(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮ガス源とともに使用されるロータリーベーンエンジンであって、
ハウジング（４６、３０３、３２３）と、
前記ハウジング（４６、３０３、３２３）の内部に搭載され、前記ハウジング（４６、３０３、３２３）に対して回転軸（Ｔ）周りに回転可能である回転体（４４）と、
を有し、
前記回転体（４４）は、シャフト（４５、３０５、３２５）、前記シャフト（４５、３０５、３２５）に固定され径方向に配置される複数のベーンガイド（５８、３０１、３２１）及び複数のベーン（６２、３０２、３２２）を有し、
前記ベーン（６２、３０２、３２２）は、それぞれ対応する前記ベーンガイド（５８、３０１、３２１）に、少なくとも部分的に配置され、
前記ベーン（６２、３０２、３２２）、前記ベーンガイド（５８、３０１、３２１）及び前記ハウジング（４６、３０３、３２３）が、前記ロータリーベーンエンジンの内部に複数のチャンバー（６８）を定義し、
前記チャンバー（６８）は、前記圧縮ガス源から圧縮ガスを受け取り、
前記圧縮ガスは前記チャンバー（６８）内で膨張し、前記回転体（４４）に回転を与え、
前記回転体（４４）は、前記ハウジング（４６、３０３、３２３）に対して、前記回転体（４４）の回転軸（Ｔ）の実質垂直方向に移動可能であるため、前記ハウジング（４６、３０３、３２３）に対する前記チャンバー（６８）の角度位置における複数の前記チャンバー（６８）のそれぞれの容積は可変であって、前記圧縮ガスの膨張比は可変であって、
前記ハウジング（４６、３０３、３２３）には、入口（５０）及び出口（５２）が形成され、
前記入口（５０）は、前記圧縮ガスを受け取り、前記圧縮ガスを膨張前に前記チャンバー（６８）に送り、
前記圧縮ガスは、膨張後に前記出口（５２）を介して、前記チャンバー（６８）から排出され、
前記ハウジング（４６，３０３，３２３）には、前記回転体（４４）の回転方向における前記出口（５２）から前記入口（５０）までの間に円周上に配置される１つ以上の通気口（５６）が形成され、
前記ハウジング（４６，３０３，３２３）には、前記回転体（４４）の回転方向における前記入口（５０）から前記出口（５２）までの間に円周上に配置される１つ以上の開口部（５７）が形成され、
前記通気口（５６）及び前記開口部（５７）と流体連結されるマニホールド（８９）と、
前記マニホールド（８９）に前記圧縮ガスを１つ以上の前記通気口（５６）から１つ以上の前記開口部（５７）へ送らせるコントローラー（７６）と、を有するロータリーベーンエンジン。
【請求項２】
前記ベーン（６２、３０２、３２２）は、前記ベーン（６２、３０２、３２２）に作用する遠心力及び前記回転体の回転に応じて、それぞれ対応する前記ベーンガイド（５８、３０１、３２１）に対して、径方向の外側及び内側に動けるように、対応する前記ベーンガイド（５８、３０１、３２１）の内部に前記ベーンがスライド可能に配置される請求項１に記載のロータリーベーンエンジン。
【請求項３】
前記ベーン（６２、３０２、３２２）は、先端が丸い形状を有する請求項１または２に記載のロータリーベーンエンジン。
【請求項４】
前記ハウジング（４６、３０３、３２３）にそれぞれ固定された、第１のカバー及び第２のカバー（６４、６６）、（３０６、３０８）、（３２６、３２８）と、
前記第１のカバー（６４、３０６、３２６）、前記ベーンガイド（５８、３０１、３２１）及び前記ベーン（６２、３０２、３２２）の間に配置された第１のリング（６７）と、
前記第２のカバー（６６、３０８、３２８）、前記ベーンガイド（５８、３０１、３２１）及び前記ベーン（６２、３０２、３２２）の間に配置された第２のリング（６７）と、を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載のロータリーベーンエンジン。
【請求項５】
前記リング（６７）は、前記リング（６７）を前記ベーン（６２、３０２、３２２）及び前記ベーンガイド（５８、３０１、３２１）に向かって偏らせるばね（７１）が搭載されている請求項４に記載のロータリーベーンエンジン。
【請求項６】
前記ベーン（６２、３０２、３２２）は、前記ベーンガイド（５８、３０１、３２１）に対して、径方向の外側に偏らされている請求項１〜５のいずれか１項に記載のロータリーベーンエンジン。
【請求項７】
前記ベーン（６２、３０２、３２２）及び前記ベーンガイド（５８、３０１、３２１）は、前記シャフト（４５、３０５、３２５）の中心線に対して、それぞれの長手方向が傾いている請求項１〜６のいずれか１項に記載のロータリーベーンエンジン。
【請求項８】
前記回転体（４４）を前記ハウジング（４６、３０３、３２３）に対して回転軸（Ｔ）の実質垂直な方向に動かすために、前記回転体（４４）と前記ハウジング（４６、３０３、３２３）に機械的に連結された、油圧アクチュエーター、ねじジャッキ、空気圧シリンダー、カム、ランプ及びローブのうち少なくとも１つをさらに有する請求項１〜７のいずれか１項に記載のロータリーベーンエンジン。
【請求項９】
前記回転体を前記ハウジングに対して要求される位置に配置するように、前記油圧アクチュエーター（７４）、前記ねじジャッキ、前記空気圧シリンダー、前記カム、前記ランプ及び前記ローブのうち少なくとも１つを制御するコントローラー（７６）をさらに有する請求項８に記載のロータリーベーンエンジン。
【請求項１０】
前記回転体（４４）をカンチレバーで支持する軸受（７２）をさらに有する請求項１〜９のいずれか１項に記載のロータリーベーンエンジン。
【請求項１１】
前記ハウジング（３０３）に固定された第１のカバー（３０６）及び第２のカバー（３０７）をさらに有し、
前記ベーン（３０２）は、実質台形の形状を有する上部（３０４）を有し、
前記第１、第２のカバー（３０６、３０７）の向きは、前記ベーン（３０２）に設けられた前記上部（３０４）の前方部及び後方部の向きがそれぞれ実質同一となるように傾けられ、前記ベーン（３０２）の前方部、後方部及び側方部と、第１のカバー（３０６）、第２のカバー（３０８）及びハウジング（３０３）の隣接する表面と、が摩耗する際に生じる遠心力のために、ベーン（３０２）の前方部、後方部及び側方部は、第１のカバー（３０６）、第２のカバー（３０８）及びハウジング（３０３）の隣接する表面と接触したままの状態に維持でき、それによってベーン（３０２）、第１のカバー（３０６）、第２のカバー（３０８）及びハウジング（３０３）との間のシール性を維持できる請求項１〜１０のいずれか１項に記載のロータリーベーンエンジン。
【請求項１２】
前記ハウジング（３２３）に固定された第１のカバー（３２６）及び第２のカバー（３２８）をさらに有し、
前記ベーン（３２０）は、それぞれ、第１部分（３３０）と、第１部分（３３０）の内部に部分的に配置される第２部分（３３２）とを有し、
前記第２部分（３３２）は、前記第１部分（３３０）から偏らされているために、前記第１部分（３３０）及び前記第２部分（３３２）の端部と、前記第１のカバー（３２６）と前記第２のカバー（３２８）の隣接する表面が摩耗するときに、前記第１部分（３３０）及び第２部分（３３２）の端部は、対応する前記第１のカバー（３２６）と前記第２のカバー（３２８）の隣接する表面と接触したままの状態になることによって、前記ベーン（３２０）、前記第１カバー（３２３）及び前記第２カバー（３２８）の間のシール性が維持される請求項１〜１０のいずれか１項に記載のロータリーベーンエンジン。
【請求項１３】
ハウジング（４６、３０３、３２３）と、
前記ハウジング（４６、３０３、３２３）の内部に搭載された回転体（４４）と、
シャフト（４５、３０５、３２５）と、
前記シャフト（４５、３０５、３２５）に搭載された複数のベーン（６２、３０２、３２２）と、を有し、
前記ベーン（６２、３０２、３２２）と前記ハウジング（４６、３０３、３２３）とから定義され、圧縮ガスを膨張することで前記回転体（４４）に回転を与える複数のチャンバー（６８）と、を有し、
前記シャフト（４５、３０５、３２５）の中心線は、前記ハウジング（４６、３０３、３２３）に対して、前記ハウジング（４６、３０３、３２３）の中心線の実質垂直な方向に移動可能であるため、前記チャンバー（６８）の角度位置における前記チャンバー（６８）のそれぞれの容積は可変であって、前記圧縮ガスの膨張比は可変であって、
前記ハウジング（４６、３０３、３２３）には、入口（５０）及び出口（５２）が形成され、
前記入口（５０）は、前記圧縮ガスを受け取り、前記圧縮ガスを膨張前に前記チャンバー（６８）に送り、
前記圧縮ガスは、膨張後に前記出口（５２）を介して、前記チャンバー（６８）から排出され、
前記ハウジング（４６，３０３，３２３）には、前記回転体（４４）の回転方向における前記出口（５２）から前記入口（５０）までの間に円周上に配置される１つ以上の通気口（５６）が形成され、
前記ハウジング（４６，３０３，３２３）には、前記回転体（４４）の回転方向における前記入口（５０）から前記出口（５２）までの間に円周上に配置される１つ以上の開口部（５７）が形成され、
前記通気口（５６）及び前記開口部（５７）と流体連結されるマニホールド（８９）と、
前記マニホールド（８９）に前記圧縮ガスを１つ以上の前記通気口（５６）から１つ以上の前記開口部（５７）へ送らせるコントローラー（７６）と、を有するロータリーベーンエンジン。
【請求項１４】
ハウジング（４６、３０３、３２３）と、
前記ハウジング（４６、３０３、３２３）の内部に搭載され、前記ハウジング（４６、３０３、３２３）に対して回転軸（Ｔ）周りに回転可能である回転体（４４）と、を有し、
前記回転体（４４）はシャフト（４５、３０５、３２５）と、
前記シャフト（４５、３０５、３２５）に搭載される複数のベーン（６２、３０２、３２２）と、を有し、
前記ベーン（６２、３０２、３２２）及び前記ハウジング（４６、３０３、３２３）は、前記チャンバー（６８）内で膨張して前記回転体（４４）に回転を与える圧縮ガスを受け取るための容積を有する複数のチャンバー（６８）を定義し、
前記ハウジング（４６、３０３、３２３）には、入口（５０）及び出口（５２）が形成され、
前記入口（５０）は、前記圧縮ガスを受け取り、前記圧縮ガスを膨張前に前記チャンバー（６８）に送り、
前記圧縮ガスは、膨張後に前記出口（５２）を介して、前記チャンバー（６８）から排出され、
前記回転体（４４）を前記回転軸（Ｔ）と実質垂直な方向に動かして、前記チャンバー（６８）の容積を前記ハウジング（４６、３０３、３２３）に対する前記チャンバー（６８）の角度位置に対応して変えられるように、かつ前記圧縮ガスの膨張比を変えられるように、前記回転体（４４）と連結された、油圧アクチュエーター、ねじジャッキ、空気圧シリンダー、カム、ランプ及びローブのうち少なくとも１つをさらに有し、
前記ハウジング（４６，３０３，３２３）には、前記回転体（４４）の回転方向における前記出口（５２）から前記入口（５０）までの間に円周上に配置される１つ以上の通気口（５６）が形成され、
前記ハウジング（４６，３０３，３２３）には、前記回転体（４４）の回転方向における前記入口（５０）から前記出口（５２）までの間に円周上に配置される１つ以上の開口部（５７）が形成され、
前記通気口（５６）及び前記開口部（５７）と流体連結されるマニホールド（８９）と、
前記マニホールド（８９）に前記圧縮ガスを１つ以上の前記通気口（５６）から１つ以上の前記開口部（５７）へ送らせるコントローラー（７６）と、を有するロータリーベーンエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部でのガスの膨張の結果としてトルクを生じさせるロータリーベーンエンジン及びロータリーベーンエンジンを組み入れたエンジンシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロータリーベーンエンジン（以下に「ロータリーベーンエンジンシステム」と称する場合がある）を含むエンジンシステムは、オットーサイクルエンジン、ディーゼルサイクルエンジン、スターリングサイクルエンジン、ガスタービンエンジン及び蒸気エンジンのようなエンジンに対してさまざまな利点を有している。
【０００３】
例えば、オットーサイクルエンジンは燃焼を達成させるために、空気比に対して最小限の燃料を必要とする。一般的に、燃焼が達成するのに必要な空気比に対して最小限の熱量では、結果として不完全燃焼となる。不完全燃焼は、排ガスの内部に比較的大量の一酸化炭素（ＣＯ）を生成させ、排気の一酸化炭素（ＣＯ）を一部もしくはすべて除去するために、触媒式排気ガス浄化装置の使用を必要とする。対照的に、ロータリーベーンエンジンシステムは、触媒式排気ガス浄化装置や、その他の汚染制御デバイスを用いることなく、完全燃焼に、排ガス内に存在する過剰な酸素を与える燃焼工程を制御できる。
【０００４】
さらに、オットーサイクルエンジンで使用される燃料は、早期に、すなわちエンジンの作動圧力・作動温度以下より低い圧力・温度で、燃焼しないように、調合される必要がある。早期な燃焼は一般的に「プレイグニッションノック」として知られている。プレイグニッションノックは、実質エンジン性能を減少させ、エンジンにダメージを与えうる。ロータリーベーンエンジンシステムは、プレイグニッションノックの影響を受けにくく、一般的に、燃焼の間にロータリーベーンエンジンを作動するだけの十分なエネルギーを放出する燃料ならば、原油及び乾燥材を含むどんなタイプのものでも使用できる。
【０００５】
オットーサイクルエンジンにて燃料の燃焼によって放出するエネルギーの約１／３はエンジンの排気に向かって未使用のエネルギーとして出て行く。もしエンジンシリンダー内の膨張比を圧縮比より大きくできるならば、このエネルギーのうち再利用できるものもある。オットーサイクルエンジンでは、圧縮及び膨張が同じシリンダー内で起こるため、異なる膨張比及び圧縮比を達成するには、圧縮工程は一部真空状態から始まることが要求される。しかしながら、一部真空状態で圧縮工程を始めることは、エンジンによって生じる全体のパワーを実質減少させる。対照的に、ロータリーベーンエンジンシステムでの圧縮工程及び膨張工程は、異なる圧縮比及び膨張比の使用が容易に実行しうる分離された機械デバイスを用いて、実行されうる。
【０００６】
オットーサイクルエンジンの燃焼温度は比較的高く、高濃度の窒素酸化物（ＮＯＸ）の放出が生じうる。ＮＯＸはスモッグの主要因であるために、排ガスの再利用や他の対策は、ＮＯＸの放出を受け入れられるレベルまで減少させる必要があるかもしれない。対照的に、ロータリーベーンエンジンシステムは、燃焼温度を連続的に変化できるように構成されうる。それによって、ＮＯＸの放出がより低くなり、燃焼効率が向上する。
【０００７】
一般的に、オットーサイクルエンジンでの混合気の滞留時間は、特に高スピードにおいて比較的短い。短い滞留時間は、排ガスに未燃の燃料を存在させ、潜在的に不満足な放出レベルとなり、触媒式排気ガス浄化装置や、他の汚染制御デバイスの使用を必要とする。ロータリーベーンエンジンシステムの滞留時間は、オットーサイクルエンジンより実質長い。それによって、燃料の完全な燃焼を促進する。
【０００８】
典型的なディーゼルエンジンの圧縮比は、約２０：１である。燃料は、内部の空気が圧縮された後に、それぞれのシリンダーに吹き付けられ、混合気が燃焼される。ディーゼルエンジンは、環境下に吸気圧力を制限するためのスロットルが設けられておらず、一般的なディーゼルエンジンの膨張比は、いつも圧縮比にほぼ等しい。ディーゼルエンジンの比較的高い圧縮比は、比較的高濃度なＮＯＸを放出することになる。上記のとおり、ロータリーベーンエンジンシステムでの圧縮工程及び膨張工程は、膨張比よりも小さい圧縮比を容易に実行する、分離された機械デバイスを用いて、実行されうる。
【０００９】
さらに、ディーゼルエンジンにおける混合気の滞留時間は、比較的短い。セタン添加物のような添加剤は、燃焼工程を早めるために、燃料に導入されうるが、エンジンの排ガスにおいて、すすとして現れる不完全燃焼は、ディーゼルエンジンでは一般的である。ロータリーベーンエンジンシステムにおける燃料の滞留時間は、ディーゼルエンジンよりもかなり長くなる。そのために、燃料の完全燃焼を促進する。
【００１０】
ディーゼル燃料は、一般的に比較的高い沸点を有する。そして、それは燃料が蒸発する性質を抑制しうる。従ってディーゼル燃料は、蒸発を容易にするために、一般的に高圧の噴霧としてシリンダーに注入される。しかしながら、エンジンのスピードやタイミングが変化するとともに燃料を噴射する量を可変にする必要があるため、燃料を注入する工程を制御や実行する必要がある装置は、比較的複雑でコストが高くなる。上記のように、ロータリーベーンエンジンは一般的に、燃焼の間にロータリーベーン式エンジンを作動するだけの十分なエネルギーを放出するような、どのようなタイプの燃料でも、使用することができ、ロータリーベーンエンジンシステムにおける混合気の比較的長い滞留時間は、燃料の完全燃焼を促進させうる。
【００１１】
ディーゼルエンジン及びオットーサイクルエンジンは、一般的に液冷または空冷の何らかの手段を必要とする。冷却工程の間に熱としてエンジンから放出されるエネルギーは、エネルギー損失に相当する。ディーゼルエンジン及びオットーサイクルエンジンを冷却する必要性は、エンジン内部のところどころに潤滑剤の使用を招く。特に、ほとんどの潤滑剤は一般的なディーゼルエンジンまたはオットーサイクルエンジンの動作温度では質が落ちる。それゆえ、潤滑剤を過度な温度にさらすのを妨げるためにエンジンを冷やす必要がある。対照的に、ロータリーベーンエンジンシステムは、一般的なディーゼルエンジンまたはオットーサイクルエンジンの作動温度の、半分以下の温度で作動しうる。このように、ロータリーベーンエンジンシステムの冷却の必要性、それに対応するエネルギー損失は、一般的に、ディーゼルエンジンまたはオットーサイクルエンジンのものより少ない。さらに、ロータリーベーンエンジンシステムの比較的低い作動温度は、いくつかの部品における潤滑システムの必要性を削除しうる。
【００１２】
蒸気エンジン及びスターリングエンジンの燃焼工程は、仕事量を生成するような膨張したガスは生じない。このように、燃料から作動流体への熱伝達工程の効率は、比較的よくない。対照的に、ロータリーベーンエンジンシステム内の燃料は混合され、膨張した空気とともに燃焼させられる。このように、燃焼中の燃料から放出されるエネルギーのほぼすべては、作動流体を熱するために使用しうる。
【００１３】
ガスタービンエンジンは一般的に、衝撃（向きの変化）や反応（加速）またはそれらの組み合わせによる高圧力、高温度なガスからエネルギーを取り出すタービンを使用する。タービンは、一般的に、タービンブレードを通るガスの過度な迂回や、付随するエネルギー損失を避けるために、比較的高い回転数で作動する。対照的に、ロータリーベーンエンジンシステム内の膨張ガスは、一般的に低い回転数でガスを効率的に閉じ込めるベーンによって閉じ込める。
【００１４】
ロータリーベーンエンジンシステムは、作動状況、例えばトルク出力、回転数などに支配される。そしてそれらは、通常作動にて広く変化する。ロータリーベーンエンジンシステムは、他のエンジンシステムに対して、実質有利性を有するが、一般的なロータリーベーンエンジンシステムは、その作動状況が変化するときに、最適に、例えば最高の熱効率にて、作動させることができない。従って、ロータリーベーンエンジンシステムは、作動状況が変化するにつれて、最適化されうる作動特性を有する必要性が、現在存在している。
【発明の概要】
【００１５】
ロータリーベーンエンジンの実施例は、回転軸周りに回転する回転体から成り立つ。回転体は、ロータリーベーンエンジンの膨張比・圧縮比を変化する回転軸に対して、実質垂直な方向に動くことができる。膨張比・圧縮比を可変にする能力は、作動状況が変化するときに、ロータリーベーンエンジンの性能の最適化を容易にすることができる。
【００１６】
ロータリーベーンエンジンの他の実施形態は、ハウジングと、ハウジングの内部に搭載されハウジングに対して回転軸周りに回転可能である回転体とから成り立つ。回転体は、ハウジングに対して回転軸の実質垂直な方向に、動くことができる。
【００１７】
ロータリーベーンエンジンの他の実施形態は、ハウジングと、ハウジングの内部に回転のために搭載され、複数のベーンを成り立たせる回転体とから成り立つ。ベーン及びハウジングは、圧縮ガスを膨張して回転体に回転を与える複数のチャンバーを定義する。チャンバーの角度位置に対応して、圧縮ガスの膨張比をさまざま変えられるように、それぞれのチャンバーの容積は可変にできる。
【００１８】
ロータリーベーンエンジンの他の実施形態は、ハウジングと、ハウジングの内部に搭載されハウジングに対して回転軸周りに回転可能である回転体とから成り立つ。回転体は、軸及び軸に搭載された複数のベーンから成り立つ。ベーンとハウジングは、圧縮ガスを受け取る容積を有する複数のチャンバーを定義する。ロータリーベーンエンジンはさらに、チャンバーの角度位置に対応して、チャンバーの容積を可変にできるように、回転軸に実質垂直な方向に動くことができる回転体に連結される、油圧アクチュエーター、ねじジャッキ、空気圧シリンダー、カム、ランプ及びローブのうち少なくとも１つから成り立つ。
【００１９】
上述の要約及び下記の好ましい実施形態の詳細な説明は、添付した図面と共に読むことで理解が深まる。図面は図示する目的だけのために表され、添付の請求の範囲は図面に示す特定の実施形態に、限られない。図面の説明は以下の通りである。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】ロータリーベーンエンジンから成り立つエンジンシステムの実施例の概略図の描写である。
【図２】図１に示すエンジンシステムのロータリーベーンエンジンの正面図である。ただし、図の明快さのため、ロータリーベーンエンジンのフロントカバーは取り外している。
【図３】図１及び図２に示すロータリーベーンエンジンの縦の断面図である。
【図４】図１〜図３に示す、ベーン、ベーンガイド及びロータリーベーンエンジンの軸の一部の側面図である；
【図５】図４において「Ａ」と記載される領域の拡大図である。図４の斜視図から約９０度回転させた斜視図である。
【図６】図１〜図４に示すエンジンシステムのさまざまな電気、電子及び電気機械の構成要素の概略図の描写である；
【図７】図１〜図４に示すロータリーベーンエンジン内にあるガスを送るマニホールドとパイプの構成図の描写である。
【図８】図４で「Ｂ」と記載される領域に対応する拡大図である。そして、図１〜図７に示すロータリーベーンエンジンとは別の実施例を表す。
【図９】図１〜図７に示すロータリーベーンエンジンとは別の実施例の回転体の平面図である。１つのベーン及びある回転体の１つのベーンガイドのみを示す。
【図１０】図１〜図７に示すロータリーベーンエンジンとは別の実施例の、上半分の横断面図である。
【図１１】図１〜図７に示すロータリーベーンエンジンとは別の実施例の、上半分の横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１〜図７は、エンジンシステム１０の実施形態を表す。エンジンシステム１０は、図１に示すように、コンプレッサー２２、コンプレッサー２２及び流体連結される空気貯蔵タンク２３から成り立つ。エンジンシステム１０はまた、空気貯蔵タンク２３及び流体連結する燃焼器２４を有する。
【００２２】
エンジンシステム１０はまた、図１〜図５に示すように、ロータリーベーンモーター２６を含む。コンプレッサー２２、空気貯蔵タンク２３及び燃焼器２４は、以下に述べるように、ロータリーベーンモーター２６に、ロータリーベーンモーター２６を作動する圧縮ガスを提供する。
【００２３】
コンプレッサー２２は、空気貯蔵タンク２３に圧縮空気を提供する。圧縮空気の流れ及び、後に空気が燃料と混合され燃焼した時に、燃焼器２４において生成する高温で圧縮されたガスの流れの方向は、図において参照符号「Ｆ」によって示す。
【００２４】
コンプレッサー２２は、例えばピストン、シリンダー・コンプレッサー、ローブ・コンプレッサー、ベーン圧縮機、ワンケルタイプの回転体、ロータリーねじ圧縮機、または燃焼器２４に圧縮空気を提供するために適しているどんな種類のコンプレッサーも含まれる。例えば、コンプレッサー２２は、分離された電動モーター、拡張出力軸からのギアまたは他の適切な手段によって駆動されうる。
【００２５】
図１に示す排気源２８は、コンプレッサー２２の代わりに別の実施形態における圧縮空気の源として使用しうる。例えば排気源２８はディーゼルエンジン、オットーサイクルエンジンまたは他の内燃機関としてもよい。
【００２６】
コンプレッサー２２の圧縮比は、およそ１０：１の範囲内である。圧縮比のこの特定の範囲は、ただの例示が目的である。最適な圧縮比または範囲は、ロータリーベーンモーター２６の要求に依存し、特定のアプリケーションにおいて、ロータリーベーンモーター２６に要求されるトルクのような要素によって変化する。
【００２７】
コンプレッサー２２は、１つまたはそれ以上の炭化物、窒化物、ホウ化物またはアルミニウム、シリコン、チタン、バナジウム、タングステン、ジルコニウムのような材料の酸化物のような自己潤滑性材料から形成される。コンプレッサー２２は、別の実施例において、自己潤滑性材料以外の材料から形づくられる。
【００２８】
燃焼器２４は、図１に示すように、燃焼室３０を有する。空気貯蔵タンク２３（または排気源２８）からの圧縮空気は、図１に示すように、燃焼室３０へと流れる。
【００２９】
エンジンシステム１０はまた、図１に示すように、燃焼室３０と流体連結した燃料源３２、点火源または燃焼室３０に最も近い点火装置３４を含めうる。燃料源３２から供給される燃料は、燃焼室３０で圧縮空気と混ぜられ燃焼したときにロータリーベーンモーター２６を作動させるのに十分なエネルギーを放出するならば、どのようなタイプの燃料でも事実上使用できる。例えば、燃料は自動車のガソリンでもよい。あるいは、排気源２８からの排ガスは、付加的な空気と排気生成物の燃焼を完全にする触媒とともに、燃焼室３０へ向かう。
【００３０】
空気及び燃焼室３０で生成した燃焼生成物の混合物は、以下に「作動流体」と称する。
【００３１】
空気貯蔵タンク２３は、ロータリーベーンモーター２６が加速するときのようなピーク需要時に、空気を適切に燃焼器２４に与えられるように、圧縮空気を備えている。別の実施例は、空気貯蔵タンク２３なしで構成されることができる。すなわち、コンプレッサー２２が直接、別の実施例の燃焼器２４に圧縮空気を提供できる。
【００３２】
ロータリーベーンモーター２６は、図２及び図３に示すように、外部ケース５４と、外部ケース５４の内部に搭載されるハウジング４６と、から成り立つ。ハウジング４６は、図２及び図３に示すように、ハウジング４６の内部に実質円筒の形状をした円筒室４９を定義する内側面４８を有する。
【００３３】
ハウジング４６は、図２及び図３に示すよう、内部に形成された入口５０を有する。入口５０は、燃焼器２４と流体連結している。燃焼器２４からの作動流体は、入口５０を経由して、圧縮されたまま、すなわち膨張することなくハウジング４６内に流入する。
【００３４】
ハウジング４６はまた、内部に出口５２を有する。作動流体は下記に示すように、膨張した後に出口５２を経由して、ハウジング４６を出る。
【００３５】
図２に示すように、出口５２は入口５０からオフセットされており、円周上で１８０度以上間隔が置かれている。この特徴は、ロータリーベーンモーター２６内の作動流体の滞留時間を延ばし、作動流体の圧力及び温度を、作動流体がロータリーベーンモーター２６を出るときに、確実に周囲の環境の圧力及び温度に近づけうる。別の実施例において、入口５０及び出口５２は、円周上で１８０度以下の間隔を置くことができる。最適の間隔は、回転体４４内のベーン６２の総数、ハウジング４６の周囲長または半径及び特定のアプリケーションにて要求される作動特性のような要素に依存する。
【００３６】
発明者は、ベーン５８の先端とハウジング４６の内側面４８との間の最適なすなわち最大の密封は、図２の斜視図において、ベーンが６時の位置に最も近い時であることを発見した。これは、ベーン５８が６時の位置に向かい、通り過ぎて回転する時の重力の影響によるものである。それゆえ、図２に示すように入口５０の位置は、６時の位置、又はその近くに配置することが（必須ではないが）好ましい。
【００３７】
複数の通気口５６は、図２の斜視図において、入口５０及び出口５２の間で、ハウジング４６の左側に形成される。複数の開口部５７は、入口５０及び出口５２の間で、ハウジング４６の右側に形成される。通気口５６及び開口部５７の、それぞれの機能を下記に示す。
【００３８】
ロータリーベーンモーター２６はまた、図２及び図３に示すように、ハウジング４６内の円筒室４９の内部に配置される回転体４６から成り立つ。ロータリーベーンモーター２６はまた、図３に示すように、シャフト４５及び軸受７２を含む。シャフト４５は、図３の参照記号「Ｔ」によって示す長尺軸を有する。シャフト４５が、ハウジング４６と外部ケース５４とに対して回転できるように、シャフト４５は軸受７２に搭載されている。
【００３９】
回転体４４はシャフト４５に取り付けられ、回転体４４は長尺軸Ｔ周りに円筒室４９の内部を回転できる。回転体４４は図１に示す機器２７に接続され、回転体４４は機器２７にトルクを提供する。機器２７は例えば、発電装置、自動車のトランスミッション、ポンプまたはトルク入力を受け取るために構成される他のタイプの機械である。
【００４０】
回転体４４は、図２〜４に示すように、シャフト４５の長尺軸Ｔに対して実質垂直な方向に伸び、径方向に配置した複数のベーンガイド５８から成り立つ。ベーンガイド５８は、溶接またはキャスティングのような適切な手段で、それぞれシャフト４５に搭載され、図２に示すように、径方向にシャフト４５から外へ延びる。それぞれのベーンガイド５８は、ベーン溝６０を定義する。
【００４１】
回転体４４は、さらに複数のベーン６２から成り立つ。それぞれのベーン６２は、対応するベーンガイド５８の１つに形成されるベーン溝６０内に配置される。ベーン６２及びベーンガイド５８はそれぞれ、実質矩形の形状を有する。ベーン６２及びベーンガイド５８は、別の実施例において矩形とは別の形状を有することができる。
【００４２】
例えば回転体４４は、１２のベーン６２及び１２のベーンガイド５８によって表される。別の実施例は、１２より多い、又は少ない、ベーン６２及びベーンガイド５８を含むことができる。最適なベーン６２及びベーンガイド５８の数は、アプリケーションに依存し、さらにコストの制限、要求される効率、ロータリーベーンモーター２６のトルク出力などのような要素によって変化しうる。
【００４３】
それぞれのベーン溝６０は、図４の参照記号「Ｗ」に示すように幅を有している。それぞれのベーン６２は、図４の参照記号「Ｗ１」に示すように幅を有している。ベーン溝６０の幅Ｗは、ベーン６２の幅Ｗ１よりわずかに大きい。この特徴によって、それぞれのベーン６２は、対応するベーン溝６０の内部を、シャフト軸Ｔと実質垂直な方向にスライドすることができる。ベーン溝６０に対して、ベーン６２の移動する方向は、図２及び図４において、矢印「Ｖ」によって示す。ベーンガイド５８及びベーン６２間のクリアランスは、例えば０．００１インチである。クリアランスの特定値は、例示目的だけのために指定される。最適なクリアランスは、アプリケーションに依存して、ベーンガイド５８及びベーン６２を形成する材料の、熱膨張係数のような要素によって変化しうる。
【００４４】
それぞれのベーンガイド５８は、図４において参照記号「Ｈ」で示すように、高さまたは半径方向の寸法を有する。それぞれのベーン６２は、図４において参照記号「Ｈ１」で示すように、高さを有する。ベーンガイド５８の高さ「Ｈ」は、ベーン６２の高さ「Ｈ１」未満である。この特徴によって、それぞれのベーン６２の一部は、回転体４４の回転している間に、ベーンガイド５８をベーン６２に保持し続けながら、対応するベーンガイド５８から内外にスライドすることができる。
【００４５】
それぞれのベーン６２の先端は、図５に示すように、丸みのある形状を有していてもよい。この特徴は、ロータリーベーンエンジン２６の作動中に、ベーン６２が、ハウジング４６の内側面４８とすれ合って、ベーン６２の寿命を減らすのを助けると考えられる。
【００４６】
ロータリーベーンモーター２６はまた、図３に示すように、第１のエンドプレートまたはカバー６４から成り立つ。ロータリーベーンモーター２６はまた、図３に示すように第２のエンドプレートまたはカバー６６から成り立つ。第１のカバー６４と第２のカバー６６とは、留め具のような適切な手段を用いてハウジング４６の対向し合う端部に搭載される。ロータリーベーンモーター２６は、図２において、分かりやすいために第２のカバー６６は取り除かれている。
【００４７】
ハウジング４６と第１及び第２のカバー６４、６６の一方または両方とは、別の実施例において結合して形成してもよい。第１のカバー６４及び／または第２のカバー６６は、内部にさらに追加される、または、ハウジング４６の通気口５６の代わりに形づくられる通気口（図示せず）を有することができる。
【００４８】
第１のカバー６４は、図２及び図３に示すように、内部に形成される開き６５を有する。シャフト４５は、開き６５を通して延びている。シャフト４５は下記に示すように、軸Ｔに対して実質垂直な方向に移動できる。開き６５は、シャフト４５が横切る移動をする間、シャフト４５と第１のカバー６４との間の干渉を防ぐのに十分な直径を有する。
【００４９】
ロータリーベーンモーター２６はまた、図３に示すように、リング６７から成り立つ。リング６７は、図３に示すように、第１のカバー６４及び第１のカバー６４の内周のすぐ近くにある回転体４４との間に位置する。リング６７は、第１のカバー６４及びベーンガイド５８の後端部の間のシールを形成する。リング６７は、留め具のような適切な手段によって、カバー６４に搭載される。
【００５０】
リング６７は、図２及び図３に示すように、内部に形成される開き６９を有する。開き６９は、シャフト４５が横切る移動をする間、シャフト４５及びリング６７の間の干渉を防ぐのに十分な直径を有する。リング６７は、第１のカバー６４及び回転体４４の間のシールを形成するのに適している材料から作ることができる。例えば、リング６７は黒鉛複合材料から作ることができる。
【００５１】
その他のリング６７は、図３に示すように、回転体４４と第２カバー６６の間に配置され、第２カバー６６とベーンガイド５８の前方部との間をシールできる。
【００５２】
別の実施例において、リング６７の代わりに、ラビリンスシールのような適切なシールを用いることができる。さらに別の実施例で、図８に示すように、リング６７はばね７５を搭載できる。ばね７５は、第１カバー６４または第２カバー６６に搭載されうる。この特徴は、ロータリーベーンモーター２６が寿命を通じて、リング６７が磨耗するときに、リング６７と、対応するベーンガイド５８の前方部及び後方部と、ベーン６２との間のシール性を維持できる。
【００５３】
径方向に配置された複数のチャンバー６８は、図２に示すように、ロータリーベーンモーター２６の内部に形成される。それぞれのチャンバー６８は、ハウジング４６の内周面４８と、２つの隣接したベーン６２と、それらに対応したベーンガイド５８と、リング６７とによって定義される。
【００５４】
回転体４４は、図２の矢印「Ｃ」で示されるように、図２の斜視図において、逆時計回り方向に回転する。図２は、標準的な速さで動作しているときの、回転体４４を表す。回転体４４の回転によって、遠心力がそれぞれのベーン６２に与えられる。遠心力はベーン６２を外側にスライドさせ、結果としてそれぞれのベーン６２の最も外側の部分が対応するベーンガイド５８の外側から力を受け、それぞれのベーン６２の外端部は、ハウジング４６の内周面４８に接触する。このように、ベーン６２の外端部は、図２に示すように、回転体４４が回転している間、ハウジング４６の内周面４８とすれ合う。外向きに働く遠心力は、ベーン６２の外端部と内周面４８との間のシールを効果的に行うために、図４に示すようなばね７１、圧縮ガス及び他の適切な手段のような偏らせる手段によって、増加してもよい。
【００５５】
防壁４７は、図２に示すように、ベーン６２が入口５０及び出口５２を通過するときに、ハウジング４６から逸脱するのを妨げるために、それぞれ入口５０と出口５２の内部に設けられている。例えば、防壁４７は作動流体が流れている間に、ベーン６２を保持しうる仕切りやその他の適切な手段があげられる。追加の防壁４７は、ベーン６２が通気口５６及び開口部５７を通過するときに、ハウジング４６から逸脱するのを妨げるために、それぞれ通気口５６と開口部５７の内部に同様に設けられている。
【００５６】
シャフト４５は図２及び図３に示すように、軸Ｔが、ハウジング４６の中心軸Ｓからオフセットするように配置されている。このように、ベーン６２が出口５２に近づくにつれて、ベーン６２に作用している遠心力によって、シャフト４５とハウジング４６の内周面４８との間の空間が増加するのに連結して、外向きに力を受ける。逆にいえば、ベーン６２が入口５０に近づくときに、シャフト４５と内周面４８の間の空間は小さくなるために、ベーン６２は内側に力を受ける。
【００５７】
回転体４４は、チャンバー６８において、作動流体の膨張に応答して回転する。特に、チャンバー６８が入口５０を回転して過ぎるときに、作動流体は入口５０を介してそれぞれのチャンバー６８に入る。上記のように、作動流体は燃焼器２４から入口５０に供給されたときは、圧縮すなわち膨張されていない。このように、チャンバー６８が入口５０を回転して過ぎるときに、それぞれのチャンバー６８は未膨張の作動流体で満たされる。
【００５８】
チャンバー６８が入口５０を回転して過ぎるとき、つまり図２に示すように、回転体４４とハウジング４６が相対的な位置にあるときに、それぞれのチャンバー６８での容積は最小または最小近くとなる。このように、それぞれのチャンバー６８の中の作動流体の圧力は、チャンバー６８が入口５０の近くに位置するときが最大である。図２に示すように、シャフト４５の中心線Ｔが、ハウジング４６の中心線からオフセットしているときに、シャフト４５（チャンバー６８の一端を定義する）及びハウジング４６の内周面４８（チャンバー６８の他端を定義する）の間の空間は、チャンバー６８が入口５０から出口５２に向かって回転するにつれて増加する。それゆえ、それぞれのチャンバー６８の容積は出口５２に近づくに従って、チャンバー６８の容積は増加する。チャンバー６８が入口５０から出口５２に向かって回転するときに、対応するチャンバー６８内での作動流体の膨張は、回転体４５に回転力または回転トルクを与える。
【００５９】
最適にチャンバー６８内の作動流体が膨張すると、作動流体の圧力及び温度は、チャンバー６８が出口５２に到着するときまでには、周囲環境の圧力及び温度に近づいている。作動流体がこの方法で膨張するとき、作動流体から得られるエネルギー量は、最大近くとなる。
【００６０】
少なくとも、それぞれのチャンバー６８にて膨張した作動流体は、チャンバー６８が出口５２を回転して通り過ぎるにつれて、チャンバー６８から出口５２を経由して、ハウジング４６から排出される。必要に応じて、エンジンシステム１０の熱効率を最適化するために、排気からの熱は、燃焼器２４に入る圧縮空気と、または燃焼器２４からロータリーベーンモーター２６に入る作動流体と、またはサイクル内の別のステージにおける作動流体と交換できる。
【００６１】
それぞれのチャンバー６８を囲んでいるベーン６２は、チャンバー６８が出口５２と入口５０の間を回転しているときは、シャフト４５とハウジング４６の内周面４８との間のスペースが減少するために、ベーン６２に対応するベーンガイド５８側、つまり内側に力を受ける。このように、チャンバー６８の容積は、チャンバー６８が入口５０に近づくにつれて減っていく。
【００６２】
それぞれのチャンバー６８は、チャンバー６８が出口５２から入口５０に近づくときに通気口５６を通過する。通気口５６は、チャンバー４８が入口５０に近づくときに、チャンバー４８内の圧力を制御する。特に、チャンバー６８の容積が減少するときに、通気口５６はチャンバー６８内に残留作動流体をチャンバー６８から逃がすことができる。この方法で残留作動流体をチャンバー６８から排出することによって、チャンバー６８内の残留作動流体が、チャンバー６８が入口５０に到着するときに、燃焼器２４から供給される未膨張の作動流体を、チャンバー６８に入り込むのを妨げるレベルにまで圧縮されることを妨げることができる。
【００６３】
通気口５６を経由して排気される部分的に圧縮された作動流体は、１つ以上の開口部５７に向かい、サイクルの膨張の一部が起きているチャンバー６８に導入される。特に、エンジンシステム１０は図６及び図７に示すようにマニホールド８９を含む。マニホールド８９は図７に概略的に示されているように、配管９０を経由して、通気口５６及び開口部５７を流体連結できる。加えて、マニホールド８９は図７に示すように、コントローラー７６に連結される。
【００６４】
コントローラー７６は、通気口５６から適切な開口部６７の１つに排気される残留作動流体の、マニホールド８９内に送り込む量を制御している。特定の通気口５６から排気される残留作動流体は、開口部５７に導かれ、未膨張のまたは一部膨張して同様の圧力の作動流体を含んだチャンバー６８に向かう。一旦、適切な開口部５７を経由して、チャンバー６８に導入されると、排気された作動流体は、すでにチャンバー６８において存在する作動流体とともに膨張させられる。それゆえ、少なくとも排出された作動流体を圧縮するのに費やされたエネルギーのいくらかは、サイクル内で再生利用され、使用される。
【００６５】
ハウジング４６は、例えば４つの開口部５７を有する。別の実施例では、開口部５７は、４つより多くとも少なくともよい。
【００６６】
別の実施例では、チャンバー４８から排気される作動流体は通気口５６を経由した後、マニホールド８９を用いることなく、直接に周囲環境に排気してもよい。他の実施例では、排気された作動流体の一部またはすべては、マニホールド８９や、残留作動流体を流動制御するその他の手段の使用によって、圧縮ガスを必要とする、空気作動のショックアブソーバやばね、タイヤの空気入れ、パワートランクリフター、フィルターから灰を除去する手段のようなアクセサリーに向けられてもよい。
【００６７】
入口５０と隣接した通気口５６の間の空間は、チャンバー４８が、同時に入口５０及び隣接した通気口５６と通気されないように十分とってある。この特徴によって、チャンバー６８が燃焼器２４からの膨張していない作動流体で満たされているときに、確実に排気されないようにしている。
【００６８】
ハウジング４６は、例えば４つの通気口５６を有する。別の実施例では、４つより多くとも少なくともよい。
【００６９】
それぞれのチャンバー６８は、入口５０に近づくと、未膨張の作動流体の別の補充によって満たされ、上記のサイクルは回転体４４の次の回転で繰り返される。チャンバー６８が入口５０を通過するときに、チャンバー６８に供給される作動流体の連続的な流れとそれによって生じる次の膨張は、図３の矢印「Ｒ」に示すように、回転体４４及び接続されたシャフト４５を連続的に回転させる。
【００７０】
別の実施例では、ロータリーベーンエンジン２６は、システム１０のための圧縮空気の供給源として使うことができ、それによってコンプレッサー２２の必要性を軽減する。この使用を容易にするために、図２に示すように、開き７３はそれぞれ第１及び第２のカバー６４、６６の外側の表面すぐ近くに形成されうる。チャンバー６８が、第２のカバー６６の開き７３を回転して過ぎるときに、新しいすなわち未燃焼の空気が吹きつけられ、それぞれのチャンバー６８に向かう。チャンバー６８に入ってくる新鮮な空気は、チャンバー６８に存在する燃焼生成物と置き換わり、燃焼生成物が、第１のカバー６４の開き７３を介してチャンバー６８から出て行く。チャンバー６８が通気口５６に向かって回転するにつれて、新鮮な空気は圧縮される。圧縮空気は、１つ以上の通気口５６を経由して、燃焼器２４の入口に到達しうる。圧縮空気が通過する特定の通気口５６は、燃焼器２４に入る要求される空気の圧力に依存する。
【００７１】
ベーンガイド５８及びベーン６２は、他の実施例において、図９に示すように、シャフト４５の中心線に対して、それぞれの長手方向を傾けうる（図９において、分かりやすいように１つのベーン６２及び１つのベーンガイド５８のみを表している）。この特徴は、回転体４４が第２のカバー６６内の開き７３から作動流体を捨て、第１のカバー６４の開き７３を介して新鮮な空気を取り込むのを助ける。他の実施例において、回転体４４には、ベーンガイド５８がシャフト４５の中心線に対して回転できる機能を有しているために、シャフト４５とベーンガイド５８とベーン６２の中心線は、ロータリーベーンモーター２６の作動中に可変である。
【００７２】
ハウジング４６及び回転体４４は、１つ以上のカーバイド、窒化炭素、窒化物、ホウ化物またはアルミニウム、シリコン、チタン、バナジウム、タングステンまたはジルコニウムのような酸化物のような自己潤滑性の材料から作られる。必要に応じて、ハウジング４６及び／または回転体４４に、ダイヤモンド塗装または他の適切な塗装を適用できる。自己潤滑性の材料を使用することによって、油、グリースまたは他の潤滑剤の必要性を排除できる。そのような潤滑剤は、スリップ、落下の危険性があり、周期的な清掃が必要となる。さらに、潤滑剤は熱的に発生した低下を防ぐために、冷却材を必要とする。このように、潤滑剤の使用はラジエータまたは冷却フィンのような冷却手段の使用を必要とする。さらに、ロータリーベーンモーター２６から伝達される熱エネルギーは、冷却手段によって、エンジンシステム１０の全体的な熱効率を下げるエネルギー損失を表す。それゆえに、自己潤滑性材料の使用によって潤滑剤の必要性を排除することは、確かな利点を提供できる。
【００７３】
ハウジング４６及び回転体４４は、別の実施例において、他の自己潤滑性材料から形成される。例えば、ハウジング４６及び回転体４４は、ＮＥＶＥＲ−ＳＥＥＺＥＲのような潤滑機能を有する非自己潤滑性材料形から形成される。他の実施例では、潤滑システムを備えている。
【００７４】
シャフト４５は、上記のように、シャフト軸Ｔに対して実質垂直な方向に動きうる。特に、ロータリーベーンモーター２６は、軸受７２とシャフト４５とを支持して拘束する４つの油圧アクチュエーター７４から成り立つ。油圧アクチュエーター７４のうちの２つは、図３に示す。軸受７２の外輪は、ピンまたは適切な手段によって、それぞれの油圧アクチュエーター７４の第１の端部に接続されている。そしてピンまたは適切な手段によって、油圧アクチュエーター７４を、外部ケース５４に対して、ハウジング４６の中心軸Ｓと実質平行な軸周りに回転させる。油圧アクチュエーター７４の回転運動は、図３の矢印「Ｐ」によって示される。
【００７５】
それぞれの油圧アクチュエーター７４の第２の端部は、ピンまたは適切な手段によって外部ケース５４に接続されている。そしてピンまたは適切な手段によって、油圧アクチュエーター７４を、外部ケース５４に対して、ハウジング４６の中心軸Ｓと実質平行な軸周りに回転させる。
【００７６】
記載したシャフト４５の取り付け方法は、ハウジング４６の中心軸「Ｓ」に対して、シャフト４５及び接続した回転体４４の実質垂直な方向への移動を容易にする。特に、回転体４４の回転軸「Ｔ」は、図２でＩ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶと示すハウジング４６内の４分円の範囲内を移動できる。
【００７７】
別の実施例において、油圧アクチュエーター７４は、機械的に、軸受７２及び外部ケース５４と、静止ピン以外の手段によって連結される。例えば、別の実施例はレースを備えていることができる。それぞれのレースは、油圧アクチュエーター７４の第１または第２の端部に搭載された対応するピンを受け取る。ピンは、外部ケース５４及び軸受７２に対する油圧アクチュエーター７４の移動を容易にするように、レースの中で前後に動くことができる。
【００７８】
ハウジング４６の中心軸Ｓに対する回転体４４の位置は、チャンバー６８が回転軸Ｔについて回転しているときに、与えられた円周上の時計位置におけるチャンバー６８の容積に影響を及ぼす。与えられた時計位置におけるチャンバー６８の容積は、ロータリーベーンモーター２６内の作動流体の膨張比に影響を与え、順にエンジンシステム１０の熱効率、出力トルクなどの作動特性に影響を与える。
【００７９】
例えば、図２に示すように、シャフト軸Ｔを中心位置から下方へ動かすことで、入口において最小のチャンバー容積を、出口において最大のチャンバー容積を与えることができ、結果的に比較的高い７０：１以上の膨張比を供給できる。比較的高い膨張比は、燃費効率を最大にする。
【００８０】
シャフト軸Ｔを、ハウジング４６の中心軸線Ｓと実質一致する位置である四分円のＩＩに移動することによって、一般的にロータリーベーンモーターの出力トルクを最大にする。
【００８１】
シャフト軸Ｔは、通気口５６を介してロータリーベーンモーター２６から抽出される圧縮空気の量すなわち流量を最大にしたいときに、四分円のＩＶに動かすことができる。
【００８２】
ロータリーベーンモーター２６がアイドリングすなわち無荷重、無動作のとき、燃費を最小にするために、シャフト軸Ｔは四分円のＩＩＩに動かすことができる。
【００８３】
エンジンシステム１０はまた、図３及び図５に示すように、それぞれの油圧アクチュエーター７４のヘッド及びロッドの先端を流体連結された圧縮された作動油７７の供給源を含んでいる。圧縮された作動油７７の供給源は、図３において、分かりやすいように、油圧アクチュエーター７４のうちの１つのヘッド端部のみが流体連結されていることを示している。
【００８４】
圧縮された作動油７７の供給源は、油圧アクチュエーター７４の拡張及び収縮を実施するために、圧縮された作動油を選択的に、油圧アクチュエーター７４のヘッド及びロッド端部に向かわせる弁７９を含む。弁７９は図６に概略的に示されている。油圧アクチュエーター７４の拡張及び収縮は、回転体４４をシャフト４５の軸Ｔに対して、実質垂直な方向に動かすために調整される。そして、油圧アクチュエーター７４の拡張及び収縮は、ハウジング４６の中心軸Ｓに対して、シャフト軸Ｔの位置を変化させる。
【００８５】
エンジンシステム１０は、さらに図３及び図５に示すように、コントローラー７６を含む。コントローラー７６は、処理装置８１から成り立つ。処理装置８１は例えば、マイクロプロセッサまたは他の適切なコンピュータである。コントローラー７６はまた、処理装置８１に通信連結されるメモリー記憶装置８３から成り立つ。
【００８６】
コントローラー７６は、圧縮された作動油７７の供給源の弁７９と通信連結されている。コントローラー７６は、シャフト４５と回転体４４が要求された方向（四分円のＩ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶのいずれか）に移動するように調整した方法によって、油圧アクチュエーター７４の拡張及び収縮を制御するようにプログラムされている。そして、ロータリーベーンモーター２６の膨張比を変えることができる。
【００８７】
コントローラー７６は、シャフト４５及び／または回転体４４の位置を含む、エンジンシステム１０のさまざまな作動パラメータに関する入力を受けとることができ、入力に基づいてエンジンシステム１０の動作を制御できる。例えば、コントローラー７６は、シャフト４５から伝達される出力トルクの表示を提供するトルクセンサーからの入力、回転体４４の回転速度の表示を提供する速度センサーからの入力、チャンバー６８のうちの１つ以上の圧力及び温度の表示を提供する温度・圧力センサーからの入力を受け取ることができる。これらのセンサーは、図６にて参照符号９２を使用して、集合的に示されている。
【００８８】
コントローラー７６は、要求された作動状況、例えば要求出力トルクを達成するために、選択された作動パラメータ、例えば燃焼器２４への燃料と空気の流量を調整する閉ループコントローラーとしての機能がプログラムされている。コントローラー７６は、同時に、特別な入力のセットに最適な膨張比を達成するために、回転体４４の位置を制御できる。閉ループ制御の方法論は、例示的に用いられ、他の制御の方法論を、択一的に使用できる。
【００８９】
それぞれの油圧アクチュエーター７４は、油圧アクチュエーター７４が拡張している拡張量の表示を、コントローラー７６に与える位置センサー８５または他の手段を備えている。位置センサー８５は、図６において示される。コントローラー７６は、ハウジング４６の中心軸「Ｓ」に対して、回転体４４の位置を決定するために、これらの入力を使用できる。コントローラー７６は上記のように、ロータリーベーンモーター２６の１つ以上の作動パラメータを表す入力に基づいて、回転体４４の位置を調整するようにプログラムされる。コントローラー７６は、圧縮された作動油７７の供給源の弁７９に制御入力を与えることによって、位置の調整を実行できる。制御入力は、回転体４４を要求された位置に移動するために、調整した方法によって油圧アクチュエーター７４のヘッドまたはロッドの端部に作動油を送ることができる。
【００９０】
エンジンシステム１０が作動している間、コンプレッサー２２は空気貯蔵タンク２３に圧縮空気を供給する。圧縮空気は、空気貯蔵タンク２３から燃焼器に向かい、空気が燃料と混合されて、連続的に燃焼が起こり、高圧、高温の作動流体の流れが発生する。
【００９１】
作動流体は、入口５０を経由してロータリーベーンモーター２６に入る。高圧、高温の作動流体の補充は、チャンバー６８が入口５０を回転して通過するときに、ロータリーベーンモーター２６のそれぞれ別々のチャンバー６８に入る。チャンバー６８が入口５０を通過するとき、ハウジング４６に対する回転体４４の位置に依存して、チャンバー６８に対応するベーン６２は一部または全てが、対応するベーンガイド５８から伸びている。
【００９２】
作動流体がチャンバー６８に入った後、チャンバーが回転して入口５０から離れるとともに、作動流体は膨張する。それゆえ、回転体４４に回転力を与える。回転体４４の回転は、チャンバー６８を定義するベーン６２に、ベーン６２を外側に偏らせる遠心力を与え、チャンバー６８の容積は増加する。さらに、遠心力はベーン６２の外端部を、ハウジング４６の内周面４８に向けて偏らせる。最適の状況下では、作動流体の膨張は、作動流体の圧力が、周囲環境より僅かに大きい圧力になるまで続く。膨張した作動流体は、チャンバー６８が出口５２を回転して過ぎるときに、チャンバー６８から排出される。
【００９３】
チャンバー６８が出口５２を通過して入口５０に回転して近づくときに、ハウジング４６に対する回転体４４の位置に依存して、ベーン６２は対応するベーンガイド５８に一部またはすべて戻る。このように、チャンバー６８の容積は、チャンバーが入口５０の方へ回転するにつれて減っていく。ハウジング４６は、内部の円周上に位置しまた出口５０と入口５０の間に位置する通気口５６を有している。残留作動流体は、チャンバー６８が通気口５６を通過するときに、通気口５６を介して、チャンバー６８から排出される。残留作動流体を排出することによって、チャンバー６８が入口５０に到達したときに、高温、高圧の作動流体をチャンバー６８に新しく補充できる程度に、チャンバー６８内の圧力を確実に十分低くできる。
【００９４】
チャンバー６８が入口５０を通過するときに、チャンバー６８に与えられる作動流体の連続的な流れと、それに従って起こる膨張は、回転体４４と、回転体４４に接続したシャフト４５を連続的に回転させる。シャフト４５は、発電装置または自動車のトランスミッションのようなデバイスに接続することで、トルクを提供できる。
【００９５】
回転体４４は、ハウジング４６の中心軸Ｓに対して実質垂直な方向に動きうる。この方法によって回転体４４を動かすことは、チャンバー６８の容積と時計位置との関係を変化することができ、ロータリーベーンモーター２６の膨張比に影響がある。与えられた作動状況で、ロータリーベーンモーター２６の１つ以上の作動特性を最適化するために、膨張比は、コントローラー７６によって変化しうる。このように、ロータリーベーンモーター２６の作動は、作動状況の範囲を超えて最適化できる。ロータリーベーンモーター２６が作動流体を圧縮するために用いられる別の実施例において、ロータリーベーンモーター２６の作動を最適化する方法の膨張比とともに、圧縮比を変化させうる。
【００９６】
上述の説明は、説明の目的で提供されたものであって、発明が制限されるものではない。本発明は好ましい実施形態、方法に言及して記載しているが、ここで使用されている言葉は、制限ではなくむしろ、説明及び実例の言葉であると理解される。さらには、ここでは特定の構造、方法及び実施形態について記載されているが、発明はここに公開されているものに限定されず、添付の請求項に記載された範囲にあるすべての構造、方法、使用にまで拡大する。本願明細書の説明は有用性があり、価値ある技術であり、ここに記載されているように、発明に対して多くの変更を作ることができ、変更は添付の請求項に定義された発明の範囲や趣旨から離れることなく作られる。
【００９７】
例えば、ロータリーベーンモーター２６の回転体４４は、単一の支持点すなわち軸受７２からカンチレバー（片持ち梁）で支持される。この方法で、回転体４４を支持することは、ロータリーベーンモーター２６の全長を最小にできる。回転体４４は、別の実施例にて他の方法で支持できる。例えば、第２のカバー６６を通して、前方に拡張するために、シャフト４５は長くすることができ、回転体４４が２つの軸受７２の間で懸架されるように、第２の軸受７２は加えうる。必要に応じて、長くされたシャフト４５の前方部は、自動車のオルターネータまたはポンプのような付加的な力と接続できる。シャフト４５を２以上の点で支持することによって、シャフト４５と軸受７２がカンチレバーによって、１点で支持する実施例に対して、小さく軽いものを作ることができる。
【００９８】
ロータリーベーンモーター２６は、例えば４つの油圧アクチュエーター７４によって成り立つ。別の実施例では、油圧アクチュエーター７４は４つより多くても少なくてもよい。例えば別の実施例では、対向する位置に置かれる２つの油圧アクチュエーター７４を含む。この変更によって、回転体４４の１方向の移動が容易になる。例えば、２つのアクチュエーター７４は、回転体４４の上下動を容易にするために、図２の斜視図にて垂直に配置できる。あるいは、２つのアクチュエーター７４は、回転体４４の横方向の移動を容易にするために、水平に配置できる。または、上下動、横方向の移動の両方を有するように、斜めに配置することもできる。
【００９９】
別の実施例において、油圧アクチュエーター７４の代わりにねじジャッキ、空気圧シリンダー、カム、ランプ、ローブまたは他の適切な作動手段を使用できる。さらに、油圧アクチュエーター７４または他の作動手段は、別の実施例において、外部ケース５４の外に配置できる。
【０１００】
図１０は、ベーンが摩耗するときにベーンと、フロントカバー及びリアカバーの隣接した表面と、外部ケースとの間のシール性を維持する特徴を有する別の実施例を表す。特に、図１０はロータリーベーンモーター３００の構成で別の実施例を表す。モーター３００は、複数のベーンガイド３０１と、対応するベーンガイド３０１にそれぞれ部分的に配置される複数のベーン３０２と、ハウジング３０３と、ベーン３０２及びベーンガイド３０１が搭載される回転可能であるシャフト３０５と、から成り立つ（図１０において、ベーン３０２とベーンガイド３０１とは１つだけ見える）。それぞれのベーン３０２は、実質台形の形状をした上部３０４を有する。モーター３００はまた、それぞれハウジング３０３に固定されたフロントカバー３０６とリアカバー３０８を有する。前後のカバー３０６、３０８は垂直方向に対して角度がつけられており、そのため、図１０に示すように、前後のカバー３０６、３０８の向きは、ベーンの上部における前方部と後方部の向きと実質同一となる。ベーン３０２と前後のカバー３０６、３０８とを上記のように配置することによって、ベーン３０２と隣接する表面が摩耗する際に生じる遠心力のために、それぞれのベーン３０２の前方部、後方部及び側方部は対応するフロントカバー３０６、リアカバー３０８及びハウジング３０３の隣接する表面に接触したままの状態にできる。それによって、ベーン３０２と隣接する表面との間のシール性を維持できる。ベーン３０２の前方部、後方部及び側方部は、図１０において分かりやすいために、対応するフロントカバー３０６、リアカバー３０８及びハウジング３０３の隣接する表面から空間をおいて配置している。
【０１０１】
ベーン３０２、フロントカバー３０６、リアカバー３０８及びハウジング３０３（または接触面）は、炭化ケイ素のような自己潤滑性材料から形成される。あるいは、ベーン３０２、フロントカバー３０６、リアカバー３０８及びハウジング３０３は、鉄のような比較的安価な材料から形成され、ＮＥＶＥＲ−ＳＥＥＺＥのような適切な潤滑剤を、モーター３００が作動中に時々、ベーン３０２、フロントカバー３０６、リアカバー３０８及びハウジング３０３の接触面へ吹き付けることができる。
【０１０２】
図１１は、ベーンと、フロントカバー及びリアカバーの隣接した表面との間のシール性を維持する特徴を有する別の実施例を表す。特に、図１１はロータリーベーンモーター３２０の構成で別の実施例を表す。モーター３２０は、複数のベーンガイド３２１と、対応するベーンガイド３２１にそれぞれ部分的に配置される複数のベーン３２２と、ハウジング３２３と、ベーン３２２及びベーンガイド３２１が搭載される回転可能であるシャフト３２５と、から成り立つ。（図１１において、ベーン３２２とベーンガイド３２１とは１つだけ見える）。モーター３２０はまた、それぞれハウジング３２３に固定されたフロントカバー３２６とリアカバー３２８を有する。
【０１０３】
それぞれのベーン３２２は、分割される。特に、それぞれのベーン３２２は、第１部分３３０と、第２部分３３２とから成り立つ。第２部分３３２が第１部分３３０内に部分的に収まり、第１部分３３０から出たり入ったりすることで、第１部分３３０及び第２部分３３２は、前後すなわち図１１にて左右にスライドできる。
【０１０４】
ベーン３２２の第１部分３３０の内部は、第２部分３３２を後方へ、つまり第１部分３３０に対して、リアカバー３２８の方へ推し進める圧縮空気で満たすことができる。この特徴は、ベーン３２２と隣接する表面が摩耗する際に、第１部分３３０の前方部及び第２部分３３２の後方部を、対応するフロントカバー３２６及びリアカバー３２８と接触したままの状態にできる。それによって、ベーン３２２と隣接する表面との間のシール性を維持できる。図１１にて分かりやすいように、第１部分３３０の前方部及び第２部分３３２の後方部は、対応するフロントカバー３３６とリアカバー３３８の隣接する表面から空間をおいて配置している。
【０１０５】
圧縮空気は、シャフト３２５の内部及び第１部分３３０の内部に隣接したシャフト３２５の内部に形成された開き３３５を介して、ベーン３２２の第１部分３３０の内部に送り込まれる。圧縮空気は、第１部分３３０の内部に形成された開き３３７を介して、第１部分３３０の内部から排気されうる。
【０１０６】
それぞれのベーン３２２の第２部分３３２は、圧縮空気の代わりに、第１部分３３０の内部に設けたばねによって、後ろ向きに偏せられる。
【０１０７】
ベーン３２２、フロントカバー３２６及びリアカバー３２８（または接触面）は、炭化ケイ素のような自己潤滑性材料から形成される。あるいは、ベーン３２２、フロントカバー３２６及びリアカバー３２８は、鉄のような比較的安価な材料から形成され、ＮＥＶＥＲ−ＳＥＥＺＥのような適切な潤滑剤を、モーター３２０が作動中に時々、ベーン３０２、フロントカバー３２６及びリアカバー３２８の接触面へ、吹き付けることができる。
【図１】
0005567032.tif 000002
【図２】
0005567032.tif 000003
【図３】
0005567032.tif 000004
【図４】
0005567032.tif 000005
【図５】
0005567032.tif 000006
【図６】
0005567032.tif 000007
【図７】
0005567032.tif 000008
【図８】
0005567032.tif 000009
【図９】
0005567032.tif 000010
【図１０】
0005567032.tif 000011
【図１１】
0005567032.tif 000012