KR20190000689A

KR20190000689A - 씰링 구조를 개선한 로터리 엔진

Info

Publication number: KR20190000689A
Application number: KR1020170080012A
Authority: KR
Inventors: 유병훈; 이윤희; 오휘성; 이병철
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2017-06-23
Filing date: 2017-06-23
Publication date: 2019-01-03

Abstract

본 발명은 로터리 엔진의 씰링 구조를 개선하여, 실링 부품의 갯수를 절감하고 씰링 성능을 확보할 수 있도록 한 것이다.
본 발명에 따른 로터리 엔진은 로브 수용부의 최내측 피크에 구비되는 에이펙스 씰과, 로터의 회전축 방향의 양면에 구비되어 로터의 외주면과 일치하는 외주면을 구비하는 사이드 씰을 포함하여, 사이드 씰이 에이펙스 씰과 접촉할 수 있는 구조를 제공한다. 이러한 구조는 사이드 씰과 에이펙스 씰 사이에 간극이 발생하지 않음으로써, 별도로 추가되었던 버튼 씰을 삭제할 수 있는 효과를 가져온다.

Description

씰링 구조를 개선한 로터리 엔진{ROTARY ENGINE HAVING ENHANCED SEALING STRUCTURE}

본 발명은 실링 구조를 개선한 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→연소 팽창→배기의 4행정이 연속적으로 일어나도록 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.

로터에 의해 구획되는 하우징 내부 공간은, 로터리 엔진의 외부 또는 각 공간 상호 간 밀폐가 유지되는 것이 요구된다. 이를 위하여, 통상적으로 하우징과 로터가 서로 마찰되는 면들에 사이드 씰(Side Seal), 에이펙스 씰(Apex Seal) 및 버튼 씰(Button Seal)이 구비된다.

사이드 씰은 로터와 함께 회전되도록 로터에 장착되고, 에이펙스 씰 및 버튼 씰은 로터와 마찰면을 이루는 하우징에 고정되도록 이루어진다.

이러한 씰링 부품들의 밀폐 능력은 로터리 엔진의 열효율과 직결되지만, 다른 한편으로 로터의 회전 시 이들 씰링 부품들의 접촉 및 마찰은 로터리 엔진의 효율을 감소시키고, 부품 신뢰성을 저하시킬 수 있다.

아울러, 하우징 내부에서 로터가 편심되어 회전하기 위해서는 하우징 내부와 로터 사이에 소정의 간극이 필요하다. 그리고 이러한 간극으로 인하여, 로터의 회전 시 사이드 씰과 에이펙스 씰 사이의 공간은 일정한 위치 또는 간격을 유지하지 못하고 변화하게 된다. 이때, 종래 형태의 버튼 씰에 의하여는 사이드 씰과 에이펙스 씰 사이의 누설 공간을 완벽하게 밀폐하기 어려운 문제점이 있었다. 따라서, 윤활 시스템의 구현을 가능하게 하면서 밀폐 기능이 더욱 향상될 수 있는 새로운 씰링 구조를 도출하는 것이 고려될 수 있다.

본 발명의 목적은 사이드 씰이 에이팩스 씰과 접촉하도록 함으로써, 버튼 씰을 삭제하고 씰링 성능을 확보할 수 있는 로터리 엔진을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 로터리 엔진의 사이드 씰이 자체 형상으로 탄성력을 인가 받을 수 있는 구조를 제공함에 있다.

본 발명에 따른 로터리 엔진은 로브 수용부의 최내측 피크에 구비되는 에이펙스 씰과, 로터의 회전축 방향의 양면에 구비되어 로터의 외주면과 일치하는 외주면을 구비하는 사이드 씰을 포함하여, 사이드 씰이 에이펙스 씰과 접촉할 수 있는 구조를 제공한다. 이를 위하여 상기 사이드 씰은 로터에 삽입되어 고정되는 고정부와 상기 로터의 외주면과 일치하는 외주면을 구비하는 플랜지부를 구비한다.

또한, 본 발명에 따른 사이드 씰은 상기 고정부와 상기 플랜지부를 사이에 연결부를 구비하여, 상기 연결부가 플랜지부가 하우징 덮개에 밀착되는 방향으로 탄성력을 제공하도록 할 수 있다.

본 발명에 따른 로터리 엔진은, 사이드 씰에 플랜지부가 형성되어 에이펙스 씰에 접촉되도록 이루어진다. 이에 의하면, 사이드 씰과 에이펙스 씰 사이의 간극에 별도의 버튼 씰이 장착되지 않고도 각 로브 수용부의 씰링이 구현될 수 있다.

그리고, 본 발명에 따른 로터리 엔진은, 사이드 씰에 탄성력을 인가하기 위한 별도의 탄성부재를 구비하지 않고, 사이드 씰 형상의 변형으로 인하여 발생하는 탄성력을 이용하여 기밀성을 확보할 수 있는 구조를 제공한다.

도 1은 본 발명에 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 연소 팽창과정을 보인 개념도들.
도 8은 도 3에 도시된 로터리 엔진 내부의 배기과정을 보인 개념도들.
도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 로터리 엔진의 씰링 구조를 나타낸 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제1실시예에 따른 로터리 엔진의 사이드 씰을 나타낸 사시도이다.
도 11은 본 발명의 제1실시예에 따른 사이드 씰의 변형예들을 나타낸 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 로터리 엔진의 씰링 구조를 나타낸 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제2실시예에 따른 로터리 엔진의 사이드 씰을 나타낸 사시도이다.
도 14는 본 발명에 따른 로터리 엔진의 오일 급유 구조를 설명하기 위한 단면도이다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 로터리 엔진에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 로터리 엔진은, 로터가 하우징 내부를 편심 회전함에 따라, 하우징과 로터 사이에 형성된 N개의 작동실의 용적이 변화하며, 이과정에서 흡기→압축→연소 팽창→배기의 4행정이 연속적으로 일어나도록 구성된다. 크랭크 축은 이러한 로터의 편심 회전에 대응하여 회전되며, 타기관과 연결되어 생성된 동력을 전달하게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 로터리 엔진(100)의 종단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 로터리 엔진(100)의 일부구성요소들의 분해 사시도이다. 또한, 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 사시도들이다.

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 N개 의 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 형성 될 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 120ㅀ 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 270ㅀ 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-연소 팽창(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→연소 팽창→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 연소 팽창과정의 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→연소 팽창(팽창)→배기과정은 로터(120)의 회전방향에 대응되는 로브 수용부(111) 및 이와 연통되는 연소실(112)에서 연속적으로 일어난다.

다음으로, 도 7을 참조하면, 연소 팽창(팽창)과정은 로터(120)의 회전각도가 180도에서 270도까지 변하는 동안 이루어진다. 앞선 압축과정의 말기에서 시작된 연소과정은 연소 팽창과정의 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 발명에 따른 로터리 엔진(100)의 동작 시 혼합기 또는 배기가스의 누설을 방지하기 위한 씰링 유닛(107)과, 씰링 유닛(107)에 오일을 공급하도록 이루어지는 윤활 유닛(190)에 대하여 설명한다.

본 발명은 사이드 씰의 구조를 개선하여, 싸이드 씰이 에이펙스 씰과 면접촉하는 구조를 제공함으로써, 사이드 씰과 에이펙스 씰 사이의 기밀성 확보를 위하여 사용되었던 버튼 씰을 삭제할 수 있는 구조를 제공하기 위한 것이다.

도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 로터리 엔진의 씰링 구조를 나타낸 단면도이고, 도 10은 본 발명의 제1실시예에 따른 로터리 엔진의 사이드 씰을 나타낸 사시도이고, 도 11은 본 발명의 제1실시예에 따른 사이드 씰의 변형예들을 나타낸 단면도이다.

사이드 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 밀착될 수 있도록 돌출된다.

사이드 씰(127)은 도 10에 도시된 것과 같이, 로터(120)에 형성되는 N-1개의 로브(120', 120")의 둘레를 따라 연장되도록 이루어져 하나의 루프(loop)를 형성할 수 있다.

로터(120)의 회전 시, 사이드 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 사이드 씰(127)이 안착되도록 이루어질 수 있다. 이때, 사이드 씰(127)과 사이드 홈(127a)에 각각 지지되는 사이드 탄성부재(127b)가 개재될 수 있다.

사이드 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 사이드 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 사이드 씰(127)은, 로브 수용부(111) 내의 혼합기가 제2저장부(123b) 및 배기홀(142a) 측으로 흘러나가는 것을 제한할 수 있다.

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

종래의 사이드 씰의 경우 세로 방향의 높이가 폭방향의 두께보다 큰 단면을갖는 스트립 형태를 가지고 있었으며, 이러한 사이드 씰을 로터의 가장자리 부분에 형성된 사이드 씰 홈에 끼워 넣는 구조를 가지고 있었다.

그런데, 이러한 종래의 사이드 씰 구조는 씰 홈의 내구성을 확보하기 위해서는 로터의 외주면에 일정 깊이 안쪽에 형성될 수 밖에 없었다.

따라서, 사이드 씰과 에이펙스 씰이 접촉하지 못하게 되므로, 이 사이로 가스가 누설되는 것을 방지하기 위하여 별도의 버튼 씰을 하우징 덮개(141,142)에 구비하였다.

버튼 씰이 에이펙스 씰과 사이드 씰의 사이에서 정확한 위치에 배치되지 못하면, 씰링 성능이 저하되는 문제점을 가지고 있었으며, 실제로 조립 후에 버튼 씰의 정확한 위치인지를 확인하는 것이 불가능한 문제점을 가지고 있었다.

또한, 로터가 하우징 내부에서 원활하게 회전하기 위해서는 로터가 하우징 내부에서 유동할 수 있는 유격을 확보해야 하는데, 버튼 씰은 하우징 커버에 고정되는 것으로 로터의 유동에 대응하지 못하는 한계를 가지고 있었다.

본 발명은 이러한 문제점을 해소하기 위한 것으로, 사이드 씰이 직접 에이펙스 씰에 접촉될 수 있는 구조를 제공한다.

도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 사이드 씰은 로터의 외주면 곡면 형상에 대응하는(실질적으로 동일한) 외주면(OS) 구비한다. 다시말해, 사이드 씰(127)이 로터(120)에 장착되면, 로터(120)의 외주면과 사이드 씰(127)의 외주면(OS)이 전구간에 걸쳐서 동일평면이 되는 구조이다.

사이드 씰(127)의 이러한 구조는 하우징(110)에 구비되는 에이펙스 씰(117)이 사이드 씰(127)과 면접촉할 수 있도록 한다. 따라서, 사이드 씰(127)과 에이펙스 씰(117) 사이에 유격이 발생하지 않게 된다.

로터측에 구비되는 사이드 홈(127a)은 사이드 씰의 고정부(FX)가 삽입되는 고정홈(127X)과, 사이드 씰의 플랜지부(FL)가 안착되는 안착홈(127L)을 구비한다. 고정홈(127X)은 회전축의 축방향과 나란한 방향으로 형성되며, 안착홈(127L)은 회전축의 반지름 방향으로 형성된다.

한편, 고정부(FX)와 안착홈(127L)의 사이에는 탄성부재(EL)가 구비될 수 있다. 탄성부재(EL)는 사이드 씰(127)이 하우징 덮개(141,142)에 밀착되는 방향으로 탄성력을 제공한다.

도 11에 도시한 바와 같이, 고정부(FX)는 플랜지부(FL)의 내측면에 연결되거나, 플랜지부(FL)의 중앙부에 연결될 수 있다. 또한, 고정부(FX)는 플랜지부(FL)의 전구간에 걸쳐 형성되거나, 플랜지부(FL)의 일부 구간에만 형성될 수 있다.

실질적으로 사이드 씰에서 실질적으로 씰링 역할을 수행하는 부분은 플랜지부(FL)가 되며, 고정부(FX)는 플랜지부(FL)를 고정하는 역할만을 수행하기 때문에 고정부(FX)는 일부 플랜지부(FL)의 일부 구간에서 생략될 수 있는 것이다.

고정부(FX)가 플랜지부(FL)의 내측에 형성되는 경우, 스트립 형상의 부재를 절곡하여 고정부(FX)를 형성할 수 있다.

고정부(FX)가 플랜지부(FL)의 중앙에 형성되는 경우, 압출을 통해 막대형상으로 제조한 후, 플랜지부(FL)의 외주면의 곡면 형상으로 절곡하는 방법으로 제조할 수 있다. 다른 방법으로는 플랜지부(FL)와 고정부(FX)를 별도로 제조한 후 이들을 용접 등의 방법으로 일체로 연결할 수도 있다.

도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 로터리 엔진의 씰링 구조를 나타낸 단면도이고, 도 13은 본 발명의 제2실시예에 따른 로터리 엔진의 사이드 씰을 나타낸 사시도이다.

본 실시예는 사이드 씰에 고정부(FX)와 플랜지부(FL) 사이에 연결부를 구비하되, 상기 연결부(EC)가 상기 플랜지부(FL)가 하우징 덮개 측으로 밀착되는 방향으로 탄성력을 제공하도록 하는 것을 특징으로 한다.

이러한 구조는, 사이드 씰(127)을 탄성적으로 지지하기 위한 별도의 탄성부재를 생략할 수 있는 효과를 가져온다.

사이드 씰의 연결부(EC)가 플랜지부(FL)에 탄성력을 인가하도록 함으로써, 별도의 탄성부재를 삭제할 수 있는 것이다.

상기 연결부(EC)의 양단은 각각 플랜지부(FL) 및 고정부(FX)와 절곡된 형상을 가진다. 연결부와 플랜지부(FL) 및 고정부(FX) 사이의 절곡 각도를 통하여 탄성력을 제공할 수 있다. 예를 들어 고정부(FX)와 플랜지부(FL)의 각도를 95도로 설정하면, 조립에 의하여 플랜지부가 하우징 덮개에 의하여 가압되면, 고정부(FX)와 플랜지부(FL) 사이의 각도는 90도가 되므로, 연결부에 의하여 플랜지부(FL)가 하우징 덮개의 내면에 밀착되는 방향으로 탄성력이 인가될 수 있는 것이다.

도시한 실시예의 경우 연결부가 경사면의 형태로 형성된 것이나, 연결부(EC)는 곡면의 형태로 형성될 수도 있다. 또한, 연결부(EC)가 곡면으로 형성되는 경우 플랜지부(FL)와 고정부(FX)의 사이에서 곡면으로 형성되는 절곡부가 연결부(EC)가 되는 것이다.

도 14는 도 1에 도시된 로터리 엔진(100)에 구비되는 윤활 유닛을 보인 종단면도이다. 도 14를 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 사이드 씰(127)에 공급하는 역할을 수행한다.

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 공간의 저면에는 오일이 채워지도록 이루어지는 오일 팬(191)이 구비될 수 있다.

오일 팬(191)과 오일 펌프(192)는 오일을 퍼올리는 배관 또는 튜브(미도시)에 의해 서로 연결될 수 있고, 배관 또는 튜브의 단부에는 오일을 여과하는 오일 스트레이너(Strainer, 미도시)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, 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 사이드 씰(127)에 공급되도록 연결될 수 있다. 즉, 일 단은 오일 펌프(192)의 토출 측과 연결되고 타단은 사이드 씰(127)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 사이드 씰(127)에 공급되도록 동작된다.

사이드 씰(127)에 오일이 공급됨으로써, 사이드 씰(127)의 마찰면에 윤활이 수행되고, 사이드 씰(127)의 마찰면을 통하여 에이펙스 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 수다.

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 사이드 씰(127)에 인접하도록 위치될 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. 아울러, 공급 튜브(193b)에서는 오일이 외기와 열교환되어 냉각될 수 있고, 이후 오일은 하우징 유로(193a)로 유입되어 흐르면서 하우징 덮개(141, 142)를 냉각하도록 기능할 수 있는 효과가 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 로터리 엔진을 실시하기 위한 실시예들에 불과한 것으로서, 본 발명은 이상의 실시예들에 한정되지 않고, 이하의 청구 범위에서 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: 에이펙스 씰
120: 로터 121: 지지부
122: 관통홀 123a: 제1저장부
123b: 제2저장부 124a: 흡기포트
124b: 배기포트 125: 리브
127: 사이드 씰 130: 점화 플러그
141: 흡기측 덮개 141a: 흡기홀
142: 배기측 덮개 142a: 배기홀
143: 장착홈 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
FX: 고정부 FL: 플랜지부
EC: 연결부 127X: 고정홈
127L: 안착홈

Claims

내부에 N개(N은 3이상의 정수)의 로브 수용부를 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;
상기 로브 수용부의 최내측 피크에 구비되어 상기 로터의 외면 접촉하는 에이펙스 씰; 및
상기 로터의 외주면과 일치하는 외주면을 구비하는 사이드 씰;을 포함하는
로터리 엔진.
제 1 항에 있어서,
상기 사이드 씰은 상기 하우징 덮개에 밀착되는 방향으로 탄성지지 되는
로터리 엔진.
제 1 항에 있어서,
상기 사이드 씰은
상기 외주면을 구비하는 플랜지부와,
상기 플랜지부에 연결되고 상기 로터에 삽입되는 고정부를 포함하는
로터리 엔진.
제 3 항에 있어서,
상기 플랜지부는 일정한 폭을 가지는
로터리 엔진.
제 3 항에 있어서,
상기 로터는
상기 플랜지부가 안착되는 안착홈과;
상기 고정부가 삽입되는 고정홈을 구비하는
로터리 엔진.
제 3 항에 있어서,
상기 고정부는 상기 플랜지부의 내측에 배치되는
로터리 엔진.
제 3 항에 있어서,
상기 고정부는 상기 플랜지부의 중앙에 배치되는
로터리 엔진.
제 1 항에 있어서,
상기 사이드 씰의 상면은
상기 로터의 상면과 동일평면에 놓이거나, 상기 로터의 상면보다 높게 배치되는 로터리 엔진.
제 1 항에 있어서,
상기 사이드 씰은
상기 외주면을 구비하는 플랜지부와,
상기 로터에 삽입되는 고정부와,
상기 플랜지부와 상기 고정부를 연결하는 연결부를 포함하는
로터리 엔진.
제 9 항에 있어서,
상기 연결부는 상기 플랜지부가 상기 하우징 덮개에 밀착되는 방향으로 탄성력을 제공하는 로터리 엔진.
내부에 에피트로코이드 곡선 형상의 연소실을 구비하는 하우징;
상기 하우징의 중심으로부터 편심되어 회전하는 로터;
상기 연소실을 오버랩하며 상기 하우징에 결합되는 하우징 덮개;
상기 로터와 연소실의 접촉면에 각각의 행정실의 경계를 밀봉하는 에이펙스 씰; 및
상기 로터와 상기 하우징 덮개 사이를 밀봉하며 상기 에이펙스 씰과 접촉하는 사이드 씰;을 포함하는 로터리 엔진.
제 11 항에 있어서,
상기 사이드 씰은 상기 하우징 덮개에 밀착되는 방향으로 탄성지지 되는
로터리 엔진.
제 11 항에 있어서,
상기 사이드 씰은
상기 로터의 외주면과 일치하는 외주면을 구비하는 플랜지부와,
상기 플랜지부에 연결되고 상기 로터에 삽입되는 고정부를 포함하는
로터리 엔진.
제 13 항에 있어서,
상기 플랜지부는 일정한 폭을 가지는
로터리 엔진.
제 13 항에 있어서,
상기 로터는
상기 플랜지부가 안착되는 안착홈과;
상기 고정부가 삽입되는 고정홈을 구비하는
로터리 엔진.
제 13 항에 있어서,
상기 고정부는 상기 플랜지부의 내측에 배치되는
로터리 엔진.
제 13 항에 있어서,
상기 고정부는 상기 플랜지부의 중앙에 배치되는
로터리 엔진.
제 11 항에 있어서,
상기 사이드 씰의 상면은
상기 로터의 상면과 동일평면에 놓이거나, 상기 로터의 상면보다 높게 배치되는 로터리 엔진.
제 11 항에 있어서,
상기 사이드 씰은
상기 로터의 외주면과 일치하는 외주면을 구비하는 플랜지부와,
상기 로터에 삽입되는 고정부와,
사익 플랜지부와 상기 고정부를 연결하는 연결부를 포함하는
로터리 엔진.
제 19 항에 있어서,
상기 연결부는 상기 플랜지부가 상기 하우징 덮개에 밀착되는 방향으로 탄성력을 제공하는 로터리 엔진.