KR20010041305A - 로터리피스톤 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 로터리피스톤 장치(10)에 관한 것으로, 이 장치는 공동부(9)를 구비하는 하우징(5)과, 이 하우징(5)내에 수용되고 로터축(A)과 원주면(21)을 갖춘 로터, 그리고 상기 공동부(9)와 연통하는 입구 및 출구통로(3,4), 이 로터(2)내의 홈(11)에 방사상으로 미끄러질 수 있도록 하우징(5)의 내면(20)에서 로터축(A)으로 방사상으로 각각 뻗어 있는 하나 이상의 날개(1), 그리고 공동부(9)의 일부로서 하우징(5)의 내면(20)과 로터(2)의 원주면(21) 및 적어도 하나의 날개(1)의 측면에 의해 형성되는 적어도 하나의 작동 체임버(9a)로 이루어진다. 각 날개(1)는 축(C) 둘레에 조절아암(7)의 한끝에 맞물려 연결되고, 다른 끝에서 하우징(5)의 공동부(9)를 통해 중앙으로 뻗는 축과 일치하게 되는 중심축(B)을 구비하는 고정축 샤프트(8)에 선회적으로 지지되며, 축(B)은 로터축(A)과 평행하게 뻗어 거리(d)만큼 이격되고, 로터(2)는 동력 정지 또는 동력 입력용 유니트를 알맞게 구성하게 된다.

Description

로터리피스톤 장치 {Rotary-piston machine}

일반적으로, 로터리피스톤 장치는 소정의 변형에 의해 연소기관과, 열교환기, 펌프, 진공펌프, 및 압축기로 사용될 수 있는 열역학적 장치이다. 로터리 장치는 일련의 몇 개의 유니트로 조립되어, 장치의 주요부가 압축기 유니트와 과급엔진(super charged engine)의 연소기관에 사용된다. 로터리 장치가 크랭크샤프트가 없고 장치에 공급되거나 장치로부터 빼내어진 동력이 로터에 또는 로터로부터 직접 영향받는다는 것은 이미 공지되어 있다.

로터리형의 종래의 연소기관은 로터리피스톤 기관으로 실시되는데, 이는 피스톤이 환형의 원통보어내에 아치형 삼각형상을 갖는 로터의 형태로 된 회전하는 로터리피스톤이다. 이러한 연소기관은 복잡한 형상 외에도 로터가 실린더벽에 대해 상당한 밀봉문제를 갖는 단점이 있고, 더우기 이러한 연소기관은 엄청난 연료 소비를 발생시킨다.

연속적으로 회전가능한 로터를 수용하는 작동 체임버와, 연소가스용 입구 및 출구를 구비하는 엔진하우징으로 이루어진 종래의 연소기관은 독일특허 제 3,011,399호에 공지되어 있는데, 이 기관의 로터는 대체로 원통형이고, 로터의 면과 공동부의 내면에 의해 형성된 직경방향으로 마주보는 연소 체임버로 이루어진 타원형으로 된 공동부내에서 회전한다. 로터는 그 내부에서 바깥과 안으로 방사상으로 미끄러질 수 있는 날개 피스톤을 수용하고 안내하는 방사상으로 뻗는 미끄럼홈을 갖추고 있다. 날개는 커넥팅로드를 거쳐 지지되는 크랭크샤프트의 일부인 크랭크핀과 맞물려 연결된다. 로터가 회전하고 있을 때, 피스톤의 날개는 상기 크랭크핀에 의해 고정된 지지부재로 인해 미끄럼홈내의 바깥과 안으로 방사상으로 이동한다. 이에 따라, 한 세트의 날개가 공동부의 한 부분, 즉 하나의 연소 체임버내에서 작동하는 한편, 다른 세트의 날개는 직경방향으로 마주보는 체임버내에서 작동하게 된다.

미국특허 제 4,451,219호는 2개의 체임버를 구비하고 밸브가 없는 로터리 증기기관을 나타낸다. 또한, 이 기관은 각 세트내에 3개의 블레이드를 갖춘 2세트의 로터 블레이드를 구비한다. 로터 블레이드의 각 세트는 타원형 엔진하우징내의 통상의 정지 크랭크샤프트 상에 있는 자체의 편심점 주위에서 회전한다. 드럼형의 로터는 엔진하우징의 중앙에 장착되고, 2개의 직경방향으로 마주보는 방사상의 작동 체임버를 형성한다. 2세트의 로터 블레이드는 상기 설명된 기관과 일치하는 로터내의 미끄럼홈내에서 바깥과 안으로 대체로 방사상으로 이동한다. 또한, 날개는 고정되는 편심적으로 위치된 샤프트의 스터브(stub)내에 지지된 중앙끝에 있게 되지만, 맞물리지는 않게 되며, 로터의 주위에 구비된 베어링에 지지되는 마주보는 끝의 선회 테이블에 있게 된다.

날개 형태의 펌프와 압축기도 공지되어 있는데, 미국특허 제 4,451,218호는 단단한 날개를 구비하는 날개 펌프와, 펌프하우징에 지지된 편심이 있는 로터에 관한 것이다. 로터는 방사상으로 통과하여 안내되는 홈을 구비하고, 미끄럼홈의 각 면은 밀봉재를 구비한다.

미국특허 제 4,385,873호는 모터와, 압축기 또는 펌프로 사용될 수 있는 날개형의 로터리기관을 나타낸다. 또한, 이것은 다수의 단단한 날개가 방사상으로 통과하는 로터에 장착된 편심을 구비한다.

종래기술의 다른 예가 미국특허 제 4,767,295호와 미국특허 제 5,135,372호에 기술되어 있다.

본 발명은 로터리피스톤 장치에 관한 것으로, 이는 공동부를 구비하는 하우징과, 이 하우징내에 수용되고 로터축과 원주면을 갖춘 로터, 상기 공동부와 연통하는 입구 및 출구통로, 이 로터내의 홈에 방사상으로 미끄러질 수 있도록 수용되고서 하우징의 내면에서부터 로터축으로 방사상으로 각각 뻗어 있는 하나 이상의 날개(vane) 및, 공동부의 일부로서 하우징의 내면과 로터의 원주면 및 적어도 하나의 날개의 측면에 의해 형성되는 적어도 하나의 작동 체임버로 이루어진다.

도 1은 연소기관과, 이 연소기관의 각 면에 하나씩 장착되는 2개의 인접한 압축기가 조립되었을 때 로터리피스톤 장치의 제 1실시예를 나타내는 사시도이고,

도 2는 상부덮개의 하나가 분리되었을 때의 로터리피스톤 장치를 도시한 사시도,

도 3은 상부의 베어링이 분리되었을 때 도 2의 로터리피스톤 장치를 도시한 사시도,

도 4는 하우징의 다른 판이 분리되고 더 많은 로터가 드러날 때 도 3의 로터리피스톤 장치를 도시한 사시도,

도 5는 하우징의 또 다른 판이 분리되고 훨씬 더 많은 로터가 드러날 때 도 4의 로터리피스톤 장치를 도시한 사시도,

도 6은 하우징의 또 다른 판이 분리되고 훨씬 더 많은 로터가 드러날 때 도 5의 로터리피스톤 장치를 도시한 사시도,

도 7은 로터하우징의 절반이 분리되고 로터의 날개장치가 명확히 드러나는 도 6의 로터리피스톤 장치를 도시한 사시도,

도 8은 로터의 날개장치가 분리되어, 로터하우징의 다른 절반이 하우징내에 편심되어 있고 축 샤프트와 하우징내에 남아 있도록 된 도 7의 로터리피스톤 장치를 도시한 사시도,

도 9는 로터의 최하부가 분리된 도 8의 로터리피스톤 장치를 도시한 사시도,

도 10은 하우징의 또 다른 판이 분리될 때의 로터리피스톤 장치를 도시한 사시도,

도 11은 하우징의 또 다른 판이 분리되어, 단지 최하부의 커버가 편심되어 있는 축 샤프트와 함께 결합되어 있는 로터리피스톤 장치를 도시한 사시도,

도 12는 편심되어 있는 축 샤프트의 사시도,

도 13은 3개의 날개부를 구비하는 조립된 로터날개를 도시한 사시도,

도 14는 도 13의 날개부를 각각 분리하여 도시한 사시도,

도 15는 로터하우징의 절반을 아래쪽에서 본 사시도,

도 16은 도 15에 도시된 것과 동일한 로터하우징을 윗쪽에서 본 사시도,

도 17은 로터하우징의 하부 절반을 윗쪽에서 본 사시도,

도 18은 로터하우징의 하부 절반을 아래쪽에서 본 사시도,

도 19는 본 발명에 따른 4개의 날개를 구비하는 압축기나 펌프로 되어 있는 로터리피스톤 장치의 제 2실시예를 도시한 평면도,

도 20은 본 발명에 따른 분할부를 가로지르는 로터의 원주면이 하우징의 내면에 끼워지는 4개의 날개를 구비하는 로터리피스톤 장치의 다른 실시예를 나타내는 평면도,

도 21은 본 발명에 따른 단지 하나의 날개를 구비한 로터리피스톤 장치의 또 다른 실시예를 도시한 평면도,

도 22는 하우징의 공동부에 대해 편심된 로터를 지지하는 편심어댑터를 도시한 평면도 및 그 우측면도이다.

본 발명의 목적 하나는 고효율, 연료의 저감소, 일산화탄소와 질소계 가스 및 불완전 연소된 탄화수소와 같은 오염물질의 저방출이 있는 로터리피스톤 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 간결한 형상, 즉 출력에 대해 변위체적이 작고 총체적이 작은 로터리피스톤 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따라, 본 명세서의 도입부에 설명된 형태의 로터리피스톤 장치는, 각 날개가 축 둘레에 조절아암(control arm)의 한끝에 맞물려 연결되고, 다른 끝에서 하우징의 공동부를 통해 중앙으로 뻗는 축과 일치되는 중심축을 갖는 고정축 샤프트에 선회적으로 지지되되, 축이 로터축과 평행하게 뻗어 이격되고, 로터는 동력정지 또는 동력입력용 유니트를 알맞게 구성한다. 상기 설명된 실시예는, 외부 압축기를 갖추거나 갖추지 않은 압축기 또는 연소기관으로 이루어질 수 있는 새로운 로터리피스톤 장치이다.

바람직하게는, 각 날개끝은 날개를 조절아암에 연결하는 연결부를 통해 축에 곡률의 중심을 갖는 원통면 분할부를 형성한다. 이는 로터축과 평행하게 뻗는 선을 따라 날개끝이 면에 접촉하지 않음에도 불구하고 언제든지 공동부의 내면에 접하게 된다. 이 선은 로터가 회전하는 동안 날개끝에 위치변동되고, 언제든지 날개끝과 단지 하우징의 내면 사이에 있는 간극의 차가 있는 하우징의 내면과 거의 유사한 원통면을 형성한다. 날개끝과 공동부의 내면 사이의 간극은 가능한 실용적일 정도로 작게 된다.

특히 바람직한 실시예로서, 원통면 분할부의 아치길이와 이에 따른 각 날개의 두께는 기하학적 관계, 즉 원통면 분할부에 대한 곡률반경과, 공동부의 중심축과 날개를 조절아암에 연결하는 연결부를 통과하는 축 사이의 거리 및, 로터축과 공동부의 중심축 사이의 거리로 결정된다. 이러한 기하학적 조건이 있을 때, 최적의 형상은 날개끝이 언제든지 로터가 완전히 회전하는 동안 공동부의 내면에 접하게 됨으로써 성취되고, 이 실시예는 밀봉재를 사용하지 않고 잘 수행될 수 있을 것이다.

날개의 두께가 공동부의 내면에 대해 밀봉을 위한 소정의 효과를 얻지 않고 더 커질 수 있다고 공지되어 있지만, 만일 날개의 두께가 최적치보다 작게 되면, 공동부의 내면에 대한 날개끝의 접선은 로터를 갖춘 날개의 회전부에서 얻어지지는 않고, 날개끝에 있는 밀봉이 대개 요구된다. 최적일 때에 날개가 얇아지면 얇아질수록, 날개끝이 공동부의 내면에 접하지 않는 구역은 더 길어지게 된다.

소정의 실시예에서, 날개끝과 하우징의 내면 사이에 있는 밀봉수단은 적당하게 제공될 수 있다. 바람직하게는, 밀봉수단이 날개의 끝면에 구비되고 공동부의 내면에 설치된다. 또한, 어떤 상황에서는 밀봉수단이 로터내의 날개홈과 적어도 하나의 날개의 측면 사이에 알맞게 구비될 수도 있다. 밀봉수단은 하우징의 내면과 면이 접하는 로터의 원주면 사이에 구비될 수도 있고, 다르게는 서로 교차하는 구역에 구비될 수도 있다.

날개의 마모를 최소화하고 작동하는 존속시간을 개선하기 위해서, 미끄럼베어링은 로터내의 홈에 구비될 수 있다. 미끄럼베어링은 교환가능한 베어링 삽입부의 형태로 되거나 영구적으로 로터에 구비될 수 있다.

한 실시예에서, 로터의 원주면은 분할부를 가로질러 하우징의 내면에서 교차할 수 있고 이에 대응되는 오목부는 상기 엔진하우징의 면에 형성된다.

다른 실시예에서, 로터리피스톤 장치는 연소기관 장치와 함께 회전하는 적어도 하나의 압축기 유니트를 구비하고, 연소기관 장치에 대응하는 형상을 갖는데, 즉 각각의 공동부를 연결하는 통로 뿐만 아니라 별도의 공동부와, 별도의 로터, 및 별도의 날개를 구비한다.

하우징내의 고정축 샤프트를 고정시킬 목적으로, 축 샤프트의 자유단은 주문 형성된 편심어댑터와 베어링에 의해 로터의 내부에 알맞게 지지될 수 있다.

이제 본 발명에 따른 로터리피스톤 장치의 전형적인 실시예가 첨부도면을 참조하여 더 상세히 설명된다.

도 1은 본 발명에 따른 로터리피스톤 장치(10)의 제 1실시예를 나타낸다. 하지만, 이것은 연소기관과, 이 연소기관 장치의 각 측부에 하나씩 2개의 압축기가 조립되어 있고 모든 유니트가 동시에 회전하는 장치의 실시예이다. 또한, 기관은 밀봉재의 사용이 최소화되는 정밀도로 고안되어 제조된 것으로, 래버린스(labyrinth) 밀봉재가 고려된다. 다른 테스트가 이를 명확하게 할 것이고, 아마 적어도 소정의 이용은 밀봉 및 예윤활되어 있는 베어링을 제외하고는 밀봉과 윤활 없이 잘 이뤄질 것이다. 구성재료는 다른 철강재로 될 수 있지만, 플라스틱과 테프론도 소정의 이용에는 적합할 것이다.

로터리피스톤 장치(10)는 도 1 내지 도 18에서 과급 연소기관으로 나타난다. 장치(10)는 로터(2)의 출력부가 도면에 도시되어 있는 편심 위치된 로터(2)를 둘러싸는 몇 개의 내측 원통면을 구비하는 하우징(5)으로 이루어진다. 기관은 크랭크샤프트가 생략되어 있고, 동력은 로터(2)로부터 직접 얻어지며, 로터(2)는 회전축(A) 둘레를 회전한다. 하우징(5)은 유사한 두께와 외형을 갖는 다수의 판으로 되는 대신, 하우징(5)은 서로 맞닿게 위치되는 절반으로 제조될 수 있다. 하지만, 하우징이 어떻게 제조되느냐 하는 것은 당업계의 숙련자의 선택에 의해 결정되어야 한다.

로터리피스톤 장치(10)는 연료 및 공기 혼합용 입구통로(3)와 배기가스용 출구통로(4)를 더 구비한다. 하우징(5)의 각 판은 하우징(5)의 각 모서리에 있는 구멍(13)을 관통해 뻗는 볼트에 의해 함께 고정된다. 하우징(5)을 구성하는 각각의 판이 5a 내지 5g로 번호가 부여됨에 따라, 판(5a)은 최상부의 덮개를 그리고 판(5g)은 최하부의 덮개를 나타낸다.

도 2는 도 1에 따른 로터리피스톤 장치(10)를 나타내고 있지만, 최상부의 덮개(5a)가 분리된 것으로, 이에 따라 최상부의 베어링(14)이 드러내어져 있다. 최상부 덮개(5a)의 내부에는 베어링(14)을 수용하는 오목한 원형구멍이 있다. 이에 따라, 베어링(14)은 로터(2)용 지지부로 작용한다.

도 3은 최상부의 베어링(14)이 분리된 것을 제외하고는 도 2와 동일한 로터(2)의 단부를 나타내고, 이에 따라 더 많은 로터(2)가 드러나고 있다.

도 4는 도 3과 동일한 것이지만 하우징(5)의 또 다른 판(5b)이 분리되어 있는 도면이다. 따라서, 더 많은 로터(2)가 드러내어지고 로터날개(1a)도 있으며, 입구통로(3)도 도시되어 있다. 입구통로(3)는 엔진하우징(5)의 외부에서 하우징(5)내의 체임버(9a)로 안내한다. 날개(1a)를 구비하는 로터(2)의 일부와 도 4에 도시되어 있는 하우징부(5c)가 축(A) 주위를 회전하는 제 1압축기 유니트를 구성한다.

도 5에는 분리된 하우징(5)의 또 다른 판(5c)과 로터(2)의 또 다른 일부가 드러내어져 있다. 이에 따라, 체임버(9b)에 끼워지는 로터날개(1b)와, 연소기관 장치를 형성하는 로터(2)의 일부가 함께 도시되어 있다. 연소기관 장치내의 체임버(9b)로부터 출구통로(4)는 주위로 뻗어 안내하게 된다.

도 6에는 분리된 하우징(5)의 또 다른 판(5d)과 많은 연소기관 장치가 나타나 있다.

도 7에는 분리된 로터(2)의 상부 절반(2a)과 각각의 날개(1a,1b)를 갖춘 날개장치(1)가 명확히 드러내어져 있다. 날개장치(1)는 도시된 실시예에서 3개의 압축기 날개(1a)와 3개의 연소기관 날개(1b)로 이루어진다. 각 날개(1a,1b)는 조절아암(7)의 한끝에 맞물려 연결되고, 다른 끝에서 엔진하우징(5)의 세로축과 일치하는 중심축(B)을 구비하는 고정축 샤프트(8)에 선회적으로 지지된다. 이는 도 8 내지 도 12에 별도로 도시되어 있다. 조절아암(7)은 어떤 동력도 전달하지 않지만, 각 날개(1a,1b,1c)는 로터(2)에 있는 안내홈(11)의 안과 밖으로 방사상으로 강제 이동하게 되어, 로터(2)가 회전하는 동안에는 언제든지 날개끝이 하우징의 내면에 접하게 된다. 참조부호 6은 도 22에 대해 뒤에 더 설명되는 편심어댑터를 나타낸다. 다른 압축기 유니트는 연소기관 장치의 아래에 놓여서 상부 압축기 유니트에 완전히 대응하게 된다.

도 8에는 날개장치(1)가 분리된 후의 로터(2)의 하부(2b)가 도시되어 있다. 이 도면에는 각각의 날개(1a,1b,1c)가 끼워지는 방사상으로 뻗는 홈(11)이 명확히 도시되어 있다. 설명된 것과 같이, 축 샤프트(8)는 하우징(5)의 공동부(9)내의 중앙으로 뻗는다. 로터(2)의 축(A)은 하우징(5)의 중심축(B)과 평행하게 뻗지만, 하우징(5)의 축(B)에 대해 편심되어 뻗는다. 이 편심은 두 축 A와 B가 도시되어 있는 도 7에 나타내어져 있고, 이 편심에 의해 방사상의 이동 또는 로터(2)내의 각각의 안내홈(11)에서 안과 밖으로 각 날개(1a,1b,1c)의 강제이동이 행해진다.

도 9는 로터(2)의 하부(2b)도 분리된 후의 엔진하우징(5)내의 공동부(9)를 나타낸다.

도 10은 하우징의 또 다른 판(5e)이 분리된 상태를 도시하고 있다.

도 11은 판(5f)이 분리된 후 최하부의 판(5g)을 나타낸다.

도 12는 고정단 플랜지(15)에 고정된 고정축 샤프트(8)를 나타낸다.

도 13은 고정축 샤프트(8)에 끼워지도록 된 조립된 날개장치(1)를 나타낸다. 설명된 것과 같이, 날개장치(1)는 하나의 연소기관 날개(1b)와 이 연소기관 날개(1b)의 각 면에 위치된 2개의 압축기엔진 날개(1a,1c)로 이루어진다. 각 세트의 날개(1a,1b,1c)는 각각의 조절아암(7)에 맞물려 연결된다. 날개장치(1)가 3세트의 날개로 이루어질 때, 도 14에 도시된 것과 같은 각 세트의 날개(1a,1b,1c)에 대해 서로 다른 거리에 있는 각각의 조절아암(7)을 배치하는 것이 편리하다. 각 조절아암(7)은 날개(1a,1b,1c) 세트와 각 조절아암(7)이 고정축 샤프트(8)의 둘레를 회전할 수 있도록 하는 베어링(16)을 포함한다. 더우기, 각 날개 세트는 날개(1a,1b,1c) 세트와 2개의 조절아암(7) 사이에 구비되는 회전축(C)을 갖춘 축핀(17)의 형태로 된 맞물린 연결부로 이루어진다.

또한, 현재 고려된 장치의 최적의 실시예에서, 각 날개의 두께(t)와, 축(C)과 축(B) 사이의 거리, 및 하우징(5)에 대한 로터(2)의 편심, 즉 축(A)과 축(B) 사이의 거리 사이에는 소정의 관계가 있다. 이는 날개끝(1bt)이 예정된 거리와 최소 간극을 갖춘 하우징(5)의 내면(20)을 잇도록 되는 경우에 필요하다. 더우기, 날개끝(1bt)의 면은 아치형으로 되어야만 하는데, 이에 의해 면이 연속해서 이어지거나 작은 간극을 갖는 하우징(5)의 내면(20)에 접하게 된다. 하지만, 접점은 날개끝(bt)의 아치형의 면을 따라 이동되고, 내면(20) 상에서 요동하듯이 이동된다. 이에 상응하도록 하기 위해서, 날개끝(1bt)의 면이 날개(1b)를 조절아암(7)에 연결하는 축(C)에 곡률중심을 갖게 하는데, 이는 도 19 내지 도 21을 통해 더 쉽게 이해된다. 또한, 상기 설명된 것과 동일한 관계가 그 자체의 두께와, 날개끝의 떨어진 거리 및 곡률을 갖는 압축기의 날개(1a,1c)에 대해 성립된다.

날개끝의 면은 하우징(5)의 내면(20)에 맞물리는 적당한 밀봉수단을 구비할 수도 있다. 하지만, 이들 면 사이에 어떤 접촉도 일어나지 않는 것이 가장 바람직하며, 이에 따라 필요한 범위와 목적내에서 날개끝의 면에 래버린스 밀봉을 하는 것이 적당한 해결책이 될 수 있다.

도 15는 출력용 허브(hub)를 구성하는 로터(2)의 상부(2a)를 도시하는 한편, 도 16은 동일한 부분이 거꾸로 되어 있어 내부 공동부와 상부 압축기의 날개(1a)가 안과 밖으로 방사상으로 미끄러지는 안내홈(11a)이 나타내어질 수 있게 되어 있다.

도 17은 위에서 본 로터하우징(2)의 하부(2b)를 나타내고, 도 18은 도 17과 동일한 부분을 아래에서 본 도면으로, 이 부분은 연소기관의 날개(1b)에 대한 각각의 미끄럼홈(11b)과 하부 압축기 유니트의 날개(1c)에 대한 미끄럼홈(11c)을 갖추고 있다.

이제, 장치의 작동은 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명된다. 이미 설명된 것과 같이, 도시되어 있는 본 발명의 실시예는 각 면에 압축기 유니트를 구비하는 연소기관을 나타낸다. 로터(2)는 도 4에서 화살표(R)가 지시하는 방향으로 중심축(A) 주위를 회전한다. 로터(2)가 회전할 때, 압축기 체임버(9b)에 끼워지는 압축기 날개(1a)는, 통로(3)를 통해 그리고 체임버(9b)내로 공기와 연료의 혼합물을 유도한다. 흡입과정은 날개(1a)가 통로(3)의 입구를 지나 체임버(9b)내로 안내될 때 시작되어, 다음 날개가 동일한 입구를 지날 때까지 지속된다. 회전방향의 반대쪽에 면하는 압축기 날개(1a)의 면은 압축기의 흡입면을 구성하는 반면, 회전방향에 면하는 면은 압축면을 구성한다. 이는 압축기의 날개(1a)가 통로(3)의 입구에서 체임버(9a)를 지나게 될 때, 압축기 날개(1a)의 압축면이 압축동작을 개시하는 반면, 그 반대면은 흡입동작을 개시한다. 체임버(9a)는 하우징의 내면(20)이 로터의 원주면(21)쪽으로 집중되어 경사지기 때문에, 압축동작은 날개(1a)가 체임버(9a)내에서 이동될 때 공지된 형태로 성취된다.

또한, 통로는 도 5와 도 6에 도시된 것과 같이, 다음 "층"에 있는 압축기 유니트에 인접하게 위치된 연소기관 장치내의 압축기 체임버(9a)와 연소 체임버(9b)의 사이에 구비된다. 각 통로는 압축기 체임버(9a)의 가장 좁은 부분에서 뻗어, 체임버가 넓혀지기 시작하여 날개(9b)와 함께 팽창 체임버를 형성하는 연소 체임버(9b)내에서 개방된다. 통로나 통로들은 엔진하우징(5)의 몸체내, 또는 정확한 순간에 연료 혼합에 사용되는 밸브로 작용하는 로터날개(1a,1b)와 함께 로터내의 적당한 곳에 위치될 수 있다. 도 6은 하부의 압축기 체임버(9c)에서 참조번호 12로 명기된 연소 체임버(9b)내로 이어지는 통로의 출구를 나타낸다. 이에 대응되는 출구는 상부 압축기 체임버(9a)로부터 하우징(5)을 관통하여 제공되지만, 도면에는 도시되어 있지 않다. 하지만, 출구는 압축기 체임버(9a)에서 연소 체임버(9b)로 압력의 임시이동을 위해 로터(2)내의 더 작은 오목부(18)와 연통한다. 따라서, 출구(12)와 오목부는 서로에 대해 밸브와 같이 작동한다.

연료 혼합은 오목부(18)가 도 6의 구역내에서 거의 점화되고 날개(1b)가 이 위치에 접근하게 될 때 발생한다. 로터(2)와 날개(1b)가 팽창상태에 상응하는 소정의 원호를 관통해 지날 때, 배기용 통로(4)는 노출되며 배기가 주위에 행해진다.

설명된 것과 같이, 공기와 연료의 혼합은 양면 즉, 상부 및 하부 압축기 유니트로부터 연소기관 장치에 공급된다. 다른 실시예에서, 단지 하나의 압축기 유니트만 또는 외부에 하나의 압축기 유니트만 있을 수 있거나 완전히 생략될 수 있다. 날개 세트의 수는 각 이용에 적합하도록 다양해질 수 있다.

도 19는 4개의 날개가 구비된 본 발명의 압축기에 대한 실시예를 나타낸다. 이미 설명된 실시예서와 같이, 이는 개략적으로 도시된 하우징(5)과 로터(2), 그리고 로터(2)내의 오목한 미끄럼홈(11)에서 밖과 안으로 방사상으로 이동하는 4개의 날개(1)를 포함한다.

로터(2)는 외주면(21)을 갖추고, 로터축(A)의 둘레를 회전한다. C와 D 위치 사이에 있는 것은 로터(2)의 원주면(21)의 분할부에 대체로 대응되는 실린더면의 분할부로 된 하우징(5)의 내면(20)이다. 따라서, 하우징의 완전내면은 2개의 불완전 실린더면 또는 실린더면의 분할부로 형성된 것처럼 될 수 있지만, 일치하는 중심축을 갖지 않으며, 더 작은 실린더면이 예정된 실린더의 분할부를 가로질러 더 큰 실린더면에 끼워진다.

2개의 실린더면이 교차하는 위치(C와 D)에서, 일종의 밸브형태가 가스의 역류를 효과적으로 중지시킨다. 선택적으로, 래버린스 밀봉재는 C와 D의 구역에서, 가능하게는 C와 D의 전체구역에서 하우징(5)내에 구비될 수 있다. C와 D 사이의 거리는 유니트의 각각의 이용에 대해 다양해지거나 최적화될 수 있다. C와 D 사이의 거리가 0일 때, 하우징(5)의 내면은 원통형이고 로터(2)의 원주면(21)은 위치 C와 D의 선을 따라 내면(20)에 접하게 된다.

로터(2)가 화살표(R)의 방향으로 회전할 때, 공기는 입구통로(I)를 통해 내부로 흡입된다. 다음에 이어지는 날개(1)는 이 날개(1)가 가장 낮은 위치(도 19의 6시방향)를 지날 때, 흡입된 공기를 압축동작과 함께 이송하게 되며, 공기는 최상의 위치(도 19의 12시방향)로 날개(1)의 추가이동에 의해 출구통로(U)에서 압축된다.

도 20은 순수한 펌프 또는 압축기의 형태로 되어 있는 간단한 4개의 날개를 구비한 로터리 장치를 나타낸 것으로, 이 장치는 도 19를 참조하여 상기 설명된 압축기에 훨씬 더 유사한 것이다. 하지만, 서로 교차하는 단지 편심과 그 원(실린더면)만이 더 명확하게 나타난다. 로터(2)는 화살표(R)의 방향으로 이동하고, 공기는 입구통로(I)를 통해 내부에 흡입된다. 공기는 날개에 의해 유도되고 한정되며, 출구(U)를 통과하여 다시 위치된다.

도 21은 펌프나, 선택적인 밀봉수단(23)과 베어링(22)도 도시되어 있는 압축기의 형태로 되어 있는 하나의 날개를 구비한 로터리 장치를 나타낸다. 밀봉수단은 순수한 스크레이핑 밀봉이나 래버린스 밀봉으로 될 수 있다. 베어링(22)은 배빗메탈(babbit metal) 또는 청동, 가능하게는 소정의 이용을 위해 테프론 같은 적당한 베어링재의 삽입으로 될 수 있다. 또한, 날개끝은 하우징의 내면(20')에 접촉하거나 끌리는 밀봉재(24)를 구비할 수도 있다. 입구(I)와 출구(U)의 사이는 바람직하게는 밀봉재(28)나 래버린스 밀봉재로 된다.

하나의 날개를 구비한 로터리 장치는 질량을 균형있게 하기 위해 평형추(도시되지 않음)를 필요로 한다. 특히, 이 도 21은 최적의 장치에 이용되는 기하학적 관계를 나타낸다. 최적의 장치는 최소로 필요한 끌리거나 맞물리는 밀봉재, 바람직하게는 완전히 접촉 밀봉재를 없앤 장치로 정의된다. 하지만, 래버린스 밀봉재와 같은 비접촉 밀봉재도 사용될 수 있다.

각 날개끝은 기하학적 관계에 기초하여 결정되는 특별한 아치길이와 곡률을 갖는 원통면의 분할부를 나타낸다. 날개끝의 곡률반경(R4)은 하우징(5)의 축(C)에서 내면(20')까지의 거리에 의해 결정된다. 날개의 두께(t)와 이에 따른 원통면의 아치길이는 중심축(B)과 축(C) 사이의 거리와, 이에 따른 축(C)의 선회반경(R3), 및 로터축(A)과 중심축(B)사이의 거리(d)에 의해 결정된다.

도면에 도시된 것과 같이, 직선의 하강 위치에서 점으로 찍힌 날개를 보면, 날개끝은 로터(2)와 함께 회전하는 동안 하우징(5)의 내면(20')에 대해 "구름 또는 요동이동"을 수행하게 된다. 로터(2)의 반회전에 의해, 날개끝은 호의 양단부 사이의 구름이동을 수행하고, 이에 따라 날개끝은 로터가 1회전 하는 동안 앞뒤로 한번 요동하게 된다. 날개의 두께(t)는 본질적으로 심각하게 고려하지 않고도 최적치보다 더 두껍게 될 수 있다. 하지만 만일 더 얇게 된다면, 날개끝은 로터가 회전하는 동안 내면(20')에 항상 접하게 되지는 않으며, 이에 따라 면(20')과 날개끝 사이의 거리와 틈을 제공하게 된다.

도 22는 편심어댑터(6)를 더 상세하게 나타낸다. 편심어댑터(6)는 키이(25)를 통해 축 샤프트(8)에 회전할 수 없게 고정된다. 어댑터(6)는 중심축(B)에 대한 편심과, 중심축(B)에 대해 편심으로 위치된 베어링(27)을 지지하는 원통베어링 핀(26)을 구비한다. 베어링(27)은 상부 로터부(2a)에 내부 지지를 제공할 뿐만 아니라 그 자유단의 축 샤프트(8)를 안정되게 한다. 따라서, 베어링은 상부 외측 베어링(14)과, 로터(2)의 반대끝에 있는 대응되는 베어링(도시되지 않음)에 대해 위치되어 동심적으로 되는데, 즉 로터부(2b)를 지지하게 된다. 이러한 편심은 조절아암(7)을 통해 날개(1)의 강제이동을 제공한다.

Claims (10)

1. 공동부(9)를 구비하는 하우징(5)과, 이 하우징(5)내에 수용되고 로터축(A)과 원주면(21)을 갖춘 로터(2), 상기 공동부(9)와 연통하는 입구 및 출구통로(3,4), 상기 로터(2)내의 홈(11)에 방사상으로 미끄러질 수 있도록 수용되고서 하우징(5)의 내면(20)에서부터 로터축(A)으로 방사상으로 각각 뻗어 있는 하나 이상의 날개(1) 및, 상기 공동부(9)의 일부로서 하우징(5)의 내면(20)과 로터(2)의 원주면(21) 및 적어도 하나의 날개(1)의 측면에 의해 형성되는 적어도 하나의 작동 체임버(9a)로 이루어진 로터리피스톤 장치(10)에 있어서,

   상기 각 날개(1)는 축(C) 둘레에 조절아암(7)의 한끝에 맞물려 연결되고, 다른 끝에서 하우징(5)의 공동부(9)를 통해 중앙으로 뻗는 축과 일치하게 되는 중심축(B)을 갖는 고정축 샤프트(8)에 선회적으로 지지되되, 상기 축(B)은 로터축(A)과 평행하게 뻗어 거리(d)만큼 이격되는 한편, 상기 로터(2)는 동력정지 또는 동력입력용 유니트를 알맞게 구성하는 것을 특징으로 하는 로터리피스톤 장치(10).
2. 제 1항에 있어서, 상기 각 날개끝(1A)은 날개(1)를 조절아암(7)에 연결하는 연결부를 통해 뻗어 있는 축(C)에 곡률의 중심을 갖는 원통면 분할부를 형성하는 것을 특징으로 하는 로터리피스톤 장치(10).
3. 제 2항에 있어서, 상기 원통면 분할부의 아치길이와 이에 따른 각 날개의 두께(t)는 기하학적 관계, 즉 원통면 분할부에 대한 곡률반경(R4)과, 공동부의 중심축(B)과 축(C) 사이의 거리(R3) 및, 로터축(A)과 중심축(B) 사이의 거리(d)로 결정되는 것을 특징으로 하는 로터리피스톤 장치(10).
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 밀봉수단은 날개끝(1A)과 하우징의 내면(20) 사이에 구비되는 것을 특징으로 하는 로터리피스톤 장치(10).
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밀봉수단은 홈(11)과 적어도 하나의 날개(1)의 측면 사이에 구비되는 것을 특징으로 하는 로터리피스톤 장치(10).
6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밀봉수단은 하우징(5)의 내면(20)과, 면이 서로 접하는 로터(2)의 원주면(21) 사이에 구비되는 것을 특징으로 하는 로터리피스톤 장치(10).
7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 날개홈(11)은 날개(1)와 함께 작동하는 미끄럼베어링을 구비하는 것을 특징으로 하는 로터리피스톤 장치(10).
8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 분할부(C-D)를 가로지르는 로터(2)의 원주면(21)은 하우징(5)의 내면(20)에 교차되고, 이에 대응되는 오목부는 장치하우징(5;도 19 참조)의 내면에 형성되는 것을 특징으로 하는 로터리피스톤 장치(10).
9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 이와 함께 회전하는 연소기관 장치에 적어도 하나의 압축기를 구비하고 이에 대응되며, 하나의 별도의 체임버(9a)와, 별도의 로터, 별도의 날개(1a), 및 각각의 공동부(9a,9b,9c)를 연결하는 통로(12)를 구비하는 것을 특징으로 하는 로터리피스톤 장치(10).
10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고정축 샤프트(8)는 편심어댑터(6)에 의해 로터(2)의 자유단에 지지되고 고정되는 것을 특징으로 하는 로터리피스톤 장치(10).