스윙 피스톤 엔진

Swing-piston engine

스윙피스톤 엔진은 피스톤이 링 모양의 '실린더' 내부에서 원형운동으로 움직이면서 점점 더 가까워져 압축과 팽창을 제공하는 내연기관의 일종이다.일반적으로 실린더 주위를 회전할 때 고정된 관계로 움직이도록 조정된 두 세트의 피스톤이 사용됩니다.일부 버전에서는 피스톤이 엔진 전체를 중심으로 회전하는 것이 아니라 고정된 중심 중심으로 진동합니다.이 설계는 또한 진동 피스톤 엔진, 피스톤이 회전하는 대신 진동하는 진동 엔진 또는 "실린더"의 모양에 기초한 트로이덜 엔진이라고도 합니다.

많은 스윙피스톤 엔진이 제안되었지만 성공한 엔진은 없었다.약 2010년 두 번의 시도는 Yo-Mobile 하이브리드 자동차에 사용되는 미국제 MYT 엔진[1] 시제품과 러시아제 ORE 시제품입니다.두 모델 모두 높은 연비와 높은 출력 대 중량비를 주장했지만, 실제 사용하기에 충분한 내구성 또는 엔진 내구성을 입증한 사례는 없습니다.

증기 기관

스윙-피스톤 엔진은 증기 터빈이 널리 도입되기 전에 대체 증기 엔진 설계로 1820년대에 처음 도입되었습니다.이러한 예에서 "피스톤"은 일반적으로 현대의 내연 설계와 같이 원통형이 아니며, 일반적으로 위에서 볼 때 단면이 직사각형으로 평면 디스크 "실린더"에서 회전합니다.측면에서 보면 납작한 접시 모양이나 파이 모양으로 되어 있습니다.이러한 경우 "스윙-피스톤"이라는 용어는 완전히 정확하지는 않지만 작동 주기는 동일하며 여기에서 적절하게 고려됩니다.

최초의 알려진 예는 1829년 일라이저 갤러웨이에 의해 선박 추진용으로 소개되었다.270도로 회전하는 단일 베인이 특징입니다.이 버전은 만들어지지 않은 것으로 보이지만, 과학 박물관에 모형은 여전히 존재한다.갤러웨이는 베인을 이용한 다양한 순수 회전 엔진도 [2]설계했다.

더 심각한 시도는 1841년 존 존스의 "캄브리아 시스템"이었다.이 설계에서는 사이클이 계속됨에 따라 더 가까이 또는 더 멀리 움직이도록 조정된 두세 개의 평판을 사용했습니다.판이 가장 가까운 지점에 있을 때 밸브를 사용하여 판 사이에 증기가 유입되어 주기가 계속됨에 따라 판이 분리되었습니다.플레이트가 최대 거리에 도달했을 때, 부분적으로 팽창한 증기가 장치의 중심을 가로질러 베인의 다른 쪽 영역으로 흐를 수 있는 내부 통로가 발견되었는데, 이 영역은 현재 최소 거리에 있습니다.이러한 방식으로 설계는 효과적으로 복합 [2]엔진이었습니다.

많은 변형이 뒤따랐고, 그 중 많은 변형이 현장에서 제한적으로 사용되었습니다.그 중 주목할 만한 것은 1843년 존 에릭슨의 설계로 미국 최초의 나사식 증기선인 USS 프린스턴호에 동력을 공급했다.Charles Parsons는 이 개념을 검토했고 증기 터빈으로 이동하기 전에 두 개의 스윙-피스톤 엔진 설계를 만든 것으로 보입니다.Roots 형제는 슈퍼차저 [2]설계로 더 잘 알려져 있지만 독특한 유형의 스윙 피스톤 엔진을 설계했습니다.

내연

미국 특허 2301667의 그림 1은 Otto Lutz 엔진의 샤프트, 헬리컬 피스톤 및 캠을 보여줍니다.

내연 스윙-피스톤 엔진이 생산에 도달했는지 여부는 불분명하지만, 가장 가까운 시도는 오토 루츠[de]의 독일 제2차 세계대전 당시 설계로 보인다.그의 설계에는 총 6개의 피스톤이 있었으며, 각각 3개가 2개의 디스크에 부착되어 있었습니다.디스크는 피스톤 사이에 6개의 챔버를 형성하도록 서로 조정되어 있어 한 번에 3개의 챔버 중 한 세트가 "밀착"된 반면 다른 3개의 세트는 "넓게" 떨어져 있어 디스크가 회전함에 따라 두 극단 사이에서 변화했습니다.타이밍은 챔버가 스파크 플러그를 통해 "밀착" 지점에 도달하고 흡기 및 배기 포트를 통해 "넓은 간격" 지점에 도달하도록 조정되었습니다.이 동작은 Wankel 엔진과 유사하며, 주된 차이점은 Wankel이 피스톤의 상대적인 움직임이 아니라 엔진과 로터의 형태를 통해 압축 및 팽창을 발생시킨다는 것입니다.

러츠의 엔진은 전통적인 원심 압축기 또는 축 압축기를 그의 스윙 피스톤 설계로 대체한 새로운 유형의 항공기 엔진을 위한 실험적인 가스 발생기로 설계되고 있었다.궁극적으로 배기 가스는 터빈을 구동하는 데 사용되며, 이 동력은 프로펠러를 구동하여 터보프롭을 생산하는 데 사용됩니다.이 역할에서는 배기 가스가 너무 뜨거워서 터빈에서 직접 사용할 수 없었습니다. 따라서 엔진에는 차가운 가압 공기를 배출하는 두 번째 "배기 포트"가 있었고, 그 후 뜨거운 배기 가스로 혼합되었습니다.터빈 구동과 달리 직접 동력 사용을 위해 엔진의 "제3 영역"은 불필요한 압축으로 인한 동력 손실을 방지하기 위해 공기에 개방된 상태로 둘 수 있습니다.

초기 테스트 엔진은 특히 밀봉과 같은 약간의 문제가 있었지만, 이러한 문제가 해결되어 1944년 동안 엔진이 테스트되었습니다.스윙 피스톤 엔진의 특히 좋은 점 중 하나는 공통 크랭크축을 따라 볼트로 앞뒤로 고정하여 더 큰 엔진을 만들 수 있다는 것입니다. 또한 추가 단계가 있을 때마다 주행이 더 원활해지고 크랭크축만 더 커집니다.레이디얼 엔진과 유사한 배열은 일반적으로 배열하기가 더 어려우며, 특히 냉각이 인라인 엔진 배열은 곧 너무 길어지기 때문에 크랭크축의 진동을 막는 데 심각한 문제가 됩니다(예: 크라이슬러 IV-2220 참조).

Lutz의 디자인에서 나온 각각의 "실린더"는 직경 0.70m, 깊이 약 30cm로 140kg에서 445hp를 제공하여 당시의 제트 엔진과 비교해도 우수한 출력 대 중량비를 제공한다.그의 터보프롭 컨셉을 위해 약 2m 길이의 엔진에서 3,450hp를 제공하는 5블록 버전이 제안되었다.중량 대비 출력은 좋았지만 엔진의 밀도는 그야말로 뛰어났습니다.

전체적인 터보프롭은 피스톤 엔진보다는 제트 엔진처럼 보였다.스윙-피스톤 가스 발생기는 긴 나셀의 중앙에 위치했으며, 전면에는 5단 축 압축기가, 후면에는 3단 터빈이 있었다.컴프레서는 피스톤 엔진의 슈퍼차저 역할과 터빈 냉각을 위한 냉기 공급에 모두 사용되었습니다.피스톤과 터빈을 모두 합친 프로펠러의 실제 출력은 10,000m 고도에서 4,930hp로 독일의 전시 프로젝트보다 훨씬 더 컸다.

단순성이 가장 큰 장점인 터보프롭이라는 새로운 버전의 엔진을 제작하는 데 왜 이렇게 복잡한가요?기존 제트 엔진의 주요 문제는 연소가 개방된 챔버에서 발생한다는 것입니다. 개방된 챔버는 피스톤 엔진의 폐쇄된 챔버보다 효율이 현저히 떨어지며, 피스톤 엔진의 부피가 일정하거나 가까이 있습니다.피스톤 엔진에 사용되는 오토 사이클 또는 디젤 사이클은 저속에서의 기존 가스터빈 엔진의 브레이튼 사이클보다 연료 소비량이 훨씬 낮습니다.루츠의 디자인은 단순성과 성능보다 연비가 더 중요한 장거리 폭격기와 초계기에 동력을 공급하기 위한 것이었다.

러츠는 나중에 "로터리 압축기와 기타 엔진"으로 이 디자인을 특허 받았으며, 미국 특허는 2,301,667이다.[3][4]

기타 예

BMW는 이전에 여러 번 실험했던 연소실에 포핏 밸브를 장착한 전통적인 엔진을 실험했다.또 다른 접근 방식은 열 교환기에서 배기열의 일부를 회수하여 압축 공기를 가열하는 연료 대신 이를 사용하는 것입니다. 압축 공기는 일련의 자동차 터빈에서 사용되는 개념입니다.그러나 일반적으로 "저출력" 역할의 기본 피스톤 엔진이 개선됨에 따라 이러한 고급 설계는 시장에서 배제되었습니다.

1990년대에 많은 발명가들이 이 개념을 새로운 것처럼 재도입했다.예를 들어 Angel [5]Labs의 "Massive Yet Tiny" 엔진, Roto block,[6] Round 엔진,[7] Tschudi와 Hoose의 [8][9]디자인 등이 있습니다.2009년 러시아의 억만장자 사업가 미하일 프로호로프는 이 디자인을 [10]주력으로 한 일련의 경량 하이브리드 자동차로 자동차 사업에 진출할 계획을 발표했다.하이브리드 시장을 겨냥한 또 다른 최근 소개는 "휘틀린 쿠겔모터"로, 스윙-피스톤 개념을 변형된 스왓시 플레이트와 결합하여 내부 [11]전기 발전기에 직접 전력을 공급하는 구형 설계를 생성합니다.

기타 이름

Tschudi 엔진은 "cat-and-mouse 엔진" 또는 "scissor 엔진"[12]이라고도 합니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

메모들

  1. ^ "Internal Combustion Engine and Method" (PDF). United States Patent Office. March 26, 2002. Retrieved 2019-05-11.
  2. ^ a b c Self 2008.
  3. ^ "Rotary compressor and other engines" (PDF). Freepatentsonline.com. Retrieved 2011-12-06.
  4. ^ "Rotary compressor and other engines".
  5. ^ angellabsllc.com
  6. ^ rotoblock.com
  7. ^ roundengine.com
  8. ^ "Toroidal engines". Greencarcongress.com. 2006-04-18. Retrieved 2011-12-06.
  9. ^ "MYT Engine: US Patent "Internal Combustion Engine" #7415962 B2; Aug 26, 2008". Patft.uspto.gov. Archived from the original on 2016-01-14. Retrieved 2011-12-06.
  10. ^ "Yomobil" (in Russian). Auto.lenta.ru.
  11. ^ Rice, Vincent (22 September 2011). "The spherical genius of the Hüttlin Kugelmotor". Gizmag.com.
  12. ^ "Cat-and-mouse engine".

참고 문헌

외부 링크