(57)【要約】ロータリエンジン(2)は、複数の突出するローブ(12)を有する雄ロータ(4)と、複数の空洞(14)を有する雌ロータ(8)とを備えるハウジング(16)を有する。雄ロータ(4)及び雌ロータ(8)は、平行軸の周囲で同期して回転可能に取り付けられ、雄ロータ(4)と雌ロータ(8)との回転間に、雄ロータ(4)上の連続するローブ(12)を雌ロータ(8)上の連続する空洞(14)に嵌合させて、空気と燃料との混合気が導入される燃焼室(26)をローブ(12)及び空洞(14)により形成し、雄ロータ(4)及び雌ロータ(8)が回転する間のローブ(12)と空洞(14)との相互作用により混合気を圧縮する。ハウジング(16)の外部に連絡する少なくとも１つの排気口(78,80)は、燃焼後に雌ロータ(8)の空洞(14)及び雄ロータ(4)の隣接するローブ(12)間の空間(74)から排気ガスを放出する。各浄化口(44,46)は、雄ロータ(4)及び雌ロータ(8)の回転方向における排気口(78,80)の下流でハウジング(16)の外部に連絡して、空洞(14)及びローブ間空間(74)からの残留排気ガスの放出を促進し、浄化口(44,46)は、次の燃焼周期の準備のために、空洞(14)及びローブ間空間(74)に空気を流入する流入口(48,50)を有する。
2006526096.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング、少なくとも１つの排気口及び複数の浄化口を備え、
ハウジングは、複数の突設するローブを有する雄ロータと、複数の空洞を有する雌ロータとを備え、
雄ロータ及び雌ロータは、平行軸の周りで同期して回転可能に取り付けられ、雄ロータ及び雌ロータの回転間に、雄ロータ上の連続するローブを雌ロータ上の連続する空洞に嵌合させて、空気と燃料との混合気が導入される燃焼室をローブ及び空洞により形成し、雄ロータ及び雌ロータが回転する間にローブと空洞との相互作用により混合気を圧縮し、
排気口は、ハウジングの外部に連絡し、燃焼後に雌ロータの空洞及び雄ロータの隣接するローブ間の空間から排気ガスを放出し、
各浄化口は、雄ロータ及び雌ロータの回転方向における排気口の下流で、ハウジングの外側に連絡して、空洞及びローブ間空間からの残留排気ガスの放出を促進し、次の燃焼周期のために、空洞及びローブ間空間に空気を流入する流入口を浄化口に設けたことを特徴とするロータリエンジン。
【請求項２】
雄ロータ及び雌ロータに個別の排気口を設けた請求項１に記載のロータリエンジン。
【請求項３】
浄化口は、ハウジングの径方向外側に連絡して、雄ロータ及び雌ロータの回転により発生する遠心力の作用により、残留する排気ガスの放出を促進する請求項１又は２に記載のロータリエンジン。
【請求項４】
浄化口は、９０°〜１２０°角度の比較的大きい弧状に延伸する請求項１〜３の何れか１項に記載のロータリエンジン。
【請求項５】
ロータハウジングの２つの端壁の少なくとも一方に吸入口を配置した請求項１〜４の何れか１項に記載のロータリエンジン。
【請求項６】
ロータハウジングの両方の端壁に吸入口を配置した請求項５に記載のロータリエンジン。
【請求項７】
雄先端密封部材及び第１の着地領域を更に備え、
雄先端密封部材は、ハウジングと前記突出するローブの１つとの間に密封接触を形成しかつ雄ロータに沿ってほぼ連続してローブに設けられ、
第１の着地領域は、燃焼室に続くハウジング上に設けられ、
雄ロータ及び雌ロータが回転する間に、雄先端密封部材は、燃焼室の領域でハウジングとの接触を中断し、
第１の着地領域は、雄先端密封部材が燃焼室を通過した後、雄先端密封部材とハウジングとの間に段階的な再係合を形成する請求項１〜６の何れか１項に記載のロータリエンジン。
【請求項８】
ハウジングに向かって雄ロータから離間する雄ロータのほぼ径方向に雄先端密封部材を付勢する付勢部材を設けた請求項７に記載のロータリエンジン。
【請求項９】
雄先端密封部材を付勢する付勢部材は、板ばねを備える請求項８に記載のロータリエンジン。
【請求項１０】
突出するローブに設けられる溝内に雄先端密封部材を取り付けた請求項７〜９の何れか１項に記載のロータリエンジン。
【請求項１１】
雄先端密封部材は、溝内のアンダーカット部と相互作用して、ほぼ雄ロータの径方向への雄先端密封部材の移動量を溝内で制限する肩部を有する請求項１０に記載のロータリエンジン。
【請求項１２】
第１の着地領域は、ほぼ４mmの長さである請求項７〜１１の何れか１項に記載のロータリエンジン。
【請求項１３】
第１の着地領域は、湾曲する傾斜形状である請求項７〜１２の何れか１項に記載のロータリエンジン。
【請求項１４】
先行雌先端密封部材及び第２の着地領域を更に備え、
雌ロータの連続する空洞の間に配置された雌ロータの空洞間部とハウジングとの間に密封接触を形成する先行雌先端密封部材は、空洞間部の先行隅部に隣接してほぼ雌ロータに沿って移動し、
第２の着地領域は、燃焼室に続くハウジング上に設けられ、
雄ロータ及び雌ロータが回転する間に、先行雌先端密封部材は、燃焼室の領域でハウジングとの接触を中断し、
第２の着地領域は、先行雌先端密封部材が燃焼室を通過した後、先行雌先端密封部材とハウジングとの間に段階的な再係合を形成する請求項１〜１３の何れか１項に記載のロータリエンジン。
【請求項１５】
ハウジングに向かって雌ロータから離間する雌ロータのほぼ径方向に先行雌先端密封部材を付勢する付勢部材を設けた請求項１４に記載のロータリエンジン。
【請求項１６】
先行雌先端密封部材を付勢する付勢部材は、板ばねを備える請求項１５に記載のロータリエンジン。
【請求項１７】
先行雌先端密封部材は、空洞間部に設けられる先行溝に取り付けられる請求項１４〜１６の何れか１項に記載のロータリエンジン。
【請求項１８】
先行雌先端密封部材は、先行溝内のアンダーカット部と相互作用して、雌ロータのほぼ径方向への先行雌先端密封部材の移動量を先行溝内で制限する肩部を有する請求項１７に記載のロータリエンジン。
【請求項１９】
第２の着地領域は、ほぼ４mmの長さである請求項１４〜１８の何れか１項に記載のロータリエンジン。
【請求項２０】
第２の着地領域は、湾曲する傾斜形状である請求項１４〜１９の何れか１項に記載のロータリエンジン。
【請求項２１】
ハウジングと、雌ロータの連続する空洞の間の空洞間部との間に密封接触を形成する後続雌先端密封部材を備え、
後続雌先端密封部材は、空洞間部の後続隅部に隣接してほぼ雌ロータの長さ方向に延伸する請求項１４〜２０の何れか１項に記載のロータリエンジン。
【請求項２２】
ハウジングに向かって実質的に雌ロータから離間して後続雌先端密封部材を付勢する付勢部材を更に備える請求項２１に記載のロータリエンジン。
【請求項２３】
後続雌先端密封部材を付勢する付勢部材は、板ばねを備える請求項２２に記載のロータリエンジン。
【請求項２４】
空洞間部に設けられる後続溝に後続雌先端密封部材を取り付けた請求項２０〜２３の何れか１項に記載のロータリエンジン。
【請求項２５】
後続雌先端密封部材は、後続溝内のアンダーカット部と相互作用して、雌ロータの径方向への後続雌先端密封部材の移動量を後続溝内で制限する肩部を有し、
後続雌先端密封部材は、第２の着地領域に実質的に接触しない請求項２４に記載のロータリエンジン。
【請求項２６】
雄ロータの第１の溝内に設けられる第１の密封部材と、
雄ロータの第２の溝内に設けられる第２の密封部材と、
第１の溝の端部と第２の溝の端部とが接合される領域に設けられた遮断部材とを更に備え、
第１の溝の端部は、第２の溝の端部と接合され、
遮断部材は、第１の密封部材及び第２の密封部材と雄ロータとの間に侵入する排気ガスが第１の溝及び第２の溝の一方から第１の溝及び第２の溝の他方まで移動するのを防止する請求項１〜２５の何れか１項に記載のロータリエンジン。
【請求項２７】
ハウジングに向かって雄ロータから離間する方向に遮断部材を付勢する遮断付勢部材を設けた請求項２６に記載のロータリエンジン。
【請求項２８】
遮断付勢部材は、コイルばねである請求項２７に記載のロータリエンジン。
【請求項２９】
遮断部材は、ほぼ円柱状に形成されたストッパである請求項２６〜２８の何れか１項に記載のロータリエンジン。
【請求項３０】
遮断部材は、実質的にピストンである請求項２６〜２８の何れか１項に記載のロータリエンジン。
【請求項３１】
雌ロータの第１の溝内に設けられる第１の密封部材と、
雌ロータの第２の溝内に設けられる第２の密封部材と、
第１の溝の端部と第２の溝の端部とが接合される領域に設けられた遮断部材とを更に備え、
第１の溝の端部は、第２の溝の端部と接合され、
遮断部材は、密封部材と雌ロータとの間の第１の溝及び第２の溝内に侵入する排気ガスが、第１の溝及び第２の溝の一方から第１の溝及び第２の溝の他方に移動することを防止する請求項１〜２５の何れか１項に記載のロータリエンジン。
【請求項３２】
ハウジングに向かって雌ロータから離間する方向に遮断部材を付勢する遮断付勢部材を備える請求項３１に記載のロータリエンジン。
【請求項３３】
遮断付勢部材は、コイルばねである請求項３２に記載のロータリエンジン。
【請求項３４】
遮断部材は、実質的に円柱状に形成されたストッパである請求項３１〜３３の何れか１項に記載のロータリエンジン。
【請求項３５】
遮断部材は、実質的にピストンである請求項３１〜３４の何れか１項に記載のロータリエンジン。
【請求項３６】
ハウジング内に収まる少なくとも１つのロータと、ハウジングに設けられる着地領域とを備え、
ロータは、回転の間にハウジングの一部に接触する少なくとも１つの先端部材を有し、
先端部材は、ロータが回転する間にロータの先端部材が燃焼室を通過するとき、燃焼室の領域でハウジングとの接触を中断し、
着地領域は、先端部材が燃焼室を通過した後に、先端部材とハウジングの前記一部とを段階的に再係合させることを特徴とするロータリエンジン。
【請求項３８】
ハウジングに向かってロータから離間するロータのほぼ径方向に先端部材を付勢する付勢部材を更に備える請求項３７に記載のロータリエンジン。
【請求項３９】
先端部材を付勢する付勢部材は、板ばねを備える請求項３８に記載のロータリエンジン。
【請求項４０】
先端部材は、ロータに設けられる溝に取り付けられる請求項３７〜３９の何れか１項に記載のロータリエンジン。
【請求項４１】
先端部材は、溝内のアンダーカット部と相互作用して、ほぼロータの径方向への先端部材の移動量を溝内で制限する肩部を有する請求項４０に記載のロータリエンジン。
【請求項４２】
着地領域は、ほぼ４mmの長さである請求項３７〜４１の何れか１項に記載のロータリエンジン。
【請求項４２】
着地領域は、湾曲する傾斜形状である請求項３７〜４２の何れか１項に記載のロータリエンジン。
【請求項４３】
少なくとも１つのロータと、
ロータの第１の溝に設けられる第１の密封部材と、
ロータの第２の溝に設けられる第２の密封部材と、
第１の溝の端部と第２の溝の端部とが接合される領域に設けられた遮断部材とを備え、
第１の溝の端部は、第２の溝の端部と接合され、
遮断部材は、ロータリエンジンの燃焼周期の間に発生する排気ガスが第１の密封部材及び第２の密封部材とロータとの間に形成される前記第１の溝及び第２の溝内に侵入するのを防止することを特徴とするロータリエンジン。
【請求項４４】
ハウジングに向かってロータから離間する方向に遮断部材を付勢する遮断付勢部材を更に備える請求項４３に記載のロータリエンジン。
【請求項４５】
遮断付勢部材は、コイルばねである請求項４４に記載のロータリエンジン。
【請求項４６】
遮断付勢部材は、実質的に円柱状に形成されたストッパである請求項４３〜４５の何れか１項に記載のロータリエンジン。
【請求項４７】
遮断部材は、実質的にピストンである請求項４３〜４６の何れか１項に記載のロータリエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータリエンジン、特に純粋な正回転運動により動力を発生するロータリエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
過度の振動及び騒音レベル並びに浪費されるエネルギ等の通常の往復エンジンに伴う多くの問題への対応がロータリエンジンに試みられている。
【０００３】
ピストンエンジンの振動を減少するために、莫大な労力が費やされた。本質的に偏心運動である振動を少なくとも部分的に克服する場合に、クランクシャフト組立体の動的均衡化がこの運動への基本である。クランクシャフトの計数秤量を慎重に設計して、ピストン、ピストンピン及びコンロッド（コネクティングロッド）の静止状態の重量に適合させることが重要である。通常、選択される質量を有する釣合調整器をクランクシャフトの前部に追加すると、回転範囲内で可能性のある損傷限界周波数振動領域が変化する。
【０００４】
例えば、三菱自動車工業は、チェーン駆動されるバランスシャフトを追加して、有害な振動成分を補助的に無効にする開発を行った。バランスシャフトは、非常に効果的であるが、その動作後には余分量の動力を当然吸収する。この種の装置が必要なければ、非常に望ましい。
【０００５】
往復エンジンに伴う低周波振動に加え、動弁駆動機構により相当量の高振動数可聴騒音も発生する。タイミングチェーン、単数又は複数のカムシャフト、カムフォロワ、ロッカー、タペット、弁（バルブ）及び弁ばね（バルブスプリング）は、全て放出される騒音レベルの原因となる。
【０００６】
往復エンジンは、最上部で一時的に静止し、中央部で最高速度となり、最下部で静止し、中央部で再び最高速度となり、最上部で再び静止するほぼ正弦波状の加減速周期を通じて移動するコンロッド、ピストンピン及びピストン組立体を有するクランクシャフトも備える。往復エンジンを設計する際に、考慮すべき主要事項の１つは、どれほどのエネルギ量が無駄に消費されるかを示すコンロッドの収縮量である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特に、空洞を有する雌ロータと、雌ロータの空洞と協働するローブ（本明細書中では、「歯」とも称する）を有する雄ロータとを備えるロータリ歯車エンジンは、比較的純粋な回転運動から動力を発生する。しかしながら、以前に提案されたこの種のロータリ歯車エンジンでは、燃焼段階に燃焼した気体を排気段階で燃焼室から適切に除去しても、その後の燃焼周期にエンジンの効率が低下する特別な問題がある。
【０００８】
本発明の好適な実施の形態は、純粋な正回転運動により動力を発生して、円滑な走行を行い低振動で効率的なロータリエンジン又は少なくとも以前に提案されたロータリエンジンの有用な代替物となるロータリエンジンを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一実施の形態によるロータリエンジンは、ハウジング、排気口及び浄化口を備え、ハウジングは、突出する複数のローブを有する雄ロータと、複数の空洞を有する雌ロータとを備え、雄ロータと雌ロータとは、複数の平行軸の周りで同期回転可能に取り付けられ、回転中に雄ロータの連続するローブが雌ロータの連続する空洞に嵌合して燃焼室を形成し、ロータの回転間にローブと空洞との相互作用により空気と燃料との混合気を圧縮して燃焼室内に噴射し、少なくとも１つの排気口をハウジングの外部に連絡させて、燃焼後に雌ロータの空洞から及び燃焼後に雄ロータの隣接するローブ間の空間から排気ガスを放出するため、ロータの回転方向に排気口の下流でハウジングの外部に各浄化口を連絡して、空洞−内部ローブ間の空間から残留排気ガスの放出を促進し、次の燃焼周期に備えて、空洞−内部ローブ間の空間に空気を流入する流入口が浄化口に設けられる。
【００１０】
ロータリエンジンは、雄ロータ及び雌ロータに別の排気口を設けることが好ましい。
【００１１】
ハウジングの径方向外側に浄化口を連絡させて、ロータの回転により発生する遠心力の作用により残留排気ガスの放出を促進するのが好ましい。９０°〜１２０°程度のの比較的大きい円弧状に浄化口を湾曲させてもよい。
【００１２】
ロータハウジング（端板）の２つの端壁の少なくとも一方に吸入口を配置するのが好ましい。ロータハウジングの両方の端壁に吸入口を配置するのがより好ましい。
【００１３】
本発明の一実施の形態によるロータリエンジンに、ハウジングと突出するローブの１つとの間に密封接触を形成する雄先端密封部材（チップシール）と、燃焼室に続く（燃焼室の直後の）ハウジング上に設けられた第１の着地領域とを更に設けて、雄ロータに沿ってほぼ連続して突出するローブに雄先端密封部材を設け、雄ロータ及び雌ロータの回転間に、雄先端密封部材は、燃焼室の領域でハウジングとの接触を中断し、雄先端密封部材が燃焼室を通過した後、第１の着地領域は、雄先端密封部材とハウジングとの間に段階的（緩やか）な再係合（再接触）を生じてもよい。
【００１４】
本発明のこの実施の形態では、ハウジングに向かって雄ロータから離間するように、雄ロータに対してほぼ径方向に雄先端密封部材を付勢する付勢部材を更にロータリエンジンに設けてもよい。雄先端密封部材を付勢する付勢部材は、例えば、板ばねでもよい。
【００１５】
突出するローブに設けられる溝に雄先端密封部材を取り付けるのが好ましい。
【００１６】
溝内のアンダーカット部と相互作用する肩部を雄先端密封部材に設けて、溝内の雄ロータに対してほぼ径方向に雄先端密封部材の移動量を制限するのが好ましい。
【００１７】
第１の着地領域の長さは、ほぼ４mmが好ましい。本発明の好適な形態では、第１の着地領域は、湾曲する傾斜形状である。
【００１８】
本発明の一実施の形態によるロータリエンジンに、先行雌先端密封部材及び第２の着地領域を更に設けて、先行雌先端密封部材は、雌ロータの連続する空洞間に配置された雌ロータの内部空洞とハウジングとの間に密封接触を形成し、第１の雌先端密封部材は、内部空洞の先行隅部に隣接しかつ雌ロータの長さにほぼ沿って延伸し、第２の着地領域は、燃焼室に続くハウジング上に設けられ、雄ロータと雌ロータとが回転する間に、先行雌先端密封部材は、燃焼室の領域でハウジングとの接触を中断し、先行雌先端密封部材が燃焼室を通過した後、第２の着地領域は、先行雌先端密封部材とハウジングとの間に段階的な再係合を形成するとよい。
【００１９】
本発明のこの形態では、ハウジングの方向に雌ロータから離間して雌ロータに対してほぼ径方向に先行雌先端密封部材を付勢する付勢部材を更にロータリエンジンに設けてもよい。先行雌先端密封部材を付勢する付勢部材に例えば板ばねを設けてもよい。
【００２０】
内部空洞間部に設けられる先行溝内に先行雌先端密封部材を取り付けるのが好ましい。
【００２１】
先行溝内のアンダーカット部と相互作用する肩部を先行雌先端密封部材に設けて、先行溝内の雌ロータに対してほぼ径方向への先行雌先端密封部材の移動量を制限するのが好ましい。
【００２２】
第２の着地領域の長さは、ほぼ４mmが好ましい。本発明の好適な形態では、第２の着地領域は、湾曲する傾斜形状である。
【００２３】
本発明の一実施の形態のロータリエンジンに、雌ロータの連続する空洞間の内部空洞とハウジングとの間に密封接触を形成する後続（追跡）雌先端密封部材を更に設けて、内部空洞の後続隅部に隣接して雌ロータの長さにほぼ沿って後続雌先端密封部材を延伸させてもよい。
【００２４】
ハウジングに向かって雌ロータから実質的に離間する後続雌先端密封部材を付勢する付勢部材を更にロータリエンジンに設けることが好ましい。後続雌先端密封部材を付勢する付勢部材は、例えば、板ばねでもよい。
【００２５】
内部空洞内に設けられる後続溝内に後続雌先端密封部材を取り付けるのが好ましい。後続溝内のアンダーカット部と相互作用する肩部を後続雌先端密封部材に設けて、第２の着地領域に後続雌先端密封部材を実質的に接触しように、後続溝内の雌ロータに対して径方向に後続雌先端密封部材の移動量を制限するのがより好ましい。
【００２６】
本発明の一実施の形態によれば、ロータリエンジンは、雄ロータの第１の溝内に設けられる第１の密封部材と、雄ロータの第２の溝内に設けられる第２の密封部材と、第１の溝の端部を第２の溝の端部に接合（対面）する領域に設けられる遮断部材とを更に備え、第１の溝の端部は、第２の溝の端部に接合され、第１の密封部材及び第２の密封部材と雄ロータとの間の第１の溝及び第２の溝内に侵入する排気ガスが第１の溝及び第２の溝の一方から第１の溝及び第２の溝の他方まで移動することを遮断部材により防止してもよい。
【００２７】
本発明のこの実施の形態では、雄ロータから離間してハウジングに向かって遮断部材を付勢する遮断付勢部材を更にロータリエンジンに設けることが好ましい。遮断付勢部材は、例えば、コイルばねでもよい。遮断部材は、ほぼ円柱状に形成されたストッパでもよい。代替物として遮断部材をほぼピストンにしてもよい。
【００２８】
本発明の一実施の形態によれば、雌ロータの第１の溝内に設けられる第１の密封部材と、雌ロータの第２の溝内に設けられる第２の密封部材と、第１の溝の端部と第２の溝の端部とを接合する領域に設けられる遮断部材とをロータリエンジンに設けて、第１の溝の端部を第２の溝の端部に接合して、密封部材と雌ロータとの間の第１の溝及び第２の溝内に流入する排気ガスが第１の溝及び第２の溝の一方から第１の溝及び第２の溝の他方まで移動することを遮断部材により阻止する。
【００２９】
本発明のこの実施の形態では、ロータリエンジンは、ハウジングに向かって雌ロータから離間させて遮断部材を付勢する遮断付勢部材を備えるのが好ましい。遮断付勢部材は、例えば、コイルばねでもよい。遮断部材は、ほぼ円柱状に形成されたストッパでもよい。代替物として遮断部材をほぼピストンにしてもよい。
【００３０】
本発明の更なる実施の形態によれば、ロータリエンジンは、ハウジング内に収容される少なくとも１つのロータを備え、ロータは、回転間にハウジングの一部に接触する少なくとも１つの先端部材（チップ）を有し、ロータの回転間にロータの先端部材が燃焼室を通過するとき、先端部材は、燃焼室の領域内でハウジングとの接触を中断し、先端部材が燃焼室を通過した後に、ハウジングに設けられる着地領域は、先端部材とハウジングの前記一部とを段階的に再係合させる。
【００３１】
ハウジングに向かってロータから離間してロータのほぼ径方向に先端部材を付勢する付勢部材を更にロータリエンジンに設けることが好ましい。先端部材を付勢する付勢部材は、例えば、板ばねを備えてもよい。
【００３２】
ロータに設けられる溝内に先端部材を取り付けるのが好ましい。溝内のアンダーカット部と相互作用する肩部を先端部材に設けて、溝内のロータに対してほぼ径方向への先端部材の移動量を制限することが好ましい。
【００３３】
着地領域の長さは、ほぼ４mmでもよい。着地領域は、湾曲する傾斜形状でもよい。
【００３４】
また、更なる本発明の実施の形態によれば、ロータリエンジンは、少なくとも１つのロータと、ロータの第１の溝に設けられる第１の密封部材と、ロータの第２の溝に設けられる第２の密封部材と、第１の溝の端部と第２の溝の端部とを接合する領域に設けられた遮断部材とを備え、第１の溝の端部は、第２の溝の端部に接合され、遮断部材は、ロータリエンジンの燃焼周期間に発生する排気ガスが第１の密封部材及び第２の密封部材とロータとの間の第１の溝及び第２の溝内に侵入するのを防止する。
【００３５】
ハウジングに向かってロータから離間して遮断部材を付勢する遮断付勢部材を更にロータリエンジンに設けることが好ましい。遮断付勢部材は、例えば、コイルばねでもよい。遮断付勢部材は、ほぼ円柱状に形成されたストッパでもよい。代替物として遮断部材をほぼピストンにしてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
添付図面について本発明の実施の形態の一例を以下に説明する。
図１〜図８は、本発明の一実施の形態によるロータリエンジン2を示す。ロータリエンジン2は、雄駆動軸6に取り付けられる雄ロータ4と、雌軸10に取り付けられる雌ロータ8とを備える。雄ロータ4が６つのローブ又は歯12を有するのに対し、雌ロータ8は、突出する歯12を収容する６つの空洞14を有する。ロータ4,8と雄駆動軸6及び雌軸10とは、端板18,20及び各カバープレート22,24が両側に取り付けられた端部で双眼形状の主ハウジング16内に収容される。
【００３７】
雄軸6と雌軸10とを所定の位置に整合させて、平行な軸の周りに雄ロータ4と雌ロータ8とを同期して回転することができ、雄駆動軸6と雌軸10との回転間に、雄ロータ4の複数の歯12が雌ロータ8の複数の空洞14に順次嵌合され、空気と燃料との混合気を圧縮する燃焼室26が形成される。インボリュートスプライン（インボリュート曲線に形成された溝）により係合して、１８°の螺旋リード角を更に有する一対の同期はすば歯車28,30は、回転間に雄軸6と雌軸10との同期を維持して、ロータ4,8間の衝突（ロータクラッシュ）を減少する。はすば歯車28,30は、ロータ4,8を半径方向に少量調節して、補助的にロータ4,8間の衝突を防止する。はすば歯車28,30は、例えば、平歯車よりも静寂に回転することも知られている。
【００３８】
はすば雌歯車30は、インボリュートスプラインに取り付けられるハブ32と、ハブ32に合釘によりねじ止めされる環状歯車34とを備える。ハブ32と環状歯車34との間にシム（図示せず）を追加して、互いに対して直線的にはすば歯車28,30の位置を調節することもできる。この装置は、ルーツ型過給機（スーパーチャージャ）のロータ衝突の防止に良好に使用されてきた。
【００３９】
ロータ4,8の径方向振幅量は、はすば歯車28,30のバックラッシュ（歯車を自由に動かすための間隙）及び端部スラスト（回転体の軸方向に働く力、推力）による雄駆動軸6及び雌軸10の直線的移動の程度に依存する。ロータ4,8の端面と端板18,20との間に端部スラストが発生する。雄ロータ4と端板18,20との間及び雌ロータ8と端板18,20との間の端部間隔は、約０.１mmである。はすば歯車28,30のバックラッシュにより生じるロータ位置変動及び端部スラスト変動は、雌ロータ8のばね式の先端密封部材178,179（図５Ａ及び図５Ｃに示す）により吸収される。
【００４０】
図２と図３に示すように、主ハウジング16は、少なくとも１つの排気口を有し、ロータリエンジン2は、雄排気口40及び雌排気口42と、雄浄化口44及び雌浄化口46とを備え、雄排気口40と雌排気口42は、それぞれ主ハウジング16から各雄排気多岐管41と雌排気多岐管43まで排気ガスを案内して、排気ガスを放出し、雄浄化口44と雌浄化口46は、主ハウジング16から雄ロータ4及び雌ロータ8の各回転方向で各排気口40,42の下流の各雄浄化導管45及び雌浄化導管47まで排気ガスを案内して、残留する排気ガスの放出を促進する。例えば、９０°〜１２０°の範囲の比較的大きな弧状に拡径するように、主ハウジング16に設けられる雄浄化口44と雌浄化口46を非常に長くかつ大きく形成してもよい。空気を吸入する雄入口48と雌入口50は、各端板18,20にそれぞれ設けられる。本発明の一実施の形態によるロータリエンジン2の動作を説明する目的により、各端板18,20にそれぞれ設けられる雄入口48と雌入口50を図２（同様に図９）に示す。各端板18,20に点火プラグ52が取り付けられる。
【００４１】
本発明の一実施の形態によるロータリエンジン2Aの軸方向略示断面図を示す図９によりロータリエンジン2の周期を説明する。５つの歯12と７つの空洞14をそれぞれ有する雄ロータ4と雌ロータ8を備える図９に示すロータリエンジン2Aは、図１〜８に示すロータリエンジン2とは異なる構造を有することは、理解できよう。同一の構成部材には同一の参照番号を使用する。
【００４２】
各矢印54及び56に示すように、ロータ4,8は、反対方向に回転する。空気燃料吸入周期間に、端板18,20の雄入口48及び雌入口50（吸入口）を通じて空気が取り入れられる。各矢印62及び64に示すように、雄燃料注入装置58及び雌燃料注入装置60により燃料が注入され、各領域66,68で生じる圧縮周期の初期の間に、空気燃料混合気が形成される。ロータ4,8が更に回転すると、雄ロータ4の雄歯12と雌ロータ8の空洞14との間に空気燃料混合気が閉じ込められて圧縮される。雄ロータ4の歯12が整雌ロータ8の空洞14内に合して嵌合されるとき、最高圧縮点に到達する。形成された燃焼室26の各端部に配置される複数の点火プラグ52は、同時に発火して、空気燃料混合気に点火する。エンジン2の始動時に、点火プラグ52を遅く点火し、エンジン2の回転速度が増加するとき、点火プラグ52を早く点火するように、遅延／促進装置（図示せず）を使用して、点火プラグ52の同時発火を制御してもよい。空気燃料混合気の点火により膨張周期が始まり、気体の膨張により、燃焼室26内の圧力が増加して、雄ロータ4と雌ロータ8との間に反力が作用する。雄ロータ4の歯12は、雌ロータ8の空洞14に対して反対に作用し、雄ロータ4は、雌ロータ8から離間して、雄駆動軸6にトルクを与える。雌ロータ8の外形は、必要な離間作用に寄与しないので、反作用部材である雌ロータ8は、雌軸10にトルクを及ぼさない。雌ロータ8に作用する圧力は、雌ロータ8の全方向に均等に吸収され、雌軸10の径方向に伝達される。
【００４３】
膨張周期の間に、雄ロータ4の歯12と雌ロータ8の空洞14と主ハウジング16との間に形成される容積部70,72は、雄軸6と雌軸10とが回転して、最大容量まで膨張する。雄ロータ4の連続する歯12と雌ロータの空洞14との間に形成される歯間空間74は、排気周期の一部として主ハウジング16内の雄排気口40及び雌排気口42にそれぞれ到達するとき、歯間空間74と空洞14内に残留する圧力は、各矢印78,80に示すように、歯間空間74と空洞14内に捕捉された燃焼排気ガスを押圧して、各排気口40,42に放出する。
【００４４】
しかしながら、連続する歯12間の歯間空間74及び空洞14には、燃焼排気ガスがまだ残留する。回転が進行して、雄ロータ4の歯間空間74及び雌ロータ84の空洞14は、主ハウジング16の対応する雄浄化口44及び雌浄化口46にそれぞれ到達する。雄ロータ4及び雌ロータ8の回転により、歯間空間74及び空洞14内に残留する相当量の燃焼排気ガスが、各矢印82,84に示すように、浄化周期の一部として遠心力により各浄化口44,46から排出される。雄ロータ4の連続する歯12と雌ロータ8の空洞14との間の歯間空間74は、清浄空気が流入する雄入口48及び雌入口50を通過して回転する。雄入口48及び雌入口50は、それぞれ浄化口44,46と部分的に重複する。遠心力を利用して燃焼排気ガスを径方向外側に移動する浄化作用は、矢印82,84に示すように、歯間空間74及び空洞14内の圧力を低下させて、各矢印86,88に示すように、空気燃料混合気吸入周期の一部として、各端板18,20に形成される入口48,50を通じて清浄空気が吸引される。その後、歯間空間74及び空洞14は、各浄化口44,46及び各入口48,50の端部を通過する。その後、吸入された清浄空気は、主ハウジング16により再び封入され、圧縮周期の初期段階間に燃料が再び注入される。
【００４５】
空気燃料混合気吸入、圧縮、膨張、排気及び浄化の全５周期は、同時に発生し、各嵌合歯12−空洞14の組は、回転毎に点火される。後続歯12／空洞14の組による圧縮周期と、隣接先行歯12／空洞14組の膨張周期とが重複するので、ロータリエンジン2の出力が平滑化される。
【００４６】
歯12に対する空洞14の数及び雄ロータ4に設けられる歯12の数の種々の割合を選択することにより、満足な動作が得られることは理解できよう。前記選択は、雌ロータ8の空洞14間の空洞間部90の幅で空洞間部90の最も幅が狭い箇所により決定される。空洞間部90の深さにより空洞間部90の幅が決定されるが、空洞間部90の深さは、雄ロータ4の歯12の最高深さ又は雄ロータ4に設けられる歯12の数により決定される。例えば、６つの歯12を有する雄ロータ4では、所定の直径及び歯たけを有する６つの歯12の歯ピッチは、60°に設定され、雄歯先端部の最小幅は、容積を最大化する。直径が一定であれば、歯12の数が増加するほどより低い歯たけが要求される。雄ロータ4の歯12の歯たけが過度になれば、雄ロータ4の歯12の歯根へのアンダーカットが要求される。最適の歯たけは、アンダーカットが零に減少する点であった。
【００４７】
例えば、歯12と空洞14との数比が２：１であれば、雄ロータ4と雌ロータ8とを同等の直径にでき、最高歯たけは、ロータ4,8の半径の１／３であることが判明した。歯12と空洞14との数比を１：１に接近させると、雄ロータ4の外径に対して、雌ロータ8の外径が減少する。歯12と空洞14との数比が１：１であると、雌ロータ8の最大外径が、雄ロータ4の谷径と同等であり、最高歯たけは、雄ロータ4の半径のほぼ０.３倍であることが判明した。
【００４８】
雄ロータ4に６つの歯12を備えかつ歯12と空洞14との数比が１：１である図１〜図８に示す前記ロータリエンジン2は、非常に有用でありかつ６個未満の歯12を有する雄ロータを備えるエンジンと比較すると、浄化周期が比較的長くなることが判明した。更に、６つの歯12により、空洞間部90（又は雄ロータ4の歯12）が十分に幅の広く、雄ロータ4及び雌ロータ8の谷径とが十分に大きいため、雄駆動軸6及び雌軸10の適切な寸法及び端部密封性を得ることができる。何れにせよ、ロータリエンジン2の正常な吸気には、５つの歯12が最小限必要であることが判明した。
【００４９】
本発明の一実施の形態による６つの歯を備えかつ歯12と空洞14との数比が１：１であるロータリエンジン2を開発するには、雄ロータ4の歯12に作用する理論上のトルク及び圧力を最初に算出して、雄ロータ4（空洞14）及び歯12の寸法の比率を決定した。インジケータ線図（圧縮比は、まだ未決定）ではなく、Ｐ1・Ｖ1＝Ｐ2・Ｖ2に基づいて圧力及びトルクを算出するので、算出は、比較を与えるに過ぎず、最終的な性能を示すものではない。雄駆動軸6に生じる理論上のトルクは、雄ロータ4の軸角度（軸の回転方向角度）と対照して表され、多数の歯たけ及び雄歯先端部の幅によって雄ローラ4の長さは、１５０mmから２００mmまで変化する。歯たけは、歯12の輪郭及びロータ4,8の中心間ピッチに影響を与え、結果的に、ロータ4,8の全長さに影響を与える。トルクの測定結果を図１０のグラフに示す。
【００５０】
図１０のグラフは、種々の形態を通じて全体にわたるトルク出力が顕著には変化しないことを示す。しかしながら、幅が広くかつ歯たけの浅い歯12（図１０のグラフ１及びグラフ７に示す）は、周期の初期に非常に高いピークの有害な特性を生じる。可能な限り平坦かつ平滑なトルク曲線がはるかに好都合であり（例えば、図１０のグラフ５）、この実施実施の形態では、雄ロータ4の開発基礎として雄ロータ4は、直径１６４mm、比較的幅が狭い雄歯先端部（５mm）、可能限り大きな歯たけ（２４mm）を有しかつアンダーカットの無い輪郭を備える雄ロータ4が好ましい。
【００５１】
ロータ4,8の長さが長い程、所定の出力に対してロータ4,8の直径をより小さくすることができる。また、図１及び図３に示すように、雄ロータ4の長さは、ほぼ中央の架橋部92,94の配置により決定され、後記先端密封部材174,178,179が排気口40,42及び浄化口44,46を横切るとき、架橋部92,94は、先端密封部材174,178,179を支持する。架橋部92,94は、冷却液が通過する開口部（オリフィス）を有するとよい。ロータリエンジン2は、冷却用開口部を有さない架橋部92,94を備える。その結果、主ハウジング16内の矢印97,98で示す隔離されたポケットを雄排気口40及び雌排気口42の外部で冷却する外付けされた２個の油冷式入口分岐管95,96が設けられる。
【００５２】
ロータ4,8が回転するので、雄ロータ4の歯12の輪郭は、雄ロータ4の外径と雌ロータ8の外径との交点の軌跡が描く軌道によりて形成される。そして、雌ロータ8の空洞14の輪郭は、所望の圧縮比を実現する容積に膨張される。圧縮比は、「上死点」となる最大圧縮点により決定される。上死点は、雄ロータ4の歯12が雌ロータ8の空洞14に完全に係合して、圧縮室26を形成する回転位置である。歯12の輪郭は、螺旋圧縮装置に利用される歯と同様であり、「生成輪郭」として一般に公知である。
【００５３】
ロータリエンジン2の主ハウジング16は、一体に溶着された磨き軟鋼材により製造される。主ハウジング16は、機械加工され、６５ロックウェルＣ硬度まで表面硬化されかつ最終微細研磨される。別法として、例えば、アルミニウム鋳造等の他の材料により主ハウジング16を成型してもよい。
【００５４】
端板18,20は、３次元ＣＡＤ（コンピュータ支援設計）立体模型によるステリオリソグラフィック・マスター・ワックス・モデルの焼流し精密鋳造法により製造され、硬質クロムめっき処理されかつ研磨される。焼流し精密鋳造法により、アンダーカットの形成が可能であり、壁厚を３mmに減少することができる。別法として、例えば、端板18,20をアルミニウム鋳造により形成し、機械加工して、表面硬化膜を設けてもよい。
【００５５】
各端板18,20は、雄駆動軸6及び雌軸10を軸支する２つの軸受100を有する。動定格４,４００キログラムの直径５０mm×長さ３５mmの単列ローラ軸受100が雄駆動軸6の両端部に設けられる。雄駆動軸6及び雌軸10の名目回転数限界は、８,０００rpmであるが、最大２５ミクロン程度の径方向交差を軸受100に設ければ、軸受は、１０,０００rpmの回転数短延長範囲に耐えることができよう。動定格２,９５０キログラムと、名目回転数限界１２,０００rpmとを有する直径３２mm×長さ３０mmの単列ローラ軸受100が、雌軸10の両端部に設けられる。全４つの軸受100は、インナレースを設けずに、雄駆動軸6及び雌軸10上で直接転動する。
【００５６】
前記長さ、単列、直径５０mm、両ジャーナル（回転軸の首の部分）及び油冷装置上の針状ローラ軸受100を使用することにより、雄駆動軸6を簡素化できる。油冷装置は、軸受給油孔102を簡素化して、雄駆動軸6（又は雌軸10）から雄ロータ4（又は雌ロータ8）への油伝達効率を改善する。
【００５７】
雄ロータ6に２つの雄燃料噴射器104を設け、雌ロータ8に２つの雌燃料噴射器106を設けて、雄燃料噴射器104及び雌燃料噴射器106により、圧縮周期の初期段階の間に燃料が注入される。２つの雄燃料噴射器104は、希薄燃料を噴射するが、より小さな容積の燃料を装填する２つの雌燃料噴射器106は、富裕な燃料を噴射する。複数の雌燃料噴射器106は、複数の雄燃料噴射器104より互いに広い間隔で離間して配置（図４に示す）され、点火プラグ52の領域で燃料が装填される。これは、層状燃料装填構造を形成する。点火プラグ52に近接する小量の富裕燃料は、点火プラグ52から離間する大量の希薄燃料より早く発火し、雄燃料噴射器104により内部に供給される希薄な混合気の起爆剤として作用する。
【００５８】
エンジン2の中心付近で適時に嵌合する歯12と空洞14との間でかつ主ハウジング16に形成される燃焼室26の各端部で端板18,20に点火プラグ52が設置され、二重出力巻線108は、特注の複数の点火プラグ52を同時に点火する。図８に示すように、点火プラグ52は、アルミナ（酸化アルミニウム）セラミック管114を覆ってセラミック接着剤により貼着した補強管110及び締付けねじ112と、アルミナセラミック管114の中心に同様に貼着された電極116とを組み合わせて構成される。従来の点火プラグを利用できるが、特別に長い点火プラグでも、下方に配置される点火プラグを極めて扱い難く、大き過ぎる燃焼空間を要することが判明した。Ｆ１エンジンに現在使用される直径８mmの沿面放電点火プラグを代替品としてもよい。
【００５９】
エンジンの各側部の雄高圧室（プレナムチェンバ）130及び雌高圧室132に取り付けられた各スロットルレバー126,128により制御される各スロットル（絞り弁）122,124を有する雄空気清浄装置118及び雌空気清浄装置120を通じて空気が導入される。雄入口多岐管及び雌入口多岐管は、各端板18,20に２つずつ設けられる４つの入口通路（図示せず）に雄高圧室130及び雌高圧室132を接続する。雄入口48及び雌入口50に連絡する各端板18,20内の雄入口通路及び雌入口通路は、連続する歯12と各雌空洞14との間の各歯間空間74に浄化空気を補給して、排気ガスを連続して浄化する５回目の浄化周期の一部を形成する。
【００６０】
第５の浄化周期は、歯間空間74及び空洞14内の燃焼排気ガスの極めて少量の残留物を残すが、ＮＯｘの排出を減少する１つの方法として、１１%以下の燃焼排気ガスを故意に再導入して約１８１６℃（３３００°F）から約１６４９℃（３０００°F）まで燃焼温度を低下するエンジン製造業者も存在することに留意すべきである。
【００６１】
いくつかの理由により、排気ガスは、高炭化水素（ＨＣ）含有量を含むと考えられる。点火前に燃料を遅れて注入すると、十分な蒸発時間がなく、燃料の一部は、まだ霧状の滴形状である。また、形成された燃焼室26の角部及び壁に「濡れ」量が存在する。形成される燃焼室26は、「影（シェーディング）」となり僅かな不完全燃焼を生じる鋭利な角部を有する。また、燃料に加えられ又はロータリエンジン2の流入空気内に注入される潤滑油含有量は、排気ガスの追加の炭化水素及び固形物を生じる。得られる排出物は、最近のマツダロータリエンジンの排出物とほぼ同等であると考えられる。
【００６２】
ロータリエンジン2の必要な冷却量は、燃焼する燃料量に依存する。従って、これは、ロータリエンジン2の熱効率及び発生する馬力の要因となる。通常の燃料の現行発熱値は、４４メガジュール／キログラムである。６つの歯12を有しかつ歯12と空洞14との数比が１：１である排気量１０００ccのロータリエンジン2の予測される燃料使用量は、１時間当たりに供給される１kWの動力当たり、０.２３kgである。ロータリエンジン2は、３５００rpmで約７０kWの出力を生ずることが予測される。これは、毎分１９６.５kWの入力総熱量に等しい毎分０．２６８リットルの燃料の使用量を示す。標準の往復エンジンでは、燃料の約５%が不燃焼燃料となり、３０%が排気ガス内に放出され、３０%が燃焼室及びピストンにより吸収され、残部が有効な動力出力となる。吸収される燃料の３０%は、冷却装置に必要な毎分64.8kWの熱量に相当する。
【００６３】
ロータリエンジン2が１０４,４２０mm2相当の熱吸収領域を有するが、ほぼ等価の排気量２０００cc４気筒往復エンジンの燃焼室、弁、シリンダ壁及びピストンクラウンは、１４３,７６０mm2の統合熱吸収領域を有する。よって、ロータリエンジン2は、ロータリエンジン2に相対する往復エンジンより約２７%少ない熱吸収領域を有する。これは、熱効率の増加を招来する。これは、毎分４７.５kWの処理熱量を冷却装置に付与して、３０%の吸収量を約２２%に低減できることを意味する。その違いは、熱効率の増加となる。
【００６４】
ロータリエンジン2は、油冷式である。油は、水の約半分の比熱を有する。２倍の処理能力であっても、エンジンは、もう一方の方法である水冷よりもまだ熱く動作すると予想される。他の好ましい形態では、ロータリエンジン2は、水冷式である。しかしながら、油冷式のロータリエンジン2は、水ポンプ及び付随する熱交換器の必要性を除去し、大容量の熱交換器を有する油ポンプを取外すことにより、大幅に構造が簡素化する。雄駆動軸6、雌軸10及びロータ4,8への油入口140は、双方向の送水装置ではなく一方向の送油装置である。軸受100は、雄駆動軸6及び雌軸10から潤滑剤を直接受ける。雄ロータ4の冷却潤滑油は、雄駆動軸6の中心を通じて導入される。雄ロータ4の冷却出口は、雄ロータ4の端面に設けた一連の開口部（スロット）144であり、開口部144は、端板18,20の開口部（スロット）146に整合する。雄ロータ4の冷却油は、スロット146を通じて端板18,20内へ伝達され、一連の通路148のハウジング冷却剤に合流する。雌ロータ8の冷却潤滑油も雌軸10の中心を通じて導入される。出口150は、雌軸10の端部を経由し、同期歯車ハウジング154の蓋体152を通過し、上昇して冷却油出口多岐管156内に連絡される。これにより、単一の共通油出口多岐管156が形成される。図３及び図４は、同期歯車ハウジング154の蓋体152から上方へ延伸しかつ主油出口多岐管156に連結する油出口150を示す。また、主油出口多岐管156は、２つの穴部（ポート）158,160を経由して２つの端板18,20から油を受け取る。
【００６５】
電動ポンプ（図示せず）を使用して、１秒当たり１.２リットルの最大供給流量を生じ、電子速度制御装置で、自動的に冷却油の流量を変化させて約１００℃（２１２°F）に出口温度を維持することができる。熱制御扇風機に取り付けられるアルミニウム製の放熱体（ラジエータ）（図示せず）は、熱交換器として使用される。この放熱体は、水冷式エンジンに必要な放熱体の２倍の大きさである。
【００６６】
主ハウジング16内の高温領域として、最初に排気口40,42、その後、燃焼領域に冷却剤が導入される。６つの各歯12に対して燃焼が各１回であれば、１回転当たり６回燃焼が行われるので、主ハウジング16及び排気口40,42により、連続的に熱が吸収される。その後、高温油は、いくつかの低温領域に分散される。
【００６７】
ロータ4,8は、圧縮周期、燃焼周期及び膨張周期で生じる熱に対して冷気を導入しながら回転する。ロータ4,8は、浄化周期間に遠心力による冷気吸入により更に冷却される吸入周期間に加熱中の短い休止期間を得る。主ハウジング16には、加熱の休止期間がない。このため、殆どの冷却液が主ハウジング16に向けられる。温度がさらに全体に広がって、主ハウジング16がいくら熱くなっても問題にならない。
【００６８】
雌ロータ8の各空洞14と雄ロータ4の連続する歯12間の歯間空間74との両方に高圧気体を含むため、図５Ａ〜図７に示す雄「密封部材アレイ」170及び雌「密封部材アレイ」171を形成する複数の密封部材が採用される。
【００６９】
各端板18,20に隣接して雄ロータ4及び雌ロータ8の両端部に設けられる端部密封部材172は、各端板18,20に移動可能に密封接触する。雄ロータ4上の端部密封部材172は、雄ロータ4の谷径及び歯12の輪郭にほぼ追従する。雌ロータ8上の端部密封部材172は、雌ロータ8の谷径及び空洞間部90にほぼ追従する。
【００７０】
雄ロータ4の歯12の頂部176に備えられる雄先端密封部材174は、主ハウジング16に移動可能に密封接触する。雌ロータ8の空洞14間の各空洞間部90上で、先行隅部及び後続偶部に雌ロータ8の回転方向でそれぞれ同様に備えられる先行雌先端密封部材178及び後続雌先端密封部材179は、主ハウジング16に移動可能にほぼ密封接触する。
【００７１】
端部密封部材172及び先端密封部材174,178,179は、１.２mm×２.５mmの断面積を有する窒化可能な細片（ストリップ）により製造される。ロータ4,8に設けられた３.５mmの深さの密封溝180に適合するように、前記細片の各端部が機械加工され、熱膨張を可能にする小さな端部隙間を形成する。ロータ4,8の回転時に、主ハウジング16に間隙が存在する燃焼室26の領域で、雄先端密封部材174及び雌先端密封部材178,179の径方向外側移動を制限することが必要である。雄先端密封部材174及び雌先端密封部材178,179の径方向外側移動は、小さな肩部182,183により、例えば、約０.１５mmに制限され、肩部182,183は、ロータ4,8の密封溝180の基部の小さなアンダーカット（下方の切欠部）と相互作用（係合）する先端密封部材174,178,179の内面に「Ｔ字」を形成する。先端密封部材174,178,179の縁部も窒化され、ロータ4,8の回転毎に、ロータ4,8が主ハウジング16との接触を中断し再係合するときの衝撃に耐えることができる。
【００７２】
板ばね184の形態を有する付勢部材は、雄ロータ4及び雌ロータ8から離間する方向に端部密封部材172及び先端密封部材174,178,179を付勢する。板ばね184は、端部密封部材172に作用し、端部密封部材172は、ロータ4,8から離間する外側方向へ押圧されて、硬質クロムめっきされかつ研磨された端板18,20に対して圧力を与える。板ばね184は、雄先端密封部材174、先行雌密封部材178及び後続先端密封部材179に作用し、各先端密封部材174,178,179は、硬化されかつ研磨された主ハウジング16の内面容器に対してロータ4,8から離間する外側方向に圧力を生ずる。密封溝180内に配置される板ばね184は、一対の小さな切欠部186により密封部材172,174,178,179との位置が調整される。複数の切欠部186間の間隔、複数の板ばね184間の間隔及び密封部材172,174,178,179の端部から各板ばね184を配置する間隔を全て使用して、密封部材172,174,178,179の圧力均衡を調節することができる。
【００７３】
隣接する２つの密封部材192,194（例えば）の端部に接合される連結領域188,189（例えば）に、ピストン196の形態を有する遮断部材又は円柱状のストッパを設けて、板ばね184が動作する端部密封部材172及び先端密封部材174,178,179により形成される１mmの間隙を経て密封溝180を通じて形成される燃焼室26に高圧ガスの侵入が防止される。
【００７４】
ピストン196は、密封溝180の底部より１mm深く侵入して、雄ロータ4の連続する歯間空間74と雌ロータ18の連続する空洞14との間での高圧ガスの自由な通過を制限する。前記ロータリエンジン2では、ピストン196は、直径３.２mmの燐青銅製ピストンであり、隣接する２つの密封部材192,194が接合される連結領域188,190の孔部198内に配置される。小さなコイルばね200の形態を有する付勢部材は、ピストン196を付勢し、硬質クロムめっきされかつ研磨された端板18,20に外側への圧力を与える。
【００７５】
雄ロータ4及び雌ロータ8は、ロータ4,8の各端部に２つの環状圧縮リング202,204を有する。環状圧縮リング202,204の下方に形成された溝（図示せず）内に配置される環状板ばね（図示せず）は、端板18,20に向かって環状圧縮リング202,204を付勢する。また、雄ロータ4は、雄ロータ4に設けられた油出口溝208内でこれに隣接して配置される予備リング密封部材206を有し、油の通過及び雄駆動軸6に向かい内側に迂回する迂回ガスを制限する。予備リング密封部材206を通過する油及び迂回ガスは、雄駆動軸6周りの環状凹部210に捕集することができる。その後、この油及び迂回ガスは、端板18,20中に排出され、主冷却油容積部と混合される。中間冷却装置（図示せず）を通過した後、渦状タンク（図示せず）内の油から迂回ガスを分離してもよい。環状凹部210と同様の環状凹部212が雌ロータ8の雌軸10の周りに設けられる。
【００７６】
図５Ａに示すように、３つの追加の「Ｔ字型」密封部材214が雄ロータ4の谷径上の各歯間空間74に配置される。燃焼周期及び膨張周期の初期段階の後段階間に、雌ロータ8の外径が雄ロータ4の谷径と隣接する間、Ｔ字型密封部材214は、高圧ガスの漏洩を防止する。Ｔ字型密封部材214は、端部密封部材172及び先端密封部材174,178,179に使用される板ばね184と同一である各２つの板ばね184を有する。各Ｔ字型密封部材214の４つの小さな切欠部186により、２つの各板ばね184は、同様に配置される。他の代替構造として、雄ロータ4の各歯間空間74に２つのＴ字密封部材214のみを備える雄ロータ4を設計することもできる。
【００７７】
雄先行先端密封部材174及び雌先行先端密封部材178とそれぞれ関連する雄着地領域220及び雌着地領域222は、形成される燃焼室26の下流で主ハウジング16内に設けられる。前記のように、雄ロータ4及び雌ロータ8が回転するとき、先端密封部材174,178は、主ハウジング16との間隙が形成される燃焼室26の領域で主ハウジング16との接触を中断する。先端密封部材174,178は、主ハウジング16との間隙を横切りかつ板ばね184により付勢され、ロータ4,8の回転運動による遠心力で主ハウジング16との間隙内に移動される。先端密封部材174,178が主ハウジング16との間隙を横切った後、「飛行する」先端密封部材174,178も主ハウジング16への着地（当接）を必要とする。
【００７８】
図６及び図７に示すように、雄着地領域220及び雌着地領域222を主ハウジング16に設けて、先端密封部材174,178の着地を緩衝すると共に、先端密封部材174,178と主ハウジング16との間の段階的な再係合が行われる。本実施の形態では、例えば、主ハウジング16の側面を機械加工して、長さ４mmの湾曲する傾斜面に着地領域220,222が形成される。
【００７９】
図６は、雄着地領域220を示す。図６では、図示を明瞭にするため、雌ロータ8及び雌ロータ8に設けられる後続雌先端密封部材179の図示を省略する。雄着地領域220は、雄ロータ4の回転方向において燃焼室26に続いてハウジングに設けられ（図６に示されない）、雄先端密封部材174が燃焼室26を通過した後に、雄先端密封部材174と主ハウジング16との間に段階的な再係合を与える。
【００８０】
図７は、同様に雌着地領域222を示す。雌先端密封部材178が燃焼室26を通過した後に、雌着地領域222は、先行雌先端密封部材178と主ハウジング16との間に段階的な再係合を形成する。
【００８１】
雄ロータ4の先端部の各後続雌密封部材179は、外側移動が制限されるため、回転中に主ハウジング16との間隙内に過度に移動しない。これにより、各後続雌密封部材179が雌着地領域220に接触するのを防止し、空洞間部90に形成される対応する密封溝180から後続雌密封部材179が離脱するのを防止する。
【００８２】
６つの歯12を有しかつ歯12と空洞14との数比が１：１である排気量１０００ccの記述した５サイクルロータリエンジン2を排気量２０００ccの４気筒往復エンジンと比較し、両エンジンに対してほぼ同一のパラメータを使用した。最大回転間の各種増加点から両エンジンのトルク出力を算出した。算出結果を図１１のグラフに示す。駆動軸の回転の上死点からの進行度により、インジケータ線図（ＰＶ線図）から燃焼室26内の圧力を決定したが、インジケータ線図は、８.７５：１の圧縮比を有する通常の往復エンジンの燃焼室の圧力変化を表す。ロータリエンジン2用の真実のインジケータ線図を使用しないが、直接比較するために、両エンジンに対して同一のインジケータ線図を使用した。燃焼室壁の伝導及び放熱による熱損失は、２つのエンジンで異なる。油冷式では、ロータリエンジン2は、僅かに加熱して作動される。両方の要因がグラフに影響する。
【００８３】
往復エンジンは、２回転して４周期を完結し、２０００ccの可燃混合気を導入するので、６つの歯12を有しかつ歯12と空洞14との数比が１：１である排気量１０００ccのロータリエンジン2を４気筒の排気量２０００ccの往復エンジンと比較した。従って、排気量２０００ccの往復エンジンには、１回転当たり１０００ccの可燃混合気が導入される。排気量１０００ccのロータリエンジン2も１回転当たり１０００ccの可燃混合気が導入され、１回転毎に４周期を完結する。燃料の使用法は、同様である。
【００８４】
圧力が作用する有効面積を最初に決定して、ロータリエンジン2のトルク出力を算出した。その後、この有効面積に燃焼室圧力を乗じ、更に駆動軸4の中心からこの有効面積までの平均間隔を乗じた。雄ロータ4の歯12の有効面積、燃焼室26の容積及び軸中心に対するモーメントを累進する回転角のロータ4,8の各線図により決定した。雌ロータ8の空洞14は、雄ロータ4と雌ロータ8とが係合する間、雄ロータ4の歯12の領域を圧力から遮蔽する。従って、有効面積は、常に変化している。雄ロータ4と雌ロータ8とが分離するとき、雄ロータ4の歯12の全領域が圧力に暴露される。雄歯12は、ほぼ６０°の回転角度で圧力に完全に暴露される。
【００８５】
図１１のグラフに示す結果は、絶対値を意図するものではなく、直接比較した結果を示すに過ぎない。排気量１０００ccで５サイクルのロータリエンジン2は、１４６.４ニュートンメートル（１０８ft.lb）の平均トルクを生ずるのに対し、排気量２０００ccの往復エンジンが平均で１２１.６ニュートンメートル（９０ft.lb）のトルクを生ずるので、２０%の名目上の改善を示す傾向にあることが判明した。この改善は、ロータリエンジン2の改善された機械的構造形態により生じる。
【００８６】
ロータリエンジン2は、排気量２０００ccの４気筒往復エンジンを超えるいくつかの効果を有する。ロータリエンジン2の動力対重量比及び動力対寸法比は、同様サイズの往復エンジンより優れている。ロータリエンジン2の主要な構成部材は、鋼及び鋳鉄から製造するとき、合わせて３８kgの重量を有することが判明した。アルミニウム又はマグネシウム合金等の軽量材料を使用することにより、この重量を更に減少することができる。チタンを使用して軸を製造することにより、基礎構造のロータリエンジン2は、約２５kgの重量となろう。
【００８７】
例として製造した排気量１０００ccのロータリエンジン2は、幅約４２０mm×高さ約２２０mm×長さ約３００mmの寸法を有し、特大の吸気装置を備える。ロータリエンジン2の動力対寸法比は、ロータリエンジン2の排気量と共に増加する。図１２は、雄ロータ4の直径に対するロータリエンジン2の排気量を示すグラフである。排気量１０００ccの試作品（ほぼ排気量２０００ccの往復エンジンに相当する）の雄ロータ4は、１６４mmの直径を有する。ロータリエンジン2の２倍の排気量である２０００cc（ほぼ排気量４０００ccの往復エンジンに相当する）では、雄ロータ4に２０６mmの直径が要求される。雄ロータ4の直径を２倍にした３２８mmは、排気量８０００cc（ほぼ排気量１６,０００ccの往復エンジンに相当する）となる。
【００８８】
燃費もまた、エンジンの特徴であると期待される。図１０のグラフに示すように、６つの歯12を有しかつ歯12と空洞14との数比が１：１である排気量１０００ccのロータリエンジン2は、排気量２０００ccに相当する通常の往復エンジンより燃料単位当たりでより多くの動力を発生する傾向がある。
【００８９】
相対する往復エンジンより２７%未満の熱吸収領域を加えることにより、ロータリエンジン2は、動弁機構の駆動に必要な往復動作及びトルクにより別途消費されるエネルギも得ることができる。ロータリエンジン2は、比較的大きな流入口導管並びに雄入口48及び雌入口50も有するので、容積効率が格別良好であると期待される。第５の浄化周期による遠心力動作は、往復エンジンにより使用されるエネルギを更に節減して、吸気行程の際に必要な低圧を発生する。
【００９０】
全体の動弁機構を排除すると共に、可動部品数及び相互作用部品数を極端に減少して、放出される可聴ノイズを非常に低減することができる。排気背圧は、ロータリエンジン2の動出力に影響を与えない。これにより、ロータリエンジン2に極めて静寂な排気装置を取り付けることができる。
【００９１】
劇的に減少する材料使用法により、部品数が非常に減少して、製造価格を大幅に低減することも期待される。また、ロータリエンジン2の製造に使用されるエネルギは、従来提案されるエンジンの製造に使用されるエネルギよりも極めて減少できると期待される。ロータリエンジン2は、ほぼ１２個の主要な構成部材に加え、密封部材アレイ170,171（端部密封部材172、先端密封部材174,178,179、密封部材192,194、予備リング密封部材206及びＴ字密封部材214）を有する。匹敵する排気量２０００cc４気筒往復エンジンは、ほぼ４８個の主要な構成部材を有する。ロータリエンジン2の質量は、匹敵する往復エンジンの約２０%に相当するに過ぎない。従って、原材料内容も非常に少ないであろう。ロータリエンジン2は、通常の往復エンジンに使用されるのとほぼ同種の材料を利用すると予想される。
【００９２】
排気背圧は、ロータリエンジン2のトルク出力に影響せず、ターボ過給に適するロータリエンジン2を製造できることも理解されよう。ターボ過給機の構造により、より高い利用可能な圧力から利点が得られると考えられる。ターボ過給機又はスーパ過給機を取り付ければ、第５の浄化周期を短縮して、浄化周期間に予備圧縮空気が侵入するのを防止する必要であるため、７つ又は８つの歯12を必要としよう。圧縮周期の開始直前にターボ過給用の２つの入口を更に追加して、予備圧縮空気とは別の吸気が可能となる。
【００９３】
更に、前記ロータリエンジン2は、通常容易に利用できる石油燃料で動作するように設計したが、本発明の一実施の形態によるロータリエンジン2は、別法として何らかの液体燃料又は気体燃料により動作するように設計してもよいことは理解されよう。
【００９４】
本発明の上記した実施の形態は、一例を記載したに過ぎず、記述した本発明の趣旨及び範囲から逸脱せずに、修正及び変更してもよいことは、理解されよう。
【００９５】
本明細書では、、別途説明しない限り、用語「備えた」及び「備える」又は「備えている」等の変化は、説明した過程若しくは完全充足体又は過程群若しくは完全充足体群を包含することを意味し、他のいかなる過程若しくは完全充足体又は過程群若しくは完全充足体群を除外するものではない。
【００９６】
本明細書中の従来技術は、その従来技術があらゆる国の共通の一般知識の要素を構成することを容認する又は何らかの形で示唆するとして、援用するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の一実施の形態によるロータリエンジンの選択された構成要素の分解斜視図
【図２】図１のロータリエンジンの端部断面図
【図３】図１のロータリエンジンの雄軸の縦軸に沿う断面図
【図４】図１のロータリエンジンの平面図
【図５Ａ】雄ロータ及び雌ロータの密封部材アレイを示す図１のロータリエンジンの端部断面図
【図５Ｂ】図５ＡのＡ−Ａ線に沿う断面図
【図５Ｃ】図５ＡのＢ−Ｂ線に沿う断面図
【図５Ｄ】雄ロータの歯に取り付けられる先端密封部材を示す図５ＢのＣ−Ｃ線に沿う断面図
【図６】雄ロータの先端密封部材に対して図１のロータリエンジンのハウジングに設けられる着地領域の断面図
【図７】雌ロータの先行先端密封部材に対して図１のロータリエンジンのハウジングに設けられる着地領域の断面図
【図８】図１のロータリエンジンの点火プラグの断面図
【図９】本発明の一実施の形態によるロータリエンジンの動作を示す軸方向の略示断面図
【図１０】本発明の実施の形態による雄ロータの谷径、歯たけ及び歯幅の範囲に対し、雄駆動軸ロータの歯の理論上のトルク対軸角度を示す一連のグラフ
【図１１】図１のロータリエンジンと、このロータリエンジンと同等の大きさに形成されたピストンエンジンのトルク対駆動軸角度を示すグラフ
【図１２】本発明の一実施の形態によるロータリエンジンの雄ロータ谷径に対する内燃機関の排気量を示すグラフ
【符号の説明】
【００９８】
(4)・・雄ロータ、  (8)・・雌ロータ、  (12)・・ローブ、  (14)・・空洞、  (16)・・ハウジング、  (26)・・燃焼室、  (40,42)・・排気口、  (44,46)・・浄化口、  (48,50)・・流入口、  (74)・・空間、
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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2006526096.tif 000018
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