KR20080111437A

KR20080111437A - 회전식 연소 장치

Info

Publication number: KR20080111437A
Application number: KR1020087015881A
Authority: KR
Inventors: 데이비드 디. 그레이
Original assignee: 데이비드 디. 그레이
Priority date: 2005-12-01
Filing date: 2006-12-01
Publication date: 2008-12-23
Also published as: JP2009518569A; JP2012122484A; CN102220901B; US20110271929A1; US7942657B2; EP1960649A4; US20070160487A1; CN101365869B; KR101032262B1; EP1960649A2; JP5284790B2; US8539930B2; WO2007064866A2; CN101365869A; WO2007064866A3; CN102220901A; JP2011247268A

Abstract

연소 장치는 내면을 포함한 하우징을 구비하고, 상기 내면은 적어도 하나의 챔버, 회전자, 회전자 샤프트, 흡기 샤프트, 배기 샤프트 및 기어링 메카니즘을 형성한다. 상기 챔버는 흡기 밸브 포트 및 배기 밸브 포트를 포함하고, 회전자 샤프트는 일단부가 기어에 연결되고 회전자의 개방부에 의해서 수납된 적어도 두개의 대향 평탄면을 구비한다. 흡기 및 배기 샤프트는 회전자 샤프트에 기어결합되고 흡기 및 배기 밸프 포트와 각각 정렬된 적어도 하나의 개방부를 구비한다. 기어링 메카니즘은 개방부들이 포트들과 정렬되는 지속 기간을 선택적으로 제어한다. 두개 이상의 회전자들은 더욱 많은 동력을 생산하고 진동을 감소시키는데 사용될 수 있다.

케이스, 샤프트, 회전자, 챔버, 연소 장치, 하우징

Description

회전식 연소 장치{Rotary combustion apparatus}

본 발명은 일반적으로 회전식 연소 구조(architecture)를 사용하는 엔진, 특히 가변 밸브 타이밍과 일정한 유효 직경의 챔버를 갖는 챔버 구성 및 회전자를 구비한 로터리 엔진에 관한 것이다.

챔버 및 압축기로서의 회전자, 엔진 및 측정 장치를 사용하기 위한 여러 디자인들이 제안되었다. 예를 들어, 맥밀리언(McMillan)의 미국 특허 제 1,686,569호는 로터리 압축기에 대해서 기술하였으며; 또한, 페이엔(Feyens)의 미국 특허 제 1,802,887호는 로터리 압축기에 관한 것이고; 및 룩(Luck)의 미국 특허 제 3,656,875호는 로터리 피스톤 압축기를 기술하였다.

디터(Dieter)의 미국 특허 제 3,690,791호는 반경방향으로 변위가능한 회전자를 구비한 로터리 엔진에 관한 것이다. 로터리 엔진은 불규칙하지만 일반적인 원통형 캐비티를 내부에 구비하고 편심 방식(off-center relation)으로 상기 캐비티를 통해서 저널(journal)되는 샤프트를 구비한 중공 하우징을 포함한다. 상기 하우징의 굴곡벽이 형성되고 캐비티 주위로 연장되어서, 샤프트의 회전축으로부터 반경방향 거리에서 점진적으로 증가 및 감소하지만, 상기 축의 모든 직경의 대향 단부에 놓여진 캐비티의 모든 작용 굴곡벽 부분들 사이의 간격은 일정하다. 타원 형 회전자는 회전자의 꼭대기(vertex) 사이에서 연장되는 라인을 따라 샤프트의 회전축을 반경방향으로 변위시키고 상기 샤프트와 함께 회전하기 위하여 캐비티 내의 샤프트에 설치되고, 연료 혼합물과 배기 생성물의 입구 및 출구와 연료 혼합물 점화 장치는 캐비티의 외주부에 대해서 이격된다. 또한, 회전자와 샤프트는 조립체의 회전에 반응하여 공기 통로들을 통해서 냉각 공기를 펌프배출하도록 작동하는 로터리 조립체의 일 단부에 의해서 지탱되는 공기 베인 구조를 구비한 하우징의 대향 단부들의 관통 개방부를 통과한 축방향 연장 공기 통로들을 구비한 로터리 조립체를 형성한다.

또한, 밴 마이클(van Michaels)의 미국 특허 제 4,519,206호는 가스 피스톤, 타원형 압축기, 내부 냉각 열동력 사이클 및 석탄 및 목탄의 슬러리 형식의 콜로이드형 연료를 사용하는 다중 연료의 로터리 발전소에 대해서 기술하고 있다. 상기 로터리 발전소들은 큰 산업용 압축기, 자동차, 전기 발전소, 선박 및 제트 추진 엔진을 위한 내연기관과 같은 보편적인 적용을 위하여 디자인된다.

루이(Lew)의 미국 특허 제 5,131,270호는 유체 유동을 발생시켜서 측정하고 유체 유동으로부터 전력을 발생시키는 슬라이드형 회전자 펌프 모터 계량기에 관한 것이다. 이 특허는 원통형 캐비티와 상기 원통형 캐비티의 기하학적 중심축에 평행하면서 편심인 회전축 주위에서 원통형 캐비티에 회전가능하게 배치된 분할 부재의 두 조합체를 포함한다. 분할 부재는 회전 동작에서 90도의 위상각 차이가 두 분할 부재들 사이에서 유지되는 방식으로, 두 분할 부재들의 회전 동작들을 결합하기 위한 회전 동작 결합기(coupler)와, 모든 경우의 회전 동작에서 회전축을 포함 하는 평탄면의 원통형 캐비티를 가로질러 연장된다. 각각의 두개의 원통형 캐비티에서 회전축 및 기하학적 중심축을 포함하는 각 평탄면을 횡단하며, 두개의 원통형 캐비티를 관통하여 이동하는 유체는 두개의 분할 부재들의 회전 동작에 관계된다.

피스톤 대신에 회전자를 사용하는 엔진에 대한 여러 디자인들에도 불구하고, 이들 디자인들에는 어려움이 지속적으로 존재한다. 예를 들어, 로터리 엔진은 통상적으로 피스톤 엔진 보다 덜 효율적이고, 왕복 동작을 포함하므로, 이들 엔진들의 제조 및 유지관리를 복잡하게 한다. 기존의 디자인들은 역시 회전자의 회전에 의해서 생성된 원심력의 결과로 인하여 진동하는 경향이 있다. 또한, 관계된 디자인들은 지속적으로 회전하는 회전자가 공기 및 연료 흡입량을 형성하기 때문에, 일반적으로 로터리 엔진의 공기 및 연료 흡입량에 대한 선택적인 제어를 위해서 제공된 것은 아니다.

연료 효율적이고, 더욱 많은 동력을 생산하며, 기존의 엔진 보다 진동이 작으면서 공기 및 연료 흡입량을 더욱 잘 제어하는 로터리 엔진에 대한 필요성이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따라서, 로터리 엔진이 제공되며, 상기 로터리 엔진은 외면 및 내면을 구비하며, 상기 내면이 일정한 직경, 원점 중심에 대한 가변 반경, 흡기 밸브 포트 및 배기 밸브 포트를 구비한 적어도 하나의 챔버를 형성하는 일반적인 원통형 하우징과; 회전축, 세장형 개방부, 제 1 단부 및 제 2 단부를 구비하며, 제 1 단부 및 제 2 단부가 내면과 회전가능하게 그리고 밀봉식으로 접촉하는 회전자; 및 회전자의 세장형 개방부에 슬라이드가능하게 수납된 일단부를 구비한 회전자 샤프트를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따라서, 로터리 엔진이 제공되며, 상기 로터리 엔진은 적어도 두개의 단부벽, 흡기 밸브 및 배기 밸브를 구비한 챔버를 형성하는 내면 및 외면을 구비한 하우징; 적어도 두개의 대향 평탄면, 제 1 단부 및 제 2 단부를 구비한 제 1 샤프트; 흡기 밸브 포트에 수납된 공기 및 연료의 점화에서 연소력을 생산하기 위한 수단; 제 1 단부, 제 2 단부 및 제 1 샤프트의 평탄면을 슬라이드가능하게 수납하도록 구성된 세장형 개방부를 구비하고, 연소력에 반응하여 회전하도록 작동가능하며, 회전자의 제 1 단부 및 제 2 단부가 회전가능하며 하우징의 내면과 밀봉식으로 접촉하는 적어도 하나의 회전자; 측방향 관통 연장하는 적어도 하나의 개방부, 제 1 단부 및 제 2 단부를 구비하고, 제 1 단부가 하우징의 단부벽에서 회전가능하게 설치되고, 개방부가 챔버의 흡기 밸브에 인접하게 위치가능한 제 2 샤프트; 측방향 관통 연장하는 적어도 하나의 개방부, 제 1 단부 및 제 2 단부를 구비하고, 제 1 단부가 하우징의 단부벽에서 회전가능하게 설치되고, 개방부가 챔버의 배기 밸브에 인접하게 위치가능한 제 3 샤프트; 제 2 샤프트 및 제 3 샤프트를 회전시키고, 제 2 샤프트 및 제 3 샤프트의 개방부들을 흡기 밸브 포트 및 배기 밸브 포트와 교번 패턴으로 각각 정렬시키는 수단을 포함한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 제공된 로터리 엔진의 횡단면도.

도 2a는 도 1에 도시된 로터리 엔진의 회전자 하우징의 내면의 형태를 형성하는 방법의 평면도.

도 2b는 도 2a의 내면 형성을 도시한 도면.

도 2c는 다른 형성 방법에 따라서 형성된 내면을 도시한 도면.

도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따라 제공된 회전자 샤프트의 입체도.

도 3b 내지 도 3e는 본 발명의 일 실시예에 따라 제공된 복수의 베어링을 갖는 회전자 샤프트의 평면도, 측면도 및 대응 단면도.

도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따라 제공된 회전자 샤프트의 입체도.

도 4b 내지 도 4e는 본 발명의 일 실시예에 따라 제공된 복수의 베어링을 갖는 회전자 샤프트의 평면도, 측면도 및 대응 단면도.

도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따라 제공된 회전자 샤프트의 입체도.

도 5b 내지 도 5e는 본 발명의 일 실시예에 따라 제공된 복수의 베어링을 갖는 회전자 샤프트의 평면도, 측면도 및 대응 단면도.

도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따라 제공된 개방 구성의 로터리 엔진의 밸브의 단면도.

도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따라 제공된 폐쇄 구성의 로터링 엔진의 밸브의 단면도.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 제공된 회전자 샤프트 및 두개의 밸브 샤프트의 입체도.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 제공된 밸브 밀봉부를 구비한 밸브 샤프트 개방부를 도시하는 밸브 샤프트의 측면도.

도 9a는 회전자 샤프트, 두개의 밸브 샤프트 및 간헐적인 회전 기어들을 도시하는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제공된 로터리 엔진의 부분 평면도.

도 9b는 도 9a의 로터리 엔진의 부분 정면도.

도 10a 내지 도 10c는 본 발명의 다른 실시예에 따라 제공된 간헐적인 회전 기어들의 일련의 부분 정면도.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 제공된 회전자의 측면도.

도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따라 제공된 두개의 회전자들의 측면도.

도 13은 도 11의 회전자의 평면도.

도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 로터리 엔진의 단면도.

도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따라 제공된 회전자의 측면도.

도 16a 내지 도 16p는 작동 사이클을 도시하며 본 발명의 일 실시예에 따라 제공된 로터리 엔진을 도시한 일련의 단면도.

도 17a 내지 도 17e는 본 발명의 다른 실시예에 따라서 형성된 회전자 및 샤프트 구성의 각각의 입체도, 정면도, 제 1 단면도, 제 2 측면도 및 제 2 단면도.

도 18a 내지 도 18c는 도 17a 내지 도 17e의 회전자 및 샤프트 구성을 사용하는 로터리 엔진의 다른 실시예의 일련의 단면도.

도 19a 내지 도 19c는 스탭퍼 또는 서보 모터와 조합된 스퍼 기어 배열(spur gear arrangement)을 도시한 도면.

도 20a 내지 도 20c는 흡입 및 배기 밸브들의 작동의 또다른 실시예를 도시한 도면.

도 21 내지 도 23은 회전자 구성의 다른 실시예를 도시한 도면.

도 24는 하우징에 적용된 가스켓을 도시한 도면.

도 25는 둥근 단부 밀봉부와 조합된 회전자의 다른 실시예를 도시한 도면.

도 26은 본 발명에 따라 형성된 회전자 하우징 및 회전자의 다른 구성을 도시한 도면.

도 27 내지 도 32는 회전자의 다른 실시예를 도시한 도면.

도 33 및 도 34a 내지 도 34c는 회전자 샤프트의 다른 실시예를 도시한 도면.

도 35 및 도 36a 내지 도 36b는 밸브 샤프트의 다른 배열을 도시한 도면.

도 37 내지 도 38은 다른 밸브 밀봉 구성을 도시한 도면.

하기 설명에서, 여러 공개된 실시예들의 철저한 이해를 위하여, 임의의 특정 상세한 설명이 기술된다. 그러나, 당기술에 숙련된 기술자는 이러한 하나 이상의 상세한 설명 없이도 또는 다른 방법, 요소, 재료등을 사용하여 실행할 수 있다. 다른 예에서, 엔진 요소들과 연관된 공지된 구조 또는 요소들 또는 양자 모두 및 점화 장치, 분배 장치, 증기 발생기 또는 응축기를 포함하지만, 이에 국한되지 않은 다른 장치들은 실시예의 설명을 불명료하게 하는 것을 피하기 위하여 상세히 도 시하거나 또는 설명하지 않았다.

본문이 다른 것을 필요로 하지 않는다면, 하기 기술되는 명세서 및 청구범위 전체 걸쳐, 단어 "포함하다" 및 "포함하는"과 같은 그 변형어는 그에 국한되지 않은 개방되고 포괄적인 의미로 해석되어야 한다.

본원 명세서에서, "일 실시예"는 특수 형태, 구조 또는 실시예와 연관되어 기술된 특징들은 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 본원 명세서 전반의 여러 곳의 "일 실시예"의 문구 형태는 반드시 모두 동일 실시예를 지칭하는 것은 아니다. 또한, 특수 형태, 구조 또는 특징들은 하나 이상의 실시예들에서 임의의 적당한 방식으로 조합될 수 있다.

본원 명세서 전반에 걸쳐 기재된 "팽창", "연소", "팽창 사이클" 또는 "연소 사이클"에 대한 설명은 제한적인 의미가 아니라, 팽창 또는 연소 특성을 나타내는 상태 또는 임의의 사이클을 지칭하거나 또는 공기 및 연료의 에너지로의 전환을 기술하거나 또는 공기 및 연료가 점화되는 것을 설명한다. 본원에 사용된 "유체"는 액체, 가스 및 액체와 가스의 혼합물을 포함한다.

도 1에 도시된 일 실시예에서, 본 디자인은 7개의 주요 요소들 즉, 회전자 샤프트(10), 적어도 하나의 회전자(20), 회전자 밀봉부(30,32), 회전자 하우징(40), 로터리 흡기 밸브(70), 로터리 배기 밸브(80) 및 도 7에 도시된 로터리 밸브 기어(90,92)들로 구성된 로터리 엔진(120)을 제공한다. 기어(90,92)는 당기술에 숙련된 기술자들에게 공지된 스퍼 기어 또는 간헐적인 기어를 포함할 수 있다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 일련의 지점(42)은 도 1에 도시된 회전자 하우 징(40)의 내면(50)의 고유한 윤곽 형태(contour)를 결정한다. 지점(42)은 회전자(20)의 길이와 동일 길이를 가지는 라인 세그먼트(44)의 단부에 의해서 발생된다. 라인 세그먼트(44)의 다른 단부들은 내면(50)의 윤곽 형태의 하나의 세그먼트를 형성하는 곡선(46)을 추적한다. 회전자(20)의 회전 중심 및 회전자 샤프트(10)의 회전 중심은 원점(16)이다. 회전자 하우징(40)의 내면(50)은 회전자(20)의 길이와 일치하는 일정 직경을 가지는 것을 제외하고는, 원점(16)에 대해서 가변 반경을 가진다. 회전자 하우징(40)의 내면(50)의 반경은 회전자 하우징(40)의 내면(50)의 원점(16)에서 회전자 하우징(40)의 내면(50) 상의 지점(42)까지의 거리이다. 회전자 하우징(40) 및 회전자(20)의 내면(50)에 의해서 규정된 반경은 회전자가 회전자 하우징(40)의 원점(16) 주위에서 회전하고 슬라이드될 때, 지속적으로 변한다. 임의의 두개의 대향 반경들이 함께 부가될 때, 대향 반경들은 회전자(20)의 길이와 동일하고 그에 따라서 회전자 챔버(52)의 직경과도 동일하다.

도 2b에 도시된 바와 같이, 회전자 하우징(40)의 내면(50)의 형태를 결정하는 곡선(46)은 원의 현 또는 일부, 포물선, 타원형 또는 상술한 관계를 만족시키는 임의의 다른 곡선일 수 있고 결과적으로 로터리 엔진(120)의 원하는 성능을 얻게 된다. 곡선(46)의 형상은 회전자 하우징(40)의 내면(50)의 형상을 결정하고, 이 형상은 회전자(20)를 따르며 도 1에 도시된 챔버(52)의 형상을 결정한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 회전자 하우징(40)의 적어도 두개의 단부벽(60) 및 내면(50)은 두개의 회전자 챔버(52,54)를 형성한다. 공기-연료 혼합물의 연소가 발생하는 회전자 챔버(52)의 형상은 연료 연소 효율을 결정하고 그에 따라서 로 터리 엔진(120)의 연료 효율을 결정한다. 다른 연료들은 가장 효율적인 연소를 얻기 위하여, 다른 형상의 회전자 챔버(52,54)를 필요로 할 수 있다.

도 2a 및 도 2b에 있어서, 원점(16)의 중심이 있으며, 여기서 제 1 축(41) 및 제 1 축(41)에 수직인 제 2 축(43)이 교차한다. 도 1에 도시된 회전자 하우징(40)의 내면(50)은 제 1 축(41) 주위에서 대칭이 아니고 제 2 축(43)에 대해서 대칭일 필요가 없다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 제 1 축(41) 및 제 2 축(43)은 도 1에 도시된 회전자 하우징(40)의 내면(50)의 원점(16)을 통과하여 이동한다. 라인 세그먼트(44)의 단부점(42)의 거리는 라인 세그먼트(44)가 원점(16)의 중심 주위에서 회전할 때, 원점(16)의 중심에서 내면(50)을 향하여 이동하고 회전자 하우징(40)의 내면(50)의 윤곽 형태를 결정한다. 이 거리가 클 수록, 회전자 하우징(40)의 내면(50)의 반경이 커지고 원형이 작아진다.

로터리 엔진(120)의 변위량은 회전자 하우징(40)의 내면(50)의 형상과 회전자(20)의 폭 및 형상에 의해서 결정된다. 상기 변위량은 회전자(20)가 회전자 하우징(40)의 제 1 축(41)에 평행할 때, 회전자 하우징(40)의 내면(50)과 회전자(20)의 상면에 의해서 생성된 회전자 챔버(52)의 용적이다.

회전자 하우징(40)에 회전자 샤프트(10)를 배치할 때, 내면(50)의 형상 및 회전자(20)의 형상은 로터리 엔진(120)의 압축비를 결정함에 있어서 중요 요소이다. 로터리 엔진의 압축비는 회전자 챔버(52)의 감소 용적(58)의 최소 영역과 회전자 챔버(52)의 증가 용적(56)의 최대 영역 사이의 비율이다. 회전자(20)가 내면(50) 주위를 회전할 때, 회전자(20)의 중심이 회전자 샤프트(10)의 중심으로부터 이동하는 거리는, 내면(50)의 형상 및 회전자(20)의 형상과 함께, 로터리 엔진(120)의 압축비를 결정한다. 회전자의 중심이 회전자 샤프트(10)의 원점(16) 또는 회전 중심에서 이동하는 거리가 클 수록, 로터리 엔진(120)의 압축비가 커진다.

엔진(120)이 사용되는 적용분야에 의존하는 물 또는 공기와 같은 냉각제가 회전자 하우징(40)을 냉각시키기 위하여 사용될 수 있다. 엔진의 다른 적용분야에 대하여 최대 성능을 얻기 위하여, 공냉식 또는 수냉식 디자인이 사용될 수 있다. 도 1에 도시된 실시예는 적어도 하나의 워터 자켓(water jacket) 또는 챔버(51)를 구비한 엔진(120)의 수냉식 변형예를 나타낸다. 공냉식 변형예에서, 워터 챔버(51)는 회전자 하우징(40)의 외부에 설치된 공냉식 핀(fin)으로 교체될 수 있다.

도 3a 내지 도 3e에 도시된 실시예에서, 로터리 엔진(120)은 확대된 회전자 가이드(13)가 위에 형성된 둥근 또는 원통형 샤프트 몸체(11)로 구성된 회전자 샤프트(10)를 구비한다. 샤프트(11)는 회전자(20)가 전후로 슬라이드되는 한쌍의 상호 대향 평탄면(12)을 구비한 확대된 회전자 가이드(13)를 갖는 원형 횡단면 구성을 가진다. 상기 평탄면(12)은 회전자가 작동 사이클 동안 회전할 때, 회전자(20)가 왕복운동하기 때문에, 회전자(20)와 회전자 샤프트(10) 사이에 포지티브 결합(positive engagement)을 제공한다. 따라서, 상기 평탄면(12)은 샤프트(11)가 회전자 챔버(52)에서 회전할 때, 샤프트(11)의 축에 수직하는 병진 이동 시에 회전자(20)를 안내한다. 회전자 샤프트(10)는 챔버(52)의 원점(16) 주위에서 회전한다.

마찰을 감소시키기 위하여, 도 3a 내지 도 3e에 도시된 실시예에서, 회전자 샤프트(10)는 회전자 하우징(40)의 단부벽(60)에서 복수의 볼 베어링 또는 롤러 베어링(14)에 설치될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 회전자 가이드(13) 상의 평탄면(12)은 도 11에 도시된 회전자(20)의 직사각형 개방부(28)를 통해서 끼워진다. 회전자 샤프트 베어링(14)은 원통형 샤프트(11)의 둥근 단부 섹션 상에 끼워진다.

도 12와 연관하여 하기에 더욱 상세하게 기술된 다른 실시예에서, 로터리 엔진은 도 4a에 도시된 바와 같이, 회전자 샤프트(10)의 대향 단부에 형성된 평탄면(12) 상에 설치된 두개의 회전자(20,22)를 가질 수 있다. 회전자(20,22)는 이 회전자(20,22)가 도 1에 도시된 각 회전자 챔버(52,54) 주위에서 회전할 때, 작동 사이클 동안, 회전자 샤프트(10)를 회전시킨다. 회전자(20,22)는 회전자 샤프트(10)의 원통형 샤프트(11) 상에 형성된 확대된 회전자 가이드(13)의 평탄면(12)을 가로질러 전후로 슬라이드되어서, 회전자 샤프트(10)의 축에 수직하게 이동한다. 회전자 가이드(13)는 종래 방식에서 원통형 샤프트(11)에 설치되거나 또는 부착된 분리된 구성요소일 수 있지만, 샤프트(11) 상에 일체로 형성되는 것이 양호하다.

마찰을 감소시키기 위하여, 도 4a 내지 도 4e에 도시된 실시예에서, 회전자 샤프트(10)는 도 1에 도시된 회전자 하우징(40)의 단부벽(60)에서 복수의 볼 베어링 또는 롤러 베어링(14)에 설치될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 회전자 가이드(13) 상의 평탄면(12)은 도 12에 도시된 회전자(20,22)의 직사각형 개방부(28)를 통해서 끼워진다. 큰 내부 레이스웨이(raceway) 직경을 갖는 회전자 샤프트 베 어링(15)은 원통형 샤프트 몸체(11)의 중심에 설치된다. 큰 직경의 레이스웨이는 베어링(15)이 회전자 샤프트(10)의 직사각형 표면(12)에 대해서 슬라이드될 수 있게 한다. 회전자 샤프트 베어링(14)은 원통형 샤프트(11)의 둥근 단부 섹션들에 끼워진다.

도 5a 내지 도 5e에 도시된 실시예에서, 로터리 엔진(120)은 복수의 회전자(20,22)(도 12에 도시)가 전후로 슬라이드되는 샤프트(11) 상에 형성된 대향 평탄면(12)의 회전자 가이드(13) 및 둥근 또는 원통형 샤프트 몸체(11)를 구비한 회전자 샤프트(10)를 포함한다. 여기서, 베어링 부재(15)는 사용되지 않고, 회전자 샤프트(10)는 도 12에 도시된 회전자(20,22)가 회전자 샤프트(10)에 설치된 회전자 가이드(13) 상의 대향 평탄면(12)을 갖는 직사각형 횡단면일 수 있다. 상기 평탄면(12)은 회전자(20,22)가 작동 사이클 동안 회전자 챔버(52,54)에서 회전할 때, 회전자 샤프트(11) 상의 회전자(20,22)의 병진 이동을 안내한다. 상기 평탄면(12)도 역시 회전자(20,22)가 회전자 샤프트(11)의 평탄면(12)을 가로질러 슬라이드되어서, 회전자(20,22)가 회전자 샤프트(11)를 선회할 때, 회전자 샤프트(11)의 축과 수직하게 이동할 수 있게 허용한다.

회전자 샤프트(11)는 회전자(20,22)에 대한 회전 중심인 회전자 하우징(50)의 내면의 원점(16)에 위치한다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 직사각형 회전자 샤프트(11)를 갖는 본 발명의 실시예는 회전자 샤프트(11)의 직사각형 단면에 대해서 끼워지는 변형된 내부 레이스웨이(18)를 갖는 베어링을 가질 수 있다, 즉, 내부 레이스웨이(18)의 내면은 직사각형 횡단면 구성을 가진다. 도 5b에 도시된 변형된 내부 레이스웨이(18)를 갖는 베어링은 회전자 샤프트(11)의 평탄면(12)을 수용하기 위하여, 도 12에 도시된 바와 같이, 다중 회전자 쌍(20,22)을 구비한 실시예에서 사용될 수 있다. 완전히 직사각형 회전자 샤프트(11)는 도 5b에 도시된 바와 같이, 특수한 내부 레이스웨이(18)를 갖는 베어링만을 사용하는 회전자 하우징(40)의 단부벽(60)의 회전자 샤프트(11)를 설치함으로써 사용될 수 있다.

도 12에 도시된 바와 같이, 다중 회전자 쌍(20,22)을 갖는 본 발명의 실시예들중 하나에 있어서, 도 5a에 도시된 회전자 샤프트(10) 상의 직사각형 단면(12)에 대해서 끼워지는 변형된 내부 레이스웨이(18)를 갖는 베어링이 사용된다. 회전자 샤프트(11) 상의 직사각형 확대 단면(13)은 특수한 내부 레이스웨이(18)를 갖는 베어링만을 사용하는 회전자 하우징(40)의 도 1에 도시된 단부벽(60)의 회전자 샤프트(10)를 설치함으로써 사용될 수 있다.

회전자(20,22)가 설치된 회전자 샤프트(10)의 평탄면(12)을 윤활시키기 위하여, 회전자 샤프트(10)의 중심(16)에는 작은 직경의 구멍(도시생략)이 개구되어 있다. 윤활유는 회전자(20,22)가 이동하는 평탄면(12)을 윤활시키기 위하여, 상기 구멍을 통해서 회전자 샤프트(10)의 평탄면(12) 상으로 펌프배출된다.

도 1에 추가로 도시된 바와 같이, 엔진(120)은 흡기 밸브 포트(62)와 회전자 하우징(40)의 대향측 상에 위치한 배기 밸브 포트(64)를 구비한다. 회전자 하우징(40)의 밸브 포트(62,64)는 다른 공지된 형상도 가능하지만, 둥근 모서리를 구비한 직사각형이 양호하다. 큰 직사각형 형상은 더욱 많은 양의 공기가 챔버(52)로 들어가고 챔버(52)로부터 배기될 수 있게 허용하여서, 엔진(120)이 더욱 잘 연소되 고 큰 동력 및 연료 효율을 얻을 수 있게 한다.

도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 엔진(120)은 회전자 하우징(40)의 양측 상에 설치된 로터리 흡기 밸브(70) 및 로터리 배기 밸브(80)를 구비한다. 도 7에 도시된 두개의 밸브 샤프트(72,82)는 각 로터리 밸브(70,80)와 연관된다. 밸브 샤프트(72,82)는 주요 회전자 샤프트(10)와 평행하고 상기 회전자 샤프트(10)와 동일 평면에 있으며 회전자 하우징(40)의 각각의 흡기 밸브 포트(62) 및 배기 밸브 포트(64)에 설치된다. 밸브 샤프트 개방부(74,76,84,86)는 밸브 샤프트(72,82)의 축과 수직하게 형성되고 양호하게는 밸브 샤프트(72,82)의 축에 대해 직각으로 전체적으로 밸브 샤프트(72,82)를 통해서 연장된다.

밸브 샤프트 개방부(74,76,84,86)의 길이는 대략 회전자(20,22)의 폭과 동일하며 밸브 샤프트(72,82)의 직경에 따라서 폭이 변화될 수 있다. 마찰을 줄이기 위하여, 밸브 샤프트(72,82)는 회전자 하우징(40)의 단부벽(60)에 위치한 볼 베어링 또는 롤러 베어링에 설치될 수 있다. 회전자 하우징(40)의 대향 측 상에 위치한 흡기 밸브 포트(62) 및 배기 밸브 포트(64)는 도 6a 및 도 6b에 도시되어 있다. 밸브 샤프트(72,82)가 회전할 때, 밸브(70,80)는 회전자 하우징(40)의 각각의 흡기 밸브 포트(62) 및 배기 밸브 포트(64)를 구비하는 밸브 샤프트(72,82)에 개방부(74,76,84,86)를 정렬시킴으로써 개방 및 폐쇄된다. 개방부(74,76,84,86)가 도 6a에 도시된 바와 같이, 흡기 밸브 포트(62) 및 배기 밸브 포트(64)와 정렬될 때, 유체, 가스, 액체 또는 가스 및 액체의 혼합물은 로터리 밸브(70,80)를 통해서 챔버 안으로 그리고 챔버로부터 유동할 수 있다. 구멍들이 정렬되지 않을 때, 밸 브(70,80)는 도 6b에 도시된 바와 같이 폐쇄되고 유체는 챔버 안으로 또는 챔버로부터 유동할 수 없다.

임의의 실시예에서, 엔진(120)은 도 12에 도시된 두개의 회전자(20,22)를 구비하고, 상기 회전자(20,22)는 도 1에 도시된 바와 같이, 회전자 하우징(40)의 개별 회전자 챔버(52,54)에서 앞뒤로 위치한다. 두개의 회전자(20,22)를 제공하기 위하여, 앞뒤로 배치된 밸브 샤프트(72,82)를 통해 절단된 4개의 밸브 샤프트 개방부(74,76,84,86)가 있다. 밸브 샤프트 개방부(74,76,84,86)는 밸브 샤프트(72,82)를 통해서 나란하게 이동한다. 밸브 샤프트 개방부(74,76,84,86)는 공기 및 배기 가스가 회전자 챔버(52,54)로 유동하고 또는 상기 챔버(52,54)로부터 유동하는 통로를 형성한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 4개의 밸브 샤프트 개방부(74,76,84,86)는 동일하지만, 로터리 밸브 샤프트(72,82)의 축을 따라 서로 다른 각도에서 배향되고, 로터리 밸브 샤프트(72,82)의 종축에 수직한다.

스퍼 기어(spur gear;92)는 회전자 샤프트(10)에 설치된 단일 구동 기어(90)에 의해서 구동되는 각 밸브 샤프트(72,82)에 설치된다. 회전자 샤프트(10)는 회전자(20,22)에 의해서 선회되기 때문에, 기어(92)는 밸브 샤프트(72,82)와 맞물리고 밸브 샤프트(72,82)는 선회되어서 로터리 밸브(70,80)를 개방 및 폐쇄한다. 다른 적당한 기어 또는 타이밍 벨트 및 풀리들은 로터리 밸브 샤프트(72,82)를 각각 회전시키는데 사용될 수 있다.

밸브 샤프트(72,82)에 있는 밸브 샤프트 개방부(74,76,84,86)의 형상, 도 6a 및 도 6b에 도시된 회전자 하우징(40)의 밸브 포트(62,64)의 폭 및 밸브 샤프트(72,82)의 회전 속도는 로터리 밸브(70,80)가 개방 또는 폐쇄를 얼마나 오래 유지하는 지를 결정한다. 따라서, 상기 변수는 로터리 밸브(70,80)의 성능을 결정한다. 도 1에 도시된 회전자(20)는 회전자 샤프트(10)를 회전시키기 때문에, 회전자 샤프트(10)는 회전자 샤프트(10)에 설치된 기어(90)를 회전시킨다. 회전자 샤프트 기어(90)는 흡기 밸브 샤프트(72)에 설치된 스퍼 기어(92)와 배기 밸브 샤프트(82)에 설치된 스퍼 기어(92)를 동시에 회전시킨다.

양호하게는, 흡기 및 배기 밸브 샤프트(72,82)에 설치된 기어(92)는 한번에 회전자 샤프트(10)에 설치된 기어(90)를 4회 회전시킨다. 따라서, 회전자(20) 및 회전자 샤프트(10)가 360도 선회할 때, 흡기 밸브 샤프트(72) 및 배기 밸브 샤프트(82)는 90도 선회한다. 도 6a 및 도 6b에 도시된 회전자 하우징(40)의 흡기 밸브 포트(62) 및 배기 밸브 포트(64)의 형상, 흡기 밸브 샤프트(72)의 밸브 샤프트 개방부(74,76)의 형상 및 배기 밸브 샤프트(82)의 형상은 흡기 밸브(70) 및 배기 밸브(80)가 회전자(20) 및 회전자 샤프트(10)가 180도 회전할 때마다 개방 또는 폐쇄되도록 구성된다. 흡기 밸브 샤프트(72) 및 배기 밸브 샤프트(82)를 지속적으로 회전시킴으로써, 엔진(120)은 표준 밸브 메카니즘을 갖는 종래의 피스톤 엔진 또는 다른 로터리 엔진 보다 작은 진동으로 더욱 매끄럽게 이동한다.

도 8에 도시된 본 발명의 일 실시예에서, 밸브 밀봉부(78,88)는 밸브 샤프트(72,82)의 개방부(74,76,84,86) 주위에서 절삭가공된 홈에 설치된다. 상기 밸브 샤프트(72,82)의 상부 및 바닥을 따라 절삭가공된 홈들도 존재한다. 양호하게는 내마모성 및 내열성으로 제조된 상기 밀봉부(78,88)는 로터리 밸브 포트(62,64)의 측면과 일정하게 접촉 상태를 유지하고 마모에 대하여 자동으로 조절되도록 스프링 적재된다.

도 9a 및 도 9b에 도시된 다른 실시에서, 두개의 간헐적 회전 기어(96)를 구동시키는 두개의 연속 회전 단일 톱니형 스퍼 기어(94)를 사용하는 간헐적 기어 구성이 흡기 밸브(70) 및 배기 밸브(80)를 신속하게 개폐하기 위하여 사용된다. 간헐적 회전 흡기 밸브 샤프트(72) 및 간헐적 회전 배기 밸브 샤프트(82)는 지속 회전 흡기 밸브 샤프트(72) 및 지속 회전 배기 밸브 샤프트(82) 보다 오래동안 완전 개방 또는 완전 폐쇄 상태를 유지할 것이다. 개방상태를 더욱 오래 유지함으로써, 흡기 밸브(70) 및 배기 밸브(80)는 더욱 많은 유체가 주어진 시간에 회전자 챔버(52)로 들어가고 회전자 챔버(52)로부터 나오게 허용함으로써, 연료 효율을 증가시키고 엔진(120)의 연료 소모량을 감소시킨다.

두개의 동일한 지속 회전 단일 톱니형 구동 기어(94)는 서로로부터 이격된 상태에서 180도 배향된 단일 톱니(95)를 갖는 회전자 샤프트(10)에 설치된 것으로 도시되어 있다. 제 1 피동 기어(96)는 흡기 밸브 샤프트(72)에 부착되고 제 2 피동 기어(96)는 배기 밸브 샤프트(82)에 부착된다. 상기 피동 기어(96)는 흡기 밸브 샤프트(72) 및 배기 밸브 샤프트(82)를 개방 또는 폐쇄 위치로 회전시킨다. 도 10a 내지 도 10c에 있어서, 회전자 샤프트(10)에 설치된 구동 기어(94)가 대략 20 내지 30도의 작은 원호를 통해서 회전할 때, 구동 기어(94)의 단일 톱니(95)는 피동 기어(96)와 맞물려서 상기 피동 기어를 90도 회전시킨다. 90도 회전한 후, 피 동 기어(96)는 구동 기어(94)가 360도 회전하고 피동 기어(96)와 맞물려서 사이클을 반복할 때까지, 단일 톱니형 구동 기어(94)에 의해서 제위치에서 로킹 상태를 유지한다. 두개의 단일 톱니형 구동 기어(96)는 서로로부터 180도 배향되기 때문에, 각 기어가 회전할 때, 각 기어의 단일 톱니에 의해서 발생된 힘에 역작용하여 균형을 이룬다. 다른 실시예에서, 서로로부터 180도로 위치한 두개의 톱니를 갖는 회전자 샤프트(10)의 절반 속도로 회전하는 단일의 지속 회전 구동 기어(94)도 역시 간헐적인 피동 로터리 밸브 기어(96)를 회전시키는데 사용될 수 있다.

도 10a에 도시된 바와 같이, 구동 기어(94)는 간헐적인 피동 기어(96)의 복수의 기어 로브(lobe;102) 사이의 복수의 스페이스(space;100)와 맞물리는 하나의 톱니를 구비한다. 구동 기어(94)는 돌출하는 단일 기어 톱니를 갖는 둥근 원형이다. 단일 톱니와는 다르게 구동 기어(94)는 단지 단일 기어 톱니가 표면에서 연장되는 상태에서 둥글고 매끄럽다. 도 10a 내지 도 10c의 도시된 실시예에서, 피동 기어(96)는 구동 기어(94)의 톱니와 맞물리는 4개의 스페이스(100)를 가진다. 구동 기어(94)와 맞물리는 4개의 스페이스(100) 사이에는, 특수한 형상의 4개의 기어 로브(102)가 있다. 상기 특수한 형상의 4개의 기어 로브(102)는 구동 기어(94)의 톱니(95)가 피동 기어(96)의 기어 로브(102) 사이의 스페이스와 맞물리지 않을 때, 일부 회전 동안 구동 기어(94)의 매끄러운 둥근 면(106)과 맞물린다. 피동 기어(96)의 기어 로브(102)의 외면(104)은 회전할 때, 구동 기어(94)의 둥근면(106)과 맞물린다. 이 동작은 구동 기어(94)의 톱니(95)가 회전해서 피동 기어(96)의 기어 로브(102) 사이의 스페이스(100)와 맞물릴 때까지, 피동 기어가 회전할 수 없 도록 피동 기어(96)를 제위치에서 로킹한다.

흡기 밸브 샤프트(72) 및 배기 밸브 샤프트(82)가 간헐적으로 회전하는 엔진(120)의 실시예는 흡기 밸브 샤프트(72) 및 배기 밸브 샤프트(82)가 연속 회전하는 엔진 보다 더욱 많이 진동할 수 있다. 그러나, 흡기 밸브 샤프트(72) 및 배기 밸브 샤프트(82)의 간헐적인 회전은 결과적으로 엔진(120)의 연료 효율 및 작동 성능을 크게 한다. 다른 실시예에서, 여러개의 톱니를 갖는 피동 기어(96) 및 구동 기어(94)는 단일 톱니 구동 기어(94)가 피동 기어(96)와 맞물릴 때, 단일 톱니 구동 기어(94)에 의해서 발생한 진동을 흡수 및 제거하기 위하여 단일 톱니 기어들을 대신하여 사용될 수 있다.

도 11에 도시된 실시예에서, 그 디자인은 둥근 단부들을 구비한 직사각형 블록과 같은 회전자(20)를 활용하고 종축(21) 및 상기 종축(21)에 수직하는 횡축(23)을 따라 대칭이다. 회전자(20)의 상부, 바닥 및 측면들은 평탄하다. 회전자(20)의 둥근 단부들의 적어도 두개의 리세스 영역(24) 및 회전자 밀봉부(30,32)에 대한 회전자(20)의 측부의 두개의 리세스 영역(26)이 각각 있다. 큰 직사각형 개방부(28)는 회전자(20)의 일측에서 회전자(20)의 대향측으로 통과한다. 회전자(20)는 회전자(20)의 측부의 큰 직사각형 개방부(28)를 통해서 이동하는, 도 1에 도시된 회전자 샤프트(12)의 평탄면 상에 설치된다. 회전자 샤프트(10)는 회전자(20)가 회전자 하우징(50)의 내면 주위를 회전할 때, 회전자(20)가 회전자 샤프트(10)의 평탄면(12)을 가로질러 슬라이드되어서, 회전자 샤프트(10)의 축에 수직하게 이동할 수 있게 허용하는, 상기 직사각형 개방부(28)을 통과한다. 회전자(20)의 단 부 밀봉부(30)는 회전자(20)가 회전자 하우징(50)의 내면 주위에서 회전할 때, 회전자 하우징(50)의 내면의 대향측과 항상 접촉한다. 회전자(20)의 측부 밀봉부(32)는 회전자(20)가 회전자 하우징(50)의 내면 주위에서 회전할 때, 회전자 하우징의 단부벽(60)과 항상 접촉한다.

이상적으로, 회전자(20)는 회전자 밀봉 스프링(38)을 붙잡기 위하여, 회전자(20)의 단부 및 측부에서 복수의 둥근 구멍(34)을 가진다. 가이드 핀(36)은 회전자 밀봉부(30,32)를 위치시켜서 안내하기 위하여, 상기 구멍(34)의 중간부에 설치될 수 있다.

회전자(20)의 상면 및 바닥면은 회전자(20)의 매 720도 회전시에 완전한 작동 사이클을 통과한다. 회전자(20)의 상기 이중 작용 기능은 도 12에 도시된 바와 같이, 한쌍의 회전자(20)가 서로 180도 배향된 상태에서 매 180도 회전하는 동력 스트로크를 발생시킨다.

도 13에 가장 잘 도시된 바와 같이, 회전자 밀봉부(30,32)는 회전자(20)의 각 단부의 리세스 영역(24)과 회전자(20)의 각 측부의 리세스 영역(26)에 각각 설치된다. 밀봉부(30,32)는 내열성 뿐 아니라 마찰 및 마모를 감소시키기 위하여, 특수 재료로 제조된다. 복수의 스프링(38)은 회전자 하우징(40)의 단부벽(60) 및 내면(50)과 일정한 접촉을 유지하기 위하여, 밀봉부들을 가압한다. 이것은 회전자 밀봉부(30,32)가 마모를 자동으로 보상하고 조정할 수 있게 한다. 상기 측부 및 단부 회전자 밀봉부(30,32)는 회전자(20)가 회전자 챔버(52) 내부에서 회전할 때, 공기, 공기 연료 혼합물, 배기 가스 또는 다른 유체가 도 1에 도시되고 회전자(20) 에 의해서 생성된 챔버(56,58), 내면(50) 및 단부벽(60) 사이를 통과하지 못하도록, 회전자(20)의 표면들이 서로로부터 밀봉된 상태를 유지하기 위하여, 회전자(20)의 코너에서 인터로킹된다.

도 14에 있어서, 엔진(120)이 작동할 때, 작동 사이클의 연소 및 팽창 단계 동안, 내면(50) 및 회전자(20)에 의해서 형성된 챔버(52)의 연료 연소 시의 압력으로 인한 회전자(20)의 표면 상에 힘(F)이 작용한다. 회전자(20)가 내면(50) 주위에서 회전할 때, 회전자(20)는 또한 회전자 샤프트(12)의 평탄면에 대해서 종축을 따라 이동한다. 회전자(20)는 그 중심이 회전자 샤프트(10) 및 회전자(20)에 대한 원점(16) 또는 회전 중심인 회전자 샤프트(10)의 각 측부 상에 있는 두개의 세그먼트(110,112)로 분할된다. 점화 시에, 회전자 세그먼트(110)의 작용 표면적은 회전 중심(16)의 타측 상의 다른 회전자 세그먼트(112)의 작용 표면적 보다 크다. 하나의 회전자 세그먼트(110)의 큰 표면에서 작용하는 전체 힘은 다른 회전자 세그먼트(112)의 작은 표면 상에 작용하는 전체 힘 보다 크므로, 힘의 불균형이 발생한다. 이러한 불균형한 힘이 팽창 사이클 동안 하나의 회전자 세그먼트(110)에 작용하면, 회전자(20)가 내면(50) 주위를 양호하게는 시계방향으로 회전하게 하고, 회전자가 큰 회전자 세그먼트(110)의 방향으로 회전자 샤프트(10)를 선회하게 한다.

회전자(20)가 작동 사이클의 팽창 단계 동안 내면(50) 주위를 회전할 때, 회전자 세그먼트(110)의 작용 표면적이 증가하고 다른 회전자 세그먼트(112)의 표면적은 감소한다. 하나의 회전자 세그먼트(110)의 작용 표면적의 증가와 다른 회전자 세그먼트(112)의 작용 표면적의 감소는 회전자(20)에 작용하는 불균형한 힘을 증가시켜서, 결과적으로 회전자(20)가 작동 사이클의 팽창 단계 동안, 하우징(40)에서 회전할 때, 토크 및 동력이 증가되게 한다.

로터리 엔진(120)은 도 12에 도시된 회전자(20,22)가 실제로 회전자 챔버(52,54) 내부에서 회전하고 회전자 챔버(52,54)(도 14) 내의 용적(56,58)을 증가 및 감소시키는 영역을 형성한다는 점에서 진정한 로터리 엔진이다. 내면(50)은 회전자(20,22)의 단부들의 회전자 밀봉부(30)가 회전자 하우징(50)의 내면과 항상 접촉한 상태에서 회전자(20,22)가 회전자 챔버(52,54) 주위를 회전하게 허용하는 고유한 윤곽 형태를 가진다.

엔진(120)은 또한 회전자(20,22)가 도 14의 개별 회전자 챔버(52,54) 주위를 회전할 때, 개별 회전자(20,22)에 의해서 발생된 힘을 동적으로 균형을 이루는 고유한 트윈(twin) 회전자 디자인을 가진다. 엔진(120)의 회전자 하우징(40)은 서로로부터 180도 배향되고 앞뒤로 위치한 두개의 회전자 챔버(52,54)를 가진다. 각 회전자 챔버(52,54)의 개별 회전자(20,22)는 도 12에 도시된 바와 같이, 동일 회전자 샤프트(10)에 설치된다. 회전자 샤프트(10)는 회전자(20,22)가 설치된 평탄면(12)을 가진다. 회전자(20,22)는 이 회전자(20,22)가 회전자 챔버(52,54) 주위를 회전할 때, 회전자 샤프트(10)를 회전시킨다. 회전자(20,22)는 회전자(20,22)가 회전자 챔버(52,54) 주위를 회전할 때, 회전자 샤프트(10)의 평탄면(12)을 가로질러 슬라이드되어서 회전자 샤프트(10)의 축에 수직으로 이동한다.

도 14에 있어서, 회전자 하우징(40)에서의 회전자 샤프트(10)의 위치, 회전자 하우징(50)의 내면의 윤곽 형태 및 회전자(20,22)의 형상은 회전자(20,22)가 회 전자 챔버(52,54)에 회전할 때, 회전자(20,22)가 회전자(20,22)의 표면과 내면(50) 사이의 용적(58)을 감소시키는 영역과 용적(56)을 증가시키는 영역을 발생시키게 한다. 회전자 챔버(52,54)의 용적(58)을 감소시키고 용적(56)을 증가시키는 상기 영역들은 엔진(120)이 흡기, 팽창 및 배기의 작동 사이클을 겪을 수 있게 한다. 엔진(120)은 엔진(120)이 사용되고 성능이 요구되는 적용 분야에 따라서, 도 7 및 도 9a에 도시된 바와 같이, 지속적으로 또는 간헐적으로 회전하는 밸브 샤프트(72,82)를 갖는 로터리 흡기 밸브(70) 및 로터리 배기 밸브(80)를 구비한다.

본 발명의 다른 실시예에서, 엔진(120)의 동력, 성능 및 효율을 증가시키기 위하여, 회전자(20)의 표면의 윤곽 형태는 작동 사이클의 팽창 단계 동안 회전자 세그먼트(112) 보다 회전자 세그먼트(110)에서 더욱 많은 힘이 작용할 수 있도록 성형될 수 있다. 도 15에 도시된 바와 같이, 회전자(20)의 표면(123)의 윤곽 형태는 회전자 세그먼트(110)에게 다른 회전자 세그먼트(112)의 표면적 보다 큰 표면적을 제공하도록 성형될 수 있다. 회전자 세그먼트(110,112)의 표면적들 사이의 큰 차이는 회전자(20)에 작용하는 힘의 불균형을 더욱 크게 하고 그에 따라서 엔진(120)의 토크를 더욱 크게 한다. 팽창 단계 동안 힘이 인가되는 회전자(20)의 표면(123)의 윤곽 형태는 더욱 큰 표면적을 가지는 하나의 회전자 세그먼트(110)에 더 큰 힘이 작용하도록 성형될 수 있다. 엔진(120) 작동 사이클의 팽창 단계 동안 연료 연소에 의해서 발생된 압력에 노출된 다른 회전자 세그먼트(112)의 표면적을 감소시키면, 작은 회전자 세그먼트(112)에 작용하는 힘을 감소시키므로, 큰 회전자 세그먼트(110)의 표면에 작용하는 불균형한 힘을 증가시킨다. 이것은 작동 사이클 의 팽창 단계의 제 1 부분 동안 엔진(120)의 동력, 토크 및 효율을 증가시킨다.

도 12에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서, 엔진(120)은 동일 회전자 샤프트(10)에 서로 평행하게 설치된 두개의 회전자(20,22)를 가진다. 두개의 회전자(20,22)의 조합 기능은 회전자 샤프트(10)와 회전자(20,22)의 회전의 매 180도 마다 동력 스트로크(stroke)를 제공하고 또한 회전자(20,22)가 도 1 및 도 14에 도시된 회전자 챔버(52,54) 주위에서 회전할 때, 각 회전자(20,22)에 의해서 생성된 불균형의 힘을 균형을 맞추는 것이다. 엔진(120)은 엔진의 진동을 상쇄시키기 위하여 회전자(20,22) 쌍을 이용할 수 있다. 회전자(20,22)는 내면(50) 주위에서 회전하고 회전자 샤프트(10)를 선회할 때, 회전자 샤프트(10)의 평탄면(12)을 가로질러 주행하면서, 회전 중심(16)에 대해서 이동하기 때문에, 개별 회전자(20,22)의 다른 질량에 의해서 발생된 원심력을 균형을 이루게 한다.

회전자(20,22)의 쌍을 갖는 엔진(120)은 개별 회전자(20,22)가 회전자 샤프트(10)의 평탄면(12)을 가로질러 이동할 때, 개별 회전자(20,22)의 불균형 회전 질량에 의해서 발생된 힘들을 균형을 맞출 수 있다. 개별 회전자(20)가 내면(50) 주위를 회전할 때, 제 2 회전자(22)는 제 1 회전자(20)로부터 위상에서 180도 회전할 것이다. 제 1 회전자(20)의 불균형 회전 질량에 의해서 발생된 힘을 상쇄시키기 위하여, 제 1 회전자(20)와 함께 위상에서 180도 이동하는 제 2 회전자(22)가 제공된다. 회전자(20)가 회전자 샤프트(10)의 평탄면(12)을 가로질러 이동할 때, 회전자(20)는 회전자(20)에 대한 회전 중심(16)인 회전자 샤프트(10)의 각 측부 상에 있는, 도 14에 도시된 두개의 회전자 세그먼트(110,112)로 분할된다.

회전자(20)의 전체 길이가 일정한 만큼, 회전자(20)의 전체 질량이 일정한 동안, 회전하는 회전자 세그먼트(110,112)의 회전 반경이 변화될 때, 각 회전자 세그먼트(110,112)의 회전 질량의 불균형 부분도 직접 변화된다. 상기 회전자 세그먼트(110,112)의 각 질량 및 회전 반경은 회전자(20)가 회전자 하우징(50)의 내면 주위를 회전할 때 변화된다. 각 회전자 세그먼트(110,112)의 회전 질량 및 반경 변화는 불균형 상태를 유발한다.

도 12에 있어서, 제 1 회전자(20)로부터의 위상에서 180도 회전하고 회전자 샤프트(10)에 설치된 제 2 회전자(22)는 제 1 회전자(20)에 의해서 발생된 불균형 힘을 평형시킨다. 제 1 회전자(20)가 회전 중심(16)에 대해서 측방향으로 이동할 때, 제 2 회전자(22)는 제 1 회전자(20)로부터의 위상에서 180도 회전하고 대향 방향으로 측방향으로 이동하며 제 1 회전자(20)에 의해서 발생된 힘을 상쇄시킨다. 제 2 회전자(22)는 제 1 회전자(20)와 동일 방향으로 회전한다.

도 1, 도 6 및 도 7에 있어서, 회전자(20)가 하우징(40)에서 회전할 때, 흡기 포트(62) 및 배기 포트(64)에 대한 접근을 허용 및 거부함으로써, 회전자 하우징의 흡기 포트(62) 및 회전자 하우징의 배기 포트(64)에 대한 자체 밸브 기능을 실행한다. 회전자(20)가 흡기 포트(62) 및 배기 포트(64)를 지나서 이동할 때, 회전자(20)는 포트(62,64)에 대한 회전자(20)의 회전 위치로 인하여 상기 포트들에 대한 접근을 허용 및 거부한다. 회전자(20)가 내면(50) 주위에서 회전할 때, 회전자(20)의 각 단부는 상기 포트들중 하나를 향하여 그리고 다른 포트로부터 멀어지게 회전한다. 이러한 작용은 회전자(20)가 향하여 회전하는 포트에 대한 접근을 허용하고, 회전자(20)가 이격되게 회전하는 포트에 대한 접근을 거부한다. 포트에 대한 접근을 거부함으로써, 회전자(20)는 밸브를 실제로 폐쇄한다. 포트에 대한 접근을 허용함으로써, 회전자(20)는 밸브 샤프트 개방부(74,78)가 개방 위치에 있다면, 밸브가 개방되게 허용한다.

도 16a 내지 도 16q의 도시된 실시예에 있어서, 엔진(120)의 작동 사이클은 7개의 단계 즉, 흡기, 압축, 팽창 및 배기 단계를 가진다. 엔진(120)의 단일 회전자(20)의 일측의 작동 사이클은 하기에 기술한다.

흡기 사이클 - 회전자(20)의 회전의 0 내지 180도.

도 16a 내지 도 16d에 있어서, 흡기 사이클 동안, 공기 연료 혼합물[쉐이드 영역(shaded area)]은 로터리 흡기 밸브(70)를 통해서 회전자 챔버(52) 안으로 들어간다. 회전자(20)의 회전, 회전자 챔버(52)의 형상 및 회전자 챔버(52)에서의 로터리 흡기 밸브(70)의 위치는 점화 전에, 공기 연료 혼합물이 회전자 챔버(52) 내에서 철저하게 혼합되도록, 공기 연료 혼합물에서 난류를 생성한다.

압축 사이클 - 회전자(20)의 회전의 180 내지 360도.

도 16e 내지 도 16h에 있어서, 공기 연료 혼합물은 회전자(20)가 회전자 챔버(52)에서 회전할 때, 압축된다.

팽창 사이클 - 회전자(20)의 회전의 360 내지 540도.

도 16i 내지 도 16 l에 있어서, 도 16i에 도시된 상기 사이클의 제 1 부분 동안, 회전자 세그먼트(110)가 도 14에 도시된 바와 같이, 회전자 세그먼트(112) 보다 큰 표면을 가지도록, 회전자가 밸브와의 정렬로부터 몇도 벗어날 때, 회전자 챔버(52)에 공기 연료 혼합물의 점화가 이루어진다. 상기 동일하지 않은 표면적은 회전자에게 작용하는 힘이 동일하지 않게 생성하여서, 회전자(20) 및 회전자 샤프트(10)의 회전 중심(16) 주위에서 회전하도록 유발한다. 점화 후에, 연소 가스는 팽창 사이클 동안 팽창한다. 엔진(120)의 4 가솔린 버전 사이클에서, 종래의 스파크 플러그 및 분배 장치(도시생략)와 같이, 도 14에 도시된 점화 장치(53)는 공기 연료 혼합물을 점화시키는데 사용된다. 분배 장치는 도 7에 도시된 밸브 샤프트(72,82) 및 회전자 샤프트(10)에 결합된 기어(90,92)와 유사한 기어들과 같은 회전 커플링 메카니즘을 통해서 회전자 샤프트(10)와 회전 교통하는 회전자를 포함한다. 다른 실시예에서, 타이밍 벨트 및 적어도 두개의 풀리들은 분배 장치의 회전자 샤프트를 엔진(120)의 회전자 샤프트(10)에 회전가능하게 결합하는데 사용될 수 있다. 분배기는 하우징(40)에 설치되거나 또는 하우징(40) 부근의 다른 구조에 설치될 수 있다. 전기 분배 장치 및 점화 시스템(도시생략)도 역시 공기 연료 혼합물을 제어하고 점화시키는데 사용될 수 있다.

다양한 연료들이 엔진(120)을 작동시키는데 사용될 수 있다. 사용된 연료 유형은 공기 연료 혼합물을 점화시키는데 사용된 점화 장치(53)의 유형을 결정한다. 예를 들어, 연료와 같은 가솔린을 이용하는 엔진(120)의 공기 연료 혼합물을 점화시키기 위하여, 도 14에 도시된 점화 장치(53)는 종래의 스파크 플러그일 수 있다. 연료로서 디젤을 사용하는 것들에 국한되지 않은 다른 실시예에서, 점화 장치(53)는 글로우 플러그(glow plug)일 수 있다. 여러 실시예들은 점화 장치(53)를 통합할 수 없다는 것을 이해할 수 있다. 예를 들어, 임의의 디젤 엔진은 압축 공 기로부터 발생한 열을 이용하여 공기 연료 혼합물을 점화시키도록 설계될 수 있다. 본원을 검토한 당기술에 숙련된 기술자들중 하나는 본 발명의 정신으로부터 이탈하지 않고 점화 장치(53)에 대한 상기 및 기타 변형 구성들을 이해할 것이다.

배기 사이클 - 회전자(20)의 회전의 540 내지 720도.

도 16m 내지 도 16p에 있어서, 회전자(20)가 회전자 챔버(52) 주위를 회전할 때, 연소 가스는 로터리 배기 밸브(80)를 통해서 방출된다.

표 1은 회전자(20,22)가 엔진(120)의 작동 사이클 동안 회전자 챔버(52) 주위에서 회전할 때, 회전자 쌍들을 갖는 실시예에서, 두개의 회전자(20,22)의 두 측부의 관계를 도표로 제작한 것이다.

표 1 - 회전자 작동 사이클 시퀀스

회전자 1 측부 1	회전자 1 측부 2	회전자 2 측부 1	회전자 2 측부 2
흡기	배기	팽창	압축
압축	흡기	배기	팽창
팽창	압축	흡기	배기
배기	팽창	압축	흡기

표 2는 단일 회전자(20)가 회전자 챔버(52) 주위를 회전할 때, 로터리 입력 및 배기 밸브의 기능을 도표로 제작한 것이다.

회전자 회전	회전자 측부 1		회전자 측부 2		조합된 회전자 측부 1 & 2
회전자 회전	입력 밸브	배기	입력 밸브	배기	입력 밸브	배기
0 내지 180	개방			개방	개방	개방
180 내지 360		폐쇄	개방		개방	폐쇄
360 내지 540	폐쇄			폐쇄	폐쇄	폐쇄
540 내지 720		개방	폐쇄		폐쇄	개방

엔진(120)의 실시예들은 더 매끄러운 동작으로 증가된 동력을 제공하기 위하여, 회전자 샤프트(10)에 설치된 다중 쌍의 회전자(20,22)를 구비할 수 있다. 상기 회전자(20,22)의 쌍은 회전자 샤프트(10)의 각 360도 동안 지속적인 최대 동력을 제공하는 방식으로 배향될 수 있다. 예를 들어, 4개의 회전자들을 구비한 엔진(120)은 서로로부터 90도 배향된 두쌍의 회전자(20,22)를 구비한다. 6개의 회전자들을 구비한 엔진(120)은 서로로부터 60도 배향된 3개 쌍의 회전자(20,22)를 구비한다.

다른 실시예에서, 엔진(120)은 엔진(120)의 흡기 사이클 이전에 공기 연료 혼합물을 철저하게 혼합함으로써 엔진의 소비를 감소시키고 효율을 증가시키기 위하여 사전연소 챔버를 통합할 수 있다. 사전연소 챔버는 공기 연료 혼합물이 연소 챔버 안으로 들어오기 전에 혼합할 수 있다. 사전연소 챔버로부터의 연료 공기 혼합물은 직접 연소 챔버 안으로 공급된다. 사전연소 챔버는 엔진(120)의 회전자 챔버(52,54)와 같은 하우징 내면 구멍 및 유사 회전자를 구비한다.

추가로, 또는 다른 방안으로, 엔진(120)은 동력 및 성능을 증가시키기 위하여, 수퍼차저 챔버(supercharger chamber)를 통합할 수 있다. 수퍼차저 챔버는 사전연소 챔버와 유사하지만, 엔진(120)의 회전자 챔버(52,54) 안으로 들어가기 전에, 공기 연료 혼합물을 압축한다. 상기 수퍼차저 챔버는 엔진(120)의 회전자 챔버(52,54)와 같은 하우징 내면 구멍 및 유사 회전자를 구비한다. 수퍼차저는 공기 연료 혼합물을 압축하기 전에 상술한 바와 같이, 공기 연료 혼합물을 철저하게 혼합하기 위하여 사전연소 챔버로 작용할 수 있다.

추가로 또는 다른 방안으로, 터보차저(turbo-charger)는 엔진(120)의 회전자 챔버(52,54)로 들어오는 공기량을 증가시킴으로써, 엔진(120)의 동력 및 성능을 증가시키는데 사용될 수 있다. 엔진(120)의 배기 가스는 터보차저를 구동시킬 수 있다. 엔진(120)의 흡기 및 배기 포트(62,64)는 터보차저가 엔진에서 어려움없이 설치될 수 있도록, 인근 부근에 위치한다.

추가로 또는 다른 방안으로, 엔진(120)은 엔진(120)의 주요 회전자 챔버(52,54)로부터의 배기가스에 수용된 불연소 연료를 연소하는 사후연소 챔버를 용이하게 수용할 수 있다. 사후연소 챔버는 엔진(120)의 회전자 챔버(52) 및 주요 회전자(20)와 같은 유사 회전자 챔버 및 회전자를 구비한다. 사후연소 챔버는 주요 회전자 챔버(52,54)로부터 배기된 불연소 연료를 연소함으로써 추가 동력을 획득하여 엔진(120)의 연료 효율을 증가시킨다. 상기 불연소 가스는 엔진의 성능에 영향을 미치지 않고 따라서 엔진으로부터의 임의의 동력을 소비하지 않기 위하여, 회전자를 충분한 속도로 회전시키기에 충분한 동력만을 생산할 필요가 있다. 사후연소 챔버의 효과는 추가 동력을 제공하면서, 엔진(120)의 배기 방출량을 감소시킨다.

또한, 엔진(120)의 디자인은 단일 또는 다중 회전자들을 사용하는 공기 압축기의 베이스를 위해서 사용될 수 있다. 회전자(20)가 회전자 챔버(52) 주위를 회전할 때, 회전자(20) 및 내면(50)의 형상은 회전자 챔버(52) 내에서 용적들을 증가 및 감소시킨다. 압축기의 흡기 사이클 동안, 내면(50) 및 회전자(20)에 의해서 형성된 공기 챔버의 용적은 증가하여 그에 따라서 회전자 챔버(52) 안으로 공기를 흡인한다. 압축기의 압축 사이클 동안, 내면(50) 및 회전자(20)에 의해서 형성된 회전자 챔버(52)의 용적이 감소하므로, 회전자 챔버(52)의 공기를 압축한다. 압축기는 일방향 배기 밸브가 압축기의 효율을 증가시키는데 사용될 수 있지만, 회전자가 회전자 챔버(52) 주위를 회전할 때, 회전자(20)의 자체 밸브 작용으로 인하여 임의의 흡기 밸브(70) 또는 배기 밸브(80)를 필요로 하지 않는다.

이러한 실시예에서, 회전자(20)가 흡기 포트(62)를 통과할 때, 압축기는 압축될 공기를 회전자 챔버(52) 안으로 흡인한다. 공기는 회전자(20)가 회전자 챔버(52)에서 180도 회전할 때, 지속적으로 압축기 안으로 흡인된다. 이때, 회전자(20)의 대향 단부는 회전자 하우징(40)의 흡기 포트(62)를 통과하므로, 회전자 챔버(52)를 밀봉한다. 회전자(20)의 단부는 회전자 챔버(52)의 배기 포트(64)를 통과하므로 배기될 압축 공기용 포트(64)를 개방한다. 사이클의 압축 단계는 회전자(20)가 회전자 챔버(52) 주위를 회전할 때 개시되며, 상기 회전자 챔버(52)는 회전자(20)가 내면(50) 주위를 회전할 때 작아진다. 회전자(20)가 최대 압축 지점에 도달할 때, 압축 챔버의 압축 공기는 배기 포트(64)의 일방향 밸브를 통해서 압축 챔버로부터 배기된다.

더욱 복잡한 버전의 압축기는 추가 효율을 얻기 위하여 엔진(120)의 로터리 배기 밸브 디자인을 사용할 수 있다. 이러한 압축기는 하나에서 다른 것으로 공급하는 다중 압축 챔버들을 사용하여 계발될 수 있다. 상기 디자인에서, 로터리 흡기 밸브(70) 및 배기 밸브(80)는 압축기의 효율을 증가시키기 위하여 압축 챔버들에 대한 접근성을 제어한다.

추가로 또는 다른 방안으로, 엔진(120)은 두개의 사이클을 통해서 작동할 수 있다. 글로우 플러그는 두 사이클의 연소 엔진(120)에서 도 14에 도시된 점화 장치(53)로서 사용될 수 있다. 두 사이클 엔진(120)의 다른 실시예에서, 증기 또는 압축 공기는 팽창 매체로서 사용될 수 있으며, 여기서 엔진(120)은 팽창 및 배기 사이클에서 작동한다. 과거에 효과적으로 사용되었고 새로운 기술로써 지속적으로 개선된 여러 유형의 증기 발생기들을 포함하는, 여러 증기 발생 방법이 있다. 증기는 도 16i에 도시된 팽창 사이클의 제 1 부분 동안, 회전자 챔버(52) 안으로 팽창된다. 흡기 밸브(70)는 그때 폐쇄되고 증기는 회전자가 도 16j 내지 도 16l에 도시된 바와 같이, 회전자 하우징 주위에서 회전할 때, 회전자 챔버(52)에서 지속적으로 팽창된다. 팽창 사이클의 끝에서, 증기는 도 16m 내지 도 16p에 도시된 바와 같이, 배기 포트(64)를 통해서 회전자 하우징으로부터 배기된다. 여러 실시예들은 로터리 배기 밸브(80)를 통합할 수 없다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 배기 포트(64)의 위치에 대한 회전자(10)의 자체 밸브 작용은 로터리 배기 밸브(80)에 대한 필요성을 제거하기에 충분할 수 있다. 배기 포트(64)로부터, 팽창 증기는 응축기(도시생략) 또는 응축기 전에 다른 팽창 챔버로 이동한다.

다른 실시예에서, 본 발명에 따른 엔진(120)은 이 엔진(120)이 비교가능한 내연 피스톤 엔진 보다 가볍고 작아서, 결과적으로 하중에 대한 높은 동력 비율이 얻어지므로, 가솔린 전기 하이브리드에 국한되지는 않지만 이들과 같은 하이브리드 자동차 적용에 대해서 사용하기에 매우 적합하다. 또한, 상기 실시예들은 주요 회전자가 동일 하우징의 하나 이상의 회전자들에 의해서 또는 외부 원동기(prime mover)에 의해서 구동되는 진공 및 유체 펌프로서 사용되기에 적합할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예는 첨부된 도 17a 내지 도 17e 및 도 18a 내지 도 18c에 도시되어 있다. 도 17a에는 회전자 샤프트(130)의 각 단부(136)로부터 연장되는 샤프트(134)와 원형 횡단면 구멍을 갖는 실질적인 원통형 몸체(132)를 구비한 변형된 회전자 샤프트(130)가 도시되어 있다. 한쌍의 횡단 개방부(138)는 도 18a 내지 도 18c에 도시된 슬라이드가능한 결합으로 회전자를 수용하도록 크기설정 및 성형된 몸체(132)를 통해서 형성된다. 특히, 상기 실시예에 도시된 바와 같이 개방부(138)는 대응 회전자의 횡단면 구성과 부합하도록 직사각형 횡단면 구성을 가진다. 다른 횡단면 구성도 사용될 수 있다는 것을 이해할 수 있다. 이 실시예는 회전자 샤프트(130,131)가 두개의 회전자를 구비한 두개의 챔버 하우징에서 사용되기 때문에, 두 개방부들을 제시한다.

도 17b 내지 도 17e는 샤프트(130)를 도시하며, 여기서 볼 또는 롤러 베어링(14)은 하우징(도시생략)에서 샤프트(130)를 지지하기 위하여, 샤프트(130)의 중심에 그리고 각 단부에 설치된다. 도 17c는 도 17b의 라인 C-C을 따라 취해진 샤프트(130)의 횡단면이고 도 17e는 도 17d의 라인 E-E을 따라 취해진 샤프트(130)의 횡단면이다.

도 18a 내지 도 18c에서, 로터리 엔진 하우징(144)은 내부에 회전가능하게 설치된 샤프트(130)를 구비한 챔버(146)를 포함하는 것으로 횡단면으로 도시된다. 샤프트의 횡단 개방부(138)는 회전자(148)를 슬라이드가능한 결합으로 수용한다. 회전자(148)는 그때 회전자(148)가 회전자 샤프트(130) 주위를 회전할 때, 하우징 및 회전자의 변화하는 상대 위치를 수용하기 위하여 샤프트(130) 내에서 슬라이드될 수 있다.

본 발명의 여러 실시예들은 하기에 기술된다.

예를 들어, 흡기 밸브 포트(62)의 중심선과 회전자 하우징(40)의 배기 밸브 포트(64)의 중심선은 도 1에 도시된 바와 같이, 회전자 샤프트(10)의 중심선에 또는 회전자 샤프트(10)의 중심선 위에 또는 밑에 위치할 수 있다. 흡기 밸브(62)의 중심선을 회전자 샤프트(10)의 중심선 밑에 위치하면, 흡기 공기 연료 혼합물이 회전자 샤프트(10)의 중심선 밑의 지점에서 연소 챔버(52)로 들어올 수 있게 하고, 이것은 로터리 엔진의 성능을 개선시킬 수 있다. 배기 밸브 포트(64)의 중심선을 회전자 샤프트(10)으 중심선 밑에 위치시키면, 엔진 배기가 회전자 샤프트(10)의 중심선 밑의 지점에서 연소 챔버(52)를 빠져나올 수 있게 하고, 이것은 로터리 엔진의 성능을 개선시킬 수 있다.

둥근 단부 밀봉부(30)를 갖는 회전자(20)에 대해서 발생된 회전자 하우징(40)의 내면(50)의 곡선은 지점에 이르는 단부 밀봉부(30)를 갖는 회전자에 대해서 발생된 회전자 하우징(40)의 내면(50)의 곡선과 다르지만 본질적으로 동일하다. 회전자 하우징(40)의 내면(50)의 곡선의 발생은 본질적으로 동일한 방법이지만 약간 다른 방식을 사용하여 행해진다.

도 2c에 도시된 바와 같이, 일련의 지점(42)은 도 1에 도시된 회전자 하우징(40)의 내면(50)의 유일한 윤곽 형태를 결정한다. 지점(42)은 라인 세그먼트(44)의 일 단부에 있는 회전자의 둥근 단부와, 라인 세그먼트(44)의 타단부에 있는 회전자의 둥근 단부에 의해서 결정되며, 상기 라인 세그먼트는 회전자의 수평축을 따른 길이와 동일하고 내면(50)의 윤곽 형태의 일 세그먼트를 형성하는 곡선(46)을 추적하고 원점(16)을 통과한다. 회전자 샤프트(10)의 회전 중심과 회전자(20)의 회전 중심은 원점(16)이다. 회전자 하우징(40)의 내면(50)은 가변 반경 및 가변 직경을 가진다. 도 2c에 도시된 바와 같이, 회전자 하우징(40)의 내면(50)의 직경은 제 1 축(41)과 수직인 제 2 축(43)을 따른 회전자 하우징(40)의 내면(50)의 직경 보다 제 1 축(41)을 따라서 더 크다.

도 19a 내지 도 19c에 도시된 다른 실시예에서, 흡기 밸브 샤프트(72)에 설치된 스퍼 기어(92)와 배기 밸브 샤프트(82)에 설치된 스퍼 기어(92)는 전기 스텝퍼 또는 서보 모터(150)의 샤프트에 설치된 다른 스퍼 기어들(도시생략)과 맞물린다. 이것은 흡기 및 배기 밸브(74,76,84,86)의 간헐적인 개폐의 타이밍이 전자적으로 제어될 수 있게 한다.

도 20a 내지 도 20c에 도시된 다른 실시예에서, 두개 회전자의 흡기 및 배기 밸브 샤프트(72,82)는 동일 중심선을 가지만, 전기 스텝퍼 또는 서보 모터(150)를 사용하여 서로 독립적으로 회전할 수 있다. 이것은 흡기 및 배기 밸브(74,76,84,86)의 간헐적인 개폐의 타이밍이 서로로부터 독립적으로 회전하고 전자적으로 제어될 수 있게 한다.

도 21에 도시된 또다른 실시예에서, 회전자(152)는 중심 횡축(154)으로부터 각 회전자(152)의 팁까지 대칭으로 굴곡지는 바닥면과 평탄한 상면을 가질 수 있다. 상면 및 바닥면(156,158)의 곡선은 회전자 하우징(50)의 내면의 원형 부분 보다 약간 큰 직경을 갖는 임의의 곡선일 수 있다. 상기 곡선들은 회전자 밀봉부(30)가 회전자 하우징(50)의 내면과 접촉하는 지점에서 회전자 밀봉부(30)의 팁과 만난다. 상기 회전자 형상은 엔진의 작동 사이클의 배기 단계 동안 회전자 챔버에서 감소하는 용적(58)의 영역을 최소까지 감소시킴으로써 연소 챔버(52)로부터 배기 가스를 제거하는 것을 촉진시킨다. 상기 회전자 형상은 회전자 하우징의 내면의 원형 부분의 중심과 회전자의 회전 중심 사이에서 주어진 오프셋에 대한 엔진의 압축비를 증가시킨다.

도 22에 도시된 또다른 실시예에는, 회전자(166)의 상면 및 바닥면(162,164)에 굴곡된 인덴테이션(indentation 또는 중공 영역(160)이 있을 수 있다. 공기 연료 혼합물은 엔진의 작동 사이클의 팽창 단계 동안 점화가 일어날 때, 상기 영역에 집중되므로, 더욱 완전히 연소될 수 있게 한다.

도 23에는, 회전자(170)의 일측에서 타측으로 이어지는 다수의 수평 구멍(168)이 도시되며, 이 구멍은 회전자(170)의 중량을 감소시킨다. 회전자(170)의 중량 감소는 회전자가 회전자 하우징(50)의 내부에서 회전할 때, 가속 및 감속에 더욱 잘 반응하게 하는 회전자(170)의 관성력을 감소시킨다. 회전자(170)의 중량 감소는 회전자가 회전자 하우징(50)의 내면 주위를 회전할 때, 회전자(170)의 불균형 중량에 의해서 발생된 불균형 힘을 감소시킨다. 다음에 이것은 엔진의 진동을 감소시킨다.

도 24에 도시된 바와 같이, 회전자 하우징의 단부벽(60)과 회전자 하우징(40)은 내연 피스톤 엔진의 헤드 가스켓과 유사한 가스켓(172)을 사용함으로써 밀봉된다. 상기 가스켓(172)은 냉각제가 회전자 하우징(40)과 회전자 하우징(60) 사이의 단부벽을 통해서 순환하고 연소 챔버(52)의 기밀 밀봉을 제공할 수 있게 한다.

도 25에 도시된 다른 실시예에서, 회전자(20)의 단부의 밀봉부(174)는 둥글거나 또는 굴곡면을 가질 수 있다. 회전자 팁 밀봉부(30)의 굴곡된 상면 및 바닥면은 회전자(20)의 종축(21)을 따라 대칭이다. 회전자 단부 밀봉부(174)의 상면 및 바닥면의 곡선은 회전자 밀봉부(174)의 단부가 회전자 하우징(50)의 내면을 충족하도록 둥글지 않다면, 회전자 단부 밀봉부(174)가 회전자 하우징(50)의 내면과 접촉하는 지점을 지나서 만난다. 상기 둥근 또는 굴곡 형상은 회전자 단부 밀봉부(174)가 단부에서 둥글게 되게 하며, 이것은 회전자가 회전자 하우징(50)의 내면 주위에서 회전할 때, 밀봉부가 회전자 하우징(50)의 내면과 접촉하는 지점이 변화되기 때문에, 회전자 밀봉부(174)의 단부에서 마모를 감소시킨다.

도 26에 도시된 또다른 실시예에서, 회전자 하우징(40)의 폭(176)과 회전자 하우징(40) 내부의 회전자(20)는 로터리 엔진의 최대 성능을 달성하기 위하여, 회전자 하우징(50)의 내면의 형상을 따라 조절될 수 있다.

수퍼차저 챔버를 갖는 엔진의 경우에, 회전자 하우징(40)의 폭(176)과 수퍼차저 챔버용 회전자(20)는 수퍼차저 챔버가 엔진에게 최대 성능을 제공하도록 제조된다. 수퍼차저 챔버의 폭(176)은 엔진의 회전자 하우징(40) 및 회전자(20)의 폭(176)과 무관하다.

사후연소 챔버를 갖는 엔진의 경우에는, 회전자 하우징(40)의 폭(176)과 회전자 하우징(40) 내부의 회전자(20)는 배기 방출물의 불연소 연료가 가능한 완전히 연소되도록 제조될 수 있다. 사후연소 챔버의 폭(176)은 엔진의 회전자 하우징(40) 및 회전자(20)의 폭(176)과 독립적이다.

도 27 및 도 28에 도시된 다른 실시예에서, 회전자 단부 밀봉부 및 회전자 측부 밀봉부는 회전자 단부 밀봉부(185) 및 회전자 측부 밀봉부(184)의 주변부 주위에 위치하는 큰 홈(178,180)에 설치된 추가 밀봉 재료(182)를 가진다. 상기 재료(182)는 회전자(20) 및 회전자 단부 밀봉부(182) 및 회전자 측부 밀봉부(184) 사이에 존재할 수 있는 작은 시임(seam)을 밀봉한다. 상기 재료는 회전자(20) 및 회전자 단부 밀봉부(185) 및 회전자 측부 밀봉부(184) 사이에 존재할 수 있는 회전자 단부 밀봉부(185) 및 회전자 측부 밀봉부(184) 주위에서 작은 영역을 밀봉하기 위하여 가스켓으로 작용한다. 상기 재료는 탄력적이고 내열성 및 내마모성 재료로 제조된다.

도 29 내지 도 31에 도시된 또다른 실시예에서, 회전자(188)는 두개의 동일한 절반부(186)로 수평으로 분할될 수 있다. 이 구성은 회전자(188)의 두개의 절반부(186)가 핀 또는 볼트(190)에 의해서 함께 고정되어서 회전자 샤프트에 평행하게 이어지게 한다. 설치될 때에는, 분할 회전자(186)는 회전자 샤프트(10)의 평탄면(12) 상의 정확한 지점에서 설치되어 함께 고정된다. 이러한 조립 방법은 엔진의 조립을 위한 위치로 이동하도록 회전자 샤프트에 대해서 회전자를 슬라이드시킬 필요성을 제거한다. 이것은 로터리 엔진의 임의의 수리 다중쌍의 회전자(188)가 둥근 회전자 샤프트(10)에 설치될 수 있게 한다.

도 32에 도시된 또다른 실시예에서, 회전자(192)는 두개의 동일한 절반부(194,196)로 수평으로 분할될 수 있다. 이 구성은 회전자(192)의 절반부(194,196)가 한세트의 스크류 또는 볼트에 의해서 함께 고정되어서 분할 회전자(192)의 한 절반에서 분할 회전자(192)의 종축(21)에 수직하는 분할 회전자(192)의 나머지 절반으로 이어질 수 있게 한다. 설치될 때에는, 분할 회전자(192)는 회전자 샤프트(10)의 평탄면(12) 상의 정확한 위치에 설치되어 함께 고정된다. 이러한 조립 방법은 로터리 엔진의 임의의 수의 다중쌍의 회전자(192)가 둥근 회전자 샤프트(10)에 설치될 수 있게 한다.

도 33 및 도 34c 내지 도 34c에 있어서, 회전자 샤프트(200)는 회전자 샤프트(200)이 대향측 상의 평탄면(12)을 갖는 둥근 샤프트이고, 여기서 다중쌍의 회전자들은 상술한 분할 회전자들을 사용함으로써 설치될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 회전자 샤프트(10) 상의 평탄면(12)은 일단 상기 평탄면이 회전자 샤프트(10) 상에 설치되면, 회전자들의 평탄한 내면(12)을 수용한다. 각 쌍의 회전자(188,192)는 회전자 샤프트(200)를 따라 서로로부터 동일 각도의 간격으로 배향된다. 각 쌍의 회전자들은 회전자 샤프트(200) 상에서 서로 이웃하게 있거나 또는 다른쌍의 회전자가 그들 사이에 위치하도록 배향될 수 있다. 회전자 샤프트(200)는 도 1에 도시된 회전자 하우징(40)의 단부벽(60)에 설치된 복수의 볼 베어링 또는 롤러 베어링(202)에 설치될 수 있다.

도 35에 도시된 또다른 실시예에서, 4개의 로터리 밸브 샤프트들은 회전자 하우징(40)에 설치된다. 흡기 밸브(204) 및 배기 밸브(206)는 회전자 하우징(40)의 대향측에 위치한다. 4개의 밸브 샤프트들은 흡기 밸브(204) 및 배기 밸브(206)의 횡단면적을 증가시킨다. 추가의 밸브 영역은 엔진 안으로 들어가고 나오는 공기 및 배기량을 증가시키며, 이것은 결과적으로 엔진 성능을 개선시킨다. 회전자 샤프트(10)의 수평면 위와 아래에 입력 포트(62) 및 배기 포트(64)를 설치하면 더욱 양호한 엔진 성능을 위해서, 흡기 밸브(204) 및 배기 밸브(206)의 개폐 타이밍에서 가요성을 허용한다.

도 36a 내지 도 36b에 도시된 실시예에서, 큰 로터리 밸브 샤프트(208,210)들은 회전자 하우징(40)에 설치된다. 흡기 밸브(212) 및 배기 밸브(214)는 회전자 하우징(40)의 대향측 그리고 회전자 샤프트(10)와 동일 평면에 위치한다. 흡기 밸브 포트(62)의 중심선 및 회전자 하우징(40)의 배기 밸브 포트(64)의 중심선은 회전자 샤프트(10)를 통과하는 중심선에 위치한다. 큰 밸브 샤프트(208,210)는 흡기 밸브(212) 및 배기 밸브(214)의 횡단면적을 증가시킨다. 추가 밸브 영역은 엔진으로 들어가고 나오는 공기 및 배기량을 증가시키고, 이것은 결과적으로 엔진 성능을 개선시킨다.

도 37에서, 밸브 밀봉부(216)는 밸브 샤프트(220)의 직경 주위에서 컷팅된 홈(218)에 설치되며, 상기 홈은 밸브 샤프트(220)의 상부 및 바닥을 따라 컷팅된 채널(222)과 교차한다. 스프링 장착된 밸브 밀봉부(216)는 홈들의 교차부에서 서로 인터로킹된다. 밸브 샤프트(220) 주위의 기밀한 밀봉을 보장하기 위하여, 내부 밀봉부들을 갖는 다중 홈들이 있다.

도 38에 도시된 또다른 실시예에서, 밸브 밀봉부(224)는 밸브 샤프트(228)의 상부 및 바닥 안으로 컷팅된 넓은 홈(226)에 설치된다. 상기 홈(226)은 밸브 샤프트(228)의 밸브 개방부(230)로부터 90도 배향된다. 회전자 하우징(40)의 밸브 개방부 보다 넓은 밸브 밀봉부(224)는 밸브 샤프트(228)의 상기 홈(226)에 설치된다. 밸브 밀봉부 스프링(도시생략)은 밸브 개방부(230)의 양측 상의 밸브 샤프트(238)를 통과하는 구멍에 설치되고 밸브 밀봉부(224)에 대해서 가압하여 밸브 밀봉부들을 제자리에서 유지한다. 상기 밸브 밀봉부(224)는 밸브 샤프트의 중심으로부터 독립적으로 들어가고 나올 수 있다.

도 38에 도시된 또다른 실시예에서, 밸브 밀봉부(224)는 밸브 개방부(230)의 양측 상의 밸브 샤프트(228)를 통과하는 구멍에 설치된 작은 샤프트(232)와 함께 결합되므로, 일체로 이동한다. 회전자 챔버(52)의 연소 또는 압축으로 인한 압력이 밸브 밀봉부(224)가 밸브 포트(62,64)의 내벽으로부터 이격되게 이동하는 지점까지 증가하므로, 밸브(70,80)의 기밀 밀봉을 극복할 때, 밸브 샤프트(228)의 타측 상의 밸브 밀봉부(224)의 부분은 밸브 포트(62,64)의 측벽에 대해서 가압되므로, 상기 벽에 대한 밸브 밀봉부(224)의 힘을 증가시키고 밸브(70,80)의 기밀 밀봉을 유지한다. 밸브 밀봉부(224)를 밸브 포트(62,64)의 내벽으로부터 이격되게 이동시키기 위한 힘은 밸브 샤프트(228)의 타측 상의 밸브 밀봉부(224)의 일부에 인가되고 밸브 밀봉부(224)의 일부가 밸브 포트(62,64)의 외벽으로부터 이동하는 것을 방지한다.

본 명세서에 참조되고 및/또는 출원 데이터 시트의 목록에 기재된 상기 미국 특허, 미국 특허 출원 공보, 미국 특허 출원, 외국 특허, 외국 특허 출원 및 비특허 공보들 모두는 본원에서 전체적으로 합체되었다.

상술한 설명으로부터, 비록 본 발명의 특정 실시예는 예시적인 목적으로 본원에서 기술되었지만, 본 발명의 정신 및 범주 내에서 다양하게 변형될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해서만 한정된다.

Claims

적어도 하나의 비원형의, 일정 직경의 외접벽에 의해서 형성된 적어도 하나의 내부 챔버를 구비한 케이스와;

샤프트의 종축에 대해 회전가능하고 챔버 안으로 연장되는 회전가능한 샤프트와;

회전자가 챔버 내에서 회전할 때, 샤프트의 회전축에 실질적으로 수직하는 축을 따라 슬라이드되기 위하여, 병진 운동을 위해 샤프트 상에 슬라이드가능하게 설치된 회전자를 포함하는 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 회전자는 샤프트에 설치될 때, 외접벽과 접촉하는 대향하는 제 1 및 제 2 단부들을 구비한 세장형 몸체를 포함하고,

회전자 몸체는 샤프트에 대해서 수용되도록 크기설정된 세장형 개방부를 추가로 포함하고,

상기 샤프트는 샤프트에 대한 회전자 몸체의 병진 이동을 허용하면서, 회전자 몸체와 샤프트의 상대 회전을 방지하기 위하여, 세장형 개방부를 통해서 회전자 몸체와 결합하는 설치부를 포함하는 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 외접벽은 챔버에서 오프셋된 원점에 대해서 가변 반경을 가지며, 그리고 상기 외접벽은 회전자 몸체의 길이에 대응하는 일정 직경을 구비하고, 상기 샤프트는 상기 원점에 위치한 종축과 함께 챔버에 설치되는 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 케이스는 챔버와 유체 교통하는 적어도 하나의 흡기 포트 및 적어도 하나의 배기 포트와, 적어도 하나의 흡기 포트 및 적어도 하나의 배기 포트 각각과 챔버 사이의 유체 교통을 제어하기 위한 적어도 하나의 배기 포트 및 적어도 하나의 흡기 포트의 각각에 대한 적어도 하나의 밸브를 추가로 포함하는 장치.
제 1 항에 있어서,

챔버에서 연소가능한 혼합물을 점화시키기 위한 점화 시스템을 추가로 포함하고,

상기 점화 시스템은 챔버의 회전자를 회전시키기 위하여 연소가능한 혼합물의 점화 타이밍을 맞추기 위한 수단을 추가로 포함하는 장치.
외면 및 내면을 구비하며, 상기 내면이 일정한 직경, 원점 중심에 대한 가변 반경, 흡기 밸브 포트 및 배기 밸브 포트를 구비한 적어도 하나의 챔버를 형성하는 하우징과;

회전축을 구비하고, 세장형 개방부, 제 1 단부 및 제 2 단부를 갖는 몸체를 구비하며, 제 1 단부 및 제 2 단부가 하우징의 내면과 밀봉식으로 접촉하는 적어도 하나의 회전자; 및

적어도 하나의 회전자의 세장형 개방부에 슬라이드가능하게 수납된 일단부를 구비한 회전자 샤프트를 포함하는 연소 장치.
제 6 항에 있어서,

상기 하우징은, 상기 내면 및 상기 외면 사이에 형성되고 냉각제를 유지 및 운송하도록 작동가능한 적어도 하나의 냉각 챔버를 추가로 포함하는 연소 장치.
제 6 항에 있어서,

상기 회전자의 세장형 개방부는 직사각형이고, 흡기 밸브 포트 및 배기 밸브 포트는 직경방향으로 대향되고, 회전자 샤프트는 회전자 샤프트의 적어도 일부를 따라 종방향으로 연장되고 회전자들의 개방부에 인접한 회전자 표면과 적어도 부분적으로 접촉하는 적어도 두개의 대향 평탄면들을 추가로 포함하는 연소 장치.
적어도 두개의 단부벽, 외면 및 챔버를 형성하는 내면을 구비한 하우징;

흡기 밸브 및 배기 밸브;

적어도 두개의 대향 평탄면, 제 1 단부 및 제 2 단부를 구비한 제 1 샤프트;

흡기 밸브 포트에 수납된 공기 및 연료를 점화하기 위한 수단;

제 1 단부, 제 2 단부 및 제 1 샤프트의 평탄면을 슬라이드가능하게 수납하 도록 구성된 세장형 개방부를 구비하고, 연소력에 반응하여 회전하도록 작동가능하며, 회전자의 제 1 단부 및 제 2 단부는 회전가능하며 하우징의 내면과 밀봉식으로 접촉하는 적어도 하나의 회전자;

측방향 관통 연장하는 적어도 하나의 개방부, 제 1 단부 및 제 2 단부를 구비하고, 제 1 단부가 하우징의 단부벽에서 회전가능하게 설치되고, 개방부가 챔버의 흡기 밸브에 인접하게 위치가능한 제 2 샤프트;

측방향 관통 연장하는 적어도 하나의 개방부, 제 1 단부 및 제 2 단부를 구비하고, 제 1 단부가 하우징의 단부벽에서 회전가능하게 설치되고, 개방부가 챔버의 배기 밸브에 인접하게 위치가능한 제 3 샤프트;

제 2 샤프트 및 제 3 샤프트를 회전시키고, 제 2 샤프트 및 제 3 샤프트의 개방부들을 흡기 밸브 포트 및 배기 밸브 포트와 교번 패턴으로 각각 주기적으로 정렬시키는 수단을 포함하는 로터리 연소 시스템.
제 9 항에 있어서,

상기 제 2 샤프트 및 제 3 샤프트를 회전시키는 수단은

제 1 기어의 주변에서 이격된 복수의 톱니형 부재들과 제 1 기어의 회전 중심에 위치하여서 제 1 기어를 제 1 샤프트의 제 2 단부에 연결하는 커플링 장치를 구비한 제 1 기어와;

제 2 기어의 주변에서 이격된 복수의 톱니형 부재들과 제 2 기어의 회전 중심에 위치하여서 제 2 기어를 제 2 샤프트의 제 2 단부에 연결하는 커플링 장치를 구비한 제 2 기어와;

제 3 기어의 주변에서 이격된 복수의 톱니형 부재들과 제 3 기어의 회전 중심에 위치하여서 제 3 기어를 제 3 샤프트의 제 2 단부에 연결하는 커플링 장치를 구비한 제 3 기어를 포함하고,

상기 제 1 기어의 톱니형 부재들은 제 2 기어의 톱니형 부재들 및 제 1 기어의 대향측 상의 제 3 기어의 톱니형 부재들과 회전가능하게 결합하고, 제 1 기어는 연소력에 반응하는 회전자의 회전에 의해서 발생된, 제 1 샤프트로부터의 회전 에너지를 수용할 때, 제 2 기어 및 제 3 기어를 회전시키도록 작동가능한 로터리 연소 시스템.
제 10 항에 있어서,

제 1 기어, 제 2 기어 및 제 3 기어의 상기 톱니형 부재들은 제 2 기어 및 제 3 기어를 간헐적으로 회전시키도록 구성되어서, 챔버의 개방부들과 제 2 샤프트의 개방부 및 제 3 샤프트의 개방부와의 정렬 지속기간을 선택적으로 제어하는 로터리 연소 시스템.