JPH0696964B2

JPH0696964B2 - ロータリピストン機関

Info

Publication number: JPH0696964B2
Application number: JP1144292A
Authority: JP
Inventors: ギル、ホワン、チャン
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-06-09
Filing date: 1989-06-08
Publication date: 1994-11-30
Anticipated expiration: 2009-11-30
Also published as: KR920003948B1; DE3819665A1; KR900000575A; EP0345745A3; JPH0230901A; EP0345745A2

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、固定ケーシングと、遮蔽部材の中で回転し、
機関軸に作用するピストンとを有し、ピストンが、容積
を周期的に変えながら遮蔽部材内で回動する作動室を形
成し、こうして燃料の燃焼の際に放出される熱エネルギ
ーを機械エネルギーに効果的に変換するロータリピスト
ン機関に関する。

〔従来の技術〕

この種の公知のロータリピストン機関としては、特にワ
ンケルエンジン、即ち遮蔽部材が静止し、即ちそれ自体
が固定ケーシングの一部であり、ピストン又は出力部が
ケーシングの中で回転するプラネタリピストン機関が挙
げられる。ワンケルエンジンは、本質的に、偏心軸と、
偏心軸の上で回転可能な三角形ピストンから成り、ピス
トンは内歯輪歯車を有し、偏心軸の偏心輪上で、ケーシ
ングに固定した外歯の周りに歯のかみ合いを介して円運
動を行なう。好適に使用される歯車と内歯遊星歯車との
間の変速比2:3の場合、細長い楕円形のくびれた曲線が
生じ、偏心軸が３回転を行なうと、ピストンの輪郭の三
角形の１つの頂点がこの曲線を１回周回する。ピストン
とケーシングの壁面の間の各作動室は、この運動条件の
もとで２回の交互の拡大と縮小を行なう。このことを４
行程過程のために利用することができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ワンケルエンジンの大きさと重量は同等の往復機関に比
してはなはだ小さく、部品数が少なく、静粛性が特に良
好である。ところが、ワンケルエンジンは、その製造コ
ストが高く、三角形ピストンの密封が困難であり、シリ
ンダが円形でなく、大きな摩耗を生じ、それに基づく修
理が必要となり、また機関出力限度が比較的低いなどの
難点もある。

例えば、ロータリピストン機関の上記の欠点を回避する
ために、作動室の中央で回転するロータを備えた星形配
列燃焼室機関として構成され、作動室を星形配列の燃焼
室に区分するために、ロータが半径方向可動の駆動壁を
有する回転内燃機関が西ドイツ特許出願公開第2522860
号明細書に開示されている。この場合、燃焼室の周期的
な容積変化を生じるための駆動壁の半径方向運動は、少
くとも１個の曲線路によって制御される。この回転内燃
機関は、ワンケルエンジンに比して全回転数範囲で小さ
い寸法、少い重量、低い燃料消費で機関出力が大きい利
点があるという。しかし、このロータリピストン機関
も、依然として作動室の形状、不良な圧縮、作動室の完
全な密封に関してワンケルエンジンと同じ欠点を有す
る。この場合も、作動サイクル中に作動室がピストンの
回転方向に移動し、即ち作動室の外壁が絶えず変化する
からである。ところが、熱伝達面が大きすぎるので、往
復ピストン機関で得られるような圧縮圧と点火圧が得ら
れない。

一方では往復ピストン機関より良好な重量条件を、他方
ではロータリピストン機関より良好な出力条件を得るた
めに、分離セグメントとピストンセグメントを備えたス
イベルピストンシリンダの中に燃焼室を配設したスイベ
ルピストン内燃機関及びスイベルピストン圧縮機を有す
る内燃機が西ドイツ特許出願公開第3330125号に開示さ
れている。この公知の内燃機の機能は次の通りである。
即ち、燃焼室内の燃焼圧によってスイベルピストンが往
復揺動運動させられる。車輪歯車装置とフリーホイール
を介してスイベルピストンの揺動運動が連続回転運動に
変えられる。この方式では、燃焼圧がピストンセグメン
トの両側に作用し、その揺動運動が歯車装置を介在せず
に直接変換される。この機関は、入口及び出口弁制御式
４行程機関として、若しくは圧縮機付又は弁無し制御式
２行程機関として構成することができる。相対する作動
室の圧縮圧がピストン運動を端位置で弾支しても、この
内燃機関の静粛性はすこぶる不良であり、摩耗がロータ
リピストン機関より遥かに高い。

従って、本発明の目的は、僅かな重量で高い機関出力を
与え、しかも作動室の完全な密封を可能にするロータリ
ピストン機関を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題は、本発明のロータリピストン機関により解
決される。すなわち、上記の種類のロータリピストン機
関において、遮蔽部材が環状に形成されていると共に、
周方向に並置されて回転軸線Ｘの周りに回転する少くと
も２個の弓形ピストンを備え、ピストンの間に行程動作
のための作動室が形成され、各ピストンが、ピストンか
ら機関軸へ、又は逆方向のトルクの伝達のために、回転
軸線Ｘに対して偏心に支承され機関軸に固定されたレバ
ーのそれぞれ一方のレバーアームと半径方向に係合し、
ピストンの回転の際にレバーの同様な回転のためにレバ
ーアームの各々の係合長さが燃焼圧によって変化し、不
等係合長さのレバーアームを形成することによって上記
の課題が解決される。

〔発明の作用・効果〕

こうして往復ピストン機関と同様の熱力学的過程によっ
て駆動される回転ピストン機関が提供されるのである。
しかも、作動サイクルが同じ作動室で発生するから、高
い圧縮及び点火圧が得られる。燃焼ガスによって熱せら
れた作動室が吸入過程で新気により冷却されるから、作
動室、ピストン及び場合によって設けられる密封体の熱
負荷が少い。このようにして、作動室の形状により往復
ピストン機関に劣らず高い圧縮が得られる。しかも、作
動室のこの理想的な形状によって、入口と出口の明確な
分離及び良好な燃焼消費が得られる。その結果、本発明
によるロータリピストン機関では、従来のロータリピス
トン機関に比して遥かに高い機関出力が得られると共
に、回転機関で周知の良好な静粛性及び小さな寸法と小
さな重量の利点が保証される。

〔発明の態様〕

このロータリピストン機関のレバーを偏心支承のために
自在軸にピン継手により固定し、自在軸を一方で機関軸
に、他方では回転軸線Ｘに対して偏りＡを設けて機関ケ
ーシングの軸受に枢着することができる。従って、適当
な行程を得るために、レバーの回転軸線Ｘからの偏心距
離の大きさＥと自在軸の軸受側支持部の回転軸線Ｘに対
する偏りＡを適当に選択することができる。特にこれは
大きな偏りＡに対して小さな偏心距離Ｅで自在軸を斜設
することによって達成される。

その場合、軸受を内歯車及びこれとかみ合うピニオンと
して構成することができる。２個のピストン及び内歯と
ピニオンの歯数比2:1を使用すれば、慣用の４行程方式
で操作することができる。但し「吸入、圧縮、膨脹、排
出」の作動過程は２個の隔室のそれぞれで90°の移相で
行なわれる。

また、ピストン回転軌道に入り込む潤滑油を、ピストン
に設けるシールストリップで掻き取り、遠心力により外
向きに加速することによって、元来ピストン形状により
比較的簡単な密封を助長することができる。費用がかか
り、環境に対し有害なオイル燃焼混合物潤滑がこうして
廃止される。

本発明のその他の実施態様及び利点は、添附の特許請求
の範囲及び下記の説明から明らかとなろう。

〔実施例〕

次に、添付図面に示す実施例に基づいて本発明をさらに
詳述する。

第１図に示すロータリピストン機関は機関ケーシング１
を具備し、その中にロータとして構成された、概略中空
の環状の遮蔽部材10が中心に配設されている。この遮蔽
部材10は、第２図に示す回転軸線Ｘの周りに同様に回転
することができ、ピストン軌道15を画成する外壁12と内
壁13を有する。外壁12と内壁13は相対して中空リングの
一部区域にだけ延在し、この一部区域の部位に可変容積
作動室4,5を生じる。従って、外壁12と内壁13は、遮蔽
部材10が作動室4,5を内包することができるが、空欠部
に出力部のための案内部を収容することができるような
周方向長さを有する。

遮蔽部材10の中に出力部として２個の弓形のピストン20
が配設されている。ピストン20は概略長方形の横断面を
有し、遮蔽部材10の中で回転するように周方向に並置さ
れている。その場合、２個のピストン20の総周方向長さ
は遮蔽部材10の中のピストン軌道15の長さより小さい。
各ピストン20は、中央半径方向孔19を有し、その中に双
腕レバー34のレバーアーム38が案内部材22を介して半径
方向に移動自在に枢着されている。このレバー34は、回
転軸線Ｘに対する偏心距離Ｅで自在軸32に回転自在に固
定され、そのレバーアーム38が回転軸線Ｘに対して垂直
に延在している。レバー34とピストン20の上述の係合位
置で、２個の相対するピストン20の隣接する端面25がそ
れぞれ一方の作動室4,5を画成している。２つの作動室
4,5は互いに180°回転した位置にあり、等長のレバーア
ーム38が２個のピストン20と係合すれば、作動室4,5の
一方が最小容積、他方が最大容積を内包する。レバー34
は偏心距離Ｅに相当する間隔で回転軸線Ｘと平行の回転
軸線Ｘ′を中心に回転するので、ピストン20の回転軸線
Ｘとレバー34の回転軸線Ｘ′は一致しないから、レバー
34の１回転の際に不等係合長さのレバーアーム38がピス
トン20とレバー34の係合を行なう。その結果、レバーア
ーム38の係合長さに応じてピストン20の周速が変化す
る。こうして、２個のピストン20の行程動作が生じ、作
動室4,5の容積の変化を誘起する。この場合、レバー34
の１回転で各作動室4,5は最小容積と最大容積をとる。
レバー34が機関軸30に直接固定されているならば、この
ように構成された遮蔽部材10と出力部（ピストン20）に
よって２行程方式が遂行される。レバー34の２個の等長
のレバーアーム38が第１図に示す位置から回転すると、
両方の端面25に作用する燃焼圧が直ちにレバー34、それ
と共に機関軸30にトルクを働かせる。それによって、前
述のサイクルが作動する。その際、遮蔽部材10がレバー
34の回転と同様に回転させられるから、常に内壁13と外
壁12の同じ区域が作動室4,5を画成し、従って出力部に
対して不動である。

機関ケーシング１は新気の供給のために作動室4,5に対
してそれぞれ入口３と出口２を有する。これらの入口と
出口が第２図ではっきり分かる。２行程方式のサイクル
では、もちろん１個の入口３と出口２しか必要でない。

これらの開口部2,3は、吸入又は排出過程の間に連続的
に新気を供給し又は燃焼ガスを排出することができるよ
うに、それぞれピストン軌道15の約４分の１にわたって
バナナ形に延在している。それぞれ入口３と出口２が互
いに隣接して配設され、それぞれ密封体11を装備する。
密封体11は遮蔽部材10の回転によって入口３と出口２の
上を摺動し、こうして新気の流入と燃焼ガスの流出を制
御することができる。

作動室4,5の完全な密封のために、ピストン20はその端
面25に隣接してシールストリップ21を有する。シールス
トリップ21は、外壁12及び内壁13と係合する。互いに間
隔を置いて配列された２個のシールストリップ21を設け
ることが好ましい。また各ピストン20は、レバー34との
係合部に隣接して、機関ケーシング１の中央に噴射され
る潤滑油の通過のための半径方向孔23をそれぞれ有す
る。この潤滑油はピストン20及び遮蔽部材10の回転の際
に遠心力により外壁12に到達する。最後に、ピストン20
の内側及び外側の孔23区域の周方向切欠部24,26によっ
て、ピストン20の潤滑が更に促進される。この切欠部2
4,26は潤滑油で満たされ、ピストン20の回転と共に常に
新しい潤滑油を外壁12及び内壁13とピストン20の間に送
給する。この補助孔23と切欠部24,26は、良好なしかも
経済的に使用される潤滑を保証する。

次に、第２図は、自在軸32へのレバー34の固定及び機関
軸30と機関ケーシング１に固着した軸受40との間のレバ
ー34の枢着を図示し、かつ軸受40自体を図示するための
ものである。回転軸線がピストン20の回転軸線Ｘと一致
する機関軸30は、遮蔽部材10に固着され、第１の枢着点
31を介して自在軸32の第１の端部にピン継手により揺動
自在に枢着されている。従って、機関軸30の回転と共に
遮蔽部材10及び自在軸32も同様に回転する。自在軸32の
第２の端部は、第２の枢着点35を介して軸受端41にピン
継手により揺動自在に固定されている。回転軸線Ｘ上に
ある第１の枢着点31と第２の枢着点35と結ぶ直線と回転
軸線Ｘとの間に角βが形成される。この直線は、自在軸
32の長手方向に相当する。その結果、回転軸線Ｘに対し
て自在軸32の第２の端部の偏りＡが生じている。軸受端
41にピニオン42が固定され、内歯車43とかみ合う。この
内歯車43は機関ケーシング１に固着されており、回転軸
線Ｘを中心にして配設されている。内歯車43の内歯44の
歯数とピニオン42の歯数の比は2:1である。機関軸30が
駆動されると、軸受端41及びピニオン42が回転軸線Ｘ″
を中心とする同心円上を機関軸30と同じ周速で運動す
る。即ち、機関軸30が回転軸線Ｘの周りに１回転する
と、軸受端41とピニオン42も回転軸線Ｘ″の周りに１回
転する。しかし、ピニオン42は内歯44の中で転動するか
ら、軸受端41はそれに枢着された自在軸32と共に回転軸
線Ｘに対して偏りＡで逆方向に接触面上を摺動する。そ
の結果、自在軸32は一方では２つの枢着点31,35を結ぶ
直線を中心に機関軸30と同じ周速で回転運動を行い、ま
た円錐の頂点が第１の枢着点31にあり、円錐の底面の半
径は偏りＡにより定義される円錐面上で精密運動を行な
う。なおその場合更に、軸受端41の支持のために、回転
自在に支承された円板45を設けることができる。

レバー34は、自在軸32に、ピン継手により自在軸周りに
は回転不能に固定されている。２つの枢着点31,35を結
ぶ直線に対して垂直な面であるレバー34の固定面は、上
記直線を通る面との交点で固定点33を定義している。固
定点33と回転軸線Ｘとの間隔は、回転軸線Ｘに対するレ
バー34の支承の偏心距離Ｅを定めている。軸受端41は第
２の枢着点35と共に偏りＡの接触面上を摺動するが、レ
バー34は機関軸30に対して相対的に接触面上を摺動す
る。この場合、レバー34の固定面が自在軸32の全長を二
分するから、偏心距離Ｅは1/2Aに等しい。内歯44及びピ
ニオン42の形状寸法を十分に確定することができるよう
に、所定の偏りＡが必要である。偏心距離Ｅが偏りＡに
等しければ、大きな行程が発生するから、偏心距離Ｅを
偏りＡに比して小さく選定する。最後に、更に入口３と
出口２の密封のための密封板14が第２図で明らかであ
る。密封板14は、一方では上記の開口部を通ってそれに
接続する通路に油が入ることを阻止し、他方ではピスト
ンの内室への新気または燃焼ガスの侵入を制止する。

第３図は、レバー34の前述の配列と位置を更に図で明ら
かにするために、第２図に対してレバー34を90°回転し
て示す。更に、レバーアーム38とそれぞれ一方のピスト
ン20との半径方向に移動自在な係合のための案内部材22
をピストンと共に示す。その他については、第３図は第
２図と同じである。

上述のロータリピストン機関の４行程サイクルを、次に
第４図に基づき、部分図4aないし4fを参照しながら説明
する。

第4a図では、作動室４が最小容積、作動室５が最大容積
をとり、その際、レバーアーム38の係合長さは等しい長
さの区間Ｃ及びｄで示される。

第4b図で、レバー34はピニオン42と共に矢印ｂの方向に
回転しており、一方、ピニオン42の回転軸線Ｘ″は回転
軸線Ｘの周りに矢印ａの方向に摺動する。この運動によ
ってレバーアーム38の係合長さｃ、ｄが変化する。一方
のレバーアーム38の係合長さｃが増加し、反対側のレバ
ーアーム38の係合長さｄが縮小する。係合長さｃ、ｄの
変化の結果、長い方のレバーアーム38と係合するピスト
ン20は、短いレバーアーム38と係合するピストン20より
速く移動するから、作動室４の容積が連続的に増加し、
一方、作動室５の容積は連続的に減少する。

第4c図は回転軸線Ｘの周りに90°回転した後のサイクル
を示す。第4a図から第4c図への作動過程で作動室４は密
封体11により制御されながら入口３から連続的に燃料空
気混合物を吸入したが、作動室５は既に吸入した混合気
を圧縮する。そこで第4c図には、作動室４の吸入過程が
終了し、作動室５の圧縮過程も終了して、第２図及び第
３図に示す点火装置50が圧縮された混合気に点火するサ
イクル時点が示されている。

第4d図はレバーアームの係合長さの差に対する作用燃焼
圧を示す。これを２個の矢印で表わす。この燃焼圧はレ
バー34とピストン20の係合点に作用し、不等長のてこに
基づきエンジントルクを発生する。

第4e図は、回転軸線Ｘの周りの次の90°回転の後のサイ
クルを示す。作動室５の膨脹過程と作動室４の圧縮過程
が終了して、点火装置が作動室４の圧縮混合気に点火す
る時点が示されている。

最後に第4f図は、排出過程の終期の作動室５を示し、一
方、作動室４では膨脹過程が終了している。

【図面の簡単な説明】

第１図はロータリピストン機関の横断面図、第２図は第
１図に矢印で示した線に沿ったロータリピストン機関の
縦断面図、第３図はレバーを90°回転して示した、第２
図による縦断面図、第4a図乃至第4f図は４行程方式の１
サイクルの略図を示す。４は作動室、５は作動室、10は遮蔽部材、20はピスト
ン、30は機関軸、34はレバー、38はレバーアーム、Ｘは
回転軸線。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】機関の固定ケーシングと、遮蔽部材の中で
回転し、機関軸に作用するピストンとを有し、ピストン
が、容積を周期的に変えながら遮蔽部材内で回動する作
動室を形成して成るロータリピストン機関において、遮
蔽部材（10）が環状に形成されていると共に、周方向に
並置されて回転軸線Ｘの周りに回転する少くとも２個の
弓形ピストン（20）を備え、ピストンの間に行程動作の
ための作動室（4,5）が形成され、各ピストン（20）
が、ピストン（20）から機関軸（30）へ、又は逆方向の
トルクの伝達のために、回転軸線Ｘに対して偏心に支承
され機関軸（30）に固定されたレバー（34）のそれぞれ
一方のレバーアーム（38）と半径方向に係合し、ピスト
ン（20）の回転の際にレバー（34）の同様な回転のため
にレバーアーム（38）の各々の係合長さが燃焼圧によっ
て変化し、不等係合長さのレバーアーム（38）を形成す
ることを特徴とするロータリピストン機関。
【請求項２】レバー（34）が偏心支承のために自在軸
（32）にピン継手により固定され、自在軸が、一方では
機関軸（30）に、他方では回転軸線Ｘに対して偏りＡを
設けて機関ケーシング（１）の軸受（40）に枢着される
ことを特徴とする請求項１に記載のロータリピストン機
関。
【請求項３】軸受（40）が、機関ケーシング（１）に固
着した内歯車（43）及びこれとかみ合うピニオン（42）
から成り、自在軸（32）がピニオン（42）に固定されて
いることを特徴とする請求項２に記載のロータリピスト
ン機関。
【請求項４】内歯（44）の歯数とピニオン（42）の歯数
が2:1の割合であることを特徴とする請求項３に記載の
ロータリピストン機関。
【請求項５】自在軸（32）の軸受側支持部の回転軸線Ｘ
に対する偏りＡがレバー（34）の回転軸線Ｘからの偏心
距離Ｅより大きいことを特徴とする請求項２乃至４のい
ずれか１項に記載のロータリピストン機関。
【請求項６】遮蔽部材（10）がロータとして形成され、
ピストン（20）と共に回転軸線Ｘを中心に同様に運動す
ることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記
載のロータリピストン機関。
【請求項７】機関ケーシング（１）が、周方向に概略バ
ナナ形に延在する入口及び出口（3,2）を有することを
特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のロー
タリピストン機関。
【請求項８】シールリングを備えた密封体（11）が、同
時に入口及び出口密封体の機能も受持つようにして各作
動室（4,5）に配設されることを特徴とする請求項７に
記載のロータリピストン機関。
【請求項９】隣接するピストン（20）の各々２個のピス
トン端面（25）が作動室（4,5）を画成し、作動室（4,
5）の数がピストン（20）の数に等しいことを特徴とす
る請求項１乃至８のいずれか１項に記載のロータリピス
トン機関。
【請求項１０】ピストンの端部にシールストリップ（2
1）が設けられていることを特徴とする請求項１乃至９
のいずれか１項に記載のロータリピストン機関。
【請求項１１】ピストン（20）が半径方向貫通孔（19）
を有し、その中にそれぞれ一方のレバーアーム（38）が
半径方向移動可能に枢着されることを特徴とする請求項
１乃至10のいずれか１項に記載のロータリピストン機
関。
【請求項１２】遮蔽部材（10）の中の均一なオイル分配
のために、ピストン（20）が補助半径方向孔（23）を有
することを特徴とする請求項１乃至11のいずれか１項に
記載のロータリピストン機関。
【請求項１３】周期的に形成される作動室（4,5）の区
域で環状遮蔽部材が円弧状外壁（12）及び相対する内壁
（13）から成ることを特徴とする請求項１乃至12のいず
れか１項に記載のロータリピストン機関。
【請求項１４】互いに間隔を置いて配列された２個の概
略半円形のピストン（20）が設けられていることを特徴
とする請求項１乃至13のいずれか１項に記載のロータリ
ピストン機関。
【請求項１５】ピストン（20）が４行程方式で回転し得
ることを特徴とする請求項４又は14に記載のロータリピ
ストン機関。
【請求項１６】各作動室（4,5）に点火プラグ（50）が
配属されていることを特徴とする請求項１乃至15のいず
れか１項に記載のロータリピストン機関。