WO1992014909A1

WO1992014909A1 - Moteur a combustion interne a piston rotatif

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Publication number: WO1992014909A1
Application number: PCT/JP1992/000175
Authority: WO
Inventors: Yasuo Kuramasu; Tokiko Kuramasu
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Priority date: 1991-02-21
Filing date: 1992-02-20
Publication date: 1992-09-03
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Description

明細書回転ピストン形内燃機関「技術分野」

この発明は、内燃機関のうちで回転ビストン形内燃機関と往復運動質量による障害が無い往復ビストン形内燃機関に関する。

Γ背景技術 J

従来、実用化された内燃機関においては、ガスタービンを除くと、往復ピストン形内燃機関とバンゲル型回転ビストン形内燃機関とがある。

ところで、内燃機関の熱効率は膨張が大きいほど良くなる為、熱効率を高める為には実質的な膨張比を高める必要がある。すなわち、膨張が始まる前に燃焼が完する必要がある。

しかし、従来の高速型内燃機関において、往復ピストン形内燃機関およびバンゲル型回転ビストン形内燃機関ともに燃焼の為の時間は十分でなく、実質的な膨張比は低下して熱効率の低下は免れない。

この発明は、 ①往復運動質量による障害が無く、（2>燃焼の為の時間が十分あり、 ③ディーゼルエンジンが成立するに必要にして充分な圧縮比を得られる回転ピストン形内燃機関と、復運動質量による障害が無い往復ビストン形内燃機関を ¾ ^することを目的とする。

「発明の開示 J

そして、前記目的を達成するための本発明の回転ピストン形内燃機関は、ハウジングは筒形の空洞を持ち、該ハウジングの筒形空洞の側面翰郭を定める曲線は、「ペリトロコイドの基円とハイポトロコイドの転円とが同心となるように、該ペリトロコィドの基円を該ハイボトロコィドの偏心腕に固定し、かつ該ぺリトロコィドの転円の中心が、該ハイボトロコィドの創成点となるように、該ペリトロコィドの偏心腕を該ハイボトロコィドの創成腕に固定した該ペリトロコィドの創成点の軌跦 J である合成トロコィド、または該合成トロコィドを外側に平行移動した平行合成トロコィドであり、かつ該合成トロコィドはループを持たない閉曲線であり、また前^、ウジングの筒体空洞内には回転ビストンが配置されていて、該回転ピストンは二個以上の頂点を有し、かつ該頂点は前記ハウジング筒型空洞の側面を常に摺動する形状であり、また該ノヽゥジングの筒形空洞の M と該ノヽ 5 ウジングの筒形の底面と該回転ビストンの側面とで作動室が形成されていて、また該ハウジングには該作動室に開口するガス交 g ¾路が形成されていて、該ガス交換通路の開閉を IU 回転ビストンの回転により制御できるようにした構成よりなる。

また、本発明の他の回転ピストン形内燃機関は、前記発明において、ハイボト 0 ロコイドにおける基円の半径と転円の半径との比が 2 ： 1であり、ペリ卜ロコィドにおける基円の半径と転円の半径との比が 2 ： 3である構成、またハイボトロコィドにおける基円の半径と転円の半径との比が 3 ： 2であり、ペリトロコィドにおける基円の^ Sと転円のとの比が 1 ： 2である構成、更にハイボトロコィドにおける基円の^と転円の半径との比を 2 ： 1とし、ペリトロコィドにお 5 ける基円の^と転円の^ ¾との比を 1 ： 2とした合成トロコィドの創成点に往復ピストンを SS置して往復ビストン形内燃機関を形成するようにした構成よりな。

ここで、本明細書において、図 9〜図 1 2を参照すると、半径 aである基円 A と半径 bである転円 Bとはハイボトロコィドを構成し、である基円 Eと半 0 径 fである転円 Fとはペリトロコィドを構成し、基円 Aと転円 Bとのハイボトロコイドにおいて、転円 Bの半径の延長線上にある定点 Rを創成点、距離 O Qを偏心量、距離 QRを創成半径という。また腕 O Qをハイボトロコイドの偏心腕、腕 QRをハイボトロコイドの創成腕といい、基円 Eと転円 Fとのペリトロコイドにおいて、転円 Fの半径の延長線上にある定点 Pを創成点、距離 Q Rを偏心量、距 δ 雜 R Pを創成という。また腕 Q Rをペリ卜ロコィドの偏心腕、腕 R Pをペリトロコイドの創成腕という。更に、ノ、ウジングの筒形空洞の内側部分を内面と総称し、また該内面において、筒端の平面部分を底面、筒を構成する曲面部分を側面という。また回転ピストンの断面は、回転ビストンの自転軸に垂直な平面で切つた切り口をいう。また回転ピストンの断面の頂点が点ではなく弧であるものも頂点に含み、また三つの頂点を持つ三角状断面をした直角柱で用いる直角柱において、多角形で囲まれた立体を多面体といい、多角形を多面体の面、多角形の辺を多面体の稜、多角形の頂点を多面体の頂点という。そして、多面体の二つの面が平行で、他の面がみな一つのに平行なとき、これを角柱といい、多面体の平行な二つの面を底面、一つの直線に平行な面を ®、隣合う二つの側面の交わりを側稜といい、また角柱の側稜が底面に垂直なとき、これを直角柱という。更に、幾何学における直角柱の側面は平面であるが、この明細書において、側面が曲面であるもの、すなわち、底面の辺が曲線であるものも含み、また、底面の頂点が点ではなく弧であるものも直角柱に含むとする。

ところで、本発明の回転ピストン形内燃機関のハウジングを形成する合成トロコイドは、次のような軌跻として得ることができる。図面を参照しながら、この軌跡について説明する。

図 9〜図 1 4に示すように、該合成トロコィドは、ハイ； iiトロコィドとペリトロコィドとを合成した曲線となり、転円 Βと基円 Αとはハイボトロコィドを構成し、また転円 Fと基円 Eとはペリトロコイドを構成している。なお、基円 Eと転円 Bとが同心となるように、基円 Eの中心をハイボトロコィドの偏心腕 O Q上の点 Qとして、基円 Eはハイボトロコイドの偏心腕〇Qに固定してある。従って、転円 Bは点 Qを中心に自転することができるが、基円 Eは点 Qを中心に自転することができない。

ここで、転円 Bは、ノ、イボトロコイドの偏心腕 O Qの上の点 Qを中心に自転しながら、原点◦を中心に公転する。しかし、基円 Eは、転円 Bの回転に伴い、ノヽイボトロコイドの偏心腕 O Qと一体となって、自転することなく、原点 0を中心に公転する。また基円 Eと転円 Bとは同心に配 Sされているから、転円 Bの自転により、ハイボトロコィドの創成点 Rは基円 Eの周りを回る。なお、転円 Fはハイボトロコィドの創成点 Rを転円 Fの自転の中心としているから、転円 Fの自転の中心 Rは基円 Eの周りを回る。

ここで、基円 Eと転円 Fとはペリトロコィドを構成するから、転円 Fは基円 E の外周に内接しつつ滑ることなく-転がる。そして、点 Pは転円 Fと基円 Eとからなるペリトロコィドの創成点である。従って、点 Qを原点とした平面上において、点 Pはペリトロコィドを描く。

しかし、転円 Fの自転の中心 Rはハイボトロコイドの創成点 Rであるため、点 δ 0を原点とした平面上で、転円 Fの自転の中心 Rはハイボトロコィドを描く。よつて、点 Ρの »は、ハイボトロコイドとペリトロコイドとを合成した曲線とな従って、点は、「ペリトロコィドの基円 Εとハイボトロコィドの転円 Βとが同心となるように、ペリトロコィドの基円 Εをハイボトロコィドの偏心腕 G 〇Qに固定し、かつ、ベリトロコィドの転円 Fの中心がハイポトロコィドの創成点 Rとなるように、ペリトロコィドの偏心腕 QRをハイボトロコィドの創成腕 Q Rに固定したペリトロコィドの創成点 PJ の軌跡となる。また、転円 Fは、点 Q を中心に遊星運動をしながら原点 0を中心に公転する。そして、回耘ピストンの断面の頂点は、転円 Fの創成点 Pであるから回転ピストンは、点 Qを中心に遊星 5 運動をしながら原点 0を中心に公転する。

ここで、図 9〜図 12において、距離 RP = kとすると、合成トロコイドの創成点 P (X, y) の座標は次式で表される。但し、 3は点 Pの位相角であり定数の

x=(a -b)cos^+(f - e)cos + kcos(r + S)

y=(a-b)sin^+(f -e)sin0 + ksin(r + /5)

øの値は、 ø = 0 + λとなる。

Λ= - a 0Abより、 0=(1 - a/b)0

また、ァの値は、ァ = 0 + λ +てとなり、 r =一 e A/f = e aS/i bより r=(l -a/b + e a/f b)0

故に、合成トロコィドの創成点 P(x， y)の座標は次式となる。

x=(a-b)cos^+(f -e)cos {(1一 a/b)

+ kcos {(1 -a/b + e a/f b)^ +S}

y=(a-b)sin^+(f -e)sin {(1 -a/b)^} + ksin {( 1 -a/b + e a/f b)6-\-$}

ここで、転円 Bの bと基円 Eの^ ¾eとの比を c、基円 Eの半径 eと転円 Fの半との比を nとする。

そして、 c= lのときの、すなわち転円 Bの半径 bと基円 Eの半径 eが等しいときの転円 Fの半径を rとすると次式を得る。

r = nb, e = cb， f =n e = c r

...1一 a/b + e a/f b = 1 - a/b + a/r

また、距雜 RPと転円 Fの半径 f との比を dとすると、距雜 QR及び距離 RP は次式で表される。 f 一 e = c r— cb 但し、； f 一 e=距離 QR

k=d f k=距雜 RP

= d c r

故に、合成トロコィドの創成点 P(x, y)の座標は次式となる。

x=(a -b)cos^ + c(r -b)cos {( 1 - a/b)0)

+ d c rcos {( 1 -a/b + a/r)0 + ^} ① y = (a-b)sin0 + c(r -b)sin {(1一 a/b)0}

+ d c rsin {( 1 - a/b + a/r )^ + yS} ② ここで、 ySaを点 Qの位相角、；9bを点 Rの位相角とし定数とすると、 Φ®式は次式となる。

x = (a— b)cos(S + _/8a〉+c(r—b)cos {(1 -a/h)θ + βb}

+d c rcos {( 1 - a/b + a/r)0 + /S} ⑧ y=(a-b)sin(^ + ^a)+c(r-b)sin {(1 -a/b)0 + /5b}

+ d c rsin {(1 - a/b + a/r ) Θ + S} ④ 従って、 φ(2)式は、 a、 b、 c、 d、 r及び /8の値により、いろいろな合成トロコィドを得ることができる（図 1 5〜図 26参照）。

また、平行合成トロコィドとする場合、図 9において、創成点 P (X, y) における法線と X軸との成す角をリすると、創成点 P (X, y) を一定量 tだけ外側へ平行移動させた創成点 P s ( X s, y s )は次式で表される。

xs=( a一 b)cos0 + c(r— b)cos {(1 - a/b)^} + d c r cos Kl一 a/b + a/r)0 + ;S} + t cos u

ys=(a— b)sin0十 c(r一 b)sin {(1 -a/b)^}

+ d c rsin {(1 - a/b + a/r)0 + /S} +tsinひ但し、 tanリ =—(dx/d0)/(dy/d0)

5 ここで、平行移動の目的は、回転ピストンの断面の頂点の形状を半径 tの円弧形にして、回転ピストンの断面の頂点とハウジングの筒形空洞の βとの接!^! を回転ピストンの回転につれて変化させるためである。なお、円弧形頂点はアベックスシールの頂点の形伏となるので、 tはァぺックスシールの厚みの半分ぐらいが良い。これは、ヴアンケル型回転ピストン形内燃機関と同様の手法である。 0 前記回転ピストンは、直角柱の形状であり、該回転ピストンの断面の頂点は合成トロコィドの創成点または該合成トロコィドの創成点に平行合成トロコイドの平行移動量を半径と扇形を付け加えた円弧形である。しかし、該ピストンは、該回転ビストンの頂点を結ぶ曲線にハウジングの筒形空洞の側面翰郭に干渉しなければ他の形状であつてもよい。、

5 —般的に、本発明の回転ピストン形内燃機関は、最高の理論圧縮比を得るため、ハウジングの筒形空洞の側面輪郭を定める曲線を、合成トロコィドまたは平行合成トロコイドとし、回転ビストンの断面の輪邦を定める曲線を、合成トロコィドの曲線群の内包絡線、または平行合成トロコィドの曲線群の内包絡線としてい。

0 また、合成トロコイドの曲線群は、図 27において、円 Fの中心である点 Rを X Y座標系の原点 Rとして、円 Fを X Y平面に固定して基円 Fとし、円 Eを転円 Eとする。尚、 XY座標系において、転円 Eと基円 Fとはハイボトロコイドを構成する。また、円 Bを、ハイポトロコイドの転円 Eと同心となるように、ノヽイボトロコィドの偏心腕 RQ上の点 Qに固定して基円 Bとする。

δ そして、円 Aが自転できるように、円 Aの中心をハイポトロコイドの創成腕 Q 0上の点 0として、円 Aを転円 Aとする。なお、 XY座標系において、転円 Aと基円 Bとはペリトロコィドを構成する。

また、 xy座標系の原点を XY座標系におけるハイボトロコィドの創成点 0として、 xy平面を XY座摞系のペリトロコイドの転円 Aに固定する。つまり、 X y座標系における合成トロコィドの創成点 Pの軌睐を XY座標系におけるペリトロコィドの転円 A上の平面に描くことになる。

よって、 xy座標系は XY座標系におけるハイボトロコィドの創成点 0に平行移動し、 xy座摞系は XY座標系におけるペリトロコィドの転円 Aの回転により回転する。また、 XY座標系におけるハイボトロコイドの創成点 0の座標を（X o，Yo)、 XY座標系におけるベりトロコイドの転円 Αの回転角度を χ、 xy座標系における合成トロコイドの創成点 Pの座標を P (X, y) とすると、曲線群 P (X, Y)の座標は次式となる。

X = Xo+xcosx— ysinズ

Y=Yo+xsin% + ycos

但し

Xo=( f 一 e)cos(co + 7r) + (a— b)cos(5 + 7r)

Yo=(f - e)sin( + ^)+(a-b)sin(5 + ^)

(5の値は、 5 = ω + σで表される。

σ =— ίω/eより

<5 =(1 - f /ε)ω

Xの値は、 χ = ω + σ +リとなる。

v = -b σ/a = b f ω/a eより

χ = (\一 f /e + b f /a e) ω

故に、 e = cb、 i = crより

f -e=c r-cb

X = ( l一 r/b + r/a)w

従って、 xy座標系における合成トロコイドの創成点 P (x， y)の軌跡の曲線群 P (X, Y)が XY座標系に次式として得られる。

X = Xo+xcosx— ysinx ⑤

Y = Yo+ xsin¾: + ycos ⑥ 但し

ズ =(ί一 r/b + r/a)o

Xo=- c ( r一 b )cos£D- ( a— b )cos {(1一 r /b ) ω}

Yo=- c (r -b)sino)-(a-b)sin {(1一 r/b)o)}

5 x = (a-b)cos0 + c(r-b)cos {( 1 -a/b)6»}

÷d c rcos {(1一 a/b + a/r)0十 }

y = (a-b)sin^ + c(r-b)sin {(1一 a/b)

+ d c rsin Kl -a/b + a/r)0+^}

ここで、以上の合成トロコィド P (x， y) の曲線群の例を図 28〜図 37に 0 示している。なお、基準となる合成トロコイド P (X, y) 力太い镍で描いてあそして、図 1 0及び図 32で理解できるように、ハウジングの筒形空洞の画赣郭を定める曲線を 01転ピストンの断面の耪郭を定める曲線 J の曲線群の外包絡線とすることができる。そのハウジングの筒形空洞の側面輪郭を定める曲線は δ 、円 Fを基円 Fとし、円 Εを転円 Εとして、転円 Εと基円 Fとはハイボトロコィドを構成し、また円 Βをハイボトロコイドの転円 Εと同心となるように、ハイポトロコィドの偏心腕 RQ上の点 Qに固定して基円 Βとし、円 Αが自転できるように、円 Aの中心をハイポトロコイドの創成腕 QO上の点 0として、円 Aを転円 A とし、また転円 Aと基 Bとはペリトロコイドを構成することより、ペリトロコ 0 ィドの創成半径とペリトロコィドの転円 Aの半径 aとの比をを hとして、ペリトロコィドの創成^を h aで表わし、ペリトロコィドの創成^の位相角を /S c とし、また上記構成における合成トロコイドの創成点を点 P (V, w) で表わし、点？ (V, w) の軌跡を回転ビストンの新面の輪郭を定める曲線とすると、点 P (v. ) の座標は合成トロコイドの曲線群と同様に次式で表わされる。 v = c(r -b)cos((a + 7r)+(a - b)cos {( 1一 r/b)o) + r}

■ h acos {(i - r/b + r/a)o> + Sc+^}

=ー c (r一 b)cos<y— (a— b)cos {(1—！

- h a cos {(1一 r/b + r/a)0) + Sc} = c (r一 b)sin((y + 7r) + (a - b)sin {( 1 - τ / ^)ω + π)

+ h asin {(1一！ + 十 7τ}

=一 c(r一 b)sino)— (a— b)sin {( 1 - r/b)w}

- h asin { - r/b + r/a)w + _iSc}

①式及び②式で表わされる合成トロコィドにおける転円 F上の平面に点 P (V , ) の軌を描いて、点 P (V, w) の軌跻の曲棣群を描く。

ここで、前記転円 F上の平面に対する点 P (V, w) の!^の位相角を/ S eとすると、点 P (V, w) の軌踩の曲線群は次式で表わされる。

x = (a-b)cos0 + c(r -b)cos {(1一 a/b)

+ vcosr -wsinr ⑦ y = (a -b)sin^ + c(r -b)sin {( 1 -a/b)0}

+ vsinr +wcosr ⑧ 但し

r=( l -a/b + a/r)0 + ySe

すると、回転ピストンの断面の铪郭を点 P (V, w) 力く描く合成トロコィドとし、点 P (v. w) が描く合成トロコイドの曲線群の外包絡線を「ハウジングの筒形空洞の側面輪郭を定める曲線」とすることができる。ここで、点 P (V, w ) で表わされる合成トロコィドとその曲線群の例を図 38〜図 40に示している 0 なお、基準となる合成トロコイド P (V, w) が太い棣で描いてある。

また、回転ビストンの断面の頂点の形状を「①式及び②式で表わされる合成トロコイドの創成点 Pに半径 tである扇形を付け加えた円弧形 J とし、回転ピストンの断面の円弧形頂点が描く曲線の曲線群の外包絡線を「ハウジングの筒形空洞の側面輪郭を定める曲線 J とした回転ビストン形内燃機関の場合は、

⑦式及び⑧式において、

v = d c r , w= 0

とすると、 ⑦式及び⑧式は、 ①式及び②式で表わされる合成トロコィドの創成点 Pの座標となる。

従って、図 1 0において、 /Se = 0のとき⑦式及び⑧式は点 P 1の座標、 3e =—2 ;rZ3のとき⑦式及び⑧式は点 P 2の座標、 S e -— 4 rZ 3のとき⑦式及び⑧式は点 P 3の座標を表わすので、が tである円弧を P 1、 P 2、 P 3 に付け加えた形状を回転ピストンの断面の頂点の形状とすれば良い。そして、回転ビス卜ンの断面の円弧形頂点が描く曲線の曲線群の外^線を「ハウジングの筒形空洞の麵耪郭を定める曲線 j とすれば良い。なお、円弧形頂点の間を結ぶ曲線は、その曲榇が回転ビストンの断面の円弧形頂点が描く曲線の曲線群の外包絡線に干渉しなければどのような曲線でも良レ、。

また、に応じて、回転ビストンの断面の頂点に半径が tである円弧を付け加えて、回転ビストンの断面の円弧形頂点が描く曲線群の外包絡線を「ハウジングの筒形空洞の丽耠郭を定める曲镍 J とすれば良い。なお、円弧形頂点はアベックスシールの頂点の形状となるので、 tはアベックスシールの厚みの半分ぐらいが良い。

ここで、円弧形頂点の «を tとし、円弧形頂点の間を結ぶ曲線を直線とした回転ピストンの断面を表わす曲線の曲線群を図 4 1に示す。そして、この曲線は平行移動トロコィドとなる。

■J

そして、上記構成に基づく本発明の回転ビストン形内燃機関は、ハウジングの筒形空洞の β 郭を定める曲線を、合成トロコィドまたは平行合成トロコィドとし、回転ピストンの断面の輳郭を定める曲線を、合成トロコイドの曲線群の内包絡線または平行合成トロコイドの曲線群の内^ &線としていることより、回転ピストンの回転に伴い、該回転ピストンが点 Qを中心に遊星運動しながら、原点 0に対して公転するため、作動室の容積は、該回転ピストンの回転に伴って変化するように作用する。

また、該回転ピストンの断面の頂点は合成トロコイドの創成点、または平行合成トロコィドの平行移動量を^^とする扇形を付け加えた円弧形であるから、該回転ピストンの側稜はローターハウジングの筒形空洞の側面を常に摺動し、該回転ピストンの底面はサイドハウジングの内面を常に摺動するように作用する。そして、該回転ピストンの回転に伴い、該回転ピストンの側稜は、吸気孔と排気孔とを開閉できるように作用する。 '

従って、本発明の回転ビストン形内燃機関は、該回転ピストンの回転に伴い、ハウジング内に容接の変化する作動室が形成されるように作用する。

「図面の簡単な説明 J

図 1〜図 8は、本発明の実施例を示し、図 1は第 1実施例の回転ビストン形内燃機関の透視図、図 2は図 1の B 1—B 2断面図、図 3は図 2の C 1一 C 2断面図、図 4は図 2の D 1— D 2断面図、図 5は図 2の E 1— E 2断面図、図 6は第 2実施例の回転ビストン形内燃機関の断面図、図 7は第 3実施例の回転ビストン形内燃機関の断面図、図 8は第 4実施例の往復ピストン形内燃機関の断面図、図 9は第 1実施例における合成トロコィドの幾何学的基本構成図、図 1 0は幾何学的基本構成と合成トロコイド及び回転ピストンの断面の頂点（Pし P 2、 P 3) との幾何学的関係図、図 1 1は第 2実施例および第 3実施例における合成トロコイドの幾何学的基 «I成図、図 1 2は第 2実施例および第 3実施例の幾何学的基本構成と合成トロコィド及び回転ビストンの断面の頂点（P 1、 P2)との幾何学的関係図、図 1 3は第 4実施例の往復ピストン形内燃機関における釣り合レ、錘の幾何学的基本構成図、図 1 4は往復ピストン形内燃機関における釣り合い錘の幾何学的基本構成、図 1 5〜図 2 6は創成点 P ( X , y ) の合成トロコィドの軌跡を示す説明図、図 2 7は合成トロコィドの曲線群の幾何学的基本構成図、図 2 8 〜図 3 7は合成トロコィドの曲镍群の説明図、図 3 8〜図 4 0は回転ビストンの断面の輪郭を定める曲線とその曲線群の説明図、図 4 1は円弧型頂点の半径を t とし、円弧型頂点の間を結ぶ曲線をとした回転ビストンの断面を表わす曲線とその曲線群の説明図、図 4 2〜図 5 9は第 1実施例の回転ピストン形内燃機関における作動状況図を示し、図 4 2は吸気の上死点の作動状況図、図 4 3は吸気行程の上死点後 9 0 ° の作動状況図、図 4 4は吸気行程の上死点後 1 8 0 ° の作動状況図、図 4 5は吸気行程の下死点の作動状況図、図 4 6は圧縮行程の上死点前 1 8 0 ° の作動状図、図 4 7は圧縮行程の上死点前 9 0 ° の作動状況図、図 4 8は膨脹行程の上死点の作動状況図、図 4 9は膨張行程の上死点後 9 0 ° の作動状況図、図 5 0は膨張行程の上死点後 1 8 0。の作動状況図、図 5 1は膨張行程の下死点の作動状況図、図 5 2は排気行程の上死点前 1 8 0 ° の作動状況図、図 5 3は排気行程の上死点前 9 0 ° の作動状況図、図 5 4は影脹 fi¾の上死点の作動状況図、図 5 5は澎張の上死点後 1 8 ° の ffl状況図、図 5 6は膨張行程の上死点後 3 6 °の作動状況図、図 5 7は膨張行程の上死点後 5 4 ° の作動状況図、図 5 δは膨張行程の上死点後 7 2 ° の作動状況図、図 5 9は蟛張行程の上死点後 9 0 ° の作動状況図、図 6 0〜図 6 9は第 2 ^例における回転ビストン形内燃機関の作動状況図を示し、図 6 0は吸気 ίϊ^の上死点の作動状況図、図 6 1は吸気行程の上死点後 1 0 5 ° の作動状況図、図 6 2は吸気行程の下死点の作動状況図、図 6 3は圧綰の下死点後 1 0 5 ° の作動状況図、図 6 4は膨脹工程の上死点の作動状況図、図 6 5は澎張行程の上死点後 1 0 5 ° の作動状況図、図 6 6は澎張行程の" E点の ^状況図、図 6 7は排気行程の T^E点後 1 0 5 ° の作動状況図、図 6 8は排気行程の上死点の作動状況図、図 6 9は吸気行程の上死点後 1 0 5。の作動状況図、図 7 0〜図 8 1は第 3実施例における回転ピストン形内燃機関の «I状況図を示し、図 7 0は影脹行程の上死点の作動状況図、図 7 1は膨張行程の上死点後 1 0 5 ° の¾&状況図、図 7 2は膨張行程の下死点の作動状況図、図 7 3は排気行程の下死点後 1 0 5 ° の作動状況図、図 7 4は群気行程の上死点の作動状況図、図 7 5は掃気行程の上死点後 1 0 5 ° の作動状況図、図 7 6は掃気行程の下死点の作動状況図、図 7 7は掃気行程の下死点後 1 0 5。の作動状況図、図 Ί 8は掃気行程の上死点の作動状況図、図 7 9は吸気行程の上死点後 1 0 5 ° の作動状況図、図 8 0は吸気行程の下死点の作動状況図、図 8 1は圧縮行程の下死点後 1 0 5 ° の作動状況図である。

「発明を実施するための最良の形態 J

以下に、図面を参照しながら、本発明を具体化した、第 1〜4実施例について説明する。

一実施例 1一

本実施例は、回転ピストン形内燃機関であって、概略すると、側面輪郭が合成トロコィドにより形成されるハウジングの筒形空洞内に、回転ピストン 3を有し、回転ピストン 3を該筒形空洞に沿って回転できるように納め（se設）し、かつ該回転ビストン 3とハウジングとの間に作動室を形成した構成よりなる。

こ二で、合成トロコィドにおいて、ハイボトロコィドにおける基円 Aの半径 a と転円 Bの半径 bとの比が 2： 1であり、ペリトロコイドにおける基円 Eの半径 eと転円 Fの半径 f との比を 2： 3であるので、 a : b = 2 : l、 b : r = 2 : 3となり、ハウジングの筒形空洞の側面輪郭を定める曲線は、次式で表される。 x = (a - b)cos0 + c(r - b)cos (-の +d c TCOS(0/S + β)

= (a-b)sin0 + c(r -b)sin(-^)+d c rsin(0/3 + /S) この式において、全ての ;5の値に対して回転ビストン形内燃機関が成立するが、 Sを; r Z 3の倍数としたときが回転ビストン形内燃機関にとつて都合がょレ、。

=0のときの合成トロコィドを図 15、図 16に示し、 yS = rZ3ときの合成トロコイドを図 17に示す。なお、 /S-0以外は回転ピストン形内燃機関に適さないといえる。

また、図 15, 図 16から S) ^できるように、 dの値により合成トロコイドの短軸方向にくびれが生じる。また、合成トロコイドの短軸方向にくびれが生じない範囲の dの値は cの値により影礬を受けるので、 cの値が 1より大きくなると短軸方向のくびれが大きくなり回転ビストン形内燃機関に適さない。また cの値力、'小さくなると機械的強度に問題がでてくるので、 cの値はあまり小さくできなレ、₀ 従って、 cの値は 0. 6より 1の範囲が好ましい。

なお、 dの値をあまり大きくすると内燃機関にとって不利となるから、 dの値は、合成トロコィドの短軸方向にくびれが生じない範囲でかつ合成トロコイドの曲線群の内^ &線が基円 Aに干渉しない範囲で小さな値が良い。また、図 15から理解できるように、 c = 0. 8のとき dの値は 4. 4以上、図 1 6から理解できるように、 c==0. 9のとき dの値は 3. 6以上が好ましい。

また、ハウジングは、筒形空洞の側面部分を両端が開口している筒形空洞の形をした口一ターハウジング 1とし、ハウジングの筒形空洞の底面部分を板状のサィドハウジング 2としている。

回転ピストン 3は、その断面形状が一般的にハウジングの筒形空洞の側面輪郭を定める曲線の曲線群の内包絡線を用いるため、曲線群（図 28参照）の内包絡線となり、該回転ピストン 3の断面は、三つの頂点を持つ三角伏の形をしている。すなわち、図 1 0における三つの頂点 P 1 , P 2, P 3を持つ三角状断面をした直角柱の形状に構成されている。また、回転ピストン 3の三角状断面の頂点 P I , P 2 , P 3は、合成トロコイドの創成点を構成している。この場合、回転ピストン 3の三角状断面の三つの頂点 P 1 , P 2 , P 3において、三角状断面の二つの頂点と三角状断面の中心とがっくる三つの角度は全て 1 2 0。である。なお、回転ピストン 3の三角状断面の頂点の形伏は、合成トロコイドの創成点に平行合成トロコィドの平^動量を^ ^とする扇形を付け加えた円弧形としてもよい回転ピストン 3は、ローターハウジング 1の筒形空洞部に配置されていて、口一夕一ハウジング 1の筒形空洞の両端に板伏のサイドハウジング 2が取付けられている。そして、回転ピストン 3の三つの側稜がローターハウジング 1の筒形空洞の βを常に摺動し、さらに、回転ピストン 3の底面が、サイドハウジング 2 の内面を常に摺動することにより、ローターハウジング 1の筒形空洞のとサィドハウジング 2の内面と回転ピストン 3の側面とで容積が変化する三つの作動室を形成する。以下、本明細書において、ローターハウジング 1の筒形空洞の側面とサイドハウジング 2の内面と回転ビストン 3の御丽とで形成する作動室を作動室と略 ¾ ^る。なお、回転ピストン 3の三つの側綾には、アベックスシール 1 3力設けてあり、さらに、回転ピストン 3の二つの底面にサイドシール 1 4が設けてある。ここで、ローターハウジング iとサイドハウジング 2とは往復ピストン形内燃機関のシリンダ一に相当する。

ここで、回転ビストン 3の三角状断面の三つの頂点を結ぶ曲線を定めるにあたり、回転ビストン 3の M®がロータ一ハウジング 1の筒形空洞のに干渉しなければ、回転ビストン 3の三角状断面の三つの頂点を結ぶ曲線に特別な制限はなく、 Γローターハウジング 1の筒形空洞の側面輪郭を定める曲線」の曲線群の内包絡線を用いると、作動室の最小容積は最も小さくなり、圧箱比は大きくなつて、都合がよい。

また、吸気孔 1 0と排気孔 1 1とが作動室に開口するように、吸気孔 1 0と排気孔 1 1と点火プラグ 1 2とがローターハウジング 1に設けられていて、回転ピストン 3の回転に伴って、回転ピストン 3の三つの側稜力、ローターハウジング 1の筒形空洞の側面を摺動することにより、回転ピストン 3の三つの側稜は吸気孔 1 0と排気孔 1 1とを開閉する。なお、吸気孔 1 0 , 排気孔 1 1も共にサイドハウジングに設けることができる。

この場合、回転ピストン 3の底面がサイドハウジング 2の内面を摺動することにより、回転ピストン 3の底面の稜は吸気孔 1 0と排気孔 1 1とを開閉する。そして、回転ビストン 3の回転に伴って作動室の容積が変化することを利用して、ガス交換を行い、吸入行程、圧縮^、燃焼行程、膨張行程と排気 ίϊ¾を行う。そして、燃焼ガスの膨張圧力をクランク軸 4より回転力として取り出す。また、クランク軸 4はクランク軸主軸とクランク腕とクランクピンとから構成されており、クランク軸 4は出力軸である。そして、クランク軸 4の自転軸はクランク軸主軸の軸心 0であり、クランク軸主軸は、クランク軸主軸の軸心がローターハウジング 1の筒形空洞の佃面輪郭を定める曲線の中心 0となるように、サイドハウジング 2を貫通している。なお、クランク軸主軸の軸心 0とクランクピンの軸心 Qとの距離はハイボトロコイドの偏心量 O Qである。そして、クランク腕の作用はハイボトロコィドの偏心腕 O Qに相当する。

固定歯車 A 5は、固定歯車 A 5の中心を、ローターハウジング 1の筒形空洞の側面輪郭を定める曲線の中心 0として、サイドハウジング 2に固定してあり、固定齒車 A 5とクランク軸主軸とは同心である。また、固定歯車 A 5は内嚙歯車でめる 0

転動歯車 B 6が、転動歯車 B 6の中心を自転軸として、クランクピンの軸心 Q を中心に自転できるように、 ^li歯車 B 6はクランクピンに取り付けてある。なお、転動歯車 B 6は^ JS歯車であり、転動歯車 B 6は固定歯車 A 5と嚙み合っている。また、固定歯車 A 5と転動歯車 B 6との幾何学的関係は、ハイポトロコィドにおける基円 Aと転円 Bとの関係である。よって、クランク軸 4の回転に伴つて、転動歯車 B 6は、クランクピンの軸心 Qを中心に自転しつつ、クランク軸 4 の軸心 0に対して公転するように構成されている。偏心輸 7は偏心軸主軸と偏心糝とから誠されており、偏心輪の軸心 Rは偏心軸主軸の軸心 Qより一定距雜はなれている。そして、偏心軸 7の自転軸は偏心軸主軸の軸心 Qである。なお、偏心軸主軸の軸心 Qと偏心耠の軸心 Rとの距雜はペリトロコィドの偏、 QRであり、ハイボトロコィドの創成半径 Q Rでもある。ここで、偏心軸 7の作用はペリトロコィドの偏,、腕 QRおよびハイボトロコィドの創成腕 QRに相当する。偃心軸 7が、偏心軸主軸の軸心を自転軸として、クランクピンの軸心 Qを中心に自転できるように、偏心軸 7はクランクビンに取り付けてある。

偏心軸主軸は、偏心軸主軸の軸心と転動歯車 B 6の自転軸とが同軸となるように、転動歯車 B 6に固定してある。よって、偏心轅の軸心 Rは転動歯車 B 6の半径の延: ^：にある定点となり、偏心翰の軸心 Rは、ハイボトロコイドの創成点 Rである。固定歯車 E 8と鶴歯車 B 6とが同心となるように、固定歯車 8の中心をクランクピンの軸心 Qとして、固定歯車 F 8はクランクビンに固定してある。なお、固定齒車 E 8は外嚙歯車である。転動歯車 F 9が、転動歯車 F 9の中心を自転軸として、偏心軸の輸心 Rを中心に自転できるように、転動歯車 F 9は偏心輪に取り付けてある。なお、転動歯車 F 9は内嚙歯車であり、転動歯車 F 9は固定歯車 E 8と嚙み合っている。また、固定歯車 E 8と転動歯車 F 9との幾何学的関係はペリトロコィドにおける基円 Eと転円 Fとの関係である。

回転ビストン 3は、回転ビストン 3と転動歯車 F 9とが同心となるように、転動歯車 F 9に固定してあり、回転ピストン 3の三角状断面の三つの頂点（図 1 0 における点 P 1、点 P 2、点 P 3 ) は、鶴歯車 F 9の半径の延: にある定点である。故に、回転ピストンの三角状断面の三つの頂点（図 1 0における点 P 1、点 P 2、点 P 3 ) は、合成トロコイドの創成点である。故に、回転ピストン 3の回転に伴い、回転ピストン 3は、クランクピンの軸心 Qを中心に遊星運動しながら、クランク軸主軸の軸心 0を中心に公転する。そして、回転ピストン 3の自転角速度は、クランク軸 4の角速度の 1 Z 3であり、クランク轴 4の回転方向と同一方向である。

そして、本実施例の場合、回転ピストン 3の回転に伴い、作動室の容積が変化し、また、回転ピストン 3の三つの側稜が吸気孔 1 0と排気孔 1 1とを開閉することを利用してガス交換を行い、吸入 ίΐ¾ (図 4 2〜図 4 5参照）、圧縮行程 ( 図 4 6〜図 4 7参照）、燃焼行程（図 4 8参照）、膨張行程（図 4 9〜図 5 1参照）、排気行程（図 5 2〜図 5 3参照）を構成するように作用し、燃焼ガスの膨張圧力をクランク軸 4より回転力として取り出す。クランク角度 0を 9 0。ずつ変化させた作動状況図を図 4 2〜図 5 3に示す。そして、図 4 8は圧縮が完了した状態で、作動室の容稹は最小で、このピストンの位置で点火 ·爆発となる。図

4 9〜図 5 1は膨張 fi¾であり、膨張圧力により回転力を得ることができる。図

5 2〜図 5 3は排気^である。なお、膨張行程において、クランク角度 0を 1 8 °ずつ変化させた作動状況図を図 5 4〜図 5 9に示す。図 5 4〜図 5 9から、上死点付近における作動室の容積変化が锾慢であることが確認できる。

本実施例における運動質量の釣り合いは、図 1 0より、回転ピストン 3の重心は点 Rにあるから、回転ピストン 3の質量を打ち消すように、点 Qに対称に釣り合い錘を設け、前記釣り合い錘の質量と回転ビストン 3の質量との和に対する新たな釣り合い錘を点 0に対称に設けると、本質的な運動部分の釣り合いが可能であ

一実施例 2—

本実施例は、 4 fi¾回転ピストン形内燃機関であって、実施例 1において、ハウジングのの筒形空洞の β耠郭を定める合成トロコィドを、ハイボトロコィドにおける基円 Αの半径 aと転円 Βの半径 bとの比を 3 ： 2とし、ペリトロコィドにおける基円 Eの半径 eと転円 Fのとの比は 1 ： 2とした構成よりなる（図 6，図 1 1，図 1 2参照）。

そして、この構成の場合、回転ピストン 3の形状は、二つの頂点を持つフットボール状断面をした直角柱の形状となる。なお、回転ピストン 3のフットポール状断面の二つの頂点において、フットポール状断面の二つの頂点とフットポール' 状断面の中心とがっくる角度は 1 8 0 ° である。

そして、吸気孔 1 0と排気孔 1 1とが作動室に開口するように、吸気孔 1 0と排気孔 1 1とがローターハウジング 1に設けられていて、吸入、圧縮、燃焼と膨 1 δ

張、排気の 4行程を行えるように構成されている。

ここで、合成トロコイドにおいて、基円 Αの半径 aと転円 Βの半径 bとの比は 3 ： 2であり、基円 Eの半径 eと耘円 Fの半径 f との比は i ： 2であるので、 a ： b = 3 ： 2. b ： r = l ： 2となり、ハウジングの筒形空洞の彻湎餘郭を定める曲線の方程式は次式となる。

x=Ca-b)cos^ + c(r -b)cos(-0/2)+d c TCosCe/Α+β) y=(a-b)sin^ + c(r-b)sin(-0/2) + d c rsin(0/4+g) この式において、全ての3の値に対して回転ビストン形内燃機関が成立するが、 ^を ?rZ2の倍数としたときが回転ビストン形内燃機関にとって都合がよい。そして、 ^ = ノ2のときの合成トロコイドを図 20に示し、 /5 = 0ときの合成トロコィドを図 21に示す。なお、 ^5 = ;rZ2以外は回転ピストン形内燃機関に適さない。また、図 20より、 dの値により合成トロコイドの三つの角にくびれが生じることができる。そして、合成トロコイドの三つの角にくびれが生じない範囲の dの値は cの値により影礬を受ける。また、 cの値が小さくなると機械的強度に問題がでてくるので、 cの値はあまり小さくできず、 cの値は 0. 7より 1の範囲が適切である。

なお、 dの値をあまり大きくすると内燃機関にとって不利となるから、 dの値は、合成トロコィドの三つの角にくびれが生じない範囲でかつ合成卜ロコイドの内包絡線が基円 Aに干渉しない範囲で小さな値が良い。図 20から理解できるように、 c = 0. 95のとき dの値は 2. 1以上力、'適切である。

そして、回転ピストンの自転角速度は、クランク軸の角速度の 1Z4であり、クランク軸の回転方向と同一方向である。なお、本実施例においては、吸気孔 1 0と排気孔 1 1とに回転型吸排気弁 20が設けてある。なお、回転型吸排気弁 2 0は、回転ピストン 3の回転により制御され、回転吸排気弁 20の角速度はクランク軸 4の角速度に対して逆方向に 1 / 8である。また、該弁は茸型弁等でもよい。また回転ピストン 3の回転に伴って作動室の容積が変化し、回転型吸排気弁 20が吸気孔 10と排気孔 1 1とを開閉することを利用して、ガス交換を行う。本実施例では、吸入、 & ,燃焼と膨張、排気の 4行程を行い、燃焼ガスの膨張圧力をクランク軸より回転力として取り出す。そして、クランク角度 0を少しづっ回転させた作動状況図を図 6 0〜図 6 9に示す。図 6 0は排気が完了した状態、図 6 1〜図 6 2は吸気行程、図 6 3は圧縮行程、図 6 4は圧縮が完了した状態で、作動室の容積は最小で、このピストンの位 Sで点火 ·爆発となる。また図 6 5〜図 6 6は膨張 ίϊ¾であり、膨張圧力により回転力を得ることができる。図 6 7〜図 6 8は排気行程、図 6 9は吸気行程である。

-実施例 3 - 本実施例は、実施例 2において、掃気孔 2 3が作動室に開口するように、掃気孔 2 3もローターハウジングに設け、回転型弁を吸気孔 1 0と排気孔 1 1と掃気孔 2 5とに設けた構成よりなる。ここで、回転型弁は回転ピストン 3の回転により回転を制御される。なお、弁は茸型弁などでも良い。また、回転ピストン 3の回転に伴って作動室の容積が変化し、回転型弁が吸気孔 1 0と排気孔 1 1と掃気孔 2 3とを開閉することを利用して、ガス交換を行う。そして、燃焼ガスの膨張圧力をクランク軸より回転力として取り出す。そして、吸入、圧縮、燃焼と膨張、排気、掃気の 5 を行う。

また、本実施例の場合、ローターハウジング 1の筒形空洞の佃而とサイドハウジング 2の内面と回転ピストン 3の側面とで二つの作動室を形成している。また吸気孔 1 0が回転型吸気弁 2 2を介して作動室に開口するように、排気孔 1 1が回転型排気弁 2 1を介して作動室に開口するように、掃気孔 2 3が回転型掃気弁 2 4を介して作動室に開口するように、吸気孔 1 0と排気孔 1 1と回転型吸気弁 2と回転型排気弁 2 1と回転型掃気弁 2 4とがローターハウジング 1に設けられ、回転ピストン 3の二つの側綾に了ペックスシール 1 3が設けてあり、回転ピストン 3の二つの底面にサイドシール 1 4が設けられている。なお、回転型掃気弁 2 3の角速度はクランク軸 4の角速度に対して向に 1 Ζ 4であり、回転型吸気弁 2 2の角速度と回転型排気弁 2 1の角速度とはクランク軸 4の角速度に対して同一方向に 1 Z 4である。

そして、クランク角度 0を少しづつ回転させた作動状況図を図 7 0〜図 8 1に示す。図 7 0は圧縮が完了した状態で、作動室の容積は最小で、このピストンの位置で点火 ·爆発となる。図 7 1〜図 7 2は膨張^でぁり、膨張圧力により回転力を得る。図 7 3〜図 7 4は排気行程、図 7 5〜図 7 8は掃気行程、図了 9〜図 8 0は吸気行程、図 8 1は圧縮 ifgである。

一実施例 4一

本実施例は、型往復ビストン形内燃機関のクランク機構に替えて、合成トロコイドの創成点を Γ往復直線運動を回転運動に変換する機構」として用いた構成よりなる。本実施例を図 8および幾何学的基本構成である図 1 3及び図 1 4を用いて説明する。

ハイボトロコイドにおける基円 Aの半径 aと転円 Bの半径 bとの比は 2 ： 1であり、ベリトロコィドにおける基円 Eの半径 eと転円 Fの半径 f との比は i ： 2 である。合成トロコィドの創成点に往復形ビストン 1 7を配置し、往復形シリンダー 1 6と組み合わせて往復ピストン形内燃機関を構成している。すなわち、合成トロコイドの創成点 Pに往復形ピストン 1 7が配置してあり、往復形シリンダ一 1 6と組み合わせて、往復ピストン形内燃機関の作動室を形成し、また往復形シリンダー 1 6には茸形吸気弁 1 8、茸形排気弁 1 9そして点火ブラグ 1 2が設けてあり、 ¾ ^の往復ビストン形内燃機関と同様の働きをする構成としている。なお、本魏例の往復ピストン形内燃機関は、固定歯車 A 5のピッチ円半径と転動歯車 B 6のピッチ円との比および固定歯車 E 8のピッチ円と転動歯車 F 9のピッチ円半径との比が異なるだけで、他の構成については、実施例 1の回転ピストン形内燃機関の実施例と同じである。すなわち、 Γ直線運動を面転運動に変換する機構 J は、実施例 1における回転ピストンとクランク軸との関係と同一である。

そして、この往 «ί!連動を回転運動に変換する機構は、基 PJAの aと転円 Bの半径 bとの比を 2 ： 1とし、基円 Eの半径 eと転円 Fの半径 ίとの比を 1 ： 2とすると、 a ： b = 2： 1、 b： r = l ： 2であり、

c = l、 ySa= 0、；8 = /Sb/2とすると③式及び④式は次式となる。

x = bcos ^ + b cos(- 0 + 8b) + d r cos( Sb/2 )

y = b sin^ + bsin(- 0 + ^b)+ d r sin( Sb/2 ) cosA+cosB- 2cos { (A + B)ン 2} cos {(A - B)/2}

sinA十 sinB=2sin { (A + BV2} cos {(A— B)/2} より

x = 2 bcos(/Sb/2)cos { (2 θ

) + d r cos(Sb/2 )

{ (20- 5b)/2} +d r sin( b/2)

y=sin(Sb/2) { 2 bcos(0— Sb/2) +d r} ⑩ ここで、創成点 Pの ·の傾きを dとすると

tan_/Sd=y_/ ^/x

= tan(Sb/2)

故に、創成点の傾きは ySb/2となる。

よって、合成トロコイドは往復直線運動となり、 2bを振幅とし 0を変数としたコサイン関数となる。そして、その軌隊の延長線は原点を通り、 X軸との成す角は Sb/2となる。また、転円 Bの中心である点 Qは回転運動となる。

従って、基円 Aの半径 aと転円 Bの半径 bとの比を 2 ： 1とし、基円 Eの半径 eと転円 Fの半径 f との比を 1 ： 2とした合成トロコイドは、往復 Eit運動を回転運動に変換する機構として用いることができ、従来型の往復ビストン形内燃機関のクランク機構に替えることができる。

従って、図 8と、その幾何学的基本構成である図 1 3および図 1 4に示すように、合成トロコィドの創成点 Pに往復形ピストン 17を配置し、往復形シリンダ一 1 6と組み合わせると、往復形ビストン 1 7は往復形シリンダー 1 6内を往復直線運動をする。

そして、往復形ビストン 1 7と往復形シリンダ一 1 6とは往復ビストン形內燃機関の作動室を形成する。故に、往復ピストン形内燃機関を構成することができる。

ここで、その ίΐ§は 2 a、作動室の容積変化はクランク軸の角度 0を変数としたコサイン関数となる。また、 dは従来型往復ピストン形内燃機関のコンロッドの長さとなる。なお、単気筒往復ビストン形内燃機関における運動質量の釣り合いは、図 13 に示すように、往復形ピストン 17の質量を M 1として、質点 M 1が創成点 Pに存在するものとする。また、釣り合い錘の質量を M 2として、質点 M2が、半径 QRの延^上で、かつ、点 Rより位相が？ r進み、なおかつ、転円 Bの円周上の点 Gに釣り合い錘として存在するものとする。

そして、釣り合い錘の質量を M 3として、質点 M3が、半径 OQの延; ^上で、かつ、点 Qより位相が; r進み、なおかつ、基円 Aの円周上の点 Zに釣り合い錘として存在するものとする。

角速度をな、時間を tとすると 0 = «t、また^ b = 0より、往復形ピストン 17すなわち質点 M 1の座摞は⑨式および⑩式より次式となる。

xl= 2 bcosa t + d r

yl= 0

点 Gに存在する質点 M 2の座搮は次式となる。

x2=0

y2=2bsina t

点 Zに存在する質点 M 3の座標は次式となる。

x3=- acosa t

y3=- asin t

慣性力は x軸及び y軸の各慣性力の纖を求めれば良いから、 X軸及び y軸の惯性カをそれぞれ Ix、 Iyは次式となる。

Ιχ=-Μ1χΓ -Μ2χ2" -Μ3χ3"

= (2M1 b-M3 a) な² cos t

= (2M2b-M3a) a²sinな t

故に

M 1 b = 2b

M3 a = (Ml+M2)b

よって、質量 Mlである往復形ピストン i 7が点 Rに存在すると仮定し、質点 Mlと質点 M 2との重心を点 Qとして、質点 M 2を質点 Mlに対する釣り合い錘とし、「質点 M 1と質点 M 2 J と質点 M 3との重心を原点 0として、質点 M 3を「質点 Mlと質点 M 2 J に対する釣り合い锤とすると、往復形ピストン 17である質点 M 1が往復 fi ^運動をしても、 X y平面上の往復慣性力は 0となる。

なお、図 13のように、釣り合い綞 M2が、半径 QRの延長線上で、かつ、点 Rより位相が; r進み、なおかつ、転円 Bの円周上の点 Gに存在する必要はない。そして、釣り合い錘 M3が、半径 OQの延長線上で、かつ、点 Qより位相が 7Γ 進み、なおかつ、基円 Aの円周上の点 Zに存在する' もない。また、釣り合い錘 M2および釣り合い錘 M3とも複数であってもよい。これは、慣性力の観点からすると、創成点 Pに存在する往復形ピストン 17は、往復形ピストン 17が点 Rに存在するのと等価である為である。

また、多気筒往復ピストン形内燃機関における運動質量の釣り合いは、図 14 に示すように、往復ビストン 1と等しい質量 M 1である往復ビストン 2が創成点 P 2に存在するものとすると、 iSb = 7rである。

ここで、角速度をなおよび時間を tとすると、往復ビストン 2の座標は⑨式および⑩式より次式となる。

x2=0

y 2 = 2 bsinな t + d r

慣性力は x軸及び y軸の各慣性力の総和を求めれば良いから、 X軸及び y軸の慣性力をそれぞれ I x、 I yは次式となる。

I x=— Ml X 1"— M2x2" -M3x3"

= (2Mlb一 M3a) な² cosな t

= (2Mlb-M3a) な² sinな t

従って

3 a = 2Ml b

故に、往復ピストン 1と往復ビストン 2とが点 Qに存在するとして、釣り合い錘 M 3で運動質量の釣り合いをとると、往復ピストン 1と往復ピストン 2とが共に往復龍運動をしても、原点 0に対し x y平面上の往復慣性力は 0となり、本質的な運動部分の釣り合、が可能である。

故に、往復雜運動は回転運動に変換さ U往復ほ性力は。となり、往復質量による障害が無くなる。よって、本発明における往復ピストン形内燃機閩は、往 δ 復ピストン形内燃機関の形態をしているが、本質的に回転ビストン形内燃機関である。

なお、釣り合い錘 Μ 3は 2つの往復ビストンに置き換えることができるから、 9 0 ° V 4気筒型往復ピストン形内燃機関、もしくは、星型 4気筒往復ピストン形内燃機関とすることができる。なお、図 8では図 1 3における釣合い錘 Μ 2及 Q び釣合レ、鐘 Μ 3を省略している。

なお、本発明は、上述した各実施例に限定されるものでなく、本癸明の要旨を変更しない範囲内で変形実施できる構成を含む。因に、前述した実施例においては、①式および @¾で表わされる軌陈を得るため、內嚙歯車である固定齒車 A 5 と外歯車である ¾1歯車 B 6とを組み合わせ、さらに、外街車である固定歯 δ 車 Ε 8と内嚇車である転動歯車 F 9とを組み合わせた構成で説明したが、遊び歯車を用いて、①式および②式で表わされる軌跡を得ることができるようにした構成としてもよい。

すなわち、 A =—a 0Zbより、転動歯車 Β 6の回転はクランク軸 4に対して逆方向に a Z b回転であるから、①ニ段に重なつた外嚼の遊び歯車の自転軸をク 0 ランク軸に固定し、固定齒車 A 5を «齒車とし、また転動歯車 B 6を外嚼歯車とする。そして、固定歯車 A 5と β歯車 B 6との間に、前び歯車を介して、転動歯車 Β 6の回転がクランク軸に対して逆方向に a Z b回転となるようにする。②ニ段に重なった外嚙の前記遊び歯車の自転軸をクランク軸 4に固定し、固定齒車 A 5を内嚙歯車とし、また転動歯車 B 6を内嚙歯車とする。そして、固定 5 歯車 A 5と転動歯車 B 6との間に前び歯車を介して、転動歯車 B 6の回転がクランク軸 4に対して逆方向に aZb回転となるようにする。嚙の遊び歯車の自転軸をクランク軸 4に固定し、固定歯車 A 5を内嗨歯車とし、また転動歯車 B 6を外嚙歯車とする。そして、固定歯車 A 5と転動歯車 B 6との間に、前記遊び歯車を偶数個（2個）ほど介して、転動歯車 B 6の回耘がクランク軸 4に対して逆方向に a Zb回転となるようにする。 ④転動歯車 F 9と固定歯車 E 8とに対しても上記の方法が逮用できる。て =一 e ^ Z f より、転動歯車 F 9の回転が偏心軸 1 7に対して逆方向に e / ί回転となるように、前記遊び歯車をを用いる。この場合、 rs¾び歯車の自転軸は偏心接に固定する。

換言すれば、疑似合成トロコィドにより、ハウジングの筒形空洞を定める曲線とした構成としてもよい。

なお、図面において、 1 5はクランクケース、 2 5は基円、 2 6は転円8、 2 7は基円5、 2 8は転円？、 2 9は点 Pの軌、 3 0は釣合いの錘 M 2、 3 1 は釣合いの錘 M 3、 3 2は基円？、 3 3は転円5、 3 4は基円8、 3 5は転円 A である。

「発明の効果 J

以上の説明より明らかなように本発明の回転ビストン形内燃機関によれば、ピストンの往復運動部分が無く、運動部分は回^ i動部分のみにでき、運動部分の本質的な釣り合いが可能となると共に、ローターハウジングの内周面の短軸側にくびれが無く、圧縮上死点付近で燃焼ガスの移動を妨げない内燃機関を提供できるという効果を有する。また、本発明の回転ピストン形内燃機関によれば、ヴァンケル型回転ビストン形内燃機関に比べて高圧綰比が得られる。

また、本発明の回転ピストン形内燃機関によれば、上死点付近での作動室の容積変化が緩慢であるので、膨脹が始まる前に燃焼を完結できることより、熱効率に関する条件の、 ①膨脹ができるだけ大きいこと、 ②膨脹が始まる前き圧力ができるだけ高いこと、に適合し、高効率の燃焼効率が期待できるという効果を有す。

また、本発明の回転ピストン形内関によれば、従来の自動車用ディーゼルエンジンにおいて、極めてわずかな燃焼期間内に燃焼室へ一瞬に大量の燃料が噴射さ燃焼の為の時間が極めてわずかなため、蟛張行程に入っても燃焼が続いて実質的な膨張比は低下し、かつ熱効率は低下し、また一度に大量の燃料を噴射するため、燃料が酸素を見出して燃焼する時間が十分無くて黒煙対策上不利であるのに対し、 iBt上死点付近で觸室の容稜変化が緩であるため、燃焼の為の時間を十分に確保できるので、容積変化をほとんど伴わずに扁平な燃焼室が移動し、燃焼室側からすると噴射弁が燃焼室を移動することより、燃料噴射弁の霧化と貫徹性とを両立させる必要はさほどなく、霧化と分布性の良レ、噴射弁を用レ、て 5 、少量の燃料を燃焼室の端から順次噴射できるため、燃焼室全体に良く霧化された燃料を行き渡らせることができ、燃料が酸素を見出す確率も高まり、蟛張行程の前に燃焼をさせることが期待でき、高効率の燃焼効率が期待でき、また、黒煙対策上有な内燃機関を提供できるという効果を有する。

また、本発明の回転ピストン形内燃機関によれば、圧棕上死点付近で作動室の Q 容積変化が緩慢であるため、燃焼の為の期間を十分に確保できるため、この期間を燃焼行程とすることができ、また、排気行程末期から吸気行程初期に至るまで作動室の容積変化が緩慢であるため、この期間を掃気行程とすることができることより、吸気 ·圧縮 '燃焼'膨張'排気'掃気の ί¾を持つ 6サイクルエンジンを得ることができるという効果を有する。

5 また、本発明において、ハイボトロコィドにおける基円の半径と転円の半径との比が 3 ： 2であり、ペリトロコイドにおける基円の半径と転円の半径との比が i ： 2とした構成にあっては、往復運動部分が無運動部分は回^!動部分のみであるので、運動部分の本質的な釣り合いが可能であるという効果を有する。また、本発明において、合成トロコィドの創成点に往復ピストンを配置して往 0 復ピストン形内燃機関を形成した構成にあっては、本質的な運動部分の釣り合いが可能であり、往復質量による障害がなく、またビストンスラップが発生しないため、船舶用超大型往復ピストン形内燃機関においてクロスへッドを用いる必要がないという効果を有する。また、ビストンが自立する為にピストンの自重による側圧がなくなり、 V型往復ビストン形内燃機関とすることができて小型になると同時に重心を低くできる。

Claims

請求の範囲

1 . ハウジングは筒形の空洞を持ち、該ハウジングの筒形空洞の側面接郭を定める曲線は、「ペリトロコィドの基円とハイボトロコィドの転円とが同心となるように、該ペリトロコィドの基円を該ハイボトロコィドの偏心腕に固定し、かつ該ペリトロコィドの転円の中心が、該ハイボトロコィドの創成点となるように、該ペリトロコィドの偏心腕を該ハイボトロコィドの創成腕に固定した該ベリトロコィドの創成点の軌缽 j である合成トロコィド、または該合成トロコィドを外側に平行移動した平行合成トロコィドであり、かつ該合成トロコィドはループを持たない閉曲線であり、また前記ハウジングの筒体空洞内には回転ピストン力配置されてレ、て、該回転ビストンはニ偭以上の頂点を有し、かつ該頂点は前記ノヽゥジング筒形空洞の側面を常に摺動する形状であり、また該ハウジングの筒形空洞の側面と該ハウジングの筒形空洞の底面と該回転ビストンのとで «室が形成されていて、また該ハウジングには該作動室に開口するガス交換通路が形成されていて、該ガス交換通路の開閉を前記回転ビス卜ンの回転により制御できるようにしたことを特徴とする回転ビストン形内燃機関。

2 . ノ、イボトロコイドにおける基円の半径と転円の^との比が 2 ： 1であり、ペリトロコィドにおける基円の半径と転円の半径との比が 2 ： 3である請求の範囲第 1項に記載の回転ビストン形内燃機関。

3 . ハイボトロコィドにおける基円の半径と転円の半径との比が 3 ： 2であり、ペリトロコィドにおける基円の半径と転円の半径との比が 1 ： 2である請求の範囲第 1項に記載の回転ビストン形内燃機関。

4 . ハイボトロコイドにおける基円のと転円の半径との比を 2 ： 1とし、ぺリトロコイドにおける基円の半径と転円の半径との比を 1 ： 2とした合成トロコィドの創成点に往復ビストンを配置して往復ビストン形内燃機関を形成するようにした請求の範囲第 1項に記載の回転ビストン形内燃機関。