KR20090015774A - 연속적인 오토 피스톤 타원형 엔진 - Google Patents

연속적인 오토 피스톤 타원형 엔진 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실린더와 타원부를 구비하는 연속적인 오토 피스톤 타원형 엔진을 제공한다. 또한, 주철 또는 도랄 알루미늄(Doral aluminum)으로 제조된 4개의 피스톤을 X 형태로 구비하는 실린더로서, 일반적인 오토 피스톤의 X 형태 레이아웃을 단일 블록에 포함하고, 냉각제 유입구(42) 및 냉각제 유출구(43)를 구비하며, 밸브를 실린더(49, 50) 내에 장착하는 방식은 밸브 케이스(15)를 포함하고, 피스톤의 윤활은 연결 아암, 안내 아암 및 피스톤(29) 자체의 상하 운동에 의해 분출되는 윤활액에 의해 행해지며, 종래의 스파크 플러그(36)가 실린더 내에 배치되고, 원호 윤곽을 만드는 안내 아암과 연결 로드 간의 접촉은 타원부가 회전되게 하며, 스파크 플러그의 케이블이 통과하는 구멍(32)을 포함하며, 압력 릴리프 통로(46)를 포함하고, 실린더 내의 홈이 안내 아암(25)과 연결되며, 상기 홈은 실린더의 외측 부품에 의해 대체될 수 있다.

Description

연속적인 오토 피스톤 타원형 엔진{CONTINUOUS OTTO PISTON ELLIPTICAL ENGINE}
본 발명은 전반적으로 로터리 장치, 구체적으로는 로터리 엔진과, 압력 펌프 및 진공 펌프와, 압축기와, 기계적 동력이 연소 화석 연료로부터 얻어지는 임의의 형태에 관한 것이다.
일반적인 엔진에서 종래의 4 행정 연소 피스톤은 크랭크 샤프트의 초단위의 매 회전마다 동력을 운반한다. 엔진은 효율적으로 작동하기 위하여 오일에 의해 분리될 필요가 있는 적어도 120 내지 150개의 가동 부품을 갖고 있기 때문에, 엔진에는 매 회전마다 마찰 손실, 열 손실 및 관성이 부과된다. 그러나, 동력은 유용하고 기계적으로 유효한 회전 당 샤프트 동력으로서 엔진의 효율을 감소시키는 초단위의 매 회전마다 운반된다. 2 행정 엔진은 회전 당 하나의 동력 행정을 생성시킬 수 있지만, 4 행정 엔진보다는 동력이 덜 효율적이다. 로터리 "방켈(Wankel)" 엔진은 회전 당 3개의 동력 행정을 갖고 보다 가벼우며 종래의 피스톤 엔진에 비해 가동 부품들이 더 적지만 유지 보수가 훨씬 더 어렵고 불완전한 연소로 인해 대기 중으로 유해한 가스를 발생시키며, 연소실의 형태로 인해 연소된 연료의 동력을 얻 는 것이 열악하며, 시일 설계 및 제조에 문제가 있다. 본 발명은 회전 당 4개의 동력 행정을 갖고 종래의 레이아웃의 피스톤 엔진보다 훨씬 높은 동력을 전달하지만, 마찬가지로 제조가 어렵고 부품들의 유용성이 적고, 유지 보수가 쉽지 않으며, 엔진의 큰 블록을 회전시키는 데에 있어서 동력이 손실되고, 엔진 가동 부품의 운동 방향에서 연소력 방향이 간접적인 "쿼지터빈(Quasiturbine)" 엔진과 보다 유사하다. 일반적으로 지금까지 모든 로터리 엔진들은 다음과 같은 단점을 갖고 있다. (a)복잡성, (b)열 및 관성으로서 동력을 소비하는 많은 가동 부품, (c)시일 제조의 어려움, (d)연소로부터 생기는 팽창 용적으로부터 동력을 얻기에 열악한 동력실의 종방향 형태, (e)동력실 내에서 가스의 팽창 용적에서 발생되는 동력이 유용한 기계적 동력으로 전환될 수 있는 단일의 운동 방향으로 지향되지 않음, (f)대부분의 국가에서의 현행 방출 가스 기준에 부합하지 않음, (g)서로 상대적으로 운동하는 몇몇의 부품들을 윤활하는 데에 있어서의 비실용성, (h)발생된 열을 냉각하는 데에 있어서의 어려움(냉각 문제), (i)일반 공중에 의해 실용적으로 사용 및 유지 보수되기 위하여 많은 시간과 연구를 필요로 하는 연구되지 않은 신규한 연소 방법, (j)작동 중에 그리고 조립 중에 엔진의 많은 부품들을 함께 동기화시키는 데에 필요한 지루한 노력.
본 발명의 목적은 용적 팽창에 의해 연소 연료로부터의 화학적 에너지를 유용한 기계적 동력으로 전환하는 데에 있어서 일반적인 4 행정 오토 사이클 피스톤 엔진을 이용하며, 널리 이용되고 있고 충분히 연구되었으며 확증된 기술로 고려될 수 있고, 종래의 엔진 및 그 피스톤의 형태 및 레이아웃을 단순히 변경하여 본 발명의 엔진을 제조, 사용 및 유지 보수하게 하는 신규한 엔진 개념을 설계하는 데에 있다. 피스톤의 중앙 X 형태 레이아웃이 근접하게 큐브의 측면으로 팽창하는 운동에 의해 계속되는 레이아웃 방식은 피스톤을 수용하는 데에 필요한 엔진 블록의 벌크를 감소시켜, 냉각을 쉽게 하고 대형 금속 블록 내에 포획되는 많은 열을 유지하지 않는다.
상기의 과제는 실린더와 타원부를 구비하는 연속적인 오토 피스톤 타원형 엔진에 의해 해결된다.
다른 양태에서, 상기 실린더는 주철 또는 도랄 알루미늄(Doral aluminum)으로 제조된 4개의 피스톤을 X 형태로 구비한다.
또 다른 양태에 있어서, 흡입 행정시에 피스톤을 위로 당기고 아래로 압박하는 내측 타원부 가이드와, 밸브의 개폐를 동기화시키는 타원부의 캠 기어이를 포함하고, 오일은 구멍으로부터 타원부로 진입하여 타원부의 타측으로부터 배출되는 타원부가 제공된다.
본 발명에 따르면, 피스톤을 수용하는 데에 필요한 엔진 블록의 벌크를 감소시켜, 냉각을 쉽게 하고 대형 금속 블록 내에 포획되는 많은 열을 유지하지 않는다.
본 발명에 따른 주요 부품은 피스톤의 수직 운동을 회전 토크로 전환하는 것외에 또한 엔진의 모든 부품들을 서로 동기화하도록 유지하는 타원형 형태의 림이다. 엔진의 내부는 고정되고, 회전 부품은 또한 타이밍 벨트 또는 기어 장치를 이용하는 일 없이 캠샤프트 및 엔진의 캠샤프트로서 작용하는 림이며, 가동 부품이 오일을 블록 내에서 윤활이 필요한 부품으로 분출할 때에 오일 펌프가 불필요하다.
도면을 참조하면, 연속하게 배치되는 일반적인 오토 사이클 피스톤의 X 형태 레이아웃(도 1)에서는 연소 연료의 팽창 용적의 힘이 외측으로 향하고, 상단에 푸시 베어링을 갖는 연결 로드(9)는 타원부를 시계 방향으로 외측을 향해 압박하며 안내 아암(10)으로 인해 원호 윤곽(위치)에서 타원부와 접촉하도록 유지되어 피스톤으로부터 생성되는 모든 동력을 취출하여 이 동력을 림의 회전으로 전환시킨다.
연결 로드와 안내 아암은 타원부와 함께 피스톤의 상하 운동을 회전 토크로 전환하고, 림은 크랭크샤프트로서 작용한다. 임의의 모든 피스톤은 림의 1 회전에 오토 풀 사이클을 완료한다. 도 1의 피스톤(1)은 압축 행정이고, 도 1의 피스톤(2)은 동력 행정이며, 도 1의 피스톤(3)은 흡입 행정이고, 도 1의 피스톤(4)은 배기 행정이다.
림에 토크로서 전달되는 동력은 매 회전시 4 동력 행정이다. 타원부의 내표면과 접촉하는 푸시 베어링은 마찰을 최소화하면서 피스톤의 동력 행정에서 림과의 접촉을 유지한다. 연결 로드의 양측부에 있는 풀 베어링(13)은 피스톤의 흡입 행정시에 피스톤을 끌어당기기 위해 내측 타원 안내부(6)와의 접촉을 유지한다. 피스톤(1, 3)은 연속적으로 압축 및 배기 행정이고 푸시 베어링 및 연결 로드에 의해 피스톤을 하방으로 압박하는 타원 림에 의해 달성된다.
도 2에 있어서, 밸브들은, 유입 밸브를 개방하기 위하여 베어링(19)용 기어이(7)와 그리고 배출 밸브를 개방하기 위하여 베어링(19-)용 기어이(7-)와 협동하여 베어링(19, 19-)에 의해 요구되는 오토 사이클과 동기화하도록 유지된다. 밸브들의 폐쇄는 스프링(16)에 의해 행해진다. 기어이(7)는 도 2의 방식으로 제조되는데, 충격을 최소화하도록 베어링(19)의 곡률 반경과, 소음을 저감시키고 베어링 및 밸브가 원활한 동작으로 개폐하도록 기어이의 단부측을 고려한다. 밸브가 오랫동안 개방 상태로 유지되지 않는 종래의 엔진에서 캠샤프트를 이용하는 밸브와 달리 밸브가 서서히 개방되고 개방된 피크 위치에 도달했을 때에 다시 폐쇄를 시작한다. 본 발명에 이용되는 방법에 있어서, 밸브는 완전 개방 상태를 거의 70% 동안 유지하고, 흡입 및 배기 사이클시의 피크 위치에서 실린더를 채우거나 개구를 감소시키면서 보다 작은 개구를 통해 가스를 배출시키기 위한 피스톤의 노력을 저감시켜, 오토 사이클의 효과에 캠샤프트 및 타이밍 조립체의 사용없이 밸브 제어를 보다 쉽게 하는 것을 제공한다. 유입 밸브와 배출 밸브 제어의 기어이의 변위는 오토 사이클의 최대 효율을 얻기 위하여 필요한 밸브 타이밍을 고려한 베어링(19, 19-) 사 이의 물리적 거리와 동일하다. 도 4는 종래의 밸브와 본 발명의 밸브를 비교하는 도면이다. 양쪽 곡선 아래의 영역은 하나의 흡입 사이클 또는 배기 사이클에서 달성되는 전체 개구를 지시한다. 본 발명에서의 제어가 2개의 종래의 캠샤프트 밸브보다 우수하게 달성된다는 것이 명백하다.
혼합물은 개방된 밸브에 따라 통로(40; 도 3)를 통해 피스톤으로 향한다. 배기 가스는 내측을 향해 가는 피스톤에 의해 그 밸브가 통로(41)를 통해 개방된 상태에서 방출된다.
종래의 스파크 플러그(22)는 도 4처럼 구멍(33)을 통과하는 배선과 함께 배치된다.
피스톤의 슬리브에는 표면적을 증가시키기 위하여 플랜지가 형성되어 있고, 그 결과 도 3에서처럼 입구로서 구멍(43)을 통해 그리고 출구로서 구멍(42)을 통해 외부에 열을 교류하는 수계 열 전달액에 대한 열 전도가 양호해진다.
타원부의 내표면과 푸시 베어링(12)의 윤활은 표면에 머물도록 윤활에 작용하는 원심력에 의해 유지된다. 피스톤의 윤활은 연결 아암과, 안내 아암 및 피스톤 자체의 상하 운동에 의해 분출된다.
윤활유는 구멍(24)을 통해 타원부로 진입하고 타측으로부터 구멍에서 배출된다.
도 1은 일반적인 오토 사이클 피스톤의 X 형태 레이아웃을 도시하는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 연속적인 오토 피스톤 타원형 엔진을 아래에서 본 분해 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 연속적인 오토 피스톤 타원형 엔진을 위에서 본 분해 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 연속적인 오토 피스톤 타원형 엔진의 조립 상태의 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 연속적인 오토 피스톤 타원형 엔진의 조립 상태의 사시도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명*
1: 리어 타원부 2: 실린더
3: 프론트 타원부 4: 베어링(2 피스)
5: 오일 링(2 피스) 6: 피스톤 흡입측
7: 캠샤프트 8: 피스톤(4 피스)
9: 연결 아암(4 피스) 10: 연결 아암 가이드(4 피스)
11: 연결 아암 베어링 핀(4 피스)
12: 푸시 베어링(8 피스) 13: 풀 베어링(8 피스)
14: 밸브(8 피스) 15: 밸브 케이싱(8 피스)
16: 밸브 스프링(8 피스) 17: 밸브 스프링 록 와셔(8 피스)
18: 로커 아암 19: 로커 아암 베어링
20: 밸브 조절기(8 피스) 21: 가이드 아암 핀(4 피스)
22: 스파크 플러그(4 피스) 23: 피스톤 핀(4 피스)
24: 오일 구멍(2 구멍) 25; 안내 홈(4개)
26: 프론트 베어링 세트 27: 리어 베어링 세트
28: 라이너(4 피스) 29: 피스톤 세트
30: 밸브 세트 31: 플라이휠 부속물
32: 볼트 구멍(6개) 33: 스파크 플러그 케이블 구멍(4개)
34: 안내 아암 핀(4개) 35: 타원부 결합부(24개)
36: 스파크 플러그 시트(4개)
37: 안내 및 연결 로드 핀(4개)
38: 안내 및 실린더 핀(4개)
39: 피스톤 핀(4개) 40: 혼합물 흡입부(4개)
41: 배출 통로 42: 냉각제 출구
43: 냉각제 입구 44; 압력 릴리프
45: 로커 연결구(4개) 46: 압력 릴리프
47: 스파크 플러그 케이블(4개)
48: 고정 아암(12개) 49: 배기 밸브(4개)
50: 흡입 밸브(4개)

Claims (4)

  1. 실린더와 타원부를 구비하는 연속적인 오토 피스톤 타원형 엔진.
  2. 제1항에 따른 실린더로서, 주철 또는 도랄 알루미늄(Doral aluminum)으로 제조된 4개의 피스톤을 X 형태로 구비하는 실린더.
  3. 제2항에 있어서,
    일반적인 오토 피스톤의 X 형태 레이아웃을 단일 블록에 포함하고,
    냉각제 유입구(42) 및 냉각제 유출구(43)를 구비하며,
    밸브를 실린더(49, 50) 내에 장착하는 방식은 밸브 케이스(15)를 포함하고,
    피스톤의 윤활은 연결 아암, 안내 아암 및 피스톤(29) 자체의 상하 운동에 의해 분출되는 윤활액에 의해 행해지며,
    종래의 스파크 플러그(36)가 실린더 내에 배치되고,
    원호 윤곽을 만드는 안내 아암과 연결 로드 간의 접촉은 타원부가 회전되게 하며,
    스파크 플러그의 케이블이 통과하는 구멍(32)을 포함하며,
    압력 릴리프 통로(46)를 포함하고,
    실린더 내의 홈이 안내 아암(25)과 연결되며,
    상기 홈은 실린더의 외측 부품에 의해 대체될 수 있는 것인 실린더.
  4. 제1항에 따른 타원부로서,
    흡입 행정시에 피스톤을 위로 당기고 아래로 압박하는 내측 타원부 가이드(6)와, 밸브의 개폐를 동기화시키는 타원부의 캠 기어이(7)를 포함하고,
    오일은 구멍(24)으로부터 타원부로 진입하여 타원부의 타측으로부터 배출되는 것인 타원부.
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