JP2005511939A - バレルエンジンにおける空気ブーストのための一体型エアコンプレッサ - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は一般には内燃機関に関し、より詳細には、一体型エアコンプレッサを備えたバレル型内燃機関に関する。
バレル型エンジンの構成は、従来、高動力密度パッケージの可能性を保有していた。これは多くの応用、特に自動車、トラックマーケット、並びに航空機のような可動電源を必要とする応用において望ましいものである。バレルエンジンは、典型的には一群の動力シリンダおよびピストンを含んでおり、これらは、それらの軸が相互に且つ動力出力シャフトに対して平行になるように配向されている。動力は往復ピストンからローラインターフェースを介してカムプレートへと伝達される。該カムプレートの公称面(nominal plane)はピストン軸に対して直交し、且つ出力シャフトに結合されている。通常は二重終端バレルエンジンと称される一つの変形例は、典型的には二重終端ピストン構成を使用し、また各末端に動力シリンダを有するピストンを利用する。バレルエンジン概念のもう一つの構成は、単一終端バレルエンジンとして通常知られており、ピストンの一端にのみ動力シリンダを使用するものである。
本発明は、一体型エアコンプレッサを備えた改善されたバレル型エンジンを提供する。このエンジンは、二重終端設計を利用した基本的には単一終端式のバレル型エンジンであり、エンジンの一端は燃焼のために使用されるのに対して、他端は空気を圧縮するために使用され且つ過給機として作用する。これらの二つの端部は、好ましくは、圧縮端からの圧縮された空気が燃焼端のための吸気システムに供給されるように相互に連結されるが、ガス圧縮のような他の目的のために圧縮端を使用することも可能である。一つの実施形態において、内燃式バレル型エンジンは、長手方向の中心軸を備えた出力シャフトを含んでおり、該シャフトは前記中心軸の回りに回転可能である。第一の燃焼シリンダおよび第一の圧縮シリンダは離間されており、また前記中心軸に概ね平行な共通のシリンダ軸上に配置されている。これらのシリンダは、夫々が内側端および外側端を有しており、それらの内側端は相互に近接している。吸気システムは、燃焼化合物を燃焼シリンダの中に導入するように働くことができる。燃焼ピストンは、第一の燃焼シリンダ内で移動可能であり、燃焼室内で該混合物を圧縮するように動作する。圧縮ピストンが、前記第一の燃焼シリンダ内で移動可能である。トラックは出力シャフト上に支持され、且つそこから概ね放射状に伸びていて、該トラックのピストンが前記第一の燃焼シリンダと前記第一の圧縮シリンダとの間に配置されるようになっている。このトラックは長手方向に波打った表面を有し、且つ出力シャフトと共に回転可能であり、当該表面の一部は、トラックおよび出力シャフトが回転するに伴って、シリンダの内側端の間で最も直接的に、シリンダの内側端に向っておよび該内側端から波打つようになっている。連結ロッドは、前記燃焼ピストンに結合された一端と、前記圧縮ピストンに結合された他端とを有している。該連結ロッドの中間部は前記トラックの表面と機械的に連絡されており、トラックが回転すると、該連結ロッドが燃焼ピストンを第一の燃焼シリンダ内で外側に動かして混合物を圧縮し、次いで該混合物が膨張するときに燃焼ピストンを内側へと動かすようになっている。圧縮ピストンは連結ロッドと共に移動して、燃焼ピストンが外側に動くときに圧縮ピストンは内側に移動し、また燃焼ピストンが内側に動くときには圧縮ピストンが外側に動くようになっている。周囲の空気を圧縮シリンダに与え、また圧縮された空気を圧縮シリンダから排気するために、弁アセンブリーが設けられている。この弁アセンブリーは概ね平坦な弁プレートを有しており、該プレートは、圧縮ピストンに面した概ね平坦な内表面および対向する概ね平坦な外表面を有する。弁プレートは更に、これを貫通して形成された、圧縮シリンダと流体連通する吸気通路および排気通路を有している。吸気フラッパ弁は、弁プレートの内表面に配置されており、また該吸気フラッパ弁が前記弁プレートの内表面に隣接し且つ吸気通路を覆う第一の位置を有している。この吸気フラッパ弁は第二の位置を有しており、この位置では、該吸気フラッパ弁の一部が前記内表面から離れるように屈曲して、前記吸気通路の覆いを解除する。排気フラッパ弁は、前記弁プレートの外表面に配置され、また該排気フラッパ弁が前記弁プレートの外表面に隣接して前記通路を覆う第一の位置を有している。また、排気フラッパ弁は第二の位置を有しており、この位置では該排気フラッパ弁の一部が前記外表面から離間するように屈曲して、排気通路の覆いを解除する。前記圧縮ピストンおよび第一の前記圧縮シリンダは、ガスを圧縮するように協働する。
内燃機関に関する種々の発明が、同時係属出願第09/150,315号、および同第10/021,192号に開示されており、これら両出願における内容の全体を、本明細書の一部として本願に援用する。バレル型エンジンの基本設計は、これらの開示を参照することによって最も良く理解することができる。本開示では、バレルエンジン設計の一部のみを議論する。当業者は、これら部分が如何にして機能的エンジンの残りの部分と相互作用するかを理解するであろう。
当業者に明らかなように、ここで説明した発明は、本発明の範囲または教示を逸脱することなく、種々の方法で変更することができる。本発明の範囲を決定するのは特許請求の範囲であり、その全ての均等物が含まれる。
Claims (17)
- 内燃式バレル型エンジンであって:
長手方向の中心軸を有し、且つ該中心軸の周りに回転可能な出力シャフトと;
前記中心軸に概ね平行な共通のシリンダ軸上に配置され、且つ離間され、夫々が内側端および外側端を有し、それらの内側端は相互に近接する第一の燃焼シリンダおよび第一の圧縮シリンダと;
燃焼混合物を前記燃焼シリンダの中に導入するように動作可能な吸気システムと;
前記第一の燃焼シリンダ内で移動可能で、且つ前記燃焼シリンダの中の前記混合物を圧縮するように動作可能な燃焼ピストンと;
前記第一の圧縮シリンダ内で移動可能な圧縮ピストンと;
前記出力シャフト上に支持されたトラックであって、該トラックは、その一部が前記第一の燃焼シリンダおよび前記第一の圧縮シリンダの内側端の間に配置されるように前記出力シャフトから概ね放射状に延び、また該トラックは長手方向に波打った表面を有し、且つ該トラックおよび前記出力シャフトが回転するときに、最も直接には前記シリンダの内側端の間にある表面部分が前記シリンダの内側端に向っておよび該内側端から遠ざかるように波打つように前記出力シャフトと共に回転可能なトラックと;
前記燃焼ピストンに結合された第一の端部、前記圧縮ピストンに結合された第二の端部、およびそれらの間の中間部分を有する連結ロッドであって、この中間部分は前記トラックの表面と機械的に連絡していて、該トラックが回転するときに、この連結ロッドは前記第一の燃焼シリンダ内で前記燃焼ピストンを外側に付勢して前記混合物を圧縮し、次いで前記混合物が膨張するときに、前記燃焼ピストンを前記第一の燃焼シリンダ内で内側に移動させるようになっており、前記圧縮ピストンは前記連結ロッドと共に移動して、前記燃焼ピストンが外側に移動するときに前記圧縮ピストンは内側に移動し、且つ前記燃焼ピストンが内側に移動するときに前記圧縮ピストンは外側に移動するようになっている連結ロッドと;
前記圧縮シリンダに周囲の空気を与え、且つ圧縮された空気を前記圧縮シリンダから換気するための弁アセンブリーとを具備してなり;
該弁アセンブリーは、
前記圧縮ピストンに面した概ね平坦な内部表面および対向する概ね平坦な外部表面を有する、概ね平坦な弁プレートであって、該弁プレートは更に、それを貫通して形成され且つ前記圧縮シリンダと流体連通した吸気通路および排気通路を有する弁プレートと;
前記弁プレートの内部表面に配置された吸気フラッパ弁であって、該吸気フラッパ弁が前記弁プレートの内部表面に隣接し且つ前記吸気通路を覆う第一の位置を有し、また該吸気フラッパ弁が前記内部表面から遠ざかるように屈曲して、前記吸気通路の覆いを解除する第二の位置を有する吸気フラッパ弁と;
前記弁プレートの外部表面に配置された排気フラッパ弁であって、該排気フラッパ弁が前記弁プレートの外部表面に隣接し且つ前記排気通路を覆う第一の位置を有し、また該吸気フラッパ弁が前記外部表面から遠ざかるように屈曲して前記排気通路の覆いを解除する第二の位置を有する排気フラッパ弁とを具備し;
前記圧縮ピストンおよび前記第一の圧縮シリンダが協働してガスを圧縮する、内燃式バレル型エンジン。 - 請求項1に記載のエンジンであって、前記圧縮シリンダからの圧縮された空気が前記圧縮プレナムの中に流入するように、前記排気通路と流体連通した圧縮プレナムを更に具備してなり、該圧縮プレナムは、前記吸気システムと流体連通していて、該吸気システムが圧縮された混合物を前記燃焼シリンダの中へ導入するように動作可能であるエンジン。
- 請求項2に記載のエンジンであって、更に、前記圧縮プレナムと流体連通し、且つ前記圧縮プレナムから圧縮された空気を換気するように選択的に動作可能なウエイストゲートを具備してなるエンジン。
- 請求項1に記載のエンジンであって、前記吸気システムが、前記燃焼シリンダの中に燃料インジェクタを含むエンジン。
- 請求項1に記載のエンジンであって、前記燃焼ピストン、前記圧縮ピストン、および前記連結ロッドは単一の部品として形成されているエンジン。
- 請求項1に記載のエンジンであって、前記弁プレートは更に、これを貫通して形成され且つ前記圧縮シリンダと液体連通した第二の吸気通路を含むエンジン。
- 請求項6に記載のエンジンであって、前記第一の位置にある吸気フラッパ弁は、更に前記第二の吸気通路を覆い、また前記第二の位置においては、更に前記第二の吸気通路の覆いを解除するエンジン。
- 請求項1に記載のエンジンであって、前記弁プレートは更に、これを貫通して形成され且つ前記圧縮シリンダと流体連通した第二の排気通路を含むエンジン。
- 請求項8に記載のエンジンであって、前記第一の位置にある排気フラッパ弁は、更に前記第二の排気通路を覆い、また前記第二の位置においては、更に前記第二の通路の覆いを解除するエンジン。
- 内燃式バレル型エンジンであって:
長手方向の中心軸を有し、且つ該中心軸の周りに回転可能な出力シャフトと;
前記中心軸に概ね平行な共通のシリンダ軸上に配置され、且つ離間され、夫々が内側端および外側端を有し、それらの内側端は相互に近接する第一の燃焼シリンダおよび第一の圧縮シリンダと;
前記中心軸に概ね平行な共通のシリンダ軸上に配置され、且つ離間され、夫々が内側端および外側端を有し、それらの内側端は相互に近接する第二の燃焼シリンダおよび第二の圧縮シリンダと;
燃焼混合物を前記燃焼シリンダの中に導入するように動作可能な吸気システムと;
前記第一の燃焼シリンダ内で移動可能な第一の燃焼ピストン、および前記第二の燃焼シリンダ内で移動可能な第二の燃焼ピストンであって、これら燃焼ピストンは夫々の燃焼シリンダの中の前記混合物を圧縮するように動作可能な第一および第二の燃焼ピストンと;
前記第一の圧縮シリンダ内で移動可能な第一の圧縮ピストン、および前記第二の圧縮シリンダ内で移動可能な第二の圧縮ピストンと;
前記出力シャフト上に支持されたトラックであって、該トラックは、その一部が前記第一の燃焼シリンダおよび前記第一の圧縮シリンダの内側端の間に配置され、トラックの他の一部が前記第二の燃焼シリンダおよび前記第二の圧縮シリンダの内側端の間に配置されるように前記出力シャフトから概ね放射状に延び、また該トラックは長手方向に波打った表面を有し、且つ該トラックおよび前記出力シャフトが回転するときに、最も直接には前記第1および第二のシリンダの内側端の間にある表面部分が前記シリンダの内側端に向っておよび該内側端から遠ざかるように波打つように前記出力シャフトと共に回転可能なトラックと;
第一の連結ロッドおよび第二の連結ロッドであって、第一の連結ロッドは前記第一の燃焼ピストンに結合された第一の端部、前記第一の圧縮ピストンに結合された第二の端部、およびそれらの間の中間部分を有し、また第二の連結ロッドは前記第二の燃焼ピストンに結合された第一の端部、前記第二の圧縮ピストンに結合された第二の端部、およびそれらの間の中間部分を有し、前記第一および第二の連結ロッドの中間部分は前記トラックの表面と機械的に連絡していて、該トラックが回転するときに、これら連結ロッドは前記シリンダ内で前記燃焼ピストンおよび圧縮ピストンを往復運動させるようになっている連結ロッドと、
前記第一の圧縮シリンダに周囲の空気を与え、且つ圧縮された空気を前記第一の圧縮シリンダから換気するための第一の弁アセンブリーであって、該弁アセンブリーは、
前記第一の圧縮ピストンに面した概ね平坦な内部表面および対向する概ね平坦な外部表面を有する、概ね平坦な第一の弁プレートであって、該第一の弁プレートは更に、それを貫通して形成され且つ前記第一の圧縮シリンダと流体連通した吸気通路および排気通路を有する弁プレートと;
前記第一の弁プレートの内部表面に配置された第一の吸気フラッパ弁であって、該第一の吸気フラッパ弁が前記第一の弁プレートの内部表面に隣接し且つ前記吸気通路を覆う閉鎖位置を有し、また該第一の吸気フラッパ弁が前記第一の弁プレートの内部表面から遠ざかるように屈曲して、前記吸気通路の覆いを解除する開放位置を有する吸気フラッパ弁と;
前記第一の弁プレートの外部表面に配置された第一の排気フラッパ弁であって、該第一の排気フラッパ弁が前記第一の弁プレートの外部表面に隣接し且つ前記排気通路を覆う閉鎖位置を有し、また該第一の排気フラッパ弁が前記外部表面から遠ざかるように屈曲して前記排気通路の覆いを解除する開放位置を有する排気フラッパ弁と
を具備する第一の弁アセンブリーと;
前記第二の圧縮シリンダに周囲の空気を与え、且つ圧縮された空気を前記第二の圧縮シリンダから換気するための第二の弁アセンブリーであって、該弁アセンブリーは、
前記第二の圧縮ピストンに面した概ね平坦な内部表面および対向する概ね平坦な外部表面を有する、概ね平坦な第二の弁プレートであって、該第二の弁プレートは更に、それを貫通して形成され且つ前記第二の圧縮シリンダと流体連通した吸気通路および排気通路を有する弁プレートと;
前記第二の弁プレートの内部表面に配置された第二の吸気フラッパ弁であって、該第二の吸気フラッパ弁が前記第二の弁プレートの内部表面に隣接し且つ前記吸気通路を覆う閉鎖位置を有し、また該第二の吸気フラッパ弁が前記第二の弁プレートの内部表面から遠ざかるように屈曲して、前記吸気通路の覆いを解除する開放位置を有する吸気フラッパ弁と;
前記第二の弁プレートの外部表面に配置された第二の排気フラッパ弁であって、該第二の排気フラッパ弁が前記第二の弁プレートの外部表面に隣接し且つ前記排気通路を覆う閉鎖位置を有し、また該第二の排気フラッパ弁が前記外部表面から遠ざかるように屈曲して前記排気通路の覆いを解除する開放位置を有する排気フラッパ弁と
を具備する第二の弁アセンブリーとを具備し、
前記圧縮ピストンおよび前記圧縮シリンダが協働してガスを圧縮する、内燃式バレル型エンジン。 - 請求項10に記載のエンジンであって、更に、前記第一および第二の圧縮シリンダからの圧縮された空気が前記圧縮プレナムの中に流入するように、前記第一の圧縮シリンダからの排気通路および前期第二の圧縮シリンダからの排気通路と流体連通した圧縮プレナムを更に具備してなり、該圧縮プレナムは前記吸気システムと流体連通していて、該吸気システムが圧縮された混合物を前記燃焼シリンダの中へ導入するように動作可能であるエンジン。
- 請求項11に記載のエンジンであって、更に、前記圧縮プレナムと流体連通し、且つ前記圧縮プレナムから圧縮された空気を換気するように選択的に動作可能なウエイストゲートを具備してなるエンジン。
- 請求項10に記載のエンジンであって、前記吸気システムが、前記燃焼シリンダの中に燃料インジェクタを含むエンジン。
- 請求項10に記載のエンジンであって、前記第一の燃焼ピストン、前記第一の圧縮ピストン、および前記第一の連結ロッドが単一の部品として形成されており;また
前記第二の燃焼ピストン、前記第二の圧縮ピストン、および前記第二の連結ロッドが単一の部品として形成されているエンジン。 - 請求項10に記載のエンジンであって、前記第一および第二の弁プレートの夫々は更に、これらを貫通して形成され且つ前記夫々の圧縮シリンダと液体連通した第二の吸気通路および第二の排気通路を含むエンジン。
- 請求項15に記載のエンジンであって、前記第一の位置にある第一の吸気フラッパ弁は、更に前記第一の弁プレートにおける第二の吸気通路を覆い、また前記第二の位置においては、更に前記第一の弁プレートにおける第二の吸気通路の覆いを解除し、
前記第一の位置にある第一の排気フラッパ弁は、更に前記第一の弁プレートにおける第二の排気通路を覆い、また前記第二の位置においては、更に前記第一の弁プレートにおける第二の排気通路の覆いを解除し、
前記第一の位置にある第二の吸気フラッパ弁は、更に前記第二の弁プレートにおける第二の吸気通路を覆い、また前記第二の位置においては、更に前記第二の弁プレートにおける第二の吸気通路の覆いを解除し、
前記第一の位置にある第二の排気フラッパ弁は、更に前記第二の弁プレートにおける第二の排気通路を覆い、また前記第二の位置においては、更に前記第二の弁プレートにおける第二の排気通路の覆いを解除するエンジン。 - 内燃式バレル型エンジンであって:
長手方向の中心軸を有し、且つ該中心軸の周りに回転可能な出力シャフトと;
前記中心軸に概ね平行な共通のシリンダ軸上に配置され、且つ離間され、夫々が内側端および外側端を有し、それらの内側端は相互に近接する第一の燃焼シリンダおよび第一の圧縮シリンダと;
燃焼混合物を前記燃焼シリンダの中に導入するように動作可能な吸気システムと;
前記第一の燃焼シリンダ内で移動可能で、且つ前記燃焼シリンダの中の前記混合物を圧縮するように動作可能な燃焼ピストンと;
前記第一の圧縮シリンダ内で移動可能な圧縮ピストンと;
前記出力シャフト上に支持されたトラックであって、該トラックは、その一部が前記第一の燃焼シリンダおよび前記第一の圧縮シリンダの内側端の間に配置されるように前記出力シャフトから概ね放射状に延び、また該トラックは長手方向に波打った表面を有し、且つ該トラックおよび前記出力シャフトが回転するときに、最も直接には前記シリンダの内側端の間にある表面部分が前記シリンダの内側端に向っておよび該内側端から遠ざかるように波打つように前記出力シャフトと共に回転可能なトラックと;
前記燃焼ピストンに結合された第一の端部、前記圧縮ピストンに結合された第二の端部、およびそれらの間の中間部分を有する連結ロッドであって、この中間部分は前記トラックの表面と機械的に連絡していて、該トラックが回転するときに、この連結ロッドは前記第一の燃焼シリンダ内で前記燃焼ピストンを外側に付勢して前記混合物を圧縮し、次いで前記混合物が膨張するときに、前記燃焼ピストンを前記第一の燃焼シリンダ内で内側に移動させるようになっており、前記圧縮ピストンは前記連結ロッドと共に移動して、前記燃焼ピストンが外側に移動するときに前記圧縮ピストンは内側に移動し、且つ前記燃焼ピストンが内側に移動するときに前記圧縮ピストンは外側に移動するようになっている連結ロッドと;
前記圧縮シリンダに周囲の空気を与え、且つ圧縮された空気を前記圧縮シリンダから前記吸気システムへと換気するための弁アセンブリーとを具備してなるエンジン。
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