KR20100115797A - 로터리 피스톤 내부 연소 엔진 - Google Patents

Abstract

반켈 유형의 로터리 피스톤 내부 연소 엔진은 2 개 로브형 에피트로코이드 내측 주위 표면(14)을 가진 하우징(1); 단부 케이싱(3,4)들내에 저널(journal)된 샤프트(8); 샤프트(8)상에 편심되게 장착되고 샤프트(8)의 1/3 속도로 회전하도록 기어 결합됨으로써 회전자(9)의 측면(flank)들과 단부 케이싱(3,4)들 사이에 작동 챔버들이 형성되며, 그 챔버들은 회전자(9)가 회전할 때 체적이 변화되고, 회전자(9)는 전체적으로 폐쇄된 냉각 회로 안에서 냉각 매체에 의해 냉각되고, 매체는 순환 펌프(27)에 의해서 단부 케이싱(3,4)내 연결 통로(20, 18) 및 회전자(9)의 내부 통로(21)를 통하여, 그리고 외부 냉각 열교환기(24)를 통하여 순환되고, 냉각 매체는 고압의 작동 챔버들로부터의 블로우-바이 개스이고, 그 개스는 회전자 측부 시일(26)을 지나서 회전자 냉각 통로 안으로 누설된다.

Description

로터리 피스톤 내부 연소 엔진{Rotary piston internal combustion engine}

본 발명은 로터리 피스톤 내부 연소 엔진에 관한 것이다.

보다 상세하게는, 반드시 그러한 것은 아니지만, 본 발명은 소위 반켈 엔진(Wankel engine)에 관한 것으로서, 반켈 엔진에서는 로터리 피스톤, 또는 소위 회전자가 회전자 하우징에 의해 형성되는 공동 안에서 회전하고, 공동의 내측 주위 및 회전자의 외측 주위 표면은 회전자와 내측 주위 표면 사이에 작동 챔버들이 형성되도록 형상화되며, 그 작동 챔버는 회전자가 회전하면서 체적이 변화되고, 공동에는 유입 포트 및 배기 포트가 제공된다. 상기 언급된 종류의 엔진의 공지된 예에서, 공동은 2 개 로브형 에피트로코이드 형상 공동을 가진 정지 상태 회전자 하우징, 실질적으로 삼각 형상이지만 볼록한 원호형 측면(flank)들을 가진 회전자, 회전자 하우징의 공동의 내측 주위 표면과의 시일 접촉을 유지하도록 회전자의 정점들에 있는 시일 또는 소위 정점 시일, 2 개의 축방향으로 이격된 단부 케이싱들과의 시일 접촉을 유지하도록 회전자의 측부에 있는 시일 또는 소위 측부 시일을 구비하고, 회전자는 공동 안에서 행성 방식(planetary manner)으로 회전한다.

상기 언급된 종류의 엔진의 회전자를 냉각시키는 하나의 공지의 방법은 회전자내의 내측 통로를 통해 오일을 순환시키는 것이다. 이러한 시스템의 단점은 회전 및 궤도 운동하는 회전자내에 오일을 시일하는 것이 상당한 설계의 복잡성을 포함하고, 오일 시일을 위해 필요한 공간이 보다 콤팩트한 종류의 엔진 기하 형상을 억제하며, 소위 회전자 내부의 오일의 칵테일 섀이커(cocktail shaker) 손실과 조합된 오일 시일의 마찰을 통해서 일부 동력 및 열 효율이 손실된다는 것이다.

회전자를 냉각시키는 공지된 대안의 방법은 공기를 냉각제로 이용하는 것이다. 이것은 단순한 구조, 보다 콤팩트한 엔진 기하 형상 및, 낮은 기계적 마찰 손실의 장점들을 가진다.

일부 예에서, 회전자 안에는 하나 또는 그 이상의 통로들이 형성되는데, 이 통로들은 엔진의 작동 챔버들에 대한 유도 통로의 일부를 형성함으로써 그곳을 통해 공기 및 연료가 유인되고 그에 의해서 회전자가 냉각된다. 이러한 시스템의 단점은 회전자를 통하여 통과되는 동안 공기/연료 혼합물이 가열되고, 따라서 엔진의 체적 효율 및 동력 출력이 손상된다는 것이다.

부분적으로 이러한 단점을 극복하도록, 대안의 시스템들이 공지되어 있는데여기에서는 회전자를 통하여 오직 유도 공기(induction air)만이 유인되고, 연료가 더해져서 혼합물이 작동 챔버 안으로 유도되기 전에 공기가 충만 챔버(plenum chamber) 및/또는 인터쿨러를 통과한다. 그럼에도 불구하고, 동력은 오일 냉각 회전자 유형의 엔진보다 낮은데, 왜냐하면 복잡한 유도 시스템과 관련된 압력 손실 및, 실제 크기의 인터쿨러를 가지고 공기를 주위 수준까지 냉각시킬 수 없다는 점 때문이다.

상기 유형의 로터리 피스톤 엔진은 영국 특허 GB 1385687 및 GB 1386811 에 개시되어 있다.

공기 냉각의 회전자를 가진 로터리 피스톤 엔진의 다른 공지 유형은 주위 공기를 회전자를 통해 강제하고 다음에 공기를 대기로 직접 배출하며 엔진에 의해 공기를 유도하지 않는 수단을 이용하며, 작동 챔버로 유도된 공기는 주위 압력 및 온도를 가진 공기를 분리시켜서 공급하는 것이다. 공기를 회전자 통로를 통하여 강제하는 대안의 공지 수단은 엔진에 의해 구동되는 원심 팬의 이용을 포함하거나, 또는 램 공기(ram air; 주행시에 맞바람에 의한 공기)만을 이용하는 것을 포함하며, 그러한 램 공기는 엔진이 장착된 기계 또는 차량의 대기를 통한 속도에 의해서 결과되는 것이다.

이러한 유형의 로터리 피스톤 엔진은 유럽 특허 EP 0273653 에 개시되어 있다.

이러한 수단에 의하여, 상기 유형의 엔진들은, 오일 냉각 회전자 유형과 같은 수준의 체적 효율과 결합된 공기 냉각 회전자 유형의 높은 기계적 효율의 결과로서, 오일 냉각 회전자 유형의 엔진보다 더 높은 동력 출력을 제공할 것이다.

소비된 회전자 냉각 공기를 대기로 배출시키는 엔진 유형의 단점은 회전자 내측의 마찰 표면들 및 베어링을 윤활시키는 오일이 회전자를 통해서 한번만 통과하도록 이용되고 다음에 냉각 공기와 함께 불가피하게 배출된다는 것이다. 무인 항공기의 동력과 같은 일부 엔진의 적용예에서, 이러한 젖은 오일 입자들의 배출이 허용될 수 있지만, 대부분의 육상 및 해양 적용예에서, 그러한 것은 허용될 수 없다. 다른 단점은 정점 시일들이 미끄러지는 내측 에피트로코이드 주위 표면 및 회전자 내부를 위하여 분리된 오일 공급이 제공되었기 때문에, 오일 소비가 상대적으로 많다는 것이다.

이러한 문제점들에 대응하기 위하여, 다른 유형의 로터리 피스톤 엔진에서, 배출될 회전자 냉각 공기 및 오일은 배출 전에 오일 분리기를 통과하며, 따라서 오일의 일부가 재사용을 위해서 포착되어 이용될 수 있다. 그렇지만 오일 분리기를 통과하는 냉각 공기에 대한 압력 손실을 높이지 않으면서 오일을 수집하는데 있어서 오일 분리기를 100 % 효율로 하는 것은 어려우며, 따라서 엔진 구동되는 회전자 냉각 팬은 높은 동력 입력을 필요로 한다. 이러한 이유 때문에, 회전자를 통하여 공기를 강제하는 배치 배출기 시스템 또는 램 공기(ram air)와 효율적인 오일 분리기의 이용을 조합하는 것은 실제적이지 못하다.

위에서 설명된 공기 냉각 회전자들을 가진 모든 로터리 엔진에서, 작동의 불리한 조건에서 회전자의 과열을 회피하는 주의 깊은 설계를 시스템이 요구하도록 회전자의 냉각이 이루어진다.

공지되어 있는 공기에 의한 회전자의 냉각 방법이 적절하지 않고 오일 냉각 회전자 시스템이 채용되어야 경우에 이러한 엔진들의 잠재적인 적용이 존재한다. 예를 들어, 회전자에 대한 열 입력이 자연 흡입의 엔진에 비하여 상당히 증가된다면 공기 냉각 회전자를 가진 로터리 피스톤 엔진의 이용은 강제 유도되는 터보차지(turbocharge) 또는 다른 수단과 함께 부적절할 것이다. 이러한 상황은 높은 고도에서 우수한 성능을 가지고 비행될 것이 요구되는 항공기에 설치된 엔진 터보 차지와 같은 중요 적용예에 대하여 특히 사실이다. 터보차지의 목적 및 효과는 밀도 낮은 대기에서 높은 동력을 유지하는 것으로서, 이는 회전자에 대한 높은 수준의 열 입력을 유지하는 결과를 가져와서 밀도 낮은 공기가 회전자를 냉각시키는 성능이 감소되는 것과 일치한다.

본 발명의 목적은 종래 기술의 문제점을 해결하고 개선된 로터리 피스톤 내부 연소 엔진을 제공하는 것이다.

본 발명에 따라서, 로터리 피스톤 내부 연소 엔진이 제공되는데, 이것은 2 개 로브형 에피트로코이드 내측 주위 표면을 가진 하우징; 하우징을 위한 단부 케이싱들; 단부 케이싱들내에 저널(journal)된 출력 샤프트; 샤프트에 대하여 편심되게 샤프트상에 장착되고 출력 샤프트 속도의 1/3 의 속도로 회전되도록 기어 결합됨으로써 회전자 측면(flank)들과 하우징의 내측 표면 사이에 작동 챔버들이 형성되게 하며, 회전자는 단부 케이싱들의 내측 측면들과 맞물리는 측부 시일을 가지는, 하우징 내부의 3 개 측면 로터리 피스톤(three flanked rotary piston); 회전자를 냉각시키기 위해 냉각 매체가 순환되는 냉각 회로를 구비하며, 냉각 회로는 회전자내에 제공된 적어도 하나의 내측 통로 및 각각의 단부 케이싱내의 통로를 구비하고, 회전자가 회전할 때 회전자의 내측 통로와 단부 케이싱들의 통로들은 정렬되고, 냉각 회로는 냉각 열교환기, 순환 펌프 및 연결용 도관을 더 구비하고, 냉각 매체는 작동 챔버들로부터 회전자의 측부 시일들중 적어도 하나를 지나서 냉각 회로로 누설되는 블로우-바이 개스(blow-by gass)에 의해 제공된다.

회전자의 측부들에 설치된 측부 시일들은 회전자의 내측과 엔진의 작동 챔버들 사이에 그 어떤 개스 누설이라도 방지하도록 의도된 것이라는 점이 이해되어야 한다. 실제에 있어서, 시일 효율은 100 % 는 아니며, 개스의 블로우-바이(blow-by) 누출이 발생된다.

본 발명으로써 3 가지 장점들이 달성될 수 있다.

첫번째는 냉각 회로로부터 젖은 오일 입자들이 배출되지 않은 엔진이 제공되는 것이다. 두번째는 터보 과급기(turbocharger)가 설치된 것을 포함하는 모든 유형의 용도들에 엔진이 적절하도록 향상된 냉각 용량을 가진 회전자 냉각 시스템을 제공되는 것이다. 세번째는 낮은 수준의 오일 이용을 달성하면서 회전자 내부의 향상된 윤활이 제공되는 것이다.

본 발명의 장점은 본원에 첨부된 청구항 제 2 항 내지 제 11 항에 기재된 임의의 특징들을 포함함으로써 구현될 수 있다.

본 발명의 구현예들은 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다.

도 1 은 본 발명에 따른 회전자 피스톤 엔진을 통한 개략적인 단면도이다.
도 2 는 회전자의 개략적인 측면도이다.
도 3 은 도 2 와 유사하지만 엔진 출력 샤프트가 180 도 회전된 것을 도시한다.

도면을 참조하면, 엔진은 2 개 로브형 에피트로코이드 내측 주위 표면 또는 보어(bore, 14) 및 단부 케이싱(3, 4)들을 가진 회전자 하우징(1)을 구비한다. 엔진 출력 샤프트(5)는 단부 케이싱(3, 4) 안에서 각각 구름 요소 또는 다른 베어링(6, 7)들을 통해 회전 가능하게 저널(journal)되고, 샤프트(5)는 편심 저널(8)을 가지며 편심 저널상에는 회전자(9)가 회전 가능하게 장착된다. 플라이휘일(10) 및 평형 중량체(11)는 샤프트(5)의 반대편 단부들에 장착된다.

회전자(9)는 시일 스트립(13)인 정점 시일을 가지며, 시일 스트립은 3 개의 정점들 각각에 배치되고, 각각의 시일 스트립(13)은 회전자(9)가 행성 방식으로 공동(14) 안에서 회전할 때 내측 주위 표면(14)과 회전자(9)의 개별 정점 사이에 시일 접촉을 유지한다. 회전자(9)는 출력 샤프트(5) 속도의 1/3 의 속도로 회전하고 외부에 치가 있는 정지 기어(15)에 의해서 제어되는데, 회전자(9)에 장착되고 내부에 치가 형성된 기어(16)와 정지 기어가 맞물린다.

하나의 단부 케이싱(4)은 유입 통로(19)를 가지고, 유입 통로는 정지 기어(15)의 양측에 대하여 배치된 하나 또는 그 이상의 개구(20)를 가지며, 개구(20)는 아래에 설명될 측부 시일(26)들의 회전의 내측 엔벨로프(inner envelope) 안에 포함되도록 형상화되며, 회전자(9)상에서 측부 시일(26)들은 회전자(5)의 측부들과 단부 케이싱(3,4)들 사이에 시일을 이룬다. 유입 통로(19)를 가진 단부 케이싱(4)은 냉각 매체 유동과 관련하여 상류측 케이싱(4)이다.

다른 단부 케이싱(3)에는 마찬가지로 개구(18) 및 유출 통로(17)가 제공된다.

냉각 매체는 상류측 단부 케이싱(4)에 있는 유입 통로(19)를 통해 단부 케이싱(4)에 있는 개구(20) 또는 각각의 개구를 경유하여 다른 하류측의 단부 케이싱(3)에 있는 하나 또는 그 이상의 개구(18)를 향하여, 회전자(9)의 내부를 통해 흐를 수 있으며, 예를 들어 회전자(9)의 웹 안에는 공기 유동을 허용하는 하나 또는 그 이상의 통로가 있다.

추가적으로 하나 또는 그 이상의 통로(22)들이 편심 저널(8) 안에 형성되어 그곳을 통한 평행한 공기 흐름이 허용될 수 있고 따라서 출력 샤프트(5)의 냉각이 허용될 수 있다.

도관(23)은 하류측 단부 케이싱(3)에 있는 통로(17)를 냉각 열교환기(24)에 연결시킨다. 다른 도관(25)은 냉각 열교환기(24)의 출구를 냉각 매체 순환 펌프(27)에 연결시키고, 다른 도관(28)은 펌프(27)로부터의 출구를 상류측 단부 케이싱(4)에 있는 통로(19)에 연결시킨다. 다른 예에서, 펌프(27)는 필요에 따라서 열교환기(24)의 상류측에 있을 수 있다.

냉각 매체를 위한 냉각 회로는, 상류측 및 하류측 단부 케이싱(3,4)에 있는 개별의 통로(19, 17), 회전자(5)를 통한 통로(21)들중 하나 또는 통로가 상류측 단부 케이싱(4)에 있는 개구들(20) 또는 개구들중 하나 및 하류측 단부 케이싱(3)에 있는 개구들(18) 또는 개구들중 하나 또는 그 이상과 정렬될 때의 회전자(5)를 통한 통로 또는 통로(21)들에 의해서, 열교환기(24)로의 도관(23), 펌프(27)로의 도관(25) 및 상류측 단부 케이싱(4)에 있는 유입 통로(19)로의 도관(18)을 통하여 확립된다.

압력 릴리이프 밸브(presssure relief valve, 32)는 열교환기(24)로의 도관(23)에 있는 냉각 회로내에 제공되지만, 냉각 회로의 다른 부분에 위치될 수 있다.

유도 공기 파이프(29) 및 캬부레터(30) 또는 대안의 연료 분사 노즐(31)이 도시되어 있으며, 이들중 어느 하나 또는 양쪽이 제공되어 엔진의 유도 챔버에 공기 및 연소용 연료를 공급할 수 있다.

대안으로서, 엔진에는 직접 분사 시스템에 의해서 엔진의 작동 챔버들(미도시)로 연료가 공급될 수 있다.

위에 설명된 회전자(9)의 냉각 회로는 (단부 케이싱(3,4)을 포함하는) 회전자 하우징(1)을 위한 주 냉각 시스템에 추가적으로 제공될 것이다. 하나 또는 그 이상의 냉각 통로(40, 41)들이 회전자 하우징(1) 안에 제공될 수 있고, 다른 냉각 통로(40, 41)들이 단부 케이싱(3, 4) 안에 제공될 수 있다. 이러한 통로(40-42)들은 통상적인 냉각 시스템(미도시)을 위한 액체 냉각제를 포함할 수 있다.

대안으로서, 회전자 하우징(1) 및 단부 케이싱(3, 4)들에는 외부 냉각 핀들이 설치될 수 있고 회전자 하우징 및 단부 케이싱은 공기 냉각될 수 있어서 주 냉각 시스템을 제공한다.

회전자 냉각 회로를 위한 냉각 매체는 블로우 바이 개스(blow-by gasses)에 의해서 제공되어 엔진의 작동 챔버들로부터 냉각 회로 안으로 압력하에 통과된다.

도 2 는 가압된 블로우-바이 개스를 위한 냉각 회로와 엔진의 작동 챔버(34-36)들 사이의 측부 시일(26)을 가로지르는 개스 누설 경로를 도시한다. 각각의 회전자 정점에서 정점 시일(13)들은 내측의 주위 에피트로코이드 표면(14)과 미끄러지게 맞물린다. 측부 시일(26)은 소위 코너 볼트(33)를 경유하여 정점 시일(13)과 시일 맞물림을 만든다.

(회전자(9)의 각각의 측에 있는) 측부 시일(26)은 이러한 예에서 회전자(9)의 둘레에서 코너 볼트(33)들 또는 2 개의 연속적인 정점 시일(13)들 각각의 사이에 있는 회전자 측면(rotor flank)을 따라서 연장됨으로써, 이러한 예에서, 3 개의 회전자 측면들 각각은 측부 시일(26)을 가지며, 그 측부 시일(26)은 회전자(9)의 각각의 측부에서 회전자 회전의 내측 엔벨로프를 만든다.

유입 포트(43) 및 배기 포트(44)가 도시되어 있다.

압축 행정이 시작될 때 하나의 작동 챔버(34)가 도시되어 있으며, 이러한 순간의 압력 챔버(34) 안의 압력은 회전자(9) 내측의 적어도 통로 또는 통로(21)들에 있는 냉각 회로내 냉각 매체의 압력과 유사한 값이 될 것이다. 따라서 측부 시일(26)을 가로질러서 개스의 누설이 전혀 발생하지 않거나 거의 발생하지 않을 것이다. 다른 작동 챔버(35)는 팽창 행정을 통해 부분적으로 도시되어 있으며, 따라서 챔버(35) 안의 압력은 높고, 작동 챔버(35)로부터 냉각 회로로 즉, 회전자(9) 내부의 통로 또는 통로(21)들로 측부 시일(26)을 지나서 일부 개스 누설이 있을 것이다.

다른 작동 챔버(36)는 배기 행정을 완료하는 것으로 도시되어 있다. 챔버(36)의 압력은 상대적으로 낮을 것이며, 가압된 냉각 회로로부터 개별의 측부 시일(26)들을 지나서 배기 작동 챔버(36)로 일부 역방향(reverse)의 개스 누설이 있을 수 있다.

도 3 에서 작동 챔버(37)는 유도 행정(induction stroke)을 통한 것이 부분적으로 도시되어 있다. 여기에서 작동 챔버(37) 압력은 낮을 것이며, 개별의 측부 시일(26)들을 지나서 냉각 회로로부터 작동 챔버(37)로 일부 개스 누설이 있을 수 있다. 다른 작동 챔버(38)는 압축 행정의 끝에 근접해 있는 것으로 도시되어 있다. 여기에서 작동 챔버(38)의 압력은 높으며, 작동 챔버(38)로부터 측부 시일들을 지나서 냉각 회로로, 따라서 회전자(9)의 통로 또는 통로(21)들로 공기-연료 혼합물의 누설이 있을 것이다. 다른 작동 챔버(39)가 도시되어 있는데, 이것은 부분적으로 배기 행정을 통과하는 것으로서, 도 2 에 도시된 작동 챔버(36)와 유사하다.

냉각 열교환기(24)는 냉각 회로에서 냉각 매체의 냉각을 발생시키는 그 어떤 적절한 유형일 수 있다. 열교환기(24)의 냉각 용량은 높을 필요가 없는데, 왜냐하면 위에 설명된 엔진 종류에서 회전자(9)로 가해진 열의 양은 출력 샤프트(5)의 동력 출력의 오직 약 10 % 와 같기 때문이다. 통상적으로 열 교환기(24)는 주위 공기가 냉각제인 공기-대-공기 유형이다. 그러나, 예를 들어 파워 보트(power boat)와 같은, 해양 환경에서 이용되는 엔진에서, 냉각제가 보다 바람직스럽게는 물일 수 있다.

냉각 회로 펌프(27)는 그 어떤 적절한 유형일 수 있지만, 필요에 따라서 엔진의 배기 개스에 의해 동력을 받는 터빈에 의하거나, 또는 전기 모터에 의하거나, 또는 엔진의 출력 샤프트(5)로부터 기계적으로 구동되는 원심 팬(centrifugal fan) 유형일 수 있다.

회전자(9)의 측부와 단부 케이싱(3,4) 사이의 시일 품질이 우수하여, 회전자 냉각 회로내의 냉각 매체를 소망의 레벨로 만족스럽게 가압하기에 불충분한 개스가그 시일들을 지나서 누설되게끔 이러한 유형의 엔진을 위한 측부 시일들이 개발되었다면, 예를 들어 작은 함몰부(depression)를 통한 경로가 단부 케이싱(3, 4)의 어느 하나 또는 양쪽에 형성될 수 있어서, 배기 포트(44)가 개방되기 직전에 함몰부는 측부 시일(26)들에 의해 가로지르게 됨으로써, 고압의 작동 팽창 챔버로부터의 블로우-바이(blow-by) 개스의 누설 또는 추가적인 누설이 발생되는 것이 의도적으로 허용되고 그에 의해서 소망의 가압이 달성된다.

도 1 을 참조하여 설명된 발명이 단일 회전자(9)의 엔진을 도시하고 있지만, 다수의 회전자들을 위한 개스 냉각 흐름들이 직렬 보다는 병렬로 구성되어 있는 2 개 또는 그 이상의 회전자들을 가진 것으로 지칭되는 종류의 엔진들에도 동등하게 적용될 수 있다는 점은 명백할 것이다.

측부 시일(26)들을 지나서 누설되는 블로우 바이 개스의 체적은 엔진의 속도 및 부하에 따라서 변화될 것이지만, 이러한 유형의 엔진에 대해서는 유도 공기 흐름 체적의 대략 1 % 내지 2 % 에 달할 수 있다는 점이 알려져 있다.

본 발명은 이러한 블로우 바이 개스를 유리하게 이용한다. 엔진이 처음에 시동되기 전에 회전자(9)를 위한 폐쇄 회로의 냉각 회로는 주위 압력에서 공기를 포함할 것이다. 엔진이 작동되면, 예를 들어 도 3 의 챔버(38)와 같은 압축 작동 챔버로부터의 일부 블로우 바이 공기-연료 혼합물 및, 예를 들어 도 2 의 챔버(35)와 같은 팽창 작동 챔버로부터의 일부 블로우 바이 연소 개스는 회전자(9)의 개별적인 측부 시일(26)들을 지나서 누설되어 폐쇄된 냉각 회로에 진입함으로써 그 회로 안의 압력이 상승될 것이다. 냉각 회로에 진입한 개스는 공기 및 연료, 일산화탄소 및 다른 부분 연소 개스의 혼합물일 것이다.

폐쇄 냉각 회로로 진입한 개스들의 혼합물의 대부분은 소비된 연소 개스일 수 있는데, 이는 낮은 압력의 압축 작동 챔버(38)로부터 보다는, 높은 압력의 팽창 작동 챔버(35)로부터 더 큰 체적의 블로우-바이 개스가 있을 것이 예상될 수 있기 때문이다. 이러한 개스 누설은 냉각 회로를 외부 주위 압력보다 현저하게 높은 값으로 신속하게 가압할 것이며, 소망된다면, 엔진이 높은 부하에서 작동될 때 주위 압력 보다 몇 바아(bar) 높은 압력으로 가압할 것이다. 도달되는 최대 압력이 정상적으로는 압력 릴리이프 밸브(32)에 의해 제어될 것이며, 압력 릴리이프 밸브(32)는 필요한 가압의 레벨을 제공하도록 선택되고 그리고/또는 조절된다. 압력 릴리이프 밸브(32)의 디자인 및 위치는, 그 밸브를 통해서 오일이 손실되지 않는 것을 보장하는 것이 바람직스럽다.

왕복 피스톤 유형의 엔진에서 배출되는 블로우 바이 개스에 대하여 정상적인 것과 같이, 압력 릴리이프 밸브(32)로부터 배출되는 그 어떤 개스라도 엔진 유도 시스템(29)으로 도관을 통해 흐를 수 있다.

(압력 릴리이프 밸브(32)로부터 배기되는 임의의 개스와 함께, 엔진의 작동 챔버(35, 38)들로부터 그리고 상기 작동 챔버로 측부 시일(26)들을 통과하는 내부 누설을 제외하고, 완전하게 시일되는 것이 바람직스러운) 상기 설명된 냉각 회로를 가지고, 젖은 오일 입자(wet oil particle)들이 대기로 방출되지 않는다. 내부 회전자 냉각 통로 또는 통로들을 통과하는 높은 압력 및 그 결과로서의 높은 밀도의 개스는, 주위 압력의 공기를 채용하는 이전에 공지된 구성들보다, 열을 제거하는데 더 큰 잠재성을 가진다는 점이 이해될 것이다. 냉각 회로 안의 개스의 압력 값은 엔진의 적용예에 따라서 주위 압력 보다 높은, 최대 수 바아(bar)이도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 터보 과급기가 설치된 엔진은 높은 레벨의 냉각 회로 압축을 이용할 수 있는 반면에, 가벼운 듀티 사이클(light duty cycle)을 가지고 터보 과급되지 않은 엔진은 낮은 레벨의 냉각 회로 압축을 이용할 수 있다.

윤활 오일은 계량 펌프(metering pump, M)로부터 상류측 단부 케이싱(4)을 통하여 냉각 회로로 공급될 수 있는데, 냉각 회로내 냉각 매체의 진입에 근접한 지점으로 회전자(9)에 있는 통로 또는 통로들(21)에 대하여 공급될 수 있다. 오일은 순환 냉각 개스에 의해 운반되어 회전자(9) 및 기어(15, 16)들의 내부 마찰 표면들과 도 1 에서 B 로 표시된 회전자 베어링들 및 베어링(6,7)을 윤활시킨다. 오일의 많은 부분은 회전자(9)의 밖으로 나와서, 외부 도관(23), 냉각 열교환기(24) 및 펌프(27)를 통하여 통과되고, 다음에 회전자(9)의 통로(21)로 복귀되어 다른 회로를 다시 시작한다. 엔진의 처음 시동 이후에 회전자(9)를 통과하는 오일량이 점진적으로 증가되며, 그 비율은 오일 계량 펌프(M)로부터 공급되고 있는 비율보다 높을 수 있다.

밖으로 이탈하고 회전자의 측부 시일(26)을 지나서 작동 챔버들로 가는 오일의 양이 오일 계량 펌프(M)로부터 공급되는 양과 같을 때 냉각 회로를 통해 순환되는 오일의 안정된 양이 달성될 것이며, 오일이 회전자 냉각 회로를 떠나는 다른 경로는 존재하지 않는다.

냉각 회로로부터 측부 시일(26)을 지나서 작동 챔버들 안으로 통과되는 오일은 단부 케이싱(3,4) 내측면의 밖으로 이동하여 회전자 하우징(1)의 공동의 내측 주위 에피트로코이드 표면(14)으로 가며, 그에 의해서, 오일이 고온의 배기 개스와 함께 일반적으로 연소되거나 또는 증발되면서 최종적으로 배기 포트(44)의 밖으로 통과하기 전에, 정점 시일(13)을 윤활시킨다.

공지 시스템에서 오직 한번만 회전자를 통과하는 대신에 같은 오일이 회전자(9)를 몇번씩 통과할 수 있는 이러한 시스템은 엔진 윤활의 높은 기준을 초래할 것이다. 또한 오일 계량 펌프(M)의 유동 설정(flow setting)을 최소로 감소시킬 수 있게 허용함으로써, 본 발명을 구현하지 않은 이전의 비교 대상 엔진에서보다 적은 오일 소비가 이루어질 것이다.

소망된다면, 예를 들어 만약 엔진이 도 1 에 도시된 방향에 비교하여 역전되었다면, 윤활 오일은 예를 들어 열교환기(24)의 안과 같은 냉각 회로의 가장 낮은 지점에 수집될 수 있다. 따라서 그렇게 수집된 오일을 위한 저장부(well)가 구성될 수 있다. 소망된다면 예를 들어 냉각 회로내의 압력의 영향하에, 오일 펌프(M)가 오일을 끌어당기는 오일 탱크로 오일을 되돌리게 하는 경로가 있을 수 있다.

본 발명의 특정한 형태로 표현되거나, 또는 개시된 기능을 수행하기 위한 수단, 또는 개시된 결과를 달성하기 위한 방법 또는 과정과 관련하여 표현된, 상기의 설명, 또는 다음의 청구항, 또는 첨부된 도면들에 개시된 특징들은, 그 특징들이 분리되거나, 또는 그러한 특징들의 임의의 조합으로서, 본 발명을 다양한 형태로 구현하도록 적절하게 이용될 수 있다.

1. 회전자 하우징 3.4. 단부 케이싱
6.7. 베어링 9. 회전자
10. 플라이휘일 13. 시일 스트립
14. 공동 15. 정지 기어

Claims (10)

1. 2 개 로브형 에피트로코이드(two lobed epitrochoidal) 내측 주위 표면을 가진 하우징; 하우징을 위한 단부 케이싱들; 단부 케이싱들내에 저널(journal)된 출력 샤프트; 샤프트에 대하여 편심되게 샤프트상에 장착되고 출력 샤프트 속도의 1/3 의 속도로 회전되도록 기어 결합됨으로써 회전자 측면(flank)들과 하우징의 내측 표면 사이에 작동 챔버들이 형성되게 하며, 회전자는 단부 케이싱들의 내측 측면들과 맞물리는 측부 시일을 가지는, 하우징 내부의 3 개 측면 로터리 피스톤(three flanked rotary piston); 회전자를 냉각시키기 위해 냉각 매체가 순환되는 냉각 회로를 구비하는 로터리 피스톤 내부 연소 엔진으로서,
   냉각 회로는 회전자내에 제공된 적어도 하나의 내측 통로 및 각각의 단부 케이싱내의 통로를 구비하고, 회전자가 회전할 때 회전자의 내측 통로와 단부 케이싱들의 통로들은 정렬되고, 냉각 회로는 냉각 열교환기, 순환 펌프 및 연결용 도관을 더 구비하고, 냉각 매체는 작동 챔버들로부터 회전자의 측부 시일들중 적어도 하나를 지나서 냉각 회로로 누설되는 블로우-바이 개스(blow-by gass)에 의해 제공되는, 로터리 피스톤 내부 연소 엔진.
2. 제 1 항에 있어서,
   냉각 회로는 전체적으로 폐쇄되며, 회전자 내측 통로들에 있는 블로우-바이 개스는 외부 주위 공기 압력보다 높은 압력에서 작동되는, 로터리 피스톤 내부 연소 엔진.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   냉각 회로는 냉각 회로내 블로우-바이 개스의 최대 압력을 제어하는 압력 릴리이프 밸브(pressure relief valve)를 구비하는, 로터리 피스톤 내부 연소 엔진.
4. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서,
   엔진은 윤활 오일을 냉각 회로내의 블로우 바이 개스로 공급하는 오일 계량 펌프로부터 윤활되는, 로터리 피스톤 내부 연소 엔진.
5. 제 4 항에 있어서,
   샤프트는 단부 케이싱들에 있는 저널 베어링들에 의해 지지되고, 베어링들중 하나는, 냉각 매체가 단부 케이싱 안에 있는 통로로부터 회전자의 내측 통로로 통과되는 지점에 근접한 상류측 베어링이고, 냉각 회로 안으로의 윤활 오일의 초기 진입은 상류측 단부 케이싱내의 저널 베어링을 통해서 이루어지는, 로터리 피스톤 내부 연소 엔진.
6. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서,
   냉각 회로의 순환 펌프는 엔진 출력 샤프트로부터 구동되는, 로터리 피스톤 내부 연소 엔진.
7. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서,
   회전자는 제 1 정점 시일, 제 2 정점 시일 및 제 3 정점 시일을 구비하고, 정점 시일들 각각은 회전자가 회전할 때 에피트로코이드 내측 주위 표면과 맞물리고, 하나의 측부 시일은 제 1 정점 시일로부터 또는 제 1 정점 시일에 근접한 곳으로부터 제 2 정점 시일로 또는 제 2 정점 시일에 근접한 곳으로 연장되고, 두번째의 측부 시일은 제 2 정점 시일로부터 또는 제 2 정점 시일에 근접한 곳으로부터 제 3 정점 시일로 또는 제 3 정점 시일에 근접한 곳으로 연장되고, 제 3 측부 시일은 제 3 정점 시일로부터 또는 제 3 정점 시일에 근접한 곳으로부터 제 1 정점 시일로 또는 제 1 정점 시일에 근접한 곳으로 연장되는, 로터리 피스톤 내부 연소 엔진.
8. 제 7 항에 있어서,
   누설 경로가 측부 시일들중 적어도 하나를 지나도록 제공되어, 작동 챔버로부터 측부 시일을 지나서 냉각 회로 안으로 블로우-바이 개스가 누설되는 것을 허용하는, 로터리 피스톤 내부 연소 엔진.
9. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서,
   냉각 열교환기는 램 공기(ram air)와 같은 주위 공기에 의해 냉각되는, 로터리 피스톤 내부 연소 엔진.
10. 제 1 항 내지 제 9 항의 어느 한 항에 있어서,
    엔진은 해양의 적용예에서 사용되고, 냉각 열교환기는 물에 의해서 냉각되는, 로터리 피스톤 내부 연소 엔진.

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