KR100297422B1 - 2행정 로우터리 엔진 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 2행정 로우터리 엔진에 관한 것으로, 출력축 주변에 서로 대칭된 다수 개의 실린더와 크랭크케이스를 설치하되, 각각의 크랭크축에서 발생되는 고속 회전력은 크랭크축과 일체된 소기어가 엔진 외부 케이스와 연결 고정된 하나의 대기어 주위에 맞물려 돌아, 감속된 회전력으로 출력축에 전달하는 방식으로 엔진 본체 즉, 실린더와 크랭크케이스가 회전하는 2행정 로우터리 엔진에 관한 것이다.
본 발명은 출력축을 중심으로 모든 부분이 대칭 운동을 함으로서 회전 무게 중심이 항상 일정하여 진동이 적고, 종래의 왕복엔진에서 회전을 안정되게 하기 위해 부착하던 벨런싱 웨이트나 플라이휠과 같은 중량체가 없더라도 안정된 회전력을 얻을 수 있으며, 고속으로 분출되는 베기 가스의 힘을 회전력으로 첨가할 수 있고, 크랭크축에서 발생된 고속 회전력이 감속되어 출력 축에 전달됨으로 실용 회전수에 가까운 출력이 발생된다. 따라서, 경량이면서 고출력, 고효율, 저 진동의 엔진을 얻을 수 있게 된다. 본 발명은 자동차, 발전기, 선박 또는 기타 원동기용 엔진으로 사용될 수 있지만 출력축과 일체로 된 엔진 본체 즉, 중량체인 실린더와 크랭크케이스 및 크랭크축, 커넥팅로드, 피스톤이 회전됨으로서 원심력이 증가하는 자이로 효과로 헬리콥터의 엔진에 보다 효과적으로 적용될 수 있는 2행정 로우터리 엔진에 관한 것이다.

Description

2행정 로우터리 엔진{2 Cycle Rotary Engine}
본 발명은 2행정 로우터리 엔진에 관한 것이다.
더 자세히 말하자면 중심의 출력축 주변에 다수 개의 실린더와 흡기관, 배기관을 설치하고 이와 일체로 된 크랭크케이스 내에 크랭크축, 커넥팅로드, 피스톤이 서로 대칭된 왕복 회전운동을 하여 동력을 발생시키도록 한 2행정 로우터리 엔진에 관한 것이다.
종래 내연 기관인 왕복 엔진은 실린더 내측에 왕복 운동을 하는 피스톤과 이에 연결된 커넥팅로드로 크랭크축을 회전시켜 동력을 얻게 되며, 피스톤과 커넥팅로드 및 크랭크축을 삽치하는 실린더와 크랭크케이스 즉, 엔진 몸체는 고정 상태를유지하게 된다. 그러나, 본 발명은 출력축과 동시에 피스톤, 커넥팅로드 및 크랭크축을 삽치한 엔진 몸체가 회전되어지도록 한 것이다. 또한, 종래 엔진에 있어서는 출력축의 회전을 안정시키며 계속적인 회전 관성을 유지하기 위하여 중량체인 플라이훨 이나 밸링싱웨이트등을 부착하게 되나, 본 발명은 출력축과 동시에 이를 삽치한 엔진 몸체가 동시에 회전토록 함으로서 종래 내연 왕복 기관에서 볼 수 있었던 중량체인 플라이훨이나 밸런싱웨이트등을 필요로 하지 않게 됨으로 인하여 경량의 엔진을 구성할 수 있게 한 것이다. 또한, 엔진의 회전수가 증가할수록 피스톤과 커넥팅로드의 원심력이 압축힘으로 작용하여 토오크 변화가 적어져 안정된 출력이 발생되며, 고속으로 분출되는 배기가스의 힘을 회전력으로 추가하여 연비를 향상시키고, 회전 무게중심이 일정하여 진동이 적어지게 되며, 크랭크축에서 발생된 고속 회전력이 감속되어 출력축에 전달됨으로 실용 회전수에 가까운 출력축에 구동장치를 직결하여 사용할 수 있다.
특히, 본 발명은 중심의 출력축과 동시에 그 외측 사방으로 일체로 된 엔진 몸체를 회전하게 함으로서 원심력이 발생하게 되어, 출력축은 지면과 수직력을 유지하려는 자이로 효과로 헬리콥터의 엔진으로 보다 적절히 사용할 수 있는 2행정 로우터리 엔진에 해당하게 된다.
본 발명은 출력축과 동시에 엔진 몸체가 회전되도록 하는 로우터리 엔진에 관한 것으로, 이와 같은 로우터리 엔진에 관한 종래 특허 문헌으로는 한국 특허 공고 제 94-3525호 '로우터리 엔진'(특허등록번호 제 75835호), 한국특허공고 제 94-3526호 '로우터리 엔진'(특허등록번호 제75838호), 한국특허공고 제96-9204호 '엔진'(특허등록번호 제 107934호)을 볼 수 있다.
상기 인용한 특허 문헌은 본 발명자가 선 발명하여 이미 특허된 것으로, 모두 로우터리 엔진에 해당하게 된다.
상기 선행 특허에 있어서도 본 발명과 마찬가지로 회전되는 출력축과 동시에 출력축을 엔진 몸체와 일체로 되게 하여, 엔진에서 발생된 동력이 출력출을 회전시킴과 동시에 엔진 본체를 출력축과 같이 회전되도록 하여 종래 엔진에서 필연적으로 사용되어 온 플라이휠이나 밸런싱웨이트등의 중량체를 제거하더라도 회전 관성을 얻을 수 있게 되어 그 부피 및 무게에 비해 고출력을 얻을 수 있도록 한 것을 볼 수 있으나, 이는 모두 4행정 엔진에 해당하게 된다. 본 발명은 종래 4행정 로우터리 엔진에 비해 더욱 경량이며, 고출력을 얻을 수 있게 하기 위하여 2행정 엔진으로 개량 발전시킨 것이다.
본 발명은 2행정 로우터리 엔진에 관한 것으로, 경량이면서도 고출력을 얻을 수 있도록 한 것이다. 본 발명의 가장 큰 특징은 출력축과 동시에 엔진 몸체가 회전되게 하며, 출력축을 잡아 주는 외부 케이스와 연료 공급 기관, 점화용 전기장치를 제외한 엔진의 주된 부분이 항상 일정한 무게중심을 따라 작동하며 회전되도록 한 것이다.
즉, 본 발명에 있어 중심의 출력축과 이를 삽치 고정하고 있는 크랭크케이스는 다수 개의 실린더와 연결 고정되어지며, 각각의 실린더 내에는 왕복 운동을 하는 피스톤에 의해 동력이 발생되고, 이 동력은 크랭크축을 통해 엔진 몸체와 일체된 출력축을 회전되도록 함으로서 플라이휠이나 밸런싱웨이트등의 중량체 없이 안정된 회전을 얻을 수 있도록 하였으며, 실린더 및 크랭크케이스가 출력축과 같이 회전되므로 인하여 원심력이 발생되고, 발생된 원심력은 지구 중력의 영향으로 수평 안정력이 발생됨으로 인하여, 본 발명을 헬리콥터의 엔진으로 보다 적절히 사용할 수 있는 이점을 갖게 된다.
또한, 본 발명은 출력축에 베벨기어를 이용한 역회전 및 수평방향 회전 출력축을 인출하여 시동기와 점화 발전기용 마그네트휠을 구동할 수 있게 하였고, 헬리콥터에 사용할 경우 로우터리 엔진의 회전 질량이 큼으로서 생기는 토오크와 자이로 효과로 수평안정력이 향상 되고, 역회전 출력축에 헬리콥터의 주로터(날개)를 장치하면 반대 방향으로 돌아가는 엔진과 토오크 상쇄를 이루어 꼬리로터를 최소화 함으로서 헬리콥터의 이륙 중량을 높일 수 있게 한 2행정 로우터리 엔진에 관한 것이다.
도1 - 본 발명의 종단면도
도2 - 도 1의 A-A 선 단면도
도3 - 도 1의 B-B 선 부분 단면도
도4 - 도 1의 C-C 선 단면도
도5 - 본 발명의 우측면도
상부와 하부가 다수 개의 볼트(10)와 연결봉(11)에 의해 체결되는 엔진 외부 케이스 (12A)(12B)(12C) 내측에 다수 개의 실린더 (13A)(13B)(13C)(13D)(13E)(13F)가 상, 하 2개 부분으로 구성된 크랭크케이스 (14A)(14B)에 원주방향으로 고정되어지며, 상기 상, 하 크랭크케이스(14A)(14B) 내측에는 출력축(15)이 삽치 고정되며, 상기 실린더 (13A)(13B)(13C)(13D)(13E)(13F) 외측에는 점화플러그 (16)와 배기관 (17)이 각각 부착되며, 내측에는 각각의 피스톤(18)이 위치하며, 상기 피스톤(18)에 삽치된 피스톤핀(19)에는 커넥팅로드(20) 상단부가 각각 유설되어지며, 상기 커넥팅로드(20) 하단부는 상, 하 2개 부분으로 구성된 크랭크축(21A)(21B)의 편심부에 각각 유설되어지며, 상기 크랭크축(21B) 하단 외측 표면에는 크랭크축기어(22)가 형성되어지며, 상기 크랭크축기어(22)는 엔진 하측 외부케이스(12C)에 삽치되어 고정된 고정기어(24)와 각각 맞물려지며, 상기 고정기어(24) 내측에는 메커니컬씰링(25)이 삽치 고정되며, 상기 출력축(15) 하단 중공부에 메커니컬씰 스프링(26)과 링(27)이 삽치되며, 출력축(15) 하단 중공부는 흡기구 차단막(28) 삽치 고정되며, 상기 하측 엔진 외부케이스(12C)와 일체로 고정된 고정기어(24) 하단부 내측에 흡기구(29)를 갖게 되며, 상기 흡기구 차단막(28) 아래의 출력축(15) 중공부와 하부 크랭크케이스 (14B)에 각각의 흡기통로 (30A) (30B) (30C) (30D) (30E) (30F)가 형성되며, 상기 흡기통로 (30A) (30B) (30C) (30D) (30E) (30F)와 실린더 (13A) (13B) (13C) (13D) (13E) (13F) 외측에 각각의 흡기관 (31A) (31B) (31C) (31D) (31E) (31F)이 부착되며, 또한, 상기 크랭크케이스 (14B) 하부에는 크랭크 기어박스(32)가 부착되어 오일씰(32-1) 과 오링(32-2)이 삽치되면, 상기 상, 하 엔진 외부케이스(12A) (12B)와 연결봉(11) 외측에 배기망(33)이 삽치되며, 상기 상측 엔진 외부케이스(12A) 중앙부 상측에 상, 좌, 우부로 분리되는 베벨기어 변속기 케이스 (34A) (34B) (34C)가 볼트로 고정되며, 상기 베벨기어 변속기 케이스 (34A) (34B) (34C) 내측에는 출력축(15) 중단에 삽치 고정된 베벨기어(36)와 맞물리는 좌, 우 베벨기어 (37A) (37B)가 유설되어지며, 상기 좌, 우 베벨기어 (37A) (37B) 상부에 출력축(15) 회전 방향과 반대인 역회전 출력축 베벨기어(38)가 맞물려 유설되며, 상기 좌측 베벨기어(37A)에 변속기어(39A)가 삽치 고정되며, 상기 변속기어(39A)상부에 시동기축(40)의 기어부가 맞물려 유설되며, 상기 우측 베벨기어(37B)에 변속기어(39B)가 삽치 고정되며, 상기 변속기어(39B) 상부에 점화 발전기축(41)의 좌측단 기어부가 맞물려 유설되며, 상기 점화 발전기축(41)에는 자석(42)과 코아(43)가 부착된 마크네트휠(44)이 삽치 고정되며, 상기 마그네트휠(44) 좌,우에 변속기케이스(34C)와 부착 고정된 점화코일(45A) (45B)이 위치하며, 상기 점화코일(45A) (45B)에 점화 케이블(46A) (46B)이 일체로 연결되며, 상기 점화케이블 (46A) (46B)은 상측 엔진 외부케이스(12A)에 삽치 고정된 고정접점판(47)과 연결되며, 상기 고정접점판(47) 외측에는 상부 크랭크케이스(14A)와 부착된 회전접점(48)이 위치하며, 상기 회전접점(48)과 점화플러그(16)는 각각의 점화케이블(49A) (49B) (49C) (49D) (49E) (49F)로 연결되며, 상기 고정접점판(47)은 좌, 우 접점(50A) (50B) 으로 되어 있고 회전접점(48) 방향으로 접점이 돌출되어지도록 한 것이다.
도면 중 미설명 부호 (61)은 니이들베어링, (62)은 로크너트, (63)은 볼베어링이고 (64)는 너트이다.
이와 같은 구조를 갖는 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다. 엔진 하측 외부케이스(12C)와 일체로 고정된 고정기어(24) 중심의 흡입구(29)로 공기와 연료, 윤활유기 혼합된 흡기가스가 흡기통로 (30A) (30B) (30C) (30D) (30E) (30F)와 각각의 흡입관 (31A) (31B) (31C) (3D) (31E) (31F)을 통해 실린더 (13A) (l3B) (13C) (13D) (13E) (13F) 내부로 유입되며, 상기 실런더 내부로 유입된 흡기가스는 피스톤(18)에 의해 압축되어 점화플러그(16)에 의해 점화, 폭발한 후 연소된 가스는 배기관(l7)을 통해 배출되어 배기망(33)에 의해 소음과 미연소된 연료와 윤활유를 걸러주게 되며, 이와 같이 흡입가스가 연소한 힘은 피스톤(18)의 왕복운동으로커넥팅로드(20)에 의해 크랭크축(21A) (21B)이 회전운동하게 되며, 이 회전되는 크랭크축은 다수 개의 경사진 구멍(21-1)과 오일씰(21-2)로 통하는 오일순환구멍(21-3)으로 윤활작용을 하게 되며, 상기 크랭크축(21B) 하단 크랭크기어가 고정기어 (24) 주위에 맞물려 돌아감으로 크랭크케이스 (14A) (14B) 자체가 회전함에 따라 크랭크케이스(14A) (14B) 중심에 삽치 고정된 출력축(15)이 동시에 회전하게 된다. 본 발명을 초기에 구동시키고자 할 경우에는 베벨기어 변속기케이스(34B)에서 돌출한 시동기축(40)을 회전시킴으로서 시작하며, 시동기축(40)은 변속기어(39A)와 일체로 고정된 좌측 베벨기어(37A)와 맞물려 회전하고, 상기 좌측 베벨기어(37A)는 출력축(15)에 삽치 고정된 베벨기어(36)를 회전시켜 이와 일체로 고정된 크랭크케이스(14A) (14B)가 따라 회전하며, 엔진 하측 외부케이스(12C)와 일체로 고정된 고정기어(24)에 크랭크기어(22)가 맞물려 있으므로 크랭크축(21A) (21B)이 회전되어 피스톤(18)의 왕복운동으로 흡입, 압축 작용이 일어나며, 또한 상기 출력축(15)과 삽치 고정된 베벨기어(36)에 우측 베벨기어(37B)도 맞물려 회전됨으로 변속기어(39B)를 통해 점화 발전기축(41)도 같이 회전하게 된다. 상기 점화 발전기축(41)에는 자석(42)과 코아(43)가 부착된 마그네트휠(44)이 일체로 고정되어 회전함으로 점화코일(45A) (45B)에서 고압의 전기가 발생되고, 발생된 고압의 전기는 외부 점화케이블(46A) (46B)를 통하여 고정접점판(47)의 좌, 우접점 (50A) (50B)으로 분배되며, 상기 좌, 우접점(50A)(50B)의 접점 끝단은 크랭크케이스(14A)에 고정되어 회전하는 회전접점(48) 방향으로 돌출되어 있고, 이 돌출된 접점은각각의 점화케이블 (40A) (49B) (49C) (49D) (49E) (49F)에 연결 점화플러그(16)로 고압의 전기를 공급하여 흡입, 압축된 연료와 공기에 폭발작용을 일으켜 엔진을 구동시키게 된다.
본 발명에 의한 2행정 로우터리 엔진은 일반 내연기관과 마찬가지로 자동차, 선박, 발전기 또는 기타 원동기용 엔진으로 충분히 활용될 수 있다.
그러나, 출력축을 중심으로 횡으로 배치된 다수개의 실린더와 크랭크케이스가 출력축과 동시에 회전하며, 피스톤과 커넥팅로드, 크랭크축이 일정한 무게중심으로 작동하고 회전됨으로서, 통상의 내연 왕복기관에서 회전력을 안정되게 하기 위해 부착하는 중량체인 플라이휠이나 밸런싱웨이트가 최소화 됨으로 경량화 및 저진동의 엔진을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 엔진의 회전수가 증가할수록 피스톤과 케넥팅로드의 원심력이 커져 폭발행정과 압축행정 때의 회전토오크 변화를 적게 하여 안정된 출력을 얻으며, 고속으로 분출되는 배기가스의 힘이 회전력으로 추가되어 고출력의 열효율을 얻을 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 실린더와 크랭크케이스가 회전됨으로 엔진의 냉각효과가 통상의 내연 왕복기관보다 높으며, 회전 질량이 큼으로서 원심력이 증가하여 중심의 출력축이 지면과 수직을 유지하려는 힘 즉, 자이로 효과로 수평 안정 작용력이 발생되어 헬리콥터의 엔진으로 보다 적절하게 활용될 수 있게 되며, 역회전 출력축에 헬리콥터의 주로터(날개)를 장치하며 반대로 돌아가는 엔진과 토오크 상쇄를 이루어 꼬리로터를 최소화 함으로서 헬리콥터의 이륙 중량을 높일 수 있게 된다.

Claims (5)

  1. 상부와 하부가 다수개의 볼트(10)와 연결봉(11)에 의해 체결되는 엔진 외부케이스(12A) (12B) (12C) 내측에 다수개의 실린더(13A) (13B) (13C) (13D) (13E) (13F)가 상, 하 2개 부분으로 구성된 크랭크케이스 (14A) (14B)에 원주 방향으로 고정되어지며, 상기 상,하 크랭크케이스(14A) (l4B) 내측에는 출력축(15)이 삽치 고정되며, 상기 실린더(13A) (13B) (13C) (13D) (13E) (13F) 외측에는 점화플러그 (16)와 배기관(17)이 각각 부착되며, 내측에는 각각의 피스톤(18)이 위치하며, 상기 피스톤(18)에 삽치된 피스톤핀(19)에는 커넥팅로드(20) 상단부가 각각 유설되어지며, 상기 커넥팅로드(20) 하단부는 상, 하 2개 부분으로 구성된 크랭크축(21A) (21B)의 편심부에 각각 유설되어지며, 상기 크랭크축(21B) 하단 외측 표면에는 크랭크축기어(22)가 형성되어지며, 상기 크랭크축기어(22)는 엔진 하측 외부케이스(12C)에 삽치되어 고정된 고정기어(24)와 각각 맞물려지며, 상기 고정기어(24) 내측에는 메커니컬씰링(25)이 삽치 고정되며, 상기 출력축(15) 하단 중공부에 메커니컬씰스프링(26)과 링(27)이 삽치되며, 출력축(15) 하단 중공부는 흡기구 차단막(28) 삽치고정되며, 상기 하측 엔진 외부케이스(12C)와 일체로 고정된 고정기어 (24) 하단부 내측에 흡기구(29)를 갖게 되며, 상기 흡기구 차단막(28) 아래의 출력축(15) 중공부와 하부 크랭크케이스(14B)에 각각의 흡기통로 (30A) (30B) (30C) (30D) (30E) (30F)가 형성되며, 상기 흡기통로(30A) (30B) (30C) (30D)(30E) (30F)와 실린더 (13A) (13B) (13C) (13D) (13E) (13F) 외측에 각각의 흡기관(31A) (31B) (31C) (31D) (31E) (31F)이 부착되며, 또한, 상기 크랭크케이스(14B) 하부에는 크랭크기어박스(32)가 부착되어 오일씰(32-1)과 오링(32-2)이 삽치된 것을 특징으로 하는 2행정 로우터리 엔진.
  2. 제 1항에 있어서, 상측 엔진 외부케이스(12A) 중앙부 상측에 상, 좌, 우부로 분리되는 베벨기어 변속기케이스 (34A) (34B) (34C)가 볼트로 고정되며, 상기 베벨기어 변속기케이스 (34A) (34B) (34C) 내측에는 출력축(15) 중단에 삽치 고정된 베벨기어(36)와 맞물리는 좌, 우 베벨기어(37A) (37B)가 유설되어지며, 상기 좌,우 베벨기어 (37A) (37B) 상부에 출력축(15) 회전 방향과 반대인 역회전 출력축 베벨기어(38)가 맞물려 유설되며, 상기 좌측 베벨기어(37A)에 변속기어(39A)가 삽치 고정되며, 상기 변속기어(39A) 상부에 시동기축(40)의 기어부가 맞물려 유설되며, 상기 우측 베벨기어(37B)에 변속기어 (39B)가 삽치 고정되며, 상기 변속기어(39B) 상부에 점화 발전기축(41)의 좌측단 기어부가 맞물러 유설되며, 상기 점화 발전기축(41)에는 자석(42)과 코아(43)가 부착된 마그네트휠(44)이 삽치 고정되며, 상기 마그네트휠(44) 좌, 우에 변속기케이스(34C)와 부착 고정된 점화코일 (45A) (45B)이 위치하며, 상기 점화코일(45A) (45B)에 점화케이블 (46A) (46B)이 일체로 연결되며, 상기 점화케이블 (46A)(46B)은 상측 엔진 외부케이스(12A)에 삽치 고정된 고정접점판(47)과 연결되며, 상기 고정접점판(47) 외측에는 상부 크랭크케이스(14A)와 부착된 회전접점(48)이 위치하며, 상기 회전접점(48)과 점화플러그(16)는 각각의 점화케이블(49A) (49B) (49C) (49D) (49E) (49F)로 연결되며, 상기 고정접접판(47)은 좌, 우접점(50A) (50B)으로 되어 있고 회전접점(48) 방향으로 접점이 돌출되어지도록 한 것을 특징으로 하는 2행정 로우터리 엔진
  3. 제 1항에 있어서, 상. 하 크랭크축(21A) (21B) 중단 편심부 주위에 다수 개의 경사진 구멍(21-1)과 오일씰(21-2)로 통하는 오일 순환구멍(21-3)을 갖도록 한 것을 특징으로 하는 2행정 로우터리 엔진.
  4. 제 1항에 있어서, 배기관(17)은 배기망(33) 방향으로 배기가스를 배출하는 곡선관 형상을 가지며, 상, 하로 분리되는 엔진 외부케이스(12A) (12B)와 연결핀(11) 사이에 미연소된 가스와 배기 소음을 걸러 주는 배기망(33)을 삽치토록 한 것을 특징으로 하는 2행정 로우터리 엔진.
  5. 제 1항에 있어서, 상측 엔진 외부케이스 (12A)에 삽치 고정된 고정접점판(47)은 좌. 우접점(50A) (50B)으로 나뉘며, 상기 좌. 우접점(50A) (50B)은 고정기어(24)와 크랭크기어(22)의 변속비와 같은 수의 접점이 회전접점(48) 방향으로 돌출된 것을 특징으로 하는 2행정 로우터리 엔진.
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