KR20140031181A - 가동 부품없이 도넛형 팽창 챔버와 로터를 갖는 직접 원형 로터리 내연 엔진 - Google Patents

가동 부품없이 도넛형 팽창 챔버와 로터를 갖는 직접 원형 로터리 내연 엔진 Download PDF

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Abstract

가동 부품없이 도넛형 팽창 챔버와 로터를 갖는 직접 원형 로터리 내연 엔진은 연소 팽창을 샤프트의 회전 운동으로 직접적으로 변환시키고, 고압의 압축 산화제를 수신하며, 기능을 위해 관성을 필요로 하지 않고, 연소가 정적 연소 챔버 내에서 발생할 수 있다.

Description

가동 부품없이 도넛형 팽창 챔버와 로터를 갖는 직접 원형 로터리 내연 엔진{DIRECT CIRCULAR ROTARY INTERNAL COMBUSTION ENGINES WITH TOROIDAL EXPANSION CHAMBER AND ROTOR WITHOUT MOVING PARTS}
본 발명은 가동 부품없이 도넛형 팽창 챔버와 로터를 갖는 직접 원형 로터리 내연 엔진에 관한 것이다.
가동 부품이 없이 도넛형의 팽창 챔버와 로터를 갖는 직접 원형 로터리 내연 엔진은 연소 에너지를 직접적으로 샤프트의 회전 운동으로 변환시킨다. 엔진은 고압으로 외부에 마련되는 산화제의 압축을 수행하지 않는다. 엔진을 작동시키기 위해, 고압의 산화제와 함께 연료가 연소 챔버 내로 분사되고 점화의 활성화 시에 연소가 생성된다. 연소 프로세스가 직접 회전 운동이라고 고려하면, 즉 선형 운동을 원형 운동으로 변환시키는 기계적 손실이 없고 사이클 작용의 관성을 유지할 필요가 없다면, 산화제의 압축이 외부에서 행해지기 때문에, 사용 시에 현재의 대체물보다 상당히 효율적이고, 간단하며 경제적인 내연 엔진이 달성될 수 있다. 산화제의 유입이 고압 및 고온에서 이루어지면, 혼합물은 점화 시스템이 필요없이 자발적으로 연소될 수 있다. 기계적 구성 때문에, 매우 높은 압력을 달성할 수 있다. 기계적 구성은 중앙의 원통형 리세스를 이용하여 제3 고형 플레이트를 수용하는 2개의 고형 측면 플레이트에 의해 형성되는데, 5개의 리세스가 리세스의 중앙 원통면에 도달하고, 자유로운 출구 대 출구 연결에 의해 대체될 수 있는 고압의 산화제의 유입 밸브, 연료 연소의 스파크 플러그, 연료 분사 밸브, 팽창 밸브 및 배출 밸브를 수용한다. 2개의 측벽, 중앙의 원통형 리세스가 있는 중앙 플레이트 또는 고형체에 의해 형성되는 공간은 팽창기 헤드가 있는 고형 원통형 로터 팽창기를 수용하는데, 팽창기 헤드는 이 헤드의 원형 또는 원통형 라인으로부터 돌출하고 측면에 대해 완전히 조절되어 고형 원통형 리세스 고정 본체의 면과 완벽하게 끼워맞춰진다. 팽창기 로터는 본체의 원통형 리세스의 중앙과 일치하는 기하학적 원통형 중앙에서 고정 액슬이 가로지르고, 이 목적을 위해 구비하는 천공부와 측면 플레이트를 통과하는데, 측면 플레이트를 통해 연소 챔버의 팽창에 의해 생성된 회전 운동을 외측으로 전달한다. 팽창 챔버는 2개의 측면 플레이트, 고형 본체의 리세스의 원통면, 로터의 원통면, 전방 로터 팽창기 헤드 및 챔버의 마지막 도넛형 섹션을 차단하는 팽창 밸브의 전방 사이의 공간이다. 팽창 밸브는 로터 팽창기의 원통면과 항상 접촉 상태로 지속되어 밀봉 조정을 생성한다. 이 팽창 밸브는 팽창 유체를 수용하는 엔진의 중요한 구성요소이다. 로터의 원통면과 유지되는 밀봉 접촉은 스프링 등의 기계적 요소 또는 피스톤 등의 공압 요소에 의해 달성된다. 배치되는 각도 및 형태의 팽창 밸브는 매우 강건하여 매우 높은 압력을 달성할 수 있다. 밸브는 또한 각 측면 상의 리세스 내에 수용될 수 있고, 이는 그 강도를 증가시킨다. 팽창 챔버로서 사용되지 않고 팽창 밸브의 후방면 및 헤드 팽창기 로터의 후방면에 의해 제한되는 도넛형 부피 공간은 후방 챔버이고, 이 챔버는 항상 외부 압력 또는 대기압 상태로 있고 엔진 연소 챔버의 부품들의 윤활을 가능하게 한다. 연료 분사 밸브, 유입 압력 산화제 밸브, 점화 플러그 및 배출 밸브는 그 통상적인 특징의 기능을 갖는다. 원형 로터는 가동 부품을 갖지 않고, 즉 본체의 원통형 리세스 벽에 의한 세팅이 일정하며, 이는 또한 매우 높은 압력 및 이에 따라 매우 높은 팽창비에 도달하게 한다. 팽창에 작용하는 모든 부품들의 조절은 공지된 기계적 및 유압적 요소들에 의해 제공된다.
널리 알려진 로터리 내연 엔진은 작동 사이클에서 압축 및 팽창을 수행한다. 가장 널리 보급된 것은 반경 방향 구조의 피스톤과 방켈 엔진이다. 피스톤은 단지 일반적으로 공지된 피스톤 실린더 구성의 변형일 뿐이다. 방켈 엔진은 실제 4행정 로터리 엔진이다. 그 기계적 구성은 압축 및 연소 챔버들을 생성하고, 이들 챔버는 각주형 로터와 약간 볼록한 측면이 회전 및 병진의 운동을 수행하게 하고, 이는 원통형 내부 기어를 통해 해당 운동을 최종적으로 회전하는 스플라인 샤프트에 전달한다. 이 엔진은 선형 운동을 원형 운동으로 변환시키지 않기 때문에 진동없이 매우 부드럽게 작동하지만, 매우 복잡하고, 그 발명 이래로 80년 이상이 경과했어도 종래의 엔진에 대한 변형물이 아직 없다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 문제를 제거 또는 완화시키는 것이다.
도 1은 측면 플레이트(1)와 천공부(1.1)의 평면도.
도 2a는 고형 본체(2), 원통형 리세스(2.1), 캐비티(2.2), 캐비티(2.3), 캐비티(2.4), 캐비티(2.5) 및 캐비티(2.6)의 단면도.
도 2b는 천공부(1.1)를 갖는 고형 측면(1)에 고정되는 고형 본체(2), 원통형 리세스(2.1), 캐비티(2.6 및 2.6)의 평면도.
도 3은 코터 핀(3.2)에 의해 고정되는 샤프트(3.1)가 수직으로 가로지르는 팽창기 로터(3) 및 헤드 팽창기(3.3)의 단면도.
도 4a는 고형 본체(2), 캐비티(2.2), 캐비티(2.3), 캐비티(2.4), 캐비티(2.5) 및 캐비티(2.6)의 단면도, 산화기 유입 밸브(5), 스파크 플러그(6), 연료 분사 밸브(7), 팽창 밸브(8)의 단면도, 및 코터 핀(3.2)에 의해 고정되는 축(3.1)이 수직으로 가로지르는 팽창기 로터(3), 팽창기 헤드(3.3), 팽창 챔버(9) 및 후방 챔버(10)의 단면도.
도 4b는 고형 본체(2), 팽창 밸브(8)를 수용하는 캐비티(2.5), 배출 출구(2.6), 코터 핀(3.2)에 의해 고정되는 축(3.1)이 수직으로 가로지르는 팽창기 로터(3), 팽창기 헤드(3.3), 팽창 챔버(9) 및 후방 챔버(10)의 평면도.
도 5는 천공부(11.1)를 갖는 제2 측면 플레이트(11)의 평면도.
도 6은 연소 유입 밸브(5), 스파크 플러그(6), 연료 분사 밸브(6) 및 팽창 밸브(8)를 각각 수용하는 캐비티(2.2)(2.3)(2.4) 및 (2.5), 팽창기 헤드(3.3) 및 연소 챔버(9)의 연장된 단면도.
도 7은 팽창기 로터(3)가 팽창기 헤드(3.3)의 더 전진된 위치에 있는 상태에서 도 4b의 사시도로서, 원통형 리세스(2.1)의 면과 팽창기 로터(3.4)의 원통형 면, 산화제 유입 밸브(5.1)의 캐비티의 출력부, 스파크 플러그(6.1)의 캐비티의 출력부, 연료 분사 밸브(7.1)의 캐비티의 출력부 및 배출 출구(2.6), 팽창 챔버(9)와 후방 챔버(10)의 부피를 볼 수 있다.
도 8은 등적 연소와 단열 팽창을 갖는 로터리 직접 원형 엔진의 이상적인 열역학적 사이클을 도시한다.
도 9는 팽창 챔버(9)가 외부 압력으로 충전되고, 산화제 유입 밸브(5)가 폐쇄되며, 스파크 플러그(6)가 오프되고, 연료 분사 밸브(7)가 폐쇄되며, 팽창 밸브(8)가 폐쇄되고, 후방 챔버(10)가 외부 압력으로 충전되는 위치에서 엔진의 단면도.
도 10은 팽창 챔버(9)의 충전 위치에서 엔진의 단면도로서, 산화제 유입 밸브(5)는 개방되고, 스파크 플러그(6)는 오프되며, 연료 분사 밸브(7)가 개방되고, 팽창 밸브(8)가 폐쇄되며, 후방 챔버(10)가 외부 압력으로 충전된다.
도 11은 팽창 챔버(9)가 최대 연소 압력으로 충전되고, 산화제 유입 밸브(50가 폐쇄되며, 스파크 플러그(6)가 온되고, 연료 분사 밸브(7)가 폐쇄되며, 팽창 밸브(8)가 폐쇄되고, 후방 챔버(10)가 외부 압력으로 충전되는 위치에서 엔진의 단면도.
도 12는 팽창 챔버(9)가 그 최대 부피의 절반에서 연소 팽창 압력으로 충전되고, 산화제 유입 밸브(5)가 폐쇄되며, 스파크 플러그(6)가 오프되고, 연료 분사 밸브(7)가 폐쇄되며, 팽창 밸브(8)가 폐쇄되고, 후방 챔버(10)가 소정 압력으로 충전되는 위치에서 엔진의 단면도.
도 13은 팽창 챔버(9)가 외부로 개방되어 외부 압력으로 충전되며, 산화제 유입 밸브(5)가 폐쇄되고, 스파크 플러그(6)가 오프되며, 연료 분사 밸브(7)가 폐쇄되고, 팽창 밸브(8)가 팽창기 헤드의 후방면의 영역에 걸쳐 개방되며, 후방 챔버(10)가 외부 압력으로 충전되는 위치에서 엔진의 단면도.
도 14는 팽창 챔버(8)가 팽창기 헤드(3.3)의 상부면 상에서 개방되고, 산화제 유입 밸브(5)가 폐쇄되며, 스파크 플러그(6)가 오프되고, 연료 분사 밸브(7)가 폐쇄되며, 후방 챔버(1)가 외부 압력으로 충전되는 위치에서 엔진의 단면도.
도 15는 팽창 밸브(8)가 팽창기 헤드(3.3)의 면 위에서 개방되고, 산화제 유입 밸브(5)가 폐쇄되며, 스파크 플러그(6)가 오프되고, 연료 분사 밸브(7)가 폐쇄되며, 후방 챔버(10)가 외부 압력으로 충전되는 위치에서 엔진의 단면도.
도 16은 팽창 챔버(9)가 외부 압력으로 충전되고, 산화제 유입 밸브(5)가 폐쇄되며, 스파크 플러그(6)가 오프되고, 연료 주입 밸브(7)가 폐쇄되며, 팽창 밸브(8)가 폐쇄되고, 후방 챔버(10)가 외부 압력으로 충전되는 위치에서 엔진의 단면도로서, 사이클의 시작에 대응하고, 즉 도 8과 동일하다.
도 17은 직접 원형 로터리 내연 엔진의 등압 및 단열 팽창의 이상적인 열역학적 사이클을 도시한다.
도 18은 고형 본체(2)의 단면도로서, 챔버는 충전된 정적 연소 챔버(12)에 대응하고, 캐비티(2.2), 캐비티(2.3) 및 캐비티(2.4)가 연소 챔버(12), 캐비티(2.5) 및 캐비티(2.6)의 면으로 전달되고, 산화제 유입 밸브(5)가 폐쇄되고, 스파크 플러그(6)가 오프되며, 연료 분사 밸브(7)가 폐쇄되며, 바이패스 밸브(130가 폐쇄되고, 팽창 밸브(8)가 폐쇄된 상태 및 배출 출구(2.6)의 단면도이고, 코터 핀(3.2)에 의해 고정되는 축(3.1)이 수직으로 가로지르는 팽창기 로터(3), 헤드 팽창기(3.3), 팽창 챔버(9) 및 외부 압력으로 충전된 후방 챔버(10)의 단면도이다.
도 19는 고형 본체(2)이 단면도로서, 챔버는 충전된 정적 연소 챔버(12), 캐비티(2.2), 캐비티(2.3), 캐비티(2.4), 캐비티(2.5) 및 캐비티(2.6)에 대응하고, 산화제 유입 밸브(5)가 폐쇄되고, 스파크 플러그(6)가 오프되며, 연료 분사 밸브(7)가 폐쇄되고, 바이패스 밸브(13)가 개방되며, 팽창 밸브(8)가 폐쇄된 상태 및 배출 출구(2.6)의 단면도이며, 코터 핀(3.2)에 의해 고정되는 축(3.1)이 수직으로 가로지르는 팽창기 로터(3), 헤드 팽창기(3.3), 최대 연소 압력으로 충전된 팽창 챔버(9) 및 외부 압력으로 충전된 후방 챔버(10)의 단면도이다.
도 20은 챔버(12), 캐비티(2.2), 캐비티(2.3), 캐비티(2.4), 캐비티(2.5) 및 캐비티(2.6)에 대응하는 챔버의 연장된 단면도이고, 산화제 유입 밸브(5)가 페쇄되고, 스파크 플러그(6)가 오프되며, 연료 분사 밸브(7)가 폐쇄되고, 바이패스 밸브(13)가 폐쇄되며, 팽창 밸브(8)가 폐쇄되고, 헤드 팽창기(3.3)와 팽창 챔버(9)가 비워진 상태의 단면도이다.
도 21은 고형 본체(2), 캐비티(2.7), 캐비티(2.5) 및 캐비티(2.6)의 단면도이고, 바이패스 밸브(13)가 폐쇄되고, 팽창 밸브(8)가 폐쇄된 상태 및 배출 출구(2.6)의 단면도이며, 코터 핀(3.2)에 의해 고정되는 축(3.1)이 수직으로 가로지르는 팽창기 로터(3), 헤드 팽창기(3.3), 팽창 챔버(9) 및 외부 압력으로 충전된 후방 챔버(10)의 단면도이다.
도 22는 고형 본체(2), 캐비티(2.8), 캐비티(2.5) 및 배출 출구로서의 캐비티(2.6)의 단면도이고, 유입 밸브(14)가 폐쇄되고, 팽창 밸브(8)가 폐쇄된 상태의 단면도이며, 코터 핀(3.2)에 의해 고정되는 축(3.1)이 수직으로 가로지르는 팽창기 로터(3), 헤드 팽창기(3.3), 팽창 챔버(9) 및 외부 압력으로 충전된 후방 챔버(10)의 단면도이다.
도 23은 코터 핀(3.2)에 의해 고정되는 축(3.1)이 수직으로 가로지르는 팽창기 측방향 로터(17), 원형 홈(17.1) 및 팽창기 헤드(17.2)의 평면도.
도 24는 고형 측면 플레이트(16), 원통형 리세스(16.1) 및 천공부(16.2)의 평면도.
도 25는 코터 핀(3.2)에 의해 고정되는 축(3.1)이 수직으로 가로질러 완전히 끼워진 팽창기 로터(17)를 갖는 고형 측면 플레이트(16), 원형 홈(17.1) 및 헤드 팽창기(17.2)의 평면도.
도 26은 축(3.1)이 수직으로 가로지르고 유입 밸브(2.81) 및 배출 출구(2.61)를 위한 캐비티들의 출력부를 갖는 고형 측면 플레이트(18)의 평면도.
도 27은 로터(17)를 갖는 고형 측면 플레이트(16)에 의해 생성되는 측방향 엔진의 단면도로서, 그 팽창기 헤드(17.2)는 캐비티(2.8)와 압축 산화제(14)의 유입 밸브를 위한 그 출력부(2.81)를 갖는 고형 측면 플레이트(18), 캐비티(2.51) 내에 배치된 팽창 밸브(8.1), 배출 출구(2.6) 및 그 출력부(2.61), 팽창 챔버(9) 및 후방 챔버(10)의 단면도.
도 28은 고형 본체(2), 캐비티(2.8), (2.5) 및 (2.6)의 단면도이고, 배출 밸브(14)가 폐쇄되고, 압축 밸브(8)가 폐쇄되며, 캐비티(2.6)가 비워진 상태의 단면도이고, 코터 핀(3.2)에 의해 고정된 축(3.1)이 수직으로 가로지르는 압축기 로터(3.2), 압축기 헤드(3.3), 외부 압력의 압축 챔버(9) 및 후방 챔버(10)의 단면도이다.
도 29는 고형 본체(2), 캐비티(2.8), (2.5) 및 (2.9)의 단면도이고, 배출 밸브(14)가 개방되고, 압축 밸브(8)가 폐쇄되며, 유입 밸브(15)가 폐쇄된 상태의 단면도이고, 코터 핀(3.2)에 의해 고정된 축(3.1)이 수직으로 가로지르는 압축기 로터(3), 압축기 헤드(3.3), 헤드 압축기(3.4)의 면을 따른 홈, 압축 챔버(9) 및 후방 챔버(10)의 단면도이다.
도 30은 캐비티(2.8), 캐비티(2.5), 캐비티(2.9), 개방된 배출 밸브(14), 폐쇄된 압축 밸브(8) 및 페쇄된 유입 밸브(15), 압축 헤드(3.3), 압축 헤드(3.4)의 면을 따른 홈 및 압축 챔버(9)의 연장된 단면이다.
가동 부품없이 도넛형 팽창 챔버와 로터를 갖는 본 발명인 직접 원형 로터리 내연 엔진은 연소 에너지를 직접적으로 샤프트의 회전 운동으로 변환시키고, 중앙에 원형 홀(1.1)을 갖는 고형 측면 플레이트(1)(도 1)와, 내부 원통형 리세스(2.1)를 이용하여 고형 측면 플레이트(1)에 고정되는 고형 본체(2) - 내부 원통형 리세스는 내부 리세스(2.2), 내부 리세스(2.3), 내부 리세스(2.4), 내부 리세스(2.5), 및 내부 리세스(2.6)를 가짐 - (도 2)에 의해 형성된다. 이들 리세스 내에는 유입 밸브(5), 스파크 플러그(6), 연료 분사 밸브(7), 팽창 밸브(8), 및 배출 출구가 각각 수용된다. 고형 본체(2)를 측면 플레이트(1)에 고정하기 위하여, 고형 본체의 중앙 리세스(2.1)에 천공부(1.1)가 센터링된다(도 2b). 이 공간에서, 측면 플레이트와 내부 원통형 리세스(2.1)에 의해 형성되는 팽창기 로터(3)가 샤프트(3.1)가 중앙을 가로지른 상태로 배치되고, 샤프트는 코터 핀(3.2)에 의해 고정되며, 코터 핀은 측면 플레이트(1) 상의 원형 홀(1.1)을 통과한다(도 3). 팽창기 로터(3)용 헤드 팽창기(3.3)는 본체(2)의 원통형 리세스의 면과 완전히 일치된다(도 4a). 이 세트의 상부에서(도 4b), 제2 측면(11; 도 5)이 고정되는데, 이 제2 측면은 측면 프레이트(1)의 거울상이고 또한 그 중앙 홀(11.1)을 팽창기 로터(3)의 고정 샤프트(3.1)가 가로지른다. 2개의 측방향 플레이트(1, 11), 본체(2)와 로터 팽창기(3)의 내부 원형 리세스(2.1) 사이에 수용되는 형성 공간이 팽창기 헤드(3.3)의 전방과 팽창 밸브(8)의 전방 사이에 수용되는 팽창 챔버(9)이다. 후방 챔버(10)는 팽창기 헤드의 후방면과 팽창 밸브(8)의 후방면 사이에 남아 있는 부피이다.
가동 부품없이 도넛형 팽창 챔버와 로터를 갖는 직접 원형 로터리 엔진을 위한 일정한 내부 부피 연소의 이론적 사이클은 도 8에서 볼 수 있고, 연소 챔버(9)가 외부 압력(도 9)에서 최소 부피로 있고 산화제 유입 밸브(5)와 연료 인젝터(7)가 폐쇄되어 있으며 스파크 플러그(6)가 오프 상태인 지점 A에서 시작한다. 고압의 산화제 유입 밸브(5)가 개방되어 있고 연료(7)의 분사는 연소 챔버(9)의 압력을 사이클의 지점 B로 증가시킨다(도 10). 이 지점에서, 유입 및 분사 밸브가 폐쇄되고, 스파크 플러그(6)가 점화되어 연소를 모든 등적 프로세스에서 유발하여(도 11), 최소 부피에서 최대 압력인 사이클의 지점 C에 도달한다. 이 지점으로부터, 단열 팽창이 발생하여(도 12) 최대 부피 및 최소 팽창 압력의 지점 D에 도달하는데, 이 지점에서 팽창 헤드가 배출 출구에 도달하여(도 13), 지점 E에서 압력을 외부에 일치시키도록 강하시킨다. 이 지점에서, 팽창 챔버(9)가 보이지 않는데(도 14 및 도 15), 그 이유는 팽창기 헤드(3.3)의 통과를 허용하도록 팽창 밸브(8)가 상승하기 때문이다. 이러한 사이클의 신장은 그 최소 부피의 연소 챔버(9)의 형성으로 완결되고, 모두 외부 압력에서 이루어지기 때문에 외부 압력에서 일정한 부피 감소로서 플로팅되며 지점 A로 되돌아간다(도 16). 도 17에서, 내연 팽창의 이론적 등압 사이클을 볼 수 있는데, 일정한 압력에서 발생하여 최소 압력의 팽창에 도달하도록 등적 팽창 곡선에 도달한다. 이 사이클은 높은 압력 및 온도에서 산화제를 도입할 때에 발생하고, 연료를 분사하여 스파크 플러그 점화없이 발화를 시작하는 자발적인 연소 프로세스이다.
고압의 산화제가 외부에서 엔진으로 공급되기 때문에, 기계적 사이클의 위치에 관계없이, 고압의 산화제를 수신하는 챔버가 엔진의 구조에, 이 경우에 고형 본체(2)에 추가될 수 있고, 챔버는 연료의 분사 및 스파크 플러그의 점화를 추가함으로써 정적 연소 챔버(12)로 변환되며, 이 챔버는 연소 성능을 최대화하도록 산화제와 연료를 최적의 혼합 상태로 수신한다. 이 챔버는 고형 본체(2)의 정적 연소 챔버(12)를 형성하고, 이 챔버는 압축 산화제 유입 밸브(5), 스파크 플러그(6) 및 연료 분사 밸브(7)를 각각 수용하는 리세스(2.2), 리세스(2.3) 및 리세스(2.4)를 수용한다(도 19 및 도 20). 정적 연소 챔버(12)는 바이패스 밸브(13)에 의해 팽창 챔버(9)에 연결된다.
가동 부품없이 도넛형 팽창 챔버와 로터를 갖는 직접 로터리 원형 내연 엔진의 구조를 제거함으로써, 물리적으로 외부에 있는 연소 엔진을 갖는 정적 연소 챔버에서는, 외부 연소의 생성이 바이패스 밸브(13)에 도달하는 리세스(2.7)를 통해 팽창 챔버에 진입하고, 바이패스 밸브는 팽창 챔버(9)에 대한 입장을 조절하는 것이다(도 21). 바이패스 밸브(13)는 리세스(2.8) 내에 수용되는 고압 유체(14)의 유입 밸브에 의해 대체될 수 있다(도 22). 외부 연소를 압축된 기상 유체로 대체하면, 압축 가스 모터를 갖게 될 것이다. 가장 널리 사용되는 로터 압축 가스 모터는 고속 및 매우 작은 출력을 위한 것인 피스톤, 래디얼 및 액시얼, 베인, 기어, 및 터빈 모터이다.
압축 가스 모터에서, 압축 가스가 유압 유체에 의해 대체되면, 강건하고 효율적인 기계적 구성을 갖는 유압 모터가 된다. 가장 널리 사용되는 로터리 유압 모터는 로터리 액시얼 피스톤, 베인, 및 기어이다.
가동 부품없이 도넛형 팽창 챔버와 로터를 갖는 직접 로터리 원형 내연 엔진의 효율 범위는 요건에 따른 상이한 조합으로 사용될 수 있는 동일한 로터를 포함하는 여러 개의 팽창 챔버를 가짐으로써 증가된다. 이는 팽창 챔버의 일의 방향을 변경시킴으로써 달성되는데, 이는 측방향인 밸브의 지점에 도시된 바와 같이 래디얼이 되도록 일어난다. 바꿔 말해서, 밸브는 도넛형 팽창 챔버의 측면에서 작동하고, 이 목적을 위해 측방향 팽창기 로터 면(17)에 포함되는 동심 원형 홈(17.1)으로 구성된다(도 23). 이 측방향 팽창기 로터(17)는 그 기하학적 중심에 관통홀(16.2)을 갖는 고형 플레이트(16)의 중앙 원통형 리세스(16.1) 내에 수용되어(도 24), 내측에서의 회전을 위한 완벽한 끼워맞춤을 형성한다(도 25). 각각의 동심 원형 홈(17.1)의 측방향 팽창기 로터(17)는 팽창기 헤드(17.2)를 갖는다. 래디얼 변형예에서와 같이, 로터(17)에는 그 중앙에서 고정축(3.1)이 가로지르고, 고정축은 고형 측방향 플레이트 천공부(16.2)를 통해 고형 측면(16)의 외측으로 가로지른다. 고형 측면 플레이트(28; 도 26)는 동심의 도넛형 팽창 챔버를 폐쇄하고 각각의 홈을 위한 리세스(2.81 및 2.61)를 수용하는데, 리세스는 유입 밸브(14), 팽창 밸브(8.1), 및 배출 리세스(2.6)를 수용하고, 각각의 출력부(2.81 및 2.61)는 각 팽창 챔버에 대해 보인다. 고형 측면 플레이트(18)는 관통 천공부(18.1)에 의해 측방향 팽창기 로터(17)의 고정 샤프트(3.1)의 통과를 허용한다. 도 27에서, 홈을 따라 엔진 시각 커팅이 존재하고, 이 커팅에서 고형 측면(16)이 팽창기 헤드(17.2)를 갖는 팽창기 로터(17)를 수용하며, 다른 고형 측면(18)이 유입 밸브(14)와 팽창 밸브(8.1), 배출 리세스(2.6) 및 출력부(2.81 및 2.61)를 수용하는 리세스(2.8 및 2.51)를 수용한다. 팽창기 헤드 면(17.2), 동심 원형 홈의 측벽 및 바닥, 내부 고형 측면(18)이 측면 커버를 형성하고, 팽창 밸브(8.1)가 팽창 챔버(9)를 구성한다. 원형 동심 홈의 나머지가 후방 챔버를 구성한다. 로터 팽창기(3)의 면에 대해 수직으로 작용하는 팽창 밸브(8.1)는 완벽한 끼워맞춤 및 밀봉을 달성하도록 직각으로 진입해야 한다. 외부 요건에 따라 팽창 챔버 또는 그 조합의 상이한 변형예를 사용할 수 있는 팽창 챔버에 대한 압축 유체의 허용을 제어하는 외부 메카니즘에 의해, 더 많은 토크 또는 보다 높은 속도의 회전을 생성하는 것이 요구된다. 설계가 연료 분사 밸브 및 스파크 플러그를 갖지 않더라도, 다른 적당한 변형예가 포함되고, 정적 챔버의 연소 생성, 로터 측면(17)의 팽창 챔버(9) 내의 압축 가스 또는 유압 압축 유체 유동을 진입시킴으로써 그 사용만이 더 명백해진다. 이 측방향 팽창기 로터 구성은 엔진이 가변 속도를 갖게 한다. 고압 유체를 유압 압축 유동으로 대체하는 경우에, 가변 속도를 갖는 유압 모터가 안출된다.
가동 부품없이 도넛형 팽창 챔버와 로터를 갖는 직접 원형 로터리 내연 엔진의 변형예의 공통 요소는 내부 연소, 압축 가스의 팽창, 연소 또는 외부 압축 챔버를, 또는 유압 유체의 유동 및 압력에 의해 생성하도록 헤드 팽창기 로터 상에 유체 압력의 작용에 의한 모터 샤프트의 회전이다. 고정 샤프트에 회전력을 인가함으로써 로터의 회전 방향을 역전시키고 리세스(2.8) 내에 배치되는 유입 밸브 압력 가스(14)를 유지하면, 배출 출구(2.6)를 통해 진입하는 유체의 방향을 변화시키는 출력 밸브가 되고, 출력 밸브는 외부에 대해 개방되고 팽창 밸브에 대해 압박되며 그 기능을 유지하는 압축 밸브(8)로 명명되며 유출 밸브(14)에 의해 압축된다. 이 변화의 경우, 유체가 대신에 로터의 고정축 회전을 생성하고, 샤프트의 회전은 로터의 회전을 생성하고, 이 회전은 압축기 헤드(3,3)를 통해 압축 챔버(9) 내의 유체를 압축 밸브(8)에 대해 압축하여 유출 밸브(14)에 의해 유출되며, 이 방식으로 강건하고 효율적인 기계적 구성(도 28)을 갖는 압축기를 갖게 된다.
직접 원형 로터리 엔진과 같이, 가동 부품없이 도넛형 압축 챔버와 로터를 갖는 직접 원형 로터리 압축기는 중앙에 원형 천공부(1.1)를 갖는 측면 플레이트(1)와, 고형 측면 플레이트(1)에 고정되는 내부 원통형 리세스(2.1)를 갖는 고형 본체(2)에 의해 형성되는데, 고형 본체의 개방 덕트(2.6)는 압축 밸브(8)를 수용하는 제2 캐비티(2.5)와 유출 밸브(14)를 수용하는 제3 리세스(2.8)를 남겨 둔다(도 28). 압축기 구성의 나머지는 팽창이 압축으로 바뀐 직접 원형 로터리 모터와 동일하다. 측면(1, 10) 사이에 포함되는 공간, 본체(2)의 내부 원형 리세스(2.1) 및 압축기 로터(3)는 전방 압축기 헤드(3.3)와 압축 밸브(8)의 전방 사이에 포함되는 부피로 압축 챔버(9)를 형성하고 이 챔버에는 유출 밸브가 있다. 유입 챔버(10)는 유입 리세스(2.6)가 포함되고 압축 밸브 및 압추기 헤드 아래에 배치되는 영역이다. 압축기 로터는 가동 부품을 갖지 않고, 즉 고형 본체(2)의 원통형 리세스 벽(2.1)에 의한 세팅이 일정하며, 이는 높은 압축율에 도달하게 한다. 압축 밸브(8)가 압축 헤드(3.3)의 시작과 접촉하게 되는 경우, 접촉이 더 이상 완벽한 시일을 형성하지 않아 압축 챔버에 남아 있는 압축 여분이 외부로 개방되어 있는 유입 챔버로 나아간다. 챔버와 외부(2.6) 사이의 개구가 내부에 유입 밸브(15)와 압축기 헤드(3.43)의 면을 따른 홈(3.4)을 설치하도록 캐비티(2.9)에 의해 대체되면(도 29와 도 30), 밸브(15)가 폐쇄된 경우, 후방 챔버(10)는 외부 압력까지 공기로 채워지고, 압축기 헤드(3.3)가 압축 밸브(8)와 접촉하고 이 여분의 압축 공기를 압축 챔버로 보내면, 압축 사이클은 챔버 내에서 더 큰 압축율을 달성하도록 외부보다 큰 압력으로 시작된다. 압축 프로세스에서 작용하는 모든 요소들의 조절은 공지된 기계적 및 유압 요소에 의해 제공된다. 이 잉여 압축은 압축 챔버를 향해 외부로 나아갈 수 있고 압축 챔버를 냉각하는데, 이는 보다 효율적인 압축을 가능하게 한다. 기상 유체를 유압 유체로 대체함으로써, 간단한 기계적 구성을 갖고 강건하고 효율적인 유압 펌프를 갖게 된다.
가장 잘 알려진 로터리 압축기는 베인과 스크류 시스템으로 작용하는 것이 있다. 제1 경우에, 로터는 브래킷의 슬롯 내외로 나아가는 그 회전 중에 압축 챔버의 벽과 접촉 상태를 유지하는 베인 세트를 슬롯 내에 수용하는 챔버에 편심적으로 배치된다. 챔버 벽에 대한 블레이드의 접촉각은 가변적이므로, 큰 압축율을 달성하도록 밀봉 세팅을 허용하지 못한다. 스크류 압축기의 경우에, 패들보다 더 높은 성능을 갖지만, 또한 훨씬 높은 기계적 복잡성과 비용을 갖는다.
종래의 내연 엔진인 오토 또는 디젤의 사이클의 분석에 의해, 3개의 기본적인 단계는 동일한 챔버 내에서 모두 수행되는 압축, 연소 및 팽창이다. 동일한 챔버에서 이들 3개의 단계를 수행하는 기계적 구성은 각 프로세스에서 높은 효율 레벨에 접근할 수 있다. 다른 한편으로, 단계를 수행하기 위해, 동일한 기계적 구성 내에 공존하도록 다른 구성에 제약을 추가하는 것이 일반적이다. 즉, 매우 높은 압축율에 도달하고 기계적 구성요소에 의해서만 제한되는 압축기, 설계가 최상의 산화된 연료 혼합물을 얻고, 연소가 수행될 때에 제어하는 능력과 함께 가장 효율적인 연소를 얻도록 된 정적 연소 챔버, 및 효율적인 연소의 최대 작용 도달 팽창율을 얻게 하고 자체의 효율에 의해서만 제한되는 팽창 챔버. 압축은 정적 설비에서 완벽하게 행해질 수 있고 가스 탱크에서 압축 공기 또는 산소를 사용하는 바와 같이 모바일 또는 자발적 메카니즘에서 사용하도록 패키지 상태로 제공될 수 있다.
전통적인 4행정 엔진은 샤프트의 2번의 완전 회전을 포함하는 사이클의 25%에서만 포지티스 일을 제공한다. 사이클의 나머지는 플라이휠 및 크랭크샤프트 등과 같이 자체의 기계적 구성에 의해 생성되는 관성에 의해 수행된다. 가동 부품없이 도넛형 팽창 챔버와 로터를 갖는 직접 원형 로터리 내연 엔진은 축 회전에 대응하는 사이클의 90%에서 기계적 일을 수행한다. 이어서, 직접 원형 로터리 엔진은 4행정 엔진의 연소 챔버의 28%와 동등한 팽창 챔버를 필요로 한다. 전통적인 엔진에서, 그 중량의 2/3 이상이 실린더 내에 피스톤의 선형 운동을 회전 운동을 변환시키는 메카니즘에 의해 제공된다. 또한, 이 모터의 회전은 높은 관성에 의해 유지되어야 한다. 이를 위해, 엔진의 크랭크샤프트 회전은 클러치를 통해 격리되고, 그 운동은 요건에 따라 전달되거나 전달되지 않는다. 모터의 회전은 다수의 강철 기어 및 샤프트로 이루어지는 기어박스를 필요로 하도록 매우 높고, 이는 기어 박스 짐벌과 차동 박스를 통해 바퀴 액슬에 인가될 엔진 속도를 감소시킨다. 종래의 구성과 성능이 동등하고 전술한 바와 같이 자동차를 이동시키기 위해 요구되는 직접 로터리 원형 구성은 압축기, 정적 연소 챔버를 갖는 모터, 및 유압 펌프로 구성되고, 이들 부품 모두는 로터에 대해 고정된 액슬에 의해 통합되며, 바퀴의 샤프트에 고정되고 압력 유압 유체 라인에 의해 동력을 받는 가변 속도 로터를 갖는 2개의 측방향 유압 모터가 추가된다. 이 구성의 기본적 특징은 관성이 없어서 차량을 이동시키도록 요구될 때에만 작용한다는, 즉 운동 또는 속도의 방식을 가속 또는 유지한다는 것이고, 이는 유효 수명의 연장 외에 큰 연료 절감 및 상당한 공기 오염 감소를 의미한다. 추가되면, 엔진을 작동시키기 위한 압축기를 얻는 제동 프로세스에서, 필요로 할 때에 사용되도록 축적되는 제동 메카니즘으로서 원형 직접 로터리 압축기가 각 휠의 액슬에 고정된다. 이 대안적인 구성인 완전 직접 원형 로터는 일정 부피를 차지하고 전통적인 대체물의 약 1/3의 중량을 갖는다. 이는 차량의 모든 나머지 구성에 영향을 미치고, 즉 이 구성은 훨씬 가볍고 통상적인 구성보다 적은 부피를 차지하며 지지 구조가 강할 필요가 없어, 차량의 훨씬 가볍게 하고 이에 따라 더 경제적이지만, 교체되는 전통적인 세팅을 제공하는 이점을 저감시킨다.
제작 기술이 훨씬 간단하고 가동 부품이 더 적다. 모든 단계를 최적의 기계적 구성으로 수행하기 때문에 열역학적으로 훨씬 더 효율적이다. 예상되는 다른 직접 로터리 원형 구성은 항공기에 사용하기 위한 압축기 및 엔진이며, 이는 샤프트의 회전을 프로펠러 회전으로 직접 변환시키는데, 수반되는 모든 이점을 갖는다.

Claims (14)

  1. 제어된 연소 팽창을 샤프트의 회전 운동으로 변환시키는 가동 부품없이 정적 연소 챔버, 도넛형 팽창 챔버 및 로터를 갖는 직접 원형 로터리 내연 엔진으로서,
    a. 팽창기 로터(3)의 고정축(3.1)의 통과를 허용하는 홀(1.1)을 갖는 고형 측면 플레이트(1);
    b. 고형 측면 플레이트(1)에 고정된 고형 본체(2)로서, 상기 고형 본체는 측면 플레이트(1)의 홀(1.1)과 동심인 원통형 홀(2.1); 내측면에 캐비티(2.2), (2.3) 및 (2.4)가 배치되고 압축 산화제(5)의 각각의 유입 밸브, 스파크 플러그(6) 및 연료 분사 밸브(7)를 갖는 정적 연소 챔버(12)를 형성하는 챔버; 정적 연소 챔버(12)를 원통형 홀(2.1)에 연결시키는 바이패스 밸브(13); 및 원통형 홀(2.1)에 대해 또한 개방되는 배출 출구(2.6)를 형성하는 캐비티(2.6)를 포함하는, 고형 본체;
    c. 원형 중앙에서 고정되는 샤프트(3.1)가 수직으로 가로지르는 원통형 팽창기 로터(3)로서, 샤프트는 고형 측면 플레이트(1)의 홀(1.1)을 통과하여 고형 측면 플레이트를 원통형 홀(2.1) 및 팽창기 헤드(3.3) 상에 센터링시키며, 원통형 로터 라인으로부터 돌출되며 고형 본체(2)의 원통형 홀(2.1)의 내측에 의해 완벽하게 조절되는, 팽창기 로터;
    d. 홀(11.1)을 갖는 고형 측면 플레이트(1)의 거울상이고, 로터(3)의 고정 샤프트(3.1)를 통과하고 고형 본체를 다른 측면 플레이트에 고정시켜 엔진을 형성하는, 고형 측면 플레이트(11)를 포함하는 것을 특징으로 하는 직접 원형 로터리 내연 엔진.
  2. 제1항에 있어서, 각형 팽창 밸브(8)의 축이 로터의 반경에 대해 폐쇄 방향으로 양의 각도를 형성하고, 이러한 각도는 밸브 면에 가해지는 팽창력을 유발하고, 2개의 표면들 간에 밀봉 접촉을 생성하는 로터(3.4)의 표면에 수직인 압력 밀봉력으로서 작용하는 것을 특징으로 하는 직접 원형 로터리 내연 엔진.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 각형 팽창 밸브(8)가 또한 측면 플레이트(1, 11)의 캐비티들에 의해 수용되고, 캐비티에서 완전히 끼워져서 보다 견고해지며 외부 메카니즘에 의해 로터(3)의 팽창기 헤드(3.3)로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 직접 원형 로터리 내연 엔진.
  4. 제1항에 있어서, 상기 정적 연소 챔버는 구형이고, 위치 및 부피는 직접적으로 팽창 챔버에 종속되지 않는 것을 특징으로 하는 직접 원형 로터리 내연 엔진.
  5. 제1항에 있어서, 고형 본체(2)의 원통형 리세스(2.1)의 벽, 로터(3.4)의 원통형 외벽, 로터(3)의 팽창기 헤드(33)의 면, 각형 팽창 밸브(8)의 전방벽 및 고형 측면 플레이트(1, 11)의 벽이 팽창 챔버(9)를 형성하는 것을 특징으로 하는 직접 원형 로터리 내연 엔진.
  6. 제1항에 있어서, 상기 고형 본체(2)는 팽창 챔버(9)로 나아가는 바이패스 밸브(13)를 갖는 2개 이상의 정적 연소 챔버를 갖는 것을 특징으로 하는 직접 원형 로터리 내연 엔진.
  7. 제1항에 있어서, 상기 고형 본체(2)는 각형 팽창 밸브(8), 배출 출구로서의 리세스(2.6), 및 2개 이상의 팽창 챔버(9)를 발생시키는 바이패스 밸브(13)의 세트를 2개 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 직접 원형 로터리 내연 엔진.
  8. 제7항에 있어서, 리세스(2.6)를 제거하고 밸브(15)를 수용하는 리세스(2.9)로 대체하며, 상기 밸브는 형성된 팽창 챔버를 인에이블 또는 디스에이블하는 것을 특징으로 하는 직접 원형 로터리 내연 엔진.
  9. 제1항에 있어서, 상기 로터 팽창기(3)는 2개 이상의 팽창기 헤드(3.3)를 포함하는 것을 특징으로 하는 직접 원형 로터리 내연 엔진.
  10. 제1항 또는 제6항에 있어서, 정적 연소 챔버를 제거하고, 그 모든 구성요소와 바이패스 밸브(13)는 캐비티(2.8)와 팽창 챔버(9)로 나아가는 유입 밸브(14)에 의해 대체됨으로써, 외부에서 제어된 고압 유체의 유입을 허용하는 것을 특징으로 하는 직접 원형 로터리 내연 엔진.
  11. 제10항에 있어서, 상기 유체는 로터리 내연 엔진을 유압 모터로 변환시키는 유압인 것을 특징으로 하는 직접 원형 로터리 내연 엔진.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 샤프트에 회전력을 인가함으로써 로터(3)의 회전 방향을 반대 방향으로 역전시켜 압축 유체를 생성하고, 압축 챔버로 캐비티(2.6)를 통해 진입하는 유체의 압축은 팽창기 헤드(3.3)에 의해 형성되며, 각형 팽창 밸브(8)는 리세스(2.5) 내에 수용되는 각형 압축 밸브로서 작동하여, 원형 로터리 유압 펌프 압축 챔버 및 로터의 도넛형 비가동 부품을 구성하는 것을 특징으로 하는 직접 원형 로터리 내연 엔진.
  13. 제12항에 있어서, 상기 유체는 가스이고, 가동 부품없이 도넛형 압축 챔버와 로터를 갖는 원형 로터리 압축기로 변환시키는 것을 특징으로 하는 직접 원형 로터리 내연 엔진.
  14. 제12항에 있어서, 도넛형 팽창 챔버를 측방향으로 작동시키고 원통형 리세스(2.1) 내로 완벽하게 끼워지는 고정된 축(3.1)이 가로지르는 측방향 팽창 로터(17)에 의해 팽창기 로터(3)를 대체하며, 측방향 로터 면은 동심 채널(17.1)을 갖고, 각 동심 채널은 압축기 헤드(17.2)를 가지며, 각 채널을 폐쇄하여 측면 커버(18)를 갖는 팽창 챔버를 형성하고, 각 채널을 위해, 각각의 유입 밸브(14)를 갖는 캐비티(2.8), 팽창 챔버(9)를 폐쇄하는 각각의 직선형 팽창 밸브(8.1)를 갖는 리세스(2.51), 및 유압 유체의 제거를 허용하는 리세스(2.6)에 의해 외부로 개방되는 후방 챔버(10)를 수용하고, 개별적으로 사용될 때에 동일한 유체를 위한 챔버는 상이한 속도를 가질 수 있어, 가변 속도를 갖는 유압 모터로 변환시키는 것을 특징으로 하는 직접 원형 로터리 내연 엔진.
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