JP2010505056A - 圧力エンジン - Google Patents

Abstract

本発明は新規な圧縮力エンジン、特に内燃機関に関する。前記エンジンは環状構造物、環状構造物の軸に沿って動作する駆動シャフト（２）、ハウジング壁を持つ環状ハウジング（１１，１３）、及び前記ハウジングに関して密封された形で環状ハウジング内を周りに沿って回転する少なくとも１つの回転ピストン（４）を備える。ピストンは結合部材によって駆動シャフトに回転自在に固定され、そして少なくとも、（燃焼室から見て）、回転方向に配設されている側に、ピストンと共に回転する燃焼室（２０）を形作る部分を定め、前記燃焼室は環状ハウジング上の所与の位置において圧縮空気供給源（２１）への、選択的に燃料供給源（２２）への、そして排気系（２４）への接続部を有する。回転ピストン（４）はピストンハウジング（２９）と前記ハウジング内に内部ピストン（３１）を備え、それは燃焼室（２０）に対してハウジングの反対側で支持される予付勢力（３６，２７）によって押圧され、そしてそれはピストンハウジングに関してピストンの縦方向に予付勢力に反して直線的に変位する。内部ピストンの変位する軌道は駆動シャフト（２）の軸の接線方向を一定の間隔を空けて辿る。燃焼室での爆発は後者に関して接線方向にある駆動シャフトに力を及ぼし、したがってシャフトが回転する。エンジンは摩擦の低い程度でバランスのとれた形で動作する。したがって非常に効率的で、そして耐摩耗性の構造を持って実現することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧力エンジンに関する。

本発明は、圧力エンジン、若しくは、リング構造を有する圧力動作（動力）エンジンに関するものであり、リングの軸に沿って伸びる駆動シャフトと；ハウジング壁、及びハウジングに対して密封された形で円形路に沿って内部で回転する少なくとも１つの回転ピストンを含むリングハウジング（回転ピストンは、回転自在固定で接続リンクを介して駆動シャフトに接続され、リングハウジング内において、共回転する例えば少なくとも、圧力室から見て回転方向に配置された側にリング部の一部のような圧力室を定める）と；リングハウジングの所定の位置に形成される、圧縮空気供給源への、内燃機関の場合には燃料供給源への、そして排気系への接続部と；から構成される。本発明は、特に内燃機関に関するものである。しかし、内燃機関が、ドイツのベルナウ（Ｂｅｒｎａｕ）近郊にあるＳａｌｚｍｕｓｅｕｍ（塩博物館）Ｋｌａｕｓｈaｕｓｌに展示されている、水圧によって動作するディーゼルエンジンに似た塩水ポンプ装置のように、外部の圧力媒体による動作に入れることができるのは周知である。この点で、本発明によるエンジンは、内燃機関に加えて、外部から供給される圧力媒体で動かされる圧力エンジンでもよいものである。

例えば、上記のタイプの内燃機関はドイツの特許明細書番号１９５２１５２８で知られている。そして、類似した回転ピストン型の内燃機関は、以下のドイツ特許庁公報：未審査の出願公開第１８１０３４６号公報、未審査の出願公開第３８２５３６５号公報、未審査の出願公開第１９５２３７３６号公報、及び特許明細書第１９７３４７８３で示されている。

周知の回転ピストンエンジンの共通の特徴は、爆発圧による下流側支持体、即ち、ピストンの通過に伴って環状シリンダ室に押し込まれて、シリンダ室から再び引き抜かれる制御要素を必要とするということである。関連した機械系はエンジンを複雑で、厄介で、摩耗し易くし、結果として効率の更なる損失と、運転中の高い騒音レベルをもたらす。

本発明の目的は、耐磨耗性を有し、低騒音で且つ実質精密に運転するととともに高効率も成し遂げようとする圧力エンジン、特に内燃機関を提供することにある。

本発明によるエンジンは、回転ピストンが、ピストンハウジングと；ピストンハウジング上に支持され予負荷力によって、圧力室特に燃焼室に向けて押される内部ピストンと；を備えることを特徴とする。内部ピストンはピストンの長手方向においてピストンハウジングに関する予負荷力に対して直線的に変位可能であり、内部ピストンの変位する軌道は、駆動シャフトの軸の接線方向を一定の間隔を空けて通過する。この場合、圧力室又は燃焼室は、リングハウジングと回転ピストンとで区切られており、そしてリングハウジングとの間で連続的に移動する如何なる区分け用部材も必要としない。リングハウジングは実質的にリングの内側に向けて開口している環状溝から成り、共に回転する圧力室又は燃焼室が密封される間にその中で回転ピストンがスライドできるようにする目的で形成される。したがって、低騒音で、精密で、滑らかな動作が得られ、小さい必要スペース及び高効率を実現することができる。エンジンの動作特性は、圧力室又は燃焼室におけるピストンとリングハウジングとの間の面積率とピストンの変位する軌道と駆動シャフトの軸との間の距離を選ぶことによって最適化することができる。

好ましくは、予負荷力が加えられた内部ピストンは、ピストンハウジングに関して、燃料の燃焼によって生み出される推力を時間に依存して分配し、そして強い衝撃が避けられるように、前方向のストローク及び予負荷力によって引き起こされる復帰のストロークによる運動の減衰を受けるのが望ましい。実用的な設計によると、予負荷力は一つ以上の圧縮ばねで印加され、そしてピストン運動の減衰は、ピストンハウジング内において、流体、特に作動油の絞り変位によって生じる。これらは実際に確立された技術的手段である。内部ピストンは好ましくは特に同じ断面積を持ち、且つピストンの変位する軌道に沿って伸長した共通のピストンロッドに互いに一定の間隔を空けて接続された２つの同軸ピストン要素から成るのがよい。第１のピストン要素、即ち、駆動シャフトの回転に対して外側のピストン要素は、燃焼室に隣接している。この設計では、内部ピストンは、自身のピストンロッドとともに２つの流体で満たされた部屋又はボリュームに入り込み、これらの部屋又はボリュームは、低減された貫流断面を持つ少なくとも１つの接続路によって互いに接続され、内部ピストンが予負荷力に抗って動いている間は、第１の、外側のピストン要素は、第１のボリュームに侵入して流体を第１のボリュームの外に追い出し、そして、第２の、駆動シャフトの回転に対して内側のピストン要素は、第２のボリュームから引っ込んで流体空間から退く。この設計では、流れを絞ることによって摩擦のない形で必要な運動の減衰を成し遂げることが可能である。詳細には、ピストンは、点火プロセスによってオイルボリュームに向かって押下され、貫流を絞る手段を構成する狭い接続路を通ってオイルが下側のオイルボリュームに押しやられ、そして、第１のピストン要素と同じ直径を有し、ピストンスカートの下端に接続された第２のピストン要素は、同量のオイルを下側のボリュームに引き込む。このように、燃焼圧はピストンヘッドを圧縮ばねの圧力及び絞り抵抗に抗って押圧し、回転子の回転方向にトルクを発生する。したがって、燃焼圧は回転方向に直接変換される。第２のピストン要素は、動作の信頼性を向上させる目的で、予負荷力によって押し戻された内部ピストンの最終位置において接続路を閉じる閉鎖面を有する。ピストンの復帰ストロークの間の衝撃を避けるため、凹所、特に溝、及び凹所と互いに補い合う突起部、特にリブ、が、一方は、外側（駆動シャフトの回転に関して）に、他方は、第２のボリュームを外向きに定める第２のピストン要素に対して外方向への停止面の役割を果たす面に各々形成してもよい。凹所の中に存在している流体は停止面の前でより狭くなるギャップに沿って突起部によって追いやられる。そして、流体はこのように絞り弁の働きをする。

内部ピストンがピストンハウジング内を移動し、その一部が燃焼室に隣接し、ピストンハウジングの内壁と非接触で例えば０．１ｍｍの狭いギャップを有し、そして内部ピストン、即ち、ピストン要素又はピストンロッドがスライド式で動く密封リングを有するガイドブッシュによって案内される場合、特に低損失且つ低摩耗で運転する内燃機関が得られる。したがって、燃焼室に隣接するピストンにはオイルスクレーパーリングが無く、そしてギャップが存在することによる圧力損失はほとんど無いに等しい。加えて、内部ピストンは、冷却用の空気の貫流のための窓がピストンハウジングにおける最初の位置にある第１のピストン要素と最も外側の位置にある第２のピストン要素との間の領域に設けられるように、そしてピストンロッドがこの領域に冷却フィンを担持するように設計してもよい。１つの回転ピストン、又は各回転ピストンの冷却が熱膨張を制限し、したがって、上記ギャップを非常に狭く設計することができる。

単純な、強い構造によると、リングハウジングは軸方向に分割されたハウジングであり、ボウル状の部分とカバー部分から構成され、駆動シャフトがこれらの部分に支持され、リングハウジングの円周領域には、少なくとも１つ、好ましくは複数の運転サイクル長が必ずしも回転ピストンの数に依らない数で配列され、そして、各運転サイクル長において、リングハウジングは回転方向に沿って以下に示す部位、圧縮空気を燃焼室に供給するための窓の形の接続部と；燃料噴射用の開口と；点火プラグと；排気ガスを除去するための窓の形の接続部と；そして新鮮な掃気及び冷却の空気を通過させるための窓の形の接続部と：で構成され、圧縮空気を燃焼室に供給するための窓の形の接続部、燃料噴射用の開口、排気ガスを除去するための窓の形の接続部、ハウジング壁内に新鮮な掃気及び冷却の空気を通過させるための窓の形の接続部は、通過又は遮断のために各々回転ピストンの回転運動によって開閉される。圧縮空気を供給するための窓と燃料噴射用の開口（凹み）又は点火プラグとの間の距離は、回転ピストンの外周寸法より大きく、燃料噴射用の開口と点火プラグとの間の距離は、零から回転ピストンの外周寸法までの範囲であり（燃料噴射用の開口と点火プラグとは同じ軸方向距離を有するが周方向において互いにずれていてもよく、又は点火プラグは開口の正面に配設されてもよい。）、排気ガスを除去するための接続部は回転ピストンの外周寸法のオーダーの大きさであり、そして新鮮な掃気及び冷却の空気を通過させるための接続部は回転方向において円周領域の２つの回転ピストン間の距離オーダーの大きさである。

燃焼室で不燃焼のままの使用可能な残留ガスの改善された再燃焼は、流れに関して、排気ガス除去用の接続部に接続している再燃焼室に導く管を、燃焼室に圧縮空気を供給する窓に接続される圧縮空気管から、又はこの窓の領域から分岐することによってもたらされる。

内燃機関の設計は、例えばリングハウジングにおいて駆動シャフトに接続される回転ピストンを、好ましくは等角度の間隔で、周方向により多く配設し、そして全体として回転子を形成させること；回転子の複数のピストンが各々１つのリングハウジングで運転するように複数の平行な回転子を軸方向において縦列に駆動シャフトに取り付け、回転子の回転ピストンが各々１つのリングハウジングで動作すること；又は複数のリングハウジングは、駆動シャフトに個別の結合リンクを介して接続された回転ピストンの１つを回転させるリングハウジング各々において、駆動シャフトの周りに軸方向において縦列に配設されることのような増加によって容易に拡張することができる。

仮に１つよりも多くの回転ピストンが存在するならば、部分負荷の場合又は回転ピストンのうちの１つが故障した場合でも、方向の反転、不平衡及び無駄な摩擦による実質的な損失を生むことなく少ない回転ピストンで運転を続けることができる。この場合、同期制御システムは回転ピストンの回転段階に応じて燃料供給を制御し、そして複数の回転ピストンが存在するならば、回転ピストンの一部への燃料供給を選択的に停止することができる。安全装置システムを提供するために、各回転ピストンのオイルで満たされたボリュームは、空気及び通気弁を備え、損傷によって流体の欠乏が生じた場合に信号を出力するセンサを備える流体タンクに接続されている。そしてこの信号によって、各回転ピストンにおいて流体の欠乏による損傷が避けられるように燃料供給を停止に切り換えることができる。回転子がいかなる電力供給も必要としないように回転子からセンサへの信号伝達は永久磁石により発生する磁場によって為されるのが望ましい。

本発明によれば、低騒音で、精密で、滑らかな動作が得られ、小さい必要スペース及び高効率を実現することができる。

６つの回転ピストンを有する内燃機関の概略横断面図を示し、２つの回転ピストンは、圧縮空気の充填及び燃料の導入後の点火の運転サイクルにある。 １つ先の運転サイクルにおける図１に基づいた図７のII−II断面による横断面図を示す。 更に先の運転サイクルにおける図１，２による横断面図を示す。 更に先の運転サイクルにおける図１，２による横断面図を示す。 更に先の運転サイクルにおける図１，２による横断面図を示す。 更に先の運転サイクルにおける図１，２による横断面図を示す。 図２のVII−VII屈曲面による縦断面図を示す。 図４のVIII−VIII屈曲面による縦断面図を示す。 図１に基づいた、即ち５つの回転ピストンを有する変更された内燃機関の横断面図を示す。 回転ピストンの長手方向における回転ピストンのうちの１つの断面図を示す。 図４にも示される運転サイクルにおける図１０に基づいた断面図を示す。 安全装置の異なる実施形態の断面図を示す。 安全装置の異なる実施形態の断面図を示す。 図７に従った、回転ピストンの少し変更された実施形態の断面図を示す。 更に変更された実施形態における回転ピストンの断面図を示す。

本発明に関する詳細、効果及び変更は本発明による内燃機関の好ましい実施形態の図面を参照した以下の説明から現れる。

図１〜６は、それぞれ異なる運転サイクルの断面図における本発明の６−ピストン内燃機関の主要な構成要素を示す。示されるエンジンの構成要素は、回転子の回転軸を決定するエンジンの駆動シャフト２に、回転可能な形で、固定された回転子１と；静止されるかハウジングに固定された固定子３とを備える。図１の例では、回転子１は順にＡ〜Ｆによって示される６つの回転ピストン４を備える。固定子３は、ディスク又はリング構造を有し、そしてその溝のような又はテープリングのような外面は往復動内燃機関の「シリンダ」と概ね一致する。図示例では、固定子は固定子３の内周に沿った繰り返し構造を持つ２つの運転サイクル長５を有する。運転サイクル長の数は、電動モータの極数にたとえられる。設計によれば、運転サイクル長５の数が大きくなると、点火と１回転当たりの点火及び混合気燃焼の回数が大きくなるが、燃焼室の寸法が小さくなる。この点で、エンジン出力の最適化は個々の場合の条件に応じた使用目的のために実行されるべきである。何れの場合においても、運転サイクル長５の数は回転ピストン４の数と直接関連性がない。図１〜６に示されるように、６つのピストンの例では、１つの運転サイクル長を固定子３の内周の全周に亘って拡張してもよい、又は、２つの運転サイクル長５の場合、回転ピストン４つ若しくは５つであってもよい。ピストンの数が偶数で、且つ等角度の間隔で配設された場合、反対側の運転サイクル長での爆発は通常同時に起こるため、運転が僅かに不連続になる。等角度の間隔を示しているが、必ずしも等角度の間隔である必要はない。加えて、点火時間は互いから僅かにずれてもよい。

先ず、図１〜６に示される運転サイクルについて説明する前に、図７，８を参照してエンジンの構造の説明をする。

図７，８は、それぞれ図２，４に描かれた切断屈曲面によるエンジンの軸方向の縦断面図を示す。回転ピストンは、図４が一見して示すように、駆動シャフト２の軸と一直線に並んでいないが、接線方向に駆動シャフト２を通る。回転ピストン４の駆動シャフト２への接続は回転子１の側壁１０によって決められ、側壁１０は駆動シャフト２に固定される。側壁１０は気流を通過させるための複数の開口を持ち、そしてそれらは、例えばスポーク部でもよい。変更によると、側壁は回転子１の構成要素が固定される一方側のみに設けられる。回転子１の側壁１０の外側には、固定子３の側壁１１が延長している。これら側壁１１において、駆動軸２がベアリング１２に支持されている。固定子３の径方向における外面は、円筒状の外壁１３によって形成される。側壁１０と側壁１１との間には、回転子１と固定子３とが互いに非接触且つオイルフリーで回転できるように例えば幅０．１ｍｍの狭いエアギャップが設けられている。

回転子及び固定子も含むエアコンプレッサ１６は駆動シャフト２に取り付けられ、そして固定子３に強固に接続されている。エアコンプレッサ１６は、外部的に燃料混合のための空気圧縮を実行し、それは、往復動内燃機関においては、通常往復運動ピストンのストロークによって為される。エアコンプレッサ１６は各運転サイクル長５において固定子３の関連した位置の両方に圧縮空気管１７を介して接続される。加えて、後述する、ファンブレードとして示されるエアコンプレッサ１８は、駆動シャフト２に取り付けられる。シャフト肩１９ａとともに、駆動シャフト２に螺子止めされる対向するベアリング調整リング１９が、駆動シャフト上での回転子及び固定子の軸の位置を決定する。

各回転ピストン４は、その径方向の外面と固定子３の壁部とで密室を囲み、これは、各ピストンの燃焼室２０であって燃焼サイクルの各段階において完全には閉じられないように固定子の窓を通過することで外部の流路との接続を得る。図１〜６が示すように、各運転サイクル長５は燃焼室２０に圧縮空気を供給するための圧縮空気管１７と接続する窓２１（図２）と；燃料噴射用の開口（凹所）２２（図１）と；点火プラグ２３と；排気ガスを除去するための窓２４の形の接続部と；新鮮な掃気及び冷却の空気を通過させるための窓２５の形の接続部とを回転方向の縦一列に備える。窓２５は側壁１０及び外壁１３に形成されて効果的に掃気することができる。これらの窓と構成要素の寸法と距離は、燃焼室２０及び運転サイクル長５の周方向の長さと適合する。窓２１は燃焼室における高圧を維持するために出来る限り長くすべきであり、それはできるだけ完全に点火時間になるまで、構成要素のギャップを介して低下する。圧縮空気の供給用の窓２１と点火プラグ２３との間には、回転子及び固定子に関して、その長さが回転ピストン４の外周寸法を越える通路が設けられている。燃料噴射用の開口２２と点火プラグ２３との間には、燃焼室２０よりも短く故に回転ピストン４の外周寸法よりも短い角度の間隔が設けられている（実施形態に示すように、これらは同じ角度位置にある）。排気ガス除去用の窓２４は燃焼室２０のオーダーの大きさを有し、そして新鮮な掃気及び冷却の空気を通過させるための窓２５は、周方向において、円周領域における２つの回転ピストン４の間の空間オーダーの大きさ、若しくはそれ以上の大きさを有する。実施形態に示すように、窓２１及び開口２２は側壁１１のうちの１つに形成され、点火プラグは外壁１３に螺子止めされ、窓２４も外壁１３に形成され、そして窓２５は両側の側壁１１の位置における空気が軸方向に沿って固定子を通り抜けることができるように両側の側壁１１に対向して設けられる。窓２５も燃焼室２０よりも長く故にこの領域において両側が開放されている回転ピストン４の掃気及び冷却、及び回転ピストン４間に設けられた回転子の一部の掃気及び冷却に効果を奏する。掃気及び冷却の空気は図７，８に示されるエアコンプレッサ１８から来るが、その圧縮比はエアコンプレッサ１６の圧縮比よりも低くてもよく、又はその空気が同様にエアコンプレッサ１６から供給されてもよい。実施形態に示すように、エアコンプレッサ１８は駆動シャフト２に取り付けられるファンであり、系を介して掃気及び冷却の空気を押圧する。

窓２１の領域から、排気ガス用の窓２４に隣接する再燃焼室２７に導く、第２の圧縮空気管２６が分岐する。図５に示す実施形態では、詳細を後述する安全装置２８が各回転ピストン４に対して配置される。

図７，８に示される実施形態では、２つの側壁１１及び外壁１３を有する、固定子のリングハウジングは、カバーを有するボウルの形に設計される。即ち、外壁１３と共に、図面右側に示される側壁１１が「ボウル」を構成し、図面左側に示される側壁１１が「カバー」を構成し、これらは径方向フランジを介して互いに螺子止めされる。したがって、回転子１は取り付けるのが容易である。

上記の説明において６つである回転ピストンの数は単なる一例であり、図９では駆動シャフトの周方向に沿う５つの回転ピストンを備えた内燃機関を示す。このエンジンの動作原理は、６つのピストンを備えているエンジンと類似しているが、ピストンの数が奇数でありそれ故に相対する点火プラグ２３での点火時間が通常と異なるため、このエンジンの運転は全体としてより滑らかである。というのも、任意の時点で１つの回転ピストン、即ち図９に示される段階における、図面右側の回転ピストンのみが点火するからである。図９による実施形態と図１〜６による実施形態との違いは安全装置２８が設計を簡易化する目的で省略されていることである。

回転子１の側壁１０の間に配設された各回転ピストン４の構造を図１０，１１に詳細に示す。ピストンハウジング２９は回転子の側壁１０に強固に接続され、燃焼室２０の形状に基づいた円筒状、矩形状、又は他の円周形状を有し、固定子３の外壁１３と向かい合い且つ回転方向に沿う、ピストンハウジング２９の端部において、燃焼室２０を後部で区切る延長壁３０（図１〜６）を備える。ピストンハウジング２９において、内部ピストン３１が、スライド自在に配置される。内部ピストン３１は燃焼室２０を固定子３のリングハウジングの内面からピストンヘッド３２によって区切る。内部ピストンは、２つのピストン要素から成り（以下、図１０，１１の記載に従って「上部ピストン」３３及び「下部ピストン」３４という）、これらは同軸方向に縦列に配設されてピストンロッド３５によって互いに接続される。その内部における上部ピストン３３（ピストンヘッドに対して先細りになっている）と、下部ピストン３４は、その内部における同じ断面積を持ち、また実施形態に示されているように、同じ断面形状を有する。実施形態に示すように、上部ピストン３３及び下部ピストン３４は２つの圧縮コイルばね３６，３７によって燃焼室２０に対する方向において外方向に押圧されている。圧縮コイルばね３６，３７は、ピストンハウジングに固定されたスペーサリング４０上及びハウジングカバー４１の内面上にそれぞれ支持されている。圧縮コイルばね３６，３７の数が２つであるのは全体のばね弾性の所望のレベルを利用可能な空間において達成するための単純な設計の理由からである。もちろん、個別の同軸螺旋圧縮コイルばねの代わりに、小径の平行螺旋圧縮コイルばねのリースなどの他の弾性エネルギー蓄積手段を弾性構造として用いてもよく、あるいは、他の要件が満たされるならば、例えば、空気ばねでもよい。圧縮コイルばね３６，３７のばね力は、伸縮ばねとして、内部ピストン３１を復帰させるが燃焼室における爆発の全推進力を完全には消費しないような大きさとされる。オイルスクレーパーリング３８，３９は、それぞれ、上部ピストン３３及び下部ピストン３４の外面に取り付けられる。ピストンロッド３５は２つのピストン要素３３，３４を接続するだけでなく下部ピストン３４から内方向（図面における下側）に突出してハウジングカバー４１を貫通する。ばね力を調整するためのナット４２と安全停止用の皿ばね４３はピストンロッド３５の内端に固定される。

上部ピストン３３は内部ピストン冷却用の空間４７が設けられているピストンヘッド３２の下側で先細りになる。ピストンの先細り部は冷却フィン４８を担持しピストンハウジングは冷却空気流が通過可能な窓４９を備える。加えて、ピストンの先細り部は封止された形で外側のガイドブッシュ５０内を移動し、下部ピストン３４は内側のガイドブッシュ５１内を移動する。尚、「外側」及び「内側」という記載は、それぞれ駆動シャフト２の回転及び回転子１の回転を参照している。ガイドブッシュ５０，５１の間には、ピストンハウジング２９において２つのオイルで満たされたボリューム５５，５６が設けられており、それらは接続路５７を介して互いに接続されるのを除いてスペーサリング４０によって互いに隔てられる。下部ピストン３４がスペーサリング４０を圧迫する場合、接続路５７を閉鎖し、そして、ばね力に抗って下部ピストン３４がスペーサリング４０から離れる場合、流れを絞る形でボリューム５５，５６が接続される。上部ピストン３３と外側のガイドブッシュ５０との間、及び下部ピストン３４と内側のガイドブッシュ５１との間に各々設けられたオイルスクレーパーリング３８，３９は、オイルで満たされたボリューム５５，５６全体を外側で封止する。通気弁５８はボリューム５５に隣接する。

ピストンハウジング２９におけるガイドブッシュ５０，５１間の中心から僅かにずれて設けられるスペーサリング４０は多数の機能を持つ：即ち、接続路５７を維持しながらボリューム５５，５６を分離し；内側から上部ピストン３３に対して押圧する圧縮コイルばね３６の対抗支持の役目をし；外部のストッパ（リング４０が圧縮コイルばね３６，３７によってストッパに押圧される）を下部ピストン３４に対して構成し；下部ピストン３４に向かってスペーサリング４０から離隔された環状リブ６０によって内側から外側に動いている間、下部ピストン３４の衝撃を減衰し、環状リブ６０は下部ピストンにおける補足的な環状溝６１に面している。：といった役割を果たす。

上述の内燃機関の動作原理を以下で説明する。但し、回転ピストン４のうちの１つの回転ピストン４、即ちピストンＡ、の動作のみを先ず図１〜６を参照して記述する。

回転子は回転方向矢印７０で示される方向に回転する。図１において、ピストンＡの燃焼室２０はまだ圧力がかけられていないが既に閉じられている。図２によると、燃焼室２０は圧縮空気供給用の窓２１に沿って移動して過給される。回転ピストン４の状態は図１０の状態にある。図３において、圧縮空気へ接続し続ける。図４は、ピストンＡの燃焼室２０が窓２１から離れて、燃料噴射用の開口２２及び点火プラグ２３の領域に位置する状態を示し、内部ピストン３１が押下された状態は点火が既に起こったことを示している。即ち、圧縮空気を燃焼室２０に過給した後に燃料混合気の点火が続き、そして点火プロセス後に、図１１に示されるように内部ピストン３１がピストンヘッド３２への圧力によって下方向に動かされる。この場合、上側のオイルボリューム５５のオイルは下側のオイルボリューム５６に幅狭の接続路５７を介して押圧されて圧縮コイルばね３６，３７が圧縮される。燃料混合気のガス圧力は、圧縮コイルばね３６，３７の抵抗を介したピストンヘッド３２によって、そして接続路５７及び推力を介したオイルの押圧によって回転子の回転方向への運動に変換される。この動作の後、図５に示すように、ピストンＡの燃焼室２０が排気ガス用の窓２４の領域に入り、そして燃焼室２０の圧力が減少し始めると圧縮コイルばね３６，３７が内部ピストン３１を再び外方向に押圧する。下部ピストン３４がスペーサリング４０に衝突するとき、一方では、接続路５７を介したオイルの逆流と反対に作用する抵抗によって、他方では、衝突する直前に、オイルで満たされた環状溝６１に環状リブ６０が侵入することによって過度に激しい衝撃が避けられる。回転子１、ピストンハウジング２９及びピストンヘッド３１が封止を持たずに、可能な限り小さな遊びをもって動作するので、内部ピストンの上記運動中、及び回転子の回転中の摩擦と摩耗が最小化される。

更に詳細に、そして文字Ａ〜Ｆで示される６つの回転ピストン４の全てを考慮して、回転子１の回転の間における運転サイクル又は運転時間を図１〜６を参照して記述する。最初に、ピストンＡ，Ｄの燃焼室２０に点火の準備のために高圧空気が過給され、そして直ぐに燃料が燃焼室２０に噴射され、それから、図４に示される段階において、同時又は僅かに遅れてＡ，Ｄの点火プラグ２３による燃料混合気の点火が制御システム（図示せず）によって実行され、その結果ピストンＡ，Ｄが「通路」から離れて排気系用の窓２４に接近し、一方でピストンＣ，Ｆが冷却用及び掃気用の区間に位置する。即ち、図５に示される段階では、ピストンＡ，Ｄは排気系の窓２４に接続され、２つの燃焼室２０の圧力が下がって回転ピストン４の内部ピストン３１は元の位置に戻る。この段階後に図６に示す段階に続き、これらのピストンは冷却用及び掃気用の区間において各窓２５に接続され、一方でピストンＢ，Ｅの燃焼室は、ピストンヘッド３１の前進端が窓２１を通過するまで、窓２１に接続され、そして圧縮空気が過給され、そしてピストンＣ，Ｆが点火領域に入る。加えて、圧縮空気は、最初は主に、未燃焼の燃料残留物を再燃焼するための酸素を供給するために第２の圧縮空気管２６を介して再燃焼室２７に導かれる。回転子が更に回転する間に、最初に導通していたこの管２６が再び閉じられて燃焼室２０が圧縮空気で満たされる。図６はピストンＡ，Ｄの冷却及び掃気も示し、そして図２はピストンＢ，Ｅの排気系への接続と、ピストンＡ，Ｄが各第２の圧縮空気管２６を開いて再燃焼室２７に対して再燃焼用の空気が流れるのを許容する状態を示す。掃気用及び冷却用の窓２５が通過すれば、燃焼室２０が次の窓２１に到達するまでの圧力がかけられていない形で外側の領域を燃焼室２０がスライドし続ける間、回転ピストンは冷却される。上述の動作は回転ピストン４の中で再び繰り返される。回転子１は、そして回転子１と共に燃焼室２０は回転し続ける。

回転子が上述の運転サイクル長５の行程を終えると、ピストンＡの燃焼室は、図１に対して１８０度ずれた、次の運転サイクル長５（別途示さず）の点火領域に到着し、それから点火領域に入ってピストンＡが第２の運転サイクル長５の排気系用の窓２４に位置し、再燃焼室２７において、ピストンＢによって放出された再燃焼用の空気を受け、ピストンＣが冷却用及び掃気用の区間に位置し、ピストンＤが圧縮空気用の窓２１を離れて燃料及び点火領域に入り、そしてピストンＥが冷却用及び掃気用の区間を離れ始めて通路に入る状態となる。

実施形態に示すように、各燃焼室２０は、主に３つの面、即ち、固定子のハウジングの壁部１１，１３と、ピストンヘッド３２と延長壁３０とで区切られる。爆発圧がピストンヘッド３２の表面に作用する限りにおいては、それは正圧成分である。爆発圧が延長壁３０に作用する限りにおいては、回転方向に反して作用するため、それは負圧成分であり、そしてこの負圧成分は正圧成分から差し引かれなければならない。固定子のハウジングの外壁１３への圧力は、ピストン運動を生じさせる逆圧を成す。負圧成分の大きさはエンジンの構成要素の全体的な寸法設計、及び回転子と固定子との半径に対する回転ピストンの傾きに依存し、そして動作状態は燃焼室２０及びピストンヘッド３２の設計によって最適化することができる。例えば、四角形のピストンヘッドであれば、爆発圧が加えられる領域は負圧成分を増やすことなく円形のピストンヘッドと比較して２０％以上増やすことができる。

回転子の回転段階に応じた各々の最適な時間における燃料噴射及び点火の制御は、これらの技術が従来周知であるので、詳細には記載しない。

図１〜６において、逆止弁６４を介して管６３によってピストンロッド４に接続される小さいオイルタンク６５を備える、安全装置２８が回転ピストン４毎に示される。オイルタンク６５を備える安全装置２８は、オイルが満たされたボリューム５５，５６におけるオイルの欠乏から保護する。これら安全装置の実施形態を図１２，１３に示す。図１２によれば、安全装置は接点保持部７１と；オイル欠乏の場合に燃料供給を停止に切り換えるための信号用の接点７２，７３と；ピストンスカート７４と；ピストンガイドブッシュ７５と；ハウジングカバー７６と；ハウジング７７と；圧縮ばね７８と；回転中に遠心力を利用するために十分な重量のピストン７９と；通気弁８０と；満油弁８１と；ピストンシール８２と；ピストンシールの固定部８３と；オイルタンク６５の流体、即ち例えば上述のような、作動油８４と；を備える。安全装置はオイルの欠乏が生じた場合に上述の信号を出力する油圧ジェネレータである。図面に示すように、安全装置の動作は以下の通りである。逆止弁８５を介してオイルタンク６５からオイルを供給することで回転ピストン４のオイルボリューム５５，５６を満たし続け、圧縮ばね７８とピストン７９の遠心力はオイルが消費されると徐々にオイルを外方向に押圧する。通常、油圧は圧縮ばね７８のばね力に対してピストン７９を回転に関して内方向に抑える。即ち、油圧はコンタクト７２，７３が接触しないように、ピストン７９を図における下方向に抑える。オイルが欠乏した場合、ピストンスカート７４の外方向への移動によってコンタクト７２，７３が最終的に閉成して安全対策がとられるまで、圧縮ばね７８及び遠心力はピストン７９を外方向（上方向）に押圧する。

図１２の設計における不都合な点は、例えばスリップリングを用いて回転子に電圧を供給する必要があることである。比較図として、図１３は、オイル欠乏時の信号が磁気的に固定子に伝達される「無電流」の回転子を可能とする安全装置を示す。基本的な構造は図１２の構造と類似しているが、ピストン７９は、ピストンスカート７４と対向する端部において、密封リング８８によって作動油に対して密封され、且つ磁気ヘッド８９をその端部で担持するもう一つのピストンロッド８７を担持する。磁気ヘッド８９は、永久磁石によって磁界を外方向（図における上方向）に放射する。回転子の回転中に安全装置が通過する位置において、磁界センサ９０が固定子３に位置する。オイルが欠乏すると、ピストンロッド８７が外方向（上方向）に移動して該当する回転ピストンへの燃料噴射を停止に切り換える制御システムに信号を出力する磁界センサ９０を励磁する。噴射ポンプで放出される燃料は直ぐにオイルタンクに導通する戻り線に導かれる。

５つ又は６つの回転ピストンのように複数の回転ピストンを備えるエンジンでは、もちろん、情報はオイル欠乏信号に関する、燃料供給を停止すべき回転ピストンについて制御システムに入力されなければならない。適切な技術のために様々な実現方法がある。例えば、固定子３において、数が回転ピストンの数及び安全装置の数と一致する磁界センサ９は、各磁気ヘッドが対応するセンサを持つように、磁気ヘッド８９との通信において軸方向に僅かにずらしてもよい；又は、全ての磁気ヘッド８９に対して磁界センサが１つだけであって、制御システムは連続的に回転子１の回転位置を検出して双方の信号を相互に設定する；最後に、磁気ヘッドの外面に各々異なる数の磁極を備え（例えば、第１の回転ピストンの磁気ヘッドは１つの磁極を備え、第５の回転ピストンの磁気ヘッドは５つの磁極を備える）、磁界センサ９０、又は制御システムの一部が、検出信号のパルス数に従って判定するようにしてもよい。このように判別することで制御システムは、オイル欠乏を示す回転ピストンを選択的に空転させることができる。

オイルの欠乏が検出されると、この場合送信器によって出力される信号を介して該当する回転ピストンへの燃料供給が停止に切り換えられ、一方で各々点火段階にある他の回転ピストンは依然として燃料が供給される。即ち、欠陥のある回転ピストンは、実質的に摩擦や不平衡を生じることなく空転状態となる。そして、システムへの損害が避けられる。

たとえ該当する回転ピストンが停止に切り換えられたとしても低摩擦及び不平衡の少ない運転によって、回転ピストンが通過する際に燃料を噴射しないようにすることで、１つの回転ピストン又は幾つかの回転ピストンを部分負荷運転のために「運転停止」させることもでき、一方で、少なくとも１つ以上の他の回転ピストンは、元のまま運転し続ける。

図１４は、図７とほぼ一致するが固定子の湾曲した外壁９１とピストンハウジング２９の適切に形成された延長壁３０とを備える縦断面図を示す。基本的に、外側で燃焼室を囲んでいる溝の断面形状は様々な形状に変更してもよく、例えば、円の一部のような円形状、楕円の一部のような円形状、矩形状、台形状、若しくは不規則形状であってもよい。形状の選択は、一方では熱力学的結果に基づいて決定され、他方では各々の生産コストに基づいて決定される。

図１５において、外部ピストン３３に実質的に凹部が設けられた燃焼室９３が示される。そして、燃焼室９３は、仮に外部ピストン３３が矩形状であれば円筒形状を有する。

これらの実施例の変更は、本発明の概念の多種多様な変更可能性を例示する。

Claims (22)

1. リング構造を有する圧力動作エンジンであって、これが備えるものは：リング軸に沿って伸長した駆動シャフト（２）；リングハウジング（１１，１３）、これは、ハウジング壁と、前記ハウジングに対して密封され、前記リングハウジング内で円経路に沿って回転する少なくとも１つの回転ピストン（４）とを含み、前記少なくとも１つの回転ピストン（４）は前記駆動シャフトに結合リンクを介して回転可能に固定された形で接続され、そして前記リングハウジングにおいて共に回転するリング部のような圧力室（２０）を少なくとも前記圧力室から見て回転方向に配置された側に定め；及び前記リングハウジングの所定位置に形成される圧力媒体供給源（２１）及び排気系（２４）双方への接続部：であり、前記回転ピストン（４）は、ピストンハウジング（２９）及び、前記ピストンハウジングにおいて、前記ピストンハウジングに支持される予負荷力（３６，３７）によって前記圧力室（２０）に向かって押圧される内部ピストン（３１）を備え、前記内部ピストン（３１）は前記ピストンの縦方向において前記ピストンハウジングに関する前記予負荷力に対して直線的に変位可能であって、前記内部ピストン（３１）の変位する軌道が前記駆動シャフト（２）の軸の接線方向を一定の間隔を空けて通過することを特徴とする。
2. 内燃機関であってそして前記圧力媒体供給源が圧縮空気供給源であり、前記圧力エンジンは、圧縮空気供給用及び排気系用の前記接続部（２１，２４）の間で前記リングハウジングに沿って配設された燃料供給源（２２）を備え、前記圧力室が燃焼室である、請求項１による圧力エンジン。
3. 前記予負荷力（３６，３７）によって負荷を与えられた前記内部ピストン（３１）が、前記ピストンハウジング（２９）に対して、前方向のストローク及び予負荷力により付勢された復帰ストローク運動の減衰を受ける、請求項１又は２による圧力エンジン。
4. 前記予負荷力は少なくとも１つの圧縮ばね（３６，３７）によって与えられ、前記運動の減衰は前記ピストンハウジング（２９）における流体の絞り変位（５７において）によってもたらされる、請求項３による圧力エンジン。
5. 前記内部ピストン（３１）は、２つの同軸ピストン要素（３３，３４）から成り、これらは、ピストンの変位する軌道に沿って伸長した共通のピストンロッド（３５）に互いに一定の間隔を空けて接続され、前記２つの同軸ピストン要素（３３，３４）のうち前記駆動シャフトの回転に対して外側の第１のピストン要素（３３）は、前記圧力室（２０）に隣接し、前記内部ピストン（３１）はピストンロッドと共に流体で満たされたボリューム（５５，５６）に侵入し、ボリューム（５５，５６）は、低減された貫流断面を持つ少なくとも１つの接続路（５７）によって互いに接続され、前記内部ピストンが前記予負荷力（３６，３７）に対して運動している間、前記第１の、外側のピストン要素（３３）は前記第１のボリューム（５５）に侵入して流体を外に追い出し、そして第２の、前記駆動シャフトの回転に対して、内側のピストン要素（３４）は、前記第２のボリューム（５６）から引っ込んで流体空間から退く、請求項４による圧力エンジン。
6. 前記第２のピストン要素（３４）は、前記予負荷力（３６，３７）によって押し戻された前記内部ピストン（３１）の最終位置において前記少なくとも１つの接続路（５７）を閉じるように形成された閉鎖面を有する、請求項５による圧力エンジン。
7. 互いに補い合う凹所（６１）及び突起（６０）が、一方は前記ピストン要素（３４）の外側（前記駆動シャフト（２）の回転に関して）に、他方は前記第２のボリューム（５６）を外向きに定める前記第２のピストン要素に対して外方向への停止面の役割を果たす面に各々形成される、請求項５又は６による圧力エンジン。
8. 流体センサを有する安全装置（２８）が前記第１のボリューム及び第２のボリューム（５５，５６）の少なくとも何れか一方に接続され、流体センサは、流体の欠乏が生じたときに信号を出力する信号送信器（７２，７３；８９，９０）に接続される、請求項５乃至７の何れか１項による圧力エンジン。
9. 前記リングハウジングは、リングの内側に向けて開口している環状溝を有し、環状溝は、前記回転ピストン（４）が、同じように回転する前記燃焼室（２０）が密封されている間にその中でスライドできるようにするために形成される、請求項１乃至８の何れか１項による圧力エンジン。
10. 前記内部ピストン（３１）は前記ピストンハウジング（２９）内を移動するものであって、狭いギャップを持って非接触で前記ピストンハウジングの内壁上を前記圧力室（２０）に隣接する部位（３２）が移動する、請求項１乃至９の何れか１項による圧力エンジン。
11. 前記内部ピストンがスライドして移動する密封リング（３７，３８）を有するガイドブッシュ（５０，５１）によって前記内部ピストン（３１）が案内される、請求項５乃至８の何れか１項に関連する請求項９又は１０による圧力エンジン。
12. 冷却用空気の貫流のための窓（２５）は前記ピストンハウジング（２９）における最も内側の位置にある前記第１のピストン要素（３３）と最も外側の位置にある前記第２のピストン要素（３４）との間の領域に位置し、ピストンロッド（３５）は前記領域において冷却フィン（４８）を担持する、請求項５乃至８の何れか１項に関連する請求項９乃至１１の何れか１項による圧力エンジン。
13. 前記リングハウジングは軸方向に分割されたハウジングであって、ボウル状の部分（１１，１３）とカバー部分（１１）から構成され、前記駆動シャフト（２）はこれらの部分に支持される、請求項１乃至１２の何れか１項による圧力エンジン。
14. 前記リングハウジング（１１，１３）の前記円周領域には、少なくとも１つの運転サイクル長（５）が配列され、前記リングハウジングは、回転方向に沿って、前記燃焼室に圧縮空気を供給するための窓（２１）の形の前記接続部と；燃料噴射用の開口（２２）と；点火プラグ（２３）と；排気ガスを除去するための窓（２４）の形の接続部と；そして新鮮な掃気及び冷却の空気を通過させるための窓（２５）の形の接続部とを備え、前記圧縮空気供給用の窓と前記燃料噴射用の開口又は前記点火プラグとの間の距離は前記回転ピストン（４）の外周寸法よりも大きく、前記燃料噴射用の開口と点火プラグとの間の距離は零から前記回転ピストンの前記外周寸法までの範囲であり、排気ガス除去用の前記接続部は前記回転ピストンの前記外周寸法オーダーの寸法を有し、新鮮な掃気及び冷却の空気を通過させるための前記接続部は回転方向において前記円周領域の２つの回転ピストン間の距離オーダーの寸法を有する、請求項２に関連する請求項３乃至１３の何れか１項による圧力エンジン。
15. 燃焼室に圧縮空気を供給するための前記窓（２１）、燃料噴射用の前記開口（２２）、排気ガス除去用の前記接続部（２４）並びに前記ハウジング壁内に新鮮な掃気及び冷却の空気を通過させるための前記接続部（２５）は通過又は遮断のために前記回転ピストンの回転運動によって開閉される、請求項１４による圧力エンジン。
16. 前記燃焼室（２０）に圧縮空気を供給するための前記窓（２１）に接続される圧縮空気管（１７）から、前記窓（２１）から又は前記窓（２１）より下流の別の窓から、管（２６）が分岐し、流れに関して、排気ガス除去用の前記接続部（２４）に接続している再燃焼室（２７）に導く、請求項１４又は１５による圧力エンジン。
17. 前記駆動シャフト（２）に接続される複数の回転ピストン（４）は、前記リングハウジングにおいて、好ましくは等角度の間隔で周方向に配設され、そして全体として前記回転子（１）を形成する、請求項１乃至１６の何れか１項による圧力エンジン。
18. 複数の平行な回転子（１）は前記駆動シャフト（２）に軸方向において縦列に取り付けられ、それらの回転ピストン（４）は各々１つのリングハウジング（１１，１３）内で動作する、請求項１７による圧力エンジン。
19. 複数のリングハウジング（１１，１３）は、前記駆動シャフトに個別の結合リンクを介して接続された前記回転ピストン（４）の１つを回転させる前記リングハウジング（１１，１３）各々において、前記駆動シャフト（２）の周りに軸方向において縦列に配設される、請求項１乃至１６の何れか１項による圧力エンジン。
20. 同期制御システムは前記回転ピストン（４）の回転段階に応じて燃料供給を制御するために設けられ、そして複数の回転ピストンがある場合には、回転ピストンの一部に対して燃料供給を選択的に停止する、請求項２又は請求項２に関連する請求項３乃至１９の何れか１項による圧力エンジン。
21. 各回転ピストン（４）の前記オイルで満たされたボリューム（５５，５６）は安全装置（２８）としての個別の流体タンク（６５）に接続され、安全装置は空気及び通気弁（８０，８１）を備えて流体が欠乏した場合に信号（７２，７３；８９，９０による）を出力し、圧力媒体又は燃料の供給を停止に切り換えるセンサと接続されている、請求項８又は請求項８に関連する請求項９乃至２０の何れか１項による圧力エンジン。
22. 前記圧力媒体センサは、一方で、流体タンクを定める変位可能体（７９）に接続される前記固定子（１）における磁気ヘッド（８９）及び、他方で、前記変位可能体の所定位置において前記磁気ヘッドとの接触を検出する前記固定子（３）における磁界センサ（９０）から成り、前記磁界センサは信号線を介してピストンに選択的に燃料を供給する制御システムに接続される、請求項２０に関連する請求項２１による圧力エンジン。

Images