JP5654533B2 - ロータリ内燃エンジンにおける燃料の燃焼方法 - Google Patents

Description

本発明はロータリ内燃エンジンに関する。

一般的に内燃エンジンには、往復ピストンとロータリピストンの２つのタイプがある。往復ピストンエンジンにおける燃料は、ガソリン又はディーゼルがありうる。従来のガソリンエンジンは４行程又は２行程のいずれかが可能で、その両者とも熱エネルギーを放出するように燃料を燃焼させ、その後熱エネルギーは機械エネルギーに変換される。往復ピストンのガソリンエンジンでは、ガソリンと空気の混合物がシリンダに引き込まれ、ピストンにより圧縮され、火花により点火される。ディーゼルエンジンでは、空気のみがシリンダに引き込まれ、ガソリンエンジンより高率に圧縮され、それによって空気温度を増加させ、その後ディーゼル燃料が自然発火するようシリンダに噴射される。

ロータリピストンエンジンはガソリンエンジンと同じ燃料燃焼原理で動作するが、シリンダ内で加速減速を交互に繰り返さなければならない振動ピストンの代わりにロータリピストンを用いる。こうして、ロータリピストンエンジンは往復ピストンエンジンに関係する慣性力を除去し、結果的に高回転スピードをえる。往復ピストンエンジンと同様、ロータリピストンエンジンは燃料空気混合物を引き込み、その混合物を圧縮し、燃焼させ、燃焼したガスを排出するというステップを含む。ロータリエンジンの主な問題の一つは、３つの燃焼チャンバを相互の関係でシールすることである。

従来の４行程の往復ピストンエンジンでは、エネルギーが第３パワー行程で作られ、取込と圧縮の行程のために、そしてガス爆発行程のためにエネルギーが必要となる。

タービンは、水、水蒸気又は空気のような圧力に従う液体の流れの反作用又は衝動により作動され、通常は中央ロータリシャフト上の一連の曲線脈の形状で作られるロータリエンジンの別の形式である。蒸気タービンでは、加圧下の蒸気エネルギーが機械的なロータリ運動を作り出すために用いられ、その運動はよく発電のために用いられる。ガスタービンは燃焼ガスで駆動され、ロータ上に載置された環状の刃で燃焼ガスを偏向させることにより、回転運動を創り出す。ガス又は空気タービンはその全パワー出力を発電機に送ることができないが、これは、パワーの実質的な一部が圧縮機を駆動するために必要だからである。

タービンと比較して、内燃機関は熱エネルギーを機械エネルギーに変換するのにより効率的である。高効率の主な理由は高い圧縮率であり、それが高い燃焼温度につながる。燃料チャンバのシリンダ壁及びピストンにおける燃料混合物は、短期間に非常に高い温度勾配にさらされ、その後新たなチャージにより急冷され、それによってシリンダ及びピストン材料の劣化を避ける。他方、タービンはいかなる往復部材も持たないため、非常に高速で稼働する。結果的に、タービンは、単位重さ当たり高いパワーを与える。内燃機関とは異なり、タービンの入口のみが、燃焼温度と等しい絶え間ない最高温度にさらされる。したがって、タービンの熱効率はその入口の最大耐久温度に制限される。蒸気タービンも高速で稼働し、高価でない残燃料で作動し、高いパワー出力を与える。ところが、蒸気タービンは、それらを発電所に適合させるコンデンサを冷却するために莫大な量の水を必要とする。

米国特許第４７４１１５４号明細書

本発明は、特有な内燃エンジンに関し、エンジンの燃焼チャンバはいかなる往復又はロータリピストンも持たない。この構想における滑り運動は平面又は円筒面の間のいずれかで起こる。したがって、従来のロータリエンジンのシーリングの問題は、この設計では排除される。

一部の実施形態によれば、本発明は、ケーシングと、前記ケーシングに回転可能に載置され、複数の燃焼チャンバを有するロータと、前記チャンバに空気及び燃料の混合物を導入するためのチャージ入口と、前記チャンバから燃焼生成物を排出するための燃焼生成物出口と、を含む内燃エンジンであって、前記燃焼生成物の排出は前記ケーシング内の前記ロータに回転を与える、内燃エンジンを提供する。

図１Ａは、本発明のロータリ内燃エンジンの第１実施形態の分解斜視図である。図１Ｂは、エンジンの分解側部立面図である。 図２Ａは、エンジンのロータの立面図である。図２Ｂは、ロータの断面図である。 図３は、エンジンの断面図である。 図４Ａ、エンジンの１つのロータセグメントの斜視図である。図４Ｂは、ロータセグメントの上部平面図である。図４Ｃは、ロータセグメントの端部立面図である。図４Ｄは、ロータセグメントの側部立面図である。 図５Ａは、エンジンの端部キャップの一つの斜視図である。図５Ｂは、端部キャップの端部立面図である。図５Ｃは、端部キャップの側部立面図である。 図６Ａは、エンジンのケーシングの端部立面図である。図６Ｂは、ケーシングの断面図である。 図７は、ケーシングの断面図であり、その中に載置されたロータを備える。 図８Ａは、ロータの一部の拡大端部である。図８Ｂは、ロータの一部の断面図である。 図９Ａは、端部キャップの端部立面図である。図９Ｂは、端部キャップの１つの４分の１セグメントの拡大立面図である。 図１０Ａは、本発明によるロータリ内燃エンジンの第２実施形態の斜視図である。図１０Ｂは、第２実施形態の側部立面図である。図１０Ｃは、第２実施形態の上部平面図である。図１０Ｄは、第２実施形態の端部立面図である。 図１１Ａは、第２実施形態の分解斜視図である。図１１Ｂは、第２実施形態の分解立面図である。 図１２Ａ及び１２Ｃは、第２実施形態のロータの反対端からみた斜視図である。図１２Ｂ及び１２Ｄは、第２実施形態のロータの反対端からみた立面図である。図１２Ｅは、第２実施形態のロータの断面図である。図１２Ｆは、第２実施形態のロータの一部の拡大断面図である。 図１３Ａは、第２実施形態のチャージャの斜視図である。図１３Ｂは、当該チャージャの断面図である。図１３Ｃは、図１３ＢのラインＣに沿ったチャージャの端部の拡大図である。図１３Ｄは、当該チャージャの断面図である。 図１４は、第２実施形態のケーシングの断面端部立面図である。 図１５Ａは、第２実施形態の端部フランジの斜視図である。図１５Ｂ及び１５Ｃは、当該フランジの反対側部からみた立面図である。図１５Ｄは、図１５Ｂの線Ｄに沿った拡大図である。図１５Ｅは、第２実施形態のロータの一部の拡大図である。 図１６は、第２実施形態の断面図である。 図１７Ａは、第２実施形態のエンジンの断面図である。図１７Ｂは、第２実施形態のエンジンの１つの４分の１セグメントの拡大図である。 図１８Ａは、本発明のエンジンの空気標準サイクルを示すグラフである。図１８Ｂは、図１８Ａの動作ポイント１−１４と対応する、端部キャップの一つのチャンネル及び管路の概略図である。

図１−９は本発明のエンジンの第１実施形態を示す。図１０−１７は本発明のエンジンの第２実施形態を示す。

本発明のエンジンは、概して図の参照数字１０で指定されている。エンジン１０は、複数のセグメント１３、２つのエンドキャップ１４、１６、及び円筒ケーシング１８をもつロータ１２からなる。シールリング２６は、ロータ１２及びエンドキャップ１４、１６の間に設けられる。ロータは、その両端のハブ３０を介してシャフト３２上に回転可能に載置されている。ロータ１２は、「空気−燃料混合物チャージ」ウィンドウ２０、点火スタートウィンドウ２２、及びチャンバ出口２８をそれぞれ有する複数の燃焼チャンバ５２をもつ。各チャンバ５２は、入口６６及び出口２４内に冷却水パイプ又は管路２３、並びに入口６８及び出口を有する冷気パイプ又は管路２５をも有する。

燃焼チャンバ５２は同一の、等しい空間を有する。これらのチャンバ５２は連続的に、チャージウィンドウ２０を通じて、空気−燃料混合物、過熱蒸気及び冷気で（シーケンスで）チャージされる。図５は、燃焼チャンバ５２の出口２８に面するエンドキャップ１４、１６の面３４を示す。エンドキャップ１４、１６は互いに鏡像になっている。燃焼チャンバ５２の出口２８に露出された平面３４の一部は、点火スタートステージ３６を規定する。燃焼生成物は、燃焼膨張ステージ３８を規定する次の５つの管路内で膨張する。次の３つの管路内では、過熱蒸気の膨張が起こり、こうして蒸気膨張ステージ４０を規定する。最後の２つの管路は、冷気の流れを許容し、冷気ステージ４２を規定する。冷却水溝４４及び冷気溝４６は水及び空気がそれらを通して流れるのを許容する。

図６及び７は、４グループの入口を有する外側ケーシング１８を示す。各グループはチャージ供給口４３、一対の点火スタート管路４５、出口２８を有する過熱を含む。湾曲した側壁５０の前面は、冷気のための溝４０をもつ。各燃焼チャンバ５２の断面形状は（切断面は燃焼チャンバの動作軌道に直角である）台形である。どの台形部分の上端及び下端も湾曲していることが注目される。

エンドキャップ１４、１６は、燃焼生成物、蒸気及び空気が流れる管路５４をもつ。これらの管路５４はチャンネル５６を通して流れる水により冷却される。オリフィス５８は連続する管路５４に接続している。

ハブ３０の端面は複数の冷却水入口６６、及び、その水入口６６から半径方向外方に位置する複数の冷気入口６８を有している。これらの入口６６、６８は正弦リングで形成される。

（動作）
エンドキャップ１４、１６の平面３４に面するロータ１２の燃焼チャンバ５２の一つを見る。最初の１８°では、チャンバ５２は空気−燃料混合物で満たされる。混合物は、好ましくは、燃焼チャンバ５２への導入前に外部圧縮機（図示せず）により予備圧縮される。次の６°で、チャージ点火が火炎前面及び高圧燃焼生成物によって開始し、その後の６°で定容積の燃焼が続く。この段階で、燃焼チャンバ５２の生成物はそれらの最高の温度及び圧力にある。これらの高温燃焼生成物のいくらかの部分は管路を通して導入され、燃焼のために準備されたチャンバで点火スタートする。この空気−燃料チャージは燃焼し続け、５個の連続セットの定容積燃焼プロセスの後に、次の３０°間の定圧膨張が続く。高温の燃料生成物は、縦型のノズル管路５４を介して、燃焼チャンバ５２からエンドキャップ１４、１６に高速で流れる。管路５４での圧力の低下は管路壁のオリフィス６０のセットでコントロールされる。５４−６０°部分で燃焼チャンバに面する管路５４は、燃焼生成物を収集し、補助装置にそれを方向づける。流れる燃焼生成物の高運動エネルギーはケーシング１８内のロータ１２をスピンさせるよう推力を与える。もし燃焼生成物がロータ１２の軸に垂直な最大可能速度で排出されるなら、エネルギーの最大利用率が達成される。これは、全てのチャンバ５４が半円、又は半円形にできるだけ近いものであるべきであり、燃焼チャンバの出口側が縦形ノズル又は円形ノズルであることを意味する。

次の１８°の間、チャンバ５２は湿った蒸気又は過熱器からの高圧の過熱蒸気で満たされる。管路５４への過熱蒸気の排出は、エンジン１０の出力エネルギーの一部を与える。流れる過熱蒸気は残留燃焼生成物を排除し、燃焼チャンバ５２の壁４８を部分的に冷却する。最後の１２°で、チャンバ５２が冷気でチャージされ、残留蒸気を排除するとともにチャンバ壁を冷却乾燥させ、それらが新たな空気−燃料のチャージを受ける準備ができるようにする。

空気−燃料混合物はチャージする前に加圧することができるが、圧縮する圧力は使用燃料のセタン価に依存する。４個の空気−燃料チャージが各３６０°回転（すなわち、１個の空気−燃料チャージが各４分の１）のために各燃焼チャンバで燃焼される。５５００ｒｐｍで回転する６０個の燃焼チャンバ５２のロータの場合、２２０００空気−燃料チャージが秒あたり燃焼される。

ロータ１２のために、燃焼チャンバ５２は放射方向に湾曲している。このケースでは、空気−燃焼混合物、過熱蒸気及び冷気は、ロータ１２の中心から入り、半径方向外方に流れ、円筒ケーシング１８から排出する。冷却水は、チャンバ５２、円筒ケーシング１８のチャンネルを冷却し、エンドキャップ１４を通してエンジン１０に入り、エンドキャップ１６から出る。

燃焼生成物は高い温度、圧力及び速度で排出する。図１８Ａ及びＢはエンジン１０のための空気標準サイクルを示す。空気及び燃料の混合物が図１８Ａ及びＢの点１で各燃焼チャンバ５２に導入された後、チャージが燃焼生成物により圧縮され燃焼チャンバから別チャンバに流れるまで時間遅れがあり、これは図１８Ａ及びＢの点２、３及び４に一致する。点１及び２の間で、空気−燃料混合物が外部圧縮器により圧縮される。点２及び３の間で、当該混合物が回転ロータ１２により圧縮される。点３及び４の間で、当該混合物は、管路４５を通して１つの管路５４から隣り合う燃焼チャンバ５２に流れる高圧の燃焼生成物により、さらに圧縮される。図１８Ａのグラフに見られるように、点４−１４を経て燃焼プロセスが継続するとき、定容積及び定圧の５セットの燃焼が空気−燃料混合物のチャージの完全な燃焼のために許容される。燃焼プロセスの定容積部分は点４−５’、６−７’、８−９’、１０−１１’及び１２−１３’の間に延びる傾斜線で描かれ、当該プロセスの定圧部分は点４’−４、５’−６’、７’−８’、９’−１０’、１１’−１２’および１３’−１４’の間に延びる垂直線で描かれている。図１８Ａのグラフで、Ｘ軸はエントロピー（Ｓ）を表し、Ｙ軸は温度（Ｔ）を表す。次の表はさらに図１８Ａ及びＢのプロセスを説明する：１−２圧縮器による圧縮、２−３ロータによる断熱圧縮、３−４’燃焼生成物による断熱圧縮。

このように、エンジン１０の燃焼プロセスは２フェーズ、すなわち、増加圧力での定容積及び増加容積での定圧を有する。チャージが圧縮されるとき、温度は自己燃焼の点に増加する。こうして、エンジン１０は、火炎前面とチャージの増加圧の両者から燃焼の便益を持つ。

（冷却システム）
燃焼チャンバ５２は水、蒸気及び空気により冷却される。燃焼チャンバ５２の側壁５０はギャップ（添付図面１７参照）を通して放射状に外部に流れる水により冷却される。第２冷却フェーズは、燃焼フェーズ５２に蒸気をチャージし、その後冷気により、実行される。燃焼生成物は５０００°Ｆ（２７６０°Ｃ）の温度を有し、他方蒸気は１０００°Ｆ（約５３８°Ｃ）である。添付図面で最も良く理解できるように、エンドキャップ１４、１６の管路５４が、高温の燃焼生成物を収集し、当該管路をサンドイッチするチャンネル内で流れる水により冷却される。水は一方の側から入り、他方の側から収集される。高温の管路５４は、燃焼チャンバ５２と接触する管路の前面側に面する溝を通して流れる空気により冷却される。空気は高温の燃焼生成物と混合し、エンドキャップ１４、１６の材料が耐えられる値に温度を低下させる。エンジン１０を出る湿った蒸気（いくらかの量の水が冷却プロセス中蒸気に変換される）が蒸気分離器を通される。分離された蒸気は過熱器（図示せず）に指向され、水は水ポンプ（図示せず）により再循環される。添付図面１９は、各１／４区間で１セットの点火スタートウィンドウ２２が閉じられる、ロータ１２の構造を示す。その設計は、ケーシング１８の点火スタート管路の一つを不活発にする。不活発な管路は外部では水により、内部では空気により冷却される。

空気−燃料混合物は、燃焼チャンバ５２に導かれるとき、冷却機能を与えるように、比較的低温度でもある。

（シーリングシステム）
エンジン１０は、燃焼チャンバ５２内にスライド運動を持たない。エンジン１０内のスライド運動は回転ロータ１２及び固定エンドキャップ１４、１６と、ケーシング１８との間のみにある。２つの円筒面間、又は円筒面と平面との間のシーリングの問題は、広く研究され、種々の課題が機械工学設計の論文で提案されてきた。ところが、本ケースでは、正弦シールリング２６（添付図面１５参照）を用いる新たな課題が提示される。これらのシールリング２６は蒸気で円滑化される。蒸気が使用できない領域では、オイル潤滑油が代替案として用いられるだろう。そのケースでは、シールリング２６はペアで用いられ、オイルがシールリング２６間の間隙に導入されるだろう。

（負荷及びロータ回転速度制御）
空気−燃料混合物の変動及び空気−燃料混合物の圧縮圧は、エンジン１０の速度及び負荷を制御するために、最も普通に用いられる方法である。これらの方法に加えて、負荷及び速度のコントロールは、回転当たりチャージされるチャンバの数を減じることにより達成することができる。チャージ及び点火シーケンスは、状況に応じ調整されるべきである。

（モータスタート及び点火）
従来のガスタービンをスタートさせるために用いられる方法は、エンジン１０をスタートさせるために用いることができる。一旦ロータ１２が回転すると、燃焼チャンバ５２は上述したように連続的に点火されるだろう。点火プロセスが圧縮点火及び火炎前面点火の両者を活用することは、注目することができる。圧力差に通じる点火スタート管路は、可燃性、高温、高圧の燃焼物の一部を、燃焼チャンバ５２に導入し、点火準備状態とする。これらの高温、高圧の生成物の一部が導入されると、燃焼チャンバ５２の異なる点において結果的に多くの第２自己点火及び火炎前面を発生する。

このエンジン１０は異なるタイプのオイル及びガス燃料を用いることができ、それらは低グレードの燃料、非常にセタン価の低い燃料、及び特殊処理された微粉炭を含む。当該特殊処理された微粉炭は、加圧下の乾燥炭を中程度のセタン価のガス状又はオイル燃料に浸すことにより得られる。この処理炭は非常に低いセタン価の燃料とともに用いられるだろう。火炎前面は、微粉炭の粒子を燃焼させるであろう細孔中で中程度のセタン価の燃料を燃焼させ、当該微粉炭周辺の低セタン価の燃料の燃焼を開始するだろう。そのような安価な燃料は、概して従来の燃焼エンジンでは用いることができないが、それはそういった燃料が十分に燃焼しないからである。

（エンジンパワー出力の計算）
エンジン１０及び燃焼チャンバ５２の寸法は利用目的に依存する。例えば、発電所に対しては、１メートル長のロータ、０．４５メートルのハブ半径及び０．３メートル長（半径方向に）の燃焼チャンバが合理的な寸法である。

上記寸法に基づいて、エンジンの出力パワーが下記に記載されるように計算することができる。

ロータ１２内に６０個の燃焼チャンバ５２が存在する。各燃焼チャンバの断面は６°の角変位をカバーする。この角度‘θ’はラジアン（ｒａｄｉａｎ）で次のものに等しい。

燃焼チャンバの領域は、

である。燃焼チャンバの容積は、

である。各燃焼チャンバは回転当たり４個のチャージを燃焼させるだろう。もしロータ速度が５５００ｒｐｍであれば、１気圧で毎秒チャージされる空気−燃料の容積は、

である。

ところで、空気−燃料混合物はチャージの前に予備圧縮される。空気−燃料混合物が圧縮される圧力は燃料のセタン価に依存する。その圧力値は、通常１５−３５バール（ｂａｒｓ）の範囲である。

もし空気−燃料チャージが３５バールに圧縮されると、燃焼チャンバの毎秒のチャージ容積は、

である。

もし過剰空気が１５％、常温常圧における空気密度が１．０３ｋｇ／ｍ^３、完全燃焼のための空気−燃料比率が１６であるなら、毎秒燃焼する燃焼重量は、

である。

もし使用燃料の発熱量が１４０００Ｋｃａｌ／Ｋｇならば、解放された熱エネルギーは、

１キロカロリー＝４２６．８Ｋｇ−ｍであり、毎馬力＝７５Ｋｇ−ｍ／ｓである。したがって、エンジンの出力パワーは、

である。

もし、圧縮された空気−燃料混合物が１５バールであれば、

もし、過剰空気が２００％であるなら、

である。

（第２実施形態の詳細な説明）
本発明のエンジンの第１及び第２実施形態は同じ原理に基づいている。図１０−１７に示すように、第２実施形態のエンジン１０Ａにおいて、燃焼チャンバ５２Ａは半径方向に湾曲している。このケースで、空気−燃料混合物、過熱蒸気及び冷気はエンジン１０Ａの中心でチャージャ７０からチャージされ、半径方向外方に流れ、円筒ケーシング１８Ａから排出する。

円筒ケーシング１８Ａのチャンバ５２Ａ及び管路５４Ａを冷却する冷却水は、フランジ又はエンドキャップ１４Ａからエンジン１０Ａに入り、他のフランジ又はエンドキャップ１６Ａから去る。円筒ケーシング１８Ａの高温部を冷却する冷気は、ロータ１２Ａの側壁内に開けられた孔を通ってフランジ１４Ａ、１６Ａの両方から入り、ロータ１２Ａの円筒外面上の縦の開口を通して広がる。

燃焼チャンバ５２Ａはチャンバ壁４８Ａ、冷却水管路５６Ａ及び冷気溝６４Ａをもつ。チャージャ７０は潤滑オイルパイプ７９をもつ。

図１３Ｂは隠れ線が示されるチャージャ７０の縦断面である。部分ＡＡ、ＢＢ及びＣＣはチャージャ７０の一部であり、そこから冷気、過熱蒸気及び空気燃料混合物が、チャージャ７０内の特別スロットに流れ、燃焼チャンバ５２Ａに流れ込む。図１３Ｄに見られるように、チャージャ７０は、空気−燃料混合物、過熱蒸気及び冷気のためにそれぞれスロット９４、９６、９８を備える本体９２をもつ。チャージャ７０の円筒部９２は、空気−燃料混合物スロット９４及び蒸気充填スロット９６の間に存在する。空気−燃料スロット９４及び蒸気チャージスロット９６の各々は１５°の角度をカバーするようになっており、他方、空冷スロット９８は１０°の角度をカバーする。隣接チャンバのスロット９４及び９８間のチャージャ本体９２は、そこで点火が定容積の連続燃焼で開始し、その後膨張で定圧となり、４８°をカバーする。

図１４は、円筒ケーシング１８Ａ及びモータベース１００の断面である。チャージャ７０及び円筒ケーシング１８Ａの両者において、４個の同一部分がある。空気−燃料チャージは１８°の角度をカバーし、蒸気膨張は１８°であり、空冷の角位置は１２°であるよう示されている。点火及びその後の定容積燃焼はそれぞれ６°をカバーする。５個の連続する定容積燃料プロセスのそれぞれは、その後燃焼−膨張に続き定圧プロセスとなり、３０°をカバーする。

図１５Ａ−Ｄは冷却水供給点１０２をもつエンドキャップ１４Ａの側面図を示す。ロータ１２Ａ及び円筒ケーシング１８Ａを冷却するための冷却水ポケットは１０４で表される。空冷溝及び空冷入口パイプはそれぞれ４６Ａ及び６８Ａで表される。

図１６は組み立てエンジン１０Ａの断面を示し、そこではロータ１２Ａ、円筒ケーシング１８Ａ、フランジ１４Ａ、１６Ａ及びチャージャ７０が断面で示される。エンジンベース１００、燃焼チャンバ５２Ａ及び冷却水管路５６Ａが、ケーシング１８Ａ内の燃焼生成物収集管路５４Ａ及び冷水管路５６Ａとともに示される。図１７Ａは組み立てエンジンの断面を示す。火炎及び高温の燃焼生成物がチャージを発火するために燃焼チャンバに流入する管路は、１１０として表される。ケーシング内の冷却水管路は５６Ａとして表される。燃焼生成物収集管路５４Ａを接続するオリフィスは５８Ａで表される。燃焼生成物、蒸気及び空気のための出口パイプはそれぞれ８２Ａ、８４Ａ、８６Ａで表される。潤滑オイル通路は１０６である。

図１５Ｅは、フランジに面するロータの一部のための詳細図であり、そこで側壁、冷却水管路及び空冷供給点の入口の一部がそれぞれ５０Ａ、５６Ａ、及び６８Ａで表される。

（動作）
図１７Ｂは、組み立てエンジン１０Ａの４個の４分の１断面の１つを示す。回転燃焼チャンバ５２Ａの入口側が、固定チャージャ７０の空気−燃料スロット９４の一つの最初の部分により丁度カバーされ、そのチャンバの排出側が冷気収集管路１０４の最後の２°をカバーすることを想定する。この段階で、チャージャ７０からの加圧された空気−燃料混合物は燃焼チャンバ５２Ａを満たし、捕捉された冷気を排除する。次の１５°で、加圧された空気−燃料混合物でチャンバをチャージすることが続く。チャンバ５２Ａの入口側はその後、チャージ７０の円筒部により完全にカバーされる。２°後に、空気−燃料の点火がチャージの作用により開始し、高圧下の燃焼可燃物がダクト８２から排出される。この燃焼プロセスは６°の間、定容積で継続し、その後の６°の間、燃焼及び膨張が同時発生し定圧となる。この段階で、燃焼チャージの一部は縦ノズル又は円断面のノズルセットから第１燃焼生成物収集管路５４Ａに高速で排出される。排出されたガスのセグメントはダクト８２を通じて流れ、次のチャンバに続くチャンバで燃焼準備にあるチャージに点火する。排出ガスの残部はオリフィスセットを通じて流れる。

燃焼−膨張同時プロセスをその後に起こす、４セットの定容積のプロセスが次の２４°で起こる。収集された燃料生成物は、出口８２を通して過熱ヒータ（図示せず）にケーシング１８Ａからパイプで排出される。過熱器は、エンジン冷却水から分離された飽和蒸気を過熱するために用いられる。

次の１８°では、チャージャ７０からの過熱蒸気がチャンバで膨張し、排出側より取り出される。ノズルを通過する存在ガス及び蒸気の高機械エネルギーはロータ１２Ａを回転させる推力を与える。燃焼チャンバ５２Ａ内で膨張する蒸気は、残留燃焼生成物を排除し、燃焼チャンバ壁を冷却する。

次の１２°で、チャンバ５２Ａはチャージャを通して冷気でチャージされ、捕捉された蒸気を排除し、チャンバ壁を冷却し乾燥させ、これによりそれらは新たな空気−燃料チャージを受ける準備状態になる。チャンバから流れる冷気は出口８６から排出される。最大効率は、燃焼チャンバが燃焼生成物及び蒸気を排出し、最大可能速度でロータ軸に垂直方向にチャージされるとき、達成される。これは、チャンバがＵ字状又は半円であるべきであり、排出側がノズル形状であることを、意味する。

第１実施形態のために上述したのと同じ手順に従えば、第２実施形態のためのパワー出力は８８６５３．４７η_０ｈ．ｐ（馬力）である。このケースのロータは０．１ｍの長さであり、０．２ｍの内径をもつ。半径方向の燃焼チャンバの長さは０．１ｍである。空気−燃料混合物圧力は１５ｂａｒである。過剰空気は２００％で、燃焼チャンバの全領域は燃焼チャンバ壁の全領域に等しい。

カラー図面の添付が本発明の理解に役立つ。燃焼チャンバ５２は各４分の１に対し次のように添付図面で色づけされている：チャージ３茶、点火及び燃焼７赤、過熱蒸気チャージ３白、冷気２灰。同じパターンが、空気−燃料チャージ混合物の茶色の例外とともにエンドキャップ１４、１６のために用いられる。先に述べたように、赤色として示された部分は非常に熱く、効果的な冷却システムを必要とする。

本発明はより好適な実施形態とともに先に示され述べられてきて、多くの修正、置換、及び追加が、本発明の意図された精神及び範囲内でなされうることが理解される。上述したことから、本発明は少なくとも、その述べられた目的の全てを達成するということが理解できる。

第１実施形態−部品リスト（図１−９）
１０ エンジン
１２ ロータ
１３ ロータセグメント
１４ エンドキャップ
１６ エンドキャップ
１８ 円筒ケーシング
２０ 空気−燃料チャージウィンドウ
２２ 点火スタートウィンドウ
２３ 冷却水パイプ
２４ 燃焼チャンバの近接する壁面間の冷却水出口
２５ 冷気パイプ
２６ シールリング
２８ 燃焼チャンバ出口
３０ ハブ
３２ シャフト
３４ 平面
３６ 点火スタートステージ
３７ 定容積での燃焼
３８ 定圧への燃焼膨張
４０ 超高温蒸気膨張ステージ
４２ 冷気ステージ
４３ チャージ供給口
４４ 冷却水溝
４５ 点火スタート管路
４６ 冷気溝
４７ 過熱蒸気入口
４８ 燃焼チャンバの出口側の壁
４９ 冷気入口
５０ 燃焼チャンバ側壁
５２ 燃焼チャンバ
５４ 燃焼生成物収集管路
５６ 冷却水チャンネル
５８ 燃焼生成物収集管路に連結するオリフィス
５９ 蒸気収集オリフィス
６０ 管路５８の圧力制御のためのオリフィス
６２ 冷却水が流れる近接する燃焼チャンバ間のギャップ
６４ 当該壁上の冷気溝
６６ 冷却水パイプの入口
６７ 冷却水チャンネル
６８ 冷気パイプの入口
６９ 冷却水チャンネル

第２実施形態部品リスト（図１０−１７）
１０Ａ エンジン
１２Ａ ロータ
１４Ａ フランジ
１６Ａ フランジ
１８Ａ ケーシング
２０Ａ 空気−燃料混合物入口
２３Ａ 水入口パイプ
２５Ａ 空気入口パイプ
２８Ａ 燃焼チャンバ出口
４６Ａ 冷気溝
５０Ａ 燃焼チャンバ壁
５２Ａ 燃焼チャンバ
５４Ａ 燃焼生成物管路
５６Ａ 水管路
５８Ａ オリフィス
６０Ａ 燃焼生成物収集管路用オリフィス
６６Ａ 燃焼チャンバ用冷却水入口
６７Ａ 水チャンネル
６８Ａ 冷気入口孔
６９Ａ 冷却水チャンネル
７０ チャージャ
７２ オイルパイプ
７３ オイルブランチ
７４ 空気−燃料混合物入口パイプ
７６ 空気入口パイプ
７８ 蒸気入口パイプ
７９ オイル出口
８０ 潤滑オイル入口パイプ
８１ 水ギャップ
８２Ａ 燃焼生成物用出口パイプ
８４Ａ 蒸気用出口パイプ
８６Ａ 空気用出口パイプ
８８ 点火スタート導管
９０ 蒸気用オリフィス
９２ チャージャ７０の本体
９４ 空気−燃料混合物スロット
９６ 蒸気スロット
９８ 空気スロット
１００ モータベース
１０２ 水入口
１０３ 水入口
１０４ 冷却水ポケット
１０６ オイル通路

Claims (17)

1. チャージ入口及び出口を持つケーシングと、複数の燃焼チャンバを持つロータとを有するエンジンによって圧縮することにより非常に低いセタン価の燃料を燃焼する方法であって、
   空気及び前記非常に低いセタン価よりもセタン価の高い中程度のセタン価のガス状又はオイル燃料の混合物に加圧下で乾燥微粉炭を浸して、前記混合物で満たされた細孔を有する処理された微粉炭を生成することと、
   前記処理された微粉炭を、前記ケーシングのチャージ入口を通って前記燃焼チャンバの中に空気及び非常に低いセタン価の燃料の混合物のチャージに加えることと、
   エンジンの圧縮により前記処理された炭の前記細孔内の空気及び中程度のセタン価の燃料の前記混合物を前記燃焼チャンバ内で燃焼させることと、それにより、前記炭および低いセタン価の燃料を燃焼させること及び前記ケーシングの出口を通って燃焼物を排出することと、を特徴とする方法。
2. チャージ入口及び出口を持つケーシングを有するエンジンの圧縮により低いセタン価の燃料を燃焼する方法であって、
   エンジンのケーシングの内部に複数の燃焼チャンバを有する回転可能なロータを設けることと、
   空気及び前記低いセタン価よりもセタン価の高い中程度のセタン価の燃料の混合物を、燃焼性を有する多孔性材料に注入することと、
   空気、低いセタン価の燃料及び多孔性材料の混合物を前記ケーシングのチャージ入口を通って前記燃焼チャンバにチャージすることと、
   空気、低いセタン価の燃料及び多孔性材料の混合物を前記燃焼チャンバ内でエンジンの圧縮により燃焼することと、を含み、
   燃焼及び排出が、カム、バルブ、およびピストンを使用せずになされ、前記ケーシングの出口を通って燃焼物を排出することを特徴とする、方法。
3. ケーシングの円筒チャンバ内の回転可能に載置されたロータに複数の燃焼チャンバを設けることと、
   前記炭、空気及び燃料を前記燃焼チャンバ内で燃焼するために前記燃焼チャンバに加えることと、を特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. 前記燃焼は燃焼生成物を生成し、前記方法は、さらに前記燃焼チャンバから前記燃焼生成物を排出して、前記ケーシング内の前記ロータに回転を与え、それにより、燃焼からの熱エネルギーを機械エネルギーに変換するものであって、前記燃焼チャンバ内の可動部の使用を必要としない、請求項３に記載の方法。
5. 燃焼及び排出が、カム、バルブ、およびピストンを使用せずになされることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
6. 前記燃焼は、高圧及び高温の燃焼生成物を伴う前記チャージの火炎前面及び相互作用で開始されることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
7. 前記燃焼チャンバの固定容積を維持することを特徴とする、請求項３に記載の方法。
8. 前記エンジンの前記ケーシング及びロータは、カムおよびバルブを含まないことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
9. 前記燃焼は、同じ前記燃焼チャンバ内に定容積での燃焼及び定圧での燃焼膨張のセットを含むことを特徴とする、請求項３に記載の方法。
10. 前記燃焼は、前記空気及び燃料混合物と、高圧および高温の燃焼生成物との相互作用で開始されて、前記燃焼チャンバ内に第２点火開始点を生成することを特徴とする、請求項３に記載の方法。
11. 前記多孔性材料は炭であることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
12. 前記燃焼は燃焼生成物を生成し、前記方法は、さらに前記燃焼チャンバから前記燃焼生成物を排出して、前記ケーシング内の前記ロータに回転を与え、それにより、燃焼からの熱エネルギーを機械エネルギーに変換するものであって、前記燃焼チャンバ内の可動部の使用を必要としない、請求項２に記載の方法。
13. 前記燃焼チャンバの固定容積を維持することを特徴とする、請求項２に記載の方法。
14. 前記ケーシング及びロータは、カムを含まないことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
15. 燃焼及び排出が、カム、バルブ、およびピストンを使用せずになされることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
16. 前記燃焼は、前記同じ燃焼チャンバ内に定容積での燃焼及び定圧での燃焼膨張のセットを含むことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
17. 前記燃焼は、前記空気及び燃料混合物と、高圧および高温の燃焼生成物との相互作用で開始されて、前記燃焼チャンバ内に第２点火開始点を生成することを特徴とする、請求項２に記載の方法。

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