KR20070020442A - 로터리-피스톤 엔진 및 이러한 형태의 엔진을 포함하는차량 - Google Patents

로터리-피스톤 엔진 및 이러한 형태의 엔진을 포함하는차량 Download PDF

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KR20070020442A
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Abstract

본 발명은, 본질적으로 구형의 하우징 (1) 내에 배치되어 그 하우징의 중심을 관통하는 회전축 (8) 을 중심으로 공통으로 회전하는 두 개 이상의 로터리 피스톤 (6,7) 을 포함하는 로터리-피스톤 엔진에 관한 것으로, 각 로터리 피스톤은, 고정식으로 상호 연결된 두 개의 피스톤 (13 ~ 16) 을 포함하는데, 두 개의 피스톤은 하우징의 중심에 대해 본질적으로 직경방향으로 서로 마주보도록 배치되며, 그의 회전중, 그 회전축 (8) 에 수직으로 뻗은 선회 축 (9) 둘레를 반대방향으로 왕복 선회 운동한다. 이 피봇팅 운동을 제어하기 위해, 상기 엔진은 구속되지 않은 구형의 또는 타원체의 회전체 (27) 를 구비하는데, 이 회전체들은 피스톤 (13 ~ 16) 의 슬라이딩 표면 (20) 에 회전가능하게 반구형상의 또는 반타원체의 각각의 안내 팬 (25) 내에 설치되고, 하우징 (1) 내에 구성된 하나 이상의 안내 홈 (26) 에 결합한다. 상기 안내 홈은 본질적으로 반구형상의 또는 반타원체의 외형을 갖는다.

Description

로터리-피스톤 엔진 및 이러한 형태의 엔진을 포함하는 차량 {ROTARY-PISTON ENGINE AND VEHICLE COMPRISING AN ENGINE OF THIS TYPE}
본 발명은, 본질적으로 구형의 하우징 내에 배치되어 그 하우징의 중심을 관통하는 회전축을 중심으로 공통으로 회전하는 두 개 이상의 양팔식(two-armed) 로터리 피스톤을 포함하는 로터리-피스톤 엔진에 관한 것이다. 각 로터리 피스톤은, 고정식으로 상호 연결된 피스톤 암 형태의 두 개의 피스톤을 포함하는데, 두 개의 피스톤은 하우징의 중심에 대해 본질적으로 직경방향으로 서로 마주하도록 배치되며, 그의 회전중, 그 회전축에 수직으로 뻗은 선회 축 둘레를 반대방향으로 왕복 선회 운동하며, 이에 따라 안내 부재가 두 개 이상의 피스톤 상에 구현되며, 이 안내 부재는 선회 운동을 제어하기 위해 하우징 내에 구현되는 하나 이상의 안내 홈과 결합한다.
또한, 본 발명은, 이러한 로터리-피스톤 엔진을 구비하는 차량에 관한 것이다.
로터리-피스톤 엔진은 연소 엔진의 범주에 속하며, 연소 가스 혼합물의 흡입, 압축, 팽창 그리고 배출이, 피스톤의 두 끝 위치 사이의 선회 운동에 의해, 외부적 공급의 착화이거나 또는 자기 착화인 4 행정의 오토 또는 디젤 사이클에 따라 이루어진다.
전술한 종류의 로터리-피스톤 엔진은 WO 03/067033 A1 에 개시되어 있으며, 이 로터리-피스톤 엔진은 그 내측이 구형인 하우징 내에서 회전하는 두 개의 로터리 피스톤을 포함한다. 이들 로터리 피스톤 각각은, 그들 피스톤에 연결된 베어링 링을 매개로 하여 선회 축을 이루는 저널 상에 지지되어 있으며 하우징에 대해 시일링 되어있다. 상기 저널은 회전축을 형성하는 샤프트와 고정식으로 연결되어 있다. 상기 로터리 피스톤의 서로 대향 배치된 피스톤들 각각은 하우징측을 향해 면한 슬라이딩 표면, 작동 표면을 구비한 작동측 면, 그리고 그것으로부터 반대로 향하는 배면을 가지며, 이에 따라, 상기 서로 대면하는 두 근접한 피스톤의 두 작동측 면은 상기 하우징과 함께 작동 챔버를 형성하고, 두 근접한 피스톤의 배면은 상기 하우징과 함께 대기 챔버를 형성하고, 이 대기 챔버는 상기 작동 챔버에 반비례로 용적이 증가하거나 또는 감소한다.
상기 피스톤의 왕복 선회 운동은, 안내 부재에 의해 구형상 하우징의 내면에 배치된 홈 안에서 양쪽 면에서 안내된다. 이 안내 부재는 피스톤-솔리드 롤러 저널 또는 슬라이드 베어링으로 설명된다. 제어 캠으로 작용하는 이 홈의 기하학적 형상은 직경방향 대향 면이 제한된 원형을 가지고 있다. 피스톤에 배치되는 이 롤러 저널 또는 슬라이드 베어링 안내(guide)는, 그 안내 부재의 접선 배향(tangential orientation) 때문에, 두 개의 지그재그식(staggered) 롤러가 필요하고 따라서, 반대측 상에서 안내 력이 변동하는 동안에, 회전의 비구름 방향의 반전에 기인한 연마가 홈에 발생하지 않는 단점을 갖는다. 다음으로, 슬라이드 베어링은, 리프팅 실린더 원동기의 크랭크 샤프트를 대체하는, 이 가장 중요한 엔진 동역학의 부품에 높은 마찰을 일으켜서 효율 저하를 가져오고, 높은 마모와 파괴를 가져온다.
이 안내 구성의 다른 단점은, 롤러 저널이 피스톤 배면에서 그 피스톤 배면을 넘어 돌출되게 장착되며, 또한 하우징측의 안내 홈이 예비 압축을 위한 대기 챔버벽의 역할을 하는 피스톤 배면에 대해 덮여있지 않다는 것에 있다. 따라서, 이 유체 무용 공간(dead space)에 의해 예비 압축이 대폭 저하된다. 또한, 롤러 및 안내 홈의 윤활을 위해 필요한 윤활 유체가 오버플로우 채널을 통해 누출 유체로서 작동 챔버 내에 부분적으로 도달할 수 있어, 2 행정과 같은 블루 스모크를 배기 가스 중에 발생시킬 수 있을 뿐만 아니라, 윤활 유체의 소모가 커질 수 있기 때문에, 오늘날의 차량 배기 가스 기준을 충족시키기 어려워지고, 로터리-피스톤 엔진의 수회의 활용이 어렵게 되거나 불가능해진다.
상기 공지된 로터리-피스톤 엔진에 있어서는, 피스톤의 대칭적 운동에 의해서 모멘트 분포와 함께 완전한 질량 평형을 얻을 수 있다. 그러나, 피스톤 절반의 선회 운동이 3차원적 운동이기 때문에, 리프팅 실린더 및/또는 로터리 엔진과는 달리, 여기서 평형 상태의 질량 및 모멘트가 정숙한 운전에 대해 충분하지 못하다. 피스톤 및 안내 부재 매스는 90°의 주기로 회전축에 접근 및 퇴각한다. 이와 관련하여, 회전 매스 변동은 자유 코리올리 힘을 발생시키고, 이 자유 코리올리 힘이 회전축 상에 대응하는 토크 변동을 일으킨다. 폭발 행정 및 압축을 통해, 토크 변동이 추가적으로 이에 동조하기 때문에 정숙한 엔진 운전을 위해서는, 전면적인(all-around) 엘라스토머 서스펜션과 함께, 예컨대, 출력에 있어서의 비틀림 진동 댐퍼, 위상이 90°다른 회전 샤프트에 커플링 된 높은 나선형 운동(gyrating) 매스 및/또는 제 2 엔진에 의해 이들 비틀림 진동을 광범위하게 댐핑하여 주어야 한다.
공지의 로터리-피스톤 엔진에 있어서, 피스톤의 선회는, 회전축 둘레로의 360°회전 중, 피스톤 사이에 형성되어 있는 두 작동 챔버에 대해 흡입, 압축, 팽창, 그리고 배출의 4 행정이 일어나게 한다. 따라서, 자기 착화 또는 외부적 공급 착화는 180°마다 일어난다. 또한, 피스톤 배면에 의해 형성된 두 개의 대기 챔버는 신 혼합물(가스)의 예비 압축을 위해 사용되며, 작동 챔버를 충만(flooding)시키기 위한 두 대기 챔버에 의해 각각 하나씩의 작동 챔버가 충만된다. 이 가스 교환을 제어하기 위해, 상대적으로 복잡한 밸브 구성을 구비하게 되는데, 이러한 밸브 구성은 상기 대기 챔버 내로의 흡입을 제어하기 위한 체크 밸브와, 상기 하우징의 외측에 배치된 바이 패스 제어용 전자 밸브, 또는 상기 대기 챔버로부터 상기 작동 챔버 내로의 직접적인 통과를 제어하는 피스톤 벽에 있는 체크 밸브를 포함한다.
구형상 원동기 하우징은 최소한의 외측 표면으로 최대의 공간 내용을 창출한다. 리프팅 실린더 또는 로터리 엔진과 비교할 때, 외측 표면의 공냉 또는 유체 냉각에 있어서, 상당히 적은 양의 냉각 표면이 상당하는 엔진 출력에 대해 가용이어야 함을 의미하는 것이다. 특히, 구형상에 의해 가능하게 되는 고출력 스펙트럼을 사용하는 경우에, 내부 냉각이 추가로 존재해야만 한다. 공지의 로터 리-피스톤 엔진에서는, 이러한 내부 냉각을 신 혼합물을 가지고 본질적으로 보장하고 있는데, 이는 피스톤의 대기 챔버를 냉각시키고 이에 의해서 예비 가열된다. 신 혼합물의 예비 가열은 출력 손실 및 노킹 문제로 연결될 수 있으므로, 낮은 출력 밀도에 대해서만 적합하다는 것이 그 단점으로 지적된다.
본 발명은 제작비, 운전 특성, 그리고 마모 및 파괴, 간단한 구조에 있어서 특히 개선되어 전술의 단점들을 갖지않는 전술한 형태의 로터리-피스톤 엔진을 만들려는 목적을 바탕으로 한다.
우선, 상기 목적은 전술의 로터리-피스톤 엔진을 감안한 본 발명에 따라 달성된다. 안내 부재는 구속되지 않은 구형의 회전체로 구현되며, 두 개 이상의 피스톤 각각은, 하나의 회전체의 절반을 수용하는 본질적으로 반구형상의 안내 팬으로 구현되며, 안내 홈은 본질적으로 반원형 외형을 구비하여 하우징측에 구현됨으로써 달성된다.
상기 목적의 제 2 해결 방안은, 전술의 로터리-피스톤 엔진에 있어서, 안내 부재는 구속되지 않은 타원체의 회전체로 구현되며, 두 피스톤 각각은, 하나의 회전체의 절반을 수용하는 본질적으로 반타원체의 안내 팬으로 구현되며, 안내 홈은 본질적으로 반타원형(semi-elliptical) 외형으로 하우징측에 구현하는 것이다.
본 발명에 따른 안내 팬 및 안내 홈의 실시형태를 바탕으로 하면, 로터리-피스톤 엔진의 구성을 조밀하게 할 수 있으며, 피스톤에 대해 단순한 슬라이드 베어링 안내와 복잡한 더블-롤러 안내의 낮은 마찰이 조합된 구성상 용이한 안내 구성이 만들어지고, 따라서 마모 및 마멸이 적은 피스톤의 가이딩이 보장된다.
구형상 안내 부재를 구비하는 실시형태와 비교하는 경우, 본 목적의 제 2 해결 방안에 따른 실시형태에 있어서의 하우징은 보다 좁은 가이딩 홈을 구비하여 구현될 수 있으며, 이러한 보다 좁은 가이딩 홈은 더 큰 피스톤 선회를 가능하게 하기 때문에, 동일한 재료의 제약 아래에서 동일한 하우징 크기를 가지고서 더 크게 활용 가능한 챔버 용적을 형성할 수 있다.
본 발명의 다른 개선을 종속항으로부터 파악할 수 있다.
이하의 설명과 첨부 도면으로부터 다른 이점 및 특징을 파악할 수 있다.
이하 설명될 전술의 특징들은 기재된 바처럼 사용될 뿐만 아니라, 본 발명의 범위를 이탈하지 않는 범위 내에서, 다른 조합으로 또는 그 자체로 사용가능한 것임을 유념해야 한다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.
도 1 은, 본 발명에 따른 로터리-피스톤 엔진의 제 1 실시형태를 개괄적으로 보여주는 사시도이며 부분적으로 단면으로 나타내어져 있다.
도 2 는, 도 1 에 따른 로터리-피스톤 엔진 내부의 구성부품을 도시하고 있는 분해사시도이다.
도 3 은, 도 1 에 따른 로터리-피스톤 엔진의 하우징 절반을 보여주는 사시도이다.
도 4 는, 도 1 의 로터리-피스톤 엔진의 양팔식 로터리 피스톤의 측면도 및 도 5 의 선 Ⅳ-Ⅳ 을 따라 취한 부분 단면도이다.
도 5 는, 본 발명의 로터리-피스톤 엔진의 제 2 실시형태에 있어서의 양팔식 로터리 피스톤을 보여주는 전면도 및 도 4 의 선 Ⅴ-Ⅴ 을 따라 취한 부분 단면도이다.
도 6 은, 도 1 의 하우징의 부분 단면도에 따른 평면에 있어서, 도 1 에 따른 로터리-피스톤 엔진을 관통하는 단면도이다.
도 7 은, 도 1 의 로터리-피스톤 엔진을, 도 6 의 선 Ⅶ-Ⅶ 을 따라 취한 단면도이다.
도 8 은, 대응하는 중간 선회 위치에서 각각 피벗된 피벗 로터리 피스톤을 구비한 도 1 에 따른 로터리-피스톤 엔진의 도 6 의 선 Ⅷ-Ⅷ 을 따라 취한 단면도이다.
도 9 는, 대응하는 끝 위치에서 각각 피벗된 로터리 피스톤을 구비하는 도 1 에 따른 로터리-피스톤 엔진의 도 6 의 선 Ⅸ-Ⅸ 을 따라 취한 단면도이다.
도 10 은, 도 1 에 따른 로터리-피스톤 엔진의 도 6 의 선 Ⅹ-Ⅹ 을 따라 취한 단면도이다.
도 11 은, 구동용 원동기로서 본 발명에 따른 로터리-피스톤 엔진을 구비하는 차량을 보여주는 도면이다.
외부적 공급 착화를 하는 원동기로서 도시되어 있는, 도 1 에 따른 로터리-피스톤 엔진은, 구형의 내측 표면을 갖는 본질적으로 구형상의 하우징 (1) 을 가지 며, 구형의 내측 표면은 접합 평면 (10) 에 의해 두 개의 하우징 절반 (2,3) 으로 분할되어 있고 또한 이 하우징 절반 (2,3) 은, 링 플랜지 (4) 또는 링 플랜지 (5), 그리고 도시되지 않은 나사에 의해 상호 연결되어 있다. 하우징 (1) 내에는, 두 개의 양팔식 로터리 피스톤 (6,7) 이 배치되어 있으며, 이들은 상기 하우징의 중심에 배치된 회전축 (8) 을 중심으로 함께 회전함으로써, 그 회전축 (8) 에 수직으로 뻗은 선회 축 (9) 을 중심으로 상기 회전 운동을 오버랩시키면서 반대방향으로 왕복 선회 운동을 수행한다. 회전축 (8) 은, 하우징 (1) 내에서 양측이 지지되며, 피니온 샤프트로서 구현되는 샤프트 (11) 에 의해 형성된다.
로터리 피스톤 (6,7) 각각은, 본질적으로 직경방향으로 서로 마주하는 피스톤 암 형태의 두 개의 피스톤 (13, 14 또는 15, 16) 을 각각 가지며, 이들 피스톤들은 벽 부분 (17) 에 고정식으로 상호 연결되며, 하우징 (1) 의 내벽에 대해 시일링 될 수 있으며, 샤프트 (11) 에 고정식으로 연결된 저널 (12) 의 끝에 지지되어 선회 축 (9) 을 형성한다. 벽 부분 (17) 은 내측 벽의 형상에 들어맞는 구형상 캡 (18) 을 구비하고 있다. 로터리 피스톤 (6 또는 7) 의 서로 마주보도록 각각 배치된 피스톤 (13, 14 및 15, 16) 은, 그 각각의 피스톤이 하우징과 대면하는 슬라이딩 표면 (20) 을 가지며, 작동 표면 (21) 을 구비한 작동측 면은 선회 축 (9) 을 기준으로 본질적으로 방사상으로 확장되며, 배면 (22) 은 하우징과 반대측으로 대면함으로써 두 개의 작동 표면 (21) 은 서로 대향하고 있으며, 두 이웃한 피스톤 (13, 15 또는 14, 16) 각각은 하우징 (1) 과 함께 작동 챔버 (23) 를 형성하고 있으며, 두 근접한 피스톤 (13, 15 또는 14, 16) 의 서로 대면하는 배면 (22) 은 작동 챔버 (23) 와 반비례로 용적이 증대되거나 감소되는 대기 챔버(antechamber) (24) 를 한정하고 있다.
로터리 피스톤 (6, 7) 의 선회 운동을 제어하기 위해 형성된 안내 부재들은, 하우징 (1) 내에 구현된 하나 이상의 안내 홈 (26) 에 결합하며 피스톤 (13 ~ 16) 의 슬라이딩 표면 (20) 에 배치된다. 도 1 ~ 도 4 및 도 6 ~ 도 9 에 도시된 실시형태에서, 안내 부재는 구속되지 않은(loose) 구형의 회전체 (27) 로 구현되며, 이에 의해 피스톤 (13 ~ 16) 은 하나의 회전체 (27) 의 절반을 수용하는 본질적으로 반구형상의 안내 팬 (25) 으로 각각 구현되고, 안내 홈 (26) 은 하우징 면에 본질적으로 반원형 외형으로 구현된다.
도 5 에 따르면, 본 발명에 따른 로터리-피스톤 엔진의 제 2 실시형태를 구비하는 양팔식 로터리 피스톤 (19) 은, 그 각각이 구속되지 않은 타원체의 회전체 (28) 의 절반을 수용하는 본질적으로 반타원체의 안내 팬 (31) 이 형성되어 있는 피스톤 (29 및 30) 을 구비하여 구현된다. 따라서, 회전체 (28) 에 할당되어 있는 안내 홈 (32) 은 본질적으로 반타원형 외형으로 구현된다.
도시된 바에 따르면, 각각의 안내 팬 (31) 은, 선회 축에 수직인 반경방향(radial) 축을 중심으로 회전가능하게 피스톤 (30) 에 설치된 베어링 부분 (33) 에 구현되며, 그렇기 때문에, 회전체 (28) 는, 안내 홈 (32) 의 커브를 클램핑 없이 추종하게 된다. 그러므로 회전체 (28) 와 안내 홈 (32) 사이의 유리하게 낮은 헤르쯔(hertzian) 응력 동력 전달을 얻을 수 있다. 이 실시형태는 바람직한 방식으로, 특히, 본 발명에 따른 로터리-피스톤 엔진의 고성능의 실시형태에 대해 적합하다.
안내 팬 (25 또는 31) 각각은, 피스톤 (13 ~ 16 또는 29, 30) 각각에 포함되어 있는 가압된 윤활 유체를 보어 (34) 를 거쳐서 그 안내 팬의 베이스 영역으로 토출하기 위한 공급 채널에 연결된다. 동시에, 안내 부재를 윤활시키는 동안에, 상기 안내 팬과 안내 홈 (26) 사이의 유격에 대한 유압 보상을 얻을 수 있어서, 채터링 마크(chattering Mark) 및 피팅(pitting)의 형성을 억제할 수 있고 또한 마찰을 낮출 수 있어서, 로터리-피스톤 엔진의 효율을 증가시킬 수 있다.
하우징 면에 위치된 각각의 안내 홈 (26 또는 32) 은, 추가의 더 작은 홈 (35) 을 구비하여 구현되는데, 이 추가의 더 작은 홈은 그 외형의 기부 영역을 더 깊게 하며, 상기 윤활 유체를 토출시키기 위해 제공되고, 또한 하우징 (1) 에 형성된 윤활 유체를 위한 하나 이상의 토출구 (36) 와 연결된다. 따라서, 순환 안내 부재 앞쪽에서의 윤활 유체 축적이 억제되고, 할당된 컨테이너 (37) 로의 윤활 유체의 토출이 촉진될 수 있다.
반경방향으로 대향측에서 수축되는 원 형태로 구현된 전술의 로터리-피스톤 엔진으로부터 공지된 제어 캠(control cam)과는 달리, 하우징 측에 배치된 안내 홈 (26 또는 32) 에 의해 각각 형성된 제어 캠은 피스톤의 사인 또는 코사인 함수에 의한 선회를 위해 구성되며, 이에 의해 회전축의 180°회전이 사이클 기간(cycle duration)을 규정하고, 피스톤의 선회 각은 그 크기를 규정한다. 본 실시형태의 이점은 안내 홈에서의 안내 부재의 심한 요동 없는(joint-free) 회전, 특히 각각의 제어 캠의 턴-오버 위치에서뿐만 아니라 최대, 최소 천이(transition)에서 심 한 요동없는 회전을 얻을 수 있다는 점이다 (도 3 참조).
피스톤 (13, 16 또는 29, 30) 은, 그들의 슬라이딩 표면 (20) 영역에서, 하우징 측에 배치되어 각각의 피스톤의 피벗 영역을 가로질러 뻗어 할당된 안내 홈 (26 또는 32) 을 완전히 덮는 폭의 치수로 구현된다. 따라서, 홈은 대기 챔버 (24) 뿐만 아니라, 작동 챔버 (23) 에 대해서도 영구적으로 커버링 및 시일링 될 수 있다. 이렇게 함으로써, 1 바아(bar) 과압(overpressure)에 이르기까지의 높은 예비 압축을 달성할 수 있을 뿐 아니라, 누출 유체분도, 순환하는 안내 부재의 충분한 윤활과는 관계없이, 오늘날의 리프팅 실린더 원동기의 누출 유체분값으로 감소시킬 수 있다.
로터리 피스톤 (6 및 7) 은, 하우징 (1) 내부에 배치된 두 부분으로 된 몸체로서, 회전축 (8) 을 중심으로 각각 회전하는 피스톤 (13, 16 또는 29, 30) 및 안내 부재 (27 또는 28) 가 각각 선회하는 동안에 로터리 매스 변동에 의해 발생되는 자유 전향력(free Coriolis force)을 같게 만드는 도시된 균형체 (40) 에 각각 연결되어 있다. 도 1 및 도 2 에서 보는 바와 같이, 중앙 리세스 (41) 가 구현된 균형체 (40) 각각이 구형상 캡 (18) 들에 일체화되어 있다. 균형체 (40) 는, 바람직하게는 텅스텐 등의 중금속으로 구성되며, 로터리 피스톤 (6 및 7) 과 함께 나사결합되며, 안내 부재 (27 또는 28) 에 의해 규정되는 평면에 대해 각을 가지고 경사져 있어서, 그 균형체 (40) 의 질량이 피스톤 및 안내 부재가 회전축 (8) 으로 접근하거나 회전축으로부터 퇴각함으로써 발생되는 토크의 변동을 그 회전축 (8) 에 상대적인 역 동작에 의해 적어도 부분적으로 보상하도록 선회 축 (9) 에 대해 배치되어 있다. 이와 같이 함으로써, 토크 변동의 사전 설정가능한, 부분적이거나 또는 완전한 밸런스, 또는 심지어 오버-밸런스를 균형체의 치수 결정에 따라서 택일적으로 이룰 수가 있다. 매우 커다란 카운터 매스(counter mass)에 의한 오버-밸런스는 엔진의 출력 토크의 불균일함에 대해 댐핑 효과를 갖기 때문에, 유리하게 정숙한 엔진 운전을 얻을 수 있다. 또한, 커다란 카운터 매스는 하우징 외측에 추가의 플라이 휠 매스가 불필요하게 되는 이점을 갖는다.
샤프트 (11) 의 베어링을 수용하는 벽 섹션에서, 하우징 (1) 은, 회전축 (8) 에 대하여 서로 반대쪽에 배치되어 있으며 대기 챔버 (24) 를 대기압의 신 혼합물로 충만시키기 위해 구성된 두 개의 흡입구 (42), 및 여기에서 떨어져서 작동 챔버 (23) 를 예비 압축된 신 혼합물로 충만시키기 위해 하우징 내에 구현된 오버플로우 채널 (44) 의 접속 개구 (43) 를 구비하여 구현된다. 샤프트 (11) 는, 두 개의 로터리 슬라이드 밸브 (45) 를 구비하는데, 이들 로터리 슬라이드 밸브 (45) 는 하우징 내에 삽입되어 벽 섹션의 각 하나에 할당되며, 그들 각각은 두 개의 윈도우 (46) 를 가지는데, 접속 개구 (43) 뿐만 아니라, 흡입구 (42) 와도 가까워질 수 있다. 이렇게 하여, 샤프트 (11) 가 180° 회전하는 동안에, 4 개의 모든 윈도우 (46) 가 흡입구 (42) 를 교번적으로 해방시키고 윈도우 (46) 중 두 개는 오버플로우 채널 (44) 의 접속 개구 (43) 를 해방시키게 된다. 본 실시형태의 이점은, 밸브의 사용 없이 가스 교환을 직접적으로 제어할 수 있으며, 교번적 충만을 얻을 수 있는 제어 장치를 간단히 그리고 비용 효율적으로 구성하고 있는 점에 있다.
특히, 도 6 에서 볼 수 있는 바와 같이, 하우징 (1) 은, 회전축 (8) 을 관통 하여 확장되는 접합 평면 (10) 이, 최대 압축에 해당하는 상사점 (OT) 으로부터 샤프트 (11) 의 회전 방향으로, 15~30°크기의 각 (α) 으로 경사져 구현된다. 본 실시형태의 이점은, 대기 챔버 (24) 에 할당된 흡입구 (42) 의 최적 구성을, 상사점 위치를 기준으로 하여, 하우징 부분(division)과는 상관없이 가능하게 하고 있는 점에 있다. 오버플로우 채널 (44) 은, 하우징 절반 중 하나(도면에 따르면, 하측 하우징 (3))의 접합 평면내에 포함될 수 있으며, 중심에서 그 부분들이 합쳐질 수 있다. 상측 하우징 절반 (2) 에 도시된 바에 따르면, 작동 챔버 (23) 의 충만을 조절하는 오버플로우 채널 (44) 의 중심부와 연결될 수 있는 중앙 제어 홈(central control groove) (47) 이 하우징 부분들 중 하나의 내벽에 구현된다. 그 길이는 30~60°의 크기로 내벽의 외주각 (β) 이상이고, 그 단면은 오버플로우 채널 (44) 중 그 한 채널 단면의 두 배에 상당한다. 본 실시형태의 이점은, 중앙 제어 홈 (47) 의 형상에 의해 소정 기간에 작동 챔버 (23) 의 지속적 충만시킴을 가능하게 할 수 있는 점에 있다.
외부적 공급 착화 엔진으로서의 로터리-피스톤 엔진을 도시하고 있는 본 실시형태에서, 스로틀 기관(organ) (48) (도면에 따르면 플랫 슬라이드 밸브)은 오버플로우 채널 (44) 의 중앙부에 배치된다. 연료 인젝션 밸브 (50) 는, 제어 홈 (47) 을 형성하는 하우징 (1) 의 벽 섹션에 설치되며, 제각기 열리는 작동 챔버 (23) 를 향하고 있다. 하나 이상의 점화 플러그 (51) 가, 피스톤 (13 ~ 16) 의 선회 영역을 둘러싸는 하우징 (1) 의 벽 섹션의 중앙에 배치되며, 점화 플러그 (51) 는, 상사점 (OT) 으로부터 샤프트 (11) 의 회전 방향에 반대되게 조기 점화각 μ 으로 떨어져 있으므로, 이로부터 엔진의 최대 출력 상태에서, 회전 방향으로 또는 회전 방향에 반대되는 방향으로 동등한 연소 거리가 작동 챔버 (23) 내에서 얻어진다. 본 실시형태의 이점은, 본 실시형태에 따라 달성가능한 번-아웃 지연의 측면에서 최적화된 점화 플러그 (51) 의 구성 및 달성가능한 짧고 비용 효율적이며 밸브 저항이 없는 유동 경로에 있다. 양호한 상온 시동(cold start) 특성과 함께 고성능 및 직접적 출력 제어를 얻을 수 있다.
자기 착화 엔진으로서 구현하는 경우에, 하나 이상의 연료 분사용 분사 노즐이 피스톤 (13 ~ 16) 의 선회 영역을 둘러싸는 하우징 (1) 의 벽 섹션의 중앙에 배치될 수 있으며, 이 분사 노즐은, 상사점 (OT) 으로부터 샤프트 (11) 의 회전 방향에 반대되게 조기 점화각으로 떨어져 있으므로, 이로부터 엔진이 최대 출력에 있을 때, 회전 방향으로 또는 회전 방향에 반대되는 방향으로 동등한 연소 거리가 작동 챔버 (23) 내에서 얻어진다. 본 실시형태의 이점은, 번-아웃 지연의 측면에서 최적화된 본 실시형태에 의해 달성가능한 인젝션 노즐의 구성에 있다.
도면을 참조할 때, 피스톤 (13 ~ 16 및 29, 30) 각각은 대략 상반부에 작동 표면 (21) 의 일 단부에 배치되어 스월 챔버를 형성하는 자루(bag)-형상의 리세스 (54 또는 55) 를 각각 가지도록 구현되며, 상기 일 단부는 하우징에 근접하여 있기 때문에, 외부적 공급 착화 엔진의 피스톤 (13 ~ 16) 의 리세스 (54) 는, 선회 축 (9) 에 대해 적어도 대략 방사상으로 확장되는 베이스 표면 (56) 을 구비하여 각각 구현되고, 자기 착화 엔진의 피스톤 (29, 30) 의 리세스 (55) 는 하우징 가까이 위치된 작동 표면 (21) 의 끝을 향하여 수렴하는 일 베이스 표면 (57) 을 구비하여 각각 구현되어, 리세스 (55) 는 도면에 참조할 때, 반하트 형상의 공동을 형성한다. 이들 리세스가 갖는 이점은, 이들 리세스를 가지고 얻을 수 있는 신 혼합물의 난류 덕분에, 외부적 공급 착화 엔진에서는 노킹을 억제할 수 있고, 또는 자기 착화 엔진에서는 신 혼합물의 난류 덕분에 더 양호한 연소 거동으로 더 높은 성능을 얻을 수 있다는 점이다.
피스톤 (13 ~ 16 또는 29, 30) 각각은, 다수의 냉각 채널 (58) 을 구비하여 구현되고, 이 냉각 채널 (58) 은, 회전축 (8) 으로부터 윤활 유체로 충만될 수 있고, 작동 표면 (21) 을 포함하는 벽 섹션에서 각각의 작동 표면 뒤에 배치된다. 냉각 채널 (58) 은, 각각의 피스톤 (13 ~ 16 또는 29, 30) 의 슬라이딩 표면 (20) 에 배치된 통로 보어 (60) 를 통해, 저측 하우징 절반 (3) 에 형성된 윤활 유체 토출구 (36) 와 연결된다. 로터리 피스톤 (6, 7, 또는 19) 의 각각의 벽 부분 (17) 은, 하나 이상의 냉각 섹션 (59) 을 구비하여, 윤활 유체로 충만될 수 있으며, 구형상 캡 (18) 과 대향하여 각각 구현된다. 냉각 섹션 (59) 은, 구형상 캡 (18) 에 구비된 하나 이상의 통로 보어 (61) 를 통해 윤활 유체 컨테이너 (37) 에 배치된 토출구 (36) 에 연결된다. 이 실시형태의 이점은, 작동 챔버 (23) 를 형성하는 벽 부분을 직접적으로 냉각시킴으로써 내측의 엔진 과열을 억제할 수 있으며, 그 열을 윤활 유체에 의해 간단한 방식으로 배출시킬 수 있다는 점이다.
연소된 배기는 저측 하우징 절반 (3) 에 형성된 배기 파이프 슬릿 (62) 을 통해 배출되며, 이 배기 파이프 슬릿 (62) 의 치수가 가스 교환 제어를 결정한다.
도 11 에 따른 차량은 차체 (64), 전륜 (66), 후륜 (86), 그리고 상방으로 끌어당길 수 있는 서포트 롤러 형태의 스테빌라이징 장치 (67) 를 가지고 있다. 본 발명에 따라서 구현된 로터리-피스톤 엔진은 구동용 원동기 (68) 로서 제공된다.

Claims (16)

  1. 본질적으로 구형상 하우징 (1) 에 배치되며 또한 그 하우징의 중심을 관통하여 뻗은 회전축 (8) 을 중심으로 공통으로 회전하는 두 개 이상의 양팔식 로터리 피스톤 (6, 7; 19) 을 구비한 로터리-피스톤 엔진으로서, 각각의 로터리 피스톤은, 고정식으로 상호 연결되어 있는 피스톤 암 형태의 두 피스톤 (13 ~ 16; 29, 30) 을 포함하며 상기 하우징의 중심에 대하여 본질적으로 직경방향으로 서로 마주보도록 배치되며, 상기 로터리 피스톤은, 그의 회전중, 회전축 (8) 에 수직으로 뻗은 선회 축 (9) 을 중심으로 반대방향으로 왕복 선회 운동을 하며, 이에 따라 상기 선회 운동을 제어하기 위해 하우징 (1) 내에 구성된 하나 이상의 안내 홈 (26; 32) 내로 결합하는 안내 부재가 두 개 이상의 피스톤 (13 ~ 16; 29, 30) 상에 설치되는 로터리-피스톤 엔진에 있어서,
    상기 안내 부재는 구속되지 않은(loose) 구형의 회전체 (27) 로 구현되며, 두 개 이상의 피스톤 (13 ~ 16) 각각은, 하나의 회전체 (27) 의 절반을 수용하는 본질적으로 반구형상의 안내 팬 (20) 을 구비하며, 하우징 측에 배치된 안내 홈 (26) 은 본질적으로 반원형 외형을 구비하는 것을 특징으로 하는 로터리-피스톤 엔진.
  2. 본질적으로 구형상 하우징 (1) 에 배치되며 또한 그 하우징의 중심을 관통하여 뻗은 회전축 (8) 을 중심으로 공통으로 회전하는 두 개 이상의 양팔식 로터리 피스톤 (6, 7; 19) 을 구비한 로터리-피스톤 엔진으로서, 각각의 로터리 피스톤은, 고정식으로 상호 연결되어 있는 피스톤 암 형태의 두 피스톤 (13 ~ 16; 29, 30) 을 포함하며 상기 하우징의 중심에 대하여 본질적으로 직경방향으로 서로 마주보도록 배치되며, 상기 로터리 피스톤은, 그의 회전중, 회전축 (8) 에 수직으로 뻗은 선회 축 (9) 을 중심으로 반대방향으로 왕복 선회 운동을 하며, 이에 따라 상기 선회 운동을 제어하기 위해 하우징 (1) 내에 구성된 하나 이상의 안내 홈 (26; 32) 내로 결합하는 안내 부재가 두 개 이상의 피스톤 (13 ~ 16; 29, 30) 상에 설치되는 로터리-피스톤 엔진에 있어서,
    상기 안내 부재는 구속되지 않은 타원체의 회전체 (27) 로 구현되며, 두 개 이상의 피스톤 (20, 30) 각각은, 하나의 회전체 (28) 의 절반을 수용하는 본질적으로 반타원체의 안내 팬 (20) 을 구비하며, 하우징 측에 배치된 안내 홈 (32) 은 본질적으로 반타원형 외형을 구비하는 것을 특징으로 하는 로터리-피스톤 엔진.
  3. 제 2 항에 있어서,
    안내 팬 (31) 각각은, 선회 축 (9) 에 수직인 반경방향 축을 중심으로 회전가능하게 피스톤 (29, 30) 에 설치된 베어링 부분 (33) 에서 구현되는 것을 특징으로 하는 로터리-피스톤 엔진.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    안내 팬 (25; 31) 각각은, 피스톤 (13 ~ 16; 29, 30) 에 포함되어 있는 가압 된 윤활 유체를 보어 (34) 를 거쳐 그 안내 팬의 베이스 영역으로 토출하기 위한 공급 채널에 연결되는 것을 특징으로 하는 로터리-피스톤 엔진.
  5. 제 4 항에 있어서,
    하우징 측에 배치된 안내 홈 (26; 32) 은, 그 안내 홈의 외형의 베이스 영역을 깊게 한 추가의 홈 (35) 을 구비하며, 상기 추가의 홈은, 상기 윤활 유체를 배출시키기 위해 형성되며, 또한 상기 윤활 유체를 위해 상기 하우징 (1) 에 제공된 하나 이상의 토출구 (36) 와 연결되는 것을 특징으로 하는 로터리-피스톤 엔진.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    피스톤 (13 ~ 16; 29, 30) 각각은, 하우징과 대면하는 슬라이딩 표면 (20), 작동 표면 (21) 을 갖는 작동측 면, 그리고 그것으로부터 반대로 향하는 배면 (22) 을 포함하고, 이에 따라, 두 근접한 피스톤 (13 ~ 16; 29, 30) 의 서로 대면하는 두 작동측 면은 하우징 (11) 과 함께 작동 챔버 (23) 를 형성하고, 두 근접한 피스톤 (13 ~ 16; 29, 30) 의 서로 대면하는 배면 (22) 은 하우징 (1) 과 함께 대기 챔버 (24) 를 형성하는 로터리-피스톤 엔진으로서, 피스톤 (13 ~ 16; 29, 30) 각각은, 그들의 슬라이딩 표면 (20) 영역에서, 하우징 측에 배치되고 각 피스톤 (13 ~ 16; 29, 30) 의 선회 영역을 가로질러 확장하는 할당된 안내 홈 (26; 32) 을 완전히 덮는 것에 상응하는 폭 치수로 구현되는 것을 특징으로 하는 로터리-피스톤 엔진.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    하우징 측에 배치된 안내 홈 (26; 32) 에 의해 형성된 상기 피스톤 (13 ~ 16; 29, 30) 을 선회하는 제어 캠은, 사인 또는 코사인 함수에 의해 결정되며, 이에 따라, 회전축 (8) 의 180°회전은 사이클 기간(cycle duration)을 규정하고, 그리고 피스톤 (13 ~ 16; 29, 30) 의 선회 각도는 그 크기를 각각 규정하는 것을 특징으로 하는 로터리-피스톤 엔진.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    서로 연결된 피스톤 (13 ~ 16, 29, 30) 각각은, 하우징 (1) 안에 배치되고 피스톤 (13 ~ 16, 29, 30) 및 회전축 (8) 을 중심으로 회전하는 안내 부재 (27; 28) 의 선회 중에 발생되는 토크 변동을 보상하는데 기여하는 하나 이상의 균형체 (40) 와 연결되며, 이 균형체 (40) 는, 상기 안내 부재 (27; 28) 에 의해 형성되는 평면에 대해, 상기 회전축 (8) 에 대한 상대적 역 동작에 의해, 피스톤 및 안내 부재 각각의 회전축 (8) 으로의 접근 또는 퇴각에 의해 발생되는 토크의 변동을 적어도 부분적으로 보상하는 각으로 경사지도록 선회 축 (9) 에 대해 배열되는 것을 특징으로 하는 로터리-피스톤 엔진.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전축 (8) 은 하우징 (1) 안에서 양측이 지지되는 샤프트 (11) 에 의 해 형성되는 로터리-피스톤 엔진으로서,
    하우징 (1) 은, 샤프트 (11) 를 둘러싸는 벽 섹션에서, 회전축 (8) 에 대하여 서로 반대쪽에 배치되어 있으며 대기 챔버 (24) 를 대기압의 신 혼합물로 충만시키기 위해 구성된 두 개의 흡입구 (42), 및 거기에 대해 떨어져서 작동 챔버 (23) 를 예비 압축된 신 혼합물로 충만시키기 위해 하우징 (1) 내에 구현된 오버플로우 채널 (44) 의 접속 개구 (43) 를 구비하며,
    샤프트 (11) 에는, 하우징 내에 삽입되어 벽 섹션의 각 하나에 할당되는 두 개의 로터리 슬라이드 밸브 (45) 로서, 각각의 로터리 슬라이드 밸브 (45) 는, 흡입구 (42) 및 접속 개구 (43) 와 가까워질 수 있는 두 개의 마주보는 윈도우 (46) 를 가지고, 이에 따라 샤프트 (11) 의 180° 회전 중, 모든 4 개의 윈도우 (46) 가 흡입구 (42) 를 교번적으로 해방시키고 윈도우 (46) 중 두 개는 오버플로우 채널 (44) 의 접속 개구 (43) 를 해방시키는 상기 로터리 슬라이드 밸브 (45) 를 구비하는 것을 특징으로 하는 로터리-피스톤 엔진.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    구형상 하우징 (1) 은 회전축 (8) 을 관통하여 확장되는 접합 평면 (10) 에서 두 개의 하우징 절반 (2,3) 으로 분할되는 로터리-피스톤 엔진으로서, 접합 평면 (10) 은, 최대 압축에 해당하는 상사점 (OT) 에 대하여 회전축 (10) 의 회전 방향으로, 15~30°크기의 각 (α) 으로 경사지는 것을 특징으로 하는 로터리-피스톤 엔진.
  11. 제 10 항에 있어서,
    오버플로우 채널 (44) 은, 하우징 절반 (2, 3) 중 하나의 접합 평면 내에 포함되며, 중심에서 그 부분들이 합쳐지며,
    오버플로우 채널 (44) 의 중심부와 연결될 수 있으며, 작동 챔버 (23) 의 충만을 조절하는데 기여하는 중앙 제어 홈 (47) 은 하우징 절반 (2, 3) 중 하나의 내벽에 포함되며, 홈 (47) 의 길이 치수는 30~60°의 크기인 내벽의 외주각 (β) 에 걸쳐 형성되고, 그 단면은 오버플로우 채널 (44) 중 하나의 단면의 두 배에 본질적으로 상당하는 것을 특징으로 하는 로터리-피스톤 엔진.
  12. 제 11 항에 있어서,
    스로틀 기관 (48), 연료 분사용 분사 밸브 (50), 그리고 하나 이상의 점화 플러그 (51) 를 구비한 외부적 공급 착화 엔진으로서 구현되는 로터리-피스톤 엔진으로서, 상기 스로틀 기관 (48) 은 오버플로우 채널 (44) 의 중앙부에 할당되고, 분사 밸브 (50) 는 제어 홈 (47) 을 한정하는 하우징 (1) 의 벽 섹션에 설치되어 제각기 개방되는 작동 챔버 (23) 를 향하고, 하나 이상의 점화 플러그 (51) 는 피스톤 (13 ~ 16) 의 선회 영역을 둘러싸는 하우징 (1) 의 벽 섹션의 중앙에 배치되고, 점화 플러그 (51) 는 상사점 (OT) 으로부터 회전축 (8) 의 회전 방향에 반대되게 조기 점화각 (μ) 으로 떨어져 있고, 이로부터 엔진이 최대 출력에 있을 때, 작동 챔버 (23) 내에서 회전 방향으로 또는 회전 방향에 반대되는 방향으로 동등한 연소 거리가 얻어지는 것을 특징으로 하는 로터리-피스톤 엔진.
  13. 제 11 항에 있어서,
    하나 이상의 연료 분사용 분사 노즐 (52) 을 구비하는 자기 착화 엔진으로서 구현되는 로터리-피스톤 엔진으로서, 하나 이상의 상기 분사 노즐 (52) 은, 피스톤 (13 ~ 16; 29,30) 의 선회 영역을 둘러싸는 하우징 (1) 의 벽 섹션의 중앙에 배치되며, 분사 노즐 (52) 은 상사점 (OT) 으로부터 회전축 (10) 의 회전 방향에 반대되게 조기 점화각 (μ) 으로 떨어져 있고, 이로부터 엔진이 최대 출력에 있을 때, 작동 챔버 (23) 내에서 회전 방향으로 또는 회전 방향에 반대되는 방향으로 동등한 연소 거리가 얻어지는 것을 특징으로 하는 로터리-피스톤 엔진.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    피스톤 (13 ~ 16; 29, 30) 각각은, 그들의 작동 표면 (21) 의 일 단부에 배치되고 스월 챔버를 형성하는 자루(bag) 형상의 리세스 (54; 55) 를 구비하며, 상기 일 단부는 하우징에 가까이 있고, 이에 따라 외부적 공급 착화 엔진의 피스톤 (13~16) 의 리세스 (54) 각각은, 선회 축 (9) 에 대해 적어도 대략 방사상으로 확장되는 베이스 표면 (52) 을 구비하고, 또는 자기 착화 엔진의 피스톤 (29, 30) 의 리세스 (55) 각각은, 하우징 가까이 배치된 작동 표면 (21) 의 끝을 향하여 수렴하는 일 베이스 표면 (57) 을 구비하는 것을 특징으로 하는 로터리-피스톤 엔진.
  15. 제 6 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    로터리 피스톤 (6, 7; 19) 각각은 하우징 (1) 의 내벽에 대해 시일링될 수 있는 벽 부분 (17) 과 연결되고, 이 벽 부분 (17) 은 선회 축 (9) 을 형성하는 저널 (12) 상에 배치되고 또한 상기 내벽의 형상에 맞는 구형상 캡 (18) 을 구비하는 로터리 피스톤으로서, 피스톤 (13 ~ 16; 29, 30) 은, 회전축 (8) 으로부터 윤활 유체로 충만될 수 있으며 또한 작동 표면 (21) 을 포함하는 벽 섹션에서 각각의 작동 표면 (21) 뒤에 배치되는 복수의 냉각 채널 (58) 을 구비하고, 냉각 채널 (58) 은, 윤활 유체를 위해, 각각의 피스톤 (13 ~ 16; 29, 30) 의 슬라이딩 표면 (20) 에 배치된 통로 보어 (60) 를 거쳐서 하우징 (1) 에 구현된 하나 이상의 토출구 (36) 와 연결되고,
    각각의 벽 부분 (17) 은 따라서 윤활 유체로 충만될 수 있는 하나 이상의 냉각 섹션 (59) 을 구비하여 구현되며, 냉각 섹션 (59) 은 구형상 캡 (18) 에 제공된 통로 보어 (61) 를 거쳐서 하나 이상의 토출구 (36) 와 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 로터리-피스톤 엔진.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 로터리-피스톤 엔진을 구동용 원동기로서 구비하는 차량.
KR1020067020890A 2004-04-06 2005-04-06 로터리-피스톤 엔진 및 이러한 형태의 엔진을 포함하는차량 KR101159561B1 (ko)

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