(57)【要約】  バランス型ダブルロータリーピストンを具えた回転ピストン蒸気エンジンが、効率性を高めるためにバランスした回転可変吸気カットオフバルブを具えて提供される。初期の膨張からの排気蒸気が、さらなる効率のために背圧を防止するよう第２の膨張に導かれる。回転バルブは、対向する入口及び出口双方をバランスさせる。回転ピストンの後面が膨張チャンバのハウジングの入口ポートを通過する際に、初期の膨張からの排気蒸気が除去され、排気出口の第２の膨張が、膨張チャンバのハウジングの湾曲部の初期の膨張入口から約１８０度の位置に位置し、背圧が初期の膨張に与えられない。【選択図】図５
2013527355.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械工学の分野においてエネルギ効率を改良した蒸気動力バランス型ダブルロータリーピストン動力装置であって、密閉した膨張チャンバの中で蒸気又は他の適切な圧縮動作流体の膨張の十分な利用が、
ａ．バルブの両側にバランス型の２の入口及び出口を具えたバランス型回転可変吸気カットオフバルブを用いること、
ｂ．回転ピストンの後面が膨張チャンバのハウジングの入口ポートを通過する時に取り込まれる、前記バランス型ダブルロータリーピストン動力装置の第１の膨張からの排気蒸気を用い、第２の膨張の排気出口が、前記膨張チャンバのハウジングの湾曲部の前記第１の膨張の入口から約１８０度で設けられており、背圧が前記第１の膨張に与えられないこと、及び、
ｃ．回転ピストンの平らな面と膨張チャンバのハウジングの隣接面との間の蒸気の漏れが、シール及び溝部の特定の配置によって防止されること、
によって達成され、
ｄ．以下の請求項の少なくとも１の組み合わせを具えることを特徴とするバランス型ダブルロータリーピストン動力装置。
【請求項２】
請求項１のバランス型回転可変吸気カットオフバルブが、２対の入口及び出口ポートを有するハウジングの中で回転するシリンダを有しており、
前記シリンダが、前記シリンダの周縁に形成された複数の溝部対を有しており、
前記複数の溝部が、特定の適用に使用される所定の数の吸気カットオフ設定に対応しており、
入口及び出口のパターンが、周縁に沿って交互に変化し、
前記バルブに入る蒸気の伝統的な水車又はタービン状の効果が、一定方向の前記シリンダの回転を補助することを特徴とするバランス型ダブルロータリーピストン動力装置。
【請求項３】
請求項２の溝部が、請求項２のシリンダの回転軸に直交する面に向いており、
前記溝部が、前記シリンダの周りを１８０度の所定の割合だけ延びており、
前記所定の割合が、吸気カットオフ蒸気に関して望ましい割合と同じ割合であり、
一例が、同じ面に２つの溝部を有する５０パーセントの吸気カットオフであり、
それぞれが９０度の関係で延びており、前記回転バルブのシリンダの周縁に沿って等間隔であり、さらに１つの溝部が前記回転バルブのシリンダの周りを全回転延びるよう形成されており、
蒸気の全圧が前記膨張チャンバに連続的に加えられることを特徴とするバランス型ダブルロータリーピストン動力装置。
【請求項４】
請求項２の溝部及び請求項７の凹部の前端が、吸気カットオフの開始に対応する部分がほぼ一直線に揃うように、揃うことを特徴とするバランス型ダブルロータリーピストン動力装置。
【請求項５】
請求項２の溝部対及び請求項７の凹部の非周囲端のそれぞれが、空力学的に湾曲した形状を有し、バルブの中に進入し、バルブを通過し、バルブから出る際に、高速高圧の蒸気の乱れを最小限にし、
ａ．前記シリンダの回転軸に直交する断面の曲線の形状が、相対的に小さい曲率半径の２つの短い曲線であり、必ずしも同じ曲率ではなく、曲率半径が相対的に大きい１つのより長い弦のような曲線に整合し、総ての曲線が製造の容易さのために概して円弧であるが、他の適した空力学的な外形を排除せず、前記２つの短い曲線が、請求項８で後述するような入口及び出口穴を形成する穴にほぼ一致する角度で前記シリンダの表面に整合し、前記入口及び出口の角度が概して、必ずしもそうではないが、請求項８のハウジングを通るように入口及び出口ポートの角度に相当し、
ｂ．前記シリンダの回転軸を含む断面における請求項２の溝部又は請求項７の凹部の形状が、前記シリンダの表面に略垂直な角度で表面を出る前記溝部又は前記凹部の側面を有しており、側壁に結合する前記基部又は凹部を有しており、好適には空力学的に滑らかな外形であることを特徴とするバランス型ダブルロータリーピストン動力装置。
【請求項６】
請求項３の個別の溝部の数が、吸気カットオフ設定の所定の数、例えば、１００パーセント、５０パーセント、２０パーセント及び１０パーセントに対応するよう複数有しており、このような溝部の組が、溝部間がほぼ等間隔になるよう前記シリンダの回転軸に沿って均一に分布しており、圧力下で蒸気を収容するために溝部の各組間で適切な材料の厚さを可能にし、前記シリンダの各端部の肩部が、請求項９に記載のバルブハウジングの内部での高速回転に関して前記シリンダの安定性を確保するよう十分に広く、磨耗が均一に分布することで減らされることを特徴とするバランス型ダブルロータリーピストン動力装置。
【請求項７】
請求項１のバランス型回転可変吸気カットオフバルブが、２組の入口及び出口ポートを有するハウジングの中で回転するシリンダを有しており、
前記シリンダが、複数組の溝部ではなく、同一の３面の凹部を有する１つの組を有しており、
前記凹部が、シリンダの外面に形成されており、
３面形状の凹部が周縁にあり、前記凹部の端部がそれぞれ入口及び出口ポートを超えて移動するときに、この３面形状の他の２つのエッジが吸気及び排気カットオフポイントに対応しており、２つの入口及び２つの出口のパターン及び向きが、前記周縁に沿って交互に変化し、
前記バルブに入り前記凹部のエッジに直面する蒸気の水車又はタービンと同じの効果が、一定方向の前記シリンダの回転を補助することを特徴とするバランス型ダブルロータリーピストン動力装置。
【請求項８】
請求項２及び請求項７の回転バルブシリンダが頑丈な回転シャフトに同軸に取り付けられており、それによって、
ａ．ぴったりと嵌まるが前記シャフトに沿った前記シリンダの長手方向への自由な移動を可能にし、これが、スプライン、キー及びキー溝、及びネジ、ピン等といった支台及び固定装置を具えた規則的及び不規則的な多角形の断面を通して一般に実現されるように、前記シャフトの外面及び前記シリンダに形成された穴の内面の形状を合わせることによって達成され、前記シャフトに沿った前記シリンダの移動長さが、調整可能に固定され、
ｂ．前記シャフトが、前記シリンダの少なくとも一端から延在しており、一般に各端部の少なくとも一方で、このような延在が回転ベアリングによって固定され、前記ベアリングの内部が、前記シャフトの少なくとも一端の近くに固定され、この回転ベアリングの外部が請求項９のバルブハウジングに固定され、
ｃ．請求項８のｂ．のシャフトが、請求項１のエンジンと同じ速さで回転し、前記シャフトが、ギヤ、特に切り欠きを具えたベルト及びプーリといったタイミングベルト、タイミングチェーン等といった、回転伝達装置によって前記エンジンのメインの駆動シャフトに結合され、前記シャフトが、前記エンジンのメインの駆動シャフトと同じ角度速度で回転し、前記回転伝達装置が、前記エンジンのメインの駆動シャフトの少なくとも一方に結合され、前記タイミングチェーン及びタイミングギヤではなく切り欠き付きのタイミングベルト及びプーリの効果が、前進の際の非常に滑らかな動作及び調整であり、遅延タイミングがジョッキープーリ等を介して容易に実現され、タイミングギヤのケースでは、これらは平歯車、かさ歯車等の別々のセットに結合され、これによって回転吸気バルブ及びメインのエンジン吸気のより近い接近が当業者によって実現され、ギヤの第２のセット又はメインギヤの第２の部分が前記メインの駆動シャフトに取り付けられており、一緒に回転するがメインのエンジン同期ギヤとは離れており、これによって前記メインのエンジン同期ギヤ不均一な摩耗を防止し、
ｄ．前記メインのエンジン同期歯車の少なくとも一の別個の部分の形式で直接的に前記メインの駆動シャフトの一方に結合された追加的な回転質量の慣性モーメントが、回転バルブ自身を含む前記回転伝達装置を介して、他方のメインのエンジン回転ピストン及び適切に増され且つ対称的に分布した質量を有するその同期歯車によってバランスされ、これによってエンジン全体の不均衡な慣性反応なしに回転的加速が発生し、
ｅ．請求項８のｃ．の回転伝達装置が、総ての吸気カットオフの均等な前進及び遅延が達成されるように、少なくとも１のその構成要素の回転調整を有しており、このような回転調整の例が、メインのエンジン同期シャフトに結合された回転機構の小さい回転によって調整されるものであり、これがわずかに回転を可能にし、止雌ねじ、テーパネジ及びボルト、ロックナット、テーパキー、一連の穴のピン等によって調整可能に固定され、同様な回転調整が、回転バルブのシャフトに固定された回転伝達部品によって達成され、前記メインのエンジンに対してバルブハウジングの配置を調整することによって、ジョッキープーリ等といった追加的な回転部品の動作によってタイミングベルト又はチェーンの長さを変え、吸気カットオフのタイミングの前進及び遅延が達成されることを特徴とするバランス型ダブルロータリーピストン動力装置。
【請求項９】
請求項１のバランス型回転吸気カットオフバルブが、端部がしっかりと密閉された中空のシリンダの形状のバルブハウジングを有し、ハウジングの少なくとも一端がその中心に形成された円形の穴を有し、ハウジングの中の請求項８のシャフトの自由であるがぴったりした回転が可能であり、前記シャフトが前記ハウジングから十分に突出して前記回転伝達装置及び請求項８のｂ．及びｃ．の回転調整に結合しており、前記バルブハウジングが、請求項３の溝付きのシリンダ又は請求項７の凹部付きのシリンダと近接した隙間を具えて自由な回転が可能な内径を具えた中空のシリンダであり、厳しい蒸気の気密性を必ずしも必要としないが、このような機能が請求項８のｂ．のベアリングを高圧の蒸気から保護することに関連して蒸気の密閉によって実行され、さらなる蒸気の密閉が前記バルブハウジングの外側境界に位置しており、通常は閉口したシリンダハウジングの少なくとも一端を、ボルト、ネジ等、位置決め突起及びキー、ガスケットを用いて取り外し且つ再固定可能であり、そのプロセスが、当業者に通常知られたこの類の圧力容器の密閉に通常関連しており、
前記ハウジングを、製造、メンテナンス及び修理のために容易に組み立て及び分解し得ることを特徴とするバランス型ダブルロータリーピストン動力装置。
【請求項１０】
蒸気の入口及び出口のための穴が、請求項９のバルブハウジングに形成されており、所定の比較的短い距離が各入口及び出口ポートの隣接境界を分けており、前記所定の距離は、製造用材料が加わる蒸気圧力の下で変形しないようになっており、前記バルブハウジングの中への入口及び出口ポートの進入及び流出角が製造用の材料に適しており、前記入口及び出口ポートラインの進入及び流出角が、第１に、ほぼ溝部対を含む面内にあり、第２に、乱れを最小限にする前記シリンダの湾曲面に対してある角度をなしており、このような後者の要件は丸いエッジを具えた浅い角度を好み、他の角度及び他の外形を排除するものではないが、短い曲線が請求項５のａ．に記載のように前記シリンダを出るように、選択された角度は溝部の角度に実質的に整合し、前記ハウジングの穴が概して円形であり、少なくとも１の溝部を超えて且つ同時に溝部間の１つの仕切りを超えて延びるよう十分に広く、前記シリンダに対する入口及び出口ポートの摺動が、１のカットオフ設定から別のものへの滑らかな移行を実施し、蒸気管路のほぼ等しい断面が常に利用可能であることを特徴とするバランス型ダブルロータリーピストン動力装置。
【請求項１１】
請求項１の蒸気動力バランス型ダブルロータリーピストン動力装置が、蒸気の第２の膨張を有しており、
第２の膨張の入口からの背圧が、第１の膨張の非駆動ピストン面に背圧を与えず、これが第１の排気ポートに位置する通常の中心の中央線に加えて２つの初期排気ポートを設けることによって達成され、１つの初期排気ポートが第１の膨張チャンバのそれぞれの側にあって各回転ピストンの１つの初期排気を具え、この初期排気ポートを通して蒸気が第２の膨張に導かれ、
ａ．前記初期排気の配置が、ポートの開口が、同じ非駆動ピストンの後面が前記膨張チャンバのハウジングにちょうど近接する場合に前記非駆動回転の前側ピストン面に隣接する前記膨張チャンバの周囲のポイントで始まることで、前記非駆動回転のピストンの前面及び後面間の中程度の圧力の蒸気を捕捉し、このような蒸気の圧力が、第１の蒸気が流入する領域の第１の膨張の後ろにおける蒸気とほぼ同じであり、その後、前記中程度の圧力の蒸気が第１の流入領域に最早結合しない後で第２の膨張の中に排出され、その前に捕捉された蒸気が中央の第１の排気に晒され、
ｂ．前記初期排気ポートが、請求項１１のａ．に記載されたポイントで開始し、適切な短い距離延在し、前記メインのエンジンの約４分の１回転に要する時間内で中程度の圧力で捕捉された蒸気の大部分を排出し得る適切な断面を具える前記膨張チャンバの穴であり、
ｃ．前記初期排気ポートの穴が、好適には、空力的な断面であり、空力学的外形で前記第１の膨張チャンバに入る穴が概して、少なくとも初期に、２つの回転ピストン面にあり、
ｄ．前記初期排気ポート穴が、前記第１の膨張チャンバの円形形状の接線に対して浅い角度で入り、捕捉された蒸気の移動が補助され、
ｅ．前記初期排気ポート穴と前記膨張チャンバの円形曲線との間の境界が、製造用材料に適した空力学的に起伏のある前側及び後側エッジを有し、力が巻き込まれ、
ｆ．第２の膨張に向かう管路の断面の表面積が、少なくとも一定で、減少せず、好適には非常にわずかに増加して大量の中程度の圧力の蒸気の移送を補助し、
ｇ．第２の膨張への管路の３次元形状が、少なくとも２次元において、中央の第１の排気の領域に向かう空力学的曲線であり、前記第１の排気に合流しないが、双方の第１の膨張回転のピストンからの初期排気が、等しい長さの管路を介して組み合わさり、交互の脈動が第２の膨張の入口に到達し、
ｈ．前記第２の膨張エンジンが、中程度の圧力の回転エンジンに対して低く、リバース及びレシプロエンジンのタービン、「ルーツ型」送風機といった他の動力装置を排除するものではないが、好適には適切な大きさのバランス型ダブル回転ピストンエンジンであり、
ｉ．得られる第２の膨張がどちらか一方であり、
ｊ．第１の膨張に機械的に結合されていない補助エンジンによって、変動負荷を具える第２の及び第１の膨張双方の最適な複合膨張のコンフリクトが回避され、前記第２の膨張エンジンが好適には発電機システム及び他の付属機器を駆動し、
ｋ．機械的に結合された複合エンジンにおいて、同じ駆動シャフトを共有することによって、又は別の又は固定又は可変機械的回転伝達システムを介して第１の駆動システムが第２の膨張に結合され、
ｌ．機械的に結合された複合膨張において、各初期排気が第１の膨張と同じ駆動シャフトに取り付けられた第２の膨張エンジンに別々に導かれ、初期の第１の排気から第２の膨張入口に通じる経路が、可能な限り最も短い空力学的経路であり、第１及び第２の膨張回転のピストンの回転ピストン間の位相関係が、初期排気の脈動が第２の回転のピストンの一方が膨張サイクルの開始時に達するのにほぼ標準的な時間で第２の膨張入口に達するようになっており、同じアクスルの第１及び第２の回転のピストンの隆起したカム状の部分が、適切な位相不一致の関係を有しており、この位相関係ができる限り大きな第１の膨張の駆動力を有する一方、第２の回転ピストンが非駆動であり、逆もまた同様であり、これによって回転ピストン及び関連する同期ギヤ及びベアリングの摩耗を最小限にし、
ｍ．請求項１１のａ．乃至ｉ．の第２の膨張システムからの排気を、残りの第１の膨張排気からの蒸気と混合する前に少なくとも部分的に凝縮でき、第１及び第２の膨張排気の初期の混合及び迅速な凝縮を排除するものではないが、これによって第１の膨張排気から第２の膨張排気の中への逆流を減らすことを特徴とするバランス型ダブルロータリーピストン動力装置。
【請求項１２】
請求項１の蒸気動力バランス型ダブル回転ピストンエンジンの膨張チャンバの平らな面の蒸気密閉が、実質的に、
ａ．各回転ピストンが２つの平らな面を有しており、これらの平らな面のそれぞれが、前記回転ピストンの前記平らな面の周囲の近くの湾曲した溝部に嵌まる１つの湾曲した平らなシールを取り付けており、曲線が大小の半径の各回転ピストンの２つの半円弧及び前側及び後側のピストン面を形成する２つのギヤ歯の形状をたどり、シールを収容する溝部が十分深く形成されて、溝部の側面によってシールを良く支持でき、溝部の基部が適切な数の前記シールの周りに位置するバネを嵌める凹部を囲んでおり、適切な比較的均一に分布した圧力をシールに与え、シールが尖った角部でより幅広且つ深くなっており、これによってこれらの領域で直面する余分な応力に耐え、
ｂ．各回転ピストンが２つの平らな面を有しており、これらの平らな面のそれぞれに、真っ直ぐなシール部分のセット又は１つの多角形状のシールが付けられており、このシールが不規則的又は規則的な多角形であり、前記真っ直ぐな部分が、そのポイントにおけるピストンの回転中心に位置する円弧によって与えられる曲率よりも小さい曲率を有する代替的に緩やかな曲線であり、これによって、摩耗が前記回転ピストンの前記平らな面の大きな領域にわたって分布し、長期間の蒸気密閉が改善され、製造し易さを補助し、
ｃ．４つの円形シールを、前記膨張チャンバエンジンハウジングの２つの平らで平行な側面のそれぞれに形成された溝部にセットし、前記シールが各回転ピストンの回転軸の中心に置かれ、前記回転ピストンの平らな面の側面を下りメインの駆動シャフトベアリングに入る蒸気の漏れが減少し、
ｄ．溝部の２つの実質的に真っ直ぐなシールが前記膨張チャンバの平らで平行な側面のそれぞれに形成され、溝部及びシールが、各回転ピストンの軸に対して半径方向に向いており、双方の回転ピストンの双方の軸を含む面に向いており、前記シールの幅が、前記回転ピストンの適切なギヤ歯の形状の、それらが中心点で係合したときの円周距離を超えて延びるのに少なくとも十分広く、前記シールが十分に幅広で中心点で２つのピストン面の通過の際に過度に傾斜するのを防ぎ、臨界中心点におけるハウジングの平坦面の密閉が改善され、
ｅ．請求項１２のａ．及びｂ．のシールが、真っ直ぐなシールによって結合される２つの円形シールと組み合わされ、前記真っ直ぐなシールが円形シールの接線に対して直交し、総ての部品が平坦面にあり、結合領域が適切な外形でこの結合部における厚さが組み合わさせシールの動作によって加えられる余分な力を耐えるのに適しており、別々のバネで留められた又はキーを有する支持部等を具えた別々の真っ直ぐな及び円形のシールの使用を排除せず、中央シールとともに固定することによって中央シールにより安定性を与えることを特徴とするバランス型ダブルロータリーピストン動力装置。
【請求項１３】
請求項１の膨張チャンバが、前記膨張チャンバの平坦且つ湾曲した面に形成された浅い溝部を有しており、与圧蒸気がこれらの溝部に入り通常の膨張を行わず、漏れ蒸気がより大きな乱れに直面しこれにより通常の抵抗を超える抵抗に直面する際に、前記回転ピストンとハウジングとの間の小さな空間を通して蒸気通路の減少をもたらし、前記膨張チャンバの湾曲部の溝部が、前記メインの駆動シャフトの回転軸と略平行で、前記膨張チャンバの周囲にほぼ規則的な間隔を空けており、前記膨張チャンバの平坦面が、半径方向に向いた、又は少なくとも実質的に前記メインの駆動シャフトの回転軸に直交する同じ溝部を有しており、直径から短い距離前記回転ピストンの小径よりも短く前記膨張チャンバの湾曲面まで延びており、平坦面の溝部が通常前記膨張チャンバの前記湾曲面の溝部に交差しており、追加的シールによるメインシャフトのベアリングの密閉が、前記溝部との適切なクリアランスを有することを特徴とするバランス型ダブルロータリーピストン動力装置。
【請求項１４】
平衡錘又は平衡錘が、ピストンをバランスさせるように請求項１の回転ピストンの非隆起半体の中に対称的に設けられており、
前記錘の材料が、前記回転ピストンの塊よりも密度が高く、このような材料は高い鉛含有量の合金等であり、追加的に又は代替的に、少なくとも１の穴が、同じ目的で前記回転ピストンの隆起半体の中に対称的に形成されていることを特徴とするバランス型ダブルロータリーピストン動力装置。
【請求項１５】
第１の膨張の構成要素、バランス型回転可変吸気カットオフバルブ、第２の膨張、及び第２及び第１の膨張によって駆動される補助装置を備えた請求項１のバランス型ダブル回転ピストンが、前記第１の膨張及び自動車の適用における主車輪といったメインの負荷を駆動する関連する伝達システムの時計方向又は反時計方向の回転方向が、逆の回転方向に構成され、バランス型回転可変吸気カットオフバルブ及び発電機といった前記第２の膨張エンジンによって駆動される回転補助装置に略平行な軸にあるよう構成されるように、空間的に配置され且つ向いており、加速の際の第１の膨張に取り付けられた駆動トレインの角運動量の純変化が、バランス型回転吸気カットオフバルブ及び第２の膨張エンジンによって駆動される補助装置の組み合わせの角運動量の純変化によって、１つを使用する場合にバランスされ、
第１及び第２の膨張の中心メカニズムの中の角運動量の純変化が、前記メカニズムの全体的なバランスした配置及び請求項１４の個々の回転ピストンにより、又は当業者に周知な他のタイプのバランシングを介して必ずゼロになることを特徴とするバランス型ダブルロータリーピストン動力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
「均等ダブルロータリーピストン」機構は、１８３２年にフランスで特許されたが、様々な問題のため、その潜在能力が完全に実現されておらず、ここにおいて、バランス型回転可変吸気カットオフバルブ及び第１の膨張に対して背圧を与えない方法で第１の膨張の排気によって駆動される第２の膨張によって解決される。
【０００２】
図１は、「均等ダブルロータリーピストン」機構の基本的な配列を示す。平衡シャフトに取り付けられ膨張チャンバの中に収容され、回転ピストンの出っ張った半円部がたどる通路に沿って嵌合する２枚の等しいディスク状の回転ピストンがある。一方の回転ピストンの出っ張った半円部の表面及び他方の回転ピストンの出っ張っていない半円面の表面は、膨張チャンバの中心点で狭い通路を有する。回転ピストンの出っ張った部分及び出っ張っていない部分で「面する」ピストンが、適切なギヤ歯の形状である。回転ピストンの出っ張ったカム状の部分の上部は、約１８０°延びており、ピストンリングが無いにもかかわらず、このような長い距離が良好なシールを提供する。２つの回転ピストンは、２つの平行な駆動シャフトに固定されており、各シャフトは膨張チャンバの外部のギヤホイールに固定されている。これらの２つの等しいギヤホイールは係合し、同じスピードであるが逆方向に、同期するよう回転ピストンを回転させる。予圧蒸気（又は他の作動流体）は、この機構の中央の近くの膨張チャンバの一方の側から入る。この流体は、一方のピストンの駆動面に圧力を与え、この圧力は回転軸を含む面及びピストン面を通過する半径に対して略直交する。換言すれば、圧力がピストン面の最適な方向に与えられる。他方の非駆動回転ピストンの出っ張った面は、受面を形成する。中心に向かう圧力は、回転する際のベアリングにおける摩擦損失は別として、エネルギ消費なしにシャフトのベアリングで除かれる。一方の回転ピストンが半回転する際に他方が駆動されるが、このような状況は別の半回転で逆転する。
【０００３】
この機構は、エンジンとして逆回転するよう作動するシングルローブのギヤポンプにほぼ等しい。しかしながら、シングルローブは連続的な回転を生成しないため、運動は外部のギヤ列によって維持される。
【０００４】
２つのピストンは、回転ピストン機構の多くの他の試みとは異なり、等しい形状である。このような理由から、この機構は、十分に定義されるわけではないが、「均等ダブルロータリーピストン」と称される。より十分な定義は、膨張チャンバの中で密接に嵌合するほぼ１８０度の円弧の回転ピストンの出っ張った部分を含み、膨張チャンバの外部のギヤによって同期するよう、２つの回転ピストンが逆方向に平行な軸を回転する際に近接して運動することを含む。
【０００５】
このエンジンの利点：
均等ダブルロータリーピストンエンジンには多くの利点があり、欠点はほとんど無い。全体として現在のエンジンよりもはるかに良いエンジンである。
１．回転ピストンが、逆方向に継続的に回転することではずみ車として機能し、非常に効果的にエネルギを一定に保つ。往復運動又は振動運動を介したエネルギ浪費の完全欠損が、（バルブ又は受面といった）小さな部品においてさえも、主要なエネルギ保存の要因である。
２．４ストロークの内燃機関の２５％の動力行程と比較して、「サイクル」においてほぼ１００％の動力行程を実現する。
３．レシプロピストン及びクランクにおける力の分解は、ピストン及びコンロッドがほぼ最適な方向に非常に短く作用し回転を生成することを意味する。（最適位置は、ピストン及びコンロッドがその総ての力を直線上に加える時であり、クランクのアームに対して直角になる時である。これは、各サイクルについて簡単に近似されるが、有限な大きさのクランクエンジンにおいて完全に満足するわけではない。）一方、均等ダブルロータリーピストンエンジンは、常に、回転軸に対してほぼ直角にピストン面に力を加え、（ギヤの形状の傾斜に応じて）、ほぼ常にほぼ最適な回転モーメントを発生させる。また、それは、Ｗａｎｋｅｌ回転機構よりも非常に優れている。
４．コンロッド及びクランクシャフトを介して回転運動に往復運動を変換することが、シリンダ壁に力の成分を有する。出力及び効率の損失の原因となるこのような摩擦は、このような特定のロータリーエンジンで防止される。
５．また、典型的な内燃機関とは異なり、誘導、早期点火圧縮、及び排気ストロークによる出力の損失が無い。カム及びバルブの駆動もいらなくなる。このようなエネルギ支出は、多くの場合非弾性形態で動作するバネに抗することにより、しばしば往復運動を含み、顕著な摩擦を引き起こす。
６．２つの回転ピストンは、反対方向すなわち時計方向及び反時計方向に回転し、その加速は、ハウジングに回転による合力の慣性力を与えない。これは、エンジン取り付けが重量最適化にパワーの重要な部分である場合に、自動車用の動力装置において重要な利点である。
７．吸気カットオフバルブとともに、双方の回転ピストンは完全にバランスされ、これにより高速及び低速のいずれにおいても振動を発生しない。これは、エンジン取り付けの容積を減らし、概してエンジニアリングへの出力を改善する。
８．この機構は、容積型エンジンでありタービンではない。これにより、典型的な自動車への適用で特に必要とされるように、負荷に対して静的な位置から良好な加速を得る。タービンは、負荷に対して静的な位置からの加速があまりない。「均等ダブル回転ピストン」機構は、容積型回転エンジンにかかわらず、軌道エンジン、ベーンエンジン、又はワンケルエンジンではなく、特に自動車の適用例でえは総てが１又はそれ以上の主要な問題を有する。
９．所定のサイクルの間の一定の回転方向及びほぼ一定の角速度により、摩擦及び摩耗が非常に少ない。現状のベアリング、シール及びタイミングギヤは、大きな耐久性及び性能のために、総て世代にわたって大きく加工され、このような新たな環境で容易に利用される。
１０．回転ピストンの突起部の長い湾曲面及びハウジングに近接する長い距離により、ピストン「リング」が無いにも拘わらす、非常に非常に少ない蒸気のみがこれらの面の間から漏れる。２つの面は、膨張の開始時で圧力が最大の時に、最も必要とされる概算での最大長さを有する。回転ピストンの平らな面は、蒸気が回転ピストンの突起部の面を通して逃げるのを防止し、メインのドライブシャフトのベアリングを通して逃げるのを防止するシールを有する。
１１．近年の精度の高い製造技術により、２つの回転ピストンの接線がある中心点の２つの回転ピストン間で非常に小さい一定のクリアランスを有する。これにより、中心点の回転ピストンの間を通して少量の蒸気のみ逃げることを可能にする。この蒸気は、シールされたシステムの中に保持され排気とともに出て、濃縮且つ再利用される。これが、構成全体の唯一の欠点である。それは、レシプロエンジン及び他の回転エンジンに対するこのような回転ピストンの多くの利点によって十分に補償される。
１２．双方の回転ピストンは、ロバスト部材のピストン面及び支台双方として機能する。このような重要な事実は、他の回転ピストン機構の大部分と本機構とを区別する。多くの他の回転ピストン構成は、分離した、多くの場合小さな移動部を有しているため、比較的薄い支台を有する。その隣接面に近接する長くて均一な湾曲面にわたって摩耗を均一に広げることによって、この機構と多くの他の回転ピストン構成と別の一般的な欠点とを区別する。また、バランス型回転インレットカットオフバルブは、優れた耐久性を備えた非常に頑丈でシンプルな構成である。
１３．外燃機関であるため、内燃機関とは異なり、燃焼燃料の残留物は、膨張チャンバの中に入らず、汚染物質又は沈着物を生成しない。このため、ベアリング及び同期ギヤのためのオイルが清浄に保たれ、結果としてメンテナンスをあまり必要とせず、エンジンの寿命が改善される。
１４．特性を制御した外燃は、あまり大気汚染を発生させず、多くの様々な燃料の幅広い選択を可能にする。蒸気を発生させるよう使用される燃料は、ガソリン、ケロシン又はＬ．Ｐ．Ｇ．（天然ガス）といった従来の石油ベースの燃料を含む。しかしながら、これらの化石燃料は、大気中の二酸化炭素純増加、地球温暖化及び有害な気候変化に寄与する。より環境的に信頼できる燃料が開発されている。これらは、（第２世代の）エタノール、及び藻類オイルといった再生可能な資源を含む。あまり望ましくない燃料は、第１世代のエタノール及びキャノーラ油といった植物油である。水素を、波、風及び太陽光発電といった様々な断続的なエネルギ源、又は地熱エネルギといった一定のエネルギ源から発生する外燃の燃料として使用できる。しかしながら、より第２世代のバイオ燃料のより直接的な燃焼は、水素よりも直接的で良好なオプションである。
１５．最高のエネルギ源が何であろうと、エンジンは高圧蒸気を使用する。少なくとも最近３０年間で、典型的な自動車で使用するための十分な圧力での急速な蒸気生成に関する技術を、約４５秒で発生できるようになっている。自動車で使用する現在の蒸気発生器は、コンパクト、軽量、安全且つ信頼性がある。また、自動車で使用する蒸気の調整が現在非常に良好に確立されている。これら２つの領域に技術に関しては、本出願で詳細に説明しない。
１６．バランス型ダブルロータリーピストン蒸気エンジンは、可動パーツが少なくシンプル、コンパクトであり、製造するのが比較的安価である。これは、回転ピストンエンジンのプロトタイプが、小型の旋盤、ボール盤、手工具及びエアコンプレッサのみを有する裏庭のガレージで製造されたという事実によって示される。蒸気発生器のコストに関しては、製造コストが内燃機関のそれと比較して低い。
１７．自動車に適用される蒸気動力「バランス型ダブルロータリーピストン」動力装置の適合性は、効率が悪いレシプロピストン蒸気車両が過去に成功しているため、クラッチ及びギヤボックスをなくすことができるほどである。クラッチ及びギヤボックスを無くすことによる軽量化は、動力装置の重量効率にパワーを与え製造及び動作コストをさらにもっと減らす。各駆動ホイール直接的に駆動する別々のバランス型ダブルロータリーピストンエンジンを設けることによって、変速機トレインの他の部分を無くすことが可能である。しかしながら、このような利点は、少なくとも２つのエンジンでの比較的大きなトータルの断熱の必要性、及び道路の振動に近いエンジン及び圧力管路を保護するために余分な措置によってオフセットされる。
【０００６】
このため、本特許出願に記載されたエンジンは、多くの状況で４ストロークの内燃機関を廃れさせる可能性を有するといえる。自動車への適用は、鉄道輸送及び海上輸送、場合によると航空輸送とともに、過酷な長距離道路輸送、軽量な通勤者輸送を有する（航空輸送に関しては、本エンジン及び現在の蒸気発生器が、１９３３年４月に飛行したＷｉｌｌｉａｍ及びＧｅｏｒｇｅ  Ｂｅｓｌｅｒの大成功なレシプロピストン蒸気エンジンのプロペラ複葉機よりもはるかに効率的である。オリジナルのニュース映画は、ｗｗｗ．ｙｏｕｔｕｂｅ．ｃｏｍ／ｗａｔｃｈ？ｖ＝ｎｗ６ＮＦｍｃｎＷ−８で見られる）。固定されたものへの適用は、大規模な動力装置及び小規模の熱及び動力装置の組み合わせを含む。農業従事者は、実質的には任意の可燃燃料を炉で使用して蒸気を発生できるため、自身の燃料を用いて自身で発電できる。また、携帯型ユニットが空気装置又は油圧装置のために発電し又はポンプを作動させる。鉱業でしばしば使用される圧縮空気機械を含む多くの機器を、「バランス型ダブルロータリーピストンエンジン」に容易に適用し得る。多くの他の工業的プロセスが、蒸気動力のバランス型ダブルロータリーピストン発電を使用でき、局所エネルギ源の使用をより直接的且つこれにより効果的にする。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
概略図の説明
【図１】本図は、回転ピストンの立面図及び立断面図を示す。回転ピストン２の駆動から他方のピストン１の駆動に移行するエンジンを示す。膨張チャンバは、ハウジング及びピストンによって形成されている。回転ピストンの隆起部分のリーディング面は、適切なギヤ歯の形状を有しており、このような湾曲面がピストン面を形成する。このエンジンは、常に回転ピストン２を時計方向に回転させ、回転ピストン１を反時計方向に回転させる。ピストン面の（インボリュート又は他の適切な曲線といった）ギヤ歯形状の目的は、離れるまで小さな隙間が常に残るため、サイクルの１つの部分から次の部分への短い移行の際の蒸気の漏れを最小限にするためである。非駆動側回転ピストンは、膨張チャンバの後部で受面を維持し、それに対して蒸気圧が駆動サイクルにあるピストン面の前端に力を加える。  ピストン２は、その後側ギヤ面がその移行を完了し他方のロータリーピストンが駆動ピストンになるまで駆動し続ける。これは、１８０°回転した後に各ロータリーピストンについて交互に生じる。このため、一方の回転ピストンの後に他方の回転ピストンの半サイクルに関して動力が交互に供給され、各移行で、駆動ギヤが従動ギヤになり従動ギヤが駆動ギヤになる。以下のいずれかの図の一方の回転ピストンに関して言えることが、逆方向に回転することを踏まえれば、相当する位置にある場合に、他方の回転ピストンに同じように言える。２つの回転ピストンを有するにもかかわらず、このエンジンは、一方の回転ピストンは他方の回転ピストンなしに動作しないため、２気筒エンジンとみなすべきではない。２つの回転ピストンは、各回転ピストン軸にギヤによって同期される。これらのギヤは、回転ピストンと同じピッチ円径を有する。それらは、各回転ピストンの小径及び大径の同じ中間径を共有する。  以下は、サイクルの様々な位相での簡単な説明であり、図は一目瞭然ある。
【図２】回転ピストン２が動力行程を丁度終え、回転ピストン１がその動力行程を開始しようとするところである。
【図３】ａ．直径の内圧は回転運動を発生させず、ｂ．駆動圧を受け易い３つのギヤ形状面を有する−回転ピストン１の２つの面への力が、正味の駆動力を与えずに均衡する一方、回転ピストン２の非バランス力がそのピストンに時計方向の回転を与えることに留意されたい。
【図４】回転ピストン１が、その動力行程の中間を超えており、前の動力行程を排出するのを止めている。回転ピストン２は、排出を開始している。
【図５】図５は、４つの予め決められた吸気カットオフ設定を具えた一例における、バランス型可変吸気カットオフ回転バルブの断面図を示す（段落「０００８」乃至「００３１」を参照）。カットオフの数（４のみだけではない）、及びカットオフ比双方を特定の適用例に適合するよう選択し得る。
【図６】この等角図は、バランス型回転バルブの両側の特性を示す。形成された溝を具えた固形シリンダの総ての３次元特性は図示せず、シリンダの面の溝の外側エッジのみを示す。また、４つのカットオフ設定を一例として示す。
【図７】本図は、エンジンに関する回転吸気カットオフバルブの一例を示す。それは、吸気カットオフバルブへの吸入の二等分、吸気カットオフバルブ自身、及び混合の前の吸気カットオフバルブからの排出及び膨張チャンバの中への進入についての総ての相当する段階において蒸気移動距離に関して等しい長さを有する一例を示す。メインのエンジン駆動軸及び吸気カットに直接的に結合するよう使用される歯付きのタイミングベルトの場合、同じ配置を使用し得る。単純なプーリーシステムでは、回転が平行面で生じる−しかしながら、他の回転伝達システムは非平行進路を可能にする。  例えば、メインのエンジン駆動軸と吸気カットオフバルブ軸との間のベベルギヤのシステムを使用でき、吸気カットオフバルブの膨張チャンバへの近接を可能にする。回転バルブの回転軸はメインの駆動シャフトの軸に対して直交し、中央点を通過し、回転ピストンの回転面にある。このようなシステムでは、蒸気が通過する道が中央領域で同じ曲線−「Ｓ」形、及び「Ｓ」の左右対称形を有し、Ｓ形の中心でカットオフが生じる。これは図示しない。
【図８】本図は、二次使用のためにトラップした蒸気を引き出すための初期排出ポートの２つの可能な構成を示す（段落「００３２」等を参照）。二次使用は、機械的に結合した「複合エンジン」又は非機械的に結合した「補助エンジン」のいずれかにおける。補助エンジンを使用して発電でき、又は自動車用の他の付随装置等を駆動できる。双方の回転ピストンから送られる蒸気に等しく好ましい領域の二次的膨張への蒸気経路によるの空気力学的経路、すなわち、初期の主要膨張排気の近くの中心線領域に留意されたい。
【図９】図９、１０、１１は、平らな面で回転ピストンをシールするためのいくつかの方法を示す。これらの方法は、優先権出願ＡＵ２００５０２０１７４１  ２００５０４２７の２００６年１１月１６日に公開された本出願人のＷＯ２００６１０２６９６（Ａ１）に記載されたものへの追加である。  湾曲した平らなシールが、回転ピストンの平らな面の周囲の溝に嵌る。溝は、溝の側面によってシールを良く支持できるよう十分に深い。溝の基部には、適切な数のバネを嵌めシールの周りに位置する凹部が形成されており、適切な比較的均等に分布する圧力がシールに加わる。このシールは、鋭い隅部で拡げることができ、これらの領域が直面する外部からの応力に耐える−このような態様は図９に示さない。一連の真っ直ぐなシール又は真っ直ぐな部分を備える１つの多角形シールを湾曲したシールの代わりに使用できる。このシールは、不規則な多角形又は規則的な多角形であり、これらの直線部を、その点でピストンの回転中心の円弧よりも小さな曲率を有する緩やかな曲線に代えることができる。真っ直ぐな又はわずかに湾曲した部分の利点は、回転ピストンの平らな面の広い領域にわたって磨耗が分散することである。真っ直ぐな部分は、製造するのにあまりコストがかからない。図９の点線は、真っ直ぐな部分の１つの可能な構成の一例を示す。  平衡錘又は複数の平衡錘を回転ピストンの非隆起半体の中に対称的に配置でき、ピストンが静的にバランスされる。錘は、回転ピストンの塊よりも密度が高い材料であり、可能なものとしてタングステン又は鉛合金である。追加的又は代替的に、同じ目的で回転ピストンの隆起半体に少なくとも１の穴を対称的に形成し得る（図９に示さない）。  全体として動力装置のバランスをこのような点で説明する。初期の膨張、バランスした可変吸気カットオフバルブ、第２の膨張、及び第２及び初期の膨張による補助的な駆動が総て回転し、理想的にはこのような回転が特に加速においてバランスされる。第１の膨張の主要なメカニズムは本質的にバランスされるが、主車輪といった主要な負荷を駆動する関連する回転伝達系はバランスされない。同様に、「バランスした」回転可変吸気カットオフバルブは、そのベアリングの力のバランス及び静的バランスにおいて角運動量に関してバランスされない。同様に、動力装置といった第２の膨張エンジンによって駆動される回転補助は、通常、加速中にバランスされない。一緒に加速するこれらの系総ての空間的配置を、角運動量の正味の変化が大部分相殺されるように構成し得る。最も大きい非バランス角運動量を具えた部品は、第１の膨張に取り付けられた駆動トレイン、すなわち駆動輪等である。加速中の不安定な状態の主な原因は、回転吸気カットオフバルブの回転の向き及び方向を構成することによるオフセット及び第２の膨張エンジンによる付属物である。ダブルバランス型回転ピストンエンジン自身と同じように、時計方向及び反時計方向のロータを具えた２つの動力装置がバランスされる。
【図１０】本図は、密閉のための方法を示す。第１に、環状のシールがエンジンのハウジングの溝部にセットされ、回転ピストンの平らな面の側方からメインの駆動ベアリングに入るような蒸気の漏れを防止する。第２に、中心点でのハウジングの平らな側面の改善された密閉が、適切なギヤ歯の輪郭の周縁の距離が密閉の幅とほぼ同じとなるように又はそれよりも小さくなるように、十分に広い第２の密閉によって影響される。これは、中心点での２つのピストン面の通過の間にシールが過度に傾斜するのを防止する。さらに、改善された密閉は、膨張チャンバの平らな且つ湾曲した面の浅い溝部を介するものである。蒸気が、これらの溝部に入り通常の膨張を行わない。しかしながら、これらの溝部に入ることに関する乱流は、回転ピストンとハウジングとの間の小さな空間を通る蒸気の更なる通過が、より多くの乱流及びその通路を介した漏れに対する抵抗を意味する。このような効果が利点を有するとなかろうと、あまり減少しない抵抗を単に増さず、経験的に決定する必要がある。
【図１１】本図は、図９のシールに真っ直ぐな又は少なくともあまり湾曲していない部分を使用することを除いて、図１０と非常に似ている。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
バランス型可変吸気カットオフ回転バルブ
基本的概念の視覚的表現に関する図５、６、７を参照されたい。蒸気動力バランス型ダブルロータリーピストンエンジンのほぼ従来技術の任意の形式の吸気カットオフが無い。これは、ずっと以前に広く使用されたエンジンではないこのような優れた機構に寄与するおそらく重要な因子であった。バランス型ダブルロータリーピストンエンジンの回転可変吸気カットオフの任意の形式を開示する従来技術は、知られていない。さらに、提案されるバルブは静的にバランスされ、回転バルブのベアリングに蒸気によってかかる圧力に関してバランスされる。
【０００９】
典型的な自動車用動力装置は、迅速に変化する負荷及び広く変化するスピードを有する。出力及び経済性をバランスするために最も適切な蒸気量を用いるために、２、３、４、又はそれ以上の吸気カットオフ間で迅速且つ滑らかに変化することは必須ではない。このような構成は、可能性のある多数の吸気カットオフセット間の迅速且つ滑らかな変化が可能である。このため、自動車での適用に特に適切である。ゆっくりと変化する負荷を具えた動力装置といった静的な状況では、１又は２の吸気カットオフセットのみを必要とする。バルブは、シンプルであり、製造が簡単で、効率的であり、頑丈且つ耐久性がある。これらの理由から、このような構成及び適用は新規且つ非常に有用であると考えられる。
【００１０】
より多くの蒸気膨張が可能となる吸気カットオフの重要性が、蒸気技術者達によって１８３０年代に実現した。吸気カットオフ無しに、蒸気のフルヘッドが、大きな負荷に抗してピストンをゆっくりと押すことができ、ストロークの端で排気流は依然として全圧のままである。高圧の蒸気を排出することは、エネルギを浪費する。
【００１１】
典型的な現在の自動車用蒸気動力装置は、大気圧の少なくとも２０倍の圧力の蒸気を発生し得る。小さな負荷に抗して作動する速いエンジンにおいてさえ、大気に排出する前に出力を発生させる際に、蒸気がほんの１０倍膨張し得るのに非常に非効率である。１つの可能性は、第１の膨張の長さを２倍にすることであるが、最も効率的なエネルギ伝達又は仕事が膨張の初期になされるため、これはすでに１０倍膨張した蒸気からエネルギを抽出するのに非効率な方法である。より良い方法は、膨張への入口流部分通路をカットオフすることであり、これにより、膨張全体にわたってピストンに適用される全圧蒸気を具える場合よりも完全な膨張が可能となる。回転吸気カットオフバルブにより、蒸気が各回転ピストンの「動力行程」の開始と同じ位置（すなわち、３６０°回転の２倍）で回転エンジンに入ることができるが、各動力行程の約１０％、３０％又は６０％で蒸気をカットオフするか、又はサイクルの１００％に関して連続的に蒸気をエンジンに入れることができる。エンジンに２つの回転ピストンがあることに留意されたい。一方は、半回転（すなわち、１８０°）し、他方の回転ピストンは半回転する。このため、エンジンの１回の３６０°の回転で、他方が排出する間、各回転ピストンがピストン１８０°駆動し、ほぼ連続的な出力ストロークを与える。
【００１２】
このような「バランス型可変吸気カットオフ回転バルブ」は、バランス型ダブルロータリーピストン回転蒸気エンジンとともに使用して、効率を改善するために最初設計された。しかしながら、他の適用例でバルブもまた使用できる。
【００１３】
４吸気カットオフセットの一例における作動原理
ａ．例えば、１０％の「経済的」な設定を考える。これにより、各回転ピストンの動力行程の約１０％について、蒸気がエンジンの中に入ることができ、蒸気の動力行程の約９０％が膨張しほぼ最大エネルギ効率を達成できる。バルブの開閉にかかる時間は、最適効率バルブ動作時間を約８５％までおそらく減らす。
【００１４】
ｂ．３０％の設定により、１０％の設定に対して２０％多い動力行程に関してエンジンの中に蒸気が入り得るが、動力行程が完了する前に２０％少ない動力行程を有する。これは、より多くの蒸気が動力行程の間に入ることを意味するが、膨張且つその作業可能性を実現する動力行程よりも小さい。これは、経済性を犠牲にしてより多くのパワーを与える。
【００１５】
ｃ．６０％の設定により、同じ理由から、蒸気が１０％の設定よりも５０％多い動力行程に入る−しかしながら燃料を浪費する。これは、険しい丘を登るといった極端に大きい負荷の下で、短期間のみ良好に使用される。
【００１６】
ｄ．自動車の設定では、前進−中立−後進の機械的ギヤボックス及びクラッチを使用し、冷えた状態でのエンジン始動のために、１００％の設定が選択され、エンジンを素早く暖めるために蒸気が連続的にエンジンに入り得る一方、エンジンが中立ギヤで回転し得る。また、エンジンを切って再スタートさせるときに、エンジンが暖かいままであっても、他の設定ではバルブが閉位置で止まるため、エンジンを始動するためにドラムバルブを１００％の位置に設置する必要がある。
【００１７】
バランス型回転可変吸気カットオフバルブの詳細な説明（４つのカットオフの設定の例）
１）回転バルブは、密閉された円筒形の中空ハウジングの中のシャフトに回転シリンダを有する。内部のシリンダは、エンジンの回転ピストンと同じ速さで回転する。シリンダは、内径に対して最小クリアランスを有しており、金属間の接触はない。シリンダは、シャフトにキー又はスプラインで結合され、それに沿って摺動できる。それは、（１００％の設定では）回転シリンダの周縁のそばに切られた溝部を有しており、この溝部がシリンダの内側で対向する蒸気の入口及び出口ポートと揃うと、バルブを通した連続的な蒸気流を抑えない。
【００１８】
シリンダは、連続的な（１００％）溝部に平衡に動作し回転ドラムの周縁に沿って異なる長さの３（又はそれ以上の）他の溝部を有し、ドラムに沿って等間隔である。ドラムを内径に沿って移動させることができ、溝部の選択により蒸気の入口及び出口ポートが揃う。これらのそれぞれ溝部の開始は一直線にあり、歯付きベルト駆動又はギヤによってタイミングが取られエンジンの回転ピストンがエンジンの入口ポートを通過するときに開く。
【００１９】
図示するように、様々な長さの溝部、例えばドラムの周縁の半分の１０％、３０％又は６０％がある。溝部に対して回転ドラムは両側にある。バルブのドラムが一方向に回転するように、相当する溝部が、ドラムの反対側のこれらの溝部に沿って形成され、同じ長さの２つの溝部が、所定のポイントを通過する。この結果、溝付きのシリンダの一方の完全な回転では、シリンダが回転し溝部の開始がバルブの入口ポートを通過する際に、蒸気が溝部を通過でき、バルブの出口ポートを出て溝部の間、エンジンの中に入る。溝部の後端が入口ポートを通過するときに、残りの半回転のために蒸気流を遮断する。
【００２０】
ドラムに２組の溝部があり、バルブシリンダの双方の側に入口−出口ポートがあるため、同じプロセスがバルブの他方の側に同時に起きる。これが、バルブ及びエンジンの１回転で２回繰り返される。蒸気供給ラインが、蒸気がエンジンの入口ポートに入る前に、バルブの吸気及び２つの排気口の双方を提供するよう分岐している。このため、バルブシリンダの一方向の回転では、選択されたカットオフ比に応じて、短時間の間に蒸気が２回出入りする。
【００２１】
２．蒸気管路が分岐し反対側のバルブに入るため（及びエンジンに入る前に再び合わさるため）、回転ドラムの一方の側を押す蒸気の力が、反対側の同じ大きさの力によってバランスされる。これにより、回転バルブのベアリングの寿命が長くなる。バルブのドラムは、ニートフィッティング（ｎｅａｔ  ｆｉｔｔｉｎｇ）であるが、ドラムが回転するシリンダの穴に接触しない。このため、ベアリング及びシールを除いて摩擦がなく、それを駆動させるのにエネルギをあまり必要としない。これが、多くの場合に回転バルブ（特に、内燃機関の回転バルブ）に関連する摩擦及び磨耗の問題を解決する。
【００２２】
３．流入する蒸気が回転ドラムが回転するのと同じ方向に移動するため、溝部の開始の蒸気圧の内部衝撃が、ドラムの回転をアシストするタービンのように振る舞う。これにより、バルブを回転させるための歯付ベルト駆動装置といったタイミング装置に要する労力があまりなく、エネルギ効率をアシストする。
【００２３】
４．回転ドラムがシリンダの穴に接触しないため、ドラムの周りから漏れが生じ、これによりバルブの内部が加圧され、バルブが閉じた時に少量の蒸気がエンジンに入り続ける。これは、システム全体がシールされるため問題ではなく、エンジンの中への蒸気の漏れは、単にエンジンを駆動させるのに接触的に寄与し、カットオフされた吸入蒸気の脈動を滑らかにする。
【００２４】
吸気カットオフバルブの目的は、選択された溝部が閉じるときに、蒸気流が完全に遮断されない場合でも、バルブ設定の間に蒸気の「脈動」を発生させることである。漏れ易いバルブによりエネルギの完全な喪失が生じるレシプロエンジンとは異なり、このような入口バルブを通る漏れは、吸気カットオフとともに使用される蒸気よりも非効率であっても、吸気のカットオフなしにシリンダに入るほんの少量の蒸気であり、浪費されない。
【００２５】
５．バルブが蒸気を受けて、エンジンが駆動モード又は暖気モードにある時にのみ作動する。バルブハウジングの中空の空洞の端部に捕捉される蒸気による圧力が回転ドラムを通した排気により等しくなるため、異なるモードを選択した場合のシリンダの穴に沿ったドラムの運動は抑制されない。図５に示す回動アームセレクタの代わりに、代替的に、ラック及びピニオンを使用してそのシャフトに沿ってヨークを移動させドラムを摺動させることができる。さまざまなタイプのベアリング及びシールを使用できる。
【００２６】
６．カットオフの設定を変えるときに、バルブの蒸気入口及び出口ポートがドラムの溝部間の境界よりも広いため、現在の溝部が閉じる前に隣の溝部が開け始める。このため、カットオフ設定間にデッドスポットが無い。２つの隣接する設定の組み合わせにより、それらの間の中間の設定を実質的に発生させ、効果的なカットオフのより滑らかな変化をもたらす。カットオフ設定の変化は、クラッチの使用を要しないほど十分に滑らかである。
【００２７】
７．一定数の区別できる吸気カットオフ設定とは異なり、連続的に変化する吸気カットオフは、隣接する溝部間の仕切りを除去することによって実現でき、シリンダの表面に三面の広い凹部の組をもたらす。連続的な溝部を含む場合、すなわち、１００％のカットオフ設定の場合、三面の形状の組の隅部は、各三角形の隅部の２つで接触する。
【００２８】
このような連続的に変化するバルブでは、加圧蒸気は、不連続な溝部を具えた通路よりも通路の溝部に効果的に制限されないが、凹部を超える流体流れが主に入口及び出口ポートを結合する２次元曲線にある。このような連続的なカットオフバルブは、不連続な数の溝部を具えたバルブと比較して乱れを増加させる。しかしながら、連続的に変化する吸入カットオフの利点は、実際にはこのような利点に勝る。
【００２９】
３面の凹部の形状は、単純化のためにシリンダの周りを囲む（ストレートエッジの）三角形であるが、利益をもたらすために湾曲したエッジ（又はエッジ）を構成できる。例えば、図５に示すように、簡単にヒンジ結合された動作レバー又はハンドルが回転する常に変化する円弧に対するヨークの非線形運動を補償する。代替的に、エンジンが設計される適用例に関して、加速の際に吸気カットオフの経験的に決定される一般に有用な変化に対応する可変カットオフの適切な変化を構成できる。
【００３０】
８．この回転吸気カットオフバルブは、エンジン及び変速機の機械的な利点を変えない。しかしながら、自動車システムの最適化の後に、吸気カットオフが機械式ギヤボックスのほとんどの目的を提供するか、又は一般的なギヤボックスとともにより良好に使用するのかを経験的に決定できる。後者のケースでは、可変吸気カットオフが、機械的な利点ではなく主にエネルギ効率のために設けられる。
【００３１】
吸気カットオフバルブの変化は、出力及び経済性を変えるが、ホイールの回転に対するエンジンのレシオを変えない。エンジンは非常に高回転が可能であるため、一般的な可変比ギヤボックスを使用しなくても、通常ギヤを低速にする必要がある。ギヤ比は、主車輪の大きさ、車両の最大スピード及び必要とされる出力に依存する。これは、エンジン排気量の大きさ、蒸気発生器の大きさ、燃料供給等を決定する。
【００３２】
バランス型ダブルロータリーピストンエンジンにおける蒸気の第２の膨張−背圧の問題
バランス型ダブルロータリーピストンエンジンの別の重要な改良点は、第１の膨張に含まれるピストンの非作動面に背圧を与えることなしに、第１の排気からの低圧の排気蒸気を使用する第２のエンジンの構成に関する。第１の膨張の中央に置かれた排気ポートの第２のエンジンへの吸気口を単に設けると、回転ピストンの非作動ギヤ輪郭面に背圧を与える第１の膨張の排気領域において高まる圧力を有する。第２の膨張によって得られるエネルギは、第１の膨張から失われるエネルギ消費である。レシプロ蒸気エンジンでは、排気バルブを閉じた後に背圧といった第１の膨張を第１の膨張に戻すことができない後に閉じる排気バルブを有するため、第２の膨張のために排気蒸気を単に使用できることに留意すべきである。これはバランス型ダブルロータリーピストン機構で解決すべき、すなわち、第１の膨張に背圧を与えることなしに、第１の排気蒸気の第２の膨張を含む単純な手段で判断すべき未決の問題である。レシプロエンジンのように新たな別々の排気バルブを第１の膨張に導入することが、１つの解決法であるが、いくつかのさらなる部品、摩擦、往復運動によるロス又はコストがかかることを含む洗練されてない解決法である。
【００３３】
問題の解決法
図８を注意深く参照することによって、回転ピストン２の隆起部が膨張チャンバの半分に入る蒸気をちょうど遮断し、回転ピストン１がその動力行程をちょうど開始したことが観察できる。回転ピストン２の前面及び後面の間の部分的に膨張した蒸気の量が効果的に密閉され、回転ピストン２の前面が排気ポートを通過するまで、残りの回転である１回転のほぼ４分の１に関して一定のままである。この期間では、このシリンダに捕捉される蒸気は膨張できず動作させない。それは、回転に寄与せず、抑えることもない。これは、前進させるよう使用できる一態様である。このような一定の空洞が残る一方、その位置に関わりなく、捕捉されたその蒸気は、初期の排気ポートを通って出て第２の膨張の中に入ることができる。回転ピストン２の前面が通常の中央排気ポートを通過すると、残りの蒸気がそれを通って排出し使用されない。
【００３４】
第１の膨張の中央排気出口の残りの圧力は、第２の膨張の排気圧力よりも高い。理想的には、２つの凝縮器システムを要する。第２の排気に関する濃縮器は、残りの第１の排気からの濃縮器よりも低圧で作動するよう構成される。高圧濃縮器システムと低圧濃縮器システムとを組み合わせることで、低圧の第２の膨張に役に立たないことに背圧を与える。しかしながら、２つの排気システム間に大きな差がないため、初期の別々の濃縮が双方の圧力を非常に低くする後に、従って完全に閉じる前に、２つの排気システムを合わせることができ、その後で最終的な組み合わせ型濃縮器を有することになる。代替的に、初期に合わさる濃縮器のこのような効果的且つ迅速な濃縮を有するのに応じて、効果的な濃縮の負圧が、顕著な背圧を排気のいずれかに発生させることなしに、第１及び第２の排気双方から蒸気を単に引き込む。結果として、第１の回転ピストン双方からの合わさった余分なパワーが、第１の膨張サイクルのほぼ半分に関して、第２の膨張に蒸気を供給する。これは、機械的エネルギに熱エネルギを再生する点で、非常に重要な利点であり、エネルギはそうでなければ排気に出され又は濃縮器に入る。
【００３５】
膨張機関：（機械的に連結された）「複合機関」及び（非機械的に結合された）「補助機関」
第２の膨張に利用可能な蒸気を、「複合膨張」を与える第１の膨張に機械的に結合された第１の膨張チャンバと同じ、又は場合により第１の膨張に機械的に結合されていない別個の「補助機関」第２の膨張チャンバに導くことができる。双方の膨張が最終的駆動シャフトを駆動するように第１及び第２の膨張間の固定された機械的結合は、第１及び第２の膨張の最良な補償比を選択することを含む。しかしながら、このような最適な比は、所定の回転速さで蒸気がどれくらい膨張するかは作用する力の大きさに依存するため、負荷の変化とともに変化する。何らかの一定の比は、自動車での適用で一般に直面するように、負荷及び速さが大きく変動する場合に、必ず準最適な補償である。第１及び第２の膨張を結合する大きく変化するギヤボックスを介して結合比を変化させることは、実現可能であるが非現実的な方法である。このため、特に自動車用の設定では、分離型の補助エンジンが場合により最良な選択肢である。分離型の補助エンジンを使用して、十分に開発された自動車での多くの補助的な使用に関して、バッテリを充電するために電気を発生できる。バランス型ダブルロータリーピストンエンジンによって実施される第２の膨張の代わりに、吸気カットオフのある無しに拘わらず、タービン、「ルーツ型送風機」、「ギヤポンプ」エンジン、又はレシプロピストンエンジンでさえも使用できる。しかしながら、バランス型ダブルロータリーピストンエンジンの多くの利点がそれを最適な選択肢にする。
【００３６】
補助エンジンを用いると、第２の膨張のための吸気口の配置を、第１の膨張の２つのメイン駆動軸間の中間の面にする必要がある。回転ピストンの隆起部間でトラップされる蒸気の慣性を活用するために、所定のポイントで第１の膨張チャンバに、ほぼ接するよう出口を介して第２の膨張に導かれる排気を導く。徐々に拡大する管路の断面が蒸気の前進を補助する。排気テイクオフの非常に浅い角度、上記のような中央面に向けた空力学的輪郭が、残りの第１の膨張の排気ポートの近くでの第２の膨張の入力を必ず好む。第２の膨張吸気口とは別であるがそれに隣接する残りの第１の排気を可能にする収容する回転ピストンの面に対して小さな逸脱がある可能性がある。しかしながら、第２の膨張の吸気口をあまり逸脱しないよう保持し、残りの第１の排気の経路を好適には逸らすことがおそらくより重要である。蒸気ジャケットに高圧、高温の残りの第１の排気を使用でき、第２の膨張に関する他のエネルギ再生プロセスを実行できる。
【００３７】
位相がずれて動作する２対の回転ピストンを具えた、複合型（第１及び第２の）膨張チャンバシステムにより、ピストンがメインの駆動軸の双方を連続的に回転させる。このような状況では、第２の膨張の吸気口の最良な配置が、２つの残りの膨張出口の間であり、これらの出口は合わさる前に第２の吸気口の両側で通過する。
【００３８】
第２の膨張蒸気が第１の膨張回転ピストンの回転毎に２つの脈動として現れるため、第２の膨張を１つの蒸気流に合わせる必要はないが、各脈動を同期し且つそれぞれ第２の膨張回転ピストンの両側での吸気に最適な蒸気流の方向に実質的に接する第２の膨張吸気口に導くことができる。第２の膨張テイクオフと第２の膨張吸気口との間の距離が短くなるほど良好である。これは、第２の膨張がその吸気ポートを第１の膨張の排気ポートの近くに有するべきであることを示唆する。またこれは、コンパクト且つこれにより熱力学的に有利な配置であるように２つの膨張システムの軸が平行である場合、第２のエンジンが（第１の膨張に対して）「逆さま」であり、第２の膨張のその回転方向が、第１の膨張とは反対（すなわち、反時計方向に対して時計方向）であることを示唆する。これは、振動を最小にし、回転慣性の変化による反力を減らすという利点を有する。複数のチャンバが他の方向に向いた第２の吸気口の他の配置を当業者によって上記の例から一般化できる。
【００３９】
代替的に、複合機関を介した第２の膨張を設けることで、第２の膨張に導かれる第１の膨張の総てが、理想的には第２の膨張の吸気口に対称的に集まる等しい長さの及び形状の経路をとる。回転ピストン対のそれぞれからの排気の代替的な特性により、滑らかな動作を与える第２の膨張の中への安定的な一連の圧力脈動吸気が可能となり、上記の非連続的な第２の膨張と同様に、第２の膨張の吸気口のそれぞれへの最適な分離型吸気をそれぞれ与えるよう導かれ且つ同期する。
【００４０】
複合機関では、それぞれの初期の排気が、一般に第１の膨張と同じ駆動軸に取り付けられる第２の膨張エンジンに別々且つ個々に導かれる。このような状況では、初期の第１の排気から第２の膨張吸気口へのルートが可能な限り最も短い空力学的な経路をとり、互いに近くに取り付けられ平行な２つのエンジンを有するのが好ましい。第１及び第２の膨張回転ピストンの回転ピストン間の位相関係は、理想的には、初期の排気の脈動が、第２の回転ピストンの一方に関してほぼ典型的な時間に第２の膨張の吸気口に達して、膨張サイクルの開始に達するようになっている。最適な時間は、負荷に依存する総ての複合膨張と同じようにわずかに変動する。実際には、極端に大きな負荷における場合を除いて、大部分の蒸気が非常に速く移動するため、２つのエンジン間の位相にほんのわずかな差を有する。
【００４１】
第１及び第２の膨張が、同じアクスル対に取り付けられる場合、回転ピストンの半径が同じであることが必要であり、第２の膨張に関する下部圧力蒸気の増加容量が、より厚いディスク状の回転ピストンに適合する必要があり、ピストン面は相対断面が正方形ではなくより長方形である。流体力学による効果的な膨張という意味では、このような狭い膨張チャンバの空間の矩形比に制限がある。このため、ギヤトレインによって機械的に結合され、同じアクスルに単純に結合されたものではない複合機関での第２の膨張を考える。第２の膨張のアクスル対は、第１の膨張のアクスルにアウトフランク（ｏｕｔ−ｆｌａｎｋ）し、ギヤトレインの奇数個のギヤが回転方向を反転させ（すなわち、反時計方向に対して時計方向）、ギヤトレインの偶数個のギヤホイールについて逆のことがいえることを踏まえれば、単純な並列ギヤを介して第１のアクスルに係合する。このため、第２の膨張への進入は、ギヤトレインのギヤの数に応じて、第１の膨張の「トップ」又は「ボトム」の時点である。
【００４２】
同じアクスルに第１及び第２の膨張を有することによって結合された複合機関の第２の膨張を具え、外部からの磨耗を減らし、ギヤ及びメインのアクスルベアリングを同期させる単純な手段を有する。図８について第１の回転ピストン２からの第２の膨張に導かれる蒸気の脈動を考える。このような蒸気の脈動が回転ピストン２と同じアクスルに取り付けられた第２の膨張に導かれる場合、磨耗を最小限にする観点から、回転ピストンの第１の膨張が駆動しないときに回転ピストン２の第２の膨張が駆動するように、このような蒸気の脈動を調節することは利点がある。これは、第２の膨張の蒸気を回転ピストン２から第１の膨張の吸気領域に向けて導き、同時に、第２の膨張回転ピストン２の隆起したカム状の部分の位相を、第１の膨張回転ピストン２の隆起したカム状の部分に対して１８０°一致させないことによって実現できる。同じアクスルの両側に第１及び第２の膨張の隆起したカム状の部分を有することで、バランシングに同じ利点を有するが、完全なバランシングは第１及び第２の回転ピストンの双方の個々のバランシングをさらに必要とする。
【００４３】
第１の膨張の排気領域に隣接する第２の膨張のために、回転ピストン２から吸気口に第２の膨張蒸気を導くことを選択した場合、同様な原理を適用できる。これは、第２の膨張が開始する前に第２の膨張に導かれる蒸気のためにできるだけ短い経路を有することを目的とするものである。回転ピストン２の同じ時計方向の回転を維持するために、第２の膨張回転ピストン２の隆起したカム状部分は、図８の注意深い検討から理解できるように、約９０°の位相のズレがある。
【００４４】
回転ピストン２（図５の右側）からの第２の膨張蒸気が横の回転ピストン１（図５の左側）に乗り越える同様な配置を当業者が構成できる。これは、双方の回転ピストンのアクスルの駆動力を一様にすることによって、蒸気管路の長さを同時に最小限にすることによって、さらには、できる限り空力学的に滑らかな管路を有することによって、磨耗を最小限にする目的である。
【００４５】
様々な第２の膨張率及び速さを可能にし、第２の膨張ピストン面の半径及び断面積を変え、（一般に第１の膨張アクスルに平行であるが、必ずしも同位置面上にあるとは限らない）第２の膨張アクスルの位置を変える多くの可能な形状がある。これの変数は、最終的な適用のために最適化される。一般に、機械的に結合された、すなわち複合型の第２の膨張は、最適化エネルギ性能のためのこれらの変数の細かいチューニングを実現できるように、比較的一定の負荷、又は少なくともゆっくりした変動負荷に最適化される。陸上輸送用車両の動力装置ではなく、固定されたエンジン、特に、大規模な動力装置プラント、（及び可能である大規模な海洋での適用）が、比較的ゆっくりした負荷の変化、及び固定エンジンの追加的機構の余分な重量の不適切さを与える、複合機関に関するおそらく最良な設定である。エネルギ効率の比較的小さな改善及び含まれる非常に大量のエネルギ総量の変換による顕著な節約のために、比較的小さなエネルギ効率に関する余分な複雑さを証明することが、大規模な発電プラントで可能である。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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