JPS5968526A - 内燃ロ−タリエンジン - 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、比較的安価な材料で構成出来かつ公知のター
ビンよりも出力の高い新規なタービンエンジンを提供す
ることを目的とする。

内燃機関自体は公知である。こ、の機関即ちエンジンの
改良は当然ｆこカスタービンエンジンの開発をもたらし
た。ガスタービンエンジンの主要な利点は望ましい　グ
ラビテイ・パワー・インデックＸ　（ｙ４ａｖｉ、与４
．ユ＊Ｌｒｂｄ＜□）即ぢ重カ対動比ン−ｌこある。こ
のことか飛行機ｆこ応用出来るようなエンジンを完成し
たのである。

一万、自動車などのような地上の乗物ｔこ対するガスタ
ービンエンジンの応用は、高価な大型の熱交換機の大幅
な使用を要求している。このことは構造を複ｉｆこしエ
ンジンＭ量を増大し、加えて力、かるエンジンの価格を
大幅ｆこ上げた。

ピストンエンジン及びガスタービンの最大効率は３０〜
４０％程度で残りの燃料の化学エネルギは無駄１こなっ
ている。

最も重要なことはガスタービンの効率が悪く有効動力は
僅かであり、従って地上の乗物１こは適当でないという
ことである。

本発明は、こ几まで得られていたよりも一層有効Ｅこ燃
料の化学エネルギーを使用するようにし。

かつそｎ＋こより燃料消費をかなり少なくした各要素の
新規な配置を提供する。

本発明は内方区分全体Ｉこ冷却空気流を導入すること昏
こよって内部サイクル温度を１８００℃（３２７２Ｆ）
から２０００　’Ｃ（３６３２Ｆ　）Ｉこ維持するよう
ｔこした新規な冷却装置を備えたタービンエンジンを提
供する。

また本発明は単純で小型で軽量ナエンジンを提供するも
のである。

本発明はまた自動車、トラック、モータボート史ｌこは
飛行′Ｉｇ＆Ｅこ容易ｌこ使用出来る新規なタービンエ
ンジンを提供する。

またこの発明はハウジングｌこアルミニューム等の軽量
金属を使用した新規なエンジンを提供する。

本発明の新規なエンジンは、構造が簡単で、またコンプ
レッサや熱交換器等の公知の要素を不用とし１こもので
あり、望ましくはディーゼルエンジン用燃料で駆動出来
るのである。またピストンエンジンのようなオイル交換
を必歎とせず、単に軸受の潤滑だけが要求されるもので
ある。

本発明の主目的（ハ、新規なタービン及びジェットター
ビンエンジンの構造を提供する新規な内燃装置を開示す
ることである。

即ち本発明は、直径方向Ｅこ対向した部分ｔこ空気を吸
い込む動力発生ロータ装置を有する高圧縮ガスタービン
エンジンを提供している。この動力発生要素は周辺を夫
々新鮮な空気を取入れる区分。

空気圧縮区分、一部が燃焼している第ｌ燃料噴出図分、
部分的ｔこ燃焼した燃料カスを絶えず供給している予燃
焼室、一部か予燃焼室へ戻さイ１かつ燃料燃焼区分への
噴出のため一部燃焼ガスを加圧する圧力増加をな丁子燃
焼及び突燃室に区分される。

高圧ガス（ゴロータ及びステータを介して通さｎ動力出
力軸を駆動する。

以下本発明の具体例１こついて述べる。

概括的Ｅこ符号Ｒで示すエンジンは７１ウシングＴを有
している。該ハウジングＴはその前号端部分ｔこ、前号
ｌこ広がっている管状の空気入ロカラー四を備えている
。この空気入口カラー２８は後部か切込よイ゛ムている
。才たこのカラー２８は周辺部ｔこ間隔を３いて設けや
れた一対のフランシリング１６．１６＋有してＢす、こ
わらのリングの周囲１こは弾性体から成る２つの半円形
状リングガスケツ１−１９が設けである。

こイｔらのガスゲット１９ｋ１２つの平担ななばね２１
によってガス発生ロータ１３０半径方向１こ伸長してい
る対向する側壁１３ａへ対してイＡ倚されている。

空気は、矢印４で示Ｔ空気導入部７１）ら取入イＬらζ
シ１分離したフランシリング１６．１６の端部１０」に
形成さｎた直径方向ｆこ間隔を有するノツチ都Ｋ（！ｌ
−介して燃焼室１５申へ吸い込まれる。空気入口カラー
２８は、４個又醗ゴそれ以上の涙筒形伏をした支持体２
０１こよってロータと同軸上ｌこ支持されている。

ここでこてしらの支持体２０に空気入口カラー２８と表
面プレートカバー１８との間Ｉこ突出しているものであ
る。空気入口カラー２８と一体のこの表面プレートカバ
ー１８．及び支持体２０は加圧鋳造体Ｊ　Ｐ４４Ｊｊｗ
４＜　ｃ、ａｉｉｉｒｎｙ　）　ｆ構成している。

ロータ１３は前方ｆこ伸長するハブ部分を有している。

このハブ部分は空気入口カラー２８内へ入り込み力１つ
出力軸６へ差込まれ公知の方法１こてそこへ固着され′
Ｃいる。

ロータ１３は複数の半径方向Ｅこ伸長している燃焼室１
５を有している。これらの室１５は、環状の前方壁１４
ａと、一連の周辺Ｅこ間隔を有している半径方向フレー
ド１４であって核種１４Ｑ　をロータ側壁１３Ｑへ接続
しているブレード１４と、Ｉこまって画定されている。

この前号壁１４αは側壁１３ｃＬと共ｌこ外方へ伸ひロ
ータ１３の外方出口端１ａ−ｆｌ−の万へ収斂している
。

これらの出口端１３妥はガス集積部３へ至り、かつこれ
らのカス集積部３は表面プレートカバー１８及びリング
２３．２５及び出口マニホルド５へ対して取付けられて
いる。

このガス集積部３は１周辺部こ間隔を３いて通路３０を
構成している一連の羽根２カ）ら成っている。

こ−ＴＬらの羽根２は、ロータ１３の出口端１３４ｉこ
連通している集積部３の入口３ｋを提供し、かつ燃焼室
１５からの高圧排気ガスを第ｌダービンロータ２９内の
羽根９１こよって画定さｎた一連の軸線方向１こ指向さ
ｎた通路９αを介して案内しでいる。

このロータ四は軸６へ固定されている。

ガスは、タービンの羽根９ｔこより１前後のロータ２９
，２９ｃＬと同軸上に配置さｎたステータリング２４の
案内翼１０１こ対し指向される。次いでガスは軸６へ対
して固定されている後方ロータ２９４　のタービン羽根
９０へ対して放出さｎ続ける。

後方ロータフ９α内の羽根９Ｇによって画定されている
通路９ｂはガス）：！：ｆｆｌ状排出マニホルド５内へ
放出している。このマニホルド５は軸６上のナラ１−７
ｔこよって該軸６へ保持されている軸受２６１こより支
持されている。

こわらの部品は空気保護フード２７．軸受２２．ガス発
生ロータ１３，２つのタービンロータ２９，２９４゜軸
受８の順序で軸６へ取付けである。

作動時に、このエンジンは１丁度ディーゼルエンジンと
同様ｌこ公知の方法Ｅこて軸６へ取付けられた電気的ス
タータｌこまって軸６を回動することＩこよって始動す
る。

エンジンが回転すると、空気が空気導入部４力１ら吸込
まれ、ノツチ部Ｋを介して回転している燃焼室１５内へ
導入される。

第１図１こ示すように空気はエンジンの周辺のＥ−Ｆ−
０区分子こ位置している室１５部分へ入る。同時ＥこＥ
−７区分子こおいで大気温度を有する空気が遠心力ｔこ
まって半径方向外方へ加速され、該空気が通る要素、即
ち燃焼室１５の壁、ガス集積部３の壁、集積部羽根２．
タービンの羽根９．９Ｇ、案内翼ｌＯの壁面を冷却する
。この行程はエンジンの内部冷却８−なす。

ロータ１３の該当部分がＦ−Ｇの位置まで前進すると、
この加速さｎた全気流は急に集積部３の壁３ｏｔ　　に
よってロータの室１５の外方端部に捕縛される。このた
め、主内部燃焼室１５内ｆこて空気力学上の圧縮効果を
生じる。

点Ｈの部分において、この回転する室内の圧縮空気は空
気入口の側部をフランジリング１６で閉塞され、いわゆ
る回転閉鎖燃焼室を生じる。

これが−次圧縮区分である。

この−次圧縮状態の空気を有する燃焼室１５のこの部分
は区分Ａ−Ｂへ移動する。このａき該室の半径方向外端
１３４はガス通路１７４と半径方向位置Ｉこで整置する
。燃焼ガスはこの通路を介して燃料取入マニホルドＭの
通路１７へ案内される。このマニホルドＭは予燃焼ガス
室ｌへ続いている。予燃焼ガス室１には燃料噴射部１２
から霧状の燃料が導入され、この燃料は点火プラグ１１
１こよって点火される。室ｌは、主燃焼室１５へ至る通
路ｔこ連通する出ロコａを有している。

区分Ａ−Ｂ間において、燃焼ガスは通路１７及び開口Ｉ
Ｃｉ介しガス室ｌから燃焼室１５までが高圧状態ｌこ置
力きれる。エンジン作動の区分Ｉこおいて二次圧縮が生
じ、酸素分１こ富んだ圧縮空気とのガス燃焼が始まる。

区分Ｂ及びＣ間ｔこおいてこの燃焼は最大となり、圧力
及び温度を一層高める。この燃焼は一定容量の室１５）
こで起る。

圧縮空気中Ｅこは余分な酸素があるので、その一部は消
費されず排気ガス中ｌこ存置する。エンジンのＯ−Ｄ区
分ｌこおいて、燃焼噴射部が絶えず霧状の燃料を噴出し
ているガス室１内へ排気ガスが動的ｌこ強制される。こ
のためそこｉこ含まれる少量の酸素と排気ガスの高温（
約２０００　’Ｃ（３６３２Ｆ　）　）とにより、燃料
が気化し自己発火する。

これは燃焼室１５が開口１７（ｌを通過するとき３こ該
室１５内へ１通路１７及び開口１７ａを介して強まる。

区分Ｄ−に間１こおいては高圧ガスが集積部３内の通路
３０ヲ介して前方タービン羽根９％案内翼１０゜後方タ
ービン羽根９Ｇ内へ排出されて排気マニホルド５内へ流
出する。

高圧力差ｔこよってもたらされた排気ガスの運動エネル
ギはタービン羽根９Ｇへの作用力（こ変換されこｎかタ
ービン２９．２９４を回転させる。

Ｅ部分ｔこおいては燃焼室内の排気ガス圧力はほとんど
大気圧付近才で変動する。その後この排気された室１５
が所定のノツチ部にと整置する。そこで新たな空気がこ
れらの室１５内へ吸引され、このサイクルが繰返される
。

１１ｇ１転覆−る間ｌこ２つの機能が行なわｎたことが
理解されよう。

即ちＥ−Ｆ−０区分ではロータ１３が遠心コンプレッサ
として機能し、別の区分ではロータブレードは燃焼室を
もたらす。こうして１回転の間ｆこ２つの完全作動サイ
クルをなすのである。

低迷ギヤ及び部分的負荷の場合番こは、エンジンは高圧
縮比及びサイクル温度を維持し、このため高効率が保持
される。このことか柚々の自動車ｌこおけるこの種のガ
スタービンエンジンの基本的特徴８ζＪ’Ｔものである
。

サイクル効率の理論的計算を欠番こ示す。

エンジン作動の仕様 サーブクル効率の理論的計算は次の表に示す圧縮量及び
サイクル温度ｌこ依存している。以下の表１こ使用する
記号は次の意味を有するものである。

Ｐｌ：大気圧＝ｌＡＴ又は（１テクニ力ルＡＴＭ　）Ｔ
ｌ　　−２９３’に＝　（２０’Ｃ）周辺温度Ｘ　、　
、　１．４ガス定数 ＋　Ｐ２ π＝７４□＝圧縮比（圧縮中の圧力比）：燃焼中の圧力
比 Ｔ２？最大サイクル温度 ；サイクル効率 Ｐ２　Ｚ合計圧縮増力０蓋 点火方式 本発明の新たなデイゼルガスタービンエンシンは２つの
独立した点火方式を有している。双方共１つのガス点火
室１と、１つの燃料噴射装置１２と点火プラグ１１と、
（！−有している。この高圧縮エンジンにおいてはほと
んどの高圧縮ディゼルエンジン（こおいて通常使用され
ている公知の点火プラグが使用されている。

この点火プラグ１１は、エンジンの始動前ｌこスイッチ
が入れらｎガスが燃焼するまで維持されるが燃焼後はプ
ラグのスイッチが切られる。燃料噴射装置は高圧の燃料
を霧状Ｅこしてガス点火室１へ直接噴出する。この燃料
噴出作業はエンジンが切られるまで続く。ガス点火室ｌ
はこのエンジンｔこおいて非常に重要な部分である。こ
れらの室の変数はエンジン性能ｆこ非常ｆこ大きい影響
を有している。

このガス点火室ｌ内では″着火遅れゝ１という点火プロ
セスの第１行程が起る。そこでは最小の温度及び圧力か
生じると同時ｌこ酸素含量か少ないので燃料のゆっくり
した燃焼が生じる。

開口ｌｅＬを介して室ｌへ入る高圧排気ガスは。

ガス通路１７及び１７αを介して遅延燃焼ガス混合体を
主燃焼室１５へ移送する。同時ｆこその室１５は加圧さ
れた低温の酸素分の多い空気で満たさｎ、る。ガスと空
気と力１ら成る２つの混合体がこの主燃焼室内で一緒ｌ
こなると、この混合体が突燃し、温度を上げ力１つ一定
体積下ｆこあったガスを圧縮する。

このカスタービンエンジンでは、ガス点火室１内で始ま
る非常ｌこ活発な化学行程の故ｌこ、温度か高くなり加
圧さｎた酸素に富む空気が他の公知の燃焼エンジンｌこ
おけるよりも焼焙も速く主燃焼室１５内での燃焼を起す
。カス室通路の断面寸法を適切Ｅこ選択することで、使
用する燃料及びエンジン目的ｔこ関して二次燃焼開会を
大ｒＩ］ｌこ変動出来る。

以上本発明の望ましい具体例を例示的ｆこ述べたが上述
の特許請求の範囲に記載の精神ｆこ属する限り種々の変
更をなしうることが明ら力Δである。

【図面の簡単な説明】

第１図は空気取入端からみた本発明の新規なエンジンの
部分断面立面図、第２図は軸方向断面ｌこてみた不発明
の側面図である。 符号の説明 Ａ、Ｂ、Ｏ，Ｄ、Ｅ、、Ｐ、Ｇ＝区域。 Ｋ＝、ノツチ部、　Ｍ−燃料取入マニホルド。 Ｒ；・エンジン、　　Ｔ＝ハウシング、　　ｌ＝７４ｍ
ガス室、　２−羽根、　３＝ガス集積部、　６＝川力軸
、　９−羽根、１０＝案内翼、１２＝燃料噴射部、１３
＝ロータ、１４−ブレード、１５＝燃焼室、１６＝フラ
ンシリング、２０＝支持体。 ２４＝ステータリング、　２８＝９気入ロカラー。 四＝ｉｌターヒンロータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）ハウシングと。 高圧力ガスを発生するため該ハウシング内ｌこ回転可能
   ｆこ載置された動力ロータ装置と。 該ハウシング内ｌこある動力取出装置と。 該動力取出装置への駆動関係］こ取付けらｎた被駆動ロ
   ータ装置を含む高圧ガス受入装置さ。 一部が該受入装置を介して通りそこを出てエンジン浄化
   し内部的にエンジンを冷却するような新鮮な空気をロー
   タ装置の回転１こより該動力ロータ装置内へ吸引するた
   め動力ロータ装置の第１作動区分を提供する装置と、 力１ら成ることを特徴とする内燃ロータリエンジン。 （２）動力ロータ装置が、空気を高圧力１こ圧縮し。 次いで噴射された燃料を燃焼し、高圧ガスを受入装置へ
   搬込するため排出する特許請求の範囲第１項記載の内燃
   ロータリエンジン。 （３〕　　エンジンが互い１こ直径方向ｌこ対置した２
   組の区分から成っている特許請求の範囲第２項言己載の
   内燃ロータリエンジン。 （４）動力ロータ装置力棉端（こ空気入口を外端１こ出
   口を有している室を画定してＧ）る−遵の半径方向翼を
   有し、受入装置が前記動力ロータ装置力１らの動力伝達
   するよう薔こ配置さｎ７′ｌ：前匠己ロータ及びステー
   タと、新鮮な空気を取入れて（１）る間中ＡｊＪ　Ｈ己
   室の予かじめ設定した回転変位角度を得てＧ）る該ロー
   タ及びステータ（こ該室を連通する手段と、その後受入
   装置のロータの空気で満たさｒＬｌことき１こ室の連通
   を閉鎖する手段と１次（１）で該室を空気圧縮状態ｌこ
   なす手段と、を有して（１）る特許請求の範囲第１項記
   載の内燃ロークリエンジン。 （５）前記第４項記載のエンジンが燃料装填区分を有１
   ．２．この区分が、燃焼の瞬間１こガス形状の燃焼ガス
   を搬送するｋめ圧縮空気室が回動するよう該圧縮空気室
   と連続的ｆこ連通する第１装置ｆこ第１通路を有してい
   る予燃焼室と、第２位置へ第２通路を有しでいる手段で
   あって予燃焼室と予かしめ燃料を装填した室との間ｆこ
   あり圧縮空気の近接室へ第１通路を介して予燃焼室内へ
   可燃性ガスをもたら丁ように燃焼ガスを駆動するため第
   ２位置へ到達する手段と、を有し、駆動ロータが一定体
   積の二次燃焼区分を有している特許請求の範囲第４項記
   載の内燃ロータリエンジン。 （６）ハウジングと、複数のロータ及び中間ステータａ
   、ロータへ接続さｎた動力取出軸と、ハウシング内へ回
   動可能Ｉこ載置さｎた駆動ロータと。 駆動ロータの中央へ新鮮な空気取入口を提供している手
   段と、を含み、該ハウシング内駆動ロータの周辺を取囲
   んでぢり、かつ周辺Ｉこ配置された複数の区分を有し、
   こわらの区分か、エンジンの内部８冷却するため駆動ロ
   ータを介して前記ロータ及びステータへ新たな空気そ流
   Ｔ空気出口を有する第１区分と、圧縮行程を提供するた
   め前記空気取入口及び出口から駆動ロータ部分を閉じる
   ための手段を有している第２区分と、実質的（こ完全な
   燃料の突燃及び燃焼ガスの膨張を得る１こめＨ１位置次
   いで該第１位置から円周方向１こ偏倚した第２位置の圧
   縮行程へ部分的ｔこ炎化した燃料を導入する手段８鳴し
   ている第３区分と、一定体積へ膨張ガスを閉じ込める第
   ４区分と、ロータ及びステータを介して膨張ガスを排出
   する第５区分と、を有して成るロータリエンジン。 （７）第３区分がａｌ及び第２装置ｌこて燃焼室と連通
   する開口を有している予燃焼室を含んでいる特許請求の
   範囲第６項記載のロータリエンジン。 （８）ハウジングが複数組の区分から成る特許請求の範
   囲第６項記載のロータリエンジン。 （９）駆動ロータが、複数の半径方向羽根と、該羽根の
   軸線方向縁の１つへ接続されたディスクと。 軸線方向細繊を閉じ燃焼室を画定している手段と。 そ含んで成る特許請求の範囲第６項記載のロータエンジ
   ン。 （１１第３区分内の手段が、前記位置の双方を相互ｌこ
   連結しでおりかつ燃焼室内のガスを点火するため燃焼室
   から初期位置までガス導入するようＦこ配置されている
   通路を含んでいる特許請求の範囲第６項記載のロータリ
   エンジン。 αυ　駆動ロータが、回動する燃焼室と、該燃焼室室を
   周期的ｔこ燃焼するため予燃焼室内のガスを連続的に燃
   焼維持する手段と、を有して成る特許請求の範囲第１項
   記載のロータリエンジン。 ０２１　　圧縮空気を含む一連の燃焼室を提供する手段
   と、所定時間毎ｌこ該室へ燃焼カスを供給する手段と、
   該ガスを燃焼状態ｔこ維持する手段と、を含んで成るガ
   スタービンエンジン。 （１３）　　ロータ内へ酸素を多量ｌこ含む室を形成す
   る手段と、燃料室と、該燃料室へ酸素含量の少ないよっ
   て加圧空気室内へ部分的ｌこ点火した燃料を送る手段と
   、そ有して成るガスタービンエンジン。 （１４）　　回動Ｔる圧縮空気室を提供する手段と、予
   燃焼燃料室を提供する手段さ、霧状燃料を噴出し少量の
   酸素中ｌこて燃料を完全Ｉこ蒸気化し予燃焼室内ｌこて
   該燃料・と着火する手段と、蒸気化した燃料゛そ圧縮空
   気室へ指向し該燃料を高温及び高圧で全体を燃焼する手
   段と、カニら成るカスタービンエンジン。