KR101301935B1 - 내연기관 - Google Patents

Abstract

회전형 밸브 내연기관은 크랭크샤프트(3)에 연결되고 실린더(2) 내에서 왕복 가능한 피스톤, 피스톤에 의해 부분적으로 형성되는 연소실(4), 및 실린더(2)에 대해 고정된 밸브 하우징(8) 내에서 회전 가능한 회전형 밸브(5)를 갖고, 회전형 밸브(5)는 부분적으로 연소실(4)를 형성하는 용적부(9)를 포함하는 밸브 본체를 갖고 밸브(5)의 회전 중에 흡기구 및 배기구(13, 14)를 거쳐 연소실(4)로 그리고 연소실(4)로부터 연속적으로 유체 연통을 제공하는 포트(12)를 추가로 갖는다.

Description

내연기관{AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 내연기관에 관한 것이다.

내연기관의 일 형태는 연소실과 소통하는 밸브 포트를 포함하는 회전형 실린더를 갖는 회전형 실린더 밸브(RCV) 엔진이고, 실린더는 밸브 하우징의 원통형 보어 내에서 그 종축 주위에서 회전 가능하고, 밸브 하우징은 유체가 연소실로 유입 및 유출할 수 있게 하기 위해 하우징 내에서 실린더의 회전 중에 상기 밸브 포트와 연속적으로 정렬되도록 구성된 흡기구 및 배기구를 갖는다. 이러한 회전형 실린더 밸브 엔진은 예를 들어 PCT/GB 01/04304호 및 PCT/GB2003/002136호로부터 공지되어 있다. 이러한 엔진은 부분적으로 연소실을 형성하기 위해 일 단부에서 폐쇄된 회전 실린더 및 이 실린더 내부에 배치된 왕복 피스톤을 갖는 개방 단부를 갖는다. 왕복 피스톤은 크랭크샤프트에 의해 구동된다. 크랭크샤프트는 2:1 구동 메커니즘을 거쳐 회전 실린더에 결합된다. 이는 통상의 4행정 내연기관을 형성하기 위해 밸브 포트가 피스톤의 이동과 동기하여 흡기구 및 배기구와 연속적으로 정렬하게 한다.

다수의 상이한 메커니즘이 크랭크샤프트로부터 실린더 밸브를 회전하는데 사용될 수 있고, 주 디자인 문제점은 구동 방향에서 90도 변화에 대처하는 능력에 있다. 다수의 디자인은 실린더의 베이스 둘레에 베벨 기어를 이용하고 있고, 이 베벨 기어는 크랭크샤프트 상의 절반 크기의 기어와 결합된다. 이는 편리하고 콤팩트하고, 소형의 엔진에 대해 양호하게 동작하지만, 대형의 엔진에 있어서는 제조가 고비용이고 조정이 복잡하다. 이는 또한 단일 실린더 엔진에 대해서만 적합하다. 다기통 및 대형의 엔진에 대해, 90도 벨트를 포함하는 구동 시스템이 개발되어 왔다. 이 시스템은 엔진의 상부로부터 밸브를 구동한다. 상부측으로부터 밸브를 구동하는 시스템을 채택함으로써 이 특허에 설명된 개량을 구현할 수 있게 한다.

종래의 포핏(poppet) 밸브 4행정 디자인보다 우수한 RCV 디자인의 주요 잠재적인 이득은 이하와 같다.

첫째로, 이는 고온 배기 밸브를 포함하지 않는 콤팩트한 연소실을 갖는 양호한 연소 시스템을 제공한다. 이는 등유와 같은 저옥탄가 연료를 이상적으로 사용할 수 있게 한다. 저옥탄가 연료는 비콤팩트한(non-compact) 연소실 및 고온 배기 밸브를 갖는 경향이 있는 종래의 포핏 밸브 엔진에서 폭굉(detonation)하는 경향이 있다.

둘째로, 이는 밸브 헤드에 의해 방해받지 않는 큰 밸브 흡배기 영역을 제공한다. 이는 양호한 저속 토크 및 고속 출력 모두를 갖는 엔진을 생산할 수 있게 하는 것으로 알려져 있다.

셋째로, 이는 종래의 포핏 밸브 4행정에 비하여 감소된 부품수에 기인하여 비용 절약의 잠재성을 제공한다.

그러나, 명백하게 나타나 있는 회전형 실린더 밸브 디자인의 3개의 중요한 단점이 있다.

첫째, 회전 실린더 내에 형성된 포트와 관련 밸브 하우징 사이에 적절한 밀봉을 제공하는데 따른 고유의 문제점. 연소실에 인접하여 있는 엔진의 부분은 윤활이 거의 또는 전혀 없이 큰 열 응력, 높은 가스 압력 및 높은 표면 속도를 받게 된다. 회전 실린더 밸브와 고정된 밸브 하우징 사이의 누설을 감소시키기 위해, 종래의 실시는 가능한 한 작은 갭을 제공하는 것이었다. 그러나, 밸브 내부와 밸브 하우징 사이의 열팽창 차이 및 그 열적 절연에 기인하여 밸브 내부가 도달하는 높은 온도에 기인하여, 갭이 누설을 허용 가능한 레벨로 제한하기 위해 충분히 작게 형성되면, 엔진은 소착(seizing)하는 경향이 있다. 과거에는, 소착을 방지하기 위해 밸브에 직경의 엄격한 치수 제한을 가하였다. 밸브의 직경이 포트의 크기를 규정하기 때문에, 직경 제한은 이어서 엔진의 흡배기 및 따라서 그 실용적인 실린더 용량을 제한한다. 허용 가능한 신뢰도를 성취하기 위해, 과거에 이러한 엔진은 통상적으로 14 내지 17 mm 밸브 직경을 갖는 밸브들로 제한되어 왔다. 이는 실용적인 실린더 용량을 10 내지 20 cc로 제한한다. 이들과 같은 엔진은 모형 비행기에서 성공적으로 사용된다. 현존하는 기술 및 재료에 의해서는, 대략 30 cc로 실린더 용량을 제한하는 23 mm보다 큰 직경을 갖는 밸브들에 대해 허용 가능한 신뢰도를 성취할 수 없게 된다. 이 공차 문제점을 극복하고 더 큰 직경의 밸브를 이용할 수 있게 하는 더 복잡한 밀봉 시스템이 고안되어 왔다. 이들은 작용하는 것으로 증명되었지만, 이들은 일반적으로 더 작은 용량 엔진에 장착되기에 너무 복잡하다.

둘째, 열적으로 절연된 회전 실린더를 갖는데 따른 고유의 열적 문제점. 회전 실린더와 실린더 자켓 사이의 열적 파괴는 회전 실린더와 실린더 자켓 상의 냉각 핀 사이의 열 전도도가 매우 열악하다는 것을 의미하고, 이는 회전 실린더 및 밸브 내부에 높은 작동 온도를 유도한다. 이는 플레인 밸브(plain valve)의 밀봉 및 신뢰도 문제점을 악화시킨다. 이 문제점은 실린더 용량이 증가함에 따라 상당히 악화된다. 회전 실린더의 직접적인 오일 냉각은 더 큰 디자인에 성공적으로 이용되고 있지만, 이는 복잡하고, 무거워서 더 작은 용량에는 적용할 수 없다.

셋째, RCV 부품의 비용. RCV의 부품수는 종래의 포핏 밸브보다 훨씬 적지만, 회전 실린더 밸브는 대형이고 상대적으로 복잡한 부품이고, 대형 하부 볼 레이스(race)를 구비해야 한다. 이들 2개의 고려 사항은 통상의 디자인과 비교하여 비용 이득을 실제로 성취하는 것이 곤란하다는 것을 의미한다.

본 발명은 밀봉, 열악한 열 전도도 및 높은 부품 비용의 문제점에 대한 해결책을 제공하면서 중유(heavy fuel) 작동, 높은 성능 및 잠재적인 저비용인 RCV 개념의 주요 이득을 보존하는 것을 추구한다. 이는 실린더로부터 RCV의 회전 밸브부를 분할하고, 실린더를 고정하고 단지 밸브만을 회전시킴으로써 성취된다. 이는 그 열적 성능 및 밀봉 성능을 향상시키면서 RCV의 기본 연소 기술을 보존한다.
회전형 밸브 엔진은 회전형 실린더 엔진과 유사한 밀봉의 문제점을 갖는 것으로 알려져 있는데, 이 회전형 실린더 엔진에서는 상대적으로 회전하는 본체들 사이의 간극을 최소화하는 것에는 효율을 향상시키지만, 과열 및 소착의 위험을 증가시킨다는 상충이 존재한다. DE 4217608 A1호 및 DE 4040936 A1호와 같은 종래 기술에서, 이 상충이 인식되고, 문제점을 해결하려는 시도가 복잡한 냉각 장치를 제공함으로써 이루어지고 또는 단순히 문제점은 적합한 재료를 사용하여 해결된다. 실제로, 엔진의 효율을 감소시키는 것을 희생하여 소착의 위험을 감소시키기 위해 원하는 간극보다 더 큰 간극이 제공된다.
본 발명은 회전 밸브와 그 하우징 사이에 능동 밀봉부를 제공하고, 밸브 본체 자체의 신규한 형태를 제공함으로써 이들 문제점을 해결하는 것을 추구한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 크랭크샤프트에 연결되어 실린더 내에서 왕복 가능한 피스톤, 피스톤에 의해 부분적으로 형성되는 연소실, 및 실린더에 대해 고정된 밸브 하우징 내에서 회전 가능한 회전형 밸브를 갖고, 회전형 밸브는 부분적으로 연소실을 형성하는 용적부를 포함하는 밸브 본체를 갖고, 추가로 밸브 본체의 벽부 내에서 밸브의 회전 중에 밸브 하우징 내의 흡기구 및 배기구를 거쳐 연소실과 연속적으로 유체 소통을 제공하는 포트를 갖고, 밸브 내의 포트는 연소실에 인접한 밸브 본체의 벽의 하부 주연 에지에 형성된 리세스이고, 리세스는 밸브의 측면 내에 포트를 형성하기 위해 밸브의 벽의 하부 에지로부터 상향으로 연장하는, 회전형 밸브 내연기관에 있어서, 밸브는 연소실(4)로부터 이격하여 위치된 베어링 장치(7) 내에서 회전가능하게 장착되고, 상기 베어링 장치는 예를 들어 밸브와 흡기구 및 배기구 사이의 가스 누설 경로를 폐쇄하는 경향이 있는 능동 밀봉부를 형성하기 위해 리세스 내에서 밸브(5)가 측방향으로 이동하도록 허용하는데 필요한 소량의 유극을 제공하면서 밸브(5)의 하부면에 가해진 연소 압력을 받도록 구성되는 것을 특징으로 하는 회전형 밸브 내연기관이 제공된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 크랭크샤프트에 연결되어 실린더 내에서 왕복 가능한 피스톤, 피스톤에 의해 부분적으로 형성되는 연소실, 및 실린더에 대해 고정된 밸브 하우징 내에서 회전 가능한 회전형 밸브를 갖고, 회전형 밸브는 부분적으로 연소실을 형성하는 용적부를 포함하는 밸브 본체를 갖고, 추가로 밸브 본체의 벽부 내에서 밸브의 회전 중에 밸브 하우징 내의 흡기구 및 배기구를 거쳐 연소실과 연속적으로 유체 소통을 제공하는 포트를 갖고, 밸브 내의 포트는 밸브 본체의 벽부 내의 보어이고, 벽은 연소실에 인접하여 포트 아래에 형성된 립을 갖는, 회전형 밸브 내연기관에 있어서, 립의 표면은 밸브의 영역 내에서 발생하는 소착 또는 마모의 위험을 최소화하기 위해 립과 밸브 하우징 사이에 간극을 허용하도록 벽 주연부의 프로파일로부터 후방으로 이격되고, 밸브는 연소실로부터 이격하여 위치된 베어링 장치 내에서 회전가능하게 장착되고, 베어링 장치는 예를 들어 밸브와 흡기구 및 배기구 사이의 가스 누설 경로를 폐쇄하는 경향이 있는 능동 밀봉부를 형성하기 위해 그의 보어 내에서 밸브가 측방향으로 이동하도록 허용하는데 필요한 소량의 유극을 제공하면서 밸브의 하부면에 가해진 연소 압력을 받도록 구성되는 것을 특징으로 하는 회전형 밸브 내연기관이 제공된다.

실린더를 고정하고 단지 밸브부만을 회전시키는 것은 4개의 주요 이득을 갖는다.

첫째로, 이는 실린더가 냉각 핀에 직접 열적으로 결합될 수 있게 하기 때문에 엔진의 냉각을 향상시킨다.

둘째로, 이는 밸브의 밀봉 성능을 향상시킨다. 이는 디자인이 본질적으로 능동 밀봉부이기 때문이다. 능동 밀봉부는 연소 압력이 밀봉면들을 함께 가압하여 밀봉을 향상시키는 것이다. 회전 밸브 디자인에서, 밸브가 그 상부 베어링 내에서 약간 요동할 수 있는 사실은 연소 압력이 배기구 및 흡기구에 대해 밸브를 후방으로 가압하여, 이들 배기구 및 흡기구까지의 누설 경로를 밀봉하는 경향이 있다는 것을 의미한다.

셋째로, 이는 회전형 밸브 디자인에 변경이 수행되는 것을 가능하게 하는데 이는 밸브의 밀봉 및 열적 성능 모두를 향상시킨다. 회전형 밸브에서, 밸브 포트 바로 아래의 립은 항상 밸브 디자인의 가장 비신뢰적인 부분 및 열 응력을 받는 부분이었다. 이는 연소 배기 가스에 광범위하게 노출되어 있어도 이 배기가스에서 벗어나게 하는 열적 경로가 매우 작기 때문이다. 본 발명에서, 립 위 및 아래 모두에 연소 가스를 갖기 때문에 더 이상 밀봉 기능을 갖지 않는다. 이는 본 발명의 바람직한 실시예에서, 밸브의 이 부분이 밀봉에 영향을 미치지 않고 디자인으로부터 생략될 수 있다는 것을 의미한다. 립의 제거는 또한 회전형 밸브 내의 연소실의 디자인에 대한 더 큰 융통성을 제공한다.

넷째로, 이는 부품 비용을 절감한다. 실린더는 설계 및 제조가 통상적이게 한다. 회전형 밸브는 종래의 회전형 실린더보다 훨씬 작고 저가의 부품이고, 고가의 하부 베어링을 필요로 하지 않는다.

본 발명의 추가의 이득은 회전형 밸브가 더 이상 실린더의 축과 정렬될 필요가 없다는 것이다. 이는 밸브가 더 이상 원형 실린더(right angled cylinder) 구동부를 필요로 하지 않는 위치 및 각도로 이동될 수 있다는 것을 의미한다. 이는 또한 점화 플러그 및 실린더 히터를 위한 대안적인 위치를 가능하게 한다.

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본 실시예에서, 밸브 내에 포트로의 하부 립이 존재하지 않는다. 본 실시예에서, 밸브 내의 리세스는 밸브의 회전축으로부터 실질적으로 편위(offset)될 수 있다.

상기 베어링 장치는 연소실과 흡기구 및 배기구 사이의 잠재적인 누설 경로를 감소시키거나 폐쇄하기 위해 밸브가 그 보어 내에서 이동하게 하는데 필요한 소량의 유극을 제공하면서 밸브의 하부면에 가해지는 연소 압력을 취한다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 밸브에 직접 부착되고 그와 함께 회전하는 히트 싱크가 제공되고, 상기 히트 싱크는 밸브의 직접적인 열적 냉각을 제공한다. 바람직하게는, 상기 히트 싱크는 밸브와 함께 회전을 위해 회전형 밸브에 고정되는 하나 이상의 냉각 핀을 포함한다. 대안적으로, 상기 히트 싱크는 밸브로부터 나오는 열을 직접 방출하고 실린더 위에 냉각 공기를 송풍하는 팬의 형태를 취할 수 있다.

바람직하게는, 회전형 밸브는 연소실로부터 이격하여 그 위에서 밸브에 고정된 기어 또는 풀리에 의해 밸브에 구동력을 전달하는 구동 시스템에 의해 회전된다.

바람직하게는, 회전형 밸브는 단일편 무단 벨트를 포함할 수 있는 벨트에 의해 크랭크샤프트로부터 구동된다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 밸브의 회전축은 실린더의 축과 동축이다. 본 발명의 제 2의 바람직한 실시예에서, 회전형 밸브의 회전축은 실린더의 축에 평행하지만 그에 대해 편위된다. 바람직하게는, 이들 실시예 중 하나에서, 밸브는 크랭크샤프트로부터 구동된 치형 벨트에 의해 구동되고, 이 치형 벨트는 아이들러의 시스템에 의해 대략 90°만큼 편향된다.

제 3의 바람직한 실시예에서, 회전형 밸브의 회전축은 실린더의 축에 대해 각을 이룬다.

바람직하게는, 본 실시예에서, 밸브는 크랭크샤프트로부터 구동된 치형 벨트에 의해 구동되고, 이 치형 벨트는 아이들러의 시스템에 의해 필수 각도로 편향된다.

밸브의 바람직한 실시예에서, 회전형 밸브의 회전축은 실린더의 축에 대해 직각이다.

본 실시예에서, 직선형 치형 벨트 밸브 구동부는 크랭크샤프트로부터 밸브를 구동하는데 이용될 수 있다. 대안적으로, 본 실시예에서, 통상의 체인 구동부가 크랭크샤프트로부터 밸브를 구동하는데 이용될 수 있다.

바람직하게는, 회전형 밸브의 균일한 프로파일부의 외경은 실린더의 직경보다 실질적으로 작다. 바람직하게는, 실린더의 직경은 균일한 프로파일 직경의 대략 2배이다.

바람직한 실시예에서, 엔진은 불꽃 점화 엔진이다. 본 실시예에서, 엔진은 가솔린으로 운전되거나 또는 등유 또는 디젤과 같은 중유로 운전될 수 있다.

바람직한 실시예에서, 엔진은 압축 착화 엔진이다. 본 실시예에서, 엔진은 등유 또는 디젤과 같은 중유로 운전될 것이다.

바람직한 실시예에서, 엔진은 직접 연료 분사 및 불꽃 점화이다.

바람직한 실시예에서, 회전형 밸브 본체는 플라즈마 질화되고 이어서 그 최종 크기로 연삭되어 있고, 이어서 DLC(다이아몬드형 탄소) 코팅일 수 있는 PVD 코팅으로 코팅되어 있는 강으로 형성된다. 대안적으로, 본 실시예에서, PVD 코팅은 세라믹 코팅일 수 있다.

바람직한 실시예에서, 밸브 하우징 내의 보어는 높은 주석 함량을 갖는 구리계 합금으로 형성된다.

본 발명의 바람직한 실시예가 이제 첨부 도면을 참조하여 예로서 설명될 것이다.

도 1은 단일 실린더 왕복 피스톤 내연기관의 측면도.
도 2는 도 1의 엔진의 종단면도.
도 3은 도 1의 라인 A-A를 따른 단면도.
도 4a 및 도 4b는 회전형 밸브 본체의 2개의 실시예를 도시하는 도면.
도 5는 수평으로 대향하는 트윈 실린더 회전형 밸브 엔진의 단면도.
도 6은 수평으로 대향하는 트윈 실린더 회전형 밸브 엔진의 대안적인 실시예를 도시하는 도면.

도면을 참조하면, 도 1, 도 2 및 도 3은 단일 실린더 공기 냉각 엔진을 도시하고, 도 5 및 도 6은 수평으로 대향하는 트윈 실린더 엔진을 도시한다. 실린더(2)들은 각각 이 실린더(2) 내에서 왕복을 위해 통상의 방식으로 크랭크샤프트(3)에 연결된 피스톤(1)(도 5 및 도 6)을 갖는다. 도 2에 특히 도시된 바와 같이, 실린더(2)의 상부 부분은 연소실(4)을 형성하기 위해 폐쇄된다. 연소실(4) 내외로 흐르는 흡입 공기 및 배기 가스의 유동은 도 2에 단면도로 도시된 회전형 밸브(5)에 의해 제어된다. 본 실시예에서, 밸브는 실린더(2)의 축(2a) 주위에서 회전 가능하다.

회전형 밸브는 밸브(5)의 원통형 부분(6)이 근접 미끄럼 끼워맞춤되는 밸브 하우징(8) 내의 보어 내에서의 회전을 위해 연소실(4)로부터 이격된 밸브(5)의 측면 상에 위치된 볼 베어링(7) 상에 장착된 제 1 원통형 부분(6)으로 이루어지고, 단지 최소 간극만이 회전형 밸브(5)와 밸브 하우징(8)의 보어 사이에 제공되어 있다. 밸브 하우징(8) 내의 보어는 높은 주석 함량을 갖는 구리계 합금으로 형성된다. 회전형 밸브(5)는 그 내부에 용적부(9)를 갖고, 도 2에 도시된 바와 같이, 이 용적부는 연소실(4)의 부분을 형성하고 폐쇄된 실질적으로 반구형 상단부(10) 및 피스톤을 향해 하향으로 연장하는 실질적으로 원통형 하향 연장 벽부(11)로 이루어진다. 벽부(11)는 도 3의 단면도에 특히 도시되어 있는 밸브 하우징(8) 내의 흡기구 및 배기구(13, 14)를 통해 연소실(4)과 유체 소통을 제공하는 포트(12)를 갖는다. 도 3은 점화 플러그(15) 및 예열 플러그(glow plug)(16)를 도시하지만, 이들 부품은 본 발명에 따라 구성된 모든 엔진에 제공되지는 않는다. 회전형 밸브 본체는 DLC(다이아몬드형 탄소) 코팅 또는 PVD 세라믹 코팅과 같은 PVD 코팅이 제공되기 전에 플라즈마 질화되고 이어서 그 최종 크기로 연삭되어 있는 EN40B와 같은 강으로 형성된다. 밸브 본체의 직경은 25 mm 미만이고, 실린더는 밸브 본체의 직경의 대략 2배이다.

연소실(4)로부터 이격된 밸브의 단부에서, 회전형 밸브(5)는 그의 상부에 장착된 종동 풀리(17)를 갖고, 이 종동 풀리는 이하에 설명되는 벨트 구동 장치(19)에 의해 엔진 크랭크샤프트(3) 상의 구동 풀리(18)에 연결된다. 따라서, 크랭크샤프트(3)의 회전 운동, 즉 피스톤 운동은 엔진이 종래의 4행정 사이클로 작동하도록 회전형 밸브(5)의 회전과 조화된다. 이를 성취하기 위해, 종동 풀리(17)의 직경은 회전형 밸브(5)가 절반 엔진 속도로 회전하도록 구동 풀리(18)의 직경의 2배이다. 게다가, 냉각 핀(28)들은 또한 밸브 및 밸브 하우징을 위한 추가의 냉각을 제공하기 위해 회전형 밸브(5)에 고정되어 밸브와 함께 회전된다.

이제, 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 2개의 형태의 회전형 밸브(5)가 도시되어 있다. 도 4a에서, 도 2에 도시된 회전형 밸브(5)의 원통형 벽(11) 내의 포트(12)가 벽(11) 내에 절결된 보어 또는 구멍으로 도시되어 있다. 도 4b는 대안적인 형태로서 포트(12a)가 원통형 벽(11)의 하부 에지(11a)로부터 상향으로 절결된 리세스로 이루어지는 밸브(5a)를 도시한다. 포트(12a)의 이 버전은 도 4a의 포트(12) 아래의 벽의 비교적 좁은 주연부 또는 립(11b) 내에서 발생하는 열의 집중이 제거된다는 점에서 특정 장점을 갖는다.

본 실시예는 내부 용적부(9)가 단면이 밸브의 회전축(2a) 주위에서 균일한 프로파일인 것으로 도시되어 있지만, 대안적인 구성에서, 용적부는 회전축 주위에서 불균일할 수 있고 회전축에 대해 원통형 부분 내에서 편위될 수 있고 라운딩된 코너들을 갖는 부분 원추형 또는 직사각형과 같이 비원통형 형상일 수도 있다. 용적부의 정확한 형상은 사용되는 연료 및 엔진에 대해 요구되는 연소 특징, 요구되는 압축비 및 요구되는 유동 특징에 의존할 것이다. 포트 아래에 립을 갖는 본 발명의 대안적인 실시예에서, 이러한 하부 립(11b)의 표면은 벽 주연부의 프로파일로부터 후방으로 이격되는데, 즉 이는 약간 작은 반경을 가져, 밸브의 이 영역 내에서 발생하는 소착 또는 마모의 위험을 최소화하기 위해 립과 밸브 하우징 사이에 충분한 간극을 허용한다.

이제, 도 5를 참조하면, 특히 각각의 실린더에 대해 도 2를 참조하여 설명된 바와 같이 회전형 밸브(5)를 갖는 수평으로 대향하는 편평한 트윈 형태 엔진의 단면도가 도시되어 있다. 이 엔진의 도면은 회전형 밸브(5)들로 이어지는 흡기구(20)를 도시하고, 배기구는 도시되어 있지 않다. 도면은 또한 각각의 회전형 밸브(5)에 대해 90°만큼 편향된 단일 무단 루프 벨트(21)가 크랭크샤프트로부터 구동되는 것으로 제공되어 있는 벨트 구동 장치를 도시한다.

구동 풀리(18)는 크랭크샤프트(3)의 연장부(22) 상에 장착되고, 각각의 구동 벨트(21)에 대해 1개씩 2개의 벨트 결합면을 갖는다. 전술한 바와 같이, 벨트(21)를 수용하기 위한 종동 풀리(17)는 회전형 밸브(5)의 외부 단부 샤프트(24)에 고정되고, 벨트는 엔진의 주 하우징 상에 장착된 가이드 풀리 장치(23)에 의해 90°만큼 편향된다. 이 단면도에 도시된 바와 같이, 벨트(21)의 단지 하나의 코스(run)만이 도시되어 있지만, 풀리 장치는 벨트 각각의 코스에 대해 전환기 풀리(25)로 이루어진다는 것이 이해될 수 있을 것이다.

회전형 밸브(5)는 4행정 사이클을 제공하기 위해 절반 엔진 속도로 구동되어야 하고, 이를 위해 회전형 밸브(5)에 부착된 풀리(17)는 크랭크샤프트(3) 상의 풀리(18)의 2배의 직경을 갖는다. 종동 풀리(17)는 냉각을 보조하기 위해 밸브 본체 및 밸브 하우징(8)의 나머지 상에 밸브(5)의 회전 중에 기류를 생성하기 위한 팬 블레이드를 구비한다. 방열 팬 블레이드들이 또한 밸브의 냉각을 향상시키기 위해 밸브와 함께 회전하도록 회전형 밸브(5)에 고정된다.

이제, 도 6을 참조하면, 회전형 밸브(5)가 양쪽의 경우에 그 회전축(26)이 실린더의 축(2)에 대해 직각인 상태로 위치되어 있는 수평으로 대향하는 편평한 트윈 엔진의 대안적인 실시예가 도시되어 있다. 본 실시예에서 회전형 밸브의 내부 용적부(9)는 전체 연소실(4)에 필요한 형상을 제공하기 위해 그 회전축(26) 주위에서 불균일하다. 본 실시예에서, 스퀴시 영역(squish area)(27)이 피스톤과 밸브(5)에 대향하는 실린더(3)의 측면 상의 밸브 하우징(8) 사이에 형성되고, 웨지형 용적부는 스퀴시 영역과 밸브 사이에 있는 연소실(4)의 부분에 대해 제공된다.

도시된 바와 같이, 회전형 밸브의 회전축(26)은 실린더(2)의 축(2a)을 교차하지만, 이는 유입 공기에 소용돌이 유동 특징을 제공하기 위해 이 실린더 축(2a)으로부터 편위될 수 있다. 대안적인 형태(미도시)에서, 회전형 밸브는 연소실의 주요 부분을 위한 웨지 형상의 제공을 용이하게 하기 위해 실린더의 축에 대해 30°와 같은 각도로 경사진다. 이러한 구성에서, 벨트 구동부는 도 5의 실시예에 도시된 것과 유사한 형태일 수 있지만, 벨트 코스들은 도 5에 도시된 바와 같이 90°보다는 단지 30°만큼 전환될 필요가 있을 수 있다.

도 6의 실시예에서, 각각의 회전형 밸브에 대한 벨트 구동부(22)는 단일 평면에 위치된다. 이러한 배치는 크랭크샤프트의 연장부 상에 회전가능하게 고정된 구동 풀리(18)를 포함하고, 이 풀리는 각각의 벨트에 대해 1개씩 2개의 벨트 결합면을 갖는다. 풀리(18) 상의 벨트(21)들의 간격은 벨트 구동 장치 및 밸브 하우징(8)에 대해 동일한 부분이 사용될 수 있게 하기 위해 2개의 실린더(2)의 축(2a) 사이의 간격과 실질적으로 동일하다. 도 5의 실시예를 참조하여 설명된 바와 같이, 종동 풀리(17)는 각각의 밸브(5)의 외부 단부 샤프트(24) 상에 회전가능하게 고정되고, 풀리는 크랭크샤프트(3) 상의 구동 풀리(18)의 직경의 2배이고, 밸브(5) 및 밸브 하우징(8) 상의 공기의 냉각 유동을 안내하기 위한 반경방향으로 배치된 팬 블레이드들을 포함한다.
대안적인 실시예에서, 체인이 제공될 때, 밸브로의 체인 구동력은 밸브에 고정된 기어를 통해 전달되고, 기어는 연소실로부터 이격된 측면에서 밸브에 고정된다.

엔진은 종래의 불꽃 점화 엔진일 수 있지만, 동등하게는 압축 착화 디젤 엔진 또는 다중 연료 엔진일 수 있다. 연료는 직접 연료 분사일 수 있는 연료 분사 또는 기화기를 통해 공급될 수 있다.

1: 피스톤 2: 실린더
3: 크랭크샤프트 4: 연소실
5: 밸브 6: 원통형 부분
7: 볼 베어링 8: 밸브 하우징
9: 용적부 10: 상단부
11: 벽부 12: 포트
13: 흡기구 14: 배기구
15: 점화 플러그 16: 예열 플러그
17: 종동 풀리 18: 풀리
20: 벨트 구동 장치 28: 냉각 핀

Claims (19)

1. 크랭크샤프트(3)에 연결되고 실린더(2) 내에서 왕복 가능한 피스톤(1), 상기 피스톤(1)에 의해 부분적으로 형성되는 연소실(4), 및 상기 실린더(2)에 대해 고정된 밸브 하우징(8) 내에서 회전 가능한 회전형 밸브(5)를 가지며, 상기 회전형 밸브(5)는 부분적으로 상기 연소실(4)을 형성하는 용적부(9)를 포함하는 밸브 본체를 갖고, 추가로 상기 밸브 본체의 벽부(11) 내에서 상기 밸브의 회전 중에 상기 밸브 하우징(8) 내의 흡기구 및 배기구(13, 14)를 거쳐 상기 연소실(4)과 연속적으로 유체 소통을 제공하는 포트(12a)를 가지며, 상기 밸브 내의 포트(12a)는 상기 연소실(4)에 인접하여 상기 밸브 본체의 벽(11)의 하부 주연 에지(11a)에 형성된 리세스이고, 상기 리세스는 상기 밸브의 측면 내에 상기 포트(12a)를 형성하기 위해 상기 밸브의 벽의 하부 에지(11a)로부터 상향으로 연장하는, 회전형 밸브 내연기관에 있어서,
   상기 밸브(5)는 상기 연소실(4)로부터 이격하여 위치된 베어링 장치(7) 내에서 회전가능하게 장착되고, 상기 베어링 장치는 상기 연소실(4)과 상기 흡기구 및 배기구(13, 14) 사이의 누설 경로를 감소시키기 위해 상기 리세스 내에서 상기 밸브(5)가 측방향으로 이동하도록 허용하는데 필요한 소량의 유극을 제공하면서 상기 밸브(5)의 하부면에 가해진 연소 압력을 받도록 이루어지는, 회전형 밸브 내연기관.
2. 크랭크샤프트(3)에 연결되고 실린더(2) 내에서 왕복 가능한 피스톤(1), 상기 피스톤(1)에 의해 부분적으로 형성되는 연소실(4), 및 상기 실린더(2)에 대해 고정된 밸브 하우징(8) 내에서 회전 가능한 회전형 밸브(5)를 가지며, 상기 회전형 밸브(5)는 부분적으로 상기 연소실(4)을 형성하는 용적부(9)를 포함하는 밸브 본체를 갖고, 추가로 상기 밸브 본체의 벽부(11) 내에서 상기 밸브의 회전 중에 상기 밸브 하우징(8) 내의 흡기구 및 배기구(13, 14)를 거쳐 상기 연소실(4)과 연속적으로 유체 소통을 제공하는 포트(12a)를 가지며, 상기 밸브 내의 포트(12)는 상기 밸브 본체의 벽부 내의 보어이고, 상기 벽은 상기 연소실(4)에 인접하여 상기 포트(12) 아래에 형성된 립(11b)을 갖는, 회전형 밸브 내연기관에 있어서,
   상기 립(11b)의 표면은 상기 밸브의 영역 내에서 발생하는 소착 또는 마모의 위험을 최소화하기 위해 상기 립(11b)과 상기 밸브 하우징(8) 사이의 간극을 허용하도록 벽 주연부(11)의 프로파일로부터 후방으로 이격되고, 상기 밸브(5)는 상기 연소실(4)로부터 이격하여 위치된 베어링 장치(7) 내에서 회전가능하게 장착되고, 상기 베어링 장치는 상기 연소실(4)과 상기 흡기구 및 배기구(13, 14) 사이의 누설 경로를 감소시키기 위해 상기 보어 내에서 상기 밸브(5)가 측방향으로 이동하도록 허용하는데 필요한 소량의 유극을 제공하면서 상기 밸브(5)의 하부면에 가해진 연소 압력을 받도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 회전형 밸브 내연기관.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 용적부(9)는 회전축(2a) 주위에 균일한 프로파일을 갖는 밸브의 벽부(11)에 인접하고 상기 연소실(4)의 나머지로 개방되는 실질적으로 반구형 폐쇄 단부(10)를 갖는, 회전형 밸브 내연기관.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 벽부(11)의 외부면은 실질적으로 원통형인, 회전형 밸브 내연기관.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 회전형 밸브 베어링 장치(7)는 단일의 볼 레이스인, 회전형 밸브 내연기관.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 밸브(5)의 회전축(26)은 상기 실린더(2)의 축(2a)에 대해 직각이고, 상기 회전형 밸브(5)는 따라서 상기 크랭크샤프트(3)에 평행하고 무단 벨트(21)를 통해 상기 크랭크샤프트(3)로부터 구동되고, 상기 무단 벨트(21)는 단일의 공통 평면에 놓이는, 회전형 밸브 내연기관.
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 밸브(5)의 회전축(26)은 상기 실린더(2)의 축(2a)에 대해 직각이고, 상기 회전형 밸브(5)는 따라서 상기 크랭크샤프트(3)에 평행하고 무단 체인을 통해 상기 크랭크샤프트(3)로부터 구동되고, 상기 무단 체인은 단일의 공통 평면에 놓이는, 회전형 밸브 내연기관.
8. 제 6 항에 있어서, 상기 밸브에 대한 벨트 구동은 상기 밸브에 고정된 풀리(17)를 통해 전달되고, 상기 풀리(17)는 상기 연소실(4)로부터 이격된 측면 상에서 상기 밸브(5)에 고정되는, 회전형 밸브 내연기관.
9. 제 7 항에 있어서, 상기 밸브(5)에 대한 체인 구동은 상기 밸브(5)에 고정된 기어를 통해 전달되고, 상기 기어는 상기 연소실(4)로부터 이격된 측면 상에서 상기 밸브에 고정되는, 회전형 밸브 내연기관.
10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 회전형 밸브 본체(5)는 강으로 형성되고, 상기 강은 플라즈마 질화되고 그의 최종 크기로 연삭되고 이어서 PVD 코팅이 제공되는, 회전형 밸브 내연기관.
    
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