JPH09256801A - 真円ロータリーエンジンと真円ロータリーポンプの基本 構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 往復運動を排除した真円回転をするロータリ
ーエンジンを作り、熱効率の向上を目指す。同時に、同
じ構造を利用して、効率の良いロータリーポンプを作
る。 【構成】 真円ロータリーエンジンの実現が困難なひと
つの要因は、圧縮空気をうまく爆発室に入れることが出
来ないためだと思われます。圧縮空気を、一旦真円シリ
ンダーの外へ出して一時蓄えておき、爆発室が完成した
とき圧縮空気を爆発室に充填するための圧縮空気副室
と、２個の可動回転翼・２個の固定隔壁を考案して、真
円ロータリーエンジンを実現するものです。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、いまだ実現されていない真円ロ
ータリーエンジンを実現させるための可動隔壁Ａ・Ｂ
と、圧縮空気を一旦シリンダーの外へ導き出す圧縮空気
副室（以下副室という）を考案し真円ロータリーエンジ
ンを実現するものです。

【０００２】可動隔壁と回転翼の形状（図１〜図７）
は、回転翼の回転がスムースに行われ、また、爆発圧が
効率よく回転翼を回転させ、さらに、吸気を効率よく圧
縮できるように考案したものです。この構造では、圧縮
行程の後半で圧縮空気圧が可動隔壁Ａを押し下げる力が
強まるため、これを支えるカムを考えたものです。後に
図８の可動隔壁と回転翼を考えました。これは圧縮行程
後半の圧縮空気圧が可動隔壁を押し下げる成分を持たな
い点が優れていると思います。

【０００３】圧縮空気をいったん真円シリンダーの外へ
出す圧縮空気副室も真円ロータリーエンジンを実現する
ために不可欠な構造です。ピストンを持たない単純な空
間の副室に吸入弁と押出弁を備えたものでもよいと思い
ます。セルモーターでの始動初期回転のころは圧縮空気
副室の圧力が十分上がらず、点火できないかもしれませ
ん。数回転後には副室の空気圧も上昇し起動できると思
います。副室容積を爆発室の約１０倍程度にすれば爆発
室の圧力を十分に上げることができます。このほうが機
構が単純という利点もあります。（ただし、吸入弁が開
くタイミングは圧縮行程が９割程度進んだ時点にする必
要があります。） 圧縮空気副室をピストン化して、圧縮空気を強制的に爆
発室へ押し込む構造は（申請書はこれで書きました）、
可動隔壁が押し下げられている間も圧縮行程が連続して
いるように作動させることができる利点があります。

【０００４】真円ロータリーエンジンは、燃料直噴型と
します。ガソリン（又はＬＮＧ）混合気体を吸入する方
式では、圧縮行程の最終段階で副室に入れなかった混合
気は、回転翼前方の排気行程に排出されるため燃費が下
がります。図では、燃料噴射位置を爆発室にしました
が、圧縮空気副室に燃料を噴射する方法も考えられま
す。さらに、圧縮空気副室で点火して、これを爆発室の
副室とする方法も考えられます。

【０００５】アイドリング回転数を下げるため、燃料噴
射量を減少する他に、吸気量を減らす方法があります。
吸気口を２個所に設け（１つは可動隔壁Ｂに隣接する位
置、１つはそれより可動隔壁Ａに近づけた位置）開閉を
制御する可変吸気システムが簡単に作れます。

【０００６】単気筒真円ロータリーエンジンの動作説明
１。 図１では、回転翼αの前方１３で圧縮行程が、後方１２
では吸気管８・吸気口９から吸気行程が進んでいます。
回転翼βの前方１５では排気口１０・排気管１１を通じ
て排気行程が、後方１４では爆発行程が進行していま
す。可動隔壁Ａ・Ｂは共にばねの力で回転シリンダーに
押し付けられています。圧縮空気副室３の圧縮空気吸入
弁６（以下吸入弁という）と圧縮空気押出弁７（圧縮空
気を爆発室に押し込む弁・以下押出弁という）は、共に
閉じています。圧縮空気副室のピストン１９はピストン
駆動カム１８の圧力から開放されつつあります。燃料噴
射ポンプ１６と点火プラグ１７の位置の窪みは、図では
外周に書いていますが、実際には下面側壁に付けます。
図４は図１から少し回転が進み、吸気・圧縮・爆発・排
気各行程が進行しています。この段階で副室の吸入弁６
が開きます。可動隔壁Ａにかかる圧縮空気の圧力は回転
翼が１回転する間に２回転するカム２０で受けていま
す。図５では、回転翼α・βが可動隔壁Ａ・Ｂに接触し
たところです。吸入弁６はここで閉じます。圧縮行程・
爆発行程・排気行程は完了し、吸気行程のみもうしばら
く続きます。可動隔壁Ａの圧力を支えていたカムは開放
され、可動隔壁Ａはばね２１の圧力だけで回転シリンダ
ーに押し付けられています。図６は回転翼αが可動隔壁
Ａを、回転翼βが可動隔壁Ｂを押し下げて回転している
ところです。副室の吸入弁・押出弁共に閉じています。
図７は、回転翼が可動隔壁を過ぎたところで、可動隔壁
Ａ・Ｂ共に跳ね上がり、回転シリンダーに押しつけられ
ます。回転翼βと可動隔壁Ａで圧縮室が形成され、回転
翼αと可動隔壁Ａの間に爆発室が形成されます。爆発室
に燃料噴射口と点火プラグのための窪みがあり、回転翼
αがこの窪みを過ぎて爆発室が完成します。（燃料噴射
口と点火プラグの窪みは、下面側壁にありますが図の都
合で円の外周にあるように書きました。この窪みを通過
する際は爆発室と排気室の間にすきまができます。この
窪みを過ぎて爆発室が気密となります。）ここで圧縮吸
気副室の押出弁７が開き、ピストンが押されて圧縮空気
が爆発室に挿入され、そこへ燃料を噴射し、点火して爆
発行程が行われます。以下、１図に戻ります。

【０００７】図８は、後の考案のものです。可動隔壁を
板状とすることで、可動隔壁を押し下げる力がかからな
い点が良い点です。回転翼の形状も可動隔壁の動きを妨
げないように考案したものです。また、可動隔壁の先端
の形状は、回転翼先端につけられるピストンリングの損
傷を防ぐためのものです。副室はピストンを持たないタ
イプとしました。副室の吸入弁・押出弁の位置・形状も
変えます。図１０は、図８の可動隔壁と回転翼の形状を
逆転させたもので、可動回転翼α・βと固定隔壁Ａ・Ｂ
となっています。図９の副室と併用して小型・軽量・高
出力のエンジンができます。

【０００８】２シリンダーセットの真円ロータリーエン
ジン 図１１は、２シリンダー１セットの真円ロータリーエン
ジンの概念図です。下側のシリンダーは吸気・圧縮シリ
ンダーで、上は爆発・排気シリンダーです。吸気・圧縮
シリンダーの可動隔壁Ｂ２と回転翼β５による圧縮行程
終了位置の上に、爆発排気シリンダーの可動隔壁Ａ１と
回転翼α４の間に形成される爆発行程開始位置を置き、
圧縮空気が副室３を経て爆発室へ入るようにします。こ
のタイプでは吸気量が多く、圧縮圧も大きく真円ディー
ゼルエンジンが出来ると思います。また、爆発・膨張行
程もほぼ１回転分となり、熱効率の向上がはかれます。
副室に燃料噴射ポンプをつけて爆発室とすることもでき
ます。

【０００９】図１２は真円ロータリーポンプです。 エ
ンジンとポンプは基本的に同じ構造を持ちます。発明の
エンジンも、１シリンダー・１回転翼・１可動隔壁の構
造で、小型・軽量の真円ロータリーポンプとなります。
（図１２）このポンプでは吸水と吐水が同時に進行して
いるため、ほぼ連続的に吐水出来ます。吐水量も比較的
多く、吐水圧も比較的大きくできます。

【図面の簡単な説明】

【図１】単気筒真円ロータリーエンジンの基本構造であ
る。

【図２】圧縮空気副室の概念を俯瞰したものである。

【図３】単気筒真円ロータリーエンジンの大まかな概念
図である。

【図４】図１より回転が進んだ様子である。

【図５】回転翼が固定隔壁に接した様子を示す図であ
る。

【図６】回転翼が可動隔壁を押し下げて進む図である。

【図７】爆発室の形成・圧縮空気充填・燃料噴射・点火
・爆発を示す図である。

【図８】板状可動隔壁と回転翼による真円ロータリーエ
ンジンを示す図である。

【図９】ピストンを持たない圧縮空気副室を示す図であ
る。

【図１０】可動回転翼と固定隔壁による真円ロータリー
エンジンを示す図である。

【図１１】２シリンダー１セットの真円ロータリーエン
ジンの概念図である。

【図１２】真円ロータリーポンプを示す図である。

【符号の説明】 「１ 可動隔壁Ａ」「２ 可動隔壁Ｂ」「３ 圧縮空気
副室」「４ 回転翼α」「５ 回転翼β」「６ 圧縮空
気副室の吸入弁」「７ 圧縮空気副室の押出弁」「８
吸気管」「９ 吸気管開口」「１０ 排気口開口」「１
１ 排気管」「１２ 吸気室」「１３ 圧縮室」「１４
爆発膨張室」「１５ 排気室」「１６ 燃料噴射ポン
プ」「１７ 点火プラグ」「１８ 副室ピストン駆動カ
ム」「１９ 圧縮空気副室のピストン」「２０ 可動隔
壁固定カム」「２１ 可動隔壁押し付けばね」「２２
板状可動隔壁」「２３ 回転翼」「２４ 固定隔壁」
「２５ 可動回転翼」「２６ 吸気・圧縮シリンダー」
「２７ 爆発排気シリンダー」「２８ 吸水口」「２９
排水口」

【産業上の利用分野】小型・軽量・高出力の真円ロータ
リーエンジンは、バンケル型ロータリーエンジンより効
率が良く、うまくできればレシプロエンジンより効率の
良いエンジンとなる可能性を持っています。レシプロエ
ンジンに替わって自動車エンジン・単車のエンジン・船
舶エンジン・発電用エンジンなどの用途が考えられま
す。また、小型・軽量であり、高負荷・定速で効率がよ
いので、発電用エンジンと蓄電池併用のハイブリッド型
電気自動車の発電用エンジンに利用が見込めます。真円
ロータリーポンプとしても、吐水が連続的であり吐水量
も多く、吐水圧も比較的高くなりますから各種の用途の
ポンプとしての利用が見込めます。

【従来の技術】現存するバンケル型ロータリーエンジン
のローターには往復成分があり熱効率を下げています。
爆発行程の圧力の一部がピストンを逆回転させる成分を
持ち、これも熱効率を下げる要因です。これに対し、本
発明のエンジンの回転は真円回転で、爆発圧も純粋に順
方向にかかり、熱効率が向上するものと思われます。現
存のバンケル方式ロータリーエンジンと、考案の真円ロ
ータリーエンジンと比較してみると、バンケル型の８の
字型のシリンダーの出っ張りが固定隔壁に相当し、おむ
すび型のローターの３つの頂点は真円ロータリーエンジ
ンの回転翼に相当することが分かります。バンケル型ロ
ータリーエンジンは３回転翼で１回転３爆発、発明のエ
ンジンは回転翼２つで１回転２爆発であることが分かり
ます。このため、発明のエンジンは構造上１気筒あたり
の圧縮室容積も爆発室容積も大きく、爆発圧を有効に使
っています。また、バンケル型ロータリーエンジンでは
燃焼室が移動し、効率を下げる一因となっていますが、
真円ロータリーエンジンには爆発室の移動はありませ
ん。バンケル型ロータリーエンジンは可動部分が極度に
少ないのに対し、発明のエンジンは真円回転をさせるた
めに少なくとも可動隔壁（または可動回転翼）・吸入弁
・押出弁と三つの可動部分が必要です。

【発明が解決しようとする課題】エンジンの往復動作を
無くし、真円回転を実現することで、小型・軽量・高出
力・低燃費の実用エンジンを作ること。

【課題を解決するための手段】圧縮空気副室と可動隔壁
と回転翼（または固定隔壁と可動回転翼）を考案。可動
隔壁と回転翼は誰にも考えつきやすいと思うが、圧縮空
気を一旦真円シリンダーの外へ出すという圧縮空気副室
を考案したのが最大のポイントです。

【手続補正書】

【提出日】平成９年４月４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】 明細書

【発明の名称】 真円ロータリーエンジンと真円ロー
タリーポンプの基本構造

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、可動回転翼と固定隔壁、また
は、固定回転翼と可動隔壁の組み合わせに、圧縮空気を
一旦シリンダーの外へ導き出す圧縮空気副室を考案し真
円ロータリーエンジンを実現するものです。

【０００２】可動回転翼と固定隔壁、または、固定回転
翼と可動隔壁は、圧縮室や爆発・膨張室を形成する上で
不可欠の構造です。また、圧縮空気をいったん真円シリ
ンダーの外へ出す圧縮空気副室も、真円ロータリーエン
ジンを実現するために不可欠な構造です。圧縮空気副室
はピストンを持たない単純な空間の副室に吸入弁と押出
弁を備えたもので十分だと思います。セルモーターでの
始動初期回転のころは、圧縮空気副室の圧力が十分上が
らず、点火できないかもしれません。数回転後には副室
の空気圧も上昇し起動できると思います。このほうが機
構が単純という利がもあります。圧縮空気副室をピスト
ン化して、圧縮空気を強制的に爆発室へ押し込む構造も
考えられます。この構造では、始動初期から点火出来る
利点がありますが、構造が複雑になる不利な面もありま
す。

【０００３】真円ロータリーエンジンは、燃料直噴型と
します。ガソリン（又はＬＮＧ）混合気体を吸入する方
式では、圧縮行程の最終段階で副室に入れなかった混合
気は、回転翼前方の排気行程に排出されるため燃費が下
がります。図では、燃料噴射位置を爆発室にしました
が、圧縮空気副室に燃料を噴射する方法も考えられま
す。

【０００４】真円ロータリーエンジンの動作説明

【図１】可動回転翼Ａの前方で圧縮行程が、後方で吸気
行程が進行しています。可動回転翼Ｂの前方で排気行程
が、後方で爆発行程が進行しています。このエンジンで
は４行程が同時に進行するのが特徴です。可動回転翼Ａ
の動作を追って説明します。可動回転翼Ａが固定隔壁α
（１）との間に圧縮室を形成しています。圧縮空気副室
（５）の吸入弁（１０）が開き、押出弁は閉じていま
す。（実際に吸入弁が開くタイミングは

【図２】のように、圧縮行程が９割方進んだときにする
べきだと思います）

【図２】圧縮された吸気が圧縮空気副室に押し込まれま
す。

【図３】可動回転翼Ａが固定隔壁αの頂点に近づいたと
き、圧縮空気副室の吸入弁が閉じます。

【図４】可動回転翼Ａが固定隔壁αの頂点を過ぎ、副室
の押出弁や燃料噴射ポンプ・点火プラグ位置の窪みを越
えたとき爆発室が気密となり、ここで副室の押出弁が開
き、圧縮空気が爆発室に入ります。燃料噴射ポンプと点
火プラグの開口位置は、極力圧縮空気押出弁の近くに設
置します。図ではこれを外周円に書きましたが、側壁に
設置することも出来ます。

【図５】ここで副室の押出弁が閉じ、燃料噴射し点火し
ます。押出弁が開いているうちに燃料を噴射してもよい
と思います。この後は

【図１】の可動回転翼Ｂの動作に続きます。

【図１】可動回転翼Ｂは爆発圧を受けて回転し、

【図２】まで、十分に爆発圧を使います。可動回転翼Ｂ
の後方に残された排気ガスは

【図３】

【図４】

【図５ 【図５】の可動回転翼Ａによって排気されます。

【０００５】

【図６】 固定回転翼と可動隔壁を使用する真円ロータ
リーエンジンこのタイプのエンジンでは、圧縮空気副室
をシリンダーの側面に設けます。動作は前のタイプと同
じです。前のタイプよりは、メンテナンス性が良いと考
えます。

【０００６】真円ロータリーポンプの基本構造。 エンジンとポンプは基本的に同じ構造を持ちます。

【図８】に示す２可動回転翼と１固定隔壁の構造で、小
型・軽量・高効率のポンプができます。吸水される水の
動きには脈動が無く、吐水される水の脈動は、可動回転
翼の翼がシリンダーから出て行く体積変化分だけです。
吐水の脈動の無い遠心ポンプ・スクロールポンプ・スク
リューポンプに比べると、吐水圧が比較的大きく出来る
のが特徴です。

【０００７】

【産業上の利用分野】小型・軽量・高出力の真円ロータ
リーエンジンは、バンケル型ロータリーエンジンより効
率が良く、うまくできればレシプロエンジンより効率の
良いエンジンとなる可能性を持っています。レシプロエ
ンジンに替わって自動車エンジン・単車のエンジン・船
舶エンジン・発電用エンジンなどの用途が考えられま
す。また、小型・軽量であり、高負荷・定速で効率がよ
いので、発電用エンジンと蓄電池併用のハイブリッド型
電気自動車の発電用エンジンに利用が見込めます。真円
ロータリーポンプとしても、吐水が連続的であり吐水量
も多く、吐水圧も比較的高くなりますから各種の用途の
ポンプとしての利用が見込めます。

【０００８】

【従来の技術】現存するバンケル型ロータリーエンジン
のローターには往復成分があり熱効率を下げています。
爆発行程の圧力の一部がピストンを逆回転させる成分を
持ち、これも熱効率を下げる要因です。これに対し、本
発明のエンジンの回転は真円回転で、爆発圧も純粋に順
方向にかかり、熱効率が向上するものと思われます。現
存のバンケル方式ロータリーエンジンと、考案の真円ロ
ータリーエンジンと比較すると、バンケル型の８の字型
のシリンダーの出っ張りが固定隔壁に相当し、おむすび
型のローターの３つの頂点は真円ロータリーエンジンの
回転翼に相当することが分かります。バンケル型ロータ
リーエンジンは３回転翼で１回転３爆発、発明のエンジ
ンは回転翼２つで１回転２爆発であることが分かりま
す。このため、発明のエンジンは構造上１気筒あたりの
圧縮室容積も爆発室容積も大きく、爆発圧を有効に使っ
ています。また、バンケル型ロータリーエンジンでは燃
焼室が移動し、効率を下げる一因となっていますが、真
円ロータリーエンジンには爆発室の移動はありません。
バンケル型ロータリーエンジンは可動部分が極度に少な
いのに対し、発明のエンジンは真円回転をさせるために
少なくとも可動隔壁（または可動回転翼）・吸入弁・押
出弁と三つの可動部分が必要です。気密性保持のための
シールの方法は、バンケル型以上に困難であろうと思い
ます。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】エンジンの往復動作を
無くし、真円回転を実現することで、小型・軽量・高出
力・低燃費の実用エンジンを作ること。

【００１０】

【課題を解決するための手段】圧縮空気副室と可動回転
翼と固定隔壁（または固定回転翼と可動隔壁）を考案。
可動隔壁と回転翼は考えつきやすいが、圧縮空気を一旦
真円シリンダーの外へ出すという圧縮空気副室を考案し
たのがポイントだと思います。

【図面の簡単な説明】

【図１】可動回転翼と固定隔壁による真円ロータリーエ
ンジンの基本構造。可動回転翼Ａの前方で圧縮行程が、
後方で吸気行程が始まったとこ。

【図２】圧縮行程・吸気行程が進行したところ。

【図３】吸気行程・圧縮行程の終わり。

【図４】爆発・排気行程に入る直前。

【図５】爆発・排気行程が始まったところ。

【図６】固定回転翼と可動隔壁による真円ロータリーエ
ンジンの構造。

【図７】シリンダー側面に設ける圧縮空気副室の概念
図。

【図８】真円ロータリーポンプの構造図。

【符号の説明】 「１ 固定隔壁α」 「２ 固定隔壁β」 「３
可動回転翼Ａ」「４ 可動回転翼Ｂ」 「５ 圧縮
空気副室」「６ 吸気室」 「７ 圧縮室」
「８ 爆発膨張室」「９ 排気室」 「１０ 圧縮
空気副室の吸入弁」「１１ 圧縮空気副室の押出弁」
「１２ 吸気管」「１３ 吸気管開口」 「１
４ 排気管開口」「１５ 排気管」 「１６ 燃料
噴射ポンプ」「１７ 点火プラグ」 「１８ 可動
隔壁」「１９ 固定回転翼」 「２０ 燃料噴射ポ
ンプ開口位置」「２１ 点火プラグ位置」 「２２
吸水口」「２３ 排水口」 「２４ 固定隔壁」

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図７】

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】

【図６】

【図８】

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真円ロータリーエンジンの条件１、「可動
   隔壁」（仮称）を設けること。
2. 【請求項２】真円ロータリーエンジンの条件２、「圧縮
   空気副室」 （圧縮空気をいったん真円シリンダーから
   外へ出し蓄える室）を設けること。
3. 【請求項３】上記２項を使用しての、単気筒真円ロータ
   リーエンジンの基本構造（図１）
4. 【請求項４】同じく上記２項を使用しての、２シリンダ
   ーセットの真円ロータリーエンジンの基本構造（図１
   １）
5. 【請求項５】回転翼と可動隔壁を使用しての真円ロータ
   リーポンプの基本構造