KR101046808B1

KR101046808B1 - 래디얼 피스톤 엔진

Info

Publication number: KR101046808B1
Application number: KR1020057011598A
Authority: KR
Inventors: 알프레드 디에테르 마리안
Original assignee: 플레이게르 마쉬넨바우 게엠베하 운트 코. 카게
Priority date: 2002-12-20
Filing date: 2003-12-19
Publication date: 2011-07-06
Also published as: ATE473352T1; JP2006510842A; KR20050091739A; CN1729350A; WO2004057156A1; DE10260158A1; AU2003294919A1; CN100436754C; JP4637586B2; DE50312869D1; EP1601859B1; EP1601859A1

Abstract

본 발명의 래디얼 피스톤 엔진은 상기 편심축(1)의 원주면에 대해 맞닿아 접해 있고, 하우징 상에 왕복 운동방식으로 방사상으로 외향하여 장착되는 가이드 본체(5)가 맞물림 결합하는 피스톤(2)을 구비하고, 각각 입구 및 출구 채널을 형성하는 환상 홈(19,20)을 제어하기 위한 제어요소(15)는 실린더 커버(9) 또는 하우징의 대응 부재 내부에 형성되고, 상기 출구 채널을 형성하는 환상 홈(20)은 상기 하우징의 공동 공간(27)과 연결되고, 작동 행정이후에 상기 피스톤에 의해 배출된 유체는 상기 하우징의 공동 공간(27)을 통해 취출된다.

래디얼 피스톤 엔진, 실린더 커버, 가이드 본체, 하우징, 작동행정, 유체

Description

래디얼 피스톤 엔진{RADIAL PISTON ENGINE}

발명은 특허청구범위 제1항의 전제부에 따른 래디얼 피스톤 엔진에 관한 것이다.

피스톤의 압축을 제어하는 제어요소가 로드(rod)형상 방식으로 설계되어 편심축에 대해 가로방향으로 연장하는 실린더 커버에 형성된 보어(bore)내부에 축방향으로 변위가능하게 배치되는 상기한 유형의 래디얼 피스톤 엔진은 EP318967로부터 공지되어 있다. 상기 피스톤과 맞물림 결합하는 가이드 본체로 인해 상기 로드 형상의 제어요소가 변위되어, 압력 파이프(pressure pipe) 또는 복귀 파이프(return pipe)가 해제된다. 이 압력 파이프는 래디얼 피스톤 엔진의 실린더 또는 복귀 파이프에서 부터 압력 유체용 탱크까지 연장되어 있다. 이와 동시에, 파이프가 하우징에서 부터 탱크까지 연장되어 있고, 이 탱크는 래디얼 피스톤 엔진의 하우징으로부터 이 하우징에 저장된 누출 유체를 취출한다.

본 발명은 본 명세서의 도입부에서 언급한 유형의 래디얼 피스톤 엔진을 추가로 개발하여 그 효율성을 향상시키기 위한 목적에 기초하여 창안되었다.

본 발명에 따르면, 상기 목적은 특허청구범위 제1항의 특징부에 기재된 특징에 의해 달성된다. 이러한 사실을 통해, 피스톤의 가압(pressurization)이 종료된 이후에, 부피가 큰 공동(cavity) 및/또는 누출 유체 공간과의 소통이 차단되고, 상 기 실린더로부터 피스톤에 의해 배출되는 유체는 실린더내의 유체 기둥(fluid column)에 비해 부피가 매우 큰 하우징의 누출 유체 공간속으로 직접 안내된다. 따라서, 피스톤은 더 이상 복귀 파이프의 파이프 저항을 극복하지 않아도 되고, 이것은 래디얼 피스톤 엔진의 효율성을 향상시킨다. 이러한 엔진 효율성의 향상은 잡음과 열 발생의 감소와 연관이 있다. 하우징내부의 부피가 큰 누출 유체 공간으로 인해, 실린더로부터 배출되는 유체 기둥의 감쇠현상(damping)이 야기되어, 공지된 설계에서 발생하는 감압 행정(decompression strokes)이 더 이상 발생하지 않게 된다. 하우징의 누출 유체 공간은 맥동(pulsating) 방식으로 유동하는 유체 흐름에 대해 감쇠 효과를 줌으로써, 래디얼 피스톤 엔진의 저진동 및 저잡음이 달성된다. 따라서, 래디얼 피스톤 엔진의 감압 잡음이 더 이상 발생하지 않는다.

도 1은 피스톤 장치를 구비한 실린더의 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 설계의 부분 단면도이다.

이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다.

도 1은 종래기술에 따른 실린더의 래디얼 피스톤 엔진의 부분 단면도를 도시한 것이다. 래디얼 피스톤 엔진의 종동축(W)상에 배치되는 편심축은 참조부호 1로 지정되고, 이 외주면 작동 피스톤(2)이 이 편심축에 대해 접해있고, 이들은 포트(pot)형상으로 설계된다. 상기 작동 피스톤(2)은 매 경우에 상기 래디얼 피스톤 엔진의 하우징(4')의 방사상으로 연장하는 원통형 돌기부(4)에 배치되고, 이들 원통형 돌기(4)는 상기 편심축(1) 주변에 별 형상으로 배치된다. 피스톤(2)이 가압되는 가압 유체의 통로에 대해 배향되어 있는 개구부(6)를 구비하는 가이드 본체 (5)가 상기 피스톤(2)내에서 결합되어 있다. 상기 가이드 본체(5)의 방사상 외측 단부에는 환상 지지 표면(annular bearing surface)(7)이 방사상으로 외향하여 볼록한 부분 볼 표면(ball surface)의 형태로 형성되어 있고, 이 환상 지지 표면에 대해 실린더 커버(9)의 상보적으로 형성된 지지표면(8)이 접해있다. 반경방향으로 대향하는 돌기부를 구비한 환상 스프링 요소가 가이드 본체(5)의 환상 쇼울더와 맞닿아 접해있고, 이들은 핀(도시생략)에 의해 상기 하우징에 고착되어 있다. 이 가이드 본체(5)는 상기 스프링 요소에 의해 그 지지표면(7)과 상기 실린더 커버의 지지표면(8)이 맞닿아 접해있는 방식으로 상태유지된다. 상기 피스톤(2)의 내부 공간과 소통하며 상기 피스톤의 지지표면상에 형성된 릴리프 챔버(relief chamber)는 참조부호 26으로 표시된다.

로드 형상의 제어요소(15)는 상기 편심축에 대해 가로방향으로 연장하는 각 실린더 커버(9)의 관통구멍(14)내에서 변위가능하게 안내되고, 볼-소켓 조인트부(ball-and-socket joint)(16)에 의해 상기 가이드 본체(5)와 연결되어 있다. 바람직한 실시예에서, 방사상으로 외향하여 돌출되어 있는 핀(17)은, 그 자유단부가 볼 형상의 조인트 본체와 상기 로드 형상의 제어요소(15)의 중앙에 대응 설계된 요홈속에서 맞물리는 상태로, 상기 가이드 본체(5)에 고착되어 있다. 상기 볼-소켓 조인트부(16)의 양측, 즉 이 로드 형상의 제어요소(15)의 양측 자유단부에는 피스톤 형상의 돌기부(18,18')가 형성되어 있다. 상기 실린더 커버(9)내부에는 환상 홈( annular groove)(19 및/또는 20)이 형성되어 있고, 이 환상 홈(19)은 개략적으로 도시된 압력 파이프(D)와 연결되는데 이 압력 파이프를 통해 가압 유체가 실린더 및/또는 작동 피스톤(2)이 공급된다.

상기 환상 홈(20)은 하우징 및/또는 이 환상 홈(20)에서 부터 가압 유체용 탱크까지 연장하는 복귀 파이프(R)에 연결되어, 피스톤(2)의 작동 행정 및 제어요소(15)의 대응 조절동작 이후에 피스톤 챔버에서 배출되는 유체가 상기 탱크속으로 복귀된다. 이러한 동작을 통해, 상기 피스톤(2)은 유체 배출 동작중에 이 복귀 파이프의 저항을 극복해야 한다.

상기 제어요소를 위해 실린더 커버(9)내부에 형성된 횡방향 관통구멍(14)은 그 양단부가 드레인 배유 마개(drain plug)(21,21')에 의해 폐쇄되어 있다. 상기 제어요소(15)의 전방측과 배유 마개(21,21')사이의 공간이 보어(22 및/또는 22')를 통해 상기 하우징의 내부공간과 연결됨으로써, 상기 제어요소에서 상기 피스톤(2)의 외부공간으로 빠져나가는 누출 유체가 상기 하우징의 내부로 안내된다. 누출 파이프(도시생략)는 래디얼 피스톤 엔진의 하우징내에 축적된 누출 유체를 유체용 탱크속으로 다시 안내한다.

도 2는 본 발명에 따른 설계를 도시한 것으로서, 환상 홈(20)은 단면적이 큰 짧은 보어(30)를 통해 큰 부피의 공동 공간(hollow space)(27)과 연결되고, 상기 환상 홈(20)과 유체용 탱크사이에는 복귀 파이프(R)가 설치되어 있지 않기 때문에 작동 행정이후에 피스톤 챔버에서 배출되는 유체는 직접 하우징의 상기 공동 공간(27)속으로 안내되고, 유체는 이 공동 공간으로부터 거의 가압된 상태에서 도 2에서 개략적으로 도시된 복귀 파이프 (R)를 통해 상기 유체용 탱크로 복귀된다.

단면적이 큰 상기 보어(30)는, 실린더에서 유체가 배출될 때 공지된 설계의 경우 복귀 파이프 (R)보다 작은 피스톤(2) 저항을 나타내며, 일정한 길이로 구성되어 있고 배플을 구비하기 때문에 복귀 파이프 (R)내의 유체의 흐름 저항이 증가한다.

도 1에 도시된 피스톤의 동작 위치의 경우, 압력 파이프 (D) 및 복귀 파이프(R)는 상기 제어요소(15)에 의해 폐쇄됨으로써, 압력하의 유체 기둥은 공동 피스톤(2)내에서 록킹된다. 도 1에서 점선으로 표시된 위치에서의 편심축(1)의 회전 운동으로 인해, 상기 가이드 본체(5)를 구비한 피스톤(2)은도 1의 점선으로 도시된 바와 같이 좌측으로 선회운동함으로써, 상기 제어요소(15)는 좌측을 향해 변위되고 상기 환상 홈(20)에 대해 통로(14)가 해제된다.

도 1에 따른 공지된 설계에서는, 작동 피스톤(2)내의 가압 유체 기둥이 유체 흐름 저항을 증가시키는 복귀 파이프 (R)와 연결되기 때문에 감압 행정이 발생한다. 이러한 사실을 통해, 대응 잡음이 발생되고 피스톤을 통해 유체가 복귀 파이프 (R)속으로 복귀할 때, 불필요한 열이 발생한다. 이로 인해, 래디얼 피스톤 엔진의 효율성이 영향을 받는다.

반면에, 도 2에 도시된 본 발명에 따른 설계에서는, 제어요소(15)의 좌측으로의 변위동작 중에 작동 피스톤(2)내에 갇힌 유체 기둥이 상기 단면적이 큰 보어(30)를 통해 하우징의 큰 부피의 공동 공간(27)과 연결됨으로써, 유체 배출 동작중에 피스톤은 큰 저항을 극복하지 않아도 된다. 상기 공동 피스톤(2)의 부피에 비해 상대적으로 큰 상기 하우징내의 공동 공간(27)의 부피는 피스톤내의 가압 유체 기둥의 압력 완화에 대해 감쇠효과를 가짐으로써, 감압 행정이 발생하지 않아 잡음 발생이 방지된다. 또한, 이외에도, 상기 보어(30)를 통한 유체 흐름중에 최소 저항으로 인해 열 발생이 크게 줄어든다. 도 1에 따른 공지된 설계와 비교할때 도 2에 따른 설계를 통해 효율이 크게 향상된다.

상기 피스톤(2)이 반대 방향으로 왕복운동하는 경우에, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 환상 홈(20)은 상기 제어요소(15)에 의해 폐쇄되고 상기 환상 홈(19)는 가이드 본체(5)의 대응 왕복운동으로 인해 개방된다. 상기 환상 홈(19) 및 가이드 본체(5)의 개구부(6)를 통해 상기 피스톤(2)내부로 가압 유체가 흐르고 이 가압 유체가 상기 가이드 본체에 작용함으로써 편심축(1)을 추가로 회전시킨다.

상기 피스톤 챔버에서 부피가 큰 공동 공간 및/또는 하우징의 누출 챔버속으로 배출된 유체의 취출동작은, 제어요소가 상이한 방식으로 설계되는 래디얼 피스톤 엔진의 또 다른 설계시에 수행된다.

이와 관련하여, 피스톤의 작동 행정이후에, 피스톤 챔버로부터 배출된 유체는 최소한의 흐름 저항을 갖는 큰 단면적의 보어(30)를 통해 부피가 큰 공동 공간속으로 안내된다. 전술한 설계의 다양한 수정이 가능하다. 큰 단면적을 갖는 단일 보어(30) 대신에, 전체 단면적이 크고 상기 공동 공간(27)과 피스톤의 가압 표면을 연결하는 여러개의 보어가 형성될 수도 있는데, 복귀 파이프가 이 보어들로부터 유체를 거의 비가압 방식으로 유체용 탱크로 복귀시킨다. 피스톤의 작동 행정이후에 피스톤에 의해 유체가 배출되는 큰 부피의 공동 공간이 도 1에 도시된 것과 다른 방식으로 설계 및 형성될 수도 있다. 또한, 피스톤의 가압 표면과 공동 공간(27)사이에 설치되는 제어요소(15)는, 피스톤의 가압표면과 공동 공간(27)사이의 연결해제시 유체 흐름에 대해 큰 저항을 나타내지 않는 방식으로 설계되는 이 바람직하다.

상기 보어(30) 및/또는 복수개의 보어의 단면은, 유체 단면의 직경이 보어 길이 보다 크도록 하여 가능한 한 작은 흐름 저항을 유지하도록 하는 방식으로 설계된다.

Claims

방사상의 외측이 가압 유체에 의해 작용을 받아 편심축(1)에 종동축(W)의 축을 중심으로 회전운동을 부여하고 상기 편심축(1)의 원주면에 대해 맞닿아 접해있는 피스톤(2)을 구비하되, 상기 피스톤(2)의 가압 표면이 제어요소(15)에 의해 압력 파이프(D)로부터 차단되고, 상기 피스톤(2)의 작동 행정 이후에 복귀 파이프(R)에 연결되고,

상기 복귀 파이프(R)와 상기 피스톤(2)의 가압 표면 사이에 큰 부피의 공동 공간(27)이 배치되며, 작은 흐름 저항을 갖는 보어(30)를 통해 유체가 상기 피스톤(2)에 의해 상기 공동 공간(27)으로 배출되고,

상기 래디얼 피스톤 엔진의 하우징의 공동 공간(27)이 누출 유체 공간으로서 제공되는 래디얼 피스톤 엔진에 있어서,

상기 편심축(1)의 원주면에 대해 맞닿아 접해있는 상기 피스톤(2)은 상기 하우징 상에서 왕복 운동방식으로 방사상으로 외향하여 장착되는 가이드 본체(5)와 맞물림 결합하고, 각각 입구 및 출구 채널을 형성하는 환상 홈(19,20)을 제어하기 위한 상기 제어요소(15)는 실린더 커버(9) 또는 상기 하우징의 대응 부재 내부에 형성되고, 상기 출구 채널을 형성하는 환상 홈(20)은 단면적이 큰 적어도 하나의 보어(30) 또는 전체 단면적이 큰 여러 개의 보어에 의해 상기 하우징의 공동 공간(27)에 연결되는 것을 특징으로 하는 래디얼 피스톤 엔진.
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제 1 항에 있어서, 상기 가이드 본체(5)와 관절방식으로 연결되는 상기 제어요소(15)는 상기 환상 홈(19,20)을 제어하도록 상기 실린더 커버(9) 또는 상기 하우징의 대응 부재 내부에서 조절가능하게 안내되는 것을 특징으로 하는 래디얼 피스톤 엔진.
제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 피스톤(2)에 작용하는 유체를 위한 입구 및 출구 채널은 로드 형상의 제어요소(15) 주변에 형성되는 환상 홈(19,20)으로서 설계되고, 상기 환상 홈(20)은 상기 보어(30)를 상기 하우징의 공동 공간(27) 내부로 안내하는 출구 채널을 형성하는 것을 특징으로 하는 래디얼 피스톤 엔진.