JP2005521828A - 内燃機関およびその作動方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 異なるロータ(21、22)のピストンが相対移動してトロイダルシリンダ(26)内に可変容積のチャンバ(27)を形成する構成の内燃機関およびその作動方法。ピストン(23、24)は段階的態様で移動し、一方のロータのピストンが所定距離を移動する間に他方のロータのピストンは実質的に静止状態を維持する。チャンバ(27)を形成する1つのピストンが他方のピストンから離れる方向に移動するときにチャンバ内に燃料が吸引され、次に第二ピストン(24)が第一ピストン(23)の方向に移動するときに燃料が圧縮される。燃料の燃焼により第一ピストンが第二ピストンから離れる方向に駆動され、次に、再び第一ピストンに向かって移動する第二ピストンにより、消費されたガスがチャンバから排出される。
Description
殆どの自動車に使用されている内燃機関を含む小型内燃機関は、ガソリンを動力源とする。ディーゼルエンジンも或る自動車に使用されているが、ディーゼルエンジンは、機関車および船舶等の大型用途においてより一般的に使用されている。
これらの全てのエンジンは或る制限および欠点を有している。往復動ピストンエンジンでは、ピストンは、4ストロークエンジンでは出力軸1回転につき4回、2ストロークエンジンでは出力軸1回転につき2回停止しかつ方向を反転しなければならない。これらのエンジンはまた、燃料混合気および排気ガスを適正時点で燃焼室に出入りさせるためのかなり複雑なバルブシステムを必要とする。
本発明の他の目的は、従来技術の制限および欠点を解消できる、上記特徴をもつ内燃機関およびその作動方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、軸の1回転当り爆発行程数が、これまでに提供されている往復動ピストンエンジンおよびロータリエンジンよりかなり多い、上記特徴をもつ内燃機関およびその作動方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、小さいスペース内で大きい排気量が得られる、上記特徴をもつ内燃機関およびその作動方法を提供することにある。
各ロータに4つのピストンが設けられかつ太陽歯車とクランクシャフトの歯車とのギヤ比が4:1であるとき、ピストン同士の間には8つのチャンバが形成され、これらの各チャンバには出力軸の1回転毎に2回の爆発行程が生じる。出力軸が2回するときには32回の爆発行程が生じ、これは、32気筒を備えた慣用の4ストロークエンジンに相当する。
出力軸31はシリンダと同心状に延びており、ピストンおよびロータにより連続回転で駆動される。ロータ22は、出力軸31上で回転可能に取付けられた第一中空軸すなわちスリーブ32に、スプライン連結により取付けられ、ロータ21は、第一中空軸32上で回転可能に取付けられた第二中空軸すなわちスリーブ33に同様に取付けられている。クランクアーム34、36は、それぞれ、ロータ21、22と協働して移動できるように、スプラインにより中空軸32、33の他端に取付けられている。
クランクアームおよびクランクシャフトはクランクピン43、44を有し、これらのクランクピンは、コネクティングロッド46、47により一緒に連結されている。クランクシャフトのスロー(throw:行程)はクランクアームのスローより小さく、このため、ピストンおよびロータが連続的に回転しなくても。クランクシャフトが連続的に回転することを可能にする。
太陽歯車: S
クランクシャフト CS1、CS2
クランクピン P1、P2
遊星歯車 G1、G2
クランクアーム CA1、CA2
コネクティングロッド R1、R2
ギヤ比は4:1であり、クランクシャフトCS1は上死点(TDC)位置でスタートし、かつクランクシャフトCS2は下死点(BDC)でスタートするものと仮定する。これらの位置において、クランクシャフトおよびクランクアーム上のクランクピンは、クランクシャフトの軸線を通る直線上に整合している。TDC位置では、クランクピンはクランクアームとクランクシャフトの軸線との間に位置しており、クランクアームはその最前進位置すなわちクランクシャフトの軸線から最も遠い位置にある。BDC位置では、クランクピンはクランクシャフトの軸線を越えた位置に位置しており、クランクアームはその最小最前進位置すなわちクランクシャフトの軸線に最も近い位置にある。
出力軸が22.5°回転すると、クランクシャフトおよび遊星歯車は、図4Bに示す位置へと回転する。この位置に至る間、クランクシャフトおよび遊星歯車は、太陽歯車の回りで22.5°移動することに加え、これら自体の軸線の回りでも90°回転する。クランクピンP1、P2の正味移動量は、これらの2つの回転によるこれらの移動の合計である。
遊星歯車G1自体の回りでの遊星歯車G1の回転によるクランクピンP1の移動は、太陽歯車の回りでの遊星歯車G1の移動方向と同じであるので、これらの2つの移動成分が加えられて、クランクアームCA1をその前進位置へと移動させる。
しかしながら、サイクルのこの部分では、遊星歯車G2自体の軸線の回りでの遊星歯車の回転によるクランクピンP2の移動は、遊星歯車が太陽歯車の回りで移動する方向とは逆である。この結果、これらの2つの移動成分は互いに相殺されて、クランクアームCA2はその元の位置に実質的に静止している。
クランクシャフトCS1がTDCに到達すると、クランクシャフト軸線の回りでのクランクピンP2の回転移動は、太陽歯車の回りでの移動方向と同じであり、2つの成分が一緒に加えられ、クランクアームCA2は前進を続ける。しかしながら、今や、そのクランクシャフト軸線の回りのクランクピンCA1の回転移動は、太陽歯車の回りの移動方向とは逆であり、これらの2つの移動成分は互いに相殺し、クランクアームCA1は実質的に静止状態に維持される。シャフトの22.5°の回転後、歯車は図4Dに示す位置に到達する。
この時点で、クランクシャフトおよび遊星歯車はこれら自体の軸線の回りで360°回転し、クランクシャフトおよび遊星歯車は太陽歯車の回りで90°移動しかつ出力軸はその軸線の回りで90°回転したことになる。クランクアームもまた、該クランクアームに連結されたピストンおよびロータと同様に、段階的態様で90°前進されたことになる。
クランクアームの運動は、その一部がクランクシャフト上のクランクピンの円運動により拘束されるので、クランクアームおよびロータの運動は線型的ではない。クランクシャフトがTDCおよびBDCの近くにありかつ円運動がコネクティングロッドの軸線にほぼ垂直であるときに最も遅くなり、クランクシャフトがTDCとBDCとのほぼ中間位置にありかつ円運動がコネクティングロッドの軸線のより近くに整合するときに最も速くなる。この非線型性により、約9°の完遂期間(carry through duration)が生じ、これにより両ロータのピストンが、異なる時点で、吸気ポートと排気ポートとの間の実質的に同じ位置に休止するようになることが可能になる。
このデータは、出力軸が10〜40°回転するとき、正味ピストン移動量は2.5°に過ぎないこと、および、このときピストンは15〜35°移動し、出力軸が25〜30°移動するときにピストンが事実上少量をバックアップして、正味ピストン移動量はゼロであることを示す。出力軸が40°位置に到達すると、出力軸が40〜90°回転するときにピストンがより迅速に移動を開始して12.5°から90°へと進む。50°と85°との間の出力軸位置では、ピストンは、出力軸が各5°回転する毎に約8〜10°移動して、出力軸が85°に到達すると出力軸とほぼ同じ速度に再び低下する。サイクルの全体に亘って、出力軸およびクランクシャフトは、これらの運動時も規則的時間により示されるように、連続的かつ均一に回転する。
ロータは、各行程の開始時および終時にピストンの対向面が互いに非常に近接するように設定でき、エンジンの圧縮比を例えば35:1以上のように非常に高くすることができる。この結果、エンジンは、スパークプラグまたはイグニッションワイヤリングおよびタイミングを全く使用しないディーゼルモードで作動できる。しかしながら、所望ならば、燃焼用スパークを必要とするガソリンその他の燃料で作動することもでき、この場合には適当なイグニッションシステムを使用できる。
出力軸が最初の45°を回転する間、ロータAのピストンは図6Bに示す位置に向かって約90°前進し、このときロータBのピストンは実質的に静止した状態に維持されている。ロータAのピストンが前進すると、ピストンA1とB1との間およびピストンA3とB3との間に形成されるチャンバは吸気行程となって容積が増大し、吸気ポート28を通して燃料混合気を吸入する。
出力軸の次の45°回転の間、ロータBのピストンは図6Cに示す位置に向かって約90°前進し、このときロータAのピストンは実質的に静止した状態に維持されている。ロータBのピストンが前進すると、ピストンA1とB1との間およびピストンA3とB3との間に形成されるチャンバは圧縮行程となって容積が減少し、これらのチャンバ内で燃料混合気を圧縮する。
この出力軸の次の45°回転の間、ロータBのピストンは図6Eに示す位置に向かって約90°前進し、このときロータAのピストンは実質的に静止した状態に維持され、ピストンA1、A3は吸気ポートと排気ポートとの間のシールを形成する。ロータBのピストンが前進すると、ピストンA1とB1との間およびピストンA3とB3との間のチャンバは容積が減少され、消費した燃焼ガスを排気ポート29を通して排出する。
排気行程の後はサイクルが反復され、ピストンA1とB1との間およびピストンA3とB3との間のチャンバは次の吸気行程へと進み、ロータAのピストンは図6Fに示す位置へと前進する。出力軸が次の45°を回転する間、ロータBのピストンは図6Gに示す位置に前進し、これらのチャンバ間の燃料混合気を圧縮する。圧縮された混合気が燃焼されると、ロータAのピストンが図6Hに示す位置へと駆動され、出力軸を次の45°前進させる。この出力軸の45°回転の間、ロータBのピストンは図6Iに示す位置へと前進され、消費したガスを排出させ、これによりサイクルが完了する。今やピストンおよび出力軸は完全に360°回転したことになり、ピストンは図6Aに示す位置に戻り、次のサイクルの準備が整った状態になる。
トロイダルシリンダ内で回転しかつトロイダルシリンダ内の同じスペースを共有する作動チャンバにより、エンジンは、比較的小さいスペース内で極めて大きい排気量を達成できる。例えば本発明の一実施形態では、トロイダルシリンダは11.25インチの外径を有し、各チャンバは3.0インチの直径および3.75インチのストロークを有し、出力軸の1回転につき424立方インチの全有効排気量を有する。慣用の4ストロークエンジンにおけるように、出力軸が2回転する場合にはエンジンはほぼ850立方インチの有効排気量を有する。高強度軽量材料でエンジンを作る場合には、エンジンは、いずれも約14インチの外径および長さと、約200ポンドの重量とを有するものとなる。これは、同じ排気量を有する慣用の直列6気筒エンジン(該エンジンは、一般に約5フィートの長さ、約2フィートの幅、約4フィートの高さ、および約2500ポンドの重量を有する)と比べて非常に顕著な改善であるといえる。
また、爆発出力は、同じ排気量の慣用エンジンの爆発出力よりもかなり大きい。上記850立方インチ排気量(cubic inch displacement:C.I.D.)のエンジンは2000馬力以上の出力が得られると考えられるのに対し、慣用の850C.I.D.エンジンは、一般に僅かに約400馬力程度である。
出力軸63はハウジングと同心状に延びており、かつ他の装置に連結できるように、両端カバーから突出している。出力軸の一端には外側スプライン64が設けられておい、他端には対応する内側スプライン66および環状カップリングフランジ67が設けられている。これらのスプラインは、所望ならば、2つ以上のエンジンを容易に一体連結(すなわち段として連結)することを可能にする。
両ロータ間のシールは、ロータディスクの内方面に設けられた環状溝68c、69c内のリング76により形成される。両ロータとエンジンブロックとの間のシールは、両ロータの外方面およびハウジングセクション52および端カバー53の面に設けられた環状溝68d、69d内のリング77により形成される。ピストンは、シリンダ壁に対するシールを形成する周方向リング溝およびリング70を有している。
好ましい実施形態におけるように、ピストンおよびシリンダの横断面が円形である場合には、慣用のピストンリングを使用できる。しかしながら、ピストンおよびシリンダは円形にする必要はなく、矩形および台形を含む他の任意の所望横断面形状にすることができる。
各クランクアームは半径方向に延びている2つのラジアルアーム78a、78bおよび79a、79bを有し、これらの1つのみが中空軸に取付けられている。他のラジアルアームは、強度および安定性を付与するため出力軸上で回転できるように取付けられている。各クランクの2つのアーム間にはクランクピン78c、79cが延びている。
キャリジすなわちキャリヤ86はスプライン87により出力軸63に取付けられており、1対のクランクシャフト88、89が、直径方向対向位置で、キャリヤ上に回転可能に取付けられる。クランクシャフトは、該クランクシャフトの一体部分として形成されている遊星歯車88a、89aを有し、該遊星歯車は、ハウジングに取付けられかつ出力軸63と同心状に配置された太陽歯車91、92と噛合っている。クランクシャフトはまた、コネクティングロッド93、94によりクランクアームのクランクピン78c、79cに連結された偏心体を有している。
所望ならば、第二トロイダルシリンダをクランクケースの外端部に付加しかつ前記トロイダルシリンダ内のロータおよびピストンを既存の駆動機構に連結することにより、第二段を、図8〜図15のエンジンに付加できる。これは、中空軸の一端をクランクアームの自由アーム78b、79bにスプライン連結しかつ他端を付加ロータにスプライン連結することにより、出力軸63を付加シリンダを通して延長し、付加した1対の中空軸を駆動軸の延長部分に取付けることにより行なわれる。これが行なわれるとき、単一駆動機構が2つのシリンダ内のピストンを受け持ち、エンジンのサイズを倍化することなく延長の出力が倍化される。
エンジンはまた、ポートを変更しかつ出力軸を駆動することによりポンプとして使用するように構成できる。ポンプの場合には、ポートの数は、ロータのピストンの数に等しくするのが好ましい。かくして、例えば、1つのロータに4つのピストンが設けられる場合には、4対の吸込(IN)/排出(DIS)ポートがシリンダの周囲に等間隔に配置される。図面*and*に示すように、ピストンが前進する度毎に、ピストンはその後方のチャンバ内に流体を吸込み、かつその前方のチャンバから流体を排出する。これにより、1つのコンパクトなユニットで、高体積、高流量および高圧の全ての能力をもつポンプが得られる。
所望ならば、このポンプは図8〜図15のエンジンと組合せて、両方に単一駆動機構を使用することができる。
以上から、新規で改善された内燃機関およびその作動方法が提供されることは明白である。或る好ましい実施形態のみを詳細に説明したが、当業者ならば、特許請求の範囲に記載の本発明の範囲から逸脱することなく或る変更を行なうことができるであろう。
23、24 ピストン
26 トロイダルチャンバ(シリンダ)
27 チャンバ
28 吸気ポート
29 排気ポート
34、36 クランクアーム
38、39 クランクシャフト
41 遊星歯車
42 太陽歯車
Claims (44)
- トロイダルシリンダと、該シリンダの回りに可変容積のチャンバを形成すべく互いの間に介在された第一群および第二群のピストンと、これらの2つの群のピストンが交互にかつ段階的態様でシリンダの回りを移動するときに、連続回転駆動されるようにしてピストンに連結された出力軸とを有し、一方の群のピストンが所定距離を移動する間に、他方の群のピストンは実質的に静止状態を維持することを特徴とする内燃機関。
- 前記出力軸は、各群のピストンが、出力軸の1回転につき360°/nのn段階(ここで、nは各群のピストンの数)で移動することを特徴とする請求項1記載の内燃機関。
- トロイダルシリンダと、該シリンダの回りに可変容積のチャンバを形成すべく互いの間に介在された第一群および第二群のピストンと、該ピストンに作動連結された出力軸とを有する内燃機関の作動方法において、チャンバ内での燃焼に応答して前記2つの群のピストンをシリンダの回りで交互にかつ段階的態様で前進させる段階を有し、一方の群のピストンが所定距離を移動する間に、他方の群のピストンは実質的に静止状態を維持し、前記出力軸は連続的に回転することを特徴とする内燃機関の作動方法。
- 各群のピストンは、出力軸の1回転につき360°/nのn段階(ここで、nは各群のピストンの数)で移動することを特徴とする請求項3記載の作動方法。
- トロイダルシリンダと、該シリンダと同心状に配置された第一および第二ロータと、各ロータに設けられた複数のピストンとを有し、シリンダの回りに複数の可変容積のチャンバを形成すべく、一方のロータのピストンが他方のロータに設けられたピストンの間に介在されており、2つのロータのピストンが交互にかつ段階的態様でシリンダの回りを移動するときに、連続回転駆動されるようにしてロータに連結された出力軸を更に有し、一方のロータのピストンが所定距離を移動する間に、他方のロータのピストンは実質的に静止状態を維持することを特徴とする内燃機関。
- 前記出力軸は、各ロータのピストンが、出力軸の1回転につき360°/nのn段階(ここで、nは各ロータのピストンの数)で移動することを特徴とする請求項5記載の内燃機関。
- a.トロイダルシリンダと、
b.シリンダの回りに交互に配置されて、シリンダを複数のチャンバに分割する第一群および第二群のピストンと、
c.吸気行程中に第二群のピストンを実質的に静止状態に保持しかつ第一群のピストンを第二群のピストンから離れる方向に移動させてチャンバ内に燃料を吸引し、圧縮行程中に第一群のピストンを実質的に静止状態に保持しかつ第二群のピストンを第一群のピストンに向かって近付く方向に移動させて燃料を圧縮し、爆発行程中に第二群のピストンを実質的に静止状態に保持しかつ圧縮された燃料の燃焼に応答して第一群のピストンを第二群のピストンから離れる方向に移動できるようにし、排気行程中に第一群のピストンを実質的に静止状態に保持しかつ第二群のピストンを第一群のピストンに向かって近付く方向に移動させて消費されたガスをチャンバから排出させる手段と、
d.ピストンにより駆動される出力軸とを有することを特徴とする内燃機関。 - 各群はn個のピストンを有し、シリンダは2n個のチャンバに分割され、出力軸の1回転中に2n個のチャンバの各々に、n/2回の爆発行程が生じることを特徴とする請求項7記載の内燃機関。
- 各群は4つのピストンを有し、シリンダは8個のチャンバに分割され、出力軸の1回転中に8個のチャンバの各々に2回の爆発行程が生じることを特徴とする請求項7記載の内燃機関。
- トロイダルシリンダを有し、該トロイダルシリンダの回りには第一および第二群のピストンが交互に配置されてシリンダを複数のチャンバに分割しており、ピストンに作動連結された出力軸を更に有する内燃機関の作動方法において、吸気行程中に第二群のピストンを実質的に静止状態に保持しかつ第一群のピストンを第二群のピストンから離れる方向に移動させてチャンバ内に燃料を吸引し、圧縮行程中に第一群のピストンを実質的に静止状態に保持しかつ第二群のピストンを第一群のピストンに向かって近付く方向に移動させて燃料を圧縮し、爆発行程中に第二群のピストンを実質的に静止状態に保持しかつ圧縮された燃料の燃焼に応答して第一群のピストンを第二群のピストンから離れる方向に移動できるようにし、排気行程中に第一群のピストンを実質的に静止状態に保持しかつ第二群のピストンを第一群のピストンに向かって近付く方向に移動させて消費されたガスをチャンバから排出させる段階を有し、出力軸がピストンにより駆動されることを特徴とする内燃機関の作動方法。
- 共通軸線の回りで互いに独立的に回転できる第一および第二ロータと、各ロータに設けられた複数のベーン状ピストンとを有し、第一ロータのピストンは第二ロータのピストンの間に介在されていて、両ロータが相対回転するときに容積が変化する複数のチャンバを形成することを特徴とする内燃機関。
- 独立的に移動可能な第一および第二群のピストンを有し、両群のピストンは無端閉シリンダ内で互いの間に介在されていて、シリンダ内で両群が相対移動するときに容積が変化するチャンバを形成することを特徴とする内燃機関。
- 独立的に移動可能な第一および第二群のピストンを有し、両群のピストンは互いの間に介在されていて、両群が相対移動するときに容積が変化するチャンバを形成することを特徴とする内燃機関。
- a.トロイダルシリンダと、
b.シリンダの回りに交互に配置されて、シリンダを複数のチャンバに分割する第一群および第二群のピストンと、
c.出力軸とを有し、該出力軸は、吸気行程中に第二群のピストンが実質的に静止している間に第一群のピストンが第二群のピストンから離れる方向に移動してチャンバ内に燃料を吸引し、圧縮行程中に第一群のピストンが実質的に静止状態を維持する間に第二群のピストンが第一群のピストンに向かって近付く方向に移動して燃料を圧縮し、爆発行程中に第二群のピストンが実質的に静止状態を維持する間に、圧縮された燃料の燃焼に応答して第一群のピストンが第二群のピストンから離れる方向に移動し、排気行程中に第一群のピストンが実質的に静止状態を維持する間に第二群のピストンが第一群のピストンに向かって近付く方向に移動して排気ガスをチャンバから排出させる態様でピストンに連結されており、出力軸は連続的に回転することを特徴とする内燃機関。 - 各群はn個のピストンを有し、シリンダは2n個のチャンバに分割され、出力軸の1回転中に2n個のチャンバの各々に、n/2回の爆発行程が生じることを特徴とする請求項14記載の内燃機関。
- 各群は4つのピストンを有し、シリンダは8つのチャンバに分割され、出力軸の1回転中に8つのチャンバの各々に2回の爆発行程が生じることを特徴とする請求項14記載の内燃機関。
- トロイダルシリンダを有し、該トロイダルシリンダの回りには第一および第二群のピストンが交互に配置されてシリンダを複数のチャンバに分割しており、ピストンに作動連結された出力軸を更に有する内燃機関の作動方法において、吸気行程中に第二群のピストンを実質的に静止状態に保持しかつ第一群のピストンを第二群のピストンから離れる方向に移動させてチャンバ内に燃料を吸引し、圧縮行程中に第一群のピストンを実質的に静止状態に保持しかつ第二群のピストンを第一群のピストンに向かって近付く方向に移動させて燃料を圧縮し、爆発行程中に第二群のピストンを実質的に静止状態に保持しかつ圧縮された燃料の燃焼に応答して第一群のピストンを第二群のピストンから離れる方向に移動できるようにし、排気行程中に第一群のピストンを実質的に静止状態に保持しかつ第二群のピストンを第一群のピストンに向かって近付く方向に移動させて消費されたガスをチャンバから排出させる段階を有し、出力軸が連続的態様で回転することを特徴とする内燃機関の作動方法。
- トロイダルシリンダと、該シリンダの回りに対をなして配置された吸気ポートおよび排気ポートと、シリンダの回りで交互に配置されてシリンダを複数のチャンバにする第一および第二群のピストンと、一方の群のピストンが実質的に静止状態を維持して吸気ポートと排気ポートとの間にシールを形成する間に他方の群のピストンが前進して、吸気ポートに連通するチャンバ内に燃料を吸引しかつ排気ポートに連通するチャンバから排気ガスを排出する態様で両群のピストンを相互連結する手段とを有することを特徴とする内燃機関。
- トロイダルシリンダと、該シリンダの回りに対をなして配置された吸気ポートおよび排気ポートと、シリンダの回りで交互に配置されてシリンダを複数のチャンバにする第一および第二群のピストンとを有する内燃機関の作動方法において、一方の群のピストンを吸気ポートと排気ポートとの間に実質的に静止状態に維持する段階と、他方の群のピストンを前進させて、吸気ポートに連通するチャンバ内に燃料を吸引しかつ排気ポートに連通するチャンバから排気ガスを排出する段階とを有することを特徴とする内燃機関の作動方法。
- トロイダルシリンダと、該シリンダの回りに対をなして配置された吸気ポートおよび排気ポートと、シリンダの軸線の回りで互いに独立的に回転できる第一および第二ロータと、各ロータに設けられた複数のベーン状ピストンとを有し、一方のロータのピストンは第二ロータのピストンの間に介在されており、一方のロータのピストンが実質的に静止状態を維持して吸気ポートと排気ポートとの間にシールを形成する間に他方のロータのピストンが前進して、吸気ポートに連通するチャンバ内に燃料を吸引しかつ排気ポートに連通するチャンバから排気ガスを排出する態様でロータを相互連結する手段を更に有することを特徴とする内燃機関。
- トロイダルシリンダと、該シリンダと同心状に配置された出力軸と、該出力軸と同心状に配置された太陽歯車と、出力軸に取付けられたキャリヤと、1対のクランクシャフトとを有し、該クランクシャフトはこれに取付けられた歯車が太陽歯車と噛合い係合することにより回転可能にキャリヤに取付けられており、シリンダの軸線の回りで回転できる1対のロータと、ロータに設けられた複数のピストンとを有し、該ピストンはシリンダの回りで互いの間に介在されてシリンダを複数のチャンバに分割し、クランクシャフトが連続的に回転しかつロータが段階的態様で交互に回転して出力軸の1回転につき完全な1回転を行なうようにしてロータとクランクシャフトとを相互連結するコネクティングロッドを更に有することを特徴とする内燃機関。
- 各ロータにはn個のピストンが設けられ、太陽歯車およびクランクシャフトの歯車は、n:1の比を有することを特徴とする請求項21記載の内燃機関。
- 各ロータには4つのピストンが設けられ、太陽歯車およびクランクシャフトの歯車は、4:1の比を有することを特徴とする請求項21記載の内燃機関。
- トロイダルシリンダと、該シリンダと同心状に配置された出力軸と、シリンダの軸線の回りで回転できる1対のロータと、シリンダを可変容積の複数のチャンバに分割する、ロータに設けられた複数のピストンとを有する内燃機関の作動方法において、チャンバ内の燃料混合気の燃焼によりシリンダの回りで段階的態様でピストンを前進させる段階を有し、ロータはピストンと協働して段階的態様で回転し、ロータの段階的回転を、出力軸に取付けられたキャリヤに取付けられた1対のクランクシャフトの連続回転に変換する段階と、連続回転をクランクシャフトからキャリヤおよび出力軸に伝達する段階とを更に有することを特徴とする内燃機関の作動方法。
- 前記ロータの段階的回転は、ロータに連結されたクランクと、該クランクとクランクシャフトとの間に連結されたコネクティングロッドとによりクランクシャフトの連続回転に変換され、クランクはクランクシャフトより長いスローを有していることを特徴とする請求項24記載の作動方法。
- 前記連続回転は、クランクシャフトに連結された遊星歯車と、出力軸と同心状に配置された太陽歯車とを係合させることによりキャリヤおよび出力軸に伝達されることを特徴とする請求項24記載の作動方法。
- a.トロイダルシリンダと、
b.該シリンダの回りで対をなして配置された吸気ポートおよび排気ポートと、
c.シリンダと同心状に配置された出力軸と、
d.該出力軸と同心状に配置された太陽歯車と、
e.出力軸に取付けられたキャリヤと、
f.該キャリヤに回転可能に取付けられた1対のクランクシャフトと、
g.シリンダの軸線のまわりで回転できる1対のロータと、
h.シリンダを複数のチャンバに分割するための、シリンダの回りで互いの間に介在された、ロータに設けられた複数のピストンと、
i.ロータが段階的態様で交互に回転するときにクランクシャフトが連続的に回転するように、ロータとクランクシャフトとを相互連結するコネクティングロッドとを有し、一方のロータのピストンが実質的に静止状態を維持して吸気ポートと排気ポートとの間にシールを形成する間に他方のロータのピストンが前進して、吸気ポートに連通しているチャンバ内に燃料を吸引しかつ排気ポートに連通しているチャンバから排気ガスを排出させ、
j.太陽歯車と噛合い係合する、クランクシャフトに取付けられた歯車であって、ピストンが段階的態様で移動しかつクランクシャフトがこれらの軸線の回りで回転するときに、キャリヤおよび出力軸を、該出力軸の軸線の回りで連続的に回転させる歯車とを更に有することを特徴とする内燃機関。 - 各ロータにはn個のピストンと、n/2対の吸気ポートおよび排気ポートとが設けられ、太陽歯車とクランクシャフトの歯車とのギヤ比はn:1であることを特徴とする請求項27記載の内燃機関。
- 各ロータには4つのピストンと、2対の吸気ポートおよび排気ポートとが設けられ、太陽歯車とクランクシャフトの歯車とのギヤ比は4:1であることを特徴とする請求項27記載の内燃機関。
- トロイダルシリンダと、該シリンダの回りで対をなして配置された吸気ポートおよび排気ポートと、シリンダと同心状に配置された出力軸と、シリンダの軸線の回りで回転できる1対のロータと、シリンダを複数のチャンバに分割するための、シリンダの回りで互いの間に介在された、ロータに設けられた複数のピストンとを有する内燃機関の作動方法において、チャンバ内の燃料混合気の燃焼によりシリンダの回りで段階的態様でピストンを前進させる段階を有し、一方のロータのピストンは吸気ポートと排気ポートとの間で実質的に静止状態を維持し、他方のロータのピストンは前進して、吸気ポートに連通しているチャンバ内に燃料を吸引しかつ排気ポートに連通しているチャンバから排気ガスを排出し、ロータの段階的回転を出力軸に取付けられたキャリヤに取付けられた1対のクランクシャフトの連続回転に変換する段階と、連続回転をクランクシャフトからキャリヤおよび出力軸に伝達する段階とを更に有することを特徴とする内燃機関の作動方法。
- 前記ロータの段階的回転は、ロータに連結されたクランクと、該クランクとクランクシャフトとの間に連結されたコネクティングロッドとによりクランクシャフトの連続回転に変換され、クランクはクランクシャフトより長いスローを有していることを特徴とする請求項30記載の作動方法。
- 前記連続回転は、クランクシャフトに連結された遊星歯車と、出力軸と同心状に配置された太陽歯車とを係合させることによりキャリヤおよび出力軸に伝達されることを特徴とする請求項30記載の作動方法。
- a.トロイダルシリンダと、
b.該シリンダと同心状に配置された出力軸と、
c.該出力軸上で回転できるように取付けられた第一中空軸と、
d.該第一中空軸上で回転できるように取付けられた第二中空軸と、
e.それぞれの中空軸に取付けられた1対のロータと、
f.ロータに設けられた複数のピストンとを有し、両ロータのピストンはシリンダの回りで互いの間に介在されかつシリンダを複数のチャンバに分割し、
g.出力軸と同心状に配置された太陽歯車と、
h.出力軸に取付けられたキャリヤと、
i.該キャリヤ上で回転できるように取付けられた1対のクランクシャフトとを有し、クランクシャフトの歯車が太陽歯車と噛合い係合して、クランクシャフトがこれらの軸線の回りで回転するときに出力軸の軸線の回りでキャリヤおよび出力軸を回転させ、
j.それぞれの中空軸に取付けられた1対のクランクアームと、
k.クランクアームが段階的態様で交互に回転するようにクランクアームとクランクシャフトとを相互連結するコネクティングロッドとを更に有し、一方のロータのピストンがシリンダの回りで所定距離を移動する間に、他方のロータのピストンは実質的に静止状態を維持しかつクランクシャフトおよび出力軸は連続的に回転することを特徴とする内燃機関。 - a.トロイダルシリンダと、
b.該シリンダの回りで対をなして配置された吸気ポートおよび排気ポートと、
c.シリンダと同心状に配置された出力軸と、
d.該出力軸上で回転できるように取付けられた第一中空軸と、
e.該第一中空軸上で回転できるように取付けられた第二中空軸と、
f.それぞれの中空軸に取付けられた1対のロータと、
g.該ロータに設けられた複数のピストンとを有し、両ロータのピストンはシリンダの回りで互いの間に介在されかつシリンダを複数のチャンバに分割し、
h.ロータおよびピストンと協働して回転できるように、 それぞれの中空軸に取付けられた1対のクランクアームと、
i.出力軸と同心状に配置された太陽歯車と、
j.出力軸に取付けられたキャリヤと、
k.該キャリヤ上で回転できるように取付けられた1対のクランクシャフトと、
l.クランクアームが段階的態様で交互に回転するときにクランクシャフトが連続的に回転するようにクランクアームとクランクシャフトとを相互連結するコネクティングロッドとを有し、一方のロータのピストンが実質的に静止状態を維持しかつ吸気ポートと排気ポートとの間のシールを形成する間に、他方のロータのピストンは前進して吸気ポートに連通するチャンバ内に燃料を吸引しかつ排気ポートに連通するチャンバから排気ガスを排出し、
m.太陽歯車と噛合い係合する、クランクシャフトに取付けられた歯車であって、ピストンが段階的態様で移動しかつクランクシャフトがこれらの軸線の回りで回転するときに、キャリヤおよび出力軸を、該出力軸の軸線の回りで連続的に回転させる歯車を更に有することを特徴とする内燃機関。 - a.互いに並んで配置された第一および第二トロイダルシリンダと、
b.両シリンダの各々の回りで対をなして配置された吸気ポートおよび排気ポートと、
c.両シリンダと同心状に配置された共通軸と、
d.該共通軸と同心状に配置され第一および第二組の中空軸とを有し、各組は、共通軸上で回転できるように取付けられた第一中空軸と、該第一中空軸上で回転できるように取付けられた第二中空軸とからなり、
e.第一組のそれぞれの中空軸に取付けられた第一対のロータと、
f.該第一対のロータに設けられた複数のピストンとを有し、両ロータのピストンは第一シリンダの回りで互いの間に介在されかつ第一シリンダを複数のチャンバに分割し、
g.第二組のそれぞれの中空軸に取付けられた第二対のロータと、
h.該第二対のロータに設けられた複数のピストンとを有し、両ロータのピストンは第二シリンダの回りで互いの間に介在されかつ第二シリンダを複数のチャンバに分割し、
i.共通軸と同心状に配置された太陽歯車と、
j.共通軸に取付けられたキャリヤと、
k.該キャリヤ上で回転できるように取付けられた1対のクランクシャフトとを有し、クランクシャフトの歯車が太陽歯車と噛合い係合して、クランクシャフトがこれらの軸線の回りで回転するときに出力軸の軸線の回りでキャリヤおよび出力軸を回転させ、
l.ロータと協働して回転できるように、 2組の対応する中空軸に取付けられた1対のクランクアームと、
m.ロータが段階的態様で交互に回転するときにクランクシャフトが連続的に回転するようにクランクアームとクランクシャフトとを相互連結するコネクティングロッドとを更に有し、各シリンダ内の一方のロータのピストンが実質的に静止状態を維持しかつ吸気ポートと排気ポートとの間のシールを形成する間に、各シリンダ内の他方のロータのピストンは前進して吸気ポートに連通するチャンバ内に燃料を吸引しかつ排気ポートに連通するチャンバから排気ガスをすることを特徴とする内燃機関。 - a.互いに並んで配置された第一および第二トロイダルシリンダと、
b.第一シリンダの回りで対をなして配置された吸気ポートおよび排気ポートと、
c.第二シリンダの回りで対をなして配置された吸込ポートおよび排出ポートと、
d.シリンダと同心状に配置された共通軸と、
e.該共通軸と同心状に配置され第一および第二組の中空軸とを有し、各組は、共通軸上で回転できるように取付けられた第一中空軸と、該第一中空軸上で回転できるように取付けられた第二中空軸とからなり、
f.第一組のそれぞれの中空軸に取付けられた第一対のロータと、
g.該第一対のロータに設けられた複数のピストンとを有し、両ロータのピストンは第一シリンダの回りで互いの間に介在されかつ第一シリンダを複数のチャンバに分割し、
h.第二組のそれぞれの中空軸に取付けられた第二対のロータと、
i.該第二対のロータに設けられた複数のピストンとを有し、両ロータのピストンは第二シリンダの回りで互いの間に介在されかつ第二シリンダを複数のチャンバに分割し、
j.共通軸と同心状に配置された太陽歯車と、
k.共通軸に取付けられたキャリヤと、
l.該キャリヤ上で回転できるように取付けられた1対のクランクシャフトとを有し、クランクシャフトの歯車が太陽歯車と噛合い係合して、クランクシャフトがこれらの軸線の回りで回転するときに出力軸の軸線の回りでキャリヤおよび共通軸を回転させ、
m.ロータと協働して回転できるように、 2組の対応する中空軸に取付けられた1対のクランクアームと、
n.ロータが段階的態様で交互に回転するときにクランクシャフトが連続的に回転するようにクランクアームとクランクシャフトとを相互連結するコネクティングロッドとを更に有し、
(1)第一シリンダ内の一方のロータのピストンが実質的に静止状態を維持しかつ吸気ポートと排気ポートとの間のシールを形成する間に、第一シリンダ内の他方のロータのピストンは前進して吸気ポートに連通するチャンバ内に燃料を吸引しかつ排気ポートに連通するチャンバから排気ガスを排出し、
(2)第二シリンダ内の一方のロータのピストンが実質的に静止状態を維持しかつ吸込ポートと排出ポートとの間のシールを形成する間に、第二シリンダ内の他方のロータのピストンは前進して吸気ポートに連通するチャンバ内に流体を吸込みかつ排出ポートに連通するチャンバから流体を排出することを特徴とする内燃機械。 - a.互いに並んで配置された第一および第二トロイダルシリンダと、
b.該シリンダと同心状に配置された共通軸と、
c.該共通軸と同心状に配置され第一および第二組の中空軸とを有し、各組は、共通軸上で回転できるように取付けられた第一中空軸と、該第一中空軸上で回転できるように取付けられた第二中空軸とからなり、
d.第一組のそれぞれの中空軸に取付けられた第一対のロータと、
e.第一組のロータに設けられた複数のピストンとを有し、両ロータのピストンは第一シリンダの回りで互いの間に介在されかつ第一シリンダを複数のチャンバに分割し、
f.第二組のそれぞれの中空軸に取付けられた第二対のロータと、
g.第二組のロータに設けられた複数のピストンとを有し、両ロータのピストンは第二シリンダの回りで互いの間に介在されかつ第二シリンダを複数のチャンバに分割し、
h.共通軸と同心状に配置された太陽歯車と、
i.共通軸に取付けられたキャリヤと、
j.該キャリヤ上で回転できるように取付けられた1対のクランクシャフトとを有し、クランクシャフトの歯車が太陽歯車と噛合い係合して、クランクシャフトがこれらの軸線の回りで回転するときに出力軸の軸線の回りでキャリヤおよび共通軸を回転させ、
k.ロータと協働して回転できるように、 2組の対応する中空軸に取付けられた1対のクランクアームと、
l.ロータが段階的態様で交互に回転するときにクランクシャフトが連続的に回転するようにクランクアームとクランクシャフトとを相互連結するコネクティングロッドとを更に有し、各シリンダ内の一方のロータのピストンがシリンダの回りで所定距離を移動する間に他方のロータのピストンは実質的に静止状態を維持することを特徴とする機械。 - 軸と、該軸と同心状に配置された太陽歯車と、軸に取付けられたキャリヤと、該キャリヤ上で回転できるように取付けられた偏心クランクピンを備えたクランクシャフトとを有し、遊星歯車は太陽歯車と噛合い係合し、これにより、遊星歯車が太陽歯車の回りを移動するときに軸およびクランクシャフトはこれらの軸線の回りで連続回転し、回転可能に取付けられたクランクと、クランクピンとクランクとを相互連結するコネクティングロッドとを更に有し、これにより、クランクシャフトが連続的に回転すると、クランクは段階的態様で回転して、クランクシャフトの回転によるクランクピンの運動が太陽歯車の回りでの遊星歯車の移動によるピンの運動に加わると前進し、クランクシャフトの回転によるクランクピンの運動が遊星歯車の移動によるピンの運動を相殺するときは実質的に静止状態を維持することを特徴とする連続回転と段階的回転とを変換する機械。
- 前記キャリヤ上で回転できるように取付けられた偏心クランクピンを備えた第二クランクシャフトと、太陽歯車と噛合い係合する第二遊星歯車とを有し、これにより、第二遊星歯車が太陽歯車の回りを移動するときに第二クランクシャフトがこの軸線の回りで連続回転し、第二クランクシャフトのクランクピンと第二クランクとを相互連結する第二コネクティングロッドとを更に有し、これにより、第二クランクシャフトが連続的に回転すると、第二クランクは段階的態様で回転して、第二クランクシャフトの回転によるクランクピンの運動が太陽歯車の回りでの第二遊星歯車の移動によるピンの運動に加わると前進し、クランクシャフトの回転によるクランクピンの運動が遊星歯車の移動によるピンの運動を相殺するときは実質的に静止状態を維持することを特徴とする請求項38記載の機械。
- 前記2つのクランクシャフトのクランクピンは180°の位相を隔てており、これにより、一方のクランクが実質的に静止状態に維持される間に他方のクランクが前進することを特徴とする請求項39記載の機械。
- a.シリンダブロックと、該シリンダブロックの両端部のクランクケースとを備えた円筒状ハウジングと、
b.シリンダブロック内に形成されたトロイダルシリンダと、
c.ハウジングの軸線方向に延びている出力軸と、
d.該出力軸上で回転できるように取付けられた第一中空軸と、
e.該第一中空軸上で回転できるように取付けられた第二中空軸と、
f.シリンダブロック内のそれぞれの中空軸に取付けられた1対のロータと、
g.各ロータの複数のピストンとを有し、2つのロータのピストンはトロイダルシリンダの回りで互いの間に介在されて、トロイダルシリンダを複数のチャンバに分割し、
h.ピストンおよびロータが段階的回転をしかつ出力軸が連続回転するように中空軸と出力軸とをクランクケース内で相互連結する手段を更に有することを特徴とする内燃機関。 - 前記中空軸と出力軸とを相互連結する手段が、
(1)ロータと協働して回転できるようにそれぞれの中空軸に取付けられた1対のクランクアームと、
(2)出力軸に取付けられたキャリヤと、
(3)該キャリヤ上で回転できるように取付けられた1対のクランクシャフトと、
(4)出力軸と同心状に配置された太陽歯車と、
(5)クランクシャフトがこれらの軸線の回りで回転するときに出力軸の軸線の回りでキャリヤおよび出力軸を回転させるための、太陽歯車と噛合い係合するクランクシャフトの歯車と、
(6)クランクアームとクランクシャフトとを相互連結するコネクティングロッドとを有することを特徴とする請求項41記載の内燃機関。 - 前記トロイダルシリンダと連通する、周方向に間隔を隔てた対をなす吸気ポートおよび排気ポートを有することを特徴とする請求項41記載の内燃機関。
- 各ロータにはn個のピストンが設けられ、n/2対の吸気ポートおよび排気ポートがシリンダの回りで等間隔を隔てて配置され、太陽歯車およびクランクシャフトの歯車がn:1のギヤ比を有することを特徴とする請求項41記載の内燃機関。
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