KR20140138270A - Ｉｄａｒ－ａｃｅ 역변위 비대칭 회전 교류 코어 엔진 - Google Patents

Abstract

본 발명은 중심축(A)을 한정하는 회전식 샤프트를 포함하는 엔진들 또는 펌프들을 제공하고, 상기 샤프트는 제1 단부 및 제2 단부를 갖는다. 샤프트는 그 위에 배치된 제1 세장형 아일랜드를 가질 수 있다. 제1 아일랜드는 이격되는 전면 및 후면 표면들 사이에 대체로 한정된 부피를 갖는 바디를 가질 수 있다. 전면 및 후면 표면들은 방사축(R)에 평행한 평면에 놓일 수 있다. 전면 및 후면 표면들의 주변들은 그 사이의 굴곡진 주변 표면을 한정할 수 있다. 엔진 또는 펌프는 제1 아일랜드의 전면 표면에 인접하게 배치된 전방 측면 플레이트와, 제1 아일랜드의 후면 표면에 인접하게 배치된 후방 측면 플레이트를 더 포함한다. 엔진 또는 펌프는 또한 전방 측면 플레이트와 후방 측면 플레이트 사이에 배치된 제1 윤곽 조립체를 포함한다.

Description

ＩＤＡＲ－ＡＣＥ 역변위 비대칭 회전 교류 코어 엔진{IDAR-ACE INVERSE DISPLACEMENT ASYMMETRIC ROTATING ALTERNATIVE CORE ENGINE}

본 특허 출원은 2012년 9월 6일에 출원된 미국 특허 가출원 번호 61/697,481과, 2012년 3월 14일에 출원된 미국 특허 가출원 번호 61/610,781의 우선권의 이익을 주장한다. 전술한 각 특허 출원은 어떠한 목적이든지 간에 그 전체가 본 명세서에 참고용으로 병합된다.

그 개시의 전체가 본 명세서에 참고용으로 병합되는, "Continuous Torque Inverse Displacement Asymmetric Rotary Engine"이라는 명칭의 미국 특허 번호 6,758,188은 역변위 비대칭 회전(IDAR) 엔진을 개시한다. 상기 엔진은 내부 챔버 벽, 외부 챔버 벽, 및 이동가능 윤곽(movable contour)을 포함한다. 또한 전체가 본 명세서에 참고용으로 병합되는 2010년 3월 25일에 출원된 미국 특허 출원번호 12/732,160은 미국 특허 번호 6,758,188의 실시예들에 비해 개선된 실시예들을 제공한다. 본 발명은 본 명세서에 기재된 바와 같이, 이들 실시예들에 비해 상당한 개선점들을 제공한다.

개시된 실시예들은 공통 왕복 피스톤 엔진 및 회전 엔진을 개선한다. 그러한 공통 엔진들에 비한 개선점들은 적어도,

더 높은 전력 밀도;

높은 애킨슨 비 사이클(Atkinson Ratio cycle)들을 가능하게 하는 유연한 작용 체적(working volume);

낮은 마모 물질들의 실제적인 이용을 가능하게 하는 2-차원 설계;

2, 3배 이상의 회전당 전력 스트로크;

증가된 기계 전달 효율;

감소된 엔진 케이스 진동; 및

부품들의 감소된 개수를 포함한다.

개시된 실시예들은 연료-공기 혼합물을 연소하여, 화학 에너지를 회전 운동 에너지로 변환하는데 사용된 기계를 기재한다. 개시된 실시예들의 중요한 특징은 둥글지 않은, 대칭적이거나 비대칭적 회전 실린더 또는 "아일랜드(island)", 왕복 오목 부분 또는 "윤곽", 및 전면과 후방 측면 플레이트들의 볼록 표면의 상호 작용에 의해 작용 체적의 구성이다.

따라서, 일실시예에서, 개시는 중심축(A)을 한정하는 회전식 샤프트를 포함하는 엔진 또는 펌프를 제공하고, 샤프트는 제1 단부 및 제2 단부를 갖는다. 샤프트는 그 위에 배치된 제1 아일랜드를 가질 수 있다. 제1 아일랜드는 회전식 샤프트를 따라 이격되는 전면과 후면 표면들 사이에 일반적으로 한정된 부피를 갖는 바디를 가질 수 있다. 전면과 후면 표면들은 방사축(R)에 평행한 평면에 놓일 수 있다. 전면과 후면 표면들은 둥근 비-원형 형태를 가질 수 있다. 전면과 후면 표면들의 주변들(perimeters)은 그 사이에 굴곡진 주변 표면을 한정할 수 있다. 엔진 또는 펌프는 제1 아일랜드의 전면 표면에 인접하게 배치된 전방 측면 플레이트와, 제1 아일랜드의 후면 표면에 인접하게 배치된 후방 측면 플레이트를 더 포함할 수 있다. 엔진 또는 펌프는 전방 측면 플레이트와 후방 측면 플레이트 사이에 배치된 제1 윤곽 조립체를 더 포함할 수 있다. 제1 윤곽 조립체는 오목한 내향면에 의해 연결되는 한 쌍의 대향하는 외향의 아치형 전면 및 후면 표면들에 의해 한정된다. 윤곽 조립체의 오목한 내향면은 제1 아일랜드의 굴곡진 주변 표면을 향한다. 오목한 내향면과 아일랜드의 굴곡진 주변 표면과 전방 측면 플레이트 및 후방 측면 플레이트는 작용 체적을 형성하도록 협력한다. 회전식 샤프트 및 제1 아일랜드, 또는 적어도 제1 아일랜드는 바람직하게 제1 윤곽 조립체에 대해 회전하도록 구성된다.

원하는 경우, 윤곽 조립체는 스파크 플러그를 수용하기 위해 그 안에 개구부(opening)를 한정할 수 있다. 제1 윤곽 조립체는 고정 하우징에 결합될 수 있다. 제1 윤곽 조립체는 고정 리스트 핀(wrist pin)에 장착될 수 있어서, 제1 윤곽 조립체는, 제1 아일랜드 및 회전식 샤프트가 중심축(A) 주위를 회전할 때 리스트 핀 주위를 진동한다. 상기 리스트 핀은 바람직하게 일반적으로 중심축(A)에 평행하다. 상기 윤곽은 상기 윤곽 조립체의 오목한 내향면의 제1 단부에 근접하게 배치된 제1 정점(apex point)과, 상기 윤곽 조립체의 오목한 내향면의 제2 단부에 근접하게 배치된 제2 정점을 포함할 수 있다. 상기 정점들은 바람직하게 상기 윤곽 조립체의 오목한 내향면과 제1 아일랜드의 굴곡진 주변 표면 사이에 한정된 간격에 배치된다. 상기 정점들은 작업 체적을 한정하는 데 도움이 된다. 원하는 경우, 상기 정점들은 상기 윤곽 조립체에 한정된 리세스들(recesses) 내에 배치될 수 있다. 상기 윤곽 조립체는 각 정점들에 근접하게 배치된 적어도 하나의 사전 로딩(preloading) 스프링을 더 포함할 수 있고, 적어도 하나의 사전 로딩 스프링은 정점들을 제1 아일랜드에 나아가게 하도록 적응될 수 있다.

상기 윤곽 조립체와, 상기 정점 밀봉에 의해 커버되는 제1 아일랜드 사이의 간격은 원하는 경우 약 0.10 인치 미만, 약 0.010 인치 미만, 약 0.0010 인치 미만, 약 0.00010 인치 미만, 또는 약 0.000010 인치 미만일 수 있다. 상기 윤곽은 상기 윤곽 조립체의 전면부(front face)에 근접하게 배치된 제1 코너 밀봉부와, 상기 윤곽 조립체의 후면부(rear face)에 근접하게 배치된 제2 코너 밀봉부를 포함할 수 있고, 상기 코너 밀봉부들은 상기 윤곽 조립체 및 상기 전방, 후방 측면 플레이트들의 전면부 및 후면부 사이에 한정된 간격에 배치되고, 상기 코너 밀봉부들은 작용 체적을 한정하는데 도움을 준다.

몇몇 구현들에서, 상기 코너 밀봉부들은 상기 윤곽 조립체의 전면부 및 후면부에 한정된 리세스들 내에 배치될 수 있다. 상기 윤곽 조립체는 각 코너 밀봉부에 근접하게 배치된 코너 밀봉 사전 로딩 스프링들을 더 포함할 수 있다. 상기 코너 밀봉 사전 로딩 스프링들은 상기 코너 밀봉부들을 전방 및 후방 측면 플레이트들에 나아가게 하도록 적응될 수 있다. 상기 윤곽 조립체는 상기 윤곽 조립체의 한 쌍의 대향하는 외향의 아치형 전면 및 후면 표면들에 한정된 아치형 그루브들에 내장된 복수의 플로팅(floating) 측면 밀봉부들을 더 포함할 수 있다. 상기 아치형 그루브들은 일반적으로 오목한 내부 표면의 아치 정도(arcuate extent)와 일치할 수 있고, 상기 정점 밀봉부들을 수용하도록 구성된 그루브(groove)들과 상호 작용할 수 있다. 상기 측면 밀봉부 각각은 상기 아치형 그루브들에서 상기 측면 밀봉부들의 안정성 및 방향을 유지하기 위해 적어도 하나의 사전 로딩 스프링들의 상부에 놓일 수 있다. 바람직하게, 상기 코너 밀봉부들과 상기 정점들은 상기 작용 체적을 한정하는데 도움을 주도록 실질적으로 일치한다. 다양한 구현들에서, 상기 전방 및 후방 측면 플레이트들은 회전식 샤프트 및 아일랜드와 함께 회전할 수 있다.

추가 구현들에 따라, 상기 전방 및 후방 측면 플레이트들은 상기 전방 및 후방 측면 플레이트들의 기하학적 중심에 실질적으로 매칭하는 회전 중심을 가질 수 있다. 대안적으로, 상기 전방 및 후방 측면 플레이트들은 상기 전방 및 후방 측면 플레이트들의 기하학적 중심에 실질적으로 매칭하지 않는 회전 중심을 가질 수 있다. 원하는 경우, 상기 엔진 또는 펌프는 상기 제1 아일랜드 및 측면 플레이트들을 실질적으로 고정된 축 위치에 유지하기 위해 상기 제1 전면 플레이트에 근접하게 배치된 전면 쓰러스트(thrust) 베어링과, 후면 플레이트에 근접하게 배치된 후면 쓰러스트 베어링을 더 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 아일랜드는 다른 가능한 형태들 중에서 일반적으로 타원형, 일반적으로 달갈형, 또는 일반적으로 아령-형태일 수 있다.

원하는 경우, 상기 전방 및 후방 측면 플레이트들 중 적어도 하나는 디바이스를 통과하는 작용 유체를 향하게 하기 위해 그 안에 한정된 포트들을 포함할 수 있다. 원하는 경우, 상기 제1 아일랜드는 디바이스를 통과하는 작용 유체를 향하게 하기 위해 그 안에 한정된 적어도 하나의 포트를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 포트는 상기 제1 아일랜드의 굴곡진 주변 표면을 통해 형성될 수 있다. 적어도 하나의 포트는 방사축(R)에 일반적으로 평행한 제1 부분과, 중심축(A)에 일반적으로 평행한 상기 제1 부분과 유체 왕래하는(in fluid communication with) 제2 부분을 포함할 수 있다. 상기 적어도 하나의 포트의 상기 제2 부분은 상기 전방 및 후방 측면 플레이트들 중 적어도 하나에 한정된 포트와 정렬하도록 구성될 수 있다.

몇몇 구현들에서, 적어도 2개의 포트들은 상기 제1 아일랜드의 굴곡진 주변 표면을 통해 형성될 수 있다. 적어도 2개의 포트들은 중심축(A) 및 방사축(R)에 직교하는 원주 방향 축(C)을 따라 상기 제1 아일랜드의 굴곡진 주변 표면 주위에서 서로 변위되는 제1 포트 및 제2 포트를 포함할 수 있다. 상기 제1 포트는 작용 유체를 작용 체적으로 향하게 하기 위해 흡입 포트로서 기능하도록 구성될 수 있고, 상기 제2 포트는 작용 유체를 작용 체적 밖으로 향하게 하기 위해 배출 포트로서 기능하도록 구성될 수 있다. 몇몇 구현들에서, 적어도 하나의 포트는 밸브를 통해 유체의 흐름을 제어하기 위한 밸브를 포함할 수 있다. 상기 밸브는 수동적으로 또는 능동적으로 작동될 수 있다.

추가적인 개시에 따라, 상기 엔진 또는 펌프는 상기 전방 측면 플레이트와 상기 후방 측면 플레이트 사이에 배치된 제2 윤곽 조립체를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 윤곽 조립체는 오목한 내향면에 의해 연결되는 한 쌍의 대향하는 외향의 아치형 전면 및 후면 표면들에 의해 한정될 수 있다. 상기 제2 윤곽 조립체의 오목한 내향면은 상기 제1 아일랜드의 굴곡진 주변 표면을 향할 수 있다. 상기 오목한 내향면과 상기 제1 아일랜드의 굴곡진 주변 표면과 상기 전방 측면 플레이트 및 상기 후방 측면 플레이트는 제2 작용 체적을 형성하도록 협력할 수 있다. 상기 회전식 샤프트 및 상기 제1 아일랜드는 바람직하게 상기 제2 윤곽 조립체에 대해 회전하도록 구성된다.

상기 제2 윤곽 조립체는 원주 방향 축을 따라 중심축 주위에서 상기 제1 윤곽 조립체로부터 제1 각도 증분치(angular increment)만큼 각지게 변위될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 각도 증분치는 약 180도, 약 120도 또는 약 90도일 수 있다.

추가 구현에서, 상기 엔진 또는 펌프는 전방 측면 플레이트와 후방 측면 플레이트 사이에 배치된 제3 윤곽 조립체를 더 포함할 수 있다. 상기 제3 윤곽 조립체는 오목한 내향면에 의해 연결되는 한 쌍의 대향하는 외향의 아치형 전면 및 후면 표면들에 의해 한정될 수 있다. 상기 제3 윤곽 조립체의 오목한 내향면은 상기 제1 아일랜드의 굴곡진 주변 표면을 향할 수 있다. 상기 오목한 내향면과 상기 제2 아일랜드의 굴곡진 주변 표면과 상기 전방 측면 플레이트 및 상기 후방 측면 플레이트는 제3 작용 체적을 형성하도록 협력할 수 있다. 상기 회전식 샤프트 및 제1 아일랜드는 상기 제3 윤곽 조립체에 대해 회전하도록 구성될 수 있다.

몇몇 구현들에서, 상기 제1, 제2 및 제3 윤곽 조립체는 원주 방향 축을 따라 중심축 주위에서 서로 각지게 제2 각도 증분치만큼 변위될 수 있다. 상기 제2 각도 증분치는 약 120도, 또는 약 90도일 수 있다.

추가 구현들에서, 상기 엔진 또는 펌프는 상기 전방 측면 플레이트와 상기 후방 측면 플레이트 사이에 배치된 제4 윤곽 조립체를 더 포함할 수 있다. 상기 제4 윤곽 조립체는 오목한 내향면에 의해 연결되는 한 쌍의 대향하는 외향의 아치형 전면 및 후면 표면들에 의해 한정될 수 있다. 상기 제4 윤곽 조립체의 상기 오목한 내향면은 상기 제1 아일랜드의 굴곡진 주변 표면을 향할 수 있다. 상기 오목한 내향면과 상기 제1 아일랜드의 굴곡진 주변 표면과 상기 전방 측면 플레이트 및 상기 후방 측면 플레이트는 제4 작용 체적을 형성하도록 협력할 수 있다. 상기 회전식 샤프트 및 제1 아일랜드는 상기 제4 윤곽 조립체에 대해 회전하도록 구성될 수 있다.

추가 구현들에서, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 윤곽 조립체는 원주 방향 축을 따라 중심축 주위에서 서로 각지게 제3 각도 증분치만큼 변위될 수 있다. 예를 들어, 상기 제4 각도 증분치는 약 90도일 수 있다. 다양한 구현들에서, 상기 엔진 또는 펌프는 상기 회전식 샤프트, 상기 제1 아일랜드, 및 상기 전방 및 후방 측면 플레이트들의 적어도 일부분을 포함하기 위한 하우징을 더 포함할 수 있다.

몇몇 구현들에서, 상기 회전식 샤프트는 그 위에 배치된 제2 연장된 아일랜드를 포함할 수 있다. 상기 제2 아일랜드는 바람직하게 상기 제1 아일랜드로부터 상기 샤프트를 따라 축 방향으로 변위되고, 상기 제2 아일랜드는 상기 회전식 샤프트를 따라 이격되는 전면 및 후면 표면들 사이에 일반적으로 한정된 부피를 갖는 바디를 갖는다. 전면 및 후면 표면들은 바람직하게 방사축(R)에 평행한 평면에 놓인다. 상기 전면 및 후면 표면들은 바람직하게 둥근, 비-원형 형태를 갖는다. 상기 전면 및 후면 표면들의 주변은 그 사이의 제2 굴곡진 주변 표면을 한정한다. 상기 엔진 또는 펌프는 상기 제2 아일랜드의 전면 표면에 인접하게 배치된 제2 전방 측면 플레이트와, 상기 제2 아일랜드의 후면 표면에 인접하게 배치된 제2 후방 측면 플레이트와, 상기 제2 전방 측면 플레이트와 상기 제2 후방 측면 플레이트 사이에 배치된 제2 윤곽 조립체를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 윤곽 조립체는 제2 오목한 내향면에 의해 연결되는 한 쌍의 대향하는 외향의 아치형 전면 및 후면 표면들에 의해 한정될 수 있다. 상기 윤곽 조립체의 상기 제2 오목한 내향면은 상기 제2 아일랜드의 상기 제2 오목한 주변 표면을 향할 수 있다. 상기 제2 오목한 내향면과 상기 제2 아일랜드의 상기 제2 굴곡진 주변 표면과 상기 제2 전방 측면 플레이트 및 상기 제2 후방 측면 플레이트는 제2 작용 체적을 형성하도록 협력할 수 있다. 상기 회전식 샤프트 및 상기 제2 아일랜드는 바람직하게 상기 제2 윤곽 조립체에 대해 회전하도록 구성된다. 원하는 경우, 상기 제2 전면 또는 후방 측면 플레이트 중 적어도 하나는 상기 제1 아일랜드와 연관되는 상기 전면 또는 후방 측면 플레이트와 일체화될 수 있다.

몇몇 구현들에서, 상기 엔진 또는 펌프는 상기 제1 윤곽 조립체와 동작가능하게 결합된 적어도 하나의 캠 종동부를 더 포함할 수 있다. 상기 적어도 하나의 캠 종동부는 상기 전방 측면 플레이트와 상기 후방 측면 플레이트 중 적어도 하나의 측면 플레이트의 에지 표면을 따라 롤링(roll)하도록 적응될 수 있다. 상기 적어도 하나의 캠 종동부는 상기 제1 윤곽 조립체와 결합되는 레버 아암 상에 장착될 수 있다.

추가 양상에 따라, 상기 엔진 또는 펌프 디바이스는 펌프 또는 컴프레서로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 디바이스는 냉매를 압축하도록 구성된 에어컨 컴프레서일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 엔진 또는 펌프는 스팀 구동 엔진, 또는 압축 공기에 의해 구동된 엔진일 수 있다. 그러한 엔진은 원하는 경우, 발전기 또는 펌프와 같은 디바이스, 또는 다른 디바이스의 입력 샤프트에 연결될 수 있다.

이전의 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 모두가 예시적이고, 본 명세에서 개시된 실시예들의 추가 설명을 제공하도록 의도되는 것이 이해될 것이다.

본 명세서의 부분에 병합되고 이 부분을 구성하는 첨부도들은 본 발명의 방법 및 시스템에 대한 추가 이해를 예시하고 제공하도록 포함된다. 설명과 함께, 도면들은 개시된 실시예들의 원리를 설명하도록 한다.

수반되는 설명은 개시된 실시예를 예시하는 복수의 이미지이고, 이것은 한정되지 않은 예들을 나타낸다.

도 1은 본 발명에 따른 제1 실시예의 분해된 등각투상도.
도 2는 도 1의 실시예의 부분의 기계적 세부사항을 도시한 도면.
도 3은 도 1의 실시예의 부분의 기계적 세부사항을 도시한 도면.
도 4는 도 1의 실시예의 윤곽 부분의 양상을 도시한 도면.
도 5는 도 1의 실시예에 따라 C.E.(Combustion Engine)에 대한 예시적인 측면 플레이트 포트 형성(porting)를 도시한 도면.
도 6은 도 1의 실시예에 따라 C.E.에 대한 아일랜드의 예시적인 포트 형성을 도시한 도면.
도 7a 내지 도 8d는 도 1의 실시예에 따라 C.E./펌프의 다양한 동작을 도시한 도면.
도 9는 3개의 이격된 아일랜드를 이용하는 엔진의 제1 예의 측면도로서, 연속적인 아일랜드들은 서로 40도로 이격되는, 제1 예의 측면도.
도 10은 도 1의 실시예의 아일랜드에 사용될 수 있는 다양한 상이한 아일랜드를 도시한 도면.
도 11은 본 발명에 따른 제2 실시예의 분해된 등각투상도.
도 12는 도 11의 실시예의 기계적 전달 세부사항을 도시한 도면.
도 13은 도 11의 실시예의 윤곽 부분들을 도시한 도면.
도 14는 도 11의 실시예의 회전 측면 플레이트들을 도시한 도면.
도 15는 도 11의 실시예의 레버 아암 및 호환 굴대를 도시한 도면.
도 16은 도 11의 실시예에 대한 C.E.(Combustion Engine)/펌프에 대한 포트 형성을 도시한 도면.
도 17 내지 도 24b는 도 11의 C.E./펌프의 다양한 동작을 도시한 도면.
도 25는 90도로 이격된 4개의 윤곽을 갖는 엔진 설계의 일례를 도시한 도면.
도 26은 아일랜드들이 60도로 이격된 2개의 아일랜드 엔진의 일례를 도시한 도면.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예들을 형성하는 구성요소들이 도시된다. 추가로, 개시된 실시예들을 논의하기 위해 이용될 좌표 시스템이 도시된다. 이러한 좌표 시스템은 원통형의 3차원 시스템이며, 축방향 축(A), 방사축(R) 및 원주 방향 축(C)을 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 회전식 샤프트(1)는 한 쌍의 전면(2a) 및 후면(2b) 방사상 마찰 없는 오일 필름 또는 평탄(plain) 베어링들에 의해 고정된다. 베어링들은 한 쌍의 전면(3a) 및 후면(3b) 고정 케이스 단부 플레이트들에 의해 지지된다.

회전식 샤프트(1)는 원통형 형태의 구조(4) 또는 "아일랜드"에 부착되거나, 이에 일체화한다. 아일랜드(4)는 충분히 두껍고, 2개의 평평한 표면들(4a 및 4b)과 주변 표면(4c)을 갖고, 이러한 주변 표면(4c)은 굴곡지고, 아래에 추가로 구체적으로 논의되는 바와 같이, 타원형, 달걀형 등과 같은 임의의 적합한 형태일 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 일반적으로 원형인 전방 및 후방 측면 플레이트(6a, 6b)들은 아일랜드(4)의 전방 및 후방 평평한 단부(4a, 4b) 들에 기계적으로 고정되거나 일체화되고, 일반적으로 균일한 두께를 가져, 실질적으로 가스-밀폐 또는 완전 가스 밀폐 밀봉은 아일랜드와 단부 플레이트들 사이, 및 윤곽 부분(8)과 단부 플레이트들 사이에 형성되어, 실질적으로 또는 완전한 가스-밀폐 챔버는 아일랜드(4)의 외부 표면과, 측면 플레이트들(6)의 내부 면들과, 윤곽 조립체(들)(8)의 내부 면에 의해 한정될 수 있다. 측면 플레이트들(6a, 6b)은 도시된 바와 같이 샤프트(1)와 함께 회전하지만, 측면 플레이트들(6a, 6b) 및 아일랜드(4)의 조합의 기하학적 중심에 매칭하는 회전 중심을 갖거나 갖지 않을 수 있다. 비-일치 회전 및 기하학적 중심들은 비대칭 작용 체적 동적 변화의 바람직한 효과를 발생시킬 수 있다. 한 쌍의 전면(7a) 및 후면(7b) 쓰러스트 베어링은 아일랜드-측면 플레이트 조합을 고정된 축 방향 위치에 유지하는데 사용된다.

오목한 형태의 부분 또는 "윤곽 조립체"(8)는 도면들에 도시되어 있으며, 아일랜드(4)를 향하는 오목한 내향면과 협력하고 이에 의해 연결되는 한 쌍의 대향하는 바깥쪽으로 향하는 아치형 표면들을 갖는다. 윤곽 조립체(8)는 또한 스파크 플러그(5) 또는 다른 유사한 디바이스를 수용하기 위한 개구부(원하는 경우)를 가질 수 있다. 윤곽 조립체(8)는 플레이트들(6a 및 6b) 사이에 삽입되어, 내부의 오목한 면은 그 사이에 작용 체적(5')(도 2를 참조)을 형성하는 아일랜드(4)를 향한다. 한 쌍의 제1 및 제2 정점(15a, 15b, 도 2)은, 본 명세서에 대안적으로 논의된 바와 같이, 펌프 또는 컴프레서(이 경우에 엔진은 예를 들어, 스파크 플러그 포트와 일반적으로 일치하는 위치에서의 포트를 통해, 가압된 유체를 작용 체적으로 구동함으로써 구동될 것이다)보다는, 개시된 실시예들이 내연 엔진으로서 작용할 때 연소 챔버로서 작용할 수 있는 작용 체적(5')을 한정하는데 도움을 주기 위해 측면 플레이트들(6a, 6b)의 평행한 표면들과 아일랜드(4)의 볼록 표면을 접촉시킨다. 아일랜드(4)와 대응하는 엔진의 부분들{예를 들어, 윤곽(8) 및 하우징(9)}의 두께 또는 깊이는 이에 대응하여 상대적으로 더 크거나 더 작은 작용 체적(5')을 갖는 엔진을 제공하도록 증가되거나 감소될 수 있다. 작용 체적의 크기는 추가로 또는 대안적으로 엔진의 직경을 증가시키거나 감소시킴으로써 그리고 윤곽(8)의 내부 아치형 표면들의 곡률을 변경시킴으로써 스케일링(scaled)될 수 있다.

외부 하우징(9)은 적어도 하나 또는 최대 N개의 부속품들 또는 고정점들(9a-9n)을 갖고, 이 고정점들은 원주 방향 정도의 약 120도(이 경우에 N=3)만큼 서로 분리된 아일랜드(4)쪽으로 안쪽으로 향한다. 이러한 예시적인 실시예는 3개의 고정점들(도 2의 9a, 9b 및 9c)의 양을 도시한다. 외부 하우징(9)은 고정 케이스 단부 플레이트들(3a 및 3b) 모두에 부착된다. 대안적인 실시예에서, 하우징(9)은 2개의 단부 플레이트들을 갖는 원통형 하우징을 갖는 것보다, 단일 밀봉을 이용하는 2개의 케이스들 또는 단일 케이스 및 단부 플레이트로 만들어질 수 있다. 단지 예시를 위해, 연속적인 아일랜드 및 하우징은 도 9(a) 내지 도 9(b) 및 도 26에 도시된 바와 같이 일렬로 적층되고 이산적일 수 있다. 엔진의 모든 세부사항이 전술한 예시들에 존재하는 것은 아니라는 점이 주지되어야 한다. 원하는 경우, 하우징들은 동일한 구조적 유닛에 조합될 수 있고, 하우징들은 일체화된다(예를 들어 동일한 케이스에). 예를 들어, 각각 아일랜드를 포함하는 2개의 인접한 원통형 공동들(cavities)은 2개의 원통형 공동들을 완성하기 위해 주조의 각 단부를 커버하는 커버 부분을 일체로 갖게 형성될 수 있다.

도면들을 추가로 참조하면, 리스트 핀(10, wrist pin)은 구조에서 높은 강성도(rigidity)를 가능하게 하는 이중 전단 모드로 배치된다. 측면 플레이트들(6a, 6b)은 외부 하우징(9) 내부에서 회전한다. 연마제(예를 들어, 통상적인 또는 합성 모터 오일)는 외부 하우징(9)의 하부 부분에 배치될 수 있다. 측면 플레이트들(6a, 6b)이 회전할 때, 연마제를 통과하고, 하우징(9) 내부에서 엔진의 부분들 위에 이를 분배하는데 도움을 준다. 원하는 경우, 단부 플레이트들(6a, 6b)은 연마제의 흡수 및 분배를 용이하게 하기 위해 불규칙적이거나 텍스처링된(textured)(예를 들어, 돌출된/그루브형) 표면을 구비할 수 있다.

도 3에 배열된 부분들은 윤곽 조립체(8)의 운동을 생성한다. 특히, 윤곽 조립체(8)는 리스트 핀(10)의 이용에 의해 외부 하우징(9) 상의 부속품(9a)에 연결된다. 하우징(9)의 평면 형태의 영역이 일반적으로 둥근 형태이지만(예를 들어, 도 2를 참조), 임의의 적합한 형태가 사용될 수 있다. 연결 비아 핀(10)은, 윤곽 조립체(8)가 10의 중심 주위에서 도 3에서 보여진 평면에서 선회하거나 진동하도록 한다. 대안적으로, 리스트 핀(10)은 또한 도 1에 도시된 하나 이상의 마찰 없는 베어링들(11)을 포함할 수 있다. 이들 윤곽들이 제1의 예시된 실시예에 제공되지만, 하나, 2개, 4개, 5개, 또는 그 이상의 윤곽들과 같이, 선회부(예를 들어 리스트 핀(10)) 상을 지나가는 임의의 적합한 수의 원주 방향으로 이격된 윤곽들이 사용될 수 있다는 것이 또한 당업자에게 인식될 것이다.

윤곽 조립체(8)의 운동을 기재하기 위해, 본 명세서에서 2가지 규칙이 이루어진다: 1.) 밀봉부에 도달하기 바로 전까지, 연소 챔버 내에 있지 않은 아일랜드(4c)의 외부 표면에 걸쳐 지나가는 정점 밀봉부(15a)는 "리딩(leading)" 밀봉부라 불린다. 2.) 밀봉부에 도달하기 바로 전까지, 연소 챔버 내부에만 있는 아일랜드 표면에 걸쳐 지나가는 정점 밀봉부(15b)는 "트레일링(trailing)" 밀봉부라 불린다. 이것은, 아일랜드(4)가 시계 방향으로 회전하게 도시되는 도 3의 경우이다.

아일랜드(4)가 시계 방향으로 회전하는 경우에, 윤곽이 시계 방향으로 선회하는 것을 요구하더라도, 리딩 정점 밀봉부(15a)는 접촉력을 받고, 이에 따라 시계 방향의 회전을 강제한다. 윤곽이 윤곽 시계 방향 회전을 요구하더라도, 트레일링 정점 밀봉부(15b)는 접촉력을 받는다.

선회 위치(10)와 함께, 아일랜드(4)의 외부 표면(4c) 및 윤곽 조립체(8)의 기하학적 구성의 형태는 작용 체적(5')을 증가시키고 감소시키는 운동들 사이에서 자유 유격(free play)을 최소화한다. 아일랜드(4)의 표면의 곡률은 연속적인 기하학적 형태일 수 있고, 알려진 형태(예를 틀어, 타원형)의 프로파일에 따르거나, 도 10(a) 내지 도 10(d)에 도시된 것들과 같이, 균일한 형태 외부에 있는 하나 이상의 불규칙성(예를 들어, 오목함 또는 볼록함)을 갖는 것과 같이 원주 방향의 경로를 따라 그러한 균일한 형태로부터 벗어날 수 있다. 아일랜드(4)의 외부 표면의 윤곽은 바람직하게 비교적 작은 양의 밀봉 진행이 밀봉 수명 및 엔진 내구성을 증가시키도록 하기 위해 정점 밀봉부들을 갖는 윤곽들의 위치들 사이에 실질적으로 균일한 간격을 유지하도록 적응되고 구성된다. 예를 들어, 정점 밀봉부들에 의해 커버된 간격은 약 0.0000010 인치의 임의의 원하는 증분치에서, 약 0.10 인치 미만, 약 0.010 인치 미만, 약 0.0010 인치 미만, 약 0.00010 인치 미만, 및 약 0.000010 인치 미만일 수 있다. 아일랜드 및 간격의 바람직한 형태는 크기, 형태 및 윤곽의 수(예를 들어, 1, 2, 3, 4, 5 또는 그 이상의 윤곽), 엔진의 크기 등을 포함하는 다양한 기하학적 요인에 의해 영향을 받는다.

도 4에 도시된 윤곽 조립체(8)는 아래에 논의되는 메인 바디(16) 및 추가 부분들(예를 들어, 스프링들, 정점 밀봉부들, 다른 밀봉부들 등)을 포함하여, 작용 체적으로부터 작용 유체(엔진의 경우) 또는 작용되는 유체(펌프 또는 컴프레서의 경우)의 누출을 방지하게 된다. 조립체는 아래에서 내연 엔진의 경우에, 도 4에 도시되고 관련 문장에서 설명되는 스파크 플러그(5)를 포함할 수 있다.

윤곽 조립체(8)의 메인 바디(16)는 바람직하게 아일랜드(4)의 두께보다 더 좁고, 마모되기 쉽지 않은 물질로 만들어질 수 있다. 예를 들어, 메인 바디(16)는 알루미늄 또는 다른 경량 물질로 만들어질 수 있고; 주철(cast iron) 또는 단강(forged steel)으로 만들어질 수 있다. 더욱이, 세라믹 코팅 또는 삽입부들은 또한 개선된 열 및 연소 행위를 위한 윤곽 조립체의 내부 오목 면 상에 배치되게 적용될 수 있다. 밀봉될 간격은 윤곽 조립체(8)(도 1)의 메인 바디(16)와 인접한 측면 플레이트들(6a, 6b) 사이에 한정된다. 이러한 간격을 브리징(bridge)하고 도시된 바와 같이 작용 체적(5')에 가스/유체를 유지하기 위해, 플로팅 측면 밀봉부(17a, 17b)는 메인 바디(16)의 외부 아치형 표면들에 형성된 아치형 그루브들에 내장되게 제공될 수 있다(도 4). 도시된 바와 같이, 아치형 그루브들은 일반적으로 메인 바디(16)의 오목한 내부 표면의 아치형 정도와 일치하고, 정점 밀봉부들(15a, 15b)을 수용하도록 적응되고 구성되는 그루브들(23a, 23b)과 상호 작용할 수 있다. 다른 실시예들은 누출을 추가로 감소시키기 위한 추가 채널들, 및/또는 17a 및 17b가 하나의 포트로 병합되는 단일-부품 플로팅 측면 밀봉부들을 이용할 수 있다.

가스가 정점들(도 3)을 통해 밖으로 누출하는 것으로부터 방지하기 위해, 도 4의 부유 정점 밀봉부들(15a, 15b)은 윤곽(8)에서 횡단하는, 축 방향으로 연장하는 매칭 채널들(8e 및 8f)에 삽입된다. 정점 밀봉부들(15a, 15b)은 도 3에 도시된 바와 같이 아일랜드(4)의 표면(4c)과 접촉한다. 밀봉부들(15a/b) 및 매칭 채널들(8e/f)은 상부에 걸쳐 그리고 15a/b 주위에서 누출을 최소화하도록 하는 크기를 갖지만, 여전히 전술한 바와 같이 부유 밀봉부의 일부 이동을 허용한다. 도시된 바와 같이, 채널들(8e, f)은 윤곽(8)의 대향하는 평평한 면들(8c, 8d)에서 측 밀봉부들(17a, 17b)을 수용하는 아치형 그루브들에 대해 일반적으로 직교로 배향된다. 측 밀봉부들(17a, 17b)은 아치형 그루브들에서 밀봉부들(17a, 17b)의 안정성 및 방향을 유지하기 위해 파도형(wavy) 윤곽을 갖는 사전 로딩 스프링들(18a, 18b)의 정상에 놓인다. "배면도(reverse view)"를 도시하는 도 4의 삽입으로부터 추가로 명백한 바와 같이, 윤곽 부분(8)은 일반적으로 직선의 내부 에지와 결합하는 외부 아치형 에지를 갖는 2개의 방사상 연장하고 안쪽으로 향하는 벽들에 의해 한정되는 바깥쪽으로 향하는 아치형 표면 상에 중공 부분을 더 포함한다. 안쪽으로 향하는 벽들의 일반적으로 직선의 내부 에지들은 방사상 바깥쪽으로 향하는 일반적으로 평평한 표면을 한정하는데 도움을 주며, 여기서 스파크 플러그(5)가 수용된다.

사전 로딩 스프링들(20a, 20b)(도 4)은 정점 밀봉부들(15a, 15b)의 공칭 밀봉 접촉력을 유지한다. 밀봉 접촉력을 향상시키기 위해, 작용 체적(5') 내의 내부 가스 압력"P"(도 3)은 밀봉부들 상의 불균형한 부하를 생성하여, 작용 체적(5')의 내부 압력에 비례하여 15a 및 15b에서의 밀봉 접촉력을 증가시킨다. 더욱이, 사전 로딩 스프링들(20a 및 20b)은 15a, 15b의 접촉점들에서 운동 및 마모에서의 차이를 보정하는데 도움을 준다. 밀봉을 더 향상시키기 위해, 코너 밀봉부들의 안쪽에 설치된 하나의 각 사전 로딩 스프링들(22a, 22b, 22c 및 22d)을 갖는 코너 밀봉부들(21a, 21b, 21c 및 21d)은 채널들(8e, 8f)의 각 단부에 인접하게 형성된 매칭 포켓들(23a, 23b, 23c 및 23d)에 설치된다.

일반적인 응용에서, 도 4에 도시된 윤곽 조립체(8)의 1 대 다의 복사본들이 사용될 수 있다. 단지 예시를 위해, 도 2에 도시된 바와 같이, 도시된 실시예는 동일한 서브 조립체들(100, 102) 중 3개를 이용하며, 각각은 도 4에서 식별된 윤곽 조립체들 및 관련된 부분들을 포함한다. 서브 조립체들(100, 102)은 아일랜드(4) 주위에서 N/360도만큼 회전가능하게 분리되고, 여기서 N은 서브 조립체들의 개수이다. 이 경우에, 120도이다.

개시된 실시예가 내연 엔진으로서 사용되는 경우에, 점화 스파크 플러그(5)가 제공되고, 도 4에 도시된 바와 같이 윤곽(8)에서 실행가능한 것으로 중심에 위치되는 것이 바람직하지만, 반드시 그럴 필요는 없다. 고전압 전기 스파크는 미도시된 고전압 와이어, 스프링 또는 다른 메커니즘을 통해 스파크 플러그의 중심 전극으로 전달된다. 고전압 전기 펄스는 미도시된 자기, 전기 점화 코일 또는 다른 종래의 구성요소들에서 생성되고, 샤프트의 회전 위치에 타이밍(timed)된다. 본 실시예들이 또한 본 명세서의 어디서나 논의된 바와 같이 펌프 또는 컴프레서로서 사용될 수 있다는 것이 인식될 것이다.

신선한 공기-연료 혼합물 또는 배출물과 같은 작용 가스는 측면 플레이트들(6a 및 6b) 또는 아일랜드(4)에 위치된 포트들을 갖는 작용 체적(5') 안팎으로 운반된다. 포트들은 도 5 및 도 6에 도시된 것들을 포함하지만, 여기에 한정되지 않는다.

측면 플레이트 포트들: 측면 플레이트 포트 형성의 경우에, 측면 플레이트들(6a/b)은 특수한 형태의 관통-개구부들(24a, 24b)을 갖는데, 이러한 관통-개구부들(24a, 24b)은, 아일랜드(4) 및 측면 플레이트들(6a, 6b) 조립체가 회전할 때, 작용 체적(5')에 나타난다. 그러한 개구부들(24a/b)은 그 전체가(무엇이든지 임의의 목적을 위해) 참고용으로 본 명세서에 병합된, 2010년 3월 25일에 출원된 역변위 비대칭 회전(IDAR) 엔진{INVERSE DISPLACEMENT ASYMMETRIC ROTARY(IDAR) ENGINE}에 대한 미국특허 출원 12/732,160에 기재되었고, 여기서 윤곽들(8)은 고정된 아일랜드(4) 주위에서 선회된다. 표시된 바와 같이, 아일랜드(4)가 본 명세서에 개시된 실시예에서 선회되지만, 커버링 및 노출 포트들은 여전히 윤곽(들)(8)의 이동에 의해 달성된다. 개구부들(24a, 24b)의 형태들은 포트들에 걸쳐 횡단하는 흐름 타이밍의 밀봉들을 개선하고, 기생 손실을 최소화하도록 최적화된다.

아일랜드 기반의 포트들: 대안적으로, 도 6은, 작용 가스가 아일랜드(4)에 들어가고, 들어가거나 아일랜드(4)를 통해 빠져나가는 실시예를 도시한다. 그러한 흡입 및 배출 포트들은 가스의 역류를 제어하는 디바이스들(예를 들어, 체크 밸브 또는 활성 밸브)을 가질 수 있다. 도시된 바와 같이, 흠입 가스는 하나 이상의 포트들(25a)을 통해 흐르고, 배출 가스는 아일랜드(4)의 외부 주변 면의 각지게 변위된 일반적으로 대향하는 부분들에 형성된 하나 이상의 포트들(25b)을 통해 흐른다.

포트들(25a, 25b)은 아일랜드(4)의 표면(4c)에서 시작하고, 이들이 대응하는 통로들(26a 및 26b)과 교차하고 유체 왕래할 때까지 일반적으로 방사상 안쪽으로 연장하고, 이것은 가스가 회전 부분들에 들어가거나 이로부터 축 방향으로 빠져나가도록 한다. 도시된 바와 같이, 통로들(26a, 26b)은 통로들(25a, 25b)에 대해 일반적으로 직교로 배향되고, 엔진의 샤프트(1)에 대해 일반적으로 평행하게 배향된다.

도 6에 추가로 도시된 바와 같이, 아일랜드의 중심 보어는 크랭크 샤프트 상의 대응하는 핵심 부분과 짝을 이루기 위한 슬롯 부분을 가질 수 있다. 이러한 대안에서, 아일랜드는 단조(forging) 등과 같은 기술들을 통해 샤프트(1)와 일체로 형성될 수 있다.

어느 포트 형성 구성의 경우에, 아일랜드 및 측면 플레이트들은 바람직하게 흡입 및 배출 매니폴드들을 회전 포트들과 인터페이스(interface)하기 위한 회전 밀봉부들(미도시)을 포함한다. 이것은, 가스가 엔진 케이스(3a, 9 및 3b)에 의해 포함된 내부 공간과 혼합하는 것을 방지하고, 가스를 엔진의 외부로 향하게 한다.

내연(I.C.) 엔진으로서 사용될 때

화학 에너지를 회전 운동 에너지로 변환하는데 사용될 때, 4 스트로크 사이클이 사용되고, 하나의 완료 사이클은 하나의 샤프트 회전에서 수행된다. 3개의 윤곽 조립체들(8, 100 및 102)이 도 2에 도시된 바와 같이 사용되면, 총 3개의 완료 사이클들이 1 회전시 수행된다. 도 1에 도시된 플라이휠(40)도 또한 회전 에너지를 저장하기 위하여 추가된다. 이 플라이휠은 회전 아일랜드-측면 플레이트 조립체가 상당한 회전 에너지를 저장할 수 있는 더 큰 규모의 설계에서 선택적으로 생략될 수 있다.

밸브 형성(valving)에 대해, 측면 플레이트들(6a, 6b)은 일반적으로 도 5a/b에 도시된 바와 같이 단일 포트 개구부들(각각 24a 및 24b)을 가질 수 있다. 도 6에 도시된 다른 실시예는 통로들(26a/b)에 의해 공급되는 아일랜드에서의 양쪽 포트들(25a/b)을 가질 수 있다. 샤프트(1) 상의 단일 공통 표시에 대한 각 포트의 각도 위치들과, 윤곽 조립체들(8)의 위치들은 각 포트의 기능을 결정한다. 각도 위치 = 0도는 이들 논의를 위해 연소의 시작시 설정될 것이다. 이 위치는 공통적으로 상부 데드 중심(TDC: Top Dead Center)이라 불린다. 음의 각도는 TDC 이전에 있는 것으로 간주되고, 양의 각도는 TDC 뒤에 있는 것으로 간주된다.

흡입 스트로크: 도 7 및 도 8은, 작용 체적이 설명되는 회전시 다양한 지점들을 도시한다. 크랭크 각 = -180° 상에 또는 그 이전에, 도 7a에서, 흡입 포트로서 지정된 포트, 예를 들어 포트(25a)는 회전 아일랜드(4)(회전 방향을 위한 화살표를 주지)에서 작용 체적(5')으로 노출되기 시작한다. 통로(26a)는 신선한 공기 소스에 외부적으로 연결되고, 가솔린, 프로판 또는 메탄 가스를 그러한 공기 스트림에 주입 또는 유도하는 수단에 연결된다. 이것은 연료 및 공기의 연소가능 혼합물이 작용 체적(5')(도 7b-c)에 흡입되도록 하고, 이것은 동시에 증가한다.

수소, 디젤, 등유, 천연 가스, 에탄올( 및 다른 알코올) 등과 같은 임의의 적합한 연소가능 연료가 사용될 수 있다는 것이 당업자에게 인식될 것이다. 추가 예로서, 다른 양상에서, 개시된 엔진의 실시예는 연소가능 연료 뿐 아니라, 엔진이 위치되는 환경에 대해 비교적 높은 압력의 에너지를 갖는, 스팀, 물, 압축 공기, 연소물, 다른 가스 등과 같은 다른 유형의 작용 유체를 이용할 수 있는 전력 생성을 위한 전기 발전기에 부착된다. 예를 들어, 개시된 엔진/발전기 조합은 연소 또는 다른(예를 들어, 핵) 전력에 의해 가열되는 스팀을 생성하는데 사용된 보일러에 결합될 수 있다. 전력 공급된 유체는 엔진이 회전하도록 할 수 있어서, 발전기를 구동한다. 이와 같이, 개시된 엔진의 실시예들은, 유체 구동 터빈들이 사용되는 임의의 적합한 응용에 사용될 수 있다. 그러한 조합은 또한 가압된 액체에 의해 구동되는데 사용될 수 있고, 수력 전기 전력의 경우에서와 같이 유압 모터로서 작용할 수 있거나, 전력 생성 또는 추진 목적을 위한 유압 구동 계통(drivetrain)에 사용될 수 있다.

아일랜드(4)는 도 7c에 도시된 바와 같이, 크랭크 각 = -90°로 계속해서 회전한다. 이 지점에서, 운동 방향으로 원주 방향으로 트레일링하는 흡입 포트(25a)는 흡입 포트(25a)를 차단하도록 정점 밀봉부(15b)의 접촉 에지와 이제 정렬된다. 이 지점에서, 흡입 충전 압축이 시작된다.

압축 스트로크: 사이클이 도 7d에 도시된 바와 같이 크랭크 각 = -90°로부터 크랭크 각 = 0°로 계속해서 이루어질 때, 연료-공기 충전은 점차 감소하는 작용 체적으로 압축된다. 도 1의 플라이휠(40)로부터의 저장된 회전 에너지는 아일랜드(4)의 계속된 회전을 강제하고, 윤곽 조립체(8)가 작용 체적(5')을 수축하게 한다. 이것은 가스 혼합물을 압축한다. 아일랜드(4)와 윤곽 조립체(8)의 계속된 상대 이동으로 인해, 압축은, 윤곽 조립체(8)의 아일랜드를 향하는 표면과 아일랜드(4c)의 윤곽을 향하는 표면 사이에 최소 공극이 존재할 때까지, 작용 체적(5')이 도 7d에 도시된 최소 부피에 도달할 때까지 계속된다. 이것은 압축 스트로크이다.

전력 스트로크: 작용 체적(5')이 TDC(도 8a) 근처 또는 TDC에 있을 때, 스파크 플러그(5)는 외부 고전압 코일로부터 전력 공급되고, 연료-공기 혼합물이 점화된다. 모든 포트들은 이때 차단된 상태로 남아있다. 급속히 발화하는(burning) 팽창 가스는 윤곽(8)을 밖으로 밀어내고 아일랜드(4)를 시계 방향으로 밀어내기 시작한다.

전력 스트로크 운동학: 도 3은 전력 스트로크의 아일랜드 크랭크 각 = +45도를 도시한다. 이 경우에 발화 가스로부터의 것을 나타내는 도 3의 가스 압력("P")에 의해 생성된 힘은 리스트 핀(10)에 의해 구속되고, 아일랜드의 표면(4c)에 가해진다. 가스 힘의 유효 영역은 정점 밀봉부들(15a/b) 사이에서 코드 라인(chord line)(12)에 의해 형성된 직사각형에 의해 전개되고, 아일랜드의 두께에 의해 압출된다. 아일랜드 상의 작용 체적에 의해 전개된 총 힘은 챔버 압력과 곱해진 이러한 유효 영역과 동일하다. 힘은 방향(13)으로 도시된 바와 같이, 유효 영역에 수직으로 구동되고, 토크 및 유용한 회전력을 생성하기 위해 모멘트 아암 라인(14)에 가해진다. 전력 스트로크는 TDC 이후의 +90°까지 계속된다.

배출 스트로크: 작용 체적(5')이 도 8b에 도시된 바와 같이 +90°에서 최대치에 도달한 후에, 배출 포트(25b)는 아일랜드(4) 및 윤곽 조립체(8)의 상대 이동으로 인해 작용 체적(5')에 노출되기 시작한다. 양의 전력 송신은 중단된다. 포트(25b)는 도 8c에 도시된 바와 같이 점차 완전히 개방되고, 소비된 가스는, 작용 체적(5')이 감소할 때 포트(25b)로부터 대기로의 배기 시스템으로 밀어 나아가게 된다.

배출은 흡입 사이클의 시작을 통해 계속해서 발생하고, 이 지점에서 포트들(25a, 25b)은 작용 체적(5') 내에 모두 존재한다. 작용 체적(5')이 더 작아지지 않을 수 있는 지점에서, 사이클은 도 7a에 도시된 바와 같이 흡입 스트로크에 대해 반복되고, 관련 문장에서 반복된다.

3-윤곽 엔진에 대해 위상 밖으로 +120도인 유사한 방식에서, 윤곽 조립체(100)는 조립체(8)에 사용된 동일한 포트들을 이용하여 상기 4 스트로크 사이클을 반복한다.

3-윤곽 엔진에 대해 위상 밖으로 -120도인 유사한 방식에서, 윤곽 조립체(102)는 조립체(8)에 사용된 동일한 포트들을 이용하여 상기 4 스트로크 사이클을 반복한다.

아일랜드(4)의 형태는 흡입 스트로크 최대 부피보다 더 큰 전력 스트로크 최대 부피를 나타내도록 엔진 사이클에 걸쳐 작용 체적에서의 변동을 변형하도록 선택될 수 있다. 추가로, 흡입 포트(24a)의 길이 및 차단점은 더 작은 흡입 스트로크 부피를 시뮬레이팅하도록 변형될 수 있다. 팽창 부피가 흡입 부피보다 더 클 때, "애킨슨 사이클"이라 한다. 흡입 부피에 비해 팽창 부피의 비율은 애킨슨 비로서 알려져 있다. 1.0보다 상당히 더 큰 비율은 더 높은 연료 효율의 연소 엔진들을 생성할 수 있다. 본 발명의 특정 기하학적 구조의 세부사항은 애킨슨 비를 1.0 이상으로 증대시키도록 쉽게 변형될 수 있다.

3개의 윤곽 아일랜드의 기하학적 구조가 적소에 3개의 윤곽들을 보여주도록 도시되지만, 또한 3개의 윤곽 기하학적 구조에서 하나 또는 2개의 윤곽을 제공하는 것이 본 발명의 범주 내에 있다. 3개의 윤곽 기하학적 구조는 설치된 하나의 윤곽을 갖는 내연 엔진으로서 동작할 수 있다. 따라서, 본 발명은 또한 단일 윤곽을 갖는 엔진을 제공한다. 이와 같이, 내연 엔진은 2개의 이동 부분들 - 아일랜드 및 윤곽을 갖게 개시된다.

도 25는 회전가능 아일랜드 주위에서 서로 90도로 이격되는 4개의 윤곽들을 갖는 엔진의 다른 실시예를 도시한다. 아일랜드는 180도로 이격되는 2개의 윤곽들을 갖는 2개의 평행한 연소 챔버들을 한정하는데 도움을 주기 위해 180도로 이격되는 2개의 압인부들(impressions)을 한정한다. 따라서, 1회전시, 도 25의 엔진은 4개의 연소 이벤트들을 제공할 수 있다. 도시된 바와 같이, 본 명세서에 예시된 다른 윤곽 조립체들에서와 같이, 도 25의 윤곽들은 오목한 내향면에 의해 연결되는 한 쌍의 대향하는 외향의 아치형 전면 및 후면 표면들에 의해 한정된다. 윤곽 조립체들의 오목한 내향면은 아일랜드의 굴곡진 주변 표면을 향한다.

도 11 내지 도 24b는 본 발명에 따른 디바이스의 추가 실시예의 예시들을 제공한다.

도 11을 참조하면, IDAR 엔진의 다른 실시예를 형성하는 구성요소들이 도시된다. 개시된 실시예를 논의하기 위해 이용될 좌표 시스템이 또한 도시된다. 이러한 좌표 시스템은 축방향 축(A), 방사축(R) 및 원주 방향 축(C)으로 구성되는 원통형의 3차원 시스템이다. 도면에 도시된 바와 같이, 회전식 샤프트(201)는 한 쌍의 전면(202a) 및 후면(202b) 방사상 마찰 없는/실질적으로 마찰 없는 오일 필름 또는 평탄 베어링들에 의해 고정된다. 베어링들은 한 쌍의 전면(203a) 및 후면(203b) 고정 케이스 단부 플레이트들에 의해 지지된다.

회전식 샤프트(201)는 원통형 형태의 구조(204) 또는 "아일랜드"에 부착되거나, 이에 일체화된다. 아일랜드(204)는 실질적으로 두껍고, 2개의 평행한 평평한 표면들(204a 및 204b) 뿐 아니라 둥글지 않은 주변 표면(204c)을 갖는다. 둥글지 않은 형태의 표면(204c)은 타원형, 달갈형, 계란형, 또는 도 1 내지 도 10의 실시예에 대해 본 명세서에 개시된 것과 같이 차단된 매끄러운 볼록한 경로를 형성하는 곡선들과 스플라인들(splines)의 조합일 수 있다. 이러한 형태{즉, 아일랜드(204)의 프로파일 또는 플랫폼 돌출}는 어느 평평한 표면 바로 위에서 볼 때도(도 12를 참조) 수직 또는 수평 축 중 어느 하나에 대해 형태가 대칭적이거나 비대칭적일 수 있다.

도 11에 추가로 도시된 바와 같이, 한 쌍의 전면(206a) 및 후면(206b) 측면 플레이트들은 아일랜드(204)의 전면(204a) 및 후면(204b) 평평한 단부들 또는 면들에 기계적으로 고정되거나 일체화되어, 가스-밀폐 밀봉이 형성된다. 측면 플레이트들(206a, 206b)은 샤프트(201)와 함께 회전하지만, 측면 플레이트들(206a, 206b)과 아일랜드(204)의 조합의 기하학적 중심에 매칭하는 회전 중심을 갖거나 갖지 않을 수 있다. 비-일치 회전 및 기하학적 중심들은 비대칭 작용 체적 동적 변화들의 바람직한 변화를 발생시킬 수 있다.

한 쌍의 전면(207a) 및 후면(207b) 쓰러스트 베어링들은 아일랜드-측면 플레이트 조합을 고정된 축 위치에 유지하는데 사용될 수 있다.

오목한 형태의 부분 또는 "윤곽 조립체"(208)는 플레이트들(206a 및 206b) 사이에 배치되어, 오목한 개구부는 그 사이에 작용 체적(205)을 형성하는 아일랜드(204)를 향한다. 한 쌍의 제1(215a) 및 제2(215b) 정점들(도 12)은 아일랜드(204)의 볼록 표면과 측면 플레이트들(206a, 206b)의 평행한 표면들을 접촉시킨다.

도 12에 도시된 부분들은 윤곽 조립체(208)의 운동을 한정한다. 윤곽 조립체(208)는 리스트 핀(210)의 이용에 의해 "L"-형태(도 15를 참조)인 것으로 도시된, 레버(209)에 동작가능하게 연결된다. 이러한 연결은, 윤곽 조립체(208)가 중심(210a) 주위에서 도 12에서 본 평면에서 선회하도록 한다.

추가로 도시된 바와 같이, 레버(209)는 제2 리스트 핀(212)에 의해 고정된 브라킷(211)에 부착된다. 리스트 핀들(210 및 212)은 구조에서 높은 강성도를 가능하게 하는 이중 전단 모드로 배치된다.

브라킷(211)은 고정 케이스 단부 플레이트들(203a, 203b)에 고정될 수 있거나, 이 중 하나, 이와 동일한 것, 양쪽 모두일 수 있다. 제2 리스트 핀(212)은 또한, 레버(209)가 중심(212a) 주위에서 도 12에서 본 평면에서 선회하거나 흔들리도록 한다.

레버(209)를 계속해서 아래로 나아가면, 조립체는 한 쌍의 제1(213a) 및 제2(213b)(도 1) 캡 종동부들을 더 포함하고, 이것은 각 측면 플레이트(206a, 206b)를 위한 것이다. 캠 종동부들(213a, 213b)은 회전 베어링들 또는 슬라이딩 슈들(shoes)일 수 있다. 캠 종동부 베어링들(213a 및 213b)은 선택되는 경우, 굴대 핀(214)(도 12) 주위를 회전하도록 하고, 클립들 또는 다른 구조에 의해 고정될 수 있다. 캠 종동부들(213a, 213b)은 측면 플레이트들(206a, 206b)(도 11)의 외부 에지(206c, 206d)의 복잡한 프로파일과 접촉하여 이에 따라간다.

윤곽 조립체(208)의 운동은 2개의 상이한 메커니즘들에 의해 결정된다. 윤곽 조립체(208)를 중심으로 이동하여, 작용 체적(205)을 감소시키기 위해, 측면 플레이트들(206a, 206b)은 캠 종동부들(213a 및 213b) 상에 바깥쪽 힘(230)을 가한다. 리스트 핀(212)에서 생성된 받침점(fulcrum point)(212a)을 통해, 바깥쪽 캠 힘(230)은 리스트 핀(210)에서 안쪽 힘(231)으로 전환되어, 아일랜드(204)의 중심쪽으로 윤곽 조립체(208)를 밀어낸다.

작용 체적(205)을 증가시키기 위해, 윤곽 조립체(208)의 한 쌍의 제1(215a) 및 제2(215b) 접촉점들은 아일랜드(204)의 회전 운동에 의해 도 14의 방향(232a 및 232b)으로 바깥쪽으로 밀어 나아가게 된다.

측면 플레이트들(206a, 206b)의 외부 에지들(206c 및 206d)의 형태, 아일랜드(204)의 외부 표면(204c) 및 레버(209)와 윤곽 조립체(208)의 기하학적 구조의 형태는 함께 작용 체적(205)을 증가 및 감소시키는 운동들 사이에 자유 유격을 최소화한다.

도 13에 도시된 윤곽 조립체(208)는 아래에 논의된 메인 바디(16) 및 추가 부분들을 포함하여, 전면 및 후면 단부 플레이트들의 면들, 윤곽 및 아일랜드 사이에 한정된 작용 체적으로부터 작용 가스의 누출을 방지한다. 도시된 바와 같이, 조립체는 아래의 관련 문장에 설명되고 도 13에 도시된 바와 같이 스파크 플러그(221)를 포함할 수 있다.

윤곽 조립체(208)의 메인 바디(216)는 아일랜드(204)의 두께보다 더 좁고, 마모되기 쉽지 않은 물질들로 만들어질 수 있다. 예를 들어, 메인 바디(216)는 알루미늄 또는 다른 경량 물질들로 만들어질 수 있다. 원하는 경우, 주철 또는 단조강으로 만들어질 수 있다. 밀봉될 수 있는 간격은 윤곽 조립체(208)(도 1)의 메인 바디(216)와 인접한 측면 플레이트들(206a, 206b) 사이에 한정된다. 이러한 간격을 브리징하기 위해, 그리고 작용 체적(205) 내에 가스를 실질적으로 유지하기 위해, 플로팅 측면 밀봉부들(217a, 217b)(도 13)은 윤곽(208)의 대향하는 평평한 면들(208c, 208d)에 내장된다. 측 밀봉부들(217a, 217b)은 사전 로딩 파도형 스프링들(218a, 218b) 상부에 놓인다.

가스가 정점들(215a, 215b)(도 12)로부터 누출하는 것을 방지하기 위해, 도 13에 도시된 회전가능 밀봉부들(219a, 219b)은 윤곽(208)에서의 횡단하는 축 방향으로 연장하는 매칭 채널들(208e 및 208f)에 삽입될 수 있다. 밀봉부들(219a, 219b)의 정점들(215a, 215b)은 도 12에 도시된 아일랜드(204)의 표면(204c)과 접촉한다. 밀봉부들(219a/b) 및 매칭 채널들(208e/f)은 아래에 논의되고 도 204에 도시된 바와 같이, 선회점들(219e/f) 주위에서 운동의 원주 방향 범위를 갖는 밀봉부들(219a/b)을 제공하도록 성형된다(shaped).

예를 들어, 받침부들(219e, 219f)은 윤곽의 각 횡단 절단부(208e 및 208f)에 형성된 제2 아크들(208g/h)과 동심인 볼록 아크들(219g, 219h)에 의해 밀봉부들(219a, 219b)의 중심 근처에 생성될 수 있다. 이러한 기하학적 구조는 도 204에 도시된 바와 같이 단부에서 볼 때, 밀봉부들(219a, 219b)이 원주 방향으로 회전하도록 한다. 더욱이, 받침점(219e 또는 219f)과 정점들(2215a 또는 15b) 사이의 거리는 밀봉부들(219a 및 219b)의 둥근 단부들(219g 및 19h)과 받침부 사이의 거리보다 실질적으로 더 짧다.

방사상 바깥쪽으로 연장하는 사전 로딩 스프링들(220a, 220b)(도 13)은 바람직하게 접촉점들(215a 및 215b)에서 회전가능 밀봉부들(219a, 219b)의 공칭 밀봉 접촉력을 유지한다. 밀봉 접촉력을 개선하기 위해, 작용 체적(205) 내의 내부 가스 압력(P)(도 14)은 회전가능 밀봉부들 상에 불균형한 부하를 생성하여, 작용 체적(205)의 내부 압력(P)과 전술한 거리들의 비율에 비례하여 215a 및 215b에서 밀봉 접촉력을 증가시킨다.

더욱이, 사전 로딩 스프링들(220a 및 220b)은 접촉점들(215a, 215b)에서 운동 및 마모에서의 차이점들을 보정하는데 도움을 준다.

도 15에 도시된 추가 스프링들(235)은 운동 에러 또는 마모의 결과일 수 있는 캠 종동부 베어링들(213a 및 213b)에 대해 측면 플레이트 표면들(206c 및 206d)의 "부딪힘(slapping)"을 방지하기 위해 굴대(214)와 접촉한다. 스프링들(235)은 리테이너(retainer) 플레이트(236) 및 나사들(237)과 함께 적소에 유지된다.

일반적인 응용에서, 도 11에 도시된 서브 조립체(300)의 1 대 다의 복사본들이 사용될 수 있다. 도 11에 도시된 바와 같이, 개시된 실시예는 동일한 서브 조립체들(300, 302) 중 2개를 이용하고, 각각은 윤곽 조립체들(208a, 208b), 레버들(209a, 209b), 및 위에서 식별된 관련 부분들을 포함한다. 서브 조립체들(300, 302)은 아일랜드(204) 주위에서 180도만큼 회전가능하게 분리된다. 이러한 대칭적 구성은 케이스 및 모터 장착부들에서의 진동을 완화시킨다.

개시된 실시예가 내연 엔진으로서 사용되는 경우에, 점화 스파크 플러그(221)는 도 13에 도시된 바와 같이 윤곽(208)에서 가능한 한 중심에 위치된다. 고전압 전기 스파크는 고전압 와이어 또는 미도시된 다른 메커니즘을 통해 스파크 플러그의 중심 전극으로 전달된다. 고전압 전기 펄스는 미도시된 자기, 전기 점화 코일 또는 다른 종래의 구성요소들에서 생성되고, 샤프트의 회전 위치로 타이밍된다.

신선한 공기-연료 혼합물들 또는 배출물과 같은 작용 가스는 측면 플레이트들(206a 및 206b)에 위치된 포트들을 통해 작용 체적(205) 안팎으로 운반된다. 포트들은 도 16에 도시된 것들을 포함하지만, 여기에 한정되지 않는다. 측면 플레이트들(206a, 206b)은 특수한 형태의 관통-개구부들(222a, 222b)을 갖고, 이러한 관통-개구부들은 아일랜드(204) 및 측면 플레이트들(206a, 206b) 조립체가 회전할 때, 작용 체적(205)의 시야에 있게 된다. 그러한 개구부들(222)은, 윤곽들(208)이 고정된 아일랜드(204) 주위에서 선회되는, 그 전체가 본 명세서에서 참고용으로 병합된 2010년 3월 25일에 출원된 미국 특허 출원 일련 번호 12/732,160에 기재되었다. 표시된 바와 같이, 아일랜드(204)가 본 명세서에 개시된 실시예에서 선회되지만, 커버링 및 노출 포트들은 여전히 윤곽(들)(208)의 이동에 의해 달성된다. 개구부들(222a, 222b)의 형태들은 흐름 타이밍, 포트들에 걸쳐 횡단하는 밀봉부들, 및 기생 손실들을 개선하도록 최적화된다.

부수적으로, 도 16에서의 더 작은 관통-구멍 개구부들은 '160 출원에 논의된 바와 같이 장착 개구부들이다.

내연(I.C.) 엔진으로서 사용될 때

도 11의 실시예(이하 참조)가 화학 에너지를 회전 운동 에너지로 변환하는데 사용될 때, 4 스트로크 사이클이 바람직하게 사용되고, 하나의 완료 사이클은 하나의 샤프트 회전시 수행될 수 있다. 2개의 윤곽 조립체들(300 및 302)이 도 11에 도시된 바와 같이 사용되면, 총 2개의 완료 사이클들은 1회전시 수행될 수 있다. 도 11에 도시된 플라이휠(240)이 또한 회전 에너지를 저장하도록 추가된다.

측면 플레이트들(206a, 206b)은 일반적으로 단일 포트 개구부들(222a 또는 222b)을 가질 수 있다. 샤프트(201) 상의 단일 공통 표시에 대한 각 포트의 각도 위치들과, 윤곽 조립체들(208)의 위치들은 각 포트의 기능을 결정한다. 각도 위치 = 0 도는 이들 논의들을 위해 흡입 스트로크의 시작시 설정될 것이다.

흡입 스트로크: 도 17은, 작용 체적이 최소로 있는 회전시 지점을 도시한다. 흡입 포트로서 지정된 포트, 예를 들어 포트(222a)의 아일랜드(204) 및 윤곽 조립체(208)를 작용 체적(205)으로의 상대 이동으로 볼 때 회전 측면 플레이트(206a)(회전 방향을 위한 화살표를 주지)에 노출하기 시작한다. 포트(222a)는 신선한 공기 소스에 외부적으로 연결되고, 가솔린, 프로판 또는 메탄(또는 천연) 가스를 그러한 공기 스트림에 주입 또는 유도하는 수단에 연결된다. 이것은 연료 및 공기의 연소가능 혼합물이 작용 체적(205)에 흡입되도록 하고, 이것은 동시에 증가한다.

아일랜드(204)는 도 18a에 도시된 바와 같이, 계속해서 회전한다. 이 지점에서, 운동 방향으로 원주 방향으로 트레일링하는 배출 포트(222b)의 방사상 내부 에지(222c)는 이제 배출 포트(222b)를 차단하도록 윤곽(208)의 방사상 내부 에지와 정렬된다. 추가로, 이 지점에서, 운동 방향으로 원주 방향으로 트레일링하는 포트(222a)의 최외각 에지(222d)는 윤곽(8)의 방사상 내부 에지와 정렬되어, 사이클을 통해 포트(222a)의 개방을 최대화한다.

도 18b는 45도에서의 회전을 도시하고, 흡입 포트(222a)가 공기 및 연료가 작용 체적에 들어가도록 하는 것에 완전히 관여된다는 것을 나타낸다.

추가로 90도로 진행하면, 운동 방향으로 원주 방향으로 트레일링하는 흡입 포트(222a)의 방사상 내부 에지(222e)는 도 209에 도시된 바와 같이 윤곽(208)의 방사상 내부 에지와 정렬되어, 흡입 포트를 차단한다. 도 209는 작용 체적(205)을 위한 최대 부피 지점을 도시한다. 최대 부피는, 아일랜드(204) 및 윤곽 조립체(208)의 상대 이동으로 인해, 도 18의 윤곽 조립체(208f)의 아일랜드를 향하는 표면과 아일랜드(204c)의 윤곽을 향하는 표면 사이에 최대 공극이 존재할 때 초래된다. 이와 일치하여, 포트(222a)는 아일랜드-측면 플레이트 조립체의 회전 및 윤곽 조립체의 이동으로 인해 작용 체적에 더 이상 개방되지 않는다.

압축 스트로크: 도 20은 흡입 포트(222a)가 작용 체적을 지나 회전되는 것, 즉 차단되는 것을 도시한다. 도 11의 플라이휠(240)로부터의 저장된 회전 에너지는 아일랜드(204)의 계속된 회전을 강제하고, 윤곽 조립체(208)가 측면 플레이트, 캠 종동부 및 레버 메커니즘을 통해 작용 체적(205)을 구속하도록 한다. 이것은 가스 혼합물을 압축시킨다. 아일랜드(204) 및 윤곽 조립체(208)의 계속된 상대 이동으로 인해, 압축은, 윤곽 조립체(8f)의 아일랜드를 향하는 표면과 아일랜드(204c)의 윤곽을 향하는 표면 사이에 존재할 때까지, 작용 체적(205)이 도 21에 도시된 최소 부피에 도달할 때까지 계속된다.

전력 스트로크: 작용 체적(205)이 최소치(도 21) 근처 또는 최소치에 있을 때, 스파크 플러그(221)는 외부 고전압 코일로부터 전력 공급되고, 연료-공기 혼합물이 점화된다. 모든 포트들은 이때 차단된 상태로 남아있다. 급속히 발화하는 팽창 가스는 도 22에 도시된 바와 같이 윤곽(208)을 밖으로 밀어내기 시작한다. 힘은 리스트 핀(20)을 통해 레버(209)로 전달된다. 레버(209)는 리스트 핀(212) 주위를 회전하고, 그 힘을 캠 종동부 휠들(213) 상에 가한다. 캠 작용은 회전 운동으로 측면 플레이트들(206a, 206b)을 밀어내고, 샤프트(201)는 회전하여, 유용한 회전력을 생성한다.

배출 스트로크: 작용 체적(205)이 도 23에 도시된 바와 같이 최대치에 도달한 후에, 선행하는 운동 방향에 있고 측면 플레이트(206b) 상에 위치되는 배출 포트(222b)의 방사상 내부 에지(222f)는 아일랜드(204) 및 윤곽 조립체(208)의 상대 이동으로 인해 작용 체적(205)에 노출되기 시작한다. 양의 전력 송신은 중단된다. 포트(222b)는 아일랜드(204) 및 윤곽 조립체(208)의 상대 이동으로 인해 도 24a에 도시된 바와 같이 점차 완전히 개방되고, 소비된 가스는, 작용 체적(205)이 감소할 때 포트(222b)로부터 대기로의 배기 시스템으로 밀어 나아가게 된다.

도 24b는, 윤곽(208)이 배출 스테이지의 나중 부분 동안 아일랜드(204)에 대해 이동될 때 포트(222b)의 방사상 외부 에지(222g)가 최대 개방을 제공하도록 성형되는 것을 도시한다. 배출은, 양쪽 포트들(222a, 222b)이 작용 체적(205) 내에 있지 않을 때 흡입 사이클의 시작을 통해 계속해서 발생한다. 작용 체적(205)이 더 작아지지 않을 수 있는 지점에서, 사이클은 도 17에 도시된 바와 같이 흡입 스트로크에 대해 반복되고, 관련 문장에서 반복된다.

위상 밖으로 대략 180도인 유사한 방식에서, 윤곽 조립체(302)는 조립체(300)에 사용된 동일한 포트들을 이용하여 상기 4 스트로크 사이클을 반복한다.

아일랜드(204)의 형태는 흡입 스트로크 최대 부피보다 더 큰 전력 스트로크 최대 부피를 나타내도록 엔진 사이클에 걸쳐 작용 체적에서의 변동을 변형하도록 선택될 수 있다. 추가로, 흡입 포트(222a)의 길이 및 차단점은 더 작은 흡입 스트로크 부피를 시뮬레이팅하도록 변형될 수 있다. 팽창 부피가 흡입 부피보다 더 클 때, "애킨슨 사이클"이라 한다. 흡입 부피에 비해 팽창 부피의 비율은 애킨슨 비로서 알려져 있다. 1.0보다 상당히 더 큰 비율은 더 높은 연료 효율의 연소 엔진들을 생성할 수 있다. 본 발명의 특정 기하학적 구조의 세부사항은 애킨슨 비를 1.0 이상으로 증대시키도록 쉽게 변형될 수 있다.

본 명세서에서 본 발명이 특히 바람직한 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 이들 실시예들이 본 발명의 원리 및 응용을 단지 예시하는 것임이 이해될 것이다. 그러므로, 이들 실시예들에 대한 변형이 이루어질 수 있고, 다른 장치들은 본 발명의 사상 및 범주에서 벗어나지 않고도 고안될 수 있다.

Claims (48)

1. 엔진 또는 펌프로서,
   a) 중심축(A)을 한정하는 회전식 샤프트로서, 상기 샤프트는 제1 단부 및 제2 단부를 갖고, 상기 샤프트는 그 위에 배치된 제1 세장형 아일랜드(island)를 갖고, 상기 제1 아일랜드는 상기 회전식 샤프트를 따라 이격되는 전면 및 후면 표면들 사이에 대체로 한정된 부피를 갖는 바디를 갖고, 상기 전면 및 후면 표면들은 방사축(R)에 평행한 평면에 놓이고, 상기 전면 및 후면 표면들은 둥근 비-원형 형태를 갖고, 상기 전면 및 후면 표면들의 주변들(perimeters)은 그 사이에 굴곡진 주변 표면을 한정하는, 회전식 샤프트와;
   b) 상기 제1 아일랜드의 상기 전면 표면에 인접하게 배치된 전방 측면 플레이트와;
   c) 상기 제1 아일랜드의 상기 후면 표면에 인접하게 배치된 후방 측면 플레이트와;
   d) 상기 제1 측면 플레이트와 상기 후방 측면 플레이트 사이에 배치된 제1 윤곽(contour) 조립체로서, 상기 제1 윤곽 조립체는 오목한 내향면에 의해 연결되는 한 쌍의 대향하는 외향의 아치형 전면 및 후면 표면들에 의해 한정되고, 상기 윤곽 조립체의 상기 오목한 내향면은 상기 제1 아일랜드의 상기 굴곡진 주변 표면을 향하고, 상기 오목한 내향면과, 상기 아일랜드의 상기 굴곡진 주변 표면과, 상기 전방 측면 플레이트 및 상기 후방 측면 플레이트는 작용 체적(working volume)를 형성하도록 협력하고, 상기 회전식 샤프트 및 제1 아일랜드는 상기 제1 윤곽 조립체에 대해 회전하도록 구성되는, 제1 윤곽 조립체를 포함하는, 엔진 또는 펌프.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 윤곽 조립체는 스파크 플러그를 수용하기 위한 그 내부에 개구부를 한정하는, 엔진 또는 펌프.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 윤곽 조립체는 고정 하우징에 결합되는, 엔진 또는 펌프.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 윤곽 조립체는 고정 리스트 핀(wrist pin)에 장착되고, 상기 제1 윤곽 조립체는, 상기 제1 아일랜드 및 회전식 샤프트가 상기 중심축(A) 주위를 회전할 때 상기 리스트 핀 주위를 진동할 수 있고, 상기 리스트 핀은 상기 중심축(A)에 대체로 평행한, 엔진 또는 펌프.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 윤곽은 상기 윤곽 조립체의 상기 오목한 내향면의 제1 단부에 근접하게 배치된 제1 정점(apex point)과, 상기 윤곽 조립체의 상기 오목한 내향면의 제2 단부에 근접하게 배치된 제2 정점을 포함하고, 상기 정점들은 상기 윤곽 조립체의 상기 오목한 내향면과 상기 제1 아일랜드의 상기 굴곡진 주변 표면 사이에 한정된 간격에 배치되고, 상기 정점들은 상기 작용 체적을 한정하는데 도움을 주는, 엔진 또는 펌프.
6. 청구항 5에 있어서, 상기 정점들은 상기 윤곽 조립체에 한정된 리세스들(recesses) 내에 배치되는, 엔진 또는 펌프.
7. 청구항 6에 있어서, 상기 윤곽 조립체는 상기 정점들 각각에 근접하게 배치된 적어도 하나의 사전 로딩 스프링(preloading spring)을 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 사전 로딩 스프링은 상기 제1 아일랜드에 대해 상기 정점들을 나아가게 하도록 적응되는, 엔진 또는 펌프.
8. 청구항 7에 있어서, 상기 윤곽 조립체와 정점 밀봉부들(apex seals)에 의해 커버되는 제1 아일랜드 사이의 간격은 약 0.10 인치 미만, 약 0.010 인치 미만, 약 0.0010 인치 미만, 약 0.00010 인치 미만, 또는 약 0.000010 인치 미만인, 엔진 또는 펌프.
9. 청구항 5에 있어서, 상기 윤곽은 상기 윤곽 조립체의 전면부(front face)에 근접하게 배치된 제1 코너 밀봉부와, 상기 윤곽 조립체의 후면부(rear face)에 근접하게 배치된 제2 코너 밀봉부를 포함하고, 상기 코너 밀봉부들은 상기 윤곽 조립체의 상기 전면부 및 후면부와 상기 전방 및 후방 측면 플레이트들 사이에 한정된 간격에 배치되고, 상기 코너 밀봉부들은 상기 작용 체적을 한정하는데 도움을 주는, 엔진 또는 펌프.
10. 청구항 9에 있어서, 상기 코너 밀봉부들은 상기 윤곽 조립체의 상기 전면부 및 후면부에 한정된 리세스들 내에 배치되는, 엔진 또는 펌프.
11. 청구항 10에 있어서, 상기 윤곽 조립체는 상기 코너 밀봉부들 각각에 근접하게 배치된 코너 밀봉 사전 로딩 스프링들을 더 포함하고, 상기 코너 밀봉 사전 로딩 스프링들은 상기 코너 밀봉부들이 상기 전방 및 후방 측면 플레이트들에 대해 나아가도록 적응되는, 엔진 또는 펌프.
12. 청구항 6에 있어서, 상기 윤곽 조립체는 상기 윤곽 조립체의 상기 한 쌍의 대향하는 외향의 아치형 전면 및 후면 표면들에 한정된 아치형 그루브들에 매립된 복수의 플로팅 측면 밀봉부들을 더 포함하는, 엔진 또는 펌프.
13. 청구항 12에 있어서, 상기 아치형 그루브들은 상기 오목한 내부 표면의 아치형 정도(arcuate extent)와 대체로 일치하고, 상기 정점 밀봉부들을 수용하도록 구성된 상기 그루브들과 교차하는, 엔진 또는 펌프.
14. 청구항 12에 있어서, 상기 측 밀봉부들 각각은 상기 아치형 그루브들에서 상기 측 밀봉부들의 안정성 및 방향을 유지하기 위해 적어도 하나의 사전 로딩 스프링들의 상부에 놓이는, 엔진 또는 펌프.
15. 청구항 9에 있어서, 상기 코너 밀봉부들 및 정점들은 상기 작용 체적을 한정하는데 도움을 주기 위해 실질적으로 일치하는, 엔진 또는 펌프.
16. 청구항 1에 있어서, 상기 전방 및 후방 측면 플레이트들은 상기 회전식 샤프트와 함께 회전하는, 엔진 또는 펌프.
17. 청구항 16에 있어서, 상기 전방 및 후방 측면 플레이트들은 상기 전방 및 후방 측면 플레이트들의 기하학적 중심에 실질적으로 매칭하는 회전 중심을 갖는, 엔진 또는 펌프.
18. 청구항 16에 있어서, 상기 전방 및 후방 측면 플레이트들은 상기 전방 및 후방 측면 플레이트들의 기하학적 중심에 실질적으로 매칭하지 않는 회전 중심을 갖는, 엔진 또는 펌프.
19. 청구항 16에 있어서, 상기 제1 아일랜드 및 측면 플레이트들을 실질적으로 고정된 축 방향 위치에 유지하기 위해 상기 전면 플레이트에 근접하게 배치된 전면 쓰러스트(thrust) 베어링과, 상기 후면 플레이트에 근접하게 배치된 후면 쓰러스트 베어링을 더 포함하는, 엔진 또는 펌프.
20. 청구항 1에 있어서, 상기 아일랜드의 전면은 (i) 대체로 타원형, (ii) 대체로 달걀형(oval), 및 (iii) 대체로 아령-형태 중 하나인, 엔진 또는 펌프.
21. 청구항 16에 있어서, 상기 전방 및 후방 측면 플레이트들 중 적어도 하나는 상기 디바이스를 통과하는 작용 유체들을 향하게 하기 위해 그 안에 한정된 포트들을 포함하는, 엔진 또는 펌프.
22. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 아일랜드는 상기 디바이스를 통과하는 작용 유체들을 향하게 하기 위해 그 내부에 한정된 적어도 하나의 포트를 포함하는, 엔진 또는 펌프.
23. 청구항 22에 있어서, 상기 적어도 하나의 포트는 상기 제1 아일랜드의 상기 굴곡진 주변 표면을 통해 형성되는, 엔진 또는 펌프.
24. 청구항 23에 있어서, 상기 적어도 하나의 포트는 상기 방사축(R, radial axis)에 대체로 평행한 제1 부분과, 상기 중심축(A)에 대체로 평행한 상기 제1 부분과 유체 연통하는(in fluid communication) 제2 부분을 포함하는, 엔진 또는 펌프.
25. 청구항 24에 있어서, 상기 적어도 하나의 포트의 상기 제2 부분은 상기 전방 및 후방 측면 플레이트들 중 적어도 하나에 한정된 포트와 정렬하도록 구성되는, 엔진 또는 펌프.
26. 청구항 24에 있어서, 적어도 2개의 포트들은 상기 제1 아일랜드의 상기 굴곡진 주변 표면을 통해 형성되고, 상기 적어도 2개의 포트들은 상기 중심축(A) 및 상기 방사축(R)에 직교하는 원주 방향의 축(C)을 따라 상기 제1 아일랜드의 상기 굴곡진 주변 표면 주위에서 서로 변위되는 제1 포트 및 제2 포트를 포함하는, 엔진 또는 펌프.
27. 청구항 24에 있어서, 상기 제1 포트는 작용 유체를 상기 작용 체적으로 향하게 하기 위해 흡입 포트로서 기능하도록 구성되고, 추가로, 상기 제2 포트는 작용 유체를 상기 작용 체적으로부터 향하게 하기 위해 배출 포트로서 기능하도록 구성되는, 엔진 또는 펌프
28. 청구항 19에 있어서, 상기 적어도 하나의 포트는 그 내부를 관통하는 유체 흐름을 제어하기 위한 밸브를 포함하는, 엔진 또는 펌프.
29. 청구항 28에 있어서, 상기 밸브는 수동적으로(passively) 작동되는, 엔진 또는 펌프.
30. 청구항 28에 있어서, 상기 밸브는 능동적으로(actively) 작동되는, 엔진 또는 펌프.
31. 청구항 1에 있어서, 상기 전방 측면 플레이트와 상기 후방 측면 플레이트 사이에 배치된 제2 윤곽 조립체를 더 포함하고, 상기 제2 윤곽 조립체는 오목한 내향면에 의해 연결되는 한 쌍의 대향하는 외향의 아치형 전면 및 후면 표면들에 의해 한정되고, 상기 제2 윤곽 조립체의 상기 오목한 내향면은 상기 제1 아일랜드의 상기 굴곡진 주변 표면을 향하고, 상기 오목한 내향면과, 상기 제1 아일랜드의 상기 굴곡진 주변 표면과, 상기 전방 측면 플레이트 및 후방 측면 플레이트는 제2 작용 체적을 형성하도록 협력하고, 상기 회전식 샤프트 및 제1 아일랜드는 상기 제2 윤곽 조립체에 대해 회전하도록 구성되는, 엔진 또는 펌프.
32. 청구항 31에 있어서, 상기 제2 윤곽 조립체는 원주 방향의 축을 따라 상기 중심축 주위에서 상기 제1 윤곽 조립체로부터 각지게 제1 각도 증분치(increment)만큼 변위되는, 엔진 또는 펌프.
33. 청구항 31에 있어서, 상기 제1 각도 증분치는 약 180도, 약 120도 또는 약 90도인, 엔진 또는 펌프.
34. 청구항 31에 있어서, 상기 전방 측면 플레이트와 상기 후방 측면 플레이트 사이에 배치된 제3 윤곽 조립체를 더 포함하고, 상기 제3 윤곽 조립체는 오목한 내향면에 의해 연결되는 한 쌍의 대향하는 외향의 아치형 전면 및 후면 표면들에 의해 한정되고, 상기 제3 윤곽 조립체의 상기 오목한 내향면은 상기 제1 아일랜드의 상기 굴곡진 주변 표면을 향하고, 상기 오목한 내향면과, 상기 제1 아일랜드의 상기 굴곡진 주변 표면과, 상기 전방 측면 플레이트 및 후방 측면 플레이트는 제3 작용 체적을 형성하도록 협력하고, 상기 회전식 샤프트 및 제1 아일랜드는 상기 제3 윤곽 조립체에 대해 회전하도록 구성되는, 엔진 또는 펌프.
35. 청구항 34에 있어서, 상기 제1, 제2 및 제3 윤곽 조립체들은 원주 방향의 축을 따라 상기 중심축 주위에서 서로 각지게 제2 각도 증분치만큼 변위되는, 엔진 또는 펌프.
36. 청구항 32에 있어서, 상기 제2 각도 증분치는 약 120도 또는 약 90도인, 엔진 또는 펌프.
37. 청구항 35에 있어서, 상기 전방 측면 플레이트와 상기 후방 측면 플레이트 사이에 배치된 제4 윤곽 조립체를 더 포함하고, 상기 제4 윤곽 조립체는 오목한 내향면에 의해 연결되는 한 쌍의 대향하는 외향의 아치형 전면 및 후면 표면들에 의해 한정되고, 상기 제4 윤곽 조립체의 상기 오목한 내향면은 상기 제1 아일랜드의 상기 굴곡진 주변 표면을 향하고, 상기 오목한 내향면과, 상기 제1 아일랜드의 상기 굴곡진 주변 표면과, 상기 전방 측면 플레이트 및 후방 측면 플레이트는 제4 작용 체적을 형성하도록 협력하고, 상기 회전식 샤프트 및 제1 아일랜드는 상기 제4 윤곽 조립체에 대해 회전하도록 구성되는, 엔진 또는 펌프.
38. 청구항 37에 있어서, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 윤곽 조립체들은 원주 방향의 축을 따라 상기 중심축 주위에서 서로 각지게 제3 각도 증분치만큼 변위되는, 엔진 또는 펌프.
39. 청구항 38에 있어서, 상기 제4 각도 증분치는 약 90도인, 엔진 또는 펌프.
40. 청구항 1에 있어서, 상기 회전식 샤프트, 상기 제1 아일랜드, 및 상기 전방 및 후방 측면 플레이트들의 적어도 일부분을 포함하기 위한 하우징을 더 포함하는, 엔진 또는 펌프.
41. 청구항 1에 있어서, 상기 회전식 샤프트는 그 위에 배치된 제2 세장형 아일랜드를 포함하고, 상기 제2 아일랜드는 상기 제1 아일랜드로부터 상기 샤프트를 따라 축 방향으로 변위되고, 상기 제2 아일랜드는 상기 회전식 샤프트를 따라 이격되는 전면 및 후면 표면들 사이에 대체로 한정된 부피를 갖는 바디를 갖고, 상기 전면 및 후면 표면들은 상기 방사축(R)에 평행한 평면에 놓이고, 상기 전면 및 후면 표면들은 둥근 비-원형 형태를 갖고, 상기 전면 및 후면 표면들의 상기 주변들은 그 사이의 제2 굴곡진 주변 표면을 한정하고, 상기 엔진 또는 펌프는,
    a) 상기 제2 아일랜드의 상기 전면 표면에 인접하게 배치된 제2 전방 측면 플레이트와;
    b) 상기 제2 아일랜드의 상기 후면 표면에 인접하게 배치된 제2 후방 측면 플레이트와;
    d) 상기 제2 전방 측면 플레이트와 상기 제2 후방 측면 플레이트 사이에 배치된 제2 윤곽 조립체로서, 상기 제2 윤곽 조립체는 제2 오목한 내향면에 의해 연결되는 한 쌍의 대향하는 외향의 아치형 전면 및 후면 표면들에 의해 한정되고, 상기 윤곽 조립체의 상기 제2 오목한 내향면은 상기 제2 아일랜드의 상기 제2 굴곡진 주변 표면을 향하고, 상기 제2 오목한 내향면과, 상기 제2 아일랜드의 상기 제2 굴곡진 주변 표면과, 상기 제2 전방 측면 플레이트 및 제2 후방 측면 플레이트는 제2 작용 체적을 형성하도록 협력하고, 상기 회전식 샤프트 및 제2 아일랜드는 상기 제2 윤곽 조립체에 대해 회전하도록 구성되는, 제2 윤곽 조립체를 포함하는, 엔진 또는 펌프.
42. 청구항 41에 있어서, 상기 제2 전면 또는 후방 측면 플레이트 중 적어도 하나는 상기 제1 아일랜드와 연관되는 상기 전면 또는 후방 측면 플레이트와 일체화되는, 엔진 또는 펌프.
43. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 윤곽 조립체에 동작가능하게 결합된 적어도 하나의 캠 종동부를 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 캠 종동부는 상기 전방 측면 플레이트 및 후방 측면 플레이트 중 적어도 하나의 측면 플레이트의 에지(edge) 표면을 따라 롤링(roll)하도록 적응되는, 엔진 또는 펌프.
44. 청구항 43에 있어서, 상기 적어도 하나의 캠 종동부는 상기 제1 윤곽 조립체에 결합된 레버 아암 상에 장착되는, 엔진 또는 펌프.
45. 청구항 1에 있어서, 상기 디바이스는 펌프 또는 컴프레서인, 엔진 또는 펌프.
46. 청구항 45에 있어서, 상기 디바이스는 냉매를 압축하도록 구성된 에어컨 컴프레서인, 엔진 또는 펌프.
47. 청구항 1에 있어서, 상기 엔진은 스팀 구동 엔진인, 엔진 또는 펌프.
48. 청구항 1에 있어서, 상기 엔진은 압축 공기에 의해 구동되는 엔진인, 엔진 또는 펌프.

Images