KR20090012889A - 로터리 엔진 - Google Patents

Abstract

본 발명의 로터리 엔진은 내부에 원형의 행정공간을 형성시키고, 상기 행정공간 내주연에 외측으로 공간을 확장시킨 압축실을 형성시켜 상기 압축실 내부에 대칭된 압축공간을 외주연에 형성시킨 회전피스톤을 회전 가능하게 결합함으로써, 압축공간을 통하여 폭발행정을 수행할 수 있도록 하는 로터리실린더와, 상기 로터리실린더의 행정공간의 내주연에 회전 가능하게 설치한 로터는 외주연에 헤드를 돌출시켜 행정공간을 구획시킬 수 있도록 하여 상기 행정공간을 회전하는 헤드와 캠 방식에 의한 마찰력에 의해 회전하는 회전피스톤의 압축공간과 헤드와의 사이 공간에 의해 압축 및 폭발 행정을 이루도록 하고, 상기 헤드가 형성된 로터의 반대방향 외주연에는 흡배기구를 형성시키되 로터의 내부에 동심원으로 공간이 구획되는 흡기공간과 배기공간을 각기 독립적으로 형성시켜 흡기 및 배기행정을 이룰 수 있도록 하는 로터로 구성한다.

로터리 엔진, 3행정, 회전피스톤, 로터

Description

로터리 엔진{ROTARY ENGINE}

본 발명은 로터리 엔진에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 로터리 엔진의 4행정사이클의 행정을 3행정 사이클로로 단축시켜 엔진의 출력효율을 향상시킬 수 있도록 하는 로터리 엔진에 관한 것이다.

일반적으로 내연기관은 엔진 내부에서 연소가 이루어지며 혼합기 자체가 보유한 화학적 에너지를 연소에 의해 열에너지로 바꾸어 그 연소가스가 팽창할 때의 일을 직접 이용하게 되는바, 그 종류로는 피스톤 왕복형엔진, 로터리엔진, 가스터빈엔진, 제트엔진 등을 들 수 있다.

이와 같은 내연기관은 실린더나 연소기 안에서 혼합가스를 연소시키므로 구조가 비교적 소형이고 연소가스 자체가 작동물질이 되기 때문에 액체나 기체 연료를 사용하게 된다.

상기에서 현재 대부분의 자동차에서 사용되고 있는 피스톤 왕복형 엔진은 혼합가스의 압축 팽창을 실린더의 용적 변화에 따라 일로 바꾸는 용적형으로 피스톤 의 관성부하에 의해 고속회전이 어렵게 된다.

또한, 피스톤 왕복형엔진은 구조적으로 배기가스가 완전하게 배출되지 않고, 흡기가스와 섞이게 되어 연소효율이 나쁘게 되며, 낮은 연소효율로 인하여 공해물질의 배출도 많게 되고, 연소가스 팽창력을 마지막 과정까지 동력으로 변환시킬 수 없어 에너지 손실이 많게 되는 등의 문제가 있다.

상기와 같은 문제점을 보완하고자 연비효율이 좋은 장점으로 개발된 로터리 엔진은, 종래의 왕복형 피스톤식 내연기관에 대하여 적당한 회전체를 사용한 엔진을 말하며, 이 중에는 완전한 회전형이 아닌 것도 포함된다.

왕복형 엔진이 실용화되자 곧 회전형 엔진의 고안이 시작되었는데, 이때 제안된 엔진이 로터리 엔진이다.

도 6에서 도시한 바와 같이, 로터리 엔진은 에피트로코이드(epitrochoid) 곡선 모양의 케이싱(10)과 이것에 내접하는 삼각형 모양의 로터(11)로 되어 있다.

여기서 케이싱(10)은 피스톤 왕복형엔진의 실린더에 해당하고, 로터(11)가 피스톤에 해당한다.

케이싱(10)과 로터(11) 사이에 3개의 공간이 있으며, 로터(11)의 회전으로 각 공간의 부피는 시시각각으로 변화하여 흡입.압축.폭발.배기행정으로 반복하게 된다.

이러한 로터리엔진은 로터(11)가 1 회전하는 사이에 각 로터(11)의 날개마다 4 사이클 행정동작을 이룬다.

특히, 로터리엔진은 흡입.압축을 위한 밸브는 없고, 2 사이클과 같은 흡기구 와 배기구를 로터가 개폐시킨다.

그러나, 종래기술에 따른 로터리 엔진은, 연소가스의 팽창력으로 로터(11)를 회전시키게 되는데, 상기 피스톤 왕복형 엔진과는 달리 왕복운동을 하지 않기 때문에 진동과 소음이 현저하게 저감되는 특징이 있지만, 구조의 복잡성과 연료소비의 비효율성, 그리고 낮은 출력과 내구성이 약한 단점이 있어 실용화가 어려운 문제가 있다.

예를 들어 로터리엔진에서 가장 대표적인 반켈엔진(Wankel engine)은 삼각형의 로터(11)가 타원형의 케이싱(11)에서 편심으로 회전하면서 연료가스의 흡입, 압축, 연소 및 배기의 4행정을 이루게 되는 것으로, 연소가스의 팽창압력이 역방향 토크로 작용하는 구간이 삼각형 로터(11)에 존재하기 때문에 팽창력이 모두 한 방향 토크로 전환될 수 없게 됨은 물론 실린더에 가해지는 외압, 마찰력, 로터(11)의 기밀유지 및 내마모성 등의 문제가 있어 그 제작이 극히 번거롭고 실용성이 떨어지게 되는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명의 주 목적은 하우징의 내부에 장착되는 로터에 흡배기구을 일체로 형성시켜 기존 4사이클의 행정에서 배기, 흡입행정을 동시에 이루도록 하여4행정사이클을 3 행정사이클로 단축시키고 각 행정이 연속적으로 발생되도록 하여 엔진의 높은 출력을 이룰 수 있도록 하는 데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 엔진의 출력시 로터의 헤드의 후방에 위치되어 외부로 배기되는 연소가스의 잔열을 통하여 혼합연료가 자동으로 점화시킬 수 있도록 하여 점화효율을 향상시킬 수 있도록 하는 데 있다.

그리고, 본 발명의 다른 목적은 로터에 흡기공 및 배기공을 일체로 형성시켜 별도의 흡입, 배기관을 설치할 필요가 없어 엔진의 잔고장을 감소시킬 수 있도록 하는 데 있다.

아울러, 본 발명의 다른 목적은 로터와 일체로 연동하는 흡, 배기공 전방에 공기유입휀 및 연소가스토출휀을 설치하여 연소가스의 배출 및 외부공기의 유입을 보다 원활하게 행할 수 있도록 하여 엔진의 출력 향상을 극대화시킬 수 있도록 하는 데 있다.

이러한 본 발명의 주 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 로터리 엔진은 점화플러그 및 인젝터가 설치된 로터리 엔진에 있어서, 내부에 행정공간을 형성시키고 행정공간 내주연에 외측으로 공간을 확장시킨 압축실을 형성시켜 상기 압축실 내부에 대칭된 압축공간을 외주연에 형성시킨 회전피스톤을 회전 가능하게 결합하여 압 축공간을 통하여 폭발행정을 수행할 수 있도록 하는 로터리실린더과, 상기 로터리실린더의 행정공간의 내주연에 회전 가능하게 설치한 로터는 외주연에 헤드를 돌출시켜 행정공간을 구획시킬 수 있도록 하여 상기 행정공간을 회전하는 헤드와 캠 방식에 의한 마찰력에 의해 회전하는 회전피스톤의 압축공간과 헤드와의 사이 공간에 의해 압축 및 폭발 행정을 이루도록 하고, 상기 헤드가 형성된 로터의 반대방향 외주연에는 흡배기구를 형성시키되 로터의 내부에 동심원으로 공간이 구획되는 흡기공간과 배기공간을 각기 독립적으로 형성시켜 흡기 및 배기행정을 이룰 수 있도록 구성한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 회전실린더는 압축공간의 내부에서 중심축을 통하여 회전 가능하게 설치하되, 상기 회전실린더의 외주연에는 오목하게 굴곡되게 형성된 압축공간을 한 쌍으로 대칭되게 형성시키고 압축공간의 전후방에 굴곡 모서리 부분에 각각 밀착면을 형성시키되 후방모서리에 비하여 전방모서리의 라운드 굴곡을 크게 하여 로터에 라운딩 되게 돌출시킨 헤드의 외주면과 회전실린더의 전,후방 모서리 외부면이 상호 마찰시 보다 밀접하게 밀착되면서 압축공간의 밀폐력을 보장받을 수 있도록 구성한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 로터의 배기공간 전면은 폐쇄시키고 후면을 개방시켜 배기공을 통하여 배출되는 연소가스를 후방으로 배출토록 하되 배기공간의 중앙에 관통되어 회전이 자유롭게 설치한 중심축의 일측에는 날개가 형성된 공기유입휀을 형성시켜 외부공기를 흡기공간 측으로 유도될 수 있도록 하는 동시에 중심축의 타측에는 휀날개를 형성시킨 연소가스토출휀을 통하여 연소가스가 신속하게 배출되도록 구성한 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 로터리 엔진은 하우징의 내부에 장착되는 로터 에 흡배기구를 일체로 형성시켜 기존 4행정사이클의 행정에서 배기 및 흡입행정을 동시에 이루도록 하여 3행정 사이클로 단축시킬 수 있도록 함으로써 행정 단축에 의해 엔진의 출력을 높일 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 로터리 엔진은 출력시 로터의 헤드의 후방에 위치되어 외부로 배기되는 연소가스의 잔열을 통하여 혼합연료의 점화효율을 향상시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.

그리고, 본 발명의 로터리 엔진은 로터에 흡기공 및 배기공을 일체로 형성시켜 별도의 흡입 및 배기관을 설치할 필요가 없어 엔진의 잔고장을 감소시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.

아울러, 본 발명의 로터리 엔진은 로터와 일체로 연동하는 흡.배기공 전방에 공기휴입휀 및 연소가스토출휀을 설치하여 연소가스의 배출 및 외부공기의 유입을 보다 원할하게 행할 수 있도록 하여 엔진의 출력 향상을 극대화시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.

이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하 여 생략한다.

도 1은 본 발명의 로터리엔진을 나타낸 분해사시도이고, 도 2는 본 발명의 로터리엔진을 나타낸 정단면도이며, 도 3a,b,c,d,e,f는 본 발명의 로터리엔진의 행정 사이클을 나타낸 순서도이다.

도 1 내지 도 3a,b,c,d,e,f에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 로터리 엔진은 점화플러그20 및 인젝터10가 설치된 로터리 엔진에 있어서, 행정공간110을 내부에 형성시킨 로터리실린더100에 회전 가능하게 로터200를 설치하여 상기 로터200의 외주연에 형성시킨 헤드210를 통하여 행정공간110을 구획시켜 인젝터10에서 제공되는 기화 상태의 연료가 행정공간110으로 제공하여 압축, 폭발, 팽창, 배기의 4행정 사이클을 이루도록 한다.

상기 로터리실린더100는 내부에 원형의 행정공간110을 형성시키고, 상기 행정공간110 내주연에 외측으로 공간을 확장시킨 압축공간120을 형성시켜 상기 압축공간120 내부에 대칭된 압축공간120을 외주연에 형성시킨 회전피스톤130을 회전 가능하게 결합함으로써, 압축공간120을 통하여 폭발행정을 수행할 수 있도록 한다.

그리고, 상기 회전피스톤130은 압축공간120의 내부에서 중심축을 통하여 회전 가능하게 설치하되, 상기 회전피스톤130의 외주연에는 오목하게 굴곡되게 형성된 압축공간120을 한 쌍으로 대칭되게 형성시키고 압축공간120의 전.후방에 굴곡 모서리 부분을 라운딩시키되 후방모서리132에 비하여 전방모서리131의 라운드 굴곡을 크게 하여 로터200에 라운딩 되게 돌출시킨 헤드210의 외주면과 회전피스톤130의 전,후방 모서리132 외부면이 상호 마찰시 보다 밀접하게 밀착되면서 압축공간 120의 밀폐력을 보장받을 수 있도록 한다.

상기 회전피스톤130은 압축공간120의 내부에서 중심축130을 통하여 회전 가능하게 설치하되, 상기 회전피스톤130의 외주연에는 오목하게 굴곡되게 형성된 압축공간120을 한 쌍으로 대칭되게 형성시키고, 상기 압축공간120의 전후방 굴곡 모서리 부분에 로터200의 외주연에 밀착되도록 압축공간120의 양측 모서리를 라운드지도록 하여 후방모서리132와 전방모서리131가 형성되도록 한다.

여기서 후방 모서리132에 비하여 전방 모서리131의 라운드 굴곡을 크게 하여 헤드210의 외주면과 회전피스톤130의 전,후방 모서리132 외부면이 마찰시 보다 밀접하게 밀착되도록 하여 압축공간120의 밀폐력을 보장받을 수 있도록 한다.

아울러, 상기 로터200는 압축공간120의 내부에서 중심축133을 통하여 회전 가능하게 설치하되, 상기 로터200의 외주연에는 오목하게 굴곡되게 형성된 압축공간120을 한 쌍으로 대칭되게 형성시켜 로터200에 라운딩되게 돌출시킨 헤드210의 외주면과 로터200의 외부면이 상호 마찰에 의해 동일하게 회전되도록 하여 헤드210가 로터200의 압축공간120 내부로 진입할 때 압축 및 폭발 행정을 이루도록 한다.

더불어, 상기 로터200의 배기공간224 전면은 폐쇄시키고 후면을 개방시켜 배기공221을 통하여 배출되는 연소가스를 후방으로 배출토록 하되, 배기공간224의 중앙에 관통되어 회전이 자유롭게 설치한 중심축133의 일측에는 날개가 형성된 공기유입휀230을 형성시켜 외부공기를 흡기공간223 측으로 유도될 수 있도록 하는 동시에 중심축133의 타측에는 휀 날개를 형성시킨 연소가스토출휀240을 통하여 연소가스가 신속하게 배출되도록 한다.

이러한 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 로터리실린더100의 행정공간110의 내부에서 회전피스톤130이 전방모서리가 로터200의 외주연에 밀착되도록 하여 압축공간120이 로터헤드210의 회전방향으로 개방되도록 위치시킨다.

이후, 로터200가 회전하게 되면 상기 로터200의 헤드210와 회전피스톤130의 사이 공간에 인젝터10를 통하여 연료를 분사시켜 로터200의 헤드210가 회전될 수록 회전피스톤130과 헤드210사이에 충진된 연료가 압축된다.

이때, 도 3a에서 도시한 바와 같이, 회전되는 로터200의 헤드210가 행정공간110 내부에 충진된 연료를 회전피스톤130의 압축공간120측으로 이동 및 압축시켜 압축행정을 실행한다.

이후, 도 3b 내지 도 3d에서 도시한 바와 같이, 로커의 헤드210가 회전되어 압축공간120으로 인입되고 나면 압축공간120에는 연료가 압축된 상태가 최고점에 이루어지고 상기 점화플러그20에 의해 폭발행정이 이루어진다.

상기 폭발행정이 발생되면 연료의 폭발력에 의해 헤드210가 전방으로 밀려나가는 회전력이 발생되는 팽창행정이 이루어져 동력을 발생시키고, 이와 반대로 회전피스톤130은 헤드210의 반대방향으로 회전하게 된다.

도 3e에서 도시한 바와 같이, 상기 헤드210의 회전에 의해 로터200의 흡배기구220는 헤드210의 후방의 행정공간110에 폭발 후에 존재하는 배기가스는 흡배기구220의 배기공221을 통하여 배기공221간으로 배기가스를 배출하며, 동시에 흡배기구220의 후방에 위치한 흡기공222을 통하여 헤드210의 전방에 위치한 행정공간110으 로 외부의 공기를 유입시킨다.

그리고, 흡배기구220의 흡기공222과 배기공221으로 유입 또는 배출되는 배기가스 및 외부공기는 로터200의 중심부에 독립적으로 회전이 가능하도록 설치시킨 중심축133에 결합된 공기유입휀230과 연소가스토출웬에 의해 외부 공기와 내부의 연소가스를 보다 신속하게 유입 또는 배출토록 하여 로터리 엔진의 출력을 보다 향상시킬 수 있게 한다.

이는 배기공221간과 외부 대기와의 압력차이로 인하여 배기공221간의 내부에 충진된 연소가스가 외부로 배출될 때 연소가스토출휀240을 회전시키면서 연소가스를 외부로 배출하도록 한다.

동시에 이와 일체로 회전하는 공기유입휀230에 의해 외부의 공기를 다량으로 흡기공222에 유입시킬 수 있도록 한다.

이와 같이, 흡입. 압축. 폭발. 배기의 4 행정사이클로 이루어진 행정 중에 흡입. 배기행정을 동시에 이루도록 하여 기존 4행정 사이클을 3행정 사이클 행정으로 단축시켜 엔진의 높은 출력을 이룰 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

도 1은 본 발명의 로터리엔진을 나타낸 분해사시도.

도 2는 본 발명의 로터리엔진을 나타낸 정단면도.

도 3ab,c,d,e는 본 발명의 로터리엔진의 행정 사이클을 나타낸 순서도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 인젝터 20 : 점화플러그

100 : 로터리실린더 110 : 행정공간

120 : 압축공간 130 : 회전피스톤

131 : 전방 모서리 132 : 후방모서리

133 : 중심축 200 : 로터

210 : 헤드 220 : 흡배기구

221 : 배기공 222 : 흡기공

223 : 흡기공간 224 : 배기공간

225 : 결합축 230 : 공기유입휀

240 : 연소가스토출휀

Claims (3)

1. 점화플러그 및 인젝터가 설치된 로터리 엔진에 있어서,

   내부에 원형의 행정공간을 형성시키고, 상기 행정공간 내주연에 외측으로 공간을 확장시킨 압축실을 형성시켜 상기 압축실 내부에 대칭된 압축공간을 외주연에 형성시킨 회전피스톤을 회전 가능하게 결합함으로써, 압축공간을 통하여 폭발행정을 수행할 수 있도록 하는 로터리실린더와,

   상기 로터리실린더의 행정공간의 내주연에 회전 가능하게 설치한 로터는 외주연에 헤드를 돌출시켜 행정공간을 구획시킬 수 있도록 하여 상기 행정공간을 회전하는 헤드와 캠 방식에 의한 마찰력에 의해 회전하는 회전피스톤의 압축공간과 헤드와의 사이 공간에 의해 압축 및 폭발 행정을 이루도록 하고, 상기 헤드가 형성된 로터의 반대방향 외주연에는 흡배기구를 형성시키되 로터의 내부에 동심원으로 공간이 구획되는 흡기공간과 배기공간을 각기 독립적으로 형성시켜 흡기 및 배기행정을 이룰 수 있도록 하는 로터로 구성한 것을 특징으로 하는 로터리 엔진.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 회전실린더는 압축공간의 내부에서 중심축을 통하여 회전 가능하게 설치하되, 상기 회전실린더의 외주연에는 오목하게 굴곡되게 형성된 압축공간을 한 쌍으로 대칭되게 형성시키고 압축공간의 전후방에 굴곡 모서리 부분에 각각 밀착면 을 형성시키되 후방모서리에 비하여 전방모서리의 라운드 굴곡을 크게 하여 로터에 라운딩 되게 돌출시킨 헤드의 외주면과 회전실린더의 전,후방 모서리 외부면이 상호 마찰시 보다 밀접하게 밀착되면서 압축공간의 밀폐력을 보장받을 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 로터리 엔진.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 로터의 배기공간 전면은 폐쇄시키고 후면을 개방시켜 배기공을 통하여 배출되는 연소가스를 후방으로 배출토록 하되 배기공간의 중앙에 관통되어 회전이 자유롭게 설치한 중심축의 일측에는 날개가 형성된 공기유입휀을 형성시켜 외부공기를 흡기공간 측으로 유도될 수 있도록 하는 동시에 중심축의 타측에는 휀날개를 형성시킨 연소가스토출휀을 통하여 연소가스가 신속하게 배출되도록 구성한 것을 특징으로 하는 로터리 엔진.

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