(57)【要約】  本発明は、新規な環状ピストンタイプの内燃エンジン、及びこのエンジンのためのセンタシャフトを提供し、環状ピストンタイプの内燃エンジンの冷却性を高めるようになっている。内燃エンジンは、少なくとも１つの環状燃焼室を有するブロックと中央室を有する環状ピストンとを備える。エンジンの環状ピストンは、燃焼室で往復動するように構成される。内燃エンジンは、ブロックに取り付けられ、環状ピストンの中央室の内部に少なくとも部分的に嵌合するように構成されるセンタシャフトを更に備える。センタシャフトは、流体流が環状ピストンの中央室を流入及び流出するように構成される少なくとも１つの通路を備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状ピストンタイプの内燃エンジンのためのセンタシャフト（２０）であって、該センタシャフト（２０）は、移動可能環状ピストン（４０）の中心室の内部に少なくとも部分的に摺動可能に嵌合されて、流体流を前記ピストンの前記中心室へ供給するための少なくとも１つの通路（２２、２３、１２、２５、２６）を備えることを特徴とするセンタシャフト（２０）。
【請求項２】
前記センタシャフト（２０）は、エンジンブロックに固定されるように構成される、請求項１に記載のセンタシャフト（２０）。
【請求項３】
前記センタシャフト（２０）は、流体流をピストン室の内部に導く入口部と、前記流体流をピストン室の外部に導く出口部とを備える、請求項１又は２に記載のセンタシャフト（２０）。
【請求項４】
前記入口部及び前記出口部は、入口通路及び出口通路（２６、２２）を形成するボアを備える、請求項３に記載のセンタシャフト（２０）。
【請求項５】
前記センタシャフト（２０）は、前記センタシャフト（２０）と周囲のピストン（４０）との間に環状通路（１２）を形成する手段を有する環状通路形成部と、入口通路及び出口通路（２６、２２）を接続する環状通路とを備える、請求項１から４のいずれかに記載のセンタシャフト（２０）。
【請求項６】
前記入口通路及び出口通路（２６、２２）は、ボアのような半径方向開口（２３、２５）によって環状通路（１２）に接続される、請求項５に記載のセンタシャフト（２０）。
【請求項７】
前記センタシャフト（２０）は、前記固定式センタシャフト（２０）と前記周囲の環状ピストン（４０）との間に液密シールを提供して前記環状通路（１２）に冷却液を封じ込める手段を備える、請求項５又は６に記載のセンタシャフト（２０）。
【請求項８】
前記手段は、周囲のピストン（４０）と係合する少なくとも１つの自己潤滑性グラファイト合金シール（２８）を備える、請求項７に記載のセンタシャフト（２０）。
【請求項９】
前記シール（２８）は、前記環状通路（１２）の両端を閉鎖するように配置される、請求項７に記載のセンタシャフト（２０）。
【請求項１０】
前記環状通路形成部は、入口部と出口部との間に配置され、該３つの部分は、少なくとも２つの異なる直径であり中央部分が小径である略円形の外壁を有する３つの直線部分と、両端から軸方向に貫いて小径の中央部分の開始部に至る通路と、入口通路及び出口通路の端部で環状通路の両端で連通して小径の中央部分の表面を貫通する半径方向通路と、自己潤滑性グラファイトブッシュとを形成し、該自己潤滑性グラファイトブッシュは、小径の中央部分の開始部の手前の大径の端部分に埋め込まれ、半径方向通路を開いた状態にし、共同的に内燃エンジンの複動式移動可能環形ピストンの略円形の内壁面の内側に液密状態で嵌合されるように構成される、請求項５から９のいずれかに記載のセンタシャフト（２０）。
【請求項１１】
前記入口通路及び出口通路は、前記センタシャフト内部で平行な軸方向通路として配置される、請求項６から９のいずれかに記載のセンタシャフト（２０）。
【請求項１２】
前記センタシャフトは、
一方の通路が小径部分の開始点に達し、他方の通路が小径部分の終了点に達するように、前記シャフトの同じ端部分を軸方向に貫通する２つの通路と、
前記軸方向通路の端部で前記小径部分の外面を連通する半径方向通路と、
小径の中央部分の開始部の手前の大径の端部分に埋め込まれ、半径方向通路を開いた状態にし、共同的に内燃エンジンの複動式移動可能環形ピストンの略円形の内壁面の内側に液密状態で嵌合されるように構成される、２つの自己潤滑性グラファイトブッシュと、
を備える、請求項１１に記載のセンタシャフト（２０）。
【請求項１３】
前記通路は、周囲のピストン（２０）を流れる冷却液を運ぶように構成される冷却経路を形成する、請求項１から１２のいずれかに記載のセンタシャフト（２０）。
【請求項１４】
前記センタシャフト（２０）は、前記センタシャフトの終端部と閉鎖された円筒形のピストンヘッド（１４７）の内面によって形成される圧縮機室に流体を送るための入口通路及び出口通路（１９３、１９７）を備える、請求項１から１３のいずれかに記載のセンタシャフト（２０）。
【請求項１５】
前記流体を送るための入口通路及び出口通路（１９３、１９７）は、
前記センタシャフトを軸方向に貫通して、前記センタシャフトの端面と円筒形のピストンヘッド（１４７）の内面との間に形成される圧縮機室の内部に流入する空気、気体、又は液体用の通路を形成するボアホールと、
前記センタシャフトを軸方向に貫通して、前記センタシャフトの端面と円筒形のピストンヘッド（１４７）の内面との間に形成される圧縮機室の内部から流出する空気、気体、又は液体用の通路を形成する他のボアホールと、
によって形成される、請求項１４に記載のセンタシャフト（２０）。
【請求項１６】
前記センタシャフト（２０）は、圧縮機室の流体が前記入口通路及び出口通路を出入りする流れ方向を制御する手段を更に備える、請求項１４又は１５に記載のセンタシャフト（２０）。
【請求項１７】
前記手段は、シートポペット又はチェックバルブを備える、請求項１６に記載のセンタシャフト（２０）。
【請求項１８】
前記ピストン（４０）の前記中央室は貫通穴である、請求項１から１７のいずれかに記載のセンタシャフト（２０）。
【請求項１９】
少なくとも１つの環状燃焼室（４９）を有するブロックと、
前記燃焼室（４９）内で往復動するように構成され、中央室を有する環状ピストン（４０）と、
を備える内燃エンジンであって、
センタシャフト（２０）は、前記ブロックに取り付けられ、前記環状ピストン（４０）の中央室に少なくとも部分的に嵌合され、流体流が前記環状ピストン（４０）の前記中央室へ流入又はそこから流出するように構成される少なくとも１つの通路を有することを特徴とする、内燃エンジン。
【請求項２０】
前記センタシャフト（２０）は、請求項１に記載のセンタシャフトである、請求項１９に記載の  内燃エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼エンジンに関する。詳細には、本発明は、環状ピストン配置の燃焼エンジンに関する。更に詳細には、本発明は、可動式環状ピストンが吸入、圧縮、膨張、及び排気行程の全てにおいて直接かつ連続して接触する液体で冷却される、環状燃焼室で燃焼する燃料の化学エネルギ消費から直接機械エネルギを得ることに関し、更には、２０１１年３月１５日に特許付与された米国特許第７，９０５，２２１号「内燃エンジン」に記載の内燃エンジンのタイプに関する。
【背景技術】
【０００２】
環状ピストンタイプの内燃エンジンは、前述の米国特許７，９０５，２２１号で公知であり、ここには円周内壁及び実質的に円形の上部内壁を有する実質的に円筒形の空気室を備える内燃エンジンが開示されている。エンジンは、円筒形の空気室と実質的に同心の実質的に円形の内壁面及び円筒形の空気室と実質的に同心の実質的に円形の外壁面をもつ環形の燃焼室を有する。更に、エンジンは、環形の燃焼室と流体連通する一定容積の予燃焼室を備えており、実質的に円筒形のピストンは、実質的に円筒形の空気室の中に嵌合するように共同的に構成される第１の表面を備える。また、エンジンは、圧縮室に連通して圧縮空気を受け入れるように構成された空気溜め供給装置を備える。前述の米国特許７，９０５，２２１号には内燃エンジンの背景技術が詳細に記載されており本明細書では繰り返して説明しない。
【０００３】
燃焼によって環状燃焼室の壁には大量の熱が発生するのは事実である。公知の環状ピストンエンジンでは、この熱は、エンジンブロックにシリンダ壁を冷却するための冷却通路を設けることで冷やされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許７，９０５，２２１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、本発明は、環状ピストンタイプの内燃エンジンの冷却を改善することを目的とする。特にこのようなエンジンの環状ピストンの効率的な冷却を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の目的は、環状ピストンタイプの内燃エンジンの新規なセンタシャフトで実現される。センタシャフトは、移動可能環状ピストンの中心室の内部に少なくとも部分的に摺動可能に嵌合される。センタシャフトは、流体流をピストンの中心室へ供給するための少なくとも１つの通路を備える。
【０００７】
詳細には、本発明によるセンタシャフトは請求項１で特徴付けされる。
【０００８】
一方で、前記の目的は、少なくとも１つの環状燃焼室を有するブロックと中央室を有する環状ピストンとを備える、新規な内燃エンジンで実現される。エンジンの環状ピストンは、燃焼室で往復動するように構成される。内燃エンジンは、ブロックに取り付けられ、環状ピストンの中央室の内部に少なくとも部分的に嵌合するように構成されるセンタシャフトを更に備える。センタシャフトは、流体流が環状ピストンの中央室を流入及び流出するように構成される少なくとも１つの通路を備える。
【０００９】
詳細には、本発明による内燃エンジンは、請求項１９の特徴部を特徴とする。本発明により多くの利点がもたらされる。第１に、ピストンは、ピストン内部に配置される流体流によって冷却することができる。ピストンの周りのハウジング及び環状燃焼室のあらゆる側面が冷却されるので、これらの支配的条件により、ピストン、シール、及び燃焼室壁の作動温度を従来の華氏５００〜６００度から典型的に華氏約２００〜３００度に冷却することができる。実質的に、燃焼室に高い圧縮比及び燃焼温度を使用してより優れた燃料節約及びより清浄化された排気ガスをもたらすことができる。熱膨張を低減することで、冷却式の可動面と固定面との間の非常にきつい許容差が可能になる。ゼロギャップ（隙間）の自己潤滑性グラファイトシールの使用さえも実現可能になる。
以下に添付図面を参照して本発明の特定の実施形態を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態の装置の組立体の長手方向の断面図である。
【図２】本発明の装置の第１の実施形態の主要な構成要素を２つの組立図として概略的に示す。
【図３】本発明の第１の実施形態の装置の組立体を３つの異なる作動段階で概略的に示す。
【図４】本発明の第２及び第３の実施形態の装置の主要な構成要素を概略的に示す。
【図５】本発明の第４の実施形態の装置の主要な構成要素を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に本発明の４つの主要な実施形態を説明するが、最初に液冷式液冷式環状ピストンを特徴としてリニア発電機に関連する内燃エンジンの第１の実施形態の装置の主要な構成要素を説明する。例示的な実施形態は、次に全体的な作動の説明に続く。本発明の別の実施形態の説明は、リニア圧縮機、リニア容積式ポンプ、及び回転機械力発生機の形態で説明される。
【００１２】
第１の実施形態の説明
図１を参照すると、本発明の第１の実施形態の装置１０の組立体の長手方向の断面図が示されている。図２を参照すると、本発明の装置の第１の実施形態の主要構成要素が概略的に示されており、装置１０は、固定式の好ましくは水冷式のセンタシャフト２０、固定式の同様に水冷式のエンジンベースブロック３０、複動式移動可能環形ピストン４０、固定式の好ましくは液冷式の環状燃焼室ブロック５０、固定式の好ましくは液冷式エンジンヘッドブロック６０、及び複動式移動可能環状多重リング形のＮｄＦｅＢ永久磁石組立体７０を備える。装置１０は、内燃エンジンに用いる従来の環状ピストンに関するモジュールとして設計され、本明細書に記載の何らかの実施形態による、又は概して請求項に記載したような新規な部分組立体を備えることができる。
【００１３】
図２を参照すると、装置１０の固定式の液冷式センタシャフト２０は埋め込み式であり、雌ねじ２１を備え、冷却液供給手段に接続する冷却液給水管部２２を形成するようになっている。従って、センタシャフト２０は入口部を備える。これに関連して、用語「液冷式」は、本分野では概して液冷として知られている流体冷却に言及することを理解されたい。入口部の端部では、センタシャフトは環状通路形成部を備える。冷却液給水管部２２、つまり入口部の端部において、センタシャフトは半径方向穴２３を備え、図１の組立体に示すように、冷却液が液冷式センタシャフト２０と該シャフトの周りの複動式移動可能環形ピストン４０との間に形成される環状通路１２に流出するようになっている。環状通路形成部の入口部の反対側の端部には出口部が存在する。また、液冷式センタシャフト２０の出口部のフランジ付きベース部２４は穴開けされており、冷却液出口管部２６を形成するようになっている。この環状通路形成部の端部は半径方向穴２５を備え、液冷式センタシャフト２０と複動式移動可能環形ピストン４０との間の環状通路１２からの冷却液は、冷却液出口管部２６に流入する。液冷式センタシャフト２０のフランジ付きベース部２４には、冷却液出口管部２６からの冷却液を吐出する手段に接続するための雌ねじ２７が設けられている。
【００１４】
センタシャフト２０は、環状ピストン４０に密封状態で組み込まれる。特に好適な実施形態では、液冷式センタシャフト２０は、２つの自己潤滑性ＧｒａｐｈＡｌｌｏｙシール２８を有し、固定式の液冷式センタシャフト２０と複動式移動可能環形ピストン４０との間に液密及び気密シールを形成して、冷却液を環状通路１２に封じ込めるようになっている。
【００１５】
図１及び２を参照すると、固定式の液冷式エンジンベースブロック３０は、装置１０の固定式の液冷式センタシャフト２０上にフランジ付きベース部２４に当接して取り付けられている。固定式の液冷式エンジンベースブロック３０は、前述の米国特許第７，９０５，２２１号に詳細に説明される燃料噴射装置及び／又は点火プラグノズルと一緒に環形冷却液室３２及び１つ又はそれ以上の一定容積の予燃焼室及び過給燃焼用空気供給室３４を備える。
【００１６】
図１及び２を参照すると、複動式移動可能環形ピストン４０は、装置１０の固定式の液冷式センタシャフト２０上で固定式の液冷式エンジンベースブロック３０の内側に取り付けられる。複動式移動可能環形ピストン４０は、共同的に円筒形の液冷式センタシャフト２０に嵌合するようになった円筒形のピストン管部分４２と、ピストン管部分４２から外方に突出して共同的に固定式の液冷式環状燃焼室ブロック５０内に嵌合するようになったリング形ピストン部分４４とを備える。このようなピストンは、前述の米国特許第７，９０５，２２１号の環状ピストンの分野では公知である。従って、中央室は中空環状ピストン４０のピストン管部分４２によって形成される。固定式の液冷式エンジンベースブロック３０内のベースブロック端部４３の反対側の、円筒形のピストン管部分４２のヘッドブロック端部４１は、複動式移動可能環形永久磁石組立体７０へ取り付けるための手段を有し、該手段は、本発明の第１の実施形態に関連して開示される。以下に説明するように、ピストン４０の運動エネルギは、機械的運動として維持することができ、例えばクランクシャフトに伝達される。
【００１７】
ピストンは移動可能であるが、エンジンブロックにぴったりと適合する。好ましくは、２つのＧｒａｐｈＡｌｌｏｙシール４６が設けられ、円筒形のピストン管部分４２、固定式の液冷式エンジンヘッドブロック６０、及び固定式の液冷式エンジンベースブロック３０の間で気密ゼロギャップ（隙間）シールを形成して、圧縮空気及び燃焼ガスを、複動式移動可能環形ピストン４０と固定式の液冷式環状燃焼室ブロック５０の間に形成される主要な可変長の環形燃焼室４９に封じ込めるようになっている。燃焼室ブロック５０は別個の部分組立体、若しくは主要なエンジンブロック３０又はヘッドブロック６０の一体部品とすることができる。リング形ピストン部分４４において１つ又はそれ以上のＧｒａｐｈＡｌｌｏｙシール４８が使用され、可変長環形燃焼室４９の内部のリング形ピストン部分４４の反対側の圧縮空気と燃焼ガスとを気密シールするようになっている。
【００１８】
用語「ＧｒａｐｈＡｌｌｏｙ」は、自己潤滑性グラファイト合金シールの分野で使用される総称を意味し、特定の製造業者の何らかの商標用語ではないことに留意されたい。
【００１９】
図１及び２を参照すると、固定式の液冷式環状燃焼室ブロック５０は、共同的に装置１０の複動式移動可能環形ピストン４０上に嵌合すると共に固定式の液冷式エンジンベースブロック３０に当接するように構成される。固定式の液冷式環状燃焼室５０の中央部には環状内燃エンジンの排気行程の間に環形の燃焼室４９から燃焼ガスを排気又は掃気するための１つ又はそれ以上の出口ポート５２が設けられている。
【００２０】
図１及び２を参照すると、固定式の液冷式エンジンヘッドブロック６０は、共同的に装置１０の複動式移動可能環形ピストン４０上に嵌合すると共に固定式の液冷式環状燃焼室ブロック５０に当接するようになっている。固定式の液冷式エンジンヘッドブロック６０は、前述の米国特許第７，９０５，２２１号に詳細に説明される燃料噴射装置及び／又は点火プラグノズルと一緒に環形冷却液室６２及び１つ又はそれ以上の一定容積の予燃焼及び過給燃焼用空気供給室６４を備える。ヘッドブロック６０の円筒形シェル６６の内部には、回転ではなく直線的に平行移動する磁界を形成するために使用されるマルチコイル型ステータ６８が設けられている。コイルは、磁界領域が複動式移動可能環形永久磁石組立体７０と同期して移動するのでパルスを出力して、電流を生成するようになっている。
【００２１】
図１及び２を参照すると、複動式移動可能環状マルチリング形ＮｄＦｅＢ永久磁石組立体７０は、共同的に固定式の液冷式エンジンヘッドブロック６０の円筒形シェル６６及びコイル６８のセットの内側に嵌合するように構成される。複動式移動可能環形永久磁石組立体７０の内側には、永久磁石組立体７０を複動式移動可能環形ピストン４０の端部４１へ取り付けることを容易にするためのフランジ７２が設けられている。フランジ７２には穴が開けられており、固定式の液冷式エンジンヘッドブロック６０と複動式移動可能環形永久磁石組立体７０との間に形成される可変サイズ環状室７４に空気が出入りすることが可能になっている。また、空気流は、可変サイズ環状室７４の追加の冷却をもたらす。
【００２２】
タイロッド又は他の従来型の手段を用いて、本発明の固定式構成要素を接続して保持するようになっている。
【００２３】
従来型の手段は、固定式の液冷式エンジンヘッドブロック６０内のマルチコイル型ステータ６８に関連して使用され、回転ではなく直線的に平行移動する磁界を生成するようになっている。コイルは、磁界領域が複動式移動可能環形永久磁石組立体７０と同期して移動するのでパルスを出力して、電流を生成するようになっている。コイルはジェネレータ出力を直流に変換するインバータに接続される。インバータは、電力変換プロセスの効率を最大にするデジタル信号プロセッサシステムによって制御される。
【００２４】
リニアジェネレータ組立体は、液冷式環状ピストン内燃エンジン始動時のリニアスタータモータとして機能する。環状ピストンタイプの内燃エンジンは、大量の加圧空気を生成するので、エンジンは、代替方法として加圧空気で始動することができる。つまり、エンジンは、燃料及び加圧空気リザーバ（図示せず）から空気及び燃料を燃焼室に強制的に供給してエンジンを作動させることで始動することができる。
【００２５】
液冷式環状ピストン
従来型の手段は冷却液を固定式の液冷式センタシャフト２０を通して流すために使用される。冷却液は環状通路１２を通って流れるが、この冷却液室１２により、冷却液と複動式移動可能環形ピストン４０の円筒形内面との間の持続的かつ直接的な接触が可能になる。
【００２６】
円筒形のピストン管部分４２の周りのハウジング及び環状燃焼室４９のあらゆる側面は同様に液冷式なので、これらの支配的条件により、ピストン、シール、及び燃焼室壁の作動温度を従来の華氏５００〜６００度から華氏２００〜３００度に冷却することができる。実質的に、燃焼室に高い圧縮比及び燃焼温度を使用してより優れた燃料節約及びより清浄化された排気ガスをもたらすことができる。熱膨張を低減することで、冷却式の可動面と固定面との間の非常にきつい許容差が可能になる。ゼロギャップ（隙間）の自己潤滑性グラファイトシールの使用さえも実現可能になる。
【００２７】
本発明の第１の実施形態は、固定式の液冷式センタシャフト２０の両側の冷却液入口及び出口を示すが、本発明の以下の実施形態に示すような同じ冷却液の循環経路を使用することも可能であり、冷却液の入口及び出口ポートは、固定式の液冷式センタシャフト２０の同じ側に設けられる。
【００２８】
環状内燃エンジン
図３は、３つの異なる作動段階の間の本発明の第１の実施形態の装置の組立体を概略的に示す。左側の断面Ａ−Ａの下側の組立体長手方向断面は、最大抽気位置の複動式移動可能環形ピストン４０を示し、過給燃焼用空気供給ポート６３ａは、排気ガス掃気動作及び燃焼用空気の吸入を可能にし、一方で、一定容積の予燃焼室６４の燃料噴射器ポート６５ａは、上向きの圧縮サイクルの終わりに燃料を燃焼用空気に供給して次の膨張サイクルを開始するようになっている。
【００２９】
中央の断面Ｂ−Ｂの下側の組立体長手方向断面は、中央行程位置の複動式移動可能環形ピストン４０を示し、固定式の液冷式環状燃焼室５０の中央の排気出口ポート５２が閉塞されている。環形ピストン４０上の膨張する燃焼ガス５０ａは膨張行程をもたらし、一方で新鮮な燃焼用空気５０ｂは環形ピストン４０の下で圧縮される。
【００３０】
右側の断面Ｃ−Ｃの下側の組立体長手方向断面は、最大膨張位置の複動式移動可能環形ピストン４０を示し、過給燃焼用空気供給ポート６３ｂは、排気ガス掃気動作及び燃焼用空気の吸入を可能にし、一方で、一定容積の予燃焼室６４の燃料噴射器ポート６５ｂは、下向きの圧縮サイクルの終わりに燃料を燃焼用空気に供給して次の膨張サイクルを開始するようになっている。
【００３１】
本発明の第１の実施形態に使用される環状内燃エンジンの詳細な説明は前述の米国特許第７，９０５，２２１号を参照されたい。
【００３２】
エミッション解析
液冷式ピストンにより、冷却剤の内面作動、高い圧縮比、及び結果的に高い燃焼温度が可能になるのでので、前述の米国特許第７，９０５，２２１号のエミッション解析の項を以下に少し修正して繰り返すことになる。
【００３３】
本発明の装置の高い熱効率及び実質的に一酸化炭素、炭化水素、又は窒素酸化物のゼロエミッションための１つの望ましい特徴は、２つの一定容積燃焼室を組み合わせて、液冷式環状ピストン、高圧縮比、及び実質的にゼロギャップシールを使用することである。予燃焼室は、過濃燃料空気混合気を受け取るが、過給環状燃焼空気室には超希薄又はゼロ燃料混合気が充填される。過濃混合気は、希薄主要混合気を着火させる。結果として得られるピーク温度は、窒素酸化物の生成を抑制するほど十分に低く、平均温度は、一酸化炭素及び炭化水素の排出を制限するほど十分に高い。空燃比は、予燃焼室での過濃状態から環形燃焼室での希薄状態まで変化する。
【００３４】
火炎前面の先端ではピーク温度で生じ、この温度では窒素酸化物の排出が最大になり、ピーク温度が低下すると窒素酸化物排出が少なくなる。ピストンが火炎前面から離れて移動すると、このことは低いピーク温度及び低い窒素酸化物排出をもたらす冷却効果を生じる。燃焼効率は、特に空燃比１４．５：１以上の希薄運転で改善できることは公知である。
【００３５】
環形燃焼室は、予燃焼室及び過給環状燃焼用空気供給室の両方からの接線方向の流入と相まって、極度の高速燃焼（燃焼期間）につながる大規模な乱流を引き起こす。燃焼速度は、閉じ込めた燃料／空気混合物が完全に燃焼するまでの時間である。燃焼速度はエンジン効率の有力な乗数である。
【００３６】
第２の実施形態の説明
図４を参照すると、図４は本発明の第２の実施形態の装置１０ｂの組立体の長手方向断面を示す。装置１０ｂは、固定式の液冷式センタシャフト１２０、固定式の液冷式エンジンベースブロック１３０、複動式移動可能環形ピストン１４０、固定式の液冷式環状燃焼室ブロック１５０、固定式の液冷式エンジンヘッドブロック１６０、固定式の液冷式圧縮機室１７０、及び圧縮機室ヘッドカバー１８０を備える。第１の実施形態とは異なり、ピストン１４０が圧縮空気を生成するための圧縮ピストンに適するようにするために、ピストン１４０の一端はピストンヘッド１４７によって閉鎖される。従って、可変容積の第１の円筒形の圧縮室１９４は、移動可能ピストンヘッド１４７と、固定式センタシャフト１２０の終端部１９３との間に形成される。
【００３７】
図４を参照すると、装置１０ｂの固定式の液冷式センタシャフト１２０のフランジ付きベース部１２４には穴が開けられており、雌ねじ１２１を有し、冷却液供給手段に接続する冷却液給水管部１２２を形成するようになっている。図４の断面Ａ−Ａに示すように、冷却液給水管部１２２の他端には半径方向通路１２３が設けられており、冷却液を液冷式センタシャフト１２０と複動式移動可能環形ピストン１４０との間に形成される環状通路１１２の開始端に入れるようになっている。固定式の液冷式センタシャフト１２０には他の通路が設けられており、雌ねじ１２５を有し、冷却液出口管部１２６からの冷却液吐出手段に接続する冷却液出口管部１２６を形成するようになっている。図４の断面Ａ−Ａに示すように、冷却液出口管部１２６の他端には半径方向通路１２７が設けられており、液冷式センタシャフト１２０と複動式移動可能環形ピストン１４０との間に形成される環状通路１１２の端部から冷却液が流入するようになっている。従って、第２の実施形態において、センタシャフトの入口部及び出口部は入口管部及び出口管部を環状通路１１２から平行に延在させることで結合される。
【００３８】
図４の断面Ｂ−Ｂを参照すると、装置１０ｂの固定式の液冷式センタシャフト１２０には穴が開けられており、清浄な空気供給源に接続するための従来型の手段を備える空気入口管部１９２を形成するようになっている。空気入口管部１９２は、圧縮室１９４内部まで固定式センタシャフト１２０の全長にわたって延在し、圧縮室１９４は、フランジベース端１２４の反対側の固定式センタシャフト１２０の内側終端１９３と、圧縮機ピストンヘッド１４７の内面１９５との間に形成される。空気入口管部１９２の内側終端１９３にはチェックバルブが設けられており、吸気行程でのみ圧縮室１９４の内部に空気を入れるようになっている。
【００３９】
図４の断面Ｂ−Ｂを参照すると、装置１０ｂの固定式の液冷式センタシャフト１２０には穴が開けられており、圧縮空気アキュムレータ又は他の収容デバイスに接続するための従来型の手段を備える圧縮空気出口管部１９６を形成するようになっている。圧縮空気出口管部１９６は、圧縮室１９４内部から固定式センタシャフト１２０のフランジ付きベース部１２４まで、固定式センタシャフト１２０の全長にわたって延在する。出口管部１９６の内側端１９７にはチェックバルブが設けられており、圧縮行程で圧縮空気が圧縮室１９４内部から流出させるようになっている。
【００４０】
液冷式センタシャフト１２０は、２つの自己潤滑性ＧｒａｐｈＡｌｌｏｙシール１２８を有し、固定式の液冷式センタシャフト１２０と複動式移動可能環形ピストン１４０との間に液密及び気密シールを形成して、冷却液を環状通路１１２に封じ込めるようになっている。
【００４１】
図４を参照すると、固定式の液冷式エンジンベースブロック１３０は、フランジ付きベース部１２４に当接して装置１０ｂの固定式の液冷式センタシャフト１２０上に取り付けられる。固定式の液冷式エンジンベースブロック１３０は、前述の米国特許第７，９０５，２２１号に詳細に説明される燃料噴射装置及び／又は点火プラグノズルと一緒に環形冷却液室１３２及び１つ又はそれ以上の一定容積の予燃焼室及び過給燃焼用空気供給室１３４を備える。
【００４２】
図４を参照すると、複動式移動可能環形ピストン１４０は、装置１０ｂの固定式の液冷式エンジンベースブロック１３０内で固定式の液冷式センタシャフト１２０上に取り付けられる。複動式移動可能環形ピストン１４０は、共同的に円筒形の液冷式センタシャフト１２０上に嵌合するように構成される円筒形のピストン管部分１４２、及びピストン管部分１４２から外向に突出して共同的に固定式の液冷式環状燃焼室１５０に嵌合するように構成されるリング形ピストン部分１４４を備える。固定式の液冷式エンジンベースブロック１３０内部の端部１４３とは反対側の円筒形のピストン管部分１４２の端部１４１は閉鎖され、本発明の第２の実施形態の圧縮機ピストンヘッド１４７を形成するようになっている。２つのＧｒａｐｈＡｌｌｏｙシール１４６が設けられており、円筒形のピストン管部分１４２、固定式の液冷式エンジンヘッドブロック１６０、及び固定式の液冷式エンジンベースブロック１３０の間の気密ゼロギャップ（隙間）シールを形成して、圧縮空気及び燃焼ガスを、複動式移動可能環形ピストン１４０と固定式の液冷式環状燃焼室ブロック１５０との間に形成される主要な可変長環形の燃焼室１４９に封じ込めるようになっている。リング形ピストン部分１４４には１つ又はそれ以上のＧｒａｐｈＡｌｌｏｙシール１４８が使用され、可変長環形の燃焼室１４９内の燃焼ガスを、リング形ピストン部分１４４の反対側の圧縮空気と気密シールするようになっている。
【００４３】
用語「ＧｒａｐｈＡｌｌｏｙ」は、自己潤滑性グラファイト合金シールの分野で使用される総称を意味し、特定の製造業者の何らかの商標用語ではないことに留意されたい。
【００４４】
固定式の液冷式環状燃焼室ブロック１５０及び固定式の液冷式エンジンヘッドブロック１６０は、前述の本発明の第１の実施形態と実質的に同じであり、本明細書では繰り返し説明しない。
【００４５】
図４の断面Ｂ−Ｂを参照すると、固定式の液冷式圧縮機室１７０、圧縮機室ヘッドカバー１８０、及び圧縮ピストンヘッド１４７は、第２の（外部）圧縮室１８２を形成する。圧縮機室ヘッドカバー１８０にはチェックバルブ１８４が設けられており、吸気行程でのみ第２の外部圧縮室１８２に空気を入れるようになっている。圧縮機室ヘッドカバー１８０の別のチェックバルブ１８６は、圧縮行程で第２の外部圧縮室１８２から圧縮空気が流出させるようになっている。
【００４６】
タイロッド又は他の従来型の手段を用いて、本発明の固定式構成要素を軸方向に接続して保持するようになっている。
【００４７】
本発明の第２の実施形態の装置１０ｂの作動は、前述の本発明の第１の実施形態と実質的に同じであり、本明細書では繰り返し説明しない。
第２の実施形態では空気圧縮機に言及するが何らかの気体又は流体媒体へ適用することができることを理解されたい。
【００４８】
更に別の実施形態に関して、図４に示す第２の実施形態は、圧縮空気及び例えばクランクシャフトに伝達される回転運動の両方を発生するように変更することができる。圧縮機室ヘッドカバー１８０及び結果的に第２の圧縮室１８２を取り除くことで、ピストン１４０、特にピストンヘッド１４７は、コネクティングロッド（図示せず）を備えて、運動エネルギをクランクシャフト（図示せず）に伝達することができる。この実施形態において、圧縮空気は、第１の圧縮室１９４でのみ発生することになるが、自動車の動力伝達装置を駆動する従来の回転運動も発生する。この特定の実施形態は、マルチシリンダ配置の複数のピストンが作動する場合に最適であり、ここではクランク室内で生じる圧力変動が均一になる。
【００４９】
第３の実施形態の説明
本発明の第３の実施形態の装置（図示せず）は、装置が液体を加圧して移動させるリニア容積式ポンプである以外は、第２の実施形態の構成要素と同じである。本発明の第３の実施形態の装置の概略的な説明は、装置が液体を加圧して移動させるリニア容積式ポンプである以外は、第２の実施形態と同じである。
【００５０】
第４の実施形態の説明
図５を参照すると、図５は、本発明の第４の実施形態の装置１０ｄの組立体の長手方向断面を示す。装置ｌＯｄは、固定式の液冷式センタシャフト２２０、固定式の液冷式エンジンベースブロック２３０、複動式移動可能環形ピストン２４０、固定式の液冷式環状燃焼室ブロック２５０、固定式の液冷式エンジンヘッドブロック２６０、固定式の液冷式エンジンブロック２７０、及び従来型クランクシャフト組立体２８０を備える。
【００５１】
図５を参照すると、装置ｌＯｄの固定式の液冷式センタシャフト２２０のフランジ付きベース部２２４には穴が開けられており、雌ねじ２２１を有し、冷却液供給手段に接続するための冷却液給水管部２２２を形成するようになっている。図５の断面Ａ−Ａに示すように、冷却液給水管部２２２の他端には半径方向通路２２３が設けられており、冷却液を液冷式センタシャフト２２０と複動式移動可能環形ピストン２４０との間に形成される環状通路２１２の開始端に入れるようになっている。固定式の液冷式センタシャフト２２０には他の通路が設けられており、雌ねじ２２５を有し、冷却液出口管部２２６からの冷却液吐出手段に接続する冷却液出口管部２２６を形成するようになっている。図５の断面Ａ−Ａに示すように、冷却液出口管部２２６の他端には半径方向通路２２７が設けられており、液冷式センタシャフト２２０と複動式移動可能環形ピストン２４０との間に形成される環状通路２１２の端部から冷却液が流入するようになっている。
【００５２】
液冷式センタシャフト１２０は、２つの自己潤滑性ＧｒａｐｈＡｌｌｏｙシール２２８を有し、固定式の液冷式センタシャフト２２０と複動式移動可能環形ピストン２４０との間に液密及び気密シールを形成して、冷却液を環状通路２１２に封じ込めるようになっている。
【００５３】
図５を参照すると、固定式の液冷式エンジンベースブロック２３０は、フランジ付きベース部２２４に当接して装置１０ｄの固定式の液冷式センタシャフト２２０上に取り付けられる。固定式の液冷式エンジンベースブロック２３０は、前述の米国特許第７，９０５，２２１号に詳細に説明される燃料噴射装置及び／又は点火プラグノズルと一緒に環形冷却液室２３２及び１つ又はそれ以上の一定容積の予燃焼室及び過給燃焼用空気供給室２３４を備える。
【００５４】
図５を参照すると、複動式移動可能環形ピストン２４０は、装置１０ｄの固定式の液冷式エンジンベースブロック２３０内で固定式の液冷式センタシャフト２２０上に取り付けられる。複動式移動可能環形ピストン２４０は、共同的に円筒形の液冷式センタシャフト２２０上に嵌合するように構成される円筒形のピストン管部分２４２、及びピストン管部分２４２から外向に突出して共同的に固定式の液冷式環状燃焼室２５０に嵌合するように構成されるリング形ピストン部分２４４を備える。固定式の液冷式エンジンベースブロック２３０内部の端部２４３とは反対側の円筒形のピストン管部分２４２の端部２４１は閉鎖され、本発明の第４の実施形態のピストンヘッド２４７を形成するようになっている。ピストンヘッド２４７は、空気通路としての貫通穴２８４を有し、空気通路は複動式移動可能環形ピストン２４０の移動時にクランクシャフト室２８６を定常圧力に維持するようになっている。ピストンヘッド２４７は、従来型の手段によって従来型ピストンロッド２８２に取り付けられ、ピストンロッド２８２は従来型クランクシャフト組立体２８０と一緒になって複動式移動可能環形ピストン２４０の直線運動を回転機械力に変換する。
【００５５】
２つのＧｒａｐｈＡｌｌｏｙシール２４６が設けられており、円筒形のピストン管部分２４２、固定式の液冷式エンジンヘッドブロック２６０、及び固定式の液冷式エンジンベースブロック２３０の間の気密ゼロギャップ（隙間）シールを形成して、圧縮空気及び燃焼ガスを、複動式移動可能環形ピストン２４０と固定式の液冷式環状燃焼室ブロック２５０との間に形成される主要な可変長環形の燃焼室２４９に封じ込めるようになっている。リング形ピストン部分２４４には１つ又はそれ以上のＧｒａｐｈＡｌｌｏｙシール２４８が使用され、可変長環形の燃焼室２４９内の燃焼ガスを、リング形ピストン部分２４４の反対側の圧縮空気と気密シールするようになっている。
【００５６】
用語「ＧｒａｐｈＡｌｌｏｙ」は、自己潤滑性グラファイト合金シールの分野で使用される総称を意味し、特定の製造業者の何らかの商標用語ではないことに留意されたい。
【００５７】
固定式の液冷式環状燃焼室ブロック２５０及び固定式の液冷式エンジンヘッドブロック２６０は、前述の本発明の第１の実施形態と実質的に同じであり、本明細書では繰り返し説明しない。
タイロッド又は他の従来型の手段を用いて、本発明の固定式構成要素を軸方向に接続して保持するようになっている。
【００５８】
本発明の第４の実施形態の装置１０ｄの作動は、前述の本発明の第１の実施形態と実質的に同じであり、本明細書では繰り返し説明しない。
【００５９】
前記のように、種々の実施形態の特徴部の装置１０は、少なくとも部分的に移動可能環状ピストンに設けられ、ピストン内での流体流を可能にする内側通路を備える、固定式センタシャフトを特徴としている。第１及び第４の実施形態において、流体流はピストンを冷却するために使用され、第２の実施形態において、流体流は圧縮空気を発生させるために使用され、第３の実施形態は、液体をポンプ送給するために使用される。また、センタシャフトを形成する新規な内部通路は、異なる目的の１つ又は複数の異なる流体通路をもたらすように構成し、動力伝達装置を駆動するための、電気エネルギを発生するための（図１から３を参照）、流体を加圧するための、又はこれらの組み合わせのための従来の内燃エンジンと一緒に機能するように構成することができる。実際には、通路は、補助及び主要流体流を同様に流すことができる。
【符号の説明】
【００６０】
１０  装置
１２  環状通路
２０  センタシャフト
２１  ねじ
２２  給水管部
２３  半径方向穴
２４  ベース端部
２６  出口管部
２８  シール
３０  エンジンベースブロック
３２  環状室
３４  空気供給室
４０  環状ピストン
４１  ヘッドブロック端部
４２  管部分
４３  ベースブロック端部
４４  リング形ピストン部分
４６  シール
４８  シール
４９  環状燃焼室
５０  燃焼室ブロック
５２  出口ポート  
６０  ヘッドブロック  
６２  液体室
６４  空気供給室
６６  シェル
６８  ステータ
７０  磁石組立体
７２  フランジ
７４  環状室
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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