KR100760324B1 - 엔진 - Google Patents

Abstract

본 발명의 엔진은 그 원주에 접하는 하나 또는 그 이상의 실린더를 구비한 회전가능 부재를 포함하여 구성된다. 하나 또는 그 이상의 대응하는 피스톤이 있고, 각 피스톤은 상기 회전가능 부재에 편심되게 회동되는 피스톤 레버와 결합되어 있다. 각 피스톤의 운동은 연소 에너지가 피스톤으로부터 멀어지는 실린더에 의해 회전가능 부재로 전달되도록 제어된다. 실린더와 피스톤 모두가 엔진의 고정부에 대하여 연속적으로 회전한다.

Description

엔진{Engine}

본 발명은 엔진에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 동력원(power source) 또는 펌프로서 사용될 수 있는 엔진에 관한 것이다.

대부분의 피스톤 엔진들이 본질적으로 비효율적이라는 것은 공인된 사실이다. 피스톤들의 운동(motion)을 포함하는 이 비효율성과, 피스톤이 대부분 휴지 상태이거나 엔진 크랭크에 사용가능한 에너지의 효과를 감소시키는 드래그 단계(drag stage)에 있다는 사실에 몇 가지 요인이 추가된다. 또한, 상당한 양의 에너지가 압축 또는 펌프 행정(pump stroke) 동안 피스톤을 실린더 공간부(bore)의 상부로 이동시키기 위하여 필요하다.

비효율성의 다른 원인은, 예를 들어 내연기관(internal combustion engines)의 경우, 엔진을 동작시키기 위해 기어, 캠 그리고 다른 장치(equipment)가 필요하다는 것이다. 이는 효율성을 감소시키고, 결국 아주 적은 퍼센트의 입력 에너지가 출력으로 전달된다.

로타리형 엔진(rotary type engine)들은 상기 문제점들의 일부를 극복한다. 그러나, 이러한 엔진들은 구조가 복잡하고, 가동부들(moving parts) 사이의 씰링(sealing) 문제가 있다. 그들이 일반적인 피스톤과 실린더 엔진의 디자인을 극적으로 변화시켰지만 복잡한 씰링 및 디자인 문제로 인해 신뢰성에 문제가 있다.

하이브리드형 엔진(hybrid type engine)이 알려져 있다. 유럽특허 제964136호에 기술되어 있는, 그러한 하이브리드형 엔진의 한 예는, 그 둘레 가까이에 위치한 연소실(combustion chamber)에 대해 개방된 복수의 공간부(bores)를 갖는 원통형 회전자(cylindrical rotor)를 구획짓는 엔진 불록(block)을 구비한 로타리형 구조이다. 하나의 피스톤이 각 공간부에 배치되어 있다. 각 피스톤은, 위성형 변속 장치(planetary gearbox arrangement)에 의하여 엔진 블록/회전자로 전달되는 회전력을 갖는, 각자의 크랭크(crank)를 구비하고 있다. 입구 포트(inlet port), 스파크 플러그(spark plugs) 그리고 출구 포트(outlet ports)가 종래의 로타리형 엔진과 동일한 방법으로 엔진 하우징(engine housing)의 둘레에 배치된다. 이러한 구조는 피스톤의 동력/운동이 거의 완전히 엔진의 회전 운동으로 전환되고 그에 따라 크기/중량 당 출력되는 힘이 종래의 피스톤 엔진보다 더 크다는 잇점이 있다고 기술되어 있다. 또한 이러한 구조는, 엔진의 회전성 때문에 밸브를 채용할 필요가 없으며, 따라서 종래 엔진에서 발생하던 밸브 손상 관련 문제가 발생하지 않는 잇점이 있다고 기술되어 있다. 그러나, 이 엔진은 심각한 씰링 문제와 피스톤 로드를 회전자에 연결시키는 위성형 변속장치내의 손실이라는 문제가 있다.

또 다른 로타리형 엔진이 호주 특허 제8496/27호에 기술되어 있다. 이 엔진은 주 회전 부재(main rotatable member)에 접하며(disposed tangentially) 연속회전하는 실린더의 그룹을 구비한 형태이다. 대응하는 피스톤들은 간헐적으로 회전한다. 피스톤들은 회전 중심 주위를 회동(pivot)하는 피스톤 레버들에 부착된다. 이 엔진이 정확하게 작동하도록 하기 위하여, 피스톤은 실린더에 의하여 회전가능 부재(rotatable member)로 에너지가 전달될 수 있도록 연소동안에 어느 한 방향으로의 운동에 대해 록킹되어야 한다. 연소 후에, 피스톤은 차기 연소 행정(stroke)를 위해 상부 사점(top dead centre)으로 후진하기 위하여 회전 부재의 속도를 2배로 가속시켜야 한다. 피스톤을 이 방식으로 작동시키기 위해, 기어 및 레버의 정교한 배치가 요구된다. 피스톤이 회전 속도의 2배로 이동하여야 하기 때문에 엔진의 최고 속도는 피스톤의 정지상태(standstill)로부터 상부 사점으로의 이동 능력에 의해 제한된다.

상기 문제점 외에도, 현존하는 피스톤 엔진들에 있어서, 피스톤 이동의 극단에 도달하는 즉시 방향을 바꾸기 위해 크랭크 축(crankshaft)이 작동하기 때문에 피스톤이 행정의 상부와 하부에서 소비하는 시간이 매우 짧다. 이는 운전 휴지(dwell)를 감소시키고, 연소중 가스의 불완전 연소를 야기한다. 이 불완전 연소 가스는 배기 가스로 배출되어 엔진의 비효율성과 공기 오염을 야기한다.

그러므로 본 발명의 하나의 목적은 효율적이고 경제적으로 작동하는 엔진을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 그 크기와 중량에 비해 고 회전 관성(high rotational inertia)과 회전토르크(torque)를 갖는 엔진을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 여러가지 기능적 요구에 부합하는 다양한 방법으로 제어될 수 있는 엔진을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 공지된 엔진의 문제점의 일부를 개선하거나, 적어도 공중에게 유용한 선택권을 갖도록 하는 엔진을 제공하는 것이다.

첫 번째 측면에서 본 발명은,

회전 부재(rotating member) 안 또는 위에 배치된 실린더와 피스톤의 하나 또는 그 이상의 그룹을 포함하는 엔진을 제공하는데, 상기 하나 또는 그 이상의 실린더와 피스톤 그룹의 길이방향 축은 회전 부재의 림(rim)과 접하는 방향을 가지며, 상기 실린더와 피스톤 모두가 엔진의 고정부(stationary part)에 대하여 연속적으로 회전한다.

두 번째 측면에서 본 발명은,

하나의 회전가능 부재와,

상기 회전가능 부재의 원주 주위에 그 길이방향 축이 접하도록 배치된 하나 또 는 그 이상의 실린더와, 그리고

대응하는 실린더와 각각 결합된 하나 또는 그 이상의 피스톤을 포함하여 구성되며;

각 피스톤이 회전가능 부재에 편심되게 회동되는 피스톤 레버와 결합하고, 연소 에너지가 피스톤으로부터 멀어지는 실린더에 의해 회전가능 부재로 전달되도록 각 피스톤의 운동이 제어되는 것을 특징으로 하는, 엔진을 제공한다.

각 피스톤의 운동은 회전가능 부재의 회전과 독립적으로 제어되는 것이 바람직하다.

피스톤은 직접적으로 또는 연결 로드(connection rod)를 통해 피스톤 레버의 외측 말단(distal end)에 연결되고, 피스톤 레버의 내측 말단(proximal end)은 실린더에 대한 피스톤의 운동을 제어하도록 조종되는 것이 바람직하다.

하나 또는 그 이상의 피스톤 제어장치들이, 피스톤 제어장치의 표면 또는 모서리에 가동적으로 접하여 피스톤 레버에 운동을 전달하기에 적합한 피스톤 레버의 내측 말단에 인접하게 배치되는 것이 바람직하다.

그 원주 표면에 하나 또는 그 이상의 돌출부들(lobes)을 갖는 원통형 디스크(disk)인 단 하나의 피스톤 제어장치가 회전가능 부재에 동심적으로 배치되 는 것이 바람직하다.

피스톤 제어장치는 회전가능 부재와 독립적으로 회전할 수 있는 것이 바람직하다.

피스톤 제어장치는 회전가능 부재와 반대방향으로 회전하는 것이 바람직하다.

피스톤 제어장치가, 피스톤들이 그들의 행정의 어느 한 쪽 말단에서 보내는 시간을 제어하기 위하여 사용되는 것이 바람직하다.

회전가능 부재로 전해지는 에너지 행정이 피스톤의 연소 행정보다 긴 것이 바람직하다.

압축 행정이 회전가능 부재로 회전 에너지를 공급하는 것을 돕는 것이 바람직하다.

압축 행정에서 하나의 피스톤의 왕복운동이 정반대로 마주보는 다른 피스톤의 왕복운동을 도울 수 있도록, 둘 또는 그 이상의 정반대로 마주보는 피스톤들의 피스톤 레버의 내측 말단들이 결합되거나 연결되는 것이 바람직하다.

하나 또는 그 이상의 추(weight)가 하나 또는 그 이상의 피스톤 레버와 결합하고, 원심력이 실린더내의 피스톤들의 왕복운동을 돕기 위하여 상기 추에 작용하는 것이 바람직하다.

실린더와 피스톤사이의 운동에 쓰이는 사실상의 모든 힘이 실린더의 길이 방향 축을 따르게 하여 실린더 공간부 측면 쓰러스트(cylinder bore side thrust) 효과를 감소시키는 것이 바람직하다.

실린더에서 발생되는 힘이 다른 기계 부품(mechanical parts)의 개입(intervention) 없이 직접 출력 샤프트로 전달되는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 면은 단지 예를 드는 방법으로 주어지는 다음의 설명에 의해 명백하게 될 것이다.

본 발명을 첨부 도면을 참고로 하여 아래에 설명하기로 하는 바, 도면 중

도 1은 본 발명에 따른 제1 실시예의 4 행정(four stroke) 엔진을 나타낸 것이고,

도 2는 본 발명에 따른 제2 실시예의 4 행정 엔진을 나타낸 것이며,

도 3은 본 발명에 따른 제3 실시예의 4 행정 엔진을 나타낸 것이고,

도 4는 본 발명에 따른 제4 실시예의 4 행정 엔진을 나타낸 것이며,

도 5는 본 발명에 따른 실시예의 2 행정(two stroke) 엔진을 나타낸 것이고,

도 6은 본 발명에 따른 실시예의 2 행정 왕복기관 엔진을 나타낸 것이며,

도 7은 본 발명의 일측면에 따른 원심력 보조 엔진의 개략도이다.

본 발명을 내연 기관(internal combustion engine)으로서의 그 용도와 관련하여 설명하기로 한다. 펌프로서의 엔진의 용도는 배제되지 않으며, 그러한 용도는 숙련된 전문가(skilled addressee)가 있다고 생각할 수 있는 능력(ability)내의 것이다.

동일한 특징부가 동일한 도면부호에 의해 표시되는 도면에 의해 본 발명에 따른 엔진의 바람직한 실시예가 나타나 있다. 본원발명의 원리를 도 1에 도시된 실시예를 참조하여 논의하기로 한다. 실린더(1)가, 회전자 림(rotor rim)(3)에 접하는 길이방향 축에 의해 주 회전 부재(main rotatable member) 또는 회전자(2)에 장치된다. 각 실린더(1)는 관련된 피스톤 레버(associated piston lever)(9) 및 공지된 방법으로 공간부(bore)(8)에 결합된 피스톤(7)을 가진다. 일반적인 피스톤과 실린더의 어셈블리가 사용될 수 있다. 엔진이 종래의 연소 엔진과 정반대로 작동하여 연소동안에 피스톤(7)의 운동이 회전자(2)에 배치된 실린더(1)를 이동시키도록 제어된다. 이는 회전자(2)와 출력 샤프트(6)의 회전을 가져온다. 설명된 구조 에 대한 회전 방향이 화살표 A로 도시되어 있다.

피스톤 레버(9)가 회전자(2)에 편심된 지레받침점(fulcrum point)(5)에서 회동할 수 있도록 회전자(2)와 맞물려 있다. 회전자(2)의 중심에 회전자(2)와 동심을 이루게 피스톤 제어장치(11)가 설치된다. 피스톤 제어장치(11)는 그 주면(circumferential surface)(13)에 복수의 돌출부(12)를 갖는 원통형이다. 본 엔진의 가장 간단한 실시예에 있어서, 피스톤 제어장치(11)는 회전자(2), 피스톤 레버(9) 그리고 결과적으로 피스톤(7)이 그 주위를 회전할 수 있도록 설치된다.

각 피스톤 레버(9)의 내측 말단(15)에는 피스톤 제어장치(11)의 주면(13)과 맞물리는 롤러(17)가 있다. 실린더(1)와 회전자(2)가 회전함에 따라 피스톤 레버(9) 또한 편심 배치된 지레받침점(5)으로 인해 회전한다. 롤러(17)가 피스톤 레버(9)에 운동을 전달하는 주면(13)을 따라 나아간다. 피스톤 레버(9)의 지레받침(5)은 레버(9)의 외측 말단(16)보다 레버(9)의 내측 말단(15)에 더 가깝고 이에 따라 내측 말단(15)에서의 작은 양의 운동이 외측 말단(16)에서의 상당한 양의 운동으로 전환된다.

피스톤 연결기 로드(10)가 피스톤 레버(9)의 외측 말단(16)과 피스톤(7) 사이에 회동가능하게 결합되어 있다. 롤러(7)가 피스톤 제어장치(11)의 주면(13)을 따라 나아감에 따라 피스톤(7)이 공간부(8) 내부에서 이동한다. 롤러(17)가 돌출부(lobe)(12)를 이동함에 따라 피스톤(7)이 공간부(8)의 상부 사점까지 이동한다. 만약 연료가 공급되고 스파크 플러그(도시되지 않음)가 압축 연료를 점화시키면 증기가 발생될 것이다. 종래의 엔진에서는 연소 가스의 팽창이 피스톤(7)을 공간부(8) 내에서 뒤로 하강시켜서 크랭크 축의 회전을 일으킨다. 그러나, 본 발명의 엔진에서는 피스톤의 운동이 피스톤 레버(9)와 피스톤 제어장치(11)에 의해 제어되기 때문에 피스톤(7)이 뒤로 이동할 수 없다. 그 결과로서 연소가 발생될 때 실린더(1)가 피스톤(7)으로부터 멀어져서, 회전자(2)에 화살표 A의 방향으로 회전 에너지를 전달한다.

피스톤(7)은 피스톤 레버(9)를 거쳐 회전자(2)에 회동가능하게 배치되어 있기 때문에 회전자와 함께 연속적으로 회전한다. 그러나, 피스톤의 실린더(1)에 대한 속도/운동 그리고 위치가 피스톤 제어장치(11)의 돌출부(12)의 형상(shaping)에 의해 제어될 수 있고 이에 따라 피스톤(7)이 실린더(1)내의 상부 사점으로부터 하부 사점으로 이동하는 데 소요되는 시간이 회전자(2)에 의한 효과적인 에너지 스트로크를 확장할 수 있도록 연장될 수 있다.

상기 설명된 실시예들이 회전자(2)와 중심이 같게 설치된 피스톤 제어장치(11)를 사용하나, 엔진의 일 실시예에서 피스톤 레버(9)의 내측 말단(15)에 가깝게 설치되는 둘 또는 그 이상의 피스톤 제어장치를 사용하는 것도 가능하다. 상기 둘 또는 그 이상의 피스톤 제어장치들은 기어 또는 타이밍 벨트(timing belt)에 의해 연결되어 시간을 맞출 수 있으며, 운동을 그들의 인접한 피스톤 레버(9)로 개별적으로 전달할 수 있다. 이 장치(arrangement)는 큰 직경의 회전자를 구비한 엔진에 적합하며, 더 짧은 피스톤 레버를 사용할 수 있게 할 것이다. 그러한 실시예는 선호되지 않을 것 같은데, 부가적인 기어와 타이밍 메카니즘이 도입되어 엔진의 단순성을 떨어뜨리기 때문이다.

어떤 동작 환경에서는 롤러(17)가 피스톤 제어장치(11)의 표면(13)을 따라 나아가지 않는다. 롤러(17)를 피스톤 제어장치(11)에 접촉시키기 위하여 외부 저널(outer journal) 또는 칼라(collar)(18)에 제어장치 표면(13)의 측면(profile)에 평행하는, 가공된 내부 표면(machined inner surface)이 만들어진다. 도 2와 3에 도시된 다른 실시예에서는 칼라(18)가 생략되어 있다. 롤러(17)가, 외측 말단(16)과 지레받침(fulcrum)(5) 사이를 나누는 점(20)에서 피스톤 레버(9)에 힘을 가하도록 위치한 스프링(14)에 의해 표면(13)을 따라 강제로 떠밀려 나아간다. 도 2 및 3에서 스프링(14)의 말단(21)이 적소에 스프링을 조이는 스프링 리테이너(spring retainer)(22)내에 위치한다.

도 2와 3에 도시된 4 행정(four stroke) 엔진의 작동 기본 원리는 도 1에서의 것과 같다. 그러나, 도 2와 3의 실시예는 피스톤의 제어를 돕기 위해 원심력을 사용하는 개념을 도입한다. 도 2를 참조하면 추(4)가 암(arm)(23)에 의해 피스톤 레버(9)의 내측 말단(15)에 장착된다. 이 장치는 엔진이 회전하는 동안에 추(4)에 작용하는 원심력이, 피스톤 제어장치의 표면(13)에 롤러(17)를 유지시키는 것을 돕는 방사상으로 작용하는 힘(radially acting force)을 일으킨다.

도 3에 설명된 실시예에서의 원심력의 사용은 그 구성(arrangement)에 있어 다르기는 하나 도 2의 것과 원리적으로 같은 효과를 갖는다. 이 실시예에서 암(23)은 지레받침점(fulcrum point)(24)에서 회동가능하게 회전자(2)와 결합되어 있다. 레버(23)의 외측 말단(26)에는 피보팅 레버(pivoting lever)(23)를 스프링(14)의 말단(21)과 결합시키는 또 하나의 레버(25)가 있다. 이 엔진이 회전됨에 따라 원심력이 암(4)을 방사상으로 외측으로(radially outwards) 이동시키고, 더 많은 힘을 피스톤 레버(9)에 가하기 위하여 스프링(14)이 압축되거나 프리로드된다(preloaded).

도 2와 3의 장치의 효과는 엔진의 회전 속도에 대하여 피스톤 레버(9)의 제어, 즉 피스톤의 왕복운동(excursion)에 적용되는 작용력(effort)을 만드는 것이다. 이것은, 느린 속도에서는 엔진을 작동시키는데 필수적인 장치를 가동시키는 기계에서 더 적은 에너지가 손실되고, 더 큰 제어 작용력(greater control effort)이 필요한, 빠른 속도에서는, 위와 같은 에너지가 회전 엔진에 있기 마련인 원심력으로부터 끌어내어진다는 것을 의미한다.

본 발명에 따른 엔진이 2(two) 또는 4(four) 행정 엔진(stroke engine)으로서 동작할 수 있음은 숙련된 자에게 자명할 것이다. 도 1은 4 행정 엔진을 나타낸다. 4개의 피스톤 행정들은 흡입(suction), 압축(compression), 연소(combustion){또는 팽창(expansion)} 그리고 배기(exhaust) 행정들이다. 숙련된 자들은 도 1에 도시된 실시예에서 롤러(17)(17')가 돌출부(12)(12')를 타고 올라가며 피스톤(7)(7')을 동시에 상부 사점으로 밀어주는 것을 이해할 것이다. 하나의 타이밍 벨트(점선 19에 의해 도시됨)가 실린더 헤드 밸브(도시되지 않음)의 동작을 제어한다. 하나의 피스톤(7)이 압축 행정에 있을 때 정반대로 마주보는 다른 피스톤(7')은 배기 행정에 있는 것이 일반적인 구성일 것이다.

숙련된 자들은 실린더중 몇 개가 회전자(2)의 림(3) 주위에 설치될 수 있고, 밸브, 점화 스파크(ignition spark) 및 피스톤 제어장치(11) 돌출부(12)의 적절한 위치설정(positioning)의 적절한 시간조절(timing)에 의해 다양한 점화시??스가 얻어질 수 있음을 또한 알 수 있을 것이다. 점화 스파크의 타이밍은 회전자(2)의 축으로부터 직접 구동되는 기계식 디스트리뷰터(mechanical-type distributor) 또는 타이밍 벨트(19)위의 기어에 의할 수 있다. 그 대신에, 전기식 디스트리뷰터(electronic-type distributor)가 회전자(2) 또는 피스톤 제어장치(11)의 각도 위치(angular position)를 감지하기에 적합한 변환기(transducer)로 사용될 수 있다.

실제에 있어서 단일 회전자(2) 주위에 설치될 수 있는 실린더의 수는 피스톤 제어장치와의 결합을 위해 겹쳐지는 피스톤 레버들의 물리적 크기와 복잡성에 의해 제한된다. 더 실용적인 장치에서는 원하는대로 2, 4, 6 등의 실린더 엔진을 만들어내기 위하여 두 개의 실린더를 각각 가지는 하나 또는 그 이상의 회전자가 공통 출력 샤프트(common output shaft)를 따라 설치될 수 있다. 이 엔진이 단 하나의 실린더만을 가질 수 있음도 또한 자명하다. 단일 실린더 실시예에서 회전자(2)는 실린더, 피스톤과 레버 맞은편의 추에 의해 균형이 잡힐 수 있어야만 한다.

도 4는 1 회전(revolution)당 6개의 행정, 또는 1.5 점화 사이클(ignition cycles)을 가지는 4 행정 엔진의 실시예를 설명한다. 이 엔진은 피스톤(7)(7')이 상이한 방향으로 이동한다는 점에서 전술한 실시예와 다르다. 예를 들어, 피스톤(7)이 공간부(8) 하방으로 이동할 때, 팽창 행정 피스톤(7')은 압축 행정의 공간부(8) 상방으로 이동한다. 스프링(14)은 롤러(17)을 피스톤 제어장치 표면(13)에 지지한다. 피스톤 레버의 내측 말단(15)(15')을 연결하는 하나의 암(16)이 또한 설치된다.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 실시예의 2 행정(two stroke) 엔진이 나타나 있다. 피스톤(7)이 실린더의 상부 사점 또는 그 근처에 도달할 때 마다 연소가 발생된다. 도 5에 도시된 장치는 양 피스톤들이 동시에 압축 행정과 팽창 행정에 있다. 그러나, 피스톤 제어장치(11)의 돌출부(12)의 구성에 의해, 다른 실린더가 팽창 행정에 있는 동안 하나의 실린더가 압축 행정에 있도록 엔진을 구성할 수 있다. 더구나, 실린더는 그 수의 제한 없이 회전자(2) 주위에 설치될 수 있다.

본 발명에 따른 엔진의 중요한 장점은 1 회전당 연소 행정의 수가 동적으로 변화될 수 있다는 것이다. 피스톤 제어장치(11)는 쉽게 회전식으로 및/또는 방향적으로(rotationally and/or directionally) 회전자(2)로부터 독립되게 만들어질 수 있다. 회전자(2)에 대하여, 밸브와 점화 타이밍과 함께, 피스톤 제어장치(11)의 회전 속도 및/또는 방향속도를 동적으로 변화시킴에 의해 1 회전당 행정의 수가 변경된다. 예를 들어, 도 1의 4 행정(four stroke) 실시예에 있어서, 정지형 피스톤 제어장치는 각 피스톤이 1 회전당 8 행정 또는 2 점화 사이클을 한다. 그러나, 회전자의 회전 속도 또는 방향 속도가 r 이라면; r 로 피스톤 제어장치를 회전시키는 것은 1 회전당 제로(zero) 점화 싸이클{즉, 프리휠링(freewheeling)}을 가져오고; 0.5r 로 피스톤 제어장치를 회전시키는 것은 1 회전당 1 점화 싸이클을 가져오며; - r 로 {즉, 2r 의 상대적인 차이를 만드는 회전자(2)에 반대 방향으로} 피스톤 제어장치를 회전시키는 것은 1 회전당 4 점화 싸이클을 가져온다. 이러한 구성의 결과로 상수 회전 가변 동력 엔진(constant revolution variable power engine)이 제조될 수 있다. 이는 공급 진동수(supply frequency)를 제어하기 위하여 회전 속도가 일정하게 유지되어야 하고, 동력이 공급 로드에 의해 변형되는 AC 전기 발전기와 같은 것에 적용될 수 있다.

본 발명에 따른 엔진의 부가적인 장점은 행정의 어떤 위치에서도 피스톤의 운 전 휴지(dwell)를 전적으로 제어할 수 있다는 것이다. 이는 피스톤 제어장치 돌출부(12)의 형상에 의해 달성된다. 이는 피스톤 이동이 크랭크 축과 다른 피스톤에 의해 제어되는 종래의 왕복운동 피스톤 엔진(reciprocating piston engine)에서는 달성될 수 없다. 피스톤 제어장치(11)의 사용으로 시간조절 및 운전 휴지를 더 좋게 제어할 수 있게 됨에 따라 연료 연소 레벨이 더 커질 수 있게 되고 그것에 의해 효율과 배출물이 개선된다.

본 발명에 따른 엔진의 다른 장점은 연소 및 압축 행정 모두에서 에너지가 회전자(2)를 향한다는 것이다. 연소 행정동안 공급된 에너지에 대하여는 전술하였다. 압축 행정 동안 피스톤(7)은 공간부(8) 내에 있는 하부 사점으로부터 상부 사점으로 이동한다. 가스가 압축됨에 따라 힘이 공간부의 상부에 가해진다. 이 에너지는 회전 방향에 있으며, 엔진의 회전 에너지에 더해진다.

본 발명에 따른 엔진의 또 다른 장점은 공간부내의 피스톤의 운동이 언제나 실린더의 축에 길이방향이기 때문에 실린더 공간부 측면 쓰러스트가 감소된다는 것이다. 이는 실린더 공간부의 웨어(ware)와, 피스톤을 공간부내에서 이동시키는 데 필요한 힘을 감소시킨다. 종래의 피스톤 엔진에 있어서, 업-행정에서 공간부의 일측에 그리고 다운 행정에서 공간부의 반대 측에 피스톤을 밀어내는 크랭크 축의 회전 운동에 의해 야기되는 실린더 공간부 측면 쓰러스트는 큰 문제이다. 연소 에너지가, 연결기 로드(connector rods)와 같은 다른 가동 기계 부품을 통해서가 아닌, 회전 부재, 그리고 다시 출력 샤프트로 직접 전달되기 때문에 추가적인 기계적 손실이 또한 감소된다.

도 6을 참조하면 본 발명에 따른 2 행정 왕복엔진의 실시예가 나타나 있다. 이 엔진은 상술한 원리의 상당한 장점을 가진다. 이 실시예에서 대체로 L형인 피스톤 레버(26)기 사용된다. L형 피스톤 레버(26)를 위한 피보팅 지레받침점(pivoting fulcrum point)(5)이 그 엘보우(elbow)(27)에 있다. L형 피스톤 레버(26)의 내측 말단(15)에 회동가능하게 결합된 레버가 있는데, 이것은 L형 피스톤 레버(26)를 정반대편에 위치한 실린더/피스톤 그룹으로부터 대응하는 피스톤 레버(26')의 내측 말단(15')에 연결한다. 2 행정 실시예의 감소된 타이밍 필요성 때문에 피스톤 제어장치(11)가 생략된다. 연소 행정 동안에 피스톤(7)의 상대적인 후방 이동이 어느 정도 가능하다. 이 후방 이동으로부터 에너지가 레버 장치{피스톤 레버(26) - 링크(27) - 피스톤 레버(26')}를 통해서 정반대편의 피스톤(7')의 압축 행정에 전달된다. 이 구성은 상술한 원리에 의해 에너지가 피스톤(7')의 압축 행정의 회전자(2)로 전달되는 것이다.

도 7은 어떻게 원심력이 피스톤(7)의 운동을 제어하기 위하여 사용될 수 있는지를 개략적으로 설명한다. 이는 피봇(5) 주위로 동작하는 단순 연동장치(linkage)(9)와 추(4)에 의하여 달성된다. 추(4)에 작용하는 원심력에 의해 만들어지는 힘은 플라이휠(flywheel)(2)의 림(3)과 출력 샤프트(output shaft) 를 향한 점화 에너지를 최대화하기 위하여 사용된다. 출력 샤프트(6)의 큰 지레장치의 포인트이기 때문에, 플라이 휠 림(flywheel rim)(3)으로 폭발 에너지가 보내질 때 최대 회전토르크가 나타난다.

원심력은 대부분의 엔진 그리고 더욱 구체적으로는 플라이 휠(2) 고유의 것이다. 본 출원인은 원심력이 단일 피봇 연결 시스템(simple pivot linkage system)(9)을 통해서 피스톤(7)을 제어하기 위하여 사용되는 것은 사상 처음이라고 믿는다. 이는 실린더(1) 상부 피스톤(7)을 공간부(8)내로 구동시킨다. 연료가 공급될 때 연소가 발생한다. 연소가 실린더를 따라 피스톤(7)이 복귀하도록 구동시키려고 시도하나, 추(4)와 연동장치(9)를 통해서 작용하는 원심력이 그 작용을 늦춘다. 그 결과, 실린더가 부착된 매스(mass){플라이 휠(2)}가 피스톤으로부터 멀어지고, 그 축 또는 샤프트(6) 주위를 이동하는 플라이 휠(2)에 에너지를 공급한다. 그 관성 및 연동장치(leverage)를 가지는 플라이 휠이 고 토르크 에너지 출력을 샤프트(6)에 공급한다. 관성이 높은 스무쓰 토르크 소스(high smooth torque source)를 샤프트 아울렛(outlet)에 전한다.

연소 후에 피스톤(7) 왕복운동의 말단에 도달할 때 전형적인 배기가 발생한다. 이는 플라이 휠(2)의 움직임과 윈드 벤투리관 진공 효과(wind venturi vacuum effect)를 야기하는 그 능력(capacity)의 결과로서 일어나는 벤투리관 진공 효과(venturi vacuum effect)에 의해 도움받는다.

원심력은 또한 피스톤실(piston chamber)의 청소를 돕는다.

또한, 공간부(8)의 반대측의 인레트는, 실린더 하우징이 플라이 휠(2) 주위를 도는데 따라서 새로운 공기를 퍼올리는 램 효과(ram effect)를 가지도록 설계될 수 있는데, 그것은 풍력(wind force)에 기인한다.

배기가 발생될 때, 폭발 에너지가 배출되나 원심력은 불변으로 남아있다. 원심력은 공간부(8)를 따라 피스톤(7)을 복귀하도록 구동시켜서, 사이클 전체를 시작하게 한다.

연소를 위한 에너지를 제공하는 원심력에 의해 거의 모든 가연성 폭발 에너지는 최소 손실을 내고 플라이 휠(2)의 림(3)으로 보내진다. 원심력은 또한 플라이 휠 엔진에 에너지를 공급하는 데 중요한 역할을 한다. 피스톤(7)이 실린더를 따라 구동됨에 따라 (기계 장치를 통해서 증가될 수 있는) 드래그(drag)를 만들고, 추가적인 회전 에너지를 제공한다. 피스톤(7)이 실린더(1) 상부로 밀어올려짐에 따라, 공간부(8)에 대한 압축(compression)이 회전하는 플라이 휠(2)에 상당한 양의 추가적인 에너지를 보탠다.

피스톤(7)을 압축 행정에 이르기까지 구동시키기 위해 일정한(constant) 원심 력의 사용과 드래그(drag)와 압축을 통해 플라이 휠(2)에 주어진 추가 에너지의 사용은 본 출원인에게 알려진 어떤 다른 엔진에서도 시도되거나 성취되지 않았다. 어떠한 엔진도 원심력에 의한 피봇 연동장치 시스템(pivot linkage system)(9)의 제어에 기인하여 실린더(1)가 피스톤(7)으로부터 벗어나는 움직임을 가지고 있지 않다.

기어 교환 등을 하려고 할 때, 그처럼 많은 토르크 및 마력과 결합된 원심력은 그 운동량(momentum)의 제동을 매우 어렵게 만들 수 있다. 그 해결방법은 모든 구동 휠(drive wheel)이 중심 압력 포인트(central pressure point)로부터 구동되고, 엔진이 유압 구동 시스템(hydraulic drive system)용의 매우 강력한 펌프를 제공하거나 구동 휠내에 전기모터로 전기를 생산하는 유압 펌프 시스템(hydraulic pump system)을 설계하고 완성하는 것이다. 이는 기어 교환을 원할 때마다 이 엔진의 대량의 운동량(massive momentum)을 중단시킬 필요없이 구동력의 변화(variation)를 가능하게 한다.

특정한 기계적 완성품에 대하여 설명하였으나, 그들의 대안(alternatives)이 여기에 설명된 것과 마찬가지로 대체될 수 있을 것이다.

특정된 본 발명의 예가 설명되었으므로, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고도 그 개량 및 변형이 가능할 것이다.

Claims (19)

1. 삭제
2. 하나의 회전가능 부재와;

   상기 회전가능 부재의 원주 주위에 배치되고, 그 각 길이방향 축들이 상기 회전가능 부재의 하나의 림에 위치하고 그 접선 방향으로 뻗어나가는, 둘 또는 그 이상의 실린더들과;

   각기 각 실린더에 결합되고, 상기 회전가능 부재의 하나의 회전축에 대해 편심되게 상기 회전가능 부재를 축으로 하여 회동하는 하나의 피스톤 레버에 결합된, 둘 또는 그 이상의 피스톤들을 포함하여 구성되며; 그리고

   상부 사점과 하부 사점 사이에서의 상기 각 피스톤의 이동이, 연소에너지가 상기 둘 또는 그 이상의 피스톤으로부터 멀어지는 실린더에 의해 상기 회전가능 부재로 전달되도록 제어되고, 상기 각 피스톤의 운동이 각 피스톤 레버의 내측 말단에 인접하게 배치되는 하나의 피스톤 제어장치에 의해 상기 회동가능 부재의 회전과 독립적으로 제어되며, 상기 각 피스톤 레버의 내측 말단이 각 피스톤 레버에 운동을 전달하기 위해 상기 피스톤 제어장치와 결합되고;

   상기 피스톤들이 직접적으로 또는 연결 로드(connection rod)를 통해 각 피스톤 레버의 하나의 외측 말단(distal end)에 연결되고, 상기 피스톤 레버들의 각 내측 말단들(proximal ends)이 각 실린더들에 대한 각 피스톤의 운동을 제어하도록 조종되는, 로터리 엔진.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제2항에 있어서, 상기 피스톤 제어장치가 그 원주 표면에 하나 또는 그 이상의 돌출부들(lobes)을 갖는 원통형 디스크(disk)를 포함하여 구성되는, 로터리 엔진.
7. 제2항에 있어서, 상기 피스톤 제어장치가 상기 회전가능 부재와 독립적으로 회전하는, 로터리 엔진.
8. 제2항에 있어서, 상기 피스톤 제어장치가 상기 회전가능 부재와 반대방향으로 회전하는, 로터리 엔진.
9. 제2항에 있어서, 상기 피스톤 제어장치가 각 피스톤 행정들의 어느 한쪽 말단에서 피스톤 운전 휴지(dwell)를 제어하기 위하여 사용되는, 로터리 엔진.
10. 제2항에 있어서, 상기 회전가능 부재로 전해지는 에너지 행정이 피스톤의 연소 행정보다 긴, 로터리 엔진.
11. 제2항에 있어서, 압축 행정이 상기 회전가능 부재로 회전 에너지를 공급하는 것을 돕는, 로터리 엔진.
12. 제6항에 있어서, 압축 행정에서 하나의 피스톤의 왕복운동이 연소 행정에서 정반대로 마주보는 다른 피스톤의 왕복운동을 돕도록, 상기 피스톤 제어장치가 정반대로 마주보는 피스톤들에 대해 피스톤 레버들의 내측 말단에 결합하는 하나의 링크 부재(link member)를 포함하는, 로터리 엔진.
13. 제12항에 있어서, 하나 또는 그 이상의 추들(weights)이 각 피스톤 레버와 결합하고, 원심력이 각 실린더들내의 피스톤들의 왕복운동을 돕기 위하여 상기 추들에 작용하는, 로터리 엔진.
14. 제2항에 있어서, 상기 실린더들과 각 피스톤들 사이의 상대적인 운동에 쓰이는 사실상의 모든 힘이 상기 실린더들의 각 길이 방향 축들을 따르게 하여 실린더 공간부 측면 쓰러스트(cylinder bore side thrust) 효과를 감소시키는, 로터리 엔진.
15. 제2항에 있어서, 상기 실린더들에서 발생된 힘이 상기 회전가능 부재를 통해 직접 출력 샤프트로 전달되는, 로터리 엔진.
16. 제2항에 있어서, 하나의 매스(mass)가 각 피스톤 레버와 결합하고, 원심력이 각 실린더들내의 상기 피스톤들의 왕복운동을 돕기 위하여 상기 매스에 작용하는, 로터리 엔진.
17. 제2항에 있어서, 상기 피스톤 제어장치들이 상기 회전가능 부재에 동심적으로 배치되고, 그 원주 표면에 둘 또는 그 이상의 돌출부들(lobes)을 갖는 원통형 디스크(disk)를 포함하여 구성되는, 로터리 엔진.
18. 제2항에 있어서, 둘 또는 그 이상의 정반대로 마주보는 피스톤들의 각 피스톤 레버들의 내측 말단들이, 압축 행정에서 하나의 피스톤의 왕복운동이 압축 행정에서 정반대로 마주보는 다른 피스톤의 왕복운동을 돕도록 결합되거나 연결되는, 로터리 엔진.
19. 제18항에 있어서, 하나 또는 그 이상의 추들(weights)이 각 피스톤 레버와 결합하고, 원심력이 각 실린더들내의 피스톤들의 왕복운동을 돕기 위하여 상기 추들에 작용하는, 로터리 엔진.

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