(57)【要約】クアシタービン（Ｑｕａｓｉｔｕｒｂｉｎｅ、略＝Ｑｕｒｂｉｎｅ）では、４つの転動キャリッジによって周囲を支持されるローターの配置、旋回ブレードの圧力負荷を受けるキャリッジ、ローターを形成するブレードを用い、負荷を対向する凹凸のあるハウジング壁に伝達する。本発明では、センタフリーエンジンの重要な特性を維持し、その一方で旋回ブレード及び関連するホイール軸受によって構成される中央環状ローター支持体を開示する。各旋回ブレード上の圧力負荷は、ケーシングの一部を形成する側面カバーの中央部に取り付けられる環状トラック上を転動する旋回ブレード自身の一組のホイール軸受どちらか一方が受けるか、又は環状出力スリーブ中央部の保持作用による対称型加圧流体エネルギコンバータモードによって相殺される。この中央環状ローター支持体は、一般的に全てのクアシタービンのローター配置系に適用可能で、特にここでは限界の場合を検討するが、以前のキャリッジの設計を本特許において開発した円筒状の旋回ブレードに置き換え、５体ロータリーエンジンの封止課題に対する効果的な解決策を提供する。
2006517273.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液圧、蒸気圧、空気圧等の加圧流体の流れ、及びスターリングサイクル、ブレイトンサイクル、オットー及びディーゼル内燃機関から、ポンプ、真空及び圧縮のための機械的なエネルギの生成が可能な、一般にクアシタービンと呼ばれるロータリー式装置であって、
２つの側面カバーを備えた内部に凸凹のあるハウジング壁を有するケーシングと、
それぞれの端部で一方から他方に連続的に軸支された旋回ブレードであって、ピボット軸が平行で各ブレードが内部へ誘導した伝達スロットを担持する旋回ブレードと、
中央軸の周りに前記ハウジング壁の内側を転動するＸ及びＹがθで可変形状のローターを形成する前記旋回ブレード及び継手の組立体と、
ハウジング輪郭壁の曲線族のための計算方法、及びエンジンの圧力−
体積のＰＶ線図を満たす選択基準と、
内表面上に環状トラックをそれぞれ担持する前記側面カバーと、
前記ハウジング壁と接触する一組の輪郭シーリング及び前記側面カバーと接触する側面シーリングのシステム、ならびにそれぞれ２つの連続する輪郭シーリングによって制限され、前記ハウジング壁の前記内表面及び前記旋回ブレードの外表面に沿って延在する可変体積のチャンバと、
燃焼チャンバのキャビティを担持する前記旋回ブレードと、
吸気及び排気のための前記ハウジング内の一組のポートと、
吸気及び排気のための前記側面カバー内の一組のポートと、
前記チャンバを中央部に接続し、前記旋回ブレード通り抜ける一組のポートと、
点火火炎伝播スロットキャビティと、
圧縮比同調器と、
前記ローター内側の一組の遠心クラッチ重りと、
前記ローター内側に位置する一組の環状出力スリーブと、
前記ローター内のモジュレーテッド・インナー・ローター・ボリューム（ＭＩＲＶ）と、
前記環状出力スリーブを前記出力ディスク及び前記出力軸と接続する接線の機械式差動装置と、
を備え、全ての連続する圧縮ハウジング領域は、同一のハウジング領域に繰返し出現し、膨張領域も異なる中間のハウジング領域に繰返し出現し、
２つの圧縮ハウジング領域は、２つの対向する膨張ハウジング領域と同様に対向し、
各連続する圧縮行程及び膨張行程は、同時に開始及び終了し、
２つの連続する輪郭シーリング間の距離は、前記ローターの回転中にほぼ一定の状態を保ち、
輪郭シーリングは、前記ハウジング輪郭壁に対して常にほぼ垂直の状態を保ち、
前記機械式作動装置は、前記出力軸に到達するためにホイール軸受の回転高調波を防ぎ、
回転中の前記ローター及び前記接線方向の機械式作動装置の質量中心は、不動であり、
前記チャンバの体積は、バルブ中央において非対称であり、圧力パルスは短く、上死点付近で増減し、クアシタービン内焼機関サイクル（ＱＴＩＣ）は、前記圧力パルス特性に起因し、
前記モジュレーテッド・インナー・ローター・ボリューム（ＭＩＲＶ）は、前記外部のローターチャンバと位相が４５°ずれており、
前記モジュレーテッド・インナー・ローター・ボリューム（ＭＩＲＶ）を交互に加圧して、インワード・ローター・エンジン・クアシタービン（ＩＲＥＱ）を形成し、その内部から前記ローターを駆動し、回転方向は逆転が可能で、流れの方向を逆転させることができる、ロータリー式装置。
【請求項２】
前記凸凹のあるハウジング壁が、一般的に丸コーナー形状の平行六面体であり、４つの最大曲率領域及び４つの最小曲率領域を有し、ハウジングの輪郭の複雑さによって、一つの単一象限内で曲率半径を僅かに変動させる、請求項１に記載のロータリー式装置。
【請求項３】
前記ローターのより高い偏心率を可能にするために、計算したハウジング壁がローブ状であり、６つの最大曲率領域及び６つの最小曲率領域を有する、請求項１に記載のロータリー式装置。
【請求項４】
前記ハウジング壁の数学的な輪郭形状が、前記輪郭壁の中央に関して対象であることだけを必要とし、ｘ軸又はｙ軸を通り抜けることを必要としない曲線族の一つであり、偏心率の大きなローブの解決策及び制限事例を包含する前記ハウジングの輪郭形状の計算方法を必要とし、
まずｘ軸及びｙ軸のピボット形状の座標設計時に定義するダイヤモンド形ローターの偏心率を選択し、その一方で四角形の前記ローター構成が４５°のピポット形状座標を定義し、
一組の可能なブレードのピボット形状を最初に計算し、
０〜４５°の区間の実験的なブレードのピボット形状の半径をまず直線と仮定し、０°及び９０°の領域を接線方向に変化させない少なくとも２つのパラメータの関数によって調整し、
垂直のｘ軸及びｙ軸の場合、４５〜９０°の区間は、４５°の領域で勾配の連続性を有する０〜４５°の区間のシンプルなピタゴラスのダイヤモンド一菱形のマッピングであり、それ以外では傾斜した菱形が適切であり、
対応する一組の可能なハウジング壁は、一つのピボット半径全周に前記ブレードのピボット形状を拡張することによって得れる、
という計算手順に従い、可能なハウジング壁の一組から、標準エンジンの圧力−体積のＰＶ線図を満たすように、最終的な前記チャンバの膨張体積がタンジェンシャルプッシュ面の運動によって生じる体積に等くなるような、エンジン用途の最適なハウジング壁の選択が行われ、
前記方法は、偏心率の全ての値、すなわち正、負又はゼロ、類似又は非類似のピボット直径、及びｘ軸、ｙ軸の任意の軸の角度に適用される、請求項１に記載のロータリー式装置。
【請求項５】
前記側面カバーが、放熱フィンのためのそれらの周辺の複数の切欠きと、
前記旋回ブレードのホイール軸受のためのそれらの内表面山の環伏トラックであって、前記ピボットブレードのホイール軸受が２つの連続するピボットの軸上に位置する場合は、円形である必要はない前記トラックと、
出力軸のためのエンジン軸上の軸受ホルダと、
出力ディスク及び出力軸が、エンジンを分解ぜずにケーシングに出し入れできるようにする、前記エンジン軸上の１つの側面カバーの大開口部と、
大開口部を嵌合し、軸受及び出力軸を保持する軸受キャップと、
モジュレーテッド・インナー・ローター・ボリューム（ＭＩＲＶ）のための、環状トラックの外側周辺の体積変調器と、
を有する、請求項１に記載のロータリー式装置。
【請求項６】
前記旋回ブレードが、全ての回転角に対してハウジング壁内での前記ローターの自由回転を確実にするように形成された外表面と、
必要に応じて、前記燃焼チャンバを拡張するケーブカットされた外表面と、
前記旋回ブレードを半径方向に通り抜けさせ、エンジンの中央部分に前記燃焼チャンバを接続した逆止め弁ポートと、
遠心力によってチャンバの吸気を向上させることが可能な前記逆止め弁ポートと、
ローターの中央部分の方向へ延在する出力伝達スロットと、
前記遠心クラッチ重りを配置するために、前記伝達スロットの両側面上の前記モジュレーテッド・インナー・ローター・ボリューム（ＭＩＲＶ）内のレセプタクルスペースと、
前記旋回ブレード端部の軸方向の強固なピボット継手以外の全ての方向と、
を備える、請求項１に記載のロータリー式装置。
【請求項７】
前記ポートが、点火プラグ、圧縮比同調器、及び輪郭シーリングが上死点付近に位置する吸排気ポートのための半径方向のハウジングポートである、請求項１に記載のロータリー式装置。
【請求項８】
前記ポートが、点火プラグ、圧縮比同調器、及び上死点にあるときのブレードのピボット位置付近で旋回ブレードのピボット経路上に位置する吸排気ポートのための側面カバーポートである、請求項１に記載のロータリー式装置。
【請求項９】
前記吸排気ポートが、
２つの平行する圧縮及び膨張回路を単独の連続的な回路に変換するために用いる複数の可動吸排気プラグと、
２サイクルロータリー式内燃機関、流体エネルギ変換器、コンプレッサ、真空ポンプ及び流量計として運転するために取り除かれた全てのプラグと並行して用いられる２つの半独立の回路と、
４サイクルロータリー式内燃機関を形成するために、中間ポートを塞ぐことによって連続的に使用する２つの半独立の回路と、
を備える、請求項１に記載のロータリー式装置。
【請求項１０】
前記吸排気ポートが、異なる用途のための異なる位置を有し、
エンジンの中央に対して対称的に対向する前記ポートは、流体エネルギ変換器、コンプレッサ及び２サイクルエンジンの用途に用いられ、
前記対称的に対向するポートは、高圧領域の方へ僅かに移動し、ポートシーリングが交差する間に旋回ブレードのポートの妨害に利用し、吸気−排気の流れを瞬間的に自由にすることを防ぎ、
内燃機関のための前記吸気ポートは、前部の輪郭シーリングに関する角度のある吸入領域で円弧形状であり、流体の流れの遅延時間の割合をさらに増やし、
前記旋回ブレードを半径方向に通り抜ける前記逆止め弁ポートは、遠心力によってチャンバ中央の吸気を高め、
内燃機関のための前記吸気ポートは、細長い角度のある孔に形成され、流体の流れの遅延時間及び慣性排気の割合を増やし、
前記点火プラグ及び圧縮比同調器は、上死点の水平位置にあるとき高圧領域内の旋回ブレードの輪郭シーリングのどこかに位置し、流体の流れの遅延時間の割合をさらに増やす、請求項１に記載のロータリー式装置。
【請求項１１】
前記旋回ブレードの継手が、
前記旋回ブレードのそれぞれの端部のオス部及びメス部と、
前記オス部が、前記ローターの２つの相補的な旋回ブレードの両端にあるとともに、同一の前記旋回ブレードの両端にある２つのメス部と、
４つ以上の旋回ブレードを互いに堅固に組立てらるように下部の保持フィンガーを備えた、２つの異なる曲率半径を有する円筒を形成する前記オス部と、
前記ハウジング壁に対して摩擦パッドとして作用してローターの変形を適切なダイヤモンド形に案内し、金属プラスチック、セラミック、ガラスその他を許容する硬質合金に対応する前記オス部と、
アーム延長部分を有し、２つの異なる曲率半径を保持する前記メス部と、
前記メス部内及びメス部に沿って位置する溝内の継手内シーリングと、
継手内軸受に対応し、摩擦のない前記円筒状のオス部を前記メス部に接続する継手と、
を備える、請求項１に記載のロータリー式装置。
【請求項１２】
前記伝達スロットが、
前記ブレードのピボット間の中途付近に前記エンジン軸に平行な旋回ブレードのホイール軸受軸と、
ホイール軸受軸及び伝達スロットと堅く嵌合する円筒状のホイール軸受軸のホルダと、
前記側面カバーの環伏トラック上を転動するホイール軸受を各１つ担持する前記ホイール軸受軸端と、
前記中央出力ディスク及び出力軸の駆動を可能にする、前記環状出力スリーブ軸受けの耳部の１つのための前記ホイール軸受軸上の取付けスペースと、
を備える、請求項１に記載のロータリー式装置。
【請求項１３】
前記旋回ブレードのオス継手内のエンジン軸に沿ってそれぞれが直線状の溝内に位置する一組の輪郭シーリングを有し、
背面ばね式滑動として形成されるゲート型シールプレートと、
前記ハウジング壁及び前記側面カバーと同時に嵌合接触する背面ばね式滑動として形成されるゲート型シールプレートと、
前記輪郭シーリング及びスプリングが据え付けられる溝の底部に位置するゴム製の輪郭シーリングダンパーと、
を備える、請求項１に記載のロータリー式装置。
【請求項１４】
前記旋回ブレードによって担持される側面シーリングのシステムを有し、
前記側面カバーと接触する曲線状の溝及び曲線状のシーリングと、
前記オス継手の各側面上の月のような形状の溝及びペレットシーリングと、
を備える、請求項１に記載のロータリー式装置。
【請求項１５】
前記側面シーリングが、
前記押し継手の各側面上の月のような形状の溝及びペレットシーリングと、
意図的にローターと永続的に接触する各側面カバー内のほぼ楕円形のピボット経路溝及び静的背圧リングと、
を備える、請求項１に記載のロータリー式装置。
【請求項１６】
潤滑の抑制が可能であって、
冷却のための潤骨剤が不要という有利な構成と、
内部の視差影響がないという有利な構成と、
内部応力下でシーリングが不要であり、水素による脆弱化がないという有利な構成と、
潤滑剤のない運転のために超硬質材料製の前記輪郭シーリング及び側面シーリングシステムと、
を備える、請求項１に記載のロータリー式装置。
【請求項１７】
前記環状出力スリーブが、
エンジン軸、前記接線の機械式差動装置及び出力ディスクのための内部のレセプタクルと同心の空の環状リングと、
それぞれ旋回ブレードのホイール軸受軸に接続する２つの対向する小型軸受リングと、
トルクを前記接線の差動装置座金に伝達するための前記空の環状リングの内表面上の複数の溝と、
前記空の環状リングによって担持されて内部領域の外部領域への漏れを防ぐ一組のシーリングと、
を備え、２つの前記環状出力スリーブは、クアシタービン内で９０°の間隔で共に直線状に嵌入され、
それぞれが非一定の角速度で相対的な前後回転を行い、
前記流体エネルギ変換モード時の２つの対向する前記旋回ブレード上の付加圧力が、一般的に前記ホイール軸受及び前記環状トラックの必要性を抑制する前記環状出力スリーブによって相殺される、請求項１に記載のロータリー式装置。
【請求項１８】
前記遠心クラッチ重りが、
前記旋回ブレードと前記環状出力スリーブとの間に位置する複数の前記遠心クラッチ重りと、
最も近い前記ホイール軸受軸の周囲を回転する前記遠心クラッチ重りと、
非一定の角速度で回転する前記環状出力スリーブの外表面上に位置する複数の摩擦クラッチパッドと、
非一定の角速度で回転する前記環状出力スリーブの内表面上に位置する複数の摩擦クラッチパッドと、
非一定の角速度で回転する前記環状出力スリーブの表面上に位置する複数の摩擦クラッチパッドと、
クアシタービンエンジンの外側に位置するが、内側の前記遠心クラッチ重りによって駆動される複数の摩擦クラッチパッドと、
前記出力軸によって、クランクを回してエンジンを始動できるようにするクラッチパッドのロック機構と、
を備える、請求項１に記載のロータリー式装置。
【請求項１９】
前記モジュレーテッド・インナー・ローター・ボリューム（ＭＩＲＶ）が、
それぞれの旋回ブレードのホイール軸受軸の一方から他方に延在する、２つの連続する前記旋回ブレードの内部の継手及び前記環状出力スリーブの外表面によって形成される三角形状のチャンバを備え、
前記モジュレーテッド・インナー・ローター・ボリューム（ＭＩＲＶ）は、前記外部のローターチャンバと位相が４５°ずれており、
前記三角形状のチャンバは、開いたダイヤモンドのコーナー角で最小体積を有し、閉じた角度で最大体積を有し、
前記ローターの回転は、最大体積に閉じ込められたガス−液体を排気し、前記最小体積構成から同様の内容物を吸気し、
前記モジュレーテッド・インナー・ローター・ボリューム（ＭＩＲＶ）は、コンプレッサー換気装置として、及び第２ステージの低流高圧コンプレッサモードとして作用することが可能であり、
前記モジュレーテッド・インナー・ローター・ボリューム（ＭＩＲＶ）は、パルス状、平行、及び対向のいずれかの流れ方向によって２つの独立した上部及び底部回路を通して前記ローターの内部領域を換気することが可能であり、
前記モジュレーテッド・インナー・ローター・ボリューム（ＭＩＲＶ）は、エンジンブロックを通して、及びローターの中央部分において空気−
液体クーラントを循環させて、統合された冷却のアクティブ回路を提供することが可能であり、
前記モジュレーテッド・インナー・ローター・ボリューム（ＭＩＲＶ）は、標準気化器の燃料ダイアフラムポンプを作動させるために必要な圧力変動を提供することが可能であり、
前記モジュレーテッド・インナー・ローター・ボリューム（ＭＩＲＶ）は、流れ方向の逆転により、両回転方向で機能し、
ディーゼル燃料ポンプ又は他の装置等を駆動するための超高圧を回ブレードのシザー効果によって得ることが可能である、請求項１に記載のロータリー式装置。
【請求項２０】
前記モジュレーテッド・インナー・ローター・ボリューム（ＭＩＲＶ）が、回転せずに単にダイヤモンド形の前記ローターの連続する振動での変形によって、交互のピストン、外部流体圧力その他のものを用いてコンプレッサ、ポンプ及び振動エンジンとして機能することができる、請求項１に記載のロータリー式装置。
【請求項２１】
前記旋回ブレードのモジュレーテッド・インナー・ローター・ボリューム（ＭＩＲＶ）が、インワード・ローター・エンジン・クアシタービン（ＩＲＥＱ）として作用することが可能であって、
それぞれの旋回ブレードのホイール軸受軸の一方から他方に延在する、２つの連続する前記旋回ブレードの内部の継手及び前記環状出力スリーブの外表面によって形成される三角形状のチャンバを備え、
三角形状のチャンバは、開いたダイヤモンドのコーナー角で最小体積を有し、閉じた角度で最大体積を有し、
前記チャンバの最小の体積構成内の圧力は、前記ローターを最大体積構成の方への９０°の回転を引き起こし、
連続する前記三角形状のチャンバの加圧によって、エンジンモードにおける前記ローターを連続的に駆動することが可能であり、
インワード・ローター・エンジン・クアシタービン（ＩＲＥＱ）モードは、コンプレッサ、ポンプ及び他の用途に遊離した前記ローターの外部領域を提供する、請求項１に記載のロータリー式装置。
【請求項２２】
前記接線の機械式差動装置が、
前記出力軸と同心円状であってこれを担持し、複数の半径方向に延在するピンレセプタクルを有する大径の出力ディスクと、
前記半径方向に延在するピンに嵌入される２つの座金ピンを担持する一組の差動座金と、
直径の等しい球の一部としての前記出力ディスクの外部表面形状、及び前記出力ディスクの球面上への完全な配置を可能にするように形成される前記差動座金と、
前記環状出力スリーブ内部の溝及び段差に嵌合する前記差動座金の前記２つの座金ピンと、
前記差動座金を前記半径方向に延在するピンのまわりを僅かに回転できるようにする前記出力ディスクの外径と前記環状出力スリーブの内径との間の遊びと、
前記差動座金が回転するための空間を提供する軸方向に沿った前記出力ディスクの周辺正面の曲率と、エンジンを分解することなくクアシタービンの前記側面カバーの中央孔の１つを通り抜けて前記接線の差動装置組立体を出入りする滑動を可能にする設計と、
を含み、前記接線の機械式差動装置は、前記旋回ブレードの回転高調波を防いで前記出力ディスク及び出力軸に到達する、請求項１に記載のロータリー式装置。
【請求項２３】
前記中央軸が、
中央のハウジング軸と共線で、２つの前記側面カバーを横断し、側面カバーのうちの少なくとも１つで軸支された中央軸と、
前記出力ディスク及び前記接線の機械式差動装置で構成される中央軸連結機構と、
を含み、機構を連結している軸は、エンジンを分解せずに容易に出し入れできるスライド式プラグイン装置として形成され、
前記接線の機械式差動装置の連結機構は、軸上の回転による高調波変調を除去し、
前記軸は、その両端部で全出力を取り出し、
前記出力ディスク及び出力軸は、機関の運転に必須ではなく、取り除くことが可能であり、
前記中央軸は、少なくとも一端で軸スラスト軸受、及びどちらかの端部でエンジンクランク始動装置を担持する超大径の薄壁管軸であることが可能で、プロペラねじ、電気部品、発電機、ギアボックス軸等のようなアクセサリを閉じ込め、
異なる方式において可能な複数のクアシタービンをトルクを加えるためにシンプルなラチェット式の連結によって単一で共通の前記出力軸上に並べて積み重ねることが可能である、請求項１に記載のロータリー式装置。
【請求項２４】
エンジンモードにおいて、前記点火火炎伝播スロットキャビティが、
１つの前記チャンバから次に続くチャンバへの火炎伝播を可能にして連続的な燃焼を可能にするように、チャンバ圧力に耐える前部の輪郭シーリングの近隣に位置するハウジング軸郭壁への切欠きを備え、前記点火火炎伝播スロットキャビティは、高圧燃焼ガスの次に燃焼準備のできたチャンバに噴射できるようにし、動的に高められた圧縮比を生成する、請求項１に記載のロータリー装置。
【請求項２５】
エンジンモードにおいて、ハイテク燃料ガス及び水素燃料の機能が、
エンジンの軸方向の各側に位置し、容易に到達可能で独立及び層化された給気を可能にする多重対向の前記吸気ポートと、
ハウジング輪郭壁上に半径方向に位置し、容易に到達可能で独立及び層化された給気を可能にする多重並列の前記吸気ポートと、
ホイール軸受及び環状トラックが非常に強固である前記旋回ブレードと、
ハイテク燃料ガス及び水素の逆火を防ぐ直接的な吸気及び必要に応じて光電爆発モードを可能にするような低温に保たれる吸気チャンバ領域と、
を備える、請求項１に記載のロータリー式装置。
【請求項２６】
前記クアシタービン内燃機関ＱＴＩＣサイクルが、
上死点の近くのクアシタービンの急速かつ直線状の圧力−圧縮上昇降下特性と、
蝶形弁に対する制約のない連続的な大気圧吸気と、
気化、噴霧及び同期化手段を用いずに前記連続的な大気圧吸気に直接混合される燃料と、
標準的な圧力レベルでの前記燃料混合気の圧縮、及び点火プラグによって起爆される均一な燃焼と、
超硬圧縮比によって点火プラグと置き換えるための小型の調整可能なネジ付きピストン製の前記圧縮比同調器と、
短く急速な上昇降下のクアシタービン圧力パルスによるディーゼル機関のような圧力レベルでの前記燃料混合気の圧縮、及び高温断熱性及び放射条件による均一な燃焼と、
超高圧で点火プラグ又はその他の同期化手段を必要とせずに可能な光電爆発エンジンモードと、
光電爆発のノッキングに適切に対抗するための、前記旋回ブレードの質量の運動量伝達のない上死点近くの体積変化と、
及び光電爆発のノッキングの慣性を滑らかにするための前記ローターの旋回ブレードの重量構造と、
を備える、請求項１に記載のロータリー式装置。
【請求項２７】
熱化が、
前記ハウジング軸郭壁と直接機械的に接触し、それによって燃焼チャンバ壁の熱化、熱の伝播及び放散を向上させる前記旋回ブレードの前記円筒状のオス継手と、
前記ローターの旋回ブレードの中央領域を露出させる大きな中央孔を有し、従っていわゆる内部のエンジン部品を排除し、冷却を改善し、必要とされる潤滑剤の熱的な役割を減じる２つの前記側面カバーのうちの少なくとも１つと、
前記旋回ブレードと前記環状出力スリーブとの間の前記モジュレーテッド・インナー・ローター・ボリューム（ＭＩＲＶ）による強制的な液体及びガスの換気と、
を含む、請求項１に記載のロータリー式装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】本発明は、一般的に申し分なく均衡のとれた、ゼロ振動のロータリー式装置に関し、特にロータリーエンジン、コンプレッサ及び圧力又は真空ポンプ等に関する。
【従来技術の説明】
米国特許第６，１６４，２６３号では、クアシタービン（Ｑｕａｓｉｔｕｒｂｉｎｅ  略＝Ｑｕｒｂｉｎｅ）と呼ばれる一般的なローターリ式装置を開示しているが、可変ダイヤモンド形状のローターを形成する４つの旋回ブレード及び４つの転動キャリッジ、ややスケートリンク状のサン−チラールの閉じ込め形状に沿って形成される凸凹のあるハウジング壁内に載置されるローター、側面カバーによって塞がれるハウジンク壁の側面を用いている。クアシタービン装置では、４つの周辺転動キャリッジを用いてローターをハウジング壁内の所定の位置に保持し、旋回ブレードのラジアル負荷圧力をハウジング壁の対向部分に伝達し、全ての負荷圧力を中心部から取り除くような方法でクアシタービンをセンタフリーのエンジンに構成している。
また、米国特許第６，１６４，２６３号では、効果的だがシンプルなローターと軸との差動連結機構を開示しており、サン−リラール閉じ込め形状のハウジング壁に対する曲線族の正確な計算に対する一般的な方法を更に提供している。大部分のロータリーエンジンでは、ピポット接続部又は２つの隣接するブレードの頂部を凸凹のあるハウジング壁、及び２つの側面カバーによって同時に封止しなければならず、これが重要かつ解決の難しい５体の封止課題である。この封止課題は、キャリッジによって重ね合わせたオス−メスピボット設計によって米国特許第６，１６４，２６３号において十分に解決された。理論的なシミュレーション結果及び実験的なデータによって、クアシタービン装置の例外的なエンジン特性、特に上死点付近での直線状に傾斜した圧縮圧力の上昇降下勾配による圧力パルスの不足が明らかになった。
こうした状況において、本発明は、米国特許第６，１６４，２６３号におけるクアシタービン装置の改善ではなく、直接的な出力の取り出しのためのセンタフリーのエンジン特性を維持し、その一方で旋回ブレード、ホイール軸受、及び環状トラックをローター内に配置する、類似又は別の用途のための全てのクアシタービンのローター配置系に適用可能な「中央環状ローター支持体」を開示する。中央環状ローター支持体を示すために、隣接するブレード間にシンプルな円筒状のピボット継手を組み込んだ転動キャリッジのない４つのブレードで構成するローターを用いたクアシタービンの実施態様を用いている。このピボット継手は、オス端部の下に保持フィンガーを備え、５体の封止課題を効率的に解決する。
本発明の装置は、ブレードによって加えられる圧力負荷を受けるために環状トラックを担持するホイール軸受及び側面カバ−を備える。また、本発明は、ＰＶ（圧力−体積）線図の最適なエンジン効率を満たすために、正確なパラメータの計算方法及び適切なサン−チラール閉じ込め形状の独特な選択基準を提供する。この構成によって、クアシタービンが１００ＭＷを越える出力を提供するようにスケールアップすることが可能になる。
この新規なローター配置によって、スリーブの外表面上で遠心クラッチ用重りの有無にかかわらず各一対の対向するブレードと連結している環状出力スリーブの挿入が更に可能になる。モジュレーテッド・インナー・ローター・ボリューム（ＭＩＲＶ）によって、ポンピング−
換気作用が可能になり、内燃機関モードにおけるローター内部の冷却に特に有用である。
また、ＭＩＲＶは、一般的に米国特許第６，１６４，２６３号に開示されるクアシタービンの設計に適用することもできる。最終的に、差動座金は、環状出力スリーブの内壁上で出力ディスク及び軸と連結している大径の接線の機械式差動装置を形成する。より短い閉じ込め時間及びより速い直線状に傾斜した圧縮圧力の上昇降下勾配によって、新規なオットー及びＱＴＩＣサイクルモードの組合せが可能になり、光電爆発との両立が可能である。
【目的及び発明の開示】
本発明の目的は、旋回ブレード、ホイール軸受、一般的に全てのクアシタービンのローター配置系及び他のロータリーエンジン、コンプレッサ、又はポンプに適用可能な環状トラックを担持する側面カバー（又は代替的に環状出力スリーブによる加圧流体エネルギコンバータモードの加圧負荷の相殺）を使用し、特にキャリッジのない隣接するブレード間にシンプルな円筒状のピボット継手を組み込んだ４つのブレードを用いたクアシタービンの実施態様に対して使用可能であり、この間継続的にエンジン中央部で直接的に出力を取り出し、最近請求されたクアシタービンの特性を保つ、クアシタービンの中央環状ローター支持体を提供することである。
本発明の別の目的は、圧縮室内の表面−体積比率を最小化し、乱気流を減じる選択したクアシタービンの設計配置に適切な凸凹のあるハウジング壁の「サン−チラール閉じ込め形状の計算方式」を提供することである。この計算方法には、凸凹のあるハウジング壁を生成するために、曲線族からのエンジンに最適な閉じ込め形状の選択基準が含まれる。
本発明の別の目的は、最大の気密性を可能にする継手、ゲート型のためのスペース、単一又は複数の輪郭シーリングによるゼロに近い溝内の動作、より高い最高回転数を有し、それによって設計されるシーリングを備えた超高圧の用途に適した、低摩擦、旋回ブレード、特にプラスチック、セラミック又はガラス等の非金属材料に適した継手の設計を提供することにある。圧縮比同調器は、点火プラグを高圧縮比の光電爆発式燃焼機関モードに置き換えることができる。
本発明の更なる目的は、遠心クラッチ用重りの有無にかかわらず、移動旋回ブレードの内表面と環状出力スリーブの外表面との間に環状ポンピング−
換気作用を発生させるモジュレーテッド・インナー・ローター・ボリューム（ＭＩＲＶ）を提供することにある。モジュレーテッド・インナー・ローター・ボリューム（ＭＩＲＶ）は、内燃機関モードにおけるローター内部の冷却に特に有用であり、その一方で環状出力スリーブの内表面上への差動座金の挿入を可能にし、出力ディスク及び軸と連結している大径の接線の機械式差動装置の形成を可能にする。
本発明の別の更なる目的は、より短い閉じ込め時間及びより速い直線状に傾斜した圧縮圧力の上昇降下勾配の可能性によって、光電爆発との両立が可能な内燃ＱＴＩＣサイクルモードにおけるオットー及びディーゼルクアシタービンを組合わせた新規な運転を提供することにある。
これらの目的を達成するために、クアシタービンのローター配置は、選択したローター配置のために設計された一組の輪郭及び側面シーリング（直線ゲート型及びペレット）を備えた現在の旋回ブレード、ローター構成を受けるように計算した適切な凸凹のあるハウジング壁を使用する。
【好適な実施態様の詳細な説明】
米国特許第６，１６４，２６３号では、旋回ブレードの圧力負荷を受け、それを対向する凸凹のあるハウジング壁に伝達するために４つの転動キャリッジを用いたクアシタービンのローター配置を開示している。本発明では、ブレードの内面側の出力伝達スロットに位置する旋回ブレード自身の一組のホイール軸受、環状トラック上を転動するホイール軸受、各側面カバーの中央部に取り付けられる一つのトラックによって各ブレード上に圧力負荷を受ける、キャリッジのないクアシタービンのローター配置を開示する。このローター支持構成は、全てのクアシタービン系の設計に適用可能で、特定の転動キャリッジのないクアシタービンの実施態様に示される。このクアシタービンのローター配置は、部品点数、摩擦面、及び圧縮チャンバ内の総壁面を減じ、特にブレードがプラスチック、セラミック又はガラス等である旋回ブレードに適している。さらに、このローター配置によって、ゼロに近い溝内の動作を有する単一又は複数の輪郭シーリングを可能にし、キャリッジの冷却システムが不要になる。
本発明は、一般にロータリーエンジン、コンプレッサ又は加圧又は真空ポンプに適用する。
本発明のクアシタービンは、一般的に図１の番号１０で表され、凸凹のあるハウジング壁１４及びハウジング壁１４の各側面に１つずつ２つの側面カバー１６、このケーシングに閉じ込められる４つ以上の旋回ブレード２０のローター１８から成るステータケーシング１２を備える。各旋回ブレード２０は、ホイール軸受２６が位置する内表面２４上に出力伝達スロット２２を担持する。各側面カバー１６は、環状トラック２８（円形でなくてもよい）をそれらの内表面３０上に有し、旋回ブレード２０によって担持されるトラック上を転動するホイール軸受２６を支持する。
複数の切欠き３２は、冷却フィン３４を挿入できるカバー１６の外部周囲に配置される。また、液体冷却も容易に実現可能である。半径方向の吸気ポート３６及び排気ポート３８は、ハウジング壁１４又は側面カバー１６の軸方向に（図示せず）に位置する。逆止め弁ポート４０は、遠心吸気圧力を受けるために各旋回ブレード２０を通り抜けるように位置する。圧縮比同調器４２は、点火プラグ４４を高圧縮比の光電爆発モードに置き換えることができる。
各旋回ブレード２０の一端はオスコネクタ４６を担持し、他方は相補的なメスコネクタ４８を担持し、隣接するブレードのオス及びメスコネクタは低摩擦のピボット継手を提供するために図２に示すように接続される。円筒状のオスコネクタ４６は、輪郭シーリング溝５２を担持し、凸凹のあるハウジング壁１４の案内摩擦パッド５４として作用する丸みをつけた外側部を有し、案内摩擦領域に硬質合金製又はセラミック製のインサートに対応する。また、旋回ブレード２０は、継手５０のオスコネクタ４６内に側面ペレット孔５６、及びコネクタ４６と４８との間にブレードの側面に沿って延びる側面シーリング溝５８を有する。
旋回ブレードに用いる一組のシーリングは、輪郭シーリング６０、アーチ型側面カバー６２（側面カバー内の溝に位置する場合は連続させることができる）、及び旋回ブレードの継手５０のオスコネクタ４６内の小型ペレットシーリング６４で構成する。全てのシーリングはバックスプリングを有し、さらにハウジング壁に対する打撃からシーリングの寿命を延ばすために、輪郭シーリング６０がその溝の底部に位置するラバーバンド製の輪郭シーリングダンパー上に位置する。
図３に示すように、２つの環状出力スリーブ６６及び６８が配置され、各スリーブ上の対向リング７２によって２つの対向する旋回ブレードの出力伝達スロット２２のホイール軸受２６のアクスル７０にそれぞれ連結される。スリーブ６６及び６８は、直接的な出力の取り出し又は他の用途の軸、出力ディスクのエンジン中央の大径の孔が開いている。環状出力スリーブ６６及び６８は、それら自身の一組の側面カバーシーリング（図示せず）を担持し、スリーブの外部と内部とを遮断する。更に、環状出力スリーブ６６及び６８の内表面７４は、スリーブによって閉じ込められた任意の機構を駆動できる複数の溝７６を担持する。遠心クラッチ用重り７８は、旋回ブレード２０の内表面２４と環状出力スリーブ６６及び６８の外表面８０との間に位置し、各出力伝達スロット２２のそれぞれの面に隣接して位置する。接線の機械式差動装置は、環状出力スリーブ６６及び６８の内表面７４上に位置し、環状出力スリーブ６６及び６８と中央出力ディスク８４及び軸８６とを連結している複数（２つから２０以上）の差動座金８２で構成される。一組の最適なエンジンの凸凹のあるハウジング壁１４の選択基準によって、選択したクアシタービンのローター配置のためのハウジング壁１４のサン−チラール閉じ込め形状のステータの計算方法を開示する。
図１は、隣接するブレード間の継手５０のオスコネクタ４６によって配置される固体案内摩擦パッド５４によって案内されるハウジング壁１４内の四角形状の相互接続する４つの旋回ブレード２０を示す。ブレード２０のホイール軸受２６は、側面カバー１６によって担持される環状トラック２６上を回転する。クアシタービンが、流体エネルギ変換器又はコンプレッサとして作動する場合、ポート位置３６及び３８が用いられる。点火プラグ４４は、内燃機関モードの場合に配置される。明確にするため、遠心重り７８は図１に示されていない。
図２は、ダイヤモンド形状の４つの相互接続する旋回ブレード２０を示す。また、図２は、オスコネクタ４６、メスコネクタ４８、輪郭シーリング６０、アーチ型の側面シーリング６２、ペレットシーリング６４、ホイール軸受２６及び環状トラック２８の位置、及び円筒状のオス継手５０内のパッド５４の案内摩擦作用の詳細を包含する相互接続するピボット継手５０の詳細も示す。圧縮比同調器４２、火炎伝播スロットキャビティ８８及び中央部を有する旋回ブレードの逆止め弁ポート４０の一つを示す。図２に示すポート位置３６及び３８は、クアシタービンが反時計方向に回転する内燃機関モードで作動する場合に用いられる。また、図２は、モジュレーテッド・インナー・ローター・ボリュー厶（ＭＩＲＶ）９０も示す。環状ポンピング作用は、旋回ブレード２０の内表面２４と環状出力スリーブ６６及び６８との間にそれぞれ位置する、ＭＩＲＶ９０の体積の変化によってもたらされる。遠心クラッチおもり７８が、ＭＩＲＶ９０内に位置し、出力スリーブ６６及び６８の外表面８０に沿って移動することがわかる。
図３は、凸凹のあるハウジング壁１４を備え、２つの旋回ブレード２０を取り除いたクアシタービンの詳細を示す。また、遠心クラッチ重り７８の詳細も示すが、この重りは最も近いホイール軸受、環状出力スリーブ６６及び６８、及び出力ディスク８４及び軸８６と連結している大径の接線の機械式差動装置を形成する差動座金８２の周囲を旋回することもありえる。
４つの旋回ブレード２０は、ローター１８を形成するように互いに取り付けられ、可変ダイヤモンド形状を示し、全ての回転角においてローター１８を閉じ込めるように計算した凸凹のあるハウジング壁１４のサン−チラール状の閉じ込め形状内を移動する。旋回ブレード２０と凸凹のあるハウジング壁１４との間の輪郭シーリング６０は、各ピボット継手５０に位置する。膨張又は燃焼チャンバ９２は、旋回ブレード２０の外表面９４と凸凹のあるハウジング壁の内表面９６との間の体積によって形成され、１つのピボット継手輪郭シーリング６０から次のシーリングに延在する。
図２を参照すると、ローター１８が回転するとき、チャンバ９２は上部と下部（上死点）で最小体積となり、左右（下死点）で最大体積となる。一回転の間に、回転ごとに合計１６の行程が完了するように、各旋回ブレード２０は４つの完全なエンジン行程を行う。さらに、膨張行程が、水平にある旋回ブレード２０から始まり、それが垂直になって終了したとき、次に続く旋回ブレードが、不動作時間を伴わずに新規の膨張行程を即時に開始する。これは、クアシタービンが吸気及び排気において準連続流エンジンであり、その両方が凸凹のあるハウジング壁１４の半径方向又は側面カバー１６の軸方向のどちらかに位置できることを意味する。取り外し可能な複数の吸気孔及び排気孔プラグ９８は、２つの平行する圧縮及び膨張回路を単独の連続的な回路に変換するために用いることができる。２つの半独立の回路は、２サイクル内燃機関、流体エネルギ変換器、コンプレッサ、真空ポンプ及び流量計としての動作に対して、取り除かれた全てのプラグと平行して用いられる。図２のポート配置に示すように、４サイクル内燃機関を形成するために、中間のポートを塞ぐことによって２つの半独立の回路を連続的に用いる。
図２に示すように、吸気及び排気ポートが異なる用途に対して異なる位置を有し、それらの位置によって吸気及び排気のタイミングを先行又は遅延させることができることが分かる。各旋回ブレード２０上の圧縮流体によって働く圧力負荷は、それぞれの側面カバー１６に取り付けられる環状トラック２８上を転動するホイールベアリング２６が受ける。この幾何学的な配置によって、旋回ブレード２０が大きな圧力負荷を受けたとしても、ローター１８のダイヤモンド形の変形にはほとんどエネルギを必要とせず、ピボット継手５０の近傍に位置する摩擦パッド５４及び輪郭シーリング６０が、ダイヤモンド形状の変形中にローター１８を案内する。ホイール軸受アクスル７０は、回転中に一定の角速度で運動しないので、出力ディスク８４及び軸８６を一定の角速度で駆動するために、環状出力スリーブ６６及び６８内に差動リンク機構を構築しなければならない。
ステータ１２及び側面カバー１６は、エンジンのローター軸の中央に置かれる。
側面カバー１６は、ブレード２０に担持されるホイール軸受を受ける環状トラック２８を有するが、このトラックは円形でなくてもよい。図１は、側面カバー１６の中央孔１００を示すが、この孔は、出力ディスク８４及び差動座金８２をエンジンを分解せずに出し入れできるように十分大きくすることができる。軸受ホルダキャップは、大径の側面カバー孔１００に嵌入することができる。吸気ポート３６及び排気ポート３８は、ステータ１２の半径方向又は側面カバー１６の軸方向（図示せず）のどちらかに位置する。モジュレーテッド・インナー・ローター・ボリューム（ＭＩＲＶ）９０に対して、側面カバー１６は、ローター１８を冷却するために、一組の換気ポート１０２を担持する。点火プラグ４４は、ステータ１２の頂部に可変角度で位置させることが可能で、また２サイクルエンジンモードの底部（図示せず）に位置させて、超高圧縮比の光電爆発モードの場合に「圧縮比同調器」呼ばれる小型のねじ付きピストンに置き換えることもできる。これは、異なる燃料又は運転動作に対して燃焼チャンバの状態を最適化するためにフィードバック制御することができる。ステータ１２と側面カバー１６との間の接触面は、固定ガスケット１０４を担持する。
環状トラック２８は、ホイール軸受２６が２つの連続するブレードのピボットの軸を結合している線上にある場合にのみ円形である。ローター１８の中央孔は、旋回ブレード２０の外表面９４にホイール軸受２６が近づいたり遠のいたりする動作によって、ピボット継手５０の調整範囲を越えて小さく又は大きくすることが可能であるが、その後側面カバー１６内の環伏トラック２８はもはや完全な円形ではなく、楕円形状になる。ホイール軸受２６は、旋回ブレード２０の各側面上に位置し、ローラー又はニードル軸受１０６を担持する。ブレード摩擦パッド５４は、輪郭シーリング６０の近傍に位置し、旋回ブレードのオスコネクタ４６自身によって形成することができるが、又は旋回ブレード２０全体の硬化を防ぐために輪郭シーリング６０を包含する小さなインサート（図示せず）によって形成することができる。
あるいは、この構成では、硬質のインサートを用いて完全な旋回ブレード継手５０を形成することができる。燃焼チャンバ９２内の圧力は、旋回ブレード２０によって担持されるホイール軸受アクスルの周囲に顕著なトルクを発生させず、結果的に、燃焼チャンバの圧力はハウジング輪郭壁１４に対する摩擦パッド５４の圧力にほとんど影響しない。小型ローターの変形によって本質的には摩擦パッドの圧力があるが、圧力負荷にほとんど依存しない。しかしながら、この同一の圧力負荷は、全てのローターに大きな接線方向の回転力を与える。燃焼チャンバ９２は、旋回ブレード２０を切り取ることによって拡張することが可能で、超高圧縮比光電爆発モードでは、点火プラグ４４の代わりに「圧縮比同調器」４２を使用する。
この製造方法によって、ステータ全体及びローターを円筒状のディスク、そのディスクの内部に形成されるハウジング輪郭壁、及びその外部周辺に形成される旋回ブレードを形成することが可能になる。あるいは、凸凹のあるハウジング壁１４を精密鋳造によって成形すること、及び旋回ブレード２０を鋳造又は金属粉末のプレスによって成形することができる。同様の技術及び金型も、プラスチック又はセラミックに有用である。
旋回ブレード２０は、オスコネクタ４６及びメスコネクタ４８を全て同様に形成してピボット継手５０を形成することができる。あるいは、半分のブレード２０の半分が２つのメスコネクタ及び他の２つのオスコネクタを有することができる。良好な「５体」密閉継手の設計が非常に重要であり、大きな力のベクトル解析を満たさなければならない。本発明のブレードピボット継手５０は、圧力負荷及びトルクの全ての接線方向の押し出し力及び引き出し力に対して十分強力でなければならず、その一方で２つの接続した旋回ブレード２０の独立した低摩擦の回転動作を可能にしなければならない。同時に、この継手は、それ自身が漏れを防げなければならず、凸凹のあるハウジング壁１４及び２つの側面カバー１６を有する。必要に応じて、このピボット継手５０は、必要なローターのエネルギ変形をさらに減じるために軸受を閉じ込めるスペースを有する。広範囲にわたる調査によって、図２に詳述される二重のノミ継手ピボットの概念に至った。これは、オスコネクタ４６が２つの異なる半径１０６及び１０８をその本体１１０に有し、旋回ブレードの相互の保持に用いる本体１１０から間隔をあけたフィンガー１１２を有する。また、メスコネクタ４８は、延長アーム１１８上に位置する２つの異なる半径１１４及び１１６を有し、アーム１１８が本体１１０とシンガー１１３との間に載置される場合に、半径１１４及び１１６はオスコネクタ４６上の半径１０６及び１０８と連携してコネクタ４６及び４８の開放を防ぐ。ローターのトルクの増加に従って、継手５０はより締め付けられ、更に漏れを防ぐ。
輪郭シーリング６０は、旋回ブレードのオスコネクタ４６に沿って軸方向に位置する単一又は複数片の引き出し型シーリングであり、溝内の位置ずれがほぼゼロに近く、凸凹のあるハウジング壁１４に常にほぼ垂直な接触角を生じさせ、選択した配置に対して−
６．３５°から＋６．３５°だけ僅かに離れる。連続する複数片の輪郭シーリング（図示せず）は、継手５０がポート３６及び３８の前方を通過するときに２つの連続するチャンバが互いに接触することを防ぐように用いることができる。また、この複数のシーリング構成によって、少なくとも１つのシーリングがその溝の内側へ常に移動し、その一方で他のシーリングが外側へ移動できることも確実にする。さらに、この輪郭シーリングは、その溝５２の底部に位置するか、又はハウジング壁に対する打撃からシーリングの寿命を延ばすためにスプリング間に位置するゴム製の輪郭シーリングダンパー上に位置する。旋回ブレード２０は、オスコネクタ４６の端部で、直線状又は僅かに曲線状のゲート型側面シーリング及びペレット型シーリングによってその両側を側面カバー１６で封止される。シーリング溝は、シーリングの背後の圧力ガスが広がらないように、異なる深さを有する。必要であれば、必須ではない直線状のピボット内シーリングをメスコネクタ４８の一方の側面カバーから他方へ組み込むことが可能である。旋回ブレード２０が、プラスチック、セラミック又はガラス等の滑らかな又は脆弱な材料で形成されている場合、適切な動作及び摩擦制御のために各旋回ブレードの継手５０に配置される金属インサートのための空間がある。円弧として形成する場合、旋回ブレード側面シーリング溝５８は旋盤での成形が容易である。このアーチ型シーリングは、旋回ブレード２０の外表面の周縁部付近に配置され、燃焼モードでの最小体積を閉じ込め、ローターの奧で、カバー１６の外部の領域で高圧を保持するが、それらの総圧力を減じる。僅かに縮んだ閉じ込め形状で側面カバー１６に組み込まれる、連続する楕円状のシーリングは、開示された複数の構成要素の側面シーリングのシンプルな別の方法でもある。全てのシーリング６０、６２及び６４は、それぞれハウジング壁１４及び側面カバー１６と常に接触するようにバックスプリングを有する。低摩擦ホイール軸受２６、ピボット継手５０の設計及び開示されたシーリングセットによって、クアシタービンは優れた漏れ防止状態を維持し、その一方で高い圧力負荷に耐えられるようになる。
多くのクアシタービンは、ある種の遠心クラッチ型を有することで効果を得る事ができる。クアシタービンの構成によって、ローター１８内に遠心クラッチ重り７８を有することが可能になり、各重りはホイール軸受２６とブレード端との間、旋回ブレード２６と体積９０内の環状出力スリーブ６６及び６８の外表面８０の中間に位置し、モジュレーテッド・インナー・ローター・ボリューム（ＭＩＲＶ）の環状中央ポンプ効果によって適切に換気される。
遠心クラッチ重り７８は、ホイール軸受軸７０周辺で回転することができる。任意の遠心クラッチと同様に、重り７８はローターの慣性を僅かに増加させる。遠心クラッチ重り７８は、環状出力スリーブ６６及び６８の上、角回転速度が一定である出力ディスク８４内か、又はクアシタービンの外部のいずれかに位置するクラッチ摩擦パッド（図示せず）の駆動に用いることができる。このような場所にある遠心クラッチによって、何らかのクラッチロックが与えられない限り、従来の始動機は出力軸８６ではなくクアシタービンのローターの駆動に用いなければならないことが分かる。
各一組の対向するホイール軸受２６は、一定の角速度で回転しないので、２つの異なる同心円の中央環状出力スリーブ６６及び６８は、図３に示すエンジン軸に沿って並んで使用され、それぞれ対向リング７２によって２つの異なる対向するホイール軸受軸７０を接続する。各環状出力スリーブ６６及び６８は、ホイール軸受軸７０を経て対向する旋回ブレード２０からトルクを受ける外表面８０上の外部の対向リング７２を備えた環状リング状である。環状出力スリーブ６６及び６８上の２つの外部の対向する取付リング７２の別の手段として、遠心重り７８に接続する従来の遠心クラッチパッド（図示せず）を２つの連続するホイール軸受２６と環状出力スリーブ６６及び６８との間に挿入することができる。
環状スリーブ６６及び６８の内部には、座金ピン１１８によってその上に差動座金８２を取り付けることができる内表面７４に複数の溝７６がある。差動座金８２は、出力ディスク８４に接続するように出力ディスクピン１２０によって出力ディスク８４の表面、及び出力ディスクピン１２０の周囲の座金の振動運動によって出力スリーブ６６及び６８に回転可能に取り付けられる。示される設計において、環状出力スリーブ６６及び６８の相対的な最大の角度の変化は、それぞれの平均の角度の前後で６．３５°であり、最大の差動角度は１２．７°であるが、±１５°の差動座金８２の振動を生じる。空気式又は蒸気式の場合と同様に、上部及び下部両方のチャンバが対称的に加圧される加圧流体エネルギコンバータモードの場合、環状出力スリーブ６６及び６８は、２つの対向する旋回ブレード２０の相互の圧力負荷を受けたり相殺したりすることが可能で、この場合のホイール軸受２６及び側面カバーの環状トラック２８の使用の必要性を抑制することがある。
２つの並んだ環状出力スリーブ６６及び６８によって軸８６を駆動するために、軸出力ディスク８４又は大径の軸は、一組の差動座金８２上に位置する複数のラジアル伸長ディスクピン１２０を有する。各座金８２は、２つの対向する半径方向に延在する座金ピン１１８を有し、それぞれの出力スリーブ６６及び６８上のそれ自身の内部溝７６にそれぞれ嵌合する。
クアシタービンの設計がより厚く又はより幅が広くなるに従って、差動座金８２の直径も拡大し得るものの、座金が部分的なオーバーラップを受け持つ場合を除いて、出力ディスク８４の円周上に構成される作動座金を少なくすることができるが、これは十分可能である。実際に、差動座金８２の数、出力ディスクピン１２０の数、及び出力スリーブ６６及び６８内の対応する溝７６は、２つから２０以上まで様々である。示される設計において、ディスクピン１２０の周囲の差動座金８２の角度の振幅が±１５°であり、振動中に僅かに軸中心線から外れている座金が占めるように出力ディスク８４と環状出力スリーブ６６及び６８の内表面７４との間に少しの遊びを必要とする。あるいは、出力ディスク８４の外表面が同じ直径の球の一部として形成される場合、差動座金８２はその形状に応じて形成されれば外表面上に完全に位置することができる。さらに、差動座金８２上の座金ピン１１８は１５°の角度においてのみ円筒状であることが必要で、強度を増すために２つのピンの形状を座金の中央方向に伸長することができる。各半径方向に延在するディスク・ピン１２０は、差動座金自身の一部となることが可能で、軸受を担持することができる。この一組の差動座金８２は、２つの環状出力スリーブ６６及び６８と独特な出力ディスク８４との間を連結している大径の接線の機械式差動装置を形成し、一定かつ均一な出力軸の回転速度に対する回転の高調波を抑制する。別の差動設計が米国特許第６，１６４，２６３号に示され、他の大部分の従来の差動装置の設計でも機能できるが、トルクが最小となる大半径で機能し、スペースをほとんど取らず、また出力の取り出しのための大きなセンタフリーの領域を提供するので、上述の接線方向の差動装置の設計は、より有用である。さらに、大径の軸又は出力ディスク８４及び軸８６を、エンジンを分解せずにクアシタービンのエンジンに出し入れして組立てられるようになる。クアシタービンのローターの場合と同様に、この差動設計は、回転時の固定重心を有し、振動の極めて少ない（ゼロ振動の）エンジン特性を維持する。出力ディスクは、従来の貫通接続軸を保持、担持するか、又は超大径の薄壁管軸の一部とすることができる。この管軸は、噴射水又はポンピングのためのプロペラねじ又は発電機等を閉じ込めることができる。また、少なくとも１つの端部で軸方向のスラスト軸受を担持することもできる。
各モジュレーテッド・インナー・ローター・ボリューム（ＭＩＲＶ）９０は、一般的に三角形状であり、各体積はそれらに共通のピボット継手５０からそれぞれの伝達スロット２２及び環状出力スリーブ６６及び６８の外表面８０に延在する、隣接する旋回ブレード２０の内表面２４によって形成される。ローター１８が回転するにつれて、体積９０は変化する。体積９０は、外部の燃焼チャンバ９２と位相が４５°ずれており、統合された効率的な環状のポンプ又は換気装置を形成し、一回転ごとに８回その体積を置換する。ローターが最長のダイヤモンドを構成している場合、換気ポート１０２は、ホイール軸受２６の近傍の環状トラック２８の外部表面の近くで側面カバー１６内に位置する。側面カバー１６内の全ての換気ポート１０２が開いている場合、この構成によってパルス状の換気が可能になるか、又は適切な換気ポート１０２がエンジンの両側に選択されている場合、同一又は対向する軸方向における２つの異なる一方向の換気回路が可能になる。図１に示すように、側面カバー１６は交差した対称の中央を貫通した一組の換気ポート１０２だけを有し、入口がエンジン側面に１つのみで出口は他方に生じ、その一方で同一の側面カバーの連続するポートは、同じエンジン側面に入口と出口を形成する。本体を横断して通り抜けるラジアル逆止め弁４０の使用によって、チャンバと中央部分との伝達を可能にでき、これはクアシタービンのスターリング蒸気エンジン、コンプレッサ、又はエンジンの中央部分を通じたガスの遠心力によって拡張された混合気の吸気孔の重要な一例となりうる。モジュレーテッド・インナー・ローター・ボリューム（ＭＩＲＶ）９０は、適切に統合された環状ポンプを形成し、環状ポンプとして多くの用途や、エンジンモードにおけるローターの換気及び冷却に用いることができる。また、コンプレッサモードの場合には、第２ステージの低流高圧装置を形成することが可能であり、又は標準の気化器のダイアフラム燃料ポンプが必要とする圧力変動を提供することができる。さらに、オス案内フィンガー１１２がピストンを出入りする場合に、シザーピボットプレード効果によって継手５０で超高圧を得ることができる。同様に、燃料噴射器を駆動するディーゼル燃料ポンプのような高圧のポンピング効果を生じるために、他のピストン状の装置をこのシザー作用に組み込むことができる。最終的に、モジュレーテッド・インナー・ローター・ボリューム（ＭＩＲＶ）９０は、インワード・ローター・エンジン・クアシタービン（ＩＲＥＱ）として機能させることも可能で、その一方でクアシタービンの外部ローターをコンプレッサ、ポンプ、又は他の用途に用いることができる。
新規なクアシタービン内燃機関ＱＴＩＣサイクルモードによって、オットー、ディーゼル、及び最終的には光電爆発モードを組み合わせることが可能となる。オットーエンジンサイクルは、均一な燃焼のために大気中より低いマニホールド圧の混合気を吸気及び圧縮し、その一方でディーゼルエンジンサイクルは、常に大気圧の空気のみを吸気及び圧縮するが、これによって注入した燃料の不均一な燃焼を行う。より短い閉じ込め時間及びより速い直線状に傾斜した圧縮圧力の上昇降下勾配の可能性によって、新規なクアシタービン内燃機関ＱＴＩＣサイクルモードは、均一の燃焼のために大気圧で連続する混合気を吸気することから成り、それによってオットー及びディーゼルモードを組み合わせる。正弦波形状の最大圧縮比が、不必要な長い閉じ込め時間を形成することによって上死点を十分に形成せず、結果的に点火プラグ又は燃料噴射器等の信頼性の高い外部のトリガー源を必要とするので、このモードはピストン式のエンジンでは不可能である。クアシタービン内燃機関ＱＴＩＣサイクルは、点火プラグ４４によって適度な圧縮比で機能するか、又はほとんど全ての燃料に対して点火プラグを用いずに、その非常に短い直線状に傾斜した圧力パルスの頂点によって自動同期された光電爆発によって、非常に高い圧縮比で機能することが可能である。標準的なピストンでは、光電爆発に耐えることができない。これは、非常に長い時間混合気を閉じ込めた状態にしておかなければならず、また両行程端での激しい加速がより強力なピストンの形成を妨げることによって比較的小さなピストン質量が求められるからである。上方へのピストン運動量はノッキングの影響を悪化させ、その一方でクアシタービンの等運動の回転によって、比較的重い旋回ブレードがほとんど運動量を変化させることなく、上死点を通過することが可能になる。このＱＴＩＣサイクルモードは、クアシタービンの連続する空気の吸気流において非同期での燃料の微粒化及び気化を必要とするだけで、従来の真空気化器又は同期燃料噴射器及び光電爆発における点火プラグのタイミングの必要性を抑制し、バルブの障害及びより高速な光電爆発モードの化学燃焼を伴わない連続する吸気流によって、従来のモードよりも非常に高い回転数を可能にする。光電爆発は、高速の放射状の体積燃焼であって、未然の炭化水素がほとんど残らず、燃焼の完了に多くの余分な時間が残る。更に、閉じ込め時間がより短くなる可能性によって、燃焼化学は、膨張が始まる前にＮＯＸが生じ得る十分な時間と圧力を有さず、よりクリーンな排気を生じ、窒素の存在下で高温の水素の燃焼も包含する。クアシタービンは、不動作時間がないため、火炎を一つのチャンバから次に続くチャンバに伝達するためにハウジング壁１４を切り欠いた、点火伝播スロットキャビティ８８を用いることによって連続的な燃焼を提供することができる。また、この点火火炎伝播スロットキャビティ８８によって、高温高圧の燃焼ガスの次の燃焼準備したチャンバへの噴射が可能になり、上死点付近での燃焼チャンバの僅かな体積の変化によって圧縮比を大きく変化させるので、動的に高めた圧縮比を生じる。多種類の燃料により適切に機能するために、管内のシンプルな小型ネジ付きピストンの圧縮比同調器４２を点火プラグ４４の代わりに用いるため、必要に応じた圧縮比の微調整が可能になり、フィードバック制御が動的に行える。
クアシタービンは、一般的にエンジン、コンプレッサ又はポンプ、時にはデュアルモードで用いることができる。２〜３の用途を挙げると、小型又は超大型の蒸気、空気及び液圧モード（可逆の落水力発電所での使用を包含する）に好適であり、エンジン−ターボーポンプモードを組合せて、１つの吸気ポート及び対応する排気ポートを圧縮流体エネルギ変換器エンジンモードで使用し、その一方で他の吸気ポート及び排気ポートは正圧又は真空ポンプあるいはコンプレッサとして使用することができる。クアシタービンは、２サイクル又は４サイクルモードのオットー又はディーゼルの内燃機関として用いることができる。高圧縮比（２０〜３０：１）の光電爆発モードにおけるクアシタービンエンジンは、ジェット燃料又は低級の特殊なエネルギガス等の環境基準において燃やすことに問題のある天然ガス及び他の燃料に特に好適であるが、この場合、こうした燃料はいかなる同期化手段も用いずに、単に大気圧の吸気に混合する。更に、上死点近くの前部輪郭シーリング６０において、火炎伝播キャビティ８８を備えた連続燃焼モードに用いることができる。寒極と熱極を交互に伴う加圧ガス又は位相変化の液体蒸気によるクアシタービンスターリング・スチーム・ロータリーエンジンモード、及び可逆であり熱ポンプとして使用可能な装置に用いることが可能である。以前のエンジンモードの大部分は、点火プラグ（電磁界のない）を用いない動作が可能で、プラスチック又はセラミック製のエンジンブロックを有し、騒音レベルが低く、全ての特性が痕跡の残りにくいステルス性の軍事作戦に最も好適である。更に、こうした以前のエンジンモードによって、非常にエネルギ効率が良く、従来のピストンエンジンよりもより完全な内燃機関を可能にし、将来の最も過酷な環境基準を満たしている。また、クアシタービンは、ターボジェットのエンジンコンプレッサを駆動するエンジンとしても用いることが可能で、高温出力タービン及び関連するその温度、効率及び速度における制限の抑制を可能にする。開いた又は閉じたブレイトンモードにおいて、噴射のない（ガスの運動エネルギを媒介する変換は含まれず、塵埃粒子にほとんど影響を受けないようにする）ジェットエンジンを形成するために、低温クアシタービンはコンプレッサとして作用し、その一方で第２の高温クアシタービンは同一の軸上に空気モードで出力を発生することができる。第２の高温クアシタービンを抑制することが可能で、システムは大流量高温ガス発電機として使用することができる。ブラウンガスの内破を含む真空エンジンモードに用いることができる。多くの用途は、軸に付属の差動座金８２を（一例として発電機、ギアボックス、差動軸の）アクセサリ軸に直接固定することが可能で、クアシタービンは単にアクセサリ軸上を摺動して軸を調整することなく座金を載置するので、クアシタービンが自身の出力ディスク８４あるいは軸８６を有する必要がない。クアシタービンの空の中央部は、その中へのプロペラの配置に特に好適であり、エンジン全体を水中に入れることが可能な、自己統合型海洋ジェット推進システム、液体又はガスタービン状のポンプを形成する。また、この空の中央部は、軽量小型の発電機又はコンプレッサ又はポンプ用の電気モータのための電気部品への設置にも好適である。はずみ車及びエンジンの特定の高出力密度の欠如の結果として生じる素早い加速によって、投下した重量物の軟着陸のような戦略的な用途でのエンジンの使用が可能になる。改良したエンジンの吸気特性によって、クアシタービンは、高高度での飛行機の運行のような希薄な空気において、ピストンエンジンよりも良好に動作する。光電爆発に対する低い感度及び場合によっては油を使わない動作によって、側面の吸気の層化及び自然吸気を包含する水素燃料での運転に最も好適となる。クアシタービンは、オイルパンを有さず、重力による油の収集と必要としないので、微少重力の宇宙空間にあっても全ての可能な方向で動作することができる。またクアシタービンを、変調した体積が必要である大部分の素因又はプロセスを有する最新の、又は将来における一般的な代替のエンジン、コンプレッサ又はポンプとして使用することもできる。
凸凹のあるハウジング壁１４は、全ての回転角に対するローターの可変ダイヤモンド構成の経験的に得られた方程式からの派生物である。ハウジング壁１４は、独特ではないが曲線族の一部であり、エンジン効率の基準に従って選択しなければならない。ハウジング壁１４のサン−チラール閉じ込め形状を計算する前に、ブレード枢軸４４の形状曲線を計算しなければならない。この形状は、エンジン中央の軸全体の対称性だけを必要とするので、０〜４５°（又は１／８回転させた非直角の軸の状態）の初期の任意の動作が完全なピボット点の曲線を決定する。この経験的な０〜４５°の曲線は次の３つの制約を満たさなければならない：ｘ軸で交差する０度の角度でｙ軸に平行であること、ダイヤモンド形−四角形構成のコーナー部で一致すること、さらに、それらのコーナー部の勾配は連続的でなければならない。ローターが四角形構成である４５°の位置においてＲｘをｘ軸上のピボット形状の半径、Ｒｙをｙ軸上のピボット形状の半径と仮定すると、０°と４５°との間の変形Ｒ（θ）直線状半径の変化は、以下の経験式で表される（ピボット形状で、実際のハウジング輪郭壁１４ではない）。
Ｒ（θ）＝（Ｒｘ−（Ｒｘ−Ｒ４５）θ／４５）Ｍ（θ）
式中、変更パラメータの関数Ｍ（θ）は、以下の式で表される。
Ｍ（θ）＝１＋Ａｓｉｎ（４θ（１−Ｐｓｉｎ（４θ）））
４５°（Ｒ４５）〜９０°（Ｒｙ）の区間のピボット形状は、ピタゴラスのダイヤモンド−菱形の式から単純に与えられる。２つの定数Ａ及びＰは、±Ａが振幅を制御して大部分は軸領域に影響を及ぼし、±Ｐが角度の最大変位位置を制御してｘ軸からほぼ４５°のオーバーラップ領域の幅に影響を及ぼす、半径の変化のパラメータの調整を提供する。この経験的な説明は、２つのローブの閉じ込め形状をもたらす非常に高い偏心率を有する重要なピボット系の大部分の調査に適切であることが分かる。図１及び２に示されるハウジング壁１４は、ピボットの凹形の偏心率を制限する形状曲線から得られ、摩擦パッド半径１０６によって全周に拡張される。この拡張は、全ての角度において局部的なピボット形状の接触に垂直でなければならない。さらに、このエンジンを最も効率的な圧力−体積のＰＶ線図によって説明するために、エンジンのチャンバの最終的な膨張体積は、タンジェンシャルプッシュの可変表面によって生じる体積に等しくなければならず、これは回転中の２つの連続する輪郭シーリング６０の半径の差分に比例する。これらの基準によって、最適なエンジンモードの効率的なハウジング壁１４のための従属系統の選択が可能になる。パラメータＡ及びＰの値を微調整する良好な方法は、計算した閉じ込め壁の曲率半径の平滑度を制御することである。この曲率半径の連続性は、Ａ及びＰの両方が正でかつ０．０９未満であるローブがないことを制限する場合に対して容易に達成されるが、上述の米国特許６，１６４，２６３号における他の形状として、ここでは漸進的ではない。楕円よりもはるかに複雑であるこのハウジング壁１４の外観に捕らわれないように大きな注意をはらわなければならない。ここで例えば、ピボット間の距離＝３．５″、ピボット摩擦パッド４７の直径Ｄ＝０．５″、ｘ軸付近で、一つの象限におけるハウジング壁１４の曲率半径は、２．６７″から３３°付近で２．０５″に下がり、６５°付近で４．５０″に上がり、そして、最終的にｙ軸付近で再び２．６０″まで下がる。これは、３３°〜６５°間の相対的な平坦な領域を示す。この平坦な領域ハウジング壁１４の構造は、米国特許第６，１６４，２６３号では明らかではないが、高精度な計算方法を必要とする。追加的な興味深い試験的な形状パラメータは、０．３〜３の範囲のＭ（θ）の指数部であるが、ここでは詳述しない。形状の複雑さは、選択した旋回ブレードのダイヤモンド形の偏心率（ここではＲｙ／Ｒｘ＝０．８）に大きく依存していることが分かる。
図に示されるサン−チラールのハウジング壁１４は、米国特許第６，１６４，２６３号のクアシタービンとほぼ同一のローターピボットの偏心率（Ｒｙ／Ｒｘ＝０．８）を用いている。各ピボットの中央に置かれている継手摩擦パッドの半径の増加は、サン−チラールの「スケートリンク」型閉じ込め形状のコーナー部の高い湾曲を減ずる傾向にあるが、クアシタービンの特定の出力及び重量密度に正味のペナルティがなく、しかしながら、転動するキャリッジの設計が可能にする直線状の傾斜圧力の実現を困難にすることがないということに気付かなければならない。ローターを鋳鋼のような丈夫な材料で形成できれば、ピボットパッドの半径１０６を比較的小さくして、示されるハウジング壁１４をもたらすことができるが、それがほぼ最適なクアシタービンの特定の出力及び重量密度である。ハウジング壁１４に注目することによって、曲率半径が形状に沿って変動することに気付くのは難しい。ローター１８の内側に、各ローターピボット５０の位置で旋回ブレード２０の内表面２４と環状出力スリーブ６６及び６８の外表面との中間に一般的に三角形のモジュレーテッド・インナー・ローター・ボリューム（ＭＩＲＶ）９０があることが分かる。環状ポンピングの用途のために内部中央の体積変化を生じさせる目的でローター１８の形状を変化させることに対して、ローターの回転は必要ないが、外部の閉じ込め形状又は、ｘ軸又はｙ軸の運動によって促進されうる安定したオンサイトの「振動するローターの変形」のみ必要となる。また、ローターの変形は、インワード・ローター・エンジン・クアシタービン（ＩＲＥＱ）を形成する等のこれらのモジュレーテッド・インナー・ローター・ボリューム（ＭＩＲＶ）９０の交互の加圧によって促進することができる。この計算方法は、ｘ軸及びｙ軸を通じた形状の対称性を必要としないが、中央部分を通じた形状の対称性のみを必要とする。これは、これらの軸がこの同じ計算方法によって直角でなくても良いことを意味し、この場合、閉じ込め形状は、非対称であることが可能で、異なる吸気及び排気体積の特性及び軽微なローターの変形を伴う興味深いクアシタービンを形成する。
中央が環状の支持体及び換気を有するクアシタービン（ＱＵＡＳＩＴＵＲＢＩＮＥ、略＝ＱＵＲＢＩＮＥ）ローター
【関連出願の説明】
２０００年１２月２６日  米国特許文献第６，１６４，２６３号  サン−チラール他  １２３／２０５
【図面の簡単な説明】本発明は、添付図面を参照して考慮すれば、より完全に認識されることは明らかである。
図１は、凸凹のあるハウジング壁を備えたクアシタービン装置及び四角形状で示される４つの相互接続した旋回ブレードの斜視分解図である。
図２は、側面カバー除去したダイヤモンド形状で示される４つの相互接続した旋回ブレードの平面図である。
図３は、凸凹のあるハウジング壁及び２つの旋回ブレードを取り除いて、よりよく観察できるようにした内部の詳細をを示すクアシタービンの詳細な斜視分解図である。
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【国際調査報告】
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