JP6224699B2 - 内燃機関及び内燃機関の作動方法 - Google Patents

Description

本発明は内燃機関に関する。

最も一般的なものである、自動サイクルエンジン又は４サイクルエンジンと、２サイクルエンジンと、バンケル型ロータリーエンジンとを含む、様々なタイプの内燃機関が知られている。
５エンジンサイクルと６エンジンサイクルとガスタービンとを使用するエンジンを含む他のエンジン方式が知られている。
２サイクル及び４サイクル内燃機関は、シリンダ内を往復運動するピストンを使用する。
シリンダ内の燃焼がシリンダ内でピストンを前後に往復駆動し、回転動力出力を生じさせるためにクランクシャフトを駆動するピストンに連結されたロッドによってピストンの往復運動から動力が取り出される。
バンケル型エンジンは往復運動ピストンを使用しない。
この代わりに、バンケル型エンジンは、吸入と圧縮と点火と排気とを生じさせるために、長円形（ｏｂｒｏｕｎｄ）の燃焼室内で回転する偏心シャフトを使用する。
ガスタービンエンジンも、圧縮機と燃焼室とタービンとを備える回転機械である。
スライド式往復ピストンと燃焼室とを使用し且つその往復運動をコネクティングロッドを使用して回転出力に変換する内燃機関は、燃焼エネルギーの一部分がピストンシリンダとコネクティングロッドとクランクシャフトとの間の摩擦によって損失させられるという問題を有する。

本発明の目的は、改良された内燃機関を提供することである。

本発明の第１の態様では、
内燃機関であって、
縦軸線を有するシリンダを画定するエンジンブロックと、
シリンダ内に摺動自在に配置されているピストンと、
シリンダの一方の端部に配置されているインペラとを備え、
インペラはシャフト上に回転自在に取り付けられており、
このシャフトはシリンダの外に延びており且つインペラの回転によって回転するように駆動されるものにおいて、
さらに、
シリンダの縦軸線を中心にピストンが回転することを防止するための回転防止構造と、
インペラが配置されているシリンダの端部に対向するピストンの面の上に配置されているスワール誘起羽根と、を備え、
これによって、ピストンとインペラとの間でシリンダ内の燃料の燃焼によって発生させられる燃焼ガスが、スワール誘起羽根との反応によってスワール状に旋回せしめられ、そのスワール燃焼ガスがインペラの回転を生じさせる、
内燃機関が提供される。
こうして、燃焼エネルギーが、ピストンと出力シャフトとの間の機械的相互連結を必要とせずに、出力シャフトの回転に変換される。

ピストンが、インペラが配置されているシリンダの端部に対向する面の上に複数のスワール誘起羽根を含むことが好ましい。
好ましくは、インペラはシリンダの各端部に配置されており、ピストンは、インペラに対向するそのピストンの反対側の面の上に１つ又は複数のスワール誘起羽根を備えている。
インペラがシリンダの各端部に備えられる場合には、燃料噴射装置が、そのシリンダの両端部においてシリンダの中に燃料を噴射するために配置される。

１つの構成では、例えばスパークプラグのような点火機構が、インペラが中に配置されているシリンダの端部に又はこの端部の付近に配置されている。
インペラがピストンの両端部に備えられている場合には、点火機構はその両端部に備えられている。
あるいは、この代わりに、燃料が、ディーゼルエンジンに類似した形で、シリンダ内のピストンの運動によって生じさせられる圧縮によって発火させられることも可能である。

本発明の第２の態様では、
内燃機関であって、
縦軸線を有する細長いシリンダを画定するエンジンブロックと、
シリンダ内を縦方向に前後に摺動可能であるようにシリンダ内に配置されているピストンとを備えており、
ピストンはエンジンの出力駆動シャフトには機械的に連結されておらず、
ピストンの一方の側での燃料の燃焼が、シリンダに沿ったピストンの運動がピストンの他方の側でシリンダ内においてガスを移動させることを誘起し、
その結果、上記燃焼によって発生させられた燃焼ガスがインペラを駆動し、エンジンの動力の少なくとも一部分が、インペラ上に作用する燃焼ガスによって生じさせられる、内燃機関が提供される。
こうして、動力の大半が、ピストンの往復運動によって移動させられる流出排気ガスによって発生させられる。

この第２の態様による内燃機関では、シリンダ内の燃料の燃焼によって発生させられる燃焼ガスがスワール誘起羽根との反応によってスワール状に旋回させられ、一方、スワール燃焼ガスが内側インペラの回転を生じさせるように、ピストンは、その一方の面の上にスワール誘起羽根を有し、内側インペラが、羽根を有するピストンに対向するシリンダの端部に配置されているだろう。

内側インペラと外側インペラとが燃焼ガスによって駆動される場合に、外側インペラが外側インペラ駆動シャフトを駆動することが好ましい。この場合には、外側インペラ駆動シャフトは、エンジンの主出力駆動シャフトに駆動的に連結されているだろう。あるいは、代替策として、外側インペラ駆動シャフトは、例えば電気モータに電力供給することによって、動力を提供するために使用されることが可能な電力を発生させるための発電機であることもある。

第２の態様のエンジンが内側インペラを備えている場合には、内側インペラ駆動シャフトがエンジンの主出力駆動シャフトを駆動するか、又は、発電機に動力を供給して、動力を提供するために使用されることが可能な電気の発生を可能にする発電機に動力を供給するだろう。

本発明の第３の態様では、
内燃機関であって、
各々が細長いシリンダを中に画定する複数のシリンダハウジングを備え、
シリンダの各々は縦軸線を有し、
シリンダの各々はそのシリンダの軸方向にシリンダハウジングの外に延びる駆動シャフトを有し、
駆動シャフトの各々はその駆動シャフト上に歯車を有する、
ものであって、
さらに、
出力駆動シャフトを駆動する主歯車を備え、
駆動シャフトの歯車は主歯車と噛み合うように配置されており、それによりシリンダの駆動シャフトの回転が、出力駆動シャフトを回転させる主歯車を回転させるようにされ、
シリンダは主歯車の周縁部の周りに配置されている、
内燃機関が提供される。

シリンダの各々が、コネクティングロッドとクランクシャフトとによって変換されなければならない往復運動動力出力ではなく、そのシリンダから延びる駆動シャフトを経由して回転動力出力を直接的に出力するので、主出力駆動を発生させるために主歯車の周りに配置されることが可能なシリンダ駆動シャフトの各々の上に歯車を備えることが便利である。
コンパクト性のために、シリンダは主歯車の周縁部の周りに配置されている。

特に小型である構成の場合には、歯車が内歯リングを備えることあり、シリンダが主歯車の内側において主歯車の周縁部の周りに配置されることがある。
代替案の構成では、主歯車は外歯を有し、シリンダが主歯車の外周部の周りに配置されている。
主歯車からの出力駆動シャフトは、自動車変速機の入力シャフトを駆動するだろうし、又は、この出力駆動シャフトは、発電を行うための発電機を駆動し、この電力は動力を提供するために使用されるだろう。

本発明の第４の態様では、内燃機関を作動させる方法であって、
内燃機関が、
エンジンブロックと、
エンジンブロック内に形成されているシリンダと、
シリンダ内を摺動自在に往復運動するように配置されているピストンと、
シリンダの中にガスが入ることを可能にするための、シリンダの外側においてシリンダの一方の端部に隣接して配置されているガス入口弁と、
シリンダ内のガスがガス出口経路に達することを可能にするための、シリンダの上記一方の端部に隣接したガス出口弁と、
シリンダの反対側の端部に隣接して配置されているガス入口弁と、
シリンダの反対側の端部に隣接して配置されているガス出口弁とを備えていて、
この方法は、
ｉ）ガス出口弁を閉じるステップと、
ｉｉ）シリンダの一方の端部から離れてその反対側の端部に向かってピストンを強制的に押し進めるように、且つ、上記反対側の端部内でガスを圧縮するように、シリンダの一方の端部においてガス入口弁を経由してシリンダの中にガスを送り込むステップと、
ｉｉｉ）大気圧よりも低いレベルにガス出口経路内のガス圧力を維持するステップと、
ｉｖ）上記反対側の端部においてシリンダの中に燃料を送り込むステップと、
ｖ）ピストンをシリンダに沿って上記反対側の端部から離れて上記一方の端部に向かって移動させるように、送り込まれた燃料に点火し、これによって上記一方の端部においてシリンダ内でガスをさらに圧縮するステップと、
ｖｉ）燃焼ガスがガス出口経路に進むことを可能にするために、上記反対側の端部においてガス出口弁を開くステップと、
ｖｉｉ）上記反対側の端部から離れるようにピストンを押し動かすために、且つ、上記一方の端部においてガスを圧縮するために、上記反対側の端部においてガス入口弁を経由してシリンダの中にガスを送り込むステップと、
ｖｉｉｉ）ガス出口経路から燃焼ガスを排出し、ガス出口経路内のガス圧力を大気圧より低いレベルにするステップと、
ｉｘ）上記一方の端部においてシリンダの中に燃料を送り込むステップと、
ｘ）ピストンをシリンダに沿って上記一方の端部から離れて上記反対側の端部に向かって移動させるように、送り込まれた燃料に点火し、これによって上記反対側の端部においてガスをさらに圧縮するステップと、
ｘｉ）燃焼ガスがシリンダからガス出口経路に排出されることを可能にするために、前記一方の端部においてガス出口経路を開くステップと、
ｘｉｉ）ステップｉ）からステップｘｉ）を繰り返すステップと、
を含む、方法が提供される。

本発明の第５の態様では、
水／燃料エマルジョン燃料型の内燃機関であって、
燃焼室を画定するエンジンブロックと、
燃焼室の中に通じる燃料入口ポートと、
燃焼室から通じる燃焼ガス出口ポートと、
燃焼室の外に延びており且つインペラの回転によって回転駆動されるシャフト上に回転自在に取り付けられている、燃焼室内のインペラと、
インペラから間隔を置いて配置されており且つインペラの概ね反対側に位置している燃焼室の内壁上に形成されているスワール誘起構造と、
スワール誘起構造に隣接して配置されている点火装置と、
水／燃料エマルジョンと空気とが燃焼室に送り込まれるようにスワール誘起構造に隣接して配置されている点火機構と、を備え、
この点火機構は、エマルジョン／空気混合物に点火し、
燃焼ガスが、インペラを回転させるようにスワール誘起構造によってスワール状に旋回させられる、内燃機関が提供される。

本発明の上記の諸態様を具体化する内燃機関の例が、具体例によって、添付図面を参照しながら、以下で詳細に説明されるだろう。

本発明による内燃機関のシリンダの一部分の略断面図である。 インペラを詳細に示すためにピストンが省略されている、図１のシリンダの略平面図である。 シリンダの作動サイクルを示す、図１及び図２のシリンダの略図である。 シリンダの作動サイクルを示す、図１及び図２のシリンダの略図である。 シリンダの作動サイクルを示す、図１及び図２のシリンダの略図である。 シリンダの作動サイクルを示す、図１及び図２のシリンダの略図である。 シリンダの作動サイクルを示す、図１及び図２のシリンダの略図である。 シリンダの作動サイクルを示す、図１及び図２のシリンダの略図である。 シリンダの作動サイクルを示す、図１及び図２のシリンダの略図である。 シリンダの作動サイクルを示す、図１及び図２のシリンダの略図である。 シリンダの作動サイクルを示す、図１及び図２のシリンダの略図である。 図１のシリンダ内で使用されるピストンの詳細な平面図である。 図４のピストンの側面図である。 別のインペラ構成を有する、図１に類似したシリンダの一部分の略断面図である。 本発明の第１の態様と第２の態様と第４の態様とによる、エンジンの略図である。 本発明の第１の態様と第２の態様と第４の態様とによる、エンジンの略図である。 本発明の第１の態様と第２の態様と第４の態様とによる、エンジンの略図である。 本発明の第１の態様と第２の態様と第４の態様とによる、エンジンの略図である。 本発明の第１の態様と第２の態様と第４の態様とによる、エンジンの略図である。 本発明の第３の態様による内燃機関の略正面図である。 図８のエンジンの端面図である。 本発明の第３の態様によるエンジンの代替案の構成の端面図である。 タービンを駆動する形で示されている、本発明の第３の態様による別のエンジンの略側面図である。 本発明の第５の態様による別のエンジンの略断面図である。

図１では、内燃機関構成１０は、シリンダ１４を画定するエンジンブロック１２を備える。
ピストン１６がシリンダ１４内に摺動自在に配置されており、インペラアセンブリ１８がシリンダ１４の一方の端部に配置されている。
エンジンブロック１２が、図の明瞭性のために比較的に薄い壁を有する形で示されているが、シリンダ１４は公知の形でエンジンブロック内に形成されており、図１に示されている壁よりも厚い壁を有する可能性が高い。

シリンダ１４は細長くて、軸線Ａを有する。シリンダ１４は、縦軸線に対して垂直方向に円形の横断面を有する。シリンダ１４の内壁から内方に突き出る４つのビード（ｂｅａｄ）２０が、シリンダ１４の縦軸線Ａに対して平行に延びる。
これらのビード２０は、図２に見てとれるように、９０度の角度で互いに対して規則正しく角度的に間隔配置されている。
燃料リザーバ２４から燃料を受け取り且つシリンダ１４の中に燃料を噴射するように配置されている燃料噴射装置ポート２２が、シリンダ１４の内壁に配置されている。
空気入口ポート２３が、シリンダ１４の壁を貫通して形成されている。
排気出口ポート２５も、シリンダ１４の壁を貫通して形成されている。
入口ポート２３と出口ポート２５と燃料噴射装置ポート２２とが、これらのポートの中を通ってシリンダの外に出入りする流体が非半径方向に移動しなければならないように配置されていることが好ましい。
このことが、シリンダ内のスワール効果を増強する。
図１の下方端部におけるシリンダ１４の末端壁が、シリンダ１４と同軸的に配置されている穴２６を画定する。
この穴２６は、インペラ１８によって駆動されるシャフト３０を支持する軸受２８を受け入れる。
歯車３２が、シリンダ１４の外に突き出たシャフト３０の端部に配置されている。
代替案の構成では、燃料は、シャフト３０の軸線に沿って延びる燃料噴射装置ポートを経由して中心方向に噴射される。

ピストン１６は、図１、４、５を参照して、最も適切に説明される。
ピストン１６は、シリンダ１４内に密接的に滑り嵌めされるように寸法決定されている実質的に円筒形である本体３４を備える。
４つの溝３６が、円形円筒形本体３４の外周部に形成されており、円形の円筒形本体３４の軸線と平行に延びており、この周縁部の周りで互いに対して９０度に規則正しく角度的に離間されている。
溝３６がシリンダ内に配置されている時にピストン１６がビード２０に沿って移動するように、且つ、ビード２０が軸線Ａを中心としたピストン１６の回転を防止するように、溝３６はビード２０よりもわずかに大きい寸法にされている。
スワール誘起羽根３８がピストン１６の円形円筒形本体３４の一方の円形面から突き出し、第２のスワール誘起羽根４０が円形円筒形本体３４の反対側の円形面から延びる。
スワール誘起羽根３８、４０は、平面図で見た場合には陰陽（ｙｉｎ ａｎｄ ｙａｎｇ）記号の形状を有し、側面図で見た場合には、えぐられた部分を有する湾曲した形状を有する（図４、５を参照されたい）。

インペラアセンブリ１８は、インペラ羽根４２の回転がシャフト３０の回転を引き起こすように、シャフト３０に取り付けられている一連のインペラ羽根４２を備える。
インペラ構成１８と穴２６とを経由してシリンダからガスが抜け出すことを防止するために、機械式の圧力シール軸受（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｅａｌ ｂｅａｒｉｎｇ）４４が軸受２８とシャフト３０との間に配置されている。

図１〜図５で説明されている内燃機関の作動が、図３ａ〜図３ｉに概略的に示されている。
図３ａ〜図３ｉでは、このエンジンの詳細部分の大部分が図の明瞭性のために省略されている。
図３ａ〜図３ｉで説明されているエンジンサイクルが、このエンジンが作動している時のサイクルに関係しており、このエンジンの起動サイクルについては後述される。

図３ａでは、ピストン１６は、シリンダ１４の中間点からシリンダ１４の下方端部に向かって下向きに移動しており、このことが、ピストン１６の真下のガスが圧縮されることを生じさせる。
図３ｂでは、ピストン１６がその下向きの移動を続けるのに応じて、燃料が、燃料リザーバ２４から噴射装置ポート２２を経由してピストン１６の真下のシリンダの区域内でシリンダ１４の中に噴射される。
図３ｃでは、ピストン１６はその下限に下向きに移動し終わっている。
この時点で、噴射装置２２によって噴射された燃料が点火される。
上述したように、この点火は、従来のディーゼルエンジンの場合のように、ピストン１６の下方移動によって圧縮されたガスの温度の上昇によって自動的に生じることが可能であり、又は、従来のガソリン駆動型４サイクルエンジンの場合のように電気火花装置によって点火されることが可能である。
点火時には、図３ｄに示されているように、ピストン１６は、シリンダ１４の反対側の端部に向かって上向きに押し進められ始める。
このピストン１６は、溝３６内を移動するビード２０によって、軸線Ａを中心に回転することを阻止される。
図３ｅに示されているように、スワール誘起羽根３８が、軸線Ａを中心とした燃焼ガスのスワール運動を誘起するように、急速に膨張する燃焼ガスに対して作用する。
図２と図３ｅに示されているように、スワール燃焼ガスがインペラ羽根４２に対して作用し、一方、このインペラ羽根４２は、インペラ１８がシャフト３０と共に回転することを引き起こす。
シャフト３０の回転が、歯車３２を回転させる形で駆動する。
図３ｆでは、ピストン１６が上向きに移動し続けるのに応じて、燃焼ガスが依然として軸線Ａを中心に渦巻いており、その次に、燃料が、シリンダ１４の反対側の端部において燃料噴射装置ポートを経由してピストンの上方で噴射される。
図３ｇに示されているように、ピストン１６がその動程の上限に達すると、燃焼ガス中のスワールエネルギーの大半が、回転し続けるインペラに伝達され終わっている。
この時点では、図３ｈに示されているように、ピストンの上方の燃料／空気混合物が発火し、図３ｉでは、ピストン１６の上面の上のスワール誘起羽根４０が燃焼ガスのスワールを発生させ、この燃焼ガスは、シリンダ１４の上方端部においてインペラ１８を回転させる。
ピストン１６は、シリンダの下方端部に向かって戻るように下向きに駆動され、このサイクルが反復する。シリンダ１４からの燃焼ガスの排出については、さらに詳細に後述する。

図７ａ〜図７ｅには、上述したシリンダを有するエンジンの燃焼サイクルが示されている。
図７ａでは、内燃機関５０は、上述したシリンダ１４を画定するエンジンブロックを備える。
シリンダ１４は、図１で説明したように、その両端部にインペラ構成１８を有する。
シリンダ１４は、さらに、そのシリンダの一方の端部にガス入口弁５２を備え、その他方の端部にガス入口弁５４を備え、上記一方の端部にガス出口弁５６を備え、上記他方の端部にガス出口弁５８を備える。
スターターモータ６０が駆動プーリ６２によって空気圧縮機６４に連結されている。
空気圧縮機６４は出口流路６６を有する。
圧縮機６４によって駆動される空気が出口流路６６を経由してインペラ６８を回転駆動するように、第１の外側インペラ６８が出口流路６６内に配置されている。
第１の外側インペラ６８が、第２の外側インペラ７２が取り付けられているシャフト７０上に取り付けられている。
第１の外側インペラ６８が流路６６内を流れるガスによって駆動される時に、第２の外側インペラ７２が共通の駆動シャフト７０によって駆動される。
第２の外側インペラ７２は排気ガス出口流路７４内にある。ガス入口流路７６が第１の外側インペラ６８から延びて、ガス入口弁５２、５４と連通しているガス入口流副経路７６ａ、７６ｂに分岐する。
ガス出口流副経路７４ａ、７４ｂがガス出口弁５６、５８から延びて、ガス出口流路７４の中に合併する。
逆止弁７５が、第２の外側インペラの上流のガス出口流副経路７４ａ、７４ｂの各々の中に形成されている。
ガス入口流副経路７６ａ、７６ｂの各々の容積が、ピストンの動程容積に非常に近いか又はこれと同一であるように選択される。
出口流路７４の容積は、排気燃焼ガスの体積に実質的に等しいように設計されている。

エンジンを始動から作動させるために、スターターモータ６０は、駆動プーリ６２によって空気圧縮機６４を回転させる。
インペラ６８を駆動するために、空気圧縮機６４からの空気が圧縮機流出路６６に沿って流れる。
図７ａでは、インペラ６８を駆動する空気は、ピストン１６の真下の空気の圧縮を引き起こすために、開いているガス入口弁５２を経由してピストン１６の上方のシリンダ１４の内部に入る。
任意には、空気は、さらに、ガス入口弁５４を通過することも可能である。ガス出口弁５６、５８は閉じられている。
第１の外側インペラ６８の回転は、第２の外側インペラ７２が回転させられることを生じさせ、排気ガス流路７４内のインペラ７２の作用が、その流路が大気圧よりも低い圧力を有することを生じさせる。

燃料が燃料リザーバ２４から燃料噴射装置２２を経由してシリンダ１４の中に送り込まれる。
図示している構成では、噴射装置２２を経由して送り込まれた燃料の燃焼が、従来のディーゼルエンジンの場合のように、ピストン１６の真下のシリンダ内の圧縮ガスの温度の上昇によって生じる。
しかし、４サイクルガソリンエンジンの場合のように電気火花装置によって点火が行われることが可能である。
図７ｂは、シリンダ１４内のピストン１６の真下での発火直後のエンジン５０の状態を示す。
弁５２、５４、５６、５８のすべてが閉じられている。
図７ｂ〜図７ｅでは、シリンダの各端部におけるインペラ機構１８が図の明瞭性のために省略されているが、燃料の発火が、急速に膨張する燃焼ガスを生じさせ、この燃焼ガスは、図１〜図３に関して上述したようにスワール状に旋回させられ、インペラ１８が回転することを誘起する。

空気圧縮機６４は空気を出口経路６６に沿って移動させ続け、第１の外側インペラ６８を駆動し、ガス入口流副経路７６ａ、７６ｂ内の空気を加圧する。
第２の外側インペラ７２は駆動シャフト７０によって駆動され、この駆動シャフト７０は、ガス出口流副経路７４ａ、７４ｂ内の圧力を大気圧よりも低く低下させるために、ガス出口流副経路７４ａ、７４ｂの外に空気を排出する。

図７ｂでは、燃料の燃焼がシリンダ内でピストンを上方に押し進める。この上方への移動が、ピストン１６の上方のシリンダ１４内の空気を圧縮する。
ピストン１６は、図１７ｃに示されている箇所まで、シリンダ内を上方に移動し続ける。
ピストンがシリンダ壁内の弁５４、５８の位置を通過すると、図７ｄに示されているように、ガス出口弁５８が開かれる。
シリンダ内のピストン１６の真下の高温の排気ガスが、出口流副経路７４ｂ内の減圧の結果としてシリンダの外に排気される。
この排気されたガスはガス出口流副経路の中に進み、その経路内の圧力を大気圧より高く上昇させる。
このガスは第２の外側インペラ７２の上を通過して第２の外側インペラ７２を回転させ、このことが駆動シャフト７０と第１の外側インペラ６８とを回転させる。
駆動シャフト７０は、さらに、発電機（図示されていない）を駆動可能であり、発生した電力が電気モータによって例えば自動車のための動力を提供することが可能である。

ピストン１６がシリンダ内でのその動程の頂点に向かって移動するのにつれて、ガス入口弁５２、５４の一方が開かれて、それぞれのガス入口流副経路７６ａ、７６ｂ内の加圧空気がピストン１６の下方のシリンダ１４の中に入る。
このことが、図７ｅに示されているピストン１４の最上位置にピストン１４を移動させる働きをし、ピストンの上方の空気をさらに圧縮する。
図７ｅに示されている時点では、燃料がピストンの上方のシリンダの区域内に噴射される。燃料が発火し、ピストンがシリンダ内を下方に移動するのに応じて上述のサイクルが反復する。

排気燃焼ガスが大気中に排出される時に、この排気燃焼ガスが第２の外側インペラを駆動することに加えて、内側インペラが、図１に関して上述したスワール燃焼ガスによって回転駆動される。
説明している構成では、エンジンは、構造的変更なしに異なる燃料タイプに適合せしめることが可能である。
例えば電気火花点火ガソリンから圧縮点火ディーゼルへ移行する圧縮比の変化は、エンジンサイクルの図７ａのステップにおける弁５２、５４を通過する入口空気によって加えられる圧縮の量を変化させることによって成し得る。

図８〜図１１は、内側インペラの各々からの動力がエンジンの出力駆動シャフトに対してどのように伝達されるかを示す。
図８、９では、図１〜図７において上述した形態の４つのシリンダ１４が、円形の形状構成で等間隔に配置されている（図８では、１つのシリンダが隠されているので、３つのシリンダが示されている）。
各々のシリンダは、歯車３２を支持する駆動シャフトを各端部において有する内側インペラ構成を有する。
内周部上と外周部上とに歯を有する大きな環状の歯車７８が、４つのシリンダの組の各端部をそれぞれに取り囲んでいる。
シリンダ歯車３２は環状歯車７８の内面歯と噛み合う。
主出力駆動シャフト８２が、環状歯車７８の外面歯とそれぞれに噛み合う２つの出力駆動シャフト歯車８０を支持する。
シリンダ歯車３２は、シリンダ内のインペラによって上述したように駆動される。
シリンダ歯車は環状歯車７８を駆動する。環状歯車７８は、駆動シャフト８０を駆動するために出力駆動シャフト歯車８０を駆動する。

図１０の構成では、シリンダは、出力駆動シャフト８２に取り付けられている外面歯付きの主歯車の周縁部の周りに配置されている。
図１１では、４つ（２つが示されている）のシリンダの配列が、図８に示されているタイプの単一の環状歯車７８を駆動する。
図８の歯車とは違って、図１１の環状歯車７８は、入ってくる空気の圧縮を生じさせるためにジェットノズル内に２つの圧縮機ディスクも保持する中央シャフト上に取り付けられている。
圧縮空気が、図７の圧縮機６４に代わりに、シリンダの空気取入口に送られる。エンジンからの動力が、さらに、変速装置（図示されていない）への連結によって中央シャフトから取り出される。
図１１の構成は、航空機のためのターボプロペラを駆動するための動力を供給するために使用されることが可能である。

図１２では、水／燃料エマルジョンと共に使用するための内燃機関の代替案の構成が示されている。図１の部品に相当する部品が同じ照合番号を有する。
図１２のエンジンは、幾つかの例外を除いて、図１に示されているエンジンに大半の点で類似している。
図１２では、エンジンブロック１２が燃焼室８０を画定する。図１とは違って、図１２では、往復運動ピストンが存在しない。

この代わりに、互いに背中合わせに配置されている２つの副燃焼室８２、８４が１つの共通端部８６を共有し、且つ、図１で説明されているタイプのインペラ構成を有するそれぞれの反対側の端部８８、９０を各々の副燃焼室が有するように、燃焼室８０が２つの副燃焼室８２、８４に分割される。
共通端部８６は壁９２によって画定されている。壁９２の各々の面９４、９６の上には、図１６のピストン１６上の構成３８、４０に類似したスワール誘起構造９８、１００が存在する。
スパークプラグ電気火花装置１０２、１０４が、スワール誘起構造９８、１００に隣接した副燃焼室８２、８４の中に延びる。

図１２では、純粋な燃料ではなく燃料／水エマルジョンが噴射されるということを除いて、図１の場合のように、燃料が燃料噴射装置ポート２２を経由して副燃焼室８２、８４に供給される。
さらに、図１のように、空気入口ポート２３と排気出口ポート２５とがブロック壁を貫通して延びる。

使用時には、燃料／水エマルジョンが噴射装置２２を経由して噴射され、空気が空気入口ポート２３を経由して送り込まれ、その混合物が点火装置１０２、１０４によって点火される。
初期爆発がさらなる燃焼のための酸素イオンを水の中に放出するので、水／燃料エマルジョンは圧縮を不要にすると考えられる。
膨張する高温の燃焼ガスが構成９８、１００によってスワール状に旋回させられ、このスワールガスが図１のようにインペラ１８に作用する。

図１２の構成がシリンダ１４の代わりに図７の構成内に設置され、図７で説明されているガスサイクルが、往復運動ピストンが存在しないという変更を伴って、図１２に当てはまる。

Claims (17)

1. 内燃機関であって、
   縦軸線を有するシリンダを画定するエンジンブロックと、
   前記シリンダ内に摺動自在に配置されているピストンと、
   前記シリンダの一方の端部に配置されているインペラとを備え、
   前記インペラはシャフト上に回転自在に取り付けられており、
   前記シャフトは前記シリンダの外に延びており且つ前記インペラの回転によって回転駆動される、ものにおいて、
   さらに、
   前記シリンダの前記縦軸線を中心に前記ピストンが回転することを防止するための回転防止機構と、
   前記インペラが配置されている前記シリンダの前記端部に対向する前記ピストンの面の上に配置されているスワール誘起羽根とを備え、
   これによって前記ピストンと前記インペラとの間で前記シリンダ内の燃料の燃焼によって発生させられる燃焼ガスが、前記スワール誘起羽根との反応によってスワール状に旋回させられ、その前記スワール燃焼ガスが前記インペラの回転を生じさせる、
   ことを特徴とする内燃機関。
2. 前記ピストンは、前記インペラが配置されている前記シリンダの前記端部に対向する面の上の複数のスワール誘起羽根を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. インペラが前記シリンダの各端部に配置されており、ピストンが、前記インペラに対向する前記ピストンの反対側の面の上に１つ又は複数のスワール誘起羽根を備えている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関。
4. 燃料噴射装置が、前記シリンダの両端部において前記シリンダの中に燃料を噴射するために配置されている、ことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関。
5. 点火機構が、前記インペラが中に配置されている前記シリンダの端部に又はこの端部の付近に配置されている、ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の内燃機関。
6. 点火機構が前記シリンダの両端部に備えられている、ことを特徴とする請求項３又は４に記載の内燃機関。
7. 燃料が、ディーゼルエンジンに類似した形で、前記シリンダ内の前記ピストンの運動によって生じさせられる圧縮によって点火される、ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の内燃機関。
8. 内燃機関であって、
   縦軸線を有する細長いシリンダを画定するエンジンブロックと、
   前記シリンダ内を縦方向に前後に摺動可能であるように前記シリンダ内に配置されているピストンと、
   を備えており
   前記ピストンは前記エンジンの出力駆動シャフトに機械的に連結されておらず、
   前記ピストンの一方の側での燃料の燃焼が、前記シリンダに沿った前記ピストンの運動が前記ピストンの他方の側で前記シリンダ内においてガスを移動させることを誘起し、
   その結果、前記燃焼によって発生させられた燃焼ガスが前記シリンダの外側にある歯車にシャフトを介して連結されている内側インペラを駆動し、前記エンジンの動力の少なくとも一部分が前記内側インペラ上に作用する前記燃焼ガスにより発生され、
   前記ピストンはその一方の面の上にスワール誘起羽根を有し、かつ、
   前記内側インペラが、羽根を有する前記ピストンに対向する前記シリンダの端部に配置されており、
   前記シリンダ内の燃料の燃焼によって発生させられる燃焼ガスが、前記スワール誘起羽根と前記スワール燃焼ガスとの反応によってスワール状に旋回させられ、
   その前記スワール燃焼ガスは前記内側インペラの回転を生じさせる、
   ことを特徴とする内燃機関。
9. 前記内側インペラは、外側歯車に連結されているシャフトを駆動し、かつ、前記外側歯車駆動シャフトは、前記エンジンの主出力駆動シャフトに駆動的に連結されている、ことを特徴とする請求項８に記載の内燃機関。
10. 前記外側歯車駆動シャフトが電力を発生させるために発電機を駆動し、それが、例えば電気モータに電力供給することによって、動力を提供するために使用されることが可能である、ことを特徴とする請求項９に記載の内燃機関。
11. 前記内側インペラ駆動シャフトは、自動車又は発電機に電力供給するか又は駆動するために前記エンジンの主出力駆動シャフトを駆動して電気の発生を可能にして、それが動力を供給するために使用されることが可能である、ことを特徴とする請求項８から１０のいずれかに記載の内燃機関。
12. 内燃機関であって
    各々が細長い前記シリンダをその中に画定する複数のシリンダハウジングを備え、
    前記シリンダの各々は縦軸線を有し、
    前記シリンダの各々はそのシリンダの軸方向に前記シリンダハウジングの外に延びる前記シャフトを駆動シャフトとして有し、
    前記駆動シャフトの各々はその駆動シャフト上に歯車を有する、
    ものであって、
    さらに、
    出力駆動シャフトを駆動する主歯車を備え、
    前記駆動シャフトの前記歯車は、前記シリンダの前記駆動シャフトの回転が、前記出力駆動シャフトを回転させる前記主歯車を回転させるように、前記主歯車と噛み合うように配置されており、
    前記シリンダは前記主歯車の周縁部の周りに配置されており、
    前記シリンダの各々は、それぞれの前記駆動シャフトに駆動的に連結されている内側インペラ構造を有する、
    ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
13. 前記歯車は内歯リングを備え、かつ、前記シリンダは前記主歯車の内側において前記主歯車の周縁部の周りに配置されている、ことを特徴とする請求項１２に記載の内燃機関。
14. 前記主歯車は外歯を有し、かつ、前記シリンダは前記主歯車の外周部の周りに配置されている、ことを特徴とする請求項１２に記載の内燃機関。
15. 前記主歯車からの前記出力駆動シャフトは、自動車変速機の入力シャフトを駆動するか、又は、電力発生を生じさせるために発電機を駆動し、前記電力は動力を供給するために使用される、
    ことを特徴とする請求項１２から１４のいずれか一項に記載の内燃機関。
16. 前記請求項１から１５の何れかに記載の内燃機関を作動させる方法であって、
    前記内燃機関は、
    エンジンブロックと、
    前記エンジンブロック内に形成されているシリンダと、
    前記シリンダ内を摺動自在に往復運動するように配置されているピストンと、
    前記シリンダの中にガスが入ることを可能にするための、前記シリンダの外側において前記シリンダの一方の端部に隣接して配置されているガス入口弁と、
    前記シリンダ内のガスがガス出口経路に進むことを可能にするための、前記シリンダの前記一方の端部に隣接したガス出口弁と、
    前記シリンダの反対側の端部に隣接して配置されているガス入口弁と、
    前記シリンダの前記反対側の端部に隣接して配置されているガス出口弁と、
    を備え、
    この方法は、
    ｉ）前記ガス出口弁を閉じるステップと、
    ｉｉ）前記一方の端部から離れて前記反対側の端部に向かって前記ピストンを強制的に押し進めるように、且つ、前記反対側の端部内でガスを圧縮するように、前記ガス入口弁の一方又は両方を経由して前記ピストンの一方の側において前記シリンダの中にガスを送り込むステップと、
    ｉｉｉ）大気圧よりも低いレベルにガス出口経路内のガス圧力を維持するステップと、
    ｉｖ）前記反対側の端部において前記シリンダの中に燃料を送り込むステップと、
    ｖ）前記ピストンが前記シリンダに沿って前記反対側の端部から離れて前記一方の端部に向かって移動するように、前記送り込まれた燃料に点火し、これによって前記一方の端部において前記シリンダ内でガスをさらに圧縮するステップと、
    ｖｉ）前記ピストンが前記一方の端部において前記ガス出口弁を通過する時に、燃焼ガスが前記ガス出口経路に進むことを可能にするために、前記一方の端部において前記ガス出口弁を開くステップと、
    ｖｉｉ）前記ピストンがその動程の末端に向かって前記一方の端部に向かって移動するを時に、前記ピストンを前記反対側の端部から離れるように、且つ、前記一方の端部においてガスを圧縮するように、前記反対側の端部において前記ガス入口弁を経由して前記シリンダの中にガスを送り込むステップと、
    ｖｉｉｉ）前記ガス出口経路から前記燃焼ガスを排出し、前記ガス出口経路内のガス圧力を大気圧より低いレベルにするステップと、
    ｉｘ）前記一方の端部において前記シリンダの中に燃料を送り込むステップと、
    ｘ）前記ピストンを前記シリンダに沿って前記一方の端部から離れて前記反対側の端部に向かって移動させるように、前記送り込まれた燃料に点火し、これによって前記反対側の端部においてガスをさらに圧縮するステップと、
    ｘｉ）燃焼ガスが前記シリンダから前記ガス出口経路に排出されることを可能にするために、前記反対側の端部において前記ガス出口経路を開くステップと、
    ｘｉｉ）ステップｉ）からステップｘｉ）を繰り返すステップと、
    を含む、
    ことを特徴とする方法。
17. 水／燃料エマルジョン燃料型の内燃機関であって、
    燃焼室を画定するエンジンブロックと、
    前記燃焼室の中に通じる燃料入口ポートと、
    前記燃焼室から通じる燃焼ガス出口ポートと、
    前記燃焼室の外に延びており且つインペラの回転によって回転駆動されるシャフト上に回転自在に取り付けられている、前記燃焼室内のインペラと、
    前記インペラから間隔を置いて配置されており且つ前記インペラの概ね反対側に位置している前記燃焼室の内壁上に形成されているスワール誘起構造と、
    前記スワール誘起構造に隣接して配置されている点火装置と、
    水／燃料エマルジョンと空気とが前記燃焼室の中に送り込まれるように前記スワール誘起構造に隣接している点火機構と、
    を備え、
    前記点火機構はエマルジョン／空気混合物に点火し、前記燃焼ガスは、前記インペラを回転させるように前記スワール誘起構造によってスワール状に旋回させられる、
    ことを特徴とする水／燃料エマルジョン燃料型の内燃機関。

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