KR20000052955A - 로터 왕복운동식 연소기관 - Google Patents

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KR20000052955A
KR20000052955A KR1019990703828A KR19997003828A KR20000052955A KR 20000052955 A KR20000052955 A KR 20000052955A KR 1019990703828 A KR1019990703828 A KR 1019990703828A KR 19997003828 A KR19997003828 A KR 19997003828A KR 20000052955 A KR20000052955 A KR 20000052955A
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에프.엔. 보리조프
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에드먼드 프릭
프라네타리쉐 모토렌 아크티엔게젤샤프트
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Abstract

로터피스톤식 연소기관은 내부에 피스톤(15)들을 가지고 교차하는 두 개의 원형실린더(2)들과, 직경방향으로 위치한 두 개의 점화실(7)들과 두 개의 유입 및 유출실(13,14)을 가진 한 개의 몸체(1)와, 두 개의 힌지(21)들로 구성된 피스톤동기장치 및 구동축(24)으로 이루어지고, 기관의 몸체(1)내에 공동이 구성되며, 직경에 위치하는 두 개의 관통채널들로 구성되며, 상기 구동축(24)은 중심의 구형단면(5)을 가지고, 마주보게 위치한 두 개의 원추형 단면 및 두 개의 원통형단면들은 몸체공동의 해당 단면들과 인접하며, 구동축(24)의 중앙의 구형 단면(5)내부에서 상기 구동축에 대해 경사를 이루는 관통슬롯 및 상기 슬롯에 대해 수직을 이루는 관통구멍이 구성되며, 중심 구형단면(5)은 또한 상기 구동축(24)의 종방향 축에 대하여 그리고 서로에 대하여 각도를 이루며 경사를 이루는 두 개의 슬롯(27)들을 가진다.

Description

로터 왕복운동식 연소기관{ROTOR-RECIPROCATING COMBUSTION ENGINE}
발명자증 제 SU-81 474 호에 따르면, 분할되고 원형을 이루는 두 개의 실린더, 직경방향으로 대향하는 두 개의 연소실, 두 개의 입/출력 채널(channel)을 포함한 몸체를 포함하고, 실린더당 한쌍의 각각의 구성부품, 구동축, 피스톤축 및 기어변속 동기장치(tooth gearing synchro system)에 의해 구동축이 피스톤들에 연결되는 로터왕복식 연소기관이 공지되어 있다.
상기 공지장치의 단점을 보면, 신뢰성이 낮고, 질량/체적 매개변수가 너무 높으며, 소형으로 구성되지 않고, 설계 및 정비보수가 복잡하며, 피스톤들이 서로에 대해 동기화되는 것을 방해하는 구성요소들이 많다.
또한 문헌 제 RU-A-1 772 372 호에 따르면, 피스톤들이 내장되고, 분할되며 원형을 이루는 두 개의 실린더들, 직경방향으로 대향하는 두 개의 입/출력부 또는 입/출력실을 가지고, 실린더당 한쌍의 구성부품, 구동축 및 두 개의 힌지들로 구성되는 동기장치들을 가지는 로터식 연소기관이 공지되고, 각각은 실린더 캠 및 관통구멍을 가진 디스크를 가지며, 그 축은 실린더의 종방향축과 수직을 이루고, 몸체는 원추단면을 가지고 직경방향을 향하는 두 개의 관통채널들 및 구형 공동을 가지며, 구동축은 중앙의 구형부품을 가지며, 몸체공동의 해당 단면들에 의해 관련되는 두 개의 실린더부품들 및 마주보는 두 개의 원추형 부품들을 가진다. 구동축에 구성되고 중앙에 위치한 구형부품내부에 구동축의 축에 대해 경사를 이루고, 실린더 캠을 포함한 관통구멍과 수직을 이루는 관통슬롯이 구성된다.
공지된 로터 피스톤식 연소기관의 단점을 보면, 효율 또는 변환기구가 불충분하다.
본 발명은 엔진제조업에 관련되고, 운송업에서 이용될 수 있다.
도 1 은 본 발명을 따르는 기관의 실시예의 측면도.
도 2 는 엔진몸체(하부부품)의 횡방향단면도.
도 3 은 엔진몸체(상부부품)의 횡방향단면도.
도 4 는 도 1 에 따르는 기관을 위한 엔진 피스톤들의 단면.
도 5 는 도 1 에 따르는 기관을 위한 구동축의 도면.
도 6 은 도 4 에 따르는 피스톤들을 위한 동기화장치 힌지들의 도면.
도 7 및 도 8 은 작업공정의 초기 및 마지막에서 엔진작동에 관한 주요선도.
* 부호설명
1 ... 몸체 2 ... 원형실린더
3 ... 커넥터 5,25 ... 구형면
7 ... 공동 9 ... 변부
10 ... 점화플러그 13 ... 입력실
14 ... 출력실 15 ... 실린더
22 ... 실린더캠 23 ... 섹터
24 ... 구동축 30 ... 윈도우
본 발명의 목적은 비 동력(specific power), 회전 모멘트 및 엔진 에코노미(engine economy) 및 기구 균형이 개선되는 청구범위 제 1 항의 개구부분에 따르는 연소기관을 제공하는 것이다.
상기 목적은 청구범위 제 1 항에 의해 달성된다. 종속항들로 부터 유리한 개선점들이 이루어질 수 있다.
본 발명은 피스톤을 가지고 교차하는 두 개의 실린더들과 직경방향에 위치하는 두 개의 점화실 및 두 개의 유입/유출실들을 포함하는 로터-피스톤(rotor-piston)식 연소기관을 제공하고, 실린더당 각쌍, 구동축, 두 개의 힌지들로 구성된 피스톤 동기장치가 실린더 캠 및 디스크를 가지고, 기관의 몸체는 구형공동 및 직경방향을 향하는 두 개의 관통채널들을 가지며, 두 개의 원통형단면들 및 원추형 단면은 몸체의 공동에 형성된 해당 단면들과 인접한다.
구동축에 구성된 중심의 구형단면 내부에 위치한 관통슬롯이 구동축에 대해 경사를 이루고, 관통구멍은 실린더 캠을 포함한 슬롯에 대해 수직을 이룬다. 교차하는 두 개의 원형실린더들 및 해당하는 두 개의 힌지들 및 또다른 두 개의 슬롯들 내부에 위치한 추가의 아크피스톤들이 구동축의 종방향축에 대해 경사를 이루고, 구동축의 중심 구형단면내부에서 서로에 대해 균형을 이루며 위치하며, 입력/출력 윈도우들이 원형실린더들의 측벽들상에 위치한다.
본 발명을 따르는 두 개의 피스톤들이 종래기술의 연소기관내의 8개의 피스톤들과 등가하다. 본 발명을 따르는 기관에 의하면, 축주위에서 회전질량이 항상 균형위치에 있고 비틀림운동이 이루어지기 때문에 균형상태가 뛰어나서 진동수준이 매우 낮다.
본 발명을 따르는 엔진은 동일한 동력에 대하여 분당회전수가 낮다. 회전운동에 대해 4행정운동의 매우 원활한 회전운동이 이루어지고, 사점(dead center)들이 존재하지 않기 때문에, 관성차는 불필요하다.
또한 축은 매우 편리하고 용이한 구성을 가질 수 있으며 크랭크축이 불필요하다. 사점과 근접하여 피크 토크(peak torque)가 상승하지 않기 때문에 축에 원활하게 에너지가 공급된다.
2행정기관들과 유사하게, 밸브 및 캠축이 불필요하다.
전체가 매우 단순한 구성을 가지고 조립하기 용이한 매우 제한된 갯수의 구성부품들만이 본 발명의 기관에서 필요하다. 따라서 제조비용이 낮다.
피스톤링이 불필요하고, 밸브 및 캠축이 존재하지 않기 때문에, 캘리브레이션 및 트리밍이 불필요하다. 경량구조에 기인하여 심지어 종래기술의 재료에 의하여 높은 동력/무게 비가 얻어질 수 있다. 또한 단지 낮은 아이들링 회전(idling turn)이 존재하고, 기관이 용이하게 시동된다. 개선된 카르노 싸이클(carnot cycle)에 기인하여, 열역학적 특성이 개선되고, 충진계수는 1에 근사하다. 따라서, 오염이 적고, 소비가 적으며, 효율이 높아진다.
전형적으로, 저속에서 더 낮은 마찰작용이 감소되도록, 최대속도는 약 2000rpm이다.
본 발명의 세부사항, 장점 및 특징들이 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명의 실시예에 대한 상세한 설명들로 부터 이해될 수 있다.
도 1 에 도시된 기관은 볼트들에 의해 연결된 4개의 부품들을 가진 탈착가능한 (도 1 및 도 2 의) 몸체(1)로 구성된다. 몸체(1)는 부채꼴단면으로 절삭가공된 두 개의 원형실린더들을 가지고, 몸체의 하부는 중심을 향한다. 기관부품들의 (도 2 에 도시된) 커넥터(connector)(3)들은 원형실린더(2)들의 축상에 위치한다. 구동축 및 원형실린더(2)들의 교차점들을 통과하는 표면은 표면의 한쪽측면에서 교차하는 원형실린더들을 입/출 행정(stroke)이 이루어지는 냉각공동 BDE (도 7 및 도 8 참조) 및 사용된 가스의 출력 및 작동운동의 행정을 가진 고온 공동 CFA로 나눈다.
몸체(1)의 중심에, (도 3 에 도시된) 중심의 구형면(5) 및 직경방향으로 대향하는 두 개의 실린더단면(6)들을 가진 구동축공동이 구성된다. 중심의 구형면(5)상에, 고온 영역들에 해당하는 한 개의 윈도우(window)(8)를 각각 가지는 연소실들을 위한 (도 3 에 도시된) 두 개의 공동(7)들이 구성된다.
연소실에 구성된 측벽들의 변부(9)는 (도 3 을 참고할 때) 공동(4)의 종방향축에 대해 22°도 내지 23°도의 경사를 가진다.
연소실 바로 위에 또는 연소실 위에, (도 1 의) 점화플러그(10)들이 구성된다. (도 2, 7, 8 의) 입력윈도우(11) 및 출력윈도우(12)가 입력실(13) 및 출력실(14)과 부분적으로 연결된다(도 1 및 도 2 참고). 교차하는 원형실린더들에 있어서, 교차하는 원형실린더들의 단면과 일치하는 단면을 가지고 아크(arc)모양을 가진 4개의 실린더(15)들이 구성된다. 아크모양의 피스톤들은 측면(16) 및 버트(butt)면(17, 18)들을 가진다. 외측의 구형면상에, 각각에 대하여 한 개의 종방향 구동 클램프(clamp)가 구성되고, 실린더 캠(22) 및 섹터(23)로 구성된 (도 6 의) 힌지 캠(hinge cam)(21)을 위한 비관통구조의 실린더 구멍(20)이 구성된다.
(도 2 를 참고할 때) 공동(4)의 내부면과 인접하고 대향구조를 이루는 두 개의 실린더 단면(26)들과 중심의 구형면(25)들이 한 개의 구동축(24)에 구성된다.
구동축(24)의 구형면상에, 구동축의 종방향축에 대해 그리고 서로에 대해 22°도 내지 23°도의 각도를 이루며 배열된 (도 의) 경사구조를 이루는 4개의 슬롯(27)들이 구성된다. 슬롯들 내부에서, 슬롯공동들을 두 개의 공동(G, K)들로 나누는 (도 6 의) 4개의 힌지(21)들을 가진 섹터(23)들이 구성된다. 공동(G)는 힌지(21)의 섹터(23)에 구성된 버트(butt)(28)를 향하고, 연소실(7) 체적의 일부가 되며, 공동(G)은 섹터(23)의 버트(29)에 형성된 측부를 향한다. (도 5 를 참고할 때) 구동축(24)의 각각의 버트 실린더 단면(26)을 위한 한 개의 윈도우(30)를 가진 오일공동(oil cavity)을 가진다.
양쪽 표면들상에서 구동축의 구형표면상에, (도 5 를 참고할 때) 서로 90°도의 간격을 가진 4개의 구멍(31)들이 구성된다.
장치의 작동과정을 보면 다음과 같다.
(도 4, 7, 8 을 참고할 때) 아크모양을 이루는 4개의 피스톤(15)들의 상호작용이 이루어지는 동안, 피스톤들의 버트표면(17, 18) 및 측면(16) 사이에 위치하고, 교차하는 두 개의 원형실린더(2)들 내부에, 반복과정 즉 유입, 압축, 작동 운동 및 사용가스의 유출과정에 해당되고, 체적이 변화하는 6개의 공동(A, B, C, D, E, F)들이 구성된다. 그결과 구동축의 1회전에 대하여 4행정이 이루어진다.
기관은 연료의 외적성분 및 내적성분에 모두 적합하고, 단지 소요 적용예에 따라 가스, 디젤 가솔린연료에 적합하다.
교차하는 두 개의 원형실린더들 내부에서, 아크모양을 이루는 피스톤들의 회전운동 이루어지는 과정들에서 구동축의 1회전동안, (도 5 를 참고할 때) 구동축(24)의 경사슬롯(27)들 내부로 전진/후진운동이 4개의 힌지(21)들에 구성된 섹터(23)들에 의해 이루어진다. 다음에 공동(G) 내부에 연료혼합물이 유입 및 압축되고, 공동(K) 내부에서 (도 5 의) 윈도우(30)들을 통해 오일의 압축 및 유입이 이루어져서, 모든 마찰부품들을 윤활시키고, 구동축을 냉각시킨다. 연료의 유입이 동시에 (도 7 및 도 8 의) 유입윈도우(11)를 통해서 (도 6 의) 힌지(21)의 섹터(23) 및 도 5 의 피스톤(15)의 작동에 의해 이루어진다.
(도 5 를 참고할 때) 구동축(24)의 공동(G)내에서 힌지(21)의 섹터(23)와 함께, 아크모양의 피스톤의 회전운동중 130°도에 해당하는 회전운동동안 아크모양의 피스톤이 유입윈도우를 밀폐시킨후에, (도 7 을 참고할 때) 압축행정이 공동(B) 내부에서 개시된다. (도 3 을 참고할 때) 구동축의 공동(G)에 구성된 경사슬롯(27)의 변부가 연소실(7)의 측벽에 구성된 경사변부(9)와 함께 위치하면서, 압축행정이 종료하기 30°도 전에, 최종압력에 도달된 압축실 내부로 과도압력의 연료가 이동한다.
구동축의 (도 5 의) 공동(31)에 의해 연료가 충분히 이용된다. 연소실(7) 내부에서 연료가 점화된 후에 (도 3 및 도 7 의) 공동(C) 내부와, 구동축(24)의 경사슬롯(27)에 구성된 공동(G)내부에서 작동행정이 개시된다. 점화가 이루어지는 동안 연소실로 부터의 압력가스들이 (도 3 의) 윈도우(8)를 통해 작동 공동내부로 이동하고, (도 6 의) 힌지(21)가 (도 5 의) 구동축(24)을 회전시키는 (도 4 의) 아크모양을 이루는 피스톤(15)의 버트면(18)상에 작용한다.
작동행정이 개시에 의하여, 공동(G)의 체적은 (도 6 의) 힌지(21)에 구성된 섹터(23)의 버트(28)에 의해 완전히 이격되고, 50°만큼 회전하는 동안, 도시압력이 상승된다.
구동축상에서 회전모멘트의 강하없이 작동행정은 피스톤의 매 90°회전마다 이루어지고 또한 구동축의 140°회전마다 이루어진다. 140°를 벗어나, 가스는 행정(15)의 버트면(18)상에서 작용하는 반면에, 나머지 50°도는 구동축이 역방향 회전운동을 하는 동안 (도 7 의) 행정(15)의 버트면(17)상에 가스를 작용하기 위한 것이고, (도 7 의) 피스톤(15)의 버트면(18)의 상기 수치에 대한 아크모양의 피스톤들의 다이버젼스(divergence)가 이루어질 때 상기 면의 제곱은 증가한다. 다음에, (도 8 을 참고할 때) 아크모양의 피스톤은 측면윈도우(12)를 개방한다. 동시에 가스들이 (도 7 의) 두 개의 작동 공동(C, F) 내부에서 두 개의 피스톤(15)들의 버트면(18)들상에 작용하는 버트(butt)들 또는 아크피스톤들의 표면들의 차이에 의해 구동축의 회전운동이 이루어져서, 구동축의 회전모멘트 및 기관작동의 정숙성이 향상된다.
(도 7 의) 유출윈도우(12)를 통해 (도 4 의) 피스톤(15)의 작동이 이루어질 때 사용된 가스의 유출부는 (도 8 의) 공동(A)으로 부터 벗어나 있다.
피스톤들과 함께 구동축의 1회전당 작동사이클이 두배가 되기 때문에, 작동 공동들의 전체 체적은 동일크기의 공지된 기관과 비교된다. 상기 선호된 실시예들에 의해 기관의 비동력, 회전모멘트 및 에코노미, 균형이 향상된다.

Claims (8)

  1. 내부에 피스톤(15)들을 가지고 교차하는 두 개의 원형실린더(2)들과, 직경방향으로 위치한 두 개의 점화실(7)들과 두 개의 유입 및 유출실(13,14)을 가진 한 개의 몸체(1)와, 두 개의 힌지(21)들로 구성된 피스톤동기장치 및 구동축(24)으로 이루어지고, 기관의 몸체(1)내에 공동이 구성되며, 직경에 위치하는 두 개의 관통채널들로 구성되며, 상기 구동축(24)은 중심의 구형단면(5)을 가지고, 마주보게 위치한 두 개의 원추형단면 및 두 개의 원통형단면들은 몸체공동의 해당 단면들과 인접하며, 구동축(24)의 중앙의 구형단면(5) 내부에서 상기 구동축에 대해 경사를 이루는 관통슬롯 및 상기 슬롯에 대해 수직을 이루는 관통구멍이 구성되며, 중심 구형단면(5)은 또한 상기 구동축(24)의 종방향 축에 대하여 그리고 서로에 대하여 각도를 이루며 경사를 이루는 두 개의 슬롯(27)들을 가지는 로터-피스톤식 연소기관.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 유입실 및 유출실(13, 14)들이 쌍을 이루는 실린더들 내부에 위치하는 것을 특징으로 하는 로터-피스톤식 연소기관.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 힌지(21)들은 각각 실린더 캠 및 실린더 디스크를 가지는 것을 특징으로 하는 로터-피스톤식 연소기관.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항에 있어서, 상기 채널들이 원추형 내부 단면들을 가지는 것을 특징으로 하는 로터-피스톤식 연소기관.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항에 있어서, 두 개의 피스톤(15)과 교차하는 두 개의 원형실린더(2)들 내부로 설치되는 두 개의 힌지들(21)에 의해 나누어지는 실린더 캠을 특징으로 하는 로터-피스톤식 연소기관.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항에 있어서, 상기 원형실린더(2)들의 측벽들상에 입력 및 출력 윈도우가 위치하는 것을 특징으로 하는 로터-피스톤식 연소기관.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항에 있어서, 교차하는 원형실린더들 내부에, 교차하는 원형실린더(2)들의 단면과 일치하는 단면을 가진 4개의 아크피스톤(15)들이 구성되는 것을 특징으로 하는 로터-피스톤식 연소기관.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항에 있어서, 구동축(24)의 종방향축에 대해 그리고 서로에 대해 22°도 내지 23°도의 각도로 경사를 형성하는 것을 특징으로 하는 로터-피스톤식 연소기관.
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