KR100514632B1

KR100514632B1 - 회전식 엔진 구조

Info

Publication number: KR100514632B1
Application number: KR10-2001-0033472A
Authority: KR
Inventors: 최수봉
Original assignee: 최수봉
Priority date: 2001-06-14
Filing date: 2001-06-14
Publication date: 2005-09-14
Also published as: KR20020095323A

Abstract

본 발명은 회전식 엔진 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실린더 내의 피스톤 날개가 회전하면서 인입된 혼합 가스를 압축시키고 일정 압력에서 점화 플러그에서 발생된 스파크에 의해 압축 가스가 폭발되어 발생되는 연소 압력 에너지를 운동 에너지로 변환하는 원형 피스톤 드럼의 구조상 행정 거리가 길게 되어 에너지 효율이 증대되고, 피스톤 날개와 슬라이드 밸브가 유도 교차 회전하므로 피스톤 드럼이 단일 방향으로 안정적인 회전을 유지하도록 함과 동시에 소음 감소 및 충격이 완화되도록 하는 회전식 엔진 구조에 관한 것이다.

이를 위한 본 발명은 피스톤 드럼이 실린더 본체 내에서 회전하면서 인입되는 혼합 가스를 압축시키고 점화 플러그의 스파크에 의해 압축 가스가 폭발하면서 발생되는 폭발력이 회전 운동 에너지로 전환됨과 동시에 개폐부의 각 밸브가 작동하여 연소 가스가 흡입부로 역류하는 것을 방지하고 배기부로 배기되도록 하는 구조로 이루어짐을 특징으로 한다.

Description

회전식 엔진 구조{Structure of Revolution type engine}

일반적으로 연료를 열원으로 하여 그 연소에 의한 열에너지를 작동 요체에 공급하여 열팽창 시켜서 작동 유체가 팽창하는 힘을 기계적 에너지인 축의 회전력이나 유체의 분출력으로 바꾸어서 동력을 얻는 장치를 엔진 또는 열기관이라고 한다.

즉, 엔진 또는 열기관이란 열에너지를 기계적 에너지로 바꾸는 장치이며, 내연 기관과 외연 기관으로 분류된다.

내연 기관은 연료를 실린더 내부에서 연소, 폭발시켜서 동력을 얻는 기관을 말하며, 외연 기관은 엔진의 외부에 장착된 연소 장치에 의하여 연소시켜 열에너지를 실린더 내부로 흡입하여 동력을 얻는 엔진이다.

엔진의 종류는 사용 연료에 따라 가솔린 엔진과 디젤 엔진으로 분류되고, 피스톤 운동 방식에 따라 왕복 엔진과 회전 엔진으로 구분되고, 사이클에 따라 2행정 기관과 4행정 기관으로 구분되며, 기타 흡, 배기 밸브의 수 및 연료 분사 방식 등에 따라 여러 가지로 구분된다.

그 중 왕복 피스톤 기관에 해당하는 가솔린 엔진은 실린더 내에 공기와 가솔린의 혼합기를 흡입하고, 피스톤으로 압축한 다음 점화 플러그로 점화하여 연소시키면 열에너지가 발생되어 연소 가스는 고온(1500℃) 고압(35∼45 ㎏/㎠)이 되고, 이 고온 고압의 가스가 실린더 내에서 상하로 섭동하는 피스톤 헤드에 작용하면 피스톤이 움직이게 되며, 이에 따라 열에너지가 기계적 에너지로 바꾸는 장치이다.

이때 피스톤은 직선 왕복 운동하는 것이므로 이것을 회전 운동으로 바꾸기 위하여 보통 커넥팅 로드와 크랭크축을 사용하며, 피스톤의 운동이 피스톤 핀으로 피스톤과 연결되어 있는 커넥팅 로드에 전달되고, 다시 이것이 커넥팅 로드의 단부에 연결되어 있는 크랭크축을 회전시키게 되어 실린더 내에 발생된 열에너지가 크랭크축의 회전 동력으로 바뀌어진다.

피스톤이 주기적인 운동을 하여 일을 계속하려면 연소하여 일을 한 가스는 배출하고 새로운 혼합기를 실린더에 공급하여야 하는데, 이를 위하여 크랭크축에 의하여 구동되는 캠축을 사용하여 밸브 장치를 작동시켜 흡기, 배기 구멍을 알맞은 시기에 개폐토록 하는 것이다.

실린더는 그 안에서 혼합기를 연소시키고 동시에 크랭크 케이스 고정부분과 함께 피스톤에 전달하는 연소 가스의 압력을 지지한다.

혼합기가 실린더 내에 흡입된 후 배기 가스가 되어 실린더 밖으로 배출될 때까지 실린더 내에서 가스의 주기적인 변화를 엔진의 사이클이라고 하며, 사이클에는 4행정 사이클 엔진과 2행정 사이클 엔진이 있다.

또, 디젤 엔진은 4행정 가솔린 엔진과 거의 유사하나 연료를 경유로 사용한다는 점과 흡입하는 공기를 압축시켜 분사된 연료를 자연착화 시키는 점이 다른 점이다.

그러나 가솔린 엔진 및 디젤 엔진은 왕복 운동의 관성력에 의한 충격이 강하고 소음이 많은 문제점이 있는 것이다.

또한, 회전 엔진에 해당하는 로터리 엔진은 하우징, 로터(Rotor), 편심축으로 주요부가 구성되며, 로터의 한 면에 가해지는 폭발력으로 로터의 주축이 편심을 이루고 있으므로 직접 주축에 회전력이 전달되어 에너지를 얻는 것이다.

그러나 로터리 엔진은 구조상 그 내구성이 떨어지며, 경제성이 떨어지는 문제점이 있는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로, 실린더 내의 피스톤 날개가 회전하면서 인입된 혼합 가스를 압축시키고 일정 압력에서 점화 플러그에서 발생된 스파크에 의해 압축 가스가 폭발되어 발생되는 연소 압력 에너지를 운동 에너지로 변환하는 원형 피스톤 드럼의 구조상 행정 거리가 길게 되어 에너지 효율이 증대되고, 피스톤 날개와 슬라이드 밸브가 유도 교차 회전하므로 피스톤 드럼이 단일 방향으로 안정적인 회전을 유지하도록 함과 동시에 소음 감소 및 충격이 완화되도록 하는 회전식 엔진 구조를 제공함을 기술적 과제로 삼는다.

첨부 도면 도 1 내지 도 4에서 보는 바와 같이, 본 발명은 피스톤 드럼(10)이 실린더 본체(20) 내에서 회전하면서 인입되는 혼합 가스를 압축시키고 점화 플러그(37)의 스파크에 의해 압축 가스가 폭발하면서 발생되는 폭발력이 회전 운동 에너지로 전환됨과 동시에 개폐부(30)의 각 밸브가 작동하여 연소 가스가 흡입부(A)로 역류하는 것을 방지하고 배기부(B)로 배기되도록 하는 구조로 되어 있다.

상기 피스톤 드럼(10)은 모터(M)에 의해 회전하도록 중심에 구비된 회전축(11)과, 상기 피스톤 드럼(10) 원주면상에 각각 90°(직각)를 이루도록 형성된 피스톤 날개(12)와, 웜 기어(13)로 이루어져 있다.피스톤 날개(12)는 단부가 반원 형상으로 되어 원통 형상으로 된 피스톤 드럼(10)의 외주면에 90°(직각)를 이루면서 45° 기울기를 가지며, 웜기어(13)는 피스톤 드럼(10)에 형성된 각 피스톤 날개(12)의 사이에 형성되며 45° 기울기를 가진다.

실린더 본체(20)는 피스톤 드럼(10)이 안착되도록 내부에 공간을 갖는 원형의 피스톤 수용부(21)와, 피스톤 수용부(21) 일측에 연통 형성되게 하되, 격벽(22-1)에 의해 상호 격리되는 흡입구(23) 및 배기구(24)와, 흡입구(23)와 배기구(24) 타측에 피스톤 수용부(21)와 연통되어 격벽(22-2)을 통해 격리되고, 통공(25')을 통해 연통되는 제 1연소실(25-1) 및 제 2 연소실(25-1)로 구성된 연소실(25)로 이루어져 있다.상기에 있어, 실린더 본체(20) 내에 별도의 피스톤 수용부(21)를 병렬로 적층 구성하고 각각의 피스톤 수용부(21)에 피스톤 드럼(10)을 장착하여 같은 회전축(11) 상에서 회전되도록 구성한다.

개폐부(30)는 피스톤 수용부(21)와 제 1연소실(25-1)의 경계면에 구비되어 스프링(31)의 탄발력에 의해 피스톤 수용부(21)와 제 1연소실(25-1)을 연통, 차단시키는 밸브(32)와, 피스톤 수용부(21)와 제 2연소실(25-2)의 경계면에 구비되어 피스톤 수용부(21)와 제 2연소실(25-2)을 연통 차단시키는 일측에 개방면(33')이 형성된 볼 밸브(33)와, 볼 밸브(33)와 회전축(34)에 의해 연동되는 통공(35')이 형성된 회전판(35)과, 회전판(35)의 통공(35')에 반응하여 동작하는 이그니션 센서(36)와, 제 2연소실(25-2)에 구비되어 이그니션 센서(36)의 동작에 의해 스파크를 발생시키는 점화 플러그(37)와, 실린더 본체의 각 격벽(22-1)(22-2)의 홈(22')에 삽입되며 피스톤 드럼(10)의 피스톤 날개(12)와 웜 기어(13)에 대응되는 피스톤 연동탭(38-1) 및 웜기어 연동탭(38-2)이 외주면에 형성된 원판 형상의 슬라이드 밸브(38)로 이루어져 있다.

상기와 같은 구조로 이루어진 본 발명은 시동이 걸리면 첨부 도면 도 5에서 보는 바와 같이, 혼합 가스가 실린더 본체(20)의 흡입구(23)를 통해 인입되면 피스톤 드럼(10)이 전기 모터(M)에 의해 회전축(11)을 중심으로 회전하여 피스톤 날개(12)가 혼합 가스를 연소실(25) 측으로 유도하게 되고, 인입되는 혼합가스의 압력에 의해 피스톤 수용부(21)와 제 1연소실(25-1)의 경계면에 구비된 밸브(32)가 열리면서 혼합 가스가 연소실(25) 내부로 인입되어, 일정 압력 이상 예컨대, 피스톤 드럼(10)이 1/2 회전한 상태에서의 압력이 될때까지 연소실(25) 내에 저장된다.(첨부도면 도6 참조)

상기와 같이 피스톤 드럼(10)이 회전하게 되면 피스톤 드럼(10)의 외주면에 형성된 피스톤 날개(12) 및 웜 기어(13)와 대응하여 피스톤 연동탭(38-1) 및 웜기어 연동탭(38-1)이 외주면에 형성된 원판 형상의 슬라이드 밸브(38)가 회전하게 된다.

이때, 슬라이드 밸브(38)는 볼밸브(33) 및 회전판(35)과 같은 회전축(34)에 의해 회전하게 되며, 피스톤 날개(12)가 슬라이드 밸브(38)의 피스톤 연동탭(38-1)과 정확히 교차하는 순간 볼밸브(33)는 오픈상태가 되나, 볼밸브(33)의 개방면(33')은 제 2연소실(25-2)의 직상부에 위치할때만 오픈 되도록 볼밸브(33)와 면접하는 제 2연소실(25-2)의 하부면이 볼밸브(33)의 하부면을 감싸고 있어 혼합가스가 배기부(B)로 유출되는 것을 방지하게 된다. 회전판(35)의 통공(35')은 이그니션 센서(36)의 감지 위치에 도달하게 되는 시점에서 이그니션 코일에 고압이 걸리게 되고 이때, 첨부 도면 도 7에서 보는 바와 같이, 점화 플러그(37)에서 스파크가 발생하여 혼합 가스가 폭발하게 된다.

상기 혼합 가스의 폭발 시 폭발력에 의해 밸브(32)가 닫혀지게 되므로 연소 가스 및 폭발 에너지가 흡입부(A)로 역류하는 것이 방지된다.

상기 혼합 가스가 폭발하는 시점에서 볼밸브(33)는 완전히 열린 상태가 되어 폭발력에 의해 연소 가스가 배기부(B)의 배기구(24)를 통해 배출됨과 동시에 폭발 에너지가 피스톤 드럼(10)의 피스톤 날개(12)를 밀어 피스톤 드럼(10)이 회전하게 되어 회전 에너지를 얻게 된다.

즉, 첨부 도면 도 8에서 보는 바와 같이 상기 연소 가스 배출과 회전 에너지 발생 및 혼합 가스의 인입이 동시에 이루어지게 된다.

상기에서와 같이 피스톤 드럼(10)의 최초 회전은 모터(M)에 의해서 이루어지며 이후 혼합 가스의 폭발력으로 피스톤 드럼(10)이 회전하면서 이후 인입되는 혼합 가스를 압축시키고 상기 폭발 과정을 거쳐 다시 그 폭발력이 피스톤 드럼을 회전시키게 되는 것이다.

즉, 최초 시동 시 전기 모터의 회전력에 의해 회전하는 피스톤 날개(12)가 형성된 피스톤 드럼(10)이 실린더 본체(20)의 흡입구(23)로 인입되는 혼합 가스를 피스톤 수용부(21)를 통해 연소실(25)로 이송, 압축시키고, 일정 압력 상태에서 점화 플러그(37)가 스파크를 발생시켜 압축된 혼합 가스가 연소실(25) 내에서 폭발하면 개폐부(30)의 밸브(32)가 연소실(25)과 피스톤 수용부(21)를 차단시키고 볼 밸브(33)가 개방되어 그 폭발 에너지가 피스톤 드럼(10)을 회전시켜 연소 가스를 배기구(24)로 방출시킴과 동시에 회전 에너지를 얻게 되는 것이다.

이와 같은 본 발명은 실린더 내의 피스톤 날개가 회전하면서 인입된 혼합 가스를 압축시키고 일정 압력에서 점화 플러그에서 발생된 스파크에 의해 압축 가스가 폭발되어 발생되는 연소 압력 에너지를 운동 에너지로 변환하는 원형 피스톤 드럼의 구조상 행정 거리가 길게 되며, 피스톤 날개와 슬라이드 밸브가 유도 교차 회전하므로 피스톤 드럼이 단일 방향으로 안정적인 회전을 유지하게 되는 것이다.

폭발 및 회전에 의해 엔진 자체에서 발생되는 열을 공기 또는 냉각수를 통해 열교환시켜 온도를 낮춰주는 것은 일반적인 사항이므로 본 발명에서는 언급하지 않았음을 밝혀둔다.

또한, 본 발명에서는 2행정 사이클을 실시예로 하고 있으나, 4행정 사이클도 적용 가능한 것이며, 엔진의 출력이 증대되도록 피스톤 드럼(10)을 병렬로 연결하여 사용하는 것도 바람직한 실시예이다.

이와 같이 되는 본 발명은 실린더 내의 피스톤 날개가 회전하면서 인입된 혼합 가스를 압축시키고 일정 압력에서 점화 플러그에서 발생된 스파크에 의해 압축 가스가 폭발되어 발생되는 연소 압력 에너지를 운동 에너지로 변환하는 원형 피스톤 드럼의 구조상 행정 거리가 길게 되어 에너지 효율이 증대되고, 피스톤 날개와 슬라이드 밸브가 유도 교차 회전하므로 피스톤 드럼이 단일 방향으로 안정적인 회전을 유지하도록 함과 동시에 소음 감소 및 충격이 완화되도록 하는 효과를 얻을 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 전체 사시도.

도 2는 본 발명의 일부 절개된 상태의 내부 구성도.

도 3은 본 발명의 피스톤 드럼과 슬라이드 밸브의 직교 유도 회전 구조를 보인 사시도.

도 4는 본 발명의 연소실 및 개폐부의 주요부 확대 사시도.

도 5는 본 발명의 배기구로 혼합 가스가 인입되는 상태도.

도 6은 본 발명의 혼합 가스가 연소실로 유도, 압축되는 상태도.

도 7은 본 발명의 압축된 혼합 가스가 폭발하여 배기되는 상태도.

도 8은 본 발명에 연소 가스가 배기구로 배기됨과 동시에 혼합 가스가 흡입구로 인입되는 상태도.

<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>

10 : 피스톤 드럼 11 : 회전축

12 : 피스톤 날개 13 : 웜기어

20 : 실린더 본체 21 : 피스톤 수용부

22-1,22-2 : 격벽 23 : 흡입구

24 : 배기구 25 : 연소실

25': 통공 25-1 : 제 1연소실

25-2 : 제 2연소실 30 : 개폐부

31 : 스프링 32 : 밸브

33 : 볼 밸브 33': 개방면

34 : 회전축 35 : 회전판

35': 통공 36 : 이그니션 센서

37 : 점화 플러그 38 : 슬라이드 밸브

38-1 : 피스톤 연동탭 38-2 : 웜기어 연동탭

Claims

모터(M)에 의해 회전하도록 중심에 구비된 회전축(11)과, 상기 피스톤 드럼(10) 원주면상에 각각 90°를 이루도록 형성된 피스톤 날개(12)와, 웜 기어(13)로 이루어진 피스톤 드럼(10)과;

상기 피스톤 드럼(10)에 의해 실린더 본체(20)의 흡입구(23)로 인입되는 혼합가스를 피스톤 수용부(21)를 통해 이송, 압축시키는 실린더 본체(20)와;

압축된 혼합가스가 실린더 본체(20)의 연소실(25) 내에서 폭발하면 연소실(25)과 피스톤 수용부(21)를 차단시키고 볼 밸브(33)를 개방시키는 개폐부(30)와;

상기 볼 밸브(33)가 개방되어 얻어진 그 폭발에너지가 피스톤 드럼(10)을 회전시켜 연소가스를 배기구(24)로 방출되도록 구성함을 특징으로 하는 회전식 엔진구조.
삭제
제 2항에 있어서, 피스톤 날개(12)는 단부가 반원 형상으로 되어 원통 형상으로 된 피스톤 드럼(10)의 외주면에 직각을 유지하며 45도 기울기를 갖고 형성된 것을 특징으로 하는 회전식 엔진 구조.
제 2항에 있어서, 웜기어(13)는 피스톤 드럼(10)에 형성된 각 피스톤 날개(12)의 사이에 형성되며 45도 기울기를 갖고 형성된 것을 특징으로 하는 회전식 엔진 구조.
제 1항에 있어서, 실린더 본체(20)는 피스톤 드럼(10)이 안착되도록 내부에 공간을 갖는 원형의 피스톤 수용부(21)와, 피스톤 수용부(21) 일측에 연통시키되 격벽(22-1)에 의해 상호 격리되는 흡입구(23) 및 배기구(24)와, 흡입구(23)와 배기구(24) 타측에 피스톤 수용부(21)와 연통되어 격벽(22-2)을 통해 격리하고, 통공(25')을 통해 연통되는 제 1연소실(25-1) 및 제 2 연소실(25-1)로 구성된 연소실(25)로 이루어짐을 특징으로 하는 회전식 엔진 구조.
제 1항에 있어서, 개폐부(30)는 피스톤 수용부(21)와 제 1연소실(25-1)의 경계면에 구비되어 스프링(31)의 탄발력에 의해 피스톤 수용부(21)와 제 1연소실(25-1)을 연통, 차단시키는 밸브(32)와, 피스톤 수용부(21)와 제 2연소실(25-2)의 경계면에 구비되어 피스톤 수용부(21)와 제 2연소실(25-2)을 연통, 차단시키는 일측에 개방면(33')이 형성된 볼 밸브(33)와, 볼 밸브(33)와 회전축(34)에 의해 연동되는 통공(35')이 형성된 회전판(35)과, 회전판(35)의 통공(35')에 반응하여 동작하는 이그니션 센서(36)와, 제 2연소실(25-2)에 구비되어 이그니션 센서(36)의 동작에 의해 스파크를 발생시키는 점화 플러그(37)와, 실린더 본체의 각 격벽(22-1)(22-2)의 홈(22')에 삽입되며 피스톤 드럼(10)의 피스톤 날개(12)와 웜 기어(13)에 대응되는 피스톤 연동탭(38-1) 및 웜기어 연동탭(38-2)이 외주면에 형성된 원판 형상의 슬라이드 밸브(38)로 이루어짐을 특징으로 하는 회전식 엔진 구조.
제 1항에 있어서, 실린더 본체(20) 내에 별도의 피스톤 수용부(21)를 병렬로 적층 구성하고 각각의 피스톤 수용부(21)에 피스톤 드럼(10)을 장착하여 같은 회전축(11) 상에서 회전되도록 구성함을 특징으로 하는 회전식 엔진 구조.