JPH09511301A - 軸方向翼回転装置及びその密封システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 環状の外方壁（４０）と２つの側壁（３６，３８）とによって画定された円筒状内方室（３４）を備えたステーター（１６）を有する軸方向翼回転装置（１４）。各側壁は環状のカム面（４２，４４）を有する。ローター（５４）が、前記室の中に回転可能に取り付けられている。該ローターは、環状の外壁（６６）と、それを貫通して延在する複数の角度的に離隔した軸方向延在スロット（６４）とを備えている。翼（６８）は各スロット内に滑動可能に収容されている。該翼は、ローターの回転に伴い、軸方向に摺動するとともに、隣接する翼とカム面との間の空間を交互に膨張及び圧縮させる。該カム面は、交互に配された第一部分（９２）と第二部分（９０）とを備えている。第二部分は第一部分よりもローターから離れている。前記カム面の一方の第一部分は前記カム面の他方の第二部分と整列されている。前記スロットはローターの前記環状外壁までその半径方向外方へ延在する。各翼の前記外方縁は前記ステーターの環状外壁に滑動可能に当接する。ステーターの外方壁は案内カム（９６）を備えてよく、各翼は該案内カムに収容される従動子（９８）を備えてよい。案内カムは、ローターの回転に伴い翼をローターに対して軸方向に摺動させる形状とされる。翼の夫々は、弾性的に付勢されて内方縁（１０６）に沿って延在する第一のシール（１１０，１１２）と側方縁（７０，７２）に沿って延在する第二のシール（１３４）を備えてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】 軸方向翼回転装置及びその密封システム 発明の背景 発明の分野 本発明は、軸方向翼(axial vane)型式の回転装置、特に、ローターの両側にお いて比較的近接した翼とカム面との間の容積を変化させ、該翼がローターの回転 軸の軸方向に並進する種類の装置に関する。 関連技術の記述 多くの異なった型式のロータリーエンジンが過去に提案され、膨大な数の特許 によってカバーされている。これらのうち、徹底的に試験されたものは比較的少 数しかない。多くのロータリーエンジンは紙上では興味深いが、試作品を作り上 げる時に実際上の困難が生じてくる。 最も良く知られたロータリーエンジンは、ワンケル（Wankel）エンジンであり 、これはマツダ自動車において大量生産されている。このエンジンでさえ、ロー ターを適切に密封する問題についてかなり克服しているとしても、それについて の困難を多く伴ってきた。しかし、該エンジンはさほど効率的ではなく、高い燃 料消費量がこの技術を用いた車両の特質となっている。 別の型式のロータリーエンジンを、本明細書では、”軸方向翼型式”と呼ぶこ とにする。この型式のエンジンでは、円筒状のローターがステーターの円筒室内 に配置されている。複数のブレード状の翼が、回転軸と平行にローターを貫通し て滑動可能に延在し ている。ローターの両側には、起伏したカム面がある。一方の側のカム面の高位 部分は他方の側のカム面の低位部分と整列しており、ローターの回転に伴って翼 が軸方向に前後に摺動するようにしている。 かかるエンジンの一つは、たとえば、James Lawrence McCannの米国特許第4,4 01,070号明細書に見いだされる。この型式のエンジンでは、ローターの回転に伴 い、各翼の回転方向前方にガスが圧縮される。この圧縮は、ローターから比較的 離れた低位カム面からローターに比較的近い高位カム面に翼が移動するにつれて 起きる。点火されたガスによってローターを前方に推進させるためには、ガスは 、圧縮された後、燃焼前に各翼の背面側に移送されなければならない。 圧縮されたガスを移送する必要性は、Czyzewskiのポーランド特許第３８１１ ２号明細書に見られるような、この型式のロータリーエンジンの変形によって取 り除かれている。この場合、McCannのエンジンよりも角度間隔を近接させて隣り 合わされた翼の間でガスが圧縮される。ガスは、隣接する翼の対が夫々高位のカ ム領域に向けて移動する際に圧縮される。点火の後、翼が高位のカム領域を過ぎ て比較的低位のカム領域に移動し続ける間に、点火されたガスの膨張が可能とな り、推進力も生起される。 この型式のロータリーエンジンは、高効率、単純な構造、及び軽量等の多くの 潜在的利点を提供している。しかし、かかるエンジンの理論的可能性は過去に提 案されている一方で、かかるエンジンを動作試作品の段階以上に開発することは 、多くの実際的な 困難によって阻害されてきた。たとえば、初期の特許には、ローター、翼及びス テーター間のシールの実際的システムを開示していないものもある。加えて、翼 の先端に比較的高い負荷がかかることがあり、これによって早期に摩耗が起きる こともある。 したがって、本発明の目的は、上記型式の従来のエンジンに付随する不利益を 解消すべく改良された軸方向翼回転装置を提供することにある。 また、本発明の別の目的は、ステーターのカム面に当接する翼の側方縁にかか る荷重を減少させた軸方向翼回転装置を提供することにある。 また、本発明の更に別の目的は、明らかに効率的で耐久性のある密封システム を備えるべく改良された軸方向翼回転装置を提供することにある。 また、本発明の更に別の目的は、比較的低コストで生産するのに実用的であり 、且つ耐久性もあるように改良された軸方向翼回転装置を提供することにある。 発明の要約 上記目的に従い、環状の外方壁と２つの側壁とによって画定された円筒状内方 室を備えたステーターを有する軸方向翼回転装置が提供される。各側壁は環状の カム面を有する。ローターが前記室の中に回転可能に取り付けられる。該ロータ ーは、環状の外壁と、それを貫通して延在する複数の角度的に離隔した軸方向ス ロットとを備えている。翼が各スロット内に滑動可能に収容される。各翼は、外 方縁と内方縁と側方縁とを有する。側方縁は前記カム 面に滑動可能に当接する。ローターの回転に伴い、前記翼を軸方向に摺動させる とともに、隣接する翼とカム面との間の空間を交互に膨張及び圧縮させる手段が 設けられる。この手段は、カム面に第一部分と第二部分を交互に配することを含 む。第一部分は第二部分よりも前記ローターから離れている。前記カム面の一方 の第一部分は前記カム面の他方の第二部分と整列されている。該装置は、前記ス ロットがローターの前記環状外壁までその半径方向外方へ延在することを特徴と する。各翼の外方縁はローターの環状外方壁に滑動可能に当接する。 本発明の別の局面は、ステーターの外方壁が案内カムを備えることに特徴を有 する。各翼は、案内カムによって収容される従動子を有する。案内カムは、ロー ターの回転に伴って翼をローターに対して軸方向に摺動させるように形成される 。 カム面あるいは案内カムは、案内カムと各カム面とが一定の間隔を保ちながら ステーターの周りに波状パターンで延在するものであってよい。翼の外方縁は、 ローターの回転に伴い、常にカム面と接触する。たとえば、案内カムは、ステー ターの環状外方壁に配された溝であってもよく、従動子は各翼の外方縁上に配さ れたピン状の部材であってもよい。 本発明の他の局面は、各翼が、弾性的に付勢されてその内方縁に沿って延在す る第一のシールと、その両側方縁に沿って延在する第二のシールとを備えている ことを特徴とする。各翼は、その内方縁と側方縁に沿って延在する溝を備えても よい。該溝にはシールが摺動可能に収容される。 好ましい一具体例においては、第二のシールは、翼の側方縁と鋭角を成して傾 斜した半径方向内方端を備えている。第一のシールは、翼の側方縁に対して鋭角 を成して傾斜し、第二のシールの上記内方端と当接する半径方向外方部を備えた 軸方向外方端を有する。 好ましい具体例の記述 図面中、 図１は本発明の一具体例による軸方向翼回転装置を、そのステーターを一部破 断して示す概略的斜視図である。 図２は図１のエンジンの概略的半径方向断面図である。 図３aは、ローターの側方立面図である。 図３bは、図３aの線３ｂ−３ｂに沿った断面図である。 図４は別の具体例の翼の一つのカム従動子の概略的上方平面図である。 図５は、潤滑剤ガイドを備えた他のカム従動子の上方平面図である。 図６は、シールを伴った翼の一つの上方平面図である。 図７は、翼の一つを、翼がローターの右へ向けて外方に延在した状態で示す正 面図である。 図８は、ローターの一部分と、その上にある一つの翼との断面図である。 図８aは、ローターの拡大断面図であり、そのシールの一つと、その為のバネ とを示す。 図９は、シールとそのバネとを伴った翼の一つの拡大側断面図 である。 図１０は、エンジンのハウジング内で翼が完全に一回転した時における翼の通 路を幾何学的に展開した状態で示す図である。 好ましい具体例の記述 先ず図１を参照するに、これは、軸方向翼回転装置を示し、本例ではエンジン １４として形成されている。この装置は、他には、圧縮機、ポンプ、又はその他 の類似の回転装置として形成することもできる。該エンジン１４は、筒形の外方 ハウジング１８を含むステーター１６を備えている。鋳鉄等の各種材料を使用す ることができるが、アルミニウムが重量及び良好な冷却性の点から好ましい。ま た、ステーターは内方ハウジング２０を包含し、該ハウジング２０は本例では一 対の環状部材２２及び２４とを備えている。各部材は、外方ハウジング１８に対 して取り付けられた環状外方壁２６と、両端（図１のみで一端のみ図示）のベア リング３２によって軸３０を回転可能に支持する内方壁２８とを備えている。ス テーター内には、側壁３６及び３８と環状外方壁４０によって画定される円筒状 内部室３４がある。 上記側壁３６及び３８の半径方向外方部は、夫々カム面４２及び４４を構成す る。本具体例の両カム面は、別個の環状カム部材の内方面からなる。２つの異な った型式のものを、図２に示してある。エンジンの上方にあるのは、外方ハウジ ング１８と環状部材２４の肩部４８との間に嵌合して内部的に装着されたカム部 材４６である。エンジンの反対側に同様のカム部材がある。外方ハウジング1８ と内方ハウジング２０は本具体例では一体である。 別の型式のカム部材５０がエンジンの底部に図示してあり、このカム部材５０ は、外方から装着されて、部材２４の環状ソケット５２の中に嵌合されている。 本発明のこの形態では、該部材２４、カム部材５０及びハウジング１８は別体で ある。なお、個々のエンジンではカム部材４６又は５０の一つの型式のみが使用 されると理解すべきである。 カム面４２及び４４は、磨耗を防止し摩擦を低減するために、スラリータイプ のセラミック又はセメント被覆によって塗装されていることが好ましい。図２に 示すカム部材４６及び５０は、エンジンの二つの側と外方ハウジング１８との間 で正確な角度配置を要求する。合わせピン（dowel pins）やその他の器具を、こ の整列をもたらすために使用することが好ましい。これによって、両カム面をロ ーターの両側に対して別々に配置して、翼の側縁とカム面４０及び４２との間の 隙間を正確にコントロールできるようになる。 両カム面と内方ハウジング２０及び外方ハウジング１８との間に隙間を設ける こともできる。この隙間は、一対の金属製円形シールによってシールし、両カム 面の局部的熱膨張を許容するために使用することができる。このカム面は、テー パーの地点(the point of the taper)がエンジンの中心軸になるようにテーパー 付けされたテーパー砥石車（grinding wheel）を用いて研磨加工されたものとす ることができる。これによって、図９に示されるシール１３４が走行できる正し い面がもたらされる。 ローター５４は、概略的に円筒の形状であり、室３４内に装着 され、軸３０によって回転可能に支持されている。図３a及び３bに、本例のロー ターはより詳細に示されており、６つのパイ形状のコア５６を用いて鋳造された 中空鋳物である。該コア５６は、鋳造工程においてローターの翼の間の領域を中 空にするために用いられ、ローターの面に設けられた穴５８によって支持される 。ローターの外方部６０は図示のように中空とすることもでき、また、中実（so lid）とすることもできる。ローターの両面の間には、ローターの燃焼室側の高 いガス圧によって起きる歪を低減するために支持リブ６２が存在する。これらの リブは、ローターを本質的にオイル無しで最小の重量を保って運転可能とするた めに、ローターの中心方向または外壁６６方向の何れかにオイルの通路を備えた 形状としてもよい。このローターは、ローターを完全に横断して半径方向外方に 環状外壁６６まで延在する複数のスロット６４を備えている。これは、スロット の終端が環状外壁の内方にある型式の従来のロータリーエンジンとは異なる点で ある。 図１を再び参照するに、翼６８はスロット６４の夫々の中に滑動可能に収容さ れている。この翼は、ローターが回転するにしたがって、軸方向、すなわち、軸 ３０と平行の方向へ摺動するようにされる。翼は、ローターの回転に伴い、前後 に摺動するとともに起伏したカム面４２及び４４に滑動可能に当接する。この点 では、該エンジンは、この型式の従来のエンジンと同様である。 しかし、エンジン１４は、翼がステーターの外方壁４０と滑動可能に当接する 外方縁７４を備えている点で従来技術とは異なる。これは、スロット６４がロー ターの外壁６６まで延在して開口し ているためである。各翼の外方縁７４は、本具体例では、ステーターの外方壁４ ０に適合するように加工されている。換言すれば、該外方縁はわずかに凸状とな っている。これは、従来のエンジンに存在した翼と外側ハウジングとの間の裂け 目容積(crevice volume)の影響を低減する。別体の摩耗挿入片を各翼の外方縁の 端部全体にわたって装着し、摩擦および摩耗を低減することもできる。この挿入 片は、翼のスロット内に押圧するだけでよい。 図１に見られるように、エンジン１４は開口７６において空気の取り入れのた めの装備を備えている。排気ガスは開口７８からエンジンを出る。開口８０はエ ンジンに冷却流体を取り入れる一方で、開口８２はエンジンから冷却剤を排出す る。ステーターには、エンジンを冷却するために該冷却剤を通す通路８３が設け られている。また、このエンジンは、ステーターを通過して室３４に入るように 延在する燃料注入器８４を備えている。このエンジンの各側に一つの燃料注入器 があるが、そのうちの一つの側しか図１は示していない。 このエンジンの動作は、図１０を参照することによって最も良く理解される。 図示されているように、この特定のエンジンは、それそれ68.1−68.6として特定 された６つの翼を備えている。エンジンの各側は他方の側とは本質的に独立に動 作する。したがって、説明のために、図１０で見て、該エンジンの底半部のみを 記述する。ローター５４は図の右側へ回転する。エンジンの各側は、図１に示さ れる開口７６と連通してステーターを通過する吸引ポート８６を備えている。排 気ポート８８は開口７８と連通する。こ のエンジンについて、図の左側の０°から開始するカム面４２の回転角度を参照 して記述する。翼68.1は吸引ポート８６の直前の約３０°のところに位置してい る。この翼が先に移動し続けるに従い、吸引ポート８６から受容された空気は翼 68.1と68.2との間に捕捉される。翼68.2は圧縮ストロークの開始点である９０° のところに示されている。翼68.2と翼68.3との間の空気は、翼68.2が低位カム部 分９０から高位カム部分９２へ移動するに従い、両翼の間の容積が減少すること により圧縮される。この低位カム部分は高位カム部分よりもローター５４から離 れている。 二つの翼が翼68.3及び68.4の位置に達して高位カム部分９２上に位置した時、 二つの翼の間の空気は完全に圧縮される。翼68.3は150°の位置にあるのに対し 、翼68.4は210°の位置にある。該翼が図示の位置を通過して翼68.3が180°の位 置に来た時、点火が起きる。翼が翼68.5の位置に前進移動するに従い、燃焼混合 物の膨張が許容される。これがエンジンの膨張ストロークである。排気ストロー クは翼68.5の270°の位置で開始する。この地点で、排気ガスは翼68.5と翼68.6 との間に位置する。この排気ガスは、翼68.5が前進すなわち図面で見て右側へ移 動するに従って、排気ポート８８から外へ押し出される。エンジンの他方の側も 同様に動作するが、各ストロークの位置は互い違いにされており、図１０で見て 左から右へ、圧縮ストローク、膨張ストローク、排気ストロータ及び吸引ストロ ークの順番で起きる。 この種の従来のエンジンでは、ローターに対する翼の摺動は、ローターの回転 に従って起伏するカム面に載った翼の側縁によっ て達成されていた。図１０に見られるように、エンジンの一方の側の高位カム面 ９２はエンジンの他方の側の低位カム面９０に対向して配置されており、両カム 面の間の距離が各翼の幅で一定にされたまま翼が摺動するようにされている。 エンジン１４は、しかしながら、翼の摺動を両カム面のみに依存していない。 代わりに、図１及び１０に見られるように、エンジンは、両カム面と独立に翼を 摺動させる手段を、室３４の外方壁４０の周りに延在する波状のカム溝９６の形 態で備えている。該カム溝９６は、案内カムとも呼ばれるが、図１０に最も良く 示されるように、カム面４２及び４４の夫々から一定の距離を置いた波状パター ンとしてステーターの周りに延在する。この特定例では、溝はカム面の中間にあ るが、これは必須ではない。 各翼は、カム従動子をピン９８の形態で備えている。各翼のピン９８はカム溝 ９６の幅よりも直径が僅かに小さく、ローターが回転するに従い、該ピンが該溝 に沿って滑動可能に従動するようにされている。図１０に示される翼の各種位置 から、これを理解することができる。ピン９８は、ローターが回転するに従い、 翼を軸方向に摺動させる。 この型式の従来のエンジンとの対比において、カム溝９６とピン９８の形態で 案内カムと従動子を設けたことは、翼を移動させる力がカム面４２及び４４から 取り除かれることを意味する。したがって、カム面の材料強度を減少させること ができ、アルミニウム等のより軽い材料を使用できるようになる。加えて、液体 潤滑剤をカム溝とピンに塗布して摩擦や摩耗を低減することができ る。従来は荷重がカム面によって支承されなければならず、縁のより多い潤滑と 、結果的に高い摩耗及び摩擦損失を招来していた。この潤滑剤は、ステーターの 外方ハウジング１８に配置されたカム溝の中に、ローターを介して導入して外方 ハウジングを介して排出するか、外方ハウジングを介して導入して外方ハウジン グの他の開口を介して排出するかまたはローターに戻すことができる。このカム 溝は、図１に例示の具体例のように外側ハウジングに直接加工してもよく、また 、外方ハウジングの内部に鋳造またはその他の方法で取り付けられた挿入物に加 工を施したものでもよい。このカム溝は、所望により、耐摩耗性材料で被覆して もよい。 図４を参照するに、これは、ピン９８の一つを、それに回転可能に配置された 従動子部材１００とともに示している。従動子部材は、この場合、截頭端を備え た概略長円形である。該従動子部材は、各ピンの流体力学上の荷重支持能力を増 加させる。 別法としては、図５に示されるように、別個の動き部材（loose member）１０ ２を各ピン９８に取り付けることもできる。これらは、潤滑剤を溝９６の側面に 向けて案内してピンの流体力学上の荷重支持能力を高めるために使用される可動 部品（loose parts）である。この場合、部材１０２は尖った先端を備える。 図示のピン９８は円筒状である。しかし、截頭楕円または荷重支持能力を最適 化するために採用されるその他の非円形断面等の他の形状も可能である。 エンジン１４は、図６乃至９に示されるように、従来のこの種のエンジンより も改良された密封システムを備えている。翼６８ は、その半径方向内方縁１０６に沿ったスロット１０４を備えている。この溝は 、両側方縁７０及び７２の間に延在し、その中央部で、翼の内方縁１０６から外 方縁７４に向けて上方に延在する穴１０８によって形成された中断部を備えてい る。一対のシール１１０及び１１２がスロット１０４内に摺動可能に収容されて 、スロットの中央から両側方縁７０及び７２に向けて外方に延在している。この シールは概略矩形である。各シールは穴１０８に隣接する端部にてノッチ１１４ を備えている。加えて、スロット１０４内に在る長手方向縁１１５は、その両側 端部付近に肩部１１６及び１１８を備えている。このシール１１０及び１１２は 、ノッチ１１４と反対側の端部に夫々位置する軸方向外方端１２０及び１２２を 備えている。これらの外方端は、図９に最も良く示されるように、半径方向外方 部１２４を備え、該外方部は、翼の側方縁に対して鋭角に傾斜している。この場 合、この外方部は、たとえば、側方縁７２に対して４５°の角度を成している。 しかし、この角度は異なってもよい。また、各外方端は、側方縁７２と平行して 図１のカム面４４に当接する半径方向内方部１２６を備えている。 スロット１０４内において、各シール１１０及び１１２と翼との間には、板バ ネ１２８が配置されている。この板バネは肩部１１６と１１８との間に延在し、 各シールを翼の内方縁１０６から出すようにスロット１０４の外方へ弾性的に付 勢している。 また、各シールは、該シールを軸方向外方にカム面に向けて付勢する弾性手段 を備えている。これは、穴１０８内に収容されて シールのノッチ１１４に対して装備された他の板バネ１３０の形態とされている 。同様の板バネはシール１１０に対しても設けられている。 各翼は、図７で側方縁７２に対して示されるような各側方縁に沿って延在する 溝１３２を備えている。該溝の内部には、別の概略矩形のシール１３４が滑動可 能に収容されている。該シールはシール１１０及び１１２と形状が類似しており 、縁部１４０には板バネ１４２を収容する肩部１３６及び１３８が設けられてい る。該板バネは、該シールを隣接するカム面に向けて外方に翼から離れるように 付勢する。かかるシールの夫々の軸方向内方端部１４４は、この場合、やはり、 翼の側方縁７２に対して４５°の角度で傾斜している。シール１３４の端部１４ ４は、シール１１２の半径方向外方部１２４と滑動する関係で当接していること がわかる。翼の反対側には、シール１１０と同様の関係を備える同様のシール１ ３４がある。各シール１３４は、翼とカム面の高さよりも短く、シール１１０及 び１１２の上記部分１２６もカム面に当接することを許容する。カムの高さの長 さが摩耗や熱膨張によって変化するにつれて、これによって生じた隙間を埋める ために、シール１３４はシール１１０及び１１２と共有する傾斜面上を滑動する 。 シール１１０、１１２及び１３４は、モノリシック窒化シリコン、鋳鉄、フェ ロティック（ferrotic）又はクレバイト（Clevite）３００等の各種材料から作 ることができる。また、かかるシールは、エンジンによって圧縮される気体によ って外方に付勢される ように配置される。上記板バネは、該圧縮ガスが動作中に利用できるようになる までの間、初期的にシールを外方に押圧するように機能する。 ローター５４のポケット１４８内には、ブロックシール１４６が収容されてい る。このブロックシールは、カム面と滑動可能に接触する外方面１５０を備えて いる。各シールは、翼の内方縁１０６と滑動可能に接触する面１５２を備えてい る。該シールは翼と共には滑動しない。シール１１０及び１１２の一方の軸方向 内方縁を滑動可能に収容するスロット１５４がある。これらのシールの夫々は、 遠心力と補助スプリングとの両者によって翼に対して荷重を加える。翼に対して 各ブロックシールの荷重を与えるためには、たとえば、単純な円筒状圧縮バネを 使用することができる。これは、ローターの孔に保持させることができる。外方 シールの荷重をカム面に対して与えるためには、別の同様のスプリングが使用さ れる。これらのスプリングは、ローターの面に挿入される。 また、ローターは、ローターの各面においてブロックシール１４６間に設けら れた弧状の溝１５８内に収容された複数の円弧部分からなるシール１５６を備え ている。この具体例では、これらのシールは断面が矩形で、鉄又は鋼から作られ 、図８aに示されるように、スロット１５８内の波形スプリング１６０の補助と 共にガス負荷される。ガスシーリングは、従来のピストンエンジンのピストンリ ングに関して起きるように、シールの周りからシール背後の空間に燃焼圧力が漏 れることによって達成される。また、 この波形スプリングは、シール１７２、１６６及び１６２にも使用される。図８ に示されるように、シール１５６の両端部はブロックシール１４６に当接するよ うに加工される。 また、ローターは、シール１５６から半径方向内方に配置された円形溝１６４ 内に収容された円形シール１６２を備えている。これは、ガス漏れに対する付加 的な防止策を提供するとともに、図１に示される軸ベアリング３２からオイルが 燃焼室内へ漏れるのを防止する。図８aのバネ１６０と同様の別のバネが、この シールをプレロード(preload)するために使用される。 また、翼を収容するローターの各スロット６４の各面には、溝１６８内に収容 された矩形断面のシール１６６がある。この溝は半径方向に延在し、該シールは 該溝に滑動可能に収容され、スロット内で翼６８の夫々に向けて付勢されている 。図６には、このようなシール１６６が４つ示されている。これらのシール各々 の半径方向外方端部１７０は、図８に示されるように傾斜していると考えてもよ い。 また、ローターの外壁には、翼あるいはシール１６６の間に延在する溝１７４ 内に収容された複数の弧状のシール１７２がある。これらのシールも、シール１ ６６の縁１７０に当接する傾斜縁１７６を備えている。シール１７２は断面矩形 で、図８aのバネ１６０と同様の波状バネによって外方に付勢されている。一旦 エンジンが回転し出すと、ガスの力で該シールは遠心力と共に外方に付勢された 状態に保たれる。該シール１７２は、付加的なシーリング効率をもたらすために 、シール１６６と同様に、二重シール （一面あたり背中合わせの一対）として装備させることもできる。 上述のエンジンは、ガソリン駆動のエンジンである。圧縮比は14:1乃至22:1の 間に高めることができ、また、純粋に直接注入式のディーゼルエンジンとして動 作するように設計することも可能である。その場合、点火プラグは用いられない 。 当業者であれば、上述の詳細事項の多くは単なる例示によるものであって、以 下の請求の範囲に基づいて決定されるべき本発明の範囲を制限することを意図す るものでないことは理解できるであろう。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９６年３月２８日 【補正内容】 請求の範囲 １．環状の外方壁（４０）と環状のカム面（４２，４４）を有する２つの側壁（ ３６，３８）とによって画定された円筒状内方室（３４）を備えたステーター（ １６）と； 環状の外壁（６６）と、それを貫通して延在する複数の角度的に離隔した軸 方向スロット（６４）とを備えて、前記室の中に回転可能に取り付けられたロー ター（５４）と； 外方縁（７４）と内方縁（１０６）と前記カム面に滑動可能に当接する側方 縁（７０，７２）とを備えて、前記各スロット内に滑動可能に収容された翼（６ ８）と； ローターの回転に伴い、前記翼を軸方向に摺動させるとともに、隣接する翼 とカム面との間の空間を交互に膨張及び圧縮させる手段（４２，４４）であって 、前記カム面に交互に配された第一部分（９２）と第二部分（９０）とを備え、 該第二部分は該第一部分よりも前記ローターから遠く、前記カム面の一方の第一 部分は前記カム面の他方の第二部分と整列されている手段と； を包含する形式の軸方向翼回転装置（１４）であって、 前記スロット（６４）はローターの前記環状外壁（６６）までその半径方向 外方へ延在し、前記各翼の前記外方縁（７４）は前記ステーターの環状外方壁（ ４０）に滑動可能に当接し、さらに、該装置は、前記カム面と独立して前記翼を 摺動させる手段（９６，９８）を備え、当該手段（９６，９８）は前記ステータ ーの外方壁の周りに延在する波状のカム（９６）と、前記各翼の外方縁上に設け られたカム従動子（９８）とを備え、前記波状のカ ムは溝（９６）であり、前記従動子は前記各翼の外方縁上に設けられたピン（９ ８）を包含し、該従動子は長円形をしていることを特徴とする軸方向翼回転装置 。 ２． 翼の夫々は、その内方縁（１０６）と側方縁（７０，７２）に沿って第一 の溝（１０４，１３２）を備え、該第一の溝内には伸長したシール（１１０，１ １２及び１３４）が滑動可能に収容されるとともに翼から離れるように付勢され ている請求項１に記載の装置。 ３． 前記ローターは、前記各スロット（６４）の両面に、半径方向に延在する 第二の溝（１６８）を複数備え、該第二の溝内には伸長したシール（１６６）が 滑動可能に収容されるとともに前記各スロット内で翼の方向に付勢されている請 求項２に記載の装置。 ４． 前記ローターの環状外壁（６６）は周方向の第三の溝（１７４）を複数備 え、該第三の溝の夫々は、翼の間に延在してステーターの外方壁の方向に付勢さ れた湾曲シール（１７２）を複数備えている請求項３に記載の装置。 ５． 前記ローターはその両側面に円形溝（１６４）を備え、各円形溝の中には 、ステーターの隣接する側壁の方向に付勢されたシール（１６６）か滑動可能に 収容されている請求項４に記載の装置。 ６． 前記カム面と前記案内カムは、前記案内カムと前記カム面の夫々とが一定 の距離を保ってステーターの周りに波状パターンで延在し、ローターの回転時に 前記翼の外方縁は前記カム面と常 に接触する請求項５に記載の装置。 ７． 前記溝は両カム面の間の中間に設けられている請求項６に記載の装置。 ８． 前記従動子は前記ピンに回転可能に受容された部材（１００）を含み、該 部材は前記溝と平行な方向に伸長している請求項１に記載の装置。 ９． 前記翼の夫々は、弾性的に付勢されて前記内方縁（１０６）に沿って延在 する第一のシール（１１０，１１２）と、前記側方縁（７０，７２）に沿つて延 在する第二のシール（１３４）とを備えている請求項１に記載の装置。 10． 前記翼の夫々は、その内方縁と側方縁に沿って延在する溝（１０４，１３ ２）を備え、前記シールは該溝の中に滑動可能に収容されている請求項９に記載 の装置。 11． 前記第二のシール（１３４）は翼の側方縁（７０，７２）に対して鋭角に 傾斜した半径方向内方端部（１４４）を備え、前記第一のシールは翼の側方縁に 対して鋭角に傾斜するとともに前記第二のシールの内方端部に当接する軸方向外 方端部（１２０，１２２）を備えている請求項１０に記載の装置。 12． 前記第一のシール（１１０，１１２）の軸方向外方端部（１２０，１２２ ）は、カム面に隣接して、翼の側方縁（７０，７２）に平行して延在する半径方 向内方部分（１２６）を備え、該第一のシール（１１０，１１２）の鋭角に傾斜 した部分（１２４）は前記カム面から離れるとともに半径方向外方に向けて延在 している請求項１０に記載の装置。 13． 前記シールは、溝内の翼とシールとの間でバネ（１２８，１３０，１４２ ）によって弾性的に付勢されている請求項１０に記載の装置。 14． 前記バネは湾曲した板バネである請求項１３に記載の装置。 15． 前記ローターは、前記各スロット（６４）にカム面と隣接して形成されて 前記各翼から半径方向内方に向けて配置されたポケット（１４８）を備え、該ポ ケットはカム面と翼の内方縁と滑動可能に接触するシール（１４６）を備えてい る請求項９に記載の装置。 16． 前記ポケット内のシールはブロックの形状であり、前記第一のシールを滑 動可能に収容するスロット（１５４）を備えている請求項１５に記載の装置。 17． 前記ローターの各側面は前記ポケット間に延在する円弧状溝（１５８）を 備え、前記円弧状溝の中には伸長したシール（１５６）が配され、該シールは前 記ポケット内のシール間に延在してステーターの前記側壁と隣接してその方向に 付勢されている請求項１５に記載の装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)， ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ ，ＧＥ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ， ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，Ｍ Ｗ，ＭＸ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ， ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 スミス， ジェームズ イー. アメリカ合衆国 ウエストバージニア 26505、モーガンタウン、ルート ７、ボ ックス 145 (72)発明者 ムチノ， ビクター イー. アメリカ合衆国 ウエストバージニア 26505、モーガンタウン、ノースウエスト ドライブ 773 (72)発明者 クラーク， ナイジェル エヌ. アメリカ合衆国 ウエストバージニア 26505、モーガンタウン、ルート ２、ボ ックス 86Ａ (72)発明者 トンプソン， グレゴリー アメリカ合衆国 ウエストバージニア 26505、モーガンタウン、クアドリラ ス トリート 890 (72)発明者 バジェイ， パトリック ライアン アメリカ合衆国 インディアナ 47201、 コロンバス、フランクリン ドライブ 2815 【要約の続き】 従動子（９８）を備えてよい。案内カムは、ローターの 回転に伴い翼をローターに対して軸方向に摺動させる形 状とされる。翼の夫々は、弾性的に付勢されて内方縁 （１０６）に沿って延在する第一のシール（１１０，１ １２）と側方縁（７０，７２）に沿って延在する第二の シール（１３４）を備えてもよい。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．環状の外方壁（４０）と環状のカム面（４２，４４）を有する２つの側壁（ ３６，３８）とによって画定された円筒状内方室（３４）を備えたステーター（ １６）と； 環状の外壁（６６）と、それを貫通して延在する複数の角度的に離隔した軸 方向スロット（６４）とを備えて、前記室の中に回転可能に取り付けられたロー ター（５４）と； 外方縁（７４）と内方縁（１０６）と前記カム面に滑動可能に当接する側方 縁（７０，７２）とを備えて、前記各スロット内に滑動可能に収容された翼（６ ８）と； ローターの回転に伴い、前記翼を軸方向に摺動させるとともに、隣接する翼 とカム面との間の空間を交互に膨張及び圧縮させる手段（４２，４４）であって 、前記カム面に交互に配された第一部分（９２）と第二部分（９０）とを備え、 該第二部分は該第一部分よりも前記ローターから遠く、前記カム面の一方の第一 部分は前記カム面の他方の第二部分と整列されている手段と； を包含する形式の軸方向翼回転装置（１４）であって、 前記スロット（６４）はローターの前記環状外壁（６６）までその半径方向 外方へ延在し、前記各翼の前記外方縁（７４）は前記ステーターの環状外方壁（ ４０）に滑動可能に当接するとともに前記カム面と独立して前記翼を摺動させる 手段（９６，９８）を備え、当該手段（９６，９８）は前記ステーターの外方壁 の周りに延在する波状のカム（９６）と、前記各翼の外方縁上に設けられたカム 従動子（９８）とを備え、前記波状のカムは溝（９６） であり、前記従動子は前記各翼の外方縁上に設けられたピン（９８）を包含し、 該ピン式の従動子は長円形をしていることを特徴とする軸方向翼回転装置。 ２． 翼の夫々は、その内方縁（１０６）と側方縁（７０，７２）に沿って第一 の溝（１０４，１３２）を備え、該第一の溝内には伸長したシール（１１０，１ １２及び１３４）が滑動可能に収容されるとともに翼から離れるように付勢され ている請求項１に記載の装置。 ３． 前記ローターは、前記各スロット（６４）の両面に、半径方向に延在する 第二の溝（１６８）を複数備え、該第二の溝内には伸長したシール（１６６）が 滑動可能に収容されるとともに前記各スロット内で翼の方向に付勢されている請 求項４に記載の装置。 ４． 前記ローターの環状外壁（６６）は周方向の第三の溝（１７４）を複数備 え、該第三の溝の夫々は、翼の間に延在してステーターの外方壁の方向に付勢さ れた湾曲シール（１７２）を複数備えている請求項５に記載の装置。 ５． 前記ローターはその両側面に円形溝（１６４）を備え、各円形溝の中には 、ステーターの隣接する側壁の方向に付勢されたシール（１６６）が滑動可能に 収容されている請求項６に記載の装置。 ６． 前記カム面（４０，４２）と独立して翼を摺動させる手段は、ステーター の外壁（４０）土の案内カム（９６）と、前記各翼の上に設けられて該案内カム に滑動可能に収容された従動子 （９８）とを包含してなる請求項１に記載の装置。 ７． 前記カム面と前記案内カムは、前記案内カムと前記カム面の夫々とが一定 の距離を保ってステーターの周りに波状パターンで延在し、ローターの回転時に 前記翼の外方縁は前記カム面と常に接触する請求項８に記載の装置。 ８． 前記案内カムは、前記ステーターの環状外方壁内に設けられた溝（９６） である請求項９に記載の装置。 ９． 前記溝は両カム面の間の中間に設けられている請求項１０に記載の装置。 10． 前記従動子は、前記各翼の外方縁（７４）上に設けられたピン状部材を含 む請求項１０に記載の装置。 11． 前記ピンは円筒状である請求項１２に記載の装置。 12． 前記従動子は前記ピンに回転可能に受容された部材（１００）を含み、該 部材は前記溝と平行な方向に伸長している請求項１３に記載の装置。 13． 前記翼の夫々は、弾性的に付勢されて前記内方縁（１０６）に沿って延在 する第一のシール（１１０，１１２）と、前記側方縁（７０，７２）に沿って延 在する第二のシール（１３４）とを備えている請求項１に記載の装置。 14． 前記翼の夫々は、その内方縁と側方縁に沿って延在する溝（１０４，１３ ２）を備え、前記シールは該溝の中に滑動可能に収容されている請求項１５に記 載の装置。 15． 前記第二のシール（１３４）は翼の側方縁（７０，７２）に対して鋭角に 傾斜した半径方向内方端部（１４４）を備え、前 記第一のシールは翼の側方縁に対して鋭角に傾斜するとともに前記第二のシール の内方端部に当接する軸方向外方端部（１２０，１２２）を備えている請求項１ ６に記載の装置。 16． 前記第一のシール（１１０，１１２）の軸方向外方端部（１２０，１２２ ）は、カム面に隣接して、翼の側方縁（７０，７２）に平行して延在する半径方 向内方部分（１２６）を備え、該第一のシール（１１０，１１２）の鋭角に傾斜 した部分（１２４）は前記カム面から離れるとともに半径方向外方に向けて延在 している請求項１７に記載の装置。 17． 前記シールは、溝内の翼とシールとの間でバネ（１２８，１３０，１４２ ）によって弾性的に付勢されている請求項１６に記載の装置。 18． 前記バネは湾曲した板バネである請求項１９に記載の装置。 19． 前記ローターは、前記各スロット（６４）にカム面と隣接して形成されて 前記各翼から半径方向内方に向けて配置されたポケット（１４８）を備え、該ポ ケットはカム面と翼の内方縁と滑動可能に接触するシール（１４６）を備えてい る請求項１５に記載の装置。 20． 前記ポケット内のシールはブロックの形状であり、前記第一のシールを滑 動可能に収容するスロット（１５４）を備えている請求項２１に記載の装置。 21． 前記ローターの各側面は前記ポケット間に延在する円弧状溝（１５８）を 備え、前記円弧状溝の中には伸長したシール（１５６）が配され、該シールは前 記ポケット内のシール間に延在し てステーターの前記側壁と隣接してその方向に付勢されている請求項２１に記載 の装置。