KR20150096194A - 기능성 로터리 엔진 - Google Patents

Abstract

본 발명은 로터리 엔진에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 직선운동을 회전운동으로 하는 방식에서 크랭크 아암 없이 연료의 폭발력을 이용하여 회전동력을 얻을 수 있는 것으로 구성하기 위한 부품을 최소화하여 무게를 감소와 제작비용을 최소화하여 소형에서 부터 대형 엔진을 제작할 수 있는 기능성 로터리 엔진에 관한 것으로,
회전속도를 필요로 하는 엔진에 상용이 가능하며, 가정용 및 산업용에 널리사용할 수 있는 매우 유용한 엔진인 것이다.

Description

기능성 로터리 엔진{ROTARY ENGINE}

본 발명은 로터리 엔진에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 직선운동을 회전운동으로 하는 방식에서 크랭크 아암 없이 연료의 폭발력을 이용하여 회전동력을 얻을 수 있는 엔진을 개발한 것으로 본 발명은 부품을 최소화하여 무게 감소와 제작비용을 최소화하여 소형 엔진에서 부터 대형 엔진을 제작할 수 있는 기능성 로터리 엔진에 관한 것이다.

현재 상용되는 내연기관은 왕복운동방식의 2행정 또는 4행정기관이 대부분이며, 로터리 엔진은 구동축과 회전체가 편심인 엔진이 일부 쓰여지고 있다. 피스톤 왕복 엔진의 문제점은 여러 가지이나 대표적으로 다음과 같은 점을 꼽을 수 있다. 특히 무겁고 크다. 떨림을 없앨 수 없다. 흡배기 밸브의 질량으로 말미암아 엔진이 빠르게 돌 때 흡배기구의 여닫힘이 제대로 따라주지 못한다. 아울러 흡배기구 크기가 작아서 흡배기가 제대로 이루어지지 못한다. 피스톤이 실린더 벽에 큰 힘과 마찰을 주므로 피스톤 링과 실린더 벽이 쉽게 마모된다. 동력에 쓰이지 못하

고 버려지는 에너지가 크다. 이와 같은 문제점들은 피스톤 왕복 엔진의 구조 때문에 어느 한계 이상은 해결할 수 없다. 그러나 직선왕복 운동과정 없이 폭발 압력이 곧바로 비틀림힘(torque)으로 바뀌는 로터리 엔진은 피스톤 왕복 엔진의 문제점을 대부분 극복할 수 있을 뿐 아니라, 다른 많은 장점을 지닐 수 있으므로 로터리엔진의 개발이 가속화되고 있다.

종래의 도 11에 도시한 로터리 엔진은 두 개의 원통형 공간을 일부 겹쳐지게 연결한 형상을 가진 실린더블록(10)과; 상기 실린더블록(10)의 원통형 공간 중 하나에 수용되어 그 중심축인 제1 회전축에 의해 회전되고, 상기 실린더블록(10)의 내경보다 작은 직경을 가지며, 그 외주면에 길이 방향으로 일부가 외측으로 돌설된 회전익(11a)이 형성된 제1 로터(11)와; 상기 실린더블록(10)의 다른 원통형 공간에 수용되어 그 중심축인 제2 회전축으로 하여 상기 제1 로터(11)와 동일한 회전속으로 회전되며, 상기 제1 로터(11)의 외주면과 일정부분 접촉하며, 그 외주면에 상기 제1 로터(11)의 회전익(11a)이 삽입될 수 있는 원형홈(12a)이 형성된 직경이 제1 로터(11)의 직경보다 큰 제2 로터(12)와; 상기 제1 및 제2 로터(11, 12)는 서로 반대 방향으로 동일한 속도로 회전시키는 제1 및 제2 회전축(21, 22)의 단부에 각각 연결 설치된 동일한 크기 및 치형을 가진 제1 및 제2 기어(31, 32)와; 상기 제1 로터(11)의 회전익(11a)과 제2 로터(12)의 외주면 및 실린더블록(10)의 내주면 사이에 밀폐된 공간인 흡입영역(S)으로 연료와 공기가 혼합되어 흡입되도록 상기 실린더블록(10) 내의 원통형 공간이 서로 대칭을 이루는 수직선상의 상측에 연결된 공기주입기(43)를 가진 흡입관(40)과; 상기 흡입관(40)에는 연료를 주입하도록 연결된 연료주입기(41)와; 상기 흡입관(40)의 일측인 상기 실린더블록(10)에 상기 흡입영역(S) 내에 흡입된 공기 및 연료를 점화하도록 설치된 점화플러그(42)와; 상기 흡입관(40)과 대향되는 실린더블록(10)의 하측에 연결 설치되어 항상 개방된 상태인 배기관(50)을 포함하여 구성된 특징이 있다.

상기의 문제점은 너무 많은 구성품을 이루어지면 기어로 연결되어야 하는 문제점이 있어 동력의 손실이 많이 발생 되는 문제점이 있었다.

일본국 특개소 제49-46009호 공보 대한민국특허청 공개특허 제10-2007-0005440호(2007.01.10)

본 발명의 해결하고자 하는 과제는 에너지소모를 최소화하기 위해 구성품을 간소화하여 동력을 생산할 수 있는 기능성 로터리 엔진을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 회전축의 1/2회전에 모든 4행정이 이루어지는 기능성 로터리 엔진을 제공하는 데 있다.

본 발명의 목적은 가정용 및 산업용으로 사용할 수 있는 기능성 로터리 엔진을 제공하는 데 있다.

본 발명의 해결하고자 하는 수단은

회전축 상에 형성된 단면이 원형인 제1로터와, 상기 제1로터 내부에서 자유롭게 슬라이딩이 되어 타원형인 제1하우징의 내면과 밀착되면서 내면을 따라 회전하는 제1베인과, 상기 제1로터의 한쪽 면에 접촉한 제1로터의 반호보다 큰 호를 제1로터의 반호 이내로 형성하고, 상기 제1로터의 중심으로 제1베인의 지름으로 나머지 호를 형성한 타원형인 제1하우징과, 상기 제1항우징의 측면에는 압축공기 흡입구와 연료공급부와 점화플러그와 배기구가 형성된 파워생성부와, 상기 회전축 상에 형성된 단면이 원형인 제2로터와, 상기 제2로터가 장착되며 외부공기흡입구와 공기배출구가 형성된 타원형의 제2 하우징과 상기 제2로터 내부에서 자유롭게 슬라이딩이 되어 제2하우징의 내면과 밀착되면서 내면을 따라 회전하는 제2베인; 상기 제2로터는 제2하우징 내부의 한쪽 면이 제2 하우징에 접촉하여 회전하도록 형성하고, 상기 제2로터 내부에서 제2베인이 자유롭게 슬라이딩이 가능하여 제2로터 회전시 외부에서 공급되는 공기를 압축하여 제1하우징의 흡입구로 공급하도록 연결구가 형성된 공기가압부와, 상기 제1,2하우징의 벽면 내에는 냉각홀이 형성된 파워 하우징 블럭과, 상기 제1,2하우징을 밀폐하도록 좌우측면에 제1,2헤드부를 형성하여 달성하였다.

본 발명은 로터리 엔진은 회전축이 1/2회전이 이루어질 경우에 흡입,압축, 폭발, 배기가 모두 이루어지도록 하여 별도의 크랭크 암 없이도 회전운동을 얻을 수 있으며, 또한 무게를 최소화하여 작으면서 회전력이 빠른 엔진을 얻을 수 있어 엔진산업상 매우 유용한 발명인 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예의 기능성 로터리 엔진을 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 파워 생성부와 공기 가압부를 도시한 투시도.
도 3은 본 발명의 기능성 로터리 엔진의 일부 분해도.
도 4는 본 발명의 하우징 내경의 설계를 위한 설명 상세도.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 흡입,공기압축,폭발(팽창),배기 행정의 상태도.
도 9는 본 발명의 기능성 로터리 엔진의 일방향 통행밸브를 도시한 상태도.
도 10은 본 발명의 다른 실시예의 회전축에 2개의 엔진을 장착한 상태도.
도 11은 종래의 로터리 엔진을 도시한 상태도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예의 기능성 로터리 엔진을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

발명은 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1 내지 도 10에 도시한 본 발명은 회전축(100) 상에서 회전축이 1/2회전시 흡입, 압축, 폭발, 배기가 모두 이루어지도록 한 로터리 엔진에 관한 것이다.

본 발명은 공기를 압축하는 회전축에는 공기를 압축하는 공기 가압부(300)와 압축공기를 흡입과 폭발(팽창)과 배기 행정이 이루어지는 파워 생성부(200)를 형성하였다.

본 발명의 구성은 회전축 상에 형성된 단면이 원형인 제1로터(110); 상기 제1로터 내부에서 자유롭게 슬라이딩이 되는 타원형의 제1하우징의 내면과 밀착되면서 내면을 따라 회전하는 제1베인(120); 상기 제1로터의 한쪽 면에 접촉한 제1로터의 반호(반지름)보다 큰 반호(반지름)를 제1로터의 반호(반지름) 이내로 형성하고, 상기 제1로터의 중심으로 제1베인의 지름으로 나머지 반호를 형성한 타원형의 제1하우징(130); 상기 제1항우징의 측면에는 압축공기 흡입구(140)와 연료공급부(150)와 점화플러그(160)와 배기구(170)가 형성된 파워 생성부(200);

상기 회전축(100) 상에 형성된 단면이 원형인 제2로터(210); 상기 제2로터가 장착되며 외부공기 흡입구(220)와 압축 공기배출구(230)가 형성된 타원형의 제2하우징(240); 상기 제2로터 내부에서 자유롭게 슬라이딩이 되어 제2하우징의 내면과 밀착되면서 내면을 따라 회전하는 제2베인(250); 상기 제2로터는 제2하우징 내부의 한쪽 면이 제2 하우징에 접촉하여 회전하도록 형성하고, 상기 제2로터 내부에서 제2베인이 자유롭게 슬라이딩이 가능하여 제2로터 회전시 외부에서 공급되는 공기를 압축하여 제1하우징의 압축공기 흡입구(140)로 공급하도록 연결구가 형성된 공기 가압부(300); 상기 제1,2하우징의 벽면 내에는 냉각홀(290)이 형성된 하우징 블럭(400); 상기 제1,2하우징(130,240)을 밀폐하도록 좌우측면에 제1,2헤드부(180,190)를 형성한 특징이 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예의 기능성 로터리 엔진을 결합한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 기능성 로터리 엔진의 일부 사시도로 회전축상에 제 1,2하우징(180,190)과 제1,2로터(110,250)와 제1,2베인(120,250)과 상기 제1,2하우징(130,240)을 밀폐하도록 좌우측면에 제1,2헤드부(180,190)를 형성하였다.

본 발명에서는 제 1,2하우징(180,190)과 제1,2로터(110,250)와 제1,2베인(120,250)과 하우징과 로터, 베인으로 같은 구조로 하우징, 로터, 베인으로 설명한다.

도 4에 도시한 본 발명의 타원형의 하우징(180) 내면(내경)의 형성은 내부에 로터(110)가 회전하도록 형성되며, 로터의 한쪽 면이 접촉되는 접촉면(L)을 형성하고, 상기 접촉된 로터의 반지름 보다 크게 호를 형성한 제1반호(130-1)는 로터의 반호내에 형성하고, 상기 로터의 중심축을 가로질러 형성된 베인(120)은 로터(110)의 지름보다 크게 형성하였다. 상기와 같이 형성된 베인의 지름으로 제1반호(130-1)의 각각의 점(110-3)과 대응되는 점(110-3)을 연결하여 나머지의 호인 제2반호(130-2)를 형성하여 연결한 하우징의 내경을 형성하여 로터가 회전시 베인은 하우징의 내부면에 밀착하여 회전하도록 형성하였다.

상기 미세한 간격은 베인의 끝단에 형성된 탄성링(120-1)에 의해 미세간극을 커버하도록 형성하였다. 상기 탄성링은 1게 이상 설치되어 베인과 하우징의 내경의 미세한 부분을 밀폐하고, 상기 밀착부분을 최소화하기 위해 장착되며, 마모시에 교체가 편리하도록 탈착이 편리하도록 끼움식으로 형성함이 바람직하다.

상기 하우징 블럭(400)은 제1하우징과 제2하우징을 형성하고, 벽의 내부에는 냉각수가 순환할 수 있도록 냉각홀(290)이 형성되며, 좌우측면에 제1헤드부(180)와 제2헤드부(190)가 형성되어 있다. 상기 하우징 블럭(400)은 파워 생성부(200)와 공기 가압부(200)를 일체형 또는 분리형으로 형성이 가능하다.

상기 파워 생성부(200)는 회전축(100) 상에 형성된 단면이 원형인 제1로터(110)를 형성하고, 상기 제1로터(110)는 제1하우징(130)에 밀착되어 회전하도록 제1베인(120)이 형성되어 있다.

상기 제1베인(120)은 제1로터(110)의 중심축을 축으로 슬라이드 되도록 관통구가 형성되어 제1하우징의 면에 밀착되어 회전하도록 형성하였다. 상기 로터와 베인의 연결부분에는 윤활유가 회전축에서 공급되도록 유로를 형성함이 바람직하다.

상기 제1로터의 한쪽 면에 접촉한 제1로터가 회전시 제1하우징이 측면에 형성된 압축공기 흡입구(140)로 압축공기가 흡입되며 흡입된 압축공기에 연료분사노즐이 형성된 연료공급부(150)에서 연료가 분사가 이루어진다. 이때 점화플러그(160)에 전원이 공급되어 점화가 이루어지면 폭발이 이루어지게 되고, 제1베인(120)은 폭발력에 의해 제1로터(110)를 회전시키게 된다. 회전된 제1로터는 배기가스를 배기구(170) 쪽으로 배출하게 되고, 다시 회전된 제1로터는 다시 압축공기 흡입구(140)가 열리면서 압축된 공기가 흡입되고, 흡입된 압축공기는 연료가 분사되고, 점화가 이루어지고, 팽창하여 다시 배기가 이루어지는 것을 반복하게 된다.

상기 공기 가압부(300)는 압축공기를 생성하는 부분으로 외부공기 흡입구(220)와 압축공기 배출구(230)를 형성하였다.

상기 회전축(100) 상에 형성된 제2로터(210)와 상기 제2로터의 중심축을 축으로 형성된 제2베인(250)은 슬라이드 되도록 형성되며 제1로터의 제1베인(120)보다 각도(θ)가 뒤쪽으로 배열(늦게 배열)되며 보통 회전축상에 각도가 10°~ 20°늦게 배열되어 파워 생성부(200)의 압축공기 흡입구(140)가 열릴 경우에 압축된 공기를 강하게 밀어줄 수 있도록 형성함이 바람직하다.

상기와 같이 공기 가압부(200)에서 가압된 공기를 도관(310)을 통하여 파워 생성부의 압축공기 흡입구로 압축공기를 공급하도록 형성하였다.

상기 파워 생성부(200)의 압축공기 흡입구는 압축공기가 흡입시에는 흡입통로가 되고, 폭발시에는 폭발력이 미치지 못하도록 한쪽 방향으로 개폐가 되는 일방향 통행밸브(390)를 형성하였다.

상기 일방향 통행밸브(390)는 파워생성부의 압축공기 흡입구는 흡입실 내로 일방통행으로 압축공기가 통할 수 있도록 다수개의 관통로(320)가 형성된 내벽 실드(330)와 스프링(350)과 볼이 형성된 외벽 실드(360)로 구성된 일방향 통행밸브(390)가 형성되어 흡입실로 만 압축공기가 공급되도록 형성한 특징이 있다.

상기 파워 생성부의 배기구(170)는 배기실에서 배출되는 배기가 배기구로 일방통행으로 통할 수 있도록 다수개의 관통로가 형성된 외벽 실드(420)와 볼(430)이 형성된 내벽 실드(440)로 구성된 일방향 통행밸브(390)가 형성되어 배기구로 배기가스를 배출하도록 한 특징이 있다.

도 10에 도시한 바와 같이 많은 엔진의 힘이 필요시에는 회전축에 대향형으로 배열되도록 다열배열이 가능하고, 공기를 압축하는 공기 가압부를 크게 하거나 작게 형성이 가능하므로 엔진의 사용용도에 따라 파워 생성부와 공기 가압부의 배열을 설정할 수 있다.

본 발명의 가능성 로터리 엔진에서 처음 스타트하는 스타팅 모터를 미 도시하고 있으며, 연료공급부 역시 미도시 하였다. 상기 본 발명은 엔진이 작동하기 위한 흡입행정과 압축행정과 폭발행정 및 배기행정을 구체화하는 데 역점을 두고 있다.

본 발명은 이에 한정되지 않으며, 이하의 부속 청구 범위의 사상 및 영역을 이탈하지 않는 범위 내에서 당업자에 의해 여러 형태로 변형 실시될 수 있으며, 따라서 이와 같은 변형은 본 발명의 영역 내에 있는 것으로 해석해야 할 것이다.

100 : 회전축 110 : 제1로터
120 : 제1베인 130 : 제1하우징
140 : 압축공기 흡입구 150 : 연료공급부
160 : 점화플러그 170 : 배기구
180 : 제1헤드부 190 : 제2헤드부
200 : 파워 생성부 300 : 공기가압부
400 : 하우징 블럭

Claims (6)

1. 회전축 상에 형성된 단면이 원형인 제1로터; 상기 제1로터 내부에서 자유롭게 슬라이딩이 되어 타원형의 제1하우징의 내면과 밀착되면서 내면을 따라 회전하며 제1로터의 지름보다 긴 슬라이딩 제1베인; 상기 제1로터의 한쪽 면에 접촉한 제1로터의 반호보다 큰 호를 제1로터의 반호 이내로 형성하고, 상기 제1로터의 중심으로 제1베인의 지름으로 나머지 반호를 형성한 제1하우징; 상기 제1항우징의 내면에는 제1로터의 접촉면의 전방에는 배기구가 형성되며 후방면에는 압축공기 흡입구와 연료공급부와 점화플러그가 형성된 파워생성부; 상기 회전축 상에 형성된 단면이 원형인 제2로터; 상기 제2로터가 장착되며 외부공기흡입구와 공기배출구가 형성된 타원형의 제2하우징; 상기 제2로터 내부에서 자유롭게 슬라이딩이 되어 제2하우징의 내면과 밀착되면서 내면을 따라 회전하는 제2베인; 상기 제2로터는 제2하우징 내부의 한쪽 면이 제2 하우징에 접촉하여 회전하도록 형성하고, 상기 제2로터 내부에서 제2베인이 자유롭게 슬라이딩이 가능하여 제2로터 회전시 외부에서 공급되는 공기를 압축하여 제1하우징의 흡입구로 공급하도록 도관이 형성된 공기가압부; 상기 제1,2베인 끝단부에 형성된 탄성링; 상기 제1,2하우징의 벽면 내에는 냉각홀이 형성된 파워 하우징 블럭; 상기 제1,2하우징을 밀폐하도록 좌우측면에 제1,2헤드부를 형성한 것을 특징으로 하는 기능성 로터리 엔진.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 타원형의 하우징은
   로터가 회전하도록 형성되며, 상기 로터의 한쪽 면이 접촉되는 접촉면(L)을 형성하고, 상기 접촉된 로터의 반지름(r) 보다 크게 하우징의 호를 형성한 제1반호는 로터의 반호내)에 형성하고, 상기 로터의 중심축을 가로질러 형성된 베인은 로터의 지름보다 크게 형성하였고, 상기 베인의 지름으로 제1반호의 각각의 점과 대응되는 점을 연결하여 나머지의 호인 제2반호를 형성하여 연결한 하우징의 내경을 형성한 것을 특징으로 하는 기능성 로터리 엔진
   
3. 제 1항에 있어서, 상기 파워생성부의 압축공기 흡입구는
   흡입실 내로 일방통행으로 압축공기가 통할 수 있도록 다수개의 관통로가 형성된 내벽 실드와 스프링과 볼이 형성된 외벽 실드로 구성된 일방향 통행밸브가 형성되어 흡입실로만 압축공기가 공급되도록 형성한 것을 특징으로 하는 기능성 로터리 엔진.
   
4. 제 1항에 있어서, 상기 파워생성부의 배기구는
   배기실에서 배출되는 배기가 배기구로 일방통행으로 통할 수 있도록 다수개의 관통로가 형성된 외벽 실드와 볼이 형성된 내벽 실드로 구성된 일방향 통행밸브가 형성되어 배기구로 배기가스를 배출하도록 한 것을 특징으로 하는 기능성 로터리 엔진.
   
5. 제 1항에 있어서, 상기 회전축은
   1/2의 회전시 흡입,압축,폭발,배기의 행정이 이루어지는 것을 특징으로 하는 기능성 로터리 엔진.
   제1,2베인은
   하우징의 내부에 밀착되는 베인의 끝단부에 탄성링을 형성한 것을 특징으로 하는 기능성 로터리 엔진.
   
6. 제 1항에 있어서, 상기 하우징과 밀착되는 로터의 접촉면이 로터면의 1/3이하 인 것을 특징으로 하는 기능성 로터리 엔진.
   
   
   
   
   
   
   

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