(57)【要約】  本開示は、環状ピストンチャンバと、環状ピストンチャンバに位置する少なくとも１つのピストンと、環状ピストンチャンバと相互作用するよう配置される少なくとも１つのエンジンバルブと、を含むエンジンを含む。【選択図】  図１
2010501778.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンであって、
環状ピストンチャンバを含むエンジンブロックと、
前記ピストンチャンバ内に軌道回転用に配設され、ピストンリングを有する少なくとも１つの第１ピストンと、
少なくとも第１エンジンバルブおよび第２エンジンバルブと、
前記ピストンチャンバ内に燃料混合物を位置させ、前記第１エンジンバルブと前記第２エンジンバルブとの間に配置される、少なくとも１つの取り入れ導管と、
前記燃料混合物に点火して、前記燃料混合物を燃焼させ、燃焼ガスを生成する、少なくとも１つの点火部と、
前記燃焼ガスを前記ピストンチャンバから排出させる、少なくとも１つの排出導管と、を備え、
前記第１エンジンバルブおよび前記第２エンジンバルブの各々は、前記第１ピストンを通過させる第１の開位置と、前記第１ピストンを通過させない第２の閉位置とへ回転可能であり、前記第１エンジンバルブは前記環状ピストンチャンバの第１開口に配置可能であり、前記第２エンジンバルブは前記環状ピストンチャンバの第２開口に配置可能であり、
第１ピストンが前記第１エンジンバルブを通過するとき、前記第１エンジンバルブは前記第２位置へ移動して、前記ピストンチャンバ内の前記第１ピストンの背後であって前記第１ピストンと前記第１エンジンバルブとの間に点火チャンバ領域を形成し、前記第１ピストンが前記第１エンジンバルブを通過するとき、前記第１ピストンの前記ピストンリングは、前記環状ピストンチャンバの前記第１開口に広がる、エンジン。
【請求項２】
前記ピストンリングは、前記環状ピストンチャンバの半径方向に対して角度を付けられ、
前記環状ピストンチャンバの前記第１開口は、前記環状ピストンチャンバの前記半径方向に沿っている、請求項１に記載のエンジン。
【請求項３】
前記ピストンリングは、前記環状ピストンチャンバの半径方向に沿っており、
前記環状ピストンチャンバの前記第１開口は、前記環状ピストンチャンバの前記半径方向に対して角度を付けられている、請求項１に記載のエンジン。
【請求項４】
前記環状ピストンチャンバの前記第１開口は、前記環状ピストンチャンバの半径方向に対して、約１２度以下の角度を付けられている、請求項３に記載のエンジン。
【請求項５】
前記ピストンリングは、前記環状ピストンチャンバの半径方向に対して角度を付けられ、
前記環状ピストンチャンバの前記第１開口は、前記環状ピストンチャンバの前記半径方向に対して角度を付けられている、請求項１に記載のエンジン。
【請求項６】
前記第１エンジンバルブが前記第２位置に移動するとき、前記第１ピストンの前であって前記第１ピストンと前記第２エンジンバルブとの間に排出チャンバ領域が形成される、請求項１に記載のエンジン。
【請求項７】
前記燃料混合物の燃料および空気は、先ず前記ピストンチャンバから前記点火チャンバ領域へと導かれ、前記点火部は前記燃料混合物に点火し、前記燃焼ガスが前記第１ピストンに動力を供給することで、前記第１ピストンに前記ピストンチャンバ内の前記軌道回転を継続させ、前記第２エンジンバルブが開く前に、前記排出チャンバ領域における前の点火からの燃焼ガスを、前記排出導管を介して前記ピストンチャンバから排出する、請求項６に記載のエンジン。
【請求項８】
前記少なくとも１つの取り入れ導管は、前記第１エンジンバルブと前記第２エンジンバルブとは交わらない、請求項１に記載のエンジン。
【請求項９】
空気取り入れ導管は、空気が前記点火チャンバ領域に供給されるときに前記第１バルブ部の開口と位置合わせされ、前記開口も、前記第１エンジンバルブが前記第１位置にあるときに、前記第１エンジンバルブを通過させる、請求項１に記載のエンジン。
【請求項１０】
エンジンを操作する方法であって、
環状ピストンチャンバの軌道に乗る複数のピストンと、開位置と閉位置との間で運動する複数のエンジンバルブと、を有する軌道エンジンを提供して、前記環状ピストンチャンバの点火チャンバ領域と、前記環状ピストンチャンバの排出チャンバ領域とを形成する段階と、
前記環状ピストンチャンバの前記点火チャンバ領域に燃料と空気とを供給する複数のインジェクタを制御する段階と、
前記環状ピストンチャンバの燃料混合物に点火する複数の点火部を制御する段階と、
少なくとも２つの操作モード間で選択を行う段階と、を備える方法。
【請求項１１】
第１操作モードにおいては、前記複数のピストンの第１ピストンは、前記環状ピストンチャンバの前記点火チャンバ領域の各々で、燃料混合物を燃焼させることで前進する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
第２操作モードにおいては、前記複数のピストンの第１ピストンは、前記環状ピストンチャンバの１つおきの点火チャンバ領域で、燃料混合物を燃焼させることで前進する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
第３操作モードにおいては、前記複数のピストンのうち１つおきのピストンは、前記環状ピストンチャンバの１つおきの点火チャンバ領域で、燃料混合物を燃焼させることで前進する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
第４操作モードにおいては、前記複数のピストンのうち第１ピストンは、前記環状ピストンチャンバをまわる１回転おきに、燃料混合物を燃焼させることで前進する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記環状ピストンチャンバの前記点火チャンバ領域に燃料と空気とを供給する複数のインジェクタを制御する段階と、
複数の点火部を制御して前記環状ピストンチャンバの燃料混合物に点火する段階と、
前記少なくとも２つの操作モード間で選択を行う段階とは、
前記複数のインジェクタと前記複数の点火部とに連結される制御モジュールにより行われる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
第５操作モードにおいては、前記複数のピストンの第１ピストンは、第１点火チャンバ領域で、多数の燃料混合物を連続して燃焼させることで前進する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
エンジンの環状ピストンチャンバを形成する方法であって、
前記環状ピストンチャンバの所望の最終断面積より小さい第１断面積を有する前記環状ピストンチャンバを形成する段階と、
切削ツールを前記環状ピストンチャンバで回転させて、前記所望の最終断面積に略等しい第２断面積を得る段階と、を備える、方法。
【請求項１８】
前記切削ツールを前記環状ピストンチャンバで回転させる段階中に、前記環状ピストンチャンバの少なくとも最初の完全な回転は、前記切削ツールにより行われる、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記切削ツールは、回転接続ディスクのチャネルにより電源供給される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
エンジンであって、
環状ピストンチャンバを含むエンジンブロックと、
前記ピストンチャンバ内に軌道回転用に配設される少なくとも１つの第１ピストンと、
接続部により前記第１ピストンに連結される出力シャフトと、
前記環状ピストンチャンバと前記出力シャフトとの間に位置し、前記接続部と接触し、バイアス部を有する、少なくとも１つの第１シールと、
少なくとも第１エンジンバルブおよび第２エンジンバルブと、
前記ピストンチャンバ内に燃料混合物を位置させ、前記第１エンジンバルブと前記第２エンジンバルブとの間に配置される、少なくとも１つの取り入れ導管と、
前記燃料混合物に点火して、前記燃料混合物を燃焼させ、燃焼ガスを生成する、少なくとも１つの点火部と、
前記燃焼ガスを前記ピストンチャンバから排出させる、少なくとも１つの排出導管と、を備え、
前記第１エンジンバルブおよび前記第２エンジンバルブの各々は、前記第１ピストンを通過させる第１の開位置と、前記第１ピストンを通過させない第２の閉位置とへ回転可能であり、
第１ピストンが前記第１エンジンバルブを通過するとき、前記第１エンジンバルブは前記第２の閉位置へ移動して、前記ピストンチャンバ内の前記第１ピストンの背後であって前記第１ピストンと前記第１エンジンバルブとの間に点火チャンバ領域を形成する、エンジン。
【請求項２１】
前記接続部は接続ディスクである、請求項２０に記載のエンジン。
【請求項２２】
前記バイアス部は波形スプリングである、請求項２０に記載のエンジン。
【請求項２３】
前記第１ピストンは磁気部を有し、
前記環状ピストンチャンバの一部はワイヤと重複し、
前記ワイヤに対する前記第１ピストンの動きにより電流が誘導される、請求項２０に記載のエンジン。
【請求項２４】
エンジンを操作する方法であって、
環状ピストンチャンバの軌道に乗る第１ピストンと、第１回転可能エンジンバルブの開口が前記環状ピストンチャンバと位置合わせされる開位置と、前記第１回転可能エンジンバルブのタブが前記環状ピストンチャンバと位置合わせされる閉位置との間で運動する前記第１回転可能エンジンバルブと、を有する軌道エンジンを提供する段階と、
前記第１回転可能エンジンバルブの前記開口を、前記環状ピストンチャンバと位置合わせする段階と、
前記第１ピストンに、前記第１回転可能エンジンバルブの前記開口を通過させる段階と、
前記第１回転可能エンジンバルブの前記開口を空気入口と位置合わせすることで、前記第１ピストンの背後の環状ピストンチャンバ領域に圧縮空気を供給する段階と、を備える方法。
【請求項２５】
前記タブを前記環状ピストンチャンバと位置合わせして、前記第１ピストンと前記第１エンジンバルブとの間に点火チャンバ領域を形成する段階と、
当初は前記点火チャンバ領域の前記環状ピストンチャンバ内に位置している燃料混合物に、前記点火チャンバ領域で点火する段階と、をさらに備える、請求項２４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して内燃エンジンに係る。より詳しくは、本発明は、ピストンが環状経路を動く軌道ピストン運動する内燃エンジンに係る。
【発明の概要】
【０００２】
本開示の例示的実施形態ではエンジン（エンジン）が提供される。エンジンは、環状ピストンチャンバを含むエンジンブロックと、ピストンチャンバ内に軌道回転用に配設され、ピストンリングを有する少なくとも１つの第１ピストンと、少なくとも第１エンジンバルブと第２エンジンバルブと、ピストンチャンバ内に燃料混合物を位置させ、第１エンジンバルブと第２エンジンバルブとの間に配置される、少なくとも１つの取り入れ導管と、燃料混合物に点火して、燃料混合物を燃焼させ、燃焼ガスを生成する、少なくとも１つの点火部と、燃焼ガスをピストンチャンバから排出させる、少なくとも１つの排出導管と、を備え、第１エンジンバルブおよび第２エンジンバルブの各々は、第１ピストンを通過させる第１の開位置と、第１ピストンを通過させない第２の閉位置とへ回転可能であり、第１エンジンバルブは環状ピストンチャンバの第１開口に配置可能であり、第２エンジンバルブは環状ピストンチャンバの第２開口に配置可能であり、第１ピストンが第１エンジンバルブを通過するとき、第１エンジンバルブは第２位置へ移動して、ピストンチャンバ内の第１ピストンの背後であって第１ピストンと第１エンジンバルブとの間に点火チャンバ領域を形成し、第１ピストンが第１エンジンバルブを通過するとき、第１ピストンのピストンリングは、環状ピストンチャンバの第１開口を超えて延びる。
【０００３】
本開示の別の例示的実施形態では、エンジンを操作する方法が提供される。方法は、環状ピストンチャンバの軌道に乗る複数のピストンと、開位置と閉位置との間で運動する複数のエンジンバルブと、を有する軌道エンジンを提供して、環状ピストンチャンバの点火チャンバ領域と、環状ピストンチャンバの排出チャンバ領域とを形成する段階と、環状ピストンチャンバの点火チャンバ領域に燃料と空気とを供給する複数のインジェクタを制御する段階と、環状ピストンチャンバの燃料混合物に点火する複数の点火部を制御する段階と、少なくとも２つの操作モード間で選択を行う段階と、を備える。
【０００４】
本開示のまた別の例示的実施形態では、エンジンの環状ピストンチャンバを形成する方法が提供される。方法は、環状ピストンチャンバの所望の最終断面積より小さい第１断面積を有する環状ピストンチャンバを形成する段階と、切削ツールを環状ピストンチャンバで回転させて、所望の最終断面積に略等しい第２断面積を得る段階と、を備える。
【０００５】
本開示のさらに別の例示的実施形態ではエンジン（エンジン）が提供される。エンジンは、環状ピストンチャンバを含むエンジンブロックと、ピストンチャンバ内に軌道回転用に配設される少なくとも１つの第１ピストンと、接続部により第１ピストンに連結される出力シャフトと、環状ピストンチャンバと出力シャフトとの間に位置し、接続部と接触し、バイアス部を有する、少なくとも１つの第１シールと、少なくとも第１エンジンバルブと第２エンジンバルブと、ピストンチャンバ内に燃料混合物を位置させ、第１エンジンバルブと第２エンジンバルブとの間に配置される、少なくとも１つの取り入れ導管と、燃料混合物に点火して、燃料混合物を燃焼させ、燃焼ガスを生成する、少なくとも１つの点火部と、燃焼ガスをピストンチャンバから排出させる、少なくとも１つの排出導管と、を備え、第１エンジンバルブおよび第２エンジンバルブの各々は、第１ピストンを通過させる第１の開位置と、第１ピストンを通過させない第２の閉位置とへ回転可能であり、第１ピストンが第１エンジンバルブを通過するとき、第１エンジンバルブは第２の閉位置へ移動して、ピストンチャンバ内の第１ピストンの背後であって第１ピストンと第１エンジンバルブとの間に点火チャンバ領域を形成する。
【０００６】
本開示のまたさらに別の例示的実施形態では、エンジンを操作する方法が提供される。方法は、環状ピストンチャンバの軌道に乗る第１ピストンと、開位置と閉位置との間で運動する第１回転可能エンジンバルブと、を有する軌道エンジンを提供する段階と、第１回転可能エンジンバルブの開口を、環状ピストンチャンバと位置合わせする段階と、第１ピストンに、第１回転可能エンジンバルブの開口を通過させる段階と、第１回転可能エンジンバルブの開口を空気入口と位置合わせすることで、第１ピストンの背後の環状ピストンチャンバ領域に圧縮空気を供給する段階と、を備え、第１回転可能エンジンバルブの開口は、開位置で、環状ピストンチャンバと位置合わせされ、第１回転可能エンジンバルブのタブは、閉位置で、環状ピストンチャンバと位置合わせされる。
【０００７】
本発明の特徴および利点は、以下の例示的実施形態の詳細な記載を添付図面とともに読むことで当業者には明らかになる。添付図面全般にわたり、同様の参照番号は同様のコンポーネントを表す。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
図面の詳細な説明は、添付図面を特に参照する。
【０００９】
【図１】エンジンの例示的実施形態を表す斜視図である。
【００１０】
【図２】図１のエンジンからカバーを外した斜視図である。
【００１１】
【図３】図１のエンジンの斜視図であり、下部エンジンブロック、複数のピストンを支持する接続ディスク、および複数のエンジンバルブを示す。
【００１２】
【図４】図１のエンジンの斜視図であり、２つのエンジンバルブの断面を示す。
【００１３】
【図５Ａ】図１のエンジンの分解斜視図である。
【図５Ｂ】図１のエンジンの分解斜視図である。
【００１４】
【図６】図１のエンジンの断面図であり、エンジンの冷却チャネルを示す。
【００１５】
【図７】図１のエンジンの冷却経路を示す断面図である。
【００１６】
【図８】図１のエンジンの側面斜視図であり、燃料インジェクタ、空気インジェクタ、および点火部を含む。
【００１７】
【図９】図１のエンジンの上面斜視図であり、主要出力シャフトにエンジンバルブを連結する駆動システムを示す。
【００１８】
【図１０】主要出力シャフトに連結されるギアおよびアイドラギアを示す詳細図である。
【００１９】
【図１１】図１のエンジンのエンジンバルブアセンブリのピストンアセンブリを示す。
【００２０】
【図１２】図１のエンジンのブロック挿入を示し、冷却チャネルを示す。
【００２１】
【図１３】第１ブロックアセンブリ、第２ブロックアセンブリ、および複数のモジュラーエンジンバルブアセンブリを含む、別の例示的軌道エンジンの上面斜視図である。
【００２２】
【図１４】図１３のエンジンの斜視図である。
【００２３】
【図１５】図１３のエンジンの斜視図である。
【００２４】
【図１６】モジュラーエンジンバルブアセンブリの分解アセンブリ図である。
【００２５】
【図１７】図１５のモジュラーエンジンバルブアセンブリの断面図である。
【００２６】
【図１８】図１３のエンジンの底面図である。
【００２７】
【図１９】図１７の線１９‐１９における図１３のエンジンの側面図である。
【００２８】
【図１９Ａ】図１３のエンジンの代替的実施形態の側面図であり、ピストンチャンバ２０６へ圧縮空気を送るインペラファンを含む。
【００２９】
【図２０Ａ】図１３のエンジンの上部ブロックアセンブリの底面図である。
【００３０】
【図２０Ｂ】反対方向に角度がつけられたエンジンバルブを有する代替的な上部ブロックアセンブリの底面図である。
【００３１】
【図２１】図２０の線２１−２１における図２０の上部ブロックアセンブリの断面図である。
【００３２】
【図２２Ａ】図１３のエンジンの底部ブロックアセンブリ、接続ディスク、およびピストンの上面図である。
【００３３】
【図２２Ｂ】反対方向に角度がつけられたエンジンバルブを有する代替的な底部ブロックアセンブリの上面図である。
【００３４】
【図２３Ａ】図１３のエンジンのコンポーネントの分解図である。
【図２３Ｂ】図１３のエンジンのコンポーネントの分解図である。
【図２３Ｃ】図１３のエンジンのコンポーネントの分解図である。
【００３５】
【図２４Ａ】分解ピストンアセンブリである。
【００３６】
【図２４Ｂ】図２４Ａのピストンアセンブリの分解されていない図である。
【００３７】
【図２５】ピストンベース部材の斜視図である。
【００３８】
【図２６】複数のピストンアセンブリを支持する接続ディスクの上面図である。
【００３９】
【図２７】除去可能なタブを含む接続ディスクの別の実施形態の斜視図である。
【００４０】
【図２８】図１３のエンジンのエンジンバルブが、ピストンチャンバおよび空気供給ラインと相互作用する代表図である。
【００４１】
【図２９】図１３のエンジンのブロック部の底部斜視図である。
【００４２】
【図３０】例示的シールを示す。
【００４３】
【図３１】別の例示的シールを示す。
【００４４】
【図３２】図１３のエンジンの発電アセンブリを示す。
【００４５】
図面は、そうではないと示唆していない限り原寸に比例している。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
図面を参照すると、図１−１２は、本発明の軌道エンジン１０の例示的実施形態を示す。エンジン１０は、第１および第２エンジンブロックアセンブリ１２および１４、およびカバー板１６を含む。例として、ブロック１２および１４およびカバー板１６は、アルミニウムから形成される。各ブロック部分１２およびブロック部分１４は、例としてはツーピース設計であってよい。図５および６に最もよく示されているように、ブロック部分１２は、第１ブロック１８とブロック挿入２０とを含む。第２ブロック部分１４は、第２ブロック２２とブロック挿入２４とを含む。エンジン１０は、一例として２つの部分１２、１４に形成されたエンジンブロックを含むが、製造方法または製造者の意向によって、エンジンブロックの部分の数は、それより多くてもよいし、また少なくてもよい（２つ、３つ、４つ、など）。例えば、小さなエンジンについては、２つの部分が適切であろうし、大きなエンジンについては、エンジンブロックが多くの部分から形成される必要があろう。
【００４７】
ブロック挿入２０および２４は、それぞれブロック１８および２２上に形成される突起３６と位置合わせされるよう構成されたノッチ３４を含む。第１および第２ブロック１８および２２は、協働して、図６に最もよく示されているようにその間でピストンチャンバ２６を画定する。第１および第２ブロック１８および２２は、一例として、それぞれ、弓状面２８Ａ、２８Ｂを含み、これらが協働して、ブロック１８および２２が図６に示すように連結される際にピストンチャンバ２６を画定する。言い換えると、ブロック部分１２、１４は、ボルト留めされて、環状ピストンチャンバ２６を画定するエンジンブロックを形成する。ピストン４６は、環状に、または軌道に乗る形で、ピストンチャンバ２６を通り、且つ、その周りを回る。
【００４８】
ブロック１８および２２はさらに、図５、６、および１２に最もよく示されているようなピストンチャンバ２６を画定する弓状面２８Ａ、２８Ｂに隣接してそれぞれ配設される冷却チャネル３０Ａ、３０Ｂをさらに含む。ブロック１８および２２の冷却チャネル３０Ａ、３０Ｂはそれぞれ、ブロック挿入２０および２４に形成される冷却チャネル３２Ａ、３２Ｂとそれぞれ協働する。冷却チャネル３２Ａ、３２Ｂは図５、６、および２３に最もよく示されている。冷却チャネルは故に、それぞれチャネル３０Ａおよび３２Ａ、およびチャネル３０Ｂおよび３２Ｂによりピストンチャンバ２６の反対側に画定される。液体あるいは空気は、冷却エンジン１０まで冷却チャネル内を循環する。
【００４９】
エンジン１０は空気冷却式、散逸冷却式、または液冷式であってよい。当業者であれば、不当な実験なしに、エンジン１０に対して様々な公知および従来の冷却システム（不図示）を適用することができる。例示的な散逸冷却式システムは、エンジン１０の様々なコンポーネントから熱を引き出すべくヒートシンクまたはヒートベーンを有することができる。例示的な液冷式システムは、従来の内部燃焼エンジンの液冷式システムに大方類似した液体循環管またはダクトを含みうる。
【００５０】
例示的な空気冷却式システムは、エンジン１０の様々なコンポーネントへ冷却液を差し向ける方向付けベーンを含みうる。図１３のエンジン２００の例が図１９Ａに示されている。図１９Ａを参照すると、インペラファン３８０がエンジン２００に連結されている。インペラファン３８０は、ギアシステム３８１を介して接続ディスク３３４または出力シャフト１２１のいずれかに連結されている。ギアシステム３８１は、接続ディスク３３４および出力シャフト１２１のいずれかにインペラファン３８０を接続して、インペラファン３８０がより高い回転レートを有するように、接続ディスク３３４および出力シャフト１２１のいずれかの回転レートを増加させる。一実施形態においては、リングギアは出力シャフト１２１に支持される。インペラファン３８０は、接続ディスク３３４をとともに回転して、空気３８２をブロック部２３３の流体導管３８４方向へ、およびその中へ方向付ける。一実施形態においては、導管３８４内の空気圧は、約３０ポンド平方インチ（ｐｓｉ）である。一実施形態においては、チェックバルブが流体導管３８４内にあり、流体をピストンチャンバ２０６に流れさせるが、ピストンチャンバ２０６の外には流出させない。図１９Ａが示す実施形態は、任意のサイズのエンジンに利用することができるが、液体クーラントが実際的でない、例えば除草機などの小さな用途によく適合するであろう。
【００５１】
一実施形態においては、ピストン２０８の数を増やす。ピストン２０８の第１サブセットが、ここで記載するように動作して、接続ディスク３３４を回転させ、排気ガスを放出する。ピストン２０８の第２サブセットが動作して、ピストンチャンバ２０６または第２ピストンチャンバに導かれた空気を圧縮する。圧縮空気はその後、燃焼用に第１サブセットの中のピストン２０８いずれかに戻されて再利用される。一実施形態においては、圧縮空気は、ピストンチャンバ２０６の外のチャンバを通り、ピストンチャンバ２０６に再導入される。一実施形態においては、圧縮空気は、第２の別個のピストンチャンバで圧縮されて（第２セットのピストンは、別個の接続ディスクに保持される）、第１サブセットのピストン２０８のいずれかにより燃焼されるべく、ピストンチャンバ２０６に先ず容れられる。
【００５２】
エンジン１０の説明に戻ると、ブロックカバー１６は一例として、図９および１０に最もよく示されているように、ベルト駆動システム３８をカバーするが、これを以下で詳述する。カバー１６は、多数のエンジンモジュール１０が積層された実施形態に搭載されるべく別のエンジンモジュール１０の強固な基礎をも提供するが、このことは２００６年６月１２日提出の米国特許出願番号第１１／４５１，１２０、および米国特許番号第７，０５９，２９４に詳述されており、この開示をここに参照として明らかに組み込む。多数のエンジンモジュール１０は、共通のクランクシャフトまたは出力シャフト１２１にシリアル接続され、より多くの動力を有する単一のエンジンを提供してよい。任意の所望の数のエンジンユニット１０同士を接続して、より多くの動力またはより少ない動力を生成してよい。
【００５３】
ピストン４６を出力シャフト１２１に連結する接続ディスク４０は、アルマイト処理されたアルミニウムから形成される。ディスク４０は、複数のピストン４６用に搭載部４４を有する板４２を含む。接続ディスク４０はさらに、出力シャフト１２１に接続する中央搭載部４８を含み、エンジン１０から別のデバイスに動力を伝送する。接続ディスクフランジ５０は、接続ディスク４０の反対側に連結される。一例としては、フランジ５０はＧｒｏｂ,Ｉｎｃ製造のスチール部材である。フランジ５０は、エンジン１０の中央を通って外部へ軸方向に延びる出力シャフト１２１と整合する内歯スプラインを有する。フランジ５０は一例として、接続ディスク４０にボルト留めされる。図５に示すように、２つの同一のフランジ５０が、ディスク４０の互いに反対側に連結される。フランジ５０は、ブロック１８および２２の中央軸受け部５２Ａおよび５２Ｂ内へとそれぞれ延びる。出力シャフト１２１は、一例としては、ディスク４０とフランジ５２とを外部デバイスに接続するスチールシャフトである。
【００５４】
ブロック１８および２０は、さらに、４つの同一のディスクまたはバルブ６２を収容する筐体を画定する筐体部分６０Ａおよび６０Ｂを含む。チャンババルブ６２は、一例としてはスチール板から形成される。一実施形態においては、チャンババルブはマグネシウムから形成される。スチールブッシュ６４が、一例として各チャンババルブ６２の片側に搭載されて、チャンババルブ６２を通って延びるスプラインシャフト６６に対してより多くの接触面積を提供する。コンポーネント６２、６４、および６６は所望の場合、一体型であってよい。各チャンババルブ６２は各々の反対側に形成されたノッチまたは開口６８および７０を有して、ピストン４６をバルブ６２に通す。所望の場合、単一の開口をチャンババルブ６２に設けてもよいことを理解されたい。
【００５５】
チャンババルブ６２は、ベルト駆動アセンブリ３８または同等の機構により出力シャフト１２１に機械的に接続されることで、以下で記載するように、チャンババルブ６２を出力シャフト１２１と協調して回転させる。当業者であれば、出力シャフト１２１とチャンババルブ６２との間に、適切な機械的およびギア方式のリンク、または他の種類のリンクを設計して、ピストン４６がピストンチャンバ２６内のチャンババルブ６２に接近して通過すると、ノッチ６８、７０をピストンチャンバ２６内で回転させてよい。
【００５６】
ピストン４６は、一例として、２つのロールピンにより接続ディスク４２の搭載フランジ４４に連結される。ピストン４６は、一例としてアルミニウムから形成される。ピストン４６は、一例として、２面において、ロールピンでピストン本体に搭載される。ピストンリングアセンブリは、カーボン／グラファイト複合材から形成され、３つのリング接触領域を有する。中央接触領域は、ピストンの内側端部から延びる弓形部を有するので、外側方向に放射状に延びる。ピストン４６の細部は図１１に最もよく示されている。チャンババルブの位置に対応するピストンチャンバ内の間隙上をピストン４６が回転する際に、ピストンリングアセンブリ４５では、少なくとも２つの接触領域４７（一例としては、底部領域４９で分割される３つの接触領域）がピストンチャンバの表面との接触を維持する。
【００５７】
図示される実施形態は、４つのピストン４６と、４つのチャンババルブ６２とを含む。代替実施形態においては、多数のチャンババルブ６２がピストン４６毎に設けられてよいことを理解されたい。別の代替実施形態においては、多数のピストン４６がチャンババルブ６２毎に設けられてよい。さらに、多数モジュール構成では、ピストン位置がスタッガして力のバランスが取れるようであれば、各モジュールが１以上のピストン４６および１以上のチャンババルブ６２を有すことができる。同様に、サイズ、重量および他の要素によって、単一のピストン４６、単一のチャンババルブ６２エンジンを利用することができる。
【００５８】
接続ディスク４２を第１および第２ブロック１８および２２に封止するシールが提供される。接続ディスク４２とブロック１８との間の第１シールは、一例としては、カーボン／グラファイトシールである。このシールは、接続ディスク４２を真っ直ぐ保持して、任意の外部シールブローの二次シール領域を提供する役割を果たす。接続ディスク４２とブロック２２との間の第２シールは、一例としては、大きなカーボン／グラファイトシールである。このシールは、２つの封止接触リングを有し、チャンバディスクシールを嵌合するノッチを有する。チャンバディスク４２毎に２つのチャンバカーボン／グラファイトシールが設けられる。シールは、軸受けおよびシール位置に中央孔を有する。さらに、ピストンを通過させるスロットを有する孔も設けられる。
【００５９】
ブロック１８および２２は、各々、第１および第２のクーラント開口８０および８２を有する。一例としては、このような開口８０、８２は、各１８、２２に４つ設けられる。ブロック挿入２０および２４も各々、それぞれクーラント開口８０および８２、ブロック１８および２２と位置合わせされる４セットのクーラント開口８４および８６を含む。他の例示的実施形態においては、クーラント開口の数を減らしてエンジン１０内でクーラントを循環させてよい。クーラントは、一例としては、従来のポンプを利用して循環され、従来のラジエータまたは他の熱伝導機構を利用して冷却される。
【００６０】
図３に示すように、チャンババルブ６２は、ブロック１８の筐体６０Ａに形成されたスロット９０に配置される。バルブ駆動シャフト９２は、チャンババルブ６２のシャフト６６に対して概して垂直に延びる。バルブ駆動シャフト９２は、ギア部９４を有する。ギア部９４は、好適には、シャフト６６のベベルギア６５と噛み合うベベルギアである。駆動シャフト９２は、一例としては、図２に最もよく示されているように、第２ブロック２２に形成される穴９６を通って延びる。
【００６１】
図９、１０に最もよく示されているように、ベルト駆動システム３８を利用してシャフト９２を回転させて、筐体６０Ａおよび６０Ｂ内のチャンババルブ６２を回転させる。図９および１０に示すように、ギア９８は各シャフト９２に連結される。中央ギア１００は、主要出力シャフト１２１上に配置される。アイドラホイール１０２もさらに提供される。駆動ベルト１０５は、複数の歯合わせギア９８、１０２を有する。アイドラホイール１０２の位置は、ファスナ１０６でブロック挿入２４に枢動可能に連結された第１端部を有する板１０４により調節可能である。端部板１０４の反対には、ファスナ１０９を受け入れるスロット１０８が含まれる。従って、板１０４は、ファスナ１０６の周りを旋回して、アイドラホイール１０２を利用してベルト１０５の張力を調節してよい。カバー１６は、ベルト駆動システム３８の上に配設される。システムが正確且つ信頼性のあるタイミングを提供できるのであれば、任意の適切なギア駆動またはベルト駆動システムを利用して、チャンバディスク６２を回転させてよい。
【００６２】
様々なコンポーネントに配置ピン穴が設けられる。これにより、接続ディスク４０とチャンババルブ６２との間の初期タイミングがより簡単に、且つより正確になる。シール、ギアなどを含む筐体６０Ａ、６０Ｂは、ブロック１８、２２の残りにボルト留めされる別個の部品であってよい。このような別個の部品は、エンジン１０の組み立ておよび修理を促進しうる。
【００６３】
図８は、第２ブロック２２に形成される入口ポートに連結される空気インジェクタ１１０を示す。スパークプラグ１１２および燃料インジェクタ１１４は、それぞれ第１ブロック１８に形成されたポートに連結される。空気インジェクタ１１０、スパークプラグ１１２、および、燃料インジェクタ１１４は、ピストンチャンバ２６と連通する。燃料インジェクタ１１４および空気インジェクタ１１０の位置は逆でもよいことを理解されたい。例示された実施形態においては、直接燃料インジェクタを利用して燃料を投入して、標準的な燃料インジェクタを利用して空気を投入する。さらに、燃料および空気用に単一のインジェクタを利用して、ピストンチャンバ２６へ直接空気／燃料混合物を分配してよい。
【００６４】
空気インジェクタ１１０、スパークプラグ１１２、および燃料インジェクタ１１４の組み合わせを、各チャンババルブに隣接させてよい。従って、例示された実施形態においては、４つのこのような組み合わせを提供してよい。
【００６５】
一例として、空気／燃料混合物は、空気インジェクタ１１０と燃料インジェクタ１１４とにより、ピストンチャンバ２６の点火チャンバ領域に投入される。空気／燃料投入システムは、機械的手段、電気的手段、電子的手段、または光学手段、またはそれらの均等物により、出力シャフト１２１および／またはチャンババルブ６２の回転にタイミングを合わされ、それに接続される。
【００６６】
図１−３および８に示すように、ブロック１８は、各チャンババルブ６２に隣接する
排出ポート１１６を含むよう形成される。排出ポート１１６から排出される排気ガスは、好適には、排出システム（不図示）を通り、大気中へ、または排出レメディエーションシステムへと、方向付けられる。所望ならば、または必要であれば、触媒コンバータおよびマフラなどの従来の排出コンポーネントを組み込むこともできる。
【００６７】
閉チャンババルブ６２とピストン４６の裏面との間に配設されるピストンチャンバ２６の容積は、一例としては、それぞれ、インジェクタ１１０、１１４およびスパークプラグ１１２の取り入れ口１１１、１１５、１１３を含む、点火チャンバ領域である。チャンババルブ６２が回転して、ピストンチャンバ２６を閉じるとき（あるいはそれから僅か後に）、スパークプラグ１１２は、インジェクタ１１０、１１４により空気／燃料をピストンチャンバ２６に投入して、従来の内部点火チャンバ領域などの点火チャンバ領域で爆発させ（燃損させ）、動力をピストン４６に伝える。これにより、ピストン４６は回転と同じ方向に動き続け、接続ディスク４０から出力シャフト１２１へ伝送される。チャンババルブ６２は、このステップの間依然としてピストンチャンバ２６を閉じている。
【００６８】
ピストン４６がピストンチャンバ２６内を、動力を得て動くとき、それより前の燃焼より生じる排気ガスは、排出ポート１１６の外のピストンチャンバから排出される。チャンババルブ６２は、このステップの間、依然としてピストンチャンバ２６を閉じている。閉チャンババルブ６２とピストン４６の前面との間に配設されるピストンチャンバ２６の容積は、一例としては、排出ポート１１６を含んだ排出チャンバ領域に等しい。ピストン４６がチャンババルブ６２付近へ動くとき（つまり、各ピストン４６は、次の連続チャンババルブ６２付近へ動く）、チャンババルブ６２のノッチ６８または７０は、ピストンチャンバ２６内へと回転して、ピストン４６にノッチ６８または７０を通過させる。
【００６９】
接続ディスク４０アセンブリの組み立て中、接続ディスクフランジ５０が、６つのスクリューで接続ディスク板４２に搭載される。次に、ピストン本体は、２つのロールピンで各々接続ディスク搭載タブ４４に搭載される。１つのピストン面は、ピストン本体に搭載されるか、あるいは、接続ディスクの本体に搭載する直前に搭載されてよい。ピストンリングシールは、その後、ピストン本体上へ取り付けられる。反対側のピストン面をその後取り付ける。
【００７０】
チャンババルブアセンブリは、一例として、以下のように構成される。先ず始めに、ベベルギアを水平および垂直スプラインシャフト６６、９２に、ロールピンにより取り付ける。小さな軸受けを水平シャフト端に圧入して、中くらいの軸受けを垂直シャフトに、スペーサで分離して、圧入する。垂直シャフトアセンブリをブロックに圧入する。オイルシールを、小さな軸受けに一番近いチャンババルブシールに圧入する。ベベルギアを水平シャフトからオイルシール内へ挿入する。チャンババルブ６２をスライドさせて配置して、フランジをマイタギアから離す。反対側のチャンバディスクシールを装着した後に、中くらいの軸受けを水平スプラインシャフトの端部に圧入する。
【００７１】
エンジンブロックアセンブリは、一例として以下のように構成される。大きな軸受けをブロックおよびブロック挿入位置に圧入する。接続ディスクシールをブロック２２内に設置する。次に、チャンババルブアセンブリを全て同時に接続ディスクへスライドさせる。そして、全回転アセンブリをブロック２２内へと下げて、中央シャフトを大きな（フランジ）軸受けへしっかり圧入する。ブロック２２の準備ができると、ブロック１８沿いに端部を下にして立たせる。ブロックシールを、倒れないよう注意しながらブロック１８へ取り付ける。２つのブロック部分１８、２２を一緒にスライドさせる。２つの部分をボルト留めする。スパークプラグ１１２およびインジェクタ１１０、１１４を取り付ける。
【００７２】
インジェクタ１１０、１１４、およびスパークプラグ１１２の制御には、一例として、電動ＴＥＣ３ｒプログラム可能な燃料インジェクタおよび点火制御モジュール１１１が利用される。モジュール１１１は、独立して燃料および空気インジェクタ１１４、１１０両方、およびスパークプラグ１１２を制御する。
【００７３】
エンジンは、必要な動力に応じて多数のモードで動作してよい。高動力モードでは、全てのピストンを各チャンバ位置で同時に燃焼させる。図示されている実施形態では、４つのピストン４６および４つのチャンバ領域がある。故に、この実施形態では、接続ディスク４０が１回転するたびに、１６回以下の点火が行われる。
【００７４】
中動力モードでは、一例として、全てのピストンが１つおきのピストンチャンバ位置で燃焼される。低動力モードでは、一例として、代替的なピストン４６が代替的なピストンチャンバ位置で燃焼する。アイドルモードでは、一例として、２つのピストン４６が１つおきの回転で燃焼する。
【００７５】
動力出力の組み合わせには様々な変形例が想到されうることを理解されたい。ピストンが全てのチャンバ位置で燃焼しない場合、任意の数のチャンバに関する処理を省いてよい。例えば、図示された実施形態では、ピストン４６が９０度、１８０度、２７０度、３６０度、４５０度、等々で燃焼されうる。燃焼および空気インジェクタ１１４、１１０は、燃焼サイクル毎に、多数回燃焼する可能性を有してよい。例えば、利用可能な時間／ピストン運動がまだある場合、初期燃焼が減少した際に燃焼を復活させるべく、燃料空気をさらに投入することもできる。
【００７６】
製造段階においては、ピストン４６の位置に収まる切削ツールが好ましい。このカッタは、ピストンリングを配置すべき切削端を回転する駆動機構に、機械式または油圧式で連結される。そして、エンジンブロックの成型中に、または、エンジンブロックの機械加工中に、ピストンチャンバの直径を所望のものよりも僅かに小さくする。エンジンは、切削／仕上げ「ピストン」により組み立てられうる。これら切削／仕上げ「ピストン」は、ピストンチャンバの「シリンダ」領域の最終ボーリング／ホーニングを完成しうる。一実施形態において動力源は、接続ディスクのボアを介した切削／仕上げ「ピストン」の切削ツールへの接続を含む。ひとたび最終ボーリングが完成すると、ブロック部は解体、洗浄される。ブロック部はその後また、ピストンチャンバ内に位置する作動ピストン４６と組み立てられうる。
【００７７】
このエンジン１０は、馬力およびトルクの量が多い。トルクの増量は、トルクアームを長くした結果である。このエンジンは、ピストン方向に悪影響を及ぼすことなく、毎分高い回転数で回転することができるので、崩壊することが少ない。ここには往復質量がなく、バルブトレインは、エンジンの毎分の回転数に制限を受けない。さらにこのエンジンは、現行エンジンに比べて複雑性が少なく、可動部品の数が少なく、メンテナンスも簡単である。このエンジンはさらに、内部摩擦が少ないので、従来のエンジンに見られる平易軸受けの代わりに、ニードル、ローラ、ボール軸受けを利用することができる。
【００７８】
このエンジンは、高い動力対重量率を有し、これは生成動力量に比して小型化および重量減が可能であることを意味する。エンジンの構造は、より柔軟になり、より少ない材料で形成することができる。この結果、このエンジンは、様々なデバイスでの利用を可能とすべく縮小拡大が可能となり、様々なデバイスの例としては、除草機および芝刈り機などの小型ガーデニング機器から、モータサイクルエンジンおよび発電機などの中型エンジン、大型自動車エンジン、ひいては大型化機関車、船舶、および電力プラントエンジンまで幅広く含まれる。
【００７９】
さらに、このエンジンは、幾らかのエンジンユニットを積層してマルチユニットデザインを成しうるという意味から、モジュラー式であり、マルチシリンダの従来のエンジンに類似している。このモジュラー式デザインにより、単にユニットを追加することで、性能を上げることが容易になり、各ユニットが同一でありうるということから製造コストの低減につながり、故障時にはユニット個々に交換が可能であることからメンテナンスが容易である。
【００８０】
図１３−３１は、軌道エンジン２００の別の例示的実施形態を示す。エンジン２００は、エンジン１０および／または２００６年６月１２日提出の米国特許出願番号第１１／４５１，１２０、および米国特許番号第７，０５９，２９４と同様の動きをしてよく、この開示をここに参照として明らかに組み込む。
【００８１】
エンジン２００は、第１ブロックアセンブリ２０２および第２ブロックアセンブリ２０４を含む。本実施形態では、第１ブロックアセンブリ２０２および第２ブロックアセンブリ２０４は、協働してピストンチャンバ２０６（図１９参照）を画定し、ピストンチャンバ２０６により複数のピストン２０８（図１９参照）が動く。エンジン２００はさらに、複数のモジュラー式エンジンバルブアセンブリ２１０を含む。各モジュラー式エンジンバルブアセンブリ２１０は、エンジンバルブ２１２（図１６参照）を支持し、エンジンバルブ２１２は、ピストンチャンバ２０６および複数のピストン２０８と協働して、１以上の点火チャンバ領域および排出チャンバを形成する。一例として、４つのモジュラー式エンジンバルブアセンブリ２１０が示されている。エンジン２００の一実施形態においては、少なくとも１つのエンジンバルブ２１２が複数のピストン２０８のうち１以上に対して設けられている。エンジン２００の一実施形態においては、少なくとも１以上の複数の２０８が１以上のエンジンバルブ２１２に対して設けられている。一実施形態のいては、ピストン２０８の数とエンジンバルブ２１２の数とは同数である。一実施形態においては、ピストン２０８の数は、エンジンバルブ２１２の数よりも多い。一実施形態においては、エンジンバルブ２１２の数のほうが、ピストン２０８の数より多い。
【００８２】
各モジュラー式エンジンバルブアセンブリ２１０は、燃料インジェクタ２１６および点火部２１８を支持する。モジュラー式エンジンバルブアセンブリ２１０および１または両方の第１ブロックアセンブリ２０２および第２ブロックアセンブリ２０４は、協働して、燃料インジェクタ２１６と点火部２１８とを、ピストンチャンバ２０６に連通する。第１ブロックアセンブリ２０２および第２ブロックアセンブリ２０４のいずれかは、空気入口２２０（ブロックアセンブリ２０２のブロック部２３２）を含み、この空気入口２２０から、圧縮空気がピストンチャンバ２０６へと導き入れられる。第１ブロックアセンブリ２０２および第２ブロックアセンブリ２０４のいずれかは、ピストンチャンバ２０６から排気ガスを排出する排出出口２２２（一例としては、ブロックアセンブリ２０４のブロック部２３３）を含む。第１ブロックアセンブリ２０２、第２ブロックアセンブリ２０４、および複数のモジュラー式エンジンバルブアセンブリ２１０の様々なコンポーネントとしては、燃料インジェクタ２１６、点火部２１８、空気入口２２０、および排出出口２２２等が示されているが、燃焼させる複数のピストン２０８とバルブ２１２との間に燃料と空気が供給されるのであれば、任意の配置が可能である。
【００８３】
一実施形態においては、第１ブロックアセンブリ２０２および第２ブロックアセンブリ２０４が各々４分円に分割されている。本実施形態においては、エンジンバルブアセンブリ２１０は、第１ブロックアセンブリ２０２と第２ブロックアセンブリ２０４と一体成型されている（例えばエンジン１０）。
【００８４】
第１ブロックアセンブリ２０２は、第１ブロック部２３０および第２ブロック部２３２を含む。第２ブロック部２３２は、ピストンチャンバ２０６の部分を形成する面２３４（図１９参照）を含む。面２３４は、概して半円形状であり、エンジン２００の縦軸２３６の周りに環状の窪みを形成する。ブロック部２３３は、これもピストンチャンバ２０６の部分を形成する面３０５（図１９参照）を含む。面３０５は概して半円形状であり、エンジン２００の縦軸２３６の周りに環状の窪みを形成する。ピストン２０８はピストンチャンバ２０６により回転する。
【００８５】
第１ブロック部２３０はさらに、複数の窪み２３８を含む。第２ブロック部２３２も、複数の窪み２４０を含む。窪み２３８および窪み２４０は、協働して、流体を通過させてピストンチャンバ２０６から熱を除去する冷却チャネル２４２を形成する。流体の例としては、空気および液体が挙げられる。第１ブロック部２３０は、冷却流体を冷却チャネル２４２に対してそれぞれ出し入れする流体入口２４４（図１３参照）と流体出口２４６（図１３参照）を含む。
【００８６】
図２３Ａは、複数の窪み２３８の４つの例を示す。対応する数の複数の窪み２４０が第２ブロック部２３２に設けられている。対応するシール２５０が、複数の窪み２３８および複数の窪み２４０の各対に対して設けられる。シール２５０の一例は、Ｏ−リングである。シール２５０は、それぞれブロック部２３０および２３５の溝３０７で嵌合する（図２９のブロック部２３０について図１９で図示）。
【００８７】
図１６は、モジュラー式エンジンバルブアセンブリ２１０の１つを示す。複数のモジュラー式エンジンバルブアセンブリ２１０は、第１ベース部２５０および第２ベース部２５２を含む。第一ブロック部２５０は、エンジンバルブ２１２が嵌合する窪み２５１を含む。第１ブロック部２５０はさらに、エンジンバルブ支持アセンブリ２５６を嵌合することのできる大きさを有する第１ボア２５４と、システム連結アセンブリ２６０を駆動するバルブを嵌合することのできる大きさを有する第２ボア２５８とを含む。
【００８８】
エンジンバルブ支持アセンブリ２５６は、第１軸受け２６２、第１ギア２６４、シール２６６、エンジンバルブ２１２、ブッシュ２６８、シャフト２７０、第２軸受け２７２、および複数のカプラー２７４を含む。ブッシュ２６８は、複数のカプラー２７４によりエンジンバルブ２１２に連結される。ブッシュ２６８がシャフト２７０に連結されることで、エンジンバルブ２１２がシャフト２７０で回転する。一実施形態においては、ブッシュ２６８および２７０は、インターロックスプライン特性を有する。一実施形態においては、シャフト２７０とバルブ２１２とが単一部材として形成されてもよい。シール２６６は、ブッシュ２６８の反対側の面に、エンジンバルブ２１２に隣接して配置される。第１ギア２６４は、シール２６６に隣接して配置され、シャフト２７０に支持される。第１ギア２６４がシャフト２７０に連結されることで、シャフト２７０が第１ギア２６４で回転すれる。第１軸受け２６２および第２軸受け２７２は、シャフト２７０の反対の端部を支持する。
【００８９】
図１７は、第１ベース部２５０および第２ベース部２５２がカプラー２５３により組み立てられる際、第１軸受け２６２が、第１ボア２５４の面２７６に隣接して嵌合し、第２軸受け２７２が、第２ベース部２５２のボア２７７の面２７８に隣接して嵌合する様子を示す。
【００９０】
図１６に戻ると、駆動システム連結アセンブリ２６０は、第２ギア２８０、第１軸受け２８２、第２軸受け２８４、保持板２８６、シャフト２８８、および駆動ギア２９０を含む。第２ギア２８０がシャフト２８８に連結されることで、第２ギア２８０がシャフト２８８で回転する。駆動ギア２９０がシャフト２８８に連結されることで、ギア２９０がシャフト２８８で回転する。第１軸受け２８２と第２軸受けは、シャフト２８８の反対の端部を支持する。
【００９１】
図１７は、第１軸受け２６２が第２ボア２５８の面２９４に隣接して嵌合し、第２軸受け２７２が第２ボア２５８の面２９６に隣接して嵌合する。第２ギア２８０は、第２ボア２５８の領域２９２で嵌合する。第２ギア２８０は、第１ギア２６４である歯を含む。シャフト２８８を保持板２８６により第２ボア２５８に保持することで、第２ギア２８０は第１ギア２６４と係合された状態を維持する。保持板２８６は、第２ボア２５８の溝２９８に嵌合する。
【００９２】
駆動ギア２９０の回転は、シャフト２８８により第２ギア２８０に伝達される。第２ギア２８０は、回転を第１ギア２６４に伝達する。第１ギア２６４の回転は、シャフト２７０によりエンジンバルブ２１２に伝達される。駆動ギア２９０は、縦軸２３６沿いに位置する出力シャフト１２１に連結される。一実施形態においては、図９の駆動システム３８を利用して、主要出力シャフト１２１に駆動ギア２９０を連結する。駆動システム３８は、ブロック部２３０の面２９７に搭載される。
【００９３】
ブロック部２３０の面２９７は、駆動システム３８の搭載位置、エンジン２００の別のインスタンスの搭載位置、または補助駆動機の搭載位置として機能してよい。補助駆動機の例としては、パワーステアリングシステム、オルタネータ、燃料ポンプ、および空調システムが挙げられる。
【００９４】
各モジュラー式バルブアセンブリ２１０は、カプラー２９９により上部ブロックアセンブリ２０２および下部ブロックアセンブリ２０４に組み立てられる。図２０Ａおよび２２Ａに示すように、第２ブロック部２３２およびブロック部２３３のそれぞれのスロット３００および３０２は、ピストンチャンバ２０６の半径法線（radial normal）３０４に対して角度３０３で角度がついている。ピストン２０８は、ピストンチャンバ２０６を方向２０７で運動する。一実施形態において、スロット３００および３０２は、半径法線３０４から約１２度に角度がつけられている。スロット３００および３０２に角度をつけることで、個々のピストンリング３１８、３２０、３２２は、エンジン１０の単一のピストンリブとして代用できる。この角度付けにより、各ピストンリング３１８、３２０、および３２２がスロット３００および３０２と位置合わせされないようにする。一実施形態において、スロット３００および３０２の角度は、約５度から約１２度までの範囲である。一実施形態において、スロット３００および３０２の角度付けは、約１２度から約３０度までの範囲である。一実施形態においては、角度３０３は１２．５度である。一実施形態は、角度３０３は、ピストンがスロット３００および３０２を通過する際に、少なくとも半分のピストンリングがピストンチャンバ２０６の壁と接触を維持することができるように選択される。さらに、角度３０３が小さいほど、バルブ２１２の空気圧もより均一となる。一実施形態においては、ピストンリング３１８、３２０、および３２２は、カーボングラファイトから形成され、ブロックはＴＥＦＬＯＮブランド被膜でアルマイト処理され、バルブ２１２はマグネシウムから形成される。
【００９５】
図２０Ｂおよび２２Ｂは、スロット３００および３０２が各々半径法線の周りの他の方向へ角度付けられた別の実施形態を示す。ブロックアセンブリ２０２および２０４の部材２５０および２５２の形状に対して、対応する変更を加える必要があろう。それでもピストン２０８は同じ方向２０７に運動する。
【００９６】
一実施形態においては、スロット３００および３０２は、半径法線３０４に対して、単独で、あるいは、半径法線３０４に対する角度付けとの組み合わせで、角度を付けられる。一実施形態においては、スロット３００および３０２は、概して半径法線３０４に位置合わせされ、ピストンリング３１８、３２０、および３２２は、半径法線３０４に対して角度を付けられる。ピストンリング３１８、３２０、および３２２の角度付けは、上述のスロット３００および３０２についての範囲のうちのいずれであってもよい。一実施形態においては、スロット３００および３０２、およびピストンリング３１８、３２０、および３２２は、半径法線３０４に対して反対の方向に角度を付けられる。
【００９７】
図２４Ａおよび２５Ｂを参照すると、ピストン２０８は、ピストンベース部３０８、第１ピストン面３１０、および第２ピストン面３１２を含む。第１ピストン面３１０および第２ピストン面３１２各々は、突起３１４および３１６に嵌合する複数の窪みをそれぞれ有し、それに対してロールピンで固定される。ピストンベース部３０８、第１ピストン面３１０、および第２ピストン面３１２の各々は、それぞれ外周スロット３２４、３２６、および３２８を含み、それぞれ対応するピストンリング３１８、３２０、および３２２が嵌合する。一実施形態においては、ピストンベース３０８、ピストン面３１０、およびピストン面３１２が、一体型部材として組み合わせられる。
【００９８】
一実施形態においては、図２６に示すように、ピストン面３１０の端部およびピストン面３１２の端部は、エンジン２００の半径法線３０４に対して平行である。一実施形態においては、ピストン面３１２およびピストン面３１０の端部は、エンジン２００の半径法線３０４に平行ではない。
【００９９】
図２５を参照すると、ピストンベース部３０８は、タブ３３２（図２３Ｂ）が嵌合する窪み３３０を、接続ディスク３３４に含む。ピストンベース部３０８は、穴３３６に嵌合した一対のロールピンによりタブ３３２に連結される。一実施形態においては、図２７に示すように、除去可能なタブ３３８を接続ディスク３３４に連結する。除去可能なタブ３３８は、接続ディスク３３４の開口３４０に嵌合する。タブ３３８は、ファスナ、せん断ピン、インターロック部、または任意の他の適切な手段により、接続ディスク３３４に固定される。
【０１００】
一実施形態においては、エンジン２００が誤作動して、ピストンアセンブリ２０８がバルブ２１２方面に向かってしまった場合には、タブ３３８が壊れて接続ディスク３３４から外れる。タブ３３８を壊れて外れさせることで、接続ディスク３３４は、主要出力シャフト１２１とともにスピンを続けることができる。これにより、モジュールのうちの１つが誤作動した場合であっても、マルチモジュールエンジン（共通の出力シャフト１２１に搭載されたエンジン２００のインスタンスを多数有する）内のそのエンジンに、動作を継続させることができる。誤作動したモジュールの接続ディスク３３４は、単に、そのピストン動作全て未満のスピンをする。
【０１０１】
図１９を参照すると、ピストンチャンバ２０６は、ブロック部２３２および２３３の接触により外部端に沿って封止される。内部端に沿ったピストンチャンバ２０６は、接続ディスク３３４が延びる間隙を含む。ピストンチャンバ２０６は、多数の経路の接続ディスク３３４に比べて内部端に沿って封止されうる。図１９に示すように、第１シール３５２の２つのインスタンスは、それぞれブロック部２３２および２３３の対応する窪み３５３に嵌合する。各シール３５２は、接続ディスク３３４に接触する多数の接触領域を含む。一例としては、各シール３５２は、接続ディスク３３４に接触する２つの接触領域を含む。シール３５２銘々は、シール３５２をそれぞれのブロック部２３２および２３３に固定するファスナを嵌合する開口３５８を含む。
【０１０２】
同様な第２シール３５４の２つのインスタンスも、それぞれ、ブロック部２３２および２３３の対応する窪み３５５に嵌合する。第２シール３５４は、第二シールとして機能する。各シール３５４は、接続ディスク３３４に接触する多数の接触領域を含む。一例としては、各シール３５４は、接続ディスク３３４に接触する２つの接触領域を含む。シール３５４は各々、ファスナを嵌合し、それぞれのブロック部２３２および２３３にシール３５４を固定する開口３６０を含む。一実施形態においては、接続ディスク３３４は、シール３５２および３５４の２つのインスタンスのいずれか、または両方を運び、シールが接続ディスク３３４とともに回転するようにする。
【０１０３】
シール３５２および３５４を互いから離すことで、接続ディスク３３４の振動が低減されうる。さらに、離されたシール３５２および３５４は、接続ディスク３３４を平坦に、且つ、中央に揃える。
【０１０４】
図３０は、シール３６０を示す。シール３６０は、窪み３５３のシール３５２を置き換える。シール３６０は、さらに、代替的な置き換えシール３５４であってよい。シール３６０は、接続ディスク３３４とブロック部２３２および２３３との間の異なる間隔を収容することができる。これにより、窪み３５３の深さなど、ブロック部２３２および２３３を機械加工する際必要な許容誤差が低減される。シール３６０は、窪み３５３および接続ディスク３３４両方と接触するよう拡大可能である。
【０１０５】
シール３６０は、第１シール部３６２と第２シール部３６４とを含む。シール部３６２は、接続ディスク３３４と接触する接触領域３６６を複数含む。一例としては、３つの接触領域３６６が示されている。シール３６０はさらに、下方に延びるレッグ部３６８を含む。レッグ部３６８は、第２シール部３６４と接触する。第１シール部３６２の面３７０および第２シール部３６４の面３７２の間の間隔は、バイアス部３７４によりバイアスされる。一実施形態においては、バイアス部３７４はスプリングである。一実施形態においては、バイアス部３７４は波形スプリングである。例示的な波形スプリングは、５５５  Ｏａｋｗｏｏｄ  Ｒｏａｄ，Ｌａｋｅ  Ｚｕｒｉｃｈ，ＩＬ６００４７のＳｍａｌｌｅｙ  Ｓｔｅｅｌ  Ｒｉｎｇｓから入手可能なモデル番号ＣＲＲ−０９５０−０．１５６を含む。バイアス部３７４は、接続ディスク３３４と接触している第１シール部３６２の接触領域３６６を維持する。これにより、機械加工による不規則性を考慮に入れいかなる摩損をも補うようシール３６０を自動的に調節する。
【０１０６】
ピストンチャンバ２０６からの空気はシール３６０により遮蔽される。接続ディスク３３４およびシール３６０間を通すべく、空気が各３つの接触領域３６６と接続ディスク３３４との間を通過する必要がある。この代替例としては、空気は窪み３５３の壁を通り、第１シール部３６２と第２シール部３６４との間を、下方へと通過する必要がある。シール３６０は、いかなる方向への空気の流れをも妨げて、より多くの圧力がピストンチャンバ２０６の周りの軌道にさらに沿ってピストン２０８を動かすのに利用されるよう、機能する。シール３５２および３５４は、さらに、シール３５２および３５４も、いかなる方向への空気の流れをも妨げて、より多くの圧力がピストンチャンバ２０６の周りの軌道にさらに沿ってピストン２０８を動かすのに利用されるよう、機能する。
【０１０７】
図３１を参照すると、ナイフ端シール３７５がブロック部２３３と接続ディスク３３４との間に形成される。ナイフ端シール３７５は、一実施形態においては、窪み３５３とピストンチャンバ２０６との間に配置される。ナイフ端シール３７５は、ブロック部２３３と接続ディスク３３４との間の間隙を低減する複数の突起３７６を含む。これにより、実質的に、接続ディスク３３４とブロック部２３３との間に、ピストンチャンバ２０６から空気の流れの抵抗を増加させる。ナイフ端シール３７５は、シール３５２、３５４、および３６０の１以上と共に利用されうる。
【０１０８】
一実施形態においては、接続ディスク３３４は、封止被膜層を含む。封止被膜は、接続ディスク３３４を被膜材料へ浸漬したり、封止被膜層に噴霧により塗布したりすることで、形成されうる。例示的な封止被膜としては、カーボングラファイト、セラミック、および、最小限の摩損で適切に装着できる他の材料が挙げられる。一実施形態においては、層の厚みは、約０．００５インチ〜約０．０１０インチの範囲である。
【０１０９】
ブロックアセンブリ２０２および２０４がひとたび接続ディスク３３４に組み立てられると、接続ディスク３３４が回転して、封止被膜が摩損して、ブロック部２３２および２３３間の間隙の形状に調節される。一実施形態では、接続ディスク３３４の封止被膜は、任意のシール３５２、３５４、３６０、および３７５の組み合わせで利用される。
【０１１０】
図３２を参照すると、一実施形態においては、エンジン１０またはエンジン２００が発電する。エンジン２００は図３２に示される。導電ワイヤ３９０は、ベース部３９１の周りを回旋する。導電ワイヤは、ピストンチャンバ２０６の壁の付近に配設される。一実施形態においては、ピストンチャンバの壁の少なくとも導電ワイヤ３９０の位置に対応する領域が絶縁材料から形成される。
【０１１１】
導電ワイヤ３９０は、電源３９２に、ワイヤ３９４を介して接続される。ピストン２０８は磁気部３９６を搬送する。一実施形態においては、磁気部３９６は、ワイヤ３９０付近のピストン２０８の側の挿入である。磁気部３９６を有するピストン２０８は、回旋ワイヤ３９０を通過すると、電界が旋回ワイヤ３９０に誘導される。これにより、ワイヤ３９４に電流が流れ、動力が電源３９２に蓄積される。この動力は、様々な用途のデバイスを操作するのに利用されうる。例示的な用途のデバイスには、点火システムが挙げられる。一実施形態においては、発電により、従来のオルタネータを有する必要性がなくなる。
【０１１２】
操作する際、バルブ２１２は、方向２０９に回転する（図２８）。バルブ２１２は、複数の開口２１１を含む。図２８に示すように、開口２１１は、バルブ２１２をピストンチャンバ２０６の邪魔にならない位置に位置合わせできるサイズとする。開口２１１が２０９方向に回転すると、バルブ２１２のタブ２１３は、ピストンチャンバ２０６と重なり、ちょうど通過しているピストン２０８とバルブ２１２のタブ２１３との間に点火チャンバ領域を形成し、次のピストン２０８とバルブ２１２のタブ２１３との間に排出チャンバを形成するが、このことは２００６年６月１２日提出の米国特許出願番号第１１／４５１，１２０、および米国特許番号第７，０５９，２９４に詳述されており、この開示をここに参照として明らかに組み込む。
【０１１３】
燃料は、ピストンチャンバ２０６の点火チャンバ領域へ、燃料入口４０２から入り、燃料インジェクタ４０４を介して供給される。一実施形態においては、燃料インジェクタ４０４はキャブレータで置き換えられる。一実施形態においては、燃料インジェクタ４０４はスロットル本体で置き換えられる。空気は、ピストンチャンバ２０６の点火チャンバ領域へ、空気入口２２０から入る。一実施形態においては、空気はインジェクタ経由で供給される。一実施形態においては、空気はインペラファン３８０経由で供給される。一実施形態においては、空気および燃料は、同時にインジェクタにより投入される。燃料と空気との混合物に点火するスパークは、点火部４０８により、入口４０６を介して供給される（図２２）。例示的な点火部はスパークプラグである。燃焼ガスはピストンチャンバ２０６から、排出出口２２２（図２２）を介して排出される。
【０１１４】
図２８に示される実施形態では、空気入口２２０がバルブ２１２のタブ２１３により遮蔽されるか、または開口２１１の一つと位置合わせされる際には遮蔽されない。バルブ２１２の開口２１１に対する、およびピストンチャンバ２０６に対する、空気入口２２０の位置は、点火部４０８による空気の点火前にタブ２１３がピストンチャンバ２０６を遮蔽する際に少なくとも、空気入口が遮蔽されないよう、選択される。一実施形態においては、別個の開口をバルブ２１２に設け、ピストンチャンバ２０６の点火チャンバ領域への空気供給を制御する。一実施形態においては、別個の開口は、複数の開口２１１の内側にある。スロットル本体またはキャブレータを利用する一実施形態においては、バルブ２１２は、ピストンチャンバの点火チャンバ領域への空気および燃料の供給を制御する。
【０１１５】
一実施形態においては、ピストンチャンバ２０６に投入される空気および燃料は、先ず、点火チャンバ領域へと入る。一実施形態においては、少なくとも空気が、点火チャンバ領域へ入れられる前に、ピストンチャンバ２０６へと入る。
【０１１６】
エンジン２００は、以下のように組み立てられうる。ピストン本体部３０８は、接続ディスク３３４のタブ３３２（図２３Ｂ参照）に連結される。一実施形態においては、ピストン本体部は、ロールピンによりタブ３３２に連結される。ピストンリング３１８は、溝３２４に嵌合する。ピストン面部３１０および３１２は、ピストン本体部３０８に連結される。一実施形態においては、ピストン面部３１０および３１２は、ロールピンによりピストン本体部３０８に連結される。シール２７９は、ピストン２０８間の接続ディスク３３４に連結される。
【０１１７】
エンジンバルブアセンブリ２１０を組み立てる。ギア２６４をシャフト２７０に連結する。一実施形態においては、ギア２６４およびシャフト２７０の各々が、インターロックスプライン特性を含む。一実施形態においては、ギア２６４がロールピンによりシャフト２７０に連結される。ブッシュ２６８を、カプラー２７４によりバルブ２１２に連結する。シール２６６を、シャフト２７０上のギア２６４に隣接する位置に配置する。ブッシュ２６８とバルブ２１２とを組み合わせたものを、シャフト２７０に連結する。一実施形態においては、ブッシュ２６８とシャフト２７０は、インターロックスプライン特性を含む。軸受け２９２をシャフト２７０に配置して、アセンブリを第１ベース部２５０のボア２５４に配置する。軸受け２７２をシャフト２７０に配置して、アセンブリを第２ベース部２５２のボア２７７に配置する。第１ベース部２５０と第２ベース部２５２とを連結する。一実施形態においては、第１ベース部２５０と第２ベース部２５２とをファスナ２５３により連結する。
【０１１８】
エンジンバルブアセンブリ２１０のアセンブリ２６２に話を戻すと、軸受け２８２および２８４がシャフト２８８に組み立てられる。ギア２８０がシャフト２８８に連結される。一実施形態においては、ギア２８０およびシャフト２８８の各々が、インターロックスプライン特性を有する。このアセンブリは、第１ベース部２５０のボア２５８に配置され、ギア２８０の歯がギア２６４の歯と噛み合うようにする。保持板２８６を第１ベース部２５０に連結することで、アセンブリがボア２５８に保持される。一実施形態においては、保持板２８６は、第１ベース部２５０の溝２９８で嵌合するクリップ保持板である。最後に、ギア２９０がシャフト２８８に連結されることで、シャフト２８８がギア２９０で回転する。
【０１１９】
図２３Ｂに戻ると、フランジ２２１が接続ディスク３３４に連結される。一実施形態においては、フランジ２２１が、複数のカプラーにより接続ディスク３３４に接続される。図２３Ｃを参照すると、軸受け２２３、シール３５２、およびシール３５４が、それぞれブロック部２３３の窪み２２５、３５３、および３５５に嵌合する。一実施形態においてシール３５２および３５４は、複数のファスナでブロック部２３３に連結される。接続ディスク３３４に連結されるフランジ２２１のいずれかが、その後、軸受け２３３内に嵌合し、接続ディスク３３４がシール３５２および３５４と接触するよう配置されてよい。同様にして、シール３５２および３５４、および軸受け２２８が、ブロック部２３２に組み立てられてよい。ブロック部２３２は、その後、他方のフランジ２２１に嵌合し、接続ディスク３３４がブロック部２３２のシール３５２および３５４と接触してよい。
【０１２０】
ブロック部２３２は、ブロック部２３３と位置合わせされる。図２０Ａに示すように、ブロック部２３２は、ブロック部２３３上のロケータ２２６に嵌合する複数のロケータ２２７を含む。一実施形態においては、ロケータ２２７は、開口（ロケータ２２６）に嵌合するピンである。ブロック部２３２は、スクリューまたはボルトなどの複数のファスナによりブロック部２３３に連結される。同様のロケータを利用して、ブロック部２３０と、ブロック部２３２と、ブロック２３５とを、ブロック部２３３と位置合わせしてよい。ブロック部２３０は、スクリューまたはボルトなどの複数のファスナによりブロック部２３３に連結される。
【０１２１】
図２３Ａに戻ると、シール２５０は、ブロック部２３０の溝に配置される（図２９参照）。ブロック部２３２が、ブロック部２３０と位置合わせされる。同様のシールが、ブロック部２３３とブロック部２３５との間に配設される。
【０１２２】
出力シャフト１２１は、接続ディスク３３４のフランジ２２１に連結される。一実施形態においては、出力シャフト１２１とフランジは、インターロックスプライン特性を有する。さらに、エンジンバルブアセンブリ２１０が、ブロックアセンブリ２０２および２０４に連結される。駆動システム３８を設置する。点火部４０８を、燃料インジェクタ沿いのバルブアセンブリ２１０に連結する。空気供給および排出システムも、ブロックアセンブリまたはバルブアセンブリのいずれかに連結する。
【０１２３】
エンジンバルブアセンブリ２１０をモジュラー式コンポーネントとして有することで、ブロックアセンブリ２０２および２０４から外すのが簡単になり、任意のバルブ２１２の修繕または調査が多大に簡単になる。エンジンバルブアセンブリ２１０それぞれを取り外したり、バルブを修繕または調査したりする際に、ブロックアセンブリ２０２および２０４を解体する必要がない。
【０１２４】
２００６年８月２４日提出の米国仮特許出願番号第６０／８３９，７９８、２００７年８月２３日提出の米国特許出願番号第１１／８４４，３２８、および、２００６年６月１２日提出の米国特許出願番号第１１／４５１，１２０を、全て明確にここに参照として組み込む。
【０１２５】
上述の例示的実施形態の詳細な記載、例、および添付図面は、あくまで例示を目的としており、本発明の範囲および精神、ひいては均等物を制限する意図はない。当業者であれば、本発明の範囲および精神を逸脱することなく、本明細書に開示した発明に対して多くの変更例が可能であることを理解しよう。
【図１】
2010501778.tif 000003
【図２】
2010501778.tif 000004
【図３】
2010501778.tif 000005
【図４】
2010501778.tif 000006
【図５Ａ】
2010501778.tif 000007
【図５Ｂ】
2010501778.tif 000008
【図６】
2010501778.tif 000009
【図７】
2010501778.tif 000010
【図８】
2010501778.tif 000011
【図９】
2010501778.tif 000012
【図１０】
2010501778.tif 000013
【図１１】
2010501778.tif 000014
【図１２】
2010501778.tif 000015
【図１３】
2010501778.tif 000016
【図１４】
2010501778.tif 000017
【図１５】
2010501778.tif 000018
【図１６】
2010501778.tif 000019
【図１７】
2010501778.tif 000020
【図１８】
2010501778.tif 000021
【図１９】
2010501778.tif 000022
【図１９Ａ】
2010501778.tif 000023
【図２０Ａ】
2010501778.tif 000024
【図２０Ｂ】
2010501778.tif 000025
【図２１】
2010501778.tif 000026
【図２２Ａ】
2010501778.tif 000027
【図２２Ｂ】
2010501778.tif 000028
【図２３Ａ】
2010501778.tif 000029
【図２３Ｂ】
2010501778.tif 000030
【図２３Ｃ】
2010501778.tif 000031
【図２４Ａ】
2010501778.tif 000032
【図２４Ｂ】
2010501778.tif 000033
【図２５】
2010501778.tif 000034
【図２６】
2010501778.tif 000035
【図２７】
2010501778.tif 000036
【図２８】
2010501778.tif 000037
【図２９】
2010501778.tif 000038
【図３０】
2010501778.tif 000039
【図３１】
2010501778.tif 000040
【図３２】
2010501778.tif 000041
【国際調査報告】
2010501778.tif 000042