JPH09509461A - ロータリー エンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 従来の往復ピストン・シリンダー燃焼機関で使用される概括的原理と同様の原理に従って熱エネルギーを機械エネルギーに変換するために設計された内燃機関で、(i)従来のエンジンのシリンダーの同等物が第一連のチャンバ及び第二連のチャンバという二連のチャンバによって置き換えられ、各連のチャンバは共通の軸周囲で別個に円周方向に配列され、空間により互いに分離されている、そして(ii)従来のピストンが一つまたは複数のベーンに置き換えられ、それらのベーンはチャンバとシーリング接触を形成するように適応されている、そして(iii)二連のチャンバは一つまたは複数のトランスファ・ポートで接続されている：一連のチャンバで空気が圧縮され、燃焼ガスが別の一連のチャンバによって排気されることを特徴とするもの。

Description

【発明の詳細な説明】 ロータリーエンジン発明の分野 本発明は、内燃機関の新しい設計についてのものである。発明の背景 内燃機関は、熱エネルギーを機械エネルギーに変換する方法として広く使用され ている。内燃機関は、特に自動車メーカーによって過去数十年間にわたり小型、 軽量で効率の良いユニットへと大幅に発展させられてきた。 しかし、接続ロッドによってクランク・シャフトに接続されシリンダー内に拘束 された往復ピストンの原理には、生来の欠点がある。ピストンの機能の性質その ものにより、ピストンは大量の質量及びそのため惰性を持つ。そのため、往復の 動きは振動を起こし、またクランク・シャフトの最大回転可能速度を制限するこ とになる。 自動車で使用される標準的な往復エンジンの機械的効率及び燃料効率は比較的小 さい。この理由の一つには、エンジンの短いストロークがある。パワー・ストロ ークで可能な時間が限られているため、不完全なデトネーションが起こる。エン ジン速度に従って燃焼時間が減少するため、効率が悪化する。 従来のピストン・エンジンのもう一つの欠点は、バルブのオーバーラップから起 こる。排気及び吸気バルブが同時に開いているため、空気/燃料の混合物の一部 が燃焼せずに排気される。往復エンジンの熱効率も、最高からは非常に遠いもの である。上死点前にデトネーションが起こり、そのためガスの拡大により、動力 を提供するのではなく混合物が過熱する。 もう一つの欠点は、パワー・ストロークと圧縮ストロークが一定のピストンで全 く同じ長さであることである。パワーはエンジン・サイクルのパワー・ストロー ク叉は排気のみから派生するため、サイクルのこの部分を長くすることによりエ ンジンの効率を改善できる。論理的には可能であるが、従来の２ストローク叉は ４ストローク・エンジンの設計はこれに役立つものではない。 これらの本質的な欠点を最小化するか回避するために様々なことが試みられてき た。これらで最も良く知られているのはおそらくＷＡＮＫＥＬ(ＴＭ)叉はロータ リー・ピストン・エンジンであり、これらでは回転ピストンを使用してシャフト を回転させ、原動力を出力する。この変更では、回転するピストンの端がシリン ダーの壁のポートを開閉し、バルブの補助無しでピストン自体がエンジンの「呼 吸」を制御する。ピストンの形は実質的に三角形で、側面は凸状であり、ピスト ンは内部の断面が実質的に楕円形で中央が少しくびれている(エピトロコイド)シ リンダーで回転する。ピストンが回転する時、その３つの角にマウントされたシ ールが連続してシリンダーの壁に沿って掃引する。ピストンと壁の間で形成され た３つの密閉空間のサイズは、それぞれの回転で相続いて増減する。空間のこれ らの変化を利用して燃料と空気の混合物の吸入、この混合物の圧縮、燃焼及び燃 焼済みのガスの放出が行われる。このようにして、完全４ストローク作動サイク ルが行われる。 ロータリー・ピストン・エンジンでは、交互に加速減速を必要とする往復物がな く、そのため往復の動きに関連した力や惰性はこのタイプのエンジンでは回避さ れることになる。その結果、論理的にはさらに高速での回転が可能となる。 しかし、ロータリー・ピストン・エンジンの構築における主要な問題の一つに、 ３つの空間の互いに関するシーリングがある。これらの空間のあいだでの相互通 信はエンジンの正しい作動を妨げるものとなる。この問題は、シーリング・ ストリップのシステムによって部分的に解決されている。 しかし、摩耗と耐久性の問題は部分的にしか解決されておらず、その結果これら のロータリー・エンジンはまだ普遍的に受け入れられていない。 ＷＡＮＫＥＬエンジンを改善するために多数の試みが行われてきており、出願者 が知っている中で最も関連性の深いものはＵＳ 4 401 070(McCann)で説明さ れているものである。これは、ロータ付きのエンジンで少なくとも一つのベーン がそこでの回転のために横断方向にスライド可能でロータを通って伸びているも のである。ベーンはロータを超えて伸びる対の端を持ち、ロータ自体がくぼんで いる円柱状の内部を持つステータ内で回転する。ステータには対の壁があり、そ の壁には円周状に拡張するへこみがあり、対の壁のへこみが食い違いになってお り、ロータを回転するとベーンが横断方向に往復するようになる。へこみはシー ル接触でそれぞれのベーンの端をスライドするように受け入れる形になっている 。 ステータは、実際にはロータを囲みロータ・シャフトの両端で支える２つの静的 ケーシングである。ケーシングの端には、ロータとスライド・ベーンがはまる２ つのキャビティが含まれている。 この設計は、比較的複雑な一連のダクトやホールド・ボリュームに頼って圧縮サ イクル中にベーンの片側からパワー・ストロークのために同じベーンの反対側に 圧縮ガスのアリコートを移動する。これは、このタイプのエンジンの本質的なシ ール問題を悪化させるだけでなく、製造中に複雑な機械加工を必要とする。また 、ロータのそれぞれの側のキャビティを順に圧縮とパワー・ストロークに使用す ることにもなる。 そのため、本発明の目的は、これらの欠点のない新しいタイプの内燃機関を提 供することにある。発明の簡単な説明 発明の最初のアスペクトによると、広い意味では従来の往復ピストン・シリンダ ー燃焼機関で使用される概括的原理と同様の原理に従って熱エネルギーを機械エ ネルギーに変換するために設計された内燃機関で、 (i) 従来のエンジンのシリンダーの同等物が第一連のチャンバ及び第二連のチャ ンバという二連のチャンバによって置き換えられ、各連のチャンバは共通の軸周 囲で別個に円周方向に配列され、スペースで互いに分離されている、そして (ii) 従来のピストンが一つまたは複数のベーンに置き換えられ、それらのベー ンはチャンバとシーリング接触を形成するように適応されている、そして (iii)二連のチャンバは一つまたは複数のトランスフア・ポートで接続されてい る； 一連のチャンバで空気が圧縮され、燃焼ガスが別の一連のチャンバによって排気 されることを特徴とするもの。 発明の二番目のアスペクトによると、広い意味では従来の往復ピストン・シリン ダー燃焼機関で使用される概括的原理と同様の原理に従って熱エネルギーを機械 エネルギーに変換するために設計された内燃機関で、 (i) 従来のエンジンのシリンダーの同等物が第一連のチャンバ及び第二連のチャ ンバという二連のチャンバによって置き換えられ、各連のチャンバは共通の 軸周囲で別個に円周方向に配列され、スペースで互いに分離されている、そして (ii) 従来のピストンが一つまたは複数のベーンに置き換えられ、それらのベー ンはチャンバとスケーリング・コンタクトを形成するように適応されている、そ して (iii)二連のチャンバは一つまたは複数のトランスファ・ポートで接続されてい る； トランスファ・ポートで圧縮された空気/燃料の混合物の燃焼が開始されること を特徴とするもの。 発明の最初及び二番目のアスペクトに従った最初の望ましい実施例では、以下に よって構成された内燃機関が提供されている； (i) ケーシング (ii) 少なくとも３つのディスクで、それらのディスクはそれぞれのディスク の平らにされたフェースの中央を通っている共通の軸に整列されており(ディス クは横にスタックされているか互いに重ね合わされている)、外側のディスクは 互いに対して固定されており内側のディスクに対しては回転可能で、それらの内 側のディスクは望ましくは固定されているもの； (iii) ２つの外側のディスクの円周で形成された側面が平行になっている溝で 、その溝は一定の幅のプロファイルを持ち、溝が１つの外側ディスクからもう１ つディスクに横切る移行期間中以外ディスクの両方ではなく片方にあるように適 応され、その溝が二連のチャンバを形成し、最初の一連のチャンバは１ つの外側ディスクの周縁部にあり、二番目の一連のチャンバはもう一つの外側デ ィスクの周縁部にあり、二連のチャンバは少なくとも１つの内側ディスクで互い に分離されているもの； (iv) 溝と実質的に同じ幅のベーンで、そのベーンは内側のディスクの周縁の スロット内に拘束されており、そのためそのベーンは外側のディスクの回転方向 に対して固定されており、そしてそのベーンは１つの外側ディスクから別の外側 ディスクに移動する際平行な側面を持つ溝のパスに従ってスロットでベーンが横 方向に移動できるように適応されているもの； (v) 最低１つのインレットと１つのアウトレット・ポート、望ましくはエン ジンのケーシングにあるもの； (vi) 最低１つのトランスファ・ポート、これも望ましくはエンジンのケーシ ングにあるもの； (vii) 点火源、望ましくはスパーク・プラグで、望ましくはトランスファ・ポ ートにあるもの。 二番目の望ましい実施例では、以下によって構成された請求１叉は請求２に従っ た内燃機関が提供されている； (i) ケーシング内でマウントされたディスクで、そのディスクはケーシング に対して回転可能である； (ii) ディスクの内部円周内で形成された二連の延長されたチャンバで、各一 連のチャンバは端から端で整列した配置となっており、ディスクの内部円周縁で 二連が互いに離れているもの； (iii) 各一連のチャンバに対して少なくとも１つのベーンで、それらのベーン はケーシングの方向及びその反対方向に放射状に移動するようディスク内に拘束 されているもの； (iv) 最低１つのインレットと１つのアウトレット・ポート、望ましくはエン ジンのケーシングにあるもの； (v) 最低１つのトランスファ・ポート、これも望ましくはエンジンのケーシ ングにあるもの； (vi) 点火源、望ましくはスパーク・プラグで、望ましくはトランスファ・ポ ートにあるもの。 三番目の望ましい実施例では、以下によって構成された内燃機関が提供されてい る； (i) ケーシング内でマウントされたディスクで、そのディスクはケーシング に対して回転可能である； (ii) ディスクの円周内で形成された二連の延長されたチャンバで、各一連の チャンバは端から端で整列した配置となっており、ディスクの円周縁で二連が互 いに離れているもの； (iii) 各一連のチャンバに対して少なくとも１つのベーンで、それらのベーン はディスクの方向及びその反対方向に放射状に移動して、通過中のチャンバとシ ール接触を形成できるようにケーシングに拘束されているもの； (iv) 最低１つのインレットと１つのアウトレット・ポート、望ましくはエン ジンのケーシングにあるもの； (v) 最低１つのトランスファ・ポート、これも望ましくはエンジンのケーシ ングにあるもの； (vi) 点火源、望ましくはスパーク・プラグで、望ましくはトランスファ・ポ ートにあるもの。 四番目の望ましい実施例では、以下によって構成された内燃機関が提供されてい る； (i) ケーシング； (ii) ディスク； (iii) ディスクの周囲を囲み、ディスクと同心の内側リング； (iv) 内側リング及びディスクと同心で外側リングを囲む外側リングで、ディ スクと外側のリングが互いに対して固定しており内側のリングに対して回転可能 で、その外側リングは望ましくはエンジンのケーシングの一部を成すもの； (v) ディスクの外側の円周と外側のリングの内部の円周で形成された溝で、 その溝は一定した幅プロファイルを持ち、溝がディスクから外側リングまたはそ の逆に横切る移行期間以外にディスク叉は外側リングの両方ではなくいずれかに 存在するように適応され、そのためその溝が二連のチャンバを形成し、最初の一 連のチャンバはディスクにおけるもので、二番目の一連のチャンバは外側リング におけるもので、二連のチャンバは内側リングによって離されている もの； (vi) 溝と実質的に同じ幅のベーンで、そのベーンは内部リングのスロット内 に拘束され、そのベーンはそのためディスク及び外側リングの回転方向に対して 固定されており、そのベーンはディスクから外側リング及び外側リングからディ スクに動く時にベーンが平行な側面を持つ溝のパスに従ってスロットで横方向に 移動するように適応されたもの； (vii) 最低１つのインレットと１つのアウトレット・ポート、望ましくはエン ジンのケーシングにあるもの； (viii) 最低１つのトランスファ・ポート、これも望ましくはエンジンのケーシ ングにあるもの； (vi) 点火源、望ましくはスパーク・プラグで、望ましくはトランスファ・ポ ートにあるもの。 五番目の望ましい実施例では、以下によって構成された請求１叉は請求２にて請 求された内燃機関が提供されている； (i) ケーシング； (ii) ディスク、ディスクはケーシングに対して回転可能である； (ii) ディスクの周縁ではなくディスクのフェースに形成された二連の溝で、 最初の一連の溝と二番目の一連の溝はそれぞれ実質的に同心の２つの円で形成さ れ、円の中心はディスクの回転軸であり、ケーシングとの組み合わせによりこれ らの溝が互いに外方向に放射状に分離された二連のチャンバを形成するも の； (iv) 一連のチャンバにつきそれぞれ少なくとも一つのベーンで、そのベーン はディスクの回転軸と平行の方向のみに動けるようにケーシングで拘束されたも の； (v) 最低１つのインレットと１つのアウトレット・ポート、望ましくはエン ジンのケーシングにあるもの； (vii) 最低１つのトランスファ・ポート、これも望ましくはエンジンのケーシ ングにあるもの； (v) 点火源、望ましくはスパーク・プラグで、望ましくはトランスファ・ポ ートにあるもの。 望ましくは、ベーンは実質的に平行で非同軸の相当末整列の一連のベーン構成要 素で構成されているべきである。 望ましくは、ベーンは使用中に１つ以上の部分がチャンバの面とシール接触を行 うよう正方向に強制される特徴を持つ２つ以上のベーン部分で成り立っているべ きである。 望ましくは、正の力はバネに依って働くべきである。 特に望ましい実施例では、正の力は油圧液をできればオイルとした油圧に依って 働くべきである。 より望ましい実施例では、ベーンはチャンバとシール接触を形成しチャンバの 輪郭に沿うように適応されたピボット・カムの形となる。 また、ベーンはチャンバとシール接触を形成しチャンバの輪郭に沿うように適応 された１つ以上の蝶番の付いたフラップから作られてもよい。 もう一つの実施例では、ベーンは単にチャンバの輪郭に沿うだけでなく、チャン バの壁とシール接触を起こすよう正の力がかけられ、チャンバの輪郭に沿うよう 動かされ、ベーンの動きは駆動機構に依って達成される。図面の簡単な説明 本発明の望ましい実施例は、付属の図面を参照しながら例に依って説明される。 図１から９は最初の実施例に関連したものである； 図１は、発明に従ったエンジンのケーシングと同心ディスクの断面図である； 図２は、溝の組み込まれた３つの円形ディスクの周縁を図解している； 図３は、図２に示した３つの円形ディスクの周縁の周りのケーシングのセクショ ンを図解している； 図４は、３つのディスクの周縁とディスク間を横断している溝の部分の略図であ る； 図５は、内燃サイクルの異なった部分の３つのディスクの周縁の部分の略図であ る； 図６は、ベーンの可能な配置とベーンとして使用できる複数の部品を持つバネ 負荷システムを示している； 図７、８、９は、最初の望ましい実施例の他の版のさらに詳しい断面図である； 図10は、二番目の望ましい実施例の２つの断面図である； 図11は、三番目の望ましい実施例の２つの断面図である； 図12は、四番目の望ましい実施例の２つの断面図である； 図13は、五番目の望ましい実施例の２つの断面図である； 図14はピボット・カムの形の一連のベーンを示している； 図15はピボット・フラップの形の一連のベーンを示している。望ましい実施例の説明 図1-15に示された実施例は、現在出願者が知る限りでは発明を実際に使用するた めの最高の方法を示している。 可能な限り、従来の内燃機関の同等な部分への参照が行われる。 図１は、本発明の最初の望ましい実施例に従ったエンジンの構成部分の略図であ る。これは燃焼混合物と排気がそれぞれ入る/出ることができる開口部14及び15 を持つケーシング13に収納された３つの同心ディスク10、11及び12を示している 。ケーシングは従来のエンジンのエンジン・ブロックと同等である。ディスク10 -12の周縁の周りのケーシング・エンジンの部分16は、従来のシリンダー・ヘッ ドと同等である。 基本的な概念は以下の通りである。内側ディスク12は固定されており、内側ディ スクの両側には２つの外側回転可能ディスク10及び11がある。外側ディスクは互 いに固定されており、一つのものとして回転する。これは、固定ディスク12のベ アリング（示されていない）に収まるドライブ・シャフト17によって簡便に達成 される。そのため、ケーシング13及び内側ディスク12が互いに対して固定されて おり、外側ディスク10と11が中央シャフトの周りで回転することを理解できる。 チャンネル18はディスク10及び11の周縁のみで形成されており、ディスク10及び 11はハウジング16の中に閉じ込められている。内側のディスクの直径は最低でも ２つの外側ディスクと同一で、そのため片側のチャンネルのそれらの部分18Ａ、 18Ｃ及び18Ｄ(連１)の間及びディスクの反対側のチャンネルのそれらの部分18Ｂ 及び18Ｄ(連２)の間でガスの通過できないバリアを形成する。これはその結果二 連のチャンバを作り出し、その中一連は１つの外側ディスクの周縁にあり、もう 一つの一連は別の外側ディスクの周縁にあることになる。 この意味でのディスクという言葉は、幅広い意味を持つ。エンジンのケーシング 16の中でディスクが回転するためには、それぞれのディスクの周縁が実質的に円 状であることは必須である。実質的にガスが通らないチャンネルを作り出すには 、様々なディスクはまた、周縁において嵌め合いになっていることが必要である 。残りのディスクは様々な形や設定で良い。例えば、特にエンジンの燃焼ガスが 排出される側(以下を参照)では、各ディスクの内側の領域では冷却及び潤滑が必 要な可能性が高い。これには、何らかの形式の循環システムと冷却及び潤滑ポー トが必要である。エンジンの用途により、空気、水及びオイル冷却のものが生産 されることが予想されている。そのためディスクは例えばワッシャーの積み重ね のように平面でも、くぼみがあってもよい(皿型)。 回転可能な外側ディスクの円周内には、平行側面を持つ溝叉はチャンネル18があ る。この溝の幅は固定されており、溝が一方のディスクからもう一方のディスク まで横断する時以外、溝が外側ディスクの両方ではなくどちらかのみに存在する ように適応されている。 溝のプロファイルはエンジンの性能と耐久性に影響を与える可能性が高く、この 説明は全ての可能なプロファイルを扱う目的を持つ。 固定ディスク12は、ディスク12の周縁のスロット20に入ったベーン19を含んでい る。ベーンは溝18の幅と深さ全体にわたり拡張しており、実質的にガスが通過で きないバリアを形成する。ベーンは外側ディスクの回転方向に対して固定されて いるが、溝内では自由に動くことができ、１つの回転可能ディスクからもう一つ の回転可能ディスクに溝が移動する際、溝の移動に沿えるようになっている。デ ィスク12によって支えられているのみでなく、ベーンはケーシング16まで拡張し 、さらに支えられている。 従来のエンジンでは、これらのベーンはピストンに相当する。そのため、これら のベーンの質量が非常に低く、この新しいタイプのエンジンの往復部分の惰性が 低いことも理解できるであろう。 既に説明したように、内側ディスク12は一連のチャンバと別の一連のチャンバの 間にガスが通過できないシールを提供する。しかし、図４及び５で23Ａ、23Ｂ及 び23Ｃとして示した特別に適応された接続ポートがあり、これはトランスファ・ ポートと呼ばれる。トランスファ・ポートはケーシング16で形成され、エンジン のインレット側と排気側の間の直接の接続を提供する。これは、通常ケーシング に依って支えられたスパーク・プラグによる点火が行われる部分でもある。これ らのトランスファ・ポートの機能は以下の燃焼サイクルの説明に依って開示され る。 外側リング叉はケーシング16は３つのディスク10-12の周りで固定される。効果 としては、ケーシング自体は全体で２つの固定ディスク13Ａ及び13Ｂと５つのデ ィスク全てにかぶさる外側リング16で構成される。この外側リングは既に説明し た部品の機械的サポートを提供する。 図４と５を参照しながら燃焼サイクルを詳しく説明する。これらはプロセスの様 々な段階における溝18を表しており、溝が静的ベーンを掃引するにつれ様々なキ ャビティやチャンバが作り出されるものである。これらの段階は: １. 図４ チャンバＡが拡大しており、燃料と空気の混合物を引き入れている。 チャンバＢが縮小しており、燃料と空気の混合物をトランスファ・ポート23Ｂに 圧縮している。23Ｂの右側が閉じていることに注意。燃料/空気の混合物はトラ ンスファ・ポートに入ることができるがポートのもう一つの端がシールされてい るためそこから抜けることができない。 チャンバＤは縮小しており、排気ポート22Ａから排気ガスを押し出している。 チャンバＦはトランスファ・ポート23ＣからチャンバＦへの点火されて拡張して いるガスの圧力により拡大している。 トランスファ・ポート23Ａと23Ｃが双方とも発射サイクルになっていることに注 意 - すなわち、ベーンの両側が常に活動中になっている。 ２. 図５ チャンバＡは吸入サイクルを開始する直前で、開きかけている。 チャンバＢは完全に開いており、燃料/空気混合物が充満している[従来では下死 点(ＢＤＣ)]。 チャンバＣはトランスファ・ポート23Ｂで圧縮されチャンバＦへの燃料/空気混 合物に依って完全に圧縮されており、点火及びその後のチャンバＦへの拡張の準 備ができている[従来では上死点(ＴＤＣ)]。 チャンバＤは完全に拡張しており(ＢＤＣ)、排気サイクルを開始しようとしてい る。 チャンバＥは排気サイクルの後完全に閉じている。 このサイクルは、ディスクの周縁の周囲で繰り返される。 エンジンのこの特定の実施例は、図７、８及び９でさらに詳しく示されている。 これらは、３ベーン-2チャンバのバージョンを示している。そのため、ここでは 一連のチャンバは１つのチャンバも含むことになる(例えば１つまたは複数のベ ーンで分割された104)。 前述の説明によっていく塚の特徴が明らかになった。例えば、圧縮サイクルは常 にエンジンの同一の側の一連のチャンバで行われる、すなわちこの例では１つの ディスクの周縁で行われる。逆に、パワー・ストロークは反対側のディスクで行 われる。これは、いくつかの利点をもたらす。まず、交互の過熱と冷却を避ける ことができ、それぞれのディスクは比較的一定した温度で作動することになる。 急速な拡大/縮小を避けるのみでなく、エンジンの排気側から熱を除 去するための特別な処置が行えることにもなる。 次に、圧縮ストロークとパワー・ストロークを同ボリュームにする必要がなくな る。ディスクのそれぞれの側のチャンバのサイズ、形、長さ及び/叉は深さを変 更することにより、これらをほとんど自由に個別に変化させられる。トランスフ ァ・ポートはそれに従って角度を付けたり食い違いにする必要があるかもしれな いが、これは比較的単純に行える。 ＴＤＣの10度から20度前に点火が行われる従来のエンジンとは異なり、ＴＤＣで 点火を行え、そのため爆発の全ての力を使用してベーンを推進でき、アウトプッ トが増加する。 パワー・ストロークは接線方向でローらの周縁に適用され、最高のパワー使用が 行える。 トランスファ・ポートで燃焼を開始させることにより、気化/燃料噴射/ディーゼ ルの全てのオプションが可能である。これは、気化器吸引バージョンでの空気と ともに燃料を入れられるということである。叉は、燃料を適切なポイントで圧縮 チャンバに噴射することも可能である。高圧燃料噴射を使用して、点火直前にト ランスファ・ポートに燃料を直接噴射することも可能である。 トランスファ・ポートの内部の形は完全な燃焼を達成するために重要であり、従 来のガソリン・エンジンで採用されている技術をここでも使用できる。従来のエ ンジンと同様の方法で、従来のスパーク・プラグを使用して燃料/空気混合物の 燃焼を開始させられる。点火スパークのタイミングも、従来の方法で行える。 以上で説明したディスクとチャンバの配置は、可能な多数の設定の一つである。 別の方法は図10-13で説明されている。 図10は、二連のチャンバ1-4が横に並べられているが単一のディスク121の周縁で 離れて並んでいる配置を示している。ディスクの回転方向に直角に横切る代わり に、この例のベーンはアウトプット・シャフトから及びアウトプット・シャフト に向けて放射状に動き、チャンネルのベースを上下している。ベーンはバネ負荷 叉は油圧(従来の方法で適用できる)でチャンネルとの接触を保ち、ベーンは静的 ハウジングで支えられている。 図11はこの配置の逆を示しており、ベーンは内側ディスク171に保持され、チャ ンネルは外側ハウジング176にある。 もう一つの望ましい実施例が図12に示されている。この例では、内側131及び外 側133ディスクがアウトプット・シャフト上で一緒に回転し、ステータ132が２つ の回転するディスクを分離している。ステータまたは固定ディスク132は図1-5で 説明したものに似たスロットに入っているベーン135を含んでいる。外側ディス ク133には一連のチャンバが形成され、内側ディスク131には補足的な一連のチャ ンバが形成される。この場合も、ベーンはアウトプット・シャフトに向けて及び アウトプットから放射状に動く。 図13は二連のチャンバ144がディスクの周縁ではなくディスクのフェースで形成 される配置を示している。チャンバは２つの同心円に配置された一連の溝の形式 を取り、それぞれの円の中心はアウトプット・シャフトとなっている。この例で のそれぞれのベーンは、独立して作動する２つのベーンの部分145で成り立って いる。ここでも、ベーンはバネ叉は油圧によってチャンバとのシール接触を保っ ている。 これらは、本発明で可能なバリエーションのいくつかであるが、ここで図解し なかったものもある。それぞれの例は、必要な数のインレット及びアウトレット ・ポート、それぞれのベーンまたはベーンの部分のセットに関連したトランスフ ァ・ポート、及びそれぞれのトランスファ・ポートに関連した点火源を示してい る。 これらの例は、本明細書におけるディスクという言葉の広い意味を説明するため にも役立つ。この言葉は、チャンネルまたはベーンを収容できる回転可能叉は静 的な部分を示すために使用されている。 特別に図解はされていないが、圧縮及び排気チャンバの並列を変更し、エンジン のタイミングとパワー・アウトプットを変更することが可能である。これは、従 来のエンジン設計にないオプションをさらに提供することになる。 それぞれの一連のベーン数やベーン数を変更して、特定のエンジンの条件に合わ せることができ、エンジンの性能に直接の影響が出る。回転チャンバ・プロファ イルも以下に対して大幅な影響をもたらす:- a) シール・ベーンの作動； b) ポートのタイミング； c) エンジンのサイズ。 キャビティのランプ角度プロファイルはスライド・ベーンを操作するために必要 な力を提供する。角度が大きいと、高負荷がベーンの先端に添えられ、インタフ ェースの高摩擦とたわみ力率とベーンの高往復速度につながる。 ランプ角度はまた、エンジンの作動サイクルのタイミング・イベントも制御す る。これらのイベントは、エンジンの外側ケーシングにあるポートのプロファイ ルによっても変化する。キャビティの断面プロファイルは様々な割合と形に設定 できる。選択された形は、以下のような様々なパラメータに影響する:- エンジン全体のサイズ； キャビティ数； ベーンのストローク； ポートのサイズと形。 現在の全てのエンジンと同様、作動用ガスを含むそのチャンバのシーリング効率 が効率の良いエンジン設計のカギの一つとなっている。これは従来の往復ピスト ン及びロータリー・エンジンのも該当する。動的シーリングはシールとそれとイ ンタフェースする部品に依って出力された速度と加速と戦わなければならない最 も難しい作業の一つである。このエンジンは、効率の良い作動のためにいくつか の動的シールを必要とする。 ガスと圧力を保持するためには、ディスクで形成された回転チャンネルのプロフ ァイルの周りでベーンのシールを達成することが必要である。チャンネルは完全 な円形であることが不可能であるため、シール部分はベーン、チャンネル及び可 能性としてはステータ・スロットのインタフェースに力をかける能力を必要とす る。ベーンのシーリング面も摩擦/往復の動きを受け入れる必要があり、この動 きはエンジンのサイズによっては高い速度と加速度につながることがある。これ は様々な方法で達成でき、スライダ・タイプのベーンは耐久性を持つだけでなく 溝８の輪郭に沿うための耐性特性を持つ必要があることも覚えておく必要がある 。オプションとしては、ベーンは図６に図解した一連の平行ベー ン要素で構築することができる。ベーン要素は互いに平衡を保って自由に動くこ とができ、この配置はベーン19が横断する溝18に沿うため摩擦と摩耗を削減する 利点を持つ。 もう一つのオプションでは、ベーンまたはベーンの部品を複数の部分で作り、こ れらは固定ディスク12のプレーンで合うことになる。これらの部分は強制的に離 され、そのため溝の壁にバネ叉はその他のエラストマー系部品叉は潤滑剤の圧力 で接触させられる。この方法では、スライダの端を使用することにおいて不可避 に起こる摩耗を補正することができる。 図14及び15で様々な異なったベーン構造が示されている。図14はピボット158の 周囲で片側に向けてピボットし、最初の望ましい実施例で説明したようにチャン ネル154がディスクからディスクに横断する時にチャンネル154の輪郭に沿うよう にカムが横方向に揺れられるようにした一連のカム155を示している。これはい くつかの利点を与える。まず、カムはエンジン内の圧力と力に本質的にさらに良 く耐えられるようになる。第二に、シーリング部分59を計画的に特定の点でカム に組み込み、これらをバネ叉は油圧負荷によりチャンバの壁とシーリング接触さ せることができることである。 必要な場合、エンジンの設計をさらに複雑にすることは避けられないがチャンネ ルのパスに沿ってガイドされるだけでなく能動的にパスに従うようこれらのカム を駆動するための対処を行うことができる。 図15ではさらに変化されたものを示しており、これは別の形式のピボットされた ベーンである。この例では、ベーン165がピボット168の周りでピボットしており 、ピボット点は静的ディスク162の中にある。ベーンはバネ69によってバネ負荷 され、チャンネルの側面とのシーリング接触が促進されている。その効果として は、ベーン165が２つのベーン部分165Aと165Bに分割されて おり、互いに独立して作動している。これはそれぞれのベーン部分がチャンネル の壁に対して最高の接触角度に配置されるようにしている。 エンジン設計におけるこの完全に新しい概念は、いくつかの重要な利点をもたら している。まず、ディスクの直径、すなわちエンジンの回転部分を比較的小さく 保つことができる。そのためパワー・ユニット全体のサイズと重さを小さく保つ ことができる。そのようなエンジンは例えばストリマー等の小型家庭用ガーデン 工具等、以前に産業用タイプのユニットのみでガソリン・エンジンのものが使用 されていたものなど、新しい用途に使用できる。 同様に重要なのは、ディスクの半径を小さく保つことにより、ディスクとステー タ間のスライド/摩擦速度が他の場合より小さくなることである。これはシール で出る熱を削減し、摩擦溶接の可能性を下げることになる。実際の効果としては 、回転ディスクの直径が小さければ小さいほどエンジンの最大回転数が高くなる のである。二番目には、さらに強力なエンジンが必要な場合、同じアウトプット ・シャフトに追加のユニットを組み込むことによって目的を達成できる。それぞ れのエンジン・モジュールは実際独立したユニットであり、どのような応用でも 一連にリンクすればよいのである。そのため論理的には標準的エンジン・モジュ ールを生産し、これらをいくつでも組み合わせて特定の用途に必要な性能を得る ことができるのである。これは、様々な車両に動力を与えるために様々なエンジ ンを生産している自動車メーカーの現在の状況を改善するという明らかな利点を 持つ。 本発明を実用化するために必要な正確な詳細は、本明細書の宛先である熟練した 者の共通一般知識の不可避な部分を成すものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ)，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，Ｃ Ｎ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ， ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，Ｎ Ｌ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 ウッドリー、マイケル、ジョン、アラン イギリス国、エセックス シー・ビー10 １エヌ・ダブリュ、グレート チェスター フォード、サウス ストリート、プレック ステク リミテッド

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １. 以下の構成の内燃機関: (i) ケーシング (ii) 少なくとも３つのディスクで、それらのディスクはそれぞれのディスク の平らにされたフェースの中央を通っている共通の軸に整列されており(ディス クは横にスタックされているか互いに重ね合わされている)、外側のディスクは 互いに対して固定されており内側のディスクに対して１つのものとして回転可能 なもの； (iii) ２つの外側のディスクの円周で形成された側面が平行になっている溝で 、その溝は一定の幅のプロファイルを持ち、溝が１つの外側ディスクからもう１ つディスクに横切る移行期間中以外ディスクの両方ではなく片方にあるように適 応され、その溝が二連のチャンバを形成し、最初の一連のチャンバは１つの外側 ディスクの周縁部にあり、二番目の一連のチャンバはもう一つの外側ディスクの 周縁部にあり、二連のチャンバは内側ディスクで互いに分離されているもの； (iv) 溝と実質的に同じ幅のベーンで、そのベーンは内側のディスクの周縁の スロット内に拘束されており、そのためそのベーンは外側のディスクの回転方向 に対して固定されており、そしてそのベーンは１つの外側ディスクから別の外側 ディスクに移動する際平行な側面を持つ溝のパスに従ってスロットでベーンが横 方向に移動できるように適応されているもの； (v) 最低１つのインレットと１つのアウトレット・ポートで、エンジンのケ ーシングにあるもの； (vi) 最低１つのトランスファ・ポートで、最初及び二番目の一連のチャンバ を接続するために適応されたもの； (vii) 点火源、望ましくはスパーク・プラグ； 内側ディスクとケーシングが互いに対して動かず、使用時に２つの外側ディスク が内側ディスクに対して及びケーシングに対して回転し、点火源がトランスファ ・ポートにあることを特徴とするもの。 ２. 請求１で請求された内燃機関で、ベーンが実質的に平行で、非同軸で相 当末整列した一連のベーン構成要素で構成されているもの。 ３. 請求１で請求された内燃機関で、ベーンが複数のベーン部分で成り立っ ており、使用時に１つ叉は複数の部分がチャンバの面とのシーリング接触するよ う正の力がかけられ、正の力は望ましくはオイルを油圧液として使用した油圧に よってかけられるか叉はバネと油圧の組み合わせによってかけられることを特徴 とするもの。 ４. 請求１で請求された内燃機関で、ベーンがチャンバとのシーリング接触 を形成しチャンバの輪郭に沿うように適応したピボットしたカムの形式を取るも の。 ５. 請求１で請求された内燃機関で、ベーンがチャンバとのシーリング接触 を形成しチャンバの輪郭に沿うように適応した１つ叉は複数の蝶番の付いたフラ ップから成り立つもの。 ６. 上記の請求で請求された内燃機関で、ベーンが単にチャンバの輪郭に沿 うのみでなくチャンバの壁とのシーリング接触するよう正の力がかけられ、チャ ンバの輪郭に沿うよう動かされるもので、ベーンの動きが駆動機構によって行わ れるもの。 ７. 請求１から７までで請求された複数のエンジンを単一のシャフトに一連 にマウントすることによって構成された内燃エンジンで、組み合わせたエンジン からのパワー・アウトプットが実質的に各エンジンからのパワー・アウトプット の合計となるもの。 ８. 実質的にここで添付の図面のいかなる適切な組み合わせを参照しながら 説明した通りの内燃機関及び添付の図面いかなる適切な組み合わせで図解した通 りの内燃機関。