화 진동수로 표시된 로터가 둘인 로터리엔진 혹은 4 사이클, 4 실린더 피스톤엔진에 해당한다. 그러나, 장동형 디스크 내연기관은 크기와 무게가 매우 작고 4 실리더 피스톤엔진이 네 개의 점화 플러그들을 사용하는 데 방하여 오직 두 개의 점화 플러그들만이 필요로 한다.

제14(a)도에서 제14(g)도에 까지는 제14도의 차트에 연계하여 여러 체임버들, 섹션들 및 지역들을 설명하여 주고, 장동형 엔진의 연속적인 작동을 보여준다. 제14(a)도에서 제14(g)도까지는 크랭크축이 여러 크랭크축 각도들에 따라 회전하면 상부 체임버 부분(312)과 하부 체임버 부분(342)안에 동시에 함께 디스크가 위치하는 것을 보여준다. 특히, 크랭크축이 90도의 간격으로 총 540도의 각도만큼 회전함에 따라 제14(a)도에서 제14(g)도까지의 윗쪽의 반은 윗 체임버 부분(312)에 해당하면 아랫쪽 반은 아래 체임버 부분(342)에 해당한다. 각 사이클(즉, 흡입, 압축, 연소 및 배기)은 270도에 해당한다. 또한 기하학적 구성은 엔진이 매 180도마다 점화하도록 허용한다. 우측상부 섹션(322)과 좌측상부 섹션(332)에 함께 연소 및 배기 사이클들의 전체가 보여질 수 있고 우측하부의 반쪽 체임버(362)와 좌측하부 반쪽 체임버(352)에 함께 흡입 및 압축 사이클들의 전체가 보여질 수 있으므로 540도의 호전 전부가 보여질 수 있다. 그러나, 장동형 디스크의 한 사이클이 매 360도 마다 반복하며, 540도의 회전은 단지 편리를 위해 보여진 것임이 명백하여 진다. 제14(a)도에서 제14(g)도까지의 밑부분에 있는 범례는 여러 지역들의 행정들을 보여준다.

윗 체임버의 움직임도 또한 아래 체임버와 연계하여 작동하여 하나의 아래 체임버안의 흡입과 압축은 윗 체임버안에 동력과 배기 스트로크를 위한 압축공기를 제공한다. 특히, 제14(a)도는 윗 체임버 부분(312)을 대각선으로 걸쳐 위치한 윗 부분(120)을 보여주며 크랭크축의 위치는 우측상부 섹션(322)과 좌측상부 섹션(332)을 정의하여 주는, 0도에서 임의로 정의된다. 0도 크랭크축 위치에서는, 우측상부 체임버(332)는 우측상부 배기 지역(326)을 포함하며 좌측상부 체임버(332)는 좌측상부 동력 지역(334)을 포함한다.

제14(a)도는 아래 체임버 부분(342)를 대각선으로 횡단하여 위치하는 하부 디스크 부분(130)을 보여주며 크랭크축의 위치는 우측하부 섹션(362)과 좌측하부 반쪽 체임버(352)를 정의하여 주는, 0도에 와 있다. 0도의 크랭크축 위치에서는, 우측하부 섹션(362)은 우측 하부 반쪽 흡입지역(364)을 포함하며 좌측하부 섹션(352)는 좌측하부 압축지역(356)을 포함한다.

크랭크축이 90도 만큼 회전하면, 상부 디스크 부분(120)은 제14(b)도에서 보여진 위치로 움직인다. 이 때, 디스크(122)의 가장자리는 상부 체임버의 우측벽(320)과 접촉선(316)을 형성한다. 접촉선(316)은 우측상부 동력지역(324)과 우측상부 배기지역(326)을 형성한다. 접촉선(316)은 계속적으로 볼륨이 변하는 체임버들을 정의하기 위하여 디스크를 움직인다. 좌측상부 섹션(332)에서는, 오직 단식 좌측상부 동력지역(334)만이 존재한다. 동력 행정은 최대 볼륨을 가지는 동력지역(334)에서 막 종료되며 배기 위상이 막 시작한다.

동시에, 하부 디스크 부분(130)은 제14(b)도에서 보여진 위치로 움직인다. 디스크(130)의 가장자리는 하부 체임버 좌측벽(350)과 접촉선(346)을 형성한다. 접촉선(346)은 좌측하부 반쪽 흡입지역(354)와 좌측하부 반쪽 압축지역(356)을 형성한다. 접촉선(346)이 움직임에 따라, 하부 디스크 부분(130)은 계속적으로 변하는 체임버들을 정의한다. 압축 공기는 어큐뮬레이터안으로 공급되며 점화전의 연소위상(제14(c)도)동안 상부 체임버로 방출된다. 연소체임버안의 점화 시기는 제15도를 참조하여 자세히 설명될 것이다. 우측하부 체임버 섹션(362)에서는, 오직 단식 우측하부 흡입지역(364)만이 존재한다. 흡입행정은 최대볼륨을 가지는 우측하부 지역(364)에서 막 끝나고 압축 위상은 막 시작된다.

제14(c)도에서 보여지는 것과 같이, 크랭크축이 또 다른 90도 만큼(총 180도가 되기 위하여) 회전하면, 디스크 부분(120)은 또다시 상부 체임버 부분을 횡단하여 위치하며, 오직 두 개의 체임버만을 정의한다. 특히, 우측상부 배기지역(326)은 사라지고 우측의 동력사이클이 계속됨에 따라 우측상부 동력지역(324)은 더 확대된다. 좌측상부 섹션에서는, 좌측상부배기지역(336)만이 존재한다. 좌측 체임버 섹션이 배기를 계속함에 따라 배기지역(336)은 점점 축소된다. 디스크 부분(120)이 장동을 계속하면 상부 체임버 좌측벽(330)에 위치한 밸브들이 접촉선(316)앞에서 연속적으로 닫혀지기 시작한다.

이 시점에 있어서, 하부 디스크는 하부 체임버를 대각선으로 횡단하여 또다시 위치하며, 오직 두 개의 체임버만을 정의한다. 특히, 우측하부 흡입지역(364)은 사라지며 우측에서 압축사이클이 계속됨에 따라 우측하부 압축지역(366)은 점점 축소된다. 좌측하부 체임버에서는, 좌측하부 흡입지역(354)만이 존재한다. 좌측 체임버 섹션이 공기를 계속 흡입하고 하부 디스크가 공기흡입구(394)를 지나감에 따라 이 좌측하부 흡입지역(354)는 점점 확대된다.

크랭크축이 제14(d)도에 보여진 것과 같이 270도 만큼 회전하면, 우측상부 세션(322)은 아직도 동력행정 말기에 있는 단식 우측상부 동력지역(323)에 불과하다. 이 시점에서는 밸브는 막 열리게 되고 우측상부 체임버에서의 배기행정은 막 시작하려 한다. 좌측상단 섹션에서, 접촉선(316)은 좌측상부 측벽(330)을 따라 지금 형성된다. 접촉점(316)은 좌측상부 동력지역(334)을 정의하며, 이 지역은 좌측상부 체임버(332)안의 동력행정동안에 형성되기 시작한다. 동력행정이 시작하고 좌측상부 동력지역(334)이 팽창하기 시작하면 배기위상이 끝남에 따라 좌측상부 배기지역(336)은 점점 축소된다. 배기위상이 끝남에 따라 밸브는 연속적으로 닫히기 시작한다.

회전각 270도에서는, 좌측하부 섹션(352)은 아직도 흡입행정 말기에 있는 단식 좌측하부 흡입지역(354)에 불과하다. 이 시점에서는 하부 체임버안의 압축행정이 막 시작하려한다. 우측하부 섹션에서는 접촉선(346)이 우측하부 측벽(360)을 따라 형성된다. 접촉선(346)이 우측하부 흡입지역(364)을 정의하여 주며, 이 지역은 우측하부 섹션(362)안의 흡입행정 동안에 형성되기 시작한다. 흡입과 압축행정들이 계속되면 우측하부 지역에 흡입이 계속되어 우측하부 흡입지역(364)은 더 팽창되고 압축위상이 끝남에 따라 우측하부 압축지역(366)은 더 축소된다. 압축 가스는 어큐뮬레이터에 공급되고 점화전의 연소위상동안에 상부 체임버안에 방출된다.

크랭크축의 회전이 제14(e)도에서 보여진 것과 같은 360/0도의 위치에 도달하면, 상부 디스크 부분(120)은 대각선에 위치하며 0도의 위치와 같은 곳에 위치하게 된다. 이점에서는 우측의 전 동력사이클이 끝나게 된다. 유사하게, 하부 디스크 부분(130)은 대각선에 위치하고 0도의 경우와 같은 위치에 오게된다. 이 점에서는 좌측의 전 흡입사이클이 끝나게 된다. 제14(f)도와 제14(g)도는 크랭크축의 회전각이 각각 450도 및 제540도에 위치한 장동형 엔진을 보여준다. 이 그림들은 각 윗 부분에는 전 동력사이클과 전 배기사이클을 보여주고 각 아랫 부분에는 전 흡입사이클 및 전 압축사이클을 보여주도록 편의를 위하여 포함된 것이다.

장동형 엔진의 중요한 이점은 동력행정들간의 오버랩이다. 이 동력행정들의 오버랩은 제14(c)도와 제14(d)도에 보여지고 있다. 제14(c)도에는, 좌측상부 동력지역(334)이 막 형성되고 우측상부 동력지역(324)는 이미 존재한다. 제14(d)도에는, 좌측상부 동력지역(334)이 이미 존재하고 체임버 전체가 좌측상부 배기지역(336)이 되려 함에 따라 우측상부 동력지역(324)은 막 없어지려 한다. 이 동력 오버랩은 추후에 설명될 정지구들의 위치에 의존하여 변화한다.

제15(a)도에서 제15(c)도까지에는 엔진안의 하드웨어에 큰 변경을 주지 않고도 압축비율을 변경시키는 방법을 설명하고 있다. 더 중요한 것은, 엔진의 작동중에 압력비율을 변경시킬 수 있다는 것이다. 압력비율의 변경은 다음의 사항들에 의하여 얻을 수 있다. (1) 어큐뮬레이터안의 공기압을 변경시킨다. (2) 연소체임버의 볼륨을 정의하는 디스크의 접촉선의 위치를 변경시킨다. (3) 공기 분사밸브의 분사작동, 연료 분사 및 연소 스테이지의 점화의 시기를 변경시킨다. 이 변경들은 전자제어기에 의해 제어될 수 있다.

특히, 전자제어기에 의해서 제어될 수 있는 가변 압력밸브를 사용하면 어큐뮬레이터안의 압력을 변경할 수 있다. 더우기, 전자제어기는 연소체임버 및 예체임버의 전 볼륨과 점화시기를 제어할 수 있다. 다른 크기의 (어긋나게 빗금쳐진) 연소체임버 지역들을 정의하여 주는 다른 접촉선의 위치들이 제15(a)도와 제15(b)도에서 보여지고 있다. 가변 압력비는 다종의 연료를 쓸 수 있는 능력을 의미한다. 그와같은 다종연료의 사용능력은 군사적 응용을 포함한 여러 분야에서 유용한다.

제15(c)도의 블록선도를 참조하면, 전자제어기는 특정 압력비율에 대한 어큐뮬레이터 안에서 요구되는 필요한 압력을 결정한다. 만일 압력이 정해진 수치에 도달하지 않으면, 가변 압력밸브는 닫혀진다. 일단 압력이 정해진 수치에 도달하면, 가변 압력밸브는 열린다. 전자제어기는 또한 크랭크축 각도를 포함한 접촉선의 위치를 결정한다. 접촉선이 요구된 크랭크축 각도에 이르면 공기 분사기는 닫히고 연소를 시작하기 위하여 점화플러그는 점화된다.

제16(a)도는 제9도에 설명된 장동형 엔진의 단식 분사기의 실시예에 있어서의 공기와 연료 인풋의 시기를 보여준다. 특히, 제16(a)도는 연료와 공기 차지의 인풋을 크랭크축 각도의 함수로 표현하여 보여준다. 예를 들어 오른쪽 섹션을 설명하면, 연료는 특정의 크랭크축 각도의 회전에 의하여 표시되는 주어진 기간동안에 분사기(536)을 써서 첨가된다. 공기도 또한 공기 분사밸브(532)를 열어서 첨가된다. 크랭크축이 특정 압축비율에 대하여 요구된 각도에 도달하면, 공기 분사밸브는 닫히고 엔진은 점화된다.

제16(b)도는 층을 이룬 차지를 형성하기 위하여 사용되는 우측 섹션안의 추가 희박 연료분사기(540)를 가지는 제16(a)도의 실시예를 보여준다. 분사기(540)에서 나온 연료는 공기분사기안의 공기흐름에 더해지며 공기는 특정 크랭크축 각도 동안에 희박 혼합기를 형성하기 위하여 예체임버에 분사된다. 점화전에, 일정량의 추가 연료가 예체임버안에 농후 혼합기를 형성하기 위하여 농후 연료분사기(536)에 의해 첨가된다. 이 추가 연료는 예체임버안에 농후 혼합기를 형성한다. 층을 이룬 차지는 이 방법에 의하여 연소 체임버안에 형성된다. 그리고 층을 이룬 차지는 점화 플러그(534)에 의해 점화된다. 층을 이룬 차지가 더 효율적인 연소를 허용하기 때문에 유용하다.

제17도는 정지구들(390,480)의 위치를 잡아주는 여러가지의 실시예를 보여준다. 특히, 정지구의 위치에 따라서, 오버랩의 정도는 달라진다. 세가지의 경우에 대해서 설명되어질 것이다. 정지구들이 체임버주위에 대칭적으로 위치한 첫번째의 경우에는, 상하의 체임버들안에 같은 볼륨들이 제공되어지며, 이 경우의 오버랩은 90도에서 정지구의 호 두께의 반을 뺀 값에 의하여 정의된다.

나머지 밀봉 요소들은 원판부(120,130) 주위에 위치한다. 이들 실들은 상부 및 하부 체임버부 내의 어떠한 구역 또는 영역으로부터의 가스의 누출을 막기 위해 사용된다. 제2(a)도에 도시된 스톱실들(160-166)은 나중에 설명될 스톱들과 접촉하게 될 원판의 테두리를 따라 위치한다. 또한, 제3도에서는 원판의 테두리와 체임버의 구대 표면 사이에 위치한 한 쌍의 실(148,158)을 포함하는 원추형 원판의 단면도가 도시되었다. 이들 실들은 원판 바깥 테두리 밀봉 요소들과 체임버 구대 벽 사이에 유체가 보유되도록 밀봉 요소들에 압력을 제공하는 두개의 C링(152,162)을 포함한다. 원판으로부터의 유체는 경로(143)에 의해 원판 내 냉각 패널(172)로부터 홈(144)에 전해지고 경로(143)를 통해 되돌려진다. 이 유체는 실들의 윤활과 냉각을 제공한다. 예컨대, 정지부의 궁형 부분 두께가 20° 정도라면, 겹침은 방정식 90-1/2(20)=80° 정도로 나타나게 된다. Atkinson 사이클이 이용된 제17(b)도에 도시된 두번째 경우에, 겹침 각도가 90° 보다 클 수 있다. 특히, Atkinson 사이클에서, 흡입 및 압축시에는 작은 체임버가 이용되고 연소 및 배기시에는 큰 체임버가 이용된다. 동력 및 효율에서의 순수 이득은 점화되어 팽창되어질 연료-공기 혼합물의 주어진 충전량을 대칭적인 정지부(동일 체적) 형태에서 이룩될 수 있었던 것보다 더 높게 얻어질 수 있다. 마지막으로, 제17(c)도에 도시된 세번째 경우는 연소 및 배기시에 작은 체임버가 이용되고 흡입 및 압축시에 큰 체임버가 이용되는 셀프-수퍼 충진 장치이다. 여기서 연소/배기 행정의 오버랩은 최대 90-12(a)로되며 a는 정지부의 궁형 부분 두께이다. 동력의 순 이득은 통상 대칭적인 정지부 형태(동일 체적)에서 얻어지는 것보다 공기-연료 혼합물을 더 많이 충진한 결과인데 더 많이 충진되기 때문에 고압이 얻어지는 것이다.

또한, 전술한 엔진에서, 장동 구조물은 펌프로서 이용될 수도 있다. 그 펌프의 중요한 특징은 펌프를 작동시키는 두개의 수단이 있다는 것이다. 특히, 제1수단은 기계적인 펌프로서 구동 축들이 장동 디스크를 구동시키도록 이용된다. 체임버들이 펌프로서 작용한다. 펌프를 작동시키는 제2수단은 체임버들 중 하나를 구동 체임버로 이용하여 다른 체임버를 피동 체임버로서 작용될 수 있게 한다. 구동 체임버로서 상부 체임버를 이용하고 펌프 체임버로서 하부 체임버를 이용하거나, 또는 구동 체임버로서 펌프의 좌측(상부 및 하부 좌측 체임버들)을 이용하고 펌프 체임버로서 펌프의 우측(체임버의 상하부의 우측)을 이용할 수 있다.

또한, 이 구조물은 압축기로서 이용될 수 있다. 대칭적인 정지부 구조물에서, 일단 압축기가 얻어진다. 비대칭 정지부 구조물에서, 흡입 및 압축을 위해 더 큰 체적이 이용되고 제2단 압축기로서 더 작은 체적이 이용된다. 특히, 제2체임버의 체적이 축적기와 같은 체적을 갖는 경우에 다단 압축기로서 이용될 수 있다. 축적기에서 압축된 공기가 제2체임버에서 재차 압축되어 다단 압축기를 형성한다.

장동형 엔진의 바람직한 구조가 설명되었지만, 여러가지 변형도 가능하다. 예컨대, 다수의 엔진 유닛을 제공하여 엔진 유닛들을 더 강한 출력을 발생시키도록 결합할 수 있다.

Claims

원추형 표면과 중앙에 배치된 구형 부분을 가진 장동 디스크, 상기 디스크를 포함하는 대칭의 구형 체임버로서, 상기 구형 부분과 이동가능하게 결합되어 상기 디스크를 체임버내에서 장동 회전되게 하는 중앙의 베어링을 가진 구형 체임버. 상기 구형내의 디스크의 축선상에 회전가능하게 배치된 크랭크축, 및 상기 체임버의 양 측면들에 배치된 상기 체임버의 축선위에 위치하며, 상기 크랭크축에 편심된 상태로 부착되어 상기 디스크의 장동 회전 운동에 의해 회전가능하게 되는 구동축들을 포함하는 장동 디스크를 갖춘 내연 기관으로서, 상기 디스크는 다수의 갭들을 가지며, 상기 체임버는 흡입/압축 부분 및 연소/배기 부분으로 체임버를 분할하도록 상기 갭들과 정렬된 다수의 정지부들을 가지며, 상기 디스크는 상기 흡입/압축 부분을 두개의 지역들로 분할하는 제1부분과 상기 연소/배기 부분을 두개의 지역들로 분할하는 제2부분을 가지며 상기 하나이상의 정지부들이 연료를 하나 이상의 부분으로 통과시키는 하나 이상의 구멍을 포함하는 장동 디스크를 갖춘 내연 기관.
제1항에 있어서, 하나 이상의 상기 정지부들이 공기를 상기 체임버의 하나 이상의 부분으로 공급하는 공기 흡입수단을 포함하는 장동 디스크를 갖춘 내연기관.
제1항에 잇어서, 상기 정지부들 중 하나가 디스크를 윤활 및 냉각시키도록 유체를 상기 구형 부분 및 디스크로 전달하는 통로를 포함하는 장동 디스크를 갖춘 내연 기관.
제1항에 있어서, 흡입/압축 부분에서 압축 공기를 저장하는 축적기, 예비 체임버, 저장된 압축 공기를 상기 예비 체임버안으로 분사하는 수단, 연료를 상기 예비 체임버로 분사하는 제1수단 및 연료-공기 혼합물을 점화시키는 수단으로 구성된 연료 분사 시스템을 더 포함하는 장동 디스크를 갖춘 내연 기관.
제4항에 있어서, 상기 축적기내의 공기 압력, 상기 연소/배기 부분내의 연소 영역의 체적 및 상기 공기-연료 혼합물을 점화시키기 위한 상기 수단의 점화 타이밍을 감시하는 제어 수단을 더 포함하는 장동 디스크를 갖춘 내연기관.
제1항에 있어서, 상기 대칭인 구형 체임버가 상기 구동축에 수직하게 배치된 편평한 면들을 포함하고 그 편평한 면에는 배기구가 배치되어 있는 장동디스크를 갖춘 내연기관.
제1항에 있어서, 상기 장동 디스크가 그 디스크의 바깥쪽 외주에 배치된 제1밀봉 수단을 포함하며, 상기 제1밀봉 수단이 상기 체임버와 접촉하는 상기 디스크의 곡면 가장자리를 따라 두개의 실들을 포함하는 작동 디스크를 갖춘 내연기관.
제1항에 있어서, 상기 제1밀봉 수단이 상기 디스크의 외주를 따라 두개의 C자형 링들을 포함하여 그 링들이 상기 디스크와 체임버 벽 사이에 유밀 실을 유지하도록 상기 실들을 밀게되는 장동 디스크를 갖춘 내연기관.
제1항에 있어서, 상기 갭들이 60° 내지 180° 사이의 각도로 떨어져 배치되어 흡입/압축 부분이 체적이 연소/배기 부분의 체적보다 작게 되며, 상기 디스크는 상기 구형 부분 및 디스크가 장동회전할 때 무게중심을 고정적으로 유지시키도록 비대칭으로 되어있는 장동 디스크를 갖춘 내연 기관.
제1항에 있어서, 상기 갭들이 60° 내지 180° 사이의 각도로 떨어져 배치되어 흡입/압축 부분의 체적이 연소/배기 부분의 체적보다 크게 되며, 상기 디스크는 상기 구형 부분 및 디스크가 장동회전할 때 무게 중심을 고정적으로 유지시키도록 비대칭으로 되어있는 장동 디스크를 갖춘 내연 기관.