KR20010040962A - 유압식 회전형의 축방향 피스톤 엔진 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유압식 회전형의 축방향 피스톤 엔진(1)에 관한 것으로, 회전가능한 실린더 배럴(11)을 둘러싸는 하우징(2)을 가지며, 다수의 왕복 피스톤(12)을 구비한 다수의 축방향 실린더(13a, 13b)를 가진다. 피스톤은 두 개의 한정된 단부 피스톤 사이를 왕복하며, 피스톤은 왕복 운동을 얻기 위하여 피스톤 로드에 의하여 각도진 플레이트(21)의 구형 리세스와 협동한다. 실린더(13a, 13b)는 유입구 및 유출구로서 교번적으로 작용하는 구멍(16)을 가지며, 상기 하우징은 적어도 하나의 유입 채널(5) 및 유출 채널(6)을 가지며, 각각은 강낭콩 형상의 구멍을 가지며, 상기 실린더 배럴의 유입 및 유출구와 직면하며, 상기 배럴에서 다수의 개구와 소통된다. 상기 실린더 배럴(11)은 제 1 축선(10)에 대해 회전가능하며, 제 1 축선은 입력축/출력축(8)의 제 2 축선(9)에 대해 경사지며, 상기 각도진 플레이트는 상기 제 2 축선 둘레를 상기 입력/출력축과 함께 회전가능하며, 각도진 플레이트에서의 상기 피스톤 로드와 상기 리세스 사이의 협동은 각진 플레이트의 구동 토크를 발생시킨다. 상기 실린더 배럴 및 상기 각도진 플레이트의 회전은 동기화 수단에 의하여 동기화된다. 실린더 및 피스톤의 조합은 짝수이며 동기화 수단은 실린더 배럴의 전체 회전이 하나의 단일 방햐으로 되는 동안 동기 토크를 가진다.

Description

유압식 회전형의 축방향 피스톤 엔진{A HYDRAULIC ROTATING AXIAL PISTON ENGINE}

유럽 특허 출원 0 567 805호로부터 유압식 피스톤 엔진이 공개되는데, 유압식 피스톤 엔진은 회전가능한 실린더 배럴의 주변에 배치되는 다수의 축 실린더를 가진다. 각각의 실린더는 하우징의 유입구 또는 유출구와 교번적으로 소통되는 채널이 제공된다. 상기 참증으로부터 엔진이 치형 기어 변속 타입의 동기화 수단으로 제공된다는 것이 명백하다. 이러한 타입의 동기화 수단은 종래 기술과 관련하여 엔진이 소음, 진동 및 동력 손실을 발생시킬 수 있는 백래시를 가진다. 참증으로부터 도면이 실린더 배럴의 피스톤과 실린더가 서로 정반대로 배치되지 않는 것을 보여주는 종방향 단면을 보여준다는 것이 명백하다. 백래시를 가지는 동기화 수단을 가지는 종래에 공개된 유압식 회전형의 축방향 피스톤 엔진은 홀수의 피스톤 및 실린더가 제공된다.

미국 특허출원 920 860호로부터 유압식 피스톤 엔진은 트리포이드 동기화(tripoid synchronization)의 유니버셜 조인트 타입의 동기화 수단을 가지는 것으로 종래에 공개되어 있다. 도면의 단면으로부터 실린더 배럴내의 피스톤 및 실린더는 정반대 위치에 배치되지 않는다는 것이 명백하다. 상세한 설명으로부터 실린더의 수는 9, 즉 실런더의 수는 홀수라는 것이 명백하다. 또한 이러한 동기화 타입은 엔진의 현재 타입과의 조합이 소음 및 진동을 발생시키는 백래시를 가진다.

종래에 공지된 축 유압 피스톤과 함께 상술된 단점 뒤의 통상적인 이유가 통기화 토크 변화 방향이라는 것을 알 수 있다.

본 발명은 유압식 회전형의 축방향 피스톤 엔진에 관한 것으로, 회전가능한 실린더 배럴을 둘러싸는 하우징을 가지며, 다수의 왕복 피스톤을 구비한 다수의 축 실린더를 가지며, 상기 피스톤은 두 개의 한정된 단부 피스톤 사이를 왕복하며, 상기 피스톤은 상기 왕복 운동을 얻기 위하여 피스톤 로드에 의하여 각진 플레이트의 구형 리세스와 협동하며, 상기 피스톤은 실린더의 종축선에 대해 경사지며, 상기 실린더는 유입구 및 유출구로서 교번적으로 작용하는 구멍을 가지며, 상기 하우징은 적어도 하나의 유입 채널 및 유출 채널을 가지며, 각각은 강낭콩 형상의 구멍을 가지며, 상기 실린더 배럴의 유입 및 유출구와 직면하며, 상기 배럴에서 다수의 개구와 소통되며, 상기 실린더 배럴은 제 1 축선에 대해 회전가능하며, 제 1 축선은 입력축/출력축의 제 2 축선에 대해 경사지며, 상기 각도진 플레이트는 상기 제 2 축선 둘레를 상기 입력/출력축과 함께 회전가능하며, 각도진 플레이트에서의 상기 피스톤 로드와 상기 리세스 사이의 협동은 각진 플레이트의 구동 토크를 발생시키며, 상기 실린더 배럴 및 상기 각도진 플레이트의 회전은 동기화 수단에 의하여 동기화되며, 상기 동기화 수단은 백래시(backlash)를 가지는 표면을 이송시키는 동기화 토크를 포함한다.

도 1은 본 발명에 따른 펌프의 축부분이 도시된 도면이며,

도 2는 상기 펌프의 연결부를 도시한 평면도로서, 내부를 단독으로 본 도면이며,

도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 도시한 펌프의 단면도이며,

도 4는 점선 및 대시 라인으로 표시한 실린더 배럴 구멍을 가지는 도 2에 관련된 도면이며,

도 5는 종래 기술에 따른 엔진에서 동기 토크에 대한 다이그램을 보여주는 도면이며,

도 6은 본 발명에 따른 엔진에서의 동기 토크에 대한 다이아그램을 보여주는 도면이다.

본 발명의 목적은 상술된 감소된 소음 레벨 및 감소된 진동을 가지는 타입의 유압식 회전형의 축방향 피스톤 엔진을 제공하는 것이다.

상기 목적은 짝수이며 서로 정반대의 쌍으로 배치되는 실린더 및 피스톤 그리고 실린더 배럴의 전체 회전이 거의 하나의 단일 방향으로 되는 동안 동기 토크를 가지는 동기화 수단의 조합, 및 상기 하우징의 구멍 및 상기 실린더 배럴 구멍이 정반대의 실린더에서 피스톤을 가압하며 거의 동시에 배출하는 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 엔진에 의하여 달성된다.

본 발명은 도면에 도시된 바람직한 일 실시예를 참조로 하여 더욱 상세하게 설명된다.

본 발명에 따른 유압식 회전형의 피스톤 엔진은 펌프의 일반적인 부분을 보여주는 도 1의 바람직한 일실시예에 도시된다. 펌프는 적어도 두 개의 부분, 도시된 예에서는 3개의 부분으로 구성되는, 즉 하우징부(3) 및 연결부(4)로 구성되는 하우징(2)을 가지는 축방향 피스톤 펌프(1)이다. 상기 연결부(4)는 유압 유체를 위한 유입 도관 및 유출 도관을 펌프로 연결하기 위한 연결 개구를 가진다. 하우징의 제 3 부분(7)은 구동모터(도시안됨)와 연결하기 위하여 제공되는 입력축(8)의 지지 부분이다. 상기 펌프는 입력축(8)을 위한 회전 축선을 형성하는 제 1 회전 축선(9) 및 예를 들면 40°의 각도로 제 1 축선에 대해 경사지는 제 2 회전 축선(10)을 가지는 소위 만곡축 타입이다. 제 2 회전 축선은 하우징내에 회전가능하게 저널되는 실린더 배럴(11)용 축선이다. 실린더 배럴(11)은 축방향으로 연장되는 다수의 피스톤(12)을 가지는데, 피스톤은 축방향으로 이동가능하며 실린더(13)의 수에 대응된 왕복 운동에서 축선(10)에 거의 평행하게 이동가능하며, 축선(10)의 축방향으로 연장되며, 주변 원형선(14)을 따라 등간격으로 주변에 배치된다.(도 3참조) 각각의 실린더(13)는 실린더 배럴(11)의 평형 단부면(17)에서 구멍(16)을 구비한 유체 통로(15)를 가진다. 각각의 개구(16)는 주변 원형선(14)을 따라 가장 길 길이를 가지는 것이 바람직하며 강낭콩 형상을 가지는 것이 바람직하다. 도 1로부터, 각각의 피스톤(12)이 입력축(8)의 총합 부분을 형성하는 각진 플레이트 또는 스와시 플레이트(swash plate; 21)에 리세스(20)를 형성하는 구형 베어링 표면으로 지지되는 구형 헤드(19)를 구비한 피스톤 로드(18)를 가지는 것이 더욱 명백하다. 구형 리세스(20)는 실린더 배럴(11)의 방사형 평면에 대하여 각도가 형성되는 방사형 평면 주위에 회전가능하게 배치되어, 예를 들면 미국 특허 제 5,176,066호로부터 알 수 있듯이, 진공, 즉 유입 개구(5)에서의 흡입 및 유출 개구(6)에서의 압력을 형성하기 위하여 종래에 공지된 원리에 따라 피스톤(12)의 왕복 운동 및 펌핑 작용을 한다. 피스톤(12) 및 리세스(20)의 상호 작용은 입력축(8)으로 전달되는 스와시 플레이트(12)에 구동 토크를 발생시킨다. 동기 수단은 스와시 플레이트(21)의 회전으로 실린더 배럴의 회전 운동을 동기화하기 위하여 배치됨으로써 피스톤 로드(18)는 올바른 방향을 유지한다. 도시된 예에서 동기화 수단은 입력축(8)의 치형 휠(23)과 동시 작용하는 실린더 배럴상의 치형 휠 림(22)에 의하여 형성된 치형 기어의 형상으로 제작된다. 지지핀(24)은 회전 축선(10)을 형성하며 실린더 배럴의 보어(26)를 통하여 돌출되며 하우징의 연결 부재(4)의 보어(26')에 지지되는 축(25)과 동시작동하는 축선(10)을 따라 실린더 배럴(11)을 지지한다.

상술된 바와 같이, 실린더(13)는 종축선(13')의 축방향으로, 즉 실린더 배럴(11)의 회전 축선(10)에 평행하게 연장된다. 그러나, 각각의 피스톤 로드(18)의 종축선(18')이 피스톤 로드가 왕복 운동을 하는 실린더의 종축선(13')으로부터 이탈된다는 것이 도 1로부터 명백하다. 또한 종축선(18')은 각각의 피스톤의 대칭 축선이며, 로드와 함께 각각의 피스톤은 각각의 실린더(13)에서 경사진다. 이 경사는 베어링 표면(20)이 스와시 플레이트(21)에서의 원형선을 따라 배치된다는 사실에 의존한다. 실린더 배럴(11) 및 실린더(13)가 스와시 플레이트(21)에 대해 경사질 때, 구형 헤드(19)는 회전 축선(10)을 따라 보여지는 바와 같이 타원 운동을 한다. 이 것은 피스톤 로드의 원추형 운동을 초래한다. 이것은 총 동기 토크에 차례로 기여한다. 이 기여는 본 발명에 따라 가장 큰 정도로 중립화되는 양방향 동기 토크로의 가장 큰 기여이다.

도 2는 내부로부터 및 별도의 하우징의 연결부(4)를 보여준다. 연결부(4)는 내부에 설치 위치에서 실린더 배럴(11)의 평면형 표면(17)으로 직면하는 거의 평면이며 원형인 표면(27)을 가진다. 두 개의 평면형 표면(17, 27)은 밀폐 조립으로 서로 접촉되어 배치된다. 연결부(4)의 내부에는 강낭콩형상의 하나의 유입구(28) 및 하나의 유출구(29)가 제공된다. 상기 두 개의 표면 사이에서 토크가 생성되는 마찰이 발생하며, 동기 토크가 보충된다. 유입구(28)는 유입 개구(5)와 채널을 통하여 소통되며 내측 유출 개구(29)는 연결부(4)의 외부상의 유출 개구(6)와 별도의 채널을 통하여 소통된다. 유입 및 유출구(28, 29)는 실린더 배럴(11)의 개구(16)의 서클 라인(14)과 대응하는 반경을 가지는 주변 서클 라인(30)을 따라 연장된다. 유입 및 유출 개구(28, 29)는 연결부(4)를 통하여 연장되는 주 평면(31)에 의하여 분리된 상기 원형선(30)의 각각의 반부상에서 연장된다. 유입 및 유출구(28, 29)는 제 1 주 평면(31)에 대해 90°연장되는 제 2 주 평면(32)에 의하여 더 분리된다. 상기 주 평면중 하나는 연결부(4)를 위한 대칭 평면일 수 있다. 유입 및 유출구(28, 29)는 도시된 예에서 유출 개구(6)용 보다 유입 개구(5)용이 다소 더 큰 소정의 주변 각도로 원형선(30)을 따라 더 연장되며 동시가 아닌 하나의 실린더 구멍(16)이 유입구(28)및 유출구(29)와 각각 소통되도록 배치된다. 유입 및 유출구(28, 29), 유입 및 유출구 중 하나 또는 둘다에는 슬릿 연장부(6')가 제공될 수 있으며, 슬릿 연장부의 단부는 유입 및 유출구의 총 각도 연장을 결정한다. 바람직한 실시예에 따라 유입 및 유출구(28, 29)는 동일한 각도 연장을 가진다. 유입 및 유출구는 서로에 대해 대칭적으로 배치되는 것이 바람직하다. 그러나, 각도 연장은 유입구 및 유출구 사이에서 상이할 수 있다. 유입구 및 유출구는 대칭되지 않도록 배치될 수도 있다. 연결부(4)에는 선택된 위치에서 연결부를 하우징부(3)와 연결시키기 위한 연결 수단이 제공된다. 이것은 도 1에 도시된 바와 같이 스크류(33)에 의하여 달성될 수 있으며, 상기 스크류는 도 2에 도시된 바와 같이 연결부의 홀(34)을 통하여 연장되며, 도 3에 도시된 바와 같이 하우징부(3)의 나사형성 구멍(35)으로 나사결합된다. 이러한 결합에 의하여 주 평면(31, 32)에 대하여 연결부의 각도 위치는 하우징부의 주 평면(37, 38)에 대해 결정된다.

도 3에 따른 단면으로부터, 실린더 배럴(11)의 실린더(13)의 배치가 도시된다. 실린더는 본 발명에 따라 짝수이며, 예를 들면 서로 정반대로 쌍으로 배치되는 6개의 실린더이며, 실린더 배럴을 통하여 연장되는 직경(38)에 대해 대칭적으로 배치된다. 도 4에는, 도 2에 따른 연결부(4)가 도시되며, 실린더 배럴(11)의 단부면(17)에서의 구멍(16)의 배치가 점선 및 대시 라인에 의하여 표시된다. 실런더 구멍(16)은 서로 정반대로 쌍을 이루어, 즉 직경, 예를 들면 직경 라인(38)에 대해 대칭적으로 배치된다. 실린더 구멍(16)의 수는 짝수이며 도시된 예는 6개의 구멍이다. 이 배치에 의하여 및 연결부(4)에서의 강낭콩 형상의 유입 및 유출구(28, 29)의 선택된 각도 연장부를 기초로 하여, 후술되는 과정이 발생된다. 즉 모터에 의하여 입력축(8) 및 스와시 플레이트(21)가 회전될 때 피스톤은 실린더 배럴의 회전과 조합하여 왕복 운동이 주어진다. 피스톤에 의하여 유압 유체는 유입구(28)를 통하여 흡입되며, 고압 측부가 나타나는 유출구(29)를 통하여 압축되어 유출된다. 배럴의 계속적인 회전 및 피스톤의 왕복운동은 펌프 작용을 발생시킨다. 피스톤은 하사점(LDP) 및 상사점(UDP) 사이에서 움직이며, 유입 및 유출구(28, 29)의 각도 위치에 대해 소정의 각도 위치에서 각각의 피스톤에 대해 발생한다. 상기 각도 위치는 상기 하우징의, 즉 연결부(4)의 구멍 및 실린더 배럴 구멍(16, 16')이 거의 동시에 배출하며 정반대로 배치된 실린더(13a, 13b)에서 피스톤(12)이 작용하는 유압 유체를 가압하도록 선택된다. 이것은 동기수단에 의하여 실린더 배럴로 전달되는 동기 토크, 즉 토크가 실린더 배럴의 전체 회전동안 거의 하나의 단일 방향으로 향한다는 사실에서 초래된다. 이 특징은 도시된 바와 같은 동기 수단이 백래시를 가진다는 사실때문에 특히 유용하다. 백래시를 가지는 동기 수단의 다른 예는 도시된 바와 같은 치형 기어 변속으로의 실시예로서 이용될 수 있는 트리포이드 동기화 및 원뿔형 피스톤 동기 수단의 유니버셜 조인트이다. 원뿔형 피스톤 동기 수단을 가지는 엔진에서, 피스톤 또는 로드는 실린더의 원통형 표면과 접촉하는 원뿔형 표면을 가진다. 엔진의 회전동안 원뿔형 표면은 선형 로울 접촉(linear roll contact)을 유지한다. 상이한 피스톤은 각각의 실린더에서 상이한 방향에서의 접촉을 유지하며, 이는 스와시 플레이트와 실린더 배럴을 동기화하기 위하여 이용된다. 이러한 동기화 타입의 예는 CH 592 812호에 설명된다.

도 5는 상술된 타입의 동기화 수단의 동기 토크에 대한 다이아그램으로서, 홀수의 실린더, 즉 5개의 실린더를 가지는 종래에 공지된 엔진을 이용하는 타입의 동기화수단의 동기 토크에 대한 다이아그램이다. 다이아그램으로부터 토크가 양방향이며 소음, 진동 및 동력 손실을 발생시킨다는 것이 명백하다. 전술된 바와 같이 양방향 토크에 하나의 커다란 기여는 피스톤 로드가 실린더에서 경사진다는 사실에 의하여 발생된 토크라는 것이다.

도 6에는 짝수의 실린더, 예를 들면 6개의 실린더를 가지는 본 발명에 따른 엔진에서의 동기 토크에 대한 다이어그램이 도시된다. 이 다이어그램으로부터, 토크가 거의 하나의 단일 방향으로 향하는 일 방향이라는 것이 명백하다. 낮아진 노이즈 레벨 및 진동 레벨 및 동력 손실의 감소는 본 발명에 따른 엔진에서 매우 크다.

본 발명은 도면에 도시되며 상술된 실시예에 제한되지 않는다. 예를 들면 실린더의 상이한 수 및 동기가 이용될 수 있다. 예를 들면 8 또는 10개의 실린더가 이용될 수 있다. 동일한 원리는 하우징의 유입구가 가압된 유압 공급원에 연결되며 축(8)이 유압 모터에 의하여 구동되는 기계로 동력 토크를 전달하는 출력축인 유압 모터에 대하여도 이용될 수 있다.

Claims (6)

1. 유압식 회전형의 축방향 피스톤 엔진(1)으로서,

   회전가능한 실린더 배럴(11)을 둘러싸는 하우징(2)을 가지며,

   다수의 왕복 피스톤(12)을 구비한 다수의 축 실린더(13)를 가지며,

   상기 피스톤은 두 개의 한정된 단부 위치들 사이에서 왕복운동하며,

   상기 피스톤은 상기 왕복 운동을 얻기 위하여 피스톤 로드에 의하여 각도진 플레이트(21)의 구형 리세스(20)와 협동하며,

   상기 피스톤은 실린더의 종축선(13')에 대해 경사지며,

   상기 실린더는 유입구 및 유출구로서 선택적으로 작동하는 구멍을 가지며,

   상기 하우징은 하나 이상의 유입 및 유출 채널(5,6)을 가지며, 강낭콩형상의 구멍(28, 29)를 각각 가지며, 상기 실린더 배럴의 유입구 및 유출구를 향하여 직면하며, 상기 배럴에서 다수의 상기 구멍과 소통되며,

   상기 실린더 배럴은 제 1 축선(10)에 대해 회전가능하며, 상기 제 1 축선은 입력/출력 축(8)의 제 2 축선(9)에 대해 경사지며,

   상기 각도진 플레이트는 상기 제 2 축선 둘레의 상기 입력/출력 축과 함께 회전가능하며,

   상기 각도진 플레이트에서의 상기 리세스와 상기 피스톤 로드 사이의 협동은 상기 각도진 플레이트에서 구동 토크를 발생시키며,

   상기 실린더 배럴 및 상기 각도진 플레이트의 회전은 동기화 수단(22, 23)에 의하여 동기화되며,

   상기 동기화 수단(22, 23)은 백래시를 가지는 표면으로 전달되는 동기 토크를 포함하는 유압식 회전형의 축방향 피스톤 엔진에 있어서,

   상기 실린더(13) 및 피스톤(12)이 짝수이며 쌍으로 서로 정반대로 배치되며 동기 토크를 가지는 상기 동기화 수단(22, 23)은 실린더 배럴(11)의 전체 회전동안 거의 하나의 단일 방향으로 향하며,

   상기 하우징의 구멍(28, 29) 및 상기 실린더 배럴 구멍(15)은 거의 동시에 배출하며 정반대로 배치된 실린더(13)에서 피스톤(12)이 가압되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 유압식 회전형의 축방향 피스톤 엔진.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 유입 및 유출 채널(5, 6)의 강낭콩 형상의 구멍(28, 29)은 거의 동일한 각도진 연장부를 가지며 서로에 대해 거의 대칭적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 유압식 회전형의 축방향 피스톤 엔진.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 동기화 수단(22, 23)은 치형 기어 변속인 것을 특징으로 하는 유압식 회전형의 축방향 피스톤 엔진.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 동기화 수단은 트리포이드 동기화의 유니버셜 조인트인 것을 특징으로 하는 유압식 회전형의 축방향 피스톤 엔진.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 동기화 수단은 피스톤의 피스톤 로드의 원뿔형 표면과 실린더의 표면 사이의 접촉을 포함하는 원뿔형 피스톤 동기화 수단을 특징으로 하는 유압식 회전형의 축방향 피스톤 엔진.
6. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 엔진(1)은 펌프이며, 상기 축(8)은 회전 모터에 의하여 구동되는 입력축인 것을 특징으로 하는 유압식 회전형의 축방향 피스톤 엔진.