KR20040098629A

KR20040098629A - 회전형 포지티브 변위 엔진

Info

Publication number: KR20040098629A
Application number: KR10-2004-7010574A
Authority: KR
Inventors: 더글라스 마샬 존스
Original assignee: 더글라스 마샬 존스
Priority date: 2002-01-08
Filing date: 2003-01-08
Publication date: 2004-11-20
Also published as: EP1474590A1; CN1612975A; US20030131807A1; US7210429B2; CA2472936A1; AU2003201828A1; JP2005515340A; WO2003058036A1

Abstract

본 발명은 정지형 하우징(18)과, 중앙의 길이방향 축선 주위로 상기 하우징에 회전가능하게 장착된 실린더 뱅크(20)와, 연결부재(40)의 외측단부에 작동가능하게 연결된 토오크판(120, 220)과, 실린더 뱅크(20) 및 토오크판(120, 220)이 동일한 속도로 회전할 수 있도록 상기 실린더 뱅크(20) 및 토오크판(120, 220)에 작동가능하게 연결된 동기화부재(154)를 포함하며, 상기 실린더 뱅크(20)는 중앙의 길이방향 축선으로부터 평행하게 이격된 다수의 실린더(28)를 포함하며; 각각의 실린더(28)는 실린더벽과, 흡기포트와, 배기포트와, 상기 흡기포트 및 배기포트의 개폐를 제어하는 밸브조립체(32)와, 실린더(28)내에서 상부위치와 하부위치 사이로 이동가능한 피스톤(30)과, 상기 피스톤(30)에 연결된 내측단부와, 외측단부가 구비된 연결부재(40)를 포함하며; 실린더 뱅크(20)가 회전할 때, 토오크판(120, 220)이 실린더 뱅크(20)의 제1회전부분중에 각각의 피스톤(30)을 상부위치로부터 하부위치로 연속적으로 안내하고, 실린더 뱅크(20)의 제2회전부분중에 각각의 피스톤을 하부위치로부터 상부위치로 안내하도록, 상기 토오크판(120, 220)은 연결부재(40)의 외측단부에 의해 형성된 토오크면에서 회전가능하게 장착되고, 중앙의 길이방향 축선에 수직한 평면에 경사진 각도를 이룬다.

Description

회전형 포지티브 변위 엔진{ROTATING POSITIVE DISPLACEMENT ENGINE}

내연기관은 오랫동안 사용되어져 왔으며, 일반적으로 옷토사이클 또는 완켈 엔진을 포함한다. 상기 옷토 엔진은 피스톤이 실린더 연소챔버내에서 선형으로 왕복동하는 4사이클 엔진이다. 상기 실린더는 전형적으로 3가지 방법중 한가지로 배치되는데, 이러한 방법으로는 실린더의 중심선에 대해 수직으로 단일의 열(row)을 이루면서(직선형으로) 장착되는 방법과, V형태로 수렴되는(V 엔진) 대향의 실린더 중심선에 이중 열로 장착되는 방법과, 2개의 수평 및 대향 열을 이루면서(대향하거나 팬케이크 엔진) 장착되는 방법이 있다. 연료의 연소를 통해 전개된 대부분의 에너지가 왕복행정상에서의 피스톤 감속이나 가속에 소모됨에도 불구하고, 20세기 초반에 사용되기 시작한 종래의 옷토형 왕복엔진은 가장 실질적인 접근방법으로 주류를 이루었다. 완켈 엔진은 고정실린더내에서 회전할 때 연소챔버를 형성하는 삼각형 회전디스크를 이용하기 때문에, 로타리 엔진으로 공지되어 있다. 상기 완켈 엔진은 4사이클 엔진으로서, 상기 옷토형 엔진에 비해 여러가지 장점을 갖고 있지만, 상당한 연료 소모가 유발되는 저속시에 토오크가 부족하다는 단점을 내포하고있다.

실제의 내연기관은 이전에는 제공되지 않았던 다음과 같은 하나이상의 장점을 갖는 것이 바람직하다. 즉, (1)부드럽고, 진동이 없는 엔진, (2)왕복동가능하게 이동하는 피스톤의 가감속시 에너지 손실이 없을 것, (3)여러개의 동력인출점, (4)다수의 선택적 점화시스템, (5)디젤 엔진과 유사한 공기 및 연료 점화의 종래 과급기 및 연료분사기 점화 플러그 점화 또는 압축점화를 이용한 선택적 사용, (6)연료/공기가 원심력에 의해 엔진을 통해 외측으로 이동하므로써 균일한 연소 혼합물을 형성하고, 원주방향으로 배치된 배출포트를 통한 완벽한 배출을 허용하는 개선된 중앙 연료/공기 분사, (7)새로운 고출력-중량 비율, (8)높은 실린더 압력으로 인해 토오크 및 동력이 개선되는 장점을 취하기 위해, 종래 옷토형 엔진과는 달리 동력행정에서 작업을 보다 신속히 실행하는데 유리한 기계적 효율곡선, (9)작동시 다양한 동력요구사항에 응답할 능력을 부여하면서, 입방 변위를 변화시키는 능력과, 이에 따른 엔진의 토오크 변위, (10)흡입, 압축, 폭발-동력, 배기를 회전형태로 포함하는 4사이클 운동의 장점을 취할 수 있는 능력, (11)기계적 효율곡선을 실질적으로 그 어떤 형태로도 변화시킬 수 있는 선택사항.

1970년대 초기에, 2사이클 로타리 V엔진이 미국특허 제3.830.208호와, 제3.902.468호와, 제3.905.338호에 개시되어 있다. 기본적으로 상기 로타리 V엔진은 하우징의 각각의 단부에 6개의 실린더를 포함하며, 그 중간부가 110°의 V각도로 굴곡되어 있다. 하우징의 한쪽 단부에서 각각의 실린더에 있는 피스톤은 하우징의 대향 단부에 있는 각각의 피스톤에 고정가능하게 부착되었으며, 모든 실린더-피스톤 장치는 회전하였다. V엔진의 회전형 실린더 뱅크의 장점은 선형의 왕복동 옷토형 엔진이나 완켈 엔진에 비해 동력 및 효율이 증가되었다는 점이다. 그러나, V엔진의 디자인 구조는 실패하였는데, 그 이유는 제2실린더 뱅크에 의해 발휘된 토오크가 높은 부하가 인가될 때마다 피스톤 및 실린더벽을 할퀴는 격렬한 비틀림 운동을 통해 제1실린더 뱅크로 전달되기 때문이다. V엔진에서의 또 다른 문제점은 4사이클에서 보다 신뢰성이 떨어지고 완전연소되지 않는 2사이클 오일-연료 혼합물 디자인이라는 점에 있다.

따라서, 연료효율이 개선되고 방출물이 감소되며, 소형 크기, 및/또는 대형 동력을 제공하며, 상술한 바와 같은 특징 및 장점을 갖는, V엔진과 같은 회전형 실린더 뱅크가 구비된 신규한 로타리 엔진이 요망되고 있다.

본 발명은 모든 종류의 엔진에 관한 것으로서, 특히 회전형 실린더 뱅크를 구비한 엔진에 관한 것이다.

도1은 도2b의 선Ⅰ-Ⅰ을 따른 길이방향 단면도로서, 본 발명에 따른 4사이클 회전 포지티브 변위를 도시한 도면.

도2a 내지 도2g는 회전 사이클의 선택위치에서 도1에 도시된 엔진의 수평방향 단면도들로서, 본 발명에 따른 실린더 위에 캠면이 중첩된 것을 도시한 도면.

도3은 본 발명에 따른 실린더 밸브를 작동시키는 캠면의 사시도.

도4는 본 발명에 따른 4사이클 포지티브 변위 엔진의 다른 실시예의 길이방향 단면도.

도5는 본 발명에 따른 4사이클 포지티브 변위 엔진의 또 다른 실시예의 길이방향 단면도.

본 발명은 정지형 하우징과, 중앙의 길이방향 축선 주위로 하우징에 회전가능하게 장착된 실린더 뱅크와, 연결부재의 외측단부에 작동가능하게 연결된 토오크판과, 실린더 뱅크 및 토오크판과 동일한 속도로 회전할 수 있도록 상기 실린더 뱅크 및 토오크 판에 작동가능하게 연결된 동기화부재를 포함하며; 상기 실린더 뱅크는 중앙의 길이방향 축선에 방사방향으로 평행하게 이격된 다수의 실린더를 포함하며; 각각의 실린더는 흡기포트와, 배기포트와, 상기 흡기포트 및 배기포트의 개폐를 지배하는 밸브조립체와, 실린더내에서 상향위치와 하향위치 사이에서 이동가능한 피스톤과, 상기 피스톤에 연결되는 내측단부와 외측단부를 갖는 연결부재를 포함하며; 상기 토오크판은 연결부재의 외측단부에 의해 형성된 토오크면에 회전가능하게 장착되며, 중앙의 길이방향 축선에 수직한 평면에 대해 경사각을 유지하므로, 실린더 뱅크가 회전할 때 상기 토오크판은 실린더 뱅크의 회전의 제1회전부분동안 각각의 피스톤을 상향위치로부터 하향위치로 연속적으로 안내하며, 그후 실린더 뱅크의 회전의 제2회전부분동안 각각의 피스톤을 하향위치로부터 상향위치로 연속적으로 안내한다.

본 발명에 따른 엔진은 배기행정, 흡입행정, 압축행정, 및 동력행정을 포함하는 4사이클 내연기관에 적용될 수 있다. 이 경우, 엔진은 각각의 피스톤이 하향위치로부터 상향위치로 이동할 때 하나씩 걸른 실린더로부터 연소가스가 배출되는 배기행정과, 각각의 피스톤이 상향위치로부터 하향위치로 이동할 때 연소가능한 연료가 하나씩 걸른 실린더로 공급되는 흡입행정을 위한 실린더 뱅크의 제1회전을 위해, 하나씩 걸른 실린더의 흡기포트를 연속적으로 개방하는 밸브 제어수단을 부가로 포함하며; 상기 밸브 제어수단은 각각의 피스톤이 하향위치로부터 상향위치로 이동할 때 하나씩 걸른 실린더에서 연소가능한 연료가 압축되는 압축행정과, 각각의 피스톤이 상향위치로부터 하향위치로 이동할 때 점화수단이 하나씩 걸른 실린더내의 연소가능한 연료를 연속적으로 점화하는 동력행정을 위한 실린더 뱅크의 제2회전을 위해, 하나씩 걸른 실린더의 밸브를 연속적으로 폐쇄하며; 실린더 뱅크가 완전히 2회전한 후 각각의 실린더에서 4사이클 동작이 완료된다.

도1에는 본 발명에 따른 회전형 4사이클 포지티브 변위 내연기관(10)이 도시되어 있다. 상기 내연기관(10)은 동력 생성조립체(12)와, 연료 제어조립체(14)와, 동력인출장치 조립체(16)를 포함한다. 엔진이 완전히 2회전할 동안 4사이클 동작이 제공되며, 이러한 4사이클 동작에는 엔진의 제1회전의 0°내지 180°범위의 흡기사이클과, 0°내지 180°범위의 흡기사이클과, 엔진의 제1회전의 180°내지 360°범위의 압축사이클과, 엔진의 제2회전의 360°내지 540°범위의 동력사이클과, 엔진의 제2회전의 540°내지 720°범위의 배기사이클이 있으며, 이에 대해서는 발명의 작동으로 명명된 부분에서 상세히 서술될 것이다.

상기 동력 생성조립체(12)는 정지형 하우징(18)과, 중앙의 길이방향 축선(22) 주위에서 베어링(21, 25)을 통해 정지형 하우징(18)에 회전가능하게 장착된 실린더 뱅크(20)와, 상기 정지형 하우징(18)에 고정가능하게 부착된 배기 매니폴드(23)와, 회전형 실린더 뱅크(20)와 접촉하여 작동되도록 상기 정지형 하우징(18)에장착된 점화플러그 정류기(24)와, 필요로 하는 점화시컨스를 제공하기 위한 제어유니트(26)를 포함한다. 상기 실린더 뱅크(20)는 등간격으로 이격되고 방사방향으로 중첩된 다수의 연소챔버를 그 내부에 포함하며; 이러한 연소챔버는 실린더(28)와, 피스톤(30)과, 밸브(32)로 구성되어 있으며; 상기 연소챔버 각각은 흡기포트(34)와, 배기포트(36)와, 점화플러그(38)를 부가로 포함한다. 실린더 뱅크(20)가 회전하고, 피스톤(30)이 상향위치로부터 하향위치로 이동할 때, 상기 연료 제어조립체(14)는 설정의 시컨스에 따라 연료 및 공기 혼합물을 흡기 포트(34)를 통해 각각의 실린더(28)내로 인입한다. 실린더 뱅크(20)가 회전하고, 피스톤(30)이 하향위치로부터 상향위치로 이동할 때, 연료/공기 혼합물은 실린더내에서 압축되며; 실린더 뱅크(20)가 회전하고, 각각의 실린더(28)의 점화플러그가 위치(29)에서 점화플러그 정류기(24)와 작동가능하게 결합함에 따라, 상기 제어유니트(26)는 연료/공기 혼합물을 설정의 시컨스에 따라 폭발시킨다. 정류기는 어떠한 형태의 기계적 또는 전자적 점화개시 타이밍으로도 사용될 수 있다. 상기 폭발은 각각의 피스톤(30)을 상향위치로부터 하향위치로 구동시키므로써, 실린더 뱅크(20)를 회전시키고, 이에 따라 폭발된 연료로부터 팽창가스를 포획한 후 에너지를 토오크로 변환시킨다. 실린더(28)내에서 연소된 가스는 배기포트(36)를 통해 배출되며, 실린더 뱅크(20)가 회전하고 피스톤(30)이 하향위치로부터 상향위치로 이동함에 따라 배기 매니폴드(23)로 인입된다.

각각의 피스톤(30)은 토오크를 동력인출장치 조립체(16)로 변환시키는 로드(40)에 연결된다. 각각의 로드(40)는 지지링(44)을 사용하여 각각의 피스톤(30)의하부측에 구형(球形)으로 장착되는 내측단부(42)를 포함하므로써, 상기 로드(40)의 내측단부(42)는 실린더 뱅크(20)가 회전할 때 그 자체 축선 주위로 자유롭게 회전 및 피봇된다. 각각의 로드(40)는 지지링(48)을 사용하여 동력인출장치 조립체(16)에 장착연결된(예를 들어, 구형 유니버셜 조인트 등) 외측단부를 포함하므로, 로드(40)의 외측단부(46)는 실린더 뱅크(20)가 회전할 때 그 자체 축선 주위로 자유롭게 회전 및 피봇된다.

4사이클 동작을 달성하기 위하여, 연소실은 홀수(1, 3, 5, 7, 9 등등)로 제공되는 것이 바람직하므로, 실린더 뱅크(20)가 회전할 때, 각각의 실린더(28)는 간단한 설정의 시컨스로 4사이클 동작을 실행하며, 하나씩 걸러 실린더(28)가 작동된다. 특히, 엔진의 한쪽에 인접한 실린더(28)는 흡기사이클과 동력사이클이 번갈아 실행되며, 제어유니트(26)는 실린더 뱅크(20)가 회전함에 따라 하나씩 걸른 실린더(28)가 점화되도록 점화플러그의 간격을 조정하며, 연료 제어조립체(14)는 실린더 뱅크(20)가 회전할 때 하나씩 걸른 실린더(28)에 연료 및 공기 혼합물을 인입시킨다. 엔진의 다른쪽에서, 인접한 실린더(28)는 압축사이클과 배기사이클이 번갈아 실행된다. 도2에 도시된 7개의 실린더(7)에서, 이러한 교차적인 점화/연료공급, 또는 역으로 압축/배기는 연속적인 동작을 제공하며, 하기에 상세히 서술되는 바와 같이 실린더#1, #3, #5, #7, #2, #4, #6, #1 등과 같은 시컨스로, 실린더 뱅크(20)가 완전히 2회전할 동안 모든 실린더(28)에 대해 4사이클 동작을 완성한다.

밸브(32)는 흡기포트(34) 및 배기포트(36)로부터 실린더(28)를 밀봉하며, 연소챔버내에서 폭발하는 가스의 전체압력을 견디도록 구축된다. 상기 밸브(32)는전형적으로 현존의 표준형 가솔린 엔진에 사용되는 포펫 밸브이다. 이러한 단일 밸브(32)의 형태는 양호한 체적 효율을 달성할 수 있기 때문에 분리된 흡기밸브 및 배기밸브에서 선호되며, 캠의 구조형상을 간단하게 하고, 각각의 4사이클 동작중 밸브(32)를 오직 한번 가압에 소요되는 에너지를 감소시키며, 2사이클에서 필요로 하는 급격한 밸브가속 행정에 대한 필요성을 감축시킨다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 다른 실시예에서는 하나이상의 흡기밸브 및 배기밸브가 사용될 수도 있음을 인식해야 한다.

도1 및 도2a에 도시된 실시예에 있어서, 연료제어 조립체(14)는 대기를 가압하여 이를 엔진(10)으로 인입하는 회전형 공기공급 터빈(50) 또는 기타 다른 압축기 유니트와; 분무화된 액체연료와 실린더(28)에 유입되는 가압된 대기를 혼합 및 인입시키기 위해, 이에 연결된 액체 연료 분사기(52)가 구비된 다수의 연료라인(51)과; 연료공급 유니트(54)와; 연료공급부(54)로부터 연료분사기(52)로의 연료공급 흐름을 제어하고, 터빈의 속도와 실린더(28)로 흐르는 공기의 압력 및 체적을 제어하기 위한 제어유니트(26)와; 터빈(50)과 연관하여 각 실린더(28)의 밸브(32)를 제어하기 위한 캠조립체(56)와; 연료분사기(52)와; 배기 매니폴드(23)를 포함한다. 대기는 흡기포트(58)를 통해 회전중심에서 엔진(10)으로 인입되며, 터빈(50)에 의해 압축되어, 실린더 뱅브(20)보다 높은 비율로 회전한다. 상기 터빈(50)은 베어링(47, 49)을 통해 회전가능하게 장착되며, 회전형 실린더 뱅크(20)에 직접 연결된 기어열을 포함하여, 여러가지 방법들중 한가지에 의해 구동된다. 상기 터빈(50)은 동력을 직접 전달하거나 또는 동력열(64)을 통해 전달하는 지지체(62)상에장착된 속도가변형 모터(60)에 의해 구동된다. 모터(60)의 속도는 가변형이며; 부하, RPM, 온도 등과 같은 변화하는 작동변수의 요구에 비례하여, 엔진(10)에 제공된 공기의 압력과 체적을 제어하기 위해, 라인(55)를 통해 제어유니트(26)에 의해 제어된다. 엔진 상태는 RPM, 부하, 트로틀 위치, 헤드 온도, 공기 속도, 배기 성분, 및 수동 오버라이드 등과 같은 조건을 측정하기 위하여, 본 기술분야에 공지되어 있는 실시간 센서를 사용하여 관찰된다.

터빈(50)에 있는 공기는 축방향으로 흐르며, 터빈 임펠러(70)의 작동에 의해 정지형 터빈 슈라우드의 외주를 향해 공기 흡기포트(58)로부터 하방으로 방사상으로 퍼져나가므로써, 회전형 실린더 뱅크(20)로 인입하도록 가압된다. 이렇게 가압된 공기는 2가지 목적을 수행한다. 첫째로, 가압된 공기는 실린더 뱅크(20)의 내부를 냉각하기 위하여 다수의 냉각포트(72)로 인입된다. 냉각포트(72)로의 인입부에 위치된 바이메탈 밸브(74) 또는 이와 유사하게 작동되는 장치는 자동으로 개폐되어 열분산을 증가시키거나 감소시키므로써, 엔진(10)의 작동온도를 균일하게 유지시킨다. 상기 실린더 뱅크(20)는 냉각공기의 전달 효율을 증가시키고 엔진(10)의 내부로부터 열을 분산시키기 위하여 실린더뱅크로부터 돌출되는 냉각 핀(fin)(76)을 포함한다. 회전에 의해 증가된 터빈으로부터의 가압공기와, 실린더 뱅크의 터빈형 운동과 냉각핀(76)은 외부의 정지형 하우징(18)의 다수의 냉각슬롯(78)을 통해 실린더 뱅크(20)로부터 퇴거된다. 상기 냉각 슬롯(78)은 조화성 휘슬링을 피하기 위해 불규칙하게 이격되어 있다. 터빈(50)으로부터의 압축공기의 두번째 기능은 실린더 챔버내에서의 연소를 위해 압축공기를 제공하는 것이다. 이경우, 터빈(50)을 통과하는 압축공기는 압축공기를 연료와 혼합시켜 이를 실린더(28)로 인입시키는 나비밸브(80) 및 흡기포트(34)를 통과한다. 연료는 일련의 연료 라인(51)을 통해 실린더(28)에 가해져서, 실린더와 연결되거나 흡기 매니폴드에 위치된 정지형 터빈 슈라우드(68)의 일부 및 연료 분사기(33)를 길이방향으로 통과한다. 상기 제어유니트(54)는 엔진 상태에 따라 연료분사기(52)를 통과하는 액체 연료의 흐름을 흡기포트(34)를 통과하는 압축공기의 흐름에 공급하고 이를 제어한다.

도1 및 도3에 있어서, 캠조립체(56)는 이로부터 돌출되는 다수의 캠면을 구비한 캠판(82) 및 기타 다른 작동기와, 트래킹 볼(86)과, 지지링(88)과, 밸브 상승기(90)와, 각각의 실린더 밸브(32)와 연관된 밸브 복귀스프링(92)을 포함한다. 상기 캠조립체(56)는 배기사이클(540°내지 720°)에서 시작을 개방하고 흡기사이클(0°내지 180°)동안 개방된 상태로 있도록 밸브(32)를 조정한다. 실린더 뱅크(20)가 정상작동시 회전할동안 하나씩 걸른 피스톤(30)이 연속적으로 점화되도록, 홀수의 피스톤(30)과 이에 대응하는 실린더(28)를 사용하는 것이 바람직하다. 만일 짝수의 피스톤(30)과 이에 대응하는 실린더가 사용된다면, 밸브(32)의 타이밍은 매우 복잡해져서, 전자제어식 작동기가 구비되어야만 한다. 그러나, 필요할 경우에는 캠판 대신에 전자식 작동기가 사용될 수도 있다. 캠판을 포함하는 실시예에서, 캠판(82)은 실린더 뱅크(20)에서 내측 기어(102)와 결합하는 외측 기어(100)를 포함하며, 또는 위치(104)에서 기타 이와 유사한 긍정적인 상호작동 방법이 사용될 수 있다. 상기 캠판(82)은 실린더 뱅크(20)와 동일한 비율로 회전하므로, 상기 캠면(84)은 엔진의 특정 타이밍 시컨스에 따라밸브(32)를 작동시키도록 조정된다. 7기통 엔진의 실린더에서, 캠판(82)은 실린더 뱅크(20)의 매6회전에 대해 7회전을 진행한다. 캠판(82)상의 3개의 캠면(84)은 도3에 도시된 바와 같이 균일한 높이와 휘날리는 형태를 취하므로; 캠면은 실린더 뱅크(20)가 회전함에 따라, 실린더 뱅크(20)에 대한 캠판(82)의 6 내지 7의 기어비율로, 하나씩 걸러 롤러 트래킹 볼(86)과 접촉한 후 이에 머무른다(도2a 내지 도2g). 따라서, 캠면(84)에 의한 롤러볼(32)의 저하는 엔진이 회전함에 따라 각각의 밸브 상승기(90)를 통해 밸브(32)를 작동시키므로, 각각의 밸브(32)는 실린더 뱅크(20)의 매2회전(720°)마다 오직 한번만 저하된다. 밸브 복귀스프링(92)은 캠면(84)이 트래킹 볼(86)을 지나 이동한 후 밸브(32)를 폐쇄위치로 복귀시킨다.

도1 및 도3에 있어서, 캠판(82)은 캠축선(106) 주위로 적절한 베어링조립체를 사용하여 정지형 하우징(18)에 회전가능하게 장착되며, 상기 베어링 조립체는 베어링 레이스(111)에 올라타는 볼베어링(110)으로 도시되었다. 상기 캠축선(106)은 기본적으로 중앙의 길이방향 축선에 평행하며, 상사점 방향으로 이로부터 외측으로 방사방향으로 중첩되어 있다. 이러한 중첩은 회전하는 캠판(82) 및 실린더 뱅크(20)에서 기어(100, 102)의 반경편차에 의해 결정된다. 6 내지 7의 기어비율에 의해, 각각의 밸브(32)는 오직 필요로 하는 연료 흡배기 사이클에만 개방되며, 엔진의 압축 및 폭발 사이클에서는 폐쇄된 채로 유지된다. 홀수개의 실린더(28)(예를 들어 1, 3, 5, 9 등등)와 실린더당 상이한 갯수의 밸브(32)(예를 들어 1, 2, 3, 4 등등)를 포함하는 다른 실시예에서는 상이한 타이밍 비율과, 캠면(82)상에 상이한 갯수의 캠면(84)이 포함될 것이다. 예를 들어, 실린더당 하나의 밸브를 갖는 5기통 실린더(도시않음)에 있어서, 캠판(82)은 실린더 뱅크(20) 속도의 5/6의 속도로 느리게 회전하며, 3개의 캠면(84)이 제공된다.

도1에 도시된 바와 같이, 가장 간단한 형태에 있어서, 동력인출장치 조립체(16)는 로드 베어링 토오크판(120)과, 회전하는 트러스트판(122)과, 동력인출장치 축을 포함한다. 상기 트러스트판(122)은 토오크 축선(126) 주위에서 평면(129)에서 회전하며, 측방향 및 길이방향으로 트러스트판(122)을 포함하는 베어링(128)에 의해 토오크판(120)에 의해 지지된다. 경사진 롤러 베어링(125)은 회전하는 실린더 뱅크(20)와, 트러스트판(122)과 정지형 하우징(18) 사이에 응력을 흡수한다. 상기 토오크판(120)은 중앙의 길이방향 축선(22)에 수직한 평면(131)에 대해 0°내지 90°사이의 각도로 고정된 경사각(130)으로 경사져있다. 트러스트판(122)의 외주에는 실린더 뱅크(20)의 외주에서 기어(135)와 간섭하는 기어(132)와, 고정된 경사각(130)에서 2개를 일 대 일 회전관계로 동기화시키는 기타 다른 동기화 기구가 제공된다. 동력인출장치 축(124)은 회전형 트러스트판(122)에 고정되며, 베어링(127)을 통해 상기 트러스트판(122)에 회전가능하게 장착된다. 상기 트러스트판(122)은 모든 커넥팅로드(40)의 외측단부(46)를 지지하며, 상기 커넥팅로드는 지지링(48)을 통해 이에 구형으로 회전가능하게 장착된다. 상기 트러스트판(122)은 실린더 뱅크(20)가 회전할 때 피스톤(30)과 일체로 원형 코스에서 커넥팅로드(40)를 지향한다. 토오크판(120)이 중앙의 길이방향 축선(22)에 대해 경사각(130)을 형성하기 때문에, 또한 피스톤(30)이 커넥팅로드(40)에 의해 트러스트판(122) 및 토오크판(120)에 링크되기 때문에, 상기 피스톤(30)은 실린더 뱅크(20)에 의해 중앙의 길이방향 축선(22) 주위로 회전할 때, 상사점(0°)의 상향위치와 하사점(180°)의 하향위치 사이에서 왕복동하도록 가압된다. 도1 및 도2에 도시된 바와 같이, 중앙의 길이방향 축선(22)에 수직한 평면(131)과 토오크판(120)이 이루는 경사각(130)을 증가시키면, 실린더(28)의 연소챔버내의 입방변위가 행정에 의해 한정된 최대값을 증가시키며, 이러한 값은 피스톤이 토오크 축선(126)의 주위로의 이동시 실린더 뱅크(20)의 회전이 상사점(0°)으로부터 커넥팅로드의 외단부(46)의 중심의 원형 궤적의 반경에 의해 증대된 하사점(180°)으로 진행할 때, 실린더(28)내에서 이동하는 거리이다. 토오크판(120)과 실린더 뱅크(20) 사이의 경사각(130)이 0°내지 90°사이의 범위로 조정될 수 있도록, 토오크판(120)과 실린더 뱅크(20)에 외주 기어 대신에 구형표면의 마이터 기어(miter gear)가 사용될 수 있다고 가정할 수 있다. 도5에 도시된 실시예는 하기에 서술되는 바와 같이 상기 경사각(130) 및 엔진(10)의 토오크 포텐셜을 변경시키는 다른 방법을 도시하고 있다.

상기 피스톤(30)이 커넥팅로드(40)에 의해 토오크판(120)에 링크되어 있기 때문에, 피스톤은 상기 궤적을 따르게 되고 이에 따라 중앙의 길이방향 축선(22)에 경사진 각도로 타원형의 장축을 갖는 타원 궤적을 형성한다. 피스톤(30)의 이러한 타원 궤적은 실린더 뱅크(20)가 회전할 때 피스톤(30)과 커넥팅 로드(40)가 실린더 뱅크(20)의 원형 통로가 아닌 긴 통로를 따라 연속적으로 이동하므로써 토오크판(120)에 대한 피스톤(30)의 기계적 효율을 증가시키기 때문에 매우 중요하다.

도4에서는 엔진의 기계적 장점 곡선을 진행시키기 위하여 커넥팅로드(40)의바닥(46)이 토오크판(120)을 따르는 평탄한 원형 코스를 변형하는 것이 바람직하다. 상기 커넥팅로드(40)가 따르는 코스에 의해, 부착된 피스톤-로드 조립체는 동력행정의 초기 상태중 고압을 사용할 수 있다는 장점을 취득하기 위해, 동력행정 초기에 최적의 기계적 장점을 갖는다. 이러한 실시예에서, 토오크판(120)은 물결모양의 캠면(134)을 포함하며, 회전하는 트러스트판(122)은 피봇아암 캠 롤러기구(136)를 포함한다. 상기 물결모양의 캠면(134)은 약 0°의 회전에서 예리하게 시작되어, 가상면(138)의 평탄한 회전의 아래로 잠기므로써, 가상면(138)에 대한 로드(40)의 외단부(46)의 영각(angle of attace)을 증가시킨다. 상기 캠면(134)은 약 15°의 회전에서 시작하여 점진적으로 상승한 후, 약 90°의 회전에서 가상면 궤적(138)과 만나게 된다. 이러한 캠면(134)은 필요에 따라 회전형 궤적 주위에서 다른 점으로 변화될 수 있다. 피봇 아암 캠 롤러기구(136)는 피봇(142)으로부터 분절되는 피봇아암(140)과, 커넥팅로드(40)의 외단부(46)와 결합하기 위해 피봇아암(140)의 상부에 있는 반구형 시트(144)와, 물결모양의 원형 코스를 따라 상기 물결모양의 캠면(134)을 결합하기 위해 피봇아암(140)의 하부에 회전가능하게 장착된 캠롤러(148)를 포함한다. 실린더 뱅크(20)가 회전함에 따라, 캠롤러(148), 각각의 피봇아암(142), 커넥팅로드(40), 및 피스톤은 캠면(134)을 따라 모두 트랙된다. 캠면(134)이 가상의 원형 궤적 아래로 잠겨질 때, 모멘트 변화의 기계적 장점은 회전중심(126)의 축선에 대해, 접선 피치에 따라 증폭된다. 피스톤(30)의 모멘트 변화는 시스템 전체의 기계적 장점을 반영한다. 환언하면, 물결모양의 캠면(134)에 의해 피스톤의 운동은 회전사이클의 초기에 증가되며, 이에 따라 폭발 동력사이클로부터 팽창되는 힘을 더 많이 포획하고, 엔진(10)의 본체가 에너지를 과잉의 열로 흡수하거나 폐기하는 것이 아니라, 회전에너지로 지향시키는 것이다. 따라서, 엔진은 더욱 차가워질 수 있으며, 상당히 큰 토오크를 갖는다.

도5는 가변형 토오크 동력인출장치 조립체(216)를 제공하는 본 발명의 양호한 실시예를 도시하고 있다. 상기 가변형 토오크 동력인출장치 조립체(216)는 컵형 토오크판(220)에 인접하여 안착되며 베어링(150, 152)에 의해 지지되는 컵형 부하-베어링 회전형 트러스트판(222)을 포함한다. 토오크판(220)의 각도와 이에 따른 행정은 다양한 방법으로 조정될 수 있다. 그 한가지 방법으로는 토오크판(220)의 하부에 설치되고, 피봇(170)에서 토오크판(220)에 한쪽 단부가 부착되고, 피봇(172)에서 다른쪽 단부가 정지형 하우징(18)에 부착되는 토오크 부하 베어링 스프링(169)을 사용하는 것이다. 상기 스프링(169)은 증가되는 압력으로 압축되도록 눈금이 매겨진다. 스프링(169)이 압축될 때, 토오크판 경사각(130)은 중앙의 길이방향 축선(22)에 대해 감소되며, 이에 따라 실린더(28)내의 변위를 증가시키고, 증가된 요구사항에 부응하도록 엔진을 효과적으로 확장시킨다. 실린더 뱅크(20)와 트러스트판(222)은 내측으로 스플라인된 연결축(156)을 포함하는 동기화부재(154)를 작동시키므로써 동일한 속도로 회전동기화되며, 상기 내측스플라인된 연결축(156)은 외측스플라인된 축(158)에 연결된다. 외측스프라인된 축(158)의 상단부는 유니버셜 조인트(160)에 의해 실린더 뱅크(20)에 연결되며, 내측스플라인된 축(156)의 하단부는 유니버셜 조인트(162)에 의해 트러스트판(222)에 연결된다.

가변형 토오크 동력인출장치 조립체(216)는 피스톤 행정의 길이/변위, 압축비, 진행(advancement), 기계적 장점곡선의 수정 또는 지연을 변화시키기 위하여, 엔진의 그 어떤 작동상태에서도 실린더 뱅크(20)가 구비된 계단부에서 회전할 동안 피봇축선(164)주위로 경사지게 된다. 토오크판(220)은 압축비를 고정시키거나 바람직한 변화비율로 유지시키기 위해, 길이방향 회전축선(22)에 수직하며 중앙의 길이방향 축선(22)으로부터 일정거리에서 방사방향으로 위치된 피봇축선(164) 주위에서 토오크판 경사각(130)으로 자유롭게 피봇된다. 상기 토오크판 경사각(130)은 중앙의 길이방향 축선(22)에 대해 0°일 때 가장 유용하며, 이에 의해 실린더 뱅크(20)는 최대 토오크 포텐셜을 위해 약 90°로 자유롭게 회전한다. 토오크판 경사각(130)이 커질수록, 엔진은 더 많은 토오크를 발휘하며, 유니버셜 조인트(160, 162)의 구조체상에는 더 많은 응력이 있게 된다. 상기 피봇축선(164)은 필요할 경우 중앙의 길이방향 축선(22)에 대해 90°로 변화될 수 있으며, 성능을 최적화하기 위해 기타 다른 각도 및 중앙의 길이방향 축선(22)으로 그 어떤 위치에도 형성될 수 있다. 가변형 토오크 동력인출장치 조립체(216)의 경사는 외측스플라인된 축(158)이 내측스플라인된 축(156)의 내외로 미끄러질 때 동기화부재(154)를 길게 하거나 짧게 할 수 있다. 동력 출력축(124)은 함께 회전하여 엔진(10)의 출력 토오크를 분배하기 위해 회전하는 트러스트판(222)에 고정된다. 궁극적으로, 토오크판 경사각(130)은 연료 및 공기 및/또는 폭발 생성물을 제어하는 제어유니트(54)에 의해 제어된다. 트로틀(도시않음)이 작동되었을 때, 상기 제어유니트(26)에 의해, 폭발 생성물은 압력과 체적이 증가되고, 이에 따라 실린더 뱅크(20)와 토오크판(220) 사이의 연소압력 또는 버클링압력(buckling pressure)을 확장시킨다. 이렇게 증가된 압력은 토오크판 각도(130)와 실린더(28)에서의 입방변위를 증가시키는 스프링(169)을 가압하고, 이에 따라 시스템 전체의 토오크를 증가시킨다.

토오크판 각도(230)는 다른 많은 제어수단 스텝핑 모터, 유압피스톤, 자기식 작동기, 또는 수동제어기 등과 같은 기계식 작동기(도시않음)에 의해 변화될 수 있음을 알 수 있다. 이러한 시스템은 제어유니트(26)에 작동가능하게 링크되며, RPM, 토오크 부하, 가속기 위치, 실린더 온도, 흡기 압력, 토오크판 각도, 터빈 RPM 등과 같은 엔진내에서의 물리적 조건의 관찰 및 조정에 의해 실시간으로 작동될 수 있다.

도5에 도시된 가변형 토오크 동력인출장치 조립체(216)의 경우에서는 밸브(32)의 행정을 토오크판(220)의 경사각에 대해 변화시키는 것이 바람직하다는 것을 인식해야 한다. 캠판(82)은 할출 서보모터(212)에 부착된 지지체에 회전가능하게 장착되며; 상기 서보 모터는 나선형 로드(214)에서 상하로 이동하여 지지체(237)를 상하로 구동시켜, 피스톤(30)의 행정이 감소될 때는 밸브(32)의 행정을 감소시키고, 피스톤(30)의 행정이 증가될 때는 밸브(32)의 행정을 증가시킨다. 밸브(32)의 행정(즉, 크기)을 변화시키는 목적은 피스톤(30)의 행정이 증가될 때 연소챔버내에 증가된 체적용량을 제공하기 위한 것이다. 한편, 피스톤(30)의 행정이 감소될 때, 밸브(32)의 행정은 배기사이클과 흡기사이클 사이 및 압축사이클과 동력사이클 사이에서 일어나는 회전의 상사점 위치에 거의 근접하여 통과함에 따라, 밸브(32)와 피스톤(30) 사이에 간극을 제공하도록 감소되어야만 한다. 할출 서보모터(212) 대신에 토오크판(220)으로의 직접 연결부를 포함하는 기타 다른 선형 위치 조정장치가 사용될 수도 있다.

또 다른 실시예(도시않음)에서, 토오크판 각도(130)는 실린더 뱅크(20)와 토오크판(120) 사이에 작동가능하게 연결되는 6개의 부하베어링 신축형 스트럿의 시스템을 사용하여 변화될 수 있다. 상기 스트럿들은 서로에 대해 각도를 이루면서 배치되므로, 인접한 스트럿들은 그 한쪽 단부가 서로 가깝게 밀착된다. 따라서, 그 형상은 6개의 둥지형 삼각공간을 형성하게 된다. 신축성 스트럿의 신장 및 후퇴를 이용하므로써, 토오크판 축선(126)은 중앙의 길이방향 축선(22)에 대해 그 어떠한 각도로도 배치될 수 있으며, 또한 중앙의 길이방향 축선(22)에 대해 그 어떤 위치에도 배치될 수 있으며, 또한 중앙의 길이방향 축선(22)으로부터 방사방향으로 이격된 그 어떤 지점에도 위치될 수 있다. 토오크판 각도(130)의 변화와 함께, 이러한 토탈 이동자유도는 상사점의 위치, 가속비, 위치(30)와 실린더 뱅크(20) 사이의 상호관련의 궤적 곡선비를 변화시킬 수 있다. 또한, 토오크판 각도(130)는 크기, 날씨, RPM, 연료 불일치성, 간단한 트로틀 위치 등을 변화시키면서 작동될 동안 엔진 성능을 최적화하기 위해 실시간으로 변화된다.

엔진의 작동

도1 및 도2a에 있어서, 실린더 뱅크(20)내의 각각의 연소챔버는 하기와 같은 4사이클 작동 즉, 흡입(0°-180°), 압축(180°- 360°), 폭발(540°- 720°), 배기(360°- 545°)를 달성하기 위하여 완전 2회전을 실행한다. 상술한 바와 같은 그리고 하기에 서술되는 각도범위는 단지 설명하기 위한 개략적인 것으로서 것임을 인식해야 한다. 상기 각도범위는 엔진의 각각의 적용에 대한 동력, 속도, 토오크,연료소비 및 방출물 품질에 영향을 미치도록 조정될 수 있다.

실린더 #1에 있어서, 흡기사이클은 0°에서 상사점위치의 피스톤(30)에서 시작되며, 토오크판(120)은 실린더 뱅크(20)와 캠면(31)의 동작에 의해 개방되는 포펫밸브(32)에 대해 경사진 각도로 설정된다. 실린더 #1이 회전함에 따라, 실린더(28)의 피스톤(30)은 실린더 뱅크(20)에 대해 토오크판(120)에 의해 하방으로 가압된다. 상기 포펫밸브(32)는 캠판(82)상에서 캠면(84)의 동작에 의해 개방되도록 순차적으로 개방되며, 이것은 실린더 뱅크(20)의 6회전에 대해 캠판(82)의 7회전 비율로 위치(104)에서 캠판(82)상의 외측기어(100)를 실린더 뱅크(20)상의 내측 기어(102)와 결합시키므로써 실린더 뱅크(20)와 동기화된다. 밸브(32)를 냉각시키기 위해 또한 연소챔버가 실린더(28)내에서 확장될 때, 실린더(28)에 공기를 더욱 더 충진시키기 위해, 터빈으로부터 압축된 공기는 터빈 슈라우드(68)의 정지 포트(180)(도2)를 통과한 후, 0°내지 70°의 회전위치에서 흡기포트(34)를 통해 실린더로 유입된다. 터빈 슈라우드(68)의 정지 포트(180)는 터빈(50)으로부터 유입되는 압축공기에 의해 냉각되기 전에, 흡기 매니폴드 입구영역(184)으로부터의 연료/공기 혼합물이 고온 밸브(32)와 접촉되지 않도록, 70°내지 90°회전위치로부터 영역(182)에 의해 분리된다. 90°회전위치에서, 연료는 길이방향으로 터빈 슈라우드(68)를 통해 연료분사기(52)를 통과하는 일련의 연료라인(34)을 통해 실린더 챔버내에 부가된다. 각각의 연료분사기(52)는 흡기포트(34)가 터빈 슈라우드(68)에서 흡기 매니폴드 입구영역(184)를 따라 원주방향으로 180°회전지점을 통과할 때, 분무화된 적절한 연료량을 압축공기 스트림에 도입시킨다.

압축사이클은 180°회전위치에서 시작되며, 이러한 지점에서 흡기 매니폴드 입구(184)가 종료되고, 포펫밸브(32)는 캠판(82)의 작동에 의해 폐쇄되어 흡기 매니폴드 밀봉영역(186)을 통과하므로써, 엔진 전체의 압축사이클 및 동력사이클을 위하여 포펫밸브(32)를 통해 실린더(28)내의 연소챔버를 효과적으로 밀봉한다. 실린더(28)가 180°내지 360°로 이동할 때, 피스톤(30)은 실린더 뱅크(20)에 대해 토오크판(120)의 동작에 의해 원주방향으로 상향이동함에 따라, 약 360°회전위치에서 연료/공기 혼합물을 최소한의 체적으로 압축한다.

동력사이클은 360°의 회전위치에서 시작된다. 동력사이클중, 실린더(28)에서의 압축된 공기/연료 혼합물은 점화플러그, 백열 플러그, 디젤효과 또는 기타 다른 점화촉진기들중 어느 한가지에 의해 점화된다. 도1에 도시된 바와 같이, 점화플러그는 점화플러그 정류기(24) 및 점화시컨스(26)에 의해 하나씩 걸러 실린더(28)를 점화하도록 제어된다. 연료/공기 혼합물의 점화는 실린더내에 고압을 형성하며, 실린더(28)와 피스톤(30) 사이 및 360°내지 540°회전위치 사이에 버클링 관계가 형성된다. 이러한 버클링 관계는 실린더 헤드와 피스톤(30)을 가압하므로써 모든 실린더 뱅크(20), 피스톤(30), 커넥팅로드(40), 토오크판(120)을 회전시킨다. 토오크판(120)상에서 커넥팅로드(40)의 수직하방력은 토오크판(120)이 중앙의 길이방향 축선(22)에 대해 45°일 때 원주방향 힘을 동일하게 한다. 토오크판(120)이 중앙 축선(84) 주위로 회전할 때 커넥팅로드(40)의 외측단부(46)가 취하는 원주방향 통로의 반경은 이러한 힘을 상기 반경길이만큼 확장시킨다. 중앙의 길이방향 축선(22)에 대한 토오크판(120)의 경사각 변화는 이러한 값에 비례하여 변화된다. 중앙의 길이방향 축선(22)에 대한 토오크판(120)의 각도감소는 힘을 상향으로 확장시키며, 또한 경사각(130)의 증가는 이러한 값을 적게 할 것이다. 따라서, 동력사이클의 동작은 시스템 전체가 포지티브 방향으로 회전되게 한다. 밸브(32)는 180°내지 540°의 회전위치에서 압축사이클 및 동력사이클에서 폐쇄된 상태로 유지된다. 360°내지 540°의 회전위치에서, 정지형 하우징(18)의 밀봉 영역(188)은 밀봉부(190)(도1)를 통해 배기포트(36)에 작동가능하게 결합된다. 상기 밀봉부(190)는 실린더(28)에 형성되는 압력에 대해 제2장벽을 형성한다. 이것은 배기포트(36)가 정지형 하우징(18) 및 배기 매니폴드(23)에서 배기 매니폴드 개구영역(192)과 정렬될 때까지, 대기로 누출되는 연소가스를 더욱 밀봉한다.

배기사이클은 540°내지 720°의 회전위치에서 시작된다. 연소 배기는 밸브(32)가 캠면(84)의 동작에 의해 가압해제될 때 실린더(28)로부터 배출된다. 연소 배기는 배기 매니폴드(23)와 머플러 및 촉매변환기(도시않음) 등이 포함된 적절한 수집시스템으로 이어지는 정지형 하우징에서 배기포트(34) 및 외주방향 배기개구(192)를 통과한다. 배기 개구영역(192) 및 배기 매니폴드(23)는 720°회전위치 직전에 종료되며, 4사이클 동작이 완료된다. 회전이 상사점(720°)을 지났을 때, 외주방향 개구(180)가 다시 노출되어, 신선한 공기가 상술한 바와 같이 유입되고, 밸브(32)는 다음 사이클을 위해 개방된 상태로 유지된다.

상술한 바는 실린더#1에 대해 이루어졌으며, 실린더#2 내지 실린더#7에도 각각 적용된다. 도2a 내지 도2g는 4사이클 엔진작동에서의 밸브(32)의 정밀한 시컨스를 도시하고 있으며, 캠판(82)은 실린더 뱅크(20)에 대해 7 내지 6의 기어비율로회전한다. 도2a 내지 도2g는 1회전 또는 360°에 대한 이러한 관계를 도시하고 있으며, 각각의 연소실은 2사이클을 수행한다. 인접한 실린더는 대향의 사이클을 동시에 실행하기 때문에, 실린더 뱅크(20)의 720° 또는 2번의 완전회전시 발생되는 완전한 4사이클 동작을 식별할 수 있다.

도2a는 실린더#1가 상사점(거의 0°)에 있을 때, 밸브(32)에 대한 캠면(84)의 위치를 도시하고 있다. 이러한 위치에서, 실린더#1의 밸브(32)는 흡기사이클을 위해 캠#1의 동작에 의해 개방되고, 동력사이클을 위해 실린더#2의 밸브(32)가 폐쇄되고, 흡기사이클을 위해 캠#2의 동작에 의해 실린더#3의 밸브(32)가 개방되고, 동력사이클을 위해 실린더#4의 밸브(32)가 폐쇄되지만 배기사이클은 막 개방되려고 하고 있으며, 실린더#5의 밸브(32)는 압축사이클을 위해 폐쇄되고, 실린더#6의 밸브(32)는 배기사이클을 위해 캠#3의 동작에 의해 개방되며, 실린더#7의 밸브(32)는 압축사이클을 위해 폐쇄된다.

도2b는 일회전의 1/7 위치(약 51.4°)에서 캠판(82)과 실린더 뱅크(20)의 회전후 밸브(32)에 대한 캠면(84)의 위치를 도시하고 있다. 이러한 위치에서, 실린더#1의 밸브(32)는 흡기사이클을 위해 캠#1에 의해 아직 개방되어 있으며, 실린더#2의 밸브(32)는 동력사이클을 위해 아직 폐쇄되어 있으며, 실린더#3의 밸브(32)는 흡기사이클을 위해 캠#2에 의해 아직 개방되어 있으며, 실린더#4의 밸브(32)는 배기사이클을 위해 캠#2에 의해 개방되어 있으며, 실린더#5의 밸브(32)는 압축사이클을 위해 아직 폐쇄되어 있으며, 실린더#6의 밸브(32)는 배기사이클을 위해 캠#3에 의해 아직 개방되어 있으며, 실린더#7의 밸브(32)는 동력사이클을 위해 폐쇄되어있다.

도2c는 일회전의 2/7 위치(약 102.8°)에서 캠판(82)과 실린더 뱅크(20)의 회전후 밸브(32)에 대한 캠면(84)의 위치를 도시하고 있다. 이러한 위치에서, 실린더#1의 밸브(32)는 흡기사이클을 위해 캠#1에 의해 아직 개방되어 있으며, 실린더#2의 밸브(32)는 동력사이클을 위해 아직 폐쇄되어 있지만 배기사이클을 위해 캠#1에 의해 막 개방되려 하고 있으며, 실린더#3의 밸브(32)는 압축사이클을 위해 폐쇄되어 있으며, 실린더#4의 밸브(32)는 배기사이클을 위해 캠#2에 의해 개방되어 있으며, 실린더#5의 밸브(32)는 압축사이클을 위해 아직 폐쇄되어 있으며, 실린더#6의 밸브(32)는 흡기사이클을 위해 캠#3에 의해 아직 개방되어 있고, 실린더#7의 밸브(32)는 동력사이클을 위해 아직 폐쇄되어 있다.

도2d는 일회전의 3/7 위치(약 154.3°)에서 캠판(82)과 실린더 뱅크(20)의 회전후 밸브(32)에 대한 캠면(84)의 위치를 도시하고 있다. 이러한 위치에서, 실린더#1의 밸브(32)는 흡기사이클을 위해 캠#1에 의해 아직 개방되어 있고 압축사이클을 시작하기 위해 막 폐쇄되려 하고 있으며, 실린더#2의 밸브(32)는 배기사이클을 위해 캠#1에 의해 개방되어 있으며, 실린더#3의 밸브(32)는 압축사이클을 위해 폐쇄된 상태로 유지되며, 실린더#4의 밸브(32)는 배기사이클을 위해 캠#2에 의해 개방되어 있으며, 실린더#5의 밸브(32)는 동력사이클을 위해 폐쇄된 상태로 유지되고, 실린더#6의 밸브(32)는 흡기사이클을 위해 캠#3에 의해 아직 개방되어 있으며, 실린더#7의 밸브(32)는 동력사이클을 위해 아직 폐쇄되어 있다.

도2e는 일회전의 4/7 위치(약 205.7°)에서 캠판(82)과 실린더 뱅크(20)의회전후 밸브(32)에 대한 캠면(84)의 위치를 도시하고 있다. 이러한 위치에서, 실린더#1의 밸브(32)는 압축사이클을 위해 폐쇄되어 있으며, 실린더#2의 밸브(32)는 배기사이클을 위해 캠#1에 의해 개방되어 있고, 실린더#3의 밸브(32)는 압축사이클을 위해 폐쇄되어 있지만 동력사이클을 막 시작하려 하고 있으며, 실린더#4의 밸브(32)는 흡기사이클을 위해 캠#2에 의해 개방되어 있고, 실린더#5의 밸브(32)는 동력사이클을 위해 폐쇄되어 있으며, 실린더#6의 밸브(32)는 흡기사이클을 위해 캠#3에 의해 아직 개방되어 있고, 실린더#7의 밸브(32)는 동력사이클을 위해 아직 폐쇄되어 있지만, 배기사이클을 시작하기 위해 캠#3에 의해 막 개방되려 하고 있다.

도2f는 일회전의 5/7 위치(약 257.1°)에서 캠판(82)과 실린더 뱅크(20)의 회전후 밸브(32)에 대한 캠면(84)의 위치를 도시하고 있다. 이러한 위치에서, 실린더#1의 밸브(32)는 압축사이클을 위해 폐쇄되어 있고, 실린더#2의 밸브(32)는 배기사이클을 위해 캠#1에 의해 개방되어 있으며, 실린더#3의 밸브(32)는 동력사이클을 위해 폐쇄되어 있고, 실린더#4의 밸브(32)는 흡기사이클을 위해 캠#2에 의해 개방되어 있으며, 실린더#5의 밸브(32)는 동력사이클을 위해 폐쇄된 상태로 유지되고, 실린더#6의 밸브(32)는 흡기사이클을 위해 캠#3에 의해 아직 개방되어 있으며, 실린더#7의 밸브(32)는 배기사이클을 위해 캠#3에 의해 아직 개방되어 있다.

도2g는 일회전의 6/7 위치(약 308.6°)에서 캠판(82)과 실린더 뱅크(20)의 회전후 밸브(32)에 대한 캠면(84)의 위치를 도시하고 있다. 이러한 위치에서, 실린더#1의 밸브(32)는 압축사이클을 위해 폐쇄되어 있지만 동력사이클에 막 인입되려는 상태이며, 실린더#2의 밸브(32)는 흡기사이클을 위해 캠#1에 의해 개방된 상태로 유지되며, 실린더#3의 밸브(32)는 동력사이클을 위해 폐쇄되어 있고, 실린더#4의 밸브(32)는 흡기사이클을 위해 캠#2에 의해 개방되어 있으며, 실린더#5의 밸브(32)는 동력사이클을 위해 폐쇄된 상태로 유지되어 있지만 배기사이클을 위해 캠#2에 의해 막 개방되려 하고 있으며, 실린더#6의 밸브(32)는 압축사이클을 위해 폐쇄되어 있으며, 실린더#7의 밸브(32)는 배기사이클을 위해 캠#3에 의해 개방되어 있다.

본 발명은 양호한 실시예에 대해 서술되었지만, 본 기술분야의 숙련자라면 청구범위로부터의 일탈없이 실시예에 변경이 가해질 수 있음을 인식할 것이다. 예를 들어, 4사이클 내연기관에 대해 서술된 본 발명의 구조에 대한 미세한 변경은 2사이클, 디젤, 증기 또는 스털링 사이클 엔진에 대해서도 작동원리를 적용할 수 있다.

Claims

정지형 하우징과,

중앙의 길이방향 축선 주위로 상기 하우징에 회전가능하게 장착된 실린더 뱅크와,

연결부재의 외측단부에 작동가능하게 연결된 토오크판과,

실린더 뱅크 및 토오크판이 동일한 속도로 회전할 수 있도록 상기 실린더 뱅크 및 토오크판에 작동가능하게 연결된 동기화부재를 포함하며,

상기 실린더 뱅크는 중앙의 길이방향 축선으로부터 평행하게 이격된 다수의 실린더를 포함하며; 각각의 실린더는 실린더벽과, 흡기포트와, 배기포트와, 상기 흡기포트 및 배기포트의 개폐를 제어하는 밸브조립체와, 실린더내에서 상부위치와 하부위치 사이로 이동가능한 피스톤과, 상기 피스톤에 연결된 내측단부와, 외측단부가 구비된 연결부재를 포함하며; 실린더 뱅크가 회전할 때, 토오크판이 실린더 뱅크의 제1회전부분중에 각각의 피스톤을 상부위치로부터 하부위치로 연속적으로 안내하고, 실린더 뱅크의 제2회전부분중에 각각의 피스톤을 하부위치로부터 상부위치로 안내하도록, 상기 토오크판은 연결부재의 외측단부에 의해 형성된 토오크면에서 회전가능하게 장착되고, 중앙의 길이방향 축선에 수직한 평면에 경사진 각도를 이루는 것을 특징으로 하는 엔진.
제1항에 있어서, 실린더 뱅크가 중앙의 길이방향 축선 주위로 회전할 때 설정의 시컨스에 따라 다수의 실린더에 연료를 공급하기 위하여, 하우징에 작동가능하게 연결되고 실린더 뱅크에 배치된 연료 공급수단을 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진.
제2항에 있어서, 상기 연료 공급수단은 연소가능한 연료를 공급하며, 상기 엔진은 각 실린더내의 연소가능한 연료를 설정의 시컨스에 따라 점화하므로써 각각의 피스톤을 하방위치로 가압하고 실린더 뱅크를 회전시키는 점화수단을 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진.
제3항에 있어서, 실린더 뱅크에서 서로 등간격으로 이격된 홀수개의 실린더가 제공되는 것을 특징으로 하는 엔진.
제4항에 있어서, 상기 엔진은 각각의 실린더가 배기행정, 흡입행정, 압축행정, 동력행정을 실행하는 4사이클 엔진이며; 상기 엔진은 밸브 조립체 제어수단을 포함하며; 상기 밸브 조립체 제어수단은 각각의 피스톤이 상부위치로부터 하부위치로 연속적으로 이동할 때, 연소가능한 연료가 하나씩 걸른 실린더에 연속적으로 공급되는 흡입행정을 위해 상기 하나씩 걸른 실린더의 흡기포트를 연속적으로 개방하고; 상기 밸브 조립체 제어수단은 각각의 피스톤이 하부위치로부터 상부위치로 연속적으로 이동할 때, 연소가능한 연료가 하나씩 걸른 실린더에 연속적으로 압축되는 압축행정을 위해 상기 하나씩 걸른 실린더의 배기포트 및 흡기포트를 연속적으로 폐쇄하고; 상기 밸브 조립체 제어수단은 각각의 피스톤을 상부위치로부터 하부위치로 연속적으로 가압하는 상기 하나씩 걸른 실린더내의 연소가능 연료를 점화수단이 연속적으로 점화시키는 폭발행정을 위해, 상기 하나씩 걸른 실린더의 배기포트 및 흡기포트를 폐쇄된 상태로 유지하며; 상기 밸브 조립체 제어수단은 각각의 피스톤이 하부위치로부터 상부위치로 연속적으로 이동할 때, 연소가능한 연료가 하나씩 걸른 실린더에 연속적으로 압축되는 압축행정을 위해 상기 하나씩 걸른 실린더의 배기포트 및 흡기포트를 연속적으로 폐쇄하고; 상기 4사이클 동작은 실린더 뱅크가 완전히 2회전한 후 완료되는 것을 특징으로 하는 엔지.
제5항에 있어서, 상기 밸브 조립체는 흡기포트와 배기포트를 동시에 개폐하기 위해 하나의 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진.
제6항에 있어서, 상기 밸브조립체 제어수단은 각각의 실린더에서 밸브를 개폐하는 다수의 캠면이 구비된 캠조립체를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진.
제1항에 있어서, 기계식 작동기가 실린더 뱅크의 속도와는 다른 속도로 구동되도록 실린더 뱅크에 작동가능하게 연결되며, 각 실린더의 배기포트 및 흡기포트를 개폐하는 기계식 작동기를 갖는 밸브 조립체 제어부를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진.
제1항에 있어서, 과급된 공기를 다수의 실린더에 공급하여 이를 연소시키기 위해 또한 과급된 공기를 실린더의 외측면에 공급하여 이를 냉각하기 위해, 실린더 뱅크와는 독립적으로 중앙의 길이방향 축선에서 회전하는 정지형 하우징에 회전가능하게 장착된 공기터빈을 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진.
제1항에 있어서, 피스톤의 변위를 변화시키고 이에 의해 엔진의 토오크 포텐셜을 변화시키기 위하여, 실린더 뱅크가 회전할 동안 중앙의 길이방향 축선에 대해 0°내지 90°의 경사각으로 토오크면을 이동시키기 위한 토오크 조정수단을 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진.
제10항에 있어서, 동기화부재는 한쪽 단부가 중앙의 길이방향 축선을 따라 실린더 뱅크에 연결되고 다른쪽 단부가 토오크판에 연결된 축이며, 축의 길이는 중앙의 길이방향 축선에 수직한 면과 토오크판 사이의 경사각이 변화될 때 조정가능한 것을 특징으로 하는 엔진.
제1항에 있어서, 각각의 연결부재의 내측 단부는 피스톤에 구형으로 이동가능하게 연결되며, 각각의 연결부재의 외측단부는 토오크판에 구형으로 이동가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 엔진.
제1항에 있어서, 피스톤의 행정이 설정의 타이밍 시컨스에서 증감될 수 있도록, 실린더 뱅크가 회전할 동안 토오크면에 대해 토오크판을 상하로 이동시키는 요동수단을 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진.
흡입행정, 압축행정, 폭발행정 및 배기행정을 갖는 4사이클 회전 엔진에 있어서,

정지형 하우징과,

중앙의 길이방향 축선 주위로 회전하기 위해 상기 하우징에 회전가능하게 장착된 실린더 뱅크와,

연결부재의 외측단부에 작동가능하게 연결된 토오크판과,

상기 하우징에 작동가능하게 연결된 연료공급수단과,

피스톤을 상부위치로부터 하부위치로 연속적으로 이동시키고 실린더 뱅크를 계속 회전시키기 위하여, 실린더 뱅크의 제2회전의 제1부분중 하나씩 걸른 실린더내 압축연료를 점화하는 점화수단을 포함하며,

상기 실린더 뱅크는 중앙의 길이방향 축선으로부터 거의 평행하게 방사방향으로 이격된 홀수의 실린더를 포함하며; 각각의 실린더는 실린더벽과, 흡기포트와, 배기포트와, 상기 흡기포트 및 배기포트의 개폐를 제어하는 밸브조립체와, 실린더내에서 상부위치와 하부위치 사이로 이동가능한 피스톤과, 상기 피스톤에 연결된 내측단부와, 외측단부가 구비된 연결부재를 포함하며; 실린더 뱅크가 회전할 때,토오크판이 실린더 뱅크의 제1회전부분중에 각각의 피스톤을 상부위치로부터 하부위치로 연속적으로 안내하고, 실린더 뱅크의 제2회전부분중에 각각의 피스톤을 하부위치로부터 상부위치로 안내하도록, 상기 토오크판은 연결부재의 외측단부에 의해 형성된 토오크면에서 회전가능하게 장착되고, 중앙의 길이방향 축선에 수직한 평면에 경사진 각도를 이루며; 상기 연료공급수단은 피스톤이 상부위치로부터 하부위치로 이동할 때, 실린더 뱅크의 제1회전의 제1부분중에 연료를 다른 실린더로 공급하기 위해 회전하는 실린더 뱅크에 대해 배치되며; 하나씩 걸른 실린더내 연료는 피스톤이 하부위치로부터 상부위치로 연속적으로 이동할 때 실린더 뱅크의 제1회전의 제2부분중에 압축되며; 연소된 가스는 실린더 뱅크의 제2회전의 제2부분중 하나씩 걸른 실린더의 배기포트를 통해 연속적으로 배출되며; 실린더 뱅크가 완전히 2회전할 동안 상기 홀수의 실린더에서 엔진의 4사이클 동작이 완료되는 것을 특징으로 하는 엔진.
제14항에 있어서, 실린더 뱅크 및 토오크판이 동일속도로 회전하도록 실린더 뱅크 및 토오크판에 작동가능하게 연결된 동기화부재를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진.
제14항에 있어서, 배기행정 및 흡입행정시 실린더 뱅크를 1회전 하기 위하여 상기 하나씩 걸른 실린더에서 흡기포트 및 배기포트를 연속적으로 개방하고, 압축행정 및 동력행정시 실린더 뱅크를 연속적으로 회전하기 위하여 상기 하나씩 걸른실린더에서 흡기포트 및 배기포트를 연속적으로 폐쇄하는 밸브 조립체 제어수단을 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진.
제14항에 있어서, 각각의 실린더의 배기포트 및 흡기포트의 개폐를 제어하는 기계식 작동기를 부가로 포함하며, 상기 기계식 작동기는 실린더 뱅크의 속도와는 다른 속도로 실린더 뱅크에 의해 구동되도록 실린더 뱅크에 작동가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 엔진.
제14항에 있어서, 정지형 하우징은 연료가 밸브개방시에만 그리고 제1회전부분일 동안에만 흡기포트에 공급되도록 각 실린더의 흡기포트에 대해 작동가능하게 배치된 흡기 개구를 포함하며; 상기 정지형 하우징은 연소된 가스가 밸브개방시에만 그리고 제2회전부분일 동안에만 배기포트로 배출되도록 각 실린더의 배기포트에 대해 작동가능하게 배치되는 것을 특징으로 하는 엔진.
제14항에 있어서, 과급된 공기를 다수의 실린더에 공급하여 이를 연소시키기 위해 또한 과급된 공기를 실린더의 외측면에 공급하여 이를 냉각하기 위해, 실린더 뱅크와는 독립적으로 중앙의 길이방향 축선 주위에서 회전하는 정지형 하우징에 회전가능하게 장착된 공기터빈을 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진.
제14항에 있어서, 실린더내에서 피스톤의 변위를 변화시키고 이에 의해 엔진의 토오크 포텐셜을 변화시키기 위하여, 실린더 뱅크가 회전할 동안 중앙의 길이방향 축선에 대해 0°내지 90°의 경사각으로 토오크면을 이동시키기 위한 토오크 조정수단을 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진.
제20항에 있어서, 상기 토오크 조정수단은 경사각이 클 수록 보다 많은 연료가 공급되도록, 또한 경사각이 작을수록 연료가 적게 공급되도록, 연료공급수단에 작동가능하게 연관되는 것을 특징으로 하는 엔진.