JP2012525537A

JP2012525537A - 分離型ロータリーエンジン

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Publication number: JP2012525537A
Application number: JP2012508407A
Authority: JP
Inventors: ギ，ドクジョン
Original assignee: ギ，ドクジョン
Priority date: 2009-05-06
Filing date: 2010-05-01
Publication date: 2012-10-22
Anticipated expiration: 2030-05-01
Also published as: CN102428259B; EP2439387A4; JP5559870B2; US20120031369A1; WO2010128776A2; WO2010128776A3; KR100936347B1; US9212603B2; EP2439387A2; CN102428259A

Abstract

本発明は既存シリンダー型内燃機関の振動及び重量を顕著に低減し、構造が簡単で、製作コストを減少し、且つクランク軸を通じないで直接回転力を発生させることによって、機械的効率を増加させ、圧縮機とパワー発生器を分離して用途に適するエンジンの設計が容易な分離型ロータリーエンジンを開発する目的で創案された。図１に示された本発明は、内部断面形状を円形に形成したハウジング（１、１′）と、そのハウジングの内部円形空間の中心を軸にして、一方はハウジングに接触し、他方はハウジングと間隔を保持しながら回転する円形、楕円形、若しくは円形と楕円形を組み合わせて作った形状のローター（３、３′）と、一方がハウジング（１、１′）の上部にヒンジで締結され、他方は回転するローター外面（４、４）に接触して圧縮及び膨張過程で圧縮空気と燃焼ガスの漏圧を防止してエンジンが作動するようにするヒンジベーン（ｈｉｎｇｅｄｖａｎｅ）（９、９′）とでそれぞれ構成された圧縮機とパワー発生器に一方向チェックバルブ（１１）とパワー発生器ローター（３′）の回転位置によって開閉が操作される圧縮空気バルブ（１３）との間で高圧の圧縮空気を貯蔵する圧縮空気タンク（１２）、前記圧縮空気タンクから高速で燃焼室（７）に放出される圧縮空気に燃料を噴射する燃料ノズル（１５）、燃焼室（７）で燃料を燃焼させる点火装置（１６）をさらに備え、排気空間（６−４）の端末部分で燃焼ガスをエンジンの外に排出するガス排気口（１８）、圧縮機の空気吸入空間（６−１）の先端で圧縮機の外の空気が流入される通路である空気吸入口（１７）を設置して完全なエンジンを形成する。このエンジンは、ローターの１回転に１回燃焼し、ローターがハウジング内で偏心されず真中にあり、燃焼ガスの膨張行程が非常に長くて、ロータリーエンジン（バンケルエンジン）より振動が小さく、エンジンの効率が向上され、且つ圧縮機とパワー発生器が同一回転軸上に独立的に構成されて、それぞれの大きさの変更が容易であるので、目的に適するエンジン設計が可能である長所がある。
【選択図】図１

Description

本発明は内部空間断面の大部分が円形であるが、上部にヒンジベーン９を収容可能な溝と外部空気を吸入する空気吸入口１７及び圧縮機で圧縮した空気を圧縮空気タンク１２に送るための圧縮空気出口１０を有する圧縮機ハウジング１と、圧縮機ハウジング１の内部の上部のヒンジ点２０を一端にし、他端はローター外面４に接触してヒンジ点を中心に往復回転運動し、ローター３の中心と反対方向へ最大回転する時、ハウジング１のヒンジベーン９の溝内部に完全に入ってローター３の回転を妨害しないブレード形状の圧縮機ヒンジベーン９と、ハウジング内部の円形空間の中心を軸にして、一部分はローター接触点でハウジング内面２に線接触（ｌｉｎｅｃｏｎｔａｃｔ）し、残り部分はハウジング内面２と間隔を保持しながら回転する円形、楕円形、若しくは円形と楕円形を組み合わせて急変することなく緩やかに連結された曲線形状の断面を有するローター３と、ハウジング１、ローター３及びヒンジベーン９の側面の空気の気密を保障する側面板（ｓｉｄｅｐｌａｔｅｓ）とで構成された圧縮機と
内部空間の断面の大部分が円形であるが、上部に凹まれた燃焼室７空間、ヒンジベーン９′を収容可能な溝、圧縮空気タンク１２の圧縮空気を燃焼室７に送る燃焼室通路、排気ガスをパワー発生器の外に排出するガス排気口１８を有するパワー発生器ハウジング１′と、パワー発生器ハウジング１′の内部の上部のヒンジ点２０′を一端にし、他端はローター外面４′に接触してヒンジ点２０′を中心に往復回転運動し、ローター３′の中心と反対方向へ最大回転する時、ハウジング１′のヒンジベーン９′の溝内部に完全に入ってローター３′の回転を妨害せず、この時燃焼室７空間をハウジング内部空間と遮断して燃焼室７を密閉された空間に形成するブレード形状のパワー発生器ヒンジベーン９′と、ハウジング１′の内部円形空間の中心を軸にして、一部分はローター接触点１９でハウジング内面２′に線接触（ｌｉｎｅｃｏｎｔａｃｔ）し、残り部分はハウジング内面２′と間隔を保持しながら回転する円形、楕円形、若しくは円形と楕円形を組み合わせて急変することなく緩やかに連結された曲線形状の断面を有するローター３′と、ハウジング１′、ローター３′及びヒンジベーン９′側面の空気の気密を保障する側面板（ｓｉｄｅｐｌａｔｅｓ）とで構成されたパワー発生器とをローター回転軸５の前後に配置した構造であり、
前記圧縮機の空気吸入空間６−１の先端で空気吸入口１７を通じて吸入した空気を高温高圧で圧縮して圧縮空間６−２の端末部分に設置された圧縮空気出口１０を通じて一方向チェックバルブ１１とパワー発生器ローター３′の回転位置によって開閉が操作される圧縮空気バルブ１３との間の圧縮空気タンク１２に貯蔵し、パワー発生器ローター３′とハウジング１′が接触するローター接触点１９がハウジング内面２′の最上部のヒンジ点２０′を通過する時、圧縮空気バルブ１３を開いて圧縮空気をヒンジベーン９′によって密閉された燃焼室７に高速放出しながら、同時に燃料調節装置１４と燃料ノズル１５とを含む燃料噴射装置を備えて高速に放出される圧縮空気に燃料を噴射し、圧縮空気の燃焼室７への放出が完了された後、圧縮空気バルブ１３を閉めながら燃焼室７の一側面に設けられた点火装置１６で空気と混合された燃料を燃焼させてパワー発生器で動力を発生して、前記パワー発生器の排気空間６−４の端末部分で燃焼ガスをエンジンの外に排出する分離型ロータリーエンジンに関する。

バンケル式ロータリーエンジンは、往復動エンジンに比べて構造が簡単で、出力当たり重量及び体積が小さく、且つ振動と騷音が低いなど諸利点を有しているにもかかわらず広く使われていない。その理由はシリンダー内部で、シリンダー中心軸周りで偏心回転する三角形ローターとシリンダーとのシーリング（ｓｅａｌｉｎｇ）が不完全で、ローターが燃焼ガスから力を吸収する回転空間が短くて内燃機関より効率が低く、耐久性が劣るからである。ローターが偏心回転するにしたがって三角形ローターの頂点に位置したシーリング（ｓｅａｌｉｎｇ）とシリンダーとの接触角が絶えずに変わりながら気密に接触されることができず、若干のシーリング摩耗にもシーリング効果が急速に減少することが効率を低下させる主原因になる。

バンケル式ロータリーエンジンとは異なる形態のロータリーエンジンとして、最も古い形状の中の一つがイギリス博物館所蔵ＥＶＡＮＩＯＮＣＡＴＡＬＯＧＵＥに載せられたＨｏｄｓｏｎ’ｓｐａｔｅｎｔｒｏｔａｒｙｅｎｇｉｎｅ（Ｅｖａｎ６８９３）である。１８８４年の特許に推定されるこの蒸気エンジン（図４参照）はシリンダーとシリンダー内部の中心軸を軸にして回転するローター、一方がシリンダーにヒンジで設置され、他方はローター外面に接触してローターの回転によってヒンジを中心に往復回転するヒンジベーン、及び蒸気流入装置で構成されて蒸気圧の力でローターに回転力を発生させるエンジンである。

米国特許「ＣｏｍｂｕｓｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅＨａｖｉｎｇＦｕｅｌＣｕｔ−ＯｆｆａｔＩｄｌｅＳｐｅｅｄａｎｄＣｏｍｐｒｅｓｓｅｄＡｉｒＳｔａｒｔｉｎｇａｎｄＭｅｔｈｏｄｏｆＯｐｅｒａｔｉｏｎ」（米国特許第４，７４１，１６４号明細書；特許日：１９８８年５月３日）はＨｏｄｓｏｎの特許エンジンと類似の基本形状を有するロータリーエンジンで、シリンダー、ローター、エアチャンババルブ（ａｉｒｃｈａｍｂｅｒｖａｌｖｅ）（若しくは燃焼室バルブ）でそれぞれ構成された圧縮機モジュールと燃焼機モジュールとの間にチェックバルブ、余分の圧縮空気を貯蔵してエンジン始動の時活用するエアバルブ（ａｉｒｖａｌｖｅ）を備えた圧縮空気貯蔵容器（ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄａｉｒｒｅｓｅｒｖｏｉｒ）、エアゲート（ａｉｒｇａｔｅ）、燃料供給装置、燃焼室を順次に設置している。エアゲートはローター回転位置信号で作動するソレノイド（ｓｏｌｅｎｏｉｄ）によって開かれて圧縮空気を燃焼室に供給し、燃焼室で燃焼発生の時燃焼ガスの圧力によって閉められる構造になっている。

また、他の米国特許であるロータリーエンジン（Ｒｏｔａｒｙｅｎｇｉｎｅ）（米国特許第５，２４７，９１６号明細書）は圧縮機に対応するｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｅｃｃｅｎｔｒｉｃとパワー発生器にあたるｐｏｗｅｒｅｃｃｅｎｔｒｉｃを別途に有している点で本出願と類似しているが、ヒンジベーン（ｈｉｎｇｅｄｖａｎｅ）９、９′の代わりに一方がシリンダースロットに挿入され、他方はスプリングによってローター外面に接触した状態でローターが回転する時、スロット内部を出入りする圧縮ゲートとパワーゲートとで構成される点で本出願と相違している。

国際出願されたハイブリッドサイクルロータリーエンジン（ＨｙｂｒｉｄＣｙｃｌｅＲｏｔａｒｙＥｎｇｉｎｅ）（出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０７４９８０明細書）も圧縮機と燃焼機モジュールを別途に有しているが、ヒンジベーンの代わりにロッカー（ｒｏｃｋｅｒ）という往復回転バルブを用い、このロッカーは別途のカム装置またはスプリングの力によって一方が回転するローターに密着される。

背景技術でヒンジベーンの代わりにゲート（またはロッカー）を利用するロータリーエンジン（Ｒｏｔａｒｙｅｎｇｉｎｅ）（米国特許第５，２４７，９１６号明細書）とハイブリッドサイクルロータリーエンジン（出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０７４９８０明細書）はゲート（またはロッカー）がローター外面に緊密に接触するようにスプリングなどで押さなければならない。高速で回転するローターに常に接触が保持されるようにするためには非常に力強いスプリングが必要になる。このようなスプリングを設置するために相当大きい別途の空間が必要で、これはエンジンの大型化をもたらす。

米国特許第４，７４１，１６４号明細書（１９８８年５月３日）エンジンは、圧縮機モジュールで圧縮した空気をゲートバルブを通じて燃焼機モジュールに直ちに送り、残りの余剰圧縮空気は空気の出入りを操作するエアバルブを専用に備えた圧縮空気貯蔵容器（ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄａｉｒｒｅｓｅｒｖｏｉｒ）に貯蔵してエンジン始動に使用するように考案された。このような構造ではゲートバルブが開かれる直前まで圧縮機モジュールで圧縮される空気が圧縮機モジュールの内部空間（ｃａｖｉｔｙ）から抜けることができないので、圧縮機圧力が燃焼室で要する空気圧よりずっと高く急激に上昇され、これによって圧縮機ローターを回転させるのに必要なエネルギーが急激に大きくなってエンジンの効率を低下させる原因になる。また、圧縮機モジュールで空気の圧縮が完了される時、燃焼機モジュールの燃焼室が燃焼室バルブによって密閉されて圧縮空気を受け入れることができる状態になるように、二つのモジュールのローター回転角度が所定関係に精緻に調整されなければならない。

往復動エンジンは空気バルブを開くためにクランクシャフトの回転と連動されるカム機構を用いる。米国特許第４，７４１，１６４号明細書（１９８８年５月３日）は、圧縮空気を燃焼室に供給するためのゲートバルブをソレノイドで開くようになっている。圧縮空気が燃焼室に供給される時間を充分に与えるためにローターの回転角度センサーから信号を受信した後、非常に短い瞬間にゲートバルブを開かなければならなく、このためにソレノイドは信号に非常に早い速度で応じなければならない。例えば、５，０００ｒｐｍで回転するエンジンでローター回転角度センサーから信号を受信した後ローターが５度回転する間にゲートバルブを開くために、ソレノイドは０．０００１７秒内に作動を完了しなければならない。高圧に圧縮された空気通路を大きい力で阻んでいるゲートバルブを非常に短い瞬間に開くために非常に大きいソレノイドが必要となる。

ロータリーエンジンは出力当たり重量と体積が往復動エンジンに比べて非常に小さく、航空機エンジンとして最も適するが、高度の高い所に上がるほど空気が稀薄でエンジンの出力が急激に低下される一般的なエンジンの特性はそのまま有しているため、より効率的な航空用エンジンとして使うためにこれに対する改善が必要である。

ゲート（またはロッカー）を利用するロータリーエンジン（米国特許第５，２４７，９１６号明細書）とハイブリッドサイクルロータリーエンジン（出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０７４９８０明細書）の問題はヒンジベーン（ｈｉｎｇｅｄｖａｎｅ）９、９′を用いることによって解決する。前記ヒンジベーンは圧縮空気と燃焼ガスによってローター外面４、４′に密着されるように力を受けるので、ヒンジベーン（ｈｉｎｇｅｄｖａｎｅ）９、９′をローター外面４、４′に押すためのスプリングのような別途の装置が必要ない。ただ圧縮空気と燃焼ガスの圧力が急激に低下された瞬間、即ち、圧縮機ローター３のローター接触点がヒンジ点２０と空気吸入口１７との間に位置する時とパワー発生器でローター３′のローター接触点１９がガス排気口１８とヒンジ点２０′との間に位置する時には、圧縮空気と燃焼ガスの圧力が弱くてヒンジベーン（ｈｉｎｇｅｄｖａｎｅ）９、９′をローター３、３′に押す力が弱いのでスプリングによる別途の装置が必要になることもある。しかし、この時にも圧縮機の場合、本格的な圧縮行程に入る前であり、パワー発生器の場合、ヒンジベーン（ｈｉｎｇｅｄｖａｎｅ）９′が回転するローター９′によって上げられて燃焼室７を密閉し始めた状態であるので、スプリングのような別途の装置がなくてもエンジン作動や性能に影響を与えない。

米国特許第４，７４１，１６４号明細書（１９８８年５月３日）エンジンの圧縮空気をゲートバルブを通じて燃焼機モジュールに直ちに送る構造で発生するエンジン効率低下問題は、圧縮機の圧縮空気出口１０と圧縮空気バルブ１３との間にチェックバルブ１１と圧縮空気タンク１２を順次に設置することによって解決することができる。このようにすることによって、圧縮機で圧縮された空気は、全量チェックバルブ１１を通じて圧縮空気タンク１２に貯蔵され、圧縮空気タンク１２に貯蔵された空気は一方向のみ流れが許容されるチェックバルブ１１が阻んでいて圧縮機には戻ることができず、ひたすら圧縮空気バルブ１３が開かれる時、燃焼室７のみに供給される。前記燃焼室の体積の１〜３倍程度（この数値は例示で、エンジンによって適正な大きさが異なる）の体積を有する圧縮空気タンク１２は圧縮機の圧縮空気をすべて受け入れても圧力が急激に増加されないので、圧縮機の圧縮空間６−２の圧力が急激に上昇されることを防止する。また、圧縮機ローター３が回転力をローター回転軸５を通じてパワー発生器から受けるが、圧縮機は空気吸入口１７を通じて空気を吸入して圧縮して圧縮空気タンク１２に貯蔵するだけであり、パワー発生器は必要な圧縮空気を圧縮機から直接受けるのではなく、圧縮空気が貯蔵されている圧縮空気タンク１２から受けるため、圧縮機とパワー発生器ローター３、３′は要求される所定角度に精密調整されて設置される必要がなくなる。

米国特許第４，７４１，１６４号明細書（１９８８年５月３日）では、燃焼室に圧縮空気を送るために電気的信号を受けて作動するソレノイドにゲートバルブを開く。高圧の圧縮空気を阻んでいるゲートバルブを非常に早い速度で開くためにソレノイドが大きくならなければならない。ソレノイドを作動させるための電圧と電流及び作動信号を作る付随装置が必要になる。ソレノイドで作動するゲートバルブの代わりに自動車用往復動エンジンに一般的に適用されているカム装置を利用したバルブや、ヒンジベーン９の動きに連動されて開閉が操作される両方向チェックバルブ５１を適用すれば上述した問題点が解決される（図５及び図６参照）。特に、前記両方向チェックバルブは二つの一方向チェックバルブが対向している形状で、バルブと連結された流路両端の圧力差が存在する時、バルブ内のボールが圧力の低い方の出口を阻んで常に閉まる構造を有しており、これを開くために圧力の低い方から高い方へバルブロッド５２を利用して強制的にボールを押されなければならない。図６に示すようにパワー発生器ヒンジベーンがローターによって回転して燃焼室を密閉し始める時、前記ヒンジベーンによって上げられたバルブロッド５２が圧縮空気によって閉まっている両方向チェックバルブ５１のボールを押し上げて通路を形成して圧縮空気が燃焼室に流入されるようにし（図６ｂ、ｃ）、燃料調節装置と燃料ノズルとを含む燃料噴射装置を備えて、高速に放出される圧縮空気に燃料を噴射し、バルブロッド５２が最大に上がった瞬間、前記燃焼室内の点火装置を作動して燃焼室で燃料を燃焼させ（図６ｄ）、前記燃焼室で燃焼ガスの圧力が急激に上昇して圧縮空気タンクの圧力より高くなると、その圧力差で両方向チェックバルブ５１のボールが完全に押し上げられて圧縮空気通路を阻むことによって圧縮空気の燃焼室への流入はもちろん燃焼ガスが空気圧縮タンクに逆流されることを遮断し（図６ｄ、６ｅ、６ｆ）、ローターが回転しながらヒンジベーンが燃焼室を開いて燃焼ガスが膨張空間に大部分抜けて燃焼室の圧力が圧縮空気タンクの圧力より低くなると、圧縮空気が両方向チェックバルブ（５１）のボールを下に完全に押されて開かれている燃焼室に圧縮空気が供給されることを遮断する（図６ａ）。

ロータリーエンジンをより効率的な航空用エンジンとして使うために、圧縮機ハウジングに基本的に設置された空気吸入口の外に開閉可能な空気吸入口をローター回転方向にさらに設置した可変圧縮比圧縮機を適用する（図８）。開閉可能な追加空気吸入口８１を完全に開いた状態では、圧縮機ローターが追加空気吸入口を通るまで圧縮される空気が追加空気吸入口を通じて漏出されてしまうので圧縮が発生せず、ローターが追加空気吸入口を通って初めて圧縮が始まるので圧縮される空気量が減って圧縮比が低くなる（図９ｃ）。このように、追加空気吸入口を完全に阻めると、最大の圧縮比を得ることができ（図９ａ）、完全に開く場合、最小の圧縮比を得て（図９ｃ）、開閉量によってその間の適正な圧縮比を得ることができる（図９ｂ）。しかも、追加空気吸入口が完全に開かれている時にはローターが追加空気吸入口を通過する前まで圧縮のための動力が要求されない。可変圧縮比圧縮機を適用すると多様な条件で性能を最適化させることができるエンジンを作ることができる。例えば、本分離型ロータリーエンジンを航空機用エンジンとして使う時、気圧の高い低高度では追加空気吸入口を開いてエンジンを作動させ、空気が稀薄な高高度では追加空気吸入口を閉めて圧縮空気の空気圧を高く保持することによってエンジン性能を向上させることができる。

本発明の代表図で分離型ロータリーエンジンである。分離型ロータリーエンジンでローター回転位置によるエンジン構成品の作動を示す説明図である。本発明で燃焼室の体積を減少させることによって、燃焼室の圧力を高めた圧縮着火式分離型ロータリーエンジンである。イギリス博物館所蔵ＥＶＡＮＩＯＮＣＡＴＡＬＯＧＵＥに載せられたＨｏｄｓｏｎ’ｓｐａｔｅｎｔｒｏｔａｒｙｅｎｇｉｎｅ（Ｅｖａｎ６８９３）である。両方向チェックバルブを適用した分離型ロータリーエンジンである。両方向チェックバルブの作動を説明する説明図である。両方向チェックバルブの他の適用例である。可変圧縮比圧縮機を適用した分離型ロータリーエンジンである。可変圧縮比圧縮機を説明する説明図である。

以下、添付図面を参照して前記目的を達するための本発明の作動例を説明する。

圧縮機は、図２ａ、２ｂのように空気吸入口１７で吸入した空気をローター３の回転とヒンジベーン（ｈｉｎｇｅｄｖａｎｅ）９の協力で圧縮した後、圧縮空気出口１０と圧縮空気チェックバルブ１１を通じて圧縮空気タンク１２に供給する。ヒンジベーン（ｈｉｎｇｅｄｖａｎｅ）９の一端部は圧縮空気の圧力でローター３に密着されて気密を保持することによって、圧縮空気圧力の損失を防止する。圧縮空気は前記チェックバルブによって圧縮機への逆流が遮られ、圧縮空気バルブ１３が閉まった状態で圧縮空気タンク１２に貯蔵される。

パワー発生器のローター３′が回転しながらハウジング内面２′に接触するローター接触点１９がハウジング内面２′の最上部のヒンジ点（ｈｉｎｇｅｐｏｉｎｔ）２０′を通過する時パワー発生器ローター３′に押さえ上げられたヒンジベーン（ｈｉｎｇｅｄｖａｎｅ）９′が凹まれたハウジング内面を阻んで密閉された燃焼室７が形成され、同時に適切な装置によって圧縮空気バルブ１３が開かれて、圧縮空気タンク１２の空気が密閉された燃焼室７に急速に流入される。圧縮空気の流入と同時に圧縮空気の通路に設置された燃料ノズル１５から燃料が噴射されて圧縮空気に混ざって燃焼室７に流入される（図２ｃ参照）。燃料は圧縮空気バルブ１３の前または後に位置した燃料ノズル１５を通じて供給することができ、圧縮機の外部で空気に混ざって圧縮機に流入することもできる。

圧縮空気と燃料の燃焼室７への流入が完了された後、圧縮空気バルブ１３が閉まり、次いで点火装置１６が作動して燃焼室で燃焼が発生する。発生された高温高圧の燃焼ガスはローター３′が回転しながら、ヒンジベーン９′が開かれるとき燃焼室出口８を抜け出て、膨張空間６−３に入ってローターに回転力を伝達する（図２ｄ参照）。高圧の燃焼ガスはヒンジベーン（ｈｉｎｇｅｄｖａｎｅ）９′に力を加えて前記ヒンジベーンの一端部がローター外面に密着して気密が保持されるようにする。回転するローター３′は排気空間６−４に残っている排気ガスをガス排気口１８を通じてエンジンの外に押し出し、同一ローター回転軸５に設置された圧縮機のローター３を回転させて圧縮空間６−２にある空気を圧縮させる。

分離型ロータリーエンジンをディーゼルエンジンのように圧縮着火式エンジンとして応用しようとする時には、圧縮機で圧縮空気タンクを通じて供給される空気が燃焼室に供給される燃料を自然着火、燃焼させることができる温度に達するように燃焼室の大きさを減らして圧縮比を高める。ディーゼル油の場合、圧縮比が２０以上になるように燃焼室の大きさを決めなければならないが、燃料によって自然着火される圧縮比が異なることがあるので、燃焼室の大きさは燃料によって異なることができる。図３は圧縮着火式エンジンに応用した例である。燃料を噴射する燃料噴射ノズル３２が縮小燃焼室３１の内部に設置され、縮小燃焼室３１の高温高圧空気によって燃料が自然着火されるので点火装置が別途に必要ない。

圧縮空気バルブ１３の一つ形態として、両方向チェックバルブ５１を適用することができる（図５及び図６参照）。圧縮機は空気吸入口で吸入された空気をローターの回転とヒンジベーン（ｈｉｎｇｅｄｖａｎｅ）の協力で圧縮した後、圧縮空気出口と圧縮空気チェックバルブを通じて圧縮空気タンクに供給する。圧縮空気は圧縮空気チェックバルブによって圧縮機への逆流が遮られ、両方向チェックバルブ５１が閉まった状態で圧縮空気タンクに貯蔵される。パワー発生器ローターのローター接触点がハウジング内面の最上部のヒンジ点（ｈｉｎｇｅｐｏｉｎｔ）に到逹する直前には圧縮空気タンクの空気圧が燃焼室の圧力より高くて両方向チェックバルブ５１のボールが燃焼室に向ける通路を阻むことによって圧縮空気の流れを遮断する（図６ａ）。

図６ｂはローター接触点がハウジング内面の最上部のヒンジ点（ｈｉｎｇｅｐｏｉｎｔ）を通過する時パワー発生器ローターとの接触によってヒンジベーンが回転して燃焼室を密閉し始め、ヒンジベーンによって押し上げられるバルブロッド５２が圧縮空気によって閉まっている両方向チェックバルブ５１のボールを押し上げて圧縮空気タンクの圧縮空気が燃焼室へ流れる通路を形成して圧縮空気が密閉された燃焼室に急速で流入され、空気通路に設置された燃料ノズルを通じて燃料が燃焼室に供給されることを示す。前記両方向チェックバルブ５１はバルブと連結された流路両端の圧力差が存在する時バルブ内のボールが圧力の低い方の出口を阻んで常に閉まる構造を有し、バルブを開くために圧力の低い方から圧力の高い方にバルブロッド５２を利用して強制的にボールを押さなければならない。

バルブロッド５２が最大に上がっている状態で、燃焼室への圧縮空気の供給が完了され（図６ｃ）、継いで燃焼室内の点火装置が作動して燃焼室で燃焼が発生する（図６ｄ）。この時、燃焼室で燃焼ガスの圧力が急激に上昇して圧縮空気タンクの圧力より高くなり、その圧力差で両方向チェックバルブ５１のボールが完全に押し上げられて圧縮空気通路を阻むことによって燃焼ガスが空気圧縮タンクに逆流されることを遮断する。ローターが図６ｃから６ｄの位置まで回転する間、燃焼室の体積は所定に保持されるので、点火が発生する位置をその間で適切に決めることによって、所定の体積下で完全に燃焼されることができる。ローター接触点が燃焼室の出口を通るとローター外面に接触して回転するヒンジベーンが下で回転してバルブロッドスプリングの作用でバルブロッド５２もヒンジベーンに沿って下に下る。図６ｅ及び図６ｆはローターが回転しながらヒンジベーンが前記燃焼室を開いて燃焼ガスが膨張空間に抜け出て、燃焼室の圧力が低くなるが、まだ燃焼室の圧力が圧縮空気タンクの圧力より高くて、両方向チェックバルブ５１のボールが圧縮空気通路を阻んでいることを示す。図６ａはパワー発生器のローター接触点がガス排気口を通過してパワー発生器で動力を発生させた燃焼ガスがガス排気口を通じてエンジンの外に排出され、この時には相対的に圧力がさらに高くなった圧縮空気タンクの空気圧が両方向チェックバルブ５１のボールを下へ押して、燃焼室に向ける空気通路を阻んで、従って圧縮空気が燃焼室に漏出されないことを示す。

図７は両方向チェックバルブ７５を水平に設置し、バルブロッド７４の端末部分を傾斜するように形成して、バルブロッド７４がヒンジベーンに押されて上がる時、チェックバルブのボールが傾斜面の作用で水平方向に押されて上部ハウジング内の燃焼室７２へ通じる通路を開き、燃焼室７２を上部ハウジング７１に設置した本発明のまた他の例を示している。特に、図７のように、バルブロッド７４の傾斜面に作動する両方向チェックバルブ７５内の圧力で常に下方向の力を受けるバルブロッド７５はパワー発生器ヒンジベーンが燃焼室を形成するためにヒンジ点を中心に早い速度で回転しながらパワー発生器ハウジングにぶつかる瞬間ヒンジベーンの回転と反対方向で力を加えて衝撃を減少させる役割を果たす。

ロータリーエンジンをより効率的な航空用エンジンとして用いるために、圧縮機ハウジングに基本的に設置された空気吸入口１７の外に開閉可能な空気吸入口をローター回転方向にさらに設置した可変圧縮比圧縮機を適用する（図８参照）。開閉可能な追加空気吸入口８１を完全に阻むと、最大の圧縮比が得られ（図９ａ）、完全に開く場合、最小の圧縮比が得られ（図９ｃ）開閉量によってその間の適正な圧縮比を得ることができる。追加空気吸入口を完全に開いておいた状態では、ローターが追加空気吸入口を通るまで圧縮される空気が追加空気吸入口を通じて漏出されるので圧縮が発生せず、ローターが追加空気吸入口を通るとき初めて圧縮が始まるので圧縮される空気量が減って圧縮比が低くなる。また、ローターが追加空気吸入口を通過する前までは圧縮のための動力も要求されない。可変圧縮比圧縮機を適用すれば多様な条件で性能を最適化させることができるエンジンを作ることができる。例えば、本分離型ロータリーエンジンを航空機用エンジンとして用いる時、気圧が高い低高度では追加空気吸入口を開いてエンジンを作動させ、空気が稀薄な高高度では追加空気吸入口を閉めて圧縮空気の空気圧を高く保持することによってエンジン性能を最大化することができる。

ヒンジベーン（ｈｉｎｇｅｄｖａｎｅ）９、９′は圧縮空気と燃焼ガスによってローター外面４、４′に密着されるように力を受けるので、ヒンジベーン（ｈｉｎｇｅｄｖａｎｅ）９、９′をローター外面４、４′に押すためのスプリングのような別途の装置が必要ない。ただ圧縮空気と燃焼ガスの圧力が急激に低下された瞬間、即ち、圧縮機ローター３のローター接触点がヒンジ点２０と空気吸入口１７との間に位置する時と、パワー発生器でローター３′のローター接触点１９がガス排気口１８とヒンジ点２０′との間に位置する時には、ヒンジベーン（ｈｉｎｇｅｄｖａｎｅ）９、９′をローター３、３′に押す力が弱くてスプリングによる別途の装置が必要になることもある。しかし、この時にも圧縮機の場合、本格的な圧縮行程に入る前であり、パワー発生器の場合、ヒンジベーン（ｈｉｎｇｅｄｖａｎｅ）９′が回転するローター９′によって引き上げられて燃焼室７を密閉し始めた状態であるのでスプリングのような別途の装置がなくてもエンジンの作動や性能に影響を与えない。

Claims

内部断面形状を円形に形成したハウジング（１、１′）と、
前記ハウジングの内部円形空間の中心を軸にして、一方はハウジングに接触し、他方はハウジングと間隔を保持しながら回転するローター（３、３′）と、
一方は前記ハウジング（１、１′）の一側にヒンジで締結され、他方は回転する前記ローター外面（４、４）に接触して作動されるヒンジベーン（９、９′）と；を含んでそれぞれ構成された圧縮機とパワー発生器をローター回転軸（５）の前後に配置して、圧縮機の空気吸入口（１７）を通じて吸入した空気は高圧に圧縮して圧縮空気出口（１０）を通じてパワー発生器に送り、パワー発生器では圧縮機から供給された圧縮空気と別途の燃料噴射装置を通じて供給された燃料を燃焼室（７）で燃焼させて動力を発生し、燃焼ガスはエンジンの外に排出する分離型ロータリーエンジンにおいて、
前記圧縮機と前記パワー発生器との間には一方向チェックバルブ（１１）と圧縮空気タンク（１２）及びパワー発生器ローター（３′）の回転位置によって開閉が操作される圧縮空気バルブ（１３）が配置され、前記ローターは円形、楕円形、若しくは円形と楕円形を組み合わせて作られる形状で、前記ヒンジベーンはブレード形状に形成されて、圧縮と膨張過程で前記ヒンジベーンの両面に作用する流体圧力の差によって前記ローターに緊密に接触されるように配置され、前記燃焼室はパワー発生器のハウジングの一側面の凹まれた面とヒンジベーンの一面によって形成される密閉された空間に形成されて、前記圧縮機の空気吸入空間（６−１）の先端で空気吸入口（１７）を通じて吸入した空気を高圧で圧縮して圧縮空間（６−２）端末部分に設置された圧縮空気出口（１０）を通じて前記一方向チェックバルブと圧縮空気バルブとの間の圧縮空気タンクに貯蔵し、前記ローターと前記ハウジングが接触するローター接触点（１９）が前記ハウジング内面（２′）の最上部のヒンジ点（２０′）を通過する時、前記圧縮空気バルブを開いて圧縮空気を前記ヒンジベーンによって密閉された燃焼室に高速放出しながら、同時に燃料調節装置（１４）と燃料ノズル（１５）とを含む燃料噴射装置を備えて高速に放出される圧縮空気に燃料を噴射し、圧縮空気と燃料の燃焼室への供給が完了された後、圧縮空気バルブ（１３）を閉めながら前記燃焼室の一側面に設けられた点火装置（１６）で空気と混合された燃料を燃焼させてパワー発生器で動力を発生し、前記パワー発生器の排気空間（６−４）の端末部分で燃焼ガスをエンジンの外に排出する分離型ロータリーエンジン。
燃焼室は内部一側面に燃料噴射ノズル（３２）を備え、圧縮空気タンクを通じて圧縮機から供給される空気が前記燃料噴射ノズルから燃焼室に直接噴射される燃料を自然着火、燃焼させることができる温度に達する圧縮比が形成されるように燃焼室の大きさを適切に縮小した縮小燃焼室（３１）を有し、前記圧縮機の空気吸入空間（６−１）の先端で空気吸入口（１７）を通じて吸入した空気を高圧で圧縮して圧縮空間（６−２）の端末部分に設置された圧縮空気出口（１０）を通じて前記一方向チェックバルブと圧縮空気バルブとの間の圧縮空気タンクに貯蔵し、前記ローターと前記ハウジングが接触するローター接触点が前記ハウジング内面の最上部の前記ヒンジ点を通過する時、前記圧縮空気バルブを開いて縮小燃焼室（３１）へ高温高圧の圧縮空気を高速放出して燃料が自然着火されることができる条件を形成し、圧縮空気の放出が完了されて圧縮空気バルブを閉めた後、燃料調節装置で調節された燃料を縮小燃焼室（３１）内の燃料噴射ノズル（３２）を通じて高温高圧の圧縮空気に噴射して自然着火による燃焼を発生させてパワー発生器で動力を発生し、前記パワー発生器の排気空間の端末部分で燃焼ガスをエンジンの外に排出する請求項１に記載の圧縮着火式分離型ロータリーエンジン。
前記圧縮機と前記パワー発生器との間には一方向チェックバルブと圧縮空気タンク及びパワー発生器ローターの回転位置によって開閉が操作される両方向チェックバルブ（５１）が配置され、前記両方向チェックバルブは二つの一方向チェックバルブが対向する形状で、バルブと連結された流路両端の圧力差が存在する時、バルブ内のボールが圧力の低い方の出口を阻んで常に閉まる状態になり、バルブを開くためには圧力の低い方から高い方にバルブロッド（５２）を利用して強制的にボールを押し、バルブロッド（５２）はパワー発生器のヒンジベーンが回転して燃焼室を閉める時、前記ヒンジベーンに押されて上がって両方向チェックバルブ（５１）を開く構造を有し、前記燃焼室は両方向チェックバルブ（５１）を通じて供給される圧縮空気と圧縮空気に噴射されて供給される燃料が燃焼される空間としてパワー発生器のハウジングの一側面の凹まれた面とヒンジベーンの一面によって形成される密閉された空間で形成するか、若しくは上部ハウジング内の両方向チェックバルブ（５１）とヒンジベーン溝との間に設置された別途の空間であり、パワー発生器のローター接触点がパワー発生器のハウジング内面の最上部のヒンジ点を通過する時、ローターとの接触によってヒンジベーンが回転して密閉された燃焼室を形成し始め、同時に前記ヒンジベーンによって押されて上って来るバルブロッド（５２）が圧縮空気によって閉まっている両方向チェックバルブのボールを押し上げて形成した通路で圧縮空気タンクの空気を前記燃焼室に高速放出し、燃焼室に燃料を供給して燃焼させて、燃焼室の圧力が圧縮空気タンクの圧力より高くなると、その圧力差で両方向チェックバルブ（５１）のボールが完全に押され上げられて、圧縮空気の通路を阻むことによって、燃焼室へ圧縮空気が流入されることはもちろん燃焼ガスが空気圧縮タンクに逆流されることを遮断し、ローターが回転しながらヒンジベーンが前記燃焼室を開いて燃焼ガスが膨張空間に大部分抜けて燃焼室の圧力が圧縮空気タンク圧力より低くなると、圧縮空気が両方向チェックバルブ（５１）のボールを下に完全に押し下がって開かれている燃焼室に圧縮空気が供給されることを遮断し、膨張空間でローターを回転させて動力を発生させた燃焼ガスをパワー発生器の排気空間の端末部分でガス排気口を通じてエンジンの外に排出する、両方向チェックバルブ（５１）を用いる請求項１または２に記載の分離型ロータリーエンジン。
圧縮機ハウジング（１）に基本的に設置された空気吸入口（１７）の外に開閉可能な空気吸入口をローター回転方向にさらに設置して、開閉可能な追加空気吸入口（８１）を開いておいた状態では、ローターが開閉可能な追加空気吸入口（８１）を通るまで開かれた追加空気吸入口を通じて空気が漏出されて圧縮が発生せず、ローターが開閉可能な追加空気吸入口（８１）を通る時初めて圧縮が始まるので圧縮空気量が減って圧縮比が低くなり、開閉可能な追加空気吸入口（８１）を閉めるほど圧縮される空気量が多くなって圧縮比が高くなる可変圧縮比の圧縮機を作って、前記可変圧縮比圧縮機を適用して開閉可能な追加空気吸入口（８１）の開閉量によって適切な圧縮比を得ることができる請求項１または２に記載の分離型ロータリーエンジン。