JP5284790B2 - ロータリ燃焼装置 - Google Patents

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Description

（発明の分野）
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。
（関連技術の記載）
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。
Ｄｉｅｔｅｒ、特許文献４は、半径方向に移動可能なロータを有するロータリエンジンに属する。該ロータリエンジンは、ハウジング内に不規則だが全体としては円筒形状空洞を有する中空ハウジングと、該空洞に対して偏心した状態で該空洞を貫通してジャーナル軸受されたシャフトとを含む。該ハウジングの湾曲した壁は、該空洞の周りを画定しその周りに延在し、該シャフトの回転軸線からの半径方向の距離は漸進的に増減するが、前述の軸線の全直径の両端に横たわる該空洞の全作動湾曲壁部分間の間隔は一定である。楕円形のロータが、該空洞内で該シャフト上に取り付けられており、該シャフトとともに回転し、かつ、該ロータの頂点間に延在する直線に沿って該シャフトの回転軸線が半径方向に移動するようになっており、その上、燃料混合物および排気副産物の入口および出口と燃料混合物の点火装置とが該空洞の外側周辺部の周りに間隔をおいて配置されている。さらに、ロータとシャフトは、該ハウジングの両端部を貫通する開口部を通る軸方向に延在する通気道を有するロータリ組立品を画定し、その結果、該ロータリ組立品の一方の端部によって保持されている空気羽根構造体が、該組立品の回転に対応して該通気道を通して冷却空気を送り込むように動作するようになっている。
さらに、ｖａｎ Ｍｉｃｈａｅｌｓ、特許文献５には、ガスピストン、楕円形コンプレッサ、内部冷却式熱力学サイクル、および石炭および木炭からなるスラリー型コロイド燃料を使用する多種燃料ロータリ動力装置が記載されている。これらのロータリ動力装置は、大型工業用コンプレッサ、自動車、電気動力装置、船舶、およびジェット推進エンジン用のエンジンなどの汎用用途向けの設計がなされている。
Ｌｅｗ、特許文献６は、流体の流れを発生させ、該流体の流れを測定し、および該流体の流れから動力を発生させる摺動ロータポンプ、モータ、メータを対象としている。該設計には、円筒形状空洞の幾何学的中心軸線に平行かつ偏心した回転軸線の周りで該円筒形状空洞内に回転可能に配置された仕切り部材と該円筒形状空洞との２つの組み合わせが含まれる。該仕切り部材は、該仕切り部材の回転運動の全場面における回転軸線と、回転運動中に９０度の位相角差が該２つの仕切り部材間で保持されるような方法で該２つの仕切り部材の回転運動を連結する回転運動連結器とを含む平面上で該円筒形状空洞の端から端まで延在する。２つの円筒形状空洞のそれぞれ内の回転軸線と幾何学的中心軸線とを含む各平面を横切りかつ２つの円筒形状空洞を通って移動する流体は、該２つの仕切り部材の回転運動と関連している。
ピストンの代わりにロータが利用されるエンジンに対してさまざまな設計があるにもかかわらず、そのような設計には難題が常に存在し続けている。たとえば、ロータリエンジンは、一般にピストンエンジンより効率が悪く、往復運動が伴い、そのようなロータリエンジンの製造および保守は複雑になる。既存の設計は、ロータの回転によって作り出される遠心力のために振動しがちでもある。さらに、関連する設計では、連続的に回転するロータが空気と燃料の吸入量を画定するので、一般に、ロータリエンジンの空気と燃料の吸入について選択的な制御が装備されていない。
米国特許第１，６８６，５６９号明細書 米国特許第１，８０２，８８７号明細書 米国特許第３，６５６，８７５号明細書 米国特許第３，６９０，７９１号明細書 米国特許第４，５１９，２０６号明細書 米国特許第５，１３１，２７０号明細書
効率的に燃料を供給し、より大きい動力を作り出し、製造がより容易であり、空気と燃料の吸入についてより選択的な制御を装備した、既存のエンジンより少ない振動を示すロータリエンジンが求められている。
（発明の要旨）
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。
本発明の別の実施形態によれば、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円筒形状ハウジングであって、該内側表面が吸入弁および排気弁を有するチャンバを画定する該ハウジングと、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、該吸入弁ポート内に受け入れられた燃料と空気に点火することによって燃焼力を作り出す手段と、該第１シャフトの平坦表面を摺動可能に受け入れるように構成されている長尺開口部、第１端部、および第２端部を有する少なくとも１つのロータであって、該ロータが該燃焼力に対応して回転するように構成され、該ロータの第１端部および第２端部が回転可能にかつ密封的に該ハウジングの内側表面に接触している該ロータと、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、第１端部、および第２端部を有する該第２シャフトであって、該第１端部が回転可能に該ハウジングの端部壁上に取り付けられ、該開口部を該チャンバの吸入弁に隣接して位置付けできる該第２シャフトと、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、第１端部、および第２端部を有する該第３シャフトであって、該第１端部が回転可能に該ハウジングの端部壁上に取り付けられ、該開口部を該チャンバの排気弁に隣接して位置付けできる該第３シャフトと、該第２シャフトと該第３シャフトを回転させる手段であって、それぞれ、該第２シャフトと該第３シャフト内の該開口部を吸入弁ポートと排気弁ポートに交互に位置合わせする該手段とを含むロータリエンジンが提供される。
（発明の詳細な説明）
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。
状況に特段の定めのない限り、本明細書およびそれに続くクレーム全体を通して、用語「ｃｏｍｐｒｉｓｅ」およびその変形体、たとえば、「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」および「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」は、非制限的、包括的意味、すなわち、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ、 ｂｕｔ ｎｏｔ ｌｉｍｉｔｅｄ ｔｏ（含むが限定はしない）」と解釈されるべきである。
この明細書全体を通して、「ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ」または「ａｎ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ」を参照することは、好ましい実施形態に関して記載された特定の機能、構造、または特徴が少なくとも１つの好ましい実施形態内に含まれていることを意味する。したがって、この明細書全体を通して様々な箇所に語句「ｉｎ ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ」または「ｉｎ ａｎ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ」が現れた場合、すべて同一の好ましい実施形態を参照するとは限らない。さらに、特定の機能、構造、または特性は、あらゆる適切な方法で１つ以上の好ましい実施形態に組み合わされてもよい。
この明細書全体を通して、「ｅｘｐａｎｓｉｏｎ」、「ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ」、「ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｃｙｃｌｅ」、または「ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｃｙｃｌｅ」を参照することは、限定はしないが、膨張または燃焼特性を表す、または空気および燃料をエネルギに変換する工程を描写する、または空気と燃料が点火されるあらゆるサイクルまたは状態のことを意味すると解釈される。本明細書において使用されるとおり「Ｆｌｕｉｄ」は、液体、ガス、および液体とガスの混合物を含む。
図１に示す好ましい一実施形態においては、本設計によって、７つの主要な構成要素、すなわち、ロータシャフト１０、少なくとも１つのロータ２０、ロータシール３０、３２、ロータハウジング４０、ロータリ吸入弁７０、ロータリ排気弁８０、および図７に示したロータリ弁歯車装置９０、９２で構成されたロータリエンジン１２０が提供される。歯車装置９０、９２は、当業者には周知の平歯車または他の間欠歯車装置を含むことができる。
図２Ａに示すとおり、一連の点４２は、図１に示したロータハウジング４０の内側表面５０の独特の輪郭を決定する。点４２は、線分４４の両端部によって創成され、該線分は、ロータ２０の長さと等しい長さを有する。線分４４の他端部は、内側表面５０の輪郭の１つの線分を形成する曲線４６を描く。ロータシャフト１０の回転の中心とロータ２０の回転の中心とは、原点１６である。ロータハウジング４０の内側表面５０は、原点１６に対して多様な半径を有するが、ロータ２０の長さに相当する一定の直径を有する。ロータハウジング４０の内側表面５０の半径は、内側表面５０の原点１６からロータハウジング４０の内側表面５０上の点４２までの距離である。ロータハウジング４０の内側表面５０とロータ２０とによって画定される半径は、該ロータがロータハウジング４０内の原点１６のまわりを回転し摺動するにつれて、連続的に変動することになる。対向する２つの半径を加算するとどれも、その合計は、ロータ２０の長さ、したがって、ロータチャンバ５２の直径と等しくなるはずである。
図２Ｂに示すとおり、ロータハウジング４０の内側表面５０の形状を決定する曲線４６は、円、放物線、楕円、または上述の関係を満たすどんな他の曲線の弦すなわち線分であってもよく、結果としてロータリエンジン１２０の望ましい性能をもたらすことになる。曲線４６の形状は、ロータハウジング４０の内側表面５０の形状を確定し、ロータ２０の形状に加えて図１に示したチャンバ５２の形状も確定する。
図１に示すとおり、ロータハウジング４０の少なくとも２つの端部壁６０および内側表面５０は、２つのロータチャンバ５２、５４を形成する。空気燃料混合物の燃焼が起こるロータチャンバ５２の形状が、燃焼効率、したがって、ロータリエンジン１２０の燃料効率を確定する。最も効率のよい燃焼を得るためには、さまざまな燃料に対してさまざまな形状のロータチャンバ５２、５４が必要になる可能性がある。
図２Ａおよび図２Ｂを参照すると、原点１６の中心は、第１軸線４１と該第１軸線４１に対して垂直な第２軸線４３とが交差する場所でもある。図１に示したロータハウジング４０の内側表面５０は、第１軸線４１のまわりで対称でなく、第２軸線４３のまわりで対称である必要はない。図２Ａに示すとおり、第１軸線４１および第２軸線４３の両方は、図１に示すロータハウジング４０の内側表面５０の原点１６の中心を通る。線分４４の縁端点４２が原点１６の中心から内側表面５０に向かって移動する距離は、該線分４４が原点１６の中心の周りを回転するにつれて、ロータハウジング４０の内側表面５０の輪郭を確定する。この距離が大きくなるほど、ロータハウジング４０の内側表面５０は、より極端にかつより乏しい円形となる。
ロータリエンジン１２０の排気量は、ロータハウジング４０の内側表面５０の形状とロータ２０の幅および形状とによって確定される。該排気量は、ロータ２０がロータハウジング４０内の第１軸線４１に平行であるとき、ロータハウジング４０の内側表面５０とロータ２０の上部表面とによって創成されるロータチャンバ５２の体積である。
ロータハウジング４０内のロータシャフト１０の配置、内側表面５０の形状、およびロータ２０の形状が、ロータリエンジン１２０の圧縮比を決定する際の主要要素である。ロータリエンジンの圧縮比は、ロータチャンバ５２内の増加する体積５６の最大領域とロータチャンバ５２内の減少する体積５８の最小領域との間の比である。ロータ２０が内側表面５０をぐるりと回転するとき、ロータ２０の中心がロータシャフト１０の中心から内側表面５０の形状とロータ２０の形状とに沿って移動した距離によって、ロータリエンジン１２０の圧縮比が確定する。ロータ２０の中心がロータシャフト１０の原点１６または回転の中心から移動する距離が大きいほど、ロータリエンジンの圧縮比は大きくなる。
エンジン１２０を使用する用途にもよるが、水または空気などの冷却剤を使用してロータハウジング４０を冷却できる。空冷または水冷設計を使用すれば、該エンジンの多様な用途に対して最高性能を得ることができる。図１に例示の好ましい実施形態では、少なくとも１つの水ジャケットまたはチャンバ５１を備えた水冷型エンジン１２０を示す。空冷型の場合は、水チャンバ５１を、ロータハウジング４０の外部に取り付けられた空冷フィンに置き換えることになる。
図３Ａ〜図３Ｅに示した好ましい一実施形態において、ロータリエンジン１２０は、円形すなわち円筒形シャフト本体１１上に、拡がったロータガイド部分１３が形成された該シャフト本体を備えて構成されたロータシャフト１０を有する。シャフト１１は、ロータ２０が前後に摺動する、対になった相互に対向する平面的な表面１２を有する拡がったロータガイド１３を備えた円形断面構造を有する。動作サイクルの間にロータシャフト１０が回転するとき、ロータ２０が往復運動するように、これらの平坦表面１２によって、ロータ２０とロータシャフト１０との間に確実な係合が形成される。したがって、これらの平坦表面１２によって、ロータ２０は、シャフト１１がロータチャンバ５２内で回転するにつれて、シャフト１１の軸線に対して垂直である並進運動で誘導される。ロータシャフト１０は、チャンバ５２内で原点１６のまわりを回転する。
図３Ａ〜図３Ｅに示した好ましい実施形態において、摩擦を減らすために、ロータシャフト１０を、ロータハウジング４０の端部壁６０内の複数のボールベアリングまたはローラベアリング１４上に取り付けるとよい。図１に示すとおり、ローラガイド１３上の平坦表面１２を図１１に示したロータ２０内の矩形開口部２８に通して嵌合する。ロータシャフトベアリング１４を円筒形シャフト１１の円形端部セクション上に嵌合する。
別の好ましい実施形態において、図１２に関連してより詳細に以下に説明する。ロータリエンジンは、図４Ａに示すとおり、ロータシャフト１０の対向する両端部上に形成された平坦表面１２上に取り付けられた２つのロータ２０、２２を有することができる。動作時、ロータ２０、２２が、図１に示したそれらロータの各ロータチャンバ５２、５４をぐるりと回転するにつれて、ロータ２０、２２は、ロータシャフト１０を回転させる。ロータ２０、２２は、ロータシャフト１０の円筒形シャフト１１上に形成された拡がったロータガイド１３の平坦表面１２にわたって、ロータシャフト１０の軸線に対して垂直に移動して前後に摺動する。ロータガイド１３は、従来の方法で円筒形シャフト上に搭載すなわち取り付けられた別個の構成部品であってもよいが、ロータガイドは、シャフト１１上に一体成形されることが望ましい。
図４Ａ〜図４Ｅに示した好ましい実施形態において、摩擦を減らすために、ロータシャフト１０を、図１に示したロータハウジング４０の端部壁６０内の複数のボールベアリングまたはローラベアリング１４、１５上に取り付けるとよい。図１に示すとおり、ローラガイド１３上の平坦表面１２を、図１２に示したロータ２０、２２内の矩形開口部２８に通して嵌合する。ロータシャフトベアリング１４を、円筒形シャフト１１の円形端部セクション上に嵌合する。大きい内側軌道輪径を備えたロータシャフトベアリング１５を、円筒形シャフト本体の中央に取り付ける。大きい直径の軌道輪によって、ベアリング１５は、ロータシャフト１０の矩形表面１２の上を摺動できる。ロータシャフトベアリング１４を円筒形シャフト１１の円形端部セクション上に嵌合する。
図５Ａ〜図５Ｅに示した好ましい実施形態において、ロータリエンジン１２０は、円形または円筒形シャフト本体１１と該シャフト上に形成された、複数のロータ２０、２２（図１２に示した）が前後に摺動する対向する平坦表面１２、ロータガイド１３とを有するロータシャフト１０を含む。ここで、ベアリング部材１５は使用されず、ロータシャフト１０は、図１２に示したロータ２０、２２がロータシャフト１０上に取り付けられるロータガイド１３上の対向する平坦表面１２を備えた矩形断面のシャフトである。動作中、ロータチャンバ５２、５４内でロータ２０、２２が回転するにつれて、これらの平坦表面１２が、ロータシャフト１１上でロータ２０、２２の並進運動を誘導する。これらの平坦表面１２によっても、ロータ２０、２２がロータシャフト１１を回転させるにつれて、ロータ２０、２２はロータシャフト１１の軸線に対して垂直に移動して、ロータシャフト１１の平坦表面１２を横切って摺動できる。
ロータシャフト１１は、ロータハウジング５０の内側表面の原点１６に位置し、かつロータ２０、２２に対する回転の中心でもある。図５Ｂに示すとおり、矩形ロータシャフト１１を備えた本発明の好ましい実施形態は、ロータシャフト１１の矩形部分の上に嵌合するように改良された内側軌道輪１８を備えたベアリングを有することができる。図５Ｂに示した改良された内側軌道輪１８を備えたベアリングは、図１２に示したとおり、多連ロータ対２０、２２を有する好ましい実施形態で使用すれば、ロータシャフト１１の平坦表面１２を収容できることになると思われる。図５Ｂに示したとおり、特殊内側軌道輪１８を備えたベアリングのみを使用して、ロータハウジング４０の端部壁６０内にロータシャフト１１を取り付けることによって、完全な矩形ロータシャフト１１を使用できる。
図１２に示したとおり、多連ロータ対２０、２２を有する本発明の好ましい一実施形態においては、図５Ａに示したロータシャフト１０上の矩形部分１２の上に嵌合する改良された内側軌道輪を備えたベアリングを使用することになる。特殊内側軌道輪１８を備えたベアリングのみを使用して、ロータハウジング４０の、図１に示した端部壁６０内にロータシャフト１０を取り付けることによって、ロータシャフト１１上の矩形拡大部分１３を使用できる。
ロータ２０、２２が取り付けられるロータシャフト１０の平坦表面１２を潤滑するために、小直径の穴（不図示）をロータシャフト１０の中心１６にあけるとよい。潤滑油がこの穴を通ってロータシャフト１０の平坦表面１２上に注入され、ロータ２０、２２が移動する平坦表面１２を潤滑する。
図１にさらに示すとおり、エンジン１２０は、ロータハウジング４０の両側に位置する吸入弁ポート６２および排出弁ポート６４を有する。好ましくは、ロータハウジング４０内の弁ポート６２、６４は、角が丸められた矩形形状であるが、他の既知の形状を使ってもよい。大きい矩形形状によって、チャンバ５２に入ったり排出されたりする空気の量をより多くでき、エンジン１２０に良好な燃焼、より大きい動力、およびより高い燃料効率が与えられる。
図６Ａおよび６Ｂに示すとおり、エンジン１２０は、ロータハウジング４０のどちらかの側面に取り付けられたロータリ吸入弁７０およびロータリ排気弁８０を有する。図７に示した２つの弁シャフト７２、８２は、それぞれロータリ弁７０、８０と連動している。弁７２、８２は、ロータ主軸１０と同一平面にあって、該主軸と平行であり、それぞれロータハウジング４０の吸入弁ポート６２および排出弁ポート６４内に取り付けられている。弁シャフト開口部７４、７６、８４、８６は、弁シャフト７２、８２の軸線に対して垂直に形成され、弁シャフト７２、８２を完全に貫通し、望ましくは弁シャフト７２、８２の軸線に対して直角に延在する。
弁シャフト開口部７４、７６、８４、８６の長さは、ロータ２０、２２の幅とほぼ同じであり、弁シャフト７２、８２の直径次第で幅は変えることができる。摩擦を減らすために、弁シャフト７２、８２は、ロータハウジング４０の端部壁６０内に配置されたボールベアリングまたはローラベアリングに取り付けることもできる。ロータハウジング４０の両側に配置された吸入弁ポート６２および排出弁ポート６４を図６Ａおよび６Ｂに示す。弁シャフト７２、８２が回転するにつれて、弁７０、８０は、弁シャフト７２、８２内の開口部７４、７６、８４、８６がそれぞれロータハウジング４０内の吸気ポート６２および排出ポート６４と位置合わせされることによって開閉する。開口部７４、７６、８４、８６が、図示６Ａに示したとおり、吸入ポート６２および排出ポート６４と位置合わせされたとき、流体、ガス、液体、またはガス液体の混合物は、ロータリ弁７０、８０を通ってチャンバに流入流出ができる。図６Ｂに示されているように、穴が整列されていないとき、弁７０、８０は閉じており、流体はチャンバに出入りできない。
特定の好ましい実施形態において、エンジン１２０は、図１２に示した２つのロータ２０、２２を有し、該２つのロータは、ロータシャフト上で平行に取り付けられ、図１に示したとおり、ロータハウジング４０内の別個のロータチャンバ５２、５４内に相前後して配置されている。２つのロータ２０、２２を装備するために、相前後して弁シャフト７２、８２に切り抜いた４つの弁シャフト開口部７４、７６、８４、８６がある。弁シャフト開口部７４、７６、８４、８６は、弁シャフト７２、８２を横に貫通している。弁シャフト開口部７４、７６、８４、８６は、空気および排気ガスがロータチャンバ５２、５４に流入流出するための通路を形成する。
図７に示すとおり４つの弁シャフト開口部７４、７６、８４、８６は、同一であるが、ロータリ弁シャフト７２、８２の軸線に沿って互いに異なる角度で配向しており、それらは、ロータリ弁シャフト７２、８２の長手方向軸線に対して垂直である。
平歯車９２が、各弁シャフト７２、８２上に取り付けられており、ロータシャフト１０上に取り付けられた単一駆動歯車９０によって駆動される。ロータシャフト１０が、ロータ２０、２２によって回転されるにつれて、弁シャフト７２、８２に係合する歯車９２および弁シャフト７２、８２が回転され、ロータリ弁７０、８０が開閉される。他の好適な歯車またはタイミングベルトおよびプーリーを使用して、ロータ弁シャフト７２、８２を連続的に回転させてもよい。
弁シャフト７２、８２内の弁シャフト開口部７４、７６、８４、８６の形状、図６Ａおよび図６Ｂに示したロータハウジング４０内の弁ポート６２、６４の幅、および弁シャフト７２、８２の回転速度によって、ロータリ弁７０、８０が開放または閉止している長さが決まる。したがって、これらのパラメータによって、ロータリ弁７０、８０の性能が決まる。図１に示すとおり、ロータ２０がロータシャフト１０を回転させるにつれて、ロータシャフト１０は、ロータシャフト１０上に取り付けられた歯車９０を回転させる。ロータシャフト歯車９０は、吸入弁シャフト７２上に取り付けられた平歯車９２と排出弁シャフト８２上に取り付けられた平歯車９２とを同時に回転させる。
好ましくは、吸入および排出弁シャフト７２、８２上に取り付けられた歯車９２は、ロータシャフト１０上に取り付けられた歯車９０の４回転に対して１回転する。したがって、ロータ２０およびロータシャフト１０が３６０度回転したとき、吸入弁シャフト７２および排出弁シャフト８２は、９０度回転することになる。図６Ａおよび図６Ｂに示したロータハウジング４０内の吸入弁ポート６２および排出弁ポート６４の形状と、吸入弁シャフト７２内の弁シャフト開口部７４、７６、および排出弁シャフト８２内の弁シャフト開口部８４、８６の形状とによって、ロータ２０およびロータシャフト１０が１８０度回転する毎に、吸入弁７０および排出弁８０が開放または閉止するようになる。吸入弁シャフト７２および排出弁シャフト８２を連続的に回転させることによって、エンジン１２０は、従来のピストンエンジンまたは普通の動弁機構を備えた他のロータリエンジンより振動が少なくより滑らかに作動し得る。
図８に示した本発明の好ましい実施形態において、弁シール７８、８８が、弁シャフト７２、８２内の開口部７４、７６、８４、８６の周りに切られた溝内に取り付けられている。弁シャフト７２、８２の上部および底部に沿って切られた溝もある。好ましくは耐熱耐摩耗性材料製であるこれらのシール７８、８８は、ばね懸架式なので、ロータリ弁ポート６２、６４の側面と常時接触状態になり自動的に摩耗調節ができる。
図９Ａおよび図９Ｂに示した更なる好ましい実施形態においては、２つの間欠回転歯車９６を駆動する、連続的に回転する２つの単一歯付き平歯車９４を使う間欠歯車構成を使用して吸入弁７０および排出弁８０を敏速に開閉する。間欠的に回転する吸入弁シャフト７２および間欠的に回転する排出弁シャフト８２は、連続的に回転する吸入弁シャフト７２および連続的に回転する排出弁シャフト８２より長く完全開放または完全閉止位置にとどまるはずである。より長く開放していることによって、吸入弁７０および排出弁８０は、より多くの流体を所定時間内にロータチャンバ５２に入れることができ、かつより多くの流体を所定時間内にロータチャンバ５２から排出でき、それによって、エンジン１２０の燃料効率を上げかつ燃料消費を下げることができる。
ロータシャフト１０上に取り付けられた２つの連続的に回転する同一単一歯付き駆動歯車９４の単一歯９５を互いから１８０度離して配向した状態でロータシャフト１０上に取り付けた２つの同一単一歯付き駆動歯車を示す。第１被駆動歯車９６は吸入弁シャフト７２に取り付けられ、第２被駆動歯車９６は排出弁シャフト８２に取り付けられている。これらの被駆動歯車９６によって、吸入弁シャフト７２および排出弁シャフト８２は開放位置か閉止位置かに回転される。図１０ａ〜１０ｃを参照すると、ロータシャフト１０上に取り付けられた駆動歯車９４が約２０〜３０度の小さい円弧を通って回転するにつれて、駆動歯車９４の単一歯９５が被駆動歯車９６と係合し、それら被駆動歯車が９０度回転される。９０度回転した後、被駆動歯車９６は、単一歯付き駆動歯車９４によって所定位置に固定されたままになった後、駆動歯車９４が３６０度回転して被駆動歯車９６に係合してサイクルが繰り返される。２つの単一歯付き駆動歯車９６が互いから１８０度に配向されているので、それら２つの単一歯付き駆動歯車によって、各歯車の回転につれて各歯車の単一歯によって引き起こされる力が打ち消される。別の好ましい実施形態において、２つの歯が互いから１８０度に配置された状態で、ロータシャフト１０の半分の速度で回転する単一連続回転駆動歯車９４を使用しても、被駆動間欠ロータリ弁歯車９６を回転させることができると思われる。
図１０Ａに示すとおり、駆動歯車９４は、間欠被駆動歯車９６の複数の歯車ローブ１０２間の複数の空間１００に係合する１つの歯を有する。駆動歯車９４は、単一の歯車の歯が突き出ている円板である。単一歯以外、駆動歯車９４は、単一の歯車の歯のみ歯車表面から突出している状態で円形かつ滑らかである。図１０Ａ〜図１０Ｃの例示の好ましい実施形態において、被駆動歯車９６は、駆動歯車９４の歯と係合する４つの空間１００を有する。駆動歯車９４と係合する４つの空間１００の間には、４つの特殊形状の歯車ローブ１０２がある。これら４つの特殊形状歯車ローブ１０２は、駆動歯車９４の歯９５が被駆動歯車９６の歯車ローブ１０２の間の空間と係合していないときの駆動歯車の回転部分の間中、駆動歯車９４の滑らかな円形表面１０６と係合する。被駆動歯車９６の歯車ローブ１０２の外側表面１０４は、駆動歯車９４が回転しているとき、該駆動歯車の円形表面１０６と係合する。この行動によって、被駆動歯車９６は所定位置に固定され、それによって、該被駆動歯車は、駆動歯車９４の歯９５が回転して被駆動歯車９６の歯車ローブ１０２の間の空間１００と係合するまで、回転できない。
吸入弁シャフト７２および排出弁シャフト８２の間欠回転を伴うエンジン１２０の好ましい実施形態は、吸入弁シャフト７２および排出弁シャフト８２の連続回転を伴うエンジンより振動が多い可能性がある。しかし、吸入弁シャフト７２および排出弁シャフト８２の間欠回転は、結果的にエンジン１２０のより大きい動作性能およびより大きい燃料効率をもたらすことになる。別の好ましい実施形態において、単一歯付き駆動歯車９４が被駆動歯車９６と係合するにつれて、該単一歯付き駆動歯車によって引き起こされる振動を減衰させかつ無くすために、単一歯付き歯車の代わりにいくつかの歯を備えた駆動歯車９４および被駆動歯車９６を使用してもよい。
図１１に示す好ましい一実施形態において、この設計では、先の丸い端部を有し、および長手方向軸線２１に沿ってかつ長手方向軸線２１に直交する横方向軸線２３に沿って対称形である矩形ブロックに似た形状のロータ２０を利用する。ロータ２０の上部、底部、および側部表面は平坦である。ロータ２０の先の丸い端部内には少なくとも２つのくぼんだ領域２４が、およびロータ２０の側面２６内にはロータシール３０および３２用の少なくとも２つのくぼんだ領域がそれぞれ存在する。ロータ２０の一方の側面からロータ２０の対向側面へ貫通する大きい矩形開口部２８がある。ロータ２０を、ロータ２０の側面内の大きい矩形開口部２８を貫通する、図１に示すロータシャフト１２の平坦表面上に取り付ける。この矩形開口部２８を貫通するロータシャフト１０によって、ロータ２０は、ロータシャフト１０の平坦表面１２にわたって摺動でき、ロータ２０がロータハウジング５０の内側表面をぐるりと回転するにつれて、ロータシャフト１０の軸線に対して垂直に移動する。ロータ２０の端部シール３０は、ロータ２０がロータハウジング５０の内側表面をぐるりと回転するにつれて、ロータハウジング５０の内側表面の両側と常時接触している。ロータ２０の側面シール３２は、ロータ２０がロータハウジング５０の内側表面をぐるりと回転するにつれて、常時ロータハウジング端部壁６０と接触している。
ロータ２０が、ロータシールばね３８を保持するために、ロータ２０の端部および側面内に複数の丸穴３４を有すれば理想的である。ロータシール３０、３２を位置決めし誘導するために、これらの穴３４の中心にガイドピン３６を取り付けるとよい。
ロータ２０の上部および底部表面は、ロータ２０の７２０度回転毎に完全な動作サイクルを行う。この二重作動機能によって、対になったロータ２０、２２が図１２に示したとおり互いに１８０度反対方向に配向された状態で、１８０度回転毎に動力ストロークが生じる。
図１３により適切に示したとおり、ロータシール３０、３２を、ロータ２０の各端部内のくぼんだ領域２４内およびロータ２０の各側面内のくぼんだ領域２６内にそれぞれ取り付ける。シール３０、３２は、特殊材料製であり、摩擦および摩耗を減らすばかりでなく耐熱性があり、交換可能である。複数のばね３８によって、シールはロータハウジング４０の端部壁６０および内側表面５０との一定の接触が強く保持される。これによって、ロータシール３０、３２は、自動的に補正され摩耗が調節される。側面および端部ロータシール３０、３２は、ロータ２０の角で連結され、ロータ２０の表面は互いから密閉が保たれており、それによって、ロータ２０がロータチャンバ５２の内側で回転するにつれて、空気、空気燃料混合物、排気ガス、または他の流体は、ロータ２０と、図１に示した内側表面５０と、端部壁６０とによって作られるチャンバ５６、５８の間をまったく通過しない。
図１４を参照すると、エンジン１２０が動作しているとき、動作サイクルの燃焼および膨張段階の間、ロータ２０および内側表面５０によって形成されるチャンバ５２内の燃料の燃焼からの圧力によって、ロータ２０の表面上に力Ｆが作用する。ロータ２０が内側表面５０をぐるりと回転するにつれて、ロータ２０もまたロータシャフト１２の平坦面に対してロータの長手方向軸線に沿って移動する。ロータ２０は、ロータシャフト１０およびロータ２０に対する原点１６すなわち回転の中心であるロータシャフト１０の中心において該ロータシャフトの両側に１つずつ、２つのセグメント１１０、１１２に分割される。点火時において、一方のロータセグメント１１０の機能表面は、回転の中心１６の他方の側の他方のロータセグメント１１２の機能表面より大きい。一方のロータセグメント１１０のより大きい表面上に作用する全力は、他方のロータセグメント１１２のより小さい表面上に作用する全力より大きい、従って、力の不均衡が生じる。膨張サイクルの間、一方のロータセグメント１１０上に作用するこの不均衡力によって、ロータ２０が内側表面５０をぐるりと回転され、好ましくは右回転で、ロータはより大きいロータセグメント１１０の方向にロータシャフト１０を回転させる。
動作サイクルの膨張段階の間、ロータ２０が内側表面５０をぐるりと回転するにつれて、一方のロータセグメント１１０の機能表面領域は増加し、他方のロータセグメント１１２の表面領域は減少する。一方のロータセグメント１１０の機能表面領域の増加および他方のロータセグメント１１２の機能表面領域の減少によって、ロータ２０上に作用する不均衡力が増加し、結果的に、動作サイクルの膨張段階の間、ロータ２０がハウジング４０内で回転するにつれて、トルクおよび動力の増加がもたらされることになる。
ロータリエンジン１２０は、図１２に示したロータ２０、２２が、実際にロータチャンバ５２、５４の内側で回転し、ロータチャンバ５２、５４（図１４）内で体積５６、５８が増減する領域を形成するという点で真のロータリエンジンである。内側表面５０は、独特の輪郭を有し、この輪郭によって、ロータ２０、２２は、ロータ２０、２２の端部においてロータシール３０が常時ロータハウジング５０の内側表面と接触している状態で、ロータチャンバ５２、５４をぐるりと回転できる。
エンジン１２０はまた独特のツインロータ設計を有し、この設計によって、ロータ２０、２２が図１４の個々のロータチャンバ５２、５４をぐるりと回転するにつれて、個々のロータ２０、２２によって引き起こされる力は動的に均衡される。エンジン１２０のロータハウジング４０は、前後に配置されかつ互いから１８０度に配向された２つのロータチャンバ５２、５４を有する。各ロータチャンバ５２、５４内の個々のロータ２０、２２は、図１２に示したとおり同じロータシャフト１０上に取り付けられている。ロータシャフト１０は平坦表面１２を有し、該平坦表面上にロータ２０、２２が取り付けられている。ロータ２０、２２がロータチャンバ５２、５４をぐるりと回転するにつれて、ロータ２０、２２がロータシャフト１０を回転させる。ロータ２０、２２がロータチャンバ５２、５４をぐるりと回転するにつれて、ロータ２０、２２は、ロータシャフト１０の軸線に対して垂直に移動して、ロータシャフト１０の平坦表面１２を横方向に摺動する。
図１４を参照すると、ロータハウジング４０内のロータシャフト１０の位置、ロータハウジング５０の内側表面の輪郭、およびロータ２０、２２の形状によって、ロータ２０、２２がロータチャンバ５２、５４内で回転するにつれて、ロータ２０、２２は、ロータ２０、２２の表面と内側表面５０との間に体積５６が増える領域と体積５８が減る領域とを作ることができる。ロータチャンバ５２、５４内のこれら体積５６が増える領域と体積５８が減る領域とによって、エンジン１２０は、吸入、圧縮、膨張、および排出の該エンジンの動作サイクルを行うことができる。エンジン１２０は、弁シャフト７２および８２を備えたロータリ吸入弁７０およびロータリ排出弁８０を有し、該弁シャフトは、エンジン１２０が使用される用途および必要な性能によって、図７および図９Ａに図示したとおり、連続的か間欠的かのどちらかで回転される。
本発明のさらに別の好ましい実施形態において、エンジン１２０の動力、性能、および効率を増大させるためには、ロータ２０の表面の輪郭を形成して、動作サイクルの膨張段階の間、一方のロータセグメント１１０に他方のロータセグメント１１２より大きい力が作用できるようにするとよい。図１５に示すとおり、ロータ２０の表面１２３の輪郭を形成して、ロータセグメント１１０に他方のロータセグメント１１２の表面領域より大きい表面領域を与えるとよい。ロータセグメント１１０、１１２の表面領域間の大きな差によって、ロータ２０上に作用する力の大きな不均衡、したがって、エンジン１２０のより大きいトルクが作り出されることになる。膨張段階の間、より大きい表面領域を有する一方のロータセグメント１１０上により大きい力が作用するように、力が加えられるロータ２０の表面１２３の輪郭を形成するとよい。エンジン１２０動作サイクルの膨張段階の間、燃料の燃焼によって発生される圧力にさらされる他方のロータセグメント１１２の表面領域を減少させることによって、より小さいロータセグメント１１２上に作用する力が減少され、したがって、より大きいロータセグメント１１０の表面上に作用する不均衡な力が増大する。この増大する力によって、動作サイクルの膨張段階の最初の部分の間にエンジン１２０の動力、トルク、および効率が増加する。
図１２に示すとおり、好ましい一実施形態において、エンジン１２０は、同一ロータシャフト１０上に互いに平行に取り付けられた２つのロータ２０、２２を有する。２つのロータ２０、２２の組み合わせ機能によって、ロータ２０、２２およびロータシャフト１０の回転の１８０度ごとに動力行程が備わり、かつロータ２０、２２が図１および図１４に示したロータチャンバ５２、５４をぐるりと回転するにつれて、各ロータ２０、２２によって作り出される不均衡力も均衡される。エンジン１２０は、対になったロータ２０、２２を使って、エンジンの振動を打ち消すことができる。ロータ２０、２２によって、該ロータが内側表面５０をぐるりと回転し、ロータシャフト１０を回転させるにつれて、該ロータが回転の中心１６に対して移動すると同時にロータシャフト１０の平坦表面１２を横方向に移動するときに、個々のロータ２０、２２の不同質量によって発生する遠心力が均衡される。
対になったロータ２０、２２を備えたエンジン１２０は、ロータ２０、２２がロータシャフト１０の平坦表面１２を横方向に移動するにつれて、個々のロータ２０、２２の不均衡な回転質量によって発生する力を均衡させることができる。個々のロータ２０が内側表面５０をぐるりと回転するときに、第２ロータ２２は、第１ロータから１８０度位相がずれて回転することになる。第１ロータ２０の不均衡な回転質量によって発生する力を打ち消すために、第１ロータ２０と１８０度位相がずれて進む第２ロータ２２がある。ロータ２０がロータシャフト１０の平坦表面１２を横方向に移動するにつれて、ロータ２０は、ロータ２０に対して回転の中心１６であるロータシャフト１０の両端に１つずつ、図１４に示した２つのロータセグメント１１０および１１２に分割される。
ロータ２０の全長が一定であるので、ロータ２０の全質量は一定である一方、回転するロータセグメント１１０、１１２の回転半径は変動するので、各ロータセグメント１１０、１１２回転質量の不均衡部分は直接的に変動する。ロータ２０がロータハウジング５０の内側表面をぐるりと回転するにつれて、これらロータセグメント１１０および１１２のそれぞれの質量および回転半径は変動する。各ロータセグメント１１０、１１２の回転質量および半径の変動が、不均衡状態の原因となる。
図１２を参照すると、ロータシャフト１０に取り付けられかつ第１ロータ２０から１８０度位相がずれて回転する第２ロータ２２によって、第１ロータ２０によって発生された不均衡力が均衡される。第１ロータ２０が回転の中心１６に対して横方向に移動するにつれて、第２ロータ２２が、第１ロータ２０から１８０度位相がずれて反対方向へ横移動し、第１ロータ２０によって発生された力は打ち消される。第２ロータ２２は、第１ロータ２０と同じ方向に回転する。
図１、図６、および図７を参照すると、ロータ２０がハウジング４０内で回転するにつれて、該ロータによって、吸入ポート６２および排出ポート６４への出入りを可能にしたり不可能にしたりすることによって、ロータハウジング吸入ポート６２およびロータハウジング排出ポート６４に対する自己動弁機能が実行される。ロータ２０が吸入ポート６２および排出ポート６４を通り過ぎて移動するにつれて、ポート６２、６４に対するロータ２０の回転位置によって、ロータ２０はこれらポートへの出入りを可能にしたり不可能にしたりできる。ロータ２０が内側表面５０をぐるりと回転するにつれて、ロータ２０の各端部は、これらのポートの一方に向かってかつ他方のポートからは離れる方に回転する。この動作によって、ロータ２０が回転して向かっているポートへの出入りが可能になり、かつロータ２０が回転して離れていくポートへの出入りが不可能になる。ポートへの出入りを不可能にすることによって、ロータ２０は実際に弁を閉止する。ポートへの出入りを可能にすることによって、弁シャフト開口部７４、８４が開放位置にある場合、ロータ２０は弁を開放できる。
図１６Ａ〜図１６Ｑに示した好ましい実施形態を参照すると、エンジン１２０の動作サイクルは４段階、すなわち、吸入、圧縮、膨張、および排出を有する。エンジン１２０内の単一ロータ２０の片側の動作サイクルを今から説明する。
（吸入サイクル、ロータ２０の回転の０〜１８０度）
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。
（圧縮サイクル、ロータ２０の回転の１８０〜３６０度）
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。
（膨張サイクル、ロータ２０の回転の３６０〜５４０度）
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。
さまざまな燃料を使って、エンジン１２０を動作させることができる。使用燃料の種類によって、空気燃料混合物の点火に使用する点火デバイス５３の形式が決まることになる。たとえば、燃料としてガソリンを使用するエンジン１２０内で空気燃料混合物に点火するためには、図１４に示した点火デバイス５３は、従来型点火プラグであり得る。限定はしないが、燃料としてディーゼル油を使用するエンジンなどの好ましい別の実施形態において、点火デバイス５３は、グロープラグ（不図示）であってもよい。さまざまな好ましい実施形態では、点火デバイス５３を内蔵しない場合があることは理解されるであろう。たとえば、特定のディーゼルエンジンは、圧縮空気から生じる熱を使って空気燃料混合物に点火するように設計されてもよい。この開示を綿密に調べた当業者には言うまでもないが、本発明の精神を逸脱することなく、さまざまな変形物でデバイス５３を作ることが可能である。
（排出サイクル、ロータ２０の回転の５４０〜７２０度）
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。
表１は、対になったロータを備えた好ましい実施形態において、エンジン１２０の動作サイクルの間、該ロータ対がロータチャンバ５２をぐるりと回転したときの２つのロータ２０，２２の２つの側面の関係を表にしたものである。
Figure 0005284790
 表２は、単一ロータ２０がロータチャンバ５２をぐるりと回転したときのロータリ入力および排出弁機能を表にしたものである。
Figure 0005284790
 エンジン１２０の好ましい実施形態は、ロータシャフト１０上に取り付けられた複数の対になったロータ２０、２２を有して、滑らかな動作を備えた動力増大を実現してもよい。これらの対になったロータ２０、２２は、ロータシャフト１０の各３６０度回転の間、連続的に最大動力を与えるような方式に配向できる。たとえば、４つのロータを備えたエンジン１２０は、互いから９０度配向された２つの対になったロータ２０、２２を有することになると思われる。６つのロータを備えたエンジン１２０は、互いから６０度配向された３つの対になったロータ２０、２２を有することになると思われる。
さらに別の好ましい実施形態において、エンジン１２０は、予燃チャンバを組み込めば、エンジン１２０の吸入サイクル前に空気燃料混合物を完全に混合させることによって、該エンジンの効率を上げかつ燃料消費を下げることができる。予燃チャンバは、空気燃料混合物が燃焼チャンバに入る前に、該空気燃料混合物を混合することになる。予燃チャンバからの空気燃料混合物は、燃焼チャンバの中に直接供給されることになる。予燃チャンバは、エンジン１２０のロータチャンバ５２、５４に対するロータおよびハウジング内側表面構造と類似のロータおよびハウジング内側表面構造を有し得る。
その上、または一方、エンジン１２０は、過給機チャンバを組み込めば、動力および性能を増大できる。過給機チャンバは、予燃チャンバと似ているが、空気燃料混合物がエンジン１２０のロータチャンバ５２、５４に入る前に、空気燃料混合物を圧縮することになる。この過給機チャンバは、エンジン１２０のロータチャンバ５２、５４に対するロータおよびハウジング内側表面構造と類似のロータおよびハウジング内側表面構造を有し得る。過給機はまた、予燃チャンバとしての役割も果たし、過給機が空気燃料混合物を圧縮する前に、上述のとおり該空気燃料混合物を完全に混合することができる。
その上、または一方、ターボ過給機を使えば、エンジン１２０のロータチャンバ５２、５４に入る空気量を増やすことによって、エンジン１２０の動力および性能を増大できる。エンジン１２０の排出ガスによってターボ過給機は駆動できる。エンジン１２０の吸入および排出ポート６２、６４は、至近距離に配置されており、そのため、ターボ過給機は該エンジン上に困難なく取り付けできる。
その上または一方、エンジン１２０は、エンジン１２０の主ロータチャンバ５２、５４からの排出ガス内に含まれる未燃焼燃料を燃焼させる後燃焼（ｐｏｓｔ−ｃｏｎｂｕｓｔｉｏｎ）チャンバを容易に収容できる。該後燃焼チャンバは、エンジン１２０の主ロータ２０およびロータチャンバ５２と類似のロータおよびロータチャンバを有し得る。該後燃焼チャンバは、主ロータチャンバ５２、５４から排出された未燃焼燃料を燃焼させることにより、更なる動力を獲得することによってエンジン１２０の燃料効率を増大させることになる。これらの未燃焼ガスは、該エンジンの性能に悪影響を与えないように、したがって、該エンジンからいかなる動力も消費しないように、十分な速度でロータを回転させるに十分な動力を作り出すためにのみ必要とされる。後燃焼チャンバの作用によって、エンジン１２０の排気ガスが低減されると同時に更なる動力が供給されることになる。
それに加えて、エンジン１２０の設計は、単一または複数ロータを使用するエアコンプレッサの基本原理として使用できる。ロータ２０がロータチャンバ５２内をぐるりと回転するにつれて、内側表面５０およびロータ２０の形状が、ロータチャンバ５２内で増減する体積を作り出す。コンプレッサの吸入サイクルの間、ロータ２０および内側表面５０によって形成される空気チャンバの体積が増大し、したがって、ロータチャンバ５２の中に空気が吸い込まれる。コンプレッサの圧縮サイクルの間、ロータ２０および内側表面５０によって形成されるロータチャンバ５２の体積が減少し、したがって、ロータチャンバ５２内の空気が圧縮される。コンプレッサには、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、該ロータの自己動弁動作によって、どんな吸入弁７０または排出弁８０も不要であると思われるが、一方向排出弁を使用すれば、コンプレッサの効率を上げることも可能である。
そのような好ましい実施形態においては、ロータ２０が吸入ポート６２を通り過ぎるにつれて、コンプレッサがロータチャンバ５２の中に空気を吸い込み圧縮し得る。空気は、ロータ２０がロータチャンバ５２内で１８０度回転するにつれて、コンプレッサの中に吸い込み続けられ得る。このとき、ロータ２０の反対側の端部は、ロータハウジング４０内の空気吸入ポート６２を通過し、従って、ロータチャンバ５２を密閉し得る。ロータ２０の端部がロータチャンバ５２内の排出ポート６４を通過し、従って、ポート６４を開放して圧搾空気が排出され得る。サイクルの圧縮段階は、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、開始され、該ロータチャンバは、ロータ２０が内側表面５０をぐるりと回転するにつれて、より小さくなる。ロータ２０が最大圧縮点に達したときに、圧縮チャンバ内の圧搾空気は、排出ポート６４内の一方向弁を通って圧縮チャンバの外に排出される。
より複雑な型のコンプレッサは、エンジン１２０のロータリ排出弁設計を使って更なる効率を得ることができる。そのようなコンプレッサは、一方を他方に供給する複数の圧縮チャンバを使って作ることができる。この設計においては、ロータリ吸入弁７０および排出弁８０によって、圧縮チャンバへの出入りが制御され、コンプレッサの効率が増大されることになる。
その上、または一方、エンジン１２０は、２サイクルで動作可能である。２サイクル燃焼エンジン１２０においては、図１４に示したグロープラグを点火デバイス５３として使用するとよい。２サイクルエンジン１２０のさらに別の好ましい実施形態においては、膨張媒質として蒸気または圧搾空気を使用してもよい。ただし、エンジン１２０は、膨張および排出サイクルで動作する。過去に効果的に使用されてきた、そして新技術によって改良され続けているいくつかの種類の蒸気発生器を含む多様な蒸気発生の方法がある。蒸気は、図１６Ｉに示した膨張サイクルの最初の部分の間、ロータチャンバ５２の中で膨張する。その後、吸入弁７０が閉止され、図１６Ｊ〜図１６Ｌに示すとおり、ロータがロータハウジングをぐるりと回転するにつれて、ロータチャンバ５２内で膨張し続ける。膨張サイクルの最後で、蒸気は図１６Ｍ〜図１６Ｐに示すとおり、排出ポート６４を通ってロータハウジングから排出される。言うまでもなく、さまざまな好ましい実施形態では、ロータリ排出弁８０は内蔵されなくてもよい。たとえば、排出ポート６４の位置に対してロータ１０の自己動弁動作は十分であり、ロータリ排出弁８０を不要にできる。排出ポート６４から、圧搾蒸気は、復水器（不図示）へと、または該復水器に先立ち別の膨張チャンバへと移動され得る。
さらに別の好ましい実施形態にしたがうと、本発明によるエンジン１２０は、限定はしないが、ガソリン電気ハイブリッドなどのハイブリッド自動車用途への使用に最適であり、それは、エンジン１２０が同等の内燃ピストンエンジンより軽量かつ小型であり、結果的に高い動力対重量比がもたらされるからである。さらに、前述の好ましい実施形態は、主ロータが、外部の主発動機によって、または同じハウジング内の１つ以上のロータによって駆動される真空ポンプおよび流体ポンプとして利用できるように構成されている。
本発明のさらなる好ましい実施形態を添付の図１７Ａ〜図１７Ｅおよび図１８Ａ〜図１８Ｃに示す。図１７Ａにおいて、円形断面構造とロータシャフト１３０の各端部１３６から延在するシャフト１３４とを備えた実質的に円筒形の本体１３２を有する変更されたロータシャフト１３０を示す。対になった横方向開口部１３８が該本体１３２を貫通して形成され、ロータが摺動可能な係合状態で受け入れられるように該開口部が所定の大きさに作られかつ形成されており、該開口部を図１８Ａ〜図１８Ｃに示す。とりわけ、この好ましい実施形態に示したとおり、開口部１３８は、矩形断面構造を有し、対応するロータの断面構造と合致する。言うまでもなく、他の断面構造を使用することが可能である。この好ましい実施形態では、２つのロータを有する２つのチャンバハウジング内にロータシャフト１３０、１３１が使用され得るので、２つの開口部を示している。
図１７Ｂ〜図１７Ｅは、ボールまたはローラベアリング１４がシャフト１３０の各端部および中央部に取り付けられ、シャフト１３０をハウジング（不図示）内に保持しているシャフト１３０の図である。図１７Ｃは、図１７Ｂ内の線Ｃ〜Ｃに沿って切ったシャフト１３０の断面であり、図１７Ｅは、図１７Ｄの線Ｅ〜Ｅに沿って切ったシャフト１３０の断面である。
図１８Ａ〜図１８Ｃにおいては、内部に回転可能に取り付けられたシャフト１３０を有するチャンバ１４６を含むロータリエンジンハウジング１４４を断面で示す。シャフト内の横方向開口部１３８は、ロータ１４８を摺動可能な係合状態で受け入れる。その後、ロータ１４８は、シャフト１３０内で摺動し、ロータ１４８がロータシャフト１３０を回転させるにつれて、該ロータおよびハウジングの変動する相対位置に対応できる。
本発明のさまざまな別の好ましい実施形態を下に説明する。
たとえば、ロータハウジング４０内の吸入弁ポート６２の中心線および排出弁ポート６４の中心線を、図１に示すとおりロータシャフト１０の中心線上に、またはロータシャフト１０の中心線の上方または下方に配置できる。吸入弁６２の中心線をロータシャフト１０の中心線の下方に配置することによって、ロータリエンジンの性能強化が可能になるロータシャフト１０の中心線より下点で、吸入空気燃料混合物を燃焼チャンバ５２に入れることができる。排出弁ポート６４の中心線をロータシャフト１０の中心線の下方に配置することによって、ロータリエンジンの性能強化が可能になるロータシャフト１０の中心線より下の点で、エンジン排気ガスを燃焼チャンバ５２から排出できる。
先の丸いシール３０を備えたロータ２０用に作られたロータハウジング４０の内側表面５０の曲線は、若干異なるが、本質的には先のとがった端部シール３０を備えたロータ用に作られたロータハウジング４０の内側表面５０の曲線と同じであり得る。ロータハウジング４０の内側表面５０の曲線の創成は、本質的には同じ方法を使用するが、若干異なる方法で行う。
図２Ｃで示した通り、一連の点４２によって、図１に示したロータハウジング４０の内側表面５０の独特の輪郭が特定される。点４２は、線セグメント４４の一方の端部においてロータの先の丸い端部によって作り出され、該線セグメントは、ロータの水平軸線に沿った長さに等しい。線セグメント４４の他方の端部においては、ロータの先の丸い端部が、原点１６を通りかつ内側表面５０の輪郭の一区分を形成する曲線４６に沿って跡をたどる。ロータシャフト１０の回転の中心およびロータ２０の回転の中心は、原点１６である。ロータハウジング４０の内側表面５０は、可変半径および可変直径を有する。図２Ｃに示すとおり、第１軸線４１に沿ったロータハウジング４０の内側表面５０の直径は、第１軸線４１に対して垂直である第２軸線４３に沿ったロータハウジング４０の内側表面５０の直径より大きい。
図１９Ａ〜図１９Ｃに示す別の好ましい実施形態において、吸入弁シャフト７２上に取り付けられた平歯車９２および排出弁シャフト８２上に取り付けられた平歯車９２が、電動ステップモータまたはサーボモータ１５０のシャフト上に取り付けられた別の平歯車（不図示）と噛み合っている。この機構によって、吸入および排出弁７４、７６、８４、８６の間欠的な開閉のタイミングを電子的に制御できる。
図２０Ａ〜図２０Ｃに示したとおり別の好ましい実施形態においては、２ロータリエンジンの吸入および排出弁シャフト７２、８２は、同一中心線を有するが、電動ステップモータまたはサーボモータ１５０によって互いに独立して回転できる。この機構によって、吸入および排出弁７４、７６、８４、８６の間欠的な開閉のタイミングを互いに独立して回転させかつ電子的に制御できる。
図２１に示す別の好ましい実施形態において、ロータ１５２は、中央横方向軸線１５４から各ロータ１５２の先端部まで対称的に湾曲した平坦な上部および底部表面を有することができる。上部および底部表面１５６、１５８の曲線は、ロータハウジング５０の内側表面の円形部分の曲線より若干大きい直径を備えたどんな曲線でもよい。これらの曲線は、ロータシール３０の先端で交わることになり、該点において、ロータシール３０は、ロータハウジング５０の内側表面と接触する状態になる。このロータ形状によれば、ロータチャンバ内で体積５８が減少する領域が最小に縮小されることによって、エンジンの動作サイクルの排出段階の間、燃焼チャンバ５２からの排気ガスの掃気が容易になるはずである。このロータ形状はまた、ロータハウジングの内側表面の円形部分の中心とロータの回転の中心との間の所定の偏りに対してエンジンの圧縮比を増大させることになる。
図２２に示した別の好ましい実施形態においては、ロータ１６６の上部および底部表面１６２、１６４内に湾曲したくぼみ、すなわちくりぬかれた領域１６０があるとよい。空気燃料混合物は、エンジン動作サイクルの膨張段階の間に点火が起こるとき、この領域内に濃縮され、燃焼がより完璧に引き起こされることになる。
図２３において、ロータ１７０の一方の側面から他方の側面に通る多数の水平方向穴１６８を示す。これらの穴によって、ロータ１７０の重量が減ることになる。ロータ１７０の重量減少によって、ロータ１７０の慣性が減少することになり、ロータがロータハウジング５０の内側を回転するときに、加速および減速に対する応答性がよくなるはずである。ロータ１７０の重量減少によって、ロータがロータハウジング５０の内側表面をぐるりと回転するときに、ロータ１７０の不均衡重量によって発生する不均衡力が減少されるはずである。その結果として、この構造によって、エンジンの振動が減ることになる。
図２４に示すとおり、ロータハウジング端部壁６０およびロータハウジング４０を、内燃ピストンエンジンのヘッドガスケットのシールに似たガスケット１７２を使って密封する。このガスケット１７２によって、冷却剤はロータハウジング６０の端部壁およびロータハウジング４０を通って循環できかつ燃焼チャンバ５２の気密シールを実現できるはずである。
図２５に示す別の好ましい実施形態において、ロータ２０の端部のシール１７４は、丸いすなわち湾曲した表面を有してもよい。ロータ先端シール３０の湾曲した上部および底部表面は、ロータ２０の長手方向軸線２１に沿って対称形であるはずである。ロータ端部シール１７４の上部および底部表面の曲線は、ロータシール１７４の端部が丸められずにロータハウジング５０の内側表面に接触した場合、ロータ端部シール１７４がロータハウジング５０の内側表面と接触する点をちょっと越えて交わることになると思われる。この丸いすなわち湾曲した形状によって、ロータ端部シール１７４は端部に丸みがもたらされ、ロータシール１７４の端部の摩耗が低減されることになるが、それは、該ロータがロータハウジング５０の内側表面をぐるりと回転するにつれて、該シールがロータハウジング５０の内側表面に接触する点が変動することになるからである。
図２６に示した別の好ましい実施形態においては、ロータハウジング４０およびロータハウジング４０内部のロータ２０の幅１７６を、ロータハウジング５０の内側表面の形状に沿って調節して、ロータリエンジンの最大性能を実現できる。
過給機チャンバを備えたエンジンの場合、過給機チャンバによってエンジンの最大性能が与えられるように、過給機チャンバ用のロータハウジング４０およびロータ２０の幅１７６が作られ得る。過給機チャンバの幅１７６は、エンジンのロータ２０およびロータハウジング４０の幅１７６とは無関係である。
後燃焼チャンバを備えたエンジンの場合、ロータハウジング４０内のロータハウジング４０およびロータ２０の幅１７６は、排出物質内の未燃焼燃料ができるだけ完全に燃焼されるように作るとよい。後燃焼チャンバの幅１７６は、エンジンのロータ２０およびロータハウジング４０の幅１７６とは無関係である。
図２７および図２８に示す別の好ましい実施形態において、ロータ端部シールおよびロータ側面シールは、ロータ端部シール１８５およびロータ側面シール１８４の外周部を取り囲んで配置されている拡大溝１７８、１８０内に取り付けられた更なるシール材１８２を有する。この材料１８２によって、ロータ２０およびロータ端部シール１８２とロータ側面シール１８４との間に存在する可能性がある小さい継ぎ目が密封される。この材料は、ガスケットの役割を果たし、ロータ２０およびロータ端部シール１８５およびロータ側面シール１８４の間に存在する可能性があるロータ側面シール１８４およびロータ端部シール１８５を取り囲む小さい領域を密封する。この材料は、弾力性があり得、耐熱および耐摩耗性材料製であり得る。
図２９〜図３１に示すとおり別の好ましい実施形態においては、ロータ１８８を２つの同一の半分１８６に水平分割できる。この構造によれば、ロータ１８８の２つの半分１８６は、ロータシャフトに平行に走るピンまたはボルト１９０によって結合できる。取り付けるとき、分割ロータ１８６をロータシャフト１０の平坦表面１２上の正確な位置に取り付け結合する。この製造方法によれば、エンジンの組み立てに対して該ロータを所定位置に置くために、ロータをロータシャフト１０の上を摺動させる必要がなくなる。この方法によれば、ロータリエンジンは、丸いロータシャフト１０上に取り付けられた任意の個数の複数対のロータ１８８を有することができる。
図３２に示すとおり、別の好ましい実施形態において、ロータ１９２は、２つの同一の半分１９４、１９６に水平分割できる。この構造によれば、ロータ１９２の２つの半分１９４、１９６は、分割ロータ１９２の一方の半分から分割ロータ１９２の他方の半分へ、分割ロータ１９２の長手方向軸線２１に対して垂直に走る１組のねじまたはボルトによって結合できる。取り付けるとき、分割ロータ１９２をロータシャフト１０の平坦表面１２上の正確な位置に取り付け結合する。この製造方法によれば、ロータリエンジンは、丸いロータシャフト１０上に取り付けられたかなり多くの複数対のロータ１９２を有することができる。
図３３および図３４Ａ〜図３４Ｃにおいて、ロータシャフト２００は、ロータシャフト２００の両側面上に平坦表面１２を備えた丸いシャフトであり、該ロータシャフトには、上述の分割ロータを使用することによって、複数の対になったロータを取り付けできる。図１に示すとおり、ロータシャフト１０上の平坦表面１２は、ロータの内側平坦表面１２を収容でき、該ロータは一度にロータシャフト１０上に取り付けられる。ロータ１８８、１９２の各対は、ロータシャフト２００に沿って互いから等角度間隔で配向される。各対のロータは、ロータシャフト２００上で互いに隣接できる。または各対のロータは、異なった対のロータが各対のロータの間に配置されるように配向されてもよい。ロータシャフト２００は、図１に示したロータハウジング４０の端部壁６０内に取り付けられた複数のボールベアリングまたはローラベアリング２０２上に取り付けることができる。
図３５に示した別の好ましい実施形態においては、４つのロータリ弁シャフトがロータハウジング４０上に取り付けられる。吸入弁２０４および排出弁２０６がロータハウジング４０の両側面上に配置される。４つの弁シャフトによって、吸入２０４および排出２０６弁断面領域が増加する。弁領域が追加されることによって、エンジンに出入りできる空気および排気の量が増加し、結果的に良好なエンジン性能がもたらされることになる。入力ポート６２および排出ポート６４をロータシャフト１０の水平面の上方および下方に配置することによって、入力弁２０４および排出弁２０６の開閉のタイミングに自由度が与えられ、エンジン性能が良好になる。
図３６Ａ〜図３６Ｂに示した好ましい実施形態においては、大きいロータリ弁シャフト２０８、２１０をロータハウジング４０上に取り付ける。吸入弁２１２および排出弁２１４を、ロータシャフト１０と同じ平面内でロータハウジング４０の両側に配置する。ロータハウジング４０内において、吸入弁ポート６２の中心線および排出弁ポート６４の中心線を、ロータシャフト１０を通る中心線上に配置する。大きい弁シャフト２０８、２１０によって、吸入弁２１２および排出弁２１４の断面領域が増大する。弁領域が追加されることによって、エンジンに出入りできる空気および排気の量が増加し、結果的に良好なエンジン性能がもたらされることになる。
図３７においては、弁シール２１６を、弁シャフト２２０の上部および底部に沿って切った流路２２２を横切る、弁シャフト２２０の直径を取り囲んで切った溝２１８内に取り付ける。ばね懸架式弁シール２１６を、該溝の交差点において互いにかみ合わせる。弁シャフト２２０の周りの気密を確実にするためには、溝内にシールを備えた複数の溝があるとよい。
図３８に示す別の好ましい実施形態においては、弁シール２２４を、弁シャフト２２８の上部および底部に切った幅広の溝２２６内に取り付ける。これらの溝２２６は、弁シャフト２２８内の弁開口部２３０から９０度に配向する。ロータハウジング４０内の弁開口部より広い弁シール２２４を、弁シャフト２２８内のこれら溝２２６内に取り付ける。弁シールばね（不図示）を弁開口部２３０のどちらかの側で、弁シャフト２２８を貫通する穴内に取り付け、弁シール２２４を押し付けて所定位置に保持する。これらの弁シール２２４は、弁シャフトの中心から別々に出たり入ったりできる。
図３８に示した別の好ましい実施形態において、弁シール２２４を、弁開口部２３０のどちらかの側で、弁シャフト２２８を貫通する穴内に取り付けた小さいシャフト２３２とともに連結し、それによって、それらは１つのユニットとして動くようになる。ロータチャンバ５２内の燃焼または圧縮による圧力によって、弁シール２２４が弁ポート６２、６４の内側壁から離れる方向に移動され、したがって、該圧力が弁７０、８０の気密を破る点にまで増大するにつれて、弁シャフト２２８の他方の側の弁シール２２４の部分が、弁ポート６２、６４の外側壁に押し付けられ、したがって、該外側壁に対抗するシール２２４の力が増大し、弁７０、８０の気密が保持されることになる。弁ポート６２、６４の内側壁から離れる方向に弁シール２２４を移動させようとする力は、弁シャフト２２８の他方の側の弁シール２２４の部分に加えられることになり、弁シール２２４のその部分は、弁ポート６２、６４の外側壁から離れる方向に移動されないようになる。
この明細書において参照したおよび／またはこの出願データシートに列記したすべての上記米国特許、米国特許出願公開公報、米国特許出願、外国特許、外国特許出願、および非特許刊行物は、それら全体を参照することにより本明細書に援用される。
前述のことから、言うまでもなく、本発明の特定の好ましい実施形態を説明する目的で、本明細書において記載してきたが、本発明の精神および範囲を逸脱することなく、さまざまな変更を行うことが可能である。したがって、本発明は、添付の請求の範囲による以外には限定はされない。
図１は、本発明一実施形態により提供されるロータリエンジンの断面図である。 図２Ａは、図１に示したロータリエンジンのロータハウジングの内側表面の形状を創成する方法の平面図である。 図２Ｂは、図２Ａの内側表面創成の図である。 図２Ｃは、別の創成方法によって形成された内側表面の図である。 図３Ａは、本発明の一実施形態により提供されるロータシャフトの等角図である。 図３Ｂ〜図３Ｅは、本発明の一実施形態により提供された、複数の軸受を備えたロータシャフトの上面図である。 図３Ｂ〜図３Ｅは、本発明の一実施形態に提供された、複数の軸受を備えたロータシャフトの上面図である。 図３Ｂ〜図３Ｅは、本発明の一実施形態により提供された、複数の軸受を備えたロータシャフトの上面図である。 図３Ｂ〜図３Ｅは、本発明の一実施形態により提供された、複数の軸受を備えたロータシャフトの上面図である。 図４Ａは、本発明の一実施形態により提供されたロータシャフトの等角図である。 図４Ｂ〜図４Ｅは、本発明の一実施形態により提供された、複数の軸受を備えたロータシャフトの上面図である。 図４Ｂ〜図４Ｅは、本発明の一実施形態により提供された、複数の軸受を備えたロータシャフトの上面図である。 図４Ｂ〜図４Ｅは、本発明の一実施形態により提供された、複数の軸受を備えたロータシャフトの上面図である。 図４Ｂ〜図４Ｅは、本発明の一実施形態により提供された、複数の軸受を備えたロータシャフトの上面図である。 図５Ａは、本発明の一実施形態により提供されたロータシャフトの等角図である。 図５Ｂ〜図５Ｅは、本発明の一実施形態により提供された、複数の軸受を備えたロータシャフトの上面図である。 図５Ｂ〜図５Ｅは、本発明の一実施形態により提供された、複数の軸受を備えたロータシャフトの上面図である。 図５Ｂ〜図５Ｅは、本発明の一実施形態により提供された、複数の軸受を備えたロータシャフトの上面図である。 図５Ｂ〜図５Ｅは、本発明の一実施形態により提供された、複数の軸受を備えたロータシャフトの上面図である。 図６Ａは、本発明の実施形態により提供された、開放配置にあるロータリエンジンの弁の断面図である。 図６Ｂは、本発明の実施形態により提供された、閉止配置にあるロータリエンジンの弁の断面図である。 図７は、本発明の実施形態により提供されたロータシャフトと２つの弁シャフトの等角図である。 図８は、本発明の実施形態により提供された、弁シールを備えた弁シャフトの開放状態を示す弁シャフトの側面図である。 図９Ａは、本発明の別の実施形態により提供されたロータリエンジンの上面部分図であり、ロータシャフト、２つの弁シャフト、および間欠回転歯車装置を示す。 図９Ｂは、図９Ａのロータリエンジンの正面部分図である。 図１０Ａ〜図１０Ｃは、本発明のさらに別の実施形態により提供された間欠回転歯車装置の一連の正面部分図である。 図１０Ａ〜図１０Ｃは、本発明のさらに別の実施形態により提供された間欠回転歯車装置の一連の正面部分図である。 図１０Ａ〜図１０Ｃは、本発明のさらに別の実施形態により提供された間欠回転歯車装置の一連の正面部分図である。 図１１は、本発明の一実施形態により提供されたロータの側面図である。 図１２は、本発明の別の実施形態により提供された２つのロータの側面図である。 図１３は、図１１のロータの上面図である。 図１４は、本発明の別の実施形態によるロータリエンジンの断面図である。 図１５は、本発明のさらに別の実施形態により提供されたロータの側面図である。 図１６Ａ〜図１６Ｐは、本発明の実施形態により提供されたロータリエンジンの一連の側面図であり、動作サイクルを示す。 図１６Ａ〜図１６Ｐは、本発明の実施形態により提供されたロータリエンジンの一連の側面図であり、動作サイクルを示す。 図１６Ａ〜図１６Ｐは、本発明の実施形態により提供されたロータリエンジンの一連の側面図であり、動作サイクルを示す。 図１６Ａ〜図１６Ｐは、本発明の実施形態により提供されたロータリエンジンの一連の側面図であり、動作サイクルを示す。 図１６Ａ〜図１６Ｐは、本発明の実施形態により提供されたロータリエンジンの一連の側面図であり、動作サイクルを示す。 図１６Ａ〜図１６Ｐは、本発明の実施形態により提供されたロータリエンジンの一連の側面図であり、動作サイクルを示す。 図１６Ａ〜図１６Ｐは、本発明の実施形態により提供されたロータリエンジンの一連の側面図であり、動作サイクルを示す。 図１６Ａ〜図１６Ｐは、本発明の実施形態により提供されたロータリエンジンの一連の側面図であり、動作サイクルを示す。 図１６Ａ〜図１６Ｐは、本発明の実施形態により提供されたロータリエンジンの一連の側面図であり、動作サイクルを示す。 図１６Ａ〜図１６Ｐは、本発明の実施形態により提供されたロータリエンジンの一連の側面図であり、動作サイクルを示す。 図１６Ａ〜図１６Ｐは、本発明の実施形態により提供されたロータリエンジンの一連の側面図であり、動作サイクルを示す。 図１６Ａ〜図１６Ｐは、本発明の実施形態により提供されたロータリエンジンの一連の側面図であり、動作サイクルを示す。 図１６Ａ〜図１６Ｐは、本発明の実施形態により提供されたロータリエンジンの一連の側面図であり、動作サイクルを示す。 図１６Ａ〜図１６Ｐは、本発明の実施形態により提供されたロータリエンジンの一連の側面図であり、動作サイクルを示す。 図１６Ａ〜図１６Ｐは、本発明の実施形態により提供されたロータリエンジンの一連の側面図であり、動作サイクルを示す。 図１６Ａ〜図１６Ｐは、本発明の実施形態により提供されたロータリエンジンの一連の側面図であり、動作サイクルを示す。 図１７Ａ〜図１７Ｅは、それぞれ、本発明の別の実施形態により形成されたロータおよびシャフトの構成の等角図、前面図、第１の端部の断面図、第２の側面図、第２の端部の断面図である。 図１７Ａ〜図１７Ｅは、それぞれ、本発明の別の実施形態により形成されたロータおよびシャフトの構成の等角図、前面図、第１の端部の断面図、第２の側面図、第２の端部の断面図である。 図１７Ａ〜図１７Ｅは、それぞれ、本発明の別の実施形態により形成されたロータおよびシャフトの構成の等角図、前面図、第１の端部の断面図、第２の側面図、第２の端部の断面図である。 図１７Ａ〜図１７Ｅは、それぞれ、本発明の別の実施形態により形成されたロータおよびシャフトの構成の等角図、前面図、第１の端部の断面図、第２の側面図、第２の端部の断面図である。 図１７Ａ〜図１７Ｅは、それぞれ、本発明の別の実施形態により形成されたロータおよびシャフトの構成の等角図、前面図、第１の端部の断面図、第２の側面図、第２の端部の断面図である。 図１８Ａ〜図１８Ｃは、図１７Ａ〜図１７Ｅのロータおよびシャフト構成を利用したロータリエンジンの別の実施形態の一連の断面図である。 図１８Ａ〜図１８Ｃは、図１７Ａ〜図１７Ｅのロータおよびシャフト構成を利用したロータリエンジンの別の実施形態の一連の断面図である。 図１８Ａ〜図１８Ｃは、図１７Ａ〜図１７Ｅのロータおよびシャフト構成を利用したロータリエンジンの別の実施形態の一連の断面図である。 図１９Ａ〜図１９Ｃは、ステップモータまたはサーボモータと組み合わせた平歯車機構を示す。 図１９Ａ〜図１９Ｃは、ステップモータまたはサーボモータと組み合わせた平歯車機構を示す。 図１９Ａ〜図１９Ｃは、ステップモータまたはサーボモータと組み合わせた平歯車機構を示す。 図２０Ａは、吸入弁および排気弁の作動についてさらに別の実施形態を示す。 図２０Ｂは、吸入弁および排気弁の作動についてさらに別の実施形態を示す。 図２０Ｃは、吸入弁および排気弁の作動についてさらに別の実施形態を示す。 図２１〜図２３は、ロータ構成の別の実施形態を示す。 図２１〜図２３は、ロータ構成の別の実施形態を示す。 図２１〜図２３は、ロータ構成の別の実施形態を示す。 図２４は、ハウジングに貼り付けたガスケットの図である。 図２５は、先の丸い端部シールと組み合わせたロータの好ましい別の実施形態である。 図２６は、本発明により提供されたロータハウジングおよびロータの別の構成を示す。 図２７〜図３２は、ロータの別の実施形態を示す。 図２７〜図３２は、ロータの別の実施形態を示す。 図２７〜図３２は、ロータの別の実施形態を示す。 図２７〜図３２は、ロータの別の実施形態を示す。 図２７〜図３２は、ロータの別の実施形態を示す。 図２７〜図３２は、ロータの別の実施形態を示す。 図３３および図３４Ａ〜図３４Ｃは、ロータシャフトの別の実施形態を示している。 図３３および図３４Ａ〜図３４Ｃは、ロータシャフトの別の実施形態を示している。 図３３および図３４Ａ〜図３４Ｃは、ロータシャフトの別の実施形態を示している。 図３３および図３４Ａ〜図３４Ｃは、ロータシャフトの別の実施形態を示している。 図３５および図３６Ａ〜図３６Ｂは、弁シャフトの別の配置を示している。 図３５および図３６Ａ〜図３６Ｂは、弁シャフトの別の配置を示している。 図３５および図３６Ａ〜図３６Ｂは、弁シャフトの好ましい別の実施形態を示す。 図３７〜図３８は、別の弁シール構成を示す。 図３７〜図３８は、別の弁シール構成を示す。

Claims (16)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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。
  9. 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。
  10. 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。
  11. 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。
  12. 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。
  13. 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。
  14. 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。
  15. 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。
  16. 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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