KR100612910B1

KR100612910B1 - 회전 피스톤 엔진

Info

Publication number: KR100612910B1
Application number: KR1020010055335A
Authority: KR
Inventors: 오동수
Original assignee: 오동수
Priority date: 2001-06-02
Filing date: 2001-09-08
Publication date: 2006-08-18
Also published as: KR20020092149A

Abstract

본 발명은 회전 피스톤 엔진에 관한 것으로서, 왕복동 엔진 및 로터리 엔진의 장점만을 취하여 소형으로도 고출력을 얻을 수 있는 새로운 구조의 회전 피스톤 엔진의 제공을 목적으로 한다.

본 발명의 회전 피스톤 엔진은, 양쪽 벽면에 각각 흡기구(140) 및 배기구(150)가 형성된 하우징(100)과; 이 하우징에 설치되는 크랭크 축(200)과; 상기 크랭크 축의 중앙 저널에 회전가능하게 설치되는 회전휠(310) 및 이 회전휠의 둘레로 형성되는 한 쌍의 휠 실린더(320,320)를 가지고 흡배기포트(340)가 각 휠 실린더의 3등분 지점마다 형성된 회전 실린더 블록(300)과; 상기 크랭크 축의 양쪽 끝 저널에 설치되어 하우징에 고정되는 한 쌍의 외치고정기어(400,400)와; 상기 각 외치고정기어와 내접함과 아울러 외치고정기어와의 잇수비가 2:3인 내치기어(510)를 가지고, 각 크랭크에 회전가능하게 결합되는 1쌍의 로터(500,500)와; 상기 각 로터와 각 휠 실린더를 연결하는 3쌍의 커넥팅 링크기구(600,...)와; 그리고, 상기 각 휠 실린더에 내장되고 각 커넥팅 링크기구에 이것과 연동하도록 결합되는 6쌍의 피스톤(700,...)을 포함하여 이루어진다.

엔진, 기관, 내연기관, 피스톤, 실린더, 회전기관, 회전엔진

Description

회전 피스톤 엔진{ROTATING PISTON ENGINE}

도 1은 본 발명에 따른 회전 피스톤 엔진을 나타내는 종단면도이다.

도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 회전 피스톤 엔진의 커넥팅 링크기구의 구성요소들을 설명하기 위한 도면이다.

도 4는 본 발명에 따른 회전 피스톤 엔진중 제1행정실의 배기행정이 완료된 상태를 나타내는 설명도이다.

도 5는 본 발명에 따른 회전 피스톤 엔진중 제1행정실의 흡기행정이 완료된 상태를 나타내는 설명도이다.

도 6은 본 발명에 따른 회전 피스톤 엔진중 제1행정실의 압축행정이 완료되어 압축된 혼합기가 점화되는 것을 나타내는 설명도이다.

도 7은 본 발명에 따른 회전 피스톤 엔진중 제1행정실의 팽창행정이 완료된 상태를 나타내는 설명도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 하우징, 140 : 흡기구,

150 : 배기구, 200 : 크랭크 축,

210 : 저널, 220 : 크랭크,

230 : 크랭크 아암, 300 : 회전 실린더 블록,

310 : 회전휠, 320 : 휠 실린더,

330 : 행정실, 340 : 흡배기포트,

350 : 점화플러그, 360 : 전원공급수단,

400 : 외치고정기어, 510 : 내치기어,

500 : 로터, 600 : 커넥팅 링크기구,

610 : 마름모꼴 링크기구, 611∼614 : 힌지부,

621∼624 : 링크부재, 630 : 연결아암,

700 : 피스톤

본 발명은 회전 피스톤 엔진에 관한 것으로서, 특히 회전 실린더 블록의 외주에 형성된 한 쌍의 휠 실린더에 다수의 행정실을 형성하는 다수 쌍의 피스톤이 설치되고, 상기 회전 실린더 블록의 회전 및 피스톤쌍들의 회전 스트로크운동에 엔진사이클이 수행되어 크랭크 축에 회전력이 전달되는 회전 피스톤 엔진에 관한 것이다.

엔진의 종류를 분류해 보면 피스톤의 운동방식에 따라 왕복동 엔진과 로터리 엔진으로 나눌 수 있다.

왕복동 엔진에서는 피스톤의 왕복운동을 크랭크 축에 회전운동으로 전달하여 야 할 뿐만 아니라 피스톤, 밸브기구 등을 비롯하여 많은 왕복 운동부분이 있으므로, 동력전달손실이 크고 마찰부분이 많으며 구조도 복잡하다. 따라서, 왕복동 엔진의 경우 출력을 증가시키는 데에는 한계가 있고, 고속 엔진이나 소형 고출력 엔진으로 적용하기에는 부적합하다. 또한, 왕복동 엔진은 진동도 심한 문제도 있다.

한편, 소위 반켈(Wankel) 엔진이라 일컫는 로터리 엔진에서는, 크랭크 축의 편심축에 대략 삼각형 구조의 로터가 축착되고, 이 로터가 에피트로코이드(epitrochoid) 곡면을 가진 로터 하우징 내부에서 회전함으로써 상기 로터의 한 면에 가해지는 폭발력으로 동력을 얻도록 되어 있다. 이 로터리 엔진에서는 로터의 회전력을 그대로 크랭크 축에 회전력으로 전달하도록 되어 있으므로 왕복운동부분과 밸브기구가 불필요하다. 또 로터리 엔진에서는 왕복운동부분이 없으므로 왕복동 엔진에서와 같은 피스톤의 왕복운동 관성력에 의한 충격이 없고, 대단히 정숙하고 원활하게 작동한다. 따라서, 로터리 엔진은 왕복동 엔진에 비해서 구조가 간단하고 진동이 작으며 동력전달손실도 작으므로 같은 배기량의 왕복동 엔진에 비해 소형, 경량이면서도 우수한 성능을 보인다.

그러나, 로터리 엔진에서는 로터 하우징의 에피트로코이드 곡면 및 로터의 곡면을 가공하는 것이 힘들어 제조상 문제점과 함께 경제성이 문제된다. 또한 삼각형 로터 하우징과 로터가 선접촉하기 때문에 접동부분의 윤활이 곤란해진다. 이와 같은 윤활부족은 선접촉부의 심한 마모현상을 불러 일으키므로, 엔진의 내구성이 저하되고 로터의 회전중 행정간의 개스의 기밀유지도 어려워 연비가 나쁜 문제도 있다.

본 발명은 상기한 종래 문제점을 고려하여 이루어진 것으로서, 왕복동 엔진 및 로터리 엔진의 장점만을 취하여 소형으로도 고출력을 얻을 수 있는 새로운 구조의 회전 피스톤 엔진의 제공을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 회전 피스톤 엔진은, 대략 원통형의 내부공간을 가지고 양쪽 벽면에 흡기구 및 배기구가 각각 차례로 형성된 하우징과; 상기 하우징을 회전가능하게 관통하여 지지되고, 교대로 배치되는 3개의 저널 및 2개의 크랭크, 상기 각 저널과 각 크랭크를 연결하는 다수의 크랭크 아암을 가지는 크랭크 축과; 상기 크랭크 축의 중앙 저널에 회전가능하게 설치되는 회전휠 및 상기 회전휠의 가장자리를 따라 나란하게 형성되는 한 쌍의 휠 실린더를 가지고, 상기 하우징의 흡기구를 통하여 흡기함과 아울러 상기 하우징의 배기구로 연소가스를 배출하기 위한 흡배기포트가 상기 각 휠 실린더에 그 3등분 지점마다 형성된 회전 실린더 블록과; 상기 크랭크 축의 양쪽 끝 저널 둘레에 크랭크 축이 회전가능하게 설치되어 하우징에 고정되는 한 쌍의 외치고정기어와; 상기 각 외치고정기어와 내접함과 아울러 상기 외치고정기어와의 잇수비가 2:3인 내치기어를 가지고, 각 크랭크에 유성회전운동가능하게 결합되는 1쌍의 로터와; 상기 각 로터와 각 휠 실린더의 3등분 지점을 힌지결합에 의하여 연결하는 3쌍의 커넥팅 링크기구와; 그리고, 상기 각 휠 실린더 내부에 슬라이딩가능하게 설치되고 상기 각 커넥팅 링크기구에 이것과 연동하도록 힌지결합되는 6쌍의 피스톤을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 커넥팅 링크기구는, 다수 개의 링크부재가 마름모꼴 모양을 이루도록 차례로 힌지결합되어 4개의 힌지부를 가지고, 상기 4개의 힌지부중 서로 마주보는 한 쌍의 힌지부의 하나는 상기 각 로터의 외주면중 3등분 지점마다 힌지결합되고 반대쪽의 힌지부는 각 휠 실린더의 내주벽을 관통하여 휠 실린더의 외주벽중 3등분 지점마다 힌지결합되는 마름모꼴 링크기구와; 상기 마름모꼴 링크기구중 나머지 두 곳의 자유 힌지부에 힌지결합되고 각 자유단에 피스톤이 각각 힌지결합되는 두 쌍의 연결아암을 가진다.

본 발명에 따르면, 상기 각 휠 실린더의 외주벽중 각 행정실과 대응하는 위치에는 압축된 연료를 착화시키기 위한 점화플러그가 각각 더 설치되고, 하우징에는 회전 실린더 블록의 회전에 따라 상기 점화플러그들이 소정의 위치를 지날 때 점화플러그에 전원을 공급하는 한 쌍의 전원공급수단이 더 설치된다.

본 발명의 특징 및 잇점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 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.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 회전 피스톤 엔진은, 하우징(100)과, 상기 하우징(100)의 중앙을 회전가능하게 관통하는 크랭크 축(200)과, 상기 크랭크 축(200) 둘레로 회전가능하게 설치되고 한 쌍의 휠 실린더(320,320)를 가지는 회전 실린더 블록(300)과, 상기 하우징(100)에 고정되는 한 쌍의 외치고정기어(400,400)와, 상기 각 외치고정기어(400)와 내접하는 내치기어(510)를 가진 한 쌍의 로터(500,500)와, 상기 각 로터(500)와 각 휠 실린더(320)를 힌지연결하는 3쌍의 커넥팅 링크기구(600,...)와, 그리고 상기 각 휠 실린더(320)에 설치되고 커넥팅 링크기구(600)와 연결되어 커넥팅 링크기구(600)와 연동하는 6쌍의 피스톤(700,...)을 포함하여 이루어진다.

하우징(100)은 원통형의 내부공간을 가진다. 이 하우징(100)은 양쪽이 개방된 양쪽이 개방된 원통형의 본체(110)와, 상기 본체(110)의 양쪽 개방부에 이탈가능하게 결합되어 본체(100)의 개방부를 막는 측판(120,120)을 가진다. 하우징(100)의 하부에는 하우징(100)을 올려 놓을 수 있도록 고정브래킷(130)이 설치되는 것이 바람직하다.

상기 하우징(100)의 양쪽 측벽(120,120)중 각 휠 실린더(320)와 대응하는 소정의 영역에는 흡기구(140) 및 배기구(150)가 각각 차례로 형성된다.

크랭크 축(200)은 상기 하우징(100)의 중앙을 횡방향으로 관통하여 회전가능하게 지지된다. 상기 크랭크 축(200)은 교대로 배치되는 3개의 저널(210,210,210) 및 2개의 크랭크(220,220)를 가진다. 상기 각 저널(210)과 각 크랭크(220)는 다수의 크랭크 아암(230)에 의하여 연결된다. 저널(210)들중 양쪽 끝 저널(210,210)이 각각 하우징(100)의 측벽(120)에 베어링(240)을 개재하여 회전가능하게 지지됨으로써, 크랭크 축(200)이 하우징(10)에 회전가능하게 지지될 수 있다. 또한, 상기 2개의 크랭크(220,220)의 위상차는 180°이어야 한다.

회전 실린더 블록(300)은, 상기 크랭크 축(200)의 저널(210)들중 중앙 저널(210) 둘레로 베어링 메탈(250)을 개재하여 회전가능하게 설치되는 회전휠(310)과, 상기 회전휠(310)의 가장자리를 따라 좌우로 나란하게 형성된 한 쌍의 휠 실린더(320,320)를 가진다. 상기 휠 실린더(320)의 내부, 즉 실린더 보어(322)는 대략 사각형 단면형상을 가지는 것이 바람직하지만, 이것 이외에도 원형 또는 타원형 단면형상을 가질 수 있다.

한편, 상기 크랭크 축(200)의 양쪽 끝 저널(210,210) 둘레에는, 예컨대 베어링 메탈(260)이 개재되어 크랭크 축(200)은 회전가능하지만, 하우징(100)의 측벽(120)에 고정핀(410)들에 의하여 고정됨에 따라 고정상태를 유지하는 한 쌍의 외치고정기어(400,400)가 설치된다.

로터(500)는 각 크랭크(220) 둘레로 예컨대 베어링 메탈(520)을 개재하여 회전가능하게 결합된다. 로터(500)의 내주면에는 외치고정기어(400)에 내접하도록 형성된 내치기어(510)가 형성된다. 본 발명에 있어서, 상기 외치고정기어(400)와 내치기어(510)와의 잇수비는 2:3이어야 한다.

따라서, 외치고정기어(400)에 대하여 내치기어(510)가 내접하면서 회전하면 로터(500)의 외주면중 어느 한 점은 대략 땅콩 모양의 트로코이드(trochoid) 곡선 운동을 하게 되며 로터(500)는 전체적으로 유성회전운동을 한다. 따라서, 로터(500)의 회전력은 크랭크(220)를 통하여 크랭크 축(200)에 전달되므로 크랭크 축(200)이 회전될 수 있다. 외치고정기어(400)와 내치기어(510)와의 잇수비가 2:3이므로, 크랭크 축(200)의 중심, 즉 저널(210)에 대하여, 로터(500)의 외주면중 어 느 한 점이 90°회전하면 크랭크(220)는 270°회전한다. 즉, 로터(500)가 1회전하면 크랭크 축(200)은 3회전한다.

도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 커넥팅 링크기구(600)들은 각 휠 실린더(320) 내부에 3쌍씩 설치되는 피스톤(700)들, 휠 실린더(320)들 및 로터(500)들을 상호 연결함으로써, 회전 실린더 블록(300)과 함께 회전하면서 피스톤(700)들과 연동한다. 상기 커넥팅 링크기구(600)는, 마름모꼴 링크기구(610)와, 상기 마름모꼴 링크기구(610)에 연결되는 두 쌍의 연결아암(630,630)(630,630)을 가진다.

구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 마름모꼴 링크기구(610)는 다수 개(여기서는 6개)의 링크부재가 마름모꼴 형태로 힌지결합되어 이루어진다. 따라서, 마름모꼴 링크기구(610)는 4개의 힌지부(611,612,613,614)를 가진다. 즉, 마름모꼴 링크기구(610)는, 한 쌍의 제1링크부재(621,621)의 일단과 제2링크부재(622)가 힌지결합된 부분인 제1힌지부(611), 상기 제1링크부재(621,621)의 자유단에 제3링크부재(623)이 힌지결합된 부분인 제2힌지부(612), 상기 제3링크부재(623)의 자유단과 제2링크부재(622)의 자유단에 한 쌍의 제4링크부재(624,624)의 각 양단이 차례로 힌지결합되는 부분인 제3힌지부(613) 및 제4힌지부(614)를 가진다. 상기 마름모꼴 링크기구(610)의 힌지부들(611 내지 614)중 어느 한 힌지부, 예컨대 제1힌지부(611)는 로터(500)의 외주면중 3등분 지점마다 힌지결합된다. 그리고, 상기 제1힌지부(611)와는 반대쪽의 제3힌지부(613)는 휠 실린더(320)의 내주벽(324)에 3등분 지점마다 형성된 관통공(325)를 통하여 휠 실린더(320)의 외주벽(326)중 3등 분 지점마다 힌지결합된다. 이와 같이, 각 로터(500)와 각 휠 실린더(320)는 3개의 마름모꼴 링크기구(610,610,610)에 의하여 각각 연결될 수 있다. 본 발명에서는 도시되지 않았으나 상기 제3힌지부(613)의 경우 휠 실린더(320)의 측벽(328) 및 회전휠(310)에 걸쳐 지지되어도 좋다.

또한, 본 발명에 따르면, 마름모꼴 링크기구(610)의 힌지부들(611 내지 614)중 나머지 한 쌍의 자유 힌지부(612,614)에는 두 쌍의 연결아암(630,630)(630,630)이 차례로 힌지결합되고, 각 연결아암쌍(630,630)의 자유단은 피스톤(700)들에 각각 힌지결합된다.

따라서, 피스톤(700)들이 각 휠 실린더(320) 내부에서 회전 스트로크운동을 하면 커넥팅 링크기구(600)들에 의하여 피스톤(700)들과 연결된 로터(500)들 및 회전 실린더 블록(300)이 연동한다. 즉, 실린더 블록(300)이 회전하면서 피스톤(700)들이 회전 스트로크운동을 하면 각 마름모꼴 링크기구(610)의 서로 마주보는 힌지부쌍들(611,613)(612,614)의 거리는 연속적으로 변화한다. 따라서, 커넥팅 링크기구(600)들을 통하여 피스톤(700)들 및 실린더 블록(300)과 연결된 로터(500)는 그 내치기어(510)가 외치고정기어(400)와 치합하면서 유성회전운동을 한다.

역으로, 각 로터(500)가 유성회전운동을 하면, 커넥팅 링크기구(600)들에 의하여 로터(500)와 연결된 회전 실린더 블록(300)도 회전하고, 각 마름모꼴 링크기구(610)의 서로 마주보는 힌지부쌍들(611,613)(612,614)의 거리가 연속적으로 변화한다. 따라서, 각 휠 실린더(320)에 설치되어 연결아암(630)들에 의하여 로터(600)들에 연결된 피스톤(700)들은 회전 스트로크운동을 할 수 있다.

한편, 각 피스톤(700)의 헤드(710)는 인접하는 커넥팅 링크기구(600)에 연결된 피스톤(700)의 헤드(710)를 서로 마주보고 있다. 따라서, 인접하는 두 커넥팅 링크기구(600,600)에 연결된 서로 마주보는 피스톤쌍(700,700) 사이의 영역(격실)들은, 힌지부로 연결된 로터(500)의 3등분 지점이 동일한 트로코이드를 형성함에 따라 동일한 위상차 위치에서 확축됨으로써 행정실(330)로 기능한다. 따라서, 각 휠 실린더(320)에 피스톤(700)이 3쌍씩 설치됨으로써 6개의 행정실을 가진 6기통 구조를 이루게 된다.

또한, 본 발명에 있어서, 피스톤(700)의 단면형상은 실린더 보어(322)의 단면형상에 따라 사각형, 원형 또는 타원형 단면형상으로 이루어질 수 있다. 또한, 각 피스톤(700)의 피스톤 헤드(710)에는 요입부(720)가 형성될 수 있다. 이 요입부(720)는 대략 반원형 단면을 가지거나 반구 형상으로 이루어지는 것이 바람직하지만, 압축비와 정상연소를 고려하여야 한다. 또한, 각 피스톤(700)의 외주면에는 기밀유지와 윤활을 위하여 피스톤 시일(730)이 다수 개 결합되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 각 휠 실린더(320)의 측벽(328)마다 하우징(100)의 흡기구(140)로부터 혼합기를 행정실(330)로 유입함과 아울러 팽창행정시 연소가스를 하우징(100)의 배기구(150)로 배출하기 위한 3개의 흡배기포트(340,340,340)는 각 행정실(330)과 대응하여 중간 부분에 설치된다.

즉, 로터(500)의 회전에 따라 회전 실린더 블록(300)이 회전하는 과정에서 어느 한 행정실(330)의 흡배기포트(340)가 하우징(100)의 흡기구(140)와 대응하는 위치에 도달하기 시작하면 흡배기포트(340)를 통하여 그 행정실(330)로 혼합기가 흡입되며, 어느 한 행정실(330)의 흡배기포트(340)가 하우징(100)의 배기구(150)와 대응하는 위치에 도달하기 시작하면 흡배기포트(340)를 통하여 행정실(330) 내부의 연소가스가 하우징(100)의 배기구(150)로 배출될 수 있다.

본 발명에 따르면, 도 1에 도시된 바와 같이, 흡배기포트(340)는 원형으로 이루어지고, 하우징(100)의 흡기구(140) 및 배기구(150)는 호형 슬로트로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 흡기구(140) 및 배기구(150) 사이의 간격은 배기행정이 완전히 끝난 다음 흡기행정이 수행되도록 흡배기포트(340)의 직경과 관련하여 결정되어야 한다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 각 휠 실린더(320)의 외주벽(326)중 각 행정실(330)과 대응하는 위치에는 압축된 연료를 착화시키기 위한 점화플러그(350)가 각각 설치된다. 그리고, 하우징(100)의 소정의 위치(즉, 압축행정영역)에는 회전 실린더 블록(300)의 회전에 따라 상기 점화플러그(350)들이 지날 때 점화플러그(350)에 전원을 공급하는 한 쌍의 전원공급수단(360,360)가 설치된다.

또한, 하우징(100)의 내부에는 접동부의 윤활 및 냉각을 위하여 엔진오일이 충전되며, 그 유동구조 및 냉각장치에 대한 여기서의 상세한 설명은 생략한다.

본 발명에 따라 상기한 바와 같이 구성된 회전 피스톤 엔진은 다음과 같이 작동된다.

최초 시동키에 의하여 미도시된 스타터를 구동하면 크랭크 축(200)이 예컨대 시계방향으로 회전한다. 이 크랭크 축(200)의 회전에 따라 로터(500)들이 외치고정 기어(400)와 위상을 달리하여 치합되면서 시계방향으로 유성회전운동을 한다. 이 로터(500)들의 유성회전운동에 의하여 커넥팅 링크기구(600)들에 의하여 로터(500)들과 연결된 회전 실린더 블록(300)이 시계방향으로 로터(500)와 연동하여 회전한다. 상기 로터(500)가 1회전을 하면 외치고정기어(400)와 내치기어(510)의 잇수비가 2:3이므로 크랭크 축(200)은 3회전하게 된다. 이와 같은 로터(500)들의 회전에 의하여 커넥팅 링크기구(600)들과 연결된 피스톤쌍(700,700)들이 회전스트로크운동을 함으로써 엔진 사이클이 연속적으로 수행되고, 이에 따라 크랭크 축(200)이 연속적으로 회전한다.

구체적으로, 로터(500)의 회전시 휠 실린더(320) 내부의 어느 한 행정실(330)(제1행정실(330a))을 형성하는 두 피스톤(700,700)들의 운동에 따른 행정변화를 살펴보면, 도 4에 있어서 예컨대 제1행정실(330a)은 배기행정이 완료된 상태에 놓여 있다. 즉, 팽창행정을 거쳐 제1행정실(330a)의 흡배기포트(340)가 배기구(150)와 겹치면서 배기행정이 시작되고 제1행정실(330a)의 체적이 점차 축소되면서 흡배기포트(340)가 배기구(150)를 지나치면 배기행정이 완료된다. 즉, 제1행정실(330a)이 배기구(150) 및 흡기구(140) 사이에 위치할 때 제1행정실(330a)에서의 배기행정이 완료된다. 한편, 도 4에 있어서, 제2행정실(330b)에서는 흡기행정이 완료된 후 압축행정이 수행되고, 제3행정실(330c)에서는 팽창행정이 수행된다.

제1행정실(330a)에서의 배기행정이 완료된 후, 도 5에 도시된 바와 같이, 로터(500)가 도 4의 상태에서 크랭크 축(200)의 중심에 대하여 90°만큼 시계방향으로 유성회전운동을 하면 크랭크(220)는 크랭크 축(200)의 중심에 대하여 270°회전 한다. 이 과정에서, 제1행정실(330a)의 체적은 최대로 증가한다. 이와 같이 체적이 증가되는 제1행정실(330a)에, 흡배기포트(340)가 흡기구(140)를 거치면서 혼합기가 흡입된다. 흡배기포트(340)가 흡기구(140)를 완전히 지나치면 흡기행정이 완료된다. 도 5에 있어서, 제2행정실(330b)에서는 압축된 혼합기가 착화된 후 팽창행정이 수행되고, 제3행정실(330c)에서는 연소가스가 흡배기포트(340) 및 배기구(150)를 통하여 배기되는 배기행정이 수행된다.

상기한 바와 같이 흡기행정이 완료된 후, 도 5의 상태에서 로터(500)가 도 6에 도시된 바와 같이 크랭크 축(200)의 중심에 대하여 90°만큼 시계방향으로 더 유성회전운동하면 크랭크(220)는 크랭크 축(200)의 중심에 대하여 270°회전한다. 이 과정에서 압축행정이 진행된다. 즉, 제1행정실(330a)의 체적은 점차 축소되어 제1행정실(330a)에 흡기된 혼합기가 압축된다. 이와 같이 압축행정이 진행되는 제1행정실(330a)이 도 6에 도시된 바와 같이 점화플러그(350)가 전원공급수단(360)과 일치하는 위치에 도달하면 압축된 혼합기가 점화된다. 도 6에 있어서, 제2행정실(330b)에서는 흡배기포트(340)가 배기구(150)를 지나치면서 제2행정실(330b)의 연소가스가 흡배기포트(340) 및 배기구(150)를 통하여 배기되는 배기행정이 수행되고, 제3행정실(330c)에서는 흡배기포트(340)가 흡기구(140)를 지나치면서 흡기구(140) 및 흡배기포트(340)를 통하여 제3행정실(330c)에 혼합기가 흡입되는 흡기행정이 수행된다.

도 6에 도시된 바와 같이, 제1행정실(330a)에서 압축된 혼합기가 점화되면, 폭발력에 의하여 로터(500)가 도 7에 도시된 바와 같이 크랭크 축(200)의 중심에 대하여 90°만큼 시계방향으로 유성회전운동한다. 이 때 크랭크(220)는 크랭크 축(200)의 중심에 대하여 270°회전한다. 이 과정에서 팽창행정이 진행된다. 즉, 제1행정실(330a)의 체적은 폭발력에 의하여 점차 확대된다. 이 때 폭발력에 의하여 두 피스톤(700,700)에 미치는 힘은 상기 피스톤(700)들과 로터(500)를 서로 연결하고 있는 커넥팅 링크기구(600)들을 통하여 로터(500)에 전달된다. 즉, 예컨대 도 5에서 팽창중에 있는 행정실(330b)의 압력이 두 커넥팅 링크기구(600,600)를 통하여 로터(500)에 미치는 힘은 제1힌지부(611)들을 통하여 화살표 방향으로 로터(500)에 작용한다. 이 두 힘은 크랭크(220)에 대하여 우력으로 작용함으로써 로터(500)에 회전력이 가해진다. 따라서 로터(500)가 시계방향으로 회전함으로써 크랭크축(200)이 시계방향으로 회전할 수 있게 된다. 도 7에 있어서, 제2행정실(330b)에서는 흡기행정이 수행되고 제3행정실(330c)에서는 압축행정이 수행된다.

로터(500)가 도 7의 상태에서 90°만큼 시계방향으로 더 유성회전운동하면 도 4의 상태가 된다. 이 과정에서 전술한 것처럼, 제1행정실(330a)의 체적은 축소되고 흡배기포트(340)가 배기구(150)를 지나치면서 제1행정실(330a) 내부의 연소가스가 흡배기포트(340) 및 배기구(150)를 통하여 배출되는 배기행정이 수행된다.

상기한 바와 같은 엔진 사이클이 3쌍의 커넥팅 링크기구(600,...)에 연결된 6쌍의 피스톤(700,...)들에 의하여 연속적으로 수행됨으로써 크랭크 축(200)이 연속적으로 회전할 수 있다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 회전 피스톤 엔진에 있어서는, 피스톤(700)들의 회전 스트로크운동에 의하여 엔진 사이클이 수행되며, 폭발력에 의한 피스톤(700)들의 회전력이 커넥팅 링크기구(600)들, 로터(500)들을 통하여 크랭크 축(200)에 전달되어 크랭크 축(200)이 연속적으로 회전할 수 있으므로 왕복동 엔진에 비하여 고속 엔진이나 소형 고출력 엔진을 얻기에 유리하다.

또한, 휠 실린더(320)를 가진 회전 실린더 블록(300)의 채용으로 선접촉부분이 배제됨으로써, 종래 로터리 엔진에서 발생하는 윤활문제, 마모문제, 기밀문제, 연비문제 등을 해결할 수 있으므로 내구성을 향상시킬 수 있다.

또한, 로터리 엔진에서의 로터 하우징의 에피트로코이드 곡면 및 로터의 외면과 같은 복잡한 곡면가공을 하지 않아도 되므로 제조성 및 경제성을 높일 수 있다.

Claims

원통형의 내부공간을 가지고 양쪽 벽면에 흡기구 및 배기구가 각각 차례로 형성된 하우징과;

상기 하우징을 회전가능하게 관통하여 지지되고, 교대로 배치되는 3개의 저널 및 2개의 크랭크, 상기 각 저널과 각 크랭크를 연결하는 다수의 크랭크 아암을 가지는 크랭크 축과;

상기 크랭크 축의 중앙 저널에 회전가능하게 설치되는 회전휠 및 상기 회전휠 가장자리를 따라 나란하게 형성되는 한 쌍의 휠 실린더를 가지고, 상기 하우징의 흡기구를 통하여 흡기함과 아울러 상기 하우징의 배기구로 연소가스를 배출하기 위한 흡배기포트가 상기 각 휠 실린더의 3등분 지점마다 형성된 회전 실린더 블록과;

상기 크랭크 축의 양쪽 끝 저널 둘레에 설치되어 하우징에 고정되는 한 쌍의 외치고정기어와;

상기 각 외치고정기어와 내접함과 아울러 상기 외치고정기어와의 잇수비가 2:3인 내치기어를 가지고, 각 크랭크에 유성회전운동가능하게 결합되는 1쌍의 로터와;

상기 각 로터와 각 휠 실린더를 힌지결합에 의하여 연결하는 3쌍의 커넥팅 링크기구와; 그리고,

상기 각 휠 실린더 내부에 슬라이딩가능하게 설치되고 상기 각 커넥팅 링크 기구와 연동하도록 힌지결합되는 6쌍의 피스톤을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 회전 피스톤 엔진.
제 1 항에 있어서,

상기 커넥팅 링크기구는, 다수 개의 링크부재가 마름모꼴 모양을 이루도록 차례로 힌지결합되어 4개의 힌지부를 가지고, 상기 4개의 힌지부중 서로 마주보는 한 쌍의 힌지부의 한쪽은 상기 각 로터의 외주면중 3등분 지점마다 힌지결합되고 반대쪽 힌지부는 각 휠 실린더의 내주벽을 관통하여 휠 실린더의 외주벽중 3등분 지점마다 힌지결합되는 마름모꼴 링크기구와, 상기 마름모꼴 링크기구중 나머지 두 곳의 자유 힌지부에 힌지결합되고 각 자유단에 피스톤이 각각 힌지결합되는 두 쌍의 연결아암을 가지는 것을 특징으로 하는 회전 피스톤 엔진.
제 1 항에 있어서,

상기 각 휠 실린더의 외주벽중 각 행정실과 대응하는 위치에는 압축된 연료를 착화시키기 위한 점화플러그가 더 설치되고, 하우징에는 회전 실린더 블록의 회전에 따라 상기 점화플러그들이 소정의 위치를 지날 때 점화플러그에 전원을 공급하는 한 쌍의 전원공급수단이 더 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 회전 피스톤 엔진.
제 1 항에 있어서,

상기 흡배기포트는 각 휠 실린더의 각 측벽의 3등분 지점중 각 행정실과 대응하는 중앙부에 원형으로 이루어지고, 상기 흡기구 및 배기구는 흡입행정 및 배기행정이 이루어지는 위상에 해당하는 하우징의 측벽에 호형 슬로트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 회전 피스톤 엔진.
제 1 항에 있어서,

상기 크랭크 축의 두 크랭크의 위상차는 180°인 것을 특징으로 하는 회전 피스톤 엔진.