(57)【要約】  トロイダルピストンチャンバと、ピストンチャンバ内における軌道回転のために配設されたピストンと、ピストンチャンバの少なくとも一部を交互に開閉するチャンバリングバルブと、燃料混合物がピストンチャンバに進入することを許容する吸気ダクトと、燃料混合物に点火し、この結果、燃料混合物の燃焼と燃焼ガスの生成をもたらす点火手段と、燃焼ガスのピストンチャンバからの排出を許容する排気ダクトと、を有する軌道運動エンジンであって、継続的な円形の経路において、ピストンに対して動力を供給するべく、回転するピストンの背後において燃料混合物に点火している。
2008500492.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）トロイダルピストンチャンバと、
（ｂ）前記ピストンチャンバ内における軌道回転のために配設された少なくとも２つのピストンと、
（ｃ）それぞれのチャンバリングバルブが、前記ピストンチャンバの少なくとも一部を交互に開閉する少なくとも１つの第１チャンバリングバルブ及び１つの第２チャンバリングバルブと、
（ｄ）燃料混合物が前記ピストンチャンバに進入することを許容する少なくとも１つの吸気ダクトであって、前記第１チャンバリングバルブと前記第２チャンバリングバルブの間に配置され、且つ、前記第１チャンバリングバルブ及び前記第２チャンバリングバルブと交差しない関係にある少なくとも１つの吸気ダクトと、
（ｅ）前記燃料混合物に点火し、この結果、前記燃料混合物の燃焼と燃焼ガスの生成をもたらす能力を有する少なくとも１つの点火部材と、
（ｆ）前記燃焼ガスの前記ピストンチャンバからの排出を許容する少なくとも１つの排気ダクトであって、前記第１チャンバリングバルブと前記第２チャンバリングバルブの間に配置されている少なくとも１つの排気ダクトと、
を有し、
第１ピストンが前記第１チャンバリングバルブを通過した際に、前記第１チャンバリングバルブ及び前記第２チャンバリングバルブが閉鎖することにより、前記第１ピストンの背後の前記第１ピストンと前記第１チャンバリングバルブの間の前記ピストンチャンバ内の点火チャンバエリアと、前記第１ピストンの前方の前記第１ピストンと前記第２チャンバリングバルブの間の排気チャンバエリアを形成し、前記燃料混合物が、まず、前記ピストンチャンバ内の前記点火チャンバエリア内に導入され、前記点火部材が前記燃料混合物に点火し、前記燃焼ガスが前記ピストンに対して力を付与し、これにより、前記ピストンに、前記ピストンチャンバ内における前記軌道回転を継続させると共に、前記第２チャンバリングバルブが開放する前に、前記排気チャンバエリア内に配置されている以前の点火に起因した燃焼ガスを前記排気ダクトを通じて前記ピストンチャンバから強制排出させる、エンジン。
【請求項２】
前記ピストンに対して第１場所において接続された接続ディスクを更に有する請求項１記載のエンジン。
【請求項３】
（ａ）トロイダルピストンチャンバと、
（ｂ）前記ピストンチャンバ内における軌道回転のために配設された少なくとも１つのピストンと、
（ｃ）前記ピストンチャンバの少なくとも一部を交互に開閉する少なくとも１つのチャンバリングバルブと、
（ｄ）燃料混合物が前記ピストンチャンバに進入することを許容する少なくとも１つの吸気ダクトと、
（ｅ）前記燃料混合物に点火し、この結果、前記燃料混合物の燃焼と燃焼ガスの生成をもたらす少なくとも１つの点火手段と、
（ｆ）前記燃焼ガスの前記ピストンチャンバからの排出を許容する少なくとも１つの排気ダクトと、
（ｇ）前記ピストンに対して第１場所において接続された接続ディスクと、
（ｈ）前記接続ディスクが延長している前記ピストンチャンバを通じた円周スロットと、
を有し、
前記ピストンが前記チャンバリングバルブを通過した際に、前記チャンバリングバルブは前記ピストンチャンバを閉鎖し、前記燃料混合物が、前記ピストンの背後の前記ピストンと前記チャンバリングバルブの間の前記ピストンチャンバ内の点火チャンバエリアに導入され、前記点火手段が前記燃料混合物に点火し、前記燃焼ガスが前記ピストンに対して力を付与し、これにより、前記ピストンに、前記ピストンチャンバ内における前記軌道回転を継続させる軌道運動エンジン。
【請求項４】
前記接続ディスクの第２部分に接続されたクランクシャフトを更に有する請求項３記載の軌道運動エンジン。
【請求項５】
前記円周スロットは、前記トロイダルピストンチャンバの内部円周上に配置されており、前記クランクシャフトは、前記トロイダルピストンチャンバの軸中心線に沿って配置されている請求項４記載の軌道運動エンジン。
【請求項６】
前記円周スロットは、前記トロイダルピストンチャンバの外部円周上に配置されており、前記クランクシャフトは、前記トロイダルピストンチャンバの前記外部円周の外に配置されたリング状の構造物である請求項４記載の軌道運動エンジン。
【請求項７】
前記接続ディスクは、非中空プレートである請求項２記載のエンジン。
【請求項８】
前記ピストンの数に対する前記バルブの数は、整数比である請求項１記載のエンジン。
【請求項９】
（ａ）トロイダルピストンチャンバを含むベース部材と、
（ｂ）前記ピストンチャンバ内における軌道回転のために配設され、前面と後面を具備する少なくとも１つのピストンと、
（ｃ）それぞれのバルブが、前記ピストンチャンバの少なくとも一部を交互に開閉する少なくとも２つの切り欠き部を有する少なくとも１つのチャンバリングバルブと、
（ｄ）燃料混合物が前記ピストンチャンバ内に進入することを許容する前記ベース部材内に提供された少なくとも１つの吸気ダクトであって、前記少なくとも１つのチャンバリングバルブの第１側部に対して完全に配置されている少なくとも１つの吸気ダクトと、
（ｅ）前記燃料混合物に点火し、この結果、前記燃料混合物の燃焼と燃焼ガスの生成をもたらす能力を有する少なくとも１つの点火部材と、
（ｆ）前記燃焼ガスの前記ピストンチャンバからの排出を許容する少なくとも１つの排気ダクトと、
を有し、
前記ピストンが前記チャンバリングバルブを通過した際に、前記チャンバリングバルブは、前記ピストンの背後の閉鎖された前記チャンバリングバルブと前記ピストンの前記後面の間の前記ピストンチャンバ内に点火チャンバエリアを生成するべく、回転して前記ピストンチャンバを閉鎖し、前記燃料混合物が前記点火チャンバエリアに導入され、前記点火部材が前記燃料混合物に点火し、前記燃焼ガスが前記点火チャンバエリア内において膨張し、前記ピストンの前記後面に接触することによって前記ピストンに対して力を付与し、これにより、前記ピストンに、前記ピストンチャンバ内における前記軌道回転を継続させるエンジン。
【請求項１０】
前記ピストンに対して第１部分において接続された接続ディスクを更に有する請求項９記載の軌道運動エンジン。
【請求項１１】
（ａ）トロイダルピストンチャンバと、
（ｂ）前記ピストンチャンバ内における軌道回転のために配設され、前面と後面を具備する少なくとも１つのピストンと、
（ｃ）それぞれのバルブが、前記ピストンチャンバの少なくとも一部を交互に開閉する切り欠き部を有する少なくとも１つのチャンバリングバルブと、
（ｄ）燃料混合物が前記ピストンチャンバに進入することを許容する少なくとも１つの吸気ダクトと、
（ｅ）前記燃料混合物に点火し、この結果、前記燃料混合物の燃焼と燃焼ガスの生成をもたらす少なくとも１つの点火手段と、
（ｆ）前記燃焼ガスの前記ピストンチャンバからの排出を許容する少なくとも１つの排気ダクトと、
（ｇ）前記ピストンに対して第１部分において接続された接続ディスクと、
（ｈ）前記接続ディスクが延長している前記ピストンチャンバを通じた円周スロットと、
を有し、
前記ピストンが前記チャンバリングバルブを通過した際に、前記チャンバリングバルブは、前記ピストンの背後の閉鎖された前記チャンバリングバルブと前記ピストンの前記後面の間の前記ピストンチャンバ内に点火チャンバエリアを生成するべく、回転して前記ピストンチャンバを閉鎖し、前記燃料混合物が前記点火チャンバエリア内に導入され、前記点火手段が前記燃料混合物に点火し、前記燃焼ガスが前記点火チャンバエリア内において膨張し、前記ピストンの前記後面に接触することによって前記ピストンに対して力を付与し、これにより、前記ピストンに、前記ピストンチャンバ内における前記軌道回転を継続させる軌道運動エンジン。
【請求項１２】
前記接続ディスクの第２部分に接続されたクランクシャフトを更に有する請求項１１記載の軌道運動エンジン。
【請求項１３】
前記円周スロットは、前記トロイダルピストンチャンバの内部円周上に配置されており、前記クランクシャフトは、前記トロイダルピストンチャンバの軸中心線に沿って配置されている請求項１２記載の軌道運動エンジン。
【請求項１４】
（ａ）トロイダルピストンチャンバと、
（ｂ）前記ピストンチャンバ内における軌道回転のために配設され、前面と後面を具備する少なくとも１つのピストンと、
（ｃ）それぞれのディスクバルブが、前記ピストンチャンバの少なくとも一部を交互に開閉する少なくとも１つの切り欠き部を具備した略非中空の円形プレートを有する少なくとも１つのディスクバルブと、
（ｄ）燃料混合物が前記ピストンチャンバに進入することを許容する少なくとも１つの吸気ダクトと、
（ｅ）前記燃料混合物に点火し、この結果、前記燃料混合物の燃焼と燃焼ガスの生成をもたらす能力を有する少なくとも１つの点火部材と、
（ｆ）前記燃焼ガスの前記ピストンチャンバからの排出を許容する少なくとも１つの排気ダクトと、
（ｇ）前記ディスクバルブと前記ピストンの前記後面の間の前記ピストンチャンバ内に配置され、前記吸気ダクトと前記点火手段を内蔵する点火チャンバエリアと、
（ｈ）前記ディスクバルブと前記ピストンの前記前面の間の前記ピストンチャンバ内に配置され、前記排気ダクトを内蔵する排気除去チャンバエリアと、
を有し、
前記ピストンが前記ディスクバルブを通過する際に、前記ディスクバルブは、点火チャンバエリアを生成するべく、回転して前記ピストンチャンバを閉鎖し、前記燃料混合物が前記点火チャンバエリアに導入され、前記点火部材が前記燃料混合物に点火し、前記燃焼ガスが前記点火チャンバエリア内において膨張し、前記ピストンの前記後面に接触することによって前記ピストンに対して力を付与し、これにより、前記ピストンに、前記ピストンチャンバ内における前記軌道回転を継続させ、これにより、前記ピストンは、前記ピストン前方の前記排気除去チャンバ内の以前の点火に起因した燃焼ガスを前記排気ダクトを通じて強制排出するエンジン。
【請求項１５】
前記ピストンに対して第１部分において接続された接続ディスクを更に有する請求項１４記載のエンジン。
【請求項１６】
（ａ）トロイダルピストンチャンバと、
（ｂ）前記ピストンチャンバ内における軌道回転のために配設され、前面と後面を具備する少なくとも１つのピストンと、
（ｃ）それぞれのディスクバルブが、前記ピストンチャンバの少なくとも一部を交互に開閉する切り欠き部を具備した略平坦な円形のプレートを有する少なくとも１つのディスクバルブと、
（ｄ）燃料混合物が前記ピストンチャンバに進入することを許容する少なくとも１つの吸気ダクトと、
（ｅ）前記燃料混合物に点火し、この結果、前記燃料混合物の燃焼と燃焼ガスの生成をもたらす少なくとも１つの点火手段と、
（ｆ）前記燃焼ガスの前記ピストンチャンバからの排出を許容する少なくとも１つの排気ダクトと、
（ｇ）前記ディスクバルブと前記ピストンの前記後面の間の前記ピストンチャンバ内に配置され、前記吸気ダクトと前記点火手段を内蔵する点火チャンバエリアと、
（ｈ）前記ディスクバルブと前記ピストンの前記前面の間の前記ピストンチャンバ内に配置され、前記排気ダクトを内蔵する排気除去チャンバエリアと、
（ｉ）前記ピストンに対して第１部分において接続された接続ディスクと、
（ｊ）前記接続ディスクが延長している前記ピストンチャンバを通じた円周スロットと、
を有し、
前記ピストンが前記ディスクバルブを通過した際に、前記ディスクバルブは、前記点火チャンバエリアを生成するべく、回転して前記ピストンチャンバを閉鎖し、前記燃料混合物が前記点火チャンバエリアに導入され、前記点火手段が前記燃料混合物に点火し、前記燃焼ガスが前記点火チャンバエリア内において膨張し、前記ピストンの前記後面に接触することによって前記ピストンに対して力を付与し、これにより、前記ピストンに、前記ピストンチャンバ内における前記軌道回転を継続させ、これにより、前記ピストンは、前記ピストン前方の前記排気除去チャンバ内の以前の点火に起因した燃焼ガスを前記排気ダクトを通じて強制排出する軌道運動エンジン。
【請求項１７】
前記接続ディスクの第２部分に接続されたクランクシャフトを更に有する請求項１６記載の軌道運動エンジン。
【請求項１８】
前記円周スロットは、前記トロイダルピストンチャンバの内部円周上に配置されており、前記クランクシャフトは、前記トロイダルピストンチャンバの軸中心線に沿って配置されている請求項１７記載の軌道運動エンジン。
【請求項１９】
複数のエンジンユニットを有するエンジンにおいて、
それぞれのエンジンユニットが、
（ａ）トロイダルピストンチャンバと、
（ｂ）前記ピストンチャンバ内における軌道回転のために配設され、前面及び後面を具備する少なくとも１つのピストンと、
（ｃ）それぞれのチャンバリングバルブが、前記ピストンチャンバの少なくとも一部を交互に開閉する切り欠き部を有する少なくとも１つのチャンバリングバルブと、
（ｄ）燃料混合物が前記ピストンチャンバに進入することを許容する少なくとも１つの吸気ダクトであって、前記少なくとも１つのチャンバリングバルブと交差しない関係にある少なくとも１つの吸気ダクトと、
（ｅ）前記燃料混合物に点火し、この結果、前記燃料混合物の燃焼と燃焼ガスの生成をもたらす能力を有する少なくとも１つの点火部材と、
（ｆ）前記燃焼ガスの前記ピストンチャンバからの排出を許容する少なくとも１つの排気ダクトと、
（ｇ）前記バルブと前記ピストンの前記後面の間の前記ピストンチャンバ内に配置され、前記吸気ダクトと前記点火手段を内蔵する点火チャンバエリアと、
（ｈ）前記バルブと前記ピストンの前記前面の間の前記ピストンチャンバ内に配置され、前記排気ダクトを内蔵する排気除去チャンバエリアと、
を有し、
前記ピストンが前記チャンバリングバルブを通過した際に、前記チャンバリングバルブは、前記点火チャンバエリアを生成するべく、前記ピストンチャンバを閉鎖し、前記燃料混合物が、まず、前記ピストンチャンバの前記点火チャンバエリアに導入され、前記点火部材が前記燃料混合物に点火し、前記燃焼ガスが前記点火チャンバエリア内において膨張し、前記ピストンの前記後面に接触することによって前記ピストンに対して力を付与し、これにより、前記ピストンに、前記ピストンチャンバ内における前記軌道回転を継続させ、これにより、前記ピストンは、前記ピストン前方の前記排気除去チャンバ内の以前の点火に起因した燃焼ガスを前記排気ダクトを通じて強制排出するエンジン。
【請求項２０】
前記複数のエンジンユニット間に延長し、前記ピストンのそれぞれに対して機械的に接続された共通クランクシャフトを更に有し、これにより、前記複数のエンジンユニットのそれぞれは、前記共通クランクシャフトに対して力を付与する請求項１９記載のエンジン。
【請求項２１】
前記第１チャンバリングバルブと前記第２チャンバリングバルブは、それぞれ、回転可能なバルブである請求項１記載のエンジン。
【請求項２２】
前記第１チャンバリングバルブ及び第２チャンバリングバルブは、それぞれ、前記ピストンチャンバの少なくとも一部を交互に開閉する少なくとも１つの切り欠き部を具備するディスクバルブである請求項２１記載のエンジン。
【請求項２３】
前記第１チャンバリングバルブ及び前記第２チャンバリングバルブは、それぞれ、前記ピストンチャンバの少なくとも一部を交互に開閉する円筒形本体の側壁内に切り欠き部を具備する前記円筒形本体を含む請求項２１記載のエンジン。
【請求項２４】
前記トロイダルピストンチャンバは、ベース部材内に配置されており、前記ベース部材は、前記トロイダルピストンチャンバの第１部分と、前記少なくとも１つの吸気ダクトの第１部分と、を含む第１コンポーネントと；前記トロイダルピストンチャンバの第２部分と、前記少なくとも１つの吸気ダクトの第２部分と、を含む第２コンポーネントと；を含む請求項１記載のエンジン。
【請求項２５】
前記少なくとも１つのチャンバリングバルブは、回転可能なバルブである請求項９記載のエンジン。
【請求項２６】
前記少なくとも１つのチャンバリングバルブは、ディスクバルブである請求項２５記載のエンジン。
【請求項２７】
前記少なくとも１つのチャンバリングバルブは、円筒形本体を含んでおり、前記少なくとも２つの切り欠き部は、前記円筒形本体の側壁内に存在している請求項２５記載のエンジン。
【請求項２８】
前記非中空の円形プレートは、略平坦である請求項１４記載のエンジン。
【請求項２９】
前記少なくとも１つのチャンバリングバルブは、回転可能なバルブである請求項１９記載のエンジン。
【請求項３０】
前記少なくとも１つのチャンバリングバルブは、ディスクバルブである請求項２９記載のエンジン。
【請求項３１】
前記少なくとも１つのチャンバリングバルブは、円筒形本体を含んでおり、前記少なくとも１つの切り欠き部は、前記円筒形本体の側壁内に存在している請求項２９記載のエンジン。
【請求項３２】
エンジンを作動させる方法において、
トロイダルピストンチャンバを含むベース部材と；前記ピストンチャンバ内における軌道回転のために配設された複数のピストンであって、それぞれのピストンは、前面と後面を具備している複数のピストンと；それぞれのバルブが、前記ピストンチャンバの少なくとも一部を交互に開閉するべく構成されている複数の回転可能なバルブと；を含むエンジンを提供する段階と、
その軌道回転に沿って第１バルブを通過して第１ピストンを前進させると共に、その軌道回転に沿って第２バルブを通過して第２ピストンを前進させる段階と、
前記第１ピストンの背後において前記第１バルブを閉鎖することにより、前記第１バルブと前記第１ピストンの前記後面の間の前記ピストンチャンバ内に配置された第１点火チャンバエリアを形成すると共に、前記第２ピストンの背後において前記第２バルブを閉鎖することにより、前記第２バルブと前記第２ピストンの前記後面の間の前記ピストンチャンバ内に配置された第２点火チャンバエリアと、前記第１バルブと前記第２ピストンの前記前面の間の前記ピストンチャンバ内に配置された第１排気除去チャンバエリアと、を形成する段階であって、前記第１排気チャンバエリアは、前記第２点火チャンバエリア内において実行された先行する点火に起因した排気ガスを含んでいる、段階と、
前記第１ピストンの前方において第３バルブを閉鎖することにより、前記第３バルブと前記第１ピストンの前記前面の間の前記ピストンチャンバ内に配置された第２排気除去チャンバエリアを形成する段階であって、前記第２排気除去チャンバは、前記第１点火チャンバエリア内において実行された先行する点火に起因した排気ガスを含んでいる、段階と、
第１燃料混合物を前記第１点火チャンバエリア内に、そして、第２燃料混合物を前記第２点火チャンバエリア内に導入する段階と、
前記第１燃料混合物に点火することにより、前記第１ピストンをその軌道回転に沿って更に前進させ、同時に前記第２燃料混合物に点火することにより、その軌道回転に沿って前記第２ピストンを更に前進させる段階であって、前記第１燃料混合物の前記点火は、前記第１ピストンと前記第１バルブの間に排気ガスを生成すると共に、前記第１排気除去チャンバ内の前記排気ガスを第１排気ダクトを通じて前記ピストンチャンバから強制排出し、前記第２燃料混合物の前記点火は、前記第２ピストンと前記第２バルブの間に排気ガスを生成すると共に、前記第２排気除去チャンバ内の前記排気ガスを第２排気ダクトを通じて前記ピストンチャンバから強制排出する、段階と、
前記第３バルブを開放することにより、前記第１ピストンが前記第３バルブを通過して前進することを許容すると共に、前記第１バルブを開放することにより、前記第２ピストンが前記第１バルブを通過して前進することを許容する段階と、
を有する方法。
【請求項３３】
前記第３バルブは、前記第１ピストンが、前記第１バルブを通過した後に通過する次のバルブであり、前記第１バルブは、前記第２ピストンが前記第２バルブを通過した後に通過する次のバルブである請求項３２記載の方法。
【請求項３４】
前記第１バルブ、前記第２バルブ、及び前記第３バルブは、同時に閉鎖される請求項３２記載の方法。
【請求項３５】
前記第２バルブを開放する段階を更に有し、前記第１バルブ、前記第２バルブ、及び前記第３バルブは、同時に開放される請求項３４記載の方法。
【請求項３６】
前記第１ピストン及び前記第２ピストンは、出力部材に結合された接続部材によって１つに結合されている請求項３５記載の方法。
【請求項３７】
前記第１バルブを開放する前記段階は、前記第１バルブ内に開口部を提供する段階と、前記開口部が前記ピストンチャンバとアライメントするように、前記第１バルブを回転させる段階と、を含む請求項３２記載の方法。
【請求項３８】
それぞれの別個のエンジンユニットが共通出力部材に結合されている１つに積み重ねられた複数の別個のエンジンユニットを有するエンジンにおいて、
それぞれの別個のエンジンユニットが、
トロイダルピストンチャンバを含むベース部材と、
前記ピストンチャンバ内における軌道回転のために配設された少なくとも１つのピストンであって、前記共通出力部材に結合されている少なくとも１つのピストンと、
燃料混合物を前記ピストンチャンバ内に導入するべく構成された少なくとも１つの吸気口と、
排気ガスの前記ピストンチャンバからの排出を許容するべく構成された少なくとも１つの排気口と、
前記ピストンチャンバの少なくとも一部を交互に開閉するべく構成された少なくとも１つの回転可能なバルブであって、それぞれの回転可能なバルブは、前記ベース部材の周辺部内に配置されており、それぞれのエンジンユニット内において、個々の回転可能なバルブは、個々のピストンが前記個々の回転可能なバルブを通過した後に閉鎖することにより、前記個々のピストンと前記個々の回転可能なバルブの間に前記ピストンチャンバの密封領域を生成し、少なくとも１つの吸気口が、まず、前記燃料混合物を前記トロイダルピストンチャンバの前記ピストンチャンバの前記密封領域に導入する、少なくとも１つの回転可能なバルブと、
を有するエンジン。
【請求項３９】
前記少なくとも１つの回転可能なバルブは、ディスクバルブである請求項３８記載のエンジン。
【請求項４０】
前記少なくとも１つの回転可能なバルブは、円筒形本体を含んでおり、前記少なくとも１つの切り欠き部は、前記円筒形本体の側壁内に存在している請求項３８記載のエンジン。
【請求項４１】
それぞれのエンジンユニットは、点火部材を更に有しており、前記点火部材は、前記ピストンチャンバの前記密封領域内の前記燃料混合物に点火する請求項３８記載のエンジン。
【請求項４２】
それぞれのエンジンユニットは、前記トロイダルピストンチャンバの周りにおいて均等に離隔している複数のピストンを含んでおり、前記複数のピストンは、第１ピストン及び第２ピストンを含んでおり、前記第１ピストンは、両者が前記ピストンチャンバ内において第１方向に移動する際に、前記第２ピストンよりも先行している請求項３８記載のエンジン。
【請求項４３】
それぞれのエンジンユニットは、
それぞれが、燃料混合物を前記ピストンチャンバ内に導入するべく構成されている複数の吸気口であって、第１吸気口及び第２吸気口を含む複数の吸気口と、
それぞれが、排気ガスの前記ピストンチャンバからの排出を許容するべく構成されている複数の排気口であって、第１排気口及び第２排気口を含む複数の排気口と、
を更に有しており、
それぞれのエンジンユニット内において、前記第１ピストンが第１の回転可能なバルブを通過した際に、前記第１の回転可能なバルブが閉鎖することにより、前記第１ピストンと前記第１の回転可能なバルブの間の前記ピストンチャンバの第１密封領域を生成し、前記第１吸気口が第１燃料混合物を前記ピストンチャンバの前記第１密封領域に導入し、同時に、前記第２ピストンが前記第２の回転可能なバルブを通過し、前記第２の回転可能なバルブが閉鎖することにより、前記第２ピストンと前記第２の回転可能なバルブの間の前記ピストンチャンバの第２密封領域を生成し、前記第２吸気口が第２燃料混合物を前記ピストンチャンバの前記第２密封領域に導入する請求項４２記載のエンジン。
【請求項４４】
それぞれのエンジンユニット内において、前記第１密封領域内の前記第１燃料混合物と前記第２密封領域内の前記第２燃料混合物が同時に爆発し、これにより、前記第１ピストン及び前記第２ピストンの両方を前記ピストンチャンバ内においてそれぞれの軌道回転に沿って更に押圧すると共に、前記第１密封領域内に第１排気ガスを、そして、前記第２密封領域内に第２排気ガスを生成する請求項４３記載のエンジン。
【請求項４５】
それぞれのエンジンユニット内において、前記第１の回転可能なバルブが開放することにより、前記第２ピストンの通過を許容し、次いで、閉鎖することにより、前記第２ピストンと前記第１の回転可能なバルブの間に前記第１密封領域を生成し、後続の燃料混合物が前記第１密封領域内に導入され、爆発することにより、前記第２ピストンをその軌道回転に沿って更に押圧し、前記第２ピストンの前進に伴って、前記第１ピストンからの前記第１排気ガスが、前記前進する第２ピストンによって前記第１排気口から押し出される請求項４４記載のエンジン。
【請求項４６】
それぞれのエンジンユニット内において、それぞれの回転可能なバルブは、前記共通出力部材の回転軸に対して略平行ではない回転軸を具備している請求項３８記載のエンジン。
【請求項４７】
それぞれの回転可能なバルブは、ディスクバルブである請求項４６記載のエンジン。
【請求項４８】
それぞれの回転可能なバルブは、前記ピストンチャンバの少なくとも一部を交互に開閉するシリンダの側壁内の切り欠き部を具備する円筒形本体を含む請求項３８記載のエンジン。
【請求項４９】
それぞれのベース部材は、１つに結合された少なくとも２つのベースコンポーネントをを含む請求項３８記載のエンジン。
【請求項５０】
出力部材と、
トロイダルピストンチャンバを含むベース部材と、
前記ピストンチャンバ内における第１方向の軌道回転のために配設された少なくとも１つの第１ピストン及び１つの第２ピストンであって、前記出力部材に結合されている少なくとも１つの第１ピストン及び１つの第２ピストンと、
それぞれが、前記ピストンチャンバの少なくとも一部を交互に開閉するべく構成されている少なくとも１つの第１バルブ及び１つの第２バルブと、
を有し、
前記第１ピストン及び前記第２ピストンが前記個々の第１バルブ及び第２バルブを通過した後に、前記第１バルブ及び前記第２バルブが閉鎖されることにより、前記第１ピストンと前記第１バルブの間の前記ピストンチャンバの第１密封部分と、前記第２ピストンと前記第２バルブの間の前記ピストンチャンバの第２密封部分が生成され、第１燃料混合物が、前記第１バルブ及び前記第２バルブと交差しない関係に配置された第１吸気ダクトを通じて前記第１密封部分内に導入され、第２燃料混合物が、前記第１バルブと前記第２バルブと交差しない関係に配置された第２吸気ダクトを通じて前記第２密封部分内に導入され、前記第１燃料混合物及び前記第２燃料混合物が前記第１密封部分及び前記第２密封部分内において同時に爆発し、この結果、前記第１ピストン及び第２ピストンが、それぞれ、前記第１方向に押圧されるエンジン。
【請求項５１】
前記ベース部材は、１つに結合された少なくとも２つのベースコンポーネントを含む請求項５０記載のエンジン。
【請求項５２】
前記第１バルブ及び前記第２バルブは、ディスクバルブである請求項５０記載のエンジン。
【請求項５３】
前記第１バルブ及び前記第２バルブのそれぞれは、前記ピストンチャンバとアライメントした状態に回転した際に前記第１ピストン及び前記第２ピストンの通過を許容する少なくとも１つの開口部を含む請求項５０記載のエンジン。
【請求項５４】
前記第１バルブの前記開口部及び前記第２バルブの前記開口部は、切り欠き部である請求項５３記載のエンジン。
【請求項５５】
少なくとも１つの第１吸気口及び１つの第２吸気口であって、前記第１吸気口は、前記第１燃料混合物を前記ピストンチャンバの前記第１密封領域内に導入するべく構成されており、前記第２吸気口は、前記第２燃料混合物を前記ピストンチャンバの前記第２密封領域内に導入するべく構成されている少なくとも１つの第１吸気口及び１つの第２吸気口と、
少なくとも１つの第１排気口及び１つの第２排気口であって、前記第１排気口は、前記ピストンチャンバの前記第１密封領域内に生成された排気ガスの前記ピストンチャンバからの排出を許容するべく構成されており、前記第２排気口は、前記ピストンチャンバの前記第２密封領域内に生成された排気ガスの前記ピストンチャンバからの排出を許容するべく構成されている、少なくとも１つの第１排気口及び１つの第２排気口と、
を更に有する請求項５０記載のエンジン。
【請求項５６】
少なくとも１つの第１点火部材及び１つの第２点火部材を更に有し、前記第１点火部材は、前記ピストンチャンバの前記第１密封領域内の前記燃料混合物に点火し、前記第２点火部材は、前記ピストンチャンバの前記第２密封領域内の前記燃料混合物に点火する請求項５５記載のエンジン。
【請求項５７】
前記排気口の数と前記吸気口の数のいずれかは、前記バルブの数と等しい請求項５５記載のエンジン。
【請求項５８】
前記ピストンの数は、前記バルブの数と等しいか、前記バルブの数よりも大きく且つ前記バルブの数の倍数であるか、前記バルブの数よりも小さいかの中のいずれかであり、前記バルブの数は、前記ピストンの数の倍数である請求項５５記載のエンジン。
【請求項５９】
マルチユニット型のエンジンを組み立てる方法において、
少なくとも２つの別個のエンジンユニットを提供する段階であって、それぞれの別個のエンジンユニットは、請求項１記載のエンジン、請求項９記載のエンジン、請求項１４記載のエンジン、及び請求項３４記載のエンジンの中から選択される、段階と、
前記少なくとも２つの別個のエンジンユニットを１つに積み重ねる段階と、
共通出力部材を前記別個のエンジンユニットのそれぞれに結合する段階であって、それぞれの別個のエンジンユニットの前記ピストンは、前記共通出力部材に結合される、段階と、
を有する方法。
【請求項６０】
共通出力部材を前記別個のエンジンユニットのそれぞれに結合する前記段階は、クランクシャフトを提供する段階と、前記クランクシャフトを前記別個のエンジンユニットのそれぞれに対して結合する段階と、を含む請求項５９記載の方法。
【請求項６１】
壊れたエンジンユニットが、
前記壊れた第１エンジンユニットを前記エンジンユニットの積み重ねから除去する段階と、
交換エンジンユニットを提供する段階であって、前記交換エンジンユニットは、請求項１記載のエンジン、請求項９記載のエンジン、請求項１４記載のエンジン、及び請求項３４記載のエンジンの中から選択される、段階と、
前記交換エンジンユニットを前記マルチユニット型エンジンの残りのエンジンユニットと共に積み重ねる段階と、
によって交換される請求項５９記載の方法。
【請求項６２】
エンジンを作動させる方法において、
トロイダルピストンチャンバを含むベース部材と；前記ピストンチャンバ内における軌道回転のために配設された少なくとも１つの第１ピストンであって、前面と後面を具備している少なくとも１つの第１ピストンと；少なくとも１つの第１の回転可能なバルブであって、前記第１の回転可能なバルブは、前面及び後面と、少なくとも１つの第１切り欠き部を具備する非中空の本体部分を含んでいる、少なくとも１つの第１の回転可能なバルブと；を有するエンジンを提供する段階であって、前記本体部分は、前記トロイダルピストンチャンバと交差することにより、前記回転可能なバルブの前記後面に隣接する前記トロイダルピストンチャンバの第１部分と前記回転可能なバルブの前記前面と隣接する前記トロイダルピストンチャンバの第２部分の間における前記第１ピストンの動きをブロックする、段階と、
前記第１ピストンを前記第１バルブの前記後面に向かって前進させる段階と、
前記第１バルブを回転させることにより、前記第１切り欠き部を前記トロイダルピストンチャンバとアライメントさせる段階であって、前記第１切り欠き部が前記トロイダルピストンチャンバとアライメントした際に、前記トロイダルピストンチャンバの前記第１部分及び前記トロイダルピストンチャンバの前記第２部分が接続され、前記第１ピストンが、前記トロイダルピストンチャンバの前記第１部分から前記トロイダルピストンチャンバの前記第２部分に通過可能である、段階と、
前記第１ピストンを前記切り欠き部を通じて前記トロイダルピストンチャンバの前記第１部分から前記トロイダルピストンチャンバの前記第２部分に前進させる段階と、
前記切り欠き部が前記トロイダルピストンチャンバとアライメントしていない関係にあり、且つ、前記本体部分が、再度前記トロイダルピストンチャンバと交差することにより、前記トロイダルピストンチャンバの前記第１部分と前記トロイダルピストンチャンバの前記第２部分の間における移動をブロックするように、前記第１バルブを回転させる段階であって、前記第１バルブの前記前面と前記第２ピストンの前記後面が、これらの間の前記トロイダルピストンチャンバ内に配置された第１点火チャンバエリアを形成する、段階と、
燃料と空気の混合物を前記点火チャンバエリア内に提供する段階であって、前記混合物の前記燃料と前記混合物の前記空気が、まず、前記トロイダルピストンチャンバ内の前記点火チャンバエリア内に導入される、段階と、
前記燃料及び空気の混合物に点火することにより、前記第１ピストンをその軌道回転に沿って更に前進させる段階であって、前記混合物の前記点火によって排気ガスが生成される、段階と、
前記ベース部材内の第１ポートを通じて前記トロイダルピストンチャンバから前記排気ガスを除去する段階と、
を有する方法。
【請求項６３】
燃料及び空気の混合物を前記点火チャンバエリア内に提供する前記段階は、前記ベース部材内に吸気ダクトを提供する段階と、前記吸気ダクトを通じて前記燃料及び前記空気の両方を導入する段階と、を含む請求項６２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
＜関連出願の記述＞
本特許出願は、２００４年５月２７日付けで出願された米国特許出願第１０／８５５８２７号に基づいており、これに対する優先権を主張するものである。
本発明は、一般に、内燃機関に関するものであり、更に詳しくは、ピストンがトロイダル経路において移動する軌道ピストン運動を具備した内燃機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関は、一般に、レシプロ（又は、ボア及び行程）、ロータリー、及びタービンという３つの主要なタイプに分類可能である。これらの３つのタイプは、いずれも、十分に安定しており、その長い歴史を通じて継続的に機能拡張されている。
【０００３】
レシプロ（又は、ボア及び行程）エンジンは、シリンダ内において上下運動するピストンによってクランクシャフトが回転する内燃機関である。通常、自動車に使用される場合には、レシプロエンジンは、４サイクルタイプであり、この場合には、第１行程において爆発性の混合物がシリンダ内に吸入され、第２行程において圧縮及び点火され、第３行程において作業が実行され、第４行程において燃焼生成物が排気される。
【０００４】
ロータリーエンジンは、動力が回転コンポーネントに直接伝達される内燃機関である。自動車に使用する場合には、Ｍａｚｄａ（登録商標）の自動車に使用されているＷａｎｋｅｌ（登録商標）エンジンが、一般的な例である。換言すれば、ロータリーエンジンとは、回転に伴って振動する三角形に成形されたピストンを一般に有する燃焼チャンバを具備した内燃機関である。
【０００５】
タービンエンジンは、ブレードの付いたローターを回転させることによって移動流体内のエネルギーを機械的エネルギーに変換するエンジンである。通常のタービンエンジンは、空気を誘導び圧縮するローターブレードの組を具備することになる。次いで、燃料を加え、点火する。膨張する高温の燃焼ガスは、タービンブレードの組を通じた移動に伴って、加速する。タービンブレードの組は、ローターブレードの組に機械的に接続されており、ローターブレードの組による回転と新鮮な空気の吸入を継続させるべく動力が提供される。広義には、タービンは、ホイール又はシリンダの円周に配列された一連のバケツ、パドル、又はブレードと流体の間の衝撃又は反応により、移動流体のエネルギーを機械的な動力に変換する様々な機械のいずれかである。
【０００６】
この３つの一般的なタイプのそれぞれの内燃機関は、それぞれ、利点と欠点を具備している。レシプロエンジンは、成熟した設計、相対的に低いコスト、適度な出力／重量比、適度なサイズ、及び適度な燃料効率を具備している。ロータリーエンジンは、相対的に未成熟な設計、適度なコスト、相対的に高い出力／重量比、小さなサイズ、及び適度な又は低い燃料効率を具備している。タービンエンジンは、成熟した設計、高いコスト、高い出力／重量比、大きなサイズ、及び低燃料効率を具備している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、この内燃機関の３つの一般的なタイプの利点の少なくともいくつかを組み合わせた内燃機関に対するニーズが存在していることを理解することができよう。例えば、好ましいエンジンは、内燃機関において通常見出すことができない相対的に高い燃料効率と共に、レシプロエンジンの相対的に低い製造コストと、ロータリーエンジンの高い出力／重量比及び小さなサイズを具備するものであってよい。本発明は、このような好ましいエンジンに関するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、本発明者には既知のあらゆるエンジンと異なっている。既知のエンジンとは異なり、本発明は、ロータリー、タービン、又はレシプロエンジンではない。本発明のエンジンは、ピストンを具備しているが、これらのピストンは、既知のエンジンのように直線的に移動せず、その代わりに、これらのピストンは、円形に移動し、従って、例えば、行程の上部及び下部において停止し、方向を逆転させる必要がなく、この結果、本発明のエンジンは効率的に稼動可能である。又、本発明のエンジンの軌道運動は、相対的に高出力であり且つ相対的に滑らかな動作に適している。タービンエンジンと同様に、本発明のエンジンの円形運動は効率的である。但し、本発明のエンジンとは異なり、タービンエンジンの場合には、力を作用させるための閉じた容積を具備しておらず、従って、タービンエンジンは、一定量の出力を失っている。この出力の損失を補うべく、タービンエンジンは、更に多くの燃料を使用しなければならず、この結果、経済性が低下することになる。
【０００９】
本発明のエンジンは、好ましくは２つの半体から形成されたエンジンブロックを有しているが、製造の方法又は製造者の所望に応じて、更に多くの又は更に少ない数のセクション（半体、１／３体、１／４体など）を使用することも可能である。例えば、相対的に小さなエンジンの場合には、２つの半体が好適であろうが、相対的に大きなエンジンの場合には、エンジンブロックを多数のセクションから形成する必要があろう。１つに装着された際に、エンジンブロックは、略中空の内部を具備した円環の形状を有しており、この略中空の内部は、従来のピストン行程エンジンのシリンダに相当しており、これを通じて、且つ、これに沿って、ピストンが円形軌道で移動する。円環の面に垂直の円環の中心を通じた軸方向に、クランクシャフトが配置される。接続ディスク（これは、従来のレシプロエンジンの接続ロッドに略対応している）が、クランクシャフトとピストンの間に半径方向に延長することにより、ピストンをクランクシャフトに接続している。或いは、この代わりに、クランクリングが、円環外部の周辺部に配置されており、接続ディスクが、ピストンとクランクリングの間に半径方向に外向きに延長することにより、ピストンをクランクリングに接続している。接続ロッド又はこの等価物が、接続ディスクの代替物であってもよい。
【００１０】
ピストンとクランクシャフト間の接続を実現するべく、二分されたエンジンブロックは、円環の内部直径上に円周状に形成又は切削された溝又はスロットを具備しており、これを通じて、接続ディスクが延長している。このスロットは、円環の内部円周直径全体から構成されており、従って、接続ディスクは、エンジンを通じて、且つ、クランクシャフトを中心として、完全に３６０°回転可能である。同様に、ピストンとクランクリング間の接続を実現するべく、二分されたエンジンブロックは、円環の外部直径上に円周状に形成又は切削された溝又はスロットを武備しており、これを通じて、接続ディスクが延長している。このスロットは、円環の完全な外部円周直径から構成されており、従って、接続ディスクは、エンジンを通じて完全に３６０°回転可能である。
【００１１】
燃料誘導システムは、バルブトレーンを除いて、通常のレシプロエンジンと略同様のものであってよい。従来のタペット又はポペットバルブを使用する代わりに、本発明のエンジンは、ロータリーディスクバルブ、リードバルブ、ボールバルブ、又はこれらに類似したものを使用している。この結果、エンジンは、バルブを浮かせることなしに、相対的に高い回転数／分において回転可能である。又、この結果、エンジンの動作の滑らかさも向上する。
【００１２】
本発明のこれらの特徴、並びに、その他の特徴及び利点については、添付の図面との関連において以下の好適な実施例に関する詳細な説明を参照することにより、当業者に更に明らかとなろう。添付図面中のいくつかの図においては、類似の参照符号によって類似のコンポーネントを表している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、図１〜図１５を全体的に参照すれば、本発明の好適な実施例が示されている。図１は、本発明のエンジン１０の分解透視図であり、ピストンチャンバ１２の２つの半体設計を示している。図２は、２つのピストン１４を有するエンジン１０の実施例の断面平面図であり、エンジン１０の様々な主要コンポーネントの相対的な配置状態を示している。図３Ａは、図２のライン３’−３’を通じたエンジンの断面側面図であり、ピストンチャンバ１２の全体的な形状と、チャンバリングバルブ（ｃｈａｍｂｅｒｉｎｇ  ｖａｌｖｅ）１６（これは、この図の場合には、ディスクバルブである）の配置及び動作を示している。図３Ｂは、図３Ａの左側部分の拡大側面図であり、ピストンチャンバ及びバルブキャビティスロットに対するピストンの関係と、接続ディスクがピストンチャンバと相互作用する方法を示している。
【００１４】
図４Ａは、本エンジン内に使用されている例示用のディスクバルブ１６の側面図であり、好適な単一の切り欠き部８０の構造を示している。図４Ｂは、本エンジン内に使用されている例示用の代替ディスクバルブ１６の側面図であり、２つの切り欠き部８０の構造を示している。図１５は、エンジン内に使用されている代替チャンバリングバルブシリンダ７１の側面図であり、ディスクバルブ１６の切り欠き部８０に似たカットアウト切り欠き部７２を示している。
【００１５】
図５は、構成の代替実施例の平面図であり、エンジン１０（これは、この図の場合には、非中空構成である）内において使用可能なピストン１４、接続ディスク６２、及びクランクシャフト６０の間の関係を示している。図６は、構成の一実施例の平面図であり、エンジン１０（これは、この図の場合には、スポークタイプの構成である）内において使用可能なピストン１４、接続ディスク６２、及びクランクシャフト６０の間の関係を示している。
【００１６】
図７〜図１０は、４つの異なる位置におけるエンジンの回転を示している。図７Ａ及び図７Ｂは、任意の初期位置を示しており、チャンバリングバルブ１６が開放した状態にあり、且つ、ピストン１４がチャンバリングバルブ１６を通過している。図８Ａ及び図８Ｂは、初期位置から約３０°の位置を示しており、チャンバリングバルブ１６が閉鎖した状態にあり、且つ、燃料混合物３０が燃料吸気ポート４６、５０を通じてピストン１４と個々のチャンバリングバルブ１６の間のピストンチャンバ１２内への進入を開始している。図９Ａ及び図９Ｂは、初期位置から約６０°の位置を示しており、燃料混合物２０が点火されて膨張し、ピストンに対して力を付与している。図１０Ａ及び図１０Ｂは、初期位置から約９０°の位置を示しており、ピストン１４が、ピストンチャンバ１２を通じたその力が付与された移動を継続し、且つ、その前方の排気ガスを排気ポート４８、５２から強制排出している。
【００１７】
図１１は、１つのチャンバリングバルブ１６当たりに複数のピストン１４を有する代替実施例を示している。図１２は、１つのピストン１４当たりに複数のチャンバリングバルブ１６を有する代替実施例を示している。更には、複数モジュール構成においては、好ましくは、残りのモジュールが均衡した力を生成するべく互い違いに配置されている限り、それぞれのモジュールは、１つのピストン１４及びチャンバリングバルブ１６を具備可能である。同様に、サイズ、重量、及びその他の要因に応じて、シングルピストン１４／シングルチャンバリングバルブ１６の設計も構築可能である。
【００１８】
図１３は、４つのエンジンユニットを内蔵するモジュラー型又はマルチユニット型の設計を示している。具体的には、図１３は、相対的に大きな出力を有する単一エンジンを製造するべく、共通のクランクシャフト６０に連続して接続された４つのエンジン１０の使用法を示している。任意の数のエンジンを１つに接続し、相対的に大きな又は小さな出力のエンジンを製造可能である。更には、単一又は複数のチャンバリンバルブ１６と共に単一のピストンを有するように、或いは、単一のチャンバリングバルブ１６と共に単一又は複数のピストン１４を有するように、エンジン１０を設計することも可能である。
【００１９】
図１４は、接続ディスクの代わりにエンジン内において使用されているピストン−接続ディスク−クランクリング構成の一実施例の平面図である。クランクリングは、エンジンの本体の外部に配置されており、接続ディスクは、エンジンの本体の内部に配置されている。
【００２０】
図１に示されているように、エンジンの例示用の実施例１０は、第１ブロック半体４２Ａと第２ブロック半体４２Ｂを有しており、これらを組み合わせることによって結果的にエンジンブロック４２を得ている。わずかな例外を除いて（又は、例外を伴うことなしに）、第１ブロック半体４２Ａと第２ブロック半体４２Ｂは、互いに同一のものであってよい。尚、エンジン１０と、従って、エンジンブロック半体４２Ａ、４２Ｂは、任意の所望の面内において方向付け可能であるが、記述に一貫性を持たせるべく、エンジン１０が水平面内にあるものとして、好適な実施例の図面に示し、且つ、本明細書内に開示することとする。この観点において、第１ブロック半体４２Ａを下部半体と呼び、この関連する要素及びコンポーネントを個々の下部要素及びコンポーネントと呼ぶことにし、第２ブロック半体４２Ｂを上部半体と呼び、この関連する要素及びコンポーネントを個々の上部要素及びコンポーネントと呼ぶことにする。但し、エンジン１０は、垂直又は傾斜した状態で動作可能であることから、これは、決してエンジン１０の向きを水平に限定することを意味するものではない。
【００２１】
又、本明細書は、２つのピストン１４、２つのチャンバリングバルブ１６及び２つの関連するチャンバリングバルブキャビティ５４、５６（この内部において、チャンバリングバルブ１６が回転する）、２つの燃料吸気ダクト４６、５２（それぞれのチャンバリングバルブ１Ｓと１つずつ関連付けられている）、及び２つの排気ダクト４８、５２（それぞれのチャンバリングバルブ１６と１つずつ関連付けられている）を具備する例示用のエンジン１０を開示している。但し、本発明は、２ピストン及び２バルブの設計に限定されるものではなく、任意の数のピストン及びバルブを有することができる。
【００２２】
第１ブロック下部半体４２Ａは、下部ピストンチャンバ１２Ａ、第１吸気ダクト下部半体４６Ａ、第１排気ダクト下部半体４８Ａ、第２吸気ダクト下部半体５０Ａ、第２排気ダクト下部半体５２Ａ、第１チャンバリングバルブ下部キャビティ５４Ａ、及び第２チャンバリングバルブ下部キャビティ５６Ａを有している。第２ブロック上部半体４２Ｂは、上部ピストンチャンバ１２Ｂ、第１吸気ダクト上部半体４６Ｂ、第１排気ダクト上部半体４８Ｂ、第２吸気ダクト上部半体５０Ｂ、第２排気ダクト上部半体５２Ｂ、第１チャンバリングバルブ上部キャビティ５４Ｂ、及び第２チャンバリングバルブ上部キャビティ５６Ｂを有している。第１ブロック下部半体４２Ａと第２ブロック上部半体４２Ｂを１つに配置してエンジンブロック４２を形成すると、様々なコンポーネントの半体が互いに協働する。即ち、下部ピストンチャンバ１２Ａは、上部ピストンチャンバ１２Ｂと協働してピストンチャンバ１２を形成し、第１吸気ダクト下部半体４６Ａは、第１吸気ダクト上部半体４６Ｂと協働して第１吸気ダクト４６を形成し、第１排気ダクト下部半体４８Ａは、第１排気ダクト上部半体４８Ｂと協働して第１排気ダクト４８を形成し、第２吸気ダクト下部半体５０Ａは、第２吸気ダクト上部半体５０Ｂと協働して第２吸気ダクト５０を形成し、第２排気ダクト下部半体５２Ａは、第２排気ダクト上部半体５２Ｂと協働して第２排気ダクト５２を形成し、第１チャンバリングバルブ下部キャビティ５４Ａは、第１チャンバリングバルブ上部キャビティ５４Ｂと協働して第１チャンバリングバルブキャビティ５４を形成し、第２チャンバリングバルブ下部キャビティ５６Ａは、第２チャンバリングバルブ上部キャビティ５６Ｂと協働して第２チャンバリングバルブキャビティ５６を形成する。
【００２３】
エンジンブロック４２を形成するべくブロック半体４２Ａ、４２Ｂをボルトで１つに留めることにより、エンジンブロック４２は、略中空の内部を具備した円環を有することになり、これが、ピストンチャンバ１２であり、これは、従来のピストン行程エンジンの１つ又は複数のシリンダに相当している。ピストン１４は、ピストンチャンバ１２を通じて、且つ、これに沿って、円形又は軌道の形態において移動する。クランクシャフト６０は、好ましくは、円環の面に垂直である円環の中心を通じた軸方向に配置されており、ピストン１４及びクランクシャフト６０は、クランクシャフト６０の軸中心線である軸を中心として軸方向において回転する。接続ディスク６２が、クランクシャフト６０とピストン１４の間に半径方向に延長することにより、ピストン１４をクランクシャフト６０に接続している。或いは、この代わりに、図１４に示されているように、クランクリング１６２が、円環外部の周辺部に配置され、接続ディスクがピストン１４とクランクリングの間に半径方向外向きに延長することにより、ピストン１４をクランクリング１６２に接続する。
【００２４】
ピストン１４とクランクシャフト６０の間の接続を実現するべく、エンジンブロック４２は、円環の内部円周上に（即ち、最小半径又は直径の区域に）形成又は切削された溝又はスロット６４を具備しており、これを通じて、接続ディスク６２が延長している。スロット６４は、円環の内部円周の全体に沿って延長しており、従って、接続ディスク６２は、エンジン１０を通じて、且つ、クランクシャフト６０を中心として、完全に３６０°回転可能である。同様に、ピストン１４とクランクリングの間の接続を実現するべく、エンジンブロック４２は、円環の外部円周上に（即ち、最大半径又は直径の区域に）形成又は切削された溝又はスロット（図示されてはいない）を具備しており、これを通じて、接続ディスク６２が延長している。この実施例においては、スロットは、円環の外部円周の全体に沿って延長しており、従って、接続ディスク６２は、エンジン１０を通じて完全に３６０°回転可能である。
【００２５】
図２は、エンジン１０の平面図であり、第２ブロック上部半体４２Ｂが除去されており、エンジン１０の内部構造、特に、ピストンチャンバ１２の円形の形状、ピストン１４、接続ディスク６２、吸気ダクト４６、５０、及び排気ダクト４８、５２が更に明瞭に示されている。図３Ａは、図２のライン３’−３’を通じたエンジン１０の断面側面図であり、エンジン１０の内部構造、特に、チャンバリングバルブ１６とチャンバリングバルブキャビティ５４、５６を更に明瞭に示すべく、第２ブロック上部半体４２Ｂが定位置に配置されている。図３Ｂは、エンジン１０の様々な構造の関係と、接続ディスク６２がピストンチャンバ１２と相互作用する方法を更に明瞭に示すための図３Ｂの左側の拡大図である。
【００２６】
図４Ａは、エンジン１０内に使用されている例示用のチャンバリングバルブ１６、即ち、ディスクバルブ１６の側面図である。ディスクバルブ１６は、略台形の切り欠き部８０を具備する平らな円形プレートである。ディスクバルブ１Ｓは、チャンバリングバルブキャビティ５４、５６内に回転可能に取り付けられており、この結果、ディスクバルブ１６は、ピストンチャンバ１２内に延長している。ディスクバルブ１６は、ピストンチャンバ１２の面に対して略垂直の面内に配置されており、この結果、ディスクバルブ１６は、ピストンチャンバ１２の環状の切断面を通じて回転する。後程詳述するように、ディスクバルブ１６は、その回転に伴って、交互に、平らな円形プレート領域がピストンチャンバ１２を通じて回転している際には、ピストンチャンバ１２を密封し、切り欠き部８０がピストンチャンバ１２を通じて回転している際には、ピストンチャンバ１２を開放する。切り欠き部８０がピストンチャンバ１２を通じて回転している際に、ピストン１４は、そのピストンチャンバ１２に沿った回転において、妨げられることなしに、切り欠き部８０を通過可能である。その他の時点においては、平らな円形プレート領域がピストンチャンバ１２を密封し、燃料に点火するための密封された点火チャンバエリア９０と、燃焼生成物を排出するための密封された排気除去チャンバエリア９２と、を生成する。切り欠き部８０は、ピストン１４がディスクバルブ１Ｑを通過する際に、ピストンチャンバ１２が完全に開放状態に留まるようにサイズ設定されており、これが、丸い開口部ではなく、台形の形状になっている理由である。
【００２７】
チャンバリングバルブ１６は、クランクシャフト６０又はこの等価物に対して機械的に接続されており、この結果、チャンバリングバルブ１６は、クランクシャフト６０と調和して回転する。図面に示されている２ピストンディスクバルブの実施例においては、ディスクバルブ１６及びクランクシャフト６０は、２：１の比率で回転する。即ち、クランクシャフト６０が１回回転する間に、ディスクバルブ１６は、妨げられることなしに両方のピストン１４が切り欠き部８０を通じて回転できるように、２回回転しなければならない。ピストンの数が更に多い又はこれよりも少ない場合には、ディスクバルブ１６とクランクシャフト６０の間の回転比率は、ピストン１４の数に応じて変化することになる。或いは、この代わりに、チャンバリングディスク１６が複数の切り欠き部８０を具備することも可能であり、これにより、同様の複数のピストン１４が、チャンバリングディスク１６の１回の回転において、チャンバリングディスク１６を通過できるようにすることができる。例えば、図４Ｂに示されているように、互いに反対側に位置した２つの切り欠き部８０を具備するチャンバリングディスク１６の場合には、２つのピストンが切り欠き部８０を通じて回転できるようにするのに必要な回転は、１回転のみであり、この結果、２ピストン２チャンバリングディスクの実施例の場合に、チャンバリングディスク１６とクランクシャフト６０は、１：１の比率で回転することになる。当業者であれば、ピストン１４がピストンチャンバ１２内においてチャンバリングバルブ１６に接近し、これを通過する際に、切り欠き部８０又はそれと同等の物がピストンチャンバ１２を通じて回転するように、クランクシャフト６０又はそれと同等の物とチャンバリングバルブ１６の間の適切な機械的ギアリングリンケージ又はその他のタイプのリンケージを設計可能である。
【００２８】
代替チャンバリングバルブ１６が図１５に示されており、これは、カットアウト切り欠き部７２を具備するシリンダバルブ７１を示している。シリンダバルブ７１は、垂直軸Ａを中心として回転し、カットアウト切り欠き部７２は、ピストンチャンバ１２を通じて回転する。このシリンダバルブ７１の回転は、図７Ａ及び図７Ｂに示されているディスクバルブ１６の切り欠き部８０を通過するピストン１４と同様に、ピストン１４がカットアウト切り欠き部７２に接近し、これを通過する際に、カットアウト切り欠き部７２がピストンチャンバ１２と合致するように、タイミング設定される。チャンバリングバルブキャビティ５４、５６は、図７Ａ及び図７Ｂ、並びに、その他の関連する図面に示されているものと同一の相対的な場所に位置することになるが、ディスクの形状ではなく、シリンダバルブ７１を収容するべく、シリンダの形状となろう。ボールバルブやリードバルブなどのその他の代替チャンバリングバルブ１６の場合には、チャンバリングバルブキャビティ５４、５６は、これらの代替形状の実施例に対応した構造を有することになろう。
【００２９】
図５及び図６は、構造の好適な実施例と、ピストン１４、接続ディスク６２、及びクランクシャフト６０の間の構造的な関係を示しており、図５は、非中空ディスク又はプレート７０を内蔵する非中空設計を示しており、図６は、スポーク設計を示している。スポーク設計の場合には、外部リング６８がスポークの間に延長しており、非中空設計の場合には、外部エッジ及び外部エッジ近傍の領域が外部リング６８として機能している。ピストン１４は、既定の位置において、接続ディスク６２又は外部リング６８の外部円周又はこの近傍に装着されている。図３Ｂからわかるように、外部リング６８は、スロット６４内に延長し、且つ、外部リング６８がスロット６４の周りを回転してピストンチャンバ１２の全体的な完全性を維持するように、適切なシーリング手段（図示されてはいない）によってスロット６４を閉鎖している。このスロット６４、外部リング６８、及び既知の密封剤又は密封装置の協働構造が、ピストンチャンバ１２を、略密封されたエンクロージャとして維持している。オイルなどの潤滑剤やＴｅｆｌｏｎ（登録商標）などの滑りやすい材料を外部リング６８とスロット６４の間に注入又は配置することにより、外部リング６８が回転した際に生成され得る摩擦を低減可能である。クランクシャフト６０は、接続ディスク６２の軸中心において（又は、ディスク７０の軸中心を通じて）垂直に装着されている。
【００３０】
図７〜図１０は、４つの異なる位置におけるエンジン１０の回転を示すことにより、エンジン１０の全体的な動作を示している。図７Ａ及び図７Ｂは、任意に選択された初期位置を示しており、チャンバリングバルブ１６が開放状態にあり、ピストン１４がチャンバリングバルブ１６を通過している。この位置においては、ピストン１４は、排気ダクト４８、５２を通じた燃料燃焼生成物の排出をちょうど完了しており、燃料の吸気に備えて、切り欠き部８０を通過しているところである。
【００３１】
図８Ａ及び図８Ｂは、図７Ａ及び図７Ｂに示されている初期位置から約３０°の位置を示しており、チャンバリングバルブ１６が閉鎖されており、燃料混合物３０（小さな円）が、燃料吸気ポート４６、５０を通じて、ピストン１４と個々のチャンバリングバルブ１６の間のピストンチャンバ１２への進入を開始している、閉鎖されているチャンバリングバルブ１６とピストン１４の後面の間に位置するピストンチャンバ１２の容積は、点火チャンバエリア９０であり、これは、吸気ポート４６、５０と点火手段９６を内蔵している。チャンバリングバルブ１６が回転してピストンチャンバ１２を閉鎖した瞬間に（又は、このわずかに後に）、スパーク又はスパークプラグなどの点火手段９６により、燃料混合物３０が点火チャンバエリア９０内において爆発（燃焼）し、従来の内燃機関と同様に燃焼ガスの急速な膨張が発生する。
【００３２】
図９Ａ及び図９Ｂは、図７Ａ及び図７Ｂに示されている初期位置から約６０°の位置を示しており、燃料混合物３０が点火されて膨張し（大きな円）、ピストン１４に対して力を付与している。この結果、ピストン１４が同一の回転方向に移動することになり、次いで、これが、接続ディスク６２を介してクランクシャフト６０に伝達される。チャンバリングバルブ１６は、この段階においても、依然としてピストンチャンバ１２を閉鎖したままである。
【００３３】
図１０Ａ及び図１０Ｂは、図７Ａ及び図７Ｂの初期位置から約９０°の位置を示しており、ピストン１４は、ピストンチャンバ１２を通じたその力が供給された移動を継続しており、それぞれの前方の先行する燃焼に起因した排気ガスを排気ポート４８、５２から強制排出している。チャンバリングバルブ１６は、この段階においても、依然としてピストンチャンバ１２を閉鎖したままであり、先行する燃焼に起因した排気ガスを排気ポート４８、５２を通じてピストンチャンバ１２から強制排出している。閉鎖されているチャンバリングバルブ１６とピストン１４の前面の間に位置しているピストンチャンバ１２の容積は、排気チャンバエリア９２であり、これは、排気ポート４８、５２を内蔵している。ピストン１４がチャンバリングバルブ１６に接近するに伴って（即ち、それぞれのピストン１４が、次の連続したチャンバリングバルブ１６に接近するに伴って）、切り欠き部８０がピストンチャンバ１２内に回転することにより、ピストン１４による切り欠き部８０の通過を実現し、この結果、図７Ａ及び図７Ｂに示されている位置に復帰することになる。
【００３４】
図１１は、１つのチャンバリングバルブ１６当たりに複数のピストンを有する代替実施例を示している。例えば、２つのチャンバリングバルブ１６と、２つ、４つ、６つ、８つ、又はこれを上回る２の倍数の数のピストン１４が存在可能であり、複数のピストン１４は、接続ディスク６２に印加される力が均衡するように、ピストンチャンバ１２の周りにおいて等距離だけ離隔している。同様に、３つ、６つ、９つ、又はこれを上回る３の倍数の数のピストン１４と協働する３つのチャンバリングバルブ１６が存在することも可能である。図１２は、１つのピストン１４当たりに複数のチャンバリングバルブ１６を有する代替実施例を示している。複数モジュール構成においては、残りのモジュールが、均衡した力を生成するように互い違いに配列されている限り、それぞれのモジュールが１つのピストン１４及び／又は１つのチャンバリングバルブ１６を具備可能であるという可能性が存在している。サイズ、重量、及びその他の要因に応じて、シングルピストン１４／シングルチャンバリングバルブ１６の設計を構築可能であろう。
【００３５】
燃料混合物３０は、ピストン１４の適切な場所と一致するべくタイミング設定された燃料注入システムなどの任意の従来の又は将来開発されるであろう方式により、点火チャンバエリア９０内に弁調節又は注入可能である。従って、燃料注入システム、或いは、その他の燃料導入システム又は手段は、既知の又は将来開発されるであろう機械的、電気的、電子的、或いは、光学的手段又はこれらの等価物により、クランクシャフト６０及び／又はチャンバリングバルブ１６の回転とタイミング設定又は接続可能である。当業者であれば、過度な実験を伴うことなしに、このような手段を内蔵可能であろう。
【００３６】
好ましくは、燃料誘導システムは、バルブトレーンを除いて、通常のレシプロエンジンとよく似ている。従来のタペット又はポペットバルブを使用する代わりに、本発明のエンジン１０は、ロータリーディスクバルブ、リードバルブ、ボールバルブ、又はこれらに類似したものを使用可能である。この結果、エンジン１０は、バルブを浮かせることなしに、相対的に高い回転数／分において回転可能である。又、これにより、エンジン１０の動作の滑らかさも向上する。
【００３７】
排気ポート４８、５２から放出される排気ガスは、排気システム（図示されてはいない）を通じて大気又は排気汚染除去システムに導くことができる。必要に応じて、触媒コンバータやマフラなどの従来の排気コンポーネントを内蔵可能である。
【００３８】
図１３は、４つのエンジンユニットを内蔵したモジュラー型又はマルチユニット型の設計を示している。更に詳しくは、図１３は、相対的に大きな馬力を有する単一エンジンを製造するべく、共通クランクシャフト６０に連続的に接続された４つのエンジン１０の使用法を示している。エンジンブロック４２は、ユニット設計から構成されているため、それぞれのエンジンブロック４２は、その他のエンジンブロック４２と同一のものであってよく、且つ、これらを組み合わせることにより、相対的に大きな馬力のモジュラー型又はマルチユニット型の設計を生成可能である。様々な数のエンジンブロック４２を共通クランクシャフト６０の周りに連続的に接続可能であり、且つ、これらのすべてを使用して共通クランクシャフト６０に動力を供給可能である。又、エンジンブロック４２は、様々な動力ニーズ用に、様々なサイズにおいて製造可能である。芝刈り機などのアプリケーション用には、相対的に小さなエンジン４２を製造可能であり、自動車エンジンなどのアプリケーション用には、相対的に大きなエンジンブロックを製造可能である。任意の数のエンジンユニットを１つに接続することにより、より大きな馬力の又はより小さな馬力のエンジンを製造可能である。
【００３９】
エンジン１０は、空気冷却、放散冷却（ｄｉｓｓｉｐａｔｉｖｅ−ｃｏｏｌｅｄ）、又は液体冷却可能である。このような利益と可能性を実現しているのは、エンジン１０の小さな応力と滑らかさである。当業者であれば、過度な実験を伴うことなしに、様々な既知の従来の冷却システム（図示されてはいない）をエンジン１０に適用可能であろう。模範的な空冷システムは、エンジン１０の様々なコンポーネントに向かって冷却空気を導く指向性の羽根を有することができる。模範的な放散冷却システムは、エンジン１０の様々なコンポーネントから熱を吸収するヒートシンク又は羽根を有することができる。模範的な液体冷却システムは、従来の内燃機関の液体冷却システムによく似た液体循環パイプ又はダクトを有することができる。このような冷却方法及びシステムについては、当技術分野において周知である。
【００４０】
本発明のエンジン設計は、いくつかの利点を具備している。このエンジンは、往復ピストンにおける動的且つポテンシャルエネルギーの伝達に対して生成される遠心モーメントに基づいた往復エンジンよりも向上した効率を具備している。又、このエンジンによれば、ピストンヘッドとシリンダの間において燃料空気混合物を圧縮したり、ピストンチャンバ内に燃料空気混合物を吸入するべく真空を形成したりする必要がない。更には、ピストンの力は、回転の方向に対して常に垂直であり、一貫して回転軸から同一の距離にある。
【００４１】
このエンジンは、増大した馬力及びトルクを具備している。トルクの増大は、相対的に長いトルクアームの結果である。このエンジンは、有害なピストンの方向の変化を伴うことなしに、相対的に大きな回転数／分において回転可能であり、従って、自己破壊の可能性が低い。往復する質量が存在しておらず、バルブトレーンがエンジンの回転数／分によって制限されていない。又、このエンジンの複雑性のレベルは、現在のエンジンよりも低く、具備する可動部品数が少なく、且つ、保守が容易である。更には、このエンジンが具備する内部摩擦は、相対的に小さく、この結果、従来のエンジンに使用されているプレーンベアリングではなく、ニードル、ローラー、又はボールベアリングを利用可能である。
【００４２】
このエンジンは、相対的に大きな出力／重量比を具備しており、これは、所定の生成出力量において、小型化及び軽量化可能であることを意味している。このエンジンの構造は、頑丈にする必要がなく、使用材料を削減可能である。この結果、このエンジンは、除草機や芝刈り機などの小さなサイズのガーデニング装置から、オートバイのエンジンや発電機などの中間サイズのエンジン、そして、大型の自動車エンジン、更には、大型の機関車、船舶、及び発電所のエンジンに至る様々な装置に使用するべく、そのサイズを拡大縮小可能である。
【００４３】
又、このエンジンは、その設計がモジュラー型であり、多気筒の従来のエンジンと同様に、いくつかのエンジンユニットを１つに積み重ねることにより、マルチユニット型の設計を生成可能である。このモジュラー型の設計によれば、単純に追加ユニットを追加することによる性能の追加が容易であり、それぞれのユニットが同一のものであってよいことから製造コストが低減され、且つ、個々のユニットを誤動作の際に交換可能であることから保守が容易である。換言すれば、ユニットの組み合わせは、シリンダの追加ではなく、完全に別個のエンジンの組み合わせであると見なすことができる。店や消費者のレベルにおいて、標準的なエンジンに対してシリンダを追加することは不可能である。又、標準的なエンジンにおいて、シリンダが不良となった場合には、エンジン全体を再構築しなければならない。このエンジンによれば、個人がモジュールを容易に追加又は除去可能である。１つのモジュールが不良になった場合には、そのモジュールのみを単純に交換又は修理可能である。
【００４４】
好適な実施例、例、及び添付図面に関する以上の詳細な説明は、例示を目的とするものに過ぎず、添付の請求項に定義されている本発明の範囲及び精神並びにこれらの等価物の限定を意図したものではない。当業者であれば、本発明の範囲と精神を逸脱することなしに、本明細書に開示されている本発明に対して多数の変形を実施可能であることを認識するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明のエンジンの分解透視図である。
【図２】本エンジンの断面平面図である。
【図３Ａ】図２のライン３’−３’を通じた本エンジンの断面側面図である。
【図３Ｂ】図３Ａの左側部分の拡大側面図である。
【図４Ａ】本エンジン内に使用されている例示用のチャンバリングバルブディスクの側面図である。
【図４Ｂ】本エンジン内に使用されている代替チャンバリングバルブディスクの側面図である。
【図５】本エンジン内に使用されているピストン−接続ディスク−クランクシャフト構成の一実施例の平面図である。
【図６】本エンジン内に使用されているピストン−接続ディスク−クランクシャフト構成の代替実施例の平面図である。
【図７Ａ】任意の初期位置の平面図であり、ディスクバルブが開放した状態にある。
【図７Ｂ】図７Ａに示されている位置における本エンジンの分解透視図を示している。
【図８Ａ】初期位置から約３０°の位置の平面図であり、ディスクバルブが閉鎖した状態にある。
【図８Ｂ】図８Ａに示されている位置における本エンジンの分解透視図を示している。
【図９Ａ】初期位置から約６０°の位置の平面図を示している。
【図９Ｂ】図９Ａに示されている位置における本エンジンの分解透視図を示している。
【図１０Ａ】初期位置から約９０°の位置の平面図を示している。
【図１０Ｂ】図１０Ａに示されている位置における本エンジンの分解透視図を示している。
【図１１】１つのチャンバリングバルブ当たりに複数のピストンを有する本エンジンの代替実施例の断面平面図である。
【図１２】１つのピストン当たりに複数のチャンバリングバルブを有する本エンジンの代替実施例の断面平面図である。
【図１３】４つのエンジンユニットを内蔵するモジュラー型又はマルチユニット型の設計を示している。
【図１４】本エンジン内に使用されているピストン−接続ディスク−クランクリング構成の一実施例の平面図である。
【図１５】本発明に使用されている代替チャンバリングバルブシリンダの側面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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