KR20140027144A - 회전식 엔진 회전자 - Google Patents

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KR20140027144A
KR20140027144A KR1020137026701A KR20137026701A KR20140027144A KR 20140027144 A KR20140027144 A KR 20140027144A KR 1020137026701 A KR1020137026701 A KR 1020137026701A KR 20137026701 A KR20137026701 A KR 20137026701A KR 20140027144 A KR20140027144 A KR 20140027144A
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크리스토퍼 존 비둘프
조나단 마크 배그넬
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유에이브이 엔진스 엘티디.
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Abstract

회전식 엔진 회전자(10)는 외면(18), 내면(22)을 포함하는 바디(12), 인서트(14), 및 고정 부재(16)를 포함한다. 상기 외면(18)은 대체로 정삼각형 형상으로 마련된 3개의 회전자 측부(20)를 포함한다. 상기 내면(22)은 각 회전자 측부(20)의 중간 지점에서의 위치부(24)를 포함하고, 상기 위치부(24)는 위치 구멍(26)을 함께 형성한다. 하나의 위치부(24)에는 상기 바디(12)의 내면(22)으로부터 상기 바디(12)의 외면(18)을 향해 반경방향으로 연장되는 제1 고정 소켓(28)이 제공된다. 냉각 채널(30)은 각 정점(31)의 영역에서 상기 바디(12)를 통해 축방향으로 제공된다. 상기 인서트(14)는 위치 구멍(26)에 제공되고, 상기 인서트(14)를 통해 반경방향으로 연장되며 상기 제1 고정 소켓(28)과 정렬되는 제2 고정 소켓(40)과 함께 베어링부(38)를 포함한다. 상기 고정 부재(16)는 제2 고정 소켓(40)을 통해 제공되며 상기 제1 고정 소켓(28)에 수용되어, 상기 인서트(14)를 바디(12)에 결합시킨다.

Description

회전식 엔진 회전자{ROTARY ENGINE ROTOR}
본 발명은 회전식 엔진 회전자에 관한 것이다.
회전식 내연기관은 잘 알려져 있고 통상적으로 하우징인 고정자의 캐비티 내에 회전가능하게 장착되는 회전식 피스톤인 회전자를 포함한다. 상기 회전자와 캐비티의 벽은 상기 회전자가 회전함에 따라 연소 챔버가 형성되도록 형성되고, 상기 캐비티의 벽에는 공기와 배기 가스를 위한 입구와 배기구가 각각 더 제공된다. 반켈 엔진은 상기 고정자가 캐비티를 형성하는 두개의 엽상 에피트로코이드형 보어를 구비하고 상기 캐비티를 폐쇄하는 축방향으로 이격된 단부 벽을 형성하는 단부 플레이트를 더 포함하는 회전식 내연기관의 특별한 형태이다. 상기 회전자에는 외측방향으로 만곡된 측부와 함께 대체로 정삼각형 단면 형상의 3개의 회전자 측부를 포함하는 외면을 포함하는 바디가 제공된다. 상기 회전자는 메인 샤프트의 편심 저널에 장착되고 상기 메인 샤프트의 3분의 1 회전으로 상기 캐비티 내에서 유성기어 방식으로 회전하도록 기어-맞물림된다. 통상적으로, 상기 회전자의 기어-맞물림은 바디의 내면에 의해 제공된 위치 구멍 내에 수용된 인서트에 의하여 제공된다. 상기 인서트는 베어링부 및 인덱싱 기어를 포함하고, 상기 인덱싱 기어는 엔진의 단부 플레이트 중 하나에 의해 전달된 고정 기어와 맞물리도록 배열된다. 상기 고정 기어와 인덱싱 기어의 맞물림은 상기 메인 샤프트의 3분의 1 회전으로 회전자의 회전을 구속한다. 상기 인서트는 회전자 바디에 대한 상기 인서트의 회전 또는 축방향 이동을 방지하기 위하여 상기 회전자의 바디에 견고하게 고정될 필요가 있다. 이는, 예를 들어 보트, 차량, 항공기, 고정 엔진 또는 압축기에 사용될 수 있는 회전식 엔진 내에서 활용될 때와 같이 높은 회전 속도로 회전자의 장시간 운전을 가능하게 할 수 있다. 또한, 상기 인서트를 바디에 결합하는 것은 회전하는 회전자와 캐비티에 의해 형성된 챔버의 작동 운전을 유해하게 방해하지 않아야 한다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 회전식 엔진 회전자가 제공되고, 상기 회전식 엔진 회전자는,
바디로서,
대체로 정삼각형 형상으로 마련된 3개의 회전자 측부를 포함하는 외면; 및
각 회전자 측부의 중간 지점에 대체로 제공된 각 위치부 및 각 정점의 영역에서 상기 바디를 통해 축방향으로 제공되는 냉각 채널을 포함하는 내면으로서, 상기 위치부는 적어도 부분적으로 위치 구멍을 함께 형성하고 하나의 위치부에는 상기 바디의 내면으로부터 대략 상기 바디의 외면을 향해 대체로 반경방향으로 연장되는 제1 고정 소켓이 제공되는 내면을 포함하는, 바디;
상기 위치 구멍에 제공되고 베어링부와 인덱싱 기어를 포함하는 인서트로서, 상기 베어링부에는 인서트를 통해 대체로 반경방향으로 연장되며 상기 제1 고정 소켓과 정렬되게 제공되는 제2 고정 소켓이 제공되는, 인서트; 및
상기 제2 고정 소켓을 통해 제공되며 상기 제1 고정 소켓에 적어도 부분적으로 수용되어, 상기 인서트를 바디에 결합시키는 강성 세장형 고정 부재를 포함한다.
내부 위치로부터 외측방향으로 상기 고정 소켓과 고정 부재를 배열함으로써, 상기 회전자의 바디의 외면의 붕괴가 방지될 수 있고, 이에 따라 상기 회전자 바디의 내면과 외면 사이에 가스 누설 경로의 형성 위험이 감소된다. 이러한 배열의 추가적인 이점은 상기 외면 상에 "핫-스팟"의 생성이 감소될 수 있는 점이다. 또한, 상기 외면 상에 어떠한 용접도 필요하지 않으므로 상기 외면의 용접-열 크랙킹은 방지될 수 있다. 또한, 상기 제1 고정 소켓이 외면에 악영향을 주지 않으므로 상기 외면의 형상이나 프로파일에 대한 제약이 없다.
바람직하게는, 상기 바디의 외면의 각 회전자 측부에는 상기 외면에 형성되며 대략 상기 내면을 향해 연장되는 연소 챔버 리세스가 제공되고, 상기 제1 고정 소켓은 바디의 내면으로부터 대략 상기 각 연소 챔버 리세스를 향해 연장되도록 부가적으로 배열된다. 상기 리세스는 회전자가 사용 중에 수용되도록 마련되는 외부 고정자에 의해 제공된 캐비티와 회전자 측부 사이에 연소 챔버를 형성하도록 마련된다. 상기 제1 고정 소켓은 대략 연소 챔버를 향해서만 연장되기 때문에, 상기 소켓과 고정 부재는 연소 챔버 리세스에 악영향을 주지 않는다. 이는 상기 회전자 측부에서 리세스의 위치의 유연성을 제공할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 고정 소켓은 대체로 각 연소 챔버 리세스와 냉각 채널 사이에 위치된 영역 내에서 상기 바디의 내면으로부터 대략 상기 바디의 외면을 향해 연장된다. 이는 상기 고정 부재의 길이 및 이에 따른 결합 강도가 최대화될 수 있게 하지만, 상기 제1 및 제2 고정 소켓과 고정 부재가 상기 연소 챔버 리세스에 악영향을 주지 않게 한다.
바람직하게는, 상기 강성 세장형 고정 부재와 제1 및 제2 고정 소켓은 상기 회전자 바디의 각 측부에 제공되고, 각 고정 부재는 상기 회전자 바디의 위치부를 따라 대응하는 위치에서 각 제1 및 제2 고정 소켓에 수용된다. 이는 상기 회전자의 밸런스를 유지하면서 상기 바디와 인서트 간의 맞물림을 향상시켜서 높은 회전 속도로 안정적인 회전을 가능하게 할 수 있다.
바람직하게는, 각 위치부는 그 형상이 부분적으로 원형이고 상기 위치부는 대략 원형 단면의 위치 구멍을 함께 형성한다. 이는 상기 위치 구멍이 대략 원형 형상의 인서트를 수용할 수 있게 하고 상기 회전자의 밸런스를 더 향상시켜, 높은 회전 속도로 안정적인 회전을 가능하게 한다.
바람직하게는, 각 냉각 채널은 각 쌍의 위치부 사이에 제공되고, 상기 냉각 채널과 인서트는 냉각 도관을 함께 형성한다. 상기 냉각 도관은 작동 시에 상기 회전자의 냉각용 공기의 흐름을 가능하게 한다.
바람직하게는, 각 제1 및 제2 고정 소켓은 상기 인서트에 대한 접선에 대하여 70°에서 90°사이의 각도로 상기 회전자의 회전축에 대하여 대체로 횡방향으로 연장된다. 이는 각 제1 및 제2 고정 소켓의 위치결정에 있어서 증가된 유연성 및 제조 공정 시에 향상된 제조 허용 오차를 가능하게 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 회전식 엔진 회전자는 반켈 엔진 또는 압축기용이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 단지 예시를 통해 상세하게 설명할 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 회전식 엔진 회전자의 단면도이고;
도 2는 도 1의 회전식 엔진 회전자의 사시도이고;
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 회전식 엔진 회전자의 단면도이고;
도 4는 도 3의 회전식 엔진 회전자의 사시도이고;
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 회전식 엔진 회전자의 단면도이다.
도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예는 바디(12), 인서트(14), 및 강성 세장형 고정 부재(16)를 포함하는 회전식 엔진 회전자(10)를 제공한다.
상기 바디(12)는 대체로 정삼각형 형상으로 마련된 3개의 회전자 측부(20)를 포함하는 외면(18)을 포함한다. 각 회전자 측부(20)는 그 형상이 외측방향으로 만곡된다. 상기 바디(12)는 3개의 위치부(24)를 포함하는 내면(22)을 더 포함하고, 각 위치부는 각 회전자 측부(20)의 중간 지점에 대체로 제공된다. 상기 위치부(24)는 위치 구멍(26)을 부분적으로 함께 형성한다. 본 실시예에서, 각 위치부(24)에는 상기 내면(22)으로부터 대략 외면(18)을 향해 대체로 반경방향으로 연장되는 제1 고정 소켓(28)이 제공된다.
상기 바디(12)는 3개의 냉각 채널(30)을 더 포함하고, 각 냉각 채널(30)은 바디(12)의 각 정점(31)의 영역에서 상기 바디(12)를 통해 축방향으로 제공된다. 각 냉각 채널(30)의 각각은 그 형상이 원통형이고 상기 냉각 채널(30)의 표면적을 증가시키도록 마련된 냉각 핀(32)을 구비한다. 각 냉각 채널(30)은 위치부(24)의 각 쌍 사이에 제공되어, 상기 냉각 채널과 인서트(14)의 외면(36)은 냉각 도관(34)을 함께 형성한다. 상기 냉각 도관(34)은 회전자(10)를 통한 냉각 공기의 흐름을 가능하게 한다.
상기 인서트(14)는 위치 구멍(26)에 제공되고 베어링부(38) 및 인덱싱 기어(50)를 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 인덱싱 기어(50)는 기계가공된 링 기어를 포함하고 상기 회전자(10)의 축방향으로 일단에 배치된다. 상기 베어링부(38)에는 인서트(14)를 통해 대체로 반경방향으로 연장되는 제2 고정 소켓(40)이 제공된다. 상기 제2 고정 소켓(40)이 제1 고정 소켓(28)과 정렬되게 제공되도록 상기 인서트(14)는 위치 구멍(26)에 마련된다.
각 강성 세장형 고정 부재(16)는 각 제2 고정 소켓(40)을 통해 제공되고 각 제1 고정 소켓(28)에 수용되어, 상기 인서트(14)를 바티(12)에 결합시킨다. 이러한 예에서, 각 고정 부재(16)는 고정 핀을 포함한다. 각 고정 핀(16)은 상기 인서트(14)를 회전자 바디(12)에 견고하게 결합시키도록 상기 각각의 제2 및 제1 고정 소켓(40 및 28)과 구동-끼워맞춤된다. 각 고정 핀(16)은 상기 회전자 바디(12)의 위치부(24)를 따라 대응하는 위치에서 각각의 제2 및 제1 고정 소켓(40 및 28)에 수용된다. 이는 상기 회전자(10)의 밸런스를 유지함으로써 높은 회전 속도로 상기 회전자의 안정적인 작동을 가능하게 한다. 이러한 예에서, 각 제1 고정 소켓(28), 제2 고정 소켓(40), 및 고정 핀(16)의 각각은 상기 인서트(14)에 대한 접선에 대하여 대략 90°의 각도로 연장되도록 마련된다. 필요하다면, 상기 각 각 제1 고정 소켓(28), 제2 고정 소켓(40), 및 고정 핀(16)은 다른 각도로 연장될 수 있지만, 고정 핀은 상기 인서트(14)에 대한 접선에 대하여 70°미만의 각도로 연장되지 않는 것이 바람직하다. 본 실시예에서, 각 제1 고정 소켓(28)은 내면(22)을 따라 상기 냉각 도관(24)들 사이 어딘가에 위치될 수 있다. 이는 각 제1 및 제2 고정 소켓의 위치결정에 있어서 증가된 유연성 및 제조 공정 시에 향상된 제조 허용 오차를 가능하게 할 수 있다.
상기 회전자 바디(12)는 철의 일체형 주조로 이루어질 수 있는데 반해, 상기 인서트(14)는 적절한 베어링 스틸의 단조로 또는 베어링 스틸의 바로 이루어질 수 있다. 상기 고정 핀(16)은 우수한 스테인리스 스틸로 이루어지는 것이 바람직하고, 이에 따라 상기 회전자 바디(12), 인서트(14), 및 핀(16) 간의 차등 팽창은 최소화된다. 상기 인서트(14)를 회전자 바디(12)에 더 고정하기 위하여, 각 고정 핀(16)의 헤드(44)는 각 벌노우즈(bullnose)형 보어(42) 내에서 상기 인서트(14)에 용접될 수 있다. 임의의 다른 기계가공된 형상의 보어가 대안적으로 사용될 수 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 이어서, 과잉 용접 재료가 제거되어 각 헤드(44)와 용접 재료의 나머지가 상기 인서트(14)의 내면(46)과 같은 높이에 있을 수 있지만, 상기 과잉 용접 재료의 제거는 필수적이 아니라는 것을 인식할 수 있을 것이다.
사용에 있어서, 상기 회전자(10)는 고정자(미도시)의 캐비티(미도시) 내에서 메인 샤프트(미도시)의 편심 저널에 장착된다. 상기 링 기어(50)는 유성기어 방식으로 외부 고정 기어(미도시)와 맞물리도록 마련되고, 상기 맞물림은 회전자(10)가 메인 샤프트의 3분의 1 회전으로 회전하는 것을 가능하게 한다. 상기 회전자(10)와 캐비티의 벽은 상기 회전자가 회전함에 따라 연소 챔버가 형성되도록 형성되고, 상기 캐비티의 벽에는 공기와 배기 가스를 위한 입구와 배기구(미도시)가 각각 더 제공된다. 내부 위치로부터 외측방향으로 각 제1 고정 소켓(28), 제2 고정 소켓(40), 및 고정 핀(16)을 배열함으로써, 상기 회전자(10)의 바디(12)의 외면(18)의 붕괴가 방지된다. 이러한 방식으로, 상기 회전자 바디(12)의 내면(22)과 외면(18) 사이에 가스 누설 경로의 형성 위험이 감소된다. 이러한 배열의 추가적인 이점은 상기 외면 상에 "핫-스팟(hot-spot)"의 생성이 감소될 수 있는 점이다. 또한, 상기 외면 상에 어떠한 용접도 필요하지 않으므로 상기 외면의 용접-열 크랙킹은 방지될 수 있다. 또한, 상기 제1 고정 소켓(28)이 외면에 악영향을 주지 않으므로 상기 외면(18)의 형상이나 프로파일에 대한 제약이 없다.
본 발명의 제2 실시예는 도 3 및 4에 도시된 바와 같이 반켈 엔진용 회전식 엔진 회전자(60)를 제공한다. 본 실시예의 회전자(60)는 다음과 같은 수정을 가지면서 제1 실시예의 회전자(10)와 유사하다. 동일한 참조 부호는 대응하는 특징부에 대해 유지된다.
본 실시예에서, 상기 회전자(60)의 바디(12)에는 회전자 측부(20)마다 하나씩인 3개의 연소 챔버 리세스(62)가 부가적으로 제공된다. 각 연소 챔버 리세스(62)는 각 회전자 측부(20)의 외면(18)에 형성된 연소 포켓을 포함한다. 각 연소 포켓(62)은 대체로 상기 각 회전자 측부의 중간 지점 주위로 연장되고 대략 상기 회전자 측부의 내면(22)을 향해 연장된다. 사용에 있어서, 상기 연소 포켓(62)은 회전자가 수용되도록 마련되는 외부 고정자(미도시)에 의해 제공된 캐비티와 회전자 측부(20) 사이에 연소 챔버를 형성하도록 마련된다. 본 실시예에서, 각 제1 고정 소켓(28)은 바디(12)의 내면(22)으로부터, 대략 상기 각 연소 포켓(62)과 냉각 채널(30) 사이에 위치된 영역을 대체로 향하는 상기 바디의 외면(18)을 향해 연장된다. 이는 상기 고정 핀(16)의 길이 및 이에 따른 상기 인서트(14)를 바디(12)에 결합하는 강도는 최대화될 수 있게 하지만, 상기 제1 및 제2 고정 소켓(28 및 40)과 고정 핀(16)이 상기 연소 포켓(62)에 악영향을 주지 않게 한다.
상기 바디(12)의 각 정점(31)에는 밀봉 스트립 소켓(64)이 더 제공된다. 각 밀봉 스트립 소켓(14)은 사용 중에 상기 회전자(10)와 외부 고정자에 의해 제공된 엔진 캐비티의 벽 사이에 밀봉을 형성하는 밀봉 스트립(미도시)을 수용하도록 마련된다.
본 발명의 제3 실시예는 도 5에 도시된 바와 같이 반켈 엔진용 회전식 엔진 회전자(70)를 제공한다. 본 실시예의 회전자(70)는 다음과 같은 수정을 가지면서 제2 실시예의 회전자(60)와 유사하다. 동일한 참조 부호는 대응하는 특징부에 대해 유지된다.
본 실시예에서, 상기 바디(12)에는 각 회전자 측부(20)의 중간 지점에 대체로 제1 고정 소켓(72), 제2 고정 소켓(40), 및 고정 핀(74)이 제공된다. 각 제1 고정 소켓(72)은 상기 바디(12)의 내면(22)으로부터 대략 상기 각 연소 포켓(62)을 향해 대체로 반경방향으로 연장되도록 마련된다. 각 고정 핀(74)은 각 제2 고정 소켓(40)을 통해 제공되고 각 제1 고정 소켓(72)에 수용되어, 상기 인서트(14)를 바디(12)에 결합시킨다. 각 제1 고정 소켓(72)과 각 고정 핀(74)은 상기 연소 포켓(62)에 악영향을 주지 않는다. 본 실시예에서, 각 제1 고정 소켓(72)은 대략 연소 포켓(62)을 향해서만 연장되기 때문에, 각 고정 핀(74)과 각 제1 고정 소켓(72)은 연소 포켓에 악영향을 주지 않는다. 이에 의하여, 상기 회전자 측부(20)에서 포켓(62)의 위치 및 크기의 유연성의 향상이 달성된다.

Claims (8)

  1. 바디로서,
    대체로 정삼각형 형상으로 마련된 3개의 회전자 측부를 포함하는 외면; 및
    각 회전자 측부의 중간 지점에 대체로 제공된 각 위치부 및 각 정점의 영역에서 상기 바디를 통해 축방향으로 제공되는 냉각 채널을 포함하는 내면으로서, 상기 위치부는 적어도 부분적으로 위치 구멍을 함께 형성하고 하나의 위치부에는 상기 바디의 내면으로부터 대략 상기 바디의 외면을 향해 대체로 반경방향으로 연장되는 제1 고정 소켓이 제공되는 내면을 포함하는, 바디;
    상기 위치 구멍에 제공되고 베어링부와 인덱싱 기어를 포함하는 인서트로서, 상기 베어링부에는 인서트를 통해 대체로 반경방향으로 연장되며 상기 제1 고정 소켓과 정렬되게 제공되는 제2 고정 소켓이 제공되는, 인서트; 및
    상기 제2 고정 소켓을 통해 제공되며 상기 제1 고정 소켓에 적어도 부분적으로 수용되어, 상기 인서트를 바디에 결합시키는 강성 세장형 고정 부재
    를 포함하는 회전식 엔진 회전자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 바디의 외면의 각 회전자 측부에는 상기 외면에 형성되며 대략 상기 내면을 향해 연장되는 연소 챔버 리세스가 제공되고, 상기 제1 고정 소켓은 바디의 내면으로부터 대략 상기 각 연소 챔버 리세스를 향해 연장되도록 부가적으로 배열되는 회전자.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 고정 소켓은 대체로 각 연소 챔버 리세스와 냉각 채널 사이에 위치된 영역 내에서 상기 바디의 내면으로부터 대략 상기 바디의 외면을 향해 연장되는 회전자.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강성 세장형 고정 부재와 제1 및 제2 고정 소켓은 상기 회전자 바디의 각 측부에 제공되고, 각 고정 부재는 상기 회전자 바디의 위치부를 따라 대응하는 위치에서 각 제1 및 제2 고정 소켓에 수용되는 회전자.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 각 위치부는 그 형상이 부분적으로 원형이고 상기 위치부는 대략 원형 단면의 위치 구멍을 함께 형성하는 회전자.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 각 냉각 채널은 각 쌍의 위치부 사이에 제공되고, 상기 냉각 채널과 인서트는 냉각 도관을 함께 형성하는 회전자.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 각 제1 및 제2 고정 소켓은 상기 인서트에 대한 접선에 대하여 70°에서 90°사이의 각도로 상기 회전자의 회전축에 대하여 대체로 횡방향으로 연장되는 회전자.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회전식 엔진 회전자는 반켈 엔진 또는 압축기용인 회전자.
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