ＩＤＡＲ−ＡＣＥ逆変位非対称回転−選択的コアエンジン

関連出願の相互参照 本特許出願は、2012年9月6日に出願された米国仮特許出願第61/697,481号、および2012年3月14日に出願された米国仮特許出願第61/610,781号に対する優先権の利益を主張するものである。上述した特許出願のそれぞれは、あらゆる目的に対して参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

米国特許第6,758,188号、名称「Continuous Torque Inverse Displacement Asymmetric Rotary Engine」は、その開示が、参照によりその全体が本明細書に組み込まれ、逆変位非対称ロータリー(IDAR)エンジンを開示している。このエンジンは、チャンバ内壁、チャンバ外壁、および移動可能な輪郭部を含む。2010年3月25日に出願された米国特許出願第12/732,160号もまた、参照によりその全体が本明細書に組み込まれ、米国特許第6,758,188号の実施形態に対して改善された実施形態を提示している。本開示は、本明細書で説明されるように、これらの実施形態に勝る顕著な改善を提供する。

開示される実施形態は、一般的な往復ピストンエンジンおよびロータリーエンジンを改良する。そのような一般的なエンジンを超える改良点としては、少なくとも、より高い動力密度、高いアトキンソン比のサイクルを可能にする柔軟な作動容積、低摩耗材料の実用を可能にする2次元設計、2倍、3倍、またはそれよりも多い1回転あたりの動力行程、機械的伝達効率の向上、エンジンケースの振動の低減、および部品数の削減、が挙げられる。

開示される実施形態は、混合気を燃焼させ、それによって、化学エネルギーを回転運動エネルギーに変換するために使用される機械を説明する。開示される実施形態の重要な特徴は、非円形の対称または非対称回転シリンダすなわち「アイランド」の凸面、往復運動する凹状部分すなわち「輪郭部」、ならびに前および後サイドプレートの相互作用による作動容積の形成である。

したがって、一実施形態において、本開示は、中心軸Aを画定する回転可能シャフトを含み、該シャフトが第1の端部および第2の端部を有する、エンジンまたはポンプを提供する。シャフトは、その上に配置される細長い第1のアイランドを有することができる。第1のアイランドは、回転可能シャフトに沿って離間される前面と後面との間に一般に画定される容積を伴う、本体を有することができる。前面および後面は、半径方向軸Rに平行な面の中に位置することができる。前面および後面は、丸みのある非円形の形状を有することができる。前面および後面の周辺部は、それらの間に湾曲周辺面を画定することができる。エンジンまたはポンプはさらに、第1のアイランドの前面に隣接して配置される前サイドプレートと、第1のアイランドの後面に隣接して配置される後サイドプレートとを含むことができる。エンジンまたはポンプはなおさらに、前サイドプレートと後サイドプレートとの間に配置される、第1の輪郭部アセンブリを含むことができる。第1の輪郭部アセンブリは、凹状の内向面によって接続される1対の対向する外側に面する円弧状に成形された前面および後面によって画定される。輪郭部アセンブリの凹状の内向面は、第1のアイランドの湾曲周辺面に面する。凹状の内向面、アイランドの湾曲周辺面、ならびに前サイドプレートおよび後サイドプレートは、協働して作動容積を形成する。回転可能シャフトおよび第1のアイランド、または少なくとも第1のアイランドは、好ましくは、第1の輪郭部アセンブリに対して回転するように構成される。

所望であれば、輪郭部アセンブリは、点火プラグを受容するために、その中に開口を画定することができる。第1の輪郭部アセンブリは、固定ハウジングに連結することができる。第1の輪郭部アセンブリは、固定リストピンに載置することができ、よって、第1の輪郭部アセンブリは、第1のアイランドおよび回転可能シャフトが中心軸Aを中心に回転するときに、リストピンを中心に振動する。リストピンは、好ましくは、中心軸Aに略平行である。輪郭部は、輪郭部アセンブリの凹状の内向面の第1の端部に近接して配置される第1の頂点と、輪郭部アセンブリの凹状の内向面の第2の端部に近接して配置される第2の頂点とを含むことができる。頂点は、好ましくは、輪郭部アセンブリの凹状の内向面と第1のアイランドの湾曲周辺面との間に画定される空隙の中に配置される。頂点は、作動容積を画定するのを補助する。所望であれば、頂点は、輪郭部アセンブリの中に画定される陥凹部内に配置することができる。輪郭部アセンブリはさらに、頂点のそれぞれに近接して配置される少なくとも1つの予荷重ばねを含むことができ、少なくとも1つの予荷重ばねは、第1のアイランドに対して頂点を付勢するように適合させることができる。

アペックスシールによって覆われる輪郭部アセンブリと第1のアイランドとの間の空隙は、所望に応じて、約0.10インチ(約2.54mm)未満、約0.010インチ(約0.254mm)未満、約0.0010インチ(約0.0254mm)未満、約0.00010インチ(約0.00254mm)未満、または約0.000010インチ(約0.000254mm)未満とすることができる。輪郭部は、輪郭部アセンブリの前面に近接して配置される第1のコーナーシールと、輪郭部アセンブリの後面に近接して配置される第2のコーナーシールとを含むことができ、コーナーシールは、輪郭部アセンブリの前面および後面と、前および後サイドプレートとの間に画定される空隙の中に配置され、コーナーシールは、作動容積を画定するのを補助する。

いくつかの実現形態において、コーナーシールは、輪郭部アセンブリの前面および後面の中に画定される陥凹部内に配置することができる。輪郭部アセンブリはさらに、コーナーシールのそれぞれに近接して配置される、コーナーシール予荷重ばねを含むことができる。コーナーシール予荷重ばねは、前および後サイドプレートに対してコーナーシールを付勢するように適合させることができる。輪郭部アセンブリはさらに、輪郭部アセンブリの1対の対向する外側に面する円弧状に成形された前面および後面の中に画定される円弧状溝の中に埋め込まれる、複数のフローティングサイドシールを含むことができる。円弧状溝は、凹状の内面の円弧状範囲と略一致し、アペックスシールを受容するように構成される溝と交差することができる。サイドシールのそれぞれは、円弧状溝の中でサイドシールの安定性および配向を維持するために、少なくとも1つの予荷重ばねの上に着座することができる。好ましくは、コーナーシールおよび頂点は、作動容積を画定するのを補助するために、実質的に一致する。種々の実現形態において、前および後サイドプレートは、回転可能シャフトおよびアイランドとともに回転することができる。

さらなる実現形態によれば、前および後サイドプレートは、前および後サイドプレートの幾何学的中心に実質的に合致する、回転中心を有することができる。あるいは、前および後サイドプレートは、前および後サイドプレートの幾何学的中心と実質的に合致しない回転中心を有することができる。所望であれば、エンジンまたはポンプはさらに、第1のアイランドおよびサイドプレートを実質的に固定された軸方向位置に維持するために、前プレートに近接して配置される前スラスト軸受と、後プレートに近接して配置される後スラスト軸受とを含むことができる。種々の実施形態において、アイランドは、数ある形状の中で、略楕円形、略長円形、または略ダンベル形とすることができる。

所望であれば、前および後サイドプレートのうちの少なくとも1つが、デバイスを通過する作動流体を方向付けるために、その中に画定されるポートを含むことができる。所望であれば、第1のアイランドが、デバイスを通過する作動流体を方向付けるために、その中に画定される少なくとも1つのポートを含むことができる。少なくとも1つのポートは、第1のアイランドの湾曲周辺面を通して形成することができる。少なくとも1つのポートは、半径方向軸Rに略平行である第1の部分と、中心軸Aに略平行である、第1の部分と流体連通している第2の部分とを含むことができる。少なくとも1つのポートの第2の部分は、前および後サイドプレートのうちの少なくとも1つの中に画定されるポートと整列するように構成することができる。

いくつかの実現形態では、少なくとも2つのポートを、第1のアイランドの湾曲周辺面を通して形成することができる。少なくとも2つのポートは、中心軸Aおよび半径方向軸Rに対して直角である円周軸Cに沿って、第1のアイランドの湾曲周辺面を中心に互いに変位される、第1のポートおよび第2のポートを含むことができる。第1のポートは、作動容積の中へ作動流体を方向付けるために、吸気ポートとして機能するように構成することができ、第2のポートは、作動容積の外へ作動流体を方向付けるために、排気ポートとして機能するように構成することができる。いくつかの実現形態において、少なくとも1つのポートは、そこを通る流体の流れを制御するための弁を含むことができる。弁は、受動的または能動的に作動させることができる。

さらに本開示によれば、エンジンまたはポンプはさらに、前サイドプレートと後サイドプレートとの間に配置される、第2の輪郭部アセンブリを含むことができる。第2の輪郭部アセンブリは、凹状の内側に面する表面によって接続される1対の対向する外側に面する円弧状に成形された前面および後面によって画定することができる。第2の輪郭部アセンブリの凹状の内側に面する表面は、第1のアイランドの湾曲周辺面に面することができる。凹状の内側に面する表面、第1のアイランドの湾曲周辺面、ならびに前サイドプレートおよび後サイドプレートは、協働して第2の作動容積を形成することができる。回転可能シャフトおよび第1のアイランドは、好ましくは、第2の輪郭部アセンブリに対して回転するように構成される。

第2の輪郭部アセンブリは、円周軸に沿って中心軸を中心に、第1の輪郭部アセンブリから第1の角度増分だけ角変位させることができる。例えば、第1の角度増分は、約180度、約120度、または約90度とすることができる。

さらなる実現形態において、エンジンまたはポンプはさらに、前サイドプレートと後サイドプレートとの間に配置される、第3の輪郭部アセンブリを含むことができる。第3の輪郭部アセンブリは、凹状の内側に面する表面によって接続される1対の対向する外側に面する円弧状に成形された前面および後面によって画定することができる。第3の輪郭部アセンブリの凹状の内側に面する表面は、第1のアイランドの湾曲周辺面に面することができる。凹状の内側に面する表面、第1のアイランドの湾曲周辺面、ならびに前サイドプレートおよび後サイドプレートは、協働して第3の作動容積を形成することができる。回転可能シャフトおよび第1のアイランドは、第3の輪郭部アセンブリに対して回転するように構成することができる。

いくつかの実現形態において、第1、第2、および第3の輪郭部アセンブリは、円周軸に沿って中心軸を中心に、互いに第2の角度増分だけ角変位させることができる。第2の角度増分は、約120度または約90度とすることができる。

さらなる実現形態において、エンジンまたはポンプはさらに、前サイドプレートと後サイドプレートとの間に配置される、第4の輪郭部アセンブリを含むことができる。第4の輪郭部アセンブリは、凹状の内側に面する表面によって接続される1対の対向する外側に面する円弧状に成形された前面および後面によって画定することができる。第4の輪郭部アセンブリの凹状の内側に面する表面は、第1のアイランドの湾曲周辺面に面することができる。凹状の内側に面する表面、第1のアイランドの湾曲周辺面、ならびに前サイドプレートおよび後サイドプレートは、協働して第4の作動容積を形成することができる。回転可能シャフトおよび第1のアイランドは、第4の輪郭部アセンブリに対して回転するように構成することができる。

さらなる実現形態において、第1、第2、第3、および第4の輪郭部アセンブリは、円周軸に沿って中心軸を中心に、互いに第3の角度増分だけ角変位させることができる。例えば、第4の角度増分は、約90度とすることができる。種々の実現形態において、エンジンまたはポンプはさらに、回転可能シャフト、第1のアイランド、ならびに前および後サイドプレートの少なくとも一部分を含むためのハウジングを含むことができる。

いくつかの実現形態において、回転可能シャフトは、その上に配置される第2の細長いアイランドを含むことができる。第2のアイランドは、好ましくは、第1のアイランドからシャフトに沿って軸方向に変位され、また、第2のアイランドは、回転可能シャフトに沿って離間される前面と後面との間に一般に画定される容積を伴う、本体を有する。前面および後面は、好ましくは、半径方向軸Rと平行な面の中に位置する。前面および後面は、好ましくは、丸みのある非円形の形状を有する。前面および後面の周辺部は、それらの間に第2の湾曲周辺面を画定する。エンジンまたはポンプはさらに、第2のアイランドの前面に隣接して配置される第2の前サイドプレートと、第2のアイランドの後面に隣接して配置される第2の後サイドプレートと、第2の前サイドプレートと第2の後サイドプレートとの間に配置される第2の輪郭部アセンブリとを含むことができる。第2の輪郭部アセンブリは、第2の凹状の内側に面する表面によって接続される1対の対向する外側に面する円弧状に成形された前面および後面によって画定することができる。輪郭部アセンブリの第2の凹状の内側に面する表面は、第2のアイランドの第2の湾曲周辺面に面することができる。第2の凹状の内側に面する表面、第2のアイランドの第2の湾曲周辺面、ならびに第2の前サイドプレートおよび第2の後サイドプレートは、協働して第2の作動容積を形成することができる。回転可能シャフトおよび第2のアイランドは、好ましくは、第2の輪郭部アセンブリに対して回転するように構成される。所望であれば、第2の前または後サイドプレートのうちの少なくとも1つを、第1のアイランドと関連付けられる前または後サイドプレートと一体化することができる。

いくつかの実現形態において、エンジンまたはポンプはさらに、第1の輪郭部アセンブリと動作可能に連結される、少なくとも1つのカムフォロアを含むことができる。少なくとも1つのカムフォロアは、前サイドプレートおよび後サイドプレートのうちの少なくとも1つの縁部面に沿って転動するように適合させることができる。少なくとも1つのカムフォロアは、第1の輪郭部アセンブリに連結されるレバーアーム上に載置することができる。

さらなる態様によれば、エンジンまたはポンプデバイスは、ポンプまたは圧縮機として使用することができる。例えば、デバイスは、冷媒を圧縮するように構成される空調用圧縮機であることができる。別の実施形態において、エンジンまたはポンプは、蒸気駆動エンジン、または圧縮空気によって駆動されるエンジンとすることができる。そのようなエンジンは、所望に応じて、発電機もしくはポンプ等のデバイス、または他のデバイスの入力軸に接続することができる。

上述の概要および以下の詳細な説明は、いずれも例示的かつ説明的なものに過ぎず、本明細書で開示される実施形態のさらなる説明を提供することを意図したものであることを理解されたい。

本明細書に組み込まれ、その一部を構成する添付図面は、本開示の方法およびシステムを例示し、そのさらなる理解を提供するために含まれる。説明とともに、図面は、開示される実施形態の原理を説明する役割を果たす。

付随する説明は、限定的でない実施例を表す、開示される実施形態を例示する複数の画像である。

本開示による第1の実施形態の分解等角図である。

図1の実施形態の一部分の機械的な詳細を例示する図である。

図1の実施形態の一部分の機械的な運動を例示する図である。

図1の実施形態の輪郭部分の態様を例示する図である。

図1の実施形態によるC.E.(燃焼エンジン)の例示的なサイドプレートのポーティングを示す図である。

図1の実施形態によるC.E.のアイランドの例示的なポーティングを示す図である。

図1の実施形態によるC.E./ポンプの種々の動作を例示する図である。

図1の実施形態によるC.E./ポンプの種々の動作を例示する図である。

連続するアイランドが互いに40度離間された、3つの離間したアイランドを使用するエンジンの第1の実施例の側面図である。

図1の実施形態のアイランドに使用することができる、様々な異なるアイランドを例示する図である。

本開示による第2の実施形態の分解等角図である。

図11の実施形態の機械的伝達の詳細を例示する図である。

図11の実施形態の輪郭部の部品を例示する図である。

図11の実施形態の回転サイドプレートを例示する図である。

図11の実施形態のレバーアームおよび対応するアクスルを例示する図である。

図11の実施形態のC.E.(燃焼エンジン)/ポンプのポーティングを例示する図である。

図11のC.E./ポンプの種々の動作を例示する図である。

図11のC.E./ポンプの種々の動作を例示する図である。

図11のC.E./ポンプの種々の動作を例示する図である。

図11のC.E./ポンプの種々の動作を例示する図である。

図11のC.E./ポンプの種々の動作を例示する図である。

図11のC.E./ポンプの種々の動作を例示する図である。

図11のC.E./ポンプの種々の動作を例示する図である。

図11のC.E./ポンプの種々の動作を例示する図である。

図11のC.E./ポンプの種々の動作を例示する図である。

図11のC.E./ポンプの種々の動作を例示する図である。

90度離間された4つの輪郭部を有するエンジン設計の実施例を例示する図である。

アイランドが60度離間された2つアイランドエンジンの実施例を例示する図である。

図1を参照すると、本開示の実施形態を形成する構成要素が例示されている。加えて、開示される実施形態を論じるために利用される、座標系が示される。この座標系は、軸方向軸(A)、半径方向軸(R)、および円周軸(C)を含む、円筒3次元系である。図1で例示されるように、回転可能シャフト1は、1対の前2aおよび後2bのラジアル無摩擦の油膜または平軸受によって保持される。軸受は、1対の前3aおよび後3b固定ケースエンドプレートによって支持される。

回転可能シャフト1は、円筒状の成形構造体4または「アイランド」に取り付けられるか、またはそれに一体化される。アイランド4は、下でさらに詳細に論じられるように、十分に厚く、2つの平行な平坦面4aおよび4b、ならびに湾曲し、楕円形、長円形等の任意の好適な形状であり得る周辺面4cを有する。

図1で例示されるように、アイランド4の前4aおよび後4b平面端部には、略一様な厚さを有する1対の略円形の前6aおよび後6bサイドプレートが機械的に固着または一体化され、よって、実質的に気密または完全に気密のシールが、アイランドとエンドプレートとの間、ならびに輪郭部分8とエンドプレートとの間に形成され、よって、アイランド4の外面、サイドプレート6の内面、および輪郭部アセンブリ(複数可)8の内面によって、実質的にまたは完全に気密のチャンバを画定することができる。描写されるように、サイドプレート6a、6bは、シャフト1とともに回転するが、サイドプレート6a、6bおよびアイランド4の組み合わせの幾何学的中心に合致する回転中心を有する場合もあり、または有しない場合もある。一致しない回転および幾何学的中心は、非対称作動容積の動的な変化という所望の効果を生じさせることができる。アイランドとサイドプレートとの組み合わせを固定された軸方向位置に保つために、1対の前7aおよび後7bスラスト軸受が使用される。

凹形状の部品または「輪郭部アセンブリ」8が図に表され、アイランド4に面する凹状の内側に面する表面と協働し、それによって接続される、1対の対向する外側に面する円弧面を有する。輪郭部アセンブリ8はまた、(所望であれば)点火プラグ5または他の類似するデバイスを受容するための開口も有することができる。輪郭部アセンブリ8は、内側凹面がアイランド4に面してそれらの間に作動容積5’(図2を参照されたい)を形成するように、プレート6aおよび6bの間に挿入される。開示される実施形態が、代替として本明細書で論じられるようなポンプまたは圧縮機ではなく(その場合、エンジンは、例えば点火プラグポートと略一致する場所にあるポートを介して、加圧流体を作動容積の中へ入れることによって駆動される)、内燃エンジンとしての機能を果たすときには、1対の第1の頂点15aおよび第2の頂点15b(図2)が、アイランド4の凸面およびサイドプレート6a、6bの平行面に接触して、燃焼室としての機能を果たすことができる作動容積5’を画定するのを補助する。エンジンのアイランド4および対応する部品(例えば、輪郭部8およびハウジング9)の厚さまたは奥行は、比較的より大きいまたはより小さい作動容積5’を有するエンジンをそれに応じて提供するために、増加または減少させることができる。作動容積のサイズは、加えて、または代替として、エンジンの直径を増加または減少させ、輪郭部8の内側円弧面の湾曲を変化させることによって拡大/縮小することができる。

外側ハウジング9は、少なくとも1つの、または最大N個の付属物またはアンカーポイント9a〜nを有し、それらは、アイランド4に向かって内側を向き、(N=3の場合)約120度の円周範囲で互いに分離される。この例示的な実施形態は、3つのアンカーポイント(図2の9a、9b、および9c)を示す。外側ハウジング9は、固定ケースエンドプレート3aおよび3bの双方に取り付けられる。代替の実施形態において、ハウジング9は、2つのエンドプレートを有する円筒のハウジングを有するのではなく、2つの鋳造物で、または単一の鋳造物および単一のシールを使用する1つのエンドプレートで作製することができる。単に例示の目的で、連続するアイランドおよびハウジングを、図9(a)〜9(b)および図26で例示されるように、連続的に積み重ね、かつ個別にすることができる。上述した具体例には、エンジンの全ての詳細が提示されていないことに留意されたい。所望であれば、ハウジングは、同じ構造ユニットの中へ組み合わせることができ、そこには、ハウジングが(例えば、同じ鋳造物の中へ)一体化される。例えば、2つの円筒空洞を完成するために鋳造物の各端部を覆うカバー部分を有する、それぞれがアイランドを含む、2つの隣接する円筒空洞を一体的に形成することができる。

図をさらに参照すると、リストピン10が、構造体の高い剛性を可能にする二重剪断モードで配置される。サイドプレート6a、6bは、外側ハウジング9の内側で回転する。潤滑油(例えば、通常のまたは合成のモータ油)を、外側ハウジング9の下部分に配置することができる。サイドプレート6a、6bが回転すると、それらが潤滑油を通過し、ハウジング9の内部のエンジン部品の上に潤滑油を分配するのを補助する。所望であれば、エンドプレート6a、6bには、潤滑油の取り込みおよび分配を容易にするために、不規則なまたは凸凹のある(例えば、エンボス加工した/溝を付けた)表面を提供することができる。

図3のように配設される部品は、輪郭部アセンブリ8の運動を生じさせる。具体的には、輪郭部アセンブリ8は、リストピン10を使用して外側ハウジング9上の付属物9aに接続される。ハウジング9の平面領域は、略円形であるが(例えば、図2を参照されたい)、任意の好適な形状を使用することができる。ピン10を介した接続は、輪郭部アセンブリ8が、ピン10の中心を中心にして、図3で見られるような平面の中で枢動するかまたは振動することを可能にする。あるいは、リストピン10はまた、図1で示される1つ以上の無摩擦軸受11も含み得る。また、第1の図示される実施形態には3つの輪郭部が提示されているが、枢軸(例えば、リストピン10)上に乗る、1つ、2つ、4つ、5つ、またはそれ以上の輪郭部等の、任意の好適な数の円周方向に離間された輪郭部を使用することができることも、当業者によって認識されるであろう。

輪郭部アセンブリ8の運動を説明するために、本明細書では、2つの約束を定める。1.)アペックスシール15aは、シールに到達する直前まで燃焼室内にない、アイランド4cの外面上に乗っており、これを「リーディング」シールと呼ぶ。2.)アペックスシール15bは、シールに到達する直前まで燃焼室内だけにある、アイランド面上に乗っており、これを「トレーリング」シールと呼ぶ。これは、図3の場合であり、アイランド4は、時計回り方向に回転するように示される。

アイランド4が時計回りに回転している場合、輪郭部が時計回り方向に枢動することを必要とするのであれば、リーディングアペックスシール15aが接触力を受け、したがって、時計回り方向に回転させる。輪郭部が反時計回りの回転を必要とするのであれば、トレーリングアペックスシール15bが接触力を受ける。

アイランド4の外面4cの形状および輪郭部アセンブリ8の幾何学形状は、枢軸場所10とともに、作動容積5’を増加および減少させる運動間の遊動を最小にする。アイランド4の表面の湾曲は、連続する幾何学形状とし、既知の形状(例えば、楕円)の輪郭にならうことができ、または図10(a)〜10(d)で例示されるように、一様な形状以外の1つ以上の不規則性(例えば、凹部または凸部)を有すること等によって、その円周経路に沿って、そのような一様な形状から逸脱し得る。アイランド4の外面の輪郭部は、好ましくは、比較的少ない量のシールの移動を可能にして、シールの寿命およびエンジンの耐久性を延ばすために、アペックスシールを有する輪郭部の場所の間で、実質的に一様な空隙を維持するように適合され、構成される。例えば、アペックスシールによって覆われる空隙は、約0.0000010インチ(約0.0000254mm)の任意の所望の増分で、約0.10インチ(約2.54mm)未満、約0.010インチ(約0.254mm)未満、約0.0010インチ(約0.0254mm)未満、約0.00010インチ(約0.00254mm)未満、および約0.000010インチ(約0.000254mm)未満とすることができる。アイランドおよび空隙の好ましい形状は、輪郭部のサイズ、形状、および数(例えば、1つ、2つ、3つ、4つ、5つ、またはそれ以上の輪郭部)、エンジンのサイズ等を含む、様々な幾何学的因子に影響を受ける。

図4で示される輪郭部アセンブリ8は、作動容積からの作動流体(エンジンの場合)または作動される流体(ポンプまたは圧縮機の場合)の漏出を防止するために、下で論じられる主本体16および追加的な部品(例えば、ばね、アペックスシール、他のシール等)を含む。アセンブリは、図4で例示され、下で内燃エンジンの場合において関連する文面で説明されるように、点火プラグ5を含むことができる。

輪郭部アセンブリ8の主本体16は、好ましくは、アイランド4の厚さよりも薄く、摩耗に寄与しない材料で作製することができる。例えば、主本体16は、アルミニウムまたは他の軽量材料から作製することができ、また、鋳鉄または鍛鋼からも作製することができる。さらに、熱挙動および燃焼挙動を向上させるために、輪郭部アセンブリの内側凹面上に、セラミック被覆またはインサートも適用/配置することができる。密閉される空隙が、輪郭部アセンブリ8(図1)の主本体16と、隣接するサイドプレート6a、6bとの間に画定される。この空隙を埋めて、ガス/流体を作動容積5’の中に保つために、例示されるように、主本体16の外側円弧面の中に形成される円弧状溝の中に埋め込まれる、フローティングサイドシール17a、17bを提供することができる(図4)。例示されるように、円弧状溝は、主本体16の凹状内面の円弧状範囲と略一致し、アペックスシール15a、15bを受容するように適合され、構成される溝23a、23bと交差することができる。他の実施形態は、漏出をさらに低減させるために、追加的なチャネルならびに/または17aおよび17bを1つの部品に統合した一体成形のフローティングサイドシールを利用することができる。

ガスが頂点(図3)から漏出することを防止するために、図4のフローティングアペックスシール15a、15bが、横断して軸方向に延在する輪郭部8の中のマッチングチャネル8eおよび8fの中へ挿入される。アペックスシール15a、15bは、図3で示されるようにアイランド4の表面4cに接触する。シール15a/bおよびマッチングチャネル8e/fは、シール15a/bの頂部および周囲を通じた漏出を最小にするように寸法決定されるが、それでも、上で論じられるように、フローティングシールのいくらかの移動を可能にする。チャネル8e、fは、例示されるように、輪郭部8の対向する平坦面8c、8dの中でサイドシール17a、bを受容する円弧状溝に対して略直角に配向される。サイドシール17a、17bは、円弧状溝の中でシール17a、bの安定性および配向を維持するために、波形の輪郭部を有する予荷重ばね18a、18bの上に着座する。「背面図」を例示する図4の挿入図からさらに明らかなように、輪郭部分8はさらに、その外側に面する円弧状面上に中空部分を含み、該中空部分は、略直線状の内縁部を結合する外側円弧状縁部を有する、半径方向に延在し、内側に面する2つの壁によって画定される。内側に面する壁の略直線状の内縁部は、点火プラグ5を受容する、半径方向外側に面する略平面を画定するのを補助する。

予荷重ばね20a、20b(図4)は、アペックスシール15a、15bの基準シール接触力を維持する。シール接触力を高めるために、作動容積5’内の内部ガス圧力「P」(図3)は、シール上に不均衡な荷重を生じさせ、したがって、作動容積5’の内圧に比例して、シール15aおよび15bでのシール接触力を増加させる。予荷重ばね20aおよび20bはさらに、15a、15bの接触点での運動および摩耗の差異を補正するのを支援する。シールをさらに高めるために、予荷重ばね22a、22b、22c、および22dがそれぞれ1つずつコーナーシールの内側に据え付けられる、コーナーシール21a、21b、21c、および21dが、チャネル8e、8fの隣接する各端部を形成するマッチングポケット23a、23b、23c、および23dの中に据え付けられる。

代表的な用途では、図4で示される輪郭部アセンブリ8の1つ〜複数の複製物が使用され得る。単に例示の目的で、図2で例示されるように、表される実施形態は、3つの同じサブアセンブリ100、102を使用し、それぞれが、図4で識別される輪郭部アセンブリおよび関連する部品を含む。サブアセンブリ100、102は、アイランド4の周囲でN/360度回転方向に分離され、ここで、Nは、サブアセンブリの数である。この場合においては、120°である。

開示される実施形態が内燃エンジンとして使用される場合は、点火プラグ5が提供され、該点火プラグは、好ましくは、必ずではないが、図4で示されるように、輪郭部8においてできる限り中央に位置する。高電圧の電気火花が、図示されない高電圧線、ばね、または他の機構を通して、点火プラグの中心電極に伝達される。高電圧電気パルスは、図示されないマグネト、電子点火コイル、または他の従来の構成要素において発生され、シャフトの回転位置にタイミングが合わせられる。対象の実施形態はまた、本明細書の他の場所で論じられるように、ポンプまたは圧縮機としても使用できることが認識されるであろう。

新鮮な混合気または排気等の作動ガスは、サイドプレート6aおよび6bまたはアイランド4の中に位置するポートによって、作動容積5’の中へ、または外へ搬送される。ポートとしては、図5および図6で例示されるものが挙げられるが、それらに限定されない。

サイドプレートのポート:サイドプレートのポーティングの場合、サイドプレート6a/bは、特殊形状の貫通開口24a、24bを有し、該貫通開口は、アイランド4およびサイドプレート6a、6bのアセンブリが回転するときに、作動容積5’に見えてくる。そのような開口24a/bは、2010年3月25日に出願された、米国特許出願第12/732,160号、名称「INVERSE DISPLACEMENT ASYMMETRIC ROTARY(IDAR) ENGINE」で説明されており、参照することにより(あらゆる目的に対して)その全体が組み込まれ、該特許出願では、固定されたアイランド4の周囲を輪郭部8が回転する。示されるように、本明細書で開示される実施形態ではアイランド4が回転するが、それでも、ポートを覆うこと、および露出させることは、輪郭部(複数可)8の移動によって達成される。開口24a、24bの形状は、流れのタイミング、ポート上を横断するシールを向上させ、寄生損失を最小にするように最適化される。

アイランドに基づくポート:代替として、図6は、作動ガスがアイランド4を通って出入りする場合の実施形態を示す。そのような吸気および排気ポートは、ガスの逆流を制御するデバイス(例えば、逆止弁またはアクティブ弁)を有することができる。描写されるように、吸気ガスは、1つ以上のポート25aを通って流れ、排気ガスは、アイランド4の外周面の略対向して角変位されて形成される、1つ以上のポート25bを通って流れる。

ポート25a、25bは、アイランド4の表面4cから始まり、それらが対応する通路26aおよび26bと交差し、流体連通するまで、略半径方向内側に延在し、ガスが軸方向に回転部品に出入りすることを可能にする。例示されるように、通路26a、26bは、通路25a、25bに対して略直交して配向され、また、エンジンのシャフト1に対して略平行に配向される。

図6でさらに例示されるように、アイランドの中央孔は、クランク軸上の対応するキー部分と嵌合するためのスロット部分を有することができる。代替的に、アイランドは、鍛造等の手法を介して、シャフト1と一体的に形成することができる。

いずれのポーティング構成の場合においても、アイランドおよびサイドプレートは、好ましくは、吸気および排気マニホールドを回転ポートとインターフェースするために、ロータリーシール(図示せず)を含む。これは、ガスが、エンジンケース3a、9、および3bによって含まれる内側空間と混合することを防止し、ガスをエンジンの外側に方向付ける。 内燃(I.C.)エンジンとして使用される場合

化学エネルギーを回転運動エネルギーに変換するために使用されるときには、4行程サイクルが使用され、1つの全サイクルがシャフトの1回転で行われる。3つの輪郭部アセンブリ8、100、および102が、図2で示されるように使用される場合、合計3つの全サイクルが1回転で行われる。回転エネルギーを蓄えるために、図1で例示されるフライホイール40も追加される。回転アイランド−サイドプレートアセンブリが相当な回転エネルギーを蓄えることができるより大型の設計では、このフライホイールを随意に省略することができる。

弁調節について、サイドプレート6a、6bはそれぞれ、一般的に、図5a/bで示されるような単一のポート開口24aおよび24bを有し得る。図6で示される別の実施形態は、通路26a/bによって送給されるポート25a/bの双方をアイランドの中に有し得る。シャフト1上の単一の共通インデックスに対する各ポートの角位置、および輪郭部アセンブリ8の場所は、各ポートの機能を決定する。角位置=0度は、これらの考察について、燃焼の開始時に設定される。この位置は、一般に、上死点(TDC)と呼ばれる。負の角度をTDCの前とみなし、また、正の角度をTDCの後とみなす。

吸気行程:図7および図8は、作動容積を説明する種々の回転点を示す。図7aのクランク角=−180°またはその前で、吸気ポートに指定されるポート、例えばポート25aは、回転アイランド4(回転方向の矢印に留意されたい)において、作動容積5’に露出され始める。通路26aは、外部の新鮮な空気源に接続され、該空気源は、ガソリン、プロパン、またはメタンガス等の燃料をそのような空気流の中へ注入または誘導する手段に接続される。これは、燃料および空気の可燃混合気を、同時に増加する作動容積5’の中に吸引することを可能にする(図7b〜c)。

水素、ディーゼル油、灯油、天然ガス、エタノール(および他のアルコール類)等の任意の、好適な可燃燃料を使用できることが当業者によって認識されるであろう。さらなる実施例として、別の態様では、本開示のエンジンの実施形態は、可燃燃料、ならびに、蒸気、水、圧縮空気、燃焼生成物、他のガス等の、エンジンが置かれる環境に関して比較的高い圧力エネルギーを有する他の種類の作動流体を使用することができる発電用の発電機に取り付けられる。例えば、開示されるエンジン/発電機の組み合わせは、燃焼または他の(例えば、原子核)動力によって加熱される蒸気を発生させるために使用される、ボイラーに連結することができる。エネルギーを与えられた流体は、エンジンを回転させ、したがって、発電機を駆動することができる。このように、開示されるエンジンの実施形態は、流体駆動タービンが使用される任意の好適な用途で使用することができる。そのような組み合わせはまた、加圧液体によって駆動され、水力発電の場合等の液圧モータとしての機能を果たすように使用することもでき、または発電もしくは推進目的のための油圧駆動トレインで使用され得る。

アイランド4は、図7cのクランク角=−90°で示されるように回転し続ける。この時点で、吸気ポート25aは、運動方向で円周方向にトレールし、現在、吸気ポート25aを閉じるように、アペックスシール15bの接触縁部と整列している。この時点で、吸気充填圧縮が始まる。

圧縮行程:クランク角=−90°から図7dで示されるクランク角0°までサイクルが続くにつれて、燃料−空気の充填物が、徐々に減少する作動容積に圧縮される。図1のフライホイール40から蓄えられた回転エネルギーは、アイランド4を引き続き回転させ、また、輪郭部アセンブリ8に作動容積5’を収縮させる。これは、ガス混合物を圧縮する。アイランド4および輪郭部アセンブリ8の連続する相対的移動に起因して、輪郭部アセンブリ8の表面に面するアイランドとアイランド4cの表面に面する輪郭部との間に最小の空隙が存在し、作動容積5’が図7dで示されるその最小容積に到達するまで、圧縮が続く。これが圧縮行程である。

動力行程:作動容積5’がTDCに近いまたはTDCであるときに(図8a)、外部の高電圧コイルから点火プラグ5に通電され、燃料−空気の混合物が点火される。このとき、全てのポートは、閉じたままである。急速に燃焼し、膨張するガスは、輪郭部8を外向きに押し始め、また、アイランド4を時計回りに押し始める。

動力行程の運動学:図3は、アイランドのクランク角=+45度の動力行程を示す。この場合ではガスの燃焼によって表される、図3のガス圧力「P」によって生じる力は、リストピン10によって拘束され、アイランドの表面4cに印加される。ガス力の有効面積は、アペックスシール15a/bの間で翼弦線12によって形成される長方形によって策定され、アイランドの厚さによって押し出される。アイランド上の作動容積によって画定される合計力は、この有効面積にチャンバ圧力を乗じたものに等しい。この力は、方向13で示されるように、有効面積に対して垂直に駆動され、モーメントアーム線14に印加されて、トルクおよび有用な回転動力を発生する。動力行程は、TDCの後、+90°まで続く。

排気行程:作動容積5’が、図8bで示されるように、+90°でその最大に到達した後に、アイランド4および輪郭部アセンブリ8の相対的移動に起因して、排気ポート25bが作動容積5’に露出し始める。正の動力伝達が止まる。ポート25bが徐々に開き、次いで、図8cで示されるように完全に開き、そして、作動容積5’が減少するにつれて、使用済みのガスがポート25bから大気への排気システムの中へ押し出される。

排気は、ポート25a、25bがどちらも作動容積5’内にあるときに、吸気サイクルが開始するまで生じ続ける。作動容積5’がそれ以上小さくなることができなくなった時点で、図7aで示される吸気行程によってサイクルが繰り返され、関連する文面の通りに繰り返される。

3つの輪郭部のエンジンについて、類似するが、+120度位相がずれた様式において、輪郭部アセンブリ100は、アセンブリ8に使用されたものと同じポートを使用して、上の4行程サイクルを繰り返している。

3つの輪郭部のエンジンについて、類似するが、−120度位相がずれた様式において、輪郭部アセンブリ102は、アセンブリ8に使用されたものと同じポートを使用して、上の4行程サイクルを繰り返している。

アイランド4の形状は、エンジンサイクルにわたる作動容積の変動を修正して、吸気行程の最大容積よりも大きい動力行程の最大容積を呈するように選択することができる。追加的に、吸気ポート24aの長さおよび閉口点は、より小さい吸気行程容積をシミュレーションするように修正することができる。膨張容積が吸気容積よりも大きいとき、それは、「アトキンソンサイクル」であると言われる。吸気容積を超える膨張容積の比率は、アトキンソン比として知られている。1.0を大幅に超える比率は、より高い燃料効率の燃焼エンジンをもたらすことができる。本発明の特定の幾何学形状の詳細は、アトキンソン比が1.0を十分に超えるように高めるために、容易に修正することができる。

3つの輪郭部アイランドの幾何学形状が、3つの輪郭部を適所に示して例示されているが、3つの輪郭部の幾何学形状で1つまたは2つだけ輪郭部を提供することも本開示の範囲内である。3つの輪郭部の幾何学形状は、輪郭部が1つだけ据え付けられた内燃エンジンとして動作させることが可能である。したがって、本開示はまた、単一の輪郭部を有するエンジンも提供する。このように、2つの可動部品−アイランドおよび輪郭部−だけを有する内燃エンジンが開示される。

図25は、回転可能なアイランドを中心に互いに90度離間される4つの輪郭部を有する、エンジンの別の実施形態を例示する。アイランドは、180度離間される2つの輪郭部を有する、2つの平行な燃焼室を画定するのを補助するために、180度離間される2つの窪みをその中に画定する。したがって、1回転で、図25のエンジンは、4つの燃焼イベントを提供することができる。例示されるように、本明細書で例示される他の輪郭部アセンブリと同様に、図25の輪郭部は、凹状の内側に面する表面によって接続される1対の対向する外側に面する円弧状に成形された前面および後面によって画定される。輪郭部アセンブリの凹状の内側に面する表面は、アイランドの湾曲周辺面に面する。

図11〜図24bは、本開示によるデバイスのさらなる実施形態の具体例を提供する。

図11を参照すると、IDARエンジンの別の実施形態を形成する構成要素が例示されている。開示される実施形態を論じるために利用される、座標系も例示される。この座標系は、軸方向軸(A)、半径方向軸(R)、および円周軸(C)から成る、円筒3次元系である。図で例示されるように、回転可能シャフト201は、1対の前202aおよび後202bラジアル無摩擦/実質的に無摩擦の油膜または平軸受によって保持される。軸受は、1対の前203aおよび後203b固定ケースエンドプレートによって支持される。

回転シャフト201は、円筒状の成形構造体204または「アイランド」に取り付けられるか、またはそれと一体化される。アイランド204は、十分に厚く、2つの平行な平坦面204aおよび204b、ならびに円形でない周辺部表面204cを有する。非円形形状の表面204cは、図1〜図10の実施形態に従って本明細書で開示されるような、閉じた滑らかな凸面経路を形成する、楕円形、長円形、卵状、または曲線およびスプラインの組み合わせとすることができる。この形状(すなわち、アイランド204の輪郭または平面投影)は、いずれかの平面から直接見たときに、垂直軸または水平軸のいずれかに関して、対称形または非対称の形状とすることができる(図12を参照されたい)。

図11でさらに例示されるように、アイランド204の前204aおよび後204bの平面端部または面には、1対の前206aおよび後206bサイドプレートが機械的に固着または一体化され、よって、気密のシールが形成される。サイドプレート206a、206bは、シャフト201とともに回転するが、サイドプレート206a、206bおよびアイランド204の組み合わせの幾何学的中心に合致する回転中心を有する場合もあり、または有しない場合もある。一致しない回転および幾何学的中心は、非対称作動容積の動的な変化という所望の効果を生じさせることができる。

アイランドとサイドプレートとの組み合わせを固定された軸方向位置に保つために、1対の前207aおよび後207bスラスト軸受を使用することができる。

凹形状の部品または「輪郭部アセンブリ」208がプレート206aと206bとの間に配置され、よって、凹状の開口がアイランド204に面しており、それらの間に作動容積205を形成する。1対の第1の頂点215aおよび第2の頂点215b(図12)は、アイランド204の凸面およびサイドプレート206a、206bの平行な面に接触する。

図12で例示される部品は、輪郭部アセンブリ208の運動を画定する。輪郭部アセンブリ208は、リストピン210を使用して、「L」字形であるように例示されるレバー209(図15を参照されたい)に動作可能に接続される。この接続は、輪郭部アセンブリ208が、中心210aを中心に、図12で示されるような面の中を枢動することを可能にする。

さらに例示されるように、レバー209は、第2のリストピン212によって固定ブラケット211に取り付けられる。リストピン210および212は、構造体の高い剛性を可能にする二重剪断モードで配置される。

ブラケット211は、固定ケースエンドプレート203a、203bの双方に固着させることができ、またはそれらと同一のものとすることができる。第2のリストピン212だけでも、レバー209が、中心212aを中心に、図12で見られるような面の中で枢動または揺動することを可能にする。

レバー209をさらに下ると、アセンブリはさらに、サイドプレート206a、206bのそれぞれについて、1対の第1のカムフォロア213aおよび第2のカムフォロア213b(図1)を含む。カムフォロア213a、213bは、回転軸受または摺動シューであり得る。そのように選択された場合、カムフォロア軸受213aおよび213bは、アクスルピン214(図12)を中心に回転することが可能であり、また、クリップまたは他の構造体によって保持することができる。カムフォロア213a、213bは、サイドプレート206a、206b(図11)の外側縁部206c、206dの複雑な輪郭に接触し、したがって、それに追従する。

輪郭部アセンブリ208の運動は、2つの異なる機構によって決定される。輪郭部アセンブリ208を中心へ移動させ、それによって、作動容積205を低減させるために、サイドプレート206a、206bは、カムフォロア213aおよび213bに外向きの力230を働かせる。次いで、リストピン212で作成される支点212aを通して、外向きのカム力230が、リストピン210で内向きの力231に変換され、したがって、アイランド204の中心に向かって輪郭部アセンブリ208を押す。

作動容積205を増加させるために、輪郭部アセンブリ208の1対の第1の接触点215aおよび第2の接触点215bが、アイランド204の回転運動によって、図14の方向232aおよび232bにおいて外向きに押される。

サイドプレート206a、206bの外側縁部206cおよび206dの形状、アイランド204の外面204cの形状、ならびにレバー209および輪郭部アセンブリ208の幾何学形状はともに、作動容積205を増加および減少させる運動間の遊動を最小にする。

図13で示される輪郭部アセンブリ208は、アイランドと、輪郭部と、前および後エンドプレートの面との間に画定される作動容積からの作動ガスの漏出を実質的に防止するために、下で論じられる主本体16および追加的な部品を含む。例示されるように、アセンブリは、図13で示され、下で関連する文面で説明されるように、点火プラグ221を含むことができる。

輪郭部アセンブリ208の主本体216は、アイランド204の厚さよりも薄く、摩耗に寄与しない材料で作製することができる。例えば、主本体216は、アルミニウムまたは他の軽量材料から作製することができる。所望であれば、鋳鉄または鍛鋼からも作製することができる。密閉することができる空隙が、輪郭部アセンブリ208(図1)の主本体216と、隣接するサイドプレート206a、206bとの間に画定される。この空隙を埋めて、ガスを作動容積205内に十分に維持するために、フローティングサイドシール217a、217b(図13)が、輪郭部208の対向する平坦面208c、208dの中に埋め込まれる。サイドシール217a、217bは、予荷重波形ばね218a、218bの上に着座する。

ガスが頂点215a、215b(図12)から漏出することを防止するために、図13で示される回転可能なシール219a、219bを、横断して軸方向に延在する輪郭部208の中のマッチングチャネル208eおよび208fの中へ挿入することができる。シール219a、219bの頂点215a、215bは、図12で示されるようにアイランド204の表面204cに接触する。シール219a/bおよびマッチングチャネル208e/fは、下で論じられ、図204で示されるように、枢動点219e/fを中心にする運動の円周方向範囲を有するシール219a/bを提供するように成形される。

例えば、輪郭部の各横断方向の切り欠き208eおよび208fの中に形成される第2の円弧208g/hと同心である凸状の円弧219g、219hによって、シール219a、219bの中心の近くに支点219e、219fを作成することができる。この幾何学形状は、図204で示されるように端部から見たときに、シール219a、219bが円周方向に回転することを可能にする。さらに、支点219eまたは219fと頂点2215aまたは15bとの間の距離は、支点と、シール219aおよび219bの半径状の端部219gおよび19hとの間の距離よりも実質的に短い。

半径方向外向きに延在する予荷重ばね220a、220b(図13)は、好ましくは、接触点215aおよび215bで、回転可能なシール219a、219bの基準シール接触力を維持する。シールの接触力を高めるために、作動容積205内の内部ガス圧力P(図14)は、回転可能なシール上に不均衡な荷重を生じさせ、したがって、上述した距離と作動容積205の内圧Pとの比率に比例して、215aおよび215bでのシール接触力が増加する。

予荷重ばね220aおよび220bはさらに、215a、215bの接触点での運動および摩耗の差異を修正するのを支援する。

図15で示される追加的なばね235は、アクスル214と接触して、運動の誤りまたは摩耗をもたらし得る、カムフォロア軸受213aおよび213bに対するサイドプレート表面206cおよび206dの「スラッピング」を防止する。ばね235は、リテーナプレート236およびねじ237によって適所に保持される。

代表的な用途では、図11で示されるサブアセンブリ300の1つ〜複数の複製物が使用され得る。図11で例示されるように、開示される実施形態は、2つの同じサブアセンブリ300、302を使用し、それぞれが上で説明される輪郭部アセンブリ208a、208b、レバー209a、209b、および関連する部品を含む。サブアセンブリ300、302は、アイランド204の周囲で180度回転方向に分離される。この対称構造は、ケースおよびモータマウントの振動を弱める。

開示される実施形態が内燃エンジンとして使用される場合、点火プラグ221は、図13で示されるように、輪郭部208においてできるだけ中央に位置する。高電圧の電気火花が、図示されない高電圧線または他の機構を通して点火プラグの中心電極に伝達される。高電圧電気パルスは、図示されないマグネト、電子点火コイル、または他の従来の構成要素において発生され、シャフトの回転位置にタイミングが合わせられる。

新鮮な混合気または排気等の作動ガスは、サイドプレート206aおよび206bの中に位置するポートによって、作動容積205の中へ、または外へ搬送される。ポートとしては、図16で例示されるものが挙げられるが、それらに限定されない。サイドプレート206a、206bは、特殊形状の貫通開口222a、222bを有し、該貫通開口は、アイランド204およびサイドプレート206a、206bのアセンブリが回転するときに、作動容積205に見えてくる。そのような開口222は、2010年3月25日に出願された、米国特許出願第12/732,160号で説明されており、参照することによりその全体が組み込まれ、固定されたアイランド204の周囲を輪郭部208が回転する。示されるように、本明細書で開示される実施形態ではアイランド204が回転するが、それでも、ポートを覆うこと、および露出させることは、輪郭部(複数可)208の移動によって達成される。開口222a、222bの形状は、流れのタイミング、ポート上を横断するシール、寄生損失を向上させるように最適化される。

なお、図16のより小さい貫通孔開口は、米国特許出願第12/732,160号で論じられる載置用開口である。

内燃(I.C.)エンジンとして使用される場合 化学エネルギーを回転運動エネルギーに変換するために図11以下の実施形態を使用するときには、好ましくは、4行程サイクルが使用され、1つの全サイクルをシャフトの1回転で行うことができる。2つの輪郭部アセンブリ300および302が、図11で示されるように使用される場合、合計2つの全サイクルを1回転で行うことができる。回転エネルギーを蓄えるために、図11で例示されるフライホイール240も追加される。

サイドプレート206a、206bは、一般的に、単一のポート開口222aまたは222bを有し得る。シャフト201上の単一の共通インデックスに対する各ポートの角位置、および輪郭部アセンブリ208の場所は、各ポートの機能を決定する。角位置=0度は、これらの考察について、吸気行程の開始時に設定される。

吸気行程:図17は、作動容積が最小である回転点を示す。吸気ポートに指定されるポート、例えばポート222aは、アイランド204および輪郭部アセンブリ208の相対的移動を見たときに、回転サイドプレート206a(回転方向の矢印に留意されたい)において、作動容積205に露出され始める。ポート222aは、外部の新鮮な空気源に接続され、該空気源は、ガソリン、プロパン、またはメタン(もしくは天然)ガスをそのような空気流の中へ注入または誘導する手段に接続される。これは、燃料および空気の可燃混合気を、同時に増加する作動容積205の中に吸引することを可能にする。

アイランド204は、図18Aで示されるように回転し続ける。この時点で、排気ポート222bの半径方向内側縁部222cは、円周方向の運動のトレーリング方向にあり、現在、排気ポート222bを閉じるように、輪郭部208の半径方向内側縁部と整列している。加えて、ポート222aの半径方向最外縁部222dは、円周方向に運動方向をトレールし、輪郭部8の半径方向内側縁部と整列し、サイクルを通してポート222aの開口を最大にする。

図18Bは、45度の回転を示し、また、吸気ポート222aが、空気および燃料が作動容積に進入することを可能にしていることを示す。

さらに90度まで進むと、吸気ポート222aの半径方向内側縁部222eは、円周方向の運動のトレーリング方向にあり、図209で示されるように輪郭部208の半径方向内側縁部と整列し、吸気ポートを閉じる。図209は、作動容積205の最大容積点を示す。最大容積は、アイランド204および輪郭部アセンブリ208の相対的移動に起因して、図18の輪郭部アセンブリ208fの表面に面するアイランドと、アイランド204cの表面に面する輪郭部との間に最大空隙が存在するときにもたらされる。同時に、ポート222aは、アイランド−サイドプレートアセンブリの回転および輪郭部アセンブリの移動に起因して、もはや作動容積に対して開いていない。

圧縮行程:図20は、作動容積を超えて回転した、すなわち、閉じた吸気ポート222aを示す。図11のフライホイール240から蓄えられた回転エネルギーは、アイランド204を引き続き回転させ、また、サイドプレート、カムフォロア、およびレバー機構を通して、輪郭部アセンブリ208に作動容積205を収縮させる。これは、ガス混合を圧縮する。アイランド204および輪郭部アセンブリ208の連続する相対的移動に起因して、輪郭部アセンブリの表面8fに面するアイランドとアイランド204cの表面に面する輪郭部との間に最小の空隙が存在し、作動容積205が図21で示されるその最小容積に到達するまで、圧縮が続く。

動力行程:作動容積205が最小に近い、または最小であるときに(図21)、外部の高電圧コイルから点火プラグ221に通電され、燃料−空気の混合物が点火される。このとき、全てのポートは、閉じたままである。急速に燃焼し、膨張するガスは、図22で示されるように輪郭部208を外向きに押し始める。力は、リストピン20を通して、レバー209に伝達される。レバー209は、リストピン212を中心に回転し、カムフォロアホイール213に力を与える。カム運動は、ロータリー運動でサイドプレート206a、206bを押し、シャフト201が回転し、したがって、有用な回転動力が生じる。

排気行程:作動容積205が図23で示されるようにその最大容積に到達した後に、アイランド204および輪郭部アセンブリ208の相対的移動に起因して、排気ポート222bの半径方向内側縁部222fが、運動のリーディング方向にあり、また、サイドプレート206b上に位置し、作動容積205に露出し始める。正の動力伝達が止まる。アイランド204および輪郭部アセンブリ208の相対的移動に起因して、ポート222bが徐々開き、次いで図24Aで示されるように完全に開き、そして、作動容積205が減少するにつれて、使用済みのガスがポート222bから大気への排気システムの中へ押し出される。

図24Bは、排気段階後期の間に輪郭部208がアイランド204に対して移動するときに、最大開口を提供するように形成される、ポート222bの半径方向外側縁部222gを示す。排気は、ポート222a、222bがどちらも作動容積205内にないときに、吸気サイクルが開始するまで生じ続ける。作動容積205がそれ以上小さくなることができなくなった時点で、図17で示される吸気行程によってサイクルが繰り返され、関連する文面の通りに繰り返される。

類似するが、約180度位相がずれた様式において、輪郭部アセンブリ302は、アセンブリ300に使用されたものと同じポートを使用して、上の4行程サイクルを繰り返している。

アイランド204の形状は、エンジンサイクルにわたる作動容積の変動を修正して、吸気行程の最大容積よりも大きい動力行程の最大容積を呈するように選択することができる。追加的に、吸気ポート222aの長さおよび閉口点は、より小さい吸気行程容積をシミュレーションするように修正することができる。膨張容積が吸気容積よりも大きいとき、それは、「アトキンソンサイクル」であると言われる。吸気容積を超える膨張容積の比率は、アトキンソン比として知られている。1.0を大幅に超える比率は、より高い燃料効率の燃焼エンジンをもたらすことができる。本発明の特定の幾何学形状の詳細は、アトキンソン比が1.0を十分に超えるように高めるために、容易に修正することができる。

本発明を特定の好ましい実施形態に関して説明してきたが、これらの実施形態は、本開示の原理および用途の単なる実例に過ぎないことを理解されたい。したがって、本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく、これらの実施形態には修正が行われ得、また、他の構成が考案され得る。