(57)【要約】第１軸の周囲で回転でき、湾曲面で境界を画した少なくとも１つの凹部を周辺に有する第１回転子と；第１回転子が回転するべく周囲に配置されている固定子と；第１軸と平行な第２軸の周囲で第１回転子とは逆の回転が可能であり、湾曲面で境界を画した少なくとも１つの半径方向ローブを有する第２回転子と；第１回転子と第２回転子の湾曲凹部とローブ面との間に画定された容量が段階的に増減する臨時室を生成するために相互合致回転するように結合した第１および第２回転子と；内部に回転子が封入されているハウジングとを備え、ハウジングは、内部係合回転子の端面と接合する端面を有し；凹状回転子内の少なくとも１つの凹部内へ、またはここから気体が流れられるよう配置された回転子ポートをさらに備え、ポートは複数の寸法を有し、この寸法のうちの少なくとも１つが、固定子の最外限度と凹状回転子内の凹部の最小半径との間の距離よりも長いロータリー装置。
2007537395.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータリー装置であり：
第１軸の周囲で回転でき、湾曲面で境界を画した少なくとも１つの凹部を周辺に有する第１回転子と；
前記第１回転子が回転するべく周囲に配置されている固定子と；
前記第１軸と平行な第２軸の周囲で前記第１回転子とは逆の回転が可能であり、湾曲面で境界を画した少なくとも１つの半径方向ローブを有する第２回転子と；
前記第１回転子と第２回転子の前記湾曲凹部とローブ面との間に画定された容量が段階的に増減する臨時室を生成するために相互合致回転するように結合した第１および第２回転子と；
内部に前記回転子が封入されているハウジングとを備え、前記ハウジングは、前記内部係合回転子の端面と接合する端面を有し；
前記凹状回転子内の前記少なくとも１つの凹部内へ、またはここから気体が流れられるよう配置された回転子ポートをさらに備え、前記ポートは複数の寸法を有し、前記寸法のうちの少なくとも１つが、前記固定子の最外限度と前記凹状回転子内の凹部の最小半径との間の距離よりも長い、ロータリー装置。
【請求項２】
前記第１および第２回転子の各々は、対応する軸に沿って離間した端面をそれぞれ有し、前記回転子ポートは前記端面のうちの１つの内部に設けられており、前記ハウジングの前記端面の１つは、前記少なくとも１つの回転子ポートと連通するための、少なくとも１つの関連したポートを有し、前記凹状回転子のポートと前記ハウジングのポートは、前記回転子の回転中における、前記凹状回転子とハウジングの接合端面の動作によってバルビングを行い；
前記凹状回転子は、前記凹状回転子の前記少なくとも１つのポートを画定する弁部分と、前記少なくとも１つの凹部を画定する主要部分とを有し、前記弁部分と前記主要部分は、前記凹状回転子の軸に沿って並んで配置されており、前記凹状回転子上の前記少なくとも１つのポートと、前記ハウジング上の少なくとも１つのポートの各々は、前記凹状回転子の前記軸から半径方向外方に、前記凹状回転子内の凹部の最内限度を超えて少なくとも或る距離で延びている、請求項１に記載のロータリー装置。
【請求項３】
前記少なくとも１つの回転子ポートと、前記ハウジング上の前記少なくとも１つのポートは、前記凹状回転子内の凹部の最内限度の半径方向外方の位置のみに配置されるようにそれぞれ位置決めされている、請求項２に記載のロータリー装置。
【請求項４】
前記凹状回転子の前記弁部分は、前記凹状回転子の軸に対して垂直に延びた端壁を備え、前記回転子凹部の一端の閉鎖部分に配置されている、請求項２または３のいずれか１項に記載のロータリー装置。
【請求項５】
前記回転子凹部の他端は、前記ハウジングのさらなる端壁によって閉鎖されている、請求項４に記載のロータリー装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つの回転子ポートは、前記凹状回転子の１番目の端部壁を通るポートである、請求項４または５のいずれか１項に記載のロータリー装置。
【請求項７】
前記弁部分はディスクを備え、前記ディスクは、前記第１軸に対して垂直で、これと同軸であり、前記第１の凹状回転子の前記主要部分と共に回転するように配置されている、請求項４〜６のいずれか１項に記載のロータリー装置。
【請求項８】
前記湾曲面は、前記ローブが前記凹部を通る間に、前記凹面が、前記ローブの先端と前記ローブ上の、前記ローブ面に沿って前進する可動場所との両方によって、連続的にスイープされ、これにより前記臨時室が画定されるような等高を有する、前出の任意の請求項のいずれか１項に記載のロータリー装置。
【請求項９】
前記少なくとも１つの凹部と少なくとも１つのローブの各々は、軸方向に螺旋状に延びている、前出の任意の請求項のいずれか１項に記載のロータリー装置。
【請求項１０】
前記第１の凹状回転子の回転速度は、装置の前記第２のローブ回転子の回転速度よりも遅く、全数の１：１未満である、前出の任意の請求項のいずれか１項に記載のロータリー装置。
【請求項１１】
前記第１、第２回転子のそれぞれは、等角的に離間した凹部を有し、さらに、前記凹状回転子に対する前記ローブ付き回転子の速度比率として、ローブの数に対する凹部の数と同じ比率のローブを有する、請求項１０に記載のロータリー装置。
【請求項１２】
前記回転子はハウジング内に封入されており、前記ハウジングは、第１および第２回転子と同軸で、これと滑動密封を形成する第１、第２弧状凹部を有し、これにより、前記ローブが前記第１回転子内の凹部を通過する前および／または後の回転の一部について、前記回転子と前記ハウジングの間に、段階的に容量を増減する追加の臨時室が画定され、これにより、前記回転子どうしの間の臨時室との連通が行われる、前出の任意の請求項のいずれか１項に記載のロータリー装置。
【請求項１３】
前記固定子はシリンダであり、少なくとも１つの凹部上に設けられたポートを備えており、前記回転子が軸に対して回転すると、前記固定子シリンダ上のポートと前記回転子ポートが周期的に整列し、前記凹部は、前記固定子シリンダと、前記固定子シリンダと回転可能かつ滑動可能に係合して配置された前記第１回転子の内部円筒面との相互作用によってバルビングされる、請求項１に記載のロータリー装置。
【請求項１４】
前記固定子シリンダおよび回転子の各々上のポートは、前記回転子に関連して軸方向に延びている、請求項１３に記載のロータリー装置。
【請求項１５】
前記固定子シリンダと前記回転子の各々上のポートは、前記回転子の軸長さと実質的に等しい長さで延びている、請求項１４に記載のロータリー装置。
【請求項１６】
前記回転子はハウジング内に封入されており、前記ハウジングは、第１および第２回転子と同軸で、これと滑動密封を形成する第１、第２弧状凹部を有し、これにより、前記ローブが前記第１回転子内の凹部を通過する前および／または後の回転の一部について、前記回転子と前記ハウジングの間に、段階的に容量を増減する追加の臨時室が画定され、これにより、前記回転子どうしの間の臨時室との連通が行われる、請求項１３〜１５のいずれか１項に記載のロータリー装置。
【請求項１７】
ロータリー装置であり：
第１軸の周囲で回転でき、湾曲面で境界を画した少なくとも１つの凹部を周辺に有する第１回転子と；
前記第１軸と平行な第２軸の周囲で前記第１回転子とは逆の回転が可能であり、湾曲面で境界を画した少なくとも１つの半径方向ローブを有する第２回転子と；
前記第１回転子と第２回転子の前記湾曲凹部とローブ面との間に画定された容量が段階的に増減する臨時室を生成するために相互合致回転するように結合した第１および第２回転子と；
内部に前記回転子が封入されているハウジングとを備え、前記ハウジングは、前記内部係合回転子の端面と接合する端面を有し；
前記第１回転子が回転するべく周囲に配置されている固定子シリンダをさらに備え、前記固定子シリンダは中空円筒形部材であり、前記中空円筒形部材は、これに対応する、第１回転子内の寸法の中空円筒形ボア内に取り付けられ、また、この上に配置されたポートを有し、前記ポートを介して、前記固定子シリンダ内部と外部の連通が可能になり；
前記第１固定子内の凹部は、前記回転子内の前記中心ボアと前記凹部の間の連通を可能にする少なくとも１つのポートを有し、前記固定子シリンダ上のポートと、前記回転子上のポートの各々は、前記回転子が前記固定子シリンダに関連して回転すると、前記ポートが周期的に整列できるように構成されている、ロータリー装置。
【請求項１８】
前記第１の凹状回転子の前記端面の１つは、前記回転子の少なくとも１つの凹部と連通する少なくとも１つの回転子ポートを有し、前記ハウジングの前記端面の１つは、これに関連した、前記少なくとも１つの回転子ポートと連通するための少なくとも１つのポートを有し、前記凹状回転子のポートとハウジングは、前記回転子の回転中に、前記凹状回転子とハウジングの接合端面の動作によってバルビングされ；
前記凹状回転子は、前記少なくとも１つの回転子ポートを画定する弁部分と、前記少なくとも１つの凹部を画定する主要部分とを含んでおり、この場合、前記弁部分と前記主要部分は前記凹状回転子の軸に沿って並んで配置され、また、前記凹状回転子上の少なくとも１つのポートと、前記ハウジング上の前記少なくとも１つのポートの各々は、前記凹状回転子の軸から半径方向外方へ、前記凹状回転子の凹部の最内限度を越えて少なくとも或る距離で延びている、請求項１７に記載のロータリー装置。
【請求項１９】
ロータリー装置であり：
第１軸の周囲で回転でき、湾曲面で境界を画した少なくとも１つの凹部を周辺に有する第１回転子を備え、前記第１回転子はその軸に沿って離間した端面を有し；
前記第１軸と平行な第２軸の周囲で前記第１回転子とは逆の回転が可能であり、湾曲面で境界を画した少なくとも１つの半径方向ローブを有する第２回転子をさらに備え、前記第２回転子はその軸に沿って離間した端面を有し；
前記第１回転子と第２回転子の前記湾曲凹部とローブ面との間に画定された容量が段階的に増減する臨時室を生成するために相互合致回転するように結合した第１および第２回転子と；
内部に前記回転子が封入されているハウジングとを備え、前記ハウジングは、前記内部係合回転子の端面と接合する端面を有し；
前記第１の凹状回転子の前記端面の１つは、前記回転子の少なくとも１つの凹部と連通する少なくとも１つのポートを有し、前記ハウジングの前記端面の１つは、これに関連した、前記少なくとも１つの回転子ポートと連通するための少なくとも１つのポートを有し、前記凹状回転子のポートと前記ハウジングのポートは、前記回転子の回転中に、前記凹状回転子と前記ハウジングの接合端面の動作によってバルビングされ；
前記凹状回転子は、前記凹状回転子の前記少なくとも１つのポートを画定する弁部分と、前記少なくとも１つの凹部を画定する主要部分とを有し、前記弁部分と前記主要部分は、前記凹状回転子の軸に沿って並んで配置されており、前記凹状回転子上の前記少なくとも１つのポートと、前記ハウジング上の少なくとも１つのポートの各々は、前記凹状回転子の前記軸から半径方向外方に、前記凹状回転子内の凹部の最内限度を超えて少なくとも或る距離で延びている、ロータリー装置。
【請求項２０】
別個のロータリー圧縮区間および拡張区間と、これらの各々と連通している入口ポートと出口ポートを具備した燃焼室とを備え、前記圧縮区間と拡張区間の各々は前出の請求項のいずれか１項に記載されたロータリー装置である内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体流体を拡張および／または圧縮するためのロータリー装置と、例えばロータリー装置を含むエンジンとに関する。気体流体という用語は、内燃機関内部の、燃料と空気の混合物を含む圧縮可能な流体を意味する。
【背景技術】
【０００２】
ＷＯ−Ａ−９１／０６７４７、ＵＳ６，１６８，３８５Ｂ、ＵＳ６，１７６，６９５Ｂでは、気体流体を拡張および／または圧縮するためのロータリー装置が開示されている。このロータリー装置は、逆回転し、相互に噛合うべく結合した第１回転子と第２回転子を設けており、回転子の回転の一部について、第１回転子と第２回転子の間に、回転子が回転すると容量が段階的に増減する臨時室が画定されている。バルビングされたポートにより、圧縮された気体流体の流れが可能になる。
【０００３】
ロータリー装置は２つの主要形態を有する。第１の形態は、別個のロータリー圧縮区間と拡張区間を装備した内燃機関であり、第２の形態は、気体圧縮機である。第１形態では、内燃室は、圧縮室および拡張室とそれぞれ連通するバルビングされた入口ポートおよび出口ポートを備えている。これら区間の各々は、第１軸周囲で回転でき、その周辺に湾曲面によって境界を画した凹部を設けた第１回転子と；第１軸と平行な第２軸周囲で、第１回転子とは逆に回転でき、湾曲面により境界を画した半径方向ローブを設けた第２回転子とを備えており、これらの回転子が回転中に相互に噛合う。
【０００４】
これら回転子の間に、容量が段階的に増加（拡張区間）または減少（圧縮区間）する臨時室が画定される。回転子は相対速度比率、好ましくは２：３の比率にて回転でき、また、等高を有するため、ローブが凹部を通過する最中に、凹状面が、ローブの先端と、ローブ面に沿って前進するローブ上の可動場所との両方によって連続的にスイープされて、臨時室が画定される。
【０００５】
第２形態は流体圧縮機に関連する。この流体圧縮機では、１対の回転子が圧縮可能な流体を圧縮し、これを受容体内へ搬送するべく機能する。受容体内の受容体圧力は流体源の圧力よりも実質的に大きい。１対の回転子を駆動することで流体を圧縮し、その圧力を供給源の圧力から受容体の圧力にまで上昇させるために、外部原動機によって電力が供給される。
【特許文献１】ＷＯ−Ａ−９１／０６７４７
【特許文献２】ＵＳ６，１６８，３８５Ｂ
【特許文献３】ＵＳ６，１７６，６９５Ｂ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これら従来技術の装置の両方の形態では、１対の閉鎖嵌合する側壁の間で、回転子の相互作用が生じる。これら側壁の一方は、これが負荷の圧縮または拡張のどちらを実行しているかに従って、回転子へ、または回転子から流体負荷を搬送するためのポートを装備している。回転子／回転子要素の間、回転子／固定子要素の間に機械的密封または液体密封が設けられることにより、これらの機械の動作中における気体漏出が減少するか、ほぼ排除される。しかし、回転子どうしの間の相互作用の性質のために、このような密封部が確実に適所に維持されて、有効寿命にわたって有効に動作することは困難である。どのような場合にも、このような密封部の使用には、これによって生じる機械摩擦が引き起こす相当な欠点が伴う。
【０００７】
流体圧縮機では、回転子の複数の対が圧縮可能な流体を圧縮し、これを受容体内へ搬送するべく機能し、この受容体内で受容体の圧力は流体源の圧力よりも相当に高い。外部原動機によって電力が供給されることで、１対の回転子が駆動され、流体が圧縮され、その圧力が供給源の圧力から受容体の圧力にまで上昇される。正変位圧縮機の効率的な動作では、負荷の受容体内への搬送を開始する前に、流体負荷の圧力を、受容体の圧力と等しいレベルにまで上昇させておくことが望ましい。ＷＯ−Ａ−９１／０６７４７に開示されている回転子システムでは、搬送通路がポートの上を通る際に、凹部回転子の搬送通路と連通するポートが側壁に設けられている。
【０００８】
この配置は、ポートを介した搬送開始のタイミングを制御する望ましい手段を提供するが、これにより、提供可能なポートの最大寸法が制限されてしまう。これは、凹部回転子の端面付近に位置する、連通に使用できる範囲が、回転子の凹部が到達した最小半径よりも小さい半径にて回転子内に設けられている必要があるためである。これにより、ポートに使用できる範囲が、ローブのスイープのない、凹部回転子の中心から短い距離で離れたその場所のために制限されてしまう。ポートにて規制された流れ容量によって、圧縮機の動作速度が不当に制限されないことが望ましい。したがって、ポートとその連通の両方を配置する手段を提供することが望ましい。
【０００９】
ＷＯ−Ａ−９１／０６７４７に開示されている回転子システムを装備したロータリー内燃機関では、回転子は正変位および負変位システムとして機能するため、エンジンの熱力学的周期全体を通じて作業流体内の容量が変化する。このような内燃機関では、圧縮機臨時室とエキスパンダ臨時室のそれぞれと連通する燃焼室ポートにて規制された流れ容量によって、エンジンの動作速度が不当に制限されないことが望ましい。したがって、両方の燃焼室ポートの流れ容量を向上させるための手段と、それぞれについての、臨時室および拡張室と連通するための連通手段とを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の局面によればロータリー装置が得られ、このロータリー装置は：第１軸の周囲で回転でき、湾曲面で境界を画した少なくとも１つの凹部を周辺に有する第１回転子と；前記第１回転子が回転するべく周囲に配置されている固定子とを備え，固定子は気体が流れるための通路を画定できるよう十分大きな半径を有し；前記第１軸と平行な第２軸の周囲で前記第１回転子とは逆の回転が可能であり、湾曲面で境界を画した少なくとも１つの半径方向ローブを有する第２回転子と；前記第１回転子と第２回転子の前記湾曲凹部とローブ面との間に画定された容量が段階的に増減する臨時室を生成するために相互合致回転するように結合した第１および第２回転子と；内部に前記回転子が封入されているハウジングとを備え、前記ハウジングは、前記内部係合回転子の端面と接合する端面を有し；前記凹状回転子内の前記少なくとも１つの凹部と連通する回転子ポートをさらに備え、前記ポートは複数の寸法を有し、前記寸法のうちの少なくとも１つが、前記固定子の最外限度と前記凹状回転子内の凹部の最小半径との間の距離よりも長い。
【００１１】
好ましくは、前記第１および第２回転子の各々は、対応する軸に沿って離間した端面をそれぞれ有し、前記回転子ポートは前記端面のうちの１つの内部に設けられており、前記ハウジングの前記端面は、前記少なくとも１つの回転子ポートと連通するための、少なくとも１つの関連したポートを有し、前記凹状回転子のポートと前記ハウジングのポートは、前記回転子の回転中における、前記凹状回転子とハウジングの接合端面の動作によってバルビングを行い；前記凹状回転子は、前記凹状回転子の前記少なくとも１つのポートを画定する弁部分と、前記少なくとも１つの凹部を画定する主要部分とを有し、前記弁部分と前記主要部分は、前記凹状回転子の軸に沿って並んで配置されており、前記凹状回転子上の前記少なくとも１つのポートと、前記ハウジング上の少なくとも１つのポートの各々は、前記凹状回転子の前記軸から半径方向外方に、前記凹状回転子内の凹部の最内限度を超えて少なくとも或る距離で延びている。
【００１２】
固定子はポートを備えた固定子シリンダであることが好ましい。少なくとも１つの凹部には、関連する回転子ポートが設けられており、回転子が固定子シリンダに関連して回転すると、固定子シリンダ上のポートと回転子上のポートが周期的に整列し、また、凹部は、固定子シリンダと、固定子シリンダと回転可能かつ滑動可能に係合した第１回転子の内部円筒形面との間の相互作用によってバルビングされている。
【００１３】
本発明の第２局面によればロータリー装置が得られ、このロータリー装置は：第１軸の周囲で回転でき、湾曲面で境界を画した少なくとも１つの凹部を周辺に有する第１回転子と；前記第１軸と平行な第２軸の周囲で前記第１回転子とは逆の回転が可能であり、湾曲面で境界を画した少なくとも１つの半径方向ローブを有する第２回転子と；前記第１回転子と第２回転子の前記湾曲凹部とローブ面との間に画定された容量が段階的に増減する臨時室を生成するために相互合致回転するように結合した第１および第２回転子と；内部に前記回転子が封入されているハウジングとを備え、前記ハウジングは、前記内部係合回転子の端面と接合する端面を有し；前記第１軸は中空円筒形部材を含み、前記中空円筒形部材は、これに対応する、第１回転子内の寸法の中空円筒形ボア内に取り付けられ、また、この上に配置されたポートを有し、前記ポートを介して、前記固定子シリンダ内部と外部の連通が可能になり；前記第１固定子内の凹部は、前記回転子内の前記中心ボアと前記凹部の間の連通を可能にする少なくとも１つのポートを有し、前記第１軸上のポートと、前記回転子上のポートの各々は、前記回転子が前記第１軸に関連して回転すると、前記ポートが周期的に整列できるように構成されている。
【００１４】
本発明の第３局面によればロータリー装置が得られ、このロータリー装置は：第１軸の周囲で回転でき、湾曲面で境界を画した少なくとも１つの凹部を周辺に有する第１回転子とを備え、前記第１回転子はその軸に沿って離間した端面を有し；前記第１軸と平行な第２軸の周囲で前記第１回転子とは逆の回転が可能であり、湾曲面で境界を画した少なくとも１つの半径方向ローブを有する第２回転子をさらに備え、前記第２回転子はその軸に沿って離間した端面を有し；前記第１回転子と第２回転子の前記湾曲凹部とローブ面との間に画定された容量が段階的に増減する臨時室を生成するために相互合致回転するように結合した第１および第２回転子と；内部に前記回転子が封入されているハウジングとを備え、前記ハウジングは、前記内部係合回転子の端面と接合する端面を有し；前記第１の凹状回転子の前記端面の１つは、前記回転子の少なくとも１つの凹部と連通する少なくとも１つのポートを有し、前記ハウジングの前記端面の１つは、これに関連した、前記少なくとも１つの回転子ポートと連通するための少なくとも１つのポートを有し、前記凹状回転子のポートと前記ハウジングのポートは、前記回転子の回転中に、前記凹状回転子と前記ハウジングの接合端面の動作によってバルビングされ；前記凹状回転子は、前記凹状回転子の前記少なくとも１つのポートを画定する弁部分と、前記少なくとも１つの凹部を画定する主要部分とを有し、前記弁部分と前記主要部分は、前記凹状回転子の軸に沿って並んで配置されており、前記凹状回転子上の前記少なくとも１つのポートと、前記ハウジング上の少なくとも１つのポートの各々は、前記凹状回転子の前記軸から半径方向外方に、前記凹状回転子内の凹部の最内限度を超えて少なくとも或る距離で延びている。
【００１５】
前記少なくとも１つの回転子ポートと、前記ハウジング上の前記少なくとも１つのポートは、前記凹状回転子内の凹部の最内限度の半径方向外方の位置のみに配置されるようにそれぞれ位置決めされていることが遥かに好ましい。
【００１６】
本発明による装置の便利な形態の構造では、前記凹状回転子の前記弁部分は、前記凹状回転子の軸に対して垂直に延びた端壁を備え、前記回転子凹部の一端の閉鎖部分に配置されている。前記回転子凹部の他端は、前記ハウジングのさらなる端壁によって閉鎖されている。好都合なことに、前記少なくとも１つの回転子ポートは、前記凹状回転子の１番目の端部壁を通るポートである。また好都合なことに、前記弁部分はディスクを備え、前記ディスクは、前記第１軸に対して垂直で、これと同軸であり、前記第１の凹状回転子の前記主要部分と共に回転するように配置されている。
【００１７】
前記湾曲面は、前記ローブが前記凹部を通る間に、前記凹面が、前記ローブの先端と前記ローブ上の、前記ローブ面に沿って前進する可動場所との両方によって、連続的にスイープされ、これにより前記臨時室が画定されるような等高を有することが特に好ましい。
【００１８】
凹部とローブが軸方向に一様に延びた状態で、回転子を軸方向に一様に配置することができるが、前記少なくとも１つの凹部と少なくとも１つのローブの各々は、軸方向に螺旋状に延びていることが遥かに好ましい。
【００１９】
前記第１の凹状回転子の回転速度は、装置の前記第２のローブ回転子の回転速度よりも遅く、全数の１：１未満であることが好ましい。
【００２０】
さらに、前記第１、第２回転子のそれぞれは、等角的に離間した凹部を有し、さらに、前記凹状回転子に対する前記ローブ付き回転子の速度比率として、ローブの数に対する凹部の数と同じ比率のローブを有することが好ましい。いくつかの配列では、第１回転子は３つの等角的に配置された凹部を備え、第２回転子は２つの正反対に対向したローブを備え、これらの回転速度比率は２：３である。いくつかの配列では、２つまたはそれ以上の前記第２ローブ回転子を、同一の第１凹状回転子と相互に噛合うように配置することができる。
【００２１】
前記回転子はハウジング内に封入されており、前記ハウジングは、第１および第２回転子と同軸で、これと滑動密封を形成する第１、第２弧状凹部を有し、これにより、前記ローブが前記第１回転子内の凹部を通過する前および／または後の回転の一部について、前記回転子と前記ハウジングの間に、段階的に容量を増減する追加の臨時室が画定され、これにより、前記回転子どうしの間の臨時室との連通が行われることが好ましい。
【００２２】
本発明の実施形態は、単に、気体流体を圧縮するロータリー装置、または、ロータリー装置を回転駆動する圧縮された気体流体を受容するためのロータリー装置で構成することもできるが、本発明では、ロータリー圧縮区間とロータリー拡張区間で構成された内燃機関における特定の用途を得られる点が理解されるべきである。このような配列では、別個のロータリー圧縮区間および拡張区間と、これらの各々と連通している入口ポートと出口ポートを具備した燃焼室とを備え、前記圧縮区間と拡張区間の各々は先行の段落で述べた任意の形態によるロータリー装置である内燃機関が得られる。
【００２３】
本発明の第４局面によれば内燃機関が得られ、この内燃機関は別個のロータリー圧縮区間および拡張区間と、これらの各々と連通している入口ポートと出口ポートを具備した燃焼室とを備え、前記圧縮区間と拡張区間の各々は本発明の第１〜第３局面のいずれか１項に記載されたロータリー装置である。
【００２４】
次に、本発明の実施形態を、添付の図面を参照しながら例証の方法で説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図１を参照すると、本発明を具現化する内燃機関は、１対の外壁１、２と、平行中間壁３を備えており、これら全てが固定されて確立された組み立て品を形成している。平行シャフト１０、１１を収容するために、外壁１、２のそれぞれの内部にローラベアリング８が設けられ、中間壁３の内部にボールベアリング９が設けられている。
【００２６】
シャフト１０の一端にはキーギアピニオン１２が設けられ、シャフト１１のこれと同じ側の端部にはキーピニオン１３が設けられており、この２つのピニオンは噛合い、ピニオン１３とピニオン１２の速度比率は２：３である。
【００２７】
シャフト１０、１１の各々は、それぞれのキー圧縮回転子１４ａ、１４ｂ（図２ａ〜図２ｃにさらに示す）と、キー拡張回転子１５ａ、１５ｂ（図３ａ、図３ｃでさらに示す）を設けている。各回転子は、その軸に沿って離間した複数の端面を設けており、各回転子は、壁１と壁３、壁２と壁３の間に、実質的に気密な滑動嵌合を形成している。組み立て品の周囲にはハウジング２５（図１ｂ、図７、図８に示し、さらに以降で説明する）が配置されており、これにより、圧縮回転子の周囲に吸気室が、拡張回転子の周囲に排気室が設けられる。中間壁３内部には内燃室１６が設けられ、中間壁３内部の両端面と連通している。内燃室１６の形状については、以降で図１ａを参照しながらより詳細に説明する。図２ａ、図２ｂ、図２ｃに示すように、第１圧縮回転子１４ｂの外縁には、それぞれ湾曲面によって境界が定められている３つの凹部Ｒ、Ｓ、Ｔが形成されており、第２圧縮回転子１４ａは、湾曲面によって境界が定められている２つの半径方向ローブＰ、Ｑを設けている。図３ａ、図３ｂ、図３ｃに示すように、第１拡張回転子１５ｂの外縁には、湾曲面によって境界が定められた３つの凹部Ｗ、Ｘ、Ｙが設けられ、また、第２拡張回転子１５ａには、湾曲面によって境界が定められた２つの半径方向ローブが設けられている。
【００２８】
特に図９ａ〜図９ｆを参照しながら以降で詳細に説明しているように、圧縮回転子１４ｂと拡張回転子１５ｂの各々は、対応する凹部および燃焼室と連通したポートを備えている。しかし、まずは図１、図１ａ、図４ａ、図４ｂ、図５、図６を参照してその全体構造について説明する。図５、図６の概略図では、回転子と静止壁３の代表的な部分とを概略的に薄く切った形式で示している。
【００２９】
第１に圧縮区間を考慮すると、凹状回転子１４ｂは、凹部を画定している主要部分１９ａと、主要部分１９ａと同軸であり、これに固定的に取り付けられているディスク形状をした弁付き部分１９とを設けている。ディスク１９は、各回転子凹部の一端の一部を閉鎖し、また、各回転子凹部の他端は端部壁１によって閉鎖されている。
【００３０】
ディスク１９は、回転子ポート２０が燃焼室１６の入口ポート２１と重なり合っている時に、回転子１４ｂの各凹部と燃焼室１６との間に連通を提供するための３つのポート２０を含む。したがって、ディスク１９におけるポート２０の寸法、形状、場所によって、回転子１４ｂの凹部と燃焼室１６の連通の容量およびタイミングが決定される。
【００３１】
図１５ｂ、図１５ａの拡張回転子でもこれと類似の配置を用いている。回転子１５ｂの主要部分１９ａに対し、対応するディスク１９ｂが固定的に取り付けられており、このディスク１９ｂは、燃焼室１６から拡張回転子１５ｂの凹部内へ、膨張する燃焼ガスを通過させるための３つの圧縮ポート（図１には示していない）を含んでいる。これについては以降で詳細に説明する。
【００３２】
凹状ロータ１４ｂの弁部分を形成するディスク１９の（軸方向への）厚さは、構造的支持に最低限必要な限度に限られるが、この厚さは、第１回転子１４ｂの軸長さへの追加の長さとなる。１対の回転子（１４ｂ、１４ａ）の各部材は同じ長さであり、ディスク１９から離間している。そのため、凹部を通過する時に、ローブの端面とディスクの内面の間の最小隙間において、ローブの相互作用が生じる。エンジンの壁３に円形凹部が設けられているため、ディスク１９は、ディスク１９とポート２１の間の狭い隙間のみを残して、この円形凹部内に嵌合することができる。またこれにより、ローブ回転子１４ａの端面と装置の壁３との間に狭い隙間を維持することができる。このため、装置の各動作周期中に生じる回転子とポート構成要素の相互作用の全体にわたり、回転子／回転子構成要素間、および回転子／固定子構成要素間の限られた隙間によって臨時室および燃焼室１６からの漏出を制御することが可能になる。
【００３３】
上述した、回転子の対１４ａ、１４ｂの凹部とローブの間に画定された臨時室内へ、またはこの臨時室外への気体の流れを可能にするためのポートを具備するディスク１９が設けられた配置では、任意の所望の寸法のポートを、これがディスク１９内に画定される限り、具備することができることが理解されるであろう。ポートは、少なくとも一方が、凹部回転子の中心軸と、凹部回転子内の凹部の最小半径との間の距離よりも長い寸法を有することができる。換言すれば、ポートは、所与の回転子寸法の凹部の最小半径内に配置することができる、最大ポートの半径寸法よりも長い寸法を少なくとも１つ設ける、または設けることができる。
【００３４】
これは、ＷＯ−Ａ−９１／０６７４７で説明されている従来のロータリー装置に設けられたポートとは対照的である。したがって、本発明の実施形態の例で設けられたポート配置では、臨時室内へ、または臨時室からの改善および／または増加したガスの流れを達成でき、これによってロータリー装置のより高速な回転速度を達成することが可能になる。
【００３５】
弁について詳細に説明する前に、エンジン動作周期についての一般的な説明を行うが、これはＷＯ−Ａ−９１／０６７４７に開示されている従来技術と同一のものである。まず、図２ａ、図２ｂ、図２ｃを参照しながら、圧縮回転子１４ａ、１４ｂと、圧縮段階について説明する。図２ａでは、ローブ回転子１４ａは高速回転子であり、凹部回転子１４ｂは遅速回転子である。これらの回転子が、ともに本発明を実現するロータリー装置を構成する。回転子１４ａは半径方向ローブ「Ｐ」と「Ｑ」を設けており、これらの突起物は形状が同一であり、回転子１４ｂの凹部「Ｒ」、「Ｓ」、「Ｔ」と嵌合し協働するようにコンピュータによって決定された形状をしている。回転子１４ｂを包囲しているハウジング内に、例えば燃料／空気混合物、または燃料噴射システムの使用中には空気だけといった気体作業流体が提供されて、その凹部「Ｒ」、「Ｓ」、「Ｔ」を充填する。回転子凹部の圧縮周期は、２つの回転子１４ａ、１４ｂが図２ａに示す位置にある場合に開始される。この位置で、回転子どうしの間、凹部「Ｒ」内の回転子１４ａの先端部１７の隙間とヒール部１８の隙間の間に、作業流体の負荷が捕獲される。
【００３６】
回転子が図２ｂに示す位置への前進を開始すると、回転子間に捕獲された容量が移動中の回転子の変位動作によって減少される際に、凹部「Ｒ」内における負荷の圧縮が実行される。作業気体流体の負荷が圧縮されると、この負荷が、回転子１４ｂの内面３と対向している側面内に配置された回転子ポート２０を介して伝播される。圧縮段階全体の最中に、この回転子ポート２０が、中間壁３に設けた燃焼室１６の入口ポート２１と連通する。圧縮段階は、図２ｃの位置において、捕獲容量が、２つの回転子の各部分の間の隙間容量にまで低減されると完了する。この時点で、回転子ポート２０が静止入口ポート２１との連通を停止することで、圧縮された負荷が燃焼室１６内に捕獲される。
【００３７】
燃焼室１６の他端には出口ポート２２が設けられている。燃焼段階全体の最中に、出口ポート２２が、隣接する拡張回転子１５ｂの壁によって閉鎖される。これについては、以降でより詳細に説明する。それにより、燃焼段階中に、燃焼室の入口ポート２１と出口ポート２２が、各ロータ１４ｂ、１５ｂの隣接した端面によって効率的に閉鎖される。この方法により、燃焼段階中、圧縮された気体流体の負荷の容量が一定に制限される。燃料／空気混合物を使用すると仮定すると、先端部が燃焼室１６内へ、または燃焼室１６内部へ露出したスパークプラグ２３の手段によって点火が生じる。内燃機関の当業者は、スパーク点火の代わりに、熱点火による燃料噴射を用いてエンジンの圧縮点火バージョンを提供することができることを理解するだろう。燃料の燃焼によって熱が解放されることで、燃焼室内の圧力が大幅に上昇する。
【００３８】
次に、図３ａ、図３ｂ、図３ｃを参照して、拡張回転子と拡張段階について説明する。図３ａでは、ローブ回転子１５ａは高速回転子であり、凹状回転子１５ｂは遅速回転子である。これらの回転子も、ともに本発明を実現するロータリー装置を構成する。回転子１５ａは半径方向ローブ「Ｕ」、「Ｖ」を設けており、これらの突起物は形状が同一であり、回転子１５ｂの凹部「Ｗ」、「Ｘ」、「Ｙ」と嵌合し協働するようコンピュータによってが決定された形状をしている。
【００３９】
拡張段階は、２つの回転子が図３ａに示す位置にある時に開始する。この位置にて、凹状回転子の回転子ポート（図示せず）が燃焼室１６の搬送ポート２２と連通するようになる。２つの回転子１５ａ、１５ｂの間に画定された容量が、燃焼後の非常に高い圧力下で気体流体が充満した燃焼室１６と連通させられる。２つの回転子間に画定された容量内のこの圧力下の気体流体が回転子を強制的に回転させて図３ｂの位置へと移動させ、拡張工程が継続され、その結果、両回転子に力のモーメントが付加されて、この両回転子の同方向への回転を継続させる。これらの回転子は、最終的には図３ｃに示す位置に到達する。この位置では、回転子が流体捕獲の限度に達し、これ以降も回転子がさらに回転を続けると、連続した回転子の変位動作によって排気が捕獲ゾーンから離れる。
【００４０】
次に、図７、図８を参照すると、圧縮区間および拡張区間のハウジングが、エンジンの圧縮周期と拡張周期を延長させるように動作する様子を示している。ハウジング２５は、２つの回転子がその回転動作の一部にある状態で、「滑動」（即ち最小の）隙間と合致できる形状にされている。図７は、容量「Ｊ」の捕獲の開始を示す。この容量「Ｊ」は、気体流体の容量が図２中のローブ「Ｐ」と表面境界凹部「Ｒ」の間に示されている容量に低減されるまで、回転と共に減少を続ける。その結果、全般的に回転子のみに設けられた凹部の場合よりも高い圧縮が達成できる。
【００４１】
図８は、排気が図３ｃに示す回転子ローブと回転子凹部の間から最終的に逃げ、両回転子が回転しながら相当の距離で離れるまで、拡張ガスからさらなる作業が抽出できるよう空間「Ｋ」内に閉じ込められ、その後、ガスがハウジングの他の部分へ解放されることを示している。
【００４２】
ここまでの説明は各回転子の断面のみを参照して行ったものであり、またこれは、単純な円筒形回転子あるいは複雑な形状に適用可能である。好ましい配列では、それぞれが螺旋形状の回転子を設けており、これを、図１のエンジンの圧縮区間に関連した図１ｂに例証の方法で概略的に示す。簡略化の目的により、図１ｂでは、弁ディスク１９を省略している。
【００４３】
回転子１４ｂ、１４ａの周囲にはハウジングが設けられている。無論、端壁１、２の一方または両方はハウジング２５の一部であってよい。ハウジング２５は、第１弧状凹部３１を設けた形状になっている。この凹部３１は、第１回転子の１４ｂの各凹部の後縁４２が第１弧状凹部３１と滑動嵌合できる形状になっている。さらに、ハウジング２５では、第２弧状凹部３２を設けた形状になっている。この第２弧状凹部は、第２回転子１４ａのローブの前縁６２が、ハウジング２５の第２弧状凹部３２と滑動嵌合できる形状である。
【００４４】
凹部とローブの後縁４２と前縁６２のそれぞれが弧状凹部３１、３２内に入る際に、第１回転子１４ｂの凹部、第２回転子１４のローブ、ハウジング２５の弧状凹部３１、３２の間に臨時室Ｊ（図７中に影付きで示す）が形成される。臨時室Ｊを使用し作業気体流体が圧縮される。
【００４５】
臨時室Ｊの容量は、回転子１４ｂ、１４ａの回転が、図１ｂに示す第２回転子１４ａのローブの前縁６２がハウジング２５の第２弧状凹部３２に入る直前の位置から、および、回転子１４ｂ凹部の後縁４２が第１弧状凹部３１に入る直前の位置から前進するに従って減少する。図１ｂに見られるように、回転子はそれぞれ対応する軸に螺旋状平行に延びている。回転子のねじれ角はそれぞれ回転速度と一致するため、ねじれ角の比率は回転子の回転速度の比率と同一である。例えば、第１凹部回転子１４ｂのねじれ角は２０°であってよく、第２ローブ回転子１４ａのねじれ角は３０°であってよい。弧状凹部３１、３２は、凹状ローブの螺旋形状と一致するよう螺旋形になっている。
【００４６】
ここまでの説明では、特にどのタイプの弁も参照することなく、圧縮周期と拡張周期の全体を参照した。次にこれを、図９ａ〜図９ｆ、図４ａ、図４ｂ、図５、図６を参照して詳細に説明する。図４ａは、図１に示した実施形態の凹状回転子１４ｂの弁位置１９の端面を示し、図４ｂは、図１に示した実施形態のハウジング２５の壁３の側面図を示す。図９ａ〜図９ｆは、本発明による内燃機関の圧縮区間における、相互作用する回転子の略直径断面図をそれぞれ示す。これらの図面は、内燃機関の圧縮周期中の連続したステージを示している。
【００４７】
図９ａは、圧縮開始直後の位置を示す。第２回転子１４ａのローブＰの先端１７と、第１回転子１４ｂの凹部Ｒの後縁が、近接取り付けハウジング２５（図９ａには示していない）の容量内に臨時室を形成しており、この臨時室内に気体負荷が捕獲されている。ローブＰは、その端面がディスク１９と近接した状態で、凹部Ｒに入ろうとしている。ディスク１９の穴２０の前縁は、端壁内のポート２１の開口縁を既に通過しているため、凹部Ｒとポート２１との間に、燃焼室１６（図９には示していない）内へと続く連通が確立される。
【００４８】
図９ｂは、これよりも若干後の位置を示しており、この位置では、負荷がさらに圧縮され、また、穴２０の前縁がさらにポート２１を横断し、これにより流れ範囲が拡大することで、搬送される圧縮負荷の量が増加する。
【００４９】
図９ｃは、ローブＰの湾曲した端面によって使用可能な流れ範囲が縮小された時に、流れ範囲が最大に達した位置を示す。
【００５０】
図９ｄ、図９ｅは、圧縮の終了に向かう位置を示しており、この位置では、圧縮された負荷の残り容量は小さく、残りの流れ範囲も同様に小さい。
【００５１】
図９ｆは、圧縮終了後少し経過した時点の位置を示しており、この位置では、穴２０の後縁がポート２１の閉鎖縁を通過し、燃焼室内の負荷を密封する。
【００５２】
既に述べたように、本発明の実施形態を単純な気体流体圧縮機として使用できるように構築できる点を理解することが重要である。このような場合、この構造は、先行の図面に示した内燃機関の圧縮区間のみから成り、また、回転子のシャフトは外部電源によって駆動される。装置が圧縮機である場合、穴の前縁と、ポートのアプローチ端とを、ポートの開口が臨時室と受容体の間の圧力等化と一致するようにタイミングを合わせて適切に配置することができる。さらに、別の改良では、気体材料の圧縮を、ローブ付きの回転子と凹部回転子の間の相互作用による追加の圧縮や、図１ｂに示すような包囲ハウジングによってではなく、ローブ付き回転子のローブと凹型回転子の凹部との間の相互作用に限定することができる。最後に、ローブ付き回転子は、１つまたは複数のローブを含んでいてよく、また同様に、凹状回転子も１つまたは複数の凹部を含んでいてよいことが理解されるべきである。
【００５３】
少なくとも本発明の好ましい実施形態では、凹状回転子のポートとハウジング側壁を、回転子内の凹部の最内限度を超えて半径方向外方に延びるように配置することで、凹状回転子のポートとハウジング側壁にかけて非常に大きな流れ範囲を提供することができるので特に有利である。ＷＯ−Ａ−９１／０６７４７で説明されている既に周知の配置では、凹状回転子の凹部の最も内側の限度の内側にポートを提供できるだけであった。このようなポートは小さい範囲のものでなくてはならず、また、本発明を採用した内燃機関の回転速度を制限した。典型的な例では、回転速度は約３０００ｒｐｍに制限された。本発明は、例えば６０００ｒｐｍ以上、好ましくは１０，０００〜１５，０００ｒｐｍの範囲といった比較的高速で動作する内燃機関に特に利用できる。
【００５４】
ＷＯ−Ａ−９１／０６７４７に開示された両方のロータリー装置では、装置の静止壁内に固定されたポートと連通する、凹部回転子内の面取り縁または通路によって、臨時室と、装置の静止壁に固定されたポートとの間に気体連通の手段が設けられた。凹状回転子が回転すると、凹状回転子の中心付近の制限された範囲内で、回転子内の面取り溝または通路と静止壁内の固定ポートとの間の連通が実施されなければならない。これにより、このような連通で可能な最大流れ範囲が制限された。より直径の大きなポートを設けて、流れ容量によってロータリー装置の性能が不当に制限されないようにすることが望ましい。さらに、面取り溝の容量は著しく大きな「デッド」ボリュームを呈するのに対し、本発明では、この「デッド」ボリュームを、搬送ポート２０の範囲とディスク１９の厚さのものに限定した。
【００５５】
図１０は、本発明の代替実施形態の例で使用する回転子の略図を示す。この図１０の配置は、回転子４０と、回転子４０の回転軸周囲の固定子シリンダ４２とを備えている。固定子シリンダは、気体が流れる通路を画定できるよう十分大きな半径を有する。回転子４０と固定子シリンダ４２は展開図にて示されているが、使用時には、固定子シリンダ４２は回転子４０内の中心ボア４４内に配置され、固定子シリンダ４２に関連した回転子４０の回転を可能にしていることが理解されるだろう。固定子シリンダ４２の中心は実質的に中空であり、この中心部分が、気体用の導管として機能するための通路を画定している。
【００５６】
固定子シリンダ４２はポート４６を設け、回転子４０はポート４８を設けている。これらを組み合わせることで、装置がエキスパンダまたは圧縮機のいずれとして動作しているかに応じて、回転子４０の凹部内から固定子シリンダ４２内の通路までの通路４７、またはこの反対の通路４７を介した連通が可能になる。ポート４６、４８は、回転子４０が固定子シリンダ４２に関連して回転することで、回転子４０の各回転周期の或る期間、ポート４６、４８が整列できるように寸法および位置決めされている。
【００５７】
図１１〜図１３は、回転子４０が固定シリンダ４２に関連して回転する様々なステージにある回転子４０と固定子シリンダ４２の図をそれぞれ示す。図１１を参照すると、固定子シリンダ４２に関連した回転子４０の回転周期のこの時点では、固定子シリンダ４２内のポート４６を見ることはできない。図１２を参照すると、回転子が固定しシリンダ４２に関連した回転を続けると、固定子シリンダ４２内のポート４６が回転子４０内のポート４８を通して見ることができるようになる。
【００５８】
ポート４８を通してポート４６が見えるようになると、固定子シリンダ４２と回転子４０内の凹部との間の連通が可能となる。
【００５９】
次に図１３を参照すると、回転子４０は回転を続けているため、回転子４０の凹部のポート４８を通して、より大きな比率のポート４６を見ることができる。回転子４０が固定子シリンダ４２に関連した回転を続けると、ポート４８と４６が重なる範囲において、回転子４０の凹部と固定子シリンダ４２の内部の間の通路の断面が最大となるポイントが生じる。さらに回転を続けると、この重なり範囲の断面が減少を開始する。換言すると、ポート４６は回転子４０によって閉鎖される。
【００６０】
図１０〜図１３に示した例では、回転子内（および固定子シリンダ上の）ポートの寸法は、回転子の凹部と固定子シリンダ４２の内部領域との間に十分な気体の流れを達成できるものに選択することができることが理解されるだろう。ポートは、固定子シリンダ４２および回転子４０の縦軸に関連して軸方向に延びている。換言すれば、少なくとも軸方向においては、ポートが固定子シリンダ４２と凹部の最も内側の容量との間の半径距離によって規制されることはない。
【００６１】
図１４Ａ〜図１４Ｈは、エキスパンダとして使用した場合の、ロータリー装置の１周期中の各ステージにおける回転子端部の形状を示している。図１４Ａを参照すると、エキスパンダの周期は、ローブ面Ｕと一対の係合した回転子の凹部面Ｗとがローブの最大貫通点を通過した時、即ち、ローブの先端が凹部面Ｗの最小半径を通過した時に開始する。このステージでは、加圧された流体供給が流入できる、固定子シリンダ４２内のポート４６の開口縁に、凹部回転子通路４７の前縁が接近する。図１４Ｂを参照すると、ポート４６が開口すると、加圧された流体が凹部回転子通路４７内を通り、ローブと凹部の間に新たに形成された臨時容量内に流入する。
【００６２】
図１４Ｃを参照すると、この時点でポート４６は完全に開口しており、ローブ面Ｕと凹部面Ｗの間に画定された臨時容量内を最大流れ容量の加圧流体が通過できるようになっている。これにより、流体供給の圧力と臨時容量内で生じる圧力との間の差が最小化される。加圧された流体の圧力がローブの面Ｕと凹部の面Ｗに作用することで、回転子を回転方向へさらに動作するよう強制する。図１４Ｄでは、凹部回転子通路４７の後縁がポート４６の閉鎖縁に接近し、これにより、ローブと凹部の間に画定された室への加圧流体の供給が停止されはじめる。
【００６３】
図１４Ｅを参照すると、凹部回転子通路４７の後縁がポート４６の閉鎖縁に到達しており、これにより加圧流体の供給が止められ、既に臨時容量内に入った流体が隔離される。図１４Ｆに見られるように、回転子の回転によって隔離容量が増加し、これにより、ローブＵと凹部Ｗの表面上に幾らかの圧力を維持しながら、また、回転子と、これが接続されるシャフトとの回転を付勢しながら、捕獲された流体を拡張することができる。
【００６４】
図１４Ｇを参照すると、臨時容量が最大容量に達し、流体が周囲の圧力に達している。この時点で、回転子の対を包囲しているハウジングへ解放する前の流体が、ローブＵ表面と凹部Ｗ表面への正味圧力の付加を停止する。
【００６５】
最後の図１４Ｈでは、完全に拡張した流体が、ハウジング内の一対の回転子の自然のポンピング動作の下で、臨時容量から排出システムへ解放される。
【００６６】
図１５Ａ〜図１５Ｈは、圧縮機として使用されるロータリー装置の１周期中の複数のステージにおける回転子端部の形状を示す。図１５Ａ〜図１５Ｈの各図は、ロータリー装置の吸気端部付近の地点におけるローブ、ポケット回転子、可動汚染壁の形状断面を示している。提示した例では、ローブ回転子シャフトによって吸気が通過でき、これが、半径方向に向かう通路を介して圧縮機プレナムの中心領域内に解放される。また、凹部回転子は中空の中心を有し、ぴったりとした固定子シリンダの周りを回転する。固定子シリンダはポート４６を設け、ポケット回転子の各凹部は、固定子シリンダ内の各ポート４６と連通するための通路４７を設けている。
【００６７】
図１５Ａを参照すると、回転子が指示された方向に回転すると（ローブ付き回転子は右回り、凹部回転子は左回り）、ローブＰと凹部Ｒが互いに接近する。ローブＰ、凹部Ｒ、可動汚染壁１０１が係合すると、可動壁区間１０１内に臨時容量Ｊを捕獲するべく働く。
【００６８】
次に図１５Ｂを参照すると、ここでは、臨時容量Ｊ内に内容された流体が捕獲され、回転子が回転を続けるに従って圧縮される。
【００６９】
次に図１５Ｃを参照すると、臨時容量Ｊは実質的に圧縮されているが、まだ回転子通路４７がポート４６に関連した位置へ回転されていないため、流体は依然として捕獲されたままの状態にある。
【００７０】
図１５Ｄでは、臨時容量Ｊは、ローブＰの面と凹部Ｒの面によって完全に封じ込められている。ここでは、凹部回転子通路４７の前縁がポート４６の開口縁に達しており、流体がポート内に流入し始めている。このステージで、捕獲された流体の圧力が受容体の圧力に達し、また、回転子がさらに回転することで、ローブＲと凹部Ｐの間の可変容量室内で圧縮された気体の負荷が段階的に搬送される。
【００７１】
図１５Ｅでは、凹部回転子通路４７の前縁がポート４６をほぼ半分横断し、これにより、ポート４６のスロート部における可変流れ範囲が拡大する。図１５Ｆでは、凹部回転子通路４７がポート４６と整列しているため、負荷を搬送する最大の流れ範囲が得られている。
【００７２】
図１５Ｇでは、凹部回転子通路４７の後縁がポートの閉鎖縁に接近しており、ポートの閉鎖が始まっている。これ以外の臨時容量は非常に少量であるため、未だポートを通って搬送されていない負荷も極少量である。
【００７３】
最後に図１５Ｈでは、ローブＰの面と凹部Ｒの面の間から臨時容量が排除され、隙間容量のみが残っている。ポート４６の閉鎖と圧縮動作の完了は同時に起こり、これは、ローブの先端がポケットの最小半径地点に到達した際に生じる。この時点で、次のローブと凹部の対の間に新たな臨時容量が形成されている。
【００７４】
固定子シリンダ内のポート４６の寸法と、これに対応する回転子内のポートの寸法は、ロータリー装置がエキスパンダとして機能する場合と、圧縮機として機能する場合の両方の場合に必要であるように、回転子の凹部と固定子シリンダ４２の内部領域との間に十分な気体の流れを達成できるように選択される。上で図１０〜図１３を参照して説明したように、ポートは、固定子シリンダ４２および回転子４０の縦軸に関連して軸方向に延びている。換言すれば、ポートは、少なくとも軸方向において、固定子シリンダ４２と凹部の最小半径の間の最大半径方向距離によって制限されることはない。
【００７５】
図１６は、半径方向ポートと軸方向ポートの両方に提供された一対の回転子の２次元端面図を示す。図示の配置では、ローブ付き回転子１４Ａと凹状回転子１４Ｂを含んでいる。凹状回転子１４Ｂの端面上にエンドプレート１９が配置されている。図９Ａ〜図９Ｆに示し、これらの図を参照して説明しているように、エンドプレート１９は多数のポート２０を備えている。さらに、凹状回転子１４Ｂの中心ボア内に配置された固定子シリンダ４２は、ポート４６を具備した中空の通路を設けている。回転子１４Ｂ内のボアの円筒形の内面と回転子１４Ｂの各凹部（図中に点線で示す）との間には、多数の半径方向通路４７が設けられている。通常、使用時に一対の回転子が内部に配置されるハウジングの端壁は示されていない。しかし、図４Ｂに示し、上で図４Ｂを参照して説明したように、このようなハウジング壁にはポート２１が設けられることが理解されるだろう。
【００７６】
使用時、図１６に示す一対の回転子が、凹形回転子１４Ｂの凹部の湾曲面とローブ付き回転子１４Ａのローブとの間に可変容量臨時室を画定する。ポート２０（エンドプレート１９内）とポート４６（軸４２内）によって、２つの別個の手段が得られる。これらの手段によって、合致するローブと凹部の間に画定された臨時室へ気体の流れを供給し、または臨時室から気体の流れを受容することができる。
【００７７】
気体が流れる方向、即ち、気体が臨時室内に入るか、臨時室から出るかは、ロータリー装置が圧縮機とエキスパンダのどちらとして動作しているかによって異なる。両方の場合において、図６に示すように軸方向および半径方向の両方の方向にて臨時室と連通する部分を提供することが可能である。
【００７８】
当業者には、これまで述べてきた好ましい実施形態の多数の改良および好ましい実施形態からの逸脱が可能であることが理解されるだろう。したがって、本発明は、付属の請求項およびその同等物の範囲内に収まる限り、その改良および応用をを網羅するものとする。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明を実施する内燃機関の一部の略縦断面図であり、本発明を実施するロータリー装置を装備した圧縮区間と拡張区間の回転子の各軸を通る平面で取ったものである。
【図１ａ】図１に示した燃焼室の拡大図を示す。
【図１ｂ】図１に示した内燃機関の圧縮区間の、一部を斜視図で示した側面線図であり、圧縮回転子を包囲するハウジングを示している。
【図２】２ａ，２ｂ，２ｃは、それぞれ、圧縮区間の相互作用する回転子の略断面図であり、エンジンの圧縮周期における連続したステージを示す。
【図３】３ａ，３ｂ，３ｃは、それぞれ、拡張区間の相互作用する回転子の略断面図であり、エンジンの拡張周期における連続したステージを示す。
【図４ａ】図１の実施形態で示した凹状回転子の弁部分の端面を示す。
【図４ｂ】図１の実施形態に示した実施形態のハウジングの壁の側面図を示す。
【図５】図１に示した実施形態の一部を形成する２つの圧縮回転子を通る線図的な断面図であり、この実施形態の圧縮回転子から中央壁に向けて見た状態で示す。
【図６】図５の２つの回転子を通る線図的な断面図であり、中央壁から回転子に向けて見た状態を示す。
【図７】図２ａ、図２ｂ、図２ｃのものに対応した、圧縮回転子を包囲し、圧縮周期中に回転子と協働する形状のハウジングを示す。
【図８】図７と類似の図であるが、図３ａ、図３ｂ、図３ｃに対応した、拡張周期中に回転子と協働するための、拡張回転子を包囲するハウジングを示している。
【図９ａ】図１の実施形態の圧縮区間の相互作用する回転子の断面図であり、エンジンの圧縮周期の連続したステージを示し、図２ａ、図２ｂ、図２ｃに示したステージをさらに説明している。
【図９ｂ】図１の実施形態の圧縮区間の相互作用する回転子の断面図であり、エンジンの圧縮周期の連続したステージを示し、図２ａ、図２ｂ、図２ｃに示したステージをさらに説明している。
【図９ｃ】図１の実施形態の圧縮区間の相互作用する回転子の断面図であり、エンジンの圧縮周期の連続したステージを示し、図２ａ、図２ｂ、図２ｃに示したステージをさらに説明している。
【図９ｄ】図１の実施形態の圧縮区間の相互作用する回転子の断面図であり、エンジンの圧縮周期の連続したステージを示し、図２ａ、図２ｂ、図２ｃに示したステージをさらに説明している。
【図９ｅ】図１の実施形態の圧縮区間の相互作用する回転子の断面図であり、エンジンの圧縮周期の連続したステージを示し、図２ａ、図２ｂ、図２ｃに示したステージをさらに説明している。
【図９ｆ】図１の実施形態の圧縮区間の相互作用する回転子の断面図であり、エンジンの圧縮周期の連続したステージを示し、図２ａ、図２ｂ、図２ｃに示したステージをさらに説明している。
【図１０】本発明で使用している回転子の一例を一部斜視図で示した側面線図である。
【図１１】図１０の回転子の例を、回転周期中における形状で示す。
【図１２】図１０の回転子の例を、回転周期中における形状で示す。
【図１３】図１０の回転子の例を、回転周期中における形状で示す。
【図１４ａ】エキスパンダの相互作用する回転子の略断面図を示し、拡張周期内の連続したステージを示している。
【図１４ｂ】エキスパンダの相互作用する回転子の略断面図を示し、拡張周期内の連続したステージを示している。
【図１４ｃ】エキスパンダの相互作用する回転子の略断面図を示し、拡張周期内の連続したステージを示している。
【図１４ｄ】エキスパンダの相互作用する回転子の略断面図を示し、拡張周期内の連続したステージを示している。
【図１４ｅ】エキスパンダの相互作用する回転子の略断面図を示し、拡張周期内の連続したステージを示している。
【図１４ｆ】エキスパンダの相互作用する回転子の略断面図を示し、拡張周期内の連続したステージを示している。
【図１４ｇ】エキスパンダの相互作用する回転子の略断面図を示し、拡張周期内の連続したステージを示している。
【図１４ｈ】エキスパンダの相互作用する回転子の略断面図を示し、拡張周期内の連続したステージを示している。
【図１５ａ】圧縮機の相互作用する回転子の略断面図を示し、圧縮周期内の連続したステージを示している。
【図１５ｂ】圧縮機の相互作用する回転子の略断面図を示し、圧縮周期内の連続したステージを示している。
【図１５ｃ】圧縮機の相互作用する回転子の略断面図を示し、圧縮周期内の連続したステージを示している。
【図１５ｄ】圧縮機の相互作用する回転子の略断面図を示し、圧縮周期内の連続したステージを示している。
【図１５ｅ】圧縮機の相互作用する回転子の略断面図を示し、圧縮周期内の連続したステージを示している。
【図１５ｆ】圧縮機の相互作用する回転子の略断面図を示し、圧縮周期内の連続したステージを示している。
【図１５ｇ】圧縮機の相互作用する回転子の略断面図を示し、圧縮周期内の連続したステージを示している。
【図１５ｈ】圧縮機の相互作用する回転子の略断面図を示し、圧縮周期内の連続したステージを示している。
【図１６】半径方向ポートと軸方向ポートの両方を具備した１対の回転子の２次元端面図を示す。
【図１】
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【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図９ｃ】
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【図９ｄ】
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【図９ｅ】
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【図９ｆ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４ａ】
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【図１４ｂ】
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【図１４ｃ】
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【図１４ｄ】
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【図１４ｅ】
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【図１４ｆ】
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【図１４ｇ】
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【図１４ｈ】
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【図１５ａ】
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【図１５ｂ】
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【図１５ｃ】
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【図１５ｄ】
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【図１５ｅ】
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【図１５ｆ】
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【図１５ｇ】
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【図１５ｈ】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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