(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに回転する内側シリンダ及び外側シリンダであって、各シリンダは、羽根を有し、１つの軸を中心に異なる速度で回転可能であり、該回転の際に空気−燃焼混合気の吸気、圧縮、爆発行程、燃焼ガスの排気を行い、対応する空気の吸気口及び排気口とを有する内側シリンダ及び外側シリンダを備えるロータリー型燃焼エンジンにおいて、
前記エンジンは、前記吸気口及び排気口を制御する回転可能な制御スリーブと、前記制御スリーブを駆動するステップモータとを備え、
前記回転可能な羽根は、一方向に作用する流体式制御装置を含むフリーホイールによって加速又は減速され、前記制御スリーブ内に設けられた吸気口及び排気口は、前記内側シリンダ及び前記外側シリンダの各開口部と前記ステップモータの計算された回転角度だけ一致するように重複していることを特徴とするロータリー型燃焼エンジン。
【請求項２】
前記ステップモータは、内側伝達中空軸及び外側伝達中空軸からなる中空軸に連結され、前記中空軸と共に１対１の比で回転し、且つブラシ・ケーブル系を介して前記ステップモータの制御装置と接続されており、前記制御装置は、パルス発生ディスク及び角度エンコーダーの相互作用を介して対応する信号を受信し、前記パルス発生ディスク及び角度エンコーダーは１対１の比で前記内側伝達中空軸及び外側伝達中空軸からなる中空軸と共に回転し、前記制御ユニットは、パルス信号発信機から信号が供給され、対応するパルス信号を前記ステップモータに送信し、前記制御スリーブへ伝達することによって、回転速度及び負荷によって開閉タイミングや開時間を含むサイクルタイムが決定されることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項３】
前記制御スリーブの吸気口及び排気口は、前記円周上に６０°の間隔で離隔されると共に前記排気口は前記吸気口に対して３０°ずらして配置されることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項４】
前記内側シリンダは、互いに１サイクルの間隔で離隔して配置された開口部であって、作動シリンダとして機能する作動シリンダディスク及び圧縮機として機能する圧縮機ディスクの羽根の両側にそれぞれ２つづつ設けられた開口部を有することを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項５】
前記羽根は、１つの軸を中心に互いに独立して異なる速度で回転し、前記エンジンの全４サイクルが任意の箇所で且つ任意のストローク長をもって行われることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項６】
対応する環状の溝が装備されたシリンダ芯部をさらに備え、前記溝の各々は、回転しないように固定されると共に隣接する室に対して気密にシールするシーリングを有し、且つ吸気、排気及び燃料供給のための開口部を備えることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項７】
作動シリンダディスク及び圧縮機ディスク毎に２つの作動室をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載のエンジン。
【請求項８】
加熱された冷却水を噴射することができる吸気溝を含む副室をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項９】
前記吸気口及び前記排気口を独立して制御する第２の制御スリーブ及び第２のステップモータをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項１０】
前記フリーホイールは、２つの固定された外側ブレードと、前記内側シリンダ及び前記外側シリンダが誤った方向に回転するのを防止するために中央で回転可能に保持された１つの両側タービンブレードホイールと、該１つの両側タービンブレードホイールの両側にそれぞれ配置された２つの両側タービンブレードホイールとを備え、該２つの両側タービンブレードホイールは、オイル中で、内側伝達中空軸及び外側伝達中空軸からなる中空軸と共に回転する可動ブレードを有し、オイル中で各タービンブレードホイールの正回転中に、そのブレードが閉じると同時に他方のタービンブレードホイールのブレードがオイルの流れによって開き、ホイールを減速し、他方のホイールを爆発行程によって加速することを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項１１】
羽根内の質量アンバランスをバランスさせる２つのフライホイールをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項１２】
動力伝達ギア、及び前記エンジンと作動的に関連すると共に前記エンジンを始動すべく作動する発電機の少なくとも１つをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に駆動装置として利用することのできる軸型の燃焼エンジンに関するものである。このエンジンはまた、本発明の主要原理に触れない程度で任意に小規模な変更を加えることで、蒸気エンジン、コンプレッサ、またはポンプとして利用することができる。
【背景技術】
【０００２】
＜目的＞
この新しいタイプの燃焼エンジンは、現在市場においてよく見られる燃焼エンジンの代わりとなるべきものである。
【０００３】
＜従来の技術的発明とその批判＞
今日の技術水準によると、主として２つのタイプの燃焼エンジンがある。１つは、オットーエンジンとも呼ばれる２及び４サイクル内燃ピストンエンジンであり、もう１つは、ヴァンケルエンジンとも呼ばれるロータリーエンジンである。オットーエンジンは、ガソリン及びディーゼル燃料により普通に使用されており、主として自動車産業において利用されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
＜２サイクルオットーエンジンの欠点＞
・燃料消費が気化装置における掃気・吸気ロスにより負荷略５０％以下において及び、特に全負荷時において高いこと
・バックラッシュ（無負荷行程）がなく、排熱が難しいことにより熱負荷が高いこと
・低回転数時のトルクが低いこと
・アイドリング運転時のエンジン作動が断続的になること
・マスバランスが大抵の場合不完全であること
・作動時の騒音が大きいこと
・エンジンの排出ガス(ガソリン・オイル混合物)が環境に悪影響を与えること
・出力効率が冷却のために低いこと
・点火のみでしか機能しないこと
＜４サイクルオットーエンジンの欠点＞
・各作動サイクルにおいてクランクシャフトが２回転する必要があるためパワーユニットが半分しか利用されないこと
・低い均一形状（エンジンの円滑性が低い）
・無負荷行程が２行程あり且つバルブ作動を行うため機械的効率が低いこと
・出力効率が冷却のために低いこと
・点火のみでしか機能しないこと
＜ディーゼルエンジンの欠点＞
・必須条件として空気が３０〜５０ｂａｒに圧縮され、それによって温度が摂氏７００〜９００°に加熱されてはじめて燃料噴霧が可能であるために燃焼プロセスが悪いこと。早期燃料噴射はノッキングの原因となること
・遅延噴射は不完全燃焼の原因となること
・コールドスタート時にグロープラグが必要であること
・噴射ポンプの騒音が非常に大きいこと
・出力効率が冷却のために低いこと
＜ヴァンケルエンジンの欠点＞
・ロータリーエンジンの燃焼室における気密性が不足して問題となること
・ロータリーエンジンの偏心運動により不規則な動作となること
・トルク特性が好ましくないこと
・エンジン効率が好ましくないこと
・燃焼が悪いこと(有害排気物質)
・生産コストが高いこと
・出力効率が冷却のために低いこと
・点火のみでしか機能しないこと
出所／引用文献：Automotive (Engineering) Paperback of the Robert Bosch companyより抜粋
本発明の目的は、従来のエンジンのもつ前記欠点の一部または全部を解消し、より経済的なエンジンを得ることにある。本発明のエンジンの構造はまたセラミック等の先端技術の新しい材料を使用するのに適当な条件も備えている。これにより摩擦と冷却を最小限にまで削減することが可能であり、より高い作動温度を達成することができる。また、冷却水噴射の追加により燃費の向上も可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的は、Fig.１〜１３に記載される本発明によれば、それぞれ対向する羽根を有し、１つの軸を中心に異なる速度でそれぞれ回転可能であり、且つ互いに組み合って回転する２つの円筒部によって達成される。異なる回転速度により、各ディスク（Fig.１）につき、４サイクルエンジンのそれに似た２つの機能する作動室が生成される（Fig.２とその断面Fig.２．１及び２．２、構成要素１〜５参照）。このような作動室はシリンダ周囲の任意の箇所に、様々な燃焼比とストローク長で形成することができる。
【０００６】
円滑な運転を可能にするため、ここではディスクと称する２つの室は、ヴァンケルエンジンと同様に、しかし互いに１８０°の角度ずらして配置される。角度分割を適当に行えば、３個以上のディスクも技術的に可能である。制御は、内側シリンダの中空軸とパルス発生ディスクとに接続されたステップモータによって行われる。パルス発生ディスクはさらに外側シリンダの中空軸に接続されている。
【０００７】
比較例となるエンジンは、一部機能は異なるが、米国特許US 13 67 591によって知られている。該エンジンでは各ディスクに１つの作動室は、対応する羽根を機械的に固定することで生成され、他方の羽根の制限された運動から軸の１/２回転、即ち１８０°の角度となる。しかしながら、このような固定構造では圧縮比が不十分となる。またその概略図を見る限り、その吸気サイクルは機能的に効率が良くない。さらに、第２の室における羽根間の空気抵抗（圧縮または真空）のために、低出力しか期待できない。
【０００８】
斯かる問題が存在することは、このようなエンジンが本発明の技術分野において未だに利用されていないことからも明らかである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
Fig.１〜１３は本発明の一実施の形態を示すもので、以下にこれを詳しく説明する。
【００１０】
Fig.１は、ロータリー型内燃エンジンの縦断面図であり、３つのディスクからなり、各ディスクは、羽根のついた１つの外側シリンダと、各ディスクにつき１つの羽根がついた共通の内側シリンダとを有する。ディスク３は圧縮機として機能すると共に、起動補助機としての役割を果たすものである。ディスク１及び２は、エンジンの作動シリンダとしての役割を果たすものである。
【００１１】
ロータリー型内燃エンジンは、さらに、吸気ならびに排気路が形成された固定シリンダ芯部を中心に軸方向に回転する、可動部を有する制御スリーブと、逆回転を防止する保持システムと、動力伝達部材と、制御システムとしての特殊な（回転する）ステップモータ６２とを含む。
【００１２】
Fig.２は、Fig.１及びFig.１．１と同様のエンジンの展開図であり、Ａ〜Ｄの断面図の箇所が示されている。Fig.２において、制御部材、逆回転を防止する保持システム、及び動力伝達部材は省略されている。
【００１３】
Fig.２．１及び２．２は、２つの作動室を有するエンジンのディスク１の断面図であり、羽根のついた外側シリンダ、羽根のついた内側シリンダ、シールプレートまたはラディアルシールリングのついた制御スリーブ、及び対応するシールを備える固定シリンダ芯部からなる。Ａ−Ａ断面図であるFig.２．１はディスク１の吸気路の断面を示し、Ｂ−Ｂ断面図であるFig.２．２はディスク１の排気路の断面を示す。
【００１４】
Fig.２ａは、Fig.２の３次元斜視図であり、制御スリーブとシリンダ芯部を省略している。
【００１５】
Fig.２ｂは、吸気口及び排気口並びにシールプレートとラディアルシールリングの溝が形成された制御スリーブと、内側シリンダの３次元斜視図である。
【００１６】
この例では、制御スリーブの円周は３０°づつ１２の領域に分割されており、ディスク１及び２において４つの領域毎に１つの開口部を有している。この３０°の分割は内側シリンダの開口部と同じでなければならない。
【００１７】
他の適当な開口部数や角度になるような間隔設定も可能である。
【００１８】
排気口は、機能上、１領域分、即ち３０°だけ回転方向に対してずれている。これは、ステップモータが制御スリーブを回転方向と逆方向に３０°戻るように設定しているからである。同様な設定は回転方向においても可能であるが好ましくはない。
【００１９】
ディスク２では開口部はディスク１と同じように配置されているが１８０°ずれている。これにより回転(サイクル)毎に全４行程が行われることになる。
【００２０】
圧縮機として機能するディスク３では、開口部はそれぞれ６０°の間隔で配置されている。即ち、開口部は２つの領域毎に設けられており、吸気口と排気口とは３０°ずれて配置されている。
【００２１】
Fig.３〜１０ａはFig.１〜２．２に示すエンジンの機能を示す全体図であり、それぞれ異なるポジションを示す図である。
【００２２】
Fig.３〜６ａはディスク１を示す。
【００２３】
Fig.７〜１０ａはディスク２を示すが、１８０°ずれている。
【００２４】
まず、Fig.３〜６ａをもとにディスク１について説明する。
【００２５】
ディスク１では作動室Ａ及び作動室Ｂと称す２つの作動室が形成される。
【００２６】
Fig.３〜６(Ａ−Ａ断面図)は、吸気路断面において作動室Ａ，Ｂにおける作動サイクルを示す。Fig.３ａ〜６ａ(Ｂ−Ｂ断面図)は、排気路断面において作動室Ａ，Ｂにおける作動サイクルを示す。
【００２７】
Fig.３，３ａは、作動室Ａにおける吸気行程の開始を、作動室Ｂにおける圧縮工程の開始をそれぞれ示す。
【００２８】
Fig.４，４ａは、作動室Ａにおける圧縮行程の開始を、作動室Ｂにおける爆発行程の開始をそれぞれ示す。
【００２９】
Fig.５，５ａは、作動室Ａにおける燃焼行程の開始を、作動室Ｂにおける排気行程の開始をそれぞれ示す。
【００３０】
Fig.６，６ａは、作動室Ａにおける排気行程の開始を、作動室Ｂにおける吸気行程の開始をそれぞれ示す。
【００３１】
Fig.７〜１０及びFig.７ａ〜１０ａ(Ｃ−Ｃ断面及びＤ−Ｄ断面図)に示すように、作動室Ｃ及びＤを有するディスク２においては、ディスク１と同じ作動サイクルが行われるが、１８０°の角度分ずれているため、羽根が完全に回転する毎に全４行程が作動室Ａ〜Ｄにおいて行われることになる。
【００３２】
これを下記の例により説明する。
【００３３】
作動室Ａ          作動室Ｂ          作動室Ｃ            作動室Ｄ
Fig.３：吸気        ３ａ：圧縮        ７：爆発行程        ７ａ：排気
Fig.４：圧縮        ４ａ：爆発行程    ８：排気            ８ａ：吸気
Fig.５：爆発行程    ５ａ：排気        ９：吸気            ９ａ：圧縮
Fig.６：排気        ６ａ：吸気        １０：圧縮          １０ａ：爆発行程
これは、ＡからＤの各作動室で全４作動サイクルが行われるように、吸気及び排気路を制御する（本実施の形態においては３０°の角度を有する）制御部材によって行われている。すなわち、各羽根は、１つの軸を中心に互いに独立して異なる速度で回転し、エンジンの全４サイクルが任意の箇所で且つ任意のストローク長をもって行われる。
【００３４】
Fig.１１は、吸気口及び排気口、燃料及び冷却水供給用の開口部、並びにシールリングの溝を有する固定シリンダ芯部を示す。
【００３５】
Fig.１２は、逆回転を防止する保持システムを示す。保持システムは、２つの固定外側ホイールブレード３０と、ベアリングによって枢着されて正回転のみを可能にする１つの両側タービンブレードホイール３２とを備える。
【００３６】
伝達中空軸１７／１８にも、可動ブレードを有するブレードが固定されている。なお、Fig.１．１．１に示すように、内側の伝達中空軸１７には、羽根内の質量アンバランスをバランスさせる２つのフライホイール４０が設けられている。
【００３７】
ホイールブレードは、オートマチックギア装置やリターダブレーキ（流体式制動装置）と同様に、流体（オイル）中で作動する。
【００３８】
ホイールブレードがオイル中を正回転するときは、ブレードが閉じ抵抗を何ら与えない。同時に他方のブレードホイールのブレードがオイル中で開いて、当該ホイールにブレーキをかけ、相手方ホイールを更に加速させる。
【００３９】
上述の行程が各爆発行程中に順次繰り返される。
【００４０】
Fig.１３は、エンジンの動力伝達部材の断面図(Ｅ−Ｅ断面)である。動力伝達部材は、中空軸５７と、歯車３８と完全に一体して回転する中空内歯車５１から成る遊星ギアと、２つの異なる適合した直径を有しシャフト５６を備えた遊星歯車５２，５３と、太陽歯車５４とから成る。歯車５１，５７が交互に運動することによって動力ホィール５５に同方向に均一な回転運動が生じる。
【００４１】
エンジンを起動するには、動力ホィール５５を駆動し、マグネットクラッチ（ブレーキ）によって中空軸を爆発行程が開始されるまで静止状態に保持する必要がある。また、エンジンの起動はディスク３(圧縮装置)に圧縮空気を圧入することによっても可能である。
【００４２】
Fig.１．２は、Fig.１に代わる構成を示し、従来の技術による差動歯車を有する動力伝達部材を示す。機能や作動方法に相違はない（Fig.１に対するFig.１．２において）。
【００４３】
Fig.１．１及び１．１．１による発電機５８が駆動される実施の形態では、遊星歯車あるいは差動歯車がなくてもよい。
【００４４】
発電機は逆の働きで、エンジンのスタータ、マグネットクラッチ、またはマグネットブレーキとして利用することもできる。
【００４５】
Fig.２．３は、Fig.２．１及びFig.２．２に代わる構成を示し、Ｂ−Ｂ断面で示される吸気路断面を示すもので、吸気用と排気用に別個の２つの制御スリーブを有している。これにより、より幅の広い開口部を両シリンダに設けることができ、吸気及び排気用の開口時間を互いに独立して任意に制御できる。
【００４６】
Fig.２ａ−１及び２ｂ−１はFig.２．３の変形例構成の３次元斜視図である。
【００４７】
全実施の形態において、ステップモータ６２は、角度エンコーダーとパルス発生ディスク（６０，６１）と協働して内側伝達中空軸及び外側伝達中空軸からなる中空軸と１対１の割合で回転し、信号発生装置と制御装置からパルス信号を受信する。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】Fig.１を示す図である。
【図２】Fig.２を示す図である。
【図３】Fig.２．１を示す図である。
【図４】Fig.２．２を示す図である。
【図５】Fig.２ａを示す図である。
【図６】Fig.２ｂを示す図である。
【図７】Fig.３〜６ａを示す図である。
【図８】Fig.７〜１０ａを示す図である。
【図９】Fig.１１を示す図である。
【図１０】Fig.１２を示す図である。
【図１１】Fig.１３を示す図である。
【図１２】Fig.１．２を示す図である。
【図１３】Fig.１．１を示す図である。
【図１４】Fig.１．１．１を示す図である。
【図１５】Fig.２．３を示す図である。
【図１６】Fig.２ａ−１を示す図である。
【図１７】Fig.２ｂ−１を示す図である。
【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】
0004393992.tif 000010
【図１０】
0004393992.tif 000011
【図１１】
0004393992.tif 000012
【図１２】
0004393992.tif 000013
【図１３】
0004393992.tif 000014
【図１４】
0004393992.tif 000015
【図１５】
0004393992.tif 000016
【図１６】
0004393992.tif 000017
【図１７】
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