JP2006513346A - 可変圧縮エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】製造が比較的簡単であり、運転効率が比較的良く且つ運転信頼性が比較的高く、そして窒素酸化物の放出量が比較的少ないエンジンを提供する。
【解決手段】周期的に室を画成し且つその室の容積が減少して加圧空気を生成する加圧プロセスを実行する圧縮機（４２８）、加圧空気を用いて燃料を燃焼させて一次排気を生成する燃焼器（４２６）、その一次排気によって駆動されて動力を発生させ且つ二次排気を生成する空気圧モータ（４０８）、その二次排気を膨張させて動力を発生させ三次排気を生成する膨張器（４１０）及びモータ（４０８）と膨張器（４１０）によって発生された動力を圧縮機（４２８）と任意の負荷へ導く軸（３１４）を有するエンジン（４００）が開示されている。燃焼器（４２６）は変動する量の燃料を受け取るようになっていて、これにより負荷への動力を変動する。加圧中の室圧力と一次排気の圧力とが定常状態において、実質的に定数であり、前記定数は動力によって駆動される負荷の関数であるように、圧縮機（４２８）が加圧中にその室から空気を放出する。

Description

以下の発明はエンジンに関し、特に可変圧縮エンジンに関する。

従来型のシリンダピストン式内燃機関には、吸気、圧縮、出力（膨張）及び排気という４つの行程がある。吸気行程に於いて、ピストンはシリンダヘッドに近い点で運動を始めてシリンダヘッドから遠い点に向かって動き、雰囲気に対して適切に開口されたシリンダヘッドとピストンとの間で空間膨張を生じ、その空間はかかる移動過程中に周辺空気によって満たされる。吸気行程の終了時に、外気とシリンダ間の流体の連通は停止される。圧縮行程に於いて、ピストンはシリンダ内で運動方向を反転し、それによりシリンダ内の空気を圧縮する。空気が（圧縮行程の終了時に於いて）大いに圧縮されると、圧縮空気と混合した燃料が点火されて燃焼を生ずる。出力行程において、ピストンは、加圧燃焼生成物によってシリンダヘッドから遠い点へ駆動される。排気行程に於いて、外気へのポートは再び開かれて、ピストンはシリンダヘッドに向かって移動し、燃焼生成物を排気として雰囲気へ吐き出す。

このタイプのエンジンに共通する問題は、燃料が燃焼し、且つ結果として生じる高温ガスがピストンを出力工程の終了端へ駆動した後でも、そのガスの温度と圧力が周辺雰囲気の温度と圧力よりも尚高いということである。この熱と圧力は共に、廃エネルギーの問題を顕示している。

このタイプのエンジンに共通する別の問題は、ピストンと連接棒が１分間に何度も運動の方向を反転しなければならないという事実から生ずる。関連する慣性に克服するために必要な力は、相当なエンジニアリングを必要とし、振動と摩耗を発生し、保守上の問題を生ずる。

このタイプのエンジンに共通する別の問題は、往復直線運動を回転動力に変換することに関連している効率低下である。連接棒とクランク歯車は、上死点（ＴＤＣ）から約７５度で最大トルク角に達する。上死点から３０度より前、或いは上死点から１３５度の後では、有効な仕事は殆どなく、従って相当量の効率が失われる。

このタイプのエンジンに共通する更に別の問題は、エンジンが作動する燃焼温度が高いために窒素酸化物（ＮＯｘ）の放出量が比較的高くなることである。

２００３年３月１１日に発行された米国特許第６５３０２１１号（ホルツアップルら）において、周辺空気用圧縮機、燃焼器及び膨張器を有するエンジンが開示されている。燃焼器は燃料を受け入れ、圧縮空気でこれを燃焼し、排気ガスを生成する。膨張器は排気ガスを受け取ってこれを膨張させる。圧縮機はゲロータ圧縮機又は可変無効容積制御を備えたピストン圧縮機でよい。膨張器はゲロータ膨張器又は可変無効容積制御を備えたピストン膨張器でよい。燃焼器は管形燃焼器でよい。膨張器を出るガスは熱く、かかるガスから熱の一部が、熱交換器を通ることによって除去され、燃焼器に入るガスにその熱を伝達する。可変無効容積装置はシリンダ内のピストンからなる。ピストン内のシリンダの位置は、電気サーボモータ等のアクチュエータによって設定される。ピストンが動いて小さい無効容積を生ずると、ガスは高圧力に達することができる。反対に、大きな無効容積が与えられると、ガス圧力は低いままである。このようにして圧縮比を調節すると、エンジンの出力動力を調節できる。その上、このエンジンのゲロータ構造は、シリンダピストン式エンジンに関連する振動及び摩耗問題を部分的に克服する。しかしながら、ゲロータは製造が困難である。更に、サーボがあるので、保守サービス問題で構造を複雑化する。

１９９２年４月７日に発行された米国特許第５１０１７８２号（ヤング）において、ロータリピストンエンジンが開示されている。このエンジンは、２個の分離された圧縮室及び膨張室と１個の分かれた燃焼室とを有する。圧縮室及び膨張室内に、一対のねじ形ロータが取り付けられている。作動時に於いて、圧縮室内のロータは空気を圧縮する。圧縮空気は燃料と一緒に燃焼室へ導入され、それから燃焼室は閉じられ、内容物は点火され、その結果燃料は定容積で燃焼する。それから高圧の燃焼生成物が膨張室内へ運ばれ、これは別の対のねじ形ロータを回転させ、燃焼生成物は冷却されて排出される。燃焼生成物から除去された部分熱は、圧縮空気に付加される熱と同じである。このエンジンは、その発明者によって高効率、高信頼性及び静音運転が特徴といわれている。しかしながら、ねじ形ロータを使用する必要性があるのでコストが増大し、そしてエンジンは使用温度が高い結果として、窒素酸化物の放出量が高くなる傾向にある。
米国特許第６５３０２１１号明細書 米国特許第５１０１７８２号明細書

本発明の目的は、製造が比較的簡単であり、運転効率が比較的良く且つ運転信頼性が比較的高く、そして窒素酸化物の放出量が比較的少ないエンジンを提供することである。特に、この目的は、本発明によって、負荷を受けて使用されるエンジンにより満たされる。

一形態によれば、本発明のエンジンは、圧縮機、燃焼手段、容積式空気圧モータ、容積式ガス膨張器、及び動力伝達手段を備える。

圧縮機は動力を受け取るよう適合されており、そして動力を受け取ると周期的に室を画成し、その室を周辺空気で満たし、そして室容積が減少して加圧空気を生成する加圧プロセスを実行するようになっている。

燃焼手段は燃料を受け入れ、燃焼プロセスにおいて加圧空気を用いてその燃料を燃焼させて一次排気生成物を生成するためのものである。

空気圧モータは一次排気生成物によって駆動されて動力を発生させ二次排気生成物を生成するよう適合されている。

ガス膨張器は、その二次排気生成物を受け入れてこれを実質的に断熱膨張させて三次排気生成物を生成し動力を発生するものである。

動力伝達手段は、使用時に空気圧モータとガス膨張器によって発生された動力を圧縮機と負荷を駆動するために導くためのものである。

燃焼手段は、量が変動する燃料を受け入れるよう適合されており、量が変動する使用動力を用いて動力伝達手段に負荷を駆動させる。

燃焼手段は、量が変動する燃料を受け入れるよう適合されており、量が変動する使用動力を用いて動力伝達手段に負荷を駆動させる。

圧縮機とラジエータは、加圧プロセス中の室内最大圧力と空気圧モータを駆動する一次排気生成物の圧力が定常状態に於いて実質的に定数であるように、加圧プロセス中、前記燃焼のための室から空気を放出するよう適合されており、前記定数は動力によって駆動されている負荷の関数である。圧縮比（ＣＲ）は以下の式を用いて計算することができる、
ＣＲ ＝ （Ｖ１／Ｖ２）／（Ｔ２／Ｔ１）
この式中、
Ｖ１は、一次圧縮室内で掃気される容積を表し、
Ｖ２は、一次膨張室内で掃気される容積を表し、
Ｔ１は、雰囲気温度（°Ｋ）を表し、
Ｔ２は、一次膨張室内のガスの温度（°Ｋ）を表す。

Ｖ１対Ｖ２の関係比はエンジンの公称最小圧縮比を決定する。これはエンジンの幾何学的形状によって定まり、変動しない。他方、Ｔ１とＴ２の差異は、圧縮中の温度上昇と燃料によって加えられる熱の双方によって定まる。エンジンが低負荷にあると、より少ない燃料が必要であり、より少ない熱が発生し、圧縮機部分を回転するのに必要な仕事はより少なくなる。この可変圧縮比は、エンジンの要求トルクによって必要とされる流入空気を圧縮する仕事のみをエンジンが行うこと、換言すれば、エンジンはエンジン負荷に対して自然に任意に圧縮比を調節することを意味し、これによって運転効率を改善する。この構造は、窒素酸化物の放出を行うエンジンの性質を低減するように、部分燃料負荷における燃焼温度が最大状態における燃焼温度より低くなるという別の結果を生む。

別の形態によれば、エンジンは、回転圧縮機、ラジエータ、第１及び第２の逆流防止器、圧力タンク、弁、管形燃焼器、容積式回転空気圧モータ、容積式回転ガス膨張器及び軸を有する。

圧縮機は動力を受け取るようになっており、そして動力を受け取ると周期的に室を画成し、その室を周辺空気で満たし、そして室容積が減少して加圧空気を生成する加圧プロセスを実行するようになっている。

ラジエータは加圧空気を受け入れるために圧縮機に連結し、そして前記加圧空気を冷却してその容器（リザーバ）として機能するようになっている。

第１及び第２の逆流防止器は各々ラジエータに連結し、そこからの一方向流を許容する。

圧力タンクは第１の逆流防止器に連結し、ラジエータから圧縮空気を受け入れるようにする。

弁は圧力タンクに連結し、圧力タンクから加圧空気を選択的に放出できるようにする。

燃焼器は弁と第２の逆流防止器とに連結され、ラジエータからの加圧空気と圧力タンクから選択的に放出される加圧空気を受け入れ、燃料を受け取り、受け入れられた加圧空気を用いて一次排気生成物を生成するように燃焼プロセスにおいてその燃料を燃焼するよう適合されている。

空気圧モータは、一次排気生成物によって駆動されるように燃焼器に連結されていて、動力を発生し二次排気生成物を生成する。

ガス膨張器は二次排気生成物を受け入れ、三次排気生成物を生成し動力を発生するように二次排気生成物を実質的に断熱膨張させるために空気圧モータに連結されている。

軸は、使用中の空気圧モータとガス膨張器とによって発生された動力を圧縮機及び負荷を駆動するように導くために、圧縮機、空気圧モータ及びガス膨張器の各々に作動的に連結されている。

燃焼器は量が変動する燃料を受け取れるようになっており、これにより使用中量が変動する動力を用いて動力伝達手段に負荷を駆動させる。

圧縮機は、加圧プロセス中の室内最大圧力と空気圧モータを駆動する一次排気生成物の圧力が定常状態に於いて実質的に定数であるように、加圧プロセス中、前記燃焼のための室から空気を放出するように適合されており、前記定数は動力によって駆動されている負荷の関数である。

以下、本発明の好適な２実施例を添付図面に関連づけて説明する。

以下の説明を注意深く検討すると明らかになるように、回転式流体圧力装置は、発明の好適な実施例として以下に記載される２つのエンジンの多くの構成要素からなる基本構造を形成する。従って、かかる以下の説明に於いて明瞭化を図るために、典型的な回転式装置の基本構造及びその作動を先ず詳述する。

回転式装置
典型的な回転式装置２００Ｂは図６に示されており、そして多葉形ピストン２０４Ｂと一対のゲートロータ２０６Ｂとを備えると理解されよう。

更に、回転式装置２００Ｂは、一対の流体ポート２０８Ｂ、２１０Ｂを画成するハウジング手段と流体ポート２０８Ｂ、２１０Ｂの各々に流体的に連通しているピストン室２１２Ｂとを有する。

ハウジング手段は、例えば、図３に示されるようにハウジング板２１４Ｂとその両側に積み重ねられた一対の分割板２１８、２２０を有することができ、この例では、ハウジング板２１４Ｂは、隣接している分割板２１８，２２０と組み合わされてピストン室２１２Ｂを画成する切除部を有し、そして流体ポート２０８Ｂ、２１０Ｂが分割板２１８、２２０の中に画成されている。

図６に於いて、一対の流体ポート２１０Ｂが分割板２２０と隣接して図示されている。この典型的な回転式装置２００Ｂ内の流体ポート２０８Ｂは、分割板２１８内に形成されている。この板は図６には見えないので、明瞭化のために隣接分割板２１８内のかかる流体ポート２０８Ｂの位置が破線の外形線で示されている。

図１２ａ乃至図１７ｂを全体的に参照すると、ピストン２０４Ｂは、ピストン本体２３０Ｂ、葉形体２３２Ｂ、ピン２３４Ｂ、保持クリップ２３６Ｂ、ピストン面シール２３８Ｂ、ピストン側面シール２４０Ｂ、葉形部チップシール２４２Ｂ、及び葉形部面シール２４４Ｂを有する。

図１３ａに最も良く示されているように、ピストン本体２３０Ｂは略環状であり、キー（図示されない）を用いて軸とピストン本体２３０Ｂとを固定するために、切り込みの入った軸（図示されない）を受け入れるための中心孔２４６Ｂとキー溝２４８Ｂとを有する。ピストン本体２３０Ｂは更に、４個の間隙２５２Ｂを画成するように互いに離れた関係で各象限に配置された歯付き外周部２５０Ｂを有する。各歯付き部２５０Ｂは、５個の小間隙２５４Ｂを画成している。孔２５６Ｂが間隙２５２Ｂに隣接し、ピストン本体２３０Ｂを貫通して設けられている。

図１３ａ及び図１８ａに関し、葉形体２３２Ｂが各間隙２５２Ｂに一つ設けられ、各々は分岐基部２５８Ｂを有し、この分岐基部はピストン本体２３０Ｂに跨る関係で各間隙２５２Ｂ内に密着して嵌合されている。ピン通路２６０Ｂは、各孔２５６Ｂに整列している分岐基部２５８Ｂを通して画成されている。各葉形体２３２Ｂは、先端部にノッチ２３９Ｂを備えている。各葉形体２３２Ｂは、多葉形ピストン２０４Ｂの葉形部を形成している。

ピン２３４Ｂは各ピン通路２６０Ｂに一つ設けられている。各ピン２３４Ｂは、そのために設けられたピン通路２６０Ｂと整列孔２５６Ｂとに挿通されており、図１２ａ及び図１２ｂに示されるように一対の保持クリップ２３６Ｂによって適所に固定されている。

図１５ａ及び図１５ｂに示されているピストン側面シール２４０Ｂは、各小間隙２５４Ｂ内へ１個設けられていて、半径方向外向きに突き出ている各々の面取り面２６２Ｂと突出端部２７０Ｂとを有する。

ピストン面シール２３８Ｂは、図１２Ｂに示されるように、ピストン本体２３０Ｂ／葉形部２３２Ｂ組立体の各面に一つ設けられている。各ピストン面シール２３８Ｂは、ピストン本体２３０Ｂ、葉形体２３２Ｂ及びピストン側面シール２４０Ｂによって画成される対応凹み２６６Ｂ内に嵌合する山部２６４Ｂを有する。各ピストン面シール２３８Ｂは更に、図１７ａに最も良く示されている複数のノッチ２６８Ｂを有し、このノッチは、図１２ｂに示されているようにピストン側面シール２４０Ｂの突出端部２７０Ｂを受け入れている。

葉形部面シール２４４Ｂは、図１２ｂに示されているように、各葉形部２３２Ｂの両面に各一つ設けられている。各葉形部面シール２４４Ｂは、ピストン面シール２３８Ｂと葉形部２３２Ｂとによって画成された溝２７４Ｂ内に嵌合する舌部２７２Ｂを有する。一対の葉形部面シール２４４Ｂは更に、図１４ａ、図１４ｂに示されるように、先端部に画成されたノッチ２７６Ｂを有し、このノッチ２７６Ｂは葉形部２３２Ｂの尖端部にあるノッチ２３９Ｂに整列している。

一対の葉形部チップシール２４２Ｂが、各葉形部２３２Ｂに備えられている。各葉形部チップシール２４２Ｂは、整合されたノッチ２３９Ｂ、２７６Ｂ内へ固定的に嵌合され、そして一対の葉形部チップシール２４２Ｂは、そこに画成されたノッチ／爪２７８Ｂによって互いに対して固定されている。葉形部チップシール２４２Ｂは、半径方向外向きに突き出た各々が面取り面２４３Ｂを有する。

図１９ａ乃至図１９ｊに関し、各ゲートロータ２０６Ｂは、ゲートロータ本体２８０Ｂ、ゲートロータ面シール２８２Ｂ、ソケットシール２８４Ｂ及びゲートロータ側面シール２８６Ｂを有する。

ゲートロータ本体２８０Ｂは、図１９ｇにおいて略環状に図示され、そしてキー（図示されない）を用いて軸とゲートロータ本体２８０Ｂとを固定するために、切り込みのある軸（図示されない）を受け入れる中央孔２８８Ｂとキー溝２８９Ｂとを有するように図示されている。

ゲートロータ本体２８０Ｂは、対向し、且つ互いに離れた関係にあって間隙２９２Ｂを画成するように配置された一対の歯付き外周部２９０Ｂを有する。ソケット２９４Ｂが間隙２９２Ｂの中に形成されている。各歯付き外周部２９０Ｂは、４個の小間隙２９６Ｂを画成している。

図１９ｉ及び図１９ｊに示されたゲートロータ側面シール２８６Ｂは、小間隙２９６Ｂ内に各一つ設けられ、半径方向外向きに突き出ている面取り面２９８Ｂと突出端部３１２Ｂとを各々有する。

図１９ｅ及び図１９ｆに示されたソケットシール２８４Ｂは、各ソケット２９４Ｂの各面に配置され、そして図１９ｇに示されるようにゲートロータ本体２８０Ｂによって画成された対応溝３０２Ｂ内に嵌合する山部３００Ｂを有する。ソケットシール２８４Ｂは更に、図１９ｆに明示された突出端部３０４Ｂも有する。

図１９ｃに示されたゲートロータ面シール２８２Ｂは、隣接ソケットシール２８４Ｂの突出部３０４Ｂと重なり合う関係で各歯付き外周部２９０Ｂの各側面に設けられており、図１９ｇに示されたゲートロータ本体２８０Ｂによって画成される対応溝３０８Ｂに嵌合する山部３０６Ｂと、図１９ａに示されるようにゲートロータ側面シール２８６Ｂの突出端３１２Ｂを受け入れる複数のノッチ３１０Ｂとを有する。

ゲートロータ２０６Ｂとピストン２０４Ｂの双方に、複数の凹み２６９が設けられている。１個の凹み２６９が図１８ｂに明示されている。各ばね（図示されない）が、各凹み２６９内に嵌合されている。これは、シール２３８Ｂ、２４０Ｂ、２４２Ｂ、２４４Ｂ、２８２Ｂ、２８４Ｂ、２８６Ｂがピストン本体２３０Ｂ、葉形部２３２Ｂ及びゲートロータ本体２８０Ｂの隣接部分から上方に浮き上がることを確実にするように働き、隣接構造物とのシール接触を確実にする。

使用時に、ピストン２０４Ｂは前記ピストン室２１２Ｂ内で駆動軸３１４上に取り付けられている。これは、前記ピストン２０４Ｂと前記駆動軸３１４の一方が、他方が回転したときに回転するようにしている。葉形部チップシール２４２Ｂがピストン室２１２Ｂの内表面を走査するようにピストン２０４Ｂが取り付けられている。

ゲートロータ２０６Ｂは各々、前記ピストン室２１２Ｂ内において、駆動軸３１４に対して平行に配列され、且つ互いから１８０°離れている各回転ゲートロータ軸３１６上に、ピストン２０４Ｂとピストン室２１２Ｂの内面とに対してシール接触関係に取り付けられている。更に、駆動軸３１４とゲートロータ軸３１６とに連結され且つ図８に示された歯車装置３１８、３２０、３２２を用いて、前記ピストン２０４Ｂと前記ゲートロータ２０６Ｂの一方が、他方が回転したときに回転するように、一対のゲートロータ２０６Ｂが前記ピストン２０４Ｂに連結されている。歯車装置は、主歯車３２２の１回転に対して、副歯車３１８、３２０が２回転するように２：１の歯数比を有する。

ピストン２０４Ｂとゲートロータ２０６Ｂは、ピストン２０４Ｂとゲートロータ２０６Ｂが回転するにつれて容積が変わる、多数の、特に２個の副室にピストン室２１２Ｂを分割し、前記副室は各々、流体ポート２０８Ｂを被圧縮流体の供給源に連結し且つ駆動軸３１４を駆動源に連結したときには圧縮機の態様、或いは駆動軸３１４が負荷に連結されていて流体ポート２０８Ｂを被膨張流体の供給源に連結したときには膨張器の態様、のどちらか一方の態様で装置２００Ｂの運転を可能とするように流体ポート２０８Ｂの一つと流体ポート２１０Ｂの一つとに連通している。

かかる運転を更に明瞭にするために、ピストン２０４Ｂにある２個の隣接した葉形部２３２Ｂを考慮されたい。

圧縮機として使用されるときには、図６の図面において、ピストン２０４Ｂは反時計方向に回転する。最初の、或いは先行する葉形部２３２Ｂが掃くようにして各流体ポート２０８Ｂを通り過ぎると、周辺空気等の使用可能ガスが前記葉形部２３２Ｂの背部の膨張空間に引き込まれる。後続の葉形部が前記流体ポート２０８Ｂを通過すると、この初期容積内のガスがトラップされる。囲繞環状空間の境界は、先行葉形部２３２Ｂの背側面、隣接する分割板２１８、２２０、ハウジング板２１４Ｂとピストン２０４Ｂ、及び先行葉形部２３２Ｂの前面を含んでいる。先行葉形部２３２Ｂが各ゲートロータ２０６Ｂ内のソケット２９４Ｂと屈曲形を成すと、ゲートロータ２０６Ｂは囲繞空間の一端を形成する。ピストン２０４Ｂが続けて回転すると、囲繞空間は容積が減少し、こうして捕捉空気を流体ポート２１０Ｂを通して押し入れる。この囲繞空間は容積が減少する間も、流体ポート２１０Ｂに連通したままである。

或いは、膨張器として使用されるときには、流入ガスはピストン２０４Ｂの葉形部２３２Ｂの背面に作用し、こうしてピストン２０４Ｂに力を作用させるが、前面は膨張したガスを掃気する。

（第１の好適な実施形態）
次に前述の第１の好適な実施例に従って構成されたエンジン４００に話を戻すが、そのエンジン４００の概観図が図１に示されている。

その概観図によれば、このエンジン４００は、第１圧縮段４０２、第２圧縮段４０４、第３圧縮段４０６、容積式空気圧モータ４０８及び容積式ガス膨張器４１０を有することが分かろう。これらの構成要素の各々は、前述の回転式装置の形をしており、そして実際に、記載された典型的な回転式装置はその一つであり、第２圧縮段４０４のそれと同じである。これらの回転式装置は作動及び構造において略同じであるので、各々の詳細な説明はここではしない。寧ろ、各回転式装置の等価構造体は共通の符号が付与され、構造体のアルファベット符号が以下のように、即ち第１圧縮段（Ａ）、第２圧縮段（Ｂ）、第３圧縮段（Ｃ）、空気圧モータ（Ｄ）及びガス膨張器（Ｅ）、のように対象の装置を示すと単純に理解すべきである。この様な訳で、記載例におけるハウジング板は符号２１４Ｂで示されているため、空気圧モータ用のハウジング板の符号は２１４Ｄである。同様に、記載例におけるピストンは２０４Ｂで示されているため、第３圧縮段４０６用のピストンは２０４Ｃとして示される。

更に、これらの各構成要素は、回転式装置が隣接する状況では、共通の駆動軸３１４とゲートロータ軸３１６を共有し、更に分割板及び支持板２１６、２１８、２２０、２２２、２２３、２２４、２２６、２２８を共有する。従って、第１圧縮段４０２の回転式装置２００Ａのハウジング手段は、支持板２１６、分割板２１８及びハウジング板２１４Ａによって形成される。分割板２１８は更に、分割板２２０とハウジング板２１４Ｂと組み合わされ、第２圧縮段４０４の回転式装置２００Ｂのハウジング手段の一部となっている。分割板２２０、分割板２２２及びハウジング板２１４Ｃは、第３圧縮段４０６の回転式装置２００Ｃのハウジング手段を形成する。支持板２２４、ハウジング板２１４Ｄ、及び分割板２２６は、空気圧モータ４０８の回転式装置２００Ｄのハウジング手段を形成する。同様に、ハウジング板２２６、ハウジング板２１４Ｅ及び支持板２２８は、ガス膨張器４１０の回転式装置２００Ｄのハウジング手段を形成する。明瞭化すると、支持板２１６、２２４、２２８は駆動軸３１４を回転自在に支持するために軸受３２４を有する。ハウジング板２１８のみが図面中に詳しく示されているが、他のハウジング板２２０、２２２、２２６はそれと実質的に同じであり、大きさとそこにあるポートの形状においてのみ実質的に異なるだけである。そのような支持板２２０、２２２、２２６は、特に、図４、図６、図７、図９及び図１０におけるポート２０８、２１０の境界画定に関し、当業者にとって通常のものであろう。図２に示されたボルト８００は、組立体を一緒に固定する。

その概観図から、エンジンは更に、２対の逆止め弁４１２、マニホールド４１３、ラジエータ４１４、一対の逆流防止器４１６、４１７、圧力タンク４１８、電磁弁４２０、一対の真空解放弁４２２、燃料ポンプ４２４及びタンデム配置の管形燃焼器４２６を有することが分かろう。

図３及び図４を参照すると、第１圧縮段４０２の回転式装置２００Ａは圧縮機として作動し、そしてそのピストン２０４Ａは４個の葉形部２３２Ａを有する。図３及び図６を参照すると、第２圧縮段４０４の回転式装置２００Ｂは更に、そのピストン２０４Ｂが４個の葉形部２３２Ｂを持つ圧縮機として作動するが、ピストン２０４Ｂは厚さがより薄く且つ葉形部２３２Ｂが第１圧縮段４０２におけるよりも小さい点で異なる。ピストン２０４Ｂは更に、第１圧縮段４０２のピストン２０４Ａの直径よりも小さい直径を有する。図３及び図７を参照すると、第３圧縮段４０６の回転式装置２００Ｃは更に、圧縮機として作動するために構成されている。しかしながら、第１圧縮段４０２及び第２圧縮段４０４のピストン２０４Ａ、２０４Ｂとは対照的に、このピストン２０４Ｃは８個の葉形部２３２Ｃを持っており、そして第２圧縮段４０４のピストン２０４Ｂより薄くさえある。更に、第３圧縮段４０６のゲートロータ２０６Ｃは、第１圧縮段４０２と第２圧縮段４０４のゲートロータ２０６Ａ、２０６Ｂ内に形成された対のソケット２９４Ａ、２９４Ｂとは対照的に、各々４個のソケット２９４Ｃを有する。

第１圧縮段４０２、第２圧縮段４０４及び第３圧縮段４０６は共に、図１に示された圧縮機４２８を形成し、これは駆動軸３１４から動力を受け取り、そして動力を受け取ると、周期的に室を画成し、その室を周辺空気で満たし、そして室容積が減少して加圧空気を発生させる加圧プロセスを実行するようになっている。特に、第１圧縮段４０２の入口２０８Ａは、図２に示されるように、分岐給気ダクト４４０を用いてフィルタ４３８に連結して、濾過された周辺空気を受け入れ、第１圧縮段４０２の出口２１０Ａは、図１及び図５に示されるように、第２圧縮段４０４の入口２０８Ｂに連結し、そして第２圧縮段４０４の出口２１０Ｂは図１に示されるように、第３圧縮段４０６の入口２０８Ｃに連結している。こうして、周辺空気を受け入れる第１圧縮段４０２の入口２０８Ａから、マニホールド２１３へ空気を排出する、第３圧縮段４０６の出口２１０Ｃへの直接的な流路が形成される。この時点では、圧縮機４２８によって周期的に画成される室が、最初は第１圧縮段４０２によって画成され、そしてその後は、容積が減少するにつれて、第２圧縮段４０４及び第３圧縮段４０６によって画成されることが留意される。

任意の単一圧縮段において遭遇される圧力差を小さくし、これによりシーリングを大いに容易にするので、段階的圧縮の使用は当業者に容易に理解されるように有利である。

図１に概略形状で示されるように、逆止め弁４１２が第１圧縮段４０２及び第２圧縮段４０４の各出口２１０Ａ、２１０Ｂに連結されている。この好適な実施例におけるそのような連結態様は、図５及び図６の説明から容易に理解されよう。図５が分割板２１８を示し、そして入口（ポート）２０８Ｂと出口（ポート）２１０Ａとの間をそれぞれに繋ぐ２本の通路を示している。出口（ポート）２１０Ａとポート２１５の間をそれぞれに繋ぐ２本の別通路が示されている。次に、ポート２１５が、各逆止め弁４１２を通ってマニホールド４１３へ至るように図６に示されている。ポート２１５が更に図４に示され、同様に機能する。マニホールド４１３へ逆止め弁４１２をこのように連結することによって、もしマニホールド４１３内の圧力が出口２１０Ａ、２１０Ｂの圧力より低ければ代替流路が形成される。即ち、第１圧縮段４０２の出口２１０Ａを出るガスの一部分は、もしマニホールド４１３の内部より高圧であれば、マニホールド４１３内に入り込む。同様に、第２圧縮段４０４の出口２１０Ｂを出るガスの一部分は、もしマニホールド４１３の内部より高圧であれば、マニホールド４１３内に入り込む。この好適な実施例の逆止め弁４１２は、当業者に良く知られた単純なばね偏倚式ボールソケット型のものであり、従ってここでは詳しくは説明しない。

図１を参照すると、ラジエータ４１４は、マニホールド４１３に連結されてそこから空気を受け入れ、そしてラジエータは、その容積に比して大きい表面積を有して加圧過程で発生した熱を周辺空気へ伝達できるようになっている容器である。重要なことだが、ラジエータ４１４は又冷却加圧空気の容器（リザーバ）としても機能する。

第１の逆流防止器４１６と第２の逆流防止器４１７は各々、ラジエータ４１４に連結され、そこからの一方向流を許容する。

圧力タンク４１８は、第１の逆流防止器４１６に連結され、ラジエータ４１４から加圧空気を受け入れる。

電磁弁４２０は圧力タンク４１８に連結され、圧力タンク４１８から冷却加圧空気を選択的に放出し得るようになっている。

図１及び図１１ａ乃至図１１ｄを参照すると、管形燃焼器４２６は電磁弁４２０と第２の逆流防止器４１７とに連結してラジエータ４１４からの加圧空気と圧力タンク４１８から選択的に放出される加圧空気とを受け入れ、そして燃料を受け取り、前述のように受け入れた加圧空気を用いてその燃料を燃焼プロセスで燃焼させて一次排気生成物を生成するようになっている。このように、管形燃焼器４２６は、燃料を受け取り、且つ加圧空気を用いてその燃料を燃焼プロセスで燃焼させて一次排気生成物を生成する燃焼手段を形成している。例示された好適な実施例において、管形燃焼器４２６はセラミック被覆の管形燃焼器である。管形燃焼器の構造は当業者に知られており、そのためここでは詳述しない。管形燃焼器４２６において、燃料は燃料噴射器４３４を通して導入され、そして通常の点火プラグの形をした点火器４３６によって燃焼が開始される。

エンジン４００のこの好適な実施例の燃料ポンプ４２４は、エンジン４００の効果的な運転を実現するために特別の特性を有する。第１に、燃料ポンプ４２４は、略一定圧力の燃焼を行うために燃料噴射器４３４へ実質的に連続して燃料を供給する。更に、任意の定常状態中１回転当たり一定容積の燃料を燃焼器４２６へ供給するように、燃料ポンプは駆動軸３１４に同期しており、そして負荷変動に合致するようにこの容積を増減することができる。更になお、燃料ポンプは流量が非常に小さいときでも霧化を達成できるような十分な圧力で一様の流れを供給する。その上に、アルコールのように潤滑特性が小さいか或いは無いような燃料を取り扱うことができる。

図２の燃料ポンプ４２４の図面が図２０ａにおいて示され、ここでは明瞭化のために、使用時にゲートロータ軸３１６の端部に重なり合う関係でエンジンブロックにボルト締めされるポンプブロック５３８を見せるためにそのカバー板５３６が取り除かれている。ポンプブロック５３８は入口ポート５０２、出口ポート５０６及びポンプ室５０４を画成している。キー付きロータ５４４が図２０ｎに分離して示されている。ロータ５４４は、ゲートロータ軸３１６の端部内に形成されたキー付き孔（図示されない）の内部へポンプブロック５３８を通って延びており、そしてキー（図示されない）によってこれに固定されている。こうして、ロータ５４４のロータヘッド５１２が、ポンプ室５０４内においてゲートロータ軸３１６の回転と同時に回転する。燃料は、入口ポート５０２を通って入り、ポンプ室５０４を通過し、そして出口ポート５０６を通って出る。燃料は、ロータヘッド５１２にあるスロット５１０内の３個の可動羽根５０８によって室５０４を通って掃き出される。スロットル摺動子５１４は、図２０ｏ及び図２０ｐに分離して示されている。摺動子５１４は滑り運動を行うために、ポンプブロック５３８内に形成された溝内に嵌合されている。ポンプ室５０４の容積は、端板５１８内で回転するスロットル軸５１６のねじ山を用いて、ロータの面に接近又は離隔するようにスロットル摺動子５１４を動かすことによって変えられる。スロットル摺動子５１４の面は、ロータヘッド５１２の面に合致する部分円筒面である。このようにして、ポンプ室５０４内の容積は、スロットル摺動子５１４が完全に前進したときは減少して零にすることができる。通路５２０は、入口ポート５０２からポンプブロック５３８の上面まで延びて、そこでカバー板５３６内のＬ字形溝５２２に交わる。このようにして、スロットル摺動子５１４を通り越して漏れるかもしれないあらゆる燃料は、入口ポート５０２へ引き戻せるようにしている。出口ポート５０６の同様な通路５２４が、カバー板５３６内の溝５２６に連結している。これはロータ５４４の上部の円形溝５２８へ加圧燃料を供給し、こうして羽根５０８をスロットル摺動子５１４の面に押し付ける。

図１及び図９に関し、空気圧モータ４０８の回転式装置２００Ｄは、膨張器として作動するように構成され、そして、軸３１４の１回転毎に一定容積のガスを燃焼器４２６から除去しつつ、二次排気生成物と動力を発生する一次排気生成物とによって駆動されるように管形燃焼器４２６に連結されている。図９において、流体ポート２０８Ｄは各々、燃焼器４２６の各々の半体に連結されて示されている。空気圧モータ４０８の回転式装置２００Ｄのピストン２０４Ｄは、４個の葉形部２３２Ｄを有しており、第２圧縮段４０４のそれと寸法的に類似している。

図１及び図１０を参照すると、ガス膨張器４１０の回転式装置２００Ｅは膨張器として働き、二次排気生成物を受け入れるため、並びに三次排気生成物を生成し動力を発生するように二次排気生成物を実質的に断熱膨張させるために空気圧モータ４０８に連結している。膨張器４１０のピストン２０４Ｅは４個の葉形部２３２Ｅを持ち、エンジン４００の圧縮容積より大きい膨張容積を得るために圧縮機のロータ２０４Ａ、２０４Ｂ、２０４Ｃより幅広である。

真空解放弁４２２が、ガス膨張器４１０の内圧が大気圧より低くなりそうになるとその内部と外気とを連通させるために設けられており、そして、各々の真空ダクト４２５を介して入口２０８Ｅに連通している。この好適な実施例の真空解放弁４２２は、当業者に公知の前述の逆止め弁４１２と同様な構造になっており、同様な理由で詳しくは説明されない。

前述したように圧縮機４２８、空気圧モータ４０８及びガス膨張器４１０の各によって共有される軸３１４は、この様な訳で、使用中の空気圧モータ４０８及びガス膨張器４１０によって発生された動力を圧縮機４２８及び任意の外部負荷を駆動するために導く動力伝達手段を形成することが分かろう。

前述に加えて、図２に示された油ポンプ７００の形で油回路が設けられ、これは油溜め７１４に連結している。油溜め７１４から引き出された油は、図４に示されるように軸３１４、３１６の上方でエンジン４００の上部内に形成された分配導路７０６へ油供給配管７０２を通って循環される。ハウジング板２１４Ａ、２１４Ｂ、２１４Ｃ、２１４Ｄ、２１４Ｅ内の潤滑通路７０８は分配導路７０６から中央孔へ延びるが、この中央孔には、特に、軸３１４、３１６が貫通している。分配ヘッド７１０は潤滑通路７０８から油を受け取り、長手方向に隣接したピストン２０４に対して、流れを長手方向に導く。分配導路７０８は更に、ゲートロータ軸３１６用の軸受（図示されない）へ油を供給する。更に、下部分配導路７０６は、軸３１４、３１６の下方の、エンジン４００の底部に形成されている。下部分配導路７０６へ送るために、その穴から、且つ長手方向に隣接した軸受から排出路７０９を介して油を集め、引き続いて再使用のために油溜め７１４へ戻す付加的な潤滑通路７０８が設けられている。通常型の油冷却器（図示されない）が備えられ、そして油から熱を除去するために必要に応じて使用される。図２に示された油ポンプ７００は、前述の燃料ポンプと外観が似ているが、単なる一致と理解すべきであり、あらゆる通常型の油ポンプが使用できる。

定常状態運転
定常状態の運転において、ラジエータ４１４内の圧力及び燃焼器４２６の入口の圧力は、実質的に一定である。（特に、流れ誘起の小さな圧力勾配が装置のダクトと弁の内部で発生し、周期的な小さい圧力変動が、圧縮が起こる態様に従って、即ち周期的に生ずることがある。）この定常状態は絶対的な定常ではなく、寧ろ、特に、軸３１４によって伝達される動力によって駆動されている負荷と共に、変わるものと理解すべきである。周辺空気が圧縮機４２８の中に吸い込まれ、前述した態様でラジエータ４１４へ押し込まれる。この時点において分かるように、ゲートロータ２０６Ｃと接近する葉形部２３２Ｃとの間ではなく、タンデム状に動く２個の葉形部２３２Ｃの間にこの掃気の相当部分により空気がトラップされることを第３圧縮段４０６の葉形部２３２Ｃの狭い空間が確実にする。このように、この例における第３圧縮段４０６は、幾分の圧縮を加えるように、且つ、ラジエータ４１４内の圧力変動及び円滑な圧力スパイクを誘起するあらゆる逆流を防止するように共に機能する。ラジエータ４１４内に押し込まれる空気の量は、軸３１４の回転速度と、第１圧縮段４０２において葉形部２３２Ａによって掃気される容積と、外気圧力及び温度との関数である。同様に、圧縮機を出る空気の量は、軸３１４の回転速度と、空気圧モータ４０８内で葉形部２３２Ｄによって掃気される容積と、燃焼器内の圧力及び温度との関数である。定常状態運転において、上記空気の２つの量は等しいはずである。

従来のピストンシリンダ式エンジンとは対照的に、空気は圧縮機に入る前には、圧縮機によって如何なる最大圧縮度合にも圧縮されない。むしろ、加圧が行われている圧縮機４２８によって画成される室が全ての時点でラジエータ４１４に連通しているので、空気はラジエータ４１４の圧力にのみ抗して、ラジエータ４１４内へ押し込まれよう。空気は、ラジエータ４１４に入る質量流量と等価の質量流量でラジエータ４１４から出て、逆止め弁４１７を通過し、そして燃焼器４２６の入口へ至るが、そこで燃料と混合して燃焼し、一次排気生成物を生成する。燃焼器４２６内の圧力は、膨張が吸収される態様から、即ち周期的に僅かな変動が生ずるかもしれないが、実質的に一定であろう。この圧力は更に、特に、軸３１４に掛かる負荷の関数であり、そしてラジエータ４１４の圧力より僅かに低いであろう。燃焼器４２６内に燃料が滞留する時間は燃料の殆どが燃焼するような長さであり、温度は窒素酸化物（ＮＯｘ）が比較的低くなる値である。一次排気生成物は、空気圧モータ４０８を通過して軸動力を発生し、そして二次排気生成物として出ていく。二次排気生成物は膨張器４１０内で実質的に断熱膨張し、三次排気生成物を生成し軸動力を発生する。二次排気生成物は大気圧に近い圧力で膨張器４１０を出るため、殆どの仕事がそこから取り出されてしまっており、共振器及び消音器の必要性を減少する。膨張器４１０内に過剰の膨張空間が存在する限りで、真空発生を防止するように周辺空気が膨張器４１０の内へ流入することを真空解放弁４２２が許容する。

新負荷への移行
比較的大きな負荷から比較的小さい負荷へ移行するときは、燃料の流量は減らされ、これにより燃焼器４２６内の熱が少なくなり、加熱されている空気の体積増加が少なくなり、そして圧力を低減する。燃焼器４２６内の圧力が低下して、圧縮機４２８によって排出される流量と同じ流量で圧縮機４２６内へ流入せしめるに十分な大きさの点へラジエータ４１４の圧力が低下し終える時点まで、ラジエータ４１４からの流れを増大する。ラジエータ４１４の圧力が下がると、比較的多くの空気が第２圧縮段４０４及び／又は第１圧縮段４０２を迂回するようになり、ガスに対して行われる仕事が少なくなるという結果になる。このようにして、エンジン４００の効果的圧縮比が小さい負荷に応答して下向きに自然に任意に（同時的に）調整できることが明らかになろう。

比較的小さい負荷から比較的大きい負荷へ移行するときは、燃料の流量が増やされ、これによって燃焼器４２６内で大きい熱を発生させ、圧力を高める。再び、燃料は実質的に一定の圧力が発生する態様で、燃焼器４２６内に導入されよう。燃焼器４２６内の圧力が高まると、ラジエータ４１４からの流れを一時的に減少させ、これによりラジエータ４１４の圧力上昇を招来することとなる。ラジエータ４１４の圧力が増大すると、管形燃焼器４２６への流れを増大し、そして、圧力タンク４１８内の圧力がラジエータ４１４の圧力より低い限りにおいて、圧力タンク４１８内への流れを生ずる。この状態は、圧縮機４２８によって排出されるのと同じ流量で管形燃焼器４２６内へ流入せしめるに十分大きい点までラジエータ４１４内の圧力が上昇して定常状態に達するまで起こる。ラジエータ４１４の圧力が高まると、第１圧縮段４０２及び／又は第２圧縮段４０４を迂回する空気量を比較的少なくし、その結果より多くの仕事がガスに対してなされ、即ち、比較的高い圧力のラジエータ４１４内へガスを押し込むに十分な程になろう。このようにして、エンジンの効果的な圧縮比が増大する負荷に応答して自然に任意に（同時的に）下向きに調整できることが明らかとなろう。

高負荷への移行に関し、エンジンへの定常流れがラジエータ圧力の対応した急速上昇を必要とするので、急速な負荷増大の状況下でエンジン停止が起こることがある。このような結果を避けるために、電磁弁４２０を開くことによって空気は圧力タンク４１８から放出することができる。

空気タンク４１８からの加圧空気は更に、通常のスターターの代わりにエンジンを始動するために使用できる。始動に関し、エンジンが作動していないとき、ラジエータ４１４と燃焼器４２６の内部圧力は雰囲気圧力と同じか近似値になることも留意されよう。従って、エンジンが全ての外部負荷から切り離されれば、圧縮機４２８に吸い込まれる多くの周辺空気が如何なる大きさへも圧縮されず、そして非常に小さい背圧に抗してラジエータ４１４内へ多かれ少なかれ直接的に入り、そこから非常に小さい背圧に抗して燃焼器４２６内へ流れ込むため、始動のために軸３１４を回転するために必要な力は、比較的小さいものとなろう。

寸法
エンジンの種々の構成要素は、エンジン及びそれが作動する元となる燃料の予想される要求を満足するように構成される。定常負荷を駆動するエンジンの状況では、膨張容積は燃料に含まれるエネルギーを適切に使用するために十分になろうし、そのため膨張ガスは非常に僅かなエネルギーしか含んでいない。即ち、排気ガスは、実際的に大気圧近くで排出されよう。圧縮容積及び圧縮比に関し、これは作動圧力におけるエンジンの要求酸素量を満たすに十分でなければならない。

もしエンジンの領域が定常負荷で作動するものでなければ、エンジンの通常運転領域が検討されなければならないであろう。最大燃料負荷では、エンジンは最大圧縮で作動し、そして低負荷で作動するエンジンよりも大きい膨張容積を必要としよう。この様な訳で、狭い運転領域を必要とする用途用に設計されるエンジンは、幅広の運転領域用に設計されるエンジンよりも大きい圧縮対膨張比を持つであろう。

膨張器４１０に真空解放弁４２２を組み込むことは、エンジン４００が低い燃料負荷で運転しているときのピストン２０４Ｅへの不必要な抗力を防止するのに役立つ。しかしながら、頻繁に低負荷状態で作動するエンジンに対しては、幾分少ない膨張容積を採用して平衡を打破することが望ましいこともある。例えば、広い負荷領域で作動することが期待されるエンジンにおいては、７５％の燃料負荷に対して最適化された圧縮対膨張比を有することが望ましいであろう。したがって、エンジンが最大負荷で作動しているときは、膨張容積は幾分不十分であろう。反対に、エンジンが低負荷で作動しているときは、膨張容積は幾分大きすぎることとなろう。それにもかかわらず、その特定の用途のための作動負荷の全体において、７５％の燃料負荷について最適化することは、全体効率に関して最良の解決策であることが実証されよう。

（第２の好適な実施形態）
本発明によるエンジンの第２の好適な実施例が、図２１乃至図２６に図示されている。第１の好適実施例の構成要素に対応する第２の好適実施例の構成要素は、同じ符号が付与されている。当業者にとって明らかになるように、このエンジンは第１の好適実施例のエンジンに全体として類似しており、従って構成要素及び作動についての詳細な説明はここでは必要でもなく行うこともない。寧ろ、簡潔にするために、構造及び作動の差異のみが個々に記載される。

構造の視点からは、このエンジンは、５個のピストンが使用される前述の実施例に対比すると、第３圧縮段を欠き、２個のピストンのみを有する。更に、前述の実施例においては、ゲートロータが駆動軸に関して互いに１８０°離れて配置されていたが、第２の実施例では、ゲートロータは互いに対して約１３０°離れており、そのためその両側に画成される室は容積が等しくない。又、この構成では、外部燃焼器は備えられておらず、単純な容器（リザーバ）４１４Ａがラジエータの代わりに備えられている。更に、ここでの入口弁／燃料噴射口６００は、第２ロータ内の入口弁制御溝６０２上を動く昇降ロッド６０１によって制御される。この機構によって、葉形部がゲートロータを通って動いている間、入口弁／燃料噴射口６００は閉じられる。この例の構造における入口弁／燃料噴射口６００は、燃料及び圧縮空気を第１の膨張室へ導入するように構成されている。入口弁／燃料噴射口６００は、弁棒中心ピン（図示されない）を跨ぐ中空弁棒（これも図示されない）を有しており、この弁棒中心ピンは一方第１の膨張室まで略延びる中心空洞を有する。弁棒内の出口ポートと弁棒中心ピンとは、入口弁／燃料噴射口６００が開くときのみ整列し、燃料が入って流入空気と混合することを可能とする。もし燃料に対して適当であれば、グロープラグ６０９又は点火プラグが入口弁／燃料噴射口６００の真下流側におかれる。第２膨張室入口弁制御溝６０７内を動く主排気弁昇降部材６０６に連結した主排気弁６０５が、第２膨張室への入口を制御する。この機構によって、ゲートロータの凹みが室を離れるまで、燃焼ガスの流入が防止される。この機構によって更に、入口ポートと排気ポートが曝露されたときにその燃焼ガスが大気へ直接漏出することを防止する。

運転時において、このエンジンを通過する空気は、第１ピストンの小容積側によって画成される第１圧縮段４０２に入り、それから第２ピストンの小容積側によって画成される第２圧縮段４０４へ進む。第２圧縮段４０４から圧縮空気が貫流して容器４１４Ａへ至り、その後に第２ロータの長側部へ達する。第２ロータの長側部によって掃気された室へ燃料が直接加えられて燃焼が生ずる。このように、第２ロータの長側部は燃焼器として且つ空気圧モータ４０８として機能する。燃焼器内の圧力は点火に際して上昇し、入口弁６００を閉じさせる。カム溝が許容する間、並びに容器４１４Ａ内の圧力が第１膨張段４０２内の圧力より大きい間、この入口弁６００は開き、そして圧力を等しくする。このように、低いエンジン負荷において、それに対応して低い燃料負荷である場合、第１膨張段における圧力は、弁昇降部材がカム溝の端部に達するまで容器４１４Ａ内の圧力より低い値へ低下する。この場合、より多くの空気が容器４１４Ａから燃焼器４２６内へ流入するであろう。これによって、平衡状態が最大値と最小値の間の圧縮比に達するまで、空気容器４１４Ａ中の圧力は低下するであろう。

以上、本発明を２つの好適な実施例のみに関して説明してきたが、上述の好適な実施例の種々の変形又は修正が発明の範囲から離れることなくなされうることは当業者に理解されよう。

例えば、好適な実施例において示されたものより多くの工程数を使用して、圧縮及び／又は膨張が共に完結できよう。

又、エンジンの他の非回転式構成が可能である。一例として、第１圧縮は、空気がロータを用いる第２圧縮のための他の位置へ管で導かれる状態で、ピストンを用いて実現することができよう。同様に、膨張は多段化され、異なる位置で生ずる種々の段を備えて１段から次のものへの異なる手段を使用できる。

明らかに、第１の好適な実施例において説明された外部燃焼器を第２の好適な実施例が備えられよう。

用途がエンジン負荷の急速な変化に応答しなければならないか否かに従って、圧力タンクを付けて、或いは付けずにエンジンが使用できる。

圧力タンクは、分離された別体の圧縮機機構を介して充填できよう。この分離圧縮機は、現用の主駆動軸及びゲートロータ軸に存在する別のロータ組立品となり得るものであって、或いは独立した機構となるであろう。これらのケースにおいて、タンク内の圧力はエンジンの最大圧縮比より大きくなることが可能となる。

燃焼室内の水は、燃焼熱が高くなりすぎないように保つことができ、付加的な膨張容積をもたらすであろう。排気ガスは、典型的には大気圧に対して断熱膨張を行うため、凝縮噴射水を捕捉して再使用することは簡単なことであろう。別の選択として、圧縮中に水を噴射する。加えられた水の吸熱源効果によって、圧縮は等温圧縮により密接に類似することとなる。このことは、効率を最大化するために理想的な比較的冷たい高濃度空気が得られる点で、断熱圧縮を凌駕する利点を有する。

単一の多葉形ピストンと協働する一対のゲートロータのみを使用することによって、小型で単純なエンジンが構成できよう。

好適な実施例のエンジンは、修正を加えることなく、広範な液体燃料の間で切り替えができる。同様に、気体燃料から別のものへの切り替えも比較的簡単である。しかしながら、燃料ポンプの修正及び可能な噴射器の修正が、液体燃料と気体燃料の間で切り替えを行うために必要とされることもあろう。このような修正は当業者には公知であり、従ってここでは詳しくは述べない。燃料が徐々に導入されることを条件として、爆発性燃料が使用できる。ゆっくりと燃える燃料については、燃料は急激に導入できる。

以上から、本発明の範囲は、意図的に構成された特許請求の範囲によってのみ制限されることを理解すべきである。

また、添付図面に於いて、これらは例示のためのみに示され、そして如何なる意味に於いても本発明の範囲を限定することを意味するものではない。

本発明の第１の好適な実施例によるエンジンの概観図である。 本発明の第１実施例によるエンジンの正面図である。 図２の３−３線で切られた、図２のエンジンの断面図である。 図３の４−４線の位置で切られた、図２のエンジンの正面断面図である。 図３の５−５線の位置で切られた、図２のエンジンの正面断面図である。 図５の５ａ−５ａ線に沿って切られた断面図である。 図３の６−６線の位置で切られた、図２のエンジンの正面断面図である。 図３の７−７線の位置で切られた、図２のエンジンの正面断面図である。 図３の８−８線の位置で切られた、図２のエンジンの正面断面図である。 図３の９−９線の位置で切られた、図２のエンジンの正面断面図である。 図３の１０−１０線の位置で切られた、図２のエンジンの正面断面図である。 図２のエンジンの管形燃焼器の側面図である。 図１１ａの管形燃焼器の正面図である。 図１１ａの管形燃焼器の側断面図である。 図１１ａの管形燃焼器の断面図である。 図２のエンジンの組立ピストンの正面図である。 図１２ａの１２ｂ−１２ｂ線に沿う、図１２ａのピストンの側断面図である。 図１２ａのピストンの上面図である。 図１２ａのピストン本体の正面図である。 図１３ａの１３ｂ−１３ｂａ線に沿う、図１３ａのピストン本体の側断面図である。 図１３ａのピストン本体の上面図である。 図１２ａのピストンの葉形部面シールの正面図である。 図１４ａの葉形部面シールの背面図である。 図１４ａの葉形部面シールの上面図である。 図１２ａのピストンのピストン側面シールの側面図である。 図１５ａのピストン側面シールの正面図である。 図１２ａのピストンの葉形部チップシールの正面図である。 図１６ａの葉形部チップシールの上面図である。 図１６ｂの葉形部チップシールの側面図である。 図１２ａのピストンのピストン面シールの正面図である。 図１７ａのピストン面シールの側面図である。 図１２ａのピストンの葉形部の正面図である。 図１８ａの１８ｂ−１８ｂ線に沿う、図１８ａの葉形部の側断面図である。 図１８ａの葉形部の上面図である。 図２のエンジンのゲートロータの正面図である。 図１９ａのゲートロータの側面図である。 図１９ａのゲートロータのゲートロータ面シールの正面図である。 図１９ｃのゲートロータ面シールの側面図である。 図１９ａのロータのソケットシールの上面図である。 図１９ｅのソケットシールの正面図である。 図１９ａのゲートロータのゲートロータ本体の正面図である。 図１９ｇのゲートロータ本体の側断面図である。 図１９ａのロータのゲートロータ側面シールの側面図である。 図１９ｉのゲートロータ側面シールの正面図である。 カバー板が取り外されている、図２の燃料ポンプの正面図である。 図２のカバー板の側面図である。 図２０ｂのカバー板の背面図である。 図２０ａのポンプブロックの側面図である。 図２０ｄのポンプブロックの断面図である。 図２０ｄのポンプブロックの正面図である。 図２の燃料ポンプのスロットル軸の側面図である。 図２０ｇのスロットル軸の正面図である。 図２０ａの端板の正面図である。 図２０ｉの端板の側面図である。 図２のポンプのポンプ羽根の側面図である。 図２０ｋのポンプ羽根の正面図である。 図２のポンプのポンプロータの正面図である。 図２０ｍのポンプロータの側面図である。 図２０ａのスロットル摺動子の側面図である。 図２０ａのスロットル摺動子の正面図である。 本発明の第２の好適な実施例によるエンジンの概観図である。 第２の好適な実施例に従って構成されたエンジンの背面図である。 図２２の２３−２３線に沿う側断面図である。 図２３の２４−２４線の位置で切られた正面断面図である。 図２３の２５−２５線の位置で切られた正面断面図である。 図２３の２６−２６線の位置で切られた正面断面図である。

Claims (20)

1. 負荷を受けて使用されるエンジンであって、
   動力を受け取り、動力を受け取ったときに周期的に室を画成し、前記室を周辺空気で満たし、そして室容積が減少して加圧空気を生成する加圧プロセスを実行するよう適合された圧縮機と、
   前記圧縮機から加圧空気を受け取り、加圧空気を受け取ったときに、前記加圧空気を生成するために必要とされる仕事が小さくなるように加圧空気を冷却するよう適合されたラジエータと、
   一次排気生成物を生成するように燃料を受け取り、且つ燃焼プロセスに於いて前記加圧空気を使用してその燃料を燃焼させる燃焼手段と、
   動力を発生させ二次排気生成物を生成するように前記一次排気生成物によって駆動されるよう適合された容積式空気圧モータ、
   三次排気生成物を生成し動力を発生するように前記二次排気生成物を受け取りこれを断熱膨張させる容積式ガス膨張器と、
   使用時に前記空気圧モータと前記ガス膨張器とによって発生される動力を前記圧縮機と負荷とを駆動するように導く動力伝達手段と、
   を備え、
   前記燃焼手段は変動する量の燃料を受け取るよう適合され、これにより使用時に変動する量の動力を用いて前記動力伝達手段に前記負荷を駆動させ、
   前記圧縮機は、前記加圧プロセス中の前記室内の圧力と前記空気圧モータを駆動する前記一次排気生成物の圧力とが定常状態において、前記動力によって駆動される負荷に対して自然に任意に調整できる実質的に一定のレベルにあるように、前記加圧プロセス中に前記燃焼を行うための前記室から空気を放出する
   エンジン。
2. 前記圧縮機が回転圧縮機である請求項１記載のエンジン。
3. 前記燃焼手段が管形燃焼器からなる請求項１記載のエンジン。
4. 前記空気圧モータが回転空気圧モータである請求項１記載のエンジン。
5. 前記ガス膨張器が回転ガス膨張器である請求項１記載のエンジン。
6. 前記動力伝達手段が、前記圧縮機、前記空気圧モータ及び前記ガス膨張器の各々に作動的に連結された軸からなる請求項１記載のエンジン。
7. 前記圧縮機から加圧空気を受け取るよう適合された容器を更に備え、前記燃焼手段が前記燃焼用の空気を前記容器から受け取る請求項１記載のエンジン。
8. 前記ラジエータは更に、前記圧縮機から加圧空気を受け取るよう適合された容器として利用でき、前記燃焼手段が前記燃焼用の空気を前記ラジエータから受け取る請求項１記載のエンジン。
9. 前記ラジエータは更に、前記圧縮機から加圧空気を受け取るよう適合された容器として利用でき、前記燃焼手段が前記燃焼用の空気を前記ラジエータから受け取る請求項２記載のエンジン。
10. 前記ガス膨張器によって規定される膨張比が前記圧縮機によって規定される圧縮比よりも大きい請求項１記載のエンジン。
11. 負荷を受けて使用される内燃エンジンであって、
    動力を受け取り、動力を受け取ったときに周期的に室を画成し、前記室を周辺空気で満たし、そして室容積が減少して加圧空気を生成する加圧プロセスを実行するよう適合された回転圧縮機と、
    前記加圧空気を受け取るように前記圧縮機に連結され、前記加圧空気を冷却し且つ前記加圧空気のための容器として機能するよう適合されたラジエータと、
    各々が前記ラジエータに連結されて該ラジエータからの一方向流を許容する第１の逆流防止器及び第２の逆流防止器と、
    前記ラジエータから加圧空気を受け取るように前記第１の逆流防止器に連結された圧力タンクと、
    前記圧力タンクからの加圧空気の選択的放出を許容するように前記圧力タンクに連結された弁と、
    前記ラジエータからの加圧空気と前記圧力タンクから選択的に放出される加圧空気とを受け取るように前記弁と前記第２の逆流防止器とに連結されており、そして燃料を受け取り、一次排気生成物を生成するように、受け取った前記加圧空気を用いて燃焼プロセスにおいてその燃料を燃焼するよう適合された管形燃焼器と、
    前記一次排気生成物によって駆動されて、動力を発生し且つ二次排気生成物を生成するように前記燃焼器に連結された容積式回転空気圧モータと、
    前記二次排気生成物を受け取り、且つ前記二次排気生成物を実質的に断熱膨張させて、三次排気生成物を生成し且つ動力を発生するように前記空気圧モータに連結された容積式回転ガス膨張器と、
    前記圧縮機及び前記負荷を駆動するように使用中の前記空気圧モータと前記ガス膨張器とによって発生される動力を導くために、前記圧縮機、前記空気圧モータ及び前記ガス膨張器の各々に作動的に連結された軸と、
    を有し、
    前記燃焼手段は変動する量の燃料を受け取り、これにより使用時に変動する量の動力を用いて前記動力伝達手段に前記負荷を駆動させるよう適合されており、
    前記圧縮機は、前記加圧プロセス中の前記室内の最大圧力と前記空気圧モータを駆動する前記一次排気生成物の圧力が定常状態において実質的に定数であり、前記定数は前記負荷を駆動する動力の関数であるように、前記加圧プロセス中に前記燃焼を行うための前記室から空気を放出するよう適合された
    内燃エンジン。
12. 前記ガス膨張器によって規定される膨張比が前記圧縮機によって規定される圧縮比より大きい請求項１記載のエンジン。
13. 前記圧縮機が３段式圧縮機である請求項１記載のエンジン。
14. 回転自在の軸とガスの供給源との間で動力を伝達する装置であって、
    一対の流体ポートと前記流体ポートの各々に流体的に連通しているピストン室とを画成するハウジング手段と、
    第１軸線回りに回転するために前記ピストン室内に設けられ、前記ピストンと前記シャフトの一方を他方が回転したときに回転させるように使用時に前記軸に連結可能な多葉形ピストンと、
    前記ピストンに対してシール接触状態で、各々の第２軸線の回りに各々を回転させるように前記ピストン室内に設けられ、前記ピストンと前記シャフトの一方を他方が回転したときに回転させるように前記ピストンに連結されている一対のゲートロータであって、前記回転中に前記葉形部を受け入れるソケットを内部に有する前記ゲートロータと、
    を備え、
    前記ピストンと前記ゲートロータは前記ピストン室を、前記ピストンと前記ゲートロータが回転するにつれて容積が変化する多数の副室に分割し、前記流体ポートの一方を被圧縮流体の供給源に連結し且つ前記ピストンを駆動軸に連結したときには圧縮機として、そして前記流体ポートの一方を被膨張流体の供給源に連結したときには膨張器として、前記装置を運転できるように前記副室が前記流体ポートに連通しており、
    前記第１軸線と前記第２軸線は互いに平行であり、そして前記第２軸線は前記第１軸線に関して互いに１８０°離れている
    装置。
15. 各ゲートロータは、前記各ゲートロータがその回りに回転する前記第２軸線に関して互いに１８０°離れて位置する２個のソケットを有し、そして前記ピストンは前記第１軸線に関して互いに９０°離れて位置する４個の葉形部を有する請求項１４記載の装置。
16. 請求項１２記載のエンジンにおいて前記ガス膨張器として使用される請求項１４記載の装置。
17. 請求項１２記載のエンジンにおいて前記空気圧モータとして使用される請求項１４記載の装置。
18. 請求項１３記載のエンジンにおいて第１圧縮段として使用される請求項１４記載の装置。
19. 請求項１３記載のエンジンにおいて第２圧縮段として使用される請求項１４記載の装置。
20. 各ゲートロータは、前記各ゲートロータがその回りに回転する前記第２軸線に関して互いに９０°離れて位置する４個のソケットを有し、前記ピストンは前記第１軸線に関して互いに４５°離れて位置する８個の葉形部を有する請求項１４記載の装置。
    

Images