(57)【要約】燃焼エンジン（１０）は、共回転要素（３０ａ、３０ｂ、４０ａ、４０ｂ）を備えた圧縮および駆動ユニット（３０、４０）と、これらのユニットと流体連通する少なくとも一個の外部燃焼室（２０）とを備える。上記各ユニット（３０、４０）は、ハウジング内で各シャフト（５０、６０、７０、８０）上にて相互に逆回転方向を有する２個の共回転ローブ（３０ａ、３０ｂ、４０ａ、４０ｂ）を有し、上記各ユニットの夫々のローブ・シャフトは相互に接続される。上記各ローブは大気に対する上記少なくとも一個の燃焼室の取入口（２０ａ）および吐出口（２０ｂ）を制御すべく配置される。上記少なくとも一個の燃焼室（２０）の上記吐出口（２０ｂ）は該燃焼室に関連する上記駆動ユニット（４０）のローブ（４０ａ、４０ｂ）に向けて径方向に延在する。【選択図】図１
2004527682.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共回転要素（３０ａ、３０ｂ、４０ａ、４０ｂ）を備えた圧縮および駆動ユニット（３０、４０）と、これらのユニットと流体連通する少なくとも一個の外部燃焼室（２０）とを備えた燃焼エンジン（１０）であって、
上記各ユニット（３０、４０）は、ハウジング内で各シャフト（５０、６０、７０、８０）上にて相互に逆回転方向を有する２個の共回転ローブ（３０ａ、３０ｂ、４０ａ、４０ｂ）を有し、
上記各ユニットの夫々のローブ・シャフトは相互に接続されており、且つ、
上記各ローブは大気に対する上記少なくとも一個の燃焼室の取入口（２０ａ）および吐出口（２０ｂ）を制御すべく配置された燃焼エンジン（１０）において、
上記少なくとも一個の燃焼室（２０）の上記吐出口（２０ｂ）は該燃焼室に関連する上記駆動ユニット（４０）のローブ（４０ａ、４０ｂ）に向けて径方向に延在することを特徴とする、燃焼エンジン（１０）。
【請求項２】
前記各ローブ・シャフト（５０、６０、７０、８０）は歯車の形態の駆動および同期手段（２１０乃至２３３）により相互に接続される、請求項１記載の燃焼エンジン（１０）。
【請求項３】
前記回転ローブ（３０ａ、３０ｂ、４０ａ、４０ｂ）は相互に関して角度変位を以て回転する、請求項１または２のいずれか一項に記載の燃焼エンジン（１０）。
【請求項４】
前記コンプレッサ・ユニット（３０）における各回転ローブ（３０ａ、３０ｂ）は前記駆動ユニット（４０）における関連回転ローブ（４０ａ、４０ｂ）と同一方向に回転する、請求項１記載の燃焼エンジン（１０）。
【請求項５】
前記コンプレッサ・ユニット（３０）における各回転ローブ（３０ａ、３０ｂ）は前記駆動ユニット（４０）における関連回転ローブ（４０ａ、４０ｂ）に関して逆方向に回転する、請求項１記載の燃焼エンジン（１０）。
【請求項６】
前記回転ローブ（３０ａ、３０ｂ、４０ａ、４０ｂ）の各々は準半円形ローブ、好適には半円形ローブとして形状化されることから、各回転ローブと対向する残存中空体積に対応するチャンバ（１１０、１２０）が形成される、先行請求項のいずれか一項に記載の燃焼エンジン（１０）。
【請求項７】
各回転ローブ（３０ａ、３０ｂ、４０ａ、４０ｂ）は釣合い錘もしくは偏心部材と同一様式で関連回転シャフト（５０、６０、７０、８０）に取付けられることから、回転の間に上記ローブにより生成される不平衡を完全に相殺する如く関連回転ローブに対向する適切な位置に釣合い錘が取付けられる、請求項６記載の燃焼エンジン（１０）。
【請求項８】
前記外部燃焼室（２０）の体積は、一方向においては該外部燃焼室の体積を減少し且つ別方向においては該体積を増大すべく移動可能な部分（４１０）を備えた調節可能機構（４００）により可変とされる、先行請求項のいずれか一項に記載の燃焼エンジン（１０）。
【請求項９】
前記コンプレッサ・ユニット（３０）における前記回転ローブ（３０ａ、３０ｂ）は前記駆動ユニット（４０）における前記回転ローブ（４０ａ、４０ｂ）と同一の断面および長さを有する、先行請求項のいずれか一項に記載の燃焼エンジン（１０）。
【請求項１０】
前記コンプレッサ・ユニット（３０）における前記回転ローブ（３０ａ、３０ｂ）は前記駆動ユニット（４０）における前記回転ローブ（４０ａ、４０ｂ）と同一断面を有するが軸心方向においては更に厚寸もしくは更に長寸である、先行請求項のいずれか一項に記載の燃焼エンジン（１０）。
【請求項１１】
前記コンプレッサ・ユニット（３０）における前記回転ローブ（３０ａ、３０ｂ）は前記駆動ユニット（４０）における前記回転ローブ（４０ａ、４０ｂ）と比較して異なる断面を有する、先行請求項のいずれか一項に記載の燃焼エンジン（１０）。
【請求項１２】
前記コンプレッサ・ユニット（３０）における前記回転ローブ（３０ａ、３０ｂ）は前記駆動ユニット（４０）における前記回転ローブ（４０ａ、４０ｂ）と比較して長手方向において可変断面すなわち円錐形状を有する、先行請求項のいずれか一項に記載の燃焼エンジン（１０）。
【請求項１３】
前記コンプレッサ・ユニット（３０）における前記回転ローブ（３０ａ、３０ｂ）は前記駆動ユニット（４０）における前記回転ローブ（４０ａ、４０ｂ）と同一の断面を有するが軸心方向においては円錐形状を有する、先行請求項のいずれか一項に記載の燃焼エンジン（１０）。
【請求項１４】
前記少なくとも一個の外部燃焼室（２０）の前記取入口（２０ａ）は前記駆動ユニット（４０）と連通する膨張ノズルとして形成される、先行請求項のいずれか一項に記載の燃焼エンジン（１０）。
【請求項１５】
各対応釣合い錘は関連回転ローブと対向して載置されるが同一平面内では無い、請求項７記載の燃焼エンジン（１０）。
【請求項１６】
少なくとも２つの圧縮ユニット（３０）が相互に連通され、その場合に第１圧縮ユニットは次続圧縮ユニットの取入口と連通する吐出口を有し、該次続圧縮ユニットは前記外部燃焼室（２０）と連通する吐出口を有することから、上記少なくとも２つの圧縮ユニットは多段コンプレッサと同様のコンプレッサ機能を達成する、先行請求項のいずれか一項に記載の燃焼エンジン（１０）。
【請求項１７】
少なくとも２つの駆動ユニット（４０）が相互に連通され、その場合に第１駆動ユニットは次続駆動ユニットの取入口と連通する吐出口を有し、該次続駆動ユニットは大気と連通する吐出口を有することから、上記少なくとも２つの駆動ユニットは多段タービンと同様の膨張機能を達成する、先行請求項のいずれか一項に記載の燃焼エンジン（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共回転要素を備えた圧縮および駆動ユニットと、これらのユニットと流体連通する少なくとも一個の外部燃焼室とを備えた燃焼エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス燃焼を用いる最も一般的なエンジンもしくは装置は２つの形式に分類され、第１の形式は外部燃焼室を用いると共に第２の形式は内部燃焼室を用いる。
【０００３】
また外部燃焼室においてガス燃焼を用いる最も一般的なエンジンはガスタービンである。ガスタービンは種々の用途で広く用いられ、たとえば航空機、潜水艦、船舶および自動車においては推進のために、かつ、発電装置（ｐｏｗｅｒ  ｐｌａｎｔ）においては電力および／または熱を発生するためにも用いられる。
【０００４】
内部燃焼室を備える最も一般的な燃焼エンジンは、オットー（Ｏｔｔｏ）およびディーゼル（Ｄｉｅｓｅｌ）エンジンである。これらもまた、航空機、潜水艦、船舶および自動車においては推進のために、かつ、発電装置においては電力および／または熱を発生するために用いられる。
【０００５】
上述の２つの形式のエンジンの間におけるひとつの相違は、ガスタービンにおいてはガスからエネルギを伝達する部材すなわちタービンは駆動シャフトと共に回転するので、オットーもしくはディーゼルエンジンにおける如きコンロッドおよびクランク軸の必要性が排除されることである。更に、トルクアームすなわち各タービン・ブレードは駆動シャフトの回転の全体に亙り同一長さを有する。他方、オットーおよびディーゼルエンジンにおいてガスからエネルギを伝達する部材すなわちピストンは、本質的に直線運動で往復移動する。この本質的な直線運動は、クランク軸の長手軸心に対し、すなわち該クランク軸の回転軸心に対して直交している。故に、各ピストンからの本質的な直線運動をコンロッドおよびクランク軸により駆動シャフトに対する回転運動へと変換するトルクアームの長さは、ピストンの本質的な直線運動の各点にて変化する。
【０００６】
内部燃焼室を備えた他の非常に一般的な燃焼エンジンは、バンケルエンジン（Ｗａｎｋｅｌ  ｅｎｇｉｎｅ）すなわちロータリ・エンジンである。この場合にガスからのエネルギを伝達する部材すなわちピストンは、適切に形状化された燃焼室の内側で回転する。上記ピストンは、ガスからのエネルギを駆動シャフトの長手軸心の回りにおける該駆動シャフトの回転へと変換すべく、偏心部材および歯車によりクランク軸に取付けられる。ガスからのエネルギは径方向および接線方向の両方においてピストンに影響するが、上記偏心部材および歯車に起因してピストンはクランク軸の長手軸心の回りで完全に円形もしくは線形の経路では回転しない。この場合はクランクおよび駆動シャフトの回転の間における移動の各点において、ピストンに対するトルクアームの長さも幾分か変化する。
【０００７】
バンケルエンジンとガスタービンとの間における主な相違は、オットーおよびディーゼルエンジンに対するものと本質的に同一である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
バンケルエンジンとオットーもしくはディーゼルエンジンとの間におけるひとつの相違は、バンケルエンジンにてはクランク軸の径方向においてピストンに対する直線移動が全く無いので、質量力における変化が小さくなることでエンジン振動の発生が少なくなる点に在る。別の相違は、バンケルピストンに対するトルクアームの長さは一般的にオットーもしくはディーゼルエンジンに対するよりも変化しないので、変化の少ないトルクをクランク軸に与えることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の主な目的は、ガス燃焼からの動力をクランク軸の回転運動へと変換するトルクアームの長さを一定にすることでロータリ・エンジンの耐久性を高め、各回転部材の平衡化／重量平衡化を簡素化することでロータリ・エンジンの振動を減少し、かつ、外部燃焼室を有するエンジンの利点を内部燃焼室を有するエンジンの利点に対して概略的に組み合わせることに在る。
【００１０】
これらの目的は、本発明に係るロータリ・エンジンにより達成される。本発明に係るロータリ・エンジンの形態の燃焼エンジンは、タービンの様に、共回転要素を備えた圧縮および駆動ユニットと、これらのユニットと流体連通する少なくとも一個の外部燃焼室とを備える。上記各ユニットは、ハウジング内で各シャフト上にて相互に逆回転方向を有する２個の共回転ローブを有し、上記各ユニットの夫々のローブ・シャフトは相互に接続されている。上記各ローブは大気に対する上記少なくとも一個の燃焼室の取入口および吐出口を制御すべく配置される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、一対の外部燃焼室２０を備えたロータリ・エンジン１０の第１実施例の前側断面図を示している。該ロータリ・エンジンは、２個の端部部材１２および１３、２個の分離部材１４および１５ならびに１個の中央部材１６を備えるハウジング１１により囲繞されるが、これは図２に更に明確に示される。上記ロータリ・エンジンは、各々が一対の回転部材を備えた少なくとも２個のユニット３０および４０を備えるが、各ユニットはロータリ・エンジンの長手方向において相互に関して変位されている。この実施例において各ユニットにおける夫々の回転部材は同一の形状およびサイズを有し且つ同一平面内で回転すると共に、各回転部材は一回転の間において掃引円形体積（ｓｗｅｐｔ  ｃｉｒｃｕｌａｒ  ｖｏｌｕｍｅ）を形成する。中央部材１６は各回転部材の主要部分を囲繞し、その場合に中央部材１６の２個の分離部材１４および１５は各回転部材の残存部分を囲繞すると共に端部部材１２および１３から中央部材１６を分離する。一対の外部燃焼室２０は、上記中央部材内に載置される。以下においてはコンプレッサ・ユニットと称されると共に一対のコンプレッサ・ローブ３０ａおよび３０ｂを有する第１ユニット３０は、ガス燃焼において用いられるべき空気を圧縮するコンプレッサとして動作する。以下においては駆動ユニットと称されると共に一対の駆動ローブ４０ａおよび４０ｂを有する第２ユニット４０は、外部燃焼室２０内におけるガス燃焼の後となるガス・サイクルのガス膨張により駆動される。上記の２つのユニットの各々は、中央部材１６と分離部材の一方１４もしくは１５とにより形成されるキャビティにより囲繞される。中央部材１６の右側部分および分離部材１５は、コンプレッサ・ユニット３０を囲繞する。中央部材１６の左側部分および分離部材１４は、駆動ユニット４０を囲繞する。ロータリ・エンジン１０、すなわちハウジング１１およびその関連部材１２、１３、１４、１５および１６は、たとえばネジ、ボルト、溶接、焼嵌めまたは当業者に公知の他の任意の手段により接続される。上記ハウジングは、図１に示された如く並置された各ユニット３０および４０に対応する本質的に長楕円の形状を有する。
【００１２】
図２において２個の外部燃焼室２０の各々は、コンプレッサ・ユニット３０の関連コンプレッサ・ローブ３０ａもしくは３０ｂの上部と連通する取入口２０ａを有する。２つの外部燃焼室２０の各々はまた、駆動ユニット４０の関連駆動ローブ４０ａもしくは４０ｂの上部と連通する吐出口２０ｂも有する。上記各燃焼室の吐出口は膨張ノズルとして形状化されると共に各ローブに対する移動の方向と同一の放出方向を有しており、すなわち、ガスの放出は各ローブに対する回転方向と同一の方向に生ずる。このことは、各外部燃焼室２０の少なくとも一方の吐出口２０ｂまたは好適には各吐出口がロータリ・エンジン１０の回転軸心の径方向に延在して該径方向にガスを放出することを意味する。ガスを径方向に放出する各外部燃焼室２０の一個以上の吐出口２０ｂは更に、各ローブ３０ａ、３０ｂ、４０ａおよび４０ｂに対する回転により生成される円周に関してガスを接線方向に放出する少なくとも一個の吐出口と共に用いられても良い。上記ロータリ・エンジンの構造は図１乃至図６に関してのみ記述される一方、該ロータリ・エンジンの機能は特に図７乃至図１４に関して記述される。
【００１３】
図１において２個のユニット３０および４０は各外部燃焼室２０を介して相互に連通するが、該外部燃焼室２０は好適には各ユニットの上方に載置されてロータリ・エンジン１０の軸心／長手方向に延在する。これは図２に更に明確に示される。上記各外部燃焼室はまた、上記エンジンを上下逆にすなわち図２における位置に関して１８０°回転／転回することで２個のユニット３０および４０の下方にも載置され得る。
【００１４】
図１乃至図３に示されたロータリ・エンジン１０の該第１実施例において、コンプレッサ・ユニット３０のコンプレッサ・ローブ３０ａおよび３０ｂは回転シャフトに取付けられる。第１コンプレッサ・ローブ３０ａは第１中空回転シャフト５０に取付けられると共に、第２コンプレッサ・ローブ３０ｂは第２中空回転シャフト６０に取付けられる。駆動ユニット４０の駆動ローブ４０ａおよび４０ｂは各中実回転シャフトに夫々取付けられるが、これらの中実回転シャフトの中央軸心はコンプレッサ・ユニット３０の中空シャフト５０、６０の中央軸心と一致する。第１駆動ローブ４０ａは第３回転シャフト７０に取付けられると共に、第２駆動ローブ４０ｂは第４回転シャフト８０に取付けられる。第３および第４中実回転シャフト７０および８０は、第１および第２中空回転シャフト５０および６０の内径よりも小さな外径を有する。第１および第２中空回転シャフト５０および６０は相互に平行とされて径方向に変位されると共に、第３および第４回転シャフト７０および８０を部分的に囲繞する。第１中空回転シャフト５０は第３中実回転シャフト７０の一部を囲繞し、かつ、第２中空回転シャフト６０は第４中実回転シャフト８０の一部を囲繞する。各回転シャフトの軸心／長手方向においてコンプレッサ・ユニットおよび駆動ユニット３０および４０は相互に関し、一定距離だけ変位される。上記回転シャフトおよびローブの相互に関する相対位置は、図３に更に明確に示される。
【００１５】
図１においては駆動ユニット４０のみが断面で示されるが、図２の長手断面においてはコンプレッサ・ユニット３０および駆動ユニット４０が示される。当業者により容易に理解される如く、上記各ユニットすなわち回転ローブ３０ａ、３０ｂ、４０ａ、４０ｂおよび回転シャフト５０、６０、７０、８０の相互に対しては、逆の配置もしくは他の任意の適切な配置が等しく可能である。圧縮のための空気の吸入を可能とすべくコンプレッサ・ローブ３０ａおよび３０ｂの下方かつその近傍には、一対の吸入ポートおよび／またはチャネル９０ａおよび９０ｂが載置される。ロータリ・エンジン１０は、吸入ポートおよび／またはチャネル９０ａおよび９０ｂが上記コンプレッサ・ユニットの上方に載置されるべく設計変更されまたは単に上下反転され得る。またガス膨張後の排気ガスの放出を可能とすべく、駆動ローブ４０ａおよび４０ｂの下方かつ近傍には一対の排気ポートおよび／またはチャネル１００ａおよび１００ｂが載置される。排気ポートおよび／またはチャネル１００ａおよび１００ｂは、上記吸気ポートおよび／またはチャネルと同一様式でエンジンの上方にも載置され得る。
【００１６】
コンプレッサ・ローブ３０ａ、３０ｂおよび駆動ローブ４０ａ、４０ｂの各々は、本質的に同一の準半円形（ｓｅｍｉ−ｃｉｒｃｕｌａｒ）、好適には本質的に半月と同様の半円形状（ｈａｌｆ−ｃｉｒｃｕｌａｒ  ｓｈａｐｅ）の断面を有する。各対もしくはユニット３０もしくは４０における夫々のローブは、関連する回転シャフト５０、６０、７０もしくは８０の回りにおける円内で逆方向に回転する。これらの円もしくは掃引体積は、並置型のショットガンの各銃口もしくは双眼鏡と類似して、各ローブ対に対するのと同一平面内に在ると共に本質的に”並置”して形成されるが、中央において相互に幾分か重畳する。この重畳とは、２個のみの歯部を備えた歯車と同様にして各対のローブ３０ａおよび３０ｂならびに４０ａおよび４０ｂが相互作用することを意味する。上記歯部の機能は、上記半月の各端部におけるインボリュート形状表面である２つの表面、すなわち各コンプレッサ・ローブ上の表面３０’および３０”ならびに各駆動ローブ上の表面４０’および４０”により生成される。各表面は、歯車の径方向において半分に切断された歯車歯部の形状を有する。更に、各ローブに対する半円形によればバルブ機能が与えられ、すなわち、回転の間において各ローブは外部共通燃焼室２０、吸気チャネル９０ａおよび９０ｂならびに排気チャネル１００ａおよび１００ｂを交互的に開閉する。但しユニット３０および４０は各ローブの回転の間における一定の単一もしくは複数の時点において相互に連通され得るものであり、すなわち上記外部燃焼室は一方のユニットが開成しもしくは開成されたときに他方のユニットにより完全に閉成されなくても良い。これが意味する処は、僅かな重畳が短時間だけ存在すると共に排気ガスの完全排出の間におけるこれらの時点にて上記各ユニット間では気体の交換が生ずるが、これは回転の間に短時間だけ生ずるのでロータリ・エンジン１０の効率に関してそれほどの影響を有さないということである。
【００１７】
コンプレッサ・ローブ３０ａ、３０ｂおよび駆動ローブ４０ａ、４０ｂは同一の半円形断面を有するが、異なる断面、高さもしくは厚みを有し得る。上記コンプレッサ・ローブおよび駆動ローブは異なる断面を有し得るものであり、たとえばコンプレッサ・ローブの各々は関連する駆動ローブに対する断面よりも大きなもしくは小さな断面を有し得るものであり、逆も同様である。もしコンプレッサ・ローブが駆動ローブよりも大寸であれば、ターボ・チャージャ効果が達成され得る。更に上記コンプレッサ・ローブは更に厚寸とされ且つ／又は円錐形状を有することでターボ・チャージャと同一機能を与えても良い。上記コンプレッサ・ローブに対するギヤ歯の各々はまたヘリカル歯の形状とされ得るが、その場合にコンプレッサ・ローブはヘリカル・ギヤとして動作する。上記ヘリカル歯形状はまた、各ローブおよび歯部の断面が各ローブの長手軸心に沿い変化する如く、各コンプレッサ・ローブに対する円錐形状とも組み合わされ得る。同一の形状および厚みを備えた各ローブまたは異なる形状および／または厚みを備えた各ローブを有するローブ対の個数もまた、２より大きくされ得る。２対のコンプレッサ・ローブと１対の駆動ローブ、または、２対のコンプレッサ・ローブと２対の駆動ローブ、または、他の任意数もしくは組み合わせのローブおよび／またはローブ対が可能である。斯かる設計態様によれば、各対のローブが１つの段階に対応するものとして多段タービンもしくは多段コンプレッサと同一機能が提供され得る。その場合に第１コンプレッサ段階すなわち第１の対のコンプレッサ・ローブの吐出口は、第２コンプレッサ段階すなわち第２の対のコンプレッサ・ローブの取入口もしくは吸気ポート９０ａおよび９０ｂと連通する。これが意味する処は、多段コンプレッサにおける最終コンプレッサ段階は、第１コンプレッサ段階の様に大気に連通する代わりに先行コンプレッサ段階の吐出口に連通する吸気ポートと、外部共通燃焼室に連通された吐出口とを有するということである。
【００１８】
第１駆動ユニット４０における初期圧力が高く且つ増加サイズおよび減少圧力を有する次続駆動ユニットと比較して該第１駆動ユニットが小寸を有するならば、多段タービンと類似した多段駆動ユニット４０が可能である。この場合に第１駆動／膨張段階４０すなわち第１の対の駆動ローブ４０ａおよび４０ｂの吐出口１００ａおよび１００ｂは、大気に対する代わりに、好適には幾分か大寸である第２駆動／膨張段階すなわち第２の対の駆動ローブの取入口に対して連通する。図１に示された如く上記第１駆動／膨張段階の各取入口は、外部燃焼室２０と連通する。これが意味する処は、上記多段駆動／膨張ユニットにおける最終駆動／膨張段階は、先行駆動／膨張段階の吐出口１００ａおよび１００ｂと連通する自身取入口と、大気と連通する自身吐出口１００ａおよび１００ｂとを有するということである。
【００１９】
上記ローブの各々は関連する回転シャフト５０、６０、７０もしくは８０の長手軸心の回りの円形経路内を運動するが、その本質的な半円形状の故に、径方向で見て各ローブと対向する中空体積もしくはキャビティが生成される。このキャビティは各ローブに対し、コンプレッサ・ユニット３０における圧縮チャンバ１１０として且つ駆動ユニット４０における膨張チャンバ１２０として作用する。此処で、上記コンプレッサ・ユニットにおいてはコンプレッサ・ローブ３０ａおよび３０ｂの各々にひとつずつとされた合計２個のコンプレッサ・チャンバ１１０が使用され、且つ、上記駆動ユニットにおいては駆動ローブ４０ａおよび４０ｂの各々にひとつずつとされた合計２個の膨張チャンバ１２０が使用される。圧縮チャンバおよび膨張チャンバ１１０および１２０の減少および／または増加を可能とする上記ローブの歯車機能および半月形状の故に、空気の圧縮およびガスの主要膨張は関連するチャンバにおいて行われる。
【００２０】
図１および図２には、ロータリ・エンジン１０を冷却する冷却ダクト１３０が示される。該冷却ダクトはロータリ・エンジンのハウジング１１内に配置されると共に、外部燃焼室２０、各ローブ３０ａ、３０ｂ、４０ａおよび４０ｂならびに吸気チャネル９０ａ、９０ｂおよび排気チャネル１００ａ、１００ｂの回りに本質的に対称的に載置される。代替的にこれらの冷却ダクトは、当業者により容易に理解される冷却要件を満足する他の任意の箇所に載置され得る。
【００２１】
図２に明確に示された如くロータリ・エンジン１０は、２つのユニット３０および４０の近傍の各外部燃焼室２０内に配置された少なくとも一個の点火プラグ１４０、ならびに、少なくともひとつの燃料噴射システム２００を有する。図２に示された該実施例において、上記ロータリ・エンジンの各回転部材を駆動かつ同期するには３つの歯車システムが必要とされる。左側には前側歯車システム２１０が配置され、右側ではコンプレッサ・ユニット３０の近傍に中央歯車システム２２０が且つ更に右側には第３歯車システム２３０が載置される。前側歯車システム２１０は、上記駆動ユニットの駆動ローブ４０ａおよび４０ｂの回転を相互に関して同期する。中央歯車システム２２０は、上記コンプレッサ・ユニットのコンプレッサ・ローブ３０ａおよび３０ｂの回転を相互に関して同期する。第３歯車システム２３０は、上記コンプレッサ・ユニットにおける２つのコンプレッサ・ローブを駆動すると共に該２つのコンプレッサ・ローブの相互に関する回転方向を変化させる駆動および反転デバイスの両者として機能する。コンプレッサ・ユニット３０におけるコンプレッサ・ローブ３０ａおよび３０ｂの各々は関連する中空回転シャフト５０および６０に取付けられることから、各中空回転シャフトは関連する中実回転シャフト７０もしくは８０により支持される。上記中実回転シャフトの支持は、各中実回転シャフトと関連中空回転シャフトとの間の軸受により達成される。上記軸受によれば、軸心負荷および／または熱膨張に応じて各駆動ローブに関するコンプレッサ・ローブの軸心移動が可能とされることから、不必要な負荷は蓄積されない。本記述において上記各歯車の機能および配置は、図３を参照して更に詳細に説明される。
【００２２】
図３は、駆動ユニット４０を左側かつコンプレッサ・ユニット３０を右側としたロータリ・エンジン１０の平断面図を示している。図３Ａは、明確化のために第３歯車システム２３０の側面図を示している。図３には、同期／駆動歯車システム２１０、２２０および２３０が更に詳細に示される。前側歯車システム２１０は、相互に係合する２個の前部歯車２１１、２１２を備える。前部歯車２１１は中実回転シャフト７０に取付けられ且つ他方の前部歯車２１２は中実回転シャフト８０に取付けられる。中央歯車システム２２０は、相互に係合する２個の中央歯車２２１および２２２を備える。第１の中央歯車２２１は中空回転シャフト５０に取付けられ且つ他方の中央歯車２２２は中空回転シャフト６０に取付けられる。２個の中央歯車２２１および２２２は、コンプレッサ・ローブ３０ａおよび３０ｂの相互回転を同期すると共に、中空回転シャフト５０および第１コンプレッサ・ローブ３０ａを駆動する。第３歯車システム２３０は、相互に係合する３個の歯車２３１、２３２および２３３を備える。第１歯車２３１は、中実回転シャフト７０に取付けられる。第２歯車２３２は（不図示の）別体のシャフトもしくはピンに取付けられると共に、上記各駆動ローブに関する上記各コンプレッサ・ローブの回転方向を反転する。第３歯車２３３は中空回転シャフト６０に取付けられることにより、コンプレッサ・ローブ３０ｂと、他方の中空回転シャフト５０および他方のコンプレッサ・ローブ３０ａを駆動する中央歯車システム２２０とを、駆動する。該実施例において上記第３歯車システムの第２歯車２３２による回転方向の変更は、各コンプレッサ・ローブが同一の回転軸心を有する関連駆動ローブの逆方向に回転することを意味する。第１コンプレッサ・ローブ３０ａは駆動ローブ４０ａに関して逆方向に回転し、且つ、第２コンプレッサ・ローブ３０ｂは駆動ローブ４０ｂに関して逆方向に回転する。中空回転シャフト５０および６０は、長さ以外は同一寸法を有する。中空回転シャフト５０は中空回転シャフト６０よりも短寸であることから、第３歯車システム２３０の第１歯車２３１および第３歯車２３３が関連回転シャフトに取付けられたときに該第３歯車システム２３０の調節が行われる。右側への図面である図３Ａは、第３歯車システム２３０における３個の歯車２３１、２３２および２３３の相対位置を更に詳細に示している。歯車の全ては、たとえばキー止め接合、スプライン、焼嵌めもしくは類似手段により、コンプレッサ・ローブ３０ａ、３０ｂおよび駆動ローブ４０ａ、４０ｂに対するのと同様の取付手段により関連回転シャフトまたはピンに取付けられる。
【００２３】
図４はロータリ・エンジン１０の改変部分、すなわち、該ロータリ・エンジンの圧縮状態を変更する機構４００を備えた上部を示している。コンプレッサ・ユニット３０における一方の圧縮チャンバ１１０の上部、駆動ユニット４０における一方の膨張チャンバ１２０の上部、少なくとも一個の点火プラグ１４０および少なくともひとつの燃料噴射システム２００もまた、更に詳細に示される。
【００２４】
図４においてはロータリ・エンジン１０の可変圧縮が達成される、と言うのも、機構４００は各外部燃焼室２０内に載置されると共に、長手方向に延在する該燃焼室の内側の部分を前後に移動させることにより該燃焼室の内側体積を変化させるからである。上記機構は、ピストンの形態の可動部分４１０、ピストン軸部４２０、サーボモータ４３０および（不図示の）関連シール部材を備える。上記ピストンは、燃焼室内において右側極限位置４１０ａから左側極限位置４１０ｂまで直線運動で移動する。上記ピストンがその右側極限位置に在るとき、上記燃焼室の体積はその最大値に在ることから上記ロータリ・エンジンの圧縮比は最低である。上記ピストンがその左側極限位置に在るとき、上記燃焼室の体積はその最小値に在ることから上記圧縮比は最高である。当業者により容易に理解される如く、異なる圧縮比を与えるべく上記燃焼室の内側の２つの端部位置間においてピストンに対する他の任意の位置が可能である。
【００２５】
図４に関して機構４００のピストン４１０は、電気駆動されるサーボモータ４３０以外の、たとえば油圧的、空気的もしくは機械的に駆動されるモータなどの他の任意の手段により移動され得る。上記デバイスはまた、上記ピストンに接続されたメンブレンであって、流体を充填もしくは完全排出することで増減されてピストンを前後に押圧し得る体積を囲繞するメンブレンともされ得る。代替的に上記メンブレンは燃焼室２０と直接接触され得るものであり、すなわち該メンブレンは燃焼室における内壁の一部もしくは全部として一体化され得る。そのときには、メンブレンにより囲繞された体積内の流体を増減することで、膨出もしくは湾曲メンブレンに関して燃焼室の体積が増減される。
【００２６】
図５および図６は、図１および図２に類似した内容でロータリ・エンジン１０の別実施例を示している。此処では、図１乃至図４におけるのと同一の番号が用いられる。図５において駆動ローブ４０ａおよび４０ｂ、２つの膨張チャンバ１２０ならびに排気ポート１００ａおよび１００ｂは、図１に示された実施例に対するものと本質的に同一である。唯一の相違は、排気ポート１００ａおよび１００ｂの形状である。図１と比較し、排気ポート１００ａおよび１００ｂは図５において幾分か広幅である。但し図１乃至図４における実施例と該実施例との間の主な相違は、図１乃至図４ならびに図５および図６に関する２つの実施例において外部共通燃焼室２０の形状と共にコンプレッサ・ユニット３０、関連する取付け、駆動および同期の各手段を比較すれば明らかである。
【００２７】
図６においては図２におけるのと同様に、コンプレッサ・ユニット３０は右側に且つ駆動ユニット４０は左側に配置される。該実施例においては全てのローブ、すなわちコンプレッサ・ローブ３０ａ、３０ｂおよび駆動ローブ４０ａ、４０ｂは回転シャフト７０および８０に取付けられることにより、図１乃至図３における第１実施例の中空回転シャフト５０および６０に対する必要性を排除している。これが意味する処は、第１コンプレッサ・ローブ３０ａは駆動ローブ４０ａと同一の回転方向を有すると共に第２コンプレッサ・ローブ３０ｂは駆動ローブ４０ｂと同一であるがローブ３０ａおよび４０ａと比較すると逆方向の回転方向を有するということである。２つのユニット３０および４０を同期かつ駆動するために、左側に示されると共に２つの歯車２１１および２１２を備える前側歯車システム２１０のみが必要とされる。故に該実施例においては、図２に示された第１実施例における中央および第３歯車システム２２０および２３０は排除される。前側歯車システム２１０は、中実回転シャフト７０ならびに関連するコンプレッサ・ローブ３０ａおよび駆動ローブ４０ａを、他方の中実回転シャフト８０ならびに他方のコンプレッサ・ローブ３０ｂおよび駆動ローブ４０ｂに関して同期する。関連する駆動ローブ４０ａもしくは４０ｂに関する各コンプレッサ・ローブ３０ａもしくは３０ｂの適切な同期は、対応する２個のローブ３０ａおよび４０ａまたは３０ｂおよび４０ｂを相互に関して適切な角度すなわち角度変位へと回動することで達成される。その後に上記駆動ローブおよび関連コンプレッサ・ローブは、関連する回転シャフト７０もしくは８０に堅固に取付けられる。
【００２８】
図２における第１実施例と図６におけるロータリ・エンジン１０の第２実施例との間の他の相違は、外部共通燃焼室２０の形状およびコンプレッサ・ユニット３０に対する吸気ポート９０ａおよび９０ｂの配置に関している。此処では図６において、燃焼室の取入口２０ａは（図２と比較して）コンプレッサ・ユニット３０の下方に配置されると共に、吐出口２０ｂは図２におけるのと同様に駆動ユニット４０の上方に配置される。これにより燃焼室は更に長寸とされるので図２における第１実施例に関して点火プラグ１４０の配置および個数は、十分な燃焼が達成される如く変更されるべきこともある。燃料噴射システム２００に対するノズルの配置および個数もまた、上記点火プラグと同様の目的に対して変更されるべきこともある。図２に示された第１実施例においてコンプレッサ・ユニットの下方に載置された吸気ポートと比較して、図６において上記コンプレッサ・ユニット内への空気の吸入のための吸気ポート９０ａおよび９０ｂは該コンプレッサ・ユニットの上方に載置される。この第２実施例においてロータリ・エンジン１０は、図６に関して燃焼室の取入口および吐出口ならびに吸気ポートおよび排気ポートが反対位置に載置されるべく設計変更されまたは単に上下反転され得る。
【００２９】
図７乃至図１４は、図１および図２に示されたロータリ・エンジン１０の第１実施例におけるコンプレッサ・ユニット３０および駆動ユニット４０に対する駆動／膨張およびコンプレッサ・サイクルを示している。図７乃至図１０は駆動／膨張サイクルにおける４個の段階を示すと共に、図１１乃至図１４はコンプレッサ・サイクルにおける４個の段階を示している。図７乃至図１０において左側の駆動ローブ４０ａは反時計方向に回転すると共に右側の駆動ローブ４０ｂは時計方向に回転する。図１１乃至図１４において左側のコンプレッサ・ローブ３０ａは時計方向に回転すると共に右側のコンプレッサ・ローブ３０ｂは反時計方向に回転する。
【００３０】
図７において、駆動ローブ４０ａと連通する外部燃焼室２０の吐出口２０ｂは、該駆動ローブのインボリュート形状端部４０’が吐出口２０ｂを通過したので開成されている。この瞬間において排気吐出口１００ａは駆動ローブ４０ａの約半回転すなわち約１８０°に亙り開成されており、且つ、先行する燃焼および膨張の排気ガスを膨張チャンバ１２０から排出しつつある。駆動ローブ４０ｂと連通する他方の燃焼室の他方の吐出口２０ｂもまた、約半回転すなわち約１８０°に亙り開成されている。
【００３１】
右側の駆動ローブ４０ｂに対して図７に示されたこの位置において、燃焼および駆動サイクルは完了されてその関連排気吐出口１００ｂは開成されつつある。今や、燃焼室２０および膨張チャンバ１２０からの排気ガスは右側へと放出され始める共に、燃焼室すなわち吐出口２０ｂは、駆動ローブ４０ｂのインボリュート形状端部４０’が該吐出口を通過するときに該駆動ローブにより閉成される。駆動ローブ４０ｂが上記燃焼室を右側へと閉成するとき、コンプレッサ・ローブ３０ｂはその燃焼室の取入口２０ａを開成すると同時に吸気ポート９０ｂを閉成する。次にコンプレッサ・ローブ３０ｂは図１３に示された如くその圧縮サイクルを開始する一方、駆動ローブ４０ｂは先行燃焼サイクルからの排気ガスを放出する。
【００３２】
図１３における短時間の間、２つのコンプレッサ・ローブ３０ａおよび３０ｂ間には自由通路が形成される。これが意味する処は、他方のコンプレッサ・ローブ３０ａ内の残存量の圧縮空気がコンプレッサ・ローブ３０ｂの圧縮チャンバ１１０内に流入して圧縮サイクルに付加されるということである。この後でコンプレッサ・ローブ３０ｂは、約半回転すなわち約１８０°の間、そのインボリュート形状端部３０’が燃焼室の関連取入口２０ａに到達して引き続きそれを閉成するまで、上記空気を圧縮する。これは、上記インボリュート形状端部が上記燃焼室の取入口２０ａに到達する直前で図１４に示される。
【００３３】
図１４においてコンプレッサ・ローブ３０ｂがその関連燃焼室２０の取入口２０ａを閉成したとき、駆動ローブ４０ｂは関連燃焼室の吐出口２０ｂを開成する。駆動ローブ４０ｂがその吐出口２０ｂを開成する直前に他方の駆動ローブ４０ａは２つのローブ間の上記自由通路を閉成していることから、駆動ローブ４０ｂに対する燃焼および引き続く膨張サイクルが開始し得る。上記燃焼室が開成すると同時にまたはその直前に駆動ローブ４０ｂのインボリュート形状端部４０”は図１０に示された如く吐出口２０ｂに到達することから、（不図示の）点火プラグ１４０により燃焼が起動される。駆動ローブ４０ｂのインボリュート形状端部４０”は上記吐出口を通過すると共に、膨張の間に燃焼ガスは上記燃焼室から放出される。上記ガスは膨張チャンバ１２０に流入することにより、該膨張チャンバの内壁に抗して圧力を高める。これが意味する処は、回転方向に直交するすなわち回転シャフト７０および８０の軸心／長手方向に延在するインボリュート形状端部４０”およびその表面は時計方向に押圧／移動されることで駆動ローブ４０ｂが回転されるということである。
【００３４】
燃焼ガスの膨張は、駆動ローブ４０ｂのインボリュート形状端部４０”が図１０に示された位置を通過した僅か後に開始する。図７に示された如く駆動ローブ４０ｂのインボリュート形状端部４０”が後の約半回転にてその排気吐出口１００ｂに到達したときに該駆動ローブが該排気ポートを開成する直前にまたはそれと同時に、燃焼ガスの膨張は終了する。
【００３５】
図７において左側に配置された駆動ローブ４０ａは、その膨張／駆動サイクルが開始する直前すなわち該駆動ローブ４０ａがその関連燃焼室２０の吐出口２０ｂを開成するときにおける位置で示される。これが意味する処は、コンプレッサ・ローブ３０ａは関連燃焼室の取入口２０ａを閉成することでそのコンプレッサ・サイクルをちょうど終了しておりまたは正に終了せんとしているということである。本質的に同時に、図１２に示された如く、左側のコンプレッサ・ローブ３０ａはその圧縮サイクルをちょうど終了しておりまたは終了しつつあると共にその関連燃焼室の取入口２０ａを閉成しまたはちょうど閉成したところであり、且つ、（不図示の）少なくとも一個の点火プラグ１４０は燃焼を起動しまたは起動せんとするところである。燃焼が開始されると共に、燃焼ガスは上記燃焼室から放出されて駆動ローブ４０ａの膨張チャンバ１２０に流入する。駆動ローブ４０ａのインボリュート形状端部４０’は、上記膨張チャンバの内壁に対するガス膨張による増大圧力により押圧／加圧されることから、該駆動ローブ４０ａは反時計方向の回転へと付勢される。インボリュート形状端部４０’が排気ポート１００ａに到達して其処で排気ガスの排出／放出が開始するまで、駆動ローブ４０ａは約半回転すなわち約１８０°だけ駆動／回転される。排気ポート１００ａが開成された僅か後、または好適には回転の１０°乃至５０°である一定角度の後、駆動ローブ４０ａに関連する燃焼室の吐出口２０ｂは該ローブのインボリュート形状端部４０”が該吐出口を通過するときに閉成される。駆動ローブ４０ａに対する膨張／駆動サイクルの間、コンプレッサ・ローブ３０ａは約半回転すなわち約１８０°だけ回転すると共にその吸気ポート９０ａから新たな量の空気を吸引している。
【００３６】
駆動ローブ４０ａが吐出口２０ｂを閉成するとき、コンプレッサ・ローブ３０ａは図１４に示された如くそのインボリュート形状端部３０’が吸気ポート９０ａを通過して新たな空気の圧縮を開始するときに該吸気ポートを閉成する。図１２に示された如くインボリュート形状端部３０’が関連燃焼室２０の取入口２０ａを通過してそれを閉成するまで、空気の圧縮はコンプレッサ・ローブ３０ａの約半回転すなわち回転の約１８０°の間に実施される。図１３は、図１２における燃焼室の閉成の僅か後におけるコンプレッサ・ローブ３０ａの別の位置を示している。
【００３７】
図８には、排気ポート１００ａを開成する駆動ローブ４０ａの最適位置が示される。此処では、左側の膨張チャンバ１２０からの排気ガスの放出が生じようとしている。その僅か後、駆動ローブ４０ｂのインボリュート形状端部４０”が右側の燃焼室２０の吐出口２０ｂを通過するときに該駆動ローブ４０ｂに対する膨張もしくは駆動サイクルが開始せんとしている。
【００３８】
図９は、図８における上記位置の僅か後すなわち２つの駆動ローブ４０ａおよび４０ｂが一定角度だけ回転した僅か後で該２つの駆動ローブの各膨張チャンバ１２０間に自由通路が在るという駆動ローブ４０ａおよび４０ｂの他の位置を示している。上記自由通路は、駆動ローブ４０ａから他方の駆動ローブ４０ｂへと少量の排気ガスが流れるという短い存続時間のみを有する。この瞬間にて排気ポート１００ａは暫く開成すると共に、上記２つの駆動ローブの夫々の膨張チャンバ１２０間には僅かな圧力差が在るだけである。
【００３９】
図１１は、他方のコンプレッサ・ローブ３０ｂにては空気の吸入が進展する一方でコンプレッサ・ローブ３０ａのインボリュート形状端部３０’が吸気ポート９０ａを閉成した後で該コンプレッサ・ローブ３０ａに対する圧縮サイクルが好適には２０°乃至８０°の回転角度にて開始する時点を示している。
【００４０】
上記吸入、圧縮、燃焼、膨張および放出の各サイクルは、吸入口９０ａおよび９０ｂ、各取入口２０ａ、各吐出口２０ｂならびに排気ポート１００ａおよび１００ｂが各ローブ３０ａ、３０ｂ、４０ａおよび４０ｂの形状に関して何処に配置されるかと、各ローブの相対位置すなわち相互に関するそれらの相対的角度変位とに依存する。更に上記各開口のサイズ、すなわち、各燃焼室に対する取入口および吐出口ならびに吸気ポートおよび排気ポートのサイズは、たとえば空気の吸入および排気ガスの放出が回転の間において早期にまたは後期に開始し得る如く変更され得る。図１における第１実施例は排気チャネル１００ａおよび１００ｂに対する更に狭幅のオリフィスを有するが、図５乃至図１０における第２実施例は同一チャネルに対して更に広幅のオリフィスを有する。吸入口９０ａおよび９０ｂもまた、空気の吸入が促進される如く広幅化され得る。
【００４１】
図１乃至図６に示された２つの実施例におけるローブ３０ａ、３０ｂ、４０ａおよび４０ｂの全ては、釣合い錘もしくは偏心部材（ｅｃｃｅｎｔｒｉｃ）と同一様式で関連回転シャフトに取付けられる。これが意味する処は、各ローブに対する質量の中心は関連回転シャフトの径方向において変位されると共に該シャフトの中心と一致しないということである。故にロータリ・エンジン１０においては振動が生じ得る。しかしこれは、関連ローブにより生成される不平衡に対応する釣合い錘を、関連ローブを駆動且つ／又は同期する関連歯車において関連ローブに関して適切な反対位置に載置することで完全に相殺され得る。
【００４２】
更にローブ３０ａ、３０ｂ、４０ａおよび４０ｂの各々もしくは少なくとも２個は、スクリュー・コンプレッサと同一機能を達成すべくスクリュー・コンプレッサにおけるスクリューの形状に対応する形状／輪郭を有し得る。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係るエンジンの第１実施例の断面図である。
【図２】図１のエンジンの長手断面図である。
【図３】ハウジングを省略した図１のエンジンの長手平断面図である。
【図３Ａ】図３のエンジンの側面図である。
【図４】図１のエンジンの改変上部の平断面図である。
【図５】本発明に係るエンジンの第２実施例の断面図である。
【図６】図５のエンジンの長手断面図である。
【図７】図１のエンジンの駆動サイクルにおける一段階を示す断面図である。
【図８】図１のエンジンの駆動サイクルにおける別の段階の断面図である。
【図９】図１のエンジンの駆動サイクルにおける更に別の段階の断面図である。
【図１０】図１のエンジンの駆動サイクルにおける付加的な段階の断面図である。
【図１１】図１のエンジンのコンプレッサ・サイクルにおける一段階の断面図である。
【図１２】図１のエンジンのコンプレッサ・サイクルにおける別の段階の断面図である。
【図１３】図１のエンジンのコンプレッサ・サイクルにおける更に別の段階の断面図である。
【図１４】図１のエンジンのコンプレッサ・サイクルにおける付加的な段階の断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０…エンジン
１１…ハウジング
１２…第１端部部材
１３…第２端部部材
１４…第１分離部材
１５…第２分離部材
１６…中央部材
２０…外部燃焼室
２０ａ…燃焼室の一対の取入口
２０ｂ…燃焼室の一対の吐出口
３０…第１ユニット（コンプレッサ・ユニット）
３０ａ…第１回転部材（第１コンプレッサ・ローブ）
３０ｂ…第２回転部材（第２コンプレッサ・ローブ）
４０…第２ユニット（駆動ユニット）
４０ａ…第１回転部材（第１駆動ローブ）
４０ｂ…第２回転部材（第２駆動ローブ）
５０…第１回転シャフト（第１中空シャフト）
６０…第２回転シャフト（第２中空シャフト）
７０…第３回転シャフト（第１中実シャフト）
８０…第４回転シャフト（第２中実シャフト）
９０ａ…吸気ポート（左側）
９０ｂ…吸気ポート（右側）
１００ａ…排気ポート（左側）
１００ｂ…排気ポート（右側）
１１０…圧縮チャンバ
１２０…膨張チャンバ
１３０…冷却ダクト
１４０…点火プラグ
２００…燃料噴射システム
２１０…前部歯車システム
２１１…第１前部歯車
２１２…第２前部歯車
２２０…中央歯車システム
２２１…第１中央歯車
２２２…第２中央歯車
２３０…第３歯車システム
２３１…第１歯車
２３２…第２歯車
２３３…第３歯車
４００…可変圧縮に対する機構
４１０…ピストン
４２０…ピストン軸部
４３０…モータ
【国際公開パンフレット】
2004527682.tif 000003
2004527682.tif 000004
2004527682.tif 000005
2004527682.tif 000006
2004527682.tif 000007
2004527682.tif 000008
2004527682.tif 000009
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2004527682.tif 000012
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2004527682.tif 000039
2004527682.tif 000040
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004527682.tif 000041
2004527682.tif 000042
【国際調査報告】
2004527682.tif 000043
2004527682.tif 000044