KR20180127848A

KR20180127848A - 로터리 엔진

Info

Publication number: KR20180127848A
Application number: KR1020170063123A
Authority: KR
Inventors: 이윤희; 유병훈; 오휘성; 이병철
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2017-05-22
Filing date: 2017-05-22
Publication date: 2018-11-30
Also published as: US10954848B2; KR102282775B1; CN110651106B; US20180334955A1; CN110651106A; WO2018216894A1

Abstract

본 발명은, 하우징, 로터, 하우징 덮개; 및 로터를 관통하도록 설치되고, 로터로부터 회전력을 전달받는 크랭크축을 포함하며, 크랭크축은, 일방향으로 연장 형성되고, 일 측면에 리세스되도록 이루어지는 삽입홈을 구비하는 제1부재; 상기 하우징의 중심부를 관통하도록 연장 형성되고, 일단에 상기 삽입홈에 끼워져 고정되는 돌출부를 구비하는 제2부재; 및 상기 삽입홈과 상기 돌출부가 서로 오버랩되는 위치에 개재되어 상기 제1부재와 제2부재를 서로 밀착시키는 결합부재를 포함하여, 분리형 크랭크 축의 구조가 개선된 로터리 엔진에 관한 것이다.

Description

로터리 엔진{ROTARY ENGINE}

본 발명은 회전운동으로 동력을 발생시키는 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, 흡기압축폭발배기의 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. 이러한 로터리 엔진에 대한 것은 한국공개특허공보 제10-2014-0022029호 (2014.02.21.공개)에 개시되어 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 하우징의 내부 공간은, 로터리 엔진의 외부 또는 각 공간 상호 간에 밀폐되는 것이 필요하다. 또한, 크랭크축의 회전에 의해 로브 수용부에 수용되는 로터의 움직임이 형성되는데, 흡입, 압축, 폭발, 배기의 각 행정 수행시 크랭크축의 안정적인 움직임은 필수적이다.

크랭크축에는 로터가 결합되는데, 크랭크축이 회전하면서 반경 방향으로의 거동이 발생하게 되면, 로터는 양 측에 위치되는 하우징 덮개와 접촉되는 문제점이 발생한다. 로터와 하우징 덮개가 서로 접촉하면서 마모되면, 로터의 내구성에 좋지 않은 영향을 미치며, 하우징 덮개와 로터의 변형을 야기하는 문제점이 생기게 된다.

특히, 크랭크축은 로터가 결합되는 편심부를 구비하는데, 편심부에는 로터가 결합되어 고속으로 회전하므로, 크랭축의 축변형을 저감시켜 로터의 마모를 줄일 수 있는 방안이 문제된다.

이에, 편심축에 결합되는 로터의 안정적인 움직임이 가능하면서도 로터와 하우징 덮개와의 접촉을 제한하여 불필요한 마모가 발생하지 않을 수 있는 크랭크축의 구조 변경을 고려할 수 있다.

공개특허공보 KR10-2014-0022029 (2014.02.21. 공개)

본 발명의 일 목적은, 크랭크축의 구조를 변형하여, 로터와 하우징 덮개와의 불필요한 접촉을 막을 수 있는 로터리 엔진의 구조를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 일 목적은, 2개의 부재로 이루어지도록 크랭크축의 구조를 변경하여 크랭크축의 반경 방향으로의 움직임을 최소화 할 수 있는 로터리 엔진의 구조를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 일 목적은, 크랭크축의 제1 부재와 제2 부재가 밀착되도록 결합되어, 크랭크축이 고속으로 회전하는 경우라도 양 부재 사이의 접촉면에서 생기는 움직임을 최소화하기 위한 로터리 엔진의 구조를 제공하기 위한 것이다.

이와 같은 본 발명의 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 로터리 엔진은, 하우징, N개(N은 3 이상인 자연수)의 로브 수용부와, 상기 하우징의 중심으로부터 편심되게 회전하면서 수용되는 N-1개의 로브를 구비하는 로터, 하우징 덮개; 및 상기 로터로부터 회전력을 전달받는 크랭크축을 포함하며, 상기 크랭크축은, 제1부재의 삽입홈에 제2부재의 돌출부가 결합되어 이루어지며, 삽입홈과 상기 돌출부가 서로 오버랩되는 위치에 개재되어 상기 제1부재와 제2부재를 서로 밀착시키는 결합부재를 포함하도록 이루어진다. 이에 따라, 제1부재와 제2부재로 이루어지는 크랭크 축의 이상 거동을 제한하여 로터와 하우징 덮개의 내측면 사이의 접촉이 일어나지 않도록 한다.

또한, 로터리 엔진은 삽입홈의 내측면에 대응되는 형상으로 이루어지고, 삽입홈에 설치되어 상기 돌출부와 상기 삽입홈 사이에 위치되는 부싱을 더 포함하도록 이루어져, 제1부재와 제2부재의 결합부에 형성되는 간극을 줄여 크랭크 축의 불안정한 거동을 방지할 수 있게 된다.

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

상기와 같은 구조를 가지는 로터리 엔진에 의해, 크랭크축은 고속으로 회전하더라도 안정적으로 움직임이 형성되며, 크랭크축의 편심부에 결합된 로터의 좌우 움직임을 제한하여, 로터는 양측에 위치되는 하우징 덮개와 접촉되는 것이 차단될 수 있게 된다. 이에 따라, 로터의 마모와 변형을 줄일 수 있으며, 하우징 덮개가 로터와의 접촉으로 손상되는 것을 막을 수 있으므로, 내구성이 증가될 수 있게 된다.

또한, 제1 부재와 제2 부재의 결합에 의해 크랭크축은 고속 회전시에도 축 방향을 따라 움직임이 제한될 수 있게 된다. 이에, 로터와 하우징 덮개의 접촉이 발생하지 않으며, 로터리 엔진의 내구성 향상이 가능하게 된다.

또한, 크랭크축은 제1 부재의 삽입홈에 제2 부재의 돌출부가 삽입되며, 삽입홈과 돌출부 사이에는 결합부재가 개재됨으로써, 제1 부재와 제2 부재는 더욱 밀착될 수 있으며, 크랭크축이 고속으로 회전하는 경우에도 양 부재의 접촉면에서 생기는 움직임이 최소화되므로, 크랭크축에 결합되는 로터의 원활한 움직임이 이루어질 수 있게 된다.

도 1은, 본 발명에 따른 로터리 엔진의 종단면도.
도 2는, 도 1에 도시된 로터리 엔진의 일부 구성요소들의 분해도.
도 3은, 도 1에 도시된 로터리 엔진의 내부 구조를 나타내는 개념도.
도 4a 및 도 4b는, 도 1에 도시된 로터를 서로 다른 방향에서 바라본 사시도.
도 5는, 로터리 엔진의 크랭크 축이 높은 rpm으로 회전할 때 발생할 수 있는 문제점을 나타내는 개념도.
도 6은, 본 발명에 따른 로터리 엔진의 크랭크 축의 모습을 나타내는 사시도.
도 7은, 도 6의 크랭크 축의 분해도.
도 8a는, 도 6의 크랭크 축을 A 방향으로 절개한 단면도.
도 8b는, 도 6의 크랭크 축을 B 방향으로 절개한 단면도.
도 9는, 본 발명에 따른 크랭크 축이 설치되는 경우의 로터리 엔진의 내부 모습을 나타내는 개념도.

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

본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 명세서에 개시된 실시 예를 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 실시 예를 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 일부 구성요소들의 분해 사시도이다.

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 변화된다. 이 과정에서 흡기압축폭발배기의 4개의 행정이 연속적으로 일어나도록 구성된다. 크랭크 축(180)은 로터(120)의 편심 회전에 대응하여 회전되며, 타 기관과 연결되어 생성된 동력을 전달하게 된다.

본 발명에 따른 로터리 엔진(100)은, 하우징(110), 점화 플러그(130), 로터(120), 하우징 덮개(141, 142), 로터 기어(170) 및 크랭크 축(180)을 포함한다.

하우징(110)은 내부에 N개(N은 3 이상인 자연수)의 로브 수용부(111)를 구비한다. 도 2에서는 로브 수용부(111)가 3개(즉, N=3)로 구성된 일 예를 보이고 있다. 다만, 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.

각 로브 수용부(111)의 상부 중앙에는 로브 수용부(111)와 연통되는 N개의 연소실(112)이 구비된다. 연소실(112)은 로브 수용부(111)를 형성하는 하우징(110)의 내측벽에서 리세스된 형태를 가지도록 이루어진다. 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 충전된 혼합기를 점화시키기 위한 점화 플러그(130)가 설치될 수 있다.

점화 플러그(130)는 하우징(110)의 장착홀(113)에 장착되며, 연소실(112)의 상부에 노출되도록 배치될 수 있다. 장착홀(113)은 연소실(112)과 연통되도록 이루어진다.

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

도 3은 도 1에 도시된 로터리 엔진(100)의 내부 구조를 보인 개념도이며, 도 4a 및 도 4b는 도 1에 도시된 로터(120)를 서로 다른 방향에서 바라본 사시도이다.

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

로터(120)의 전면부에는 하우징 덮개(141, 142) 중 하나인 흡기측 덮개(141)를 통해 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 보강하고, 냉각 핀(fin) 역할을 수행하는 리브(125)가 복수의 개소에서 돌출 형성될 수 있다. 이때, 적어도 하나의 리브(125')는 지지단(121)과 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.

도 1과 도 2에서 보는 바와 같이, 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.

또한, 로터리 엔진의 흡기측 덮개(141)에는 저유 덮개(150)가 더 장착될 수 있으며, 저유 덮개(150)와 흡기측 덮개(141) 사이에는 오일 펌프(192)가 구비될 수 있다. 오일 펌프(192)는 체인 부재(192a)에 의해 크랭크 축(180)의 체인 기어부(미도시)와 연결되고, 발생된 동력에 의해 가동되어 윤활을 위한 오일을 순환시킬 수 있다.

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 포함한다. 이들 구성요소들은 오일을 저장 및 펌핑하여 마찰부에 공급하는 역할을 한다.

흡기측 덮개(141)에는 저유 덮개(150)가 결합될 수 있다. 로터(120)를 향해 결합되는 흡기측 덮개(141)의 후면에는 흡기홀(141a)이 형성될 수 있고, 그 반대편전면에는 오일 펌프(192)가 장착될 수 있다.

저유 덮개(150)는 흡기측 덮개(141)의 전면을 덮어 오일 펌프(192)를 수용하도록 이루어질 수 있다. 오일 팬(191)은, 저유 덮개(150)와 흡기측 덮개(141)에 의해 형성되는 공간의 저면과 연통되고 오일이 채워지도록 이루어지도록 형성될 수 있다.

오일 팬(191)과 오일 펌프(192)는 오일을 퍼올리는 배관 또는 튜브(미도시)에 의해 서로 연결될 수 있고, 그 배관 또는 튜브의 단부에는 오일을 여과하는 오일 스트레이너(Strainer, 191a)가 오일 팬(191)에 잠기도록 설치된다.

오일 펌프(192)는, 회전체의 편심 회전에 의하여 오일을 흡상하는 트로코이드 펌프(Trochoid Pump)로 이루어질 수 있다. 크랭크 축(180)과 나란하게 회전되도록 배치될 수 있다. 크랭크 축(180)의 외주면에는 체인 기어(192c)가 장착되고, 트로코이드 펌프와 크랭크 축(180)은 체인 부재(192a)에 의하여 서로 연결될 수 있다. 이에, 본 발명에 따른 로터리 엔진(100)의 작동에 따라 크랭크 축(180)에 발생된 회전력은 트로코이드 펌프로 전달될 수 있다.

오일 공급 유로(193)는, 오일 펌프(192)로 퍼올려진 오일이 각 구성으로 공급되도록 연결될 수 있다.

윤활 유닛(190)은, 크랭크 축(180)에 동력에 의해 오일 펌프(192)의 동작이 개시되고, 오일 팬(191)에 채워진 오일은 오일 공급 유로(193)를 따라 이동하면서 각 구성의 윤활을 형성할 수 있게 된다.

오일 펌프(192)는 체인 부재(192a)에 의하여 크랭크 축(180)과 연동되어 작동될 수 있다. 이에, 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 있게 된다.

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.

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.

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 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(182a)가 삽입되는 수용부(174)가 형성되며, 편심부(182a)는 수용부(174) 내에서 회전 가능하게 구성된다. 상기 구성에 의해, 로터(120)의 편심 회전에 대응하여 수용부(174)에 수용된 편심부(182a)가 회전하게 된다. 구조적으로, 로터(120)가 반시계 방향으로 1바퀴 편심 회전하면, 크랭크 축(180)의 제1부재(181)와, 제2부재(182)의 지지부(182b)는 시계 방향으로 N-1 바퀴 회전하게 된다.

로터 기어(170)는 로터(120)의 지지단(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 지지단(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(182a)가 삽입될 수 있도록 상기 기어부(172)와 상기 보스부(173)를 관통하여 형성되는 수용부(174)를 포함하여 구성될 수 있다.

로터리 엔진(100)은 로브 수용부(111) 내에 위치되는 로터(120)의 편심 회전에 따라 회전력을 크랭크 축(180)을 통해 연결된 장치에 동력을 전달하는 역할을 하며, 한 사이클 동안 흡기-압축-폭발(팽창)-배기의 4개의 행정으로 작동하게 된다.

도 1 내지 도 3을 참고하여, 각 행정 동안의 하우징(110) 내의 로터(120)의 움직임에 따른 흡기-압축-폭발(팽창)-배기의 각 행정에 대해 개략적으로 살펴본다.

우선, 흡기과정은 하우징(110) 내부를 반시계방향으로 회전하는 로터(120)에 의해 이루어지며, 로터(120)의 회전 각도가 0도에서 120도까지 변하는 과정에서 하우징(110)의 상부에 구비되는 로브 수용부(111)와 이에 연통하는 연소실(112)에는 흡기포트(124a)를 통하여 혼합기가 유입되게 된다.

흡기과정이 종료된 혼합기는 로터(120)의 회전에 의해 압축이 개시된다. 압축과정은 로터(120)의 회전 각도가 120도에서 180도까지 변하는 동안 이루어지는데, 압축비는 로터(120)가 180도 회전되었을 때 최대가 되며, 이때 혼합기는 이상적으로는 연소실(112) 내에 완전히 충진된 상태가 될 것이다.

압축과정의 말기에는 점화 플러그(130)에 의한 점화가 이루어져 혼합기의 연소과정이 시작된다. 연소과정은 폭발과정의 초기까지 이어진다. 연소과정은 로터(120)의 회전각도가 160도 근방에서 개시되며, 로터(120)의 회전각도가 200도 근방일 때 종료된다.

한편, 도 3에서 보듯이, 하우징(110)의 좌측 하단에 구비되는 로브 수용부(111)와 이에 연통하는 연소실(112)에는 흡기포트(124a)를 통해 혼합기가 유입되는 흡기과정이 시작된다. 즉, 흡기압축폭발(팽창)배기과정은 로터(120)의 회전방향에 대응되는 로브 수용부(111) 및 이와 연통되는 연소실(112)에서 연속적으로 일어날 수 있게 된다.

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

앞선 흡기과정은, 로터(120)의 회전각도가 120도인 상태, 즉, 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 과팽창의 효과를 얻을 수 있게 된다.

배기과정은 로터(120)의 회전각도가 270도에서 360도까지 변하는 동안 이루어진다. 생성된 배기가스는 로터(120)가 270도에서 360도까지 반시계방향으로 회전하는 동안 배기포트(124b)를 통하여 배출될 수 있게 된다.

도 5는, 로터리 엔진(100)의 크랭크 축(180)이 고 rpm으로 회전하면서 발생할 수 있는 문제점을 보여주는 개념도이다.

로터리 엔진(100)은 로터(120)의 움직임에 의해 혼합기의 압축 및 팽창이 이루어지며, 크랭크 축(180)을 통해 동력을 전달하게 된다. 크랭크 축(180)은 조립과 가공의 용이성을 위해 제1부재(181)와 제2부재(182)를 결합하여 고정하는 방식으로 구성할 수 있다. 구체적으로, 제1부재(181)와 제2부재(182)는, 제1부재(181)의 일 측면에 리세스되도록 이루어지는 삽입홈(181a)에 제2부재(182)의 돌출부(182c)가 결합되는 방식으로 이루어지게 된다.

로터리 엔진(100)의 각 행정의 동작 과정에서 크랭크 축(180)은 대략 200 내지 400 rpm으로 회전하는데, 이러한 운동에 의해 제1부재(181)와 제2부재(182) 사이의 결합면에서의 간극에 의해, 크랭크 축(180)의 떨림이나 진동이 생기며, 로터(120)의 좌우 움직임이 형성되게 된다.

로터(120)는 하우징(110)의 내부에 수용되고, 하우징(110)의 양 단에 각각 흡기측 덮개(141)와 배기측 덮개(142)가 결합 설치된다.

또한, 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.

로터(120)는 제2부재(182)의 편심부(182a)에 결합되므로, 제1부재(181)와 제2부재(182)의 결합면 사이에서 간극이 형성되게 되면, 도 5에서 보는 바와 같이, 로터(120)는 좌우 움직임이 발생할 수 있으며, 이 경우, 로터(10)는 흡기측 덮개(141)와 배기측 덮개(142)의 내측면에 접촉되는 현상이 생길 수 있다.

이는, 로터(120)의 마모를 일으켜 내구성에 좋지 않은 영향을 미칠 수 있으며, 흡기측 덮개(141)와 배기측 덮개(142)의 불필요한 파손을 야기하여 흡입기가 압축되어 토출되는 과정에서 밀폐되지 못하고 외부로 유출되는 문제점이 발생할 수 있게 된다.

도 6은, 본 발명에 따른 로터리 엔진(100)의 크랭크 축(180)의 모습을 나타내는 사시도이며, 도 7은 도 6의 크랭크 축(180)을 분해도이다.

본 발명에 따르는 로터리 엔진(100)은 크랭크 축(180)을 구성으로 포함한다.

크랭크 축(180)은, 로터(120)로부터 회전력을 전달받아 연결된 장치에 전달하는 역할을 하는 것으로, 제1부재(181)와 제2부재(182)가 결합되는 구조를 가진다.

크랭크 축(180)은, 로터리 엔진(100)을 관통하도록 구성되는 축부(181, 182b)와 축부(181, 182b)로부터 편심되게 형성되어 로터 기어(170)의 수용부(174)에 삽입되는 편심부(182a)를 포함한다. 축부(181, 182b)를 통해 타 기관(시스템)과 연결되어 로터리 엔진(100)에서 형성되는 동력을 타 기관(시스템)으로 전달할 수 있게 된다.

여기서, 축부(181, 182b)란 제1부재(181) 및 제2부재(182)의 지지부(182b)로 이루어지는 구성을 의미한다.

제1부재(181)는 일방향으로 연장 형성되고, 일단 면에 리세스되도록 이루어지는 삽입홈(181a, 도 8 참조)을 구비한다. 삽입홈(181a)에는 제2부재(182)의 돌출부(182c)가 결합되며, 제1부재(181)는 전방으로 흡기측 덮개(141)를 관통한다.

제1부재(181)의 외주면 일 측에는 삽입홈(181a)을 연통하도록 이루어지는 제1체결홀(181a)이 형성되며, 제1체결홀(181a)에는 결합부재(184a)가 삽입되어 제2부재(182)와 단단하게 결합될 수 있게 된다. 여기서, 결합부재(184a)는 무두볼트를 의미할 수 있다.

제1부재(181)의 외주면 일측에는 제1체결홀(181a)과 이격된 위치에 지지홀(181b)이 형성된다. 지지홀(181b)에는 결합부재(184b)가 삽입될 수 있으며, 일단이 제2부재(182)의 돌출부(182c)의 외측면을 지지하도록 이루어질 수 있다. 여기서, 결합부재(184a)는 무두볼트를 의미할 수 있다.

제1부재(181)의 외주면에 형성되는 제1체결홀(181a)과 지지홀(181b)은 대략 90도 각도를 가지도록 형성되어, 여기에 체결되는 각 결합부재(184a, 184b)에 의해 제1부재(181)와 제2부재(182)의 전후 좌우 움직임을 제한하면서 더욱 밀착되어 결합될 수 있게 된다.

제2부재(182)는 하우징(110)의 중심부를 관통하도록 연장 형성되며, 후방으로는 배기측 덮개(142)를 관통하도록 이루어질 수 있다.

제2부재(182)는, 삽입홈(181a)에 결합 고정되는 편심부(182a)와 편심부(182a)로부터 연장 형성되고, 제1부재(181)와 중심축을 공유하도록 이루어지는 지지부(182b)로 이루어진다.

편심부(182a)의 일단에는 제1부재(181)의 삽입홈(181a)이 끼워져 고정되는 돌출부(182c)가 형성된다. 돌출부(182c)는 외측면이 D컷 지도록 형성될 수 있으며, 돌출부(182c)의 D컷면(182c')에는 후술할 부싱(183)이 결합되어 위치된다.

제2부재(182)의 돌출부(182c)에는 중심부를 향해 형성되는 제2체결홀(181d)이 형성되며, 돌출부(182c)가 삽입홈(181a)에 삽입되면 제1부재(181)의 제1체결홀(184a)과 중첩되도록 위치된다. 제2체결홀(181d)은 제1체결홀(184a)을 지나는 결합부재(184a)와 나사 체결로 고정될 수 있다.

제1체결홀(184a)과 상기 제2체결홀(181d)은 서로 중첩되도록 위치될 수 있으며 복수개로 구성될 수 있다.

도 7에서 보듯이, 크랭크 축(180)은, 부싱(183)을 더 포함할 수 있다.

부싱(183)은 원통 형상으로 이루어지고, 부싱(183)의 외면은 삽입홈(181a)의 내측면에 대응되는 형상을 가지도록 이루어진다. 부싱(183)은 삽입홈(181a)에 설치되며 돌출부(182c)와 삽입홈(181a) 사이에 위치된다.

부싱(183)의 내주면은 D컷 지도록 이루어지며, 제1부재(181)의 돌출부(182c)가 끼워지도록 이루어져 서로 밀착되게 결합된다. 이에 따라, 부싱(183)과 제1부재(181) 간에 형성되는 상대 회전을 제한할 수 있게 된다.

부싱(183)은 제1부재(181)와 제2부재(182) 사이의 간극을 줄이며, 돌출부(182c)의 외측면과 접하면서 제1부재(181)와 제2부재(182)의 결합면 사이에 형성되는 움직임을 제한하는 역할을 한다.

부싱(183)의 외주면에는 지지홀(183b)과 제1체결홀(183a)이 각각 형성되어, 제1부재(181)에 형성되는 지지홀(181b) 및 제1체결홀(181a)과 서로 중첩되도록 위치될 수 있다. 부싱(183)에 형성되는 제1체결홀(183a)의 내측면에는 나사탭이 형성될 수 있다.

도 8a은, 도 6의 크랭크 축(180)을 A 방향으로 절개한 단면도를 나타내며, 도 8b는, 도 6의 크랭크 축(180)을 B 방향으로 절개한 단면도를 나타낸다. 또한, 도 9는, 본 발명에 따른 크랭크 축(180)이 설치되는 경우의 로터(120)의 모습을 나타내는 개념도이다.

앞서 살펴본 바와 같이, 크랭크 축(180)은 제1부재(181)의 삽입홈(181a)에 부싱(183)이 결합되며, 부싱(183)에 제2부재(182)의 돌출부(182c)가 삽입되어 결합되는 구조를 가진다.

결합부재(184a)는, 제1체결홀(181a)과 제2체결홀(181d)에 각각 삽입되도록 설치될 수 있으며, 다른 결합부재(184b)는, 제1부재(181)의 지지홀(181b)에 삽입되어, 제2부재(182)의 편심부(182a)의 D컷면(182c')을 지지하도록 이루어질 수 있다.

결합부재(184a)는, 일단에 나사탭이 형성되는 무두볼트를 의미할 수 있다.

결합부재(184a)는 제1체결홀(181a, 183a)을 관통하도록 설치되며, 결합부재(184a)에 형성되는 나사탭이 부싱(183)의 제1체결홀(183a)의 내측면에 형성되는 나사탭에 나사 결합되도록 위치될 수 있다. 이 경우, 로터리 엔진(100)의 구동으로 온도가 상승하는 경우라도 열팽창에 의해 결합부재(184a)는 외부로 돌출되거나 이탈되는 것을 방지할 수 있게 된다. 또한, 이러한 결합부재(184a)의 삽입으로 크랭크 축(180)의 동심도가 틀어지는 것을 최소화할 수 있으며, 나사체결로 인해 결합부재(184a)가 이탈되는 것이 방지될 수 있게 된다.

또한, 다른 결합부재(184b)는 제1부재(181)에 형성되는 지지홀(181b)과 부싱(183)에 형성되는 지지홀(183b)을 관통하도록 이루어져, 결합부재(184b)의 일 단이 제2부재(182)의 돌출부(182c)의 D컷면(182c')을 지지하도록 설치될 수 있다.

크랭크 축(180)은 안정적인 움직임이 가능하며, 제1부재(181)와 제2부재(182)는 결합부재(184a, 184b) 및 부싱(183)을 통해 강건한 결합구조를 가질 수 있으므로 고속으로 회전하더라도 뒤틀림이나 제1부재(181)와 제2부재(182)의 결합면에서 이격이 생기지 않을 수 있게 된다. 이에, 도 9에서 보는 바와 같이, 로터리 엔진(100)의 구동에도 불구하고, 로터(120)는 좌우 방향으로의 움직이지 않게 되므로, 로터(120)의 양 측에 형성되는 흡기측 덮개(141) 및 배기측 덮개(142)와의 접촉이 발생하지 않을 수 있다.

또한, 로터(120)에 불필요한 마모가 발생하지 않아 내구성이 향상될 수 있으며, 크랭크 축(180)의 변형 저감에 따라 기존 운전 속도보다 높은 속도(최대 2500rpm)까지 운전 속도를 높이는 것이 가능하게 된다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 로터리 엔진을 실시하기 위한 실시예들에 불과한 것으로서, 본 발명은 이상의 실시예들에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 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 110: 하우징
111: 로브 수용부 112: 연소실
120: 로터 130: 점화 플러그
141: 흡기측 덮개 142: 배기측 덮개
150: 저유덮개 160: 가이드기어
170: 로터기어 180: 크랭크 축
181: 제1 부재 181a: 삽입홈
182: 제2 부재 182a: 편심부
182b: 지지부 182c: 돌출부
183: 부싱

Claims

N개(N은 3 이상인 자연수)의 로브 수용부와, 상기 각 로브 수용부와 연통되는 연소실을 구비하는 하우징;
상기 하우징의 중심으로부터 편심되게 회전하면서 상기 각 로브 수용부에 연속되게 수용되는 N-1개의 로브를 구비하는 로터;
상기 하우징의 양 단에 결합되고, 상기 각 로브 수용부를 덮도록 이루어져 밀폐 공간을 형성하는 하우징 덮개; 및
상기 로터를 관통하도록 설치되고, 상기 로터로부터 회전력을 전달받는 크랭크축을 포함하며,
상기 크랭크축은,
일방향으로 연장 형성되고, 일 측면에 리세스되도록 이루어지는 삽입홈을 구비하는 제1부재;
상기 하우징의 중심부를 관통하도록 연장 형성되고, 일단에 상기 삽입홈에 끼워져 고정되는 돌출부를 구비하는 제2부재; 및
상기 삽입홈과 상기 돌출부가 서로 오버랩되는 위치에 개재되어 상기 제1부재와 제2부재를 서로 밀착시키는 결합부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 로터리 엔진.
제1항에 있어서,
상기 삽입홈의 내측면에 대응되는 형상으로 이루어지고, 상기 삽입홈에 설치되어 상기 돌출부와 상기 삽입홈 사이에 위치되는 부싱을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로터리 엔진.
제2항에 있어서,
상기 부싱의 내주면은 D컷 지도록 이루어지고, 상기 돌출부의 외측면과 접해 상기 제1부재와 상기 제2부재의 결합면 사이에 형성되는 움직임을 제한하는 것을 특징으로 하는 로터리 엔진.
제1항에 있어서,
상기 제1부재에는, 외주면 일 측에 상기 삽입홈을 관통하도록 이루어지는 제1체결홀이 형성되고,
상기 제2부재의 돌출부에는 중심부를 향해 제2체결홀이 형성되며,
상기 제1체결홀과 상기 제2체결홀은, 상기 제1부재와 제2부재의 결합에 의해 서로 중첩되도록 위치되는 것을 특징으로 하는 로터리 엔진.
제4항에 있어서,
상기 제1체결홀 및 상기 제2체결홀은 복수개로 이루어지는 것을 특징으로 하는 로터리 엔진.
제4항에 있어서,
상기 결합부재는, 상기 제1체결홀과 상기 제2체결홀에 각각 삽입되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 로터리 엔진.
제1항에 있어서,
상기 돌출부는, 외측면이 D컷 지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 로터리 엔진.
제5항에 있어서,
상기 제1부재의 외주면 일측에는 상기 제1체결홀과 이격되게 지지홀이 형성되며,
상기 결합부재는, 상기 지지홀에 삽입되어 상기 돌출부의 외측면을 지지하는 것을 특징으로 하는 로터리 엔진.
제1항에 있어서,
상기 제2부재는,
일 단에 상기 제1부재의 중심축과 편심된 회전축을 구비하고, 상기 삽입홈에 결합 고정되는 편심부; 및
상기 편심부로부터 연장 형성되고, 상기 제1부재와 회전축을 공유하도록 이루어지는 지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 로터리 엔진.