(57)【要約】      （修正有）【課題】製造が容易でより安く、ベーンに対して支持ローラを効率的に取り付けることができるロータを実現する。【解決手段】回転機械が、実質的に楕円形のチャンバを形成するステータと、チャンバ内で中心軸上に回転可能に取り付けられ、ステータと共に、チャンバの両端に２つの空洞を画成するロータ７２とを備える。半径方向に摺動可能なベーン９２が、ロータに形成された溝穴内に取り付けられ、各ベーンが、それに取り付けられた第１および第２の主ローラと、第１および第２の２次ローラとを有する。第１のローラはベーンの第１の側端に取り付けられ、第２のローラは反対側の側端に取り付けられる。２つのローラ・カム装置がステータの側壁に設けられ、これら装置が、ベーンの半径方向移動を制御する主および２次カム面を形成し、これら面はローラ・カム装置の内部に形成される。両カム面は、回転軸に対して軸方向および半径方向に互いに偏位する。【選択図】図７
2015222077.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータリ・エンジン、ポンプ、またはコンプレッサなどの回転機械であって、
ロータ用のチャンバを形成するステータであり、前記チャンバの両側を画成する２つの側壁と、実質的に連続で、円周方向に延在する内壁とを有し、少なくとも１つの入口と、少なくとも１つの出口を有するステータと、
回転の中心軸周りに回転するように前記チャンバ内に搭載され、前記ステータと共に、前記チャンバの両端に２つの空洞を画成するロータであり、前記中心軸周りに均等に離隔配置された半径方向に延在する少なくとも２つの溝穴を有するロータと、
前記溝穴のそれぞれ１つにそれらのそれぞれが取り付けられた半径方向に移動可能な少なくとも２つのベーンであり、ベーンの半径方向内側部分に取り付けられた第１の主ローラおよび第２の主ローラと、第１の２次ローラおよび第２の２次ローラとをベーンのそれぞれが有し、前記第１の主ローラおよび２次ローラがそれらのそれぞれのベーンの第１の側端に取り付けられ、前記第２の主ローラおよび２次ローラがそれらのそれぞれのベーンの反対側の第２の側端に取り付けられている、少なくとも２つのベーンと、
前記ステータ側壁のそれぞれ１つにそれぞれ設けられ、前記ロータの両側に隣接して中央に配置された２つのローラ・カム装置であり、それぞれが、前記主ローラおよび２次ローラそれぞれの半径方向の移動に係合し、それを制御する主カム面および２次カム面を形成し、前記カム面が、ローラ・カム装置の内部に形成され、各ローラ・カム装置の前記主カム面と２次カム面とが、前記回転軸に対して、軸方向、および実質的に半径方向に互いに偏位する２つのローラ・カム装置と
を備え、
前記回転機械の作動中、前記ベーンの外側先端が、前記ステータの、円周方向に延在する前記内壁に摺動的に係合し、前記主ローラが、前記ベーンに働く遠心力による前記ベーンの外方への移動を制限し、それによって、前記内壁への前記力の伝達を実質的に制限し、前記２次ローラが、前記ベーンの内方への移動を制限し制御する、
回転機械において、
前記各ローラ・カム装置が、前記回転機械のそれぞれのステータ側壁にねじ式締結具によって取外し可能に連結されており、前記回転機械の作動中、各ベーンの前記主ローラが、前記２次ローラの回転方向に対して反対方向に回転し、
前記主ローラが、前記２次ローラと同じ外径を有し、前記主ローラおよび２次ローラ共に、それらの自由回転を容易にするローラ・ベアリングを備える回転機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータリ・エンジン、ポンプ、およびコンプレッサを含む回転機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
広く様々なロータリ型エンジンおよびコンプレッサが、それらのそれぞれの技術分野で知られている。ロータリ型エンジンが発展した１つの理由は、ロータリ型エンジンは、ある点で、シリンダ内にそれぞれ配置され、連結棒を介してクランク・シャフトに連結されている複数のピストンを用いる周知の内燃機関より、効率が良いことである。たとえば、大量の熱および機械的エネルギーが、ピストンの直線往復運動をクランク・シャフトの回転運動に変換している間に無駄になる。
【０００３】
ロータの溝穴［ｓｌｏｔ］内に取り付けられた摺動ベーン［ｓｌｉｄｉｎｇ  ｖａｎｅ］を採用する様々なロータリ・エンジンが開発されている。１つのその種ロータリ動力装置が、２００４年２月３日発行の米国特許第６，６８４，８４７号に記載されている。ベーンは、ロータ周りに等間隔に配置され、ロータ・チャンバを個々の空洞に分割している。ロータが回転すると、ベーンはモータ・チャンバの壁の形状に追従し、その結果、該空洞は、ロータと共に回転し、ロータが回転するにつれて拡大し縮小する。各ベーンは、ベーン板部分と、ベーンの基部に固定することができ、ロータの両側の溝穴を通って突出するピンと、ピンの外端に回転可能に取り付けられ、エンジンの側板に形成された案内カム溝に係合するカム・フォロワ・ローラとを備える。ロータが回転するにつれて、ベーンは、ロータに対して半径方向外方および内方へ往復運動し、ベーンのその運動は、カム溝によって制御され、その結果、ベーンの先端が、外側ステータの中央部分の内壁に接触する間近まで達する。
【０００４】
公刊されたＰＣＴ特許出願、国際公開第２００７／０６２１１６号にもまた、移動可能なベーンが取り付けられた半径方向に延在する多数の溝穴を有するロータが記載されている。ロータは、エンジン・ブロックに形成されたチャンバ内に取り付けられている。各ベーンの移動は、各ベーンの両側端に取り付けられたカム・ローラを用いて制御される。カム・ローラは、外側および内側軌道を有するカム装置に係合し、各ベーンの小さい方のローラは外側の軌道に係合し、大きい方のローラは内側の軌道に係合する。このエンジン構造では、各ベーンがロータ内の各ベーン用の溝穴を内外へ移動するとき各ベーンを転動式に支持するために、ロータに取り付けられたローラがやはり存在する。
【０００５】
前述のＰＣＴ出願に例示され記載された内燃機関は、先行技術設計に勝る多数の利点を有し、既知の先行設計に比較してその作動において効率的であるが、本発明は、このロータリ・エンジンの設計を、ベーンの半径方向移動を制御するより良好なカムおよびカム・ローラ構造を実現し、製造が容易でかつより安く、ベーンに対して支持ローラを効率的に取り付けることができるロータを実現するように改良し、エンジン内の燃料の自動着火が望ましい場合に、ブロック内で燃焼チャンバと圧縮チャンバとの間の位置に圧力伝達機構を設けることによって改良した。
【発明の概要】
【０００６】
本開示により構成された、ロータリ・エンジン、ポンプ、またはコンプレッサなどの回転機械の一実施形態によれば、回転機械は、ロータ用のチャンバを形成するステータを備え、このステータは、チャンバの両側を画成する２つの側壁と、実質的に連続で、円周方向に延在する内壁とを有する。ステータは、少なくとも１つの入口と、少なくとも１つの出口を有する。また、回転の中心軸周りに回転するようにチャンバ内に搭載され、ステータと共に、チャンバの両端に２つの空洞を画成するロータが存在する。ロータは、中心軸周りに均等に離隔配置された半径方向に延在する少なくとも２つの溝穴を有する。半径方向に移動可能な少なくとも２つのベーンがそれぞれ、それら溝穴のそれぞれ１つに取り付けられ、それぞれが、ベーンの半径方向内側部分に取り付けられた第１の主ローラおよび第２の主ローラと、第１の２次ローラおよび第２の２次ローラとを有する。第１の主ローラおよび２次ローラがそれらのそれぞれのベーンの第１の側端に取り付けられ、第２の主ローラおよび２次ローラがそれらのそれぞれのベーンのそれぞれの第２の側端に取り付けられている。２つのローラ・カム装置が、ステータ側壁のそれぞれ１つにそれぞれ設けられ、ロータの両側に隣接して中央に配置されている。ローラ・カム装置は、主ローラおよび２次ローラそれぞれの半径方向の移動に係合し、それを制御する主カム面および２次カム面を形成する。それらのカム面が、ローラ・カム装置の内部に形成され、各ローラ・カム装置の主カム面と２次カム面とが、回転軸に対して、軸方向、および実質的に半径方向に互いに偏位する。回転機械の作動中、ベーンの外側先端が、ステータの、円周方向に延在する内壁に摺動的に係合する。主ローラが、ベーンに働く遠心力によるベーンの外方への移動を制限し、それによって、内壁への力の伝達を実質的に制限する。２次ローラが、ベーンの内方への移動を制限し制御する。
【０００７】
この回転機械の例示的バージョンでは、各ローラ・カム装置が、回転機械のそれぞれのステータ側壁にねじ式締結具によって取外し可能に連結されている。回転機械の作動中、各ベーンの主ローラが、２次ローラの回転方向に対して反対方向に回転する。
【０００８】
開示されている回転機械のこれらおよび他の態様は、本明細書と共に提供される図面と併せ、以下の詳細な説明によって、当業者にとってより明らかになるであろう。
【０００９】
本開示が関連する当業者が、主題の発明をいかに実施し利用するかをより容易に理解するために、次に、その例示的実施形態が、図面を参照して詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】エンジン・ブロックの一方の側面の一方のサイド・カバー、およびブロックの底面側を示す、本発明による内燃機関の透視図である。
【図２】ロータおよびその中心シャフトと、ロータに取り付けられたベーンと、ブロックのサイド・カバーと、カム装置とを含むエンジン構成要素を示す別の透視図である。
【図３】図２と同様であるが、エンジンの一側面を形成するサイド・カバーの代替形態を示す透視図である。
【図４】図１の内燃機関の分解組立図である。
【図５】ロータの両側に取り付けられた２つのベーンを示す、図１の線Ｖ‐Ｖに沿い、ロータの回転軸を通る軸方向断面図である。
【図６】エンジン・ブロックの底面側から通じるオイル通路を示す、線ＶＩ−ＶＩに沿う、図１のエンジンの別の断面図である。
【図７】ロータと、それを取り巻くチャンバと、同様な軌道を描く複数のベーンの制御ローラとを示す概略断面図である。
【図８】カム装置のカム軌道上を一方の側のその２つの制御ローラが移動している状態のロータ・ベーンの１つと共に示す、カム装置の１つの透視図である。
【図９】一方のカム装置の一部分、およびその２つの軌道上を移動する２つの制御ローラの詳細横断面図である。
【図１０】図１のエンジンに使用されるベーンの分解組立図である。
【図１１】ロータ・シールの詳細およびベーン・シールの詳細を分解組立図式に示す、ベーンを省略したロータの４分の１部分の拡大透視図である。
【図１２】一実施形態による、エンジン・ブロックのサイド・カバーの透視図である。
【図１３】エンジンのサイド・カバーの代替形態を示す、図１２と同様な透視図である。
【図１４】単体として製作されたロータ・シャフトの例示的バージョンの透視図である。
【図１５】単一のベーン、およびその制御ローラの分解組立図であり、さらにベーンの両側の支持ローラ・ユニットも示す図である。
【図１６】ロータの外周面の空洞に取り付けることができるプラグの使用法を示すロータの透視図である。
【図１７】２つのベーンがローラ・ベアリングによって支持されてロータ内に取り付けられた状態の、ロータの２分の１部分を示す拡大詳細透視図である。
【図１８】ブロックの一方の側で、その上部から見た、ブロックの内壁の底面部分に形成されたオイル溝を示す、エンジン・ブロックの一実施形態の透視図である。
【図１９】ブロックの一方の側面、および底面を示す、エンジン・ブロックの別の透視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
回転内燃機関１０、およびその様々な構成要素が図１、２、および４に示され、そのエンジン設計の変形形態が図３に示されている。多数の点で、このエンジンは、出願人が公開したＰＣＴ特許出願、国際公開第２００７／０６２１１６号に例示され記載されているロータリ・エンジンの特徴を取り入れており、同願の記載事項および図面は参照により本明細書に援用される。
【００１２】
エンジンは、エンジンの両側に配置された２つの入口ポート１２と、さらに、エンジンの両側に配置された２つの排気ポート１４とを有する。図示のエンジンは、これらポートのそれぞれを一対ずつ有するが、本エンジンはまた、望むなら、単一の入口ポート１２および単一の排気ポート１４によって構成することもできる。燃料空気混合体が、円筒形で、端部が閉じたパイプ部分１８と、入口ポートの１つずつにそれぞれ延在する２つの湾曲接続パイプ２０、２２とを備え得る吸気マニホルド１６によってエンジンに供給される。さらに別の吸気導管２４が、燃料／空気混合体をパイプ部分１８に供給する。排気パイプ２６、２８が、ボルトによって排気ポート１４に接続され得、図示のように、それらは共に、一方の端部で取付板３０によって支持され、この板は、剛な支持面にボルトによって取り付けることができる。
【００１３】
エンジン１０は、主エンジン・ブロック３４を備える非回転ステータまたはハウジング３２を具備し、その主エンジン・ブロックの両側には、第１のサイド・カバー３６、および図２でより明瞭に見ることができる第２のサイド・カバー３８を取外し可能に連結することができる。各カバー・プレートには、ボルト４２などの締結具を受け入れる一組の締結具孔４０が形成され、それらの一部だけが図１に示される。ボルトは、ブロックの両側に形成された対応する開口４３（図４参照）の中に延在する。ブロックの底面にはオイル収集器４４が取外し可能に取り付けられ、図示の例示的実施形態では、そのオイル収集器には、その外面に一連の冷却リブ４６が形成されている。このオイル収集器は、エンジンの底面側からオイルを収集し、オイルをエンジン・チャンバに供給し、さらに、冷却液を水ポンプ（図示せず）へ、また水ポンプから導くために使用することができる。２つの冷却液パイプ接続部４８、５０が、水ポンプへ、かつ水ポンプから冷却液を導く冷却パイプを接続するために、収集器の一方の側に設けられる。さらに２つのパイプ接続部５２、５３が、接続部４８、５０の間に配置され、これらは、冷却液ポート５４、５６を介してエンジンへ、またエンジンから冷却液を導く冷却液パイプを接続するために使用される。
【００１４】
また、図１には、以降に説明されるように、カム・ローラを潤滑するためにそれを通ってオイルが供給される２つのオイル供給ポート５８、６０が示されている。オイル回収ラインが２つのオイル出口６２、６４に接続される。図２に示されるエンジン・ロータ７２を支持する中心シャフト７０用の外側主ベアリング１３４を保護する円筒形のベアリング・キャップ６６が、各エンジン・カバーの中央に取り付けられている。キャップは、孔７６中のボルトによって所定位置に保持される円形カバー７４を備える。キャップは、ベアリングを塵や埃から保護する。シャフト７０を支持する主ベアリングにそれを通してオイルを供給することができるオイル供給ポート７８が、キャップの片側に形成されている。
【００１５】
各エンジン・カバーは、楕円形カバー部分８２まで延びる半径方向に延在する一連のリブ８０を有して形成することができる。このカバー部分の重量を軽減するために、該カバー部分は、多数の細長い開口８４を有して形成することができ、それら開口の少なくとも一部の間に、２つのカバー３６、３８を中央ブロック３４に締め付けるために使用するねじ式締結具を受け入れる一連の丸い開口８６を形成することができる。
【００１６】
次いで、図２および３を参照すると、ロータ７２は、実質的に円筒形であり、板状のベーン９２がその中に往復式に取り付けられた半径方向に延在する２つ以上の溝穴９０を有して形成されることが分かるであろう。図示された例示的ロータは、８つの溝穴９０と、８つのベーン９２とを有する。ロータは、溝穴によって複数の部分に分割された円筒面９４を有する。ロータは、ボルト９９を用いて、分離可能に一体に連結された円い２つのロータ半割り部分を備え得る。図示のロータは、８つのパイ形部分を有し、各部分の各側面には３つの締結具用皿穴式開口１００が形成され、それらの２つはロータの外周縁に近接し、３つ目はロータの中心に近い方にある。各パイ形部分には、燃焼陥凹１０２が形成され、その１／２ずつをロータ分割部９６、９８のそれぞれに形成することができる。隣接するベーンの各対の中間に１つずつの燃焼陥凹が形成されている。本エンジンでは、ベーン間の領域が、燃焼陥凹に加えて、全体を１０４で示され、図７に最も良く示される可変チャンバまたは空洞を形成する。ロータが回転するにつれて大きさが変化するこれらチャンバが、後に説明するように、空気と燃料の混合体を燃焼することを含めて、いくつかの機能に使用される。
【００１７】
その外観がほぼ楕円形のカム装置１０６、１０８が、ロータの平坦な両側面に隣接して取外し可能に取り付けられている。カム装置は、シャフト７０がそれを貫通して延在する中央開口１１０を有する。この開口は、平坦な外壁１１２に形成され、その壁には、カム装置を隣接するエンジン・カバーに取り付けるために使用する締結具孔１１４が形成されている。カム装置の湾曲する両端には、オイルをカム装置の内部へそれを通して供給する小さなオイル供給孔１１６を形成することができる。図２に示す平坦な板は、エンジンの第２のサイド・カバー３８であり、または、それは、所望の特定のエンジン構成に応じて実際のエンジン・カバーとブロック３４との間に設けられた追加の保護板（鋼板など）であり得る。板３８は、外側の楕円形エンジン・カバー（図１に示す）を取り付けるボルトがそれを貫通して延在する一連のボルト孔１１８を有して形成することができる。実際のエンジン・カバーとブロックとの間に追加の平板を設けることは、ステータ内に形成された水ジャケットへ容易にアクセスできるようにするという利点を有する。また、板３８には、吸気ポート開口１２０および多少大きめの排気ポート開口１２２が形成される。
【００１８】
図３に示されるエンジン構成要素は、１２４で示されるエンジン・カバーの構造を除いて、図２に示されるものと実質的に同様である。この楕円形のカバーは、エンジン・ブロックにボルト締めされる単一の金属部品として構成することができ、または、一体に結合された２つの部品として形成することができる。所望なら、カバー１２４は、単体として鋳造することができる。２つの部品から製作される場合、これらは、平坦な鋼板部分１２４’と、外側のアルミニウム部分１２５とを備え得る。カバーをブロックに取り付ける締結具がそれを貫通して延在する一連の締結具孔１２６が、カバーを巡って点在する。
【００１９】
次に、図４の分解組立図に移ると、エンジン１０を構成する様々な構成要素が、左から右へ説明される。上記の２つのベアリング・キャップ６６が図の両側に存在する。左側のベアリング・キャップ６６の次に示されているのは、シャフト・シール１３０であり、外側ベアリングの位置を固定するために使用するスナップ・リング１３２がそれに続く。ロータ・シャフト用の外側主ベアリング１３４が、ベアリングのバックラッシュを無くすのに役立ち、ボルトによって保持されるベアリング予荷重カップ１３６に隣接して配置されている。このカップの隣には、鋼から製作することができる内側シム板１３８が存在する。シム板は、セット・スクリューを押し付けることができる保護面を形成する。シム板とエンジン・カバーとの間に、第２のシャフト・シール１４０が存在する。
【００２０】
図４に示す楕円形カバー３６にはその中に、冷却ジャケット、すなわち、この側面からエンジンを冷却するのを助ける冷却液がそれを通って流れることができる一連の通路が、組み込まれている。カバー３６に隣接して、エンジン・ブロックのこの側面をシールするために使用し、図示のように楕円形である別の平板３７が存在する。ただし、その板は、その外形のいかんによらず、エンジン・ブロックの外形に合うように成形されていることが理解されよう。既述のように、別の板３７とする代わりに、それを、カバー３６を板と一体にした単体として形成することもできる。板３７は、隣接するカム装置をその中に取り付けることができる楕円形中央開口１４２を有して形成される。この開口の中央に示されているのは、内側主ベアリング１４４であり、このベアリングの次に、内側ベアリングをシャフト上の所定位置に保持するさらに別のスナップ・リング１４６が存在する。カム装置１０６とロータとの間に示されているのは、以下に詳細に説明するロータ・スプリング・アセンブリ１４８である。ロータとブロック３４との間に示されているのは、たとえば、ロータ・チャンバの周りに延在する鋼ライナであり得、エンジンの多くの例ではアルミニウム合金製であり得るブロック内に保護層を形成する任意選択の独立のライナ１５０である。ブロックの上部に取り付けられているのは、標準的構成のものでよい４つのスパーク・プラグ１５２のセットである。４つのポート１５４を、スパーク・プラグまたはイグナイタを受け入れるために、ブロックに形成することができる。前述の公開出願で説明されているように、複数のプラグの目的は、ロータの回転速度が変化するにつれて、ロータの回転中に異なる箇所で空気‐燃料混合体を着火することができるようにすることである。
【００２１】
ブロックの底部の内側に挿入され、オイル収集器４４に接続されているのは、オイル供給および回収ブロック１５６である。収集器４４の上部に示されているのは、ブロック３４に出入りする冷却液流れ用の２つの大きめの開口１５８である。これら開口の間に配置されているのは、ロータ・チャンバにオイルを供給するために使用する小さめの孔１６０であり、孔１６０の両側の孔は、ロータ・チャンバから収集され、そのチャンバから回収されるオイルのために設けられている。
【００２２】
エンジン・ブロック３４には、（当業者にはそれ自体知られているように）ブロックを冷却するために冷却液がその中を流れる水冷却ジャケットが組み込まれていることが理解されよう。図４に示されたブロックは、冷却ジャケットの通路が見えない閉ブロックである。あるいは、ブロックは、冷却液の通路が、ブロックの両側の適切にシールされたエンジン・カバーによって閉止される開ブロックであり得る。
【００２３】
図５および６は、エンジンの別の特徴を示すエンジンの軸方向断面図である。図５には、２つのエンジン・カバーをブロック３４に締め付け、固定するために使用する細長いねじ式締結具１６２が示されている。ナット１６４を、各締結具の一方の端、または両端に使用することができる。一連の冷却液通路１６６および１６８が２つのエンジン・カバーに形成されているのを見ることができ、さらに別の冷却液通路１７０がブロック３４に示されている。各ベアリング・キャップ６６を所定位置に保持するボルト７７を見ることができる。図５では、例示された２つのベーン９２が、一杯に延出し、図６では、ベーンが、半径方向にその最も内側位置で示されている。
【００２４】
ロータ・シャフト７０の例示的構成を図５、６、および１４に見ることができる。シャフトは、直径の広がった中央部分１７２を有して形成され、その中央部分には、頭部が平坦な一連の突起１７４が形成されている。これら突起は、ロータの中央孔の周りに形成された協働ノッチと係合し、それによって、ロータがこのシャフトに対して回転するのを防ぐ。このシャフトの約半分１７６は、中実の鋼であり、他方の半分１７８は、その中に形成された中央オイル供給通路１８０を有する。通路１８０は、プラグ（図示せず）を受けるために端部１８２にねじが切られている。オイルが、キャップ６６の１つの中で、シャフトの側面に配置されたオイル入口１８４を通してシャフト内に供給される。潤滑オイルは、キャップのチャンバ１８６内に供給される。このオイルは、メイン・シャフト・ベアリングを潤滑するだけではなく、以下にさらに説明するように、ベーン用のローラを潤滑するために、ロータ内の通路にも供給される。また、キャップの内部から内側主ベアリングにオイルを供給するために、バイパス孔（図示せず）が、１９０位置に設けられている。動力は、中央通路を有さないのでより強い方の半分である、中実のシャフト半分１７６を通して出力することができる。
【００２５】
図６は、エンジンの短い側の方向に取ったエンジンの中心断面である。この図は、オイル収集器４４の断面を示す。オイル収集器からブロックの底面の中へ、オイル供給通路１９２が延在し、この中央通路の両側に、２つのオイル回収通路１９４、１９６が配置されている。また、オイル収集器をブロックの底部に取外し可能に連結するために使用するボルト１９８が見られる。近接して離隔配置された一連の小さな孔または通路２００が、ロータ・チャンバの幅全体にオイルを均等に給配する。これら通路２００の内側端部が図１８に見られる。これら通路が、ベーン先端およびベーン・シールに対して良好な潤滑をもたらす。また、図６に、それを通してオイルをベアリング・キャップ６６内へ加圧下で供給することができるオイル入口２０２が見られる。各ベアリング・キャップとエンジン・カバーとの間の結合部は、環状ガスケット２０４によってシールされている。
【００２６】
図７は、エンジン・ブロック３４を備えるステータが、ロータ７２に対して、全体を２１０で示される実質的に楕円形のチャンバを形成することを示す。ブロックは、実質的に連続で、円周方向に延在する内壁２１２を形成し、ロータが回転すると、ベーン先端がその内壁に沿って移動する。本目的のために、ロータは、図７に示す矢印Ａによって示される反時計回りの方向に回転すると想定することができる。エンジン１０は、第１の軸２１４と、第１の軸に垂直な第２の軸２１５とを有すると考えることができ、両軸は中心シャフト７０に垂直である。これらの軸は、事実上、エンジンを、第１の４分円２１６、第２の４分円２１８、第３の４分円２２０、および第４の４分円２２２を含む４つの４分円に分割する。各４分円は、エンジン作動のサイクルの別々の部分を実行し、第１の４分円２１６は、１つまたは複数のベーンがこの４分円を通過することによって、吸気開口１２０を通して空気／燃料混合体をエンジンに吸入する吸気サイクルである。第２の４分円は、圧縮サイクルが行われる所であり、この４分円を通過するベーンが半径方向内方へ移動するにつれて、空気／燃料混合体が圧縮される。第３の４分円２２０は、混合体の爆発が急速なガスの膨張を形成して、この４分円を通過する延出したベーンを押すので、パワー・サイクルが生じる所である。第４の４分円２２２は、排気サイクルが行われる所であり、排気ガスが、ベーンによって、１つまたは複数の出口１２２を通して押し出される。
【００２７】
内壁２１２の形状が、例示的エンジン・バージョンでは、単純な楕円形ではないことが図７から分かるであろう。僅かな、滑らかに円く内方へ延出する壁部分２２４、２２６がロータ・チャンバの両側に存在する。内向きに延出する壁部分２２６のみが、エンジン作動の観点から機能的に意味があり、他方の壁部分２２４は、単に、振動を防ぐのに役立つエンジン・バランスをより良くするために設けられている。第３の４分円２２０の、スパーク・プラグが配置されている円い壁部分２２６の理由は、燃焼サイクル中の体積増加率を減少させ、それによって、熱損失を減少させることによって、エンジンの熱力学的効率を増加させることにある。これらの利点によって、ブロック・チャンバのこの独特な形状は、空気／燃料混合体のより完全な燃焼を促進する。この形状はまた、先行ベーンを延出させ、膨張するガスが先行ベーンの表面を押すことによってロータを回転させている間に、後続ベーンをより長時間ロータ内に引っ込めたままにすることによって、反対向きのトルクを減少させる。
【００２８】
次に、図８を参照すると、この図は、それぞれの１つのカム装置１０６、およびベーン９２の１つを透視図で示す。各ベーン９２は、ベーンの半径方向内側部分２３４に取り付けられた第１および第２の主ローラ２３０、ならびに第１および第２の２次ローラ２３２を有する。図示の例示的ベーンでは、Ｕ形ギャップ２３６によって隔てられた２つの部分２３４が存在する。第１の主ローラおよび２次ローラは、ベーン９２の第１の側端２３８に取り付けられ、第２の主ローラおよび２次ローラは、ベーンの反対側の第２の側端２４０に取り付けられている。ローラ２３０、２３２の各対は、図１０に取り出して示されるカム・ローラ・ピン２４２に取り付けられている。各ピンは、隣接するローラをピン上に保持する拡張された頭部２４４を有して形成することができる。主ローラ２３０は、ベーンが遠心力によって外方へ飛び出すのを防ぎ（そうなるとエンジン・ブロックを損傷する）、２次ローラ２３２は、ベーンが燃焼圧力によって内方へ押し込まれるのを防ぎ、カムの形状は、遠心力が殆ど無いエンジン始動時にベーンを張り出させる。各主ローラおよび２次ローラを単一のシャフトに取り付けることによって、製造コストが削減される。これはまた、ベーンに新たな孔の必要性を無くすのに役立ち、それによって、ベーンの強度が増し、カム装置の近傍に余裕が増える。
【００２９】
図８および９、ならびに図５および６に見られるように、このエンジンでは、諸カム・ローラは、それらそれぞれのカム装置１０６、１０８の内部に配置されている。これらカム装置のそれぞれは同様な構成であるので、カム装置１０６の内部の構成のみが説明される。カム装置は、２４６位置の主ローラ軌道と、軌道２４６に対向し、内部壁２５４によって形成される２次ローラ軌道２４８とを有して形成される。軌道２４８に対向して配置されている面２５０は、単に、どのローラも係合しない逃げ面である。主ローラ軌道２４６は、２次ローラ軌道２４８からロータの回転軸に関して軸方向に偏位していることが理解されるであろう。主ローラ軌道２４６はまた、逃げ面２５０からもロータの回転軸に関して軸方向および半径方向に偏位している（図９参照）。主ローラ２３０は、ベーンがロータ・チャンバを巡って進行する際に、２次ローラに対して同時に反対方向に転動する。一対だけのローラとは対照的に、主ローラおよび２次ローラの両方を使用する理由は、ローラ・ベアリングが、溝の両方の壁に接触していると、溝内を転動することができないことから明らかであろう。それが起きると、ローラは、回転せずにただ滑り、軌道内のピンのように作用する。軌道内のピンは、過度の摩擦による焼付きからピンを守るように油膜に乗せるために、能動的な油圧を必要とする。１つだけのローラがカム溝内に使用された場合には、回転中のいずれの時点にもローラが同時に両方の壁に接触しないように、ローラと壁との間に間隙が存在する必要がある。そのような間隙は、ベーンがエンジン・ブロック面に接近したり離れたりして移動することができるという点で、ベーンの十分な制御性を失う結果になる。主ローラおよび２次ローラの両方、ならびに２つの軌道を使用することによって、ベーンがロータと共に回転するとき、各ベーンに端部の遊びが殆どなくなる。このカム構成によって、ロータの回転中常に各ベーンを完全に制御することができる。カム装置１０６、１０８は、例示的実施形態では、硬化型アルミニウム合金から製作され、この合金は、カム・ローラ・ベアリングによって必要とされる硬度まで陽極酸化処理される。
【００３０】
図１０は、各ロータ・ベーン９２の構成のさらに詳細を示す。詳細には、ベーンの半径方向内側部分２３４が、対応するカム・ローラ・ピン２４２の一部分を受け入れるようにそれぞれ適合された２つの孔２５６を有して形成されていることが分かるであろう。ピンは、その内側端部近くに、円周方向に延在する溝穴２５８を有して形成されている。ローラ・ピンを所定位置に固定するために、小さなスプリング・ピン２６０が、ベーンに形成された孔２６２を貫通し、溝穴２５８の一方の側に沿って延在する。所望なら、ベーンの強度および耐久性を実質的に損なわずにベーンの重量を低減するために、多数の孔２６４をベーンに形成することができる。例示的形態では、ローラ２３０、２３２は、それらがローラ・ピン上で自由に回転し易くするために、ローラ・ベアリング２６６を備える。状況によっては、一体ベアリングを使用してローラを構成することも可能である。
【００３１】
また図１０には、２つの完全なコーナ・シール２７０、２７２が示され、それらのそれぞれは直角を形成し、それらのそれぞれは、他方のシールの端部と重なり合う変形した端部２７４を有する。各コーナ・シールの例示的形態は、硬化鋼から製作されるが、これらシールを、セラミックまたは他の適切な既知のエンジン・シール材料から製造することも可能である。これら２つのシールは、３つの波形リーフ・スプリング２７６〜２７８を用いてスプリング偏倚されている。これらスプリングは、シールと共にベーンの両側に形成された側面溝２８０およびベーン先端溝２８２（図１５に最も良く見られる）内に収容されている。この改良型ベーン・シール構造は、以下を含めていくつかの利点を有する。すなわち、
（１）その構造は、ベーン・シール部品の数を削減し、
（２）その構造は、接触面積を損なわずに２つのコーナ・シールの熱膨張を許容し、それによって、圧力を維持し、
（３）コーナ・シールを使用することによって、シール間隙を減少させ、ガスの吹き抜けを防止し、各コーナ・シールの側方脚２８４を介して振動を吸収することによって、シールがびびる可能性を減少させる。
【００３２】
図１１は、前述のロータ・シール・アセンブリ１４８の詳細を示す。アセンブリは、環状ロータ・シール２８６と、環状シム２８８と、シールをロータの方へ偏倚させる環状波形スプリング２９０とを備える。ロータ・シール２８６は、ロータのそれぞれの側面を巡って形成された一連の弧状の溝２９２に嵌め込まれる。図示の実施形態のロータ・シールは、交互に並ぶ小さい陥凹２９４と、実質的により大きく長い陥凹２９６とを有して形成され、両タイプの陥凹は、ロータの側面に対面する。陥凹２９４の目的は、シールとロータとの間に係合を形成することであり、ロータは、それらの陥凹に係合する止め金または突起２９８を溝２９２内に有して形成されている。このようにして、ロータ・シールは、ロータに対して円周方向に移動しなくなる。長い方の陥凹２９６の目的は、ベーンの側端を受け入れることである。例示的陥凹２９６は、陥凹の中心から円周方向に延在する僅かに傾斜する面３００を有して形成されている。対合する傾斜側端面３０２（図１５参照）が、各ベーンの両側端のコーナ・シールの領域に形成されている。各陥凹２９６は、以下に説明するベーン・スクレーパ・シールを受け入れるために、それぞれのベーンの幅より僅かに長いことにも留意されたい。ロータ・シールはシム２８８に沿って摺動し、シムをサイド・カバー上の所定位置に保持するノッチ（図示せず）をシムに形成することができ、それに協働する突起をサイド・カバーが有することが理解されるであろう。波形スプリング２９０は、シムをシールの表面との係合状態に保持する。
【００３３】
図１１および図１５はまた、各ベーンの両側の２つの面に係合する直線的スクレーパ・シール３１０および直線的圧縮シール３１２が設けられていることを示す。スクレーパおよび圧縮シールは共に、それらのそれぞれのベーンの両面に隣接するようにロータの外周近くに取り付けられている。横断的に延在する溝が、これらシールおよびそれらの波形スプリング３１６を収容するために、ロータの３１４位置（図１６参照）に設けられている。各圧縮シールは、そのそれぞれのスクレーパ・シールに対して半径方向外側に配置されている。スクレーパ・シールは、スプリング鋼から製作され、僅かに波形に製作され、その結果、スクレーパ・シールは、エンジンが温まると長手方向に圧縮され得る。圧縮シール３１２は、ロータ・シール２８６と噛み合う。小さい受口（図示せず）がロータ・シールに機械加工され、その結果、各シール３１２の両端が、ロータ・シールのそれぞれの受口の中に「着座」する。
【００３４】
図１５はまた、各ベーンのローラ支持機構、およびその構成を示す。図示の例示的バージョンでは、ベーンの両側が、ベーンの各面に４個以上の支持ローラ３２０によって転動式に支持されている。これらローラは、細長い支持ピン３２２上に支持されている。これらピンは、単体として製作されたローラ支持基台３２４を貫通して延在する。所望なら、たとえば、必要なときベーンに対して追加の支持を行うために、４個より多くの支持ローラ３２０を基台３２４に取り付けることができる。したがって、図１５の右側の基台３２４には、一方の端部に２個、反対側の端部に４個で、６個の支持ローラ３２０が基台に取り付けられている。基台の内側および外側端部は、ピン孔３３２が形成されたピン支持突起３３０を有して形成されている。２つの半割り部分からロータを構成することによって、これら支持ローラ３２０、およびそれらのそれぞれの基台３２４を取り付けることが十分に容易になることが理解されるであろう。これらローラおよびそれらの基台は、先ず、ピン３２２の端部をロータに形成された孔３３４（図１１および１６参照）に挿入することによって、下側の半割り部分に取り付けることができる。ローラ３２０およびそれらの基台３２４は、ロータの両側の各パイ形部分に形成された陥凹３３６に収容される。ピン３２２の反対側の端部が、次いで、上側の半割部分が下側の半割部分に結合されるときに、上側半割部分の孔３３４に取り付けられる。ローラ３２０をベーンに事前に装着する必要が無く、これによりエンジン／機械を製作する費用が削減される。ベーンは、対向するローラ間の空間に精密に嵌め込めるような寸法になっている。所望なら、各基台３２４は、中央孔３３８を通る基台の中心線で合わさる僅かに傾斜した側壁を有して形成することができる。この傾斜は、装着を容易にするためである。
【００３５】
支持ローラ３２０は、ロータ、および支持ローラそれぞれの基台３２４に形成された一連の通路を通るオイルによって潤滑することができる。詳細には、潤滑オイルは、各基台に形成された中央孔３３８を通して供給することができ、この孔は、相互接続している別の中央通路３４０を通して潤滑材を供給し、中央通路３４０は、ローラの支持ピンが取り付けられている孔３３２まで延在する通路（図示せず）に接続されている。潤滑オイルは、ロータの各パイ形部分に形成されたＹ型オイル通路３４４（図１７参照）によって孔３３８に供給される。各通路３４４の１／２が、ロータの各半割部分に形成され、それによって、２つの半割部分が一体に連結されると、完全な通路３４４が形成される。通路の２つの短い分枝３４６が、２つのロータ基台３２４の中央孔３３８まで延在する。オイルは、中心シャフト７０およびその中央のオイル出口ポート３４８（図１４参照）によって各通路３４４の半径方向内側端部に供給される。
【００３６】
図１２は、ロータリ・エンジン１０のサイド・カバーの一実施形態を示す。サイド・カバーは、その４つの角部のそれぞれに一連の前述のボルト孔４０を有して形成され、これらボルト孔は、サイド・カバーをブロック３４に取り付けために使用される。カバー３６の中央部分には、ロータ・シール・アセンブリ１４８の１つが取り付けられる溝３５０が形成されている。この溝の下方側に、エンジンが作動しているときオイルを収集するオイル受け溝３５２が形成されている。溝の中央には、図４に示すようにカム装置１０６、１０８の１つを密に収容する寸法にされた全体的に楕円形の陥凹３５４が形成されている。この陥凹の底面には、ロータ・シャフトの内側主ベアリングが取り付けられる円筒形中央空洞３５６が配置されている。カバーの重量を軽減するために、孔３６０、３６２をカバーに形成することができ、それらの孔を形成することによって、不必要な材料を除去する。陥凹３５４の底面に形成された複数の孔３６４は、ボルトによってカム装置を取り付けるために使用される。
【００３７】
図１３は、図３に示されたエンジン・カバー１２４の中央部分の詳細を示す。図１２と１３とを比較することによって分かるように、２つのエンジン・カバーは、既に上記で指摘した相違を除いて、それらの構造において同様である。既述のように、カバー１２４は、単一の金属部品として製作することもでき、または、平板部分１２４’を備える２つの部品から製作することもできる。２つの部品として製作する場合、板部分１２４’は、鋼板から形成することができ、外側カバー部分１２５は、アルミニウム合金から形成される。
【００３８】
図１４は、例示的形態のシャフト７０の外観を示す。このシャフトは、単一の鋼材から製作することができ、そのうえに突起１７４を有するシャフト中央部分１７２を有して製作される。シャフトは、主シャフト・ベアリングを所定位置に保持するためにスナップ・リング１３２、１４６（図４参照）を受け入れる環状陥凹を３７０および３７２位置に有して形成される。
【００３９】
図１６は、ロータの外周の周りに形成された燃焼陥凹１０２の形状および寸法を変更する任意選択の機構を示す。これら燃焼陥凹の形状および寸法を変えることによって、エンジン１０内で達成される排気量および圧縮比を変化させることができる。詳細には、圧縮陥凹の寸法は、圧縮陥凹を減少させるか、実質的に無くすかのいずれもできるプラグ３７５を用いることによって変化させることができる。プラグは、プラグの孔を貫通して延在し、各陥凹の底面に形成された孔３７８にねじ込まれるねじ式締結具３７６を用いて取り付けることができる。エンジンをジーゼル燃料によって作動させる場合、燃焼陥凹の寸法は、ジーゼル燃料を適切に燃焼するために圧縮比を増加させるように変更することができ、スパーク・プラグをジーゼル噴射器および関連するハードウェアに交換することができる。エンジンは、水素または炭化水素燃料による使用に適合させることもできる。
【００４０】
図１８は、エンジン・ブロック３４を単独に示し、この図では、その楕円形内壁２１２が見られる。ブロックの底面が３８０位置に示されている。底面近くの内壁に、１対のＶ形溝３８２、３８４が形成されている。これらオイル溝は、オイルを出口ポート３８６に送る。これら溝の目的は、エンジンが停止したとき、オイルがブロック・チャンバの底に溜まるのを防止することである。エンジンが停止したときブロック・チャンバの底に集まるすべてのオイルは、それら溝によって、上記で説明し、図１９にブロックの内側から取り外されて示されているオイル供給および回収ブロック１５６へ導かれる。エンジン・ブロックの壁の適切な開口に取り付けられるこの小さなブロックは、オイルをエンジンの主オイル・タンクに導き入れる。ガスケットまたはシール３９０が、ブロック１５６とエンジン・ブロックとの合わせ目をシールするために使用される。
【００４１】
図１９は、アルミニウム合金から製作することができ、エンジン作動によって発生する高温に耐える適切に熱処理された内面を有するエンジン・ブロック３４の１つのバージョンを示す。この図は、２つの抽出溝３９２が、ブロックの内壁の上側部分に形成されて使用されているところを示す。これら溝は、主として、ＨＣＣＩ用途のために設けられ、ここでＨＣＣＩは均一予混合圧縮着火（Ｈｏｍｏｇｅｎｉｏｕｓ  Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ  Ｉｇｎｉｔｉｏｎ）を表す。ジーゼルは、このタイプのエンジンに使用される燃料の一形態であるが、他の形態の燃料もまた可能である。このタイプのエンジンでは、燃料が自己着火温度に達すると、燃料が自然に着火し爆発を生じる。早期着火状態を減少させるために、圧力を逃がす目的で、溝３９２が内壁に切られ、燃焼チャンバと圧縮チャンバとの間に配置される。この圧力抽出は、早期着火の防止に加えて、燃料の混合に乱流も生じ、その乱流は完全燃焼のために望ましい。
【００４２】
本発明を、様々な例示的実施形態、たとえば、内燃機関、コンプレッサなどにおけるような特定の有効性を有する実施形態に具体化して例示し、説明して来たが、本発明は、本明細書に示された細部に限定されないことが理解されるべきであり、その理由は、開示された機械および構成要素、ならびにそれらの作動の形態および細部における様々な省略、修正、交換、および変更が、本発明の主旨および範囲からのいかなる逸脱もなく、当業者によって行われ得ることが理解されるであろうからである。たとえば、当業者は、本発明の主旨および範囲から逸脱することなく、本発明を様々な他の用途に容易に適用できるであろう。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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