KR20140045520A - 선형 운동을 회전 운동으로 변환하기 위한 데스모드로닉 샤프트와 요크 조립체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선형 운동을 회전 운동으로 변환하는 조립체에 관한 것으로 특히 요크 구조체 및 이와 연관된 피스톤과 같은 선형왕복 부재와 크랭크샤프트와 같은 회전가능 샤프트 간의 개선된 관계에 관한 것이다. 본 발명은 예를 들어 압축기와 같이 운동이 회전에서 직선으로 또는 그 반대로 변환되어야 하는 응용분야에 사용될 수 있을 것이다.

Description

선형 운동을 회전 운동으로 변환하기 위한 데스모드로닉 샤프트와 요크 조립체 {DESMODRONIC SHAFT AND YOKE ASSEMBLY FOR TRANSLATING LINEAR TO ROTARY MOTION}

본 발명은 선형 운동을 회전 운동으로 변환하기 위한 조립체에 관한 것으로서, 구체적으로는 요크 구조체 및 이와 연관된 피스톤 같은 선형왕복 부재(a linearly reciprocal member)와 크랭크샤프트 같은 회전가능 샤프트 간의 개선된 관계에 관한 것이다. 본 발명은 예컨대 압축기와 같이 회전 운동을 선형 운동으로 변환하거나 또는 그 반대로 변환하는 어떤 응용 분야에도 사용될 수 있다.

내연기관은 수십 년 동안 우리들과 함께 해오고 있으며 가장 친숙한 디자인이 되고 있는데, 왕복하는 피스톤은 피스톤들의 선형왕복 운동을 크랭크샤프트의 회전 운동으로 변환하기 위하여 피스톤을 크랭크샤프트의 크랭크 핀들에 연결하는 커넥팅 로드들(connecting rods)을 이용한다.

대부분의 경우, 커넥팅 로드는 양쪽 단부에서 관절연결이 가능하여(articulable) 그 단부에서 피스톤과 크랭크 핀에 연결된다. 이 피스톤은 자신과 커넥팅 로드를 통과하는 피스톤 핀(wrist pin)에 의해 커넥팅 로드에 연결된다. 대부분의 경우, 그와 같은 내연기관에 관한 이런 종류의 디자인들은 슬라이더 크랭크 엔진으로 알려져 있다. 그렇지만, 시간이 경과함에 따라 이런 유형의 내연기관들은 상당한 정도의 불리함이나 제약을 갖고 있다는 점이 입증되어 왔다.

특히 오늘날에는, 화석 연료들이 점점 부족해지고 있고 또한 재래식 내연 에너지로부터 나오는 배기가스를 통해 환경을 보호하는 것에 관해 공동체가 더 크게 강조하고 있어, 재래식 슬라이더 크랭크 엔진을 개량하기 위한 독려가 있어왔다.

스캇치 요크(Scotch yoke)는 모든 슬라이더 크랭크 엔진들에 대하여 순환 동력학(cyclic dynamics)을 활용하고자 했던 몇몇 엔진 설계에서 사용되어 오고 있다. 대부분의 경우, 전통적인 스캇치 요크 엔진들은 수평으로 대향하는 두 개의 피스톤을 비-관절식(non-articulable) 커넥팅 로드들에 의해 셔틀까지 연결하며, 그 셔틀은 크랭크샤프트의 크랭크 핀을 수용하는 슬롯을 가진다. 안내 서비스요소들이 그 셔틀의 움직임을 직선 경로로 제한하고, 크랭크샤프트가 슬롯의 범위 내에서 회전함에 따라 크랭크 핀은 그 슬롯 안에서 슬라이드 하여, 피스톤의 선형왕복 운동을 크랭크샤프트의 회전운동으로 변환한다.

당해 기술에 숙련된 사람이 알 수 있듯이, 그 셔틀 내의 그 슬롯은 적어도 크랭크 핀 직경만큼 넓어야 하며 적어도 크랭크 핀의 주행 직경만큼 길어야 한다. 나아가, 그 피스톤 로드가 선형왕복운동을 하도록 제한되어 있는 피스톤 플레이트 등의 일부이므로, 크랭크샤프트의 어떤 운동도 자동적으로, 스파킹 위치를 포함하여, 어떤 설정가능한(settable) 순간 위치에서 전진하거나 후퇴되어 있는 피스톤을 보게 될 것이다.

현재의 엔진 설계 트렌드는 스캇치 요크 구조체로 된 종래의 피스톤 로드를 사용하여 엔진 알피엠(rpm)을 증가시키는 것이다. 종래의 스캇치 요크들을 사용하는 것은 대부분의 경우 항상 가능한 것은 아닌데, 이는 그 피스톤 스트로크가 짧고 또한 공기를 연소실로 끌어들일 수 있는 가용 시간이 매우 짧기 때문이다. 이로 인해 이상적인 15대1의 공기/연료비보다 낮은 비로 연료에 대한 연소가 일어나고, 그 결과 타지 않은 연료가 공기 중의 오염물질로 배출된다. 그런 배기 때문에 비연소 연료는 피스톤을 구동하는 힘으로 변환되었어야 하였음에도 불구하고 낭비되는 에너지가 되어버린다.

오늘날 가용한 슬라이더 크랭크 엔진뿐만 아니라 스캇치 요크 기반 엔진 모두에서 사실상 일어나는 문제는 피스톤 로드와 크랭크샤프트 간의 비효율적인 커플링이 있다는 것이다. 커넥팅 로드 엔진에 있어서, 더 큰 토오크는 스트로크의 길이 즉, 커넥팅 로드의 높이와 엔진의 높이를 증가시킴으로써 특정 크랭크 각에서 얻어질 수 있다. 하지만 이것은 많은 응용에서는 실용적이지 못하고 여러 가지 관련된 단점들이 있다.

통상의 기술자라면 스캇치 요크가 자신의 힘을 90°크랭크 각에서 최대 토오크를 내기 위해 크랭크 핀(종래의 크랭크)의 중앙선 위치로 전달하는 것을 알고 있을 것이다. 그러므로 스캇치 요크의 선형 주행은, 드웰(dwell)에 관해 수정되었거나 그렇지 않거나, 항상 일정하며, 그것의 최대 레버리지는 항상 90°에서 있다. 크랭크샤프트는 통상적으로 자신과 연관되어 있는 슬라이딩/롤링 요소를 가지는데, 그 요소는 크랭크샤프트의 360도 회전 전체에 대하여 요크 상에서 슬라이드/롤링한다. 그러므로 스캇치 요크는 매우 제한적으로 적용되고 있다.

본 발명자는 선형 운동을 회전 운동으로 변환하고 그 반대로도 변환하는 개량된 수단, 및 연소 엔진의 응용에 있어서, 스카치 요크보다 훨씬 더 큰 힘에서 토오크가 최대화되는 것을 보장하는, 요크와 크랭크 간 및 요크와 피스톤 간의 개량된 관계의 필요성을 인지하였다.

본 출원인이 소유권자이며 여기에 참고자료로 포함된 국제특허출원 제PCT/AU2011/000398호는 캠 요크 타입 맞물림(engagement)의 예를 제공하는바, 그것은 크랭크샤프트의 일 회전에 크랭크 모드와 캠 모드 간의 상호변환이 가능하여 증가된 레버리지(더 큰 레버리지 지점으로 전달된 압력)와 향상된 연소를 위한 피스톤 드웰 타임(dwell time)을 달성하는 한 가지 작동 모드를 제공함으로써 앞에서 언급한 문제점들 일부를 극복한다. 그 발명은 크랭크샤프트와 연관된 크랭크 암의 일측 단부에 대하여 회전할 수 있고 그리고 피스톤이 연관되어 있는 선형가동 요크 구조체의 내면과 맞물릴 수 있는 베어링 또는 휠 부재를 사용하는 것을 포함한다. 그 내면은 피스톤의 선형 운동이 크랭크의 회전 운동으로 변환하는 것을 순간적으로 방해하고 그래서 베어링이 크랭크 모드에서 캠 모드로 기능 변경을 겪게 하는 어깨부를 포함한다.

출원인의 종래의 국제출원은 그런 점에서 연소를 개선하고 종래의 스캇치 요크보다 훨씬 더 큰 힘에서 최대 토오크를 증기시키는 레버리지 효과를 가져오는 조립체를 제안한다. 그러나 출원인 소유의 그 종래 기술은 그것의 목적에 복무하고 이런 타입의 종래의 조립체들보다 나은 고유한 장점을 제공하지만, 본 발명은 다음과 같은, 그렇지만 그것에 한정되지는 않는, 이슈들을 처리함으로써 더 개량된 조립체를 제공하고자 한다:

ㆍ 완전히 최대화 되지 않은 레버리지;

ㆍ 최적이 아닌 연소 및 에너지 효율;

ㆍ 조립체가 많은 수의 부품을 포함하고 단순화된 제조에 적합하지 않는 구성요소 설계 및 구성;

ㆍ 그 조립체가 다른 응용에 알맞도록 레버리지/드웰에 관해 쉽게 조절할 수 있게 되어 있지 않은 구성요소 설계 및 구성; 및

ㆍ 다수의 구성요소들을 사용함으로써 그리고 단일의 롤링 요소에 비해 상당히 큰 부하 베어링에 의해 생겨나는 진동/덜컹거림(vibration/rattle) 문제들.

그러므로 앞에서 언급한 문제점들의 적어도 일부를 극복하거나 또는 공중에게 유용한 대안을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.

처음부터 인지될 필요가 있는 것은, 여기에서 “캠 효과”에 대한 어떤 언급도 출원인의 종래기술 특허 출원에서 이전에 언급된 베어링의 “캠 모드”와 동일한 현상인 것으로 해석되어서는 안 된다는 점이다.

본 발명의 또 다른 목적과 장점들은 이하의 명세서 내용을 완전히 읽으면 명백해 질 것이다.

본 발명은 샤프트의 선형 운동이 샤프트의 회전을 위해 그 샤프트에 최대 에너지가 전달되게 하는 회전가능 샤프트와 선형왕복 부재 간의 개량된 관계에 관한 것이다. 여기서 예시적으로 구현된 본 발명은 내연 기관들에 관한 것이지만, 본 발명이 선형 운동을 회전 운동으로 변환하거나 그 반대로 변환하는 것을 포함하는 임의의 응용에도 똑같이 잘 적용될 수 있음을 알아야 한다.

크랭크와 피스톤 간의 상호작용이, 부분적으로는, 캠-관련된 것인 점에서, 그 조립체는 스캇치 요크나 커넥팅 로드 엔진 타입보다 더 큰 레버리지를 제공한다는 점이 본 명세서를 읽음으로써 명백해질 것이다. 본 발명은 융통성 없는(rigid) 선형 운동 메커니즘을 제공하는바, 이는 그 피스톤 운동이 선형이고 그 요크 구조체의 운동에 필요불가결한(integral)하다는 것을 의미하고, 그것은 에너지를 동일한 스트로크 길이에서 종래의 엔진들에 비해 더 큰 레버리지 포인트까지 변환할 수 있다. 결과적으로, 레버리지 효과가 얻어지고 그 크랭크로 전달된 압력은 최대로 된다.

따라서, 본 발명의 한 형태에 따르면, 이것이 본 발명의 유일하거나 진정으로 가장 넓은 형태일 필요는 없지만, 선형가동 부재의 선형 운동을 회전가능 샤프트의 회전 운동으로 변환하는 조립체가 제공되며, 상기 조립체는: 상기 선형가동 부재와 연관되어 있고, 내측 표면을 갖는 요크 구조체; 및 상기 회전가능 샤프트와 연관되어 있고, 상기 요크 구조체의 내측 표면에 접촉하도록 된 적어도 하나의 둥근 표면을 갖는 레버리지 수단을 구비하며, 상기 레버리지 수단의 표면과 요크 구조체 내측 표면은, 적어도 상기 사프트의 매 회전 시간 동안, 일정한 접촉력이 상기 선형가동 부재로부터 상기 샤프트로 상기 두 표면 간에 요동 운동(rocking motion)으로 전달되도록 하는 치수로 되어 있는 것을 특징으로 한다.

그 조립체를 종래의 스캇치 요크 타입 조립체들과 구별되게 하고 또한 이들 구성요소들 간의 개선된 상호작용과 훨씬 더 큰 토오크 범위를 가져다주는 것은, 슬라이딩이나 롤링과는 대조적으로, 그 두 구성요소들 간에 특정 범위의 각도 내내 이루어지는 이런 요동 운동 또는 “캠 효과”이다.

바람직하게, 그 샤프트 회전 거의 내내 상기 레버리지 수단과 상기 요크 구조체 표면 간에는 두 개의 접촉 지점이 있다.

바람직하게는, 상기 일정한 접촉력은 상기 레버리지 수단의 둥근 표면(an arced surface)과 상기 요크 구조체 내측 표면의 선형 표면(a linear surface) 사이에서 전달된다.

따라서, 본 발명의 상기 조립체는 요크 구조체의 내측 표면과 맞물릴 수 있는 회전가능 샤프트를 포함하며, 상기 샤프트는 여기서 레버리지 수단으로 언급되는 것을 포함하며, 그 레버리지 수단은 상기 레버리지 수단과 연관된 적어도 두 개의 둥근 표면을 따라 요크 구조체의 내측 표면과 상기 샤프트의 회전 내내 한 번은 접촉하도록 된 바깥둘레 가장자리(an outer peripheral edge)를 포함한다. 적어도 소정 범위의 각도 동안 상기 레버리지 수단의 둥근 표면과 상기 요크의 내측 표면 간에 “요동 운동” 상호작용(“rocking motion” interaction)(바닥에 대한 요동 말의 요동 운동과 유사함)이 존재하고, 그것은 중요하게는 일정한 접촉력이 상기 요크 구조체로부터 상기 샤프트로 전달되게 하도록, 그 구성요소들의 치수가 정해진다. 이런 효과를 여기서는 “캠 효과”라 부른다.

본 발명의 일 형태에 따르면, 상기 레버리지 수단은 여기서 “캠 종동 부재(a cam follower member)”라 부르는 것 및 이와 연관된 더 큰 롤링요소(an associated larger rolling element)를 포함하며, 여기서 상기 캠 종동 부재는 상기 요크 구조체의 내측 선형 표면에 접촉하도록 된 둥근 표면을 포함하며, 그러한 상호작용은 적어도 소정 범위의 샤프트 회전 각도 동안에 상기 “캠 효과”를 유발하며, 상기 더 큰 롤링요소는 상기 선형 표면 근처에 배치된 상기 요크 구조체의 둥근 내측 표면에 접촉하도록 된 둥근 표면을 포함한다.

본 발명의 다른 형태에 따르면, 상기 레버리지 수단은, 상기 캠 종동 부재의 두 개의 둥근 표면을 따라 상기 요크 구조체의 내면과 그 샤프트 회전 거의 내내 접촉하도록 된 바깥둘레 가장자리(an outer peripheral edge)를 가지며, 그러한 상호 작용은 어떤 범위의 사프트 회전 각도 동안에 상기 “캠 효과”를 유발한다.

바람직하게, 상기 캠 종동 부재와 상기 요크 구조체 내측 표면은 상기 “캠 효과”가 상기 샤프트의 적어도 90도와 180도 사이의 회전에서 일어나도록 치수가 정해진다.

바람직하게, 상기 캠 종동 부재와 상기 요크 구조체 내측 표면은, 그런 어떤 회전 운동이 상기 요크 구조체의 직선 운동으로 바뀌는 일 없이 상기 샤프트가 0도에서 90도 사이에서 회전하도록 치수가 정해진다. 따라서, 연소 기관에 적용될 때, 본 발명은 피스톤의 상사점에서 드웰 타임(dwell time)을 또한 도입함으로써 연소 효율을 개선한다.

바람직하게는, 상기 캠 종동 부재 및 상기 요크 구조체 내측 표면은, 그런 어떤 회전 운동이 상기 요크 구조체의 직선 운동으로 변환됨이 없이, 상기 샤프트가 180도에서 270도 사이에서 회전하도록 치수가 정해진다. 그러므로 연소 기관에 적용될 때, 본 발명은 피스톤의 하사점에서 트웰 타임을 도입함으로써 연소 효율을 개선한다.

바람직하게, 상기 캠 종동 부재는 적어도, 자신을 통과하는 중심선을 정의하는 중심점을 갖는 반원형 가장자리와, 상기 중심선의 아래쪽에 있고 상기 반원형 가장자리 중심점의 양쪽의 상기 중심선상에 배치된 중심점들을 갖는 두 개의 1/4원형 가장자리를 포함하며, 상기 캠 종동 부재는 상기 샤프트 중심점이 상기 1/4 원 중심점들 중 하나와 동일한 축선을 따라 뻗어나가도록(extend) 상기 샤프트와 연관되어 있다.

그 조립체는, 상기 캠 종동 부재와 연관된 1/4원 및 반원들 각각의 반경을 똑같은 퍼센티지로 조절함으로써 레버리지를 조절할 수 있다. 더구나, 상기 선형가동 부재의 스트로크도 상기 샤프트 중심점과 말단의 1/4원의 중심점 간의 거리를 조절함으로써 조절할 수 있다.

본 발명의 또 다른 바람직한 형태에 따르면, 그 샤프트는 상기 “캠 효과” 동안에 상기 요크 구조체 내측 표면과 접촉하는 상기 캠 종동 부재와 연관된 둥근 표면의 중심점에 대하여 회전할 수 있는 롤링 요소를 포함하는 데스모드로닉(desmodronic) 샤프트이고, 상기 롤링 요소는 상기 둥근 표면과 동일한 반경이며, 상기 둥근 표면은 상기 요크 구조체에 대한 상기 롤링요소의 접촉이 허용되지 않았으면 자신이 상기 내측 표면과 접촉하였을 수도 있는 시점에 상기 요크 구조체에 대한 상기 롤링 요소의 접촉을 허용하는 잘라내진 선단부(a sawn off tip)를 포함한다. 내마찰(anti-friction) 내지 롤링 요소의 이용은, 사용하지 않았으면 접촉 표면들 사이에서 일어났을 수도 있는 맞부딪힘(chatter)을 줄여주기 위해서는 상기 샤프트의 0도에서 90도 회전 사이에서 특히 중요하다.

따라서 그 일정한 접촉 “캠 효과”는 요크 구조체로부터 나오는 피스톤력을, 종래의 스캇치 요크들과 같은 “슬라이딩”이 없이, 그렇지만 어떤 회전 각도 범위 내내 요동 운동으로, 크랭크샤프트로 전달한다. 이는 종래의 어떤/스카치 요크식 설계 엔진보다 훨씬 더 큰 토오크 범위를 가능하게 해준다. 여기서 구체적으로 제시된 캠 종동 부재와 요크 구조체를 사용함에 있어서, 본 발명의 레버리지와 드웰의 양상(dwell aspects)은 명백해질 것인 바, 제조자의 요구사항에 맞도록 변경될 수 있다.

본 발명은, 여기서는 레버리지 수단으로 불리는 상호작용 수단이 캠 종동 부재--이것은 자신의 둘레를 따라 요크 구조체의 내면과 상호작용을 한다--를 포함하거나 구비하는 점에서, 위에서 언급한 국제출원에 개시된 조립체에 관한 개량기술이다. 그와 같은 레버리지 수단을 포함하는 조립체가 앞서 종래기술에서 언급했던 문제점들의 적어도 일부를 처리한다는 것이 명확해질 것이다.

바람직하게, 그 조립체는 내연기관이고, 상기 선형가동 부재는 자신과 연관된 적어도 하나의 피스톤을 갖는 요크 조립체이며, 상기 회전가능 샤프트는 크랭크샤프트이다. 바람직하게, 상기 샤프트는 데스모드로닉(desmodronic) 크랭크샤프트이다.

본 발명은, 레버리지 부재가 단일의 강 부재(a single rigid member)라는 점에서 부품의 전체 개수의 감소, 단순화된 제조와 조립을 제공한다. 나아가, 그 레버리지 수단에 관한 약간의 설계 변경이 어떠한 응용의 요구조건들도 만족시키는 레버리지 및 드웰 타임들을 가져다 줄 것이라는 점에서 완벽한 적응성(full adjustability)도 제공한다.

본 발명은 또한, 선형 운동을 회전운동으로 변환하거나 그 반대로 변환하는 지금까지 알려진 조립체들보다 우월한 여러 가지 장점을 제공하는지를 알 수 있을 것이다. 내연기관에 적용될 때, 선형으로 움직일 수 있는 부재가 요크 피스톤 구조체이고 회전가능한 샤프트가 크랭크샤프트인 경우, 본 발명의 조립체의 사용을 통해서, 엔진의 각 실린더는, 탄화수소 연료의 완전 연소를 가능하게 해줄 뿐만 아니라, 실린더에서 연소된 기체를 더욱 효율적으로 배출할 수 있게 해준다.

첨부 도면들은, 본 명세서에 포함되어 그 일부를 구성하는바, 본 발명의 여러 가지 구현 예를 도시하며, 상세한 설명과 함께, 본 발명의 장점과 원리를 설명하는 데 기여한다. 도면에서:
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따라 크랭크샤프트 안으로 설치된 레버리지 수단을 포함하는 크랭크 조립체의 말단부 프로파일도이고;
도 2는 도 1의 레버리지 수단을 두 개의 단일 피스톤 요크 구조체와 합체한 크랭크 조립체를 포함하는 선형 요크 조립체의 사시도이고;
도 3은 도 2의 부분 분해도이며;
도 4는 도 2-3에서 도시된 크랭크 조립체와 요크 구조체 간의 관련있는 운동 변환을 개략적으로 도시하는데, 크랭크샤프트의 0°에서 360° 사이의 완전한 회전이 이 대응 회전 동안 요크 구조체의 변환된 주행에 관하여 나타나져 있으며;
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따라 크랭크샤프트 안으로 설치된 레버리지 수단을 포함하는 크랭크 조립체의 말단부 프로파일도이고;
도 6은 도 5의 레버리지 수단에 의해 맞물릴 수 있는 요크 구조체의 내부 치수를 나타내며;
도 7은 도 5의 크랭크 조립체 및 레버리지 수단과 도 6의 요크 구조체 사이의 관련된 운동 변환을 개략적으로 도시하는데, 크랭크샤프트의 0°에서 360° 사이의 완전한 회전이 그 대응 회전 동안 요크 구조체의 변환된 주행에 관하여 나타나져 있으며;
도 8은 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따라 내부 롤링 요소를 활용하는 레버리지 수단을 포함하는 크랭크 조립체의 사시도이며;
도 9는 도 8의 두 개의 레버리지 수단과 대응하는 단일 피스톤 요크 구조체들을 갖는 크랭크 조립체를 포함하는 선형 요크 조립체의 사시도이고; 그리고
도 10은 도 8-9에 도시된 크랭크 조립체와 레버리지 수단의 확대 사시도이다.

본 발명의 이하의 상세한 설명은 첨부한 도면을 참조한다. 비록 그 설명이 예시적인 실시예들을 포함하지만, 다른 실시예들도 가능하고, 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않는 선에서 설명된 실시예들에 대한 변경이 가해질 수도 있다. 가능한 한, 실시예들과 이하의 설명 전반에 걸쳐 동일하거나 유사한 부분을 나타내는 데 동일한 참조번호를 사용할 것이다.

본 발명은 내연기관(비도시)의 일부를 구성할 수 있는 조립체(10)에 관한 것인데, 그 조립체는 크랭크샤프트(12), 그 크랭크샤프트와 연관되거나 또는 그 속에 설치되는 레버리지 수단(14), 그리고 요크 구조체(18)를 포함하는 적어도 하나의 선형 요크 조립체(16)를 포함하며, 그 레버리지 수단은 그 요크 구조체와 상호작용하여 예컨대 그 요크 구조체와 연관되어 있는 피스톤(20)의 선형 운동을 크랭크 또는, 넓은 용어로, 샤프트(12)의 회전운동으로 변환한다.

예컨대, 도 2의 도면으로부터 본 발명이 내연기관에서 운동변환 조립체(a translatory assembly)로서 사용될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 레버리지 수단(14)과 선형 요크 조립체(16)는, 내연기관 환경에 적용될 때, 움직이는 피스톤의 직선 운동을 크랭크샤프트(12)에 맞서서 회전운동으로 효과적으로 변환하는 동작을 한다. 도시되지 않았지만, 피스톤 요크의 선형 슬라이딩 운동을 지원하기 위해 안내부재들이 포함될 수도 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 피스톤들은 실린더의 측면들과는 접촉하지 않는 점에서 무마찰형으로 구성되어 있다.

도 2와 3에 도시된 조립체는 어떻게 두 개 이상의 요크 조립체가 크랭크샤프트를 따라 나란히 배치되며 그리고 하나의 피스톤이 상사점(TDC)에 있을 때 인접 피스톤이 하사점(BDC)에 있거나 또는 그 반대의 경우가 되도록 실효적으로 결합되는지를 보여준다. 요크들을 통과하여 연장되어 있는 크랭크샤프트(12)는 분리가능한 모듈 섹션들(modular sections)로 구분될 수도 있고, 복수 개의 모듈 섹션은 부가적인 선형 요크 조립체들을 구축하여 요구되는 엔진의 실린더 용량을 구축하도록 연결될 수 있다.

여기서 설명되는 각 실시예에 있어서, 레버리지 수단(14)은 적어도 하나의 캠 종동 부재(22)를 구비하거나 적어도 포함할 수 있는데, 그 캠 종동 부재(22)는 크랭크샤프트(12)와 함께 회전할 수 있고 또한 그것의 적어도 하나의 둥근 표면(an arced surface)이 선형 요크 구조체(18)와 연관되어 있는 내측 표면(an inner surfece)과 회전 동안에 접촉하도록 구성된다. 이는 연소 사이클 내내 크랭크와 요크 간의 전면적인 접촉을 보장해주고, 앞에서 설명한 “캠 효과”를 생성한다.

그러한 캠 종동 부재(22)의 사용은 그 조립체를 다른 요건들/적용들에 적합게 수정하는 단순화된 수단을 제공한다는 점이 명백해질 것이다. 캠 종동 부재(22)와 그것이 접촉하는 적절히 수정된 요크 구조체(18)의 사용을 통해, 조립체(10)는 단일 또는 이중 드웰용으로 구성될 수 있으며, 그래서 연소 효율 또한 최상의 상태로 될 수 있다. 그 부재는 또한 제조하기가 쉽고 또한 개별적 가동 부품들이나 중부하(heavy load) 지지 베어링을 많이 포함하지 않는다는 점에서 복잡하지도 않다.

조립체(10)를 나타내는 데 사용된 참조번호들인, 레버리지 수단(14), 요크 조립체(16), 그리고 요크 구조체(18)는 여기서 설명되는 세 가지 실시예 간에 참조문자 a, b, c를 사용하여 구별된다. 예를 들어, 제1 실시예의 조립체는 10a로 표시되는 반면, 제2 실시예의 레버리지 수단은 14b로 표시되는 등이다. 단순화를 위해 각각의 피스톤들이 진퇴하는 실제 실린더 챔버들과 같은 몇몇 구성요소들은 도시하지 않아 본 발명의 보다 중요하고 창의적인 특징들이 더 선명하게 논의될 수 있도록 하였다.

도 1-4는 크랭크샤프트(12)의 0도에서 90도까지 회전의 단일 드웰용으로 구성된 조립체(10a)인 본 발명의 제1 실시예를 도시하며, 그 조립체는 크랭크샤프트(12) 상에 마련된 두 개의 캠 종동 부재(22)를 가지면서 크랭크를 회전시키기 위해 힘이 요크에서부터 전달되도록 그 요크 구조체(18a)와 상호작용을 하는 레버리지 수단(14a)을 포함한다.

특히, 레버리지 수단(14a)은 나란하면서 측방으로 이격된 두 개의 캠 종동 부재(22)들을 포함하며, 이 캠 종동 부재(22)들은 요크 구조체(18a)의 각각의 내측 표면(24)들에 접촉하도록 되어 있는 둥근 표면을 포함하며, 상기 내측 표면(24)들은 요크 조립체(16a)의 “베이스” 즉, 피스톤(20)의 맞은편 단부 상에 위치하는 요크 구조체 내면들이다. 레버리지 수단(14a)은 상기 두 개의 캠 종동 부재들 사이를 포괄하도록 연장되고 요크 구조체의 둥근 내측 표면(28)과 접촉하도록 되어 있는 대직경 롤링 요소 내지 베어링(26)을 더 포함한다. 그 대직경 롤링 요소(26) 안쪽에 소직경 베어링(30)이 배치되어 있고, 크랭크샤프트(12) 및 두 개의 캠 종동 부재(22)를 연결하는 연결 핀(32)이 그 소직경 베어링(30)을 통해서 연장된다. 통상의 기술자라면 크랭크샤프트(12)가 회전할 때, 두 개의 캠 종동 부재(22)와 이들 두 부재를 연결하는 핀(32)이 회전함에 따라, 소직경 베어링(30)이 크랭크샤프트와 함께, 대직경 롤링 요소(26) 안에서 회전한다는 것을 알 수 있을 것이다.

도 1은 연결핀(32)에 대하여 축받이 된 또 다른 소직경 베어링을 도시하지만, 그것은 도 2-4에는 도시되어 있지 않다. 세 가지 실시예들의 특징이 서로 구별되게 할 목적으로, 도 1에 선택적 구성요소로서 도시된 이 부가적인 베어링은 도 8-10에 도시된 바람직한 데스모드로닉 샤프트(desmodronic shaft) 실시예를 참조하면서 본 명세서에서 나중에 설명될 때까지는 설명되지 않을 것이다.

요크 구조체의 둥근 내측 표면(28)은 J-형상 삽입체(34)에 의해 제공되는바, 그 J-형상 삽입체(34)의 굽은 가장자리는 각각의 요크구조체 내측 표면(24)들에 대하여 인접된 가장자리를 형성한다. 그 J-형상 삽입체(34)는 바람직하게는 대직경 베어링(26)으로부터 압박(stress)을 제거하기 위해 스프링 강체로 만든다. 요크구조체 내측 표면(24)들은 그 요크 구조체의 “베이스”를 형성하는 선형 로드(36)들에 의해 제공된다.

캠 종동 부재(22)들과 롤링 요소(26)를 포함하는 레버리지 수단(14a)과, 요크 구조체(18a)의 내면들은, 크랭크의 매 회전 동안에 적어도 한 번의 피스톤 드웰 타임이 시간이 존재하는 것과, 적어도 그 회전 기간 동안에 캠 효과가 나타나는 것을 보장하도록 구성된다. 이것은 실시예에 도시되어 있듯이 딱딱한 구조(rigid structure)로 된 캠 종동 부재(22)의 사용을 통해 달성되는바, 그 캠 종동 부재(22)는 세 개의 중심점(38, 40, 42)이 배치된 중심선을 가지며 각각의 중심점은 캠 종동 부재(22)의 3개의 외측 둥근 표면의 반경의 중심점을 정의한다. 이것은 아마도 본 발명의 제2 실시예에 관련되어 있지만 제1 실시예의 그 캠 종동 부재에 직접 비교될 수 있는 도 5에 가장 잘 도시되어 있을 수 있다.

제1 중심점(38)은 캠 종동 부재(22)의 베이스 모서리에서 1/4원을 형성하는 제1 둥근 표면(44)의 반경의 중심이다. 제2 중심점(40)은 캠 종동 부재(22)의 맞은편 베이스 모서리에서 제2 1/4원을 형성하는 제2 둥근 표면(46)의 반경의 중심이다. 제3 중심점(42)은 반원이고 상기 중심선 위쪽의 캠 종동 부재(22)의 완전한 상측 부분을 형성하는 제3 둥근 표면(48)의 반경의 중심이다. 제1 및 제2 둥근 표면(44, 46)은 동일한 반경의 1/4원들이고, 바람직하게는 반원 둥근 표면(48)의 반경의 절반이며, 제4 선형 외측 표면(50)에 의해 결합되어 있다.

크랭크의 회전 동안 내내, 대직경 롤링 요소(26)의 표면뿐만 아니라, 각 캠 종동 부재(22)의 세 가지 원호 표면들 중 하나를 따라 존재하는 점도 요크 구조체(18)의 내면들 중 하나와 접촉을 이루고 있다는 것이 도 4의 도면으로부터 알 수 있을 것이다. 특히, 롤링 요소(26)는 J-형상 삽입체(34)의 둥근 내측 표면(28)과 접촉하고, 반면에 각 캠 종동 부재(22)의 3개의 둥근 표면들 중 하나는 요크 구조체 로드(36)들의 표면(24)과 접촉한다. 따라서 레버리지 수단의 각 “호”에는 두 개의 접촉점(38)이 있다. 도 1에 도시된 요크 접촉점들은 90°의 크랭크샤프트 회전에 대응된다. 이중 접촉을 가짐에 있어서, 그 조립체는 이런 종류의 알려진 조립체들에 비해 훨씬 더 튼튼하고 균형 잡혀 있으며 진동이 일어날 가능성이 훨씬 적다.

이러한 제1 실시예에 있어서, 그 요크 구조체의 내측 표면들은 0도에서 90도 사이 크랭크 회전의 드웰(dwell)을 위해 구성된다. 적어도 이런 드웰 타임의 기간 동안에, 외측 베어링(26)이 그 J-형상 삽입체 상에서 롤링하는데, 그 롤링은 “캠 효과”가 캠 종동 부재(22)와 요크 표면(24) 사이, 특히 캠 종동 부재(22)의 둥근 표면(46)과 선형 표면(24) 사이에서 확립될 때까지 일어난다. 그 캠 효과는 적어도 샤프트 회전각 90도에서 180도까지 내내 요크 구조체로부터 나와 크랭크샤프트로 가해지는 일정한 접촉력을 낳는다. 따라서 레버리지는 그 캠 종동 부재의 긴(elongated) 형상에 의해 얻어지고 크랭크의 중심점(38)과 제2 중심점(40) 사이의 거리에 비례한다. 본 발명이 내연기관 환경에 이용될 때의 한 가지 장점은 피스톤이 주행함에 따라 일어나는 연소 압력의 감소가 레버리지의 증가에 의해 균형이 잡힌다는 점이다.

각 캠 종동 부재(22)의 제1 및 제2 중심점 (38)과 (40) 사이의 거리는 피스톤의 스트로크 길이(stroke length)를 정의한다. 통상의 기술자라면 본 발명의 그 조립체(10a)가 다른 토오크 범위를 요구하는 다른 응용에 적합하도록 수정될 수 있는 편리함을 알 수 있을 것이다. 토오크 능력을 증가시키기 위해서, 1/4원 표면(44)와 (46) 각각의 반경을 늘인 다음 그 부재의 늘어난 길이를 보상하기 위해 반원 표면(48)의 반경을 늘이기만 하면 된다. 중심점 (38)과 (40) 사이의 거리가 여전히 동일하게 유지되기 때문에, 스트로크 길이는 동일하며, 이는 그 행정을 수정할 필요 없이 그리므로 그 엔진 또는 조립체의 높이를 수정할 필요 없이 그 조립체가 다른 토오크 범위로 수정될 수 있음을 의미한다.

이와 유사하게, 만약 스트로크를 조절하기를 원한다면, 중심점 (38)과 (40) 사이의 거리가 쉽게 조절될 수 있다. 통상의 기술자라면 캠 종동 부재의 어떤 조절은 그에 상당한 치수-재설정(comparable re-dimensioning)을 요크 구조체 내면에 대하여 할 필요가 있음을 알 수 있을 것이다.

정리하면, 조립체(10a)는 피스톤들의 단일 드웰 동안 크랭크샤프트의 0도에서 90도까지의 회전을 제공하고 나서, 통상의 스캇치 요크 타입 장치가 그러하듯이, 슬라이딩 없이, 그렇지만 종래기술에서 언급된 것처럼 예컨대 요동 말 “요동(rocking)” 운동과 유사하다고 여겨질 수 있는 요동운동으로, 선형 요크 구조체에서 나오는 일정한 접촉력을 그 레버리지 수단으로 전달한다. 어떤 기존의 또는 스캇치 요크 설계형 엔진보다 훨씬 더 큰 토오크 범위를 가능하게 해주는 것이 바로 이러한 “캠 효과”이다. 90도 이후의 피스톤 주행의 나머지 부분은 상사점(top dead centre)에서 하사점(bottom dead centre)까지 90도에서 180도까지의 운동과, 하사점에서 거꾸로 상사점까지 180도에서 360까지의 운동을 포함한다.

레버리지 수단의 이용, 특히 캠 종동 부재(22)와 이의 요크 구조체간의 상호작용의 이용은 종래기술에 비해 장점들을 제공하는바, 그 장점들은 레버리지 부재가 단일의 강 부재(a single rigid member)라는 점에서 부품의 전체 개수의 감소, 단순화된 제조와 조립을 제공하는 것 외에, 그 레버리지 수단에 관한 약간의 설계 변경이 어떠한 응용의 요구조건들도 만족시키는 레버리지 및 드웰 타임들을 가져다 줄 것이라는 점에서 완벽한 적응성(full adjustability)을 제공하는 것이다.

도 5-6은 본 발명의 제2 실시예에 따라 구성된, 캠 종동 부재(22)를 포함하여 레버리지 수단(14b)을 갖는 크랭크샤프트(12)와 요크 구조체(18b)를 예시한다. 구성요소들은, 앞서 설명된 그 종동 부재(22)의 바깥 둘레 가장자리가, 도 7에 도시되어 있듯이, 요크 구조체(18b)의 안쪽 둘레 가장자리(54)와 연소 사이클 내내 접촉하도록, 치수가 정해진다. 명백한 것은 접촉점(55)들이 제1 실시예의 90도 크랭크 각도에서의 접촉점(38)들과 비슷한 위치에 있다는 것이다.

이 제2 실시예의 조립체(10b)는, 요크 구조체(18b)의 내면이 외부 롤링 요소의 필요성을 그 내면과 맞물리는 데 필요한 하나의 캠 종동 부재(22)만으로 대체해준다는 점에서, 제1 실시예보다 더 적은 구성요소를 제공한다. 나아가, 이러한 구성은, 이하에서 더 상세하게 설명될 것인바, 크랭크의 매 회전 동안에 피스톤의 이중 드웰을 가져다 준다.

그 요크의 안쪽 둘레 가장자리(54)는, 캠 종동 부재(22)의 표면 (44)와 (46) 중 하나와 그 안쪽 요크 가장자리(54) 간의 접촉, 나아가 표면(48)과 가장자리(54) 간의 접촉이 유지되는 것을 보장하도록 치수가 정해진다. 도시된 실시예에서, 그 내부 요크 가장자리(54)는, 도 7의 상사점(TDC) 지점에 도시된 것처럼, 캠 종동 부재(22)의 길이에 대응하는 간격만큼 이격되어 있는 평행한 두 표면 (56) 및 (58)과, 90° 및 270°에 각각 위치했을 때 크랭크샤프트 중심으로부터 측정되는 동일한 반경의 둥근 두 가장자리 (60) 및 (62)를 포함한다. 도시된 또 다른 둥근 가장자리(64)는 필수적인 것은 아니지만 요크들의 제조를 단순화할 수 있도록 비슷하게 치수가 정해진다. 캠 종동 부재(22)는, 둥근 표면(46)이 요크 구조체의 선형 표면(58)에 접촉할 때, 그 샤프트의 90도 회전에서 확보 중인 “캠 효과”로 이전에 설명한 것과 똑같은 방식으로 작동한다.

도 5와 6에서 몇몇 특정 반경이 제시되어 있지만, 본 발명은 어떤 특정한 캡 종동 또는 요크 내측 가장자리 반경들에 국한하고자 할 의도는 아님을 이해하여야 한다. 앞서 설명하였듯이, 이들 치수는 특정 응용에 맞추기 위해 요구되는 레버리지 및 드웰 구성에 따라 모두 조정가능하다.

그러므로 피스톤(20)이 0도에서 90도까지의 크랭크 회전에서 다시 드웰(dwell)하는 동안, 주행(travel)의 나머지는, 그것의 90도 이후의 주행이 상사점부터 하사점까지 90도에서 180도까지의 운동, 180도에서 270도까지의 크랭크 회전의 제2 드웰 타임, 그리고 하사점에서 역으로 상사점까지 270도부터 360도까지의 운동을 구성한다는 점에서 제1 실시예의 그것과는 다르다.

이제 도 8과 본 발명의 바람직한 형태에 관심을 돌리면, 도 9에 도시된 조립체(10c)의 일부를 형성하는 레버리지 수단(14c)이 도시되어 있는데, 그 레버리지 수단(14c)은 제2 실시예에서 나타낸 것과 유사한 캠 종동 부재 및 요크 구조체 프로파일을 포함하지만, 내부 롤러(72)가 회전가능하게 장착되는 패인 채널(hollowed out channel, 70)도 포함한다. 그 롤러는 핀(73)에 대하여 회전가능하다. 그렇게 구성된 캠 종동체를 포함하고 그리고 내부 롤러(72)를 포함하는 샤프트를 여기서는 데스모드로닉(desmodronic) 크랭크샤프트라고 한다.

도 9-10은 선형 요크 조립체(16c)와 함께 사용하는 레버리지 수단(14c)을 예시하며, 그 요크 구조체는 제2 실시예에 관해 논의되었던 그것과 본질적으로 같지만 약간 다르게 구성된 내면을 갖는다는 점을 알 수 있어야 한다. 그 내면은 또한, 평행 표면 (56) 및 (58) 뿐만 아니라, 제2 실시예의 주된 둥근 가장자리 (60)과 (62)를 포함하지만, 그것의 부가적 가장자리(64)들은 다른 반경을 갖는다는 점이 이해될 수 있을 것이다. 그러므로 이 제3 실시예는 그 요크 구조체의 내부 치수가 본 발명의 작동을 필수적으로 변경하는 일 없이 변경될 수도 있는(예를 들어, 제조를 단순화하기 위해) 방법의 예를 제공한다.

이 제3 실시예에 있어서 또 다른 주목할 만한 차이점은 표면 (46)과 (48) 간의 합류점에서 그 캠 종동 부재의 선단부상의(on the tip) 잘라내진 부분(sawn off portion, 74)이다. 그 편평점(flat spot)(74)은 롤러(70)와 그 요크의 내부 둘레 가장자리(54) 간의 접촉을 허용하는바, 그 허용 시점은 그러한 접촉이 허용되지 않았으면 부재(14c)의 선단부 즉, 표면 (46)과 (48) 사이의 합류점이 예컨대 0도에서 90도까지의 드웰 기간 내내 그 요크의 내면과 접촉했을 수 있는 때이다. 따라서 롤러(70)는 이들 표면간의 마찰과 맞부딪힘(chatter)을 크랭크의 360도 회전 내내 적정한 회수로 줄여주는 데 기여한다.

첨부 도면과 이상의 설명을 고려해 볼 때, 당해 기술의 통상의 기술자는 본 발명의 조립체(10)가 어떻게 작동하고, 선형 운동을 회전운동으로 변환하거나 그 반대로 변환하는 지금까지 알려진 조립체들보다 우월한 여러 가지 장점을 제공하는지를 알 수 있을 것이다. 내연기관에 적용될 때, 선형으로 움직일 수 있는 부재가 요크 피스톤 구조체이고 회전가능한 샤프트가 크랭크샤프트인 경우, 통상의 기술자라면, 본 발명의 조립체의 사용을 통해서, 엔진의 각 실린더는, 공기/연료 흡입물 내의 탄화수소 연료가 연소되지 않아 배출되는 비연소 연료를 남기지 않고 모두 연소되는 것을 보장하기 위해 피스톤이 최상위 지점에 유지될 수 있도록, 단순히 어떤 한 시점이 아니라 어떤 시간 동안 발화점에서 자신의 최상위점에 있는 피스톤을 가질 것임을 이해할 수 있을 것이다. 본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 상기 조립체는 또한 피스톤의 최저위점에서 제2 드웰 타임이 있는 이중 드웰(double dwell) 용으로 구성될 수 있다.

그러므로 도 7에 가장 잘 도시된 것처럼, 크랭크샤프트가 자신의 회전을 0°~ 90° 사이에서 계속하는 동안, 그 피스톤은 자신의 최상위 지점에서 움직이지 않는데, 이는 그 피스톤이 일순간 동안 최상위 위치에 드웰하도록 허용됨에 따라 그 사실에도 불구하고 크랭크샤프트는 자신의 회전을 계속한다는 것을 의미하고, 이런 부가적인 시간은 탄화수소 연료의 완전한 연소를 가능하게 해준다는 것을 의미한다. 이와 유사하게, 후자의 실시예들은, 그 크랭크샤프트가 자신의 회전을 180°~ 270° 사이에서 지속하는 동안, 피스톤은 자신의 최하위 지점에서 움직이지 않는데, 이는 그 실린더로부터 더욱 효율적인 기체 배출이 일어날 수 있음을 의미한다. 이것은 캠 종동 조립체와 요크 구조체 간의 프로파일들을 짝지어주는 방법에 의해 달성된다.

피스톤을 위한 드웰 타임을 만들어내는 이와 같은 능력은 단지 본 발명의 한 가지 이익일 뿐이다. 캠 종동 부재(22)와 이의 요크 구조체(18)와의 상호작용에 관한 구성은, 이들 구성요소의 단순한 치수 조정에 의해 완전하게 조절할 수 있는 드웰 및 레버리지를 위해, 최대화되어 있는 레버리지를 가져다주고, 또한 마찰과 맞부딪힘을 줄여주는 롤링 요소를 활용하는 본 발명의 바람직한 형태를 가져다준다.

본 발명의 범위로부터 벗어나지 않으면서 본 발명에 대하여 다른 이익들과 개선점들이 매우 잘 만들어질 수도 있다. 본 발명은 가장 실용적이고 바람직하다고 인식되는 것에 관하여 도시되고 설명되었지만, 임의의 그리고 모든 등가적인 디바이스들과 장치를 포괄하도록, 여기서 설명된 구체적인 기술에 한정되지 않고 청구항의 전 범위와 일치되는 본 발명의 범위와 사상 내에서 그것의 변형이 만들어질 수 있다는 점을 알 수 있다.

청구항에서, 표현 언어나 필요한 함축 때문에 문맥이 달리 요구하는 경우를 제외하고는, 단어 “구비하는(comprising)”은 “포함하는(including)”의 의미로 사용된다. 즉, 특정된 특징들이 본 발명의 다양한 실시예의 다른 특징들과 연관될 수 있다.

10, 10a, 10b, 10c: 조립체 12: 크랭크샤프트
14a, 14b, 14c: 레버리지 수단 16a, 16b, 16c: 선형 요크 조립체
18a, 18b, 18c: 요크 구조체 20: 피스톤
22, 22a, 22b, 22c: 캠 종동 부재 24: 요크 구조체 내측 표면
26: 대직경 롤링 요소(베어링) 28: 아크형 내측 표면
30: 소직경 베어링 36: 선형 로드
38: 제1 중심점 40: 제2 중심점
44: 제1 둥근 표면 46: 제2 둥근 표면
48: 제3 둥근 표면 50: 제4 선형 외측 표면
54: 요크 구조체의 안쪽 둘레 가장자리
55: 접촉점 60, 62, 64: 둥근 가장자리
70: 롤러 72: 내부 롤러
73: 핀 74: 편평점(잘라내진 선단부)

Claims (15)

1. 선형가동 부재의 선형 운동을 회전가능 샤프트의 회전 운동으로 변환하는 조립체로서,
   상기 조립체는:
   상기 선형가동 부재와 연관되어 있고, 내측 표면을 갖는 요크 구조체; 및
   상기 회전가능 샤프트와 연관되어 있고, 상기 요크 구조체의 내측 표면에 접촉하도록 된 적어도 하나의 둥근 표면을 갖는 레버리지 수단을 구비하며, 레버리지 수단 표면과 요크 구조체 내측 표면은, 적어도 상기 사프트의 매 회전 시간 동안, 일정한 접촉력이 상기 선형가동 부재로부터 상기 샤프트로 상기 두 표면 간에 요동 운동(rocking motion)으로 전달되도록 하는 치수로 되어 있는 것을 특징으로 하는 운동 변환 조립체.
2. 제1항에 있어서, 상기 샤프트의 회전 내내 상기 레버리지 수단과 상기 요크 구조체 표면 간에는 두 개의 접촉 지점이 있는 것을 특징으로 하는 운동 변환 조립체.
3. 제2항에 있어서, 상기 레버리지 수단은 상기 샤프트에 대하여 회전가능한 캠 종동 부재 및 이와 연관되어 있는 더 큰 롤링 요소를 포함하며, 상기 캠 종동 부재와 상기 롤링 요소는 상기 샤프트의 회전 내내 상기 내측 요크 표면과 접촉하는 표면을 각각 정의하는 외측 둘레 가장자리를 포함하는 것을 특징으로 하는 운동 변환 조립체.
4. 제3항에 있어서, 상기 캠 종동 부재는, 상기 부재를 통과하는 중심선을 정의하는 베이스를 갖는 반원형 가장자리와, 상기 중심선 아래쪽에 배치되고 중심점들이 상기 반원형 가장자리의 중심점의 양쪽의 상기 중심선 상에 배치되는 제1 및 제2 1/4원형 가장자리들을 포함하며, 상기 부재는 회전의 샤프트 축선이 상기 제1 1/4원형 가장자리의 상기 중심선을 통과하여 연장되도록 상기 샤프트와 연관되어 있는 것을 특징으로 하는 운동 변환 조립체.
5. 제4항에 있어서, 상기 일정한 접촉력은 상기 제2 1/4원형 가장자리와 연관된 둥근 표면과 상기 요크 구조체 내측 표면의 선형 표면 간에 전달되는 것을 특징으로 하는 운동 변환 조립체.
6. 제5항에 있어서, 상기 둥근 표면과 상기 선형 내측 요크 표면은 상기 샤프트의 적어도 90도에서 180도까지의 회전에서 내내 접촉하는 것을 특징으로 하는 운동 변환 조립체.
7. 제3항 내지 제6항 중 어느 하나에 있어서, 상기 더 큰 롤링 요소는 상기 요크 구조체 내측 표면의 일부를 형성하는 J-형상 삽입체에 접촉하도록 된 것을 특징으로 하는 운동 변환 조립체.
8. 제2항에 있어서, 상기 레버리지 수단은 상기 샤프트 회전 내내 상기 내측 요크 표면과 접촉을 이루는 적어도 두 개의 표면을 정의하는 바깥 둘레 가장자리를 포함하는 캠 종동 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 운동 변환 조립체.
9. 제8항에 있어서, 상기 캠 종동 부재는, 상기 부재를 통과하는 중심선을 정의하는 베이스를 갖는 반원형 가장자리와, 상기 중심선 아래쪽에 배치되고 중심점들이 상기 반원형 가장자리의 중심점의 양쪽의 상기 중심선 상에 배치되는 제1 및 제2 1/4원형 가장자리들을 포함하며, 상기 부재는 회전의 샤프트 축선이 상기 제1 1/4원형 가장자리의 상기 중심선을 통과하여 연장되도록 상기 샤프트와 연관되어 있는 것을 특징으로 하는 운동 변환 조립체.
10. 제9항에 있어서, 상기 일정한 접촉력은 상기 제2 1/4원형 가장자리와 연관된 둥근 표면과 상기 요크 구조체 내측 표면의 선형 표면 간에 전달되는 것을 특징으로 하는 운동 변환 조립체.
11. 제10항에 있어서, 상기 둥근 표면과 상기 선형 내측 요크 표면은 상기 샤프트의 적어도 90도에서 180도까지의 회전에서 내내 접촉하는 것을 특징으로 하는 운동 변환 조립체.
12. 제9항 내지 제11항 중 어느 하나에 있어서, 상기 제2 1/4원형 가장자리는 잘라내진 선단부(a swan off tip)와 상기 제2 1/4원형 가장자리의 중심점에 대하여 회전가능한 롤링 요소를 포함하며, 상기 롤링 요소가 상기 요크 구조체와 접촉하지 않았으면 상기 선단부가 상기 내측 표면과 접촉을 이루었을 수 있는 시점에, 상기 롤링 요소가 상기 요크 구조체 내측 표면과 상기 캠 종동 부재의 회전을 따라 틈틈이(at moments) 접촉하도록 상기 롤링 요소는 상기 제2 1/4원형 가장자리와 동일한 반경을 가지는 것을 특징으로 하는 운동 변환 조립체.
13. 제3항 내지 제11항 중 어느 하나에 있어서, 상기 레버리지 수단과 상기 요크 구조체 내측 표면은, 상기 샤프트가 상기 요크 구조체의 직선운동으로 전환되는 그런 어떤 회전 운동 없이 적어도 0도와 90도 사이에서 회전하도록 하는 치수로 되어 있는 것을 특징으로 하는 운동 변환 조립체.
14. 제3항 내지 제12항 중 어느 하나에 있어서, 상기 레버리지 수단 및 상기 요크 구조체 내측 표면은, 상기 샤프트가 상기 요크 구조체의 직선운동으로 변환되는 그런 어떤 회전 운동 없이 0도에서 90도 사이 및 180도와 280도 사이에서 회전하도록 치수로 되어 있는 것을 특징으로 하는 운동 변환 조립체.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 하나에 따른 운동 변환 조립체를 포함하는 내연기관으로서, 상기 선형가동 부재는 자신과 연관되어 있는 피스톤을 포함하며, 상기 회전가능 샤프트는 크랭크샤프트인 것을 특징으로 하는 내연기관.
    

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