JPH09505122A - エンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 エンジンは、共通の駆動源（７）に接続されたロータリユニット（１）と往復ユニット（３）とを備えている。第１のロータリユニット（１）は４行程サイクルの吸気相を提供し、圧縮相及び燃焼相のための往復動作に空気を流通させる。排気ガスは排気相のために第２のロータリユニット（５）に流される。或はまた、２つのロータリユニットと、それぞれ２本のピストンを有する２つの往復ユニットとが交互に配列されてもよい。また、本発明は、１回の行程につき１つのパワーパルスを形成する改良型２行程エンジンにも適用され得る。

Description

【発明の詳細な説明】 エンジン 本発明は、エンジンに関し、特に、内燃エンジンに関する。 多くの内燃エンジン、特に自動車に使用する内燃エンジンは往復型、即ちシリ ンダ内部でピストンが往復運動を行うように配列されている型式である。また、 時として採用される他の型式の内燃エンジンはロータリエンジンであり、このエ ンジンでは、特別な形状のロータが「シリンダ」即ちドラムの内側に配列されて いる。 本発明の第１の態様（aspect）に従って全く新しい型式のエンジンが創案され たが、これは、共通の駆動源にそれぞれ接続されたロータリユニット及び往復ユ ニット（reciprocating unit）を備える内燃エンジンを提供するというものであ る。本願出願人は、この新種のエンジンに対して「バイナリエンジン（binary e ngine）」という便宜的な用語を造り出した。 往復・ロータリユニットを結合させる共通駆動源としてはどのような種類のも のでも用いられ得るが、カムシャフトないしはクランクシャフトであるのが好適 である。 また、エンジンは更に少なくとも１つのロータリユニットを備えるのが好適で ある。１つのみのロータリユニットの場合には、そのロータリユニットはその吐 出口で往復ユニットの吸気口側に接続されるとよい。或はまた、ロータリユニッ トは、その吸気口で往復ユニットの吐出口（排気側）に対して接続されてもよい 。 以下に述べる好適な実施例によると、ロータリユニットと往復ユニットとの間 にガスを通すために配管（ducting）が設けられている。第１の実施例において は、第１のロータリユニットは吸気空気を往復ユニットに通すように配列されて おり、第１のロータリユニットは往復ユニットからの排気ガスを受け入れるよう に配列されている。この配列においては、使用中、往復ユニット内のみで燃焼が 起こるように配列されている。 第２の実施例では、１対の往復ユニットが共通駆動源に沿って１対のロータリ ユニットと交互に配列されている。しかし、３以上の往復ユニットをロータリユ ニットと交互に配列することもできる。３つの往復ユニットの各々は１対のイン ライン形ピストン／シリンダ（in-line pistons/cylinders）を有することが好 ましい。 往復ユニットのシリンダは適当な配列であればどのような配列でもよく、例え ば、インライン形、Ｖ形、フラット（ボクサー）形又はラジアル形の配列とする ことができる。しかし、特に３つのシリンダが用いられる場合、ラジアル形が最 も好ましい。往復ユニットは４行程と２行程のいずれでもよい（即ち、１行程当 り１パワーパルス（power pulse）を作る）。 往復ユニットの排気部の下流にあるロータリユニットには、最終的な排気放射 物（exhaust emissions）の制御のためにアフターバーナ手段ないしは再燃焼手 段（afterburner means）が設けられるとよい。 本発明の第２の態様はエンジンのためのトラップバルブ（trap valve）を提供 するものであり、このトラップバルブは１対のバルブ部材を備え、各バルブ部材 は対応のバルブステムに取り付けられている。バルブステムは互いに対して同軸 で且つ摺動可能であり、バルブ部材は、オリフィスの両側における対応の上部弁 座と下部弁座を閉じるように配置されている。 厳密な構成によれば、本発明によるエンジンは従来の配列を越える１つ以上の 利点を備えている。かかる利点は、高トルク、高出力（馬力）及び低ノイズ、環 境汚染の低減、燃料節約並びに関連のフライホイール（はずみ車）重量の減少等 であり、関連のフライホイールの除去さえも含んでいる。本発明によるエンジン は、例えば自動車や船舶、航空機の動力ユニットとして、或は、工業的製造環境 において機械動力を提供する等、広範囲の用途に適している。 疑義の回避のために、本明細書中、「往復ユニット」という用語は、当該往復 ユニットが実際に動作中であろうとなかろうと、往復型内燃エンジンの一般的構 造を有する装置ないしはユニットを指している。 次に、本発明について、以下の非制限的な実施例及び添付図面を参照して更に 詳細に説明する。添付図面は次のものである。 図１は、本発明によるエンジンの第１実施例の径方向の分割断面図である。 図２は、往復ユニットの排気部分においての、図１のエンジンで用いられる第 １のトラップバルブの軸方向の断面を示している。 図３は、本発明の第２実施例によるエンジンの概略図であり、第１モードにお ける動作を示している。 図４は、第２モードで動作している図３のエンジンを示している。 図５は、第３モードで動作している図３のエンジンを示している。 図６は、第４モードで動作している図３のエンジンを示している。 図７は、本発明によるエンジンにおいて使用するためのロータリユニットであ って、アフターバーナを有するものの構造を示している。 図８は、バルブが他の状態となっている図７のロータリユニットを示している 。 図９ａは、開いている状態での往復ユニットの吸気部分における第２形態のト ラップバルブの詳細を示しており、図９Ｂは閉じている状態での同トラップバル ブを示している。 図１０は図９ａ及び図９Ｂで示されたトラップバルブの詳細を示している。 図１で示されているように、本発明による内燃エンジンの第１実施例は、第１ のロータリユニット１と、往復ユニット３と、第２のロータリユニット５とを備 えている。これらの各ユニットがエンジンの動作という点から全体的にどのよう に機能するかということの説明を容易にするために、これらのユニットは図にお いて一緒に示されている。しかし、実際には、第１のロータリユニット１は往復 ユニット３の裏側に配置され、第２のロータリユニット５は往復ユニットの前側 に配置される。もちろん、この逆の配置もある。 これらのユニットは共通のカムシャフト７によって連結されている。これらは 、単一のエンジンブロック内で機械加工され、或は、個々独立したユニットとし て適当なカムシャフトシールを用いて接続される。後者の場合、ユニット間で差 動歯車を用いる場合もあるが、用いないこともある。 ２つのロータリユニットは実質的に従来一般のワンケル型（Wankel type）か ら成る。従って、第１のロータリユニット１はハウジング１１内にロータ９を有 している。ハウジング１１には１対の空気吸入口１３，１５が設けられており、 これらの空気吸入口１３，１５はロータリ「シリンダ」１７の互いに実質的に反 対側となる両側部分と連通している。 また、ハウジングには１対の空気吐出口１９，２１が設けられており、これら 空気吐出口もそれぞれシリンダ１７の前記両側部分と通じているが、空気吸入口 １３，１５からは離隔されている。２つの吐出口１９，２１は、往復ユニットの シリンダ２３，２５，２７と内部配管（図示せず）を通して連通されている。 往復ユニットの３つのシリンダ２３，２５，２７は、油溜め２９の上方にラジ アルＴ形（radial T arrangement）に配列されており、カムシャフト７に対応の 連接棒３７，３９，４１によりそれぞれ連結されたピストン３１，３３，３５を 含んでいる。往復ユニットのシリンダ２３，２５，２７は、部分的には従来一般 の型式ではあるが一体型二次トラップバルブ（図２）及び配管（図示せず）を備 える排気弁を介して、第２のロータリユニット５に接続されている。起こり得る 熱体積損失（possible thermal volume losses）を減少させるために、この配管 は一体型エンジンブロック内に形成されることが好ましい。 第１のロータリユニット１と同様に、第２のロータリユニット５はハウジング ４５内にロータ４３を有している。ハウジング４５は１対の排気ガス吸入口４７ ，４９を備えており、これらの吸入口はロータリ「シリンダ」５１の互いに実質 的に反対側となる両側部分に連通している。 また、第１のロータリユニット１と同様に、第２のロータリユニット５のハウ ジング４５は１対の排気ガス吐出口５３，５５を有している。これらの吐出口は 、それぞれ、シリンダ５１の前記両側部分と通じているが、排気ガス吸気口４７ ，４９からは離隔されている。排気ガス吐出口５３，５５は、使用中、従来型の 排気マニホールドに連結されるが、明らかに特別なエンジン構造に構成されてい る。 このように、第１のロータリユニット１と第２のロータリユニット５はほぼ同 等であるということは理解されるであろう。しかし、第１のユニット１における ロータ９の３つのフランク（側面）５７，５９，６１は、漏出を防止するために 避けるために完全に円滑となっている。他方、第２のユニット５におけるロータ ４３の３つのフランク６３，６５，６７は使用中に第２のユニット内で生ずる超 高圧（very high pressure）に耐えられるよう凹部（recess）（図示せず）を備 えている。更にまた、これらの凹部は、電子センサーを受け入れてもよく、これ と同時に或は別個に（and/or）、制御された吸気オリフィスないしは吸気孔、例 えば不燃燃料又は有毒ガスを中和するのを助ける液体状又は気体状物質の噴射の ための吸気孔を備えてもよい。 また、ロータとシリンダの両方又は一方には、不燃燃料又は毒性ガスの除去を 促進する白金のような「触媒」物質のライニングが設けられてもよい。 エンジンの吸気マニホールドは従来型であり、スロットル機構及び調整可能な 排気逃しゲート（wastegate）を備えている。ラジアルユニット３のシリンダの みに点火プラグ（図示せず）が設けられ、燃焼はロータリユニットでは生じない 。ラジアル（往復）ユニットのシリンダで生ずる高圧縮比の観点からは、直接的 な燃料噴射が好ましい。冷却は従来一般の圧送水システム（pumped water syste m）により適宜行われる。 図２は往復ユニット３の排気弁７１の一つの構成を示している。従来一般の型 式のバルブヘッド（弁頭部）７３が弁座７５に着座される（閉鎖位置にあるとき ）。バルブヘッド７３はシャフト７７と一体となっており、このシャフト７７は 中空の支持管７９内で同軸に動作すると共に二次トラップバルブ（secondary tr ap valve）８１で終端している。閉鎖位置において、トラップバルブヘッドは弁 座７５の背面８３に接する。メインバルブヘッド及び二次バルブヘッドはスリー ブ（sleeving）８５内でばね付勢されている。 次に、本発明のこの実施例によるエンジンの動作について図１に沿って説明す る。これは、４行程サイクル、即ち吸気、圧縮、燃焼及び排気の通常の要素を含 んでいる。しかしながら、従来一般の往復型エンジンと異なり、これらの全てが 往復ユニット３のシリンダ２３，２５，２７において行われるものではない。 吸気は第１のロータリユニット１において行われるが、圧縮空気・燃料混合体 （compressed air-fuel mixture）は往復ユニツト３のシリンダ２３，２５，２ ７内で順次、圧縮され燃焼される。そして、排気ガスは第２のロータリユニット ５に移され、そこで４行程サイクルの最終相、即ち排気除去（exhaust expulsio n）となる。 第１（吸気）のロータリ１は内ば歯車を備えており、ロータ回転の上部セクシ ョンと下部セクションの両方にて、通常の圧縮相／燃焼相（compression/combus tion phases）の終期で往復ユニット３内に注入空気を圧入するための高い能力 を与える。連続的なセクションの各々での取入れ（ingestion）は、その前のも のが「シリンダ」の両側部分で完了する直前に開始される。従って、この作動の 場合、時間的に重なった形で、３回の吸気動作に対して４回の取入れがある。こ れは、低速又はアイドリング状態のエンジン速度でさえも、往復ユニット３に対 してほぼ一定の流れの連続的な増幅空気供給（boosted air supply）を可能とし 、高圧縮比を達成することができる。しかし、圧縮比はエンジン速度が上がるに 従って大きくなる。 往復ユニット３内でだけ生ずる燃焼後、高速膨張・高温排気ガス（fast expan ding and hot exhaust gases）は往復ユニット３の排気弁が離れた直後、第２の ロータリユニット５内に強制的に送られる。一体型二次トラップバルブは、膨張 されたガスがシリンダの内側に向けて排気弁を後方に押圧するのを防止する。 排気相において、第２ロータリユニット５のロータ４３のスイープ動作（swee p）は、非常に高圧に圧縮された排気ガスにより更に付勢される。この動作はク ランクシャフトに大量の動力を与える。これらの２つの排気相の間において、不 燃燃料又は他の望ましくないガスの大部分（そうでなければ非常に多く）が除去 され、外部触媒式コンバータの使用を全体として不用とさえすることができる。 動作行程の数に対する歯車は、円滑な動作を最適化するために燃焼タイミング 又はシリンダの数と調整され、或はまた、望まれるように配列される。 図３〜図６は、本発明に従ったバイナリエンジンの第２実施例の種々の動作モ ードを示しており、このエンジンは清浄度の向上を目的として設計されたもので ある。この設計は、エンジンの構造に従来決して用いられてこなかった幾つかの 新規な特徴を示している。 この新しいエンジンは、性能を限界的に向上させることのみできる従来の複合 エンジンのいずれとも相違している。このエンジンは、複合動力ユニット（comp ound power units）の認識を変えるであろう。それは、小型で且つ経済的であり 、しかもパワフルで信頼性があり、種々の燃料タイプを使用でき、排気量を変え る能力を有している。また、このエンジンは、基本的なバイナリエンジンと同様 、補助的な動力ユニットを含めることができる。これらの種々の動作モードは、 自動制御（例えばマイクロプロセッサ）又はマニュアル制御によりエンジン動作 中に切り換えられる。 この実施例において、図示の如く、エンジン１０１は、それぞれ２本のピスト ン（１０７，１０９及び１１１，１１３）を有する互いに反対側に位置する２対 の往復ユニット１０３，１０５（１６１，１６５）が、各々、共通のドライブシ ャフト１１９に沿って配列された１対のロータリユニット１１５，１１７（１６ ３，１６７）の間に交互に配置されている。従って、全部で４本の往復ピストン と２つのロータ１２１，１２３を有している。勿論、交互に配置された往復装置 とその組合せは「Ｖ」形又はラジアル形のようにすることができ、また、他の対 向配置されたピストン構造、或いは、それぞれ４つ以上の往復ユニットとロータ を有する他の同様な型式のものとしてもよい。 この第２実施例のエンジンは４行程エンジンであり、メイン出力は往復ピスト ンからとなる。燃料はガソリンである（ディーゼル及び他の型式のものも可能で ある）。 往復ユニットの１６１，１６５の排気吐出口には、それぞれ、排気トラップバ ルブ１２６，１３０及び１３４，１３８が設けられている。また、往復ユニット １０５の吐出口には、それぞれ、トラップバルブ１３２，１３４及び１３６，１ ３８が設けられている。 ２対の吸入口ロータリバルブ１２５，１２７及び１２９，１３１は、それぞれ 、ロータリユニットのエンジンヘッド内に配置されている。また、２対のロータ リバルブ１３３，１３５及び１３７，１３９も、それぞれ、ロータリユニットの 吐出ポートに配置されている。 もし適当であれば、シリンダ毎に複数の吸入口バルブ及び吐出口バルブが用い られてもよい。これらのバルブの動作方法は、用途上の条件に最適となるならば 、例えば機械式システムや流体システム或いは電気的システム等、あらゆる型式 のものとすることができる。吸入口におけるトラップバルブの主要機能は、燃焼 のために往復ピストンへの空気又は空気・燃料混合体の流れを導き又は阻止する よう開閉を行うことである。また、これらの吸入口バルブの各々は、個別に制御 することができ、２以上の吸入口バルブがシリンダ毎に用いられている場合、変 形 されたカムローブ外形（cam lobe profiles）により色々なバルブリフト（弁揚 程）タイミングを有するようにできる。このような機能は、このバイナリエンジ ンのみが実行できる非常に広範囲の独特な動作モードを可能とするのに極めて重 要である。実際の動作においては、トラップバルブは、望まれる如何なるモード にも切り換えるために、排気ロータのロータリバルブと同時に動作する。これは 、マイクロプロセッサ制御により自動的になされ得る。 排気ポートでの他の型式のトラップバルブは吸入ガスの圧力によって動作し、 また、弱い戻しばねが、排気後の再燃焼動作（afterburning action）による背 圧を防止するために設けられている。他の制御は全く必要としない。多くのシリ ンダ又はロータを停止（shut down）させ或いは始動（fire up）させることがで きることによって、このエンジンは、出力に影響を与えることなく、従来一般の 大きなエンジンに取って代ることができる。 従来の複合エンジンにおけるように、排気ガスは幾つかのタスク（役目）を遂 行するために導かれ、このバイナリエンジンの排気ロータは、それらが出力を非 常に増大させ且つまた他の新規な機能を満たすので、相違している。 往復ユニットのシリンダ（１４１，１４３及び１４５，１４７）は、それぞれ 、空気噴射器１４９，１５１及び１５３，１５５を備えている。吸気流れは実線 で示され、排気流れは点線で示されている。 往復ユニットの完全な排気相の間、排気ポートの後にそれぞれ取り付けられた 空気噴射器（air jet）１４９，１５１及び１５３，１５５は新鮮な空気を連続 的に注入する。この結果、内部配管の移動中に排気ガスは酸化され、３種の非常 によく知られた排気ガス汚染物質、即ち炭化水素、一酸化炭素及び窒素酸化物を 減少させる。この特定の状況において、炭化水素は水に変わり、一酸化炭素は二 酸化炭素に変わり、窒素酸化物はアンモニアに変わる。炭化水素及び一酸化炭素 の変換は簡単になされるが、窒素酸化物は、点火の瞬間及び酸化の瞬間との間の 急速な温度低下のために、また、過剰な酸素の存在のために、再変換（re-conve rted）される可能性がある。排気相の終わりに向かっては、ロータの先端（roto r tips）は、ロータハウジング内の上部死点又は下部死点（ＴＤＣ又はＢＤＣ） に近づいていく状態にあるのが好適である。ＴＤＣとＢＤＣとの間のちょうど半 分の位置には燃料噴射器が配置され、その僅かに後側には点火プラグがあり、こ の点火プラグにより順次点火される排気混合体内に少量の水素が注入される。水 素燃料の他の供給方法としては、ロータハウジングの側壁開口部において通常の 吸気ポート位置に配置された急速混合室（quick−mix chamber）又は予混合室（ pre-mix chamber）を通して噴射させることによるものがある。 結果として生ずる爆発により非常に高い圧力がロータ、特にその先端に及ぼさ れ、大量のエネルギ及び動力がクランクシャフト１１９に伝えられる。この再燃 焼相において、ガスの温度が顕著に上昇する。この高温及び残余酸素の消費は、 アンモニアを確実にそのまま残し、殆ど窒素酸化物に再変換させない。この作用 は、排気ガスがロータリ内にある時にのみ生じ、その他の場合には生じない。こ のエンジンの排気の質は従来知られている如何なるものよりも遥かに清浄である 。しかしながら、清浄性の絶対的保証が要求される場合、触媒コンバータを取り 付けてもよい。更にまた、第１実施例と同様に、少なくとも１つのロータリユニ ットに触媒ラインニングを設けてもよい。 ４つの動作モードがあり、ここではそれぞれをモード“Ａ”〜モード“Ｄ”と 称することとする。 基本的なエンジンのレイアウトは図３〜図６のそれぞれに示されている。この バイナリエンジンは、空気供給ユニット１５７としてロータリチャージャ、過給 器（super charger）又は排気タービン過給器（turbo charger）を備えている。 ロータリ圧縮機が好ましい。かかる場合、空気は排気逃しゲート１５９を介して プレナムチャンバ内に導入され、強制取入れは必要とされない。図３に示される モード“Ａ”は、２つの往復ユニットにおける４つの往復ピストンが２つのロー タリユニットと共に機能する通常の動作モードである。全てのトラップバルブは 開放位置にあり、ロータリバルブもこの動作モードについては開いている。 このモードは、重い荷物や加速操作、高速操作において好ましい。アフターバ ーナは使用され、円滑な分配ないしは送り（delivery）、或いは、純粋な出力と なる。 モードＢは図４に示されている。エンジンの動作中、所定のｒｐｍレンジの場 合又は負荷が小さい場合、エンジンは自動的にモードＢに切り換わる。これはこ のエンジンの経済的な動作を確保する。 これらの機能は図の第１の往復ユニット１６１と第１のロータリユニット１６ ３に示されている点に注目すべきである。同時に、第２の往復ユニット１６５の トラップバルブは閉じられ、第２のロータリユニット１６７のそれらはアイドリ ング状態となる。 明確化のために、第１の往復ユニット１６１はピストン１０７，１０９を含ん でいるものである点に注目すべきである。第１のロータリユニット１６３はロー タ１２１を含んでいる。第２のロータリユニット１６７はロータ１２３を含み、 第２の往復ユニットはピストン１１１，１１３を含んでいる。アイドリング対へ の燃料供給はこのモードでは停止される。 勿論、一様な摩耗や消耗のために、マイクロプロセッサは第１のユニット１６ １，１６３間又は第２のユニット１６５，１６７間で切換えを行うようプログラ ムされ得る。長い直線を走っている場合、減速時或は下り坂でエンジンブレーキ をかけている場合（自動車の場合）、これらのユニットのいずれでも静止（rest ）モードに置くことが最適である。 更なる出力が要求される場合、又は、より高負荷が検出された場合、“Ａ”モ ード又はより高いモード（モード“Ｄ”）に自動的に切り換えられる。 モード“Ｃ”は図５に示されている。これは、代替燃料も使用され得る独特の モードである。ユニット１６１，１６５の往復ピストンは関連のトラップバルブ の閉鎖により停止される。同時に、ユニット１６３，１６７のロータリバルブは 図示のような独立した動作モードに切り換えられる。燃料は、「スクランブルモ ード」を表す図８に示すように側部配管によって供給される。この機能は、従来 一般の水素動力のロータリエンジンと極めて近似している。再燃焼動作及び点火 プラグはこのモードにおいては使用されない。自動車に使用されるならば、この モードは、化石燃料の使用が禁止された場合の日常的なドライビングのために最 適に使用される。 バイナリエンジンがプロペラ駆動の航空機に適用されたならば、それは緊急補 助バックアップ動力ユニットとして使用され得る。船舶用に使用されたならば、 それはメインエンジン損傷の場合に予備動力ユニットとして使用できる。 モード“Ｄ”は図６に示されている。これは、全ての往復ピストン及びロータ リピストンは独立して且つ一斉に機能するモードである。排気管に直接排出され る排気ガスは再燃焼されない。このモードにおける出力は、２つの基本エンジン が共に同一のドライブシャフトに動力を伝えるので、最も大きい。このモードは 、重い荷物を牽引する場合や高速加速の場合、緊急発進（スクランブル）の場合 に非常に有用である。 次に、特別な「アイドラモード（idler mode）」について説明する。用途が自 動車の場合、バイナリエンジンからのクリーン排気の安全レベルが確実に維持さ れるように、エンジンのアイドリング動作は水素燃料によってのみ機能され、全 てのトラップバルブは閉鎖される。アイドラモードの間、空気噴射システムは、 往復ピストンが割り込む（cut in）前に、アフターバーナが所定のｒｐｍレンジ 又は速度内での燃焼を可能とする排気ロータに十分な空気を供給するために用い られる。都市における交通渋滞において、バイナリエンジンは汚染物質のない排 気ガスを放出する。限られた範囲でのエンジン回転により、自動車は、化石燃料 を燃やす必要なく、交通渋滞の中を移動できる。このアイドラモードは、エンジ ンがモードＣの動作に関連される場合に自動的にオーバーライド（override）さ れる。 アイドラモードにおいて、エンジン内に２つの排気ロータがある場合、車を進 ませるのに必要な低出力は、燃焼が生ずるロータリ区画（rotary compartment） の数を変えることで制御できる。クランクの一回転につき、ロータの先端がアフ ターバーナを越えてスイープ動作する場合が６回ある。３回が最も好ましいが、 アイドリングのエンジン速度レンジで相当に重い負荷が検知された場合、６回も 使用され得る。 図７及び図８は、任意的な再燃焼機能ないしはアフターバーナ機能を有するロ ータリユニットの動作を示すものである。ロータ１２３を有するロータリユニッ ト１６７が図示されている。しかし、この説明は、ロータ１２１を有する他のユ ニット１６３にも適用される。疑義を防ぐために、ここでは、このアフターバー ナ構造は、第１実施例のバイナリエンジンにおける往復ユニットの下流側に位置 する第２のロータリユニット５又は他のあらゆる同等の構造に適用され得るもの とする。 ロータリユニットチャンバ１７１は上部部分１７３と下部部分１７５とに分割 されている。ロータ１２３は矢印１７７の方向に反時計回りに移動する。上部部 分１７３において、上部死点（ＴＤＣ）１７９と、これに最も近接するロータリ バルブ１３７との間には、第１のアフターバーナ点火プラグ１８１が配置されて おり、ロータリバルブ１３９の近傍には第１の燃料噴射器１８３が配置されてい る。 下部部分１７５において、下部死点（ＢＤＣ）１８５とこれに最も近接するロ ータリバルブ１２９との間には、第２のアフターバーナ点火プラグ１８７が配設 されており、ロータリバルブ１２９の近傍には第２の燃料噴射器１８９が配設さ れている。点火プラグ１８１，１８７と燃料噴射器１８３，１８９は、ロータ１ ２３と干渉しないように、埋め込まれていることは明らかであろう。 図７においては、ロータは往復ユニット１６５からの排気ガスを受けており、 アフターバーナ（点火プラグ及び燃料噴射器）は作動状態にある。往復ユニット １６５からの排気ガスはロータリバルブ１３７に導入される。ロータリバルブ１ ２９の上方にある上部部分１７３内の小孔（オリフィス）１９１は開いており、 同様にロータリバルブ１２９，１３１も開いている。清浄化された排気は、上部 部分１７３及び下部部分１７５におけるバルブ１３９及び小孔１９１を通して排 出される。 独立したロータリ動力（即ち、独立したアフターバーナ）がロータリバルブ１ ３７，１３９の間の第３の埋込み型点火プラグ１９５により任意的に与えられる ことに注意すべきである。 図８は「スクランブル」モードを示し、これによって、ロータリユニットはロ ータリエンジンとして或は他の如何なる所望モードにおいて独立に動作できる。 この場合、吐出口１９１は開いており、吸入口１９３のロータリバルブ１２９， １３１は閉じられている。バルブ１３７，１３９も閉じられている。これにより 、排気ガスの放出は吐出口１９１を通して行われ、バルブ１３９により閉鎖され ている清浄な排気の吐出口を通しては行われない。往復ユニットからの排気ガス は、バルブ１３１，１３７を通って流入することができないので、排気管に直接 送ら れる。アフターバーナ（１８１，１８３及び１８７，１８９）は作動状態にない 。動力は補助的な第３の点火プラグ１９５の点火により与えられる。 図９Ａ及び図９Ｂは往復ユニット１６１，１６５の吸入口における吸入口トラ ップバルブ２０１等の構成の詳細を示している。ステム２０５に接続された一次 バルブ部材２０３は、吸入ポート２０９と吐出ポート２１１との間の一次弁座２ ０７に着座する。この主バルブ部材の上方には、ステム２１５を有する二次バル ブ部材２１３があり、両者は一次バルブ部材２０５のステム２０５を同心円状に 囲んでいる。 二次バルブ部材２１３は吸入ポート２０９のストッパ面２１７と主弁座２０７ の真上の二次弁座２１９との間で移動し、一次バルブ部材及び二次バルブ部材の 両者が吸入ポート２０９と吐出ポート２１１との間のオリフィス２２１を閉じる ことができるようになっている。 二次バルブ部材は、二次バルブステムを囲む第２のばね２２３ではね付勢され 、一次バルブ部材は、第２のばね２２３と同心であり外側に位置する第１のばね ２２５によりばね付勢される。キャビティチャンバ２２７が第１と第２のばねの 間に画成されており、流体ライン２２９と連通している。キャビティ２２７に流 入する作動流体は二次バルブステム２１５の上面２３１を押圧することができる 。 図９Ａに示す状態では、第１のばね２２５は完全に圧縮され、一次バルブ部材 ２０３は吐出ポート２１１が開くように弁座２０７から離れる方向に伸ばされて いる。第１のばね２２５より弱い第２のばね２２３は弛緩されている。二次バル ブ部材２１３は弁座２１９から離れる方向に引かれ、接触面２１７に押し付けら れている。過給器からの新鮮な空気は吸入ポート２０９に流入し、吐出ポート２ １１から流出することができる。 図９Ｂに示すように、流体ライン２２９が加圧されると、作動流体が二次バル ブステム２１５の上面を押し下げる。このようにして、二次バルブ部材２１３は 接触面２１７から離れる方向に下方に動かされて弁座２１９に押し付けられ、オ リフィス２２１を閉鎖する。同時に、キャビティチャンバ２２７の上面２３１は 第２のばね２２３の圧力により上方に押され、第１のばね２２５が弛緩し且つ一 次バルブ部材２０３がカムシャフト動作により弁座２０７に押し付けられる。従 って、オリフィス２２１は閉鎖され、空気は吸入ポート２０９から吐出ポート２ １１に流通することができない。主バルブの動きはオーバーヘッドカムシャフト 又はロッカーアームにより支配されている。 便宜上、キャビティチャンバ２２７は、第１と第２のばね２２５，２２３、バ ルブ部材２０３，２１３及びステム２０５，２１５と共に、ブロック２３７内の ねじ穴２３５に螺合されている。バルブシステム２０５，２１５の相互接触面（ mutual abutment surface）は潤滑処理（lubricate）されていることが好ましい 。 図９Ａ及び図９Ｂに示されるバルブの詳細が、図９Ｂの閉鎖位置におけるバル ブを示す図１０に示されている。取付ねじは明瞭化のためにこの図からは省略さ れており、同様に流体ラインも省略されている。便宜上、同一参照符号は図９Ａ 及び図９Ｂに示す同一の特徴部分を示すものとして使用され、ここではそれ以上 の説明はしない。しかしながら、図１０は、第２のばね２２３の上部におけるば ね張力器（spring tensioner）２３９を詳細に示している。 以上の説明を考慮すると、添付「請求の範囲」の範囲内における上記実施例の 変形や他の実施態様は当業者にとり明らかであろう。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９５年１月１０日 【補正内容】 特許協力条約第３４条による補正の翻訳文 明細書に関する補正の翻訳文 （２）補正の内容 『本発明は、エンジンに関し、特に、内燃エンジンに関する。 多くの内燃エンジン、特に自動車に使用する内燃エンジンは往復型、即ちシリ ンダ内部でピストンが往復運動を行うように配列されている型式である。また、 時として採用される他の型式の内燃エンジンはロータリエンジンであり、このエ ンジンでは、特別な形状のロータが「シリンダ」即ちドラムの内側に配列されて いる。 本発明の第１の態様（aspect）に従って全く新しい型式のエンジンが創案され たが、これは、共通の駆動源にそれぞれ接続されたロータリユニット及び往復ユ ニット（reciprocating unit）を備える内燃エンジンを提供するというものであ る。ロータリユニットは、往復ユニットの排気口の下流側にあり、最終的な排気 放出を制御するための再燃焼手段ないしはアフターバーナ手段（afterburner me ans）を備えている。本願出願人は、この新種のエンジンに対して「バイナリエ ンジン（binary engine）」という便宜的な用語を造り出した。 往復・ロータリユニットを結合させる共通駆動源としてはどのような種類のも のでも用いられ得るが、カムシャフトないしはクランクシャフトであるのが好適 である。 また、エンジンは更に少なくとも１つのロータリユニットを備えるのが好適で あり、このロータリユニットはその吐出口が往復ユニットの吸気側に接続される とよい。１つのみのロータリユニットの場合には、そのロータリユニットは、往 復ユニットの吐出口（排気側）に接続される吸気口を備えるとよい。 以下に述べる好適な実施例によると、ロータリユニットと往復ユニットとの間 にガスを通すために配管（ducting）が設けられている。第１の実施例において は、第１のロータリユニットは吸気空気を往復ユニットに通すように配列されて おり、第１のロータリユニットは往復ユニットからの排気ガスを受け入れるよう に配列されている。この配列においては、再燃焼とは別の燃焼が、使用中、往復 ユニット内のみで起こるように配列されている。 第２の実施例では、１対の往復ユニットが共通駆動源に沿って１対のロータリ ユニットと交互に配列されている。しかし、３以上の往復ユニットをロータリユ ニットと交互に配列することもできる。３つの往復ユニットの各々は１対のイン ライン形ピストン／シリンダ（in-line pistons/cylinders）を有することが好 ましい。 往復ユニットのシリンダは適当な配列であればどのような配列でもよく、例え ば、インライン形、Ｖ形、フラット（ボクサー）形又はラジアル形の配列とする ことができる。しかし、特に３つのシリンダが用いられる場合、ラジアル形が最 も好ましい。往復ユニットは４行程と２行程のいずれでもよい（即ち、１行程当 り１パワーパルス（power pulse）を作る）。 本発明の第２の態様はエンジンのためのトラップバルブ（trap valve）を提供 するものであり、このトラップバルブは１対のバルブ部材を備え、各バルブ部材 'は対応のバルブステムに取り付けられている。バルブステムは互いに対して同 軸で且つ摺動可能であり、バルブ部材は、オリフィスの両側における対応の上部 弁座と下部弁座を閉じるように配置されている。 厳密な構成によれば、本発明によるエンジンは従来の配列を越える１つ以上の 利点を備えている。かかる利点は、』 特許協力条約第３４条による補正の翻訳文 明細書に関する補正の翻訳文 （２）補正の内容 『排気ガス吐出口５３，５５は、使用中、従来型の排気マニホールドに連結され るが、明らかに特別なエンジン構造に構成されている。 このように、第１のロータリユニット１と第２のロータリユニット５はほぼ同 等であるということは理解されるであろう。しかし、第１のユニット１における ロータ９の３つのフランク（側面）５７，５９，６１は、漏出を防止するために 避けるために完全に円滑となっている。他方、第２のユニット５におけるロータ ４３の３つのフランク６３，６５，６７は使用中に第２のユニット内で生ずる超 高圧（very high pressure）に耐えられるよう凹部（recess）（図示せず）を備 えている。第２のロータリユニットにおいて、これらの凹部は、制限された吸気 オリフィスないしは吸気孔、例えば不燃燃料又は有毒ガスを中和するのを助ける 液体状又は気体状物質の噴射のための吸気孔を設けている。第１のロータリユニ ットにおける凹部にも、このような制限された吸気孔を設けることができる。ま た、凹部は電気センサを収容してもよい。 また、ロータとシリンダの両方又は一方には、不燃燃料又は毒性ガスの除去を 促進する白金のような「触媒」物質のライニングが設けられてもよい。 エンジンの吸気マニホールドは従来型であり、スロットル機構及び調整可能な 排気逃しゲート（wastegate）を備えている。ラジアルユニット３のシリンダの みに点火プラグ（図示せず）が設けられ、燃焼はロータリユニットでは生じない 。ラジアル（往復）ユニットのシリンダで生ずる高圧縮比の観点からは、直接的 な 燃料噴射が好ましい。冷却は従来一般の圧送水システム（pumped water system ）により適宜行われる。 図２は往復ユニット３の排気弁７１の一つの構成を示している。従来一般の型 式のバルブヘッド（弁頭部）７３が弁座７５に着座される（閉鎖位置にあるとき ）。バルブヘッド７３はシャフト７７と一体となっており、このシャフト７７は 中空の支持管７９内で同軸に動作すると共に二次トラップバルブ（secondary tr ap valve）８１で終端している。閉鎖位置において、トラップバルブヘッドは弁 座７５の背面８３に接する。メインバルブヘッド及び二次バルブヘッドはスリー ブ（sleeving）８５内でばね付勢されている。 次に、本発明のこの実施例によるエンジンの動作について図１に沿って説明す る。これは、４行程サイクル、即ち吸気、圧縮、燃焼及び排気の通常の要素を含 んでいる。しかしながら、従来一般の往復型エンジンと異なり、これらの全てが 往復ユニット３のシリンダ２３，２５，２７において行われるものではない。 吸気は第１のロータリユニット１において行われるが、圧縮空気・燃料混合体 （compressed air-fuel mixture）は往復ユニット３のシリンダ２３，２５，２ ７内で順次、圧縮され燃焼される。そして、排気ガスは、付加的な液体状又は気 体状物質が不燃燃料又は有毒ガスを中和するのを助けるために添加され且つ４行 程サイクルの最終相、即ち排気除去（exhaust expulsion）が行われる第２のロ ータリユニット５に移される。 第１（吸気）のロータリ１は内ば歯車を備えており、ロータ回転の上部セクシ ョンと下部セクションの両方にて、通常の圧縮相／燃焼相（compression/combus tion phases）の終期で往復ユニット３内に注入空気を圧入するための高い能力 を与える。連続的なセクシヨンの各々での取入れ（ingestion）は、その前のも のが「シリンダ」の両側部分で完了する直前に開始される。従って、この作動の 場合、時間的に重なった形で、３回の吸気動作に対して４回の取入れがある。こ れは、低速又はアイドリング状態のエンジン速度でさえも、往復ユニット３に対 してほぼ一定の流れの連続的な増幅空気供給（boosted air supply）を可能とし 、高圧縮比を達成することができる。しかし、圧縮比はエンジン速度が上がるに 従って大きくなる。』 特許協力条約第３４条による補正の翻訳文 請求の範囲に関する補正の翻訳文 （２）補正の内容 『 請求の範囲 １．共通の駆動源にそれぞれ接続されたロータリユニットと往復ユニットとを備 える内燃型のエンジンであって、前記ロータリユニットは前記往復ユニットの排 気口の下流側に位置すると共にアフターバーナ手段を有しているエンジン。 ２．前記共通の駆動源はカムシャフト又はクランクシャフトである請求項１記載 のエンジン。 ３．更に別のロータリユニットを備える請求項１又は２記載のエンジン。 ４．ロータユニットは、共通の駆動源に関して往復ユニットの両側にそれぞれ配 置されている請求項３記載のエンジン。 ５．１つ又は複数のロータリユニットと往復ユニットとの間でガスを流通させる ために配管が設けられている請求項１〜４のいずれか１項に記載のエンジン。 ６．一のロータリユニットは吸気空気を往復ユニットに流通させるよう配置され 、他のロータリユニットは往復ユニットから排気ガスを受けるように配置されて いる請求項４に従属する請求項５に記載のエンジン。 ７．再燃焼とは別の燃焼が使用中に往復ユニット内でのみ生ずるよう配列されて いる請求項１〜６のいずれか１項に記載のエンジン。 ８．往復ユニットはラジアル形に配置された少なくとも３つのシリンダを備えて いる請求項１〜７のいずれか１項に記載のエンジン。 ９．少なくとも２つの往復ユニットが、共通の駆動源に対して、往復ユニットと 同数のロータリユニットと交互に配置されている請求項２記載のエンジン。 １０．２つの往復ユニットと２つのロータリユニットとを備えている請求項２記 載のエンジン。 １１．往復ユニットの各々は、インライン形シリンダの各対内における１対のピ ストンを備えている請求項９又は１０記載のエンジン。 １２．往復ユニットの排気吐出口には、下流側ロータリユニット内への入口の前 の空気吸入口が設けられている請求項１〜１１のいずれか１項に記載のエンジン 。 １３．少なくとも１つのトラップバルブが往復ユニットとその下流側のロータリ ユニットとの間に設けられている請求項１〜１２のいずれか１項に記載のエンジ ン。 １４．それぞれ対応のバルブステムに取り付けられた１対のバルブ部材を備える エンジン用のトラップバルブであって、前記バルブステムは互いに同軸であり且 つ摺動可能であり、前記バルブ部材はオリフィスの両側における対応の上部弁座 及び下部弁座を閉鎖するように位置決めされているトラップバルブ。 １５．バルブが開放位置にあるとき、バルブ部材はそれぞれ上部弁座の上方及び 下部弁座の下方に配置される請求項１４記載のトラッブバルブ。 １６．バルブ部材及びその対応のステムは対応の同軸の圧縮ばねにより別個独立 にばね付勢されている請求項１４又は１５に記載のトラップバルブ。 １７．バルブ部材の開閉に流体手段が提供されている請求項１４〜１６のいずれ か１項に記載のトラップバルブ。』

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．共通の駆動源にそれぞれ接続されたロータリユニットと往復ユニットとを備 える内燃エンジン。 ２．前記共通の駆動源はカムシャフト又はクランクシャフトである請求項１記載 のエンジン。 ３．更に別のロータリユニットを備える請求項１又は２記載のエンジン。 ４．ロータユニットは、共通の駆動源に関して往復ユニットの両側にそれぞれ配 置されている請求項３記載のエンジン。 ５．１つ又は複数のロータリユニットと往復ユニットとの間でガスを流通させる ために配管が設けられている請求項１〜４のいずれか１項に記載のエンジン。 ６．一のロータリユニットは吸気空気を往復ユニットに流通させるよう配置され 、他のロータリユニットは往復ユニットから排気ガスを受けるように配置されて いる請求項４に従属する請求項５に記載のエンジン。 ７．燃焼が使用中に往復ユニット内でのみ生ずるよう配列されている請求項１〜 ６のいずれか１項に記載のエンジン。 ８．往復ユニットはラジアル形に配置された少なくとも３つのシリンダを備えて いる請求項１〜７のいずれか１項に記載のエンジン。 ９．少なくとも２つの往復ユニットが、共通の駆動源に対して、往復ユニットと 同数のロータリユニットと交互に配置されている請求項２記載のエンジン。 １０．２つの往復ユニットと２つのロータリユニットとを備えている請求項２記 載のエンジン。 １１．往復ユニットの各々は、インライン形シリンダの各対内における１対のピ ストンを備えている請求項９又は１０記載のエンジン。 １２．往復ユニットの排気吐出口には、下流側ロータリユニット内への入口の前 の空気吸入口が設けられている請求項１〜１１のいずれか１項に記載のエンジン 。 １３．往復ユニットの排気口の下流に位置するロータリユニットにはアフターバ ーナ手段が設けられている請求項１〜１２のいずれか１項に記載のエンジン。 １４．往復ユニットとその下流側のロータリユニットとの間には少なくとも１つ のトラップバルブが設けられている請求項１〜１３のいずれか１項に記載のエン ジン。 １５．それぞれ対応のバルブステムに取り付けられた１対のバルブ部材を備える エンジン用のトラップバルブであって、前記バルブステムは互いに同軸であり且 つ摺動可能であり、前記バルブ部材はオリフィスの両側における対応の上部弁座 及び下部弁座を閉鎖するように位置決めされているトラップバルブ。 １６．バルブが開放位置にあるとき、バルブ部材はそれぞれ上部弁座の上方及び 下部弁座の下方に配置される請求項１５記載のトラップバルブ。 １７．バルブ部材及びその対応のステムは対応の同軸の圧縮ばねにより別個独立 にばね付勢されている請求項１５又は１６に記載のトラップバルブ。 １８．バルブ部材の開閉に流体手段が提供されている請求項１５〜１７のいずれ か１項に記載のトラップバルブ。