(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンであって、
燃焼システムを備え、
前記燃焼システムは、複数の燃焼チャネルを備え、
前記燃焼チャネルの各々は、該燃焼チャネルの第１の開放端と第２の開放端の間に延びており、
燃焼システムは、さらに、
前記燃焼チャネルの前記第１の開放端に隣接して配置された第１の端部構造物であって、前記第１の開放端が燃料および酸化剤を前記燃焼チャネルの中に受け入れることを可能なように構成された入口ポートを有する第１の端部構造物と、
前記燃料および前記酸化剤に点火するように機能する点火源と、
前記燃焼チャネルの前記第２の開放端に隣接して配置された第２の端部構造物であって、前記燃焼チャネルから燃焼生成物を排出するように構成された排気ポートを有するとともに、前記排気ポートと前記点火源との間に配置された空洞を有する第２の端部構造物と
を備え、
前記空洞は、前記複数の燃料チャネルのうちの少なくとも１つに直接的にさらされ、
前記燃焼システムの動作は、前記燃焼チャネルと前記第１および第２の端部構造物との間の相対運動を含み、
前記相対運動は、燃焼チャネルの第２の開放端と前記第２の端部構造物との間の相対的移動を含み、
前記第２の開放端は、前記排気ポートにさらされ、次に前記空洞にさらされ、次に前記点火源にさらされる
エンジン。
【請求項２】
請求項１に記載のエンジンであって、
ウェーブロータをさらに備え、
前記複数の燃焼チャネルは、前記ウェーブロータ内に配置され、
前記第１および第２の端部構造物は、固定封止板である
エンジン。
【請求項３】
請求項１に記載のエンジンであって、
前記空洞は、前記第２の開放端を介して、前記空洞と、隣接する燃焼チャネルと、の間でのガス混合物の交換を促進する寸法を有し、
前記空洞は、少なくとも３つの燃焼チャネルを前記空洞に同時にさらすように構成された幅を有する
エンジン。
【請求項４】
請求項１に記載のエンジンであって、
前記空洞と流体連通する導管をさらに備え、
前記導管は、前記空洞から流体を受け入れるように機能し、
ｉ）前記エンジンが、前記導管に結合された弁であって、前記空洞から受け入れられる前記流体の量を制御するように機能する弁をさらに備えることと、
ｉｉ）前記導管が、前記入口ポートとも流体連通するとともに、前記受け入れられた流体を前記入口ポートに向けて送出するように機能することと
のうちの一方を満たす
エンジン。
【請求項５】
請求項１に記載のエンジンであって、
前記第２の端部構造物において第１の燃焼チャネルから流体を受け入れるように機能するとともに、前記流体を前記第１の端部構造物において第２の燃焼チャネルまで送出するように機能する導管をさらに備えることと、
前記第２の端部構造物内に配置された燃料噴射ポートであって、前記燃焼チャネルの前記第２の開放端に燃料を供給するように機能する燃料噴射ポートをさらに備えることと
のうちの一方を満たす
エンジン。
【請求項６】
燃焼システムであって、
複数の燃焼チャネルを有するウェーブロータを備え、
前記燃焼チャネルの各々は、第１の開放端および第２の開放端を有し、
前記燃焼システムは、さらに、
燃料および酸化剤に点火するように機能する点火源と、
前記燃焼チャネルの前記第１の開放端に隣接して配置された第１の端部板であって、前記燃料および前記酸化剤を前記燃焼チャネルの中に受け入れるための入口ポートを有する第１の端部板と、
前記点火源を受け入れるように構成され、かつ、前記燃焼チャネルの前記第２の開放端に隣接して配置された第２の端部板であって、燃焼生成物を排出するように機能する排気ポートを有する第２の端部板と、
前記第２の開放端において前記燃焼チャネル内の燃料／酸化剤混合物を改善するための手段であって、前記第２の端部板に動作可能に配置された、改善するための手段と
を備え、
前記改善するための手段は、前記第２の開放端から前記入口ポートまで流体を送出するための手段を備え、
前記送出するための手段は、前記燃焼チャネルの前記第２の開放端から流体を受け入れるように機能する導管を備え、
前記導管は、その第１の開口と第２の開口との間で延在し、
前記第１の開口は、少なくとも１つの第２の開放端と流体連通し、
前記第２の開口は、少なくとも１つの第１の開放端と流体連通し、
前記導管は、前記少なくとも１つの第２の開放端から前記少なくとも１つの第１の開放端まで流体を送出するように構成され、
前記導管の前記第１の開口は、前記排気ポートと前記点火源との間で、前記ウェーブロータの回転方向における前記排気ポートの下流に配置される
燃焼システム。
【請求項７】
請求項６に記載の燃焼システムであって、
前記燃焼システムは、前記第２の開放端からの前記流体の流れを制御するための手段をさらに備える
燃焼システム。
【請求項８】
請求項６に記載の燃焼システムであって、
前記改善するための手段が、燃料を前記第２の開放端に供給するように機能する燃料噴射ポートを有し、
前記改善するための手段が、前記燃焼チャネルの前記第２の開放端と燃料を交換するように機能する空洞を有し、
前記空洞は、前記複数の燃料チャネルのうちの少なくとも１つに直接的にさらされる
燃焼システム。
【請求項９】
燃焼システムであって、
複数の燃焼チャネルを有するウェーブロータを備え、
前記燃焼チャネルの各々は、第１の開放端および第２の開放端を有し、
前記燃焼システムは、さらに、
前記燃焼チャネルの前記第１の開放端に隣接して配置された第１の端部板であって、燃料および酸化剤を前記燃焼チャネルの中に受け入れるための入口ポートを有する第１の端部板と、
前記燃焼チャネルの前記第２の開放端に隣接して配置された第２の端部板であって、燃焼生成物を排出するように機能する排気ポートを有する第２の端部板と、
導管であって、該導管の第１の開口と第２の開口との間で延びる導管と
を備え、
前記第１の開口は、前記第２の端部板を介して少なくとも１つの第２の開放端と流体連通し、
前記第２の開口は、前記第１の端部板を介して少なくとも１つの第１の開放端と流体連通し、
前記導管は、前記少なくとも１つの第２の開放端から前記少なくとも１つの第１の開放端まで流体を送出するように機能し、
前記第２の端部板は、前記導管の前記第１の開口と、前記少なくとも１つの第２の開放端と、の間で流体連通する空洞を有し、
前記燃焼システムは、前記空洞に配置されたタービュレータであって、前記少なくとも１つの第２の開放端に乱流を誘発するように機能するタービュレータをさらに備える
燃焼システム。
【請求項１０】
請求項９に記載の燃焼システムであって、
前記導管の前記第１の開口が、前記排気ポートと前記点火源との間で、前記ウェーブロータの回転方向における前記排気ポートの下流に配置されることと、
前記燃焼システムが、前記導管を通る前記流体の流れを制御するように機能する弁をさらに備えることと
のうちの一方を満たす
燃焼システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、参照により本明細書に組み込まれる、「エンジンおよび燃焼システム」という名称の２０１０年１２月３０日に出願された米国特許仮出願第６１／４２８，７３１号の利益を主張するものである。
【０００２】
本発明は、限定するものではないが、ガスタービンエンジン、パルス燃焼エンジンおよび圧力ゲイン燃焼器を含むエンジンに関し、より詳細には、エンジン内に使用された、または、エンジンとして使用された、デトネーション（爆轟）燃焼またはデフラグレーション（爆燃）燃焼を利用するウェーブロータ燃焼器に関する。
【背景技術】
【０００３】
エンジンおよびエンジン用燃焼システムは、依然として関心のある分野である。既存のシステムの中には、特定の用途に関して様々な短所、弱点、および不利点を有するものがある。したがって、この技術領域におけるさらなる貢献が依然として必要とされている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一実施形態は独特のエンジンである。本発明の別の実施形態は、独特の燃焼システムである。他の実施形態には、エンジンおよび燃焼システムのための装置、システム、デバイス、ハードウェア、方法、および組合せが含まれる。本願のさらなる実施形態、形態、特徴、態様、利益および利点は、本明細書で提示される説明および図から明らかになろう。本発明は、以下の形態としても実現可能である。
［形態１］
エンジンであって、
燃焼システムを備え、
前記燃焼システムは、複数の燃焼チャネルを備え、
前記燃焼チャネルの各々は、該燃焼チャネルの第１の開放端と第２の開放端の間に延びており、
燃焼システムは、さらに、
前記燃焼チャネルの前記第１の開放端に隣接して配置された第１の端部構造物であって、前記第１の開放端が燃料および酸化剤を前記燃焼チャネルの中に受け入れることを可能なように構成された入口ポートを有する第１の端部構造物と、
前記燃料および前記酸化剤に点火するように機能する点火源と、
前記燃焼チャネルの前記第２の開放端に隣接して配置された第２の端部構造物であって、前記燃焼チャネルから燃焼生成物を排出するように構成された排気ポートを有するとともに、前記排気ポートと前記点火源との間に配置された空洞を有する第２の端部構造物と
を備え、
前記燃焼システムの動作は、前記燃焼チャネルと前記第１および第２の端部構造物との間の相対運動を含み、
前記相対運動は、燃焼チャネルの第２の開放端と前記第２の端部構造物との間の相対的移動を含み、
前記第２の開放端は、前記排気ポートにさらされ、次に前記空洞にさらされ、次に前記点火源にさらされる
エンジン。
［形態２］
形態１に記載のエンジンであって、
ウェーブロータをさらに備え、
前記複数の燃焼チャネルは、前記ウェーブロータ内に配置される
エンジン。
［形態３］
形態２に記載のエンジンであって、
前記第１および第２の端部構造物は、固定封止板である
エンジン。
［形態４］
形態１に記載のエンジンであって、
前記空洞は、前記第２の開放端を介して、前記空洞と、隣接する燃焼チャネルと、の間でのガス混合物の交換を促進する寸法を有する
エンジン。
［形態５］
形態４に記載のエンジンであって、
前記空洞は、少なくとも３つの燃焼チャネルを前記空洞に同時にさらすように構成された幅を有する
エンジン。
［形態６］
形態１に記載のエンジンであって、
前記空洞と流体連通する導管をさらに備え、
前記導管は、前記空洞から流体を受け入れるように機能する
エンジン。
［形態７］
形態６に記載のエンジンであって、
前記導管に結合された弁であって、前記空洞から受け入れられる前記流体の量を制御するように機能する弁をさらに備える
エンジン。
［形態８］
形態６に記載のエンジンであって、
前記導管は、前記入口ポートとも流体連通するとともに、前記受け入れられた流体を前記入口ポートに向けて送出するように機能する
エンジン。
［形態９］
形態１に記載のエンジンであって、
前記第２の端部構造物において第１の燃焼チャネルから流体を受け入れるように機能するとともに、前記流体を前記第１の端部構造物において第２の燃焼チャネルまで送出するように機能する導管をさらに備える
エンジン。
［形態１０］
形態１に記載のエンジンであって、
前記第２の端部構造物内に配置された燃料噴射ポートであって、前記燃焼チャネルの前記第２の開放端に燃料を供給するように機能する燃料噴射ポートをさらに備える
エンジン。
［形態１１］
燃焼システムであって、
複数の燃焼チャネルを有するウェーブロータを備え、
前記燃焼チャネルの各々は、第１の開放端および第２の開放端を有し、
前記燃焼システムは、さらに、
燃料および酸化剤に点火するように機能する点火源と、
前記燃焼チャネルの前記第１の開放端に隣接して配置された第１の端部板であって、前記燃料および前記酸化剤を前記燃焼チャネルの中に受け入れるための入口ポートを有する第１の端部板と、
前記点火源を受け入れるように構成され、かつ、前記燃焼チャネルの前記第２の開放端に隣接して配置された第２の端部板であって、燃焼生成物を排出するように機能する排気ポートを有する第２の端部板と、
前記第２の開放端において前記燃焼チャネル内の燃料／酸化剤混合物を改善するための手段であって、前記第２の端部板に動作可能に配置された、改善するための手段と
を備える燃焼システム。
［形態１２］
形態１１に記載の燃焼システムであって、
前記改善するための手段は、流体を前記第２の開放端から前記入口ポートまで送出するための手段を備える
燃焼システム。
［形態１３］
形態１２に記載の燃焼システムであって、
前記送出するための手段は、前記燃焼チャネルの前記第２の開放端から流体を受け入れるように機能する導管を備える
燃焼システム。
［形態１４］
形態１３に記載の燃焼システムであって、
前記第２の開放端からの前記流体の流れを制御するための手段をさらに備える
燃焼システム。
［形態１５］
形態１１に記載の燃焼システムであって、
前記改善するための手段は、燃料を前記第２の開放端に供給するように機能する燃料噴射ポートを有する
燃焼システム。
［形態１６］
形態１１に記載の燃焼システムであって、
前記改善するための手段は、前記燃焼チャネルの前記第２の開放端と燃料を交換するように機能する空洞を有する
燃焼システム。
［形態１７］
燃焼システムであって、
複数の燃焼チャネルを有するウェーブロータを備え、
前記燃焼チャネルの各々は、第１の開放端および第２の開放端を有し、
前記燃焼システムは、さらに、
前記燃焼チャネルの前記第１の開放端に隣接して配置された第１の端部板であって、燃料および酸化剤を前記燃焼チャネルの中に受け入れるための入口ポートを有する第１の端部板と、
前記燃焼チャネルの前記第２の開放端に隣接して配置された第２の端部板であって、燃焼生成物を排出するように機能する排気ポートを有する第２の端部板と、
導管であって、該導管の第１の開口と第２の開口との間で延びる導管と
を備え、
前記第１の開口は、前記第２の端部板を介して少なくとも１つの第２の開放端と流体連通し、
前記第２の開口は、前記第１の端部板を介して少なくとも１つの第１の開放端と流体連通し、
前記導管は、前記少なくとも１つの第２の開放端から前記少なくとも１つの第１の開放端まで流体を送出するように機能する
燃焼システム。
［形態１８］
形態１７に記載の燃焼システムであって、
前記導管の前記第１の開口は、前記排気ポートと前記点火源との間で、前記ウェーブロータの回転方向における前記排気ポートの下流に配置される
燃焼システム。
［形態１９］
形態１７に記載の燃焼システムであって、
前記第２の端部板は、前記導管の前記第１の開口と、前記少なくとも１つの第２の開放端と、の間で流体連通する空洞を有する
燃焼システム。
［形態２０］
形態１９に記載の燃焼システムであって、
前記空洞は、前記第２の開放端に隣接する前記燃焼チャネル内に乱流を誘発するように構成された
燃焼システム。
［形態２１］
形態１９に記載の燃焼システムであって、
前記空洞に配置されたタービュレータであって、前記少なくとも１つの第２の開放端に乱流を誘発するように機能するタービュレータをさらに備える
燃焼システム。
［形態２２］
形態１７に記載の燃焼システムであって、
前記導管を通る前記流体の流れを制御するように機能する弁をさらに備える
燃焼システム。
【０００５】
本明細書の説明では添付の図面を参照する。図面では、いくつかの図全体にわたって同じ参照番号が同じ部品を指す。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の一実施形態によるエンジンの非限定的例のいくつかの態様の概略図である。
【図２】図２Ａおよび図２Ｂは、本発明の一実施形態による燃焼システムの非限定的例のいくつかの態様の概略図である。
【図３】図３Ａおよび図３Ｂは、本発明の一実施形態による燃焼システムの非限定的例のいくつかの態様の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本発明の原理の理解を促進する目的で、図面に示された諸実施形態を参照し、また諸実施形態を説明するのに特定の用語を用いる。とはいうものの、本発明の特定の実施形態の図および説明によって本発明の範囲が限定されるものではないことを理解されたい。加えて、図示および／または説明されている実施形態（１つまたは複数）のいかなる変更形態および／または修正形態も本発明の範囲内にあることが期待される。さらに、本明細書で図示および／または説明される、本発明が関係する当業者には通常想起されるであろう本発明の原理のいかなる他の適用例も本発明の範囲内にあることが期待される。
【０００８】
図面、特に図１を参照すると、本発明の一実施形態によるエンジン１０の非限定的例のいくつかの態様が概略的に図示されている。１つの形態では、エンジン１０はガスタービンエンジンである。エンジン１０は、圧縮機システム１２と、圧縮機システム１２と流体連通する燃焼システム１４と、燃焼システム１４と流体連通するタービンシステム１６と、を含む。１つの形態では、圧縮機システム１２、燃焼システム１４およびタービンシステム１６は、例えば圧縮機１２およびタービン１６の回転軸線であるエンジン中心線１８のまわりに配置される。他の実施形態では、他の配置が用いられることができる。様々な実施形態において、エンジン１０は、圧縮機システムおよび／またはタービンシステムを有していても、または有していなくてもよく、あるいは、圧縮機システムおよび／またはタービンシステムに加えて、追加のターボ機械構成要素を有していてもよい。いくつかの実施形態で、エンジン１０は、推進力を燃焼システム１４から直接発生させるダイレクト推進エンジンであり得る。別の実施形態では、燃焼システム１４は、ガスタービン推進システム用のガス発生器を形成することができ、あるいはガスタービンエンジントッピングサイクルに用いられることができる。さらに別の実施形態では、エンジン１０は、燃焼システム１４などの燃焼システムを用いる１つまたは複数の他の種類のエンジンであり得る。
【０００９】
図２Ａおよび図２Ｂを参照すると、１つの形態では、燃焼システム１４は、ウェーブロータ３０と、端部構造物５０と、端部構造物６０と、を有するウェーブロータシステムである。ウェーブロータ３０は、円周方向に間隔を置いて配置された複数の燃焼チャネル３２を含む。１つの形態では、燃焼チャネル３２は、円筒形の内壁３４、円筒形の外壁３６、および複数の隔壁３８によって形成される。隔壁３８により、内壁３４および外壁３６によって形成された環状部が仕切られて複数の燃焼チャネル３２になる。別の実施形態では、各燃焼チャネル３２は、他の形態をとること、他の機能部によって形成されること、および／または、近接して間隔が空けられること、および／または、互い違いにされた関係を有することができる。１つの形態では、燃焼チャネル３２は、断面の形がほぼ長方形であり、エンジン中心線１８と平行な軸線の長手方向に向けられる。別の実施形態では、燃焼チャネル３２は、半径方向、軸線方向および円周方向、またはこれらの組合せを含む、任意の１つまたは複数の方向に向けられた任意の形状、他の二次元的または三次元的に湾曲したチャネル、もしくは、特定の適用例に適した他の任意の形状であり得る。
【００１０】
それぞれの燃焼チャネル３２は、開放端４０および開放端４２を含み、これらの間に延びる。燃焼チャネル３２は、燃焼過程を収容する（すなわち、内部で燃焼過程が生じる）ように構成される。燃焼過程は、デフラグレーション燃焼および／またはデトネーション燃焼であり得る。様々な実施形態において、燃焼チャネル３２は、火炎加速器（図示せず）または他の装置を含むことができる。火炎加速器は、デフラグレーションからデトネーションへの移行（ＤＤＴ）が生じるのに十分な燃焼火炎前部を加速させるように構成することができる。あるいは、火炎加速器は、デトネーション燃焼過程へ移行させることなくデフラグレーション燃焼過程を加速させるように構成することができる。いくつかの実施形態では、火炎加速器は、ある動作条件ではＤＤＴを実現することなく、そして他の動作条件ではＤＤＴを実現しながら、デフラグレーション燃焼火炎前部を加速させるように構成されることができる。
【００１１】
本明細書で諸実施形態は、ウェーブロータ燃焼システムに関するものとして説明されるが、別の実施形態では他の形態をとることができることを理解されたい。例えば、いくつかの実施形態では、燃焼システム１４は、ロータリバルブ燃焼システムとすることができ、燃焼チャネル３２は、例えば、構成がウェーブロータ３０と類似の燃焼器であるが非回転式である固定式燃焼器の一部であり、端部構造物５０および６０は、燃焼チャネル３２に対して回転するロータリバルブである。別の実施形態では、ウェーブロータ３０および端部構造物５０，６０は、それぞれ、例えば別々の速度で、および／または、別々の方向に回転することができる。
【００１２】
図２Ａおよび図２Ｂと併せて図３Ａおよび図３Ｂを参照すると、端部構造物５０は、燃焼チャネル３２の開放端４０に隣接して配置される。１つの形態では、端部構造物５０は、ウェーブロータ３０内の燃焼生成物および圧力を封じ込めるために、開放端４０に近接して配置される。様々な実施形態では、例えばバネで装着された炭素封止リングである１つまたは複数の封止構成物は、例えば燃焼チャネル３２内であるウェーブロータ３０内の燃焼生成物および圧力を封じ込めるために、端部構造物５０とウェーブロータ３０の間に配置されることがある。
【００１３】
１つの形態では、端部構造物５０は入口ポート５２を含む。入口ポート５２は、開放端４０を燃料および酸化剤にさらして、開放端４０が燃料および酸化剤を燃焼チャネル３２の中に受け入れることができるように構成される。１つの形態では、燃料はＪＰ−５などの炭化水素燃料である。１つの形態では、酸化剤は空気である。別の実施形態では、他の種類の燃料および／または酸化剤を使用できる。
【００１４】
図示の例では、端部構造物５０は、封止板と呼ばれることがある端部板の形態で示されている。図示の形状は、本質的に概略的であり、例示的なものにすぎず、端部構造物５０は、ウェーブロータ３０の開放端４０に対する封止配置に適した任意の形状をとり得ることを理解されたい。加えて、開放端４０を露出させる単一のポート（入口ポート５２）のみが図示されているが、諸実施形態では、例えば、４ポートウェーブロータシステムまたは他のウェーブロータもしくはロータリバルブ燃焼システムにおけるような端部構造物５０内に追加の入口ポートを含み得ることを理解されたい。
【００１５】
端部構造物６０は、燃焼チャネル３２の開放端４２に隣接して配置される。１つの形態では、端部構造物６０は、ウェーブロータ３０内に燃焼生成物および圧力を封じ込めるために、開放端４２に近接して配置される。様々な実施形態では、例えばバネで装着された炭素封止リングである１つまたは複数の封止構成物は、例えば燃焼チャネル３２内であるウェーブロータ３０内に燃焼生成物および圧力を封じ込めるために、端部構造物６０とウェーブロータ３０との間に配置されることができる。
【００１６】
端部構造物６０は排気ポート６２を含む。排気ポート６２は、燃焼生成物を燃焼チャネル３２から放出するように構成される。１つの形態では、排気ポート６２は、入口ポート５２とは異なる円周方向の位置に中心が置かれる。入口ポート５２と排気ポート６２との間の位相関係は、適用例の必要に応じて変わり得る。図示の例では、端部構造物６０は、封止板と呼ばれることがある端部板の形態で示されている。図示の形状は、本質的に概略的であり例示的なものにすぎず、端部構造物６０は、ウェーブロータ３０の開放端４２に対する封止配置に適した任意の形状をとり得ることを理解されたい。加えて、開放端４２を露出させる単一のポート（排気ポート６２）のみが図示されているが、諸実施形態では、例えば、４ポートウェーブロータシステムまたは他のウェーブロータもしくはロータリバルブ燃焼システムにおけるような端部構造物６０内に追加の排気ポートを含むことができることを理解されたい。
【００１７】
点火源６４が端部構造物６０の中に配置される。点火源６４は、燃焼チャネル３２の隣接する開放端４２内で燃料／酸化剤混合物に点火するように構成される。１つの形態では、点火源６４は、端部構造物６０の開口に配置されたスパークプラグなどの点火器である。１つの形態では、点火源６４は、隣接する燃焼チャネル３２内で燃料／酸化剤混合物のデトネーション燃焼またはデフラグレーション燃焼を開始するように構成された高エネルギー火花放電装置である。別の実施形態では、点火源６４は、隣接する燃焼チャネル３２内でデフラグレーション燃焼を開始するように構成された点火器であり得る。さらに別の実施形態では、点火源６４は他の形態をとることがあり、この形態には、例えば、火炎もしくは別の燃焼過程を移動させるための、または、別の場所で開始された燃焼もしくは前段の燃焼チャネル３２から移動された燃焼の高温生成物を移動させるための端部構造物６０の開口が含まれる。
【００１８】
１つの形態では、燃焼システム１４の通常の動作中、端部構造物５０および端部構造物６０は固定であるのに対し、ウェーブロータ３０は方向８６に回転し、それによって各燃焼チャネル３２が入口ポート５２および排気ポート６２に順にさらされる。ウェーブロータ３０は、ベアリング（図示せず）によって支承される。別の実施形態では、端部構造物５０および６０のどちらかまたは両方が同じまたは異なる速度で回転して、各燃焼チャネル３２が入口ポート５２および排気ポート６２に順にさらされることができる。
【００１９】
１つの形態では、燃料９０および酸化剤９２は、それぞれの燃焼チャネルの開放端４０が入口ポート５２のところを通過するときに、燃料／酸化剤混合物９４として各燃焼チャネル３２の中に受け入れられる。１つの形態では、混合物９４が入口ポート５２の初めの部分５２Ｉから供給されるのに対し、酸化剤９２だけが入口ポート５２の最後の部分５２Ｆから供給される。１つの形態では、酸化剤９２は、圧縮機システム１２の排出部から受け入れられる。別の実施形態では、酸化剤９２は、特定の適用例の必要に応じて、任意の都合の良い供給源から加圧または非加圧で受け入れられ得る。１つの形態では、燃料９０は、入口ポート５２の上流で酸化剤９２中に燃料９０を噴射する１つまたは複数の噴射器９６によって供給される。別の実施形態では、燃料９０は、他の構成により、例えば、燃焼チャネル３２の中への直接噴射、および／または、入口ポート５２での噴射により供給されることができる。
【００２０】
例えば前の燃焼サイクルにおける、混合物９４の燃焼による燃焼生成物９８は、それぞれの燃焼チャネルの開放端４２が排気ポート６２のところを通過するときに、燃焼チャネル３２から開放端４２を経由し排気ポート６２を通して排出される。１つの形態では、ウェーブロータが方向８６に回転している間、任意の所与の燃焼チャネル３２が、開放端４０を介して入口ポート５２にさらされる前に開放端４２において排気ポート６２にさらされるように、入口ポート５２および排気ポート６２は、円周方向に互い違いに配置される。
【００２１】
１つの形態では、燃焼過程は定容（またはほぼ定容）燃焼過程であり、その結果、燃焼チャネル３２内の圧力が上昇することになる。例えば、デトネーション燃焼過程はほぼ定容燃焼過程であり、したがって、デトネーション燃焼を用いる実施形態は定容燃焼システムと考えられる。別の実施形態では、例えば、燃焼チャネル３２の構成、燃焼火炎前部（１つまたは複数）の速度、ならびに、追加の酸化剤９２が（燃料９０なしで）燃焼チャネル３２に供給されるかどうか、例えば、混合物９４が燃焼チャネル３２に供給された後に供給される任意の追加の酸化剤９２の量によって、デフラグレーション燃焼でも定容燃焼過程が生じることがあり得る。
【００２２】
燃焼チャネル３２が開放端４２を介して排気ポート６２にさらされると、燃焼生成物は、膨張し、排気ポート６２を通って排出される。ウェーブロータ３０の回転が継続されることで、燃焼チャネルはまた、入ってくる混合物９４に入口ポート５２を介してさらされる。いくつかの実施形態では、排気燃焼生成物９８の気体の動態が、燃焼チャネル３２の中への混合物９４の新規充填を引き込む助けになる。ウェーブロータ３０の方向８６の回転が継続されることで、各燃焼チャネル３２の開放端４２は、それが排気ポート６２の最後の部分６２Ｆを通過すると順次、閉鎖される。
【００２３】
１つの形態では、各燃焼チャネル３２が、ウェーブロータ３０の回転によって入口ポート５２の初めの部分５２Ｉを通り過ぎて入口ポート５２の最後の部分５２Ｆまで回転するにつれて、追加の酸化剤９２が開放端４０を介して燃焼チャネル３２の中に供給されて、端部構造物６０に向かう混合物９４の一部分の連続した移動によって燃焼チャネル３２の中に引き込まれる。一実施形態では、追加の酸化剤９２は、圧力擾乱（チャネル３２が排気ポート６２の最後の部分６２Ｆを通過してチャネル３２が順次閉鎖されることにより引き起こされる）が開放端４０に達するまで、燃焼チャネル３２の中に引き込まれる。別の実施形態では、追加の酸化剤９２は、開放端４０を介して燃焼チャネル３２の中に供給されて、混合物９４を端部構造物６０に向けて動的に押し出す。参照番号９５は、混合物９４と追加の酸化剤９２の間の境界面を示す。様々な実施形態において、各燃焼チャネル３２に供給される追加の酸化剤９２の量は変わり得る。いくつかの実施形態では、追加の酸化剤９２は供給されなくてもよい。
【００２４】
ウェーブロータ３０の連続した回転により、各燃焼チャネルが点火源６４を通り過ぎて回転し、点火源６４が混合物９４に点火し、それによって燃焼火炎前部１００が燃焼チャネル３２に沿って開放端４０の方に進み、その後に燃焼生成物９８が残る。いくつかの実施形態では、その燃焼速度の結果として、実質的な定容燃焼が生じる。いくつかの実施形態では、定容燃焼過程により生じる膨張燃焼生成物９８が酸化剤９２を圧縮し、酸化剤／混合物境界面９５が、燃焼チャネル３２の開放端４０に向かう流れ方向に進行する。この燃焼過程は、開放端４０に向かう方向に、混合物９４が燃焼過程によって消費されるまで継続して、加圧された酸化剤９２および燃焼生成物９８が燃焼チャネル３２に残ったままになる。いくつかの実施形態では、加圧された酸化剤９２は、様々な目的のために取り出すことができる。ウェーブロータ３０の連続した回転により、各燃焼チャネル３２は、最終的に排気ポート６２にさらされ、ここで燃焼生成物９８（および、いくつかの実施形態では追加の酸化剤９２の一部または実質的に全部）は、例えばタービン１６に向けて、そのように装備された実施形態において排出される。いくつかの実施形態では、燃焼生成物９８は、直接推力を得るために使用されてもよい。
【００２５】
いくつかの動作条件のもとでは、前の燃焼サイクルから一部残っている追加の酸化剤９２（および／または、実施形態および動作パラメータおよび／または他のパラメータに応じた、混合物９４および／または燃焼生成物９８）は、開放端４２の近傍のチャネル３２内に残ってもよく、図３Ａにおいて残留物Ｒとして識別される。また、燃焼チャネル３２の充填過程の間に、前のサイクルから残っている混合物９４と酸化剤９２との間の混合が起こってもよい。例えば、様々な実施形態の細部に応じて混合が誘発されてもよく、これは例えば、燃焼チャネル３２内の機能（図示せず）（例えば火炎加速器）によって、そのように装備された実施形態において誘発される粘性力や乱流、開放端４０および／または４２において発生することによって誘発される乱流、燃焼チャネルの湾曲によって引き起こされる二次流れパターンによる混合物およびガスの動き、ならびに、例えば遠心力および求心力および／または他の相互作用による半径方向および／または接線方向（円周方向）および／または軸線方向の燃焼チャネル内の圧力勾配に起因する。場合によって燃焼生成物９８の一部が混合される、混合物９４と酸化剤９２との混合により残留物Ｒが形成されるが、残留物Ｒが存在することは、開放端４２における混合物９４の燃料／酸化剤比に悪影響を及ぼし、このことが、点火源６４による混合物９４の点火に悪影響を及ぼすことがあり、また混合物９４の燃焼に悪影響を及ぼすことがある。
【００２６】
本発明の諸実施形態は、開放端４２の近傍の燃焼チャネル３２内の燃料／酸化剤混合比を改善する（高める）ための、例えば、残留物Ｒとの混合によってもたらされる、または、残留物Ｒが存在することに起因してもたらされる燃料／酸化剤比の不足を克服するための、１つまたは複数の機能を含む。いくつかのこのような燃料／酸化剤比改善機能部が図３Ａおよび図３Ｂに示されている。様々な実施形態において、このような改善機能部を１つだけ含むことができ、あるいは、このような改善機能部のいずれか、またはすべてを含むことができることを理解されたい。
【００２７】
１つの形態では、空洞６８の形態の改善機能部が使用される。空洞６８は、端部構造物６０に配置されるとともに、排気ポート６２と点火源６４との間で、ウェーブロータ３０の回転の方向８６における排気ポート６２の下流に配置される。１つの形態では、単一の空洞６８が使用される。別の実施形態では、複数の空洞６８が使用されてもよい。空洞６８は、燃焼チャネル３２の開放端４２の反対側に配置される。１つの形態では、空洞６８は、複数の燃焼チャネル３２にまたがる幅で構成され、複数の燃焼チャネル３２は空洞６８に常にさらされる。別の実施形態では、空洞６８は、単一の燃焼チャネル３２よりも小さい幅で構成されることができ、あるいは、排気ポート６２と点火源６４との間の任意の個数の燃焼チャネルをまたぐのに十分な幅で構成されることができる。図３Ａの描写では、空洞６８は、少なくとも３つの燃焼チャネルが空洞６８に同時にさらされるように構成された幅を有する。
【００２８】
燃焼システム１４の動作には、燃焼チャネル３２と端部構造物５０，６０との間の相対運動が含まれ、この相対運動には、排気ポート６２を通過し、次に空洞６８を通過し、次に点火源６４を通過して移動する、燃焼チャネル３２の開放端４２が含まれる。１つの形態では、空洞６８は、燃焼システム１４の動作時に、開放端４２を介して空洞６８と１つまたは複数の隣接する燃焼チャネル３２との間の流体交換を促進するように、例えばサイズおよび形状が構成される。別の実施形態では、空洞６８は、このような流体交換を促進するように構成されないことがある。
【００２９】
１つの形態では、空洞６８は、１つまたは複数の隣接する燃焼チャネル３２内で開放端４２を介して乱流を誘発するように構成される。例えば、いくつかの実施形態では、急峻な入口部分６８Ａと平滑な出口部分６８Ｂとが、開放端４２内に乱流を誘発する。諸実施形態ではまた、タービュレータ６９Ａおよび／または６９Ｂなどの乱流誘発機能部を含み得る。空洞６８の形状および任意のタービュレータの形状は、適用例の必要に応じて変わり得る。空洞６８は、所望の個数の燃焼チャネル３２をまたぐように形成することができる。開放端４２における空洞６８と燃焼チャネル３２との間の流体交換により、混合物９４は、端部構造物６０に隣接する燃焼チャネル３２の領域内において平衡状態に保たれる傾向がある。加えて、端部構造物６０に隣接する燃焼チャネル３２の領域内で所望のレベルの乱流を実現することが、点火の成功、および、結果として生じる混合物９４の高速燃焼を促進する助けになる。
【００３０】
開放端４２の近傍の燃焼チャネル３２内の燃料／酸化剤混合物９４を改善する別の機能部は、燃料供給源７２と流体連通する燃料噴射ポート７０を含む。燃料噴射ポート７０は、排気ポート６２と点火源６４との間、例えば、排気ポート６２の最後の部分６２Ｆと点火源６４との間で、ウェーブロータ３０の回転の方向８６における排気ポート６２の下流に配置される。１つの形態では、単一の燃料噴射ポート７０が使用される。別の実施形態では、複数の燃料噴射ポート７０が使用され得る。１つの形態では、燃料噴射ポート７０は、空洞６８を介して燃焼チャネル３２の開放端４２と流体連通する。別の実施形態では、燃料噴射ポート７０は、空洞６８に加えて、またはその代わりに、開放端４２に直接さらされ得る。燃料噴射ポート７０は、燃料を燃焼チャネル３２の開放端４２に供給するように、例えば、残留物Ｒと混合物９４とから生じるガス混合物の燃料／酸化剤比を修正するように機能する。かかる混合物９４は、例えば、追加の酸化剤９２および／または燃焼生成物９８によって希釈された混合物９４（例えば、残留物Ｒで希釈された混合物９４）である。燃料を燃焼チャネル３２の開放端４２に追加することによって、点火のための所望の燃料／酸化剤比が、例えば、方向８６の回転により後部端４２が点火源６４に接近するときにチャンバ３２内の後部端４２（開放端４２）のところで得られる。修正された混合物は、燃焼システム１４の動作中に、点火源６４を使用して引き続き点火される。
【００３１】
開放端４２の近傍の燃焼チャネル３２内の燃料／酸化剤混合物９４を改善する別の機能部は、開口８２と開口８３とを有する導管８０を含む。導管８０は、例えば、管、パイプ、継手、および／または芯が抜かれた通路である１つまたは複数の構成要素から作ることができる。導管８０の開口８２は、排気ポート６２と点火源６４との間で、ウェーブロータ３０の回転の方向８６における排気ポート６２の下流に配置される。１つの形態では、単一の導管８０が使用される。別の実施形態では、複数の導管８０が使用され得る。
【００３２】
開口８２は、端部構造物６０の開口８４を介して開放端４２と流体連通している。１つの形態では、開口８４は、空洞６８を介して燃焼チャネル３２の開放端４２と流体連通する。別の実施形態では、開口８４は、空洞６８に加えて、またはその代わりに、開放端４２に直接さらされることができる。導管８０は、燃焼チャネル３２の開放端４２から、例えば直接的に、および／または、空洞６８を介して流体を受け入れるように機能する。
【００３３】
１つの形態では、導管８０の開口８３は、燃焼チャネル３２の開放端４０と流体連通する。１つの形態では、開口８３は、入口ポート５２を介して開放端４０と流体連通する。別の実施形態では、開放端４０、または燃焼チャネル３２の他の部分を介して導管８０の開口８３と燃焼チャネル３２との間を流体連通させるために、別の方式が用いられてもよい。さらに別の実施形態では、開口８３は、例えば排気ポート６２である他の機能部と流体連通することができる。１つの形態では、導管８０は、燃焼チャネル３２の開放端４２から流体を送出するように構成される。１つの形態では、流体は、例えば入口ポート５２を介して、燃焼チャネル３２の開放端４０まで送出される。別の実施形態では、流体は他の場所に送出されでもよい。１つの形態では、気体の動態により、入口ポート５２にさらされたときの開放端４０の上流にある場所よりも高い圧力が開口８４の近傍の開放端４２に発生し、それによって、開口８４に隣接する開放端４２にある燃焼チャネル３２の内容物を導管８０の開口８３に向けて送出する原動力が得られる。別の実施形態では、流れを発生させるために別の手段が用いられることがある。いくつかの実施形態では、導管８０は、例えば混合物９４である流体を開放端４０の上流から開放端４２まで送出するように構成されてもよい。
【００３４】
流体を燃焼チャネル３２の開放端４２から除去することによって、ガス混合物Ｒは、開放端４２に隣接する燃焼チャネル３２の複数の部分から戻って満たす非希釈混合物９４に置き換えられる。非希釈混合物９４は、点火および燃焼に望ましい燃料／酸化剤比を有し、開放端４２からガス混合物Ｒが除去されると、開放端４２に引き込まれる。燃焼システム１４の動作中、非希釈混合物は、点火源６４を使用して引き続き点火される。１つの形態では、弁８８が、導管８０に結合されるとともに、開放端４２から例えば直接的に、および／または、空洞６８を介して引き出される流体の量を制御するように機能する。このような実施形態では、燃焼チャネル３２の開放端４０に向けて送出される流体の量は、燃焼システム１４の動作条件、例えば、出力、入口条件、ウェーブロータ３０の回転速度などに基づいて、弁８８によって制御することができる。いくつかの実施形態では、弁８８は閉じられるように構成されてもよく、それによって、例えば選択された動作条件で、開放端４２からの流体移動が阻止される。さらに別の実施形態では、弁８８などの弁を使用しなくてもよい。
【００３５】
様々な実施形態において、上記機能のうちの１つ以上が、開放端４２における混合物の燃料／酸化剤比を高めるために使用され得る。いくつかの実施形態では、上記機能のそれぞれが使用され得る。機能の一部は、いくつかの動作条件で作動され、他の動作条件では非作動にされてもよい。いくつかの実施形態では、すべての動作条件の間、一部の機能が作動したままであってもよい。
【００３６】
本発明の諸実施形態はエンジンを含み、このエンジンは、燃焼システムを含む。この燃焼システムは、複数の燃焼チャネルを含む。燃焼チャネルの各々は、燃焼チャネルの第１の開放端と第２の開放端との間で延びる。燃焼システムは、さらに、燃焼チャネルの第１の開放端に隣接して配置された第１の端部構造物であって、第１の開放端が燃料および酸化剤を燃焼チャネルの中に受け入れることが可能なように構成された入口ポートを有する第１の端部構造物と、燃料および酸化剤に点火するように機能する点火源と、燃焼チャネルの第２の開放端に隣接して配置された第２の端部構造物であって、燃焼チャネルから燃焼生成物を排出するように構成された排気ポートを有するとともに、排気ポートと点火源との間に配置された空洞を有する第２の端部構造物と、を含む。この燃焼システムの動作には、燃焼チャネルと第１および第２の端部構造物との間の相対運動が含まれ、相対運動には、燃焼チャネルの第２の開放端と第２の端部構造物との間の相対的移動が含まれ、第２の開放端は排気ポートにさらされ、次に空洞にさらされ、次に点火源にさらされる。
【００３７】
改良形態では、エンジンはウェーブロータをさらに備え、複数の燃焼チャネルはウェーブロータ内に配置される。
【００３８】
別の改良形態では、第１および第２の端部構造物は固定封止板である。
【００３９】
さらに別の改良形態では、空洞は、第２の開放端を介して空洞と、隣接する燃焼チャネルと、の間でのガス混合物交換を促進する寸法である。
【００４０】
さらに別の改良形態では、空洞は、少なくとも３つの燃焼チャネルが空洞に同時にさらされるように構成された幅を有する。
【００４１】
さらに別の改良形態では、エンジンは、空洞と流体連通する導管をさらに備え、この導管は、空洞から流体を受け入れるように機能する。
【００４２】
さらに別の改良形態では、エンジンは、導管に結合された弁であって、空洞から受け入れられる流体の量を制御するように機能する弁をさらに備える。
【００４３】
さらに別の改良形態では、導管は、入口ポートとも流体連通するとともに、受け入れられた流体を入口ポートに向けて送出するように機能する。
【００４４】
さらに別の改良形態では、エンジンは、第２の端部構造物において第１の燃焼チャネルから流体を受け入れる導管であって、この流体を第１の端部構造物において第２の燃焼チャネルまで送出するように機能する導管をさらに備える。
【００４５】
さらに別の改良形態では、エンジンは、第２の端部構造物内に配置された燃料噴射ポートであって、燃焼チャネルの第２の開放端に燃料を供給するように機能する燃料噴射ポートをさらに備える。
【００４６】
本発明の諸実施形態は燃焼システムを含み、この燃焼システムは、複数の燃焼チャネルを有するウェーブロータを含む。燃焼チャネルの各々は、第１の開放端および第２の開放端を有する。燃焼システムは、さらに、燃料および酸化剤に点火するように機能する点火源と、燃焼チャネルの第１の開放端に隣接して配置された第１の端部板であって、燃料および酸化剤を燃焼チャネルの中に受け入れるための入口ポートを含む第１の端部板と、点火源を受け入れるように構成され、かつ、燃焼チャネルの第２の開放端に隣接して配置された第２の端部板であって、燃焼生成物を排出するように機能する排気ポートを含む第２の端部板と、第２の開放端において燃焼チャネル内の燃料／酸化剤混合物を改善するための手段であって、第２の端部板に動作可能に配置される、改善するための手段と、を備える。
【００４７】
改良形態では、改善するための手段は、流体を第２の開放端から入口ポートまで送出するための手段を含む。
【００４８】
別の改良形態では、送出するための手段は、燃焼チャネルの第２の開放端から流体を受け入れるように機能する導管を含む。
【００４９】
さらに別の改良形態では、燃焼システムは、第２の開放端からの流体の流量を制御するための手段をさらに備える。
【００５０】
さらに別の改良形態では、改善するための手段は、燃料を第２の開放端に供給するように機能する燃料噴射ポートを含む。
【００５１】
さらに別の改良形態では、改善するための手段は、燃焼チャネルの第２の開放端と燃料を交換するように機能する空洞を含む。
【００５２】
本発明の諸実施形態は燃焼システムを含み、この燃焼システムは、複数の燃焼チャネルを有するウェーブロータを含む。燃焼チャネルの各々は、第１の開放端および第２の開放端を有する。燃焼システムは、さらに、燃焼チャネルの第１の開放端に隣接して配置された第１の端部板であって、燃料および酸化剤を燃焼チャネルの中に受け入れるための入口ポートを含む第１の端部板と、燃焼チャネルの第２の開放端に隣接して配置された第２の端部板であって、燃焼生成物を排出するように機能する排気ポートを含む第２の端部板と、導管であって、当該導管の第１の開口と第２の開口との間で延びる導管と、を備え、第１の開口は、第２の端部板を介して少なくとも１つの第２の開放端と流体連通し、第２の開口は、第１の端部板を介して少なくとも１つの第１の開放端と流体連通し、導管は、少なくとも１つの第２の開放端から少なくとも１つの第１の開放端まで流体を送出するように機能する。
【００５３】
改良形態では、導管の第１の開口は、排気ポートと点火源との間で、ウェーブロータの回転方向における排気ポートの下流に配置される。
【００５４】
別の改良形態では、第２の端部板は、導管の第１の開口と、少なくとも１つの第２の開放端と、の間で流体連通する空洞を含む。
【００５５】
さらに別の改良形態では、空洞は、第２の開放端に隣接する燃焼チャネル内に乱流を誘発するように構成される。
【００５６】
さらに別の改良形態では、燃焼システムは、前記空洞に配置されたタービュレータであって、少なくとも１つの第２の開放端に乱流を誘発するように機能するタービュレータをさらに備える。
【００５７】
さらに別の改良形態では、燃焼システムは、導管を通る流体の流れを制御するように機能する弁をさらに備える。
【００５８】
本発明を、現在最も実際的で好ましい実施形態と考えられるものに関連して説明してきたが、本発明は開示された実施形態（１つまたは複数）に限定されるべきではなく、むしろ添付の特許請求の範囲の趣旨および範囲内に含まれる様々な修正形態および等価の構成物を包含するものであり、この範囲は、法の下に許容されるこのようなすべての修正形態および等価の構成物を包含するように、最も広い解釈が許されることを理解されたい。さらに、上記の説明における好ましい（preferable）、好ましくは（preferably）、または好ましい（preferred）という語の使用は、そのように説明された特徴がより望ましい可能性があることを示すとはいえ、その特徴が必ずしも必要ではないこともあり、その特徴を欠いている任意の実施形態も、添付の特許請求の範囲によって範囲が定義される本発明の範囲内のものとして期待され得ることを理解されたい。特許請求の範囲を解釈することにおいて、「１つの（a）」、「１つの（an）」、「少なくとも１つの（aｔ least one）」、「少なくとも一部分の（aｔ least a portion）」などの語が用いられる場合、特許請求の範囲を１つだけの物に限定する意図のないことが、特にそれとは反対に特許請求の範囲に述べられていない限り、意図されている。さらに、「少なくとも一部分（aｔ least a portion）」および／または「一部分（a portion）」という用語が使用される場合、その物は、特にそれとは反対に特定的に述べられていない限り、物の一部分および／または全体を含み得る。
【符号の説明】
【００５９】
１０…エンジン
１２…圧縮機（圧縮機システム）
１４…燃焼システム
１６…タービン（タービンシステム）
１８…エンジン中心線
３０…ウェーブロータ
３２…燃焼チャネル
３４…内壁
３６…外壁
３８…隔壁
４０，４２…開放端
５０…端部構造物
５２…入口ポート
６０…端部構造物
６２…排気ポート
６４…点火源
６８…空洞
６８Ａ…入口部分
６８Ｂ…出口部分
６９Ａ…タービュレータ
７０…燃料噴射ポート
７２…燃料供給源
８０…導管
８２，８３，８４…開口
８６…方向
８８…弁
９０…燃料
９２…酸化剤
９４…混合物
９５…酸化剤／混合物境界面
９６…噴射器
９８…燃焼生成物
１００…燃焼火炎前部
Ｒ…残留物（ガス混合物）
【図１】
0006005061.tif 000002
【図２Ａ】
0006005061.tif 000003
【図２Ｂ】
0006005061.tif 000004
【図３Ａ】
0006005061.tif 000005
【図３Ｂ】
0006005061.tif 000006