JPS585431A - 角速度変化型ロ−タリ機関 - 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】 本発明はロータリピストン機関に関するものである。一
般的ＫＥ２−タリピストン機関は往復型ピストン機関に
比較して動的バランスの爽さに４１１１があり、振動・
騒音の少ない機関になるものと考えられている。しかし
一方では、ガスシール及び冷却の問題が特に内燃機関で
は重畳な課題とされている１本発明四−タリ機関は、ガ
スシール冷却の問題に対し、実際的な解決案を示し、且
つ構造的にはガス燃焼時にかかる大きな力に耐え得る構
造となっている。

以下に本発明を一実施例について説明する。

■　実施例の構成 本実施例においては、シリンダは第１図及び第２図に示
すように片半分１０Ａ及びＩＯＢから成る外側回転シリ
ンダ１０として構成される。

１０Ａ及び１０Ｂは同形である。ことに述べるロータリ
ビ、ストン機関は、動作原理的には、１対の回転レータ
、即ちここで外側回転シリンダ及び内側回転ピストンと
名付けたものによって、一方が一様な角速度で回転する
のに対し、他方のロータを周期的に変動する角速度を持
たせることＫより、両者の間に形成される作動室を拡大
・縮小させるいわゆる角速度変化型のロータリ機関に属
する。

第３図乃至第７図は外側回転シリンダ１０の片半分１０
Ａを示す。第４図は１０Ａｔ／内側から視た図、第３図
は１０Ａを左から視た図、第５図は１０Ａを右から視た
図である。ＩＯＡの円周部分には吸排気用開口部１３ム
が設けられている。１８ムは左右の外側同転シリンダ１
０Ａ及び１０Ｂが接する摺合せ面で、連結用ボルト穴１
６ム、１６ム・・・・・・・・・が設けられる。１１Ａ
は固定中心軸軸受の半分で、他生部外側回転シリンダ１
０’Ｂの軸受１１Ｂと合して固定中心軸軸受を構成する
。１２Ａ　、　１２Ａはクランク主軸軸受の半分で、他
生部外側回転シリンダ１０Ｂの軸受１２Ｂと合してクラ
ンク主軸軸受を構成する。８２ｍ、８２ｂ、＠２ｅは外
側回転シリンダを冷却するための冷却液通路である。第
７図は外側回転シリンダ１０の左半分１０Ａｔ−円周方
向から視た図を示す。外周面に閉ループ状のガスシール
１２ムが取付けられ【いる。１４ム。

１４ムはオイル通路カバーである。第６ＷＡは第７図の
Ｖｌ−Ｖｌ線に沿う断面図を示し、１７ムは重量軽減用
の中空部、１５ムはオイル排出口である。

第８図乃至第１０図は内側回転ピストン２０を示す。第
９図は内側回転ピストン２０の正面図、第８図は左側面
図、第１θ図は第８図のＸ−Ｘ！ＩＫｆ８５断面図を示
す。内側回転ピストン２０は一体成形され、中心軸に対
して対称の形状を有する。２１．２１はピストンビ／、
２２は固定中心軸軸受である。内側回転ピストン２０に
は閉ループ状のガスシール７１．７１が取付けられる。

本発明のロータリ機関は１対のクランク機構４０Ａ、４
０Ｂを有する。４０ムと４０Ｂとは同形である。クラン
ク機構４０ムはクランク主軸４１Ａ、クランクビン４２
Ａ、クランクアーム４３Ａ、連結棒４４Ａを備え、クラ
ンク主軸４１Ａは外側回転シリンダ１０のクランク主軸
軸受１２Ａ、１２１１によって支持され、クランクビン
４２Ａは連結棒４４Ａと連結される。クランク主軸４１
Ａに遊里歯車４５ムが固着される、 ハウジングＳＯは上側ノ）クランク５１と下側ハウジン
グ５Ｉｉとから成る。第１２＠は上側ノ１ウジング５１
を内側から視た図、第１１図は第１２図のＭ−Ｍ線に？
８５断面図である。上側ノ１ウジング５１の外周部に吸
気口ｓ２及び排気口５３が開口する。５４は固定中心軸
３０を支持するための支持部である。ノークランク５０
には出力軸６３が支持され、出力軸６３の端部に出カー
車６２が取付けられる。ｓｓ、ｓｓ・・・・・・・は上
側ハウジング５１と下側ノ１ウジング５６を連結するボ
ルト（図示せず）用のボルト大である。

下側ハウジング５６の所定個所に点火栓５９が設けられ
る。

第２図は第１２図のＭ−Ｍ線に沿う組立断面図を示す。

内側回転ピストン２０を固定中心軸３０に回転自在に支
持する。外側回転シリンダ１０Ａ、ＩＯＢを７１ウジン
グ５０の内部に装備する。軸受１１ム、１１Ｂは固定中
心軸３０の周りに回転自在であり、クランク主軸軸受１
２Ａ。

１２ＢＫクランク主軸４１ム、４１Ｂが支持される。ク
ランクビン４２ム、４２Ｂと内側回転ピストン２ｏのピ
ストンピン２１人、２１Ｂとを連結棒４４ム、４４ＢＫ
よってそれぞれ連結する。外側回転シリンダ１０ム、１
０Ｂと内側回転ピストン２Ｇとの間にクランク室４８人
。

４１Ｂ及び作動室２９ム、２８ｍｔｌ−構成する。

■　動作機構 第１図において、中心固定歯車３１と、その半分の両数
をもつ遊星歯車４５Ａ、４５Ｂがかみ合っている。遊１
歯車４５Ａ、４５１ｍは夫々クランク主軸４１Ａ、４１
Ｂに固着されている。

外側回転シリンダ１ｏム、ＩＯＢを１回転させると、ク
ランク主軸４１Ａ、４１１１は固定中心軸３０の回りを
、１回転の公転運動を行なうと共に、２回転の自転運動
を行なう。内側回転ピストン２０はピストンピン２１、
連結棒４４Ａ１クランクピン４２ム、クランク主軸４１
ムを通じて外側回転シリンダ１０Ａ、１０Ｂと結合して
いる。そのため、外側回転シリンダ１０ム。

１０Ｂを１回転させると、内側回転ピストン２０は２回
の往復運動を行なうことになる。

この結果、外側回転シリンダ１ｏム、１０Ｂと内−回転
ピストン２ｏとの間で形成される作動室２９ム、２９Ｂ
の容積は外側回転シリンダ１０ム、１０１１回転当り、
拡大・縮小を２１１繰返す。この作動は、４サイクル機
関における吸入→圧縮→燃焼→排気の各サイクルに対応
させることができる。

第１４図に動作説明図を示すが、燃焼サイクルにおいて
、内側回転ピストン２０の面にかかる圧力Ｆは、連結棒
４４ム、４４Ｂを通じて、クランクビン４２ム、４２　
ＢＫＦ、の力を発生する。一方外側回転シリンダ１０ム
、ＩＯＢにかかる圧力Ｆは、クランク主軸４１Ａ、４１
ＢにＦ、の力を発生する。

この結果、遊星歯車４ＳＡ、４５ＢＫ時計同りの回転ト
ルクを発生し、外側回転シリンダ１０Ａ、ＩＯＢは時計
回りに回転する。又内側回転ピストン２０も作動室２１
１Ａ、２９Ｂの容積を拡げつつ時計回りに回転する。

排気・曝入・圧縮の各サイクルは、この回転に対して制
動力となるが、燃焼サイクルの力が充分大きいため、こ
れらの制動力・機械損に打ち勝って、全体として、外側
回転シリンダ１０Ａ。

１０Ｂは時計回りに回転する。燃焼サイクルの中で最も
大きな力を発生する時期においては、クランク主軸４１
ム、４１Ｂの角度から力の作用線は遊星歯車４ＳＡ、４
５Ｂの中心軸付近を通る。このため、歯車にかかる力は
それ程大きくなく、歯車に必要な強度は実際的な値に収
まる。

又１つの内側回転ピストン２０について、その回転軸対
象に１対の作動室２１１Ａ、２１１Ｂが形成されること
から、動的バランスを完全にとることができる。吸気・
排気の機能は外側回転シリンダ１００回転によって自動
的に行なわれる。

次に、内側回転ピストンと外側回転シリンダの結合にお
ける問題点について述べる。内側回転ピストンは２個の
連結棒を有しており、夫々がクランク軸を持ち、外側回
転シリンダと結合している。従ってどこかの結合をゆる
やかにしておかないと、滑らかな回転ができない。１つ
の方法として片側の連結棒の結合をゆるやかにすること
が考えられる。この場合、作動室で発生する力は常に１
組の連結棒、クランク軸によって伝達され、結合のゆる
やかな連結棒、クランク軸は、単にバランスウェイトと
して働らく。

もう１つの方法として、内側回転ピストンをちょうつが
いの様に軸の回りを２葉の板が独立して回り得る様な機
構にすれば良い。この場合は、２組の連結棒、クランク
軸は夫々発生した力を伝達する役目をする。

■　作動室の構成 高圧ガスに対してガス漏れを防ぐためには、往復ピスト
ン機関におけるピストンとシリンダ、及びピストンリン
グの様に、２つの構成部品によって作動室が構成され、
且つその内の１つの構成部品に閉ループ状のシール材が
はめ込まれている必要がある。このシール材はガス圧又
はバネ圧で他方の構成部品の壁に押し付けられ、シール
材の表面に存在するオイルの働らきによって満足スべき
ガスシールが得られることが知られている。

本発明の角速度変化型ロータリ機関は、作動室２１１Ａ
、２９Ｂが外側回転シ’Ｊ／／１０Ａ。

１０Ｂと内１１回転ピストン２０の２つで構成され、且
つ内側回転ピストン２０に閉ループ状のシール材をはめ
込むことにより、ガスシールの問題を解決している。

ガスシールは２つの部分に分けられる。１つは内側回転
ピストン２０と外側回転シリンダ１０Ａ、１０Ｂ間のシ
ールであり、もう１つは外側回転シリンダ１０Ａ、ＩＯ
Ｂとハウジングｓｏ、ｓ＠間のシールである。第８図に
内側回転ピストン２０上に設けられたガスシール７１を
示す。第７図に外側回転シリンダ１０ム上に設けられた
ガスシール７２ムを示す。ガスシール７１．７２ムによ
って作動室２９ム、２８Ｂのガス漏れを充分防ぐことが
できる。ガスシー轄 ルア１．．７２Ａの形状はピストンリン４簡潔な形をし
ていないが、内側回転シリンダ１０Ａ。

１０Ｂが共に固定中心軸３０の回りを同心円で回転して
いるため、ギャップの調整は容易であり、技術上の問題
点は少ない。

■　冷却及び潤滑 冷却については外側回転シリンダ１０と内側回転ピスト
ン２０が共に回転するために、軸受用潤滑オイルと冷却
液夫々に独立した通路を設けることが難しい。

従って、ここでは冷却・潤滑兼用オイルの共用通路を設
けるよ５Ｋしている。第１図、第３図、第４図、第５図
にその通路を示す。固定中心軸３００８１ｍからオイル
が入り、８１ｂから外側回転ピストンの８２ａＫ入る。

１１２ｍから８２ｂ　＊　８２　ｃを通り、再び固定中
心軸３０に戻り、５１１　ｅ　＊　８１　ｄより取り出
す。あたためられたオイルはラジェータで冷却し、循環
させる。

■　特徴 本発明機関の特徴は次のとおりである。

（１）動的バランスが完全にとれるため、振動・騒音を
、往復型ピストン機関に比較して、小さくできる。

（２）　吸入弁・排出弁が不用となり、回転弁がその代
りをする。この為、吸排出機構が簡単になり振動・騒音
が減少する。又、吸入弁・排出弁の運動慣性に伴なう機
関回転速度の制限がなくなる。

（３）作動室の形状はバンケル（Ｗａｎｋ＠ｌ）　　型
機関よりも往復ピストン機関に類似しており、その熱力
学的特性はバンケル臘機関よりも優れている。

（４）　　外側回転シリンダ、内側回転ピストンは、共
に固定中心軸を中心に回転している為、互いの壁がこす
り合うことがな（、ガスシール片のみが相手の壁に接触
している。この為、シリンダ壁の傷みは少なく、機関の
寿命は長い。

（６）　　機関を構成する材質は特殊で高価なものを必
蚤とせず、既存の材料で間に合う。

■　第２実施例 次に、これまで述べた機関の機構上の変形について述べ
る。今までは、固定中心軸上の固定歯車が国定されてい
たために、外側回転シリンダが回転する機構になってい
た。これとは反対に、固定中心軸上の固定歯車を、その
回りを自由に回転し得る様にしてやれば、外側回転シリ
ンダを固定にすることができる。この場合、内側回転ピ
ストンは、一定区間を往復する円弧運動を行なう。

第１３図において、シリンダ１１Ｇは固定して設けられ
、片半分１１０Ａ及び１１０Ｂとから成る。１１０Ａ及
び１１０Ｂにはそれぞれ冷却液通路１１１１Ａ、１８１
Ｂを設け、又点火栓１５　ｉＡ　、　１５　！Ｉ　Ｂを
設ける。固定中心軸１３０により内側回転ピストン１２
０Ａ、１２０１１’支持する。内側回転ピストン１２０
Ａ、１２０Ｂはピストン１２１Ａ、１２１Ｂを備える。

第１実施例の場合と同様に、クランク主軸１４１Ａ。

１４１Ｂをシリンダ１１０Ａ、１１０Ｂによって支承し
、クランクビン１４２ム、１４２１１ピストンピン１２
１Ａ、１２１１１をそれぞれ連結棒１４４Ａ、１４４Ｂ
によって連結する。

シリンダ１１０ム、１１０Ｂと内側回転ピストン１２０
Ａ、１２０Ｂによって作動室１２９Ａ。

１２９Ｂ及びクランク室１４９Ａ、１４９Ｂを構成する
。１対の作動室同士、及び１対のクランク室同士はそれ
ぞれ軸対称に配置されている。

シリンダ１１０ムに吸気口１５２Ａ・排気口１５３Ａを
有する吸排気弁、例えば円柱形回転弁、１１１２人を設
け、シリンダ１１０Ｂに吸気口１５２Ｂ・排気口１５３
Ｂを有する吸排気弁１９２Ｂを設ける。

本願発明の第２実施例の特徴は次のとおりである。

（１）　　シリンダ１１０内に軸対象の１対のクランク
が内置されているので、内側回転ピストン１２０が揺動
運動をしても、出力軸は中央にあるので振動の影響が出
力軸にはとんど伝わらない。したがって出力軸の寿命が
長くなるばかりでな（、出力軸からの出力取出機構に好
結果を与える。シリンダを２連に設けて、各シリンダの
クランク・連結棒機構の作動の位相を１８−０９ずらせ
ると振動打消の効果はさらに向上する。

（２）　　出力軸が中心にあるで、弁機構・冷却ファン
までの距離が短かいため、駆動機構の設計上有利である
。

■　応用例 この機関は圧縮機、オツドサイクル機関としてばかりで
な（、振動、騒音の少ないディーゼル機関としても利用
できる。

又次の様に容量型ガスタービンとして使用することが可
能である。このロータリ機関を多シリンダ化、例えば二
個の内側回転ピストンを持つ様にして、片方の四−タリ
機関を圧縮機として使用し、他方を出力室として使用し
、両者を燃焼室で連結すれば容量型のガスタービン機関
とすることができる。この場合、出力室として使用され
るロータリ機関は燃焼ガスを排出した後、新しい冷えた
空気を吸入、排出して、出力室の壁を冷却することがで
きる。従って燃焼ガスの温度は往復ピストン並に上げる
ことができ、この為、熱効率の高い、且つ排気ガスのき
れいな機関を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は主要構成要素の全体斜視図（但しハウジングは
描かれていない。）第２図は主要構成要素の断面図、第
３図は外側回転シリンダ（片半分）の左側面図、第４図
は外側回転シリンダの正面図、第５図は外側回転シリン
ダの右側面図、第６図は外側回転シリンダの第７図にお
ける■−■線に沿う断面図、第７図は外側回転シリンダ
の背面図、館８図は内側回転ピストンの左側面図、第９
図は内側回転ピストンの正面図、第１０図は内側回転ピ
ストンの断面図、第１１図はハウジング（片半分）のＸ
Ｉ−ＸＩ線に沿う断面図、第１２図はハウジング（片半
分）を内側から視た図、第１３図は第２実施例の断面図
、第１４図は動作説明図である。 １０＝外側回転シリンダ、１０Ａ、１０Ｂ＝外側回転シ
リンダ（片半分）、　　１１Ａ、１１Ｂ＝固定中心軸軸
受、　　１２Ａ、１２Ｂ＝クランク主軸軸受、　　１３
Ａ、１３Ｂ＝吸排気用開口部、２０＝内側回転ピストン
、　　２１：＝ピストンピン、２！ＩＡ、２９Ｂ＝作動
室、　３１＝固定中心歯車、３０＝固定中心軸、　　４
０Ａ、４０Ｂ＝クランク機構、　　４１　Ａ　、　４１
　Ｂ＝クランク主軸、４２Ａ、４２Ｂ＝クランクビン、
　　４４Ａ。 ４４Ｂ＝連結棒、　　４５Ａ、４５Ｂ＝遊星歯車、４＄
１Ａ、４！ＩＢ＝クランク室、　　５０＝ハウジング、
　　５１＝上側ハウジング、　　５２＝吸気口、５３＝
排気口、　　５６；下側ハウジング、　　５９＝点火栓
、　　６１＝出力取出し歯車、　　６２＝出力歯車、　
　７１＝内側回転ピストンガスシール、？２＝２＝外側
シリンダガスシール、　　８１＝固定中心軸冷却液通路
、　　８２＝外側回転シリンダ度殖液通路、　　１１０
；外側固定シリンダ、１２０＝内側回転ピストン、　　
１２９Ａ、１２９Ｂ＝作動室　１４０ム、１４０Ｂ＝ク
ランク機構、１４９ム、１４！ｉＢ＝クランク室、　　
１５９Ａ。 １５９Ｂ＝点火栓、　　１１１２Ａ、１！１２Ｂ＝吸排
気用弁。 第１４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　下記（１）　、　（ＩＩ）　、　（ＩＩＩ）　、　
   Ｉｖ）の条件を備えた角速度変化蓋ロータリ機関。 （ｉ）　　ピストンが軸対称に形成され中心軸の周りに
   回転自在であること。 （Ｉｔ）　　シリンダはその内部にピストンと協同して
   クランク室及び作動室を構成し、２つのクランク室同士
   を軸対称に配置し、２つの作動室同士を軸対称に配置す
   ること。 （−）前記クランク室の内部にクランク主軸がシリンダ
   によって支承されたクランクを内蔵し、このクランクは
   シリンダとピストン−を連結し、各クランクは相互に軸
   対称に動作すること。 紳）　シリンダ内周面とピストン外周面とがクランクに
   より相対的に摺動して容積を変化する作動室を構成し、
   閉ループ状のガスシールの取付けを可能にすること。 ２　前記シリンダが一方肉に連続回転する特許請求の範
   囲第１項記載の角速度変化型ロータリ機関。 ３　前記シリンダを固定し、前記ピストンは往復円弧運
   動を行なう特許請求の範囲第１項記載の角速度変化型ロ
   ータリ機関。