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KR102556680B1 - 왕복 운동을 회전 운동으로 또는 그 반대로 변환하기 위한 기구 - Google Patents

왕복 운동을 회전 운동으로 또는 그 반대로 변환하기 위한 기구 Download PDF

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KR102556680B1
KR102556680B1 KR1020207021635A KR20207021635A KR102556680B1 KR 102556680 B1 KR102556680 B1 KR 102556680B1 KR 1020207021635 A KR1020207021635 A KR 1020207021635A KR 20207021635 A KR20207021635 A KR 20207021635A KR 102556680 B1 KR102556680 B1 KR 102556680B1
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게오르그이치키, 엘피다
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Abstract

회전 운동을 왕복 운동으로 또는 그 반대로 변환하기 위한 기구로서, 그것은 제1 환형 부품(1) 및 종축(ΔA)을 따라 동축으로 배치된 제2 환형 부품(3)을 포함하며 제1 환형 부품은 제2 환형 부품 옆에 배치되며, 둘 다 종축 둘레를 회전할 수 있으며 종축을 따라 왕복 운동할 수 있으며, 제2 환형 부품(3)과 인접한 제1 환형 부품(1)의 면(A)은, 적어도 일 지점에서, 제2 환형 부품(3)의 이웃하는 면(Γα)과 연속적인 접촉을 하여, 제2 환형 부품(3)은 제1 환형 부품(1)의 인접면(A)과 적어도 일 지점에서 연속적인 접촉으로 제1 환형 부품(1)에 대하여 회전할 수 있으며, 접촉면들은 파형면들(A, Γα)이며, 제1 환형 부품(1)과 제2 환형 부품(3)이 가압되어 서로에 대해 회전 운동을 하며, 동시에 연속적인 접촉을 유지하는 경우, 파형면들(A, Γα)의 모든 지점은 다른 것에 대해 파형 궤적을 추적할 것이며 동시에 또한 다른 것에 대해 왕복 운동을 수행할 것이다.

Description

왕복 운동을 회전 운동으로 또는 그 반대로 변환하기 위한 기구, 및 기구 적용
본 발명은 청구항 제1항에 따른 왕복 운동을 회전 운동으로 또는 그 반대로 변환하기 위한 기구(mechanism for transforming reciprocal to rotational motion or vice versa)에 관한 것이다. 본 발명은 또한 유체 흐름 제어 밸브, 모터 또는 펌프/압축기와 같은 피스톤 엔진, 자동화 시스템 및 클러치, 차동 장치, 회전/왕복 운동 속도 증가-감소 장치 및 발전기/전기 모터의 전기기계식 커플들에서와 같은 기구의 적용에 관한 것이다.
가장 많이 알려지고 널리 퍼진 직선 왕복 운동에서 회전 운동으로의 변환 기구는 피스톤 - 피스톤로드 - 크랭크 기구이다. 일반적으로 공기, 물(액체 또는 증기), 오일 및 액체 또는 기체 상태 (예: 탄화수소, 수소 등)의 연료로 작동하는 피스톤 엔진(모터 또는 펌프/압축기)에 광범위하게 적용된다. 각 작동 유체의 흐름 제어는 많은 다양한 방식 또는 기구(예: 중력, 스프링, 로드, 캠축 등)를 사용하여 개폐하는 다양한 유형의 밸브에 의해 달성된다.
피스톤 - 피스톤로드 - 크랭크 기구와 이에 기반한 엔진의 심각한 단점은 복잡성 및 많은 수의 움직이는 부품들이다. 움직이는 부품들의 위치, 속도 및 가속도 및 발생된 관성력에 의해 야기되는 진동과 관련된 운동학적 특성도 마찬가지이다. 이것이 기구의 균형을 유지하는 것(밸런싱(balancing))이 필수적인 이유이다. 그러나 남아 있는 고차 고조파로 인해 밸런싱은 문제를 완전히 해결하지 못한다. 또한, ICEs (내연기관(Internal Combustion Engines))에서, 기구의 단점은, 연소를 개선하며 효율을 향상시키며, 실린더 배기 가스 스위핑(sweeping)/플러싱(flushing)이 2행정 엔진에서 각각 발생하기에 적절한 시간을 허용하기 위하여, 피스톤이 특정 시간 간격 동안 상사점(Top Dead Centre)(TDC)과 하사점(Bottom Dead Centre)(BDC)에서 휴식을 취할 수 없다는 점이다.
본 발명은 또한 왕복 운동 맨 끝 위치 (TDC 및 BDC)에서 운동 반전을 지연시킬 가능성을 제공할 수 있는 크랭크 샤프트 및 피스톤 로드 없이 직선 왕복 운동을 회전으로 또는 그 반대로 변환하기 위한 간단한 기구에 관한 것이다. 동시에, 그것은 유체 흐름 제어를 위한 간단한 개구(aperture)를 갖는 밸브 구성의 제공을 가능하게 한다. 그것은 또한 예를 들면 피스톤 엔진(모터 또는 펌프/압축기), 클러치, 차동 장치, 회전/왕복 운동 속도 증감 장치, 발전기/전기 모터 및 오토메이션의 전기기계적 커플과 같은, 상기 기구 및/또는 간단한 개구를 갖는 밸브 구성을 통합할 수 있는 제품에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 왕복 운동을 회전 운동으로 또는 그 반대로 변환하기 위한 기구가 제안되며, 제1 환형 부품 및 종축을 따라 제2 환형 부품에 인접한 제1 환형 부품에 동축으로 장착된 제2 환형 부품을 포함하며, 이들 모두는 종축 둘레를 회전할 수 있으며 종축을 따라 왕복 운동할 수 있으며, 제2 환형 부품과 인접한 제1 환형 부품의 면은, 적어도 일 지점에서, 제2 환형 부품의 이웃하는 면과 연속적인 접촉을 하며, 접촉면들은 산부들(crests) 및 골부들(valleys)의 n (여기서, n은 자연수) 반복된 쌍들을 특징으로 하는, 그들의 외면에서 시작하여 그들의 내면에서 종료하는, 제1 및 제2 환형 부품들의 외측 실린더 표면의 스무스한(매끄러운) 파형 곡선들(undulated curves)을 통과하는 반경들의 기하학적 궤적(locus)으로서 형성된 매끄러운 파형면들(smooth undulated surfaces)이며, 상기 산부들/골부들은 (각각) 산부/골부의 최고점/최저점에 의해 정의되는 레벨 및 종축에 대해 대칭이다.
본 발명에 따르면, 제1 환형 부품의 파형면의 산부들은 제2 환형 부품의 파형면의 산부들과 접촉할 수 있으며 그리고 이 위치에서 접촉점들은, 그에 대해 제1 환형 부품 및 제2 환형 부품의 파형면들이 대칭인, 종축에 수직인 평면 상에 위치된다.
또한, 각각의 그리고 모든 파형면의 산부들은 1:3의 유사성 비를 갖는 기하학적으로 유사한 골부들보다 더 작으며, 따라서 산부가 다른 쪽의 골부에 들어가며 산부 에지가 반대편 파형면의 골부들의 최저점과 접촉하게 되는 경우, 파형면들 사이에 자유 공간이 남아, 윤활되는 경우, 동적 윤활로 인해 마찰 및 마모 최소화를 달성하는 결과를 가져온다.
제안된 기구로, 제1 환형 부품과 제2 환형 부품이 서로에 대해 회전 운동을 하도록 힘을 받으며, 동시에 연속적인 접촉 상태로 유지되는 경우, 접촉하는 파형면들의 각 지점이, 다른 것과 관련하여, 파형 궤적을 추적할 것이며, 동시에 다른 것과 관련하여, 주파수 n 배의 왕복 운동을 수행할 것이며, 여기서 n은 TDC(상사점)과 BDC(하사점) 사이의 해당 회전 운동 주파수의 산부/골부의 수이며, 이 상대 운동은 환형 부품들 중 하나에 단단히 연결된 각 부품에 의해 실행되며, 환형 부품들 중 하나에 연결된 각 부품, 예를 들면 피스톤은, 이 연결된 부품이 그것이 연결된 부품의 회전을 따르지 않고 자유롭도록, 다른 환형 부품에 대해서, 왕복 운동만을 수행하여 회전 운동이 공존하는 회전을 갖는 또는 갖지 않는 부품의 왕복 운동으로 변환되며, 반면에, 역으로, 하나의 환형 부품의 다른 것에 대한 강제 왕복 운동은 왕복 운동의 공존을 갖는 또는 갖지 않는 부품의 회전 운동으로 변환된다.
2개의 환형 부품들의 파형면들의 산부 및 골부의 에지는 종축에 수직인 지점(points) 또는 직선형 섹션(straight sections)일 수 있으며, 산부 및 골부의 에지가 지점인 경우, 일정한 속도에서의 2개의 환형 부품들 사이의 상대 회전 운동의 경우, 일반적으로 단순하며 특별한 경우 조화(harmonic) 왕복 운동이 결과하며, 반면에 산부 및 골부의 에지가 직선형 섹션일 경우, 일정한 속도에서의 두 개의 환형 부품들 사이의 상대 회전 운동의 경우, 왕복 운동이 직선형 섹션의 길이에 비례하여 TDC 및 BDC에서의 운동의 반전의 지연을 가지고 결과한다. 왕복 운동은 이들 곡선의 평면 확산(spread)이 종축에 수직인 산부에서 직선형 섹션이 없는 사인파(정현파) 곡선을 포함하는 경우 조화적(harmonic)일 것이다.
노트 1: 이전 문단에서, 또한 이어지는 상세한 설명에서 그리고 청구항들에서, 표현의 단순성 및 간결성을 위해 산부 및 골부 에지의 "지점 또는 직선형 섹션(points or straight sections)" 및 환형 부품들의 정면 파형면들의 "커브들(curves)"이 언급되는 경우, 실제로, 이 언급은 그로부터 환형 부품들의 인접한(이웃하는) 파형면들을 형성하는 반경들을 개시하는 제1, 제2 및, 제공되는 경우, 제3 환형 부품의 외측 표면들의 파형 곡선들의 평면 스프레드를 의미한다.
노트 2: 상세한 설명에서 그리고 청구항들에서, 제1 및 제2 또는 제2 및 제3 환형 부품들(1과 2 또는 2와 3) 사이의 "적어도 하나의 지점에서(in at least one point)" 접촉하는 것이 각각 언급되는 경우, 이 지점(point)은 위치(position)를 나타내는 것을 의미한다. 실제 접촉은 환형 부품들(1, 2 및 3)의 파형면들을 형성하는 반경들의 직선형 섹션들에서 발생하며, 이것은 하중을 받으면 좁은 스트립(strip)들로 변환되며: 실제로는(거의) 좁은 사다리꼴로 변환된다.
제2 환형 부품은 회전자(rotor)로서 기능할 수 있으며 제1 환형 부품은 고정자(stator)로서 기능할 수 있으며 그 반대로도 할 수 있다. 본 설명에서는, 제2 환형 부품은 회전자로서 기능하며 제1 환형 부품을 고정자로서 기능하는 적용들이 제시된다.
많은 적용들에서는, 접촉 파형면들이 서로에 대해 연속적인 접촉을 하도록 제1 환형 부품으로 밀려지도록 제2 환형 부품을 가압하는 추가적인 기구가 제공된다.
본 발명은 또한 왕복 운동 맨 끝 위치 (TDC 및 BDC)에서 운동 반전을 지연시킬 가능성을 제공할 수 있는 크랭크 샤프트 및 피스톤 로드 없이 직선 왕복 운동을 회전으로 또는 그 반대로 변환하기 위한 간단한 기구를 제공한다. 동시에, 그것은 유체 흐름 제어를 위한 간단한 개구를 갖는 밸브 구성의 제공을 가능하게 한다. 그것은 또한 예를 들면 피스톤 엔진(모터 또는 펌프/압축기), 클러치, 차동 장치, 회전/왕복 운동 속도 증감 장치, 발전기/전기 모터 및 오토메이션의 전기기계적 커플과 같은, 상기 기구 및/또는 간단한 개구를 갖는 밸브 구성을 통합할 수 있는 제품을 제공한다.
도 1 내지 도 20은 기구와 그 적용들의 작동 원리를 도시한다. 이들 도면들은 기계 공학 도면의 원리들을 정확히 따르지는 않는다. 이들 도시들은 상당한 상세로 도시되지 않으며, 단순함을 포함하며, 주요 도시들은 다음과 같다:
a. 도 5 내지 도 13은 단지 절반의 입면도를 도시하며: TDC에서의 피스톤 위치 및 회전자의 배치는 우측에 나타나며 BDC에서의 그것은 좌측에 나타난다.
b. 당업자에게 공지된 어떤 부품들은 단일의 통합 부분으로 도시되어 있지만, 실제로는 그들은 하나 이상의 부품의 복합체이다.
c. 당업자에게 공지된 일반적인 엔진 부품들 (예를 들면 스크루, 볼 베어링, 부싱, 개스킷, 플랜지 등)은 도시되지 않는다.
d. 작은 축방향 선들은 이웃하는 부품들이 서로 단단히 연결되어 있음을 나타낸다.
도 1, 2, 3 및 4는 본 발명이 기초하는 작동 원리를 단순화된 방식으로 도시하며, 반면에 도 2 (위)에는 본 발명에 따르는, 유체 흐름을 제어하는, 간단한 밸브 어레이가 단순화된 방식으로 도시된다.
도 5는 본 발명에 따른 운동을 변환하는 기구, 개구를 갖는 밸브, 스플라인을 통해 액슬(axle)과 협동하는 회전자, 및 회전하면서 왕복 운동하는 피스톤을 갖는 피스톤 엔진의 실린더를 도시한다.
도 6은 도 5의 실린더를 도시하며, 차이점은 고정자가 또한 회전 액슬(rotating axle)과 협동하는 기어휠이다는 점이다.
도 7은 도 5의 실린더를 도시하며, 차이점은 액슬이 회전 액슬과 협동하는 기어 휠에 연결된다는 점이다.
도 8은 본 발명에 따른 운동을 변환하는 기구, 종래의 밸브, 스플라인을 통해 액슬과 협동하는 회전자, 액슬 상의 디스크형 캠 및 회전하면서 왕복 운동하는 피스톤을 갖는 내연 피스톤 엔진의 실린더를 도시한다.
도 9는 도 8의 실린더를 도시하며, 차이점은 고정자가 또한 회전 액슬과 협동하는 기어휠이다는 점이다.
도 10은 도 8의 실린더를 도시하며, 차이점은 액슬이 회전 액슬과 협동하는 기어휠에 연결된다는 점이다.
도 11은 도 8의 실린더를 도시하며, 차이점은 피스톤이 회전하지 않고 왕복 운동한다는 점이다.
도 12는 도 9의 실린더를 도시하며, 차이점은 피스톤이 회전하지 않고 왕복 운동한다는 점이다.
도 13은 도 10의 실린더를 도시하며, 차이점은 피스톤이 회전하지 않고 왕복 운동한다는 점이다.
도 14는 본 발명에 따른 운동 변환 기구, 개구를 갖는 밸브 또는 종래의, 스플라인을 통해 액슬과 협동하는 회전자를 갖는 거울상 대칭형, 2기통, 2중효용 피스톤 엔진을 도시하며, 작동 유체가 2개의 고정자들, 회전자 및 원통형 바디 사이에서 작동하기 때문에 회전자는 또한 피스톤의 대용물이다.
도 15는 도 5 내지 도 14에 기초한 멀티 실린더 배열을 도시하며, 여기서 회 전자와 피스톤의 왕복 운동하는 질량으로 인한, 관성력에 의해 절대 중립화(absolute neutralisation)가 달성된다.
도 16은 본 발명에 따른 운동 변환 기구에 기초한 클러치의 배열을 도시한다.
도 17은 본 발명에 따른 운동 변환 기구에 기초한 차동 장치의 배치를 도시한다.
도 18은 본 발명에 따른 운동 변환 기구에 기초한 회전/왕복 운동 속도 증가-감소 장치의 배치를 도시한다.
도 19는 본 발명에 따른 운동 변환 기구에 기초한 2개의 엔진(각각 모터 또는 펌프/압축기)과 전기 엔진(발전기/전기 모터)의 커플링을 도시한다.
도 20은 2개의 거울상 대칭형 실린더, 실린더 당 한 쌍의 파형면 및 압력 및 스프링의 지원을 이용하여 이들을 가압하여 접촉시키는 기구를 갖는, 본 발명에 따른 운동 변환 기구에 기초한 엔진을 제시한다.
도 1에서, 본 발명에 따르면, 제1 환형 부품(first annular component)(1) 및 동축으로 위치된 제2 환형 부품(second annular component)(3)를 포함하고, 제1 환형 부품은 종축(ΔA)을 따라 제2 환형 부품 옆에 배치되며, 상기 2개의 부품들은 종축(ΔA) 둘레를 회전할 수 있으며 종축(ΔA)을 따라 왕복 운동할 수 있다. 제2 환형 부품(3)에 인접한 제1 환형 부품(1)의 면(A)은 제2 환형 부품(3)의 이웃하는 면(Γα)과 적어도 하나의 지점에서 연속적인 접촉을 하여, 제2 환형 부품(3)은 제1 환형 부품(1)의 이웃하는 면(A)과 적어도 하나의 지점에서 연속적인 접촉을 하는 제1 환형 부품(1)에 대해 이동할 수 있다. 접촉면들은 매끄러운 파형면들(A, Γα)이며, 그들의 외면에서 시작하여 그들의 내면에서 종료하는, 제1 및 제2 환형 부품들(1, 3)의 외측 실린더 표면의 파형 곡선들(α 및 γα)을 각각 통과하는 반경들의 기하학적 궤적(geometric locus)으로서 형성되며 매끄러운 파형면들(smooth undulated surfaces)이며 그리고 유사성 비(similarity ratio) 1:3를 갖는 기하학적으로 유사한 산부들(crests) 및 골부들(valleys)의 n (여기서, n은 자연수) 반복된 쌍들을 특징으로 하며, 여기서 산부들/골부들은 산부/골부의 상/하 지점 (각각) 및 종축(ΔA)에 의해 정의된 레벨에 대하여 대칭이다. 도 1 내지 4에서, n = 2.
제1 환형 부품(1)과 제2 환형 부품(3)이 가압되어 서로에 대해 회전 운동을 하며, 동시에 연속적으로 접촉을 유지하면, 파형면들(A, Γα)의 각 지점이, 다른 것과 관련하여, 파형 궤적(undulated trajectory)을 추적할 것이며, 동시에 주파수 n 배를 갖는 왕복 운동을 수행할 것이며, 여기서 n은 TDC(상사점)과 BDC(하사점) 사이의 해당 회전 운동 주파수의 산부들/골부들의 수이며, 이 상대 운동은 환형 부품들(1 또는 3) 중 하나에 단단히 연결된 각 부품에 의해 실행되며, 다른 한편으로는 환형 부품들 중 하나(1 또는 3)에 연결된 각 구성 부품은, 이 연결된 부품이 그것이 연결된 부품의 회전을 따르지 않고 자유롭도록, 다른 환형 부품에 대해서, 왕복 운동만을 수행하여, 회전 운동이 공존하는 회전을 갖는 또는 갖지 않는 부품의 왕복 운동으로 변환되며, 반면에, 역으로, 하나의 환형 부품(1 또는 3)의 다른 것에 대한 강제 상대 왕복 운동은 왕복 운동의 공존을 갖는 또는 갖지 않는 부품의 회전 운동으로 변환된다.
도 1에 따르면, 각각의 그리고 모든 파형면(A, Γα)의 산부들은 1:3의 유사성 비를 갖는 기하학적으로 유사한 골부들보다 더 작으며, 따라서 그것들이 다른 것의 골부들에 들어가며 산부들의 지점들이 반대편 파형면의 지점들과 접촉하게 되는 경우, 파형면들 사이에 자유 공간이 남겨져, 윤활되는 경우, 동적 윤활로 인해 마찰 및 마모 최소화를 달성하는 결과를 가져온다.
도 2에는 본 발명에 따른 운동 변형 기구가 도시되며, 파형면(Γα)이 파형면(A)과 연속적인 접촉을 하기 위하여, 제2 환형 부품(3)을 가압하여 제1 환형 부품 상으로 밀려지기 위한 추가적인 기구를 포함한다는 점에서 도 1의 기구와 다르다. 추가적인 기구는 제1 및 제2 환형 부품들(1, 3)에 대하여 동축으로 장착된 제3 환형 부품(2)을 포함하여 제2 환형 부품(3)이 제1 환형 부품(1)과 제3 환형 부품(2) 사이에 배치되며, 제2 환형 부품(3)을 향한 면인 그 인접면은 제1 환형 부품(1)의 동일한 파형 곡선(A) 및 공간에서의 거울상 (mirror-image)이며 제2 환형 부품(3)의 그 인접면과 적어도 하나의 지점에서 연속적인 접촉을 하는 것을 특징으로 하는 파형면(B)이며, 제2 환형 부품의 그 인접면은 또한 제2 환형 부품(3)의 인접면(Γα)의 제1 환형 부품(1)과 동일한 파형 곡선 형상을 갖지만, 표면(Γα)에 대칭으로 배치되며 표면(Γα)의 골부 맞은편에 배치된 산부와 원위로 변위되어, 제2 환형 부품(3)은 제1 및 제3 환형 부품들(1, 2)에 대하여 회전할 수 있으며 제1 환형 부품(1)의 일 면 및 제3 환형 부품(2)의 일 면과 적어도 하나의 지점에서 연속적인 접촉을 할 수 있는 것을 특징으로 하는 파형면(Γβ)이다.
도 2의 실시예에서, 제 2 환형 부품(3)은 견고하게 또는 제2 환형 부품(3)과 피스톤(4)이 종축(ΔA) 주위에서 독립적으로 자유롭게 회전하는 방식으로 피스톤 (4)에 연결된다. 또한, 원통형 라이너(5)가 도시되며(종축(ΔA)의 연장으로 분해됨), 그 내부에서 - 원주방향 접촉으로 - 커버(8)에 의해 덮이는 원통형 피스톤(4)이 이동한다. 이 실시예에서 제2 환형 부품(3)은 회전자로서 기능하며, 반면에 제1 및 제3 환형 부품들(1, 2)은 고정자로서 기능한다.
피스톤(4)이 오목하고 제2 환형 부품(3)에 단단히 연결되고, 적어도 하나의 개구(04)가 피스톤 표면(4) 상에 위치되면, 제2 환형 부품(3)의 회전 운동의 경우에, 파형 궤적(E)을 추적하는 개구(O4)는 내부에서 발견된 고정 라이너(5)의 적어도 하나의 개구(05)를 만날 것이며, 또는 궤적(E)을 가로지른다. 개구들(04 및 05)의 공통 지점들은, 피스톤(4)과 라이너(5)의 개구들이 통신하는 시간 동안, 피스톤(4)의 내부와 라이너(5)의 외부 사이의 주기적인 커뮤니케이션을 가능하게 한다. 따라서, 유체 흐름 제어 밸브들의 매우 단순한 배치가 오목 피스톤(4) 및 라이너(5)를 통해 피스톤 엔진의 실린더의 내부 공간과 외부 환경 사이에 형성된다.
도 3에는, 도 2의 제1, 제2 및 제3 환형 부품들(1, 3 및 2)의 외부 원통형 표면들의 파형 곡선들 α, γα/γβ 및 β의 스프레드(spreads)가 각각 도시된다.
도 3으로부터, 제1 환형 부품(1)의 파형면의 산부가 제2 환형 부품(3)의 파형면의 산부와 접촉할 수 있으며 그리고 이 위치에서 제1 환형 부품(1) 및 제2 환형 부품(3)의 파형면들(A, Γα)이 둘 다 그들의 접촉 지점들을 함께 연결하는 평면에 대해 대칭이며, 반면에 이 위치에서 제3 환형 부품(2)의 파형면(B)의 산부는 제2 환형 부품(3)의 맞은편 파형면(Γβ)의 골부와 접촉하며 그리고 제2 환형 부품(3)의 파형면의 산부는 제3 환형 부품(2)의 맞은편 파형면의 골부와 접촉한다는 것이 밝혀진다.
도 3으로부터, 회전자(3)가 회전되면, 회전자(3)와 회전자에 단단히 연결된 피스톤(4)의 각 지점이 회전자(3)의 커브(γα)의 각 산부의 지점(3)에 의해 추적된 곡선(ω)과 유사한 스프레드(유사성 비 2:1 및 2:3을 각각 갖는 파형 곡선들 α, γα/γβ 및 β의 산부 및 골부에 기하학적으로 유사한 동일한 산부 및 골부)로 폐쇄된 파형 궤적을 추적하면서 이동될 것이다. 이 운동은, 회전자(3)가 등속으로 회전하는 경우, 이 운동은 동일한 주파수를 가진 매끄러운 원 운동과 2배 주파수(일반적으로 n배)를 갖는 TDC(상사점)과 BDC(하사점) 사이의 왕복 운동으로 분석된다.
본 발명에 따르면, 산부 및 골부의 에지는 도 3에 도시된 바와 같이 종축에 수직인 지점 또는 직선형 섹션(points or straight sections)이며, 여기서 산부 및 골부의 에지가 지점(points)인 경우, 회전자(3)의 상대 회전 운동의 경우 제1 및 제2 환형 부품들(1, 3) 사이에서 일정한 속도로 단순 및/또는 조화 왕복 운동(simple and/or harmonic reciprocation)이 발생하는 반면, 산부 및 골부의 에지가 직선형 섹션인 경우, 회전자(3)의 상대 회전 운동의 경우 제1 및 제2 환형 부품들(1, 3) 사이에서 일정한 속도로 TDC 및 BDC에서 반전 지연을 갖는 왕복 운동이 발생한다.
도 4에서, 도 2의 제1, 제2 및 제3 환형 부품들(1, 3 및 2)의 외부 원통형 표면들의 파형 곡선들 α, γα/γβ 및 β의 스프레드(spreads)가 각각 도시되며, 유일한 차이점은 제3 환형 부품(3)이 종축(ΔA)에 수직인 평면에 대칭이다는 점이다. 도 3과 관련하여, 곡선 α 및 γα는 도 3의 것과 동일하고 동일한 상대 및 절대 위치에 있으며, 반면에 곡선 γβ 및 β는 도 3의 것과 동일하고 동일한 상대 위치에 있지만, 곡선 α 및 γα와 관련하여 상이한 위치에서, 제2 환형 부품(3)의 산부 및 골부는 각각 대칭이고 산부 및 골부의 반대편에 위치된다. 또한 이러한 특별한 경우에, 제2 환형 부품(3)은 제1 및 제3 환형 부품(1, 2)에 대해 회전할 수 있으며, 적어도 하나의 지점에서, 제1 환형 부품(1)의 일 면 및 제3 환형 부품(2)의 일 면과 연속적으로 접촉할 수 있다.
도 3 및 도 4에서, 곡선 α, γα 에 대해 그리고 제3 환형 부품(2)을 포함하는 추가 기구가 있는 경우, 곡선 β 및 γβ에 대해 다음이 적용된다:
1. 그것은 1:3의 유사성 비(similarity ratio)를 갖는 기하학적으로 유사한 산부들 12345 및 골부들 56789의 반복된 쌍들의 수 n (여기서, n은 자연수)을 갖는 상이한 위치들에서의 동일한 매끄러운, 주기적인, 파형 곡선에 관한 것이다 (도 1, 2, 3 및 4에서: n=2).
2. 곡선 γα는 축 ξ-ξ에 대해 α에 대칭이다. 도 3에서 곡선 β는 γα의 축방향 변위에 의해(d에 의해) 발생하며, 반면에 γβ는 α의 축방향 변위 (L+d) 및 90˚(일반적으로 360˚/2n)에 의한 원주방향 변위에 의해 발생한다. 도 4에서 곡선 β는 γα의 축방향 변위 (L+d) 및 90˚(일반적으로 360˚/2n)에 의한 원주방향 변위에 의해 발생하며, 반면에 γβ는 α의 축방향 변위(2L+d)에 의해 발생한다.
3. 각각의 산부 12345는 축 μ-μ에 대해 대칭이고, 각각의 골부 56789는 축 ν-ν에 대해 대칭이다. 산부들 및 골부들은 각각 유사한 방정식 y1=f(x1) 및 y2=f(x2)로부터 공통 원점, 지점 5 및 대향 축들을 갖는 좌표 x1-y1 및 x2-y2의 시스템으로 표현된다. 산부들은 파형 곡선들 α, β, γα 및 γβ의 전체 높이 L의 1/4을 차지하고 골부들은 나머지 3/4를 차지한다.
4. 섹션들 234 및 678은 직선일 수 있으며, 여기서: 678≥234≥0
5. 하나의 곡선의 산부들이 다른 곡선의 골부들에 들어가는 경우, 이들 곡선들 사이에 자유 공간을 남기며, 즉 산부들의 크기는 1:3의 유사성 비를 갖는 기하학적으로 유사한 골부들의 것보다 더 작다.
6. 회전자(3)의 외부 표면이 한 방향으로 이동하고, 고정자들(2 및 3)의 외부 표면이 움직이지 않으면, 곡선 γα 및 γβ는 곡선 α 및 β와 각각 연속적인 접촉을 유지할 것이며, 그래서 곡선 γα의 지점 3(산부의 중심)에 대해, 그리고 회전자(3)의 외부 표면의 스프레드의 모든 지점에 대해, 그것은 섹션 9에서 이하에 기술된 바와 같이, 그 산부 및 골부(도 3 또는 도 4)에서 직선형 섹션을 갖는 또는 갖지 않는, ω와 같은 파형 궤적을 추적하면서 이동할 것이다 (유사성 비 2:1 및 2:3을 각각 갖는 파형 곡선들 α, γα/γβ 및 β의 산부 및 골부에 기하학적으로 유사한 동일한 산부 및 골부로). 곡선 ω는 좌표 xy의 시스템으로 표현되며, 높이 L의 중간 지점은 원점이며 축 μ-μ 및 ν-ν에서 같은 거리에서, 방정식 y1=f(x1) 및 y2=f(x2)와 유사한 방정식 y=f(x)으로부터 표현된다. 곡선 ω의 총 높이는 파형 곡선들 α, β, γα 및 γβ의 총 높이 L와 같다.
7. 도 3 및 도 4를 참조하면, 곡선 α의 부분 45 및 56을 각각 설명하는 2개의 특성 방정식 쌍이 예로서 언급된다:
a.
Figure 112020077411095-pct00001
및
Figure 112020077411095-pct00002
(정현파(sinusoidal)),
여기서:
Figure 112020077411095-pct00003
with
Figure 112020077411095-pct00004
및
Figure 112020077411095-pct00005
with
Figure 112020077411095-pct00006
.
b.
Figure 112020077411095-pct00007
및
Figure 112020077411095-pct00008
(다항식),
여기서:
Figure 112020077411095-pct00009
with
Figure 112020077411095-pct00010
및
Figure 112020077411095-pct00011
with
Figure 112020077411095-pct00012
.
좌표는 위에서 섹션 3에서 언급한 것처럼 각 방정식에 대해 적절하게 선택된 좌표 축을 나타낸다.
8. 이전 섹션의 곡선의 경우, 회전자(3)의 외부 표면의 스프레드(spread)의 각 지점에 의해 추적된 궤적 ω은 각각 방정식으로부터 유도될 것이다:
a.
Figure 112020077411095-pct00013
, 여기서:
Figure 112020077411095-pct00014
(정현파(sinusoidal)).
b.
Figure 112020077411095-pct00015
두 번, 여기서:
Figure 112020077411095-pct00016
(다항식).
좌표는 위에서 섹션 3에서 언급한 것처럼 각 방정식에 대해 적절하게 선택된 좌표 축을 나타낸다.
9. 섹션 234 및 678이 각각 c 및 3c의 길이(정확하게)를 갖는 직선인 경우, 이전의 통로 8의 방정식에 의해 기술된, 궤적 또는 곡선 운동 ω의 곡선 섹션들 사이에서 TDC 및 BDC에서의 운동 반전에서의 동일한 시간 간격의 지연에 대응하는 동일한 길이 2c의 섹션이 동일하게 삽입된다. 섹션 234 및 678의 길이의 다른 관계 (비율)는 동일하지 않은 직선 섹션의 삽입, 즉 TDC 및 BDC에서 다른 운동 반전 지연을 야기하는 것과 같은 문제를 야기하여, 경우에 따라 멀티 실린더 엔진의 타이밍 문제를 야기할 수 있다. 일반적으로, 산부 에지가 길이 c의 직선형 섹션이고 골부 에지가 각각 길이 3c의 직선형 섹션인 경우 TDC 및 BDC에서 운동 반전의 동일한 지연 시간 간격이 발생한다.
비고 : 동일한 산부와 골부로 - 바람직한 - 매끄러운 주기적인 파형 궤적 또는 곡선 운동 ω (회전자(3)의 외부 표면의 모든 지점들의)를 달성하기 위해, 산부들 및 골부들이 각각 1:2 및 3:2의 유사성 비로 곡선 ω의 산부들/골부들에 유사하도록 파형 곡선들 α, γα/γβ 및 β을 특정한다. 그 후, 회전자(3)는 스무스하게 회전 및 왕복 운동하며, 동시에 고정자들(1 및 2) 둘 다와 - 연속적으로 접촉하면서 - 슬라이딩하지만, 이것은 곡선 ω의 산부들이 그 골부들과 같지 않은 경우는 고정자(3) 운동이 차단되기 때문에 사실이 아니다.
정의 : 유사성 비를 곱하여 Σ2의 좌표가 Σ1의 해당 좌표에서 나온다면 기하학적 형태 Σ2는 어떤 다른 기하학적 형태 Σ1 (공통 좌표계와 관련하여)과 유사하다고 말한다. 유사성 비는 1보다 크거나 작거나 같을 수 있다; 따라서 우리는 각각 Σ1에 대한 확대, 단축 또는 동등을 얻을 수 있다.
도 5, 도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 통합된 운동 변환 기구를 갖는 피스톤 엔진 (모터 또는 펌프/압축기)에서의 적용들을 도시하며, 본 발명에 따른 밸브 어레이 및 제3 환형 부품(2)을 갖는 추가 기구를 포함한다. 상기 엔진은 하나 이상의 실린더(관성력의 중화를 위한 평행 및/또는 대향 배열로)를 포함하며, 회전자로서 기능하는 제2 환형 부품(3)은 동시에 회전 및 왕복 운동하는 원통형 피스톤(4)에 단단히 연결된다. 상기 엔진은 종래 기술로부터 공지된 보조 시스템 (윤활, 냉동, 연료, 스타터 등)을 포함한다.
제1 및 제3 환형 부품들(1, 2)은 고정자로서 작동하고 바디(7)에 견고하게 장착되며, 반면에 회전자(3)는 본 발명에 따라 회전 및 축방향으로 왕복 운동하며, 도 5의 피스톤 엔진의 실린더의 축과 일치하는 축(6)으로부터 또는 도 7에 나타난 바와 같이 그 축에 평행하게, 실린더의 외부에 배치된 액슬(axle)(11)을 통해 이동하는 축(6)으로부터 스플라인(spline)에 의해 이동하며, 운동은 기어휠들(12)을 통해 액슬(axle)(11)을 통해 축으로 전달된다. 도 6에서, 운동은 기어(12)를 통해 액슬(11) 및 회전자 외부 표면(3)의 랙(rack)에 의해 회전자로 전달된다. 기어 랙(gear rack)(12)의 길이는 회전하는 동안 왕복 운동 할 때 회전자 랙 (3)의 연속적인 맞물림을 가능하게 한다. 표시 16은 바디(7) 커버를 나타낸다.
도 5, 도 6 및 도 7에서, 실린더는 실린더형 라이너(liner)(5)에 의해 보충되며, 그 내부에서 실린더 커버(8)에 의해 커버되는 피스톤(4)이 원주방향으로 접촉하면서 이동한다. 피스톤 링(9) 및 밸브 스프링(10)이 또한 포함된다.
본 발명의 유형의 개구(라이너 내의 하나의 개구 및 피스톤 상의 하나의 개구)를 갖는 각각의 밸브에서, 유체가 압축되지 않을 때 하나의 개구는 원형이고 다른 하나는 오블롱(oblong)이다. 또한, 피스톤 유압 엔진 또는 펌프/압축기 및 2행정 ICE(내연기관)가 있는 적용들에서, 본 발명의 유형의 밸브 개구들(흡입 및 압축)의 수는 산부/골부의 수 n의 두 배이며, 반면에 4행정 ICE의 밸브의 수는 n과 같다.
도 8, 도 9 및 도 10에서는 제3 환형 부품(2)을 갖는 추가의 기구를 포함하는 본 발명에 따른 통합된 운동 변환 기구를 갖는 피스톤 엔진(모터 또는 펌프/압축기)에서의 적용들이 도시되며, 회전자로서 기능하는 제2 환형 부품(3)은 종래의/전형적인 밸브들(18)과 결합하여 동시에 회전 및 왕복 운동하는 피스톤(4)에 견고하게 연결된다. 상기 엔진들은 종래 기술로부터의 보조 시스템(윤활, 냉각, 연료, 스타터 등) 및 공동의 액슬(11)을 갖는 하나 또는 그 이상의 실린더(평행 및/또는 대향 배치로(관성력들의 중화를 위해))에 의해 구성된다.
도 8은 본 발명에 따른 밸브 장치가 종래의/전형적인 밸브(18)로 대체되었다는 점에서 도 5와 다르다. 디스크형 캠(13)은 ICE(내연기관)의 경우에 필요한 축(6)과 로드(17) 바로 위에 구별 설치될 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 밸브 장치가 종래의/전형적인 밸브(18)로 대체되었다는 점에서 도 6과 다르다. 디스크형 캠(13)은 ICE(내연기관)의 경우에 필요한 액슬(11)과 로드(17) 바로 위에 구별 설치될 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 밸브 배열이 종래의/전형적인 밸브(18)로 대체되었으며, 반면에 ICE의 경우 액슬(11) 바로 위에 설치된 디스크형 캠(13) 및 로드(17)가 제공된다는 점에서 도 7과 다르다.
도 11, 도 12 및 도 13은 축(6) 또는 액슬(11)의 회전을 야기하는 회전자(3)의 회전을 따르지 않게 자유롭게 되며 라이너(5) 내에서 단지 왕복 운동만을 수행하는 방식으로 회전자(3)에 연결된다. 이것은 선형 슬라이딩 요소들(14)(웨지, 볼 등)을 통해 달성된다.
피스톤은 라이너(5) 내부에서만 왕복 운동을 수행하기 때문에, 기술된 기구는 단지 종래의/전형적인 밸브들(18)과 결합될 수 있고, ICE의 경우, 축(6) 또는 액슬(11) 바로 위에 장착된 디스크형 캠(13) 및 로드(17)와 결합될 수 있다.
도 14에서, 본 발명에 따른 이중 효과 피스톤 엔진(엔진 또는 펌프/압축기)의 다른 적용에서, 작동 유체는 고정자들(1 및 2), 회전자(3) 및 원통형 라이너 바디(5/7) 사이에서 작동한다. 구체적으로, 이중 효과, 2-기통 피스톤 엔진이 도시되며, 운동 변환 기구, 개구를 갖는 밸브들 또는 종래의, 회전자(3), 슬라이딩 스플라인을 갖는 축(6)에서의 회전을 가지며, 피스톤의 역할은 회전자(3)에 의해 달성되는데, 왜냐하면 작동 유체가 2개의 고정자들(1 및 2), 회전자(3) 및 원통형 라이너 바디(5/7) 사이에서 작동하기 때문이다.
도 5 내지 도 13에서와 같이, 엔진은 고정자(3) 및 라이너-바디(5/7) 상의 본 발명에 따른 밸브로서 간단한 개구들로 기능할 수 있지만, 라이너-바디(5/7) 위의 다양한 유형의 종래의/전형적인 밸브로도 또한 기능할 수 있다.
관성력을 중화시키기 위해, 도 14에서와 같이, 2개의 대향 고정자들(3)을 동일한 라이너-바디(5/7)에서 대응하는 고정자들(1 및 2)과 조합하거나, 또는 도 15에서와 같이 적절히 더 많은 실린더들을 조합하는 것으로 표시된다. 이 적용에서, 2-행정 ICE, 유압 모터 및 펌프/압축기의 경우들이 특별한 관심을 갖는다.
도 5 내지 도 14에 도시된 엔진들은 각각의 회전에서 고정자들(1, 2) 및 회전자(3)의 각각의 파형면에 존재하는 산부들/골부들의 수 n만큼 많은 왕복 운동을 수행한다. 피스톤(4)과 라이너(5) 사이의 마찰력 및 상대 마모를 야기하는 비대칭 내부 힘의 발생으로 인해 n = 1 인 경우는 드물다. 보통 n = 2이므로, 본 발명을 구현하는 4-행정 ICE(내연기관)에서, 각각의 동작 사이클은 종래의 ICE에서 2개의 회전에 비해 1개의 회전으로 완료된다. 이것은 결과적으로 동일한 실린더 용량 엔진에 대해 (거의) 두 배의 동력을 갖는다. 그 효과는 엔진의 크기/무게에서 - 피스톤 로드와 전형적인 캠 샤프트의 부재와 조합으로 - 반대이다: 그것은 동일한 동력 출력에 대해 (대략) 50%만큼 감소한다. 위의 내용은 n> 2에 대해서 상응하게 적용되고 일반화된다.
2-행정 ICE(내연기관)에서도 마찬가지이며, 동일한 실린더 용량 또는 동력을 위해, 각각, 종래의 2-행정 엔진에 비해 다시 동력이 두 배가 되거나 또는 크기/무게가 반만큼 감소된다.
마지막으로, 본 발명을 포함하며 디스크형 캠을 사용하는 모든 ICE들에서는, 캠의 형상 및 크기를 구성하고 위치를 선택함에 제한이 없다는 사실로 인해, 종래의/전형적인 밸브의 작동의 스트로크, 타이밍 및 지속 기간의 완전한 제어가 실현 가능해진다.
도 15에서, 배치는 도 5 내지 도 14에 대응하는 적용에 기초하여 도시되며, 여기서 밸런싱(balancing) 없이 회전자(3) 및 피스톤(4)의 왕복 운동하는 질량으로 인한 관성력들의 절대 중화가 달성된다: 화살표는 다양한 실린더들에서의 상대 운동을 나타낸다. 그것이 가능할 때마다, 연소는 다양한 실린더들에서 연속적으로 수행되고 동력 흐름을 매끄럽게하기 위해 액슬(11)의 각 회전에서 동일하게 공유된다.
특히, 도 15에는 다음과 같은 흥미로운 사례들이 제시되어 있다:
a. 단부들에 작동 유체 챔버들을 가지며, 2개의 출력 위치들을 갖는 평행 액슬로부터 동력 출력을 갖는, 대향 배열로 배치된 2개의 실린더들. 특정 배열은 완전히 균형을 이루는 왕복 운동 관성력들을 갖는 간단한 자율 작동 유닛(simple unit of autonomous operation(SUAO)를 구성한다.
b. 중앙에서 통합된 또는 통합되지 않은 작동 유체 챔버들을 가지며, 2개의 출력 위치들을 갖는 평행 액슬로부터 동력 출력을 갖는, 대향 배열로 배치된 2개의 실린더들. ICE에서, 통합된 챔버 케이스는, 발생하는 연소의 반이 동력 흐름 커브의 더 큰 변동을 야기하기 때문에, 분리된 챔버 케이스에 비해 불리하다. 이 배열은 간단한 자율 작동 유닛(SUAO)의 다른 버전을 구성한다.
c. 보다 매끄러운 작동 및/또는 단일 출력으로 보다 큰 동력을 위한 도 15.a로부터의 유닛들로 구성된 4 기통 또는 멀티 실린더 엔진.
d. 보다 매끄러운 작동 및/또는 단일 출력으로 보다 큰 동력을 위한 도 15.b로부터의 유닛들로 구성된 4 기통 또는 멀티 실린더 엔진.
e. 축들의 연장(6)을 구성하는 2개의 동력 출력들을 갖는, 동일 레벨에 평행하게 배치된 4 기통.
f. 2개의 단부들을 갖는 센터에서 평행한 동력 출력을 갖는, 동일 레벨에 평행하게 배치된 4 기통.
g. 2개의 단부들을 갖는 센터에 평행한 동력 출력을 갖는, 평행하고 원형으로 배열된 4 기통 (90°마다).
h. 2개의 단부들을 갖는 센터에 평행한 동력 출력을 갖는, 평행하고 원형으로 배열된 4 기통 (십자형으로(비스듬히)).
또한, 도 5 내지 도 14의 적용들에 대하여, 다음의 언급이 유효하다:
1. 작동 유체는 피스톤(4)의 자유 표면(free surface)과 커버(8) 사이의 라이너(liner)(5) 내부에서 작동한다.
2. 도 5, 7, 8, 10, 11, 13 및 14에서, 축(6)은 실린더 축과 일치한다.
3. 도 6, 9 및 12에서, 액슬(11)은 그 축에 평행하게, 실린더 외부에 배치된다. 액슬(11)에서 회전자(3)로의 운동은 기어(12) 및 회전자(3) 외부 표면 상의 랙(rack)을 통해 전달된다. 반대로도 적용된다. 기어 랙(gear rack)(12)의 길이는 회전하는 동안 왕복 운동 할 때 회전자 랙(rotor rack)(3)의 연속적인 맞물림(continuous engagement)을 가능하게 한다.
4. 종래의 밸브(18)가 사용되는 도 8 및 도 11에서, 디스크형 캠(13)은 축(6) 상에 배치된다.
5. 종래의 밸브(18)가 또한 사용되는 도 9, 10, 12 및 13에서, 디스크형 캠(13)은 액슬(11) 상에 배치되고, 디스크 상에는 한 세트의 캠만을 지지한다. 이들 경우들은 실린더가 단일 액슬(11) 둘레에 등거리(원형)로 평행하게 배열되어 있는 경우 다기통 엔진에 권장된다 (도 15g 및 도 15h 참조).
6. 도 7, 10 및 13에서, 액슬(11)은 한 쌍의 기어 휠(12 및 15)을 통해 축 (6)에 의해 구동된다. 역도 마찬가지이다.
7. 도 8 내지 도 13에서, 피스톤 유압 모터 또는 펌프/압축기에서의 적용을 참조하는 경우, 특정 구성에 따라 적합한 종래의/전형적인 밸브가 사용된다. 밸브, 피스톤-로드 및 크랭크샤프트 디스크 (ICE 참조)가 폐지된다.
8. 도 5, 6, 7 및 14에서, 피스톤 유압 모터 또는 펌프에서의 적용을 참조하는 경우, 유체가 압축되지 않는 경우, 개구를 갖는(본 발명의 유형) 각각의 밸브 쌍에서, 하나는 원형이고 다른 하나는 오블롱(oblong)이다.
9. 도 5, 6, 7 및 14에서, 피스톤 유압 모터 또는 펌프/압축기 및 2- 행정 ICE(내연기관)에서의 적용을 참조하는 경우, 밸브 개구(본 발명 유형)의 수는 4행정 내연기관의 밸브의 수의 2배이다.
10. 도 5, 7, 8, 10, 11, 13 및 14에서 회전자(3)의 회전 및 동시의 왕복 운동은 축(6) 위의 스플라인으로 달성되며, 반면에 도 6, 9 및 12에서는 기어휠(12)과 회전자(3)의 외부 랙(external rack)을 통해 달성된다.
도 5 내지 도 14의 예시에 의해 설명된 경우들에서, 회전 운동에서 왕복 운동으로의 변환 및 그 반대로의 변환은 제2 환형 부품(3)의 표면들(Γα 및 Γβ)의 슬라이딩으로 인해 수행되며, 이는 또한 도 2, 3 및 4에 도시된 바와 같이 고정자들로서 기능할 수 있는 제1 및 제3 환형 부품들(1 및 3)의 표면들(A 및 B) 상으로 각각 회 전자로서 또한 기능할 수 있다. 표면(Γα)이 A와 연속적으로 접촉하기 위해, 표면들(Γβ 및 B)이 제거되며 제2 환형 부품(3)이 제1 환형 부품(1) 상으로 밀려지도록 가압되는 경우에도 동일한 결과가 발생한다. 이것은 예를 들면 제3 환형 부품(2)을 대체하는 다음과 같은 방식으로 달성될 수 있다:
1. 특별한 경우를 제외하고 (도 20의 경우와 같이) 베어링과 조합으로 회전자(3)에 압력을 가하는 스프링을 사용.
2. 롤러의 축들이 도 3 또는 도 4의 곡선 ω를 추적하기 위해, 회전자(3)에 장착된 2개의 대향 롤러들로, 표면 B(도 2)와 유사하게 고정자(2)에 형성된 적절한 파형면 상으로 롤링(rolling).
3. 회전자(3)에 압력(유압 또는 공압)을 사용.
4. 회전자(3)에 자기/전자기력의 배치를 사용.
5. (수직 실린더들을 갖는 엔진들에 대해서만) 중력을 사용.
마지막으로, 본 발명은 기계식 프레스, 네일 제조기, 재봉기, 인쇄기 등에서와 같은 회전 운동을 왕복 운동으로 또는 그 반대로의 변환이 발생하는 모든 종류의 엔진 및 자동화에 적용된다.
도 16.a에서, 축방향으로 미끄러지는 스플라인으로 축(6)에 연결된 제1 환형 부품(1), 제2 환형 부품(3)에 견고하게 연결된 부품(2차 축)(4)을 포함하는 클러치의 배열이 도시되며, 동시에 종래 기술에 따르는 특별한 기구가 제1 환형 부품(1)에 축방향 힘(F)을 가하고 그 산부를 가압하여 제2 환형 부품(3)의 골부에 들어가게 할 수 있다. 이 상태에서 축(6)의 회전은 전적으로 2차 축(4)으로 전달된다. 제1 환형 부품(1) 상의 축방향 힘(F)이 상승되면, 그것은 제2 환형 부품(3)으로부터 물러나 분리될 것이며,이 경우 축(6)으로부터 2차 축(4)으로의 회전의 전달이 중단될 것이다.
도 16.b에서, 보다 효과적인 클러치 배열이 도시되며, 축(6)은 슬라이딩 스플라인을 통해 회전자(3)에, 즉 제2 환형 부품과 연결되며, 고정자(2), 즉 제3 환형 부품은 부품(이차 축)에 견고하게 연결되며, 다른 한편으로는 이러한 초기 위치/상태에서 회전자(3)는 동시에 미끄러지며 고정자들(1과 2) 사이에서 그들의 운동학적 상태에 영향을 미치지 않으면서 자유롭게 운동한다. 또한, 종래 기술에 따른 특별한 기구는 고정자(1)에 축방향 힘(F)을 가하여 제1 및 제3 환형 부품들(1 및 2)을 가압하여 서로 충분히 접근하도록 할 수 있다. 이 새로운 상태에서, 회전자(3)는 고정자들(1과 2) 사이에 고정되며; 따라서 축(6)의 회전이 이차 축(4)으로 완전하게 전달된다. 고정자(1)에서의 축방향 힘(F)이 특별한 기구에 의해 상승되는 경우, 그것은 그 초기 위치/상태로 물러날 것이며, 회전자(3)가 해제되며 고정자들(1과 2) 사이에서 미끄러짐에 의해 운동을 다시 시작할 것이며, 축(6)에서 이차 축(4)으로의 회전의 전달은 중단될 것이다.
선택적으로, 고정자(1 및 2)는 라이너(7)에 외부적으로 연결된다. 첫 번째는 축 방향으로 슬라이딩하는 웨지(wedge)(14)를 갖고, 세 번째는 약간만 회전할 수 있다.
특별한 기구 작용력(F)은 현재의 최신 기술에서 광범위하게 적용되며, 그것은 모든 종류의 차량들(차, 트럭, 트랙터 등)의 클러치에서 접하는 기구와 다소 등가물일 수 있으며 그리고 그것은 기계식으로, 및/또는 유압식으로 및/또는 공압식 등으로 작동할 수 있다.
이러한 클러치의 특징/이점은 간단하고 컴팩트한(compact) 구조이지만, 주로 마찰이 아닌 기계적 결합에 의한 운동의 전달은 그 유체역학적 윤활로 인한 협동하는 부품들의 슬라이딩 작용 동안 마찰이 없기 때문에 마모가 (거의 완전히) 없게 되는 결과를 가져온다.
도 17.a에는 2개의 거울상 대칭 섹션을 포함하는 차동 장치에 대한 배치가 도시되며, 이들 각각은 슬라이딩 스플라인(sliding spline)으로 축(6)에 연결된 제1 환형 부품(1) 및 제2 환형 부품(3)으로 구성된다. 종래 기술에 따르는, 특별한 기구는 제1 환형 부품(1)에 힘(F)을 가하고 그것을 제 2 환형 부품(3)과 결합되게 유지한다. 2개의 환형 부품들(3)의 각각은 축(11)을 통해 협동하는 기어휠(12)을 거쳐 이동하는 기어휠(15)에 견고하게 연결된다. 운동하는 2개의 축들(6)의 저항이 동일한 한, 제1 환형 부품들(1)은 제2 환형 부품들(3)와 결합된 상태를 유지하고, 기어휠(15)의 회전은 축들(6)에 완전히 전달된다. 축들(6) 중 하나에서 저항이 커지면, 대응하는 제1 환형 부품(1)은 물러나고 대응하는 축(6)의 회전의 수는 감소될 것이며, 동시에 다른 축(6)은 그들의 축들(6)의 저항의 평형이 돌아올 때까지 계속 정상적으로 이동하고 이전 동작이 복원된다. 즉, 배치는 간단한 차동장치로서 기능한다. 하나의 축(6)의 고정화와 다른 하나 만의 회전의 단점을 피하기 위해, 후자의 저항이 0인 경우, 힘들(F) 및 축들(6)의 회전의 제어는 전자 지원에 의해 수행되는 것이 필수적이다. 이 경우 두 축들이 완전히 차단되고 두 축들이 같은 속도로 회전할 수 있다: 차동제한장치(limited slip differential) "LSD".
도 17.b에서는, 보다 효과적인 차동 장치가 도 16.b 및 17.a에 제시된 배치들의 조합으로서 제공되며, 이들의 조합된 설명은 이러한 특정 유형의 차동 장치의 작동 모드를 제공한다. 차동 장치 배치는 2개의 거울상 대칭 섹션을 포함하고, 각각은 회전자로서 기능하는 제2 환형 부품(3)으로서 구성되고, 슬라이딩 스플라인, 제1 환형 부품(1) 및 제3 환형 부품(2)에 의해 축(6)에 연결된다. 이 초기 위치/상태에서, 회전자(3)는 미끄러지며, 동시에 고정자들(1 및 2) 사이에서 그들의 운동학적 상태에 영향을 주지 않으면서 자유롭게 운동한다. 종래 기술에 따르면, 특별한 기구는 제1 환형 부품(1)에 힘(F)을 가하여 제3 환형 부품(2)으로 이동하며, 제1 환형 부품(1)과 제3 환형 부품(2) 사이에서 제2 환형 부품(3)을 인트랩(entrap) 및 고정시켜, 제3 환형 부품(2)이 축(6)에 견고하게 결합되며 동시에 이동한다. 2개의 거울상 대칭 섹션들은 제3 환형 부품들(2)을 통해 기어휠(15)에 견고하게 연결되며, 협동하는 기어휠(12)을 통해 하나의 축(11)으로부터 이동한다. 차동 장치로서의 배치의 작동은 제2 환형 부품(3)의 인트랩 및 고정에 의해 결정되거나 그에 의해 결정되지 않는다. 따라서, 운동 동안 두 축들(6)의 저항이 동일한 한, 제2 환형 부품들(3)은 제3 환형 부품들(2)과 맞물려 유지되며 기어휠(15)의 회전은 축들(6)에 완전히 전달되며, 반면에 축들(6) 중 하나에서 저항이 커지면, 대응하는 제1 환형 부품(1)은 약간 물러날 것이며, 대응하는 제2 환형 부품(3)은 해제될 것이며, 동시에 슬라이딩하기 시작할 것이며 그리고 제1 및 제3 환형 부품들(1, 2) 사이에서 자유롭게 이동하기 시작할 것이며, 따라서 대응하는 축(6)의 회전들의 수는 축들(6) 저항의 균형이 회복되며 배치가 초기 위치/작동 상태로 되돌아갈 때까지 감소할 것이다.
선택적으로, 제1 환형 부품(1)은 축방향 슬라이딩(14)의 사용을 통해 바디(7)에 연결되고, 제3 환형 부품(2)은 약간의 원주방향 슬라이딩 능력을 갖는 바디(7)에 연결된다.
도 16.a 및 도 16.b의 차동 장치 적용에서와 같이 힘(F)을 가하는 특별한 기구는 전자적 지원으로 또는 전자적 지원 없이 기계식으로 및/또는 유압식으로, 및/또는 공압식 등으로 작동할 수 있다.
이러한 차동장치의 특징/이점은 간단하고 컴팩트한 구조이지만, 주로, 마찰이 아닌 기계적 결합을 통한 운동의 전달은 그것의 유체 역학적 윤활 및 "LSD" 차동 장치로서 작동하는 능력으로 인해 협동하는 부품들의 슬라이딩 작동 동안 마찰이 없기 때문에 마모가 (거의 완전히) 없게 되는 결과를 가져온다.
도 18.a에서, 본 발명에 따르는 회전 운동을 왕복 운동으로 또는 그 반대로 변환하기 위한 제1 기구가 도시되며 n = n1 수의 산부 및 골부를 가지며, 여기서 제1 및 제3 환형 부품(1 및 2)은 고정자로서 기능하며 바디(7)에 견고하게 장착되며, 반면에 제2 환형 부품(3)은 슬라이딩 스플라인을 갖는 축(6)에 의해 이동되며 핀(19)을 통해, 축방향 변위가 아닌, 서로에 대한 회전을 가능하게 하도록 피스톤들(4)을 통해 동일한 왕복 운동 경로(L) 및 산부 및 골부의 수 n = n2 ≠ n1을 갖는, 제2 유사한 기구에 동축으로 연결된, 회전하며 축방향으로 왕복 운동하는 피스톤(4)에 견고하게 연결된 회전자로서 기능한다. 이 경우, 제1 기구의 축(6)이 N1 회전들로 회전하는 경우, 제2 기구의 축(6)은 N2 = N1 x (n1/n2) 회전으로 회전할 것이며, 즉, 기구들의 쌍은 회전 속도 증가-감소 장치로서 기능한다.
도 18.b에서, 2개의 기구들의 축들(6)은 각각 커플러(20)의 웨지들(14)을 통해 고정 방식으로 동축으로 연결되며, 따라서 기구들의 쌍은 왕복 운동 속도 증가-감소 장치로서 기능한다. 후자의 경우, 제1 기구의 왕복 운동-경로 길이(L1)가 제2 기구의 왕복 운동-경로 길이(L2)와 다른 경우, 이것은 또한 왕복 운동-경로 길이 증가-감소 장치(L)로서 기능할 수도 있다.
이러한 증가-감소 장치의 특징/이점은 인-라인(in-line)(동축) 배열 및 회전수의 증가/감소시키는 능력에 추가로, 경로 길이를 변경하거나 또는 변경하지 않고 왕복 운동의 수의 증가/감소를 달성하는 능력이다.
도 19는 본 발명의 도 5, 8 및 11에 보고된 적용들에서 기술된 것들과 같은 2개의 유사한 엔진들(M)(각각 모터 또는 펌프/압축기)과 전기 엔진(발전기/전기 모터)의 결합을 도시한다. 엔진(M)의 바디는 전기 엔진(E)의 바디(고정자)에 동축으로 장착되며: 하나는 오른쪽에 그리고 다른 하나는 왼쪽에. 전기 엔진(E)의 회전자 축이 폐지되고 엔진(M)의 축들(6)로 대체되며, 그들은 서로에 대해 동기되어 왕복 운동의 관성력들의 밸런스를 위해 반대 방향으로 움직이는 피스톤들로 작동하는 결과를 낳는다. 이 유형의 커플링(결합)은 도 15.a에 해당하지만, 평행 축이 없고 전기 엔진 회전자로 대체되기 때문에 그에 비해 이점을 제공한다.
이러한 전기 기계 쌍의 특징/이점은 다른 종래의 경우들과 비교하여 그 구조의 단순성, 특히 작은 크기/무게, 고출력 집중 및 소형화(소형(compact))이다.
도 5 내지 도 14에서, 설명된 본 발명의 엔진들은 청정 연료(윤활제 첨가 없음)를 갖는 2-행정 가솔린 엔진으로서 기능할 수 있다. 분무를 통한 연료 분사가 요구되며, 압축기(터보)를 사용한 공기의 흡입, 본 발명에 따른 TDC 및 BDC에서 운동 반전의 지연을 가능하게 하는 구조, 및 본 발명에 따른 개구들을 갖는 밸브, 또는 디스크형 캠에 의해 제어되며, 다음 순서로 작동하도록 조절되는(본 발명에 의해 또한 제공되는 가능성): 팽창 단계가 완료되자마자 그리고 피스톤이 BDC에 도달하기 직전에 배출 밸브가 열리고 대부분의 배기 가스가 탈출하며, 그 다음 흡입 밸브가 개방되며 그리고 압력을 받는 유입 공기가 나머지 배기 가스를 배출하며(스위핑/플러싱), 일단 실린더에 공기가 채워지면 배출 밸브가 닫히고 흡입 밸브가 닫히며 TDC를 향해 운동 반전이 시작된다. 다음으로 연료의 압축 단계, 분사, 점화 및 연소, 그리고, 마지막으로, 팽창, 그리고 새로운 동일한 사이클이 전부 다시 시작된다.
이러한 2-행정 가솔린 엔진의 특징/이점은 작은 크기/무게이며, 동일한 동력 출력을 갖는 종래의 2-행정 가솔린 엔진 엔진의 크기/무게의 약 절반이며, 비오염 작동(non-polluting operation)이며, 즉 배기 가스의 방출이 종래의 2-행정 가솔린 엔진의 오염 배기 가스와 달리, 품질면에서 4-행정 가솔린 엔진의 것에 필적할 만하다.
기술된 엔진은 또한 디젤 엔진과 동일한 방식으로 작동할 수 있다.
두 경우 (가솔린 엔진 또는 디젤 엔진)에서 그 크기/무게는 대응하는 종래의 4-행정 엔진 크기/무게의 약 1/4이다.
도 20에서, 도 15a의 것에 대응하는 2개의 실린더 피스톤 엔진에서의 기구의 적용이 도시되며, 여기서 실린더들은 동축이며 거울상 배열로 장착되며, 왕복 운동의 관성력들의 밸런싱을 위해 2개의 부품들(4)은 대향 방향으로 이동하며 - 피스톤들로서 기능하며 -, 그리고 각각의 실린더는 본 발명에 따르는, 그들의 인접면들에서 운동을 변환시키는 파형면들을 갖는 한 쌍의 환형 부품들로 작동하며, 그리고 이들의 연속적인 접촉은 TDC에서 BDC로 또는 그 반대로 이동할 때 피스톤 상으로 힘이 연속적으로 가해지는 것을 보장한다.
보다 구체적으로, 도 20에서, 각각의 실린더는 고정자로서 기능하는 제1 환형 부품(1), 피스톤(4)에 견고하게 연결된 회전자로서 기능하는 제2 환형 부품(3)을 포함한다. 고정자들(1)은 그들 사이에 그리고 공통 바디(7)와 견고하게 연결된다. 각각의 회전자(3)는 실린더들의 종축에 평행한 공통 축(11)에 장착된 기어휠(12)과 협동하는 외부 랙을 지닌다. 기어휠들(12)은 회전자들(3)을 동기화시키고 운동을 축(11)으로 전달한다. 피스톤들(4)이 작동 유체의 압력 및/또는 풀링 스프링(21)의 도움으로 인해 TDC와 BDC 사이를 이동할 때 피스톤들(4)에 힘이 가해지며, 회전자들(3)의 파형면들은 대응하는 고정자들(1)과 계속 접촉한다. 풀링 스프링(21)은 피스톤들(4)을 고정자들(1)의 개구들을 통해 이들 사이에 연결하고, 따라서 그것은 그들의 복원을 도우며, 회전자들(3)이 대응하는 고정자들(1)과 연속적인 접촉을 하는 것을 유지하는 작용을 하며, 이것은 엔진이 작동하지 않는 기간 동안 특히 중요한 사실이며, 따라서 디튜닝을 피할 수 있다. 각각의 실린더는 디스크형 캠(13) 및 로드(17)와 함께 본 발명에 따른 밸브 또는 종래의/전형적인 밸브(18)를 포함한다. 이러한 엔진은 2-행정 ICE(내연기관), 유압 및 에어 모터이며, 여기서 피스톤에 대한 힘은 작동 유체의 압력에 기인한다. 펌프/압축기는 유사한 경우를 구성하는데, 여기서 흡입 단계에서 피스톤으로의 힘은 전적으로 풀링 스프링(21)에 의해 가해지고; 나머지 요소들에 관해서는 모터의 경우에서 제시된 것과 동일한 것이 적용된다.
이러한 엔진의 특징/이점은 다른 종래의 경우들과 비교하여 그 구조의 단순성, 특히 작은 크기/무게, 고출력 집중 및 소형화이다.
피스톤 엔진(모터 또는 펌프/압축기) 및 자동화에서의 구현의 장점뿐만 아니라 기존의 기구의 단점과 비교하여 본 발명의 기구의 장점은 다음과 같다:
1. 매우 간단한 구조와 그 구현에 필요한 매우 적은 수의 부품들.
2. 운동하는 부품들의 최소 개수: 단지 액슬(11) 또는 축(6), 회전자(3) 및 피스톤(4).
3. 추가 부품들 및/또는 기구들 없이 간단한 개구들로 밸브 배열을 구현하는 가능성.
4. 디스크형 캠(13)에서 종래의 밸브(18) 및 캠(ICE)과 축(6) 또는 액슬(11)로의 결합 가능성. 캠들은 적절한 구성으로 형성될 수 있으며, 따라서 캠들은 미리 정해진 시간에서 밸브를 보다 효과적으로 개폐할 수 있다.
5. 고차 고조파 없이 절대 조화 왕복 운동을 달성하는 가능성.
6. 피스톤(4)의 왕복 운동은 다양한 방식으로 실현될 수 있고 간단한 수학 방정식에 의해 기술될 수 있다. 방정식들의 전형적인 경우들은 정현파(사인파)와 다항식이다.
7. 연소 및 효율 개선을 위해 TDC 및 BDC에서 피스톤 운동 반전을 지연시키는 가능성.
8. 적절한 실린더 배열만으로, 밸런싱 없이 왕복 운동의 관성력들을 완전히 중화시키는 가능성.
9. 피스톤(4)과 라이너(5) 사이에는 횡방향 힘이 완전히 없기 때문에 피스톤(4)과 라이너(5) 사이에는 마찰과 마모가 실질적으로 없음.
10. 종래의 엔진의 피스톤핀-피스톤로드의 접촉 지점에 가해지는 힘과 비교하여, 고정자(1, 2) 및 회전자(3)의 파형 슬라이딩 면들(A, B 및 Γα/Γβ)의 접촉점에 가해지는 서브-멀티플 힘(반은 n = 2 인 경우 최대값).
11. 유리한 기하학적 형상으로 인해 발생된 동적 윤활 때문에, 고정자(1, 2) 및 회전자(3) 각각의 슬라이딩 파형면들(A, B 및 Γα/Γβ)의 마찰 및 마모의 최소화.
12. 크기/무게/비용의 공해 방지 기술 2-행정 ICE의 제조 특성은 종래의 2-행정 ICE의 약 50 % 또는 종래의 4-행정 ICE의 약 25 %이다.
13. 다기통 엔진의 컴팩트한 구성: 실린더를 하나(도 15.f) 또는 두 개의 대향 액슬들(도 15.e)과 일직선으로 배열하거나 중앙 액슬과 십자형으로 및 비스듬히(도 15.g 및 도 15.h 각각) 배열하는 것이 가능하다.
14. 동일한 동력 출력에 대한 대략 50%의 크기 및/또는 부피 감소 및 결과적으로 출력 집중의 배가. 반대로도 적용된다.
15. 동일한 동력 출력에 대한 크기 및/또는 부피의 해당 감소로 인한 비용의 대략 50 % 감소.
1. 제1 환형 부품, 고정자
2. 제3 환형 부품, 고정자
3. 제2 환형 부품, 회전자
4. 피스톤 또는 이차 클러치 축
5. 라이너
6. 슬라이딩 스플라인을 갖는 액슬
7. 바디
8. 실린더 커버
9. 피스톤 링들
10. 밸브 스프링(개구)
11. 액슬(공통)
12. 액슬 기어휠
13. 캠 디스크
14. 슬라이딩 요소(웨지)
15. 축 기어휠
16. 바디 커버
17. 밸브 로드
18. 종래의/전형적인 밸브
19. 커플링 핀
20. 커플러
21. 풀링 스프링

Claims (17)

  1. 회전 운동을 왕복 운동으로 또는 그 반대로 변환하기 위한 기구로서,
    상기 기구는 제1 환형 부품(1) 및 제2 환형 부품(3)을 포함하며, 제1 환형 부품(1)과 제2 환형 부품(3)은 종축(ΔA)을 따라 동축으로 배치되면서 서로 접촉하고 있고, 제1 환형 부품(1)과 제2 환형 부품(3) 둘 다 종축 둘레를 회전할 수 있고 종축을 따라 왕복 운동할 수 있으며,
    제2 환형 부품(3)과 인접한 제1 환형 부품(1)의 면(A)은, 적어도 일 지점에서, 제2 환형 부품(3)의 이웃하는 면(Γα)과 연속적인 접촉을 하여, 제2 환형 부품(3)은 제2 환형 부품(3)과 인접한 제1 환형 부품(1)의 면(A)과 적어도 일 지점에서 연속적인 접촉을 하여 제1 환형 부품(1)에 대하여 동축으로 이동할 수 있으며, 접촉면들은 유사성 비 1:3을 갖는 기하학적으로 유사한 산부들(crests) 및 골부들(valleys)의 n (여기서, n은 자연수) 반복된 쌍들을 특징으로 하며 그들의 외면에서 시작하는, 제1 및 제2 환형 부품들(1, 3)의 외측 실린더 표면의 매끄러운 파형 곡선들(undulated curves)(α, γα)을 각각 통과하는 반경들의 기하학적 궤적으로서 형성된 매끄러운 파형면들(undulated surfaces)(A, Γα)이며, 유사성 비는 공통 좌표계와 관련하여 2개의 유사한 기하학적 형태들의 좌표들의 비율로서 정의되며, 대응하는 제2 기하학적 형태의 좌표들에 유사성 비를 곱하여 제1 기하학적 형태의 좌표들이 나온다면, 공통 좌표계와 관련하여 제1 기하학적 형태는 제2 기하학적 형태와 유사하며,
    산부들은 산부의 최고점과 종축에 의해 정의되는 평면에 대해 대칭이며,
    골부들은 골부의 최저점과 종축에 의해 정의되는 평면에 대해 대칭이며,
    제1 환형 부품(1)의 파형면의 산부들은 제2 환형 부품(3)의 파형면의 산부들과 접촉할 수 있으며 그리고 이 위치에서 접촉점들은, 그에 대해 제1 환형 부품(1) 및 제2 환형 부품(3)의 파형면들(A, Γα)이 대칭인, 종축에 수직인 평면 상에 위치되며,
    각각의 그리고 모든 파형면(A, Γα)의 산부들은 상기 1:3의 유사성 비를 갖는 기하학적으로 유사한 골부들보다 더 작으며, 따라서 산부가 다른 쪽의 골부에 들어가며 산부 에지가 반대편 파형면의 최저점과 접촉하게 되는 경우, 파형면들 사이에 자유 공간이 남아, 윤활되는 경우, 동적 윤활로 인해 마찰 및 마모 최소화를 달성하여,
    제1 환형 부품(1)과 제2 환형 부품(3)이 서로에 대해 회전 운동을 하도록 힘을 받으며, 동시에 연속적인 접촉 상태로 유지되는 경우, 파형면들(A, Γα)의 모든 지점이, 다른 것과 관련하여, 파형 궤적을 추적할 것이며 동시에 다른 것과 관련하여, 주파수 n 배를 갖는 왕복 운동을 수행할 것이며,
    여기서 n은 TDC(상사점)과 BDC(하사점) 사이의 산부의 수이면서, 골부의 수이면서, 해당 회전 운동 주파수이며,
    이 상대 운동은 제1 및 제2 환형 부품들(1, 3) 중 하나에 견고하게 연결되는 각각의 부품에 의해 실행되며,
    제1 및 제2 환형 부품들(1, 3) 중 하나에 연결되는 각각의 부품은 그것이 연결된 부품의 회전을 따르지 않고 자유롭도록 연결되며, 다른 환형 부품에 대해서, 왕복 운동만을 수행하여, 회전 운동은 공존하는 회전을 갖는 또는 갖지 않는 부품의 왕복 운동으로 변환되며, 반면에, 역으로, 제1 및 제2 환형 부품들(1, 3) 중 하나의 다른 것에 대한 강제 상대 왕복 운동은 왕복 운동의 공존을 갖는 또는 갖지 않는 부품의 회전 운동으로 변환되며,
    제1 및 제2 환형 부품들의 외부 표면들의 파형 곡선들을 평면적으로 펼친 상태에서 산부들 및 골부들의 에지들은 종축에 수직인 지점들 또는 직선형 섹션들이며,
    산부들 및 골부들의 에지들이 지점들인 경우, 일정한 속도에서의 제1 및 제2 환형 부품들(1, 3) 사이의 상대 회전 운동의 경우, 단순 조화 왕복 운동이 결과하며,
    반면에 산부 및 골부의 에지가 직선형 섹션일 경우, 일정한 속도에서의 제1 및 제2 환형 부품들(1, 3) 사이의 상대 회전 운동의 경우, TDC 및 BDC에서의 운동의 반전의 지연을 갖는 왕복 운동이 결과하며, 산부의 에지가 길이 c의 직선형 섹션이고 골부의 에지가 길이 3c의 직선형 섹션인 경우, TDC 및 BDC에서의 운동 반전의 지연 시간 간격이 동일한 것을 특징으로 하는 회전 운동을 왕복 운동으로 또는 그 반대로 변환하기 위한 기구.
  2. 제1항에 있어서,
    제2 환형 부품(3)은 원통형 부품(4)에 견고하게 연결되거나, 또는 제2 환형 부품(3) 및 원통형 부품(4)이 종축 둘레를 회전할 자유를 갖거나 또는 서로 독립적으로 움직이지 않게 유지되도록 원통형 부품(4)에 연결되는 것을 특징으로 하는 회전 운동을 왕복 운동으로 또는 그 반대로 변환하기 위한 기구.
  3. 제2항에 있어서,
    그 내부에서, 원주방향 접촉으로, 커버(8)에 의해 덮이는 원통형 피스톤(4)이 이동하는 원통형 라이너(5)를 특징으로 하는 회전 운동을 왕복 운동으로 또는 그 반대로 변환하기 위한 기구.
  4. 제3항에 있어서,
    원통형 부품은 제2 환형 부품(3)에 견고하게 연결되는 오목한 피스톤(4)이며, 피스톤(4)의 표면에 적어도 하나의 개구(04)가 있으며 이것은 파형 궤적(E)의 추적시 내부에 배치된 라이너(5)에서 적어도 하나의 개구(05)를 만나거나 또는 궤적(E)을 가로지를 것이며, 피스톤(4)과 라이너(5)의 개구들이 공통 지점들을 공유하는 한, 피스톤(4)의 내부와 라이너(5)의 외부 사이의 주기적인 커뮤니케이션을 가능하게 하며, 오목한 피스톤(4) 및 라이너(5)를 통해, 피스톤 엔진 실린더의 내부 공간과 외부 환경 사이의 유체 흐름을 제어하는 밸브 장치를 형성하는 것을 특징으로 하는 회전 운동을 왕복 운동으로 또는 그 반대로 변환하기 위한 기구.
  5. 제1항, 제2항, 제3항 또는 제4항에 있어서,
    제2 환형 부품(3)의 파형면(Γα)이 제1 환형 부품(1)의 파형면(A)과 연속적인 접촉을 하도록 제1 환형 부품(1)으로 밀려지도록 제2 환형 부품(3)을 가압하는 추가적인 기구를 특징으로 하는 회전 운동을 왕복 운동으로 또는 그 반대로 변환하기 위한 기구.
  6. 제5항에 있어서,
    추가적인 기구는 제1 및 제2 환형 부품들(1, 3)에 대하여 동축으로 장착된 제3 환형 부품(2)을 포함하여 제2 환형 부품(3)이 제1 환형 부품(1)과 제3 환형 부품(2) 사이에 배치되며, 제2 환형 부품(3)을 향한 면인 그 인접면은 제1 환형 부품(1)의 동일한 파형면 및 공간에서의 거울상이며 그것에 인접한는 제2 환형 부품(3)의 면과 적어도 하나의 지점에서 연속적인 접촉을 하는 것을 특징으로 하는 파형면(B)이며, 그것은 또한 제1 환형 부품(1)에 인접한 제2 환형 부품(3)의 면(Γα)과 동일한 파형면을 갖지만, 표면(Γα)에 대칭으로 배치되며 표면(Γα)의 골부 맞은편에 배치된 산부와 원위로 변위되어, 제2 환형 부품(3)은 제1 및 제3 환형 부품들(1, 2)에 대하여 이동할 수 있으며 제1 환형 부품(1)의 일 면 및 제3 환형 부품(2)의 일 면과 적어도 하나의 지점에서 연속적인 접촉을 할 수 있는 것을 특징으로 하는 파형면(Γβ)이며,
    제1 환형 부품(1)과 제3 환형 부품(2) 사이의 제2 환형 부품(3)의 운동을 차단하지 않고 유사성 비 1:3을 갖는 기하학적으로 유사한 산부 및 골부의 결과로서, 제1 환형 부품(1)의 파형면의 산부가 제2 환형 부품(3)의 파형면의 산부와 접촉할 수 있으며 그리고 이 위치에서 제1 환형 부품(1) 및 제2 환형 부품(3)의 파형면들(A, Γα)이 둘 다 그들의 접촉 지점들을 함께 연결하는 평면에 대해 대칭이며, 반면에 이 위치에서 제3 환형 부품(2)의 파형면(B)의 산부는 제2 환형 부품(3)의 맞은편 파형면(Γβ)의 골부와 접촉하며 그리고 제2 환형 부품(3)의 파형면의 산부는 제3 환형 부품(2)의 맞은편 파형면의 골부와 접촉하는 것을 특징으로 하는 회전 운동을 왕복 운동으로 또는 그 반대로 변환하기 위한 기구.
  7. 제5항에 있어서,
    추가적인 기구는 제1 및 제2 환형 부품들(1, 3)에 대하여 동축으로 장착된 제3 환형 부품(2)을 포함하여 제2 환형 부품(3)이 제1 환형 부품(1)과 제3 환형 부품(2) 사이에 배치되며, 제2 환형 부품(3)을 향한 면인 그 인접면은 면(A)에 대해 거울상 대칭이며 원위로 변위되는 제1 환형 부품(1)의 동일한 파형면을 특징으로 하는 파형면(B)이며 따라서 그 산부는 면(A)의 골부의 맞은편에 배치되며 그것에 인접한 제2 환형 부품(3)의 면과 적어도 하나의 지점에서 연속적인 접촉을 하며, 이것은 또한 제2 환형 부품(3)의 제1 환형 부품(1)에 인접한 면(Γα)의 동일한 파형면을 갖지만, 그에 대해 공간에서 거울상 대칭이며, 따라서 제2 환형 부품(3)은 제1 및 제3 환형 부품들(1, 2)에 대하여 회전할 수 있으며 제1 환형 부품(1)의 일 면 및 제3 환형 부품(2)의 일 면과 적어도 하나의 지점에서 연속적인 접촉을 할 수 있는 것을 특징으로 하는 파형면(Γβ)이며,
    제1 환형 부품(1)과 제3 환형 부품(2) 사이의 제2 환형 부품(3)의 운동을 차단하지 않고 유사성 비 1:3을 갖는 기하학적으로 유사한 산부 및 골부의 결과로서, 제1 환형 부품(1)의 파형면의 산부가 제2 환형 부품(3)의 파형면의 산부와 접촉할 수 있으며 그리고 이 위치에서 제1 환형 부품(1) 및 제2 환형 부품(3)의 파형면들(A, Γα)이 둘 다 그들의 접촉 지점들을 함께 연결하는 평면에 대해 대칭이며, 반면에 이 위치에서 제3 환형 부품(2)의 파형면(B)의 산부는 제2 환형 부품(3)의 맞은편 파형면(Γβ)의 골부와 접촉하며 그리고 제2 환형 부품(3)의 파형면의 산부는 제3 환형 부품(2)의 맞은편 파형면의 골부와 접촉하는 것을 특징으로 하는 회전 운동을 왕복 운동으로 또는 그 반대로 변환하기 위한 기구.
  8. 제6항에 따른 기구가 적용된 피스톤 엔진 실린더로서, 제1 및 제3 환형 부품들(1, 2)은 고정자들로서 작동하고 바디(7)에 견고하게 장착되며, 반면에 제2 환형 부품(3)은 회전 및 축방향으로 왕복 운동하는 피스톤(4)에 견고하게 연결되거나, 또는 피스톤 엔진 실린더의 축과 일치하는 축(6)으로부터 스플라인에 의해 이동하는 또는 그 축에 평행한, 실린더의 외부에 장착된 액슬(11)을 통해 축(6)으로부터 이동하는, 단지 축방향으로 왕복 운동하는 피스톤(4)에 의한 회전의 실행 가능한 수단과 연결되는 회전자로서 기능하며, 운동은 기어휠들(12, 15)에 의해 액슬(11)로부터 축(6)으로 전달되거나 또는 기어휠(12) 및 회전자(3)의 외부 표면의 랙(rack)을 통해 액슬(11)에 의해 이동하며, 개구를 갖는 밸브들, 또는 종래의 밸브들(18)이 제공되며 그리고, ICE(내연기관)의 경우, 디스크형 캠(13) 및 로드(17)와 결합한 종래의 밸브들(18)이 제공되는 것을 특징으로 하는 기구가 적용된 피스톤 엔진 실린더.
  9. 제8항에 있어서,
    엔진은 윤활제 첨가가 없는 연료를 갖는 2-행정 가솔린 엔진으로서 작동하며, 연료 분사가 요구되며, 압축기에 의해 공기가 흡입되고, TDC 및 BDC에서 운동 반전의 지연의 동일한 시간 간격이 있고, 개구를 갖는 밸브들 또는 디스크형 캠(13) 및 로드(17)에 의해 제어되는 밸브들이 제공되며, 밸브들은 다음 순서로 작동되는:
    팽창 단계가 완료되자마자 그리고 피스톤이 BDC에 도달하기 직전에 배출 밸브가 열리고 대부분의 배기 가스가 탈출하며,
    그 다음 흡입 밸브가 개방되며 그리고 압력을 받는 유입 공기가 나머지 배기 가스를 배출하며,
    일단 실린더에 공기가 채워지면 배출 밸브가 닫히고 흡입 밸브가 닫히며 TDC를 향해 운동 반전이 시작되며,
    다음으로 압축 단계, 분사, 연료 점화 및 연소, 그리고, 마지막으로, 팽창이 이어지며,
    그 다음 동일한 사이클이 전부 다시 시작되는
    것을 특징으로 하는 기구가 적용된 피스톤 엔진 실린더.
  10. 제6항에 따른 기구가 적용된 클러치 장치로서, 회전자로서 기능하는 제2 환형 부품(3)에 축(6)이 슬라이딩 스플라인을 통해 연결되며, 제3 환형 부품(2)은 부품(4)에 견고하게 연결되며, 기구는 제1 환형 부품(1)에 축방향 힘(F)을 가하여, 제1 및 제3 환형 부품들(1, 2)을 가압하여 서로 충분히 접근하도록 할 수 있으며, 이 상태에서, 제2 환형 부품(3)은 제1 환형 부품(1)과 제3 환형 부품(2) 사이에 고정되며, 따라서 축(6)의 회전이 부품(4)으로 완전하게 전달되며, 반면에 제1 환형 부품(10)에 대한 축방향 힘(F)이 기구에 의해 상승되는 경우, 그것은 그 초기 위치로 물러날 것이며, 따라서 제2 환형 부품(3)이 해제되며 제1 환형 부품(1)과 제3 환형 부품(2) 사이에서 미끄러지면서 다시 운동을 시작할 것이며, 따라서 축(6)에서 요소(4)로의 회전의 전달이 중단될 것이며, 제1 및 제3 환형 부품은 선택적으로 외부 라이너(7)에 연결되며, 제1 환형 부품은 축방향으로 슬라이딩하는 웨지들(14)을 가지고 그리고 제3 환형 부품은 단지 약간의 회전의 가능성을 갖는 것을 특징으로 하는 기구가 적용된 클러치 장치.
  11. 제6항에 따른 기구가 적용된 차동 장치로서,
    상기 차동 장치는 2개의 거울상 대칭 섹션들을 포함하고, 각각은 회전자로서 기능하는 제2 환형 부품(3)으로 구성되고, 슬라이딩 스플라인, 제1 환형 부품(1), 제3 환형 부품(2)에 의해 축(6)에 연결되며, 기구는 제1 환형 부품(1)에 필요한 힘(F)을 가하여 제3 환형 부품(2)에 충분히 접근하도록 하며, 제1 환형 부품(1)과 제3 환형 부품(2) 사이에서 제2 환형 부품(3)을 인트랩(entrap) 및 고정시켜, 제3 환형 부품(2)이 축(6)에 결합되며 동시에 이동하도록 하며, 2개의 환형 부품들(2)의 각각은 협동하는 기어휠(12)을 통해 축(11)에 의해 이동하는 기어휠(15)에 견고하게 연결되어, 운동 동안 두 축들(6)의 저항이 동일한 한, 제2 환형 부품들(3)은 제3 환형 부품들과 맞물려 유지되며 기어휠(15)의 회전은 축들(6)에 완전히 전달되며, 반면에 축들(6) 중 하나에서 저항이 커지는 경우, 대응하는 제1 환형 부품(1)은 약간 물러날 것이며, 대응하는 제2 환형 부품(3)은 해제될 것이며, 그것은 제1 환형 부품(1)과 제3 환형 부품(2) 사이에서 슬라이딩하면서 이동하기 시작할 것이며, 따라서, 대응하는 축(6)의 회전들의 수는, 축들(6) 저항의 균형이 회복되며 그들의 회전들의 수가 동등하게 될 때까지, 감소할 것이며, 선택적으로 각각의 제1 환형 부품(1)은 축방향 슬라이딩(14)을 사용하여 바디(7)에 연결되고, 각각의 제3 환형 부품(2)은 약간의 원주방향 슬라이딩 능력을 갖는 바디(7)에 연결되는 것을 특징으로 하는 기구가 적용된 차동 장치.
  12. 제6항에 따른 기구가 적용된 회전수를 증가 또는 감소시키는 장치로서,
    회전 운동을 왕복 운동으로 또는 그 반대로 변환하기 위한 기구가 n = n1 수의 산부 및 골부를 가지며, 여기서 제1 및 제3 환형 부품(1, 2)은 고정자로서 기능하며 바디(7)에 견고하게 장착되며, 반면에 제2 환형 부품(3)은 피스톤(4)에 견고하게 연결된 회전자로서 기능하며, 슬라이딩 스플라인을 갖는 축(6)에 의해 회전하며 축방향으로 왕복 운동하며 이동하며, 피스톤들(4) 및 핀(19)을 통해, 축방향 변위가 아닌, 서로에 대한 회전을 가능하게 하도록 동일한 왕복 운동 경로(L) 및 산부 및 골부의 수 n = n2 ≠ n1을 갖는, 다른 유사한 기구에 동축으로 연결되며, 제1 기구의 축(6)이 N1 회전들로 회전하는 경우, 제2 기구의 축(6)은 N2 = N1 x (n1/n2) 회전으로 회전할 것이며, 즉, 기구들의 쌍은 회전 속도 증가-감소 장치로서 기능하는 것을 특징으로 하는 기구가 적용된 회전수를 증가 또는 감소시키는 장치.
  13. 제6항에 따른 기구가 적용된 왕복 운동 수를 증가 또는 감소시키는 장치로서,
    회전 운동을 왕복 운동으로 또는 그 반대로 변환하기 위한 기구가 n = n1 수의 산부 및 골부를 가지며, 여기서 제1 및 제3 환형 부품(1, 2)은 고정자로서 기능하며 바디(7)에 견고하게 장착되며, 반면에 제2 환형 부품(3)은 피스톤(4)에 견고하게 연결된 회전자로서 기능하며, 슬라이딩 스플라인을 갖는 축(6)에 의해 회전하며 축방향으로 왕복 운동하며 이동하며, 축들(6) 및 웨지들(14)을 갖는 커플러(20)를 통해 산부 및 골부의 수 n = n2 ≠ n1을 갖는, 다른 유사한 기구에 견고하게 동축으로 연결되며, 따라서 하나의 기구의 왕복 운동 경로(L1)가 다른 하나의 왕복 운동 경로(L2)와 다른 경우, 기구들의 쌍이 왕복 운동 속도 및 왕복 운동 경로 길이 중 적어도 하나를 증가 또는 감소시키는 장치로서 기능하는 것을 특징으로 하는 기구가 적용된 왕복 운동 수를 증가 또는 감소시키는 장치.
  14. 제6항에 따른 기구를 이용하여 실린더들을 갖는 2개의 유사한 엔진들(M)과 전기 엔진(E)을 커플링하는 방법으로서,
    2개의 엔진들(M)의 축들(6)은 그들의 실린더들의 축들과 일치하며, 엔진(M)의 바디는 전기 엔진(E)의 바디(고정자)에 동축으로 장착되며: 하나는 오른쪽에 그리고 다른 하나는 왼쪽에 장착되며, 전기 엔진(E)의 회전자 축은 제거되고 2개의 엔진들(M)의 축들(6)에 의해 대체되며, 그렇게 해서 그들은 서로에 대해 동기되어 왕복 운동의 관성력들의 밸런스를 위해 반대 방향으로 움직이는 피스톤들로 작동하는 결과를 발생시키는 것을 특징으로 하는 기구를 이용하여 실린더들을 갖는 2개의 유사한 엔진들(M)과 전기 엔진(E)을 커플링하는 방법.
  15. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 기구가 적용된 2기통 엔진으로서,
    각각의 실린더는 인접면들에서 운동을 변환시키는 파형면들을 갖는 한 쌍의 환형 부품들로 작동하며, 실린더들은 동축이며 거울상 배열로 장착되며, 왕복 운동의 관성력들의 균형을 맞추기 위해 대향 방향으로 이동하는 피스톤들(4)로서 기능하는 부품들을 가지며, 각각의 실린더는 고정자로서 기능하는 제1 환형 부품(1), 피스톤(4)에 견고하게 연결된 회전자로서 기능하는 제2 환형 부품(3)을 포함하며, 고정자들(1)은 서로에 대해 견고하게 그리고 공통 바디(7)와 연결되며, 각각의 회전자(3)는 실린더들의 종축에 평행한 공통 축(11)에 장착된 한 쌍의 기어휠들 중 하나의 기어휠(12)과 협동하는 외부 랙(인덴테이션)을 지니며, 기어휠들(12)의 쌍은 회전자들(3)을 동기화시키고 운동을 축(11)으로 전달하며, 따라서 피스톤들(4)이 작동 유체의 압력 및 풀링 스프링(21)의 도움 중 적어도 하나로 인해 TDC와 BDC 사이를 이동할 때 피스톤(4)에 힘이 가해지며, 따라서 회전자들(3)의 파형면들은 대응하는 고정자들(1)과 계속 접촉하며, 풀링 스프링(21)은 고정자들(1)의 개구들을 통해 피스톤들(4)을 서로 연결하며, 그들의 복원을 도우며 회전자들(3)이 대응하는 고정자들(1)과의 연속적인 접촉을 계속 유지하는 작용을 하며, 따라서 그 디튜닝을 피할 수 있으며, 각각의 실린더는 종래의 밸브들 또는 개구를 갖는 밸브들을 포함하고, ICE(내연기관)의 경우, 디스크형 캠(13) 및 로드(17)와 결합하는 종래의 밸브들(18)을 포함하는 것을 특징으로 하는 기구가 적용된 2기통 엔진.
  16. 제6항에 따른 기구가 적용된 피스톤 엔진 실린더로서,
    실린더는 고정자로서 기능하는 제1 및 제3 환형 부품(1, 2)과 회전자로서 기능하는 제2 환형 부품(3)을 포함하며, 고정자들(1, 2)은 공통 바디(7)에 견고하게 연결되며, 회전자(3)는 피스톤의 역할을 하며 작동 유체는 고정자들(1, 2), 회전자(3) 및 공통 바디 사이에 흐르며, 개구를 갖는 밸브들이 회전자(3) 및 공통 바디에 제공되거나 또는 종래의 밸브(18)들이 공통 바디에 제공되며 그리고, ICE(내연기관)의 경우, 디스크형 캠(13) 및 로드(17)와 결합한 종래의 밸브(18)가, 또한, 공통 바디에 제공되는 것을 특징으로 하는 기구가 적용된 피스톤 엔진 실린더.
  17. 제6항에 따른 기구가 적용된 2기통, 이중 효과 피스톤 엔진으로서,
    실린더들은 동축이며 거울상 배열로 장착되며, 왕복 운동의 관성력들의 균형을 맞추기 위해 대향 방향으로 이동하는 부품들을 가지며, 각각의 실린더는 고정자로서 기능하는 제1 및 제3 환형 부품(1, 2) 그리고 피스톤 엔진의 실린더 축과 일치하는 공통 축(6)으로부터 스플라인에 의해 이동하는, 회전자로서 기능하는 제2 환형 부품(3)을 포함하며, 고정자들(1, 2)은 공통 바디(5, 7)에 견고하게 연결되며, 추가적으로 고정자들(2)은 서로에 대해 연결되며, 회전자(3)는 피스톤의 역할을 하며 작동 유체가 고정자들(1, 2), 회전자(3) 및 원통형 라이너-바디(5, 7) 사이에서 흐르며, 개구를 갖는 밸브들이 회전자(3) 및 라이너-바디(5, 7)에 제공되거나 또는 종래의 밸브들(18)이 라이너-바디(5, 7)에 제공되며, ICE(내연기관)의 경우, 디스크형 캠(13)과 로드(17)의 조합으로 종래의 밸브들(18)이, 또한, 라이너-바디(5, 7)에 제공되는 것을 특징으로 하는 기구가 적용된 2기통, 이중 효과 피스톤 엔진.
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