KR20050109488A - 공기 분사식 내연기관 - Google Patents

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KR20050109488A
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Abstract

본원의 내연기관은 압축과 팽창 사이클를 분리한 특징이 있다. 상기 기관은 15 대 1보다 큰 비율로 공기를 압축하는 분리된 압축기와, 적어도 1개 2행정 연소 실린더 및, 압축기에서 적어도 1개 연소 실린더로 압축공기를 이송하는 압축공기 도관을 구비한다. 공기분사 밸브는 연소 실린더의 복귀 행정의 제2반부 동안에 연소 실린더 내로 압축공기를 분사한다. 압축공기는 연료와 혼합되어 동력 행정 동안에 팽창 연소된다. 이러한 기관에서는, 압축이 연소 실린더 내의 소 각도(minor degree)에 대해서만 일어난다. 따라서, 본원 기관의 압축비는 연소 실린더의 체적 팽창비보다 상당히 높거나 낮아서, 출력밀도 또는 열동력 효율의 어느 하나에서 대응 증가하게 된다.

Description

공기 분사식 내연기관{AIR INJECTION ENGINE}
본 발명은 내연기관에 관한 것이다.
당기술분야에서는 많은 형태의 내연기관이 알려져 있다. 내연기관에서 압축비의 증가는 열동력 효율의 향상을 초래하는 것으로 알려져 있다. 많은 종래기술의 엔진에서는, 엔진의 압축비가 엔진의 실린더 팽창비로 제약을 받아 왔다. 다른 종래 기관에서, 엔진의 압축비는 연료-공기 혼합물의 자동-점화가 압축 공기가 연료의 자동-점화 온도보다 높은 온도에 도달하여 사이클에서 너무 빠르게 발생하기 때문에 상당히 낮은 값으로 제약을 받아 왔다.
도1은 본 발명의 내연기관의 약도이다.
도2A는 흡입 행정 중에 압축 실린더를 나타낸 도면이다.
도2B는 하사점에 있는 압축 실린더를 나타낸 도면이다.
도2C는 압축 행정 중에 압축 실린더를 나타낸 도면이다.
도3은 도3A-도3H에 도시된 연소 실린더 사이클과 도4A-도4H에 도시된 연소 실린더 사이클의 A-G구간 타이밍을 나타내는 타이밍 약도이다.
도3A는 배기 밸브를 통해 이전 사이클에서 남겨진 기체성 연소 산물이 압출되는 A구간 사이클 중에 연소 실린더를 나타낸 도면이다.
도3B는 이전 사이클에서 최종 잔류된 기체성 연소 산물을 소기(掃氣)하도록 압축공기 분사밸브와 배기밸브 양쪽이 개방될 때에 A와 B2가 겹쳐진 구간 사이클 중에 연소 실린더를 나타낸 도면이다.
도3C는 압축공기가 연소 실린더 안으로 분사되는 B2구간 사이클 중에 연소 실린더를 나타낸 도면이다.
도3D는 연료가 연소 실린더에 분사되는 C구간 사이클 중에 연소 실린더를 나타낸 도면이다.
도3E는 연소 피스톤이 상사점 근처에 있고 그리고 연료-공기 혼합물이 점화 플러그에 의해 점화되는 D지점 사이클 중에 연소 실린더를 나타낸 도면이다.
도3F는 연료-공기 혼합물이 연소 공정에 있으면서 연소 피스톤이 상사점에 있는 E구간 사이클 중에 연소 실린더를 나타낸 도면이다.
도3G는 연소 산물 가스가 팽창동작하여 동력 행정 중에 F구간 사이클 중에 연소 실린더를 나타낸 도면이다.
도3H는 기체성 연소 산물이 노출 배기구를 통해 배출되어 연소 피스톤이 하사점에 있는 선택적 G구간 사이클 중에 연소 실린더를 나타낸 도면이다.
도3I는 인덱스 로터리 밸브를 가진 연소 실린더의 등각도이다.
도3J는 도3L에 도시된 위치에 있는 밸브 몸체를 가진 것을 제외하고 도3I의 A-A면을 따라 절취된 연소 실린더와 밸브 몸체와 밸브 하우징의 단면을 나타낸 도면이다.
도3K는 밸브 몸체가 90도 회전 말미에 있도록 있으며, 명확한 도시를 위해 제거된 밸브 하우징을 가진 인덱스 로터리 밸브의 등각도이다.
도3L은 밸브 몸체가 다음 90도 회전을 개시하는 상태에 있으며, 명확한 도시를 위해 제거된 밸브 하우징을 가진 인덱스 로터리 밸브의 등각도이다.
도3M은 밸브 몸체가 고속도로 회전하는 상태에 있으며, 명확한 도시를 위해 제거된 밸브 하우징을 가진 인덱스 로터리 밸브의 등각도이다.
도3N은 밸브 몸체가 90도 회전 말미에 있도록 있으며, 명확한 도시를 위해 제거된 밸브 하우징을 가진 인덱스 로터리 밸브의 등각도이다.
도3P는 도3I-도3N에 도시된 인덱스 로터리 밸브 장비의 크랭크샤프트 위치의 함수로 밸브 몸체 회전 속도를 도표로 나타낸 도면이다.
도4A는 배기 밸브를 통해 이전 사이클에서 남겨진 기체성 연소 산물이 압출되는 A구간 사이클 중에 로터리 분사 밸브를 가진 연소 실린더를 나타낸 도면이다.
도4B는 이전 사이클에서 최종 잔류된 기체성 연소 산물을 소기(掃氣)하도록 압축공기 분사밸브와 배기밸브 양쪽이 개방될 때에 A와 B2가 겹쳐진 사이클 중에 로터리 분사 밸브를 구비하는 연소 실린더를 나타낸 도면이다.
도4C는 압축공기가 연소 실린더 안으로 분사되는 B2구간 사이클 중에 로터리 분사 밸브를 구비하는 연소 실린더를 나타낸 도면이다.
도4D는 연료가 연소 실린더에 분사되는 C구간 사이클 중에 로터리 분사 밸브를 구비하는 연소 실린더를 나타낸 도면이다.
도4E는 연소 피스톤이 상사점 근처에 있고 그리고 연료-공기 혼합물이 점화 플러그에 의해 점화되는 D지점 사이클 중에 로터리 분사 밸브를 구비하는 연소 실린더를 나타낸 도면이다.
도4F는 연료-공기 혼합물이 연소 공정에 있으면서 연소 피스톤이 상사점에 있는 E구간 사이클 중에 로터리 분사 밸브를 구비하는 연소 실린더를 나타낸 도면이다.
도4G는 연소 산물 가스가 팽창동작하여 동력 행정 중에 F구간 사이클 중에 연소 실린더를 나타낸 도면이다.
도4H는 기체성 연소 산물이 노출 배기구를 통해 배출되어 연소 피스톤이 하사점에 있는 선택적 G구간 사이클 중에 연소 실린더를 나타낸 도면이다.
도5는 압축공기를 냉각하는 인터-쿨러를 가진 본원의 내연기관의 실시예의 열동력 사이클의 압력 대 특정 체적을 그래프로 나타낸 도면이다.
도6은 압축공기를 냉각하는 인터-쿨러를 가진 본원의 내연기관의 실시예의 열동력 사이클의 온도 대 엔트로피를 그래프로 나타낸 도면이이다.
도7은 팽창비에 적합한 곡선 설정값의 파워 대 압축비를 설명하기 위해 도표를 나타낸 도면이다.
도8은 팽창비에 적합한 곡선 설정값의 열동력 효율 대 압축비 설명을 위해 도표로 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예에서, 엔진 사이클의 압축과 팽창부위 및 압축과 팽창비가 무관한 내연기관을 제공하여 상술된 문제를 해결하였다. 본원의 엔진은 대략 15 대 1보다 큰 비율로 공기를 압축하는 압축기와, 동력 행정에서 상사점과 하사점 사이와 복귀 행정에서 하사점과 상사점과의 사이에서 동작하는 왕복동 피스톤을 가진 연소 실린더 및, 압축기로부터 연소 실린더로 압축공기를 전달하는 압축공기 도관을 구비한다. 압축공기 도관과 연소 실린더와의 사이에 공기압 소통(pneumatic communication)은, 피스톤이 복귀 행정의 제2반부(半部)에 있을 때에 연소 실린더 쪽으로 압축공기가 방출되게 단속적으로 개방되는 타임 밸브로 조절된다. 연료 분사기는 동력 행정 중에 팽창하는 고온고압 기체 연소 산물을 산출하기 위해 연소되는 연료-공기 혼합물을 만들도록 연료와 압축공기를 혼합하는데 이용된다. 본원의 엔진에서는, 연소 사이클에 사용되는 압축공기가 분리 안내되어 필요 시에 연소 실린더에 분사되거나 배출되기 때문에, 압축비가 팽창비보다 현저하게 더 높거나 더 낮게 된다. 높은 팽창비는 열동력 효율을 상당히 향상시키며 반면에 높은 압축비는 출력밀도를 상당히 증가하게 한다. 또한, 본원의 엔진이 압축과 팽창을 분리 생성하여, 연소 실린더에 사용된 압축공기가 냉각되어 연료-공기 혼합물의 조기 점화를 방지하여, 높은 압축비를 허용한다.
양호하게, 압축공기 도관에서 연소 실린더 쪽으로의 압축공기의 분사는, 피스톤이 복귀 행정의 제2반부에 있을 때에 양호하게 연소 실린더 사이클 중에 극히 작은 부분에서 발생한다. 따라서, 대량 유체흐름 구역을 제공하는 인덱스 로터리 밸브와 같은 타임 밸브를 사용하여, 압축공기 도관과 연소 실린더 사이에 일정한 단속적 공기압 소통이 이루어지게 한다. 따라서, 상기 밸브 장비가 압축공기 도관과 연소 실린더 사이에 일정한 단속적 공기압 소통을 제공하여, 압축공기 도관과 연소실 내의 공기압력은, 연소 실린더의 피스톤이 복귀 행정의 제2반부에 있을 때에 극히 작은 연소 실린더 사이클 부분에서 대체로 동일하게 된다.
본원의 발명을 도면을 참고로 설명한다. 도1은 본 발명의 실시예에 따르는 내연기관(10)을 설명하는 도면이다. 도1에서, 압축기(12)와, 압축공기 도관(50)과 연소 실린더(70)를 구비한 내연기관(10)을 나타내었다. 연소 실린더(70)는 실린더(74)와 왕복동 피스톤(76)을 구비하며, 상기 피스톤은 최소 체적과 최대 체적 사이에 사이클로 하는 연소실로 특정된 내연기관을 형성하는 기구적 장비의 하나이다. 연소 실린더(70)는 공통 크랭크샤프트(76D)에 함께 결합된 2개 이상의 연소 실린더의 하나 이다. 또한, 압축기(12)는 도1에 도시된 바와 같이 압축 실린더(13)를 구비한다. 압축기(12)는 압축공기를 압축공기 도관(50)으로 보낸다. 함께, 압축기(12)와 압축공기 도관(50)은 연소 실린더(70)에 의해 사용되는 압축공기원을 제공한다.
도1A는 공통 압축기 크랭크샤프트(18D)에 상관된 2개 압축 실린더(13)를 구비하는 압축기(12)와 공통 크랭크샤프트(76D)에 상관된 3개 연소 실린더(70)를 가진 본원 엔진(10A)의 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도1A에서, 크랭크샤프트(76D)와 압축기 크랭크샤프트(18D)는 가변비율 기어 박스(12A)에 의해 결합된다. 이러한 가변비율 기어 박스를 조정하여 압축공기 도관(50) 내에 압축공기의 압력을 조절한다. 도관(50) 내의 압축공기의 압력을 변경할 수 있는 성질의 특징에 대해서는 이하에 상세하게 설명되지만, 일반적으로 최대 열동력 효율에 적합한 상당히 높은 팽창비율과 상당히 낮은 체적의 압축비율을 가진 모드와 최대 출력밀도에 적합한 상당히 낮은 팽창비율과 상당히 높은 체적 압축비율을 가진 모드와의 사이에서의 조작 상태로 조정이 이루어진다. 예를 든 엔진(10A)의 연소 실린더(70) 각각은 흡입 밸브(72A), 배기 밸브(72B), 연료 분사기(72C) 및 연소 기폭제(72D)를 구비한다. 도1A는 또한 분사 밸브(72A), 배기 밸브(72B), 연료 분사기(72C) 및 연소 기폭제(72D)의 점화시간을 조절하는 타이밍 시스템(300)을 설명하는 도면이다. 상기 타이밍 시스템은 내연기관을 운영하는데 필요한 것이지만, 명확한 도면 도시를 위해 다른 많은 도면에서는 그 도시를 생략하였다. 이러한 예에서, 타이밍 시스템(300)은 캠 샤프트(302), 연료 분사 타이머(304), 및 점화 타이머(306)를 구비한다. 캠 샤프트(302)는 크랭크샤프트(76D)에 기구적으로 결합되며, 분사 밸브(72A)와 배기 밸브(72B)의 동작을 조절하는 일련의 편심 캠(eccentric cam)을 갖는다. 점화 타이머(306)가 점화 기폭제(72D)의 동작을 조정하는 반면에, 연료 분사 타이머(304)는 연료 분사기(72C)의 동작을 조정한다. 연료 분사 타이머(304)와 점화 타이머(306)는 크랭크샤프트(76D)에 결합된다. 본원에 설치된 타이밍 시스템(300)은 많은 사용 가능한 타이밍 시스템 중의 하나이고 그리고 본원에서 선택된 특정 타입의 성분이 본 발명의 범위로 한정되는 것은 아니다. 도1A는 또한 연소 실린더(70)가 공통 크랭크샤프트에 의해 결합된 복수의 연소 실린더 중의 하나인 것으로 설명된다. 도1A는 압축기(12)가 실린더-피스톤 타입 압축기가 되어야만 하거나 또는 압축기(12)가 2개 압축 실린더를 가지는 것으로 제한되어야 한다고 제안된 것은 아니다.
압축기(12)는 외부 환경에서 공기를 흡입하여 압축공기를 압축공기 도관(50)에 전달한다. 도1에 도시된 실시예에서, 압축기(12)에는 압축 실린더 헤드(14)와, 압축 실린더 몸체(16) 및 압축 피스톤(18)을 부가로 포함하는 압축 실린더(13)가 있다. 압축 피스톤(18)의 상부면, 압축 실린더 몸체(16)의 내측벽 및 압축 실린더 헤드(14)는, 압축 실린더(13)에서 압축 피스톤이 왕복운동하여 체적을 일정하게 변화하는 압축실(16A)을 형성한다. 압축 피스톤(18)은 압축 크랭크샤프트(18D)에 연결 로드(18C)로 연결된다. 압축 실린더 헤드(14)는 흡입 밸브(14A)와 배출 밸브(14D)를 구비한다. 흡입 밸브(14A)는 외부 환경으로 연결된 흡입구(14B)와 압축실(16A) 사이에 공기압 소통을 조정한다. 배출 밸브(14D)는 압축실(16A)과 압축공기 도관(50)으로 연결된 배출구(14E)와의 사이에 공기압 소통을 조정한다.
압축공기 도관(50)은 압축기(12)에 의해 생성된 압축공기를 보유하여, 연소 실린더(70)로 압축공기를 이송한다. 도1에 도시된 실시예에서, 압축공기 도관(50)은 일반적으로 저장수단과 냉각수단을 구비하여, 연소 실린더(70)에 의한 사용용으로 온도 조절된 압축공기 공급물을 이용할 수 있다. 도1에 도시된 실시예에서, 압축공기 도관(50)은 부가로, 흡입부(52), 격리 저수부(54), 방열 핀(56A)을 가진 방열부(56), 냉각 압축공기 밸브(60), 격리된 고온 공기 도관(54A), 고온 압축공기 밸브(62), 압력공급 밸브(64) 및 배출구(66)를 구비한다. 냉각 압축공기 밸브(60)와 고온 압축공기 밸브(62)는 이하에서 보다 상세하게 기술되는 바와 같이 배출구(66)에 공기온도를 조정하도록 조절된다. 압력 조절장치(64)는 배출구(66)에 압축공기의 압력을 조정하는데 사용된다. 양호하게, 저수부(54)는 연소 실린더(70)에 의한 사용을 위해 일정한 압축공기의 공급이 이루어지기에 충분한 체적을 둘러싼다.
연소 실린더(70)는 동력 행정에서 연소와 팽창을 위해 압축공기와 혼합되는 연료에 더하여 압축공기 도관(50)에서 나오는 압축공기를 수용하기도 한다. 도1에 도시된 실시예에서, 연소 실린더(70)는 피스톤을 가진 2행정 실린더이고, 피스톤은 상사점에서 하사점으로 이동하는 동력 행정과 하사점에서 상사점으로 이동하는 복귀 행정으로 이루어진 왕복동 사이클 운동을 한다. 일반적으로, 압축공기 도관(50)에서 연소 실린더(70)로의 압축공기의 분사는 피스톤이 복귀 행정의 제2반부에 있을 때에 상당히 짧은 사이클 부분에서 발생하도록 시간 조절된다. 또한, 일반적으로, 연소 실린더(70)로의 연료 분사는 양호하게 압축공기의 분사가 개시되어진 후에 발생하도록 시간 조절된다. 양호하게 연료-공기 혼합물의 연소는 압축공기와 연료를 분사한 후에 발생하고 그리고 양호하게 대체로 상사점에 피스톤이 도달하기 전에는 발생하지 않는다. 도1에 도시된 실시예에서, 연소 실린더(70)는 부가로, 연소 실린더 헤드(72)와, 연소 실린더 몸체(74) 및 상부 피스톤 면(76A)을 가진 연소 피스톤(76)을 구비한다. 연결 로드(76C)는 크랭크샤프트(76D)에서 회전운동 동력으로 피스톤의 왕복운동을 전환하기 위해 상관 크랭크샤프트(76D)에 연소 피스톤(76)을 연결한다. 연소 실린더 몸체(74)는 선택적 배기구(74C)에 의해 관통된 원통형 내측벽(74A)을 구비한다. 배기구(74C)와 배기 밸브(72B)는 예를 들어 연소실에서 배기물을 방출하는데 이용되는 일반적인 기구 또는 수단이다. 연소 실린더 헤드(72)는 부가로, 압축공기 밸브(72A), 배기 밸브(72B), 연료 분사기(72C)를 구비하고 또한, 점화 플러그로 도1에 도시된 점화 기폭제(72D)도 구비한다. 연소 실린더(70)는 선택적으로, 혼합물이 자동 점화를 일으키기에 충분한 압력까지 공기-연료 혼합물을 압축하는 디젤 실린더로서 설치된다. 디젤 실린더로서의 연소 실린더(70)는 점화 기폭제(72D)가 필요하지 않다. 연소 실린더 헤드(72), 실린더 몸체(74)의 내측벽(74A) 그리고 상부 피스톤 면(76A)은 피스톤(76)이 도3H 또는 도4H에 도시된 하사점과 도3E와 도3F 또는 도4E와 도4F에 도시된 위치와의 사이에서 절반의 통로로 나타나는 상사점과의 사이를 움직이는 체적이 일정하게 변화하는 연소실(74B)을 형성한다.
도1은 압축공기 밸브(72A)가 종래 스템 밸브인 연소 실린더(70)를 설명하는 도면이다. 도3A-도3H는 종래 스템 밸브를 가진 파워 실린더(70)의 동작을 설명하는 도면이다. 일반적인 종래기술 엔진에서는, 흡입 공기량을 조절하는 스템 밸브가 180도 크랭크샤프트 회전에 대응하는 다수부의 크랭크샤프트 사이클 중에 개방된다. 본원의 엔진에서는, 압축공기 밸브(72A)가 10도 내지 15도 크랭크샤프트 회전에 대응하는 소수부의 크랭크샤프트 사이클 중에 개방된다. 스템 밸브의 기구적 특성으로 인하여, 소수부의 크랭크샤프트 사이클에서의 스템 밸브의 작동은 파워 실린더(70)의 RPM동작을 제한한다. 따라서, 보다 높은 RPM을 달성하기 위해서, 크랭크샤프트의 상대적 소수부의 사이클 중에 연소실(74B)과 압축공기 도관(50)의 배출부(66)와 같은 시스템의 압축부와의 사이에 압력을 대체로 동일하게 할 수 있는 밸브 설비를 이용할 수 있다. 도3J-도3N은 상대적 소수부의 사이클 동안에 압축공기로 연소실(74B)을 채우는데 채택된 인덱스 로터리 밸브(82)를 설명하는 도면이다. 또한, 도3I에 도시된 구성은 배기 밸브(72B)를 작동시키기 위해 캠 샤프트(302)를 구동시키기 위한 크랭크샤프트(76D)에 결합된 타이밍 체인(300B)과, 타이밍 체인(300B)에 의해서 구동되는 로터리 밸브(82)의 구동 휠(92)과 상관된 타이밍 센서(300A) 및 연료 분사부(72C)와 점화 기폭제(72D)의 타이밍을 제어하는 타이밍 센서(300A)에서 나온 입력을 수용하는 타이밍 유닛(305)을 구비하는 일 예의 타이밍 시스템(300)이다.
도3I를 참고로 하여 볼 수 있는 바와 같이, 로터리 밸브(82)는 일반적으로 밸브 부분(84)과 인덱싱 부분(90)을 구비한다. 밸브 부분(84)은 도3I에 도시된 바와 같이 파워 실린더(70)에 장착된다. 밸브 부분(84)은 도3J-도3M을 참고로 하여 보았을 때에 가장 잘 이해할 수 있을 것이다. 도3J의 단면도는 도3J에 밸브 몸체(88)가 도3M에 도시된 위치에 대응하는 위치로 회전된 것을 제외하고는 도3I의 A-A면을 따라 절취된 것이다. 도3J에서 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이, 밸브 부분(84)은 밸브 몸체(88)를 회전가능하게 갖추고 있는 밸브 하우징(86)을 구비한다. 밸브 몸체(88)는 상호 상관하여 직각으로 배열된 대략 타원형 단면을 가진 2개의 상호 교차통로(88A)를 구비한다. 밸브 하우징(86)은 밸브 몸체의 고속도 회전을 위해 베어링을 채택하는 것과 마찬가지로 밸브 몸체(88)를 갖추기 위한 적절한 길이방향 보어(86A)를 구비한다. 밸브 하우징(86)은 대략 타원형 형상의 유입구(86C)까지 개방되는 압축공기 도관 트인구멍(86B)을 구비한다. 유입구(86C)는 대체로 밸브 몸체(88)의 통로(88A) 형태와 대응하는 형태이다. 그리고, 유입구(86C)는 양호하게 밸브 몸체(88)에 대하여 밀봉되지 않아서, 통로(88A)가 하우징(86) 내측 압축 체적부와 그리고 그에 따른 압축 도관(50)의 배출부(66)와 일정한 소통 상태로 있다. 이러한 통로(88A)의 일정 압축은 밸브 하우징(86) 내의 회전위치와 무관하게 발생한다. 밸브 하우징(86)은 통로(88A)의 형태와 대응하는 형태로 이루어진 타원체 형상 분사구(86D)를 구비한다. 그런데, 유입구(86C)와 다르게, 분사구(86D)는 분사 밀봉물(88E)에 의해 밸브 하우징(86)의 일정 압력 내부 용량부와 밸브 몸체(88) 사이가 밀봉된다. 제2하우징 밀봉물(88F)은 외부 환경으로부터 통로(88A)와 밸브 하우징(86)의 압축 내부 체적부를 밀봉한다. 상술된 상호 양립가능한 포트와 통로는 양호하게 연소실(74B)과 시스템의 압축부분과의 사이에 공기압 소통을 최대로 하는 형태로 이루어진다.
인덱싱 부분(90)의 목표는 일정하게 회전하는 크랭크샤프트(76D)의 90도 부분의 완전 사이클 중에 밸브 몸체(88)가 단속적(또는 "인덱스") 90도 회전을 일으키게 하는 것이다. 인덱싱 부분(90)은 단속적인 인덱스 회전을 위해 밸브 몸체(88)에 기구적으로 결합된 인덱스 휠(94)과 일정한 회전을 위해 크랭크샤프트(76D)에 기구적으로 결합된 구동 휠(92)을 구비한다. 구동 휠(92)은 코그(cog)(92A)와 물결모양 부분(92C)과 비-물결모양 원형 유지부분(92D)을 가진 물결모양 유지 디스크(92B)를 구비한다. 인덱스 휠(94)은 코그(92A)를 수용하는 슬롯(94A)과, 유지 디스크(92B)의 비-물결모양 유지부분(92D)을 수용하는 외부 물결모양부분(94B)을 구비한다. 도3K-도3N은 구동 휠(92)을 지속적으로 회전하고 단속적으로 인덱스 휠(94)을 회전하는 상대적 운동을 설명하는 도면이다. 밸브 하우징(86)은 명료한 도시를 위해 도3K-도3N에서 제거되었다. 도3K에서, 구동 휠(92)은 270도로 시계방향으로 회전하는 회전주기를 개시하는 반면에, 인덱스 휠(94)은 유입구 통로(86C)와 연소 실린더(70) 사이에 소통을 차단하는 지점에서 정지 상태를 유지한다. 도3L에서, 구동 휠(92)의 코그(92A)는 270도 시계방향으로 이동되어지고, 인덱스 휠(94)의 슬롯(94A)과의 결합을 개시하여 인덱스 휠(94)이 반시계방향으로의 회전을 개시하게 한다. 도3M에서, 인덱스 휠(94)은 크랭크샤프트(76D)와 구동 휠(92)에 대해 고속도로 회전을 한다. 도3M에 도시된 밸브 하우징(84)과 밸브 몸체(88)의 상대적 위치로 도3J의 단면도로 나타내었다. 도3N에서, 인덱스 휠(94)은 도3M에 도시된 위치에서 90도 전진하여 있으나, 지속 회전하면 구동 휠(92)은 도3K에 도시된 위치로 돌아와서 다시 그 상태를 유지한다. 도3P는 일정하게 있는 크랭크샤프트(76D)의 회전속도와, 90도 부분의 크랭크샤프트 사이클 중에 매우 크게 변화하는 밸브 몸체(88)의 회전속도의 상관관계를 도표로 나타낸 도면이다. 로터리 밸브를 구동하는 본원에 기술된 메카니즘은 일반적으로 제네바(Geneva) 휠 메카니즘으로 알려져 있는 것이며, 그리고 상대적 소수부의 크랭크샤프트 사이클 중에 빠르고 단속적인 방식으로 압축 체적부와 연소실(74B) 사이에 소통을 개방하고 그리고 연소실과 시스템의 압축 체적부 사이에 공기압력이 대체로 동일하도록 충분히 상기 소통부를 개방하는, 상기 상태의 목표를 달성하기 위한 많은 가능한 방식 중에 일 방식이다.
도1은 흡기 행정이며 흡기 행정을 통해 거의 절반 통로에 있는 압축 실린더(13)와 복귀 행정의 제2반부의 개시점에 연소 실린더(70)를 나타낸 도면이다. 그리고, 상기 상관 위치가 2개 실린더 사이에 관계를 반드시 수반하고 있는 것은 아니다. 도1에서는, 압축 실린더(13)와 연소 실린더(70) 사이에 직접적인 기구적 접속을 나타내지 아니하였다. 압축 실린더(13)와 연소 실린더(70)는 이들이 대체로 다른 속도로 동작하도록 결합되거나 공통 크랭크샤프트에 의해 결합된다. 그리고 본원은 연소 실린더(70)의 작동으로 생성되는 동력의 일부분을 파워 압축기(12)에 사용할 수 있게 한 것이다.
도1은 이들이 마치 양, 크기 및 형태가 등가로 있는 것같은 압축 실린더(13)와 연소 실린더(70)를 설명하는 도면이다. 이러한 사실은 상기 경우가 아닐 수도 있는 것이다.
도2A-도2C는 압축 실린더(13)의 동작을 설명하는 도면이다. 도2A는 흡입 행정 중에 압축 실린더(13)를 나타낸 도면이다. 도2A에서, 흡기 밸브(14A)는 열려지고, 배출 밸브(14B)는 닫혀지고, 그리고 압축 피스톤(18)은 공기가 압축실(16A) 내로 흡인됨으로서 하강한다. 도2B에서, 압축 실린더는 하사점에 있으며 그리고 흡기 밸브(14A)와 배기 밸브(14B)는 모두 닫혀져 있다. 도2C에서, 흡기 밸브(14A)는 닫혀지고 그리고 배기 밸브(14B)는 하강 압축 피스톤(18)이 압축공기 도관(50)의 흡기부분(52)으로 압축공기를 가압하여 열려 있다. 도1과 도2A-도2C에 도시된 이러한 양성(positive) 변위 압축기는 당 기술분야에서 널리 공지된 타입의 것이다. 그러나, 이것은 15 대 1 이상의 압축비율을 가진 압축공기를 배급할 수 있는 임의적인 적절한 압축기 수단으로 대체될 수 있다.
압축공기 도관(50)은 압축공기를 수용하여 저장한 다음, 소망 온도와 압력 범위 내에서 연소 실린더(70)로 보내는 성질을 가진다. 도2A에 도시된 바와 같은 압축 실린더(13)는 대략 15 대 1을 초과하는 비율로 공기를 압축하는 성질을 가진다. 15 대 1로 압축 시에 주변 온도와 압력(예를 들어, 20℃와 1대기압)에 공기는 소망 연료의 자동-점화 온도 위에 있는 온도까지 온도가 상승할 것임에 유념한다. 따라서, 압축공기 도관(50)은 압축 실린더(13)를 벗어나는 압축공기가 갖는 가열 부분의 열을 방출하기 위한 열방출 핀(56A)을 구비한 열 방출부(56A)를 구비한다. 다른 면에서, 압축공기(50) 격리 저수부(54)는 최소한의 열 손실로 압축공기를 저장한다. 고온 도관(54A)을 통한 흐름을 조정하는 냉각 압축공기 밸브(60)와 고온 압축공기 밸브(62)는 소망 연료의 자동-점화 온도 밑에 있는 사전-선택된 온도 범위 내에서 제어되는 공기 스트림과 혼합하도록 조정된다. 이러한 온도제어 특징의 존재는 단지 자동-점화를 받는 연료를 연소하는 특성을 가진 엔진에 양호하게 사용되는 특징이 있다. 다르게는, 이러한 온도제어 특징은 조기 자동-점화가 문제가 되지 않는 경우에도 유용한 것이다.
도3A-도3H의 약도는 연소 실린더(70)의 동작을 설명하는 도면이다. 도4A-도4H의 약도는 스템 타입 분사밸브(72A) 대신에 도3I-도3N에 도시된 바와 같은 로터리 밸브(82)를 가진 연소 실린더(70)의 동작을 설명하는 도면이다. 도3은 도3A-도3H와 도4A-도4H에 도시된 위치의 상관 타이밍을 나타내는 대응 타이밍 다이어그램을 나타낸다. 도3의 타이밍 약도는 겹쳐질 수 있는 구간으로 나누어지는 것을 생각할 수 있는 있는 것이다. 상기 구간은 부가로 도3A-도3P 및 도4A-도4H를 포함하는 도면에 도시된 다양한 구조에 대응한다. A구간은 도3A와 도4A의 밸브(72B)가 A구간 동안에 개방되는 범위에 도3A 및 도4A에 대응하고, 여기서 A구간은 아직은 도3A와 도4A만이 위치 범위보다 나은 일 위치에 피스톤(76)과 연결 로드(76C)를 나타내는 다수부의 크랭크샤프트 사이클에도 대응한다. 이러한 구간 동안에, 배기가스는 피스톤(76)이 복귀 행정의 일부분을 실시하여 연소 실린더(70)에서 압출된다. 도3에 도시된 B1구간은 인덱스 로터리 밸브(82)의 밸브 몸체(88)의 단속적인 회전에 대응하고 그리고 도3I-도3N 및 도4A-도4H에 설명된 로터리 밸브 구조에 적용 가능한 것이다. B2구간은 B1구간에 양호하게 중앙 설정된다. B2구간은 밸브 몸체(88)의 일 통로(88A)가 밸브 하우징(86)의 분사구(86D)와 소통 상태로 있어서 밸브 하우징(86)(그리고 그에 따른 연장된 압축공기 도관(50)에 의해)과 연소실(74B)간에 개방 소통부를 제공하는 사이클 부분에 대응한다. 로터리 밸브 경우에, B2구간의 중앙은 도3J에서 설명되는 바와 같이 분사구(86D)와 일 통로(88A)가 정렬을 이루어 대응한다. 여전히, 스템 밸브 경우에 맞게, B2구간도 분사 밸브(72A) 개방 시에 사이클 부분과 대응한다. A구간과 B2구간은 약간 겹쳐져서 연소실(74B)로부터 배기 가스의 소기동작을 나타낸다. 도3B와 도4B는 그러한 소기동작을 설명하는 도면이다. 만일 단순한 스템 밸브가 분사 밸브용으로 사용되면, B1구간이 생략되고 A구간과 B2구간의 겹침 부분은 도3B와 대응할 것이다. 다시, 만일 스템 타입 분사 밸브가 사용되면, A구간과 겹치지 않는 B2구간 부분은 도3C와 대응하고, 여기서 압축공기는 연소 실린더(70) 안으로 분사된다. C구간은 도3D와 도4D에 도시된 연료 분사에 대응한다. D구역은 도3E와 도4E에 도시된 바와 같이 점화 기폭제 또는 점화 플러그의 활성과 대응한다. 주시되어져 있는 바와 같이, 점화 기폭제(72D)에 더하여 상기 D구역은 선택적이며, 만일 디젤 타입 엔진이 소망된다면 생략될 수 있다. 도3의 C구간의 연료 분사는 엔진 설계자들이 소망하는 바와 같이 공기 분사부(B2) 내에 완전하게 겹쳐지거나 경사진다. 당기술 분야의 엔진 설계자들은 공기 분사부(B2)와 연료 분사부(C) 모두가 점화 기폭제(72D)가 동작하기 전에 완성되어지거나 또는 디젤 경우에는 공기 분사가 자동-점화를 초래하는 연료 분사에 앞서 완성되어져야 한다는 사실을 예견할 수 잇을 것이다. 연소 피스톤(76)이 상기 구간 사이클 중에 상사점을 향하는 방향으로 상방향으로 이동함으로서, 분사된 연료-공기 혼합물의 미세한 재압축이 일어난다. 이러한 재압축 영향은 최소로 받고 그리고 적절한 엔진 사이클 설계로 보정할 수 있다. E구간은 도3F와 도4F에 도시된 연소 상태에 대응한다. F구간은 도3G와 도4G에 나타낸 사이클의 팽창부분에 대응한다. 선택적으로, G구간은 도3A-도3H에 도시되고 도4A-도4H에서는 생략된 선택성 배기구(74C)의 노출을 나타낸다.
도3의 약도와 같은 타이밍 약도를 도2A-도2C에 도시된 압축 실린더(13)의 동작을 설명하는데 제공하지 않았다. 그 이유는 압축 실린더(13)의 흡입 및 압축부분의 타이밍이 스프링 로드 밸브를 사용하여 조정될 수 있을 정도로 너무 간단한 것이기 때문이다. 그리고, 상술된 다양한 공정은 도5와 도6의 열동력 약도와 상관된다. 본원의 엔진이 연소 사이클에서 기구적으로 분리된 압축 사이클이기는 하지만, 도5와 도6은 어떻게 이들 분리 기구적 사이클이 단일 열동력 사이클에서 상호-상관하는지를 나타낸 도면이다.
도5와 도6은 당기술의 기술인에 의해 일반적으로 사용되는 타입의 열동력 그래프로 열동력 사이클을 나타낸 도면이다. 상기 도면은 각 사이클의 과정 중에, 이러한 경우에는 공기인 작업 유체의 상태를 나타낸 것이다. 도5와 도6에 지점(1,2,3,4) 사이를 지나는 길은 종래 일반적인 내연기관의 표준 오토(Otto)사이클을 나타낸다. 지점(1,2A,2B,3A,4A)사이를 지나는 길은 본원의 내연기관(10)의 열동력 사이클을 나타낸다.
도5는 압력 대 특정 체적을 나타낸 열동력 그래프이며, 도6은 온도 대 엔트로피의 열동력 그래프이다. 특정 체적은 밀도의 역함수이며, 킬로그램 당 입방미터로 나타낸다. 많은 경우에서, 엔트로피는 파악하기에 매우 곤란한 개념이다. 이것은 작업유체(본원에서는 공기)가 우세한 주위 환경상태에서 벗어나는 정도로 이해되어야 한다. 따라서, 예를 들어, 도6에서는 지점(3A)이 연소실(74B) 내의 가스가 매우 뜨거워졌을 때에 그리고 매우 압력이 높았을 때에 즉, 주위 환경과는 상당히 다른 높은 엔트로피 상태에 있을 때에 연소공정의 말미와 연관된다. 대조적으로, 도6의 지점(1)은 압축 실린더(13)의 압축 행정에서의 흡기에 앞서 즉, 주위 환경의 저 엔트로피 상태와 다르지 않은 상태에서 주변 공기에 대응한다.
상술한 바와 같이, 도5와 도6에서, 일반적인 종래기술의 오토 사이클 엔진의 열동력 사이클은 지점(1,2,3,4)을 구비하는 길을 따르는 사이클로 나타난다. 압축은 지점(1,2)사이에서 발생하고, 연소는 지점(2,3)사이에서 발생하고, 연소가스의 팽창은 지점(3,4)사이에서 발생하고, 기체성 연소 산물의 배기는 지점(4,1)사이에서 발생한다. 일반적으로, 전형적인 종래기술의 엔진에서, 열동력 효율은 지점(3,4)사이에서 포획된 유용한 작업과 지점(1,3)사이에서 발생하는 연료 연소와 압축에 필요한 입력 에너지의 비율로서 이해한다.
도5와 도6에서, 현재의 도1의 엔진의 양호한 실시예용 열동력 사이클은 지점(1,2A,2B,3A,4A)을 통해 이동하는 길로 나타나게 된다. 실린더(13)의 압축은 지점(1,2A)사이에서 발생한다. 압축공기 도관(50)에 실린더(12)에서 나오는 압축공기를 선택적으로 냉각하는 동작은 지점(2A,2B)사이에서 발생한다. 이러한 선택적인 냉각동작이 없으면, 상기 공정은 지점(2A)에서 지점(3A)으로 바로 진행한다. 도6에서, 지점(2B)은 연료 점화온도 밑에 온도로 있음에 주의한다. 이러한 사실은 스파크 점화를 위해 채택된 연료를 사용하는 엔진에서의 자동-점화에 반하여 스파크 제어 점화를 허용한다. 자동-점화 온도 밑으로의 이러한 냉각동작이 적은 에너지 손실을 초래한다 할지라도, 부가적인 압축으로 인한 상당한 열동력 이득은 계속 유지된다. 이러한 추가적인 압축은 도5와 도6에서 지점(2 내지 2A)사이에 길에 대응한다.
예를 들어, 일반적인 오토 사이클 엔진용으로 상술된 지점(1,2,3,4)은 아래에 표1로 나타낸 바와 같이 다음과 같이 주어진다.
표1
지점 내용 압력(P)(MPa) 특정 체적(v)(m3/kg) 온도(T)(˚K)
1 압축 개시 0.100 MPa(14.4 psia) 0.829 m3/kg 289˚K(60℉)
2 압축 마감 1.825 MPa 0.104 m3/kg 663˚K
3 연소 마감 8.739 MPa 0.104 m3/kg 3175˚K
4 배기 마감 0.475 MPa(69.0 psia) 0.829 m3/kg 1382˚K(2028℉)
상기 표1은 일반적인 8:1 압축비로 특징되는 예의 공정을 기술한 것으로서, 여기서 첨가된 열은 1900KJ/Kg이고, 열손실은 783KJ/Kg이고, 그리고 유용한 작업은 1017KJ/Kg이다. 상기 경우는 56.5%의 열동력 효율을 산출한다.
대비하여, 도5와 도6에 도시된 지점(1,2,2A,2B,3A,4A)은 예를 들어 아래에 표2로 나타내었다.
표2
지점 내용 압력(P)(MPa) 특정 체적(v)(m3/kg) 온도(T)(˚K)
1 압축 개시 0.100 MPa(14.4 psia) 0.829 m3/kg 289˚K(60℉)
2A 압축 마감 6.597 MPa 0.041 m3/kg 957˚K
2B 인터쿨러 유출 4.569 MPa 0.041 m3/kg 663˚K
3A 연소 마감 21.878 MPa 0.041 m3/kg 3175˚K
4A 배기 마감 0.329 MPa(48.0 psia) 0.829 m3/kg 957˚K(1264℉)
상기 표2는 도5와 도6에 도시된 지점(1,2A,2B,3A,4A)을 따르는 예의 공정을 기술한다. 이러한 변경된 공정은 본원의 엔진으로 달성할 수 있는 향상된 20:1 압축비의 특징을 나타낸다. 이러한 높은압축 공정에서는, 첨가된 열은 1800KJ/Kg이고, 열손실은 690KJ/Kg이고, 그리고 유용한 작업은 1010KJ/Kg이다. 상기 경우는 일반적인 8:1압축비가 갖는 상기 주어진 공정의 이론적 56.5%의 열동력 효율 보다 상당히 큰 61.7%의 이론적 열동력 효율을 산출한다.
따라서, 본원의 엔진은 피스톤 복귀 행정의 제2반부 동안에 일반적으로 연소 실린더 내로의 압축공기의 분사를 제어하는 수단과 오토 사이클에 압축공기의 압력과 온도를 제어하는 수단을 구비하여, 보다 높은 열동력 효율 또는 출력밀도를 달성한다.
상술된 본 발명의 임의적인 형태가 본 발명을 한정하는 것은 아니고, 본 발명은 첨부 청구범위에 포함된 범위 내에서 제약을 받으며, 그 등가의 발명을 포함하는 것이다.

Claims (25)

  1. 내연기관에 있어서, 상기 내연기관은:
    (a)실린더와 왕복동 피스톤을 가진 연소 실린더와;
    (b)압축공기를 생성하는 압축기와;
    (c)압축기와 연소 실린더 사이를 소통하는 압축공기 도관과;
    (d)상기 연소 실린더 내로 다량의 압축공기의 단속적인 흐름이 이루어지도록 연소 실린더와 압축공기 도관과의 사이에 소통을 개방 및 폐쇄하는 압축공기 밸브와;
    (e)상기 다량의 압축공기 내로 연료를 분사하는 연료 분사기와;
    (f)연소 실린더에서 배기가스를 방출하는 배기수단과;
    (g)(i)상기 연소 실린더의 피스톤이 상기 연소 실린더 내로 압축공기를 이동시키도록 복귀 행정의 제2반부에 있을 때에 압축공기 밸브를 개방하고;
    (ⅱ)상기 압축공기 밸브가 동력 행정 동안에 순차적인 연소와 팽창을 위해 연소가능한 연료-공기 혼합물을 생성하도록 상기 다량의 압축공기 내로 연료를 분사할 수 있게 개방되어진 후, 상기 연료 분사기를 활성으로 하고;
    (ⅲ)상기 피스톤이 배기가스가 빠져나가도록 동력 행정의 제2부분에 유입되어진 후에 배기수단을 개방하는 타이밍 시스템을 포함하며;
    (a')상기 왕복동 피스톤은, 상사점에서 하사점으로 피스톤이 이동하는 동력 행정과 하사점에서 상사점으로 이동하는 복귀 행정으로 이루어진 사이클로 실린더 내에서 동작하고;
    (a")상기 동력 행정은 부가로 제1반부와 제2반부로 분할되고 그리고 상기 복귀 행정은 부가로 제1반부와 제2반부로 분할되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연료-공기 혼합물의 연소를 개시하는 연소 기폭제를 부가로 포함하고, 상기 연소 기폭제의 활성은 연료 분사기가 작동되어진 후에 발생하도록 상기 타이밍 시스템에 의해 시간 조절되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  3. 제1항에 있어서, 상기 압축공기 도관은 부가로 압축공기의 적어도 일부분을 냉각하기 위한 방열부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  4. 제1항에 있어서, 상기 압축공기 도관은 부가로 압축공기를 축적 저장하는 저수부를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  5. 제1항에 있어서, 상기 압축공기 도관은 부가로 (i)압축공기를 축적 저장하는 저수부와 (ⅱ)압축공기를 냉각하기 위한 방열부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  6. 제1항에 있어서, 상기 압축공기 도관은 부가로 (i)상기 압축공기를 축적 저장하는 저수부와, (ⅱ)상기 압축공기를 냉각하기 위한 방열부분과, (ⅲ)연소 실린더로 압축공기를 이송하는 배출구 부분과, (ⅳ)상기 배출구 부분으로 비냉각된 압축공기를 이송하는 고온 도관(hot conduit) 및, (v)배출구 부분에 압축공기의 온도를 조정하는 비냉각된 공기와 냉각된 공기의 비율을 조정하는 냉각 도관과 고온 도관 사이를 소통하는 적어도 일 밸브와 배출구 부분으로 방열부분에서 냉각된 압축공기를 이송하는 냉각 도관을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  7. 제1항에 있어서, 상기 압축공기 밸브는, 상기 타이밍 시스템에 의해, 복귀 행정의 제2반부 내의 실린더 사이클의 일부분 중에 연소 실린더와 압축공기 도관과의 사이에 소통부를 개방하도록 연소 실린더의 연소 피스톤과 작동적으로 상관하는 구조인 것을 특징으로 하는 내연기관.
  8. 제1항에 있어서, 상기 압축공기 밸브는 연소 실린더의 헤드에 배치된 스템 밸브이고 그리고, 상기 스템 밸브는 상기 타이밍 시스템에 의해, 복귀 행정의 제2반부 내의 실린더 사이클의 일부분 중에 연소 실린더와 압축공기 도관과의 사이에 소통부를 개방하도록 연소 실린더의 피스톤과 작동적으로 상관하는 구조인 것을 특징으로 하는 내연기관.
  9. 제1항에 있어서, 상기 압축공기 밸브는, 상기 타이밍 시스템에 의한 연소 실린더의 피스톤과 작동적으로 상관된 로터리 밸브이고, 상기 로터리 밸브는 복귀 행정의 제2반부 내의 실린더 사이클의 일부분 중에 연소 실린더와 압축공기 도관과의 사이에 단속적인 소통을 확립하는 통로를 구비하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  10. 제1항에 있어서, 상기 연소 실린더는 부가로 상기 피스톤의 왕복동 운동에 대한 연속 회전을 위해 크랭크샤프트와 피스톤을 연결하는 연결 로드를 구비하고,
    상기 압축공기 밸브는 인덱스 로터리 밸브이며, 상기 로터리 밸브는 상기 피스톤이 복귀 행정의 상기 제2반부에 있을 때에 대체로 크랭크샤프트의 연속 회전에 대하여 밸브 몸체의 단속적인 회전을 일으키도록 크랭크샤프트와 상기 밸브 몸체를 작동적으로 결합하는 인덱싱 수단과 밸브 몸체를 구비하고, 상기 밸브 몸체는 상기 밸브 몸체의 단속적인 회전의 일부분 중에 연소 실린더와 압축공기 도관과의 사이에 소통을 제공하는 통로를 구비하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  11. 제1항에 있어서, 상기 연소 실린더는 부가로 상기 피스톤의 왕복동 운동에 대한 연속 회전을 위해 크랭크샤프트와 피스톤을 연결하는 연결 로드를 구비하고,
    상기 압축공기 밸브는 연소 실린더와 압축공기 도관과의 사이에 배치된 인덱스 로터리 밸브이며, 상기 인덱스 로터리 밸브는 부가로 압축공기 도관과 공기압 소통 상태로 밸브 하우징 체적을 둘러싸는 밸브 하우징을 포함하며, 상기 밸브 하우징은 연소 실린더와 밸브 하우징 체적을 소통시키는 분사구를 가지고, 밸브 몸체는 상기 분사구와 상호 밀봉 상관관계로 밸브 하우징 내에 회전가능하게 배치되고 밸브 하우징 체적부와 분사구 사이에 공기압 소통을 단속적으로 확립시키는 적어도 일 통로를 구비하고, 그리고 인덱싱 수단은 상기 밸브 몸체의 적어도 일 통로가 분사구와 밸브 하우징 체적과의 사이에 공기압 소통을 확립하여 연소 실린더 내로 다량의 압축공기가 지나갈 수 있도록 밸브 몸체를 단속적으로 회전시키는 크랭크샤프트와 밸브 몸체를 작동적으로 상관시키는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  12. 제1항에 있어서, 상기 연소 실린더는 부가로 상기 피스톤의 왕복동 운동에 대한 연속 회전을 위해 크랭크샤프트와 피스톤을 연결하는 연결 로드를 구비하고,
    상기 압축공기 밸브는 연소 실린더와 압축공기 도관과의 사이에 배치된 인덱스 로터리 밸브이며, 상기 인덱스 로터리 밸브는 부가로 압축공기 도관과 공기압 소통 상태로 밸브 하우징 체적을 둘러싸는 밸브 하우징을 포함하며, 상기 밸브 하우징은 연소 실린더와 밸브 하우징 체적부를 소통시키는 분사구를 가지고, 밸브 몸체는 상기 분사구와 상호 밀봉 상관관계로 밸브 하우징 내에 회전가능하게 배치되고 밸브 하우징 체적부와 분사구 사이에 공기압 소통부를 단속적으로 개방시키는 적어도 일 통로를 구비하고, 그리고 인덱싱 메카니즘은 상기 밸브 몸체의 적어도 일 통로가 분사구와 밸브 하우징 사이에 공기압 소통부를 개방하여 연소 실린더 내로 분사 공기가 이송되도록 밸브 몸체를 단속적으로 회전시키는 크랭크샤프트와 밸브 몸체사이를 연결하며, 상기 인덱싱 메카니즘은 구동 휠과 인덱싱 휠을 구비하고, 상기 구동 휠은 함께 지속적인 회전을 하도록 크랭크샤프트에 결합되고, 상기 구동 휠은 적어도 일 코그(cog)와 유지 디스크를 가지며, 상기 인덱싱 휠은 밸브 몸체에 결합되고 상기 구동 휠의 회전 사이클의 제1부분 동안에 구동 휠의 코그의 연속적 회전동작에 대한 인덱싱 휠의 단속적인 동작을 위해 구동 휠의 적어도 일 코그를 수용하는 적어도 일 슬롯을 구비하고, 상기 인덱싱 휠은 부가로 구동 휠의 회전 사이클의 제2부분 동안에 정지 위치에 인덱싱 휠을 유지시키기 위한 구동 휠의 유지 디스크와 양립할 수 있는 적어도 일 유지특징을 포함하며, 상기 밸브 몸체와 상기 인덱싱 휠은 상기 분사구와 상기 밸브 몸체의 적어도 일 통로와의 사이에 공기압 소통이 상기 구동 휠의 회전 사이클의 제1부분 동안에 발생하도록 결합되고, 상기 구동 휠과 상기 크랭크샤프트는 상기 구동 휠의 회전 사이클의 제1부분이 대체로 상기 피스톤이 복귀 행정의 제2반부에 있을 때에 발생하도록 결합되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  13. 제1항에 있어서, 상기 연소 실린더는 공통 크랭크샤프트와 연소 실린더의 피스톤을 기구적으로 결합하는 연결 로드를 구비하는 복수의 연소 실린더 중의 하나 인 것을 특징으로 하는 내연기관.
  14. 제1항에 있어서, 상기 압축기는 압축 실린더를 구비하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  15. 제1항에 있어서, 상기 연소 실린더는 크랭크샤프트와 상기 크랭크샤프트와 피스톤을 결합하는 연결 로드를 구비하고, 그리고
    상기 압축기는 상기 크랭크샤프트에 기구적으로 결합된 피스톤을 구비하는 압축 실린더를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  16. 제1항에 있어서, 상기 연소 실린더는 제1크랭크샤프트와 상기 제1크랭크샤프트와 피스톤을 결합하는 연결 로드를 구비하고,
    상기 압축기는 제2크랭크샤프트에 기구적으로 결합된 피스톤을 구비하는 압축 실린더를 포함하고,
    상기 제1크랭크샤프트와 상기 제2크랭크샤프트의 상대적 회전속도의 조정이 압축공기 도관 내의 공기압의 조정을 일으키어, 엔진의 효율적인 체적 압축비가 조정되도록, 상기 제1크랭크샤프트와 상기 제2크랭크샤프트는 양자간의 상대적 회전속도가 조정되게 작동적으로 상관 관계로 있는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  17. 제1항에 있어서, 상기 연소 실린더는 제1크랭크샤프트와 상기 제1크랭크샤프트와 피스톤을 결합하는 연결 로드를 구비하고,
    상기 압축기는 제2크랭크샤프트에 기구적으로 결합된 피스톤을 구비하는 압축 실린더를 포함하고,
    상기 제1크랭크샤프트와 상기 제2크랭크샤프트는 제1크랭크에 대한 제2크랭크의 회전속도비가 상대적으로 낮은 제1비율과 제1크랭크에 대한 제2크랭크의 회전속도비가 상대적으로 높은 제2회전비 사이에서 동작하는 가변비율 기어박스에 의해 작동적으로 연결되고, 상대적으로 낮은 압력으로 압축공기 도관에 공기압력을 유지하는 제1비율은 상대적으로 낮은 체적 압축비에 대응하고, 상대적으로 높은 압력으로 압축공기 도관에 공기압력을 유지하는 제2비율은 상대적으로 높은 압축비에 대응하고, 상기 제1비율은 상대적으로 높은 효율과 상대적으로 낮은 출력밀도 동작용이고, 상기 제2비율은 상대적으로 낮은 효율과 상대적으로 높은 출력밀도 동작용인 것을 특징으로 하는 내연기관.
  18. 구동 샤프트의 지속적 동력 회전을 일으키는 연속 사이클의 팽창부분과 수축부분이 교대로 일어나면서, 최소 체적과 최대 체적과의 사이에서 왕복동 운동하는 연소실을 구비하는 타입의 내연기관 조합체에 있어서, 상기 연소실 안으로 압축공기를 분사하는 시스템은:
    (a)상기 연소실과 소통하는 압축공기원과;
    (b)상기 압축공기원과 상기 연소실 사이에 소통을 조절하는 인덱스형 로터리 밸브를 포함하며;
    상기 인덱스형 로터리 밸브는 연소실의 연속 사이클 부분 중에서 구동 샤프트의 연속 회전에 대한 밸브 몸체의 단속적인 회전을 일으키도록 구동 샤프트와 밸브 몸체를 작동적으로 결합시키는 인덱싱 수단과 밸브 몸체를 구비하고, 상기 밸브 몸체는 밸브 몸체가 단속적인 회전을 하는 동안에 연소실과 압축공기원과의 사이에 소통을 제공하는 통로를 구비하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  19. 제18항에 있어서, 상기 압축공기원은 부가로 압축기와 상기 압축기와 상기 연소실 간을 소통하는 압축공기 도관을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  20. 제18항에 있어서, 상기 압축공기원은 부가로 압축기와 상기 압축기와 상기 연소실 간을 소통하는 압축공기 도관을 포함하고 그리고 상기 압축공기 도관은 부가로 압축공기의 적어도 일부분을 냉각하는 방열부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  21. 제18항에 있어서, 상기 압축공기원은 부가로 압축공기를 축적 저장하는 저수부를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  22. 제18항에 있어서, 압축공기원은 부가로 (i)압축공기를 축적 저장하는 저수부와, (ⅱ)압축공기를 냉각하는 방열부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  23. 제18항에 있어서, 상기 압축공기원은 부가로 압축기와 상기 압축기와 상기 연소실 사이를 소통시키는 압축공기 도관을 포함하며 그리고 상기 압축공기 도관은 부가로 (i)상기 압축공기를 축적 저장하는 저수부와, (ⅱ)상기 압축공기를 냉각하기 위한 방열부분과, (ⅲ)연소 실린더로 압축공기를 이송하는 배출구 부분과, (ⅳ)상기 배출구 부분으로 비냉각된 압축공기를 이송하는 고온 도관(hot conduit) 및, (v)배출구 부분에 압축공기의 온도를 조정하는 비냉각된 압축공기와 냉각된 압축공기의 비율을 조정하는 냉각 도관과 일 고온 도관 사이를 소통하는 적어도 일 밸브와 배출구 부분으로 방열부분에서 냉각된 압축공기를 이송하는 냉각 도관을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  24. 제18항에 있어서, 상기 인덱싱 수단은 연속 회전을 위해 구동 샤프트에 결합된 구동 휠과 밸브 몸체에 결합된 인덱싱 휠을 포함하며, 상기 구동 휠과 상기 인덱싱 휠은 상기 구동 휠의 제1부분 회전 동안에 구동 휠의 연속 회전에 대한 인덱싱 휠의 단속적 회전을 일으키는 제1상보 세트의 결합 잇점(a first complementary set of engaging features)을 구비하고, 상기 구동 휠과 상기 인덱싱 휠은 상기 구동 휠의 제2부분 회전 중에 회전으로부터 상기 인덱싱 휠을 고정하는 제2상보 세트의 결합 잇점을 구비하고, 상기 인덱싱 휠은 상기 밸브 몸체 통로가 상기 밸브 몸체와 상기 인덱싱 휠의 단속적인 회전을 하는 동안에 연소실과 압축공기원과의 사이에 소통부를 제공하도록 밸브 몸체에 결합되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  25. 제18항에 있어서, 상기 인덱싱 수단은 함께 연속회전을 하기 위해 구동 샤프트에 결합된 구동 휠과 밸브 몸체에 결합된 인덱싱 휠을 포함하고, 제1상보 세트의 결합 잇점을 가진 상기 구동 휠과 상기 인덱싱 휠은 상기 구동 휠의 제1부분 회전 동안에 구동 휠의 연속 회전에 대한 인덱싱 휠의 단속적 회전을 일으키기 위해 코그를 수용하는 적어도 1개 방사방향 슬롯과 적어도 1개 코그를 구비하며, 제2상보 세트의 결합 잇점을 가진 상기 구동 휠과 상기 인덱싱 휠은 상기 구동 휠의 제2부분 회전 동안에 회전으로부터 인덱싱 휠을 고정하기 위해 구동 휠에 적어도 1개 상보 순환 유지부분과 상기 인덱싱 휠에 적어도 1개 물결모양 부분을 구비하고, 상기 인덱싱 휠은 상기 밸브 몸체 통로가 상기 밸브 몸체와 상기 인덱싱 휠의 단속적인 회전을 하는 동안에 연소실과 압축공기원과의 사이에 소통부를 제공하도록 밸브 몸체에 결합되는 것을 특징으로 하는 시스템.
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