JP2002242688A - 回転燃焼室型ロータリエンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】従来の往復ピストンによる内燃機関の行程を、
円滑な円運動により行わせることによって振動や騒音を
抑えるとともに、ピストン等の慣性の損失を極限し、併
せて小型、軽量化を図った汎用内燃機関を提供する。 【構成】主軸４に偏心部５を設けて図のような形状のロ
ータ３を嵌め、同軸心に隔壁１を等角度に３箇所図のよ
うな形状にして配した燃焼室体２を嵌めて、常にロータ
の外周面に３つの隔壁の頂点部のシール１８がそれぞれ
接するように構成し、ロータと燃焼室体にはそれぞれ歯
車７と６を２対３の歯数比で噛み合わせ、全体をハウジ
ング１１と前面のカバー１７で覆う。カバー１７とロー
タ３には、縦方向と横方向に溝を設けてスライド８を嵌
めてロータ３が図のように、常に作動間水平姿勢を保つ
ようにし、図のような位置に、それぞれ吸気口１２、排
気口１３及び点火栓１４を設けることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明の回転燃焼室型ロータリエ
ンジンは、自動車、船舶、航空機等で使用されているレ
シプロ型の内燃機関に替えて使用できるものであり、小
型、軽量で、往復運動による振動、騒音等が少ないこと
などの特徴から、汎用動力源として家庭用、屋外用、農
業用等々多様な用途に利用できる。

【０００２】

【従来の技術】従来の内燃機関は、液体燃料を気化器等
を通じて、ピストンを往復させてシリンダー内にその混
合気を吸気し、圧縮して、点火・爆発（膨張）させ、そ
の爆発力でピストンを押し下げてクランク軸を回し、そ
の回転力を動力源として利用してきた。しかし、いわゆ
るレシプロエンジンと呼ばれるように、ピストンを往復
運動させることから振動が大きく、また騒音も少ないと
は云えず、加えてその構造上から大型・重量化し、それ
らの防止、対策に多くの努力が必要であった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来のほとんどの内燃
機関は、例えば自動車用にも見られるように、レシプロ
型のエンジンを主体にしており、これらのエンジンは、
回転運動を得るためにピストンを往復させ、これをコン
ロッド（連かん）を介してクランク軸に伝えて回転運動
に変換する。このため、振動と騒音は、例えば電動機の
ような直接真円運動を行う構造のものと比較して、大き
くなることは避けられない課題であり、また往復運動を
回転運動に変換するためのピストン、コンロッド及びク
ランク部等は、機構・構造的に大型化させる要因とな
り、それに伴って重量も大きくなるという課題もある。
本発明のエンジンは、これらの課題を解決するため、従
来の内燃機関の往復運動による行程を、円滑な円運動に
よって行わせ、振動・騒音を少なくし、併せて小型・軽
量化を図ろうとするものである。

【０００４】

【課題を解決する手段】従来のレシプロ型内燃機関の行
程は、いわゆる吸入、圧縮、爆発及び排気の４つの行程
を、４サイクル機関ではクランク軸２回転で、２サイク
ル機関では１回転で、それぞれ完了し、そのうち回転力
を得る行程は爆発行程のみのため当然回転にむらが生
じ、またピストンの往復運動も加わって振動や回転のア
ンバランスの原因となる。これらの欠点を防止するた
め、はずみ車や気筒数を増やす方法で、ある程度これら
の課題を解決してきた。しかし、往復するピストンを使
用する限りこれらの課題を根本的に解決することは困難
である。そこで、本発明のエンジンでは、この往復する
ピストンを排して、完全な円運動の中から前述の吸入、
圧縮、爆発及び排気の４行程を行わせ、かつ回転むらを
なくして円滑な回転力を得るため、ロータ３を基本とし
た１回転体単位で３個の隔離部１によって区分した燃焼
室、即ち３気筒相当にして、各行程を等間隔の角度で順
次連続的に繰り返させるように構成したものである。

【０００５】

【作用】本発明の回転燃焼室型ロータリエンジンについ
て、図１及び図２を用いて説明する。円周上の等角度の
位置に１のような形状をした隔壁３個を等角度に配した
燃焼室体２を設け、その中央部に繭形の形状のロータ３
を、主軸４の偏心部５に嵌めて、これらをハウジング１
１に嵌まるよう真円に穿った凹部に回転できるように嵌
め込み、前部をカバー１７で覆うとともに、吸気口１
２、排気口１３及び点火栓１４を図のような位置に設け
る。燃焼室体２の中心部に内歯の歯車６を、ロータ３に
は外歯の歯車７を、それぞれ３対２の歯数比で噛み合わ
せる。３個の隔壁１のそれぞれの頂部には、常にロータ
３の外周面に接して気密性が保持できるようにシール１
８を設ける。ロータ３は、作動間常に図１に示すよう
に、ハウジング１１に対して水平姿勢を維持するよう、
側面に横長の摺動溝９を設け、またカバー１７の内壁面
には同様に縦長の摺動溝１０を設けて、これら両者の溝
に架けて角型のスライド８を嵌め込む。冷却水（路）１
５は、通常の方法のものであり、カバー締付けボルト１
６は、いわゆるシリンダーヘッド締付けボルトに相当す
る。図１において、主軸４が矢印の方向に回転すると、
その偏心部５と摺動溝９及び１０に嵌め込まれたスライ
ド８によって、ロータ３はその姿勢を保った状態で、偏
心量を半径にして同じ方向に公転運動をする。その際ロ
ータ３に設けられた歯車７は、燃焼室体２の歯車６と噛
み合っているため燃焼室体２も同じ方向に主軸４を中心
に歯数比に応じて３分の１の回転速度（３；２の歯数比
であるが、ロータ側の歯車は自転しないため）で回転す
る。この両者の回転差によって空間、即ち燃焼室Ａ、Ｂ
及びＣは容積を変化させながら回転移動する。燃焼室
Ａ、Ｂ及びＣは、吸気口１２、点火栓１４及び排気口１
３のそれぞれの位置に合ったとき、吸気、圧縮、爆発及
び排気の行程を行う。各燃焼室Ａ、Ｂ、Ｃはそれぞれそ
の位置と容積を変えながら順次４つの行程を行い、その
間主軸４は３回転し、同時にロータ３も３公転する。燃
焼室体２は１回転し、その間Ａ、Ｂ、Ｃの３つの燃焼室
は、ロータ３の両側端部によって容積を変化させられな
がら行程を一巡する。３個の隔壁１の、それぞれの中間
部分の開口部１９と吸気口１２、排気口１３及び点火栓
１４については、その位置と大きさを適切にするととも
に、適時に点火時期を制御すれば、往復運動をしない内
燃機関として、振動・騒音の少ない、また１個のロータ
でレシプロ型機関の３気筒相当分の行程を行わせること
ができ、かつ小型・軽量化を図った内燃機関となり得
る。出力を大きいものにする場合は、全体を大きくする
方法、あるいはロータ３及び燃焼室体２を一式とする構
成を、主軸４の軸上に、動作角度を適切に違えて、連結
すれば多ロータ型の大出力機関とすることができる。図
３及び図４は、これらの行程動作を順を追って示したも
ので、これについて説明する。図３のＩの状態では燃焼
室Ａ、Ｂ及びＣは、それぞれ図のような形状・容積の状
態で各位置にある。この状態から主軸４を矢印のように
右回りに回転させると、その偏心部５も同様に回転し
て、ロータ３をそのままの姿勢で、偏心量を半径にし
て、右方向に公転する。ここからは燃焼室Ａのみに着目
して動作を説明する。燃焼室の形状・容積とその位置
は、の状態から主軸が９０度回転して図３のＩＩの状
態になる。その際、燃焼室体２は歯車機構（６及び７）
により、その隔壁とともに３分の１の３０度同方向に回
転しの状態になる。この間に隔壁部の開口部１９と吸
気口１２がつながり、かつ燃焼室Ａは、次第にその容積
を拡大してゆくため、燃料との混合気を外部より吸い込
む吸気行程を行い、図のＩＩＩ、ＩＶまで続く。その間
に、燃焼室Ａはからへと最大の形状・容積に拡大す
る。そして主軸４は２７０度、また燃焼室体２は９０度
それぞれ回転し、開口部１９は吸気口１２と離れて閉鎖
される。次に燃焼室Ａはの状態から、図のＩに戻って
及びＩＩの（“Ｂ”はここでは除外して考える）の
状態を経てＩＩＩのの状態に至り、吸気は最小容積に
圧縮され、主軸とロータはさらに２７０度、燃焼室体は
９０度それぞれ回転した位置にくる。この時、燃焼室で
圧縮されての状態となった混合気は、点火栓１４と接
し点火される。点火された混合気は、爆発・膨張してロ
ータを押し、燃焼室を広げながら、図のＩＶのからＩ
のを経てＩＩの▲１０▼の状態に至る。この行程が、
主軸に回転力を与える。これが爆発行程であり、ロータ
はさらに２７０度、燃焼室体は同様に９０度回転する。
排気行程はこの状態から、図のＩＩＩの▲１１▼、ＩＶ
の▲１２▼を経て最初の状態Ｉのに至る間に行われ、
その間、隔壁部の開口部１９が排気口１３とつながり、
同時にロータ３と燃焼室体２の回転で燃焼室容積は狭め
られ、内部の燃焼ガスが押し出されて排気行程を完了す
る。この排気行程の間にも主軸とロータは２７０度、燃
焼室体は９０度それぞれ回転する。４つの行程を完了す
る間に主軸４とロータ３は「２７０×４／３６０＝
３」、即ち３回転（公転）し、また燃焼室体２は「９０
×４＝３６０」即ち１回転したことになる。ここで図の
Ｉに戻って、燃焼室Ｂ及びＣについて考察すると、これ
らの２つの燃焼室もまた、それぞれ角度差をもって同じ
行程を行い、主軸の回転角では３６０度（１回転）、燃
焼室体の回転角では１２０度のそれぞれの角度差で作動
し、これを連続的に繰り返す。云いかえれば、一回転ご
とに何れかの燃焼室が爆発行程を行う。図４は、これら
のそれぞれの燃焼室の行程を表にまとめ、比較して見る
ことができるようにしたものである。

【０００６】

【実施例】本発明の回転燃焼室型ロータリエンジンは、
これまでピストンの往復運動をクランクにより回転運動
に変える機構を使用して来たのに対し、これらを全く使
用しないことを狙いとしている。即ち、ロータ３及びこ
れに歯車機構６及び７で連動させた燃焼室体２を基本と
して、両者を円運動させて、行程を円滑に回転させなが
ら行わせる機構を持たせたことを最大の特徴とするもの
である。レシプロ型機関は、構造が簡単で、比較的容易
に造れ、実績もある等の長所がある反面、往復運動によ
る振動や騒音の発生、ピストンの慣性による損失、大型
・重量化する等のほか、４サイクル機関では吸気用及び
排気用の各弁と、これらを作動させるためのカム機構が
必要となり、これらの周辺機構もまた大型・重量化の一
因となる。また、既に一部でロータリ型の機関が開発さ
れ実用化されているが、ロータに相当する部分の運動は
むしろ間歇的で、その運動速度を変えることから、慣性
上の損失が生じ、またロータ部分の回転動作に伴う気密
性の保持と円滑な摺動動作と云う面でも技術的に多大の
努力を要している。本発明の機関は、従来の内燃機関の
行程を、円運動の中で行わせてまず振動、騒音を抑える
とともに、慣性の損失をなくし、併せて小型軽量化を図
ることを目的として発明したものである。大型、あるい
は出力の大きいものにしたい場合は、基本的には単ロー
タ型のものを主軸４を延長・共通にして多ロータ型にす
れば可能で、従って、径の異なる幾種類かのものを作っ
て、用途に合わせて同径のものを組み合わせて所望の製
品化ができるという、生産上の効率性もある。ロータ３
と燃焼室体２の周囲には気密性保持のための各種のシー
ル、リング等を必要とするが、中でもシール１８は、３
個の隔壁１にそれぞれ図のように組み込まれ、ロータ３
にスプリング等で圧して圧縮時の気密性を保つが、この
部分を含めて燃焼室体２が真円運動することから、既に
一部で実用化されているロータリ型エンジンの同様シー
ルに見られるような不等速運動が一因とも考えられる、
飛び出し、あるいは内壁面への引っかき傷等、の発生は
起こらない。燃焼室Ａ、Ｂ、Ｃも、作動間を通じてハウ
ジング１１の真円内壁面に沿って回転・移動するため、
圧縮・点火時も含めて、常にドームあるいはアーチ形状
を維持しており、熱効率の面でも有利である。作動間ロ
ータ３をハウジング１１に対して常に一定姿勢を保持さ
せる、ということも本発明のひとつの特徴であるが（図
では水平方向の姿勢であるが、ハウジング１１と相対的
に考慮すれば垂直等、任意の姿勢でよい。）そのための
機構として、本説明及び図では四角形のスライド８を用
いているが、やや複雑になることを可とすれば、ギヤー
方式、チェーン方式等によって保持することもでき、む
しろこれらの方法によれば、全て完全な円運動とするこ
とができる。本発明の回転燃焼室型ロータリエンジン
は、図１のとおり繭形、つまり両長径端を持つ２極型の
ロータ３が、３個の燃焼室Ａ、Ｂ、Ｃを持つ、「３室
型」の燃焼室体２と組まれて偏心による公転作動をする
が、これを「２極３室型」と仮に呼ぶとすれば、理論的
には３極４室型、４極５室型・・・、つまり「ｎ極（ｎ
＋１）室型」ということが成り立ち、その場合の歯車機
構の歯数比はｎ：（ｎ＋１）となる。ただ、ｎを余り大
きくすると、燃焼室の容積とその変化の差（圧縮比）が
小さくなり、また構造も複雑となり、効率的には本件の
ように、２極３室程度のものが妥当である。偏心部５に
ついては、必要なら、偏心量に相当するクランク状の機
構を用いても同等の公転をさせるという意味では特に支
障はない。また、本件発明では主軸４を回転することと
して詳細説明をしたが、主軸４を固定して、ハウジング
１１を回転させる、という方法も可能である。この場合
の吸入口１２、排気口１３、点火栓とその配電等々につ
いては別途考慮する必要があるが、回転はむしろはずみ
がついて円滑となる。さらに、スライド８を取り除い
て、燃焼室体２をハウジング１１と一体化したものも可
能で、この場合は、ロータのみが自転しつつ公転するた
め、燃焼室ごとに点火栓を設ける必要があるほか、吸気
口、排気口もそれぞれに一対ずつ必要で、ハウジングの
外周上のほか側壁面に、ロータの一部に開口部を設ける
等の方法とも併せて、位置と大きさ、タイミング等を考
慮して設ける必要がある。

【０００７】

【発明の効果】本発明の回転燃焼室型ロータリエンジン
には、次のような効果がある。 （１） レシプロ型機関に比べて、真円回転運動を基本
とするため、振動、騒音が少ない。 （２） １個のロータでレシプロ型の３気筒相当の行程
を行わせることができる。 （３） 前（２）と併せ、ピストン、弁、カム軸等がな
いため小型・軽量化が図れる （４） 単ロータを多ロータ型にする方法で容易に大き
な出力の機関ができる。 （５） ロータ及び燃焼室体ともに円運動をするため、
気密性を保持するためのシールその他に無理な慣性が生
じず円滑な作動をする。 （６） 燃焼室の形状が作動間常にドーム状のため、熱
効率の面で有利である。 （７） ロータと燃焼室体の形状を相対的に変えること
により、また主軸を固定してハウジングを回転させるこ
とにより、あるいはスライドをなくしてロータを自転し
ながら公転させることにより、等々を考慮すれば、さら
に発展性が望める。 （８） 従来の内燃機関と基本的にその用途、使用燃料
等が同じであり、特別の条件や準備すべき物等を必要と
しない。 本発明は、これらの効果をもたらすものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の回転燃焼室型ロータリエンジンを正面
から見た断面図で、図２のＢ−Ｂ面を矢印の方向から見
たものである。

【図２】本発明の回転燃焼室型ロータリエンジンを側面
から見た断面図で、図１のＡ−Ａ面を矢印の方向から見
たものである。

【図３】本発明の回転燃焼室型ロータリエンジンの作動
を説明するためのもので、Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ及びＩＶの
４つの流れ図で構成している。

【図４】本発明の回転燃焼室型ロータリエンジンの回転
・移動する３つの燃焼室ＡＢ及びＣのそれぞれの行程の
進行状況を表にして比較したものである。

【符号の説明】

Ａ 燃焼室一番目 Ｂ 燃焼室二番目 Ｃ 燃焼室三番目 〜▲１２▼ 燃焼室Ａの行程を順番に示したものであ
る。 １ 隔壁（３箇所） ２ 燃焼室体 ３ ロータ ４ 主軸 ５ 偏心部 ６ 歯車（内歯） ７ 歯車（外歯） ８ スライド ９ 摺動溝（ロータ側面横長） １０ 摺動溝（カバー内面縦長） １１ ハウジング １２ 吸気口 １３ 排気口 １４ 点火栓 １５ 冷却水（路） １６ カバー締付けボルト穴（８箇所） １７ カバー １８ シール（３箇所） １９ 開口部（３箇所）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円周を３個の隔壁１で３分割して燃焼室
   Ａ、Ｂ及びＣを設けた燃焼室体２の中央部に、ロータ３
   を主軸４の偏心部５に嵌め、燃焼室体２の中心に内歯
   ６、ロータの中心に外歯７の歯車をそれぞれ３対２の歯
   数比で噛み合わせ、ロータが常に図のように本体である
   ハウジング１１に対し水平姿勢を保つようスライド８を
   ロータと本体にそれぞれ直角に交わる方向に設けた摺動
   溝及び１０に嵌めて本体ハウジング１１に収め、図１
   のように、適宜の角度と位置に吸気口１２及び排気口１
   ３を、並びに点火栓１４をそれぞれ設けて、液体又は気
   体燃料を使用して駆動する回転燃焼室型ロータリエンジ
   ン。