KR100609945B1 - 내연 엔진 - Google Patents

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KR100609945B1
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마크디. 칸스
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칸스 다이노-레브 엔진, 인코포레이티드
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Abstract

하우징에 의해 한정된 중심공동내의 회전을 위해 장착되고 크랭크 샤프느를 구동하는 토크휠을 가지는 내연엔진.
상기 토크휠은 중심에 대해 이격되어 배치된 복수의 암을 가지며 이에따라 각각의 암사이의 복수의 상응하는 부피를 한정한다.
복수의 동일한 연소게이트가 각각의 피벗 핀주위의 각각의 부피내의 회전을 위해 장착되고 상응하는 부피내에 위치된다. 각 연소 게이트는 피벗 핀주위의 각각의 부피내에 회전을 위해 장착된다.
각각의 피벗 핀에 대한 연소게이트의 회전과 토크 휠이 중심에 대한 연소개이트의 내외부 운동은 4행정 연소 사이클을 달성한다.

Description

내연 엔진{INTERNAL COMBUSION ENGINE}
본 출원은 2002년 1월 1일에 출원된 미국 잠정 출원 제 60/347,006호를 우선권으로 하는 내연 엔진에 관한 것이다. 미국 잠정 출원 제 60/347,006호에 포함된 전체적인 공개내용은 여기서 참조로 포함된다.
본 발명은 내연 엔진에 관한 것이다. 내연 엔진에서, 기본적인 기능은 다음을 포함한다.: (1) 내연실로 연료-공기 혼합물의 흡입 (2) 연료-공기 혼합물의 압축 (3) 연료-공기혼합물의 점화 (4) 점화된 혼합물의 팽장 및 연소가스의 배기
팽창되는 가스형태로 에너지를 결과적으로 방출하는 것은 차량을 포함하는 다양한 기계 장치의 동력을 위해 사용된다.
왕복 내연 엔진은 내연 엔진의 가장 보통의 형태이다. 왕복 내연 엔진에서, 실린더내 피스톤의 왕복 운동은 연료-공기 혼합물의 압축과 연소 가스의 팽창을 가져온다. 에너지는 피스톤이 크랭크 샤프트에 연결됨으로서 선형 운동이 회전 운동으로 변화된다.
대부분의 현대의 차량 엔진은 (1) 흡입 행정, (2)압축 행정, (3)연소 행정 및 (4)배기 행정을 포함하는 4행정의 연소 사이클로 나타나는 피스톤-실린더 배열을 현재 사용한다. 전형적인 피스톤-실린더 배열을 사용하는 4행정의 연소 사이클 에서, 피스톤은 내연실(즉 실린더)의 상부에서 시작하고 흡입 밸브가 열린다. 피스톤은 실린더 내에서 아래로 움직이고 연료-공기 혼합물은 흡입 행정을 완료하며 흡입 밸브를 통하여 실린더로 들어간다. 피스톤은 그 후 압축 행정을 완료하고 행정의 상부에 도착할 때 까지 연료-공기 혼합물을 압축하기 위해 후방 상부로 이동한다.
피스톤이 행정의 상부에 도착할 때, 피스톤을 아래로 구동하는 제어된 폭발을 발생하여 점화 플러그는 압축된 연료-공기 혼합물을 점화시켜 연소 행정을 완료한다. 결국, 피스톤이 행정의 하부에 도착하면, 배기 밸브는 열리고 연소 가스는 피스톤의 상승 운동에 의해 실린더외부 행정의 상부로 배출되어 배기 행정을 완료하고, 피스톤을 이후의 연소 사이클을 위해 준비를 하게된다.
비록 차량에서 공통적이지만, 4행정의 연소 사이클을 사용하는 왕복 내연 엔진은 약간의 단점을 가진다. 결과적으로, 동일한 기초적인 연소 원리를 약간의 변화와 더불어 사용하는 다른 엔진이 개발되었다. 예를 들어, 2행정 연소 사이클을 사용하는 내연 엔진에서, 흡입과 배기 밸브가 제거된다. 그 대신, 흡입과 배기 포트는 실린더의 반대쪽에 위치한다. 각 팽창 행정 후, 압력상태의 연소 가스는 배기 포트를 통하여 실린더를 빠져나오고 연료-공기 혼합물은 흡입 포트를 통하여 빨아들여진다. 비록 크랭크 샤프트이 회전당 오직 1 팽창 사이클만이 있지만, 2사이클의 엔진은 4사이클의 엔진보다 비효율적이다.
또 다른 왕복 내연 엔진은 4사이클 엔진 또는 2행정의 연소 사이클을 가질 수 있는 디젤 엔진이다. 그러나 상술한 엔진과는 다르게 디젤 엔진은 실린더에서 흡입하고 오직 공기만을 압축한다. 상기 공기는 450 psi 이상으로 피스톤으로 압축되어 공기 온도가 약 900-1100ㅀF가 된다. 압축 행정 하부에서 디젤연료는 실린더 내로 주입되고 실린더내의 공기온도는 점화 플러그가 필요없이 연료-공기 혼합물를 충분히 점화시킬 수 있게된다.
어쨌든, 왕복 내연 엔진은 그 단점을 가지고 있다. 피스톤은 상당한 질량과 이에 따른 관성을 가지며 이는 운동시 진동을 초래할 수 있고, 크랭크 샤프트의 최대 회전 속력을 제한한다. 또한, 상기와 같은 엔진은 비교적 낮은 기계적 및 연료 효율을 가진다.
상기와 같은 단점으로 인해, 대체 연소 엔진 설계를 제안하기 위한 몇몇 시도가 있어왔다. 아마 상기 대체설계로 가장 유명하고 상업상으로 성공적인 것은 반켈(Wankel) 또는 로터리 피스톤 엔진이다. 반켈(Wankel) 엔진은 크랭크 샤프트를 회전시키기 위해 편심통로를 따라 움직이는 의사삼각형(quasi-triangular)의 순환하는 피스톤을 가진다. 흡입 및 배기 밸브를 사용하기보다는 오히려, 회전하는 피스톤의 변부가 내연실 벽내의 포트를 열고 닫게된다. 바꾸어 말하면, 흡입 및 배기 타이밍은 회전자의 운동으로만 제어된다.
반켈 엔진의 피스톤이 회전함에 따라, 그 세 코너에 작창된 씰은 내연실의 벽을 따라 연속적으로 지나가게 된다. 피스톤과 벽 사이에서 형성된 둘러싸인 부피는 피스톤의 각각의 회전을 통해 증감한다. 연료-공기 혼합물은 둘러싸인 부피로 들어가고, 둘러싸인 부피를 감소시키는 피스톤의 회전에 의해 압축되고, 그 후 둘러싸인 부피의 팽창을 통해 적용되고 배출되는 연소 가스와 함께 점화된다. 요약하 면, 완전한 4행정의 연소 사이클은 달성되나 어떤 왕복 운동도 없기 때문에, 더 높은 회전 속도가 가능하다.
반켈 또는 로터리 피스톤 엔진의 최대의 단점은 피스톤의 각 회전을 통해 증감하는 내연실이 벽과 피스톤사이에 둘러싸인 공간을 적적한 크기로 판단하기 어렵다는 것이다. 만일 상기 둘러싸인 공간이 다른 것과 교통할 수 있으면, 엔진이 바르게 기능할 수 없다.
반켈 엔진의 개발 이후, 엔진의 작동을 개선하려는 다른 시도가 있어왔다. 예를 들면, 미국 특허 제 5,415,141는 중심 회전자와 복수의 방사상으로 슬라이드되는 베인(vane)을 가지는 엔진을 서술하고 주장한다. 상기 베인은 베인들, 내연실의 측벽 및 회전자 사이에 둘러싸인 부피를 형서하기 위해 시계 방향으로 회전자와 회전한다. 상기 둘러싸인 부피는 둘러싸인 부피로 들어가는 연료-공기 혼합물과 함께 연소 사이클전체를 통하여 회전자와 연결된 베인의 회전에 의해 압축되고 둘러싸인 부피의 팽창에 따라 방출되고 이에 적용되는 연소가스로 점화되어 부피가 증감한다. 그럼에도 불구하고, 반켈엔진과 더불어 상기와 같은 설계는 서로 둘러싸인 부피의 적절해 씰 문제점을 가진다. 또한, 내연실의 벽을 따라 베인이 끌리게 되어 힘과 연료 능률이 감소한다.
따라서, 본 발명의 목적은 보통의 왕복 운동, 피스톤-타입 엔진의 문제점을 가지지 않는 개선된 내연 엔진을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 로터리 연소 엔진의 씰링과 효율 문제점을 가지지 않 는 개선된 내연 엔진을 제공하는 것이다.
본 발명의 상술한 및 다른 목적과 장점은 첨부된 도면에 따라 다음 상세한 설명에서 명백하다.
본 발명은 하우징과 구동하는 크랭크 샤프트 내에서 회전을 위해 장착된 토크 휠로을 일반적으로 포함하는 내연 엔진이다. 하우징은 엔진의 토크 휠과 결합된 구성 요소가 둘러싸는 중심 공동(또는 내연실)을 한정한다. 토크 휠은 토크 휠의 중심 주위의 이격된 배치내에 복수의 분리된 암을 포함하고 이에따라 각각의 암 사이에서 상응하는 부피를 한정한다. 실질적으로 동일한 연소 게이트는 상기 부피 내에 위치한다. 비록 토크 휠에게 직접 고정되지 않지만, 연소 게이트의 형상은 이들을 밀착하여 보유하고 토크 휠에 대해 경사지도록 한다.
토크 휠이 회전함에 따라, 연소 게이트는 타원 통로를 통하여 옮겨진다. 공기는 하우징의 중심 공동으로 들어가고 연료는 상기 토크 휠의 각각의 암과 인접한 한 연소 게이트 사이에서 부피중하나의 연료/공기 혼합물을 만들기 위해 하우징의 중심 공동에 도입된다. 상기 연료/공기 혼합물은 그 다음 연소 게이트의 선회 및 외부 이동에 의해 토크 휠이 연속적으로 회전하는 동안 압축된다. 연료/공기 혼합물은 그 다음 점화 되어 연소 가스의 급속한 팽창을 초래하고, 토크 휠의 계속되는 회전을 초래하는 토크가 전달된다. 연소 게이트는 그후 연소가스가 팽창되도록 하고 배기 배출구를 통해 연소가스가 다시 외부로 선회하고 이동하도록 토크 휠의 중심을 향하여 내부로 선회 및 이동한다.
도 1은 본 발명에 따라 만들어지는 바람직한 내연 엔진의 단면도이다
도 2는 선 2-2를 따른 도 1의 바람직한 내연 엔진의 단면도이다.
도 3은 도 1의 선 3-3을 따른 바람직한 내연 엔진의 단면도이다.
도 4는 도 1의 선 4-4를 따른 바람직한 내연 엔진의 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따라 만들어지는 바람직한 내연 엔진의 엔진작동을 도시한 개략적인 단면도이다.
도 6은 도 5의 바람직한 내연 엔진의 엔진작동을 도시하는 개략적인 단면도이다.
도 7은 토크 휠과 결합된 연소 게이트와 더불어 도 3과 유사한 바람직한 내연 엔진의 부분 단면도이다.
도 8은 토크 휠과 결합된 연소 게이트와 더불어 도 4와 유사한 바람직한 내연 엔진의 일부분의 단면도이다.
도 9는 도 8의 선 9-9를 따른 바람직한 내연 엔진의 단면도이다.
도 10은 바람직한 씰의 경사와 위치설정을 도시하는 도 1의 바람직한 엔진의 토크 휠, 연소 게이트 및 씰 플레이트의 분해 사시도다.
도 11A는 바람직한 씰의 경사와 위치설정을 도시하는 도 1의 바람직한 엔진의 연소 게이트의 사시도이다.
도 11B는 바람직한 씰의 경사와 위치설정을 도시하는 도 1의 바람직한 엔진의 연소 게이트의 선택적인 사시도이다.
도 12는 도 1의 바람직한 엔진의 각각의 씰 플레이트의 주위에 배치된 연장 된 씰을 상호 연결시키는 별 형상의 씰링 수단 중 하나의 확대도이다.
* 부호설명
10: 엔진 12: 토크 휠
14: 크랭크 샤프트 16: 컷아웃
17: 흡입부 20, 22, 24: 연소 게이트
40, 42, 44: 피벗 핀 84, 85: 씰 플레이트
87: 캠 컷아웃 플레이트 88: 슬리브
본 발명은 하우징과 구동하는 크랭크 샤프트에 의해 한정된 중심 공동 내에서 회전을 위해 장착된 토크 휠을 가지는 내연 엔진이다. 토크 휠은 토크 휠의 중심에 대해 이격된 배치에서 복수의 암을 가지고 이에따라 각각의 암 사이에서 복수의 상응하는 부피를 한정한다. 복수의 실질적으로 동일한 연소 게이트는 상기 상응하는 부피 내에서 위치하고, 각 연소 게이트는 피벗 핀에 주위의 각각의 부피 내에서 회전을 위해 장착된다. 각각의 피벗 핀에 관한 연소 게이트의 회전과 이에따른 토크 휠의 중심에 대해 연소 게이트의 내외부 운동은 4행정 연소 사이클을 이룬다.
도 1-4는 본 발명에 따라 만들어지는 바람직한 내연 엔진(10)의 여러 가지 단면도이다. 엔진(10)은 하우징과 구동하는 크랭크 샤프트(14) 내에서 회전을 위해 장착된 토크 휠(12)(또한 균형 휠로 참조)로부터 일반적으로 이루어진다. 하우징은 전방 부분(80), 중심 부분(81) 및 후방 부분(82)을 일반적으로 포함한다. 상 기 부분(80, 81, 82)은 토크 휠(12)과 엔진(10)의 결합된 구성 요소가 둘러싸는 중심 공동(또는 내연실)을 집합적으로 한정하며, 이는 하기된다. 비록 본 발명에 필수적인 것은 아니나 다양한 도면에서 도시된바와 같이 하우징 부분(80, 81, 82)는 볼트의 복수 또는 하우징의 원주 주위에 배치된 유사한 파스너에 의해 함께 고정되는 것이 바람직하다.
상기 바람직한 실시예에, 토크 휠(12)은 토크 휠(12)의 중심에 대한 이격된 배치내에 세 분리된 암을 포함하고, 이에따라 각각의 암 사이에서 세 상응하는 부피를 한정한다. 실질적으로 동일한 연소 게이트(20, 22, 24)는 상기 부피 내에 위치한다. 비록 토크 휠(12)에게 직접 고정되지는 않지만, 연소 게이트(20, 22, 24)의 형태는 이들이 토크 휠(10)에 대해 밀착 보유되고 경사지도록 한다. 비록 세 분리된 암과 결합된 연소 게이트(20, 22, 24)가 상기 특별한 실시예에 있지만, 소수 또는 그 이상이 암과 게이트가 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않고 본 발명의 엔진(10)에 포함될 수 있다.
도 2에서 가장 잘 도시된 바와 같이 각 연소 게이트(20, 22, 24)는 각각의 피벗 핀(40, 42, 44)에 관해 토크 휠의 각각의 암 사이의 부피 내에 회전을 위해 장착되고 각각의 상기 피벗핀은 각 연소 게이트(20, 22, 24)를 통하여 한정된 제 1 개구부(20a, 22a, 24a)를 통과한다. 도 1을 참조하면, 각 피벗 핀 (40, 42, 44)이 씰 플레이트(84, 85)의 표면에서 상응하는 구멍내에 수용되는 것이 도시되어 있으며, 여기에 관해, 토크 휠(10)과 연소 게이트(20, 22, 24)가 씰 플레이트(84, 85) 내에 둘러싸여 원주 슬리브(88)내에서 회전하는 단일 몸체를 이루는 것을 구별할 수 있다. 씰 플레이트(84, 85)와 상기 슬리브(88)는 주철로 이루어지는 것이 더 바람직하고 하우징의전방 부분(80), 중심 부분(81) 및 후방 부분(82)에 의해 집합적으로 한정되는 중심 공동 내에 포함된다.
상기 바람직한 엔진(10)은 역시 연소 게이트(20, 22, 24)의 운동을 안내하기 위한 트랙으로 기능하는 타원 캠 컷아웃(16)을 포함한다. 특히, 엔진(10)은 토크 휠(12)의 측면중 하나와 하우징의 전방 부분(80), 중심 부분(81) 및 후방 부분(82)에 의해 집합적으로 한정되는 중심 공동 내에서 씰 플레이트(84, 85)에 인접하여 위치하는 캠 컷아웃 플레이트(86, 87)를 포함한다. 도 4에서 가장 잘 도시된 바에 따라 타원형 컷아웃(16)은 연소 게이트(20, 22, 24)의 움직임을 안내하기 위한 트랙으로 기능하는 캠 컷아웃 플레이트(87)내에 한정된다. 이에따라 가장 도 3에서 도시되는 바에 따라 각각의 연소 게이트(20, 22, 24)와 연결되는 캠 가이드 핀(30, 32, 34)이 씰 플레이트(87)를 통과할 수 있고 타원형 컷아웃(16)내에 수용될 수 있도록 씰 플레이트(85)를 통하여 한정된 만곡된 슬롯(85a, 85b, 85c)이 존재한다. 물론, 유사한 슬롯(84a, 84b, 84c)(도 10에 도시된 바와 같이)은 다른 캠 컷아웃 플레이트(86)내에 한정되는 동일한 타원의 컷아웃으로 접근을 제공하는 제 2 씰 플레이트(84)를 통하여 한정된다.
이제 도 2를 참조하면 각 연소 게이트(20, 22, 24)는 역시 이를 통하여 제 2 개구부(20b, 22b, 24b)를 한정한다. 상술한 캠가이트 핀(30, 32, 34)은 상기 개구부(20b, 22b, 24b)를 통과하고 타원형 컷아웃(16)내에 수용되어 연소 게이트(20, 22, 24)의 선회가 타원형 컷아웃(16)에 의해 제어되도록 한다. 특히, 각각의 캠 가 이드 핀(30, 32, 34)과 컷아웃(16)의 타원 형태로 인해, 연소 게이트(20, 22, 24)가 토크 휠(12)의 중심에 대해 내외부로 움직이게 되고, 각 연소 게이트(20, 22, 24)는 그 각각의 피벗 핀(40, 42, 44) 주위를 선회한다.
이제 도 5 및 6의 단순화된 단면도를 참조하면, 다른 엔진으로 작동시 스타터(도시되지 않음)는 토크 휠(12)의 회전을 시작하기 위해 사용된다. 토크 휠(12)이 시계 방향으로 회전함에 따라, 공기는 화살표 17a로 표시되는 흡입부(17)를 통해 연소 엔진(10)의 하우징으로 들어가고, 참조 번호 26a로 일반적으로 표시되는 내연실의 부분으로 들어간다. 동시에 연료 분사기(60)(도 2에 도시)는 내연실(26a)의 부분으로의 연료를 도입한다 토크 휠(12)이 회전을 계속함에 따라, 연료/공기 혼합물은 타원의 컷아웃(16)에 의해 지시되는 바와 같이 연소 게이트(22)의 외부 운동에 의해 압축된다.
연소 게이트가 내연실 26b의 외부 부분이 엔진(10)의 하우징의 벽에서 한정되는 도 5의 연소 게이트(20)의 위치인 타원형 컷아웃(16)의 정점에서 최외부로 움직일 때까지, 연료/공기 혼합물이 압축되고, 회전된다. 이 점에서, 점화 플러그(50)는 결과로서 생기는 연소 가스의 급속한 팽창을 초래하고 이에따라 토크 휠(12)의 계속되는 회전을 유발하는 토크 휠(12)에 토크를 분배하도록 연료/공기 혼합물을 점화하기 위해 사용된다. 여기서, 공동(21)은 연소 게이트(20)의 외부 표면에서 한정되는 것이 바람직하다. 유사한 공동(도시되지 않음)은 또한 다른 연소 게이트(22, 24)의 각각의 외부 표면을 한정한다. 상기 공동은 점화플러그(50)가 발화할 때 내연실(26b)의 상술한 외부 부분과 함께 정렬되는 내부 내연실로 기능한다. 상기 공동(21)은 내연실(26b)의 외부 부분과 협동하는 형상으로 이루어져서 연소가 토크 휠(12)에서 시계 방향의 토크를 효율적으로 적용하는 것을 보장하는 분리된 내연실을 이룬다. 도 2 및 5에 도시된 바에 따라, 상기 분리된 내연실은 실험이 최대 토크를 위한 연소력을 지시 및 제어하는데 최적으로 나타나도록 실질적으로 직사각형이다. 또한, 상기 바람직한 실시예에서, 실질적으로 직사각형인 분리된 내연실이 분리된 내연실의 부피의 1/2이 공동(21)의 부피가 되는 3 : 1 : 1의 높이 대 폭의 길이비를 가진다. 그럼에도 불구하고, 넓은 범위의 치수가 본 발명의 사상과 범위에서 벗어나지 않고 가능할수 있다.
연소가 토크 휠(12)에서 시계 방향의 토크를 효율적으로 적용하는 것을 보증하는 역할을 제외하고 분리된 내연실에 대해, 내연실(26b)의 외부 부분의 잔여 방출(즉 연소 또는 배기 가스)의 중요한 퍼센트가 효율성과 잔여 방출을 개선하기 위해 재연소되는 것으로 판단된다.
토크 휠(12)이 그 시계 방향의 회전을 계속함에 따라, 타원형 컷아웃(16)은 연소 게이트가 토크 휠(12)의 중심 쪽에 내부로 움직이도록 하여 연소 가스가 도 5의 연소 게이트(24)의 위치로 나타남에 따라 엔진이 손상을 입지않고 팽창하도록 한다. 결국, 토크 휠(12)이 참조번호 26c로 표시되는 내연실의 부분에 접근함에 따라, 타원형 컷아웃(16)은 연소 게이트(24)가 배기 배출구(18)를 통하여 연소 가스를 배출하도록 다시 외부로 움직이도록 한다. 토크 휠(12)의 회전이 계속됨에 따라, 연소 게이트는 그 후 참조번호 26a로 표시되는 내연실의 부분으로 공기가 들어가는 사이클을 반복하도록 내부로 다시 움직인다.
도 1의 단면도를 다시 참조하면, 토크 휠(12)이 회전함에 따라, 크랭크 샤프트(14)는 똑같이 회전된다. 감소 기어링 배치(100)가 출력 샤프트(102)에 회전을 감소하고 시작하기 위해 사용된다. 다른 개선으로, 비록 도면에는 도시되지 않지만, 엔진(10)과 연결된 오일 펌프가 역시 감소 기어링 배치(100)로 적절히 기어링함으로써 동력을 공급할 수 있다.
본 발명의 바람직한 엔진(10)의 다른 개선으로, 각각의 캠 가이드 핀(30, 32, 34)에 타원형 컷아웃(16)내로 수용되는 각각의 부싱이 제공되는 것이 바람직하다. 도 1에 도시되는 바에 따라, 각각의 캠 가이드 핀(30)에는 캠 컷아웃 플레이트(85, 86)에서 한정되는 동일한 타원형 컷아웃(16)내에서 쌍으로 수용되는 네 개의 부싱(31a, 31b, 31c, 31d)이 제공된다.
이제 도 9의 단면도를 참조하면, 각 바람직한 타원형 컷아웃(16)이 캠 가이드 핀(30, 32)과 연결된 가이드 부싱(31c, 31d, 33c, 33d)쌍을 수용하기 위해 실제로 계단-단계 횡단면을 가진다는 것을 알 수 있다. 상기와 같은 계단-단계 횡단면을 가지는 바람직한 타원형 컷아웃(16)을 구성함으로써 특히 캠 가이드 핀(30)을 참조하면, 한 부싱(31c)은 제 2 부싱(31d)이 타원형 컷아웃(16)의 상부측면 벽에 접하는 동안 타원형 컷아웃(16)의 하부 측면 벽에 접한다. 따라서, 비록 약간의 허용오차가 타원형 컷아웃(16)에 관련된 캠 가이드 핀(30)의 타원형 컷아웃(16)의 수직 운동을 위해 제공되나, 타원형 컷아웃(16)의 계단-단계 구성 및 부싱(31c, 31d)과의 관계는 엔진(10)의 최적의 성능을 방해할 수 있는 가이드 핀(30)의 움직임을 차단한다.
도 1-4의 바람직한 엔진(10)의 여러 가지 단면도를 살펴보면, 본 발명의 상기 바람직한 실시예의 엔진(10)이 역시 그 작동 및 효율을 개선하는 여러 가지 보조 구성 요소를 포함한다는 것을 알 수 있다. 예를 들면, 엔진(10)은 적절한 윤활 장치를 가진다. 상기 바람직한 실시예에서, 감소 기어링 배치(100)로 적절한 기어링함으로써 동력을 공급할 수 있는 오일 펌프(도시되지 않음)가 컷아웃(16)의 상부 및 측면으로 각각의 캠 컷아웃 플레이트(86)에서 한정되는 타원형 컷아웃(16)에 오일을 공급한다. 상기 방법으로, 공급된 오일은 각 캠 가이드핀(30, 32, 34)으로 및 주위로 제공되고 타원형 컷아웃(16)내에 쌍으로 수용되는 이들의 각각의 부싱으로 제공된다. 또한, 비록 도면에서 도시되지 않았으나, 캠 가이드 핀(30, 32, 34)을 통해 오일이 순환하도록 하는 오일 구멍이 형성된 캠 가이드 핀(30, 32, 34)을 가질 수 있다.
타원형 컷아웃(16)으로부터, 오일은 캠 가이드 핀(30, 32, 34)이 씰 플레이트(84, 85)를 통과하도록 하는 각각의 씰 플레이트(84, 85) 내의 만곡된 슬롯을 통하여 엔진(10)의 하우징으로 한정되는 중심 공동으로 들어간다. 다른 개선으로, 부가적인 슬롯이 각각의 씰 플레이트(84, 85)를 관통하여 형성되어 오일이 중심 공동으로 흐르도록 한다. 한번 중심 공동으로 도입되면, 오일은 토크 휠(12)주위를 흐른다. 또한, 도 2에서 도시되는 바에 따라, 바람직한 엔진(10)은 오일이 각각의 연소 게이트(20, 22, 24) 아래로 순환하도록 하는 채널(72)을 포함한다. 연소 게이트(20, 22, 24)는 이들자신에 각각의 피벗 핀(40, 42, 44)을 윤활하기 위한 오일 구멍이 형성된다.
오일은 크랭크 샤프트(14)를 지지하는 롤러 베어링의 측면중 하나에 위치되는 드레인 튜브를 통하여 배출되는 것이 바람직하다. 또한, 각각의 캠 컷아웃 플레이트(86, 87)내로 한정되는 타원형 컷아웃(16)의 하부 부분과 액체 교통하는 트레인 튜브가 있는 것이 바람직하다. 마지막으로, 드레인 튜브는 연소 게이트(20, 22, 24) 주위를 빠져나가는 오일의 배출를 허용하기 위해 슬리브(88)를 통하여 엔진(10)의 중심 공동으로 제공될수도 있다. 상기의 드레인 튜브의 각각은 진(10)으로 이후의 펌핑과 재순환을 위해 오일을 오일팬 또는 유사한 리셉터클에 보낸다.
또한, 도 1에서 도시되는 바에 따라, 바람직한 엔진(10)은 엔진(10)의 중심 구성요소를 둘러싸는 물 냉각 재킷(70)과 냉각재킷(70)을 공급하기 위해 연결된 물 펌프(71)로 구성된 냉각 시스템을 포함한다.
결국, 상술한 바에 따라, 로터리 피스톤 엔진의 최대의 단점은 피스톤과 내연실의 벽사이를 둘러싸는 공간의 적절한 씰링의 어려움이다. 따라서, 연소 게이트(20, 22, 24)로 조정되는 둘러싸인 부피를 씰링하는 것 또한 본 발명에 있어서 중요하다.
이제 도 10을 참조하면, 바람직한 엔진(10)은 탄소 캐스트 합금으로 구성되는 다중 씰을 포함한다. 물론, 청동을 포함하는 다른 적절한 물질은 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않고 씰을 구성하는데 사용될 수 있다.
먼저, 도 10에 도시된 바에 따라, 각각의 씰 플레이트(84, 85)는 그 주위에 다소의 육각형 형태인 표면에서 한정되는 일련의 상호 연결된 슬롯을 가진다. 씰 플레이트(5)에 대해 씰 플레이트(84, 131, 132, 133, 134, 135, 136)에 관해 참조 번호(121, 122, 123, 124, 125, 126)로 표시되는 연장된 씰이 상기 슬롯 내에 수용된다. 비록 도면에 도시되지는 않으나, 엔진이 조립될 때, 씰 플레이트(84, 85)와 캠 컷아웃 플레이트(86, 87) 사이의 적당한 밀봉을 유지하기 위해 씰플레이트(84, 85)로부터 이격하여 이들을 편향하는 연장된 씰(121, 122, 123, 124, 125, 126, 131, 132, 133, 134, 135, 136) 아래에 일정한 간격(예를 들면, 1인치의 간격)으로 이격된 슬롯내에 압축스프링이 위치하는 것이 바람직하다.
둘 째로, 도 12에 관해서 하기하는 바와 같이, 각각의 씰 플레이트(84, 85)의 주위에 배치된 연장된 씰(121, 122, 123, 124, 125, 126, 131, 132, 133, 134, 135, 136)을 상호 연결하기위해 기능하는 참조번호 170으로 표시되는 별형태의 씰링수단이 연장된 씰(121, 122, 123, 124, 125, 126, 131, 132, 133, 134, 135, 136)의 말단부들사이에 삽입된다.
세번째로, 토크 휠(12)의 각 암의 외부 표면에서, 두 평행 슬롯은 연장된 씰(140, 142, 144, 146, 148, 150)을 수용하기 위해 한정된다. 상기 연장된 씰(140, 142, 144, 146, 148, 150)은 회전하는 슬리브(88)(도 1-4에 도시)에 대해 토크 휠(12)를 밀봉하기 위해 설계된다. 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 연장된 씰(140, 142, 144, 146, 148, 150)의 각각은 씰(140, 142, 144, 146, 148, 150)이 또한 각각의 씰 플레이트(84, 85)와 주위의 슬리브(88) 사이에 삽입되도록 토크 휠(12)의 측면위 외부로 연장되는 것이 바람직하다. 비록 도면에 나타나지 않으나, 엔진이 조립될 때, 토크 휠(12)과 원주 슬리브(88)사이의 적절한 밀봉을 유지하기 위해 상기 압축스프링은 역시 토크 휠(12)로부터 이들을 이격하여 편향하는 연장된 씰 (140, 142, 144, 146, 148, 150) 일정한 간격으로 이격되어 토크휠(12)의 각 암의 외부 표면내에 한정된 슬롯내에 위치되는 것이 바람직하다.
마지막으로, 도 11 A 및 11B는 바람직한 씰의 위치설정과 경사를 도시하는 한 연소 게이트(20)의 사시도이다. 특히, 연소 게이트(20)은 외부 표면의 외부로 한정된 일련의 슬롯을 가진다. 연장된 씰( 160, 162, 164, 166)은 상기 상호연결된 슬롯내에 수용된다. 유사한 씰은 또한 각각의 다른 연소 게이트(22, 24) 위에 설치된다. 상술한 여러 가지 씰과 같이, 비록 도면에 도시되지 않으나, 압축 스프링도 역시 적절한 밀봉을 유지하도록 연소 게이트(20, 22, 24)로부터 이들을 편향하기위해 씰아래에 일정한 간격으로 이격된 연소 게이트(20, 22, 24)의 표면내에 한정된 슬롯내에 위치되는 것이 바람직하다.
도 12는 도 1의 바람직한 엔진의 각각의 씰 플레이트(84, 85)의 주위에 배치된 연장된 씰을 상호 연결시키도록 기능하는 별 형상의 씰링 수단(170) 중의 하나의 확대도이다. 도시된 바와 같이 별형상의 씰링 수단(170)은 연장될 씰(124, 125)을 수용하고 상호연결할뿐만 아니라 엔진(10)이 조립될 때 토크휠(12)의 측면위에 외부로 연장되는 연장된 씰(146)을 수용하고 상호연결한다.
상술한 바에 따라 구성되는 내연 엔진은 보통의 왕복 운동, 피스톤-타입 엔진 및 로터리 내연 엔진의 문제점을 해소한다. 왕복운동하는 피스톤형태의 엔진과는 다르게 실린더 내의 상당한 수직의 거리로 피스톤을 움직이는 것이 필요하지 않기 때문에 각각의 연소를 위한 최소 연로 및 공기만이 필요하다.
차라리, 토크 휠(12)이 상당한 질량과 관성을 가지기 때문에, 회전하는 토크 휠(12)의 주위에서 작용하는 비교적 작은 연소만으로도 토크 휠(12)를 구동하는데 충분하다. 여기서, 상술한 엔진(10)의 바람직한 실시예에 관해, 크랭크 샤프트의 매 2 회전동안 실린더 내의 위치를 구동하는데 필요한 큰 폭발과는 반대로 6개의 비교적 작고 제어된 폭발이 존재한다.
또한, 피스톤-실린더 배열이 사용될 때, 오프셋 크랭크 샤프트는 선형 운동에서 회전 운동으로 에너지를 변환할 필요가 있어서, 효율의 손실을 가져온다. 유사하게, 회전하는 피스톤 엔진은 내연실 내에서 회전하는 피스톤의 편심 운동 때문에 오프셋 크랭크 샤프트를 필요로 한다. 본 발명의 바람직한 엔진(10)의 토크 휠(12)은 크랭크 샤프트(14)에 직접 고정되어 에너지의 어떤 변환도 필요하지 않다. 크랭크 샤프트(14)는 토크 휠(12)과 함께 회전한다. 여기에 관해, 본 발명의 엔진(10)은 출력속도를 제어하기 위해 설계된 변속에 관련된 일정한 속도(rpm)로 구동되는 것이 바람직하다.
본 발명의 사상과 범위에서 벗어나지 않고 상술한 바에 따라 다른 수정이 본 발명에 이루어질 수 잇는 것은 당업자에게 명백하다.

Claims (22)

  1. 내연엔진에 있어서,
    중심공동을 한정하는 하우징;
    크랭크 샤프트를 구동하고 하우징에 의해 한정되는 중심 공동내의 회전을 위해 장착되며 중심에 대해 이격된 배치로 복수의 암을 가지며 각각의 암사이의 복수의 상응하는 부피를 한정하는 토크 휠;
    각각의 피벗 핀주위의 각각의 부피내의 회전을 위해 장착되고 상응하는 부피내에 위치되는 복수의 동일한 연소게이트;
    상기 하우징에 의해 한정된 중심 공동내와 토크휠의 측면 중하나에 위치되는 한쌍의 캠 컷아웃 플레이트로 구성되고,
    타원형 컷아웃이 각 캠 컷아웃 플레이트내에 한정된 타원형 컷아웃내에 수용되고 각 연소 게이트를 통과하는 캠 가이드 핀을 가지는 각 캠 아웃내에 한정되어, 타원형 컷아웃이 연소게이트의 운동을 안내하는 트랙으로 기능하며,
    한 쌍의 실 플레이트에서, 실 플레이트가 토크휠의 한 측면에 위치하며, 각각의 연소게이트들과 결합된 캠 가이드 핀들이 실 플레이트를 통과하고 타원형 컷아웃 내에 수용되도록 슬롯들이 실 플레이트에 의해 한정되는 한 쌍의 실 플레이트로 구성되고, 그리고
    상기 토크 휠이 회전함에 따라 공기가 상기 하우징의 중심 공동으로 유입되고 연료가 상기 토크휠의 각각의 암과 상기 연소게이트의 인접한 휠사이의 부피중하나에 연료/공기 혼합물을 이루기위해 상기 하우징의 중심공동으로 도입되고, 상기 연료/공기 혼합물이 타원형 컷아웃에으로 지시됨에 따라 한 연소게이트의 선회 및 외부 운동에의해 토크휠의 연속적이 회전동안 가압되고, 상기 연료/공기 혼합물이 점화되어 연소가스가 급속하게 팽창 및 상기 토크 휠의 연속된 회전을 유발하는 토크를 분배하도록 하고, 상기 타원형 컷아웃은 상기 연소 게이트가 상기 토크 휠의 중심을 향하여 내부로 움직이고 선회하도록 하여, 상기 연소가스가 팽창하고 상기 타원형 컷아웃은 한 연소게이트가 다시 외부로 움직이고 선회하도록 하여 배기 배출구를 통해 연소가스가 배출되는 것을 특징으로 하는 내연 엔진.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 하우징과 토크 휠사이의 중심공동내에 위치된 원주 슬리브를 더 포함하고, 상기 토크휠, 상기 연소 게이트 및 상기 씰 플레이트가 상기 원주 슬리브 내에서 회전하는 단일 몸체로 기능하는 것을 특징으로 하는 내연 엔진.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 원주 슬리브가 캐스트 강으로 구성되는 것을 특징으로 하는 내연 엔진.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 토크휠에 대한 각각의 암이 외부 표면내의 하나 이상의 슬롯을 한정하고, 각각의 상기 슬롯은 상기 슬리브에 대한 상기 토크를 밀봉하기 위한 연장된 씰을 수용하는 것을 특징으로 하는 내연 엔진.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 연장된 씰을 상기 토크휠로부터 이격되어 편향하도록 일정한 간격으로 이격되어 위치하는 압축스프링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 엔진.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 캠 가이드 핀에 캠 컷아웃 플레이트내에 한정된 타원형 컷아웃내에 쌍으로 수용된 네 개의 부싱이 제공되고, 각 타원형 컷아웃이 캠 가이드 핀의 각각과 연결된 가이드 부싱의 쌍을 수용하기 위한 계단-단계 횡단면을 가지며, 각 쌍의 한 부싱이 타원형 컷아웃의 하부측벽과 인접하며 제 2 부싱이 타원형 컷아웃의 상부측벽과 인접하는 것을 특징으로 하는 내연 엔진.
  7. 제 1항에 있어서, 각각의 씰 플레이트가 그 주위에 대해 표면내에 한정되고 상호연결된 일련의 슬롯을 가지며, 연장된 씰이 상기 플레이트와 토크휠사이의 적절한 밀봉을 유지하도록 상기 슬롯내에 수용되는 것을 특징으로 하는 내연 엔진.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 연장된 씰을 상기 실 플레이트들부터 이격되어 편향하도록 일정한 간격으로 이격되어 위치하는 압축스프링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 엔진.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 인접한 연장된 씰을 상호연결하도록 인접한 연장된 씰의 말단부들 사이에 삽압된 별형상의 씰링 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 엔진.
  10. 제 1항에 있어서, 각각의 연소 게이트가 밖의 외부표면내에 한정된 일련의 상호연결된 슬롯을 가지고 각각의 상기 슬롯이 연장된 씰을 수용하는 것을 특징으로 하는 내연 엔진.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 각 연소 게이트로부터 이격되어 연장된 씰을 편향하도록 일정한 간격으로 이격된 상기 슬롯내에 위치하는 압축스프링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 엔진.
  12. 내연엔진에 있어서,
    중심공동을 한정하는 하우징;
    크랭크 샤프트를 구동하고 하우징에 의해 한정되는 중심 공동내의 회전을 위해 장착되며 중심에 대해 이격된 배치로 복수의 암을 가지며 각각의 암사이의 복수의 상응하는 부피를 한정하는 토크 휠;
    각각의 피벗 핀주위의 각각의 부피내의 회전을 위해 장착되고 상응하는 부피내에 위치되는 복수의 동일한 연소게이트;
    상기 하우징에 의해 한정된 중심 공동내와 토크휠의 측면 중하나에 위치되는 한쌍의 캠 컷아웃 플레이트로 구성되고,
    타원형 컷아웃이 각 캠 컷아웃 플레이트내에 한정된 타원형 컷아웃내에 수용되고 각 연소 게이트를 통과하는 캠 가이드 핀을 가지는 각 캠 아웃내에 한정되어, 타원형 컷아웃이 연소게이트의 운동을 안내하는 트랙으로 기능하며,
    상기 토크 휠이 회전함에 따라 공기가 상기 하우징의 중심 공동으로 유입되고 연료가 상기 토크휠의 각각의 암과 상기 연소게이트의 인접한 휠사이의 부피중하나에 연료/공기 혼합물을 이루기 위해 상기 하우징의 중심공동으로 도입되고, 상기 연료/공기 혼합물이 타원형 컷아웃으로 지시됨에 따라 한 연소게이트의 선회 및 외부 운동에 의해 토크휠의 연속적이 회전동안 가압되고, 상기 연료/공기 혼합물이 점화되어 연소가스가 급속하게 팽창 및 상기 토크 휠의 연속된 회전을 유발하는 토크를 분배하도록 하고, 상기 타원형 컷아웃은 상기 연소 게이트가 상기 토크 휠의 중심을 향하여 내부로 움직이고 선회하도록 하여, 상기 연소가스가 팽창하고 상기 타원형 컷아웃은 한 연소게이트가 다시 외부로 움직이고 선회하도록 하여 배기 배출구를 통해 연소가스가 배출되도록 하며, 그리고
    상기 각각의 연소 게이트가 엔진에 대한 상기 하우징의 벽에 한정된 외부 d연소실과 협력하는 외부표면내의 공동을 한정하여, 분리된 내연실을 이루고 상기 연료/공기 혼합물이 상기 분리된 내연실내에서 점화되는 것을 특징으로 하는 내연 엔진.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 분리된 내연실이 본질적으로 직사각형인 것을 특징으로 하는 내연엔진.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 분리된 내연실이 3 : 1 : 1의 길이대 폭대 높이를 가지는 것을 특징으로 하는 내연 엔진.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 분리된 내연실의 부피의 1/2이 각 연소 게이트의 외부표면내에 한정된 공동의 부피인 것을 특징으로 하는 내연 엔진.
  16. 4행정 연소 사이클을 달성하기 위한 방법에 있어서,
    하우징에 의해 한정되는 중심 공동내의 회전을 위해 장착되고, 토크 휠은 중심에 대해 이격된 배치로 복수의 암을 가지며 각각의 암사이의 복수의 상응하는 부피를 한정하고;
    상기 토크휠의 각각의 암사이의 상응하는 부피내에 복수의 동일한 연소 게이트를 위치설정하고 각각의 연소게이트가 각각의 피벗 핀주위의 각각의 부피내의 회전을 위해 장착되고;
    토크 휠이 회전함에 따라 상기 피벗핀 주위와 각각의 부피내에서 각 연소게이트를 회전하기위한 수단을 제공하고;
    상기 연소게이트중하나에 인접한 내연실의 부분으로 공기가 유입되도록 상기 토크휠의 회전을 초기화 하고;
    연료가 상기 토크휠의 각각의 암과 상기 연소게이트의 인접한 휠사이의 부피중하나에 연료/공기 혼합물을 이루기위해 상기 하우징의 중심공동으로 도입되고, 상기 연료/공기 혼합물이 타원형 컷아웃에으로 지시됨에 따라 한 연소게이트의 선회 및 외부 운동에의해 토크휠의 연속적이 회전동안 가압되고,
    상기 연료/공기 혼합물이 점화되어 연소가스가 급속하게 팽창 및 상기 토크 휠의 연속된 회전을 유발하는 토크를 분배하도록 하고,
    상기 타원형 컷아웃은 상기 연소 게이트가 상기 토크 휠의 중심을 향하여 내부로 움직이고 선회하도록 하여, 상기 연소가스가 팽창하고 한 연소게이트가 다시 외부로 움직이고 선회하도록 하여 배기 배출구를 통해 연소가스가 배출되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 4행정 연소 사이클을 달성하기 위한 방법.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 각각의 연소게이트를 선회하기 위한 수단이 타원형 컷아웃이고 캠 가이드 핀이 상기 타원형 컷아웃내에 수용되고 각 연소게이트를 통과하여 상기 타원형 컷아웃은 토크휠이 회전하는 동안 연소게이트의 운동을 안내하는 트랙으로 기능하는 것을 특징으로 하는 4행정 연소 사이클을 달성하기 위한 방법.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 분리된 내연실이 본질적으로 직사각형인 것을 특징으로 하는 4행정 연소 사이클을 달성하기 위한 방법.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 분리된 내연실이 3 : 1 : 1의 길이대 폭대 높이를 가지는 것을 특징으로 하는 4행정 연소 사이클을 달성하기 위한 방법.
  20. 제 17항에 있어서, 상기 분리된 내연실의 부피의 1/2이 각 연소 게이트의 외부표면내에 한정된 공동의 부피인 것을 특징으로 하는 4행정 연소 사이클을 달성하기 위한 방법.
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