JPS6069201A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は内燃機関に関する。しかし、この明細書の開
示から明らかなように、この明細書で説明する内燃機関
は、コンプレッサとしても使用できるものである。従っ
て、この明細書で使用する「エンジン」という用語は、
必ずしも内燃機関に限定されるものではなく、場合によ
っては、コンプレッサを含むことができるものである。

〔従来の技術〕

従来よ多種々の内燃機関が原動機として用いられてきた
が、それらの機関部分は寿命が短かいのである。その主
な理由は、燃焼中に機関が遭遇する大きな応力によるも
のである。この大きな応力は、クランクシャフトからす
べての部分に伝えられ、その結果、極端な振動や、つい
には故障となっている。　。

また、従来の内燃機関では、ピストンが大きなスカート
領域を備えていて、これが連結シリンダがピストンに加
える側圧を吸収している。この大きなスカート領域は、
流体被膜潤滑機構内での粘性力によるピストンの非常な
摩擦損失の原因にもなっている。

〔問題を解決するための手段〕

この発明の内燃機関は、シリンダ内に往復可動の少なく
とも一個のピストンを有し、ピストンをその行程の一終
端で休止きせる機構を備えている。

ピストンは、その行程の内終端で休止させることもでき
るが、その場合、休止期間は等しい期間であるか、ある
いは、等しくない期間である。

この発明の内燃機関は、また、静止シリンダと、前記シ
リンダ内で往復可動のピストンと、計量供給される可燃
性流体を燃焼がおこシ得るように前記シリンダに導入す
る機構とから成り、前記機構がシリンダに関連しピスト
ンの運動路に実質的に垂直な平面において可動な燃料供
給部材を備えているので、可燃性流体は前記部材が前記
シリンダを横切るにつれて制御されてシリンダに導入さ
れるようになっている。

前記ピストンは、複動ピストンとすることができ、前記
可動性燃料供給部材がシリンダの各端にそれぞれ一個備
えられている。

また、この発明の内燃機関は、シリンダ内において往復
可動な少なくとも一個のピストンから成り、前記ピスト
ンはカム機構によって中空形状の回転部材と相互連結し
、前記カム機構は前記回転部材によって支えられ、ピス
トンの往復運動が前記回転部材を回転させ、補助機構が
前記回転部材の回転を増加させ、前記補助機構が閉回路
加圧蒸気系統を備え、前記系統が中空回転部材内に配設
されていて前記部材と相互連結しているエキスパンダを
含んでおシ、前記エキスパンダ内の蒸気の膨張で得らｔ
また機械エネルギーが前記回転部材に加えられるように
なっている。前記中空回転部材の内部は前記蒸気エキス
パンダの一部から成ることが好ましい。前記中空回転部
材は軸を内蔵し、前記軸は前記回転部材によって輪状チ
ャンバを限定し、中空回転部材とそのなかに配設されて
いる前記軸が実質的に平行な二本の軸のまわシを同一方
向に互いに偏心的に回転し、密閉機構が前記回転部材と
軸に協力し、前記回転部材と軸が偏心的に回転するにつ
れて前記チャンバを比較的高圧領域及び比較的低圧領域
にするようになっている。

更に、この発明のコンプレッサ形の機関は、静止シリン
ダと、前記シリンダ内で往復可動のピストンと、前記シ
リンダの一端に圧入される空気流を制御する空気制御機
構とから成り、前記機構はピストンの運動路に実質的に
垂直な平面において可動な部材と開口を備えていて、前
記開口が前記シリンダ端と整合したとき前記開口を介し
て空気がシリンダに流入し得るようになっている。前記
ピストンは、複動ピストンとすることができ、二個のそ
のような開口部材は前記シリンダの各端に一個づつ備え
ることができる。前記ピストンは、回転部材とカム機構
によって相互連結しており、前記カム機構は前記回転部
材に支えられているので、回転部材の回転が前記ピスト
ンを往復運動させ、前記開口部材が前記回転部材ととも
に回転するようにその回転部材に支えられている。

〔作用〕

従来の内燃機関の応力が大きいことが一つの欠点となっ
ているが、この発明の内燃機関の応カバターンは、従来
のものと全く異っている。すなわち、回転部材の相対す
る端において二個の回転シリンダカバープレートが高い
燃焼力を、エンジン本体を介してではなく回転部材を介
して軸方向に伝える。この結果、回転部材内の自己つり
あい応カバターンとなる。すなわち、応カバターンは加
えられた力の正確なつりあいをとっている。従って、エ
ンジン本体には応力は実質的には伝わらないのである。

回転部材は、その支持体上に浮いたような形になってい
るので、強い荷重を受けない。

また、従来の内燃機関では、ピストンが大きなスカート
領域を備えていて、これが摩擦損失の原因となっている
が、この発明の内燃機関では、複動ピストンが排気口と
排気口の間の流体被膜潤滑の帯で、より一層冷たい領域
内で支えられている。

従って、この領域には、空気被膜潤滑及び／または直線
運動軸受の使用が可能となっている。単シリンダ内燃機
関とすることも可能である。

〔実施例〕

第１図は、圧縮点火タイプの内燃機関１を示す。

内燃機関１は定容・熱添加サイクルで作動する２サイク
ル断熱式エンジンである。内燃機関１はランキン（Ｒａ
ｎｋｉｎｅ　）ボトミング・コンパウンドサイクル操作
が発生する機構を備える。

前記“定容・熱添加１という用語は、実質的な熱量が燃
焼空気に放出され一方該空気が実質的に定容量で保持さ
れるということを意味する。

内燃機関１　（以下１エンジン智と言う）は中心縦軸３
の周囲の円内に配設した１２の等間隔に配備したシリン
ダー２を具えた筒体である。シリンダー２の垂直軸は縦
軸３に平行している。

エンジン本体４は二つの部分４ａｌ　４ｂに形成され、
第４図に示す通りナツト５とボルト６により取外可能に
固着されている。ボルト６は本体の４ａの部分に固着さ
れ、他の４ｂの部分に形成された孔に伸びる。排気口８
の上下のリングは本体の４ａ、４ｂの部分に形成されて
いる。

シリンダー２は本体４に形成されている。すなわち、本
体の各部に６個のシリンダーが存在する。

各シリンダー２はその中で往復動するピストン１０を備
える。ピストン１０は２重端部式で、燃焼スペース１１
が各端部に形成されている。第４図に示す通り、平面図
を広げた状態の燃焼スペース１１は、−ピストン運動の
通路から見た場合−弓形である。すなわち円弧の共通の
中心はエンジン１の中心軸３に配置している。ピストン
１０はピストンリング１２を備える。

エンジン１は中心出力軸１５を有し、その縦軸は中心軸
３と共通している。出力軸１５は第８図に示す通り回転
駆動部材１６の一体形成の延伸部である。

回転部材１６は上下シリンダーカバープレート１８間に
配設した駆動カム１７を支持する。回転部材１６はエン
ジン本体４内で回転自在である。

すなわち、ラビリンスシールが本体４とカバー１８のそ
れぞれに形成した周囲スロットにより提供される。また
、ラビリンスシールは本体４と回転部材１６にそれぞれ
形成した周面スロワ）２１．２２により提供される。放
射方向に配設したシール部材２３（第２，３図参照）は
シリンダーの対向端に配設されている。シリンダーカバ
ープレート１８はピストン運動の通路に事実上垂直に位
置した面で回転するような構成としている。

各ピストン１０は中央切開部２５を有し、その中に一対
の軸方向にスペースをとるローラ２６が配設されている
。全てのピストンのローラ２６はカム１７の上下表面に
係合し、それによりピストン１０がシリンダー２内で往
復動するに従い、カム１７が次には回転部材１６が回転
し、駆動軸１５にトルクを生成せしめる。

カム１７は後記するような特殊な形状をもち、ピストン
１０をそのストロークの対向端で静止するようにする。

静止角はストロークの両端で実質的に等しい。静止角の
間隔は回転部材１６の回転の１０°から２０？までの間
である。

環状溝３０が回転部材１６内に形成されている。

この環状溝は断面円形の中央盲端陥没部３１から半径方
向にスペースをとっている。陥没部３１と１１− 溝３０は回転部材１６と同軸のスリーブ２９により互い
に分割されている。（第１８図を見よ）羽根３２のリブ
はスリーブ２９の壁面から半径方向内部に延伸し、更に
陥没部３１の全深部に対し縦方向下方に延伸する。スロ
ット３３は羽根３２のすぐ隣りのスリーブ２９の壁面に
形成されている。

スロット３３は羽根３２に沿って縦方向に延伸し、陥没
部３１と環状溝３０間の連絡をもたらす開口部としての
機能を果す。

羽根３２はロッド状のシール部材３５に形成した協働ス
ロット３４内に延伸し、中空回転部材１６内に配設して
いる中間軸３７に形成したスロット３６（第４図）によ
り相関的に回動する構成としている。軸３７は内部軸３
９を位置ずける中実軸方向の空胴部３８を備える。軸３
７内に形成した縦スロット４０は空胴部３８と陥没部３
１との連絡を可能にする開口部を形成している。内部軸
３９の下端部は軸受４１を介し駆動部材１６により支持
されている。中間軸３７とスリーブ２９は共に環状チャ
ンバー４２を形成している。（第１２図’−１２− 乃至第１５図）明かな点は、ここで使用される用語１環
状１とは、環状チャンバー４２の幅が均一でないので厳
密な意味に解釈されるべきではない。

嵌合長径の羽根３２とそれと係合する長径のシール部材
３５は回転部材１６と軸３７と協働するシール機構を形
成し、チャンバー４２を比較的高低圧ゾーンに分割する
ようにする。

内部軸３９の縦軸は４５で図示されている。嵌合羽根３
２とシール部材３５は軸に平行に延伸しその周囲で回転
する。内部軸３９はカバープレート４６を支持する。内
部軸３９は固定している。

中間軸３７は内部軸３９の回りで回転自在で、回転部材
１６により羽根３２とシール部材３５を介し駆動される
。

軸３，４５は心違いとなり実質的に互いに平行となる。

軸４５は中間軸３７の縦軸であるので、軸３７は回転部
材１６に対し偏心的に回転自在となる。

中空部５０が内部軸３９に形成されている。軸方向のス
ロット５１は中空部５０と内部軸３９の外面によって区
画された替壁替に形成されている。

中間軸３７の外表面は外側表面に形成したスロット内に
位置した半径方向に延伸するストリップ５２　（第４図
）を支持している。半径方向に可動するストリップ５２
は、その位置するスロット内で、中間軸３７が回転する
と、中間軸３７の隣接部と陥没部３１との間にガスシー
ルを形成するように提供される。

カバープレート４６はねじ成孔６１　（第２．３図）と
−直線の孔６０　（第７図）を具えており、それにより
カバープレート４６はボルト（図示せず）を使ってエン
ジン本体４に取外し自在に固着されている。カバープレ
ート４６に形成された弓形スロワ）６２．６３は空気入
口と蒸気出口それぞれを備える。蒸気出口開口部６３は
回転部材１６に形成した環状溝３０との連絡をもつ。

上下シリンダーカバープレート１Ｂはそれぞれねじ成孔
６６に配設した一対の燃料射出器６５を備える。（第５
．８図）図面では、上部カバー１８の燃料射出器６５の
みが示されている。かくて、カバープレート１８は燃料
供給部材として機能する。

液体燃料の計量供給は、燃料ポンプ６７　（第５図）に
より同時的に４つの全ての射出器６５に送給される。こ
の燃料ポンプは下部シリンダーカバープレート１Ｂに形
成したシリンダースペース６９で往復動し且つピストン
６８により支持されたローラ７１を押すカム７０により
操作可能である。

カム７０は固定しており、下部カバープレート７５の上
面に位置している。カバープレート７５は、カバープレ
ート４６が所定位置に保持されると同じ方法でボルトを
使ってエンジン本体４に取外し可能に固定されている。

そして孔７６はこの目的のためにカバープレート７５内
に形成されている。中央孔７７はカバープレート７５内
に形成され、その中で駆動軸１５を自由に回転可能にし
ている。

下部カバープレート７５の周囲に形成されタ一対の弓状
開口部は、該プレートの上面に形成した弓状スロットと
接続し、給気口８０をもつ構成としている。給気口８０
は下部シリンダーカバープレート１８に形成した空気導
入口８１　（第１図）と−直線になることができる。

空気導入口８１は（第８図の同類の導入口８１は上部シ
リンダーカバープレート１８に形成されている）導入口
８１を流れる空気にうず巻きを与えるよう形成されてい
る。

燃料は下部カバープレート７５内に形成した半径方向に
配設した通路８５（第９図）を介し射出ポンプ６７に供
給されている。

下部カバープレート７５はシリンダースペース９２内に
往復動するピストン９１を備える送給ポンプ９０を収納
している。ピストン９１は駆動軸１５により支持された
カム９４に対し駆動軸と回転するように押圧するローラ
９３を支える。逆止入口９５と出口９６弁（第１図）は
、シリンダースペース９２内での流体の流量を制御する
。駆動軸１５はカム９４内に形成した孔９７に配設され
ている。

駆動軸１５はスターターモータの同期発電機の−１７−
１＋ 回転子１００を支える。（第１，１０図）同期発電機の
固定子１０１はその周囲で下部カバープレート７５に固
定されており、駆動軸１５の自由な回転が出来るように
中央孔１０２を有している。

回転子１００に形成した中央孔１０３は駆動軸１５を挿
入する。

第１７図と第１８図について説明すると、エンジン１は
ランキン・ボトミング・コンパウンド轡サイクル操作シ
ステムを備える。（中間軸３７は第１８図から取除かれ
ている）サイクルは排気口８（第１図）から出るエンジ
ン排気ガス内に存在する熱エネルギーを機械エネルギー
のように回転部材１６に転換することを可能とする。

動作流体としてフレオンを利用するシステムは送給ポン
プ９０を用いる。これは液状の流体を拡張装置１１０、
より具体的には第１１図、１５図のコンデンサー１１１
、再発生器１１２、蒸気発生器１１３に送り込むためで
ある。°環状マニホールド１１４　（第１８図）は上下
の排気口８のリングから出る排気ガスを集める。ファン
装置１１５１８− は矢印１１６に示す通りコンデンサー１１１の熱交換表
面に空気を吹きつけるために使用される。

ファンは軸１１７を介しエンジン１により駆動される。

次に作用について説明するが、簡単にするために、説明
は単一シリンダ／ピストンアセンブリについて行なう。

先づ第１１図について、段階式において、空気／燃料混
合物の燃焼が完了し、ピストン１０は、下降、すなわち
膨張行程がはじまろうとしている。従って、ピストン１
０は、上死点に位置している。

段階旦において、膨張が完了する。引続いてピストン１
０が下降して、関連している排気口８がおおわれないこ
とになる。

段階ｑにおいて、ピストン１０は、引続いて下降する。

殆んどの排気口８が、この段階では、おおわれておらず
、高速排気ガスが排気口を介して逃げ、シリンダ２内に
負圧を生じる。（カデンシー（Ｋａｄｅｎｃｙ）効果）
０ 上記のように、すべての１２個のピストンｌＯの往復運
動が、カム１７に回転力を加えることによって、回転部
材１６を回転させる。

回転部材１６が回転するにつれて、単一の上部シリンダ
のカバープレート１８は、共通軸３の上を同一方向に、
同一速度で、回転する。この回転が、プレート１８の吸
気口８Ｉをシリンダ２の頂部に露出させはじめ、燃焼空
気をシリンダに入れる。従って、シリンダのカバープレ
ート１８は回転シャッターの形となる。

段階ｐにおいて、ピストン１０は、下死点に達する。排
気ガスは、シリンダ２から排気口８を通って、引続いて
、流出し、新鮮な空気を、吸気口８１を介して引き入れ
るが、この段階では、吸気口はシリンダ２の上端の大部
分をおおっていない。

ピストンｌＯは、相当な期間、下死点にあって、排気ガ
スの掃気がおこっている間は、排気口８は全開の状態で
ある。遅延または休止は、駆動軸１５の回転の１５°　
ぐらいである。

段階旦において、ピストン１０はその遅延期間を終了し
、上昇しはじめる。この段階で、吸気口８１は全開して
おシ、シリンダ２の頂部はすっかり露出して空気が流入
している。排気口８は、依然として、開いている。

段階ｆにおいて、ピストン１０は、引続いて、上昇行程
である。排気口は、ピストンの移動によって閉じられて
いるが、吸気口８１＆′ｉ、シリンダ２の頂部をはなれ
て移動していない。運動力によって、空気は、引続いて
確実にシリンダ２に流入する。

段階Ωにおいて、回転シリンダのカバープレート１８は
、シリンダ２の頂部を完全におおっている。ピストンｌ
Ｏの連続上昇運動がシリンダ２内にとらえられた空気を
圧縮しはじめる。

段階旦において、ピストンは上死点にある。シリンダ２
のなかにとらえられた空気は、燃焼室１１（第１図）の
容積まで圧縮される。もう一つの相当な遅延がおこるが
、これも駆動軸の回転の１５°ぐらいである。

インセクタ６５は、シリンダのカバープレート１８とと
もに回転するが　このインセクタが燃焼室１１を横切る
につれて、計量されて供給される燃料を圧縮された空気
のなかに噴射しはじめる。

噴射は、インセクタ６５が燃焼室１１の上を通過してい
る間、続行される。

段階ユにおいて、ピストン１０は、その遅延期間全上死
点で終了する。空気／燃料混合物の燃焼が定量で、かつ
、相当な程度までおこる。ピストンｌＯは、その下降、
作用行程をはじめようとしている。

以上、各シリンダ／ピストンの作動のサイクルを各ピス
トン１０の各端て説明したが、隣接しているシリンダ２
内のピストン１０は、カム１ｔが回転するにつれて、連
続的に上死点に達する。ピストンｌＯが、シリンダ２の
一端に関して上死点にあるときは、シリンダ２の他端に
関しては下死点にある。各ピストン１０の運動は、カム
１１の形状によって制御支配されるが、第８図に示すよ
うに、カム１１は、各ピストンｌＯがカム１１の完全な
回転毎に二つの振動を受けるような形状をしており、そ
の結果、休止期間は、上死点及び下死点の両方において
、カム１７の回転の約１５°（０，５２ラジアン）であ
る。

ピストンの排気ｔ「Ｓ」は、第１６図に示すように、休
止期間が上死点及び下死点において［αＪである場合、
カムの回転角度ｒｌＪに関係がある。

ピストンの排気量ｒｓＪｔｉ、下記の式で表わされる。

Ｓ＝替〔１−ｃｘＳω〕・・・・・・・・・・・・・・
・・・・■ただし、 ｄ−ピストンの行程 λ＝カムの一回転におけるピストンの振動数（すなわち
、カムの出張ｐ部の 数） ０くｙくα　に対し、　ω＝０ αくダくス　に対し、　ω＝ｋ（グーα）π τくダく■＋αに対し、　ω＝π π ス＋αり９６−丁に対し、　ω＝ｋ（グー２α）ここで
、 第１９図は、休止期間がピストン行程の各終端において
同じでないというよシ一般的な場合をグラフで示したも
のであるが、上式■を下記の［ωＪの値を用いて、ピス
トンの排気量の説明に、再度、利用することができる。

０曵〆くαに対し、　ω＝０ ２π＋（α＋β）λ αζ間く一一−ｒ丁−一一に対しω＝ｋ　（５２ｆ−α
）ω　；　π ：辻匂チＬ区くダく讃「に対し、 品＝ｋ（０−（α＋β）） ただし、α＝ピストン行程の一終端における休止期間（
ラジアン） β＝ピストン行程の他終端における休止期間（ラジアン
） 所望の場合、カム１７の形状は、シリンダ２の相対する
端部で休止を等しくないようにするように、変更するこ
とができる。

ところで、この発明の用途は、圧縮点火エンジンに限定
されるものではない。エンジンＩｔｉ、点火装置を備え
ることによって火花点火エンジンとして利用することも
できる。この場合、ピストン−９へ− １ｏの弓形の燃焼室１１は、ピストンの頂部に形成され
る半球形の燃焼室にするのがよい。その場合は、燃料の
噴射は、修正したピストンＩＯが段階且と旦（第１１図
）の間を移動するときに、おこる。ピストン１０が上死
点に達すると、関連する点火装置が半球形態焼室１１の
中心に到達する。

そのとき、火花が発し、空気／燃料混合物に点火が行な
われる。

この実施例の場合、ピストンｌＯの両端は、シリンダヘ
ッド１８とのすきまが最小であシ、燃焼は、ピストン内
に形成された燃焼室ｌｌ内でおこる。修正され六もので
は、ピストンｌＯとシリンダヘッド１８のすきまは、大
きくなっており、燃焼室１冒の容積は、燃焼スペースを
提供するために小さくする（必要であれば、小さくしな
い）。

ピストン１０は、上死点と下死点で十分な時間遅延して
燃焼を進めるので、従来の火花点火エンジンの点火早め
機構を必要としない。すなわち、簡単で、信頼性のある
安価な火花点火装置であって、その理由は、所望の点火
早め曲線を決定する２６− ためにこの種の近代的なエンジンに必要な電子変換器や
マイクロプロセッサは、もはや必要ではないからである
。

回転部材１６を分配器として利用する適切な形の火花点
火機構を提供することができる。

そのような機構は、駆動軸１５のまわりに配設したピッ
クアップベグの絶縁リング（図示せず）で構成すること
ができる。回転部材１６のなかに配設されている絶縁リ
ード線は、火花点火器に高圧電流を送るために使用され
る。

駆動軸１５に装着されているベグは、静止磁石（図示せ
ず）に協力するので、従来の電子点火装置に用いられて
いるトリガ系統が形成される。

回転シリンダのカバープレー）１８は、新鮮な空気と燃
料を各シリンダに導入し、その結果としての空気と燃料
の混合物を点火させる機構を備えている。空気の導入、
燃料の噴射及びエンジンｌの火花点火形の場合の点火が
、サイクルの順序でおこる。すなわち、シリンダのカバ
ープレート１８上の吸気口８Ｉが各シリンダ２に順次に
空気を導入する。同様に、燃料インセクタ６５が各シリ
ンダ２に関して順次に作動する。吸気口８１、インセク
タ６５及びエンジンの火花点火形の場合の点火器は、そ
れぞれのシリンダのカバープレート１８上にあって、シ
リンダ２の数とは関係がないのである。すなわち、イン
セクタと吸気口はそれぞれのシリンダに必要ではないの
である。

回転シリンダのカバーグレート＋８Ｕ、エンジンの設計
の複雑な問題にすばらしい解決を提供している。それは
、新鮮な空気のシリンダへの導入である。

回転シリンダのカバープレート１８Ｈ１吸気口８１を介
しての空気の流れを促進する機構を提供することができ
る。例えば、吸気口８１に配設された流れ促進羽根であ
る。

エンジンｌは、従来のエンジンのように各シリンダ毎に
カム軸、タペット及び弁が必要といったことを避けてい
る。各回転シリンダのカバープレー）１８に形成されて
いる吸気口８１の数は、シリンダ２の数とは無関係であ
る。このことは、よシ一層簡単で、信頼性があり、かつ
安価な吸気機構となる。各シリンダ２は他のシリンダと
同じ体積効率を達成するのであるが、その理由は、新鮮
な空気が全く同じ条件で各シリンダに導入されるからで
ある。更に、高い体積効率が達成されるの〒あって、こ
れはシリンダ２への空気の流入が制限されていないため
とシリンダの全体を流入する空気にさらしているという
吸気口面積が大きいことのためとによるのである。関連
するカバープレートが回転するにつれて、吸気口８１が
回転するということは、シリンダ２への過給という結果
になる。高い体積効率は、導入過程が短期間におこると
いうことの結果である。流入空気の大部分は、熱いシリ
ンダ壁と接触しないし、流入空気と排気ガスが混合する
という傾向もない。

すべてのインセクタ６５が同時に作動するので、各シリ
ンダ２ｒｌ′ｉ、正確に同量の燃料を受ける。その結果
、順序正しい連続的な燃焼としての対称的に燃焼力が分
布するので、つりおいのよくとれたエンジンとなる。燃
料は、関連するインセクタ６５がシリンダの頂部を横切
っている間に、各シリンダ２に噴射されるので、噴霧さ
れた燃料の小滴とシリンダ２にとらえられた空気とが極
めて良好に混合する。このことが、効率的な燃焼となる
。

各ピストン■０に半球形の燃焼室を備えることによって
、均一な、よ郵一層高い燃焼効率が達成される。

回転シリンダのカバープレー）１８を相対する端部に有
する回転部材１６は、自己つシあいをとっているもので
ある。従って、部材１６の応力路は、そこに加えられる
力のつりおいをとるので、実質的に大きな力はエンジン
本体４には伝えられないのである。

このことは、エンジン本体４への応力レベルを大いに減
することになシ、エンジン本体４をセラミックスのよう
な高い応力、特に張力に耐えると期待できないが軽量、
高い動作温度及び断熱能力という多くの望ましい特性を
有する材料で製造することを可能としている。従って、
断熱エンジンの可能性という概念ができるのである。そ
のようなエンジンでは、回転シリンダのカッ（−プレー
ト１８は、それぞれのカッく−グレート１８上の二つの
半円形のセラミックプレートで容易に断熱できる。回転
部材１６は、エンジン本体４よりも相当高い応力を受け
るのであるが、これらの応力に耐えるための高強度材料
の単一体でつくることができる。例えば、最終許容度ま
で機械加工した鍛鋼である。エンジンＩＦｉ、実質的に
振動がなく、空気力学的に清潔で、前面面積が小さい。

このような有利点は、その低い応力レベルを航空機の構
造物の構成に利用することができる。これまで、機体が
エンジンを支えるように航空機の製作が行われてきた。

今や、エンジンが荷重を支える構造物の一部となること
ができる。

カバープレー）１Ｂを備えている回転シリンダベッドの
配置も、エンジンｌの構成、組立て及び整備を非常に簡
単にすることができる。その理由は、第２図及び第３図
に示すように、エンジン本体４が長手方向に二半分に分
割できるからである。

構造上の見地から、ピストンｌＯのすきまは、非常に高
度な許容差にすることができるのであるが、これは、シ
リンダ２の内腔が一端から正しい穴をあけることができ
るためであり、これが、組立て作業を少なくシ、従って
コストを下げることになるのである。

更に、エンジン１は、同じ構成部品の数が少ないのであ
る。

エンジンは、寸法及び／または馬力を、あまり複雑にし
ないで、大きくすることができる。

第１２図乃至第１５図について説明すると、これらの図
は、エキスパンダ１１０を示すものであって、エキスパ
ンダは、中空回転部材１６のなかに形成されていて、こ
の部材菖６と相互連結しており、また、この部材１６＃
ｉエキスパンダの一部を形成している。回転部材１６と
中間軸部材３１は、同時に同方向に（矢印１２５）回転
するが、同じ中心のまわりを回転するのではない。羽根
３２とそれに協力する密閉部材３５がともにガス密閉機
構を形成し、この機構が輪状チャンバ４２を下記の二つ
の領域に分けている。

回転部材１６は、軸３のまわりを回転するが、中間軸部
材３１は、軸４５のまわりを回転する。

この運動掌上の配置の結果、中間軸３１は、回転部材１
６に関して僅かに相をはずれて回転する。

従って、部材１６が一定の角速度で回転すると、中間軸
３１０角速度は、部材１６の一定の角速度から僅かに（
±）変化する。部材１６と中間軸３１０角速度の僅かな
相違は、円筒シール３５がそれ自体の幾何学上の中心を
小さな角度で回転することによって順応されるのである
が、これは、羽根３２が円筒シール３５の（比較的）内
外を同時に移動するからである。軸部材３１に支えられ
ている放射シール５２のそれぞれは、偏心線から±３０
°の回転部材１６の近くの内面に接触し、接触期間中、
中間軸８１内のその位置内とその位置から僅かの距離だ
け動く。第１２図で見られるようＫ、５１３２の左のチ
ャンバ４２のその部分が部材１６０回転によって漸進的
に増加するので、高圧蒸気の膨張がおこる。第１２図で
見られるように、羽根３２の右のチャンバのその部分が
漸進的に減少し、残っている低圧蒸気を前の回転からス
ロツ）３３に向けて排出し、排気集めみぞ３０に入しる
。チャンバ４２の二つの部分は、高圧領域と低圧領域と
から成り、これらの領域は、羽根３２と協力している密
閉部材３５によって分離されている。中実軸３９は、静
止しているが、次の二つの目的のために役立つ。先づ、
それが中間軸３７の位置決めをしている。次に、それが
、中間軸３７と回転部材１６との間で形成されている膨
張チャンバ４２内に高圧蒸気を入れることによって「回
転」弁として作用する。

第１２図に示すように、中間軸部材３１のスロット４０
は、中実軸３９のスロット５１を横切りはじめるっこれ
で、高圧蒸気の外側の流れが軸３９の中空部５０から羽
根３２の左側の膨張容積または高圧領域に向っておこる
。羽根３２の左側の容積は低圧領域を構成しているが、
これは、この容積部分が、軸部材３１の前の回転中にお
こった膨張過程からの低圧蒸気を、含んでいるからであ
る。

３４− 第１３図において、スロット４０はスロット５１を完全
に横切シ、蒸気のチャンバ４２の高圧領域、すなわち羽
根３２の左への流入が完了している。第１２図と第１３
図で示す段階の間で、高圧蒸気の昇流は、一定の圧力膨
張をおこし、羽根３２によって回転部材１６に加えられ
るトルクを生ずる。

第１３図と第１４図が示す段階の間で、羽根３２の下側
のチャンバ４２の部分のなかにとらえられた蒸気は、ポ
リトロープ膨張をうけ、引続きトルクを部材菖６に加え
る。第１４図が示す段階において、ボＩ）　）ロープ膨
張と前の回転からの低圧蒸気の排除との両方が完了する
。

第１５図に関して説明すると、羽根８２は偏心線を横切
ってしまってお〕、低圧蒸気の排除がスロット３３を介
しておころうとしている。羽根８２が更に回転すると、
高圧領域が羽根３２の左側に形成される。蒸気は一定の
高圧で膨張し、そのとき、スロット４０と５璽が、再度
、互いに合う。

第１２図乃至第１５図に示した蒸気サイクルは、エンジ
ンの排気ガス中に存在する熱エネルギーを利用するもの
であ如、この熱エネルギーをエキスパンダ１１０を介し
て機械エネルギーに変換し、この機械エネルギーを回転
部材１６に加えるものである。このように、エキスパン
ダ１１０で得た余分のエネルギーを回転部材１６に伝え
るのである。従って、エンジンｌは、回転部材１６の回
転増加のための補助機構を備えている。

第１７図及び第１８図について説明すると、エンジンの
排気ガスは、排気集めマニ＊ル）”＋１４から蒸気発生
機構１１８を経由して大気に流れ、熱エネルギーを動作
流体（ＦＲＥＯＮ）に変換し、その動作流体が逆流して
蒸気発生機構葛１３を流れる。蒸気発生機構１１３をは
なれた高圧蒸気は、第１２図乃至第１５図に示すエキス
パンダ１１０を介して膨張するが、これは軸１５に余分
のトルクをおこすようにするためである。低圧蒸気は、
エキスパンダ＋１０から熱交換器１１２へ、更に凝縮器
ＩＩＩへ流れる。熱交換器１１２では、低圧蒸気からの
熱は、ポンプ機構９０がくみ上げる凝縮流体へ逆に送ら
れ、蒸気発生機構１１３へ戻される。このサイクルが繰
〕返えされる。

エンジンｉは円筒形であるので、ランキンのボトミング
サイクルの種々の構成部品を小型にすることができる。

（ボトミングサイクルとは、排気流れにおける熱エネル
ギーを熱源として利用する熱力学的サイクルのことをい
う。従って、蒸気発生機構がエンジンｌを囲んでおシ、
中空回転部材１６のなかのスペースが蒸気エキスパンダ
１１０を内蔵するために利用されている。

蒸気発生機構ＩＩ３をそれが排気ガス排気口８を囲むよ
うに形成すると、排気ガスから最大熱容量を取シ出すこ
とができる。ガスは蒸気発生機構１１３に入る前に遠く
の方へ移動させられないので、ガスは、高温を保留して
いる。蒸気発生機構１１３は、エンジン１を囲むことに
よって、消音器として作用するばかりでなく、効果的な
雑音抑圧器としても作用する。蒸気発生機構は、前述の
カデンシイ効果によって生じた初負圧を長引かせるよう
に排気口８から出る圧力波を利用するのにも役立つ。

蒸気エキスパンダ＋１０を部材曹６の回転運動を利用す
るように構成することによって、−次熱力学的サイクル
と二次熱力学的サイクルの理想的な組み合わせが小数の
構成部分だけで達成される。

エキスパンダ１１０の動作を回転部材１６に伝えるため
に歯車箱は必要ではないから、歯車歯を使用した場合よ
シも高度の効率と信頼性が達成される。

エンジンｌのエキスパンダ１１０は、圧縮空気の供給を
利用すれば、始動器のモータとして使用することができ
る。

エンジン冒は、コンプレッサとして使用するように修正
変更することができる。この場合、エンジン１には、排
気口８、燃料インゼクタ６５及びエキスパンダ１１０の
ような不必要なものがなく、回転部材１６は、電動機の
回転子として使用できる。

吸気口８１は、二倍にする必要がある。すなわち、−組
を大気を入れることができるようにし、他の一組を燃料
インセクタ６５０代りに、圧縮空気の吐出しか可能なよ
うにする。

ピストンｌＯの運動は、中実軸３に実質的に平行な路に
限定する必要はない。修正変更したもの（図示せず）で
は、シリンダ２は軸３から外側へ放射状に延びるように
配設することができる。ピストン作動用カムは輪状部材
で構成することができ、その中実軸は軸３に一致する１
、 エンジンｌは、低速回転で高いトルクを備え、例えば、
プロペラまたはプロペラ送風機を、歯車箱を必要としな
いで、駆動することができることが期待されている。

〔発明の効果〕

この発明は、以上、説明したような構成と作用であるの
で、次のような効果を有する。

（イ）空気と燃料の混合物の燃焼がおこる間にピストン
を上死点で相当休止式せて、エンジンが定量熱添加サイ
クルで作動可能である。このサイクルは、定量熱添加サ
イクルに近いだけの従来のエンジンの熱力学上のサイク
ルよりも効率的である。

（ロ）ピストンが下死点で相当遅延し、その間、排気口
が全開になっているので、シリンダから排気ガスが効率
的に掃気される。

（ハ）ピストンは下死点で最大排気口面積において遅延
するので、排気口の高さが低くなっており、従って、シ
リンダ内のガスの実質的に完全な膨張が可能であり、駆
動軸１５に余分の作用を与える。

これに反して、従来のエンジンは排気口を開くのが早す
ぎて、シリンダ内のガスの不完全膨張となり、従って、
出力の低下と特定燃料消費の増加となるのであるが、こ
れは、シリンダからの排気ガスの流れには限定された時
間が必要であるからである。

上記のように、エンジンは定量熱添加サイクルで作動す
る。これは、熱力学的サイクルであって、燃焼空気が実
質的に定量で保持されている間に燃焼空気に相当量の熱
が添加されるものである。従来のエンジンは、この定量
熱添加サイクルに近く、燃焼ガスの容積が燃焼中に変化
するようにクランクシャフトに動力学的に連結している
ピストンを使用しているのであるが、この発明のエンジ
ンでは、圧縮空気の容積が燃焼中に実質的に一定となっ
ているのであって、これは、ピストンの休止の結果であ
る。

なお、この発明は、従来のターボシャフトエンジンよシ
も燃料消費が少ない、すなわち、燃料効率が高いという
効果をも有するのであるが、これは、下記の要因による
ものである。

イ、エンジン自体のなかでの摩擦損失が少ないこと。

口、燃焼している間に、ピストンが上死点で遅延シ、エ
ンジンの定量熱添加サイクルでの作動が可能であること
。

ハ、排気口が全開の間、ピストンが下死点で遅延してい
ること。

二、燃料インダクタが弓形の燃焼室を横切る際に噴霧燃
料の小滴と空気とがうまく混合するので空気と燃料の混
合物の燃焼効率がよ郵一層高いこと。

ホ、燃料インゼクタの選択作動によ如、特定の４１− シリンダに燃料を供給できること。従って、エンジン出
力が数字表示でき、エンジンの部分負荷効率が増加する
こと。シリンダを選択的に切替えることによって、種々
の排気量の模擬操縦が可能であること。更に、シリンダ
数が全部で２４個と多いので、出力をよシ一層多くの程
度に区切ることができること。

へ、排気熱エネルギーを有効に利用していること。これ
は回転部材内に配設されている小形のエキスパンダの利
用によるものであり、この配置で歯車箱を設置する必要
がないこと。

また、この発明は、エンジンの摩擦損失を少なくし使用
寿命を長くするという効果も有するが、これは、一対の
ローラがカムの表面に加える力がシリンダの上下端にお
ける圧力差であるので、ニサイクル形のエンジンにおい
ては、ピストンの往復運動による慣性力がピストンのい
づれかの端においても空気の圧縮によるクッションで押
さえられて回転部材に伝わらないからである。

【図面の簡単な説明】

４２− 第１図は、この発明の内燃機関の中央部の（第４図、第
５図及び第６図の線Ｉ−Ｉに沿った）側面図、第２図及
び第３図は、この発明の内燃機関本体の半分の斜視図、
第４図、第５図及び第６図は、第１図の線、稈−バ、Ｖ
−Ｖ及びＶｌ−Ｖｌにそれぞれ沿った断面図、第７図、
第８図、第９図及び第１０図は、この発明の内燃機関の
内部の斜視図、第１１図は、動作行程中の内燃機関の作
動説明図、第１２図、第１３図、第１４図及び第１５図
は、蒸気エキスパンダ部の動作説明図、第１６図は、ピ
ストンの休止を示すグラフ、第１７図及び第１８図は、
閉回路加圧蒸気系統とともに蒸気エキスパンダの動作を
更に示す説明図、第１９図は、ピストンの休止を示すも
う一つのグラフである。 ２・・・・・・・・・・・・シリンダ ３・・・・・・・・・・・・共通軸（回転軸）３．４５
・・・実質的に平行な軸 ８・・・・・・・・・・・・排気口 １０・・・・・・・・・ピストン ４３− １１・・・・・・・・・燃焼室 １６・・・・・・・・・回転部材（中空回転部材）１１
・・・・・・・・・カム機構 １８・・・・・・・・・可動性燃料供給部材３２・・・
・・・・・・羽根機構 ３２．３５・・・・・・密閉機構 ３５・・・・・・・・・密閉部材 ３１・・・・・・・・・軸 ４２・・・・・・・・・輪状チャンバ ４５・・・・・・・・・長手方向軸 ６５・・・・・・・・・燃料噴射機構 ８１・・・・・・・・・吸気口 ９０・・・・・・・・・ボッブ機構 １１０・・・・・・エキスパンダ １１３・・・・・・蒸気発生機構 ４４−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）静止シリンダと、該シリンダ内で往復可動のピス
   トンと、計量供給される可燃性流体を燃焼がおこシ得る
   ように該シリンダに導入する機構とから成る内燃機関に
   おいて、該機構がシリンダ（２）に関連しピストンの運
   動路に実質的に垂直な平面において可動な燃料供給部材
   （１８）を備えていて可燃性流体は部材（１８）がシリ
   ンダ（２）を横切るにつれて制御されて該シリンダに６
   ５を経由して導入されるようになっていることを特徴と
   する内燃機関。 （２）前記ピストン（ｌＯ）は、複動ピストンであり、
   前記可動性燃料供給部材（Ｉ８）が、シリンダ（２）の
   各端にそれぞれ一個備えられていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の内燃機関。 （３）前記ピストン（ｌＯ）は、回転部材（１６）とカ
   ム機構（１１）によって相互連結しており、該回転部材
   は該カム機構を支えており、ピストン（ｌＯ）の往復運
   動が回転部材（１６）を回転させ、可動性燃料供給部材
   （１８）は回転部材（１６）とともに回転するように該
   回転部材に支えられてお〕、部材（１６，１Ｂ）が同一
   方向に同一速度で共通軸（８）のまわ如を共に回転する
   ようになっていることを特徴とする特許請求の範囲第２
   項記載の内燃機関。 （４）前記カム機構（１１）は、ピストン（１０）をそ
   の行程の反対端で休止させるような形状となっているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の内燃機関。 （５）前記内燃機関は、カデンシー（Ｋａｄｅｎｃｙ）
   効果を利用する機構によって二行程サイクルで作動可能
   であシ、該機構はシリンダ（２）の外周に配設されてい
   る複数個の排気口（８）を備えてお郵、該排気口を通過
   する空気の流れは複数個の吸気口（８１）とともに可動
   部材（１８）によって限定されてピストンによって制御
   され、各吸気口はシリンダと整合したとき空気を該吸気
   口を介してシリンダに流入させるようになっていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第４項いづれか
   記載の内燃機関。 （６）前記内燃機関は、吸気口（８１）を介してのシリ
   ンダ（２）への空気の流入を促進する機構（図示せず）
   を備えていることを特徴とする特許請求の範囲第５項記
   載の内燃機関。 （力　前記内燃機関は、その可動性燃料供給部材（１８
   ）が燃料噴射機構（６５）を支えていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項乃至第６項いづれか記載の内燃
   機関。 （８）前記内燃機関は、そのピストン（１０）が弓形の
   燃焼室（１１）を限定するように引っ込んでおり、ピス
   トンの運動路に沿って見たとき該燃焼室の曲りは前記燃
   料噴射機構の回転路に相当することを特徴とする特許請
   求の範囲第７項記載の内燃機関、 （９）前記内燃機関は、その可動性燃料供給部材（１８
   ）が燃料噴射及び火花点火機構（図示せず）を支えてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第６項い
   づれか記載の内燃機関。 θＧ　前記内燃機関は、そのピストン（ｌＯ）が半球形
   の燃焼室（図示せず）を限定するように引っ込んでいる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第７項記載の内燃機関
   。 （１１）　前記内燃機関は、その回転部材（１６）の回
   転軸（３Ｘ）まわりに配設されている複数個のピストン
   （１０）と関連するシリンダ（２）を備えていて、該回
   転部材（１６）の回転につれて順次に燃焼がお・こる機
   構となっていることを特徴とする特許請求の範囲第３項
   乃至第１０項いづれか記載の内燃機関。 ０δ　前記内燃機関は、それが定量熱添加サイクルで作
   動可能であることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃
   至第１１項いづれか記載の内燃機関。 （１濁　前記内燃機関は、それが備えている機構（１７
   ）によってピストンがその行程の少なくとも一終端にお
   いて休止するようになっていることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項乃至第１２項いづれか記載の内燃機関。