JP2004245093A - ロータリエンジン - Google Patents
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Abstract
【目的】爆発の瞬間からモーメントアームが生じて大きな回転トルクを発生させるようにしたロータリエンジンを提供する。
【解決手段】ロータリエンジンにおいて、トロコイドの長軸Ｙで区切られるロータハウジング１の一方の側には、圧縮行程の作動室４をロータ回転方向前後に分割する分割シール１０を設けると共に、分割シール１０より進み側に点火プラグ７を設け、各ロータ周辺面３ａには、作動室４の後部室４ｂから前部室４ａにガスを導入するガス導入路１１を設け、ロータハウジング内周面１ａには後部室４ｂを後方の作動室４と連通させるガス連通路１２を設け、作動室４の前部室４ａが後部室４ｂと隔絶された時点で前部室４ａの圧縮ガスのみを爆発させるようにした。
【選択図】 図３
【解決手段】ロータリエンジンにおいて、トロコイドの長軸Ｙで区切られるロータハウジング１の一方の側には、圧縮行程の作動室４をロータ回転方向前後に分割する分割シール１０を設けると共に、分割シール１０より進み側に点火プラグ７を設け、各ロータ周辺面３ａには、作動室４の後部室４ｂから前部室４ａにガスを導入するガス導入路１１を設け、ロータハウジング内周面１ａには後部室４ｂを後方の作動室４と連通させるガス連通路１２を設け、作動室４の前部室４ａが後部室４ｂと隔絶された時点で前部室４ａの圧縮ガスのみを爆発させるようにした。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トロコイド内周面をもつロータハウジングとその両側のサイドハウジングとで形成される空間内を、略三角形のロータが、その頂部をロータハウジング内周面に摺接させながら遊星回転運動を行うロータリエンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は従来のロータリエンジンを示すもので、トロコイド内周面をもつロータハウジング２１は、サイドハウジング２２（図には片側の一つのみを示す）により両端を閉じられ、これらハウジング２１，２２によって形成される空間内を、外方へ湾曲する３つの周辺面をもつ略三角形のロータ２３が、その頂部をそれぞれロータハウジング２１の内周面に摺接させながら、例えば同図の矢印で示すような時計回り方向に遊星回転運動を行なう。ロータ２３の各周辺面とその両端たる頂部とハウジング２１，２２の対応する部分とによって、それぞれ作動室２４が区画形成される。
【０００３】
また図７に示すように、トロコイドの長軸Ｗで区切られる一方の側において、サイドハウジング２２には短軸Ｖより進み側に吸気ポート２５が、またロータハウジング２１には短軸Ｖより遅れ側に排気ポート２６が設けられている。トロコイドの長軸Ｗで区切られる他方の側にはロータハウジング２１に、短軸Ｖを挟む両側に点火プラグ２７が設けられている。２８は出力軸である。
【０００４】
上記ロータリエンジンの動作を図８の▲１▼〜▲６▼によって説明すると、▲１▼に示すように、作動室２４がａの状態にある時は、作動室２４の容積は最小となる。この位置は吸入行程上死点と呼ばれ、この位置から吸入行程が開始される。そして、ロータ２３が回転するにつれて、サイドハウジング２２の吸気ポート２５が次第に大きく開かれて混合ガスを吸い込み、同時に作動室２４は、▲２▼のｂ→▲３▼のｃ→▲４▼のｄと容積を増し、▲５▼のｅで最大となる。この時のロータ２３の位置は、吸入行程下死点とよばれる。
【０００５】
作動室２４が▲５▼のｅの状態を過ぎると、吸気ポート２５はロータ２３の側面で覆われて閉じ、混合ガスの吸入を終え、作動室容積を次第に縮小して、吸入した混合ガスを圧縮する圧縮行程に移る。ロータ２３の回転に伴い、作動室２４の容積は、▲６▼のｆ→▲１▼のｇ→▲２▼のｈ→▲３▼のｉと次第に縮小される。そして、混合ガスが最も圧縮された▲４▼のｊの状態で、２本の点火プラグ２７が点火する。▲４▼のｊの状態にある時は作動室２４の容積が最小で、この時が圧縮行程上死点である。
【０００６】
作動室２４が▲４▼のｊの状態で点火された混合ガスは燃焼するにつれて体積を増し、作動室２４は、▲５▼のｋ→▲６▼のｌ→▲１▼のｍと膨張を続ける。これが膨張行程で、この間に混合ガスの燃焼エネルギーがロータ２３の表面に圧力を加え、出力軸２８を回転させる。尚、作動室２４は▲３▼のｏの状態で容積が最大となり、これを膨張下死点と呼ぶ。膨張を終えた燃焼ガスは、▲３▼のｏ→▲４▼のｐ→▲５▼のｑ→▲６▼のｒと作動室２４の容積が縮小するにつれて、排気ポート２６から排気される。これが排気行程で、この排気が終わると、▲１▼の状態にかえって、再び同じサイクルを繰り返す。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図９は、作動室２４が▲４▼のｊの状態で点火されて混合ガスが爆発した直後の状態を示す。この図において、ｐはロータ２３の周辺面に作用する単位面積当たりの圧力を示し、Ｐｏはガス総合圧力の方向を示す。また、Ｐ１ はロータ２３を前方へ（時計回り方向へ）回転させようとする力であり、Ｐ２ はロータ２３を後方に、即ちＰ１ と逆方向に回転させようとする力で、無駄な力となる。回転トルクは、ガス総合圧力ＰｏとモーメントアームＭａとの積である。このモーメントアームＭａは、出力軸２８の中心Ｏからガス総合圧力Ｐｏの方向線までの、これと直交する方向の距離である。
【０００８】
しかして、この従来のロータリエンジンでは、混合ガスが爆発した瞬間に前方回転力Ｐ１ と後方回転力Ｐ２ とが等しく、モーメントアームＭａがゼロとなり、従って爆発した瞬間の回転トルクはゼロであり、その後ロータ２３の回転に伴い前方回転力Ｐ１ が後方回転力Ｐ２ より大きくなって、回転トルクが急激に増加し、その後は次第に減少する。このように、従来のロータリエンジンは、爆発の瞬間にモーメントアームＭａがゼロとなって出力が出ず、４サイクルのレシプロエンジンと比べて燃焼効率が悪いという問題があった。
【０００９】
本願発明は、上記の問題点に鑑み、爆発の瞬間からモーメントアームが生じて大きな回転トルクを発生させ、燃焼効率を良くしたロータリエンジンを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、トロコイド内周面をもつロータハウジング１とその両側のサイドハウジング２とで形成される空間内を、ロータハウジング内周面１ａとの間にそれぞれ作動室４を形成する三つの周辺面３ａをもつ略三角形のロータ３がその頂部をロータハウジング内周面１ａに摺接させながら遊星回転運動するロータリエンジンにおいて、トロコイドの長軸Ｗで区切られるロータハウジング１の一方の側には、ロータ外周面に弾接して圧縮行程の作動室４をロータ回転方向前後に分割する分割シール１０を設けると共に、分割シール１０より進み側に点火プラグ７を設け、各ロータ周辺面３ａの前部側には、分割シール１０で分割された作動室４の後部室４ｂから前部室４ａにガスを導入するガス導入路１１を設け、ロータハウジング内周面１ａには分割シール１０からその遅れ側にわたって、前記作動室４の後部室４ｂをその後方の後部室４ｂと連通させるガス連通路１２を設け、作動室４の前部室４ａが後部室４ｂと隔絶された時点で前部室４ａの圧縮ガスのみを爆発させるようにしたことを特徴とする。
【００１１】
請求項２は、請求項１に記載のロータリエンジンにおいて、前記ロータハウジング１の内周面１ａには分割シール１０からその遅れ側にわたって、この分割シール１０で分割された作動室４の後部室４ｂをその後方の作動室４と連通させるガス連通路１２を設けたことを特徴とする。
【００１２】
請求項３は、請求項１又は２に記載のロータリエンジンにおいて、前記分割シール１０は、トロコイドの短軸Ｖに沿った位置に設けられていることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１〜図４に示す本発明に係るロータリエンジンにおいて、ロータハウジング１は、トロコイド曲線からなる内周面１ａを有し、サイドハウジング２（図には片側の一つのみを示す）により両端を閉じられていて、これらハウジング１，２によって形成される空間内を、外方へ湾曲する３つの周辺面をもつ略三角形のロータ３が、その頂部をそれぞれロータハウジング１の内周面１ａに摺接させながら、例えば各図の矢印で示す時計回り方向に遊星回転運動、即ち自転及び公転を行なうようになっている。略三角形のロータ３は、外向き凸状に湾曲する３つの周辺面３ａを有し、各周辺面３ａとその両端たる頂部とハウジング１，２の対応する部分とによってそれぞれ作動室４が区画形成される。ロータ３の頂部には、先端部を円弧状に形成したシール部材９が、ロータハウジング１の内周面１ａを適当な圧力で押し付けるように取り付けられている。図において、Ｏは出力軸８の中心、Ｇはロータ３の中心を示す。
【００１４】
図１〜図４に示すように、トロコイドの長軸Ｗで区切られる一方の側（右側）において、サイドハウジング２には短軸Ｖよりも進み側に吸気ポート５が、またロータハウジング１には短軸Ｖより遅れ側にあって短軸Ｖを挟んで吸気ポート５と対称位置に排気ポート６が設けられている。そして、トロコイドの長軸Ｗで区切られるロータハウジング１の他方の側（左側）には、短軸Ｖより進み側に点火プラグ７が設けられると共に、短軸Ｖに沿った位置（トロコイド曲線のくびれた位置）に、ロータ３の外周面に弾接して圧縮行程の作動室４をロータ回転方向前後に分割するための分割シール１０が設けられている。
【００１５】
各ロータ周辺面３ａの回転方向前部側には、図２から分かるように、混合ガスの圧縮中に分割シール１０で分割された作動室４の後部室４ｂから前部室４ａに混合ガスを導入するガス導入路１１が設けられ、そしてロータハウジング１の内周面１ａには分割シール１０の設けられた地点からその遅れ側に亘って、分割シール１０で分割された作動室４の後部室４ｂをその後方の作動室４と連通させるためのガス連通路１２が設けられている。
【００１６】
しかして、この発明のロータリエンジンでは、図３に示すように、圧縮行程においてロータ周辺面３ａのガス導入路１１が分割シール１０を通過した時点で圧縮上死点に達し、この圧縮上死点で作動室４の前部室４ａが後部室４ｂと隔絶されるが、この圧縮上死点の直前、即ち前部室４ａが後部室４ｂと隔絶される直前に点火プラグ７を点火させることによって、後部室４ｂの圧縮ガスは燃焼させないで、前部室４ａの圧縮ガスのみを爆発させるように構成したもので、この点が本発明の大きな特徴である。
【００１７】
各ロータ周辺面３ａのガス導入路１１は、点火プラグ７によって前部室４ａの圧縮ガスに点火された直後にこの前部室４ａと後部室４ｂとが完全に隔絶されて別室となる位置に設けてある。また、ロータハウジング１のガス連通路１２は、圧縮行程にある作動室４の後部室４ｂと、ロータ３の偏心回転によって次に圧縮室となる後方の作動室４とを、前記点火プラグ７による点火の直前に連通させる位置に設けられている。
【００１８】
次に、上記のような構成よりなるロータリエンジンの作用について、図５の▲１▼〜▲６▼に従って説明する。図５の▲１▼〜▲６▼は、ロータ３を図１に示す位置から少しずつ時計回り方向に偏心回転させた状態を示すもので、図１は図５の▲１▼に対応し、図２は▲２▼と▲３▼との中間位置に対応し、図３は▲４▼に対応し、そして図４は▲５▼と対応する。
【００１９】
図５の▲１▼に示すように、作動室４がａの状態にある時に、作動室４の容積は最小となる。この位置が吸入行程上死点で、この位置から吸入行程が開始される。ロータ３の偏心回転に伴い、サイドハウジング２の吸気ポート５が次第に開かれて混合ガスを吸い込み、作動室４は、▲２▼のｂ→▲３▼のｃ→▲４▼のｄと容積を増し、▲５▼のｅで最大となり、この時のロータ３の位置が吸入下死点である。
【００２０】
作動室４が▲５▼のｅの状態を過ぎると、吸気ポート５はロータ３の側面で覆われて閉じ、混合ガスの吸入を終え、作動室４の容積を次第に縮小して、吸入した混合ガスを圧縮する圧縮行程に移る。ロータ３の回転に伴い、作動室４の容積が▲６▼のｆ→▲１▼のｇ→▲２▼のｈ→▲３▼のｉと次第に縮小されて混合ガスを圧縮すると共に、図２から分かるようにロータ３の外周面に弾接している分割シール１０によって圧縮行程の作動室４が前部室４ａと後部室４ｂとに分割される。
【００２１】
こうして圧縮行程の作動室４が分割シール１０により分割される時に、この作動室４の後部室４ｂ内の圧縮ガスがロータ周辺面３ａのガス導入路１１を通って前部室４ａへ移動する。また、このガス導入路１１がロータ３の回転に伴って分割シール１０を通り過ぎた瞬間に、この作動室４は、図３に示すように、前部室４ａと後部室４ｂとに完全に隔絶された状態に分割されると同時に、その後部室４ｂは、ロータハウジング１側のガス連通路１２によって、次の圧縮室となる後方の作動室４と連通する。
【００２２】
この場合、ロータハウジング１の内周面１ａにガス連通路１２を設けていることにより、ガスが燃焼する直前から後部室４ｂがなくなるまでの間、後部室４ｂの圧縮ガスが、次に圧縮室となる後方の作動室４へ移動するので、後部室４ｂ内の圧力上昇を避け、出力軸８の出力回転トルク（正の回転トルク）に対する負の回転トルクが増加することを防いでいる。図５において、▲４▼のｊは最大限圧縮された前部室４ａの状態を示し、この時が圧縮上死点である。
【００２３】
しかして、ロータ３側のガス導入路１１がロータハウジング１側の分割シール１０を通過して作動室４の前部室４ａが後部室４ｂと隔絶した時点で、最大限圧縮された前部室４ａの混合ガスを点火プラグ７により点火して燃焼爆発させる。このようにロータハウジング１側に分割シール１０を設けて圧縮行程の作動室４を前部室４ａと後部室４ｂとに分割すると共に、後部室４ｂのガスは燃焼させないで前部室４ａのガスだけを燃焼爆発させることによって、その燃焼爆発の瞬間からモーメントアームＭａが生じる（図３参照）。
【００２４】
上記のように作動室４の前部室４ａが図５の▲４▼にｊで示す最大圧縮状態で点火された混合ガスは燃焼するにつれて体積を増し、そしてこの作動室４は、▲５▼のｋ→▲６▼のｌ→▲１▼のｍと膨張を続ける。これが膨張行程で、この間に混合ガスの燃焼エネルギーがロータ周辺面３ａに圧力を加えて、出力軸８に回転トルクを発生させる。膨張を終えた燃焼ガスは、▲３▼のｏ→▲４▼のｐ→▲５▼のｑ→▲６▼のｒと作動室４の容積が縮小するにつれて、排気ポート６から排気される。これが排気行程で、この排気が終わると、▲１▼の状態にかえって再び同じサイクルを繰り返す。
【００２５】
上記回転トルクの発生のメカニズムを図３によって説明すると、この図３は、分割シール１０で作動室４の後部室４ｂと隔絶された前部室４ａが燃焼爆発した瞬間の状態を示している。この燃焼により、ロータ周辺面３ａの前部側半分に作用しているガス総合圧力Ｐｏが、ロータ周辺面３ａに対する分割シール１０の接点イと、ロータハウジング１の内周面１ａに対する接点ロとを結ぶ直線１３から垂直方向にロータ３を押している。出力軸８の中心Ｏからガス総合圧力Ｐｏの方向線までの、これと直交する方向の距離１４がモーメントアームＭａとなって、前部室４ａの圧縮ガスが燃焼した瞬間から、このモーメントアームＭａとガス総合圧力Ｐｏとの積に相当する回転トルクが出力軸８に発生する。ｐはロータ３の周辺面３ａの前部側半分に作用する単位面積当たりの圧力を示す。
【００２６】
一つの作動室４が、吸入、圧縮、膨張及び排気の４行程を一巡する間に回転トルクの発生する時間は、膨張行程、即ちガスが燃焼爆発する瞬間から膨張終了までの間である。この回転トルクが発生する間の、ガス総合圧力Ｐｏ、モーメントアームＭａ及び回転トルクＴの値の変化を、従来のロータリエンジンと比較して図６に示す。この図６では、本発明のロータリエンジンによるガス総合圧力Ｐｏを太い一点鎖線で示し、従来のロータリエンジンによるガス総合圧力Ｐｏを細い一点鎖線で示す。また本発明のロータリエンジンによるモーメントアームＭａを太い実線で示し、従来のロータリエンジンによるモーメントアームＭａを細い実線で示す。また本発明のロータリエンジンによる回転トルクＴを太い二点鎖線で示し、従来のロータリエンジンによる回転トルクＴを細い二点鎖線で示す。
【００２７】
図６において、ガス総合圧力Ｐｏは、本発明の方が後部室４ｂのガスを燃焼させないため従来のものより小さいが、何れの場合もガスの燃焼後、ガスが膨張するに従って次第に減少する。モーメントアームＭａは、従来のロータリエンジンにあっては、爆発の瞬間ゼロとなり、従って爆発した瞬間の回転トルクＴはゼロであって、その後図７〜図９によって説明したようにロータ２３の回転に伴い前方回転力Ｐ１ が後方回転力Ｐ２ より大きくなって、回転トルクＴが急激に増加し、その後は次第に減少する。
【００２８】
これに対し、本発明のロータリエンジンによると、モーメントアームＭａは、ガスが燃焼した瞬間に大きな値を生じし、その後は次第に小さくなる。また、回転トルクＴは、ガス総合圧力ＰｏとモーメントアームＭａとの積であるので、ガスの燃焼と同時に極めて大きく発生し、その後は次第に小さくなる。
【００２９】
このように本発明によるロータリエンジンの構成によれば、ガスが燃焼した瞬間から大きなモーメントアームＭａを生じるため、効率良くガス総合圧力Ｐｏを回転トルクＴとして出力軸８から取り出すことができ、従って燃焼効率の良いロータリエンジンを提供することができる。
【００３０】
また、分割シール１０は、トロコイドの長軸Ｗで区切られるロータハウジング１の一方の側（例えば図３の左側）における短軸Ｖに沿った位置に設けられているから、圧縮上死点でロータ周辺面３ａの周方向中央部に位置して作動室４の前部室４ａと後部室４ｂとを均等に分割し、それによりモーメントアームＭａを最大限大きくすることができる。
【００３１】
【発明の効果】
請求項１に係る発明のロータリエンジンによると、ガスが燃焼した瞬間から大きなモーメントアームを生じることにより、効率良くガス総合圧力を回転トルクとして出力軸から取り出すことができるので、燃焼効率の良いロータリエンジンを得ることができる。
【００３２】
請求項２に係る発明のロータリエンジンによれば、ロータハウジングの内周面に分割シールで分割された作動室の後部室をその後方の作動室と連通させるガス連通路を設けていることにより、ガスが燃焼する直前から後部室がなくなるまでの間、後部室の圧縮ガスが、次に圧縮室となる後方の作動室へと移動するので、後部室内の圧力上昇が避けられ、出力軸の出力回転トルク（正の回転トルク）に対する負の回転トルクの増加が防止される。
【００３３】
請求項３に係る発明のロータリエンジンによれば、分割シールはトロコイドの短軸に沿った位置に設けられているから、圧縮上死点でロータ周辺面の周方向中央部に位置して作動室の前部室と後部室とを均等に分割し、それによりモーメントアームを最大限大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るロータリエンジンを示す縦断側面図で、吸入行程上死点にある状態を示す。
【図２】同ロータリエンジンの縦断側面図で、ロータが図１の状態から時計回り方向に少し回転した状態を示す。
【図３】ロータが図２の状態から更に時計回り方向に回転して吸入上死点となった状態を示す縦断側面図である。
【図４】ロータが図２の状態から更に時計回り方向に回転した状態を示す縦断側面図である。
【図５】本発明に係るロータリエンジンの全行程の作動状態を示す説明図である。
【図６】本発明に係るロータリエンジンのガス総合圧力、モーメントアーム及び回転トルクの値の変化を、従来のロータリエンジンと比較して示すグラフである。
【図７】従来のロータリエンジンを示す縦断側面図で、本発明を示す図１に対応する図面である。
【図８】従来のロータリエンジンを示す縦断側面図で、本発明を示す図３に対応する図面である。
【図９】従来のロータリエンジンの全行程の作動状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１ ロータハウジング
１ａ ロータハウジングのトロコイド内周面
２ サイドハウジング
３ ロータ
３ａ ロータ周辺面
４ 作動室
４ａ 前部室
４ｂ 後部室
５ 吸気ポート
６ 排気ポート
７ 点火プラグ
８ 出力軸
１０ 分割シール
１１ ガス導入路
１２ ガス連通路
【発明の属する技術分野】
本発明は、トロコイド内周面をもつロータハウジングとその両側のサイドハウジングとで形成される空間内を、略三角形のロータが、その頂部をロータハウジング内周面に摺接させながら遊星回転運動を行うロータリエンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は従来のロータリエンジンを示すもので、トロコイド内周面をもつロータハウジング２１は、サイドハウジング２２（図には片側の一つのみを示す）により両端を閉じられ、これらハウジング２１，２２によって形成される空間内を、外方へ湾曲する３つの周辺面をもつ略三角形のロータ２３が、その頂部をそれぞれロータハウジング２１の内周面に摺接させながら、例えば同図の矢印で示すような時計回り方向に遊星回転運動を行なう。ロータ２３の各周辺面とその両端たる頂部とハウジング２１，２２の対応する部分とによって、それぞれ作動室２４が区画形成される。
【０００３】
また図７に示すように、トロコイドの長軸Ｗで区切られる一方の側において、サイドハウジング２２には短軸Ｖより進み側に吸気ポート２５が、またロータハウジング２１には短軸Ｖより遅れ側に排気ポート２６が設けられている。トロコイドの長軸Ｗで区切られる他方の側にはロータハウジング２１に、短軸Ｖを挟む両側に点火プラグ２７が設けられている。２８は出力軸である。
【０００４】
上記ロータリエンジンの動作を図８の▲１▼〜▲６▼によって説明すると、▲１▼に示すように、作動室２４がａの状態にある時は、作動室２４の容積は最小となる。この位置は吸入行程上死点と呼ばれ、この位置から吸入行程が開始される。そして、ロータ２３が回転するにつれて、サイドハウジング２２の吸気ポート２５が次第に大きく開かれて混合ガスを吸い込み、同時に作動室２４は、▲２▼のｂ→▲３▼のｃ→▲４▼のｄと容積を増し、▲５▼のｅで最大となる。この時のロータ２３の位置は、吸入行程下死点とよばれる。
【０００５】
作動室２４が▲５▼のｅの状態を過ぎると、吸気ポート２５はロータ２３の側面で覆われて閉じ、混合ガスの吸入を終え、作動室容積を次第に縮小して、吸入した混合ガスを圧縮する圧縮行程に移る。ロータ２３の回転に伴い、作動室２４の容積は、▲６▼のｆ→▲１▼のｇ→▲２▼のｈ→▲３▼のｉと次第に縮小される。そして、混合ガスが最も圧縮された▲４▼のｊの状態で、２本の点火プラグ２７が点火する。▲４▼のｊの状態にある時は作動室２４の容積が最小で、この時が圧縮行程上死点である。
【０００６】
作動室２４が▲４▼のｊの状態で点火された混合ガスは燃焼するにつれて体積を増し、作動室２４は、▲５▼のｋ→▲６▼のｌ→▲１▼のｍと膨張を続ける。これが膨張行程で、この間に混合ガスの燃焼エネルギーがロータ２３の表面に圧力を加え、出力軸２８を回転させる。尚、作動室２４は▲３▼のｏの状態で容積が最大となり、これを膨張下死点と呼ぶ。膨張を終えた燃焼ガスは、▲３▼のｏ→▲４▼のｐ→▲５▼のｑ→▲６▼のｒと作動室２４の容積が縮小するにつれて、排気ポート２６から排気される。これが排気行程で、この排気が終わると、▲１▼の状態にかえって、再び同じサイクルを繰り返す。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図９は、作動室２４が▲４▼のｊの状態で点火されて混合ガスが爆発した直後の状態を示す。この図において、ｐはロータ２３の周辺面に作用する単位面積当たりの圧力を示し、Ｐｏはガス総合圧力の方向を示す。また、Ｐ１ はロータ２３を前方へ（時計回り方向へ）回転させようとする力であり、Ｐ２ はロータ２３を後方に、即ちＰ１ と逆方向に回転させようとする力で、無駄な力となる。回転トルクは、ガス総合圧力ＰｏとモーメントアームＭａとの積である。このモーメントアームＭａは、出力軸２８の中心Ｏからガス総合圧力Ｐｏの方向線までの、これと直交する方向の距離である。
【０００８】
しかして、この従来のロータリエンジンでは、混合ガスが爆発した瞬間に前方回転力Ｐ１ と後方回転力Ｐ２ とが等しく、モーメントアームＭａがゼロとなり、従って爆発した瞬間の回転トルクはゼロであり、その後ロータ２３の回転に伴い前方回転力Ｐ１ が後方回転力Ｐ２ より大きくなって、回転トルクが急激に増加し、その後は次第に減少する。このように、従来のロータリエンジンは、爆発の瞬間にモーメントアームＭａがゼロとなって出力が出ず、４サイクルのレシプロエンジンと比べて燃焼効率が悪いという問題があった。
【０００９】
本願発明は、上記の問題点に鑑み、爆発の瞬間からモーメントアームが生じて大きな回転トルクを発生させ、燃焼効率を良くしたロータリエンジンを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、トロコイド内周面をもつロータハウジング１とその両側のサイドハウジング２とで形成される空間内を、ロータハウジング内周面１ａとの間にそれぞれ作動室４を形成する三つの周辺面３ａをもつ略三角形のロータ３がその頂部をロータハウジング内周面１ａに摺接させながら遊星回転運動するロータリエンジンにおいて、トロコイドの長軸Ｗで区切られるロータハウジング１の一方の側には、ロータ外周面に弾接して圧縮行程の作動室４をロータ回転方向前後に分割する分割シール１０を設けると共に、分割シール１０より進み側に点火プラグ７を設け、各ロータ周辺面３ａの前部側には、分割シール１０で分割された作動室４の後部室４ｂから前部室４ａにガスを導入するガス導入路１１を設け、ロータハウジング内周面１ａには分割シール１０からその遅れ側にわたって、前記作動室４の後部室４ｂをその後方の後部室４ｂと連通させるガス連通路１２を設け、作動室４の前部室４ａが後部室４ｂと隔絶された時点で前部室４ａの圧縮ガスのみを爆発させるようにしたことを特徴とする。
【００１１】
請求項２は、請求項１に記載のロータリエンジンにおいて、前記ロータハウジング１の内周面１ａには分割シール１０からその遅れ側にわたって、この分割シール１０で分割された作動室４の後部室４ｂをその後方の作動室４と連通させるガス連通路１２を設けたことを特徴とする。
【００１２】
請求項３は、請求項１又は２に記載のロータリエンジンにおいて、前記分割シール１０は、トロコイドの短軸Ｖに沿った位置に設けられていることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１〜図４に示す本発明に係るロータリエンジンにおいて、ロータハウジング１は、トロコイド曲線からなる内周面１ａを有し、サイドハウジング２（図には片側の一つのみを示す）により両端を閉じられていて、これらハウジング１，２によって形成される空間内を、外方へ湾曲する３つの周辺面をもつ略三角形のロータ３が、その頂部をそれぞれロータハウジング１の内周面１ａに摺接させながら、例えば各図の矢印で示す時計回り方向に遊星回転運動、即ち自転及び公転を行なうようになっている。略三角形のロータ３は、外向き凸状に湾曲する３つの周辺面３ａを有し、各周辺面３ａとその両端たる頂部とハウジング１，２の対応する部分とによってそれぞれ作動室４が区画形成される。ロータ３の頂部には、先端部を円弧状に形成したシール部材９が、ロータハウジング１の内周面１ａを適当な圧力で押し付けるように取り付けられている。図において、Ｏは出力軸８の中心、Ｇはロータ３の中心を示す。
【００１４】
図１〜図４に示すように、トロコイドの長軸Ｗで区切られる一方の側（右側）において、サイドハウジング２には短軸Ｖよりも進み側に吸気ポート５が、またロータハウジング１には短軸Ｖより遅れ側にあって短軸Ｖを挟んで吸気ポート５と対称位置に排気ポート６が設けられている。そして、トロコイドの長軸Ｗで区切られるロータハウジング１の他方の側（左側）には、短軸Ｖより進み側に点火プラグ７が設けられると共に、短軸Ｖに沿った位置（トロコイド曲線のくびれた位置）に、ロータ３の外周面に弾接して圧縮行程の作動室４をロータ回転方向前後に分割するための分割シール１０が設けられている。
【００１５】
各ロータ周辺面３ａの回転方向前部側には、図２から分かるように、混合ガスの圧縮中に分割シール１０で分割された作動室４の後部室４ｂから前部室４ａに混合ガスを導入するガス導入路１１が設けられ、そしてロータハウジング１の内周面１ａには分割シール１０の設けられた地点からその遅れ側に亘って、分割シール１０で分割された作動室４の後部室４ｂをその後方の作動室４と連通させるためのガス連通路１２が設けられている。
【００１６】
しかして、この発明のロータリエンジンでは、図３に示すように、圧縮行程においてロータ周辺面３ａのガス導入路１１が分割シール１０を通過した時点で圧縮上死点に達し、この圧縮上死点で作動室４の前部室４ａが後部室４ｂと隔絶されるが、この圧縮上死点の直前、即ち前部室４ａが後部室４ｂと隔絶される直前に点火プラグ７を点火させることによって、後部室４ｂの圧縮ガスは燃焼させないで、前部室４ａの圧縮ガスのみを爆発させるように構成したもので、この点が本発明の大きな特徴である。
【００１７】
各ロータ周辺面３ａのガス導入路１１は、点火プラグ７によって前部室４ａの圧縮ガスに点火された直後にこの前部室４ａと後部室４ｂとが完全に隔絶されて別室となる位置に設けてある。また、ロータハウジング１のガス連通路１２は、圧縮行程にある作動室４の後部室４ｂと、ロータ３の偏心回転によって次に圧縮室となる後方の作動室４とを、前記点火プラグ７による点火の直前に連通させる位置に設けられている。
【００１８】
次に、上記のような構成よりなるロータリエンジンの作用について、図５の▲１▼〜▲６▼に従って説明する。図５の▲１▼〜▲６▼は、ロータ３を図１に示す位置から少しずつ時計回り方向に偏心回転させた状態を示すもので、図１は図５の▲１▼に対応し、図２は▲２▼と▲３▼との中間位置に対応し、図３は▲４▼に対応し、そして図４は▲５▼と対応する。
【００１９】
図５の▲１▼に示すように、作動室４がａの状態にある時に、作動室４の容積は最小となる。この位置が吸入行程上死点で、この位置から吸入行程が開始される。ロータ３の偏心回転に伴い、サイドハウジング２の吸気ポート５が次第に開かれて混合ガスを吸い込み、作動室４は、▲２▼のｂ→▲３▼のｃ→▲４▼のｄと容積を増し、▲５▼のｅで最大となり、この時のロータ３の位置が吸入下死点である。
【００２０】
作動室４が▲５▼のｅの状態を過ぎると、吸気ポート５はロータ３の側面で覆われて閉じ、混合ガスの吸入を終え、作動室４の容積を次第に縮小して、吸入した混合ガスを圧縮する圧縮行程に移る。ロータ３の回転に伴い、作動室４の容積が▲６▼のｆ→▲１▼のｇ→▲２▼のｈ→▲３▼のｉと次第に縮小されて混合ガスを圧縮すると共に、図２から分かるようにロータ３の外周面に弾接している分割シール１０によって圧縮行程の作動室４が前部室４ａと後部室４ｂとに分割される。
【００２１】
こうして圧縮行程の作動室４が分割シール１０により分割される時に、この作動室４の後部室４ｂ内の圧縮ガスがロータ周辺面３ａのガス導入路１１を通って前部室４ａへ移動する。また、このガス導入路１１がロータ３の回転に伴って分割シール１０を通り過ぎた瞬間に、この作動室４は、図３に示すように、前部室４ａと後部室４ｂとに完全に隔絶された状態に分割されると同時に、その後部室４ｂは、ロータハウジング１側のガス連通路１２によって、次の圧縮室となる後方の作動室４と連通する。
【００２２】
この場合、ロータハウジング１の内周面１ａにガス連通路１２を設けていることにより、ガスが燃焼する直前から後部室４ｂがなくなるまでの間、後部室４ｂの圧縮ガスが、次に圧縮室となる後方の作動室４へ移動するので、後部室４ｂ内の圧力上昇を避け、出力軸８の出力回転トルク（正の回転トルク）に対する負の回転トルクが増加することを防いでいる。図５において、▲４▼のｊは最大限圧縮された前部室４ａの状態を示し、この時が圧縮上死点である。
【００２３】
しかして、ロータ３側のガス導入路１１がロータハウジング１側の分割シール１０を通過して作動室４の前部室４ａが後部室４ｂと隔絶した時点で、最大限圧縮された前部室４ａの混合ガスを点火プラグ７により点火して燃焼爆発させる。このようにロータハウジング１側に分割シール１０を設けて圧縮行程の作動室４を前部室４ａと後部室４ｂとに分割すると共に、後部室４ｂのガスは燃焼させないで前部室４ａのガスだけを燃焼爆発させることによって、その燃焼爆発の瞬間からモーメントアームＭａが生じる（図３参照）。
【００２４】
上記のように作動室４の前部室４ａが図５の▲４▼にｊで示す最大圧縮状態で点火された混合ガスは燃焼するにつれて体積を増し、そしてこの作動室４は、▲５▼のｋ→▲６▼のｌ→▲１▼のｍと膨張を続ける。これが膨張行程で、この間に混合ガスの燃焼エネルギーがロータ周辺面３ａに圧力を加えて、出力軸８に回転トルクを発生させる。膨張を終えた燃焼ガスは、▲３▼のｏ→▲４▼のｐ→▲５▼のｑ→▲６▼のｒと作動室４の容積が縮小するにつれて、排気ポート６から排気される。これが排気行程で、この排気が終わると、▲１▼の状態にかえって再び同じサイクルを繰り返す。
【００２５】
上記回転トルクの発生のメカニズムを図３によって説明すると、この図３は、分割シール１０で作動室４の後部室４ｂと隔絶された前部室４ａが燃焼爆発した瞬間の状態を示している。この燃焼により、ロータ周辺面３ａの前部側半分に作用しているガス総合圧力Ｐｏが、ロータ周辺面３ａに対する分割シール１０の接点イと、ロータハウジング１の内周面１ａに対する接点ロとを結ぶ直線１３から垂直方向にロータ３を押している。出力軸８の中心Ｏからガス総合圧力Ｐｏの方向線までの、これと直交する方向の距離１４がモーメントアームＭａとなって、前部室４ａの圧縮ガスが燃焼した瞬間から、このモーメントアームＭａとガス総合圧力Ｐｏとの積に相当する回転トルクが出力軸８に発生する。ｐはロータ３の周辺面３ａの前部側半分に作用する単位面積当たりの圧力を示す。
【００２６】
一つの作動室４が、吸入、圧縮、膨張及び排気の４行程を一巡する間に回転トルクの発生する時間は、膨張行程、即ちガスが燃焼爆発する瞬間から膨張終了までの間である。この回転トルクが発生する間の、ガス総合圧力Ｐｏ、モーメントアームＭａ及び回転トルクＴの値の変化を、従来のロータリエンジンと比較して図６に示す。この図６では、本発明のロータリエンジンによるガス総合圧力Ｐｏを太い一点鎖線で示し、従来のロータリエンジンによるガス総合圧力Ｐｏを細い一点鎖線で示す。また本発明のロータリエンジンによるモーメントアームＭａを太い実線で示し、従来のロータリエンジンによるモーメントアームＭａを細い実線で示す。また本発明のロータリエンジンによる回転トルクＴを太い二点鎖線で示し、従来のロータリエンジンによる回転トルクＴを細い二点鎖線で示す。
【００２７】
図６において、ガス総合圧力Ｐｏは、本発明の方が後部室４ｂのガスを燃焼させないため従来のものより小さいが、何れの場合もガスの燃焼後、ガスが膨張するに従って次第に減少する。モーメントアームＭａは、従来のロータリエンジンにあっては、爆発の瞬間ゼロとなり、従って爆発した瞬間の回転トルクＴはゼロであって、その後図７〜図９によって説明したようにロータ２３の回転に伴い前方回転力Ｐ１ が後方回転力Ｐ２ より大きくなって、回転トルクＴが急激に増加し、その後は次第に減少する。
【００２８】
これに対し、本発明のロータリエンジンによると、モーメントアームＭａは、ガスが燃焼した瞬間に大きな値を生じし、その後は次第に小さくなる。また、回転トルクＴは、ガス総合圧力ＰｏとモーメントアームＭａとの積であるので、ガスの燃焼と同時に極めて大きく発生し、その後は次第に小さくなる。
【００２９】
このように本発明によるロータリエンジンの構成によれば、ガスが燃焼した瞬間から大きなモーメントアームＭａを生じるため、効率良くガス総合圧力Ｐｏを回転トルクＴとして出力軸８から取り出すことができ、従って燃焼効率の良いロータリエンジンを提供することができる。
【００３０】
また、分割シール１０は、トロコイドの長軸Ｗで区切られるロータハウジング１の一方の側（例えば図３の左側）における短軸Ｖに沿った位置に設けられているから、圧縮上死点でロータ周辺面３ａの周方向中央部に位置して作動室４の前部室４ａと後部室４ｂとを均等に分割し、それによりモーメントアームＭａを最大限大きくすることができる。
【００３１】
【発明の効果】
請求項１に係る発明のロータリエンジンによると、ガスが燃焼した瞬間から大きなモーメントアームを生じることにより、効率良くガス総合圧力を回転トルクとして出力軸から取り出すことができるので、燃焼効率の良いロータリエンジンを得ることができる。
【００３２】
請求項２に係る発明のロータリエンジンによれば、ロータハウジングの内周面に分割シールで分割された作動室の後部室をその後方の作動室と連通させるガス連通路を設けていることにより、ガスが燃焼する直前から後部室がなくなるまでの間、後部室の圧縮ガスが、次に圧縮室となる後方の作動室へと移動するので、後部室内の圧力上昇が避けられ、出力軸の出力回転トルク（正の回転トルク）に対する負の回転トルクの増加が防止される。
【００３３】
請求項３に係る発明のロータリエンジンによれば、分割シールはトロコイドの短軸に沿った位置に設けられているから、圧縮上死点でロータ周辺面の周方向中央部に位置して作動室の前部室と後部室とを均等に分割し、それによりモーメントアームを最大限大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るロータリエンジンを示す縦断側面図で、吸入行程上死点にある状態を示す。
【図２】同ロータリエンジンの縦断側面図で、ロータが図１の状態から時計回り方向に少し回転した状態を示す。
【図３】ロータが図２の状態から更に時計回り方向に回転して吸入上死点となった状態を示す縦断側面図である。
【図４】ロータが図２の状態から更に時計回り方向に回転した状態を示す縦断側面図である。
【図５】本発明に係るロータリエンジンの全行程の作動状態を示す説明図である。
【図６】本発明に係るロータリエンジンのガス総合圧力、モーメントアーム及び回転トルクの値の変化を、従来のロータリエンジンと比較して示すグラフである。
【図７】従来のロータリエンジンを示す縦断側面図で、本発明を示す図１に対応する図面である。
【図８】従来のロータリエンジンを示す縦断側面図で、本発明を示す図３に対応する図面である。
【図９】従来のロータリエンジンの全行程の作動状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１ ロータハウジング
１ａ ロータハウジングのトロコイド内周面
２ サイドハウジング
３ ロータ
３ａ ロータ周辺面
４ 作動室
４ａ 前部室
４ｂ 後部室
５ 吸気ポート
６ 排気ポート
７ 点火プラグ
８ 出力軸
１０ 分割シール
１１ ガス導入路
１２ ガス連通路
Claims (3)
- トロコイド内周面をもつロータハウジングとその両側のサイドハウジングとで形成される空間内を、ロータハウジング内周面との間にそれぞれ作動室を形成する三つの周辺面をもつ略三角形のロータがその頂部をロータハウジング内周面に摺接させながら遊星回転運動するロータリエンジンにおいて、トロコイドの長軸で区切られるロータハウジングの一方の側には、ロータ外周面に弾接して圧縮行程の作動室をロータ回転方向前後に分割する分割シールを設けると共に、分割シールより進み側に点火プラグを設け、各ロータ周辺面の前部側には、分割シールで分割された作動室の後部室から前部室にガスを導入するガス導入路を設け、作動室の前部室が後部室と隔絶された時点で前部室の圧縮ガスのみを爆発させるようにしたことを特徴とするロータリエンジン。
- 前記ロータハウジングの内周面には分割シールからその遅れ側にわたって、分割シールで分割された作動室の後部室をその後方の作動室と連通させるガス連通路を設けたことを特徴とする請求項１に記載のロータリエンジン。
- 前記分割シールは、トロコイドの短軸に沿った位置に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のロータリエンジン。
Priority Applications (1)
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| JP2003034191A JP2004245093A (ja) | 2003-02-12 | 2003-02-12 | ロータリエンジン |
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| JP2003034191A JP2004245093A (ja) | 2003-02-12 | 2003-02-12 | ロータリエンジン |
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| JP2004245093A true JP2004245093A (ja) | 2004-09-02 |
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|---|---|
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016098655A (ja) * | 2014-11-18 | 2016-05-30 | 平下 和志 | バンケル型ロータリーエンジンの燃焼方法 |
| CN107313934A (zh) * | 2017-06-08 | 2017-11-03 | 中国石油大学(华东) | 一种无尖点的三角转子压缩机 |
| CN114837920A (zh) * | 2022-05-24 | 2022-08-02 | 广州大学 | 一种三角转子蠕动泵 |
-
2003
- 2003-02-12 JP JP2003034191A patent/JP2004245093A/ja active Pending
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