KR20070102990A - 2행정 경사판 내연 기관 - Google Patents

Abstract

2행정 경사판 내연 기관은 출력 샤프트 둘레에 배열되어 그에 대해 평행한 축을 갖는 복수의 실린더를 포함한다. 출력 샤프트는 실린더의 중심축에 대해 고정된 각도 관계를 갖는 중심축을 포함한다. 경사판은 출력 샤프트의 중심축에 대해 제1 고정 각도로 배치된 수직축을 갖는 제1 표면을 포함한다. 경사판은 출력 샤프트에 고정된다. 각각의 실린더 내에 배치된 왕복 피스톤은 각각 일 단부에 고정된 종동자를 갖는 커넥팅 로드를 포함한다. 종동자는 경사판 상의 협동식 베어링 표면과 맞물리는 표면을 포함한다.

내연 기관, 경사판, 실린더, 출력 샤프트, 커넥팅 로드, 종동자

Description

2행정 경사판 내연 기관 {Two-Cycle Swash Plate Internal Combustion Engine}

본 발명은 엔진에 관한 것이고, 특히 경사판 내연 기관(엔진)에 관한 것이다.

내연 기관은 연료-공기 혼합기의 체적 압축 및 이에 뒤이은 압축된 연료-공기 혼합기의 정시 점화로부터 동력을 도출한다. 체적 변화는 대체로 대응하는 실린더 내에 배치된 축방향 왕복 피스톤의 이동으로부터 생성된다. 각각의 행정의 과정에서, 피스톤은 실린더 내에 포획된 기체 체적을 최소 체적으로부터 최대 체적으로 변화시킬 것이다. 오토 사이클(Otto cycle) 또는 "4행정" 내연 기관에서, 각각의 피스톤의 왕복 이동은 연료-공기 혼합기를 압축하고, 팽창 기체에 의해 발생되는 힘을 받아서 전달하고, 사용된 기체를 배기 포트 외부로 이동시키기 위해 양압을 발생시키고, 이후의 연료-공기 기체 장입 시에 흡인하기 위해 흡기 포트 상에 음압을 발생시킨다.

현대의 내연 기관은 초라하게 시작되었다. 17세기 후반에, 크리스티안 호이겐스라는 이름의 네덜란드 물리학자가 화약 연료식 내연 기관을 설계했다. 호이겐스의 엔진은 성공적으로 제작되지 않았다고 믿어진다. 이후, 19세기 초반에, 스위 스의 프랑소아 이삭 드 리바츠가 수소 동력식 내연 기관을 발명했다. 이 엔진은 제작되었지만, 상업적으로 성공적이지 않았다고 보고되어 있다.

내연 기관의 개념에 대한 어느 정도의 초기 작업이 있었지만, 개발은 실제로 19세기 중반에 본격적으로 시작되었다. 장 조셉 에티엔느 르느와르가 다양한 연료로 운전되는 여러 전기 스파크 점화식 내연 기관을 개발하고 특허받았다. 르느와르 엔진은 성능 또는 신뢰성 기대를 만족시키지 않았고, 인기를 얻지 못했다. 르느와르 엔진은 다루기 힘든 전기 점화 시스템 및 높은 연료 소모의 악평으로 고전했다고 보고되어 있다. 대략 100 입방 피트의 석탄 가스가 마력 시간당 소모되었다. 이러한 초기의 실패에도 불구하고, 알폰제 보 데 로샤스, 지크프리트 마르쿠스 및 조지 브레이튼을 포함한 여러 다른 발명가가 내연 기관의 개발에 실질적인 기여를 계속했다.

니콜라우스 아우구스트 오토라는 이름의 발명가가 르느와르 및 드 로샤스의 설계를 개선하여 더욱 효율적인 엔진을 개발했다. 르느와르 엔진의 실질적인 단점을 잘 인식하고서, 오토는 르느와르 엔진이 개선될 수 있다고 느꼈다. 이러한 목적으로, 오토는 다양한 방식으로 르느와르 엔진을 개선하기 위해 노력했다. 1861년에, 오토는 가솔린으로 운전되는 2행정 엔진을 특허받았다. 오토의 2행정 엔진은 1867년 파리 세계 박람회에서 금메달을 수상했다. 오토의 2행정 엔진은 신규했지만, 그의 성능은 당시의 증기 엔진과 경쟁이 되지 않았다. 성공적인 2행정 엔진은 1876년에 개발되었다.

1876년 즈음에, 더글라스라는 이름의 발명가가 성공적인 2행정 엔진을 제작 함과 거의 동시에, 클라우스 오토는 최초의 4행정 피스톤 사이클 내연 기관으로 믿어지는 것을 제작했다. 오토의 4행정 엔진은 당시의 증기 엔진에 대한 최초의 실질적인 동력 발생 대안이었다. 오토의 혁신적인 4행정 엔진은 그 이래로 제작된 수많은 양산 내연 기관의 모체로 고려될 수 있다. 내연 기관의 개발에 대한 오토의 기여는 현대의 자동차에서 연료 및 공기 혼합기를 연소시키는 과정이 그를 기념하여 "오토 사이클"로 알려질 정도이다. 오토는 그의 엔진에 대해 미국 특허 제365,701호를 허여받았다.

클라우스 오토가 그의 첫 번째 4행정 엔진을 제작한 지 10년 후에, 고트리브 다임러가 현대의 가솔린 엔진의 원형으로 종종 인식되는 것을 발명했다. 다임러의 엔진은 가솔린이 기화기에 의해 유입 공기로 부가되는 1기통 수직 실린더를 채용했다. 1889년에, 다임러는 버섯형 밸브 및 2개의 실린더를 갖는 개선된 4행정 엔진을 완성했다. 빌헬름 마이바흐가 1890년에 최초의 4기통 4행정 엔진을 제작했다. 기화식 4행정 다기통 내연 기관은 1900년대 초반에서 1970년대까지 육상 운송 수단의 주류가 되었고, 결국 1980년대의 연료 분사식 엔진에 의해 대체되었다.

본 발명은 전통적인 크랭크 샤프트 엔진은 물론 종래의 경사판 설계로부터 구별되는 복수의 특징 및 개선을 갖는 경사판 엔진이다.

제1 실시예에서, 본 발명은 내부 체적, 내부 실린더 표면, 중심축, 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 하나 이상의 실린더를 포함하는 동력 발생 장치이다. 내부 실린더 헤드 표면을 갖는 하나 이상의 실린더 헤드가 하나 이상의 실린더 중 하나의 제1 단부에 배치되어 고정된다. 실린더 중 하나 이상의 중심축에 대해 평행한 이동축을 가지며 그러한 실린더에 고정된 실린더 헤드의 내부 표면을 향해 배치된 크라운을 갖는 하나 이상의 피스톤이 실린더의 내부 체적 내에 배치된다. 피스톤의 크라운, 내부 실린더 표면 및 그러한 실린더에 대한 실린더 헤드의 내부 표면은 함께 그러한 실린더에 대한 연소실을 형성한다.

제1 실시예는 실린더의 중심축에 대해 고정된 각도 관계를 갖는 중심축을 갖는 출력 샤프트를 더 포함한다. 출력 샤프트의 중심축에 대해 제1 고정 각도로 배치된 수직축을 갖는 제1 경사판 표면을 갖는 경사판이 출력 샤프트에 고정된다. 주축, 피스톤에 축방향으로 그리고 회전식으로 고정된 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 하나 이상의 커넥팅 로드가 하나 이상의 피스톤에 고정된다. 그가 고정되어 있는 커넥팅 로드의 주축에 대해 제1 고정 각도로 배치된 수직축을 갖는 제1 종동자 표면을 갖는 하나 이상의 종동자가 커넥팅 로드의 제2 단부에 고정된다. 제1 종동자 표면은 제1 경사판 표면과 접촉하여 그의 배향에 일치된다.

제2 실시예에서, 본 발명은 중심축을 갖는 출력 샤프트 및 출력 샤프트의 중심축 둘레에 대칭으로 배치된 2 이상의 실린더를 포함하는 동력 발생 장치이다. 각각의 실린더는 출력 샤프트의 중심축에 대해 평행한 중심축, 내부 체적, 내부 실린더 표면, 중심축, 제1 단부 및 제2 단부를 갖는다.

내부 실린더 헤드 표면을 각각 갖는 2 이상의 실린더 헤드가 실린더 중 하나의 제1 단부에 배치되어 고정된다. 장치는 2 이상의 피스톤을 포함하고, 각각의 피스톤은 실린더의 중심축에 대해 정렬된 이동축을 가지며, 실린더의 내부 체적 내에 배치되고, 그러한 실린더에 고정된 실린더 헤드의 내부 표면을 향해 배치된 크라운을 갖는다. 피스톤의 크라운, 내부 실린더 표면 및 그러한 실린더에 대한 실린더 헤드의 내부 표면은 함께 그러한 실린더에 대한 연소실을 형성한다.

경사판이 출력 샤프트에 고정되고, 출력 샤프트의 중심축에 대한 출력 샤프트의 배향에 대해 고정된 경사판 클로킹 인터페이스(clocking interface)를 갖는다. 주축, 제1 단부 및 제2 단부를 각각 갖는 2 이상의 커넥팅 로드가 피스톤에 축방향으로 그리고 회전 가능하게 각각 고정된다. 커넥팅 로드의 주축에 대한 커넥팅 로드의 배향 및 경사판 클로킹 인터페이스의 배향에 대해 고정된 종동자 클로킹 인터페이스를 갖는 2 이상의 종동자가 커넥팅 로드의 제2 단부에 각각 고정된다.

제3 실시예에서, 본 발명은 중심축을 갖는 출력 샤프트, 출력 샤프트의 중심축 둘레에 대칭으로 규칙적으로 배치되어 출력 샤프트에 대해 축방향으로 이동 가능한 4개의 실린더 및 4개의 종동자에 의해 경사판에 연결되는 4개의 피스톤을 포함하는 동력 발생 장치이다.

4개의 실린더는 출력 샤프트의 중심축 둘레에 대칭으로 규칙적으로 배치되고, 출력 샤프트에 대해 축방향으로 이동 가능하다. 각각의 실린더는 출력 샤프트의 중심축에 대해 평행한 중심축, 내부 체적, 내부 실린더 표면, 중심축, 제1 단부 및 제2 단부를 갖는다. 4개의 실린더 헤드는 내부 실린더 헤드 표면, 흡기 포트 및 배기 포트를 각각 갖는다. 각각의 그러한 실린더 헤드는 실린더의 제1 단부에 배치되어 고정된다.

4개의 피스톤 각각은 실린더의 중심축에 대해 정렬된 이동축을 갖고, 실린더의 내부 체적 내에 배치되고, 그러한 실린더에 고정된 실린더 헤드의 내부 표면을 향해 배치된 크라운을 갖는다. 피스톤의 크라운, 내부 실린더 표면 및 그러한 실린더에 대한 실린더 헤드의 내부 표면은 함께 그러한 실린더에 대한 연소실을 형성한다.

경사판은 출력 샤프트에 고정되고, 출력 샤프트의 중심축에 대해 대략 45°의 각도로 배치된 수직축을 갖는 실질적으로 평탄한 경사판 표면을 갖는다. 주축, 피스톤에 축방향으로 그리고 회전 가능하게 고정된 제1 단부 및 제2 단부를 각각 갖는 4개의 커넥팅 로드는 커넥팅 로드의 제2 단부에 각각 고정된 4개의 종동자에 의해 경사판에 연결된다. 각각의 종동자는 커넥팅 로드에 고정된 실질적으로 평탄한 종동자 표면을 갖고, 출력 샤프트의 중심축에 대해 대략 45°의 각도로 배치된 수직축을 갖는다.

본 발명의 특징 및 장점에 대한 더욱 완전한 이해를 위해, 이제 첨부된 도면과 함께 본 발명의 상세한 설명이 참조된다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내연 기관의 부분 절결된 사시도를 도시한다.

도2는 도1의 내연 기관의 왕복 조립체의 사시도를 도시한다.

도3은 도1의 내연 기관의 왕복 조립체의 정면도를 도시한다.

도4는 도1의 내연 기관의 왕복 조립체의 우측면도를 도시한다.

도5는 도1의 내연 기관의 왕복 조립체의 평면도를 도시한다.

도6은 도2의 왕복 조립체 내에서 사용되는 피스톤의 사시도를 도시한다.

도7은 도2의 왕복 조립체 내에서 사용되는 피스톤의 정면도를 도시한다.

도8은 도2의 왕복 조립체 내에서 사용되는 피스톤의 측면도를 도시한다.

도9는 도2의 왕복 조립체 내에서 사용되는 피스톤의 평면도를 도시한다.

도10은 도2의 왕복 조립체 내에서 사용되는 경사판의 사시도를 도시한다.

도11은 도2의 왕복 조립체 내에서 사용되는 경사판의 정면도를 도시한다.

도12는 도2의 왕복 조립체 내에서 사용되는 경사판의 측면도를 도시한다.

도13은 도2의 왕복 조립체 내에서 사용되는 경사판의 평면도를 도시한다.

도14는 도1의 실린더 헤드 및 크랭크 케이스 조립체의 측단면도를 도시한다.

도15는 도14의 선 15-15를 따른 실린더 헤드의 등각 단면도를 도시한다.

도16은 도14의 선 16-16을 따른 실린더 헤드의 등각 단면도를 도시한다.

본 발명의 다양한 실시예의 제작 및 사용이 아래에서 상세하게 설명되지만, 본 발명은 매우 다양한 구체적인 상황에서 실시될 수 있는 많은 적용 가능한 발명의 개념을 제공한다는 것이 이해되어야 한다. 본원에서 설명되는 구체적인 실시예는 단지 본 발명을 제작하고 사용하기 위한 구체적인 방식을 예시하고, 본 발명의 범주를 제한하지 않는다.

엔진(100)은 출력 샤프트(106) 둘레에 배치된 실린더 블록(102) 및 크랭크 케이스(104)를 포함한다. 경사판(108)이 출력 샤프트(106)에 견고하게 고정된다. 경사판(108)은 출력 샤프트(106)의 종방향 주축에 대해 각도를 이루어 배치된 수직축을 갖는 대체로 평탄한 베어링 표면(118)을 갖는다. 4개의 원통형 피스톤(110)의 세트가 4개의 대응하는 실린더(112) 내에 배치되어, 커넥팅 로드(114)를 통해, 경사판(108)의 베어링 표면(118) 상에 놓인 로드 풋(116)(rod foot)을 거쳐 경사판(108)에 작동식으로 연결된다. 각각의 로드 풋(116)은 그가 고정되어 있는 커넥팅 로드(114)의 종방향 주축에 대해 각도를 이루어 배치된 수직 주축을 갖는 대체로 평탄한 바닥 표면을 갖는다.

각각의 피스톤(110)은 스커트(150) 및 크라운(152)을 포함한다. 도1 내지 도9에 도시된 실시예에서, 크라운(152)은 한 쌍의 밸브 포켓(154, 156)을 포함하지만, 대안적인 실시예는 포켓(154, 156) 중 하나 또는 모두를 생략할 수 있다. 유사하게, 포켓(154, 156)은 대칭이며 특정 형상을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 포켓(154, 156)은 대안적인 실시예에서 다른 형상을 가질 수 있다.

피스톤 스커트(150)는 압축 링 홈(158) 및 오일 제어 링(160, 162)을 포함한다. 대안적인 실시예는 특정 용도가 요구할 때 더 많거나 더 적은 피스톤 링 홈(158 내지 162)을 포함할 수 있다. 매우 다양한 피스톤 링 스타일이 특정 용도에 따라, 본 발명에서 채용될 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다.

커넥팅 로드(114)는 피스톤(150)을 타원형 로드 풋(116)에 연결한다. 로드 풋(116)은 상부 표면(164), 하부 표면(166) 및 외측 모서리(168)를 포함한다. 경사판(108)에 조립될 때, 로드 풋(116)은 내측 리지(120) 및 외측 리지(122)에 의해 상부 표면(164)에 대해 포착되고, 하부 표면(166)은 경사판 베어링 표면(118)에 대 해 놓인다. 경사판(108)은 경사판 베어링 표면(118) 상의 모멘트 부하에 대해 경사판(108)을 지탱하기 위한 원추형 전이부(200)를 포함한다.

당업자는 엔진(100)이 전통적인 내연 기관과 현저하게 다르다는 것을 인식할 것이다. 전통적인 내연 기관의 가장 일반적인 배치에서, 엔진의 피스톤은 커넥팅 로드의 세트를 통해 회전식 크랭크 샤프트에 결합되어, 피스톤의 왕복 축방향 이동을 크랭크 샤프트의 연속적인 회전 이동으로 변환한다. 공지된 ("V8"과 같은) "V" 형상, 직렬형, 대향형("편평형"으로서 공지됨) 및 방사형 형상을 포함한 매우 다양한 실린더 배치가 고안되고 실시되었지만, 그러한 모든 엔진은 전술한 기본적인 크랭크 샤프트 기하학적 형상을 공유한다.

이들의 압도적인 성공에도 불구하고, 크랭크 연결식 왕복 동력원은 몇몇 고유한 제한을 포함한다. 피스톤 이동 범위 내의 2개의 개별 지점, 즉 상사점 및 하사점을 제외하고, 커넥팅 로드는 피스톤이 노출되는 실린더의 중심선에 대해 각도를 이루어 배치된다. 그러므로, 커넥팅 로드 내의 축방향 힘은 피스톤과 실린더 벽 사이의 경계에서 상쇄되어야 한다. 피스톤에 의한 실린더 벽 상의 부하는 피스톤의 "측면 부하"로서 공지되어 있다. 실린더 내의 압력이 상승함에 따라, 측면 부하는 내구성 및 마찰 손실의 측면에서, 심각한 문제가 될 수 있다. 아울러, 엔진 부품 상의 동적 원심 부하가 크랭크 샤프트 엔진에서 엔진 속도와 함께 기하급수적으로 상승하여, 크랭크 샤프트 엔진의 비출력 및 출력 대 중량비를 제한한다.

크랭크 샤프트 엔진에서, 크랭크 샤프트 및 커넥팅 로드의 기하학적 형상은 크랭크가 회전하고 피스톤이 그의 이동 범위를 통해 이동할 때, 피스톤이 (동력이 발생되는) 상사점 부근에서보다 (동력이 발생되지 않는) 하사점 부근에서 더 많은 시간을 소비하도록 되어 있다. 이러한 고유한 특징은 더 긴 커넥팅 로드의 사용에 의해 어느 정도 상쇄될 수 있지만, 시간에 대한 피스톤의 이동은 완벽한 사인파 이동에 단지 근접할 수 있고 일치될 수는 없다. 이러한 효과의 크기는 크랭크 샤프트 행정의 길이에 대한 커넥팅 로드의 유효 길이의 비율에 대해 역비례하지만, 1.5:1 이하의 커넥팅 로드 대 행정비를 갖는 엔진에서 특히 두드러진다.

낮은 로드 대 행정비를 갖는 엔진에서 상사점으로부터 멀어지는 피스톤의 가속도는 유용한 연소실 압력이 높은 크랭크 속도에서 유지될 수 없도록 된다. 이는 연소실 내의 압력을 지배하는 연소실 내의 연료-공기 혼합기의 연소 속도가 탄화수소 연료 및 산소의 반응 속도에 의해 제한되기 때문에 발생한다. 높은 크랭크 샤프트 속도에서 운전되는, 장행정, 단로드 엔진에서, 피스톤 이동에 의해 발생되는 체적의 증가는 연소에 의해 발생되는 압력의 증가를 능가한다. 바꾸어 말하면, 피스톤은 연소실 내에서 팽창되는 연료-공기 혼합기를 "앞질러서", 팽창되는 혼합기로부터의 압력은 피스톤 또는 크랭크 샤프트의 가속에 기여하지 않는다.

상사점 부근에서의 피스톤의 체류 시간은 더 큰 로드 대 행정비의 사용을 통해 어느 정도 증가될 수 있다. 더 큰 로드 대 행정비는 더 짧은 행정 또는 더 긴 커넥팅 로드에서 달성될 수 있다. 2가지 해결책 각각은 그의 고유한 문제점을 제시한다. 더 짧은 행정의 사용에 대해, 단행정 엔진은 장행정 엔진보다 더 작고 더 가벼울 수 있지만, 장점은 선형이 아니다. 예를 들어, 크랭크 샤프트 행정의 길이는 피스톤, 실린더 헤드, 커넥팅 로드, 또는 엔진 부속품의 크기 및 중량에 대한 영향을 갖지 않는다. 더 짧은 행정은 어느 정도 더 작고 더 가벼운 크랭크 샤프트 및 실린더 블록을 가능케 하지만, 이러한 효과도 선형이 아니다. 즉, 크랭크 샤프트 행정의 반감은 크랭크 샤프트 또는 실린더 블록의 질량의 반감을 가능케 하지 않는다.

다른 모든 성능 관련 엔진 속성이 동일하면, 단행정 엔진은 장행정 엔진에 비해 비례하여 낮은 변위를 가질 것이다. 따라서, 단행정 엔진은 장행정 엔진에 비해 대체로 더 낮은 토크 출력을 생성할 것이다. 이러한 낮은 토크 출력은 동일한 크랭크 샤프트 속도에서 낮은 동력 출력으로 변환된다. 따라서, 단행정 엔진은 동일한 동력 출력을 발생시키기 위해 더 높은 속도에서 운전되어야 할 것이다. 낮은 변위로부터 생성되는 토크의 손실은 또한 더욱 효율적인 밸브 타이밍, 더 양호한 연소실 설계, 또는 더 높은 압축비와 같은 효율 향상에 의해 상쇄될 수 있다. 그러나, 더욱 효율적인 밸브 타이밍 및 연소실 설계는 대체로 연구 및 개발에 있어서 상당한 투자를 요구하고, 내연 기관 내의 최대 압축비는 엔진 연료의 자가 점화 특징에 의해 제한된다. 고품질 가솔린으로 운전되는 자연 흡기식 엔진에 대해, 연료-공기 혼합기의 자가 점화 특징에 의해 부가되는 대략 11:1의 실질적인 압축비 제한이 있어서, 압축비의 증가만으로부터 이용 가능한 효율 개선을 제한한다.

행정의 단축에 의해 발생되는 손실 출력은 또한 엔진 실린더의 보어 직경을 증가시켜서 엔진 변위를 증가시킴으로써, 보상될 수 있다. 엔진의 변위가 행정 길이에 선형으로 비례할 때, 이는 실린더 보어 직경에 기하학적으로 비례한다. 따라서, 행정 길이의 10% 감소는 실린더 보어 직경의 5% 증가에 의해 상쇄될 수 있다. 다른 모든 것이 동일하면, 실린더 보어 직경의 증가는 피스톤 질량의 증가를 요구하고, 이는 커넥팅 로드 강도 및 크랭크 샤프트 평형추 질량의 대응하는 증가를 요구한다. 엔진 실린더 중 둘 이상이 대부분의 현대의 크랭크 샤프트 엔진에서 일반적인 바와 같이 직렬로 배열되면, 대경 실린더 또한 긴 실린더 블록, 실린더 헤드 및 크랭크 샤프트를 요구하여, 엔진 크기 및 중량을 증가시킬 것이다.

로드 대 행정비를 증가시키기 위한 두 번째 접근은 로드를 연장하는 것이다. 이는 엔진 변위를 감소시키지 않고서 로드 대 행정비를 증가시키는 장점을 갖는다. 그러나, 엔진의 다른 모든 파라미터는 남겨두고 로드만을 연장하는 것은 크랭크 샤프트의 중심선으로부터 더욱 멀리 피스톤의 상사점 위치를 이동시킬 것이다. 바꾸어 말하면, 커넥팅 로드 길이의 1인치 증가는 크랭크 샤프트 중심선과 상사점에서의 피스톤 크라운의 상부 사이의 거리의 1인치 증가를 생성할 것이다. 이는 피스톤에 대해 충분한 작동 체적을 제공하기 위해 실린더의 길이의 대응하는 증가를 요구할 것이다. 다시, 엔진 크기 및 질량이 증가된다.

전통적인 크랭크 샤프트 엔진의 구성에서의 고유한 타협과 대조적으로, 본원에서 도시된 유형의 경사판 엔진은 피스톤을 사인파 프로파일을 따라 이동시킬 수 있어서, 상사점에서의 체류 시간과 엔진의 성능 잠재력을 증가시킨다.

경사판의 사용으로부터 구현되는 동역학적 장점 이외에, 실린더 내에서의 피스톤의 이동은 특히 2행정 구성에서 엔진의 성능 및 다기능성을 개선하도록 이용될 수 있지만, 설계는 그러한 구성으로 제한되지 않는다. 당업자는 본 발명의 대안적인 실시예가 예를 들어 4행정 (오토) 사이클, 디젤 사이클, 스털링 사이클, 브레이 튼 사이클, 카르노 사이클 및 자일리거 (5점) 사이클을 포함하지만 그에 제한되지 않는, 열역학 분야에서 동력을 생성하기 위해 공지된 동력 사이클 중 하나를 채용할 수 있다는 것을 이해할 것이다.

도1 내지 도16에 도시된 엔진(100)은 실린더(112)의 측벽 내에 배치된 흡기 및 배기 포트를 갖는 2행정 구성이다. 엔진(100)의 실린더 블록(102)과 흡기 및 배기 포트의 배치는 도14 내지 도16에 상세하게 도시되어 있다. 실린더 블록(102)은 캡 스크루(250)에 의해 크랭크 케이스(104)에 고정된다. 실린더 블록 커버(254)가 캡 스크루(252)에 의해 크랭크 케이스(104)에 고정된다. 경사판(108)이 상부 베어링 레이스(256)와 하부 베어링 레이스(258) 사이에서 크랭크 케이스(104) 내에 수직으로 고정된다. 커넥팅 로드(114)를 수납하여 안내하는 형상 및 크기의 커넥팅 로드 가이드(260)의 세트가 크랭크 케이스(104)의 상부 상에 배치된다.

공기 및 연료가 흡기 포트(270 내지 274)의 세트를 통해 각각의 실린더(112) 내로 통과한다. 대안적인 실시예는 적절하다면 더 많거나 더 적은 흡기 포트를 사용할 수 있다. 도14 내지 도16에 도시된 실시예에서, 연료는 각각의 흡기 포트(270) 내에 배치된 단일 연료 분사 포트(290)에 의해 흡기 장입을 위해 도입된다. 용도에 따라, 대안적인 실시예는 하나 이상의 대안적인 위치에 배치된 하나 이상의 연료 분사 포트를 사용할 수 있거나, 또는 적절하다면 기화 또는 스로틀 보디 연료 분사를 사용할 수 있다. 피스톤 크라운이 하향 동력 행정 시에 하강할 때, 연소된 공기/연료 혼합기는 포트(280 내지 284)와 같은 하나 이상의 배기 포트를 통해 각각의 실린더(112)를 빠져나간다.

포트(270 내지 274)를 통한 흡기 및 포트(280 내지 284)를 통한 배기의 유동은 각각의 실린더(112) 내에 배치된 피스톤(110)의 위치 및 배향에 의해 제어된다. 전통적인 2행정 엔진 설계는 흡기 및/또는 배기 개폐의 시점을 제어하기 위해 피스톤의 축방향 위치를 사용하는 것으로 공지되어 있지만, 엔진(100)은 흡기 및/또는 배기 시점의 타이밍을 제어하기 위해 각각의 피스톤(110)의 반경방향 배향과 조합된 각각의 피스톤(110)의 축방향 위치를 채용한다. 따라서, 엔진(110)은 이전의 설계로부터 이용 가능한 유연성의 정도에 비해, 상당한 정도의 추가의 유연성을 제공한다.

본 발명이 예시적인 실시예를 참조하여 설명되었지만, 이러한 설명은 제한적인 의미로 해석되도록 의도되지 않았다. 예시적인 실시예의 다양한 변형 및 조합과, 본 발명의 다른 실시예가 설명을 참조할 때 당업자에게 명백할 것이다. 그러므로, 이러한 설명은 임의의 그러한 변형 또는 실시예를 포함하도록 의도된다.

Claims (42)

1. 동력 발생 장치이며,

   내부 체적, 내부 실린더 표면, 중심축, 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 하나 이상의 실린더와,

   내부 실린더 헤드 표면을 가지며, 상기 하나 이상의 실린더 중 하나의 제1 단부에 각각 배치되어 고정된 하나 이상의 실린더 헤드와,

   상기 실린더 중 하나 이상의 중심축에 대해 평행한 이동축을 가지며, 실린더의 내부 체적 내에 배치되고, 그러한 실린더에 고정된 실린더 헤드의 내부 표면을 향해 배치된 크라운을 갖는 하나 이상의 피스톤과,

   상기 실린더의 중심축에 대해 고정된 각도 관계를 갖는 중심축을 갖는 출력 샤프트와,

   상기 출력 샤프트에 고정되고, 출력 샤프트의 중심축에 대해 제1 고정 각도로 배치된 수직축을 갖는 제1 경사판 표면을 갖는 경사판과,

   주축, 피스톤에 축방향으로 그리고 회전 가능하게 고정된 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 하나 이상의 커넥팅 로드와,

   커넥팅 로드의 제2 단부에 고정되고, 그가 고정되어 있는 커넥팅 로드의 주축에 대해 제1 고정 각도로 배치된 수직축을 갖는 제1 종동자 표면을 갖는 하나 이상의 종동자를 포함하고,

   상기 피스톤의 크라운, 내부 실린더 표면 및 그러한 실린더에 대한 실린더 헤드의 내부 표면은 함께 그러한 실린더에 대한 연소실을 형성하고,

   제1 종동자 표면은 제1 경사판 표면과 접촉하고, 그의 배향에 일치되는 동력 발생 장치.
2. 제1항에 있어서, 2 이상의 실린더가 있는 동력 발생 장치.
3. 제2항에 있어서, 3 이상의 실린더가 있는 동력 발생 장치.
4. 제3항에 있어서, 4 이상의 실린더가 있는 동력 발생 장치.
5. 제4항에 있어서, 4개를 초과하는 실린더가 있는 동력 발생 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 동력 발생 장치는 오토 사이클에 따라 작동하는 동력 발생 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 동력 발생 장치는 스털링 사이클에 따라 작동하는 동력 발생 장치.
8. 제1항에 있어서, 연료를 연소실 내로 분사하도록 배치된 하나 이상의 연료 분사기를 더 포함하고, 상기 동력 발생 장치는 디젤 사이클에 따라 작동하는 동력 발생 장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 동력 발생 장치는 복합 사이클에 따라 작동하는 동력 발생 장치.
10. 제1항에 있어서, 상기 경사판은 실린더에 대해 축방향으로 이동될 수 있는 동력 발생 장치.
11. 제1항에 있어서, 하나 이상의 실린더 헤드는 하나 이상의 흡기 포트를 포함하는 동력 발생 장치.
12. 제11항에 있어서, 하나 이상의 실린더 헤드는 2 이상의 흡기 포트를 포함하는 동력 발생 장치.
13. 제11항에 있어서, 하나 이상의 흡기 포트는 가압되는 동력 발생 장치.
14. 제13항에 있어서, 하나 이상의 흡기 포트를 가압하는 터보차저를 더 포함하는 동력 발생 장치.
15. 제13항에 있어서, 하나 이상의 흡기 포트를 가압하는 수퍼차저를 더 포함하 는 동력 발생 장치.
16. 제1항에 있어서, 상기 출력 샤프트의 중심축에 대한 경사판의 배향에 대해 피스톤의 그의 중심축에 대한 배향을 동기화하기 위해 클로킹 인터페이스를 더 포함하는 동력 발생 장치.
17. 제1항에 있어서, 경사판의 표면은 실질적으로 평탄한 동력 발생 장치.
18. 제16항에 있어서, 경사판의 수직축은 출력 샤프트의 중심축에 대해 대략 45°로 배치되는 동력 발생 장치.
19. 동력 발생 장치이며,

    중심축을 갖는 출력 샤프트와,

    상기 출력 샤프트의 중심축 둘레 둘레에 대칭으로 배치되고, 출력 샤프트의 중심축에 대해 평행한 중심축, 내부 체적, 내부 실린더 표면, 중심축, 제1 단부 및 제2 단부를 각각 갖는 2 이상의 실린더와,

    내부 실린더 헤드 표면을 각각 가지며, 실린더 중 하나의 제1 단부에 각각 배치되어 고정된 2 이상의 실린더 헤드와,

    실린더의 중심축에 대해 정렬된 이동축을 각각 가지며, 실린더의 내부 체적 내에 배치되고, 그러한 실린더에 고정된 실린더 헤드의 내부 표면을 향해 배치된 크라운을 갖는 2 이상의 피스톤과,

    상기 출력 샤프트에 고정되고, 출력 샤프트의 중심축에 대한 출력 샤프트의 배향에 대해 고정된 경사판 클로킹 인터페이스를 갖는 경사판과,

    주축, 피스톤에 축방향으로 그리고 회전 가능하게 고정된 제1 단부 및 제2 단부를 각각 갖는 2 이상의 커넥팅 로드와,

    커넥팅 로드의 제2 단부에 각각 고정되고, 커넥팅 로드의 주축에 대한 커넥팅 로드의 배향 및 경사판 클로킹 인터페이스의 배향에 대해 고정된 종동자 클로킹 인터페이스를 갖는 2 이상의 종동자를 포함하고,

    상기 피스톤의 크라운, 내부 실린더 표면 및 그러한 실린더에 대한 실린더 헤드의 내부 표면은 함께 그러한 실린더에 대한 연소실을 형성하는 동력 발생 장치.
20. 제19항에 있어서, 3 이상의 실린더가 있는 동력 발생 장치.
21. 제20항에 있어서, 4 이상의 실린더가 있는 동력 발생 장치.
22. 제21항에 있어서, 4개를 초과하는 실린더가 있는 동력 발생 장치.
23. 제19항에 있어서, 상기 동력 발생 장치는 오토 사이클에 따라 작동하는 동력 발생 장치.
24. 제19항에 있어서, 상기 동력 발생 장치는 스털링 사이클에 따라 작동하는 동력 발생 장치.
25. 제19항에 있어서, 연료를 연소실 내로 분사하도록 배치된 하나 이상의 연료 분사기를 더 포함하고, 상기 동력 발생 장치는 디젤 사이클에 따라 작동하는 동력 발생 장치.
26. 제19항에 있어서, 상기 동력 발생 장치는 복합 사이클에 따라 작동하는 동력 발생 장치.
27. 제19항에 있어서, 상기 경사판은 실린더에 대해 축방향으로 이동될 수 있는 동력 발생 장치.
28. 제19항에 있어서, 하나 이상의 실린더 헤드는 하나 이상의 흡기 포트를 포함하는 동력 발생 장치.
29. 제28항에 있어서, 하나 이상의 실린더 헤드는 2 이상의 흡기 포트를 포함하는 동력 발생 장치.
30. 제28항에 있어서, 하나 이상의 흡기 포트는 가압되는 동력 발생 장치.
31. 제30항에 있어서, 하나 이상의 흡기 포트를 가압하는 터보차저를 더 포함하는 동력 발생 장치.
32. 제30항에 있어서, 하나 이상의 흡기 포트를 가압하는 수퍼차저를 더 포함하는 동력 발생 장치.
33. 제19항에 있어서, 상기 경사판 클로킹 인터페이스는 출력 샤프트의 중심축에 대해 각도를 이루어 배치된 실질적으로 평탄한 표면인 동력 발생 장치.
34. 제33항에 있어서, 실질적으로 평탄한 표면은 출력 샤프트의 주축에 대해 대략 45°로 배치되는 동력 발생 장치.
35. 동력 발생 장치이며,

    중심축을 갖는 출력 샤프트와,

    상기 출력 샤프트의 중심축 둘레 둘레에 대칭으로 배치되고, 출력 샤프트의 중심축에 대해 평행한 중심축, 내부 체적, 내부 실린더 표면, 중심축, 제1 단부 및 제2 단부를 각각 갖는 4개의 실린더와,

    내부 실린더 헤드 표면, 흡기 포트 및 배기 포트를 각각 가지며, 실린더의 제1 단부에 각각 배치되어 고정된 4개의 실린더 헤드와,

    실린더의 중심축에 대해 정렬된 이동축을 각각 가지며, 실린더의 내부 체적 내에 배치되고, 그러한 실린더에 고정된 실린더 헤드의 내부 표면을 향해 배치된 크라운을 갖는 4개의 피스톤과,

    상기 출력 샤프트에 고정되고, 출력 샤프트의 중심축에 대해 대략 45°로 배치된 수직축을 갖는 실질적으로 평탄한 경사판 표면을 갖는 경사판과,

    주축, 피스톤에 축방향으로 그리고 회전 가능하게 고정된 제1 단부 및 제2 단부를 각각 갖는 4개의 커넥팅 로드와,

    커넥팅 로드의 제2 단부에 각각 고정되고, 출력 샤프트의 중심축에 대해 대략 45°의 각도로 배치된 수직축을 갖는 커넥팅 로드에 고정된 실질적으로 평탄한 종동자 표면을 갖는 4개의 종동자를 포함하고,

    상기 피스톤의 크라운, 내부 실린더 표면 및 그러한 실린더에 대한 실린더 헤드의 내부 표면은 함께 그러한 실린더에 대한 연소실을 형성하는 동력 발생 장치.
36. 제35항에 있어서, 상기 동력 발생 장치는 오토 사이클에 따라 작동하는 동력 발생 장치.
37. 제35항에 있어서, 연료를 연소실 내로 분사하도록 배치된 하나 이상의 연료 분사기를 더 포함하고, 상기 동력 발생 장치는 디젤 사이클에 따라 작동하는 동력 발생 장치.
38. 제35항에 있어서, 상기 동력 발생 장치는 복합 사이클에 따라 작동하는 동력 발생 장치.
39. 제35항에 있어서, 하나 이상의 실린더 헤드는 제2 흡기 포트를 포함하는 동력 발생 장치.
40. 제35항에 있어서, 하나 이상의 흡기 포트는 가압되는 동력 발생 장치.
41. 제40항에 있어서, 하나 이상의 흡기 포트를 가압하는 터보차저를 더 포함하는 동력 발생 장치.
42. 제40항에 있어서, 하나 이상의 흡기 포트를 가압하는 수퍼차저를 더 포함하는 동력 발생 장치.

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