(57)【要約】一体型エンジン発電機であり、このエンジン発電機においては、ほぼ一定の速度で動作することのできる新しい２サイクル、６シリンダ、２連カム、内燃機関が、固定巻線（Ｃ）上で複数の磁石（２４）を駆動し、電気エネルギーを生成する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一体型エンジン発電機であって、
半径方向に延び、放射状に配置され、ロータの長手方向中心軸の周りにロータとともに回転することのできる複数のシリンダを支持する回転駆動される前記中央ロータと、前記各シリンダ内においてシリンダと同軸に運動することのできるピストンと、前記長手方向中心軸と同軸に前記内燃機関を格納する固定一体型ハウジングと、を含む内燃機関と、
軸間に間隔があくように位置合わせされ、その全体が向かい合った前記ハウジングの内壁に形成された一対の無限カム軌道と、
前記各ピストンに連携する一対のカムフォロアであり、それぞれのカムフォロアが、前記カム軌道のうちの隣接する一方に動作可能に係合する、前記カムフォロアと、
前記各シリンダの外側を支持する関係にあり、かつ、対応する一対の前記カムフォロアとそれぞれに連携するピストンとを相互結合することによって、各ピストンの燃焼動作が、前記カムフォロアを前記カム軌道に沿って駆動するように作用することとなる手段と、
前記ロータおよび前記シリンダを同心円状に取り囲むように、前記ハウジングの内周に取り付けられた固定磁界コイルと、
前記磁界コイルを通過する磁性体の軌道運動に応じて電気エネルギーを生成するために、前記ロータとともに運動するように取り付けられた少なくとも１つの磁性体と、
を備えた一体型エンジン発電機。
【請求項２】
前記内燃機関が、１回転する度に、それぞれのシリンダを複数回点火するように動作することのできる、２サイクル、多シリンダ、回転型ピストンエンジンであり、それぞれのピストンが、燃焼シーケンスあたり２回だけ方向を反転することを特徴とする、請求項１に記載のエンジン発電機。
【請求項３】
前記内燃機関が、２サイクル型であり、シリンダごとに１つのシングルポペット型弁を備え、前記ポペット弁が、未使用燃料がそれぞれのシリンダから大気中へ逃げるのを防止しながら、排気サイクル、パージサイクル、および、冷却サイクルを制御することを特徴とする、請求項１に記載のエンジン発電機。
【請求項４】
前記カム軌道が、前記ピストンの動作運動を制御するために、対立して向かい合う関係となるように、位置を合わせて前記シリンダの反対する側面に配置されたことを特徴とする、請求項１に記載のエンジン発電機。
【請求項５】
各カム軌道が、３６０°の回転ロータ軌道を規定する単一無限カムの一部として形成され、前記各カムが、前記軸に対しての前記ロータ軌道の複数の対称な区間を規定し、それぞれの前記対称な区間は、前記軸に対しての前記ロータ軌道の複数の非対称な部分を規定することを特徴とする、請求項４に記載のエンジン発電機。
【請求項６】
前記カム軌道が、可変ピストン燃焼行程を提供するように構成され、それによって、選択された燃料の燃焼を最適化する、請求項１に記載のエンジン発電機。
【請求項７】
前記内燃機関の前記カム軌道が、各ピストンの行程の上死点および下死点で停留期間を長くとるように設計され、それによって、両方の停留期間中に、前記各ピストンが、それに対応するシリンダに対して、実質的に静止していることを特徴とする、請求項２に記載のエンジン発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械的／電気的な発電機に関し、より詳細には、電気エネルギーを生成するための機械的な内燃機関と電気的な発電機との改善された組み合わせに関する。
【背景技術】
【０００２】
古くから、人間は、日々の仕事をより良く、且つ、より楽に行う方法を追求してきた。そのためには、エネルギーを何らかの形で得なければならなかった。初期の段階においては、人間は、それらの仕事を行うのに自らの力に頼るしかなかった。やがて人間は火を手に入れ、家畜を飼い始め、そのうちに、蒸気を発生させて利用することを知り、そして、内燃機関が登場した。その後すぐに電気が登場した。電気時代の極めて初期の頃から、人間は、電気の力によって何をするかはっきりとはわからなくても、その力については認識していた。人間は依然として、自分の手、仲間の手、自分の家畜、蒸気エンジン、および、日々普及しつつある内燃機関を使用していた。我々が知ることとなった電気というものは、一生の間に我々が必要とするほとんど全てのものを提供してくれる。電気がなければ、人間にとって便利な冷蔵庫、電子レンジ、テレビ、ラジオ、コンピュータ、またはその他の多くの電化製品は存在しないであろう。
【０００３】
人は停電を経験すれば、電気がありとあらゆることに利用されていることを容易に理解するようになるであろう。実際、人間は現在、職場にせよあるいは家庭にせよ、生活のあらゆる面において、ほぼ完全に電気に依存するようになった。電気がなければ、人は洞窟生活をしていた祖先のように暗闇の中で生活しなければならない。それにも係わらず、停電はより頻繁に発生し、これまで以上に長時間に渡っている。電力会社によっては、空調を維持するための大きな需要のために、夏季の選択された最も需要の大きな日を計画的に停電にするという方策に頼っているところさえもある。電力不足問題を解決する１つの方法は、隣接する電力会社からより多くの電気を買うことであるが、これは長期的な解決策にはならない。
【０００４】
現在、より多くの電力が必要とされている。電気の新規の使用が、毎日、見出されている。人口が増加するにつれて新しい家が至る所に建ち、より多くの工場が建設され、より多くの製品が製造され、新しい労働者全てに仕事を提供しており、それらのために、我々は、ますます多くの電気を必要としている。新しい発電所は比較的にまれにしか建設されず、非常用発電機が必要であるという認識が一般的になりつつある。使用するのに経済的であり、信頼性があり、入手しやすい非常用発電機の需要は、まだ大きくはないが、将来、さらに大きくなるであろう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、電磁コイルを駆動して電気エネルギーを生成するために内燃機関を利用した、持ち運びができ、比較的に軽量であり、効率が高く、経済的な発電機に関して、上述した需要および必要性に応えようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、内燃機関と発電機とを組み合わせたものを使用する据付け型あるいは運搬可能な改良された電源を目指したものであり、より具体的には、本発明は、発電機とエンジンロータとを合体させた新規な回転式内燃機関を備えるものである。エンジンの燃焼シリンダおよびピストンは、２連無限カム軌道に沿って運動し、好ましくは、ほぼ一定の速度で回転する２サイクルエンジンとほぼ同じように作動することから、効率が高く、馬力があり、小型かつ軽量で、効率的に作動することができる柔軟な設計性を持つと同時に、幅広い炭化水素燃料を使用することができ、かつ、効率的な低い製造費用を維持することができる内燃機関を提供することとなる
【０００７】
本発明の目的は、連続可変燃焼およびそれに続く電力変換のあらゆる面において、大きく改善された柔軟性のある設計の内燃機関を提供することである。
本発明の他の目的は、ピストン行程の上死点に停留期間を長くとった内燃機関を提供することであり、それによって、ピストンが対応するシリンダ内におけるそのピストンの位置が実質的に静止している間に、シリンダ内で点火された混合気をより完全に燃焼させることができる。
本発明の更なる目的は、ピストン行程の上死点に停留期間を長くとった内燃機関を提供することであり、それによって、シリンダ内で点火された混合気をより完全に膨張させて、ピストンが対応するシリンダ内におけるそのピストンの位置が実質的に静止している間に、極めて大きなシリンダ内部圧力を発生させる手段を提供することができる。
本発明の更なる目的は、エンジンの能力を制限してしまうことになる、いかなる形態のヘッドガスケットも必要とせず、極めて大きなシリンダ内部圧力にも耐える内燃機関を提供することである。
【０００８】
また、本発明の更なる目的は、ピストンの直線運動をエンジン／発電機ロータの回転運動に最も効率良く変換することができるような、連続可変カム軌道構造を有する内燃機関を提供することである。
本発明の更なる目的は、ピストン行程の下死点に停留期間を長く取った内燃機関を提供することであり、それによって、ピストンが対応するシリンダ内におけるそのピストンの位置が実質的に静止している間に、使用済みのガスの排気を達成することができる。
また、本発明の更なる目的は、ピストンがそれのシリンダに対してほぼ静止している間に、ピストンを伴った各シリンダを清浄することができ、あるいは全ての使用済みガスをパージすることができるように、ピストン行程の下死点に長い停留期間がある内燃機関を提供することである。
また、本発明の更なる目的は、多シリンダ内燃機関において、ピストン行程の下死点に長い停留期間をもたせることであり、それによって、期間が延長されたほぼ静止した位置で、排気弁を開いた状態に保持している間に、各シリンダの内部が清浄され、パージされ、そして、空気冷却される。
また、本発明の更なる目的は、各ピストンが対応するシリンダ排気弁が、燃料をシリンダ内へ取り込むのに先立って、完全に閉じた状態となるような長い停留期間を有する、２サイクルで、多シリンダ且つ多ピストンの内燃機関を提供することにある。
本発明の更なる目的は、ピストンがそれのシリンダに対してほぼ静止している間に、次の燃焼のためにシリンダへ燃料を充填することができるように、各ピストン行程の下死点に長い停留期間を生じる手段を実現する２サイクル内燃機関を提供することにある。
【０００９】
また、本発明の更なる目的は、ピストンごとに連続可変圧縮行程を与える２連カムに合わせてピストン運動を規定するために、向かい合った２連無限カムを用いて選択された適切な燃料の燃焼を最適化する内燃機関を提供することである。
また、本発明の更なる目的は、エンジンロータが１回転するごとにそれぞれのシリンダの多点点火を指令することのできるカム手段を実現した２サイクル型回転型エンジンを提供することである。
【００１０】
本発明の更なる目的は、上述した目的の特徴を実現した一体型エンジン／発電機に使用するように設計された内燃機関を提供することである。
本発明の更なる目的は、エンジンロータ組立品の回転体が発電機ユニットの電機子であるような内燃機関を用いて電気エネルギーを生成するための機械的／電気的な手段を提供することである。
本発明の全体的な目的は、高い効率を有する、運搬可能なあるいは据付け型の電源であって、使用時の信頼性が高く、製造コストが低く、そして、環境にやさしい電源を提供する、小型で、軽量の手段を提供することである。
【００１１】
本発明を説明したが、添付の図面に示される好ましい実施形態についての以下の詳細な説明から、当業者は、本発明の上述した、そして更なる目的、特徴、および、利点を容易に理解することができるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の現時点における好ましい実施形態、より具体的には、比較的に一定のｒｐｍまたは速度で回転し、且つ、２２０ボルトの３相交流電流を発生させるように設計された、２サイクル型、６シリンダ、２連カム、回転型ピストンエンジンを利用した機械的なエンジン／発電機について説明する。これは、本発明によるエンジン／発電機が取り得る唯一の形態でもなければ、本発明によるエンジン／発電機が生成することのできる電気エネルギーの唯一の形態でもない。しかしながら、ここで説明され且つ図示される本発明の形態は、現時点において、当業者が本発明を実施するのを可能にすると考えられる最良の形態である。
【００１３】
以下で説明するように、図１は、本発明によるエンジン／発電機の主要部品を示す分解図であり、これらの主要部品は、以下の本発明の説明において、折に触れて参照される。
図１に示されるエンジン／発電機の構成部分は、指定された部品を一連の図面作成を通して容易に探し出すために、アルファベットの符号を付されていることに注意されたい。
多くの部品が図示されるので、それぞれの部品ごとに必要数および符号を、以下に一覧表として記載した。
【００１４】
【表１】
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【００１５】
ここで、図面のうち図２を参照すると、この図面において、あるいは、これに続く図３〜５においては、わかりやすいように、エンジンの前端ケースＢは、図示されていないことがわかる。しかしながら、後端ケースＵは、１２個の組立ボルト孔２０および６個の位置合わせダボ２１とともに図示されている。また、この図面から、６個のシリンダが、３つの異なる形式で、すなわち、実線表示、隠線および実線、および２つの向かい合ったシリンダ組立品（Ｉ）１および（Ｉ）４の中心を通って切断した全断面図で図示されており、それぞれのシリンダは、ピストン（Ｋ）、シリンダスリーブ（Ｊ）、リストピン（Ｌ）、および連携する燃焼室２２（図２Ａ参照）を有することがわかる。
【００１６】
図２Ａには、図２に示されるいくつかの部品の組立関係が、エンジンハウジングの前端ケース部材（Ｂ）および後端ケース部材（Ｕ）とともに示されている。また、ロータ（Ｈ）は、図２に示されるように、６個の永久磁石２４を備えており、それらは、ロータの外面に取り付けられ、且つ隣接するピストン−シリンダ組立品間に配置されていることがわかる。
【００１７】
エンジン／発電機のための部品の組立品を示す図２Ａの全断面図から、このエンジンは、多くの点において、１９８７年３月３１日に発行された本出願人による、発明の名称が「回転型エンジン（Ｒｏｔａｒｙ  Ｅｎｇｉｎｅ）」である米国特許第４，６５３，４３８号に説明される４サイクルエンジンの教示および開示に類似しているであろう。その米国特許に記載される回転型エンジンと異なるいくつかの点は、本願のシリンダ組立品は、ねじ式に着脱可能なシリンダ（Ｉ）、シリンダスリーブ（Ｊ）、ピストン（Ｋ）、リストピン（Ｌ）、およびカムローラ（Ｍ）を使用していることであり、それらに関しては、１９９７年６月１０日に発行された本出願人による、発明の名称が「改善されたシリンダ組立品（Ｉｍｐｒｏｖｅｄ  Ｃｙｌｉｎｄｅｒ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）」である米国特許第５，６３６，５９９号に具体的に説明されている。
【００１８】
同様に、本願の図１に符号（Ｎ）として示され、さらに、拡大組立図である図１Ａにも示される、品目（Ｖ）、（Ｗ）、（Ｘ）、（Ｙ）、および、（Ｚ）を組み合わせた各モジュール式ポペット弁組立品については、１９９７年１２月３０日に発行された本出願人による、発明の名称が「モジュール式弁組立品（Ｍｏｄｕｌａｒ  Ｖａｌｖｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）」である米国特許第５，７０１，９３０号により具体的に説明されている。本発明のエンジン構造の詳細は、上述したいくつかの特許において説明されているので、ここでは発電機とエンジンとの結合およびそれによる機能的効果を詳述すること以外は、さらには説明しない。
【００１９】
一般的には、エンジン／発電機のエンジン部分は、ロータ部材（図１におけるＨ）を備えることが理解でき、そのロータ部材は、中心主軸（Ｑ）上に支持された主軸受（図１におけるＰ）とともに回転し、その主軸は、個々のシリンダ及びピストン組立品（本願の特定の実施形態においては６個が存在する）に空気および燃料を流し込み、また、使用済みの燃料およびガスを、主軸（Ｑ）の一端から同軸に延びる排気管（Ｒ）（Ｒ）を通って最終的に排気するためのいくつかのポート開口および内部通路を有する。いくつかのピストンシリンダ組立品（Ｉ）の動作は、一対の半径方向に離れて向かい合った２連カム軌道面３０および３１の、以下でより詳細に説明するような設計上の要求に合わせる。
【００２０】
それぞれのシリンダの半径方向における最内端にある連携する燃焼室２２（図２および図２Ａ参照）内における選択された燃料の点火および爆発に応じて、連携するピストンＫは、対応するシリンダの内面に沿って半径方向の外側へ移動する。それぞれのシリンダ（Ｉ）の壁にある細長いスロット２５を通って外に延びるリストピン（Ｌ）が、それぞれのピストン（Ｋ）とそれに連携するスリーブ部材（Ｊ）とを結合し、そのスリーブ部材（Ｊ）は、その連携するシリンダの外面に支持される。２つのハウジング半体またはケース（Ｂ）および（Ｕ）内に形成された向かい合ったカム軌道に係合することのできるカムフォロアローラ組立品（Ｍ）（図４参照）が、それぞれのシリンダ内における、また、主軸（Ｑ）に対してのそれらのピストンの半径方向の移動を規定し、主軸Ｑを中心にして効率的に回転するようにロータを駆動する。
【００２１】
説明したこの関係は、一般的には、上述した本出願人の米国特許第４，６５３，４３８号により詳細に説明された部品の配置および動作に一致するが、この米国特許に記載されるエンジンは４サイクル型のものであり、したがって、本発明によるエンジンとは実質的に異なり、とりわけ、本発明によるエンジンの２連カム手段によって決定されるピストンの動きおよびピストンの反転の点において異なる。
【００２２】
本発明によるエンジンが、６個のシリンダを有する設計とされている限りにおいては、向かい合ったシリンダ−ピストン組立品は同時に点火され、それによって、それらのシリンダ内にあるピストンは、主軸を挟んで反対側の位置において、反対方向に同時に移動することが、例えば図２からわかるであろう。これは、向かい合ったシリンダ内における燃料の点火および爆発による力を釣り合わせる役割をなす。この点において、とりわけ、燃料の実際の点火および燃焼は、弁組立品（Ｎ）と公知のやり方で燃焼室に突き出したスパークプラグ（Ｆ）との間に配置された個々の燃焼室２２においてなされることが、図２Ａからわかる。
【００２３】
図３および図３Ａは、図２および図２Ａに極めて類似するものであるが、図３においては、スパークプラグ（Ｆ）がはっきりと示されている。断面図３Ａにおいては、弁棒（Ｖ）が示され、且つ符号を付されており、それによって、この図面においては、排気弁カムフォロア（Ｚ）およびスパークプラグ（Ｆ）が、全てはっきりと示されている。
図３および図３Ａの両方をよく見ると、シリンダ（Ｉ）４内にあるピストン（Ｋ）と、シリンダ外面の周囲に取り付けられたそれに連携するシリンダスリーブ（Ｊ）とが、シリンダ壁の径方向対向側の相互にある２つのスロット２５を貫通するリストピン（Ｌ）によって、結合されていることがわかるであろう。シリンダスリーブ（Ｊ）は、そのシリンダスリーブの径方向対向側の各々から外側同軸状に延びる２つの円筒形トラニオン２６とともに形成され、そのトラニオン２６上には、カムローラ軸受（Ｍ）が回転可能に取り付けられている。上述したように、６個のシリンダ組立品の全ては、ピストン（Ｋ）、スリーブ（Ｊ）、リストピン（Ｌ）、および、カムローラ軸受（Ｍ）を備えていることが、はっきりとわかる。
【００２４】
図４および図４Ａに最も良く示されるように、カムローラ軸受（Ｍ）は、それらのそれぞれのシリンダ内にあるピストン（Ｋ）の動きを効果的に制御および動力化する。この作用は、外側ケースハウジング部分（Ｂ）および（Ｕ）の両方の内壁に、向かい合わせに位置合わせされた状態で形成されている固定２連カム軌道３０および３１（図４Ａ参照）によって、成し遂げられる。動作中、ローラ軸受（Ｍ）は、（エンジン始動時に、しばらくの間、カム面３１と係合しているときを除いて）外側壁または外側固定カム軌道の面３０と常に接触した状態にあり、２つのカム軌道は十分な幅を有し、カムローラ軸受と、向かい合ったカム軌道の半径方向において最も内側にある壁面３１との間にクリアランスを提供する。
【００２５】
図４に示されるように、それぞれのカム軌道３０および３１は、１燃焼サイクルが発生する１／２回転すなわち１８０°だけロータが回転する間は非対称である。そして、その反対側の１８０°のロータ回転では、このサイクルが再び繰り返される。この２連カム設計によって、ロータが１回転する度に、それぞれのシリンダを２回点火することができ、したがって、図示された実施形態の６シリンダエンジンは、例えば、１２００ｒｐｍで回転すれば、毎分１４４００回の１燃焼サイクルを行うこととなる。この数値は、シリンダ数６に１回転あたりの点火回数２を乗算することによって数学的に計算され、１回転あたり１２回の燃焼回数となる。この数に１２００を乗算すると、１分あたり１４４００回の燃焼回数となる。これは、同じ速度で回転する２４シリンダの一般的な４サイクルエンジン、または同じ速度で回転する１２シリンダの一般的な２サイクルエンジンによって生成される燃焼力に等しい。また、この数値は、一般的な６シリンダ４サイクルエンジン、例えば、現在使用されている最も標準的な自動車において良く知られている４８００ｒｐｍで回転するエンジンによって、達成することができる。
【００２６】
図４の正面図に示されているのは、固定端部ケース（Ｕ）にしっかりと取り付けられた環状排気弁カムリング（Ｔ）である（図４Ａ参照）。カムＴは、排気弁カムフォロア（Ｚ）がロータ（Ｈ）の回転運動に応じてカムリング上を通過するときに、ポペット排気弁を開き、それらを開いた状態に維持する役割を有する。図４に示される正面図においては、通常、排気弁カムリング（Ｔ）は示されない、または見えない。しかしながら、図４に示されるそれの実線は、このエンジンをより良く理解する助けとなる。
【００２７】
ここで、図５および図５Ａを参照すると、絶縁電極（Ａ）は、実際には、図面のうちの図５Ａに最も良く示されるように、図示されない前端ケース（Ｂ）に取り付けられているが、それらの絶縁電極（Ａ）が図５に示されていることがわかる。前端ケース（Ｂ）が取り外されているために、絶縁電極（Ａ）は、カム軌道および排気弁カムリング（Ｔ）と同様に、通常、図５のこの正面図には示されないことがわかる。しかしながら、このエンジン／発電機の動作を理解するのを助けるために、これらの品目は、図５において、実線で示されている。
【００２８】
また、図５は、上述したように、隣接するシリンダの外側端部間に配置された６個の弧状永久磁石２４を示す。ハウジングケース（Ｕ）および（Ｂ）によって保持され、且つハウジングケース（Ｕ）および（Ｂ）間において軸方向に延びる固定コイル（Ｃ）が、図５に示されるコイル出力線３３とともに、図５Ａに示される。
また、主軸オイルライン３４と、主軸（Ｑ）の内側端部にあるオイル供給マニホルド３５とが、図５Ａに示される。
【００２９】
図５は、図２、図３、および図４と同様に、ロータの回転が０°のときのエンジン部品の配置を示す。シリンダ内の混合気は、図５Ａの断面図に示されるように、すでに点火されており、例えば、それぞれのシリンダ（Ｉ）１および（Ｉ）４内の実線で示されるピストン（Ｋ）は、ここから１０°だけ回転する間、カム面３０によって、静止したままであり、あるいは、静止した状態に保持され、エンジンの中心線に対して、半径方向の内側にも外側にもほとんど動かない。この独特の静止停留状態によって、点火された混合気をより完全に燃焼させることができ、それによって、シリンダ圧力は、ピストンが動き出す前に、最大ポテンシャルに達する。そのような作用はそれだけで、一般的なエンジンにおいて消費される同じ量の燃料と比較すれば、はるかに大きな効率および出力馬力を提供する。
【００３０】
本発明によるエンジンの基本的な構造の特徴および動作を説明したが、ここで、エンジンロータが１回転する間に発生する出来事について考える。そのために、まず最初に、図面のうち図６に注目する。図６は、ピストン運動の独特の特徴を示し、また、そのようなピストン運動中に発生する様々な出来事および機能について説明していることがわかるであろう。
図６に示されるグラフの左側における０°から概観してみると、燃焼停留期間が、ロータ回転０°から１０°まで延びる線１によって示されることがわかる。上述したように、それぞれのピストンは、この期間中、それぞれのピストンのシリンダ内のほぼ静止した位置に維持される。この状態において、点火された混合気はより完全に燃焼することができ、それによって、その混合気は、ピストンが動く前に、最大ポテンシャルのシリンダ圧力を発生させる。
【００３１】
線２によって示されるように、１０°から４８°まで、ピストンは半径方向において外側へ降下する。ピストンのこの降下は、極めて素早く且つ急激であり、極めて小さい回転数／分で極めて大きなトルクをもたらすが、この状態がいつも望ましいとは限らない。本発明のエンジン／発電機においては、心配させられるような外側歯車装置が存在しないため、これは極めて望ましい状態である。エンジンによって生成された大きなトルクの全てが、ケース全体によって電気生成作用へ均一に吸収される。したがって、ケースは外側への回転力によってそのケースに加えられる重く不均一に分布した荷重によって発生する故障や心配をすることなく、はるかに軽い重量のものを製造することができる。
【００３２】
線２によって示されるピストン降下が終了する３°手前において、線５によって示されるように、ピストン降下の終了時点で始まる排気停留期間を伴った排気サイクルが開始される。ピストンが、線３によって示される行程の下死点にほぼ静止している期間を称する場合には、「排気停留期間」という用語は、必ずしも的確なものではない。図示されるように、シリンダをただ単に排気するだけではなく、多くのことが進行している。排気停留期間は４８°から始まるが、排気は４５°から開始し、シリンダパージと内部冷却シーケンスは７０°から開始される。これらの動作は、線５および線６によって示される。排気サイクルは１１０°において終了し、そのとき排気弁は完全に閉じる。したがって、圧縮（線７）は１１０°から開始するが、シリンダパージ−冷却ポートは依然として開いている。１１３において、予圧縮−充填サイクル（線８）が開始される。そうしている間、シリンダパージ−冷却（線６）サイクルは、シリンダに素早く充填するのを助けるパージポートが閉じる１２０まで、新しい空気をそのシリンダ内に供給し続ける。１３５°において停留期間（線３）は終了する。
【００３３】
１３５°において、ピストン上昇（線４）がピストンを半径方向にエンジン／発電機の中心に向かって内側に動かし、また、予圧縮−充填（線８）は、圧縮吸気ポートが閉じる１５０°の回転に達するまで持続する。最終的な圧縮（線９）が１５０°の回転において始まり、１８０°まで持続するが、圧縮された混合気は、１７５°において点火される。サイクル中のこの位置における点火は、１８０°において開始する次の停留期間よりも５°だけ前であり、次の燃焼停留期間（線１）では、再び、上述した全燃焼シーケンスが開始される。
【００３４】
図面のうち図６においてグラフの形で説明および図示された機能が、図面のうち図７に示されるカム軌道レイアウトに対応させて、再度示されていることがわかるであろう。
図７を参照するが、この図面の上半分は図６に示されるグラフデータを反映するものであり、下半分はエンジン／発電機主軸（Ｑ）の中心に対してのカム軌道およびピストンの位置に説明したものである。排気弁カムリング（Ｔ）がレイアウトの中央に示されている。図７は、とりわけ、図面のうち図６とともに参照すれば、説明を要するものではないことがわかるはずである。さらに、図７の下半分から、エンジン／発電機の主軸の中心線に対してのカムフォロア（Ｍ）の位置が説明されていることがわかるはずである。このことは、図示されたカムフォロアの６つの位置それぞれにおける要素Ａ−Ａによって示されている。Ｂ−Ｂは外側カム面から主軸の中心までの距離として示され、Ｃ−Ｃはピストン面からシリンダ底部までの距離であり、Ｄ−Ｄは次の番号の位置までのピストン行程の長さである。
【００３５】
残りの図８〜図１３においては、１燃焼シーケンス中にエンジン／発電機の内部において発生する主要な出来事が示される。わかりやすいように、全てのこれらの図面は、通常は静止している部品を回転しているように示し、また、通常は回転している部品を静止しているように示してある。
【００３６】
図面のうち、まず最初に、点火が発生している図８を参照すると、ロータ（Ｈ）は３５５°の位置にある（あるいは、ロータ回転０°における燃焼停留期間よりも５°だけ前の位置にある）。上述したように、カムローラ軸受（Ｍ）が、ピストン行程の上死点において、カム軌道の外面３０から離れるのを妨げるのに必要な付加的圧力を提供するために、燃料が早めに点火される。前端ケース（Ｂ）内にある絶縁電極（Ａ）は、ロータ（Ｈ）に取り付けられたスパークプラグ絶縁体（Ｅ）と位置合わせされる。図８Ａに最も良く示されるように、スパーク３７は電極（Ａ）と絶縁体（Ｅ）との間にある間隙を飛び越え、それと同時に燃焼室２２に入り込む。図示される２つの向かい合ったシリンダ（Ｉ）１および（Ｉ）４は、上述したように、新しい空気／燃料からなる混合気をシリンダ内において点火したときに、主軸（Ｑ）に作用する向かい合った力を釣り合わせることがわかる。
【００３７】
燃焼停留期間の終了が図９および図９Ａに説明されており、これらの図面は、燃焼停留期間の終了時点（図６参照）である、１０°だけ回転した位置にあるエンジンロータを示す。燃料は、実際には、燃焼停留期間の終了よりも１５°だけ前にすでに点火されており、また、ピストンは、燃焼停留期間中、シリンダ内におけるそれの位置は、ほぼ静止したままである。その間に、燃焼した混合気は、燃焼室２２内においてそれの最適な圧力を達成するための十分な時間を与えられる。カムローラ軸受（Ｍ）は、カム軌道の外側カム面３０への降下をまさに開始しようとしている。２つの１８０°の角度で向かい合ったシリンダの作用は、同時に同じ働きをなすので、エンジンにおける振動の影響はほとんど除去される。
【００３８】
図１０および図１０Ａは、燃焼行程の終了時点における部品の状態および位置を示し、ロータは４８だけ回転した位置にある。２つのシリンダ（Ｉ）１および（Ｉ）４内の各ピストン（Ｋ）は、それが降下しただけ、エンジン／発電機主軸（Ｑ）の中心から遠ざかる。排気弁カムフォロア（Ｚ）は、３°前に、固定排気弁カムリング（Ｔ）の凸段部４１に接触し、弁棒（Ｖ）は、弁体（Ｗ）にあるそれらの弁座から離れる。これらの弁は、ロータがさらに１１だけ回転するまでは、完全には開かないが、使用済みのガスは、シリンダから部分的に開いた弁を通って、主軸（Ｑ）の外周に嵌め込まれた排気マニホルドリング４２内へすでに流れ出ている。排気ガスは、排気マニホルドリングを排気管（Ｒ）（Ｒ）に接続するポートに到達するまで、当該排気マニホルドリングに沿って進む。これらの排気ポートは、図面のうち図１２Ａにおいて、符号４３および４４によって最も良く示されている。
【００３９】
図１０Ａを参照すると、排気ガスは、符号４５において、エンジン／発電機から排気管（Ｒ）を通って流れ出ていることがわかる。
図１０Ｂは、断面図である図１０Ａの断面１０Ａ−１０Ａの部分拡大図であることがわかる。通常は静止している部品の全ては、回転しているように示されていることに留意されたい。２つの主軸冷却ポート４６が、主軸（Ｑ）内に示されていることが分かる。排気管（Ｒ）は、それが符号５０によって示されるように、主軸（Ｑ）にねじ式に取り付けられたところで主軸に接触しているだけである。主軸および後端ケース（Ｕ）を通る排気管（Ｒ）の長手方向における残りの部分は環状クリアランスを備え、それによって、冷却空気５１は、エンジン／発電機の外部から引き込まれ、自由に流れることができ、後端ケース（Ｕ）および主軸下部を通り、排気管の外径の周りに流れ、２つの冷却ポート４６を通り、エンジン前部へ出る。排気のためにエンジン後部はより熱くなる傾向があり、エンジン前部は新しい混合気を取り込むことにより冷たくなる傾向があるために、この温度格差が主軸上で均一化する効果がある。
【００４０】
図１０に戻ると、絶縁電極（Ａ）、および、符号（Ｉ）３および（ＩＫ）６によって実線および隠線で示される２つのシリンダスリーブ９Ｊ）の現在の位置は、絶縁電極（Ａ）がそれぞれのスパークプラグ絶縁体（Ｅ）と一直線になるそれらの燃焼シーケンスの開始点からほんの７°しか離れていないことがわかる。
【００４１】
図１１および図１１Ａは、ロータが９０°回転した位置にある本発明によるエンジン／発電機を示し、その位置において、排気サイクルはすでに４５°の回転の間、起動された状態にあり、図１１Ａに示されるように完全に開いている弁棒（Ｖ）が急速に閉じるまで、さらに２０°だけ持続するように設計されている。
重要なことには、シリンダパージサイクルは、２０°だけ早く開始し、さらに３０°回転するまで持続する。そして、これらの動作の両方が終了するのは、ピストン（Ｋ）が、４２°前の燃焼行程の終了時と同じ位置に相当する、シリンダに対してほぼ静止した位置に依然としてあるときである。実際に、この位置からさらに４５°回転するまで、ピストンはほぼ静止したままである。排気弁カムフォロア（Ｚ）（図１１Ａ参照）は、固定排気弁カムリング（Ｔ）の長い凸段部４１の位置で最大限に持ち上げられている。その結果として、弁棒（Ｖ）は完全に開き、このステージにおいて、すでに３１°の回転の間、完全に開いた状態を維持されている。そのような弁棒は、完全に開いた状態をさらに６°だけ維持され続ける。さらに、ここで、主軸（Ｑ）シリンダパージ−冷却ポート５３が示されていることに注意されたい。
【００４２】
実線および隠線によって示される２つのシリンダスリーブ（Ｉ）３および（Ｉ）６の現在の位置は、それらの燃焼行程の半分をほんのわずかだけ過ぎた３０°だけ回転した位置であることに注意すべきである。これらのシリンダの両方は、途方もなく大きい回転力をロータ（Ｈ）に発生させている。さらに、この時点において、隠線ではなく実線によって示される２つのシリンダスリーブ（Ｉ）２および（Ｉ）５は、それらの最終的な燃焼サイクルを今まさに開始しているところであり、それらの次の点火からほんの２５°しか離れておらず、また、それらの次の燃焼停留期間までほんの３０°しか離れていない。
【００４３】
断面図である図１１Ａの中央部分の拡大図である図１１Ｂにおいて、２つのパージ−シリンダ冷却ポート５３がはっきりとわかる。シリンダに開口する実際のポートの三角形状が、正面図である図１１において、符号５４によって示されていることがわかる。さらに、図１１Ｂにおいて、冷却ポート５５が燃焼室に位置合わせされたときのその冷却ポート５５の合成角を見ることができる。
【００４４】
排気弁棒（Ｖ）は、符号５６によって示されるように、最大限に開いているにも関わらず、パージ−冷却空気は傾斜した部分的なポート開口５５を介して方向付けされて送り込まれるので、冷却空気は、最大限に開いた弁棒５６を通り、燃焼室を通り、スパークプラグを通り、シリンダ内に入り、ピストン上部を横切って、開いた排気弁組立品を経て、そのシリンダから強制的に送り出される。また、このパージ−冷却空気は開いた排気弁組立品を通って逃げるので、ロータ排気ポート５８、主軸受排気ポート５９、主軸（Ｑ）にある排気マニホルドリング４２、主軸５（図１２Ａの４４参照）にある排気ポート、および、排気管（Ｒ）、さらには、エンジン／発電機排気管をも冷却する。
【００４５】
説明したこの作用は、エンジン／発電機を冷却するための第２および第３のシステムを意味しており、第１のシステムは、図１０Ｂに示され、この図１０Ｂにおいては、外部冷却空気は、エンジン／発電機の後部から引き込まれ且つポート４６を通ることで主軸を通って送り出される。図１０Ｂのポート４６から送り出された予熱された空気は、その全てまたは一部が、図１１Ｂのシリンダパージ−冷却ポート５３において使用される。これは、より良好な燃焼結果を得るためにエンジンの内部温度をより正確に制御するときに、利点となる。エンジンが冷たいとき、このシステムは、周囲を取り囲むクリアランス５７によって示されるように、排気管（Ｒ）の周りに冷たい空気を引き込み、排気管（Ｒ）上を通過する時にそのような空気を予熱し、そして、その空気をエンジン燃焼室を暖めるのに使用することによって、燃焼を改善するのに有効である。逆に、エンジンが、重い負荷または極端な外部温度のために加熱した状態で回転している場合には、エンジンにとって最も良好な内部動作温度を達成するために、新しい空気を使用し、あるいは新しい空気と予熱した空気とを混ぜたものを使用することが望ましい。
【００４６】
このエンジンを冷却する第３の方法は、エンジン／発電機を運転しているときに燃焼室の近くでシリンダおよびロータ組立品上に潤滑油を吹きかける方法によるものである。
【００４７】
図１２および図１２Ａにおいて、エンジン／発電機は、１２０°回転した状態で描かれている。排気弁は、１０°の回転の間に、すでに完全に閉じてしまっていて、パージ−冷却ポートは、ちょうど完全に閉じたところであり、予圧縮−シリンダチャージポートは、７°前の１１３°の位置において開き始めたところである。シリンダ（Ｉ）１および（Ｉ）４内のピストン（Ｋ）はほぼ静止したままであり、さらに１５°の間その状態のままの間に、新しい空気および燃料が、清浄され且つパージされたシリンダに、充填される。主軸（Ｑ）にある吸気ポート６０は、２つの個々の長方形分岐ポート６１に分岐していることがわかり、それらの分岐ポート６１は予圧縮−シリンダ充填ポートである。これらのポートはロータにある燃焼室ポート６２と位置が合うので、シリンダは新たに新鮮な／新しい混合気によって充填され、且つ予圧縮される。また、排気ポート４３および４４が、排気マニホルドリング４２を排気管に接続していることがわかる。排気ポート４３は、その円形のあるいは丸みのある断面形状を強調した形で示されている。符号４４によって示されるポートは、断面１２Ａに沿った実際の概観をより反映させて表現しているが、両方のポートは、お互いに面対称をなして同じ角度で主軸に貫通する同じ径を有することに注意されたい。
【００４８】
排気マニホルドリングおよび排気ポート（図１２Ａ）において、排気ガスを見ることができるが、図１２ａに示される排気弁およびシリンダは、両方とも閉じている。この理由は、絶縁電極（Ａ）（図１２）の位置からわかるように、シリンダ（Ｉ）２および（Ｉ）５が、すでに５°前に点火されて燃焼停留期間を開始したばかりである一方で、シリンダ（Ｉ）３および（Ｉ）６が、それらの排気サイクルにあるからである。
【００４９】
最後の図１３および図１３Ａに示されるエンジン／発電機は、ロータが１５０°回転した位置にある。ロータは最終的な圧縮サイクルにあり、このサイクルにおいては、当然ながら、燃焼室へ通じる全ての弁が閉じられている。これらの図面において示されるシリンダ（Ｉ）１および（Ｉ）４内のピストン（Ｋ）は、それらの燃焼サイクルに向けて、半径方向の内側へ、１５°前から移動し始めており、そして、最後の３０°の間、エンジン／発電機の中心へ移動し続ける。これは、傾斜した外側カム軌道面３０に接触するカムフォロア軸受（Ｍ）によって引き起こされる。２５°回転した後、スパークプラグが、再度、シリンダ内の混合気に点火し、そして、エンジンは、この一連の図面のうちの第１の図面（図８）に示される出発点に戻るが、その出発点はエンジンの反対側に位置する。図１２に示されるように、図１２においてそれらの燃焼停留期間の開始点にあったシリンダＩ（２）およびＩ（５）であるが、ここで図１３中では、燃焼サイクルにおいてカム軌道面３０の傾斜面をほぼ半分だけ下った状態に示されている。この時点において、シリンダＩ（２）およびＩ（５）の両方は、大きな回転力を発生しており、それをロータ（Ｈ）に伝達している。
【００５０】
図１〜図１３Ａに関連してこれまでに説明したことは、エンジン／発電機の１／２回転において発生する出来事を辿るものであることがわかる。図８〜図１３においては、１８０°の回転しか行われていない。この１８０°の行程において、６個のシリンダのそれぞれは、１回だけ点火する。典型的なエンジンの内部動作に精通する者には、ここに開示されたエンジンが、実質的にありとあらゆる持ち運び可能な利用形態さらには設置した状態での利用形態に有効な、高エネルギー密度、経済的、且つ、確実で信頼性のある電源の追求において、大きな躍進を意味することがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の説明において参照されるエンジン／発電機の主要部品を示すエンジン／発電機の分解図である。
【図１Ａ】図１において符号Ｎによって示される弁組立品の拡大断面図である。
【図２】図１に示される組立ユニットの端面図であり、それの前端ケースは、取り除かれており、また、エンジンの最大限に上昇した状態のシリンダおよびピストンおよびその他のシリンダおよびピストンを断面図で示す。
【図２Ａ】図２の線２Ａ−２Ａにほぼ沿った全断面図であるが、部品の組み立てられた配置を示すために、その取り除かれた前端ケースが取り付けられている。
【図３】端面図であり、図２と同じように、その前端ケースは取り除かれており、図２には示されていないカムローラおよびスパークプラグを示す。
【図３Ａ】図３の線３Ａ−３Ａにほぼ沿って切断し矢印方向に見た全断面図であり、図２Ａと同じように、前端ケースが取り付けられている。
【図４】別の端面図であり、図２および図３と同じように、前端ケースは取り除かれており、また、２連カム手段の半体およびその２連カム手段に対するカムローラの関係を示す。
【図４Ａ】図２Ａおよび図３Ａと同じように、図４の線４Ａ−４Ａにほぼ沿って切断し矢印方向に見た全断面図であり、部品の組立品には前端ケースが含まれる。
【図５】図２、図３、および、図４に類似する別の端面図であり、取り除かれた前端ケース内に取り付けられた絶縁電極の配置を示す。
【図５Ａ】図２Ａ、図３Ａ、および、図４Ａと同じように、図５の線５Ａ−５Ａにほぼ沿って切断し矢印方向に見た全断面図であり、欠けている前端ケースを取り付けたものを示す。
【図６】エンジンロータが３６０°回転するごとに２回の燃焼サイクル中において発生するピストン運動および機能を概略的に示すグラフである。
【図７】カム軌道レイアウトを示す図であり、この図面には、図６のグラフに示されるカムに関連する機能が、特に示されている。
【図８】図２〜図５に類似する端面図であり、前端ケースは取り除かれており、また、２つのシリンダが点火されるときの部品間の関係を示し、わかりやすいように、通常は静止している部品は回転しているように、通常は回転している部品は静止しているように示す。
【図８Ａ】図８の線８Ａ−８Ａにほぼ沿って切断し矢印方向に見た断面図であり、エンジン／発電機の前端ケースを取付位置に取り付けた図８のエンジン／発電機を示す。
【図９】エンジン／発電機を示す図８に類似する正面図であり、前端ケースは取り除かれており、また、燃焼停留期間の終了時点における部品の位置を示す。
【図９Ａ】図９の線９Ａ−９Ａにほぼ沿った断面図であり、取り除かれた前端ケースが取付位置に取り付けられたエンジン／発電機を示す。
【図１０】図９に類似する端面図であり、前端ケースは取り除かれており、２つのピストンの燃焼行程の終了時点を示す。
【図１０Ａ】図１０Ａの線１０Ａ−１０Ａにほぼ沿って切断し矢印方向に見た断面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａの中央部分の部分拡大図であり、冷却ポートおよび排気通路を示し、また、排気ガスの流れを示す。
【図１１】図９に類似するさらに別の端面図であり、前端ケースは取り除かれており、９０°だけ回転した時点におけるエンジンロータを示す。
【図１１Ａ】図１１の線１１Ａ−１１Ａにほぼ沿った断面図であり、前端ケースが取り付けられた図１１のエンジン／発電機を示す。
【図１１Ｂ】図１１Ａに示される断面図の中央部分の拡大図であり、内部シリンダパージおよび冷却動作を示す。
【図１２】前端ケースが取り除かれた図１１に類似する別の端面図であり、燃料を取り込む時点にあるエンジン／発電機を示す。
【図１２Ａ】図１２の線１２Ａ−１２Ａにほぼ沿って切断し矢印方向に見た図１１Ａに類似する断面図であり、取り除かれた前端ケースは取付位置に取り付けられている。
【図１３】前端ケースが取り除かれた図１１および図１２に類似するエンジン発電機のさらに別の端面図であり、圧縮サイクルの開始時点を示す。
【図１３Ａ】図１３の線１３Ａ−１３Ａにほぼ沿った全断面図であり、前端ケースは取付位置に取り付けられている。
【図１】
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【図１Ａ】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図４】
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【図４Ａ】
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【図５】
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【図５Ａ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図８Ａ】
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【図９】
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【図９Ａ】
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【図１０】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１２Ａ】
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【図１３】
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【図１３Ａ】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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