KR102201762B1 - 로터리 엔진 - Google Patents

Abstract

본 발명은 로터리 엔진에 관한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 로터 하우징; 상기 로터 하우징의 특정 위치와 항시 접촉하면서 상기 로터 하우징 내부에서 회전하는 로터; 상기 로터의 전면과 후면에 각각 구비되어 상기 로터 하우징과 결합되는 사이드 하우징; 상기 로터 하우징의 특정 위치에 구비되는 에이펙스 씰; 그리고 로터의 전면과 후면에 각각 구비되어, 상기 로터와 사이드 하우징 사이에서 혼합기의 누설을 방지하도록 구비되는 사이드 씰을 포함하며, 상기 사이드 씰은, 상기 로터의 전면과 후면에 형성되고, 상기 로터의 최외곽보다 내측에 형성되는 로터 그루부에 삽입되는 사이드부; 그리고 상기 사이드부의 말단에서 반경 방향 외측으로 연장되어, 상기 로터 하우징과 상기 에이펙스 씰과 각각 밀착되도록 구비되는 플렌지부를 포함하는 로터리 엔진이 제공될 수 있다.

Description

로터리 엔진{cycloid type rotary engine}

본 발명은 로터리 엔진에 관한 것이다.

로터리 엔진은 회전운동으로 동력을 생산하는 엔진으로서, 반켈(Wankel)에 의해 처음 고안되었다. 반켈에 의해 고안된 엔진은 내부면이 에피트로코이드 곡선으로 이루어진 로터 하우징과, 로터 하우징 내에서 회전하는 삼각형 모양의 로터를 포함한다.

반켈 엔진이 고안된 이후, 반켈 엔진의 설계 최적화를 위한 다양한 연구가 이루어져 왔으며, 형태가 변형된 로터리 엔진 또한 개발되고 있다. 이의 일례가 사이클로이드형 로터리 엔진이라 할 수 있다.

사이클로이드형 로터리 엔진은 내부면이 사이클로이드 곡선으로 이루어진 하우징과, 하우징 내에서 회전하는 트랙 모양의 로터를 포함한다.

로터리 엔진의 로터 하우징 내부 공간은 로터에 의해 세 개의 공간으로 구획되며, 이들 공간의 체적이 로터의 회전에 따라 변하여, 흡기→압축→연소/팽창→배기의 4행정이 연속적으로 일어나도록 구성된다.

일반적인 로터리 엔진은, 흡입과정을 통해 흡입된 혼합기의 누설을 최소화하기 위하여, 복수 개의 씰(seal)을 로터 혹은 로터 하우징에 설치한다. 이때 설치되는 씰은, 로터의 측면(사이드 하우징 방향)으로의 혼합기 누설을 방지하기 위한 사이드 씰(side seal), 로터와 로터 하우징의 항시 접촉점에 설치되는 에이펙스 씰(apex seal), 그리고 마지막으로 에이펙스 씰과 사이드 씰 사이에 형성되는 누설공간을 막기 위한 코너 씰(corner seal) 혹은 버튼 씰(button seal)로 구분할 수 있다. 로터리 엔진은 설치된 다수의 씰을 사용하여, 유입된 혼합기의 누설을 최소화하고, 이를 통해 압축행정과 폭발행정에서 높은 압축 및 연소 압력을 확보하여 팽창행정에서 많은 유효일을 확보하기 위한 구조로 설계된다.

로터 하우징의 로브 수용부 개수가 3개인 경우, 상기 에이펙스 씰은 3 개소에 형성된다.

반켈형의 로터리 엔진에서, 압축실의 기밀을 위해 설치되는 씰은 모두 회전 운동하는 로터에 설치되어 있다. 따라서, 압축실의 기밀 확보에 유리한 점을 갖는다.

반면에, 사이클로이드형의 로터리 엔진에서, 구조적인 특징으로 인하여 회전 운동하는 로터에 사이드 씰(side seal)을 설치되고, 로터의 측면에 설치되는 로터 하우징에 에이펙스 씰(apex seal)을 설치되며, 로터의 전/후면에 설치되는 사이드 하우징에 버튼 씰이 각각 설치된다. 이러한 이유로 기밀 성능 확보에 불리하다. 이러한 로터리 엔진의 일례가 선행 특허(US20140003988A1)에 개시된 바 있다.

즉, 회전 운동하는 로터에 의해 압축실이 형성되는 로터리 엔진의 특성상, 기밀성능 확보를 위해서는 다수의 씰 간 간극이 최소화되도록 설계되어야 한다. 그러나, 사이클로이드형 로터리 엔진에서는 복수 개의 씰이 각각 다른 곳에 위치하기 때문에 씰 간의 간극을 최소화하여 설계하기가 용이하지 않다. 이로 인하여, 압축 압력 및 연소압력이 낮아지고, 팽창일을 확보하는데 문제가 발생할 수 있다.

도 1에는 상기 선행 특허에 따른 종래 사이클로이드형 로터리 엔진에서 복수 개의 씰이 장착된 위치를 도시하고 있고, 도 2는 도 1에 도시된 로터리 엔진에서 버튼 씰, 사이드 씰 그리고 에이펙스 씰이 위치된 부분의 확대 단면을 도시하고 있다.

도시된 바와 같이, 로터리 엔진(10)은 로터 하우징(2)에 대해서 로터(1)가 회전하며, 버튼 씰(3), 사이드 씰(4) 그리고 에이펙스 씰(5)이 구비된다. 그리고, 사이드 하우징은 로터 하우징(2)의 양측(전면과 후면)을 밀폐하여 압축실(S)을 형성하게 된다. 도 1에는 로터(1)과 로터 하우징(2)가 에이펙스 실(5)을 사이에 두고 각각 압축실(S)가 위치된 것이 도시되어 있다. 따라서, 이러한 씰들을 통해서 각각의 압축실이 서로 효과적으로 밀폐되는 것이 바람직하다.

사이드 씰(4)은 로터(1)의 그루부(1a)에 삽입되도록 구비되는데, B 영역으로 도시된 바와 같이, 사이드 씰(4)과 로터의 그루부(1a) 사이의 간극 공간을 통해 혼합기가 누설될 수 있다. 또한, 사이드 씰(4)과 에이펙스 씰(5) 사이에누설 공간을 막기 위해 버튼 씰(3)이 설치되는데, 이러한 버튼 씰의 설치에 필요한 공간, 즉 C 영역으로 도시된 공간을 통해 혼합기가 누설될 수 있다.

사이드 씰(3)과 로터의 그루부(1a) 사이에 누설 공간이 발생되면, 압축실과 압축실 사이의 연통현상이 발생되게 된다. 이로 인해 엔진 효율의 저하가 발생되게 된다. 또한, 사이드 씰(4)을 통해 혼합기가 누설될 수 있다.

도시된 바와 같이, 혼합기는 사이드 씰과 로터의 그루브 사이의 간격(B)을 통해 누설될 수 있다. 사이드 씰과 로터 그루브 사이에서 누설 공간이 발생되는 경우, 압축실과 압축실 사이에 연통현상이 발생될 수 있다.

이러한 사이드 씰을 통한 누설은 다음과 같은 이유로 발생될 수 있다. 즉, 로터의 전/후면에 설치되는 사이드 씰의 일측면이 압축 압력에 의해 로터의 반경 방향 내측으로 밀착되면 사이드 씰의 다른 측면의 밀착이 해제될 수 있다. 즉, 사이드 씰이 그루브 내에서 일측으로 쏠리면 사이드 씰의 타측과 그루부 사이의 밀착이 해제되어 혼합기의 누설이 발생될 수 있다. 즉 B 영역으로 도시된 바와 같이 그루부(1a)와 사이드 씰(4) 사이에 밀착이 해제될 수 있다.

또한, 사이드 씰과 에이펙스 씰 사이에 누설 공간을 방지하기 위해 버튼 씰(3)이 설치되는데, 이러한 버튼 씰의 설치에 필요한 공간으로 혼합기가 누설될 수 있다.

구체적으로, 종래의 로타리 엔진은 사이드 씰과 에이펙스 씰 사이에 로터의 립부분(1b)과 사이드 하우징 사이에 누설공간이 발생하며, 이를 밀봉하기 위해 버튼 씰(3)이 추가적으로 적용된다. 하지만, 버튼 씰(3)은 사이드 하우징(6)의 고정된 위치에 설치를 하기 때문에, 회전하면서 움직이는 로터(1)의 움직임을 상시 밀봉할 수 없는 문제점을 가진다. 즉, 로터의 움직임을 고려하여 버튼 씰의 사이즈를 실제 에이펙스 씰과 사이드 씰 사이에 형성되는 누설공간보다 작게 적용해야 한다. 이러한 이유로 C 영역이 형성되게 된다. 또한, 이러한 버튼 씰의 적용은 구조적으로 취약한 부분이 된다.

그러므로, 로터리 엔진 특히 사이클로이드형 로터리 엔진에서 혼합기의 누설을 효과적으로 방지할 필요성은 더욱 두드러질 수 밖에 없다.

본 발명은 기본적으로 전술한 종래 로터리 엔진의 문제를 해결하고자 함을 목적으로 한다.

본 발명의 일실시예를 통해서, 사이드 씰과 에이펙스 씰 사이에 형성되는 누설 공간을 최소화하기 위한 개선된 사이드 씰 및 이를 포함하는 로터리 엔진을 제공하고자 한다. 특히, 버튼 씰을 설치함에도 불구하고 누설 공간이 발생되는 문제를 효과적으로 개선한 사이드 씰 및 이를 포함하는 로터리 엔진을 제공하고자 한다.

본 발명의 일실시예를 통해서, 사이드 씰 설치를 위한 로터의 그루부 자체에 의해 발생될 수 있는 누설 공간을 최소화하기 위하여 개시된 사이드 씰 및 이를 포함하는 로터리 엔진을 제공하고자 한다. 특히, 압축 압력에 의해 사이드 씰과 로터 사이의 밀착면 위치를 변경하여 그루부 자체에 의한 누설 공간을 구조적으로 방지할 수 있는 사이드 씰 및 이를 포함하는 로터리 엔진을 제공하고자 한다.

본 발명의 일실시예를 통해서, 사이드 씰과 로터 사이의 밀착도를 더욱 높임으로써, 밀착 부분으로 누설 발생 가능성을 현저히 줄일 수 있는 사이드 씰 및 이를 포함하는 로터리 엔진을 제공하고자 한다. 특히, 분할형 사이드 씰을 통하여 제조 용이 및 밀착도 개선 효과의 증진이 가능한 로터리 엔진을 제공하고자 한다.

본 발명의 일실시예를 통해서, 로터리 엔진의 행정 말미, 특히 압축행정의 말미에 누설 공간을 최소화할 수 있는 로터리 엔진을 제공하고자 한다. 특히, 행정 말미체 누설 공간을 최소화하기 위하여 로터의 그루브를 분할형으로 형성한 로터리 엔진을 제공하고자 한다.

전술한 목적을 구현하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따르면, 로터 하우징; 상기 로터 하우징의 특정 위치와 항시 접촉하면서 상기 로터 하우징 내부에서 회전하는 로터; 상기 로터의 전면과 후면에 각각 구비되어 상기 로터 하우징과 결합되는 사이드 하우징; 상기 로터 하우징의 특정 위치에 구비되는 에이펙스 씰; 그리고 로터의 전면과 후면에 각각 구비되어, 상기 로터와 사이드 하우징 사이에서 혼합기의 누설을 방지하도록 구비되는 사이드 씰을 포함하며, 상기 사이드 씰은 상기 로터 하우징과 에이펙스 씰과 각각 밀착되도록 구비되는 플렌지부를 포함하는 로터리 엔진을 제공할 수 있다.

상기 플렌지부는 로터의 내측에서 반경 방향 외측으로 연장되어 상기 에이펙스 씰과 밀착되도록 연장될 수 있다. 즉, 상기 플렌지부는 상기 로터의 전면과 후면에서 상기 로터의 최외각을 형성함이 바람직하다.

상기 사이드 씰은, 상기 로터의 전면과 후면에 형성되고, 상기 로터의 최외곽보다 내측에 형성되는 로터 그루부에 삽입되는 사이드부를 포함할 수 있다.

상기 사이드부는 상기 로터 그루부에 삽입됨으로 하여 상기 사이드 씰을 상기 로터에 견고히 고정하는 기능을 수행할 수 있다.

따라서, 상기 플렌지부는 상기 사이드부의 말단에서 반경 방향 외측으로 연장되어, 상기 로터 하우징과 상기 에이펙스 씰과 각각 밀착되도록 구비될 수 있다.

그리고, 상기 플렌지부는 상기 로터의 전면 중 최전면을 형성하고 상기 로터의 후면 중 최후면을 형성할 수 있다. 따라서, 상기 플렌지부와 상기 사이드 하우징 사이가 효과적으로 밀착될 수 있다.

상기 사이드부에 대해서 상기 플렌지부가 직각으로 구비되어, 상기 사이드 씰의 단면은 "ㄱ"자 형상을 갖는 것이 바람직하다.

상기 플렌지부는, 반경 방향 내측에서 상기 로터 그루부와 밀착되고, 반경 방향 외측에서 상기 로터 그루부와 이격되어 장착될 수 있다.

상기 로터 그루부(53)에는, 상기 플렌지부를 상기 사이드 하우징과 밀착되는 방향으로 탄성력을 제공하는 탄성체가 구비됨이 바람직하다.

상기 사이드 씰은, 플렌지부의 말단에서 상기 사이드부와 평행하게 형성되는 보조 사이드부를 포함할 수 있다.

상기 사이드부와 보조 사이드부는 상기 플렌지부에 의해서 연결되며, 상기 상기 사이드 씰의 단면은 "ㄷ"자 형상을 가질 수 있다.

상기 보조 사이드부는 상기 에이펙스 씰과 밀착된다. 따라서, 에이펙스 씰과의 밀착 면적을 더욱 증진시킬 수 있다.

상기 로터의 전면과 후면에는, 반경 방향 내측에서 상기 보조 사이드부가 밀착되는 로터 단차부가 형성됨이 바람직하다. 그리고,상기 보조 사이드부는 반경 방향 외측에서 상기 에이펙스 씰과 밀착됨이 바람직하다.

상기 사이드부의 높이는 상기 보조 사이드부의 높이보다 긴 것이 바람직하다. 이를 통해서, 사이드 씰이 로터에 보다 견고히 고정될 수 있다.

상기 사이드부의 두께는 상기 보조 사이드부의 두께보다 큰 것이 바람직하다. 보조 사이드부의 두께를 줄임으로써 보조 사이드부와 로터 단차부 사이의 갭의 길이를 최소화할 수 있다. 이를 통해서 혼합기 누설을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.

상기 사이드 씰은 3 개 또는 4 개의 분할 사이드 씰이 서로 연결되어 형성됨이 바람직하다.

상기 로터는 트랙 모양으로 2 개의 로브를 갖고, 상기 로터 하우징은 3 개의 로터 수용부를 가질 수 있다. 이때, 상기 사이드 씰은 3개의 분할 사이드 씰을 포함함이 바람직하다.

상기 트랙 모양 로터의 높이가 최대로 세워진 위치를 기준으로, 11시, 4시 그리고 8시 부분에서 분할 사이드 씰이 서로 연결됨이 바람직하다.

상기 분할 사이드 씰의 좌측단의 반경 방향 외측에서 인근 분할 사이드 씰의 우측단이 상기 좌측단을 덮도록 구비될 수 있다. 즉 분할 사이드 씰은 서로 랩(lap) 형태로 서로 연결됨이 바람직하다.

구체적으로, 상기 분할 사이드 씰의 좌측단과 연결되는 인근 분할 사이드 씰의 우측단 사이에는 반경 방향 내측과 외측에 각각 간격이 구비되도록 형성되며, 상기 좌측단과 우측단 사이에는 항시 접촉면이 형성됨이 바람직하다.

이를 통해서, 고온 고압에 의한 분할 사이드 씰의 변형에 마진을 부여할 수 있다. 아울러, 고압을 이용하여 더욱 효과적인 밀착 효과를 기대할 수 있다.

상기 사이드 씰의 원주 방향을 따라 상기 사이드부의 형성이 배제된 사이드부 배제부가 형성될 수 있다. 상기 사이드부 배제부에 대응되는 위치에는 상기 로터 그루부의 형성이 배제될 수 있다.

따라서, 사이드부와 그루부 사이의 이격 간격이 형성되는 것을 미연에 방지할 수 있다. 이를 통해서 이격 간격으로 인한 혼합기 누설을 원천적으로 방지할 수 있다.

상기 사이드 씰의 총 길이 중, 상기 사이드부 배제부의 총 길이보다 상기 사이드부의 총 길이가 큰 것이 바람직하다. 이를 통해서, 사이드 씰이 로터에 보다 견고히 고정될 수 있다.

상기 사이드부와 사이드부 배제부는 원주 방향을 따라 교대로 형성될 수 있다. 여기서, 로터에 대해서 사이드부와 사이드부 배제부의 위치는 항상 고정된다. 즉, 로터의 원주 방향을 따라 사이드부와 사이드부 배제부의 위치는 항상 고정된다. 그러므로, 로터의 원주 방향을 따라 특정 위치에 사이드부를 형성하고 특정 위치에 사이드부 배제부를 형성할 수 있다.

상기 사이드부 배제부는, 상기 로터리 엔진의 압축행정 말미에서 폭발행정 직전 영역에서, 상기 로터가 상기 에이펙스 씰과 접촉하는 영역에 형성됨이 바람직하다.

전술한 실시예들에서의 특징은 서로 모순되거나 배타적이지 않는 한, 다른 실시예들에서 공통적으로 적용될 수 있다.

본 발명의 일실시예를 통해서, 사이드 씰과 에이펙스 씰 사이에 형성되는 누설 공간을 최소화하기 위한 개선된 사이드 씰 및 이를 포함하는 로터리 엔진을 제공할 수 있다. 특히, 버튼 씰을 설치함에도 불구하고 누설 공간이 발생되는 문제를 효과적으로 개선한 사이드 씰 및 이를 포함하는 로터리 엔진을 제공할 수 있다.

본 발명의 일실시예를 통해서, 사이드 씰 설치를 위한 로터의 그루부 자체에 의해 발생될 수 있는 누설 공간을 최소화하기 위하여 개시된 사이드 씰 및 이를 포함하는 로터리 엔진을 제공할 수 있다. 특히, 압축 압력에 의해 사이드 씰과 로터 사이의 밀착면 위치를 변경하여 그루부 자체에 의한 누설 공간을 구조적으로 방지할 수 있는 사이드 씰 및 이를 포함하는 로터리 엔진을 제공할 수 있다.

본 발명의 일실시예를 통해서, 사이드 씰과 로터 사이의 밀착도를 더욱 높임으로써, 밀착 부분으로 누설 발생 가능성을 현저히 줄일 수 있는 사이드 씰 및 이를 포함하는 로터리 엔진을 제공할 수 있다. 특히, 분할형 사이드 씰을 통하여 제조 용이 및 밀착도 개선 효과의 증진이 가능한 로터리 엔진을 제공할 수 있다.

본 발명의 일실시예를 통해서, 로터리 엔진의 행정 말미, 특히 압축행정의 말미에 누설 공간을 최소화할 수 있는 로터리 엔진을 제공할 수 있다. 특히, 행정 말미체 누설 공간을 최소화하기 위하여 로터의 그루브를 분할형으로 형성한 로터리 엔진을 제공할 수 있다.

도 1은 종래 로터리 엔진에서의 씰 부분을 확대 도시한 도면;
도 2는 종래 로터리 엔진에서 에이펙스 씰, 버튼 씰 그리고 사이드 씰 부분의 접촉 부분의 단면을 확대 도시한 도면;
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 로터리 엔진에서 씰 부분을 확대 도시한 도면;
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 로터리 엔진에서 씰 부분을 확대 도시한 도면;
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 로터리 엔진에서의 로터에 대한 사시 도면;
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 로터리 엔진의 분할 사이드 씰의 연결 부분에 대한 모습을 도시한 도면;
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 로터리 엔진의 분할 사이드 실의 사시 도면이다.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 로터리 엔진에 대해서 상세히 설명한다.

먼저, 도 3을 참조하여, 사이드 씰과 에이펙스 씰 사이에 형성되는 누설 공간을 최소화하기 위한 실시예에 대해서 상세히 설명한다.

본 실시예에서는 버튼 씰을 생략하고, 버튼 씰과 사이드 씰을 일체로 형성한 것을 특징으로 할 수 있다. 결국 단면이 "ㄱ"자로 형성된 사이드 씰(52)을 통해서 종래의 버튼 씰과 사이드 씰의 기능을 동시에 구현함과 동시에, 누설을 방지할 수 있게 된다.

도시된 바와 같이, 사이드 씰(52)는 로터(20)의 립(lip) 부분(26)에 형성된 로터 그루부(25)에 삽입되는 사이드부(52)와 상기 사이드부(52)의 사이드 하우징(3) 측 말단에서 반경 방향 외측으로 연장된 플렌지부(51)를 포함할 수 있다. 상기 사이드부(52)와 플렌지부(51)는 서로 일체로 형성될 수 있다.

상기 플렌지부(51)는 연속적으로 연장되어 에이펙스 씰(40)과 맞닿도록 구비될 수 있다.

이러한 사이드 씰(50)의 플렌지부(51)는 도 2에 도시된 버튼 씰(3) 부분 중사이드 하우징과 로터 립 사이의 간격에 위치되는 부분을 확장한 것이라 할 수 있다. 즉, 중심에서 반경 방향 외측으로 확장한 것으로 외경을 키운 것이라 할 수 있다. 다시 말하면 외경을 확장하여 에이펙스 씰(40)과 밀착됨과 동시에 사이드부(52)와 일체로 연결되도록 한 것이라 할 수 있다.

이러한 사이드 씰(50)의 형상으로 인해, 도 2에 도시된 C 영역을 배제할 수 있다. 즉, 종래 버튼 실이 담당하는 누설 공간(C 영역)을 효과적으로 밀봉할 수 있다. 아울러, 사이드 씰과 사이드 하우징의 접촉면적(기밀거리)가 향상되어 기밀 성능 향상이 가능하게 된다.

특히, 사이드 씰(50)의 로터측 말단과 그루부(25) 사이에는 탄성체(53)가 구비될 수 있다. 이러한 탄성체(53)는 상기 사이드 씰(50)과 사이드 하우징(30) 사이의 접촉을 유지하는 기능을 수행하게 된다. 즉, 사이드 씰과 사이드 하우징이 접촉을 유지하는 방향으로 탄성체(53)가 탄성력을 제공하게 된다.

이때, 로터 립(26)과 플렌지부(51) 사이에는 갭이 형성될 수 있다. 사이드 하우징(30)에 대한 로터(20)의 원활한 회전을 위하여, 이러한 갭이 형성될 수 있으며, 이러한 갭은 상기 탄성체(53)에 의해서 유지될 수 있다.

이러한 갭을 통해서 혼합기의 누설이 발생될 수 있다. 그러나, 이러한 갭은 최소화할 수 있으며, 에이팩스 씰과 사이드 하우징의 밀착에 의해서 누설을 최소화 할 수 있다.

도 4를 참조하여, 사이드 씰과 에이펙스 씰 사이에 형성되는 누설 공간을 최소화하기 위한 다른 실시예에 대해서 상세히 설명한다.

본 실시예에서는 사이드 씰 설치시 발생하는 로터의 그루브와 사이드 씰 사이의 공간을 최소화하기 위한 사이드 씰 구조를 제시한다. 구체적으로 사이드 씰의 로터 밀착면을 로터 내측이 아닌 외측에 갖도록 하는 사이드 씰 구조를 제시할 수 있다.

도 2에 도시된 사이드 씰(4)은 로터 그루부(1a)에서 사이드 씰(4)이 반경 방향 내측으로 밀착되므로 B 영역이 발생되어 이를 통해 누설이 발생될 수 있음은 설명한 바 있다. 본 실시예에서는 B 영역을 배제하기 위한 사이드 씰(4) 구조를 제시할 수 있다.

구체적으로, 본 실시예에서는 도 3에 도시된 실시예에서의 사이드 씰(50) 구조에 보조 사이드부(53)을 더 추가한 것이라 할 수 있다. 아울러, 보조 사이드부(53)의 삽입을 위한 로터의 단차부(57)를 로터의 반경 방황 외측에 형성한 것이라 할 수 있다.

상기 보조 사이드부(53)는 사이드 부(52)와 평행하게 형성될 수 있으며, 상기 보조 사이드부(53)와 사이드 부(53)는 플렌지부(51)를 통해 서로 연결될 수 있다. 즉, 사이드 씰(50)의 단면은 "ㄷ" 형상으로 형성될 수 있다.

보조 사이드부(53)와 사이드 부(52)는 로터의 높이 방향과 나란하게 형성될 수 있으며, 사이드 부(52)는 로터의 그루부(25)와 반경 방향 내측에서 밀착되고, 보조 사이드부(53) 또한 로터의 단차부(57)과 반경 방향 내측에서 밀착될 수 있다.

따라서, 사이드부(52)와 로터 그루부(25) 사이의 간격, 즉 B 영역이 발생되더라도, 이러한 B 영역은 보조 사이드부(53)과 로터 단차부(27)의 밀착에 의해서 막히게 된다. 즉, B 영역으로 혼합기가 유입되더라도 더이상 다른 공간으로 유입되지 않게 된다.

본 실시예에서도 탄성체(53)가 구비되며, 그 위치 및 기능은 전술한 실시예와 동일할 수 있다. 그리고, 이러한 탄성체(53)에 의해서 사이드 하우징과 로터 립 사이의 갭이 발생될 수 있으나, 이러한 갭 또한 보조 사이드부(53)와 로터 단차부(27)의 밀착에 의해서 막히게 된다. 그리고, 탄성체(53)에 의해서 이러한 갭은 탄성적으로 유지되어 로터의 원활한 회전이 수행됨과 동시에 사이드 하우징과 사이드 씰 특히 플렌지부(51) 사이의 밀착이 효과적으로 유지될 수 있다.

한편, 전술한 실시예에서, 사이드 씰은 로터의 형상에 대응되어 형성되며, f로터에 장착되어 하나의 폐루프를 형성할 수 있다. 물론, 사이드 씰 자체는 매우 짧은 구간이 절개된 띠 형상으로 형성되고 로터에 장착 시 말단들이 서로 밀착되어 실질적으로 폐루프를 형성할 수 있다.

또한, 전술한 실시예에서, 사이드 씰은 로터의 최외각면을 형성함이 바람직하다. 즉, 플렌지부의 반경 방향 외측이 로터의 최외각면을 형성함이 바람직하다. 이를 통해서, 버튼 씰을 생략할 수 있으며, 에이펙스 씰과 사이드 씰의 접촉 및 밀봉에 의해서 혼합기 누설을 매우 효과적으로 방지할 수 있다.

이상 설명된 실시예들은 사이드 씰의 형상을 변경하여 혼합기의 누설을 효과적으로 방지하기 위한 것이라 할 수 있다. 특히, 사이드 씰의 단면 형상을 변경하여 혼합기의 누설을 방지하기 위한 것이라 할 수 있다. 아울러, 버튼 씰을 생략하고 이를 사이트 씰과 일체로 형성하여, 부품 개수를 줄일 수 있고, 제조가 용이한 로터리 엔진을 제공할 수 있다.

이하에서는 사이드 씰이 로터 사이의 밀착도를 개선하여 혼합기 누설을 방지할 수 있는 실시예에 대해서 상세히 설명한다.

종래의 사이드 씰은 일체형 구조를 가지고 있다. 고압으로 운전되는 로터리 엔진의 특성상 사이드 실은 어느 정도 강성을 가지고 있다. 특정 압축실에서 고압의 혼합기에 의해 사이드 실이 로터와 밀착되는 경우, 다른 압축실에서 사이드 실이 로터와 밀착되지 않고 서로 이격되는 문제가 발생될 수 있다. 이는 사이드 씰 자체 재질 및 형상에 의한 강성 특징에 의한 것이라 할 수 있다. 이를 쉽게 설명하면, 아치형 금속 밴드의 중앙 부분을 누르는 경우, 강성에 의해서 중앙 부분은 중심점을 향하여 변형됨에 반하여 밴드의 양쪽 말단 부분은 중심점과 멀어지는 방향으로 변형되는 것이라 할 수 있다.

이러한 문제를 해결하여, 폐루프를 갖는 사이드 씰 전체에서 로터와의 밀착도가 유지되도록, 3-4 개로 분할된 사이드 씰이 제공될 수 있다. 이러한 사이드 실의 분할 개수는 로터 하우징의 로브 수용부 개수에 따라 달라질 수 있다. 즉, 로브 수용부의 개수가 3개인 경우, 사이드 씰은 3개의 분할 사이드 씰로 이루어질 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 사이드 씰(50)은 로터(1)의 전면에 구비되며, 후면에도 구비된다. 도 5에는 로터(1)의 전면에 구비된 사이드 씰만 도시되어 있으나, 후면에도 동일한 사이드 씰이 구비될 수 있다.

상기 사이드 씰(50)은 도 5에 도시된 로터 모습을 기준으로, 11시, 4시 그리고 8시 지점에서 서로 접촉되어 연결되는 3 개의 분할 사이드 씰(55, 56, 57)로 이루어질 수 있다.

상기 분할 사이드 씰(55, 56, 57)은 장착되는 로터의 사이드 씰 장착부의 형성과 대응되도록 형성된다. 다만, 분할 사이드 씰이 장착부에 밀착되어 장착되도록 장착부의 곡률 반경보다는 좁은 곡률 반경을 갖도록 분할 사이드 씰이 형성될 수 있다. 이러한 분할 사이드 씰은, 어느 하나의 사이드 씰의 변형이 다른 사이드 실의 변형을 야기하는 것을 현저히 줄일 수 있다.

특히, 도 6에 도시된 바와 같이, 분할 사이드 씰의 말단과 인근 분할 사이드 씰의 말단은 랩(lap) 형태로 연결된다. 즉, 사이드 씰은 포개진 형태로 서로 연결될 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 특정 분할 사이드 씰(57)과 인근 분할 사이드 실(55)는 서로 포개지면서 연결될 수있다. 즉, 말단끼리 서로 포개지면서 랩 형태로 연결될 수 있다.

구체적으로, 분할 사이드 씰의 좌측 말단(55b)는 로터와 밀착되도록 구비되며, 분할 사이드 우측 말단(55a, 57a)는 밀착되지 않고, 상기 좌측 말단에 반경방향 외측에서 포개져 밀착될 수 있다. 도 6에서는 상측이 로터 방향이며 하측은 압축실 방향이라 할 수 있다.

서로 연결되는 분할 사이드 씰은 접촉면을 형성한다. 도시된 바와 같이, 압축실의 고압측 가스에 의한 압력에 의해서 두 개의 사이드 씰은 로터와 밀착된다. 이때, 우측 말단(57a, 55a)의 노출 면적이 좌측 말단(55b)보다 넓다. 따라서, 우측 말단이 좌측 말단을 반경 방향 외측에서 밀게 되어, 양자의 접촉면을 통해서 견고한 접촉 즉 밀봉이 유지될 수 있다. 즉, 압축실의 고압을 이용하여 기밀 성능을 더욱 높이는 것이 가능하게 된다.

그리고, 고온 고압의 운전 환경으로 인해 미세하게 분할 사이드 씰이 팽창 또는 수축될 수 있다. 따라서, 이러한 열변형을 고려하여, 분할 사이드 실의 연결부에는 반경 방향 외측과 내측에 각각 이격 간극이 형성됨이 바람직하다. 따라서, 분할 사이드 씰의 길이가 증감되더라도 인근 분할 사이드 씰로 변형이 전달되지 않게 되며, 길이가 증감되더라도 접촉면은 여전히 유지될 수 있다.

한편, 도 7에 도시된 바와 같이, 사이드 씰(50)의 사이드 부(52)는 사이드 씰(50)의 원주 방향을 따라서 단속적으로 형성될 수 있다. 즉, 사이드 씰(50)의 반경 방향 최외곽을 형성하고 에이펙스 씰과 접하는 플랜지부(51)는 원주 방향을 따라 연속적으로 형성되며, 사이드 부(52)는 플랜지부(51)에서 반경 방향 내측으로 돌출되되 원주 방향을 따라 단속적으로 형성될 수 있다.

여기서, 사이드 씰의 형상은 로터의 형상에 대응하여 트랙 형상일 수 있다. 즉, 사이드 형상은 원형이 아닐 수 있다. 그러나, 설명의 편의상 원형이라는 전제에서 원주 방향이라는 용어를 사용한 것이라 할 수 있다.

그리고, 분할 사이드 씰의 말단 연결부는 이러한 플렌지부를 형성하게 된다. 즉, 플렌지부 중 일부분은 분할 사이드 씰의 연결부라 할 수 있다.

따라서, 본 실시예에 따르면, 사이드 씰의 원주 방향을 따라 사이드부(52)에 의한 돌출부(58)와 돌출부와 돌출부 사이의 미돌출부(59) 내지는 사이드부 생략부가 형성될 수 있다. 이러한 사이드부 생략부는 일정 영역을 갖는 것이 바람직하다.

여기서, 사이드부 생략부(59)로 인해서 도 2에 도시된 B 영역이 생략될 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 사이드부(52)와 로터 그루부(1a) 사이의 누설 공간이 애초에 배제되므로, 이를 통한 혼합기 누설이 미연에 방지될 수 있다.

로터(1)와 로터 하우징(2)의 형상적 특성에 의해서, 로터의 회전 시 로터에 구비되는 사이드 씰의 플랜지부(51)과 에이펙스 씰의 접촉 위치는 가변된다. 즉, 로터와 에이펙스 씰의 접촉 위치는 가변된다.

엔진의 행정 중 가장 중요한 행정은 압축 행정 말미 즉 폭발 행정 직전이다. 즉, 압축 행정에서 폭발 행정으로 진행되는 시점에서 혼합기의 누설 방지가 가장 중요하다. 이 시점에서 에이펙스 씰은 로터의 특정 영역과 접촉하게 된다. 따라서, 압축 행정에서 폭발 행정으로 진행되기 직전 영역과 대응되는 로터의 특정 영역에 사이드부 배제부를 형성할 수 있다. 따라서, 사이드부 배제부에 의해서 로터 그루부와 사이드부 사이의 간격이 애초부터 존재하지 않기 때문에, 혼합기의 누설을 최소화할 수 있다.

상기 사이드 씰의 사이드부에 대응되어 로터에는 로터 그루부가 형성된다. 즉, 사이드부가 행략되면 로터 그루부도 형성되지 않게 된다. 그러나, 사이드부가 로터 그루부에 삽입됨으로써 사이드 씰이 로터에 고정될 수 있다. 그러므로, 사이드 씰 전체 길이 중 총 사이드부의 길이가 총 사이드부 배제부의 길이보다 긴 것이 바람직하다. 이를 통해서, 사이드 씰이 안정적으로 로터에 고정될 수 있다.

1, 20 : 로터 2 : 로터 하우징
30 : 사이드 하우징 40 : 에이펙스 씰
50 : 사이드 씰 55, 56, 57 : 분할 사이드 씰

Claims (20)

1. 로터 하우징;
   상기 로터 하우징의 특정 위치와 항시 접촉하면서 상기 로터 하우징 내부에서 회전하는 로터;
   상기 로터의 전면과 후면에 각각 구비되어 상기 로터 하우징과 결합되는 사이드 하우징;
   상기 로터 하우징의 특정 위치에 구비되는 에이펙스 씰; 그리고
   상기 로터의 전면과 후면에 각각 구비되어, 상기 로터와 상기 사이드 하우징 사이에서 혼합기의 누설을 방지하도록 구비되는 사이드 씰을 포함하며,
   상기 사이드 씰은,
   상기 로터의 전면과 후면에 형성되고, 상기 로터의 최외곽보다 내측에 형성되는 로터 그루부에 삽입되는 사이드부; 그리고
   상기 사이드부의 말단에서 반경 방향 외측으로 연장되어, 상기 로터 하우징과 상기 에이펙스 씰과 각각 밀착되도록 구비되는 플렌지부를 포함하고,
   상기 사이드 씰은 복수개의 분할 사이드 씰이 서로 연결되어 형성되며,
   상기 분할 사이드 씰은
   하나의 상기 분할 사이드 씰의 우측단이 인접하는 상기 분할 사이드 씰의 좌측단을 반경 방향 외측에서 덮도록 구비되는 로터리 엔진.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 사이드부에 대해서 상기 플렌지부가 직각으로 구비되어, 상기 사이드 씰의 단면은 "ㄱ"자 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 로터리 엔진.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 사이드부는, 반경 방향 내측에서 상기 로터 그루부와 밀착되고, 반경 방향 외측에서 상기 로터 그루부와 이격되어 장착되는 것을 특징으로 하는 로터리 엔진.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 로터 그루부에는, 상기 플렌지부를 상기 사이드 하우징과 밀착되는 방향으로 탄성력을 제공하는 탄성체가 구비됨을 특징으로 하는 로터리 엔진.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 사이드 씰은, 플렌지부의 말단에서 상기 사이드부와 평행하게 형성되는 보조 사이드부를 포함함을 특징으로 하는 로터리 엔진.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 사이드부와 보조 사이드부는 상기 플렌지부에 의해서 연결되며, 상기 사이드 씰의 단면은 "ㄷ"자 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 로터리 엔진.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 로터의 전면과 후면에는, 반경 방향 내측에서 상기 보조 사이드부가 밀착되는 로터 단차부가 형성됨을 특징으로 하는 로터리 엔진.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 보조 사이드부는 반경 방향 외측에서 상기 에이펙스 씰과 밀착되도록 장착되는 것을 특징으로 하는 로터리 엔진.
9. 제 6 항에 있어서,
   상기 사이드부의 높이는 상기 보조 사이드부의 높이보다 긴 것을 특징으로 하는 로터리 엔진.
10. 제 6 항에 있어서,
    상기 사이드부의 두께는 상기 보조 사이드부의 두께보다 큰 것을 특징으로 하는 로터리 엔진.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 사이드 씰은 3 개 또는 4 개의 분할 사이드 씰이 서로 연결되어 형성됨을 특징으로 하는 로터리 엔진.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 로터는 트랙 모양으로 2 개의 로브를 갖고, 상기 로터 하우징은 3 개의 로터 수용부를 갖고, 상기 사이드 씰은 3개의 분할 사이드 씰을 포함함을 특징으로 하는 로터리 엔진.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 로터의 높이가 최대로 세워진 위치를 기준으로, 11시, 4시 그리고 8시 부분에서 분할 사이드 씰이 서로 연결됨을 특징으로 하는 로터리 엔진.
14. 삭제
15. 제 12 항에 있어서,
    상기 분할 사이드 씰의 좌측단과 연결되는 인근 분할 사이드 씰의 우측단 사이에는 반경 방향 내측과 외측에 각각 간격이 구비되도록 형성되며, 상기 좌측단과 우측단 사이에는 항시 접촉면이 형성됨을 특징으로 하는 로터리 엔진.
16. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 사이드 씰의 원주 방향을 따라 상기 사이드부의 형성이 배제된 사이드부 배제부가 형성됨을 특징으로 하는 로터리 엔진.
17. 제 16 항에 있어서,
    상기 사이드부 배제부에 대응되는 위치에는 상기 로터 그루부의 형성이 배제됨을 특징으로 하는 로터리 엔진.
18. 제 17 항에 있어서,
    상기 사이드 씰의 총 길이 중, 상기 사이드부 배제부의 총 길이보다 상기 사이드부의 총 길이가 큰 것을 특징으로 하는 로터리 엔진.
19. 제 16 항에 있어서,
    상기 사이드부와 사이드부 배제부는 원주 방향을 따라 교대로 형성됨을 특징으로 하는 로터리 엔진.
20. 제 16 항에 있어서,
    상기 사이드부 배제부는, 상기 로터리 엔진의 압축행정 말미에서 폭발행정 직전 영역에서, 상기 로터가 상기 에이펙스 씰과 접촉하는 영역에 형성됨을 특징으로 하는 로터리 엔진.
    

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