KR20110088490A - 내연기관 - Google Patents

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KR20110088490A
KR20110088490A KR1020117003538A KR20117003538A KR20110088490A KR 20110088490 A KR20110088490 A KR 20110088490A KR 1020117003538 A KR1020117003538 A KR 1020117003538A KR 20117003538 A KR20117003538 A KR 20117003538A KR 20110088490 A KR20110088490 A KR 20110088490A
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스테판 리차드 테리
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스테판 리차드 테리
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Abstract

오토 사이클, 앳킨슨 사이클 또는 과급된 내연기관(10) 및 이에 따른 타이밍 기구가 제공된다. 엔진은 실린더(14) 및 실린더(14) 내부에 왕복 가능하게 장착되는 피스톤(12)을 포함하며, 실린더(14) 내부에서 피스톤의 왕복 운동은, 출력 샤프트(28)와 회전식으로, 출력 샤프트(28)에 부착되는 1차 캠 수단(22) 및 2차 캠 수단(26)과 결합하는 롤러(20, 24)를 이용하여, 출력 샤프트(28)의 회전 운동으로 변환된다. 타이밍 기구는 출력 샤프트(28)와 화합하여 회전식으로, 출력 샤프트(28) 상에 장착되는 캠 수단(52, 53), 캠 수단(52)을 개입하여 배치되는 캠 종동부(54, 55) 및 캠 종동부를 엔진의 유도 및 배기 밸브를 작동하기 위한 피봇 로커 암에 연결시키는 연동 장치를 포함하며, 로커 암 피봇은 출력 샤프트(28)의 축 상의 중심에 있는 아치형 궤적 상에서 이동 가능하도록 구성된다.

Description

내연기관{INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 내연기관과 관련된 것이다. 보다 상세하게는, 크랭크가 없는 내연기관 및 내연기관에 대한 가변성의 밸브 타이밍 기구와 관련된 것이다.
종래의 내연기관은 실린더 내에서 왕복 운동하는 피스톤을 포함하는데, 왕복 운동은 피스톤과 크랭크 샤프트 사이에서 피봇식으로 연결되는 견고한 연동 장치(커넥팅 로드)를 이용하여 회전 출력(rotational output)으로 변환된다.
여러 가지 이유로 인하여, 종래의 내연기관은 상대적으로 비효율적이었는데, 다시 말하여:
피스톤이 상사점(top dead centre; TDC)에 있을 때에, 즉 피스톤이 크랭크 샤프트로부터 가장 먼 지점에 있을 때에 그리고 커넥팅 로드의 길이 방향 축이 크랭크 샤프트와 정렬될 때에 폭발 행정(stroke)이 시작된다. 그러나, 피스톤이 TDC와 하사점(bottom dead centre; BDC) 사이의 중간 지점에 있을 때에, 즉 커넥팅 로드가 크랭크 샤프트에 대하여 가장 큰 레버리지(leverage)로 작동할 때에, 최대 효율로 피스톤의 선형 운동이 크랭크 샤프트의 회전 운동으로 변환된다.
커넥팅 로드 및 크랭크 샤프트의 고정된 결합구조(geometry) 때문에, 점화 및 배기 행정은 동일한 길이이며, 압축 비율(compression ratio)은 효율적으로 고정된다. 그러나, 배기 행정이 폭발 행정보다 더 짧은 지점에서만, 그리고 압축 비율이 특정한(particular) 연료 타입으로 조정될(tuned) 수 있는 지점에서만 최대 효율이 얻어질 수 있다.
내연기관은 동력/점화 및 배기 행정이 다른 길이인 소위 "앳킨슨 사이클(Atkinson cycle)"로 나타난다. 그러나, 이러한 엔진은 필수적인 부동의(unequal) 행정 길이를 획득하기 위하여 필요한 내부 기구의 복잡한 성질 때문에 생산하는 비용이 많이 든다.
본 발명은 하나 이상의 위와 같은 문제점에 대한 해결책을 제공하는 것 그리고 크랭크된 내연기관에 대한 대안을 제공하는 것을 주요한 목적으로 하고 있다.
본 발명의 바람직한 실시예들이, 오직 실시예에 의하여, 다음의 도면을 참고하여 개시될 것이다.
도 1은 폭발 행정 이전의, 상사점에서의, 본 발명에 따른 싱글 실린더 앳킨슨 사이클 엔진의 일 실시예를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 배기 행정 이전의, 하사점에서의, 도 1의 앳킨슨 사이클 엔진을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 흡기(intake) 행정 이전의, 상사점에서의, 도 1의 앳킨슨 사이클 엔진을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 1, 2 및 3에 도시된 것과 유사하며 추가적으로 개략적인 밸브 작동 기구를 보여주는 싱글 실린더 오토 사이클 엔진의 개략적인 단면도이다.
도 5는 캠 에지, 캠 종동부 중점 및 커넥팅 로드 사이의 기하학적 관계를 나타내는 도해이다.
도 6은 도 1의 앳킨슨 사이클 엔진의 3 실린더 변형물(variant)의 개략적인 단면도이다.
도 7은 도 1의 앳킨슨 사이클 엔지의 2 실린더 변형물의 개략적인 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 출력 샤프트 축을 따르는 3 피스톤 오토 사이클 엔진을 나타내는 개략적인 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 출력 샤프트 축을 따르는 3 피스톤 앳킨슨 사이클 엔진을 나타내는 개략적인 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 확장된 폭발 행정을 위하여 구성된, 출력 샤프트 축을 따르는 3 피스톤 앳킨슨 사이클 엔진을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명에 따른 확장된 폭발 행정을 위하여 구성된, 출력 샤프트 축을 따르는 3 피스톤 과급 엔진을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 12는 도 4의 오토 사이클 엔진, 도 10의 확장된 폭발 행정을 위하여 구성된 앳킨슨 사이클 엔진 및 도 11의 확장된 폭발 행정을 위하여 구성된 과급 엔진의 출력 샤프트 회전 각도 대(versus) 일반화된 피스톤 배치에 대한 그래프를 연속적으로 개략적이게 겹쳐놓은(superimposed) 도면이다.
도 13은 엔진의 출력 샤프트 축을 따라 나타나는 본 발명에 따른 엔진의 단면을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 14는 도 13의 엔진의 부분적인 측면을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 15는 도 13 및 14의 엔진의 변형물의 개략적인 단면을 나타내는 도면이다.
도 16은 도 13 및 도 14의 엔진의 변형물의 부분적인 길이방향 단면을 클로즈업하여 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 17은 도 15 및 도 16의 엔진의 3 실린더 변형물의 단면을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 18은 본 발명에 따른 내연기관의 상부 부분에 대한 측면 및 평면을 개략적으로 나타내는 도면이다.
이해를 돕기 위하여 본 명세서에 개시된 모든 실시예에서 공통적인 구성요소는 동일한 참조 부호를 이용하여 표시되었다.
본 발명의 일 면에 따르면, 내연기관으로서, 실린더, 실린더 내부에서 왕복 운동가능하게 장착되는 피스톤, 피스톤으로부터 연장하는 커넥팅 로드 및 커넥팅 로드 상에 장착되는 두 개의 이격된 롤러를 포함하며, 상기 롤러 중 하나는 1차 캠 수단에 결합하도록 구성되고, 상기 롤러 중 다른 하나는 2차 캠 수단에 결합하도록 구성되며, 1차 및 2차 캠 수단은 공통 출력 샤프트와 회전식인 그리고 공통 출력 샤프트에 고정되는 내연기관이 제공된다.
본 발명에 따른 엔진에서, 피스톤의 선형 운동은 커넥팅 로드를 이용하여 제1 롤러로 전이될 수 있는데, 상기 운동은 캠 수단 및 출력 샤프트가 회전할 수 있도록 하는 1차 캠 수단의 로브(lobe) 표면 상부에서 회전하는 제1 롤러에 의하여 조절될 수 있다. 선형 운동은 실린더 내부의 공기/연료 혼합물의 연소에 의하여 유발될 수 있다.
캠 수단의 회전 운동은 1차 캠 수단의 배기 로브 위에서 회전하는 제1 롤러에 의하여 피스톤의 선형 운동으로 변환될 수 있다. 선형 운동은 배기 생성물질이 배기 밸브를 통하여 실린더 밖으로 나가도록 한정할 수 있다.
피스톤은 2차 캠 수단의 유도 로브 위에서 회전하는 제2 롤러의 동작에 의하여 선형적으로 움직일 수 있다. 선형 운동은 실린더 내부에 부분적인 진공을 형성할 수 있는데. 이러한 진공은 실린더 내부로 연료/공기 혼합물을 끌어당기는데 이용된다.
출력 샤프트의 회전은 1차 캠 수단의 압축 로브 상부에서 회전하는 제1 롤러에 의하여 피스톤의 선형 운동으로 변환될 수 있다. 선형 운동은 폭발 행정을 준비하고 있는 실린더 내부의 연료/공기 혼합물이 압축되는 것을 유발할 수 있다.
따라서, 피스톤의 위치는 출력 샤프트의 회전 방위(orientation)에 의존하며, 또는 그 역도 가능하다. 종래 내연기관의 크랭크 샤프트를 본 발명의 캠 및 베어링으로 대체함으로써, 부분적으로 및/또는 일시적으로 피스톤 왕복 운동을 출력 샤프트 회전 운동으로 전환하는 것이 가능하게 되며, 또는 캠 결합 구조의 주의 깊은 선택으로 그 역도 가능하게 된다.
특히, 캠 로브의 높이를 다양화함으로써, 왕복하는 피스톤 운동과 샤프트 회전 사이의 공간적 관계, 즉 폭발 행정이 다양화될 수 있다. 이처럼, 예를 들어 캠 결합 구조의 주의 깊은 선택으로, 배기 및 폭발 행정 상에서 서로 다른 압축 비율을 가지는 것이 가능해 진다.
추가적으로 또는 대안적으로, 캠 로브 에지의 경사도(gradient)를 다양화함으로써, 왕복하는 피스톤 운동과 샤프트 회전 사이의 일시적인 관계, 즉 각 사이클 행정을 완성하기 위하여 걸리는 시간이 다양화될 수 있다. 예를 들어, 압축/폭발 행정 로브의 전연(leading edge)을 후연(trailing edge)보다 가파르게 함으로써, 압축은 더 빠르게 일어날 수 있으며, 폭발 행정은 폭발 행정을 통하여 보다 빠르며, 그에 따라 보다 고온인 압축 및 증가된 양의 연료 연소를 얻기 위해 기간이 증가될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 1차 캠은 피스톤의 선형 운동을 출력 샤프트의 회전 운동으로 변환하는데 이용되는 반면, 2차 캠은 출력 샤프트의 회전 운동을 피스톤의 선형 운동으로 변환하는데 이용된다. 그러나, 이는 불이익(detrimen) 없이 전환될 수 있다.
4 행정 또는 6 행정 사이클, 4 개의 또는 6 개의 로브 각각이 바람직하게 제공된다 하더라도, 1차 캠은 여느 다수의 로브를 포함할 수 있다. 유익하게도, 4 행정 사이클 엔진 내에 4 개의 로브를 제공함으로써, 하나의, 기어가 없는, 데스모드로믹(desmodromic) 밸브 캠이 사용될 수 있다. 추가적으로, 로브들이 동일하지 않은 높이에서, 예를 들어, 앳킨슨 사이클 또는 과급된(supercharged) 엔진에서, 로브가 4 개인 캠이 더 안정을 이룰 수 있다.
피스톤 왕복 운동 및 샤프트 회전 사이의 일시적 및 공간적인 관계가 캠 결합 구조의 설계 및 선택에 의하여 조절될 수 있는 방식 때문에, 본 발명은 특히 비종래식(unconventional) 엔진 체계(regimes)에 적합하다. 예를 들어, 3 개의 로브의 정수(integer) 배수를 가지는 캠을 제공함으로써, 6 행정 사이클을 이용하여 가동하는 엔진에 적용하기에 상대적으로 간단하다. 6 행정 엔진 사이클은 상대적으로 잘 알려져 있으며, 일반적으로 6 개의 행정, 즉 유도, 압축, 점화, 배기, 물의 주입 및 증기 폭발 행정을 포함한다. 더욱이, 본 발명은 심각한 비효율성 및/또는 동력 증대를 유발할 수 있는, 6 행정 사이클의 모든 행정에 대한 기간 또는 동일한 행정 길이(압축 비)를 가지는 것에 제한되지 아니한다.
1차 캠이 2 개의 로브를 포함하는 경우, 출력 샤프트의 완전한 일 회전이 4 행정 사이클마다(예를 들어, 유도, 압축, 점화/동력, 배기) 요구된다. 그러나, 1차 캠이 4 개의 로브를 포함하는, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 오직 출력 샤프트의 완전한 일 회전의 절반만이 4 행정 사이클마다 요구된다. 1차 캠이 6 또는 8 개의 로브를 포함하는 경우, 각각, 오직 출력 샤프트의 완전한 일 회전의 1/3 또는 1/4만이 4 행정 사이클마다 요구된다. 엔진이 두 개의 행정 사이클을 이용하여 작동하도록 구성되는 경우에, 4 개의 로브 1차 캠은 출력 샤프트의 완전한 회전마다 4 개의 2 행정 사이클에 영향을 미친다. 따라서, 출력 샤프트의 속도 및 피스톤 빈도수(frequency) 사이의 관계는 캠 결합 구조의, 측 캠마다 구비하는 로브 개수의 적절한 선택에 의하여 변경될 수 있다.
행정 길이 및 기간은 서로 관련이 있는 1차 캠 형태와 2차 캠 형태의 함수이다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 1차 캠의 로브 길이는 폭발 행정 길이로 정의되며, 2차 캠의 로브 길이는 배기 행정 길이로 정의된다. 동력 및 배기 행정 길이가 다른 캠에 의하여 정의되기 때문에, 동일한 또는 동일하지 않은 배기 및 폭발 행정 사이에서 선택하는 것이 가능하다. 따라서, 폭발 행정을 배기 행정보다 더 길게(즉, 앳킨슨 사이클로) 선택함으로써, 엔진이 열역학적으로 더 효율적이게 만들어질 수 있으며, 배기 행정을 폭발 행정보다 더 길게 되도록 고름으로써 엔진이 더 강력하게(powerful, 예를 들어 과급되게) 만들어질 수 있다.
본 발명의 제2 면에 따르면, 내연기관으로서, 실린더, 실린더 내부에서 왕복 가능하게 장착되는 피스톤, 피스톤의 왕복 운동을 출력 샤프트의 회전 운동으로 변환시키기 위한 피스톤으로부터 연장하는 커넥팅 로드 및 실린더 내부로의 유체 진입 또는 배출을 제어하기 위한 하나 이상의 밸브를 포함하며, 밸브는 출력 샤프트와 함께 회전하는 1차 및 2차 밸브 캠의 표면에서 협동하는 한 쌍의 캠 종동부(follower)를 운반시키는 연동 장치에 의하여 작동되며(actuated), 상기 1차 밸브 캠 수단의 표면은 대체로 원형인 부분 및 한 쌍의 돌출부(protrusion)를 포함하고, 2차 밸브 캠 수단의 표면은 대체로 원형인 부분 및 한 쌍의 만입부(indentation)를 포함하며, 캠 종동부 중 하나는 1차 밸브 캠 수단의 표면에서 협동하고, 캠 종동부 중 다른 하나는 2차 밸브 캠 수단의 표면에서 협동하며, 대체로 원형인 부분과 돌출부 사이에서 계단형 전이 및 밸브 캠의 간격(indention)에 의하여, 종동부 및 만입부는 각각 밸브로 하여금 캠 종동부가 그 위에서 회전할 때에 개방되거나 닫혀지도록 하는 것을 특징으로 하는 내연기관이 제공된다.
본 발명의 제1 및 제2 면은 하나의 엔진에서 결합될 수 있다.
바람직하게는, 대체로 원형인 부분에서 돌출부 또는 만입부로의 전이는 밸브 캠의 몇 도(度)의 회전보다 더 적은 범위 내에서, 바람직하게는 5 도보다 더 적은 범위 내에서, 가장 바람직하게는 일 도의 회전보다 더 적은 범위 내에서 일어날 수 있다.
전술한 것에 추가적으로 또는 대안적으로, 엔진 사이클의 상사점에 대해 앞당겨지거나(advanced) 지연되도록(retarded) 실린더 내로의 연료 주입을 가능하게 하며, 또는 엔진 사이클의 하사점에 대해 앞당겨지거나 지연되도록 연소 생성물질의 배출을 가능하게 하는, 소위 "가변식 밸브 타이밍(variable valve timing)" 또는 "VVT"라 불리우는 엔진이 종종 바람직할 수 있다.
내연기관의 효율성 및/또는 동력은 때때로 엔진의 밸브 타이밍을 다양화함으로써 개선될 수 있다. 종래의 엔진에서, 유도 밸브는 피스톤이 유도 행정 내에서 아래 방향 운동을 시작한 조금 이후의 고정 지점에서 개방될 것이다. 유사하게, 배기 밸브는 피스톤이 배기 행정 내에서 위쪽 방향 운동을 시작한 조금 이후의 고정 지점에서 개방될 것이다. 그러나, 엔진이 격렬하게 구동하기 시작할 때에(예를 들어, 가속 동안) 또는 공회전(idling) 시에(예를 들어, 과회전 시에), 밸브가 개방되거나 닫히는 타이밍을 지연하거나 선행시키는 것은 효율성 또는 동력 관점에서 유익할 수 있다.
밸브 타이밍이 앞당겨질 때에, 밸브가 보통 그렇게 하기 조금 전에 밸브는 개방되거나 닫히며, 역으로, 지연될 때에, 밸브는 그들이 일반적으로 그렇게 한 조금 이후에 개방되거나 닫힌다. 밸브 타이밍의 선행 또는 지연 효과는 동력 또는 배기 행정을 일시적으로 길어지게 또는 짧아지게 하는 것이다.
실제로는, 종래의 엔진에서, 타이밍은, 밸브가 시간 이전에 또는 타이밍의 "선행" 또는 "지연"을 획득하기 위하여 지연된 방식으로, 각각, 작동될 수 있도록, 지연(delay)을 도입하거나 제거하는 로커(rocker) 암과 캠 벨트 사이의 연결을 방해시킴으로써, 선행되거나 지연될 수 있다.
하나의 알려진 WT 기구 형태는 엔진 타이밍 내로 알려진 기간의 지연을 도입하는 캠 벨트와 관련된 기어(gears) 시스템을 포함한다. 디폴트(default)로 선행되는 타이밍으로 세팅함으로써, 0과 미리 지정된 최대 값 사이에서 타이밍 지연을 다양화하는 것은, 엔진 타이밍이, 앞당겨지고(지연이 디폴트 선행 보다 더 적다면), 중립으로 되고(지연이 디폴트 선행과 동일하다면), 또는 지연되는(지연이 디폴트 선행보다 더 크다면) 것을 가능하게 한다. 유사한 효과가 조절식 축압기(accumulator)가 수압으로 작동하는 태핏(tappets)의 작동을 지연시키는데 이용되는 수압 시스템을 이용하여 달성될 수 있다.
그러나, 알려진 WT 시스템의 주요한 결점은 그들 고유의 복잡성인데, 이는 제조 및 유지 비용을 증가시키고 신뢰도 문제를 유발할 수 있다. 본 발명은 상술한 하나 이상의 문제점에 대한 해결책을 제공하는 것 및/또는 알려진 WT 기구에 대한 대안을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제3 면에 따르면, 내연기관의 타이밍 기구로서, 상기 내연기관은 출력 샤프트를 포함하며, 타이밍 기구는, 샤프트에 회전식으로, 샤프트 상에 장착되는 캠 수단, 캠 수단을 개입하여 배열되는 캠 종동부, 일단이 캠 종동부에 연결되며 다른 일단이 로커 암에 연결되는 연동 장치, 피봇 수단에 피봇식으로 연결되며 엔진의 유도 또는 배기 밸브를 작동시키도록 구성되는 로커 암을 포함하고, 피봇 수단은 슬라이드 방식으로 아치형 궤적(locus) 상에서 이동 가능하며, 아치형의 궤적을 따르는 피봇 수단의 운동이 엔진의 타이밍을 선행시키거나 지연시키도록 상기 궤적이 샤프트 축 상에서 중심에 위치되는 내연기관의 타이밍 기구가 제공된다.
캠 수단은 엔진의 출력 샤프트와 화합하여(unison) 회전할 수 있으며, 또는 출력 샤프트의 절반 속도로 회전하도록 설치될(geared) 수 있다.
본 발명은 특히, 상술된 바와 같은, 왕복 피스톤 운동이 종래의 크랭크 조립체보다는 오히려 캠 및 롤러를 이용하여 회전 샤프트 운동으로 변환되는 엔진에서 사용되기에 적합하다. 이러한 엔진 또는 2 행정 엔진에서, 엔진의 출력 샤프트의 완전한 일 회전은 오토(Otto) 사이클의 4 행정에 대응된다. 이렇듯, 캠 수단은 캠 수단이 출력 샤프트와 화합하여 회전하도록 출력 샤프트에 견고하게 부착될 수 있다.
그럼에도, 본 발명은 출력 샤프트의 완전한 2 회전이 오토 사이클의 4 행정에 대응되는 종래의 엔진과 관련하여서도 사용될 수 있다. 이러한 경우에, 캠 수단은 캠 수단이 엔진의 출력 샤프트의 절반 속도로 회전하도록 설치될 수 있다.
더욱이, 본 발명은 다른 엔진 체계, 예를 들어 엔진의 출력 샤프트 1/3 속도로 회전하도록 설치되는 6 행정 사이클 엔진에도 호환성이 있다.
본 발명에서, 로커 암, 및 이에 따른 밸브는, 비직접적으로 작동되는 알려진 WT 시스템과 비교하여 볼 때에, 타이밍 캠 수단에 의하여, 예를 들어, 캠 벨트 또는 수압 시스템을 이용하여, 직접 작동된다.
엔진 타이밍이 아치형 궤적 상의 피봇 지점의 위치에 의해 지시되기 때문에, 매우 작은 증가량으로 타이밍을 다양화하는 것이 가능하다. 더욱이, 원칙적으로, 궤적의 길이는 제한되지 아니하기 때문에, 본 발명은 알려진 WT 시스템을 이용하여 획득될 수 있는 것보다 훨씬 더 많은 타이밍 변화가 이루어질 수 있다.
바람직하게는, 피봇 수단은 다수의 평면 상에서 로커 암의 운동, 예를 들어, 로커 암의 피봇 및 회전을 허용하도록 구성된다. 이는 볼 및 소켓 조인트에 대해 로커 암이 피봇할 수 있도록 그리고 회전할 수 있도록 볼 및 소켓 조인트를 제공함으로써 달성될 수 있다. 로커 암은 바람직하게는 볼 및 소켓 조인트를 이용하여 피봇 지점, 연동 장치, 및/또는 밸브 태핏에 연결된다.
로커 암은 바람직하게는, 로커 암이 회전하고 및/또는 피봇될 때에 밸브 태핏과 연동 장치의 단부 사이 거리의 변화를 수용하도록, 신축 자재 방식으로(telescopically) 확장될 수 있다.
피봇 수단이 따라서 움직일 수 있는 아치형의 궤적은, 그 위에서 또는 그 안에서 피봇 수단이 슬라이드 방식으로 이동할 수 있는 아치형 슬롯 및 트랙에 의하여 정의될 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 피봇 수단은 아치형 래크(rack)를 따라 자유롭게 회전하는 피니언 기어(pinion gear) 상에 장착된다. 이 경우, 피니어 기어의 회전 양과 타이밍 선행 또는 지연 양 사이에는 직접적인 관계가 있다.
연동 장치는 실질적으로 견고한 로드를 포함할 수 있다. 연동 장치는 바람직하게는 엔진의 출력 샤프트 축과 교차하는(intersect) 일직선의 궤적을 따라 축방향으로 왕복 운동하도록 한정된다. 연동 장치는 엔진의 출력 샤프트 반대 면에 위치되는 선형 부시에서 지연될 수 있다.
캠 종동부는 캠 수단의 에지를 개입시켜 배치되는 롤러 또는 볼 베어링을 포함할 수 있다. 다수의 캠 종동부가 제공될 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 캠 종동부는 캠 수단의 에지의 정반대의 부분을 개입시켜 배치되는 한 쌍의 롤러 또는 볼 베어링을 포함할 수 있다. 이러한 배치는, 엔진 밸브가 스프링 같은 바이어싱 수단을 향하여 작동하는 것보다 오히려 직접적으로 개방되고 닫히도록, 연동 장치가 데스모드로믹 방식으로(desmodromically) 작동하는 것을 가능하게 한다. 이러한 배치는 밸브의 더 정확한 제어에 대한 증대를 제공할 수 있으며 스프링의 힘을 향하여 동작하는 타이밍 기구에 대한 필요성을 제거할 수 있다. 이는 타이밍 구성 요소가 제공된 작동 수명/상황에 대해 덜 어렵게(robustly) 제조될 수 있다는 것을 의미할 수 있다.
첨부된 도면의 도 1 내지 도 4를 참조하면, 싱글 실린더 앳킨슨 사이클 엔진(10)은 실린더(14) 내부에서 왕복 운동하도록 배치되는 피스톤(12)을 포함한다. 커넥팅 로드(16)는 1차 캠(22) 및 2차 캠(26)의 외부 에지와 협동하는 캠 종동부/리더(20, 24; 이하의 설명에서 "롤러")를 이용하여 피스톤(12)의 왕복 운동을 출력 샤프트(28)의 회전 운동으로 변환시키기 위하여 이용된다. 롤러(20, 24)는 본 명세서에서 볼 레이스(race)인 것으로 묘사되나, 여느 적은 마찰의, 캠과 협동할 수 있는 로드 베어링 수단이 이용될 수 있으며, 예컨대, 볼 베어링, 휠, 슬라이더, 롤러, 레이스 등이 이용될 수 있다.
각 경우에, 커넥팅 로드(16)는, 피스톤(12)의 하면의 중심에 견고하게 부착되며, 피스톤(12)의 하면으로부터 아래쪽으로 확장하고, 또한 커넥팅 로드(16) 반대 면 상의 베어링 및 실린더(14)의 베이스에 위치되는 가이드 롤러(18) 세트에 의하여 오직 실린더(14) 축과 평행하도록 이동하게 한정된다. 커넥팅 로드(16)의 이동을 제한함으로써, 피스톤(12)으로부터의 힘은 항상 실린더(14) 축과 평행하게, 즉 옆의 구성요소 없이(피스톤에 피봇식으로 연결되는 커넥팅 로드의 경우와는 대조적으로), 커넥팅 로드(16)에 전이되며, 이는 피스톤 링(도시되지 아니함)의 내구성(wear)을 감소시킨다.
커넥팅 로드(16)는 피스톤(12)이 상사점에 있을 때에 가이드 롤러(18) 바로 아래의 커넥팅 로드(16) 상의 지점에 장착되는 롤러(20) 형태로 제1 베어링을 운반한다. 제1 롤러(20)는 1차 캠(22)의 에지를 개입시켜 배치된다.
커넥팅 로드(16)는 커넥팅 로드(16)의 일단에 위치되는 제2 롤러(24) 형태로 제2 베어링을 운반한다. 제2 롤러(24)는 2차 캠(26)의 에지를 개입시켜 배치된다.
1차 캠(22) 및 2차 캠(26)은 각각 4 개의 로브를 구비하는데, 로브의 형태는 얼마나 피스톤(12)의 왕복 운동을 출력 샤프트(28)의 회전 운동으로 변환시키는지 결정하며, 상사점에서 양 캠(22, 26)은 모두 견고하게 로브에 부착된다. 가늘고 긴 로브와, 동일한 반대 로브를 가지는 형태로, 1차 캠(22)은 일반적으로 십자형(cruciform)이다. 더 둥글고, 페탈 형상인(petal-shaped) 로브와, 동일한 반대 로브를 가지는 형태로, 2차 캠(26)은 일반적으로 십자형이다.
1차 캠(22)의 외부 에지 형태는 극(polar) 방정식에 의하여 정의될 수 있는데, 극 방정식 내에서 회전 축으로부터 1차 캠의 에지까지의 거리 r1는 회전 각도(θ)의 함수이다. 다시 말하여, 1차 캠(22)의 형태는 r1 = f(θ) 형태의 함수로 정의될 수 있다. 여기서, 제1 롤러(20) 및 제2 롤러(24) 사이의 거리 d는 고정되어 있으며, 두 개의 롤로 모두 그들 각각의 캠(22. 26)에 항상 접촉하여 있는 상태이다. 따라서, 2차 캠(26)의 외부 에지 형태는 극 방정식으로 정의될 수 있으며, 이러한 극 방정식 내에서 2차 캠(26)의 에지에 대한 회전 축(샤프트(28)의 중점)으로부터의 거리 r2는 r1의 함수이다. 따라서, r2 = d - r1 = d - {f(θ)} 이다. 따라서, 필수적으로, 1차 캠(22)과 2차 캠(26) 형태는 본질적으로 서로 밀접한 관계가 있기 때문에, 1차 캠(22)의 형태는, 폭발 행정 동안 얼마나 피스톤(12)의 선형 운동동이 출력 샤프트(28)의 회전 운동으로 변환될지를 직접적으로 정의하며, 압축 행정 동안 얼마나 출력 샤프트(28)의 회전 운동이 피스톤(12)의 선형 운동으로 전환될지를 간접적으로 정의한다.
도 5는 캠, 롤러 및 커넥팅 로드 결합 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다. ΦA는 크랭크 각도 이고 ΦS가 행정 각도인 출력 샤프트 회전 각도의 함수로서, 상기 세 구성요소 사이의 수학적 관계는, 다음과 같이 결정될 수 있다.
비정현(sinusoidal) 운동에 대한 행정 각도가, 피스톤과 함께하는 종래의 크랭크 샤프트 회전과 등가한 오토 사이클 엔진의 예를 들어보자. 이 경우에, 4 개의 로브를 구비하는 캠에 대해서, ΦS = 4ΦA 이다.
1차 롤러 중심 및 2차 롤러 중심에 대한 1차 캠 및 2 차 캠의 원주(circle)를 정의하는 지점 R은,
Figure pct00001
, 및
Figure pct00002

주어진 행정에 대하여,
Figure pct00003

행정 구성요소를 캠 반경에 적용하면,
Figure pct00004
그리고
Figure pct00005

2차 캠 지점, 롤러 연결된 길이[ROD]는,
Figure pct00006
그리고
Figure pct00007

롤러 반경 보상: 롤러 중심에서의 접선은 롤러 원주 상의 캠 접촉 지점에서의 접선[dx/dy]과 동일하다. 여느 행정 프로파일에 대한 접선 각도 Φtp 및 Φts는 1차 캠(Xp, Yp) 및 2차 캠(Xs, Ys)에 대하여 결정될 수 있다.
Figure pct00008
, 이후에
Figure pct00009
그리고
Figure pct00010

프로파일 (Xp, Yp) 및 (Xs, Ys)로부터의 롤러 반경 구성요소를 빼는 것은 각 제1 롤러 반경(Pr) 및 제2 롤러 반경(Sr)에 대한 1차 캠 프로파일(Xpc, Ypc) 및 2차 캠 프로파일(Xsc, Ysc)을 제공한다.
Figure pct00011

도 1을 다시 참조하면, 엔진(10)은 TDC에 그리고 피스톤(12)은 실린더(14)의 상부에 위치되는 것을 확인할 수 있다. 이러한 단계에서, 실린더(14)는 압축된 공기/연료 혼합물의 차지(charge)를 포함하는데, 이러한 차지는 불꽃(sparking) 플러그(도시되지 아니함)에 의하여 점화된다. 대안적으로, 디젤 엔진이 사용된다면, 실린더(14)는 압축 때문에 상승된 온도에 있는 압축된 공기의 차지를 포함하는데. 연료 오일(oil)의 차지가 주입기(도시되지 아니함)로부터 압축된 공기의 차지 내로 주입되고 점화된다.
차지의 점화 시에, 폭발은 피스톤(12)을 아래 방향으로 밀어내는데, 이는 차례로 커넥팅 로드(16)를 아래 방향으로 밀어낸다. 아래 방향 운동은 커넥팅 로드(16)를 경유하여 제1 롤러(20)로 전이되는데, 상기 운동은, 화살표 P에 의하여 도시된 바와 같이, 1차 캠(22)의 로브(30)의 표면 상부를 회전하는 제1 롤러(20)에 의하여 오직 수용될 수 있다. 이는, 캠(22. 26) 및 출력 샤프트(28)가, 화살표 B에 의하여 표시된 바와 같이, 반시계 방향으로(anticlockwise) 회전하도록 한다.
도 2에서, 도시된 엔진은 폭발 행정 및 반시계 방향으로 동작하는 캠(22, 26)에 대한 BDC에 있다. 캠(22, 26)이 계속 회전할 수록, 화살표 E에 의하여 표시된 바와 같이, 1차 롤러(22)는 1차 롤러(22)의 배기 로브(32)를 롤 업(roll up)하기 시작하며, 이는 배기 행정 내에서 피스톤(12)을 위쪽으로 밀어내고, 외부 밸브(34)를 통하여 실린더(14) 내부로부터 연소 생성물질을 배기한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제1 롤러(20)가 배기 로브(32)의 상부 위를 지나가기 때문에, 화살표 I에 의하여 표시된 바와 같이, 2차 캠의 유도 로브(36)를 롤 업하는 제2 롤러의 동작에 의하여, 피스톤(12)은 유도 행정 내에서 아래로 다시 끌어 당겨진다. 동시에, 입구 포트/주입기(38)를 통하여 실린더 내로 연료/공기를 끌어 당겨진긴다. 피스톤이 TDC에 이르지는 않으나, 대신에, 점화 로브에 비하여 유도 로브(36)의 높이가 감소되기 때문에, 피스톤은 TDC의 짧은 지점에 이른다.
제2 롤러가 2차 캠(26)의 유도 로브(36) 상부를 지나갈 때에, 화살표 C로 표시된 바와 같이, 제1 롤러(20)가 1차 캠의 압축 로브(40)를 올라가기(ascending) 시작한다. 이는 피스톤(12)을 다시 위로 밀어내며, 그 결과 다음 폭발 행정을 위하여 준비하고 있는 실린더(14) 내의 연료/공기 혼합물을 압축한다. 상술된 사이클은 출력 샤프트(28)의 연속적인 회전을 생산하도록 반복된다.
도 1, 2 및 3에 도시된 바와 같이, 폭발 행정 이전에 TDC에서 1차 캠(22)의 로브(22)의 높이(42)는 유도 이전에 TDC에서의 로브(46)의 높이(46)보다 더 크다. 따라서, 배기 행정은 압축 행정보다 더 짧으며, 이는 엔진이 앳킨슨 사이클을 이용하여 동작한다는 것을 의미한다. 그러나, 캠(22, 26)이 90도를 벗어나 출력 샤프트(28) 상에서 회전한다면, 이후에 상황은 역전될 것인데, 즉 배기 행정은 압축 행정보다 더 크게 될 것이며 엔진(10)은 과급될 것이다.
도 4는 본 발명의 개략을 약간 더 상세하게 나타낸 것이다. 도 4에서는, 로브(42, 46)의 높이가 동일하며, 이에 따라 엔진(10)은 압축 및 배기 행정이 동일한 종래의 오토 사이클을 이용하여 작동한다는 것에 주목할 수 있다. 도 4에 도시되는 보다 중요하지 않은 추가적인 상세 사항은 커넥팅 로드(16)가 출력 샤프트(28)가 슬롯(50)을 관통하여 지나가도록 하는 가늘고 긴 슬롯(50)을 포함하는 것; 그리고 커넥팅 로드(16)를 안정화하고 더 구속하기 위하여 피스톤이 BDC에 있을 때에 하부 롤러(24) 바로 아래에 위치되는 추가적인 가이드 롤러(18) 세트의 추가이다.
도 4는 추가적으로 출력 샤프트(28)와 견고하게 연결된 1차 배기 밸브 캠(52) 및 2차 배기 밸브 캠(53)을 나타내고 있다. 실용적으로, 명확성을 위하여 여기에 도시되지는 아니하였지만, 아래에서 설명되는 바와 같이 같은 원리로 작동하는 한 쌍의 입구 밸브 캠(도시되지 않음)도 제공될 수 있다.
1차 배기 밸브 캠(52)의 외부 에지는 한 쌍의 밸브 캠 종동자(54)와 협동하는데, 밸브 캠 종동자(54)는 견고한 연동 장치(58)를 이용하여 밸브 레버(56)와 연결되며, 연동 장치(58)는 배기 밸브(60)를 작동시킨다. 배기 밸브 캠(52)의 외부 에지는 대체로 원형이지만, 한 쌍의 정반대로 마주하는 돌기(62)를 갖는다. 외부 에지의 2차 배기 밸브 캠(53)은 또한 대체로 원형이지만, 한쌍의 정반대로 마주하는 리세스(64)를 포함한다. 작동시, 캠 종동부(54) 중 제1 캠 종동부는 1차 밸브 캠(52)의 외부 에지와 함께 작동하고, 캠 종동부의 제2 캠 종동부는 2차 밸브 캠(53)의 외부 에지와 함께 작동한다. 밸브 캠(52, 53)이 회전할 때, 부싱(57)에 의해 안내되는 연동 장치(56)는 데스모드로믹 방식(desmodromic fashion)으로 이동하여서 밸브(60)를 작동시킨다. 밸브의 회전 운동을 왕복 운동으로 변환하는 방식은 피스톤의 방식과 유사함이 이해될 것이다.
돌기(62) 및 리세스(64)는 계단형 돌기(68)에 의해 배기 밸브 캠(52, 53)의 대체로 원형인 외부 에지(66)로부터 가파르게 단이 형성된다(stepped). 계단형 돌기(68)의 프로파일은 사실상 밸브(60)의 순간 작동(instantaneous actuation)이 가능하도록 가파르다. 또한, 2개의 밸브 캠 종동부(54) 중 하나가 밸브(60)를 개방시키는 것을 책임지고, 다른 하나가 밸브(60)를 폐쇄시키는 것을 책임지는 2개의 밸브 캠 종동부(54)가 존재하기 때문에, 밸브는 엔진 기술에서 일반적이지만 그 대신 데스모드로믹(desmodromic) 방식으로 작동되는 바와 같이, 스프링을 이용하여 바이어스되어 개방되거나 폐쇄될(biased open or closed) 필요가 없다. 밸브 타이밍은 밸브 캠 에지 프로파일의 주의 깊은 선택에 의해 조정될 수 있으며, 밸브 개방 및 폐쇄 시간은 계단형 부분(68)의 주의 깊은 선택에 의해 선택될 수 있고; 더 가파른 경사는 더 짧은 개방 시간을 일으키며, 그 반대도 같음이 이해될 것이다. 따라서, 보다 큰 엔진 효율 및/또는 동력을 발생시킬 수 있는 엔진의 밸브 개방 및 폐쇄 특성부를 정밀하게 설계할 수 있게 된다.
전술한 실시예에서, 단일한 실린더 엔진이 도시되었다. 그러나 도 6에서 본 발명에 따른 3개의 실린더 엔진이 도시되며, 이 실린더 엔진은 공통의 1차 캠(22) 및 2차 캠(26) 상에서 작동하도록 배치되는 3개의 커넥팅 로드(16)를 포함한다. 캠 쌍당 3개를 초과하거나 그 미만의 실린더가 제공될 수 있으며, 실린더의 몇몇 "뱅크(banks)"는 도 7에 도시된 바와 같이 다중화될(multiplexed) 수 있다. 출력 샤프트의 상이한 회전시 연소하도록 실린더를 배치하고 보다 많은 실린더를 제공함으로써, 동력이 출력 샤프트에 거의 연속적으로 전달되며, 그에 따라 진동을 감소시키고 동력을 원활하게 전달한다.
도 8 내지 도 11은 각각의 엔진(11)이 서로에 대해 60도로 배치되는 3개의 피스톤으로서, 이 피스톤의 1차 롤러(20) 및 2차 롤러(24)가 공유된 1차 캠(22) 및 2차 캠(26) 각각과 맞물리는, 피스톤을 포함하는 것을 제외하면, 전술된 바와 유사한 본 발명의 실시예를 도시한다.
도 8에서, 1차 캠 로브(30, 32, 40)들은 높이가 동일하고, 각각의 캠 로브(30, 32, 40)의 형상은 출력 샤프트(28)의 중심으로부터 방사상 외부로 연장하는 라인을 중심으로 대칭적임을 볼 수 있다. 이러한 구성은 전술된 바와 같이, 표준 오토 사이클 엔진(standard Otto cycle engine; 11o)에 대해 발생하며, 이 엔진에서, 피스톤 변위는 출력 샤프트(28) 회전의 각도에 따라 사인곡선으로(sinusoidally) 변화한다.
유사하게, 도 9, 10 및 11은 로브(30, 32, 40)의 상대 높이를 변화시킴으로써, 엔진(11)이 앳킨슨 사이클(Atkinson cycle) 엔진 또는 과급 엔진(supercharged engine)으로 변환될 수 있는 방법을 도시한다.
출력 샤프트(28) 회전과 피스톤 변위 사이의 관계는 1차 캠(22) 및 2차 캠(26)에 의해 정의되기 때문에, 거의 뜻대로 엔진 사이클 체계(engine cycle regime)를 변화시킬 수 있다.
도 10에서, 도 9의 앳킨슨 사이클 엔진(11ae)이 변형되어서, 캠 로브(30, 32, 40)는 출력 샤프트(28)의 중심으로부터 방사상 외부로 연장하는 선을 중심으로 더 이상 대칭적이지 않다. 특히, 캠 로브는 피스톤이 오토 사이클 엔진(11o)의 45도와 대조적으로, 대략 60도의 출력 샤프트 회전으로 폭발 행정(power stroke; BCD) 중에 그 하사점에 도달하도록 구부러짐이 주목될 것이다. 이 효과는 폭발 행정중에 연료가 연소할 수 있는 더 많은 시간을 허용함으로써, 보다 완전한 연소를 조장하는 연장된 기간이 나타나는, "연장된 폭발 행정(EPS)"이다.
또한, 동력 로브(30)의 기울기는 TDC(72) 이후보다 TDC(70) 이전에 더 가파르며, 이는 2가지 효과, 즉: 보다 신속한 압축; 및 엔진이 폭발 행정 및 TDC를 통할 때 보다 단계적인 팽창을 발생시킴이 이해될 수 있다. 이들 효과는 압축 행정중에 연료/공기 혼합물의 가열을 증가시키는데 도움이 되고, 1차 롤러(20)가 1차 캠(22)의 동력 로브(30)상에 45도로 작용하는 시점(피스톤의 선형 운동이 출력 샤프트(28)의 회전 운동으로 가장 효율적으로 변환되는 시점)을 연료/공기 혼합물의 연소가 적절히 진행중인 시점으로 지연시키는데 도움이 된다. 이들 2가지 효과는 압축 행정의 길이보다 더 짧은 배기 행정 길이로부터 얻어진 효율 이득 이상으로 연료 경제성의 두드러진 향상을 발생시킬 수 있다.
도 11에서, 과급 엔진(11s)은 도 10에 관하여 전술된 바와 유사하게 비대칭적인 캠 로브(30, 32, 40)를 포함한다. 그러나, 과급 엔진(11s)에서, 목적은 연료 경제성을 최적화하는 것이 목적인 앳킨슨 사이클 엔진(11a, 11ae)에서보다 더 큰 동력을 얻는 것이다. 과급 엔진(11s)에서 비대칭인 캠 로브(30, 32, 40)는 폭발 행정(EPS)을 연장시키고 피스톤이 캠(22) 상에 45로 또는 그에 가깝게 작용하는 시간을 늘이도록 활용된다. 이는 배기 행정(E)의 시작과 폭발 행정(P)의 마지막 사이의 보다 원활한 전이와 결합되어, 엔진(11s)을 보다 높은 속도 및 토크 부하에서, 보다 원활하게 및/또는 보다 오래 가동시킬 수 있으며, 이로 인해 특정 유형의 높은 성능/레이싱(racing) 엔진의 수명이 연장될 수 있다.
도 12에서, 정규화된 피스톤 변위(d)가 상기의 도 8, 10 및 11에 도시된 엔진(11)들에 대한 출력 샤프트(28)의 회전 각도(°)에 대해 그래프화된다. 폭발 행정(π), 배기 행정(ε), 흡기 행정(γ) 및 압축 행정(κ)이 개략적으로 도시된다. 도 12로부터, 앳킨슨 사이클 EPS(점선)(11ae) 및 과급 EPS(긴 점선) 엔진(11s)의 폭발 행정(Pe)이 오토 사이클(실선) 엔진(11o)의 45도와 대조적으로, 대략 60도의 출력 샤프트(28) 회전을 통해 연장되는 방식을 볼 수 있다. 그러나, 배기 행정(Ee) 및 압축 행정(Ce)은 보상을 위해 각각 출력 샤프트(28) 회전의 대략 35도 및 40도로 감소되었다.
전술한 바를 이해할 때, 본 발명에 따른 엔진을 사용하여서, 엔진 설계자는 압축 비율, 배기 비율, 폭발 행정 연장, 압축 행정 감소, 최대 피스톤 변위 등과 같은 엔진 파라미터들을 용이하게 특정하고, 도 12와 유사한 그래프 상에 이들 파라미터를 도시하며, 지점들 사이에 부드러운 곡선을 그리며, 그 후 1차 캠 에지 형상이 되게 하도록 이 그래프를 극좌표로 변환할 수 있음이 명확할 것이다. 2차 캠 형상은 물론 1차 캠 형상의 캠과 기하학적으로 관련되며, 그로부터 용이하게 얻어질 수 있다. 따라서, 본 발명은 엔진 설계자에게 추가의 기계적 복잡성을 도입하지 않고 엔진 체계를 안출하고, 설계하며, 테스트할 수 있는 무한한 자유를 제공한다. 사실상, 본 발명에 따른 행정 엔진은 상이하고 교환 가능한 1차 캠(22) 및 2차 캠(26) 세트를 수용하도록 구성될 수 있음으로써, 엔진(11)이 특정한 적용에 대해 "조정(tuned)"될 수 있게 한다.
엔진(10)은 출력 샤프트에 대해 90를 통하여 밸브 타이밍 캠을 회전시키는 기구를 추가하고, 엔진의 상 변화 행정중에 분사하도록 분사기의 타이밍을 변화시킴으로써, 과급 엔진과 앳킨슨 엔진 사이에서 변환 가능할 수 있다. 정유(petrol) 엔진에서, 이는 분사기의 타이밍을 교환시키고 플러그를 스파크시킬(sparking) 것이다. 이는 스위치를 사용하거나 엔진 조종 컴퓨터를 적절히 프로그래밍함으로써 이루어질 수 있다.
전술된 연장된 폭발 행정(EPS)의 유리한 결과는 복수 피스톤 엔진의 폭발 행정을 이들이 겹치는 지점으로 연장시킬 수 있는 능력이다. 따라서, 3 또는 그보다 많은 피스톤을 갖고 45도 또는 그보다 크게 이격된 출력 샤프트 회전의 폭발 행정 동력을 갖는 엔진은 예를 들면 연속적인 동력을 전달할 수 있고/있거나 잠재적으로 멎지 않을 수 있다. 이러한 엔진은 저속 적용에 특히 적합할 수 있다.
전술한 예시에서, 제1 롤러(20)와 제2 롤러(24) 사이의 거리(d)는 고정됨이 주의될 것이다. 그러나 커넥팅 로드(16)/실린더(14)에 대한 이들의 위치는 상이한 압축 비율을 얻도록 조정될 수 있다. 따라서, 엔진은 커넥팅 로드(16)를 연장하거나 감소시키며 그에 따라 압축 비율을 각각 증가 또는 감소시킴으로써, 상이한 연료로 작동하도록 용이하게 "조정"될 수 있다.
커넥팅 로드(16) 길이는 잠금 가능한 신축 자재식 또는 나사 결합식 요소를 사용하여 변화될 수 있으며, 그에 따라 엔진은 "정유(가솔린)", "디젤(diesel), "LPG", "바이오 연료" 등의 방식들 사이에서 용이하게 변환될 수 있다. 잠금 가능한 신축 자재식 또는 나사 결합식 요소가 서보 제어되어서(servo-controlled), 연료 방식 선택은 최종 사용자에 의해, 예를 들면 계기반 제어 노브(knob)를 사용하거나, 엔진 조종 시스템의 그래픽 사용자 인터페이스(graphical user interface)를 통해 실행될 수 있다.
전술한 실시예에서, 롤러(18) 세트는 커넥팅 로드(16)의 운동을 구속하도록 사용되지만, 커넥팅 로드(16)의 운동을 제한하는 대안적인 수단으로서 슬라이더 장치(slider arrangement)가 사용될 수도 있다.
도 13에서, 크랭크가 없는(crankless) 캠 엔진(10)이 통상적인 실린더(14) 및 이 실린더(14) 내에 왕복운동하도록 배치되는 통상의 피스톤(12)을 포함한다. 피스톤(12)의 왕복 운동은 한 쌍의 롤러(20, 24)에 의해 출력 샤프트(28)의 회전 운동으로 변환되며, 한 쌍의 롤러는 출력 샤프트(28)에 견고하게 부착되는 1차 캠(22) 및 2차 캠(26)의 로브들과 맞물린다. 크랭크가 없는 캠 엔진(10)의 작동은 전술된 바와 같다. 4 행정의 엔진 사이클이 출력 샤프트(28)의 반 회전동안 일어나기 때문에, 전체 엔진 사이클을 통하여 엔진 밸브(34, 38)의 작동을 제어하기 위해 출력 샤프트(28)에 견고하게 부착되는 타이밍 캠(52)을 사용할 수 있게 된다.
본 발명의 도시된 실시예에는 출력 샤프트(28)에 견고하게 부착되는 2개의 타이밍 캠(52, 53)이 존재한다. 제1 타이밍 캠(52)의 에지는 제1 롤러(54)와 맞물리고, 제2 타이밍 캠(53)의 에지는 제2 롤러(55)와 맞물린다. 제1 타이밍 캠(52) 및 제2 타이밍 캠(53)은 상보적으로 형성되어, 롤러(54, 55)는 모두 타이밍 캠의 에지와 연속적인 접촉을 유지할 수 있으며, 그러므로 배기 밸브(34)를 데스모드로믹 방식으로(desmodromically) 작동시킬 수 있다.
제1 롤러(52) 및 제2 롤러(53)는 견고한 타이밍 로드(56)에 부착되며, 이 타이밍 로드(56)는 슬롯형 개구(138)를 포함하며, 이 슬롯형 개구를 통해 엔진(10)의 출력 샤프트(28)가 통과한다. 슬롯형 개구(138)는 타이밍 로드(56)의 종축을 적소에 유지시킬 수 있는 크기로 만들어지며, 이때 타이밍 로드의 종축은 출력 샤프트(28)의 종축과 수직으로 교차하지만, 타이밍 로드(56)를 그 자신의 종축에 대해 활주 가능하게 왕복운동할 수 있게 한다. 따라서, 타이밍 로드(56)는 그 종축에 대해 종방향으로 평행하게 이동할 수 있지만, 엔진의 출력 샤프트(28)의 축을 중심으로 회전하는 것이 자유롭다. 타이밍 로드 가이드(57)에 의해 종방향으로 이동하는 것이 구속된다.
따라서, 타이밍 로드(56)는 엔진의 출력 샤프트(28)에 대해 일정한 각도로 유지되면서, 타이밍 롤러(54, 55) 각각이 타이밍 캠(52, 53)의 에지 프로파일을 따를 때 왕복운동한다. 도 13의 이러한 도면은 록커 아암을 측면도로 도시하며, 로커 아암은 주요 도면에서 횡단면도로 도시되어 있다.
타이밍 로드(56)는 그 자유 단부(138)가 엔진의 배기 밸브(34)에 가까운 위치에 놓이도록, 크랭크케이스의 외부로 연장한다. 타이밍 로드(56)의 자유 단부는 볼(140)을 지지하며, 이 볼은 로커 아암(144)의 소켓(142)과 맞물린다. 로커 아암(144)은 그 중심에 인접하여 추가 볼 및 소켓 조인트(146) 상에 피봇식으로 장착된다. 로커 아암(144)의 대향 단부는 추가의 볼 및 소켓 조인트(148)를 통해 푸시로드(60)에 연결되며, 푸시로드는 엔진 밸브(34)를 들어올리고 내린다.
사용시, 엔진의 출력 샤프트(28)가 회전할 때, 타이밍 로드(56)는 그 종축에 대해 평행하게 왕복운동 하여서, 로커 아암(144)을 진동시킴으로써, 밸브(34, 38)를 개폐한다. 밸브(34, 38)의 개방 및 폐쇄의 단계 및 지속시간은 타이밍 캠(52, 53)의 에지 프로파일과, 엔진의 출력 샤프트(28)에 대한 타이밍 캠들의 회전 위치에 의해 결정된다.
로커 아암의 선회축(pivot; 146)은 지지대(152) 상에 장착된다. 지지대(152)는 3개의 볼 베어링 상에 지지되며, 이들 볼 베어링은 아치형 트랙(154) 내에 포획되며(captured), 아치형 트랙의 곡선은 부분 원형이며, 엔진의 출력 샤프트(28) 축 상에 중심이 놓인다. 지지대 및 그에 따라 로커 아암의 선회축(146)은 따라서 트랙(154)에 의해 형성된 아치형 궤적을 따라 이동할 수 있다.
로커 아암의 선회축(146)을 아치형 궤적을 따라 이동시킴으로써, 엔진의 타이밍의 단계가 조정될 수 있다. 선회축(146)이 출력 샤프트(28)의 회전 방향과 동일한 방향으로 이동되면, 밸브는 미리 작동될 것이다, 즉 타이밍이 앞ㄷ다당겨진다(advanced). 반대로, 선회축(146)이 출력 샤프트(28)의 회전 방향과 반대 방향으로 이동되면, 밸브 타이밍은 피스톤의 타이밍보다 지연되며, 즉 타이밍이 늦어진다.
엔진의 밸브(34, 38)의 위치는 고정되지만, 타이밍 로드 단부는 모두 그 종축에 대해 평행하게 왕복운동하며, 로커 아암의 선회축(146) 상에 중심을 둔 아치형 궤적 상에서 흔들린다(swing). 로커 아암(144)은 따라서 타이밍 로드 단부와 선회축(146) 사이 및 선회축(146)과 밸브 볼(148) 사이에서 끊임없이 변화하는 거리를 조절하도록 신축 자재식으로 연장 가능하다. 상기로부터 볼 때, 타이밍 로드 단부와 선회축(146) 사이의 공간적 관계는 선회축(146)과 밸브 볼(148) 사이의 관계와 동등하기 때문에, 로커 비율은 타이밍 로드 단부의 위치에 관계없이 일정하다.
지지대(152) 또는 타이밍 로드(56)는 액츄에이터(미도시)에 연결될 수 있어서, 엔진의 밸브 타이밍은 액츄에이터를 사용할 때 요구되는 바대로 조정될 수 있다.
일 실시예에서, 액츄에이터는 케이블(미도시)을 포함하며, 이 케이블은 엔진의 스로틀 케이블(throttle cable)과 화합하여(in unison with) 작동한다. 이러한 구성은 스로틀 그립(throttle grip)이 엔진의 타이밍을 변화시킬 수도 있는 오토바이 엔진(motorcycle engine)에 특히 적합할 수 있다.
다른 실시예에서, 액츄에이터는 서보 제어되며, 이러한 서보 기구는 엔진 조종 컴퓨터를 사용하여 제어된다.
도 14에서, 타이밍 로드(56)는 그 하단부에 부착되는 상부 원통형 부분(137) 및 스페이서 블록(156)을 포함하는 것을 볼 수 있으며, 스페이서 블록은 한 쌍의 평행하고 이격되어 있는 롤러 지지 플레이트(158, 160) 사이에 삽입된다. 롤러 지지 플레이트(158, 160)는 타이밍 캠(52, 53)의 대향면들 상에 위치되며, 이 대향면들은 엔진(10)의 출력 샤프트(28)와 인접하거나, 엔진의 출력 샤프트 상에서 서로 결합 접촉하여(in mating contact) 위치된다. 제1 롤러(54)는 제1 지지 플레이트(158) 상에 회전 가능하게 장착되고, 제2 롤러(55)는 제2 롤러 지지 플레이트(160) 상에 회전 가능하게 장착된다. 롤러 지지 플레이트(58, 60)의 하단부들은 제2 스페이서 블록(162)에 의해 타이밍 캠(52, 53) 아래의 위치에서 서로 연결된다. 제2 스페이서 블록으로부터 외부로 연장 로드(163)가 연장되며, 이 연장 로드는 상부 원통형 부분(137)과 동축이다.
타이밍 로드 조립체(56)의 하단부의 굽힘을 방지하기 위해, 보강 부재(164)가 제공되며, 보강 부재는 한쌍의 방사상으로 연장하는 지지 아암(168)이 연결되는 환형 플레이트(166)를 포함한다. 지지 아암(168)의 자유 단부들은 부시(172)를 갖는 지지 블록(170)들을 지지하며, 이 부시를 통해 연장 로드(163) 및 상부 원통형 부분(137)이 활주 가능하게 통과한다.
도 15는 단부도이며, 도 16은 도 13 및 도 14에 도시된 엔진의 변형예의 측면도이다. 동일한 참조 부호는 각 도면에서 동일한 구성을 식별하는데 사용된다.
도 15 및 도 16에서, 로커 아암(144)은 3개의 볼 및 소켓 조인트(140, 146, 148)에 의해 지지됨을 볼 수 있다. 피봇 조인트(146)는 일측으로부터 로커 아암(144)에 부착되는 반면, 다른 2개의 조인트(140, 148)는 타측으로부터 로커 아암(144)에 부착된다. 이러한 구성은 볼 및 소켓 조인트를 압축으로 유지시키며, 마모를 최소화하고 윤활이 용이하도록 볼과 소켓 사이의 접촉 영역을 최대화한다. 도 15 및 도 16에서 로커 아암(144)은 5개의 구성요소, 즉, 타이밍 로드 소켓(172), 피봇 로커(174) 및 푸시 로드 소켓(176)을 포함하는 것을 볼 수도 있다. 타이밍 로드 소켓(172) 및 피봇 소켓(174)은 제1 샤프트(180)와 활주 가능하게 맞물리고, 피봇 소켓(174) 및 푸시 로드 소켓(176)은 제2 샤프트(182)와 활주 가능하게 맞물린다. 이러한 구성으로 인해 로커 아암(144)은 일정한 로커 비율을 유지하면서 사용시 선회하고 회전할 때, 길이 변화를 조절하도록 수축 및 팽창할 수 있다.
로커 아암의 선회축(146)은 지지대(152)가 피니언 기어(184) 상에 지지되는 것을 제외하면 전술한 바와 동일하게 지지대(152) 상에 장착되며, 피니언 기어는 아치형 랙(186)을 따라 회전하며(roll), 아치형 랙의 굴곡은 부분 원형이며, 엔진의 출력 샤프트(28) 축 상에 중심을 둔다.
도 16으로부터 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이, 2개의 유도 밸브 및 2개의 배기 밸브를 위해 분리된 밸브 타이밍 기구가 제공된다.
크랭크가 없는 캠 엔진(10)이 4 행정 사이클당 출력 샤프트(28)의 완전한 1회전의 절반을 요구하기 때문에, 선행(advance) 또는 지연의 양은 본질적으로 로커 아암 선회의 변위의 정해진 단위에 대해 통상의 엔진에서 얻어지는 것의 4배이다. 따라서, +/-40도를 초과하는 타이밍 선행 또는 지연은 원칙적으로 21도의 종래기술로부터 공지되어 있는 최대치와 비교할 때, 본 발명에 따라서 가능하다. 또한, 선행 또는 지연의 양은 단계 변화만을 제공하는 종래 기술과 대조적으로, 최대치와 최소치 사이의 대단히 작은 증분에서 선택될 수 있다. 도 15에서 왼쪽으로 먼 위치(중심에 대해 좌측 5도)와 오른쪽으로 먼 위치(중심에 대해 우측 5도) 사이의 타이밍 로드(56)의 운동이 특히 강조되었으며, 이들 위치는 각각 타이밍의 20도 선행 또는 20도 지연을 일으킨다.
도 17의 엔진(100)은 도 15 및 도 16에 도시된 엔진의 3개의 실린더의 변형예이다. 3개의 실린더(12)는 엔진의 출력 샤프트(28) 둘레에 60도의 예시로 배치된다. 각각의 실린더(12)는 그 자신의 밸브 타이밍 기구를 가지며, 이들 밸브 타이밍 기구는 공통의 타이밍 캠(52, 53) 세트에 의해 구동된다. 타이밍 선행 또는 지연은 단일한 입력을 사용하여 입력되며, 이러한 입력은 피니언 기어(184)를 회전시키는 연동 장치(190)를 통해 모든 로커 아암 선회축으로 전달된다.
본 발명의 커넥팅 로드(16)는 축방향으로 구속되며, 이는 크랭크 케이스(202)로 들어가는 개구(200)의 에지와 커넥팅 로드(16) 사이에 최소량의 틈새(clearance)를 허용한다. 도시된 실시예에서, 밀봉 부시(204)가 사용되어, 크랭크 케이스 개구(200)의 내부 에지에 대해 커넥팅 로드의 외면을 밀봉시킨다. 일반적으로, 이러한 배치로 인해 크랭크 케이스(202)는 피스톤으로부터 밀봉될 수 있으며, 이는 연소 산물이 크랭크 케이스(202)로 들어가는 것을 방지한다. 이러한 배치는 엔진으로부터의 연소 산물을 갖는 크랭크 케이스 윤활제(미도시)의 오염을 방지하거가 감소시키는 이점을 갖는다. 이는 잠재적으로 크랭크 케이스가 "수명을 위해 밀봉(sealed for life)"되게 한다.
그러나 이러한 배치에서, 일정량의(a quantity of) 공기가 크랭크 케이스 벽과 피스톤의 하면 사이에서 효과적으로 포획된다. 피스톤의 각각의 하향 행정(downward stroke)시 공기의 부피를 압축시킴으로써 엔진의 효율을 감소시키는 것을 방지하기 위해, 튜브(206)가 제공되어 엔진의 실린더들 사이에 팽창 챔버(206)를 제공한다. 사용시, 각각의 피스톤이 하부로 이동할 때, 공기는 팽창 챔버 내부로 이동할 수 있으며, 이는 동시에 상부로 이동중인 하나 이상의 다른 피스톤으로 인해 약간 감소된 압력에서 나타날 것이다. 따라서, 중립적이거나 다소 마이너스(negative)인 공기 압력이 사용시 각각의 피스톤 아래에서 유지될 수 있다. 다소 마이너스인 공기 압력은 유리할 수도 있는데, 이는 연소 산물이 크랭크 케이스(202)로 들어가는 것을 억제하고, 크랭크 케이스(202) 내의 공기 압력을 감소시킬 수 있기 때문이며, 이러한 감소는 또한 점성 유체를 통해, 즉 공기 내에서, 캠(26) 등을 이동시키는 것과 관련된 "펌핑 손실(pumping losses)"을 감소시킨다.
마지막으로, 명확성을 위해, 도 18은 본 발명에 따른 밀봉된 내연기관을 도시하며, 이 내연기관은 상부로부터 볼 때 정사각형 내에 배치되는 2개의 출구 밸브(34) 및 2개의 입구 밸브(38)를 갖는다. 입구(210) 및 출구 다기관(212)을 또한 볼 수 있다. 도 18의 평면도에서, 출구 밸브(34)의 타이밍은 0의 선행으로 설정되는 반면, 즉 타이밍 로드는 중심 위치에 있는 반면, 입구 밸브(38)의 타이밍은 앞당겨진다. 도면의 우측에서 볼 수 있는 바와 같이, 로커 아암은 타이밍 로드(56)와 밸브 작동 푸시 로드(60) 사이의 간격 내의 변화를 조절하도록 연장되고 회전된다. 도 18의 측면도는 또한 팽창 챔버(206)의 방위 및 위치를 도시한다.
또한, 도 18에는 크랭크 케이스 브리더 관(breather tube; 214)이 도시되며, 크랭크 케이스 브리더 관은 크랭크 케이스(202) 및 로커 케이스(216) 내의 공기 압력을 입구 다기관(210)의 공기 압력과 동등해지게 할 수 있다. 크랭크 케이스(202) 및 로커 케이스(216) 내의 압력은 그에 따라 평균 입구 다기관 압력과 같은 약간의 진공으로 유지된다. 감소된 크랭크 케이스 압력에서 엔진(10)을 작동시킴으로써, 펌핑 손실을 감소시킬 수 있을뿐 아니라, 공기 운동량이 감소되며, 이는 팽창 챔버(206)의 부피가 감소될 수 있음을 의미한다. 또한, 감소된 압력은 피스톤 링을 우회하는 임의의 연소 산물을 입구 다기관(210)으로 재순환되게 하며, 이러한 연소 산물은 그 후 엔진(10)의 후속 폭발 행정중에 연소될 수 있다.
결정적으로, 브리더 관(214)의 내부 횡단면적은 공회전 공기 제어 밸브(미도시)의 개방된 횡단면적보다 훨씬 더 작아서, 공회전 공기 제어 밸브는 엔진의 공회전 속도에 대한 제어를 유지할 수 있다. 브리더 관(214)은 공회전 공기 제어 밸브(미도시)의 하류에 위치되어서, 크랭크 케이스(202)로부터의 임의의 연소 산물 또는 윤활제 연무가 공회전 공기 제어 밸브를 오염시키지 않음이 또한 주목될 것이다.

Claims (29)

  1. 내연기관으로서,
    실린더,
    상기 실린더 내에 왕복 운동하도록 장착되는 피스톤,
    상기 피스톤으로부터 연장하는 커넥팅 로드, 및
    상기 커넥팅 로드 상에 장착되는 2개의 이격되어 있는 롤러를 포함하며,
    상기 롤러 중 제1 롤러는 1차 캠 수단과 맞물리도록 구성되고, 상기 롤러 중 제2 롤러는 2차 캠 수단과 맞물리도록 구성되며,
    상기 1차 캠 수단 및 2차 캠 수단은 공통의 출력 샤프트에 부착되고, 공통의 출력 샤프트와 회전 가능한
    내연기관.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 1차 캠 수단은 상기 피스톤의 선형 운동을 상기 출력 샤프트의 회전 운동으로 변환시키고, 상기 2차 캠 수단은 상기 출력 샤프트의 회전 운동을 상기 피스톤의 선형 운동으로 변환시키는데 사용되거나,
    상기 1차 캠 수단은 상기 출력 샤프트의 회전 운동을 상기 피스톤의 선형 운동으로 변환시키는데 사용되고, 상기 2차 캠 수단은 상기 피스톤의 선형 운동을 상기 출력 샤프트의 회전 운동으로 변환시키는데 사용되는
    내연기관.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 1차 캠 수단은 짝수개의 로브(lobes)를 포함하는
    내연기관.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 1차 캠 수단은 4개의 로브를 포함하는
    내연기관.
  5. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 캠은 또는 각각의 캠은 3의 정수배의 로브를 포함하는
    내연기관.
  6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캠 로브는 상기 출력 샤프트의 중심으로부터 방사상 외부로 연장하는 라인을 중심으로 비대칭인
    내연기관.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 캠 로브는, 상기 피스톤이 완전한 4 행정 사이클의 회전의 1/4보다 큰 출력 샤프트 회전시 또는 완전한 6 행정 사이클의 회전의 1/6보다 큰 출력 샤프트의 회전시 하사점에 도달하도록, 구부러지는
    내연기관.
  8. 제6 항 또는 제7 항에 있어서,
    동력 캠 로브(power cam lobe) 또는 로브들은, 상기 동력 캠 로브의 기울기가 상사점 이후보다 상사점 이전에 더 경사가 급하도록 구부러지는
    내연기관.
  9. 제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 따른 오토 사이클(Otto cycle) 내연기관으로서,
    상기 로브의 높이가 실질적으로 동일한
    오토 사이클 내연기관.
  10. 제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 로브의 높이가 동일하지 않은
    내연기관.
  11. 제10 항에 따른 앳킨슨 사이클(Atkinson cycle) 내연기관으로서,
    폭발 행정(power stroke)을 형성하는 상기 로브의 높이가 배기 행정을 형성하는 상기 로브의 높이보다 더 높은
    앳킨슨 사이클 내연기관.
  12. 제10 항에 따른 과급(supercharged) 내연기관으로서,
    배기 행정을 형성하는 상기 로브의 높이가 폭발 행정을 형성하는 상기 로브의 높이보다 더 높은
    과급 내연기관.
  13. 제1 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커넥팅 로드가 상기 실린더의 축에 대해 평행하게 이동하도록 구속되는
    내연기관.
  14. 제1 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 따른 내연기관으로서,
    실린더,
    상기 실린더 내에 왕복 운동하도록 장착되는 피스톤,
    상기 피스톤의 왕복 운동을 출력 샤프트의 회전 운동으로 변환시키기 위해 상기 피스톤으로부터 연장하는 커넥팅 로드, 및
    상기 실린더로의 유체의 유입 및 배출 중 하나 이상을 제어하고, 상기 출력 샤프트와 회전하는 1차 밸브 캠 수단 및 2차 밸브 캠 수단의 표면들과 함께 작동하는 한 쌍의 캠 종동부를 지지하는 연동 장치(linkage)에 의해 작동되는 하나 이상의 밸브를 포함하며,
    상기 1차 밸브 캠 수단의 표면은 대체로 원형인 부분 및 한 쌍의 돌기를 구비하고, 상기 2차 밸브 캠 수단의 표면은 대체로 원형인 부분 및 한 쌍의 만입부(indentations)를 구비하며,
    상기 캠 종동부 중 제1 캠 종동부는 상기 1차 밸브 캠 수단의 표면과 함께 작동하고, 상기 캠 종동부 중 제2 캠 종동부는 상기 2차 밸브 캠 수단의 표면과 함께 작동하며, 상기 돌기 및 만입부는 상기 캠 종동부가 그 위에서 회전할 때, 상기 밸브를 상기 각각 개방 또는 폐쇄시키는, 내연기관에 있어서,
    상기 밸브 캠의 상기 돌기 및 만입부 중 하나 이상과 상기 대체로 원형인 부분 사이의 계단형 전이부(transition)를 특징으로 하는
    내연기관.
  15. 제1 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    공통의 1차 캠 수단 및 공통의 2차 캠 수단과 함께 작동하는 복수의 피스톤, 실린더 및 커넥팅 로드, 또는 복수의 1차 캠 수단 및 복수의 2차 캠 수단과 함께 작동하는 복수의 피스톤, 실린더 및 커넥팅 로드를 포함하는
    내연기관.
  16. 제15 항에 있어서,
    복수의 상기 실린더는 상기 출력 샤프트의 상이한 회전시 연소하도록 배치되고, 제1 및 제2 피스톤의 사이클의 폭발 행정이 중복되는(overlap)
    내연기관.
  17. 제16 항에 있어서,
    엔진의 입구 다기관(inlet manifold) 및 크랭크 케이스(crankcase)와 소통하는 개구를 더 포함하는
    내연기관.
  18. 제16 항에 있어서,
    상기 개구가 상기 엔진의 공회전 공기 제어 밸브의 하류에 위치되는
    내연기관.
  19. 출력 샤프트 및 타이밍 기구를 포함하는 내연기관용 타이밍 기구로서,
    상기 타이밍 기구는:
    샤프트 상에 장착되고, 상기 샤프트와 화합하여(in unison with) 회전 가능한 캠 수단;
    상기 캠 수단과 맞물리도록 배치되는 캠 종동부; 및
    일단부에서 상기 캠 종동부에 연결되고, 타단부에서 로커 아암(rocker arm)에 연결되는 연동 장치(linkage);를 포함하며,
    상기 로커 아암은 피봇 수단에 피봇식으로 연결되고, 엔진의 유입 밸브 또는 배기 밸브를 작동시키도록 구성되며;
    상기 피봇 수단은 아치형 궤적(arcuate locus) 상에서 활주가능하게 이동가능하며, 상기 궤적은 상기 아치형 궤적을 따르는 상기 피봇 수단의 운동이 엔진의 타이밍을 앞당기거나(advances) 지연시키도록, 상기 샤프트의 축상에 중심이 놓이는
    내연기관용 타이밍 기구.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 피봇 수단은 상기 로커 아암의 회전 및 선회(pivoting)를 허용하도록 구성되는
    내연기관용 타이밍 기구.
  21. 제19 항 또는 제20 항에 있어서,
    상기 피봇 수단은 볼 및 소켓 조인트를 포함하는
    내연기관용 타이밍 기구.
  22. 제19항 내지 제21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 아치형 궤적은 상기 피봇 수단이 내부에서 또는 위에서 활주가능한 아치형 슬롯 또는 트랙에 의해 형성되는
    내연기관용 타이밍 기구.
  23. 제19 항 내지 제22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연동 장치는 실질적으로 견고한 로드를 포함하는
    내연기관용 타이밍 기구.
  24. 제19 항 내지 제23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캠 종동부는 상기 캠 수단의 에지와 맞물리도록 배치되는 롤러 또는 볼 베어링을 포함하는
    내연기관용 타이밍 기구.
  25. 제24 항에 있어서,
    상기 캠 종동부는 상기 캠 수단의 에지의 정반대로 마주하는 부분과 맞물리도록 배치되는 한 쌍의 롤러 또는 볼 베어링을 포함하는
    내연기관용 타이밍 기구.
  26. 제19 항 내지 제25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 로커 아암 또는 각각의 로커 아암은 신축자재식으로 연장 가능한
    내연기관용 타이밍 기구.
  27. 제1 항 내지 제18 항 중 어느 한 항에 따른 내연기관으로서,
    제19 항 내지 제26 항 중 어느 한 항에 따른 타이밍 기구를 포함하는
    내연기관.
  28. 첨부 도면을 참조로 첨부 도면에 도시된 바와 같으며, 실질적으로 전술된 바와 같은 내연기관.
  29. 첨부 도면을 참조로 첨부 도면에 도시된 바와 같으며, 실질적으로 전술된 바와 같은 타이밍 기구.
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