JP6753892B2 - 空冷式回転機関 - Google Patents

Description

（関連出願の引用）
本願は、米国仮出願第６１／７５７，０７８号（２０１３年１月２５日出願）からの優先権を主張するものであり、さらに、米国仮出願第６１／７６５，３３９号（２０１３年２月１５日出願）からの優先権を主張するものであり、さらに、米国仮出願第６１／８７３，１８２号（２０１３年９月３日出願）からの優先権を主張するものである。上記出願の全ては、その全体が参照により本明細書中に援用される。

“Ｃｙｃｌｏｉｄ Ｒｏｔｏｒ Ｅｎｇｉｎｅ”と題され、Ｓｈｋｏｌｎｉｋらに対して２０１３年９月３日に発行された、米国特許第８，５２３，５４６号は、その全体が参照により本明細書中に援用される。

本発明は、内燃機関に関し、より具体的には、回転機関に関する。

先行技術では、機関のブロック内のチャネルと、機関のブロック外のラジエータとを有する、閉ループシステムを通して液体を循環させることによって、内燃機関から廃熱を抽出することが知られている。そのようなシステムは、効果的であるが、そのようなシステムは、重量および複雑性を機関に加え、また、機関をより大型にし、かつより保守を困難にする。

また、当技術分野では、例えば、機関外部の冷却空気に暴露される大表面積を提供する、放熱フィンを用いて、シリンダおよびシリンダヘッドの暴露表面等の機関の外部部品を被覆することが知られている。そのようなシステムは、いくつかの用途では、効果的であるが、機関の周囲に気流を可能にするための開放空間を要求し、それによって、機関より有意に大きい機関室、および／または機関へおよびそこから気流を指向する配管を要求する。加えて、機関の外部表面を介した熱消散は、例えば、自動二輪車の乗車者等の機関のユーザを危険なほど高温のフィンに暴露させるリスクがある。

第１の実施形態では、Ｎ−ローブ回転子と、吸気ポートと、排気ポートと、それに対して、回転子が筐体に対する回転運動のために搭載される、筐体とを有するタイプの改良型回転機関であって、筐体は、回転子が筐体に対して回転するにつれて、ローブを連続的に受容するように構成される、Ｎ＋１ローブ受容領域を有し、筐体は、（ｉ）回転子の第１および第２の側面上に軸方向に配置される一対の側面と、（ｉｉ）各対の隣接するローブ受容領域間に配置される尖端とを有し、筐体はさらに、ローブ受容領域のそれぞれ１つと関連付けされたチャンバを確立するように、回転子に連動して構成され、チャンバのうちの少なくとも１つは、連続して、吸気、圧縮、燃焼、膨張、および排気位相を扱うように構成され、回転子に連動する筐体の構成が、冷却、圧縮、送出および前述のいずれかの任意の組み合わせから成る群から選択される機能専用の少なくとも１つのチャンバを確立するようなものであることを特徴とする、改良を含む。

いくつかの実施形態では、機能は、冷却であって、専用チャンバは、冷却チャンバである。実際、いくつかの実施形態では、冷却チャンバは、同様に、回転子を冷却するように、回転子と接触する、それを通る冷却媒体の流動を受容するように構成される。例えば、いくつかの実施形態では、冷却チャンバは、それを通して冷却媒体の軸方向流動を受容するように構成される。そのために、回転子のいくつかの実施形態は、それを通る少なくとも１つのチャネルを含み、冷却媒体の流動を受容する。そのような少なくとも１つのチャネルは、軸方向に配置されてもよい。

いくつかの実施形態では、回転子は、リブによって相互から分離される複数の軸方向チャネルを有する。リブは、冷却チャンバを通して冷却媒体を送出するためのファンブレードとしての役割を果たすように角度付けられてもよい。

いくつかの実施形態では、冷却媒体は、空気である。いくつかの実施形態では、連続して、吸気、圧縮、燃焼、膨張、および排気位相を取り扱うように構成されるチャンバの全ての総容積は、５００ｃｃ未満である。

いくつかの実施形態では、チャンバは、膨張位相の終了時のチャンバ容積が、圧縮位相の開始時のチャンバ容積より大きくなるように構成される。いくつかの実施形態では、チャンバは、膨張位相の終了時のチャンバ圧力が、約１気圧であるように構成される。

機関のいくつかの実施形態はまた、駆動シャフトとともに旋回し、回転子を平衡させるように、回転子内に配置されるが、駆動シャフトに結合される、平衡錘を含む。

別の実施形態では、Ｎ−ローブ回転子と、吸気ポートと、排気ポートと、それに対して、回転子が筐体に対する回転運動のために搭載される、筐体とを有するタイプの改良型回転機関であって、筐体は、回転子が筐体に対して回転するにつれて、ローブを連続的に受容するように構成される、Ｎ＋１ローブ受容領域を有し、筐体は、（ｉ）回転子の第１および第２の側面上に軸方向に配置される一対の側面と、（ｉｉ）各対の隣接するローブ受容領域間に配置される尖端とを有し、筐体はさらに、ローブ受容領域のそれぞれ１つと関連付けられたチャンバを確立するように、回転子に連動して構成され、複数のチャンバは、連続して、吸気、圧縮、燃焼、膨張、および排気位相を扱うように構成され、単一燃料燃焼源が、複数のチャンバのうちの少なくとも２つに燃料を供給するように構成されることを特徴とする改良を含む。

いくつかの実施形態は、尖端内に配置される導管に結合される気化器を含む、単一燃料源を含み、それを通して、空気−燃料混合物が２つの隣接するチャンバに供給される。実際、いくつかの実施形態は、回転子内に導管を含む、単一燃料源を含む。いくつかの実施形態では、単一燃料源は、回転子内に配置され、導管に結合される、注入器を含む。例えば、導管は、吸気ポートに結合されてもよく、単一燃料源は、導管に結合され、空気−燃料混合物を導管に供給する、気化器を含む。

いくつかの実施形態では、チャンバは、膨張位相の終了時のチャンバ容積が、圧縮位相の開始時のチャンバ容積より大きくなるように構成される。いくつかの実施形態では、チャンバは、膨張位相の終了時のチャンバ圧力が、約１気圧であるように構成される。

いくつかの実施形態では、機関は、回転子を平衡させるように構成される、平衡錘を含む。

前述の実施形態のいずれかに記載の機関はまた、燃料または燃料と油の混合物を含有する、可撤性に取り付け可能なカートリッジを含んでもよい。
本明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
Ｎ−ローブ回転子と、吸気ポートと、排気ポートと、それに対して、前記回転子が筐体に対する回転運動のために搭載される、筐体とを有するタイプの改良型回転機関であって、前記筐体は、前記回転子が前記筐体に対して回転するにつれて、前記ローブを連続的に受容するように構成される、Ｎ＋１ローブ受容領域を有し、前記筐体は、（ｉ）前記回転子の第１および第２の側面上に軸方向に配置される一対の側面と、（ｉｉ）各対の隣接するローブ受容領域間に配置される尖端とを有し、前記筐体はさらに、前記ローブ受容領域のそれぞれ１つと関連付けされたチャンバを確立するように、前記回転子に連動して構成され、前記チャンバのうちの少なくとも１つは、連続して、吸気、圧縮、燃焼、膨張、および排気位相を扱うように構成され、前記改良は、
冷却、圧縮、送出、および前述のいずれかの任意の組み合わせから成る群から選択される機能専用の少なくとも１つのチャンバを確立するように、前記回転子に連動する、前記筐体の構成を含む、機関。
（項目２）
単一燃料源と連通する、燃料と油の混合物を含有する、可撤性に取り付け可能なカートリッジをさらに備える、項目１に記載の機関。
（項目３）
前記機能は、冷却であって、前記専用チャンバは、冷却チャンバである、項目１に記載の機関。
（項目４）
前記冷却チャンバは、同様に、前記回転子を冷却するように、前記回転子と接触する、それを通る冷却媒体の流動を受容するように構成される、項目３に記載の機関。
（項目５）
前記冷却チャンバは、それを通して前記冷却媒体の軸方向流動を受容するように構成される、項目４に記載の機関。
（項目６）
前記回転子は、それを通る少なくとも１つのチャネルを含み、前記冷却媒体の流動を受容する、項目４に記載の機関。
（項目７）
前記冷却チャンバは、それを通して前記冷却媒体の軸方向流動を受容するように構成され、前記回転子の少なくとも１つのチャネルは、軸方向に配置される、項目６に記載の機関。
（項目８）
前記回転子は、リブによって相互から分離される複数の軸方向チャネルを有する、項目７に記載の機関。
（項目９）
前記リブは、前記冷却チャンバを通して前記冷却媒体を送出するためのファンブレードとしての役割を果たすように角度付けられる、項目８に記載の機関。
（項目１０）
前記冷却媒体は、空気であって、連続して、吸気、圧縮、燃焼、膨張、および排気位相を取り扱うように構成される前記チャンバの全ての総容積は、５００ｃｃ未満である、項目８に記載の機関。
（項目１１）
前記チャンバは、前記膨張位相の終了時のチャンバ容積が、前記圧縮位相の開始時の前記チャンバ容積より大きくなるように構成される、項目１に記載の機関。
（項目１２）
前記チャンバは、前記膨張位相の終了時のチャンバ圧力が、約１気圧であるように構成される、項目１に記載の機関。
（項目１３）
駆動シャフトとともに旋回し、前記回転子を平衡させるように、前記回転子内に配置されるが、前記駆動シャフトに結合される、平衡錘をさらに備える、項目１に記載の機関。
（項目１４）
Ｎ−ローブ回転子と、吸気ポートと、排気ポートと、それに対して、前記回転子が筐体に対する回転運動のために搭載される、筐体とを有するタイプの改良型回転機関であって、前記筐体は、前記回転子が前記筐体に対して回転するにつれて、前記ローブを連続的に受容するように構成される、Ｎ＋１ローブ受容領域を有し、前記筐体は、（ｉ）前記回転子の第１および第２の側面上に軸方向に配置される一対の側面と、（ｉｉ）各対の隣接するローブ受容領域間に配置される尖端とを有し、前記筐体はさらに、前記ローブ受容領域のそれぞれ１つと関連付けられたチャンバを確立するように、前記回転子に連動して構成され、複数の前記チャンバは、連続して、吸気、圧縮、燃焼、膨張、および排気位相を扱うように構成され、前記改良は、
前記複数のチャンバのうちの少なくとも２つに燃料を供給するように構成される、単一燃料燃焼源を含む、機関。
（項目１５）
単一燃料源と連通する、燃料、燃料と油の混合物、および燃料と燃料添加剤の混合物のうちの１つを含有する、可撤性に取り付け可能なカートリッジをさらに備える、項目１４に記載の機関。
（項目１６）
尖端内に配置される導管に結合される気化器を含む、単一燃料源をさらに備え、それを通して、空気−燃料混合物が２つの隣接するチャンバに供給される、項目１４に記載の機関。
（項目１７）
前記回転子内に導管を含む、単一燃料源をさらに備える、項目１４に記載の機関。
（項目１８）
前記単一燃料源は、前記回転子内に配置され、前記導管に結合される、注入器を含む、項目１７に記載の機関。
（項目１９）
前記導管は、前記吸気ポートに結合され、前記単一燃料源は、前記導管に結合され、空気−燃料混合物を前記導管に供給する、気化器を含む、項目１７に記載の機関。
（項目２０）
前記チャンバは、前記膨張位相の終了時のチャンバ容積が、前記圧縮位相の開始時の前記チャンバ容積より大きくなるように構成される、項目１４に記載の機関。
（項目２１）
前記チャンバは、前記膨張位相の終了時のチャンバ圧力が、約１気圧であるように構成される、項目１４に記載の機関。
（項目２２）
前記機関は、前記回転子を平衡させるように構成される、平衡錘を備える、項目１４に記載の機関。

実施形態の前述の特徴は、付随の図面を参照して、以下の発明を実施するための形態を参照することによって、より容易に理解されるであろう。

図１Ａ−１Ｇは、回転機関の第１の実施形態の特徴を図式的に図示する。 図１Ａ−１Ｇは、回転機関の第１の実施形態の特徴を図式的に図示する。 図１Ａ−１Ｇは、回転機関の第１の実施形態の特徴を図式的に図示する。 図１Ａ−１Ｇは、回転機関の第１の実施形態の特徴を図式的に図示する。 図１Ａ−１Ｇは、回転機関の第１の実施形態の特徴を図式的に図示する。 図１Ａ−１Ｇは、回転機関の第１の実施形態の特徴を図式的に図示する。 図１Ａ−１Ｇは、回転機関の第１の実施形態の特徴を図式的に図示する。 図２Ａ−２Ｂは、燃料注入器を図式的に図示する。 図３Ａ−３Ｅは、いくつかの動作段階における、図１Ａ−１Ｇの機関を図式的に図示する。 図４Ａ−４Ｆは、回転機関のいくつかの実施形態の特徴を図式的に図示する。 図５Ａ−５Ｈは、空冷式回転機関の実施形態の特徴を図式的に図示する。 図５Ａ−５Ｈは、空冷式回転機関の実施形態の特徴を図式的に図示する。 図５Ａ−５Ｈは、空冷式回転機関の実施形態の特徴を図式的に図示する。 図５Ａ−５Ｈは、空冷式回転機関の実施形態の特徴を図式的に図示する。 図５Ａ−５Ｈは、空冷式回転機関の実施形態の特徴を図式的に図示する。 図５Ａ−５Ｈは、空冷式回転機関の実施形態の特徴を図式的に図示する。 図５Ａ−５Ｈは、空冷式回転機関の実施形態の特徴を図式的に図示する。 図５Ａ−５Ｈは、空冷式回転機関の実施形態の特徴を図式的に図示する。 図６Ａ−６Ｊは、いくつかの動作段階における、図５Ａ−５Ｇの機関を図式的に図示する。 図７Ａ−７Ｂは、回転機関の回転子を図式的に図示する。 図８Ａおよび図８Ｂは、機関動作のモードの圧力容積線図を図式的に図示する。 図９Ａ−９Ｄは、回転機関の別の実施形態の特徴を図式的に図示する。 図９Ａ−９Ｄは、回転機関の別の実施形態の特徴を図式的に図示する。 図９Ａ−９Ｄは、回転機関の別の実施形態の特徴を図式的に図示する。 図９Ａ−９Ｄは、回転機関の別の実施形態の特徴を図式的に図示する。 図１０は、回転機関の回転子および筐体の別の実施形態を図式的に図示する。

内燃機関の実施形態およびそのような機関の特徴は、以下に説明されるように、単一燃料気化器または注入器を利用することによる、複数のチャンバを伴う機関に燃料供給することのコスト削減と、複数のチャンバに供給を行う単一点火源を有することによる、複数のチャンバ内の燃料を点火するコストおよび複雑性の低減と、例えば、回転子に暴露される専用空気冷却チャンバを有する、または回転子の内側を通して燃料−空気混合物を吹送することによる、機関を冷却するための安価かつ非複雑な方法とを提供する。

その結果、コンパクト、軽量、静音、かつ燃料効率的であるが、製造が単純かつ低コストである、機関となる。

定義。本説明および付随の請求項において使用されるように、以下の用語は、文脈によって別様に要求されない限り、示される意味を有するものとする。

「回転子」は、機関の一部として、筐体に対して移動する、Ｎ−ローブ部材である。

「筐体」は、機関の一部として、筐体に対して移動する、（Ｎ＋１）−ローブ部材である。筐体または回転子のいずれかは、固定されてもよく、あるいは機関は、筐体または回転子のいずれも、固定されないように構成されてもよい。

「作業チャンバ」は、（Ｎ）−ローブ部材と（Ｎ＋１）ローブ部材との間に形成され、空気または空気／燃料混合物の吸気、空気の圧縮、燃料の燃焼、および燃料燃焼の生成物の膨張のうちの少なくとも１つを生じさせる、チャンバである。

「炭化空気」は、例えば、気化器または燃料注入器の作用によって、燃料または燃料および油の添加によって炭化された新鮮な空気である。

「冷却チャンバ」は、（Ｎ）−ローブ部材と（Ｎ＋１）ローブ部材との間に形成され、作業チャンバではない、チャンバである。

機関内の２つの容積を説明するために使用されるときの用語「流体隔離」または「流動的に隔離される」とは、２つの容積が、非燃焼空気または燃焼副産物等の流体が、機関が動作しているとき、２つの容積の間を流動しないであろうように構成されることを意味する。

圧縮チャンバの「初期容積」または「最大容積」は、チャンバが機関の外側の環境から流動的に隔離される機関のサイクル内の時点における、圧縮チャンバの容積である。いくつかの実施形態では、これは、「Ｖ１」と示される。

膨張チャンバの「最終容積」または「最大容積」は、チャンバが流動的に隔離されなくなる時点の直前の機関のサイクル内の時点におけるものである。いくつかの実施形態では、これは、「Ｖ４」と示される。

「燃料燃焼源」は、圧縮点火機関内の燃料注入器、すなわち、点火源（例えば、スパークプラグまたはグロープラグ）と併用する気化器、または点火源（例えば、スパークプラグまたはグロープラグ）と併用する燃料注入器のいずれかであり得る。

（第１の実施形態）

回転機関１００の第１の実施形態は、図１Ａ−図１Ｇに図式的に図示され、機関本体１０１に強固に取着されたＮ−ローブ部材１１０と、機関本体１０１内に回転可能に配置されるＮ＋１ローブ部材１２０とを含む。第１の実施形態では、Ｎ−ローブ部材１１０は、機関本体１０１に対して定常であって、Ｎ＋１ローブ１２０部材は、機関本体１０１内に回転可能に配置されることに留意されたい。動作時、回転子１１０は、筐体１２０内の筐体空洞１２６の中に配置され、筐体１２０は、以下により詳細に説明されるように、回転子１１０の周囲を回転し、内燃機関の作業チャンバを形成する。

しかしながら、他の実施形態では、筐体１２０は、機関本体１０１に対して固定関係に配置されてもよく、回転子１１０は、筐体１２０内に回転可能に配置されることに留意されたい。例えば、回転子１１０は、駆動シャフト１５０に回転可能に結合されてもよく、筐体１２０は、例えば、回転子１１０の運動が駆動シャフト１５０上の偏心器を旋回させるように、カバー１３２を介して、機関本体１０１に固定して結合されてもよい。このように、回転子１１０は、以下に説明されるような機関のサイクルの実行の説明が適用可能であるように、以下に説明される方法において、筐体１２０に対して移動するであろう。

概して、図１Ａおよび図１Ｆに示される幾何学形状に基づいて、機関を実装するためのいくつかの可能性として考えられる構成がある。

（Ｉ）部材１２０は、定常である一方、部材１１０は、複合回転を実行する。すなわち、角速度−Ωを伴って偏心器１５２の周囲を回転する一方、シャフト１５０の偏心器部分１５２と合致する、その中心は、シャフトの角速度＋２Ωを伴って回転する。

（ＩＩ）部材１１０は、定常である一方、部材１２０は、複合回転を実行する。すなわち、角速度−Ωを伴って偏心器１５２の周囲を回転する一方、シャフト１５０の偏心器部分１５２と合致する、その中心は、シャフトの角速度＋２Ωを伴って回転する。

（ＩＩＩ）部材１２０および１１０は両方とも、２つの異なる固定軸の周囲を回転する。部材１１０は、シャフト１５０上に固定される。

回転機関１００は、図１Ａに図式的に図示され、図１Ｂの切断図に示され、機関１００の分解図は、図１Ｃに図式的に図示される。

機関１００は、機関本体１０１を通して延在し、それを中心として筐体１２０が回転する軸を画定する、駆動シャフト１５０を含む。それを中心として筐体１２０が回転する軸は、図１Ｅにおける線１５９によって図式的に図示され、その線１５９は、駆動シャフト１５０の物理的構成要素を表さない。駆動シャフト１５０は、駆動シャフト１５０の長さに沿ったいくつかの軸受１５５によって、機関１００内に回転可能に支持され、機関本体１０１、回転子カバー１３１、回転子１１０、筐体１２０、および機関カバー１３２を通して通過する。シール１７０は、回転子１１０と駆動シャフト１５０との間の機関１００からの作業ガスの流動を阻害する。いくつかの実施形態では、シール１７０、回転子１１０、および駆動シャフト１５０は、以下にさらに説明されるように、燃料導管１０６の一部を形成する。

回転子１１０は、ねじ山付きネック１１３に固着されたナット１０２によって、機関本体１０１に強固に取着され、そのネック１１３は、回転子カバー１３１および機関本体１０１の壁１０４を通して通過する。本実施形態では、回転子１１０は、２つのローブ（すなわち、Ｎ＝２）を有するサイクロイドディスクであるが、他の実施形態は、１つのローブ、３つのローブ、４つのローブ、またはそれ以上を有してもよい。回転子１１０は、内部回転子チャンバ１１７と、内部回転子チャンバ１１７と回転子１１０の半径方向表面１１１との間の回転子吸気ポート１１５および回転子排気ポート１１６とを含む。回転子吸気ポート１１５および回転子排気ポート１１６は、ガスが一方向のみに（すなわち、吸気ポート１１５を通して回転子１１０から、排気ポート１１６を通して回転子１１０の中に）流動することを可能にする、逆止弁（例えば、図５Ｈに図式的に図示される弁１１７等のリード弁）を含んでもよい。

筐体１２０は、本実施形態では、軸受１５５Ａが偏心器１５２と筐体１２０との間にあるように、軸受１５５のうちの１つ（参照を容易にするために、図１Ｅでは１５５Ａとして指定される）内に配置される、偏心器１５２によって、駆動シャフト１５０に回転可能に結合される。本実施形態では、筐体１２０は、駆動シャフト１５０の角速度の一部分において回転し、反対方向に、駆動シャフト１５０を回転させる。例えば、駆動シャフトが、角速度３Ｗで回転する場合、筐体１２０は、角速度−Ｗで回転する。

偏心器１５２は、機関のサイクルの圧縮部分の間、筐体１２０を駆動させ、偏心器１５２が筐体１２０の機関内のガスの膨張からの力を伝送するにつれて、サイクルの膨張部分の間、筐体１２０によって駆動される。いくつかの実施形態では、筐体１２０は、以下にさらに説明されるように、筐体１２０内のピンを用いて駆動シャフト１５０に取着されたスライドピンレバーを有することによって、または代替として、筐体１２０内のスロットに係合するレバー内のピンによって、駆動されてもよい。

回転子１１０は、筐体１２０の筐体空洞１２６内に配置され、回転子カバー１３１は、回転子１１０を筐体空洞１２６内に封入するように、筐体１２０に固定して結合される。

筐体１２０は、ローブ受容領域１２３間の各頂点１２９に１つ、（Ｎ＋１）ローラ１２８を含む。ローブ受容領域は、筐体空洞１２６の一部である。動作時、回転子１１０によって誘導されるローラ１２８は、筐体１２０を回転子１１０の周囲で回転および揺動させる。したがって、筐体１２０は、駆動シャフト１５０のものの１／３のレートで、駆動シャフト１５０の軸（１５９）の周囲において、同時に、その独自の対称軸の周囲において、回転運動を実行する。ローラ１２８はまた、頂点シールとしての役割も果たす。

代替実施形態では、筐体１２０は、従来のばね荷重頂点シール（例えば、図１Ｅにおける１２５または図５Ｅにおける５５１Ｂ）を含んでもよい。

概して、機関１００は、回転子１１０と筐体１２０との間および回転子１１０とカバー１３１との間にシールを含み、筐体空洞１２６内からのガスの逃散を防止または妨害する。そのために、回転子１１０は、回転子１１０と筐体１２０との間または回転子１１０と回転子カバー１３１との間の流動に対してガスをシールする、ばね荷重側面シール１６０を含有してもよい。代替として、筐体１２０および／または回転子カバー１３１は、同一の目的を果たすためにこれらの側面シール１６０を保持してもよく、各側面シール１６０は、頂点シール（例えば、ローラ１２８またはシール１２５）間に接続し、「シールグリッド」を形成する。

動作時、筐体１２０のＮ＋１ローブ受容領域１２３およびローブは、回転子カバー１３１とともに、以下に説明されるように、周期的収縮および膨張を受ける、チャンバ３０１、３０２、および３０３を周期的に形成する。

図３Ａ−３Ｅは、機関１００の動作シーケンスと、機関１００が４−ストロークサイクルの種々の位相を通して進むにつれたその３つの作業チャンバ３０１、３０２、および３０３とを図式的に図示する。作業チャンバ３０１、３０２、および３０３は、回転子１１０のローブ受容領域１２３およびローブとカバー１３１、１３２との間に形成される。機関１００は、駆動シャフト１５０の１周あたり１回、発火する。筐体１２０は、駆動シャフト１５０の速度の１／３で回転し、したがって、筐体１２０の各旋回あたり３発火サイクルを実行する。

さらなる説明を明確にするために、ローマ数字（Ｉ、ＩＩ、およびＩＩＩ）が、図３Ａ−３Ｅに示されるように、各チャンバ（それぞれ３０１、３０２および３０３）の上部に描かれる。以下の表１は、図３Ａ−３Ｅに図式的に図示される、５つの異なる位置での筐体１２０の時計回り回転の過程における、３つのチャンバ（３０１、３０２、３０３）のそれぞれにおいて生じるストロークを説明する。

図３Ａに図式的に図示されるように、チャンバ３０１は、圧縮された空気を用いて、燃料の燃焼を被る。燃料は、燃料供給線１１８を介して、チャンバ３０１に送達され、チャンバ３０１が、筐体１２０の回転の過程において、燃料注入器２００を通過するにつれて、燃料注入器２００によって、チャンバ３０１の中に注入される。本実施形態では、燃料は、燃料供給線１１８を介して、回転子１１０に流入し、燃料導管１０６によって、回転子１１０を通して、燃料注入器２００に伝導される。したがって、単一燃料注入器２００は、機関１００の各チャンバ（３０１、３０２、３０３）に供給する。複数の作業チャンバ（３０１、３０２、３０３）に供給することができる、単一燃料注入器２００および／または単一点火源（例えば、スパークプラグ）を有することは、機関１００のコストおよび複雑性を有意に低減させることができる。

燃料注入器２００は、上側注入器本体２０２と、下側注入器本体２０６とを含む。下側注入器本体２０６は、電気的に非伝導性であってもよい。燃料は、燃料を燃料注入器２００内の内部燃料チャンバ２０７に搬送する、吸気ポート２１０を介して、燃料注入器２００に流入する。カム１５４からの力等の外力が、プランジャ２０１を下側注入器本体２０６の中に押動させると、プランジャ２０１は、ピン（または、ピントル）２０５をオリフィス２０８から移動させ、それによって、燃料が、内部燃料チャンバ２０７から筐体１２０のチャンバの中に流動することを可能にする。ばね２０３および２０４は、オリフィス２０８が閉鎖され、燃料がポート２１０を介してチャンバ２０７に流入するように、プランジャ２０１およびピン２０５を燃料注入器２００内の定位置に戻す。

機関１００の中への気流および機関からの排気流は、図１Ｄにおける矢印付き実線および破線によって図式的に図示される。機関１００の外側からの新鮮な空気（「吸気装填量」として知られ得る）は、機関本体１０１の面１０４内の開口または複数の開口１０３を通して、機関本体１０１に流入する。吸気装填量は、回転子チャンバ１１７の中へと機関本体１０１と回転子カバー１３１の半径方向表面１３３との間を通過する。そこから、新鮮な装填量が、回転子吸気開口１１５を通して、チャンバ（３０１、３０２、３０３）のうちの１つの中に通過する。例えば、新鮮な装填量は、図３Ｄにおける吸気ポート１１５を介して、チャンバ３０３に提供されるであろう。

筐体１２０が回転するにつれて、ローブ受容領域１２３Ａは、図３Ｂに図式的に図示されるように、回転子１１０のローブ１１０Ａに係合し、チャンバ３０２を形成する。したがって、新鮮な装填量は、圧縮される。実際、いくつかの実施形態では、筐体１２０のローブ受容領域１２３はそれぞれ、その中に新鮮な装填量が圧縮される、チャンバ（３０１、３０２、３０３）の一部を形成する、燃焼チャンバ１２７を含む。燃料注入器２００は、シャフト１５０の中に切り込まれる、図１Ｅの３−ローブカム１５４によって駆動され、次いで、燃料をチャンバ３０１、具体的には、燃焼チャンバ１２７を有する実施形態では、燃焼チャンバ１２７内の圧縮空気の中に注入する。いくつかの実施形態では、新鮮な装填量は、燃料が自発的に燃焼するであろう（例えば、ディーゼル点火）点まで、またはそれを超えて、圧縮される。他の実施形態では、機関１００はまた、燃焼を開始させるために、スパークプラグまたはグロープラグ等の点火デバイスを含んでもよい。そのような点火デバイスは、燃料注入器２００の一部であってもよい。例えば、高電圧が、上部死点位置にちょうどある間、すなわち、スパークが燃焼を開始するために必要とされるとき、回転子１１０の接地本体に最近接するであろう、ピントル２０５に供給され得る。したがって、単一点火デバイスは、複数のチャンバに供給し、機関のコストおよび複雑性を低減させることができる。

チャンバ３０２の容積は、ローブ受容領域１２３の弧がローブ１１０Ａの弧と略一致する、筐体１２０および回転子１１０の幾何学形状のため、筐体１２０の約１５、２０、または２５度の回転にわたって、燃焼イベントの間、一定のままである（図３Ｃ）。

燃焼後、燃焼副産物が膨張し始め、筐体１２０を押動し、筐体１２０の回転を継続させる（図３Ｄ）。燃焼副産物は、筐体１２０が回転し続けるにつれて、回転子排気開口１１６を通して、回転子チャンバ１１７の中に通過する（図３Ｅ）。そこから、燃焼副産物は、筐体１２０内の１つ以上の開口１２２を通して通過し、カバー開口１３３を介して、機関１００から流出する。
いくつかの実施形態では、回転子吸気ポート１１５および回転子排気ポート１１６は、膨張ストロークの終了時のそのチャンバの最終容積未満である、圧縮ストロークの開始時のチャンバ（例えば、３０１、３０２、３０３）の初期容積を提供するように、回転子１１０内に配置されてもよい。例えば、図３Ａでは、回転子排気ポート１１６は、回転子吸気ポート１１５より回転子１１０のローブ１１０Ａの上部１１０Ｂに近い。回転子吸気ポート１１５および回転子排気ポート１１６のそのような非対称設置は、作業チャンバ３０１、３０２、３０３のそれぞれの最終容積未満の初期容積を提供する。

（図４Ａ−４Ｆ）

図４Ａ−４Ｆは、種々の機関内に含まれ得る、種々の選択肢および特徴を図式的に図示する。これらの特徴およびその使用は、限定ではないが、本明細書に説明される種々の機関の実施形態に適用可能である。例証の目的のために、これらの特徴は、回転機関４００と関連して以下に説明される。

図４Ａでは、燃料キャップ４０２を有する燃料タンク４０１が、ブラケット４０３によって、機関４００に搭載される。タンク４０１は、燃料をタンク４０１から機関４００内の１つ以上の作業チャンバに送達する、燃料吸気ポート４０４と流体連通する。

しかしながら、いくつかの実施形態では、燃料は、図４Ｂおよび図４Ｃに図式的に図示されるように、可撤性に取り付け可能な置換カートリッジ４１１から、機関４００に提供される。カートリッジ４１１は、図４Ｅに図式的に図示されるように、漏出防止弁またはゴム膜４１６および箔４１７を含むインターフェースを含む。ゴム膜４１６は、カートリッジ４１１の中への燃料をシールし、箔４１７は、膜４１６のゴムが分解することを防止する。使用時、燃料吸気ポート４０４（図４Ｃ）は、カートリッジ４１１が定位置に降下されるにつれて（図４Ｂ）、ゴム膜４１６および箔４１７に容易に貫通し、それによって、カートリッジ４１１、より具体的には、カートリッジの内部容積４１２を燃料吸気ポート４０４と流体連通させる。カートリッジ４１１は、吸気ポート４０４から離昇させることによって、可撤性である。したがって、カートリッジは、取り付け可能かつ可撤性であって、したがって、取り付け可能に可撤性である。

カートリッジ４１１は、いくつかの潜在的利点および選択肢を提供する。例えば、カートリッジ４１１は、燃料を機関に供給するために、安価かつ使い捨てである、例えば、「単回使用」方法に設計され、例えば、図４Ｂに示されるように、カートリッジ４１１を機関４００内の定位置に保持するための保持構造（例えば、ブラケット４０３）が存在するであろう。燃料は、カートリッジ充填プロセスの間、濾過され、機関４００内の燃料フィルタの必要性を排除し得る。カートリッジ４０４は、リサイクルのために、販売業者に戻され得る。カートリッジ内の燃料は、油または他の添加剤と予混合され、機関動作を最適化し、適切な燃料を得て、液体燃料を機関４００内に挿入し、かつ適切な量の油を機関４００に供給するためのユーザインターフェース要件を最小限にすることができる。非標準的燃料（給油所において利用不可能）も、使用されることができる。低エタノール燃料もまた、使用され、給油所においてより容易に利用可能であって、小型機関における早すぎる機関故障の主要原因である、エタノールによる機関損傷の可能性を低下させることができる。カートリッジ４１１は、任意のタイプの機関において使用されてもよく、その使用は、小型機関または回転機関に限定されない。

修正型駆動システムは、回転子４３６と強固にまたは枢動可能に結合されるピン４１４と係合されるスロット付き延在部４１３を有する、駆動シャフト１５０を表示する、図４Ｄに図式的に図示される。

機関４００の内部構成要素の冷却を促進するために、図４Ｆに示されるように、正面カバー４２０内の切り欠き４１８および冷却チャネル４１９を導入することが可能である。他の方法（図示せず）として、ａ）注入器および定常部品の囲繞面積からの熱を迅速に伝達し、それを吸気側面に運ぶ、熱パイプの導入、ｂ）装填量冷却、例えば、新鮮な冷気装填量が、最初に、作業チャンバの中へのその経路上で注入器／スパークプラグ近傍を通過するような吸気装填量の経路指定、ｃ）例えば、定常部材のための水ジャケットの使用および液体が回転部材内のチャネルを通して流動することを可能にする、油または水冷却等が挙げられる。

多くの可能性として考えられるアプローチの中でもとりわけ、機関の電力レベルを制御するための燃料変調は、注入器のプランジャ（ピストン）上に設置された従来の螺旋線またはプランジャをアクティブ化するカム上の可変および制御可能数のローブを含んでもよい。また、新鮮な装填量の吸気流動を閉塞し、したがって、作業チャンバに送達される空気または空気／燃料混合物の量を制御することも可能性として考えられる。閉塞は、気化器型吸気を介して、あるいはポペット、回転、リード、または任意の他の好適な弁タイプの吸気または吸気／排気弁（「従来型弁」と称され得る）の利用によって遂行され得る。

（第２の実施形態）

回転内燃機関５００の代替実施形態は、図５Ａ−５Ｈに図式的に図示され、機関５００の動作は、図６Ａ−６Ｊに図式的に図示される。

機関５００は、回転子５１０、円周方向筐体５２０、吸気機関カバー５３０、および排気機関カバー５４０を通して延在する、駆動シャフト５５０を含む。駆動シャフト５５０は、回転子５１０内に回転可能に配置される、カム５５１を含む。回転子５１０は、順に、円周方向筐体５２０内に回転可能に配置される。機関５００は、図８Ａ（ポートの対称場所）または図８Ｂ（絞制御吸気または過膨張）のいずれかと関連して図式的に図示およびに説明されるもの等、機関サイクルを行うように構成されてもよい。代替として、非対称ポート（すなわち、１つのポートが他より回転子ローブの頂点により近い）が、真の過膨張サイクルのために、回転子内で使用されてもよい（例えば、図９Ｂにおける吸気ポート９１６および排気ポート９１７によって示され、該ポートは、吸気ポートの閉鎖を遅延させ、膨張を圧縮ストロークより長くするように非対称的に位置する）。

図５Ａは、回転機関５００を図式的に図示し、図５Ｂは、分解図においてサイクロイド回転機関５００を図式的に図示し、図５Ｃは、切断図においてサイクロイド回転機関５００を図式的に図示する。機関５００は、開口５２０Ｂを有する本体５２０Ａ（「円周方向本体」として知られ得る）を有する筐体５２０と、吸気カバー５３０と、排気カバー５４０とを含む。いくつかの実施形態では、吸気カバー５３０および／または排気カバー５４０は、本体５２０Ａの一体部分であって、回転子５１０から軸方向に変位され、それに面する、平坦表面を形成する。他の実施形態では、筐体５２０ならびにカバー５３０および５４０は、ボルト５２９によって、ともに固着される。したがって、吸気カバー５３０および／または排気カバー５４０は、単に、筐体５２０の平坦部品と称され得る。本体５２０Ａ、吸気カバー５３０、および排気カバー５４０は、相互に固定空間関係を担持し、ともに、回転子５１０を格納するための空洞５４４を画定する。空洞５４４は、ローブ受容領域３２１および３２２と、冷却領域５２３とを含む。

筐体５２０に加え、図５Ａおよび５Ｂは、機関５００のいくつかの他の要素を含む。随意のファン５８５は、以下にさらに説明されるように、冷却目的のために、気流を機関５００に提供する。本実施形態では、機関５００はまた、ブラケット５８１によって機関５００に固着される気化器５８０を含む。気化器５８０は、燃料と新鮮な空気を混合し、機関５００内の作業チャンバの中に供給され、燃焼され、作業媒体として作用する、炭化装填量を形成する。しかしながら、他の実施形態では、燃料は、直接、圧縮空気の作業チャンバの中に注入されてもよく、燃焼は、燃料の圧縮誘発、グロープラグ誘発、またはスパーク誘発点火によって開始されてもよい。図５Ａ−５Ｈでは、構造５３９Ａおよび５３９Ｂは、したがって、スパークプラグ、グロープラグ、または燃料注入器を表し得る。

機関５００内では、回転子５１０は、駆動シャフト５５０に回転可能に結合される。駆動シャフト５５０は、シャフト５５０の中心点（または、軸）５５９を中心として回転するように構成され、偏心率「ｅ」だけシャフトからオフセットされる、偏心器部品５５１を含む。シャフト５５０の偏心器部品５５１に印加される力は、シャフト５５０に作用し、シャフト５５０を回転させるであろう。機関５００は、回転するにつれて、回転子５１０およびシャフトアセンブリ５５０を平衡化するように、定寸、加重、および配置される、平衡錘５８２を含む。平衡錘５８２は、回転子５１０の容積内に配置されてもよいが、シャフト５５０に強固に結合され、シャフト５５０と同一の方向に、かつ同一のレートで回転する。回転子５１０は、シャフト５５０と反対方向に、異なるスピードで旋回する。

本実施形態では、回転子５１０は、２つのローブ５１０Ａ、５１０Ｂを有し、筐体５２０は、図５Ｅ−５Ｈに図式的に図示されるように、２つのローブ受容領域５２１および５２２と、冷却領域５２３とを有する。

ローブ５１０Ａ、５１０Ｂは、湾曲であって、曲率を有する。ローブ受容領域５２１および５２２は、各交差点に１つの尖端の尖端５２５、５２６、５２７を形成する、等数の交差曲線によって画定される。ローブ受容領域５２１および５２２を画定する曲線は、ローブ受容領域５２１、５２２の内側曲線が、ローブ５１０Ａ、５１０Ｂの外側曲線と同一であるように、ローブ５１０Ａ、５１０Ｂの曲率と類似形状の曲率を有するが、小間隙が２つの曲線間に存在し、ローブ５１０Ａ、５１０Ｂのいずれも、ローブ受容領域５２１、５２２のいずれかを完全に占有し得るように、構成要素のための製造公差および熱膨張に対応するはずである。

各尖端５２５、５２６、５２７は、順に、尖端シール５５１Ａ、５５１Ｂ、５５１Ｃを有し、各尖端シールは、以下により完全に説明されるように、回転子５１０と連続シール接触し、いくつかの作業チャンバを形成するように、半径方向に付勢される。

回転子５１０の付加的詳細は、図７Ａおよび図７Ｂに図式的に図示される。ピニオン７１０が、ピニオン空洞７１１内に配置される。ピニオン７１０および偏心器５５１は、回転子５１０が、筐体５２０のローブ受容領域の内側で揺動するが、決して接触しないように、回転子５１０を調整し、位置付ける。機関５００の動作時、偏心器５５１は、電力を回転する回転子５１０から伝送駆動機構（図示せず）に伝送する。例えば、伝送駆動機構として、ほんの数例を挙げると、芝刈り機のブレード駆動装置等の芝保守用ツールのシャフト、乗車型芝刈り機の駆動輪、または雑草切断ツールにおける旋回ブレードまたはストリングに結合される伝達車軸が挙げられ得る。

冷却領域５２３は、図５Ｅ−５Ｈに図式的に図示されるように、ローブ受容領域５２１および５２２の曲率と異なる形状を有してもよく、冷却領域およびローブ５１０Ａおよび５１０Ｂは、ローブ５１０Ａ、５１０Ｂが冷却領域５２３に進入するとき、作業チャンバを形成しなくてもよい。

回転子５１０の各ローブ５１０Ａ、５１０Ｂは、１つ以上の開口５７０を含む。図５Ｅでは、開口５７０は、半径方向リブ（または、フィン）５７１によって、部品内に画定される。いくつかの実施形態では、半径方向リブ５７１は、例えば、図９Ｃにおけるファンブレード形状のリブ５７１Ｆによって図式的に図示されるように、ファンブレードとして成形され、気流を機関５００の中に指向させる。

機関５００を通る冷却気流は、図５Ｄ、ならびに図５Ｆ、図５Ｇ、および図５Ｈに図式的に図示される。冷却気流は、カバー５３０内の冷却開口５３１を通した冷気５６６の引き込みに伴って開始する。ファン５８５を伴う実施形態では、空気５６６は、ファン５８５によって、冷却開口５３１を通して誘導され得るが、ファンブレード半径方向リブ５７１を伴う実施形態では、リブ５７１は、回転子５１０の回転の過程において、冷却開口５３１を通して空気５６６を誘導し得る。

次に、冷却空気は、回転子５１０を通して流動する。具体的には、冷却空気５６６は、回転子５１０のローブ５１０、５１０Ｂが冷却領域５２３を通して通過するにつれて、開口５７０を通して流動する。したがって、開口は、冷却空気５６６の流動を受容するための回転子５１０を通るチャネルとして説明され得る。冷却空気は、回転子５１０を通して通過するにつれて、回転子５１０によって加熱され、それによって、回転子５１０を冷却する。加えて、冷却空気５６６は、機関５００からの燃焼の生成物と混合し、排気５６７を形成し、これは、次いで、回転子５１０からの熱の一部を同伴して、カバー５４０内の冷却出口開口５４１を通して回転子５１０から流出する。冷却空気の流動は、図５Ｄならびに図５Ｈに図式的に図示されるように、軸５５９と略平行方向に、機関５００を通して進むという点において、軸方向として説明され得る。図５Ｈはまた、開口５１６と協働し、燃焼の副産物５６７が、回転子排気チャンバ５７０Ｅの中に流入するが、反対方向、すなわち、回転子排気チャンバ５７０Ｅから、開口５１６を通した流体流動を妨害または防止することを可能にするように配置される、リード弁５１７を図式的に図示する。本実施形態では、リード弁５１７は、フラップ５１７Ｆが開口５１６を被覆するように、ナット５１７Ｎによって回転子５１０の内部表面５１０Ｓに固着される、フラップ５１７Ｆを含む。

前述のように、冷却空気５６６は、作業チャンバを通して通過する、またはその中で使用されることなく、かつゲート（例えば、弁を通して）、圧縮、または膨張されることなく、機関５００を通して流動する。冷却空気は、燃焼において使用される新鮮な装填量と異なる。

機関５００は、回転子５１０が筐体５２０に対して回転するにつれて、機関サイクルを実行し、その動作は、以下に説明される。図８Ａおよび８Ｂは、機関５００が実行し得る、２つの機関サイクルを図式的に図示する。

サイクルの各点は、容積および圧力によって特徴付けられる。機関１００は、図８Ａおよび図８Ｂに図式的に図示されるように、以下に説明される２つのサイクルのいずれかを起動するように構成されてもよい。

Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、およびＶ４が、それぞれ、点１、２、３、および４における作業チャンバの容積であって、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、およびＰ４が、それぞれ、点１、２、３、および４におけるチャンバ内の圧力である、図８Ａに図式的に図示されるような機関サイクルの第１の実施形態では、

点１（８０１）は、Ｖ１およびＰ１（周囲圧力）によって特徴付けられる、サイクルの開始を表し、

点２（８０２）は、圧縮の終了Ｖ２およびＰ２＞Ｐ１を表し、

点３（８０３）は、燃焼の終了

およびＰ３＞＞Ｐ２を表し、

点４（８０４）は、膨張の終了Ｖ４＞Ｖ１およびＰ４＞Ｐ１を表す。

Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３、Ｖ１４、Ｖ１５、およびＶ１６が、それぞれ、点１１、１２、１３、１４、１５、および１６における作業チャンバの容積であって、Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ１５、およびＰ１６が、それぞれ、点１１、１２、１３、１４、１５、および１６におけるチャンバ内の圧力である、図８Ｂに図式的に図示されるような機関サイクルの第２の実施形態では、

点１１（８１１）は、Ｖ１およびＰ１（周囲圧力）によって特徴付けられる、サイクルの開始を表す。本点では、作業チャンバは、閉鎖され、作業チャンバは、気圧と流体連通しない。

点１２（８１２）は、圧縮の終了点Ｖ１２およびＰ１２＞Ｐ１を表す。

点１３（８１３）は、燃焼の終了

およびＰ１３＞＞Ｐ１２を表す。

点１４（８１４）は、膨張の終了Ｖ１４＞Ｖ１１およびＰ１４＝Ｐ１１＝周囲圧力を表す。本点では、作業チャンバは、大気に開放し、したがって、チャンバ内の圧力は、周囲圧力である。

作業チャンバが、点１４（８１４）に到達した後、機関は、点１５（８１５）において、Ｖ１４からＶ１５に作業チャンバの容積を減少させる。点１４（８１４）と点１５（８１５）との間では、作業チャンバの容積は、減少されるが、作業チャンバ内の圧力は、周囲大気圧（例えば、１気圧）に留まる。したがって、Ｖ１５＜Ｖ１４であるが、Ｐ２＝Ｐ１＝周囲圧力である。点１５（８１５）は、チャンバの最小容積を表し、排気が、排出されている。

点１５（８１５）から、チャンバの容積は、点１６（８１６）における容積Ｖ２３まで増加する。本周期の間、チャンバは、大気と部分的に制限された連通を有し、したがって、機関の中への空気の流動は、閉塞または絞制御される。気化器５８０を通した新鮮な装填量流動を絞制御しながらの容積の増加（図５Ｆ）は、作業チャンバ内の圧力を低下させ、作業チャンバ内の圧力を周囲圧力を下回って降下させる。点１６（８１６）から、作業チャンバは、もはや気圧と流体連通しない。回転子が回転し続けるにつれて、作業チャンバの容積は、低下し始める。空気は、圧縮され、作業チャンバ内の圧力は、点１１（８１１）に向かって上昇し始める。圧縮は、容積Ｖ１２すなわち点４４（８４４）で終了する。作業チャンバ内の圧力は、回転子が点１１（８１１）に到達するまで、周囲大気圧を下回ったままである。それまでに、チャンバは、空気／燃料混合物の新鮮な装填量を受容する。

いくつかの実施形態では、空気が、導管５６１およびリード／逆止弁５１７を介して、２つの近隣チャンバを通して通過することを可能にする、単一気化器５８０を通して（例えば、図５Ｆ、図５Ｇおよび図５Ｈ）、空気は、チャンバ内のリード／逆止弁５９０を開放し、吸気ストロークを受けるであろう。燃料は、同様に、気化器を介して、吸気チャンバの中に流入するであろう。言い換えると、空気は、炭化される。

多くの事例では、機関を静音にすることが望ましい。いくつかの実施形態では、機関（例えば、５００、９００）は、ポペット弁（金属／金属断続接触）、ピストン叩音（例えば、ピストンの鳴音およびボア衝打音）、および排ガスが環境に暴露されるときの高速圧力降下等、他の４−ストローク機関における雑音特徴を回避することによって、そうでないものより静音に作製され得る。排気の間の圧力降下は、吸気ストロークの間、空気を絞制御することによって低減されることができる。絞制御は、この場合、吸気位相が完了すると、空気／燃料混合物がある真空下にある間、機関が、吸気チャンバ内の容積を減少し始めるように構成されることを意味する。しかしながら、膨張時間の間、ガスは、大気圧が達成されるまで、膨張チャンバの全容積に膨張し、それによって、排気雑音を減少させるであろう。これは、例えば、図８Ｂにおける略図に示される。

図８Ｂのサイクルは、いくつかの注目すべき特性を有する。第１に、サイクルは、大気圧（例えば、１気圧）で終了する。これは、少なくとも、作業チャンバが点１４（８１４）において開放するとき、加圧されたガスの逃散から可聴「ポップ音」がないため、機関の動作をより静音にする傾向がある。第２に、圧縮チャンバの初期容積［すなわち、点１１（８１１）における］は、膨張チャンバの最終容積［すなわち、点１４（８１４）における］未満である。燃焼副産物の本過膨張（すなわち、燃焼副産物は、膨張チャンバ内において、圧縮チャンバの初期容積を上回る容積まで膨張する）は、機関が過膨張を行わない場合より機関を効率的にする。

図５Ｆおよび５Ｇならびに図６Ａ−６Ｊは、機関５００が、以下および表２に説明されるように、４−ストロークサイクルの種々の位相を通して進むにつれた機関５００およびその２つの作業チャンバ６１０および６２０の動作シーケンスを図式的に図示する。

図５Ｆおよび５Ｇならびに図６Ａ−６Ｊでは、回転子５１０は、時計回りに回転する一方、駆動シャフト５５０が反時計回りに回転する。回転子５１０が、筐体５２０内で回転するにつれて、ローブ５１０Ａ、５１０Ｂは、交互に、ローブ受容領域５２１および５２２および冷却領域５２３に進入し、かつそこから後退する。ローブ５１０Ａが、ローブ受容領域５２１に係合すると、ローブ５１０Ａ、筐体５２０、ならびに側面５３０および５４０は、機関の他の面積から流動的に隔離される、作業チャンバ６１０を形成する。同様に、回転子５１０およびローブ受容領域５２２は、第２の作業チャンバ６２０を形成する。しかしながら、回転子５１０および冷却領域５２３は、以下にさらに説明されるように、作業チャンバを形成しない。

図６Ａでは、ローブ５１０Ｂは、ローブ受容領域５２１に進入し始め、チャンバ６１０が、形成され、大気から流動的に隔離される。サイクル内の本段階では、チャンバ６１０内の圧力は、機関５００を囲繞する大気の周囲圧力を下回る。また、図６Ａでは、ローブ５１０Ａは、ローブ受容領域５２２を占有し、その排気ストロークの終了時またはその近傍にある。したがって、燃焼からの副産物５６８は、開口５１６を通して、リード弁５１７を越え、回転子５１０内の排気空洞５７０Ｅの中に流動する（図５Ｅ参照）。また、図６Ａでは、ローブ５１０Ｂの一部は、冷却領域５２３内にあって、冷却空気５６６は、冷却領域５２３および回転子５１０を通して通過し、回転子５１０を冷却する。本点では、ローブ５１０Ｂは、事実上、大気に暴露されていることに留意されたい。

図６Ｂでは、回転子５１０は、時計回りに回転し、作業チャンバ６１０内の空気の新鮮な装填量を圧縮し始めている。同時に、作業チャンバ６２０は、気化器５８０からの空気および燃料の新鮮な装填量（「作業媒体」を形成する）の吸気を開始する。いくつかの実施形態では、空気および燃料の新鮮な装填量は、空気および燃料の新鮮な装填量が、単一方向、すなわち、機関５００の作業チャンバの中にのみ流動することを可能にする、逆止弁（逆止弁の２つの実施形態を図示するための図５Ｅにおける５８３Ａ、５８３Ｂまたは図５Ｈにおける５９０）を通して通過する。ローブ５１０Ｂの一部は、依然として、冷却領域５２３内にあって、空気５６６によって冷却される。

図６Ｃでは、回転子５１０は、さらに時計回りに回転している。作業チャンバ６１０内の新鮮な装填量の圧縮が、完了または略完了し、作業媒体は、作業チャンバ６１０の一部である、点火チャンバ５２８Ａの中に圧縮される。スパークプラグ５３９Ａは、作業チャンバ６１０内の作業媒体に点火する。

代替実施形態では、作業媒体は、燃料を伴わない、作業チャンバ６１０の中に引き込まれる空気の新鮮な装填量のみであることに留意されたい。そのような実施形態では、燃料は、直接、作業チャンバ６１０の中に、例えば、点火チャンバ５２８Ａの中に注入されてもよく、燃料は、圧縮点火のため、自発的に燃焼する、またはスパーク点火またはグロープラグ点火され得る。しかしながら、例証を容易にするために、図８Ｂによるサイクル内のスパーク点火が、本明細書に説明される。

また、図６Ｃでは、チャンバ６２０は、炭化空気の新鮮な装填量の吸気を継続し、ローブ５１０Ａの一部は、チャンバ５２３内にあって、ローブ５１０Ａおよび回転子排気チャンバ５７０Ｅ内の燃焼のいかなる副産物も、例えば、開口５７０Ｅを通して、冷却空気５６６の流動に暴露される。本点では、ローブ５１０Ａの少なくとも一部は、事実上、大気に暴露されていることに留意されたい。

図６Ｄでは、回転子５１０は、さらに時計回りに回転されている。チャンバ６１０内の燃焼副産物は、膨張し始め、回転子５１０にその時計回り回転を継続させる。チャンバ６２０は、炭化空気の新鮮な装填量の吸気を継続し、ローブ５１０Ａは、ここでは、チャンバ５２３の中にさらに入り、そこで、ローブ５１０Ａおよび排気チャンバ５７Ｅ内の燃焼のいかなる副産物も、冷却空気５６６の流動に暴露される。

図６Ｅでは、回転子５１０は、さらに時計回りに旋回されている。チャンバ６１０は、その最大膨張容積に到達し、チャンバ６１０内の燃焼副産物は、周囲大気圧に到達している。チャンバ６２０は、その作業媒体を圧縮させ、ローブ５１０Ａは、前述のように、チャンバ６３０内に暴露されたままである。

図６Ｆでは、ローブ５１０Ａは、ローブ受容領域５２１に進入し、排気チャンバ６１１を形成する。回転子５１０が、回転し続けるにつれて、排気チャンバ６１１の容積は、減少され、燃焼副産物は、回転子排気チャンバ５７１の中に押勢され、最終的に、機関５００から排出されるであろう。チャンバ６２０では、圧縮は、終了しており、燃料および空気は、燃焼チャンバ５２８Ｂ内で点火される。ローブ５１０Ａは、前述のように、チャンバ６３０内に暴露されたままである。

図６Ｇでは、ローブ５１０Ａは、ローブ受容領域５２１を完全に占有しており、排気ストロークは、終了している。チャンバ６２０の容積は、回転子５１０が、チャンバ６２０内の燃焼副産物の膨張に応答して、時計回りに回転するにつれて増加する。ローブ５１０Ｂは、部分的に、領域５２３に進入し、冷却空気５６６に暴露される。しかしながら、ローブ５１０Ｂは、それを用いて、またはその中において、燃焼副産物を搬送しない、したがって、冷却空気５６６は、図６Ｇにおいて、そのような燃焼副産物と混合しない、またはそれを運び出さない。本点では、ローブ５１０Ｂは、事実上、大気に暴露されていることに留意されたい。

図６Ｈでは、ローブ５１０Ａは、ローブ受容領域５２１から引っ張られ始め、作業チャンバ６１０を再び形成し、炭化空気５６９が、作業チャンバ６１０の中に引き込まれる。気化器５８０は、炭化空気５６９を作業チャンバ６１０および６２０の両方に提供することに留意されたい。したがって、気化器５８０は、燃料を機関５００内のいくつかの作業チャンバのうちの少なくとも２つに供給するように構成される、単一燃料源として説明され得る。本点では、作業チャンバ６１０は、「吸気チャンバ」と称され得る。チャンバ６２０は、その最大膨張容積に到達し、チャンバ６２０内の燃焼副産物は、周囲大気圧に到達する。ローブ５１０Ｂの多くが、領域５２３に進入しており、冷却空気５６６に暴露される。

図６Ｉでは、チャンバ６１０は、炭化空気５６９を吸気し続ける。ローブ５１０Ａは、ローブ受容領域５２２に進入し始め、排気チャンバ６２１を形成する。回転子５１０が、その時計回り回転を継続するにつれて、チャンバ６２１は、容積を減少させ、燃焼副産物５６８を回転子排気チャンバ５７０Ｅの中に押勢する。ローブ５１０Ｂの一部は、依然として、領域５２３内にあって、冷却空気５６６に暴露される。

図６Ｊでは、回転子５１０は、さらに時計回りに回転しており、実際、本点では、回転子は、図６Ａにおけるその場所に対して若干３６０度を上回って回転されている。本点から、サイクルは、説明されるように繰り返され、前述の図６Ａから開始する。ローブ５１０Ｂの一部は、依然として、領域５２３内にあって、冷却空気５６６に暴露される。

前述のような機関５００およびその動作では、回転子５１０のローブ５１０Ａおよび５１０Ｂは、大気に周期的に暴露されることに留意されたい。例えば、前述の実施形態では、ローブ５１０Ａおよび５１０Ｂは、冷却領域５２３を通して通過するにつれて、観察者に可視となるであろう。これは、回転子が、常時、機関内でシールされ、大気に決して暴露されない、先行技術回転機関と異なる。また、燃焼副産物５６７のみ、回転子（すなわち、回転子排気チャンバ５７０Ｅ）を通して通過し、空気または炭化空気５６９の新鮮な装填量は、回転子５１０を通して通過しない。

（第３の実施形態）

回転機関９００の別の実施形態は、図９Ａに図式的に図示され、多くの点において、図５Ａの機関５００に類似する。機関９００は、駆動シャフト９５０と、回転子９１０（その実施形態はさらに、図９Ｂおよび図９Ｃに図式的に図示される）と、筐体９２０と、カバー９３０および９４０とを含む。

カバー９３０および９４０は、それぞれ、前述のカバー５３０および５４０に類似するが、カバー９３０および９４０は、それぞれ、いくつかの小開口９３１、９４１を含み、空気９６６が、実線および破線矢印によって図示される経路に沿って、機関９００を通して流動することを可能にする。空気９６６は、回転子９１０を冷却するように作用してもよく、前述の冷却空気５６６に類似する。代替として、または加えて、機関９００は、燃焼プロセスにおいて、空気９６６の一部または全部を使用してもよい。

回転子９１０は、前述の機関１００内の開口１１６および１１７と同一の目的を果たす、回転子吸気開口９１５と、回転子排気開口９１５とを含み、それぞれ、回転子９１０から、またはその中への一方向流動のみを可能にする。回転子９１０はまた、図９Ａに図式的に図示されるように、側面カバー９３０、９４０を通した窓または開口を含む。燃料注入器９３０は、吸気ポート閉鎖後（すなわち、吸気チャンバ内が大気圧以上である）、燃料を注入する。空気または空気／燃料混合物は、１つ以上の入口開口９３１、すなわち、正面カバー９３０（ファン９８５の隣）内の窓に流入し、回転子９２０を通して進み、部分的に、「回転子間空間」５７０Ｅ（すなわち、リブ５７１間の空間）を充填する。本混合物の一部は、回転子９１０内に位置する吸気ポート９１６を通して送達されるであろう一方、混合物の第２の、可能性としてより大きい部分は、回転子９１０のリブ付き構造を通して（例えば、開口５７０を通して）、そこから、背面カバー９４０（ファン９８５から最も遠い）内の窓または複数の窓９４１を通して進むであろう。混合物は、燃料を液体形態において含有するため、優れた冷却媒体としての役割を果たすであろうが、環境中への燃料の放出を防止するために、燃料は、再捕捉され（例えば、図示されない、サイクロンセパレータを用いて）、燃料タンクの中に戻される必要があるであろう。代替として、燃料空気混合物は、いくらかが９４１から排出される場合、回路（図示せず）内の入力９３１に逆配管されることができる。

回転子９１０が、カバー９３０、９４０上に付加的開口９３１、９４１を含む場合、気流９６６の比較的に小量のみ、燃料／空気混合物を形成するために使用され、これは、燃料回収機構を簡略化するであろう。

リブ５７１は、構造上、回転子９１０の剛度に寄与し得、また、冷却空気９６６との熱交換のための表面積を増加させ得る。リブ５７１は、異なる高さを有してもよい（軸方向に）ことに留意されたい。例えば、回転子９１０の全幅９１１を横断して延設される、２つのリブ（例えば、図９Ｂにおいて５７０Ｔとして指定されるリブ）は、排気ポケットまたは導管５７０Ｅを画定する一方、全ての他のより短いリブ（例えば、図９Ｂにおいて５７０Ｓとして指定されるリブ）は、ガスが、そのようなリブ５７１Ｓの周囲を通過する一方、残りが、カバー９３０と９４０との間を通過し得るため、大きい吸気ポケット（例えば、図９Ｂにおける５７０Ｄ）または冷却空気（５６６；９６６）のための導管５７０を可能にする。

図９Ｄは、機関９００の気流または組み合わせられた空気および燃料流動（炭化空気の場合）を図式的に図示する。空気９６６は、正面カバー９６０を通して流入する。図９Ｄでは、カバー９６０は、正面カバー９３０に類似するが、単一吸気開口９３１のみを有し、背面カバー９７０は、カバー９４０に類似するが、単一出口開口９４１のみを有する。新鮮な空気９６６は、回転子９１０を通して（例えば、導管５７０を通して）通過し、回転子を冷却し、出口開口９４１を通して機関９００から流出する。新鮮な空気９６６の一部は、排気ポケットまたは導管５７０Ｅを通して通過し、燃焼副産物と混合し、出口開口９４１を通して機関９００からの流出に先立って、排ガス９６７を形成する。

機関９００は、いくつかの方法において、燃焼のための空気を吸気するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、新鮮な空気は、回転子９１０の開口５７０Ｄを通して流入し、次いで、リード弁９１７を通して、回転子吸気ポート９１５を介して、作業チャンバの中に通過する。燃料は、燃料注入器（例えば、燃料注入器２００または５３９Ａまたは５３９Ｂ）によって、または、例えば、気化器５８０等の気化器を介して、作業チャンバの中に提供されてもよい。

代替実施形態は、開口９３１を通して通過する前に、燃料を空気９６６の中に注入するように構成される、燃料注入器（例えば、５３９Ａ）を含む。空気９６６の中に注入される燃料の一部は、回転子および吸気開口９１５を通して、作業チャンバの中に通過するにつれて、空気９６６とともに進行し、燃料の一部は、筐体９３０を通して通過し、例えば、サイクロンセパレータによって、空気から回収されるであろう。

図１０は、回転子１０１０および筐体１０２０の代替実施形態を図式的に図示する。本実施形態では、回転子１０１０は、５ローブ１０１５を有し、筐体１０２０は、６ローブ受容領域１０２２を有する。したがって、本実施形態では、「Ｎ」は、５に等しく、「Ｎ＋１」は、６に等しい。筐体１０２０はまた、図９Ａ−９Ｄに関連して説明および図示されるように、２つの側面、９３０および９４０を有する。

筐体１０２０は、空気の吸気および燃焼副産物の排気、または低圧での作業流体の吸気（ガスまたは液体）および加圧された流体の排気（または、圧出）のための弁アセンブリ１０３０を有する、いくつかのローブ受容領域１０２２を含む。面積１００７は、弁アセンブリ１０３０を示すための切り欠きを図式的に図示する。したがって、これらのローブ受容領域１０２２は、ローブと作業チャンバ１０２５を形成する。

筐体１０２０はまた、冷却チャンバ１０２３を形成する、２つのローブ受容領域１０２２を含む。これらのローブ受容領域１０２２は、ローブと作業チャンバを形成しない。むしろ、これらのローブ受容領域１０２２は、他の実施形態と関連して説明されるように、筐体１０２０およびローブを通して、および／またはローブ内の開口１０７０を通して、冷却空気の流動を可能にする。

筐体１０２０はまた、ローブ１０１５および筐体１０２０の側面（例えば、９３０、９４０）とともに、空気コンプレッサチャンバ１０４０を形成する、１つのローブ受容領域１０２２を含む。側面９３０、９４０は、空気コンプレッサチャンバ１０４０を形成するローブ受容領域１０２２に隣接して開口を含まない。そのために、筐体１０２０は、空気コンプレッサチャンバ１０４０と流体連通し、空気コンプレッサチャンバ１０４０の中に、およびそこから、空気を伝導させる、空気コンプレッサ導管１０４１を含む。

筐体１０２０はまた、ローブ１０１５および筐体１０２０の側面（例えば、９３０、９４０）とともに、水ポンプチャンバ１０５０を形成する、１つのローブ受容領域１０２２を含む。側面９３０、９４０は、水ポンプチャンバ１０５０を形成するローブ受容領域１０２２に隣接して開口を含まない。そのために、筐体１０２０は、水ポンプチャンバ１０５０と流体連通し、水ポンプチャンバ１０５０の中に、およびそこから、水を伝導させる、水導管（コンプレッサ導管１０４１に類似するが、図１０の斜視図からは非可視である）を含む。

したがって、本実施形態は、回転子の冷却専用の少なくとも１つのチャンバを確立し、かつ圧縮（空気）専用の少なくとも１つのチャンバを確立し、かつ送出（液体）専用の少なくとも１つのチャンバを確立するように構成される、回転子１０１０に連動する筐体１０２０の構成を開示する。そのような実施形態は、そのような機能チャンバ（例えば、冷却チャンバ、送出チャンバ、圧縮チャンバ）のうちの任意の１つ以上を有してもよく、それらの全てを有する必要はない。実際、いくつかの実施形態は、前述のいずれかの任意の組み合わせを有してもよい。

前述の実施形態のいずれかでは、機関（例えば、１００、５００、９００）は、連続して、吸気、圧縮、燃焼、膨張、および排気位相を取り扱うように構成されるチャンバの全ての総容積が、５００ｃｃ未満であるように構成されてもよい。

前述の本発明の実施形態は、単に、例示であることが意図される。多数の変形例および修正が、当業者に明白となるであろう。全てのそのような変形例および修正は、任意の添付の請求項に定義されるような本発明の範囲内であることが意図される。

Claims (8)

1. Ｎ−ローブ回転子と、吸気ポートと、排気ポートと、それに対して、前記回転子が筐体に対する回転運動のために搭載される、筐体とを有するタイプの改良型回転機関であって、前記筐体は、前記回転子が前記筐体に対して回転するにつれて、前記ローブを連続的に受容するように構成される、Ｎ＋１ローブ受容領域を有し、前記筐体は、（ｉ）前記回転子の第１および第２の側面上に軸方向に配置される一対の側面と、（ｉｉ）各対の隣接するローブ受容領域間に配置される尖端とを有し、前記筐体はさらに、前記ローブ受容領域のそれぞれ１つと関連付けられたチャンバを確立するように、前記回転子に連動して構成され、複数の前記チャンバは、連続して、吸気、圧縮、燃焼、膨張、および排気位相を扱うように構成され、前記改良型回転機関は、
   前記回転子を通る導管と、
   前記回転子内の前記導管を通して前記複数のチャンバのうちの少なくとも２つに燃料を供給するように構成される、単一燃料燃焼源と
   を含む、機関。
2. 前記単一燃料燃焼源と連通する、（ｉ）燃料か、（ｉｉ）燃料と油の混合物か、（ｉｉｉ）燃料と燃料添加剤の混合物かのうちの１つを含有する、可撤性に取り付け可能なカートリッジをさらに備える、請求項１に記載の機関。
3. 前記単一燃料燃焼源は、前記導管に結合される気化器を含む、請求項１に記載の機関。
4. 前記単一燃料燃焼源は、前記回転子内に配置され、前記導管に結合される、注入器を含む、請求項１に記載の機関。
5. 前記導管は、前記吸気ポートに結合され、前記単一燃料燃焼源は、前記導管に結合され、空気−燃料混合物を前記導管に供給する、気化器を含む、請求項１に記載の機関。
6. 前記チャンバは、前記膨張位相の終了時のチャンバ容積が、前記圧縮位相の開始時の前記チャンバ容積より大きくなるように構成される、請求項１に記載の機関。
7. 前記チャンバは、前記膨張位相の終了時のチャンバ圧力が、約１気圧であるように構成される、請求項１に記載の機関。
8. 前記機関は、前記回転子を平衡させるように構成される、平衡錘を備える、請求項１に記載の機関。