JP2013253607A - ロータリーピストンおよびシリンダ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 ロータリーピストンおよびシリンダ装置は、シリンダ空間に対して開口の位置および範囲のうちの少なくとも一方が変更できるように変位可能部分を移動させることができる調整可能なポート装置を有する。
【選択図】 図1
Description
固定子は、所望であれば一般にリングを越えて径方向外側に延びる部分を備えていてもよい。
理論上、シャッター手段は往復運動をすることができるが、特に高速度を要求される場合には往復運動を行う要素の使用を避けるのが非常に好ましく、シャッター手段は、シャッター手段の開状態においてシャッターディスクを通じた少なくとも1つのピストンの通過を許容するように環状シリンダ空間の円周方向に延びる穴とほぼ一致する位置に配置される少なくとも1つの開口を備えた少なくとも1つの回転式シャッターディスクであることが好ましい。
回転子はシャッターディスクを収容するようになっていることが好ましい。
シャッターディスクは、回転子から適切な伝達手段によって駆動されることが好ましい。
ピストンは、該開口が環状シリンダ空間を通過するとき、停止することなく可動シャッター手段の開口を通過するように形成されることが好ましい。ピストンは、ピストンが開口を通過するとき密封部分(シール)が形成されるように、シャッター手段のピストンと開口との間に最小の隙間があるように形成されることが好ましい。密封部分はピストンの前面または背面、または端部に提供されることが好ましい。圧縮機の場合には前面に密封部分を提供できるであろうし、膨張機の場合には背面に密封部分を提供することができるであろう。
この点が、ピストンが比較的高い摩擦推力を引き起こす適当なピストンリングによってシリンダと同軸に保持される従来の往復動ピストン装置とは異なることが理解されるであろう。
固定子は、少なくとも1つの吸気ポートと少なくとも1つの排気ポートとを有することが好ましい。
シャッターディスクの角速度に対する回転子の角速度の比は、1:1であることが好ましい。
図2aは、側壁12内のポート11と、環状シリンダ空間3を画成する2つの側壁12およびベース13とを備えた固定子10を示している。固定子10はシャッターディスク5を収容するのに必要な大きさの放射状のスロット4を有しており、その目的は環状シリンダ空間3を分割することである。
装置2bの固定子10aの側壁にあるポート11aは、新鮮なチャージが引き込まれる吸気ポートを形成している。
圧縮装置および膨張装置をこのような方法で結合することによってエンジンを形成することには、圧縮サイクルと膨張サイクルとが独立して最適化されることを可能にする。例えば、圧縮装置2aは膨張装置と異なる温度で運転することができ、圧縮装置2aは膨張装置に対して異なる密閉戦略または異なる潤滑戦略を用いてもよく、および/または装置2aの圧縮比および装置2bの膨張比が異なっていてもよい。
重要なことには、熱交換器20は、該熱交換器中の排気ガスが移送通路14中のガスと混合することを許容しない。
エンジンアセンブリ1の使用中、圧縮装置2aは、ピストン8aおよび回転子リング7が回転するにつれて開口ポート11aを通じて流体を引き込む。同時に、ピストン8aの後ろの空気を誘導するので、回転子リング7の最後の完全な回転中に誘導された流体は、シャッターディスク5aに対してピストン8aの前で圧縮される。
図3は、類似の参照番号が類似の機能を示す内燃機関100の装置2aを示しており、一部の排気ガスは移送通路14に再循環させられる。排気ガスが排気マニホールド21から移送通路14へ通過する経路が、付加のマニホールド23により提供される。ポンプ22は、排気マニホールド21と移送通路14の間の排気ガスの流れを制御するように機能する。さらなる弁、ポンプ、または他の流体制御手段を用いてこの流れを制御してもよいことが理解されるだろう。
図4は、移送通路の流体の乱流を助長するために、使用中、該移送通路14内のガスの流れを修正するように適合された装置24を含む内燃機関200を示している。装置24は多くの方法で実現され、静止していても、可動であっても、および/またはエネルギーが供給されていてもよい。該装置(参照番号24で概略的に示される)は、移送通路空間に拡張可能な1つまたは2つ以上のフラップ、またはその流体の流れ特性を修正するために、ガスが衝突する表面部を有する多くの他の機能または形状を有していてもよい。装置24は空気力学的装置として説明することもできる。移送通路で生成された乱流は、渦巻き運動および/または転がり運動の1つまたはその組み合わせを有していてもよい。
重要なことには、移送通路14の流体の乱流の度合いが膨張装置2bの燃焼を少なくとも部分的に制御し、したがって乱流の適切な制御を利用して燃焼効率を最大にすることができるであろう。乱流の最適量は、異なるエンジン動作速度、異なるエンジン負荷、および異なる燃料に対して変化する。
2つの回転自在に取り付けられたフラップ装置25を有するさらなる乱流発生装置24bを図15に示している。各フラップ装置25は、(双頭の矢印で示されるような)ねじれに対して柔軟なステム26を有しており、該ステムはフラップ部27に連結されている。該装置は、低流体流速で使用されている間各フラップ装置が流体に大きい表面を提供し、その結果乱流が増加して発生するようになっている。しかし、流体速度が速くなってしまうと、ステム26は曲げられ、その結果流体の流れに提供された表面積は減少するであろう。さらなる代替の「受動的」装置では、回転自在に取り付けられたフラップ装置のステムは、フラップ装置が流体の流れに対してより大きい表面積を提供する方へ付勢される弾力のある付勢手段(例えばばね)と係合可能である。他の実施形態では、ステム26は実質的に固い構造物であるが、各フラップ部は、流体流速の変化に応じたたわみを提供するような十分に曲げやすい構造である。
燃料を移送通路14に注入することは、滑沢剤に影響を与えまたは被膜を損傷するであろう移送通路の壁を湿らせる燃料が、圧縮機2aに存在しないことも意味している。好都合に、圧縮装置2aに燃料が存在しなければ該圧縮装置の構成材料が最適化される。
図6は、サイクル中圧縮流体を保存できる弁手段28によって移送通路14に取り付けられたレセプタクル/貯蔵タンク27を有する内燃機関400を示している。
本発明の他の実施形態は、図1の少なくとも2つのロータリーピストンおよびシリンダ装置2aおよび2bと、その間の移送通路と、2つの熱交換器配置と、図3の排気ガス再循環装置と、図4の乱流発生装置と、図5の燃料噴射配置と、図6の圧縮流体レセプタクルと、図7の共振空洞とを有することが理解されるであろう。
固定子センブリ600は、第2の開口601bをさらに備えているが、その角度範囲は摺動可能なカバー部材602の動作によって変更することができない。
過給機の実施形態におけるこのような方法によるポートの制御により、過給機の回転速度を変えることなく、過給機の質量流量を変えることができる。
ここで図9を参照すると、ポート711が摺動可能部材712によって可変的に弁で調整されるロータリーピストンおよびシリンダ装置の固定子の外部ハウジングに備えられた可変ポート装置が示されている。壁には壁部713によって画成されるほぼ部分的に螺旋形の形状のチャネルが形成されている。摺動可能部材712は、少なくともピストンの観点から見て、ピストンが摺動可能部材を通過するとき漏れ経路が発生しないように、外部ハウジングの部分に「取って代わる」ように意図されている。外部ハウジングの開口711および回転子リング7のポート9は、ポート9と開口711がほぼ重なったとき、開いた弁を形成する。摺動可能部材712によりこの弁のタイミングを変えることができる。摺動可能部材は、図8の可変絞り601aと同じ方法で開口711の角度範囲を制御することを可能にしている。
異なる実施形態では、摺動可能部材によって制御されるポートが、ポート9に加えてまたは代わって回転子リング7に設けられる。これは、外部ハウジングの言及した第1のポートと開口との相互作用によって形成される弁のタイミングを調整することを可能にする。
圧縮比が吸気ポートの角度範囲(上で説明した)の拡大により圧縮機において下げられると、圧縮容積は減少するが、排気ポートからの排出容積は変化しない(他のパラメータが変化しなければ)。その代りに、回転子リング7のポート9または外部ハウジング30の開口31のいずれかに取って代わることができるポート711の角度範囲を大きくするように部材712を摺動させることにより圧縮比を低下させることができれば、圧縮容積は変化しないが、排気ポートから排出される容積は増加する。
吸気ポートの角度範囲および排気弁タイミング(そのタイミングはポート9および開口31の角度範囲によって制御される)を共に変えることができれば、圧縮容積すなわち質量流量、および圧縮比は独立して変えることができる。例えば、吸気ポートの角度範囲が大きくなると圧縮容積は減少する。排気弁タイミングが変化しない場合には圧縮比は下げられるが、排気弁を形成する1つまたは両方のポートの範囲を小さくすると圧縮比を維持することができる。このことは、圧縮比は変わらずに質量流量が減少したことを意味している。
他の実施形態では、1つまたは2つ以上の弁部材725、726、727、および728は、環状シリンダ空間の概略径方向へポート724に向かっておよびそれから離れるように動くことができる。
は折り畳み方式で「スタック」に互いに折り重ねられるが一方、他の1つまたは2つ以上の要素はポート開口部の一部をカバーする位置に留まったままである。逆に、ポート開口部のサイズを小さくする必要がある場合、1つまたは2つ以上の要素の必要な数は、スタックから「広げられ」、開口部を閉じる。要素をスタックに折り重なった開口部から上方へ持ち上げることができる他の実施形態が可能である。
Claims (5)
- 環状シリンダ空間および調整可能なポート装置を有するロータリーピストンおよびシリンダ装置であって、前記環状シリンダ空間は、少なくとも1つのピストンを含むリングの形状の回転子によって少なくとも部分的に画成され、該少なくとも1つのピストンは、リングの内部に延び、前記調整可能なポート装置は、回転子に設けられてシリンダ空間と該シリンダ空間の外部領域との間の流体連通を提供する開口領域に対して可動の変位可能部分を有し、該調整可能なポート装置はシリンダ空間に対して前記開口の位置および範囲のうちの少なくとも一方が変更できるように前記変位可能部分を移動させることができる、ロータリーピストンおよびシリンダ装置。
- 前記変位可能部分は、前記回転子の回転軸の周囲で回転運動をするように取り付けられた径方向に外側のハウジング部を有する請求項1に記載のロータリーピストンおよびシリンダ装置。
- 前記回転子の回転軸の周囲を互いに対して動くように取り付けられた1つまたは2つ以上の径方向に外側のハウジング部を有する請求項2に記載のロータリーピストンおよびシリンダ装置。
- 前記複数のハウジング部は隣接している請求項3に記載のロータリーピストンおよびシリンダ装置。
- ロータリーピストンおよびシリンダ装置であって、回転子は開口領域を備え、固定子は開口領域を備えており、前記回転子と前記固定子の少なくとも1つは可動部分を備え、連通する場合には前記2つの開口領域は環状シリンダ空間と前記装置の外部領域との間の流体連通を提供し、該装置は、使用中可動部分を移動させることができ、そのため前記開口領域の少なくとも1つの範囲および位置のうちの少なくとも一方を変更することができるように配置され、前記環状シリンダ空間は、少なくとも1つのピストンを含むリングの形状の回転子によって少なくとも部分的に画成され、該少なくとも1つのピストンは、リングの内部に延びる、ロータリーピストンおよびシリンダ装置。
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