KR20080091860A - 진동-피스톤 엔진을 위한 유체 시스템 - Google Patents

Abstract

유체 시스템은 구형 하우징 (19) 에 배치되고 하우징 중심에 배치된 회전 축선 (23) 주위로 회전하는 둘 이상의 더블암 진동 피스톤 (4) 을 갖고 있는 진동-피스톤 엔진 (100) 을 위한 것이고, 진동 피스톤은 회전시 회전 축선 (23) 에 수직하게 진동 축선 (24) 주위로 왕복 진동운동을 하고, 둘 이상의 피스톤 (4) 에 부착된 안내 부재 (5) 는 하우징 (19) 에 형성되어 진동 운동을 제어하는 역할을 하는 하나 이상의 안내 홈 (17) 과 접촉한다. 유체 시스템 (70) 은 회전 축선 (23) 의 단부 근처에 놓인 하나 이상의 중앙 공급구 (1), 유체의 피스톤 (4) 에서 유체를 위한 연속적인 공동 및/또는 보어 (10) 와 각각의 피스톤의 외측면 (3) 에서의 유체 배출구를 포함한다. 회전 축선 (23) 주위로의 피스톤 (4) 의 회전은 공급구 (1) 에서의 흡입과 배출 구역 (16) 에서의 압력으로 작용하는 압력차를 만들어내고, 이를 통해 펌프가 필요 없거나 매우 낮은 공급 압력을 필요로 하는 유체 시스템을 만들 수 있게 된다. 예를 들어, 유체 시스템은 진동-피스톤 엔진 (100) 을 윤활하는 역할을 하고, - 연료가 유체로 이용되는 경우 - 유체 공급 및 진동-피스톤 엔진의 냉각과 함께 유체 탱크로부터 유체를 공급받을 수 있다.

유체 시스템, 진동-피스톤 엔진

Description

진동-피스톤 엔진을 위한 유체 시스템{FLUID SYSTEM FOR OSCILLATING-PISTON ENGINES}

본 발명은 구형 하우징 내에 배치되어 있고 하우징 중심에 배치된 회전 축선 주위로 함께 회전하는 둘 이상의 진동 피스톤을 갖고 있는 진동-피스톤 엔진에 관한 것이다. 이들 피스톤 각각은 두 개의 반대 방향의 피스톤 암을 갖고 있고, 회전할 때 상기 회전 축선에 수직인 진동 축선 주위로 서로 반대 방향으로 왕복 진동 운동을 한다. 둘 이상의 피스톤 암에 부착된 안내 부재는 하우징에 형성된 하나 이상의 안내 홈과 결합하고, 이 안내 홈은 진동 운동을 제어하는 역할을 한다.

이러한 진동-피스톤 엔진은 오토 (Otto) 나 디젤 (Diesel) 엔진같은 4 행정 방법에 따른 연료 혼합물의 흡입, 압축, 팽창 및 배기의 연소 행정을 두 지점 사이에서 회전 피스톤의 진동 운동을 통해 달성하는 연소 엔진에 속한다.

WO 2005/098202 A1 에서 개시된 이러한 진동 피스톤 엔진은 안쪽 피스톤면에서 안내 부재 역할을 하는 느슨한 원형이나 타원형의 회전 가능한 몸체까지 유체 공급부를 갖고 있다. 이러한 느슨한 안내 부재 대신에, 피스톤에 고정되어 연결된 반경 방향으로 회전 가능한 롤러 또한 존재할 수 있는데, 예를 들어 US 3,075,056 과 WO 03/067033 에 나타나 있다. 이러한 안내 부재에서, 윤활이 제공되거나 필요하게 된다. 더욱이, 상기 진동-피스톤 엔진의 첫번째 것에서, 유체에 의한 내부 냉각이 설명되어 있고, 측면의 뒤와, 공정 챔버를 둘러싸고 있는 내측 피스톤면의 뒤에서, 유체로 가득찬 공동이 배치되어 있는데, 이 공동은 공정 챔버의 내측면에서 나오는 열전달에 의해 가열되고 이 열을 유체 순환을 통해 탱크와, 필요한 경우, 유체-냉각 장치에 전달한다. 더불어, 회전 진동 축선의 베어링과 하우징의 내측면에서 작동하는 밀봉 요소가 윤활되어야 한다. 유체 시스템은 기계 요소가 과도한 마모가 일어나지 않게 적절한 윤활을 통해 서로 마찰되는 것을 방지하고, 회전 저항을 줄여서 효율성을 높이며, 필요하다면, 추가적으로 유체 가열과 엔진으로부터의 열소실을 통해 열소실에 의한 냉각을 보장하도록 되어 있다.

본 발명의 목적은 단순함, 최소의 유체 손실 또는 소비, 최적의 유체 수단과 최소의 마찰, 즉 최소 마모와 이에 따른 긴 사용 수명, 및 윤활을 위한 유체 시스템, 연료 공급과 엔진 냉각 간의 시너지를 이용하는 것을 특징으로 하는 다른 적용과 설계의 진동-피스톤 엔진을 위한 유체 시스템을 창안하는 것이다.

이 목적은 청구항 1 에 기재된 유체 시스템에 의한 발명에 따라 해결될 수 있다.

이 유체 시스템에는 진동-피스톤 엔진이 제공되는데, 진동-피스톤 엔진은 구형 하우징 내에 배치된 2 이상의 더블-암 진동 피스톤과 하우징 중심에 배치된 회전 축선 주위로 회전 가능한 회전 진동축을 포함한다. 진동 피스톤은 회전 진동축이 회전 축선 주위로 회전하는 동안 회전 축선 주위로 함께 회전하고, 또한 회전시 진동 축선 주위로 서로 반대 방향으로 왕복 진동 운동을 수행하도록 회전 축선과 수직인 진동 축선 주위로 회전 가능하게 회전 진동축에 부착되어 있다. 그리고 둘 이상의 피스톤에 부착된 안내 부재가 하우징 내에 형성되고 진동 운동을 제어하는 역할을 하는 하나 이상의 안내 홈과 결합한다. 각각의 피스톤은 하나 이상의 채널 (channel) 을 포함하는데, 이는 유체 시스템의 일부분이고 유체로 가득찰 수 있다.

본 발명에 따르면, 각각의 가득찰 수 있는 채널은, 각각의 피스톤 내에 또는 피스톤에 형성되는 하나 이상의 공동 및/또는 각각의 피스톤에 형성되는 하나 이상의 보어를 포함하고, 유체의 공급은 탱크에서부터 하우징을 통하여, 회전 진동축의 하나 이상의 단부에서 이루어지고, 각각의 피스톤 내 또는 각각의 피스톤에 있는 각각의 공동 및/또는 각각의 피스톤 내의 각각의 보어는 회전 진동축에 있는 보어를 통해 가득찰 수 있다. 그리고 회전 진동축의 회전에 의해 발생되는 원심력에 의해, 공급관에서의 흡입 및 배출관에서의 압력이 피스톤면 근처에서 야기되고, 이로 인해 배출구를 경유하여 탱크로 자동적으로 유체 순환이 발생되도록 하기 위하여, 각각의 공동 및/또는 각각의 보어에서부터 하우징의 내측면과 대면하는 피스톤면 쪽으로 유체 배출이 일어난다.

바람직하게는 유체 공급은 부피에 대한 유체 통과를 결정하는 보정 노즐에 의해 이루어진다. 더불어, 체크 밸브가 공급점의 상류에 연결될 수 있는데, 이밸브는 예를 들어, 증발로 인한 압력 증가시 엔진으로부터 유체의 복귀 유동을 억제한다. 더욱이, 중앙에서 교차하는 회전 진동축 내의 보어를 통해 엔진의 내부에서 분배하는 것이 적절하다. 회전 진동축 내로의 공급은 샤프트 단부에 있는 하나 이상의 축방향 보어 또는 베어링에 있는 하나 이상의 반경방향 보어를 통해 이루어진다. 이에 의해 회전 축선 상의 회전 진동축과 진동축의 진동 축선 측에서 피스톤의 외측상의 니들 케이지를 위해 롤러 베어링, 바람직하게는 니들 베어링을 제공하는 것이 바람직한데, 이는 이러한 방식을 통해 베어링 윤활을 위해 적은 양의 유체만이 필요하기 때문이다. 심지어 밀봉과 수명 윤활 (lifetime lubrication) 을 통해 이 베어링에 대해 유체가 완전히 필요없게 될 수도 있다. 회전 진동축에서부터, 공급 단부 반대편의 축 단부에 배열된 베어링은 하나 이상의 반경방향 보어를 통해 윤활될 수 있다. 진동 축 부분에서부터, 유체는 각각 하나 이상의 반경방향 보어와 하나의 링 홈 (ring groove) 및/또는 피스톤에서 축선방향 베어링, 바람직하게는 니들 케이지처럼 형성된 베어링을 통해서 공동 내로, 축선 방향으로 연장되는 윤활 홈을 통해 작동되는데, 이는 예를 들어 각각의 피스톤에서 각각의 피스톤에 부착된 구 형태의 칼롯 커버 (calotte cover) (이하에서는 "구형 칼롯 덮개" 라고 부른다) 으로 형성될 수 있다. 작동 챔버와 인접하고 피스톤의 측면에서 이로부터 분리된 이 공동에서 유체의 가열 및 유체로의 열전달이 발생한다.

더욱이, 작동 챔버의 내측면은 이 공동으로부터 연장되는 보어나 챔버로 도로 채워지는데, 이 보어와 챔버 또한 유체로 가득차고, 공정 챔버의 내측면으로부터 열을 받게 된다. 고출력 기계에서, 이러한 열전달로 유체의 증발이 일어나게 되고, 이로 인해 피스톤에서 다량의 열이 배출되는데, 이 피스톤은 피스톤의 외측면에서 안내 부재의 내측으로 향하는 하나 이상의 배출관을 갖는다. 느슨한 안내 부재의 회전에 의해, 또는 고정된 롤러 가이드에서 틈새 손실에 의해, 공급구에서 내부 엔진을 통한 유체 순환이 이루어지고, 이로 이해 축과 피스톤 베어링 및 안내 부재와 안내 홈은 지속적으로 윤활되며, 안내 홈에서 배출구로 향하는 순환을 통해, 외측 하우징 면이나, 필요한 경우, 유체 냉각기를 통해 탱크로 지속적으로 열이 배출된다. 밀봉 링이나 밀봉 레일의 윤활을 위해, 구형 칼롯 덮개의 공동이나 작동 챔버의 내측면 뒤의 보어의 공동에서부터 밀봉 링이나 밀봉 레일 장착 홈 안으로 보정된 연결 보어 (이하에서는 "보정 보어" 라 칭한다) 를 제공하는 것이 바람직하다. 한편으로는, 이에 의해, 작동 챔버나 이전 챔버 (pre-chamber) 에 대한 이 밀봉 부재의 밀봉은, 각각, 장착 홈이 유체로 가득 차고 유체의 접촉 압력에 의해 향상되고, 다른 한편으로는 밀봉 부재와 간격 손실에 의한 내부 구형 하우징 사이의 윤활을 확실히 할 수 있다.

왕복 피스톤 엔진 등에 대해서, 유체로서 일반적인 엔진 오일을 고려할 수 있다. 특히 자기점화 엔진이 있는 경우, 이 목적을 위해 디젤 연료를 이용하거나, 단순하고 더 작은 기계인 경우 가솔린에 오일을 더해서 윤활을 하는 것도 가능하다. 이 경우, 엔진오일 대신, 이러한 유체는 내부 엔진을 통하여 실질적으로 연료 탱크나 분사기 혹은 기화기로 각각 전술한 순환을 계속한다.

더불어, 본 발명에 따르면, 예를 들어 자기점화 엔진의 경우, 엔진 하우징 액체 냉각의 경우 물 + 부동액과 같은 냉각제 대신에, 각각, 연료 탱크에서부터 하우징의 냉각 자켓으로 전달되고 공냉식 냉각기를 통해 냉각되고 다시 탱크 안으로 전달되는 디젤 연료를 이용할 수도 있다. 이러한 유체 시스템의 디자인에서, 윤활, 냉각과 연료 공급을 위하여 하나의 탱크만 필요하고, 이 탱크에서 연료 공급을 위한 유출은 바람직하게는 냉각과 윤활을 위해 충분한 예비 레벨이상으로 제공되는데, 이는 연료가 떨어질 때까지 기계가 안전하게 윤활되고 냉각되도록 하기 위함이다.

도 1 은 본 발명에 따른, 회전 진동 축에 위치한 두 개의 피스톤을 갖는 진동-피스톤 엔진과 유체 시스템의 일반적인 측면도이다.

도 2 는 도 1 에 따른 진동-피스톤 엔진을 회전축선 방향으로 자른 도면이다.

도 3 은 도 1 에 따른 진동-피스톤 엔진을 진동축선 방향으로 자른 도면이고, 여기서 기계 내에서 피스톤은 진동축선을 따라 단면도로 나타내었다.

도 4 는 진동-피스톤 엔진의 전체 시스템의 개략적인 사시도를 나타내고, 이 시스템은 엔진 연료 분사기와 엔진 냉각 시스템을 결합한 본 발명에 따른 유체 시스템의 다른 실시예를 포함하는데, 바람직하게는 동일한 연료 탱크에서 디젤 연료를 공급받고, 분사기, 연료 공급장치 및 냉각 시스템 각각은 자신의 공급 펌프가 제공되어 있고, 윤활과 냉각 시스템의 복귀 파이프에는 각각 자신의 냉각체가 제공되어 있다.

진동-피스톤 엔진 (100) 은 구형 하우징 (19), 하우징 중심에 배치되어 회전 축선 (23) 주위로 회전할 수 있고 하우징 벽에 끝이 지지되는 회전 진동축 (25) 및 회전 진동축 (25) 에 부착된 두 개의 진동 피스톤 (4) 을 포함한다. 진동 피스톤 (4) 각각은 회전 축선 (23) 에 대하여 직경 방향으로 서로 반대쪽에 위치하는 두 개의 피스톤 암 (4.1, 4.2) 을 포함하고, 회전 축선 (23) 에 수직한 진동 축선 (24) 주위로 회전 가능한 회전 진동축 (25) 에 부착되어 있어, 회전 진동축 (25) 이 회전 축선 (23) 주위로 회전하는 동안 상기 진동 피스톤 (4) 은 진동 축선 (23) 주위로 함께 회전하고, 더불어 회전시 진동 축선 (24) 주위로 서로 반대 방향으로 왕복 진동 운동을 수행하게 된다. 회전 축선 (23) 과 진동 축선 (24) 에 대한 피스톤의 상대적인 위치를 제어하기 위하여, 둘 이상의 피스톤 (4) 에 안내 부재 (5) 가 부착되는데, 이들 안내 부재는 하우징 (19) 에 형성되어 진동 운동을 제어하는 역할을 하는 하나 이상의 안내 홈 (17) 에 결합한다.

이 경우에, 각각의 안내 부재 (5) 는 느슨한 구형의 회전체이고, 각각은 피스톤 (4) 중 하나에서 형성된 지지 소켓 (39) 에서 피스톤 측에 지지된다. 각각의 회전체 (39) 의 형상에 대응하는 지지 소켓 (39) 은 반구 형태로 형성된다. 대안적으로, 안내 부재 (5) 는 래디얼 롤러 (radial roller) 형태가 될 수 있고, 이 롤러는 각각의 피스톤 (4) 에 형성되는 롤러 베어링이나 슬라이드 베어링 부재에 유지될 수 있다. 이처럼 회전체나 롤러의 형태로 가이드 부재를 배치하는 것은, 예를 들어 WO 2005/098202 또는 WO 03/067033 에 각각 개시되어 있다.

두 피스톤 (4) 의 (인접하는) 피스톤 암 (4.1) 과 하우징 (19) 의 내측면 (2) 사이의 공간은 작동 챔버 (4.1') 를 형성하고, 두 피스톤 (4) 의 (인접하는) 피스톤 암 (4.2) 과 하우징 (19) 의 내측면 (2) 사이의 (회전 진동축 (25) 에 대해서 반대편에 위치하는) 공간은 작동 챔버 (4.2') 를 형성한다. 각각의 작동 챔버 (4.1' 또는 4.2') 의 부피는 피스톤 (4) 의 실제 위치에 의존하고, 회전 진동축 (25) 또는 피스톤 (4) 각각이 최소값과 최대값 사이에서 회전 축선 (23) 주위로 회전하는 동안 주기적으로 변한다.

내연기관으로 진동-피스톤 엔진 (100) 을 작동하기 위해서, 연료가 (피스톤 (4) 의 위치에 따라) 하우징 (19) 을 통해 삽입된 분사 밸브 (20) 를 통해 선택적으로 작동 챔버 (4.1') 또는 작동 챔버 (4.2') 안에 분사될 수 있고, 이어서 각각의 작동 챔버에서 점화된다. 연료의 연소는 진동 축선 (24) 주위로 반대 방향으로 피스톤 (4) 의 진동 운동 및 회전 축선 (23) 주위로 피스톤 (4) 또는 회전 진동축 (25) 의 상응하는 회전을 야기한다.

작동 챔버 (4.1' 또는 4.2') 의 밀봉을 위해, 각각의 피스톤 (4) 과 하우징 (19) 의 내측면 (2) 또는 회전 진동축 (25) 사이에 밀봉 요소 (6) 가 제공되고, 밀봉 요소 (6) 는 피스톤 (4) 에 형성된 각각의 설치 홈 (7) 에 유지된다.

진동-피스톤 엔진 (100) 은 (도 1 내지 도 3 에 나타난 바와 같이) 자체점화 엔진 (self-ignition engine) 처럼 작동할 수 있다. 대신에, 진동-피스톤 엔진 (100) 은 외부에서 점화되는 엔진처럼 진동-피스톤 엔진 (100) 이 작동되도록, 작동 챔버 (4.1' 또는 4.2') 중 하나에 공급된 연료의 점화를 위해 스파크 플러그 (도시되지는 않았음) 를 장착할 수도 있다.

유체 시스템 (60) 은, 유체를 폐순환시키기 위해, 유체를 위한 탱크 (15) (이 경우 하우징 (19) 에 플랜지 결합되어 있음), 진동-피스톤 엔진 (100) 내부에 위치하고 유체로 가득찰 수 있으며 유체를 위해 연속적으로 열려 있는 채널 시스템 (이는 이후에 자세히 설명한다), 탱크 (15) 에서 온 유체를 채널의 완전 시스템으로 공급하는 파이프 (61), 및 유체를 위한 하우징 (19) 에 형성된 배출구 (16) 를 통해 상기 채널 시스템에서부터 탱크 (15) 로 향하는 유체의 복귀 유동을 포함한다.

진동-피스톤 엔진 (100) 의 내부를 통한 유체 흐름은 (상기 채널 시스템을 따라) 다음과 같이 구성된다.

도 1 에 나타난 바와 같이, 유체의 유량을 조절하기 위한 보정 노즐 (9) 과 (탱크 (15) 로의 역류를 방지하기 위한) 체크 밸브 (37) 가 파이프 (61) 내에 장착되어 있고, 도 1 에서 파이프 (61) 에 있는 화살표는 유체의 유동 방향을 나타낸다. 파이프 (61) 는 하우징 (19) 의 벽에 있는 유체 공급구 (1) 로 이어진다. 공급구 (1) 는 회전 진동축 (25) 의 한쪽 단부 (27) 를 향해 열려 있고 파이프 (61) 에서 오는 유체를 보어 (26) (각각의 보어는 양쪽 끝에서 열려 있다) 로 공급해준다. 보어 (26) 들은 회전 진동축 (25) 에서 회전 축선 (23) (도 2 에 나타남) 과 진동 축선 (24) (도 3 에 나타남) 을 따라서 연장되고, 그들의 길이 중간에서 서로 교차된다. 이러한 방식으로 회전 진동축 (25) 에서 회전 축선 (23) 과 진동 축선 (24) 을 따라 유체가 흐르는 것이 가능하게 된다.

회전 진동축 (25) 에 있는 보어 (26) 에서부터, 하우징의 내측 (2) 을 향하는 피스톤 면 (3) 으로의 유체 유동은 다른 방식으로도 가능하다.

각각의 피스톤 (4) 의 각 측에서, (각각의 피스톤 (4) 에 부착된) 구형의 칼롯 커버 (calotte cover) (29) 에 의해 (구형 세그먼트 형태의) 공동 (28) 이 형성되고, 이 공동은 보어 (26) 의 한쪽 끝에 있는 개구를 통해 유체로 가득차고, 회전 진동축 (25) 의 진동축 부분에 있는 보어 (26) 의 닫힌 끝부분의 경우는 액시얼 베어링 (50) 을 통해 유체로 가득차게 된다. 도 3 에 도시된 것과 같이 회전 진동축 (25) 의 양쪽 끝에 배열된 두 개의 공동 (28) 은 다른 피스톤 (4) 에 형성되어 있고, 따라서 두 개의 피스톤 (4) 이 진동 운동하는 동안 진동 축선 (24) 주위로 서로 다른 방향으로 회전운동을 한다.

각각의 피스톤 (4) 은 각각의 피스톤 암 (4.1 및 4.2) 에서, 작동 챔버의 내측 (14) 근처에 다수의 보어 (30) 를 갖고 있고, 이들 보어 각각은 공동 (28) 중 하나에서 나오는 유체로 가득 찰 수 있다. 보어 (30) 로부터, 다른 보정 보어 (10) 가 밀봉 요소 (6) 를 위한 장착 홈 (7) 으로 이어지고, 또한 각각의 안내 부재 (5) 아래의 배출관 (31) 으로 이어진다.

장착 홈 (7) 에서 (각각의 밀봉 요소 (6) 와 각각의 장착 홈 (7) 사이에 형성되는 틈을 통해) 그리고 배출 도관 (31) 에서 (각각의 안내 부재 (5) 와 각각의 지지 소켓 (39) 사이에 형성되는 틈을 통해) 피스톤 (4) 으로부터 하우징의 내측 (2) 으로 유체가 샐 수 있고, 예를 들어 안내 홈 (17) 에 유체가 들어갈 수 있다. 각각의 안내 홈 (17) 을 따라서 각각의 배출 홈 (51) 이 형성되고, 여기서 유체 는 각각의 안내 부재 (5) 를 통해 전술한 배출구 (16) 로 배출되고 거기서 탱크 (15) 로 배출될 수 있다.

도 2 에서 나타난 바와 같이, 진동-피스톤 엔진 (100) 은 냉각 유체를 위해 하우징 (19) 외측에 공동 (18) 을 갖고 있고, 냉각 유체는 냉각 유체 공급구 (34) (도 3 및 도 4 에 나타남) 를 통해 공동 (18) 안으로 들어가며 냉각 유체 배출구 (35) (도 1 및 도 3 에 나타남) 을 통해 공동 (18) 에서 배출된다.

도 4 는 도 1 내지 도 3 에 관해 이미 설명한 진동-피스톤 엔진 (100) 을 본 발명에 따라 형성된 또다른 유체 시스템 (70) 과 연결한 것을 나타낸다. 이 경우, 시스템 (70) 은 연료 분사기 및 냉각 시스템과 연결되어 있고, 유체 시스템 (70) 은 (연결) 파이프 (32) 를 거쳐 공급구 (1) 에 유체를 공급하는 역할을 하고, 냉각 시스템은 (연결) 파이프 (42) 를 거쳐 냉각 유체 공급구 (34) 에 (냉각) 유체를 공급하는 역할을 하며, 연료 분사기는 (연결) 파이프 (52) 를 통해 분사 밸브 (20) 안으로 연료를 공급하는 역할을 한다. (연결) 파이프 (32, 42 및 52) 는 모두 연료 탱크 (11) 와 연결되어 있는데, 이 연료 탱크는 유체 시스템 (70), 냉각 시스템 및 연료 분사기에 유체, 바람직하게는 디젤 연료를 공급한다.

유체 시스템 (70) 은 또한 공급구 (1) 를 통해 연료 탱크 (11) 로 향하는 유체의 복귀 유동을 보장하기 위해 탱크 (15) 와 연료 탱크 (11) 사이의 (연결) 파이프 (33) 를 포함한다. 냉각 유체 배출구 (35) (도 4 에는 나타나 있지 않지만 도 3 에는 도시되어 있음) 와 연료 탱크 (11) 사이에 있는 (연결) 파이프 (43) 는 따라서 냉각 유체 공급구 (34) 에 공급되는 유체가 연료 탱크 (11) 로 복귀 유동할 수 있게 해준다. 파이프 (32, 42 및 52) 는 각각 개별적인 (공급) 펌프 (8, 36 및 38) 를 갖추고 있다. 연료 탱크 (11) 로 되돌아오는 유체를 위해 파이프 (33, 43) 는 각각 개별적인 냉각체 (21, 22) 를 장착하고 있다. 도 4 에서 파이프 (32, 33, 42, 43 및 52) 에 있는 화살표는 각각 유체의 유동 방향을 나타낸다.

본 발명에 따라, 공급구 (1) 를 중앙이나 회전 축선 (23) 의 옆 근처에 배치하여 형성하고, 회전 진동축의 한 쪽 단부 (27) 에서 회전 진동축 (25) 내의 보어 (26) 를 가득차게 하며, 하우징의 내측면 (2) 과 대면하는 피스톤 면 (3) 쪽으로 지나가게 함으로써, 진동-피스톤 엔진이 작동하는 동안 안쪽에서 바깥쪽으로 회전 진동 피스톤 (4) 을 통해 흐르면서, 유체는 증가하는 원심력을 받게 되고, 이 원심력은 회전 속도의 제곱에 비례하여 증가한다. 이에 의해, 압력차가 생겨나게 되는데, 이는 공급구 (1) 에서 흡입력 및 안내 부재 (5) 아래에서의 압력 및 장착 홈 (7) 에 있는 밀봉 요소 (6) 아래에서의 압력으로 작용한다. 따라서, 본 발명에 따라 수행되는 진동-피스톤 엔진의 유체 공급의 경우, 공급 압력은 매우 낮거나 심지어 필요하지 않다. 흡입 높이가 작고, 공급압력이 없고 펌핑이 없는 경우, 또는 높이와 체크 밸브 (37) 또는 필터로 인하여 흡입 저항이 큰 경우, 하우징 (19) 내의 압력 변화에 의해 작동하는 간단한 막 펌프 (8) 에 의해, 유체 회로의 적절한 기능을 보장하기 위해 약 0.2 bar (20 kPa) 의 압력으로 윤활 유체를 공급구 (1) 에 전달할 수 있다.

유체의 유동 속도는 공급구 (1) 에 대한 유체 압력, 조절 가능하거나 교체 가능한 보정 노즐 (9), 유체의 점성, 하우징 (19) 의 내경, 진동-피스톤 엔진 (100) 의 회전 속도 및 밀봉 요소 (6) 와 안내 부재 (5) 에 대한 보정 보어 (10) 의 단면에 따라 결정된다. 이러한 조절 요소의 정확한 조절을 통해, 매우 간단한 윤활 시스템과 최소 유체 소비를 실현할 수 있다.

안내 홈 (17) 의 상부에 위치하고, 탱크 (15) 내로 배출구 (16) 으로 연장되는 배출 홈 (51) 을 통해 유체 배출이 주로 이루어진다. 예컨대 왕복 운동하는 피스톤 엔진에서 슬라이드 베어링에 지지되는 크랭크축을 위한 복잡한 고압 시스템은 본 발명에 따른 진동-피스톤 엔진에서는 제거된다.

유체로서, 일반적인 엔진 오일을 고려할 수 있다. 자기점화 엔진의 경우, 디젤 연료 또한 윤활을 위해 사용될 수 있고, 유체 시스템은 - 도 4 에 따른 예에 있는 것과 같이 - 연료 탱크 (11) 에 연결될 수 있다. 화재 방지를 위해, 이러한 경우 연결부 (32, 33) 는 침투를 막기 위해 미세한 스크린 (12) 에 의해 분리된다.

더 작고 간단하며 외부에서 점화되는 엔진의 경우, 예컨대 2 행정 엔진을 위한 분사 또는 손실 윤활이 또한 가능하다. 여기서, 예를 들어 보정 노즐 (9) 에 의해 탱크 (15) 에서부터 자기혼합 (self-mixing) 오일이 흡입되는데, 상기 보정 노즐은 혼합비를 투여하도록 정확하게 조절된다. 그리고 유입량은 엔진 회전 속도에 의해 이에 따른 원심력을 통해 자동적으로 조절되거나, 탱크 (11) 로부터 미리 섞인 연료가 사용되고 분사기나 기화기에 통해 연료로서 소모된다. 투여되는 자기혼합 오일의 경우, 이전 챔버 (pre-chamber) (13) 또는 작동 챔버 (14) 의 내측면에 있는 밀봉 요소 (6) 에서의 유체 간격 손실에 의해, 연료 시스템을 통해 공급되는 가솔린과 혼합이 유발되고, 예컨대 2 행정 엔진에서 밀봉 요소 (6) 의 윤활을 위한 손실 윤활이 달성된다. 반면 축 베어링 (46), 액시얼 베어링 (50) 및 안내 부재 (5) 는 안내 홈 (17) 내 배출구 (16) 를 통한 유체 순환에 의해 윤활된다. 연료 탱크 (11) 내에서 미리 혼합하여 그리고/또는 보정 노즐 (9) 과 공급구 (1) 에 연결된 별도의 공급 파이프 (32) 내로 추가하여 얻어지는 가솔린과 1 % ~ 5 % 자기 혼합 오일의 2 행정 혼합물을 사용하는 윤활이 가능하거나 또는, 하우징의 내측면 (2) 과 밀봉 베어링이 있는 밀봉 요소 (6) 의 적합한 재료 조합의 경우 순수한 가솔린 윤활 또한 가능하다. 그리고 배출구 (16) 로부터의 연료 역류는 각각 분사기 혹은 기화기로 보내진다.

더불어, 유체 시스템은 또한 진동-피스톤 엔진의 외부 냉각을 위해서도 사용되고, 구형의 하우징 (19) 외측에 있는 냉각 공동 (18) 은 냉각 유체 공급구 (34) 를 통해 유체로 가득차게 되고, 냉각 유체 배출구 (35) 를 통해, 상호 연결된 주 냉각기 (22) 가 있거나 없거나, 연료 탱크 (11) 로 향하는 복귀 유동 (43) 이 발생한다. 이를 위해, 자기점화 엔진이 특히 적합한데, 이는 디젤 연료가 내부 엔진에서 윤활을 위한 윤활 유체로써 그리고 엔진의 외부 냉각을 위한 냉각 유체로써 적합하기 때문이고, 특히 디젤 연료는 윤활 능력, 점성 및 끓는점에 있어서 적용하기에 적합한 특성을 가지고 있기 때문이다. 이 경우, 연료 분사 밸브 (20) 와 공급구 (1) 를 통한 유체 시스템 및 냉각 유체 공급구 (34) 를 통한 외부 냉각 시스템은 연료 탱크 (11) 로부터, 부분적으로 동일하거나 또는 개별적인 공급 파이프 를 거쳐, 그리고 필요하다면 필요한 공급율과 압력 조건에 의해 공용 또는 개별적인 공급 펌프 (8, 36, 38) 로 제공을 받는다. 유체의 복귀 유동은 직접 연결 또는 유체 냉각기 (21) 를 통해 연료 탱크 (11) 로 일어나고, 반면에 외부 냉각에 사용되는 연료의 복귀 유동은 대부분의 경우 상호 연결된 주 냉각기 (22) 를 필요로 한다. 또한, 화재 방지를 위해서, 기계측과 연료 탱크 사이의 적합한 위치에 미세한 스크린 (12) 이 제공된다.

이렇게 연결된 연료-윤활-냉각 시스템은 또한 외부 공급 점화가 일어나는 가솔린 구동 엔진에도 가능하다. 그러나 엔진 윤활과 외부 냉각을 위해서, 원하는 냉각제 온도 범위까지 가솔린의 끓는점을 올리기 위해서는 과압 하에서 작동하는 것이 필요하다. 그러나 이에 의해 공급 파이프, 공급 펌프, 압력 조건의 조절, 및 냉각기와 복귀 파이프에 대한 요구조건이 상당히 증가한다. 더불어, 가솔린의 윤활 능력이 줄어들기 때문에, 자기윤활되는 밀봉된 베어링 (46, 50) 이 회전 진동축 (25) 에 사용되어야 한다.

Claims (11)

1. 진동-피스톤 엔진 (100) 을 위한 유체 시스템 (60, 70) 으로서, 진동-피스톤 엔진은 구형 하우징 (19) 내에 배치된 둘 이상의 더블 암 (double-armed) 진동 피스톤 (4) 과 하우징 중심에 배치된 회전 축선 (23) 주위로 회전 가능한 회전 진동축 (25) 을 포함하고, 진동 피스톤 (4) 은 회전 진동축 (25) 이 회전 축선 (23) 주위로 회전하는 동안 진동 피스톤이 회전 축선 (23) 주위로 함께 회전하며 또한 회전시 진동 축선 (24) 주위로 서로 반대 방향으로 왕복 진동 운동을 수행하도록 회전 축선 (23) 에 수직한 진동 축선 (24) 주위로 회전 가능하게 회전 진동축 (25) 에 부착되어 있고, 둘 이상의 피스톤에 부착된 안내 부재 (5) 가 하우징 (19) 내에 형성되어 진동 운동을 제어하는 역할을 하는 하나 이상의 안내 홈 (17) 에 결합하며, 각각의 피스톤은 유체로 가득찰 수 있는 하나 이상의 채널 (30) 을 갖고 있는 유체 시스템에 있어서,

   탱크 (11, 15) 에서 공급되는 유체의 공급 (1) 이 회전 진동축 (25) 의 적어도 한 쪽 단부 (27) 에서 하우징 (19) 을 통해 이루어지고, 이 회전 진동축에 있는 보어 (26) 를 경유하여 각각의 피스톤 (4) 안이나 피스톤에 있는 하나 이상의 공동 (28) 및/또는 각각의 피스톤 (4) 에 있는 하나 이상의 보어 (30) 가 가득찰 수 있으며,

   회전 진동축 (25) 의 회전에 의해 발생되는 원심력에 의해, 공급관 (1) 에서의 흡입 및 배출관에서의 압력이 피스톤면 (3) 근처에서 야기되고, 이로 인해 배출 구 (16) 를 경유하여 탱크 (11, 15) 로 자동적으로 유체 순환이 발생되도록 하기 위하여, 각각의 공동 (28) 및/또는 각각의 보어 (30) 에서부터 하우징의 내측면 (2) 과 대면하는 피스톤면 (3) 쪽으로 유체 배출이 일어나는 것을 특징으로 하는 진동-피스톤 엔진을 위한 유체 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   유체 공급부 (1) 의 상류 혹은 하류에서, 유체의 유량에 영향을 주기 위한 보정 노즐 (9) 이 삽입되는 것을 특징으로 하는 진동-피스톤 엔진을 위한 유체 시스템.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   공동 (28) 으로부터의 보정 보어 (10) 나 장착 홈 (7) 으로의 보어 (30) 가각각의 피스톤 (4) 및 하우징의 내벽 (2) 사이에 배치된 밀봉 요소 (6) 에 연장되고,

   유체는 보정 보어 (10) 를 통해 배출되고 장착 홈 (7) 을 채우며, 이로 인해 접촉 압력과 밀봉 요소 (6) 의 유효성을 증가시키고, 간격 손실에 의해 하우징 내벽 (2) 에서 이 밀봉 요소 (6) 의 윤활을 야기하는 것을 특징으로 하는 진동-피스톤 엔진을 위한 유체 시스템.
4. 제 3 항에 있어서,

   유체로서, 가솔린과 자체적으로 섞이는 오일이 이용되고, 보정 노즐 (9) 의 조정과 진동-피스톤 엔진의 회전 속도에 따른 원심력에 의해, 자동적으로 부하 의존성 연료-오일 혼합물이 하우징의 내벽 (2) 에서 밀봉 부재 (6) 의 손실 윤활을 위해 밀봉 부재 (6) 에서의 오일 간격 손실에 의해서 발생되는 것을 특징으로 하는 진동-피스톤 엔진을 위한 유체 시스템.
5. 제 4 항에 있어서,

   안내 홈 (17) 과 배출구 (16) 를 통해 흐르는 유체 부분이 기화기 공급이나 분사 각각에도 이용되는 것을 특징으로 하는 진동-피스톤 엔진을 위한 유체 시스템.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

   각각의 피스톤 (4) 의 하나 이상의 보어 (30) 에서부터, 유체는 보정 보어 (10) 를 통해 하우징의 내벽 (2) 쪽으로 배출되고, 안내 부재 (5) 아래의 배출관 (31) 으로 전달되며,

   느슨한 회전체의 경우 유체는 안내 홈 (17) 에서 멀어지는 방향을 향하는 각각의 회전체의 측면으로 전달되고, 각각의 회전체는 따라서 피스톤 (4) 에 형성된 반구형 지지 소켓 (39) 에서 윤활되고 유체 압력에 의해 안내 홈 (17) 내에 놀음 없이 유지되고,

   래디얼 롤러의 경우, 피스톤 (4) 에 형성된 롤러나 슬라이딩 베어링 부분에 서 윤활되며,

   두 가지 경우, 하우징에 있는 안내 홈 (17) 내의 안내 부재 (5) 의 지지면에도 유체가 공급되는 것을 특징으로 하는 진동-피스톤 엔진을 위한 유체 시스템.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

   유체 공급부 (1) 의 상류나 하류에 있어서, 특히 증발 냉각이 있는 동안, 하우징 (19) 으로부터 유체가 복귀 유동하는 것을 막는 체크 밸브 (37) 가 삽입되는 것을 특징으로 하는 진동-피스톤 엔진을 위한 유체 시스템.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

   연료, 바람직하게는 디젤이 유체로서 사용되고,

   연료 탱크 (11) 와 유체 공급부 (1) 사이의 연결 파이프 (32) 가 유체 공급을 위해 제공되고, 복귀 파이프 (33) 가 과잉의 유체를 연료 탱크 (11) 로 되돌려 보내는 것을 특징으로 하는 진동-피스톤 엔진을 위한 유체 시스템.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

   진동-피스톤 엔진의 엔진 주냉각이 공통 연료 탱크 (11) 에서 나온 유체, 바람직하게는 디젤 연료, 냉각제 펌프 (36) 를 거쳐 냉각 유체 공급구 (34) 로 가고 외부 냉각 공동 (18) 을 통과해서 냉각 유체 출구 (35) 로 가서 다시 연료 탱크 (11) 로 돌아가는 연료 회로에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 진동-피스톤 엔진을 위한 유체 시스템.
10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,

    연료 탱크 (11) 에서의 엔진 작동을 위한 연료 제거 (52) 가 이루어져서, 이 공급이 끝난 이후, 즉 연료 탱크 (11) 내의 연료가 부족하여 멈춘 후, 윤활과 냉각을 위한 충분한 유체가 아직 사용 가능하게 되는 것을 특징으로 하는 진동-피스톤 엔진을 위한 유체 시스템.
11. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

    진동-피스톤 엔진 (100) 에서 연료 탱크 (11) 로 되돌아오는 유체의 복귀 유동이 유체를 위한 냉각기 (21, 22) 를 거쳐 발생하는 것을 특징으로 하는 진동-피스톤 엔진을 위한 유체 시스템.

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