KR100298957B1

KR100298957B1 - 저공해 저속 로우터리엔진

Info

Publication number: KR100298957B1
Application number: KR1019930022287A
Authority: KR
Inventors: 변상복
Original assignee: 변상복
Priority date: 1993-10-26
Filing date: 1993-10-26
Publication date: 2001-11-30
Also published as: KR950011814A

Abstract

본 발명은 레시프로엔진의 결점인 진동, 소음 및 마력당의 중량 및 부피를 작게하고 반켈엔진의 결점인 윤활, 냉각, 기밀 등의 결점을 해결하여 연비를 높이고 제작비 및 배기공해를 줄이고 내구성을 제고코자 비폭발성 "연소사이클" 의 로우터리 엔진을 안출한 것인데 내용을 요약하여 설명하면 다음과 같다.

로우터(1)가 회전하면 베인(vane)(19)은 원심력에 의하여 그 선단의 로울(23)이 하우징 내벽에 긴밀히 접하면서 회전하므로 좌측 공기 압축실(5)내 배인(19)은 용적변화와 함께 공기 흡입구(16)로 부터 신선한 공기를 흡입하고 그 반대쪽면은 압축행정으로 이미 흡입된 공기를 압축하여 공기배출공(8)을 거쳐 헤드(9)에 형성한 공기안내실(11)내에 압송하는 것으로 이때 격벽공(12)을 밀폐한 첵크밸브(13)을 밀고 압축공기실(10)에 유입된 압축 공기는 공기분류공(噴流孔)까지 충만되나 그 구멍은 회전하는 로우터(1)의 원주면에 의하여 막히기 때문에 압축공기의 리이크(leak)가 완전 차단되고, 공기 분류공(6)좌측의 가스 실(GAS SEAL)(7)도 회전하는 로우터(1)원주면을 항상 누르고 있어서 공기 역류(逆流)를 차단하는 역활을 한다. 로우터(1)가 회전하여 베인(19)이 우측 연소실(5')에 진출하기 시작하는 초기에 공기분사홈(25)과 공기분류공(6)이 일치할 때는 가스 실(GAS SEAL)(7)은 공기분사홈(25)의 밑바닥을 누르고 있으므로 이쪽으로는 공기 누출이 안되고 공기분류공(6) 밑에만 간격(gap)이 생기므로 압축공기실(10)내의 압축 공기는 연소실(5')쪽으로 급속히 분출한다. 이 순간 연료 분사펌프(14)로 부터 정시(定時)분사(TIME DINJECTION)하는 연료는 압축공기와 격돌하여 균일하게 혼합되고 공기분사홈(25)의 뒤끝이 공기분류공(6)에서 벗어나 구멍이 폐쇄될 무렵에는 점화플러그(15)에 의하여 점화하므로 고온고압의 연소가스는 연속적으로 이동하는 베인(19)에 부딪쳐서 팽창하여 로우터(1)는 화살표방향으로 원활히 회전하는 것이다. 그리고 본 엔진은 크랭크 기구가 없으므로 기계적 손실이 적고 엔진의 중량, 용적이 작으므로 마력당의 중량이 매우 작다. 특히 본 발명은 반켈엔진과 같은 삼각형 로우터가 없어서 로우터(1)와 하우징 사이의 기밀유지 및 윤활이 잘 되므로 내구성이 높고 또 구조가 간단하여 제작이 용이하여 원가가 절감된다. 그리고 압력공기를 공기분사홈(25)에서 분출시켜 연소실(5')에서 비교적 완만한 희박연소방식으로 일시적 고온을 억제하면서 완전연소케 하기 때문에 에미션(EMISSION)이 크게 개선되는 장점이 있다.

Description

로우터리 엔진

제1도는 본 발명의 내부구조를 나타낸 종단면도.

제2도는 본 발명의 작용상태를 나타낸 종 단면도.

제3도는 본 발명의 평면도.

제4도는 제2도의 A-A선 방향에서 본 단면도.

제5도는 제4도의 B-B선 방향에서 본 평단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 로우터(ROTOR) 2 : 하우징(HOUSING)

3,3' : 사이드 하우징 4 : 파워축

5 : 공기 압축실 5' : 연소실

6 : 공기분류공(噴流孔) 6' : 공기파이프

7 : 가스실(GAS SEAL) 8 : 공기배출공

9 : 헤드(HEAD) 10 : 압축공기실

11 : 공기안내실 12 : 격벽공

13 : 체크밸브(CHECK VALVE) 14 : 연료분사펌프

l5 : 점화플러그 16 : 공기흡입구

17 : 배기구 18 : 홈

19 : 베인(VANE) 20 : 윤활류실

21,21' : 오일통로 22,22' : 오일 파이프

23 : 로울(ROLL) 24 : 급유공

25 : 공기분사 "홈" 26,26' : 오일재킷(OLL JACKET)

27 : 송유공 28 : 배유공

종래의 피스톤 엔진(PISTON ENGINE) 은 진동소음, 부피, 무게가 크고, "반켈엔진"(WANKEL ENGINE)은 로우터(ROTOR)가 삼각형으로 되어 있기 때문에 그 "에이펙스일"(APEXSEAL)에서 "가스"의 "리이크"가 심하여 출력이 떨어지고 "로우터"와 "하우징"간의 충분한 유막형성이 않되기 때문에 마찰, 마모가 심하여 "연비"가 낮고 내구성도 크게 저하하는 결점이 있다.

이러한 결점은 삼각형 "로우터"의 구조적인 본질적 결함에서 오기 때문에 앞으로 개량될 전망이 거의 없다.

본 발명은 이상과 같은 종래 엔진의 결점을 모두 해결하여, 작동실 내의 기밀확보, 윤활, 냉각, 내구성 등 내연기관으로서의 필수조건을 모두 충족하여 출력당 중량 및 부피를 작게하여 연비가 높고, 진동, 소음, 배기공해가 적은 "간헐연소사이클"의 엔진을 얻고자 안출한 것인데, 첨부도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

로우터(ROTOR)(1)의 하우징(HOUSING)(2)내 공간은 타원형으로 형성하고 그 사이드 하우징(3)(3')의 중심공에서 지지(支持)된 파워축(4)에는 동심의 "로우터"(1)를 하우징(2)의 상방과 하방의 내면에만 접하도록 고정하여, 그 양측에 공기압축실(5)과 연소실(5')을 형성케 하고 "하우징"(2) 상방에는 회전하는 로우터(1)면에 접하도록 연소실(5')방향으로 비스듬히 공기 분류공(噴流孔)(6)을 마련하고, 그 속에는 압축공기에 밀려서 "로우터'(1)면에서 저지되어 구멍이 막히도록 짧은공기 파이프(6')를 장입(裝入)하여 압축공기의 리이크(LEAK)를 방지케 하고 또 그 좌측의 가스실(GAS SEAL)(7)도 로우터(1)면에 밀접케 하고 그 측근에는 공기 배출공(8)을 마련하고 상방 헤드(HEAD)(9)에는 공기분류공(6)에 연통하는 압축공기실(10)과 공기배출공(8)에 연통하는 공기 안내실(11)을 구분 형성하여 그 중간의 격벽공(12)을 첵크밸브(CHECK VALVE)(13)에 의하여 개폐(開閉)케 하고, 우측에는 "연료분사펌프"(14)와 "점화플러그"(15)를 우측연소실(5')에 연통토록 비스듬히 고정하고 좌측 공기 압축실(5)하방의 하우징(2)에는 공기 흡입구(16)를 천설하고 우측 연소실(5')하방 "하우징"(2)에는 배기구(17)를 천설하고 로우터(1)의 한쪽에 반경 방향으로 형성된 "홈"(18)속에는 평면의 베인(YANE)(19)을 슬라이딩 하도록 끼워 넣되 그 베인(19)에 형성한 중공(中空)의 윤활유실(20)에는 로우터(1)의 파워축(4) 둘레에 환설(環說)한 오일 통로(21)과(21')에 연통토록 고정된 두 오일파이프(22)(22')를 슬라이딩(Sliding)하도록 삽입하여 그 선단이 내부 윤활유에 잠기게 하고 베인(19) 선단에는 로울(ROLL)(23)을 굴르도록 끼워서 급유공(24)에서 공급되는 윤활유를 연소실(5')과 압축공기실(5)내벽을 윤활하면서 회전케 하고, 베인(19)에 가까운 로우터(1)원주면에는 길죽한 공기분사홈(25)을 형성하고 사이드 하우징(3)(3')내면에 밀접하여 회전하는 로우터(1)의 앙측면 일부에는 오목한 오일재킷(OIL JACKET)(26)(26')을 형성하고, 로우터(1)의 "보스" 양측면이 접촉하는 사이드하우징(3)(3')에는 오일통로(21)에 연통하는 송유공(27)과 오일통로(21')에 연통하는 배유공(28)을 마련하여서 된 것이다.

도면중 미설명부호 29는 윤활류공, 30,30'는 윤활유 연통공, 31은 "가스실" 32는 플라이휠, 33은 터어보 과급기(Turbo Charger)를 표시한 것임.

이상과 같이 구성된 본 발명의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

로우터(1)가 회전하면 베인(VANE)(19)은 원심력에 의하여 그 선단의 로울(ROLL)(23)이 하우징(HOUSING)(2)내벽에 밀접하면서 윤활과 함께 회전하므로 좌측 공기압축실(5)내에 진입한 베인(19)은 용적변화와 함께 흡입 행정을 하여 공기 흡입구(16)로 부터 신선한 공기를 흡입하고 반대쪽면은 압축행정으로 먼저 흡입된 공기를 압축하여 공기배출공(8)을 거쳐 헤드(9)에 형성한 공기안내실(11)내에 압송하는 것으로 이때 격벽공(12)을 밀폐한 첵크밸브(13)을 밀고 압축공기실(10)에 압입(壓入)된 공기는 공기분류공(6)까지 충만되나 그 구멍은 회전하는 로우터(1)의 원주면에 의하여 막히기 때문에 압축공기의 유출이 저지된다. 특히 이 공기분류공(噴流孔)(6)내에 장입(裝入)된 공기파이프(6')도 압축공기에 밀려 로우터(1)원주면에 밀접되어 폐공(閉孔)되는 작용을 한다. 이와 같이 이중으로 기밀(氣密)이 확보되므로 압축공기의 리이크(LEAK)가 완전 차단되고, 공기분류공(6)의 좌측의 가스 실(GAS SEAL)(7)도 회전하는 로우터(1)원주면에 항상 밀접되어 있어서 공기역류를 차단하는 역할을 한다.

로우터(1)가 회전하여 베인(19)이 우측연소실(5')에 진입하기 시작하는 초기에 공기분사홈(25)과 공기분류공(6)이 일치할 때는 가스 실(GAS SEAL)(7)은 공기분사홈(25)의 밑바닥을 누르고 있어 공기가 새지 않지만 공기 분류공(6)밑에는 간극(GAP)이 노출되어서 압축공기실(10)내의 고압 공기는 베인(19)의 회전으로 진공이 조성되는 우측 연소실(5')"쪽으로 급속히 분출한다. 이 순간 연료분사펌프(14)로 부터 정시(定時)분사(TIMED INJECTION)하는 연료는 압축공기와 격돌하여 균일하게 혼합하고 공기분사홈(25)의 뒤끝이 공기분류공(6)에서 벗어날 무렵에 점화플러그(15)에 의하여 점화하므로 고온 고압의 연소가스는 역류되지 않고 이동하는 베인(19)에 부딪쳐서 비교적 희박 연소하는 고압의 팽창력에 의하여 로우터(1)는 화살표 방향으로 원활히 회전하는 작용을 하는 것이다.

그런데 본 발명을 실시함에 있어서 베인(19)이 1개인 경우에는 로우터 1회전에 한번 연소하고, 2개인 경우에는 두 번 연소하므로 저속에서 고속에 이르기까지 회전범위를 넓게 설계 할 수 있다.

그러고 베인(19)에 형성한 중공의 윤활유실(20)의 두구멍에는 로우터(1)의 파워축(4)공 내벽에 환설한 두 오일통로(21)(21')에 연통토록 고정한 두 오일파이프(22)(22')을 나란히 헐겁게 삽입하여 그 선단이 윤활유에 잠기게 하였기 때문에 사이드하우징(3)에 천설한 송유공(27)으로부터 로우터(1)의 한쪽 오일통로(21)에 계속적으로 압송된 윤활유의 일부는 연통공(30)(30')을 통하여 오일재킷(26)(26')내에 충만되고, 오일파이프(22)에 유입된 윤활유는 베인(19)의 윤활유실(20)에 공급되어 충만하고 여기서 열을 흡수한 윤활유는 서서히 다른 오일파이프(22)로 이동하여 다른 오일통로(21')로 돌아가고 오일재킷(OIL JACKET)(26)(26')내의 열흡수 윤활유와 함께 배유공(排油孔)(28)으로 흡출(吸出)되어 오일팬(OIL PAN)으로 회수되고 여자, 냉각과정을 거쳐 연료펌프에 의하여 다시 송유공(27)으로 압송하는 작용을 반복한다.

이와 같이 일정량의 윤활유는 과열되지 않도록 순환시켜서 냉각, 윤활매체로 이용되기 때문께 베인(19)과 로우터(1)의 과열을 방지하고 급유공(24)과 윤활공(29)등을 통하여 각 작동부분에 윤활유가 주입되므로 회전이 원활하고 마찰 마모가 방지되어 내구성을 높일 뿐 아니라 로우터(1)와 사이드 하우징(3)(3')사이는 오일재킷(OIL JAKET)(26)(26')내의 윤활유 침투로 유막형성을 도모하고 가스실(31)로 기밀을 유지케 하고 베인(19)과 하우징(2)사이는 로울(23)에 의하여 기밀과 윤활이 확보되므로 기계적 효율 및 열효율과 연비가 향상되는 효과가 있다.

그리고 공기흡입구(16)와 배기구(17)에 통상의 터어보 과급기(TURBO CHARGER)(33)를 실시하면 출력이 증대하고 연비가 더욱 향상된다.

또한 본 엔진은 크랭크 기구가 없으므로 기계적 손실이 적고 엔진의 중량, 용적이 작으므로 마력당의 중량이 매우 작다. 특히 본 발명은 "반켈엔진" 과 같은 "삼각형 로우터(1)"가 없어서 로우터(1)와 하우징 사이의 기밀유지 및 윤활이 잘 되므로 내구성이 높고 또 구조가 간단하여 원가가 절감되고 고압력 공기를 공기분사홈(25)에서 분출시켜 연소실(5')에서 비교적 완만한 희박연소 방식으로 일시적 고온을 억제하면서 완전연소 하기 때문에 에미션(EMISSION)이 크게 개선되는 장점이 있다.

본 발명을 실시함에 있어서 연료분사펌프(14)대신 공기흡입구(16)을 통하여 연소에 알맞는 공기와 연료의 혼합기 흡입방식을 실시해도 무방하다.

Claims

로우터(ROTOR)(1)의 하우징(HOUSING)(2)내 공간은 타원형으로 형성하고 그 사이드 하우징(3)(3')의 중심공에서 지지(支持)된 파워축(4)에는 동심의 로우터(1)를 하우징(2')의 상방과 하방의 내면에만 접하도록 고정하여 그 양측에 공기 압축실(5)과 연소실(5')을 형성케 하고 하우징(2)상방에는 로우터(1)면에 접하도록 비스듬히 공기분류공(噴流孔)(6)을 천설하고 그 내부에는 짧은 공기파이프(6)를 장입(裝入)하고 또, 그 좌측의 가스실(GAS SEAL)(7)도 로우터(1)면에 밀접케 하고, 그 측근에는 공기배출공(8)을 마련하고 상방 헤드(HEAD)(9)에는 공기분류공(6)에 연통하는 압축공기실(10)과, 공기배출공(8)에 연통하는 공기안내실(11)를 구분 형성하여 그 중간의 격벽공(12)을 첵크밸브(13)에 의하여 개폐(開閉)케 하고, 우측에는 통상의 연료분사펌프(14)와 점화플러그(15)를 연소실(5')에 연통토록 비스듬히 고정하고 좌측 공기압축실(5)하방의 하우징(2)에는 공기 흡입구(16)를 천설하고, 우측 연소실(5')하방 하우징(2)에는 배기구(17)를 설치하고, 로우터(1)의 한쪽 반경방향으로 형성된 홈(18)속에는 평면의 베인(vane)(19)을 슬라이딩(Sliding)하도록 삽입하되, 그 베인(19)에 형성한 중공(中空)의 윤활유실(20)에는 로우터(1)의 파워축(4) 둘레에 환설(環設)한 오일 통로(21)과(21')에 연통토록 고정된 두 오일파이프(22)(22')를 슬라이딩 하도록 삽입하여 그 선단이 내부 윤활유에 잠기게 하고, 베인(19)선단에는 로울(23)을 끼워서 급유공(24)에서 공급되는 윤활유를 연소실(5')과 압축공기실(5) 내벽을 윤활하면서 회전케 하고, 베인(19)에 가까운 로우터(1) 원주면에는 길죽한 공기분사홈(25)을 형정하고, 사이드 하우징(3)(3')내면에 밀접하여 회전하는 로우터(1)의 양측면 일부에는 오목한 오일재킷(OIL JACKET)(26)(26')을 형성하고 로우터(1)의 보스 양측면이 접(接)하는 사이드 하우징(3)(3')면에는 오일통로(21)에 연통하는 송유공(27)과 오일통로(21')에 연통하는 배유공(28)을 마련한 것을 특징으로 하는 로우터리엔진.