KR20240011261A - 로터리 엔진, 로터리 엔진의 부품, 그리고 방법 - Google Patents

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아스트론 에어로스페이스 엘엘씨
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Abstract

로터리 엔진, 로터리 엔진의 부품, 그리고 로터리 엔진과 관련된 방법이 제공된다. 상기 엔진은 다양한 요구 사항과 선호 사항을 수용하기 위해 모듈식이고 조정가능하다. 상기 시스템은 하우징과 이 하우징에 위치된 동력 로터를 가진 연소 조립체를 포함하고 있다. 상기 동력 로터는 각각의 연소 과정의 초기부터 각각의 배기 과정의 말기까지 제1 방향으로 회전한다. 상기 시스템은 상기 압축 로터가 각각의 흡입 과정의 초기부터 각각의 압축 과정의 말기까지 제1 방향으로 회전하도록 상기 연소 조립체에 연결된 압축 조립체도 포함하고 있다. 상기 압축 조립체와 유체 연통된 탱크 조립체와 상기 연소 조립체가 전이 손실을 없애거나 감소시키면서 상기 시스템에 안정성을 제공한다.

Description

로터리 엔진, 로터리 엔진의 부품, 그리고 방법{ROTARY ENGINE, PARTS THEREOF, AND METHODS}
본 출원은 35 U.S.C. 119(e)에 따라 2019년 8월 9일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/884,771호 및 2019년 8월 30일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/894,567호에 대해 우선권을 주장하며, 상기 문헌들의 전체 내용은 인용에 의해서 본 명세서에 포함되어 있다. 본 출원은 또한 2020년 1월 1일자로 출원된 미국 특허 출원 제16/732,318호에 대해 우선권을 주장하며, 상기 문헌의 전체 내용은 인용에 의해서 본 명세서에 포함되어 있다.
본 발명은 대체로 엔진에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 로터리 엔진, 로터리 엔진의 부품, 그리고 로터리 엔진과 관련된 방법에 관한 것이다.
대부분의 기존의 내연 엔진은 두 가지 주요 범주 - 가스 터빈 엔진과 왕복운동 엔진 - 로 나뉘고, 가스 터빈 엔진과 왕복운동 엔진은 각각 고유의 장점과 단점을 가지고 있다. 예를 들어, 가스 터빈 엔진은 왕복운동 엔진과 비교할 때 매우 높은 출력 대 중량 비율(power-to-weight ratio)을 가지고 있다. 가스 터빈 엔진은 또한 동등한 출력의 왕복운동 엔진보다 크기가 작은 경향이 있다. 이러한 장점은 항공기 산업을 (소형 항공기 사용처를 제외하고는) 거의 전적으로 가스 터빈 엔진을 사용하는 것으로 이끌었다. 한편, 왕복운동 엔진은 연료 효율이 더 높고 동력 설정(power setting)의 변화에 더 민감한 경향이 있다. 왕복운동 엔진은 또한 동등한 출력의 가스 터빈 엔진보다 비용이 적게 드는 경향이 있다. 이러한 장점은 자동차 산업을 거의 전적으로 왕복운동 엔진을 사용하는 것으로 이끌었다. 가스 터빈 엔진과 왕복운동 엔진 사이에는 많은 차이가 있지만, 가스 터빈 엔진과 왕복운동 엔진은 각각 연소 과정과 관련된 유체 팽창에 의존한다.
"제트" 엔진과 같은 가스 터빈 엔진은 고에너지 연료의 연소를 이용하여 열 에너지를 발생시키며, 이 열에너지는 터빈을 작동시키는 데 이용된다. 보다 구체적으로는, 연소 과정에서 나오는 열에너지는 다량의 작동 유체를 가열하는 데 사용되어, 작동 유체를 팽창시킨다. 팽창하는 작동 유체는 터빈의 블레이드를 통하여 전달되어, 터빈을 회전시킨다. 가스 터빈의 구체적인 사용처에 따라, 터빈의 회전은 여러 가지 방법으로 이용될 수 있습니다.
미국 특허 제2,168,726호는, 그 전체 개시내용이 인용에 의해서 본 명세서에 포함되어 있으며, 압축기를 작동시키는 터빈을 가지고 있는 "터보제트 엔진"을 개시하고 있다. 상기 압축기는 유체(공기)의 흐름을 터보제트 엔진의 전방 부분으로 끌어들이고 유체를 터보제트 엔진의 후방 부분으로 배출하여, 추력을 발생시킨다. 압축된 유체의 흐름의 일부가 연소실로 보내져서 연소 과정을 가능하게 하고 이어지는 팽창 과정 동안에 작동 유체의 역할을 한다. 터빈을 통해 팽창하여, 압축기를 작동시킨 후, 상기 작동 유체는 주 흐름(main flow)과 다시 합류된다. 그 결과 배기 가스의 고속 스트림("제트 추진(jet propulsion)")이 생성된다.
각 문헌의 전체 개시내용이 인용에 의해서 본 명세서에 포함되어 있는, 미국 특허 제2.478,206호("레딩(Redding)"에게 부여된 특허), 미국 특허 제2,504,414호("호손(Hawthorne)"에게 부여된 특허), 미국 특허 제2,505,660호("바우만(Baumann)"에게 부여된 특허), 미국 특허 제2,526,409호("프라이스(Price)"에게 부여된 특허), 미국 특허 제2,526, 941호("피쉬바인(Fishbein)"에게 부여된 특허), 미국 특허 제2,541,098호("레딩(Redding)"에게 부여된 특허), 미국 특허 제2,702,985호("호웰(Howell)"에게 부여된 특허), 그리고 미국 특허 제3,153, 907호("그리피쓰(Griffith)"에게 부여된 특허)는 다양한 배치 형태의 "터보프롭 엔진"을 개시하고 있다. 일반적으로 말해서, 터보프롭 엔진이 프로펠러를 구동시키기 위해서 유체 유동의 많은 부분을 이용하는 것을 제외하면 터보프롭 엔진은 터보제트 엔진과 유사하다. 따라서, 터보제트 엔진의 제트 추진에 비해서 제트 추진이 감소된다. 마찬가지로, 터보 샤프트(예를 들면, 헬리콥터 로터 또는 발전기를 작동시키기 위해서 사용되는 것)는 유체 유동의 훨씬 더 많은 부분을 이용하고, 이로 인해 제트 추진을 더욱 감소시키거나 심지어 없앤다. 반대로, "터보 팬"(고-바이패스(high-bypass) 터보 팬 또는 저-바이패스(low-bypass) 터보 팬)은 제트 추진을 증가시키거나 변화시키기 위한 목적으로 큰 팬을 구동시키기 위해서 유체 유동을 이용한다.
왕복운동 엔진은 또한 고에너지 연료의 연소를 이용하여 열에너지를 발생시키지만, 이 에너지는 터빈을 작동시키는 데 사용되는 것이 아니고 연소실을 팽창시키는 데 사용된다. 연소실이 팽창함에 따라, 피스톤이 상사점 위치로부터 하사점 위치로 직선으로 멀어지게 구동된다. 상기 엔진의 구성에 따라, 일부 지점에서, 이어지는 연소 과정을 위해서 더 많은 연료와 공기("투입물(charge)")가 연소실 속으로 흡입될 수 있도록 팽창하는 가스가 실린더로부터 배출된다. 왕복운동 엔진이 외부 압축원(예를 들면, 과급기, 터보 과급기 등에 의해)을 이용할 수 있지만, 압축은 일반적으로 연소 전에 피스톤을 하사점으로부터 상사점으로 이동시키는 것에 의해서 이루어진다. 이렇게 하여, 피스톤이 하사점과 상사점 사이에서 왕복운동하고, 그래서 상기 엔진을 왕복운동 엔진이라고 명명한다.
왕복운동 엔진의 왕복운동 작용이 (터빈의 비교적 단순한 회전과는 대조적으로) 왕복운동 엔진의 복잡한 기계적인 움직임으로 인한 비용과 유지 보수 노력을 증가시키지만, 왕복운동 엔진의 연소실은 간헐적인 연소 기간에만 고온에 노출되므로, 연소실을 냉각시키거나 및/또는 연소실이 과열되는 것을 방지하는 것이 가능하다. 반대로, 가스 터빈 엔진은 연속적인 연소를 이용하므로(가스 터빈 엔진의 연소실을 종종 "연소기"라고도 한다), 가스 터빈 엔진이 고온에 장시간 버틸 수 있도록 하기 위해서 종종 비싼 재료와 정기적인 보수를 필요로 한다. 따라서, 복잡한 기계적인 움직임을 요하지 않으면서 간헐적인 연소를 가능하게 하는 시스템과 방법을 가지는 것이 이로울 것이다.
가스 터빈 엔진은, 압축기, 연소기(연소실), 그리고 팽창 터빈을 필요로 하는 정압 사이클인 브레이턴 사이클(Brayton cycle)을 이용하여 작동된다. 브레이턴 사이클의 효율은 주위 압력에 대한 연소실 내부의 압력에 크게 의존한다. 이에 대하여, 왕복운동 엔진은 일반적으로 오토 사이클(Otto cycle) 또는 디젤 사이클(Diesel cycle)을 이용하여 작동되고, 오토 사이클과 디젤 사이클의 각각의 효율은 오토 사이클과 디젤 사이클의 각각의 압축비에 크게 의존한다.
미국 특허 제367,496호("애트킨스(Atkins)"에게 부여된 특허)는, 그 전체 개시내용이 인용에 의해 본 명세서에 포함되어 있으며, 압축비보다 큰 팽창비를 가지고 있으며(애트킨스는 2 대 1의 비가 우수한 결과를 나타내는 것으로 밝혀졌다고 개시하고 있음), 이제는 애트킨스 사이클(Atkins cycle)이라고 알려져 있는 열역학적 사이클을 이용하는 왕복운동 엔진을 개시하고 있다. 애트킨슨 사이클 엔진은 오토 사이클 엔진에 비하여 향상된 연료 효율성을 제공하지만, 저속에서 출력 손실의 단점이 있다. 미국 특허 제2,817,322호("밀러(Miller)"에게 부여된 특허)는, 그 전체 개시내용이 인용에 의해 본 명세서에 포함되어 있으며, 연소 과정 동안 "실린더 최대 용적보다 상당히 적은 양의 공기가 갇히도록(entrapped)" 압축 행정 동안 (예를 들면, 압축 행정의 제1 부분 동안 밸브를 개방 상태로 둠으로써) 실린더로부터 공기를 "토출(reject)"하는 과급 기관을 개시하고 있다. 이런 식으로, 밀러 사이클(Miller cycle)은, 저속에서 출력 손실이 없는(또는 적은) 애트킨슨 사이클과 유사한, 압축비를 초과하는 팽창비를 얻는다. 유감스럽게도, 밀러 사이클은 여전히 비효율적인 요소, 예를 들면, 왕복운동 엔진의 일반적인 비효율적인 요소 및 실질적으로 밀러 사이클의 연장된 흡입 행정과 관련된 특유의 비효율적인 요소를 가진 단점이 있다. 따라서, 내연 엔진의 효율을 최대화하는 시스템과 내연 엔진의 효율을 최대화하는 방법을 가지는 것이 이로울 것이다.
본 발명은 내연 엔진의 비용과 무게를 최소화하고 내연 엔진의 유지보수 요건을 최소화하면서도 내연 엔진의 효율을 최대화하는 시스템과 방법을 포함하고 있다. 상기 시스템은 연소를 위해 유체를 원하는 압력(예를 들면, 220psi 이상)으로 압축시키는 압축 조립체와 많은 양의 압축된 유체를 수용하는 탱크 조립체를 포함하고 있다. 본 발명의 연소 조립체는 각각의 동력 행정에 대해 압축된 공기의 작은 부분을 수용하도록 구성되어 있다. 이렇게 하여, 엔진의 동력 행정이 엔진의 압축 행정과 독립적이고, 이것에 의해 엔진과 관련된 전이 손실(transitional loss)을 없애거나 감소시킨다
브레이턴 사이클을 이용하는 가스 터빈과는 다르게, 본 발명은 터빈을 회전시키는데 연속적인 연소를 요하지 않는 사이클("라일리 사이클(Riley cycle)")을 이용한다. 대신에, 라일리 사이클은 왕복운동을 요하지 않고 연속적인 회전 운동을 유지시키는 것과 함께 간헐적인 연소를 가능하게 한다. 이렇게 하여, 라일리 사이클은 가스 터빈 엔진의 장점과 함께 왕복운동 엔진의 장점을 실현한다.
오토 사이클과 디젤 사이클을 이용하는 왕복운동 엔진과는 다르게, 본 발명은 팽창 행정이 압축 행정과 교대로 진행될 것을 요하지 않는다. 대신에, 라일리 사이클은 반복적인 팽창 행정을 허용하고, 각각의 팽창 행정은 동력 로터의 부분적인 회전과 관련되어 있다. 이렇게 하여, 라일리 사이클을 이용하는 엔진은 생산하기가 보다 용이하고, 연료 효율성이 더 높으며, 유지보수를 덜 필요로 한다.
애트킨스 사이클과 같이, 라일리 사이클은 연료의 팽창비를 최대화할 수 있지만; 애트킨스 사이클과는 다르게, 라일리 사이클은 복잡한 왕복운동 구성요소를 필요로 하지 않는다. 대신에, 라일리 사이클은 입구 밸브가 개방되어 있는 시간의 길이를 조절하여, 투입물의 양을 조절함으로써 팽창비를 최대화할 수 있다. 이렇게 하여, 라일리 사이클은 사용자에게, 필요한 경우 필요에 따라 및/또는 원하는 대로 대체 연료를 사용하는 것 및/또는 연료를 변경하는 것에 대한 융통성을 제공한다.
밀러 사이클을 이용하는 엔진과 같이, 본 발명은 입구 밸브를 개방 상태로 유지하는 시간의 양을 조절함으로써 시스템의 효율을 조절한다. 그러나 밀러 사이클은 이러한 잇점을 압축실이 수축하는 동안 입구 밸브를 개방 위치에 유지시킴으로써 얻는다. 다시 말해서, 밀러 사이클은 투입물의 압축 전에 투입물의 일부를 연소실로부터 배출되게 함으로써 효율을 얻는다. 이러한 접근 방식은 필연적으로 투입물의 일부가 연소실로부터 배출되기 전에 배출될 투입물의 일부가 먼저 연소실로 흡입될 것을 요한다. 라일리 사이클은 투입물의 일부를 배출할 것을 요하지 않는다. 대신에, 라일리 사이클은 초기의 투입물 양을 조절하여(입구 밸브를 개방하는 타이밍을 조절하고 또한 입구 밸브가 개방되어 있는 시간의 양을 조절함으로써), 투입물의 일부를 배출시킬 필요성을 배제함으로써 효율을 얻는다.
본 발명의 연소 조립체는 제1 블레이드를 가진 동력 로터(power rotor)를 포함하고 있다. 제1 투입물이 제1 블레이드에 인접하여 점화되면, 제1 블레이드는 배기구쪽으로 구동되어, 동력 로터를 구동시킨다. 상기 연소 조립체는, 배기구에 대한 제1 블레이드의 운동이 제1 투입물로부터 이용가능한 에너지(팽창)를 최대화하도록 구성되어 있다. 제1 블레이드가 배기구를 지나서 이동하면, 제1 투입물의 팽창된 유체가 배기구를 통하여 배출된다. 몇몇 실시례에서는, 동력 로터가, 예를 들면, 제2 투입물의 점화 후에, 제1 투입물을 배기구을 통하여 배출시키도록 구성되어 있는 제2 블레이드를 포함하여, 복수의 블레이드를 포함하고 있다. 몇몇 실시례에서는, 제1 블레이드가, 예를 들면, 제2 투입물의 점화 후에, 제1 투입물을 배기구을 통하여 배출시키도록 구성되어 있다.
본 발명의 연소 조립체는 제1 아이솔레이터 로터를 더 포함하고 있고, 상기 제1 아이솔레이터 로터는 점화점(ignition point) 뒤에 위치되어 있으며 각각의 블레이드로부터 멀어지게 투입물이 팽창하는 것을 방지하거나 억제하도록 구성되어 있다. 몇몇 실시례에서는, 제1 아이솔레이터 로터가 배기 가스가 배기구를 우회하는 것을 방지하도록 배기구를 바로 지나서 위치되어 있다. 몇몇 실시례에서는, 상기 연소 조립체가, 배기 가스가 배기구를 우회하는 것을 방지하도록 배기구를 바로 지나서 위치된 제2 아이솔레이터 로터를 포함하여, 복수의 아이솔레이터 로터를 포함하고 있다. 각각의 아이솔레이터 로터는, 동력 로터의 하나 이상의 블레이드를 수용하여, 동력 로터가 아이솔레이터 로터를 넘어서 회전할 수 있게 하는 적어도 하나의 수용기를 포함하고 있다. 이렇게 하여, 상기 연소 조립체는 원하는 경우 원하는 대로 또는 필요에 따라 하나 이상의 동력 행정을 생략할 수도 있으면서 동력 행정을 연속적으로 반복하여 수행할 수 있다.
본 발명은 기존의 기술을 개량하거나 및/또는 기존의 기술을 포함하고 있다. 몇몇 실시례에서는, 상기 엔진이 2,500rpm으로 아이들링할 수 있다. 몇몇 실시례에서는, 상기 엔진이 선형 동력 및 토크 곡선(linear power and torque curve)을 가지고 있다. 몇몇 실시례에서는, 상기 엔진 30,000rpm 이상에서 안전 한계 속도로 작동한다. 몇몇 실시례에서는, 상기 엔진이 사이클당 분사에 대한 독립적인 제어를 가능하게 한다. 몇몇 실시례에서는, 기존의 기술에 비해서 과류손(parasitic loss)이 획기적으로 감소된다. 몇몇 실시례에서는, 상기 엔진이 성층(stratified) 분사와 점화를 할수 있다. 몇몇 실시례에서는, 상기 엔진이 왕복운동 가능성과 관련된 문제점을 방지한다. 몇몇 실시례에서는, 상기 엔진이 압축기 작동 정지와 관련된 문제점을 방지한다. 몇몇 실시례에서는, 상기 엔진이 밀봉과 관련된 문제점을 방지한다. 몇몇 실시례에서는, 상기 엔진이 예연소실 연소(pre-chamber combustion)를 가능하게 할 수 있다. 몇몇 실시례에서는, 상기 엔진이 온더플라이식 적응형 압축비 능력(on the fly adaptive compression ratio capability), 온더플라이식 고도 보상 능력(on the fly altitude compensation capability), 및/또는 온더플라이식 적응형 연료 기술(on the fly adaptive fuel technology)을 포함하고 있다. 몇몇 실시례에서는, 상기 엔진이 공기로 냉각된다. 몇몇 실시례에서는, 상기 엔진의 히트 시그너처(heat signature)가 사실상 존재하지 않는다. 몇몇 실시례에서는, 상기 엔진이 기존의 기술과 비교하여 향상된 동력 대 중량 비 및/또는 향상된 배출물을 제공한다. 몇몇 실시례에서는, 상기 엔진이 사실상 NOx 배출물을 방출하지 않으면서 작동한다.
상기한 대상 및 다른 대상은 본 발명을 예시하기 위한 것이며 제한하기 위한 것은 아니다. 본 발명의 많은 가능한 실시례는 아래의 상세한 설명과 이 설명의 일부를 구성하는 첨부된 도면을 연구하면 만들어질 수 있으며 쉽게 알 수 있을 것이다. 본 발명의 다양한 특징 및 서브 콤비네이션(subcombination)은 다른 특징 및 서브 콤비네이션과 관계없이 이용될 수 있다. 본 발명의 다른 목적 및 장점은 본 발명의 실시례와 그것의 다양한 특징이 실례와 예로 개시되어 있는 첨부된 도면과 관련하여 기술된 아래의 설명에 의해 명확해 질 것이다.
본 발명의 출원인이 본 발명의 원리를 적용한 것으로 생각한 최적의 모드의 예시인, 본 발명의 바람직한 실시례가 아래의 설명에 개시되어 있고 도면에 도시되어 있으며 특히 첨부된 청구범위에 특히 명확하게 명시적으로 기재되어 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시례의 단면 개략도이고, 상기 실시례는 압축 조립체와 연소 조립체의 사이에 위치된 탱크 조립체를 가지고 있으며, 도시된 상기 실시례는 임펠러를 포함하고 있지 않다.
도 2는 본 발명의 한 실시례의 개략도이고, 상기 실시례는 연소 조립체에 바로 인접하여 위치된 압축 조립체를 가지고 있으며, 도시된 상기 실시례는 엔진 도처에 유체 유동 방향으로 뻗어 있는 배기 시스템을 가지고 있다.
도 3은 릴리프 밸브와 출구 밸브를 가진 압축 조립체의 한 실시례의 개략도이고, 상기 릴리프 밸브는 폐쇄 배치 형태로 있고 상기 출구 밸브는 개방 배치 형태로 있다.
도 4는 릴리프 밸브와 출구 밸브를 가진 압축 조립체의 한 실시례의 개략도이고, 상기 릴리프 밸브는 개방 배치 형태로 있고 상기 출구 밸브는 폐쇄 배치 형태로 있다.
도 5는 복수의 배기관 지선을 가진 배기 시스템과 배기관 지선이 통기되는 것을 제어하는 배기 밸브를 나타내는 연소 조립체의 한 실시례의 개략도이고, 상기 배기 밸브는 촉매 변환장치를 지나서 연소 배기가스를 배출시키는 제1 배치 형태로 있다.
도 6은 복수의 배기관 지선을 가진 배기 시스템과 배기관 지선이 통기되는 것을 제어하는 배기 밸브를 나타내는 연소 조립체의 한 실시례의 개략도이고, 상기 배기 밸브는 비-연소 배기가스가 촉매 변환장치를 지나서 배출되지 않도록 비-연소 배기가스를 배출시키는 제2 배치 형태로 있다.
도 7은 본 발명의 압축 조립체의 단면도이고, 연소 조립체의 몇몇 실시례가 실질적으로 동일한 배치 형태를 가지고 있다.
도 8은 본 발명의 압축 로터의 단부도이고, 동력 로터의 몇몇 실시례가 실질적으로 동일한 배치 형태를 가지고 있다.
도 9는 본 발명의 아이솔레이터의 단부도이다.
도 10은 본 발명의 압축 하우징의 단면도이고, 연소 하우징의 몇몇 실시례가 실질적으로 동일한 배치 형태를 가지고 있다.
도 11은 본 발명의 로터리 밸브의 단부도이다.
도 12는 본 발명의 압축 조립체의 단면도이고, 상기 압축 조립체가 초기의 흡입 행정 전의 상태로 도시되어 있다.
도 13 내지 도 16는 각각 초기의 흡입 행정 동안의 상이한 시기에서의 도 12와 동일한 단면도를 나타내고 있다.
도 17 내지 도 20는 각각 초기의 압축 행정 동안의 상이한 시기에서의 도 12와 동일한 단면도를 나타내고 있다.
도 21은 본 발명의 연소 조립체의 단면도이고, 상기 연소 조립체가 초기의 동력 행정 전의 상태로 도시되어 있다.
도 22 내지 도 25는 각각 초기의 동력 행정 동안의 상이한 시기에서의 도 21과 동일한 단면도를 나타내고 있다.
도 26 내지 도 29는 각각 초기의 배기 행정 동안의 상이한 시기에서의 도 21과 동일한 단면도를 나타내고 있다.
도 30과 도 31은 각각 본 발명의 압축 조립체의 단면도를 나타내고 있고, 연소 조립체의 몇몇 실시례가 실질적으로 동일한 배치 형태를 가지고 있다.
도 32와 도 33은 각각 본 발명의 압축 조립체의 단면도를 나타내고 있고, 연소 조립체의 몇몇 실시례가 실질적으로 동일한 배치 형태를 가지고 있다.
도 34는 본 발명의 압축 조립체의 단면도를 나타내고 있다.
도 35는 본 발명의 한 실시례의 단면 개략도이고, 상기 실시례는 대향하여 배치된 전방 팬 조립체와 후방 팬 조립체 그리고 전방 팬 조립체와 후방 팬 조립체 사이에 뻗어 있는 보호판을 가지고 있다.
도 36은 본 발명의 한 실시례의 단면 개략도이고, 상기 실시례는 후방 팬 조립체와 이 후방 팬 조립체로부터 뻗어 있는 보호판을 가지고 있다.
도 37은 본 발명의 한 실시례의 단면 개략도이고, 상기 실시례는 전방 팬 조립체와 이 전방 팬 조립체로부터 뻗어 있는 보호판을 가지고 있다.
도 38은 도 35, 도 36, 또는 도 37의 시스템의 한 실시례의 단면도를 나타내고 있다.
도 39는 도 35, 도 36, 또는 도 37의 시스템의 한 실시례의 단면도를 나타내고 있다.
도 40은 본 발명의 엔진 조립체의 한 실시례의 등각투영도(isometric view)이다.
도 41은 도 40의 엔진 조립체의 평면도이다.
도 42는 도 40의 엔진 조립체의 정면도이다.
도 43은 도 40의 엔진 조립체의 등각투영 단면도로서, 상기 엔진 조립체가 도 41의 라인 43-43을 따라서 절단된 상태의 단면도이다.
도 44는 도 40의 엔진 조립체의 평면 단면도로서, 상기 엔진 조립체가 도 42의 라인 44-44을 따라서 절단된 상태의 단면도이다.
도 45는 도 40의 엔진 조립체의 측면 단면도로서, 상기 엔진 조립체가 도 42의 라인 45-45을 따라서 절단된 상태의 단면도이고, 명료함을 기하기 위해서 팬 조립체가 제거된 상태로 도시되어 있다.
도 46 내지 도 53은 본 발명의 엔진의 분해 사시도이고, 명료함을 기하기 위해서 각 도면으로부터 일부 구성요소가 생략되어 있다.
도 54는 도 46 내지 도 53의 엔진의 사시도이다.
도 55는 본 발명의 엔진의 사시도이고, 내부에 위치된 구성요소들을 볼 수 있게 하기 위해서 연소 하우징, 탱크 하우징, 압축 하우징, 그리고 기어 하우징이 투명한 상태로 도시되어 있다.
도 56은 본 발명의 한 실시례의 등각투영 단면도이다.
도 57은 도 56의 실시례의 평면도이다.
도 58은 도 56의 실시례의 평면 단면도이다.
도 59는 본 발명의 한 실시례의 압축 조립체의 부분도이고, 상기 압축 조립체는 제1 압축 행정 동안 폐쇄 배치 형태로 있는 것으로 도시되어 있다.
도 60과 도 61은 각각 도 14의 압축 조립체의 부분도를 나타내고 있고, 도시된 출구 포트의 일부분이 상기 압축 조립체의 아이솔레이터 로터의 수용기에 의해서 만들어진 공동과 유체 연통되어 있고, 상기 압축 조립체는 각 도면에서 폐쇄 배치 형태로 있다.
도 62 내지 도 64는 각각 도 59의 압축 조립체의 부분도를 나타내고 있고, 상기 압축 조립체는 각 도면에서 개방 배치 형태로 있다.
도 65는 도 59의 압축 조립체의 부분도이고, 상기 압축 조립체는 제1 압축 행정의 말기에 폐쇄 배치 형태로 있다.
도 66은 도 59의 압축 조립체의 부분도이고, 상기 압축 조립체는 제2 압축 행정의 초기에 있는 것으로 도시되어 있다.
도 67은 본 발명의 한 실시례의 단면도이고, 흡입구가 개방 배치 형태로 있는 것으로 도시되어 있다.
도 68 내지 도 72는 본 발명의 다양한 실시례의 연소 하우징의 반투명 부분도이고, 상기 하우징은 점화실과 점화 터널을 한정하고 있다.
도 73은 본 발명의 한 실시례의 탱크 하우징의 등각투영도이고, 상기 탱크 하우징은 선반형 지지부(support ledge)를 가지고 있다.
도 74는 도 73의 탱크 하우징의 등각투영 단면도이다.
도 75는 본 발명의 한 실시례의 로터리 밸브의 등각투영도이고, 상기 로터리 밸브는 도 73의 탱크 하우징과 결합하도록 구성되어 있다.
도 76은 도 75의 로터리 밸브의 등각투영 단면도이다.
도 77은 내측 직경부에 오목한 부분을 가진 로터를 나타내고 있다.
도 78은 내측 직경부에 오목한 부분을 가진 하우징의 일부분을 나타내고 있다.
도 79는 상기 오목한 부분들이 정렬되어 있고, 통기 시스템이 상기 오목한 부분들과 유체 연통되도록 도 78의 하우징 내에 위치된 도 77의 로터를 나타내고 있다.
도 80은 내측 직경부 근처에 오목한 부분을 가진 로터를 나타내고 있다.
도 81은 내측 직경부 근처에 오목한 부분을 가진 하우징의 일부분을 나타내고 있다.
도 82는 상기 오목한 부분들이 정렬되어 있고, 통기 시스템이 상기 오목한 부분들과 유체 연통되도록 도 81의 하우징 내에 위치된 도 80의 로터를 나타내고 있다.
도 83은 세 개의 연료 분사기를 가진 본 발명의 한 실시례를 나타내는 반투명 부분도이고, 각각의 연료 분사기는 압축 조립체, 탱크 조립체, 그리고 연소 조립체 중의 하나와 결합되어 있어서, 압축 조립체, 탱크 조립체, 그리고 연소 조립체 각각에서 연료의 분사를 가능하게 한다.
필요에 따라, 본 발명의 상세한 실시례가 본 명세서에 개시되어 있지만; 개시된 실시례는 다양한 형태로 구현될 수 있는 본 발명의 원리의 예에 불과하다는 것을 알아야 한다. 따라서, 본 명세서에 개시되어 있는 특정의 구조적 세부사항 및 기능적 세부사항은 제한적인 것으로 해석되어서는 안되며, 단지 청구범위에 대한 기초사항으로 그리고 본 발명을 실질적으로 임의의 적절하게 구체화된 구조로 다양하게 이용하기 위해서 당업자에게 개시하는 대표적인 기초사항으로 해석되어야 한다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 일부 실시례는 제트 추진(14)을 발생시킬 수 있는 내연 엔진(10)을 포함하고 있다. 몇몇 실시례에서, 제트 추진의 적어도 일부분은 하나 이상의 구동 샤프트(20), 동기 샤프트(synchronizing shaft)(30), 및/또는 이와 유사한 것을 통하여 유체("우회하는 유체(bypass fluid)")의 흐름(12)을 끌어들이도록 구성되어 있는 임펠러(13)에 의해서 발생된다. 몇몇 실시례에서는, 하나 이상의 샤프트가 내연 엔진으로부터 나오는 열에너지가 우회하는 유체로 전달되어, 내연 엔진을 냉각시키도록 내연 엔진을 통하여 뻗어 있다. 몇몇 실시례에서는, 상기 내연 엔진이 (상기한 공냉 시스템에 추가하여 및/또는 상기한 공냉 시스템을 대신하여) 수냉 시스템, 히트 싱크 시스템, 별개의 공냉 시스템 등과 같은 하나 이상의 다른 냉각 수단을 포함하고 있거나 및/또는 상기 하나 이상의 다른 냉각 수단과 결합되어 있다. 몇몇 실시례에서는, 본 발명이, 현재 알려져 있거나 나중에 개발된 애프터 버너 시스템(after burner system)과 같은, 애프터 버너 시스템(500)을 포함하고 있거나 및/또는 상기 애프터 버너 시스템(500)과 함께 작동할 수 있다.
본 발명의 내연 엔진(10)은 압축성 유체 ("공기")를 제1 압력("입구 압력")에서 제2 압력("출구 압력")으로 압축하는 압축 조립체(100)를 포함하고 있다. 상기 입구 압력이 대기압일 수 있지만, 상기 입구 압력이 대기압보다 높거나 낮을 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명의 몇몇 실시례는 압축 터빈, 원심 압축기 등과 같은 현재 알려져 있거나 나중에 개발된 하나 이상의 다른 압축 수단을 추가하거나 압축 조립체(100)를 상기 하나 이상의 다른 압축 수단으로 교체하도록 구성되어 있다는 것도 알 수 있을 것이다. 몇몇 실시례에서는, 상기 시스템이 하나 이상의 터보 과급기, 과급기 등을 포함하고 있거나 및/또는 상기 하나 이상의 터보 과급기, 과급기 등과 결합되어 있다.
도 7 내지 도 10을 참고하면, 압축 조립체(100)가 압축 하우징(110) 및 이 압축 하우징에 위치된 압축 로터(120)를 포함하고 있다. 상기 압축 조립체가 압축 하우징(110)과 압축 로터(120)의 사이에 위치된 적어도 하나의 압축실(115)을 한정하도록 압축 하우징(110)이 내부 표면(112)을 한정하고 있고 압축 로터(120)가 상기 내부 표면으로부터 떨어져 있는 상응하는 외부 표면(122)을 한정하고 있다. 몇몇 실시례에서는, 압축 하우징(110)이 제1 압축 플레이트(114)와 제2 압축 플레이트(116)의 사이에 위치된 압축 보호판(113)을 포함하고 있다. 몇몇 실시례에서는, 제1 압축 플레이트(114)가 제2 압축 플레이트(116)와 평행하다. 몇몇 실시례에서는, 압축 하우징(110)이 압축 보호판(113) 및/또는 하나 이상의 압축 플레이트에 의해서 한정된 하나 이상의 포트와 같은 하나 이상의 입구 포트(111) 및/또는 하나 이상의 출구 포트(119)를 한정하고 있다. 몇몇 실시례에서는, 상기 입구 포트가, 현재 알려져 있거나 나중에 개발된 브리더 시스템(breather system)과 같은, 하나의 브리더 시스템과 유체 연통되어 있다.
도 40 내지 도 45를 참고하면, 본 발명의 몇몇 실시례는 공기 또는 다른 유체를 압축 조립체(100)쪽으로 안내하는 하나 이상의 공기 흡입구(72)를 가진 브리더 시스템(70)을 포함하고 있다. 몇몇 실시례에서, 각각의 공기 흡입구(72)는, 다량의 공기를 수용하여 이 공기를 상기 압축 조립체와 유체 연통되어 있는 배관 시스템쪽으로 안내하도록 구성되어 있는 전방 부분을 포함하고 있다. 몇몇 실시례에서, 공기 흡입구(72)는, 과도한 유체 및/또는 부스러기가 공기 흡입구로부터 배출될 수 있도록 상기 배관 시스템을 넘어서 뻗어 있는 후방 부분을 더 포함하고 있어서, 과도한 유체 및/또는 부스러기가 상기 배관 시스템으로 들어가는 것을 방지하거나 억제할 수 있다. 몇몇 실시례에서는, 공기 흡입구(72)가 카울(cowl), 엔진실(nacelle) 등과 같은 엔진 보호판(60)의 외측 표면으로부터 뻗어 있다.
몇몇 실시례에서는, 공기 흡입구(72)의 전방 부분이 제1 단면을 한정하고 제2 부분의 적어도 일부분이 제1 단면보다 작은 제2 단면을 한정하여, 상기 배관 시스템으로 유입되는 유체 유동을 증가시킨다. 몇몇 실시례에서는, 상기 배관 시스템이 엔진 보호판(60)의 둘레를 따라서 적어도 부분적으로 뻗어 있는 원주방향의 관(74)을 포함하고 있다. 몇몇 실시례에서는, 상기 배관 시스템이 엔진 보호판(60)과 압축 조립체(100)의 사이에 뻗어 있는 적어도 하나의 반경방향의 관(75)을 포함하고 있다. 몇몇 실시례에서는, 하나 이상의 반경방향의 관(75)이 내연 엔진(10)을 엔진 보호판(60)에 대하여 제자리에 유지시키는 구조적 지지부를 제공한다.
몇몇 실시례에서는, 팬 허브(65)로부터 뻗어 나온 복수의 팬 블레이드(62)를 포함하는 팬 블레이드와 같은 팬 조립체가 적어도 부분적으로 엔진 보호판(60) 내에 위치되어 있다. 몇몇 실시례에서는, 팬 허브(65)가 공기를 엔진쪽으로, 예를 들면, 엔진의 임펠러(13), 엔진의 하나 이상의 샤프트의 내부 공간(interior volume), 또는 이와 유사한 것쪽으로 안내하도록 구성되어 있는 개방된 중심 섹션을 한정한다. 몇몇 실시례에서, 팬 허브의 내부 표면은, 팬 허브의 말단부(다시 말해서, 팬 허브의 전방 단부)의 제1 단면적이 팬 허브의 말단부로부터 떨어진 곳(다시 말해서, 팬 허브의 후방 단부 및/또는 팬 허브의 후방 단부와 전방 단부 사이의 구역)의 제2 단면적보다 더 넓도록 만곡된 경사면을 한정한다. 이렇게 하여, 팬 허브는 공기가 임펠러, 샤프트, 또는 엔진의 다른 부분(다시 말해서, 램 유도부(ram induction) 등)쪽으로 안내됨에 따라 공기를 압축시킬 수 있다.
도 7 내지 도 10을 다시 참고하면, 압축 로터(120)는, 압축 로터(120)의 외부 표면(122)으로부터 압축 하우징(110)의 내부 표면(112)쪽으로 뻗어서, 압축실(115)의 압축 섹션의 제1 단부를 한정하는 핀, 블레이드 등과 같은 압축 부재(125)를 포함하고 있다. 압축 로터(120)는 압축실(115)의 흡입 섹션의 제2 단부를 한정하는 팽창 부재를 더 포함하고 있다. 몇몇 실시례에서 압축 로터(120)의 하나 이상의 압축 부재(125)는, 각각의 압축 부재(125)가 압축 섹션을 인접한 흡입 섹션으로부터 분리시키도록 팽창 부재의 역할도 한다는 것을 알 수 있을 것이다. 몇몇 실시례에서, 압축 하우징(110)과 압축 로터(120)는, 압축 하우징(110)의 내부 표면(112)과 압축 부재(125)(및/또는 팽창 부재, 해당될 경우)의 말단부 사이에 작은 간극이 존재하도록 구성되어 있다. 상기 작은 간극은, 인접한 압축 섹션과 흡입 섹션 사이의 공기 흐름을 최소화하면서 클리어런스를 제공하도록 되어 있다. 압축 로터가 압축 하우징 내에서 회전할 때 압축실(115)의 일부 섹션이 번갈아서 흡입 섹션의 일부분이 되었다 압축 섹션의 일부분이 되었다 하는 것을 알 수 있을 것이다.
흡입 행정 동안 압축 로터(120)가 회전할 때, 압축실(115)의 흡입 섹션의 부피가 증가하여, 그 내부의 유체의 양이 증가하도록 팽창 부재는 각각의 입구 포트(111)로부터 멀어지게 이동한다. 몇몇 실시례에서는, 입구 포트(111)가 압축실의 흡입 섹션의 제1 단부에 또는 그 근처에 위치되어 있다. 흡입 섹션의 각각의 흡입 행정이 인접한 압축 섹션의 압축 행정과 동시에 수행될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
압축 행정 동안 압축 로터(120)가 회전할 때, 압축실(115)의 압축 섹션의 부피가 감소하여, 그 내부의 압력이 증가하도록 압축 부재는 각각의 출구 포트(119)쪽으로 이동한다. 몇몇 실시례에서는, 출구 포트(119)가 압축실의 압축 섹션의 제2 단부에 또는 그 근처에 위치되어 있다. 몇몇 실시례에서는, 출구 포트가 개방 배치 형태와 폐쇄 배치 형태 사이에서 이동가능하고(예를 들면, 출구 밸브(150) 등에 의해, 도 3 참고), 이것에 의해 압축 행정이 완료될 때까지 유체가 압축 섹션 외부로 이동하는 것을 방지하거나 억제한다. 몇몇 실시례에서는, 출구 밸브(150)가 슬라이드 밸브, 볼 밸브, 로터리 밸브, 또는 임의의 다른 전기적, 기계적, 유압식, 및/또는 상기한 것들의 단독 형태 또는 상기한 것들 중의 하나 이상과 결합한 형태의 다른 (현재 알려져 있거나 나중에 개발된) 메카니즘 및/또는 수단이다.
몇몇 실시례에서는, 압축 조립체(100)가, 예를 들면, 압축 하우징에 의해 한정된 릴리프 포트(169)를 선택적으로 개폐함으로써, 압축 행정 동안 압력 상승을 없애거나 감소시키는 하나 이상의 릴리프 밸브(160)를 포함하고 있다. 이렇게 하여, 상기 시스템은, 추가적인 유체 압축이 필요하지 않을 때 유체를 압축시키는 것과 관련된 동력 요건을 선택적으로 없애거나 감소시키도록 구성되어 있다. 몇몇 실시례에서는, 릴리프 포트(169)가 압축실의 압축 섹션의 제2 단부 쪽에, 예를 들면, 출구 포트(119)나 그 근처에 위치되어 있다. 몇몇 실시례에서는, 릴리프 포트를 개방하면 릴리프 포트가 대기와 유체 연통되어, 과도한 압력을 대기중으로 발산할 수 있게 된다. 몇몇 실시례에서는, 릴리프 포트를 개방하면 릴리프 포트가 저압 유지 용기(holding vessel)와 같은, 유지 용기와 유체 연통되어, 유체의 저장이 가능하게 된다. 몇몇 실시례에서는, 압축 조립체가 복수의 릴리프 포트 및/또는 릴리프 밸브를 포함하고 있다.
도 3 및 도 4를 참고하면, 하나 이상의 로터가 출구 포트를 효과적으로 개폐하기 위해서 사용되는 아래에 설명되어 있는 것과 같은 본 발명의 몇몇 실시례는 출구 포트(119)와 정반대 쪽에 있는 적어도 하나의 릴리프 포트(169)를 포함하고 있다. 몇몇 실시례에서는, 릴리프 포트(169)의 외형(profile)은 압축 사이클 동안 갇히는(trapped) 공기를 최소화하도록 구성되어 있다. 몇몇 실시례에서는, 릴리프 포트(169)의 외형이 대향하는 출구 포트(119)의 외형과 일치한다. 몇몇 실시례에서는, 임의의 주어진 시간에 릴리프 포트와 출구 포트 중의 하나만 개방되도록 릴리프 밸브(160)가 출구 포트(119)와 동기화되어 있어서, 릴리프 포트(169)를 통하여 탱크 조립체(300)의 통기(venting)를 방지한다. 다른 실시례에서는, 릴리프 포트(169)와 출구 포트(119)를 동시에 개방하는 것에 의해 압축 조립체(100)를 통하여 탱크 조립체(300)의 통기를 가능하게 한다.
도 7 내지 도 10을 다시 참고하면, 압축 조립체(100)가 압축실(115)을 더 분할하는 하나 이상의 아이솔레이터(130)를 포함하고 있다. 각각의 아이솔레이터(130)는 외부 표면(132)과 이 외부 표면으로부터 오목하게 된 하나 이상의 수용기(135)를 나타내고 있다. 각각의 아이솔레이터 로터는 상기 수용기가 압축 부재를 수용할 수 있도록 각각의 압축 로터에 대하여 위치되어 있으며 타이밍이 맞추어져 있어서, 압축 부재가 압축실의 섹션들 사이로 이동할 수 있게 된다. 본 발명의 일부 실시례가 크기순으로의 배열(sizing), 동력, 그리고 타이밍 요건 및/또는 선호 사항을 수용하기 위해서 다양한 갯수의 아이솔레이터 로터, 압축 부재 등을 포함하고 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명의 일부 실시례가 둥근 모양, 정사각형 모양, 각진 모양의 필렛(fillet), 보강판(gusset) 등과 같은, 다양한 크기와 구성을 가진 압축 부재를 포함하고 있다는 것도 알 수 있을 것이다.
아이솔레이터 로터의 각각의 수용기(135)는 압축 행정의 말기에 압축 부재를 수용하도록 구성되어 있어서, 압축 부재가 압축실의 압축 섹션의 제2 단부를 넘어서 이동하는 것을 가능하게 한다. 다른 모든 때에는, 압축실의 압축 섹션의 전방 단부를 한정하기 위해서 아이솔레이터의 외측 표면이 압축 로터의 외측 표면에 인접하게 위치되어 있다(상기한 것과 같이 작은 간극을 두고). 몇몇 실시례에서는, 아이솔레이터가 압축실의 입구 섹션의 제1 단부를 더 한정한다.
몇몇 실시례에서는, 예를 들면, 로터들 사이의 및/또는 로터와 하우징 사이의 각각의 간극을 통하여, 압축실의 각각의 섹션이 각각의 인접한 섹션과 일정한 유체 연통 상태로 있다. 이렇게 하여, 상기 시스템은 압축 발생 및 유체 흡입을 가능하게 하면서 압축실의 각각의 섹션과 각각의 인접한 섹션 사이에 일정한 유체 연통 상태를 제공한다. 몇몇 실시례에서는, 상기 하우징이 각각의 아이솔레이터를 바로 지나서 위치된 입구 포트(111)를 포함하고 있다. 압축 부재(또는 다른 부재)가 상응하는 입구 포트를 지날 때, 결과적으로 발생하는 진공이 유체를 압축실의 입구 섹션으로 유입되게 한다.
몇몇 실시례에서는, 상기 하우징이 각각의 아이솔레이터 바로 전에 위치된 출구 포트(119)를 포함하고 있다. 압축 부재가 상응하는 출구 포트를 지날 때, 상응하는 압축실이 폐쇄된다. 몇몇 실시례에서는, 압축 섹션이 폐쇄되기 직전에(압력이 최대일 때) 출구 포트를 통하여 유체 유동을 가능하게 하기 위해서 하나 이상의 밸브(예를 들면, 리이드 밸브, 로터리 밸브 등)가 출구 포트와 결합되어 있다. 몇몇 실시례에서는, 상기 압축 조립체가 다른 때에는 출구 포트를 통한 유체 유동을 방지하거나 억제하도록 구성되어 있다.
몇몇 실시례에서는, 상기 시스템이 하나 이상의 밸브 조립체의 부품으로 하나 이상의 로터리 밸브(320)를 포함하고 있다. 도 11을 참고하면, 로터리 밸브의 몇몇 실시례는 한 번 이상의 적절한 때에 압축 조립체 외부로의 유체 유동을 허용하면서 다른 때에는 이러한 유체 유동을 방지하거나 억제하도록 설계되어 있는 하나 이상의 구멍을 한정한다. 몇몇 실시례에서는, 밸브 조립체가, 예를 들면, 전기적, 기계적, 유압식, 및/또는 상기한 것들의 단독 형태 또는 상기한 것들 중의 하나 이상과 결합한 형태의 다른 (현재 알려져 있거나 나중에 개발된) 메카니즘 및/또는 수단을 통하여, 밸브 조립체의 타이밍을 앞당기거나 및/또는 늦추는 하나 이상의 메카니즘 및/또는 수단과 같은, 하나 이상의 조정 메카니즘 또는 다른 조정 수단을 포함하고 있다.
도 59 내지 도 66을 참고하면, 본 발명의 몇몇 아이솔레이터(130)는 출구 포트를 압축실(115)의 압축 섹션에 대하여 개방 배치 형태와 폐쇄 배치 형태 사이에서 이동시키도록 구성되어 있다. 이렇게 하여, 별개의 밸브를 요하지 않으며 압축 부재를 상응하는 수용기와 결합시키는 것과 관련된 압력 상승이 없게 되거나 감소될 수 있다. 몇몇 실시례에서는, 각각의 압축 부재가 선행 부분 및 반대쪽의 후행 부분을 포함하고 있고, 이 선행 부분 및 후행 부분은 각각 압축 부재(115)가 압축실의 한 섹션에서 다른 섹션으로 이동할 때 각각의 수용기의 각각의 선행 부분 및 후행 부분과 결합하도록 구성되어 있다.
몇몇 실시례에서, 본 발명은 압축된 유체를 담는 탱크 조립체(300)를 포함하고 있다. 몇몇 실시례에서, 탱크 조립체(300)는 압축실의 상대 섹션(relative section)이 최대 압력 상태 또는 최대 압력에 가까운 상태에 있을 때(예를 들면, 압축 섹션이 폐쇄되기 직전에) 압축실과 유체 연통된다. 몇몇 실시례에서는, 탱크 조립체의 부피가 압축실의 부피보다 현저하게 더 크고, 이것에 의해 상기 시스템에 안정성을 제공한다. 몇몇 실시례에서는, 상기 탱크 조립체가 압력을 최대 임계값(maximum threshold) 아래로 유지시키는 하나 이상의 압력 릴리프 수단 또는 다른 수단을 포함하고 있어서, 압축 조립체의 작동과 관련된 과도한 가압(over-pressurization)을 방지하거나 및/또는 압축 조립체의 압력 최적화를 가능하게 한다. 몇몇 실시례에서는, 릴리프 밸브가 대기와 유체 연통되어 있다. 몇몇 실시례에서는, 릴리프 밸브가 고압 유지 용기와 같은 유지 용기와 유체 연통되어 있다.
본 발명은 다양한 환경에서, 예를 들면, 지상에서 그리고 높은 곳에서 사용할 수 있게 구성되어 있다. 몇몇 실시례에서는, 상기 시스템이, 예를 들면, 하나 이상의 압력 릴리프 밸브 등을 포함하는 것에 의해, 고도 변화를 보상하는 수단을 포함하고 있다. 몇몇 실시례에서는, 압력 릴리프 밸브, 또는 압력을 조절하는 하나 이상의 다른 수단이 엔진의 성능을 최대화하거나 최적화하기 위해서 조정될 수 있다(예를 들면, 상기 압력 릴리프 밸브, 또는 압력을 조절하는 하나 이상의 다른 수단을 작동가능(on) 상태로 두는 것에 의해). 몇몇 실시례에서는, 예를 들면, 엔진을 유동 제한이 거의 없는 상태에서 단지 관성으로 작동할 수 있게 하기 위해서, 압력 릴리프 밸브가 개방된 상태로 유지되도록 구성되어 있다. 이러한 몇몇 실시례에서는, 예를 들면, 상기 시스템을 거의 또는 전혀 제한이 없는 상태로 대형 공기 펌프(giant air pump)로 작용할 수 있게 하기 위해서, 상기 시스템이 연료를 차단하도록 구성되어 있다(및/또는 상기 시스템이 연료 차단을 할 수 있게 한다). 몇몇 실시례에서는, 예를 들면, 탱크 조립체가 최대 임계 압력 또는 다른 임계 압력 상태나 이에 가까운 상태에 있을 때, 상기 시스템이 공기를 압축실에서 다른 곳으로 보내도록 구성되어 있다. 이러한 몇몇 실시례에서는, 상기 시스템이 하나 이상의 압축실을 개방 배치 형태로 유지하여, 압축실에서의 압력 상승을 방지함으로써 상기 시스템에 작용하는 부하를 전체적으로 감소시키도록 구성되어 있다. 몇몇 실시례에서는, 필요하거나 원할 때 상기 시스템이 동력을 증가시키도록 구성되어 있다.
몇몇 실시례에서는, 하나 이상의 압축 조립체가 (기능상 및/또는 실제로) 하나 이상의 다른 압축 조립체 위에 겹쳐 쌓여 있어서(다시 말해서, 연속으로 겹쳐 쌓인 배치 형태), 훨씬 더 높은 압력의 발생을 가능하게 하거나 및/또는 보다 짧은 시간에 원하는 압력을 발생시킬 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 몇몇 실시례에서는, 하나 이상의 압축 조립체가 (기능상 및/또는 실제로) 하나 이상의 다른 압축 조립체에 인접하여(다시 말해서, 평행한 배치 형태) 작동한다는 것도 알 수 있을 것이다. 필요에 따라 또는 원하는 대로, 다용도성을 제공하기 위해서, 하나 이상의 압축 조립체가 작동될 수 있거나 및/또는 정지될 수 있다는 것도 알 수 있을 것이다. 이렇게 하여, 본 발명은 우수한 동력 성능 및 우수한 효율성을 가능하게 한다. 몇몇 실시례에서는, 상기 시스템이 제1 압력에서 작동하는 1차 로터와 제1 압력보다 낮은 제2 압력에서 작동하는 2차 로터를 포함하고 있다. 이렇게 하여, 상기 시스템은 상기 시스템의 사용과 관련된 다용도성을 포함하고 있다.
몇몇 실시례에서는, 탱크 조립체(300)가 제1 탱크 플레이트와 제2 탱크 플레이트의 사이에 위치된 탱크 보호판(311)을 포함하고 있다. 몇몇 실시례에서는, 제1 탱크 플레이트가 제2 탱크 플레이트와 평행하다. 몇몇 실시례에서는, 탱크 조립체(300)가 탱크 보호판(311) 및/또는 하나 이상의 탱크 플레이트에 의해 한정된 하나 이상의 포트와 같은 하나 이상의 릴리프 포트를 한정한다. 몇몇 실시례에서, 탱크 조립체(300)는, 제1 탱크 플레이트가 제2 압축 플레이트(116)와 같은 압축 하우징(110)의 일부분의 역할을 하도록 압축 조립체(100)로부터 뻗어 있다. 몇몇 실시례에서, 탱크 조립체(300)는, 제2 탱크 플레이트가 제1 연소 플레이트(214)와 같은 연소 하우징(210)의 일부분의 역할을 하도록 연소 조립체(200)로부터 뻗어 있다.
도 1 및 도 2를 다시 참고하면, 본 발명의 로터리 엔진(10)의 몇몇 실시례는 내부 연소를 촉진시키는 연소 조립체(200)를 포함하고 있다. 상기 연소 조립체(200)는 고압 탱크 플레이트(300), 압축 조립체(100), 압축 터빈(도시되어 있지 않음) 등과 같은 고압 유체 공급원과 유체 연통되어 있다. 몇몇 실시례에서는, 고압 유체 공급원의 게이지 압력이 30제곱 인치당 파운드보다 더 크다. 몇몇 실시례에서는, 상기 게이지 압력이 50제곱 인치당 파운드보다 더 크다. 몇몇 실시례에서는, 상기 게이지 압력이 대략 300제곱 인치당 파운드이다. 몇몇 실시례에서는, 상기 게이지 압력이, 연소실에서 유체를 압축시키지 않고 연소를 가능하게 하기 위해서 압축된 유체를 엔진의 연소실로 몰아넣기에 충분하다. 몇몇 실시례에서는, 상기 게이지 압력이, 팽창 섹션이 팽창하는 동안(팽창 부재가 흡입구로부터 멀어지게 이동하는 동안) 압축된 유체를 엔진의 연소실의 팽창 섹션으로 몰아넣고 팽창 섹션의 팽창을 더욱 추진시키기 위해서 연소실의 팽창 섹션 내에서의 연소를 촉진시키기에 충분하다.
압축 조립체에 대하여 상기한 것과 마찬가지로, 연소 조립체(200)가 연소 하우징(210) 및 이 연소 하우징(210)에 위치된 동력 로터(220)를 포함하고 있다. 상기 연소 조립체가 연소 하우징(210)과 동력 로터(220)의 사이에 위치된 연소실(215)을 한정하도록 연소 하우징(210)이 내부 표면을 한정하고 있고 동력 로터(220)가 상기 내부 표면으로부터 떨어져 있는 상응하는 외부 표면을 한정하고 있다. 몇몇 실시례에서는, 연소 하우징(210)이 제1 연소 플레이트(214)와 제2 연소 플레이트(216)의 사이에 위치된 연소 보호판(213)을 포함하고 있다. 몇몇 실시례에서는, 제1 연소 플레이트(214)가 제2 연소 플레이트(216)와 평행하다. 몇몇 실시례에서는, 연소 하우징(210)이 연소 보호판(213) 및/또는 하나 이상의 연소 플레이트에 의해서 한정된 하나 이상의 포트와 같은 하나 이상의 흡입구(211) 및/또는 하나 이상의 출구 포트(219)를 한정하고 있다.
동력 로터(220)는, 동력 로터의 외부 표면으로부터 연소 하우징의 내부 표면쪽으로 뻗어서, 연소실(215)의 팽창 섹션의 제2 단부를 한정하는 핀, 블레이드 등과 같은 팽창 부재(225)를 포함하고 있다. 동력 로터(220)는 연소실(215)의 배기 섹션의 제1 단부를 한정하는 배기 부재를 더 포함하고 있다. 몇몇 실시례에서 동력 로터(220)의 하나 이상의 팽창 부재(225)는, 각각의 팽창 부재(225)가 연소 섹션을 인접한 배기 섹션으로부터 분리시키도록 배기 부재의 역할도 한다는 것을 알 수 있을 것이다. 몇몇 실시례에서, 연소 하우징(210)과 동력 로터(220)는, 연소 하우징(210)의 내부 표면과 팽창 부재(225)(및/또는 배기 부재, 해당될 경우)의 말단부 사이에 작은 간극이 존재하도록 구성되어 있다. 상기 작은 간극은, 연소 블로바이(combustion blowby)를 최소화하면서 클리어런스를 제공하도록 되어 있다. 동력 로터가 연소 하우징 내에서 회전할 때 연소실(215)의 일부 섹션이 번갈아서 연소 섹션의 일부분이 되었다 배기 섹션의 일부분이 되었다 하는 것을 알 수 있을 것이다.
동력 행정 동안 동력 로터(220)가 회전할 때, 연소실(215)의 연소 섹션의 부피가 증가하여, 엔진의 동력 행정 동안 연소 폭발력을 기계적 에너지로 변환시키는 수단을 제공하도록 팽창 부재는 각각의 흡입구(211)로부터 멀어지게 이동한다. 몇몇 실시례에서는, 흡입구(211)가 연소실의 팽창 섹션의 제1 단부에 또는 그 근처에 위치되어 있다. 몇몇 실시례에서는 연소실의 각각의 동력 행정이 연소실의 배기 행정과 동시에 수행될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
배기 행정 동안 동력 로터(220)가 회전할 때, 배기 가스가 연소실로부터 배출되도록 배기 부재는 각각의 배기구(219)쪽으로 이동한다. 몇몇 실시례에서는, 배기구(219)가 연소실의 배기 섹션의 제2 단부에 또는 그 근처에 위치되어 있다.
도 5 및 도 6을 참고하면, 본 발명의 몇몇 실시례는 배기가스를 감소시키는 촉매 변환장치(605) 또는 다른 수단을 가진 배기 시스템(600)을 포함하고 있다. 몇몇 실시례에서는, 상기 배기 시스템(600)이 유체를 촉매 변환장치(605)를 지나서 안내하는 제1 지선(branch)(610)과 유체를 촉매 변환장치를 지나지 않고 안내하는 제2 지선(620)을 포함하고 있다. 몇몇 실시례에서는, 상기 배기 시스템이 제1 지선(610) 및 제2 지선(620)의 각각과 결합된 배기 본선(exhaust trunk)(630)과 배기 밸브(650)를 포함하고 있다. 이러한 몇몇 실시례에서는, 배기 밸브(650)가 제1 배치 형태와 제2 배치 형태로 이동하여, 배기가스가 제1 지선(610) 또는 제2 지선(620)을 통하여 안내되게 하도록 구성되어 있다. 이렇게 하여, 상기 배기 시스템은 촉매 변환장치(605)의 원치 않는 냉각을 초래하지 않고서 제2 지선(620)을 통하여 불-연소 배기가스의 배출(예를 들면, 저부하 요건의 시기 동안 연소 로터를 구동시키기 위해서 압축된 유체가 연소 조립체를 통하여 배출될 때)과 연소 배기가스의 배출(제1 지선을 통하여)을 촉진시킨다.
몇몇 실시례에서는, 본 발명의 상기 시스템이 릴럭터 휠(reluctor wheel), 홀 효과 센서, 전자 디지털 광학 센서(electronic digital optical sensor), 디지털 기계식 유압 컨트롤(digital mechanical hydraulic control), 또는 임의의 다른 전기적, 기계적, 유압식, 및/또는 상기한 것들의 단독 형태 또는 상기한 것들 중의 하나 이상과 결합한 형태의 다른 (현재 알려져 있거나 나중에 개발된) 메카니즘 및/또는 수단을 이용한다.
도 7 내지 도 10을 다시 참고하면, 상기 연소 조립체가 연소실(215)을 더 분할하는 하나 이상의 아이솔레이터(230)를 포함하고 있다. 각각의 아이솔레이터(230)는 외부 표면과 이 외부 표면으로부터 오목하게 된 하나 이상의 수용기(235)를 나타내고 있다. 각각의 아이솔레이터 로터는 상기 수용기가 팽창 부재를 수용할 수 있도록 각각의 동력 로터에 대하여 위치되어 있으며 타이밍이 맞추어져 있어서, 팽창 부재가 연소실의 섹션들 사이로 이동할 수 있게 된다. 본 발명의 일부 실시례가 크기순으로의 배열(sizing), 동력, 그리고 타이밍 요건 및/또는 선호 사항을 수용하기 위해서 다양한 갯수의 아이솔레이터 로터, 팽창 부재 등을 포함하고 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명의 일부 실시례가 둥근 모양, 정사각형 모양, 각진 모양의 필렛(fillet), 보강판(gusset) 등과 같은, 다양한 크기와 구성을 가진 팽창 부재를 포함하고 있다는 것도 알 수 있을 것이다.
아이솔레이터 로터의 각각의 수용기(235)는 배기 행정의 말기에 팽창 부재를 수용하도록 구성되어 있어서, 팽창 부재가 연소실의 배기 섹션의 제2 단부를 넘어서 이동하는 것을 가능하게 한다. 다른 모든 때에는, 연소실의 배기 섹션의 제2 단부를 한정하기 위해서 아이솔레이터의 외측 표면이 동력 로터의 외측 표면에 인접하게 위치되어 있다(상기한 것과 같이 작은 간극을 두고). 몇몇 실시례에서는, 아이솔레이터가 연소실의 팽창 섹션의 제1 단부를 더 한정한다.
몇몇 실시례에서는, 예를 들면, 로터들 사이의 및/또는 로터와 하우징 사이의 각각의 간극을 통하여, 연소실의 각각의 섹션이 각각의 인접한 섹션과 일정한 유체 연통 상태로 있다. 이렇게 하여, 상기 시스템은 동력 발생 및 배기를 가능하게 하면서 연소실의 각각의 섹션과 각각의 인접한 섹션 사이에 일정한 유체 연통 상태를 제공한다. 몇몇 실시례에서는, 상기 하우징이 각각의 아이솔레이터 바로 전에 위치된 배기구를 포함하고 있다. 팽창 부재가 상응하는 배기구를 지날 때, 연소실의 상응하는 배기 섹션은 폐쇄되어 있다.
몇몇 실시례에서는, 연소 하우징(210)이 각각의 아이솔레이터를 바로 지나서 위치된 흡입구(211)를 포함하고 있다. 연소 부재(또는 다른 부재)가 상응하는 흡입구를 지날 때, 다량의 압축된 유체("작동 유체")가 상기 엔진의 동력 행정과 관련하여 연소실의 흡입 섹션으로 유입될 수 있다. 몇몇 실시례에서는, 팽창 섹션이 개방되어 있는 것(일반적으로 점화 전에)과 관련하여 흡입구를 통하여 유체 유동을 가능하게 하기 위해서 하나 이상의 밸브(예를 들면, 리이드 밸브, 로터리 밸브 등)가 흡입구와 결합되어 있다. 몇몇 실시례에서는, 상기 압축 조립체가 다른 때에는 흡입구를 통한 유체 유동을 방지하거나 억제하도록 구성되어 있다.
몇몇 실시례에서는, 밸브 조립체가 한 번 이상의 적절한 때에 연소 조립체로 작동 유체가 유입되는 것을 허용하면서 다른 때에는 이러한 유체 유동을 방지하거나 억제하도록 설계되어 있는 하나 이상의 로터리 밸브(320)를 포함하고 있다. 몇몇 실시례에서는, 밸브 조립체가, 예를 들면, 전기적, 기계적, 유압식, 및/또는 상기한 것들의 단독 형태 또는 상기한 것들 중의 하나 이상과 결합한 형태의 다른 (현재 알려져 있거나 나중에 개발된) 메카니즘 및/또는 수단을 통하여, 밸브 조립체의 타이밍을 앞당기거나 및/또는 늦추는 하나 이상의 메카니즘 및/또는 수단과 같은, 하나 이상의 조정 메카니즘 또는 다른 조정 수단을 포함하고 있다.
몇몇 실시례에서는, 상기 시스템이 다양한 종류의 연료와 점화 시스템을 이용하도록 구성되어 있거나 및/또는 본 발명이 다른 방식으로 관련 요구 사항 및/또는 선호 사항을 충족시킬 수 있다. 몇몇 실시례에서는, 상기 시스템이 조정가능한 점화 타이밍 시스템 및/또는 조정가능한 분사 타이밍 시스템을 포함하고 있다. 몇몇 실시례에서는, 하나 이상의 타이밍 시스템 또는 다른 시스템이 디지털 방식으로, 기계적으로, 유압식으로, 또는 다른 방식으로 조정될 수 있다.
몇몇 실시례에서는, 상기 시스템이 복수의 연소실을 포함하고 있다. 이러한 몇몇 실시례에서는, 상기 시스템이, 순항 고도에서와 같은, 중요한 때에 하나 이상의 연소실에서의 연소를 선택적으로 감소시키거나 및/또는 없애도록 구성되어 있다. 몇몇 실시례에서는, 상기 시스템이, 이륙하는 동안 또는 이륙 중의 급상승하는 동안과 같은, 다른 때에 연소를 추가하거나 증가시키도록 구성되어 있다. 몇몇 실시례에서는, 상기 시스템이 포트 연료 분사를 이용한다. 다른 실시례에서는, 상기 시스템이 직접 연료 분사를 이용한다. 몇몇 실시례에서는, 상기 시스템이 직접 분사 예연소실 연소(direct-injection pre-chamber combustion)를 가능하게 하기 위해서 하나 이상의 챔버를 포함하고 있다. 몇몇 실시례에서는, 상기 시스템이 하나 이상의 스로틀 보디를 이용한다.
도 7을 참고하면, 본 발명의 몇몇 실시례는 하나 이상의 아이솔레이터가 위치되어 있는 기다란 공동을 가진 연소 및/또는 압축 조립체를 포함하고 있다. 이러한 몇몇 실시례에서는, 관련 조립체가 각각의 아이솔레이터를 각각의 압축 로터, 동력 로터 등에 대하여 제자리로 가압하는 가압 부재(biasing member)를 가지도록 구성되어 있다. 이렇게 하여, 상기 시스템은 각각의 챔버 내에서 발생하거나 및/또는 각각의 챔버로 이동하는 부스러기(debris)를 위한 약간의 여유 공간을 제공하도록 구성되어 있다.
계속하여 도 7을 참고하면, 본 발명의 몇몇 실시례는 아이솔레이터 로터 등과 같은 로터 상의 탄소 또는 다른 축적물을 방지하거나 억제하기 위해서 청소 구조(cleaning feature)(138)를 포함하고 있다. 몇몇 실시례에서는, 상기 청소 구조가 관련 조립체의 하우징으로부터 뻗어 있는 블레이드, 스크레이퍼 등이다. 이러한 몇몇 실시례에서는, 상기 청소 구조(138)의 말단부가, 예를 들면, 와이핑 작용(wiping action) 등을 촉진시키는 것에 의해서, 로터의 외부 표면 및/또는 하우징 내부 표면에서 축적물을 없애기 위해서 로터의 외부 표면 및/또는 하우징 내부 표면과 맞닿도록 구성되어 있다.
몇몇 실시례에서는, 상기 시스템이 높은 rpm, 예를 들면, 5,000rpm보다 높은 rpm으로 작동하도록 구성되어 있다. 몇몇 실시례에서는, 로터들 사이의 간극, 로터 블레이드들 사이의 간극, 내부 벽들 사이의 간극 등과 같은, 상기 시스템 내의 간극은, 상기 시스템이 높은 rpm으로 작동할 때 하나 이상의 챔버로부터 및/또는 하나 이상의 장벽(barrier)을 가로질러서 발생하는 공기 유동 및/또는 압축 손실을 없애거나 최소화하도록 하는 크기로 되어 있고 구성되어 있다. 몇몇 실시례에서는, 물 등과 같은 밀봉제가 압축 조립체, 연소 조립체 등의 하나 이상의 내부 구역으로 주입되거나 및/또는 다른 방식으로 상기 내부 구역 내에 제공된다. 이러한 몇몇 실시례에서, 상기 시스템은, 상기 시스템이 낮은 rpm, 예를 들면, 5,000rpm보다 낮은 rpm으로 작동할 때 하나 이상의 챔버로부터 및/또는 하나 이상의 장벽을 가로질러서 발생하는 공기 유동 및/또는 압축 손실을 없애거나 최소화하기 위해서 상기 밀봉제가 시일을 만들어내도록 구성되어 있다. 몇몇 실시례에서는, 상기 밀봉제가 상기 시스템에 대한 부식 또는 다른 악영향을 최소화하도록 특수하게 구성되어 있다. 몇몇 실시례에서는, 하나 이상의 구성요소가 하나의 재료로 형성되어 있거나 및/또는 상기 재료가 유체와 관련된 부식 또는 다른 악영향을 최소화하도록 처리되어 있다.
도 1을 다시 참고하면, 본 발명의 몇몇 실시례는 상기 엔진의 전방 입구 구역에 위치된 기어 조립체와 같은 기어 조립체(400)를 포함하고 있다. 몇몇 실시례에서, 상기 기어 조립체는, 각각의 로터와 결합되어, 각각의 로터의 회전을 동기화시키는 수단을 제공하는 복수의 기어를 포함하고 있다. 몇몇 실시례에서, 상기 복수의 기어는 각각의 로터가 다른 로터들의 각각과 동일한 속도로 회전하도록 구성되어 있다. 몇몇 실시례에서, 상기 복수의 기어는, 예를 들면, 각각의 아이솔레이터 로터가 포함하는 수용기보다 많은 수의 블레이드를 동력 로터가 포함하고 있는 구성에 대해서, 하나 이상의 아이솔레이터 로터가 각각의 동력 로터 또는 압축 로터보다 빠르거나 느린 속도로 회전하도록 구성되어 있다. 예를 들어, 몇몇 실시례에서는, 아이솔레이터 로터의 하나의 수용기가 관련 동력 로터의 1회 회전 동안 관련 동력 로터의 두 개의 블레이드의 각각과 결합하도록 하나의 수용기를 가진 아이솔레이터 로터가 두 개의 블레이드를 가진 관련 동력 로터보다 두 배 빠른 속도로 회전한다. 몇몇 실시례에서는, 각각의 기어가 각각의 샤프트를 회전구동시켜서, 각각의 임펠러, 로터 등을 회전구동시키도록 구성되어 있다. 몇몇 실시례에서는, 하나의 샤프트가 복수의 로터에 결합되어, 복수의 로터 각각을 회전구동시킨다.
도 35, 도 36, 도 37, 도 38, 그리고 도 39를 참고하면, 본 발명의 몇몇 실시례는, 상기 엔진의 후방 단부에, 또는 상기 엔진의 전방 단부에, 또는 상기 엔진의 후방 단부 및 전방 단부에 위치된 팬 조립체(80)와 같은 하나 이상의 팬 조립체(80)를 포함하고 있다. 몇몇 실시례에서는, 상기 팬 조립체(80)가, 동력(및/또는 압축) 로터를 통하여 뻗어 있는 관, 하나 이상의 아이솔레이터 로터를 통하여 뻗어 있는 관 등과 같은, 본 발명의 하나 이상의 샤프트와 기계적으로 결합되어 있다. 이렇게 하여, 상기 시스템은, 복수의 팬 블레이드를 샤프트를 중심으로 회전구동시켜서, (예를 들면, 상기 엔진을 냉각시키기 위해서) 상기 엔진의 외부 표면을 가로질러서 공기를 흡입하거나 및/또는 (예를 들면, 추진을 위해서) 상기 엔진으로부터 공기를 배출시키도록 구성되어 있다. 몇몇 실시례에서는, 상기 시스템이 하나 이상의 팬 조립체(80)로부터 뻗어 있거나 및/또는 하나 이상의 팬 조립체(80) 사이에 뻗어 있는 엔진 보호판(60)을 더 포함하고 있다. 이렇게 하여, 팬 블레이드는 상기 엔진 보호판(60)에 의해서 한정된 내부 구역으로 유체를 흡입하거나 및/또는 상기 내부 구역으로부터 유체를 밀어내도록 구성되어 있다. 몇몇 실시례에서는, 상기 엔진의 적어도 일부분이 상기 엔진 보호판(60)에 의해서 한정된 내부 구역 내에 위치되어 있다.
도 46 내지 도 54를 참고하면, 본 발명의 몇몇 실시례는 엔진을 조립하는 방법을 포함하고 있다. 몇몇 실시례에서는, 상기 방법이 하나 이상의 구동 샤프트(20)를 하나 이상의 동기 샤프트(30)와 결합시키는 것, 예를 들면 하나 이상의 구동 기어(22) 및/또는 동기 기어(synchronizing gear)(32)와 결합시키는 것을 포함하고 있다. 몇몇 실시례에서는, 하나 이상의 샤프트가 길이방향의 중심축을 가진 원통 형상을 나타낸다. 몇몇 실시례에서는, 하나 이상의 샤프트가 서로 반대쪽에 배치된 전방 개구 및 후방 개구 그리고 전방 개구와 후방 개구 사이에 뻗어 있는 중공의 내부 구역을 한정하고 있어서, 이 샤프트를 통하여 공기 흐름을 용이하게 한다. 몇몇 실시례에서는, 상기 방법이 각각의 샤프트를 기어 플레이트, 기어 보호판 등과 같은 기어 하우징(410)과 결합시키는 것을 포함하고 있다. 몇몇 실시례에서는, 상기 방법이 하나 이상의 샤프트를 상기 기어 하우징의 의해서 한정된 각각의 구멍을 통하여 뻗게 하는 것을 포함하고 있다. 몇몇 실시례에서는, 상기 방법이, 예를 들면, 압축 조립체(100)의 전방 플레이트(114)가 기어 하우징(410)의 후방 플레이트로서의 기능을 겸하도록 압축 조립체(100)의 전방 플레이트(114)를 기어 하우징(410)에 설치하는 것에 의해서, 기어를 기어 하우징(410) 내에 넣는 것을 더 포함하고 있다. 다른 실시례에서는 상기 기어 하우징이 압축 조립체(100)의 전방 플레이트(114)와 독립적인 후방 플레이트(도시되어 있지 않음)를 포함하고 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
본 발명의 몇몇 실시례는 압축 조립체(100)를 조립하는 방법을 포함하고 있다. 몇몇 실시례에서는, 상기 방법이 하나 이상의 샤프트를 압축 하우징(110)의 전방 플레이트(114)에 의해서 한정된 구멍을 통하여 뻗게 하는 것을 포함하고 있다. 몇몇 실시례에서는, 전방 플레이트(114)가, 각각의 샤프트 둘레에 기밀 시일을 형성하는 것을 용이하게 하도록 구성되어 있는 구멍과 같은, 서로 떨어져 있는 두 개의 구멍을 한정하고 있다. 몇몇 실시례에서는, 압축 조립체를 조립하는 상기 방법이 압축 로터(120)를 동력 샤프트(20), 동기 샤프트(30) 등과 같은 제1 샤프트에 고정시키는 것을 포함하고 있다. 이러한 몇몇 실시례에서는, 상기 방법이 아이솔레이터 로터(130)를 동력 샤프트(20), 동기 샤프트(30) 등과 같은 제2 샤프트에 고정시키는 것을 더 포함하고 있다. 상기 방법이, 압축 로터가 제1 샤프트의 중심축을 중심으로 제1 회전 방향(시계 방향 또는 반시계 방향)으로 회전하고 아이솔레이터 로터가 제2 샤프트의 중심축을 중심으로 제2 회전 방향(반시계 방향 또는 시계 방향)으로 회전할 때 압축 로터의 하나 이상의 압축 부재가 아이솔레이터 로터의 하나 이상의 수용기에 의해 주기적으로 수용되어, 압축 로터의 연속적인 일방향 회전을 가능하게 하도록 압축 로터를 아이솔레이터 로터에 대하여 클로킹(clocking)하는 것과, 예를 들면, 기어 조립체 등에 의해, 제1 샤프트를 제2 샤프트와 결합시키는 것을 더 포함하고 있다.
몇몇 실시례에서는, 압축 조립체를 조립하는 상기 방법이 하나 이상의 샤프트를, 압축 로터와 관련된 제1 공동 및 아이솔레이터 로터와 관련된 제2 공동과 같은, 압축 하우징(110)의 압축 보호판(113)에 의해서 한정된 각각의 공동을 통하여 뻗게 하는 것을 포함하고 있다. 몇몇 실시례에서 각각의 공동은, 압축 보호판이, 압축 로터와 관련된 제1 반경에 의해서 한정된 제1 만곡된 내부 벽 및/또는 아이솔레이터 로터와 관련된 제2 반경에 의해서 한정된 제2 만곡된 내부 벽과 같은, 복수의 만곡된 내부 벽(112)을 한정하도록 형상이 원통형이다. 몇몇 실시례에서는, 예를 들면, 하나 이상의 아이솔레이터 로터의 운동을 용이하게 하고, 유체 저장 등을 용이하게 하기 위해서, 상기한 바와 같이, 제2 공동이 길쭉하다는 것을 알 수 있을 것이다. 몇몇 실시례에서는, 제1 공동과 제2 공동의 결합 형태가 8자 모양과 유사하도록 제1 공동과 제2 공동이 서로 만난다. 몇몇 실시례에서, 상기 공동들은, 압축 보호판이, 압축 로터, 아이솔레이터 로터 등과 같은, 하나 이상의 각각의 샤프트에 결합된 하나 이상의 로터 위에 설치될 수 있게 하도록 구성되어 있다. 몇몇 실시례에서, 상기 공동들은, 하나 이상의 로터가 상기 공동을 통하여 뻗어 있는 각각의 샤프트에 설치될 수 있게 하도록 구성되어 있다. 몇몇 실시례에서는, 상기 방법이, 예를 들면, 압축 하우징(110)의 후방 플레이트(116)를 설치하여, 유체를 압축실로 유입시키는 것 및 유체를 압축실로부터 유출시키는 것과 각각 관련된 입구 포트(111)와 출구 포트(119)를 가진 하나 이상의 압축실을 한정하는 것에 의해서, 로터를 압축 하우징(110) 내에 넣는 것을 더 포함하고 있다. 몇몇 실시례에서는, 입구 포트의 폭이 압축실의 폭(다시 말해서, 상기 엔진의 동력 샤프트의 기다란 길이방향의 축을 따라서 측정한 폭)과 동일하거나 실질적으로 동일하다. 다른 실시례에서는, 입구 포트의 폭이 압축실의 폭보다 작다. 또 다른 실시례에서는, 입구 포트의 폭이 압축실의 폭보다 크다.
본 발명의 몇몇 실시례는 연소 조립체(200)를 조립하는 방법을 포함하고 있다. 몇몇 실시례에서는, 상기 방법이 하나 이상의 샤프트를 연소 하우징(210)의 전방 플레이트(214)에 의해서 한정된 구멍을 통하여 뻗게 하는 것을 포함하고 있다. 몇몇 실시례에서는, 전방 플레이트(214)가, 각각의 샤프트 둘레에 기밀 시일을 형성하는 것을 용이하게 하도록 구성되어 있는 구멍과 같은, 서로 떨어져 있는 두 개의 구멍을 한정하고 있다. 몇몇 실시례에서는, 연소 조립체를 조립하는 상기 방법이 동력 로터(220)를 동력 샤프트(20)와 같은 제1 샤프트에 고정시키는 것을 포함하고 있다. 이러한 몇몇 실시례에서는, 상기 방법이 아이솔레이터 로터(230)를 동기 샤프트(30)와 같은 제2 샤프트에 고정시키는 것을 더 포함하고 있다. 상기 방법이, 동력 로터가 제1 샤프트의 중심축을 중심으로 제1 회전 방향(시계 방향 또는 반시계 방향)으로 회전하고 아이솔레이터 로터가 제2 샤프트의 중심축을 중심으로 제2 회전 방향(반시계 방향 또는 시계 방향)으로 회전할 때 동력 로터의 하나 이상의 팽창 부재가 아이솔레이터 로터의 하나 이상의 수용기에 의해 주기적으로 수용되어, 동력 로터의 연속적인 일방향 회전을 가능하게 하도록 동축 로터를 아이솔레이터 로터에 대하여 클로킹(clocking)하는 것과, 예를 들면, 기어 조립체 등에 의해, 제1 샤프트를 제2 샤프트와 결합시키는 것을 더 포함하고 있다.
몇몇 실시례에서는, 연소 조립체를 조립하는 상기 방법이 하나 이상의 샤프트를, 동력 로터와 관련된 제1 공동 및 아이솔레이터 로터와 관련된 제2 공동과 같은, 연소 하우징(210)의 연소 보호판(213)에 의해서 한정된 각각의 공동을 통하여 뻗게 하는 것을 포함하고 있다. 몇몇 실시례에서 각각의 공동은, 연소 보호판이, 동력 로터와 관련된 제1 반경에 의해서 한정된 제1 만곡된 내부 벽 및/또는 아이솔레이터 로터와 관련된 제2 반경에 의해서 한정된 제2 만곡된 내부 벽과 같은, 복수의 만곡된 내부 벽(212)을 한정하도록 형상이 원통형이다. 몇몇 실시례에서는, 예를 들면, 하나 이상의 아이솔레이터 로터의 운동을 용이하게 하고, 유체 저장 등을 용이하게 하기 위해서, 상기한 바와 같이, 제2 공동이 길쭉하다는 것을 알 수 있을 것이다. 몇몇 실시례에서는, 제1 공동과 제2 공동의 결합 형태가 8자 모양과 유사하도록 제1 공동과 제2 공동이 서로 만난다. 몇몇 실시례에서, 상기 공동들은, 연소 보호판이, 동력 로터, 아이솔레이터 로터 등과 같은, 하나 이상의 각각의 샤프트에 결합된 하나 이상의 로터 위에 설치될 수 있게 하도록 구성되어 있다. 몇몇 실시례에서, 상기 공동들은, 하나 이상의 로터가 상기 공동을 통하여 뻗어 있는 각각의 샤프트에 설치될 수 있게 하도록 구성되어 있다. 몇몇 실시례에서는, 상기 방법이, 예를 들면, 연소 하우징(210)의 후방 플레이트(216)를 설치하여, 유체를 연소실로 유입시키는 것 및 유체를 연소실로부터 유출시키는 것과 각각 관련된 흡입구(211)와 배기구(219)를 가진 하나 이상의 연소실을 한정하는 것에 의해서, 로터를 연소 하우징(210) 내에 넣는 것을 더 포함하고 있다. 몇몇 실시례에서는, 배기구의 폭이 연소실의 폭(다시 말해서, 상기 엔진의 동력 샤프트의 기다란 길이방향의 축을 따라서 측정한 폭)과 동일하거나 실질적으로 동일하다. 다른 실시례에서는, 배기구의 폭이 연소실의 폭보다 작다. 또 다른 실시례에서는, 배기구의 폭이 연소실의 폭보다 크다. 몇몇 실시례에서는, 예를 들면, 배기가스를 연소실로부터 배기하는 것을 용이하게 하거나 배기가스를 연소실로부터 빼내는 것을 도와주기 위해서, 배기 시스템(및/또는 배기 시스템의 하나 이상의 지선(branch))의 단면이 점점 넓어지거나 및/또는 연소실의 단면보다 더 크다. 몇몇 실시례에서는, 예를 들면, 배기가스를 제한하거나 및/또는 다른 종류의 조절된 연소를 가능하게 하기 위해서, 배기 시스템(및/또는 배기 시스템의 하나 이상의 지선)의 단면이 점점 좁아지거나 및/또는 연소실의 단면보다 더 작다. 몇몇 실시례에서, 배기 시스템은, 예를 들면, 배기 시스템의 출구 포트를 배기 시스템 주위의 유체 유동에 대하여 향하게 하는 것에 의해, 배기 시스템을 지나서 유동하는 공기가 배기 유체를 연소실의 배기 섹션에서 빼내는 것을 도와주도록 구성되어 있다.
압축실과 연소실의 각각의 부피는 다양한 요건을 충족시키기 위해서, 예를 들면, 압축실의 부피를 각각의 연소실의 부피보다 더 크게 하거나, 같게 하거나, 더 작게 함으로써, 변화될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 복수의 연소실 및/또는 압축실의 총부피가, 예를 들면, 하나 이상의 연소실 또는 압축실을 더하거나 빼는 것 및/또는 하나 이상의 연소실 또는 압축실을 구성을 변경하는 것, 효력을 없게 하는 것(다시 말해서, 릴리프 밸브를 개방시키는 것), 재설계하는 것, 또는 이와 다른 방식으로 변경시키는 것에 의해, 변화될 수 있다는 것도 알 수 있을 것이다. 압축실과 연소실 각각의 부피가 각각의 조립체의 하나 이상의 파라미터, 예를 들면, 로터의 폭(다시 말해서, 엔진의 동력 샤프트의 기다란 길이방향의 축을 따라서 측정한 폭), 로터의 외측 직경, 출구 포트/배기구에 대한 입구 포트/흡입구의 위치, 및/또는 각각의 하우징의 내부 표면의 직경을 변화시킴으로써, 변화될 수 있다는 것도 알 수 있을 것이다. 몇몇 실시례에서는, 샤프트의 직경이 샤프트의 길이를 따라서 변화하여, 필요에 따라 또는 원하는 대로, 보다 큰 로터나 보다 작은 로터의 사용을 가능하게 한다. 이러한 몇몇 실시례에서, 샤프트는 다양한 직경을 가진 형태로 기계가공되거나 형성되어 있는 일체로 된 부품이다. 다른 실시례에서는, 샤프트가 제2 부분으로부터 뻗어 있는 제1 부분을 포함하고 있고, 제1 부분은 제2 부분의 외측 직경보다 작은 외측 직경을 가지고 있다. 몇몇 실시례에서는, 예를 들면, 추가적인 메카니즘을 구동시키거나 및/또는 저동력 요건의 시기 동안 압축 공기로 동력 로터를 구동시키는 것을 가능하게 하는, 과도한 압축 공기를 저장하기 위해서 큰 압축기 부피(단일 부피 또는 복합 부피)가 사용된다. 다른 실시례에서는, 연소 조립체의 부피가 압축 조립체의 부피보다 더 크고, 이것에 의해 팽창 행정 동안 동력 획득(power capture)을 최대화하는 것과 관련된 효율(다시 말해서, 애트킨슨 사이클과 밀러 사이클이 왕복운동 엔진에서 달성하려고 하는 효율)을 실현할 수 있다.
몇몇 실시례에서는, 탱크 조립체가 연소 조립체에 대해 개방될 때, 탱크 조립체 내의 압력이 유체를 연소실로 몰아넣을 만큼 충분히 높게 유지되도록(다시 말해서, 무시해도 될 정도의 압력 강하가 있도록) 본 발명의 탱크 조립체가 복수의 투입물(charge)에 대해 작동 유체를 담고 있도록 구성되어 있다. 몇몇 실시례에서, 탱크 조립체는, 탱크 조립체가 연소 조립체에 대해 개방될 때, 탱크 조립체 내의 압력이 연소를 가능하게 하기에 충분히 높은 압력(다시 말해서, 허용가능한 압력 강하 상태)으로 연소실로 유체를 밀어넣기에 충분하도록 충분히 높은 압력으로 유체를 담고 있도록 구성되어 있다. 몇몇 실시례에서는, 연소실을 탱크 조립체에 대해 개방하는 것에 의해 유체를 연소실로 몰아넣는 탱크 조립체 내의 압축 유체와 관련된 탱크 조립체 내의 압력 강하를 초래한다. 몇몇 실시례에서는, 탱크 조립체가 연소실에 대해 개방되어 있는 동안 하나 이상의 압축 조립체가 유체를 탱크 조립체로 몰아넣어서, 연소실을 탱크 조립체에 대해 개방하는 것과 관련된 압력 강하를 적어도 일부 상쇄시킨다. 몇몇 실시례에서는, 탱크 조립체의 내부 구역의 부피를 선택적으로 증가시키거나 감소시키기 위해서 하나 이상의 메카니즘이 사용되고, 이것에 의해 연소 조립체의 흡입구가 개방 배치 형태와 폐쇄 배치 형태 사이를 이동하는 동안 탱크 조립체 내에서 비교적 일정한 압력을 유지시키는 것을 가능하게 한다.
몇몇 실시례에서는, 연소 조립체를 조립하는 상기 방법이 본 발명의 연소실(215)과 유체 연통된 점화실(250)을 한정하는 것을 포함하고 있다(도 68 참고). 몇몇 실시례에서는, 제1 점화 터널(252)이 점화실(250)과 연소실(215) 사이에 뻗어 있어서, 점화실에서의 점화 후에 점화실로부터 연소실로의 팽창을 가능하게 하고, 이것에 의해 연소실 내의 점화를 촉진시킨다. 몇몇 실시례에서는, 연소실 내의 점화를 용이하게 하기 위해서 플라즈마 플러그 등과 같은 점화 수단(16)이 점화실(250)로 뻗어 있다. 몇몇 실시례에서는, 상기 시스템이 점화실로 뻗어 있는 점화 수단 대신에 또는 상기 점화 수단에 추가하여 연소실로 뻗어 있는 점화 수단을 포함하고 있다는 알 수 있을 것이다. 본 발명의 몇몇 실시례는 점화실을 포함하고 있지 않거나 및/또는 점화실이 연소실과 같다는 것도 알 수 있을 것이다.
몇몇 실시례에서는, 좋은 점화 능력(favorable ignition capability)을 가진 점화실(250) 내의 연료대 공기 혼합비를 만들어 내기 위해서 연료 분사기 등과 같은 연료(15)를 공급하는 수단(15)이 점화실(250)로 뻗어 있거나 및/또는 점화실(250)에 대해 밀접 배치되어 있다. 몇몇 실시례에서는, 점화실(250) 내의 연료대 공기 혼합비가 연소실 내의 연료대 공기 혼합비보다 더 크다. 몇몇 실시례에서는, 투입물의 적어도 일부분(예를 들면, 연료, 압축된 작동 유체 등)이 제2 점화 터널(254)을 통하여 점화실쪽으로 보내진다. 몇몇 실시례에서, 연소 조립체는, 투입물의 적어도 일부분이 점화 직전에 점화실 내에서 순환하여, 공기와 연료의 혼합을 촉진시키거나 및/또는 이와 다른 방식으로(예를 들면, 유리한 연료대 공기 혼합비의 획득을 용이하게 함으로써) 점화를 촉진시키도록 구성되어 있다. 몇몇 실시례에서는, 상기와 같은 순환이 점화실 내에서 연료대 공기 혼합비를 증가시킨다.
본 발명의 몇몇 실시례는 연소 조립체(300)를 조립하는 방법을 포함하고 있다. 몇몇 실시례에서는, 상기 방법이 하나 이상의 샤프트를 탱크 하우징(310)의 전방 플레이트에 의해서 한정된 구멍을 통하여 뻗게 하는 것을 포함하고 있다. 몇몇 실시례에서는 탱크 조립체의 전방 플레이트가 압축 하우징(110)의 후방 플레이트(116)의 역할도 한다는 것을 알 수 있을 것이다. 몇몇 실시례에서는, 상기 전방 플레이트가, 각각의 샤프트 둘레에 기밀 시일을 형성하는 것을 용이하게 하도록 구성되어 있는 구멍과 같은, 서로 떨어져 있는 두 개의 구멍을 한정하고 있다. 몇몇 실시례에서는, 탱크 조립체(300)를 조립하는 상기 방법이 로터리 밸브(320)를 동력 샤프트(20)와 같은 제1 샤프트에 고정시키는 것을 포함하고 있다. 상기 방법이, 제1 샤프트가 제1 샤프트의 중심축을 중심으로 제1 회전 방향(시계 방향 또는 반시계 방향)으로 회전할 때 로터리 밸브(320)의 하나 이상의 구멍(321)이 연소 조립체의 하나 이상의 흡입구와 주기적으로 정렬되어, 탱크 조립체로부터 연소 조립체의 연소실(215)로의 유체의 유동을 제어하기 위해 연소 조립체(200)의 흡입구(211)를 개방 배치 형태와 폐쇄 배치 형태 사이를 이동시키도록 로터리 밸브를 동력 로터에 클로킹하는 것과, 예를 들면, 동력 로터를 제1 샤프트에 결합시키는 것에 의해, 제1 샤프트를 연소 조립체의 동력 로터와 결합시키는 것을 더 포함하고 있다. 몇몇 실시례에서는, 하나 이상의 연료 분사기가 연소 조립체의 흡입구에 대해 정렬되어 있고(위치되고 배향되어 있고) 흡입구가 개방 배치 형태에 있을 때 연료를 연소 조립체에 분사하도록 구성되어 있다. 몇몇 실시례에서는, 연료 분사기가 탱크 조립체의 내부 공간 내에 적어도 부분적으로 위치되어 있고, 예를 들면, 탱크 조립체로부터 나오는 유체가 흡입구를 통하여 밀어넣어지는 동안 연료를 흡입구쪽으로 안내하여, 연료를 상기 유체와 함께 밀어넣는 것에 의해 연료가 탱크 조립체에 남는 것을 방지하거나 억제하도록 구성되어 있다.
몇몇 실시례에서는, 탱크 조립체를 조립하는 상기 방법이 하나 이상의 샤프트(예를 들면, 동력관(power tube), 동기 관(synchronizing tube) 등)를 탱크 하우징(310)의 탱크 보호판(313)에 의해서 한정된 공동을 통하여 뻗게 하는 것을 포함하고 있다. 몇몇 실시례에서, 상기 공동은, 탱크 보호판이 로터리 밸브 위에 설치될 수 있게 하도록 구성되어 있다. 몇몇 실시례에서, 상기 공동은, 로터리 밸브가 상기 공동을 통하여 뻗어 있는 샤프트에 설치될 수 있게 하도록 구성되어 있다. 몇몇 실시례에서는, 상기 방법이, 예를 들면, 탱크 하우징의 후방 플레이트를 설치하여, 압축 유체를 저장하는 하나 이상의 탱크 챔버를 한정하는 것에 의해서, 탱크 하우징(310)을 둘러싸는 것을 더 포함하고 있고, 상기 탱크 챔버는 관련 압축 조립체의 출구 포트와 같은, 유체가 수용되는 구멍인 적어도 하나의 포트와, 관련 연소 조립체의 흡입구와 같은, 유체가 탱크 조립체로부터 배출되는 구멍인 적어도 하나의 포트를 가지고 있다.
도 73 내지 도 76을 참고하면, 본 발명의 몇몇 실시례는 흡입구 밖으로의 블로바이(blowby)를 방지하거나 감소시키는 하나 이상의 수단을 포함하고 있다. 몇몇 실시례에서는, 로터리 밸브(320)가 추가적인 지지 및/또는 강성을 제공하는 테이퍼 구역(tapered region)을 포함하고 있다. 몇몇 실시례에서는, 탱크 하우징이 로터리 밸브에 대해 추가적인 지지를 제공하는 상응하는 테이퍼 구역과 같은 상응하는 구역을 포함하고 있다. 몇몇 실시례에서는, 탱크 하우징의 테이퍼 구역은, 로터리 밸브의 구멍이 연소 조립체의 흡입 밸브와 정렬되면 유체를 로터리 밸브의 구멍쪽으로 유동할 수 있게 하도록 경로를 한정하여, 연소 조립체의 연소실로의 유체 유동을 용이한다. 몇몇 실시례에서, 상기 엔진은, 탱크 조립체로 유입되는 유체가 연소 조립체의 흡입구쪽으로 유동할 때 탱크 조립체로 유입되는 유체가 엔진의 하나 이상의 샤프트 둘레로 유동하여야 하도록 구성되어 있다. 이렇게 하여, 상기 샤프트와 유체 사이의 열전달이 증가될 수 있다.
몇몇 실시례에서는, 하나 이상의 연소 조립체가 (기능상 및/또는 실제로) 하나 이상의 다른 연소 조립체 위에 겹쳐 쌓여(다시 말해서, 연속으로 겹쳐 쌓인 배치 형태로) 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 몇몇 실시례에서는, 하나 이상의 연소 조립체가 (기능상 및/또는 실제로) 하나 이상의 다른 연소 조립체에 인접하여(다시 말해서, 평행한 배치 형태로) 작동한다는 것도 알 수 있을 것이다. 필요에 따라 또는 원하는 대로, 다용도성을 제공하기 위해서, 하나 이상의 연소 조립체가 작동될 수 있거나 및/또는 정지될 수 있다(부분적으로 또는 전적으로)는 것도 알 수 있을 것이다. 이렇게 하여, 본 발명은 우수한 동력 성능 및 우수한 효율성을 가능하게 한다.
본 발명의 몇몇 실시례가 하나 이상의 탱크 조립체 및/또는 하나 이상의 연소 조립체의 전방에 위치된 하나 이상의 압축 조립체를 포함하고 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 몇몇 실시례에서, 예를 들어, 공기의 예열이 필요하거나 및/또는 공기의 예열을 원하는 경우, 하나 이상의 연소 조립체가 하나 이상의 탱크 조립체 및/또는 압축 조립체의 전방에 위치되어 있다는 것도 알 수 있을 것이다. 이러한 몇몇 실시례에서는, 하나 이상의 배기 매니폴드가 엔진의 전방 부분으로부터 엔진의 후방 부분쪽으로 뻗어 있다. 본 발명의 몇몇 실시례가 하나 이상의 연소 조립체, 탱크 조립체, 및/또는 압축 조립체의 앞쪽, 뒤쪽 및/또는 내부에 위치된 기어를 포함하고 있다는 것도 알 수 있을 것이다.
본 발명의 엔진이 제1 방향(다시 말해서, 시계 방향으로 회전하는 동력 샤프트) 또는 제2 방향(반시계 방향)으로 작동하도록 구성될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명의 몇몇 실시례가, 예를 들면, 제1 엔진과 제2 엔진을 항공기의 왼쪽 날개와 오른쪽 날개에 각각 위치시킴으로써, 제1 방향으로 작동하는 제1 엔진과 제2 방향으로 작동하는 제2 엔진을 짝을 이루게 하는 것을 포함하여, 제1 엔진과 제2 엔진의 토크 발생 효과(torqueing effect)를 없애거나 감소시키는 것도 알 수 있을 것이다.
본 발명의 몇몇 실시례는 연소 조립체(200)를 가진 내연 엔진(10)을 포함하고 있다. 연소 조립체(200)는 내부 구역을 한정하는 내부 표면(212)을 가진 연소 하우징(210)을 포함하고 있다. 동력 로터(220)가 연소 하우징(210)의 내부 구역 내에 위치되어 있고, 동력 로터(220)는 연소 하우징(210)의 내부 표면(212)으로부터 떨어져서 배치된 외부 표면(222)을 가지고 있어서, 연소실(215)을 한정한다. 팽창 부재(225)가 동력 로터(220)의 외부 표면(222)으로부터 연소 하우징(210)의 내부 표면(212)쪽으로 뻗어서, 엔진의 동력 행정 동안 연소실을 팽창 섹션과 배기 섹션으로 나눈다. 배기 섹션은 제1 투입물, 제2 투입물 등의 작동 유체와 같은, 팽창된 작동 유체와, 팽창된 작동 유체와 관련된 연소 부산물을 배출시키는 것을 용이하게 하도록 구성되어 있다. 팽창 섹션은 제1 투입물, 제2 투입물 등의 작동 유체와 같은, 작동 유체의 팽창과 관련된 동력 발생을 용이하게 하도록 구성되어 있다. 몇몇 실시례에서는, 연소 조립체가 복수의 동력 로터를 포함하고 있다. 몇몇 실시례에서는, 하나 이상의 동력 로터가 복수의 팽창 부재를 포함하고 있다.
몇몇 실시례에서는, 동력 로터(220)가 제1 축에 대해서 회전할 때 팽창 부재(225)가 연소실(215)을 지나서 이동하도록 팽창 부재(225)가 동력 로터(220)에 결합되어 있다. 몇몇 실시례에서는, 동력 로터(220)가 제1 축에 대해서 회전할 때 팽창 부재(225)의 말단부는 제1 축으로부터 제1 거리에 유지되어 있다. 몇몇 실시례에서는, 제1 축이 엔진의 연소 하우징(210)에 대하여 일정하게 유지되어 있다. 몇몇 실시례에서는, 제1 축이 스파크 플러그, 글로 플러그, 플라즈마 플러그 등과 같은 연소 조립체의 점화 수단(16)에 대하여 일정하게 유지되어 있다. 몇몇 실시례에서는, 제1 축이 연소 조립체의 연소실(215)에 대하여 일정하게 유지되어 있다. 몇몇 실시례에서는, 제1 축이 연소 조립체의 흡입구(211) 및/또는 배기구(219)에 대하여 일정하게 유지되어 있고, 흡입구(211)는 연소실(215)의 제1 단부에 위치되어 있고 배기구(219)는 상기 연소실(215)의 제2 단부에 위치되어 있다.
본 발명의 몇몇 실시례는 적어도 부분적으로 연소 하우징(210)의 내부 구역 내에 위치된 연소 아이솔레이터(230)를 포함하고 있고, 상기 연소 아이솔레이터(230)는 연소실(215)의 제1 단부 및/또는 제2 단부의 적어도 일부분을 한정하기 위해서 동력 로터(220)의 외부 표면(222)에 인접하여 위치된 외부 표면(232)을 가지고 있다. 몇몇 실시례에서, 연소 아이솔레이터(230)는, 예를 들면, 이전에 점화되어 팽창된 제1 투입물, 제2 투입물 등과 같은, 투입물의 작동 유체의 연소실로부터의 배출을 가능하게 하고, 동력 로터(220)의 연속적인 일방향 회전을 가능하게 하고(예를 들면, 팽창 부재와 하나 이상의 수용기의 반복적인 결합과 분리를 가능하게 함으로써), 후속의 연소 과정을 위해 연소 조립체를 복원(resetting)하는 것을 가능하게 하기 위해서, 팽창 부재(225)가 배기구(219)로부터 흡입구(211)쪽으로 이동할 때 동력 로터(220)의 팽창 부재(225)를 수용하도록 구성되어 있는 수용기(235)를 포함하고 있다. 몇몇 실시례에서는, 연소 조립체가 복수의 아이솔레이터를 포함하고 있다. 몇몇 실시례에서는, 하나 이상의 아이솔레이터가 복수의 수용기를 포함하고 있다.
본 발명의 몇몇 실시례는 압축 조립체(100)를 포함하고 있다. 몇몇 실시례에서, 압축 조립체(100)는 내부 구역을 한정하는 내부 표면(112)을 가진 압축 하우징(110)을 포함하고 있다. 압축 로터(120)가 압축 하우징(110)의 내부 구역 내에 위치되어 있고, 압축 로터(120)는 압축 하우징(110)의 내부 표면(112)으로부터 떨어져서 배치된 외부 표면(122)을 가지고 있어서, 압축실(115)을 한정한다. 압축 부재(125)가 압축 로터(120)의 외부 표면(122)으로부터 상기 압축 하우징(110)의 내부 표면(112)쪽으로 뻗어서, 압축 조립체의 압축 행정 동안 압축실을 흡입 섹션과 압축 섹션으로 나눈다. 흡입 섹션은 연소 조립체에 의해서 사용하기 위한 작동 유체와 같은, 압축성 유체를 압축실로 흡입하는 것을 용이하게 하도록 구성되어 있다. 압축 섹션은 연소실 내에서의 작동 유체의 압축이 필요하지 않도록 작동 유체의 압축을 용이하게 하도록 구성되어 있다. 몇몇 실시례에서는, 압축 조립체가 복수의 압축 로터를 포함하고 있다. 몇몇 실시례에서는, 하나 이상의 압축 로터가 복수의 압축 부재를 포함하고 있다.
몇몇 실시례에서는, 압축 로터(120)가 제1 축에 대해서 회전할 때 압축 부재(125)가 압축실(115)을 지나서 이동하도록 압축 부재(125)가 압축 로터(120)에 결합되어 있다. 몇몇 실시례에서는, 압축 로터(120)가 제1 축에 대해서 회전할 때 압축 부재(125)의 말단부는 제1 축으로부터 제1 거리에 유지되어 있다. 몇몇 실시례에서는, 제1 축이 엔진의 압축 하우징(110)에 대하여 일정하게 유지되어 있다. 몇몇 실시례에서는, 제1 축이 압축 조립체의 압축실(115)에 대하여 일정하게 유지되어 있다. 몇몇 실시례에서는, 제1 축이 압축 조립체의 입구 포트(111) 및/또는 출구 포트(119)에 대하여 일정하게 유지되어 있고, 입구 포트(111)는 압축실(115)의 제1 단부에 위치되어 있고 출구 포트(119)는 압축실(115)의 제2 단부에 위치되어 있다.
본 발명의 몇몇 실시례는 적어도 부분적으로 압축 하우징(110)의 내부 구역 내에 위치된 압축 아이솔레이터(130)를 포함하고 있고, 상기 압축 아이솔레이터(130)는 압축실(115)의 제1 단부 및/또는 제2 단부의 적어도 일부분을 한정하기 위해서 압축 로터(120)의 외부 표면(122)에 인접하여 위치된 외부 표면(132)을 가지고 있다. 몇몇 실시례에서, 압축 아이솔레이터(130)는, 예를 들면, 압축 유체의 압축실로부터의 배출을 가능하게 하고, 압축 로터(120)의 연속적인 일방향 회전을 가능하게 하고(예를 들면, 압축 부재와 하나 이상의 수용기의 반복적인 결합과 분리를 가능하게 함으로써), 후속의 압축 과정을 위해 압축 조립체를 복원(resetting)하는 것을 가능하게 하기 위해서, 압축 부재(125)가 출구 포트(119)로부터 입구 포트(111)쪽으로 이동할 때 압축 로터(120)의 압축 부재(125)를 수용하도록 구성되어 있는 수용기(135)를 한정하고 있다. 몇몇 실시례에서는, 압축 조립체가 복수의 아이솔레이터를 포함하고 있다. 몇몇 실시례에서는, 하나 이상의 아이솔레이터가 복수의 수용기를 포함하고 있다.
도 77 내지 도 82를 참고하면, 본 발명의 몇몇 실시례는 공기가 엔진 밖으로 분출되는 것을 방지하거나 억제하는 및/또는 이러한 분출을 제어하는 통기 시스템(venting system)을 포함하고 있다. 몇몇 실시례에서, 하나 이상의 로터 및/또는 하우징은, 로터가 하우징 내에 위치되어 있을 때, 하나 이상의 오목한 구역이 각각의 관을 (직접 또는 관으로부터 떨어져서) 둘러싸는 공동을 형성하도록 오목한 구역(705)을 한정한다. 이렇게 하여, 하우징 벽과 로터 사이로 이동할 수 있는 임의의 블로바이 가스(압축 공기 블로바이, 연소 블로바이 등)는 샤프트에 도달하기 전에 상기 공동으로 들어가야 한다. 몇몇 실시례에서는, 포지티브 크랭크케이스 벤틸레이션(positive crankcase ventilation)("PCV") 시스템 등과 같은, 통기 시스템(700)이 상기 공동과 유체 연통되어 있어서, 블로바이 가스가 샤프트에 도달하기 전에 블로바이 가스를 상기 공동으로부터 분출시킨다. 몇몇 실시례에서는, 상기 통기 시스템이 PCV 밸브 등과 같은 밸브(710)를 포함하고 있거나 및/또는 PCV 밸브 등과 같은 밸브(710)와 연결되어 있다. 몇몇 실시례에서는, 상기 공동을 지나서 이동할 수 있는 임의의 유체가 샤프트와 각각의 하우징 사이의 각각의 챔버 밖으로 이동하는 것을 방지하거나 억제하기 위해서 상기 시스템이 링 시일 등과 같은 시일(720)을 이용한다. 이렇게 하여, 원치 않는 통기를 줄이거나 없앨 수 있다. 몇몇 실시례는 하우징에는 형성되어 있지만 로터에는 형성되어 있지 않은 오목한 구역을 포함하고 있고, 몇몇 실시례는 로터에는 형성되어 있지만 하우징에는 형성되어 있지 않은 오목한 구역을 포함하고 있고, 몇몇 실시례는 하우징와 로터의 각각에 형성된 부분적인 오목부 또는 완전한 오목부를 포함하고 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 몇몇 실시례에서는, 상기 통기 시스템이 적어도 일부 유체를 브리더 시스템으로, 예를 들면, 브리더 시스템의 필터의 상류부로 되돌려 보낸다. 몇몇 실시례에서는, 상기 통기 시스템이 유체를 브리더 시스템의 하류부인 장소로, 예를 들면, 압축 하우징, 탱크 하우징 등으로 직접 보낸다.
도 83을 참고하면, 몇몇 실시례는 복수의 연료 분사 시스템을 포함하고 있다. 몇몇 실시례에서는, 본 발명이 연료를 브리더 시스템으로 분사하거나 및/또는 압축 조립체에서 공기의 압축 전에 들어오는 공기(incoming air)에 연료를 분사하는 수단을 포함하고 있다. 몇몇 실시례에서는, 본 발명이 연료를 탱크 조립체로 분사하거나 및/또는 압축 공기가 연소 조립체로 들어오기 전에 압축 공기에 연료를 보내는 수단을 포함하고 있다. 몇몇 실시례에서는, 본 발명이 연료를 연소 조립체로, 예를 들면, 점화실로 및/또는 연소실로 직접 분사하는 수단을 포함하고 있다.
몇몇 실시례에서, 본 발명의 압축 로터는 제1 축에 대하여 회전하고 본 발명의 아이솔레이터는 제2 축에 대하여 회전하며, 제1 축은 제2 축과 평행하지만 제2 축으로부터 떨어져 있다. 몇몇 실시례에서는, 제1 축이 구동 샤프트의 길이방향의 중심축과 일치하도록 압축 로터가 연소 조립체로부터 뻗어 있는 구동 사프트에 결합되어 있다. 이러한 몇몇 실시례에서는, 제2 축이 동기 샤프트(synchronizing shaft)의 길이방향의 중심축과 일치하도록 아이솔레이터 로터가 연소 조립체로부터 뻗어 있는 동기 샤프트에 결합되어 있다. 다른 실시례에서는, 압축 로터가 동기 샤프트에 결합되어 있거나 및/또는 아이솔레이터 로터가 구동 샤프트에 결합되어 있다. 몇몇 실시례에서는, 각각의 로터의 회전 속도가 각각의 샤프트의 회전 속도와 같도록 각각의 로터가 각각의 샤프트에 결합되어 있다.
상기 설명에서, 일부 용어가 간결성, 명확성 및 이해를 위하여 사용되어 있지만; 그것으로부터 종래 기술의 요건을 넘어서 불필요한 제한이 내포되어 있지 안은데, 왜냐하면 이러한 용어는 설명을 위한 목적으로 사용되어 있으며 넓게 해석되도록 의도되어 있기 때문이다. 또한, 본 발명의 설명과 도시는 단지 예시를 위한 것이므로, 본 발명의 범위가 도시되어 있거나 기술되어 있는 그대로의 내용으로 제한되지 않는다.
본 발명의 상기한 상세한 설명이 예시적인 실시례에 관하여 기술되어 있지만, 본 발명을 실시하기 위해서 심사숙고한 최적의 모드가 도시되고 기술되어 있고, 상기 발명을 구현하는데 있어서 일부 변화, 수정 또는 변경이 가해질 수 있으며, 그 구성에 있어서, 본 명세서에 구체적으로 개시되어 있는 것이 아닌 다른 구성이 본 발명의 기술사상과 범위로부터 벗어나지 않고 당업자에 의해서 달성될 수 있고, 상기와 같은 변화, 수정 또는 변경이 본 발명의 전체 범위 내에 있는 것으로 간주되어야 한다는 것을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명과 본 명세서에 개시되어 있고 청구항에 기재된 근본적인 원리의 진정한 기술사상과 범위 내에 포함되는 모든 변화, 수정, 변경, 또는 등가물을 포함한다고 생각된다. 따라서, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 제한되는 것이며, 상기 설명에 포함되어 있고 첨부된 도면에 도시되어 있는 모든 사항은 단지 예시적인 것으로 해석되고 제한적인 의미로 해석되지 않는다.
이제까지 설명한 본 발명의 특징, 새롭게 찾아낸 사항 및 원리, 본 발명이 구성되고 사용되는 방식, 그 구성의 특징, 그리고 이롭고, 새로우며 유용한 획득 결과; 즉, 새롭고 유용한 구조, 장치, 요소, 설비, 부품 및 결합물이 첨부된 청구범위에 기재되어 있다.
아래의 청구범위는 본 명세서에 기술된 본 발명의 일반적인 특징과 구체적인 특징 전부, 그리고 사실상, 본 발명의 범위에 포함된다고 할 수 있는 본 발명의 범위의 모든 기재사항을 포함하는 것이라는 점도 이해하여야 한다.

Claims (2)

  1. 내연 엔진을 조립하는 방법으로서,
    동력 로터를 구동 샤프트에 결합시키는 과정;
    구동 샤프트와 동력 로터가 구동 샤프트의 길이방향의 중심축과 일치하는 제1 축에 대하여 회전할 수 있도록 구동 샤프트를 연소 하우징과 결합시키는 과정; 그리고
    동력 로터를 연소 하우징에 넣어서, 폐쇄된 연소실을 만들어 내는 과정;
    을 포함하고 있고,
    상기 연소 하우징이 흡입구와 배기구를 포함하고 있고, 상기 흡입구와 배기구의 각각이 연소실과 유체 연통되어 있고,
    상기 동력 로터가 연소실의 팽창 섹션을 연소실의 배기 섹션으로부터 분리시키는 팽창 부재를 포함하고 있고, 상기 배기구가 연소실의 배기 섹션과 유체 연통되어 있고, 그리고
    상기 팽창 부재가 상기 배기구를 지나서 회전하여, 연소실의 팽창 섹션을 연소실의 배기 섹션으로 전환하도록 구성되어 있고,
    로터리 밸브의 구멍이 제1 축에 대하여 회전하도록 로터리 밸브를 구동 샤프트에 결합시켜서, 상기 구멍을 흡입구와 정렬 상태와 비-정렬 상태로 이동시키는 과정을 더 포함하고 있고, 상기 구멍이 흡입구와 정렬 상태에 있을 때 흡입구는 개방 배치 형태에 있고,
    흡입구가 개방 배치 형태에 있을 때 탱크 조립체가 연소실과 유체 연통되도록 탱크 조립체를 연소 조립체와 결합시키는 과정을 더 포함하고 있고, 탱크 조립체는 다량의 압축된 유체를 수용하도록 구성되어 있고, 내연 엔진의 각각의 동력 행정의 초기에 압축된 유체의 일부분이 연소실로 보내져서, 동력 행정을 위한 작동 유체를 제공하는 것을 특징으로 하는 내연 엔진을 조립하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 흡입구가 개방 배치 형태에 있을 때 흡입구를 통하여 연료를 연소실에 분사하는 연료 분사기를 위치시키고 배향시키는 과정을 더 포함하고 있고, 상기 연료 분사기의 적어도 일부분이 탱크 조립체 내에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 엔진을 조립하는 방법.
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