JP6387388B2 - 回転式内燃機関 - Google Patents

Description

本出願は、２０１３年３月１５日に出願された米国特許出願番号１３／８３２，８７６の優先権を主張する。

本開示は、回転式内燃機関の分野に関する。

内燃機関は、混合気などの可燃混合体が、エンジンの部品に力を与えるために、エンジンの燃焼室で点火されるエンジンである。オットーサイクル機関（Otto cycle engine）またはディーゼル機関などの往復動作式ピストンの内燃機関において、燃焼室は、往復動作式ピストンを収納するシリンダである。燃料を燃焼することで、ピストンが継続的に往復動作を行う。このピストンの往復動作は、連結棒によって往復動作式ピストンに連結されたクランク軸により、回転性の出力に変換される。ピストンの往復動作は、非効率なものである。例えば、燃焼が生じるのは、ピストンとクランク軸の間のトルク角がゼロまたはゼロ近くの上死点またはその付近である。

成功の程度は異なるものの、往復動作式ピストンの内燃機関の選択肢として、多数の型の回転式内燃機関が提案されている。回転式燃焼機関の設計では、円弧状の「シリンダ」内に１つ以上のピストンを配設しているものもある。これらのエンジンは、円弧状の内燃機関とも呼ばれる。これらの設計では、ピストンの動作と一致して出力軸を回転すると共に、往復動作ではなく連続的に円を描くように移動する１つ以上のピストンを含むものもある。この配置設計では、往復動作式ピストンの内燃機関にある非効率の元となる原因のいくらかは取り除かれているが、これまでに提案された設計では、成功を収めることができなかった。

実施形態の一態様として、円弧状の圧縮室（compression chamber）と、円弧状の膨張室（expansion chamber）と、出力軸と、円弧状の圧縮室および円弧状の膨張室を介して移動するために出力軸に連結されるピストンと、を含む回転式内燃機関を開示する。このピストンは、前端部と、終端部と、ピストンの前端部に配設されて円弧状の圧縮室から圧縮性流体を受容するための吸入バルブと、ピストンの終端部に配設されて円弧状の膨張室に燃焼ガスを放出するための排出バルブとを有する。

実施形態の他の態様として、円弧状の圧縮室と、円弧状の膨張室と、出力軸と、この出力軸に連結されるピストンとを含む回転式内燃機関を開示する。このピストンは、前端部と、終端部と、前端部に配設される吸入バルブと、終端部に配設される排出バルブと、吸入バルブと排出バルブとを連通する内部チャンバとを有する。

本願の装置のさまざまな特徴、効果およびその他の使用法は、以下の詳細な説明および図面を参照することによって、より明らかになる。

回転式内燃機関の側面の横断面図である。

回転式内燃機関を示す切欠斜視図である。

回転式内燃機関の第１の横バルブアセンブリを示す側面図であり、第１の圧縮室バルブおよび第２の膨張室バルブの閉鎖位置を実線で示し、開放位置を破線で示す。

回転式内燃機関のピストンの上下方向断面図である。

圧縮／吸入段階の開始時の回転式内燃機関の上下方向断面図である。

圧縮／吸入段階の終了時の回転式内燃機関の上下方向断面図である。

膨張／排出段階の開始時の回転式内燃機関の上下方向断面図である。

膨張／排出段階の終了時の回転式内燃機関の上下方向断面図である。

回転式内燃機関の他のピストンの上下方向断面図である。

本開示は、ピストンが円弧状のシリンダ内の円形経路に沿って一定の方向に移動する回転式内燃機関に関する。本願明細書で説明する回転式内燃機関は、多様な負荷条件、可燃混合体の適切な圧縮、熱エネルギー保存、柔軟な燃料能力、および可燃混合体の完全な燃焼と排気において、好ましく用いられる酸化剤のいくらかまたは全てを燃料比率とともに考慮することにより、従来の設計を改善するものである。本願明細書において説明するように、ピストン内に燃焼室を設けることで、ピストンがシリンダ内を移動する際に、可燃混合体がピストン内で圧縮される。ピストンは、開閉可能な吸入バルブおよび排出バルブを含み、可燃混合体がピストン内で圧縮されることと、点火に続いて可燃混合体が膨張することとを可能にする。圧縮効果およびエンジンサイクルの膨張段階を最大限にするために、シリンダは、横バルブアセンブリにより互いに分離される円弧状の圧縮室および円弧状の膨張室に分けられる。この横バルブアセンブリは開口しているので、ピストンが圧縮室から膨張室へ、膨張室から圧縮室へ通過することができるようになる。いくらかの実施態様において、バルブが開閉する際のピストンとバルブとの間のデッドスペースを最小限にするために、横バルブアセンブリおよびピストンは、互いに相補的に形成することができる。

図１は、回転式内燃機関１００の側面の断面図である。回転式内燃機関１００は、円弧状の圧縮室１２０を画定するハウジング１１０と、円弧状の膨張室１３０とを有する。圧縮室１２０および膨張室１３０は、略円弧状のシリンダを画定し、ピストン１４０は、円弧状シリンダを介して、一方向に連続する円形の経路を移動する。

ピストン１４０は、出力軸１６０に連結している。出力軸１６０は、回転式内燃機関１００の中心軸１０２に沿って延在可能であり、圧縮室１２０および膨張室１３０によって画定される略円弧状のシリンダは、中心軸１０２を中心点として、中心軸１０２を囲むように配設される。いくらかの実施態様において、所望の用途の規模に合わせてエンジン出力できるよう、本願明細書において説明する２つ以上の回転式内燃機関を、出力軸１６０で相互接続することにより組み合わせることができる。

圧縮室１２０および膨張室１３０を介してピストンが移動することで出力軸１６０が回転するように、ピストン１４０は出力軸１６０に連結している。特に、出力軸１６０がピストン１４０の移動と一致して回転するように、ピストン１４０が出力軸１６０に連結することができる。ピストン１４０と一致して出力軸１６０が回転するためには、ピストン１４０を出力軸１６０に強固に連結させる。一例では、ピストン１４０および出力軸１６０の各々は、ハウジング１１０内に配設されるロータ１７０に連結される。いくらかの実施態様において、出力軸１６０および／またはピストン１４０は、ロータ１７０と一体的に形成することができる。他の実施態様において、メカニカルファスナなどの従来の手段によって、ロータ１７０をピストン１４０および／または出力軸１６０に強固に連結することができる。本願明細書において説明する実施態様では、ロータ１７０に連結する単一のピストン１４０を含んでいるが、他の実施態様では、ロータ１７０に各々連結する２つ以上のピストン１４０を含むことができる。

圧縮室１２０および膨張室１３０を封止するために、ロータ１７０とハウジング１１０との間の接合部にシール部材１１２を設けることで、圧縮室１２０および膨張室１３０内を加圧できる。

圧縮室１２０および膨張室１３０において、ピストン１４０の移動に応じてバルブの作動を行うために、本願明細書において後述するように、ロータ１７０は、表面特徴部１７４を有するカム面１７２を含むことができ、表面特徴部１７４では、バルブあるいは回転式内燃機関１００の他の部分を作動させるように構成されるカム面１７２の高さを変更することができる。

図２に最も良く示すように、圧縮室１２０は、第１端部１２２から第２端部１２４まで延在する。ピストン１４０は、圧縮室１２０の第１端部１２２で圧縮室１２０に入り、圧縮室１２０の第２端部１２４で出るように、圧縮室１２０を介して移動するように構成される。

圧縮室１２０内に圧縮性流体を吸入するために、吸入ポート１２６がハウジングによって形成され、圧縮室１２０に圧縮性流体を供給するために圧縮室１２０と連通している。
図示の例において、単一の吸入ポート１２６が、圧縮室の第１端部１２２に隣接して設けられている。他の実施態様において、複数の吸入ポート１２６を、圧縮室１２０に沿って複数個所に設けることができる。複数の吸入ポートを、例えば、圧縮比を変えたり、ピストン１４０から燃焼副産物を除去したりするために設けることができる。

いくつかの実施態様において、圧縮性流体は空気などのガス状の酸化剤である。また、圧縮性流体は、基本的に空気から成ることができる。吸入ポート１２６で圧縮室１２０内に導入される圧縮性流体が酸化剤であり、燃料を含まないという実施態様において、本願明細書において後述するように、燃料をピストン１４０内に導入することができ、混合気などの可燃混合体を画定するために、ピストン１４０内で圧縮性流体と混ぜ合わせることができる。他の実施態様において、圧縮性流体は、空気や燃料などの酸化剤を含む可燃混合体とすることができる。

圧縮室１２０は、略円弧状であり、圧縮室１２０の形状が略円弧の一部となるように、中心軸１０２を中心にして円弧状に沿って延在する。中心軸１０２において計測すると、図示の例の圧縮室１２０は、約１１０度の円弧に沿って延在している。しかしながら、この例の圧縮室１２０の長さは例示であり、回転式内燃機関１００は、特定の長さの圧縮室１２０を組み込む設計に限定されないということが理解されるべきである。

膨張室１３０は、第１端部１３２から第２端部１３４まで延在する。ピストン１４０は、第１端部１３２で膨張室１３０に入り、第２端部１３４で膨張室１３０から出ることで、膨張室１３０を介して移動するよう構成される。排出ポート１３６は、ハウジング１１０によって形成され、膨張室１３０の第２端部１３４に隣接して配設される。排出ポート１３６は、可燃混合体の燃焼により生じる燃焼ガスを受ける膨張室１３０と連通している。膨張室１３０は、略円弧状であり、中心軸１０２を中心とする円弧の形をしている。したがって、膨張室１３０は、中心軸１０２を中心とする円弧の一部の形状である。図示の例において、中心軸１０２において計測すると、膨張室１３０は、約２２０度の円弧に沿って延在している。回転式内燃機関１００は、特定の長さの膨張室１３０を備えることに限定されないが、膨張室１３０の長さは、ピストン１４０が出力軸１６０にトルク印加可能な角度に関連していることに注意すべきである。このように、中心軸１０２において計測すると、１８０度を超える円弧に沿って延在する膨張室１３０を備える回転式内燃機関１００には多くの利点がある。

圧縮室１２０および膨張室１３０を互いに分離するために、第１の横バルブアセンブリ１８０および第２の横バルブアセンブリ１９０が備えられている。第１の横バルブアセンブリ１８０は、膨張室１３０の第２端部１３４と圧縮室１２０の第１端部１２２の間に配設される。圧縮室１２０を封止するために、第１の横バルブアセンブリ１８０は、第１の圧縮室バルブ１８２を含み、第２の横バルブアセンブリ１９０は、第２の圧縮室バルブ１９２を含む。第１の圧縮室バルブ１８２は、圧縮室１２０の第１端部１２２に配設され、圧縮室１２０の第１端部１２２が封止される閉鎖位置から、ピストン１４０が圧縮室１２０に入れるよう圧縮室１２０の第１端部１２２が封止されていない開放位置まで移動可能である。第２の圧縮室バルブ１９２は、圧縮室１２０の第２端部１２４が封止される閉鎖位置から、ピストン１４０が第２端部１２４において圧縮室１２０から出られるよう圧縮室１２０の第２端部１２４が封止されていない開放位置まで移動可能である。

膨張室１３０を封止するために、第２の横バルブアセンブリ１９０は、第１の膨張室バルブ１９４を含み、第１の横バルブアセンブリ１８０は、第２の膨張室バルブ１８４を含む。第１の膨張室バルブ１９４は、膨張室１３０の第１端部１３２に配設される。第２の膨張室バルブ１８４は、膨張室１３０の第２端部１３４に配設される。第１の膨張室バルブ１９４は、膨張室１３０が第１端部１３２で封止される閉鎖位置から、ピストン１４０が膨張室１３０に入ることができるよう膨張室１３０が第１端部１３２で封止されていない開放位置まで移動可能である。第２の膨張室バルブ１８４は、膨張室１３０が第２端部１３４で封止される閉鎖位置から、ピストン１４０がその第２端部１３４に膨張室１３０を出られるよう膨張室１３０が第２端部１３４で封止されていない開放位置まで移動可能である。

第１の圧縮室バルブ１８２、第２の圧縮室バルブ１９２、第１の膨張室バルブ１９４および第２の膨張室バルブ１８４の各々は、ローラなどのコンタクト部材１８６を備えることができ、ロータ１７０のカム面１７２と係合し、カム面１７２に形成される表面特徴部１７４など１つ以上の特徴部と係合することにより、それぞれのバルブを開くよう構成されている。カム面１７２と係合し、閉鎖位置に向かってバルブを付勢するために、第１の圧縮室バルブ１８２、第２の圧縮室バルブ１９２、第１の膨張室バルブ１９４および第２の膨張室バルブ１８４の各々は、引張ばね等の付勢エレメント１８８を含むことができ、それぞれのバルブを閉鎖位置に付勢するように構成されている。

図３は、回転式内燃機関１００の第１の横バルブアセンブリ１８０を示す側面図である。第２の横バルブアセンブリ１９０は、第１の横バルブアセンブリ１８０と実質的に同様の構成を有しているので、図３を参照して第１の横バルブアセンブリ１８０について行う説明は、同様に、第２の横バルブアセンブリ１９０にも適用可能である。

第１の圧縮室バルブ１８２および第２の圧縮室バルブ１９２の各々は、上部バルブ部分１８５および下部バルブ部分１８７を含む。上部バルブ部分１８５および下部バルブ部分１８７の各々は、略１／４の球状であり、上部バルブ部分１８５と、第１の圧縮室バルブ１８２および第２の圧縮室バルブ１９２の各々の下部のバルブ部分１８７とは、第１の圧縮室バルブ１８２および第２の圧縮室バルブ１９２の各々に対して略半球状の形状を画定している。第１の圧縮室バルブ１８２およびピストン１４０の外部形状と相補的な形状である第２の圧縮室バルブ１９２の各々が内部形状を有することで、第１の横バルブアセンブリ１８０のバルブタイミングは、ピストン１４０と第２の膨張室バルブ１８４の内面１８９との間のすき間を第２の膨張室バルブ１８４が開く前に最小化することができるように構成されている。同様に、第１の圧縮室バルブ１８２の内面とピストン１４０の外側との間のすき間は、第１の圧縮室バルブ１８２が閉じると最小化することができる。第１の圧縮室バルブ１８２および第２の圧縮室バルブ１９２に対する半球状の形状は、ピストン１４０に関して、第１の圧縮室バルブ１８２と第２の圧縮室バルブ１９２との間のすき間を最小化するのに適していることがわかるが、第１の圧縮室バルブ１８２および第２の圧縮室バルブ１９２に対して、他の形状でも利用可能であることが理解されよう。

図４に示すように、ピストン１４０は、前端部１４２から終端部１４４まで延在する。ピストン１４０の形状は、第１の横バルブアセンブリ１８０および第２の横バルブアセンブリ１９０の各々のバルブの内面１８９の形状と同様に、圧縮室１２０および膨張室１３０の形状と相補的な形状である。

ピストン１４０は、吸入バルブ１４６および排出バルブ１４８を含む。吸入バルブ１４６は、ピストン１４０の前端部１４２に配設され、排出バルブ１４８は、ピストン１４０の終端部１４４に配設される。吸入バルブ１４６および排出バルブ１４８は、ピストン１４０の内部室１５０と各々連通する。吸入バルブ１４６および排出バルブ１４８は、内部室１５０とピストン１４０の外側との流体連通が可能な開放位置と、流体連通が不可能な閉鎖位置との間をそれぞれ独立して移動可能である。

吸入バルブ１４６および排出バルブ１４８は、内部室１５０とピストン１４０の外側との間の流体連通を選択的に可能にしたり不可能にしたりすることができれば、いかなるタイプのバルブとすることもできる。一例として、吸入バルブ１４６および排出バルブ１４８は、空気作用により作動するバルブとすることができ、ピストン１４０の外側の圧力状況に応じて開閉する。例えば、吸入バルブ１４６は、ピストン１４０の前端部１４２に隣接する高圧状態に応じて開くことができ、また、排出バルブ１４８は、ピストン１４０の内部室１５０の高圧状態に応じて開くことができる。他の例として、吸入バルブ１４６および排出バルブ１４８は、機械的に作動するバルブとすることができ、圧縮室１２０および膨張室１３０に対するピストン１４０の位置に依存して作動するカム付き機構（図示せず）の動作に応じて開閉する。他の例として、吸入バルブ１４６および排出バルブ１４８は、ソレノイドバルブのように電気的に作動することができ、ピストン１４０が圧縮室１２０および膨張室１３０を介して移動する間、予め定められた位置で開閉するよう電気的に制御される。他のタイプのバルブについても、吸入バルブ１４６および排出バルブ１４８として用いることができる。

ハウジング１１０に対してピストン１４０を封止するために、シール１５２は、ピストン１４０に画定される溝１５４に設けることができ、シール１５２がハウジング１１０に対してピストン１４０を封止するようピストン１４０の円周方向に延在する。これにより、ピストン１４０の前方にある領域を、ピストン１４０の後方にある領域との流体連通から封止する。ピストン１４０が圧縮室１２０および膨張室１３０との間を移動する際に、シール１５２が溝１５４内で保持されるように、シール１５２は、ダブテール構成（dove-tail configuration）の溝１５４内に広がる内部フレアー部１５６を有することができる。

ピストン１４０は、内部室１５０内に点火源を含むことができる。一例として、スパーク生成電極１５８は、内部室１５０内で選択的に可燃混合体の燃焼を引き起こすための内部室１５０内に配設することができる。他の実施態様では、ピストン１４０が点火源を組み込む必要はなく、例えば、いくつかの実施態様において、ディーゼルサイクルエンジンの作動と同様に、可燃混合体を加圧することによって点火可能である。

いくつかの実施態様では、ピストン１４０は燃料送出部１５９を含む。一例として、燃料送出部は、燃料が送出される通路とすることもできるし、この通路を含むこともできる。他の例として、燃料送出部は、ノズル、燃料噴射器および／またはバルブとすることもできるし、ノズル、燃料噴射器および／またはバルブを含むこともできる。吸入ポートで圧縮室１２０に導入される圧縮性流体が燃料を含まない酸化剤である実施態様では、燃料は、燃料送出部１５９によってピストン１４０の内部室１５０に提供される。一例として、ピストンが開放位置の吸入バルブ１４６および閉鎖位置の排出バルブ１４８を有する圧縮室１２０を介して移動する間、燃料を内部室１５０に提供することができる。このようにして、圧縮性流体が内部室１５０に圧縮されるので、圧縮性流体を加圧した結果として、燃料がピストンの内部屋１５０に残るが、圧縮性流体は燃料を混合することで可燃混合体となる。圧縮性流体が燃料を含む実施態様では、燃料送出部を省略することができる。

ピストン１４０を冷却するために、流体ダクト（図４に図示せず）を、ピストン１４０において内部室１５０に隣接して形成することができ、液冷剤溶液または水などの冷却液体を、流体ダクトを介して循環させることができる。

回転式内燃機関１００の圧縮／吸入段階について、図５ａおよび図５ｂを参照して説明する。図５ａは、圧縮／吸入段階の開始時の回転式内燃機関１００を示す。ピストン１４０は、圧縮室１２０の第１端部１２２で圧縮室１２０内に位置している。第１の圧縮室バルブ１８２が閉鎖し、ピストン１４０と第１の圧縮室バルブ１８２との間すき間が最小となるよう、ピストン１４０の終端部１４４が第１の圧縮室バルブ１８２に直接隣接して位置している。ピストン１４０が圧縮室１２０に入る際に、圧縮性流体は、圧縮室１２０内に位置し、第１の圧縮室バルブ１８２は閉鎖され、第２の圧縮室バルブ１９２も閉鎖されている。ピストン１４０が圧縮室１２０へ入った際、または、ピストン１４０が圧縮室１２０を介して移動の間に、ピストン１４０の吸入バルブ１４６が開放される。ピストン１４０が圧縮室１２０内に入る前に、ピストン１４０が圧縮室１２０内に入ることにより、または、ピストン１４０が圧縮室１２０を介して移動する間に、ピストン１４０の排出バルブ１４８が閉じる。ピストン１４０が圧縮室１２０内を移動し、閉鎖位置へ移動している排出バルブ１４８に続いて、圧縮室１２０内に位置する圧縮性流体が圧縮され、ピストン１４０に圧入される。排出バルブ１４８が閉鎖されるため、ピストン１４０は圧縮室１２０に対して封止され、ピストン１４０の前方の圧縮性流体が、ピストン１４０の後方の圧縮室１２０の領域へ移動するのを防止されることにより、圧縮が容易になる。同時に、圧縮性流体の追加量は、吸入ポート１２６を経由してピストン１４０の後方で圧縮室１２０に入れられる。

図５ｂに示すように、ピストン１４０が圧縮室１２０の第２端部１２４に位置する際に、最小限のすき間が、ピストン１４０の前端部１４２および第２の圧縮室バルブ１９２との間に画定され、ピストン１４０の吸入バルブ１４６が閉鎖するので、圧縮性流体をピストン１４０の内部室１５０内に閉じ込めることになり、圧縮性流体の追加量が、圧縮／吸入段階が次に生じる際に使用されるよう圧縮室１２０に入れられる。この時点で、圧縮性流体として可燃混合体を供給するか、あるいは、圧縮性流体の圧縮中に圧縮性流体を燃料と混ぜて可燃混合体を生成するために燃料送出部１５９によってピストン１４０の内部室１５０に燃料を供給することにより、可燃混合体がピストンの内部室１５０に存在することになる。

圧縮／吸入段階の間、第１の圧縮室バルブ１８２および第２の圧縮室バルブ１９２は閉鎖されたままなので、圧縮室１２０を、膨張室１３０を含む回転式内燃機関１００の他の部分との流体連通から分離する。第２の圧縮室バルブ１９２に達すると、第２の圧縮室バルブ１９２が解放され、次に、第１の膨張室バルブ１９４が解放されるので、ピストン１４０は、圧縮室１２０から膨張室１３０へ通過することができる。ピストン１４０が圧縮室１２０から膨張室１３０へ通過すると、吸入バルブ１４６および排出バルブ１４８は閉鎖される。

回転式内燃機関１００の膨張／排気段階について、図６ａおよび図６ｂを参照して説明する。図６ａに示すように、ピストン１４０は、膨張／排気段階の開始時に、膨張室１３０の第１端部１３２に位置する。ピストン１４０がここに位置すると、第１の膨張室バルブ１９４が閉鎖され、ピストン１４０が膨張室１３０内に位置し、ピストン１４０の終端部１４４と第１の膨張室バルブ１９４との間のすき間が最小限のものになる。この時点で、第１の膨張室バルブ１９４および第２の膨張室バルブ１８４は、両方とも閉鎖される。

ピストン吸入バルブ１４６が閉鎖された後、可燃混合体はピストン１４０の内部室１５０内で燃焼を開始する。ピストンの前端部が、圧縮バルブ１９２に最も近い位置にあるときに、燃焼が開始される。あるいは、ピストン吸入バルブ１４６の閉鎖により可燃混合体が内部ピストン室１５０内に隔離された後であれば、いかなる位置にあっても燃焼は開始される。この現象のタイミングは、特定の燃料の炎の正面伝播速度に応じて選択することができる。ピストン１４０が膨張室１３０内に位置し、第１の膨張室バルブ１９４および第２およびの膨張室バルブ１８４が両方ともそれぞれの閉鎖位置に位置しているので、ピストン１４０の吸入バルブ１４６が閉鎖された状態であるが、ピストン１４０の排出バルブ１４８は開放された状態となる。燃焼の間、可燃混合体が膨張するにつれて、膨張している燃焼ガスがピストンの内部に対して作用し、ピストン１４０の排出バルブ１４８から排出される。ピストン１４０と第１の膨張室バルブ１９４との間の圧力が、回転力を発生させ、ピストン１４０およびロータ１７０に作用するので、膨張室１３０内でピストン１４０が前進する。

ピストン１４０が膨張室１３０の第２端部１３４に向かって移動する際に、膨張室内で可燃混合体が燃焼することで生成された燃焼ガスの追加量は、ピストン１４０の前方にあり、ピストン１４０の運動により、膨張室１３０から排出ポート１３６内に排出されるので、燃焼ガスを回転式内燃機関１００から除去し、排出することができる。

図６ｂに示すように、ピストン１４０が膨張室１３０の第２端部１３４に到達すると、ピストン１４０の吸入バルブ１４６は、内部ピストン室１５０から燃焼プロセスの副産物を容易に除去できるよう開放される。この時点までに、第１の膨張室バルブ１９４および第２の膨張室バルブ１８４は、それぞれの閉鎖位置に位置し、膨張室１３０は、圧縮室１２０などの回転式内燃機関１００の他の構成要素から分離されている。最小限のすき間がピストン１４０の前端部１４２と第２の膨張室バルブ１８４との間に形成される際に、第２の膨張室バルブ１８４が開放され、ピストン１４０が膨張室１３０から出る。その後、ピストン１４０が圧縮室１２０に入ることができるよう、第１の圧縮室バルブ１８２が開放されるので、４サイクルの動力製造工程を再開することができる。

他の実施態様において、上記の燃焼−推進のサイクルは、冷却−推進のサイクルと結合することができることを本願明細書に述べる。一例として、燃焼サイクルを３回繰り返すことができ、続いて、冷却−推進のサイクルが行われる。各サイクルの繰り返し数は、異なる動作特徴を有するよう調整することができる。

吸入、圧縮、膨張および燃焼副産物の排出から構成される回転式内燃機関１００の４サイクルの動作に加えて、第２の膨張サイクルは、水などのピストンを冷やすために用いられる物質を膨張させることで実行することができる。図７は、回転式内燃機関１００に組み込むことが可能なピストン２４０を示す。本願明細書において説明する場合を除き、ピストン２４０はピストン１４０と同一である。ピストン２４０は、熱交換器１５３および排出ポート１５５を含む。膨張サイクルにおいて、ピストン２４０の内壁と外壁との間に形成される熱交換器１５３内で、冷却物質が膨張する。一例では、冷却物質は水などの液冷剤である。

ピストン１４０が燃焼室１３０にある間に、冷却物質が熱交換器１５３に導入される。膨張している冷却物質からの圧力は、燃焼段階で接触する構成要素を冷却する際に、熱交換器１５３またはピストン２４０の内部に対して作用し、排出ポート１５５から排出される。他の例では、排出ポート１５５は省略されるので、膨張している物質は、内部室１５０と同様に熱交換器１５３を開閉するピストン１４０の排出バルブ１４８から直接排出される。ピストン１４０と第１の膨張室バルブ１９４の間の圧力により、ピストン１４０およびロータ１７０に回転力が付与されることで、膨張室１３０内のピストン１４０を推進する。あるいは、冷却物質を内部燃焼室１５０に直接注入することができ、この冷却物質の膨張により生じる推進力が、ピストンの排出バルブ１４８を介して生じ得る。

本願明細書において、最も実用的で好適な実施形態であると考えられることに関して説明を行った。本願請求項の記載は、開示の実施形態に限定されず、さまざまな変更および等価な配置を含むことを目的とすることが理解されるべきである。

Claims (16)

1. 円弧状の圧縮室と、
   円弧状の膨張室と、
   出力軸と、
   前記円弧状の圧縮室および前記円弧状の膨張室を介して移動するために前記出力軸に連結されるピストンと、を備え、
   前記ピストンは、前端部と、終端部と、前記円弧状の圧縮室から圧縮性流体を受容するために前記ピストンの前記前端部に配設される吸入バルブと、前記円弧状の膨張室に燃焼ガスを排出するために前記ピストンの前記終端部に配設される排出バルブと、燃料を前記ピストンの内部室に提供する燃料送出部とを備え、
   前記圧縮性流体は燃料を含まない酸化剤であり、前記酸化剤は前記ピストンの内部室で前記燃料と混合されて可燃混合体となり、前記ピストンが円弧状の膨張室に入ると、前記可燃混合体は前記ピストン内に位置し、前記ピストンが前記円弧状の膨張室を介して移動し、前記燃焼ガスを生成する際に、前記可燃混合体が前記ピストン内で燃焼する、回転式内燃機関。
2. 前記ピストンが前記円弧状の圧縮室内に位置する間は、前記円弧状の圧縮室は、前記円弧状の膨張室との連通から封止され、
   前記ピストンが前記円弧状の膨張室内に位置する間は、前記円弧状の圧縮室は、前記円弧状の膨張室との連通から封止される請求項１に記載の回転式内燃機関。
3. 前記円弧状の圧縮室の第１端部に配設される第１の圧縮室バルブと、
   前記円弧状の圧縮室の第２端部に配設される第２の圧縮室バルブと、をさらに備え、
   前記第１の圧縮室バルブを、閉鎖位置から開放位置まで移動可能にすることで、
   前記ピストンが前記円弧状の圧縮室に入り、
   前記第２の圧縮室バルブを、閉鎖位置から開放位置まで移動可能にすることで、
   前記ピストンが前記円弧状の圧縮室から出る請求項１に記載の回転式内燃機関。
4. 前記ピストンが前記第２の圧縮室バルブに向かって前記円弧状の圧縮室を介して移動する際に、前記ピストンが前記円弧状の圧縮室に入り、前記圧縮性流体が前記第２の圧縮室バルブと前記ピストンとの間で圧縮されて前記ピストンに圧入されると、前記圧縮性流体が、前記円弧状の圧縮室の中に位置する請求項３に記載の回転式内燃機関。
5. 前記円弧状の圧縮室に前記圧縮性流体を供給するために前記円弧状の圧縮室と連絡する吸入ポートをさらに備え、
   前記吸入ポートは、前記円弧状の圧縮室の前記第１端部に隣接して配置される請求項４に記載の回転式内燃機関。
6. 前記ピストンが前記円弧状の圧縮室を介して移動する際に、前記圧縮性流体の追加量が前記ピストンの前記終端部の背後の前記吸入ポートから前記円弧状の圧縮室に入れられる請求項５に記載の回転式内燃機関。
7. 前記ピストンが前記円弧状の圧縮室を介して移動する間、前記ピストンの前記吸入バルブは開放位置にある請求項１に記載の回転式内燃機関。
8. 前記円弧状の膨張室の第１端部に配設される第１の膨張室バルブと、
   前記円弧状の膨張室の第２端部に配設される第２の膨張室バルブと、をさらに備え、
   前記第１の膨張室バルブを閉鎖位置から開放位置まで移動可能とすることで、前記ピストンが前記円弧状の膨張室に入り、
   前記第２の膨張室バルブを閉鎖位置から開放位置まで移動可能とすることで、前記ピストンが前記円弧状の膨張室から出る請求項１に記載の回転式内燃機関。
9. 前記燃焼ガスを受容するための前記円弧状の膨張室と連通する排出ポートをさらに備え、
   前記排出ポートは、前記円弧状の膨張室の前記第２端部に隣接して配設される請求項１に記載の回転式内燃機関。
10. 前記ピストンが前記円弧状の膨張室を介して移動する際に、前記圧縮性流体の追加量は、前記円弧状の膨張室に存在し、前記円弧状の膨張室から排出され、前記ピストンの前記前端部の前方の排出ポートに圧入される請求項９に記載の回転式内燃機関。
11. 前記ピストンが前記円弧状の膨張室を介して移動する間、前記ピストンの前記吸入バルブは閉鎖位置にあり、前記ピストンの前記排出バルブは開放位置にある請求項１に記載の回転式内燃機関。
12. 円弧状の圧縮室と、
    円弧状の膨張室と、
    出力軸と、
    前記出力軸に連結するピストンと、を備え、
    前記ピストンは、前端部と、終端部と、前記前端部に配設される吸入バルブと、前記終端部に配設される排出バルブと、前記吸入バルブおよび前記排出バルブに連通する内部室とを備え、
    可燃混合物の燃焼の間、前記吸入バルブが閉鎖され、前記排出バルブは開放され、前記ピストンが前記円弧状の膨張室内を前進し、前記燃焼に続いて、前記吸入バルブと前記排出バルブが同時に開放されて、前記ピストンの前記内部室から前記可燃混合物の燃焼による副生成物を容易に除去できるように、前記ピストンの前記吸入バルブと前記排出バルブが制御される回転式内燃機関。
13. 前記ピストンが前記円弧状の圧縮室を介して移動する間に、前記ピストンの吸入バルブは、前記円弧状の前記圧縮室から前記ピストンの前記内部室内に圧縮性流体を移動させるように構成される請求項１２に記載の回転式内燃機関。
14. 圧縮性流体が、前記ピストンの前記内部室内で燃焼を起こし燃焼ガスを生成させるために利用される請求項１２に記載の回転式内燃機関。
15. 前記ピストンが前記円弧状の膨張室を介して移動する間に、前記ピストンの前記排出バルブは、前記ピストンの前記内部室から前記円弧状の膨張室内に前記燃焼ガスを排出するように構成される請求項１４に記載の回転式内燃機関。
16. 前記円弧状の圧縮室の第１端部を前記円弧状の膨張室の第２端部から分離するための第１バルブアセンブリと、
    前記円弧状の圧縮室の第２端部を前記円弧状の膨張室の第１端部から分離するための第２のバルブアセンブリと、をさらに備える請求項１２に記載の回転式内燃機関。

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