KR20060054182A - 주 로터 및 종 로터를 구비한 회전식 기계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전식 내연기관 또는 펌프에 관한 것이다. 본 발명에 의한 회전식 내연기관 또는 펌프(10)는 공동부(15)를 가진 본체(11)를 포함하며, 공동부(15)에는 외주 벽면(32, 34), 주 로터(14), 적어도 하나의 종 로터(12), 및 적어도 하나의 제어 챔버(80)가 포함된다. 주 로터(14)는 제1 회전축(16)을 가지며, 제1 회전축과 반경 방향으로 이격되어 주 로터(14) 내에 만곡부(17)를 형성하는 외측 외주 벽면부(13)를 적어도 하나 포함한다. 종 로터(12)는 제2 회전축(18)을 중심으로 회전하도록 각 만곡부(17) 내에 배치되며, 제2 회전축(18)은 만곡부의 중심축과 동일한 축이다. 제어 챔버(80)는 종 로터(12)의 벽면, 공동부(15)의 외주 벽면, 및 주 로터(14)의 벽면 중의 어느 두 개 이상의 조합에 의해 작동 사이클 도중 매순간 형성된다. 또한, 본 내연기관은 제어 챔버(80)로 유체를 유입 또는 토출할 수 있도록 복수개의 포트를 포함한다.

회전식 기계, 회전식 내연기관, 회전식 펌프, 로터, 제어 챔버, 포트

Description

주 로터 및 종 로터를 구비한 회전식 기계{ROTARY MACHINE WITH MAJOR AND SATELLITE ROTORS}

본 발명은 일반적으로 회전식 기계(rotary machine)에 관한 것으로서, 특히 팽창성 가스 또는 압축성 액체용 회전식 내연기관, 압축기, 펌프 및 터빈에 관한 것이다.

회전식 내연기관은 공지되어 있는데, 그 예에는 반켈 회전식 엔진(Wankel rotary engine) 및 새리치 궤도 엔진(Sarich orbital engine)이 포함된다. 이들 기관은 복잡한 부품과 밀봉을 필요로 하며, 몇몇 기관보다 낮은 압축율을 보이며, 또한 질량의 중심을 이동시키는 회전기의 궤도 회전식 운동이 진동을 증가시키고 밸런싱을 어렵게 한다는 단점을 갖고 있다.

본 발명의 목적은 상기 문제점을 해소하는 회전식 기계를 제공하는 것이다.

본 발명의 한 실시예에 의하면, 회전식 내연기관 또는 펌프에 있어서, 내부에 공동부를 가진 하나 이상의 본체를 포함하며, 상기 공동부에는 외주 벽면(peripheral wall), 주 로터 부재(major rotor member), 하나 이상의 종 로터 부재(satellite rotor member), 및 하나 이상의 제어 챔버(control chamber)가 포함되며, 상기 주 로터 부재는 제1 회전축을 중심으로 회전하도록 상기 공동부 내에 배치되고, 상기 제1 회전축으로부터 반경 방향으로 이격되어 있는 외주 벽면부(outer peripheral wall portion)를 하나 이상 포함하며, 상기 외주 벽면부는 아치형 벽면부를 하나 이상 포함하며, 상기 아치형 벽면부는 중심축을 가진 하나 이상의 만곡부(bight)를 상기 주 로터 부재 내에 형성하며, 각각의 상기 종 로터 부재는, 각각의 상기 만곡부의 중심축과 평행한 제2 회전축을 중심으로 회전하도록 각각의 상기 만곡부 내에 배치되고, 각각의 상기 제어 챔버는, 상기 종 로터 부재의 벽면, 상기 공동부의 외주 벽면, 및 상기 주 로터 부재의 벽면 중의 어느 두 개 이상의 조합에 의해 작동 사이클 도중 매순간 형성되며, 상기 제어 챔버로 유체를 유입 또는 토출할 수 있도록, 상기 본체에 결합되는 복수의 포트(port)를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 회전식 기계를 제공한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 회전식 내연기관 또는 펌프에 있어서, 내부에 공동부를 가진 하나 이상의 본체를 포함하며, 상기 공동부에는 외주 벽면 및 하나 이상의 아치형 벽면(arcuate wall), 주 로터 부재, 하나 이상의 종 로터 부재, 및 하나 이상의 제어 챔버가 포함되며, 상기 아치형 벽면은 중심축을 가진 하나 이상의 만곡부를 형성하며, 상기 주 로터 부재는 제1 회전축을 중심으로 회전하도록 상기 공동부 내에 배치되고, 상기 제1 회전축으로부터 이격되어 있는 외주 벽면부를 포함하며, 각각의 상기 종 로터 부재는 제2 회전축을 중심으로 회전하도록 각각의 상기 만곡부 내에 배치되고, 각각의 상기 제어 챔버는, 상기 종 로터 부재의 벽면, 상기 공동부의 외주 벽면, 및 상기 주 로터 부재의 벽면 중의 어느 두 개 이상의 조합에 의해 작동 사이클 도중 매순간 형성되며, 상기 제어 챔버로 유체를 유입 또는 토출할 수 있도록, 각각의 상기 본체 또는 로터에 결합되는 복수의 포트(port)를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 회전식 기계를 제공한다.

바람직하게는, 각각의 상기 주 로터 부재는 변속 장치를 통해 출력 샤프트와 연결되어 작동한다.

바람직한 일실시예에서, 상기 공동부의 상기 외주 벽면은 트로코이드(trochoid), 에피트로코이드(epitrochoid), 또는 사이클로이드(cycloid) 형태를 가지며, 그에 의해 상부 로브(lobe) 및 하부 로브가 형성되며, 상기 상부 로브 및 상기 하부 로브의 중간점에 오목부(waist)가 형성된다. 또 다른 바람직한 실시예에 의하면, 상기 공동부에 최대 12개의 로브가 포함된다.

한 실시예에서, 상기 주 로터 부재의 외주 벽면부의 적어도 일부는 원형 또는 아크형이며, 작동 사이클의 많은 부분에서 상기 외주 벽면이 밀봉될 수 있는 크기를 가지며, 이러한 밀봉으로 상기 오목부에 의해 보조되는 상기 제어 챔버 사이가 분리된다.

또 다른 실시예에서, 상기 주 로터 부재는 일반적으로 타원형이다. 이 실시예에서 로브는 원형이며, 이에 따라 제어 챔버는 그 내부의 유체에 영향을 주는 크기를 다양하게 가질 수 있다.

바람직하게는, 상기 주 로터 부재 및 상기 종 로터 부재는 기어를 통해 서로 연결되어 작동하며, 한 실시예에 의하면, 상기 주 로터 부재가 시계방향으로 회전하면, 상기 종 로터 부재는 상기 기어에 의해 상기 주 로터 부재의 3분의 1의 회전속도로 반시계 방향으로 회전한다. 상기 주 로터 부재와 상기 종 로터 부재의 상대 속도는, 상기 주 로터 부재에 결합되어 있는 상기 종 로터 부재의 수, 상기 공동부에 결합되어 있는 로브의 수 및 각 종 로터의 형상에 의해 결정된다. 여기서 종 로터 부재는 일반적으로 상기 주 로터 부재 내에 위치하여 주 로터 부재와 회전하거나, 또는 일반적으로 상기 주 로터 부재의 외측에 위치한다.

바람직하게는, 상기 종 로터 부재는 일반적으로 각 면이 대개 오목한 삼각형이다. 오목한 정도는 변할 수 있으며, 상기 종 로터 부재가 살이 달린 바퀴 형태(spoked appearance)를 가질 정도로, 상기 작동 표면이 오목할 수도 있다. 또한, 상기 종 로터 부재는 정점부(vertices)에서 작동 유체가 어느 하나의 제어 챔버로부터 다른 제어 챔버로 최소한으로 누출되도록, 하나 이상의 밀봉부를 포함할 수 있다.

회전식 기계의 바람직한 일실시예는 내연기관의 이용에 적합하며, 이 실시예에서, 압축 점화 연료 또는 스파크 점화 연료가 사용될 수 있다. 회전식 엔진(반켈 회전식 엔진 참조)에 있어 공지된 바와 같이, 리딩(leading) 및 트레일링(trailing)을 위해 하나 이상의 스파크 플러그(spark plug)가 사용될 수 있다. 일실시예에서, 3개의 스파크 플러그가 사용될 수 있다. 엔진에는 연료 분사 시스템이 사용될 수 있으며, 최대 효율을 위해 점화 직전 상태에서 연료를 분사할 수 있다.

바람직하게는, 각각의 상기 본체의 끝단 벽부(end wall)는 서로 대향하여 이격되어 있으며, 제어 챔버를 둘러싸게 된다. 바람직한 일실시예에서, 끝단 벽부는 종 로터가 회전하는 샤프트를 수용한다. 이 형태에서, 끝단 벽부는 상기 샤프트에 고정되어 주 로터와 동일한 속도로 회전하지만, 종 로터가 고정되어 있는 샤프트를 중심으로 주 로터가 회전하도록 한다.

바람직하게는, 상기 공동부의 상기 외주 벽면을 호닝(honing) 또는 그와 유사한 방법으로 약간 거칠게 함으로써, 상기 주 로터 부재 및 상기 종 로터 부재를 연결 작동시키는 기어 없이 상기 내연기관 또는 펌프가 작동할 때, 상기 종 로터 부재의 피드백 제어 효율을 향상시키고, 윤활제의 유지 성능을 향상시킨다.

바람직하게는, 각각의 상기 본체에 두 개의 포트가 결합되며, 상기 두 개의 포트는 각각 입력 포트 및 출력 포트이다. 상기 입력 포트 및 상기 출력 포트는 상기 본체의 일측면 상에서 상호 근접한 위치에 배치될 수 있다. 입력 포트는 상기 로터 부재의 회전시 선택된 부분에서, 공기 또는 연료/공기 혼합물과 같은 작동 유체를 상기 제어 챔버로 보낼 수 있다. 출력 포트는 소비된 작동 유체를 제어 챔버로부터 예컨대 배출 파이프로 배출시킬 수 있다. 일실시예에서, 상기 포트는 각각의 상기 주 로터 부재와 결합하도록 구비됨으로써, 각각의 상기 포트가 상기 주 로터 부재의 상기 외주 벽면에서 종결될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 상기 본체보다 많은 수의 포트가 구비될 수 있으며, 일반적으로 유입 및 배출 포트로 쌍을 이루게 된다.

연소 및 기타 손실, 예컨대 가스 블로바이(gas blow-by)를 감소시키기 위해, 공지된 밀봉 방법을 채택할 수 있다.

바람직하게는, 내연기관의 작동시 제어 챔버 내의 작동 유체의 점화에 의해 발생하는 폭발력을, 각각의 종 로터가 장착되어 있는 샤프트 상에 보관한다. 종 회전축이, 일반적으로 주 로터 부재의 중심 회전축과 스파크 플러그 사이에 연장되어 있는 축을 지날 때 점화가 이루어진다. 이 경우, 일반적으로 모든 토크는 필요한 방향으로 공급된다.

본 발명의 또 다른 일면에 의하면, 내연기관 또는 펌프에 이용하기 위한 피스톤 요소에 있어서, 상기 피스톤 요소는 상기 피스톤 요소의 사용시, 연동하는 내측 외주 벽면을 가진 공동부 내에 회전 가능하게 장착되며, 상기 피스톤 요소는, 외주 작동 벽면 형태의 복수개의 작동 표면; 각각의 단부에서 인접한 작동 벽면을 연결하는 하나 이상의 외주 링크벽(peripheral link wall); 각각의 외주 링크벽 단부와 외주 작동 벽면 단부의 접합부에 있는 정점부(wertex); 및 상기 정점부 각각에 배치되어, 상기 연동하는 내측 외주 벽면과의 각도를 가능한 한 90o까지 설정함으로써 밀봉을 향상시키는 복수개의 밀봉 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는, 피스톤 요소를 제공한다.

바람직하게는, 상기 밀봉 요소를 상기 피스톤 요소가 사용시 배치되는 챔버의 상기 연동하는 표면 외측을 향해 편향(bias)시키기 위해 스프링 형태의 편향 수단이 구비된다. 바람직하게는, 상기 스프링은 상기 밀봉 요소에 대해 선형 편향 응답을 하는 압축 스프링이다. 또 다른 바람직한 실시예에서, 상기 스프링은 나선형 압축 스프링이다.

바람직하게는, 상기 밀봉 요소를 장착시키고 운반하기 위한 캐리지가 구비된다.

바람직하게는, 상기 캐리지는 연동하는 하우징 내에 배치되어, 상기 캐리지가 상기 연동하는 표면에 대해 수직으로 왕복할 수 있게 한다.

바람직하게는, 상기 밀봉 요소를 수납하기 위해 상기 피스톤 내에 개구가 구비된다. 바람직한 로터의 실시예에서, 상기 개구는 로터의 각 정점부에 배치되어, 상기 정점부와 상기 연동하는 하우징 사이에 상기 캐리지를 위한 통로를 제공한다.

바람직하게는, 상기 피스톤 요소는 각각의 면이 대개 오목한 삼각형이다. 오목한 정도는 변할 수 있으며, 상기 종 로터 부재가 살이 달린 바퀴 형태를 가질 정도로 오목할 수도 있다. 바람직한 로터의 실시예에서, 상기 로터 부재는 상기 각각의 살(spoke)의 각각의 단부에 2개의 정점부를 포함하고, 특히 상기 연동하는 표면의 반경이 작아질 때, 작동 유체가 밀봉 요소를 지나 이탈하는 것을 최소화하기 위해, 상기 밀봉 요소가 각각의 상기 정점부에 배치된다.

본 발명의 일측면에 따르면, 피스톤 요소에 있어서, 상기 피스톤 요소는 이용시에 측벽을 가진 챔버 내에 배치되고, 상기 피스톤 요소는, 이용시에 상기 챔버의 상기 측벽에 기대거나 가까이 인접하여 배치되는 측벽부를 포함하며, 상기 피스톤 요소의 상기 측벽부는 상기 챔버의 상기 측벽부를 향해 가압하도록 편향되어 있는 것을 특징으로 하는, 피스톤 요소를 제공한다.

바람직하게는, 상기 피스톤 요소는 내연기관 또는 펌프의 챔버 내에서의 회전을 위해 장착되는 로터이다.

바람직하게는, 축방향으로 이격된 부분에 응답하여 선형 가압하는 스프링 형태의 편향 수단이 구비된다. 상기 스프링은 판 스프링, 코일 스프링 또는 접시 와셔 조립체(Belleville washer assembly)일 수 있다.

바람직한 실시예에서, 인접하고 축방향으로 이격된 부분은 피스톤 요소의 절반이며, 또는 본체 및 하나 이상의 커버를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 챔버의 상기 측벽은, 상기 피스톤이 왕복하거나 로터가 회전하는 실린더 또는 공동부의 측면 경계이다.

본 발명에 대한 명확한 이해를 위해, 실시예를 설명하는 다음과 같은 도면을 첨부하였다.

도 1(i)-(viii)은, 작동 사이클의 여러 가지 단계에서의 단일 종 로터 타입의 회전식 엔진의 직경 방향의 평면을 순서에 따라 나타낸 간략한 정면 입면 단면도이다.

도 2는, 이중 종 타입의 회전식 엔진의 직경 방향의 평면을 따라 나타낸 간략한 정면 입면 단면도이다. 제1 제어 챔버는 사이클의 점화 단계가 막 시작된 상태이고, 제2 제어 챔버는 사이클의 압축 단계가 막 시작된 상태이다.

도 3 내지 도 6, 및 도 6A는, 작동 사이클의 서로 다른 단계에서, 동일한 이중 종 로터 엔진의 직경 방향의 평면을 따라 나타낸, 서로 다른 간략한 입면도이다.

도 7은, 로터와 출력 샤프트 사이의 상호 관계 및 기어를 나타내는 간략한 측면 입면 단면도이다.

도 8은, 종 로터를 주 로터 출력 샤프트에 동작 가능하게 연결하기 위한 기 어를 필요로 하지 않는 엔진의, 도 7에 도시된 도면과 유사한, 간략한 측면 입면 단면도이다.

도 9(i)(ii)는, 본 발명에 따라 내장된 엔진의 이용에 적합한 종 로터의 평면도이다.

도 10은, 12-종 로터 엔진의 간략한 정면 단면 입면도이다.

도 11은, 종 로터를 주 로터의 출력 샤프트에 동작 가능하게 연결하는 기어를 구비한(숨겨진 라인 스크립트에 도시됨), 도 10과 동일한 실시예이다.

도 12는, 스파크 플러그 및 가스 흐름 포트를 포함한 점을 제외하고는, 도 10에 도시된 것와 유사한 도면이다.

도 13 및 도 14는, 도 7 및 도 8에 도시된 것과 유사한, 12-종 로터 엔진에 관한 도면이다.

도 15는, 펌프인, 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예를 나타낸 도면이다.

도 16은, 본 발명에 따라 제조된 로터리 내연 엔진(rotary internal combustion engine)의 또 다른 바람직한 실시예를, 직경 방향의 평면을 따라 간략하게 나타낸 단면 입면도이다. 본 실시예는, 1개의 주 로터에 연결된 2개의 종 로터를 구비한다.

도 17은, 주 로터가 도 16의 실시예에 도시된 이전의 도면으로부터 90°만큼 진행한 상태를 나타내는 도면이다.

도 18은, 1개의 종 로터가 거의 회전의 점화 단계에 있는, 회전식 내연 엔진의 또 다른 실시예이다(흡입구 및 배기 포트는 생략하여 도시함).

도 19는, 도 18에 도시된 실시예의 또 다른 도면으로서, 로터 중 1개가 점화 이후의 위치에 있는 상태를 도시하며, 또한 포트를 생략하여 나타낸 도면이다.

도 20은, 흡입구, 출구, 및 스파크 포트의 위치를 나타내는, 본 발명의 1개 이상의 실시예에 사용되는 하우징의 측면 입면도이다.

도 21은, 종 로터에 삽입하기 위한 시일(seal)의 바람직한 실시예의 측면 입면도이다.

도 22는, 본 발명의 일면을 나타내는, 도 21에 도시된 시일을 포함하는 종 로터의 측면 입면도이다. 본 발명의 일면

도 23은 도 22에 도시된 종 로터의 일부 축 부분을 나타낸 도면이다.

도 24는, 도 23에 도시된 종 로터의 부분 평면도이다.

도 25-28은, 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에서, 연소 사이클의 서로 다른 단계들을 순서대로 나타낸 측면 입면 절삭도이다. 여기에서 속이 빈 원은, 제어 챔버로 흡입되는 신선한 공기 및/또는 연료/공기 차아지를 나타내고, 십자표시는, 배기 포트로 나가는 연소된 차아지를 나타내고, 밀집된 도트 표시는, 파워 스트로크 단계에 있는 압축된 연료/공기 차아지를 나타낸다.

도 29는, 도 25-28에 도시한 실시예를, 주 로터의 서로 다른 각도 위치에서, 연료/공기 차아지 없이 나타낸 도면이다.

도 30은, 도 29내에 도시된 A-A를 따라 나타낸, 회전식 기계 장치의 단면도이다.

도 1을 참조하면, 하우징 벽(8)을 구비한 엔진 바디(11)를 포함하는 회전식 내연 엔진(10)이 도시되어 있다. 엔진 바디(11)는, 주 로터 부재(14), 종 로터 부재(12)를 포함하는 로터 블록(9)의 형태이다.

로터 블록은 단부 플레이트(본 실시예에서는 도시되지 않았으나 도 7에 도시된 제2 실시예의 151 및 153과 유사함)에 작동 가능하게 연결되어 있다. 블록(9) 및 플레이트(51(151) 및 53(153))는 엔진 바디 공간을 둘러싼다. 단부 플레이트는, 4개의 볼트(77)(도 7에서는 177)에 의해 주 바디(9)에 봉인되어, 고정되어 있다. 또한, 단부 플레이트(51(151) 및 53(153))는, 각각의 축을 통해 로터(12, 14)(또는 112, 114)를 지탱하면서, 주 로터(14)와 함께 블록(9) 주위를 회전한다. 종 로터(12)는 주 로터와는 다른 속도로 회전하고, 따라서 단부 플레이트(51, 53)와 종 로터(12) 사이에는 봉인된 슬립 접점(sealed slipping contanct)이 존재한다. 또한, 단부 플레이트(51, 53)는 기어 트레인(도 7의 제2 실시예의 160에 도시됨)을 위한 샤프트를 운반하며, 기어 트레인은 종 로터(23)와 주 로터(14) 사이의 상대적인 회전을 통제한다.

상부 외벽(32)은 공간의 상부 로브를 형성하고, 하부 외벽(34)은 공간(15)의 하부 로브를 형성하고, 웨이스트(42, 44)는 상기 2개의 로브 사이에 배치된다. 외벽(32, 34)은 트로코이드, 에피트로코이트 또는 사이클로이드 모양을 형성하고, 특히 다음의 수학 식에 의해 정의된다.

세로좌표

횡좌표

θ, R₁, R₂ 및 R₃의 정의는 도 3, 도 10 및 다음에 의하여 파악할 수 있다. θ는, 12시 위치를 0도로 하여, 시계 방향으로의 로터의 각변위(angular displacement)를 나타낸다. R₁은 주 로터 부재의 반지름(중심으로부터 볼록한 원형 외벽까지의 거리)을 나타낸다. R₂는 각각의 종 로터 부재의 반지름(중심에서 꼭지점까지의 거리)을 나타낸다. R₃은, θ=0에서, 주 로터의 중심으로부터 빈 공간의 내부 외벽까지의 거리를 나타낸다.

주 로터 부재(14) 및 종 로터 부재(12)는 공간(15) 내에 배치된다. 주 로터 부재(14)는 샤프트(16)에 장착된다. 기어 트레인(본 실시예에서는 도시되지 않았으나, 도 7에 도시된 또 다른 바람직한 실시예의 160에 일반적으로 도시됨)은, 주 로터 부재(14)와 종 로터 부재(12)를 동작 가능하게 연결한다. 도 1의 실시예에서, 종 로터 부재(12)는 주 로터 부재(14)의 1/3의 비율로 회전하고, 2개의 로터의 회전방향은 반대방향이다.

주 로터 부재(14)는, 대략 원형인(또는 부분적으로 원형인) 외벽(7)을 가지 며, 주 로터(14) 내에 만곡부(17)를 형성하는, 대략 아치형의 모양을 갖는 벽(14)을 포함한다. 종 로터(12)는, 적어도 부분적으로 만곡부(17) 내에서 회전하도록 배치되며, 샤프트(18)에 장착된다.

제어 챔버에 작동 유체가 흐를 수 있게 하기 위해, 2개의 포트(30, 28)가 제공된다. 도 1에서, 포트(30)는 흡입구 포트이고, 포트(28)는 배기 포트이다.

종 로터 부재(12)는 일반적으로 삼각형 이고, 종 로터 부재(12)의 각 측면은 일반적으로 오목하다. 종 로터 부재(12)는, 공간(32 또는 34)의 내부 외벽, 또는 만곡부의 겉면에 실질적으로 항상 봉인되어 접촉하는 3개의 꼭지점(4, 5, 6)을 가진다. 종 로터 부재(12)는 만곡부 내에서 회전한다. 따라서, 여러 개의 분리된 제어 챔버는, 종 로터(36, 38)의 벽, 만곡부(17)의 벽, 및 공간 외벽(32,34) 의해 적절히 형성된다. 예시적인 제어 챔버가 도시되어 있다(70,72, 74,76, 78,80, 82,84, 및86). 종 로터 부재(12)는, 일반적으로, 공간 내부 외벽(7)의 외곽에 의한 틈과, 파워 스트로크가 시작될 때에 챔버를 가능한 작게함으로써 얻는 고압축 비율 사이의, 균형을 제공하기 위한 모양으로 만들어진다(일반적으로, Otto 사이클 파알런스의 TDC).

스파크 플러그는, 작동 유체의 점화를 위해 위치(26)에 제공된다. 냉각제를 통과시키기 위한, 주 바디(9)의 벽 내부의 구멍(도시되지 않음)에 의해 냉각이 이루어진다.

동작 중인 회전식 기계 장치를 설명하기 위해, 도 1(i)에서 도 1(viii)의 단계를 밟는 작동 사이클에 의한 제어 챔버를 순서대로 제시한다. 작동 사이클은 잘 알려진, 흡입, 압축, 파워, 배기 단계를 거치는 Otto 사이클에 기반한다.

작동 중에, 주 로터(14)는 자신의 샤프트(16)를 중심으로 시계 방향으로 회전하고, 도 1(i)에서 제어 챔버(70)는 유체 교환을 위해 흡입 포트(30)에 연결되고, 작동 유체가 흡입 포트(30)을 통해 유입되고 및/또는 제어 챔버(7)에 강제 유입된다. 종 로터 부재(12)는 자신의 샤프트(18)를 중심으로 반시계 방향으로 회전하고, 도 1(ii)에 도시된 위치에 의해, 꼭지점(5)은 제어 챔버에 연결되지 않도록 흡입 포트를 막고, 이 때 제어 챔저는 72로 표기된다. 제어 챔버는 흡입 포트(30)와 유체를 교환할 수 없는 상태가 되고, 압축 사이클은 이 챔버로부터 시작된다.

유리하게, 작동중에, 내연 엔진의 경우, 제어 챔버 내의 작동 유체를 점화하여 얻은 폭발력은, 종 로터가 장착된 샤프트를 압박한다. 일반적으로, 일단 종 회전 축이, 보통 주 로터 부재의 중심 회전 축과 스파크 플러그 사이에 연장되는 축을 지나게 되면, 점화가 일어난다. 이 경우, 일반적으로, 모든 토크는 필요한 방향으로 공급된다.

도 1(iii)은 압축 사이클이 좀 더 진행된 상태를 나타내고, 도 1(iv)는 압축 사이클이 거의 끝난 상태를 도시한다. 도 1(v)는 압축 사이클이 종료된 상태를 도시하고, 제어 챔버는 이제 번호(78)로 나타낸다. 이 때, 제어 챔버는 작동 사이클 중 가장 작은 부피를 차지한다고 가정한다.

도 1(vi)은 작동 사이클 중 파워 사이클이 시작되는 초기 단계이다. 이 때에, 스파크 플러그(26)가 작동 유체를 점화한다.

도 1(vii) 및 도 1(viii)은 파워 사이클이 더 많이 진행된 상태를 도시한다 결국 도1(i)로 돌아오게 되는데, 이 때 제어 챔버는 숫자(86)로 표시되고, 제어 챔버는 배기 포트(28)와 연결되어, 파워 사이클을 종료되고 배기 사이클이 시작된다.

유리하게, 종 로터의 삼각형 모양에 의해, 오직 신선한 공기/차아지만이 신선한 공기/차아지와 혼합되고, 연료/공기 차아지 또는 신선한 공기는 배기구로 버려지지 않는다. 소모된 차아지와 비슷하게, 제어 챔버 내의 소모된 차아지는 소모된 차아지와 혼합되거나 배기 출구 포트에 직접 버려지게 된다. 상호 작용이 복잡할 때에, 이러한 구조는 멀티-종 실시예에서 특히 효과적이고 유리하게 된다.

삼각형 종 로터 부재의 다른 특징은, 종 로터 부재의 벽에 의해 형성된 1개의 챔버가 언제나 저장기능을 한다는 점에 있다. 즉, 종 로터 부재에 의해 형성된 챔버 중 오직 2개만이 Otto 사이클의 일부에 참여하게 된다. 다른 챔버는 저장 기능을 한다. 그러나, 상술한 바와 같이, 저장 챔버가 Otto 사이클과 결합하게 될 때에, 소모된 차아지 및 신선한 차아지는 서로 섞이지 않고, 소모되지도 않는다(또는 이론의 여지가 있지만, 소모된 차아지를 흡입구로 돌려보내지 않는다). 오각형 모양의 종 로터(도시되지 않음)를 사용함으로써 유사한 이점을 얻을 수 있다.

다른 회전식 엔진에 의해 이용되는 공간보다, 엔지 블록의 좀 더 많은 공간이 이용될 수 있다. 이로 인해 고압축 비율이 가능하고 더 큰 작동 공간을 사용할 수 있다.

기계 장치의 구조를 살펴봄으로써 확인할 수 있듯이, 제1 실시예에서, 주 로터 부재가 1회전 할 때마다 1개의 파워 사이클이 존재하고, 따라서 종 로터(12)는, 주 로터 부재가 1회전 할 때마다, 주 로터 부재 주위에서 1/3회전 한다. 그러나, 종 로터 부재 상의 숫자는 사이클 1(i)에서 1(viii)의 순서로 읽을 때만 유효하고, 따라서 주 로터 부재(14)가 1번 회전할 때에, 꼭지점 (4, 5, 6)이 종 로터 부재 주위를 돈다는 이유로, 1(viii)에서 1(i)로 순서를 바꾸어 싸이클을 읽으면 안된다. 주 바디(9) 주위로, “빈” 챔버가 유체에 아무런 일을 하지 않으면서 회전하는 것을 볼 수 있다.

도 2 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예(이중 종 엔진)에 따른 회전식 기계 장치가 도시되어 있다. 본 실시예에서, 제1 실시예에서 설명된 것과 유사한 것은 유사한 숫자로 표기하였다. 도 2 내지 도 8의 실시예는 2개의 종 로터 부재(112, 112B)를 갖고 있다. 이 실시예에서, 주 로터 부재(114)가 한 번 회전할 때마다 2번의 파워 사이클을 제공하고, 더 큰 안정성 및 효율을 제공한다. 제1 실시예와 유사하게, 종 로터(112, 112B)는, 주 로터 부재(114)가 1번 회전 할 때마다 1/3회전한다. 종 로터(112, 112B)의 회전은 도 7의 160에 도시된 기어 트레인에 의해 조절된다.

도 6A는 두번째 실시예의 측면 개략도이며, 점선으로 나타낸 부분이 종 로터 부재와 주 로터 부재를 연결하여 작동하는 기어 장치이다. 그러나 도 8에 도시된 바와 같은 또 다른 실시예는 종 로터 부재의 회전과 주 로터 부재(114)를 연결하는 기어가 없는 회전식 기계이다(도 7의 160에서 도시). 개선된 피드백 개념에 의하면, 종 로터(112, 112B)는 그 회전을 주 로터 부재(114)의 회전과 연결시키기 위해 반드시 기어를 필요로 하지는 않는다. 이는 동력 사이클(예컨대, 도 2의 180) 하의 제어 챔버의 부분을 형성하는 종 로터의 일측면을 따라 인가되는 압력은 일반적 으로 일정하며, 따라서 기어(160)가 작동할 때 보통 발생하는 것과 같은 회전을 발생시키지 않는다. 즉, 만약 연소된(또는 다른) 가스가 예컨대, 시일(95, 96 또는 97)과 외측 벽면(132) 사이에서 제어 챔버로부터 외측으로 유동하려고 하면 이는 제한되는데, 다른 오리피스(예컨대,유동을 대체하기 위한 99에서의 시일/주 로터 접합면)로부터의 내측 유동이 없기 때문이다. 따라서, ㅊ러한 개선된 피드백 시스템은 공동부(132, 134)의 외측 벽면을 호닝 또는 거칠게 함으로써 향상된다. 즉, 회전식 기계의 복잡성, 재료, 및 비용은 기어열(160)을 제거함으로써 현저하게 감소된다.

도 9(i)는 도 10 내지 도 14에 도시된 바와 같은 12 종 회전식 기계용으로 적합한 종 로터 부재의 상세도를 도시한다. 종 로터(212)는 대체로 3개의 작업 사이드(working side)를 가지고, 대략 삼각형으로 형성되어 있다. 그러나, 종 로터(212)의 꼭지점은 편평하게 되어 있으며, 따라서 뾰족한 끝 대신에, 넓적한 또는 사각형 단부를 형성하고, 각 사각형 꼭지점에 밀봉재(seal)(96, 97)가 배치되어 있다. 바람직하게는, 이 넓적한-종은 더욱 양호한 밀봉을 생성하도록, 밀봉재와 보이드 벽(void wall)에 의하여 정해지는 밀봉 각도를 증대시킬 수 있다.

도 9(ii)는 대략 삼각형상으로 되어 있고, 각 꼭지점에 하나씩, 대체로 배치되어 있는 3개의 밀봉재를 가지고 있는, 1- 또는 2-종 회전식 기계용으로 적합한 종 로터 부재를 도시한다.

도 10 내지 도 14는 본 발명에 따른 기계의 12-로터 실시예를 도시하고, 이전에 설명된 실시예와 유사한 구성은 유사한 참조 부호에 의하여 지시된다.

원주벽은 데카르트 평면(Cartesian plane)에 대하여 다음의 수식에 의하여 정의되는 12 로브(lobes)(232)를 포함한다:

ya = R cosθ + R2′cos(α-3θ)

xa = R sinθ + R2′sin(α-3θ)

여기서, α는 도 9(i)에서 정의되고, 이 실시예에서는 0.0873rad이다.

R = R3 - R2(R2 및 R3은 이전에 정의됨).

이전의 실시예(도 1 내지 도 8)가 메인 로터 부재(114) 회전의 대략 180°를 이용하는 동력 사이클을 나타내지만, 본 발명의 동력 사이클은 전체 동력 단계에 대하여 메인 로터 부재(214) 회전의 대략 30°만을 이용한다. 바람직하게는, 동시에 발생하는 6개의 동력 단계가 있지만, 각 종 로터 부재는 메인 로터 부재(214)의 회전마다 6배의 동력을 공급하여, 다른 실시예보다 매우 원활한 동력 전달에 이르게 한다.

12-로터 실시예에 따른 회전식 엔진의 단부 단면도가 도 13 및 도 14에 도시된다. 도 13은 기어 트레인(gear train)이 없는 단면을 도시하고, 시스템은 종 로터의 회전을 위하여 상기에서 개략적으로 설명된 선행하는 피드백(advanced feedback)에 의존하며, 도 14는 기어(260) 및 링 기어(ring gear)를 도시한다.

회전식 기계의 다른 실시예가 도 15에 도시되고, 펌프의 형태를 취하고 있다. 입구 포트(330)로부터 출구 포트(328)로 유체를 가압하기 위하여, 메인 로터는 동력 공급부(도시하지 않음)에 의하여 시계 방향으로 구동되고, 종 로터(312, 312B)는 유체를 출구 포트(328)로 가압하도록 하향면(338)을 이용한다. 파이프 워 크(pipe work)(도시하지 않음)는 유체를 포트(328)로부터 원하는 위치로 향하게 한다.

본 발명의 또 다른 실시예가 도 16에 도시된다. 이 실시예에서, 메인 로터(414)는 대략 타원 형상으로 되어 있고, 상기 메인 로터(414)의 원주벽은 다음 식으로 정의된다:

y = A cosθ + R2 cos(π+ α+ 5/3θ)

x = A sinθ + R2 sin(π+ α+ 5/3θ)

여기서, A는 도 16에서 정의되고, α는 도 9에서 정의된다.

이 실시예에서는, 보이드(416)의 원주벽(432, 434)은 대략 원형으로 되어 있고, 마찬가지로 만곡부(bights)(417)의 벽도 원형으로 되어 있거나, 또는 그로부터 절단되어 있다. 또한 이 실시예는 메인 로터(414)와 결합되는, 2개의 종 로터 부재(412, 412B)를 추가로 가지고 있다.

작동시, 메인 로터(414)는 시계 방향으로 회전되며, 따라서 종 로터 부재(412, 412B)는 메인 로터의 1/3 회전율로 반시계 방향으로 회전된다. 4개의 제어 쳄버가 엔진의 작동 사이클에서 항상 형성된다. 도 16에 도시된 도면에서, 2개의 쳄버(485, 488)는 가능한 최소 체적을 나타내고 있다. 쳄버(488)에서 작동 유체는 사이드 플레이트(도시하지 않음)에 장착된 스파크 플러그(spark plug)(426B)에 의하여 점화되려고 하거나, 또는 점화된다. 쳄버(487)는 유입 단계의 끝쪽에 실질적으로 위치되고, 입구 포트(428)와 여전히 유체 연통된다. 쳄버(485)는 배출 단계의 완료부에 실질적으로 위치되고, 배출 포트(430)와 유체 연통되어 있다. 쳄버 (486)는 동력 단계의 끝쪽에 실질적으로 위치된다.

도 17은 도 16에 도시된 것보다 더 이후의 단계에서의 각 쳄버를 도시하고, 각 쳄버는 도 16의 도면부호에 첨자 "A"를 부가하여 지시된다. 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 쳄버(487A)는 압축 단계에 있고, 쳄버(488A)는 동력 단계에 있고, 쳄버(485A)는 유입 단계에 있고, 쳄버(486A)는 배출 단계에 있다.

특히, 도 16 및 도 17에 도시된 이 실시예는, 회전하는 포트(428, 430) 및 2개의 이격된 스파크 플러그(426, 426B)에 의하여 일부 가능하게 되는, 메인 로터 부재(414)의 매 회전당 2개의 동력 행정을 가지고 있다.

도 18 및 도 19에 도시된 실시예는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 트리플-종 엔진 또는 펌프에 대한 것으로, 여기서 엔진은 메인 보이드 내에 4개의 로브를 포함하고 있다. 또한, 유사한 참조부호는 여기서 설명되는 다른 엔진 또는 펌프와 관련된 유사한 부품을 지시한다. 또한, 작동은 다른 엔진 또는 펌프 실시예의 작동과 유사하다.

도 25 내지 도 29는 메인 보이드 내에 4개의 종 로터 및 4개의 로브를 가지고 있는 엔진 또는 펌프인, 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예를 도시한다. 작동 및 구조는 여기서 설명되는 다른 엔진 또는 펌프 실시예와 유사하고, 유사한 참조부호는 유사한 부품을 지시한다. 이 실시예의 종 로터는 메인 로터의 각속도의 1과 1/3배로 회전된다.

도 22를 참조하면, 상기에서 설명된 바와 같은 회전식 기관 또는 펌프용으로 적합한, 대체로 345로 지시되는 밀봉 어셈블리를 가지고 있는 피스톤 부재가 도시 되어 있다. 상기 밀봉 어셈블리(345)는 상기에서 대략 설명된 바와 같은 종 로터 부재(312) 상에 장착되고, 상기 종 로터 부재(312)는 대략 삼각형 메인 보디를 가지고 있다. 상기 메인 보디는 오목하게 형성되어 있는 3개의 메인 벽을 가지고 있고, 종 로터 부재(312)가 스포크 형상을 가질 정도로 오목하게 되어 있다. 밀봉 어셈블리는 각각의 스포크 내에 배치된다.

종 로터 부재(312)는 그 중심축(319)을 중심으로 회전되고, 상기 로터 부재(312)의 각 스포크는 대체로 2개의 꼭지점 및 각각의 구멍 내에 배치된 밀봉 부재를 가지고 있으며, 각 구멍 자체는 각 꼭지점에 배치된다. 하나 이상의 밀봉 부재는, 제어 쳄버(이 도면에는 도시되어 있지 않음)를 형성하도록, 상호 협동하는 벽[이 도면에 도시되어 있지 않지만, 벽은 상기에서 설명된 바와 같이, 예를 들면, 보이드 원주(32, 34), 및 만곡부 원주(13) 등의 변형예이다]과 밀봉 접촉을 유지한다.

스포크당 2개의 꼭지점은 상호 협동하는 벽의 반경이 작게 될 때, 로터와 상호 협동하는 벽 사이의 밀봉 접촉을 유지하기 위하여 대체로 사용된다. 그러나, 스포크당 하나의 꼭지점을 갖는 종 로터는 상기 밀봉 어셈블리와 함께 사용될 수 있다. 밀봉재의 평면과 상호 협동하는 벽 사이의 각도가 대략 30° 이상의 범위로 유지될 수 있기 때문에, 2개의 꼭지점 시스템은 반경이 작게 될 때, 하나의-꼭지점 밀봉에 대한 밀봉 장점을 가지고 있다. 밀봉 각도가 대략 이 도면 각도의 미만으로 떨어지면, 밀봉은 효과가 없게 된다. 밀봉재와 벽 사이의 90°는 밀봉을 위하여 이상적인 각도이지만, 이러한 스타일의 회전식 엔진에서는 밀봉 각도가 작업 사이 클에 따라 변환된다.

밀봉 어셈블리(345)는 캐리지(carrage)(359)에 장착되는 한 쌍의 밀봉 부재(347, 349), 각각의 스포크를 따른 왕복 운동을 위하여 하우징(363) 내에 장착되는 캐리지(359)를 포함한다. 상기 캐리지(359)는 헬리컬 압축 스프링(357)의 형태로 편향 수단(biasing means)(355)에 작동 가능하게 연결된다. 이것은 밀봉 부재(396, 397)가 각각의 스포크의 꼭지점의 구멍(361)으로부터 연장되도록 외측으로 편향되어, 밀봉 부재(396, 397) 마모의 범위에 걸쳐 대응하는 벽와 밀봉 접촉을 유지하기 위한 것이다.

도 23을 참조하면, 로터 부재(412)의 측단면도가 도시되어 있고, 상기 로터 부재(412)는 2 부분(413, 415)을 포함하는 메인 보디를 가지고 있는데, 상기 각 부분은 서로 인접하지만, 회전하는 축(418)을 따라 축방향으로 이격되어 있다. 2개의 부분(413, 415) 사이에, 판 스프링의 형태로 편향 수단(471)이 배치되어 있다. 이와 같이 하여, 로터의 단부면은 로터가 배치되는 엔진의 사이드 벽과 기밀식으로 결합될 수 있고, 상기 로터 단부 벽은 엔진의 열 팽창 또는 수축에도 불구하고 엔진의 사이드 벽과 밀봉 결합을 유지할 수 있다.

도 30을 참조하면, 이전에 설명된 다른 바람직한 실시예와 유사하고, 동일한 개수의 종 로터(612) 및 그와 결합되는 메인 로터를 갖는, 내연기관의 바람직한 실시예가 도시되어 있다. 도 30은 보이드 원주 벽(634)을 따라, 복수의 제어 쳄버를 둘러싸는 사이드 벽(651, 653)을 도시한다. 상기 사이드 벽(651, 653)은 메인 로터 샤프트(616)에 장착되고 상기 로터 샤프트(616)과 함께 회전된다. 상기 사이드 벽(651, 653)은, 이 실시예에서는, 4개의 볼트에 의하여 함께 지지되고, 이들 볼트 각각은 메인 로터(614)의 대응하는 구멍을 관통하는 볼트로서 677로 지시된다.(12개의 실린더가 있다면, 12개의 볼트가 있다). 이런 방식으로, 종 로터(612)를 지지하는 축(618)은 사이드 벽(651, 653)에 장착되고, 종 로터를 그 궤도 상에 유지시키고, 그 자신의 축(618)을 중심으로 그 자신의 회전은 메인 로터의 회전축(616)으로부터 이격되어 있다.

사이드 벽(651, 653)은 밀봉재(635)에 의하여 로터 블록(rotor block)(609)에 기밀식으로 연결되고, 작동시 로터 블록(609)을 지나가면서 회전된다. 이런 방식으로, 단부 벽(650, 652)을 포함하는 엔진 하우징은 고정되어 있고, 공지된 엔진 마운트에 볼트로 체결될 수 있고, 실제 작업은, 사이드 벽(651, 653)이 메인 로터 및 샤프트와 함께 회전되고, 종 로터가 그 자신의 축(618)을 중심으로 회전할 뿐만 아니라 메인 로터의 축(616)을 중심으로 선회하고 있는, 모터 블록 내에서 수행된다. 또한 기어 트레인은 사이드 벽(651, 653)과 함께 회전된다.

윤활 및 냉각을 위하여 섬프(sump)(660, 661)가 구비된다. 물 및/또는 오일이 냉각을 위하여 사용될 수 있다. 냉각 및 윤활을 위하여, 섬프로부터 오일을 끌어내고, 단부 벽(650, 652)의 전체 영역으로부터 회전하는 사이드 벽(651, 653)으로 오일을 분사하기 위하여, 펌프가 사용된다.

또한, 다수의 수정, 변형 및/또는 추가가, 본 발명의 사상 또는 범위를 벗어나지 않으면서 각종 구성 및 장치에 통합될 수 있음은 물론이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 회전식 기계를 사용함으로써 부품과 밀봉이 간단해지고 압축율이 좋아지며, 또한 진동이 감소하고 밸런싱이 우수하게 된다.

Claims (54)

1. 회전식 내연기관 또는 펌프에 있어서,

   내부에 공동부를 가진 하나 이상의 본체를 포함하며,

   상기 공동부에는 외주 벽면(peripheral wall), 주 로터 부재(major rotor member), 하나 이상의 종 로터 부재(satellite rotor member), 및 하나 이상의 제어 챔버(control chamber)가 포함되며,

   상기 주 로터 부재는 제1 회전축을 중심으로 회전하도록 상기 공동부 내에 배치되고, 상기 제1 회전축으로부터 반경 방향으로 이격되어 있는 외주 벽면부(outer peripheral wall portion)를 하나 이상 포함하며,

   상기 외주 벽면부는 아치형 벽면부를 하나 이상 포함하며,

   상기 아치형 벽면부는 중심축을 가진 하나 이상의 만곡부(bight)를 상기 주 로터 부재 내에 형성하며,

   각각의 상기 종 로터 부재는, 각각의 상기 만곡부의 중심축과 평행한 제2 회전축을 중심으로 회전하도록 각각의 상기 만곡부 내에 배치되고,

   각각의 상기 제어 챔버는, 상기 종 로터 부재의 벽면, 상기 공동부의 외주 벽면, 및 상기 주 로터 부재의 벽면 중의 어느 두 개 이상의 조합에 의해 작동 사이클 도중 매순간 형성되며,

   상기 내연기관은, 상기 제어 챔버로 유체를 유입 또는 토출할 수 있도록, 상기 본체에 결합되는 복수의 포트(port)를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하 는, 회전식 기계.
2. 회전식 내연기관 또는 펌프에 있어서,

   내부에 공동부를 가진 하나 이상의 본체를 포함하며,

   상기 공동부에는 외주 벽면 및 하나 이상의 아치형 벽면(arcuate wall), 주 로터 부재, 하나 이상의 종 로터 부재, 및 하나 이상의 제어 챔버가 포함되며,

   상기 아치형 벽면은 중심축을 가진 하나 이상의 만곡부를 형성하며,

   상기 주 로터 부재는 제1 회전축을 중심으로 회전하도록 상기 공동부 내에 배치되고, 상기 제1 회전축으로부터 이격되어 있는 외주 벽면부를 포함하며,

   각각의 상기 종 로터 부재는 제2 회전축을 중심으로 회전하도록 각각의 상기 만곡부 내에 배치되고,

   각각의 상기 제어 챔버는, 상기 종 로터 부재의 벽면, 상기 공동부의 외주 벽면, 및 상기 주 로터 부재의 벽면 중의 어느 두 개 이상의 조합에 의해 작동 사이클 도중 매순간 형성되며,

   상기 내연기관은, 상기 제어 챔버로 유체를 유입 또는 토출할 수 있도록, 각각의 상기 본체 또는 로터에 결합되는 복수의 포트(port)를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 회전식 기계.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 제1 회전축이 상기 공동부의 중심축과 동일한 것을 특징으로 하는, 회 전식 기계.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   내연기관의 경우, 각각의 상기 주 로터 부재가 변속 장치를 통해 출력 샤프트와 연결되어 작동하는 것을 특징으로 하는, 회전식 기계.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   펌프의 경우, 각각의 상기 주 로터 부재가 변속 장치를 통해 입력 샤프트와 연결되어 작동하는 것을 특징으로 하는, 회전식 기계.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 공동부의 상기 외주 벽면이 트로코이드(trochoid), 에피트로코이드(epitrochoid), 또는 사이클로이드(cycloid) 형태를 가지며,

   하나 이상의 상부 로브(lobe) 및 하나 이상의 하부 로브가 형성되며, 상기 상부 로브 및 상기 하부 로브 사이에 하나 이상의 오목부(waist)를 구비하는 것을 특징으로 하는, 회전식 기계.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 주 로터 부재의 외주 벽면부의 적어도 일부는 원형 또는 아크형이며, 상기 주 로터 부재의 회전 중 소정의 시간에 상기 외주 벽면이 밀봉될 수 있는 크 기를 가지며,

   상기 소정의 시간에 상기 오목부에 의해 보조되는 상기 제어 챔버 사이가 분리되는 것을 특징으로 하는, 회전식 기계.
8. 제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 주 로터 부재가 타원형인 것을 특징으로 하는, 회전식 기계.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 주 로터 부재, 상기 종 로터 부재, 및 상기 공동부는 인접하는 벽면 및/또는 정점부(vertices)와 접촉을 유지하여, 전체 작동 사이클 도중에 복수의 제어 챔버를 형성하는 것을 특징으로 하는, 회전식 기계.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 주 로터 부재 및 상기 종 로터 부재는 기어를 통해 서로 연결되어 작동하는 것을 특징으로 하는, 회전식 기계.
11. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 주 로터 부재와 상기 종 로터 부재의 상대 속도는, 상기 주 로터 부재에 결합되어 있는 상기 종 로터 부재의 수 및 상기 공동부에 결합되어 있는 로브의 수에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는, 회전식 기계.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 주 로터 부재가 시계방향으로 회전하면, 상기 종 로터 부재는 상기 기어에 의해 상기 주 로터 부재의 3분의 1의 회전속도로 반시계 방향으로 회전하는 것을 특징으로 하는, 회전식 기계.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 주 로터 부재가 시계방향으로 회전하면, 상기 종 로터 부재는 상기 기어에 의해 상기 주 로터 부재의 3분의 4의 회전속도로 반시계 방향으로 회전하는 것을 특징으로 하는, 회전식 기계.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 종 로터 부재는 삼각형 또는 오각형인 것을 특징으로 하는, 회전식 기계.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 종 로터 부재의 작동 표면(working surface)은 오목한 것을 특징으로 하는, 회전식 기계.
16. 제15항에 있어서,

    상기 종 로터 부재가 살이 달린 바퀴 형태(spoked appearance)를 가질 정도로, 상기 작동 표면이 오목한 것을 특징으로 하는, 회전식 기계.
17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 종 로터 부재는 정점부(vertices)를 가지며, 상기 정점부에서는 작동 유체가 어느 하나의 제어 챔버로부터 다른 제어 챔버로 최소한으로 누출되도록, 하나 이상의 밀봉부를 형성하는 것을 특징으로 하는, 회전식 기계.
18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,

    내연기관의 경우, 상기 유체가 작동 유체이며, 상기 작동 유체는 압축 점화 또는 스파크 점화 연료 등을 포함하는 것을 특징으로 하는, 회전식 기계.
19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,

    내연기관의 경우, 리딩(leading) 및 트레일링(trailing)을 위해 하나 이상의 스파크 플러그(spark plug)가 사용되는 것을 특징으로 하는, 회전식 기계.
20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,

    내연기관의 경우, 연료 분사 시스템을 사용하며, 고효율을 위해 점화 직전에 상기 제어 챔버로 연료를 분사하는 것을 특징으로 하는, 회전식 기계.
21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,

    각각의 상기 본체의 끝단 벽부(end wall)는 서로 대향하여 이격되어 있는 것을 특징으로 하는, 회전식 기계.
22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 공동부의 상기 외주 벽면을 호닝(honing) 또는 그와 유사한 방법으로 약간 거칠게 함으로써, 상기 주 로터 부재 및 상기 종 로터 부재를 연결 작동시키는 기어 없이 상기 내연기관 또는 펌프가 작동할 때, 상기 종 로터 부재의 피드백 제어 효율을 향상시키고, 윤활제의 유지 성능을 향상시키는 것을 특징으로 하는, 회전식 기계.
23. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,

    각각의 상기 본체에 두 개의 포트가 결합되며, 상기 두 개의 포트는 각각 입력 포트 및 출력 포트인 것을 특징으로 하는, 회전식 기계.
24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 입력 포트 및 상기 출력 포트는 상기 본체의 일측면 상에서 상호 근접한 위치에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 회전식 기계.
25. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,

    내연기관의 경우, 상기 로터 부재의 회전시 선택된 부분에서, 상기 입력 포트에 의해 공기 또는 연료/공기 혼합물과 같은 작동 유체를 상기 제어 챔버로 보내는 것을 특징으로 하는, 회전식 기계.
26. 제2항 내지 제5항 및 제8항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,

    하나 이상의 상기 포트가 각각의 상기 주 로터 부재와 결합하도록 구비됨으로써, 각각의 상기 포트가 상기 주 로터 부재의 상기 외주 벽면에서 종결되며, 상기 내연기관 또는 펌프로 작동 유체를 유입 또는 토출할 수 있도록 파이프 기구(pipework)와 유체 소통가능하게 연결되어 있는 것을 특징으로 하는, 회전식 기계.
27. 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 본체보다 많은 수의 포트가 유입 및 배출 포트로 쌍을 이루어 구비되는 것을 특징으로 하는, 회전식 기계.
28. 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,

    측벽을 가진 본체가 구비되어 복수의 제어 챔버를 둘러싸며,

    상기 측벽은 상기 본체에 대해 회전하는 것을 특징으로 하는, 회전식 기계.
29. 제1항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,

    각각의 상기 종 로터 부재는 축 상에 장착되며,

    상기 축은 상호 회전 가능하도록 측벽에 장착되며,

    상기 측벽은 상기 종 로터 부재 및 벽면과 회전 가능하게 배치된 주축에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는, 회전식 기계.
30. 제29항에 있어서,

    상기 측벽은 상기 주 로터 부재에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는, 회전식 기계.
31. 제1항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 측벽은, 각각의 상기 종 로터 부재가 상기 제2 회전축을 중심으로 궤도운동하면서 상기 제1 회전축을 중심으로 궤도 운동할 수 있도록, 회전 가능하게 장착되어 있는 것을 특징으로 하는, 회전식 기계.
32. 내연기관 또는 펌프에 이용하기 위한 피스톤 요소에 있어서,

    상기 피스톤 요소는 상기 피스톤 요소의 사용시, 연동하는 내측 외주 벽면을 가진 공동부 내에 회전 가능하게 장착되며,

    상기 피스톤 요소는,

    외주 작동 벽면 형태의 복수개의 작동 표면;

    각각의 단부에서 인접한 작동 벽면을 연결하는 하나 이상의 외주 링크벽(peripheral link wall);

    각각의 외주 링크벽 단부와 외주 작동 벽면 단부의 접합부에 있는 정점부(wertex); 및

    상기 정점부 각각에 배치되어, 상기 연동하는 내측 외주 벽면과의 각도를 가능한 한 90^o까지 설정함으로써 밀봉을 향상시키는 복수개의 밀봉 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는, 피스톤 요소.
33. 제32항에 있어서,

    상기 피스톤 요소는 회전식 내연기관 또는 펌프에 이용하기 위한 로터인 것을 특징으로 하는, 피스톤 요소.
34. 제32항 또는 제33항에 있어서,

    상기 밀봉 요소는 인접 벽에 의해 상기 정점부 각각에 설정된 각도를 이등분하는 각도로 배치되는 것을 특징으로 하는, 피스톤 요소.
35. 제32항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 밀봉 요소를 상기 연동하는 표면을 향해 편향(bias)시키기 위해 편향 수단이 설치되어, 밀봉 요소 마모의 연장된 범위에 걸쳐 상기 피스톤 요소와 상기 연동하는 표면 사이에 효율적 밀봉이 유지되는 것을 특징으로 하는, 피스톤 요소.
36. 제35항에 있어서,

    상기 편향 수단은 스프링의 형태인 것을 특징으로 하는, 피스톤 요소.
37. 제36항에 있어서,

    상기 스프링은 상기 밀봉 요소에 대해 선형 편향 응답을 하는 압축 스프링인 것을 특징으로 하는, 피스톤 요소.
38. 제36항 또는 제37항에 있어서,

    상기 스프링은 나선형 압축 스프링인 것을 특징으로 하는, 피스톤 요소.
39. 제32항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 밀봉 요소를 장착시키고 운반하기 위한 캐리지가 설치되는 것을 특징으로 하는, 피스톤 요소.
40. 제39항에 있어서,

    상기 캐리지는 연동하는 하우징 내에 배치되어, 상기 캐리지가 상기 연동하는 표면에 대해 수직으로 왕복할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는, 피스톤 요소.
41. 제32항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 밀봉 요소를 수납하기 위해 상기 피스톤 내에 개구가 형성되어 있는 것 을 특징으로 하는, 피스톤 요소.
42. 제41항에 있어서,

    상기 개구는 단부에 복수개의 정점부를 가진 로터 상에 배치되어, 상기 정점부와 상기 연동하는 하우징 사이에 상기 캐리지를 위한 통로를 형성하는 것을 특징으로 하는, 피스톤 요소.
43. 제32항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 피스톤 요소는 각각의 면이 오목한 삼각형 또는 오각형인 것을 특징으로 하는, 피스톤 요소.
44. 제32항 내지 제43항에 있어서,

    상기 로터 부재는 살이 달린 바퀴 형태인 것을 특징으로 하는, 피스톤 요소.
45. 제32항 내지 제44항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 로터 부재는 상기 각각의 살(spoke)의 각각의 단부에 2개의 정점부를 포함하고, 특히 상기 연동하는 표면의 반경이 작아질 때, 작동 유체가 밀봉 요소를 지나 이탈하는 것을 최소화하기 위해, 상기 밀봉 요소가 각각의 상기 정점부에 배치되는 것을 특징으로 하는, 피스톤 요소.
46. 피스톤 요소에 있어서,

    상기 피스톤 요소는 이용시에 측벽을 가진 챔버 내에 배치되고,

    상기 피스톤 요소는, 이용시에 상기 챔버의 상기 측벽에 기대거나 가까이 인접하여 배치되는 측벽부를 포함하며,

    상기 피스톤 요소의 상기 측벽부는 상기 챔버의 상기 측벽부를 향해 가압하도록 편향되어 있는 것을 특징으로 하는, 피스톤 요소.
47. 제46항에 있어서,

    상기 피스톤 요소는 회전식 내연기관 또는 펌프에 이용하기 위한 로터인 것을 특징으로 하는, 피스톤 요소.
48. 제46항 또는 제47항에 있어서,

    상기 피스톤의 측벽부를 상기 챔버의 상기 측벽부 쪽으로 선형 가압하는 스프링 형태의 편향 수단이 설치되는 것을 특징으로 하는, 피스톤 요소.
49. 제48항에 있어서,

    상기 스프링은 판 스프링, 코일 스프링 또는 접시 와셔 조립체(Belleville washer assembly)인 것을 특징으로 하는, 피스톤 요소.
50. 제46항 내지 제49항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 피스톤은, 상기 피스톤 또는 로터의 절반인 2개의 인접하고 축방향으로 이격된 부분으로 형성된 본체를 포함하는 것을 특징으로 하는, 피스톤 요소.
51. 제46항 내지 제50항 중 어느 한 항에 있어서,

    본체; 및

    이용시 상기 챔버의 상기 측벽부를 향해 이격되어 편향되는 하나 이상의 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는, 피스톤 요소.
52. 제46항 내지 제51항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 챔버의 상기 측벽은, 상기 피스톤이 왕복하거나 로터가 회전하는 실린더 또는 공동부의 측면 경계인 것을 특징으로 하는, 피스톤 요소.
53. 첨부된 도면을 참조하여 상술한 바와 같은, 회전식 엔진 또는 펌프.
54. 첨부된 도면을 참조하여 상술한 바와 같은, 피스톤 요소.

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