JPH07500890A - 内燃ロータリーピストンエンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 内燃ロータリーピストンエンジン 発明の分野 本発明は内燃ロータリーピストンエンジンに関し、特に、といってもこれに限定 されるわけではないが、２ストローク内燃ロータリーピストンエンジンに関する 。

発明の背景 内燃エンジンの操作においては、起こるべき４つの段階がある：燃料および空気 がシリンダー中へと導入されなければならない、その混合物が圧縮されなければ ならない、それが燃焼されなければならない、そして排気ガスがシリンダから、 燃料および空気の新たなチャージが行なわれる前に、除去されなければならない 。ジーゼルエンジンにおいては、燃料と空気が同時にシリンダーへと導入される わけではないが、動作のサイクルは同様なものである。これらの動作を行なうも のとして２つの基本的システム、すなわち、シリンダーをピストンが上昇あるい は下降する各通過の間に１つの動作が行なわれる４ストロークサイクル、および ピストンの各通過の間に２つの動作が行なわれる２ストロークサイクルである。

４ストロークサイクルにおいては、前記した４つのステップは、ピストンの２回 の完全な往復運動ないしは連結されたクランクシャフトの２回転を要求する。フ ライホイールは、１つのパワーストロークから、次のパワーストローり前の次の ３つのストロークを通してピストンを搬送するのに十分なエネルギーを貯える。

２ストロークサイクルにおいては、燃料および空気の初回のチャージは、ピスト ンの下に、あるいは他の何らかの手段によって圧縮され、そしてピストンがその ストロークの底部に位置する時にシリンダ中へと強制導入され、このチャージは 、次にピストンの上方へと向う動きにより圧縮され、そしてその圧縮工程の終了 時に点火される。パワーストロークの終了時において、新たなチャージが排気ガ スをシリンダ外部へと掃出するが、このチャージの一部が、この掃出の間に排気 口を通って失われてしまう。従って、ピストンの各往復運動ないしは連結された クランクシャフトの各回転に１つのパワーストロークが存在する。

４ストロークエンジンを越える２ストロークエンジンの利点は、より頻繁なパワ ーストロークを提供すること、および機械的により単純でかつより軽量であるこ とである。

これらの利点は、２ストロークエンジンがシリンダー中へと導入された燃料およ び空気のチャージのかなりの部分を無駄にするという事実によっである程度相殺 されるものである。仮にチャージが、比較できる４ストロークエンジンにおいて 必要とされると同じサイズであるとすると、この２ストロークエンジンは排気ガ スを完全に掃出できないこととなり、次のストロークにおいて発生するパワーは 、そのチャージの一部に前のサイクルからの燃焼ガスを含むゆえに、低下してし まうこととなる。さらに、排気ガスがダウンストロークの部分の間に駆逐される ので、パワストロークがより短（なる。２ストロークエンジンのさらなる欠点は 潤滑におけるものである。４ストロークエンジンにおいては、クランクケースに 収納されたオイルが、ピストンを潤滑するためにシリンダー壁土へとはね上げら れる。しかしながら、２サイクルエンジンにおいては、このようなシステムは、 はね上げられたオイルが排気ガスで運び去られ、結果としてピストンを非潤滑と してしまうであろうゆえに採用できないものである。このことは、潤滑油を燃料 と混合することによって解決できる。しかしながら、このことは、煙の多い排気 煙および部分的に燃焼したオイルによるエンジンの汚れということを招くもので ある。

このような理由から、２ストロークサイクルは、例えば芝刈機、オートバイなら びにチェーンソー、草刈機のような道具といった、高汚染排気および燃料との潤 滑油混合の必要性といった問題よりも軽量性および単純性がより重要な小型エン ジンとして好まれている。４ストロークサイクルは、例えば自動車およびモータ ボートにおけるような、より高出力エンジンとして好まれており、そして１回転 当りにより大きなパワストロークを与えるために１つのクランクシャフトにいく つかのピストンが備えられている。

発明の概要 本発明の１つの目的は、上記したような従来技術の問題点の少な（とも１つを軽 減することを企画する内燃エンジンを提供することである。

本発明によれば、 シリンダを区画するハウジング； シャフトであって、その長手方向軸回りでの回転のために、シリンダ内に同軸的 に支持されたシャフト；前記シリンダ中での往復運動のために装着され、エンジ ンのパワーストロークの間に前記シャフトの長さに沿って滑動するように配置さ れたピストン；および、前記ピストンを、前記シャフトに沿っての滑動の間に、 前記軸回りで回転させるように強制する手段を有し、前記シャフトは前記軸回り にピストンと共に回転するために採択されたものであり、これによって、使用時 に、前記ピストンの前記滑動が前記シャフトにトルクを伝えるこ好ましくは、前 記シリンダーは、第１および第２チヤンバを有し、また前記ピストンは、前記ピ ストンの往復運動の１つの完全なサイクルの同に、連続して（シーケンシャル的 に）、前記第２チヤンバ中へと清浄用流体を導入し、そしてこの清浄用流体を前 記第１チヤンバの浄化のために圧縮するように動作する。

好ましくは、前記サイクルの間に、前記ピストンはまた、連続して、燃焼用流体 を前記第２チヤンバへと導入し、そして前記燃焼用流体を前記第１チヤンバ内で の燃焼のために圧縮するように動作する。

好ましくは、前記ピストンは、前記第１チヤンノく内での往復運動のだめの第１ ヘツドと、前記第２チヤンノく内での往復運動のための第２ヘツドとを有し、前 記第２ヘツドは前記清浄用流体および燃焼用流体を前記第２チヤンノ（へと導入 するように動作可能とされている。

好ましくは、前記清浄用流体と前記燃焼用流体は、前記第２ヘツドの反対側に位 置する前記第２チヤンバ中へと導入される。

好ましくは、前記第２ヘツドは、前記サイクルの一部の間において、圧縮された 清浄用流体の容積を収納するための貯蔵チャンバを有する。

好ましくは、前記貯蔵チャンバは、前記第２ヘツドが前記清浄用流体を圧縮する ように清浄用流体の進入を許容するための第１バルブ、および前記圧縮流体の退 去を許容するための第２バルブを含むものである。

好ましくは、前記第２バルブは、前記貯蔵チャンバ内に形成されそして前記シリ ンダの円周面上に開口する第１通路と、前記ハウジング内に形成されそして前記 第１チヤンバと連通ずる第２通路とを有し、そして、前記第１および第２通路は 、前記サイクルにおける予め決められた第１時期の間、互いに合致するように配 置されている。

好ましくは、前記エンジンは、前記第２通路と前記第１チャンバとの間を連通ず る第３通路を有する第３バルブを含むものであり、前記第８通路は前記シリンダ および前記第１ヘツドの円周壁面上に開口し、そして前記第１ヘツドは、前記し た予め決められた第１時期の間に前記第３通路を開放しそして山記サイクルの残 りの時期の間は前記第３通路を密封するように配置されている。

好ましくは、前記第１ヘツドは、第１ヘツドの円周面と第１ヘツドの頂部面の間 にわたり延長された第１切欠きを備えており、この第１切欠きは、前記した予め 決められた第１時期の間、前記圧縮化清浄用流体が前記第１チヤンバ中へと流れ ることを許容するために、前記第３通路と合致するように配置されている。

好ましくは、前記圧縮化燃焼用流体の前記第２チヤンバから前記第１チヤンバへ の供給は、前記シリンダ内に形成されて前記第１および第２チャンバ間を連通ず る第４通路を有する第４バルブと、前記第１ピストンヘツドとによってもたらさ れるものであり、ここで前記第１ピストンヘツドは、前記サイクルの前記第１の 期間の後に生じる予め決められた第２の期間の間、前記第３通路を開放し、そし て前記サイクルの残りの期間の間前記第４通路を密封するように配置されている 。

好ましくは、前記第１ヘツドは、前記第１ヘツドの円周面と頂部面の間にわたり 延長され、かつ前記第１切欠きと円周方向において離間された第２切欠きを備え ており、この第２切欠きは、前記サイクルにおける前記第２期間の間前記第４通 路と合致するように配置されている。

好ましくは、前記エンジンの往復運動する完全なサイクルは、前記燃焼用流体を 有する燃料が爆発燃焼する前記パワーストロークと、燃焼した燃料が排出される 間のリターンストロークとを有し、そして前記パワーストロークの間に、前記ピ ストンは前記軸回りに１８０°よりも大きくかつ３６０°よりも小さい角度Ｘだ け回転するものであり、また前記リターンストロークの間には、前記ピストンは ３６０°よりＸを引いたものに等しい角度Ｙだけ回転する。

好ましくは、前記Ｘは２７０°よりも大きいか、またはこれと等しく、かつ３６ ０°よりも小さい。

好ましくは、Ｘは約２７０°である。

好ましくは、前記強制手段は、前記軸回りに延長された前記ピストンおよび前記 シリンダのいずれか１つの上に形成されたエンドレストラックと、前記ピストン および前記シリンダの他方の上に装着された、前記トラックと咬み合う構成部材 とを有する。

好ましくは、前記構成部材は、前記トラックと転がり接触するために前記トラッ ク内へと受けられたベアリングを有する。

好ましくは、前記内燃エンジンは、前記シャフト上に滑動可能に装着され、そし て前記軸回りに前記シャフトと共に回転するために固定された第２ピストンをさ らに有し、そして前記ピストン群は、前記エンジンの往復運動サイクルの間に前 記シャフトに沿って相互に反対の方向に滑動し、かつ同方向に回転するように配 置される。

好ましくは、前記シリンダは第３チヤンバを有し、また前記第２ピストンは前記 第３チヤンバ内での往復運動のための第１ヘツドを有し、そして前記第１および 第２ピストンは同期して往復運動する。

好ましくは、前記第２および第３チヤンバの前記排気量は、第１チヤンバのもの よりも大きいものである。

好ましくは、前記シャフトは、軸的通路を含むものであり、この通路を通って前 記エンジンの潤滑および冷却のために潤滑流体が流れる。

図面の簡単な説明 本発明の一実施態様が、図面を参照にしつつ、以下に単に例示のためのみに述べ られるが、ここにおいて；図１は第１ストロークの終了時における内燃ロータリ ーピストンエンジンの第１の実施態様の断面図であり；図２は第２ストロークの 終了時で示された、図１に図示した内燃ロータリーピストンエンジンの断面図で あり；図３は図１の断面Ａ−Ａに沿う横断面図であり；図４は内燃ロータリピス トンエンジンにおいて用いられたピストンのスカートの展開図であり；図５は第 １ストロークの終了時における内燃ロータリーピストンエンジンの第２の実施態 様の断面図であり；図６は図５の断面ＢＢに沿う横断面図であり；図７は、図１ または図５の内燃ロータリーピストンエンジンを２つ有するエンジンの地面図で あり：図８は、図１または図５の内燃ロータリーピストンエンジンを３つ有する エンジンの端面図であり；そして図９は、図１または図５の内燃ロータリーピス トンエンジンを４つ有するエンジンの端面図である。

好ましい実施態様の詳細な説明 添付の図面、特に図１および２を参照することにより、内燃エンジン２は、シリ ンダ６を区画するハウジング４を有することが明らかであろう。第１ピストン８ はシリンダ６中における往復運動のために装着されてｔｒｗ６ｏシャフト１０は 、シャフト１０の長手方向軸回りの回転のためのベアリング群１２によって、シ リンダ６中に同軸的に支持されている。第１ピストン８はシャフト１０上に滑動 可能に装着されており、そしてシャフト１０と共に軸１４回引こ回転させるため に固定されている。さらに、ピストン８をこ形成されたエンドレストラック１６ （図４参照）およびトラック咬合部材１８の形態であり、ピストン８に、そのシ ャフト１０に沿う滑動と共に軸１４回りに回転させることを強制し、これによっ て、使用時にピストン８の往復運動がシャフト１０にトルクを伝えることとなる とｌ、＞う手段をまた含むものである。

シリンダ６は、必須な第１および第２チャンバ２０．２２を含む。ピストン８は 第１および第２ヘツド２４および２６を有し、これらはそれぞれ第１ヘツド２４ よりぶら下るスカート２８によって離間されている。エンドレストラック１６は 、シリンダ６の円周面３２に近接したスカート２８の表面８０上に溝路として形 成されている。第１ヘツド２４は第１チヤンバ２０内において往復運動し、そし て第２チヤンバ２２から第１チヤンバ２０を有効に密封する。この封止は、それ ぞれ第１ヘツド２４の内周および外周面３６．３８に形成された環状の溝に位置 する公知のピストンリング３４によって達成される。　第２ヘツド２６は１２チ ヤンバ２２内において往復運動し、そして第２チヤンバ２２を副空間４０および ４２に分割する。この副空間４０および４２は、第２チヤンバ２２での第２ヘツ ド２６のピストンに従って変化するそれぞれの容積を有する。それぞれ第２ヘツ ド２６の内周および外周面４６．４８に形成された環状溝に位置するピストンリ ング４４は、第１副空間４０と第２副空ｆｉｌ！４２とを有効に密封する。

第２ヘツド２６は、圧縮空気の形態にある圧縮された清浄用ガスの容積を、エン ジンの往復運動のサイクルの一部分の間において、貯蔵するための貯蔵チャンバ ５０を含み、以下に詳述される。貯蔵チャンバ５０は、ピストン８のリターンス トロークの間に貯蔵チャンバ５０中への空気の進入を許容するが、ピストン８の パワーストロークの間には空気の逃げを阻止するように動作する単方向バルブ５ ２を備えている。

第２バルブ５４は、エンジンのサイクルの次の部分の間貯蔵チャンバ５０からの 圧縮空気の退去を許容するように設けられている。第２バルブ５４は、第２ヘッ ド２６０円周壁５８に形成された通過路５６を含み、そしてハウジング４に形成 されたさらなる通過路６０を含む。通過路６０は導管６２を介して第１チヤンバ ２０と連通している。ソレノイドバルブ６４は、通過路６０との連通のために、 導管６２を開放または閉鎖するように選択的に操作される。

通過路５６および６０は、エンジンのサイクルの予め決められた時期の間圧いに 合致するように配されている。この時間の間、貯蔵チャンバ５０内での圧縮空気 は、ソレノイドバルブ６４によって開放された場合に、導管６２中へと流入する ことができる。

ソレノイドバルブ６４と反対位置の導管６２の端部は、ハウジング４と接続され ており、そしてハウジング４に形成された通過路６６を介して、第１チヤンバ２ ０と連通している。通過路６６は、ロータリーバルブとして動作する第１ヘツド ２４の外周面８８によって選択的に開放および閉鎖される。特に、第１ヘツド２ ４は、第１ヘツド２４の円周面３８と頂面７０の間にわたり延長された切欠き６ ８を備えている。この切欠き６８は、通過路５Ｇが通過路６０と合致し、そして ソレノイドバルブ６４が導管６２を開放するのと実質的に同時に通過路６６と合 致するように配置される。このことは、貯蔵チャンバ５０中の圧縮空気が第１チ ヤンバ２０中へと流れることを許容する。

新鮮な空気が、空気取込みマニホールド７２を介して第２チヤンバ２２へと供給 される。このマニホールド７２は、単方向バルブ７４を介して空気取込導管７６ と連通しており、そしてこの導管７６は第２チヤンバ２２の副空間４０中へと順 次開口している。

燃料と新鮮空気の混合物の形態である、燃焼用流体は、単方向バルブ８０によっ て開放および閉鎖されるマニホールド７８を通して副空間４２へと供給される。

ピストン６がその（図２に図示するような）リターンストロークにおいて移動し ている時、副空間４２において部分的な真空が生じ、圧力差動交差が形成され、 そして引続き単方向パルプ８０が開放される。次いで、これは燃料および空気混 合物に副空間４２へと入ることを許容する。エンジンのサイクルのこの部分の間 ソレノイドバルブ６４は導管６２を閉鎖するように動作し、これによって通過路 ６０を通っての燃料−空気混合物の顕著な損失が阻止される。

「燃焼用流体ノなる用語は、一般的に、例えばガソリン、軽油、アルコール、酸 化剤、空気あるいはこれらの混合物などといった、燃焼可能なあるいは燃焼可能 な流体の燃焼を助ける任意の流体を指すものである。

副空間４２は、スプリングバルブ８４によって開閉される出口８２を備えている 。この出口８２は、ハウジング４に形成された通過路８６を介して、導管８８の 一端部と連通している。導管８８の反対側端部は、ハウジング４に形成された通 過路９０中へと導かれており、この通過路９０は第１チヤンバ２０と連通してい る。通過路９０は、ロータリーバルブとして動作する第１ヘツド２４によって開 閉される。好ましくは、第１ヘツド２４は、第１ヘツド２４の頂面７０と外周面 ３８の間にわたり延長された切欠き９２（仮想において示す）を備えている。こ の切欠き９２は、副空間４２中の燃料−空気混合物が第１チヤンバ２０へと流れ ることができるように、スプリング操作バルブ８４が開放されると同時に通過路 ９０と合致するように配されている。

第２チヤンバ２２の容積または排気量は、第１チヤンバ２０のそれと等しいない し好ましくはより大きなものである。従って、チャンバ２２から移送された際、 空気ないし燃料−空気混合物は大気圧よりも大きな圧力下に維持される。

４つの凹部９４がシャフト１０回りに円周的に離間されている。また、４つの長 手方向の細溝（スロット）９６が、スカート２８の内周面９８回りに形成されて いる。図３により明確に示されるように、シャフト１０およびピストン６は、対 応する凹部９４およびスロット９６同に収容された複対のボールベアリング１０ ０によって機械的に連結されている。この連結配置は、ピストン８がシャフト１ ゜に沿って軸方向に滑動する一方、同時に、長手方向軸１４回りにシャフト１０ と共に回転させるためにピストン８を固定ないし係止する。

図４を参照することにより、スカート２８に形成された各エンドレストラック１ ６は、対向する側壁１０２．１０４および底部壁面１０６を有する矩形断面溝路 の形態であることが明らかであろう。各トラック１６は、その展開において正弦 波状である。トラック咬合用部材１８は、各トラック１６中に全く正反対の位置 で収容されている。各部材１８は、対応するトラック１６の側壁１０２，１０４ と転がり接触するためのベアリング１０８を含む。各部材１８はハウジング４に 対して固定されており、これによって、部材１８と対応するトラック１６との共 働が、ピストンに、シャフト１０に沿った軸動において、軸１４回りに回転する ことをもたらす。さらにまた、ピストン８がシャフト１０と共に回転するために 固定されているゆえに、ピストン８の回転は、シャフト１０の軸１４回りの対応 する回転をもたらす。

各トラック１６は、エンジン２の１つの完全なサイクルの間に、ピストン８に３ ６００回転することをもたらす効果を有する１つの正弦波サイクルを有する。こ のトラック１６は、エンジンのパワーストロークの間に、ピストン８が２７０° 回転し、そしてリターンストロークの間に９゜０回転するように配置されている 。

トラック１６が交差する位置においては、各部材１８がその対応するトラック内 に留まることを確かなものとするために、底部壁面より延長された突起１１０の 形態のガイドが設けられている。この突起１１０は、ローラ１０８の一側面から 底部壁面１０６に向って延長された、間隔を離された脚部１１２の間を通過する 。

カム１１４（図１．２および３を参照のこと。）は第１チヤンバ２０内において シャフト１０上に同軸的に装着されている。カム１１４はソレノイドバルブ６４ および排気バルブ１１６を操作する。排気バルブ１１６は第１チヤンバ２０に形 成された排気口１１８を開閉する。カム従動部１２０は、コイルばね１２２によ ってカム１１４と接触するように偏らされている。次いでカム従動部１２０は、 ソレノイドバルブ６４を選択的に活動および非活動化させる電気スイッチ１２４ 、並びに排気バルブ１１６を操作するロッカーアーム１２６を操作する。カム１ １４とカム従動部１２０は、ソレノイドバルブ６４と排気バルブ１１６とを同時 に開放するように共働する。このことは、圧縮空気が貯蔵チャンバ５ｏから第１ チヤンバ２ｏ内へと、そしてシリンダ６から燃焼した燃料を浄化することを助け るために排気口１１８を通って外部へと流れることを許容する。

この空気の流れはまたエンジン２の冷却を助けるものである。

エンジン２はさらに、冷却を助けるために機能する潤滑系を内蔵する。この潤滑 系（図２参照）は、シャフトｌＯ内に形成された中実軸通路１０１を有している 。フライホイール１４０に近接するシャフト１０の端部は、ハウジング４に形成 されたキャビティ１０５と連通ずるいくつかの開口部１０３を備えている。この キャビティは一端部を密封リング】０７で密封され、また他端部をベアリング１ ２と近接する密封リング１０９で密封されている。開口部、キャビティおよび密 封リングの同様な配置が、シャフト１０の他端部において与えられている。シャ フト１０はまた、横断的に延長されたいくつかの微細な放出孔Ｉｌｌを有してい る。前記潤滑系はまた、オイルリザーバ（図示せず）、オイルクーラ（図示せず ）および、キャビティ１０５から前記オイルリザーバおよびオイルクーラを通り シャフト１０の他端部近傍に形成された同様のキャビティへと至る一連の接続を 提供するバイブ（図示せず）を含むものである。これは、通過路１０１内での潤 滑油の循環に関する連続ループを形成するものである。オイルはシャフトｌＯか 回転する際の遠心力によって通過路１０１に沿って運搬される。オイルはまた、 前記放出孔１１１を通って通過することによってピストン８を潤滑し、前記開口 部１０３を通って通過することによりベアリング１２を潤滑することができる。

通過路１０１を通るオイルの移動はまたエンジンおよびピストンからの熱の抜出 を助けるものである。これゆえ、回転するシャフトは、事実上オイルポンプとし て機能する。

エンジン２はさらにピストン８と同一の構成の第２ピストン８′を有する。好ま しくは、ピストン８′は第１および第２ヘッド２４＝、２ｍを有し、これらは第 １ヘツド２４′よりぶら下るスカート２８′によって離間されている。第１ヘツ ド２４′は第１チヤンバ２０において往復運動し、そして第２ヘツド２６′はシ リンダ６の第３チヤンバ２２′において往復運動する。

第２ピストン８′がピストン８と全く同様の方法でシャフトｌＯに装着されてい る。さらにまた、ピストン８と８′は、エンジン２の１つの完全なサイクルの間 に、シャフト】０に沿って正反対方向に滑動し、かつ同方向に回転するように配 置されている。

第１チヤンバ２０はエンジン２の燃焼チャンバとして機能する。スパークプラグ １３８か、この燃焼チャンバ内での燃焼ガスを点火するために、燃焼チャンバと 連通している。

ウォータージャケット２００が、エンジン２の冷却を助けるためにハウジング４ 回りに設けられている。

上記実施態様のエンジン２の操作が、特にピストン８に言及して以下に述へられ る。しかしながら、ピストン８゛を内装するエンジン２の末端の操作も同一であ ることが理解されるべきである。

エンジン２は２ストロークサイクルにおいて操作される。第１のストロークは、 チャンバ２０中の燃料が点火され、そしてカム１１４から離れたところへとピス トン８を押しやるパワーストロークであり、また第２ないしリターンストローク においては、燃焼した燃料が排出され、そして燃料の新たなチャージがチャンバ ２０内へと導入される。

パワーストロークの間ピストン８は上死点から下死点（図１に示すピストン）に 向い移動し、そして新鮮な空気がエアインテークマニホールド７２、単方向バル ブ７４および空気取込導管７６を通じてチャンバ４０へと導入される。

同時に、チャンバ４２内の燃料−空気混合物が第２ヘツド２６により圧縮される 。リターンストローク（図２に示される）の間、燃料−空気混合物は、燃料イン テークマニホールド７８および単方向バルブ８０を通って副空間４２へと導入さ れる。同時に、チャンバ４０に予め導入されていた新鮮な空気が、第２ヘツド２ ６により圧縮され、そして今や開放された状態にある単方向バルブ５２を通って 貯蔵チャンバ５０へと入る。

ピストン８が下死点に位置する（図１に示される）時、カム１１４は、カム従動 体１２０をコイルばね１２２の偏りに抗して上方へと押し上げる。カム従動体１ ２０は次いで、ソレノイドバルブ６４を開けるように電気スイッチ１２４を操作 し、また排気バルブ１１６を開けるようにロッカアーム１２６を操作する。下死 点でないしその近傍で、通過路５６は通過路６ｏと合致し、また通過路６６は切 欠き６８と合致する。これゆえ、チャンバ５ｏ内の圧縮空気は導管６２を通って 燃焼チャンバ２ｏ中へと流れることができ、排気口１１Ｂを通じての燃焼された 燃料の排出を助ける。

第２ヘツド２６はまた、副空間４２から導管８８内への圧縮された燃料−空気混 合物の通過を許容するように出口８２を開放するためにバルブ８４を操作する。

しかしながら、通過路９０が第１ヘツド２４によりその時点では閉鎖されている ゆえに、燃料がチャンバ２ｏへと進入することは阻止される。

操作のサイクルが続けられると、ピストン８はそのリターンストロークにおいて カム１１４に向って移動し始め、そしてトラック１６およびトラック咬合用部材 １８の操作によって、回転させられる。ピストン８の回転の間、第２切欠き９２ は通過路９ｏと合致させられることとなる。このことは、導管８８に存在してい た圧縮燃料がチャンバ２０に進入することを許容するものである。またこの時点 においてやがて、カム１１４が軸１４回りに回転され、カム従動体１２０がばね １２２によって軸１４に向って押し下げられることを許容し、これによって、ロ ッカーアーム１２６が開放され、そして排気バルブ１１６が排気口１１８を閉鎖 することを生じさせる。

リターンストロークにおけるピストンの連続した動きの間、チャンバ２０中の燃 料および混合物はピストン８および８″間でさらに圧縮される。上記したように 、ピストンのこの動きの間、燃料および空気は副空間４２内へと引入れられ、そ して副空間４０中の新鮮な空気が圧縮され、そして単方向バルブ５２を通って貯 蔵チャンバ５０中へと押しやられる。

ピストン８が上死点に到達した際（図２に示される）、副空間４０中へ最初に導 入された空気の実質的容量が圧縮され、そして貯蔵空間５０内へと強制移送され る。しかしながら、空気の微量がスカート２８とシリンダ６の円周面３２との間 の空間中へと流れ、頂面７０に対向する第１ヘツド２４の一端に達する。この空 気はエンジン２の付加的な冷却をもたらす。該空間内の空気は、バルブ６４およ び８４が閉鎖されているゆえに導管６２ないし８８を通って第２チヤンバ２２へ と戻ることができないことに留意すべきである。上死点に達する直前ないし直後 の時期の間に、ピストン８および８′の間の燃焼チャンバにおいて、スパークプ ラグ１３８によって火花か発せられる。これは、燃料−空気混合物にこの空間内 で点火し、そして、ピストン８および８′を、シャフトＩＯに軸的に沿って、カ ム１１４から離れるように動かす。ピストン８がこの方向に動かされた際、トラ ック咬合用部材１８とトラック１６との共働により、回転することがもたらされ る。ピストン８の回転は、軸１４回りにシャフトの対応する回転を起し、そして これによってシャフトｌＯにトルクが伝えられる。シャフトにつあえられたトル クは、シャフト１０の一端に接続されたフライホイール１４０を動かす。

ピストン８が、そのパワーストロークの間に、下死点に向って移動すると、第２ 副空間４２内の燃料−空気混合物か第２ヘツド２６により圧縮される。同時に、 空気が、エアーインテークマニホールド７２、単方向バルブ７４および空気取込 導管７６を介して第１副空間４０内へと導入される。単方向バルブ５２は、貯蔵 チャンバ５０へ空気が進入することを防止するために閉じられている。

下死点に到達した後、ピストン８はフライホイール１４０に溜められていたエネ ルギーによって上死点に向い、シャフト１０を回転させ、さらにピストン８を回 転させる。

トラック１６の配置およびトラック１６の咬合用部材１８との咬合によって、ピ ストン８は、これが上死点に向ってシャフト１０に軸的に沿って移動する際に、 軸１４回りに回転する。これはシャフトｌＯまたはピストン８の回転方向の変更 なしに生じることが理解されるべきである。

エンジンの第２の実施態様が図５に示されており、ここにおいて同様の符号か同 一の部材に付されている。第１と第２の実施態様の間には、３つの主たる相違が ある。第１の実施態様のソレノイドバルブ６４は、フライホイール１４０上にお いてカム面１４２によって操作されるばね作用バルブ６４Ａと置き換えられてい る。第２ヘツド２６により操作される第１の実施例におけるばねバルブ８４は、 フライホイール１４０上においてカム面１４４によって操作されるばねバルブ８ ４Ａと置き換えられている。最後に、排気バルブ１１６および関連するカム１１ ４、カム従動体１２０およびロッカーアーム１２６は、ロータリー排気バルブ１ １６Ａと置き換えられている。

カム面１４２，１４４は、フライホイール１４０に脱着可能に接続されることが できる、分離した弓形の部材として形成可能である。この方法においては、バル ブ６４Ａおよび８４Ａのタイミングは、フライホイール１４０に予め決められた 長さおよびプロフィールのカム部材を装着することによって容易に変化させるこ とができる。

ロータリーバルブ１１６Ａは、シャフト１０に同軸的に接続され、これを放射状 に延長する、環状プレート１４８（図６参照）を有する。複数の穴（アパーチャ ）１５０がプレート１４８に形成されており、プレート１４８の対向する面の間 におけるガスの自由流れを許容する。環状プレート１４８は、軸１４と同軸的な 長手方向軸を有する円筒状フランジ１５２において終端となっている。密封リン グ１５４がシリンダ６の円周壁面３２に近接するフランジ１５２の表面１５６に おいて設けられている。このリング１５４は壁面１５６と３２との間の密封をも たらす。１つの穴（アパーチャ）１５８がフランジ１５２に形成されている。こ の穴１５８は、軸１４回りのシャフト１０のそれぞれの完全な回転の間に１回、 排気口１１８と合致する。この期間の間に、チャンバ２０内のガスは、穴１５８ および排気口１１８を通って排出されることができる。

他のすべての観点において、図５に示されるエンジン２の作動は、図１．　２お よび３に示された第１の実施態様のものと同一である。

図７．８および９に示されるように、本発明に係るいくつかのエンジン２は、エ ンジン２群の発動出力を組合せるための１つの共通する出力シャフト１６０に連 結されることができる。エンジン２の共通出力シャフト１６０への連結は、各エ ンジン２のそれぞれのシャフトｌＯにギア１６２を接続し、そしてエンジン２を 共通出力シャフト１６０回りに、各ギア１６２がこの出力シャフト１６０に取付 けられたギア１６４と噛み合うように配置することによって、容易に達成される 。

理論的計算は、１８７０立方センチメートルの排気量を存するエンジン２に関し て、５０００ｒｐｍで１９０ｈｐないし１９５ｈｐの発動出力を示した。

上記した実施態様は、周知の２ストロークおよび４ストロークエンジンを越える 多くの利点を有することが容易に明らかとなるであろう。特に、各ピストンのパ ワーストロークはシャフト１０の２７０°回転という結果となり、ピストンを上 死点に戻すためにシャフトｌＯをさらに９０゜だけ回転させるエネルギーのみが 、フライホイール１４０から要求されるものである。このことは、パワーストロ ークにおいてクランクシャフトが１８０°まで回転し、そしてフライホイールか らのエネルギーがリターンストロークにおいてさらに１８０°回転させるのに利 用される周知のピストンエンジンを越える多くの利点を提供する。本実施態様群 におけるパワーストロークの延長された期間は、エンジンのサイクルのより大き な期間の間フライホイールへと伝えられるトルクをもたらし、そして、−酸化炭 素、二酸化炭素、ならびに未燃焼燃料のごとき存置な排煙のパーセントを低減す るために燃焼時間を増加することをもたらすゆえに、より有効である。

周知の２ストロークエンジンにおいては、燃焼した燃料は、導入される燃料およ び空気の新たなチャージによって排気口を通じてシリンダーより掃出されている ことに留意すべきである。従って、この新たなチャージの一部が排気口より失わ れ得る。また、燃焼した燃料の一部がシリンダー内にととまり、新たなチャージ と混合されてしまう。しかしなから、本実施態様群においては、燃料および空気 の次の新たなチャージが燃焼チャンバー内へと入れられる前に、燃焼チャンバー を清浄化するために圧縮された新鮮な空気が用いられるゆえに、これらの問題の 双方ともが本実施態様群によって実質的に克服されている。これゆえ、新たなチ ャージは実質的に全く排出されず、かつ排気ガスは実質的に全く新たなチャージ と混合されないものである。

さらにまた、ピストンに与えられる強制力は、実質的に軸的なものであり、この ため周知の往復運動ピストンエンジンで発生するようなピストンにおける顕著な サイドスラストは生じない。各ピストンとハウジングとの間の接続の状態に起因 して、そのパワーストロークにおけるピストンによって得られる運動量は、ピス トンのそのリターンストロークにおける動きを助けるのに用いられる。この運動 量の利益は、周知のピストンエンジンで起きるような、線状移動の方向をピスト ンが変化する際にも失われない。さらにまた、回転するピストンは、シャフトｌ Ｏの運動量を保存するフライホイールとして機能し、そしてこのことは他の場合 と比較してより小さなフライホイールの使用を可能とするものである。

エンジン２の排気量は、シリンダ６の容積およびシャフト１０の直径の間の相違 に依存するものである。これゆえ、シャフトＩＯを、より小さなあるいはより大 きな直径の別のシャフトと単純に置き換えることによって、排気量は相応して増 加あるいは減少され得る。

本発明の実施態様群を詳細に述へてきたが、当業者にとっては、数多くの変更お よび変化が基本的発明の概念から離れることなく可能であることが明らかであろ う。

例えば、この実施態様においては、エンジン２は自然給気されるものとして、す なわち、燃焼チャンバ２０に入る前に燃料と空気が予め混合されるものとして示 されている。しかしながら、エンジン２はまた、燃料が、圧縮空気とは別に燃焼 チャンバ２０内へ噴射される燃料噴射装置によっても操作され得るものである。

前記実施態様群においては２つのシリンダ８および８′が示されていたか、エン ジン２はもちろん１つのピストンのみでも操作可能である。さらにまた、シリン ダ６はピストン８および８゛の間に延長された隔壁によって２つの分離したシリ ンダ群に分けられることも可能である。この配置においては、各ピストンを有す る２つの燃焼チャンバが存在することとなるであろう。隔壁によって分割された シリンダ６の別の配置において、ピストン８および８′は「押し−引き（プッシ ュプル）方式に配置されることができ、一方のピストンがそのサイクルのパワー ストロークにあるとき他方はリターンストロークに、そしてその逆にといったも のとなる。

さらにまた、ピストン８は、パワーストロークにおいて２７０°まで回転し、そ してリターンストロークにおいて９０°回転すると記載したが、回転の実際の角 度は異なる適用に関して変化させることが可能である。しかしながら、パワース トロークにおけるピストンの回転の角度はリターンストロークにおけるものより も大きなものであることが望ましい。

エンドレストラック１６は、矩形以外の断面形状を有するものとされ得る。例え ば、トラック１６は、三角あるいは半円状断面溝路の形態、あるいは共通する底 部壁面から分岐する対向する側壁面群を存する溝路の形態であり得る。さらにま た、トラックＩ６の形状は、交差点であるいはその近傍で変えることが可能であ る。さらにまた、各トラックＩ６が異なる形状を有するものとすることも可能で ある。

第２ヘツド２６における貯蔵チャンバ５０内に圧縮空気を貯蔵することに代えて 、シリンダ６の外部に別個の貯蔵チャンバを設けることもできる。この配置にお いては、パワーストロークの間に第２チヤンバ４０へと導入された空気は、リタ ーンストロークの間に第２チヤンバ４０にある　・出口を通ってシリンダ６の外 部にある前記別個の貯蔵チャンバへと強制移送されそしてここで圧縮されること ができる。前記別個の貯蔵チャンバの出口は、貯蔵チャンバ５０に関して上記し たと同様な方法において圧縮空気の第１チヤンバ２０内への通過をもたらすため に、バルブ６４と連通されることができる。

このような全ての変更および変化は、本発明の範囲内にあると思われ、そしてそ の性質は前記した記載および添付した請求の範囲から決定されるべきものである 。

補正書の翻訳文の提出書（特許法第１８４条の８）平成６年４月１４日

Claims (28)

【特許請求の範囲】
1. １．内燃ロータリーピストンエンジンであって、シリンダを区画するハウジング ； シャフトであって、その長手方向軸回りでの回転のために、シリンダ内に同軸的 に支持されたシャフト；前記シリンダ中での往復運動のために装着され、エンジ ンのパワーストロークの間に前記シャフトの長さに沿って滑動するように配置さ れたピストン；および、前記ピストンを、前記シャフトに沿っての滑動の間に前 記軸回りで回転させるように強制する手段を有し、前記シャフトは前記軸回りに ピストンと共に回転するために採択されたものであり、これによって、使用時に 、前記ピストンの前記滑動が前記シャフトにトルクを伝えることを特徴とする内 燃ロータリーピストンエンジン。
2. ２．前記シリンダーは、第１および第２チャンバを有し、また前記ピストンは、 前記ピストンの往復運動の１つの完全なサイクルの間に、連続して、前記第２チ ャンバ中へと清浄用流体を導入し、そしてこの清浄用流体を前記第１チャンバの 浄化のために圧縮するように動作する請求の範囲第１項に記載のエンジン。
3. ３．前記サイクルの間に、前記ピストンは、さらに、連続して、燃焼用流体を前 記第２チャンバヘと導入し、そして前記燃焼用流体を前記第１チャンバ内での燃 焼のために圧縮するように動作する請求の範囲第２項に記載のエンジン。
4. ４．前記ピストンは、前記第１チャンバ内での往復運動のための第１ヘッドと、 前記第２チャンバ内での往復運動のための第２ヘッドとを有し、前記第２ヘッド は前記清浄用流体および燃焼用流体を前記第２チャンバヘと導入するように動作 可能とされている請求の範囲第２項または第３項に記載のエンジン。
5. ５．前記清浄用流体と前記燃焼用流体は、前記第２ヘッドの反対側に位置する前 記第２チャンバ中へと導入される請求の範囲第４項に記載のエンジン。
6. ６．前記第２ヘッドによって圧縮された清浄用流体の容積を収納するための貯蔵 チャンバであって、かつ前記第２チャンバと連通されたものをさらに有する請求 の範囲第５項に記載のエンジン。
7. ７．前記貯蔵チャンバが、前記第２ヘッドに形成されており、そして、前記第２ ヘッドが前記清浄用流体を圧縮可能とするために清浄用流体の進入を許容するた めの第１バルブ、および前記圧縮流体の前記貯蔵チャンバからの退去を許容する ための第２バルブを含む請求の範囲第６項に記載のエンジン。
8. ８．前記第２バルブは、前記貯蔵チャンバ内に形成されそして前記シリンダの円 周面上に開口する第１通路と、前記ハウジング内に形成されそして前記第１チャ ンバと連通可能な第２通路とを有し、そして、前記第１および第２通路は前記サ イクルにおける予め決められた第１時期の間、互いに合致するように配置されて いる請求の範囲第７項に記載のエンジン。
9. ９．前記貯蔵チャンバがシリンダの外部に位置する請求の範囲第６項に記載のエ ンジン。
10. １０．前記エンジンは、前記第２通路と前記第１チャンバとの間を連通する第３ 通路を有する第３バルブを含み、前記第３通路は前記シリンダおよび前記第１ヘ ッドの円周面上に開口し、そして前記第１ヘッドは、前記した予め決められた第 １時期の間に前記第３通路を開放しそして前記サイクルの残りの時期の間は前記 第３通路を密封するように配置されている請求の範囲第８項に記載のエンジン。
11. １１．前記第１ヘッドは、第１ヘッドの円周面と第１へッドの頂部面の間にわた り延長された第１切欠きを備えており、この第１切欠きは、前記した予め決めら れた第１時期の間に、前記圧縮された清浄用流体が前記第１チャンバ中へと流れ ることをもたらすために、前記第３通路と合致するように配置されている請求の 範囲第１０項に記載のエンジン。
12. １２．前記圧縮された燃焼用流体の前記第２チャンバから前記第１チャンバヘの 供給は、前記シリンダ内に形成され前記第１および第２チャンバ間を連通する第 ４通路を有する第４バルブ、および第１ピストンヘッドによってもたらされ、そ して前記第１ピストンヘッドは、前記サイクルの前記第１の期間の後に生じる予 め決められた第２の期間の間、前記第４通路を開放しそして前記サイクルの残り の期間の間前記第４通路を密封するように配置されている請求の範囲第３〜１１ 項のいずれかに記載のエンジン。
13. １３．前記第１ヘッドは、前記第１ヘッドの円周面と頂部面の間にわたり延長さ れ、かつ前記第１切欠きと円周方向において離間された第２切欠きを備えており 、この第２切欠きは、前記サイクルにおける前記第２期間の間前記第４通路と合 致する請求の範囲第１２項に記載のエンジン。
14. １４．前記エンジンの往復運動する完全な１サイクルは、前記燃焼用流体を有す る燃料が燃焼する前記パワーストロークと、燃焼した燃料が排出されるリターン ストロークとを有し、そして前記パワーストロークの間に前記ピストンは前記軸 回りに１８０°よりも大きくかつ３６０°よりも小さい角度Ｘだけ回転し、また 前記リターンストロークの間に前記ピストンは３６０°よりＸを引いた角度に等 しい角度Ｙだけ回転する請求の範囲第１〜１３項のいずれかに記載のエンジン。
15. １５．前記Ｘは２７０°よりも大きいかまたはこれと等しく、かつ３６０°より も小さい請求の範囲第１４項に記載のエンジン。
16. １６．前記Ｘが２７０°程度である請求の範囲第１５項に記載のエンジン。
17. １７．前記強制手段は、前記軸回りに延長された前記ピストンおよび前記シリン ダのいずれか１つの上に形成されたエンドレストラックと、前記ピストンおよび 前記シリンダの他方の上に装着された、前記トラックと咬合する部材とを有する 請求の範囲第１〜１６項のいずれかに記載のエンジン。
18. １８．前記部材は、前記トラックと転がり接触するために前記トラック内に位置 し得るベアリングを有する請求の範囲第１７項に記載のエンジン。
19. １９．前記ピストンおよび前記シリンダの前記一方の上に形成された第２のエン ドレストラックと、前記ピストンおよび前記シリンダの前記他方の上に装着され た、前記トラックと咬合する第２の部材とを有する請求の範囲第１７項に記載の エンジン。
20. ２０．前記エンドレストラックおよび前記第２のエンドレストラックは交差点で 交差するように配置されており、そして前記強制手段はさらに前記部材および前 記第２の部材が前記交差点を通過する際にそれぞれのエンドレストラックおよび 第２のエンドレストラックに留まることを案内するガイド手段をさらに含む請求 の範囲第１９項に記載のエンジン。
21. ２１．前記シャフト上に滑動可能に装着され、かつ前記軸回りに前記シャフトと 共に回転するために配置された第２ピストンをさらに有し、そして前記ピストン 群は、前記エンジンの往復運動サイクルの間に前記シャフトに沿って相互に反対 の方向に滑動し、かつ同方向に回転する請求の範囲第１〜２０項のいずれかに記 載のエンジン。
22. ２２．前記シリンダは第３チャンバを有し、また前記第２ピストンは前記第１チ ャンバ内での往復運動のための第１ヘッドおよび前記第３チャンバ内での往復運 動のための第２ヘッドを有し、そして前記第１および第２ピストンは同期して往 復運動および回転運動する請求の範囲第２１項に記載のエンジン。
23. ２３．前記第２チャンバの前記排気量が、前記第１チャンバのものと等しいかあ るいはこれよりも大きい請求の範囲第２〜２２項のいずれかに記載のエンジン。
24. ２４．前記第３チャンバの前記排気量が、前記第１チャンバのものと等しいかあ るいはこれよりも大きいものである請求の範囲第２２項に記載のエンジン。
25. ２５．前記シャフトは、軸的通路を含み、この通路を通って前記エンジンの潤滑 および冷却のための潤滑流体が流れる請求の範囲第１〜２４項のいずれかに記載 のエンジン。
26. ２６．前記シャフトは、前記軸回りにこのシャフトが回転した際に、前記エンジ ン内を通って潤滑流体が循環するためのポンプとして機能する請求の範囲第２５ 項に記載の末端。
27. ２７．前記清浄用流体が、前記ピストンと前記シリンダとの間から外部雰囲気へ と、前記エンジンによって発生した熱を移送することによって、前記エンジンを 内部冷却するために機能する請求の範囲第２〜２６のいずれかに記載のエンジン 。
28. ２８．添付図面の１ないしそれ以上のいずれかに言及して明細書において実質的 に述べられたおよび添付図面の１ないしそれ以上のいずれかに実質的に図示され たような内燃ロータリーピストンエンジン。