KR102318367B1 - Rotary engine with improved housing heat load unbalance - Google Patents
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Abstract
본 발명은 4 행정 사이클이 진행되는 하우징 내에 히팅부와 냉각부를 적용하여 하우징 내의 온도 분포를 균일하게 해줌으로써, 하우징의 열부하 불균형을 개선할 수 있는 로터리 엔진에 관한 것이다.The present invention relates to a rotary engine capable of improving the thermal load imbalance of the housing by applying a heating unit and a cooling unit to the housing in which a four-stroke cycle is performed to make the temperature distribution in the housing uniform.
Description
본 발명은 4 행정 사이클이 진행되는 하우징 내에 히팅부와 냉각부를 적용하여 하우징의 열부하 불균형을 개선할 수 있는 로터리 엔진에 관한 것이다.The present invention relates to a rotary engine capable of improving the thermal load imbalance of the housing by applying a heating unit and a cooling unit to the housing in which a four-stroke cycle is performed.
일반적으로, 로터리 엔진(Rotary Engine)은 연료와 공기가 섞여 연소가 일어나는 부분에 위치한 로터(Rotor)가 회전하는 방식이다. 로터리 엔진은 1951년 독일의 반켈(Felix Wankel)에 의해 개발되었다.In general, a rotary engine is a method in which a rotor positioned in a portion where fuel and air are mixed and combustion occurs is rotated. The rotary engine was developed in 1951 by Felix Wankel in Germany.
도 1을 참조하면, 로터리 엔진(1)은 엔진 하우징(10) 내부의 에피트로코이드(Epitrochoid)라는 곡면을 따라 로터(20)가 회전하면서 구동하는 원리이다.Referring to FIG. 1 , the rotary engine 1 is driven while the
이러한 로터리 엔진(1)은 구조가 간단하고 효율이 높아 피스톤 엔진에 비해 작은 크기로 만들 수 있다. 그만큼 자동차의 무게를 줄일 수 있고, 엔진 설치위치에 대한 자유도가 커 차량의 중량에도 유리하다.The rotary engine 1 has a simple structure and high efficiency, so it can be made smaller than a piston engine. It is possible to reduce the weight of the vehicle, and it is advantageous to the weight of the vehicle because the degree of freedom for the engine installation position is large.
또한 피스톤 엔진은 피스톤이 왕복운동을 하며 많은 진동을 발생시키는데 반해, 로터리 엔진은 일정한 방향으로 회전함에 따라 진동이 적다.In addition, in a piston engine, the piston reciprocates and generates a lot of vibration, whereas in a rotary engine, there is little vibration as it rotates in a certain direction.
반면, 로터리 엔진(1)은 내구성이 부족하여 연소실 내벽이 불규칙하게 마모될 수 있으며, 이에 따라 연료가 완전히 연소하지 못해 연료소비율이 좋지 않다.On the other hand, the rotary engine 1 lacks durability, so the inner wall of the combustion chamber may be irregularly worn. Accordingly, the fuel may not be completely combusted, resulting in a poor fuel consumption rate.
즉, 로터리 엔진(1)은 로터(20)가 하우징(10) 안에서 지속적으로 회전되면서 연료나 오일의 누수를 막을 수 있도록 접촉면이 작은 상태로 밀착되어야 한다.That is, the rotary engine 1 must be in close contact with a small contact surface to prevent leakage of fuel or oil while the
다시 말해, 금속과 금속이 밀착된 상태에서 고속회전을 지속하다 보면 마찰로 인해 마모가 발생할 수밖에 없다. 따라서 하우징(10)과 로터(20)를 보호할 수 있도록 로터(20)의 각 모서리에 아펙스 실(Apex seal)이라는 실링 패드(21)를 부착하게 되는데, 이 역시 고속회전의 특성상 쉽게 마모될 수밖에 없다.In other words, if the metal and the metal are in close contact with the metal and the high-speed rotation is continued, wear is inevitable due to friction. Therefore, to protect the
도 2를 참조하면, 로터리 엔진(1)은 하우징(10) 내에서 로터(20)가 일방향으로 회전하면서 4 행정 사이클, 즉 (a)흡입 → (b)압축 → (c)연소 → (d)배기 순서로 작동하게 된다.Referring to FIG. 2 , the rotary engine 1 rotates in one direction while the
이때, 하우징(10)은 4 행정 사이클이 진행되면서 흡기부분(11)과 배기부분(13)의 하우징(10) 내 온도가 불균일하게 된다. 즉 흡기부분(11)은 계속 냉각되고, 배기부분(13)은 고온, 고압에 계속 노출되는 구조임에 따라 영역별 온도 편차가 크다.At this time, in the
이러한 구조의 하우징(10)은 열팽창과 수축에 의해 내구성이 약해지면서 하우징(10) 내주면이 마모되거나, 가스누출 및 엔진 파손 등의 문제점이 발생할 수 있는 우려가 있다.The
본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 4 행정 사이클이 진행되는 하우징 내에 히팅부와 냉각부를 적용하여 하우징 내의 온도 분포를 균일하게 해줌으로써, 하우징의 열부하 불균형을 개선할 수 있도록 한 로터리 엔진을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been devised to solve the above problems, and by applying a heating unit and a cooling unit to the housing in which a four-stroke cycle is performed to make the temperature distribution in the housing uniform, a rotary engine capable of improving the heat load imbalance of the housing Its purpose is to provide
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명에 따른 로터리 엔진은, 로터가 회전 가능하게 결합될 수 있도록 내부에 수용공간이 마련되며, 흡기구와 배기구가 구비되는 하우징; 상기 흡기구가 구비된 하우징의 제1구간에 형성되며, 흡입, 압축 공정에 의해 냉각된 하우징을 가열해주는 히팅부; 및 상기 배기구가 구비된 하우징의 제2구간에 형성되며, 연소, 배기 공정에 의해 가열된 하우징을 냉각해주는 냉각부;를 포함할 수 있다.The rotary engine according to the present invention for realizing the object as described above, the housing is provided with a receiving space therein so that the rotor can be rotatably coupled, the intake port and the exhaust port are provided; a heating unit formed in a first section of the housing having the intake port and heating the housing cooled by suction and compression processes; and a cooling unit formed in the second section of the housing provided with the exhaust port and cooling the housing heated by combustion and exhaust processes.
이 경우 상기 히팅부는, 상기 배기구를 통해 배기되는 배기가스의 일부를 상기 제1구간 내에 설치된 히팅라인을 따라 순환시켜 상기 제1구간을 가열해줄 수 있다.In this case, the heating unit may circulate a portion of the exhaust gas exhausted through the exhaust port along a heating line installed in the first section to heat the first section.
또한 상기 냉각부는, 상기 제2구간 내에 설치된 냉각라인을 따라 냉각수를 순환시켜 상기 제2구간을 냉각시켜줄 수 있다.In addition, the cooling unit may circulate cooling water along a cooling line installed in the second section to cool the second section.
또한 상기 냉각라인은, 일측에 유입구가 구비되는 메인유로; 및 상기 메인유로의 타측에서 복수로 분기되는 분기유로;를 포함할 수 있다.In addition, the cooling line may include a main passage having an inlet on one side; and a branch passage branched into a plurality from the other side of the main passage.
또한 상기 분기유로는, 상기 제2구간의 고온부에 배치되는 제1순환부; 및 상기 제2구간의 중저온부에 배치되는 제2순환부;를 포함할 수 있다.In addition, the branch flow path includes: a first circulation unit disposed in the high temperature part of the second section; and a second circulation unit disposed in the middle and low temperature portion of the second section.
또한 상기 분기유로는, 온도센서 및 유량조절밸브가 제각기 구비된 것을 더 포함하여, 상기 제2구간의 온도에 따라 상기 분기유로에 공급되는 냉각수의 유량을 서로 다르게 조절할 수 있다.In addition, the branch flow path may further include a temperature sensor and a flow control valve, respectively, so that the flow rate of the cooling water supplied to the branch flow path may be differently adjusted according to the temperature of the second section.
또한 상기 제1순환부의 냉각수 온도가 제2순환부의 냉각수 온도보다 높을 경우, 상기 제2순환부를 통과하는 냉각수 일부를 상기 제1순환부에 공급해줄 수 있다.In addition, when the temperature of the cooling water of the first circulation unit is higher than the temperature of the cooling water of the second circulation unit, a portion of the cooling water passing through the second circulation unit may be supplied to the first circulation unit.
또한 상기 온도센서는 분기유로의 각 출구에 설치되고, 상기 유량조절밸브는 분기유로의 분기 전 입구에 설치될 수 있다.In addition, the temperature sensor may be installed at each outlet of the branch flow path, and the flow control valve may be installed at an inlet before branching of the branch flow path.
이상과 같은 구성의 본 발명에 따른 로터리 엔진은, 4 행정 사이클이 진행되는 하우징 내에 히팅부와 냉각부를 적용함으로써 하우징 내의 온도 분포를 균일하게 해줄 수 있다. 이에 따라 하우징의 열부하 불균형을 개선할 수 있는 장점이 있다.The rotary engine according to the present invention having the above configuration can make uniform temperature distribution in the housing by applying a heating unit and a cooling unit to the housing in which a four-stroke cycle is performed. Accordingly, there is an advantage that can improve the thermal load imbalance of the housing.
도 1은 일반적인 로터리 엔진의 내부구조를 보여주는 단면도,
도 2는 도 1에 도시된 로터리 엔진의 작동순서도,
도 3은 본 발명에 따른 로터리 엔진의 하우징에 히팅부와 냉각부가 구비된 상태를 보여주는 내부구성도,
도 4는 본 발명에 따른 히팅부를 보여주는 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 냉각부를 보여주는 사시도,
도 6은 본 발명에 따른 냉각부를 통해 냉각수가 순환되는 상태를 보여주는 도면이다.1 is a cross-sectional view showing the internal structure of a general rotary engine;
2 is an operation flowchart of the rotary engine shown in FIG. 1;
3 is an internal configuration diagram showing a state in which a heating unit and a cooling unit are provided in the housing of the rotary engine according to the present invention;
4 is a perspective view showing a heating unit according to the present invention;
5 is a perspective view showing a cooling unit according to the present invention;
6 is a view showing a state in which cooling water is circulated through the cooling unit according to the present invention.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the configuration and operation of specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
여기서, 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.Here, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that only the same components are marked with the same reference numerals as much as possible even though they are displayed on different drawings.
도 3은 본 발명에 따른 로터리 엔진의 하우징에 히팅부와 냉각부가 구비된 상태를 보여주는 내부구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 히팅부를 보여주는 사시도이며, 도 5는 본 발명에 따른 냉각부를 보여주는 사시도이다.3 is an internal configuration diagram showing a state in which a heating unit and a cooling unit are provided in a housing of a rotary engine according to the present invention, FIG. 4 is a perspective view showing a heating unit according to the present invention, and FIG. 5 is a cooling unit according to the present invention is a perspective view.
도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 하우징의 열부하 불균형이 개선된 로터리 엔진(100)은, 하우징(110), 히팅부(120), 냉각부(130)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3 , the
이러한 본 발명의 구성에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The configuration of the present invention will be described in detail as follows.
먼저, 하우징(110)은 로터리 엔진(100)의 주된 몸체를 이룰 수 있다. 이러한 하우징(110)은 내부에 수용공간(S)이 마련되며, 수용공간(S)에는 로터(20)가 편심 회전 가능하게 결합될 수 있다.First, the
하우징(110)의 일측에는 흡기구(111)가 구비될 수 있다. 흡기구(111)를 통해 로터리 엔진(100)의 작동에 필요한 일정비율의 연료와 공기가 투입될 수 있다.An
아울러 흡기구(111)의 하측에는 4 행정 사이클(흡입 → 압축 → 연소 → 배기)(도 2 참조)을 마친 배기가스가 외부로 배출될 수 있도록 배기구(113)가 구비될 수 있다.In addition, the
이 경우 하우징(110)의 수용공간(S)은 로터(20)의 회전 궤적에 대응되도록 내주면이 소정의 곡률로 형성될 수 있다. 로터(20)의 편심 회전에 의해 하우징(110) 내에서 4 행정 사이클이 이루어지게 되는 공정은 공지된 기술임에 따라 상세한 설명은 생략하기로 한다.In this case, the accommodating space S of the
히팅부(120)는 흡기구(111)가 구비된 하우징(110)의 제1구간(A)에 형성될 수 있다. 히팅부(120)는 4 행정 사이클 중 흡입, 압축 공정에 의해 냉각된 하우징(110)을 가열해줄 수 있다.The
구체적으로, 상기 히팅부(120)는 배기구(113)를 통해 배기되는 배기가스를 제1구간(A) 내에 형성된 히팅라인(121)를 따라 순환시켜줄 수 있다. 이에 따라 하우징(110)의 제1구간(A)을 가열해줄 수 있다.Specifically, the
도 4를 참조하면, 히팅라인(121)은 중공 형태의 파이프가 제1구간(A)(도 3 참조)의 면적에 대응되게 절곡 형성된 형태로 배치될 수 있다. 히팅라인(121)의 양측단에는 배기구(113)와 연통되는 배기가스 유입구(123)와 배기가스 배출구(125)가 구비될 수 있다. 따라서 배기구(113)를 통해 배출되는 배기가스 중 일부가 유입구(123)를 통해 히팅라인(121)을 따라 순환된 후 배출구(125)를 통해 다시 배기구(113)로 배출될 수 있다.Referring to FIG. 4 , the
다시 도 3을 참조하면, 냉각부(130)는 배기구(113)가 구비된 하우징(110)의 제2구간(B)에 형성될 수 있다. 냉각부(130)는 4 행정 사이클 중 연소, 배기 공정을 거치며 가열된 하우징(110)을 냉각시킬 수 있다.Referring back to FIG. 3 , the
구체적으로, 상기 냉각부(130)는 제2구간(B) 내에 형성된 냉각라인(131)을 따라 냉각수를 순환시켜줌으로써 제2구간(B)을 냉각시켜줄 수 있다. 냉각라인(131)은 복수로 분기 형성되어 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.Specifically, the
도 5를 참조하면, 냉각라인(131)은 일측에 냉각수 유입구(131a)가 구비되는 메인유로(133)와, 메인유로(133)의 타측에서 복수로 분기되는 분기유로(135)를 포함할 수 있다. 분기유로(135)는 다시 하나의 냉각수 배출구(131b)로 모이게 된다. 따라서 냉각수 유입구(131a)를 통해 공급된 후 분기유로(135)를 따라 순환된 냉각수가 냉각수 배출구(131b)를 통해 하우징(110) 외부로 배출될 수 있다.Referring to FIG. 5 , the
도 6을 참조하면, 상기 분기유로(135)는 제2구간(B)의 주된 연소 공정이 이루지는 고온부(점화플러그가 설치된 부위)에 배치되는 제1순환부(135a)와, 상기 제2구간(B)의 중저온부, 즉 고온부의 외둘레에 배치되는 제2순환부(135b)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 6 , the
또한 상기 분기유로(135)에는 온도센서(137) 및 유량조절밸브(139)가 제각기 구비될 수 있다. 온도센서(137)는 분기유로(135)의 각 출구에 설치되고, 유량조절밸브(139)는 분기유로(135)의 분기 전 입구에 설치될 수 있다. 이에 따라 상기 제2구간(B)의 온도에 따라 분기유로(135)에 공급되는 냉각수의 유량을 서로 다르게 조절해줄 수 있다. 예컨대, 상기 제1순환부(135a)의 냉각수 온도가 제2순환부(135b)의 냉각수 온도보다 높을 경우, 제어부(미도시)의 제어를 통해 상기 제2순환부(135b)를 통과하는 냉각수 일부를 제1순환부(135a)에 공급해줄 수 있다.In addition, a
이상과 같은 구성의 본 발명에 따른 하우징 열부하가 개선된 로터리 엔진(100)은, 4 행정 사이클이 진행되는 하우징(110) 내에 히팅부(110)와 냉각부(120)를 적용하여 하우징(110) 내의 온도 분포를 균일하게 해줌으로써, 하우징(110)의 열부하 불균형을 개선할 수 있다.The
이상에서는 본 발명을 특정의 구체적인 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않으며 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경과 수정이 가능함은 물론이다.In the above, the present invention has been illustrated and described with reference to specific specific embodiments, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes and modifications are possible without departing from the technical spirit of the present invention.
100 : 로터리 엔진 110 : 하우징
A : 제1구간 B : 제2구간
S : 수용공간 111 : 흡입구
113 : 배기구 120 : 히팅부
121 : 히팅라인 123 : 배기가스 유입구
125 : 배기가스 배출구 130 : 냉각부
131 : 냉각라인 131a : 냉각수 유입구
131b : 냉각수 배출구 133 : 메인유로
135 : 분기유로 135a : 제1순환부
135b : 제2순환부 137 : 온도센서
139 : 유량조절밸브100: rotary engine 110: housing
A: 1st section B: 2nd section
S: accommodation space 111: suction port
113: exhaust port 120: heating unit
121: heating line 123: exhaust gas inlet
125: exhaust gas outlet 130: cooling unit
131: cooling
131b: cooling water outlet 133: main flow path
135:
135b: second circulation unit 137: temperature sensor
139: flow control valve
Claims (8)
상기 흡기구가 구비된 하우징의 제1구간에 형성되며, 흡입, 압축 공정에 의해 냉각된 하우징을 가열해주는 히팅부; 및
상기 배기구가 구비된 하우징의 제2구간에 형성되며, 연소, 배기 공정에 의해 가열된 하우징을 냉각해주는 냉각부;를 구비하고
상기 히팅부는,
상기 배기구에 연결되어 배기가스의 일부가 유입되는 배기가스 유입구와,
상기 배기가스 유입구로부터 유입된 배기가스가 순환하여 상기 제1구간을 가열하는 히팅라인과,
상기 히팅라인을 순환한 배기가스가 상기 배기구를 통해 유출될 수 있도록 상기 배기구와 상기 히팅라인을 연결하는 배기가스 배출구를 포함하는 로터리 엔진.
a housing having an accommodating space therein so that the rotor can be rotatably coupled therein, and having an intake port and an exhaust port;
a heating unit formed in a first section of the housing having the intake port and heating the housing cooled by suction and compression processes; and
a cooling unit formed in the second section of the housing provided with the exhaust port and cooling the housing heated by combustion and exhaust processes; and
The heating unit,
an exhaust gas inlet connected to the exhaust port through which a part of the exhaust gas flows;
a heating line through which the exhaust gas introduced from the exhaust gas inlet circulates to heat the first section;
and an exhaust gas outlet connecting the exhaust port and the heating line so that the exhaust gas circulated through the heating line can be discharged through the exhaust port.
상기 냉각부는,
상기 제2구간 내에 설치된 냉각라인을 따라 냉각수를 순환시켜 상기 제2구간을 냉각시켜주는 것인 로터리 엔진.
According to claim 1,
The cooling unit,
A rotary engine that cools the second section by circulating coolant along a cooling line installed in the second section.
상기 냉각라인은,
일측에 유입구가 구비되는 메인유로; 및
상기 메인유로의 타측에서 복수로 분기되는 분기유로;를 포함하는 로터리 엔진.
4. The method of claim 3,
The cooling line is
a main passage having an inlet on one side; and
A rotary engine comprising a; branch flow passages branched into a plurality from the other side of the main flow passage.
상기 분기유로는,
상기 제2구간의 고온부에 배치되는 제1순환부; 및
상기 제2구간의 중저온부에 배치되는 제2순환부;를 포함하는 로터리 엔진.
5. The method of claim 4,
The branch flow is
a first circulation part disposed in the high temperature part of the second section; and
A rotary engine comprising a; a second circulation unit disposed in the middle and low temperature portion of the second section.
상기 분기유로는,
온도센서 및 유량조절밸브가 제각기 구비된 것을 더 포함하여, 상기 제2구간의 온도에 따라 상기 분기유로에 공급되는 냉각수의 유량을 서로 다르게 조절할 수 있도록 한 것인 로터리 엔진.
6. The method of claim 5,
The branch flow is
The rotary engine further comprising a temperature sensor and a flow control valve, respectively, so that the flow rate of the coolant supplied to the branch passage can be differently adjusted according to the temperature of the second section.
상기 제1순환부의 냉각수 온도가 제2순환부의 냉각수 온도보다 높을 경우, 상기 제2순환부를 통과하는 냉각수 일부를 상기 제1순환부에 공급해줄 수 있도록 한 것인 로터리 엔진.
7. The method of claim 6,
When the coolant temperature of the first circulation part is higher than the coolant temperature of the second circulation part, a part of the coolant passing through the second circulation part can be supplied to the first circulation part.
상기 온도센서는 분기유로의 각 출구에 설치되고,
상기 유량조절밸브는 분기유로의 분기 전 입구에 설치되는 것인 로터리 엔진.7. The method of claim 6,
The temperature sensor is installed at each outlet of the branch flow path,
The flow control valve is a rotary engine that is installed at the inlet before branching of the branch flow path.
Priority Applications (1)
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