KR102491336B1 - 로터리 엔진 - Google Patents

Abstract

본 명세서의 한 측면에 따른 로터리 엔진은 로터 바디 및 상기 로터 바디에 설치되는 복수의 씰을 포함하고, 상기 로터 바디는, 로터 하우징의 내면과 마주하는 3개의 측면과, 상기 3개의 측면 중 서로 이웃한 2개의 측면의 경계면을 형성하는 3개의 단부와, 프론트 하우징 및 상기 리어 하우징과 각각 마주하는 2개의 주면과, 상기 2개의 주면을 관통하는 회전축 삽입부를 구비한 삼각 기둥 형상으로 형성되며, 상기 복수의 씰은, 상기 로터 바디의 주면 중 외곽부에 설치되는 제1 씰과, 상기 로터 바디의 주면 중 상기 회전축 삽입부의 주변에 설치되는 원형의 제2 씰과, 상기 로터 바디의 주면 중 상기 제1 씰과 상기 제2 씰 사이 공간에 설치되는 제3 씰을 포함하고, 상기 제3 씰은 흡입 과정에서 발생하는 상기 수용 공간의 음압으로 인해 상기 수용 공간 측으로 유입되는 오일을 차단한다.

Description

로터리 엔진{A ROTARY ENGINE}

본 명세서는 로터리 엔진에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 로터리 엔진의 흡입 과정에서 로터의 주면부에서 발생하는 오일 누설을 효과적으로 억제할 수 있는 로터리 엔진에 관한 것이다.

일반적으로, 로터리 엔진은 회전운동으로 동력을 생산하는 엔진을 지칭한다. 로터리 엔진은 피스톤 엔진에 비해 단순한 구조를 가지고 있어 소형화가 쉽고, 연속적인 연소 행정이 가능하여 적은 배기량으로 높은 출력을 내는 특징이 있다. 또한, 로터리 엔진은 회전력이 균일하여 피스톤 엔진에 비해 진동 및 소음이 적고, 질소 산화물을 적게 배출하는 장점을 가지고 있다.

따라서, 상기한 장점으로 인해, 근래에는 로터리 엔진이 자동차, 항공기 등의 주요 엔진으로 적용될 뿐만 아니라, 단순한 구조로 인해 히트 펌프 시스템의 압축기에도 적용되고 있다.

로터리 엔진은 내부면이 에피트로코이드 곡선으로 이루어진 하우징 및 하우징 내에서 회전하는 로터를 포함하며, 상기 로터의 형상이 삼각기둥으로 이루어진 경우 로터와 하우징으로 3개의 연소실을 형성할 수 있다.

각각의 연소실에는 흡입, 압축, 연소 및 팽창, 배기로 이루어진 4행정이 진행되며, 이에 따라 로터가 1회전 시 상기 4행정은 3회 진행된다.

특히, 로터리 엔진의 경우 연료 또는 공기 등을 연소실에 주입하는 흡기 밸브와 연료 또는 공기를 연소실로부터 배출시키는 배기 밸브가 별도로 구비되지 않는 경우가 많다. 따라서, 흡기 및 배기가 보다 부드럽게 진행될 수 있고, 가스 교환의 효율이 좋다.

한편, 로터리 엔진의 경우 연료 또는 공기 등이 연소실에 주입되며 폭발 행정을 일으킴에 따라, 과도한 열이 발생하는 경우가 있다. 따라서, 로터리 엔진의 온도가 상승될 수 있으며, 로터리 엔진의 온도 상승은 로터리 엔진의 전체적인 효율을 저감시킬 수 있다.

로터리 엔진을 냉각시키기 위한 방법으로는 오일을 순환시켜 회전축과 같은 구성을 윤활시키는 유냉(oil-cooling) 방식과, 공기를 순환시켜 대류 또는 전도를 통해 냉각시키는 공랭(air-cooling) 방식을 고려할 수 있다.

특히, 오일을 순환시켜 로터리 엔진을 냉각시키는 유냉 방식의 경우, 주기적으로 오일을 공급해줘야 하는 문제가 있다. 오일이 로터리 엔진을 윤활시키면서 연소실에 누설되는 경우가 발생할 수 있고, 연소실로 누설된 오일은 연료와 함께 연소되어 소실될 수 있기 때문이다.

따라서, 오일이 누설되는 것을 방지하거나, 누설되는 오일의 양을 감소시키기 위해 공급된 오일을 회수하는 구성을 더하여 로터리 엔진의 효율을 도모하고 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 로터 및 상기 로터에 구비된 다수의 씰의 분해 사시도를 도시한 것이고, 도 2는 압축 및 연소(팽창) 과정에서 발생하는 오일의 거동을 설명하기 위한 개념도를 도시한 것이며, 도 3은 흡입 과정에서 발생하는 오일의 거동을 설명하기 위한 개념도를 도시한 것이다.

로터 하우징의 내부에 편심 회전 가능하게 설치되는 로터는 다양한 형상으로로 구비될 수 있지만, 이하에서는 설명의 편의를 위해, 로터가 삼각 기둥 형상 또는 이와 유사한 형상으로 구비되는 경우를 설명한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 로터(200)는 로터 바디(210)를 포함한다.

로터 바디(210)는 로터 바디(210)의 일측면을 형성하는 제1 측면(211), 로터 바디(210)의 타측면을 형성하는 제2 측면(213), 제1 측면(211)과 제2 측면(213)을 연결하도록 구비되는 제3 측면(215)을 포함할 수 있다.

제1 측면 내지 제3 측면(211, 213, 215)은 로터(200)의 외면 중 적어도 일부를 의미할 수 있다.

그리고 로터 바디(210)는 프론트 하우징(front housing) 및 리어 하우징(rear housing)과 각각 마주하는 주면(217)을 더 포함할 수 있다.

로터(200)는 연료와 공기가 연소될 수 있는 공간을 제공하도록 로터 바디(210)에서 함몰 형성된 연소실(220)을 포함할 수 있다.

연소실(220)은, 로터 바디(210)의 외면에서 로터 바디(210)의 내측을 향해 함몰 형성될 수 있으며, 제1 측면 내지 제3 측면(211, 213, 215)에 각각 구비될 수 있다.

로터(200)가 3개의 측면(211, 213, 215)을 포함함에 따라, 로터(200)는 로터 하우징의 내부 공간을 3개의 수용 공간으로 구획할 수 있다.

그런데, 상기 3개의 수용 공간에서는 서로 다른 행정이 진행되기 때문에, 상기 3개의 수용 공간은 서로 기밀이 유지되어야 한다.

따라서, 3개의 수용 공간 간의 기밀을 유지하기 위해, 3개의 측면(211, 213, 215)이 서로 접하여 형성되는 3개의 단부(231) 각각에는 로터 하우징의 내주면과 밀착되도록 에이펙스 씰(apex seal, 241)이 각각 구비된다.

그리고 2개의 주면(217) 각각에는 코너 씰(corner seal, 242)과 사이드 씰(side seal, 243)이 각각 구비되며, 코너 씰(242)에는 에이펙스 씰(241)을 수용하는 결합홈(도시하지 않음)이 구비된다.

한편, 로터 바디(210)에는 2개의 주면(217)을 관통하도록 형성되어 회전축과 결합되는 회전축 결합부(250)가 구비되고, 회전축 결합부(250)의 주위로 주면(217) 에는 컷-오프 씰(cut-off seal, 244)과 아우터 오일 씰(outer oil seal, 245) 및 이너 오일 씰(inner oil seal, 246)이 각각 구비된다.

그리고, 위에서 언급한 다양한 씰(241 내지 246)들은 각각 탄성체에 의해 탄성적으로 지지된다.

컷-오프 씰(244)과 아우터 오일 씰(245) 및 이너 오일 씰(246)은 미터링 오일이 로터 바디(210)의 주면(217)으로부터 연소실로 누설되는 것을 억제한다.

그런데, 로터리 엔진의 압축 및 연소(팽창) 과정에서는 도 2의 굵은 화살표로 도시한 바와 같이 연소실에서 주면(217) 쪽으로 가스가 공급되므로, 로터(200)의 주면(217)에 위치하는 오일은 도 2의 얇은 화살표로 도시한 바와 같이 주면(217)부 내에서 순환한다.

따라서, 로터리 엔진의 압축 및 연소(팽창) 과정과 같이 연소실 측의 압력이 로터의 주면부 오일 압력보다 높은 경우에는 주면(217)에 위치하는 오일이 연소실 쪽으로 누설되기 어렵다.

하지만, 연소실에서 흡입 과정이 이루어지고 있는 동안에는 연소실의 내부가 음압으로 형성되므로, 연소실의 가스가 주면 쪽으로 유입되기 보다는 도 3에 도시한 바와 같이 사이드 씰(243)과 코너 씰(242) 내측의 주면부에 위치하는 오일이 음압에 의해 연소실 측으로 누설되는 경우가 많다고 할 수 있다.

따라서, 종래의 씰 만으로는 로터리 엔진의 흡입과정에서 발생하는 오일 누설을 억제하는 것이 용이하지 않은 문제가 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 누설 오일량을 저감하기 위한 오일 회수 구조를 채용한 로터리 엔진이 일본 공개특허공보 특개2013-072425호(이하, 선행 문헌이라 함)에 개시되어 있다.

이하, 도 4 및 도 5를 참조하여 선행 문헌의 오일 회수 구조에 대해 간략하게 설명한다.

도 4는 종래 기술에 따라 오일 회수 구조를 채용한 로터 및 상기 로터에 구비된 다수의 씰의 평면도이고, 도 5는 도 4의 "Ⅵ-Ⅵ" 단면도이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 선행 문헌은 이너 오일 씰(246)이 설치되는 주면(217)의 홈부(217a)에 로터 바디(210)의 내부와 연통되는 오일 회수 구멍(260)을 설치하여 오일을 회수하고 있다.

도 4 및 도 5에서, 미설명 도면부호 243은 사이드 씰을 나타내고, 244는 컷-오프 씰을 나타내며, 미설명 도면부호 245는 아우터 오일 씰을 나타낸다.

그런데, 상기 선행 문헌의 경우, 로터 바디(210) 내부에 존재하는 오일이 상기 오일 회수 구멍(260)을 통해 역류하는 문제가 발생할 수 있다.

따라서, 오일의 역류를 고려하지 않으면서도, 로터의 주면부에서 발생하는 오일 누설량을 효과적으로 억제할 수 있는 기술이 요구되고 있다.

일본 공개특허공보 특개2013-072425호 (2013.04.22. 공개)

본 명세서가 해결하고자 하는 과제는 로터리 엔진의 흡입 과정에서 로터의 주면부에서 발생하는 오일 누설을 효과적으로 억제할 수 있는 로터리 엔진을 제공하는 것이다.

본 명세서가 해결하고자 하는 다른 과제는 오일의 역류를 고려하지 않으면서도 로터의 주면부에서 발생하는 오일 누설을 효과적으로 억제할 수 있는 로터리 엔진을 제공하는 것이다.

본 명세서가 해결하고자 하는 또 다른 과제는 오일 누설량을 효과적으로 저감시켜 로터리 엔진에 공급되는 오일의 양을 감소시킬 수 있는 로터리 엔진을 제공하는 것이다.

본 명세서의 한 측면에 따른 로터리 엔진은 로터 바디 및 상기 로터 바디에 설치되는 복수의 씰을 포함하고, 상기 로터 바디는, 로터 하우징의 내면과 마주하는 3개의 측면과, 상기 3개의 측면 중 서로 이웃한 2개의 측면의 경계면을 형성하는 3개의 단부와, 프론트 하우징 및 상기 리어 하우징과 각각 마주하는 2개의 주면과, 상기 2개의 주면을 관통하는 회전축 삽입부를 구비한 삼각 기둥 형상으로 형성되며, 상기 복수의 씰은, 상기 로터 바디의 주면 중 외곽부에 설치되는 제1 씰과, 상기 로터 바디의 주면 중 상기 회전축 삽입부의 주변에 설치되는 원형의 제2 씰과, 상기 로터 바디의 주면 중 상기 제1 씰과 상기 제2 씰 사이 공간에 설치되는 제3 씰을 포함하고, 상기 제3 씰은 흡입 과정에서 발생하는 상기 수용 공간의 음압으로 인해 상기 수용 공간 측으로 유입되는 오일을 차단한다.

상기 제3 씰은 제1 길이로 형성되는 제1 부분을 포함하며, 상기 제1 부분과 상기 제1 씰에 포함된 코너 씰 간의 최단 거리는 상기 제1 부분과 상기 제2 씰 간의 최단 거리보다 작게 형성된다.

상기 제3 씰은 상기 제1 부분의 양쪽 단부 중 적어도 어느 한쪽 단부로부터 연장되는 적어도 1개의 제2 부분을 포함할 수 있다.

이러한 구성의 로터리 엔진에 의하면, 오일의 역류를 고려하지 않으면서도, 흡입 과정에서 로터의 주면부에서 발생하는 오일 누설을 효과적으로 억제할 수 있다.

따라서, 오일 누설량을 효과적으로 저감시켜 로터리 엔진에 공급되는 오일의 양을 감소시킬 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 로터 및 상기 로터에 구비된 다수의 씰의 분해 사시도이다.
도 2는 압축 및 연소(팽창) 과정에서 발생하는 오일의 거동을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 흡입 과정에서 발생하는 오일의 거동을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 종래 기술에 따라 오일 회수 구조를 채용한 로터 및 상기 로터에 구비된 다수의 씰의 평면도이다.
도 5는 도 4의 "Ⅵ-Ⅵ" 단면도이다.
도 6은 본 명세서의 제1 실시 예에 따른 씰 구조를 구비한 로터리 엔진의 분해 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시한 로터의 주요부 구성을 나타내는 도면이다.
도 8은 도 6에 도시한 로터리 엔진의 작동 원리를 도시한 도면이다.
도 9는 도 6에 도시한 로터리 엔진에서 회전축에 공급되는 오일의 유로를 도시한 도면이다.
도 10은 본 명세서의 제1 실시 예에 따른 씰 구조를 구비한 로터에 있어서, 흡입 과정에서 발생하는 오일의 거동을 설명하기 위한 개념도이다.
도 11은 본 명세서의 제2 실시 예에 따른 씰 구조를 구비한 로터의 평면도이다.
도 12는 본 명세서의 제3 실시 예에 따른 씰 구조를 구비한 로터의 평면도이다.
도 13은 본 명세서의 제4 실시 예에 따른 씰 구조를 구비한 로터의 평면도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 명세서의 실시 예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 명세서가 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 변형될 수 있음은 물론이다.

도면에서는 본 명세서를 명확하고 간략하게 설명하기 위하여 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 참조부호를 사용한다. 그리고 도면에서는 설명을 좀더 명확하게 하기 위하여 상세한 설명에서 설명하는 수치 범위와 상관없이 선택적으로 구성요소의 두께, 넓이 등을 확대 또는 축소하여 도시하였는바, 본 명세서의 두께, 넓이 등은 도면에 도시된 바에 한정되지 않는다.

그리고 명세서 전체에서 어떠한 부분이 다른 부분을 "포함"한다고 할 때, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 부분을 배제하는 것이 아니며 다른 부분을 더 포함할 수 있다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 위치하는 경우도 포함한다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 위치하지 않는 것을 의미한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 명세서의 실시 예에 대해 설명한다.

도 6은 본 명세서의 제1 실시 예에 따른 씰 구조를 구비한 로터리 엔진의 분해 사시도이고, 도 7은 도 6에 도시한 로터의 주요부 구성을 나타내는 도면이다.

그리고 도 8은 도 6에 도시한 로터리 엔진의 작동 원리를 도시한 도면이고, 도 9는 도 6에 도시한 로터리 엔진에서 회전축에 공급되는 오일의 유로를 도시한 도면이다.

본 명세서의 실시 예를 설명함에 있어서, 전술한 종래의 로터리 엔진에 구비된 구성 요소와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여한다.

도면을 참조하면, 로터리 엔진(10)은 수용 공간을 형성하는 하우징(100), 하우징(100)의 내부에서 편심 회도록 구비되는 로터(200), 로터(200)와 결합되어 로터(200)를 회전시키는 회전축(300)을 포함할 수 있다.

하우징(100)은 양단이 개구되어 수용 공간(S)을 형성하는 로터 하우징(110), 로터 하우징(110)의 일단에 결합되어 상기 수용 공간(S)을 밀폐시키는 프론트 하우징(120) 및 로터 하우징(110)의 타단에 결합되어 상기 수용 공간(S)을 밀폐시키는 리어 하우징(130)을 포함할 수 있다.

프론트 하우징(120)과 리어 하우징(130)은 로터 하우징(110)에 각각 결합되어 서로 마주보며, 이격되는 위치에 구비될 수 있다. 따라서, 프론트 하우징(120)과 리어 하우징(130)은 로터 하우징(110)이 형성하는 수용 공간(S)을 밀폐시킬 수 있다.

한편, 로터 하우징(110) 또는 프론트 및 리어 하우징(120, 130) 중 적어도 어느 하나에는 연료 또는 공기를 수용 공간(S)으로 안내하는 흡기구(131) 및 수용 공간(S)에 위치한 연료 또는 공기를 수용 공간(S)의 외부로 배출하는 배기구(133)가 구비될 수 있다.

로터(200)는 로터 하우징(110)의 내부에 편심 회전 가능하게 구비될수 있다. 달리 말해, 로터(200)는 수용 공간(S)에 위치할 수 있다. 또한, 로터 하우징(110)은 로터(200)의 적어도 일부를 둘러싸도록 구비될 수 있다.

로터(200)의 형상은 다양하게 구비될 수 있다. 후술하겠지만, 로터(200)의 형상은 로터 하우징(110)의 내주면 형상을 결정하게 되므로, 로터(200)의 형상이 변경되면 로터 하우징(110)의 형상 또한 변경된다고 볼 수 있다.

다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해, 로터(200)가 삼각 기둥 형상 또는 이와 유사한 형상으로 구비되는 경우를 설명한다.

로터(200)는 로터 하우징(110)의 내부 또는 수용 공간(S)에 편심 회전 가능하게 구비되는 로터 바디(210)를 포함한다.

로터 바디(210)는 로터 바디(210)의 일측면을 형성하는 제1 측면(211), 로터 바디(210)의 타측면을 형성하는 제2 측면(213) 및 제1 측면(211)과 제2 측면(213)을 연결하도록 구비되는 제3 측면(215)을 포함할 수 있다.

이때, 제1 측면 내지 제3 측면(211, 213, 215)은 로터(200)의 외면 중 적어도 일부를 의미할 수 있다.

로터(200)는 연료와 공기가 연소될 수 있는 공간을 제공하도록 각각의 측면(211, 213, 215)에서 함몰 형성된 연소실(220)을 포함할 수 있다.

연소실(220)은 로터 바디(210)의 외면에서 로터 바디(210)의 내측을 향해 함몰 형성될 수 있다.

또한, 연소실(220)은 제1 측면 내지 제3 측면(211, 213, 215)에 각각 구비될 수 있다.

로터(200)는 수용 공간(S)의 내부에서 편심 회전하도록 구비되어 로터 하우징(110)의 내주면(111)과 밀착되도록 회전한다. 따라서, 연소실(220)은 로터(200)가 로터 하우징(110)의 내주면(111)과 밀착된 상태에서 연료와 공기가 연소될 수 있는 공간을 제공할 수 있다.

로터 바디(210)가 3개의 측면(211, 213, 215)를 포함함에 따라, 로터 바디(210)는 수용 공간(S)을 3개의 공간으로 구획할 수 있다.

로터 바디(210)는 로터 하우징(110)의 내주면(111)과 밀착되는 부분을 형성하여 수용 공간(S)을 3개의 공간으로 구획할 수 있다.

이를 위해, 로터 바디(210)는 3개의 측면(211, 213, 215) 중에서 서로 이웃한 2개의 측면의 경계면을 형성하는 3개의 단부(230)를 포함할 수 있다.

로터(200)에 의해 수용 공간(S)에서 3개의 공간으로 구획된 공간들 간의 기밀을 유지하기 위해, 로터(200)에는 제1 씰을 포함할 수 있다.

제1 씰은, 상기 3개의 단부(230)에 각각 설치되는 에이펙스 씰(241)과, 로터 바디(210)에 구비된 2개의 주면(217)의 외곽부, 특히, 상기 2개의 주면(217) 중 상기 3개의 단부(230)에 인접한 부분에 각각 설치되는 코너 씰(242)과, 상기 2개의 주면(217) 중 상기 3개의 측면(211, 213, 215)에 인접한 부분에 각각 설치되는 사이드 씰(243)을 포함할 수 있다.

에이펙스 씰(241)은 로터 하우징(110)의 내주면(111)과 밀착되도록 접촉되는 밀착부(2413) 및 밀착부(2413)에 결합되어 밀착부(2413)에 탄성력을 제공하는 탄성부(2411)을 포함할 수 있다.

밀착부(2413)은 로터 바디(210)에서 로터 하우징(110)의 내주면(111)을 향하도록 결합되어 로터 하우징(110)의 내주면(111)과 접촉될 수 있다. 다만, 밀착부(2413)가 로터 하우징(110)의 내주면(111)과 접촉된 상태를 유지하기 위해서는 밀착부(2413)에는 로터 하우징(110)의 내주면(111)을 향해 제공되는 힘이 요구될 수 있다.

탄성부(2411)는 밀착부(2413)가 로터 하우징(110)의 내주면(111)과 항상 밀착되도록 밀착부(2413)에 로터 하우징(110)의 내주면(111)을 향하는 방향의 힘을 밀착부(2413)에 제공할 수 있다.

따라서, 탄성부(2411)은 밀착부(2413)보다 로터(200)의 내측에 구비될 수 있다.

로터(200)는 로터 바디(210)의 내주면을 형성하며 회전축(300)과 결합되는 회전축 삽입부(250)를 포함할 수 있다.

사이드 씰(242)은 일단이 복수 개의 단부(230) 중 어느 하나에 설치된 코너 씰(241)과 접촉되며 타단이 복수 개의 단부 중 다른 어느 하나에 설치된 코너 씰(241)과 접촉되도록 구비될 수 있다.

회전축 삽입부(250)는 회전축(300)과 대응되는 형상으로 구비될 수 있으며, 속이 빈 원기둥 형상 또는 이와 유사한 형상으로 구비될 수 있다. 특히, 회전축 삽입부(250)는 후술하는 편심부(310)와 결합될 수 있으므로, 회전축 삽입부(250)는 편심부(310)와 대응되는 형상으로 구비될 수 있다.

회전축(300)은 하우징(100)과 로터(200)를 관통하도록 형성되며, 로터(200)와 결합되어 로터(200)를 회전시킬 수 있다.

보다 구체적으로, 회전축(300)은 프론트 하우징(120), 수용 공간(S) 및 리어 하우징(130)을 순차적으로 관통하여 형성될 수 있다.

회전축(300)은 회전축 삽입부(250)와 결합되는 편심부(310), 편심부(310)에서 리어 하우징(130)과 멀어지는 방향으로 연장되어 프론트 하우징(120)과 결합되는 제1 연장부(320) 및 편심부(310)에서 프론트 하우징(120)과 멀어지는 방향으로 연장되어 리어 하우징(130)과 결합되는 제2 연장부(330)를 포함할 수 있다.

편심부(310)는 제1 연장부(320) 및 제2 연장부(330)보다 직경이 크게 형성될 수 있다. 즉, 편심부(310)는 제1 연장부(320) 및 제2 연장부(330)를 연결하며 제1 연장부(320) 및 제2 연장부(330)와 직경이 동일하게 형성되는 중심부(311) 및 중심부(311)에서 중심부(311)의 반경 방향 외측으로 연장 형성되어 편심을 유발하는 확장부(313)를 포함할 수 있다.

따라서, 로터(200)는 편심부(310)에 결합되어 편심 회전하도록 구비될 수 있다.

프론트 하우징(120)은 제1 연장부(320)가 관통되는 제1 축수부(125)를 포함할 수 있고, 리어 하우징(130)은 제2 연장부(330)과 관통되는 제2 축수부(135)를 포함할 수 있다.

한편, 로터리 엔진(10)은 수용 공간(S)의 내부를 유동하는 연료를 폭발시키거나 연소시키기 위한 점화장치를 포함할 수 있다.

점화장치는 하우징(100)에 구비되어 수용 공간(S)과 연통되도록 구비되는 점화 플러그(420) 및 하우징(100)을 관통하도록 형성되어 점화 플러그(420)가 설치될 수 있는 공간을 제공하는 삽입홀(410)을 포함할 수 있다.

삽입홀(410)은 로터 하우징(110), 프론트 하우징(120) 및 리어 하우징(130) 중 적어도 어느 하나를 관통하여 구비될 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해 삽입홀(410)이 로터 하우징(110)에 구비되는 경우를 한정하여 설명한다.

삽입홀(410)은 로터 하우징(110)의 내주면(111)과 외주면을 관통하여 점화 플러그(420)가 설치되는 공간을 제공할 수 있다.

점화 플러그(420)는 삽입홀(410)에 설치되어 수용 공간(S)에 스파크(spark)를 유발할 수 있다. 따라서, 수용 공간(S)에 위치한 연료는 점화 플러그(420)에 의해 폭발 또는 연소될 수 있다.

점화 플러그(420)는 복수 개로 구비될 수 있다. 점화 플러그(420)가 복수 개로 구비됨에 따라, 삽입홀(410) 또한 복수 개로 구비될 수 있다.

이로써, 로터(200)는 하우징(100)의 내부에서 수용 공간(S)을 3개의 공간으로 구획하며 편심 회전할 수 있다. 또한, 로터(200)에 의해 구획된 상기 3개의 공간 각각은 에이펙스 씰(241), 코너 씰(242) 및 사이드 씰(243)에 의해 기밀이 유지될 수 있다.

전술한 바와 같이 로터(200)의 일부는 로터 하우징(110)의 내주면(111)과 항상 밀착된 상태를 유지하면서 회전하게 된다. 이에 따라, 로터(200)에는 과도한 열이 발생될 수 있고, 과도한 열은 로터(200)의 신뢰성을 감소시킬 수 있다.

따라서, 로터리 엔진(10)은 로터(200)에 오일을 공급하여 로터(200)를 윤활시키며, 로터(200)를 냉각시킬 수 있는 오일 공급부(500)를 포함할 수 있다.

오일 공급부(500)는 하우징(100)에 구비되어 로터(200)에 오일을 공급하도록 구비될 수 있다. 오일 공급부(500)는 하우징에 구비되어 오일이 이동하는 공급 유로(580)와, 로터(200)에 접촉 가능하게 구비되어 공급 유로(580)를 선택적으로 폐쇄하는 실링부(530)와, 실링부(530)를 수용 공간(S)을 향해 가압시키는 탄성부(520)를 포함할 수 있다.

공급 유로(580)는 하우징(100)의 내부를 관통하여 형성될 수 있다.

이로써, 공급 유로(580)가 외부에 노출되는 경우보다 오일 공급부(500)의 부피를 감소시킬 수 있고, 공급 유로(580)가 파손되는 것을 미연에 방지할 수 있다.

또한, 오일 공급부(500)는 탄성부(520)나 실링부(530)가 하우징(100)에서 이탈하는 것을 방지할 뿐만 아니라, 공급 유로(580)가 외부에 노출되는 것을 차단하여 윤활오일이나 연료가 누설되는 것을 방지하도록 탄성부(520)를 지지하는 지지부(510)를 포함할 수 있다.

한편, 상기 지지부(510), 상기 탄성부(520) 및 상기 실링부(530)는 프론트 하우징(120) 또는 리어 하우징(130) 중 적어도 어느 하나에 구비되어 로터(200)를 윤활하거나 냉각시킬 수 있다.

오일 공급부(500)는 오일이 저유되는 공간을 형성하며, 하우징(100)과 이격되도록 구비되는 저유조(550) 및 저유조(550)에 저유된 오일을 순환시켜 로터리 엔진(10)에 공급하는 오일 펌프(540)를 더 포함할 수 있다.

도 9에서 구체적으로 후술하겠지만, 오일 공급부(500)는 오일 펌프(540)를 통해 유동하는 오일의 온도를 하강시키는 오일 열교환기(560) 및 오일의 유로에 배치되어 오일에 섞인 이물 등을 배제시키는 오일 필터(570)를 포함할 수 있다.

한편, 전술한 지지부(510), 탄성부(520) 및 실링부(530)는 오일 펌프(540)와 연결되어 오일 펌프(540)로부터 오일을 공급받을 수 있다. 그러나, 반드시 이에 제한되지 않고 별도의 펌프를 통해 오일을 공급받을 수 있다.

이하, 도 8을 참조하여 로터리 엔진(10)의 작동 과정을 설명한다.

도 8의 (a)를 참조하면, 흡기구에서 연료(f)가 흡입되는 흡입 행정이 수행되며, 도 3의 (b)를 참조하면, 상기 흡입 행정에서 로터(200)가 회전하면 연료(f)는 로터(200)의 단부(230) 또는 에이펙스 씰(241)을 따라 이동하며 로터 하우징(110)에 밀착되어 압축되는 압축 행정이 수행된다.

도 8의 (c)를 참조하면, 상기 압축 행정에서 압축된 연료는 점화 플러그(420)에서 발생하는 스파크(spark)로 인해 폭발하여 부피가 폭발적으로 증가하기 시작하는 폭발 행정이 수행된다.

도 3의 (d)를 참조하면, 상기 폭발 행정의 반발력으로 인해 상기 로터(200)는 고속으로 회전하면서, 연료(f)의 산화물을 배기구로 배출시키는 배출 행정이 수행된다. 이후, 로터(200)는 관성으로 인해 회전하면서 전술한 흡입 행정을 다시 수행한다.

이로써, 흡입 행정, 압축 행정, 폭발 행정 및 배출 행정은 순차적이며 연속으로 행해질 수 있다. 다만, 전술한 행정들은 로터(200)에 의해 구획되는 연소실(220) 중 어느 하나에서 순차적으로 진행될 수 있고, 로터(200)에 의해 구획되는 연소실(220) 중 다른 하나에서는 상기 어느 하나의 연소실(220)에서 진행되는 행정과 다른 행정이 진행된다.

따라서, 에이펙스 씰(241)은 로터(200)에 의해 구획된 수용 공간(S)들 간의 기밀을 유지하기 위해 로터 하우징(110)의 내주면과 밀착되도록 구비되어야 한다. 즉, 에이펙스 씰(241)은 지속적으로 윤활되거나 냉각될 필요가 있다.

이를 위해, 로터리 엔진(10)은 전술한 오일 공급부(500)를 포함하여 로터리 엔진(10)을 윤활하거나 냉각시킬 수 있다. 다만, 오일 공급부(500)에 의해 로터리 엔진(10)으로 공급된 오일은 전량 회수되기 어려울 수 있다. 특히, 공급된 오일이 수용 공간(S)으로 유동하는 경우, 연료의 연소와 함께 오일도 연소될 수 있기 때문이다.

이하, 도 9를 참조하여 수용 공간(S) 내로 유동할 수 있는 오일의 유로를 설명한다.

도 9는 오일 공급부(500)에 의해 회전축(300)이 윤활되는 모습이 도시된 도면이다.

도 9를 참조하면, 오일 펌프(550)는 저유조(550)에 위치한 오일의 적어도 일부를 흡입하여 회전축(300)으로 안내할 수 있다. 오일 펌프(550)에 의해 유동하는 오일은 오일 열교환기(560) 및 오일 필터(570) 중 적어도 어느 하나를 유동하여 회전축(300)으로 공급될 수 있다. 즉, 오일 열교환기(560) 및 오일 필터(570)는 오일 펌프(540)에 의해 형성되는 오일 유로 중 회전축(300)의 전에 위치하여 오일을 열교환하거나 오일에 포함된 이물을 제거할 수 있다.

오일 열교환기(560) 및 오일 필터(570)를 거친 오일은 회전축(300)의 제1 연장부(320), 편심부(310) 및 제2 연장부(330)를 순차적으로 거쳐 회전축(300)과 로터(200)가 접촉되는 부분을 윤활할 수 있다.

또한, 제1 연장부(320), 편심부(310) 및 제2 연장부(330)를 순차적으로 거친 오일은 회전축(300)과 로터(200)의 접촉 부분을 윤활한 후, 저유조(550)로 이동하여 회수될 수 있다.

따라서, 오일 펌프(540)는 저유조(550)에 위치한 오일을 다시 끌어올려 회전축(300)에 공급할 수 있다.

또한, 지지부(510), 탄성부(520) 및 실링부(530)는 오일 펌프(540)로부터 오일을 공급받아 에이펙스 씰(241)에 오일을 공급할 수 있다. 이로써, 에이펙스 씰(241)은 냉각되거나 윤활될 수 있다.

한편, 회전축(300)을 윤활하는 오일은 로터(200)의 편심 회전에 의해 수용 공간(S)으로 누설될 수 있다. 보다 구체적으로, 로터(200)가 회전하는 경우 로터(200)는 원심력을 발생할 수 있고, 로터(200)와 회전축(300) 사이를 유동하는 오일은 로터(200)의 원심력을 받아 로터(200)의 외측으로 이동할 수 있다.

따라서, 수용 공간(S)에는 크게 2개의 오일 유로에 의해 오일이 유동할 수 있다. 하나의 오일 유로는 에이펙스 씰(241)을 냉각 또는 윤활시키기 위해 수용 공간(S)에 공급된 오일에 의해 형성될 수 있고, 다른 하나의 오일 유로는 회전축(300)을 윤활하기 위한 오일이 로터(200)의 원심력을 받아 수용 공간(S)으로 이동하는 오일에 의해 형성될 수 있다.

그리고, 전술한 바와 같이 수용 공간(S)으로 유입된 오일은 연료의 연소 시 연료와 함께 연소되어 소실될 수 있다. 즉, 수용 공간(S)으로 공급된 오일은 전량 회수되지 못하고 일부가 유실될 수 있다.

또한, 로터(200)에는 씰들의 윤활 및 냉각을 위한 미터링 오일(metered oil)이 공급되는데, 상기 미터링 오일은 로터 바디(210)의 주면(217)을 통해 3개의 수용 공간, 특히 3개의 연소실로 누설될 수 있다.

따라서, 로터(200)에는 상기 미터링 오일이 로터 바디(210)의 주면(217)을 통해 3개의 수용 공간, 특히 3개의 연소실로 누설되는 것을 방지하기 위한 제2 씰이 위치한다.

제2 씰은, 로터 바디(210)의 주면(217) 중 회전축 삽입부(250)의 주변에 설치되고, 각각 원형의 고리 형상으로 형성된 컷-오프 씰(244)과, 상기 컷-오프 씰(244)과 상기 회전축 삽입부(250) 사이의 공간에 설치되는 적어도 하나의 오일 씰(245, 246)을 포함한다.

한편, 도 10에 도시한 바와 같이, 본 명세서의 실시 예에 있어서, 제1 씰과 제2 씰 사이 공간의 로터 바디(210)의 주면(217)에는 흡입 과정에서 발생하는 수용 공간(S)의 음압으로 인해 상기 수용 공간(S) 측으로 유입되는 오일을 차단하기 위한 제3 씰(247)이 더 위치한다.

이에 대해 설명하면, 제1 씰과 제2 씰 사이의 공간에는 제2 씰을 거쳐 누설되는 오일이 모아지게 되는데, 이 공간에 모아진 오일은 로터리 엔진의 흡입 과정에서 연소실에 형성되는 음압으로 인해 코너 씰(242)과 사이드 씰(243)을 거쳐 연소실로 누설된다.

따라서, 제1 씰과 제2 씰 사이의 공간에 제3 씰(247)을 설치하면, 제1 씰과 제2 씰 사이의 공간에 모아진 오일이 연소실로 누설되는 것을 방지할 수 있다.

제3 씰(247)은 제1 길이(L1)로 형성되는 제1 부분(247a)을 포함하며, 상기 제1 부분(247a)의 길이방향 중심 부분과 상기 코너 씰(242) 간의 최단 거리(d1)는 상기 제1 부분(247a)의 길이방향 중심 부분과 상기 제2 씰, 특히 컷-오프 씰(244) 간의 최단 거리(d2)보다 작게 형성된다.

그리고 제1 부분(247a)은 길이방향 중심 부분이 양쪽 단부에 비해 코너 씰(242)을 향해 볼록하게 형성된다.

따라서, 상기 제3 씰(247)은 로터리 엔진의 흡입 과정에서 로터 바디(210)의 주면(217) 상에 있는 오일이 사이드 씰(243)과 코너 씰(242) 사이로 누설되는 것을 방지할 수 있다.

이하, 도 11 내지 도 13을 참조하여 본 명세서의 다른 실시예에 대해 설명한다.

도 11은 본 명세서의 제2 실시 예에 따른 씰 구조를 구비한 로터의 평면도이고, 도 12는 본 명세서의 제3 실시 예에 따른 씰 구조를 구비한 로터의 평면도이며, 도 13은 본 명세서의 제4 실시 예에 따른 씰 구조를 구비한 로터의 평면도이다.

먼저, 도 11에 도시한 바와 같이, 제3 씰(247)은 제1 부분(247a)의 양쪽 단부 중 어느 한쪽 단부로부터 연장되는 1개의 제2 부분(247b)을 포함할 수 있다.

이때, 제2 부분(247b)은 로터(200)의 회전 방향의 역방향을 따라 상기 제1 부분(247a)의 단부로부터 연장될 수 있다.

그리고 상기 제2 부분(247b)의 길이(L2)는 상기 제1 부분(247a)의 길이(L1)보다 길게 형성될 수 있다.

제2 부분(247b)은 사이드 씰(243)에 앞서 프론트 하우징 및 리어 하우징에 묻은 오일을 걷어내는 역할을 수행한다.

한편, 도 12에 도시한 바와 같이, 제2 부분(247b)은 제1 부분(247a)의 양쪽 단부로부터 각각 연장 형성되는 것도 가능하다.

도 12에서는 상기 2개의 제2 부분(247b)의 각각의 길이(L2)가 상기 제1 부분(247a)의 길이(L1)보다 길게 형성되는 구성을 도시하였지만, 상기 2개의 제2 부분(247b) 중 어느 하나의 길이만 상기 제1 부분의 길이보다 길게 형성하는 것도 가능하다.

한편, 도 13에 도시한 바와 같이, 제3 씰(247)의 제1 부분(247a)은 길이방향 중심 부분이 양쪽 단부에 비해 상기 회전축 삽입부(250)를 향해 볼록하게 형성되는 것도 가능하다.

이상에서 본 명세서의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 명세서의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 명세서의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 명세서의 권리범위에 속하는 것이다.

100: 하우징 110: 로터 하우징
120: 프론트 하우징 130: 리어 하우징
200: 로터 210: 로터 바디
241, 242, 243: 제1 씰 244, 245, 247: 제2 씰
247: 제3 씰 300: 회전축

Claims (17)

1. 연료가 연소되는 수용 공간을 형성하며, 로터 하우징 및 상기 로터 하우징에 결합되어 상기 수용 공간을 밀폐시키는 커버 하우징과 리어 하우징을 포함하는 하우징;
   상기 하우징의 내부에 편심 회전 가능하게 설치되어 상기 수용 공간을 구획하는 로터 바디를 포함하는 로터; 및
   상기 로터 바디에 설치되는 복수의 씰
   을 포함하고,
   상기 로터 바디는, 상기 로터 하우징의 내면과 마주하는 3개의 측면과, 상기 3개의 측면 중 서로 이웃한 2개의 측면의 경계면을 형성하는 3개의 단부와, 상기 커버 하우징 및 상기 리어 하우징과 각각 마주하는 2개의 주면과, 상기 2개의 주면을 관통하는 회전축 삽입부를 구비한 삼각 기둥 형상으로 형성되며,
   상기 복수의 씰은,
   상기 로터 바디의 주면 중 외곽부에 설치되며, 상기 주면 중 상기 3개의 단부에 인접한 부분에 각각 설치되는 코너 씰을 구비하는 제1 씰과,
   상기 로터 바디의 주면 중 상기 회전축 삽입부의 주변에 설치되는 원형의 고리 형상으로 형성된 제2 씰과,
   상기 로터 바디의 주면 중 상기 제1 씰과 상기 제2 씰 사이 공간에 설치되는 제3 씰을 포함하고,
   상기 제3 씰은 제1 길이로 형성되는 제1 부분을 포함하며, 상기 제1 부분은, 상기 제1 부분의 길이방향 중심 부분과 상기 코너 씰 간의 최단 거리가 상기 제1 부분의 길이방향 중심 부분과 상기 제2 씰 간의 최단 거리보다 작게 형성되도록 설치되고, 상기 제1 부분의 길이방향 중심 부분이 상기 코너 씰과 상기 회전축 삽입부를 연결하는 선 상에 위치하도록 설치되어, 흡입 과정에서 발생하는 상기 수용 공간의 음압으로 인해 상기 제2 씰과 상기 제1 부분 사이에 위치하는 오일이 상기 제1 씰을 통과하여 상기 수용 공간 측으로 유입되는 것을 차단하는 로터리 엔진.
2. 제1항에서,
   상기 제1 씰은 상기 2개의 주면 중 상기 3개의 측면에 인접한 부분에 각각 설치되는 사이드 씰을 더 포함하는 로터리 엔진.
3. 삭제
4. 제1항에서,
   상기 제3 씰의 상기 제1 부분은 상기 길이방향 중심 부분이 양쪽 단부에 비해 상기 코너 씰을 향해 볼록하게 형성되는 로터리 엔진.
5. 제1항에서,
   상기 제3 씰의 상기 제1 부분은 길이방향 중심 부분이 양쪽 단부에 비해 상기 회전축 삽입부를 향해 볼록하게 형성되는 로터리 엔진.
6. 제1항에서,
   상기 제3 씰은 상기 제1 부분의 양쪽 단부 중 어느 한쪽 단부로부터 연장되는 1개의 제2 부분을 포함하는 로터리 엔진.
7. 제6항에서,
   상기 제2 부분은 상기 로터의 회전 방향의 역방향을 따라 상기 제1 부분의 단부로부터 연장되는 로터리 엔진.
8. 제7항에서,
   상기 제2 부분의 길이는 상기 제1 부분의 길이보다 길게 형성되는 로터리 엔진.
9. 제1항에서,
   상기 제3 씰은 상기 제1 부분의 양쪽 단부에서 각각 연장되는 2개의 제2 부분을 포함하는 로터리 엔진.
10. 제9항에서,
    상기 2개의 제2 부분 중 어느 하나의 길이는 상기 제1 부분의 길이보다 길게 형성되는 로터리 엔진.
11. 제9항에서,
    상기 2개의 제2 부분의 각각의 길이는 상기 제1 부분의 길이보다 길게 형성되는 로터리 엔진.
12. 제1항 내지 제2항 및 제4항 내지 제11항 중 어느 한 항에서,
    상기 제2 씰은, 컷-오프 씰과, 상기 컷-오프 씰과 상기 회전축 삽입부 사이의 공간에 설치되는 적어도 하나의 오일 씰을 포함하는 로터리 엔진.
13. 제12항에서,
    상기 적어도 하나의 오일 씰은, 이너 오일 씰과, 상기 이너 오일 씰과 상기 컷-오프 씰 사이에 위치하는 아우터 오일 씰을 포함하는 로터리 엔진.
14. 제12항에서,
    상기 3개의 단부에 각각 설치되는 에이펙스 씰을 더 포함하는 로터리 엔진.
15. 제12항에서,
    상기 하우징에 구비되며 상기 수용 공간에 오일을 공급하는 오일 공급부를 더 포함하는 로터리 엔진.
16. 제15항에서,
    상기 오일 공급부는 상기 커버 하우징 또는 상기 리어 하우징 중 적어도 하나에 구비되는 로터리 엔진.
17. 제12항에서,
    상기 로터 하우징에 결합되어 연료를 연소시키는 점화 플러그를 더 포함하는 로터리 엔진.

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