KR20030005655A - 로터리엔진 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동력기계기구에 관한 것으로, 왕복동식 피스톤엔진의 왕복관성에 의한 동력손실 및 진동을 제거하고, 편심회전이 없으면서, 연소가스의 팽창력을 모두 토오크로 전환할 수 있도록 고안된 것으로서, 압축기에 1차 압축된 공기를 서로 다른 각속도를 가진 2개의 로우터로 교축하여 2차 압축시켜 디젤공기압축비를 얻고, 분사조절캠과 플런저 그리고 분사노즐에 의해 2차 압축공기에 연료를 분사하여 연소 시켜고, 연소가스에 의한 팽창력을 발생시켜, 로우터간 반발력을 일으키고, 4개의 래치를 사용하여 한 방향으로 토오크를 발생시키는 것을 특징으로 하는 로터리엔진.

Description

로터리엔진{Rotary engine}

본 발명은 동력기계기구 중 로터리엔진에 관한 것으로, 종래의 피스톤 왕복 동식 엔진은 왕복관성에 의하여 동력손실이 크고, 진동이 크다.

기존의 로터리엔진의 경우, 샤프트에 축 편심륜부가 있고, 삼각형 로우터가 편심회전을 하고, 연소가스의 팽창압력이 역회전방향 토오크로 작용하는 구간이 삼각형 로우터에 존재하기 때문에 팽창력이 모두 한 방향 토오크로 전환될 수 없는 구조로 이루어져 있으며, 로우터의 3정점의 기밀유지 및 내마모성 문제가 있어 고도의 기술 및 경제성 문제가 있다.

가스터빈의 경우, 효율이 낮고, 부하변동에 대한 추종성이 나쁘며, 고가의내열소재를 사용해야 하는 문제가 있다

본 발명은 상기와 같은 왕복관성에 의한 동력손실, 진동, 연소가스 팽창압력의 분산을 해소하기 위해, 래치를 적용하여 로우터들의 진행방향이 역전되지 않게 하고, 진동이 없도록 구성요소들이 축 대칭을 이루게 하며, 연소가스의 팽창압력이 분산되지 않고 모두 한 방향 토오크로 작용하도록 한 것에 특징이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 엔진의 중간단면을 보이고 있는 정단면도.

도 2는 도 1의 선 A-A를 따라 자른 측면단면을 보이고 있는 측단면도.

도 3은 분사량 조절 메카니즘을 보이고 있는 파단면도.

도 4는 도 3의 SEC.B의 단면도 및 SEC.C의 부분확대도.

도 5의 a-e는 본 발명 엔진의 한 싸이클을 도식적으로 설명하는 설명도.

이하 첨부된 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1과 도 2의 엔진은 외측연소실형성벽(1a)와 연소실외벽(1b) 그리고 흡기밸브가이드홈(1c)과 배기구(1d)를 가진 외측로우터바디(1)와 외측로우터캡(1e)를 결합하여 외측로우터가 형성되고, 내측연소실형성벽(2a)와 그 중심부에 고정되는 분사노즐(9a,9b,9c,9d) 그리고, 플런저(8a,8b,8c,8d)와 연소실내벽(2b), 닫힘스프링이 장치된 흡기밸브(5a,5b,5c,5d)와 연료공급홈(2d)를 가진 내측로우터바디(2)와 내측로우터캡(2e)를 결합한 내측로우터가 중심부에 1차압축기(10)에 의해 압축된 1차압축공기를 저장하도록 장설된다. 두 로우터의 관성질량은 동일하며, 외측로우터의 외측연소실형성벽(1a), 연소실외벽(1b), 배기구(1d)와 내측로우터의 내측연소실형성벽(2a), 연소실내벽(2b), 슬라이딩면(2c), 흡기밸브(5a,5b,5c,5d)의 위치 및 형상은 1차압축공기의 압축비와 두 로우터의 교축비의 조합에 의해 디젤 공기압축비를 얻을 수 있도록 형성된다.

상기의 두 로우터는 하우징기반부(11c)를 기반으로 하여 시계방향(이후 정방향이라 표기)으로만 회전이 가능하도록 하며, 일정한 화전속도 이상에서 원심력에 의해 래치가 풀리고, 시동 시에 솔레노이드(6a,6b)가 켜지면 반시계방항(이후 역방향이라 표기)으로만 회전이 가능한 하우징원심래치(3a,3b)와 주축(12)에 정방향 토오크를 전달하며, 시동 시에 솔레노이드(6c,6d)가 켜지면 역방향 래치가 되는 주축래치(4a,4b)가 각각 하나씩 구비되어 있다. 정,역회전 래치 기구는 래치렌치의 작동원리를 응용하여 가능하다.

시동을 걸 때, 래치(3a,3b,4a,4b)의 측면에는 외측로우터와 내측로우터의 교축에 의해 연료분사가 이루어질 때마다 전기신호를 받아 래치의 회전방향을 역전시키도록 링과 같은 형상의 솔레노이드(6a,6b,6c,6d)가 구비되어 있다.

흡기밸브(5a,5b,5c,5d)와 연소실내벽(2b)의 높이는 외측로우터바디(1)과 외측로운터캡(1e)의 가이드홈(1c)에 의해 안내되도록 높이가 결정된다.

도 3과 도 4의 분사조절캠(7)은 분사조절슬라이더(16)과 링크(17)에 의해 연결되어 있고, 분사조절슬라이더(16)은 분사조절기(15)와 외측로우터캡(1e)를 미끄러지면서 작동하도록 되어 있다.

분사노즐(9a,9b,9c,9d)에서 연료를 분사할 수 있도록 분사압력을 얻기 위해 외측로우터와 내측로우터의 교축에 의한 디젤공기압축비가 이루어지는 위상에서 플런저(8a,8b,8c,8d)가 분사조절캠(7)에 의해 압축이 시작 되도록 내측로우터에 고정된다.

본 엔진의 출력은 분사량에 의하며, 분사량은 분사조절캠의 각도 및 형상의 조절에 의해 이루어진다.(분사조절슬라이더의 추가 및 분사조절캠의 형상을 변경하여 진각 및 분사량의 미세조절이 가능할 것이다.)

1차압축기(10)은 루츠,나사,축류다단 압축기 가운데 압력 및 풍량이 적당한 것으로 선정되며, 주축에 의해 구동되어 출력에 대응하여 작동된다.

전면하우징(11a)에는 베어링 고정용 블레이드(11e)가 구비되고, 전,후면하우징(11a,11b)에는 배기가스를 배출하는 배기관(11d)이 갖추어져 있다.

주축(12)는 전,후면하우징(11a,11b)의 중앙부와 두 주축래치(4a,4b) 사이의 베어링에 의해 지지되며, 주축래치(4a,4b)와 고정되고, 양 끝단에는 1차압축기(10)과 플라이휠(18)이 각각 연결된다.

링 형상을 가진 2개의 솔레노이드(6b,6c)는 솔레노이프고정대(14a)와 블레이드(14b)에 의해 연결 되어 있으며, 연료주입구(14c)는 솔레노이드(6c)를 관통해 내측로우터의 연료공급홈(2d)에 연결되어 있다. (솔레노이드(6c)와 연료공급홈(2d) 간의 씰링은 도시하지 않았음.)

본 엔진의 작동은 도 5의 a-e의 설명도에 나타냈고, 하기에서 상세히 설명될 것이다.

도 5의 a는 외측연소실형성벽(1a)와 분사노즐(9a,9d)가 고정된 내측연소실 형성벽(2a)가 1차압축공기를 교축하여 2차압축이 완료되고, 분사조절캠(7)과 플런저(8)에 의해 분사노즐(9a,9d)에서 연료분사가 완료되어 연소팽창이 시작되는 상태를 보이고 있다.

연료가 연소하여 팽창력이 발생되면 외측로우터는 하우징원심래치(3a)에 의해 역회전할 수 없으므로 내측로우터가 정회전하게 되어 도 5의 b를 거쳐서 연소팽창이 완료되어 도 5의 c의 도면과 같이 회전하게 되고, 이 순간 1차 압축기(10)에 의해 압축된 공기는 블레이드(14b) 사이를 흘러 스프링에 의해 닫혀 있는 흡기밸브를 압력과 원심력으로 박차고 연소실로 흘러 들어가 배기구(1d)를 통해 연소가스를 밀어내며, 연소가스의 원심력도 역시 압축공기와 연소가스의 흡기와 배기를 돕는다.

주축중심에 대해 대칭연소로 연소충격을 감쇠하도록 되어 있으며, 내측로우터의 정회전 토오크는 주축래치(4a)에 의해 주축(12)으로 전달되어 주축(12)가 정회전한다.

도 5의 c의 위상에서 분사노즐(9b,9c)의 연료분사가 완료되어 팽창력이 발생되면, 이번에는 내측로우터가 하우징원심래치(3b)에 의해 역회전할 수 없으므로 외측로우터가 정회전하게 되어 도 5의 d를 거쳐서 도 5의 e까지 회전하게 되고, 상기와 마찬가지로 압축공기와 배기가스의 흡기와 배기를 완료한다.

외측로우터의 정회전 토오크는 주축래치(4b)에 의해 주축(12)로 전달되어 주축이 정회전한다.

상기의 설명으로 1싸이클이 완성되며, 주축의 회전각도는 두 로우터의 회전각도의 합으로 구해질 수 있다.

한 로우터의 회전관성은 다른 로우터의 토오크 발생을 위한 2차공기압축을 하면서 회전관성을 전달하게 되어 동력손실을 없앨 수 있다.

하우징원심래침(3a,3b)는 회전속도가 일정한 수치에 이르면 원심력에 의해 래치가 풀리고, 두 로우터의 회전에 마찰을 일으키지 않게 되며, 과부하로 두 로우터의 회전속도가 감소하면, 스프링에 의해 래치가 자동으로 복원되어 두 로우터가 역회전하는 것을 방지하게 된다.

시동메카니즘은 래치가 장착된 스타터모터(19)가 플라이휠을 정회전 시키고 솔레노이드(6a,6c)가 켜져서 하우징원심래치(3a)와 주축래치(4a)를 역회전래치로 전환하면 외측로우터가 고정되고 내측로우터가 정회전하여 2차압축하고, 분사되는 시점에서 솔레노이드(6a,6c)는 꺼지고 하우징원심래치(3a)와 주축래치(4a)는 정회전 래치로 복원되고, 솔레노이드(6b,6d)가 켜져서 하우징원심래치(3b)와 주축래치(4b)를 역회전 래치로 전환하면 내측로우터가 고정되고 외측로우터가 회전하여 다음 분사시점까지 압축하게되며 디젤압축점화가 일어날 때까지 상기의 동작을 반복하게 된다.

점화가 완료되면 래치스타터모터는 플라이휠에서 탈락하게 된다.

이상에서 상술한 작동원리(래치의 작동에 의해 한 로우터의 회전관성은 다른 로우터의 토오크 발생을 위한 2차공기압축을 하면서 전달되는 원리 및 축대칭 원리)에 의하여 피스톤 왕복동식 엔진의 왕복관성에 의한 동력손실 및 진동을 제거하고, 기존 로터리엔진에 비해 연소가스의 팽창력을 모두 한 방향 토오크로 전환하여 에너지효율이 높고, 가스터빈과 같이 출력에 대응해 1차압축기를 돌려주어 작동에 유리한 조건을 자동으로 맞추어 주는 장점을 갖는다. 또한, 디젤연소이므로 다종 연료의 사용이 가능하다는 것에 특징이 있다.

Claims (1)

1. 하우징원심래치(3a,3b)의 기반부(11c)와 배기관(11d)를 가진 하우징을 포함하고, 하우징을 기반으로 해서 두 로우터의 역회전을 방지하는 하우징원심래치와 주축(12)을 정방향으로 회전시키는 주축래치(4a,4b)를 로우터의 양끝 중심부에 하나씩 가진 내측로우터와 외측로우터가 조합되고, 내측로우터와 외측로우터는 1차압축공기를 교축하여 디젤 공기압축비를 얻을 수 있고 연소팽창 시작과 완료 시, 주축에 연결된 1차압축기(10)에 의해 압축된 압축공기의 압력과 원심력, 연소가스의 원심력에 의해 흡,배기가 완료되며 동시에 1차압축공기의 2차압축이 완료 되도록 외측연소실형성판(1a), 연소실외벽(1b), 배기구(1d)와 내측연소실형성판(2a), 연소실내벽(2b), 슬라이딩면(2c), 흡기밸브(5a,5b,5c,5d)의 형상이 대칭으로 형성되며, 디젤공기압축비를 얻은 이후에 분사노즐(9a,9b,9c,9d)에서 연료분사가 이루어지도록 분사조절캠(7)과 플런저(8)가 역시 대칭으로 구비되고, 래치(3a,3b,4a,4b)는 엔진이 작동할 때는 항상 정회전하다가, 시동 시에만 솔레노이 드에 의해 분사시기에 맞추어 방향을 각기 정회전 또는 역회전으로 번갈아 전환되어 시동을 완성함을 특징으로 하는 로터리엔진.