KR101972907B1

KR101972907B1 - 흡배기포트 구조를 개선한 로터리 엔진

Info

Publication number: KR101972907B1
Application number: KR1020170151845A
Authority: KR
Inventors: 유병훈; 오휘성; 이윤희; 박건영
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2017-11-14
Filing date: 2017-11-14
Publication date: 2019-08-16

Abstract

본 발명은 내부에 에피트로코이드 곡선 형상의 연소실을 구비하는 하우징과, 상기 하우징의 중심으로부터 편심되어 회전하며 측벽에 흡기포트와 배기포트를 구비하는 로터와, 상기 로브 수용부를 오버랩하여 상기 하우징에 결합되는 하우징 덮개와, 상기 로브 수용부의 최내측 피크에 구비되어 상기 로터의 외면 접촉하는 에이펙스 씰과, 상기 로터의 외주면과 일치하는 외주면을 구비하는 사이드 씰을 포함하는 로터리 엔진에 관한 것으로, 상기 흡기포트 및 상기 배기포트는 상기 에이펙스 씰과 간섭되는 것을 저감할 수 있는 구조를 제공한다.

Description

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

본 발명은 로터에 구비되는 흡배기포트를 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.

로터의 측벽에는 혼합기를 흡입하기 위한 흡기포트와, 연소 후의 배기가스를 배출하기 위한 배기포트가 구비된다.

로터의 측벽은 하우징에 배치된 에이펙스 씰과 접촉한 상태를 유지하며 회전하게 된다.

그런데, 연소에 의하여 발생하는 열에 의하여 로터와 에이펙스 씰이 열변형을 일으키게 되면, 로터의 측벽에 구비된 흡기포트 또는 배기포트와 에이펙스 씰 간의 간섭이 발생하여 로터와 에이펙스 씰이 손상될 수 있다.

본 발명의 목적은 에이팩스 씰과 접촉하는 로터의 측벽에 구비되는 흡기포트 또는 배기포트의 형상을 개선하여, 에이펙스 씰 및 로터의 내구성을 향상시키는 것에 있다.

본 발명의 다른 목적은 에이팩스 씰이 로터의 측벽에 구비되는 흡기포트 또는 배기포트를 통과할 때 안정적으로 접촉 지지 될 수 있는 구조를 제공하기 위한 것이다.

본 발명에 따른 로터리 엔진은 에피트로코이드 곡선 형상의 연소실을 구비하는 하우징과, 흡기포트와 배기포트를 구비하는 로터와, 연소실을 오버랩하여 결합되는 하우징 덮개와, 로터의 외측면에 접촉하며 각각의 연소실을 구획하는 에이펙스 씰을 포함하되, 상기 흡기포트 또는 배기포트는 에이펙스 씰과 나란한 면에 경사면을 구비한다.

또한, 본 발명에 따른 로터리 엔진은 상기 흡기포트 또는 배기포트가 로터의 두께 방향으로 분할되어, 분할된 흡기포트 또는 배기포트의 사이에서 에이펙스 씰을 지지하는 가이드면을 구비할 수 있다.

본 발명에 따른 로터리 엔진은, 에이펙스 씰이 흡기포트 또는 배기포트를 통과할 때 간섭으로 인한 손상을 감소시킬 수 있는 효과를 가져온다.

따라서, 본 발명에 따른 로터리 엔진은 에이펙스 씰의 내구성 및 로터의 내구성을 확보할 수 있는 효과를 가져온다.

도 1은 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 4 및 도 5는 도 1에 도시된 로터를 서로 다른 방향에서 바라본 사시도들.
도 6은 도 3에 도시된 로터리 엔진 내부의 흡기 행정을 보인 개념도들.
도 7은 도 3에 도시된 로터리 엔진 내부의 압축 행정을 보인 개념도들.
도 8은 도 3에 도시된 로터리 엔진 내부의 연소/팽창 행정을 보인 개념도들.
도 9는 도 3에 도시된 로터리 엔진 내부의 배기 행정을 보인 개념도들.
도 10은 로터의 흡기포트를 나타낸 사시도.
도 11은 로터가 반시계 방향으로 회전할 때 로터의 흡기포트와 에이펙스 씰의 접촉을 설명하기 위한 도면.
도 12는 본 발명의 제1실시예에 따른 로터의 흡기포트를 나타낸 사시도.
도 13은 도 12의 로터가 반시계 방향으로 회전할 때 로터의 흡기포트와 에이펙스 씰의 접촉을 설명하기 위한 도면.
도 14는 본 발명의 제2실시예에 따른 로터의 흡기포트를 나타낸 사시도.
도 15는 도 14의 로터가 반시계 방향으로 회전할 때 로터의 흡기포트와 에이펙스 씰의 접촉을 설명하기 위한 도면.
도 16은 본 발명의 제3실시예에 따른 로터의 흡기포트를 나타낸 사시도.
도 17은 본 발명의 제4실시예에 따른 로터의 배기포트를 나타낸 사시도.

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 행정실의 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 4 및 도 5는 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 4 및 도 5를 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 흡기저장부(123a)가 형성된다. 흡기저장부(123a)는 로터(120)의 전면부에서 후면부를 향하여(즉, 크랭크 축(180)의 축방향으로) 리세스된 형태를 가진다.

흡기저장부(123a)가 형성됨에 따라, 로터(120)의 일 부분(도시된 바와 같이, 흡기저장부(123a) 중 배기저장부(123b)와 측벽을 공유하지 않는 부분)은 테두리가 얇게 남겨져 강성이 저하될 수 있다. 이를 고려하여, 흡기저장부(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, 흡기저장부(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 흡기저장부(123a)와 연통되는 흡기포트(124a)가 형성되어, 흡입된 혼합기가 로브 수용부(111) 내부로 유입될 수 있도록 이루어진다.

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

로터(120)의 측면부에는 배기저장부(123b)와 연통되는 배기포트(124b)가 형성되어, 연소 후 생성된 배기가스가 배기저장부(123b)로 유입될 수 있도록 이루어진다.

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 부품이 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 흡기저장부(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 배기저장부(123b)와 연통되는 배기홀(142a)이 구비된다.

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 3에 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. 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.

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.

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.

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

도 6 내지 도 9는 도 3에 도시된 로터리 엔진(100) 내부가 흡기→압축→연소/팽창→배기 행정을 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 6을 참조하여 흡기 행정에 대하여 설명하면, 흡기 행정은 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 팽창 행정에서 과팽창이 이루어져 로터리 엔진(100)의 효율이 향상되도록 하기 위함이다.

다음으로, 도 7을 참조하면, 흡기 행정이 끝난 혼합기는 로터(120)의 회전에 의해 압축되기 시작한다. 압축 행정은 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.

압축 행정의 말기에는 점화 플러그(130)에 의한 점화가 시작되어, 혼합기의 연소 과정이 시작된다. 상기 연소과정은 연소/팽창 행정의 초기까지 이어진다. 연소 과정은 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 흡기 행정이 시작된다. 즉, 흡기→압축→연소/팽창→배기 행정은 로터(120)의 회전방향에 대응되는 로브 수용부(111) 및 이와 연통되는 연소실(112)에서 연속적으로 일어난다.

다음으로, 도 8을 참조하면, 연소/팽창 행정은 로터(120)의 회전각도가 180도에서 270도까지 변하는 동안 이루어진다. 앞선 압축 행정의 말기에서 시작된 연소 과정은 연소/팽창 행정의 초기에 완전히 종료된다.

이 과정에서 주목할 사항은 앞선 흡기 행정은 로터(120)의 회전각도가 120도인 상태, 즉 본 도면에서 로터(120)가 240도 회전되었을 때에 해당하는 체적만큼 혼합기의 흡입이 이루어지는 반면에, 팽창 과정은 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 9를 참조하면, 배기 행정은 로터(120)의 회전각도가 270도에서 360도까지 변하는 동안 이루어진다. 생성된 배기가스는 로터(120)가 270도에서 360도까지 반시계방향으로 회전하는 동안 배기포트(124b)를 통하여 배출된다.

본 발명은 로터에 구비되는 흡배기포트의 구조를 개선하여, 에이펙스 씰이 열변형되거나 흡배기포트의 모서리 부분이 열변형되더라도, 에이펙스 씰과 흡배기포트가 간섭되어 발생하는 손상을 저감하기 위한 것이다.

도 10은 로터의 흡기포트를 나타낸 사시도이고, 도 11은 로터가 반시계 방향으로 회전할 때 로터의 흡기포트와 에이펙스 씰의 접촉을 설명하기 위한 도면이다.

도시한 바와 같이, 로터(120)는 측벽에 흡기포트(124a)를 구비한다. 로터가 회전하면서 흡기포트(124a)는 에이펙스 씰(117)을 통과하게 된다. 앞서 살펴본 바와 같이 에이펙스 씰(117)은 돌출되는 방향으로 탄성력을 인가 받아 로터측으로 돌출되며 밀착된다.

로터(120)가 반시계방향으로 회전하는 경우 흡기포트(124a)의 우측면이 먼저 에이펙스 씰(117)을 통하고, 다음으로 흡기포트(124a)의 좌측면이 에이펙스 씰(117)을 통과하게 된다.

그런데, 에이펙스 씰(117)이 흡기포트의 우측면(124a_1)을 통과한 후에는 흡기포트(124a)는 지지되지 않으므로 에이펙스 씰(117)이 흡기포트(124a)의 내부로 돌출하게 된다. 이 때 에이펙스 씰(117)의 돌출된 부분은 흡기포트의 좌측면(124a_2)을 통과할 때, 단차진 모서리 부분에 간섭하게 된다.

로터(120)가 회전할 때 마다, 각 기통에서 에이펙스 씰과 흡기포트의 단차진 모서리 부분이 충돌하게 되므로, 이로 인하여 로터(120)와 에이펙스 씰(117) 모두 마모 되거나 손상될 수 있다.

도 12는 본 발명의 제1실시예에 따른 로터의 흡기포트를 나타낸 사시도이고, 도 13은 도 12의 로터가 반시계 방향으로 회전할 때 로터의 흡기포트와 에이펙스 씰의 접촉을 설명하기 위한 도면이다.

도시한 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 로터는 흡기포트(124c)는 에이펙스 씰(117)과 나란한 방향으로 형성된 면에 경사면(124c_1, 124c_2)를 구비하는 것을 특징으로 한다.

로터(120)가 반시계 방향으로 회전하면, 에이펙스 씰(117)이 제1면(124c_1)을 통과면서 흡기포트(124c)로 진입하게 된다. 로터(120)가 제1면을(124_1)을 통과하게 되면, 흡기포트(124c)의 내부에 해당하는 에이펙스 씰(117)은 지지되지 않고 이격된 상태가 되므로, 탄성력과 열변형에 의하여 흡기포트(124c)의 내부로 돌출될 수 있다. 이후, 에이펙스 씰(117)이 제2면(124c_2)에 이르면, 흡기포트(124c)의 내부로 돌출되어 있었던 에이펙스 씰(117)이 제2면(124c_2)에서부터 로터의 측면의 지지를 받게 된다.

제1면(124c_1)에 형성된 경사면은 에이펙스 씰(117)이 흡기포트(124c)의 내부로 돌출되는 과정이 점진적으로 이루어질 수 있도록, 에이펙스 씰(117)을 지지하는 역할을 수행한다.

제2면(124c_2)에 형성된 경사면은 에이펙스 씰(117)이 흡기포트(124c)를 벗어나며 로터(120)의 외주면에 의하여 지지되는 과정이 점진적으로 이루어질 수 있도록 하는 역할을 수행한다.

다시말해, 본 발명의 제1실시예는 흡기포트(124c)의 양면에 경사면(124c_1,124c_2)을 구비하여, 에이펙스 씰이 돌출되는 과정과 에이펙스 씰이 다시 밀려들어가는 과정이 부드럽게 이루어질 수 있도록 하는 것이다.

제1면과 제2면 중 제2면에만 경사면을 구비할 수도 있다. 왜냐하면 실제로 에이펙스 씰과 포트의 충돌이 문제되는 부분은, 에이펙스 씰이 포트를 벗어나는 제2면을 통과할 때이기 때문이다.

이러한 구조는 에이펙스 씰(117)이 흡기포터(124c)를 통과하면서 로터의 측벽에 간섭되어 발생하는 마모와 소음을 감소시키는 효과를 가져온다.

한편, 도시된 실시예의 경우 흡기포트(124c)의 양면(124c_1, 124c_2)이 에이펙스 씰(117)과 평행한 것으로 도시되었으나, 흡기포트(124c)의 양면이 에이펙스 씰(117)과 경사각을 가질 수 있다.

다시말해 흡기포트(124c)가 평행 사변형 모양으로 형성될 수 있다. 이러한 형태는 에이펙스 씰과 흡기포트(124c)의 대응면의 접촉이 일측에서부터 점진적으로 이루어질 수 있도록 하는 효과를 가져온다. 이 때, 경사각은 3도에서 15도 범위인 것이 바람직하다. 경사각이 3도 미만인 경우에는 평행한 것과 거의 동일하여 접촉이 점진적으로 이루어지도록 하는 효과가 적으며, 경사각이 15를 초과하는 경우에는 흡기 행정에서의 개구면적이 축소되어 바람직하지 못하다.

도 14는 본 발명의 제2실시예에 따른 로터의 흡기포트를 나타낸 사시도이고, 도 15는 도 14의 로터가 반시계 방향으로 회전할 때 로터의 흡기포트와 에이펙스 씰의 접촉을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 제2실시예는 로터(120)의 흡기포트(124c')에 흡기포트(124c')를 로터의 두께 방향으로 분할하는 가이드면(124g)을 구비하는 것을 특징으로 한다.

로터(120)의 측면에 형성되는 흡기포트(124c')는 크랭크 축의 회전에 따라 행정실로 진입하여 혼합기를 흡입할 수 있도록 형성되는 것으로, 로터의 회전방향에 따른 위치는 흡기 개시 각도와 흡기 종료 각도의 설정에 따라 결정된다.

흡기포트(124c')의 로터(120) 두께 방향 크기는 흡기 개시 각도 및 흡기 종료 각도와는 무관하다.

따라서, 일반적으로 흡기포트(124c')의 로터 두께 방향 크기는 개구면적을 최대로 확보할 수 있으며, 로터(120)의 강도를 확보할 수 있는 크기로 결정된다.

그런데, 흡기포트(124c')의 로터 두께 방향 크기가 커지면, 에이펙스 씰(117)이 흡기포트(124c')를 통과할 때 돌출되는 구간(흡기포트의 내부에 놓여지는 구간)이 길어지게 되고, 이로인해 에이펙스 씰(117)이 흡기포트(124c') 내부로 돌출되는 깊이도 증가하게 된다.

본 실시에는 흡기포트(124c')의 두께방향 중간에 가이드면(124g)을 구비하여, 에이펙스 씰(117)이 흡기포트(124c')를 통과할 때 가이드면(124g)에 의하여 지지될 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다. 가이드면(124g)에 의하여 지지되지 못하는 에이펙스 씰(117)의 길이를 감소시키는 것이다.

가느다란 막대 형상을 가지는 에이펙스 씰(117)이 흡기포트(124c')를 통과할 때 가이드면(124g)으로 중앙부가 지지되도록 함으로써, 에이펙스 씰(117)이 흡기포트(124c')의 안쪽으로 돌출되는 깊이가 감소되고, 결과적으로 에이펙스 씰(117)과 흡기포트(124c') 측면 사이의 충돌로 인한 손상을 감소시키는 효과를 가져온다.

도 16은 본 발명의 제3실시예에 따른 로터의 흡기포트를 나타낸 사시도이고, 도 17은 본 발명의 제4실시예에 따른 로터의 배기포트를 나타낸 사시도이다.

먼저 도 16을 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 로터의 흡기포트(124c')는 가이드면(124g)에 의하여 분할되어 있으면서, 에이펙스 씰과 나란한 면(124c_1', 124c_2')에 경사면을 구비하는 것을 특징으로 한다, 앞선 제1실시예의 경사면 구조와 제2실시예의 가이드면 구조가 함께 적용되면, 에이펙스 씰과 흡기포트의 간섭을 더욱 감소시킬 수 있다.

도 17은 로터(120)의 배기포트(124d)의 양면(124d_1,124d_2)에 경사면이 적용된 상태를 나타낸 것이다. 배기포트(124d)의 경우에도 앞서 설명한 흡기포트와 마찬가지로 경사면을 형성하거나, 안내면을 형성하는 구조가 동일하게 적용될 수 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: 흡기저장부
123b: 배기저장부 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

Claims

내부에 N개(N은 3이상의 자연수)의 로브 수용부를 구비하는 하우징;
상기 하우징의 중심으로부터 편심되어 회전하고, 각각 상기 로브 수용부에 연속적으로 수용되는 N-1개의 로브를 구비하며 측벽에 흡기포트와 배기포트를 구비하는 로터;
상기 로브 수용부를 오버랩하여 상기 하우징에 결합되는 하우징 덮개; 및
상기 로브 수용부의 최내측 피크에 구비되어 상기 로터의 외면 접촉하는 에이펙스 씰;을 포함하며,
상기 흡기포트 또는 상기 배기포트를 로터의 두께 방향으로 분할하며 상기 흡기포트 또는 상기 배기포트를 통과하는 에이펙스 씰을 지지하는 가이드면을 구비하는 로터리 엔진.
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내부에 N개(N은 3이상의 자연수)의 로브 수용부를 구비하는 하우징;
상기 하우징의 중심으로부터 편심되어 회전하고, 각각 상기 로브 수용부에 연속적으로 수용되는 N-1개의 로브를 구비하며 측벽에 흡기포트와 배기포트를 구비하는 로터;
상기 로브 수용부를 오버랩하여 상기 하우징에 결합되는 하우징 덮개; 및
상기 로브 수용부의 최내측 피크에 구비되어 상기 로터의 외면 접촉하는 에이펙스 씰;을 포함하며,
상기 흡기포트 또는 상기 배기포트는 내부에 상기 흡기포트 또는 상기 배기포트를 통과하는 에이펙스 씰을 지지하는 가이드면을 구비하는 로터리 엔진.
제 5 항에 있어서,
상기 가이드 면은 상기 흡기포트 또는 상기 배기포트를 분할하도록 배치된 로터리 엔진.
제 5 항에 있어서,
상기 흡기포트 또는 상기 배기포트는 상기 에이펙스씰과 나란한 면에 경사면을 구비하는 로터리 엔진.
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