KR100448699B1 - 회전식 엔진 - Google Patents

Abstract

연료의 폭발력으로 직접 로터를 회전시켜 동력을 발생하는 회전식 엔진은 나란한 한 쌍의 제1 및 제2 원통형 블록이 일부 겹치도록 연통되어 구성된 엔진 몸체, 제1 원통형 블록 내에서 그 내경보다 작은 직경을 가지고 회전하도록 설치되며, 제1 원통형 블록의 일부 내주면과 접하여 회전하도록 연장된 연장부가 형성된 제1 로터, 제2 원통형 블록 내에서 그 내주면과 접하는 직경을 가지고 제1 로터와 동일한 속도로 상호 반대방향으로 회전하면서 제1 로터의 연장부가 반복적으로 삽입되도록 홈이 형성된 제2 로터, 제1 로터와 제2 로터의 외주면은 서로 접하여 회전시 제1 로터의 연장부와 제2 로터 외주면 사이에 소정의 연소영역을 형성하고, 엔진 몸체에 설치되어 엔진 몸체 내의 연소영역에 연소공기 및 연료를 주입하기 위한 주입부, 엔진 몸체에 설치되어 연소영역 내에 주입된 연료를 폭발시키기 위한 점화기, 및 엔진 몸체 내부와 연통되어 연소된 가스를 배출하기 위한 배출부를 포함하고, 제1 및 제2 로터는 연소영역 내에서의 폭발력에 의해 지속적인 회전력을 발생시킨다.

Description

회전식 엔진{ROTATING-TYPE ENGINE}

본 발명은 내연기관에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료의 폭발력으로 직접 로터를 회전시켜 동력을 발생하는 회전식 엔진에 관한 것이다.

일반적으로, 엔진이란 연료의 연소가 기관의 내부에서 이루어져 열에너지를 기계적 에너지로 바꾸는 내연기관을 의미하며, 종래의 엔진은 실린더 내에서 연료를 연소시켜서 생긴 연소가스가 피스톤을 왕복운동시켜 연료가 가지고 있는 열에너지를 기계적인 일로 바꾸게 된다.

이러한 내연기관은 사용하는 연료에 의해 가스기관·가솔린기관·석유기관·디젤기관 등으로 분류되는데, 석유, 가스, 가솔린 기관은 점화플러그에 의해 전기불꽃으로 점화되고, 디젤기관은 연료를 고온 고압의 공기 속에 분사하여 자연발화시키는 원리를 이용한다. 또한, 이러한 종래의 실린더형 내연기관은 피스톤의 행정 동작에 따라 4행정·2행정 사이클 방식이 있다.

현재 사용되는 대표적인 엔진은 자동차에 사용되는 내연기관이며, 이것은 작동방식에 따라 세 가지로 구분된다. 그 하나는 2행정사이클 기관이다. 이것은 크랭크축의 1회전마다 폭발이 일어나서 비교적 출력이 크고 회전이 원활하기는 하나, 저속회전에서는 배기 및 흡기가 완전히 행해지지 않아 회전이 불안정하고 비교적 경제성이 낮은 점 등의 문제가 있다. 더욱이 대형 기관에는 맞지 않기 때문에 오늘날의 승용차에는 거의 사용되지 않는다. 그러나 2륜차에는 아직도 상당히 사용되며, 대형 디젤기관에서도 2행정사이클 기관을 사용하고 있다.

둘째는 4행정사이클기관이다. 이것은 자동차용으로 가장 일반적인 것으로, 2회전마다 1회의 폭발이 일어나기 때문에 회전력의 균일을 기하고, 진동방지를 위해 2, 4, 6, 8, 12기통 등과 같이 실린더수를 늘려야 하나, 저속회전이 비교적 안정되고, 또 연료 경제면에서 2행정사이클 기관보다 유리하다.

특히 소형차에서는 크기와 가격 때문에 2기통으로 하나, 배기량 2,000 cc 정도까지의 소형차에서는 4기통, 4,000 cc 정도까지의 중형차에서는 6기통, 그 이상의 대형차에서는 8기통을 사용하고 있다. 일부의 고성능 스포츠카나 경주용 자동차에서는 3,000 cc 정도에서 12기통으로 한 것도 있다. 한국에서는 2,000 cc 정도면 고급차에 속하며, 6기통을 사용하는 것도 있다. 4기통이나 6기통에는 실린더를 1열로 세운 직렬형(直列型)이 많으며, 각 기통의 점화순서에 의해서 평형을 이루도록 되어 있다. 8기통인 경우 직렬로 하면 기관 자체가 길어져서 크랭크축의 강성(剛性)이 약해지고 객실의 공간도 좁아지기 때문에 4기통씩 V자로 대치시키고 하나의 크랭크축을 사용하는 V형 8기통 즉 V8이 압도적으로 많다. 이 밖에 2기통 이상의 기관에서 반수씩을 수평으로 대치시킨 수평대향형(水平對向型)도 있다.

이러한 내연기관은 적합한 시기에 혼합기를 흡입하고 적합한 시기에 연소가스를 배출하는 밸브 장치를 필요로 한다. 밸브는 실린더 헤드에 있는 연소실(燃燒室)에 설치되어 있으며, 크랭크축의 1/2의 속도로 회전하는 캠축에 의해서 열리고 스프링의 힘으로 닫힌다. 보통의 기관에서는 캠축을 실린더 블록 옆면의 낮은 쪽에 두고 긴 푸시 로드(push rod)로 로커 암(rocker arm)을 밀어서 밸브를 연다. 이 방식을 오버헤드 밸브식(overhead valve type; OHV)이라 한다. 이 방식은 기관이 고속회전을 하게 되면 푸시 로드의 관성 때문에 밸브의 개폐가 불확실하게 되어매분 6000회전 이상은 무리이고, 배기량 1ℓ당 70 hp 이상을 얻기도 어렵다. 따라서 캠축을 실린더 헤드에 설치하고 직접 캠축으로 밸브를 개폐하게 하는 것이 있는데, 이것을 오버헤드 캠축식(overhead camshaft type; OHC)이라고 한다.

이러한 2행정기관 및 4행정기관은 모두 실린더 내에서 피스톤이 왕복운동하게 하고, 피스톤의 왕복운동을 크랭크축을 이용해 회전운동으로 전환시킨다는 공통점이 있다. 현재 널리 사용되고 있는 이러한 방식은, 그러나, 피스톤의 왕복운동에 의해 진동 및 소음 발생을 피할 수 없으며, 진동과 소음을 억제하고 차단하기 위한 다양한 부품이 병설되어야 한다는 문제가 있다. 따라서, 종래의 실린더형 기관은 엔진 외에 다수의 부품이 사용되어 전체 부피가 매우 크며, 전체 중량이 늘어나 효율을 매우 저하시킨다는 단점이 있다. 또한, 피스톤의 왕복운동을 회전운동으로 전환하는 과정에서 막대한 기계적 에너지 손실이 발생하며, 이 또한 저효율의 원인이 되어 연료낭비의 주범이 된다.

셋째는 로터리 기관(rotary engine)이다. 이것은 회전만으로 출력을 낼 수 있는 기관이며, 51년경 독일의 F.방켈에 의해 원리가 완성되었으며, 독일의 NSU회사가 1960년경 공업화에 성공, 1963년부터 소형 스포츠카에 탑재하여 판매하였다. 그 후 세계의 여러 제조회사가 NSU 방켈의 특허권하에 연구를 계속하고 있으며, 일본 마즈다 자동차 등이 자동차에 탑재하였으나, 그 원리는 누에고치(타원) 모양의 실린더 안을 피스톤에 상당하는 삼각형 로터(rotor)가 편심(偏心)되어 회전하며, 로터와 실린더 사이에 생기는 공간의 부피 변화에 의하여 흡입·압축·연소·배기를 하게 되어 있다. 따라서 왕복운동 부분이 없어 출력의 손실이 적고, 1ℓ당 100∼120 hp의 출력도 무리 없이 낼 수 있으며, 회전이 원활하다.

그러나, 이러한 종래의 로터리엔진은 타원형 실린더 내에서 편심 회전하는 삼각형 로터가 이루는 영역의 최대부피 및 최소부피의 차가 작으며, 폭발력이 로터의 회전방향에 수직하는 방향으로 작동하게 되어 연료의 폭발력 전체가 로터의 회전력으로 전달되지 않는다. 따라서, 종래의 로터리엔진은 폭발력이 상대적으로 로터 및 실린더로 전달되므로, 동력효율이 낮음은 물론 고장이 잦아 장치 수명이 짧다. 또한, 삼각형 로터가 타원형 실린더의 내벽에 접촉, 비접촉을 반복하기 때문에 내구성에도 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 두 개의 로터가 실린더 내에서 서로 맞물리며 회전하여 이루어진 연소영역에 연료를 분사하여 폭발시킴으로서 직접 로터를 회전시켜 동력을 얻을 수 있도록 고안된 회전식 엔진을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.

도 1은 본 발명에 따른 회전식 엔진을 도시하는 사시도.

도 2 내지 도 7은 본 발명에 따른 회전식 엔진이 작동하는 과정을 순차적으로 도시하는 개략도.

<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10..회전식 엔진 12..엔진 몸체 20..제1 로터

22..연장부 24..제1 회전축 26..제1 기어

30..제2 로터 32..홈 34..제2 회전축

36..제2 기어 40..주입부 42..연소공기 유입경로

44..밸브 46..연료분사기 48..점화기

50..배출구 100..연소영역

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 회전식 엔진은 나란한 한 쌍의 제1 및 제2 원통형 블록이 일부 겹치도록 연통되어 구성된 엔진 몸체, 제1 원통형 블록 내에서 그 내경보다 작은 직경을 가지고 회전하도록 설치되며 제1 원통형 블록의 일부 내주면과 접하여 회전하도록 연장된 연장부가 형성된 제1 로터, 제2 원통형 블록 내에서 그 내주면과 접하는 직경을 가지고 제1 로터와 동일한 속도로 상호 반대방향으로 회전하면서 제1 로터의 연장부가 반복적으로 삽입되도록홈이 형성된 제2 로터, 제1 로터와 제2 로터의 외주면은 서로 접하여 회전시 제1 로터의 연장부와 상기 제2 로터 외주면 사이에 소정의 연소영역을 형성하고, 엔진 몸체에 설치되어 엔진 몸체 내의 연소영역에 연소공기 및 연료를 주입하기 위한 주입부, 엔진 몸체에 설치되어 연소영역 내에 주입된 연료를 폭발시키기 위한 점화기, 및 엔진 몸체 내부와 연통되어 연소된 가스를 배출하기 위한 배출부를 포함하고, 제1 및 제2 로터는 연소영역 내에서의 폭발력에 의해 지속적인 회전력을 발생시킨다.

바람직하게, 제1 및 제2 로터의 회전축에는 동일한 형태의 기어가 설치되어 서로 맞물려 동일한 속도로 서로 반대 방향으로 회전한다.

또한, 연소영역 내로 유입되는 연소공기는 미리 압축된 압축공기인 것이 바람직하다.

바람직하게, 주입부는 연소영역 내에 연소공기를 유입시키기 위한 연소공기 유입경로, 제1 및 제2 로터와 연동하여 압축공기 유입경로를 차폐하기 위한 밸브, 및 연소영역 내에 연료를 분사하기 위한 연료분사기를 포함한다.

이때, 주입부의 밸브는 제1 및 제2 로터의 회전축에 설치된 기어와 맞물려 회전함으로서 연소공기 유입경로를 차폐 및 연통시키는 것이 바람직하다.

또한, 엔진 몸체의 외면에는 엔진 몸체를 냉각시키기 위한 냉각수단이 추가로 설치될 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 회전식 엔진의 구성을 보여주는 도면이다. 도면을 참조하면, 본 발명의 회전식 엔진(10)은 대략적인 외형을 구성하는 엔진 몸체(12)를 구비한다. 엔진 몸체(12)는 대략적으로 두 개의 원통이 일부 겹친 형상을 가지며, 후술되는 흡기구 및 배기구를 제외한 모든 영역이 밀폐된다.

엔진 몸체(12) 내에는 대략 8자 형상의 공간이 생기며, 이 안에 두 개의 로터(20, 30)가 수용된다. 제1 로터(20)는 엔진 몸체(12)보다 작은 직경, 바람직하게는 엔진 몸체(12) 직경의 1/2 직경을 가지며, 제1 회전축(24)에 의해서 회전한다. 또한, 제1 로터(20)에는 일부분이 외측으로 연장된 연장부(22)가 형성되며, 연장부(22)의 끝단은 엔진 몸체(12)의 내주면에 인접한 곳까지 연장된다. 바람직하게, 연장부(22) 끝단과 엔진 몸체(12) 내주면 사이의 간격은 0.1~0.5mm 정도이며, 물론 이 수치는 엔진의 크기 및 재료에 따라서 다양하게 변경될 수 있다.

엔진 몸체(12) 내에는 또한 제2 로터(30)가 수용되는데, 제2 로터(30) 또한 제2 회전축(34)에 의해서 회전 가능하다. 제2 로터(30)는 제1 로터(20)와 일정부분 겹치도록 배치되며, 또한 제2 로터(30)에는 제1 로터(20)의 연장부(22)가 삽입될 수 있는 홈(32)이 형성되어, 서로 겹치게 될 때 연장부(22)가 홈(32)에 삽입되게 된다. 제2 로터(30)는 엔진 몸체(12)의 내주면에 거의 인접하는 직경을 가지며, 제2 로터(30)의 외주면과 엔진 몸체(12)의 내주면 사이에는 대략 0.1~0.5mm 정도의 간격이 생긴다. 물론, 이 수치도 충분히 변경 가능하다.

이때, 제1 로터(20)는 연장부를 제외한 영역의 외주면이 제2 로터(30)의 외주면과 거의 밀착하게 되며, 이 두 로터(20, 30)는 서로 반대 방향으로 회전하게 된다. 또한, 제1 로터(20)의 연장부(22)는 제2 로터(30)의 홈(32)에 삽입될 때, 연장부(22)의 외측 단부가 홈(32)의 내측면에 밀착하는 것이 바람직하며, 회전시 연장부(22)가 홈(32)에 삽입 및 인출될 때 서로 부딪치지 않도록 홈(32)의 측부는 내측으로 완만하게 곡면이 형성된다. 또한, 연장부(22)도 측면이 내측으로 완만한 곡면이 형성된다.

이와 같은 제1 및 제2 로터(20, 30)는 서로 반대 방향으로 동일한 속도로 회전하게 되는데, 이를 위해서 각 로터의 회전축(24, 34)에는 동일한 크기 및 치형을 가진 제1 및 제2 기어(26, 36)가 설치되고, 이들 기어(26, 36)는 서로 맞물려 반대 방향으로 동일한 속도로 회전하게 된다.

이와 같이 반대 방향으로 회전하는 제1 및 제2 로터(20, 30)는 회전시 제1 로터(20)의 연장부(22)가 제2 로터(30)의 홈(32)을 빠져나온 이후에, 연장부(22)와 제2 로터(30)의 외주면 및 엔진 몸체(12)의 내주면 사이에 밀폐된 공간(이하 "연소영역"이라 함")을 형성한다. 이러한 연소영역(100)은 본 발명에 따른 회전식 엔진의 작동원리를 설명하기 위한 도 3 내지 도 7에 잘 도시되어 있다. 이러한 연소영역(100)은 종래의 실린더형 내연기관에서 하우징과 피스톤에 의해 형성된 내부공간과 동일한 역할을 한다. 즉, 본 발명의 회전식 엔진에서 연소영역은 연소공기와 연료가 주입되고, 폭발에 의해 로터를 회전시키며, 이후 연소가스가 배기되는 순환공정을 거치게 된다.

이를 위해서 엔진 몸체(12)는 최초로 연소영역이 형성되는 위치, 즉 엔진 몸체를 이루는 두 개의 원통 형상이 서로 겹치는 부분 중 두 로터가 서로 분기되는 위치에 연소공기 및 연료를 주입하기 위한 주입부(40)가 설치된다. 주입부(40)는 대략적으로 연소영역 내에 연소공기를 유입시키기 위한 연소공기 유입경로(42)와 연소영역 내에 연료를 분사하기 위한 연료분사기(46)를 구비하며, 연소공기 유입경로(42)에는 이 경로를 개방 및 차폐하기 위한 밸브(44)가 설치된다.

연소공기 유입경로(42)는 외부의 연소공기 유입장치와 연결되어, 이 장치로부터 공급된 연소공기를 연소영역 내로 유입시키는 역할을 한다. 이때, 연소영역 내로 유입되는 공기는 압축공기인 것이 바람직하며, 이를 위하여 별도의 공기 압축장치를 설치할 수도 있다.

밸브(44)는 로터(20, 30)와 연동하여 연소공기 유입경로(42)를 차폐 및 연통시키는 역할을 한다. 이를 위해서, 밸브(44)는 별도의 회전축(45)에 의해 밸브 기어(16)와 연결되고, 밸브 기어(16)는 중간 기어(14)를 통해 로터(20, 30)에 연결된 기어(26, 36) 중 하나와 맞물려 연동된다. 따라서, 로터(20, 30)가 회전할 때 밸브 기어(16)는 함께 연동하여 회전되며, 따라서 밸브 기어(16)에 연결된 밸브(44)가 회전하면서 연소공기 유입경로(42)를 차폐 또는 연통시키는 것이다. 이때, 밸브(44)는 상하방향의 연통홈이 형성되어 반바퀴, 즉 180°를 회전할 때마다 유입경로(42)를 연통시키도록 구성할 수 있다. 이때, 연소영역(100)은 로터(20, 30)가 한바퀴, 즉 360° 회전시마다 연료공급을 필요로 하므로, 밸브(44)는 로터(20, 30)가 한바퀴 회전하는 동안 반바퀴만 회전하면 된다. 따라서, 밸브 기어(16)와 중간 기어(14)의 치차는 이를 고려하여 회전비를 조절하도록 구성된다.

또한, 엔진 몸체(12)에는 연소영역(100) 내에 유입된 연료를 점화하기 위해서 점화기(48)가 설치될 수 있다. 본 발명에 따른 회전식 엔진(10)은 후술되는 바와 같이 흡입-폭발-배기의 3행정으로 이루어지며, 별도의 압축공정이 없다. 따라서, 본 발명의 회전식 엔진은 자연발화방식 보다는 점화플러그를 이용하는 방식이 보다 적합하다. 따라서, 본 발명에 따른 회전식 엔진(10)에서도 엔진 몸체(12)에 점화기(48)를 설치하는 것이 바람직한데, 점화기(48)의 위치는 연료분사 동안에 제1 로터(20)의 연장부(22)가 위치하는 곳, 즉 연료분사공정 이후 연소영역(100)이 확대되는 위치가 된다. 이 점화기(48)는 연소영역(100) 내에 유입되어 혼합된 압축공기와 연료에 스파크를 일으켜 강제점화시키는 역할을 하며, 이 과정에서 연료가 폭발하면서 제1 로터(20)의 연장부(22)를 강하게 밀어내 회전시키게 된다.

또한, 주입구(40)의 반대 방향에는 배출부(50)가 형성된다. 배출부(50)는 엔진 몸체를 이루는 두 개의 원통 형상이 서로 겹치는 부분 중 두 로터가 서로 맞물리기 시작하는 위치에 형성된다. 배출부(50)는 연소공간에서 연소된 연소가스를 외부로 유출시키는 역할을 한다.

이때, 엔진 몸체(12) 내에서 연료가 연소하면서 열이 발생할 수 있다. 따라서, 엔진 몸체(12)는 내열성 및 내구성이 뛰어나야 한다. 또한, 엔진 몸체(12)의 과열을 방지하기 위해서 엔진 몸체(12)의 외면에 별도의 냉각수단(미도시)을 설치할 수도 있다. 이러한 냉각수단은 공랭식, 수냉식 등 어떠한 것을 사용해도 무방하며, 특히 이러한 냉각수단은 연료의 연소가 집중적으로 일어나는 제1 로터(20) 주변의 엔진 몸체 영역에만 설치할 수도 있고, 또는 주입부(40)와 점화기(48) 일대에만 설치할 수도 있으며, 이 외에도 다양한 변형이 가능하다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 회전식 엔진(10)의 작동원리를 도 2 내지 도 7을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저 도 2는 본 고안에 따른 회전식 엔진의 제1 및 제2 로터(20, 30)가 서로 맞물린 상태를 도시한다. 즉, 이 상태에서 제1 로터(20)의 연장부(22)는 제2 로터(30)의 홈(32) 내로 삽입된 상태가 된다.

이 상태에서 제 1로터(20)는 반시계방향으로, 제2 로터(30)는 시계방향으로 회전하게 되면 도 3과 같이 연장부(22)와 홈(32)이 서로 떨어지게 된다. 이때, 제1 로터(20)의 외주면과 제2 로터(30)의 외주면은 서로 맞닿게 되고, 따라서 제1 로터(20) 연장부(22)의 측부, 제1 및 제2 로터(20, 30)의 외주면 및 엔진 몸체(12)의 내주면에 의해 밀폐된 "연소영역(100)"이 형성된다. 일단 연소영역(100)이 형성되면, 주입부(40)의 밸브(44)가 연통되어 연소공기 유입경로(42)를 통해서 압축된 연소공기가 연소영역(100) 내로 유입되고, 동시에 연료분사기(46)가 작동하여 연소영역(100) 내에 연료를 분사시킨다. 연소영역(100) 내로 분사된 연료는 압축공기와 함께 혼합된다.

다음으로, 로터(20, 30)가 좀 더 회전하면, 밸브(44)가 연동되어 연소공기 유입경로(42)를 차단시켜 연소영역(100)을 완전히 밀폐시킨다. 그 후, 도 4에 도시된 것처럼 제1 로터(20)의 연장부(22)가 점화기(48)를 지나가게 되면, 점화기(48)가 스파크를 발생시키고, 그에 따라서 연소영역(100) 내에서 압축공기와 혼합된 연료가 발화하여 폭발하게 된다. 그러면, 연료의 폭발력은 제1 로터(20) 연장부(22)의 측면을 강하게 압박하게 되어, 제1 로터(20)는 진행하던 방향으로 더욱더 힘을 받아 회전하게 된다. 이때, 연장부(22)의 측벽은 내측으로 오목하게 굴곡지어 있으므로, 연료의 폭발력은 연장부(22)의 전체 측벽에 고르게 힘을 작용시킨다. 또한, 제2 로터(30)는 도 1에 도시된 것처럼 기어(26, 36)에 의해 제1 로터(20)와 동일한 속도로, 반대방향으로 회전하게 된다.

따라서, 제1 및 제2 로터(20, 30)는 서로 반대방향으로 도 5 및 도 6에 도시된 것처럼 지속적으로 회전하고, 이에 따라 연소가스로 채워진 연소영역(100)은 점차 넓어지게 된다.

그 후 도 7에 도시된 것처럼, 제1 로터(20)의 연장부(22)가 배기부(50)를 지나게 되어, 연소영역(100)은 배기부(50)와 서로 연통되고, 따라서 연소영역 내에 잔류중인 배기가스는 배기부(50)를 통해 배출된다. 이때, 배기가스로 채워진 연소영역은 도 2 내지 도 7의 과정을 반복하는 동안, 즉 다음 연료가스가 폭발하는 동안 연장부(22)의 반대쪽 측면에 의해 밀려나게 되고, 로터(20, 30)가 한 바퀴를 회전하는 동안 이전 사이클의 연료폭발에 의해 발생한 연소가스는 대부분이배기부(50)를 통해 밖으로 강제적으로 방출된다.

그 후, 제1 및 제2 로터(20, 30)는 계속 회전하여 도 2와 같이 연장부(22)와 홈(32)이 서로 맞물리는 상태로 되돌아가며, 이와 같은 과정이 지속적으로 되풀이되면서 연속적인 회전력을 외부에 공급하게 된다.

이와 같은 본 발명에 따른 회전식 엔진은 왕복운동을 회전운동으로 변환시키는 별도의 크랭크가 없어도 흡입-폭발-배기의 3행정에 의해 지속적인 회전력을 얻을 수 있다. 또한, 본 발명에서는 피스톤의 왕복운동이 전혀 없이 두 로터의 회전만을 이용해서 구동력을 발생시키기 때문에, 피스톤의 왕복운동에 따른 진동 및 소음 발생이 전혀 없으며, 따라서 진동 및 소음 방지를 위한 별도의 부품을 필요로 하지 않기 때문에 전체적인 설비의 구조를 매우 단순화시킬 수 있고, 또한 소형화가 충분히 가능하다.

또한, 본 발명의 회전식 엔진을 다수개 연결해서 사용할 경우 보다 큰 토크(torque)를 얻을 수 있으며, 이때 연결방식은 직렬방식, 병렬방식, 2열방식 등 다양하게 구현될 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 회전식 엔진은 두 개의 로터가 서로 맞물려 돌아가는 것에 의해 전체적인 엔진동작이 가능하여, 별도의 크랭크를 사용하지 않고도 직접적인 회전력을 공급할 수 있으며, 또한 캠 없이도 밸브를 조절할 수 있게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 회전식 엔진은 왕복운동을 회전운동으로 바꾸는 과정이 필요 없어 크랭크의 작용에 의한 기계적 에너지손실이 전혀 없으며, 종래의 피스톤 왕복운동에 따른 소음 및 진동도 거의 없고, 게다가 피스톤의 관성에 의한 에너지 손실이 전혀 없다. 더욱이, 이와 같은 본 발명의 회전식 엔진은 진동 및 소음에 따른 부품 고장이 없으며, 연료의 폭발력을 로터의 회전력으로 직접 변환시키기 때문에 연료소모에 다른 에너지 효율을 극대화시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 회전식 엔진은 크랭크, 진동억제수단, 소음차폐수단과 같은 종래 실린더형 엔진의 주변부품을 대부분 요구하지 않으므로, 동력장치에 설치될 때 사용되는 부품수를 최소화할 수 있어, 전체적인 구성을 단순화시킬 수 있다. 또한, 주변부품이 거의 필요 없기 때문에, 본 발명의 회전식 엔진은 소형으로 제작하는 것이 가능하며, 따라서 기존의 자동차, 대형설비는 물론 소형 장난감, 마이크로 부품 등에도 충분히 사용될 수 있을 것이다. 또한, 대형 엔진의 경우에도, 종래의 실린더형 엔진은 피스톤의 과다중량에 의해 고속 운전이 불가능하였지만, 본 발명의 회전식 엔진은 로터의 회전이 주변 장치에 전혀 부하를 발생하지 않기 때문에 대형으로 제작하여도 고속 운전이 가능하다는 장점이 있다.

Claims (6)

1. 나란한 한 쌍의 제1 및 제2 원통형 블록이 일부 겹치도록 연통되어 구성된 엔진 몸체;

   상기 제1 원통형 블록 내에서 그 내경보다 작은 직경을 가지고 회전하도록 설치되며, 상기 제1 원통형 블록의 일부 내주면과 접하여 회전하도록 연장된 하나의 연장부가 형성된 제1 로터;

   상기 제2 원통형 블록 내에서 그 내주면과 접하는 직경을 가지고 상기 제1 로터와 동일한 속도로 상호 반대방향으로 회전하면서 상기 제1 로터의 연장부가 반복적으로 삽입되도록 홈이 형성된 제2 로터;

   상기 제1 로터와 상기 제2 로터의 외주면은 서로 접하여 회전시 상기 제1 로터의 연장부와 상기 제2 로터 외주면 사이에 소정의 연소영역을 형성하고,

   상기 엔진 몸체에 설치되어 상기 엔진 몸체 내의 연소영역에 연소공기 및 연료를 주입하기 위한 주입부;

   상기 엔진 몸체에 설치되어 상기 연소영역 내에 주입된 연료를 폭발시키기 위한 점화기; 및

   상기 엔진 몸체 내부와 연통되어 연소된 가스를 배출하기 위한 배출부를 포함하고,

   상기 제1 및 제2 로터는 상기 연소영역 내에서의 폭발력에 의해 지속적인 회전력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 회전식 엔진.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 로터의 회전축에는 동일한 형태의 기어가 설치되어 서로 맞물려 회전하는 것을 특징으로 하는 회전식 엔진.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 연소영역 내로 유입되는 연소공기는 미리 압축된 압축공기인 것을 특징으로 하는 회전식 엔진.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주입부는,

   상기 연소영역 내에 연소공기를 유입시키기 위한 연소공기 유입경로;

   상기 제1 및 제2 로터와 연동하여 상기 압축공기 유입경로를 차폐하기 위한 밸브; 및

   상기 연소영역 내에 연료를 분사하기 위한 연료분사기를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전식 엔진.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 주입부의 밸브는 상기 제1 및 제2 로터의 회전축에 설치된 기어와 맞물려 회전함으로서 상기 연소공기 유입경로를 차폐 및 연통시키는 것을 특징으로 하는 회전식 엔진.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 엔진 몸체의 외면에는 상기 엔진 몸체를 냉각시키기 위한 냉각수단이 추가로 설치되는 것을 특징으로 하는 회전식 엔진.