KR20090005291A - 회전 피스톤형 내연기관 - Google Patents

회전 피스톤형 내연기관 Download PDF

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Abstract

본 발명의 회전 피스톤형 내연기관(E1)은, 출력축(1)과, 회전자(2)와, 하우징(4)과, 회전자와 하우징에 의하여 출력축의 축심방향에 있어서의 회전자의 적어도 한 쪽에 형성된 환상 작동실(5)로서 흡입 작동실과 압축 작동실과 연소 작동실과 배기 작동실을 형성하기 위한 환상 작동실(5)과, 회전자에 설치되어 환상 작동실을 구획하는 1개의 가압겸수압 부재(원호형 경계부재(6))와, 하우징에 설치되어 환상 작동실을 구획하는 2개의 작동실 경계부재(7, 8)와, 이들 작동실 경계부재를 진출위치 쪽으로 각각 가압하는 가압기구와, 흡기 포트(11)와, 배기 포트(12)와, 연료 분사기(14)를 구비하고, 가압겸수압 부재(원호형 경계부재(6))는 제1, 제2경사면을 구비하는 원호형 경계부재로 구성되고, 각 작동실 경계부재(7, 8)는 출력축의 축심과 평행한 방향으로 진퇴 이동하는 왕복이동 경계부재로 구성된다.

Description

회전 피스톤형 내연기관{ROTARY-PISTON INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 회전 피스톤형 내연기관(回轉piston型 內燃機關)에 관한 것으로서, 특히 출력축(出力軸)의 축심방향(軸心方向)에 있어서 회전자(回轉子)의 한 쪽 또는 양측의 측벽 부분과 하우징(housing)으로 환상 작동실(環狀作動室)을 형성하고, 회전자에 환상 작동실을 구획하는 적어도 1개의 가압겸수압 부재(加壓兼受壓部材)를 설치함과 아울러 하우징에 적어도 1개의 작동실 경계부재를 설치하여, 소형화, 고출력화(高出力化)가 가능하고 연소성능과 출력성능과 씰(seal) 성능과 윤활성능을 향상시킬 수 있는 단일 회전형 로터리 엔진(單一回轉型 rotary engine)에 관한 것이다.
왕복이동 피스톤형 엔진(往復移動 piston型 engine)은, 연소 가스(燃燒 gas)를 씰하는 씰 성능과 윤활성능이 우수하기 때문에, 널리 실용화되어 있다. 그러나 이 왕복이동 엔진에서는, 엔진의 구조가 복잡하고 또한 대형이 되어 제작비가 비싸지고, 진동이 발생하기 쉬워 연소행정(燃燒行程)의 기간을 크랭크 각(crank角)으로 180도 이상 확대할 수 없기 때문에 연료를 완전히 연소시키는 것이 어렵다. 또한 크랭크 기구의 특성으로부터 연소 가스 압력을 출력(토크(torque), 마력(馬力))으로 변환하는 변환효율을 높이는데도 한계가 있음과 아울러 실린더의 행정용적(行程容積)에 따라 크랭크 반경(crank 半徑)이 정해지고, 크랭크 반경을 확대하는 것이 어렵기 때문에 출력성능을 높이는 것이 어렵다. 또한 4사이클 엔진(4cycle engine)의 경우에, 크랭크 축 2회전 마다 1회의 연소행정이 발생하기 때문에 엔진을 소형화하는 것이 어렵다. 그 대책으로서 엔진 회전수(engine 回轉數)를 높게 하여 출력 마력의 증대를 도모하고 있지만, 엔진 회전수를 높게 할 수록 연소성능이 저하하므로 그다지 유리하지 않다.
따라서, 과거 약130년 동안 다양한 로터리 엔진(회전 피스톤형 내연기관)이 제안되어 왔지만, 방켈형 로터리 엔진(Wankel型 rotary engine) 이외는 아직 미완성이다. 로터리 엔진은, 회전자가 편심운동(偏心運動)을 하지 않는 단일 회전형 로터리 엔진과, 회전자가 편심운동을 하는 방켈형 로터리 엔진으로 대별(大別)된다.
본원 발명자는, 약12년 전에 특허문헌1에 나타내는 단일 회전형의 회전 피스톤형 로터리 엔진을 제안하였다. 그 로터리 엔진에서는, 회전자의 외주의 외측에 환상 작동실이 형성되고, 회전자에 환상 작동실을 구획하는 가압 겸 수압부(加壓兼受壓部)가 구비되고, 하우징에 환상 작동실을 구획하는 요동식(搖動式)의 제1, 제2 경계부재가 설치되고, 제1경계부재에 의하여 부연소실이 개폐(開閉)되어, 제1, 제2경계부재를 각각 탄성 가압하는 2조의 스 프링 어셈블리(spring assembly)가 설치되어 있다.
이러한 로터리 엔진에서는, 회전자의 외주의 외측에 환상 작동실을 형성하기 때문에 또한 2조의 스프링 어셈블리를 설치하기 때문에, 엔진이 커진다. 제1, 제2경계부재와 회전자의 접촉부가 면접촉(面接觸)이 아니라 선접촉(線接觸)이 되기 때문에, 가스가 새지 않게 씰 하는 씰 성능과 윤활성능의 면에서 문제가 있다.
한편, 특허문헌2∼5에는 다양한 형식의 단일 회전형의 회전 피스톤형 로터리 엔진이 제안되어 있다. 특허문헌2에 기재되어 있는 로터리 엔진은, 회전자의 측벽부에 형성된 약240도에 걸친 원호 모양의 흡기압축용 홈과, 스프링에 의하여 가압되어 상기 흡기압축용 홈을 구획하는 경계부재와, 회전자의 외주부에 형성된 팽창배기용의 원호 모양의 홈과, 하우징의 돌출부에 형성된 압축폭발실 등을 구비한다.
특허문헌3의 로터리 엔진은, 하우징 내의 원형 수용 구멍에 편심(偏心) 모양으로 장착된 회전자와, 회전자의 중심부를 관통하는 출력축과, 반경방향으로 진퇴하도록 회전자에 장착된 8개의 베인(vane)과, 원형 수용 구멍의 외주측에 형성된 부연소실 등을 구비한 베인 식의 로터리 엔진이다.
특허문헌4의 로터리 엔진은, 하우징 내의 원형 수용 구멍에 동심원상으로 장착된 회전자와, 이 회전자의 외주부분을 원호형(초승달 모양)으로 절단하여 형성된 흡기용 홈과, 하우징에 장착되어서 회전자의 외주면과 접촉하는 경계부재와, 이 경계부재를 반경방향으로 구동시키는 캠기구 등을 구비한다.
특허문헌5의 로터리 엔진은, 하우징과, 이 하우징 내의 원형 수용실에 수용된 대략 타원형의 회전자와, 스프링에 의하여 가압된 2개의 경계부재와, 원형 수용실에서 중간 사이드 플레이트를 사이에 두고 인접하는 원형구멍에 수용된 타이밍 회전자와, 이 타이밍 회전자의 외주부에 원호 모양으로 형성된 주연소실(主燃燒室)과, 주연소실의 외주 밖에 형성된 부연소실(副燃燒室)과, 이 부연소실에 접하는 가열 플러그(加熱 flug) 및 2차분사 노즐(2次噴射 nozzle) 등을 구비하고, 회전자에 의하여 흡입압축실(吸入壓縮室)에서 가압된 혼합 기체를 부연소실로 인도하여 압축점화(壓縮點火)하고, 그 연소 가스를 주연소실을 거쳐서 원형 수용실 중의 팽창배기실(膨脹排氣室)로 유입하여 회전자에 연소 가스 압력을 작용시킨다.
특허문헌1 ＷＯ96/11334호 공보
특허문헌2 일본국 공고특허 특공소52-32406호 공보
특허문헌3 미국 특허 제5,979,395호 공보
특허문헌4 일본국 공개특허공보 특개평10-61402호 공보
특허문헌5 일본국 공개특허 특개2002-227655호 공보
[해결하고자하는과제]
특허문헌1의 로터리 엔진과 같이, 작동실을 구획하는 요동식의 경계부재의 선단부를 회전자의 외주면에 선접촉 시켜서 가스가 새지 않게 씰 하는 구조에서는, 씰 성능을 확보하는 것이 어렵고, 슬라이딩부에 윤활유를 공급하여 윤활하는 윤활성능이나 내구성능도 확보할 수 없다. 특허문헌2의 로터리 엔진에서는, 회전자의 외주측에 팽창배기용의 홈(연소 작동실)을 형성하기 때문에 엔진이 필연적으로 커진다. 연소행정의 기간(期間)이 출력축의 회전각(回轉角)으로 약120도 정도이기 때문 연료를 완전 연소시키는 것이 어렵고, 연소행정의 후기에는 회전자에 정회전 토크(正回轉 torque) 뿐만 아니라 역회전 토크(逆回轉 torque)도 작용하기 때문에 출력성능을 높일 수 없다. 또한 압축폭발부(壓縮爆發部)가 상방으로 크게 돌출하기 때문에 엔진의 전고(全高)가 커지게 된다. 또한 회전자의 측벽부에 흡기압축용의 원호형 홈을 형성하지만 연소 작동실을 형성하지 않으므로, 회전자의 측벽부 측의 공간을 충분하게 활용하지 못하고 있다.
특허문헌3의 로터리 엔진에서는, 회전자의 외주측에 작동실을 형성하기 때문에 엔진이 커진다. 엔진의 회전 중에는 항상 회전자를 구동하는 정회전 토크가 발생하지만, 베인과 베인의 사이의 베인 셀 내의 연소 가스가 정회전 토크를 발생시킬 뿐만 아니라 큰 역회전 토크도 발생시키기 때문에, 출력성능을 높이는 것이 어렵다.
특허문헌4의 로터리 엔진에서는, 회전자의 외주측에 연소 작동실을 형성하기 때문에 엔진이 커진다. 원기둥 모양의 경계부재가 회전자의 외주면에 선접촉 하는 구조이기 때문에 연소 가스를 가스가 새지 않게 씰 하는 씰 성능을 확보하지 못하여 내구성을 높일 수 없다.
높은 경계부재와 그것을 구동하는 캠기구가 상방으로 돌출하기 때문에 엔진의 전고가 매우 커지게 된다. 연소행정의 후기에는 정회전 토크 이외에 역회전 토크도 발생하기 때문에, 출력성능을 높이는 것이 매우 곤란하다.
특허문헌5의 로터리 엔진에서는, 회전자의 형상이 타원형으로서 회전자의 헤드부(head部)의 곡률(曲率)이 크기 때문에, 엔진을 고속 회전시키면 회전자의 회전에 경계부재가 따라가지 못하고 경계부재가 점프할 가능성이 있다. 회전자의 외주측에 작동실이 형성되고, 이 작동실을 구획하고 반경방향으로 연장되는 경계부재를 회전자의 외주측에 설치하기 때문에 엔진이 커진다.
종래의 단일 회전형 로터리 엔진에서는, 회전자의 외주측의 공간에 작동실을 형성한 로터리 엔진 만이 추구되어 왔지만, 출력축의 축방향에 있어서 회전자의 측방 공간을 충분하고 효율적으로 활용하여 환상의 작동실을 형성하는 사상은 존재하지 않았기 때문에, 엔진을 소형화 할 수 없었다. 연소행정의 기간을 출력축의 회전각으로 180도 이상 확대하는 것도 곤란했기 때문에 연소성능을 높이는 데에도 한계가 있었다. 또한 회전자를 복수 조(組)의 엔진에서 공용(共用)하는 것도 불가능하였다.
본 발명의 목적은, 소형화하는 데에 유리한 회전 피스톤형 로터리 엔진을 제공하는 것, 슬라이딩부를 면접촉에 의하여 가스가 새지 않게 씰 가능한 회전 피스톤형 로터리 엔진을 제공하는 것, 출력축의 축심방향에 있어서 회전자의 측방 공간을 효율적으로 활용하여 환상 작동실을 형성할 수 있는 회전 피스톤형 로터리 엔진을 제공하는 것, 연소행정의 기간을 충분하게 길게 할 수 있는 회전 피스톤형 로터리 엔진을 제공하는 것, 회전자를 복수 조의 엔진에서 공용 가능한 회전 피스톤형 로터리 엔진을 제공하는 것 등이다.
[과제해결수단]
본 발명은, 출력축과, 이 출력축과 상대회전이 불가능하게 연결된 회전자와, 출력축을 회전하도록 지지하는 하우징과, 회전자와 하우징으로 형성된 환상 작동실과, 회전자에 설치되어 환상 작동실을 구획하는 적어도 1개의 가압겸수압 부재와, 하우징에 설치되어 환상 작동실을 구획하는 적어도 1개의 작동실 경계부재와, 환상 작동실로 흡기를 유입하기 위한 흡기 포트와, 환상 작동실로부터 가스를 배출하기 위한 배기 포트와, 연료를 공급하는 연료공급수단을 구비하고, 흡기(吸氣)와 연료를 포함하는 압축상태의 혼합 기체가 점화 플러그 또는 압축점화에 의하여 점화되도록 구성된 회전 피스톤형 내연기관에 있어서, 상기 환상 작동실은, 출력축의 축심방향에 있어서 회전자의 적어도 한 쪽의 측벽 부분과 하우징으로 형성되고 또한 전부 또는 대부분이 원통면을 이루는 내주 벽면과 전부 또는 대부분이 원통면을 이루는 외주 벽면을 구비하고, 상기 가압겸수압 부재와 작동실 경계부재 중의 일방은, 환상 작동실을 구획하는 진출위치와 환상 작동실로부터 물러선 퇴출위치에 걸쳐서 출력축의 축심과 평행한 방향으로 왕복이동 가능한 왕복이동 경계부재로 구성되고, 이 왕복이동 경계부재를 진출위치 쪽으로 가압하는 가압수단이 설치되고, 상기 가압겸수압 부재와 작동실 경계부재 중의 타방은, 왕복이동 경계부재를 진출위치로부터 퇴출위치로 구동 가능한 제1경사면과, 이 제1경사면에 연속하여 있는 선단 슬라이딩면과, 이 선단 슬라이딩면에 연속하여 있고 왕복이동 경계부재가 퇴출위치로부터 진출위치로 복귀하는 것을 허용하는 제2경사면을 구비하는 원호형 경계부재로 구성된 것을 특징으로 하는 것이다.
[발명의 효과]
다음에 본 발명의 엔진의 작용, 효과에 대하여 설명한다.
환상 작동실은, 회전자의 적어도 한 쪽의 측벽 부분과 하우징으로 형성되어 있고, 환상 작동실은, 회전자에 설치된 적어도 1개의 가압겸수압 부재에 의하여 가스가 새지 않게 구획되고, 또한 하우징에 설치된 적어도 1개의 작동실 경계부재에 의하여 가스가 새지 않게 구획된다. 회전자가 회전할 때에, 그 가압겸수압 부재는, 작동실 경계부재와 협동하여 흡기를 압축할 수 있고 또한 연소 가스 압력을 받을 수 있다.
회전자가 회전할 때에, 왕복이동 경계부재는, 원호형 경계부재의 제1경사면, 선단 슬라이딩면, 제2경사면과 순차적으로 접촉하여 진출위치로부터 퇴출위치로 이동하고 원호형 경계부재의 통과 후에 다시 진출위치로 복귀한다.
예를 들면 가압겸수압 부재를 원호형 경계부재로 구성하고 작동실 경계부재를 왕복이동 경계부재로 구성하는 경우에는, 원호형 경계부재는, 환상 작동실의 내주 벽면과 면접촉 하는 내주측 슬라이딩면과, 환상 작동실의 외주 벽면과 면접촉 하는 외주측 슬라이딩면을 구비하고, 선단 슬라이딩면은 환상 작동실의 하우징측 환상 벽면과 면접촉 한다. 왕복이동 경계부재의 선단 슬라이딩면은, 회전자 측의 환상 벽면과 면접촉 하지만, 왕복이동 경계부재는 하우징에 대하여 원주방향으로 상대적으로 이동하지 않기 때문에, 가스가 새지 않게 씰 하는 데에 있어서 유리함과 아울러 왕복이동 경계부재가 하우징에 대하여 원주방향으로 이동하지 않도록 결합 안내하는 기구를 설치하는 것이 가능하다.
회전자의 적어도 한 쪽의 측벽 부분과 하우징으로 환상 작동실을 형성하기 때문에, 회전자의 외주의 외측으로 크게 돌출하는 부재를 없앨 수 있으므로 내연기관의 소형화를 도모할 수 있다. 원호형 경계부재도, 왕복이동 경계부재도, 환상 작동실의 벽면과 면접촉 시키는 것이 가능하기 때문에 씰 성능과 윤활성능을 확보하기 쉽다.
환상 작동실을 출력축의 축심방향에 있어서 회전자의 적어도 한 쪽의 측벽 부분과 하우징으로 형성하기 때문에, 환상 작동실의 반경을 회전자의 지름의 제약 내에서 가능한 한 크게 설정하는 것도 가능하게 된다. 그 경우에, 출력축으로부터 연소 가스 압력을 받는 가압겸수압 부재까지의 반경(이것이 크랭크 반경에 상당한다)을, 왕복이동 엔진의 크랭크 반경보다 현저하게 크게 하는 것이 가능하기 때문에 연소 가스 압력을 출력(토크, 마력)으로 변환하는 변환효율을 현저하게 높일 수 있으므로 연료 경제성에 있어서 우수한 내연기관이 된다.
예를 들면, 회전자에 1개의 원호형 경계부재를 설치하고, 하우징에 2개의 왕복이동 경계부재를 설치할 경우에, 출력축 1회전에 1회의 연소행정이 실현되고, 배기량을 4사이클 엔진의 배기량의 약1/2로 할 수 있기 때문에 엔진을 현저하게 소형화 할 수 있다. 또한 그 연소행정의 기간을 출력축의 회전각으로 약180도 또는 180도 이상의 긴 기간으로 설정할 수 있기 때문에 연소행정 기간을 길게 하여 연소성능을 현저하게 높일 수 있다. 또한 회전자의 양측에 환상 작동실을 형성하고, 1개의 회전자를 2조의 내연기관에서 공용할 수도 있으므로, 내연기관의 소형화, 고출력화를 도모하는 데에 있어서 매우 유리하다.
한편, 환상 작동실의 대부분이 회전자 내에 형성되는 경우에는, 회전자에 가압겸수압 부재로서의 왕복이동 경계부재를 설치하고, 하우징에 작동실 경계부재로서의 원호형 경계부재를 설치하는 것이 바람직하다. 이 경우에, 상기와 동일한 작용, 효과를 기대할 수 있다.
본 발명의 종속항의 구성으로서, 다음과 같은 다양한 구성을 채용하더라도 좋다.
(1)상기 환상 작동실은, 가압겸수압 부재와 작동실 경계부재를 사이에 두고 흡입 작동실과 압축 작동실과 연소 작동실과 배기 작동실을 형성 가능하도록 구성되었다.
(2)상기 회전자의 측벽 부분은, 회전자의 반경을 R로 하면 출력축의 축심으로부터 0.5R보다 큰 대경 측의 측벽 부분이다.
(3)상기 환상 작동실은, 회전자 측으로 개구하도록 하우징에 오목하게 형성되고, 또한 출력축의 축심을 포함하는 평면에 있어서 반단면의 형상이 사각형인 환상홈과, 이 환상홈의 개구단을 막는 회전자의 환상 벽면으로 구성되어 있다.
(4)상기 환상 작동실의 출력축의 축심을 포함하는 평면에 있어서 반단면의 형상은, 모서리가 원호 형상을 하는 사각형으로 형성되고, 이 환상 작동실은, 회전자에 형성된 얕은 환상홈과 하우징에 형성된 깊은 환상홈으로 구성되고, 상기 얕은 환상홈은, 출력축의 축심과 직교하는 평면상의 제1환상 벽면과, 이 제1환상 벽면의 내주측 모서리 벽면 및 외주측 모서리 벽면을 구비하고, 상기 깊은 환상홈은, 내주측 원통벽면과, 외주측 원통벽면과, 출력축의 축심과 직교하는 면 상의 제2환상 벽면과, 이 제2환상 벽면의 내주측 모서리 벽면 및 외주측 모서리 벽면을 구비한다.
(5)상기 왕복이동 경계부재가 원주방향으로 이동하지 않도록 제하면서 출력축의 축심과 평행한 방향으로 이동하는 것을 허용하는 결합안내기구를 구비하고 있다.
(6)상기 가압수단은, 상기 왕복이동 경계부재를 진출위치 쪽으로 가압하는 가스 스프링으로 구성되어 있다.
(7)상기 출력축의 축심방향에 있어서 상기 회전자의 양측에 환상 작동실을 형성하고, 이들 환상 작동실에 대응하는 가압겸수압 부재와, 작동실 경계부재를 설치한다.
(8)상기 환상 작동실은, 상기 출력축의 축심과 직교하는 평면과 평행한 벽면을 구비하고, 상기 왕복이동 경계부재의 선단측 부분에, 가스가 새지 않게 원호형 경계부재의 제1경사면과 접촉 가능한 제1슬라이딩면과, 환상 작동실에 있어서 상기 출력축의 축심과 직교하는 평면과 평행한 벽면과 가스가 새지 않게 접촉 가능한 선단 슬라이딩면과, 원호형 경계부재의 제2경사면과 가스가 새지 않게 접촉 가능한 제2슬라이딩면을 형성한다.
(9)상기 원호형 경계부재는, 상기 내주 벽면과 접촉하는 내주측 슬라이딩면과 상기 외주 벽면과 접촉하는 외주측 슬라이딩면을 구비하고, 상기 원호형 경계부재의 내주측 슬라이딩면과 외주측 슬라이딩면과 선단 슬라이딩면에는, 각각, 윤활유가 공급되는 씰 장착 홈과, 그 씰 장착 홈에 움직일 수 있게 장착된 씰부재가 설치되었다.
(10)상기 (8)에 있어서, 상기 왕복이동 경계부재는 내주측 슬라이딩면과 외주측 슬라이딩면을 구비하고, 상기 왕복이동 경계부재의 내주측 슬라이딩면과 외주측 슬라이딩면과 제1슬라이딩면과 선단 슬라이딩면과 제2슬라이딩면에는, 각각, 윤활유가 공급되는 씰 장착 홈과, 그 씰 장착 홈에 움직일 수 있게 장착된 씰부재가 설치되었다.
(11)상기 (8)에 있어서, 상기 원호형 경계부재의 제1경사면의 회전자 회전방향 리딩측 단부는 출력축의 축심과 직교하는 선상에 있고, 제1경사면은 반경확대방향을 향하여 원주방향 경사각이 점감하는 형상으로 형성되고, 상기 원호형 경계부재의 제2경사면의 회전자 회전방향 트레일링측 단부는 출력축의 축심과 직교하는 선상에 있고, 제2경사면은 반경확대방향을 향하여 원주방향 경사각이 점감하는 형상으로 형성되었다.
(12)상기 회전자에 설치된 가압겸수압 부재는 원호형 경계부재로 구성되고, 상기 하우징에, 작동실 경계부재로서, 제1왕복이동 경계부재와, 이 제1왕복이동 경계부재로부터 회전자의 회전방향으로 적어도 180도 격리된 제2왕복이동 경계부재가 설치되었다.
(13)상기 (12)에 있어서, 상기 제1왕복이동 경계부재와 대향하는 출력축 측의 하우징의 벽부 내에 부연소실이 형성되고, 상기 흡기 포트는, 하우징에 있어서 제2왕복이동 경계부재에 대하여 회전자 회전방향 리딩 측의 가까이에 형성되고, 상기 배기 포트는, 하우징에 있어서 제2왕복이동 경계부재에 대하여 회전자 회전방향 트레일링 측의 가까이에 형성되었다.
(14)상기 (13)에 있어서, 상기 가압겸수압 부재가 흡기 포트와 제1왕복이동 경계부재 사이에 있을 때에, 환상 작동실에 있어서 제2왕복이동 경계부재와 가압겸수압 부재 사이에 흡입 작동실이 형성됨과 아울러 가압겸수압 부재와 제1왕복이동 경계부재 사이에 압축 작동실이 형성되고, 상기 가압겸수압 부재가 제1왕복이동 경계부재와 배기 포트 사이에 있을 때에, 환상 작동실에 있어서 제1왕복이동 경계부재와 가압겸수압 부재 사이에 연소 작동실이 형성됨과 아울러 가압겸수압 부재와 제2왕복이동 경계부재 사이에 배기 작동실이 형성된다.
(15)상기 (14)에 있어서, 상기 연료공급수단은, 압축 작동실에 연료를 분사하는 연료 분사기를 구비한다.
(16)상기 (14)에 있어서, 상기 연료공급수단은, 상기 부연소실에 연료를 분사하는 연료 분사기를 구비한다.
(17)상기 (15)에 있어서, 상기 연료공급수단은, 연소 작동실에 연료를 추가적으로 분사하는 연료 분사기를 구비한다.
(18)상기 (14)에 있어서, 상기 압축 작동실로부터 부연소실로 통하는 유입로와, 이 유입로를 개폐 가능한 유입용 개폐 밸브와, 부연소실 내의 연소 가스를 연소 작동실로 배출하는 배출로와, 이 배출로를 개폐 가능한 배출용 개폐 밸브를 설치하였다.
(19)상기 (18)에 있어서, 상기 유입용 개폐 밸브와 배출용 개폐 밸브를 출력축의 회전과 동기하여 각각 구동시키는 복수의 밸브 구동수단을 설치하였다.
(20)상기 작동실 경계부재가 상기 왕복이동 경계부재로 구성되고, 이 왕복이동 경계부재의 내부에 부연소실이 형성되었다.
(21)상기 가압겸수압 부재는 상기 왕복이동 경계부재로 구성되고, 상기 하우징에 상기 작동실 경계부재로서 하나 또는 복합의 상기 원호형 경계부재가 설치되고, 적어도 1개의 원호형 경계부재의 내부에 부연소실이 형성되었다.
(22)상기 회전자에 가압겸수압 부재로서 1개의 상기 원호형 경계부재가 설치되고, 상기 하우징에 작동실 경계부재로서 1개의 왕복이동 경계부재가 설치되고, 상기 하우징에 있어서 왕복이동 경계부재에 대하여 회전자 회전방향 리딩 측의 가까이에 흡기 포트를 설치함과 아울러 왕복이동 경계부재에 대하여 회전자 회전방향 트레일링 측의 가까이에 배기 포트를 설치하고, 상기 흡기 포트를 개폐하는 흡기 밸브와 배기 포트를 개폐하는 배기 밸브를 설치하였다.
(23)상기 (11)에 있어서, 상기 회전자에 가압겸수압 부재로서 2개의 상기 원호형 경계부재가 회전자 회전방향으로 약180도 격리되어 설치되었다.
(24)상기 (12)에 있어서, 상기 회전자에 가압겸수압 부재로서 3개의 상기 원호형 경계부재가 원주를 3등분 하는 위치에 설치되었다.
(25)상기 회전자에 가압겸수압 부재로서 4개의 상기 원호형 경계부재가 원주를 4등분 하는 위치에 설치되고, 상기 하우징에 작동실 경계부재로서 4개의 왕복이동 경계부재가 원주를 4등분 하는 위치에 설치되고, 상기 하우징에 있어서 원주방향으로 180도 격리된 2개의 왕복이동 경계부재의 각각에 대하여, 회전자 회전방향 리딩 측의 가까이에 상기 흡기 포트가 형성됨과 아울러 회전자 회전방향 트레일링 측의 가까이에 상기 배기 포트가 형성되었다.
(26)상기 회전자의 적어도 한 쪽에 크기가 서로 다른 복수의 환상 작동실이 회전자의 반경방향에 격리시켜서 동심 모양으로 설치되고, 상기 회전자에는 각 환상 작동실을 구획하는 적어도 1개의 가압겸수압 부재가 설치되고, 하우징에는 각 환상 작동실을 구획하는 적어도 1개의 작동실 경계부재가 설치되었다.
(27)상기 연료공급수단은 부연소실에 연료를 분사하는 연료 분사기를 구비하고, 상기 부연소실 내의 혼합 기체에 압축점화에 의하여 점화하도록 구성하였다.
본 발명의 상기의 구성, 그 이외의 기본적인 구성, 변경형태, 그들의 작용, 효과에 대하여는 후술하는 실시예에 상세하게 설명한다.
도1은, 본 발명의 실시예의 로터리 엔진의 우측면도이다.
도2는 로터리 엔진의 종단 측면도이다.
도3은 회전자의 개략적인 사시도이다.
도4는 하우징의 개략적인 사시도이다.
도5는 로터리 엔진의 종단 정면도이다.
도6은, 도1의 VI-VI선 단면도이다.
도7은, 도1의 VII－VII선 단면도이다.
도8은, 원호형 경계부재와 제1왕복이동 경계부재의 동작 설명도이다.
도9는, 원호형 경계부재와 제1왕복이동 경계부재의 동작 설명도이다.
도10은, 원호형 경계부재를 포함하는 회전자의 요부 측면도이다.
도11은, 제1왕복이동 경계부재와 제1가스 스프링의 안내 케이스부의 사시도이다.
도12는, 제1왕복이동 경계부재의 선단측 부분의 사시도이다.
도13은, 제1왕복이동 경계부재의 외주측 슬라이딩면을 나타내는 단면도이다.
도14는, 부연소실과 유입로와 배출로와 제1, 제2개폐 밸브 등을 나타내는 요부의 원주방향 단면도이다.
도15는, 유입로와 제1개폐 밸브의 요부 단면도이다.
도16은, 배출로와 제2개폐 밸브의 요부 단면도이다.
도17은 로터리 엔진의 작동 설명도이다.
도18은 로터리 엔진의 작동 설명도이다.
도19는 로터리 엔진의 작동 설명도이다.
도20은 로터리 엔진의 작동 설명도이다.
도21은 로터리 엔진의 작동 설명도이다.
도22는 로터리 엔진의 작동 설명도이다.
도23은 로터리 엔진의 작동 설명도이다.
도24는 로터리 엔진의 작동 설명도이다.
도25는 로터리 엔진의 작동 설명도이다.
도26은 로터리 엔진의 작동 설명도이다.
도27은, 실시예2의 제1왕복이동 경계부재를 나타내는 것으로서 도6에 상당하는 부분도이다.
도28은, 실시예2의 제1왕복이동 경계부재와 그 주변 구조의 단면도이다.
도29는, 실시예2의 다른 제1왕복이동 경계부재를 나타내는 것으로서 도28에 상당하는 도면이다.
도30은, 실시예3의 환상 작동실을 나타내는 요부 종단 정면도이다.
도31은, 실시예3의 제1왕복이동 경계부재와 그 주변 구조의 반경방향 단면도이다.
도32는, 실시예3의 제1왕복이동 경계부재와 그 주변 구조의 원주방향 단면도이다.
도33은, 실시예4의 제1왕복이동 경계부재와 그 주변 구조의 원주방향 단면도이다.
도34는, 실시예5의 제1왕복이동 경계부재와 그 주변 구조의 원주방향 단면도이다.
도35는, 실시예6의 제1왕복이동 경계부재와 그 주변 구조의 원주방향 단면도이다.
도36은, 실시예6의 제1왕복이동 경계부재와 그 주변 구조에 있어서 축심과 직교하는 방향의 단면도이다.
도37은, 실시예6의 제1왕복이동 경계부재의 작동 설명도이다.
도38은, 실시예6의 제1왕복이동 경계부재의 작동 설명도이다.
도39는, 실시예6의 제1왕복이동 경계부재의 작동 설명도이다.
도40은, 실시예6의 제1왕복이동 경계부재의 작동 설명도이다.
도41은, 실시예6의 제1왕복이동 경계부재의 작동 설명도이다.
도42는, 실시예7의 로터리 엔진의 개략적인 단면도이다.
도43은, 실시예8의 로터리 엔진의 개략적인 단면도이다.
도44는, 실시예9의 로터리 엔진의 개략적인 단면도이다.
도45는, 실시예10의 로터리 엔진의 개략적인 단면도이다.
도46은, 실시예11의 로터리 엔진의 개략적인 단면도이다.
***도면의 주요부분에 대한 부호의 설명***
1 출력축 2 회전자
4 하우징 5 환상 작동실
6 원호형 경계부재 7, 8 제1, 제2왕복이동 경계부재
9, 10 가스 스프링 11 흡기 포트
12 배기 포트 13 부연소실
15, 16 제1, 제2개폐 밸브 18, 19 밸브 구동기구
25 환상홈 25a, 25b 내주 벽면, 외주 벽면
26 회전자의 환상 벽면 41, 43 제1, 제2경사면
42 선단 슬라이딩면 58, 59 제1, 제2슬라이딩면
본 발명은, 출력축과, 이 출력축과 상대회전이 불가능하게 연결된 회전자와, 출력축을 회전하도록 지지하는 하우징과, 회전자와 하우징으로 형성된 환상 작동실과, 회전자에 설치되어 환상 작동실을 구획하는 적어도 1개의 가압겸수압 부재와, 하우징에 설치되어 환상 작동실을 구획하는 적어도 1개의 작동실 경계부재와, 환상 작동실로 흡기를 유입하기 위한 흡기 포트와, 환상 작동실로부터 가스를 배출하기 위한 배기 포트와, 연료를 공급하는 연료공급수단을 구비하고, 흡기와 연료를 포함하는 압축상태의 혼합 기체가 점화 플러그 또는 압축점화에 의하여 점화되도록 구성된 회전 피스톤형 내연기관(이하, 로터리 엔진이라고 한다)에 관한 것이다.
특히, 본 발명의 특징적 구성은 다음과 같다.
상기 환상 작동실은, 출력축의 축심방향에 있어서 회전자의 적어도 한 쪽의 측벽 부분과 하우징으로 형성되고 또한 전부 또는 대부분이 원통면을 이루는 내주 벽면과 전부 또는 대부분이 원통면을 이루는 외주 벽면을 구비한다.
상기 가압겸수압 부재와 작동실 경계부재 중의 일방은, 환상 작동실을 구획하는 진출위치와 환상 작동실로부터 물러선 퇴출위치에 걸쳐서 출력축의 축심과 평행한 방향으로 왕복이동 가능한 왕복이동 경계부재로 구성되고, 이 왕복이동 경계부재를 진출위치 쪽으로 가압하는 가압수단이 설치되었다.
상기 가압겸수압 부재와 작동실 경계부재 중의 타방은, 왕복이동 경계 부재를 진출위치로부터 퇴출위치로 구동 가능한 제1경사면과, 이 제1경사면에 연속하여 있는 선단 슬라이딩면과, 이 선단 슬라이딩면에 연속하여 있고 왕복이동 경계부재가 퇴출위치로부터 진출위치로 복귀하는 것을 허용하는 제2경사면을 구비하는 원호형 경계부재로 구성되어 있다.
[실시예1]
실시예1의 로터리 엔진에 대하여, 도1∼도28에 의거하여 설명한다.
도1, 도2, 도5에 나타나 있는 바와 같이 이 로터리 엔진(E)은, 출력축(1)과 회전자(2)와 회전자 하우징(3)을 공용하는 2조(組)의 로터리 엔진(도5에 있어서 우측의 로터리 엔진(E1)과 좌측의 로터리 엔진(E2))을 구비하고, 이들 2조의 로터리 엔진(E1, E2)은, 출력축(1)의 축심을 지나고 또한 회전자(2)의 좌우방향의 중심을 지나는 도5에 나타내는 연직 중심선(ＣＬ)의 원주에 대하여 회전대칭의 관계에 있다. 따라서, 주로 우측의 1조의 로터리 엔진(E1)에 대하여 설명한다.
도1∼도7에 나타나 있는 바와 같이 로터리 엔진(E1)은, 출력축(1), 회전 피스톤(回轉 piston)에 상당하는 회전자(2), 이 회전자(2)의 한 쪽(도5에 있어서의 우측)에 설치된 하우징(4), 회전자 하우징(3), 회전자(2)와 하우징(4)으로 형성된 환상 작동실(5), 회전자(2)에 설치된 가압겸수압 부재로서의 원호형 경계부재(6), 하우징(4)에 설치된 작동실 경계부재로서의 제1, 제2왕복이동 경계부재(7, 8), 제1, 제2가스 스프링(9, 10), 흡기 포트(11), 배기 포트(12), 부연소실(13), 연료 분사기(14), 유입용 개폐 밸브(15) 및 배출 용 개폐 밸브(16), 점화 플래그(17), 밸브 구동기구(18, 19)(도14 참조), 베이스 프레임(20) 등을 구비하고 있다.
도1∼도7에 나타나 있는 바와 같이 출력축(1)은 회전자(2)와 2개의 하우징(4, 4)의 중심부를 관통하고 있다. 회전자(2)는 내부에 냉각수 통로(2a)를 구비하는 소정의 두께의 원형판으로 구성되고, 이 회전자(2)는 키를 통하여 출력축(1)에 연결되어 상대회전이 불가능하게 되어 있다. 회전자(2)는 출력축(1)에 직교하도록 배치되어 있다. 회전자(2)와 하우징(4) 등은 구상(球狀)의 흑연주철(黑鉛鑄鐵) 등의 고체 윤활성(固體潤滑性)이 우수한 금속재료로 구성하는 것이 바람직하지만, 기타 주강(鑄鋼) 등 다양한 금속재료 또는 세라믹스 등 비금속재료로 구성하더라도 좋다.
도1∼도3에 있어서 회전자(2)의 회전방향은 시계방향(화살표(A)의 방향)으로서, 「리딩(leading) 측」이라 함은 회전자(2)의 회전방향을 의미하고, 「트레일링(trailing) 측」이라 함은 회전자의 회전방향과 역방향을 의미한다. 특별한 한정이 없는 한, 「축심」이라고 함은 출력축(1)의 축심(C)을 의미한다.
도2, 도3에 나타나 있는 바와 같이 출력축(1)의 축심의 방향에 있어서 회전자(2)의 한 면(우측면)에는, 환상 작동실(5)을 가스가 새지 않게 구획하는 원호형 경계부재(6)가 일체적으로 형성되어 있다. 이 원호형 경계부재(6)는, 회전자(2)의 우측의 측벽 부분 중에서 대경측 측벽 부분에, 환상 작동실(5)에 대응하는 반경방향 위치에 형성되어 있다.
도2, 도4, 도5에 나타나 있는 바와 같이 환상 작동실(5)은, 흡입 작동실과 압축 작동실과 연소 작동실과 배기 작동실을 형성하기 위한 것이다. 이 환상 작동실(5)은, 하우징(4)과 회전자(2)에 의하여 출력축(1)의 축심을 중심으로 하는 고리 모양으로 형성되어 있다. 그 환상 작동실(5)은, 출력축(1)의 축심방향에 있어서 회전자(2)의 적어도 한 쪽(우측)의 측벽 부분 중에서 대경측 부분과 하우징(4)으로 형성되어 있다. 바꾸어 말하면, 환상 작동실(5)은, 회전자(2)의 적어도 한 쪽(우측)의 측벽 부분 중의 대경측 부분과 접하도록, 그 대경측 부분에 의하여 환상 작동실(5)의 벽면 중에 회전자(2) 측의 벽면을 구성하도록 형성되어 있다.
환상 작동실(5)은, 회전자(2)의 측벽 부분 중에서, 회전자(2)의 반경을 R로 하면 출력축(1)의 축심으로부터 0.5R보다 큰 대경측의 측벽 부분과 하우징(4)으로 형성되어 있다. 그것은, 출력축(1)의 축심으로부터 연소 가스 압력을 받는 원호형 경계부재(6)까지의 반경(크랭크 반경에 상당한다)을 가능한 한 크게 하여 가능한 한 큰 출력(토크, 마력)을 발생시키기 위해서이다.
도2, 도4, 도5에 나타나 있는 바와 같이 환상 작동실(5)은, 하우징(4)에 오목하게 형성되고 또한 출력축(1)의 축심을 포함하는 평면에 있어서 반단면(半斷面)의 형상이 사각형인 환상홈(25)과, 이 환상홈(25)의 개구단을 막는 회전자(2)의 환상 벽면(26)(이것은, 후술하는 제1, 제2경사면(41, 43)을 포함한다)으로 형성되어 있다. 환상홈(25)은, 전부가 상기 축심을 중심으로 하는 원통면을 이루는 내주 벽면(25a)과, 전부가 상기 축심을 중심으로 하는 원통면을 이루는 외주 벽면(25b)과, 상기 축심과 직교하는 환상 벽면(25c)을 구비한다. 환상홈(25)의 단면 형상인 사각형은, 직사각형이어도 좋고 정사각형이어도 좋다. 후술하는 연소 작동실에 있어서의 연소성능을 높이기 위하여 벽면 면적을 작게 하기 위해서는 정사각형이 바람직하지만, 제1, 제2왕복이동 경계부재(7, 8)의 진퇴 이동량을 작게 하기 위해서는 도면에 나타내는 것과 같은 직사각형이 바람직하다. 회전자(2)는 냉각수 통로를 형성하기 때문에 복수의 부재를 조합시켜서 구성하더라도 좋다.
하우징(4)은, 회전자(2) 두께의 약2배이고 회전자(2)보다 큰 직경의 원형부재로 구성되고, 출력축(1)은 하우징(4)의 중심부를 관통하고, 출력축(1)과 하우징(4) 사이에는 베어링(27)이 장착되고, 베어링(27)에는 하우징(4)의 벽부 내에 형성된 오일 통로로부터 윤활유가 공급된다. 하우징(4)은 스톱링(28)에 의하여 출력축(1)에 있어서 위치가 제한되어 있다.
하우징(4)에는 흡기 포트(11)와 배기 포트(12)가 형성되고, 하우징(4)의 내부에는 냉각수 통로(29)가 형성되고, 하우징(4)에는 냉각수 입구 포트(30)와 냉각수 출구 포트(31)도 형성되어 있다. 회전자(2)에는 베어링(32)과 씰부재(33)를 사이에 두고 회전자 하우징(3)이 외측으로부터 결합 장착되고, 하우징(4)은 회전자(2)와 회전자 하우징(3)의 측면과 면접촉 하는 상태로 장착되고, 회전자 하우징(3)과 2개의 하우징(4, 4)은, 그들의 외주 근방 부분을 관통하는 예를 들면 11개의 볼트(34)(도2 참조)에 의하여 연결되어 있 다.
도5에 나타나 있는 바와 같이, 하우징(4)에는 외부로부터 가압되는 윤활유가 공급되는 오일 통로(35)와 도면에 나타내는 것 이외의 복수의 오일 통로가 형성되고, 회전자(2)에는 오일 통로(35)에 연속하여 있는 환상 오일 통로(36)와 이 환상 오일 통로(36)에 연속하여 있는 복수의 오일 통로(37)가 형성되어 있다. 베어링(32)에는 오일 통로(37)로부터 윤활유가 공급된다.
회전자(2)와 하우징(4) 사이를 씰 하는 환상의 씰부재(38, 39, 40)는 윤활유가 공급되는 씰 장착 홈에 장착되어 있다. 이들 씰부재(38∼40)는, 내마모성과 고체 윤활성이 우수한 금속재료로 구성하는 것이 바람직하다.
도2, 도3, 도8, 도9에 나타나 있는 바와 같이 회전자(2)에 일체로 형성된 원호형 경계부재(6)는, 제1, 제2왕복이동 경계부재(7, 8)를 진출위치로부터 퇴출위치로 구동 가능한 제1경사면(41)과, 이 제1경사면(41)에 연속하여 있는 선단 슬라이딩면(42)과, 이 선단 슬라이딩면(42)에 연속하여 있고 제1, 제2왕복이동 경계부재(7, 8)가 퇴출위치로부터 진출위치로 복귀하는 것을 허용하는 제2경사면(43)을 구비한다. 제1, 제2경사면(41, 43)은 원주방향으로 선형적(linear)으로 경사져 있다. 제1경사면(41)과 선단 슬라이딩면(42)의 접속부는 매끄러운 모양으로 연속하여 있는 곡면(曲面)으로 형성되고, 이 접속부는 출력축(1)의 축심과 직교하는 선상(線上)에 있다. 선단 슬라이딩면(42)과 제2경사면(43)의 접속부는 매끄러운 모양으로 연속하여 있는 곡면 으로 형성되고, 이 접속부는 출력축(1)의 축심과 직교하는 선상에 있다. 선단 슬라이딩면(42)은 환상 벽면(25c)과 가스가 새지 않게 면접촉 한다.
도3, 도10에 나타나 있는 바와 같이 제1경사면(41)의 리딩측 단부(41a)는 출력축(1)의 축심과 직교하는 선상에 있지만, 이 단부(41a)는 꺾인 면이 아니라 곡면으로 형성되고, 제1경사면(41)은 반경확대방향을 향하여 원주방향 경사각이 선형적으로 점감(漸減)하는 형상으로 형성되고, 제2경사면(43)의 트레일링측 단부(43a)는 출력축(1)의 축심과 직교하는 선상에 있지만, 이 단부(43a)는 꺾인 면이 아니라 곡면으로 형성되고, 제2경사면(43)은 반경확대방향을 향하여 원주방향 경사각이 선형적으로 점감하는 형상으로 형성되어 있다. 제1경사면(41)의 평균적인 원주방향 경사구배(傾斜勾配)는, 예를 들면 1/5∼1/3 정도, 제2경사면(43)의 평균적인 원주방향 경사구배는, 예를 들면 1/4∼1/2 정도로 하는 것이 바람직하다. 또한 도10에 도시하는 예에서는, α>β이며, (α+β)는 약90∼100도이다. 단, α=β이어도 좋다.
단, 대형의 로터리 엔진 등에 있어서는, 필요에 따라 제1경사면(41)의 원주방향 경사구배를 1/5보다 작게 형성하고, 제2경사면(43)의 원주방향 경사구배를 1/4보다 작게 형성하더라도 좋다.
도8∼도10에 나타나 있는 바와 같이 원호형 경계부재(6)는 내주측 슬라이딩면(6a)과 외주측 슬라이딩면(6b)을 구비하고, 내주측 슬라이딩면(6a)과 외주측 슬라이딩면(6b)과 선단 슬라이딩면(42)에는, 각각, 환상 오일 통로(36) 와 오일 통로(37)로부터 윤활유가 공급되는 씰 장착 홈과, 그 씰 장착홈에 움직일 수 있게 장착된 씰부재(44∼46)가 설치되어 있다. 씰부재(44, 45)는 제1, 제2경사면(41, 43) 측의 능선 가까이에 장착되고, 선단 슬라이딩면(42)에는 2개의 씰부재(46)가 장착되고, 이들 씰부재(44∼46)는 윤활유의 압력에 의하여 진출 측으로 가압되어 있다. 또한, 이들 씰부재(44∼46)가 씰 장착 홈으로부터 이탈하지 않도록 제한하는 구조, 씰부재(44∼46)를 씰 장착 홈 내에 장착한 판 스프링에 의하여 가압하는 구조 등을 적절하게 채용하더라도 좋다.
도2, 도4, 도6에 나타나 있는 바와 같이 하우징(4)에, 제1왕복이동 경계부재(7)와, 이 제1왕복이동 경계부재(7)로부터 리딩 방향으로 약200도 격리된 제2왕복이동 경계부재(8)가 설치되어 있다. 제1, 제2왕복이동 경계부재(7, 8)는 각각, 환상 작동실(5)을 구획하는 진출위치와 환상 작동실(5)로부터 물러선 퇴출위치에 걸쳐서 출력축(1)의 축심과 평행한 방향으로 왕복이동 가능하도록 구성되고, 제1, 제2왕복이동 경계부재(7, 8)는 각각에 작용하는 가스 압력에 견딜 수 있는 강성, 강도를 구비한다. 제1왕복이동 경계부재(7)를 진출위치 쪽으로 가압하는 가압수단으로서 제1가스 스프링(9)이 설치되고, 제2왕복이동 경계부재(8)를 진출위치 쪽으로 가압하는 가압수단으로서 제2가스 스프링(10)이 설치되어 있다.
도2, 도4, 도6, 도11∼도13에 나타나 있는 바와 같이 제1왕복이동 경계부재(7)는, 하우징(4)에 형성된 안내 구멍(47)에서 가스가 새지 않게 슬라 이딩 하도록 장착되어 있다. 제1왕복이동 경계부재(7)는, 환상 작동실(5)의 내주 벽면(25a)과 가스가 새지 않게 면접촉 하는 내주측 슬라이딩면(50)과, 환상 작동실(5)의 외주 벽면(25b)과 가스가 새지 않게 면접촉 하는 외주측 슬라이딩면(51)과, 출력축(1)의 축심을 포함하는 평면 상에 위치하는 2개의 측면(52)을 구비한다. 제1왕복이동 경계부재(7)의 선단부에는, 환상 작동실(5)에 있어서 회전자(2) 측의 환상 벽면(26)과 가스가 새지 않게 면접촉 하는 선단 슬라이딩면(53)과, 원호형 경계부재(6)의 제1경사면(41)과 가스가 새지 않게 접촉 가능한 제1슬라이딩면(58)과, 원호형 경계부재(6)의 제2경사면(43)과 가스가 새지 않게 접촉 가능한 제2슬라이딩면(59)이 형성되어 있다. 제1왕복이동 경계부재(7)는, 구상의 흑연주철 등의 고체 윤활성이 우수한 금속재료로 구성되지만, 그 이외의 금속재료로 구성하더라도 좋다.
제1슬라이딩면(58)은, 제1경사면(41)과 같은 원주방향 경사각(다만, 반경확대방향을 향하여 원주방향 경사각이 선형적으로 점감한다)으로 형성되어 있다. 제2슬라이딩면(59)은, 제2경사면(43)과 같은 원주방향 경사각(다만, 반경확대방향을 향하여 원주방향 경사각이 선형적으로 점감한다)으로 형성되어 있다.
내주측 슬라이딩면(50)과 외주측 슬라이딩면(51)의 양단 근방부에는, 윤활유가 공급되는 씰 장착 홈과, 그 씰 장착 홈에 장착된 씰부재(60, 61)가 설치되고, 씰부재(60, 61)는 윤활유의 압력에 의하여 진출 측으로 가압되어 있다. 선단 슬라이딩면(53)의 리딩측 단부와 트레일링측 단부는 출력축(1)의 축심과 직교하는 선상에 있고, 선단 슬라이딩면(53)의 양단 근방부에는, 윤 활유가 공급되는 씰 장착 홈과, 그 씰 장착 홈에 움직일 수 있게 장착된 씰부재(62)가 설치되고, 씰부재(62)는 윤활유의 압력에 의하여 진출 측으로 가압되어 있다. 제1, 제2슬라이딩면(58, 59)에 형성된 윤활유가 공급되는 씰 장착 홈에는 씰부재(63, 64)가 장착되고, 씰부재(63, 64)는 윤활유의 압력에 의하여 진출 측으로 가압되어 있다.
제1왕복이동 경계부재(7)의 벽부 내에는 오일 통로(도면에 나타내는 것을 생략)가 형성되고, 그 오일 통로에는 하우징(4)의 벽부 내의 오일 통로(도면에 나타내는 것을 생략)로부터 윤활유가 공급되고, 그 윤활유가 씰 장착 홈에 공급된다. 또한 필요에 따라, 씰부재(60∼64)가 씰 장착 홈으로부터 이탈하지 않도록 제한하는 구조, 씰부재(60∼64)를 씰 홈 내에 장착한 판 스프링에 의하여 가압하는 구조 등을 적절하게 채용하더라도 좋다.
도2, 도4, 도5, 도7에 나타나 있는 바와 같이 제2왕복이동 경계부재(8)는 제1왕복이동 경계부재(7)보다 작게 형성되어 있지만, 기본적으로 제1왕복이동 경계부재(7)와 동일한 구조의 것이므로 그 상세한 설명은 생략한다. 제2왕복이동 경계부재(8)는, 가스가 새지 않게 슬라이딩 하도록 하우징(4)의 안내 구멍(48)에 장착되고, 제2왕복이동 경계부재(8)는, 제1왕복이동 경계부재(7)와 마찬가지로 내주측 슬라이딩면, 외주측 슬라이딩면, 2개의 측면, 선단 슬라이딩면, 제1슬라이딩면, 제2슬라이딩면, 씰부재 등을 구비한다.
다음에 제1왕복이동 경계부재(7)를 진출위치 쪽으로 가압하는 제1가스 스프링(9)에 대하여 설명한다. 도6에 나타나 있는 바와 같이, 제1왕복이동 경계부재(7)를 안내하는 안내 구멍(47)의 내벽부에 윤활유가 공급되는 씰 장착 홈이 형성되고, 그 씰 장착 홈에 예를 들면 4개의 씰부재(65)가 움직일 수 있게 장착되어 있다.
제1왕복이동 경계부재(7)를 가능한 한 경량화 하기 위해서, 제1왕복이동 경계부재(7)에는 회전자(2)와 반대측 단부로부터 사각형 구멍(66)이 형성되어 있다. 제1가스 스프링(9)은, 하우징(4)에 고정된 케이스(67)와, 이 케이스(67)의 내부의 가스 충전실(68)과, 케이스(67)에 일체적으로 형성되어서 상대 슬라이딩 하도록 부분적으로 사각형 구멍(66)에 삽입된 안내 케이스부(69)와, 가스가 새지 않게 슬라이딩 하도록 이 안내 케이스부(69)의 2개의 로드 구멍(70)에 장착된 2개의 로드(71)를 구비한다.
가스 충전실(68)에는, 예를 들면 4.0∼7.0ＭＰａ로 압축된 질소 가스가 충전되어 있다. 2개의 로드(71)는 가스 충전실(68)의 질소 가스의 가스 압력을 받아, 그들의 선단이 사각형 구멍(66)의 안쪽 벽과 접촉하여 제1왕복이동 경계부재(7)를 진출위치 쪽으로 강하게 가압하고 있다. 제1가스 스프링(9)은, 혼합 기체의 가스 압력이나 연소 가스 압력에 의하여 제1왕복이동 경계부재(7)에 작용하는 가압력(출력축(1)의 축심과 평행한 방향의 힘)에 저항하여 제1왕복이동 경계부재(7)를 진출위치 쪽으로 가압하기 위한 것이다. 그 때문에, 상기한 질소 가스의 가스 압력은, 상기한 가압력과, 로드(71)의 지름, 로드(71)의 수(數) 등에 의거하여 적절하게 설정한다.
가스 충전실(68)의 구조와 형상은, 도면에 나타내는 것으로 한정되는 것은 아니지만, 2개의 로드(71)가 진퇴이동 할 때의 질소 가스의 압력변동이 가능한 한 작아지도록, 가스 충전실(68)의 용적을 가능한 한 크게 설정하는 것이 바람직하다. 케이스(67)는, 제1왕복이동 경계부재(7)가 도6에 쇄선으로 나타내는 퇴출위치로 후퇴하는 것을 허용하도록 구성되고, 안내 케이스부(69)의 모서리부(角部)는 베벨링 되고, 사각형 구멍(66)의 내면과 안내 케이스부(69) 사이에 4개의 호흡 구멍(72)(도11 참조)이 형성되어 있다. 로드(71)에는 금속제 또는 비금속제의 복수의 씰부재(73)가 장착되어 있다.
또한, 상기의 사각형 구멍(66)은 도면에 나타내는 것보다 얕게 형성하더라도 좋고, 사각형 구멍(66)을 생략하여 하나 또는 복수의 로드(71)를 제1왕복이동 경계부재(7)의 단 부과 접촉시켜도 좋다. 또한 제1왕복이동 경계부재(7)에 가스 스프링의 가스 압력을 직접 작용시키는 구성으로 하더라도 좋다. 또한 제1가스 스프링(9) 대신에, 압축 스프링 또는 어큐뮬레이터에 접속된 유압 실린더에 의하여 제1왕복이동 경계부재(7)를 진출위치 쪽으로 가압하여도 좋다. 또는, 출력축(1)과 동기(同期)하는 캠기구에 의하여 제1왕복이동 경계부재(7)를 진퇴구동 하더라도 좋다.
도7에 나타나 있는 바와 같이 제2왕복이동 경계부재(8)를 진출위치 쪽으로 가압하는 제2가스 스프링(10)은, 제1가스 스프링(9)보다 어느 정도 소형이지만, 제1가스 스프링(9)과 같은 것이므로 그 상세한 설명은 생략한다. 제2가스 스프링(10)은 제1가스 스프링(9)과 마찬가지로, 케이스(74), 그 내부의 가스 충전실(75), 제2왕복이동 경계부재(8)의 사각형구멍에 부분적으로 삽입된 안내 케이스부(76), 2개의 로드(77) 등을 구비하고 있다.
다음에 흡기 포트(11), 배기 포트(12), 흡입 작동실, 압축 작동실, 연소 작동실, 배기 작동실에 대하여 설명한다. 도2에 나타나 있는 바와 같이 흡기 포트(11)는, 하우징(4)의 원주 벽부에 있어서 제2왕복이동 경계부재(8)에 대하여 리딩측 가까이에 형성되고, 배기 포트(12)는, 하우징(4)의 원주 벽부에 있어서 제2왕복이동 경계부재(8)에 대하여 트레일링측 가까이에 형성되어 있다. 또한 상기한 포트(11, 12)는 하우징(4)의 측벽부에 형성하더라도 좋다.
도17∼도26에 나타나 있는 바와 같이 원호형 경계부재(6)가 흡기 포트(11)와 제1왕복이동 경계부재(7) 사이에 있을 때에, 환상 작동실(5)에 있어서 제2왕복이동 경계부재(8)와 원호형 경계부재(6) 사이에 흡입 작동실(80)(int)이 형성되고, 원호형 경계부재(6)와 제1왕복이동 경계부재(7) 사이에 압축 작동실(81)(cmp)이 형성되고, 제1왕복이동 경계부재(7)와 제2왕복이동 경계부재(8) 사이에 배기 작동실(83)(exh)이 형성된다. 원호형 경계부재(6)가 제1왕복이동 경계부재(7)와 배기 포트(12) 사이에 있을 때에, 환상 작동실(5)에 있어서 제1왕복이동 경계부재(7)와 원호형 경계부재(6) 사이에 연소 작동실(82)(com)이 형성됨과 아울러 원호형 경계부재(6)와 제2왕복이동 경계부재(8) 사이에 배기 작동실(83)(exh)이 형성된다.
도2에 나타나 있는 바와 같이 하우징(4)에는, 압축 작동실(81)내의 압축흡기를 향하여 연료를 분사하는 연료공급수단으로서 연료 분사기(14)가 설치되어 있다. 단지, 이 연료 분사기(14) 대신에, 부연소실(13)에 연료를 분사하는 연료 분사기를 하우징(4)에 장착하더라도 좋다. 또한 상기 연료 분사기(14) 또는 부연소실(13)에 연료를 분사하는 연료 분사기에 부가하여 연소 작동실(82)에 추가적으로 연료를 분사하는 연료 분사기(14A)를 설치하여도 좋다.
다음에 부연소실(13)과 그 주변의 구조에 대하여 설명한다.
도2, 도6, 도14∼도16에 나타나 있는 바와 같이 부연소실(13)은, 제1왕복이동 경계부재(7)에 대응하는 원주방향 위치에 있어서 내주 벽면(25a)으로부터 출력축(1) 측의 하우징(4)의 벽부 내에 형성되고, 본 실시예에서는 구형(球形)의 부연소실(13)이 예시되어 있다. 압축 작동실(81) 내의 압축공기와 연료의 혼합 기체를 부연소실(13)로 유입하기 위해서, 압축 작동실(81)로부터 부연소실(13)로 통하는 유입로(91)가 하우징(4)에 형성되어 있다. 부연소실(13) 내의 연소 가스를 연소 작동실(82)로 배출하기 위한 배출로(92)가 하우징(4)에 형성되어 있다. 상기한 부연소실(13)의 용적은, 소정의 압축비(본 실시예와 같이 점화 엔진의 경우에, 예를 들면 14∼16)의 혼합 기체를 충전할 수 있도록, 흡입 작동실(80)의 용적과 관련되어 설정되어 있다. 또한, 흡입 작동실(80)의 용적은, 유입로(91)에 잔류하는 압축 혼합 기체량도 고려하여 설정된다. 또한, 부연소실(13)은, 외주 벽면(25b)보다 외주 측에 형성하는 것도 가능하다.
상기의 유입로(91)의 하류단을 개폐 가능한 유입용의 제1개폐 밸 브(15)와, 배출로(92)의 상류단을 개폐 가능한 배출용의 제2개폐 밸브(16)가 설치되어 있다. 유입로(91)는 가능한 한 작은 용적이 되도록 형성되고, 유입로(91)의 상류단의 흡입구(91a)는, 제1왕복이동 경계부재(7)의 트레일링 측 부근에 있어서 환상 작동실(5)의 내주 벽면(25a)으로 개구하고, 그 흡입구(91a)로부터 벽부 내로 만곡하여 연장되고, 그 하류단이 부연소실(13)로 개구하고, 그 하류단 개구가 제1개폐 밸브(15)에 의하여 개폐된다. 본 실시예의 제1개폐 밸브(15)는, 부연소실(90) 쪽으로 열리는 포핏 밸브(poppet valve)이다.
배출로(92)의 상류단은 부연소실(13)로 개구하고, 그 상류단 개구가 제2개폐 밸브(16)에 의하여 개폐되고, 배출로(92)는 상류단 개구로부터 만곡하여 연장되고, 그 분출구(92a)가 제1왕복이동 경계부재(7)의 리딩 측 부근에 있어서 환상 작동실(5)의 내주 벽면(25a)으로 개구하고 있다. 본 실시예의 제2개폐 밸브(16)는, 부연소실(13)의 외측으로 열리는 포핏 밸브이지만, 제1개폐 밸브(15)와 마찬가지로 부연소실(13) 쪽으로 열리는 포핏 밸브로 구성하더라도 좋다. 또한 제1, 제2개폐 밸브(15, 16)는 일례에 지나지 않고, 다양한 구조의 밸브를 채용할 수 있다.
다음에 제1, 제2개폐 밸브(15, 16)를 구동하는 밸브 구동기구(18, 19)에 대하여 설명한다. 도14에 나타나 있는 바와 같이 제1개폐 밸브(15)의 밸브축(15a)은, 하우징(4)의 벽부를 관통하여 경사지게 상방으로 연장되어 있다. 제2개폐 밸브(16)의 밸브축(16a)은, 하우징(4)의 벽부를 관통하여 경사 지게 하방으로 연장되어 있다. 또한, 제1, 제2개폐 밸브(15, 16)의 부착을 가능하게 하기 위해서, 필요에 따라 부연소실(13)의 일부와 그 주변의 하우징(4)의 벽부를 분할체(分割體)로 구성하고, 그 분할체가 볼트나 핀에 의하여 하우징(4)에 고정되는 것으로 한다.
밸브축(15a)을 구동하는 액추에이터로서, 예를 들면 고속으로 작동할 수 있는 샤프트 모터(shaft motor)(105)가 설치되고, 그 샤프트 모터(105)의 출력부재(105a)에 밸브축(15a)이 연결되어, 출력축(1)의 회전에 동기하여 샤프트 모터(105)에 의하여 제1개폐 밸브(15)가 개폐 구동된다. 마찬가지로, 밸브축(16a)을 구동하는 액추에이터로서, 예를 들면 고속으로 작동할 수 있는 샤프트 모터(106)가 설치되고, 그 샤프트 모터(106)의 출력부재(106a)에 밸브축(16a)이 연결되고, 출력축(1)의 회전에 동기하여 샤프트 모터(106)에 의하여 제2개폐 밸브(16)가 개폐 구동된다. 또한 상기한 2개의 샤프트 모터(105, 106)는 엔진을 제어하는 제어유닛(도면에 나타내는 것을 생략)에 의하여 제어된다.
상기의 밸브 구동기구(18, 19)는 일례에 지나지 않고, 다양한 밸브 구동기구를 채용할 수 있다. 부연소실(13) 형상의 관점에서 판단하여 허용되는 경우에는, 밸브축(15a, 16a)을 출력축(1)의 축심과 평행하게 배치하더라도 좋고, 그 경우에는 밸브축(15a, 16a)을 출력축(1)에 설치한 캠부재에 의하여 직접 구동할 수 있다. 또는, 출력축(1)에 연동하도록 연결한 2개의 캠축을 설치하고, 그 캠축에 의하여 구동되는 제1, 제2캠부재에 의하여 제1, 제2개폐 밸브(15, 16)를 구동하더라도 좋다. 또는, 출력축(1)과 동기하여 회전하는 2개의 전동 모터에 의하여 회전 구동되는 제1, 제2캠부재에 의하여 제1, 제2개폐 밸브(15, 16)를 구동하더라도 좋다. 또는, 2개의 솔레노이드 액추에이터(solenoid actuator)에 의하여 제1, 제2개폐 밸브(15, 16)를 각각 직접 구동하더라도 좋다.
다음에, 이상에서 설명한 로터리 엔진(E)의 작동에 대하여 설명한다.
도17∼도26은, 이 로터리 엔진(E1)의 흡입, 압축, 연소, 배기의 행정을 나타내는 설명도로서, 환상 작동실(5)을 반경방향 외측으로부터 본 상태를 나타내는 1주기에 해당하는 전개도이다. 이들 도면은, 우측의 1조의 로터리 엔진(E1)의 4행정을 나타내고 있지만, 좌측의 1조의 로터리 엔진(E2)의 4행정은, 우측의 엔진(E1)의 4행정에 대하여 출력축(1)의 회전각이 180도 늦은 것이다.
이들 도면에는, 회전자(2)에 형성된 원호형 경계부재(6), 제1, 제2왕복이동 경계부재(7, 8), 흡입구(91a), 분출구(92a), 흡기 포트(11), 배기 포트(12) 등이 도시되어 있고, 도23에 나타내는 압축행정 종료시점이 「압축 상사점(壓縮 上死點)」에 상당한다. 도면에서, 「int」는 흡기행정, 「cmp」는 압축행정, 「com」은 연소행정, 「exh」는 배기행정을 나타낸다. 엔진의 작동상태는, 도17에서부터 도26으로 순차적으로 이행하고, 도26에서 도17로 되돌아간다. 연료 분사기(14)로부터의 연료분사는 도20에서부터 도22의 사이의 적당한 타이밍에서 실행된다.
제1개폐 밸브(15)는, 도23에 나타내는 압축 상사점의 타이밍에서 닫히고, 도20의 근방의 적당한 타이밍에서 열린다. 제2개폐 밸브(16)는, 도25와 도26의 사이의 적당한 타이밍에서 열리고, 제1개폐 밸브(15)의 열림과 대략 동시에 닫힌다. 부연소실(13)의 혼합 기체에 대한 점화 플러그(17)에 의한 점화는, 예를 들면 압축 상사점과 거의 동시에 이루어진다.
도17∼도26에 나타내는 작동상태로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 회전자(2)의 회전에 의하여 흡기 포트(11)로부터 공기가 흡입되어, 그 흡기가 회전자(2)와 함께 회전하는 원호형 경계부재(6)에 의하여 압축되고, 그 압축 작동실(81) 내의 압축공기에 연료 분사기(14)로부터 연료가 분사되고, 그 혼합 기체가 부연소실(13)에 충전되고, 제1, 제2개폐 밸브(15, 16)를 닫은 상태에서 점화 플러그(17)에 의하여 점화되고, 제2개폐 밸브(16)가 열림에 따라 그 연소 가스가 분출구(92a)로부터 연소 작동실(82)로 분출하고, 연소행정에 있어서 연소 가스의 가스 압력이 원호형 경계부재(6)에 작용하여 출력축(1)을 회전구동 하는 토크가 발생한다. 배기가스는 배기행정에 있어서 배기 포트(12)로부터 배출된다. 또한 도3에 나타내는 영역(S)이 원호형 경계부재(6)가 연소 가스 압력을 받는 수압 면적에 상당한다.
다음에 상기 로터리 엔진(E)의 작용, 효과에 대하여 설명한다.
원호형 경계부재(6)의 내주측 슬라이딩면(6a)은 가스가 새지 않게 환상 작동실(5)의 내주 벽면(25a)과 면접촉 하고, 외주측 슬라이딩면(6b)은 가스가 새지 않게 환상 작동실(5)의 외주 벽면(25b)과 면접촉 하고, 선단 슬라이딩 면(42)은 가스가 새지 않게 환상 작동실(5)의 하우징측 환상 벽면(25c)과 면접촉 한다. 그 때문에 원호형 경계부재(6)에 의하여 환상 작동실(5)이 가스가 새지 않게 횡단(橫斷)으로 구획된다.
제1, 제2왕복이동 경계부재(7, 8)는, 진출위치에 있을 때 환상 작동실(5)을 가스가 새지 않게 구획한다. 회전자(2)와 함께 원호형 경계부재(6)가 회전할 때에, 제1, 제2왕복이동 경계부재(7, 8)는, 원호형 경계부재(6)의 제1경사면(41), 선단 슬라이딩면(42), 제2경사면(43)과 순차적으로 가스가 새지 않게 접촉하여 진출위치로부터 퇴출위치로 이동하고 원호형 경계부재(6)의 통과 후에 다시 진출위치로 복귀한다.
제1, 제2왕복이동 경계부재(7, 8)의 선단 슬라이딩면(53)은, 회전자(2)의 환상 벽면(26)에 있어서 축심과 직교하는 평면 상의 부분과 가스가 새지 않게 면접촉 하고, 제1, 제2왕복이동 경계부재(7, 8)의 내주측 슬라이딩면(50)은 환상 작동실(5)의 내주 벽면(25a)과 가스가 새지 않게 면접촉 하고, 외주측 슬라이딩면(51)은 외주 벽면(25b)과 가스가 새지 않게 면접촉 하고, 제1, 제2왕복이동 경계부재(7, 8)에 의하여 환상 작동실(5)이 가스가 새지 않게 횡단으로 구획된다. 제1, 제2왕복이동 경계부재(7, 8)는 하우징(4)에 대하여 회전방향으로 상대적으로 이동하지 않기 때문에, 가스가 새지 않게 씰 하는 데에 있어서 유리함과 아울러 제1, 제2왕복이동 경계부재(7, 8)가 하우징(4)에 대하여 회전방향으로 이동하지 않도록 제한하는 기구(후술하는 결합안내기구(110, 110A)를 참조)를 구비하는 것이 가능하다.
로터리 엔진(E1, E2)에 있어서는, 회전자(2)의 적어도 한 쪽의 측벽 부분에 있어서 출력축(1)으로부터 0.5R(R은 회전자(2)의 반경)보다 큰 대경 측의 측벽 부분과 하우징(4)으로 환상 작동실(5)을 형성하기 때문에, 축심방향에 있어서 회전자(2)의 측방공간을 효율적으로 활용하여 환상 작동실(5)을 형성하고, 회전자(2)의 외주의 외측에 크게 돌출하는 부재를 없앰으로써, 엔진의 전고나 전폭의 소형화를 도모할 수 있다. 원호형 경계부재(6)도, 제1, 제2왕복이동 경계부재(7, 8)도 환상 작동실(5)의 벽면과 가스가 새지 않게 면접촉 시키는 것이 가능하기 때문에 씰 성능과 윤활성능과 내구성능을 확보하는 데에 있어서 유리하다.
환상 작동실(5)을 회전자(2)의 측벽 부분에 있어서 대경측 부분에 위치하도록 형성하기 때문에, 출력축(1)의 축심으로부터 연소 가스 압력을 받는 가압겸수압 부재(원호형 경계부재(6))까지의 회전반경(이것이 크랭크 반경에 상당한다)을, 동일한 배기량의 레시프로형(recipro型) 엔진의 크랭크 반경보다 현저하게 크게 할 수 있다. 또한 항상, 상기한 큰 회전반경을 통하여 연소 가스 압력을 출력 토크로 변환할 수 있기 때문에 연소 가스 압력을 출력(토크, 마력)으로 변환하는 변환효율을 대폭적으로 높일 수 있으므로 연료 경제성이 우수한 내연기관이 된다.
로터리 엔진(E1)에 있어서는, 회전자(2)의 한 쪽에 1개의 원호형 경계부재(6)를 설치하고 하우징(4)에 제1, 제2왕복이동 경계부재(7, 8)를 설치하기 때문에, 출력축 1회전에 1회의 연소행정을 실현할 수 있기 때문에 배기량 을 동일한 출력의 4사이클 엔진의 배기량의 약 반 정도로 할 수 있으므로 엔진을 소형화 할 수 있다. 예를 들면 환상 작동실(5)에 대하여, 내측반경 17cm, 외측반경 23cm, 출력축(1)의 축심방향의 두께를 4cm, 흡입 작동실(80)의 원주방향 길이를 105도의 원호 길이로 하면, 흡입 작동실(80)의 용적은 약750cc가 되어 배기량 1500cc의 4사이클 엔진에 상당한다. 또한 회전자(2)의 양측에 2조의 환상 작동실(5)이 있기 때문에, 배기량 3000cc의 4사이클 엔진에 상당한다. 단지, 유입로(91)에 압축 혼합 기체가 잔류하기 때문에, 실제로는 내측반경 18cm, 외측반경 24cm 정도가 될 가능성이 있다.
또한 연소행정의 기간을 출력축의 180∼200도 또는 200도 이상의 긴 기간으로 할 수 있기 때문에, 연소행정을 4사이클 엔진의 연소행정의 기간보다 길게 하여 연소성능을 높일 수 있다. 또한 회전자(2)의 양측에 환상 작동실(5)을 형성하고, 1개의 회전자(2)를 2조의 엔진(E1, E2)에서 공용하기 때문에 엔진의 소형화, 고출력화를 도모하는 데에 있어서 매우 유리하여, 엔진의 저회전 속도화를 도모하는 데에 있어서도 유리하다.
다음에 상기의 로터리 엔진(E)의 구조를 부분적으로 변경한 예에 대하여 설명한다.
[실시예2]
도27, 도28에 나타나 있는 바와 같이 제1왕복이동 경계부재(7A)에는, 압축 작동실의 압축 혼합 기체의 가스 압력이 원주방향으로 작용하고, 연소 작동실의 연소 가스의 가스 압력이 원주방향으로 작용한다. 거기에서, 제1왕 복이동 경계부재(7A)가 원주방향으로 이동하지 않도록 제한하고 또한 출력축(1)의 축심과 평행한 방향으로 이동하는 것을 허용하는 결합안내기구(110)가 구비되어 있다. 이 결합안내기구(110)는, 결합 볼록부(111, 112)와, 이들 결합 볼록부(111, 112)가 각각 원주방향으로 이동하지 않으면서 축심방향으로 슬라이딩 하도록 결합하는 결합홈(111a, 112a)으로 구성되어 있다.
결합 볼록부(111, 112)는, 제1왕복이동 경계부재(7)의 내주측 슬라이딩면(50)과 외주측 슬라이딩면(51)의 폭방향 중앙부에 출력축(1)의 축심과 평행하게 각각 돌출하도록 형성되고, 결합홈(111a, 112a)은, 환상 작동실(5)의 내주 벽면(25a)과 외주 벽면(25b)에 각각 오목하게 형성되어 있다. 제1왕복이동 경계부재(7A)에 원주방향으로부터 작용하는 가스 압력을, 상기한 결합안내기구(110)로 지지할 수 있기 때문에 제1왕복이동 경계부재(7A)의 하중조건이 완화되어 원주방향에 대한 탄성변형을 방지할 수 있고, 제1왕복이동 경계부재(7A)의 왕복운동이 원활해지고 또한 제1왕복이동 경계부재(7A)의 소형화가 가능하게 된다. 또한, 한 쪽(내주측 또는 외주측)의 결합 볼록부와 결합홈은 생략 가능하고, 결합 볼록부(111, 112) 대신에 키 부재를 채용하더라도 좋다.
도29에 나타내는 결합안내기구(110A)는, 상기한 결합안내기구(110)와 동일한 목적의 것이다. 이 결합안내기구(110A)에 있어서는, 제1왕복이동 경계부재(7B)의 내주측 부분과 외주측 부분에 원주방향 전폭에 걸치는 결합 볼 록부(113, 114)가 형성되고, 환상 작동실(5)의 내주 벽부(25a)와 외주 벽부(25b)에 결합 볼록부(113, 114)가 각각 원주방향으로 이동하지 않으면서 축심방향으로 슬라이딩 하도록 결합하는 결합홈(113a, 114a)이 형성되어 있다. 여기에서 한 쪽(내주측 또는 외주측)의 결합 볼록부와 결합홈은 생략할 수 있다. 또한 이러한 구조의 경우에, 환상 작동실(5)의 내주 벽면(25a)과 외주 벽면(25b)은 대부분이 원통면으로 이루어지는 벽면이 된다. 제2왕복이동 경계부재(8)를 위하여, 상기의 결합안내기구(110, 110A)와 동일한 결합안내기구를 구비하여도 좋다.
[실시예3]
상기 실시예와 같이, 환상 작동실(5A)의 반단면의 단면 형상이 사각형일 경우에, 환상 작동실(5A)에서 연소 작동실의 모서리부에 있어서의 혼합 기체의 연소성이 저하될 우려가 있다. 따라서 도30∼도32에 나타나 있는 바와 같이 환상 작동실(5A)에 있어서 출력축(1)의 축심을 포함하는 평면에 있어서의 반단면의 형상은, 모서리를 원호 형상으로 하는 사각형으로 형성되고, 이 환상 작동실(5A)은, 회전자(2A)에 형성된 얕은 환상홈(115)과 하우징(4A)에 형성된 깊은 환상홈(120)으로 구성되어 있다.
얕은 환상홈(115)은, 출력축(1)의 축심과 직교하는 평면 상의 제1환상 벽면(116)과, 이 제1환상 벽면(116)의 내주측의 모서리 벽면(117)과 외주측의 모서리 벽면(118)을 구비한다. 깊은 환상홈(120)은, 내주측 원통벽면(121)과, 외주측 원통벽면(122)과, 출력축(1)의 축심과 직교하는 평면 상의 제2환상 벽면(123)과, 이 제2환상 벽면(123)의 내주측의 모서리 벽면(124)과 외주측의 모서리 벽면(125)을 구비한다.
도31, 도32에 나타나 있는 바와 같이 제1왕복이동 경계부재(7C)의 원주방향의 폭이 확대되고, 이 제1왕복이동 경계부재(7C)를 위하여, 상기의 결합안내기구(110A)와 동일한 결합안내기구가 구비되어 있다. 제1왕복이동 경계부재(7C)의 선단 부분은, 얕은 환상홈(115)을 구획하는 단면 형상으로 형성되어 있다. 제1, 제2접촉면(58A, 59A)의 폭이 확대되고, 제1, 제2접촉면(58A, 59A)에는 깊은 환상홈(120)의 내주측 원통벽면(121)으로부터 외주측 원통벽면(122)까지 연장되는 씰 장착 홈과 씰부재(63A, 64A)가 설치되어 있다.
또한, 실선(126)은, 회전자(2A)와 하우징(4A)의 경계선, 쇄선(127)은 둥근 형상을 하는 모서리 벽면(124, 125)의 끝을 나타내는 선이다. 또한 이 환상 작동실(5A)의 경우에, 환상 작동실(5A)의 내주 벽면의 대부분이 원통면이 되고, 외주 벽면의 대부분이 원통면이 된다. 또한 제1, 제2접촉면(58A, 59A)의 폭을 확대하는 대신에, 제1, 제2경사면(41, 43)에 제1왕복이동 경계부재(7C)의 선단 부분과 가스가 새지 않게 접촉하는 얕은 오목부를 형성하더라도 좋다.
[실시예4]
도33에 나타나 있는 바와 같이 제1왕복이동 경계부재(7D)가 하우징(4)으로 진퇴하도록 장착되고, 이 제1왕복이동 경계부재(7D)의 내부에 부연소실(13A)이 형성되고, 제1왕복이동 경계부재(7D)의 트레일링측 벽부에는 압축 작동실(81)을 부연소실(13A)과 통하게 하는 평평한 유입로(130)가 형성되고, 제1왕복이동 경계부재(7D)의 리딩측 벽부에는 부연소실(13A)을 연소 작동실과 통하게 하는 평평한 배출로(131)가 형성되어 있다.
제1왕복이동 경계부재(7D)에는, 평평한 유입로(130)를 개폐하는 로터리 밸브(132)와 평평한 배출로(131)를 개폐하는 로터리 밸브(133)가 회전 가능하게 장착되고, 로터리 밸브(132, 133)는, 각각, 액추에이터(도면에 나타내는 것을 생략)에 의하여 90도 회전 구동되어서, 출력축(1)의 회전과 동기하여 유입로(130)와 배출로(131)를 개폐한다. 또한 부연소실(13A)의 압축 혼합 기체에 점화하는 점화 플러그(17)도 설치되어 있다. 이 유입로(130)는 평평하고 길이도 짧으므로, 유입로(130)의 용적을 작게 형성할 수 있기 때문에 소형의 로터리 엔진에 바람직하다. 또한, 로터리 밸브(132, 133)를 축방향으로 이동시킴으로써 유입로(130)와 배출로(131)를 개폐하는 구성으로 하더라도 좋다.
[실시예5]
환상 작동실(5)을 형성하는 상기의 환상홈(25)과 동일한 환상홈(140)으로서 하우징(4Ｂ) 측으로 개방되는 형상의 환상홈(140)이 회전자(2B)에 형성되고, 회전자(2B)에는 가압겸수압 부재로서 왕복이동 경계부재(7R)가 설치되고, 도34에 나타나 있는 바와 같이, 하우징(4B)에 작동실 경계부재로서 하나 또는 복수의 원호형 경계부재(6A)가 일체적으로 형성되고, 적어도 1개의 원호형 경계부재(6A)의 내부에 부연소실(13B)이 형성된다. 원호형 경계부 재(6A)의 트레일링측 벽부에는 압축 작동실을 부연소실(13B)과 통하게 하는 평평한 유입로(141)가 형성되고, 원호형 경계부재(6A)의 리딩측 벽부에는 부연소실(13B)을 연소 작동실과 통하게 하는 평평한 배출로(142)가 형성되어 있다.
원호형 경계부재(6A)에는 유입로(141)를 개폐하는 로터리 밸브(143)와 배출로(142)를 개폐하는 로터리 밸브(144)가 회전 가능하게 장착되고, 로터리 밸브(143, 144)는 각각, 액추에이터(도면에 나타내는 것을 생략)에 의하여 90도 회전 구동되어서 출력축(1)의 회전과 동기하여 유입로(141)와 배출로(142)를 개폐한다. 또한 부연소실(13B)의 압축 혼합 기체에 점화하는 점화 플러그(17)도 설치되어 있다. 이 유입로(141)는 평평하고 길이도 짧으므로, 유입로(141)의 용적을 작게 할 수 있기 때문에 소형의 로터리 엔진에 바람직하다. 또한 로터리 밸브(143, 144)를 축방향으로 이동시킴으로써 유입로(141)와 배출로(142)를 개폐하는 구성으로 하더라도 좋다. 또한 필요에 따라, 회전자(2B)의 외측을 덮는 케이스 부재 또는 하우징 부재를 설치하여도 좋다.
[실시예6]
도35∼도36에 나타나 있는 바와 같이 이 로터리 엔진의 경우에, 제1왕복이동 경계부재(150)가 제1, 제2경계부재(151, 152)로 구성되어 있다. 제1, 제2경계부재(151, 152)를 위한 결합안내기구(156, 157)가 구비되고, 제1경계부재(151)의 내부에 구형(球形)을 부분적으로 제거한 부연소실(13C)이 형성되 고, 이 부연소실(13C)은 제1경계부재(151)의 리딩측 면으로 개방되고, 제2경계부재(152)가 제1경계부재(151)의 리딩측 면에 밀착된 형상으로 설치되어서 부연소실(13C)의 개구를 개폐 가능하도록 구성되어 있다.
압축 작동실(81)로부터 압축상태의 혼합 기체를 부연소실(13C)로 유입하는 평평한 유입로(153)가 형성되고, 이 유입로(153)를 개폐하는 로터리 밸브(154)가 제1경계부재(151)에 설치되고, 이 로터리 밸브(154)가 제1경계부재(151)에 부착된 액추에이터(도면에 나타내는 것을 생략)에 의하여 90도 회전되어서 유입로(153)가 개폐된다. 제1경계부재(151)에는, 부연소실(13Ｃ) 내의 혼합 기체에 점화하는 점화 플러그(17)와, 부연소실(13C)의 개구의 외주측을 씰 하는 환상의 씰부재(155)가 설치되어 있다.
제1경계부재(151)는 가스 스프링 또는 금속제의 스프링(도면에 나타내는 것을 생략)에 의하여 진출위치 쪽으로 가압되고, 제2경계부재(152)는 출력축(1)에 연동된 캠기구(도면에 나타내는 것을 생략)에 의하여 출력축(1)의 회전에 동기하여 진퇴 구동된다. 도37∼도41에 제1, 제2경계부재(151, 152)의 작동상태가 도시되어 있어, 도37의 상태를 거쳐서 압축 작동실로부터 부연소실(13C)에 혼합 기체가 충전되어, 도38의 상태에서 압축 상사점 위치가 되고, 도39의 상태일 때에 점화 플러그(17)에 의하여 점화되고, 도40, 도41의 상태에 있어서 부연소실(13C)로부터 연소 가스가 연소 작동실로 분출된다.
이러한 제1왕복이동 경계부재(150)에 의하면, 유입로(153)의 용적을 매 우 작게 할 수 있고, 부연소실(13C)로부터 연소 작동실로 연소 가스를 분출시키는 것이 가능하기 때문에 소형의 엔진에 바람직하다.
또한, 상기 로터리 밸브를 생략하고, 제1경계부재(151)의 트레일링 측에도 제2경계부재(152)와 동일한 제3경계부재를 설치하고, 캠기구에 의하여 진퇴구동 되는 제3경계부재에 의하여 유입로(153)를 개폐하도록 구성하더라도 좋다.
[실시예7]
도42에 나타내는 로터리 엔진(ＥＡ)에 있어서는, 회전자(2)에 가압겸수압 부재로서 환상 작동실(5)을 구획하는 원호형 경계부재(6)가 설치되고, 하우징(4C)에는 작동실 경계부재로서 1개의 왕복이동 경계부재(7E)와 이것에 대응하는 부연소실이 형성되고, 상기 제2왕복이동 경계부재(8)가 생략되어 있다. 하우징(4C)에 있어서, 왕복이동 경계부재(7E)에 대하여 리딩 측 가까이에 흡기 포트(11)가 형성됨과 아울러 왕복이동 경계부재(7E)에 대하여 트레일링측 가까이에 배기 포트(12)가 형성된다. 흡기 포트(11)를 개폐하는 흡기 밸브(도면에 나타내는 것을 생략)와, 배기 포트(12)를 개폐하는 배기 밸브(도면에 나타내는 것을 생략)도 설치되어 있다.
이러한 로터리 엔진(ＥＡ)에서는, 흡기 밸브와 배기 밸브를 출력축(1)의 회전에 동기시켜서 적절하게 개폐제어 함으로써 출력축(1)이 4회전 할 때마다 2회의 연소행정이 가능하고, 회전자의 양측에 2조의 엔진을 장착하는 경우에는 출력축(1)이 4회전 할 때마다 4회의 연소행정이 가능하다. 연소 행정의 기간이 출력축(1)의 회전각으로 360도가 되므로, 충분한 연소 기간을 가져 연소성능을 현저하게 높일 수 있다.
[실시예8]
도43에 나타내는 로터리 엔진(EB)에 있어서는, 도42의 엔진에 있어서 왕복이동 경계부재(7E)와 흡기 포트(11)와 배기 포트(12)에 대하여 축심을 중심으로 하여 회전대칭의 관계가 되도록, 환상 작동실(5)을 구획하는 왕복이동 경계부재(7F)와 이것에 대응하는 부연소실과 흡기 포트(11A)와 배기 포트(12A)를 하우징(4D)에 더 형성하고, 그 흡기 포트(11A)를 개폐하는 흡기 밸브와 배기 포트(12A)를 개폐하는 배기 밸브도 설치되어 있다.
이러한 엔진(ＥＢ)에 있어서는, 2조의 흡기 밸브와 배기 밸브를 출력축(1)의 회전에 동기시켜서 적당하게 개폐제어 함으로써 출력축(1)이 2회전 할 때마다 4회의 연소행정이 가능하고, 회전자의 양측에 2조의 엔진을 장착하는 경우에는, 출력축(1)이 2회전 할 때마다 8회의 연소행정이 가능하다.
도44에 나타내는 로터리 엔진(ＥＣ)은, 상기 로터리 엔진(E)과 마찬가지로 하우징(4E)에 장착되어 환상 작동실(5)을 구획하는 제1, 제2왕복이동 경계부재(7, 8)를 구비하고, 회전자에는 가압겸수압 부재로서 2개의 원호형 경계부재(6, 6)가 회전자 회전방향으로 약180도 격리되어 설치되고 있다. 이 엔진(ＥＣ)에서는, 출력축(1)이 1회전 하는 사이에 2회 점화되어, 출력축(1)이 180도 회전할 때마다 연소행정이 발생한다. 그 때문에 엔진의 소 형화를 도모할 수 있고, 배기량에 여유를 갖게 하고, 엔진을 저회전 속도로 운전할 수 있기 때문에 연소성능을 향상시키는 것도 가능하다.
[실시예10]
도45에 나타내는 로터리 엔진(ＥＤ)은, 중형 또는 대형의 선박용 엔진 등 저회전 속도로 운전되는 중형 또는 대형의 엔진에 적합하다. 이 엔진(ＥＤ)은, 상기 로터리 엔진(E)과 마찬가지로, 하우징(4F)에 장착되어 환상 작동실(5)을 구획하는 제1, 제2왕복이동 경계부재(7, 8)를 구비하고, 하우징(4F)에는 제1왕복이동 경계부재(7)의 리딩 측 약120도의 위치에 추가적인 배기 포트(160)도 형성되어 있다. 제1왕복이동 경계부재(7)의 근방 위치에는 부연소실도 형성되어 있다.
회전자에는 가압겸수압 부재로서 3개의 원호형 경계부재(6, 6, 6)가 원주를 3등분 하는 위치에 설치되어 있다. 이 엔진(ＥＤ)에서는, 회전자가 1회전 하는 사이에 3회 점화되어, 출력축(1)이 120도 회전할 때마다 연소행정이 발생한다. 회전자의 양측에 2조의 엔진을 설치하는 경우에는, 출력축(1)이 60도 회전할 때마다 연소행정이 발생한다. 그 때문에 엔진의 소형화를 도모할 수 있다. 배기량에 여유를 갖게 하고, 엔진을 저회전 속도로 운전할 수 있기 때문에 연소성능을 향상시키는 것도 가능하다.
[실시예11]
도46에 나타내는 로터리 엔진(EE)은, 선박용 엔진 등 저회전 속도로 운전되는 중형 또는 대형의 엔진에 적합한 엔진이다. 하우징(4G)에 환상 작동실(5)을 구획하는 작동실 경계부재로서 4개의 왕복이동 경계부재(7, 8)가 원주를 4등분 하는 위치에 설치되고, 회전자에 가압겸수압 부재로서 4개의 원호형 경계부재(6)가 원주를 4등분 하는 위치에 설치되어 있다.
하우징(4G)에 있어서 원주방향으로 180도 격리된 2개의 왕복이동 경계부재(8)의 각각에 대하여, 회전자 회전방향 리딩 측 가까이에 흡기 포트(11)가 형성됨과 아울러 회전자 회전방향 트레일링 측 가까이에 배기 포트(12)가 형성되어 있다. 2개의 왕복이동 경계부재(8)의 각각의 근방부에 부연소실이 형성되어 있다.
이러한 엔진(ＥＥ)에 있어서는, 출력축(1)이 90도 회전할 때마다 2개의 부연소실에서 점화가 되어서 2회의 연소행정이 발생하기 때문에, 출력축(1)이 1회전 하는 사이에 8회의 연소행정이 발생한다. 그 때문에, 로터리 엔진(EE)을 현저하게 소형으로 할 수 있다.
한편, 도면에 쇄선으로 나타내는 바와 같이, 환상 작동실(5)의 내주측에 환상 작동실(5A)을 형성하고, 외측의 환상 작동실(5)과 마찬가지로 복수의 왕복이동 경계부재와, 복수의 원호형 경계부재와, 복수의 부연소실과, 2조의 흡기 포트 및 배기 포트 등을 설치함으로써, 회전자와 하우징의 스페이스를 효율적으로 활용하여 다른 1조의 엔진을 추가적으로 구성할 수도 있다. 또한 이 환상 작동실(5A)을 위한 2조의 흡기 포트 및 배기 포트는 하우징(4G)의 우측 벽에 형성할 수 있다. 이와 같이 회전자의 한 쪽에 2조의 엔진을 구성함으로써 엔진을 한층 더 소형화할 수 있다. 또한 회전 자의 양측에 4조의 엔진을 구성할 수도 있다. 그 때문에, 이 엔진(ＥＥ)은 대형의 선박용 엔진 등에 바람직하다.
[실시예12]
이상 설명한 로터리 엔진은, 점화 플러그에 의하여 혼합 기체에 점화하는 점화 엔진을 예로 하여 설명했지만, 본 발명의 로터리 엔진은, 부연소실의 압축공기에 연료를 분사하고 압축점화에 의하여 점화하는 형식의 디젤 엔진(diesel engine)에도 적용이 가능하다. 단, 이 디젤 엔진의 경우에는, 압축비를 약22 정도까지 크게 하는 것으로 한다.
본 발명의 로터리 엔진은, 중유, 경유, 휘발유, 에탄올, ＬＰＧ, 천연 가스, 수소 가스 등 다양한 재료를 연료로 하는 엔진(차량용 엔진, 건설기계용 엔진, 농업기계용 엔진, 다양한 산업용 엔진, 다양한 배기량의 선박용 엔진 등 다양한 용도의 엔진), 소배기량∼대배기량의 엔진에 적용할 수 있다.

Claims (28)

  1. 출력축(出力軸)과, 이 출력축과 상대회전(相對回轉)이 불가능하게 연결된 회전자(回轉子; rotor)와, 출력축을 회전하도록 지지하는 하우징(housing)과, 회전자와 하우징으로 형성된 환상 작동실(環狀作動室)과, 회전자에 설치되어 환상 작동실을 구획(區劃)하는 적어도 1개의 가압겸수압 부재(加壓兼受壓部材)와, 하우징에 설치되어 환상 작동실을 구획하는 적어도 1개의 작동실 경계부재(作動室境界部材)와, 환상 작동실에 흡기(吸氣)를 유입(流入)하기 위한 흡기 포트(吸氣port)와, 환상 작동실로부터 가스를 배출하기 위한 배기 포트(排氣port)와, 연료를 공급하는 연료공급수단(燃料供給手段)을 구비하고, 압축상태의 혼합 기체(混合氣體)에 점화 플러그 또는 압축점화(壓縮點火)에 의하여 점화하도록 구성된 회전 피스톤형 내연기관(回轉piston型 內燃機關)에 있어서,
    상기 환상 작동실은, 출력축의 축심방향에 있어서 회전자의 적어도 한 쪽의 측벽 부분(側壁部分)과 하우징으로 형성되고 또한 전부 또는 대부분이 원통면(圓筒面을) 이루는 내주 벽면(內周壁面)과 전부 또는 대부분이 원통면을 이루는 외주 벽면(外周壁面)을 구비하고,
    상기 가압겸수압 부재와 작동실 경계부재 중의 일방(一方)은, 환상 작동실을 구획하는 진출위치(進出位置)와 환상 작동실로부터 물러선 퇴출위치(退出位置)에 걸쳐서 출력축의 축심과 평행한 방향으로 왕복이동 가능한 왕복이동 경계부재(往復移動境界部材)로 구성되고,
    이 왕복이동 경계부재를 진출위치 쪽으로 가압하는 가압수단(加壓手段)이 설치되고,
    상기 가압겸수압 부재와 작동실 경계부재 중의 타방(他方)은, 왕복이동 경계부재를 진출위치로부터 퇴출위치로 구동 가능한 제1경사면(第1傾斜面)과, 이 제1경사면에 연속(連續)하여 있는 선단 슬라이딩면(先端sliding面)과, 이 선단 슬라이딩면에 연속하여 있고 왕복이동 경계부재가 퇴출위치로부터 진출위치로 복귀하는 것을 허용하는 제2경사면을 구비하는 원호형 경계부재(圓弧型境界部材)로 구성되는 것을 특징으로 하는 회전 피스톤형 내연기관.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 환상 작동실은, 가압겸수압 부재와 작동실 경계부재를 사이에 두고 흡입 작동실과 압축 작동실과 연소 작동실과 배기 작동실을 형성 가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는 회전 피스톤형 내연기관.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 회전자의 측벽 부분은, 회전자의 반경(半徑)을 R로 하면 출력축의 축심(軸心)으로부터 0.5R보다 큰 대경(大徑) 측의 측벽 부분인 것을 특 징으로 하는 회전 피스톤형 내연기관.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 환상 작동실은, 회전자 측으로 개구(開口)하도록 하우징에 오목하게 형성되고, 또한 출력축의 축심을 포함하는 평면에 있어서 반단면(半斷面)의 형상이 사각형인 환상홈(環狀홈)과, 이 환상홈의 개구단(開口端)을 막는 회전자의 환상 벽면(環狀壁面)으로 구성된 것을 특징으로 하는 회전 피스톤형 내연기관.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 환상 작동실의 출력축의 축심을 포함하는 평면에 있어서 반단면의 형상은, 모서리가 원호 형상을 하는 사각형으로 형성되고, 이 환상 작동실은, 회전자에 형성된 얕은 환상홈과 하우징에 형성된 깊은 환상홈으로 구성되고,
    상기 얕은 환상홈은, 출력축의 축심과 직교(直交)하는 평면상의 제1환상 벽면(第1環狀壁面)과, 이 제1환상 벽면의 내주측 모서리 벽면(內周側 角部壁面) 및 외주측 모서리 벽면(外周側 角部壁面)을 구비하고,
    상기 깊은 환상홈은, 내주측 원통벽면과, 외주측 원통벽면과, 출력축의 축심과 직교하는 평면상의 제2환상 벽면과, 이 제2환상 벽면의 내주측 모서리 벽면 및 외주측 모서리 벽면을 구비하는 것을
    특징으로 하는 회전 피스톤형 내연기관.
  6. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 왕복이동 경계부재가 원주방향으로 이동하지 않도록 제한하면서 출력축의 축심과 평행한 방향으로 이동하는 것을 허용하는 결합안내기구(結合案內機構)를 구비한 것을 특징으로 하는 회전 피스톤형 내연기관.
  7. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 가압수단은, 상기 왕복이동 경계부재를 진출위치 쪽으로 가압하는 가스 스프링(gas spring)으로 구성된 것을 특징으로 하는 회전 피스톤형 내연기관.
  8. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 출력축의 축심방향에 있어서 상기 회전자의 양측에 환상 작동실을 형성하고, 이들 환상 작동실에 대응하는 가압겸수압 부재와, 작동실 경계 부재를 설치한 것을 특징으로 하는 회전 피스톤형 내연기관.
  9. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 환상 작동실은, 상기 출력축의 축심과 직교하는 평면과 평행한 벽면을 구비하고,
    상기 왕복이동 경계부재의 선단측 부분에, 원호형 경계부재의 제1경사면과 가스가 새지 않게 접촉 가능한 제1슬라이딩면과, 환상 작동실에 있어서 상기 출력축의 축심과 직교하는 평면과 평행한 벽면과 가스가 새지 않게 접촉 가능한 선단 슬라이딩면과, 원호형 경계부재의 제2경사면과 가스가 새지 않게 접촉 가능한 제2슬라이딩면을 형성하는 것을
    특징으로 하는 회전 피스톤형 내연기관.
  10. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 원호형 경계부재는, 상기 내주 벽면과 접촉하는 내주측 슬라이딩면과 상기 외주 벽면과 접촉하는 외주측 슬라이딩면을 구비하고, 상기 원호형 경계부재의 내주측 슬라이딩면과 외주측 슬라이딩면과 선단 슬라이딩면에는, 각각, 윤활유가 공급되는 씰 장착 홈과, 그 씰 장착 홈에 움직일 수 있게 장착된 씰부재가 설치된 것을 특징으로 하는 회전 피스톤형 내연기관.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 왕복이동 경계부재는 내주측 슬라이딩면과 외주슬라이딩면을 구비하고, 상기 왕복이동 경계부재의 내주측 슬라이딩면과 외주측 슬라이딩면과 제1슬라이딩면과 선단 슬라이딩면과 제2슬라이딩면에는, 각각, 윤활유가 공급되는 씰 장착 홈과, 그 씰 장착 홈에 움직일 수 있게 장착된 씰부재가 설치된 것을 특징으로 하는 회전 피스톤형 내연기관.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 원호형 경계부재의 제1경사면의 회전자 회전방향 리딩측 단부는 출력축의 축심과 직교하는 선상에 있고, 제1경사면은 반경확대방향을 향하여 원주방향 경사각이 점감(漸減)하는 형상으로 형성되고, 상기 원호형 경계부재의 제2경사면의 회전자 회전방향 트레일링측 단부는 출력축의 축심과 직교하는 선상에 있고, 제2경사면은 반경확대방향을 향하여 원주방향 경사각이 점감하는 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 회전 피스톤형 내연기관.
  13. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전자에 설치된 가압겸수압 부재는 상기 원호형 경계부재로 구성되고, 상기 하우징에, 작동실 경계부재로서, 제1왕복이동 경계부재와, 이 제1왕복이동 경계부재로부터 회전자의 회전방향으로 적어도 180도 격리된 제2왕복이동 경계부재가 설치된 것을 특징으로 하는 회전 피스톤형 내연기관.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1왕복이동 경계부재와 대향하는 출력축 측의 하우징의 벽부 내에 부연소실(副燃燒室)이 형성되고, 상기 흡기 포트는, 하우징에 있어서 제2왕복이동 경계부재에 대하여 회전자 회전방향 리딩 측의 가까이에 형성되고, 상기 배기 포트는, 하우징에 있어서 제2왕복이동 경계부재에 대하여 회전자 회전방향 트레일링 측의 가까이에 형성된 것을 특징으로 하는 회전 피스톤형 내연기관.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 가압겸수압 부재가 흡기 포트와 제1왕복이동 경계부재의 사이에 있을 때에, 환상 작동실에 있어서 제2왕복이동 경계부재와 가압겸수압 부재 사이에 흡입 작동실이 형성됨과 아울러 가압겸수압 부재와 제1왕복이동 경계부재 사이에 압축 작동실이 형성되고,
    상기 가압겸수압 부재가 제1왕복이동 경계부재와 배기 포트 사이에 있을 때에, 환상 작동실에 있어서 제1왕복이동 경계부재와 가압겸수압 부재 사이에 연소 작동실이 형성됨과 아울러 가압겸수압 부재와 제2왕복이동 경계부재 사이에 배기 작동실이 형성되는 것을 특징으로 하는 회전 피스톤형 내연기관.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 연료공급수단은 압축 작동실에 연료를 분사하는 연료 분사기(燃料噴射器)를 구비하고, 상기 부연소실 내의 혼합 기체에 점화하는 점화 플러그를 설치한 것을 특징으로 하는 회전 피스톤형 내연기관.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 연료공급수단은, 상기 부연소실에 연료를 분사하는 연료 분사기를 구비하는 것을 특징으로 하는 회전 피스톤형 내연기관.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 연료공급수단은, 연소 작동실에 연료를 추가적으로 분사하는 연 료 분사기를 구비하는 것을 특징으로 하는 회전 피스톤형 내연기관.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 압축 작동실로부터 부연소실로 통하는 유입로와, 이 유입로를 개폐 가능한 유입용 개폐 밸브와, 부연소실 내의 연소 가스를 연소 작동실로 배출하는 배출로와, 이 배출로를 개폐 가능한 배출용 개폐 밸브를 설치한 것을 특징으로 하는 회전 피스톤형 내연기관.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 유입용 개폐 밸브와 배출용 개폐 밸브를 출력축의 회전과 동기(同期)하여 각각 구동시키는 복수의 밸브 구동수단을 설치한 것을 특징으로 하는 회전 피스톤형 내연기관.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 작동실 경계부재가 상기 왕복이동 경계부재로 구성되고, 이 왕복이동 경계부재의 내부에 부연소실이 형성된 것을 특징으로 하는 회전 피스톤형 내연기관.
  22. 제1항에 있어서,
    상기 가압겸수압 부재는 상기 왕복이동 경계부재로 구성되고, 상기 하우징에 상기 작동실 경계부재로서 하나 또는 복합의 상기 원호형 경계부재가 설치되고, 적어도 1개의 원호형 경계부재의 내부에 부연소실이 형성된 것을 특징으로 하는 회전 피스톤형 내연기관.
  23. 제1항에 있어서,
    상기 회전자에 가압겸수압 부재로서 1개의 상기 원호형 경계부재가 설치되고,
    상기 하우징에 작동실 경계부재로서 1개의 왕복이동 경계부재가 설치되고,
    상기 하우징에서 있어서 왕복이동 경계부재에 대하여 회전자 회전방향 리딩 측의 가까이에 흡기 포트를 설치함과 아울러 왕복이동 경계부재에 대하여 회전자 회전방향 트레일링 측의 가까이에 배기 포트를 설치하고,
    상기 흡기 포트를 개폐하는 흡기 밸브와 배기 포트를 개폐하는 배기 밸브를 설치한 것을
    특징으로 하는 회전 피스톤형 내연기관.
  24. 제12항에 있어서,
    상기 회전자에 가압겸수압 부재로서 2개의 상기 원호형 경계부재가 회전자 회전방향으로 약180도 격리되어 설치된 것을 특징으로 하는 회전 피스톤형 내연기관.
  25. 제13항에 있어서,
    상기 회전자에 가압겸수압 부재로서 3개의 상기 원호형 경계부재가 원주(圓周)를 3등분(3等分) 하는 위치에 설치된 것을 특징으로 하는 회전 피스톤형 내연기관.
  26. 제1항에 있어서,
    상기 회전자에 가압겸수압 부재로서 4개의 상기 원호형 경계부재가 원주를 4등분 하는 위치에 설치되고, 상기 하우징에 작동실 경계부재로서 4개의 왕복이동 경계부재가 원주를 4등분 하는 위치에 설치되고,
    상기 하우징에 있어서, 원주방향으로 180도 격리된 2개의 왕복이동 경계부재의 각각에 대하여, 회전자 회전방향 리딩 측의 가까이에 상기 흡기 포트가 형성됨과 아울러 회전자 회전방향 트레일링 측의 가까이에 상기 배기 포트가 형성된 것을 특징으로 하는 회전 피스톤형 내연기관.
  27. 제1항에 있어서,
    상기 회전자의 적어도 한 쪽에 크기가 서로 다른 복수의 환상 작동실이 회전자의 반경방향으로 격리되어 동심(同心) 모양으로 설치되고, 상기 회전자에는 각 환상 작동실을 구획하는 적어도 1개의 가압겸수압 부재가 설치되고, 하우징에는 각 환상 작동실을 구획하는 적어도 1개의 작동실 경계부재가 설치된 것을 특징으로 하는 회전 피스톤형 내연기관.
  28. 제15항에 있어서,
    상기 연료공급수단은 부연소실에 연료를 분사하는 연료 분사기를 구비하고, 상기 부연료실 내의 혼합 기체에 압축점화에 의하여 점화하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 회전 피스톤형 내연기관.
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