KR20160028386A

KR20160028386A - 연속 가변-행정 사이클 엔진을 위한 선형 구동

Info

Publication number: KR20160028386A
Application number: KR1020150123630A
Authority: KR
Inventors: 민 젱 얀; 해이루애트 디 얀
Original assignee: 얀 엔진스, 인크.
Priority date: 2014-09-03
Filing date: 2015-09-01
Publication date: 2016-03-11
Also published as: BR132015021561E2; JP2016053365A; CN105604695A; JP6813943B2; RU2708191C2; CA2901049A1; MX2015011587A; CN105604695B; RU2015137520A3; RU2015137520A; EP2995800A1; MX359143B

Abstract

가변-행정 왕복 내연 엔진으로서, 상기 엔진은 엔진 샤프트 및 축을 갖는 실린더 챔버 내에서 왕복 운동하도록 구성되는 피스톤을 구비하고, 각 피스톤은 엔진의 상이한 열 기능을 위한 피스톤 행정을 형성하기 위해 제2 피스톤 부분과 함께 또는 제2 피스톤 부분과 별개로 이동하도록 작동 가능한 제1 피스톤 부분을 구비하고, 상기 엔진은 카피 포인트에서 제1 피스톤 부분에 피벗 가능하게 결합되는 조립체 및 조립체에 결합되는 구동기를 포함하고, 구동기는 조립체의 운동을 제어하도록 작동 가능함으로써, 카피 포인트가 실린더 챔버 축을 따라 실질적으로 선형 이동을 형성하게 한다.

Description

연속 가변-행정 사이클 엔진을 위한 선형 구동 {LINEAR ACTUATION FOR CONTINUOUSLY VARIABLE-STROKE CYCLE ENGINE}

관련 출원의 교차 참조

본 일부 계속 출원은, 2012년 5월 22일에 출원된 미국 가출원 제61/649,933호로부터 미국 특허법 제119조 제e항 하에 우선권을 청구하는, 2013년 5월 22일 출원된 미국 특허출원번호 13/900,395로부터 미국 특허법 120조 하에 이익을 청구한다. 양 출원은 여기에 참조로서 그들 전체가 포함된다.

기술분야

여기에 개시되는 실시예는 내연 엔진에 관한 것이고, 특히, 피스톤 내연 엔진에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 여기에 개시되는 실시예는 가변-행정 사이클 내연 엔진을 위한 구동기 및 조립체에 관한 것이다.

내연 엔진은, 연료의 연소가 작동 유체 흐름 순환에 필수적인 부분인 연소 챔버 내에서 산화제와 함께 발생하는 엔진이다. 내연 엔진에서, 연소에 의해 발생되는 고온 및 고압 기체의 팽창은 엔진의 몇몇 부품, 일반적으로 피스톤과 같은 부품에 직접적인 힘을 가한다. 이 힘은 그 부품을 소정 거리만큼 이동시키고, 이는 화학적 에너지를 유용한 기계적 에너지로 변환한다.

하나의 양태에서, 여기에 개시되는 실시예는 가변-행정 왕복 내연 엔진에 관한 것으로, 상기 엔진은 엔진 샤프트 및 축을 갖는 실린더 챔버 내에서 왕복 운동하도록 구성되는 피스톤을 구비하고, 각 피스톤은 엔진의 상이한 열 기능을 위한 피스톤 행정을 형성하기 위해 제2 피스톤 부분과 함께 또는 제2 피스톤 부분과 별개로 이동하도록 작동 가능한 제1 피스톤 부분을 구비하고, 상기 엔진은 카피 포인트에서 제1 피스톤 부분에 피벗 가능하게 결합되는 조립체 및 조립체에 결합되는 구동기를 포함하고, 구동기는 조립체의 운동을 제어하도록 작동 가능함으로써, 카피 포인트가 실린더 챔버 축을 따라 실질적으로 선형 이동을 형성하게 한다.

다른 양태에서, 여기에 개시되는 실시예는 가변-행정 왕복 내연 엔진을 작동시키는 방법에 관한 것이고, 상기 엔진은 엔진 샤프트 및 축을 갖는 실린더 챔버 내에서 왕복 운동하도록 구성되는 피스톤을 구비하고, 각 피스톤은 엔진의 상이한 기능을 위한 피스톤 행정을 형성하기 위해 제2 피스톤 부분과 함께 또는 제2 피스톤 부분과 별개로 이동하도록 작동 가능한 제1 피스톤 부분을 구비하고, 상기 방법은 카피 포인트에서 제1 피스톤 부분과 피벗 가능하게 결합되는 조립체 및 조립체에 결합되는 구동기를 제공하는 단계 및 카피 포인트가 실린더 챔버 축을 따라 실질적으로 선형 이동을 형성하게 하기 위해 조립체의 운동을 제어하도록 구동기를 작동시키는 단계를 포함한다.

발명은 수반되는 도면에 도시되어 있다.
도 1은 피스톤-트레인 가이드 조립체의 실시예의 개략도를 도시한다.
도 2는 도 1의 피스톤-트레인 가이드 조립체를 구비하는 엔진의 실시예의, 크랭크샤프트의 회전 축선에 대한 수직 단면도를 도시한다.
도 3은 만곡된-가이드 선형 구동기 메커니즘의 실시예를 도시한다.
도 4 및 5는 판토그래픽-가이드 선형 구동기 메커니즘의 실시예를 도시한다.

본 명세서에서 언급하는 하나 이상의 실시예의 양태, 특징 및 이점들은 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명되며, 그 도면에서 동일한 도면 부호는 동일한 요소를 나타낸다. 여기에 개시되는 실시예는 차동 또는 가변 행정 내연 엔진의 피스톤-트레인 내에 포함되는 조립체 및 가이드 또는 가이드되는 조립체를 제공하는데, 이는 별개로 포함되거나 하나의 장치에 포함될 수 있다. 특정 실시예에서, 조립체는 로봇식 아암 조립체로서 지시될 수도 있다. 다른 실시예에서, 조립체는 구동기 조립체로서 지시될 수도 있다. 로봇식 조립체는 피스톤 부분의 피스톤 스템(예를 들어, 제1 또는 내부 피스톤 부분)을 실린더 축을 따라 실질적으로 선형 길이방향 운동으로 이동시키기 위해, 실린더 축을 향해 연장되는 아암과 같은 레버 장치와 함께 일 단부에서 엔진 블록 또는 다른 위치에 부착될 수 있다.

변위나 주기에 있어서, 4-엔진 행정의 조합이 엔진 작동중에 연료 효율, 파워 및 배기를 위해 실시간으로 연속적으로 최적화되는 것은 유리할 수 있다. 그러한 목적을 위해, 직접적으로 피스톤 스템에 작용하는 실린더 축 안으로 연장하는 로봇식 아암을 구비하는, 엔진의 전자 제어 유닛에 의해 제어되는 로봇식 최적화 장치가 활용될 수 있다. 로봇식 아암 장치는 제1 피스톤 부분을 작동시키기 위해 피스톤 스템에 결합될 수 있다. 로봇식 장치는 실린더 챔버로부터 멀리 그리고 피스톤 키트의 이동 부분으로부터 멀리 떨어져서 위치될 수 있다. 로봇식 아암 장치는, 실린더 축을 따라 피스톤 스템 및 제1 피스톤 부분의 선형 길이방향 운동을 유지하도록 다차원 운동을 수행하도록 구성될 수 있다. 특정 실시예에서, 피스톤 레버에 작용하는 선형 로봇식 장치 또는 선형 구동기 장치가 실린더 축을 따라 피스톤 스템 및 제1 피스톤 부분의 선형 길이방향 운동을 유지하도록 제공된다.

도 1을 참조하면, 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따른 피스톤-트레인 가이드 조립체의 개략도가 도시되어 있다. 피스톤-트레인 가이드 장치(100)(또는 조립체)는 도 2에 도시한 차동 행정 내연 엔진의 피스톤-트레인 내에 포함될 수 있다. 본 명세서에서 사용하는 바와 같은 "피스톤-트레인"은 하나의 조립체로서 함께 결합되어 엔진 내에서 작동할 수 있는 피스톤, 피스톤-레버 링크 바아, 및 가이드 조립체를 포함할 수 있다. 이러한 가이드 조립체는 또는 본 명세서에서는 제어 및 가이드 장치 또는 제어 및 링크기구 조립체로서도 지칭될 수 있다.

차동 행정 내연 엔진은 통상 하나 이상의 실린더 보어(212)를 갖는 엔진 블록(210)과, 하나 이상의 실린더 보어(212) 각각의 내에 위치한 내부 또는 제1 피스톤 부분(220)을 포함한다. 내부 피스톤 부분(220)은 해당 실린더 보어 벽(213)과 미끄럼 접촉(또는 맞대짐) 맞물림을 이룰 수 있다. 피스톤 스템(230)은 제1 단부(232)에서 내부 피스톤 부분(220)에 결합되고, 제2 단부(234)에서 피스톤 레버-링크 바아(110)에 힌지식으로(또는 피벗 가능하게) 결합된다. 힌지식 결합부(피벗 연결부)는 아래에서 보다 상세하게 설명하는 '카피' 포인트(102)를 획정할 수 있다.

가이드 장치(100)는 피스톤 레버 링크 바아(110)의 부분(111), 받침점 링크 바아(112), 힘 링크 바아(114), 및 로커 링크 바아(118)를 포함한 링크기구 조립체(예를 들면, 4절 링크기구)를 형성 및 포함한다. 이러한 4절 링크기구를 형성 및 배치하는 데에 있어서, 가이드 장치(100)는 받침점 링크 바아(112)의 제1 단부와 로커 링크 바아(118)의 제1 단부의 제1 힌지 연결부(120)에서 엔진 블록(210)에 힌지식으로 결합될 수 있다. 이러한 힌지식 결합부(또는 피벗 연결부)는 아래에서 보다 상세하게 설명하는 '앵커'(또는 부착) 포인트(104)를 획정한다. 4절 링크기구는 또한 받침점 링크 바아(112)의 제2 단부와 피스톤 레버 링크 바아(110)의 부분(111)의 제1 단부의 제2 힌지 연결부(122)와, 로커 링크 바아(118)의 제2 단부와 힘 링크 바아(114)의 제1 단부의 제3 힌지 연결부(124), 및 힘 링크 바아(114)의 제2 단부와 피스톤 레버 링크 바아(110)의 부분(111)의 제2 단부의 제4 힌지 연결부(126)를 더 포함한다.

가이드 요소 또는 가이드 롤러(130)가 '기원(origin)' 포인트(또는 축선)(106)에서 힘 링크 바아(114)에 (예를 들면, 회전 가능하게 또는 피벗 가능하게) 결합된다. 그러한 '기원' 포인트(106)는 '카피' 포인트(102)와 '앵커' 포인트(104) 사이에 획정된 라인(108)으로 도시한 가상선과 힘 링크 바아(114) 간의 교차점에 위치한다. 가이드 롤러(130)은 가이드 장치(240)와 미끄럼 또는 구름 접촉할 수 있다. 특정 실시예에서, 가이드 장치(240)는 엔진 블록(210) 내에서 그에 의해 획정된 소정 구조체로서 일체적으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 가이드 장치는 엔진 내의 채널, 홈 또는 기타 구조체로서 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 가이드 장치(240)는 엔진 블록(210)에 견고하게 부착 또는 체결될 수 있다. 도시한 바와 같이, 특정 실시예에서는 가이드 장치(240)가 선형(linear)이거나, 실질적으로 선형일 수 있다. 가이드 롤러(130)는 이 가이드 롤러(130)와 '기원' 포인트(106)가 실린더(212)의 실린더 축선(250)에 평행한 가이드 장치(240)의 가이드 축선(150)을 따라 이동하도록 가이드 장치(240) 내에서 이동할 수 있다. 특정 실시예에서, 가이드 요소는 카피 포인트를 중앙으로 압박하여 카피 포인트를 실질적으로 실린더 챔버 축선을 따라 제어하도록 링크기구 조립체에 결합된 임의의 타입의 스프링 요소(도시 생략)를 포함할 수 있다.

가이드 장치(100)의 4절 링크기구는 판토그래픽(pantographic) 조립체 또는 장치를 형성하도록 구성될 수 있다. 당업자라면, 판토그래픽 조립체가 평형사변형에 기초한 방식으로 연결된 기계적 링크들로 형성되어, 그 조립체의 하나의 포인트(예를 들면, '기원' 포인트(106))의 운동이 그 조립체의 제2 포인트(예를 들면, '카피'포인트(102))의 대응하는 운동(어쩌면, 크기 조정된 운동)을 생성할 수 있다는 점을 이해할 것이다.

특정 실시예에서, '카피' 포인트(102)의 그러한 크기 조정된(scaled) 운동은 가이드 축선(150)을 따른 '기원' 포인트(106)의 이동에 의해 실린더 축선(250)을 따라서로 제한된다. 제어된 방식으로 효과적으로 운동을 변환하는 4절 링크기구의 판토그래픽 조립체는 '카피' 포인트(102)를 위한 운동 가이드로서 이용된다. 따라서, 특정 실시예에서, 4절 링크기구는 피스톤 레버 링크 바아(110)를 피스톤 스템(230)의 피벗 연결부(즉, '카피' 포인트(102))에서 실린더 축선(250)을 따른 길이 방향으로의 직선 운동으로 이동시키도록 안내하는 판토그래픽 장치를 형성한다. 다시 말해, 기원 포인트(106)가 선형 가이드(240)의 가이드 축선(150)을 따라 이동함에 따라, 카피 포인트(102)는 실린더(212)의 실린더 축선(250)을 따른 길이 방향 선형 운동으로 이동한다.

다른 가이드 요소 또는 기구가 또한 카피 포인트(102)의 선형 운동과 기능적 관계를 갖는 위치에서 가이드 장치(100)의 4절 링크기구에 포함될 수 있다는 점을 이해할 것이다. 일례로서, 가이드 요소 또는 가이드 롤러가 힘 링크 바아(114)와의 연결부(126)에서 피스톤 레버 링크 바아(110)에 위치할 수 있다. 이 예에서, 만곡형 또는 비선형 가이드 채널이 피스톤 레버 링크 바아(110)의 측방향 운동을 안내하여, 피스톤 레버 링크 바아(110)가 내부 피스톤 부분(220)을 작동시켜 그 행정을 생성하도록 요동할 때에 피스톤 레버 링크 바아(110)와 피스톤 스템(230) 간의 피벗 연결부(102)가 실린더 축선(250)과 정렬된 길이 방향 선형 운동을 생성하게 한다.

특정 실시예에서, 링크기구 조립체 상의 특정 위치와 카피 포인트(102) 간에 기능적 관계가 존재한다. 예를 들면, 그 기능적 관계는 링크기구 조립체 상의 특정 위치를 이동시키고, 그 결과 그에 상응하게 카피 포인트(102)를 이동시키는 것을 포함할 수 있다. 게다가, 기능적 관계는 링크기구 조립체 상의 특정 위치를 선형 또는 비선형적 방식으로 이동시키고, 그 결과 카피 포인트(102)를 선형적 방식으로 이동시키는 것을 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 링크기구 조립체 상의 특정 위치는 기원 포인트(106)를 포함할 수 있다. 따라서, 가이드 요소 또는 가이드 롤러(130)는 당업자라면 이해할 수 있는 바와 같이 카피 포인트(102)에 선형 운동을 제공하도록 특정 위치에서 4절 링크기구에 포함될 수 있다.

특정 실시예에서, 피스톤-트레인 상의 임의의 위치에 위치하거나 부착된 스프링 장치(도시 생략)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 스프링 장치는 (받침점 링크 바아(112)의 제2 단부와 피스톤 레버 링크 바아(110)의 부분(110)의 제1 단부의) 힌지 연결부(122) 부근에 위치하여, 피스톤 레버 링크 바아(110)의 측방향 운동을 제한 또는 안내할 수 있다. 측방향 운동은 실린더 축선(250)과 실질적으로 정렬되지 않은 운동으로서 정의된다. 스프링은 당업자라면 이해할 수 있는 바와 같은 임의의 형태의 스프링 장치일 수 있다. 게다가, 스프링은 그 일단부에서 엔진 블록에 타단부에서는 피스톤-트레인에 고정될 수 있다. 대안적으로, 스프링은 엔진 블록에만 고정될 수도 있다. 스프링은 피스톤 스템(230)이 실린더 축선(250)과 실질적으로 정렬되는 공차 범위 내에 유지되도록 받침점 링크 바아(112)의 측방향 운동을 제한 또는 감소시키게 압박될 수 있다.

도 2를 참조하면, 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따라 제어 및 가이드 장치(100)를 채용한 차동 행정 엔진의 크랭크샤프트의 회전 축선에 대한 수직 단면도를 도시하고 있다. 차동 행정 피스톤이 도 2에 도시한 엔진의 배향에 기초할 때에 고정된 실린더(212) 내에서 위쪽의 고정된 실린더 헤드(16)와 아래쪽의 회전하는 크랭크샤프트(18) 간에 이동한다. 실린더(212)의 충전 및 배기는 흡기 밸브(17a) 및 배기 밸브(17b) 각각에 의해 제어된다. 연소는 실린더 헤드(16) 내의 점화 플러그(20)(디젤 용례에서는 사용되지 않음)에 의해 개시된다. 엔진(210)은 엔진의 1회전당 1회의 완전한 연소 사이클을 완료하도록 작동할 수 있다.

차동 행정 피스톤은, 연소 챔버를 폐쇄 밀봉하는 내부 피스톤 부분(220)과, 커넥팅 로드(22)에 의해 크랭크샤프트(18)에 연결되고 그 사이클의 부분 동안에 내부 피스톤 부분(220)을 위한 캐리어로서 기능하는 외부 피스톤 부분(231)을 포함한다. 본 명세서에서 개시하는 실시예는 사이클당 4행정으로 작동하는 내부 피스톤 부분(220)과, 사이클당 2행정으로 작동하는 외부 피스톤 부분(231)을 제공한다. 그 사이클의 흡기 및 배기 부분 동안에, 내부 피스톤 부분(220)과 외부 피스톤 부분(231)은 분리된다. 이러한 분리 중에, 내부 피스톤 부분(220)은 도 1에 도시한 제어 및 가이드 장치(100)에 의해 작동 및 구동된다. 도시한 바와 같이, 특정 실시예에서, 가이드 장치(100)는 실린더 및 실린더 보어(212)의 외부에 위치하여, 피스톤 부분 및 엔진 샤프트의 운동으로부터 떨어지게 위치 설정될 수 있다. 한편, 외부 피스톤 부분(231)은 계속해서 크랭크 아암(24) 및 커넥팅 로드(22)의 제어 하에서 이동한다.

특정 실시예에서, 엔진 샤프트(예를 들어, 크랭크샤프트)와 독립하여 작동 가능한 구동기(예를 들어, 로봇식 아암 장치)가 엔진의 상이한 열 기능 동안 피스톤 행정을 형성 또는 최적화하고 엔진 작동 중 변화하는 부하 조건에 최적의 피스톤 행정 조합을 조화시키기 위해 제공될 수 있다. 구동기는 관련된 전자 또는 기계의 캠이 없는 밸브 트레인, 예를 들어, 캠을 구비하지 않고 전자 기기에 의해 작동되는 밸브 트레인 시스템과 같은 엔진 부품과 동시에 작동할 수 있다. 구동기 및 다른 엔진 부품은 엔진 전자 제어 유닛에 의해 제어되고 최적화될 수 있다. 다른 실시예에서, 구동기는 선형 구동기일 수 있다. 특정 실시예에서, 구동기는 전기 기계(electromechanical) 구동기를 포함할 수 있고 또는 움직이는 부분 또는 실질적으로 선형 방향으로 움직이는 구동기 텅(tongue)을 사용하여 전기적 작동을 수행하는 임의의 장치를 포함할 수 있다. 전기 기계 구동기는 엔진 전자 제어 유닛에 의해 제어될 수 있다. 다른 실시예에서, 구동기는 유압, 기계 또는 전기 기계 시스템이나 부품에 의해 제어될 수 있다.

하나의 실시예에서, 피스톤 레버 상에 가이드 요소가 제공되는데, 이 가이드 요소는 레버가 받침점에 대해 선회하면 만곡된 가이드 내에서 이동하고 피스톤 스템 연결부에서 레버 운동이 실린더 축을 따라 선형이 되도록 가이드한다. 다른 실시예에서, 판토그래픽 원리를 사용하는 레버 상에 작용하는 선형 로봇식 장치가 제공된다. 피스톤 스템 연결부에서 피스톤 레버 또는 로봇식 아암의 운동은 실린더 축을 따라 길이방향으로 선형인 반면, 실린더 축으로부터 멀어지는 운동은 실린더 축에 평행하면서 수직인 2차원이다.

도 3은 만곡된 가이드 선형 구동기 메커니즘의 실시예를 도시한다. 제1 피스톤 부분(220) 및 제2 피스톤 부분(222)를 구비하는 2-부분 피스톤이 도시되어 있다. 링크기구 조립체는 피스톤 레버-링크-바아(111), 받침점-링크 바아(112) 및 힘-링크 바아(114)를 포함하는 3절 링크기구를 형성한다. 3절 링크기구는 엔진 블록(210)에 피벗 가능하게 결합되고 받침점-링크 바아(112)의 제1 단부를 연결하는 제1 힌지 연결부(120), 예를 들어, 앵커 포인트와, 받침점 링크 바아(112)의 제2 단부 및 피스톤 레버-링크-바아(111)의 제1 단부를 연결하는 제2 힌지 연결부(122)와, 선형 구동기(240) 및 힘-링크 바아(114)의 제1 단부를 연결하는 제3 힌지 연결부(124) 및 힘-링크 바아(114)의 제2 단부 및 피스톤 레버-링크-바아(111) 상의 소정 위치를 연결하는 제4 힌지 연결부(126)에 의해 형성되고 배치된다. 선형 구동기 텅(240)(구동기 장치(242)에 수용됨)은 핀(124)을 통해 힘 링크 바아(114)에 피벗 가능하게 부착될 수 있다. 가이드 요소(130)는 엔진 블록(210)에 일체로 형성되거나 고정되는 만곡된 가이드 장치(340) 내에 배치된다. 가이드 요소(130)는 핀(126)에 의해 결합될 수 있다.

제1 피스톤 부분(220)이 실린더(212)에서 선형 길이방향 운동을 할 때, 받침점-링크 바아(112)는 엔진 블록(210) 상의 피벗 부착부(120) 주위에서 호(弧) 모양을 그리며 실린더 축(250)을 향해 그리고 실린더 축으로부터 멀리 선회한다. 힘-링크 바아(114) 및 가이드 요소(130)는 피스톤 레버 운동을 보상하기 위해 복수의 차원(예를 들어, 만곡)으로 이동한다. 이러한 방식에서, 선형 구동기 텅(240)은 실린더 축(250)을 따라 카피 포인트(102)가 실질적으로 선형 운동을 형성하도록 레버(110)의 운동을 제어할 수 있다. 가이드 요소(130)의 만곡된 운동과 카피 포인트(102)의 선형 운동의 관계는 컴퓨터나 엔진 전자 제어 유닛으로 관련지어지거나 계산될 수 있다. 선형 구동기의 축은 실린더 축(250)과 평행할 필요는 없다.

도 4 및 5는 판토그래픽 가이드 선형 구동기 메커니즘을 통해 실행되는 선형 관계의 실시예를 도시한다. 판토그래프는 링크기구 바아(111) 및 그것의 연장부(110) 중 하나로 구성되는 레버 바아를 구비하는 링크기구 바아(111), (112), (114) 및 (118)의 4절 링크기구를 포함한다. 힘-링크기구-바아(114)는 (106)에서 선형 구동기와의 연결부에 의해 분리되는 두개의 섹션을 가질 수 있다. 조인트(106) 및 (126) 사이 가해진 힘은 (106) 및 (124) 사이 가해진 힘보다 클 수 있다. 보다 작은 부하가 가해지는 섹션(106) 내지 (124)은 선형 구동기 텅(240) 안에 형성될 수 있다. 링크기구 바아(118)는 동등하게 약하게 부하가 가해질 수 있고 안내 기능을 제공하도록 구성될 수 있으며, 구동기 텅에 들어 맞도록 마찬가지로 가늘게 만들어질 수 있다. 선형 구동기 텅(240)은 판토그래프의 기원 포인트(106)에서 힘-링크기구 바아에 부착될 수 있다. 로봇식 구동기의 선형 운동 및 내부 피스톤(220) 행정의 바람직한 운동 사이의 기능적인 관계는 상수를 곱함으로써 결정될 수 있다. 선형 구동기 텅(240)의 축선은 실린더 축(250)의 축선과 평행할 수 있다.

특정 실시예에서, 가변-행정 왕복 내연 엔진으로서, 상기 엔진은 엔진 샤프트 및 축을 갖는 실린더 챔버 내에서 왕복 운동하도록 구성되는 피스톤을 구비하고, 각 피스톤은 엔진의 상이한 열 기능을 위한 피스톤 행정을 형성하기 위해 제2 피스톤 부분과 함께 또는 제2 피스톤 부분과 별개로 이동하도록 작동 가능한 제1 피스톤 부분을 구비하고, 가변-행정 왕복 내연 엔진은 카피 포인트에서 제1 피스톤 부분에 피벗 가능하게 결합되는 조립체 및 조립체에 결합되는 구동기를 포함한다. 구동기는 조립체의 움직임을 제어하도록 작동 가능함으로써, 카피 포인트가 실린더 챔버 축을 따라 실질적으로 선형 이동을 형성하게 한다. 조립체는 앵커 포인트에서 엔진에 결합될 수 있다. 구동기는 선형 구동기를 포함할 수 있다. 조립체는 피스톤 레버-링크-바아, 받침점-링크 바아, 힘-링크 바아 및 로커-링크 바아를 포함하는 4절 링크기구를 포함한다. 4절 링크기구는 엔진에 피벗 가능하게 결합되고 받침점-링크 바아의 제1 단부 및 로커-링크 바아의 제1 단부를 연결하는 제1 힌지 연결부와, 받침점-링크 바아의 제2 단부 및 피스톤 레버-링크-바아의 제1 단부를 연결하는 제2 힌지 연결부와, 로커-링크 바아의 제2 단부 및 힘-링크 바아의 제1 단부를 연결하는 제3 힌지 연결부 및 힘-링크 바아의 제2 단부 및 피스톤 레버-링크-바아 상의 소정 위치를 연결하는 제4 힌지 연결부에 의해 형성되고 배치된다. 4절 링크 기구는 판토그래프를 형성하는 평행사변형을 형성하고, 구동기 및 링크기구 사이의 결합부는 카피 포인트 및 앵커 포인트 사이에 형성되는 선을 따라 위치된다.

또는 조립체는 피스톤 레버-링크-바아, 받침점-링크 바아 및 힘-링크 바아를 포함하는 3절 링크기구를 형성한다. 3절 링크기구는 엔진에 피벗 가능하게 결합되고 받침점-링크 바아의 제1 단부를 연결하는 제1 힌지 연결부와, 받침점-링크 바아의 제2 단부 및 피스톤 레버-링크-바아의 제1 단부를 연결하는 제2 힌지 연결부와, 선형 구동기 및 힘-링크 바아의 제1 단부를 연결하는 제3 힌지 연결부 및 힘-링크 바아의 제2 단부 및 피스톤 레버-링크-바아상의 소정 위치를 연결하는 제4 힌지 연결부에 의해 형성되고 배치된다. 가이드 요소는 엔진 내에 형성되고 3절 링크기구와 결합되는 만곡된 가이드내에서 이동가능하고, 제1 피스톤 부분이 실린더에서 선형 길이방향 운동을 함에 따라 가이드 요소는 호 모양을 그리며 이동한다. 구동기는 엔진 샤프트에 독립하여 작동 가능한 전기 기계 구동기를 포함한다. 전자 엔진 제어 유닛이 전기 기계 구동기를 작동시키기 위하여 사용된다.

가변-행정 왕복 내연 엔진을 작동시키는 방법으로서, 상기 엔진은 엔진 샤프트 및 축을 갖는 실린더 챔버 내에서 왕복 운동하도록 구성되는 피스톤을 구비하고, 각 피스톤은 엔진의 상이한 열 기능을 위한 피스톤 행정을 형성하기 위해 제2 피스톤 부분과 함께 또는 제2 피스톤 부분과 별개로 이동하도록 작동 가능한 제1 피스톤 부분을 구비하고, 가변-행정 왕복 내연 기관을 작동시키는 방법은 카피 포인트에서 제1 피스톤 부분에 피벗 가능하게 결합되는 조립체 및 조립체에 결합되는 구동기를 제공하는 단계 및 카피 포인트가 실린더 챔버 축을 따라 실질적으로 선형 이동을 형성하게 하기 위해 조립체의 운동을 제어하도록 구동기를 작동시키는 단계를 포함한다. 이 방법은 전기 기계 구동기를 작동시키는 단계를 더 포함한다. 이 방법은 전자 엔진 제어 유닛에 의해 구동기를 작동시키는 단계를 더 포함한다. 이 방법은 실질적으로 선형 방향으로 구동기를 작동시키는 단계를 더 포함한다. 이 방법은 엔진 샤프트에 독립하여 조립체를 작동시키는 단계를 더 포함한다.

상기 방법은 엔진 내에 형성되고 카피 포인트와 기능적 관계를 갖는 제1 위치의 조립체와 결합되는 만곡된 가이드 내에서 이동 가능한 가이드 요소를 제공하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 만곡된 가이드 내에서 다차원으로 가이드 요소를 이동시키는 단계 및 이에 따라 실질적으로 실린더 축을 따라 실린더 내에서 제1 피스톤 부분을 이동시키는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 조립체에서 판토그래프 장치를 형성하는 단계로서, 판토그래프 장치는 기원 포인트 및 카피 포인트 사이에 일대일의 크기가 조정된 관계를 형성하는 것인 조립체에서 판토그래프 장치를 형성하는 단계, 선형 구동기를 활성화하고 기원 포인트를 제1 선형 거리만큼 이동시키는 단계 및 카피 포인트를 제2 선형 거리만큼 이동시키는 단계를 더 포함하고, 제2 선형 거리는 제1 선형 거리에 대하여 크기가 조정된 양이다. 상기 방법은 피스톤 레버-링크-바아, 받침점-링크 바아, 힘-링크 바아 및 로커-링크 바아를 포함하는 4절 링크기구를 포함하는 판토그래프 장치를 작동시키는 단계를 더 포함한다.

유리하게는, 본 명세서에서 개시하는 실시예는, 내부 피스톤 부분의 운동이 챔버 내측 단부에서는 실린더 벽을 따라 미끄럼 이동하는 피스톤 크라운에 의해, 피스톤 스템 외측 단부에서는 가이드 장치에 의해 안내되어, 실질적으로 실린더 축선을 따라 이동하게 되는 제어 및 가이드 장치를 제공한다. 이러한 가이드 장치, 특히 가이드 채널 내에서 그 축선을 따라 이동할 수 있는 가이드 요소로 인해, 내부 피스톤 부분은 실질적으로 피스톤 스템의 측방향 운동 없이, 그리고 실질적으로 피스톤 레버 링크 바아로부터의 피스톤 스템에 대한 트러스트도 거의 없이 상하 이동할 수 있다. 따라서, 피스톤의 측방향 운동에 의해 유발되는 내부 피스톤 부분 및 실린더 벽에서의 스트레스 및 마모를 감소시킬 수 있다. 가이드 장치는 또한 실린더 벽에 대한 내부 피스톤 부분의 미끄럼마찰 및 '슬래핑(slapping)'을 감소시킬 수 있다.

게다가, 4절 링크기구 조립체는 엔진 자체 내에 비교적 작은 공간(도 2 참조)을 필요로 한다. 게다가, 판토그래픽 조립체로서 작동하는 4절 링크기구는 피스톤 스템 및 내부 피스톤 부분을, 가이드 채널 내에서 가이드 요소를 이동시키는 데에 요구되는 크기보다 훨씬 더 큰 크기로 이동시킬 수 있다.

본 명세서 전체에 걸쳐 "하나의 실시예", "일 실시예" 또는 "특정 실시예"라 함은 그 실시예와 관련하여 설명한 특정한 특징, 구조, 및 특성이 본 개시의 적어도 하나의 실시예에 포함됨을 의미한다. 따라서, 본 명세서에 걸쳐 여러 곳에서 "하나의 실시예에서", "일 실시예에서" 또는 "특정 실시예에서"라는 어구의 등장은 그럴 수 있긴 하지만 그 모두가 반드시 동일한 실시예를 지칭하진 않는다. 게다가, 특정한 특징, 구조 또는 특성은 본 개시로부터 당업자에게 있어서는 자명한 바와 같이 하나 이상의 실시예에서 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있다.

본 명세서에서 있어서의 발명의 상세한 설명 및 이하의 청구 범위에서, "포함하는", "포함한" 및 "포함한다"라는 표현 중 임의의 하나는 그에 후속한 적어도 하나의 요소/특징을 포함하되, 기타 요소/특징을 배제하진 않음을 의미하는 개방적 용어이다. 따라서, 청구 범위에서의 "포함하는"이란 표현은 그 다음에 기재된 수단, 요소 또는 단계들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 명세서에서 사용하는 바와 같은, "구비하는", "구비한", 또는 "구비하다"라는 표현 중 임의의 하나도 역시 그에 후속한 적어도 하나의 요소/특징을 포함하되 기타 요소/특징을 배제하진 않음을 의미하는 개방적 용어이다. 따라서, "구비하는"이란 표현은 "포함하는"이란 표현과 동의어로서 그 표현을 의미한다.

청구 범위에서 사용되는 "결합된"이란 표현은 직접적인 연결만을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 될 것이다. "결합된"이란 용어는 2개 또는 그 이상의 요소가 물리적으로 직접 접촉하거나, 2개 또는 그 이상의 요소가 서로 직접 접촉하진 않지만 여전히 서로 협동 또는 상호 작용함을 의미한다.

본 개시의 하나 이상의 실시예가 상세하게 설명되었지만, 다양한 특정 형태를 취하고 그 변경, 치환 및 변형을 반영하는 수많은 실시예가 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 이루어질 수 있다는 점을 당업자라면 이해할 것이다. 상기한 실시예들은 청구 범위의 보호 범위를 제한하는 것이 아니라, 예시하는 것이다.

Claims

가변-행정 왕복 내연 엔진으로서, 상기 엔진은 엔진 샤프트 및 축을 갖는 실린더 챔버 내에서 왕복 운동하도록 구성되는 피스톤을 구비하고, 각 피스톤은 엔진의 상이한 열 기능을 위한 피스톤 행정을 형성하기 위해 제2 피스톤 부분과 함께 또는 제2 피스톤 부분과 별개로 이동하는 제1 피스톤 부분을 구비하는 가변-행정 왕복 내연 엔진에 있어서,
카피 포인트에서 상기 제1 피스톤 부분에 피벗 가능하게 결합되는 조립체; 및
상기 조립체에 결합되는 구동기를 포함하고,
상기 구동기는 조립체의 운동을 제어하도록 작동 가능함으로써 카피 포인트가 실린더 챔버 축을 따라 실질적으로 선형 이동을 형성하게 하는 것인 가변-행정 왕복 내연 엔진.
청구항 1에 있어서, 상기 조립체는 앵커 포인트에서 상기 엔진과 결합되는 것인 가변-행정 왕복 내연 엔진.
청구항 1에 있어서, 상기 구동기는 선형 구동기를 포함하는 것인 가변-행정 왕복 내연 엔진.
청구항 1에 있어서, 상기 조립체는 피스톤 레버-링크-바아, 받침점-링크 바아, 힘-링크 바아 및 로커-링크 바아를 포함하는 4절 링크기구를 포함하는 것인 가변-행정 왕복 내연 엔진.
청구항 4에 있어서, 상기 4절 링크 기구는,
상기 엔진에 피벗 가능하게 결합되고 상기 받침점-링크 바아의 제1 단부 및 로커-링크 바아의 제1 단부를 연결하는 제1 힌지 연결부;
받침점-링크 바아의 제2 단부 및 피스톤 레버-링크-바아의 제1 단부를 연결하는 제2 힌지 연결부;
로커-링크 바아의 제2 단부 및 힘-링크 바아의 제1 단부를 연결하는 제3 힌지 연결부; 및
힘-링크 바아의 제2 단부 및 피스톤 레버-링크-바아 상의 위치를 연결하는 제4 힌지 연결부
에 의해 형성되고 배치되는 것인 가변-행정 왕복 내연 엔진.
청구항 4에 있어서, 상기 4절 링크기구는 판토그래프를 형성하는 평행사변형을 형성하고, 상기 구동기 및 링크기구 사이의 결합부는 상기 카피 포인트 및 앵커 포인트 사이에 형성되는 선을 따라 위치되는 것인 가변-행정 왕복 내연 엔진.
청구항 1에 있어서, 상기 조립체는 피스톤 레버-링크-바아, 받침점-링크 바아 및 힘-링크 바아를 포함하는 3절 링크기구를 형성하는 것인 가변-행정 왕복 내연 엔진.
청구항 7에 있어서, 3절 링크기구는,
상기 엔진에 피벗 가능하게 결합되고 받침점-링크 바아의 제1 단부를 연결하는 제1 힌지 연결부;
받침점-링크 바아의 제2 단부 및 피스톤 레버-링크-바아의 제1 단부를 연결하는 제2 힌지 연결부;
상기 선형 구동기 및 힘-링크 바아의 제1 단부를 연결하는 제3 힌지 연결부; 및
힘-링크 바아의 제2 단부 및 피스톤 레버-링크-바아 상의 위치를 연결하는 제4 힌지 연결부에
의해 형성되고 배치되는 것인 가변-행정 왕복 내연 엔진.
청구항 7에 있어서, 엔진 내에 형성되고 3-절 링크기구와 결합되는 만곡된 가이드 내에서 이동 가능한 가이드 요소를 더 포함하고, 상기 카피 포인트의 운동은 실질적으로 선형인 반면, 상기 가이드 요소의 운동은 호를 따라 형성되는 것인 가변-행정 왕복 내연 엔진.
청구항 1에 있어서, 상기 구동기는 엔진 샤프트에 독립하여 작동 가능한 전기 기계 구동기를 포함하는 것인 가변-행정 왕복 내연 엔진.
청구항 10에 있어서, 상기 전기 기계 구동기를 작동시키기 위한 전자 엔진 제어 유닛을 더 포함하는 것인 가변-행정 왕복 내연 엔진.
가변-행정 왕복 내연 엔진을 작동시키는 방법으로서, 상기 엔진은 엔진 샤프트 및 축을 갖는 실린더 챔버 내에서 왕복 운동하도록 구성되는 피스톤을 구비하고, 각 피스톤은 엔진의 상이한 열 기능을 위한 피스톤 행정을 형성하기 위해 제2 피스톤 부분과 함께 또는 제2 피스톤 부분과 별개로 이동하도록 작동 가능한 제1 피스톤 부분을 구비하는 가변-행정 왕복 내연 엔진을 작동하는 방법에 있어서,
카피 포인트에서 제1 피스톤 부분에 피벗 가능하게 결합되는 조립체 및 조립체에 결합되는 구동기를 제공하는 단계; 및
조립체의 운동을 제어하여 카피 포인트가 실린더 챔버 축을 따라 실질적으로 선형 이동을 형성하도록 구동기를 작동시키는 단계를 포함하는 것인 가변-행정 왕복 내연 엔진을 작동하는 방법.
청구항 12에 있어서, 전기 기계 구동기를 작동시키는 단계를 더 포함하는 것인 가변-행정 왕복 내연 엔진을 작동하는 방법.
청구항 12에 있어서, 전자 엔진 제어 유닛에 의해 구동기를 작동시키는 단계를 더 포함하는 것인 가변-행정 왕복 내연 엔진을 작동하는 방법.
청구항 12에 있어서, 구동기를 실질적으로 선형 방향으로 작동시키는 단계를 더 포함하는 것인 가변-행정 왕복 내연 엔진을 작동하는 방법.
청구항 12에 있어서, 엔진 샤프트에 독립하여 조립체를 작동시키는 단계를 더 포함하는 것인 가변-행정 왕복 내연 엔진을 작동하는 방법.
청구항 12에 있어서, 엔진 내에 형성되고 카피 포인트와 기능적 관계를 갖는 제1 위치에서 조립체와 결합되는 만곡된 가이드 내에서 이동 가능한 가이드 요소를 제공하는 단계를 더 포함하는 것인 가변-행정 왕복 내연 엔진을 작동하는 방법.
청구항 17에 있어서,
만곡된 가이드 내에서 가이드 요소를 다차원으로 이동시키는 단계; 및
이에 따라,
실린더 챔버 축을 따라 카피 포인트의 실질적으로 선형인 이동을 형성하는 단계를 더 포함하는 것인 가변-행정 왕복 내연 엔진을 작동하는 방법.
청구항 12에 있어서,
조립체에 판토그래프 장치를 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 판토그래프 장치는 기원 포인트 및 카피 포인트 사이 일대일 크기 조정된 관계를 형성하고,
구동기를 작동시키고 기원 포인트를 제1 선형 거리만큼 이동시키는 단계, 및
카피 포인트를 제2 선형 거리만큼 이동시키는 단계를 더 포함하고, 상기 제2 선형 거리는 제1 선형 거리에 대하여 크기 조정된 양인 것인 가변-행정 왕복 내연 엔진을 작동하는 방법.
청구항 19에 있어서, 피스톤 레버-링크-바아, 받침점-링크 바아, 힘-링크 바아 및 로커-링크 바아를 포함하는 4절 링크 기구를 포함하는 판토그래프 장치를 작동시키는 단계를 더 포함하는 것인 가변-행정 왕복 내연 엔진을 작동하는 방법.