JP5284790B2 - ロータリ燃焼装置 - Google Patents
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Description
本発明は、全体として、回転燃焼構造を利用したエンジンに関し、より詳細には、効率的な一定直径のチャンバおよび多様な弁タイミングを備えたロータとチャンバの機構を有するロータリエンジンに関する。
コンプレッサ、エンジン、および測定デバイスとしてチャンバとロータを利用する多様な設計が提案されてきた。たとえば、McMillan、特許文献1には、ロータリコンプレッサが記載されている。さらに、Feyens、特許文献2は、ロータリコンプレッサを対象としている。およびLuck、特許文献3にも、ロータリピストンコンプレッサが記載されている。
本発明の一実施形態によれば、外側表面および内側表面を有する略円筒形状ハウジングであって、該内側表面が、定直径、原点の中心の周りで変動する半径、吸入弁ポート、および排気弁ポートを有する少なくとも1つのチャンバを画定する該ハウジングと、回転軸線および長尺開口部、第1端部、および第2端部を有するロータであって、該第1端部および第2端部が回転可能にかつ密封的に該内側表面と接触している該ロータと、該ロータの長尺開口部内に摺動可能に受け入れられる一端部を有するロータシャフトと、を含むロータリエンジンが提供される。
以下の記載において、開示された多様な好ましい実施形態の完全な理解を得るために、特定の具体的で明確な詳細を述べる。しかし、当業者には明らかなとおり、好ましい実施形態は、1つ以上のこれら特定の詳細無しで、または他の方法、構成要素、材料などを用いて実行可能である。別の事例においては、エンジン構成部品、および限定はしないが、点火デバイス、ディストリビュータデバイス、蒸気発生器、または凝縮器(condenser)を含む他のデバイスに使われる周知の構造物または構成部品またはそれら両方を、好ましい実施形態の説明をいたずらに不明瞭にしないために、詳細には説明または図示していない。
図16A〜16Dを参照すると、吸入サイクルの間、空気燃料混合物(斜線領域)がロータ吸入弁70を通ってロータチャンバ52の中に取り込まれる。ロータ20の回転、ロータチャンバ52の形状、およびロータチャンバ52内のロータリ吸入弁70の位置によって、空気燃料混合物内に乱流が引き起こされ、点火の前に空気燃料混合物はロータチャンバ52内部で完璧に混合される。
図16E〜図16Hを参照すると、ロータ20がロータチャンバ52内を回転するにつれて、空気燃料混合物が圧縮される。
図16I〜図16Lを参照すると、図16Iに示すとおり、このサイクルの最初の部分の間、ロータ20が弁との位置合わせが2、3度ずれたとき、ロータチャンバ52内で空気燃料混合物に点火が起こり、それによって、ロータセグメント110は、図14で示したとおりロータセグメント112より大きい表面領域を有するようになる。この不等(unequal)表面領域によって、ロータに作用する不等力が作り出され、ロータ20はロータシャフト10および該ロータの回転の中心16のまわりを回転させられる。点火後、膨張サイクルの間、圧縮されたガスは膨張する。4サイクルガソリン型のエンジン120においては、従来型点火プラグおよびディストリビュータデバイス(不図示)などの、図14に示した点火デバイス53を使用して空気燃料混合物に点火する。ディストリビュータデバイスは、図7に示したロータシャフト10および弁シャフト72、82に連結された歯車90、92と類似の歯車などの回転連結機構を介してロータシャフト10と回転連通するロータを含む。別の好ましい実施形態においては、タイミングベルトおよび少なくとも2つのプーリーを使用して、ディストリビュータデバイスロータシャフトをエンジン120のロータシャフト10に回転可能に連結してもよい。ディストリビュータは、ハウジング40上に取り付けてもよく、またはハウジング40に隣接する他の構造物上に取り付けることもできる。電子式ディストリビュータデバイスおよび点火システム(不図示)も空気燃料混合物の制御および点火に使用可能である。
図16M〜図16Pを参照すると、ロータ20がロータチャンバ52をぐるりと回転するにつれて、燃焼済みガスがロータリ排出弁80を通って排出される。
Claims (16)
- 少なくとも1つの非円形、定直径外接壁によって形成された少なくとも1つの内部チャンバを有する容器と、
回転可能なシャフトであって、前記チャンバの中に延在し、かつ前記シャフトの長手方向軸線のまわりで回転可能である、シャフトと、
前記シャフト上に摺動可能に取り付けられたロータであって、前記ロータが前記チャンバ内で回転するにつれて、前記シャフトの回転軸線に対して実質的に垂直である前記ロータの長手方向軸線に沿って摺動する並進運動のための、ロータと
を含む、デバイスであって、
前記ロータは、長尺本体を有し、前記長尺本体は、対向する第1および第2端部と、前記第1端部と前記第2端部との間の対向する第1および第2側面とを有し、前記第1側面および第2側面のそれぞれは、前記ロータの前記第1端部と前記ロータの中心との間の第1長尺セグメントと、前記ロータの前記第2端部と前記ロータの中心との間の第2長尺セグメントとを有し、前記第1長尺セグメントの各々は、輪郭表面を有し、前記第1長尺セグメントの輪郭表面および前記第2長尺セグメントの輪郭表面の各々は、上に凸の弧のみで形作られており、前記第1長尺セグメントおよび前記第2長尺セグメントの輪郭表面は、前記ロータの中心位置において段差により相互に接続されており、前記ロータの前記第1長尺セグメントおよび前記第2長尺セグメントのうちの一方が前記チャンバに接した場合、他方のみに前記チャンバとの間に空間が形成される、デバイス。 - 前記ロータの対向する第1および第2端部は、前記ロータが前記シャフト上に取り付けられたときに、前記外接壁と接触する状態になり、前記ロータ本体は、前記シャフトを覆って受け入れられる大きさに作られた長尺開口部をさらに含み、前記シャフトは、前記長尺開口部を通って前記ロータ本体を係合し、前記シャフトと前記ロータ本体との相対回転が防止されると同時に前記シャフトに対する前記ロータ本体の並進運動を可能にする取り付け部分を含む、請求項1に記載のデバイス。
- 前記外接壁は、前記チャンバ内で偏っている原点に対して変動する半径を有し、前記外接壁は、前記ロータ本体の長さに対応する定直径を有し、前記シャフトの長手方向軸線が前記原点に位置する状態で、前記シャフトが前記チャンバ内に取り付けられている、請求項1に記載のデバイス。
- 前記容器は、少なくとも1つの吸入ポートおよび少なくとも1つの排出ポートをさらに含み、両ポートは、それぞれが少なくとも1つの吸入ポートおよび少なくとも1つの排出ポート用である少なくとも1つの弁と前記チャンバとに流体連通し、少なくとも1つの吸入ポートおよび少なくとも1つの排出ポートのそれぞれと前記チャンバとの間の流体連通を制御する、請求項1に記載のデバイス。
- 前記チャンバ内の可燃性混合物に点火するための点火システムをさらに含み、前記点火システムは、前記可燃性混合物に点火するタイミングを合わせて前記チャンバ内で前記ロータの回転を駆動する手段を含む、請求項1に記載のデバイス。
- 外側表面および内側表面を有するハウジングであって、前記内側表面は、定直径、原点の中心のまわりで変動する半径、吸入弁ポート、および排出弁ポートを有する少なくとも1つのチャンバを画定する、ハウジングと、
回転の軸線を有する少なくとも1つのロータであって、前記少なくとも1つのロータは、長尺開口部、第1端部、および第2端部を備えた本体を有し、前記第1端部および前記第2端部は、前記ハウジングの前記内側表面と密封的に接触している、少なくとも1つのロータと、
前記少なくとも1つのロータの前記長尺開口部内に摺動可能に受け入れられる1つの端部を有するロータシャフトと
を含む、燃焼装置であって、
前記少なくとも1つのロータは、前記第1端部と前記第2端部との間の第1側面および第2側面を有し、前記第1側面および第2側面のそれぞれは、前記ロータの前記第1端部と前記ロータの中心との間の第1長尺セグメントおよび前記ロータの前記第2端部と前記ロータの中心との間の第2長尺セグメントから形成され、前記第1長尺セグメントは、輪郭表面を有し、前記第1長尺セグメントの輪郭表面および前記第2長尺セグメントの輪郭表面の各々は、上に凸の弧のみで形作られており、前記第1長尺セグメントおよび前記第2長尺セグメントの輪郭表面は、前記ロータの中心位置において段差により相互に接続されており、前記ロータの前記第1長尺セグメントおよび前記第2長尺セグメントのうちの一方が前記チャンバに接した場合、他方のみに前記チャンバとの間に空間が形成される、燃焼装置。 - 前記ハウジングは、少なくとも1つの冷却チャンバをさらに含み、前記少なくとも1つの冷却チャンバは、冷却剤を保持し経由させるように機能し、前記内側表面と前記外側表面との間に形成されている、請求項6に記載の燃焼装置。
- 前記ロータ内の前記長尺開口部は矩形形状のものであり、前記吸入弁ポートおよび前記排出弁ポートが直径に沿って対向しており、前記ロータシャフトは、少なくとも2つの対向する平坦表面をさらに含み、前記平坦表面は、前記ロータシャフトの少なくとも一部に沿って長手方向に延在し、かつ前記ロータ内の前記開口部に隣接するロータ表面と少なくとも部分的に接触している、請求項6に記載の燃焼装置。
- 少なくとも2つの端部壁、外側表面、および内側表面を有するハウジングであって、前記内側表面がチャンバを画定する、ハウジングと、
吸入弁および排出弁と、
少なくとも2つの対向する平坦表面、第1端部、および第2端部を有する第1シャフトと、
吸入ポート内に受け入れられた燃料および空気に点火する手段と、
第1端部、第2端部、および前記第1シャフトの平坦表面を摺動可能に受け入れるように適合された長尺開口部を有する少なくとも1つのロータであって、前記ロータは、燃焼力に応答して回転するよう機能し、前記ロータの第1端部および第2端部は、前記ハウジングの前記内側表面と回転可能かつ密封的に接触している、少なくとも1つのロータと、
第2シャフトであって、第1端部、第2端部、および前記第2シャフトを横方向に貫通して延在する少なくとも1つの開口部を有し、前記第1端部は前記ハウジングの端部壁上に回転可能に取り付けられ、前記開口部は前記チャンバの前記吸入弁に隣接して配置できる、第2シャフトと、
第3シャフトであって、第1端部、第2端部、および前記第3シャフトを横方向に貫通して延在する少なくとも1つの開口部を有し、前記第1端部は前記ハウジングの端部壁上に回転可能に取り付けられ、前記開口部は前記チャンバの前記排出弁に隣接して配置できる、第3シャフトと、
前記第2シャフトおよび前記第3シャフト内の前記開口部を、それぞれ交代的なパターンで前記吸入弁および前記排出弁と周期的に位置合わせする、前記第2シャフトおよび前記第3シャフトを回転させる手段と
を含む、ロータリ燃焼システムであって、
前記少なくとも1つのロータは、前記第1端部と前記第2端部との間の第1側面および第2側面を有し、前記第1側面および第2側面のそれぞれは、前記ロータの前記第1端部と前記ロータの中心との間の第1長尺セグメントおよび前記ロータの前記第2端部と前記ロータの中心との間の第2長尺セグメントから形成され、前記第1長尺セグメントは、輪郭表面を有し、前記第1長尺セグメントの輪郭表面および前記第2長尺セグメントの輪郭表面の各々は、上に凸の弧のみで形作られており、前記第1長尺セグメントおよび前記第2長尺セグメントの輪郭表面は、前記ロータの中心位置において段差により相互に接続されており、前記ロータの前記第1長尺セグメントおよび前記第2長尺セグメントのうちの一方が前記チャンバに接した場合、他方のみに前記チャンバとの間に空間が形成される、ロータリ燃焼システム。 - 前記第2シャフトおよび前記第3シャフトを回転させる前記手段は、
第1歯車であって、前記第1歯車の周辺部上に間隔をおいて配置された複数の歯付き部材と前記第1歯車の回転の中心に配置された連結デバイスとを有し、前記連結デバイスが前記第1歯車を前記第1シャフトの第2端部に連結している、第1歯車と、
第2歯車であって、前記第2歯車の周辺部上に間隔をおいて配置された複数の歯付き部材と前記第2歯車の回転の中心に配置された連結デバイスとを有し、前記連結デバイスが前記第2歯車を前記第2シャフトの第2端部に連結している、第2歯車と、
第3歯車であって、前記第3歯車の周辺部上に間隔をおいて配置された複数の歯付き部材と前記第3歯車の回転の中心に配置された連結デバイスとを有し、前記連結デバイスが前記第3歯車を前記第3シャフトの第2端部に連結している、第3歯車と
を含み、
前記第1歯車の歯付き部材は、前記第1歯車の両側において、前記第2歯車の歯付き部材と前記第3歯車の歯付き部材とを回転可能に係合し、前記第1歯車は、前記燃焼力に応答する前記ロータの前記回転によって発生される前記第1シャフトからの回転エネルギを受け取ると、前記第2歯車および前記第3歯車を回転させるよう機能する、請求項9に記載のロータリ燃焼システム。 - 前記第1歯車、前記第2歯車、および前記第3歯車上の前記歯付き部材は、前記第2歯車および前記第3歯車を間欠的に回転させるように構成されており、前記チャンバ内の開口部の、前記第2シャフト内の開口部、および前記第3シャフト内の開口部との位置合わせの継続時間を選択的に制御する、請求項10に記載のロータリ燃焼システム。
- 前記チャンバは、原点のまわりで変動する半径を有する定直径を含み、前記チャンバは、前記チャンバ内での燃焼のための燃料のグレードに適応するような大きさと形状に作られている、請求項9に記載のロータリ燃焼システム。
- 前記チャンバの前記内側表面は、定直径と、前記チャンバに関して前記ロータの長さに対応する半径とを含み、前記チャンバの前記内側表面の前記半径は、前記内側表面の半径の原点から前記内側表面上の点への距離であり、前記ロータは、前記原点のまわりに回転し摺動するように適合されており、前記半径を連続的に変動させる、請求項9に記載のロータリ燃焼システム。
- 前記ロータシャフト上に平行に取り付けられ、前記ハウジング内の別個のチャンバ内で交互に並んで配置されている2つのロータを含む、請求項9に記載のロータリ燃焼システム。
- バルブシャフト内で交互に並んでいる4つのバルブシャフト開口部を含み、前記バルブシャフト開口部は、前記バルブシャフトを通って左右に走っており、前記空気と排気ガスとが前記チャンバを出入りして流れるようにするための経路を形成している、請求項14に記載のロータリ燃焼システム。
- 間欠歯車構成を含み、前記構成は2つの連続して回転する単一歯付き平歯車を用いており、前記平歯車は2つの間欠的に回転する歯車を駆動し、前記吸入弁および排出弁を開閉する、請求項9に記載のロータリ燃焼システム。
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