(57)【要約】  循環ピストンエンジン等のエンジンは、環状ボアを設定するハウジングと、ピストンアセンブリと、バルブとを含む。ピストンアセンブリは、環状ボア内に配置され、駆動機構に連結されるように構成されている。バルブは、環状ボア内に間をおいて配置されて、ピストンアセンブリに対して燃焼室を設定するように構成されている。
2016505762.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状ボアを設定するハウジングと、
前記環状ボア内に配置され、駆動機構に結合されるように構成されたピストンアセンブリと、
バルブであって、前記ピストンアセンブリが、前記環状ボア内で、前記バルブに対する近位の第１のロケーションから、前記バルブに対する遠位の第２のロケーションまで移動することを許容する第１のポジションと、前記第２のロケーションにおける前記ピストンアセンブリに対して燃焼室を設定する第２のポジションとの間で、前記環状ボア内に移動可能に配置されるよう構成されたバルブと
を備える、エンジン。
【請求項２】
前記ピストンアセンブリは、第１ピストン及び第２ピストンを備えており、前記第１ピストンは、前記環状ボア内で、前記第２ピストンから実質的に１８０°である位置に配置されており、
前記バルブは、前記ハウジング内で、第１のロケーションに配置された第１バルブと、前記ハウジング内で、第２のロケーションに配置された第２バルブとを備えており、前記第２バルブは、前記第１バルブに対して実質的に１８０°である位置に、前記環状ボアに沿って配置されている、
請求項１に記載したエンジン。
【請求項３】
前記ピストンアセンブリは、第１ピストン、第２ピストン、第３ピストン及び第４ピストンを備えており、前記第１ピストン、前記第２ピストン、前記第３ピストン及び前記第４ピストンの各々は、各ピストンが、前に配置されたピストンに対して実質的に９０°で前記環状ボア内に配置されるように、前記環状ボア内に連続的に配置されており、
前記バルブは、前記環状ボア内の第１のロケーションに配置された第１バルブと、前記環状ボア内の第２のロケーションに配置された第２バルブと、前記環状ボア内の第３のロケーションに配置された第３バルブと、前記環状ボア内の第４のロケーションに配置された第４バルブとを備えており、前記第１バルブ、前記第２バルブ、前記第３バルブ及び前記第４バルブの各々は、前のバルブに対して実質的に９０°である位置で、前記ハウジング内に、前記環状ボアに沿って連続的に配置されている、
請求項１に記載したエンジン。
【請求項４】
前記ピストンアセンブリと、前記バルブとの間に設定された前記燃焼室に燃料空気混合気を供給するように構成された燃料噴射器を更に備える、
請求項１に記載したエンジン。
【請求項５】
前記バルブは、前記ピストンアセンブリと前記バルブとの間に設定された前記燃焼室内で、燃料及び空気を混合して燃料空気混合気とするように構成される、
請求項１に記載したエンジン。
【請求項６】
前記バルブは、１組の複数の開口を有しており、前記バルブは、（ｉ）前記１組の複数の開口を、燃料源及び空気源に対して流体的に分離する第１のポジションと、（ｉｉ）前記１組の複数の開口を前記燃料源及び前記空気源と流体的に連結し、燃料及び空気を前記ピストンアセンブリと前記バルブとの間に設定された前記燃焼室に導く、第２のポジションとの間を、移動するように構成される、
請求項５に記載したエンジン。
【請求項７】
前記バルブは、前記ピストンアセンブリが、前記環状ボア内で、前記バルブに対して近位の前記第１のロケーションから、前記バルブに対して遠位の前記第２のロケーションに移動することを許容する前記第１のポジションと、前記ピストンアセンブリに対して前記燃焼室を設定する前記第２のポジションとの間を回るように構成される、
請求項１に記載したエンジン。
【請求項８】
前記バルブはチャンネルを設定しており、当該チャンネルは、前記ハウジングと共に通路を設定するように構成されており、
当該通路は、前記バルブが前記第１のポジションに配置される時に、前記ピストンアセンブリが、前記環状ボア内を、前記バルブに対して近位の前記第１のロケーションから、前記バルブに対して遠位の前記第２のロケーションに移動することを許容するものである、
請求項７に記載したエンジン。
【請求項９】
前記バルブに連結されるトグル機構を更に備え、
当該トグル機構は、（ｉ）前記バルブを前記第１のポジションに向かって回す変位方向に沿って、前記バルブの近位部分に第１の線形負荷を生成し、そして、（ｉｉ）前記バルブを前記第２のポジションに向かって回す変位方向に沿って、前記バルブの遠位部分に第２の線形負荷を生成する、ように構成される、
請求項７に記載したエンジン。
【請求項１０】
前記トグル機構は、共役スプラインバレルカム、及び、前記共役スプラインバレルカムと前記バルブの第１の端部との間に配置されたロッカーアームを備え、
前記共役スプラインバレルカムは、前記ロッカーアームを駆動して、前記第１の負荷を前記変位方向に沿って生成し、前記第２の負荷を前記変位方向に沿って生成するように構成される、
請求項９に記載したエンジン。
【請求項１１】
前記バルブの第１の端部に連結されたトグル機構を更に備え、
前記トグル機構は、（ｉ）前記バルブを前記第１のポジションに向かって回すように、前記バルブの前記第１の端部に第１の回転負荷を生成し、そして、（ｉｉ）前記バルブの前記第１の端部に第２の回転負荷を生成するように構成され、
前記第２の回転負荷は、前記第１の回転負荷に対抗して、前記バルブの前記第１の端部で前記バルブを前記第２のポジションに向かって回すようにするものである、
請求項７に記載したエンジン。
【請求項１２】
前記トグル機構は、
共液スプラインバレルカムと、
前記共役スプラインバレルカムに動作可能に連結されたロッカーアームと、
前記バルブの長手方向の軸線に沿って伸び、前記バルブの前記第１の端部に連結されると共に、前記ロッカーアームに連結される、バルブサポートとを備える、
請求項１１に記載したエンジン。
【請求項１３】
空気及び燃料を前記エンジンに供給する吸気サイクルを実行すると共に、前記エンジン内で前記空気及び燃料を圧縮する圧縮サイクルを実行するように構成されたコンプレッサを更に備え、
前記吸気サイクル及び前記圧縮サイクルは、前記ピストンアセンブリ及びバルブアセンブリと関連した燃焼工程とは分離したものである、
請求項１に記載したエンジン。
【請求項１４】
前記コンプレッサに連結されたベルト及びギアシステムを備え、
前記ベルト及びギアシステムは、前記コンプレッサによって発生する圧縮空気の量、及び、前記空気及び燃料に関連する圧縮比を制御するために、エンジン速度に対するコンプレッサ速度の比を調節するように構成される、
請求項１３に記載したエンジン。
【請求項１５】
前記ベルト及びギアシステムは、
前記駆動機構及び第１のギアに動作可能に連結された第１のベルトと、
第２のギア及びコンプレッサシャフトに動作可能に連結された第２のベルトと、
前記第１のギア及び前記第２のギアに動作可能に連結されたシャフトとを備える、
請求項１４に記載したエンジン。
【請求項１６】
前記環状ボアに流体が通じるように配置された排気ポートを備え、
当該排気ポートは、前記バルブに対して実質的に近位の位置に配置される、
請求項１に記載したエンジン。
【請求項１７】
ハウジング容量を設定するハウジング、
前記ハウジングに含まれる吸気ポート、
前記ハウジングに含まれる空気出口ポート、及び、
前記ハウジングに含まれ、前記ハウジングの容量と前記空気出口ポートとの間の選択的な連通を提供するよう構成される駆動アセンブリ、
を有する吸気アセンブリと、
前記吸気アセンブリの前記空気出口ポート、及び、コンプレッサの吸気部分と流体が通じるように配置される燃料分配アセンブリとを備え、
当該燃料分配アセンブリは、前記燃料分配アセンブリによって設定された容量に燃料を供給するように構成された燃料噴射器、及び、
前記燃焼室と流体が通じるように配置された１組の湾曲ポートを有する、
請求項１に記載したエンジン。
【請求項１８】
前記駆動アセンブリは、プレートを備え、
当該プレートは、前記ハウジングに回転可能に連結され、そして、
プレートは、前記空気出口ポート及び前記燃料分配アセンブリとの流体の流通をもたらすように、前記プレートに設けられた開口を、空気出口ポートと選択的に位置合せするように構成される、
請求項１７に記載したエンジン。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
従来のピストンエンジンは、クランクシャフトを駆動するために用いられる多気筒アセンブリを含んでいる。このクランクシャフトを駆動するために、各気筒アセンブリは、燃料ポンプにより燃料噴射器を介して提供される燃料を必要とする。運転中、各気筒アセンブリのスパークプラグは、燃料噴射器から受け入れた燃料／空気混合物に点火し、この混合物を膨張させる。点火された混合物の膨張によって、この気筒アセンブリのピストンを、気筒アセンブリハウジング内で移動させて、このクランクシャフトを回転させる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００２】
従来のピストンエンジンと対照的に、本発明の実施形態は、循環ピストンエンジンに関するものである。１つの形態においては、この循環ピストンエンジンは、外周に亘って伸びる環状ボアを設定するハウジングと、このボア内に配置され、駆動機構、即ち、ドライブシャフトに取り付けられた１組の複数のピストンとを含んでいる。このエンジンはまた、このボア内に移動可能に配置された１組の複数のバルブをも含んでおり、各バルブは、対応するピストンに対して一時的な燃焼室を設定するように構成されている。
【０００３】
運転中、第１のポジションに配置されると、各バルブは、対応するピストンに対して燃焼室を設定し、燃料噴射器は、燃料／空気混合物をこの燃焼室に導入し、そして、スパークプラグはこの混合物に点火する。この混合物の燃焼によって、各ピストン上に（例えば、駆動機構の回転方向に沿った環状ボアに対して実質的に接線方向である方向に沿って）対応する力が作用し、これらのピストンを環状ボア内で移動させる。各ピストンは、引き続き配置されるバルブに向かって進むので、これらのバルブの各々は、この環状ボア内で、第２のポジションに移動して、各ピストンが、対応するバルブを超えて回ることを許容する。
次いで、エンジンは、各バルブを、第１のポジションに再び配置して、対応するピストンと共に燃焼室を設定し、前記プロセスが再び開始する。従って、１組のピストンがエンジンの外周を回るときに、駆動機構によって、平均トルクが約４５００ｆｔ−ｌｂｓという比較的大きなトルクが発生する。点火時に、駆動機構は、約１０，０００ｆｔ−ｌｂｓのトルクを発生することができる。これらのトルクは、各ピストンと駆動機構との間の比較的大きなモーメントのアームによって生成され、そして、９０°の方向の力が各ピストンに加えられる。
【０００４】
１つの形態においては、エンジンハウジングによって設定された環状ボアは、比較的大きい周長を有している。運転中、複数のピストンによって仕切られると、これにより、燃焼室内の燃料／空気混合物の燃焼によって生成されるエネルギーのうちの高い割合を利用した比較的長いストローク距離が得られる。更に、環状ボア内で複数のピストンが実質的に連続的に運動することにより、各ピストンが燃焼熱に曝される時間が減少し、エンジンに、（例えば、クランクシャフトを基礎としたエンジンに対して）比較的高い熱効率を提供する。また、エンジンの燃料供給システムの構成により、燃焼プロセスとは関連はないが、これに類似したプロセスで、燃料がエンジンに供給されることを可能にする。これにより、燃焼プロセスが実質的に連続し、そして、エンジンの出力が、従来のエンジンに対して、（例えば、約８００回転当り約６８５馬力まで）増加することができるところの単一サイクルエンジンを実際に創り出すことができる。従って、このエンジンの構造は、従来のピストンエンジンと比較して、より正確な燃料比、燃料／空気混合物のより完全な燃焼、及び、高温状態にある時間のさらなる短縮、といった結果をもたらす。これにより、エンジンによって生成され、排出ガスの一部として出される汚染物質の量を減らすことができ、そして、エンジンの効率を約６０％という効率に高めることができる。
【０００５】
１つの形態においては、本発明の実施形態は、循環ピストンエンジン等のエンジンに関するものである。このエンジンは、環状ボアを設定するハウジングと、ピストンアセンブリと、バルブとを含んでいる。前記ピストンアセンブリは、環状ボア内に配置され、そして、駆動機構に結合されるように構成されている。前記バルブは、環状ボア内に間をおいて配置されて、ピストンアセンブリに対して燃焼室を設定するように構成されている。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
上述した目的、特徴及び利点、並びに、他の目的、他の特徴及び他の利点は、添付図面にしめされた、本発明の特別な実施形態に関する以下の記述から明らかであり、これらの図面において、同様の参照記号は、異なる図面全体を通して、同一の部品を示すものとする。これらの図面は、本発明の様々な実施形態の原理を図示するにあたり、必ずしも正しく拡大縮小しているわけではなく、強調したものもある。
【０００７】
【図１】１つの形態に従った、ハウジング内の第１のポジションに配置されたピストンアセンブリを有するエンジンの上から見た概略横断面図を示す。
【０００８】
【図２Ａ】１つの形態に従った、図１の環状ボアの一部の部分断面図を示す。
【０００９】
【図２Ｂ】１つの形態に従った、図２Ａの環状ボアの一部の部分断面図を示す。
【００１０】
【図３】１つの形態に従った、ハウジング内の第２のポジションに配置されたピストンアセンブリを有する、図１のエンジンの上から見た、横断面概略図を示す。
【００１１】
【図４】１つの形態に従った、図１のバルブの形態の正面図を示す。
【００１２】
【図５】１つの形態に従った、図４のバルブの背面図を示す。
【００１３】
【図６】１つの形態に従った、エンジンに配置された図４のバルブを示す。
【００１４】
【図７Ａ】１つの形態に従った、図４のバルブに連結されたトグル機構の配置図を示す。
【００１５】
【図７Ｂ】１つの形態に従った、図７Ａのロッカーアームの斜視図を示す。
【００１６】
【図８】図６のエンジンにおけるコンプレッサの配置図を示す。
【００１７】
【図９Ａ】１つの形態に従った、吸気アセンブリの概略平面図を示す。
【００１８】
【図９Ｂ】図９Ａの吸気アセンブリの回転可能なプレートの一部を切り欠いた斜視図を示す。
【００１９】
【図９Ｃ】図９Ｂの吸気アセンブリ及び燃料分配アセンブリの概略図を示す。
【００２０】
【図１０】バルブとスプラインバレルカムとの間に配置されたロッカーアームの斜視図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施形態は、循環ピストンエンジンに関するものである。１つの形態においては、循環ピストンエンジンは、この循環ピストンエンジンは、外周に亘って伸びる環状ボアを設定するハウジングと、このボア内に配置され、駆動機構、即ち、ドライブシャフトに取り付けられた１組の複数のピストンとを含んでいる。このエンジンはまた、このボア内に移動可能に配置された１組の複数のバルブをも含んでおり、各バルブは、対応するピストンに対して一時的な燃焼室を設定するように構成されている。
【００２２】
図１は、１つの形態に従った、循環ピストンエンジン１０の上から見た概略凹断面図を示す。このエンジン１０は、ハウジング１２を含んでおり、このハウジングは、環状チャンネル、即ち、ボア１４を設定すると共に、ピストンアセンブリ１６とバルブアセンブリ１８とを含んでいる。
【００２３】
環状ボア１４は、ハウジング１２の外周に配置されている。１つの形態においては、環状ボア１４は、様々な大きさに構成することが可能であるが、この環状ボア１４は、ピストンアセンブリ１６の回転軸２１に対して約１２インチの半径１５を有するように構成されている。以下に記載されているように、このような構成では、環状ボア１４の半径１５を比較的大きくすることによって、エンジンの燃焼室を、回転軸２１から最大の距離の位置に配置し、そして、ピストンアセンブリが、この回転軸に配置されたドライブシャフト等の、関連する駆動機構２０上に比較的大きなトルクを発生することを可能にする。
【００２４】
環状ボア１４を、様々な形状を有する横断領域を有するように構成することができる。例えば、図２Ｂを参照すると、ピストンアセンブリ１６のピストン２４が、ほぼ矩形状の横断面領域２５を規定するように構成されている場合には、環状ボア１４は、これに対応する矩形状の横断面領域２７を規定するように構成することも可能である。このような形態においては、環状ボア１４の横断面領域２７は、ピストン２４が、運転中に環状ボア１４内を移動することができるように、ピストン２４の横断面領域２５よりも大きい。
【００２５】
図１に戻り、そこに図示された形態においては、ピストンアセンブリ１６は、環状ボア１４内に配置されており、そして、フライホイール２２を介して、駆動機構２０に連結されている。ピストンアセンブリ１６は、個々のピストン２４を任意の数有することができるが、図示された形態においては、ピストンアセンブリ１６は、フライホイール２２の周囲に配置された４つのピストン２４−１から２４−４を有している。これらピストン２４は、フライホイール２２の周囲の様々な位置に配置してもよいが、１つの形態においては、対向するピストンが、相互に対して約１８０°の角度方向に配置されており、隣接するピストンが相互に対して約９０°の角度方向に配置されている。
例えば、図示されているように、第１及び第３のピストン１４−１、２４−３が、相互に対して約１８０°の角度でフライホイール２２上に配置されており、第２及び第４のピストン２４−２、２４−４が、相互に対して約１８０°の角度でフライホイール２２上に配置されている。加えて、第１及び第２のピストン２４−１、２４−２は、約９０°の相対角度方向でフライホイール２２上に配置されており、第２及び第３のピストン２４−２、２４−３は、約９０°の相対角度方向でフライホイール２２上に配置されており、第３及び第３のピストン２４−３、２４−４は、約９０°の相対角度方向でフライホイール２２上に配置されており、そして、第４及び第１のピストン２４−４、２４−１は、約９０°の相対角度方向でフライホイール２２上に配置されている。
【００２６】
運転中、ピストンアセンブリ１６のピストン２４は、環状ボア１４内を回るように構成されている。図示されているように、ピストン２４は、環状ボア１４内を時計方向に回るように構成されている。しかしながら、ピストンは、環状ボア１４内を反時計方向に同様に回ることができることに留意すべきである。このような回転により、駆動機構２０の回転を生ずる。
【００２７】
バルブアセンブリ１８は、ピストンアセンブリ１６のそれぞれのピストン２４に対して、燃焼室を設定するように構成された１組の複数のバルブ３０を含んでいる。例えば、このバルブアセンブリ１８は、個々のバルブ３０を任意の数含むことができるが、図示された形態においては、バルブアセンブリ１８は、ハウジング１２の環状ボア１４内に配置されたバルブ３０−１から３０−４を含んでいる。これらのバルブ３０は、ハウジング１２の周囲の様々な位置に配置されてもよいが、１つの形態においては、対向するバルブが、相互に対して約１８０°の角度方向に配置されており、隣接するバルブが相互に対して約９０°の角度方向に配置されている。
例えば、図示されているように、第１及び第３のバルブ３０−１、３０−３が、相互に対して約１８０°の角度でハウジング１２の周囲に配置されており、第２及び第４のバルブ３０−２、３０−４が、相互に対して約１８０°の角度でハウジング１２の周囲に配置されている。加えて、第１及び第２のバルブ３０−１、３０−２は、約９０°の相対角度方向でハウジング１２の周囲に配置されており、第２及び第３のバルブ３０−２、３０−３は、約９０°の相対角度方向でハウジング１２の周囲に配置されており、第３及び第３のバルブ３０−３、３０−４は、約９０°の相対角度方向でハウジング１２の周囲に配置されており、そして、第４及び第１のバルブ３０−４、３０−１は、約９０°の相対角度方向でハウジング１２の周囲に配置されている。このような態様においては、バルブアセンブリ１８の複数のバルブ３０の相対的な位置決めは、ピストンアセンブリ１６の複数のピストン２４の相対的な位置決めに対応している。
【００２８】
バルブアセンブリ１８の各バルブ３０は、環状ボア１４内に移動可能に配置されて、対応するピストン２４に対して、一時的な燃焼室２６を形成する。例えば、運転中、ピストンアセンブリ１６の各ピストン２４は、環状ボア１４内を、バルブアセンブリ１８のバルブ３０に向かって回る。図２Ａを参照して、ピストン２４−１及びバルブ３０−１を例として挙げると、このピストン２４−１が、環状ボア１４内で、遠位のポジションから、対応するバルブ３０−１に対する近位のポジションに移動すると、バルブ３０−１は、環状ボア１４に対し、第１のポジションに配置される。この第１のポジションでは、バルブ３０−１は、環状ボア１４内で、ピストン２４−１の移動経路から少なくとも部分的に引き出されて、ピストン２４−１が、その経路に沿って前進することを可能にする。
図２Ｂを参照すれば、ピストン２４−１が、環状ボア１４内の所定のロケーションに到達すると（例えば、ピストン２４−１が、バルブ３０を通過するときに）、バルブ３０−１は、図示されたように、環状ボア１４に対して第２のポジションに（例えば、閉じられたポジションに）移動する。このようなポジショニングにより、バルブ３０−１は、ピストン２４−１に対して、燃焼室２６−１を設定し、そして、これは、隔壁として構成され、これに対して、燃焼が作用して、出力を生ずる。
【００２９】
例えば、図１に示すように、閉じられたポジションに各バルブ３０が配置された状態では、燃料噴射器３２は、燃料−空気混合物３４を関連する燃焼室２６に供給し、この燃焼室は、点火プラグ等の点火装置（図示せず）によって点火される。この点火装置は、すべての４つの燃焼室２６−１から２６−４内の燃料−空気混合物３４に実質的に同時に点火するので、各バルブ３０−１から３０−４に対する燃料−空気混合物の膨張によって、対応するピストン２４−１から２４−４の各々に負荷を生成して、各ピストン２４−１から２４−４を、環状ボア１４によって設定された回転経路に沿って進ませる。
【００３０】
図３を参照すると、ピストン２４−１から２４−４の各々は、距離が約１２インチから１５インチの間という比較的大きなストローク距離に沿って、環状ボア１４内を、次のバルブ３０に向かって移動する。図１に示すような、ストローク長さ１３の端部のような、ボア１４内のある点で、各ピストン２４は、（その次のバルブ３０に近接して配置された）対応する排気ポート３８を通過し、この排気ポートは、燃焼室２６内に含まれた使用済みガスを大気中に放出する。例えば、ピストン２４−１が排気ポート３８−１を通過するときに、ピストン２４−１とバルブ３０−１との間の燃焼室２６−１に含まれた使用済みガスが、排気ポート３８−１を介して、燃焼室２６−１から排出することができる。
【００３１】
１つの形態においては、排出ポート３８は、大気に開放され、そして、機械的な構成要素を必要としない受動ポートとして構成されている。１つの形態においては、各排出ポート３８は、エンジン１０に対して効果的な排気を提供するように、比較的大きいものとして構成されている。例えば、約１２インチから１５インチの間というストローク距離のような、ピストン２４とバルブ３０との間のストローク距離によって、ポート全長を増加するように各排気ポート３８の一部を形成することができる。
【００３２】
更に、各ピストン２４が続いて配置されたバルブ３０に近づくと、各バルブ３０は、第２の閉じられたポジション（図１及び２Ｂ）から、対応するピストン２４に対して第１のポジション（図３及び２Ａ）に移動する。例えば、ピストン２４−１がバルブ３０−２に近づくと、バルブ３０−２は、ボア１４から少なくとも部分的に引き出されて、ピストン２４−１がバルブ３０−２を通過することを可能にする。複数のピストンの各々が、対応するバルブ３０に対して遠位の位置に移動した後、対応するバルブ３０は、第１のポジションに移動し、プロセスが再び開始する。従って、運転中、エンジン１０は、１回転当り最大で１６の燃焼イベントを発生させ（即ち、４つのピストン２４の各々について、１回転当り４つの燃焼イベントが起こり）、これにより、ピストンアセンブリ１６によって、駆動機構２０を回転させる。
【００３３】
使用時には、ピストン２４及びバルブアセンブリ１６は、駆動機構２０から約１２インチの距離をなすように、エンジンハウジング１２の外周に配置されている。回転方向に対して接線方向であると共に、駆動機構２０からの距離に対して直交する方向に沿って、燃焼力がこれらピストン２４に与えられ、このような燃焼力が、駆動機構２０のトルクを最大にすることができる。更に、複数のピストン２４のストロークパスが比較的長いこと、排気ポート３８が存在していること、及び、エンジン１０が、ボア１４内で生ずる燃焼イベントの数をカスタマイズする能力を有していることにより、エンジン１０の性能を向上することができる。例えば、このエンジン１０は、、約２５−３０％の効率を有する従来のエンジンに対して、比較的高い効率（約６０％の効率）と共に、比較的高いトルク（例えば、約４５００ｆｔ−ｌｂｓの平均トルク）を伴って、比較的大きな値（例えば、８００回転で約６８５馬力）の連続的な出力を生成することができる。
【００３４】
１つの形態においては、このエンジン１０の運転により、現在のエンジンに比べて、汚染物質を著しく減少することができる。例えば、幾つかある要因のうち特に、ストロークの距離が比較的長いことにより、燃焼室２６内で生成する未燃焼の炭化水素及び一酸化炭素を減少させることができる。燃焼中に形成される量が、温度及び滞留時間に比例することから、窒素酸化物もまた減少するであろう。ボア１４内でのピストン２４の急速で連続的な運動は、滞留時間を減少させるため、それらの生成を減らすことができる。
【００３５】
前述の通り、エンジン１０は、トルクの比較的大きな量（例えば、従来のエンジンによって生成されるトルクの１５倍）を生成することができる。従来のピストンエンジンにおいては、エンジンのトルクを十分な性能に適するように増加するために、複雑な６速（又はそれよりも大きい）トランスミッション装置を必要としており、これにより、トランスミッション装置の重量が増し、費用が嵩み、構造が複雑になっていた。しかしながら、上述したこのエンジン１０は、比較的高い量のトルクを生成するので、従来のエンジンよりも小さいギア比しか必要とせず、従って、軽量で安価なトランスミッション装置を使用することができる。
【００３６】
このエンジン１０によって生成される比較的高いトルクを、エンジン１０内の複数回の燃焼イベント（即ち、複数のピストン３０及び爆発機構の点火順序）を調整することによって管理することができる。例えば、各ピストンは、１回転当り、４回の燃焼を受け、その結果、ピストンアセンブリ１６全体は、１回転当り、合計で１６回の燃焼を受ける。必要に応じて、エンジン１０のパワー及び出力トルクを制御するために、エンジン１０は、１回転当り、１から１６回の範囲で添加することができる。例えば、燃焼室２６を、周囲に配置し、これらを相互に独立して添加することができる。これにより、１回転当り、１から１６回の燃焼イベントの点火が可能になり、環状ボア内の複数のピストン２４の速度を調整し、エンジン１０によって生成されるパワー、即ち、出力トルクを調整することができる。エンジン１０のこのような構造は、従来のエンジンにおいて、空気の流れを管理し、且つ比較的効率的ではないスロットルを使用する点と対照的である。
【００３７】
上述したように、バルブアセンブリ１８の各バルブ３０は、環状ボア内に移動可能に配置されて、対応するピストン２４に対する一時的な燃焼室２６を形成する。このような一時的な燃焼室を形成するための様々な方法で、バルブアセンブリ１８及びバルブ３０を構成することができる。図４から図７は、ボア１４内で往復運動をするように構成されたバルブ１３０を有するバルブアセンブリ１１８の１つの形態を示している。
【００３８】
１つの形態においては、バルブアセンブリ１１８は、ハウジング１２９を含んでおり、これは、ハウジング１２９に回転可能に連結されたバルブ１３０を有している。このバルブ１３０は、ピストン２４が環状ボア１４内でバルブ１３０を通過して移動することを可能にする第１のポジションと、ピストン２４に対する燃焼室２６を設定する第２のポジションとの間で、ハウジング１２９内を回るように構成されている。例えば、バルブ１３０は、ハウジング１０の環状ボア１４に対してチャンネル１３５を設定する切り込みを有するように構成されている。
チャンネル１３５は、バルブ１３０が、図４及び図５に示すように、第１のポジションに配置されているときには、ピストン２４が、（図３において、ピストン２４−４に対してバルブ３０−１によって示されたているように）バルブアセンブリ１１８に対して近位の第１のロケーションと、バルブアセンブリ１１８に対して遠位の第２のロケーションとの間で、環状ボア１４内を移動することを可能にするように構成されている。バルブ１３０がハウジング１２９内を方向１３９に沿って回り、回転すると、バルブ１３９の隔壁部分１３７が環状ボア１４に入って、図６に示されるように、ピストン２４と共に燃焼室２６を設定する。
【００３９】
１つの形態においては、エンジン１０の燃料噴射器３２の一部は、バルブ１３０と一体的に形成される。例えば、図４−６を参照すると、ハウジング１２９は、燃料源ポート１３３を有しており、これは、バルブ１３０によって設定された１組の複数の開口１４１（図７Ａ参照）と、燃料源及び空気源、即ち、吸気アセンブリ２５０（図６及び図９Ａ−図９Ｃ参照）とに流体が通じるように配置されている。運転中、バルブ１３０は、図６に示すように、燃焼室２６内で、燃料源からの燃料と空気源２５０からの空気とを燃料−空気混合物に混合するように構成されている。
【００４０】
１つの形態においては、燃料源ポート１３３からの燃料及び空気の、バルブ１３０の１組の複数の開口１４１への供給、及び、次いで行われる燃焼室２６への供給を、ハウジング１２９内のバルブ１３０の回転によって制御することができる。例えば、図４及び図５に示すように、バルブ１３０が第１のポジションに配置されている時、１組の複数の開口１４１は、この１組の複数の開口１４１を燃料源ポート１３３から流体的に遮断するように、ハウジング１２９の壁に位置合せすることができる。
このような形態においては、ハウジング１２９の壁は、燃料源及び空気源２５０からの燃料及び空気が、これらの複数の開口１４１に供給されることを遮断する。従って、ピストン２４がバルブ１３０を通過して回ると、バルブ１３０は、燃料又は空気を環状ボア１４内に供給することはできない。バルブ１３０が、図６に示すように、第２のポジションに回ると、１組の複数の開口１４１は、燃料源ポート１３３を介して、燃料源及び空気源２５０と合い、流体的に連結される。従って、このようなポジショニングによって、バルブ１３０は、燃料及び空気を、ピストン２４とバルブ１３０との間に設定された燃焼室２６内に導くことができる。
【００４１】
第２の閉じられたポジションと、第１の開放されたポジションとの間でバルブ１３０を作動させることにより、同期した作動メカニズムを利用して、運転中に、循環するピストン２４とバルブ１３０との間に機械的な接触を制限し、又は、回避することになる。従来のエンジンは、バルブを開放されたポジションに駆動するためのカム及びカムフォロワと、このバルブを閉じられたポジションへ動かすための頑丈なリターンスプリングとを用いている。しかしながら、従来のエンジンにおけるこのリターンスプリングは、運転時の高振動数でのリターンスプリングの共振に起因して、様々な問題を生ずる場合がある。エンジンの運転時振動数がこのスプリングの固有振動数と一致した場合には、スプリングに共振が起こり、これにより、バルブを、カムの動きによって規制されたポジション以外のポジションに配置してしまう場合がある。
【００４２】
更に、共振は、バルブフロートとして知られた現象を起こす場合がある。共振が生じた場合には、リターンスプリングは、バルブの質量を加速するために必要な蓄積エネルギーを有していない。その結果、バルブは、実際上は、実質的に固定されたポジションに浮遊した状態に置かれる。従って、カムフォロワがカム面に対し離れると共に再接触すると、カムフォロワとカム面との接触により、ミーゼス応力として知られた接触応力が生ずる。仮にこのような接触応力がカム面の降伏強度を超えると、カム面の摩耗が起り得る。
【００４３】
バルブ１３０を様々な方法によりハウジング１２９内で作動させることができるが、１つの形態においては、バルブの起こりうる共振によって生ずる問題を最小限にするために、バルブアセンブリ１１８は、バルブ１３０をハウジング１２９内で開閉するように構成された、図４、５及び７Ａに示すトグルアセンブリ１５５を含んでいる。このトグルアセンブリ１５５は、バルブ１３０を第１のポジションと第２のポジションとの間に位置するときに、バルブ１３０に正の負荷を与えるように（例えば、バルブ１３０の両端に押圧運動を加えるように）構成されている。
例えば、図７Ａを参照すれば、このトグルアセンブリ１５５は、バルブ１３０の第１の端部１５８に連結された第１のアーム１５７と、バルブ１３０の第２の端部に連結された第２のアーム１５９とを含んでいる。運転中、この第１のアーム１５７は、バルブ１３０の第１の、即ち、近位の端部に、正の変位方向に沿って、第１の線形の正の負荷１６２を生ぜしめて、バルブ１３０を、図４及び図５に示すように、第１のポジションに向かって回すように構成されている。更に、運転中、この第２のアーム１５９は、バルブ１３０の第２の、即ち、遠位の端部に、正の変位方向に沿って、第２の線形の正の負荷１６４を生ぜしめて、バルブ１３０を、図６に示すように、第２のポジションに向かって回すように構成されている。
【００４４】
このトグルアセンブリ１５５を様々な方法で作動させることができる。図７Ａに示すように、１つの形態においては、トグルアセンブリ１５５のアーム１５７、１５９は、カムアセンブリ１６５に連結されており、このカムアセンブリは、共役スプラインバレルカム１７０等のバレルカム、ロッカーアーム１７４、及び、このロッカーアーム１７４と第１及び第２のアーム１５７、１５９との間に連結されたトグルエレメント１７６、を含んでいる。
【００４５】
この共役スプラインバレルカム１７０は、各バルブ１３０のためのスプラインプロファイル１８０を規定している。カム１７０のこのプロファイル１８０は、立ち上がり部分１８２と、滞留部分１８６と、運転中にバルブ１３０の相対運動を規定する降下部分１８４とを含んでいる。運転中、カムが縦軸１７２周りに回ると、このプロファイル１８０は、ロッカーアーム１７４及びトグルエレメント１７６を介して、バルブ１３０に周期的な運動を与える。
【００４６】
ロッカーアーム１７４は、プロファイル１８０の運動を、トグルエレメント１７６の往復運動に変換するように構成されている。例えば、ロッカーアーム１７４は、第１のカムフォロワ１８８と第２のカムフォロワ１９０とを含んでおり、これらの各々は、カム１７０のプロファイル１８０に近接して配置されている。ロッカーアーム１７４は、スライド／回転ジョイント１９２を含んでおり、これは、ロッカーアーム１７４の運動に対応して、トグルエレメント１７６を、縦軸１９４の周りで駆動させる。トグルエレメント１７６の全角運動は、等しく二等分されるので、１つのアーム、即ち、プッシュロッド１５７が一方向に動くと、他のアーム、即ち、プッシュロッド１５９は、反対方向に等しい量だけ移動する。従って、カムアセンブリ１６５は、燃焼バルブ１３０を開閉する際に、実質的にバックラッシュがゼロの状態を実現する。
【００４７】
運転中、共役スプラインバレルカム１７０は、軸１７２の周りを回転するので、カム１７０のスプラインプロファイル、即ち、エレメント１８０のスプラインプロファイルは、アーム１５７、１５９を駆動して、バルブ１３０を、第１のポジションと第２のポジションとの間で移動させる。例えば、カムプロファイル１８０は、バルブ１３０を開放されたポジションに移動させ、ピストン２４が通過するときに、開放された状態を維持し、次いで、ピストン２４が通過した後に、バルブ１３０を閉じられたポジションに移動させる。
【００４８】
１つの形態においては、トグルアセンブリ１５５及びカムアセンブリ１６５の寿命を高め、その摩擦損失を低減するために、すべてのジョイントを、圧力潤滑され、又は、オイルバス内に配置されたローラベアリングとして構成することができる。１つの形態において、カムプロファイル１８０をとらえる２つのカムフォロワ１８８、１９０は、運転中に、ロッカーアーム１７４、２つのカムフォロワ１８８、１９０、及び、ロッカーアーム１７４の相対的な回転ポジションにおける許容誤差の不一致を許すように、軟性従順材から形成されている。
【００４９】
許容誤差は、バックラッシュを最小限にし、又は、防止するための基準によるものであるが、このような基準化は、製造プロセスに対する費用を増大させる場合がある。１つの態様においては、許容誤差の基準を用いることを制限するために、図７Ｂを参照すれば、第２のカムフォロワ１９０が、ダイヤモンド形状のピン１９６を介して、振動レバー１９５に取り付けられている。同様に、振動レバー１９５は、スプリング機構１９７を介して、ロッカーアーム１７４に連結されている。このダイヤモンド形状のピン１９６は、第１のカムフォロワ１８８のポジションを維持する一方、第２のカムフォロワ１９０の一方向１９８への比較的小さい動きを可能にする。
図７Ｂに示された応用においては、ダイヤモンド形状のピン１９６は、カムフォロワ１８８、１９０間の距離１９９が、圧縮力によって常に調節されることを可能にするが、第２のカムフォロワ１９０の回転の中心に対する、その第２のカムフォロワ１９０の半径方向のポジションを維持するものである。従って、スプラインプロファイル１８０に対して予め力を与えるように構成された、第１のカムフォロワ１８８と、第２のカムフォロワ１９０とによって、ロッカーアーム１７４は、カムアセンブリ１６５のパーツとして、許容誤差の基準を用いることを最小限にするものである。
【００５０】
トグルアセンブリ１５５及びカムアセンブリ１６５にスプリングが存在しないことにより、バルブのポジションが、カムプロファイル１８０によって正確に制御することが確実になり、このカムプロファイルは、エンジン１０の機能にとって重要であり、循環ピストン２４とバルブ１３０との間の接触を制限又は防止することを可能にするものである。統計的な故障に起因して、接触が生じた場合には、バルブ１３０は、循環ピストン２４と同一の方向に動くように設計されており、そして、故障の場合には、バルブは、殆どの場合、閉じられたポジションに配置される。
【００５１】
従来のエンジンは、出力を発生するために、４つの段階、即ち、サイクルを利用している。これらのサイクルは、ピストンの引き込みによって形成され、バルブのシステムを介して、空気及び燃料の吸気をもたらす吸気サイクルと、この空気及び燃料を圧縮するための、続いて行われる圧縮サイクルと、点火／燃焼／出力サイクルと、燃焼副産物を別のバルブシステムを介して強制的に排気するための排気サイクルとを含んでいる。この４つの段階は、エンジンのシリンダ内に含まれたピストンによって、連続的に実行される。
【００５２】
従来のピストンエンジンにおいては、シリンダ内に含まれた空気及び燃料の混合物の燃焼によって生成した高温ガスの圧力によって、ブローバイを生ずる場合があり、そこでは、高温ガス及びその腐食性副産物が強制的にピストンリングを通過して、エンジンの内部に進入する。これらのガス及び副産物がエンジン内を通るときに、これらは、シリンダ内に含まれた潤滑油の一部を燃やし、これにより、汚染物質の生成や供給オイル劣化が増大する。この結果、従来のエンジンは、比較的頻繁なオイルの交換が必要である。更に、従来のピストンエンジンは、比較的長い滞留時間により発生し、ピストン及びシリンダ内壁に損傷を与えるノッキング／自己点火につながることから、比較的高い圧縮比を許容しない。
【００５３】
図８を参照すれば、エンジン１０は、コンプレッサ２００を含んでいてもよく、これは、空気及び燃料をエンジン１０に供給するための吸気サイクルと、この空気及び燃料を圧縮するための圧縮サイクルとを実行するように構成されている。このコンプレッサ２００は、これらのサイクルを、バルブ及びピストンの各アセンブリ１６、１８によって実行される、出力及び排気サイクルとは独立して実行する。圧縮プロセスを、従来のエンジンに見られる燃焼プロセスから分離することによって、このコンプレッサ２００は、エンジン１０が、空気圧のみを用いて動作を始動することを可能にする。例えば、コンプレッサ２００は、リザーバからの圧縮空気を、ピストン２４と、閉じられた１つ前のバルブ３０との間の燃焼室２６内に挿入するように構成することができる。このような注入により、ピストン２４は、再点火のために、環状ボア１４内の次の点に移動する。
エンジンが停止して、再始動のために、ピストン２４の正しいポジションを確保する場合には、ピストン２４の正しいロケーションを確保するために、フライホイール２２に小さな制動を加えてもよい。従って、コンプレッサ２００を、エンジンの一部として使用することにより、従来のエンジンに見られるスタータモータの必要性を最小限にし、又は、排除することができ、エンジン１０に関連する全体的な、大きさ、重量及びコストを減少することができる。
【００５４】
１つの形態においては、このコンプレッサは、エンジンと同期して作動する。例えば、コンプレッサ２００は、トランスミッションシステム２０２を介してエンジン１０によって駆動される駆動機構２０に連結される。このトランスミッションシステム２０２を、１組のベルト２０４−１、２０４−２及び対応する複数のギア２０６−１、２０６−２を含む、ベルト及びギアシステムとして構成することもできる。
図示されたように、第１のベルト２０４−１は、エンジン１０の駆動機構、即ち、ドライブシャフト２０と、第１のギア２０６−１とに動作可能に連結されており、第２のベルト２０４−２は、第２のギア２０６−２と、コンプレッサシャフト２０７とに動作可能に連結されており、そして、第１のギア２０６−１は、シャフト２０９を介して、第２のギア２０６−２に動作可能に連結されている。
１つの形態においては、時速約０から１５５マイル（ｍｐｈ）までの速度範囲をカバーするために、約１．００：１（例えば、約６０ｍｐｈをもたらす）と、２．５７：１（例えば、約１５５ｍｐｈをもたらす）との間の（例えば、後進及びトランスミッションギアを含む）ギア比を用いることができる。
このような構成は、１：１の後進ギア比と、また、１：１の第１のギア比とを有する４速トランスミッションを用いることができる。これは、第１のギア（例えば、最高で３０ｍｐｈ）における１２．２３：１から、第６のギア（例えば、最高で１５５ｍｐｈ）における２．１８：１までの総比の６速トランスミッションを有する従来の動力伝達装置に匹敵するものである。
【００５５】
このトランスミッションシステム２０２は、エンジン速度に対するコンプレッサ速度の比を変更して、コンプレッサ２００によって発生する圧縮空気の量を制御すると共に、空気及び燃料と関連する圧縮比を制御するように構成されている。例えば、トランスミッションシステム２０２がドライブシャフト２０からの回転入力を受けると、このシステム２０２は、回転出力をコンプレッサシャフト２０７に与えて、このシャフト２０７を、ドライブシャフト２０の回転速度よりも速い速度で回転させる。これにより、比較的高圧の多量の空気を生ぜしめる。従って、このトランスミッションシステム２０２は、コンプレッサ２００が、様々な比／速度で作動して、性能を最大にすることを可能にする。
【００５６】
運転中、コンプレッサ２００は、比較的高い圧力の空気を生成し、これは、次いで、燃焼室２６付近で、噴射器からの燃料と混合される。これにより、燃料／空気混合物が、１平方インチ当たり約１５０から２００ポンド（ｐｓｉ）の間の圧力という非常に高い圧力で、燃焼室２６に供給されることが可能になる。従って、空気／燃料混合物が、比較的高速で燃焼室２６内に入って、燃焼室２６内で乱流を形成し、これにより、空気と燃料との混合が促進されると共に、（例えば、１０００分の１秒に満たない時間に測定されるような）短い時間による供給が促進される。このように高速で高圧の空気／燃料混合物により、迅速な燃焼が促進され、これは、エンジン１０の比較的高い効率に貢献することになる。
【００５７】
上述したように、コンプレッサ２００は、運転中、エンジンによって利用される４つの段階、即ち、サイクルのうちの２つを、燃焼プロセスとは別に実行するように構成されている。このような構成により、ボア１４内の循環ピストン２４が、運転中に、第３の段階を専ら実行すること（即ち、実質的に連続した出力を生成すること）を可能にする。エンジン１０は、ボア１４と関連し、そして、空気処理システム及び大気中に開放された大きなバルブなしポートで、第４の排気段階を受動的に実行する。
燃焼及び膨張が完了したときに、ピストン２４は、排気開口３８を通過し、そして、燃焼室２６内の使用済みガスは、エンジンから放出される。コンプレッサ２００は、燃焼プロセスから物理的及び熱的に分離されている。従って、コンプレッサ２００は、従来のピストンエンジンにおけるような、燃焼ガスがピストンリングを通過して、クランクケース内に進入することに関連するブローバイを受けることがない。
従来のブローバイは、エンジンに、大気中に排出する前に処理する必要のある、汚染された排ガスの蓄積を引き起こす。加えて、従来のピストンエンジンにおいては、汚染された排ガスと、この場合に蓄積されたオイルとが混合することによって、オイルの寿命が著しく短くなり、より頻繁なオイル交換を余儀なくされる。このオイルそのものは、排気又は再利用の前に処理しなければならない。
【００５８】
図６を参照し、上述したように、バルブ１３０は、燃焼室２６付近で、燃料分配アセンブリ２６２からの燃料−空気混合物をこの燃焼室内に供給するように構成されている。図９Ａから図９Ｃは、吸気アセンブリ２５０及び燃料分配アセンブリ２６２の一例の概略図を示している。
【００５９】
図示したように、吸気アセンブリ２５０は、吸気ポート２５４及び排気ポート２５８を有するハウジング２５２を含んでいる。この吸気ポート２５４は、高圧空気源等の空気源から空気を受け入れるように構成されている。この排気ポート２５８は、ハウジング内部２５７と、燃料分配アセンブリ２６２との間に流体が通じるよう選択的に配置されている。
【００６０】
この吸気アセンブリ２５０は、駆動アセンブリ２７０を更に含んでおり、これは、ハウジング２５２の排気ポート２５８と、その内部容量２５７との間の選択的な連通を提供する。例えば、駆動アセンブリ２７０は、エンジン１０と動作可能に連結されて配置されたシャフト２７２と、このシャフト２７の端部に配置された、ウォームギヤ等のギア２７４と、ハウジング２５２に回転可能に連結されたプレート２７８とを含んでいる。このギア２７４は、プレート２７８の外周の周りに配置された、対応する組の歯２７６と動作可能に連結されて配置されている。
前記プレート２７８は、駆動アセンブリ２７０の軸方向の回転に対応して、ハウジング２５２内で縦軸２８０の周りを回転するように構成されている。例えば、運転中に、シャフト２７２及びギア２７４が、縦軸２８２の周りを時計方向に回転することによって、プレート２７８が、ハウジング２５２内で、縦軸２８０の周りを反時計方向にハウジング２５２内を回転する。従って、プレート２７８は、以下に詳細に示すように、ポート２５８とハウジング内部２５７との間の流体の流通を選択的に可能にするように構成された開口２８２を設定する。
【００６１】
図９Ｃを参照すると、燃料分配アセンブリ２６２が、吸気アセンブリ２５０に近接して位置している。この燃料分配アセンブリ２６２は、アセンブリハウジング２６３内で燃料と空気との混合を可能にするように構成されている。このハウジング２６３に付いているのは、少なくとも１つの燃料噴射器３２である。
【００６２】
運転中、プレート２７８は、図９Ａに示すように、開口２８２を回転経路に沿って配置させる。プレート２７８が反時計方向に、出口ポート２５８に向かって回転すると、このプレート２７８は、開口２８２を、経路２６４に沿って位置させる。このような位置決めにより、プレート２７８は、出口ポート２５８を、ハウジング内部２５７から閉じて、それらの間の流体の流通を最小限にし、又は防止する。従って、ハウジング内部２５７は、吸気ポート２５４を介して、比較的高圧の空気を受け入れることが可能になる。
【００６３】
開口２８２が第１の開放されたポジション２６６に接近すると、燃料噴射器３２は、燃料分配アセンブリ２６２のハウジング２６３内に燃料を噴射する。プレート２７８が、反時計方向に沿って回転し続けると、このプレート２７８は、開口２８２を空気出口ポート２５８と一致させているところの第１の開放されたポジション２６６に、この開口２８２を配置する。このような位置付けにより、燃焼噴射直後に、アセンブリ２５０からの圧縮空気が、アセンブリ２５０のポート２５８を介して運ばれ、そして、燃料分配アセンブリ２６２内に運ばれて、この空気を浮遊燃料２６７と混合する。
次いで、この混合物は、屈曲バルブ２６５を通って流れ、そして、図６に示すように、バルブ１３０の複数の開口１４１内に流れる。コンプレッサ２００の吸気システムに取り付けられたブリードライン２５６は、余剰空気をくみ出し、アセンブリ２６２内の高い圧力を減少させ、低い圧力で動作する次のサイクルのための、燃料噴射器３２の動作を可能にする。
【００６４】
燃料分配アセンブリ２６２への空気の供給に続いて、プレート２７８は、空気出口ポート２５８を通過するように、開口２８２を反時計方向に回転させて、次の燃料分配サイクルのための内部２５７内への圧縮空気の導入を可能にする。
【００６５】
この発明の様々な実施形態を特に示し、説明したが、添付した請求項によって特定された発明の精神及び範囲から逸脱することなく、構造や詳細について様々な変更を行ってもよいことは当業者であれば明らかである。
【００６６】
例えば、上述したように、ピストンアセンブリは、４つのピストンを含んでおり、バルブアセンブリは４つのバルブを含んでいる。このような記載は単なる例示に過ぎない。１つの形態においては、ピストンアセンブリは、第１のピストン及び第２のピストンを含んでいてもよく、この第１のピストンは、第２のピストンから実質的に１８０°の位置で環状ボア内に配置されてもよい。更に、バルブアセンブリは、ハウジング内で、第１のロケーションに配置された第１のバルブと、ハウジング内で、第２のロケーションに配置された第２のバルブとを含んでいてもよく、この第２のバルブは、第１のバルブに対して実質的に１８０°の位置で環状ボアに沿って配置されてもよい。
【００６７】
上述したように、バルブアセンブリ１１８は、トグルアセンブリ１５５を含んでおり、これは、図４、５及び７Ａに示すように、バルブ１３０をハウジング１２９内で開閉するように構成されている。上述したように、トグルアセンブリ１５５のアーム１５７、１５９は、カムアセンブリ１６５に連結されており、このカムアセンブリは、共役スプラインバレルカム１７０のようなバレルカム、ロッカーアーム１７４、並びに、このロッカーアーム１７４と第１及び第２のアーム１５７、１５９との間に連結されたトグルエレメント１７６を含んでいる。
運転中、第１のアーム１５７は、バルブ１３０の第１の端部１５８に、正の変位方向に沿って、第１の正の負荷１６２を生ぜしめて、バルブ１３０を、第１のポジションに向かって回すように構成されており、そして、第２のアーム１５９は、バルブ１３０の第２の端部１６０に、正の変位方向に沿って、第２の正の負荷１６４を生ぜしめて、バルブ１３０を、第２のポジションに向かって回すように構成されている。このような記載は単なる例示に過ぎない。１つの形態においては、このトグルアセンブリは、バルブ１３０の回転軸に沿って、バルブ１３０とカム１７０との間の連結を広げるところの、減少した数の移動部材を有するように構成されている。
【００６８】
例えば、図１０を参照すれば、トグルアセンブリ２５５は、バルブサポート２３１を含んでおり、これは、バルブ１３０とロッカーアーム１７４との間を、バルブ１３０の縦軸２３３に沿って伸びている。このバルブサポート２３１の第１の端部２３５は、バルブ１３０に連結されているが、バルブサポート２３７の第２の端部は、スライド／回転ジョイント１９２を介して、ロッカーアーム１７０にスライド可能に連結されている。このバルブサポート２３１は、様々な方法で構成されるが、１つの形態においては、バルブサポート２３１は、実質的に円筒形状で管状の構造として構成されている。
【００６９】
運転中、共役スプラインバレルカム１７０が軸１７２の周りを回転すると、カム１７０のスプラインプロファイル、即ち、エレメント１８０は、ロッカーアーム１７４を、回転軸２３９の周りを、時計方向及び反時計方向の双方に揺動させる。ロッカーアーム１７４のこの揺動に応じて、スライド／回転ジョイント１９２が第１の回転負荷２４１及び反対方向の第２の回転負荷２４３をバルブサポート２３１に与えて、バルブサポート２３１及びバルブ１３０を縦軸２３３の周りに揺動させる。このような揺動により、バルブ１３０は、バルブハウジング内の第１の（例えば、開放された）ポジションと第２の（例えば、閉じられた）ポジションとの間に位置される。
【００７０】
バルブサポート２３１を用いることにより、トグルアセンブリ２５５に比較的小さい慣性モーメントを提供することになり、この慣性モーメントによって、ロッカーアーム１７４が、バルブ１３０をバルブハウジング内で比較的高速で開閉することが可能になる。従って、このバルブサポート２３１の部品の数は比較的少ないので、このバルブサポート２３１により、トグルアセンブリ２５５が運転中に止まる可能性が減少する。
【００７１】
更に、このバルブサポート２３１は、トグルアセンブリ２５５に比較的長い寿命を提供する。例えば、運転中、ピストン２４がバルブ１３０に接近すると、バルブ１３０は、開放されたポジション（即ち、ピストンの経路の外）に移動し、次いで、閉じられたポジションに比較的短時間で戻る必要がある。トグルアセンブリ２５５がバルブ１３０を閉じられたポジションに一度移動させると、バルブ１３０は、ピストン２４に対して燃焼室を設定し、この燃焼室内のガス圧が高速で増加する。この燃焼室内のガス圧により、ピストン２４を前方の押しだす力のみならず、バルブ１３０そのものへの、これと等しい反対方向の力をも生成される。バルブサポート２３１を、実質的に円筒形状で管状の構造として構成することにより、バルブサポート２３１は比較的大きい剛性を有し、これによって、バルブアセンブリ全体の剛性が向上し、機能不全を減少させることになる。
【００７２】
上述したように、バルブアセンブリ１８の各バルブは、対応するピストン２４に対して一時的な燃焼室を形成するために、環状ボア内で移動可能に配置されている。例えば、図２Ｂを参照すると、ピストン２４−１が環状ボア内の所定のロケーションに到達するときに、バルブ３０−１は、環状ボア１４に対する第２のポジションに移動する。このようなポジショニングにより、バルブ３０−１は、ピストン２４−１に対して燃焼室２６−１を形成し、そして、これは隔壁として構成され、これに対して、燃焼が作用して、出力を生ずる。
１つの形態においては、燃焼室２６の大きさを、運転中に変更して、エンジンの出力即ち効率を調節することができる。例えば、燃焼室２６に対する燃料供給プロセスの継続時間を変化させ、そして、これに従って、点火タイミングを調節（例えば、遅らせる）ことによって、燃焼室の容量を増減することができる。燃焼室２６の容量を増加する場合には、エンジンは、比較的大きい燃焼室２６に隣接して位置する第２の点火プラグ（図示せず）を含んで、拡張された燃焼室での燃焼を促進してもよい。
【００７３】
空気／燃料混合物のための様々な幾何学的移動経路を形成するために、燃焼室２６の複数の壁やバルブに対する燃料の導入方向を変更することができることに留意すべきである。例えば、燃焼室２６の複数の壁と、燃料導入方向によって、円形又は他の幾何学的形状を設定して、点火及び燃焼効率を促進することができる。
【００７４】
上述したように、必要に応じて、エンジン１０の出力及び出力トルクを制御するために、このエンジン１０は、どこでも、１回転当たり１から１６回の点火を行うことができる。１つの形態においては、燃焼室２６の点火順序を変更して、エンジン１０の運転温度を低くするように、エンジン１０を構成することができる。例えば、図１を参照すると、特定の駆動機構２０に対してエンジン１０を加速する場合には、速度を維持するために、エンジン１０内におけるピストンアセンブリ３０の回転中に、２つの燃焼室２６のみの点火を必要とするものでもよい。第１の回転サイクルにおいて、エンジン温度を最小限にするために、第１の燃焼室２６−１及び第３の燃焼室２６−３を点火する一方、第２の回転サイクルにおいて、第２の燃焼室２６−２及び第４の燃焼室２６−４を点火することができる。特定の燃焼室２６を点火しないときは、比較的低温の空気が、これらの燃焼室、及び、環状ボア１２を通って流れ、これにより、エンジンの運転温度が減少する。こうして、エンジン効率及び大気環境を改善するために、運転中に希薄な燃料−空気混合物を利用することが可能となる。
【図１】
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【図２Ａ】
2016505762.tif 000004
【図２Ｂ】
2016505762.tif 000005
【図３】
2016505762.tif 000006
【図４】
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【図５】
2016505762.tif 000008
【図６】
2016505762.tif 000009
【図７Ａ】
2016505762.tif 000010
【図７Ｂ】
2016505762.tif 000011
【図８】
2016505762.tif 000012
【図９Ａ】
2016505762.tif 000013
【図９Ｂ】
2016505762.tif 000014
【図９Ｃ】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年9月1日(2015.9.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２Ａ】
2016505762.tif 000018
【図２Ｂ】
2016505762.tif 000019
【図３】
2016505762.tif 000020
【図４】
2016505762.tif 000021
【図５】
2016505762.tif 000022
【図６】
2016505762.tif 000023
【図７Ａ】
2016505762.tif 000024
【図７Ｂ】
2016505762.tif 000025
【図８】
2016505762.tif 000026
【図９Ａ】
2016505762.tif 000027
【図９Ｂ】
2016505762.tif 000028
【図９Ｃ】
2016505762.tif 000029
【図１０】
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【国際調査報告】
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