JP3717181B2 - アキシャルピストンロータリーエンジン - Google Patents

Description

発明の技術分野
本発明は、ロータリー内燃エンジンに関し、より詳しくは、現在までに開発されてきたロータリーエンジンと基本的原理が異なるエンジンに関する。
背景技術
最近、もっとも流通しているロータリーエンジンのタイプは、外側端部がガイドトラックに対して相対的に動けるようになった、ピストンの入ったシリンダーが放射状に配された回転ブロックを使用する構造で、たとえば、ボッダ（Bodda）によるドイツ出願明細書６１９、９５５号、さらに多くの米国特許４、００３、３５１号、４、０２３、５３６号、４、９７４、５５３号などに、示されている。これら数件の提案は、空気と燃料を各シリンダーおよびピストンごとに燃焼室に周期的に吸入させる手段、それぞれの燃焼室内の空気と燃料の圧縮混合物の燃焼を引き起こす手段、そして空気と燃料の燃焼生産物を周期的に排気させる手段などの、上記タイプのロータリーエンジンの操作に必要となる付帯機構も含めて、ロータリーエンジンの分野に、有益な貢献をしてきたが、その設計細部は複雑である。
本発明者らは最近、先に述べた一般的な種類のロータリーエンジンにおける、放射状ピストンタイプのものを開発し、オーストラリア特許出願の仮明細書PN６４７４号に開示した。本発明者らはこのエンジンについて、放射状のピストンを有するロータリーエンジンに関して、これまでの提案に勝る多くの利点を有していることを、確信している。
それにもかかわらず本発明者らは、最近流通しているエンジンの分野でさらに開発を続け、そのなかで、他のタイプのロータリーエンジンを検討することになった。つまり、シリンダーが中心軸のまわりを等間隔に並んで、そのピストンは相互にそして中心軸に対しても平行となり、ピストンの駆動手段はカムトラック手段と共働するように設けられ、その結果、ローター装置が出力シャフトを回転させるようになったものである。平行シリンダーロータリーエンジンの基本的なタイプの例が、アンザローン（Anzalone）による米国特許４、２８７、８５８号、チャング（Chang）による同４、２５０２８３号、クリスチャンセン（Kristiansen）による同４、０２２、１６７号に見いだされる。しかしこれらはすべて、面倒な構造になっており、ピストンの取り付けやガイドが入り組んでいるため、装置として過度に長くなる。このようなエンジンは、米国特許４、２８７、８５８号にあるように、協動カム配列が装置の中間に設けられているような場合に特に、適用されるものである。また、別々のピストンが用いられてそれぞれが独立して取り付けられている場合、すべてに通常のピストンスカートと軸方向のガイド手段が設けられなければならず、その結果、装置として重量が高く、コストがかかり、面倒なものとなる。なお留意すべきことは、本発明の開示は先に刊行された明細書から引きだされており、それらに対応する構造配列が本発明の付帯機構においても同様に要求される場合は、本発明者らによる今回の提案ではこれらの構造配列に限っては細部を述べる必要がなく、その結果、本明細書では、全体的原理、特異点、そして発明の態様に集中できるようになったということである。
本発明は、ピストン軸が相互に平行であり中心軸の周りに配されている公知のタイプのエンジンにおいて、現在まつわる問題を克服するあるいは軽減することを目指して構成された。また本発明の主な目的は、比較的短いシリンダーとピストンを用いても、最大効率を得られるような新しい駆動手段を提供することである。
本発明の他の目的は、重量が低く、小型で、そして最少数の部品、特に摩耗部品に関して最少数から構成されたエンジンを提供することである。
本発明のさらに他の目的は、石油や他の燃焼燃料いずれでも作動できるが、特にディーゼルのような燃焼の遅い燃料での作動に適した、エンジンを提供することである。
本発明のさらに別の目的は、前記のタイプのロータリーエンジンを提供し、それによって、すべての燃料を最大の経済性で燃焼し排気量を減少させることである。本発明の他の目的および利点は、以降に明らかとなろう。
発明の開示
前記および他の目的を据えて本発明は、そのひとつの態様におけるロータリー内燃エンジンで、長手方向の回転軸の周りに等間隔で配されたシリンダーのそれぞれに、往復運動が可能なように設けられたピストンを有しており、前記軸はハウジングの第１および第２端部プレートそれぞれの穴を通って回転可能かつ気密可能に通過する出力シャフトの回転軸であり、ハウジング内ではピストンとシリンダーが前記出力シャフトに固定された回転可能なローター装置の一部として動き、一方で、ピストンはシリンダー内で同時に往復運動が可能で、カム従動手段が各ピストンに付随しハウジング周りの波動するカムトラック手段と協動するようにされ、シリンダーの中ぐり部分の作用端部（operative end）に燃料を運びその作用端部からの排気ガスを運ぶ手段が設けられ、それによって前記燃料の前記中ぐり部分内で燃焼が繰り返されてピストンの往復運動をもたらし、その結果、カムトラック手段に抗してピストンが押し込まれ、ローター装置と出力シャフトの回転を引き起こすようになっている前記ロータリー内燃エンジンにおいて；ピストンがワンセットにつき２本以上のピストンを含むセットを２つ有し、各セットのピストンは、ローター装置および出力シャフトの回転軸周りに位置し、各セットのピストンが同調した動きをとるようピストン接続手段によって相互接続され、また、シリンダー内のピストンの一方のセットの運動方向を他方のピストンのセットの運動方向に対して確実に反対にするようピストンのカム従動手段がカムトラック手段と協働するように構成されていることを特徴とする。
各セットのピストンが、出力シャフトが通って延びる穴を備えたピストン取り付けプレート形式のピストン接続手段を有すると好ましく、これによって、ピストン取り付けプレートはローター装置の一部として出力シャフトに接続され、一方で、前記軸および出力シャフトに沿った方向に摺動可能にガイドされて、ピストンのシリンダー内での運動を可能にしている。
いくつかの実施例においては、各ピストン取り付けプレートを出力シャフトに駆動可能に接続する手段が、出力シャフトに沿った長手方向のスプラインリブを成し、前記取り付けプレートの穴の周りの円周状の対応溝内に、摺動可能かつ回転可能に係合している。また他の実施例においては、各ピストン取り付けプレートを出力シャフトに駆動可能に接続する手段が、取り付けプレート内でその上下端に向かうガイド口を成し、出力シャフト軸に平行に配置されたガイドピンの自由端を摺動可能に受けるようになっており、さらに他方の端部は、ローター装置の一部を形成し出力シャフトに固定された駆動プレート手段に、強固に接続されている。
エンジンには、シリンダーを何本でも設けることができるが、典型的なのは、それぞれの取り付けプレートが、出力シャフトから放射状に伸びた３本、４本、あるいはそれより多くのアーム部を有して、それぞれの外側端部に強固に取り付けられたピストンを有し、さらに、一方のセットのピストンが、配置されたそれぞれのシリンダー内に係合できる距離をもってピストンどうしが隣接するように等間隔に配され、また、他方のセットのピストンが、最初のセット内の隣接するシリンダーどうしの中間に入ったそれぞれのシリンダー内に係合できるように配され、すべてのシリンダーが燃料を受ける作用端部を、前記回転軸に対して長手方向に整合させているものである。さらに、このような構造において、各シリンダーがローター装置のエンジンブロック部分に脱着可能に固定されたシリンダー部材を成し、出力シャフトが固定手段を有し、それによってローター装置のエンジンブロック部分にピンであるいは他の方法で固定されるようになっていると、好ましい。
カムの構造配列に関しては、カム従動手段がそれぞれのピストンに取り付けられるローラーを含み、シリンダーの中ぐり部分の作用端部とは反対側の端部において、前記出力シャフトに直角な軸の周りに回転できるようにして、すべてのピストンのローラーが前記出力シャフト軸から等距離で離れ、カムトラック手段がハウジングの前記第１端部プレートの内がわ面に設けられた環からなり、このカムトラック手段がエンジン駆動端部となって、出力シャフトがそこまで延びて駆動シャフトとして使用できるようになっていると好ましい。
別の好適な実施例においては、第１端部プレートが外むきにあいた開口部を有して、この開口部には固定ポート手段が設けられており、このポート手段は燃料がシリンダー中ぐり部分の作用端部に入ることができるようにローター装置の対応する可動ポートと整合し、さらにこの第１端部プレートはエンジンの吸入および排気端部に存し、燃料噴射手段、スパークプラグ、あるいはそれと同等の手段、そして排気出口手段が設けられるように構成されている。
第１端部プレートが、前記スパークプラグあるいはそれと同等の手段をなす１対のスパークプラグを直径方向の両側に、そして前記燃料噴射手段をなす１対の燃料噴射装置を直径方向の両側に、さらに前記排気出口手段をなす排気出口を直径方向の両側に有して、これらの１対ずつがすべてシリンダーポートと協動できるように間隔をおいて配されており、ピストンの継続的な吸入、圧縮、パワーおよび排気機能が果たせるようになっているのも、好ましい。
エンジンの冷却を適切に行うために、エンジンの吸入および排気端部で出力シャフトが中空になっており冷却剤の受入手段を提供し、前記シャフトがローター装置に対して強固であり、シャフトがそれ自体の中空内部から各シリンダーの外周に向かう入り口通路を有し、さらにまた、ローター装置が冷却剤捕集手段を有し、その手段には気密手段が設けられて使用ずみの冷却剤がローター装置から冷却剤出口手段を備えた第２端部プレートに戻せるようになっている。
いくつかの実施例においては、各シリンダーの燃料受入は、固定ハウジング内のそれぞれのポートと整合可能にローター装置と共に回転するようにされた入り口ポートを通って行われ、ここで、出力シャフト軸に垂直な平面上の対面摺動接触を行うが、面と面の間は、低いほうの面とシリンダーポートの凹部分との間に弾性を有する耐熱リングを押し込ませる環状気密リングによって気密化されており、このとき、ポートの内がわ面からの距離は、気密リングの上がわの凹面の幅とほぼ等しく、シリンダーポート内の圧によってかかる力の均衡がとれるようになっている。あるいは、面と面の間は、内がわの凹部に傾動可能なばね鋼などのリングをはめ込ませた環状気密リングによって気密化されていてもよく、この傾動可能なリングは、圧を受けて、凹部の縁に抗して気密化し前記気密リングの気密効果を最大にする。
本発明がさらにまた包含する構造としては、ハウジング内で第１および第２端部プレートにそれぞれ付随する第１および第２カムトラック手段が設けられ、ローター装置が、ピストンの往復運動と関連して第１端部プレートと協動する第１カム従動手段および、シリンダーの往復運動と関連して第２端部プレートと協動する第２カム従動手段を有するものがある。このような構造では、第１および第２従動手段は共に、出力シャフトの回転軸に対して直角な軸のまわりに回転可能なローラーを成しているのがふさわしい。
多くの実施例において、ハウジングはほぼ円筒状のケーシングで回転軸に沿った方向からみたときにほぼ円形となる２枚のハウジング端部プレート間に気密可能に接続されているのが、適切である。本発明の他の特徴は、この後、以下の図面および説明から明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
本発明をより容易に理解し実用面で効果を奏するために、以下添付図面を参照とする。図面中、
第１図は、本発明によるエンジンのひとつの形式の基本的な構成を（切り離された関係で）、単純化するためにいくつかの部品を省略して、断面図ここでは立面図として、例示的略図的に示したものである；
第２図は、第１図に類似したものであるが、カムトラック手段が一方の端部のみでなく両方の端部に配置され対向しあって設けられたエンジンの変更例を示したものである；
第３図は、スプラインされた中心すなわち出力シャフトが、どのように用いられるかを、ベアリングや端部プレートと関連づけて、示した設計細部である；
第４図は、ブロックの下からみて時計方向に回転したときの、回転中のストローク操作を略図的に示したものである；
第５図は、従来技術によるクランク駆動エンジンと本発明のカム駆動構造配列との間で、中ぐり部分とストロークが同一の場合の、トルクに係る駆動力を比べるために波動形状を比較したものである；
第６図は、第１図に類似した断面図であるが、ピストン取り付けプレートをより詳細に示したもので、ここで、下方のプレートのピストンは圧縮および排気を行い、上方のプレートのピストンはパワーおよび吸入ストロークを終えたばかりの状態で、最上の端部プレートがポート（この図にも第１および第２図にも図示せず）を有し、そのポートは、第５図から明らかなように、燃料、空気、排気、およびイグニッションのためのロータリーバルブシステムによってタイミングがはかられていることが理解される；
第７、８、および９図はそれぞれ、ピストン端面図、低い方のピストンプレートの側面図、および高い方のピストンプレートの側面図である；
第１０図は、本発明で提案された変更設計を、一部を切り欠いて示したもので、上方および下方のピストンの配置が描かれているが、４本のピストンからなる各セットがこのピストン取り付けプレート上にあり、上方のピストンが下方に動くにつれ下方のピストンが上方に動くようになっており、さらに中心のシャフトがスプラインされているものである；
第１１図は、本発明によるエンジンの好適な実用的形式の断面図である；
第１２図は、回転軸に沿った方向からみたモーターの吸入および排気端部を示したものである；
第１３図および１４図は、エンジンの出力シャフトを、それぞれ軸方向図および断面図で示したものである；
第１５図は、反対側（図示せず）にピストンを有するエンジンブロックを軸方向図で示したものである；
第１６図は、シリンダー取り付けプレートを断面図で示したものである；
第１７図は、第１６図に示されたプレートを下からみた軸方向図である；
第１８および１９図は、上方のピストンプレートをそれぞれ断面図および軸方向図で示したものである；
第２０図は、下方のピストンプレートを断面図で示したものである；
第２１図は、第２０図の軸方向図にあたる；
第２２および２３図は、エンジンの駆動端部の端部プレートをそれぞれ軸方向図および断面図で示したものである；
第２４図は、第１１図に含まれたポート気密部材の軸方向図を示したものである；
第２５図は、第１１図に示された気密部材の略図を拡大した図である；
第２６図は、第２５図と同様の図であるが、気密構造配列の変更形式を示したものである；そして
第２７および２８図は、第１から２５図のエンジンの吸入／排気端部プレートをそれぞれ断面図および軸方向図で示したものである。
発明を実施するための最適態様
第１から１０図は、原理を広く容易に理解できるように、単純化した形式で示しており、大部分が略図的であり、多くの構成部分が省略されているのは認めてしかるべきであろう。一方で、第１１から２６図を参照した、後のほうの記述は、より特定の構造を包含している。先ず第１図に示したように、エンジンは総体的に参照番号１０として示されたハウジングを含んでおり、ハウジング１０は、第１端部プレートすなわち駆動端部プレート１２と第２端部プレートすなわち吸入／排気端部プレート１３からなる円形の端部プレート間に気密可能に接続された円筒状のケーシング部分１１を有しており、プレート１３には燃料の吸入および排気のための吸入ポート（図示せず）さらにまた、適切なスパークプラグやグロープラグも設けられている。この構造設計で、参照番号１４で示されたシリンダー周りの中間的なシステム全般に冷却剤を供給することができ、その冷却剤はハウジング１０の外周から遠心的に排出できるようになっている。この図面では、ローター装置１６のシリンダーブロック１５に２本のシリンダー１４が示されており、このローター装置１６は、第２端部プレート１３のベアリング１８および第１端部プレート１２のベアリング１９内に軸支された出力シャフト１７に作動接続をされたことによって、ハウジング１０内で回転可能になっている。
また、シリンダー１４が、ピストン取り付けプレート２１の接続によって同調運動の可能なピストン２０を受け、この取り付けプレート２１は、規則的に配置されたローラーベアリングあるいはローラー２２を担い、このローラーはさらに、第１端部プレートすなわち駆動端部プレート１２に固定またはその一部になっている波動カムトラック２３の下位および上位カムセクションと係合するようにされていることが理解されよう。この実施例では、出力シャフト１７はスプラインされて、取り付けプレート２１のシャフト１７が通過する開口部まわりの外むきに開いた溝と係合され、これによって、プレート２１は駆動され、かつ、シャフト１７に沿って軸方向に摺動されるようになっている。
したがってシステムの基本的な操作を描く第１図において、ピストン２０は出力シャフト１７の軸に対して平行に動くことができ、カムトラック２３がピストン２０を圧縮ストロークにおいて押し付けた後、点火によりピストン２０はシリンダー１４内に保持されつつ再び下がり、またローラー２２は波動するカムトラック２３の面と常時接触を保ち、これらとともに他のピストンも下げられて吸入ストロークを行う。そしてカムトラック２３は、排気ストロークで２回、圧縮ストロークで２回ピストンをそれらのシリンダー内に再び押し戻す。この処置は繰り返されて、ピストンとシリンダーが所定の方向に回転して、出力シャフト１７を回転させパワー供給が行われるようになる。第１図において４本のシリンダーの構造配列を完成するためにもう１対のピストン（図示せず）が必要だが、これらもう１対のピストンも同調運動が可能となるように、取り付けプレート（図示せず）によって同様に接続されており、この４本のシリンダーは結局、回転軸のまわりに等間隔に配されていることになる。
第２図は、以上に述べてきた構成部分に関する変更構造配列を示したものであるが、第１図の端部プレート１３の替りにカムの備えられた端部プレート２４が設けられ、カムトラック２５がシリンダー支持ブロック２７上のローラー２６と係合していることが、第１図のブロック１５と異なる点である。この実施例では当然、シリンダー支持ブロック２７は出力シャフトのスプラインされたセクション上を摺動でき、それによってローラー２２および２６の両セットに抗してカムが動作可能となる。
平行シリンダー１４を有する一般的なシステムの利点は、従来技術と比較すると、ピストンを戻すのに、遠心力を必要とせず、ばねも不要であり、ローラーを押し入れたり押し出したりするためのダブルトラッキングもいらなくなったということである。カムトラックがすべてのピストンを一緒に押しつけ、圧縮された２つのピストンはローラーを積極的にトラックと接触させ、他の２つはこの時点で排気中であり（ただし本発明で用いるピストンが４つだけに限定されるということは決してありえない）グロープラグやスパークプラグ手段によって点火されたとき、ピストンとシリンダーは、軸方向に相対的に動くようになっている。点火は、この段階でシリンダーと同列となったポートを介して行われる。パワーストロークにおける２つのピストンの同調運動および、吸入ストロークにおける他の２つのピストンの同調運動により、カムのような表面での駆動力が回転力をうみだし、点火されたばかりの２つのピストンは排気ストローク上に戻り他の２つは圧縮ストロークに存するようになる。このプロセスは繰り返され、本発明の４つのピストンは前後移動できるようになる。これとの均衡をとるために、シリンダーはまた、ピストンと逆向きに前後移動する。
第２図実施例においては、カムシステムをハウジングのそれぞれの端部に設けたことによって、トルクおよびストロークが二倍になった。しかし、回転するエンジンブロックをハウジングの両側に入れるために、ハウジングの周囲で適切にポーティング（porting）され、冷却もオイルや他の適当な冷却剤によって行われていなければならない。また、一方のピストンのセットがひとつの方向に動き、もう一方のピストンのセットが反対方向に動き、ただし両方とも同じ方向に回転するという条件が確実に満たされるように、ピストンが接続されていることは当然であろう。
上記の結論を得るうえで多くの変更が可能であるが、原理的な特徴は、各セットのピストンがピストン取り付けプレートと一体化され、可動部分とは一体化されてないことである。もっとも単純な実用的な実施例においては、直径４インチでストロークがたとえば１．３インチの４本のピストンが適切に点火されるようになっている。１回転につき２回の点火は、３５０−CI−V ８エンジンの３倍のてこ比において、１回転につき８回の点火に、相当する。これによって、２−１の比較トルクが得られ、つまり、１回転で、通常のV ８エンジンで達成するには２回転かかる分を達成できるということである。さらにまた、毎分の回転数を４分の１にでき、このエンジンの毎分１０００回転はV ８エンジンの毎分４０００回転にあたる。そして、３５０V ８エンジンの２倍のトルクを持っているということであり、使用燃料は、同じ結果を得るために吸入される燃料が３分の１ですむという事実によって明快に、比較装置の３分の１として計算できるということである。
本発明はまた、ストロークを通してのトルクという利点を有し、コンロッド、ピストンピン、大型の端部ベアリング、レバー、プッシュロッド、リフター、ギヤーそしてクランクシャフト、いずれも不要となり、部品の数が減少する。第１および２図から明らかなように、端部プレートに２つのメインベアリングがあって、各ピストンプレートには典型的には４つのカムローラーベアリングがある。ただし、この数は上方および下方カム表面あるいはカム部材の数、そして結果的な１回転ごとの点火数に応じて、変化する。これらのベアリングおよびローラーだけで、可動構成部分をすべて支持している。この装置が冷却剤を遠心誘導するので、油圧や冷却剤ポンプは明らかに不要である。エンジンに関する現状の真空問題と対照的に、本発明のエンジンは、部分的な流出を一定して行わせるような構造設計になっており、それによって、空間は意図的に排気ガスで満たされて、燃料や空気の望ましからぬ吸い込みをなくすことができる。３５０V ８エンジンと比較すると、本発明のエンジンの外側寸法は、必要に応じて、直径１２インチ、軸方向寸法６インチ程度にできる。エンジンの好適な形式では、各セットが４本のシリンダーを有して２セットで８本のシリンダーを用いて、第１０図に略図的に示したような小さな装置であっても、最大の効果を達成できるようになっている。第１０図の装置では、「下方」プレート２８として示されたピストンプレートが、４つの半径方向のアーム２９を有し、各アームにピストン３０が取り付けられており、さらに「上方」プレート３１は切り欠かれてそのピストン３２は２本しか示されていないのだが、一方のがわで隣接しあう下方ピストンどうしの間にギャップ３３が２つ示されている。第１０図の中心シャフト３４は、プレート２８や３１が中心シャフト３４に沿って摺動できるように、種々にスプラインされている。
ピストン２０の基本的な要求事項は、第６から９図に示されている。これらの図は、上方ピストンプレート３５と下方ピストンプレート３６の詳細を示しており、それぞれのピストン２０は、ピストンリング（図示せず）に固着された円筒状の作用端部３７を備え、一方で、作用端部とは反対側の端部は出力シャフト軸に対して直角な軸上にローラーピン３８、さらにローラー２２を有している。この構造設計により、たとえば加速中あるいは経済速度で走行中といったどのような時点でもそのときかけられる負荷に応じて、作動中のエンジンのキャパシティを簡単に操作できるようになっている。ピストンの一時休止の長さも自由に設定でき、作動中のエンジンの毎分の回転数、さらにまた吸入やそれに関する機能に対するすべてのポーティングの可能なかぎり変更しうる。
他の利点は、どんなときもピストンの（リングを除いて）いずれの部分もシリンダーの壁面と接触しないので、ピストンがシリンダー内で支持体を必要としないということである。それゆえシリンダーは最小長さで製造されることができ、ピストンのストロークや気密化リングおよびパッキン押えのスペースがあれば充分である。各ピストンが取り付けプレートと同調化しているため、支持のために必要だったはずのスカートも不要となる。したがって、ガジョンやロッドもしくはレバーあるいはそのようなたぐいのものも一切必要ない。さらにまた、各ピストンがそれぞれの取り付けプレートおよび同一セット内の他のピストンと同調化しているということによって、ピストンはシリンダー内で同じプレートの他のピストンと共に動く。したがって、エンジン作動中に、たとえば、吸入ストロークにおけるシリンダーからピストンをガイドするためにカムトラックの下に設けるローラーのような、ピストンローラーをカム表面に抗して維持するシステムを設ける必要がない。つまり、同一セット内の２本のピストンが点火してシリンダー中ぐり部分内を下降する場合、おなじプレートの２本以上のピストンは吸入ストローク上であるにもかかわらず、中ぐり部分内を下降するといったようなことは当然である。
第１１から２６図に示した本発明の好適な実用的実施例は、上述した利点をすべて包含するような構造設計になっており、いくつかの実例では任意でさえある改良を具体化した。つまり、シリンダーの作用端部から離れようとするピストンの最初の動きを助けるためにばね手段を用いて、スタートアップ機能を促進させるといったようなことで、エンジンが作動後にはこれは必要ない。これらの図面で示されているように、ハウジング５０は、円形の吸入／排気端部プレート５１を有しており、このプレート５１は、駆動端部プレート５４にねじ５３で接続された円筒状のケーシング５２に抗して、固定されている。中央には回転可能な出力シャフト５５があり、このシャフト５５には、冷却剤を受け入れるための中空の管状端部５６が備わっている。シャフト５５はさらに、中間に固定されたカラープレート５７および、管状端部５６と反対がわすなわち駆動端部がわに径が小さくなった固部５８があり、参照番号５９として最端までいくとさらに径が小さくなってねじ切りされ止めナット係合ができるようになっている。
シャフト５５の最端部５９は、この止めナット係合により、クランピング管６０内で受け止められている。この管６０は、参照番号６３のところでオイルシールされた状態で、駆動端部プレート５４の開口部６２のベアリング６１内で回転可能になっている。またクランピング管６０の内がわ端部は駆動プレート６４と一体化しており、この駆動プレート６４は、ねじ４７によって端部プレート５４の内がわ面に固定された環状の波動カムトラック６５内の空間で回転可能となっている。駆動プレート６４から内むきに延びたのが、線形駆動ピン４９である。これらのピン４９は、下方のピストンプレート６７の開口部６６内の線形ブッシュ４８内で摺動可能に係合するようになっており、その結果ピストンプレート６７は駆動プレート６４とともに回転させられ、一方で、駆動プレート６４に対して相対的に軸方向で摺動可能となっている。同様にばねガイドロッド６８が、駆動プレート６４から内むきに延びている。これらのロッド６８の上方端部は圧縮ばね４６で、このばね４６は、ピストンプレート６７をエンジンブロック６９から強制的に引き離し、エンジンスタートアップ開始の助けとなるように作用する。
環状のカムトラック６５は、上位および下位セクションの間を波動する。これらのセクションは上がわと下がわで同じ高さであり、これらのセクションにおいては、ピストン７０がカムローラー７１が係合しているカムトラック部分から等距離を有して強固に取り付けられており、また、各カムローラー７１は出力シャフト５５の軸に対して直角な軸を有するカムピン７２上で回転可能に取り付けられている。また、ピストン７０の作用端部はピストンリング７３を有する。そして、このピストンリング７３が係合するそれぞれのシリンダー７５の中ぐり部分７４は、シリンダースリーブ７６によって定まる。このスリーブ７６は、駆動シャフトすなわち出力シャフト５５とともに回転可能な総体的なローター装置７８の一部であるエンジンブロック７７内に、取り外し可能に設置されている。第１１図に示されたように、ここでは、下方ピストンプレート６７の入口がわにむかった空間内で出力シャフト５５に沿って往復できるように移動可能な、上方ピストンプレート７９も設けられている。いずれのプレート６７および７９に対しても、同一ピストン配列であり、それぞれのプレートに４本のピストン７０が、放射状アーム８０の端部で等距離ずつ離れて配されており、シリンダー７５の連続リングにおいて、１つのセットのピストンはもう一方のセットのピストンと交互になっている。各ピストンは、その作用端部を気密化して操作中のガス点火を行わせるために用いられるクラウン８１を備えている。
排気／吸入端部プレート５１（「前記トッププレート」）により、シリンダー開口部すなわちポート８２（第１１図および他を参照せよ）が円形を描いて配列されて、第１２図に示されたように外部アイテムが設けられるようになっている。これらアイテムとしては、図でわかるようにコイルへのリードを有した両側で対向するスパークプラグ８３；両側で対向する燃料噴射器８４；両側で対向する排気出口およびライン８５；出力シャフト５５の冷却剤入口８７への供給ライン８６；そして冷却剤出口およびライン８８を含んでおり、さらにまた、電気イグニッションのピックアップが参照番号８９で示され、PCV（Positive Crankcase Ventilation；流量調整）バルブを介して燃料噴射器までいく真空ホースが参照番号９０で示されている。第１３図は、駆動端部プレート５４の吸入および排気ポート９１と９２を示しており、一方で、第１４図は、ハードな気密仕上げ部分９３と、冷却剤捕集器４５の凹部分９４もあわせて示している。この捕集器４５は、回転可能なエンジンブロック７７に隣接して保持されており、室９６と連通した通路９５経由で使用済み冷却剤を受入れるための開口部を有し、シリンダースリーブ７６の周りに冷却剤を循環できるようにしている。またこの冷却剤は、出力シャフト５５の中空端部部分５６から放射状通路９７を介して、エンジンブロック７７を通って供給される。参照番号９８と９９で示された２つのオイルシールが、冷却剤がシリンダーポート８２まで届かないようにしている。
前記トッププレート７９は、タップされた（tapped）中央口１００を有し、その中にねじ切りされたブロックすき間調整スリーブ１０１がねじ込まれている。このスリーブ１０１は出力シャフト５５用のスラストベアリング１０２を内包している。また出力シャフト５５の固定カラー５７は、ピン１０３で、エンジンブロック７７に固定されている。トップキャップ部材１０４は、調整スリーブ１０１に固定され、出力シャフトを取り囲むオイルシール１０５と止めナット１０６を包み込んでいる。
エンジンブロックが回転しているときに、シリンダーポート８２で気密が維持される方法は、図面から明らかとなろう。第１１図のアイテムは、第２４および２５図で拡大して示されており、シリンダー７５に導く各ポート８２は気密環１０７を有し、この気密環１０７は、回転防止のためのフラット部分１０８を備え、さらに参照番号１０９の圧力凹部、トップ気密面１１０を有して、トッププレート５１の固定されるがわの面１１１に抗してこすりつけている。ポート８２の縁は、くぼみが形成されて、ビトン（VITON）O−リング１１２が気密環１０７の内部フランジによって圧迫されるようになっている。このとき、圧力凹部面１０９は同長の下方面１１３によって均衡されている。この気密化は、どのようなガス圧があろうと気密面に抗した圧を最小化するように構造設計されており、最小摩擦および最小熱で寿命が長くなる。
気密化の変更構造配列が第２６図に示されており、ここでは、傾動可能なリング１１４が凹部１１５内に維持されており、このリング１１４は、ポートに隣接する角度のある縁に抗して外向きに動けるようになっている。さらに、スラストリングがガス漏れ防止シールとして作用し、好ましい傾斜や角度をつけて戻り作用を確実に防ぐ。この実施例に対する気密環１１６の他の態様は、第２４および２５図の環１０７について述べたものと同様である。
トップキャップ部材１０４に付随した止めナット構造配列は、要求に応じて気密用のすき間を調整するときに利用すると、非常に効果を奏することが理解されよう。ただし、先に述べたように、ロッド６８とばね４６のばねガイドはエンジンの作動に必須のものではなく、最初の点火要求に応じてピストンプレートをカムトラックに向けて付勢するものであるから、スタートするのを助けるのに有効なだけである。このばねは、必要に応じて油圧式や空気式の手段に替えることもできる。
以上説明してきたエンジンは、したがって、本発明が意図してきた目的を達成するうえで、非常に効果的であることが、理解されよう。ターボエンジンと組み合わせて、あるいはそうでなくとも、適当なポーティングで、ツーストロークエンジンとして作動できる。このエンジンはまた、ディーゼルフォーストローク、ツーストロークあるいはターボなどとしても、作動できるはずである。ある作動範囲において特別の負荷条件のもとで最高の経済性とパワーのために、あるいは、自由に燃料を変更してもエンジンを作動できるように、カムトラックあるいは回転エンジンブロック（ローター装置）を相互に近付けたり遠ざけたりして動かすことによって、エンジンを作動させながらあるいは停止させていても、圧縮比を変えることができる。クランクシャフトエンジンでは必要だった、エンジンがひとつひとつ行っていくべき所定の経路がないという事実によって、エンジンの作動中停止中を問わず、その気筒容積を変更できるので、結果的な経済性とパワーに関する利点は明瞭である。また、このエンジンでは、油圧からの支持体が必要となる部品が不要で、また、圧をかける必要もないので、ポンプや可動部品なしに、エンジンの可動部分にその変更圧力によってオイルを分配できる。
設定された多くの設計変更により、実例を挙げることによってのみ実施態様を示してきたが、添付請求範囲によって定まる本発明の範囲を離れることなく、多くのさらなる変更も可能なことが、当業者にとっては明らかであろう。

Claims (15)

1. ロータリー内燃エンジンで、長手方向の回転軸の周りに等間隔で配されたシリンダーのそれぞれに、往復運動が可能なように設けられたピストンを有しており、前記軸はハウジングの第１および第２端部プレートそれぞれの穴を通って回転可能かつ気密可能に通過する出力シャフトの回転軸であり、ハウジング内ではピストンとシリンダーが前記出力シャフトに固定された回転可能なローター装置の一部として動き、一方で、ピストンはシリンダー内で同時に往復運動が可能で、カム従動手段が各ピストンに付随しハウジング周りの波動するカムトラック手段と協動するようにされ、シリンダーの中ぐり部分の作用端部に燃料を運びその作用端部からの排気ガスを運ぶ手段が設けられ、それによって前記燃料の前記中ぐり部分内で燃焼が繰り返されてピストンの往復運動をもたらし、その結果、カムトラック手段に抗してピストンが押し込まれ、ローター装置と出力シャフトの回転を引き起こすようになっている前記ロータリー内燃エンジンにおいて；ピストンがワンセットにつき２本以上のピストンを含むセットを２つ有し、各セットのピストンは、ローター装置および出力シャフトの回転軸周りに位置し、各セットのピストンが同調した動きをとるようピストン接続手段によって相互接続され、また、シリンダー内のピストンの一方のセットの運動方向を他方のピストンのセットの運動方向に対して確実に反対にするよう、ピストンのカム従動手段がカムトラック手段と協動するように構成されていることを特徴とするロータリー内燃エンジン。
2. 各セットのピストンが、出力シャフトが通って延びる穴を備えたピストン取り付けプレート形式のピストン接続手段を有して、ピストン取り付けプレートはローター装置の一部として出力シャフトに接続され、一方で、前記軸および出力シャフトに沿った方向に摺動可能にガイドされて、ピストンのシリンダー内での運動を可能にしていることをさらなる特徴とする請求項１記載のロータリー内燃エンジン。
3. 各ピストン取り付けプレートを出力シャフトに駆動可能に接続する手段が、出力シャフトに沿った長手方向のスプラインリブを成し、前記取り付けプレートの穴の周りの円周状の対応溝内に、摺動可能かつ回転可能に係合していることをさらなる特徴とする請求項２記載のロータリー内燃エンジン。
4. 各ピストン取り付けプレートを出力シャフトに駆動可能に接続する手段が、取り付けプレート内でその上下端に向かうガイド口を成し、出力シャフト軸に平行に配置されたガイドピンの自由端を摺動可能に受けるようになっており、さらに他方の端部は、ローター装置の一部を形成し出力シャフトに固定された駆動プレート手段に、強固に接続されていることをさらなる特徴とする請求項２記載のロータリー内燃エンジン。
5. 各取り付けプレートが、出力シャフトから放射状に伸びた３本、４本、あるいはそれより多くのアーム部を有して、それぞれの外側端部に強固に取り付けられたピストンを有し、さらに、一方のセットのピストンが、配置されたそれぞれのシリンダー内に係合できる距離をもってピストンどうしが隣接するように等間隔に配され、また、他方のセットのピストンが、最初のセット内の隣接するシリンダーどうしの中間に入ったそれぞれのシリンダー内に係合できるように配され、すべてのシリンダーが燃料を受ける作用端部を、前記回転軸に対して長手方向に整合させていることをさらなる特徴とする前記請求項いずれかに記載のロータリー内燃エンジン。
6. 各シリンダーがローター装置のエンジンブロック部分に脱着可能に固定されたシリンダー部材を成し、出力シャフトが固定手段を有し、それによってローター装置のエンジンブロック部分にピンであるいは他の方法で固定されるようになったことをさらなる特徴とする請求項５記載のロータリー内燃エンジン。
7. カム従動手段がそれぞれのピストンに取り付けられたローラーを含み、シリンダーの中ぐり部分の作用端部とは反対側の端部において、前記出力シャフトに直角な軸の周りに回転できるようにして、すべてのピストンのローラーが前記出力シャフト軸から等距離で離れ、カムトラック手段がハウジングの前記第１端部プレートの内がわ面に設けられた環からなり、このカムトラック手段がエンジン駆動端部となって、出力シャフトがそこまで延びて駆動シャフトとして使用できるようになっていることをさらなる特徴とする前記請求項いずれかに記載のロータリー内燃エンジン。
8. 第１端部プレートが外むきにあいた開口部を有して、この開口部には固定ポート手段が設けられており、このポート手段は燃料がシリンダー中ぐり部分の作用端部に入ることができるようにローター装置の対応する可動ポートと整合し、さらにこの第１端部プレートはエンジンの吸入および排気端部に存し、燃料噴射手段、スパークプラグ、あるいはそれと同等の手段、そして排気口手段が設けられるように構成されていることをさらなる特徴とする請求項７記載のロータリー内燃エンジン。
9. 第１端部プレートが、前記スパークプラグあるいはそれと同等の手段をなす１対のスパークプラグを直径方向の両側に、そして前記燃料噴射手段をなす１対の燃料噴射装置を直径方向の両側に、さらに出口手段をなす排気出口を直径方向の両側に有して、これらの１対ずつがすべてシリンダーポートと協動できるように間隔をおいて配されており、ピストンの継続的な吸入、圧縮、パワーおよび排気機能が果たせるようになっていることをさらなる特徴とする請求項８記載のロータリー内燃エンジン。
10. エンジンの吸入および排気端部で出力シャフトが中空になっており冷却剤の受入手段を提供し、前記シャフトがローター装置に対して強固であり、シャフトがそれ自体の中空内部から各シリンダーの外周に向かう入り口通路を有してエンジンを冷却し、さらにまた、ローター装置が冷却剤捕集手段を有し、その手段には気密手段が設けられて使用ずみの冷却剤がローター装置から冷却剤出口手段を備えた第２端部プレートに戻せるようになったことをさらなる特徴とする請求項８または９記載のロータリー内燃エンジン。
11. 各シリンダーの燃料受入は、固定ハウジング内のそれぞれのポートと整合可能にローター装置と共に回転するようにされた入り口ポートを通って行われ、ここで、出力シャフト軸に垂直な平面上の対面摺動接触を行うが、面と面の間は、低いほうの面とシリンダーポートの凹部分との間に弾性を有する耐熱リングを押し込ませる環状気密リングによって気密化されており、このとき、ポートの内がわ面からの距離は、気密リングの上がわの凹面の幅とほぼ等しく、シリンダーポート内の圧によってかかる力の均衡がとれるようになっていることをさらなる特徴とする請求項１から７に記載のロータリー内燃エンジン。
12. 各シリンダーの燃料受入は、固定ハウジング内のそれぞれのポートと整合可能にローター装置と共に回転するようにされた入り口ポートを通って行われ、ここで、出力シャフト軸に垂直な平面上の対面摺動接触を行うが、面と面の間は、内がわの凹部に傾動可能なばね鋼などのリングをはめ込ませた環状気密リングによって気密化され、この傾動可能なリングは、圧を受けて、凹部の縁に抗して気密化し前記気密リングの気密効果を最大にすることをさらなる特徴とする請求項１から７に記載のロータリー内燃エンジン。
13. ハウジング内で第１および第２端部プレートにそれぞれ付随する第１および第２カムトラック手段が設けられ、ローター装置が、ピストンの往復運動と関連して第１端部プレートと協動する第１カム従動手段および、シリンダーの往復運動と関連して第２端部プレートと協動する第２カム従動手段を有することをさらなる特徴とする請求項１記載のロータリー内燃エンジン。
14. 第１および第２従動手段は共に、出力シャフトの回転軸に対して直角な軸のまわりに回転可能なローラーを成していることをさらなる特徴とする請求項１３記載のロータリー内燃エンジン。
15. ハウジングはほぼ円筒状のケーシングで回転軸に沿った方向からみたときにほぼ円形となる２枚のハウジング端部プレート間に気密可能に接続されていることをさらなる特徴とする前記請求項いずれかに記載のロータリー内燃エンジン。

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