JP2017514062A - 往復機関 - Google Patents

Abstract

往復機関が、固定体及び少なくとも１の回転且つ往復部材を有する。この機関はまた、少なくとも１の燃焼室を有しており、燃焼室又は各燃焼室が、固定体に結合された少なくとも１の固定部材と少なくとも１の回転且つ往復部材との間に規定される。回転且つ往復部材又は各回転且つ往復部材は、回転且つ往復部材又は各回転且つ往復部材の往復運動が、回転且つ往復部材又は各回転且つ往復部材の回転を発生させるような方法で固定体に結合される。回転且つ往復部材又は各回転且つ往復部材は、回転且つ往復部材又は各回転且つ往復部材の回転運動のみが出力軸に伝達されるような方法で、出力軸に結合されている。【選択図】図１１

Description

本発明は、往復機関、特に、車両及び発電で使用するためのクランクシャフトの無い往復機関に関するが、これに限定されない。

多くの車両及び他の機械は、往復機関を使用している。機関の重要な特徴は、その効率性である。

クランクシャフトの使用が、多くの機関の効率性を制限している。往復ピストンが上死点付近にある場合、又は下死点付近にある場合、クランクシャフトのクランクは、クランクシャフトにピストンによって適用され得る回転力又はトルクを規制する角度を成す。

また、多くの機関は、高いスピードで動作する場合のみにおいて効率的である。そして、多くの適用が、低いスピードでの回転運動を要するため、減速ギアを要する。減速ギアの使用により、さらなる出力損失につながる。

現状の機関での高圧は、環境にとって有害な亜酸化窒素排出の発生に寄与している。高圧及び高温は、動作騒音のレベルの増加とともに、機関の部品に、さらなるストレスを発生させる。

燃焼室の設計及びチャンバの中の動力学が、機関全体の効率性において重要な因子である。多くの機関は、不十分な燃料空気混合及び燃焼特性を有している。

また、機関のブリージング効率が、効率性において重要な因子である。例えば４ストロークの機関は、クランクシャフト全体の回転を用いて、各シリンダのパージ及び再吸入を簡略化している。従来の２ストロークは、この問題を克服しているが、燃焼シリンダからの排気ガスの完全なパージの点で困難に直面している。

したがって、本発明の目的は、１又はそれ以上の上記の問題を解決するのに少なくともいくらかの補助になり、又は少なくとも有用な選択肢を公に提供する往復機関を提供することである。

したがって、第１の態様では、本発明は大きく、固定体及び少なくとも１の回転且つ往復部材を有する往復機関であって、当該往復機関が、さらに、少なくとも１の燃焼室を有しており、燃焼室又は各燃焼室が、固定体に結合された少なくとも１の固定部材と少なくとも１の回転且つ往復部材との間に規定されており、回転且つ往復部材又は各回転且つ往復部材が、回転且つ往復部材又は各回転且つ往復部材の往復運動が、回転且つ往復部材又は各回転且つ往復部材の回転を生じるような方法で固定体に結合されており、回転且つ往復部材又は各回転且つ往復部材が、回転且つ往復部材又は各回転且つ往復部材の回転運動のみが出力軸に伝達されるような方法で、出力軸に結合された往復機関を具えるといえる。

好適には、回転且つ往復部材又は各回転且つ往復部材が、出力軸と同心である。

好適には、固定部材又は各固定部材が、回転且つ往復部材又は各回転且つ往復部材と同心である。

好適には、固定部材又は各固定部材が、固定ピストン部材の形式である。

好適には、回転且つ往復部材又は各回転且つ往復部材が、固定部材と係合し且つ固定部材の周囲を往復運動するよう構成された少なくとも１の外側シリンダを有する。

好適には、燃焼室又は各燃焼室が、環状の燃焼室である。

好適には、環状の燃焼室又は各環状の燃焼室が、固定部材、少なくとも１の回転且つ往復部材の外側シリンダ、及び回転且つ往復部材の内側シリンダ間に規定される。

好適には、回転且つ往復部材又は各回転且つ往復部材が、１又はそれ以上のカム係合ローラと整合する１又はそれ以上の円筒形のエンドカムを介して固定体に結合されている。

好適には、カム係合ローラ又は各カム係合ローラが、往復機関の固定体に支持されている。

好適には、円筒形のエンドカム又は各円筒形のエンドカムが、回転且つ往復部材又は各回転且つ往復部材の一部である。

好適には、回転且つ往復部材又は各回転且つ往復部材が、スプライン結合を介して出力軸に結合されている。

好適には、スプライン結合又は各スプライン結合が、出力軸の雄形のスプライン形状及び関連する回転且つ往復部材の雌形のスプライン形状を有する。

好適には、固定部材又は各固定部材が、燃料噴射装置及び／又は燃料点火装置を取り付けるための手段を有する。

好適には、往復機関が、さらに、１又はそれ以上のプレチャージ室を有しており、各プレチャージ室が、少なくとも１の燃焼室に連通している。

好適には、往復機関が、さらに、１又はそれ以上のポンプ室を有しており、各ポンプ室が、少なくとも１のプレチャージ室に連通している。

好適には、回転且つ往復部材又は各回転且つ往復部材が、ポンプ室又は各ポンプ室の中でポンプ動作を与えるプランジャを有する。

好適には、ポンプ室又は各ポンプ室が、固定部材又は各固定部材の周囲に位置する環状の室である。

好適には、プレチャージ室又は各プレチャージ室が、固定部材又は各固定部材の中に位置する環状の室である。

好適には、ポンプ室又は各ポンプ室からプレチャージ室又は各プレチャージ室への空気の通路が、プレチャージ吸気弁によって制御される。

好適には、プレチャージ吸気弁又は各プレチャージ吸気弁が、ポンプ室の圧力がプレチャージ室内の圧力を超えた時に空気がプレチャージ室に入り得るよう構成された、圧力で作動するバルブである。

好適には、ポンプ室又は各ポンプ室の中への空気流が、ポンプ室吸気弁によって制御される。

好適には、ポンプ室吸気弁又は各ポンプ室吸気弁が、往復機関を囲む周囲圧力がポンプ室内の圧力を超えるときに空気がポンプ室に入り得るよう構成された、圧力で作動するバルブである。

好適には、プレチャージ室又は各プレチャージ室からそれに関連する燃焼室への空気の移動が、関連する外側シリンダがその燃焼又は動力行程の終わり又はその近傍にある時のみに開く吸気口又は通路によって制御される。

好適には、各燃焼室に関する吸気通路が、内側シリンダの周縁の周囲に位置する一連の長手穴である。

好適には、燃焼室又は各燃焼室の外への排気ガスの移動が、関連する外側シリンダがその燃焼又は動力行程の終わり又はその近傍にある時のみに開く排気口又は通路によって制御される。

好適には、各燃焼室に関する排気口が、関連する外側シリンダの周縁の周囲に位置する一連の穴である。

第２の態様では、本発明は大きく、実質的にここで特定されている少なくとも１の往復機関を組み込んだ車両又は発電機を具えるといえる。

また本発明は大きく、個別に又は集合的に、本願明細書で言及され又は示されたパーツ、部材及び態様、及び任意の２又はそれ以上のパーツ、部材又は態様のうちのいくつかの又は全ての組み合わせを具えているといえ、同等のものとして知られる特定の数がここで記載されている場合、このような同等のものが個々に説明されているかのように本書に盛り込まれている。

本発明のさらなる態様が、単に例として与えられる以下の記載から添付の図面を参照して明らかとなろう。

図１は、本発明に係る往復機関のアッセンブリの第１の例の斜視図である。 図２は、往復機関の第１の例の主要な固定パーツ及び出力軸の断面斜視図である。 図３は、往復機関の第１の例の回転及び往復部材の斜視図である。 図４は、回転及び往復部材の断面斜視図である。 図５は、組み立てられた往復機関の断面斜視図である。 図６は、組み立てられた往復機関の第２の断面斜視図である。 図７は、往復機関の固定部材の円筒部の斜視図である。 図８は、出力軸の斜視図である。 図９は、プレチャージ室と燃焼室との間の移送ポートを示す拡大された断面斜視図である。 図１０は、ポンプ室吸気口及びプレチャージ室吸気口を示す拡大された断面斜視図である。 図１１は、本発明に係る往復機関のアッセンブリの第２の例の断面斜視図である。 図１２は、往復機関の第２の例の主要な回転及び往復部材の断面斜視図である。 図１３は、往復機関の第２の例の主要な固定パーツの断面斜視図である。 図１４は、往復機関の第２の例の出力軸の斜視図である。 図１５は、点火部品を示す組み立てられた状態の往復機関の第２の例の断面斜視図である。 図１６は、燃料システムの部品を示す組み立てられた状態の往復機関の第２の例の断面斜視図である。

第１の例
本発明に係る往復機関（１１）の第１の例の主要部品を図１乃至１０に示す。往復機関（１１）は、固定ピストン又は複数の固定ピストンの上を往復運動する往復スリーブを有する型であり、燃焼室が２ストロークエンジンと同じような方法で空気を取り込む内燃機関である。この機関はクランクシャフトが無く、往復運動がエンドカム及びカム係合ローラ構成を介して回転運動に変換される。

他の２ストロークエンジンのように、往復機関（１１）は、各燃焼室（１５）に圧縮空気を供給するプレチャージ室（１３）を有する。しかしながら、以下で説明するように、この往復機関（１１）の動作シーケンスは、従来の２ストロークエンジンとは全く相違する。

また、往復機関（１１）は、固定体（１７）、回転且つ往復部材（１９）及び出力軸（２１）の態様によって区別され、これらは全て、往復機関（１１）の主要部品の主軸と同心で且つ整合する。固定体（１７）は、車両状況又は固定状況でエンジンを支持するためのエンジン取り付け具（２３）に取り付けられている。この構成は、顕著な出力対重量比を備えた比較的コンパクト且つ軽量なエンジンを提供する。

本例では、往復機関（１１）が２つの環状の燃焼室（１５）を有している。各燃焼室（１５）が、固定体（１７）に結合された固定部材（２５）と回転且つ往復部材（１９）との間に規定される。各固定部材（２５）は固定ピストン部材の形式である。

回転且つ往復部材（１９）は、各固定部材（２５）に係合し且つこの周りで往復運動するよう構成された２つの外側シリンダ（２７）を有する。各燃焼室（１５）は、それに関連する固定部材（２５）と、回転且つ往復部材（１９）の外側シリンダ（２７）及び内側シリンダ（２９）との間に規定される環状の室である。内側シリンダ（２９）の内径は、出力軸（２１）に嵌合し、これに対して往復運動する。

回転且つ往復部材（１９）は、回転且つ往復部材（１９）の往復運動が回転且つ往復部材（１９）の回転を生じるような方法で、固定体（１７）に結合されている。本例では、これは、それぞれカム係合ローラ（３３）に係合する２つの対向する円筒状のエンドカム（３１）を介して回転且つ往復部材（１９）を固定体（１７）に結合することによって達成される。２つの対向する円筒状のエンドカム（３１）は、回転且つ往復部材（１９）の一体型パーツである。各カム係合ローラ（３３）は、往復機関の固定体（１７）によって支持されている。

カム係合ローラ（３３）は、ローラ支持ブロック（３５）を介して往復機関の固定体（１７）に結合されている。各ローラ支持ブロック（３５）は、周りに個々のカム係合ローラ（３３）が取り付けられた２つのスタブアクスルを有する。ローラ（３３）は、最小限の転がり抵抗を与える一方で、各燃焼行程の際に回転且つ往復部材（１９）からのスラスト負荷を受けるニードルローラベアリングを有する。図６に示すように、ローラ（３３）にテーパが付いており、各ローラ（３３）のテーパの先端が出力軸（２１）の主軸と一致している。

回転且つ往復部材（１９）は、回転且つ往復部材（１９）の回転運動のみが出力軸に伝達されるような方法で、出力軸（２１）に結合されている。これは、スプライン結合を介して出力軸（２１）に回転且つ往復部材（１９）を結合することによって実現される。スプライン結合は、出力軸（２１）の雄型スプライン形状（３７）と、回転且つ往復部材（１９）の雌型スプライン形状（３９）とを有する。

この構成は、往復機関（１１）が動作し、回転且つ往復部材（１９）が回転且つ往復運動する際に、回転且つ往復部材（１９）の往復運動のみが、出力軸（２１）に伝達されることを意味する。

図２を参照すると、固定体（１７）が、主として外側の円筒シリンダ（４１）と円筒形のスリーブ（４１）の各端部のエンドキャップ（４３）とから成ることがわかる。固定ピストン（２５）の基端部がエンドキャップ（４３）に結合されている。

固定ピストン（２５）は、燃料ノズル（４５）及び／又は燃料点火装置（４７）を取り付けるための手段を有する。図６及び１０を参照すると、燃料ノズル（４５）が、固定ピストン（２５）の冠状部の手段に嵌合していることを示している。燃料ノズル（４５）は、各固定部材又は固定ピストン（２５）のピストンスカート（５１）の部分を形成する長手管（４９）の中に位置している。燃料噴射システムの作動は以下で説明する。

また、シュラウド（５３）が各固定ピストン（２５）の冠状部（５５）の周囲に結合され、シュラウド（５３）が固定ピストン（２５）の主軸に向かって角度を成し又はテーパを有することがわかる。シュラウド（５３）は、各燃焼行程の終わりにおける燃焼室（１５）の十分な掃気のために、内側シリンダ（２９）の外面に沿って流入空気と燃料との混合物を向けるようにデザインされている。

本例では、往復機関（１１）が２つのプレチャージ室（１３）を有しており、各プレチャージ室（１３）が関係する燃焼室（１５）に連通している。各プレチャージ室（１３）は、それに関連する固定ピストン（２５）のピストンスカート（５１）内に位置している。各プレチャージ室（１３）は、それに関連するピストンスカート（５１）、エンドキャップ（４３）、ピストンの冠状部（５５）及び内側シリンダ（２９）の外面間に規定される環状のチャンバである。

また、往復機関（１１）は、２つのポンプ室（５７）を有する。各ポンプ室（５７）は、空気フィルタを有する吸気システム（５９）から空気を引き込み、関連するプレチャージ室（１３）にポンピングされた空気を供給する。各ポンプ室（５７）は、それに関連する固定ピストン（２５）の周りに位置する環状のチャンバである。各ポンプ室（５７）は、外側の円筒スリーブ（４１）の内面、エンドキャップ（４３）の内面、及び関連するピストンスカート（５１）の外面、及びプランジャ（６１）の間に規定される。

各ポンプ室（５７）の中のポンプ動作が、固定ピストン（２５）に関連する回転且つ往復部材（１９）に結合されたプランジャ（６１）によって提供される。回転且つ往復部材（１９）が全サイクルを移動する度に、プランジャ（６１）もまた、ポンプ室（５７）の中で全ポンピングサイクルを移動する。

新鮮な空気が、初めに機関に外側からポンプ室（５７）の中に吸気システム（５９）を介して引き込まれる。ポンプ室（５７）の中への空気流は、このケースでは、吸気システム（５９）の第１の吸気シリンダ（６５）の内面に位置する一連のリードバルブによって与えられるポンプ室の吸気バルブ（６３）の構成によって制御される。

各ポンプ室の吸気バルブ（６３）は、往復機関（１１）の周りの周囲圧力がポンプ室（５７）の中の圧力を超える際に、空気がポンプ室（５７）に進入し得るよう構成された圧力動作バルブである。

各ポンプ室（５７）からそれに関連するプレチャージ室（１３）への空気の通路は、第１の吸気シリンダ（６５）と同心で且つその内側の第２の吸気シリンダ（６９）の内側周縁の周りに位置するプレチャージ吸気バルブ（６７）の構成によって制御される。各プレチャージ吸気バルブ（５３）は、例えばリードバルブといった、ポンプ室（４７）の圧力がプレチャージ室（１３）の圧力を超える場合に、空気がプレチャージ室（１３）に進入し得るよう構成された圧力動作バルブである。

図９を参照すると、各プレチャージ室（１３）からそれに関連する燃焼室（１５）への空気の移動が、吸気口又は通路（７１）によって制御されることが見られる。各燃焼室（１５）の吸気通路（７１）は、内側シリンダ（２９）の周縁の周囲に位置する一連の長手穴である。吸気通路（７１）は、関連する外側シリンダ（２７）がその燃焼又は動力行程の終わりにおいて又はその近傍において、吸気通路（７１）のみが、空気がプレチャージ室（１３）からそのそれぞれの燃焼室（１５）に移動する開放された経路を与えるような場所において、内側シリンダ（２９）に位置する。

燃焼室（１５）を出る排気ガスの移動は、排気口（７３）によって制御される。各燃焼室（１５）の排気口（７３）は、各外側シリンダ（２７）の周縁の周りに位置する一連の穴である。

各燃焼室（１５）の排気口（７３）は、関連する外側シリンダ（２７）がその燃焼又は動力行程の終わりにおいて又はその近傍においてのみ開放する。他の全ての時間では、排気口（７３）はピストンスカート（５１）を囲み、排気ガスが燃焼室（１５）を出るための開放口を与えない。

排気口（７３）は、プランジャ（６１）の中で排気通路（５９）と整合している。排気口（７３）がピストンスカート（５１）を開通させて開くのと同時に、それらはまた、外側の円筒スリーブ（４１）の第２の排気口（７５）と整合する。排気マニホルド（７７）が、第２の排気口（７５）を囲んでおり、排気ガスを収集してそれらを排気パイプ（７９）に導く。

狭小なエアブラストポンピング室（８１）もまた図１０に見られる。エアブラストポンピング室（８１）は、出力軸（２１）の外側周縁と、プレチャージ室（１３）の中に位置するエアブラストポンピング室のスカート（８３）の内径との間に規定される。空気が、圧力で作動するエアブラスト吸気バルブ（８５）を介してプレチャージ室（１３）からエアブラストポンピング室（８１）の中に引き込まれる。圧縮行程の間に、内側シリンダ（２９）の自由端は、それがエアブラストポンピング室（８１）の中に移動してこの室（８１）の中の空気を圧縮するため、ピストンとして機能する。

この室（８１）は、上記の長手管（４９）と連通している。空気は、エアブラストポンピング室（８１）から圧力で作動するエアブラスト排気バルブ（８７）を介して長手管（４９）の中に移動する。そして、エアブラストは、燃料ノズル（４５）を通って燃焼室（１５）の中に移動する。燃料管理システムによって燃料ノズル（４５）に供給される燃料は、エアブラストポンピング室（８１）からの空気のエアブラストによってピックアップされ、噴霧されて燃料ノズル（４５）を介して燃焼室（１５）に移送される。

図４及び５を参照して、この２気筒往復機関（１１）の動作シーケンスを以下で説明することとする。
・左側の外側シリンダ（２７）がその動力行程を通して（図５に示す位置に向かって）移動すると、それに関連するプランジャ（６１）が、ポンプ室の吸気バルブ（６３）から離れるよう移動し、外気からポンプ室（５７）の中に空気を引き込む。
・そして、右側のシリンダ（２７）がその動力行程を通して移動すると、左側のプランジャ（６１）が左側のポンプ室（５７）の中で空気を圧縮する。これと同じ行程の間に、左側のポンプ室（５７）の空気圧が、左側のプレチャージ室（１３）の中の圧力よりも大きくなり、圧縮空気が左側のプレチャージ室（１３）を満たす。
・そして、左側のシリンダ（２７）が、再びその動力行程を通して移動し、その動力行程の終わりにおいて吸気通路（７１）が開放され、左側のシリンダの排気口（７３）もまた開放されるため、左側のプレチャージ室（１３）の中の圧縮空気が左側の燃料室（１５）に進入してパージする。
・そして、左側のシリンダ（２７）が、燃料噴射の前に、再び圧縮行程を通して移動し、次の動力工程の開始時に点火する。

各吸気は、関連するシリンダの５つの行程の間に起きる６段階を経るといえる。
１．第１の動力行程の間に空気がポンプ室の中に引き込まれる。
２．第１の圧縮行程の間に、ポンプ室の中で同じ空気が圧縮され、プレチャージ室を通過する。
３．その後、第２の動力行程の間に、空気がプレチャージ室で待機する。
４．その後、第２の動力行程の終わりであって第２の圧縮行程の初めに、空気が燃焼室の中に移動し、燃焼室に進入すると、排気ガスを前の燃焼事象から押し出す。
５．その後、第２の圧縮行程の間に、新たにチャージされた空気が、燃焼室の中で圧縮される。
６．その後、第３の動力工程の間に、第１の動力工程の間にポンプ室の中に引き込まれた空気が燃焼に使用され、第３の動力工程の終わりに燃焼室の外にパージされる。

または、代替的に、機関を通して移動する空気は、関連する往復シリンダの５つの行程の際に生じる５つの異なる段階を経るといえる。
１．吸気−第１の燃焼事象の部分である第１の行程の間に、空気がポンプ室に引き込まれる。
２．圧縮−第２の行程の間に、同じ空気がポンプ室で圧縮され、プレチャージ室に入る。
３．パージ−第２の燃焼事象の部分である第３の行程の終わりに、空気がプレチャージ室から燃焼室の中に移送されることで、排気ガスを排気口の外に出す。
４．準備−その後、第２の圧縮事象の部分である第４の行程の間に、空気が燃料と混ざり、燃焼室で可燃混合気に圧縮される。
５．燃焼−空気／燃料混合気が点火され、気相膨張及びシリンダ圧を形成する。これにより、第３の燃焼事象の部分である第５の行程の後に動力源を形成する。

これは、時として「シェパード２ストローク燃焼サイクル」と称される。

往復機関（１１）を、様々な車両、又は発電装置、又は他の定置機関での適用に使用し得ると考えられる。

理想的には、エンドカムの外形は、できるだけ多くの外形に関して、機関の主軸に対してできる限り４５度に近いことである。これにより、できる限り大きな各往復シリンダの行程のために、往復シリンダから出力軸のトルクへの力の１対１の伝達を可能にする。このような方法では、各クランクの回転の大部分に関して非効率なクランク角で動作する従来のクランクシャフト機関で、より大きな効率を実現すると考えられている。

第２の例
本発明に係る往復機関（１１１）の第２の実施例を図１１乃至１６に示す。往復機関（１１１）は、以下の記載で言及することを除いて、往復機関（１１）の第１の例と同様である。

往復機関（１１１）の構造は、第１の例で使用されているような機関の各端部の多数の端隔壁の必要性を無くすことによって、ある程度簡略化されている。ポンプ室（１１３）からプレチャージ室（１１５）への空気の流れを制御するバルブ、すなわちポンプ室出口弁（１１７）及びプレチャージ出口弁（１１９）は、ここでは、固定ピストン（１２１）の基部の中に位置している。

第１の例のように、ポンプ室出口弁（１１７）及びプレチャージ出口弁（１１９）は、固定ピストン（１２１）壁の中に位置する多くの個々の室でできたプレチャージ室（１１５）を出入りする圧縮空気の移動を制御する。本実施例では、各プレチャージ室（１１５）は、機関のいずれかの端から視た場合に、実質的に腎臓のような形状であり、プレチャージ室（１１５）が固定ピストン（１２１）の中で軸方向に延在する。

往復機関（１１１）の第２の例の新たな構成は、製造、組立及びメンテナンスの観点から簡略化された燃料計量構成を提供する。燃焼室（１２９）の中への燃料の導入に関連する燃料部品が、ここでは機関の各端部の１つの隔壁（１３０）を通して設置される。

点火プラグ（１３１）がプレチャージ室（１１５）のうちの１つの中に位置しており、燃焼室（１２９）に向けて延在している。点火プラグ（１３１）へのアクセスは、ブランキングプラグ（１３３）を外し、点火プラグ（１３１）に向けてバルブ（１１７）、（１１９）間にソケットレンチを差し込むことによって、得られる。

燃料計量システムは、環状の固定ピストン（１２１）の周りの等間隔に設けられた一連の比較的細い送風管（１２３）を有している。燃料の液滴又は小滴が、又は少量のガス状燃料が、燃料ノズル（１２４）によって各送風管（１２３）の受容端（１２５）に導入され、その後、エアブラストポンプ室（１２７）からの空気が、送風管（１２３）を通してその燃料を燃焼室（１２９）の中に移送すると考えられる。燃料ノズル（１２４）は、機関（１１１）の各端部で隔壁（１３０）に取り付けられており、メンテナンスの目的のために簡単なアクセスが可能である。

往復機関（１１１）は、高い燃料効率の方式で動作することを意図している。この機関は、例えば、１分当たり３０００乃至６０００回転とは対照的に１分当たり５００乃至１５００回転の範囲で、現状の燃焼機関と比較して比較的低いスピードで稼働するであろうと考えられる。

また、作動圧力及び温度は、かなり低くなり、騒音及び振動が非常に低くなると期待される。ポンプ室（１１３）は、約２５乃至３０ｐｓｉの圧力に空気をポンピングしてプレチャージ室（１１５）に送り込むよう構成されている。そして、このプレチャージされた空気は、動力行程の終わりで燃焼室（１２９）の中に移送され、燃焼室（１２９）を掃気し、その後、その空気が圧縮行程の終わりで約４０−４５ｐｓｉに圧縮される。

圧縮行程の終わりに向かって、約１００ｐｓｉの圧力にポンピングされるエアブラストポンプ室（１２７）からの空気は、エアブラストポンプ室（１２７）から送風管（１２３）を通って燃焼室（１２９）の中に通過できる。上記のように、送風管（１２３）の受容端（１２５）の中に蓄積される燃料は、空気のブラストによって捕らえられ、燃焼室（１２９）の中に運ばれる。空気のこのブラストのタイミングは、燃焼室（１２９）とエアブラストポンプ室（１２７）との間の圧力の差によってある程度決定付けられる。

燃焼室（１２９）の圧力は、初めはエアブラストポンプ室（１２７）よりも高いであろうが、往復シリンダ（１３５）が固定ピストン（１２１）のうちの１つに関して燃焼行程の終わりに向けて移動する際に、関連するエアブラストポンプ室（１２７）の中の圧力が、燃焼室（１２９）の中の圧力を超える圧力に増加し、その後、空気がエアブラストポンプ室（１２７）から燃焼室（１２９）の中に送風管（１２３）を介して送り出される。

燃料は、圧縮行程の終わり近辺によって十分に燃焼室（１２９）に送達されるであろう。点火プラグ（１３１）は、クランクシャフト機関の用語を用いれば、往復シリンダ（１３５）が約１時の位置に移動するまで点火しないと考えられる。燃焼は、１時と５時の間で発生するであろうと考えられる。これは、エンドカム（１３７）の４５度の傾斜部がカム係合ローラ（１３９）に接触する時間に関係する。

この時間の間に、膨張する燃焼ガスによって往復シリンダ（１３５）に加わる力が、エンドカムによってトルクに変換される。この方法では、出力が燃焼プロセス全体の間に機関（１１１）から効率的に引き出されるため、機関の効率性が最大化される。これは、従来のクランクシャフト機関において１１時と５時との間で発生し、従来のクランクシャフト、コンロッド及びピストン構成の周知の規制により、２時と４時との間のみにおいてトルクに効率的に変換される燃焼と比較される。

図１６を参照すると、エアブラストポンプ室（１２７）からの空気のための通路が、細長い送風管（１２３）を通っていることが見られる。動力行程が開始してエアブラストポンプ室（１２７）の容積が再び膨張し始める前に、エアブラストポンプ室（１２７）の全ての圧縮空気が燃焼室（１２９）に入る時間を有するものではないと考えられる。始めに、エアブラストポンプ室（１２７）の中に残っている圧力が、動力行程の方向に往復シリンダ（１３５）を移動させるのを補助し、その後、プレチャージ室（１１５）の中で空気圧が高まるため、新たに供給される空気が再びプレチャージ室（１１５）からエアブラストポンプ室（１２７）の中に流れ、エアブラストポンプ室（１２７）を再充填する。

バリエーション
本発明の態様は単に例として説明したものであり、その範囲から逸脱せずにそれに対する変更及び追加を行うことができると考えるべきである。

上記の第１の例は、２つの燃焼室（１５）及び関連する部品を有している。この往復機関に関するバリエーションは、１つの燃焼室及び関連する部品、又は２つ以上の燃焼室及び関連する部品を有する。

上記の第１の例では、入口通路（７１）及び燃焼室の排気口（７３）を通る流れが、往復シリンダ（２７）と固定ピストン（２５）との間の相対位置によって制御される。代替的な構成では、入口通路（７１）及び／又は燃焼室の排気口（７３）が、圧力動作バルブによって又は機械式のバルブによって制御され得る。

上記の第１の例では、機関（１１）が、２つのカムローブを有する円筒形のエンドカム（３１）を有する。代替的な構成では、円筒形のエンドカムが、３又はそれ以上のカムローブを有する。カムローブの数を増やすことにより、ストロークをより短くすることができ、これにより、よりコンパクトな機関の組立が可能となる。

定義
本明細書を通して、「具える」という用語及び、「具える」、「具えている」といったその用語のバリエーションは、他の追加的用語、構成要素、整数又はステップを除外することを意図するものではない。

効果
したがって、本発明の少なくとも好適な形式が、クランクシャフトが無くエンドカム及びカム従動子構成を介して回転運動に往復運動を変換する往復機関を提供することが分かる。これにより、機関の広範囲の各回転に亘って機関から最大限のトルクを得ることが可能となる。

また、この機関はコンパクトであり、比較的少ない移動パーツを有しており、低コストの製造及び高い動作信頼性を可能にする。

環状の燃焼室の比較的大きな断面積が、機関全体の大きさと比較して機関に比較的高い行程容積を与える。ピストンの冠状部の広い面積が、機関によって大きな力を発生させることを可能にし、これにより、低い動作スピードにおいてさえも、比較的高いトルクが発生され得る。

本発明は、往復機関、特に、車両及び発電で使用するためのクランクシャフトの無い往復機関に関するが、これに限定されない。

多くの車両及び他の機械は、往復機関を使用している。機関の重要な特徴は、その効率性である。

クランクシャフトの使用が、多くの機関の効率性を制限している。往復ピストンが上死点付近にある場合、又は下死点付近にある場合、クランクシャフトのクランクは、クランクシャフトにピストンによって適用され得る回転力又はトルクを規制する角度を成す。

また、多くの機関は、高いスピードで動作する場合のみにおいて効率的である。そして、多くの適用が、低いスピードでの回転運動を要するため、減速ギアを要する。減速ギアの使用により、さらなる出力損失につながる。

現状の機関での高圧は、環境にとって有害な亜酸化窒素排出の発生に寄与している。高圧及び高温は、動作騒音のレベルの増加とともに、機関の部品に、さらなるストレスを発生させる。

燃焼室の設計及びチャンバの中の動力学が、機関全体の効率性において重要な因子である。多くの機関は、不十分な燃料空気混合及び燃焼特性を有している。

また、機関のブリージング効率が、効率性において重要な因子である。例えば４ストロークの機関は、クランクシャフト全体の回転を用いて、各シリンダのパージ及び再吸入を簡略化している。従来の２ストロークは、この問題を克服しているが、燃焼シリンダからの排気ガスの完全なパージの点で困難に直面している。

したがって、本発明の目的は、１又はそれ以上の上記の問題を解決するのに少なくともいくらかの補助になり、又は少なくとも有用な選択肢を公に提供する往復機関を提供することである。

したがって、第１の態様では、本発明は大きく、固定体及び少なくとも１の回転且つ往復部材を有する往復機関であって、当該往復機関が、さらに、少なくとも１の燃焼室を有しており、燃焼室又は各燃焼室が、固定体に結合された少なくとも１の固定部材と少なくとも１の回転且つ往復部材との間に規定されており、回転且つ往復部材又は各回転且つ往復部材が、回転且つ往復部材又は各回転且つ往復部材の往復運動が、回転且つ往復部材又は各回転且つ往復部材の回転を生じるような方法で固定体に結合されており、回転且つ往復部材又は各回転且つ往復部材が、回転且つ往復部材又は各回転且つ往復部材の回転運動のみが出力軸に伝達されるような方法で、出力軸に結合された往復機関を具えるといえる。

好適には、回転且つ往復部材又は各回転且つ往復部材が、出力軸と同心である。

好適には、出力軸が、回転且つ往復部材又は各回転且つ往復部材を通って延在している。

好適には、固定部材又は各固定部材が、回転且つ往復部材又は各回転且つ往復部材と同心である。

好適には、固定部材又は各固定部材が、固定ピストン部材の形式である。

好適には、回転且つ往復部材又は各回転且つ往復部材が、固定部材と係合し且つ固定部材の周囲を往復運動するよう構成された少なくとも１の外側シリンダを有する。

好適には、燃焼室又は各燃焼室が、環状の燃焼室である。

好適には、環状の燃焼室又は各環状の燃焼室が、固定部材、少なくとも１の回転且つ往復部材の外側シリンダ、及び回転且つ往復部材の内側シリンダ間に規定される。

好適には、回転且つ往復部材又は各回転且つ往復部材が、１又はそれ以上のカム係合ローラと整合する１又はそれ以上の円筒形のエンドカムを介して固定体に結合されている。

好適には、カム係合ローラ又は各カム係合ローラが、往復機関の固定体に支持されている。

好適には、円筒形のエンドカム又は各円筒形のエンドカムが、回転且つ往復部材又は各回転且つ往復部材の一部である。

好適には、回転且つ往復部材又は各回転且つ往復部材が、スプライン結合を介して出力軸に結合されている。

好適には、スプライン結合又は各スプライン結合が、出力軸の雄形のスプライン形状及び関連する回転且つ往復部材の雌形のスプライン形状を有する。

好適には、固定部材又は各固定部材が、燃料噴射装置及び／又は燃料点火装置を取り付けるための手段を有する。

好適には、往復機関が、さらに、１又はそれ以上のプレチャージ室を有しており、各プレチャージ室が、少なくとも１の燃焼室に連通している。

好適には、往復機関が、さらに、１又はそれ以上のポンプ室を有しており、各ポンプ室が、少なくとも１のプレチャージ室に連通している。

好適には、回転且つ往復部材又は各回転且つ往復部材が、ポンプ室又は各ポンプ室の中でポンプ動作を与えるプランジャを有する。

好適には、ポンプ室又は各ポンプ室が、固定部材又は各固定部材の周囲に位置する環状の室である。

好適には、プレチャージ室又は各プレチャージ室が、固定部材又は各固定部材の中に位置する環状の室である。

好適には、ポンプ室又は各ポンプ室からプレチャージ室又は各プレチャージ室への空気の通路が、プレチャージ吸気弁によって制御される。

好適には、プレチャージ吸気弁又は各プレチャージ吸気弁が、ポンプ室の圧力がプレチャージ室内の圧力を超えた時に空気がプレチャージ室に入り得るよう構成された、圧力で作動するバルブである。

好適には、ポンプ室又は各ポンプ室の中への空気流が、ポンプ室吸気弁によって制御される。

好適には、ポンプ室吸気弁又は各ポンプ室吸気弁が、往復機関を囲む周囲圧力がポンプ室内の圧力を超えるときに空気がポンプ室に入り得るよう構成された、圧力で作動するバルブである。

好適には、プレチャージ室又は各プレチャージ室からそれに関連する燃焼室への空気の移動が、関連する外側シリンダがその燃焼又は動力行程の終わり又はその近傍にある時のみに開く吸気口又は通路によって制御される。

好適には、各燃焼室に関する吸気通路が、内側シリンダの周縁の周囲に位置する一連の長手穴である。

好適には、燃焼室又は各燃焼室の外への排気ガスの移動が、関連する外側シリンダがその燃焼又は動力行程の終わり又はその近傍にある時のみに開く排気口又は通路によって制御される。

好適には、各燃焼室に関する排気口が、関連する外側シリンダの周縁の周囲に位置する一連の穴である。

第２の態様では、本発明は大きく、実質的にここで特定されている少なくとも１の往復機関を組み込んだ車両又は発電機を具えるといえる。

さらなる態様では、本発明は大きく、少なくとも１のシリンダと、シリンダと同軸の出力軸と、往復運動して出力軸を回転させるよう構成された少なくとも１の回転且つ往復部材とを有する往復内燃機関であって、回転且つ往復部材又は各回転且つ往復部材が、出力軸の長手軸に沿った回転且つ往復部材の往復運動を可能にする一方で、出力軸を中心とする又はこれに対する回転且つ往復部材の回転運動を防止する滑り継手を介して出力軸に結合されており、出力軸が、回転且つ往復部材又は各回転且つ往復部材を通って延在している往復内燃機関を具えるといえる。

好適には、回転且つ往復部材又は各回転且つ往復部材の往復運動が、少なくとも１のエンドカムと少なくとも１のカム係合ローラとの間の相互作用によって、回転且つ往復部材又は各回転且つ往復部材の回転運動に変換される。

好適には、カム係合ローラ又は各カム係合ローラにテーパが付いており、各ローラのテーパの先端が出力軸の主軸と一致している。

好適には、エンドカムもしくは各エンドカム又はカム係合ローラもしくは各カム係合ローラが、機関の固定体に固定されている。

好適には、エンドカムもしくは各エンドカムが、回転且つ往復部材又は各回転且つ往復部材の一部である。

好適には、機関が１又はそれ以上の燃焼室を有しており、燃焼室又は各燃焼室が、回転且つ往復部材又は各回転且つ往復部材と機関の少なくとも１の固定部材との間に規定される。

好適には、回転且つ往復部材又は各回転且つ往復部材が、両頭の回転且つ往復部材である。

好適には、両頭の回転且つ往復部材又は各両頭の回転且つ往復部材が、両頭の回転且つ往復部材又は各両頭の回転且つ往復部材の両端に燃焼室を規定する。

好適には、機関が少なくとも２の両頭の回転且つ往復部材を有する。

好適には、機関が、２つの両頭の回転且つ往復部材を有しており、２つの両頭の回転且つ往復部材が常に互いに反対方向に進むように、構成されている。

好適には、回転且つ往復部材又は各回転且つ往復部材と出力軸との間の結合が、回転且つ往復部材又は各回転且つ往復部材の促進するクリアランスを有するスプライン結合である。

好適には、回転且つ往復部材又は各回転且つ往復部材が、回転する場合のその軸を中心とする雌型のスプラインを有する。

好適には、出力軸が、その回転軸を中心とする１又はそれ以上の雄型のスプライン機構を有する。

また本発明は大きく、個別に又は集合的に、本願明細書で言及され又は示されたパーツ、部材及び態様、及び任意の２又はそれ以上のパーツ、部材又は態様のうちのいくつかの又は全ての組み合わせを具えているといえ、同等のものとして知られる特定の数がここで記載されている場合、このような同等のものが個々に説明されているかのように本書に盛り込まれている。

本発明のさらなる態様が、単に例として与えられる以下の記載から添付の図面を参照して明らかとなろう。

図１は、本発明に係る往復機関のアッセンブリの第１の例の斜視図である。 図２は、往復機関の第１の例の主要な固定パーツ及び出力軸の断面斜視図である。 図３は、往復機関の第１の例の回転及び往復部材の斜視図である。 図４は、回転及び往復部材の断面斜視図である。 図５は、組み立てられた往復機関の断面斜視図である。 図６は、組み立てられた往復機関の第２の断面斜視図である。 図７は、往復機関の固定部材の円筒部の斜視図である。 図８は、出力軸の斜視図である。 図９は、プレチャージ室と燃焼室との間の移送ポートを示す拡大された断面斜視図である。 図１０は、ポンプ室吸気口及びプレチャージ室吸気口を示す拡大された断面斜視図である。 図１１は、本発明に係る往復機関のアッセンブリの第２の例の断面斜視図である。 図１２は、往復機関の第２の例の主要な回転及び往復部材の断面斜視図である。 図１３は、往復機関の第２の例の主要な固定パーツの断面斜視図である。 図１４は、往復機関の第２の例の出力軸の斜視図である。 図１５は、点火部品を示す組み立てられた状態の往復機関の第２の例の断面斜視図である。 図１６は、燃料システムの部品を示す組み立てられた状態の往復機関の第２の例の断面斜視図である。

第１の例
本発明に係る往復機関（１１）の第１の例の主要部品を図１乃至１０に示す。往復機関（１１）は、固定ピストン又は複数の固定ピストンの上を往復運動する往復スリーブを有する型であり、燃焼室が２ストロークエンジンと同じような方法で空気を取り込む内燃機関である。この機関はクランクシャフトが無く、往復運動がエンドカム及びカム係合ローラ構成を介して回転運動に変換される。

他の２ストロークエンジンのように、往復機関（１１）は、各燃焼室（１５）に圧縮空気を供給するプレチャージ室（１３）を有する。しかしながら、以下で説明するように、この往復機関（１１）の動作シーケンスは、従来の２ストロークエンジンとは全く相違する。

また、往復機関（１１）は、固定体（１７）、回転且つ往復部材（１９）及び出力軸（２１）の態様によって区別され、これらは全て、往復機関（１１）の主要部品の主軸と同心で且つ整合し、出力軸（２１）が回転且つ往復部材（１９）を通って固定体（１７）の外に延在している。固定体（１７）は、車両状況又は固定状況でエンジンを支持するためのエンジン取り付け具（２３）に取り付けられている。この構成は、顕著な出力対重量比を備えた比較的コンパクト且つ軽量なエンジンを提供する。

本例では、往復機関（１１）が２つの環状の燃焼室（１５）を有している。各燃焼室（１５）が、固定体（１７）に結合された固定部材（２５）と回転且つ往復部材（１９）との間に規定される。各固定部材（２５）は固定ピストン部材の形式である。

回転且つ往復部材（１９）は、各固定部材（２５）に係合し且つこの周りで往復運動するよう構成された２つの外側シリンダ（２７）を有する。各燃焼室（１５）は、それに関連する固定部材（２５）と、回転且つ往復部材（１９）の外側シリンダ（２７）及び内側シリンダ（２９）との間に規定される環状の室である。内側シリンダ（２９）の内径は、出力軸（２１）に嵌合し、これに対して往復運動する。

回転且つ往復部材（１９）は、回転且つ往復部材（１９）の往復運動が回転且つ往復部材（１９）の回転を生じるような方法で、固定体（１７）に結合されている。本例では、これは、それぞれカム係合ローラ（３３）に係合する２つの対向する円筒状のエンドカム（３１）を介して回転且つ往復部材（１９）を固定体（１７）に結合することによって達成される。２つの対向する円筒状のエンドカム（３１）は、回転且つ往復部材（１９）の一体型パーツである。各カム係合ローラ（３３）は、往復機関の固定体（１７）によって支持されている。

カム係合ローラ（３３）は、ローラ支持ブロック（３５）を介して往復機関の固定体（１７）に結合されている。各ローラ支持ブロック（３５）は、周りに個々のカム係合ローラ（３３）が取り付けられた２つのスタブアクスルを有する。ローラ（３３）は、最小限の転がり抵抗を与える一方で、各燃焼行程の際に回転且つ往復部材（１９）からのスラスト負荷を受けるニードルローラベアリングを有する。図６に示すように、ローラ（３３）にテーパが付いており、各ローラ（３３）のテーパの先端が出力軸（２１）の主軸と一致している。

回転且つ往復部材（１９）は、回転且つ往復部材（１９）の回転運動のみが出力軸に伝達されるような方法で、出力軸（２１）に結合されている。これは、スプライン結合を介して出力軸（２１）に回転且つ往復部材（１９）を結合することによって実現される。スプライン結合は、出力軸（２１）の雄型スプライン形状（３７）と、回転且つ往復部材（１９）の雌型スプライン形状（３９）とを有する。また、スプライン結合は、滑り継ぎ手であるといえ、回転且つ往復部材（１９）を出力軸（２１）に対して長手方向に摺動させ得る。

この構成は、往復機関（１１）が動作し、回転且つ往復部材（１９）が回転且つ往復運動する際に、回転且つ往復部材（１９）の往復運動のみが、出力軸（２１）に伝達されることを意味する。

図２を参照すると、固定体（１７）が、主として外側の円筒シリンダ（４１）と円筒形のスリーブ（４１）の各端部のエンドキャップ（４３）とから成ることがわかる。固定ピストン（２５）の基端部がエンドキャップ（４３）に結合されている。

固定ピストン（２５）は、燃料ノズル（４５）及び／又は燃料点火装置（４７）を取り付けるための手段を有する。図６及び１０を参照すると、燃料ノズル（４５）が、固定ピストン（２５）の冠状部の手段に嵌合していることを示している。燃料ノズル（４５）は、各固定部材又は固定ピストン（２５）のピストンスカート（５１）の部分を形成する長手管（４９）の中に位置している。燃料噴射システムの作動は以下で説明する。

また、シュラウド（５３）が各固定ピストン（２５）の冠状部（５５）の周囲に結合され、シュラウド（５３）が固定ピストン（２５）の主軸に向かって角度を成し又はテーパを有することがわかる。シュラウド（５３）は、各燃焼行程の終わりにおける燃焼室（１５）の十分な掃気のために、内側シリンダ（２９）の外面に沿って流入空気と燃料との混合物を向けるようにデザインされている。

本例では、往復機関（１１）が２つのプレチャージ室（１３）を有しており、各プレチャージ室（１３）が関係する燃焼室（１５）に連通している。各プレチャージ室（１３）は、それに関連する固定ピストン（２５）のピストンスカート（５１）内に位置している。各プレチャージ室（１３）は、それに関連するピストンスカート（５１）、エンドキャップ（４３）、ピストンの冠状部（５５）及び内側シリンダ（２９）の外面間に規定される環状のチャンバである。

また、往復機関（１１）は、２つのポンプ室（５７）を有する。各ポンプ室（５７）は、空気フィルタを有する吸気システム（５９）から空気を引き込み、関連するプレチャージ室（１３）にポンピングされた空気を供給する。各ポンプ室（５７）は、それに関連する固定ピストン（２５）の周りに位置する環状のチャンバである。各ポンプ室（５７）は、外側の円筒スリーブ（４１）の内面、エンドキャップ（４３）の内面、及び関連するピストンスカート（５１）の外面、及びプランジャ（６１）の間に規定される。

各ポンプ室（５７）の中のポンプ動作が、固定ピストン（２５）に関連する回転且つ往復部材（１９）に結合されたプランジャ（６１）によって提供される。回転且つ往復部材（１９）が全サイクルを移動する度に、プランジャ（６１）もまた、ポンプ室（５７）の中で全ポンピングサイクルを移動する。

新鮮な空気が、初めに機関に外側からポンプ室（５７）の中に吸気システム（５９）を介して引き込まれる。ポンプ室（５７）の中への空気流は、このケースでは、吸気システム（５９）の第１の吸気シリンダ（６５）の内面に位置する一連のリードバルブによって与えられるポンプ室の吸気バルブ（６３）の構成によって制御される。

各ポンプ室の吸気バルブ（６３）は、往復機関（１１）の周りの周囲圧力がポンプ室（５７）の中の圧力を超える際に、空気がポンプ室（５７）に進入し得るよう構成された圧力動作バルブである。

各ポンプ室（５７）からそれに関連するプレチャージ室（１３）への空気の通路は、第１の吸気シリンダ（６５）と同心で且つその内側の第２の吸気シリンダ（６９）の内側周縁の周りに位置するプレチャージ吸気バルブ（６７）の構成によって制御される。各プレチャージ吸気バルブ（５３）は、例えばリードバルブといった、ポンプ室（４７）の圧力がプレチャージ室（１３）の圧力を超える場合に、空気がプレチャージ室（１３）に進入し得るよう構成された圧力動作バルブである。

図９を参照すると、各プレチャージ室（１３）からそれに関連する燃焼室（１５）への空気の移動が、吸気口又は通路（７１）によって制御されることが見られる。各燃焼室（１５）の吸気通路（７１）は、内側シリンダ（２９）の周縁の周囲に位置する一連の長手穴である。吸気通路（７１）は、関連する外側シリンダ（２７）がその燃焼又は動力行程の終わりにおいて又はその近傍において、吸気通路（７１）のみが、空気がプレチャージ室（１３）からそのそれぞれの燃焼室（１５）に移動する開放された経路を与えるような場所において、内側シリンダ（２９）に位置する。

燃焼室（１５）を出る排気ガスの移動は、排気口（７３）によって制御される。各燃焼室（１５）の排気口（７３）は、各外側シリンダ（２７）の周縁の周りに位置する一連の穴である。

各燃焼室（１５）の排気口（７３）は、関連する外側シリンダ（２７）がその燃焼又は動力行程の終わりにおいて又はその近傍においてのみ開放する。他の全ての時間では、排気口（７３）はピストンスカート（５１）を囲み、排気ガスが燃焼室（１５）を出るための開放口を与えない。

排気口（７３）は、プランジャ（６１）の中で排気通路（５９）と整合している。排気口（７３）がピストンスカート（５１）を開通させて開くのと同時に、それらはまた、外側の円筒スリーブ（４１）の第２の排気口（７５）と整合する。排気マニホルド（７７）が、第２の排気口（７５）を囲んでおり、排気ガスを収集してそれらを排気パイプ（７９）に導く。

狭小なエアブラストポンピング室（８１）もまた図１０に見られる。エアブラストポンピング室（８１）は、出力軸（２１）の外側周縁と、プレチャージ室（１３）の中に位置するエアブラストポンピング室のスカート（８３）の内径との間に規定される。空気が、圧力で作動するエアブラスト吸気バルブ（８５）を介してプレチャージ室（１３）からエアブラストポンピング室（８１）の中に引き込まれる。圧縮行程の間に、内側シリンダ（２９）の自由端は、それがエアブラストポンピング室（８１）の中に移動してこの室（８１）の中の空気を圧縮するため、ピストンとして機能する。

この室（８１）は、上記の長手管（４９）と連通している。空気は、エアブラストポンピング室（８１）から圧力で作動するエアブラスト排気バルブ（８７）を介して長手管（４９）の中に移動する。そして、エアブラストは、燃料ノズル（４５）を通って燃焼室（１５）の中に移動する。燃料管理システムによって燃料ノズル（４５）に供給される燃料は、エアブラストポンピング室（８１）からの空気のエアブラストによってピックアップされ、噴霧されて燃料ノズル（４５）を介して燃焼室（１５）に移送される。

図４及び５を参照して、この２気筒往復機関（１１）の動作シーケンスを以下で説明することとする。
・左側の外側シリンダ（２７）がその動力行程を通して（図５に示す位置に向かって）移動すると、それに関連するプランジャ（６１）が、ポンプ室の吸気バルブ（６３）から離れるよう移動し、外気からポンプ室（５７）の中に空気を引き込む。
・そして、右側のシリンダ（２７）がその動力行程を通して移動すると、左側のプランジャ（６１）が左側のポンプ室（５７）の中で空気を圧縮する。これと同じ行程の間に、左側のポンプ室（５７）の空気圧が、左側のプレチャージ室（１３）の中の圧力よりも大きくなり、圧縮空気が左側のプレチャージ室（１３）を満たす。
・そして、左側のシリンダ（２７）が、再びその動力行程を通して移動し、その動力行程の終わりにおいて吸気通路（７１）が開放され、左側のシリンダの排気口（７３）もまた開放されるため、左側のプレチャージ室（１３）の中の圧縮空気が左側の燃料室（１５）に進入してパージする。
・そして、左側のシリンダ（２７）が、燃料噴射の前に、再び圧縮行程を通して移動し、次の動力工程の開始時に点火する。

各吸気は、関連するシリンダの５つの行程の間に起きる６段階を経るといえる。
１．第１の動力行程の間に空気がポンプ室の中に引き込まれる。
２．第１の圧縮行程の間に、ポンプ室の中で同じ空気が圧縮され、プレチャージ室を通過する。
３．その後、第２の動力行程の間に、空気がプレチャージ室で待機する。
４．その後、第２の動力行程の終わりであって第２の圧縮行程の初めに、空気が燃焼室の中に移動し、燃焼室に進入すると、排気ガスを前の燃焼事象から押し出す。
５．その後、第２の圧縮行程の間に、新たにチャージされた空気が、燃焼室の中で圧縮される。
６．その後、第３の動力工程の間に、第１の動力工程の間にポンプ室の中に引き込まれた空気が燃焼に使用され、第３の動力工程の終わりに燃焼室の外にパージされる。

または、代替的に、機関を通して移動する空気は、関連する往復シリンダの５つの行程の際に生じる５つの異なる段階を経るといえる。
１．吸気−第１の燃焼事象の部分である第１の行程の間に、空気がポンプ室に引き込まれる。
２．圧縮−第２の行程の間に、同じ空気がポンプ室で圧縮され、プレチャージ室に入る。
３．パージ−第２の燃焼事象の部分である第３の行程の終わりに、空気がプレチャージ室から燃焼室の中に移送されることで、排気ガスを排気口の外に出す。
４．準備−その後、第２の圧縮事象の部分である第４の行程の間に、空気が燃料と混ざり、燃焼室で可燃混合気に圧縮される。
５．燃焼−空気／燃料混合気が点火され、気相膨張及びシリンダ圧を形成する。これにより、第３の燃焼事象の部分である第５の行程の後に動力源を形成する。

これは、時として「シェパード２ストローク燃焼サイクル」と称される。

往復機関（１１）を、様々な車両、又は発電装置、又は他の定置機関での適用に使用し得ると考えられる。

理想的には、エンドカムの外形は、できるだけ多くの外形に関して、機関の主軸に対してできる限り４５度に近いことである。これにより、できる限り大きな各往復シリンダの行程のために、往復シリンダから出力軸のトルクへの力の１対１の伝達を可能にする。このような方法では、各クランクの回転の大部分に関して非効率なクランク角で動作する従来のクランクシャフト機関で、より大きな効率を実現すると考えられている。

第２の例
本発明に係る往復機関（１１１）の第２の実施例を図１１乃至１６に示す。往復機関（１１１）は、以下の記載で言及することを除いて、往復機関（１１）の第１の例と同様である。

往復機関（１１１）の構造は、第１の例で使用されているような機関の各端部の多数の端隔壁の必要性を無くすことによって、ある程度簡略化されている。ポンプ室（１１３）からプレチャージ室（１１５）への空気の流れを制御するバルブ、すなわちポンプ室出口弁（１１７）及びプレチャージ出口弁（１１９）は、ここでは、固定ピストン（１２１）の基部の中に位置している。

第１の例のように、ポンプ室出口弁（１１７）及びプレチャージ出口弁（１１９）は、固定ピストン（１２１）壁の中に位置する多くの個々の室でできたプレチャージ室（１１５）を出入りする圧縮空気の移動を制御する。本実施例では、各プレチャージ室（１１５）は、機関のいずれかの端から視た場合に、実質的に腎臓のような形状であり、プレチャージ室（１１５）が固定ピストン（１２１）の中で軸方向に延在する。

往復機関（１１１）の第２の例の新たな構成は、製造、組立及びメンテナンスの観点から簡略化された燃料計量構成を提供する。燃焼室（１２９）の中への燃料の導入に関連する燃料部品が、ここでは機関の各端部の１つの隔壁（１３０）を通して設置される。

点火プラグ（１３１）がプレチャージ室（１１５）のうちの１つの中に位置しており、燃焼室（１２９）に向けて延在している。点火プラグ（１３１）へのアクセスは、ブランキングプラグ（１３３）を外し、点火プラグ（１３１）に向けてバルブ（１１７）、（１１９）間にソケットレンチを差し込むことによって、得られる。

燃料計量システムは、環状の固定ピストン（１２１）の周りの等間隔に設けられた一連の比較的細い送風管を有している。燃料の液滴又は小滴が、又は少量のガス状燃料が、燃料ノズル（１２４）によって各送風管（１２３）の受容端（１２５）に導入され、その後、エアブラストポンプ室（１２７）からの空気が、送風管（１２３）を通してその燃料を燃焼室（１２９）の中に移送すると考えられる。燃料ノズル（１２４）は、機関（１１１）の各端部で隔壁（１３０）に取り付けられており、メンテナンスの目的のために簡単なアクセスが可能である。

往復機関（１１１）は、高い燃料効率の方式で動作することを意図している。この機関は、例えば、１分当たり３０００乃至６０００回転とは対照的に１分当たり５００乃至１５００回転の範囲で、現状の燃焼機関と比較して比較的低いスピードで稼働するであろうと考えられる。

また、作動圧力及び温度は、かなり低くなり、騒音及び振動が非常に低くなると期待される。ポンプ室（１１３）は、約１００ｐｓｉの圧力に空気をポンピングしてプレチャージ室（１１５）に送り込むよう構成されている。そして、このプレチャージされた空気は、動力行程の終わりで燃焼室（１２９）の中に移送され、燃焼室（１２９）を掃気し、その後、その空気が圧縮行程の終わりで約４０−４５ｐｓｉに圧縮される。

圧縮行程の終わりに向かって、約１００ｐｓｉの圧力にポンピングされるエアブラストポンプ室（１２７）からの空気は、エアブラストポンプ室（１２７）から送風管（１２３）を通って燃焼室（１２９）の中に通過できる。上記のように、送風管（１２３）の受容端（１２５）の中に蓄積される燃料は、空気のブラストによって捕らえられ、燃焼室（１２９）の中に運ばれる。空気のこのブラストのタイミングは、燃焼室（１２９）とエアブラストポンプ室（１２７）との間の圧力の差によってある程度決定付けられる。

燃焼室（１２９）の圧力は、初めはエアブラストポンプ室（１２７）よりも高いであろうが、往復シリンダ（１３５）が固定ピストン（１２１）のうちの１つに関して燃焼行程の終わりに向けて移動する際に、関連するエアブラストポンプ室（１２７）の中の圧力が、燃焼室（１２９）の中の圧力を超える圧力に増加し、その後、空気がエアブラストポンプ室（１２７）から燃焼室（１２９）の中に送風管（１２３）を介して送り出される。

燃料は、圧縮行程の終わり近辺によって十分に燃焼室（１２９）に送達されるであろう。点火プラグ（１３１）は、クランクシャフト機関の用語を用いれば、往復シリンダ（１３５）が約１時の位置に移動するまで点火しないと考えられる。燃焼は、１時と５時の間で発生するであろうと考えられる。これは、エンドカム（１３７）の４５度の傾斜部がカム係合ローラ（１３９）に接触する時間に関係する。

この時間の間に、膨張する燃焼ガスによって往復シリンダ（１３５）に加わる力が、エンドカムによってトルクに変換される。この方法では、出力が燃焼プロセス全体の間に機関（１１１）から効率的に引き出されるため、機関の効率性が最大化される。これは、従来のクランクシャフト機関において１１時と５時との間で発生し、従来のクランクシャフト、コンロッド及びピストン構成の周知の規制により、２時と４時との間のみにおいてトルクに効率的に変換される燃焼と比較される。

図１６を参照すると、エアブラストポンプ室（１２７）からの空気のための通路が、細長い送風管（１２３）を通っていることが見られる。動力行程が開始してエアブラストポンプ室（１２７）の容積が再び膨張し始める前に、エアブラストポンプ室（１２７）の全ての圧縮空気が燃焼室（１２９）に入る時間を有するものではないと考えられる。始めに、エアブラストポンプ室（１２７）の中に残っている圧力が、動力行程の方向に往復シリンダ（１３５）を移動させるのを補助し、その後、プレチャージ室（１１５）の中で空気圧が高まるため、新たに供給される空気が再びプレチャージ室（１１５）からエアブラストポンプ室（１２７）の中に流れ、エアブラストポンプ室（１２７）を再充填する。

バリエーション
本発明の態様は単に例として説明したものであり、その範囲から逸脱せずにそれに対する変更及び追加を行うことができると考えるべきである。

上記の第１の例は、２つの燃焼室（１５）及び関連する部品を有している。この往復機関に関するバリエーションは、１つの燃焼室及び関連する部品、又は２つ以上の燃焼室及び関連する部品を有する。

上記の第１の例では、入口通路（７１）及び燃焼室の排気口（７３）を通る流れが、往復シリンダ（２７）と固定ピストン（２５）との間の相対位置によって制御される。代替的な構成では、入口通路（７１）及び／又は燃焼室の排気口（７３）が、圧力動作バルブによって又は機械式のバルブによって制御され得る。

上記の第１の例では、機関（１１）が、２つのカムローブを有する円筒形のエンドカム（３１）を有する。代替的な構成では、円筒形のエンドカムが、３又はそれ以上のカムローブを有する。カムローブの数を増やすことにより、ストロークをより短くすることができ、これにより、よりコンパクトな機関の組立が可能となる。

定義
本明細書を通して、「具える」という用語及び、「具える」、「具えている」といったその用語のバリエーションは、他の追加的用語、構成要素、整数又はステップを除外することを意図するものではない。

効果
したがって、本発明の少なくとも好適な形式が、クランクシャフトが無くエンドカム及びカム従動子構成を介して回転運動に往復運動を変換する往復機関を提供することが分かる。これにより、機関の広範囲の各回転に亘って機関から最大限のトルクを得ることが可能となる。

また、この機関はコンパクトであり、比較的少ない移動パーツを有しており、低コストの製造及び高い動作信頼性を可能にする。

環状の燃焼室の比較的大きな断面積が、機関全体の大きさと比較して機関に比較的高い行程容積を与える。ピストンの冠状部の広い面積が、機関によって大きな力を発生させることを可能にし、これにより、低い動作スピードにおいてさえも、比較的高いトルクが発生され得る。

Claims (20)

1. 固定体及び少なくとも１の回転且つ往復部材を有する往復機関であって、
   当該往復機関が、さらに、少なくとも１の燃焼室を有しており、前記燃焼室又は各燃焼室が、前記固定体に結合された少なくとも１の固定部材と少なくとも１の回転且つ往復部材との間に規定されており、前記回転且つ往復部材又は各回転且つ往復部材が、前記回転且つ往復部材又は各回転且つ往復部材の往復運動が、前記回転且つ往復部材又は各回転且つ往復部材の回転を生じるような方法で前記固定体に結合されており、前記回転且つ往復部材又は各回転且つ往復部材が、前記回転且つ往復部材又は各回転且つ往復部材の回転運動のみが出力軸に伝達されるような方法で、出力軸に結合されていることを特徴とする往復機関。
2. 請求項１に記載の往復機関において、
   前記回転且つ往復部材又は各回転且つ往復部材が、前記出力軸と同心であることを特徴とする往復機関。
3. 請求項１又は２に記載の往復機関において、
   前記固定部材又は各固定部材が、前記回転且つ往復部材又は各回転且つ往復部材と同心であることを特徴とする往復機関。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の往復機関において、
   前記固定部材又は各固定部材が、固定ピストン部材の形式であることを特徴とする往復機関。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の往復機関において、
   前記回転且つ往復部材又は各回転且つ往復部材が、固定部材と係合し且つ固定部材の周囲を往復運動するよう構成された少なくとも１の外側シリンダを有することを特徴とする往復機関。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の往復機関において、
   前記燃焼室又は各燃焼室が、環状の燃焼室であることを特徴とする往復機関。
7. 請求項６に記載の往復機関において、
   前記環状の燃焼室又は各環状の燃焼室が、固定部材、少なくとも１の回転且つ往復部材の外側シリンダ、及び前記回転且つ往復部材の内側シリンダ間に規定されることを特徴とする往復機関。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の往復機関において、
   前記回転且つ往復部材又は各回転且つ往復部材が、１又はそれ以上のカム係合ローラと整合する１又はそれ以上の円筒形のエンドカムを介して前記固定体に結合されていることを特徴とする往復機関。
9. 請求項７に記載の往復機関において、
   前記円筒形のエンドカム又は各円筒形のエンドカムが、前記回転且つ往復部材又は各回転且つ往復部材の一部であることを特徴とする往復機関。
10. 請求項１乃至９のいずれか一項に記載の往復機関において、
    前記回転且つ往復部材又は各回転且つ往復部材が、スプライン結合を介して前記出力軸に結合されていることを特徴とする往復機関。
11. 請求項１０に記載の往復機関において、
    前記スプライン結合又は各スプライン結合が、前記出力軸の雄形のスプライン形状及び関連する回転且つ往復部材の雌形のスプライン形状を有することを特徴とする往復機関。
12. 請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の往復機関において、
    前記往復機関が、さらに、１又はそれ以上のプレチャージ室を有しており、
    各プレチャージ室が、少なくとも１の燃焼室に連通していることを特徴とする往復機関。
13. 請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の往復機関において、
    前記往復機関が、さらに、１又はそれ以上のポンプ室を有しており、
    各ポンプ室が、少なくとも１のプレチャージ室に連通していることを特徴とする往復機関。
14. 請求項１３に記載の往復機関において、
    前記回転且つ往復部材又は各回転且つ往復部材が、前記ポンプ室又は各ポンプ室の中でポンプ動作を与えるプランジャを有することを特徴とする往復機関。
15. 請求項１３又は１４に記載の往復機関において、
    前記ポンプ室又は各ポンプ室から前記プレチャージ室又は各プレチャージ室への空気の通路が、プレチャージ吸気弁によって制御されることを特徴とする往復機関。
16. 請求項１５に記載の往復機関において、
    前記プレチャージ吸気弁又は各プレチャージ吸気弁が、前記ポンプ室の圧力が前記プレチャージ室内の圧力を超えた時に空気が前記プレチャージ室に入り得るよう構成された、圧力で作動するバルブであることを特徴とする往復機関。
17. 請求項１２乃至１６のいずれか一項に記載の往復機関において、
    前記ポンプ室又は各ポンプ室の中への空気流が、ポンプ室吸気弁によって制御されることを特徴とする往復機関。
18. 請求項５乃至１７のいずれか一項に記載の往復機関において、
    前記プレチャージ室又は各プレチャージ室からそれに関連する燃焼室への空気の移動が、関連する外側シリンダがその燃焼又は動力行程の終わり又はその近傍にある時のみに開く吸気口又は通路によって制御されることを特徴とする往復機関。
19. 請求項５乃至１８のいずれか一項に記載の往復機関において、
    前記燃焼室又は各燃焼室の外への排気ガスの移動が、関連する外側シリンダがその燃焼又は動力行程の終わり又はその近傍にある時のみに開く排気口又は通路によって制御されることを特徴とする往復機関。
20. 実質的に請求項１乃至１９のいずれか一項に記載の少なくとも１の往復機関を組み込んだ車両又は発電機。

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