JP2001515166A - 回転ピストン装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 回転ピストン装置では、ロータがケーシング内で回転し、ロータ内で可動のスライダがケーシングとロータとの間で容積変化する室を形成し、偶数のスライダが設けられ、互いに対向するスライダが固定のユニットに一緒に連結される。本発明では、ロータがケーシングに偏心して配置され、ケーシングがロータ軸と該軸に最も近いケーシング位置にあるＳ極との間を結ぶ線に対して対称であり、そして、ロータの回転軸を通って対称軸線に直角にかつ対称軸線方向に延びるＸＹ座標系と、中心がロータシャフト中点にあり、ψ＝０の角度がＸ軸の正方向にある極座標（ｒ、ψ）とに基づいて、ケーシングの内壁は、ｒ（ψ）＝｛ａ²ｂ²／[ａ²ｃｏｓ²（ｌ（ψ＋π／２））＋ｂ²ｓｉｎ²（ｌ（ψ＋π／２））]｝^1/2の式を満たし、その際、ｂをＳ極でのロータシャフトとケーシング壁との間の最も短い距離とし、ａが、ａ（ｄ，ｂ）＝｛[３（ｄ／２）⁴−２ｂ²（ｄ／２）²]／[２（ｄ／２）²−ｂ²]｝^1/2の式から与えられ、ｄが、ロータの回転軸を通るケーシ-ング内壁の弦の長さ、従って、スライダの半径方向の延出部であり、そしてｌが、ｌ＝２／πａｒｃｃｏｓ（｛[ａ²−（ａ⁴＋ｂ⁴−ａ²ｂ²）^1/2]／（ａ²−ｂ²）｝^1/2）の式から与えられることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は回転ピストン装置に関し、この装置では、ロータがケーシング内で回
動し、ロータ内で半径方向に可動のスライダがケーシングとロータとの間で容積
変化する室を形成し、その際、偶数のスライダが設けられ、互いに対向するスラ
イダが固定のユニットとして一緒に連結される。

【０００２】 このような回転ピストン装置は英国特許第430 715号公報から知られている。 このものでは、ケーシングがルーラートライアングル（Reuleaux-Dreieck)の形 状を有し、ロータがトライアングルの中央に配置される。そのような配置を、片
側ばね式スライダの使用と比較した場合の利点は、ロータが回動する間、ケーシ
ング壁が、前後運動するスライダの慣性質量に打ち勝つだけでよいことにある。
他方で、遠心加速度は直径方向に対向するスライダを連結することでほぼ解消さ
れ、何にも増して、壁に対してスライダを押圧するために、個々のスライダに常
時与えねばならないスプリング力は不用になる。

【０００３】 従って、上記種の回転ピストン装置は、個々に可動のスライダを備えた回転ピ
ストン装置に比べるとかなり摩損が軽減される。

【０００４】 他の回転ピストン装置に関するさらに先行の技術は、例えば、ドイツ特許公開
公報33 914号から知られている。このものでは、ケーシングが円形断面を有し、
該ケーシングにはロータが偏心して配置される。該ロータもまた、ほぼ円形の断
面を有するが、形成すべき室のサイズを大きくするために、くぼみ部を有する。
該くぼみ部は、断面で円と境界付けられるようにロータを切欠いて形成される。
（４個の）スライダは、ケーシング壁に対してスプリングによってロータから外
側へそれぞれ押圧され、これにより、遠心加速度に伴って大きな接触力が加えら
れると共に、大いに摩損される。

【０００５】 その利点にもかかわらず、この英国公報記載のものは、上記ドイツ公報から知
られた回転ピストン装置と比較すると次のような欠点を有する。即ち、ルーロー
トライアングルの形状が強制的に定まるため、回動中、ケーシングに３つのポケ
ット部が形成されることを避けることができない。各ポケット部は、スライダに
より、最初は膨張し、次いで再び圧縮する室を各スライダの間に形成する。

【０００６】 例えば、内燃機関では、以上により、冷却部を介在させた６行程系の形成が必
須となる。他の欠点は、一度回動する間に、各スライダが半径方向に３回前後運
動され、それにより、一度回動する間に、比較的に高い最高加速度が発生する。

【０００７】 本発明は、上記問題を解決した上記種の回転ピストン装置を提供することを目
的とし、ロータが（一度）回動する間に、各スライダが一度だけ押出されかつ押
戻されるようにする。

【０００８】 この課題を解決するために、本発明は、少なくとも１個のロータがケーシング
内で回動し、ロータ内で半径方向に可動のスライダがケーシングとロータとの間
で容積変化する室を形成し、その際、偶数のスライダが設けられ、互いに対向す
るスライダが固定のユニットとして一緒に連結された回転ピストン装置において
、ロータがケーシングに偏心して配置され、ケーシングがロータ軸と該軸に最も
近いケーシング位置にあるＳ極との間を結ぶ線に対して対称であり、そして、ロ
ータの回転軸を通って対称軸線に直角にかつ対称軸線方向に延びるＸＹ座標系と
、中心がロータシャフト中点にあり、ψ＝０の角度がＸ軸の正方向にある極座標
（ｒ、ψ）とに基づいて、ケーシングの内壁は、 ｒ（ψ）＝｛ａ²ｂ²／[ａ²ｃｏｓ²（ｌ（ψ＋π／２））＋ｂ²ｓｉｎ²（ｌ（ ψ＋π／２））]｝^1/2 の式を満たし、その際、ｂをＳ極でのロータシャフトとケーシング壁との間の最
も短い距離とし、ａが、 ａ（ｄ，ｂ）＝｛[３（ｄ／２）⁴−２ｂ²（ｄ／２）²]／[２（ｄ／２）²−ｂ² ]｝^1/2 の式から与えられ、 ｄが、ロータの回転軸を通るケーシ-ング内壁の弦の長さ、従って、スライダ の半径方向の延出部であり、そしてｌが、 ｌ＝２／πａｒｃｃｏｓ（｛[ａ²−（ａ⁴＋ｂ⁴−ａ²ｂ²）^1/2]／（ａ²−ｂ²）
｝^1/2） の式から与えられることを特徴とする。

【０００９】 従って、ケーシング内壁の形状はｂとｄの選択、即ち、一方でロータシャフト
とケーシング内壁との間の最も短い距離と、他方でスライダの半径方向の延出部
によって完全に決定される。その理由は、Ｙ軸に対して対称とする必要性のため
、曲線が、一象限内でのみ固定さえすれば、他の象限内では固定されるからであ
る。その他のパラメータは直ちに求められる。

【００１０】 上記に加えて、境界条件は、 Ｓ極における（Ｘ軸に平行な）水平な形状(profile)と（Ｎ極の形状は自動的 に定まる）、 間隔ｄとＸ軸との交点におけるケーシング内壁の位置と、 スライダが回転移動運動しないように形成するために、２回の連続的な微分の
ための要求と 第４象限におけるｒ（ψ）の単調な増加と、常時負ではない湾曲とにあり、以
上より曲線が固定される。

【００１１】 本発明の構成は、スライダと、ロータ内及びケーシングに沿ったスライダのガ
イドの形態に関する。

【００１２】 図面には、本発明による幾つかのハウジングまたはロータの断面が概略的に示
されている。

【００１３】 図１〜図３はケーシングの種々の形態を示し、該ケーシングはパラメータａ及
びｂに応じて発明に従って使用できる。使用される座標系には、Ｓ極と、ｂとｄ
の間の距離とが与えられ、その際、その都度ｂは１に定められる。そのため、曲
線形状はａ／ｂの比率に、従って、上述の関係に基づいてａ／ｄの比率にのみ依
存する。

【００１４】 図１〜図３から直ちに判るように、本発明のハウジング形状では、ａ／ｂが１
／４〜２の範囲内にあると確実に技術上実施可能である。他方で、ａ／ｂの値が
相当高い場合には、スライダが（Ｘ軸に対して平行な）赤道位置にあると、スラ
イダが強く加速される。それに加えて、この位置では、強く押しけられかつスラ
イダ面の外側へ向けられた接触力であって、ケージング壁からの力が作用し、こ
れにより、技術上利用できない。

【００１５】 使用可能なａ／ｂの比率は、１．０〜２．５の間、特に、１．２５から２．０
の間であり、その際、ａとｂとは上記意味を有する。

【００１６】 図１及び図２に示す比率及び明らかにａ＜１．５、または２を若干越えた比率
の場合でも、上記公報記載の装置の欠点を有さず、特に、ロータの半径方向にお
けるかつケーシング内壁に沿ったスライダの動作にとって有利な動的状態を有す
る回転ピストン装置が創成される。

【００１７】 図４は、本発明のタービンまたはベンチレータの回転軸に直角な断面図である
。スライダ１は、以下で詳細に説明するように、オイルでガイドされてロータ内
を移動する。全図面において概略的に示したケーシング壁３２はハッチングされ
ており、吸入口１７及び圧力開口２３が概略的に示されている。 真空排気用、流体用及び圧縮用のポンプとしての使用は類似の方法で逆の動作で
達成できる。

【００１８】 図５は、本発明による回転ピストン内燃機関の回転軸に直角な断面図である。
圧縮ステージの吸入口１７と、圧縮ステージの圧縮側からエンジンステージの吸
入側に導くオーバーフロー通路１８とがケーシング壁３２内に概略的に示されて
いる。膨張室の領域には噴射ノズル２０が示されている。

【００１９】 圧縮ステージのスライダ１もまた、オイルでガイドされてロータ内を移動する
。熱的な理由のため、燃焼室のロータ２２のスライダ２１をオイルでガイドさせ
ることは不可能である。

【００２０】 回転ピストン内燃機関の燃焼排気ガスは排出口２３から放出される。図６は、
図５に示す２個のロータ１９，２２の平行なロータシャフトを通る断面図である
。特に、ケーシング室の丸み付けられた縁部の形状はこの図から判る。ロータ１
９、２２用軸受け２９と圧縮ロータ１９に動力を導入するギア３１とが示されて
いる。

【００２１】 図７は、回転ピストンジェットエンジンのロータシャフトに直角な断面図であ
る。予備圧縮排出口２６は、出口ノズル２８まで通じる膨張室２７内に連通する
。また、吸入口１７と、予備圧縮ステージから膨張ステージまで導くオーバーフ
ロー通路１８とが概略的に示されていることが判る。予備圧縮ロータ１９内のス
ライダ１もまた、オイルでガイドされてロータ内を移動することが有利であり、
他方で、ロ−タ２２内のスライダをオイルでガイドさせることは不可能である。
というのは、燃焼プロセスでスライダが高い熱応力を受けるからである。

【００２２】 図８は、本発明の有利なスライダの断面図、側面図及び平面図である。該スラ
イダには溝３が見て取れ、該溝には、図９に示す一例のスプリングヨーク４が挿
入可能である。スライダにはオイル通路２が設けられ、回転軸の領域に供給され
たオイルが、遠心加速度によりオイル通路を介して外方に搬送される。そして、
ケーシング内壁に沿ってスライダが回転する間、スライダ１或いはスプリングヨ
ーク４が潤滑され、それらが冷却される。

【００２３】 図９はスプリングヨーク４を示す。このスプリングヨークはスライダ１の溝３
内に挿入されると共に、潤滑液を流出できる注油開口５を備えている。矢印は、
遠心加速度によって生じる（僅かな）弾性変形の方向を示す。その弾性変形によ
ってケーシング内壁におけるシール特性が改善される。

【００２４】 ロータの個々のスライダ内におけるスライダ１の２個の端部の間にあるブリッ
ジ部３４は、少なくともブリッジ部の幅だけオフセットして設けられ、そのため
、個々のスライダは、互いに交差して半径方向に可動であるように配置される。

【００２５】 図１０は、オイル潤滑式スライダ１用ロータを示す。このものでは、オイルだ
けで潤滑すると、オイル炭化等が生じるため、高い熱応力に耐えることができな
い。オイル以外に他の液体を潤滑に使用でき、オイルと他の液体との両方を冷却
用に使用できる。真空排気用ポンプの場合には、特に、オイル汚染物を真空状態
から除去できないため、水のような液体によってスライダを冷却できかつ潤滑で
きる。

【００２６】 そのようなロータ６は、ロータの側壁で一体に保持されるロータセグメント７
から構成されることが有利である。楕円形リング１３（図１１）は溝８内に挿入
されている。溝９は、ガスケットセグメント１５（図１３）を収容する。オイル
は、スライダ１またはスプリングヨーク４へのオイルの供給はロータシャフト内
の入口開口１０を介して行われる。

【００２７】 図１１は、楕円形リング１３の側面図及び平面図である。ここで、圧力方向は
矢印で示される。楕円形リング１３は、圧力を均一にして、延出量を均一にする
ための開口部１６を有する。該楕円形リング１３は、ロータに対してスライダを
シールする役割を果たす。図示の実施例では、そのような２個の楕円形リングが
、各スライダ１用のロータの両側に設けられている。従って、スライダ毎に４個
の楕円形リングが必要となる。

【００２８】 図１２は、ロータセグメントの正面図及び側面図である。楕円形リング１３用
の溝８またはガスケットセグメント１５（図１３）用の溝９もまた見て取れる。
孔１４は側方ディスク６を組立てる役割を果たす。

【００２９】 図１３は、ガスケットセグメント１５の正面図及び側面図である。該ガスケッ
トセグメント１５は側方のケーシング壁に対してロータをシールし、自己接触式
に構成されている。

【００３０】 図１４は、高い熱応力に耐えることができるロータを軸方向断面である。この
場合、燃焼室２６は各セグメントに設けられる。図１５は、個々のロータセグメ
ントの正面図及び側面図である。図１６は、対応スライダ２１を示す。このスラ
イダはオイル供給部を備えていない、つまり注油されない点でスライダ１と相違
する。ここでもまた、スライダ１（図８）と同様にブリッジ部３４が配置されて
いる。

【００３１】 本発明の回転ピストン装置の操作方法は、慣用の回転ピストン装置の操作方法
と同じである。スライダの操作及びそれによって可能となるスライダの空間構造
の動的な改善を除いて、操作に関して従来技術から変更されるものではない。

【図面の簡単な説明】

図１は、ａ＝１．５、ｂ＝１でのケーシング形状の断面図。 図２は、ａ＝２．０、ｂ＝１でのケーシング形状の断面図。 図３は、ａ＝５．０、ｂ＝１でのケーシング形状の断面図。 図４は、タービン或いはベンチレータを通る断面図。 図５は、２ステージ式回転ピストン内燃機関を通る断面図。 図６は、回転ピストン内燃機関を通る縦断面図。 図７は、回転ピストンジェットエンジンを通る断面図。 図８は、スライダの断面図、平面図及び側面図。 図９は、スプリングヨークの断面図、平面図及び側面図。 図１０は、ロータの断面図及び側面図。 図１１は、楕円形リングの平面図及び側面図。 図１２は、ロータセグメントの正面図及び側面図。 図１３は、ガスケットセグメントの正面図及び側面図。 図１４は、ロータの断面図及び側面図。 図１５は、ロータセグメントの正面図及び側面図。 図１６は、スライダの断面図、平面図及び側面図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ， ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，Ｌ Ｖ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ， ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，Ｕ Ｓ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ 【要約の続き】 ／πａｒｃｃｏｓ（｛[ａ²−（ａ⁴＋ｂ⁴−ａ²ｂ²）^1/2] ／（ａ²−ｂ²）｝^1/2）の式から与えられることを特徴 とする。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも１個のロータがケーシング内で回動し、ロータ内
   で半径方向に可動のスライダがケーシングとロータとの間で容積変化する室を形
   成し、その際、偶数のスライダが設けられ、互いに対向するスライダが固定のユ
   ニットとして一緒に連結された回転ピストン装置において、 ロータがケーシングに偏心して配置され、ケーシングがロータ軸と該軸に最も
   近いケーシング位置にあるＳ極との間を結ぶ線に対して対称であり、そして、ロ
   ータの回転軸を通って対称軸線に直角にかつ対称軸線方向に延びるＸＹ座標系と
   、中心がロータシャフト中点にあり、ψ＝０の角度がＸ軸の正方向にある極座標
   （ｒ、ψ）とに基づいて、ケーシングの内壁は、 ｒ（ψ）＝｛ａ²ｂ²／[ａ²ｃｏｓ²（ｌ（ψ＋π／２））＋ｂ²ｓｉｎ²（ｌ（ ψ＋π／２））]｝^1/2 の式を満たし、その際、ｂをＳ極でのロータシャフトとケーシング壁との間の最
   も短い距離とし、ａが、 ａ（ｄ，ｂ）＝｛[３（ｄ／２）⁴−２ｂ²（ｄ／２）²]／[２（ｄ／２）²−ｂ² ]｝^1/2 の式から与えられ、 ｄが、ロータの回転軸を通るケーシ-ング内壁の弦の長さ、従って、スライダ の半径方向の延出部であり、そしてｌが、 ｌ＝２／πａｒｃｃｏｓ（｛[ａ²−（ａ⁴＋ｂ⁴−ａ²ｂ²）^1/2]／（ａ²−ｂ²）
   ｝^1/2） の式から与えられることを特徴とする回転ピストン装置。
2. 【請求項２】 ａ／ｂの比率が１．０と２．５との間、好ましくは１．２５
   と２．０との間にあり、ａとｂとが上記特定の意味を有することを特徴とする請
   求項１記載の回転ピストン装置。
3. 【請求項３】 スライダが、該スライダの溝内に設けられたスプリングヨー
   クのオイル通路と交差する、ほぼ半径方向に延びるオイル通路を有し、ケーシン
   グ内壁とスライダとの間で摩擦を減少させるために、ケーシング内壁に対してス
   ライダをシールすることを特徴とする請求項１または請求項２記載の回転ピスト
   ン装置。