KR20180120526A

KR20180120526A - 로터리 엔진

Info

Publication number: KR20180120526A
Application number: KR1020170054633A
Authority: KR
Inventors: 유병훈; 이윤희; 오휘성; 이병철
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2017-04-27
Filing date: 2017-04-27
Publication date: 2018-11-06
Also published as: WO2018199490A1; KR20210103994A; CN110546360A; CN110546360B; KR102329615B1

Abstract

본 발명의 로터리 엔진은, 내부에 복수 개의 로브 수용부를 구비하는 하우징; 상기 하우징의 중심으로부터 편심되어 회전하고, 상기 로브 수용부에 연속적으로 수용되는 로브를 구비하는 로터; 상기 로브 수용부를 오버랩하여 상기 하우징에 결합되는 하우징 덮개; 및 상기 로브 수용부를 각각 밀폐시키는 씰링 유닛을 포함하며, 상기 씰링 유닛은, 상기 하우징 덮개와 슬라이딩되도록 상기 로터에서 돌출 형성되는 롤링 씰; 서로 이웃한 상기 로브 수용부를 서로 격리시키도록 상기 하우징으로부터 돌출 형성되는 로브 씰; 및 각각의 상기 로브 씰로부터 상기 하우징 덮개와 로터 사이로 돌출되어, 상기 롤링 씰에 탄성 지지되도록 이루어지는 코너 씰을 구비한다. 이에 따르면, 로브 씰과 롤링 씰 사이의 가변적인 간극이 효과적으로 밀폐될 수 있다.

Description

로터리 엔진{ROTARY ENGINE}

본 발명은 회전운동으로 동력을 생산하는 로터리 엔진에 관한 것이다.

로터리 엔진은 회전운동으로 동력을 생산하는 엔진으로서, 방켈(Wankel)에 의해 처음 고안되었다.

방켈에 의해 고안된 방켈 엔진은 내부면이 에피트로코이드 곡선으로 이루어진 하우징과, 하우징 내에서 회전하는 삼각형 모양의 로터를 포함한다. 하우징의 내부 공간은 로터에 의해 세 개의 공간으로 구획되며, 이들 공간의 체적이 로터의 회전에 따라 변하여, 흡기→압축→폭발→배기의 4행정이 연속적으로 일어나도록 구성된다. 방켈 엔진에서, 로터가 1회전하는 동안 각 행정은 3회 진행되며, 편심축은 3회전하도록 구성된다.

방켈 엔진이 고안된 이후, 방켈 엔진의 설계 최적화를 위한 다양한 연구가 이루어져 왔으며, 형태가 변형된 로터리 엔진 또한 개발되고 있다.

로터리 엔진은 단순한 구조로 인하여 소형화가 용이하며, 고속운전에서 높은 출력을 낼 수 있는 고출력 엔진이다. 이러한 특징들로 인하여, 로터리 엔진은 히트 펌프 시스템, 자동차, 자전거, 항공기, 제트스키, 체인톱, 드론 등 다양한 장치에 적용 가능한 장점을 가진다. 뿐만 아니라, 로터리 엔진은 회전력이 균일하여 진동 및 소음이 적고, NOx를 적게 배출한다는 장점을 가진다.

다만, 로터리 엔진은 행정체적에 비해 넓은 표면적을 가짐에 따라, 소염면적이 확대되어 미연탄화수소(UHC: Unburned Hydrocarbon)가 다량 배출되고, 연비 및 효율이 낮다는 단점을 가진다.

한편, 로터에 의해 구획되는 하우징 내부 공간은, 로터리 엔진의 외부 또는 각 공간 상호 간 밀폐가 유지되는 것이 요구된다. 이를 위하여 특허문헌 1의 예를 들면, 하우징과 로터가 서로 마찰되는 면들에 페이스 시일(Face Seal), 피크 시일(Peak Seal) 및 버튼 시일(Button Seal)이 각각 구비된다. 구체적으로, 페이스 시일은 로터와 함께 회전되도록 로터에 장착되고, 피크 시일 및 버튼 시일은 로터와 마찰면을 이루는 하우징에 고정되는 구성이 개시된 바 있다.

다만, 하우징 내부에서 로터가 편심되어 회전하기 위해서는 하우징 내부와 로터 사이에 소정의 간극이 필요하다. 그리고 이러한 간극으로 인하여, 로터의 회전 시 씰링 부품들 사이의 공간은 일정한 위치 또는 간격을 유지하지 못하고 변화하게 된다.

이때, 특허문헌 1의 버튼 시일에 의하여는 페이스 시일과 피크 시일 사이의 누설 공간을 완벽하게 밀폐하기 어려운 문제점이 있었다. 따라서, 혼합기의 밀폐 효과를 극대화하면서, 아울러 마찰 손실이 증가되는 것을 최소화할 수 있도록 씰링 구조를 개선할 필요성이 있다.

공개특허공보 KR10-2014-0022029 A (2014.02.21. 공개)

본 발명의 목적은, 로터의 회전 시 형성되는 간극 변화에 대응하여 롤링 씰과 로브 씰 사이를 밀폐하도록 이루어지는 코너 씰을 구비하는 로터리 엔진을 제공하기 위한 것이다.

이와 같은 본 발명의 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 로터리 엔진은, 내부에 복수 개의 로브 수용부를 구비하는 하우징; 상기 하우징의 중심으로부터 편심되어 회전하고, 상기 로브 수용부에 연속적으로 수용되는 로브를 구비하는 로터; 상기 로브 수용부를 오버랩하여 상기 하우징에 결합되는 하우징 덮개; 및 상기 로브 수용부를 각각 밀폐시키는 씰링 유닛을 포함하며, 상기 씰링 유닛은, 상기 하우징 덮개와 슬라이딩되도록 상기 로터에서 돌출 형성되는 롤링 씰; 서로 이웃한 상기 로브 수용부를 서로 격리시키도록 상기 하우징으로부터 돌출 형성되는 로브 씰; 및 각각의 상기 로브 씰로부터 상기 하우징 덮개와 로터 사이로 돌출되어, 상기 롤링 씰에 탄성 지지되도록 이루어지는 코너 씰을 구비한다.

이상에서 설명한 해결 수단에 의해 구성되는 본 발명에 의하면, 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명에 따른 로터리 엔진은, 코너 씰이 로브 씰과 결합되어 롤링 씰에 탄성 지지되도록 이루어진다. 이에 따라, 로터의 움직임에 따라 가변되는 롤링 씰과 로브 씰 사이의 간극이 정확하게 밀폐될 수 있다. 종래 코너 씰이 하우징 덮개 측에 고정되어 위 간극의 위치 및 크기 변화에 대응할 수 없었던 것과 달리, 로브 수용부를 지속적으로 밀폐시킬 수 있다. 밀폐가 보장됨으로써, 로터리 엔진의 열효율이 더욱 향상될 수 있다.

본 발명의 코너 씰은 몸체부와 돌출부를 구비하고, 몸체부와 돌출부 사이의 걸림턱에 의해 로브 씰이 로터를 가압하는 힘을 전달받을 수 있다. 따라서, 코너 씰은 로브 씰 탄성부재에 의하여 함께 연동될 수 있어, 본 발명의 씰링 유닛이 간결하게 구현될 수 있다.

또한, 코너 씰은 탄성 지지부를 구비하고, 로터의 두께 방향으로 장착홈 내에서 이동 가능하도록 안착될 수 있다. 이러한 본 발명의 코너 씰은, 로터의 두께 방향으로 간극이 가변되는 것에 대응하여 밀폐 기능을 수행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로터리 엔진의 종단면도.
도 2는 도 1에 도시된 로터리 엔진의 일부 구성요소들의 분해 사시도.
도 3은 도 1에 도시된 로터리 엔진의 내부 구조를 보인 개념도.
도 4a 및 도 4b는 도 1에 도시된 로터를 서로 다른 방향에서 바라본 사시도들.
도 5는 도 3에 도시된 로터리 엔진 내부의 흡기과정을 보인 개념도들.
도 6은 도 3에 도시된 로터리 엔진 내부의 압축과정을 보인 개념도들.
도 7은 도 3에 도시된 로터리 엔진 내부의 폭발과정을 보인 개념도들.
도 8은 도 3에 도시된 로터리 엔진 내부의 배기과정을 보인 개념도들.
도 9는 도 1에 도시된 영역 A를 보인 확대도.
도 10은 도 9에 도시된 코너 씰의 사시도.
도 11은 도 1에 도시된 로터리 엔진에 구비되는 윤활 유닛을 보인 개념도.

이하, 본 발명에 관련된 로터리 엔진에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 로터리 엔진의 종단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 로터리 엔진의 일부구성요소들의 분해 사시도이다. 또한, 도 3은 도 1에 도시된 로터리 엔진의 내부 구조를 보인 개념도이며, 도 4a 및 도 4b는 도 1에 도시된 로터를 서로 다른 방향에서 바라본 사시도들이다.

본 발명에 따른 로터리 엔진(100)은, 로터(120)가 하우징(110) 내부를 편심 회전함에 따라, 하우징(110)과 로터(120) 사이에 형성된 N개의 작동실의 용적이 변화하며, 이과정에서 흡기→압축→폭발→배기의 4행정이 연속적으로 일어나도록 구성된다. 크랭크 축(180)은 이러한 로터(120)의 편심 회전에 대응하여 회전되며, 타 기관과 연결되어 생성된 동력을 전달하게 된다.

도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 로터리 엔진(100)은, 하우징(110), 점화 플러그(130), 로터(120), 하우징 덮개(141, 142), 로터 기어(170), 크랭크 축(180)을 포함한다.

먼저, 하우징(110)은 내부에 N개(N은 3 이상인 자연수)의 로브 수용부(111)를 구비한다. 본 실시예에서는, 로브 수용부(111)가 3개(즉, N=3)로 구성된 일 예를 보이고 있다. 로브 수용부(111) 및 후술하는 로브(120', 120")의 형상은, 임의의 형상 위를 회전하면서 이동하는 구름원이 있을 때, 구름원 상에 존재하는 임의의 점이 구름원의 회전에 따라 그리게 되는 궤적인 에피트로코이드(Epitrochoid) 곡선을 기초로 설계될 수 있다.

각각의 로브 수용부(111)의 상부 중앙에는 로브 수용부(111)와 연통되는 N개의 연소실(112)이 구비된다. 도 3을 참조하면, 연소실(112)은 로브 수용부(111)를 형성하는 하우징(110)의 내측벽에서 리세스된 형태를 가진다. 연소실(112)의 크기는 로터리 엔진(100)의 압축비에 따라 달리 설계될 수 있다.

하우징(110)에는 각각의 연소실(112)에 불꽃을 방전하여 연소실(112)에 충진된 혼합기를 점화시키는 점화 플러그(130)가 설치될 수 있다. 도시된 바와 같이, 점화 플러그(130)는 하우징(110)의 장착홀(113)에 장착되며, 연소실(112)의 상부에 노출되도록 배치될 수 있다. 상기 장착홀(113)은 연소실(112)과 연통되도록 구성된다.

한편, 로브 수용부(111)의 내부에는 로터(120)가 삽입되어, 로브 수용부(111)의 중심을 기준으로 편심 회전하도록 구성된다. 로터(120)는 편심 회전시 각각의 로브 수용부(111)에 연속적으로 수용되는 N-1개의 로브(120', 120")를 구비한다.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 로터(120)의 중심부에는 로터 기어(170)가 장착되는 지지부(121)가 형성되며, 지지부(121)에는 로터 기어(170)에 삽입된 크랭크 축(180)이 관통하는 관통홀(122)이 형성된다. 지지부(121)의 전면에는 로터 기어(170)의 플랜지부(171)가 지지되며, 체결부재 등과 같은 체결수단에 의해 플랜지부(171)와 견고한 결합 상태를 유지한다.

로터(120)의 전면부에는 하우징 덮개 중 하나인 흡기측 덮개(141)를 통하여 흡입된 혼합기의 일시적인 저장을 위한 제1저장부(123a)가 형성된다. 제1저장부(123a)는 로터(120)의 전면부에서 후면부를 향하여(즉, 크랭크 축(180)의 축방향으로) 리세스된 형태를 가진다.

제1저장부(123a)가 형성됨에 따라, 로터(120)의 일 부분(도시된 바와 같이, 제1저장부(123a) 중 제2저장부(123b)와 측벽을 공유하지 않는 부분)은 테두리가 얇게 남겨져 강성이 저하될 수 있다. 이를 고려하여, 제1저장부(123a)를 형성하는 로터(120)의 내측면에는 로터(120)의 강성 보강을 위한 리브(125)가 복수의 개소에서 돌출 형성될 수 있다. 이때, 적어도 하나의 리브(125')는 지지부(121)와 연결되도록 구성될 수 있으며, 제1저장부(123a)에 일시적으로 저장된 혼합기가 반대편으로 이동할 수 있도록 로터(120)의 두께보다 낮은 높이를 가지는 부분을 포함하여 형성될 수 있다.

로터(120)의 측면부에는 제1저장부(123a)와 연통되는 흡기포트(124a)가 형성되어, 흡입된 혼합기가 로브 수용부(111) 내부로 유입될 수 있도록 이루어진다. 본 발명에서 흡기포트(124a)는 로터(120)가 반시계 방향으로 90°내지 120° 회전하는 동안 혼합기의 흡입이 가능한 위치에 형성된다.

로터(120)의 후면부에는 연소 후 생성된 배기가스의 일시적인 저장을 위한 제2저장부(123b)가 형성된다. 제2저장부(123b)는 로터(120)의 후면부에서 전면부를 향하여(즉, 크랭크 축(180)의 축방향으로) 리세스된 형태를 가진다. 제2저장부(123b)에 일시적으로 저장된 배기가스는 하우징 덮개 중 하나인 배기측 덮개(142)를 통과하여 외부로 배출된다.

로터(120)의 측면부에는 제2저장부(123b)와 연통되는 배기포트(124b)가 형성되어, 연소 후 생성된 배기가스가 제2저장부(123b)로 유입될 수 있도록 이루어진다. 본 발명에서 배기포트(124b)는 흡기된 양보다 많은 팽창이 이루어진 후 배치될 수 있도록, 로터(120)가 반시계 방향으로 270° 회전된 이후에 배기될 수 있는 위치에 형성된다. 이러한 과팽창에 의해 로터리 엔진(100)의 효율이 증가될 수 있다.

하우징(110)의 전면부에는 흡기측 덮개(141)가 구비되고, 하우징(110)의 후면부에는 배기측 덮개(142)가 구비된다.

흡기측 덮개(141)는 로브 수용부(111)의 일측을 덮도록 하우징(110)에 결합된다. 흡기측 덮개(141)에는 하우징(110) 및 로터(120)와의 기밀 유지를 위한 실링 부품(미도시)이 설치된다.

흡기측 덮개(141)는 하우징(110)을 밀폐시키면서, 흡입되는 혼합기를 로터(120)에 전달해주는 통로 역할을 한다. 이를 위하여, 흡기측 덮개(141)에는 로터(120)의 전면부에 구비되는 제1저장부(123a)와 연통되는 흡기홀(141a)이 구비된다.

로브 수용부(111)와 마주하는 흡기측 덮개(141)의 내측에는 가이드 기어(160)가 장착된다. 가이드 기어(160)는 내주를 따라 톱니가 형성된 링 형태로 형성되며, 로터 기어(170)가 이에 내접하여 회전되도록 구성됨으로써, 로브 수용부(111)의 중심에 대한 로터(120)의 편심 회전을 가이드하도록 이루어진다. 가이드 기어(160)의 잇수는 로터(120)와 동력을 전달하는 크랭크 축(180)의 회전비를 고려하여 설계된다.

로터(120)에는 로터 기어(170)가 장착된다. 로터 기어(170)의 외주를 따라서는 톱니가 형성되며, 로터 기어(170)는 흡기측 하우징 덮개(141)에 고정된 가이드 기어(160)에 내접하여 회전하도록 구성된다. 로터 기어(170)의 잇수는 로터(120)와 크랭크 축(180)의 회전비를 고려하여 설계된다.

로터 기어(170)의 중심부에는 크랭크 축(180)의 편심부(182)가 삽입되는 수용부(174)가 형성되며, 편심부(182)는 수용부(174) 내에서 회전 가능하게 구성된다. 상기 구성에 의해, 로터(120)의 편심 회전에 대응하여 수용부(174)에 수용된 편심부(182)가 회전하게 된다. 구조적으로, 로터(120)가 반시계 방향으로 1바퀴 편심 회전하면, 크랭크 축(180)의 축부(181)는 시계 방향으로 N-1 바퀴 회전하게 된다.

도시된 바와 같이, 로터 기어(170)는 로터(120)의 지지부(121)에 지지 및 고정되도록 구성되는 평판 형태의 플랜지부(171), 상기 플랜지부(171)의 일면에 형성되어 가이드 기어(160)에 내접하도록 구성되는 기어부(172), 상기 플랜지부(171)가 로터(120)의 지지부(121)에 장착시 로터(120)의 관통홀(122)에 삽입되도록 상기 플랜지부(171)의 타면으로부터 돌출 형성되는 보스부(173), 및 크랭크 축(180)의 편심부(182)가 삽입될 수 있도록 상기 기어부(172)와 상기 보스부(173)를 관통하여 형성되는 수용부(174)를 포함하여 구성될 수 있다.

크랭크 축(180)은 로터리 엔진(100)을 관통하도록 구성되는 축부(181)와, 축부(181)로부터 편심되게 형성되어 로터 기어(170)의 수용부(174)에 삽입되는 편심부(182)를 포함한다. 본 실시예에서, 축부(181)는 전방으로는 흡기측 덮개(141)를 관통하며, 후방으로는 배기측 덮개(142)를 관통하도록 이루어질 수 있다. 축부(181)는 타 기관(시스템)과 연결되어 본 발명의 로터리 엔진(100)에 의해 형성되는 동력을 타 기관(시스템)으로 전달하도록 구성된다.

배기측 덮개(142)는 로브 수용부(111)의 타측을 덮도록 하우징(110)에 결합된다. 배기측 덮개(142)는 하우징(110)을 밀폐시키고, 생성된 배기가스를 배출시키는 통로 역할을 한다. 이를 위하여, 배기측 덮개(142)에는 로터(120)의 후면부에 구비되는 제2저장부(123b)와 연통되는 배기홀(142a)이 구비된다.

이상에서 설명한 구조를 가지는 본 발명의 로터리 엔진(100)은, 한 사이클 동안 흡기-압축-폭발(팽창)-배기의 4행정으로 작동한다. 이하에서는, 각 행정 동안의 하우징(110) 내의 로터(120)의 움직임에 대하여 설명한다.

도 5 내지 도 8은 도 3에 도시된 로터리 엔진(100) 내부가 흡기→압축→폭발→배기과정을 로터(120)의 회전 각도를 중심으로 설명한 개념도들이다. 앞서 설명한 바와 같이, 로터(120)의 측면부에는 흡기포트(124a)와 배기포트(124b)가 각각 구비된다.

먼저, 도 5를 참조하여 흡기과정에 대하여 설명하면, 흡기과정은 하우징(110) 내부를 반시계방향으로 회전하는 로터(120)에 의해 이루어지며, 로터(120)의 회전 각도가 0도에서 120도까지 변하는 동안 이루어진다. 도면상에서 로터(120)가 0도에서 120도까지 반시계방향으로 회전하는 동안 하우징(110)의 상부에 구비되는 로브 수용부(111)와 이에 연통하는 연소실(112)에는 흡기포트(124a)를 통하여 혼합기가 유입된다.

이때, 도시된 바와 같이 로터(120)의 회전 각도가 90도일 때 가장 많은 흡기가 이루어지나, 본 발명의 로터리 엔진(100)은 120도까지 흡기를 할 수 있도록 설계된다. 이는 추후 이루어지는 팽창과정에서 과팽창이 이루어져 로터리 엔진(100)의 효율이 향상되도록 하기 위함이다.

다음으로, 도 6을 참조하면, 흡기과정이 끝난 혼합기는 로터(120)의 회전에 의해 압축되기 시작한다. 압축과정은 로터(120)의 회전 각도가 120도에서 180도까지 변하는 동안 이루어진다. 압축비는 로터(120)가 180도 회전되었을 때 최대가 되며, 이때 혼합기는 이상적으로는 연소실(112) 내에 완전히 충진된 상태가 된다.

압축과정의 말기에는 점화 플러그(130)에 의한 점화가 시작되어, 혼합기의 연소과정이 시작된다. 상기 연소과정은 폭발과정의 초기까지 이어진다. 연소과정은 로터(120)의 회전각도가 160도 부근일 때부터 시작되어, 로터(120)의 회전각도가 200도 부근일 때 완전히 종료된다.

한편, 도면상에서 하우징(110)의 좌측 하단에 구비되는 로브 수용부(111)와 이에 연통하는 연소실(112)에는 흡기포트(124a)를 통하여 혼합기가 유입되는 흡기과정이 시작된다. 즉, 흡기→압축→폭발(팽창)→배기과정은 로터(120)의 회전방향에 대응되는 로브 수용부(111) 및 이와 연통되는 연소실(112)에서 연속적으로 일어난다.

다음으로, 도 7을 참조하면, 폭발(팽창)과정은 로터(120)의 회전각도가 180도에서 270도까지 변하는 동안 이루어진다. 앞선 압축과정의 말기에서 시작된 연소과정은 폭발과정의 초기에 완전히 종료된다.

이 과정에서 주목할 사항은 앞선 흡기과정은 로터(120)의 회전각도가 120도인 상태, 즉 본 도면에서 로터(120)가 240도 회전되었을 때에 해당하는 체적만큼 혼합기의 흡입이 이루어지는 반면에, 팽창과정은 이보다 큰 체적을 형성하는 로터(120)의 회전각도 270도까지 이루어진다는 것이다. 따라서 본 발명의 로터리 엔진(100)은 흡기되는 체적보다 큰 팽창을 이루는 과팽창 효과를 얻을 수 있다.

다음으로, 도 8을 참조하면, 배기과정은 로터(120)의 회전각도가 270도에서 360도까지 변하는 동안 이루어진다. 생성된 배기가스는 로터(120)가 270도에서 360도까지 반시계방향으로 회전하는 동안 배기포트(124b)를 통하여 배출된다.

이상에서는 본 발명의 로터리 엔진(100)에 관하여, 동력의 발생과 관련되는 구성요소들을 중심으로 그 구조 및 동작을 설명하였다. 이하에서는 본 발명의 일 실시예와 다른 실시예에 따라, 로터(120)의 회전 시 혼합기가 압축 및 팽창되는 로브 수용부(111)를 밀폐하도록 이루어지는 씰링 구조에 대하여 설명한다.

도 9는 도 1에 도시된 영역 A를 보인 확대도이며, 도 10은 도 9에 도시된 코너 씰(147)의 사시도이다. 도 1, 9 및 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 로터리 엔진(100)은 씰링 유닛(107)을 포함한다.

씰링 유닛(107)은, 로터(120)와 하우징(110) 사이에서 체적이 변화되어 혼합기의 압축 및 팽창이 이루어지는 로브 수용부(111) 공간을 각각 밀폐시키도록 기능할 수 있다. 이를 위하여 씰링 유닛(107)은, 롤링 씰(127), 로브 씰(117) 및 코너 씰(147)을 구비한다.

롤링 씰(127)은, 로터(120)의 두께 방향(크랭크 축(180)이 연장되는 축방향)으로 전면 및 후면에 각각 형성되며, 각각 흡기측 덮개(141) 및 배기측 덮개(142)와 슬라이딩되도록 돌출되게 형성된다. 또한, 도 3, 4a 및 4b에 도시된 것과 같이, 롤링 씰(127)은 로터(120)에 형성되는 N-1개의 로브의 둘레를 따라 연장되도록 이루어져 하나의 루프(loop)를 형성할 수 있다.

로터(120)의 회전 시, 롤링 씰(127)은 하우징 덮개(141, 142)와의 밀착 상태를 유지하도록 이루어질 수 있다. 구체적으로, 로터(120)의 표면에서 리세스되는 사이드 홈(127a)이 형성되고, 사이드 홈(127a) 내에 롤링 씰(127)이 안착되도록 이루어질 수 있다. 이때, 롤링 씰(127)과 사이드 홈(127a)에 각각 지지되는 사이드 탄성부재(127b)가 개재될 수 있다.

롤링 씰(127)은 하나의 루프를 형성하여 하우징 덮개(141, 142)와의 밀착을 유지함으로써, 혼합기가 로터(120)와 하우징 덮개(141, 142) 사이의 간극으로 누설되는 것을 방지할 수 있다. 구체적으로 도 1을 참조하면, 흡기측 덮개(141)와 밀착되는 롤링 씰(127)은 로브 수용부(111) 내의 혼합기가 흡기홀(141a) 및 제1저장부(123a) 측으로 누설되는 것을 제한할 수 있다. 또한, 배기측 덮개(142)와 밀착되는 롤링 씰(127)은, 로브 수용부(111) 내의 혼합기가 제2저장부(123b) 및 배기홀(142a) 측으로 흘러나가는 것을 제한할 수 있다.

로브 씰(117)은, 각각 압축 또는 팽창되는 상태가 서로 다른 혼합기가 수용되는 N개의 로브 수용부(111)를 서로 격리시키는 역할을 한다. N개의 로브 수용부(111)를 구비하는 하우징(110)에는 도 3에 보인 것과 같이 N개의 피크부(114)가 형성될 수 있다. 로브 씰(117)은 N개의 피크부(114) 각각에서 돌출되어 로터(120)의 외곽면(크랭크 축(180)의 반경방향으로 하우징(110)과 마주보는 면)에 슬라이딩되도록 형성될 수 있다.

앞서 롤링 씰(127)과 마찬가지로, 로브 씰(117)은 에이펙스 홈(117a)에 수용되고, 에이펙스 탄성부재(117b)에 의하여 로브 씰(117)이 에이펙스 홈(117a)에 지지되도록 이루어질 수 있다. 에이펙스 탄성부재(117b)에 의해, 로브 씰(117)은 하우징(110)으로부터 돌출되어 로터(120)에 탄성 지지 및 밀착되도록 이루어질 수 있다. 로브 씰(117)은 로브 수용부(111)의 개수만큼 구비될 수 있다.

한편, 코너 씰(147)은 롤링 씰(127)과 로브 씰(117) 사이 공간을 밀폐하도록 기능한다. 앞서 설명한 것과 같이, 롤링 씰(127)은 사이드 홈(127a)에 삽입되는 형태로 이루어지므로, 롤링 씰(127)은 로터(120)의 외곽면보다 내측으로 이격되는 지점에 위치된다. 따라서, 로터(120)의 외곽면에 슬라이딩되는 로브 씰(117)과 롤링 씰(127)은 서로 이격되는 공간을 형성할 수 있다. 이 공간을 통하여는 각 로브 수용부(111) 공간이 서로 연통될 수 있다.

또한 로터(120)의 회전에 따라, 롤링 씰(127)과 로브 씰(117) 사이의 공간은 그 위치 및 크기가 가변될 수 있다. 이는 로터(120)의 외곽면이 피크부(114)에 대해 이루는 각도가 지속적으로 변하는 점에 기인할 수 있다. 앞서 설명한 것처럼, 로터(120)의 외곽면은 로브 씰(117)과 탄성 지지되므로, 로터(120)의 외곽면을 통한 누설은 방지된다고 할 수 있지만, 롤링 씰(127)과 로브 씰(117) 사이의 움직이는 공간은 정확하게 밀폐시키는 것이 어렵다.

본 실시예의 로터리 엔진(100)에 구비되는 코너 씰(147)은, 각각의 로브 씰(117)로부터 하우징 덮개(141, 142)와 로터(120) 사이로 돌출되어 롤링 씰(127)에 탄성 지지되는 형상으로 이루어진다. 도 1 및 9에 보인 것처럼, 코너 씰(147)은 로브 씰(117)의 양 단부에서 하우징 덮개(141, 142)와 로터(120) 사이에 이격되는 공간에 삽입되도록 연장될 수 있다. 연장된 코너 씰(147)의 단부는 롤링 씰(127)에 접촉되어 슬라이딩 되도록 이루어질 수 있다. 코너 씰(147)이 로브 씰(117)에서 연장되는 형상으로 이루어짐으로써, 로브 씰(117)이 크랭크 축(180)의 반경방향으로 움직임에 따라 코너 씰(147)도 크랭크 축(180)의 반경방향으로 이동될 수 있다.

본 실시예의 코너 씰(147)이 로브 씰(117)과 연동되어 이동되도록 이루어짐으로써, 코너 씰(147)은 롤링 씰(127)과 로브 씰(117) 사이의 공간을 보다 효과적으로 밀폐시킬 수 있다. 종래 코너 씰(147)이 하우징 덮개(141, 142) 측에 고정되어 위 간극의 위치 및 크기 변화에 대응할 수 없었던 것과 달리, 각각의 로브 수용부(111)를 지속적으로 밀폐시킬 수 있어, 로터리 엔진(100)의 열효율이 향상될 수 있는 효과가 있다.

도 10에 보인 것처럼, 본 실시예의 코너 씰(147)은 몸체부(147a) 및 돌출부(147b)를 구비할 수 있다. 몸체부(147a)는 로브 씰(117)과 결합을 구현하도록 이루어지는 부분으로, 로브 씰(117)이 연장되는 두께 방향으로 연장되는 원통형으로 형성될 수 있다. 또한, 몸체부(147a)는 로브 씰(117)의 밀폐 막대의 단부를 수용하도록 형성되는 수용홈(147c)을 구비할 수 있다. 몸체부(147a)는 크랭크 축(180)의 축방향으로 로브 씰(117)의 양 단부에 삽입 장착될 수 있다.

돌출부(147b)는 몸체부(147a)에서 롤링 씰(127)에 접촉되도록 돌출 형성된다. 로터(120)의 회전 시, 돌출부(147b)는 롤링 씰(127)과 로터(120)에 슬라이딩될 수 있다. 돌출부(147b)는, 롤링 씰(127)과 로브 씰(117) 사이의 거리와, 로터(120)와 하우징 덮개(141, 142) 사이의 거리를 고려하여 해당 공간을 밀폐하기에 충분한 크기로 형성될 수 있다.

한편, 돌출부(147b)와 수용홈(147c)은, 도 10에 보인 것과 같이, 몸체부(147a)의 외주면에서 서로 동일한 방향으로 각각 돌출 및 리세스되도록 형성될 수 있다. 따라서, 로브 씰(117)과 돌출부(147b)는, 각각 로터(120)의 외곽면과 그와 인접한 면에 슬라이딩될 수 있다.

또한, 로브 씰(117)이 로터(120)의 외곽면을 가압하는 힘을 코너 씰(147)이 전달받도록, 돌출부(147b)와 수용홈(147c)에 의해 걸림턱(147d)이 형성될 수 있다. 도 9에 보인 것과 같이, 돌출부(147b)는 수용홈(147c)에 삽입되는 로브 씰(117)과 접촉되도록 이루어지는 걸림턱(147d)을 구비할 수 있다. 즉, 걸림턱(147d)은 돌출부(147b)와 수용홈(147c)이 서로 일정 부분 중첩됨으로써 형성될 수 있다. 로브 씰(117)이 에이펙스 탄성부재(117b)에 의해 힘을 받아 이동되면, 걸림턱(147d)에 의해 돌출부(147b)(코너 씰(147) 전체)도 롤링 씰(127)을 향하여 이동되고, 또한 탄성 지지될 수 있다.

아울러, 도 9에 보인 것처럼, 코너 씰(147)과 로브 씰(117)은 크랭크 축(180)의 축방향으로 서로 상대 이동 가능하도록 결합될 수 있다. 이를 위하여, 로브 씰(117)은 걸림턱(147d)을 형성하는 면에서 슬라이딩 가능하도록 수용홈(147c)에 삽입 장착될 수 있다.

이상에서 설명한 것과 같이, 본 실시예의 코너 씰(147)은 몸체부(147a)와 돌출부(147b)를 구비하고, 몸체부(147a)와 돌출부(147b) 사이의 걸림턱(147d)에 의해 로브 씰(117)이 로터(120)를 가압하는 탄성력을 전달받을 수 있다. 이와 같은 구조에 의해, 로브 씰(117)과 연동되어 가압력을 형성하는 코너 씰(147)이 간결한 구조에 의해 구현될 수 있다.

이하에서는, 본 실시예의 코너 씰(147)이 로브 씰(117)과 롤링 씰(127) 사이의 로터(120) 표면을 가압할 수 있는 구조에 대하여 설명한다. 도 9를 참조하면, 본 실시예에서 코너 씰(147)은 탄성 지지부(147e)를 구비할 수 있다. 탄성 지지부(147e)는 코너 씰(147)이 로브 씰(117)에 장착되었을 때, 크랭크 축(180)의 축방향으로 탄성력을 생성할 수 있다.

도 9에 도시된 것과 같이, 탄성 지지부(147e)는 코너 씰(147)의 몸체부(147a)와 하우징(110)을 서로 연결하도록 이루어질 수 있다. 도시된 위치와 같이 로브 씰(117)을 지지하는 하우징(110)에 탄성 지지부(147e)가 장착되는 경우는, 탄성 지지부(147e)는 압축력을 생성하도록 이루어지는 것일 수 있다. 즉, 탄성 지지부(147e)는 크랭크 축(180)의 축방향 중 하우징 덮개(141, 142)로부터 로터(120)를 향하는 방향으로 코너 씰(147)을 끌어당기는 힘을 갖도록 형성될 수 있다.

또한, 본 실시예의 하우징 덮개(141, 142)에는 코너 씰(147)의 일부를 수용하도록 장착홈(143)이 형성될 수 있다. 도 9에 보인 것과 같이, 하우징 덮개(141, 142)에서 하우징(110) 또는 로터(120)와 마주보는 면에서 리세스되도록 장착홈(143)이 형성될 수 있다. 장착홈(143)은 원통형의 몸체부(147a) 및 몸체부(147a)에서 돌출되는 돌출부(147b)의 일부를 수용하는 형상으로 이루어질 수 있다.

이때 장착홈(143)은, 내부에 안착되는 코너 씰(147)이 이동 가능하도록 코너 씰(147)보다 큰 공간으로 이루어질 수 있다. 특히, 코너 씰(147)이 이동 가능한 방향은, 롤링 씰(127)을 향하는 방향(크랭크 축(180)의 반경방향)과, 로브 씰(117)을 향하는 방향(로터(120)의 두께 방향)일 수 있다.

아울러, 장착홈(143) 내에는, 코너 씰(147)을 지지하여 가압하는 탄성 지지부(147f)가 장착될 수 있다. 장착홈(143) 내에 고정되는 탄성 지지부(147f)는 하우징(110)에 장착되는 탄성 지지부(147e)와 달리 인장력을 생성하여 코너 씰(147)을 로터(120)를 향하는 방향으로 가압하도록 이루어지는 것일 수 있다.

코너 씰(147)이 탄성 지지부(147e)를 구비하고, 장착홈(143) 내에 이동 가능하도록 안착됨으로써, 본 실시예의 코너 씰(147)은 로터(120)의 두께 방향으로 로터(120)와 하우징 덮개(141, 142) 사이의 간극이 가변되는 것에 대응하여 밀폐 기능을 수행할 수 있다. 따라서, 코너 씰(147)이 로브 씰(117)과 연동되어 로터(120)의 반경방향(도 9의 상하방향)으로 이동이 가능한 것과 함께, 롤링 씰(127)과 로브 씰(117) 사이의 간극이 효과적으로 밀폐될 수 있게 된다.

한편, 도 11은 도 1에 도시된 로터리 엔진(100)에 구비되는 윤활 유닛을 보인 종단면도이다. 도 11을 참조하면, 본 발명의 로터리 엔진(100)은 윤활 유닛(190)을 더 포함할 수 있다. 윤활 유닛(190)은 오일 팬(Oil Pan, 191), 오일 펌프(192) 및 오일 공급 유로(193)를 구비한다. 이들 구성요소들은 각각 오일을 저장하고, 오일을 펌핑하고, 오일을 코너 씰(147)에 공급하는 역할을 수행한다.

도 9에 도시된 실시예에서, 흡기측 덮개(141)에는 저유 덮개(150)가 함께 결합될 수 있다. 이때 흡기측 덮개(141)에서, 로터(120)를 향하도록 결합되는 후면에는 흡기홀(141a)이 형성될 수 있고, 그 반대편인 전면에는 오일 펌프(192)가 장착될 수 있다.

저유 덮개(150)는 흡기측 덮개(141)의 전면을 덮어 오일 펌프(192)를 수용하도록 형성될 수 있다. 그리고 저유 덮개(150)와 흡기측 덮개(141)에 의해 형성되는 공간과 연통되어 오일이 채워지도록 이루어지는 오일 팬(191)이 형성될 수 있다. 오일 팬(191)과 오일 펌프(192)는 오일을 퍼올리는 배관 또는 튜브 의해 서로 연결될 수 있고, 배관 또는 튜브의 단부에는 오일을 여과하는 오일 스트레이너(Strainer, 191a)가 오일 팬(191)에 잠길 수 있도록 더 구비될 수 있다.

오일 펌프(192)는 예를 들면, 회전체의 편심 회전에 의하여 오일을 흡상하는 트로코이드 펌프(Trochoid Pump)로 이루어질 수 있다. 특히, 도 11에 도시된 것처럼 크랭크 축(180)과 나란하게 회전되도록 이격 배치될 수 있다. 그리고 크랭크 축(180)의 외주면에는 체인 기어(183)가 장착되고, 트로코이드 펌프와 크랭크 축(180)은 체인 부재(192a)에 의하여 서로 연결될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 로터리 엔진(100)의 작동에 따라 크랭크 축(180)에 발생된 회전력이 트로코이드 펌프로 전달될 수 있다.

오일 공급 유로(193)는, 오일 펌프(192)로 퍼 올려진 오일이 코너 씰(147)에 공급되도록 연결될 수 있다. 즉, 일 단은 오일 펌프(192)의 토출 측과 연결되고 타 단은 코너 씰(147)과 인접한 지점에 위치된다.

본 발명의 윤활 유닛(190)은, 크랭크 축(180)에 동력이 발생됨에 따라 오일 펌프(192)의 동작이 개시되고, 오일 팬(191)에 채워진 오일이 오일 공급 유로(193)를 통하여 코너 씰(147)에 공급되도록 동작된다. 코너 씰(147)에 오일이 공급됨으로써, 코너 씰(147)의 마찰면에 윤활이 수행되고, 코너 씰(147)의 마찰면을 통하여 롤링 씰(127) 및 로브 씰(117)에도 오일이 공급되어 윤활이 수행될 수 있다.

나아가, 오일 펌프(192)는 체인 부재(192a)에 의하여 크랭크 축(180)과 연동되어 작동될 수 있다. 이로써, 오일 펌프(192)는 별도의 구동 수단이 추가될 필요 없이 작동이 가능하다. 나아가, 엔진의 출력이 높아짐에 따라 오일 공급이 증가되도록 가변될 수 있어, 엔진의 출력에 대응되는 가변적인 윤활 작용이 구현될 수 있는 이점이 있다.

본 발명에 구비되는 오일 공급 유로(193)는 하우징 유로(193a)와 공급 튜브(193b)를 포함할 수 있다. 하우징 유로(193a)는 하우징 덮개(141, 142)를 관통하는 내부 유로이며, 공급 튜브(193b)는 하우징(110) 및 하우징 덮개(141, 142)의 외부에 형성되는 외부 유로의 형태를 갖는다.

구체적으로 하우징 유로(193a)는, 일 단부가 하우징 덮개(141)의 외면에 노출되고 타 단부는 코너 씰(147)에 인접하도록 위치될 수 있다. 도 9에 보인 것처럼, 하우징 유로(193a)는 크랭크 축(180)의 반경방향으로 흡기측 덮개(141)를 직선으로 관통하도록 형성될 수 있다.

공급 튜브(193b)는 오일 펌프(192)와 하우징 유로(193a)를 서로 연통시키도록, 하우징(110) 및 하우징 덮개(141, 142)의 외부에 형성될 수 있다. 즉, 일 단부는 오일 펌프(192)의 토출 측 단부에 연결되고, 타 단부는 하우징 유로(193a)가 하우징 덮개(141, 142)의 외면에 노출되는 부분과 서로 연결될 수 있다.

위와 같이, 오일 공급 유로(193)가 하우징 유로(193a)와 공급 튜브(193b)의 조합으로 이루어짐으로써, 혼합기의 흐름을 이용하지 않고도 별도의 유로에 의한 오일 공급이 이루어질 수 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 로터리 엔진을 실시하기 위한 실시예들에 불과한 것으로서, 본 발명은 이상의 실시예들에 한정되지 않고, 이하의 청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 있다고 할 것이다.

100: 로터리 엔진 107: 씰링 유닛
110: 하우징 111: 로브 수용부
112: 연소실 113: 장착홀
114: 피크부 117: 로브 씰
120: 로터 121: 지지부
122: 관통홀 123a: 제1저장부
123b: 제2저장부 124a: 흡기포트
124b: 배기포트 125: 리브
127: 롤링 씰 130: 점화 플러그
141: 흡기측 덮개 141a: 흡기홀
142: 배기측 덮개 142a: 배기홀
143: 장착홈 147: 코너 씰
147a: 몸체부 147b: 돌출부
147c: 수용홈 147d: 걸림턱
147e: 탄성 지지부 150: 저유 덮개
160: 가이드 기어 170: 로터 기어
171: 플랜지부 172: 기어부
173: 보스부 180: 크랭크 축
181: 축부 182: 편심부
183: 체인 기어 190: 윤활 유닛
191: 오일 팬 192: 오일 펌프
192a: 체인 부재 193: 오일 공급 유로
193a: 하우징 유로 193b: 공급 튜브

Claims

내부에 N개(N은 3 이상인 자연수)의 로브 수용부와, 각각의 상기 로브 수용부와 연통되는 연소실을 구비하는 하우징;
상기 하우징의 중심으로부터 편심되어 회전하고, 각각 상기 로브 수용부에 연속적으로 수용되는 N-1개의 로브를 구비하는 로터;
상기 로브 수용부를 오버랩하여 상기 하우징에 결합되는 하우징 덮개; 및
상기 N개의 로브 수용부를 각각 밀폐시키도록 이루어지는 씰링 유닛을 포함하며,
상기 씰링 유닛은,
상기 하우징 덮개와 슬라이딩되도록 상기 로터에서 돌출 형성되고, 상기 로브의 둘레를 따라 연장되는 롤링 씰;
서로 이웃한 상기 로브 수용부를 서로 격리시키도록 상기 하우징으로부터 돌출되어 상기 로터에 탄성 지지되도록 형성되는 N개의 로브 씰; 및
각각의 상기 로브 씰로부터 상기 하우징 덮개와 로터 사이에 삽입되도록 돌출되어, 상기 롤링 씰에 탄성 지지되도록 이루어지는 코너 씰을 구비하는 로터리 엔진.
제1항에 있어서,
상기 코너 씰은,
상기 로브 씰의 단부를 수용하는 수용홈을 구비하는 몸체부; 및
상기 몸체부에서 상기 롤링 씰을 향하여 돌출 형성되고 상기 롤링 씰 및 로터와 슬라이딩되도록 형성되는 돌출부를 포함하는 로터리 엔진.
제2항에 있어서,
상기 돌출부는, 상기 수용홈에 삽입되는 상기 로브 씰과 접촉되도록 형성되어 상기 롤링 씰을 향하는 방향으로 탄성력을 전달받도록 이루어지는 걸림턱을 구비하는 로터리 엔진.
제3항에 있어서,
상기 로브 씰은 상기 걸림턱과 슬라이딩 가능하도록 상기 수용홈에 삽입되는 것을 특징으로 하는 로터리 엔진.
제2항에 있어서,
상기 몸체부는 상기 로터의 두께 방향으로 연장되는 상기 로브 씰과 나란하게 연장되는 원통형으로 이루어지고,
상기 돌출부 및 수용홈은, 상기 몸체부의 외주면에서 서로 동일한 방향으로 각각 돌출 및 리세스되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 로터리 엔진.
제5항에 있어서,
상기 돌출부 및 수용홈은 상기 몸체부의 연장 방향으로 서로 일부가 중첩되도록 이루어져, 상기 수용홈에 삽입된 상기 로브 씰이 상기 돌출부에 걸리는 걸림턱을 형성하는 것을 특징으로 하는 로터리 엔진.
제1항에 있어서,
상기 코너 씰은, 상기 하우징에 결합되고 상기 하우징 덮개로부터 상기 로터를 향하는 방향으로 탄성력을 생성하도록 이루어지는 탄성 지지부를 구비하는 로터리 엔진.
제1항에 있어서,
상기 하우징 덮개는, 상기 코너 씰의 일부를 수용하도록 상기 하우징 또는 로터와 마주보는 면에서 리세스되는 장착홈을 구비하는 로터리 엔진.
제8항에 있어서,
상기 코너 씰은, 상기 롤링 씰을 향하는 방향 및 상기 로브 씰을 향하는 방향으로 이동 가능하도록 상기 장착홈 내에 안착되는 것을 특징으로 하는 로터리 엔진.