KR100196756B1 - 로터리 펌프 - Google Patents

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KR100196756B1
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쇼지 모리따
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도오다 고오이찌로
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    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2/00Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/22Rotary-piston machines or pumps of internal-axis type with equidirectional movement of co-operating members at the points of engagement, or with one of the co-operating members being stationary, the inner member having more teeth or tooth-equivalents than the outer member

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Abstract

로터리 펌프는 하우징 내에 회전 가능하게 배열되고, 상기 하우징의 내주연부의 크로코이드형 곡면과 활주 접촉하는 정점부들을 구비한 대체로 삼각형 형상의 회전자를 포함한다. 하우징과 회전자는 서로 협력하여 한 쌍의 흡입 작동 챔버와 한 쌍의 배출 작동 챔버를 한정해준다. 하우징에는 펌프가 흡입 행정으로 진행할 때 상기 한 쌍의 흡입 작동 챔버와 연통하는 한 쌍의 흡입구와, 펌프가 압축 행정으로 진행할 때 상기 한 쌍의 배출 작동 챔버와 연통하는 한 쌍의 배출구가 형성되어 있다.

Description

로터리 펌프
본 발명은 예를 들어 자동차용 오일 펌프로서 사용되는 로터리(rotary)펌프에 관한 것이다.
내부 기어 펌프 및 플런저 펌프와 같은 다양한 형식의 오일 펌프가 내연 기관에 윤활 오일을 공급하고 자동차용 동력 조향 장치에 작동 오일을 공급하기 위해 제안되어 있다.
자동차용 내연 기관으로서는, 왕복동(reciprocating) 엔진에 부가하여, 트로코이드형(trochoid) 곡면에 접촉하는 회전자의 1 회전 당 흡입, 압축, 팽창, 및 배기 4행정을 연속적으로 수행하는 방켈형(Wankel-type) 로터리 엔진이 알려져 있다.(JP-U 64-15726 참조).
방켈형 로터리 엔진의 개요에 대해 설명한다. 내주연부 상에 페리트로코이드형(peritrochoid) 곡면을 갖는 로터리 하우징의 양 측면에는 측면 하우징들이 배열되어 있다. 대체로 삼각형의 회멩가 페리트로코이드형 곡면에 접촉하면서 회전될 수 있도록 로터리 하우징 내에 수용된다. 회전자의 외주연부와 로터리 하우징의 페리트코이드형 곡면에 의해 3개의 작동 챔버들이 한정된다. 측면 하우징을 통해 배열된 출력축 또는 크랭크축은 출력축의 축선에 대해 편심을 이루는 중심을 갖는 외관형 편심부가 일체로 형성된 소정의 외주연부를 구비한다. 회전자의 내주연부는 편심부의 외주연부 상에 지지된다. 출력축의 내주연부 상에는 작동 챔버들에 대면하기 위해 측면 하우징들 중 한 하우징의 구멍을 통해 소직경의 고정 기어가 고정 된다. 회전자의 내주연부에는 그 한 단부측 상에 고정 기어와 맞물리도록 회전 기어가 형성된다.
로터리 하우징에는 그 한 측면에 평행한 흡입구 및 배기구가 형성되고, 다른 측면에는 한 쌍의 점화 플러그가 장착된다.
엔진 시동 후에 회전자를 회전시키면, 편심부와 출력축이 회전하게 되고 서로 맞물린 회전 기어와 고정 기어도 회전하게 되어, 횐전자의 정점부(vertex)가 로터리 하우징의 페리트로코이드형 곡선 또는 기본 곡선을 추종(tracing)하면서 회전하여 출력출에 동력을 전달해준다. 즉, 회전자의 회전은 흡입구를 개방시켜 흡입 행정을 개시하여 2개의 작동 챔버의 체적을 점진적으로 증가시킨다. 이 체적이 최대치에 도달하면, 흡입구는 자동적으로 폐쇄된다. 다음에, 작동 챔버 내의 연료-공기 혼합물이 압축되고, 압축 행정의 상사점 근방에서 점호되어, 팽창 행정으로 진행한다.
팽창 행정 후에, 배기구가 개방되어 배기 행정이 완료된 다음, 다시 흡입 행정으로 진행한다. 이러한 과정은 회전자의 1 회전 당 출력축의 3 회전을 발생시켜 출력축에 동력을 전달해 준다.
최근에는, 극히 높은 동력 효율로 인해, 이와 같은 4-행정 1-사이클 로터리엔진의 기본적인 구조를 자동차용 오일 펌프 등에 작용하려는 시도가 이루어졌다.
그러나, 연료-공기 혼합물과 같은 압축성 유체에 관계되는 로터리 엔진이 압축성 유체의 압축 및 팽창 행정, 즉 작동 챔버의 체적 변화에 따르는 엔진으로서 사용되기 때문에, 로터리 엔진은 오일과 같은 비압축성 유체에 관계되는 오일 펌프로서는 사용될 수가 없다. 즉, 작동 챔버의 큰 체적 변화에 따르는 비압축성 유체의 압축 및 팽창이 불가능함으로써, 로터리 엔진은 오일 펌프로서 사용될 수 없다.
그러므로, 본 발명의 목적은 로터리 엔진의 기본적인 구조를 갖도록 구성된 로터리 펌프를 제공하는 것이다.
제1도는 본 발명에 따른 로터리 펌프의 양호한 실시예 1를 도시하는 종단면도.
제2도는 제1도의 선 II-II를 따라 취한 단면도.
제3도는 제1도의 선 III-III을 따라 취한 제2도에 유사한 도면.
제4도는 제1도의 선 IV-IV를 따라 취한 제3도에 유사한 도면.
제5도는 제1도의 선 V-V를 따라 취한 제4도에 유사한 도면.
제6도는 제1도의 선 VI-VI를 따라 취한 제5도에 유사한 도면.
제7도는 제1도의 선 VII-VII를 따라 취한 제6도에 유사한 도면.
제8도는 제1도의 선 VII-VIII를 따라 취한 제7도에 유사한 도면.
제9도는 제1도의 선 XI-XI를 따라 취한 제8도에 유사한 도면.
제10도는 본 발명의 양호한 실시예 2를 도시하는 제1도에 유사한 도면.
제11도는 제10도의 선XI-XI를 따라 취한 제9도에 유사한 도면.
제12도는 본 발명의 제3 양호한 실시예를 도시하는 제10도에 유사한 도면.
제13도는 제12도의 선 XIII-XIII를 따라 취한 제11도에 유사한 도면.
제14도는 제12도의 선 XIV-XIV를 따라 취한 제13도에 유사한 도면.
제15도는 제12도의 선 XV-XV를 따라 취한 제14도에 유사한 도면.
제16도는 제12도의 선 XVI-XVI를 따라 취한 제15도에 유사한 도면.
제17도는 본 발명의 실시예 4를 도시하는 제12도에 유사한 도면.
제18도는 제17도의 선 XIX-XIX를 따라 취한 제16도에 유사한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1,101 : 하우징 1(a),105 : 하우징 본체
2,106 : 덮개 4,102 : 구동축
5,104 : 회전자
5(a) 내지 5(c),104(a) 내지 104(c) : 정점부
6,105(c) :트로코이드형 곡면 8,114 : 안내 홈
9,115 : 안내 핀 10,103 : 편심 칼라
16(a), 16(b), 113(a), 113(b) : 제1도 및 제2도 흡입 작동 챔버
16(c), 16(d), 113(c), 113(d) : 제1도 및 제2도 배출 작동 챔버
18,19,117,118 : 제1도 및 제2도 흡입구
18b,19,117b,118b : 입구
20,21,119,120 : 제1도 및 제2도 배출구
20(b),21(b),119(a),120(a) : 출구
121 : 연통 통로 122 : 합류 통로
본 발명의 한 개념에 의하면, 흡입 및 압축 행정으로 작동되는 펌프에 있어서, 트로코이드형 곡면을 갖는 내주연부를 구비한 하우징과, 상기 하우징 내에 회전 가능하게 배열되고, 대체로 삼각형 형상을 가지며, 상기 하우징의 트로코이드형 곡면과 활주 접촉하는 정점부들을 구비한 회전자와, 펌프가 흡입 행정으로 진행할 때 상기 한 쌍의 흡입 작동 챔버와 연통하는 한 쌍의 흡입구를 한정하는 수단과, 펌프가 압축 행정으로 진행할 때 상기 한 쌍의 배출 작동 챔버와 연통하는 한 쌍의 배출구를 한정하는 수단을 포함하며, 상기 하우징과 회전자는 서로 협력하여 한 쌍의 흡입 작동 챔버와 한 쌍의 배출 작동 챔버를 한정하는 펌프가 제공된다.
본 발명의 다른 개면에 의하면, 흡입 및 압축 행정으로 작동되는 펌프에 있어서, 트로코이드형 곡면을 갖는 내주연부을 구비한 하우징과, 상기 하우징 내에 회전 가능하게 배열되고, 대체로 삼각형 형상을 가지며, 상기 하우징의 트로코이드형 곡면과 활주 접촉하는 정점부들을 구비한 회전자와, 펌프가 흡입 행정으로 진행할 때 상기 한 쌍의 흡입 작동 챔버와 연통하는 한 쌍의 흡입구를 한정하는 수단과, 펌프가 압축 행정으로 진행할 때 상기 한 쌍의 배출 작동 챔버와 연통하는 한 쌍의 배출구를 한정하는 수단과, 상기 한 쌍의 배출구의 유체 연통을 위하여 연통 통로를 하류측 상에 한정하는 수단과, 상기 연통 통로의 하류측에 연결되는 합류 통로를 한정하는 수단을 포함하는 펌프가 제공된다.
이하에서는, 도면을 참조하여 로터리 펌프의 양호한 실시예에 대해 설명한다. 제1도내지 제9도는 본 발명의 제1도실시예를 도시한다. 제1도와 제2도를 참조하면, 하우징(1)은 내연 기관의 실린더 블록 등에 고정된 하우징 본체(1a)와, 플러시(flush) 볼트(3)에 의해 한 단부에서 하우징 본체(1a)에 고정되어 그 곳에서 개구를 폐쇄해주는 덮개(2)를 포함한다. 구동축(4)은 하우징 본체(1a)와 덮개(2)의 중앙에 형성된 관통 구멍을 통해 배열된다. 덮개(2) 및 하우징 본체(1a)에 형성된 오목부(1b)는 대체로 삼각형의 회전자(5)가 회전 가능하게 배열되는 공간을 한정해준다.
하우징 본체(1a)는 오목부(1b)의 내주연부가 코쿤(cocoon), 즉 트로코이드형 곡면(6)처럼 형성되고 원통형 돌출부(7)가 그 내주연부측 상의 덮개(2)에 대항하는 측면과 일체로 형성되도록 구성된다. 하우징 본체(1a)와 유사하게, 덮개(2)는 직사각형의 외부 형상을 가지며, 도시되지 않은 위치 결정 핀에 의해 하우징 본체(1a)에 위치된다.
구동축(4)은 내연 기관의 크랭크축에 직접 연결된다. 이 구동축(4)은 길이 방향으로 형성된 외주연 홈(4a) 내에 배열된 키이(11)에 의해 편심 칼라(color)(10)가 고정되는 외주연부 및 구동 풀리(12)가 축방향으로 함께 결합된 볼트(13)에 의해 고정되는 단부를 구비한다. 구동 풀리(12)는 그 본체의 내주연부측 상에 구동축(4)의 외주연부와 결합된 원통부(12a)를 가지며, 도시되지 않은 타이밍 벨트를 거쳐 구동축(4)에 토오크를 전달해주는 역할을 한다. 하우징(1)의 돌출부(7)와 구동 풀리(12)의 원통부(12a) 사이에는 밀봉 부재(14)가 삽입되어 있다.
편심 칼라(10)는 구동축(4)의 외주연부와 결합된 원통부(10a)와, 그 구동 풀리측 외주연부 상에서 원통부(10a)와 일체로 형성된 편심판(10b)을 포함한다. 이 편심 칼라(10)는 구동축(4)의 축선(X)에 대해 반경 방향으로 e 만큼 편심을 이루는 중심 (P)을 갖는다. 원통부(10a)는 하우징(1)의 관통 구멍(1a)과 덮개(2)의 관통 구멍(2a)까지 연장되는 전방 및 후방 단부들을 갖는다. 축 방향의 위치 설정을 위해, 전방 단부는 구동 풀리(12)의 원통부(12a)의 한 모서리 상에 접촉하고, 후방 단부는 구동축(4)의 계단형 단부면 상에 접촉한다. 편심판(10b)에는 중량 감소 및 평형을 위해 다른 크기의 구멍(15)들이 원주 방향으로 형성되어 있다.
회전자(5)는 하우징(1)의 오목부(1b)의 폭 보다 약간 작은 두께 또는 폭을 가지며, 4개의 작동 챔버(16a 내지 16d)들을 한정하기 위해 하우징 본체(1a)의 트로코이드형 곡면(6)과 협력하는 정점부(5a 내지 5c)들 사이에 외부 표면을 구비한다. 회전자(5)는 페리트로코이드형 곡선을 추종하기 위해 정점부(5a 내지 5c)들이 항상 트로코이드형 곡면(6)과 접촉하는 상태로 회전을 한다. 제1도에 도시된 바와 같이, 회전자(5)의 중앙에는 원형 구멍이 형성되며, 이 구멍은 편심 칼라(10)의 편심판(10b)의 외주연부(10c)와 결합된 내주연부(5d)를 갖는다.
제2도 내지 제8도를 참조하면, 회전자(5)의 회전위치들에 따라 한정되는 4개의 작동 챔버들은 제1 흡입 작동 챔버(16a)와, 그 대향 측면 상에 동시에 한정된 제2 흡입 작동 챔버(16b)와, 제1 배출 작동 챔버(16c)와, 그 대향 측면 상에 한정된 제2 배출 작동 챔버(16d)를 포함하여, 배출 작동 챔버들은 그 들의 최대 체적 변화 후에 흡입 챔버들로부터 전환된다.
트로코이드형 곡면(6)을 따라 회전자(5)를 회전 가능하게 안내하기 위해 덮개(2)와 회전자(5) 사이에는 안내 수단이 배열된다. 특히, 이 안내 수단은 덮개(2)의 내부측 표면(2b) 상에 형성된 순환(endless) 안내 홈(8)과, 내부측 표면(2b)의 측면 상의 회전자(5)의 측면에 배열되어 안내 홈(8)과 결합되는 3개의 안내 핀(9)들을 포함한다.
제1도 및 제2도에 도시된 바와 같이, 안내 홈(8)은 C자형 단면을 갖도록 내부측 표면(2b) 상에 형성되며, 트로코이드형 곡면(6)을 따라 코쿤과 같은 형상으로 되어 있다. 한편 각각의 안내 핀(9)은 안내 홈(8)에 대응하도록 각 정점부(5a 내지 5c)의 근방에서 회전자(5)를 통해 배열된 고정 구멍(17)내에 억지 끼워맞춤되는 기부와, 약간의 간극을 두고 안내 홈(8)과 결합된 뾰족한 단부(9a)를 갖는다.
제1도 내지 제8를 참조하면, 덮개(2)의 내부에는 한 쌍의 흡입구(18, 19)가 형성되어 있다. 이들 흡입구(18, 19)는 덮개(2)의 양 측부에 대해 대체로 수평으로 그리고 서로에 대해 약간 수직으로 편심되어 대향되게 형성된다. 제1 흡입구(18)는 회전자(5)의 회전에 의해 한정되는 제1 흡입 작동 챔버(16a)와 연통될 수 있는 하나의 단부(18a)를 갖는 반면에, 제2 흡입구(19)는 제2 흡입 작동 챔버(16b)와 연통될 수 있는 하나의 단부(19a)를 갖는다. 흡입구(18, 19)의 입구(18b, 19b)들은 입구(18b, 19b)에 연결된 2개의 통로들이 상류측에서 합쳐지는 도시되지 않은 합류 통로를 거쳐 오일 팬과 연통한다.
제1도 내지 제8도를 참조하면, 하우징 본체(1a)의 내부에는 한 쌍의 배출구(20,21)가 형성되어 있다. 이들 배축구(20,21)는 하우징 본체(1a)의 양 측부에 대해 대체로 수평으로, 흡입구(18, 19)에 평행으로 그리고 서로에 대해 약간 수직으로 편심되어 대향되게 형성된다. 제1 흡입구(18) 위에 배열된 제1 배출구(20)는 회전자(5)의 회전에 의해 한정되는 제1 배출 작동 챔버(16c)와 연통될 수 있는 하나의 단부(20a)를 갖는 반면에, 제2 흡입구(19) 아래에 배열된 제2 배출구(21)는 제2 배출 작동 챔버(16d)와 연통될 수 있는 하나의 단부(21a)를 갖는다. 배출구(20, 21)출구 (20b, 21b)들은 도시되지 않은 통로를 거쳐 출구(20b, 21b)들의 근처에 배치된 엔진 밸브 작동기 및 피스톤과 같은 활주부들과 연통한다.
따라서, 제1 실시예에 의하면, 구동축(4)이 구동 풀리(12)를 거쳐 회전될 때, 편심 칼라(10)도 동기 회전하여 외주연부를 거쳐 토오크를 회전자(5)에 전달해 준다.
제2도 내지 제9도를 참조하면, 이건은 안내 핀(9)이 안내 홈(8) 내에서 활주 이동하여 원활하게 안내되는 상태에서 회전자(5)가 트로코이드형 곡면(6)을 따라 회전하게 해준다.
제2도 내지 제9도에 도시된 바와 같은 회전자(5)의 회전 위치들에서의 펌프의 작동에 관해 고려해 보기로 한다. 제2도 및 제3도에 도시된 바와 같은 위치들에서, 정점부(5a)가 제2 배축구(21)의 단부(21a)를 개방하게 되면, 제1 흡입 작동 챔버(16a)는 제1 흡입구(18)와 연통하여 제1 흡입 작동 챔버(16a)에 윤활 오일을 흡입하게 해준다(흡입 행정).
회전자(5)를 더욱 회전시키면, 제1 흡입 작동 챔버(16a)의 체적은 제4도 및 제5도에 도시된 바와 같이 증가된다. 이 체적이 제6도에 도시된 바와 같이 최대치에 도달하게 되면(팽창 행정), 제1 흡입 작동 챔버(16a)는 윤활 오일로 충전되어, 압축 행정으로 진행한다.
이어서, 제7도 및 제8도에 도시된 바와같이, 압축행정이 개시되자마자, 즉 제1 흡입 작동 챔버(16a)의 체적 감소가 시작되자마자, 제1 흡입 작동 챔버(16a)는 제1배출 작동 챔버(16c)로 전환되고 정점부(5b)가 제1 배출구(20)를 개방시켜 이를 제1 배출 작동 챔버(16c)와 연통 시킨다. 그 결과, 제1 배출 작동 챔버(16c) 내의 윤활 오일은 회전자(5)의 토오크에 의해 제1 배출구(20)를 통해 상기 활주부들에 공급된다(배출 행정).
한편, 회전자(5)를 회전시키면, 제2 흡입 작동 챔버(16b)는 제8도에 도시된 바와 같은 위치에서 제2 흡입구(19)로부터의 개시하고, 그 체적을 점진적으로 증가시켜 최대치에 도달하게 해준다. 제9도 내지 제2도에 도시된 바와 같이, 정점부(5a)가 제2 흡입구(19)를 페쇄하자마자, 제2 흡입 작동 챔버(16b)는 제2 배출 작동 챔버(16d)로 전환되어 압축 행정으로 진행된다. 게다가, 제3도에 도시된 바와 같이, 제2 배출 작동 챔버(16d)는 윤활 오일을 배출하기 위해 제2 배출구(21)와 연통하여, 제1 흡입 및 배출 작동 챔버(16a, 16c)의 것과 동일한 체적 변화에 따른 펌프 작동을 보장해준다.
요약하면, 흡입 행정으로부터 압축 행정으로 넘어가면, 펌프는 윤활 오일 또는 비압축성 유체의 강력한 압축을 수행함이 없이 배출 작동 챔버(16c, 16d) 내의 윤활 오일을 배출구(20, 21)로 배출하기 위해 즉시 배출 행정으로 진행하여, 연속적인 펌프 작동을 보장해준다.
이러한 방식으로, 실시예 1은 로터리 펌프를 실체화(materialize)하기 위해 로터리 엔진의 기본적인 구조에 약간의 수정을 가하여, 작동 챔버(16a 내지 16d)들의 증가된 체적으로 인해 회전자(5)의 1회전 당 배출량을 증가시켜 줌으로써, 펌프 효율을 개선한 것이다. 즉, 로터리 펌프는 작동 챔버(16a 내지 16d)들의 최대 체적이 내부 기어 펌프와 같은 다른 오일 펌프의 것 보다 크게 하여, 회전자(5)의 1회전 당 배출량을 증가시켜준다. 이것은 로터리 펌프가 종래의 오일 펌프의 것과 동일한 용량(capacity)을 가질 경우 충분히 감쇠된 전체 크기를 구비할 수 있게 하여, 펌프 크기 및 중량의 감소에 기여한다.
또한, 흡입 작동 챔버(16a 내지 16d), 배출 작동 챔버(16a 내지 16d), 흡입구(18, 19) 및 배출구(20, 21)의 쌍들은 동시 이중 펌프 작동을 가능하게 하여, 펌프 효율의 부가적인 개선을 얻게 해주며, 펌프 크기 및 중량의 추가적인 감소를 가능하게 해준다.
게다가, 배출구(20, 21)들이 하우징 본체(1a)의 측면부들에 대향되게 형성되기 때문에, 상이한 엔진 위치들에서 배출구(20, 21)들의 근방에 배치된 측변부들에 윤활오일을 공급할 수가 있다.
더욱이, 실시예 1에서는, 안내 수단이 기어 대신에 안내 홈(8) 및 안내 핀(9)을 포함하므로, 구조가 크게 단순화되고 부품 갯수를 줄일 수 있어, 제조 효율 및 비용 절감 면에서 개선을 가져온다. 이러한 단순화된 구조는 안내 홈(8)에 요구되는 높은 기계 가공 정밀도를 면제해 줌으로써, 기계 가공 효율의 개선에 기여한다.
또한, 안내 홈(8)은 노치 가공에 의해 덮개(2) 내에 형성되고 안내 핀(9)은 회전자(5)에 간단히 고정된다는 사실로 인해, 기어를 장착하기 위한 공간이 필요치 않게 되어, 펌프 크기 및 중량의 감소를 가져온다.
제10도 및 제11도는 흡입구(22)가 덮개(2) 내에 분기(branched)되어 있는 본 발명의 실시예 2를 도시한다. 특히, 흡입구(22)는 대체로 L자형의 주 포트(23)와, 이주 포트(23)의 소정 위치들로부터 분기된 2개의 분기 포트(24, 25)들로 구성된다. 주 포트(23)는 덮개(2)의 한 측면부 내에 수직으로 형성된 상류부(23a)와, 상류부(23a)의 상단부로부터 수평으로 연장되는 하류부(23b)를 포함하여, 상류부(23a)는 도시되지 않은 흡입 통로를 통해 오일 팬과 연통하는 상류 단부(23c)를 갖는다. 제1 분기 포트(24)는 상류부(23a)의 대체로 중앙으로부터 수평으로 연장되며, 제1 흡입 작동 챔버(16a)와 연통하는 하나의 단부(24a)를 갖는다. 제2 분기 포트(25)는 대체로 L자형 형상을 이루도록 하류부(23b)의 하류 단부로부터 하방으로 연장되며, 제2 흡입 작동 챔버(16b)와 연통하는 하나의 단부(25a)를 갖는다.
따라서, 실시예 2는 실시예 1과 동일한 효과를 제공할 뿐 아니라, 덮개(2)내에 주 포트(23)와 그로부터 분기된 분기 포트(24, 25)를 포함하도록 흡입구(22)를 형성하였기 때문에, 흡입구들이 덮개(2) 외측의 한 통로를 통해 서로 연통하는 실시예 1보다 더 간단한 통로 구조를 당성할 수가 있어, 제조 효율 및 비용 절감면에서 개선을 가져온다.
제12도 내지 제17도는 본 발명의 실시예 3을 도시한다. 제12도 내지 제14도를 참조하면, 로터리 펌프를 하우징(101)과, 하우징(101)을 통해 배열된 구동축(102)과, 하우징(101) 내에 회전 가능하게 수용되고 편심 칼라(103)를 거쳐 구동축 (102)에 의해 구동되는 회전자(104)로 구성된다.
하우징(101)은 하우징 본체(105)와, 플러시 볼트(107)에 의해 한 단부에서 하우징 본체(105)에 고정되어 그 곳에서 개구를 폐쇄해주는 덮개(106)를 포함한다. 이 하우징 본체(105)는 대체로 직사각형의 형상을 가지며, 그 중앙에 관통 구멍(105a)이 형성되어 있다. 덮개(106)는 내주연부가 트로코이드형 고면(105c)내에 형성된 코쿤형 오목부(105b)를 한 단부면 상에 갖고 있다. 게다가 덮개(106)은 하우징 본체(105)와 마찬가지로 직사각형 형상을 가지며, 조립 시에 도시되지 않은 위치 결저핀에 의해 하우징 본체에 위치된다.
구동축(102)은 내연 기관의 크랭크축에 직접 연결된다. 이 구동축(102)은 길이 방향으로 형성된 외주연 홈(102a) 내에 배열된 키이(108)에 의해 편심 칼라(103)가 고정되는 외주연부 및 구동 풀리(109)가 축방향으로 함께 결합된 볼트(110)에 의해 고정되는 단부를 구비한다. 구동 풀리(109)는 그 본체의 내주연부측 상에 구동축(102)의 외주연부와 결합된 원통부(109a)를 가지며, 도시되지 않은 타이밍 벨트를 거쳐 구동축(102)에 토오크를 전달해주는 역할을 한다. 하우징(101)의 내주연부와 구동 풀리(109)의 원통부(109a) 사이에는 밀봉 부재(111)가 삽입되어 있다.
제14도에 도시된 바와 같이, 편심 칼라(103)는 구동축(102)의 외주연부와 결합된 원통부(103a)와, 그구동 풀리측 외주연부 상에서 원통부(103a)와 일체로 형성된 평심판(103b)을 포함한다. 이 편심 칼라(103)는 구동축(102)의 축선(X)에 대해 반경 방향으로 e 만큼 편심을 이루는 중심(P)를 갖는다. 원통부(103a)는 하우징 본체(105)의 관통 구멍(105a)과 덮개(106)의 관통 구멍(106a)까지 연장되는 전방 및 후방 단부들을 갖는다. 축 방향의 위치 설정을 위해, 전방 단부는 구동 풀리(109)의 원통부(109a)의 한 모서리 상에 접촉하고, 후방 단부는 구동축(102)의 계단형 단부면에상에 접촉한다. 편심판(103b)에는 중량 감소 및 평형을 위해 다른 크기의 구멍(112)들이 원주 방향으로 형성되어 있다.
회전자(104)는 하우징 본체(105)의 오목부(105b)의 폭 보다 약간 작은 두께또는 폭을 가지며, 4개의 작동 챔버(113a 내지 113d)들을 한정하기 위해 하우징 본체(105)의 트로코이드형 고면(105c)과 협력하는 정점부(104a 내지 104c)들 사이에 외부 표면을 구비한다. 회전자(104)는 페리트로코이드형고선을 추종하기 위해 정점부(104a 내지 104c)들이 항상 트로코이드형 곡면(105c)과 접촉하는 상태로 회전을 한다. 제12도에 도시된 바와 같이, 회전자(104)의 중앙에는 원형 구멍이 형성되며, 이 구멍은 편심 칼리(103)의 편심판(103b)의 외주연부(103c)와 결합된 내주연부(104d)를 갖는다.
제14도 내지 제16도를 참조하면, 회전자(104)의 회전 위치들에 따라 한정되는 4개의 작동 챔버들은 제1 흡입 작동 챔버(113a)와, 그 대향 측면 상에 동시에 한정된 제2 흡입 작동 챔버(113b)와, 제1 배출 작동 챔버(113c)와, 그 대향 측면 상에 한정된 제2 배출 작동 챔버(113d)를 포함하여, 배출 작동 챔버들은 그들의 최대 체적 변화 후에 흡입 작동 챔버들로부터 전환된다.
트로코이드형 곡면(105c)을 따라 회전자(104)를 회전 가능하게 안내하기 위해 덮개(106)와 회전자(104) 사이에는 안내 수단이 배열된다. 특히, 이 안내 수단은 덮개(106)의 내부측 표면(106b)상에 형성된 순환 안내 홈(114)과, 내부측 표면(106b)의 측면 상의 회전자(104)의 측면에 배열되어 안내 홈(114)과 결합되는 3개의 안내핀(115)들을 포함한다.
제12도 및 제14도에 도시된 바와 같이, 안내 홈(114)은 C자형 단면을 갖도록 내부측 표면(106b) 상에 형성되며, 트로코이드형 곡면(105c)을 따라 코쿤과 같은 형상으로 되어 있다. 한편, 각각의 안내 핀(115)은 안내 홈(114)에 대응하도록 각 정점부(104a 내지 104)의 근방에서 회전자(104)를 통해 배열된 고정 구멍(116) 내에 억지 끼워맞춤되는 기부와, 약간의 간극을 두고 안내 홈(114)과 결합되 뾰족한 단부(115a)를 갖는다.
제14도 내 제16도를 참조하면, 덮개(106)의 내부에는 한 쌍의 흡입구(117, 118)가 형성되어 있다. 이들 흡입구(117, 118)는 덮개(106)의 양 측부에 대해 대체로 수평으로 그리고 서로에 대해 약간 수직으로 편심되어 대향되게 형성된다. 제1 흡입구(117)는 회전자(104)의 회전에 의해 한정되는 제1 흡입 작동 챔버(113a)와 연통될수 있는 하나의 단부(117a)를 갖는 반면에, 제2 흡입구(118)는 제2 흡입 작동 챔버(113b)와 연통될 수 있는 하나의 단부(118a)를 갖는다. 흡입구(117, 118)의 입구 (117b, 118b)들은 입구(117, 118b)에 연결된 2개의 통로들이 상류측에서 합쳐지는 도시되지 않은 합류 통로를 거쳐 오일 팬과 연통한다.
제12도 내지 제16도를 참조하면, 하우징 본체(105a)의 내부에는 한 쌍의 배출구(119, 120)가 형성되어 있다. 이들 배출구(119, 120)는 하우징 본체(105a)의 양 측부에 대해 대체로 수평으로, 흡입구(117, 118)에 평행으로 그리고 서로에 대해 약간 수직으로 편심되어 대향되게 형성된다. 제2 흡입구(118) 아래에 배열된 제1 배출구(119)는 회전자(104)의 회전에 의해 한정되는 제1 배출 작동 챔버(113c)와 연통될 수 있는 하나의 단부를 갖는 반면에, 제1 흡입구(117) 위에 배열된 제2 배출구(120)는 제2 배출 작동 챔버(113d)와 연통될 수 있는 하나의 단부를 갖는다.
제13도에 도시한 바와 같이, 배출구(119, 120)의 출구(119a, 120a)들은 하류 단부가 합류 통로(122)에 연결된 연통 통로(121)를 거쳐 서로 연결되어 있다. 특히, 연통(121)는 대체로 C자 형상을 갖도록 하우징 본체(105) 내에 형성되는데, 그 한 단부(121a)는 제1 배출구(119)의 출구(119a)에 연결되고, 다른 단부(121b)는 제2배출구(120)의 출구(120a)에 연결된다. 한편, 합류 통로(122)는 제2 배출구(120)를 연장시키으로써 형성되며, 연통 통로(121)의 다른 단부(121b)와 제2 배출구(120)의 출구(120a)가 연결되는 상류 단부 또는 합류 지점을 갖는다. 이 합류 통로(122)는 도시되지 않은 통로를 거쳐 엔진의 주 오일 통로에 연결된 하류 단부를 갖는다.
따라서, 제3 실시예에 의하면, 구동축(102)이 구동 풀리(109)를 거쳐 회전 될 때, 편심 칼라(103)도 동기 회전하여 외주연부를 거쳐 토오크를 회전자(104)에 전달해 준다. 제14도 내지 제16도를 참조하면, 이것은 안내 핀(115)이 안내 홈(114)내에서 활주 이동하여 원활하게 안내되는 상태에서 회전자(104)가 트로코이드형 곡면(105c)를 따라 회전하게 해준다.
제14도 내지 제16도에 도시된 바와 같은 회전자(104)의 회전 위치들에서 펌프의 작동에 관해 고려해 보기로 한다. 제14도에 도시된 바와 같은 위치에서, 회전자(104)의 정점부(104b)는 제2 흡입구(118)의 단부(118a)를 폐쇄하는 반면에, 회전자(104)의 정점부(104c)는 제2 배출구(120)의 단부를 대략 개방해준다. 즉, 제2 흡입구(118)로부터 제2 흡입 작동 챔버(113b)로의 윤활 오일의 흡입 행정이 완료되고, 제2 흡입 작동 챔버(113b)는 제2 배출(120)로의 윤활오일의 배출을 시작하도록 제2 배출 작동 챔버(113d)로 전환된다(팽창 행정으로부터 압축행정으로). 동시에, 제1 흡입구(117)로부터 제1 흡입 작동 챔버(113a)로의 윤활오일의 흡입이 시작된다.
이 단계에서, 제1 배출 작동 챔버(113c) 내의 윤활 오일의 제1 배출구(119)에 배출되어, 연통 통로(121)와 합류 통로(122)를 거쳐 주 오일 통로로 유동한다.
회전자(104)를 더욱 회전시켜 제15도에 도시된 바와 같은 위치를 취하게 되면, 제1 흡입 작동 챔버(113a)의 체적은 점진적으로 증가하게 되어 제1 흡입구(117)로부터 제1 흡입 작동 챔버(113a)로 윤활 오일을 연속적으로 신속하게 흡입하고, 제2 흡입구(118)로부터 제2 흡입 작동 챔버(113b)로 윤활 오일을 흡입하기 시작한다. 이단계에서, 윤활 오일은 제1 배출 작동 챔버(113c)로부터 제1 배출구(119)로 연속 배출되고, 제2 배출 작동 챔버(113d) 내의 윤활 오일은 회전자(104)의 회전에 의해 즉시 제2 배출구(120)로 배출된다(배출 행정). 따라서, 배출구(119, 120)들로부터 동시에 배출된 윤활 오일들은 제1 배출구(119)에 대해서는 연통 통로(121)를 거쳐 그리고 제2 배출구(120)에 대해서는 직접적으로 합류 통로(122)로 유동한다.
회전자(104)를 더욱 회전시켜 제16도에 도시된 바와 같은 위치를 취하게 되면, 윤활 오일은 제2 흡입구(118)로부터 제2 흡입 작동 챔버(113b)로 연속적으로 흡입되고, 또한 제1 흡입구(117)로부터 제1 흡입 작동 챔버(113a)로도 흡입된다. 동시에, 회전자(104)의 정점부(104b)가 제2 배출구(120)를 점진적으로 폐쇄함으로써, 배출 행정을 종료하고 압축 행정으로 진행한다. 그러나 제1 배출구(119)와 제1 배출 작동 햄버(113c)의 연통으로 인해, 제1 배출구(119)로부터 배출된 윤활 오일은 연통 통로(121)를 거쳐 합류 통로(122)로 유동한다.
회전자(104)를 더욱 회전시켜 제14도에 도시된 바와 같은 위치를 취하게 되면, 제2 배출 작동 챔버(113d)에서 압축 행정이 시작되는 동시에, 제1 배출구(120)가 개방되어 즉시 배출 행정으로 진행한다.
요약하면, 회전자(104)의 회전에 의해, 흡입, 팽창, 압축 및 배출 행정들이 반복적으로 수행되어, 펌프 작동을 보장해 준다. 팽창 행정이 압축 행정으로 진행하자마자, 배출 작동 챔버(113c, 113d)들은 배출구(119, 120)와 연통하여 윤활 오일 또는 비압축성 유체의 강력한 압축을 수행함이 없이 배출 작동 챔버(113c, 113d)내의 윤활 오일을 배출구(119, 120)로 배출해 줌으로써, 연속적인 펌프 작동을 보장해준다.
이러한 방식으로, 실시예 3은 로터리 펌프를 실체화하기 위해 로터리 엔진의 기본적인 구조에 약간의 수정을 가하여, 작동 쳄버(113a 내지 113d)들의 증가된 체적으로 인해 회전자(104)의 1회전 당 배출량을 증가시켜 줌으로써, 펌프 효율을 개선한 것이다. 즉, 로터리 펌프는 작동 챔버(113a 내지 113d)들의 최대 제적이 내부 기어 펌프와 같은 다른 오일 펌프의 것 보다 크게 하여, 회전자(104)의 1회전당 배출량을 증가시켜준다. 이것은 로터리 펌프가 종래의 오일 펌프의 것과 동리한 용량을 가질 경우 충분히 감소된 전체 크기를 구비할 수 있게 하여, 펌프 크기 및 중량의 감소에 기여한다.
또한, 흡입 작동 챔버(113a, 113b), 배출 작동 챔버(113c, 113d), 흡입구(117, 118) 및 배출구(119, 120)의 쌍들은 동시 이중 펌프 작동을 가능하게 하여, 펌프 효율의 부가적인 개선을 얻게 해주며, 펌프 크기 및 중량의 추가적인 감소를 가능하게 해준다. 게다가, 실시예 3에서는, 배출구(119, 120)들로부터 동시에 배출된 윤활 오일들이 서로 간섭하면서 합류 통로(122)로 유동하므로, 배출 파동(surping)이 방지된다. 이에 따라, 평온한(smoothed)윤활 오일을 주 오일 통로로 신속하게 유동시킬수가 있다.
더욱이 배출구(119, 120)들에 부가하여, 하우징 본체(105)에는 연통 통로(121) 및 합류 통로(122)가 형성되므로, 하우징 본체(105)의 외측에 배열된 연통 통로 등을 갖는 것 보다 간단하고 소형인 배관 구조를 달성할 수가 있다.
더욱이, 실시예 3에서는, 안내 수단이 기어 대신에 안내 홈(114) 및 안내 핀(115)을 포함하므로, 구조가 크게 단순화되고 부품 개수를 줄일 수 있어, 제조 효율 및 비용 절감면에서 개선을 가져온다. 이러한 단순화된 구조는 안내 홈(114)에 요구되는 높은 기계 가공 정밀도 등을 면제해 줌으로써, 기계 가공 효율의 개선에 기여한다. 또한, 안내 홈(114)은 노치 가공에 의해 덮개(106) 내에 형성되고 안내 핀(115)은 회전자(104)에 간단히 고정된다는 사실로 인해, 기어를 장착하기 위한 공간이 필요치 않게 되어, 펌프 크기 및 중량의 감소를 가져온다.
제18도 및 제19도는 한 쌍의 흡입구(123, 124)들이 대체로 L자형의 주 포트(125)는 덮개(106)의 한 측면부 내에 수직으로 형성된 상류부(125a)와, 상류부(125a)의 상단부로부터 수평으로 연장되는 하류부(125b)를 포함하며, 상류부(125a)는 도시되지 않은 흡입 통로를 통해 오일 팬과 연통하는 상류 단부를 갖는다. 제1 흡입구(123)는 상류부 (125a)의 대체로 중아으로부터 수평으로 연장되며, 제1 흡입 작동 챔버(113a)와 연통하는 하나의 단부(123a)를 갖는다. 제2 흡입구(124)는 대체로 L자형 형상을 이루도록 하류부(125b)의 하류 단부로부터 하방으로 연장되며, 제2 흡입 작동 챔버(113b)와 연통하는 하나의 단부(124a)를 갖는다.
따라서, 실시예 4는 실시예 3과 동일한 효과를 제공할 뿐 아니라, 덮개(106)내에서 흡입구(123, 124)들이 주 포트(125)로부터 분기되어 있기 때문에, 흡입구들이 덮개(2) 외측의 한 통로를 통해 서로 연통하는 실시예 1보다 더 간단한 통로 구조를 달성할 수가 있어, 제조 효율 및 비용 절감 면에서 개선을 가져온다.
주목해야 할 것은, 본 발명에 따른 로터리 펌프는 오일 뿐 아니라, 물과 같은 다른 비 압축성 유체들로도 작동할 수가 있다는 것이다.
또한, 구동축(4, 102)은 내연 기관의 크랭크축에 직접 연겨되는 대신에, 타이밍 벨트 등을 통해 토오크를 받도록 구성될 수도 있다는 것을 주목해야 한다.
게다가, 덮개(106)에는 연통 통로(121)와 합류 통로(122) 및 배출구(119, 120)들이 배열될 수 있는 반면에, 하우징 본체(105)에는 흡입구(117, 123)들이 배열될 수 있음을 주목해야 한다.

Claims (9)

  1. 흡입 및 압축 행정으로 작동되는 펌프에 있어서, 트로코이드형 곡면을 갖는 내주연부를 구비한 하우징과, 상기 하우징 내에 회전 가능하게 배열되고, 대체로 삼각형 형상을 가지며, 상기 하우징의 트로코이드형 곡면과 활주 접촉하는 정점부들을 구비한 회전자와, 펌프가 흡입 행정으로 진행할 때 상기 한 쌍의 흡입 작동 챔버와 연통하는 한 쌍의 흡입구를 한정하는 수단과, 펌프가 압축 행정으로 진행할 때 상기 한 쌍의 배출 작동 챔버와 연통하는 한 쌍의 배출구를 한정하는 수단을 포함하며, 상기 하우징과 회전자는 서로 협력하여 한 쌍의 흡입 작동 챔버와 한 쌍의 배출 작동 챔버를 한정하는 것을 특징으로 하는 펌프.
  2. 제1항에 있어서, 상기 흡입구 한정 수단은 상기 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 펌프.
  3. 제1항에 있어서, 상기 배출구 한정 수단은 상기 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 펌프.
  4. 제1항에 있어서, 상기 한 쌍의 배출구는 상이한 위치에 배치된 배치된 출구들을 포함하는 것을 특징으로 하는 펌프.
  5. 제1항에 있어서, 상기 한 쌍의 흡입구는 제1 흡입구와 그 하류측 상에서 상기 제1 흡입구로부터 분기된 제2 흡입구들을 포함하고, 상기 제2 흡입구들은 각각상기 한 쌍의 흡입 작동 챔버들에 연결되는 것을 특징으로 하는 펌프.
  6. 제1항에 있어서, 상기 한 쌍의 배출구들의 유체 연통을 위한 연통 통로를 상기 연통 통로의 하류측 상에 한정되는 수단과, 상기 연통 통로의 하류측 상에서 연통 통로에 연결되는 합류 통로를 한정하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 펌프.
  7. 제6항에 있어서, 상기 연통 통로 한정 수단은 상기 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 펌프.
  8. 제6항에 있어서, 상기 합류 통로 한정 수단은 상기 하우지을 포함하는 것을 특징으로 하는 펌프.
  9. 흡입 및 압축 행정으로 작동되는 펌프에 있어서, 트로코이드형 곡면을 갖는 내주연부를 구비한 하우징과, 상기 하우징 내에 회전 가능하게 배열되고, 대체로 삼각형 형상을 가지며, 상기 하우징의 트로코이드형 곡면과 활주 접촉하는 정점부들을 구비한 회전자와, 펌프가 흡입 행정으로 진행할 때 상기 한 쌍의 흡입 작동 챔버와 연통하는 한 쌍의 흡입구를 한정하는 수단과, 펌프가 압축 행정으로 진행 할 때 상기 한 쌍의 배출 작동 챔버와 연통하는 산쌍의 배출구를 한정하는 수단과, 상기 한 쌍의 배출구의 유체 연통을 위하여 하류측 상에 유체 연통 연통 통로를 한정하는 수단과, 상기 연통 통로의 하류측 상에 연결되는 합류 통로를 한정하는 수단을 포함하고, 상기 하우징과 회전자는 서로 협력하여 한 쌍의 흡입 작동 챔버와 한 쌍의 배출 작동 챔버를 한정하는 것을 특징으로 하는 펌프.
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