KR20010101164A - 축류 로터리 엔진 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내연 기관에 속하고, 그 안에 제공된 작동 몸체를 위한 파상의 고리형 채널을 갖고, 로터(5)가 그 주변부가 상기 채널(10)에 위치되기 위하여 그 안에 설치되는 몸체(1)를 구비한 축류 로터리 엔진에 관한 것이다. 상기 로터(5)의 주변부는 상기 로터(5)의 회전으로 상기 파상이 채널(10)을 따라 바뀔 수 있도록 이동 날개(8)가 그 안에 설치된 슬롯들을 구비한다. 상기 날개들(8)은 직경방향으로 반대되는 접선상의 홈들을 구비한 평평한 원통 형상으로 만들어지고, 상기 홈(16)들의 양측에 정렬된 원판 형상의 끝 부분을 포함한다. 상기 원판 형상 부분들 주위에 위치한 상기 홈들은 상기 원판 형상 부분들의 둘레에서 변위될 수 있도록 설치된 시일 부재들(17)을 포함한다. 상기 로터(5)의 슬롯들은 상기 접선상의 홈(16)들의 방향과 수직인 직경면에서 상기 날개들(8)의 단면에 상응하는 형상을 갖는다. 상기 날개들(8)의 원판 형상 부분들의 둥근 형상으로 인해, 상기 시일링 부재들(17)은 상기 날개(8)에 상기 채널(10)을 따라 압력을 가할 때, 상기 원판 형상 부분들의 상기 홈들 내에서 회전할 수 있고, 상기 엔진의 보다 신뢰할 만한 작동뿐 아니라, 상기 부재들의 균일한 마모를 초래한다.

Description

축류 로터리 엔진{Axial rotary engine}

방켈(Wankel)에 의해 제안된 로터리 피스톤 엔진(rotary piston engine)은 원통형 하우징 내에 위치한 삼각형의 로터(rotor)를 구비하며, 그것의 프로파일(profile)은 에피트로코이드(epitrochoid)에 따라 만들어진다. 상기 로터는 편심축상에서 회전할 수 있도록 장착되고, 정지 상태의 기어 휠(gear wheel)과 상호 작동하는 가동(可動) 기어 휠에 단단히 연결된다. 상기 가동 기어 휠을 구비한 로터는, 그것의 가장자리들이 상기 하우징의 내면을 따라 미끄러지도록 상기 정지 휠 주위를 회전하여, 작동매체를 통과시키기 위한 채널(channel)의 챔버들의 가변 체적을 줄이는데, 채널은 상기 하우징의 내면과 상기 로터의 표면 사이에 형성된다. 상기 하우징에는 연료 혼합기의 공급 및 배기가스의 배출을 위한 포트들과, 상기 채널에 연결된 챔버가 제공되고, 상기 챔버 내에 점화 플러그가 장착되어 있다. 상기 엔진은 왕복 운동을 수행하는 육중한 부분을 가지지 아니하여, 그 결과로서 행정(stroke)의 부드러움이 증가되고, 작동 중에 소음 레벨 및 진동이 감소된다.

그러나, 그러한 구조는 기어 휠들 및 편심축의 존재와 관련된 결점들을 가지는데, 이것은 작동의 신뢰성을 저감시킨다.

로터가 축 방향으로 배치된 로터리 엔진이 공지되어 있다.(1994년 3월 3일 공개된 WO 94/04794, IPC F01C 1/344 참조). 그러한 엔진은 하우징을 갖고, 그 내부에서 로터의 주변부에 만들어진 슬롯(slot)들 내에 설치되어 있는 블레이드를 구비한 원판형 로터가 회전축에 고정된다. 상기 하우징은 서로 연결된 두개의 육중한 커버로 구성된다. 작동매체의 통과를 위한 고리형의 채널을 형성하는 제거가능한 인서트가 상기 로터의 측으로부터 각 커버의 고리형 요부(recess) 내에 설치되고, 상기 블레이드들과 더불어 상기 로터의 주변부가 그 내부에 위치된다. 상기 블레이드들은 짧은 쪽이 상기 커버들에 접하면서 반경의 커브를 갖는 장방형 판들의 형상을 갖고, 상기 로터의 슬롯들은 상기 장방형 판들의 단면의 형태에 대응하여 곧게 뻗은 슬릿(slit)의 형태를 갖는다. 상기 작동매체의 통과를 위한 상기 고리형 채널은 단면으로 상기 블레이드들의 형상에 대응하는 장방형 형상을 갖고, 상기 로터 원판에 의해 체적이 동일한 두개의 부분으로 분할된다. 상기 로터의 축을 따르는 방향으로 상기 채널은 주기적인 법칙에 따라 파상(波狀)으로 구부러지며, 이것은 상기 로터의 축에 수직인 상기 로터의 중앙 단면과 관련해 대칭적이다. 상기 채널이 그것을 따라 구부러지는 파상의 커브는 평면상의 전개에 있어서 사다리꼴 형상을 갖는다. 상기 커버들은 공기의 공급과 배기가스의 배출을 위한 포트들이 갖추어져 있고, 또한 상기 채널에 연결된 챔버, 상기 챔버에 설치된 연료 분사 노즐이 갖추어져 있다.

그러한 엔진은 상기 원판 로터의 축류 위치를 갖고, 완전하게 균형이 맞추어져서, 따라서 작동에 있어서 보다 신뢰성이 있다. 그러나, 상기 블레이드 상에 정지 상태 시일의 복잡한 시스템은 작동과정에서 불균일한 마모를 초래한다. 블레이드의 커브 상에 있는 상기 시일들은 곧은 부분 상에서보다 두드러지게 더 빨리 마모되고, 그것은 상기 작동 챔버들의 기밀(氣密)성의 손실을 초래하고, 결과적으로 동력의 저하나, 심지어 엔진의 고장을 일으킨다.

본 발명의 기초에서 그 목적은 로터리 엔진 구조의 작동의 신뢰성을 향상시키는 것이다.

본 발명은 내연기관에 관한 것으로, 특히 로터리 엔진에 관한 것이고, 자동차나 항공기와 같은 운송기구 및, 휴대 가능한 동력장치에 사용될 수 있다.

도 1은 상기 엔진의 개략적인 사시도를 나타내고;

도 2는 시일링 요소들을 구비한 블레이드의 사시도를 나타내고;

도 3은 도 1의 단면 A-A를 나타내고; 및

도 4는 상기 채널(10)의 중앙선을 따라 고리형 단면의 평면 상에서 전개된 엔진 작동 과정의 도표를 나타낸다.

상술한 목적은 두개의 상호 연결된 커버들로 구성된 하우징, 축에 고정되고, 상기 커버들 사이에 설치되며, 그것의 주변부 상에 로터의 축을 따라 반경판들에 방향이 맞추어진 가이딩 슬롯(guiding slot)들을 갖는 로터 및 상기 로터의 축과 평행한 방향으로 그것들이 왕복운동할 수 있도록 상기 슬롯들에 설치된 블레이드들을 구비하되, 고리형 요부(recess)가 각 커버의 내면 상에, 상기 커버들이 연결될 때 상기 로터의 축을 거쳐 통과하는 단면에서 상기 블레이드의 형상에 상응하는 형상을 가지고, 주기적인 법칙에 따라, 상기 로터의 중앙 단면에 대하여 대칭적으로, 그것들의 축에 수직한 파상(波狀)으로 구부러진 고리형 채널(channel)이 작동매체의 통과를 위해 형성될 정도의 형상으로 만들어지고, 상기 블레이드들에 시일링 요소들이 구비되고, 설치된 블레이드들을 구비한 상기 로터의 주변부가 상기 고리형 채널 내측에 배치되고, 각 커버에 공기의 상기 고리형 채널로의 공급 및 배기가스의 배출을 위한 포트들과, 또한 상기 고리형 채널과 연결된 챔버가 구비되고, 상기 챔버 내에 연료 분사 노즐이 설치된 로터리 축류 엔진에서, 상기 발명에 따라서, 각 블레이드가 평평한 원통의 형상을 가지고, 그 측면에 서로 직경방향으로 반대로 배치된 두개의 접선상의 홈들이 있고, 상기 로터(5)의 가이딩 슬롯들이 상기 접선상의 홈(16)들의 방향과 수직인 직경 면에서 블레이드(8)의 단면에 상응하는 모양을 갖는 것으로 달성된다. 상기 고리형 채널은 바람직하게 사인곡선에 따라 구부러지도록 만들어 진다.

엔진은 상부 커버(1) 및 하부 커버(2)로 구성된 하우징을 구비하고, 그것들은 스페이서(4)를 통하여 볼트(3)로써 서로 연결된다. 상기 로터(5)는 베어링들(7) 내에서 회전 가능하도록 상기 커버들(1,2)사이에서 축(6)에 고정된다. 상기 로터(5)는 그것의 주변부상의 슬롯들 내에 자유롭게 장착된 블레이드(8)들을 구비한 가이딩 슬롯(guiding slot)들을 갖는다. 로터(5)를 면하는 측으로부터의 커버(1,2)는 고리형 요부(9)를 가지는데, 고리형 요부들은, 커버를 단일의 구성으로 조립하는 동안에 고리형 채널(10)이 작동 매체의 통과를 위해 형성되고 채널은 로터(5)에 의해 분할되고, 그 안에 블레이드(8)가 장착된 로터의 주변 부분은 고리형 채널(10)의 내측에 배치되는 방식으로 만들어진다. 상기 고리형 채널(10)은 상기 축(6)을 통하는 단면상에 있어서 블레이드(8)의 직경에 상응하는 직경을 구비한 원의 형상을 갖는다. 상기 고리형 채널(10)은 주기적 법칙에 따라서 파상(波狀)으로, 특히 사인곡선(11)을 따라 굽혀지는데, 이것은 상기 축(6)에 수직인 로터(5)의 중앙 단면에 대하여 대칭적이다. 상기 커버들(1,2) 내에 공기의 유입을 위한 포트들(12) 및 배기 가스의 배출을 위한 포트들(13)이 있다. 각 커버의 몸체 내에 상기 채널(10)과 연결된 챔버(14)들이 있는데, 챔버 내에 연료 분사 노즐들(15)이 있고, 필요하다면 열구(hot-bulb) 시스템(미도시)이 있다.

상기 블레이드(8)는 그 측면에 두개의 접선상의 홈(16)이 만들어진 평평한 원통 형상을 갖고, 상기 접선상의 홈들은 서로 직경방향으로 반대에 위치한다. 상기 홈(16)들의 양측에 위치하는 상기 원통의 끝면부분은 상기 블레이드의 원판 부분을 형성한다. 상기 링들(17)에 의해 형성된 상기 시일링 요소가 상기 블레이드들(8)의 상기 원판 부분들의 측면상에 형성된 홈내에 자유롭게 장착된다.

상기 블레이드(8)가 그 안에 장착되는 상기 로터(5)의 슬롯들은 접선상의 홈(16)의 방향에 직각인 그것의 직경 면에서 블레이드(8)의 단면에 상응하는 형상, 즉 H-형상을 갖는다. 여기에서, 블레이드(8)의 상기 원판 부분들은 상기 슬롯의 평행한 부분에 들어가고, 그것의 상기 홈(16)들 사이에 위치되어, 상기 원판 부분들을 연결하는 부분은 상술한 평행 부분들을 연결하는 슬롯의 부분에 들어간다.

상기 채널(10)은 로터(5)에 의해 두개의 부분으로 분할되고, 그 각 부분은 조건부로 구역들, 곧 공기 흡입 구역(18), 압축 구역(19), 작동 행정 구역(20), 21-배기가스 배출 구역으로 분할될 수 있다. 여기에서, 상기 채널(10)의 상기 상부 부분의 각 작동 구역은 상기 채널의 하부 부분의 비슷한 작동 구역에 대해 소정의 각으로 바뀐다. 도 4에서 보듯이 상기 채널(10)의 "사인곡선"이 두 주기를 갖는 경우에 상기 변화 각은 90°이다. 보다 큰 동력을 갖고, 결과적으로 보다 큰 직경의 로터를 구비한 엔진에서, 상기 고리형 채널의 주기(구부러짐)의 수를 늘리는 것은 권할 만 하다. 그러한 경우에 상기 변화 각은 보다 작아질 것이다.

상기 엔진은 다음의 방법으로 작동한다.

최초의 순간에 스타트 메카니즘은 상기 로터(5)를 회전시키고, 상기 블레이드들(8)이 상기 로터(5)와 함께 상기 축(6) 주위로 상기 채널(10)을 따라 움직이기 시작한다. 그래서, 상기 포트(12)를 통해 공기가 흡입되거나, 압력하에 상기 구역(18) 내에 있는 이웃하는 블레이드(8)들 사이의 공간으로 분사된다. 그 다음, 이웃하는 양측 블레이드들이 상기 포트(12)를 지난 후에, 그들 사이의 상기 공간은 감소되고, 공기의 압축이 일어난다(구역(19)). 상기 작동 행정 구역(20)에서, 고압에서 스스로 발화하거나, 열구 시스템의 도움으로 발화되는 연료가 상기 챔버(14)로부터 상기 노즐(15)을 통해서 상기 압축된 공기 안으로 공급된다. 상기 팽창한 가스의 압력은 상기 블레이드(8)에 작용하고, 상기 로터(5)의 회전을 일으킨다. 배기 가스는 구역(21)에서 포트(13)를 통해 배출된다. 더욱이, 연소는 상기 노즐(15)을 통한 연료의 계속적 공급에 의해 유지된다.

상기 엔진의 작동 중에, 상기 블레이드들(8)은 복잡한 이동, 곧 상기 로터의 축(6)과 평행한 방향으로 상기 로터(5)의 슬롯들 안에서의 왕복, 상기 고리형 채널(10)을 따른 전진 이동을 한다. 상기 홈(16)들로 인해, 블레이드(8)는 그것의 로터의 축(6)을 따른 이동 중에 상기 로터(5)의 반경을 따라 변위될 수 없고, 상기 채널(10)의 벽에 대해, 예컨대 원심력의 작용하에 너무 강하게 압축되어, 상기 블레이드의 정지(jamming)를 유발할 수 있게 된다.

상기 블레이드들(8)사이에서 작동 챔버들을 시일링하는 것은 상기 링들(17)에 의해 수행된다. 상기 블레이드들(8)의 원판 부분의 원형 형상과, 이 부분들의 상기 홈들 내의 링들(17)의 자유로운 장착으로 인해, 상기 링들(17)은 상기 블레이드들이 움직이는 중에 이들 홈들을 따라 미끄러지고, 끊임없이 회전하며 위치를 바꿔서, 그것은 균일한 마모 및, 그에 따라 상기 엔진의 보다 신뢰할 만한 작동을 보장한다.

필수적이지 않은 상기 채널(10)의 사인 곡선 형상은, 상기 엔진의 일정한 작동 및, 가동중에, 특히 로터(5) 회전의 높은 횟수의 경우에 상기 채널 내에서 상기 블레이드들이 정지되는 것을 방지하는 관점으로부터 최적이다.

상기 청구된 엔진은 어떠한 액체 탄화수소 연료를 사용하여 상술한 사이클에 따라서 작동할 수 있다.

보다 큰 엔진 동력을 얻기 위해, 몇개의 동심형 채널들이 상기 커버들 내에, 몇개의 동심형 슬롯의 열들이 상기 로터 내에, 그안에 설치된 블레이드들에 상응하는 수로 만들어질 수 있다.

본 발명은 어떠한 액체 탄화수소 연료를 사용하는 축류 로터리 엔진에도 적용될 수 있다.

Claims (2)

1. 두개의 상호 연결된 커버로 구성된 하우징, 축상에 고정되고 커버 사이에 장착되며 그것의 주변 부분상에 로터의 축을 따른 반경 방향 평면으로 배향된 가이딩 슬롯을 가지는 로터 및, 로터의 축에 평행한 방향으로 그것의 왕복 운동이 가능하게 슬롯내에 장착된 블레이드를 구비하고,

   커버가 연결될때 작동 매체의 통과를 위한 고리형 채널이 형성되는 형상의 각 커버의 내측 표면상에 고리형 요부가 만들어지고, 고리형 채널은 로터의 축을 통하는 단면에서 블레이드의 형상에 대응하는 형상을 가지고 그것의 축에 직각인 로터의 중간 부분에 대하여 대칭적으로 주기적인 법칙을 따라서 파상으로 굽혀지며, 블레이드에는 시일링 요소가 제공되고, 블레이드가 장착되어 있는 로터의 주변 부분은 고리형 채널 내측에 위치되고, 각 커버에는 고리형 채널 안으로의 공기의 공급과 배출 개스의 유출을 위한 포트들이 제공되고, 그리고 고리형 채널에 연결된 챔버도 제공되며 챔버내에는 연료 분사 노즐이 장착되는 로터리 축류 엔진으로서,

   각 블레이드(8)는 평탄화된 원통의 형상을 가지고, 그것의 측면에는 서로 직경상 반대로 위치된 두개의 접선상의 홈(16)이 위치되고, 로터(5)의 가이딩 슬롯은 접선상의 홈(16)의 방향에 직각인 직경상의 평면에서 블레이드(8)의 단면에 대응하는 형태를 가지고, 그리고 시일링 요소(17)는 블레이드(8)의 원판 부분의 주변을 따라서 자유롭게 운동할 수 있는 가능성과 함께 블레이드(8)의 디스크 부분의 측면상에 장착되는 것을 특징으로 하는 로터리 축류 엔진.
2. 제 1항에 있어서, 상기 고리형 채널(10)은 사인곡선을 따라 구부러진 것을 특징으로 하는 로터리 축류 엔진.