KR20230128124A - 전-행정-가변형 내연기관 - Google Patents
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Abstract
비대칭적 왕복 운동을 위해서 엔진 실린더 내에 슬라이딩 가능하게 배치되는 피스톤; 주 크랭크샤프트; 및 반속(half-speed) 크랭크샤프트를 포함할 수 있는 전-행정-가변형 내연기관으로서, 주 크랭크샤프트와 반속 크랭크샤프트는, 주 크랭크샤프트의 1/2 속도로 반속 크랭크샤프트가 회전하도록 동작 가능하게 결합되며, 반속 크랭크샤프트가 주 크랭크샤프트의 1/2 속도로 회전하면 피스톤의 비대칭적 왕복 운동이 발생하고, 그에 따라 전-행정-가변형 내연기관의 전체 사이클의 4개의 개별 행정들에 걸쳐 독립적으로 가변되는 행정 길이를 생성한다.
Description
본원에 개시된 청구대상은 일반적으로 내연기관, 보다 구체적으로는 4행정 전-행정-가변형 내연기관(four-stroke all-stroke-variable internal combustion engine)에 관한 것이다.
자동차, 철도, 해양, 또는 기타 여러 산업 분야 등에서 내연기관이 널리 사용되고 있다. 자동차 및/또는 이와 유사한 분야에서는, 예를 들어, 흡기, 압축, 연소 및/또는 팽창, 및/또는 배기를 포함하는 4행정 또는 4사이클을 가진, 4행정 및/또는 4사이클 내연기관이 사용될 수 있다. 가솔린 엔진 대신에 또는 이에 부가하여, 연료를 연소 챔버 내로 직접 분사하는 디젤 엔진이 사용될 수 있고, 여기에서 연료는 연소 챔버 내의 공기 압축으로 인한 열에 의해서 점화된다.
향상된 성능, 출력, 낮은 옥탄가 연료로 동작할 수 있는 능력, 더 높은 연료 효율, 이동 부품의 감소 등을 제공하는 개선된 내연기관이 필요하다. 그러한 향상된 성능은 적어도 부분적으로, 소음, 진동, 및/또는 불쾌감(HVC)의 감소를 기초로 측정될 수도 있다.
비대칭적 왕복 운동을 위해서 엔진 실린더 내에 슬라이딩 가능하게 배치되는 피스톤; 주 크랭크샤프트; 및 반속(half-speed) 크랭크샤프트를 포함하는 전-행정-가변형 내연기관으로서, 주 크랭크샤프트와 반속 크랭크샤프트는, 주 크랭크샤프트의 1/2 속도로 반속 크랭크샤프트가 회전하도록 동작 가능하게 결합되며, 반속 크랭크샤프트가 주 크랭크샤프트의 1/2 속도로 회전하면 피스톤의 비대칭적 왕복 운동이 발생하고, 그에 따라 전-행정-가변형 내연기관의 전체 사이클의 4개의 개별 행정들에 걸쳐 독립적으로 가변되는 행정 길이를 생성한다.
개시된 장치, 시스템, 및 방법의 개시된 특징, 기능, 및 장점은 본 개시 내용의 여러 실시형태에서 독립적으로 달성될 수 있거나, 또 다른 실시형태에서 조합될 수도 있으며, 보다 상세한 내용은 이하의 설명 및 도면을 참조하여 알 수 있다.
도 1a 내지 도 1c는 본 개시 내용에 따른, 거리 및 각도를 포함하는, 예시적인 전-행정-가변형 내연기관의 개략도를 제공한다.
도 2는 본 개시 내용에 따른, 예시적인 일반 형상 그래프를 도시한다.
도 3은 본 개시 내용에 따른 전-행정-가변형 내연기관의 매개변수를 결정하기 위한 예시적인 프로세스의 개략도이다.
도 4a 내지 도 4f는 본 개시 내용에 따른, 예시적인 전-행정-가변형 내연기관의 여러 양태를 도시한다.
도 5a 내지 도 5i는 본 개시 내용에 따른, 피스톤의 상단부의 위치 및/또는 주 크랭크샤프트의 각도 위치의 측정 사이의 관계를 그래프로 도시한다.
도 6a 내지 도 6e는 본 개시 내용에 따른, 예시적인 로드 구동부(rod drive) 및 캠샤프트를 도시한다.
도 7은 본 개시 내용에 따른, 예시적인 밸브 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 8은 본 개시 내용에 따른, 예시적인 밸브 시스템의 개략적 정면도이다.
도 9는 본 개시 내용에 따른, 예시적인 밸브 시스템의 개략적 정면도이다.
도 10은 본 개시 내용에 따른, 예시적인 밸브 시스템의 예시적인 캠 메커니즘의 개략적 정면도이다.
도 11a 내지 도 11d는 본 개시 내용에 따른, 예시적인 밸브 시스템을 위한 예시적인 냉각제 통로의 개략도를 도시한다.
도 12a 및 도 12b는 본 개시 내용에 따른, 예시적인 전-행정-가변형 내연기관의 개략도이다.
도 13은 본 개시 내용에 따른, 예시적인 스로틀-앳-밸브 흡기 시스템(throttle-at-valve intake system)의 개략도이다.
도 14는, 스로틀 슬라이드를 완전 개방 위치에서 도시하는, 도 13의 스로틀-앳-밸브 흡기 시스템의 개략도이다.
도 15는 본 개시 내용에 따른, 다른 예시적인 스로틀-앳-밸브 흡기 시스템의 개략도이다.
도 16은, 스로틀 슬라이드를 완전 개방 위치에서 도시하는, 도 15의 스로틀-앳-밸브 흡기 시스템의 개략도이다.
도면은 반드시 실제 축척으로 작성된 것은 아니며, 일부 양태의 치수가 다른 양태에 비해서 과장될 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 청구된 청구대상의 범위를 벗어나지 않으면서, 구조적 및/또는 다른 변경이 이루어질 수 있다.
도 2는 본 개시 내용에 따른, 예시적인 일반 형상 그래프를 도시한다.
도 3은 본 개시 내용에 따른 전-행정-가변형 내연기관의 매개변수를 결정하기 위한 예시적인 프로세스의 개략도이다.
도 4a 내지 도 4f는 본 개시 내용에 따른, 예시적인 전-행정-가변형 내연기관의 여러 양태를 도시한다.
도 5a 내지 도 5i는 본 개시 내용에 따른, 피스톤의 상단부의 위치 및/또는 주 크랭크샤프트의 각도 위치의 측정 사이의 관계를 그래프로 도시한다.
도 6a 내지 도 6e는 본 개시 내용에 따른, 예시적인 로드 구동부(rod drive) 및 캠샤프트를 도시한다.
도 7은 본 개시 내용에 따른, 예시적인 밸브 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 8은 본 개시 내용에 따른, 예시적인 밸브 시스템의 개략적 정면도이다.
도 9는 본 개시 내용에 따른, 예시적인 밸브 시스템의 개략적 정면도이다.
도 10은 본 개시 내용에 따른, 예시적인 밸브 시스템의 예시적인 캠 메커니즘의 개략적 정면도이다.
도 11a 내지 도 11d는 본 개시 내용에 따른, 예시적인 밸브 시스템을 위한 예시적인 냉각제 통로의 개략도를 도시한다.
도 12a 및 도 12b는 본 개시 내용에 따른, 예시적인 전-행정-가변형 내연기관의 개략도이다.
도 13은 본 개시 내용에 따른, 예시적인 스로틀-앳-밸브 흡기 시스템(throttle-at-valve intake system)의 개략도이다.
도 14는, 스로틀 슬라이드를 완전 개방 위치에서 도시하는, 도 13의 스로틀-앳-밸브 흡기 시스템의 개략도이다.
도 15는 본 개시 내용에 따른, 다른 예시적인 스로틀-앳-밸브 흡기 시스템의 개략도이다.
도 16은, 스로틀 슬라이드를 완전 개방 위치에서 도시하는, 도 15의 스로틀-앳-밸브 흡기 시스템의 개략도이다.
도면은 반드시 실제 축척으로 작성된 것은 아니며, 일부 양태의 치수가 다른 양태에 비해서 과장될 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 청구된 청구대상의 범위를 벗어나지 않으면서, 구조적 및/또는 다른 변경이 이루어질 수 있다.
하나 이상의 예시적인 실시형태에 따라, 전-행정-가변형 내연기관이 제공된다. 본원에 사용되는 바와 같이, "전-행정-가변형 내연기관"은 개별적인 행정이 가변적인 4행정 내연기관을 지칭한다. 예를 들어, 이하에서 더 구체적으로 설명되는 바와 같이, 전-행정-가변형 내연기관의 4 행정의 개별적인 행정들은, 하나 이상의 성능 특성 및/또는 양태 등을 통해서, 예시된 바와 같은 개선된 성능을 갖는 내연기관을 구현 및/또는 달성하도록 선택 및/또는 설정 및/또는 달리 구성될 수 있다.
일 예로서, 등척-등시적 엔진(isometric-isochronal engine)과 같은 특정 4행정 내연기관에서, 4개의 행정 모두는 일반적으로 동일한 길이를 갖고/갖거나 동일한 TDC 및/또는 BDC를 갖는다. 결과적으로, 일부 경우에, 흡기 행정은, 예를 들어, 덜 적합한 및/또는 덜 바람직한 행정 길이, 그리고 그에 따라 덜 적합한/적합하거나 덜 바람직한 효율을 가질 수 있다. 그러나, 흡기 행정이 실린더 내에서 더 높은 곳으로부터 개시되거나 시작되는 경우, 적어도 부분적으로, TDC에서의 상대적으로 더 작은 실린더 체적이 흡기 시스템 및/또는 실린더에 걸친 더 큰/크거나 더 빠른 압력차를 유발하는 것으로 인해서, 흡기 행정이 보다 효율적 및/또는 보다 효과적이 될 수 있다. 때때로, 4개의 행정 모두가 실질적으로 동일한 길이를 갖는 4행정 내연기관에서, 압축 행정은 공기를 덜 압축할 수 있는데, 이는, 예를 들어, 디젤 엔진과 같이 스로틀이 없는 내연기관 또는 스로틀이 넓게 개방된 가스 엔진 등의 경우에 더 길고/길거나 더 효율적 및/또는 효과적인 행정이 가질 수 있는 공기를, 흡기 행정이 제공하지 못할 수 있기 때문이다. 또한, 모든 행정이 동일한 길이를 갖는 4행정 내연기관의 팽창 행정이 충분히 길지 못해서 팽창 프로세스가 모든 또는 거의 모든 연소 에너지를 기계 에너지로 변환하지 못할 수 있고, 그에 따라 변환 프로세스가 완료되기 전에 배기 밸브가 개방될 수 있는 것으로 인해서 연소 에너지의 상당한 부분이 기계적 에너지로 변환되지 못하고 남겨질 수 있다. 때때로, 이는, 예를 들어, 팽창 가스의 상당한 부분이 기계적 파워 및/또는 에너지로 변환될 수 있기 전에 배기 시스템을 빠져나가게 할 수 있다. 또한, 4개의 행정 모두가 동일한 길이를 갖는 4행정 내연기관의 배기 행정은, 배기-흡기 TDC가 실린더 설계 및/또는 전체적인 밸브 설계에 의해서 허용되는 것만큼 실린더 상단부에 가능한 한 근접하는 구현예에서 배출할 수 있는 것만큼 고온 배기 가스를 배출하지 못할 수 있다. 따라서, 표시된 바와 같이, 흡기 공기는, 예를 들어 팽창 사이클의 시작 전에서와 같이, 고온 배기 가스로 불필요하게 오염될 수 있는데, 이는 배기 행정이 가능한 모든 배기 가스를 배출하지 못할 수 있기 때문이다. 흡기 공기가 배기 가스로 오염되는 정도는 예를 들어, 제어되는 내연기관 기능, 예를 들어 넓은 범위의 가변적인 동작 매개변수를 수용하기 위한 점화 타이밍 및/또는 연료-대-공기 비율을 포함할 수 있는, 출력 및/또는 내연기관 속도에 따라 달라질 수 있고, 이는 이어서 내연기관 기능이 덜 이상적으로 제어되는 결과를 초래할 수 있다. 때때로, 연소 공기와 혼합된 과다 잔류 배기 가스는 또한 예를 들어 팽창 행정을 위해서 달리 이용될 수 있는 청정 공기를 대체할 수 있다. 일부 경우에, 이러한 및/또는 이와 유사한 문제(예를 들어, 비효율성, 과잉 등)는, 주어진 양의 에너지를 생성하기 위해서 비교적 더 많은 공기 및/또는 연료를 취할 수 있는/있거나 이용할 수 있는 비교적 더 큰 설치 면적의 내연기관을 초래할 수 있다.
때때로, 이러한 또는 이와 유사한 문제를 해결하기 위해서, 예를 들어 성능 개선을 위한 목적으로, 부분적-행정-가변형 내연기관이 예를 들어 전체적 또는 부분적으로 활용될 수 있다. 이러한 맥락에서, "부분적-행정-가변형 내연기관"은, BDC가 팽창-배기를 위한 특정 위치를 가지는/가지거나 BDC가 흡기-압축을 위한 다른 위치를 가지는 4행정 내연기관을 지칭한다. 실시형태에서, 부분적-행정-가변형 내연기관을 위한 TDC는 배기-흡기 및/또는 압축-팽창에서 동일할 수 있다. 따라서, 부분적-행정-가변형 내연기관의 특정 구현예에서, 흡기 행정 및/또는 압축 행정은 서로 실질적으로 동일할 수 있다. 또한, 특정 구현예에서, 팽창 행정 및/또는 배기 행정이 서로 실질적으로 동일할 수 있고/있거나 흡기 행정 및/또는 압축 행정과 상이할 수 있다. 때때로, 팽창-배기 BDC의 이동은, 예를 들어, 모두가 동일한 길이의 4행정을 갖는/갖거나 동일한 상응 위치 내의 TDC 및/또는 BDC를 갖는 4행정 내연기관에 비해서, 기계적 에너지로 변환되는 연소 에너지의 부분을 개선하거나 그에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 흡기 행정이 실린더 내에 더 높은 곳에서 시작할 때, 적어도 부분적으로, 배기-흡기 TDC에서의 실린더의 감소된 부피가 흡기 행정 중에 흡기 시스템에 걸친 더 큰/크거나 더 빠른 압력차를 유발하는 것으로 인해서/인하거나 흡기 행정이 증가된 체적을 가지게 하는 것으로 인해서, 흡기 행정이 보다 효율적 및/또는 보다 효과적이 될 수 있다.
그러나, 일부 경우에, 부분적-행정-가변형 내연기관은, 본원에 설명된 것과 같은 전-행정-가변형 내연기관보다 공기를 덜 압축할 수 있고/있거나 덜 효율적 및/또는 덜 효과적일 수 있다. 따라서, 구현예에 따라, 전-행정-가변형 내연기관은, 예를 들어, 배기-흡기 TDC, 흡기-압축 BDC, 압축-팽창 TDC, 및/또는 팽창-배기 BDC가 각각 선택적으로 및/또는 적절히 위치되고/위치되거나 재배치되어 엔진의 특정 성능 및/또는 출력을 달성하도록 적절한 설계 유연성을 제공할 수 있다. 따라서, 또한 도시된 바와 같이, 예를 들어 엔진의 특정의 가능한 한 최적의 또는 최적에 더 가까운 성능 및/또는 출력을 달성하기 위해서, 전-행정-가변형 내연기관의 모든 행정은 독립적으로 변경될 수 있고, 그에 따라 모든 TDC 및/또는 모든 BDC가 또한 독립적으로 변경될 수 있다. 따라서, 일부 경우에, 전-행정-가변형 내연기관은, 예를 들어, 내연기관의 의도된 연료 및/또는 의도된 사용을 위한 4행정 비율의 최적의 또는 달리 적합하게 맞춰진 조합을 유리하게 수용할 수 있다. 때때로, 전-행정-가변형 내연기관은, 본원에 설명된 바와 같이, 예를 들어 설계 유연성 등을 위해서, 4개 행정의 각각의 미리 결정된 희망하는 또는 적합한 길이를 갖도록 또한 구현될 수 있다. 따라서, 일부 경우에, 전-행정-가변형 내연기관은, 예를 들어, 의도된 연료 및/또는 엔진 적용을 수용하기 위해서, 미리 결정된 압축비를 달성할 수 있다.
따라서, 이하에서 더 구체적으로 설명되는 바와 같이, 특정 예시적 실시형태에 따라, 예를 들어, 전-행정-가변형 내연기관의 실린더의 보어의 상단부의 위치는, 예를 들어 압축 행정 길이 및/또는 TDC 및/또는 BDC의 위치가 결정되거나 달리 식별된 후에, 결정되거나 달리 식별될 수 있다. 이하에서 또한 설명되는 바와 같이, 미리 결정된 압축비, 하단 압축 행정의 위치, 및/또는 압축 행정의 상단부의 위치는, 예를 들어, 적어도 부분적으로, 전-행정-가변형 내연기관의 실린더의 보어의 상단부의 위치를 계산 또는 결정하기 위해서 이용될 수 있다. 또한 도시된 바와 같이, 미리 결정된 팽창비는, 예를 들어, 의도된 연료를 수용하고/수용하거나 전-행정-가변형 내연기관의 배기 밸브가 개방되기 전에 연소 에너지를 기계적 에너지로 보다 완전하게 변환하기 위해서, 전체적 또는 부분적으로, 선택되거나 달리 이용될 수 있다. 본원에 사용된 바와 같은 "팽창비"는 팽창 행정 중의 내연기관의 실린더의 가장 작은 용량 대 가장 큰 용량의 체적비를 지칭한다. 예를 들어, 팽창비는, 피스톤이 압축-팽창 TDC에 있을 때, 팽창 행정의 스윕 체적(swept volume)을 실린더의 체적으로 나눔으로써 계산될 수 있다.
전술한 바와 같이, 더 효율적 및/또는 더 효과적인 배기비(exhaust ratio)는 예를 들어 배기 가스를 더 완전하게 방출할 수 있다. 이러한 맥락에서, "배기비"는, 피스톤이 배기-흡기 TDC에 있을 때, 실린더의 체적으로 나눈 배기 행정의 스윕 체적을 지칭한다. 여기에서, 피스톤은 예를 들어 적절하게 및/또는 희망에 따라 엔진 실린더의 상단부 부근까지 상승될 수 있다. 그러나, 일부 경우에, 배기 행정에 의해서 방출되는 배기 가스의 부분이, 예를 들어, 실린더 설계, 밸브 설계, 및/또는 밸브 타이밍에 의해서 제한될 수 있다는 것에 주목하여야 한다. 일부 경우에, 미리 결정된 배기비의 사용은, 예를 들어, 다양한 실린더 설계 및/또는 밸브 설계의 장점을 취할 수 있게 하고, 이는 배기 행정의 제한을 갖는 현재의 설계를 개선할 수 있다. 예를 들어 비교적 무한대에 가까울 수 있는 배기비가 선택되거나 달리 이용될 수 있고, 이는 100%에 가까운 또는 배기 가스의 동역학이 허용할 수 있는 가능한 한 많은 배기 가스의 부분이 방출되게 할 수 있다. 그러나, 일부 구현예에서, 내연기관의 설계자가 실린더 내에서 특정 양의 배기 가스를 유지하도록 선택할 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 비교적 무한대에 가까운 배기비를 갖는 일부 구현예에서, 흡기비 또한 비교적 무한대에 가까울 수 있다. 물론, 청구된 청구대상의 범위가 이러한 관점에 제한되는 것은 아니다.
또한 도시된 바와 같이, 일부 경우에, 예를 들어 전-행정-가변형 내연기관은, 예를 들어, 흡기 행정의 시작에서의 비교적 작은 실린더 체적의 결과로서, 흡기 행정의 개선된 효율 및/또는 효과를 제공할 수 있다. 즉, 예를 들어, 흡기 행정의 시작에서의 비교적 작은 실린더 체적에 의해서, 실린더 및/또는 흡기 통로 사이의 압력차가 비교적 빨리 축적될 수 있다. 또한, 압축-팽창 TDC보다 높은 배기-흡기 TDC에서, 예를 들어, 흡기 행정이 그에 상응하게 더 길 수 있고, 이는 때때로 부가적인 공기가 (예를 들어 스로틀 없는, 스로틀이 넓게 개방되는 등의) 내연기관의 실린더에 진입하는 결과를 초래할 수 있다. 따라서, 때때로, 전-행정-가변형 내연기관의 더 긴/길거나 더 효율적 및/또는 더 효과적인 흡기 행정은, 예를 들어 전체 벌크 또는 설치 면적을 증가시키지 않으면서, 예를 들어 내연기관의 변위를 더 효율적 및/또는 더 효과적으로 증가시킬 수 있거나 달리 변경할 수 있다.
또한 전술한 바와 같이, 일부 경우에, 전-행정-가변형 내연기관의 더 긴 흡기 행정의 많은 장점이, 예를 들어, 스로틀을 이용하지 않는 내연기관에 의해서 실현될 수 있다. 전술한 바와 같이, 전-행정-가변형 내연기관은, 예를 들어, 부분적-행정-가변형 내연기관보다 더 많은 배기 가스를 방출할 수 있고, 그에 따라 예를 들어 흡기 공기의 불필요한 오염 및/또는 변위 등을 방지하거나 감소시킬 수 있다. 그러나, 부분적-행정-가변형 내연기관의 배기 행정은, 실린더의 상단부에 더 가까운 배기-흡기 TDC를 갖는 전-행정-가변형 내연기관에 비해서, 바람직한/바람직하거나 이상적인 것에 더 근접하지 못할 수 있다. 따라서, 부분적-행정-가변형 내연기관에서, 예를 들어, 흡기 공기는 팽창 사이클이 시작하기 전에, 전-행정-가변형 내연기관에서보다, 더 많은 고온 배기 가스로 오염될 수 있다. 흡기 공기의 배기 가스 오염의 정도는 내연기관 속도, 부하, 스로틀 설정, 및/또는 엔진 기능에 영향을 미칠 수 있는 하나 이상의 다른 변수에 따라 달라질 수 있다. 하나 이상의 제어된 내연기관 기능, 예를 들어 점화 타이밍 및/또는 연료 혼합이 예를 들어 식별된 변동 및/또는 미식별 변동을 수용할 수 있다. 전-행정-가변형 내연기관에서, 배기 가스로 인한 흡기 공기의 오염의 감소는 예를 들어 연소 변동의 원인을 감소시킬 수 있고, 이어서, 예를 들어, 점화 타이밍 및/또는 연료 혼합과 같은 특정 엔진 기능이 바람직한 것에 더 근접하게 할 수 있다.
구현예에 따라, 일부 경우에, 부분적-행정-가변형 내연기관에서, 연소 공기와 혼합된 과다 소비 배기 가스는, 예를 들어, 팽창 행정을 위해서 달리 이용될 수 있는 청정 공기를 변위시킬 수 있다. 그에 따라, 전-행정-가변형 내연기관에서보다 더 많은 연료로부터 주어진 양의 파워를 생성하기 위해서, 부분적-행정-가변형 내연기관은 더 큰 엔진 설치 면적을 가질 수 있다. 때때로, 전-행정-가변형 내연기관은 또한, 예를 들어, 부분적-행정-가변형 내연기관에 비해서 흡기비를 개선할 수 있다. 본원에 사용된 바와 같은 "흡기비"는 피스톤이 배기-흡기 TDC에 있을 때의 실린더의 체적을 흡기 행정의 스윕 체적으로 나눈 것을 지칭한다. 따라서, 일부 경우에, 전-행정-가변형 내연기관은, 예를 들어, 전-행정-가변형 내연기관의 의도된 연료 및/또는 적용에 보다 적합하게 맞춰질 수 있는, 4행정비(예를 들어, 압축, 팽창, 배기, 및/또는 흡기)의 조합을 유리하게 이용할 수 있다.
예를 들어, 언급된 다양한 예시적인 구현예를 포함하는, 본원에 설명된 실시형태는 전-행정-가변형 내연기관을 포함할 수 있다. 전-행정-가변형 내연기관은 엔진 실린더, 비대칭적 왕복 운동을 위해서 엔진 실린더 내에 슬라이딩 가능하게 배치되는 피스톤, 근위 단부에서 피스톤에 피벗 가능하게 연결되는, 근위 단부 및/또는 원위 단부를 갖는 피스톤 로드, 원위 단부에서 피스톤 로드에 피벗 가능하게 연결되고/연결되거나 대향 단부에서 주 크랭크샤프트에 회전 가능하게 연결되는 주 크랭크샤프트 로드, 및 원위 단부에서 피스톤 로드에 피벗 가능하게 연결되고/연결되거나 대향 단부에서 반속 크랭크샤프트에 회전 가능하게 연결되는 반속 사이클링 로드를 포함할 수 있다. 반속 사이클링 로드 위치 및/또는 운동 및/또는 반속 크랭크샤프트와 반속 사이클링 로드 사이의 파워 전달을 돕는 데 있어서 유리하고/유리하거나 요구될 때, 로드, 레버, 및/또는 받침대(fulcrum)가 이용될 수 있다. 주 크랭크샤프트 및/또는 반속 크랭크샤프트는, 주 크랭크샤프트의 1/2 속도로 반속 크랭크샤프트의 회전을 위해서 동작 가능하게 결합되도록 평행 축들에 장착될 수 있다. 보조 로드, 레버 및/또는 받침대와 함께, 주 크랭크샤프트 로드 및/또는 반속 사이클링 로드는 피스톤의 왕복 이동 중에 피스톤 로드와 협력하고, 그에 따라 전-행정-가변형 내연기관의 전체 사이클의 4개의 개별 행정들에서 독립적으로 변경될 수 있는 행정 길이를 생성하도록 배열될 수 있다.
도 1a 내지 도 1c는 실시형태(200)를 개략적으로 도시하고, 도 4a 내지 도 4f는 예시적인 전-행정-가변형 내연기관의 실시형태(500)를 개략적으로 도시한다. 용이한 예시 및/또는 설명을 위해서, 도 1a 내지 도 1c 및 도 4a 내지 도 4f에서, 예시적인 전-행정-가변형 내연기관의 여러 부분들이 망상선(crosshatch)으로 도시되어 있다. 또한, 도시된 바와 같이, 도 1a 내지 도 1c에 도시된 실시형태(200)는, 예를 들어 특정 구현예에서 6개의 위치에서, 엔진 구성요소들 사이의 피벗 및/또는 회전 연결부를 포함할 수 있고, 도 4a 내지 도 4f에 도시된 실시형태(500)는, 예를 들어 9개의 위치 등에서, 엔진 구성요소들 사이의 피벗 및/또는 회전 연결부를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 도 1a 내지 도 1c에 도시된 바와 같은 실시형태(200)의 구현예에서, 피스톤(205)은 왕복 운동을 위해서 실린더 내에 슬라이딩 가능하게 배치될 수 있다. 마찬가지로, 도 4a 내지 도 4f에 도시된 바와 같은 실시형태(500)의 구현예에서, 피스톤(505)은 왕복 운동을 위해서 실린더 내에 슬라이딩 가능하게 배치될 수 있다. 예를 들어, 피스톤(205)은 보어(210) 내에서 왕복 방식으로 이동할 수 있고, 피스톤(505)은 보어(510) 내에서 왕복 방식으로 이동할 수 있다. 또한, 예를 들어, 피스톤(205)의 상단부(215)는 보어(210)의 상단부(220) 및/또는 상단부(220)로부터 특정 거리에 배치된 보어(210) 내의 위치 사이에서 이동할 수 있다. 또한, 예를 들어, 피스톤(505)의 상단부(514)는 보어(510)의 상단부(512) 및/또는 상단부(512)로부터 특정 거리에 배치된 보어(510) 내의 위치 사이에서 이동할 수 있다.
또한, 예시적인 전-행정-가변형 내연기관의 예시적인 실시형태(200 및 500)를 다시 참조하면, 피스톤 로드(225)가, 예를 들어, 연결부(237)에서 또는 그 부근에서 피스톤(205)의 본체를 반속 사이클링 로드(230) 및/또는 주 크랭크샤프트 로드(235)에 피벗 가능하게 연결 또는 커플링시킬 수 있다. 또한, 마찬가지로, 피스톤 로드(516)가, 예를 들어, 연결부(522)에서 또는 그 부근에서 피스톤(505)의 본체를 반속 사이클링 로드(518) 및/또는 주 크랭크샤프트 로드(520)에 피벗 가능하게 연결 또는 커플링시킬 수 있다. 예를 들어, 피스톤 로드(225)는 근위 단부 및/또는 원위 단부를 가질 수 있고/있거나 근위 단부에서 피스톤(205)에 피벗 가능하게 연결될 수 있다. 또한, 예를 들어, 피스톤 로드(516)는 근위 단부 및/또는 원위 단부를 가질 수 있고/있거나 근위 단부에서 피스톤(505)에 피벗 가능하게 연결될 수 있다. 예를 들어, 주 크랭크샤프트 로드(235)는 원위 단부에서 피스톤 로드(225)에 피벗 가능하게 연결될 수 있고/있거나 대향 단부에서 주 크랭크샤프트(245) 크랭크 핀(247)에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 또한, 예를 들어, 주 크랭크샤프트 로드(520)는 원위 단부에서 피스톤 로드(516)에 피벗 가능하게 연결될 수 있고/있거나 대향 단부에서 주 크랭크샤프트 핀(570)에서 주 크랭크샤프트(540)에 회전 가능하게 연결될 수 있다.
또한, 예시적인 전-행정-가변형 내연기관의 예시적인 실시형태(200 및 500)를 다시 참조하면, 반속 사이클링 로드(230)는 예를 들어 반속 크랭크샤프트 크랭크핀(242)에서 반속 크랭크샤프트(240)에 피벗 가능하게 연결 또는 커플링될 수 있다. 반속 사이클링 로드(230)에 대한 반속 크랭크샤프트 크랭크 핀 연결부(242)에서의 회전 운동을 특정 방식으로 적어도 부분적으로 연결부(237)에서의 희망하는 규칙적 및/또는 불규칙적인 궤도 및/또는 진동 및/또는 왕복 사이클 운동으로 변경 및/또는 변환하도록, 반속 크랭크샤프트(240)는 주 크랭크샤프트의 각도 위치에 맞춰 적절하게 배치될 수 있고/있거나 적절하게 타이밍될 수 있고/있거나 동기화될 수 있다. 당업자는, 적어도 부분적으로 본원에 제공된 설명으로, 실시형태(200)의 주 크랭크샤프트(245)에 대한 반속 크랭크샤프트의 위치, 크기 및 타이밍 및/또는 동기화의 중요성을 인지할 수 있을 것이다. 또한, 반속 크랭크샤프트를 희망에 따라 위치시키기 위해서, 아이들러 기어, 로드 구동부, 및/또는 다른 회전 파워 전달 디바이스가 이용될 수 있고/있거나 유리하게 채택될 수 있다는 것을 인지할 수 있을 것이다. 연결부(237)의 규칙적 및/또는 불규칙적인 궤도 및/또는 진동 및/또는 왕복 사이클 운동이 주 크랭크샤프트(245) 속도(rate)의 1/2 속도로 사이클링될 수 있다. 예를 들어, 연결부(237)는 주 크랭크샤프트(245)의 2번의 회전마다 하나의 완전한 궤도 및/또는 진동 및/또는 왕복 사이클을 거칠 것이다.
계속해서, 반속 사이클링 로드(230)는 원위 단부에서 또는 그 부근에서 피스톤 로드(225)에 피벗 가능하게 연결될 수 있고/있거나 대향 단부에서 반속 크랭크샤프트(240)에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 크랭크샤프트(240 및 245)의 서로 간의 연결, 구동, 및/또는 타이밍을 위해서 사용되는 주 크랭크샤프트(240) 및 모든 회전 파워 전달 디바이스는, 예를 들어, 전-행정-가변형 내연기관에서 피스톤의 비대칭적 왕복 운동을 적어도 부분적으로 생성하기 위한 회전, 배치 및 타이밍을 위해 동작 가능하게 결합되도록 평행 축들 상에 장착될 수 있다. 계속해서, 회전 운동을 반속 사이클링 로드(230)에서의 왕복, 궤도, 및/또는 진동 운동으로 변경할 수 있고 회전 파워 전달 디바이스를 이용하여, 적어도 부분적으로, 반속 크랭크샤프트 및 반속 동기화의 중요성을 인지할 수 있을 것이다. 또한, 반속 크랭크샤프트를 희망에 따라 위치시키기 위해서, 아이들러 기어, 로드 구동부, 및/또는 다른 회전 파워 전달 디바이스가 이용될 수 있고/있거나 유리하게 채택될 수 있다는 것을 인지할 수 있을 것이다. 연결부(237)의 규칙적 및/또는 불규칙적인 궤도 및/또는 진동 및/또는 왕복 사이클 운동이 주 크랭크샤프트(245) 속도(rate)의 1/2 속도로 사이클링될 수 있다. 예를 들어, 연결부(237)는 주 크랭크샤프트(245)의 2번의 회전마다 하나의 완전한 궤도 및/또는 진동 및/또는 왕복 사이클을 거칠 것이다.
계속해서, 반속 사이클링 로드(230)는 원위 단부에서 또는 그 부근에서 피스톤 로드(225)에 피벗 가능하게 연결될 수 있고/있거나 대향 단부에서 반속 크랭크샤프트(240)에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 크랭크샤프트(240 및 245)의 서로 간의 연결, 구동, 및/또는 타이밍을 위해서 사용되는 주 크랭크샤프트(240) 및 모든 회전 파워 전달 디바이스는, 예를 들어, 전-행정-가변형 내연기관에서 피스톤의 비대칭적 왕복 운동을 적어도 부분적으로 생성하기 위한 회전, 배치 및 타이밍을 위해 동작 가능하게 결합되도록 평행 축들 상에 장착될 수 있다. 계속해서, 회전 운동을 반속 사이클링 로드(230)에서의 왕복, 궤도, 및/또는 진동 운동으로 변경할 수 있고 회전 파워 전달 디바이스를 이용하여, 적어도 부분적으로, 반속 크랭크샤프트 및 반속 사이클링 로드 등을 구동, 배치, 및 타이밍시킬 수 있는 도 1a 내지 도 1c에 도시된 실시형태(200)와 유사하게, 도 4a 내지 도 4f에 도시된 실시형태(500)는 비교적 근접하여 위치된 반속 크랭크샤프트(535)를 가질 수 있고, 일부 경우에, 예시적인 반속 크랭크샤프트(240)가 주 크랭크샤프트(245)의 1/2 속도로 회전될 때 반속 크랭크샤프트(532)가 주 크랭크샤프트(540)의 1/2 속도로 회전하도록, 기어 트레인 및/또는 일부 회전 파워 전달 디바이스에 의해서 직접적으로 연결될 수 있다. 도 1a 내지 도 1c에 도시된 예시적인 실시형태(200)에서와 같이, 도 4a 내지 도 4f에 도시된 실시형태(500)의 반속 크랭크샤프트(532)는 반속 크랭크샤프트(532)의 회전 운동을 예를 들어 로드(530)에서의 왕복, 궤도 및/또는 진동 운동으로 변경 또는 변환하는 기능을 제공할 수 있다.
일부 상황 및/또는 구현예에서, 예를 들어 반속 크랭크샤프트(532)가 해당 목적을 위해서 배치되지 않을 수 있음에 따라, 로드(530)의 왕복, 궤도 및/또는 진동 운동이 위치 및/또는 방향의 요건을 만족시키지 못할 수 있다. 일부 상황 및/또는 구현예에서, 반속 크랭크샤프트(532)는, 단지 몇몇 예로서, 작은 또는 감소된 소음, 진동 및/또는 불쾌감, 비용 및/또는 크기와 같은 목적을 위해서 위치되었을 수 있다. 특정 구현예에서, 반속 크랭크샤프트(532)의 주 기능은, 적어도 부분적으로, 주 크랭크샤프트(540)의 1/2 속도로 회전되는 것 그리고, 적어도 부분적으로, 회전 운동을 로드(530)의 왕복 및/또는 궤도 및/또는 진동 운동으로 변경하기 위한 수단을 제공하는 것일 수 있다.
또한 예로서 계속하면, 왕복 및/또는 궤도 및/또는 진동 운동을 하는 로드(530)가 상기 운동의 수용 가능한 위치 방향 및/또는 크기를 가지지 못할 수 있다. 그에 따라, 예를 들어, 도 4a 내지 도 4f는, 로드(530)의 운동을, 적어도 부분적으로, 수용 가능한 위치, 방향 및 크기를 가질 수 있는 왕복, 궤도 및/또는 진동 운동으로 변경할 수 있는 부가적인 레버(들)(525) 및/또는 받침대(들)(555)을 도시한다. 따라서, 도시된 예들 및/또는 도시되지 않은 변형예들 중에서, 반속 크랭크샤프트(532), 로드(530), 레버(525), 받침대(555)의 조합은, 적어도 부분적으로, 반속 사이클링 로드(518)의 희망하는 왕복, 궤도 및/또는 진동 운동을 제공한다. 도 1a 내지 도 1c에 도시된 예시적인 실시형태(200)는 주 크랭크샤프트(245)로부터의 반속 구동부에 의해서 구동되는 반속 크랭크샤프트(240)의 이용으로 유사한 방식으로 수행할 수 있고(용이한 설명을 위해서 다양한 예시적 구동 메커니즘은 도시하지 않음), 반속 크랭크샤프트는, 회전 파워 전달 디바이스에 의해/의하거나 회전 파워 전달 디바이스를 위해서 요구되는 용도에 따라/따르거나 이러한 용도를 위해서 바람직하게 및/또는 유리하게 배치된다. 또한, 추가적인 설명으로, 적어도 일부 구현예에서 유리한 또는 심지어 필수적일 수 있는, 주 크랭크샤프트(245 및/또는 540)와 반속 사이클링 로드(230 및/또는 518) 사이의 구동 메커니즘의 양태는 다음과 같을 수 있다: 예를 들어, 주 크랭크샤프트의 1/2 속도로 회전하는 회전 운동을 제공하는 것; 적어도 부분적으로, 주 크랭크샤프트의 각도 위치에 대한 반속 사이클링 로드의 타이밍 및/또는 동기화를 제공하는 것; 적어도 부분적으로, 반속 사이클링 로드의 위치를 제공하는 것; 적어도 부분적으로, 반속 사이클링 로드 운동의 크기를 제공하는 것; 적어도 부분적으로, 반속 사이클링 로드 운동의 방향을 제공하는 것; 및/또는 적어도 부분적으로, 효과적인 유형의 왕복, 궤도 및/또는 진동 운동의 반속 사이클링 로드에 운동을 제공하는 것. 전술한 목록은, 다른 가능한 양태들 중에서, 전-행정-가변형 내연기관의 여러 구현예의 바람직한 및/또는 유리한 비대칭적 피스톤 행정을 생성하기 위해서 이용될 수 있는 일부 양태를 포함할 수 있다. 당업자가, 적어도 부분적으로 본원에 포함된 개시 내용을 기초로, 본원에 개시된 예시적인 실시형태의 여러 다양한 예시적인 구현예를 고안할 수 있다는 것에 주목하여야 한다. 개시된 실시형태에 따른/따르거나 청구된 청구대상에 따른 가능한 구현예의 변형이 또한 너무 많아서 본원에서 구체적으로 설명할 수 없고/없거나 나열할 수 없을 것이다. 청구된 청구대상의 범위는, 예를 들어, 앞서 나열한 하나 이상의 양태를 포함하는 구현예를 포함하여, 본원에 개시된 예시적인 실시형태를 기초로 하는 구현예의 임의의 및/또는 모든 변형을 포함할 수 있다.
언급된 바와 같이, 그리고 여러 도면에 도시된 바와 같이, 다양한 구동 메커니즘이 도 1a 내지 도 1c 및 도 12a 및 도 12b의 주 크랭크샤프트(245) 및/또는 도 4a 내지 도 4f의 주 크랭크샤프트(540)와 같은 주 크랭크샤프트와, 도 1a 내지 도 1c 및 도 12a 및 도 12b의 반속 사이클링 로드(230) 및/또는 도 4a 내지 도 4f의 반속 사이클링 로드(518)와 같은 반속 사이클링 로드 사이에서 동작할 수 있다. 예를 들어, (이하에서 더 구체적으로 설명되는) 도 12a에 도시된 바와 같이, 메커니즘(1810) 및 반속 크랭크샤프트(240)는 주 크랭크샤프트(245)와 반속 사이클링 로드(230) 사이에 커플링된다. 이러한 특정 예에서, 메커니즘(1810) 및 반속 크랭크샤프트(240)는 "구동 메커니즘"으로 집합적으로 지칭될 수 있다. 주 크랭크샤프트와 반속 사이클링 로드 사이에 커플링된 다른 예시적 구동 메커니즘이 도 1a 내지 도 1c 및 도 4a 내지 도 4f에서 확인될 수 있다.
특정 구현예에서, 주 크랭크샤프트(245 및/또는 540)와 같은 주 크랭크샤프트와, 반속 사이클링 로드(230 및/또는 518)와 같은 반속 사이클링 로드 사이에 커플링된 구동 메커니즘은, 반속 사이클링 로드의 (예를 들어, 삼중 연결점(237 및/또는 522) 또는 그 부근에 위치된) 원위 단부를 구동하여 반속 사이클링 로드의 원위 단부의 특정 양태에 영향을 미치도록 동작할 수 있다. 예를 들어, 그러한 구동 메커니즘은 이하에 영향을 미칠 수 있다: (1) 주 크랭크샤프트과 관련된 반속 사이클링 로드 사이클의 원위 단부의 사이클의 속도 및/또는 주파수; (2) 주 크랭크샤프트와 관련된 반속 사이클링 로드 사이클의 원위 단부의 동기화, 조율(coordination), 및/또는 타이밍; (3) 전-행정-가변형 내연기관의 다른 특징부와 관련된 반속 사이클링 로드 사이클의 원위 단부의 위치; (4) 전-행정-가변형 내연기관의 다른 특징부와 관련된 반속 사이클링 로드 사이클의 원위 단부의 이동 방향; 및/또는 (5) 전-행정-가변형 내연기관의 다른 특징부와 관련된 반속 사이클링 로드 사이클의 원위 단부의 이동의 크기. 적어도 부분적으로, 주 크랭크샤프트(245 및/또는 540)와 같은 주 크랭크샤프트와 반속 사이클링 로드(230 및/또는 518)와 같은 반속 사이클링 로드 사이에 커플링된 구동 메커니즘을 통해서 실현된 앞서 나열된 예시적인 영향은, 특정 구현예에서, 적어도 부분적으로, 전-행정-가변형 내연기관의 피스톤의 비대칭적 왕복 운동을 제공한다.
또한, 삼중 연결점(237 및/또는 522)과 같은 삼중 연결점에 대향되는, 반속 사이클링 로드(230 및/또는 518)와 같은 반속 사이클링 로드의 단부가 반속 사이클링 로드의 근위 단부로 지칭될 수 있다. 특정 구현예에서, 반속 사이클링 로드의 근위 단부는, 반속 사이클링 로드의 원위 단부와 관련하여 전술한 것과 같은, 다양한 예시적인 구동 메커니즘에 의해서 조작될 수 있다. 예를 들어, 언급한 바와 같이, 도 12a에 모두 도시된 바와 같이, 주 크랭크샤프트(245) 및 반속 사이클링 로드(230) 사이에 커플링된 메커니즘(1810) 및 반속 크랭크샤프트(240)는 하나의 그러한 예시적인 구동 메커니즘을 포함한다. 예시적인 구동 메커니즘은 반속 사이클링 로드(230 및/또는 518)와 같은 반속 사이클링 로드의 근위 단부를 조작하여, 주 크랭크샤프트(245 및/또는 540)와 같은 주 크랭크샤프트에 대해서 순환(circular), 왕복, 궤도, 및/또는 진동할 수 있는 반속 사이클링 로드의 근위 단부의 운동을 생성할 수 있다. 또한, 예를 들어, 구동 메커니즘은 반속 사이클링 로드의 근위 단부의 운동의 사이클의 주파수, 운동의 위치, 운동의 크기, 및/또는 운동의 동기화 및/또는 조율에 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 특정 구현예에서, 예를 들어, 전술한 것과 같은 구동 메커니즘은, 적어도 부분적으로, 전-행정-가변형 내연기관의 전체 사이클의 4개의 개별 행정들의 상대적인 크기 및/또는 위치를 제공할 수 있다.
추가적으로 설명하면, 도 1a 내지 도 1c에 도시된 예시적인 실시형태(200) 및/또는 도 4a 내지 도 4f에 도시된 예시적인 실시형태(500)에서와 같이, 반속 구동 메커니즘은 회전 운동을, 적어도 부분적으로, 반속 사이클링 로드(230 및/또는 518)에서의 왕복, 궤도 및/또는 진동 운동으로 변경할 수 있다. 반속 사이클링 로드(230) 및/또는 반속 사이클링 로드(518)의 왕복 운동은, 각각, 연결부(237 및/또는 522)에서의 불규칙적인 왕복, 궤도 및/또는 진동 운동으로 변경될 수 있고/있거나, 주 크랭크샤프트(245 및/또는 540) 속도의 1/2 속도로 사이클링할 수 있다. 달리 설명하면, 예를 들어, 연결부(237) 및 연결부(522)는, 각각, 주 크랭크샤프트(245) 및 주 크랭크샤프트(540)의 2번의 회전마다 하나의 완전한 사이클을 달성할 수 있다. 따라서, 여러 버전, 실시형태, 구현예 등을 이용하여, 적어도 부분적으로, 전-행정-가변형 내연기관에 적용될 수 있는 바와 같은 피스톤의 비대칭적 왕복 운동을 생성할 수 있다.
당업자는, 적어도 부분적으로 본원에 제공된 개시 내용을 기초로, 반속 크랭크샤프트(예를 들어, 240 및/또는 532)를 이용하여, 예를 들어, 다양한 내연기관 구성요소 및/또는 크랭크샤프트와 같은 특징부를 기계적으로 구동할 수 있다는 것을 인지할 수 있을 것이다. 또한, 회전 파워 전달 디바이스의 다양한 아이들러가, 예를 들어, 물 펌프, 교류 발전기, 유압 펌프, 및/또는 파워 테이크-오프(power take-off)와 같은 보조 디바이스를 적절한 속도로 구동하기 위한 크기 및/또는 위치를 가질 수 있다.
계속해서, 예시적인 실시형태(200 및/또는 500)와 관련하여 본원에 기재된 수학적 관계를 가질 수 있는, 청구된 청구대상에 따른 예시적인 실시형태의 본질적으로 무한한 가능한 변형예 및/또는 구현예 중 2개의 변형 및/또는 구현예가 있다. 당업자는, 적어도 부분적으로 본원에 제공된 개시 내용을 기초로, 밀고, 당기고, 회전시키고, 교번화하고(alternate), 피벗시키고, 회전시키고, 돌리고, 선회시키고, 휠 운동시키고, 사이클링시키고, 궤도 운동시키고, 순차화하고, 스위칭하고, 회전시키는 등의 1차 시스템, 2차 시스템, 3차 시스템 등을 포함할 수도 있고 포함하지 않을 수도 있는, 도시 또는 설명되지 않은, 예를 들어 기어 섹터, 기어 랙, 슬라이드, 로스트 모션(lost motion), 벨-크랭크, 하나 이상의 구동 샤프트를 갖는 베벨 기어, 레버 및/또는 받침대, 로드의 다양한 상이한 조합 등과 같은 파워 전달 디바이스를 통합하는 변형예 및/또는 구현예가 전-행정-가변형 내연기관에서 이용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 청구된 청구대상에 따른 전-행정-가변형 내연기관은, 청구된 청구대상의 범위로부터 벗어나지 않고도, 본원에 설명된 모든 예시적인 양태, 본원에 설명된 예시적인 양태보다 적은 양태, 또는 본원에 설명된 예시적인 양태보다 여러 양태를 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 예를 들어 예시적인 실시형태(200)에서 설명된 바와 같은, 전-행정-가변형 내연기관을 구현하기 위해서, 구성요소들 사이의 다양한 상이한 거리 및/또는 각도를 선택하여, 내연기관의 특정 사용을 달성하기 위한 배기-흡기 TDC, 흡기-압축 BDC, 압축-팽창 TDC, 및/또는 팽창-배기 BDC를 위한 각각의 위치를 결정할 수 있다. 예를 들어, 후술하는 바와 같이, 예를 들어 주어진 연료에서, 어떠한 거리 및/또는 각도가 전-행정-가변형 내연기관의 더 효율적 및/또는 더 효과적인 동작을 초래하는지를 결정하기 위해서, 구성요소들 사이의 거리 및/또는 각도를 선택할 수 있다.
따라서, 도 1b는 실시형태(200)의 전-행정-가변형 내연기관의 구성요소들 사이의 여러 거리의 예시적인 측정을 개략적으로 도시한다. 다시, 도 1c는 실시형태(200)의 전-행정-가변형 내연기관의 구성요소들 사이의 여러 각도의 예시적인 측정을 개략적으로 도시한다. 구성요소들 사이의 다양한 거리가 도 1b에 표시되어 있고/있거나 각도가 도 1c에 표시되어 있다. 더 구체적으로, 이러한 예에서, H는, 예시적인 데카르트 좌표계를 통해서 상단 우측 사분면에 도시된 것과 같이, 실린더 보어의 상단부 및/또는 수평 기준 평면(267) 사이의 거리를 나타낸다. 수평 기준 평면(267) 및/또는 수직 기준 평면(265)은 예시 및/또는 계산 목적을 위해서 도시된 것이고/이거나, 비-제한적인 예이며, 그에 따라 예를 들어 임의의 다른 적합한 기준 평면, 좌표, 등이 전체적 또는 부분적으로 본원에 사용될 수 있다. 따라서, 일부 경우에, 수평 기준 평면(267) 및/또는 수직 기준 평면(265)은, 예를 들어, 도 2를 참조하여 이하에서 설명하는 바와 같이, 일반 형상 그래프를 생성하기 위한 계산을 용이하게 및/또는 지원하기 위해, 적어도 부분적으로 이용될 수 있다. J는 주어진 각도(A)에서의 피스톤(205)의 상단부(215) 및/또는 수평 기준 평면(267) 사이의 거리를 나타내며, 여기서 각도(A)는 시계방향으로 주 크랭크샤프트(245) 메인 베어링 중심선을 통한 수직선으로부터 주 크랭크샤프트(245) 메인 베어링 사이의 거리 및/또는 각도를 선택할 수 있다.
따라서, 도 1b는 실시형태(200)의 전-행정-가변형 내연기관의 구성요소들 사이의 여러 거리의 예시적인 측정을 개략적으로 도시한다. 다시, 도 1c는 실시형태(200)의 전-행정-가변형 내연기관의 구성요소들 사이의 여러 각도의 예시적인 측정을 개략적으로 도시한다. 구성요소들 사이의 다양한 거리가 도 1b에 표시되어 있고/있거나 각도가 도 1c에 표시되어 있다. 더 구체적으로, 이러한 예에서, H는, 예시적인 데카르트 좌표계를 통해서 상단 우측 사분면에 도시된 것과 같이, 실린더 보어의 상단부 및/또는 수평 기준 평면(267) 사이의 거리를 나타낸다. 수평 기준 평면(267) 및/또는 수직 기준 평면(265)은 예시 및/또는 계산 목적을 위해서 도시된 것이고/이거나, 비-제한적인 예이며, 그에 따라 예를 들어 임의의 다른 적합한 기준 평면, 좌표, 등이 전체적 또는 부분적으로 본원에 사용될 수 있다. 따라서, 일부 경우에, 수평 기준 평면(267) 및/또는 수직 기준 평면(265)은, 예를 들어, 도 2를 참조하여 이하에서 설명하는 바와 같이, 일반 형상 그래프를 생성하기 위한 계산을 용이하게 및/또는 지원하기 위해, 적어도 부분적으로 이용될 수 있다. J는 주어진 각도(A)에서의 피스톤(205)의 상단부(215) 및/또는 수평 기준 평면(267) 사이의 거리를 나타내며, 여기서 각도(A)는 시계방향으로 주 크랭크샤프트(245) 메인 베어링 중심선을 통한 수직선으로부터 주 크랭크샤프트(245) 메인 베어링 중심선 및/또는 주 크랭크샤프트 핀 베어링(247) 중심선을 통한 선까지 측정될 수 있다. 각도(A)는 예를 들어 주 크랭크샤프트(245)의 각도 위치의 측정을 포함할 수 있다. 때때로, 각도(A)는, 예를 들어, 크랭크샤프트 크랭크 핀(247)이 주 크랭크샤프트 메인 베어링(250) 중심선 바로 위에 있을 때, 0으로부터 시계방향으로 측정될 수 있다. 각도(A)는 또한 시계방향으로 주 크랭크샤프트 메인 베어링(250)을 통한 수직선으로부터 주 크랭크샤프트 메인 베어링(250) 중심선 및/또는 주 크랭크샤프트 크랭크 핀(247) 중심선을 통한 선까지 측정될 수 있다.
구현예에서, K1은 주 크랭크샤프트 크랭크 메인 베어링(250) 중심선의 위치 및/또는 도시된 예시적인 데카르트 좌표계의 상단 우측 사분면의 수직 기준 평면(265) 사이의 거리를 나타낸다. 또한, K2는 크랭크샤프트 핀(250) 및/또는 수평 기준 평면(267) 사이의 거리를 나타낸다. K1 및/또는 K2의 값은, 예를 들어, 전-행정-가변 메커니즘 전체가 전체 4행정 사이클 중에 예를 들어 데카르트 좌표계의 상단 우측 사분면 내에 있도록 충분히 크게 선택될 수 있다. 전-행정-가변 메커니즘 전체가 데카르트 좌표계의 상단 우측 사분면 내에 있는 그러한 구현예를 이용하여, 예를 들어, 메커니즘의 부분이 예를 들어 도시된 예시적인 데카르트 좌표계의 하나 이상의 다른 사분면에 진입 및/또는 침입할 수 있을 때 부호(+ 또는 -) 변동과 관련된 복잡성을 방지 및/또는 감소시킬 수 있다. 또한, 이러한 예에서, K3은 수직 기준 평면(265) 및/또는 반속 크랭크샤프트 메인 베어링(255) 중심선을 통한 수직선 사이의 거리를 나타내고, K4는 반속 크랭크샤프트 메인 베어링(255) 중심선 및/또는 수평 기준 평면(267) 사이의 거리를 나타내고/나타내거나 K5는 주 크랭크샤프트(245)의 길이를 나타낸다. 또한, K6는 주 크랭크샤프트(245)에 대한 도달 길이(throw length)로 나눈 반속 크랭크샤프트(240)의 길이의 거리를 나타낸다. 반속 크랭크샤프트(240)에 대한 도달 길이는 예를 들어 K5 및/또는 K6의 곱(product)을 포함할 수 있다. 또한, K7은 주 크랭크샤프트 로드(235)의 길이를 나타내고, K8은 반속 사이클링 로드(230)의 길이를 나타내고, K9는 피스톤 로드(225)의 길이를 나타내고, K10은 피스톤 핀(209) 및/또는 피스톤(205)의 상단부(215) 사이의 거리를 나타내고/나타내거나 K11은 피스톤 슬랩 인자(piston slap factor)를 나타낸다. 본원에 사용된 바와 같은 "피스톤 슬랩"은, 적어도 부분적으로, 보어(210) 및/또는 피스톤 로드(225) 사이의 과다 각도로 인한 왕복 이동 중의 실린더 내의 피스톤의 록킹(rocking) 및/또는 노킹을 지칭한다. 예를 들어, 피스톤 슬랩은 실린더의 보어(210) 내의 피스톤(205)의 측방향 및/또는 측면-대-측면 이동에 의해서 유발될 수 있고, 그에 따라 피스톤(205)이 실린더 내에서 위로 및/또는 아래로 이동할 때 피스톤 스커트가 보어(210) 내에서 부딪힌다(slap). 피스톤 슬랩은, 예를 들어, 도 1c의 각도(E)에 의해서 피스톤(205)의 상당한 측면 부하가 예를 들어 연소 압력에 의해서 생성되는 경우에, 발생될 수 있다.
도 1b 및/또는 도 1c를 계속 설명하면, 구현예에서 KP는 수직 기준 평면(265) 및/또는 핀(209)의 중심선 사이의 거리를 나타내고, P는 연결부(237)의 수직 중심선 및/또는 4행정 사이클 메커니즘의 수직 기준 평면(265)으로부터의 거리를 나타내고, PMX는 연결부(237)의 수직 중심선 및/또는 수직 기준 평면(265) 사이의 최대 거리를 나타내고, PMN은 연결부(237)의 수직 중심선 및/또는 수직 기준 평면(265) 사이의 최소 거리를 나타내고/나타내거나, R은 주 크랭크샤프트 크랭크 핀(247) 및/또는 주 크랭크샤프트(245)의 반속 크랭크샤프트 크랭크핀(242) 및/또는 반속 크랭크샤프트(240) 각각의 사이의 거리를 나타낸다. 실시형태에서, 설계자는, 예를 들어, P를 그래프에 표시함으로써 PMX 및/또는 PMN이 팽창 행정의 일부라는 것을 검증할 수 있다. 예를 들어, 당업자는 검사 중인 전-행정-가변 엔진 구성의 하나의 전체 사이클(예를 들어, 주 크랭크샤프트(245)의 720도의 회전) 위에 P를 그래프로 표시할 수 있다. 그러한 P의 그래프는 예를 들어 도 2에 도시된 전반적인 형상과 다소 유사하게 보일 수 있다. 더 정확하게는, 개별적인 사이클에 대한 P의 2개의 높은 지점(예를 들어, PMX) 및 2개의 낮은 지점(예를 들어, PMN)이 있을 수 있다. 매개변수(KP)를 획득하기 위해서 사용되는 PMX 및 PMN은, 바람직하게는 피스톤 상의 측면 부하를 감소 및/또는 최소화하기에 및/또는 팽창 행정 중에 및/또는 사이클의 4개의 행정 모두 중에 내연기관 파워 소비를 최소화하기에 적합할 수 있는 곡선의 고점 및 저점을 각각 나타낼 수 있다. 이하에서 도 3과 관련하여 추가적으로 설명한다.
도 1c에 또한 도시된 바와 같이, 각도(B)는, 예를 들어, (K7로도 표시된) 주 크랭크샤프트 로드(235) 및/또는 주 크랭크샤프트(245)로부터 주 크랭크샤프트 메인 베어링(250) 중심선 및/또는 주 크랭크샤프트 크랭크 핀(247)을 통해서 연장되고 주 크랭크샤프트(245)에 평행한 선 사이의 각도를 포함할 수 있다. 각도(C)는 주 크랭크샤프트 로드(235) 및/또는 선(R) 사이의 각도를 포함할 수 있다. 각도(D)는 선(R) 및/또는 주 크랭크샤프트 크랭크 핀(247)을 통한 수평선 사이의 각도를 포함할 수 있다. 각도(E)는 피스톤 로드(225) 및/또는 연결부(237)를 통한 수직선 사이의 둔각을 나타낼 수 있다. 반속 크랭크샤프트 오프셋 각도(KF)는, 예를 들어, 각도(A)가 0도와 같은 사이클의 시작에서, 반속 크랭크샤프트 메인 베어링(255) 중심선을 통한 수직선으로부터 반속 크랭크샤프트 크랭크핀(242)를 통한 선까지 시계방향으로 측정될 수 있다.
전술한 바와 같이, 다양한 수학 관계식을 전체적 및/또는 부분적으로 이용하여, 예를 들어, 도 1b 및/또는 도 1c에 도시된 것과 같은, 하나 이상의 길이/거리 및/또는 각도를 계산할 수 있다. 따라서, 다양한 계산 및/또는 결정을 수행하여, 예를 들어, 개선된/개선되거나 달리 적합한 엔진 성능을 나타내는 전-행정-가변형 내연기관을 초래할 수 있는, 하나 이상의 적합한 길이/거리 및/또는 각도에 도달할 수 있다.
따라서, 도 1a 내지 도 1c의 예시적인 실시형태(200)와 함께, 관계식 1이, 예를 들어, KP의 값을 결정하기 위해서, 전체적 및/또는 부분적으로, 이용될 수 있다:
(관계식 1)
특정 예시적 실시형태에서, 도 1a 내지 도 1c와 관련하여, 반속 크랭크샤프트(240) 및/또는 주 크랭크샤프트(245)는 각각 시계방향으로 회전될 수 있고/있거나, 구성요소들의 거리들 및/또는 길이들 및/또는 각도들 사이의 다양한 관계를 고려하여 하나 이상의 적용 가능한 양태를 식별 및/또는 결정할 수 있다. 예를 들어, 여기에서, 배기-흡기 TDC, 흡기-압축 BDC, 압축-팽창 TDC, 및/또는 팽창-배기 BDC를 식별 및/또는 결정하여, 전술한 바와 같이, 전-행정-가변형 내연기관의 특정 이용을 달성할 수 있다. 예를 들어, 시계방향 이외의 크랭크샤프트의 상대적인 회전 방향이 이하에서 설명되는 바와 같이 관계식에 대한 적절한 변화를 포함할 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
구현예에서, 도 1c에 도시된 바와 같은 반속 크랭크샤프트 오프셋 각도(KF)는, 예를 들어, 반속 크랭크샤프트 메인 베어링 중심선을 통한 수직선으로부터 반속 크랭크샤프트 메인 베어링(255) 중심선 및/또는 반속 크랭크샤프트 크랭크핀(242) 중심선을 통한 선까지 시계방향으로 측정될 수 있다. 각도(KF)는 예를 들어 사이클의 시작에서(예를 들어, 각도(A) = 0도인 곳에서) 측정될 수 있다. 특정 시뮬레이션에서, 길이 및/또는 위치(K1 내지 K11)의 특정 세트를 위한 각도(KF)의 보다 양호한 및/또는 최적의 및/또는 달리 적합한 측정을 식별하기 위해서, 예를 들어 약 90번의 평가를 수행하였고, 예를 들어 4도마다 1번의 평가를 수행하였고, 여기에서 각도(KF)는 0, 4, 8, 12, 16, ..., 360도이다. 여기에서, 슬랩 인자(K11)는, 예를 들어, 피스톤(205) 상의 측면 부하를 감소 및/또는 최소화시켜, 예를 들어 피스톤 슬랩 및/또는 마찰에 의해서 유발되는 파워 손실을 최소화하도록 선택될 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 예를 들어 희망하는/희망하거나 적합한 K11의 값을 결정하기 위해서, 거리(P)가, 예를 들어, 각도(A)에 대해서 및/또는 실린더 연소 압력과 같은 다른 변수 및/또는 인자에 대해서 그래프로 표시될 수 있다.
실시형태(200), 예를 들어, 관계식 2를 전체적 및/또는 부분적으로 이용하여, 주 크랭크샤프트(245)의 각도 위치에 대한 피스톤(205)의 ("J"로 표시된) 상단부의 위치를 계산할 수 있다:
(관계식 2)
일부 경우에, 관계식 2는, 적어도 부분적으로, 예를 들어, 도 1a 내지 도 1c의 예시적인 실시형태(200)에 대해서 이하에서 설명하는 바와 같은 관계식 3 내지 관계식 10을 기초로 결정될 수 있다. 관계식 3 내지 관계식 10은, 하나 이상의 예시적인 실시형태에서, 삼각형과 같은 형상의 다양한 기하형태적 및/또는 산술적 특성을 기초로 결정될 수 있다. 관계식 3 내지 관계식 10을 이용하여 예시적인 실시형태(200)의 여러 특징부의 적절한 측정을 결정할 수 있고, 그에 따라, 예를 들어, 희망하는/희망하거나 개선된 성능 특성을 갖는 전-행정-가변형 내연기관의 특정 특징부를 식별할 수 있다. 때때로, 예를 들어, 관계식 3을 전체적 및/또는 부분적으로 이용하여 R2의 값을 결정할 수 있다. 따라서, 이하를 고려한다:
(관계식 3)
관계식 3에 표시된 수학식의 각각의 양변의 제곱을 계산한 후, 예를 들어, 관계식 4에서 이하에 표시된 바와 같이, R의 값을 계산할 수 있다.
(관계식 4)
각도(D)의 값은 이하에 기재된 바와 같이 관계식 5 및/또는 관계식 6의 계산을 통해서 결정될 수 있다. 관계식 5를 계산하여 각도(D)의 사인 값을 결정할 수 있다. 관계식 6을 계산하여, 각도(D)의 값의 역사인 값(inverse sine value)을 결정함으로써 D의 각도를 결정할 수 있다.
(관계식 5)
(관계식 6)
때때로, 각도(C)의 값은, 예를 들어, 이하에 기재된 바와 같이 관계식 7 및/또는 관계식 8의 계산을 통해서 결정될 수 있다. 관계식 7을 계산하여 각도(C)의 코사인 값을 결정할 수 있다. 관계식 8을 계산하여, 각도(D)의 값의 코사인 값의 역코사인 값을 결정함으로써 C의 각도를 결정할 수 있다. 따라서, 예를 들어 이하를 고려한다:
(관계식 7)
(관계식 8)
구현예에서, 거리(P)의 값은, 예를 들어, 이하에 기재된 바와 같이 관계식 9의 계산을 통해서 결정될 수 있다.
(관계식 9)
각도(E)의 값은 이하에 기재된 바와 같이 관계식 10 및/또는 관계식 11의 계산을 통해서 결정될 수 있다.
(관계식 10)
(관계식 11)
도 2는 예시적인 실시형태에 따른 예시적인 일반 형상 그래프(300)이다. 일반 형상 그래프(300)는 전-행정-가변형 내연기관의 동작의 각각의 행정을 통해서 예를 들어 도 1a 내지 도 1c의 예시적인 실시형태(200)와 관련된 피스톤의 상단부의 위치 및/또는 각도(A) 사이의 관계를 나타낸다. 일부 경우에, 일반 형상 그래프(300)는, 예를 들어, 각도(A)의 측정과 관련하여 (J로 표시된) 피스톤(205)의 상단부의 지점의 궤적(locus)을 플로팅(plot)하기 위해서 2번의 완전한 회전을 통해서 예시적인 실시형태(200)의 주 크랭크샤프트(245)를 회전시키는 것에 의해서 생성될 수 있다. 더 구체적으로, 전-행정-가변형 내연기관의 하나의 사이클을 완성하기 위해서, 각도(A)는 0도로부터 720도까지 및/또는 0의 라디안으로부터 4rr 라디안까지 변화될 수 있다. 일반 형상 그래프가 예로서 도시되었다는 것에 주목하여야 하고, 예를 들어, 하나 이상의 매개변수를 변화시키는 것에 의해서, 일반 형상 그래프의 형상 및/또는 기울기가 소정 방식으로 변경될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 이하의 관계식을 이용하여 결과적인 그래프를 검사 및/또는 비교할 수 있고, 그에 따라 예를 들어 전-행정-가변형 내연기관의 성능을 평가할 수 있을 것이다.
따라서, 예를 들어, 배기/흡기(Ex/In)의 값을 전체적 및/또는 부분적으로 이용하여, 배기-흡기 TDC의 위치를 정할 수 있다(locate). 또한, 예를 들어, 흡기/압축(In/Cp)의 값을 전체적 및/또는 부분적으로 이용하여, 흡기-압축 BDC의 위치를 정할 수 있다. 또한, 압축/팽창(Cp/Pw)의 값을 전체적 및/또는 부분적으로 이용하여, 압축-팽창 TDC의 위치를 정할 수 있다. 또한, 팽창/배기(Pw/Ex)의 값을 전체적 및/또는 부분적으로 이용하여, 팽창-배기 BDC의 위치를 정할 수 있다. 길이(H)의 값을 전체적 및/또는 부분적으로 이용하여, 실린더 보어의 상단부의 위치를 정할 수 있다. 길이(J)의 값을 전체적 및/또는 부분적으로 이용하여, 주어진 각도(A)에서의 피스톤의 상단부의 위치를 정할 수 있다. 각도(A)의 값을 전체적 및/또는 부분적으로 이용하여, 수직으로부터 시계방향으로 측정된 주 크랭크샤프트의 각도 위치가 0이 되도록 위치를 정할 수 있다. 각도(KF)의 값을 전체적 및/또는 부분적으로 이용하여, 예를 들어, 각도(A)가 약 0도의 값을 가지고/가지거나 기계가 4행정 사이클을 시작할 때, 수직으로부터 시계방향으로 측정된 반속 크랭크샤프트의 각도 위치가 0이 되도록 위치를 정할 수 있다.
구현예에서, 흡기 행정, 흡기비, 압축 행정, 압축비 및/또는 KCR, 팽창 행정, 팽창비, 배기 행정, 및/또는 배기비, 및/또는 거리(H)의 각각의 값이, 예를 들어, 적어도 부분적으로, 이하에 기재된 관계식 12 내지 관계식 20을 기초로 결정될 수 있다. 따라서, 이하를 고려한다:
(관계식 12)
(관계식 13)
(관계식 14)
(관계식 15)
(관계식 16)
(관계식 17)
(관계식 18)
(관계식 19)
(관계식 20)
적용 가능한 경우 및/또는 적절한 경우, 예를 들어 H 값은, 예를 들어 상이한 전-행정-가변 구현예로부터의 하나 이상의 유사한 계산을 이용하여, 예를 들어 유사한 방식으로 재계산될 수 있다. 예를 들어, 일부 경우에, 하나의 링키지 길이 및/또는 위치 변화 및/또는 각도(A) 이외의 각도 변화가 H의 값의 재계산을 포함할 수 있다는 것에 주목하여야 한다.
구현예에서, 관계식 12 내지 관계식 20은, 예를 들어, 하나의 숫자를 이용하여 압축비(KCR)를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 압축비가 10.2 대 1인 전-행정-가변형 내연기관은 그에 따라 전술한 바와 같이 관계식 15 및/또는 관계식 20에서 10.2의 압축비(KCR)를 가질 수 있다. 물론, 청구된 청구대상의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다.
때때로, 각도(A)는 예를 들어 주 크랭크샤프트의 각도 위치의 측정을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 구현예에서, 각도(A)는, 예를 들어, 크랭크핀이 내연기관의 메인 베어링 바로 위에 있을 때, 0으로부터 시계방향으로 측정될 수 있다.
또한, 각도(KF)는 예를 들어 반속 크랭크샤프트의 각도 위치를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 구현예에서, 각도(KF)는, 예를 들어, 반속 크랭크샤프트의 메인 베어링 중심선을 통한 수직선으로부터 시계방향으로 크랭크 핀 중심선을 통한 선 및/또는 반속 크랭크샤프트의 메인 베어링 중심선까지 측정될 수 있다. 각도(KF)는, 사이클의 시작에서 각도(A)가 0일 때의 측정을 포함할 수 있다. 각도(KF)는 여기에서 "반속 크랭크샤프트 오프셋 각도"로 지칭될 수 있다. 전술한 바와 같이, 피스톤 슬랩 인자(K11)는, 예를 들어, 피스톤(205)의 왕복 이동 중에 피스톤 슬랩 및/또는 마찰에 의한 파워 손실을 최소화하기 위해서, 예를 들어, 피스톤(205) 상의 측면 부하를 감소 및/또는 최소화하도록 선택 및/또는 결정될 수 있다.
구현예에서, 지점의 궤적에 대한 유사 위치가, 예를 들어 유사한 방식으로, 관계식 12 내지 관계식 20에 적용될 수 있고/있거나 결과가 평가될 수 있다. 예를 들어, 사이클의 시작에서 주 크랭크샤프트로부터의 반속 크랭크샤프트의 약 90개의 상이한 반속 크랭크샤프트 오프셋 각도(KF)(예를 들어, 4도마다 하나의 그래프)의 영향을 시각적으로 보여 주기 위해서, 적절한 수의 그래프가 약 90개의 그래프를 포함할 수 있다. 마찬가지로, 많은 평가를, 예를 들어, 도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같은 예시적인 실시형태(200)의 상이한 변형예들에서 수행할 수 있다. 결과적인 그래프를 분석하여, 예를 들어, 하나 이상의 바람직한 팽창 행정비, 배기 행정비, 및/또는 흡기 행정비를 생성할 수 있는 많은 수의 희망하는/희망하거나 적합한 구현예를 식별할 수 있다. 하나의 특정의 예시적 실시형태에서, 예를 들어, 특정 평가에 대해서 일정하게 유지되도록 압축비가 규정될 수 있다.
따라서, 예를 들어, 관계식 12 내지 관계식 20을 전체적 및/또는 부분적으로 이용하여 도 2의 일반 형상 그래프의 그래프와 유사한 그래프를 생성할 수 있고, 그에 따라 완전한 동작 사이클의 4개의 행정의 각각 중에 전-행정-가변형 내연기관의 실린더의 상단부의 위치를 결정할 수 있다. 일부 경우에, 예를 들어 적절한 경우, 사이클의 임의의 부분에서 내연기관의 실린더의 상단부 위에 있는 피스톤의 상단부를 나타내는 평가에 대한 하나 이상의 그래프를 고려로부터 배제할 수 있다. 예시적인 실시형태에서, 실린더의 상단부의 위치는, 예를 들어, 그래프가 평가된 후 및/또는 고정된 후에, 예를 들어, 전술한 바와 같이, 압축비가 고정 값을 갖도록 규정되는 동안 압축 행정이 식별된 후에 설정될 수 있다.
따라서, 도 3은, 예를 들어 본원에 설명된, 전-행정-가변형 내연기관의 하나 이상의 적합한 매개변수를 결정하기 위한 방법 및/또는 프로세스의 예시적인 실시형태(400)이다. 청구된 청구대상에 따른 실시형태는 블록(405 내지 475)의 전부, 그 미만, 및/또는 그 초과를 포함할 수 있다. 또한, 블록(405 내지 475)의 순서는 단지 예시적인 순서이다. 전술한 바와 같이, 예시적인 실시형태(400)에 따른 방법은, 예를 들어, 적어도 부분적으로, 전-행정-가변형 내연기관의 TDC 및/또는 BDC뿐만 아니라 특정의 행정 세트를 식별 및/또는 결정하기 위해서 구현될 수 있다. 예시적인 방법 및/또는 프로세스(400)는 동작(405)에서 시작할 수 있고, 여기에서 압축비가 선택 및/또는 특정될 수 있다. 동작(410)에서, 팽창비, 배기비, 및/또는 흡기비에 대한 매개변수의 세트의 수용 가능 범위가 선택 및/또는 특정될 수 있다. 동작(415)에서, 개발하고자 하는 전-행정-가변 엔진에 대한 구성이 식별될 수 있다. 예를 들어, 본원에 설명된 바와 같이, 가능한 구성은 도 1a 내지 도 1c 및/또는 도 4a 내지 도 4f와 관련하여 도시 및/또는 설명된 구성을 포함할 수 있다. 본원에 설명된 바와 같이, 전-행정-가변 연소 엔진의 특정 구현예는, 왕복 피스톤을 주 크랭크샤프트, 예를 들어 주 크랭크샤프트(245), 및/또는 반속 크랭크샤프트, 예를 들어 반속 크랭크샤프트(240)와 연계시키기 위한 메커니즘 및/또는 링키지의 다양한 구성을 포함할 수 있다. 또한 본원에 설명된 바와 같이, 특정 구현예는, 실시형태(200)와 같은, 엔진의 4개의 개별 행정(예를 들어, 흡기, 압축, 팽창, 배기)이 예를 들어 독립적으로 변경될 수 있도록 하는, 메커니즘 및/또는 링키지에 대한 다양한 변경 및/또는 조정을 포함할 수 있다.
동작(420)에서, 예를 들어 동작(415)에서 선택되었을 수 있는, 선택된 전-행정-가변형 내연기관 구성에 대한 매개변수의 세트를 추정할 수 있다. 예를 들어, 특정 팽창비, 배기비, 및/또는 흡기비를 산출할 수 있는 선택된 전-행정-가변형 내연기관 구성에 대한 매개변수의 세트를 추정할 수 있다. 전술한 바와 같이, 길이 및/또는 위치(K1 내지 K11)의 특정 세트를 위한 각도(KF)의 보다 양호한 및/또는 최적의 및/또는 달리 적합한 측정을 식별하기 위해서, 예를 들어 약 90번의 평가, 예를 들어 4도마다 1번의 평가를 수행할 수 있고, 예를 들어, 여기에서 각도(KF)는 0, 4, 8, 12, 16, ..., 360도이다. 실시형태(200)와 같은 엔진의 다양한 잠재적 구성에 대한 다수의 가능한 변수에 걸쳐 순열(permutation)을 추정하기 위해, 비교적 매우 많은 수의 평가를 수행할 수 있다. 특정 구현예에서, 예를 들어, 소프트웨어 툴 및/또는 필터를 이용하여, 추가적으로 고려하기 위한 잠재적인 구성을 식별하는 데 도움을 줄 수 있다. 예시적인 실시형태(200 및/또는 500)에 대한 예시적인 수학적 관계식을 본원에서 설명한다.
전-행정-가변 연소 엔진의 다른 변형 및/또는 구성에서, 유사한 관계식이 생성될 수 있고/있거나 달리 특정될 수 있다. 동작(425)에서, 2번의 회전을 통한 피스톤 상단부 및/또는 주 크랭크샤프트 각도 위치 사이의 하나 이상의 수학 관계식이 예를 들어 식별될 수 있다. 동작(430)에서, 메인 크랭크샤프트 각도 위치에 대한 피스톤의 상단부의 그래프가 계산 및/또는 플로팅될 수 있다.
동작(435)에서, 예를 들어, 특정 전-행정-가변형 내연기관 구성의 매개변수를 식별하기 위해서, 하나 이상의 수용 가능한 플롯 및/또는 그래프를 전술한 평가의 결과로부터 선택할 수 있다. 특정 구현예에서, 동작(430 및/또는 435)이, 예를 들어, 동작(420)과 같은 다른 동작과 조합될 수 있다. 또한, 특정 구현예에서, 동작(430 및/또는 435)과 다른 동작의 조합의 여부는, 적어도 부분적으로, 전-행정-가변형 내연기관의 적절한 매개변수를 결정하기 위한 방법 및/또는 프로세스를 실행하기 위해서 이용될 수 있는 소프트웨어 툴의 성능에 따라 달라질 수 있다.
동작(440)에서, 2개의 TDC 및/또는 2개의 BDC의 각각의 위치가, 앞서 설명 및/또는 도시한 바와 같이, 각각의 플롯 및/또는 그래프에서 식별될 수 있다. 동작(445)에서, 행정 위치 및/또는 길이는, 적어도 부분적으로, 또한 전술한 바와 같이, 관계식 12 내지 관계식 20의 이용을 통해서 수행되는 계산을 기초로 계산될 수 있다. 동작(450)에서, 엔진 실린더의 상단부의 위치는, 예를 들어, 전술한 바와 같이, 적어도 부분적으로, 적어도 관계식 20의 사용을 통해서 수행된 계산을 기초로 계산 및/또는 달리 식별될 수 있다. 동작(455)에서, 사이클의 임의의 지점에서 피스톤의 상단부가 엔진 실린더의 상단부 위에 있다는 것을 나타내는 모든 또는 대부분의 적합한 전-행정-가변형 내연기관 구성은 고려되지 않고 배제 및/또는 제거될 수 있다. 동작(460)에서, 팽창 행정비, 배기 행정비, 및/또는 흡기 행정비가, 예를 들어, 적어도 부분적으로, 전술한 바와 같이, 관계식 13, 관계식 17, 및/또는 관계식 19의 이용을 통해서 수행되는 계산을 기초로 결정될 수 있다. 동작(475)에서, 예를 들어, 수용 가능한 및/또는 적합한 전-행정-가변형 내연기관 구성을 결정 및/또는 식별하기 위한 다양한 매개변수에 대한 조정이 이루어질 수 있다. 물론, 특정 구현예에서, 전-행정-가변형 내연기관의 적절한 매개변수가 적용 가능한 매개변수에 대해서 결정 및/또는 달리 특정될 때까지, 동작(405 내지 475) 중 하나 이상이 1차례 이상 반복될 수 있다. 특정 구현예에서, 전-행정-가변형 내연기관의 개선된 구성을 발견 및/또는 달리 결정하기 위한, 및/또는 특정 구성을 개선하기 위한 노력에서, 동작(405 내지 475) 중 하나 이상을 다양한 조합으로 반복하여 부가적인 매개변수의 세트를 실험할 수 있다. 또한, 언급한 바와 같이, 소프트웨어 툴은 특정 구현예에서 동작(405 내지 475)의 임의의 및/또는 모든 동작을 수행하도록 구성될 수 있다. 소프트웨어 툴은 다양한 구성 및/또는 매개변수로 실험 및/또는, 비제한적으로, 예를 들어, 피스톤 가속도, 피스톤 속도, 및/또는 팽창 행정의 지속 시간을 포함하는, 특정된 전-행정-가변형 내연기관의 특성을 분석하기 위해서 이용될 수 있다.
실시형태(400)와 관련하여 전술한 바와 같은 예시적인 동작은, 특정 전-행정-가변형 내연기관 구성에 대한 특정 링키지 메커니즘의 길이 및/또는 위치에 대한 변경으로 인해 야기되는 전-행정-가변형 내연기관 성능 특성에 미치는 잠재적인 영향을 식별하는 데 도움을 줄 수 있다. 실시형태(200)와 같은 예시적인 실시형태에서, 특정 링키지 메커니즘의 길이 및/또는 위치를 변경하는 것은 전-행정-가변형 내연기관 성능 특성에 미치는 영향의 가변적인 측정을 산출할 수 있다. 예를 들어 실시형태(400)의 하나 이상의 동작에 따라 링키지(235)의 길이를 변경하는 것은, 예를 들어, 성능 특성에 비교적 상당한 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 링키지(230 및/또는 240)의 길이를 변경하는 것은 또한 전-행정-가변형 내연기관 성능에 비교적 상당한 영향을 미칠 수 있는 반면, 링키지(225)의 길이 및/또는 위치를 변경하는 것은 비교적 적은 영향을 미칠 수 있다. 또한, 예를 들어, 실시형태(400)의 하나 이상의 동작에 따라 거리(K3, K4 및/또는 K11)를 변경하는 것은, 예를 들어, 성능 특성에 비교적 상당한 영향을 미칠 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, K1 및/또는 K2에 대한 거리 매개변수는, 예를 들어, 전-행정-가변 메커니즘 전체가 전체 4행정 사이클 중에 예를 들어 데카르트 좌표계의 상단 우측 사분면 내에 있도록 충분히 크게 선택될 수 있다. 실시형태(400)와 관련하여 전술한 것과 같은, 예시적인 동작 중에, 링키지(245)의 길이 및/또는 위치(K5)가 전-행정-가변형 내연기관의 특정 구성에 대한 "단위" 길이로서 지정될 수 있다. 실시형태에서, 전-행정-가변형 내연기관 구성은, 적어도 부분적으로, 단위 길이(예를 들어, 링키지 메커니즘(245)의 길이)를 희망 매개변수로 변경함으로써 크기가 변경될 수 있다.
전술한 설명에 계속해서, 수용 가능 및/또는 적합한 행정비를 갖는 많은 수의 전-행정-가변형 내연기관 구성이, 예를 들어, 예시적인 실시형태(400)에 따른 방법의 구현예를 통한 것과 같이, 결과의 플롯 및/또는 그래프의 평가 및/또는 분석을 수행한 후에 식별될 수 있다. 특정 목적의 전-행정-가변형 내연기관 구성은, 비제한적으로, 피스톤 슬랩, 피스톤 속도, 피스톤 가속도, 및/또는 피스톤 저크(piston jerk), 바운스, 크래클(crackle), 및/또는 팝(pop)과 같은 매개변수를 포함하여, 개선을 위해서 더 검사될 수 있다.
따라서, 피스톤 슬랩과 관련하여, 하나의 가능한 예로서, 예를 들어 소프트웨어 툴(예를 들어, 스프레드시트 적용예)을 통한 평가가 피스톤 로드, 주 크랭크샤프트 로드, 및/또는 반속 사이클링 로드의 연결부의 지점의 궤적과 관련하여 이루어질 수 있고, 그에 따라 피스톤이 왕복 운동할 때 피스톤에 인가되는 측면 부하를 결정할 수 있다. 또한, 예를 들어, 도 2에 도시된 일반 형상 그래프와 유사한 것과 같은 연소 압력 및/또는 피스톤 위치에서 각도(E)의 플롯 및/또는 그래프 및/또는 각도(E)의 사인을 생성하여, 예를 들어 최소 피스톤 측면 부하 및/또는 파워 소비를 갖는 구성을 식별할 수 있다.
더 구체적으로, 예를 들어 도 2에 따라, 수직에 대한 주 크랭크샤프트의 각도(A)에 대한 피스톤 위치의 그래프의 제1 도함수를 전체적 및/또는 부분적으로 이용하여 피스톤 속도를 식별할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 행정의 피스톤 속도 및/또는 지속 시간은 각도(A)에 대한 피스톤 위치의 그래프의 제1 도함수 플롯으로부터의 정보를 이용하여 평가될 수 있다. 예를 들어, 각도(A)에 대한 피스톤 위치의 그래프의 제2 도함수를 전체적 및/또는 부분적으로 이용하여 피스톤 가속도를 결정할 수 있다. 예를 들어, 제2 도함수 그래프를 전체적 및/또는 부분적으로 이용하여, 왕복 질량의 가속도로부터 진동을 평가할 수 있다. 예를 들어, 각도(A)에 대한 피스톤 위치의 그래프의 후속 도함수를 전체적 및/또는 부분적으로 이용하여, 저크, 바운스, 크래클, 및/또는 팝을 결정할 수 있고, 이러한 매개변수는 또한 일반적으로 알려져 있고/있거나 본원에서 더 구체적으로 설명할 필요가 없을 것이다.
도 4a는 전-행정-가변형 내연기관의 다른 예시적인 실시형태(500)를 개략적으로 도시한다. 마찬가지로, 도 4a에서, 엔진의 여러 부분이 망상선으로 도시되어 있다. 실시형태(500)는, 예를 들어 이러한 특정 예에서 9개의 위치에서, 구성요소들 사이의 피벗 가능 및/또는 회전 가능 연결부를 포함할 수 있다.
도시된 바와 같이, 실시형태(500)는, 예를 들어 보어(510) 내에서 왕복 방식으로 이동할 수 있는 피스톤(505)을 포함할 수 있다. 보어(510)는 보어 상단부(512)를 포함할 수 있다. 피스톤(505)은 피스톤 상단부(514)를 포함할 수 있다. 피스톤 로드(516)가 피스톤(505)을 반속 사이클링 로드(518) 및/또는 주 크랭크샤프트 로드(520)에 이동 가능하게 커플링시킬 수 있다. 예를 들어, 피스톤 로드(516)는 연결부(522)에서 반속 사이클링 로드(518) 및/또는 주 크랭크샤프트 로드(520)에 이동 가능하게 커플링될 수 있다. 반속 사이클링 로드(518)는, 예를 들어, 작동기 레버(525)를 통해서 반속 크랭크샤프트 작동기 로드(530)에 커플링될 수 있다. 반속 크랭크샤프트 작동기 로드(530)는 반속 크랭크샤프트 기어(535)의 반속 크랭크샤프트(532)에 이동 가능하게 커플링될 수 있다. 주 크랭크샤프트 로드(520)는 연결부(570)에서 주 크랭크샤프트(540)에 이동 가능하게 커플링될 수 있다. 주 크랭크샤프트(540)는 또한 예를 들어 주 크랭크샤프트 기어(542)에 기계적으로 고정될 수 있다. 주 크랭크샤프트(540) 및/또는 주 크랭크샤프트 기어(542)는, 고정된 조립체로서, 예를 들어 주 크랭크샤프트 메인 베어링(545)에서, 예를 들어 엔진 블록 및/또는 다른 적합한 메커니즘에 이동 가능하게 커플링될 수 있다.
따라서, 일부 경우에, 실시형태(500)는, 예를 들어, 보어(510) 내에서 왕복 운동하는/운동하거나 피스톤 로드(516)에 피벗 가능하게 연결된 피스톤(505)을 가지는 내연기관에 관한 것이다. 이어서, 피스톤 로드(516)는 예를 들어 주 크랭크샤프트 로드(520)의 단부 및/또는 반속 사이클링 로드(518)의 일 단부에 피벗 가능하게 연결될 수 있다. 주 크랭크샤프트 로드(520)의 타 단부는, 예를 들어, 주 크랭크샤프트 크랭크핀(570)에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 주 크랭크샤프트(540)는, 예를 들어, 파워 전달 및/또는 기타 디바이스, 예를 들어 주 크랭크샤프트 기어(542)를 포함하고/포함하거나 그에 고정될 수 있다. 예시적인 실시형태(200)에서와 같이, 예시적인 실시형태(500)는 반속 크랭크샤프트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 반속 크랭크샤프트(532)는, 예를 들어, 파워 전달 및/또는 기타 디바이스, 예를 들어 반속 크랭크샤프트 기어(535)를 포함하고/포함하거나 그에 고정될 수 있다. 주 크랭크샤프트(540) 및/또는 반속 크랭크샤프트(532)는 비교적 밀접하게 근접하여 위치될 수 있고, 일부 경우에, 직접적으로 연결되고/연결되거나 기어 트레인 및/또는 일부 다른 파워 전달 및/또는 기타 디바이스에 의해서 연결될 수 있고, 그에 따라 반속 크랭크샤프트(532)는 주 크랭크샤프트(540)의 1/2 속도로 회전될 수 있다.
구현예에 따라, 반속 크랭크샤프트(532) 및/또는 주 크랭크샤프트(540)는 동일 및/또는 반대되는 회전방향을 가질 수 있다. 반속 크랭크샤프트(532)는 반속 크랭크샤프트 작동기 로드(530)의 일 단부에 회전 가능하게 커플링 및/또는 연결될 수 있고, 이러한 반속 크랭크샤프트 작동기 로드는, 적어도 부분적으로, 하나 이상의 레버 및/또는 로드에 대해서 거리를 두고 걸쳐져, 예를 들어, 반속 사이클링 로드(518)에 희망 위치 및/또는 운동을 제공하기 위해서 이용될 수 있다. 반속 크랭크샤프트 작동기 로드(530)의 타 단부는 작동기 레버(525)에 피벗 가능하게 연결될 수 있다. 예를 들어, 작동기 레버(525)의 대향 단부가, 예를 들어 연결부(572)에서, 반속 사이클링 로드(518)에 피벗 가능하게 연결될 수 있다. 예를 들어, 작동기 레버(525)의 받침대가, 예를 들어 작동기 받침대(555)에서, 엔진 및/또는 엔진의 적절한 부분에 피벗 및/또는 회전 가능하게 연결될 수 있다. 받침대(555)는, 예를 들어 다양한 레버, 로드 및/또는 반속 크랭크샤프트(532)와 함께, 전술한 예시적인 실시형태(200)의 반속 사이클링 로드(230)와 관련하여 전술한 것과 유사한 방식 및/또는 그와 유사한 기능을 위해서, 반속 사이클링 로드(518)를 위치시키는/위치시키거나 조작하는 기능을 할 수 있다. 작동기 레버(525)는, 예를 들어, 예시적인 실시형태(500)에서 벨 크랭크(bell crank)를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 구현예에서, 반속 크랭크샤프트(532), 주 크랭크샤프트(540), 및/또는 작동기 레버(525)가 병렬 축들 상에서 동작할 수 있다. 반속 크랭크샤프트(532)는, 예를 들어, 적어도 부분적으로, 예를 들어, 실시형태(200)와 관련하여 설명된 바와 같이, 캠샤프트 및/또는 보조 디바이스를 구동하기 위해서 사용될 수 있다. 예를 들어, 반속 크랭크샤프트 작동기 로드(530)는, 예를 들어 연결부(575)에서, 반속 크랭크샤프트에 이동 가능하게 커플링될 수 있다.
마찬가지로, 도 4b는 실시형태(500)의 전-행정-가변형 내연기관의 구성요소들 사이의 여러 거리의 측정을 개략적으로 도시한다. 설명을 위해서, BK1은 주 크랭크샤프트 메인 베어링(545)의 위치 및/또는 수직 기준 평면(550) 사이의 거리를 나타낸다. BK2는 주 크랭크샤프트 메인 베어링(545) 및/또는 수평 기준 평면(557) 사이의 거리를 나타낸다. BK3은 작동기 레버 핀(555) 및/또는 수직 기준 평면(550) 사이의 거리를 나타낸다. BK4는 작동기 레버 핀(555) 및/또는 수평 기준 평면(557) 사이의 거리를 나타낸다. BK5는 주 크랭크샤프트(540)의 도달 길이를 나타낸다. BK6은 제1 세그먼트(559)의 길이를 나타내고/나타내거나 BK14는 레버 작동기(525)의 제2 세그먼트(561)의 길이를 나타낸다. BK7은 주 크랭크샤프트 로드(520)의 길이를 나타낸다. BK8은 반속 사이클링 로드(518)의 길이를 나타낸다. BK9는 피스톤 로드(516)의 길이를 나타낸다. BK10은 피스톤 핀(509) 및/또는 피스톤(505)의 상단부(514) 사이의 거리를 나타낸다. BK11은 피스톤 슬랩 인자를 나타낸다. BK12는 주 크랭크샤프트 메인 베어링 중심선(545) 및/또는 반속 크랭크샤프트 메인 베어링(565) 사이의 거리를 나타낸다. BK13은 반속 크랭크샤프트(532)의 길이 및/또는 스로우(throw)를 나타낸다. BK15는 반속 사이클링 로드(530)의 길이를 나타낸다.
또한, BKP는 수직 기준 평면(550) 및/또는 피스톤 핀(505)의 중심선 사이의 거리를 나타낸다. BP는 수직 기준 평면(550) 및/또는 연결부(522)의 수직 중심선 사이의 거리를 나타낸다. BPMX는 수직 기준 평면(550) 및/또는 연결부(522)의 수직 중심선 사이의 최대 거리를 나타낸다. BPMN은 연결부(522)의 수직 중심선 및/또는 수직 기준 평면(550) 사이의 최소 거리를 나타낸다.
마찬가지로, 도 4c는 실시형태(500)의 전-행정-가변형 내연기관의 구성요소들 사이의 여러 거리의 예시적인 측정을 개략적으로 도시한다. 설명을 위해서, 거리(BR)는 연결부들(570 및/또는 572) 사이의 거리를 나타낸다. 거리(BS)는 작동기 레버 핀(555) 및/또는 연결부(575) 사이의 거리를 나타낸다. 각도(BA)는 연결부(570)를 통한 수직선 및/또는 주 크랭크샤프트(540) 메인 베어링 중심선(545)을 통해서 연장되는 선 사이의 각도를 나타낸다. 각도(BB)는 주 크랭크샤프트 로드(520) 및/또는 주 크랭크샤프트(540)를 통해서 연장되는 선 사이의 각도를 나타낸다. 각도(BC)는 주 크랭크샤프트 로드(520), 및/또는 연결부들(570 및/또는 572)사이에서 연장되는 BR 사이의 각도를 나타낸다. 각도(BD)는 연결부(570)를 통한 수평선, 및/또는 연결부들(570 및/또는 572)사이에서 연장되는 BR 사이의 각도를 나타낸다. 각도(BE)는 연결부(575)를 통한 수평선 및/또는 선(BS) 및/또는 반속 작동기 로드(530) 사이의 각도를 나타낸다. 각도(BV)는 반속 작동기 로드(530) 및/또는 연결부(575)를 통해서 연장되는 수평선 사이의 각도를 나타낸다. 선(BS)은 작동기 레버 핀(555) 및/또는 연결부(575) 사이의 거리를 나타낸다. 각도(BQ)는 연결부(575)를 통한 수평선 및/또는 선(BS) 사이의 각도를 나타낸다. 각도(BH)는 피스톤 로드(516) 및/또는 연결부(522)를 통한 수직선 사이의 둔각을 나타낸다. 각도(BKF)는 작동기 레버 핀(555)을 통한 수직선 및/또는 작동기 레버(525)의 세그먼트(559)를 통해서 연장되는 선 사이의 각도를 나타낸다. 각도(BKU)는 작동기 레버(525)의 세그먼트(559)를 통해서 연장되는 선 및/또는 작동기 레버(525)의 세그먼트(561)를 통해서 연장되는 선 사이의 각도를 나타낸다. 각도(BG)는 작동기 레버 핀(555)을 통한 수직선 및/또는 작동기 레버(525)의 세그먼트(561)를 통해서 연장되는 선 사이의 각도를 나타낸다.
또한, 도 4d는 예시적인 실시형태(500)에 대한 부가적인 측정 및/또는 각도를 도시하는 개략도이다. 마찬가지로, 설명을 위해서 각도(BA)는 연결부(545)를 통한 수직선 및/또는 주 크랭크샤프트(540)를 통해서 연장되는 선 사이의 각도를 나타낸다. 1/2 크기의 음의 값 또는 (-0.5) BA를 갖는 각도가, 반속 크랭크샤프트(532)를 통해서 연장되는 선, 및/또는 연결부(565) 및/또는 작동기 레버 핀(555) 사이에서 자체가 연장되는 선(BS) 사이에 형성되는 것으로 표시되어 있다. 각도(BKM)는 연결부(565)를 통한 수직선 및/또는 선(BS) 사이의 각도를 나타낸다. 주 크랭크샤프트 메인 베어링(545) 및/또는 주 크랭크샤프트 기어(542)의 피치 원 사이의 거리가 도 4d에서 거리(BX)로 표시되어 있다. 예시적인 실시형태(500)에서, 주 크랭크샤프트 기어(542)는 반속 크랭크샤프트 기어(535)의 약 1/2의 피치 직경을 가질 수 있다. 따라서, 반속 크랭크샤프트 기어(535)의 중심 및/또는 반속 크랭크샤프트 기어(535)의 피치 원 사이의 거리가 거리(2BX)로서 표시되어 있다. 달리 설명하면, 주 크랭크샤프트 기어(542)는 반속 크랭크샤프트 기어(535)의 치형부 수의 절반의 치형부를 가질 수 있고/있거나, 반속 크랭크샤프트 기어(535)의 피치 원 반경이 주 크랭크샤프트 기어(542)의 피치 원 반경의 2배일 수 있다.
도 4e는 예시적인 실시형태(500)에 대한 각도 탐지 및/또는 결정을 위한 예시적인 접근 방식을 도시한다. 따라서, 일부 경우에, 연결부(575)를 통한 수직선과 반속 작동기 로드 사이의 각도는, 예를 들어, 90°에 대해서 각도(BQ)의 값을 차감 및/또는 각도(BE)의 값을 더함으로써 결정될 수 있다. 따라서, 삼각형(582)이, 예를 들어, 작동기 레버 핀(555)을 통해서 연장되는 수직선의 일부를 포함하는 제1 변(584), 작동기 레버(525)의 세그먼트(561)를 포함하는 제2 변(586), 및/또는 세그먼트(561)의 단부, 및/또는 반속 크랭크샤프트 작동기 로드(530) 및/또는 작동기 레버 핀(555)을 통해서 연장되는 수직선의 교차점 사이에서 연장되는 반속 크랭크샤프트 작동기 로드(530)의 부분을 포함하는 제3 변(588)으로 형성되는 것으로 도시되어 있다. 또한 이러한 예에서 설명되는 바와 같이, 삼각형(582)의 제1 변(584) 및/또는 제2 변(586) 사이의 각도는 예를 들어 각도(BZ)를 포함한다. 마찬가지로, 또한 도시된 바와 같이, 삼각형(582)의 제2 변(586) 및/또는 제3 변(588) 사이의 각도는 예를 들어 각도(BY)를 포함한다. 삼각형(582)의 제3 변(588) 및/또는 제1 변(584) 사이의 각도는, 예를 들어, 90°-BQ-BE의 값을 갖는 각도를 포함할 수 있고, 이러한 각도는, 전술한/전술하거나 앞서 묘사된 바와 같이, 연결부(575)를 통한 수직선 및/또는 반속 작동기 로드 사이에 형성된 각도에 평행할 수 있다.
도 4f는 예시적인 실시형태(500)에 대한 각도 탐지를 위한 예시적인 접근 방식을 도시한다. 도 5f는, 각도(BL, BW, 및/또는 BX)와 같은, 예시적인 실시형태(500)의 다른 도면에 도시되지 않은 몇 개의 각도를 도시한다. 여기에서, 각도(BL)는 연결부(555)로부터 연장되는 수평선 및/또는 레버 작동기(525)의 제2 세그먼트(561)를 통해서 연장되는 선 사이의 각도를 나타내고, 각도(BW)는 선(BS) 및/또는 레버 작동기(525)의 제2 세그먼트(561)를 통해서 연장되는 선 사이의 각도를 나타내고/나타내거나, 각도(BX)는 작동기 레버 핀(555)을 통해서 연장되는 수직선 및/또는 선(BS) 사이의 각도를 나타낸다.
따라서, 전술한 설명에 계속해서, 이하에 기재된 관계식 21은, 예를 들어, 적어도 부분적으로, 주 크랭크샤프트(540)의 각도 위치(각도(BA))에 대한 피스톤(505)의 상단부(BJ)(514)의 위치를 식별 및/또는 결정하기 위해서 이용될 수 있다. 따라서, 예를 들어 이하를 고려한다:
(관계식 21)
일부 경우에, 관계식 21은, 예를 들어, 예시적인 실시형태(500)에서 이하에 설명되는 바와 같이 계산될 수 있다. 구현예에 따라, 매개변수(BK1 내지 BK15, KCR, BKM, BKF, 및/또는 BKU)의 특징들 및/또는 값들을 다양한 평가를 통해서 변경하여, 특정 희망 특성을 나타낼 수 있는 예시적인 실시형태(500)의 그래프 및/또는 플롯을 생성할 수 있고/있거나 그 버전을 식별할 수 있다. 예를 들어, 구현예에서, BK5를 전체적 및/또는 부분적으로 이용하여, 예시적인 실시형태(500)에 따른 전-행정-가변형 내연기관의 초기 및/또는 기본 구현예를 결정할 수 있다. 각도(BKM, BKF, 및/또는 BKU)는, 도 1a 내지 도 1c에 대해서 전술한 바와 같은 예시적인 실시형태(200)의 각도(KF)와 마찬가지로, 예시적인 실시형태(500) 평가에서 오프셋 각도를 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 여러 관계식을 이용하여 하나 이상의 적합한 각도 및/또는 길이 및/또는 거리를 계산 및/또는 결정할 수 있다. 예를 들어, 도 4e 및 도 4f에 도시된 바와 같이, 예시적인 실시형태(500)의 각도(BY)가, 적어도 부분적으로, 삼각형의 대수적(algebraic) 및/또는 기하형태적 특성을 기초로 결정될 수 있다. 예를 들어, 이하에 기재된 바와 같은 관계식 22 및/또는 관계식 23을 전체적 및/또는 부분적으로 이용하여 각도(BY)를 결정할 수 있다. 따라서, 이하를 고려한다:
(관계식 22)
(관계식 23)
구현예에서, 관계식 24 및/또는 관계식 25는, 적어도 부분적으로, 도 4c에 도시된 바와 같이, 예시적인 실시형태(500)의 연결부들(570 및/또는 572) 사이에서 연장되는 BR의 길이를 식별하기 위해서 이용될 수 있다. 따라서, 이하를 고려한다:
(관계식 24)
(관계식 25)
여기에서, 관계식 26 및/또는 관계식 27는, 적어도 부분적으로, 도 4c에 도시된 바와 같이, 연결부(575) 및/또는 작동기 레버 핀(555) 사이에서 연장되는 BS의 길이를 식별하기 위해서 이용될 수 있다.
(관계식 26)
(관계식 27)
관계식 28 및/또는 관계식 29는, 적어도 부분적으로, 예를 들어 도 4c에 도시된 바와 같이, 주 크랭크샤프트 로드(520), 및/또는 연결부들(570 및/또는 572) 사이에서 연장되는 BR 사이에 위치되는, 각도(BC)의 값을 식별하기 위해서 이용될 수 있다.
(관계식 28)
(관계식 29)
관계식 30 및/또는 관계식 31은, 적어도 부분적으로, 예를 들어 도 4c에 도시된 바와 같이, BR 및/또는 연결부(570)를 통해서 연장되는 수평선 사이에 위치되는, 각도(BD)의 값을 식별하기 위해서 이용될 수 있다.
(관계식 30)
(관계식 31)
관계식 32 및/또는 관계식 33은, 적어도 부분적으로, 예를 들어 도 4c에 도시된 바와 같이, 연결부(555)로부터 연결부(575)까지 연장되는 선(BS), 및/또는 연결부(575)를 통해서 연장되는 수평선 사이에 위치되는, 각도(BQ)의 값을 식별하기 위해서 이용될 수 있다. 따라서, 이하를 고려한다:
(관계식 32)
(관계식 33)
관계식 34 및/또는 관계식 35은, 적어도 부분적으로, 예를 들어 도 4c에 도시된 바와 같이, 연결부(575) 및/또는 작동기 레버 핀(555) 사이에서 연장되는 선(BS), 및/또는 반속 크랭크샤프트 작동기 로드(530)를 통해서 연장되는 선 사이에 위치되는, 각도(BE)의 값을 식별하기 위해서 이용될 수 있다. 따라서, 이하를 고려한다:
(관계식 34)
(관계식 35)
관계식 36은, 적어도 부분적으로, 도 4b에 도시된 바와 같이, 수직 기준 평면(550) 및/또는 연결부(522)의 수직 중심선 사이의 거리를 나타낼 수 있는 BP의 길이를 결정하기 위해서 이용될 수 있다. 따라서, 이하를 고려한다:
(관계식 36)
관계식 37은, 적어도 부분적으로, 도 4b에 도시된 바와 같이, 수직 기준 평면(550) 및/또는 피스톤(505)의 중심선 사이의 거리를 나타낼 수 있는 BKP의 길이를 결정하기 위해서 이용될 수 있다. 따라서, 이하를 고려한다:
(관계식 37)
관계식 38 및/또는 관계식 39는, 적어도 부분적으로, 도 4c에 도시된 바와 같이, 피스톤 로드(519) 및/또는 피스톤 작동기 로드(518) 사이의 둔각을 나타낼 수 있는 각도(BH)의 값을 식별하기 위해서 이용될 수 있다. 따라서, 이하를 고려한다:
(관계식 38)
(관계식 39)
마찬가지로, 예시적인 실시형태(200)에서와 같이, 지점의 궤적을 플로팅하여 예를 들어 매개변수 평가를 위한 하나 이상의 적절한 그래프를 생성하기 위해서, 주 크랭크샤프트가, 예를 들어, 2개의 완전한 회전을 통해서 회전될 수 있다. 예를 들어, 예시적인 실시형태(500)에 따라 전-행정-가변형 내연기관의 하나의 사이클을 완성하기 위해서, 각도(BA)가 0도로부터 720도까지 및/또는 0의 라디안으로부터 4ð 라디안까지 변화될 수 있다. 피스톤 슬랩 인자를 나타내는 BK11은, 예를 들어 실시형태(200)에서와 같이, 피스톤 상의 측면 부하로 인한 파워 손실을 감소 및/또는 최소화하도록 선택될 수 있다.
따라서, 여기에서, 도 2의 일반 형상 그래프와 유사한 그래프 및/또는 플롯이 예를 들어 생성될 수 있다. 마찬가지로, 수반 관계식을 전체적 및/또는 부분적으로 이용하여, 예를 들어 TDC, BDC, 행정 길이, 및/또는 실린더의 상단부의 위치의 결과를 평가할 수 있고/있거나 계산할 수 있고/있거나 설명할 수 있다. 또한, 예를 들어, 팽창비, 배기비 및/또는 흡기비가 본원에 설명된 바와 같은 여러 관계식을 이용하여 계산될 수 있다. 마찬가지로, 여기에서, 동작 사이클의 임의의 부분에서 피스톤 상단부(514)가 실린더의 상단부 위에 있음을 나타내는 결과로 복귀하는 전-행정-가변형 내연기관의 하나 이상의 구성이 고려로부터 배제될 수 있다. 예시적인 실시형태(200)에서와 같이, 예시적인 실시형태(500)에서, 실린더의 상단부는, 예를 들어, 여러 상응 관계식의 구현예를 통해서 압축비 및/또는 압축 행정의 위치에 의해서 결정 및/또는 좌우될 수 있다. 예시적인 실시형태(200)에서와 같이, 비제한적으로, 전술한 바와 같은 예시적인 실시형태(200)의 개선을 포함하여, 예시적인 실시형태(500)의 하나 이상의 양태를 개선을 위해 검사할 수 있다. 예시적인 실시형태(500)에 대한 평가에서, 각각의 행정 및/또는 각각의 행정비가 변경될 수 있다.
예를 들어 적어도 부분적으로 본원에 설명된 하나 이상의 관계식을 기초로 할 수 있는, 예시적인 실시형태(400)의 프로세스 및/또는 다른 적합한 프로세스를 전체적 및/또는 부분적으로 이용하여, 모든 및/또는 적절한 수의 희망하는/희망하거나 적합한 행정 및/또는 희망하는/희망하거나 적합한 행정비를 갖는 전-행정-가변형 내연기관의 하나 이상의 구현예를 결정할 수 있다. 이하에 기재된 표 1은, 예를 들어, 예시적인 실시형태(200)의 프로세스에 따른, 도 3과 관련하여 전술한 바와 같은, 평가를 위한 예시적인 매개변수 값을 나타낸다.
[표 1]
특정 시뮬레이션에서, 90번의 평가를 다양한 각도(KF)의 값에 대해서 수행하였고, 4도의 오프셋 각도(KF)마다 1번의 평가를 하였다. 여기에서, 예를 들어, 스프레드시트는 제1 계산에서 각도(KF)가 0도인 예시적인 실시형태에 대해 상기 조건과 함께 사용될 수 있고/있거나, 예를 들어 각도(KF)가 이전 계산보다 4도 더 큰, 단 한 번의 변경만 있는 후속 계산에서 사용될 수 있다.
도 5a 내지 도 5I는, 표 1에 기재된 매개변수를 갖는 예시적인 실시형태(200)에 대한 것과 같이, 피스톤의 상단부의 위치 및/또는 각도(A) 사이의 관계를 나타내는 그래프이다. 각각의 그래프는 각도[A]의 측정에 대한 [J]의 지점의 궤적을 플로팅하기 위해서 2번의 완전한 회전을 통해 예시적인 실시형태(200)의 주 크랭크샤프트를 회전시키는 것에 의해서 생성될 수 있다. 각각의 그래프는 변수(K1 내지 K11 및/또는 KCR)를 일정한 값에서 유지하는 것 및/또는 각도(KF)를 변경하는 것에 의해서 생성될 수 있다. 예로서, 도 5a는 각도(KF)가 184°의 값을 갖는 경우에 생성된 그래프를 도시하고, 도 5b는 각도(KF)가 185°의 값을 갖는 경우에 생성된 그래프를 도시하고, 도 5c는 각도(KF)가 186°의 값을 갖는 경우에 생성된 그래프를 도시한다. 도 5d는 각도(KF)가 187°의 값을 갖는 경우에 생성된 그래프를 도시한다. 도 5e는 각도(KF)가 188°의 값을 갖는 경우에 생성된 그래프를 도시한다. 도 5f는 각도(KF)가 189°의 값을 갖는 경우에 생성된 그래프를 도시한다. 도 5g는 각도(KF)가 190°의 값을 갖는 경우에 생성된 그래프를 도시하고, 도 5h는 각도(KF)가 191°의 값을 갖는 경우에 생성된 그래프를 도시하고, 도 5i는 각도(KF)가 192°의 값을 갖는 경우에 생성된 그래프를 도시한다.
각도(KF)가 185 내지 192도인 9번의 평가 예의 결과를 이하의 표 2에 기재하였다.
[표 2]
각도(KF)가 184도 및/또는 185도인 표 2에 기재된 결과는 팽창비 미만의 배기비를 나타내고, 이는 배기 TDC에서 밸브 클리어런스(valve clearance)가 부가된 전-행정-가변 구성이다. 각도(KF)가 186도인 전-행정-가변형 내연기관에 대한 결과는 팽창비보다 약간 더 큰 배기비를 나타내고, 이는 각도(KF)가 185도 및/또는 186도인 전-행정-가변 구현예가 실질적으로 동일한 배기비 및/또는 팽창비를 가질 수 있다는 것을 나타낸다. 실질적으로 동일한 팽창비 및/또는 배기비를 갖는 전-행정-가변형 내연기관의 구현예에서, 2개의 TDC가 마찬가지로 배치될 수 있다. 그러나, 전-행정-가변형 내연기관이 이러한 구성으로 제한될 필요가 없다는 것을 이해하여야 한다. 예를 들어, 서로 독립적으로, 배기 행정에 대한 TDC는 특정 밸브 설계 및/또는 타이밍의 장점을 수용 및/또는 취하도록 위치될 수 있고/있거나, 압축 행정에 대한 TDC는 압축비를 수용하도록 위치될 수 있다. 예를 들어, TDC의 위치는 희망하는/희망하거나 적절한 압축비, 팽창비, 배기비, 및/또는 흡기비로 결정될 수 있다. 186도 내지 191도의 각도(KF)에서의 평가 결과는, 예를 들어, 각도(KF)가 증가될 때, 배기비가 증가될 수 있고/있거나 팽창비보다 커질 수 있다는 것을 나타낸다. 각도(KF)가 186도로부터 191도로 증가될 때, 배기비는 예를 들어 24.1로부터 159로 증가될 수 있다. 각도(KF)가 191도인 구성은, 배기 TDC에서 피스톤의 상단부를 실린더 보어의 상단부에 근접시킬 수 있다. 각도(KF)에 부가되어 192도가 되게 하는 추가적인 1도는 (-1348)의 배기비로 복귀시킬 수 있고, 이는 피스톤의 상단부가 실린더 보어의 상단부를 지나게 할 수 있고/있거나 링키지의 실패를 유발할 수 있고, 이는 전-행정-가변형 내연기관 구성을 식별하기 위한 절차가 0 미만의 배기비를 갖는 구현예를 무시하도록 하는 필터를 이용할 수 있다는 것을 나타낸다. 당업자는, 본 개시 내용을 이용하여, 특정 희망 행정비의 세트를 설정하기 위해서 전-행정-가변 메커니즘의 구성을 조작하는 방법을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 희망하는/희망하거나 적합한 행정비를 생성하고/생성하거나 그러한 것으로 복귀하는 구성을 식별하기 위해서, 엔진 구성을 조작하면서, 전-행정-가변형 내연기관의 특징부를 변경 및/또는 조정할 수 있다.
표 1에 기재된 바와 같은 매개변수에 따른 일부 평가 및/또는 결과의 검사는, 예를 들어, 각도(KF)를 186도로부터 190도로 변경하기 위해서 사용된 위상 변화기가 본원에서 구현될 수 있다는 것을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 예시로서, 그러한 위상 변화기는 배기비를 약 29.7(대략적으로 팽창비와 같다)로부터 약 46:5로 변경할 수 있고, 따라서, 흡기비가 약 13.1로부터 약 21.5로 변경될 수 있고/있거나 팽창비가 약 28로부터 약 19로 변경될 수 있다. 그러한 변경은 188도의 KF 각도를 갖는 전-행정-가변 구성에서 각도(KF)가 변경될 때 발생될 수 있다. 더 구체적으로, 전-행정-가변형 내연기관은, 188도의 각도(KF)를 포함하여, 표 1에 기재된 매개변수를 이용하여 구현될 수 있다. 그러한 내연기관은, 예를 들어, 다른 변화가 없이, 위상 변화기에 의해서 186도로 변경된 각도(KF)로 구현될 수 있다. 내연기관은 유사하게 190도로 변경된 각도(KF)로 구현될 수 있다. 예시를 위해서, 이하의 표 3은 KF 각도를 변경하는 위상 변화기에 응답한 4개의 행정비에 대한 결과적인 변경의 예를 도시한다.
[표 3]
따라서, 표 3은, 위상 변화기를 이용하여 가변적인 압축비, 가변적인 팽창비(즉, 파워비), 가변적인 배기비, 및/또는 가변적인 흡기비를 갖는 전-행정-가변형 내연기관을 구현할 수 있다는 것을 나타낸다.
예를 들어, 개선된/개선되거나 바람직한 유연성 및/또는 성능을 찾기 위해서 유사한 방식으로 위상 변화기로 전-행정-가변형 내연기관의 여러 길이, 위치, 및/또는 각도를 변경함으로써, 하나 이상의 다른 구성을 평가할 수 있다. 일부 경우에, 예를 들어, 내연기관이 동작하는 동안(예를 들어, 동작 사용 중에) 및/또는 내연기관이 동작하지 않는 동안(동작 사용되지 않고, 정지적인 중에) 하나 이상의 행정비를 만들고/만들거나 선택할 수 있다. 변경은, 하나 이상의 동작 조건, 예를 들어 부하, 시드(seed) 등, 및/또는 일부 다른 조건, 예를 들어 다른 연료로의 변경/변환에 응답하여 이루어질 수 있다.
여기에서, 임의의 적합한 위상 변화기가 예를 들어 이용될 수 있다. 예를 들어, 구현예에서, 위상 변화기는 튜브 및/또는 슬리브의 내측 및/또는 외측 표면 상의 나선 각도가 상이한 튜브형 및/또는 슬리브 나선형 기어를 포함할 수 있다. 슬리브의 내측 나선은 예를 들어 반속 크랭크샤프트 상의 매칭되는 나선과 결합될 수 있다. 이어서, 슬리브의 외측 나선은, 예를 들어, 반속 크랭크샤프트 기어 또는 주 크랭크샤프트 기어의 보어 상의 매칭 나선과 결합될 수 있다. 내측 및/또는 외측 나선 결합은 슬라이딩 가능 유형의 연결일 수 있다. 예를 들어, 적어도 부분적으로, 위상 변화 슬리브를 크랭크샤프트의 축을 따라 이동시키기 위해서 제어 디바이스가 이용될 수 있고, 이는 각도(KF)의 변경을 초래할 수 있다.
전술한 바와 같이, 전-행정-가변형 내연기관은, 캠샤프트를 구동하고 4행정 사이클 프로세스 중에 흡기 밸브 및/또는 배기 밸브를 개방 및/또는 폐쇄하기 위한 로드 구동부를 수용할 수 있다. 도 6a는 캠샤프트를 구동하기 위한 로드 구동부의 예시적인 실시형태(800)의 정면도를 도시한다. 도 6b는 캠샤프트를 구동하기 위한 로드 구동부의 예시적인 실시형태(800)의 평면도를 도시한다. 도 6c는 구동 크랭크샤프트 단부에서의 로드 구동 크랭크샤프트 및/또는 로드 조립체의 예시적인 실시형태(800)의 정면도를 도시한다. 도 6d는 피동 크랭크샤프트에서의 로드 구동부의 예시적인 실시형태(800)의 측면도를 도시한다. 도 6e는 피동 크랭크샤프트 단부에서의 로드 구동 피동 크랭크샤프트 및/또는 로드 조립체의 예시적인 실시형태(800)의 정면도를 도시한다. 용이한 설명을 위해서, 적절한 경우, 도 6a 내지 도 6e의 동일 양태에 동일한 참조 번호를 부여하였다.
일부 로드 구동 구현예에서, 거리 로드(distance rod)(820)를 이용하여 구동 캠샤프트 구동부 크랭크샤프트(865)의 중심선(863) 및/또는 피동 캠샤프트 구동부 크랭크샤프트(805)의 중심선 사이의 거리를 유지할 수 있다. 거리 로드(820)는, 2개의 구동 로드와 실질적으로 유사한 열팽창 계수를 갖는 재료로 제조될 수 있다. 유지하고자 하는 거리는 2개의 구동 로드의 보어의 2개의 중심선들 사이의 거리와 동일할 수 있다. 더 정확하게는, 구동 로드(815, 825) 및/또는 거리 로드(820)는 예를 들어, 기어 캐리어 프레임(835)의 사용 유무와 상관없이, 실질적으로 동일한 중심선 거리들을 가질 수 있다. 또한, 현재 기술의 로드의 구동 구현예는 피벗 캐리어 프레임을 포함하지 않을 수 있고, 그에 따라 크랭크샤프트(865)의 중심선(863)은 고정될 수 있다. 구동 캠샤프트 구동부 크랭크샤프트(865)가, 예를 들어 온도 변화에 따라 구동 캠샤프트 구동부 크랭크샤프트(865)로부터 캠샤프트(810)까지의 거리가 거리 로드 보어들의 중심들 사이의 거리의 변화와 다른 양으로 변화되는 동안, 고정 위치에 배치되는 것을 고려할 수 있다. 특정 구현예에서, 피동 캠샤프트 구동부 크랭크샤프트(805)가 거리 로드(820)에 의해서 제 위치에서 유지될 수 있다. 피동 캠샤프트(810)는, 피동 캠샤프트 구동부 크랭크샤프트(805)의 중심선으로부터 오프셋될 수 있는 핀을 통해서, 피동 캠샤프트 구동부 크랭크샤프트(805)로부터 파워를 받을 수 있다. 그러한 핀은 피동 크랭크샤프트의 고정 부분을 포함할 수 있다. 핀이, 예를 들어, 캠샤프트의 단부 내의 반경방향 슬롯과 결합할 수 있다. 그러한 핀은 피동 캠샤프트 구동부 크랭크샤프트(805)로부터 캠샤프트(810)로 토크를 전달할 수 있다. 실시형태에서, 캠샤프트(810)의 단부 내의 슬롯이 캠샤프트(810)로부터의 피동 캠샤프트 구동부 크랭크샤프트(805)의 오프셋을 보상할 수 있다. 특정 구현예에서, 구동 핀 및/또는 슬롯이 크랭크샤프트 및/또는 캠샤프트로부터 스위칭될 수 있다. 핀 및/또는 슬롯 오프셋 구동에 대한 대안이 엇갈린 및/또는 개 다리 구동 핀(dog leg drive pin)을 이용할 수 있다. 그러한 구동부는, 피동 캠샤프트 구동부 크랭크샤프트(805) 및/또는 캠샤프트(810)의 중심선들로부터 오프셋될 수 있는 하나 이상의 홀을 이용할 수 있다. 2개의 오프셋 및/또는 평행 중심선들을 갖기 위한 조그(jog)를 갖는 핀이 하나 이상의 홀을 통해서 피동 캠샤프트 구동부 크랭크샤프트(805) 및/또는 캠샤프트(810)에 피벗 가능하게 연결될 수 있고, 그에 따라 토크가 핀을 통해서 피동 캠샤프트 구동부 크랭크샤프트(805)로부터 캠샤프트(810)로 전달될 수 있다. 또한, 특정 구현예에서, 오프셋 핀은 2개의 홀을 통해서 피동 캠샤프트 구동부 크랭크샤프트(805) 및/또는 캠샤프트(810)에 피벗 가능하게 연결될 수 있고/있거나, 피동 캠샤프트 구동부 크랭크샤프트(805) 및/또는 캠샤프트(810)의 탈-정렬을 보상하기 위해서 구멍을 가질 수 있다(oculate). 예를 들어 전술한 로드 구동부 및/또는 캐리어 프레임(835)을 포함하는 본원에 설명된 구현예는, 적어도 부분적으로, 발생되는 치수 변화에 대한 보상으로 인해서, 그로 인한 감소된 파워량을 이용할 수 있고/있거나, 더 적은 소음, 진동 및/또는 불쾌함(NVH)을 체험할 수 있다. 예를 들어, 후술하는 바와 같은 특정 구현예는, 피동 캠샤프트 구동부 크랭크샤프트(805)가 캠샤프트(810)와 실질적으로 및/또는 일관되게 정렬되도록 보장하는 데 도움이 될 수 있는, 피벗 캐리어 프레임(835)의 옵션을 포함할 수 있다.
설명한 바와 같이, 피벗 캐리어 프레임(835)의 특정 구현예는 잠재적인 탈-정렬 문제를 감소시킬 수 있고/있거나 실질적으로 제거할 수 있다. 탈-정렬 문제를 제거하지 않고 보상하는 것과 같은 일부 구현예는, 서로 실질적으로 일관되게 상대적으로 운동할 수 있는 부품들을 가질 수 있고, 그에 따라 약간의 마찰 손실 및/또는 소음, 진동 및/또는 불쾌함(NVH)의 약간의 증가를 초래할 수 있다. 예를 들어, 로드 구동부의 실질적으로 일관되게 보상하는 버전은, 토크를 피동 캠샤프트 구동부 크랭크샤프트(805)로부터 캠샤프트(810)로 전달할 수 있는 요소를 포함할 수 있고, 이는 특정 샤프트의 중심선으로부터의 거리를 실질적으로 일관되게 변경할 수 있고, 이는 개별적인 회전 전체를 통한 캠샤프트의 각도 회전 속도의 실질적으로 일관된 변화를 초래할 수 있고, 그에 따라 부가적인 NVH를 초래할 수 있다. 탈-정렬 문제를 실질적으로 제거 및/또는 감소시키기 위해서 피벗 캐리어 프레임(835)의 구현예를 포함하는 로드 구동부의 특정 구현예가 반속 크랭크샤프트(865)에 회전 가능하게 부착된 피벗 캐리어 프레임(835)을 포함할 수 있고, 그에 따라 이는 반속 크랭크샤프트(865)가 회전하는 것과 동시에 주 크랭크샤프트(870) 상에서 또는 그 주위에서 피벗될 수 있다. 특정 구현예에서, 피벗 캐리어 프레임(835) 피벗 부착부가 엔진 프레임의 메인 베어링 하우징 상의 적절한 기구(arrangement)에 위치될 수 있다. 특정 구현예에서, 피벗 캐리어 프레임(835)은 반속 크랭크샤프트(870)의 중심선(845)을 중심으로 피벗될 수 있고/있거나, 엔진 프레임 및/또는 메인 베어링(871)에 피벗 가능하게 부착될 수 있다. 그러한 위치는, 주 크랭크샤프트(870)에 회전 가능하게 연결되는 피벗 캐리어 프레임(835)으로부터 초래될 수 있는 파워-소비 베어링 항력을 감소 및/또는 실질적으로 제거할 수 있다.
예시적인 실시형태(800)에서, 로드 구동 메커니즘은, 예를 들어, 1 대 1 비율로 평형 샤프트들을 구동할 수 있고, 이는 체인 구동부 및/또는 기어 구동부에 비해서 NVH가 비교적 작다. 예시적인 실시형태(800)에 따른 로드 구동 메커니즘은 예를 들어 벨트 구동부에 비해서 개선된 내구성을 나타낼 수 있다. 로드 구동 메커니즘은 스로우(865A 및/또는 865B)를 포함하는 2-스로우 구동 크랭크샤프트(865), 및/또는 스로우(805A 및/또는 805B)를 포함하는 2-스로우 피동 크랭크샤프트(805)를 포함할 수 있다. 그러한 크랭크샤프트는 예를 들어 평행 축 상에 위치될 수 있고/있거나, 상응 크랭크 핀들이 일렬로 위치될 수 있다. 예를 들어, 크랭크 핀(866 및/또는 806)은, 크랭크 핀(867 및/또는 807)과 같이, 상응할 수 있다. 또한, 예를 들어, 스로우(865A)는 스로우(805A)와 상응할 수 있고/있거나, 스로우(865B)는 스로우(805B)와 상응할 수 있다. 적어도 하나의 구현예에서, 각각의 크랭크샤프트 상의 크랭크 핀이, 예를 들어, 일 예로서, 약 90도일 수 있는 유사 각도 및/또는 동일 각도만큼 서로 분리될 수 있다. 스로우(805A)에 상응하는 스로우(865A) 및/또는 스로우(805B)에 상응하는 스로우(865B)와 같은, 2개의 크랭크샤프트의 상응 스로우들이 동일 및/또는 유사한 길이일 수 있다. 크랭크 핀(806)에 상응하는 크랭크 핀(866) 및/또는 크랭크 핀(807)에 상응하는 크랭크 핀(867)과 같은, 상응 크랭크 핀들이 동일 및/또는 유사한 길이의 연결 로드에 의해서 서로 회전 가능하게 연결될 수 있다. 로드 구동부의 설계가, 많은 예들 중 단지 몇몇을 들면, 조립 및/또는 열 팽창으로부터 초래될 수 있는, 구동 및/또는 피동 샤프트들 사이의 하나 이상의 거리 변동을 수용할 수 있다. 따라서, 이하에 기재된 설명은, 구동 크랭크샤프트 및/또는 피동 크랭크샤프트 사이의 거리 변동으로부터 초래될 수 있는 하나 이상의 문제를 감소 및/또는 제거할 수 있는, 특정 예시적 구현예를 설명한다.
따라서, 구현예에서, 전-행정-가변형 내연기관의 캠샤프트를 구동하도록 로드 구동부를 구성하기 위해서, 예를 들어, 구동 캠샤프트 구동부 크랭크샤프트(865) 및/또는 피동 기어(830)를 포함하는 조립체가 구동 기어(840)를 통해서 회전되는 동안, 피벗 캐리어 프레임(835)이 크랭크샤프트 메인 베어링 하우징(871)의 중심선(845)을 중심으로 비교적 적은 양으로 피벗될 수 있도록, 피벗 캐리어 프레임(835)이 반속 크랭크샤프트(865)에 회전 가능하게 연결될 수 있고/있거나 엔진 프레임에 피벗 가능하게 연결될 수 있다. 크랭크샤프트(870)를 중심으로 하는 파벗 캐리어 프레임(835)의 비교적 적은 양의 피벗은 엔진 조립체의 길이의 전술한 변동을 보상할 수 있다. 피동 기어(830)는 피벗 캐리어 프레임(835)에 회전 가능하게 장착될 수 있고/있거나, 구동 캠샤프트 구동부 크랭크샤프트(865)에 기계적으로 커플링될 수 있고/있거나 달리 결합될 수 있다. 피동 기어(830) 및/또는 구동 캠샤프트 구동부 크랭크샤프트(865)가 조립체 및/또는 유닛으로서 피벗 캐리어 프레임(835) 내에서 회전될 수 있도록, 피동 기어(830) 및/또는 구동 캠샤프트 구동부 크랭크샤프트(865)는, 예를 들어, 피벗 캐리어 프레임(835) 내에 회전 가능하게 장착될 수 있고/있거나, 구동 기어(840)에 기계적으로 커플링될 수 있고/있거나 그와 달리 결합될 수 있다.
캠샤프트는 피동 2 스로우 크랭크샤프트를 포함할 수 있고/있거나 그에 부착될 수 있다. 예를 들어, 그러한 전술한 구동 및/또는 피동 크랭크샤프트들이 평행한 축들 상에서 회전될 수 있다. 2개의 크랭크샤프트의 상응 스로우들이 동일 및/또는 대략적으로 동일한 길이일 수 있고/있거나, 각각의 크랭크샤프트의 스로우들 사이의 각도가 동일 및/또는 대략적으로 동일하도록 서로 정렬되어 위치될 수 있다. 하나의 특정 예시적 구현예에서, 스로우들 사이의 각도는 약 90도이나, 청구된 청구대상의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다. 2개의 크랭크샤프트의 상응 크랭크 핀들은, 예를 들어, 피동 캠샤프트로부터 반속 크랭크샤프트까지의 거리의 변동이 크랭크샤프트 메인 베어링(871)의 중심선(845)을 중심으로 하는 피벗 캐리어 프레임(835)의 자유 피벗팅에 의해서 보상될 수 있도록 피벗 캐리어 프레임(835)을 배치하는 길이 및/또는 대략적으로 동일한 길이의, 로드(815 및/또는 825)와 같은, 구동 로드에 의해서 서로 회전 가능하게 연결될 수 있다. 피벗 캐리어 프레임(835)이 피벗될 수 있는 공간은, 예를 들어, 열 팽창에 의해서 유발되는 및/또는 조립된 유닛의 허용된 공차 및/또는 다른 변동으로부터 초래되는 변동을 보상하기에 적절할 수 있다. 그러한 메커니즘은 피벗 캐리어 프레임(835)을 제 자리에 유지하기 위한 힘이 예를 들어 2개의 연결 로드에 의해서 제공되게 할 수 있다. 예를 들어, 추가적인 부하에 의해서, 로드는, 구동부를 피동 크랭크샤프트 거리로 유지하는 부가적인 부하를 지탱하지 않는 로드보다, 더 무거워질 수 있다. 거리 로드(820)와 같은 제3 연결 로드가 구동부를 피동 크랭크샤프트 거리로 유지할 수 있고, 이는, 때때로, 제1 및 제2 구동 로드(815, 825)의 길이와 각각 동일할 수 있고/있거나, 예를 들어, 피벗 캐리어 프레임(835)의 부하를 지탱하도록 부가될 수 있다. 거리 로드(820)는, 예를 들어, 구동 크랭크샤프트 및/또는 피동 크랭크샤프트 메인 베어링에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 구동 로드 상의 감소된 부하는 로드 및/또는 베어링이 더 가벼워지게 할 수 있다. 또한, 균형 중량체(balance weight)가 또한 더 가벼워질 수 있다. 거리 로드(820)는, 예를 들어, 2개의 구동 로드와 유사한(또는 동일한) 열 팽창 계수를 가질 수 있는 재료로 제조될 수 있다.
따라서, 본원에 설명된 바와 같이, 전-행정-가변형 내연기관은 장점을 제공할 수 있다. 예를 들어, 부분적-행정-가변형 내연기관은 캠샤프트를 구동하기 위해서 비교적 긴 구동 로드를 포함할 수 있다. 비교적 긴 구동 로드 시스템은, 적어도 부분적으로, 비교적 고속의 원형 운동으로 이동할 수 있는 구동 로드의 부가적인 질량 및/또는 길이로 인해서, 증가된 NVH를 체험할 수 있다. 대조적으로, 본원에 설명된 것과 같은 전-행정-가변형 내연기관의 예시적인 실시형태는 비교적 작은 NVH를 위해서 비교적 짧은 치수의 하나 이상의 구동 로드를 갖는 비교적 콤팩트한 구동 로드 구성을 포함할 수 있다.
또한, 특정 구현예에서, 로드 구동 시스템은, 주 크랭크샤프트 또는 다른 구동 기어를 중심으로 피벗되는 것과 대조적으로, 피동 캠샤프트를 중심으로 피벗될 수 있는 캐리어 프레임을 포함할 수 있다. 캐리어 프레임이 캠샤프트를 중심으로 피벗될 수 있는 구현예에서, 로드 구동부는 캠샤프트에 대한 최종 구동 유닛으로서의 역할을 할 수 있고/있거나, 캐리어 프레임 내의 감속 기어 세트(예를 들어, 2:1)가 캠샤프트에 대한 최종 구동 유닛으로서의 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 특정 구현예에서, 비교적 작은 NVH의 로드 구동 시스템은 반속 기어 및/또는 크랭크샤프트로부터 캠샤프트까지 또는 그 부근까지 연장되는 로드 구동부를 포함할 수 있고, 여기에서 피벗 구동 유닛은 캠샤프트를 중심으로 피벗될 수 있다. 구현예에서, 로드 구동부가 피벗 구동 유닛에 연결될 수 있고/있거나, 로드 구동부에 의해서 구동될 수 있고, 이는 이어서 캠샤프트를 구동할 수 있다. 또한, 구현예에서, 피벗 구동 유닛이 예를 들어 제2의 비교적 짧은 로드 구동부를 포함할 수 있다.
전-행정-가변형 내연기관의 특정 구현예는 특정 연료를 수용하도록 설계 및/또는 구성될 수 있다. 그러한 구현예는, 예를 들어, 상대적으로 더 낮은 압축비 및/또는 상대적으로 더 높은 배기비를 포함할 수 있다. 전-행정-가변형 내연기관의 특정 구현예는 또한, 상대적으로 더 높은 압축비 및/또는 상대적으로 더 낮은 배기비를 수반할 수 있는 부가적인 연료를 수용하도록 설계 및/또는 구성될 수 있다. 부분적-행정-가변형 내연기관은, 다른 한편으로, 이러한 장점을 제공하지 못할 수 있다.
또한, 비록 본원에 설명된 예시적인 실시형태가 주 크랭크샤프트의 1/2 속도로 회전되는 이차 크랭크샤프트를 설명하지만, 청구된 청구대상의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 다른 실시형태는, 반속과 다른 속도로 동작할 수 있는 이차 크랭크샤프트 및/또는 링키지 메커니즘을 구현할 수 있다. 그러한 실시형태는, 예를 들어, 믹서 펌프로서, 의료 디바이스에서, 및/또는 다른 적용예에서 유리하게 이용될 수 있다. 또한, 전-행정-가변 구현예는, 여러 피스톤 및/또는 크랭크샤프트 및/또는 링키지를 결합할 수 있는 하나 이상의 로드 내의 하나 이상의 조인트에서 동작할 수 있는, 하나 초과의 이차 크랭크샤프트 및/또는 링키지 메커니즘을 포함할 수 있다. 그러한 구현예는, 매우 다양한 적용예를 만족시킬 수 있는 행정 길이 및/또는 TDC 및/또는 BDC를 포함할 수 있다.
또한, 전-행정-가변형 내연기관의 특정 구현예는, 실린더 내의 피스톤이 배기-흡기 TDC에 있고/있거나 그에 근접하여 있을 때 실린더 내로 침입하는 부분을 가지지 않을 수 있는, 이하에서 설명되는 예시적인 상대적으로 더 낮은 제한의 포핏 밸브와 같은, 밸브 설계의 장점을 취하도록 설계 및/또는 구성될 수 있다. 그러한 예시적인 특징은, 내연기관이 (예를 들어, 거의 무한대의) 비교적 매우 큰 배기비 값 및/또는 흡기비 값을 가지게 할 수 있다. 그러한 특징을 갖는 밸브 설계는, 예를 들어, 다양한 로터리 밸브 설계 및/또는 구성을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상대적으로 더 큰 배기비는 부분적-행정-가변형 내연기관 설계의 특징 및/또는 결과가 아니고/아니거나, 분명히 부분적-행정-가변형 내연기관에서 벗어나 설계된 것이다.
또한, 전-행정-가변형 내연기관의 특정 구현예에서, 반속 크랭크샤프트는, 감소된 부품의 수 및 감소된 비용으로, 하나 이상의 캠샤프트를 구동하기 위한 스프로켓, 기어 및/또는 다른 파워 전달 디바이스를 포함할 수 있다.
또한, 가솔린 및/또는 디젤 모두를 동시에 이용하여 동작할 수 있는 내연기관은, 서로 독립적으로 배치될 수 있는 2개의 TDC 및/또는 2개의 BDC를 가질 수 있는 것에 의해서 제공될 수 있는 유연성으로부터 이점을 취할 수 있다. 다중 연료 유형의 조합은, 개별적인 연료가 각각 비교적 더 적합한 행정비의 조합을 가질 수 있는 것과 유사한 방식으로, 4개의 행정비의 비교적 더 적합한 조합을 가질 수 있다. 또한, 특정 구현예에서, 하나 이상의 위상 변화기를 이용하여, 내연기관이 동작하는 동안, 행정비를 조정할 수 있다. 또한 특정 구현예에서, 특정 가솔린-대-디젤비를 변경하여 희망 성능 특성에 더 적합하게 맞출 수 있다. 특정 구현예에서, 이중 연료 컨셉은 실질적으로 완전 디젤 및/또는 실질적으로 완전 가솔린에서 전-행정-가변형 내연기관을 동작시키는 것으로 확장될 수 있다. 둘 이상의 연료의 다른 조합에 대한 부가적인 희망 성능 특성이, 적어도 부분적으로, 예를 들어 위상 변화기의 조정을 통해서 달성될 수 있다.
이하에서, 내연기관과 함께 사용되는 예시적인 밸브를 설명한다. 특정 구현예에서, 밸브는 비교적 더 낮은 제한의 포핏 밸브를 포함할 수 있다. 실시형태에서, 하나 이상의 피스톤을 갖는 피스톤 엔진 및/또는 피스톤 펌프는, 비교적 더 큰 배기비 및/또는 흡기비를 갖는 및/또는 비교적 더 큰 효율을 갖는, 비교적 더 작은-제한의 포핏 밸브를 이용할 수 있다. 특정 구현예에서, 전-행정-가변형 내연기관은, 예를 들어, 이하에서 설명되는 것과 같은, 비교적 더 낮은 제한의 포핏 밸브를 이용할 수 있으나, 청구된 청구대상의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다. 특정 구현예에서, 비교적 더 낮은 제한의 포핏 밸브는 캠 운동, 유압, 솔레노이드, 및/또는 다른 메커니즘을 통해서 동작될 수 있다. 또한, 특정 구현예에서, 비교적 더 낮은 제한의 포핏 밸브는, 예를 들어, 비교적 매우 큰 흡기비 및/또는 배기비를 포함하여, 내연기관에서 비교적 매우 넓은 범위의 흡기비 및/또는 배기비를 가능하게 할 수 있다. 또한, 특정 구현예에서, 비교적 더 낮은 제한의 포핏 밸브는 유리하게는 비교적 극단적인 열, 냉기, 압력, 진공 및/또는 불순물의 환경에서 동작될 수 있다.
도 7 내지 도 10은, 비교적 더 큰 흡기비 및/또는 배기비를 촉진할 수 있는 비교적 낮은 제한의 포핏 밸브 시스템의 실시형태(1000)를 도시한다. 적어도 부분적으로 표 1과 관련하여 설명된 전-행정-가변 구성은, 예를 들어, 표 2에 기재된 바와 같은 191°의 각도(KF)에서 159의 배기비를 가질 수 있다. 또한 도 5a 내지 도 5e를 참조한다. 특정 구현예에서, 도 7에 도시된 바와 같이, 실린더(1010) 위의 하나 이상의 배기 밸브(1002)를 가로지르도록, 하나 이상의 흡기 밸브(1001)가 배치될 수 있다. 물론, 청구된 청구대상의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다. 흡기 밸브(1001) 및/또는 배기 밸브(1002)는, 예를 들어, 하나 이상의 캠 및/또는 캠샤프트 및/또는 록커 아암 메커니즘(rocker arm mechanism)을 통해서 이동될(예를 들어, 개방 및/또는 폐쇄될) 수 있다. 예를 들어 도 6a 내지 도 6e에 도시된, 예시적인 캠샤프트 구동 메커니즘을 전술하였지만, 청구된 청구대상의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다. 특정 구현예에서, 밸브 스프링 공동(1021) 내에 배치된 밸브 스프링(1072)이 비교적 일정한 힘을 흡기 밸브(1001)에 제공할 수 있다. 마찬가지로, 밸브 스프링 공동(1022) 내에 배치된 밸브 스프링이 비교적 일정한 힘을 배기 밸브(1002)에 제공할 수 있다.
실시형태(1000)에서, 흡기 밸브(1001)는, 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 실질적으로 원통형 형상을 가질 수 있고/있거나 실질적으로 컵-형상일 수 있는 밸브 헤드를 포함할 수 있다. 마찬가지로, 배기 밸브(1002)는, 실질적으로 원통형 형상을 가질 수 있고/있거나 실질적으로 컵-형상일 수 있는 밸브 헤드를 포함할 수 있다. 또한, 실시형태(1000)에서, 흡기 밸브 헤드 표면(1003) 및/또는 배기 밸브 헤드 표면(1004)은 연소 챔버(1070)의 일부를 구성할 수 있고, 챔버(1070)는, 적어도 부분적으로, 피스톤(1040)의 상단 표면, 흡기 밸브 헤드 표면(1003) 및/또는 배기 밸브 헤드 표면(1004)에 의해서 정의된다. 챔버(1070)는 또한, 적어도 부분적으로, 실린더(1010) 및/또는 실린더 헤드(1011)에 의해서 정의될 수 있다.
실시형태(1000)에서, 흡기 밸브(1001) 및/또는 배기 밸브(1002)는, 연소 챔버(1070) 및/또는 실린더(1010) 내로 침입하지 않으면서, 엔진 동작 중에 개방 및/또는 폐쇄될 수 있다. 흡기 밸브(1001)가 개방될 때, 공기 및/또는 공기/연료 혼합물이 흡기 포트(1061)를 통해서 실린더(1010) 내로 도입될 수 있다. 흡기 포트(1061)는 실린더(1010)로 전달되는 공기를 위한 실질적으로 직선형인 통로를 포함할 수 있고, 그에 따라 흡기 행정 중에 흡기 밸브(1001)에 걸친 압력 강하를 잠재적으로 감소시킬 수 있다. 배기 밸브(1002)가 개방될 때, 배기 가스 및/또는 입자가 배기 포트(1062)를 통해서 실린더(1010)를 빠져나갈 수 있다. 배기 포트(1062)는 배기 가스가 실린더(1010)를 빠져나가기 위한 실질적으로 직선형인 통로를 포함할 수 있다. 적어도 부분적으로 흡기 밸브 헤드 표면(1003) 및/또는 배기 밸브 헤드 표면(1004)에 의해서 정의된, 적어도 부분적으로 연소 챔버(1070)의 특성으로 인해서, 비교적 더 낮은 제한의 포핏 밸브 시스템을 구현하는 실시형태(1000) 및/또는 다른 실시형태는 비교적 더 큰 흡기비 및/또는 배기비를 제공할 수 있다. 여러 실시형태는, 비교적 더 큰 흡기비 및/또는 배기비를 달성하기 위해서 본원에 설명 및/또는 도 7 내지 도 10에 도시된 특징부 및/또는 요소의 다양한 조합을 이용할 수 있다. 실시형태(1000)와 같은 실시형태에서, 피스톤 밀봉부(1031) 및/또는 밸브 밀봉부(1032 및/또는 1033)는 엔진 동작 중에 연소 챔버(1070)의 무결성을 유지하는 데 도움을 줄 수 있다. 밸브 시트(1023 및/또는 1024)가 또한 연소 챔버(1070)의 무결성을 유지하는 데 기여할 수 있다. 따라서, 피스톤 밀봉부(1031), 밸브 밀봉부(1032 및/또는 1033) 및/또는 밸브 시트(1023 및/또는 1024)는, 예를 들어, 적어도 부분적으로, 비교적 더 큰 흡기비 및/또는 배기비의 달성에 기여할 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 실시형태에서, 밸브 스프링은 공압 스프링과 조합될 수 있다. 예를 들어, 밸브 스프링(1072)은, 포트(1075)를 통해서 밸브 스프링 공동(1021) 내로 도입된 가스(1076)로부터 발생될 수 있는 가스 압력에 의해 보조될 수 있다. 구현예에서, 가스 및/또는 가스 압력이, 예를 들어, 연소 챔버로부터 및/또는 보조 공급원으로부터 포트(1075)로 전환될 수 있다. 구현예에서, 흡기 밸브 헤드(1101)의 직경이 확대될 수 있고, 그에 따라 가스 압력으로 인한 밸브 폐쇄력이 증가할 수 있다. 밸브 헤드(1101)가 밸브 스프링 공동(1021) 내에서 전후로 이동할 때, 벤트(1074)가, 적어도 부분적으로, 밸브 헤드(1101)에 인가되는 배압을 조절할 수 있다. 특정 구현예에서, 가스(1076)에 의해서 제공되는 밸브 폐쇄력이 밸브 스프링(1072)에 의해서 제공되는 폐쇄력에 더해질 수 있다. 실시형태에서, 공압 밸브 스프링 압력이 변경되어, 예를 들어, 감소된 폐쇄력을 제공할 수 있고, 그에 따라 마찰, 마모 및/또는 파워 소비를 줄일 수 있다.
도 9는 여러 양태에서 실시형태(1000)와 유사한 예시적인 실시형태(1100)를 도시한다. 예를 들어, 실시형태(1100)는 밸브 스프링 공동(1021) 내에서 이동하는 밸브 헤드(1101)를 포함한다. 그러나, 실시형태(1100)는, 실시형태(1000)에 도시된 것과 반대되는 밸브 헤드(1101)의 표면에 부착되는 흡기 밸브 스템(1301)을 포함한다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 흡기 포트(1061) 및/또는 배기 포트(1062) 중 하나 이상과 교차하는 밸브 스템(1301)을 갖는 대신, 밸브 스템(1301)이 밸브 헤드(1101)의 밸브 스프링 공동-측에 부착될 수 있다. 또한, 밸브 스템(1301)은 밸브 스프링 공동(1021)을 통과할 수 있다. 다른 실시형태에서와 같이, 밸브 스템(1301)은, 예를 들어, 캠 및/또는 록커 아암 메커니즘을 통해서 작동되어, 흡기 밸브(1001)를 개방 및/또는 폐쇄할 수 있다. 실시형태는, 비록 도 9에는 도시하지 않았지만, 배기 밸브(1002)를 위한 유사한 메커니즘을 구현할 수 있다.
특정 구현예에서, 밸브 스프링 공동(1021)은 (예를 들어, 금속 코일-유형 밸브 스프링이 아닌) 공압 밸브 스프링 챔버로서만 동작할 수 있다. 밸브 스프링 공동(1021)은 예를 들어 폐쇄된 챔버로서 구현될 수 있다. 가스(1076)가 밸브 스템(1301)을 통해서 밸브 스프링 공동(1021)을 빠져나가는 것을 밀봉부(1132)가 방지할 수 있다.
실시형태(1100)에서, 예를 들어, (예를 들어, 밸브 스프링 공동(1021) 내로의 가스(1076)의 도입으로 인해 발생하는) 스프링 공동(1021) 내의 가스 압력의 양이 조정될 수 있다. 또한, 밸브 스프링 챔버(1021)에 제공되는 가스 압력(1076)의 양은, 적어도 부분적으로, 연소 챔버(1070) 내에 전개된 특정 양의 연소 압력에 따라 달라질 수 있다. 특정 구현예에서, 1,000 단위의 연소 압력마다. 7.8 단위의 가스 압력이 밸브 스프링 공동(1021)에 인가될 수 있으나, 청구된 청구대상의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다. 밸브 스프링 공동(1021) 내의 가스 압력을 특정 폐쇄력에 맞춰 조정할 수 있고/있거나 마찰 손실을 감소 및/또는 최소화하기 위해서 조정할 수 있다. 밸브 폐쇄력은, 적어도 부분적으로, 연소 챔버 압력의 변화에 응답하여 변경될 수 있다. 예를 들어, 전-행정-가변형 내연기관의 특정 구현예를 포함하여, 내연기관의 특정 구현예는 변화되는 부하 및/또는 속도로 동작할 수 있다. 밸브 폐쇄력은, 실시형태에서, 적어도 부분적으로 변화되는 부하 및/또는 속도를 기초로 (예를 들어, 밸브 스프링 공동(1021) 내의 가스 압력을 조정함으로써) 조정될 수 있다.
도 10은 여러 양태에서 실시형태(1000)와 유사한 실시형태(1200)를 도시한다. 실시형태(1200)는, 흡기 밸브(1001) 및/또는 배기 밸브(1002)와 같은, 흡기 밸브 및/또는 배기 밸브의 양 단부에서 동작하는 캠 메커니즘을 포함하는 예시적인 제어 밸브 동작 시스템을 포함한다. 실시형태(1200)에서, 밸브 개방부 캠(1208 및 1214)과 함께 밸브 폐쇄부 캠(1202 및/또는 1206)이 도시되어 있다. 실시형태(1200), 밸브 폐쇄부 캠(1202)은 판(1201)이 휘어지게 하는 힘을 인가할 수 있고, 이는 이어서 힘을 흡기 밸브(1001)에 인가할 수 있다. 밸브 개방부 캠(1214)은 또한, 밸브 폐쇄부 캠(1202)에 의해서 인가되는 힘에 실질적으로 반대되는 힘을 흡기 밸브(1001)에 인가할 수 있다. 실시형태에서, 밸브 개방부 캠(1214)은 밸브 폐쇄부 캠(1202)과 협력하여 흡기 밸브(1001)를 개방 및/또는 폐쇄하도록 동작할 수 있다. 마찬가지로, 밸브 폐쇄부 캠(1206)은 판(1207)이 휘어지게 하는 힘을 인가할 수 있고, 이는 이어서 힘을 배기 밸브(1002)에 인가할 수 있다. 밸브 개방부 캠(1208)은 또한, 밸브 폐쇄부 캠(1206)에 의해서 인가되는 힘에 실질적으로 반대되는 힘을 배기 밸브(1002)에 인가할 수 있다. 실시형태에서, 밸브 개방부 캠(1208)은 밸브 폐쇄부 캠(1206)과 협력하여 배기 밸브(1002)를 개방 및/또는 폐쇄하도록 동작할 수 있다. 밸브 개방부 캠(1208 및 1214) 및/또는 밸브 폐쇄부 캠(1202 및/또는 1206)을 포함하는 실시형태(1200)는, 예를 들어, 스프링-코일 유형의 밸브 스프링 및/또는 공압 밸브 스프링을 필요로 하지 않을 수 있다.
특정 구현예에서, 유압 및/또는 다른 메커니즘 및/또는 재료를 이용하여, 실시형태(1200)와 같은 밸브 동작 시스템에서 치수 변동을 제어할 수 있고/있거나, 밸브 폐쇄력의 제어에 도움을 줄 수 있다. 예를 들어, 실시형태(1200)와 같은, 밸브 동작 시스템은, 밸브 동작 시스템 내의 느슨해짐(slack)을 감소 및/또는 실질적으로 제거하기 위해서, 유압 밸브-리프터 및/또는 다른 적합한 메커니즘과 유사한 디바이스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 실시형태(1200)의 특정 구현예는, 다른 데스모드로믹 밸브(desmodromic valve) 동작 시스템에 비해서, 소음을 줄일 수 있다. "데스모드로믹 밸브"는, 상응하는 상이한 제어 메커니즘을 통해서 상이한 방향들로 작동되는 밸브를 지칭한다. 예를 들어, 내연기관 내의 데스모드로믹 밸브는, 스프링이 아니라, 캠 및/또는 레버리지 메커니즘에 의해서 확실하게 폐쇄될 수 있다.
특정 구현예에서, 밸브 시스템의 일부로서 구현될 수 있는, 적어도 일부 측면에서 유압 밸브 리프터와 유사한 디바이스에는, 팽창 행정 중에, 비교적 큰 유압이 인가될 수 있다. 특정 구현예에서, 압력 생성 및/또는 전달 시스템은, 적어도 일부 측면에서, 예를 들어, 디젤 엔진에서 구현될 수 있는 직접 연료 분사 시스템과 유사할 수 있다. 구현예에서, 데스모드로믹 밸브 작동을 포함할 수 있거나 포함하지 않을 수 있는 밸브 시스템이, 예를 들어, 팽창 행정 중에 연소 챔버가 압력을 받을 때 인가될 수 있는 조정 가능한 폐쇄력을 가질 수 있다. 밸브를 폐쇄 상태로 유지하기 위해서 이용되는 유압은, 예를 들어, 연소 챔버 압력의 변동을 유발할 수 있는 인자와 유사한 인자에 응답하여, 및/또는 다른 엔진 성능 매개변수에 응답하여 달라질 수 있다.
도 7 내지 도 10에 도시된 예시적인 실시형태(1000, 1100 및/또는 1200)와 같은 실시형태는 소정 범위의 잠재적으로 유리한 특성을 제공할 수 있다. 예를 들어, 특정 구현예는, 전술한 바와 같이, 비교적 큰 흡기비 및/또는 배기비를 제공할 수 있다. 또한, 특정 구현예는 헤드 가스켓 또는 헤드-대-실린더 블록 조인트를 이용하지 않을 수 있고/있거나, 헤드 가스켓 또는 헤드-대-실린더 블록 조인트를 포함하는 적어도 일부의 다른 내연기관 유형에 비해서, 단순화된 주조, 가공, 및/또는 조립을 활용할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 연소 챔버(1070)와 같은 연소 챔버 전체를 통한 온도 구배가 헤드 가스켓, 가스켓 표면, 헤드 볼트 등에 의해서 영향을 받지 않을 수 있다. 또한, 예를 들어, 헤드 볼트 및/또는 헤드 볼트와 관련된 다른 구조물의 제거에 의해서, 냉각제 통로의 설계 및/또는 구현이 단순화될 수 있다. 흡기 및/또는 배기 통로의 설계 및/또는 구현이 마찬가지로 단순화될 수 있다. 예를 들어, 엔진 설계자는, 냉각, 흡기, 배기, 윤활, 점화, 분사, 메인 베어링 체결부, 실린더 왜곡, 온도 구배의 급격한 변화 및/또는 헤드-대-실린더 블록 조인트의 구현과 관련된 기타 고려 사항에 대해서 선택된 설계와 수용 가능한 정도의 간섭을 가질 수 있도록, 헤드 볼트의 위치 및/또는 설계와 관련하여 효과적인 타협점을 찾아야 할 필요가 없을 수 있다. 또한, 도 7 내지 도 10에 도시된 예시적인 실시형태(1000, 1100 및/또는 1200)와 같은 실시형태는, 다른 데스모드로믹 밸브 동작 시스템보다 더 강건할 수 있는 비교적 단순화된 밸브 제어 메커니즘을 제공할 수 있다.
도 11a는 예시적인 밸브 시스템을 위한 예시적인 냉각제 통로의 실시형태(1500)의 정면 개략도를 도시한다. 실시형태(1500)는 도 7 내지 도 10에 도시된 예시적인 실시형태(1000, 1100 및/또는 1200)와 유사한 여러 특성을 포함할 수 있다. 그러나, 실시형태(1500)는 다른 실시형태와 상이한 특성을 포함할 수 있다. 예를 들어, 실시형태(1500)는, 냉각제가 통과하여 유동할 수 있는 여러 통로를 포함할 수 있다. 실시형태(1500)는, 예를 들어, 냉각제 통로(1551, 1552, 및/또는 1553)를 포함할 수 있다. 물론, 청구된 청구대상의 범위가 도시된 및/또는 본원에 설명된 냉각제 통로의 특정 양 및/또는 구성에 제한되는 것은 아니다.
실시형태에서, 냉각제 통로(1551, 1552, 및/또는 1553)는 흡기 포트(1561) 및/또는 배기 포트(1562)를 둘러쌀 수 있고/있거나 실질적으로 그에 인접하여 달리 배치될 수 있다. 냉각제 통로(1551, 1552, 및/또는 1553)는 또한, 예를 들어, 실린더(1510)를 둘러쌀 수 있고/있거나 실질적으로 그에 인접하여 달리 배치될 수 있다. 또한, 냉각제 통로(1551, 1552, 및/또는 1553)는 흡기 밸브(1501) 및/또는 배기 밸브(1502)를 둘러쌀 수 있고/있거나 실질적으로 그에 인접하여 달리 배치될 수 있다. 적어도 부분적으로, 흡기 포트(1561) 및/또는 배기 포트(1562)가 실질적으로 직선형인 통로를 포함하는 특정 구현예로 인해서, 냉각제 통로(1551, 1552, 및/또는 1553)는, 포트(1561 및/또는 1562)에 평행할 수 있고/있거나 둘러쌀 수 있는 실질적인 부분을 제공하는 방식으로 구현될 수 있고, 그에 따라 향상된 냉각 능력을 제공할 수 있다.
특정 구현예에서, 냉각제 통로(1551, 1552, 및/또는 1553)는 상호 연결될 수 있고/있거나 하나의 인접 통로를 달리 포함할 수 있다. 다시 말해서, 실시형태(1500)를 위한 냉각제 시스템은, 냉각제 통로(1551, 1552, 및/또는 1553)와 같은, 몇 개의 분리된 및/또는 상호 연결된 통로와 관련하여 설명될 수 있지만, 하나의 인접한 통로로서도 생각될 수 있다. 예를 들어, 도 11b는, 흡기 포트(1561) 및/또는 배기 포트(1562)뿐만 아니라, 냉각제 통로(1551, 1552, 및/또는 1553)의 횡단면도(도 11a에 도시된 바와 같은 11B-11B의 도면)를 도시하는 실시형태(1500)의 개략도이다. 도 11b에 도시된 바와 같이, 흡기 포트(1561) 및/또는 배기 포트(1562)는 냉각제 통로(1551, 1552, 및/또는 1553)에 의해서 둘러싸일 수 있다.
도 11a를 다시 참조하면, 냉각제 통로(1551)는 흡기 밸브(1501)를 위한 냉각을 제공하는 방식으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 냉각제 통로(1551)는 흡기 밸브 시트(1523)에 비교적 밀접하게 위치될 수 있고/있거나, 하나 이상의 흡기 밸브 밀봉부(1532)에 비교적 밀접하게 위치될 수 있다. 마찬가지로, 냉각제 통로(1552)는 배기 밸브(1502)를 위한 냉각을 제공할 수 있다. 예를 들어, 냉각제 통로(1552)는 배기 밸브 시트(1524)에 비교적 밀접하게 위치될 수 있고/있거나, 하나 이상의 배기 밸브 밀봉부(1533)에 비교적 밀접하게 위치될 수 있다. 냉각제 통로를 밸브 밀봉부(1532 및/또는 1533)에 비교적 밀접하게 구현하는 것 및/또는 냉각제 통로를 밸브 시트(1523 및/또는 1524)에 비교적 밀접하게 구현하는 것에 의해서, 밸브 밀봉부(1532 및/또는 1533) 및/또는 밸브 시트(1523 및/또는 1524)를 위한 냉각기 동작이, 그에 따라, 여러 구성요소의 신뢰성 및/또는 수명을 증가시키는 결과를 가져올 수 있다.
도 11c는, 흡기 포트(1561)로부터 멀리 본, 냉각제 통로(1551) 및/또는 밸브(1501)의 횡단면도(도 11a에 도시된 바와 같은 11D-11D의 도면)를 도시하는 실시형태(1500)의 개략도를 도시한다. 도 11d는, 흡기 포트(1561)를 향해서 본, 냉각제 통로(1551) 및/또는 밸브(1501)의 횡단면도(도 11a에 도시된 바와 같은 11C-11C의 도면)를 도시하는 실시형태(1500)의 개략도를 도시한다. 특정 구현예에서, 그리고 전술한 바와 같이, 냉각제 통로(1551)는 흡기 밸브(1501)를 실질적으로 둘러쌀 수 있다. 마찬가지로, 도 11c 및/또는 도 11d에 도시하지는 않았지만, 냉각제 통로(1552)가 배기 밸브(1502)를 실질적으로 둘러쌀 수 있다. 그러한 구현예로부터 초래되는 잠재적인 장점은, 예를 들어, 흡기 밸브 밀봉부(1532)와 같은 여러 구성요소의 신뢰성 및/또는 수명의 증가를 초래할 수 있는 증가된 냉각 성능을 포함할 수 있다. 또한, 도 11c 및/또는 도 11d는, 특정 구현예에서, 밸브(1501)가 실질적으로 원형인 횡단면을 포함할 수 있다는 것을 도시한다. 밸브(1501)의 특정 표면(1601)이, 적어도 부분적으로, 실린더(1510) 내에서 연소 챔버를 형성할 수 있다. 냉각제 통로(1551) 내의 갭(1602)이, 예를 들어, 흡기 포트 및/또는 배기 포트를 위한 실린더(1510) 내로의 윈도우를 제공할 수 있다. 또한, 실시형태에서, 피스톤(1540)은, 적어도 부분적으로 밸브(1501)에 일치될 수 있는 형상을 가질 수 있다. 피스톤(1540)이 TDC에 접근 및/또는 도달함에 따라, 피스톤(1540)의 표면(1541)은 연소 챔버를 추가적으로 형성할 수 있다. 또한, 실시형태에서, 냉각제 통로(1551)는 실린더 벽(1511)에 비교적 밀접하게 구현될 수 있고, 그에 따라 향상된 냉각 및/또는 그로부터 얻어지는 장점을 제공할 수 있다.
실시형태(1500)는, 예를 들어, 일체형 실린더 블록 및/또는 헤드로서 구현될 수 있다. 그러한 구현예에서, 헤드 가스켓 조인트의 부재는, 실린더(1510)와 같은 실린더에 근접하여, 개선된 온도 제어 및/또는 개선된 온도 구배를 제공할 수 있다. 또한, 적어도 부분적으로 그러한 구현예에서 해당 밀봉부 및/또는 가스켓이 존재하지 않음에 따라, 연소 압력은 헤드-대-실린더 블록 밀봉부에 의해서 제한되지 않을 수 있다.
일체형 실린더 블록 및/또는 헤드 구현예에서, 도 7 내지 도 11d와 관련하여 전술한 것과 같은 밸브는 비교적 큰 배기비를 가능하게 할 수 있다. 밸브 시트(1023, 1024, 1523 및/또는 1524)와 같은 밸브 시트는, 일체형 실린더 블록 및/또는 헤드 구현예에서, 비교적 더 단순하게 가공 및 조립할 수 있다. 예를 들어, 다른 통상적인 현재 기술의 밸브 시스템을 갖는 일체형 실린더 블록 및/또는 헤드 구현예는, 기계 스핀들을 밸브 안내 홀을 통해서 실린더 헤드 내로 도입하는 것을 포함하고 또한 툴 비트를 기계 스핀들에 조립하는 것을 포함하는 비교적 복잡한 절차에 의해서 가공될 수 있는 밸브 시트를 위한 포켓을 포함할 수 있다. 밸브 시트 포켓은 후방 스폿 면 가공 동작과 유사하게 후방-가공될 수 있다. 그러한 절차는, 예를 들어, 대략적인 컷팅 및/또는 마감 컷팅을 포함하는, 반복되는 컷팅을 포함할 수 있다. 또한, 통상적인 현재 기술의 밸브를 갖는 비-일체형 실린더 블록 및/또는 헤드 구현예를 위한 비교적 더 복잡한 절차에서, 하나 초과의 밸브 시트 포켓을 동시에 가공하는 것 및/또는 하나 초과의 밸브 시트를 동시에 설치하는 것이 어려울 수 있다. 대조적으로, 도 11a 내지 도 11d에 도시된 것과 같은, 예시적인 일체형 실린더 블록 및/또는 헤드 구현예에서, 예를 들어 밸브 시트 포켓들의 동시적인 가공 및/또는 밸브 시트의 동시적인 조립을 포함하는, 비교적 더 단순한 및/또는 효율적인 기술이 이용될 수 있다.
도 12a 및 도 12b는, 가변적인 압축비를 제공할 수 있는 예시적인 전-행정-가변 엔진의 실시형태(1800)를 도시한다. 예를 들어, 특정 구현예에서, 전-행정-가변 엔진을 위한 압축비는, 예를 들어, 엔진 성능의 하나 이상의 양태를 개선하기 위해서, 부하, 엔진 속도 및/또는 대기 조건과 같은 여러 매개변수에 따라/따르거나 그에 응답하여 달라질 수 있다. 특정 구현예에서, 조정 가능한 압축비는, 적어도 부분적으로, 도 12a에 도시된 것과 같이, 반속 크랭크샤프트(240)를 구동할 수 있는, 기어 캐리어(1810)와 같은 기어 캐리어를 통해서 제공될 수 있다. 특정 구현예에서, 기어 캐리어(1810)는 2:1의 기계적 구동 메커니즘에 의해서 작동될 수 있으나, 청구된 청구대상의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다. 특정 구현예에서, 기어 캐리어(1810)는, 도 12a에 도시된 바와 같이, 주 크랭크샤프트 메인 베어링(250)을 중심으로 피벗될 수 있다. 특정 구현예에서, 주 크랭크샤프트 메인 베어링(250) 주위의 기어 캐리어(1810)의 피벗에 응답하여 중심선(225)이 이동함에 따라 압축비가 변경될 수 있다.
기어 캐리어(1810)를 피벗시키고 제 위치에서 유지하기 위해서 이용될 수 있는 디바이스가 도 12a 및 도 12b에 도시되지는 않았지만, 기어 캐리어(1810)가 주 크랭크샤프트 메인 베어링(250)을 중심으로 피벗될 때, 특정 구현예에서 기어 트레인이 홀수의 기어를 포함하는 경우에, (예를 들어, 도 1c에 도시된) 각도(KF)가 변화되지 않을 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 구현예에서, 최종 구동부가 주 구동부와 동일한 방향으로 회전되도록 파워 전달 디바이스가 구현되는 경우, 각도(KF)는 변화되지 않을 수 있다. 가변 압축비 엔진의 특정 구현예가, 주 크랭크샤프트 메인 베어링(250) 중심선으로부터, 보다 유리한 피벗 지점을 제공할 수 있는 위치까지 연장되는 기계적 구동 메커니즘을 포함할 수 있다는 것을 또한 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 도 12b는 주 크랭크샤프트 메인 베어링(250)으로부터 기어 캐리어 피벗 지점(260)까지 연장되는 기계적 구동부(1920)를 포함하는 실시형태(1900)를 도시한다. 특정 구현예에서, 기계적 구동부(1920)는 기어 캐리어 피벗 지점(260)에서 하나 이상의 기어를 작동시킬 수 있다. 특정 구현예에서, 기어 캐리어(1910)는, 기어 캐리어(1910)가 기어 캐리어 피벗 지점(260)을 중심으로 피벗될 때 각도(KF)(예를 들어, 도 1c 참조)가 변화되는 것을 방지하기 위해서, 홀수의 기어를 포함할 수 있다. 본원의 개시 내용을 이용하여, 당업자는, 압축비 그리고 주 크랭크샤프트와 반속 크랭크샤프트 사이의 상대적인 각도를 동시적으로 및/또는 동시에 변경하기 위해서, 전술한 기어 캐리어 프레임에서 짝수의 기어를 포함시킬 수 있을 것이다. 전술한 기어 캐리어 프레임과 유사한 피벗 가능한 캐리어 프레임이, 당업자에 의해서, 도 4a 내지 도 4f에 도시된 실시형태(500)와 같은 전-행정-가변 구성에 포함할 수 있다. 또한, 당업자는, 전술한 설명이 실시형태에서 베벨 기어 및 샤프트 구동 기구를 포함하지 않는다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
스로틀-앳-밸브 장치
전술한 바와 같이, 본 개시 내용에 따른 전-행정-가변형 내연기관은 하나 이상의 포핏 밸브를 흡기 밸브 및/또는 배기 밸브로서 포함할 수 있고, 포핏 밸브는 흡기 포트 및/또는 배기 포트에서 비교적 더 낮은 제한을 생성할 수 있다. 내연기관을 위한 그러한 저침투 밸브의 예가 (본원에 참조로 포함되는) 2021년 4월 29일자로 출원된 미국 출원 제17/244,565호에 도시 및 설명되어 있으며, 본원의 도 9 및 도 11a에 도시되어 있다. 그러한 저-침투 밸브를 이용하는 전-행정-가변형 내연기관의 구현예에서, 엔진은, 예를 들어 BMW가 개발한 VALVETRONIC 스로틀링 메커니즘과 같은, 비교적 간소화된 스로틀-바이-밸브 리프트 및 지속 시간 메커니즘(throttle-by-valve lift and duration mechanism)을 이용하여 스로틀링되도록 구성될 수 있다. 그러한 스로틀-바이-밸브 리프트 및 지속 시간 메커니즘은, 개방되는 엔진 흡기 밸브의 거리 및/또는 지속 시간을 제어함으로써, 엔진의 연소 챔버에 진입하는 공기의 양을 제어할 수 있다.
개선된 대안으로서, 저-침투 밸브를 이용하는 본 개시 내용의 전-행정-가변형 내연기관은, 동작을 위해서 저-체적 또는 0-체적의 진공 챔버를 필요로 하는 그리고 다른 장점들 중에서, 제조비 및 운영비를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 엔진의 제조 및 동작을 단순화할 수 있는, 신규한 스로틀-앳-밸브 장치를 이용하여 스로틀링되도록 구성될 수 있다.
비교적 작고 중간 출력 중에, 통상적인 스로틀 메커니즘을 이용하는 가솔린-파워형 엔진은 전술한 흡기 통로의 진공 챔버 내에서 진공을 유지하여야 한다. 그러나, 이러한 진공을 유지하는 데 필요한 파워는 상당하고, 본 개시 내용의 스로틀-앳-밸브 장치를 이용함으로써 진공 챔버는 제거될 수 있거나, 실질적으로 제거될 수 있거나, 또는 크기가 상당히 감소될 수 있고, 결과적으로 연료 경제성을 개선할 수 있다.
도 13의 실시형태(2000)는 저-제한 포핏 밸브 시스템 및 스로틀-앳-밸브 장치(2010)를 포함하는 예시적인 흡기 밸브를 도시한다. 저-제한 포핏 밸브 시스템을 이용함으로써, 흡기 통로(1061)는 흡기 밸브(2012)까지, 또는 흡기 밸브(2012)에서, 또는 흡기 밸브(2012) 부근에서 어떠한 장애물도 가지지 않을 수 있다. 결과적으로, 스로틀-앳-밸브 장치는 흡기 밸브(2012)에 밀접하여 및/또는 흡기 밸브(2012)에 배치될 수 있고, 그에 따라 일반적으로 공기 흡기 시스템의 구성요소인 진공 챔버를 제거할 수 있고/있거나 본질적으로 제거할 수 있다. 수반하는 진공 필요성과 함께 진공 챔버를 제거 및/또는 본질적으로 제거함으로써, 엔진의 연료 경제성은, 현재 기술에서 공지된 가능한 보다 복잡하고 보다 비용이 많이 드는 스로틀-바이-밸브 리프트 및 지속 시간 메커니즘의 구현예에서 관찰되는 연료 경제성과 유사한 양만큼, 개선될 수 있다.
특히, 실시형태(2000)는 흡기 밸브(2012)에 인접한 스로틀-앳-밸브 장치(2010)를 포함한다. 스로틀-앳-밸브 장치(2010)는 스로틀 슬라이드 공동(2016)과 함께 배치되는 스로틀 슬라이드 본체(2014)를 포함하고, 스로틀 슬라이드 본체(2014) 및 스로틀 슬라이드 공동(2016)은, 스로틀 슬라이드 본체(2014)가 스로틀 슬라이드 공동(2016) 내에서 왕복으로 병진 운동할 수 있도록 구성된다. 또한, 스로틀 슬라이드 공동(2016)은 흡기 통로(1061) 및 흡기 밸브(2012) 사이에 개재되어 이들과 유체 연통되며, 그에 따라 스로틀 슬라이드 공동(2016) 내의 스로틀 슬라이드 본체(2014)의 위치는 흡기 통로(1061)로부터 흡기 밸브(2012)로의 공기 유동을 효과적으로 계량한다.
예를 들어, 스로틀-앳-밸브 장치는, 스로틀 슬라이드 본체와 스로틀 슬라이드 공동 사이에 실질적으로 기밀 밀봉부가 존재하도록, 스로틀 슬라이드 본체의 적어도 말단 부분의 횡단면 형상과 상보적인 횡단면 형상을 가지는 말단 부분을 적어도 포함하도록 정의된 스로틀 슬라이드 공동을 포함할 수 있다.
도 13에 도시된 바와 같이, 스로틀 슬라이드 본체(2014)가 스로틀 슬라이드 공동(2016) 내로 완전히 연장될 때, 스로틀 슬라이드 본체(2014)의 원위 단부(2017)가 스로틀 슬라이드 공동(2016)의 말단부(2018)와 접경된다. 스로틀 슬라이드 본체(2014)가 이러한 방식으로 완전히 연장될 때, 스로틀 슬라이드 본체(2014)는 완전 폐쇄 위치에 있는다. 스로틀 슬라이드 본체(2014)가 완전 폐쇄 위치에 있을 때, 스로틀-앳-밸브 장치는 완전히 폐쇄된 것으로 간주될 수 있다. 스로틀-앳-밸브 장치(2010)는, 스로틀 슬라이드 본체(2014)가 그 완전 폐쇄 위치에 있을 때 스로틀 슬라이드 본체(2014)가 흡기 통로(1061)로부터 흡기 밸브(2012) 내로의 공기 유동과 최대로 간섭하도록 구성된다.
스로틀 슬라이드 본체(2014)가 완전 연장(완전 폐쇄) 위치에 있을 때, 스로틀 슬라이드 본체(2014)는 흡기 밸브(2012)로의 공기 유동과 최대로 간섭하지만, 흡기 밸브(2012)로의 공기 유동의 전부를 반드시 차단하지는 않는다. 이하에서 설명되는 바와 같이, 스로틀 슬라이드 본체(2014)가 완전히 연장될 때에도, 흡기 밸브(2012)로의 최소 공기 유동이 유지되고, 그에 따라 엔진의 아이들링을 돕거나 또는 저속의 동작을 돕도록, 스로틀-앳-밸브 장치(2010)를 구성하는 것이 유리할 수 있다.
대조적으로, 스로틀 슬라이드 본체(2014)를 스로틀 슬라이드 공동(2016) 내에서 충분히 후퇴시킴으로써, 스로틀 슬라이드 본체(2014)는 도 14에 도시된 바와 같이 완전 개방 위치에 도달할 것이다. 스로틀 슬라이드 본체(2014)가 이러한 방식으로 완전히 후퇴될 때, 스로틀-앳-밸브 장치는 완전히 개방된 것으로 간주될 수 있다. 스로틀 슬라이드 본체(2014)가 완전 개방 위치에 있을 때, 스로틀 슬라이드 본체(2014)가 흡기 통로(1061)의 개구부(2024) 또는 흡기 밸브(2012)의 개구부(2026)를 최소로 막고, 그에 따라 흡기 통로(1061)로부터 흡기 밸브(2012)로의 공기 유동이 스로틀 슬라이드 본체(2014)에 의해서 방해받지 않거나, 또는 실질적으로 방해받지 않도록, 스로틀-앳-밸브 장치(2010)가 구성된다. 즉, 완전 개방될 때, 스로틀 슬라이드 본체(2014)의 추가적인 후퇴는 흡기 밸브(2012)로의 공기 유동을 증가시키지 않을 것이다. 스로틀-앳-밸브 장치(2010)가 완전 개방될 때, 이는 "넓은-개방" 또는 "전체 스로틀(full throttle)"인 것으로 달리 지칭될 수 있고, 그 각각에서 스로틀 슬라이드 본체(2014)의 완전 개방 위치는 흡기 밸브(2012) 내로의 최대 공기 유동에 상응하는 것으로서 지칭된다.
스로틀 슬라이드 공동(2016) 내의 스로틀 슬라이드 본체(2014)의 위치를 그 완전 폐쇄 위치와 그 완전 개방 위치 사이에서 변경함으로써, 흡기 밸브(2012)에 진입하는 공기의 양이 계량될 수 있고, 그에 따라 엔진이 스로틀링될 수 있다. 스로틀 슬라이드 공동(2016) 내의 스로틀 슬라이드 본체(2014)의 위치는, 예를 들어, 솔레노이드 또는 동등한 메커니즘을 통해서 온보드 컴퓨터에 의해서 제어될 수 있다. 스로틀 슬라이드 본체(2014)는 연속적인 방식 또는 점증적인 방식으로 스로틀 공동(2016) 내에서 병진 운동될 수 있다.
스로틀-앳-밸브 장치가 연관 엔진으로의 공기 흡기를 효과적으로 조절하도록 보장하기 위해서, 스로틀 슬라이드 본체(2014) 및 스로틀 슬라이드 공동(2016)의 형상 및/또는 기하형태가 실질적으로 상보적이어야 한다. 즉, 흡기 밸브(2012) 내로 공기가 유동할 수 있게 스로틀 슬라이드 본체(2014)가 충분히 회수되지 않는 한 공기가 흡기 통로(1061)로부터 흡기 밸브(2012)로 유동하는 것이 실질적으로 또는 본질적으로 방지되도록, 스로틀 슬라이드 본체(2014)의 외부 표면과 스로틀 슬라이드 공동(2016)의 내부 표면 사이에 밀접 피팅(close fit)이 이루어져야 한다. 효율적인 스로틀링 작용을 가능하게 하는 스로틀 슬라이드 본체의 임의의 기하형태 및 스로틀 슬라이드 공동의 상보적인 기하형태는 본 개시 내용의 목적을 위한 만족스러운 기하형태가 된다.
예를 들어, 스로틀 슬라이드 본체(2014)는, (도 13 내지 도 16에 도시된 바와 같이) 스로틀 판 또는 스로틀 판 부분에 상보적인 크기 및 형상의 슬롯인 스로틀 슬라이드 공동(2016) 내에서 왕복으로 슬라이딩될 수 있는 실질적이거나 또는 본질적으로 편평한 스로틀 판의 구성을 가질 수 있거나, 그러한 구성을 갖는 판-형상의 부분을 포함할 수 있다. 스로틀 슬라이드 본체(2014)가 스로틀 판이거나 이를 포함하는 경우, 스로틀 판은 하나의 실린더를 위한 하나의 흡기 밸브와 연관될 수 있거나, 하나의 스로틀 판이 연장되어 복수의 흡기 밸브 및 실린더로의 공기 유동의 동시적인 스로틀링을 가능하게 할 수 있다.
대안적인 실시형태에서, 스로틀 슬라이드 본체(2014)는 원통형 스로틀 슬라이드 본체에 실질적으로 상보적이 되도록 구성된 원통형 부분을 포함할 수 있고, 그에 따라 스로틀 슬라이드 본체는 스로틀 슬라이드 공동 내에서 왕복 슬라이딩될 수 있고, 원통형 스로틀 슬라이드 본체와 원통형 스로틀 슬라이드 공동 사이에는 실질적으로 기밀 밀봉부가 존재한다.
일부 실시형태에서, 아이들 또는 저속에서 연관 엔진을 효과적으로 스로틀링할 수 있는 개시된 스로틀-앳-밸브 장치의 능력은, 스로틀 슬라이드 본체(2014)가 스로틀 슬라이드 공동(2016) 내에서 그 완전 폐쇄 위치 또는 그 부근에 있을 때 흡기 밸브(2012) 내로의 공기 유동을 향상시키도록 스로틀 슬라이드 본체(2014)를 변경함으로써 향상될 수 있다.
예를 들어, 스로틀 슬라이드 본체(2014)가 그 완전 폐쇄 위치 또는 그 부근에 있을 때 미리 정의된 양의 공기가 여전히 함몰부를 통과할 수 있도록, 스로틀 슬라이드 본체(2014)의 원위 연부(2028)를 수정하여, 성형된 노치와 같은 함몰부를 형성할 수 있다. v-형상의 함몰부, 반-원형 함몰부, 정사각형 함몰부, 및 기타와 같은, 함몰부의 임의의 기하형태가 이러한 목적을 위해서 이용될 수 있다.
대안적 또는 부가적으로, 원위 연부에서 정의된 함몰부를 가지는 대신, 스로틀 슬라이드 본체(2014)는, 스로틀 슬라이드 본체(2014)를 통해서 연장되어 미리-정의된 공기의 유동이 흡기 통로(1061)로부터 흡기 밸브(2012)로 통과할 수 있는 통로를 생성하는, 내부 개구를 형성할 수 있다. 일반적으로, 개구를 통과하는 공기의 양은, 스로틀 슬라이드 본체 내의 개구를 위한 적절한 크기를 선택함으로써 제어된다. 개구(또는 오리피스, 또는 홀)는 임의의 적합한 횡단면 형상을 가질 수 있다. 일반적으로, 개구는 실질적으로 원형인 횡단면 형상을 가질 것이나, 스로틀 슬라이드 본체 개구를 위한 임의의 다른 기하형태, 예를 들어 타원형 횡단면, 정사각형 횡단면, 직사각형 횡단면, 삼각형 횡단면, 등이 적합한 기하형태가 될 수 있다.
대안적 또는 부가적으로, 스로틀 슬라이드 본체(2014)의 형상 또는 구성을 변경함으로써, 아이들 또는 저속 성능이 개선될 수 있다. 예를 들어, 유동-변경 형상(2032)이, 도 15에 도시된 바와 같이, 스로틀 슬라이드 본체의 상류 측면 또는 면(2034) 상에 정의될 수 있다. 그러한 유동-변경 형상(2032)의 기하형태는, 일반적으로 스로틀 슬라이드 본체(2014)가 그 완전 폐쇄 위치 또는 그 부근에(즉, 아이들 또는 매우 낮은 스로틀 레벨에) 있을 때, 흡기 통로(1061)로부터 흡기 밸브(2012)로의 공기 유동의 하나 이상의 유동 특성을 변경하도록 선택될 수 있다. 유동-변경 형상(2032)에 의해서 변경될 수 있는 유동 특성은 유동 속도 및 유동 체적 등을 포함할 수 있다.
도 15 및 도 16에 도시된 바와 같이, 유동-변경 형상(2032)은, 스로틀 슬라이드 본체(2014)가 스로틀 슬라이드 공동(2016) 내에서 그 완전 폐쇄 위치 또는 그 부근에 있을 때 흡기 통로(1061)와 흡기 밸브(2012) 사이의 공기 통로를 효과적으로 좁히는 경사 평면을 형성한다. 그러나, 아이들 또는 낮은 스로틀 레벨에 있을 때 선택된 유동-변경 형상이 스로틀-바이-밸브 장치를 통과하는 공기 유동을 희망하는 방식으로 변경할 수 있다면, 다양한 구성 중 임의의 구성이 유동-변경 형상(2032)을 위해서 고려될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
도 16에 도시된 바와 같이, 스로틀 슬라이드 공동(2016)은, 스로틀 슬라이드 본체(2014)가 스로틀 슬라이드 공동(2016) 내에서 그 완전 개방 위치에 있을 때 스로틀 슬라이드 본체(2014)의 상류 측면(2034) 상의 유동-변경 형상(2032)을 수용하기 위한 크기 및 구성을 갖는, 성형된 개구(2036)를 더 형성할 수 있다. 성형된 개구(2036)의 특정 형상 및 크기는 필수적으로 선택된 유동-변경 형상(2032)의 특정 구성에 따라 달라지는데, 이는 성형된 개구가 유동-변경 형상(2032)을 꼭 맞게 그리고 상보적인 방식으로 수용하도록 구성되어야 하기 때문이다.
스로틀-앳-밸브 개념의 본원에 개시된 스로틀-앳-밸브 장치를 이용하여, 이전에 구현된 스로틀-바이-밸브-리프트 및 지속 시간 시스템을 단순화 및/또는 대체 및/또는 모방 및/또는 개선할 수 있다. 대안적 또는 부가적으로, 본원에 개시된 스로틀-앳-밸브 개념을 이용하여, 예를 들어, 스로틀-바이-밸브-리프트 및 지속 시간을 이용하는 엔진의 성능 특성을 시뮬레이팅할 수 있다. 스로틀 슬라이드 본체(2014)가 비교적 경량으로 제조될 수 있고 빠른 엔진 속도에서 고속 왕복 운동을 필요로 하지 않기 때문에, 흡기 밸브(2012)는 전자적으로 동작 및/또는 제어될 수 있다. 낮은 출력 및/또는 느린 엔진 속도에서, 스로틀 슬라이드 본체(2014)는 밸브 중첩 효과를 감소 및/또는 제거하도록 선택된 타이밍 및/또는 크기로 왕복 운동될 수 있고, 그에 따라, 희망하는/희망하거나 요구되는 경우에, 예를 들어, 배출물을 줄일 수 있고 엔진 효율을 개선할 수 있다. 엔진 속도 및/또는 출력이 증가될 때, 스로틀 슬라이드 본체(2014)의 왕복 운동이 변경 또는 수정될 수 있고, 파워 요건이 충분히 크고 밸브 중첩이 바람직한 경우, 스로틀 슬라이드 본체(2014)는 희망 및/또는 요구에 따라 왕복 운동을 완전히 중단할 수 있다. 이어서, 스로틀 슬라이드 본체(2014)는, 스로틀과 흡기 밸브 사이의 진공 챔버가 제거되거나 거의 제거되는 부가적인 이점을 가지고, 공기 흡기가 통상적인 스로틀의 방식으로 계량될 수 있도록 하는 위치에 배치될 수 있다.
개시된 스로틀-앳-밸브 장치를 이용함으로써, 비교적 느린 속도의 스로틀 슬라이드 본체(2014)의 왕복 운동이 밸브 타이밍 및 지속 시간의 대체물 또는 가변적인 밸브 타이밍으로서 구현될 수 있고, 그에 따라 동시에 개방되는 배기 밸브 및 흡기 밸브의 효과를 제거할 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 명료함을 위해서, 배기 밸브 및/또는 흡기 밸브의 실제 타이밍은 특정 경우에 변경되지 않고/않거나 변경을 필요로 하지 않을 수 있다. 물론, 개시된 청구된 청구대상의 구현예의 범위가 이에 제한될 필요는 없다. 간단히 말해서, 예를 들어, 흡기 밸브(2012)가 개방되면, 스로틀 슬라이드 본체(2014)는 그 원위 위치에서 유지될 수 있고, 그에 따라 배기 밸브가 폐쇄될 때까지, 공기 유동을 효과적으로 차단할 수 있다. 이어서, 선택된 시간 및/또는 피스톤 위치 및/또는 배기 밸브 위치에서, 스로틀 슬라이드 본체(2014)는 스로틀 슬라이드 공동(2016) 내에서 선택된 양만큼 병진 운동될 수 있고, 그에 따라 스로틀-앳-밸브 장치(2010)는 스로틀 개방 요건을 기초로 하는/하거나 그로부터 계산된 양만큼 개방된다. 흡기 밸브(2012)가 폐쇄되고 압축 및 팽창 행정이 발생되면, 스로틀 슬라이드 본체(2014)는, 예를 들어, 낮은 출력 중과 같이, 흡기 밸브가 개방되고 배기 밸브가 폐쇄될 때, 흡기 행정 중에 연소 챔버에 진입하는 공기 유동 및/또는 흡기 통로에 진입하는 배기 가스를 계량하기 위한 위치로 이동할 수 있다. 배기 밸브 및 피스톤 위치와 관련된 스로틀 슬라이드 본체 운동의 특정 타이밍을 선택하여, 예를 들어, 다른 것들 중에서, 다음 팽창 행정의 흡기 공기의 오염을 제거 및/또는 상당히 감소시킬 수 있다.
스로틀-바이-밸브 리프트 및 지속 시간 개념의 단순화에 더하여, 본 스로틀-앳-밸브 개념은, 스로틀 슬라이드 본체(2014)를 그 완전 폐쇄 위치로 이동시키고 그에 따라 흡기 통로(1061)를 엔진 연소 챔버로부터 완전히 또는 본질적으로 완전히 밀봉함으로써, 실린더 비활성화를 위해서 이용될 수 있다. 개시된 스로틀-앳-밸브 장치가 실린더 비활성화를 위해서 이용되는 경우, 스로틀 슬라이드 본체는, 연관된 실린더의 재활성화가 요구되는 시간까지, 이러한 완전 폐쇄 위치에서 유지될 수 있다.
스로틀-앳-밸브 개념에 관한 본 설명은 이들 설명된 실시형태에 제한되는 것으로 간주되어서는 안 된다. 당업자는, 전술한 스로틀-앳-밸브 개념이, 앞서 예시된 가솔린-파워형 엔진뿐만 아니라, 임의의 스로틀형 내연 피스톤 엔진에 적용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
결론
본원에 사용된 바와 같은 용어 "실질적으로"는, 그러한 용어에 의해서 수식된 특정 치수, 범위, 형상, 개념, 또는 다른 양태에 다소 일치된다는 것을 의미하고, 특징 또는 구성요소가 정확하게 일치될 필요는 없다. 예를 들어, "실질적으로 원통형인" 물체는, 물체가 원통형과 유사하나, 진정한 원통형으로부터 하나 이상의 편차를 가질 수 있다는 것을 의미한다.
마찬가지로, 용어 "약"은, 물리적으로 가능한 경우에, 아래쪽 및 위쪽으로, 그리고 달리 의미 있는 방향으로만, 기재된 값의 10% 이하의 편차를 지칭한다. 용어 "본질적으로"는 본원에서 기능적 품질을 강조하기 위해서 사용되나, 그러한 품질이 절대적으로 요구된다는 것을 의미하지는 않는다. 예를 들어, "본질적으로" 기밀인 것으로 설명되는 밀봉부는 예상 동작 또는 조건 하에서 기능적으로 기밀인 것으로 간주될 수 있으나, 임의의 가능한 측정 또는 검출 한계 내에서 절대적인 의미로 반드시 기밀인 것은 아니다.
전술한 설명에서, 청구된 청구대상의 여러 양태를 설명하였다. 설명을 위해서, 양, 시스템, 및/또는 구성과 같은 구체적인 사항을 예로서 기술하였다. 다른 경우에, 청구된 청구대상을 모호하게 하지 않기 위해, 주지의 특징부를 생략 및/또는 단순화하였다.
전술한 개시 내용은 독립적인 활용성을 가진 여러 가지 다른 예들을 포함할 수 있다. 이러한 것의 각각이 하나 이상의 예시적인 형태로 개시되었지만, 본원에 개시되고 도시된 특정 실시형태는, 수많은 변경이 가능하기 때문에, 제한적인 의미로 간주되어서는 안 된다. 본 개시 내용에서 표제 항목이 사용되는 범위 내에서, 그러한 표제는 단지 구성을 위한 목적으로만 사용된다. 본 개시 내용의 청구대상은 본원에 개시된 여러 요소, 특징, 기능 및/또는 속성의 모든 신규하고 명백하지 않은 조합 및 하위 조합을 포함한다. 이하의 청구범위는 특히 신규하고 명백하지 않은 것으로 간주되는 특정 조합 및 하위 조합을 나타낸다. 특징, 기능, 요소 및/또는 속성의 다른 조합 및 하위 조합은 본원 또는 관련 출원으로부터 우선권을 주장하는 출원에서 청구될 수 있다. 이러한 청구범위는, 원래 청구범위의 범주보다 더 넓거나, 더 좁거나, 동일하거나, 다른 경우에도, 또한 본 개시 내용의 청구대상에 포함되는 것으로 간주된다.
Claims (30)
- 전-행정-가변형 내연기관으로서,
비대칭적 왕복 운동을 위해서 엔진 실린더 내에 슬라이딩 가능하게 배치되는 피스톤;
주 크랭크샤프트; 및
반속(half-speed) 크랭크샤프트
를 포함하는 전-행정-가변형 내연기관으로서,
상기 주 크랭크샤프트와 상기 반속 크랭크샤프트는, 상기 주 크랭크샤프트의 1/2 속도로 상기 반속 크랭크샤프트가 회전하도록 동작 가능하게 결합되며, 상기 반속 크랭크샤프트가 상기 주 크랭크샤프트의 1/2 속도로 회전하면 상기 피스톤의 비대칭적 왕복 운동이 발생하고, 그에 따라 상기 전-행정-가변형 내연기관의 전체 사이클의 4개의 개별 행정들에 걸쳐 독립적으로 가변되는 행정 길이를 생성하는, 전-행정-가변형 내연기관. - 제1항에 있어서,
상기 행정 길이는, 상기 4개의 개별 행정 중 하나 이상의 상응 상사점 및/또는 하사점의 변경을 통해서 독립적으로 가변되는, 전-행정-가변형 내연기관. - 제2항에 있어서,
상기 4개의 개별 행정의 상응 상사점 및/또는 하사점은, 적어도 부분적으로, 압축비 및/또는 압축 행정의 상단부 및/또는 하단부의 각각의 위치를 기초로 결정되는, 전-행정-가변형 내연기관. - 제3항에 있어서,
배기-흡기 상사점이 압축-팽창 상사점과 유사한 위치에 배치되지 않고, 상기 배기-흡기 상사점은, 적어도 부분적으로, 하나 이상의 특정 기준에 따라, 상기 압축-팽창 상사점의 위 또는 아래에 배치되는, 전-행정-가변형 내연기관. - 제4항에 있어서,
상기 엔진 실린더의 상단부의 위치는, 적어도 부분적으로, 상기 압축-팽창 상사점의 위치 및 압축비로 나눈 상기 압축 행정의 길이의 합을 기초로 하는, 전-행정-가변형 내연기관. - 제1항에 있어서,
근위 단부 및 원위 단부를 가지고 상기 근위 단부에서 상기 피스톤에 피벗 가능하게 연결되는 피스톤 로드;
상기 원위 단부에서 상기 피스톤 로드에 피벗 가능하게 연결되고 대향 단부에서 상기 주 크랭크샤프트에 회전 가능하게 연결되는 주 크랭크샤프트 로드; 및
상기 원위 단부에서 상기 피스톤 로드에 피벗 가능하게 연결되고 대향 단부에서 상기 반속 크랭크샤프트에 회전 가능하게 연결되는 반속 사이클링 로드로서, 평행 축들 상에 장착되는 상기 주 크랭크샤프트 및 반속 크랭크샤프트는 상기 주 크랭크샤프트의 1/2 속도로 상기 반속 크랭크샤프트가 회전하도록 동작 가능하게 결합되는, 반속 사이클링 로드
를 추가로 포함하는, 전-행정-가변형 내연기관. - 제6항에 있어서,
상기 반속 크랭크샤프트는, 일 단부에서 상기 반속 크랭크샤프트에 회전 및/또는 피벗 가능하게 연결되는 메커니즘 및/또는 장치에 의해서, 피스톤 로드 및 주 크랭크샤프트 로드의 원위 단부들에서 피스톤 로드 및 주 크랭크샤프트 로드의 연결부에 또는 그 부근에 피벗 및/또는 회전 가능하게 각각 연결되고/연결되거나, 각각의 원위 단부에서 피스톤 로드 및 주 크랭크샤프트 로드의 연결부에 또는 그 부근에 회전 및/또는 피벗 가능하게 연결되는, 전-행정-가변형 내연기관. - 제6항에 있어서,
상기 반속 크랭크샤프트와 피스톤 로드/주 크랭크샤프트 로드 연결부 사이에 동작 가능하게 커플링된 제2 구동 시스템을 추가로 포함하고, 상기 반속 크랭크샤프트 및/또는 상기 제2 구동 시스템의 위치는, 적어도 부분적으로, 상기 전-행정-가변 내연기관의 전체 사이클의 4개의 개별 행정에 걸쳐 엔진 실린더 내에 슬라이딩 가능하게 배치되는 피스톤의 비대칭적인 왕복 운동을 위해 상기 주 크랭크샤프트에 대한 타이밍을 제공하는, 전-행정-가변 내연기관. - 장치로서,
내연기관
을 포함하고,
상기 내연기관은,
동작 중에, 실린더 내에서 왕복 이동하는 적어도 하나의 피스톤; 및
적어도 부분적으로, 상기 피스톤의 상단 표면, 상기 실린더, 및 실린더 헤드의 내부 표면에 의해서 정의되는 연소 챔버 내로의 침투 없이 동작하는 하나 이상의 흡기 밸브 및/또는 배기 밸브를 포함하는 밸브 시스템
을 포함하며,
상기 피스톤이 배기 행정의 단부에 도달할 때, 상기 피스톤의 상단 표면은 상기 실린더 헤드의 내부 표면과 실질적으로 동일한 높이가 되고, 그에 따라 실질적으로 모든 배기 가스가 상기 실린더로부터 강제되는, 장치. - 제9항에 있어서,
상기 하나 이상의 흡기 밸브 및/또는 배기 밸브는, 실질적으로 컵-형상의 밸브 헤드를 개별적으로 포함하고, 밸브 스템을 추가로 포함하며, 상기 실질적으로 컵-형상의 밸브 헤드는 실질적으로 평면형인 부분 및 실질적으로 원통형인 부분을 포함하고, 상기 실질적으로 평면형인 부분은 상기 실질적으로 원통형인 부분의 제1 단부에 고정되고, 상기 밸브 스템은 상기 평면형 부분의 제1 표면에 고정되는, 장치. - 제9항에 있어서,
상기 밸브 시스템은 데스모드로믹 밸브 작동을 추가로 포함하고, 그에 따라, 상기 밸브 작동은 미는 것에 의해서만 이루어지는, 장치. - 제11항에 있어서,
상기 밸브 시스템은 상기 하나 이상의 흡기 밸브 및/또는 배기 밸브의 대향 단부들의 동작에 영향을 미치기 위한 제1 및 제2 캠샤프트를 추가로 포함하는, 장치. - 제12항에 있어서,
상기 제1 캠샤프트는 상기 하나 이상의 흡기 밸브 및/또는 배기 밸브의 동작에 영향을 미쳐 상기 하나 이상의 흡기 밸브 및/또는 배기 밸브를 개방하도록 하고, 상기 제2 캠샤프트는 상기 하나 이상의 흡기 밸브 및/또는 배기 밸브의 동작에 영향을 미쳐 상기 하나 이상의 흡기 밸브 및/또는 배기 밸브를 폐쇄하도록 하는, 장치. - 내연기관용 구동 시스템으로서,
제1 크랭크샤프트 주위에 부착된 구동 기어;
제2 크랭크샤프트 주위에 부착된 피동 기어로서, 상기 피동 기어는 상기 구동 기어와 결합되도록 구성되고, 상기 피동 기어는, 하나 이상의 구동 크랭크샤프트를 통해서, 2개 이상의 구동 로드를 구동하도록 구성되며, 상기 2개 이상의 구동 로드는 하나 이상의 피동 크랭크샤프트를 통해서 하나 이상의 캠샤프트를 구동하도록 구성되는, 피동 기어; 및
상기 제1 크랭크샤프트를 중심으로 피벗되는 피벗 캐리어 프레임으로서, 상기 피동 기어 및/또는 상기 하나 이상의 캠샤프트 구동 크랭크샤프트 중 적어도 하나가 유닛으로서 상기 피벗 캐리어 프레임 내에서 회전되게 구성되도록, 상기 피동 기어 및/또는 상기 하나 이상의 캠샤프트 구동 크랭크샤프트 중 적어도 하나가 상기 피벗 캐리어 프레임에 회전 가능하게 장착되게 구성되는, 피벗 캐리어 프레임
을 포함하는, 내연기관용 구동 시스템. - 제14항에 있어서,
상기 피벗 캐리어 프레임은, 상기 내연기관 및/또는 상기 구동 시스템 내의 하나 이상의 구성요소의 하나 이상의 치수 변경을 보상하기 위해서, 상기 제1 크랭크샤프트를 중심으로 동적으로 피벗되도록 구성되는, 내연기관용 구동 시스템. - 제14항에 있어서,
상기 피벗 캐리어 프레임은, 적어도 부분적으로, 상기 내연기관 및/또는 상기 구동 시스템 내의 하나 이상의 구성요소의 하나 이상의 치수 변경의 보상을 통해서 소음, 진동 및/또는 불쾌함을 줄이도록 구성되는, 내연기관용 구동 시스템. - 제14항에 있어서,
상기 피벗 캐리어 프레임은, 상기 내연기관 및/또는 상기 구동 시스템 내의 하나 이상의 구성요소의 제조 및/또는 조립 변경으로 인한, 또는 상기 내연기관의 및/또는 상기 구동 시스템 내의 하나 이상의 구성요소의 열 팽창 및/또는 열 수축으로 인한, 또는 그 조합으로 인한 하나 이상의 치수 변경을 보상하기 위해서 상기 제1 크랭크샤프트를 중심으로 동적으로 피벗되도록 구성되는, 내연기관용 구동 시스템. - 제14항에 있어서,
상기 피벗 캐리어 프레임은, 상기 하나 이상의 구동 크랭크샤프트, 상기 하나 이상의 피동 크랭크샤프트 또는 2개 이상의 구동 로드, 또는 이들의 조합의 하나 이상의 치수 변경을 보상하기 위해서 상기 제1 크랭크샤프트를 중심으로 동적으로 피벗되도록 구성되는, 내연기관용 구동 시스템. - 제14항에 있어서,
상기 하나 이상의 구동 크랭크샤프트와 상기 하나 이상의 피동 크랭크샤프트 사이에 연결된 하나 이상의 거리 로드를 추가로 포함하고, 상기 하나 이상의 거리 로드는 상기 하나 이상의 구동 크랭크샤프트의 각각의 중심선과 상기 하나 이상의 피동 크랭크샤프트의 각각의 중심선 사이에서 대략적인 거리를 유지하도록 구성되는, 내연기관용 구동 시스템. - 제19항에 있어서,
상기 하나 이상의 구동 크랭크샤프트는 2-이상-스로우 구동 크랭크샤프트를 포함하고, 상기 하나 이상의 피동 크랭크샤프트는 2-이상-스로우 피동 크랭크샤프트를 포함하는, 내연기관용 구동 시스템. - 제20항에 있어서,
상기 2-이상-스로우 구동 크랭크샤프트 및/또는 상기 2-이상-스로우 피동 크랭크샤프트의 각각의 스로우들 사이의 분리 각도들이 대략적으로 동일하고, 상기 2-이상-스로우 구동 크랭크샤프트의 각각의 스로우들의 길이가 대략적으로 동일하고, 상기 2-이상-스로우 피동 크랭크샤프트의 각각의 스로우들의 길이가 대략적으로 동일한, 내연기관용 구동 시스템. - 제20항에 있어서,
상기 2개 이상의 구동 로드는 적어도 제1 구동 로드 및 제2 구동 로드를 포함하고, 상기 2-이상-스로우 구동 크랭크샤프트는 2-스로우 구동 크랭크샤프트를 포함하고, 상기 2-이상-스로우 피동 크랭크샤프트는 2-스로우 피동 크랭크샤프트를 포함하며, 상기 제1 구동 로드의 제1 단부는 상기 2-스로우 구동 크랭크샤프트의 제1 스로우에 회전 가능하게 장착되고, 상기 제1 구동 로드의 제2 단부는 상기 2-스로우 피동 크랭크샤프트의 제1 스로우에 회전 가능하게 장착되며, 상기 제2 구동 로드의 제1 단부는 상기 2-스로우 구동 크랭크샤프트의 제2 스로우에 회전 가능하게 장착되고, 상기 제2 구동 로드의 제2 단부는 상기 2-스로우 피동 크랭크샤프트의 제2 스로우에 회전 가능하게 장착되는, 내연기관용 구동 시스템. - (삭제)
- (삭제)
- 스로틀-앳-밸브(throttle-at-valve) 장치로서,
스로틀 슬라이드 공동 내에 배치된 스로틀 슬라이드 본체
를 포함하고,
상기 스로틀 슬라이드 공동은 내연기관의 장애물이 없는 공기 흡기 통로와 흡기 밸브 사이에 정의되고 이들 모두와 유체 연통되고;
상기 공기 흡기 통로로부터 상기 흡기 밸브로의 공기 유동이 상기 스로틀 슬라이드 공동 내의 상기 스로틀 슬라이드 본체의 왕복 이동에 의해서 조절되도록, 상기 스로틀 슬라이드 본체가 상기 스로틀 슬라이드 공동 내에 배치되며;
상기 스로틀-앳-밸브 장치는 상기 흡기 밸브에 바로 인접하여 배치되고 그에 따라 상기 스로틀-앳-밸브 장치와 상기 흡기 밸브 사이의 진공 챔버를 실질적으로 제거하는, 스로틀-앳-밸브 장치. - 제25항에 있어서,
상기 스로틀 슬라이드 본체와 상기 스로틀 슬라이드 공동 사이에 실질적으로 기밀 밀봉이 이루어지도록, 상기 스로틀 슬라이드 공동은 상기 스로틀 슬라이드 본체의 횡단면 형상에 대해서 상보적인 횡단면 형상을 갖는 말단 부분을 포함하는, 스로틀-앳-밸브 장치. - 제26항에 있어서,
상기 스로틀 슬라이드 본체는 상기 스로틀 슬라이드 본체의 상류 측에서 유동-변경 형상을 포함하는, 스로틀-앳-밸브 장치. - 제27항에 있어서,
상기 유동-변경 형상은 상기 공기 흡기 통로로부터 상기 흡기 밸브로의 그리고 그에 따라 상기 내연기관의 연소 챔버로의 공기 유동의 유동 특성을 변경하도록 구성되는, 스로틀-앳-밸브 장치. - 내연기관으로서,
장애물이 없는 공기 흡기 통로;
연소 챔버를 위한 흡기 밸브; 및
스로틀-앳-밸브 장치
를 포함하고, 상기 스로틀-앳-밸브 장치는,
상기 장애물이 없는 공기 흡기 통로와 상기 흡기 밸브 사이에 정의되고 이들 모두와 유체 연통되는 스로틀 슬라이드 공동; 및
상기 스로틀 슬라이드 공동 내의 스로틀 슬라이드 본체의 왕복 이동이 상기 공기 흡기 통로로부터 상기 흡기 밸브로의 공기 유동을 계량하도록, 상기 스로틀 슬라이드 공동 내에 배치되는 스로틀 슬라이드 본체
를 포함하고,
상기 스로틀-앳-밸브 장치는 상기 흡기 밸브에 바로 인접하여 배치되고 그에 따라 상기 스로틀-앳-밸브 장치와 상기 흡기 밸브 사이의 진공 챔버를 실질적으로 제거하는, 내연기관. - 내연 기관의 스로틀링 방법으로서,
스로틀-앳-밸브 장치가 흡기 밸브에 바로 인접하여 배치되고 그에 따라 상기 스로틀-앳-밸브 장치와 상기 흡기 밸브 사이의 진공 챔버를 실질적으로 제거하도록, 스로틀-앳-밸브 장치를 상기 내연기관의 장애물이 없는 공기 흡기 통로와 흡기 밸브 사이에 배치하는 단계로서, 상기 스로틀-앳-밸브 장치는 상기 장애물이 없는 공기 흡기 통로와 상기 흡기 밸브 사이에서 이들 모두와 유체 연통되는 스로틀 슬라이드 공동; 및 상기 스로틀 슬라이드 공동 내의 스로틀 슬라이드 본체의 왕복 이동이 상기 공기 흡기 통로로부터 상기 흡기 밸브로의 공기 유동을 계량하도록, 상기 스로틀 슬라이드 공동 내에 배치되는 스로틀 슬라이드 본체를 포함하는, 단계;
상기 공기 유동을 증가시키기 위해서 상기 스로틀 슬라이드 본체를 상기 스로틀 슬라이드 공동 내에서 후퇴시키는 단계; 및
상기 공기 유동을 감소시키기 위해서 상기 스로틀 슬라이드 본체를 상기 스로틀 슬라이드 공동 내에서 연장시키는 단계
를 포함하는, 방법.
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