JP6574447B2 - 歯付きローラアレイを有するカム駆動内燃機関 - Google Patents

歯付きローラアレイを有するカム駆動内燃機関 Download PDF

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Description

本発明は、Ｚｈｏｕエンジンおよびパワーカム機構を含む。
Ｚｈｏｕエンジン
Ｚｈｏｕエンジンは、内燃機関、およびガスタービンの燃焼室として作用するエンジンである。
Ｚｈｏｕエンジンを発明する第１の目的は、熱効率を向上させることである。これにより、現在の社会で大きな問題である炭素排出物と汚染が低減する。また、電力機器の出力密度が高まる。
４行程ディーゼルエンジンは、すべての現行の内燃機関の中で最も高い熱効率を有する。作業工程は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程（または動力行程）、排気行程を有する。ピストンはクランクリンク機構によって駆動される。ピストントップ運動曲線（図２の１Ｈ）はコサイン曲線に類似する。欠点は、短い燃焼期間、不十分な膨張、クランクリンク機構によって生じる滑り摩擦などである。これらの欠点は、熱効率を低下させ、騒音を生じさせる。こうした欠点はＺｈｏｕエンジンによって解決する。
Ｚｈｏｕエンジンの動作原理は従来の４行程エンジンに部分的に類似する。Ｚｈｏｕエンジンは、吸気行程（１Ｏ）、圧縮行程（１Ｐ）、膨張行程（１Ｒ）、排気行程（１Ｓ）を有する。弁作用、燃料噴射、火花点火は４行程エンジンと同じである。Ｚｈｏｕエンジンのピストン（３Ｅ、９Ｄ）は、シリンダ（３Ｄ、９Ｌ）内で往復運動する。しかしながら、Ｚｈｏｕエンジンは以下の独自の特徴を有する。
１．Ｚｈｏｕエンジンは、外殻（３Ｃ、９Ｂ）と、多数のシリンダ（３Ｄ、９Ｌ）と、多数のピストン（３Ｅ、９Ｄ）と、多数の歯付きローラアレイ（３Ｆ、９Ｅ、９Ｆ）と、１つのパワーカム（３Ｂ、９Ｃ）と、シリンダヘッド、弁タイミング機構、燃料供給系統、および点火系統のセットと、を備える。
２．ピストン（３Ｅ、９Ｄ）の運動がたどるピストントップ運動曲線（図１の１Ｈ）は、任意数のセグメントに分割することができ、各セグメントは需要に応じて設計を自由に調節し最適化することができる（図１６を参照）。
３．エンジンの作業サイクル（図１の１Ｔ）は、パワーカム（３Ｂ、９Ｃ）の１回転またはそれよも少ない回転、および１回の熱力学サイクル（図１４を参照）の間に、５つの異なる工程（図１を参照、図２と比較）−吸気行程（１Ｏ）、圧縮行程（１Ｐ）、燃焼期間（１Ｑ）、膨張行程（１Ｒ）、排気行程（１Ｓ）−を完了させる。
（ａ）各工程は異なる継続期間を有し、各行程は異なる長を有することができる。
（ｂ）吸気行程（１Ｏ）：吸気行程（１Ｏ）の機能は４行程エンジンと同じである。吸気弁は開放状態、排気弁は閉鎖状態である。ピストントップ運動曲線（図１の１Ｈ）の吸気行程セグメントは、空気流を円滑化し、より多くの空気をシリンダ（３Ｄ、９Ｌ）に導入するように入念に調節することができる。
（ｃ）圧縮行程（１Ｐ）：圧縮行程（１Ｐ）の機能は４行程エンジンと同じである。吸気弁と排気弁は閉鎖状態である。しかしながら、圧縮行程（１Ｐ）は、本行程での熱損失を低減し、他の工程のための時間を確保するため短時間である。
（ｄ）燃焼機関（１Ｑ）：４行程エンジンは、短過ぎる燃焼期間が原因である、過早点火、爆燃、遅延燃焼などの燃焼工程における問題を抱える。Ｚｈｏｕエンジンは、燃焼工程を向上させるため、燃焼のために確保される期間である「燃焼期間」（１Ｑ）を有する。吸気弁と排気弁は閉鎖状態である。燃料噴射は燃焼期間の開始から始まり、次いで必要に応じて火花点火が実行された後、最適燃焼状態が燃焼期間（１Ｑ）中維持される。その燃焼状態は、ピストントップ運動曲線（図１の１Ｈ）をたどるピストン運動に合わせて、燃料噴射および燃焼によって設計通りに定容燃焼、等温燃焼、またはその他のより適切な燃焼状態にすることができる。我々は、可能な限り熱効率を高めるように、持続可能な高圧境界または持続可能な高温境界で燃焼工程を維持することができる。よって、我々は４行程エンジンの燃焼問題を回避し、さらに効率を向上させることができる。さらに、我々は、Ｚｈｏｕエンジンにおいて、ガソリン、灯油、ディーゼル油、天然ガス、一酸化炭素、アルコール、水素などの各種燃料を使用することができる。さらに、我々は、絶縁セラミックで燃焼物質を包囲して、熱損失を低減することができる。
（ｅ）膨張行程（１Ｒ）：膨張行程（１Ｒ）の機能は４行程エンジンとやや異なる。この行程では燃焼は行われず、膨張のみが行われ、動力を出力する。膨張行程は追加膨張（１Ｍ）も含む。吸気弁と排気弁は閉鎖状態である。さらに、ピストントップ運動曲線（図１の１Ｈ）の膨張行程セグメント（１Ｒ）は、高温期間を短縮して熱損失を低減するように調節することができる。この結果、Ｚｈｏｕエンジンは作業量を増やし、熱効率を向上させる。
（ｆ）排気行程（１Ｓ）：排気行程（１Ｓ）の機能は４行程エンジンと同じである。吸気弁は閉鎖状態であり、排気弁は開放状態である。ピストントップ運動曲線（図１の１Ｈ）の排気行程（１Ｓ）セグメントは、ガス流を円滑化し、残りの排気を低減するように調節することができる。これは、騒音を低減し、効率を向上させるのに好ましい。
（ｇ）ピストントップ運動曲線（図１の１Ｈ）をさらに入念に調節することによってＺｈｏｕエンジンを最適化することができる。
４．上記２および３項を実行するため、Ｚｈｏｕエンジンの２つの例を実施例Ａ（図３〜８を参照）と実施例Ｂ（図９〜１３を参照）として図示する。動作原理は以下の通りである。
（ａ）各ピストン（３Ｅ、９Ｄ）は１つのシリンダ（３Ｄ、９Ｌ）内で移動し、各シリンダはただ１つのピストンを含む。
（ｂ）シリンダ（３Ｄ、９Ｌ）は対で設定することができ、その後、シリンダの各対は同軸線上に配置される。次いで、ピストン（３Ｅ、９Ｄ）は対で動作することができ、ピストンの各対は同軸線上で、真逆方向の運動を行う。これにより、Ｚｈｏｕエンジン全体の動的バランスがとりやすくなり、振動を排除する。
（ｃ）各ピストン（３Ｅ、９Ｄ）は往復運動して、シリンダ（３Ｄ、９Ｌ）と歯付きローラアレイ（３Ｆ、９Ｅ、９Ｆ）によって制限される。歯付きローラアレイ（図８の３Ｆ、図１３の９Ｅ、９Ｆ）では、ケージ（３Ｌ、１３Ｂ、１３Ｃ）が多数の歯付きローラ（３Ｉ、１３Ａ）を制限し、同期化させる。各歯付きローラ（３Ｉ、１３Ａ）は１つの支持面（８Ａ、１３Ｅ）と多数の歯（８Ｂ、１３Ｄ）を備える。歯付きトラック（３Ｒ、３Ｑ、９Ｕ、９Ｖ）は、１つの支持面（３Ｍ、３Ｊ、１０Ｂ、１２Ｃ）と、１列に並んだ多数の歯（３Ｎ、３Ｋ、１０Ｅ、１２Ｄ）を備える。歯付きローラアレイ（３Ｆ、９Ｅ、９Ｆ）または同期化される歯付きローラは、ピストン（３Ｑ、９Ｖ）の歯付きトラックと外殻（３Ｒ、９Ｕ）の歯付きトラックとの間を転動し、支持面（８Ａ、３Ｊ、３Ｍ、１３Ｅ、１２Ｃ、１０Ｂ）の接触で法線力に耐え、歯（８Ｂ、３Ｋ、３Ｎ、１３Ｄ、１２Ｄ、１０Ｅ、図３の細部Ａを参照）を噛み合わせる。よって、同期化される歯付きローラ（３Ｉ、１３Ａ）は常に、適切な位置かつ適切な運動状態にあり、摺動せず、支持面（８Ａ、１３Ｅ）でパワーカム（３Ｂ、９Ｃ）から生じるピストンの水平力に耐える。
（ｄ）１つのパワーカム（３Ｂ、９Ｃ）は、ピストンに搭載されるホイール（６Ａ、６Ｂ、９Ｈ、１２Ａ）とパワーカムのトラック（４Ｃ、１１Ｂ）によって、多数のピストン（３Ｅ、９Ｄ）を駆動し、その逆も成り立つ。我々は、ピストントップ運動曲線（図１の１Ｈ）にしたがいパワーカム（４Ｃ、１１Ｂ）のトラックを設計し製造する。
（ｅ）従来の４行程エンジンは、滑り摩擦する多数の部品を備えて、ピストンを駆動するクランクリンク機構を使用し、特にピストンとシリンダとの間に大きな法線圧力が生じる。こうした滑り摩擦は作業を浪費し、熱効率を低下させる。Ｚｈｏｕエンジンにはクランクリンク機構が存在しない。Ｚｈｏｕエンジンでは、ピストンと気体封止用のシリンダとの間、歯付きローラ（３Ｉ、１３Ａ）とケージ（３Ｌ、１３Ｂ、１３Ｃ）との間、噛み合う歯間のみで生じる滑り摩擦はずっと小さく、法線圧力もほとんど生じない。パワーカムから生じるピストンの水平力は、歯付きトラック（３Ｒ、３Ｑ、９Ｕ、９Ｖ）上を転動する歯付きローラ（３Ｉ、１３Ａ）によって対抗されて、滑り摩擦を生成しない。このため、Ｚｈｏｕエンジンの熱効率がさらに向上する。
（ｆ）上述したように、Ｚｈｏｕエンジンは、従来の４行程エンジンよりもピストンとシリンダとの間の法線圧力がずっと小さい。よって、我々は、ピストンをより高速に運動させて、定格速度をもっと高速化させ、出力密度を大幅に向上させることができる。
５．図１４〜１６に示す実施例Ｃは、多段動圧縮機およびタービンと協働するＺｈｏｕエンジンとしての装置、あるいはガスタービンの燃焼室として作用するＺｈｏｕエンジンを示す。特徴は以下の通りである。
（ａ）図１４は、ＺｈｏｕエンジンのｐＶ図である。
ｐＶ図においてガスタービンと比較すると、Ｚｈｏｕエンジンはピストンエンジンである。ピストンエンジンの方が、圧縮比、燃焼温度、圧力が高く、より高い熱効率を得ることができる。
ｐＶ図において４行程ディーゼルエンジンと比較すると、Ｚｈｏｕエンジンは定容燃焼（１４Ｂ）と追加膨張（１Ｍ）を含む。このため、さらに大きな作業量とより高い熱効率を得ることができる。
このｐＶ図（図１４）は、多段動圧縮機（１５Ｂ）およびタービン（１５Ｃ）と協働するＺｈｏｕエンジン（１５Ｇ）である装置（図１５）にも当てはまる。我々は、このｐＶ図でいくつかの接合点（１４Ｅ、１４Ｆ、１４Ｈ）を選択し、装置を設計することができる（図１５および１６を参照）。
（ｂ）Ｚｈｏｕエンジン（１５Ｇ）に関して、ピストントップ運動曲線（図１６の１Ｈ）の吸気行程（１Ｏ）セグメントを正確に調節して、吸気全体の脈動を排除し、多段動圧縮機（図１５の１５Ｂ）に適合させることができる。また、我々は、ピストントップ運動曲線（図１６の１Ｈ）の排気行程（１Ｓ）セグメントを正確に調節して、排気全体の脈動を排除し、タービン（図１５の１５Ｃ）に適合させることができる。我々は、ピストントップ運動曲線（１Ｈ）の各セグメントを表す正確な機能を生成することができる。
（ｃ）Ｚｈｏｕエンジンは図１５に示すようにガスタービンの燃焼室として動作することができる。このガスタービンは、２つの出力軸、すなわち、一方はタービン（１５Ｄ）の軸、他方はＺｈｏｕエンジン（１５Ｆ）の軸を有することができる。
（ｄ）多段動圧縮機（１５Ｂ）およびタービン（１５Ｃ）と共に動作するＺｈｏｕエンジン（１５Ｇ）である装置（図１５）は、より高い熱効率とより大きな出力密度（詳細は図１６）を達成することができる。
６．４行程ディーゼルエンジンと比較すると、Ｚｈｏｕエンジンは上述したように、空気流の円滑化、燃焼状態の向上、熱損失の低下、追加膨張、残留排気の低減、滑り摩擦の大幅な低減などの利点を有する。４行程ディーゼルエンジンの有効効率が４０％であると仮定すると、Ｚｈｏｕエンジンの有効効率は６０％になると推定される。
パワーカム機構
パワーカム機構は改良カム機構である。
カム機構は、あらゆる機械分野で広く使用されている。カムは、特に回転運動を線形運動に、または線形運動を回転運動に変換する際に使用される、機械連結機構内で回転または摺動する構成要素である。滑り摩擦のため、効率は低く、駆動力の変換ではなく運動の変換にしか適さない。
このパワーカム機構は、特に従動子（１８Ｃ）とケーシング（１８Ｄ）との間の摩擦を軽減するため、摺動の代わりに可能な限り転動を利用する。これは、駆動力の変換だけでなく運動の変換にも適する。
図１７〜２２はパワーカム機構に関する。
パワーカム機構（図１８の１８Ａ）は、パワーカム（３Ｂ）、従動子（１８Ｃ）、ケーシング（１８Ｄ）、歯付きローラアレイ（１８Ｅ）を備える。
軸心（１８Ｈ）回りに回転するパワーカム（３Ｂ）は、直線または円弧に沿った往復動作（１８Ｋ）で従動子（１８Ｃ）を駆動する、あるいはその逆も成り立つ。ケーシング（１８Ｄ）と軸心（１８Ｈ）は固定される。歯付きローラアレイ（１８Ｅ）では、多数の歯付きローラ（２０Ｆ、２１Ｆ）が制限され、同期化される。歯付きトラック（１８Ｉ、１８Ｊ）は１つの支持面（２０Ｂ、２０Ｄ、２１Ｂ、２１Ｄ）と多数の歯（２０Ａ、２０Ｃ、２１Ａ、２１Ｃ）を有する。歯付きローラ（２０Ｆ、２１Ｆ）は、多数の歯を有するローラである。あるいは、歯付きローラ（２０Ｆ、２１Ｆ）は、１つの支持面（２０Ｈ、２１Ｈ）と多数の歯（２０Ｇ、２１Ｇ）を有する。支持面（２０Ｈ、２１Ｈ）は、歯付きトラック（２０Ｂ、２０Ｄ、２１Ｂ、２１Ｄ）の支持面上で転動するためのものである。歯（２０Ｇ、２１Ｇ）は、歯付きトラック（２０Ａ、２０Ｃ、２１Ａ、２１Ｃ）の歯と噛み合わせるためのものである。動作中、歯付きローラアレイ（１８Ｅ）または同期化される歯付きローラ（２０Ｆ、２１Ｆ）は、従動子（１８Ｉ）の歯付きトラックとケーシング（１８Ｊ）の歯付きトラックとの間で転動し（細部Ｆ１を参照）、支持面（２０Ｈ、２０Ｂ、２０Ｄ、２１Ｈ、２１Ｂ、２１Ｄ）の接触で法線力に耐え、歯（２０Ｇ、２０Ａ、２０Ｃ、２１Ｇ、２１Ａ、２１Ｃ）を噛み合わせて（２０Ｉ、２０Ｊ、２１Ｉ、２１Ｊ）、歯付きローラを常に適切な位置に保つことで摺動を防止する。
パワーカム（１８Ｇ）のトラックは非常に複雑である。つまり、従動子（１８Ｃ）の運動と時間との関係が非常に複雑である。
パワーカム（１８Ｇ）のトラックは、必要に応じて歯（１９Ｋ）を有していてもよい。その場合、従動子（１９Ａ、１９Ｆ）のホイールは、ホイールが常に転動することで摺動を回避し、速度変更中にホイール摺動によるエネルギー損失を防止するように、トラックの歯に対応する歯（１９Ｃ、１９Ｈ）を有していなければならない。ホイール（１９Ａ、１９Ｆ）は周期的に速度を変更する。ホイール（１９Ｄ、１９Ｌ）のローラベアリングは、速度変更中にローラが摺動するのを防止する歯付きローラベアリングまたは予荷重ローラベアリングであってもよい。
上述の歯付きローラベアリングは、歯付きトラックを有する外側リング、歯付きトラックを有する内側リング、多数の歯付きローラ、歯付きローラを制限し同期化するケージを備えてもよい。この原理は、歯付きトラック（１８Ｉ、１８Ｊ）と同期化される歯付きローラ（２０Ｆ、２１Ｆ）との同時動作と類似する。
上記のすべての歯は複雑な外形をしていてもよい。
よって、パワーカム機構（１８Ａ）は、歯付きローラ（２０Ｆ）とケージ（２０Ｅ）との間、および噛み合う歯間などでほとんど滑り摩擦が発生しない。他の摩擦は、すべて転動する機能である。したがって、パワーカム機構（１８Ａ）は、従来のカム機構および大半のクランクリンク機構よりも機械的変換効率がずっと高い。また、非常に複雑な従動子（１８Ｃ）運動を変換することができる。この機構はあらゆる機械分野で使用することができる。
上述のＺｈｏｕエンジンは、以下に示すパワーカム機構（１８Ａ）を使用した。
実施例Ａは、図３および図１８を参照されたい。図３のパワーカム（３Ｂ）は図１８のパワーカム（３Ｂ）に相当する。ピストン（３Ｅ）は従動子（１８Ｃ）に相当する。外殻（３Ｃ）はケーシング（１８Ｄ）に相当する。図３の歯付きローラアレイ（３Ｆ）は図１８の歯付きローラアレイ（１８Ｅ）に相当する。
実施例Ｂは、図９および図１８を参照されたい。図９のパワーカム（９Ｃ）は図１８のパワーカム（３Ｂ）に相当する。ピストン（９Ｄ）は従動子（１８Ｃ）に相当する。外殻（９Ｂ）はケーシング（１８Ｄ）に相当する。歯付きローラアレイＡ（９Ｅ）と歯付きローラアレイＢ（９Ｆ）は歯付きローラアレイ（１８Ｅ）に相当する。
図１の図面は、３つの実施例−実施例Ａ、実施例Ｂ、実施例ＣのＺｈｏｕエンジンに関する。実施例Ａと実施例ＢはＺｈｏｕエンジンの２つの実施例である。実施例Ｃは、多段動圧縮機およびタービンと協働する、あるいはガスタービンの燃焼室として動作するＺｈｏｕエンジンである。 図２の図面は、３つの実施例−実施例Ａ、実施例Ｂ、実施例ＣのＺｈｏｕエンジンに関する。実施例Ａと実施例ＢはＺｈｏｕエンジンの２つの実施例である。実施例Ｃは、多段動圧縮機およびタービンと協働する、あるいはガスタービンの燃焼室として動作するＺｈｏｕエンジンである。 図３の図面は、３つの実施例−実施例Ａ、実施例Ｂ、実施例ＣのＺｈｏｕエンジンに関する。実施例Ａと実施例ＢはＺｈｏｕエンジンの２つの実施例である。実施例Ｃは、多段動圧縮機およびタービンと協働する、あるいはガスタービンの燃焼室として動作するＺｈｏｕエンジンである。 図４の図面は、３つの実施例−実施例Ａ、実施例Ｂ、実施例ＣのＺｈｏｕエンジンに関する。実施例Ａと実施例ＢはＺｈｏｕエンジンの２つの実施例である。実施例Ｃは、多段動圧縮機およびタービンと協働する、あるいはガスタービンの燃焼室として動作するＺｈｏｕエンジンである。 図５の図面は、３つの実施例−実施例Ａ、実施例Ｂ、実施例ＣのＺｈｏｕエンジンに関する。実施例Ａと実施例ＢはＺｈｏｕエンジンの２つの実施例である。実施例Ｃは、多段動圧縮機およびタービンと協働する、あるいはガスタービンの燃焼室として動作するＺｈｏｕエンジンである。 図６の図面は、３つの実施例−実施例Ａ、実施例Ｂ、実施例ＣのＺｈｏｕエンジンに関する。実施例Ａと実施例ＢはＺｈｏｕエンジンの２つの実施例である。実施例Ｃは、多段動圧縮機およびタービンと協働する、あるいはガスタービンの燃焼室として動作するＺｈｏｕエンジンである。 図７の図面は、３つの実施例−実施例Ａ、実施例Ｂ、実施例ＣのＺｈｏｕエンジンに関する。実施例Ａと実施例ＢはＺｈｏｕエンジンの２つの実施例である。実施例Ｃは、多段動圧縮機およびタービンと協働する、あるいはガスタービンの燃焼室として動作するＺｈｏｕエンジンである。 図８の図面は、３つの実施例−実施例Ａ、実施例Ｂ、実施例ＣのＺｈｏｕエンジンに関する。実施例Ａと実施例ＢはＺｈｏｕエンジンの２つの実施例である。実施例Ｃは、多段動圧縮機およびタービンと協働する、あるいはガスタービンの燃焼室として動作するＺｈｏｕエンジンである。 図９の図面は、３つの実施例−実施例Ａ、実施例Ｂ、実施例ＣのＺｈｏｕエンジンに関する。実施例Ａと実施例ＢはＺｈｏｕエンジンの２つの実施例である。実施例Ｃは、多段動圧縮機およびタービンと協働する、あるいはガスタービンの燃焼室として動作するＺｈｏｕエンジンである。 図１０の図面は、３つの実施例−実施例Ａ、実施例Ｂ、実施例ＣのＺｈｏｕエンジンに関する。実施例Ａと実施例ＢはＺｈｏｕエンジンの２つの実施例である。実施例Ｃは、多段動圧縮機およびタービンと協働する、あるいはガスタービンの燃焼室として動作するＺｈｏｕエンジンである。 図１１の図面は、３つの実施例−実施例Ａ、実施例Ｂ、実施例ＣのＺｈｏｕエンジンに関する。実施例Ａと実施例ＢはＺｈｏｕエンジンの２つの実施例である。実施例Ｃは、多段動圧縮機およびタービンと協働する、あるいはガスタービンの燃焼室として動作するＺｈｏｕエンジンである。 図１２の図面は、３つの実施例−実施例Ａ、実施例Ｂ、実施例ＣのＺｈｏｕエンジンに関する。実施例Ａと実施例ＢはＺｈｏｕエンジンの２つの実施例である。実施例Ｃは、多段動圧縮機およびタービンと協働する、あるいはガスタービンの燃焼室として動作するＺｈｏｕエンジンである。 図１３の図面は、３つの実施例−実施例Ａ、実施例Ｂ、実施例ＣのＺｈｏｕエンジンに関する。実施例Ａと実施例ＢはＺｈｏｕエンジンの２つの実施例である。実施例Ｃは、多段動圧縮機およびタービンと協働する、あるいはガスタービンの燃焼室として動作するＺｈｏｕエンジンである。 図１４の図面は、３つの実施例−実施例Ａ、実施例Ｂ、実施例ＣのＺｈｏｕエンジンに関する。実施例Ａと実施例ＢはＺｈｏｕエンジンの２つの実施例である。実施例Ｃは、多段動圧縮機およびタービンと協働する、あるいはガスタービンの燃焼室として動作するＺｈｏｕエンジンである。 図１５の図面は、３つの実施例−実施例Ａ、実施例Ｂ、実施例ＣのＺｈｏｕエンジンに関する。実施例Ａと実施例ＢはＺｈｏｕエンジンの２つの実施例である。実施例Ｃは、多段動圧縮機およびタービンと協働する、あるいはガスタービンの燃焼室として動作するＺｈｏｕエンジンである。 図１６の図面は、３つの実施例−実施例Ａ、実施例Ｂ、実施例ＣのＺｈｏｕエンジンに関する。実施例Ａと実施例ＢはＺｈｏｕエンジンの２つの実施例である。実施例Ｃは、多段動圧縮機およびタービンと協働する、あるいはガスタービンの燃焼室として動作するＺｈｏｕエンジンである。
図１７はパワーカム機構に関する。 図１８はパワーカム機構に関する。 図１９はパワーカム機構に関する。 図２０はパワーカム機構に関する。 図２１はパワーカム機構に関する。 図２２はパワーカム機構に関する。 図２３は、要約書の付録である。
図１：Ｚｈｏｕエンジンのピストントップ運動曲線（１Ｈ）。この図は概略図であり、さらなる最適化を実行することができる。符号の意味は以下の表（表１）に示す。
従来の４行程エンジンのピストントップ運動曲線（１Ｈ）である図２と比較すると、図１は、燃焼期間（１Ｑ）、追加膨張（１Ｍ）、各工程の任意の継続期間、各行程の様々な長、調節可能なピストントップ運動曲線（１Ｈ）など、Ｚｈｏｕエンジンの独自の特徴を示す。Ｚｈｏｕエンジンを実現するため、ピストントップ運動曲線（１Ｈ）を最初に設計する。最適な気流を得るように、同曲線（１Ｈ）の吸気行程（１Ｏ）および排気行程（１Ｓ）内のセグメントを設計することができる。Ｚｈｏｕエンジンは、圧縮行程（１Ｐ）期間を短縮し、燃焼工程を最適化する期間を確保する。また、このエンジンは、膨張行程（１Ｒ）の量を増大させて、より多くの作業量を提供し、熱効率を向上させる。この曲線（１Ｈ）を調節することによってさらなる最適化を図ることができる。ピストン運動を実現するため、図３および図９を参照のごとく、Ｚｈｏｕエンジンは、パワーカム機構、歯付きローラ、歯付きトラックを利用する。
図２：従来の４行程エンジンのピストントップ運動曲線（１Ｈ）。図２の符号の意味は図１の場合と同じであり、上記の表１を参照されたい。この曲線はコサイン曲線に類似し、クランクリンク機構によって定義される。図２は単に図１と比較するためのものである。
図３：Ｚｈｏｕエンジンの実施例Ａの総組立図。実施例Ａの部品を図４〜８に示す。
それらの部品は上記の表３に示す。本図内の符号の意味を以下の表（表３．１）に示す。

このＺｈｏｕエンジンは、１つのパワーカム（３Ｂ）と、２つの外殻（３Ｃ）と、５対のシリンダ（３Ｄ）と、５対のピストン（３Ｅ）と、４０の歯付きローラアレイ（３Ｆ）と、シリンダヘッド、弁タイミング機構、燃料供給系統、および点火系統のセット（３Ｓ）と、を備える。Ｚｈｏｕエンジンは、以下の３つの特徴を有する。
（ａ）ピストン（３Ｅ）は、同軸線上で、まさに逆方向の運動を行うように対で動作する。
（ｂ）１つのパワーカム（３Ｂ）が、パワーカムのトラックとピストン（３Ｅ）に搭載されるホイールによってすべてのピストン（３Ｅ）を駆動するが、その逆も成り立つ。
（ｃ）ピストン（３Ｅ）は往復運動し、シリンダ（３Ｄ）と歯付きローラアレイ（３Ｆ）によって制限される。
シリンダヘッド、弁タイミング機構、燃料供給系統、点火系統のセットは必須であるが、本図には示さず、従来通りに設計することができる。これは、一部のラジアルエンジンに類似する。違いは、弁と燃料ポンプを駆動するカムにある。カムは、このＺｈｏｕエンジンの主軸（３Ｇ）に直接固定することができる。吸気弁は吸気行程で開放され、他の期間では閉鎖される。排気弁は排気行程で開放され、他の期間では閉鎖される。燃料噴射は燃焼期間（１Ｑ）に開始され、次いで必要に応じて火花点火が実行される。吸気弁、排気弁、燃料噴射、火花点火は、従来の４行程エンジンと同様に動作する。
Ｚｈｏｕエンジンは、任意数のシリンダ（３Ｄ）で設計することができる。
図４：実施例Ａのパワーカム（３Ｂ）。符号の意味は以下の表（表４）に示す。

パワーカム（３Ｂ）のトラック（４Ｃ）の曲率は、Ｚｈｏｕエンジンのピストントップ運動曲線（図１の１Ｈ）に応じて設計される。パワーカム（３Ｂ）の回転中、ピストン（３Ｅ）は、ピストントップ運動曲線（図１の１Ｈ）をたどって往復運動し（４Ｄ）、反復し続ける。このパワーカム（３Ｂ）は一巡毎に２つの作業サイクルを有し、それに応じてピストン（３Ｅ）が対に設定されて、エンジンの振動を排除する。
このＺｈｏｕエンジンの振動は、一巡毎の作業サイクルの数を２つ以上に特定することによって排除することができる。しかしながら、その数が３つ以上である場合、このＺｈｏｕエンジンの固体の機械的パラメータは悪化する。
実施例Ａは１つのパワーカム（３Ｂ）を要する。
図５：実施例Ａの外殻（３Ｃ）。符号の意味は以下の表（表５）に示す。
この外殻は、２０の歯付きトラック（３Ｒ）、１つの軸孔（５Ｂ）、１０の貫通孔（５Ｃ）、１０の孔（５Ｄ）を有する。各歯付きトラック（３Ｒ）は、１つの支持面（３Ｍ）と１列に並んだ多数の歯（３Ｎ）とを有する。
実施例Ａは２つの外殻（３Ｃ）を要する。
図６：実施例Ａのピストン（３Ｅ）。符号の意味を以下の表（表６）に示す。
このピストン（３Ｅ）は、１つの大ホイール（６Ａ）、２つの小ホイール（６Ｂ）、４つの歯付きトラック（３Ｑ）を備える。各歯付きトラックは、１列に並ぶ多数の歯（３Ｋ）と１つの支持面（３Ｊ）を有する。
実施例Ａは５対のピストン（３Ｅ）を要する。
図７：実施例Ａのシリンダ（３Ｄ）。符号の意味を表７に示す。
実施例Ａは５対のシリンダ（３Ｄ）を要する。
図８：実施例Ａの歯付きローラアレイ（３Ｆ）と実施例Ａの歯付きローラ（３Ｉ）。符号の意味は以下の表（表８）に示す。
歯付きローラアレイ（３Ｆ）では、ケージ（３Ｌ）が多数の歯付きローラ（３Ｉ）を制限し同期化する。歯付きローラは１つの支持面（８Ａ）と多数の歯（８Ｂ）を有する。あるいは、歯付きローラ（３Ｉ）はローラだが、歯（８Ｂ）を有する。動作中、同期化される歯付きローラ（３Ｉ）は、外殻（３Ｒ）の歯付きトラックとピストン（３Ｑ）の歯付きトラックとの間を転動し、歯（８Ｂ、３Ｋ、３Ｎ）を噛み合わせる。
実施例Ａは４０の歯付きローラアレイを要する。
図９：Ｚｈｏｕエンジンの実施例Ｂの総組立図本図の符号の意味を以下の表９に示す。実施例Ｂの主要部品は図１０〜１３に示し、以下の表９．１に列挙する。
このＺｈｏｕエンジンは、３対のピストン（９Ｄ）、２つの外殻（９Ｂ）、１つのパワーカム（９Ｃ）、１２の歯付きローラアレイＡ（９Ｅ）、１２の歯付きローラＢ（９Ｆ）を備える。シリンダ（９Ｌ）の数はピストン（９Ｄ）の数と等しい。このエンジンは、以下の３つの特徴を有する。
（ａ）ピストン（９Ｄ）は、同軸線上で、真逆方向の運動を行うように対で動作する。
（ｂ）１つのパワーカム（９Ｃ）が、パワーカムのトラックとピストンに搭載されるホイールによってすべてのピストン（９Ｄ）を駆動するが、その逆も成り立つ。
（ｃ）各ピストン（９Ｄ）は往復運動し、シリンダ（９Ｌ）と歯付きローラアレイ（９Ｅ、９Ｆ）によって制限される。
シリンダヘッド（９Ｑ）、弁（９Ｏ、９Ｐ）始動機構、燃料供給系統、点火系統は従来通り設計することができる。吸気弁（９Ｏ）は吸気行程（１Ｏ）で開放され、他の期間では閉鎖され、カム（９Ｎ）によって駆動される。排気弁（９Ｐ）は排気行程（１Ｓ）で開放され、他の期間では閉鎖され、カム（９Ｎ）によって駆動される。燃料噴射は燃焼期間（１Ｑ）に開始され、次いで必要に応じて火花点火が実行される。吸気弁（９Ｏ）、排気弁（９Ｐ）、燃料噴射、火花点火は従来の４行程エンジンと同様に動作する。カム（９Ｎ）はパワーカム（９Ｃ）の主軸（９Ｇ）に直接固定され、パワーカム（９Ｃ）の回転に同期する。
Ｚｈｏｕエンジンは任意数のピストン（またはシリンダ）を有することができる。
図１０：実施例Ｂの外殻（９Ｂ）。本図内の符号の意味は以下の表１０に示す。
この外殻（９Ｂ）は、３つのシリンダ（９Ｌ）、１２の歯付きトラック（９Ｕ）、６つの貫通孔（１０Ｃ）、３つの孔（１０Ｄ）を備える。各歯付きトラックは１つの支持面（１０Ｂ）と、１列に並んだ多数の歯（１０Ｅ）とを有する。
実施例Ｂは２つの外殻（９Ｂ）を要する。
図１１：実施例Ｂのパワーカム（９Ｃ）。本図内の符号の意味は以下の表（表１１）に示す。

パワーカム（９Ｃ）のトラック（１１Ｂ）の曲率は、ピストントップ運動曲線（図１の１Ｈ）にしたがい設計される。パワーカム（９Ｃ）の回転中、ピストン（９Ｄ）は、ピストントップ運動曲線（図１の１Ｈ）をたどって往復運動し（１１Ｅ）、反復し続ける。トラック（１１Ｂ）は、ピストン（９Ｄ）のホイールがそれに沿って転動するためのものである。トラックはピストン対に対応して対称的であり、エンジンの振動を排除する。
実施例Ｂは１つのパワーカム（９Ｃ）を要する。
図１２：実施例Ｂのピストン（９Ｄ）。本図内の符号の意味は表１２に示す。

このピストン（９Ｄ）は、１つの大ホイール（９Ｈ）、１つの小ホイール（１２Ａ）、４つの歯付きトラック（９Ｖ）を有する。各ホイール（９Ｈまたは１２Ａ）はベアリング（１２Ｂ）を有する。ベアリング（１２Ｂ）はテーパローラベアリングである。各歯付きトラック（９Ｖ）は、歯付きローラアレイ（９Ｅまたは９Ｆ）がそれに沿って転動するために、１つの支持面（１２Ｃ）と１列に並んだ多数の歯（１２Ｄ）とを有する。
実施例Ｂは３対のピストン（９Ｄ）を要する。
図１３：実施例Ｂの歯付きローラアレイＡ（９Ｅ）、歯付きローラアレイＢ（９Ｆ）、歯付きローラ（１３Ａ）。本図内の符号の意味は以下の表（表１３）に示す。

各歯付きローラアレイＡ（９Ｅ）は、１つのケージＡ（１３Ｂ）と多数の歯付きローラ（１３Ａ）を有する。各歯付きローラアレイＢ（９Ｆ）は、１つのケージＢ（１３Ｃ）と多数の歯付きローラ（１３Ａ）を有する。各歯付きローラ（１３Ａ）は１つの支持面（１３Ｅ）と多数の歯（１３Ｄ）を有する。
実施例Ｂは、１２の歯付きローラアレイＡ（９Ｅ）と１２の歯付きローラアレイＢ（９Ｆ）を要する。
図１４：図１４〜１６に示す実施例Ｃは、多段動圧縮機およびタービンと共に動作するＺｈｏｕエンジンの装置である。あるいは、実施例Ｃは、ガスタービンの燃焼室として機能し、追加の作業も行うＺｈｏｕエンジンを示す。
図１４は、実施例ＣのｐＶ図を示し、Ｚｈｏｕエンジンに適合する。
以下の数式中の符号の意味は上記の表１４に示す。
基本的推定：作業物体は空気であり、理想的な気体であり、断熱指数は１．４である。ｐ、Ｔ、Ｖ、Ｆの初期値は上記の表１４に示す。このエンジンの圧縮比は２０である。燃焼の最高温度は２５００Ｋに制限される。
当然ながら、ＦはＶに比例する。
上記に基づき、このｐＶ図（圧力体積図）を図１４に示す。このｐＶ図は縮尺拡大図である。
図１４〜１６の符号の意味は表１４．１に示す。吸気行程は１４Ｉ、排気行程は１４Ｊであり、それらは図示しない。
このｐＶ図では、燃焼期間（１４Ｂ）中の吸収熱は１．４７９６＊Ｖ１（ＭＪ）であり、総作業量１．１００６＊Ｖ１（ＭＪ）を生成し、熱効率は７４％である。このｐＶ図が示すように、圧縮比はディーゼルエンジンと同じであり、燃焼工程はオットーエンジンと同じであり、膨張行程は完全膨張を有するタービンに幾分類似する。
これらの点１４Ｅ、１４Ｆ、１４Ｈは、多段動圧縮機およびタービンを有するＺｈｏｕエンジンの接合点である。
図１５：Ｚｈｏｕエンジン（１５Ｇ）である実施例Ｃは、多段動圧縮機（１５Ｂ）およびタービン（１５Ｃ）と協働する。
数式内の符号の意味は上記の表１４に示す。
本図の符号の意味は上記の表１４．１に示す。
本図では、装置は、２つの出力軸、すなわち、一方はＺｈｏｕエンジン（１５Ｆ）の軸、他方はタービン（１５Ｄ）の軸を有することができる。あるいは、Ｚｈｏｕエンジン（１５Ｇ）はガスタービンの燃焼室として機能するが、大きな追加の出力を有する。Ｚｈｏｕエンジンのガス流挙動が重要であり、図１６に示す。
汚染を低減するため、触媒排気浄化装置（１５Ｅ）がＺｈｏｕエンジン（１５Ｇ）とタービン（１５Ｃ）との間に配置されて、浄化装置（１５Ｅ）の作業温度要件を満たす。
図１６：実施例ＣのＺｈｏｕエンジン（１５Ｇ）のピストントップ運動曲線（１Ｈ）。
数式内の符号の意味は上記の表１４に示す。
本図内の符号の意味を上記表１４．１に示す。
このＺｈｏｕエンジン（１５Ｇ）は５対のピストンを有し、吸気行程と排気行程はそれぞれサイクル時間の４分の１（Ｃ／４）を占める。つまり、各対の吸気行程は他の対と部分的に重複し、排気行程でも同じである。以下はその理由である。
（ａ）吸気行程内の曲線は３つのセグメント−ｓ１（ｔ）、ｓ（ｔ）、ｓ２（ｔ）−に分割され、それぞれが異なる時間間隔を閉める。次に、これらの３つのセグメントの関数は、式（１）によって求められる：
このピストン対がｓ１（ｔ）およびｔ∈［０，０．０５＊Ｃ］で動作する一方、先のピストン対は２（ｔ）で動作する。これらの作業は重複し、位相差は０．２＊Ｃである。したがって、吸気流量Ｆ（ｔ）：
このピストン対がｓ（ｔ）およびｔ∈［０．０５＊Ｃ，０．２＊Ｃ］で動作し、単独で動作する間、吸気流量Ｆ（ｔ）：
このピストン対がｓ２（ｔ）およびｔ∈［０．２＊Ｃ，０．２５＊Ｃ］で動作する一方、次のピストン対はｓ１（ｔ）で動作し、それらの作業は重複し、位相差は０．２＊Ｃである。あるいは、Ｆ（ｔ）は次のピストン対で式（２）を反復する。次いで、パワーカムの回転中、次のピストン対に視点を向け、式（２）および式（３）を反復する。
よって、式（２）および式（３）のプロセスは、パワーカムの回転中、交替と反復を継続する。
したがって、Ｆ（ｔ）は常に１６４．８０／Ｃ＊Ａに等しく一定である。それ故、このＺｈｏｕエンジン（１５Ｇ）の吸気流量Ｆ（ｔ）は非常に安定しており、脈動はなく、多段動圧縮機に完全に合致させることができる。この吸気流は従来の４行程エンジンの吸気流と大幅に異なる。
よって、以下の結論を導き出すことができる：式（１）でのいかなるピストン運動でも、位置と速度は連続的であり、加速の絶対値は最小である。ここでは推定プロセスは省略する。
（ｂ）上記の分析プロセスによると、排気行程内の曲線は３つのセグメント−ｅ１（ｔ）、ｅ（ｔ）、ｅ２（ｔ）−に分解され、それぞれが異なる時間間隔を占める。次に、これらの３つのセグメントの関数は、式（４）によって求められる：
上記（ａ）項によると、このエンジン（１５Ｇ）の総排気流量Ｆ（ｔ）は非常に安定的であり、脈動はないと推定することができる。ここでは推定プロセスは省略する。
よって、以下の結論を導き出すことができる。式（４）でのいかなるピストン運動でも、位置と速度は連続的であり、加速の絶対値は最小である。ここでは推定プロセスは省略する。
したがって、このＺｈｏｕエンジン（１５Ｇ）からの排気ガス流はタービンを駆動するのに適し、従来の４行程エンジンからの排気ガス流と大幅に異なる。
（ａ）および（ｂ）項によると、Ｚｈｏｕエンジンは、ガスタービンの良好な燃焼室とすることができる。しかも、元の出力よりもずっと大きな追加の出力（１５Ｆ）を有する。
なお、ｓ１（ｔ）、ｓ（ｔ）、ｓ２（ｔ）、ｅ１（ｔ）、ｅ（ｔ）、ｅ２（ｔ）はすべて正確な関数である。
（ｃ）Ｚｈｏｕエンジンは、圧縮機（図１５の１５Ｂ）からの吸気のため、このＺｈｏｕエンジンではごく小量の作業量（１４Ｅ）Ｖ＝０．１＊Ｖ１（従来はＶ＝Ｖ１）しか必要としない。よって、総エンジン体積を低減することができる。
（ｄ）図１５および１６の１４Ｈに着目すると、このＺｈｏｕエンジン（１５Ｇ）は、タービン（１５Ｃ）を駆動するため排気中に大きな動力を保持する。第１に、動力はタービンによって使い尽くされ、廃棄物を発生しない。第２に、このＺｈｏｕエンジンの作業量は、総作業サイクルにおいて必要とされる最大作業量であるＶ＝０．３０１３＊Ｖ１（１４Ｈ、従来はＶ＝Ｖ１）まで低減される。したがって、このＺｈｏｕエンジンの体積は元の体積の約０．３０１３倍まで低減させることができる。
１４Ｈのパラメータを選択するため、触媒排気浄化装置（図１５の１５Ｅ）、タービン（１５Ｃ）の高温抵抗、出力マッチングなどを検討しなければならない。１４Ｈのパラメータの代わりに１４Ｆのパラメータ（図１４ではｐ＝２．８６３、Ｖ＝０．１８９９＊Ｖ１、Ｔ＝１４６６）を使用する場合、エンジン体積はさらに小さくなるが、タービン（１５Ｃ）は１４６６Ｋという高温に耐えなければならない。１４Ｈおよび１４ＦのパラメータとＴｅｘｔｒｏｎ Ｌｙｃｏｍｉｎｇ社製ＡＧＴ１５００ターボシャフト（インターネットを参照）のタービンの開始パラメータとを比較すると、前者の方が明らかに優れている。
従来、ガスタービンの熱効率を向上させるため、圧縮比を高める、および／または高温ガス温度を高めることができる。しかしながら、高温ガス温度は非常に難しい部分である。そこで、我々は、Ｚｈｏｕエンジンを燃焼室として使用し、ガスタービンに適合するように排気温度を適切に選択することができる。シリンダおよびタービンには温度限界があるため、シリンダの温度限界はタービンの温度限界よりもずっと高い。したがって、我々は、高温に耐えるＺｈｏｕエンジン（１５Ｇ）のシリンダを使用して、装置の総熱効率を向上させる。
（ｅ）（ｃ）および（ｄ）項に示すように、このＺｈｏｕエンジンでは少ない作業量しか必要としない。つまり、エンジンの体積が大幅に低減されるだけでなく、それに応じて定格速度を大幅に向上させることができる。これにより、装置全体の出力密度がさらに向上する。
（ｆ）本例での分析を簡易化するため、図１４および１６の１４Ｂでは定容燃焼である。Ｚｈｏｕエンジンでは、定容燃焼、等温燃焼、等圧燃焼、またはそれら３つの燃焼の組み合わせなどのいくつかの燃焼状態を選択することができる。持続可能な高圧境界または持続可能な高温境界で燃焼工程を持続させる場合、高い熱効率が得られるはずである。Ｚｈｏｕエンジンにおいては、上記境界でできる限り燃焼工程を持続させることができる。
（ｇ）本例での分析を簡易化するため、図１５の多段動圧縮機（１５Ｂ）、図１４の１４Ｇでは断熱圧縮である。従来、多段動圧縮機（１５Ｂ）の中間冷却を適切に選択する場合、高い熱効率が得られるはずである。
図１７：５つの図面である図１８〜２２を含むパワーカム機構の概略図。これらの図面内の符号の意味を以下の表１８に示す。
図１８：パワーカム機構（１８Ａ）。本図内の符号の意味を以下の表１８に示す。
このパワーカム機構（１８Ａ）は、１つのパワーカム（３Ｂ）、１つの従動子（１８Ｃ）、１つのケーシング（１８Ｄ）、４つの歯付きローラアレイ（１８Ｅ）を備える。パワーカム（３Ｂ）は、３つのトラック（１８Ｇ）と１つの軸（１８Ｂ）を有する。従動子（１８Ｃ）は、３つのホイール（１９Ａ、１９Ｆ）と４つの歯付きトラック（１８Ｉ）を有する。ケーシング（１８Ｄ）は固定的であり、４つの歯付きトラック（１８Ｊ）を有する。各歯付きローラアレイ（１８Ｅ）は、制限および同期化される多数の歯付きローラ（２０Ｆ、２１Ｆ）を有する。
歯付きローラアレイとそれに対応する歯付きトラックの２例がある。それらの例を図２０と図２１にそれぞれ示す。それらは択一的に使用する方がよい。
図１９：Ａ１−Ａ１に沿った切断図。本図内の符号の意味は上記表１８に示す。
図２０：単独の円形歯（２０Ｆ）とそれに対応する歯付きトラックとを有する歯付きローラのＢ１−Ｂ１に沿った切断図、細部Ｆ１、２０Ｆ（切断図）、Ｄ１−Ｄ１に沿った切断図。本図および図２１は択一的に使用する方がよい。本図内の符号の意味は上記表１８に示す。
本図では、歯付きローラアレイ（１８Ｅ）では、ケージ（２０Ｅ）が多数の歯付きローラ（２０Ｆ）を制限し、同期化する。各歯付きローラ（２０Ｆ）は１つの支持面（２０Ｈ）と、円形に並んだ多数の歯（２０Ｇ）とを有する。したがって、従動子（１８Ｉ）の歯付きトラックは１つの支持面（２０Ｂ）と、１列に並んだ多数の歯（２０Ａ）を有する。ケーシング（１８Ｊ）の歯付きトラックは１つの支持面（２０Ｄ）と、１列に並んだ多数の歯（２０Ｃ）を有する。動作中、同期化される歯付きローラアレイ（２０Ｆ）は、従動子（１８Ｉ）の歯付きトラックとケーシング（１８Ｊ）の歯付きトラックとの間で転動し、支持面（２０Ｈ、２０Ｂ、２０Ｄ）の接触で法線力に耐え、歯（２０Ｇ、２０Ａ、２０Ｃ）を噛み合わせて、歯付きローラ（２０Ｆ）を常に適切な位置に保って摺動を防止する。
図２１：２つの円形歯（２１Ｆ）を有する歯付きローラと、それに対応する歯付きトラックとを示す、Ｂ１−Ｂ１に沿った切断図、細部Ｆ１、２１Ｆ（切断図）、Ｅ１−Ｅ１に沿った切断図。本図および図２０は択一的に使用する方がよい。本図内の符号の意味は上記表１８に示す。
本図では、歯付きローラアレイ（１８Ｅ）では、多数の歯付きローラ（２１Ｆ）が、従動子（１８Ｉ）の歯付きトラックとケーシング（１８Ｊ）の歯付きトラックによって制限および同期化される。各歯付きローラ（２１Ｆ）は、１つの支持面（２１Ｈ）と２円に並んだ多数の歯（２１Ｇ）を有する。したがって、従動子（１８Ｉ）の歯付きトラックは、１つの支持面（２１Ｂ）と、２円に並んだ多数の歯（２１Ａ）を有する。ケーシング（１８Ｊ）の歯付きトラックは、１つの支持面（２１Ｄ）と、２円に並んだ多数の歯（２１Ｃ）を有する。動作中、同期化される歯付きローラアレイ（２１Ｆ）は、従動子（１８Ｉ）の歯付きトラックとケーシング（１８Ｊ）の歯付きトラックとの間で転動し、支持面（２１Ｈ、２１Ｂ、２１Ｄ）の接触で法線力に耐え、歯（２１Ａ、２１Ｃ、２１Ｇ）を噛み合わせて（２０Ｉ、２０Ｊ）、歯付きローラ（２１Ｆ）を常に適切な位置に保って摺動を防止する。
図２２：Ｃ１−Ｃ１に沿った切断図。本図内の符号の意味は上記表１８に示す。
本図および図１９は、従動子（１８Ｃ）のホイール（１９Ａ、１９Ｆ）とパワーカム（３Ｂ）のトラック（１８Ｇ）を示す。従動子（１８Ｃ）のホイールＡ（１９Ａ）は、１つの支持面（１９Ｂ）と円形に並んだ多数の歯（１９Ｃ）とを有する。従動子（１８Ｃ）のホイールＢ（１９Ｆ）は、１つの支持面（１９Ｇ）と円形に並んだ多数の歯（１９Ｈ）を有する。したがって、パワーカム（３Ｂ）の各トラック（１８Ｇ）は１つの支持面（１９Ｊ）と多数の歯（１９Ｋ）を有する。それらは動作中、支持面（１９Ｂ、１９Ｇ、１９Ｊ）の接触で法線力に耐え、歯（１９Ｃ、１９Ｈ、１９Ｋ）を噛み合わせて（１９Ｍ、１９Ｎ）、ホイール（１９Ａ、１９Ｆ）が速度変更時に摺動するのを防止する。ホイール（１９Ａ、１９Ｆ）は常に、周期的に速度を変換する。
図２３：本図は要約を伴い、図１６の簡略図である。符号の意味は上記の表１４および１４．１に示す。

Claims (16)

  1. 複数のシリンダと複数の歯付きトラックとを有する２つの外殻と、
    複数のピストンであって、前記複数のピストンのそれぞれが前記複数のシリンダのうちの１つの内側で移動するように構成され、前記各ピストンが複数の歯付きトラックと複数のホイールとを有する、複数のピストンと、
    複数の歯付きローラアレイであって、前記各歯付きローラアレイが前記ピストンの前記歯付きトラックのうちの１つと前記外殻の前記歯付きトラックのうちの１つとの間で転動し、噛み合うように構成されている、複数の歯付きローラアレイと、
    複数のトラックを有するパワーカムであって、前記パワーカムが前記ピストンの前記ホイールおよび前記パワーカムの前記トラックを介して前記ピストンを駆動するように、そしてピストンの運動をピストントップ運動曲線（１Ｈ）に沿って移動させるように構成されている、パワーカムと、
    複数のシリンダヘッドと、
    弁タイミング機構と、
    燃料供給系統と、
    点火系統と、を備える、エンジン。
  2. 前記エンジンの作業サイクルは、前記パワーカムの１回転またはそれより少ない回転、および１回の熱力学サイクルの間に、５つの異なる作業工程を完了し、５つの異なる作業工程は、吸気行程、圧縮行程、燃焼期間、膨張行程、および排気行程である、請求項１に記載のエンジン
  3. 前記１つの外殻は、さらに、前記パワーカムを搭載および回転させる１つの軸孔を有し、設置のための複数の孔を有する、請求項１に記載のエンジン。
  4. 前記複数のシリンダが対に設定され、前記複数のシリンダの各対が同じ軸線上に位置し、その結果、前記シリンダ対内の前記２つのピストンが互いに真反対に運動するように構成される、請求項１に記載のエンジン。
  5. 前記各歯付きローラアレイの歯付きローラ（図１３の１３Ａ）は、制限され同期されている、請求項１に記載のエンジン。
  6. 前記パワーカムの前記複数のトラックは、各作業工程が異なる継続期間を有する、および／または、各行程が異なる長さを有するように、前記ピストンがたどるピストントップ運動曲線（１Ｈ）により設計および製造され、セクションごとに最適化することができる、請求項２に記載のエンジン。
  7. 前記パワーカムは、前記複数のピストンのすべてを駆動し、その逆も成り立つ、請求項１に記載のエンジン。
  8. 前記エンジンは内燃機関である、請求項１に記載のエンジン。
  9. 燃焼室を備えるガスタービンであって、前記燃焼室が請求項１に記載のエンジン（図１５）である、ガスタービン。
  10. 複数のトラックを有するパワーカムと、
    複数の歯付きトラックと複数のホイールとを有し、前記複数のホイールが前記パワーカムの軌道をたどるように構成される従動子と、
    複数の歯付きトラックを有するケーシングと、
    複数の歯付きローラアレイと、を備え、
    前記複数の歯付きローラアレイは、それぞれ前記従動子の前記歯付きトラックのうちの１つと前記ケーシングの前記歯付きトラックのうちの１つとの間で転動し、噛み合うように構成されている、パワーカム機構。
  11. 前記複数の歯付きローラアレイのそれぞれの歯付きローラ（図２０の２０Ｆ、図２１の２１Ｆ）は、制限され同期されている、請求項１０に記載のパワーカム機構。
  12. 前記複数の歯付きトラック（１８Ｉ、１８Ｊ）は、それぞれ支持面と複数の歯とを有する、請求項１０に記載のパワーカム機構。
  13. 前記複数の歯付きローラは、それぞれ支持面と複数の歯とを有する、請求項１０に記載のパワーカム機構。
  14. 前記複数の歯付きローラは、それらの前記支持面を前記歯付きトラックの前記支持面に接触することで法線力に耐えるように構成されている、請求項１０に記載のパワーカム機構。
  15. 前記従動子の前記複数のホイールは歯を有し、前記パワーカムの前記複数のトラックはそれに応じて歯を有する、請求項１０に記載のパワーカム機構。
  16. 前記従動子の前記歯付きトラックの歯、前記歯付きローラの歯、前記ケーシングの前記歯付きトラックの歯、前記従動子の前記ホイールの歯、および前記パワーカムの前記トラックの歯は、インボリュートプロファイルを有する、請求項１０に記載のパワーカム機構。
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