KR20120044386A - 유성 로터리 내연 엔진 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 로터리 내연 엔진(10)용 장치이다. 이 내연 엔진(10)은 3 개의 회전 부재(1006)를 가지고 있고, 이 회전 부재는 3 개의 로브(1112)를 가진 하우징(102) 내에서 로터(1002)가 회전할 때 3 개-아암형 로터(1002)의 중심 둘레로 선회한다. 회전 부재(1006)의 팁(1106)은 로터(1002)가 회전할 때 로브(1112) 및 로터(1002)의 원형 절결부(1306)와 맞물린다. 후방 플레이트(106)는 흡입 포트 및 배기 포트(502, 504)를 포함하고 있고, 이 흡입 포트 및 배기 포트(502, 504)는 회전 부재(1006) 및 로터(1002)가 하우징 내에서 이동할 때 회전 부재(1006) 및 로터(1002)에 의해 순차적으로 개폐된다. 전방 플레이트(202)는 로터(1002)와 함께 회전하며 연소실을 유성 기어 어셈블리(206, 306, 308)로부터 분리시키고, 상기 유성 기어 어셈블리는 로터 샤프트(108)를 회전시킬 때 회전 부재(1006)의 얼라인먼트를 보장한다. 연료는 압축 사이클(1614)이 시작된 후 분사된다.

Description

유성 로터리 내연 엔진{PLANETARY ROTARY INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 유성 회전 부재를 가진 로터리 엔진에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 챔버 하우징 내의 로터 둘레로 선회하는 다중 베인형 회전 부재를 가진 내연 엔진에 관한 것이다.
종래 기술의 로터리 모터는 2 개의 카테고리: 즉, 스팀에 의해서 구동되는 것과 내연 엔진에 의해 구동되는 것으로 분류된다. 대체로 스팀 구동식 로터리 모터는 로터를 회전시키는 부재에 힘을 부여하는 팽창 챔버를 포함하고 있다. 이러한 스팀 구동식 로터리 모터의 예는 1910년 2월 15일자로 드블유 테일러(W. Taylor)에게 부여된 "Rotary Motor"라는 발명의 명칭을 가진 미국 특허 제949,605호; 1975년 2월 11일자로 씨 리(C. Lee)에 부여된 "Rotary Steam Engine"이라는 발명의 명칭을 가진 미국 특허 제3,865,086호; 1991년 8월 13일자로 에이 나르디(A. Nardi)에게 부여된 "Rotary Expander"라는 발명의 명칭을 가진 미국 특허 제 5,039,290호; 그리고 2003년 1월 7일자로 나르디(Nardi)에게 부여된 "Pressure articulated positive displacement, single expansion rotary engine"라는 발명의 명칭을 가진 미국 특허 제6,503,072호를 포함한다.
수년간 로터리 내연 엔진을 개발하려는 시도가 있었다. 이러한 시도의 가장 성공은 1990년 5월 22일자로 키타(Kita) 등에게 부여된 "Rotary Piston Engine"이라는 발명의 명칭을 가진 미국 특허 제4,926,816호에 개시된 반켈 엔진(Wankel engine)에 의해 구현되었다. 종래의 반켈 엔진은 트로코이드 형상의 내측 벽을 가진 로터 하우징, 꼭지점 부분이 로터 하우징의 내측 벽과 미끄럼 접촉상태로 회전하기 위해 로터 하우징의 로터 캐버티 내에 배치된 삼각형 로터, 그리고 상기 로터를 지지하는 편심 샤프트를 포함하고 있다.
다른 타입의 내연 로터리 엔진의 예는 1948년 11월 16일자로 씨 이 플루머(C. E. Plummer)에게 부여된 "Internal Combustion Rotary Engine"라는 발명의 명칭을 가진 미국 특허 제 2,454,006호에 개시되어 있다. 상기 특허는 2 개의 맞닿음부(17, 18)가 케이싱(10) 및 로터(13)에 의해 형성된 환형 챔버(14) 속으로 돌출된 상태의 원통형 케이싱(10)을 가진 엔진을 개시하고 있다. 환형 챔버(14)는 서로 정반대로 배치되어 있는 동력, 점화 및 배기 구역(15)과 압축 및 흡입 구역(16)으로 분할되어 있다. 로터(13)는 상기 맞닿음부(17, 18)와 맞물릴 때 회전하는 2 개의 스파이더형 블레이드가 있는 회전가능한 베인(23)을 가지고 있다. 케이싱(10)에는 회전가능한 조합형 점화 및 압축 실린더(29)를 지지하는 하우징(28)이 부착되어 있다. 케이싱(10)의 하우징(28)에는 흡입 리드 및 배기 리드(21, 22)가 각각 정반대로 배치되어 있다.
"Rotary Internal Combustion Engine"라는 발명의 명칭을 가진 미국 특허 제3,865,522호는 1975년 2월 11일자로 에이 나르디(A. Nardi)에게 부여되었다. 이 특허는 8 개의 반경방향의 리세스 또는 노치(14)가 케이싱(10) 내에 형성된 디스크형상의 중심 내부 캐버티(12)를 가지고 있는 원통형 케이싱(10)을 가진 엔진을 개시하고 있다. 메인 디스크 또는 로터(16)는 내부 캐버티(12) 속으로 끼워맞춤될 수 있는 크기를 가지고 있다. 이 로터(16)는 서로 정반대로 형성된 불완전한 원형 캐버티(20, 22)를 가지고 있다. 이 불완전한 원형 캐버티(20, 22)는 불완전한 원형 캐버티(20, 22) 내에서 회전하는 레버 휠(26, 28)을 수용하고 있다. 상기 레버 휠(26, 28)은 각각 3 개의 균등하게 이격된 반경방향의 아암(30)을 가지고 있고, 이 3 개의 균등하게 이격된 반경방향의 아암(30)은 로터(16)가 케이싱(10) 내에서 회전할 때 노치(14)와 맞물린다. 연료 흡입 시스템은 노치(14)에 인접한 케이싱(10)을 관통하여 형성된 덕트(34)을 포함하고 있다. 배기 포트(38)는 로터(16)의 본체를 관통하여 형성되어서 케이싱(10)의 외부로 통기된 배기 매니폴드(40)와 연통하고 있다. 1981년 6월 23일자로 씨 리(C. Lee)에게 부여된 "Air-Cooled Rotary Internal Combustion Engine"라는 발명의 명칭을 가진 미국 특허 제4,274,374호는 상기의 씨 리(C. Lee)에게 부여된 특허의 개량 특허이다. 이 개량 특허는 엔진에 공기 냉각을 부가한 것이다.
1984년 11월 13일자로 카르(Carr) 등에게 부여된 "Rotary Internal Combustion Engine, Fluid Motor and Fluid Pump Having Planetating Gear Piston"라는 발명의 명칭을 가진 미국 특허 제4,481,920호는 리액터 로브 어셈블리(640) 내에 모두 내장된 3 개의 제 2 로터(440)에 의해 둘러싸인 흡입 로터(420)를 개시하고 있다. 밸브 플레이트(330, 230, 240) 및 전방 케이스 커버(150) 각각은 회전 밸브 플레이트(330)의 중심 구멍 내에 저널링되어 있는 배기/흡입 로터(420)의 샤프트(430), 고정 배기 밸브 플레이트(240) 및 전방 케이스 커버(150)를 가진 리액터 로브 어셈블리(640)의 전방에 장착되어 있다. 리액터 로브 어셈블리(640)는 로브(460)를 관통하여 형성되어 있는 점화 플러그 액세스 구멍(195)을 가진 9 개의 내부 리액터 로브(460)를 가지고 있다. 또한 리액터 로브 어셈블리(640) 내에는 압력 시일(550) 및 각각의 리액터 로브(460) 사이에 배치되어 있는 스프링 어셈블리(650)가 장착되어 있다.
1992년 12월 18일자 독일 특허출원 제DE 42 42 966호는 로터리 엔진을 개시하고 있다. 하우징(13)은 원통형상의 로터(2)를 둘러싸고 있고, 이 원통형상의 로터는 둘레 표면(3)에 4 개의 오목부(4)를 가지고 있다. 이 오목부(4)는 피스톤(5)을 수용하고, 이 피스톤(5)은 피스톤(5)의 회전 중심(6) 둘레로 이격된 별모양의 3 개의 립(7)을 가지고 있다. 하우징(13)의 내부 표면(8)은 골(18)과 첨단부(20)를 가진 파형을 하고 있다. 4 개의 첨단부(20) 각각은 배기 밸브(16)에 의해서는 선행하는(leading)측과 흡입 밸브(15)에 의해서는 후행하는(trailing)측과 측면을 접하는 점화 플러그(14)를 가지고 있다.
피스톤(5)은 로터(2)의 중심(1) 둘레로 선회할 때 시계방향으로 회전하고, 상기 로터(2)는 반시계방향으로 회전하면서 피스톤(5)을 지지한다. 각 피스톤(5)의 하나 이상의 립(7)은 로터(2)가 하우징(13) 내에서 회전할 때 하우징(13)의 내측 표면과 연속적으로 접촉상태를 유지하고 있다. 상기 독일 특허출원은 피스톤(5)이 로터(2)의 중심(1) 둘레로 선회할 때 피스톤(5)을 회전시키는 메카니즘에 대해서는 개시하고 있지 않다.
상기 독일 특허출원의 도 1 및 도 3 내지 도 9는 피스톤(5)이 배기 밸브(16)쪽으로 이동하는 것을 도시하고 있고, 이는 배기 밸브(16)로부터 배기가스를 내보내기 위해서 상기 로터리 엔진이 챔버의 체적을 감소시키는 것을 나타낸다. 마찬가지로, 도 2 및 도 3 내지 도 9는 피스톤(5)이 흡입 밸브(15)로부터 멀어지게 이동하는 것을 도시하고 있고, 이는 챔버의 체적을 증가시킴으로써 흡입 공기가 엔진 속으로 흡입되어 엔진 속으로 빨려들어오는 것을 나타낸다.
상기 독일 특허출원에 개시된 엔진의 동작은 엔진이 회전하기 시작하는 것을 나타내는 도 4 및 도 5를 비롯하여 도 4 내지 도 9에 도시되어 있다. 도 4 내지 도 9는 로마숫자를 이용하여 로터(2)가 하우징(13) 내에서 회전할 때 로터(2)의 위치를 나타낸다. 피스톤(5)은 직렬식으로, 다시 말해, 위치 I, III에 있는 대향하는 양 피스톤(5, 5")은 밸브(15', 15"')를 통하여 공기-연료를 흡입하고 밸브(16, 16")를 통하여 연소 가스를 배출하는 식으로 작동한다(도 6 참고). 동시에, 위치 II, IV에 있는 다른 2 개의 피스톤(5', 5"')은 한 쪽에서는 연소과정(25', 25"')을 거치고 다른 쪽에서는 압축과정(24', 24"')을 거친다(도 6 참고). 도 7은 반시계방향으로 90도 회전한 위치를 도시하고 있지만, 피스톤(5)은 상기 위치에서 동일한 동작을 수행한다. 즉, 위치I, III에 있는 피스톤(5, 5")은 항상 흡입 및 배기과정을 수행한다(도 6 내지 도 9 참고). 마찬가지로, 위치 II, IV에 있는 피스톤(5', 5"')은 항상 압축 및 연소과정을 거친다.
본 발명은 유성 회전 부재를 가진 로터리 엔진으로서, 챔버 하우징 내의 로터 둘레로 선회하는 다중 베인형 회전 부재를 가진 내연 엔진을 제공한다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 복수의 회전 부재를 구비한 로터리 내연 엔진이 제공된다. 상기 회전 부재는 로터가 복수의 로브를 가진 하우징 내에서 회전할 때 로터의 중심 둘레로 선회한다. 상기 회전 부재의 팁, 즉 첨단부는 로터가 회전할 때 상기 로브 및 로터의 원형 절결부와 맞물린다. 상기 회전 부재가 하우징 둘레로 이동함에 따라, 4 개의 내연 사이클(흡입, 압축, 동력, 및 배기)이 발생한다. 각각의 회전 부재가 하우징 둘레로 이동함에 따라, 후행하는 회전 부재 베인의 측에서는 동력 및 배기 사이클이 발생하고 선행하는 회전 부재의 측에서는 흡입 및 압축 사이클이 발생한다. 보다 상세하게는, 회전 부재의 한 측이 흡입 가스를 압축할 때, 회전 부재의 다른 측은 동력 사이클을 거친다.
한 실시예에서는, 하우징의 한 단부에 부착된 후방 플레이트가 흡입 및 배기 포트를 포함하고 있고, 이 흡입 및 배기 포트는 회전 부재 및 로터가 하우징 내에서 이동할 때 회전 부재 및 로터에 의해 순차적으로 개폐된다. 전방 플레이트는 로터와 함께 회전하며 연소실을 유성 기어 어셈블리로부터 분리시키고, 이 유성 기어 어셈블리는 회전 부재가 로터 샤프트 둘레로 선회할 때 회전 부재의 얼라인먼트를 보장한다.
흡입 가스는 연소 가스를 배기 포트로부터 배출시키는 것을 돕는다. 한 실시예에서는, 흡입 가스가 연료를 포함하지 않고, 연료는 압축 사이클이 개시된 후에 분사된다. 다른 실시예에서는, 흡입 공기가 카뷰레터를 통과하고 공기-연료-혼합물이 흡입 포트를 통과한다. 한 실시예에서는, 점화 플러그가 연소를 개시시킨다. 다른 실시예에서는, 압축 점화가 연소를 개시시킨다.
한 실시예에서, 연료 분사의 기능은 연료 인젝터(114)에 의해 실행된다. 다른 실시예에서, 연료를 흡입 공기로 도입하는 기능은 연료를 흡입 공기와 혼합하는 기화기를 통과하여 지나가는 흡입 공기에 의해 실행된다. 한 실시예에서, 연료를 점화하는 기능은 점화 플러그(112)에 의해 실행된다. 다른 실시예에서, 연료를 점화하는 기능은 회전 부재(1006)가 공기-연료 혼합기를 압축할 때 압축 점화에 의해 실행된다.
본 발명의 상기한 특징은 첨부된 도면과 함께 아래의 본 발명의 상세한 설명을 판독함으로써 보다 명확하게 이해될 수 있다.
도 1은 로터리 엔진의 한 실시예의 사시도;
도 2는 전방 커버가 제거된 상태의 로터리 엔진의 한 실시예의 사시도;
도 3은 유성 기어 형상을 나타내는 로터리 엔진의 한 실시예의 사시도;
도 4는 로터리 엔진의 한 실시예의 분해도;
도 5는 로터리 엔진의 한 실시예의 후방 사시도;
도 6은 후방 플레이트가 제거된 상태의 로터리 엔진의 한 실시예의 후방 사시도;
도 7은 후방 플레이트의 한 실시예의 사시도;
도 8은 후방 플레이트의 한 실시예의 단면도;
도 9는 전방 지지 플레이트의 한 실시예를 나타내는 로터리 엔진의 한 실시예의 사시도;
도 10은 로터리 엔진의 회전 부재 및 로터의 한 실시예의 사시도;
도 11은 로터리 엔진의 회전 부재 및 로터의 한 실시예의 정면도;
도 12는 로터리 엔진의 하우징 및 후방 플레이트의 한 실시예의 정면도;
도 13은 로터리 엔진의 로터의 한 실시예의 사시도;
도 14는 로터리 엔진의 회전 부재의 한 실시예의 사시도;
도 15a 내지 도 15f는 한 점화 사이클에 대한 로터 및 회전 부재 회전의 평면도; 그리고
도 16은 4 개의 내연 사이클의 관계를 나타내는 그림이다.
로터리 엔진용 장치를 개시한다. 도면에 도시된 실시예는 로터 둘레로 선회하며 로터를 구동시키는 회전 부재를 가진 연료 분사식 내연 엔진이다. 로터리 엔진(10)은 가솔린 엔진 및 디젤 엔진을 포함하지만 이에 국한되지 않고, 다양한 연료로 구동될 수 있다. 로터리 엔진(10)은 종래의 스파크 점화, 압축 점화, 또는 다른 타입의 점화 시스템으로 임의의 종류의 유체 연료를 연소시킬 수 있다.
도 1은 로터리 엔진(10)의 한 실시예의 사시도를 나타내고 있다. 하우징(102)은 전방 커버(104) 및 후방 플레이트(106)를 가지고 있다. 전방 커버(104) 및 후방 플레이트(106)는 관통 볼트(122) 및 상응하는 너트(124)에 의해 하우징(102)에 고정되어 있다. 로터 샤프트(108)는 전방 커버(104)로부터 뻗어 있다. 후방 플레이트(106)에는 흡입 및 배기 포트(502, 504)용 매니폴드(116)가 부착되어 있다. 또한 하우징(102)의 측면부에는 3 개의 점화 플러그(112) 중의 하나와 3 개의 연료 인젝터(114) 중의 하나가 도시되어 있다.
도 2는 전방 커버(104)가 제거된 상태의 로터리 엔진(10)의 한 실시예의 사시도를 도시하고 있다. 아이들러 플레이트(204)는 전방 지지 플레이트(202)에 파스너(214)로 부착된다. 전방 지지 플레이트(202)와 아이들러 플레이트(204)의 어셈블리는 로터 샤프트(108)와 함께 회전하고 로터 샤프트(108)와 함께 회전하는 아이들러 기어 샤프트를 지지한다. 태양 기어 마운트(212)는 로터 샤프트(108)를 위한 개구를 가지고 있으며 아이들러 플레이트(204)의 개구내에 끼워진다. 태양 기어 마운트(212)는 전방 커버(104)에 고정하기 적합하게 되어 있으며 하우징(102)에 대하여 고정되어 있다. 한 실시예에서, 태양 기어 마운트(212)는 로터 샤프트(108)를 지지하는 베어링을 포함한다.
도 2에서 볼 수 있는 것은 엔진 파스너(122)를 수용하기 위한 관통구멍(222)이다. 또한, 전방 커버(104)의 개구(132)와 대응하는 하우징(102)의 개구(232)도 볼 수 있다. 개구(232)내에 삽입된 정렬 핀(도시 생략)은 하우징(102)에 전방 커버(104)의 조립을 도와준다.
도 3은 유성 기어 어셈블리를 나타내는 로터리 엔진(10)의 한 실시예의 사시도를 도시하고 있다. 도면에서, 아이들러 플레이트(204) 및 태양 기어 마운트(212)는 제거되어 있고, 3 개의 회전 부재 기어(206), 3 개의 아이들러 기어(306), 및 태양 기어(308)를 도시하고 있다. 도시된 실시예에서, 기어(206,306, 308)는 모두 동일한 수의 톱니를 가지고 있다. 태양 기어(308)는 하우징(102)에 대하여 고정이며, 회전 부재 기어(206)가 태양 기어(308) 주위를 선회할 때 회전 부재 기어(206)는 동일한 방위를 유지한다. 즉, 회전 부재 기어(206)의 톱니는 태양 기어(308)의 톱니에 대하여 회전하지 않는다. 한 실시예에서 태양 기어(308)는 태양 기어 마운트(212)에 고정된다. 회전 부재(1006)의 수가 로브(1112)의 수와 동일하지 않은 다른 실시예에서, 회전 부재(1006)가 로터 샤프트(108)를 선회할 때 회전 부재(1006)의 팁이 로브(1112)와 접촉을 유지하는 것을 보장하기 위하여 회전 부재 기어(206)가 회전한다. 당업자는 본 발명의 기술사상의 범위에서 벗어나지 않고, 회전 부재(1006)를 로터(1002) 주위로 선회시키기 위하여 다른 기구가 사용될 수 있음을 인정할 것이다.
전방 지지 플레이트(202)는 하우징(102)에 대하여 회전하지만, 플레이트(202)는 로터 샤프트(108)에 대하여 고정이다. 전방 지지 플레이트(202)는 회전 부재 기어(206)를 지지하는 회전 부재 샤프트(316)를 위한 개구를 가지고 있다. 한 실시예에서, 회전 부재 샤프트(316)는 전방 지지 플레이트(202) 및 아이들러 플레이트(204)에서 베어링과 맞물린다.
플레이트(202)는 또한 아이들러 기어(306)를 지지하는 아이들러 샤프트(326)를 지지한다. 한 실시예에서는, 아이들러 샤프트(326) 전방 지지 플레이트(202) 및 아이들러 플레이트(204)에 고정되고, 아이들러 기어(306)는 아이들러 샤프트(326)상에서 회전한다. 다른 실시예에서, 아이들러 기어(306) 아이들러 샤프트(326)에 고정되고, 아이들러 샤프트(326)는 전방 지지 플레이트(202) 및 아이들러 플레이트(204)의 베어링과 맞물린다.
도 4는 전방 커버(104), 아이들러 플레이트(204), 유성 기어 형상(206, 306, 308), 하우징(102), 후방 플레이트(106) 및 매니폴드(116)를 나타내고 있는 로터리 엔진(10)의 한 실시예의 분해도를 도시하고 있다. 한 실시예에서, 볼트(122)는 하우징(102)을 통하여 뻗어 볼트(124)를 체결함으로써 전방 커버(104), 하우징(102) 및 후방 플레이트(106)를 연결한다. 다른 실시예에서, 하우징(102)은 전방 커버(104) 및 후방 플레이트(106)를 하우징(102)에 고정하는 볼트를 채택하거나 또는 스터드를 포함한다.
도 5는 매니폴드(116)가 제거된 로터리 엔진(10)의 한 실시예의 후방 사시도를 도시하고 있다. 도시된 실시예에서, 로터 샤프트(108)는 후방 플레이트(106)를 통하여 뻗어 있다. 로터 샤프트(108)를 둘러싸는 것은 배기 포트(502) 및 흡입 포트(504)이다. 도 7은 후방 플레이트(106) 및 포트(502,504)의 배열을 도시하고 있다.
도 6은 후방 플레이트(106)가 제거된 로터리 엔진(10)의 한 실시예의 후방 사시도를 도시하고 있다. 후방 링 마운트(602)는 회전 부재 샤프트(316)를 수용하는 개구를 가지고 있다. 한 실시예에서, 후방 링 마운트(602)는 회전 부재 샤프트(316)를 위한 베어링을 포함한다. 후방 링 마운트(602)는 로터 샤프트(108)와 함께 회전한다. 도시된 실시예에서, 파스너(604)는 후방 링 마운트(602)를 로터(1002)에 부착한다.
도 6에 도시된 것은 정렬 핀(도시 생략)과 함께 후방 플레이트(106)를 하우징(102)과 정렬시키는 것을 보조하는 하우징 정렬 구멍(232)이다.
도 7은 후방 플레이트(106)의 한 실시예의 정면도를 도시하고 있다. 도 8은 후방 플레이트(106)의 한 실시예의 단면도를 도시하고 있다. 후방 플레이트(106)는 하우징(102)에 대하여 고정이다. 정렬 구멍(532)은 후방 플레이트(106)를 하우징(102)과 함께 정렬시키는 것을 보조한다. 후방 플레이트(106)는 파스너(122)를 위한 관통구멍(724)을 포함한다. 3 개의 배기 포트(502) 및 3 개의 흡입 포트(504)는 후방 플레이트(106)의 관통구멍이다. 후방 플레이트(106)는 또한 로터 샤프트(108)의 통과를 위한 개구(708)를 포함한다. 한 실시예에서, 후방 플레이트(106)는 개구(708)를 통과할 때 로터 샤프트(108)를 위한 베어링을 포함한다.
후방 플레이트(106)는 그 안에서 후방 링 마운트(602)가 후방 플레이트(106)에 대하여 회전하는 채널(702)을 포함한다. 한 실시예에서, 채널(702)은 후방 링 마운트(602)와 후방 플레이트(106) 사이에 클리어런스를 제공한다.
도 9는 유성 기어 장치(206, 306, 308) 없는 전방 지지 플레이트(202)의 한 실시예를 나타내는 로터리 엔진(10)의 한 실시예의 사시도를 도시하고 있다. 전방 지지 플레이트(202)는 로터 샤프트(108)에 대하여 고정이며 하우징(102)에 대하여 회전한다. 도시된 실시예에서, 전방 지지 플레이트(202)는 볼트로 로터(1002)에 부착된다. 회전 부재 샤프트(316)의 한 단부와 아이들러 샤프트(326)의 한 단부는 전방 지지 플레이트(202)와 맞물린다. 아이들러 샤프트(326)의 다른 단부는 전방 지지 플레이트(202)에 고정되는 아이들러 플레이트(204)와 맞물린다.
도 10은 전방 지지 플레이트(202)가 제거되어 로터리 엔진(10)의 로터(1002) 및 회전 부재(1006)를 볼 수 있는 로터리 엔진(10)의 한 실시예의 사시도를 도시하고 있다. 도 11은 로터리 엔진(10)의 로터(1002) 및 회전 부재(1006)의 한 실시예의 전방 평면도를 도시하고 있다. 하우징(102)은 플랜지(1014) 및 시팅 표면(1012)을 가지고 있다. 플랜지(1014)는 전방 커버(104)와 짝을 이루도록 적합하게 되어 있다. 플랜지(1014)의 관통구멍(222)은 관통 볼트(122)를 수용하고, 정렬 개구(232)는 전방 커버(104)를 위치결정하기 위한 정렬 핀을 수용한다.
시팅 표면(1012)에 인접한 것은 전방 지지 플레이트(202)이다. 전방 지지 플레이트(202)의 외부 에지는 플랜지(1014)와 시팅 표면(1012) 사이의 방사상 표면인 표면(1016)과 인접한다. 도시된 실시예에서, 전방 지지 플레이트(202)의 전방 표면은 플랜지(1014)의 전방 표면과 같은 높이이다.
로터 샤프트(108)에 고정된 것은 로터(1002)이다. 로터(1002)는 도 13에 상세하게 도시되어 있다. 로터(1002) 개구(1102)에 삽입된 파스너에 의해 전방 지지 플레이트(202)에 고정된다. 마찬가지로 로터(1002)의 후방 측면부는 후방 플레이트(106)의 채널(702)에서 회전하는 후방 링 마운트(602)에 부착된다. 따라서, 로터(1002), 로터 샤프트(108), 전방 지지 플레이트(202), 및 후방 링 마운트(602)는 하나의 유닛으로 회전한다.
회전 부재 샤프트(316)에 고정된 것은 회전 부재(1006)이다. 회전 부재(1006)는 로터 샤프트(108) 및 로터(1002) 주위를 회전한다. 도시된 실시예에서, 회전 부재(1006)는 하우징(102)의 내부 표면 또는 로브와 접촉하는 점 또는 팁에서 끝나는 3 개의 베인을 가지고 있다. 후방 링 마운트(602)는 로터(1002) 및 회전 부재(1006) 뒤에서 볼 수 있다. 후방 링 마운트(602)는 후방 플레이트(106)의 채널(702)내에 끼워진다.
도 11에서 볼 수 있는 것은 배기 포트(502) 및 흡입 포트(504) 및 후방 플레이트(106)이다. 로터(1002)가 후방 플레이트(106)에 대하여 회전할 때, 로터(1002)의 아암과 베인, 또는 회전 부재(1006)의 아암은 점진적으로 배기 포트(502) 및 흡입 포트(504)를 노출시킨다. 포트(502,504)는 엔진(10)의 작동을 도시하는 도 15a-f와 함께 설명된다.
한 실시예에서, 하우징(102)의 3 개의 로브(1112)가 서로 연결된 곳에, 시일(1114)이 위치되어 있다. 시일(1114)은 도 12와 함께 설명된다.
도 12는 로터리 엔진(10)의 하우징(102) 및 후방 플레이트(106)의 한 실시예의 전방 평면도를 도시하고 있다. 하우징(102)의 3 개의 로브(1112)를 볼 수 있다. 각각의 로브(1112)는 첨단부(1214)에서 인접한 로브(1112)와 결합된다.
도시된 실시예에서, 하우징(102)의 3 개의 로브(1112)가 서로 연결하는 것은 로터(1002)의 외부 반경방향의 표면(1304)과 결합하여 인접한 로브(1112) 사이의 유체 연통을 방지하는 시일(1114)이다. 시일(1114)은 로터 샤프트(108) 주위를 회전할 때 로터(1002)에 의해서 보여지는 바와 같이 첨단부(1214)의 후행하는 측면부에 슬릿에 의해 형성된다. 첨단부(1214)는 로터(1002)의 외측 표면(1304)이 첨단부(1214)와 접촉하게 중앙 로터 샤프트(108)로부터 위치되어 있다. 슬릿은 로브(1112) 사이에서 첨단부(1214)가 로터(1002)의 반경방향의 표면(1304)과 탄성적으로 접촉하도록 허용한다. 한 실시예에서, 첨단부(1214)는 로터(1002)의 외측 표면(1304)과 짝이 되는 오목면을 가지고 있다. 당업자는 본 발명의 기술사상의 범위에서 벗어나지 않고, 로터(1002)와 첨단부(1214) 사이에 시일을 제공하기 위하여 다른 타입의 시일이 사용될 수 있음을 인정할 것이다.
도 13은 로터리 엔진(10)의 로터(1002)의 한 실시예의 사시도를 도시하고 있다. 로터(1002)는 3 개의 아암(1306A,1306B,1306C)을 형성하는 3 개의 원형 절결부(1302)를 갖는 원형상이다. 절결되지 않은 원형상 부분은 3 개의 외측 표면(1304)을 형성한다. 로터(1002)가 하우징내에서 회전할 때 3 개의 외측 표면(1304)은 하우징(102)의 첨단부(1214)와 간헐적으로 시일을 형성한다. 도시된 실시예에서, 외측 표면(1304)은 로터(1002)의 회전 부분을 위해 첨단부(1214)와 접촉한다. 3 개의 원형 절결부(1302)는 각각의 회전 부재(1006)가 각각의 절결부(1302)내에서 회전하도록 허용하는 크기로 되어 있다. 3 개의 아암(1306)은 로터(1002)의 중앙으로부터 반경방향으로 돌출하고 120°떨어져 있다. 당업자는 본 발명의 기술사상의 범위에서 벗어나지 않고, 회전 부재(1006)의 수와 함께 원형 절결부(1302) 및 아암(1306)의 수가 변경될 수 있음을 인정할 것이다.
로터(1002)의 전방 및 후방 표면은 절결부(1302)의 에지 및 외측 표면(1304)에 인접한 채널(1314)을 가지고 있다. 채널(1314)은 파형 스프링 부재(1316) 및 시일링 부재(1312)를 수용한다. 파형 스프링 부재(1316)는 채널(1314)의 바닥에 위치되어 있고 시일링 부재(1312)는 파형 스프링 부재에 인접하여 위치되어 있다. 시일링 부재(1312)는 직사각형 단면이며 로터(1002)의 각각의 표면 위로 뻗어 있는 상부 표면을 가지고 있다. 시일링 부재(1312)의 상부 표면은 파형 스프링 부재(1316)에 의하여 전방 지지 플레이트(202) 또는 후방 플레이트(106)와 슬라이딩 접촉한다. 한 실시예에서, 파형 스프링 부재(1316)는 파형의 스프링강 시트이며 파형 스프링 부재(1316)는 채널(1314)의 곡선과 일치한다.
도 14는 로터리 엔진(10)의 회전 부재(1006)의 한 실시예의 사시도를 도시하고 있다. 회전 부재(1006)는 대칭적인 3 개의 베인 형상을 갖고 있다. 팁(1106)을 형성하는 회전 부재(1006)의 외측 표면(1412)은 중앙에서 회전 부재 샤프트(316)와 함께 원의 일부를 형성한다. 회전 부재(1006)가 절결부(1302)내에서 회전할 때 팁(1106)에서 외측 표면(1412)은 로터(1002)의 절결부(1302)와 접촉한다.
도시된 실시예에서, 각각의 팁(1106)은 슬릿(1404)을 가진 한 쌍의 측면부 립(1406)에 의해 형성된 시일을 포함한다. 립(1406)은 회전 부재 샤프트(316)를 향하여 립(1406)을 휘어지게 하는 슬릿(1404)에 의해서 로브(1112)와 접촉할 때 변형된다. 당업자는 본 발명의 기술사상 및 범위에서 벗어나지 않고, 팁(1106)에서의 시일 타입이 변경될 수 있음을 인정할 것이다.
팁(1106) 사이에는 회전 부재(1006)의 측면부 표면(1402)이 존재한다. 측면부 표면(1402)은 아치형 표면이며 회전 부재(1106)가 도 11에 도시된 위치에 있을 때 첨단부(1214)로부터 클리어런스를 제공하는 외형을 가지고 있다. 이러한 형태의 외형은 압축 비율을 포함한 연소 파라미터에 기여한다.
회전 부재(1006)의 전방 및 후방 표면은 회전 부재 측면부(1402)를 따라 채널(1416)을 가지고 있다. 채널(1416)은 파형 스프링 부재(1414) 및 시일링 부재(1406)를 수용한다. 파형 스프링 부재(1414)는 채널(1416)의 바닥에 위치되어 있고 시일링 부재(1406)는 파형 스프링 부재(1414)에 인접하여 위치되어 있다. 시일링 부재(1416)는 직사각형 단면이며 회전 부재(1006)의 각각의 표면 위에 뻗어 있는 상부 표면을 가지고 있다. 시일링 부재(1416)의 상부 표면은 파형 스프링 부재(1414)에 의하여 전방 지지 플레이트(202) 또는 후방 플레이트(106) 및 후방 링 마운트(602)와 슬라이딩 접촉한다. 한 실시예에서, 파형 스프링 부재(1414)는 파형의 스프링강 시트이며 파형 스프링 부재(1414)는 채널(1416)의 곡선과 일치한다.
도 15a-f는 하나의 점화 사이클을 통하여 회전하는 로터(1002) 및 회전 부재(1006)를 도시하고 있다. 도면에서, 로터(1002)는 시계방향으로 회전하고 회전 부재(1006)는 하우징(102)에 대하여 회전하지 않지만, 회전 부재(1006)는 로터(1002)의 중심 주위로 선회한다. 도시된 실시예에서, 각각의 회전 부재(1006)는 그 중심선 주위로 회전하지 않지만, 샤프트(316) 운동의 원형 궤적으로 병진운동하는 동안 시작 위치와 평행하게 배향되어 유지된다. 각각의 회전 부재(1006)는 각각의 회전 부재(1006)의 3 개의 측면부 표면(1402)중의 하나에 대응하는 3 개의 유체 챔버(1504,1506,1508)를 형성한다. 기준선(1502)은 로터(1002)의 상사점 위치를 도시한다. 상사점은 유체 챔버가 최소 체적을 가지도록 임의의 회전 부재(1006)가 위치된 상태에서 로터(1002)의 위치로 정의된다. 도 15a에서, 회전 부재(1006) 유체 챔버(1504)는 로터(1002)가 도시된 위치에 있는 상태에서 최소 체적에 있다. 도시된 실시예에서, 로터(1002)는 120°떨어져 배치된 3 개의 상사점 위치를 갖는다.
로터(1006)는 각각의 상사점 위치 사이에서 120°회전한다. 120°회전하는 동안, 3 개의 회전 부재(1006)의 각각의 측면부는 동력 사이클(1616)를 수행한다. 동력 사이클(1616)은 후행하는 회전 부재(1006)의 측면부(1402)에서 진행되고, 흡입 사이클(1612) 및 압축 사이클(1614)은 선행하는 회전 부재(1006)의 측면부(1402)에서 진행된다. 따라서, 도 15a-f의 계속되는 설명은 3 개의 회전 부재(1006), 3 개의 흡입 포트(504), 3 개의 출구 또는 배기 포트(502), 3 개의 점화 플러그(112), 및 3 개의 연료 인젝터(114)와 같이 3 개로 도시되어 있는 각각의 구성요소에 적용된다.
내연 엔진은 흡입 사이클(1612), 압축 사이클(1614), 동력 사이클(1616), 및 배기 사이클(1618)의 작동을 위한 4 개의 사이클을 요구한다. 4 행정 왕복운동 피스톤 내연 엔진의 각각의 행정은 사이클중의 하나를 달성하고 동력 사이클(1616) 마다 4 행정을 요구한다. 4 행정 엔진에 있어서, 크랭크샤프트는 단일 피스톤에 대해 동력 사이클(1616) 마다 2번 회전한다. 2 행정 왕복운동 피스톤 내연 엔진은 동력 사이클(1616) 마다 2 행정을 요구하며 크랭크샤프트는 단일 피스톤에 대해 동력 사이클(1616) 마다 한번 회전한다. 로터리 엔진(10)은 왕복운동 피스톤을 갖고 있지 않다. 대신에, 로터리 엔진(10)의 회전 부재(1006)가 로터(1002)와 맞물리는데, 로터는 로터(1002) 주위로 선회하는 회전 부재(1006)와 함께 회전한다. 로터(1002) 및 로브(1112)와 조합하여 회전 부재(1006)의 유성 운동은 4 개의 사이클(1612, 1614, 1616, 1618)을 달성하며 각각의 회전 부재(1006)는 로터(1002)의 매회전에 대해 3 개의 동력 사이클(1616)을 갖는다. 이하의 설명은 동력 사이클(1616)로 시작하여 로터리 엔진(10)의 작동을 설명한다.
도 15a는 상사점에서 로터(1002) 및 회전 부재(1006)를 도시하고 있다. 로터(1002)는 120°떨어진 3 개의 상사점 위치를 가지고 있다. 제 1 유체 챔버(1504)는 2 개의 로브(1112) 사이의 첨단부(1214)에 인접해 있다. 회전 부재(1006)의 선행하는 팁(1116)과 첨단부(1214) 사이의 체적은 선행하는 유체 챔버(1504L)이고, 회전 부재(1006)의 후행하는 팁(1116)과 첨단부(1214) 사이의 체적은 후행하는 유체 챔버(1504T)이다.
도시된 위치에서, 공기는 흡입 포트(504)를 통과하여 선행하는 유체 챔버(1504L) 및 후행하는 유체 챔버(1504T)에서 하우징(102)과 회전 부재(1006) 사이에서 압축된다. 한 실시예에서, 연료 인젝터(114)는 상사점에서 선행하는 유체 챔버(1504L)의 압축 가스내로 연료를 분사하고 그 다음에 점화 플러그(112)가 선행하는 유체 챔버(1504L)의 연료-공기 혼합물을 점화한다. 다른 실시예에서, 연료 인젝터(114)는 상사점 부근에서 연료를 분사하고 점화 플러그(112)가 점화한다.
도 15b는 시계방향으로 20°회전한 후의 로터(1002)를 도시하고 있다. 후행하는 유체 챔버(1504T)의 압축 흡입 가스는 하우징 첨단부(1214)를 가로질러 선행하는 유체 챔버(1504L)내로 신속하게 보내지고, 이에 의해 선행하는 유체 챔버(1504L)에서 난류를 발생시켜 효율을 증가시키고 더욱 신속한 연료 연소 비율을 촉진한다. 선행하는 유체 챔버(1504L)의 연소 가스가 팽창하여 회전 부재(1006)가 로터(1002)를 시계방향으로 회전시킨다. 왕복운동 피스톤 엔진 또는 방켈 엔진(Wankel engine)과 같은 편심 크랭크샤프트로 설계된 임의의 엔진과 달리, 상사점에서 생성되는 포지티브 토오크 벡터가 존재한다. 이것은 상사점 이전에 엔진에서 현저하게 감소된 펌핑으로 인하여 더욱 높은 효율을 촉진하다.
도 15c는 시계방향으로 20°더 회전한 후의 로터(1002)를 도시하고 있다. 후행하는 유체 챔버(1504T)의 가스는 선행하는 유체 챔버(1504L)와 함께 단일 유체 챔버(1504)로 조합된다. 연소 가스는 유체 챔버(1504)에서 팽창을 계속하여 회전 부재(1006)의 측벽(1402)에 압력을 가하고 로터(1002)를 시간방향으로 계속 회전하도록 한다.
도 15d는 시계방향으로 20°더 회전한 후의 로터(1002)를 도시하고 있다. 연소 가스는 유체 챔버(1504)에서 계속 팽창한다.
도 15e는 시계방향으로 20°더 회전한 후의 로터(1002)를 도시하며, 상사점에서 로터(1002)로 시작된 파워 사이클이 종료하기 시작한다. 로터(1002)는 노출된 배기 포트(502)를 가지고 있고 로터(1002)가 약간 도 더 회전한 후에 인접한 후행하는 회전 부재(1006)와 로터(1002)의 후행하는 에지 사이에 갭이 나타난다. 이 갭은 유체 챔버(1504)의 연소 가스가 배기 포트(502)로 유동하도록 허용하고, 이에 의해 배기 사이클을 시작한다.
도 15f는 시계방향으로 20°더 회전한 후의 로터(1002)를 도시하고 있다. 배기 사이클은 계속되고 흡입 사이클이 시작된다. 흡입 포트(504)는 로터(1002)에 의해 노출되어, 새로운 공기가 유체 챔버(1504)로 들어가도록 허용한다. 흡입 공기는 유체 챔버(1504)를 가로질러 인접한 회전 부재(1006)의 유체 챔버(1506)로 배기 가스를 배기하기 시작한다.
로터(1002)가 상사점 위치에 있는 도 15a를 다시 참조하면, 유체 챔버(1508)를 유체 챔버(1506A)와 연결하는 개구는 동일하다. 배기 가스는 유체 챔버(1508)의 흡입 포트(504)로부터 반시계방향으로 유동하는 흡입 가스에 의해 유체 챔버(1506A)의 배기 포트(502)로 배기된다. 로터(1002)가 이 위치에 있을 때, 배기 사이클(1618)과 흡입 사이클(1612)이 계속된다.
도 15b를 다시 참조하면, 배기 포트(502)는 회전 부재(1006)에 의해 덮혀졌다. 배기 포트(502)가 덮혀지면 배기 사이클(1618)이 완료된다. 또한 로터(1002) 및 회전 부재(1006)가 흡입 포트(504)와 유체 챔버(1506) 사이의 유체 연통을 차단할 때 흡입 사이클(1612)이 종료하게 된다.
도 15c를 다시 참조하면, 흡입 사이클(1612)이 완료되고 다음 동력 사이클(1618)를 위해 압축 사이클(1614)이 시작된다. 이제 유체 챔버(1506)는 로터(1002)가 시계방향으로 회전할 때 감소된 체적을 갖는 폐쇄된 챔버이다. 유체 챔버(1508)는 배기 포트(502)로 개방되어 있고 로터 벽(1302)과 회전 부재 측벽(1402)에 의해 제한된다. 유체 챔버(1508)의 가스는 로터(1002) 및 회전 부재(1006)의 냉각을 제공한다.
도 15d를 다시 참조하면, 유체 챔버(1506)의 체적이 계속적으로 감소하면서 압축 사이클(1614)이 계속된다. 유체 챔버(1508)는 배기 포트(502) 및 흡입 포트(504) 양쪽으로 개방되어 있다. 유체 챔버(1508)의 가스는 로터(1002) 및 회전 부재(1006)의 냉각을 제공한다.
도 15e를 다시 참조하면, 압축 사이클(1614)은 거의 완료되어 있다. 흡입 포트(504)는 회전 부재(1006)에 의해 덮혀진다. 배기 포트(502)는 로터(1002)에 의해 유체 챔버(1508)에 노출된다.
도 15f를 다시 참조하면, 유체 챔버(1506)의 압축 가스는 첨단부(1214)에 의해서 분할되는 후행하는 챔버(1506T)와 선행하는 챔버(1506L) 사이에서 분할된다. 한 실시예에서, 압축 가스가 챔버(1506T,1506L) 사이에서 유동하는 것을 방지하도록 첨단부(1214)는 회전 부재(1006)의 측면부(1402)와 접촉하지 않는다. 회전 부재 팁(1106)이 로터 벽(1302)과 접촉을 유지할 수 없게 된 후에 유체 챔버(1504)는 유체 챔버(1506A)에 연결되려고 한다. 그 다음에 유체 챔버(1504)의 연소 가스는 배기 포트(502)를 통하여 배기하게 되는 유체 챔버(1506A)내로 이동한다.
흡입 포트(504)는 아직 노출되지 않는다. 로터(1002)는 시계 방향으로 상사점 위치로 계속해서 회전하는데, 이 상사점 위치에서 사이클의 다음 시퀀스가 다시 시작된다.
각각의 로터(1002)의 완전한 회전에 대해서 위에서 설명한 것으로부터 명백한 것처럼, 아홉개의 동력사이클(1616)이 있다. 세개의 회전 부재(1006)는 로터(1002)의 매회전에 대해 각각 세개의 동력사이클(1616)을 가지고 있다. 회전 부재(1006)는 로터(1002)의 둘레에서 균등하게 이격되어 있으므로, 동력사이클(1616)중에 발달한 힘은 로터(1002)의 둘레에서 균형이 잡힌다.
동작중, 로터(1002)는 로터(1002)는 시계방향으로 회전하고, 로터 외측 표면(1304)은 첨단부(1214)와 접촉함에 따라 인접한 유체 챔버(1504, 1506, 1508)사이에 시일을 제공한다. 회전 부재(1006)는 로터(1002)에 대하여 반시계 방향으로 회전한다. 회전 부재(1006)의 팁(1106)이 로브(1112)를 접촉함에 따라 인접한 유체 챔버(1504, 1506, 1508)사이에 시일을 제공한다. 유성 기어 어셈블리(206, 306, 308)에 의해 회전부재(1006)가 로터(1002)와 적절한 관계로 이동하는 것이 보장된다.
도 16은 회전 부재(1006)가 로터(1002) 주위를 360°로 완전히 회전할 때 세 개의 측면부 표면(1402)을 가진 단일 회전 부재(1006)를 위한 네 개의 내연 사이클을 나타낸다. 세 개의 동심 링은 회전 부재(1006)의 측면부 표면(1402, 1402', 1402") 각각에 관한 사이클을 표현한다. 네 개의 사이클은 흡입 사이클(1612), 압축 사이클(1614), 동력 사이클(1616), 및 배기 사이클(1618)을 포함한다. 배기 사이클(1618) 및 흡입 사이클(1612)은 회전 부재(1006)의 측면부 표면(1402)이 로터(1002)의 절결부(1302)을 향할 때 데드 존(dead zone, 1620)에 의해 분리된다. 도 16은 로터(1002)의 360°회전을 도시하는데, 0°, 120°및 240°에서 상사점(1602, 1602', 1602")을 나타낸다. 도 15a를 참조하면, 상사점은, 외측표면(1304)이 로브(1112)의 중앙에 위치하도록 로터(1002)가 배향되는 상태이다. 후술할 내용은, 설명의 목적을 위하여 유체 챔버(1504)의 하나의 경계를 형성하는, 회전 부재 중 하나의 측면부 표면(1402)에 관한 것이다. 기억해야 할 것은, 네 개의 내연기관 사이클(1612, 1614, 1616, 1618)이 각각의 회전 부재(1006)에 대하여 반복되고, 각각의 회전 부재(106)는 120°간격으로 나누어진 세 개의 측면부 표면(1402)을 가지고 있기 때문에 이들 사이클(1612, 1614, 1616, 1618)은 로터(1002)의 매 120°회전에 대하여 반복된다는 것이다. 따라서, 이들 사이클(1612, 1614, 1616, 1618)은 로터(1002)의 각각의 회전에 대하여 9 번 반복될 것이다.
흡입 사이클(1612)은 상사점 이전에 대략 140°에서 시작된다. 회전 부재(1002)가 흡입 포트(504)를 개방할 때 흡입 사이클(1612)이 시작되어, 이에 따라 가스가 챔버로 들어간다. 흡입 포트(504)는 로터(1002)가 도 15f에 도시된 위치로부터 도 15a에 도시된 위치로 회전함에 따라 회전 부재(1006)에 의해 개방된다. 흡입 사이클(1612)은 로터(1002)가 도 15a에 도시된 위치로부터 도 15b로 도시된 위치로 회전함에 따라 흡입 포트(504)가 로터(1002)에 의해 폐쇄될 때 완료된다.
흡입 사이클(1612)이 완료된 후, 압축 사이클(1614)이 시작된다. 압축 사이클(1614)은 로터(1002)가 상사점(1602) 위치에 또는 그 부근에 있을 때 완료된다. 이 시점에서, 한 실시예에서는 연료 인젝터(114) 및 점화 플러그(112)를 포함하는 챔버(1504) 내에서, 다른 실시예에서는 점화 플러그(112)만을 포함하는 챔버(1504) 내에서, 그리고 동력 사이클(1616)이 압축점화에 의해 시작되는 또 다른 실시예에서는 점화 플러그(112) 없는 챔버(1504) 내에서 가스가 압축된다.
여러 실시예에서, 동력 사이클(1616)은 상사점(1602) 부근에서 시작하고, 로터(1002)가 상사점으로부터 대략 70°회전할 때까지 계속된다. 그 시점에서, 배기 사이클(1618)이 시작된다. 배기 사이클(1618)은 로터(1002)가 상사점으로부터 대략 140°회전할 때까지 계속된다. 배기 사이클(1618)은, 로터(1002)가 도 15f에 도시된 위치로부터 도 15a에 도시된 위치로 회전함으로써 배기 포트(502)가 회전 부재(1006)에 의해 닫힐 때 완료된다. 흡입 포트(504)에 관하여 배기 포트(502)의 위치는 흡입 포트(504)가 노출되기 전에 배기 포트(502)가 개방되도록 한다. 이러한 방식으로, 가압된 연소 가스는 배기 포트(502) 밖으로 흘러나오는 것만이 가능하다. 로터(1002)가 회전함에 따라, 흡입 포트(504)는 노출되고 흡입 가스는 챔버 내부로 흘러들어온다. 배기 포트(502)를 빠져나가는 연소 가스의 관성은 흡입 포트(504)를 통하여 흡입 가스를 뽑아내는 것을 돕는다. 흡입 포트(504)로부터의 흐름은 연소 가스를 배기 포트(502) 밖으로 소기시키는 것을 돕는다. 배기 및 흡입 포트(502, 504)의 위치는 다양하게 변경될 수 있고, 이에 따라 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않으면서 각각의 내연 사이클(1612, 1614, 1616, 1618)에 대하여 로터(1002)의 회전 량이 변경될 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다.
상술한 것은 하나의 측면부 표면(1402)에 적용된다. 도 16은 하나의 회전 부재(1006)에 대한 각각의 측면부 표면(1402, 1402', 1402")에 관한 네 개의 연소 사이클(1612, 1614, 1616, 1618)을 나타낸다. 회전 부재는 세 개의 측면부 표면(1402, 1402', 1402")을 가지고 있고, 각각의 측면부 표면(1402, 1402', 1402")은 네 개의 내연 사이클(1612, 1614, 1616, 1618)을 차례로 모두 거치게 된다. 제 1 측면부 표면(1402)이 흡입 사이클(1612)을 거치게 되는 시간 동안에, 인접한 제 2 측면부 표면(1402')은 배기 사이클(1618')을 거친다. 두 개의 측면부 표면(1402, 1402')은 연결된 유체 챔버(1508, 1504A)를 공유하기 때문에, 연소 가스가 챔버(1504A)로부터 배기되는 동안, 연소 가스의 소기는 챔버(1508) 안으로 흡입 공기를 잡아뺀다.
제 1 측면부 표면(1402)이 동력 사이클(1616)을 시작한 후에, 인접한 제 2 측면부 표면(1402')은 흡입 사이클(1612')을 완료하고 압축 사이클(1614')을 시작한다. 제 1 측면부 표면(1402)이 그것의 배기 사이클(1618)을 시작한 후에, 인접한 제 3 측면부 표면(1402")은 그것의 흡입 사이클(1612")을 시작한다. 각각의 측면부 표면(1402, 1402', 1402")은 순차적으로 흡입 사이클(1612, 1612', 1612"); 압축 사이클(1614, 1614', 1614"); 동력 사이클(1616, 1616', 1616"); 및 배기 사이클(1618, 1618', 1618")을 거친다. 측면부 표면(1402, 1402', 1402")은 서로와의 관계 및 로터(1002)와 하우징(102)과의 관계 때문에, 흡입 사이클(1612, 1612', 1612") 및 배기 사이클(1618, 1618', 1618")이 겹쳐지고, 이에 따라 소기가 일어난다.
도 16에서 알 수 있는 바와 같이, 하나의 측면부 표면(1402)은 인접한 측면부 표면(1402')이 흡입 사이클(1612')과 압축 사이클(1614')을 거치는 동안 동력 사이클(1616)과 배기 사이클(1618)을 거치며, 이 모두는 로터(1002)의 120°회전 범위 안에 있다. 만약 동력 사이클(1616, 1616', 1616")이 로터(1002)의 상사점에서 시작한다면, 하나의 측면부 표면(1402) 상의 동력 사이클(1616)과 배기 사이클(1618) 및 인접한 측면부 표면(1402') 상의 흡입 사이클(1612')과 압축 사이클(1614')은 로터(1002)가 제 1 상사점 위치(1602)로부터 제 2 상사점 위치(1602')로 이동함에 따라 일어난다. 다른 실시예에서, 예를 들면, 점화가 앞당겨지거나 늦추어 질때, 동력 사이클(1616, 1616', 1616")은 상사점이 아닌 다른 점에서 시작한다.
제 2 측면부 표면(1402')이 로터(1002)와 함께 제 1 상사점 위치(1602)로부터, 제 2 상사점 위치(1602')를 통과하여, 제 3 상사점 위치(1602")로 이동할 때, 제 2 측면부 표면(1402')은 흡입 사이클(1612')의 일부, 압축 사이클(1614'), 동력 사이클(1616'), 및 배기 사이클(1618')의 일부를 거친다. 즉, 로터(1002)가 인접하는 상사점(1602, 1602', 1602")의 변위의 두배와 동일한 각변위를 가질 때, 회전 부재(1006) 중 하나의 측면부 표면(1402)은 모든 네 개의 사이클(1612, 1614, 1616, 1618)의 적어도 일부를 거친다.
제시된 실시예에서 연료 인젝터(114)는, 연소가 점화 플러그(112)에 의해 시작되기 전에, 연료를 압축 가스에 제공한다는 점을 주의해야 한다. 따라서, 흡입 포트(504)로부터 공기 흐름에 의한 연소 가스의 소기는 어떤 연료도 포함하지 않는다. 즉, 흡입 포트(504)로 유입되는 공기는 연소 가스와 혼합되고 소기의 일부로서 연소 가스와 함께 배기 포트(502)를 빠져나간다. 연료는 소기 시점에서 아직 분사되지 않았기 때문에, 어떤 연료(불완전 연소로 인한 것을 제외하고)도 배기 포트(502)를 통하여 빠져나가지 않는다. 다른 실시예에서, 흡입 포트(504)는 공기-연료 혼합기를 수용하고, 연료 인젝터(114)는 필요하지 않다.
로터리 엔진(10)은 다양한 기능을 포함한다. 한 실시예에서, 연료 분사의 기능은 연료 인젝터(114)에 의해 실행된다. 다른 실시예에서, 연료를 흡입 공기로 도입하는 기능은 연료를 흡입 공기와 혼합하는 기화기를 통과하여 지나가는 흡입 공기에 의해 실행된다. 한 실시예에서, 연료를 점화하는 기능은 점화 플러그(112)에 의해 실행된다. 다른 실시예에서, 연료를 점화하는 기능은 회전 부재(1006)가 공기-연료 혼합기를 압축할 때 압축 점화에 의해 실행된다.
한 실시예에서, 회전 부재(1006)의 적어도 하나의 첨단부(1106)를 로브(1002)의 표면과 접촉하는 상태로 유지하면서 로터(1002)에 관하여 회전 부재(1006)를 선회시키는 기능은 유성 기어(206, 307, 308)에 의해 실행된다. 본 발명의 범위 또는 사상을 벗어나지 않으면서, 로터(1002)에 관하여 회전 부재(1006)을 선회시기키 위하여 다른 메커니즘이 사용될 수 있다는 것은 당업자에게 자명할 것이다.
한 실시예에서, 회전 부재(1006)의 첨단부(1406)를 시일링하는 기능은, 도 14에 나타난 것과 같이, 슬릿(1404)을 가진 한 쌍의 측면부 립(1406)에 의해 실행된다. 한 실시예에서, 로터(1002)를 시일링하는 기능은 로터(1002)의 전방 및 후방 상의 채널(1314)을 가지고 있는 로터(1002)에 의해 실행된다. 각각의 채널(1314)은 파형 스프링 부재(1316) 및 시일링 부재(1312)를 수용한다. 한 실시예에서, 회전 부재(1006)를 시일링하는 기능은 회전 부재(1006)의 전방 및 후방 상의 채널(1416)을 가지고 있는 각각의 회전 부재(1006)에 의해 실행된다. 각각의 채널(1416)은 파형 스프링 부재(1414) 및 시일링 부재(1406)를 수용한다. 한 실시예에서, 첨단부(1214)를 시일링하는 기능은 첨단부(1214)의 끌리는 측면 안으로 뻗어 있는 슬릿에 의해 형성된 시일(1114)에 의해 실행된다.
한 실시예에서, 흡입 공기를 뽑아내는 기능은, 흡기 포트(504)가 노출되고 흡입 공기가 하우징(102) 안으로 빨려들어가는 식으로 하우징(102) 안에서 회전하는 회전 부재(1006)와 로터(1002)에 의해 실행된다. 흡입 공기는 소기의 결과에 의해 챔버(1508) 안으로 빨려들어간다. 즉, 연소 가스가 배기 포트(502)를 통하여 빠져나감에 따라, 흐르는 연소 가스의 관성은 흡기 포트(504)에 걸친 압력을 감소시키고, 이에 따라 흡입 공기가 챔버(1508) 안으로 빨려들어간다. 흡입 사이클(1612)은 도 16과 관련하여 위에 설명되어 있다.
한 실시예에서, 공기를 압축하는 기능은 하우징(102)의 로브(1112)에 대하여 흡입 공기를 압축하는 회전 부재(1006)에 의하여 실행된다. 압축 사이클(1614)은 도 16과 관련하여 위에 설명되어 있다.
한 실시예에서, 연료를 흡입 공기 안으로 도입하는 기능은 회전 부재(1006)가 흡입 공기를 압축하는 때에 연료 인젝터(114)에 의해 실행된다. 다른 실시예에서, 흡입 공기 안으로 연료를 도입하는 기능은, 연료를 흡입 공기와 혼합하는 기화기를 통과하여 지나가는 흡입 공기에 의해 실행된다.
한 실시예에서, 공기와 연료의 연소 기능은 공기-연료 혼합기를 점화하는 점화 플러그(112)에 의해 실행된다. 다른 실시예에서, 연소는, 공기-연료 혼합기가 압축 점화가 발생할 정도로 압축될 때, 일어난다. 동력 사이클(1616)은 도 16과 관련하여 위에 설명되어 있다.
한 실시예에서, 연소된 공기 및 연료를 배기하는 기능은, 배기 포트(502)가 노출되고 연소 가스가 하우징(102)으로부터 배출되도록 하우징(102) 안에서 회전하는 회전 부재(1006) 및 로터(1002)에 의해 실행된다. 배기 사이클(1618)은 도 16과 관련하여 위에 설명되어 있다.
한 실시예에서, 연소로부터 회전운동을 얻어내는 기능은, 로터(1002)와 연결된, 전방 지지 플레이트(202)에 맞물린 회전 부재(1006)의 샤프트(316)와 후방 링(602)에 의해 실행된다. 연소 가스로부터의 압력은 회전 부재(1006)의 측면(1402)에 가해지고, 이 압력은 회전 부재 샤프트(316)에 전달되고, 이것은 힘을 전방 지지 플레이트(202)와 후방 링(602)으로 전달해서, 그 결과 로터(1002)가 회전된다.
다양한 실시예에서, 로터리 엔진(10)을 시일링하는 기능은 다양한 시일에 의해 실행된다. 로터(1002)와 첨단부(1214) 사이에 시일(1114)이 있다. 로터(1002)의 측면부 및 후방 플레이트(106) 및 전방 지지 플레이트(202) 사이에 시일(1406, 1414, 1416)이 있다. 회전 부재(1006)의 각각의 첨단부(1106)에 시일(1404, 1406)이 있다.
전술한 설명으로부터, 로터리 엔진(10)이 제공되었다는 것은 당업자에 의해 인정될 것이다. 제시된 실시예들은 하우징 내부의 세 개의 로브(1112)로 조정되는 세 개의 회전 부재(1006)를 나타낸다. 다른 실시예에서 회전 부재(1006)와 로브(1112) 중 적어도 하나의 개수는 변경될 수 있다.
본 발명이 몇 개의 실시예에 관한 설명에 의해 기술되었고, 이 실시예는 상당히 자세하게 설명되었지만, 첨부 특허청구의 범위를 이와 같은 상세한 설명으로 제한하는 것은 본 출원인의 의도는 아니다. 당업자에게는 본 발명에 관한 추가적인 변경과 수정이 용이하다는 것은 명백하다. 따라서, 본 발명은 발명의 상세한 설명에서 기술되고 도시된 특정 실시예, 장치 및 방법으로 한정되는 것은 아니다. 본 발명에 관한 변경이 본 출원인의 총괄적인 발명의 범위 또는 사상으로부터 벗어나지 않으면서 행하여 질 수 있음은 물론이다.

Claims (7)

  1. 측벽을 가지고 있고, 상기 측벽의 내부 표면은 복수의 로브를 가지고 있으며, 상기 복수의 로브 중에서 인접하는 로브는 첨단부에 의해 분리되어 있는 하우징;
    샤프트 및 적어도 하나의 원형 절결부를 가지고 있는 로터; 그리고
    적어도 하나의 회전 부재;
    를 포함하고 있고,
    상기 로터는 상기 하우징 내에서 회전가능하고, 상기 로터는 상기 로터가 상기 하우징 내에서 회전할 때 각각의 상기 첨단부와 단속적으로 시일을 형성하고, 상기 로터는 제 1 상사점 위치 및 제 2 상사점 위치를 가지고 있고;
    상기 적어도 하나의 회전 부재 각각은 상기 로터의 상기 적어도 하나의 원형 절결부 중의 상응하는 하나의 원형 절결부 내에서 회전가능하고, 상기 적어도 하나의 회전 부재 각각은 상기 적어도 하나의 회전 부재 둘레로 균등하게 이격되어 있는 복수의 팁을 가지고 있고, 상기 복수의 팁의 적어도 하나는 상기 로터가 상기 하우징 내에서 회전할 때 상기 복수의 로브 중의 하나와 접촉하고, 상기 복수의 팁 중에서 인접하는 팁은 측면부 표면에 의해서 분리되고, 상기 측면부 표면의 후행하는 부분은 상기 복수의 팁 중에서 인접하는 상기 팁이 상기 하우징의 상기 내부 표면과 접촉할 때 연소실을 형성하고, 상기 로터가 상기 제 1 상사점 위치로부터 상기 제 2 상사점 위치까지의 각도 간격과 동일한 각도로 회전할 때 상기 측면부 표면의 상기 후행하는 부분은 순차적으로 동력 사이클 및 배기 사이클의 적어도 일부분을 수행하고 상기 측면부 표면의 선행하는 부분은 순차적으로 흡입 사이클의 적어도 일부분 및 압축 사이클을 수행하는 것을 특징으로 하는 로터리 엔진.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 상사점 위치는 상기 적어도 하나의 원형 절결부 중의 하나가 상기 첨단부 중의 하나에 대하여 중심에 위치될 때 발생하고 상기 제 2 상사점 위치는 상기 적어도 하나의 원형 절결부 중의 상기 하나가 상기 첨단부 중의 다른 하나에 대하여 중심에 위치될 때 발생하는 것을 특징으로 하는 로터리 엔진.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 하우징은 상기 적어도 하나의 회전 부재 각각을 위한 배기 포트 및 흡입 포트를 가지고 있는 후방 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로터리 엔진.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 하우징은 후방 플레이트 및 전방 플레이트를 더 포함하고, 상기 전방 플레이트는 상기 후방 플레이트와 마주 대하고 있는 후방 표면을 가지고 있고, 상기 전방 플레이트, 상기 후방 플레이트 및 상기 측벽은 상기 로터가 회전하고 상기 적어도 하나의 회전 부재를 지지하는 상기 하우징 내의 캐버티를 형성하는 것을 특징으로 하는 로터리 엔진.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 하우징에 부착된 후방 플레이트의 채널에 의해 수용되어 있고, 상기 회전 부재 기어 반대쪽에서 각각의 상기 회전 부재 샤프트를 수용하는 후방 링 마운트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로터리 엔진.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 회전 부재의 적어도 하나의 팁을 상기 복수의 로브와 접촉상태로 유지하면서 상기 적어도 하나의 회전 부재를 상기 로터 둘레로 선회시키는 어셈블리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로터리 엔진.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 회전 부재의 적어도 하나의 팁을 상기 복수의 로브와 접촉상태로 유지하면서 상기 적어도 하나의 회전 부재를 상기 로터 둘레로 선회시키는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로터리 엔진.
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