JP2010522303A - 回転ピストン機関 - Google Patents

Abstract

【課題】 フレーム、フレーム内に回転可能に取付けられたシリンダーライナー、シリンダーライナー内に共軸で取付けられたローター、及びフレームとシリンダーライナーとローターを連結するギヤー機構を持つ回転ピストン機関を提供する。
【解決手段】 このギヤー機構はシリンダーライナーとローターの間に配置された作動空間の外側にあり、ギヤー機構が、正及び負の回転速度間で周期的に振動する相対的運動のためにシリンダーライナーとローターを結合し、ギヤー機構とシリンダーライナーが、ローターと共に、自由度１を持つ五つの回転ジョイント及び一つの回転／直動ジョイントを持つ伝動装置を形成し、ギヤー機構が第一回転ジョイントによりフレーム上に回転可能に取付けられた回転要素、及び第二回転ジョイントにより回転要素に回転可能にかつ第三回転ジョイントによりシリンダーライナーにかつ回転／直動ジョイントによりローターに連結された連結棒を持つ。本発明は回転ピストン機関の多くの問題を解決し、かつほんの数個の部品を持つ簡単な設計を持つ。標準材料が使用されることができ、低い生産コストが達成される。信頼性ある作動空間の封止が好都合な温度分布を持って困難性なく確保されることができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、フレーム、フレーム内に回転可能に取付けられたシリンダーライナー、シリンダーライナー内に共軸で取付けられたローター、及びフレームとシリンダーライナーとローターを連結するギヤー機構を持つ回転ピストン機関であって、ギヤー機構がシリンダーライナーとローターの間に構成される作動空間の外側に配置され、さらにギヤー機構が、ローターがシリンダーライナーに対して周期的に進みかつ遅れるようにシリンダーライナーとローターを結合するものに関する。

一般的な回転ピストン機関は、例えばドイツ特許明細書ＤＥ２７４３２から知られている。幾つかの連結棒を持つギヤー機構は、ここでは、互いの中に達する二つの軸上で作用し、これらの軸の一方はローターに連結され、他方はシリンダーライナーに連結される。ギヤー機構は合計七つの回転ジョイントを持つ。すなわち中空軸の内側の中心軸の取付け、フレームの内側の中空軸の取付け、及び二つの回転ジョイントをそれぞれ持つ二つの連結棒及びさらに合計三つの回転ジョイントを持つ連結棒である。シリンダー及び連結棒の周りのフレームの配置は、ギヤー機構の幾何学的寸法、及びローターとシリンダーライナーの間の相対的運動の角度範囲を制限する。

さらに、一般的な回転ピストン機関は、例えばＵＳ特許明細書ＵＳ１５５６８４３、ＷＯ００／７９１０２Ａ１，ＤＥ１９２６５５２Ａ１及びＥＰ００１３９４７Ａ１から知られている。

ＤＥ１９７４０３３１Ａ１，ＤＥ１９７５３１３４Ａ１及びＷＯ２００５／０４５１９８Ａ１は、一般的な回転ピストン機関のためにオーバル形状ギヤーホイールを提案するが、それは実行できる解決にほとんど導かないであろう。

ＷＯ２００７／００９７３１Ａ１は、非常に複雑なかつまた実行できる解決を導かないギヤー機構を記載する。

全てのこれらの知られた回転ピストン機関は一般的に、複雑な構造のギヤー機構を持ち、それは、シリンダーライナーとローターを連結し、正と負の回転速度の間で周期的に振動する相対的運動、または機関とシリンダーライナーを周期的に進めかつ遅らす相対的運動になる。

本発明は、コンパクトな設計及び比較的簡単なギヤー機構により特徴付けられる回転ピストン機関を提供することを意図している。

そうするために、本発明によれば、一般的な回転ピストン機関において、ギヤー機構及びシリンダーライナーが、ローターと共に、自由度１を持つ五つの回転ジョイントと一つの回転／直動ジョイントを持つ伝動装置を形成し、このギヤー機構が、第一回転ジョイントによりフレーム上に回転可能に取付けられた回転要素、及び第二回転ジョイントにより回転要素に回転可能にかつ第三回転ジョイントによりシリンダーライナーにかつ回転／直動ジョイントによりローターに連結された連結棒を持つ。

このタイプのコンパクトに構成されかつ比較的簡単なギヤー機構により、ローターとシリンダーライナーの間の必要な周期的に振動する相対的運動が達成されることができるだけでなく、この振動する相対的運動は、滑らかな移行を有する非常に均一なコースをとる。これは、個々のジョイントに低い応力をもたらし、特に、これらのジョイントに低いピーク力が発生することをもたらす。従って、本発明のギヤー機構は、均一にかつ滑らかに動き、高速及び高トルクを課されることができる。本発明による回転ピストン機関は、五つの回転ジョイントと一つの回転／直動ジョイント（回転スライドジョイントとも呼ばれる）を持つ自由度１の六つの部材の平坦な伝動装置を形成する。平坦な伝動装置は、全ての関節点が平行表面内で動くものを指す。

本発明の根底にある問題はまた、ギヤー機構とシリンダーライナーが、ローターと共に、自由度１の五つの回転ジョイントと二つのギヤーホイール伝動装置を持つ伝動装置を形成する一般的な回転ピストン機関により解決され、そこでは、ギヤー機構は、第一回転ジョイントによりフレーム上に回転可能に取付けられた回転円盤、第二回転ジョイントにより回転円盤に回転可能にかつ第三回転ジョイントによりシリンダーライナーに回転可能に連結された連結棒、ローター軸に不動に連結された第一ギヤーホイール、回転円盤に不動に連結された第二ギヤーホイール、及び第一及び第二ギヤーホイールとかみ合う少なくとも一つの中間ギヤーホイールを持つ。

ギヤー機構にたった三つの回転ジョイントと二つのギヤーホイール伝動装置を用いることにより、コンパクトでさらに安価な設計が達成されることができる。本発明によるこの解決は、小さくて低トルクの機関に対して特に適している。

本発明の根底にある問題はまた、ギヤー機構とシリンダーライナーが、ローターと共に、自由度１を持つ七つの回転ジョイントを持つギヤーを形成する一般的な回転ピストン機関で解決され、そこでは、ギヤー機構は、第一回転ジョイントによりフレーム上に回転可能に取付けられた回転円盤、第二回転ジョイントにより回転円盤に回転可能にかつ第三回転ジョイントによりシリンダーライナーに回転可能に連結された第一連結棒、及び第四回転ジョイントにより回転円盤に回転可能にかつ第五回転ジョイントによりローターに回転可能に連結された第二連結棒を持つ。

この方法では、シリンダーライナーとローターの間に達成される相対的運動は、もっぱら自由度１を持つ回転ジョイントを持つギヤー機構により得られることができる。このタイプのギヤー機構は、高精度でかつ低コストで製造されることができる。なぜなら回転ジョイントのみが作られなければならないからである。これらの回転ジョイントの適切な設計で、本発明によるこの解決により非常に高いトルクを伝動することができる。

ギヤー機構の他の設計にかかわらず実施されることができる本発明の実質的態様によれば、ギヤー機構は作動空間の半径方向外側でシリンダーライナーと係合する。

この方法では、回転ピストン機関の非常にコンパクトな設計を達成することができる。なぜならギヤー機構はシリンダーライナーに直接随伴し、特にギヤー機構とシリンダーライナーの間にフレーム支柱が配置されないからである。互いの中に達する軸の極めて費用集約的な使用はこのようにして省かれることができる。

ギヤー機構の他の設計特徴にかかわらず実施されることができる本発明のさらなる実質的態様によれば、シリンダーライナーはその外周によりフレーム内に取付けられる。

この方法では、シリンダーライナーは二面で取付けられることができ、それにもかかわらず、ギヤー機構は作動空間の半径方向外側でシリンダーライナーとまたはその外周と係合することができる。

本発明のさらなる特徴及び利点は、請求項によりかつ図面に関連してなされる本発明の好適実施態様の以下の説明により示される。示されかつ述べられた種々の実施態様の個々の特徴は、ここで、本発明の範囲を越えることなく必要に応じて互いに組み合わされることができる。
図１ａ−１ｂは、本発明によるかつ本発明の第一実施態様による種々の回転位置での回転ピストン機関の運動線図である。 図１ｃ−１ｄは、本発明によるかつ本発明の第一実施態様による種々の回転位置での回転ピストン機関の運動線図である。 図２ａは、本発明によるかつ３−Ｄワイヤーフレームモデルとしての第一実施態様による回転ピストン機関であり、図２ｂは、図２ａの回転ピストン機関の分解組立図である。 図３ａ−３ｂは、本発明によるかつ第二実施態様による種々の回転位置での回転ピストン機関の運動線図である。 図３ｃ−３ｄは、本発明によるかつ第二実施態様による種々の回転位置での回転ピストン機関の運動線図である。 図４ａは、本発明の第二実施態様による３−Ｄワイヤーフレームモデルとしての回転ピストン機関であり、図４ｂは、図４ａの回転ピストン機関の分解組立図である。 図５ａ−５ｂは、本発明によるかつ第三実施態様による種々の回転位置での回転ピストン機関の運動線図である。 図５ｃ−５ｄは、本発明によるかつ第三実施態様による種々の回転位置での回転ピストン機関の運動線図である。 図６ａは、本発明の第三実施態様によるかつ３−Ｄワイヤーフレームモデルとしての回転ピストン機関であり、図６ｂは、図６ａの回転ピストン機関の分解組立図である。

図２ａと２ｂの図は、本発明によるかつ本発明の第一実施態様による回転ピストン機関を示す。図２ａの概略図に関して、個々の要素はワイヤーフレームモデルとして互いの中に描かれていることを心に留めなければならず、従って見る人に認識できない線もまた示されている。回転ピストン機関は、フレーム１２内に回転可能に受け入れられているシリンダーライナー１０を持つことを見ることができる。シリンダーライナー１０はカップ状部１４及びカバー板１６を含み、カバー板１６は組み立て状態ではシリンダーライナー１０内の作動空間１８を閉じる。シリンダーライナー１０の内側にかつそれに同心で、ローター２０が保持され、それはシリンダーライナー１０に対して回転可能に取付けられている。シリンダーライナー１０は、その中心縦軸の方向にシリンダーライナー１０の全壁から延びる互いに対向した二つの略くさび形状のリブ２２を持つ。中心縦軸に面するそれらのそれぞれの端部に、リブ２２は封止ストリップ２４を備えている。

ローター２０はまた、ローター２０の円筒状中心部２８から半径方向外向きに延びる二つの対向リブ２６を持ち、それらのくさび形状断面は半径の増加とともに先細りとなる。リブ２６の外縁は封止ストリップ３０を備えている。

シリンダーライナー１０のカップ状部１４内へのローター２０の配置後、シリンダーライナー１０のリブ２２の封止ストリップ２４はローター２０の円筒状中心部２８と封止接触する。ローターのリブ２６の半径方向外端の封止ストリップ３０もまた、シリンダーライナー１０の内壁と封止接触する。シリンダーライナー１０中へのローター２０の挿入後、シリンダーライナー１０の内側の作動空間１８は、このようにして四つの部分に分割される。シリンダーライナー１０に対するローター２０の回転運動時に、これらの四つの部分は寸法を変化する。ローターとシリンダーライナー１０の間の正及び負の回転速度間の周期的に振動する相対的運動により、作動空間１８の種々の部分に存在するガスはこのようにして交互に凝縮かつ圧縮される。

シリンダーライナー１０はその外壁に二つの出口開口３２を備えており、その一つのみが図２ａ，２ｂの図で認識できる。ローター２０の円筒状中心部２８は中空に設計され、シリンダーライナー１０内の作動空間１８からのガスはローター２０の円筒状中心部２８の内部に入り込むことができ、環境中への最終分析をされることができる。逆に、入口開口３４はまた、もちろん出口開口としてかつ出口開口３２は入口開口として設計されることができる。

シリンダーライナー１０は回転ピストン機関の作動時に連続的に回転するので、シリンダーライナー１０はフレーム１２に対して静止しているリング室（図２に示さず）によりまだ閉じられており、それが例えば給気室を提供する。

シリンダーライナー１０は、フレーム１２の好適な孔３８に取付けられるシリンダー軸３６によりフレーム１２内にその一端で保持される。その他端で、シリンダーライナー１０はフレーム１２の好適な孔４０内にその外周により回転可能に取付けられる。フレーム１２のこの第二ベアリング孔４０は極めて大きいので、小さい直径のシリンダー軸３６を持つシリンダーライナー１０が、シリンダー軸３６がフレームの嵌め合い孔３８の内側に配置されるまでこの孔４０を通して押し込まれることができる。従って、シリンダー軸３６に対向しかつ作動時にカバー板１６により閉じられるシリンダーライナー１０のその端部は、図２の見る人に面するフレーム１２の前面から接近可能である。シリンダーライナー１０のこの前端に、ガジオン（ｇｕｄｇｅｏｎ）４２が配置されており、それは下記のようにギヤー機構の連結棒４４により係合される。

フレーム１２は、図２に示された実施態様では、互いに平行に配置された合計三つのプレート４６，４８，５０を持つ。図２のこれらのプレートの最後方のプレート４６はシリンダー軸３６を受け入れるための支持孔３８を含み、中間プレート４８はシリンダーライナー１０の外周を受け入れるための支持孔４０を含み、そして前方プレート５０は回転クランクとして設計された回転要素５４のガジオン５３を受け入れるための支持孔５２を含む。互いに平行に配置されたフレーム１２の三つのプレート４６，４８，５０は互いに平行に走る二本の棒５６により連結されている。

ギヤー機構が、図２の前方プレート５０とガジオン４２が配置されているシリンダーライナー１０の端部との間に配置され、このギヤー機構を用いてローター２０とシリンダーライナー１０の同期化が、これらがシリンダーライナー１０のまたはローター２０の回転運動時のゼロ交差（ｚｅｒｏ ｃｒｏｓｓｉｎｇ）周りの周期的に振動する相対的運動を実施するように実行される。このようにしてギヤー機構は、シリンダーライナー１０の外周、ローター２０及びフレーム１２と係合し、従ってシリンダーライナー１０の内側にある作動室間１８の外側に配置される。これは、作動空間１８自体がギヤー機構の収容のための空間条件により影響を受けないように設計されることを可能にする。シリンダーライナー１０の外周上のギヤー機構の係合はまた、ジョイントに低い応力を持ちながら非常に高いトルクの伝達を可能にする。前方プレート５０とシリンダーライナー１０との間のギヤー機構の配置はギヤー機構の設計に大きな許容度を与える。なぜならフレーム支柱またはハウジング壁が個々のギヤー部材の動きを制限しないからである。本発明による回転ピストン機関では、ローター２０とシリンダーライナー１０との間の１６０°の相対的回転角度が結果として達成されることができる。

ギヤー機構の第一回転ジョイントは回転要素５４のガジオン５３及びフレーム１２の支持孔５２により形成される。ギヤー機構は、回転要素５４に加えて、第二回転ジョイントにより回転要素５４に回転可能に連結されている連結棒４４を持ち、この第二回転ジョイントは回転要素５４のガジオン５８により及び連結棒４４の支持孔６０により形成されている。回転要素５４はさらに、第三回転ジョイントによりシリンダーライナー１０に回転可能に連結され、この第三回転ジョイントは連結棒４４の支持孔６２によりかつシリンダーライナー１０のガジオン４２により形成されている。連結棒４４はまた、連結棒４４のガジオン６４、ガジオン６４を受け入れるための支持孔６８を持つスライドブロック６６、及びスライドブロック案内７０より形成された回転／直動ジョイントによりローター２０に連結され、このスライドブロック案内７０はその長方形通過開口７２をローター２０の嵌合する長方形突起７４に固定することによりローター２０の中心部分２８に不動に連結されている。スライドブロック６６はこのようにしてスライドブロック案内７０の内側で直線的な態様で動くことができ、連結棒４４はまた、ガジオン６４によりスライドブロック６６の支持孔６８内に回転可能に取付けられる。

図１ａ〜１ｄの図は本発明によるかつ概略図に基づく第一実施態様による回転ピストン機関の種々の回転位置を示す。この図では、シリンダーライナー１０は円として描かれ、シリンダーライナー１０の外周上のガジオン４２は識別されることができる。明確化のためフレームは示されていないが、シリンダーライナー１０は中心縦軸Ｏ１周りに回転する。

さらに、回転要素５４のガジオン５８により通過される円形経路は７６により識別され、フレーム１２上の回転要素５４の回転点はＯ２により識別される。また、スライドブロック案内７０が識別可能であり、それは一方側でローター２０に不動に固定され、従ってシリンダーライナー１０のかつローター２０の中心縦軸Ｏ１から半径方向外向きに延びる。スライドブロック案内７０の内側に、スライドブロック６６は、それが案内７０の内側で半径方向に動くことができるように保持されている。スライドブロック６６、ガジオン４２及び回転要素５４のガジオン５８は互いに連結棒４４により連結されている。

図１ａの図は、回転ピストン機関の第一回転位置を示し、回転ピストン機関の第二回転位置の図１ｂの図との比較に基づいて、示されるような反時計回りで、シリンダーライナー１０が図１ａの上部左のガジオン４２の位置Ｂ１及び図１ｂの下部左のこのガジオン４２の位置Ｂ２から識別可能である４分の１回転より幾らか先まで回転し続けることを見ることができる。しかし、ローター２０は、図１ａのスライドブロック案内７０の位置Ｃ１及び図１ｂのこれの位置Ｃ２に対する比較で見ることができるように、より大きな角度で回転する。従って、ローター２０は図１ａと図１ｂの間でシリンダーライナー１０を先導し、従ってローター２０とシリンダーライナー１０の間で正回転速度が得られる。シリンダーライナー１０の角度Ｂ１，Ｏ１，Ｂ２周りの回転はローター２０の角度Ｃ１，Ｏ１，Ｃ２周りの回転より小さい。従って、ローター２０はシリンダーライナー１０より速く回転する。

ガジオン５８が図１ｃに示される位置、すなわち回転円７６の底を通過し、それから回転し続けるとき、逆の場合が起こる。図１ｃの第三回転位置と図１ｄの第四回転位置の間で、シリンダーライナー１０は、図１ｃのガジオン４２の位置Ｂ３と図１ｄのガジオン４２の位置Ｂ４の比較から見ることができるように、略４分の１回転、通過する。ローター２０は、対照的に、図１ｃのスライドブロック案内７０の位置Ｃ３と図１ｄのその位置Ｃ４の比較から見ることができるように、図１ｃの第三回転位置と図１ｄの第四回転位置の間で４分の１回転よりかなり小さい距離を通過する。従って、シリンダーライナー１０が回転する角度Ｂ３，Ｏ１，Ｂ４は角度Ｃ３，Ｏ１，Ｃ４周りのローター２０の回転より大きい。従って、図１ｃと１ｄの回転位置の間で、シリンダーライナー１０はローター２０より速く回転する。

幾何学的分析は、ローターの第一半回転の追い越し工程、すなわち図１ａの第一回転位置と図１ｂの第二回転位置の間のものが、シリンダーライナー１０の第二半回転の追い越し工程、すなわち図１ｃの第三回転位置と図１ｄの第四回転位置の間のものと正確に同じである。従って、シリンダーライナー１０の及びローター２０の全回転後、シリンダーライナー１０とローター２０の間の相対的回転はゼロである。シリンダーライナー１０の及びローター２０の連続回転の場合には、これはローター２０及びシリンダーライナー１０のゼロ交差周りで振動する相対的運動を、従って正及び負の回転速度の間で振動する相対的運動を導く。言い換えれば、ローター２０は、略１６０°の回転角度にわたる相対的運動で、周期的にシリンダーライナー１０に先導しまたは遅延する。

図１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ及び２ａ，２ｂの図に基づいて、第一実施態様による回転ピストン機関が合計六つの部材と七つのジョイントを持つ特別なギヤーを示す。それらの部材は、ここでは、シリンダーライナー１０、ローター２０、回転要素５４、連結棒４４、スライドブロック６６及びフレーム１２である。七つのジョイントは、フレーム１２内のシリンダーライナー１０の回転取付け、シリンダーライナー１０内のローター２０の回転取付け、フレーム１２上の回転要素５４の取付け、連結棒４４上の回転要素５４の取付け、シリンダーライナー１０上の連結棒４４の取付け、スライドブロック６６上の連結棒４４の取付け、及びスライドブロック案内７０内のスライドブロック６６の取付けにより形成される。全ての関節点は互いに平行な面内で動き、従ってこれは定義により平坦ギヤーである。全てのジョイントは自由度ｆ＝１をもつ。従って、ギヤーの自由度Ｆは１である。自由度Ｆは式

によりもたらされ、ここでｎは部材の数、ｇ１は自由度Ｆ＝１を持つジョイントの数、ｇ２は自由度ｆ＝２を持つジョイントの数であり、本ケースの場合、ｇ２＝０である。

回転性に対して、このギヤーは四ジョイントギヤーのためのＧｒａｓｈｏｆ条件と同様な条件に合致すべきである。しかし、この条件はいかなる重大な困難性も与えない。

図４ａの図は本発明の第二好適実施態様による回転ピストン機関の概略的ワイヤーフレームモデルを透視図で示し、図４ｂの図は図４ａの回転ピストン機関を分解組立図で示す。図４ａの図に関しては、図２ａの図のようにそれ自体識別不可能な線が示されていることは注目されなければならない。図４ａの回転ピストン機関は、既に説明した図２ａからの回転ピストン機関のように、フレーム１２の内側に回転可能に保持されたカバープレート１６を備えたシリンダーライナー１０を持つ。シリンダーライナー１０及びフレーム１２は図２ａの回転ピストン機関のシリンダーライナー１０及びフレーム１２と同一に設計され、従って再び説明されない。

シリンダーライナー１０は、図２の回転ピストン機関のローター２０からほんのわずかに異なるローター８０を収容し、従ってこれらの差のみ説明される。ローター８０は図４ａのその前端に短い軸８２を持ち、その上に第一ギヤーホイール８４が回転不可能に固定されることができる。回転ピストン機関の組立て状態では、短い軸８２はカバープレート１６を通して延び、カバープレート１６から密閉され、ギヤーホイール８４は次いで回転不可能に短い軸８２上に固定される。

図４ａ，４ｂの回転ピストン機関は、回転円盤８６をさらに持ち、この回転円盤８６は、その中心から延びるガジオン８８を持ち、その中心に同心で第二ギヤーホイール９０を備えている。第二ギヤーホイール９０はガジオン８８上に回転不可能に配置され、ガジオン８８は回転円盤８６の中心からさらなるガジオン９２と同じ側の方へ延びる。回転円盤８６上の中心に配置されたガジオン８８はフレーム１２の支持孔５２内に取付けられ、従って回転円盤８６はフレーム１２に対してその中心点周りの回転運動を実施することができる。

さらなるガジオン９２は、一方ではガジオン９２に対して回転可能にかつ他方ではシリンダーライナー１０の外周上のガジオン４２に対して回転可能に連結される連結棒９４の関節的配置のために使用される。第一ギヤーホイール８４及び第二ギヤーホイール９０は、同じ寸法のものでありかつ同じ数の歯を持ち、支持ビーム９８上にまたは支持ケージ内に自由に回転可能に配置されている二つの中間ギヤーホイール９６により互いに連結される。二つの中間ギヤーホイール９６は第一及び第二ギヤーホイール８４，９０の連結を確実にし、従って回転円盤８６とローター８０の回転運動の同期化を確実にする。連結棒９４は、そのときシリンダーライナー１０の回転運動を回転円盤８６の回転運動と同期化するために使用され、ローター８０とシリンダーライナー１０は、シリンダーライナーとローター８０の間の相対的運動が正及び負の回転速度の間で周期的に振動するように互いに結合される。

従って、フレーム１２、ローター８０及びシリンダーライナー１０を互いに結合するギヤー機構は、シリンダーライナー１０のガジオン４２を回転円盤８６のガジオン９２に連結する連結棒９４を含む。回転円盤８６はまた、フレーム１２上のその中心点周りに回転可能に取付けられる。回転円盤８６はその中心点に同心で第二ギヤーホイール９０を備えており、この第二ギヤーホイール９０と二つの中間ギヤーホイール９６により回転円盤８６はその中心縦軸に同心の第一ギヤーホイール８４を持つローター８０に結合される。二つの中間ギヤーホイール９６の代わりに、この場合にそのとき選択される修正設計により、唯一の中間ギヤーホイールが使用されることができることが示される。

図３ａ〜３ｄの図は図４ａの回転ピストン機関の種々の回転位置を示す。図３ａの回転位置から図３ｂの回転位置への変移に相当する第一半回転中のシリンダーライナー１０の回転時に、回転円盤８６及びそれにギヤーホイールにより連結されたローター８０がシリンダーライナー１０より速く回転することを見ることができる。従って、図３ａと３ｂの回転位置の間で回転円盤８６により通過された角度Ａ１，Ｏ２，Ａ２はこれらの二つの回転位置間でシリンダーライナー１０が通過する角度Ｂ１，Ｏ１，Ｂ２より大きい。

図３ｃに示された回転位置から図３ｄに示された回転位置への変移に相当する第二半回転では、ローター８０はそのときシリンダーライナー１０より遅く回転する。なぜなら角度Ａ３，Ｏ２，Ａ４は角度Ｂ３，Ｏ１，Ｂ４より小さいからである。結果として、シリンダーライナー１０とローター８０は、正及び負の回転速度の間でゼロ交差周りに周期的に振動するシリンダーライナー１０とローター８０の間の相対的運動で、より正確に互いに対して動く。

ジョイント応力を減らしかつより高いトルクを伝達するために、図４ａに示されたような第一ギヤーを配置し、かつシリンダーライナー１０の対向側に第二回転機構を配置することももちろん可能である。さらに、ローター８０及びシリンダーライナー１０が、互いに対向した二つのリブのみならず、また例えば多区分作動空間を形成するために作動空間中に突出する四つのリブを持って設計されることができることがわかる。

図６ａの図は、本発明による回転ピストン機関の第三好適実施態様を透視図でワイヤーフレームモデルとして示す。図６ａでもまた、図２ａと４ａのように、見る人に認識できない線が描かれている。図６ｂの図は図６ａからの回転ピストン機関を分解組立て図で示す。簡素化のため、図２ａからの回転ピストン機関の種々の構成要素と異なる回転ピストン機関の部品のみが記載されている。例えば、シリンダーライナー１０、カバープレート１６、ローター２０及びフレーム１２は図２ａからの回転ピストン機関のそれらと同一に設計されている。シリンダーライナー１０、ローター２０及びフレーム１２を結合するギヤー機構は異なる設計のものである。このギヤー機構は回転円盤１００を持ち、それはその中心点に同心で配置された支持ガジオン１０２によりフレーム１２の支持孔５２内に回転可能に配置されている。回転円盤１００は回転円盤１００の中心点からある距離に配置された二つのガジオン１０４と１０６を持つ。連結棒１０８，１１０の一つがそれぞれこれらの二つのガジオン１０４，１０６に回転可能に連結される。第一連結棒１０８はガジオン１０４に対向したその端部でシリンダーライナー１０のガジオン４２に回転可能に連結される。第二連結棒１１０はガジオン１０６に対向したその端部でローター２０に回転可能に連結され、この連結はクランク１１２によりなされ、このクランク１１２は一方ではローター２０の中心縦軸上に回転不可能に固定され、他方では第二連結棒１１０の支持孔１１６と一緒に回転ジョイントを形成するガジオン１２４を半径方向にかつこの中心縦軸からある距離に持つ。

図６ａと６ｂに示された回転ピストン機関はこのようにして自由度１を持つ七つの回転ジョイントを持つギヤーを全体で形成する。ギヤー機構自体は、回転円盤１００をフレーム１２に連結しかつ回転円盤１００上の同心軸ガジオン１０２とフレーム１２上の支持孔５２により形成される第一回転ジョイントを持つ。第二回転ジョイントは回転円盤１００上のガジオン１０４と第一連結棒１０８上の第一支持孔１１８により形成される。第三回転ジョイントは第一連結棒１０８の第二支持孔１２０とシリンダーライナー１０上のガジオン４２により形成される。第四回転ジョイントは回転円盤１００上のガジオン１０６と第二連結棒１１０上の第一支持孔１２２により形成される。第五回転ジョイントは第二連結棒１１０上の第二支持孔１１６とローター２０のクランク１１２上のガジオン１２４により形成される。第六回転ジョイントは、シリンダーライナー１０内のローター２０の回転可能な取付けにより形成され、そして第七回転ジョイントはフレーム１２内のシリンダーライナー１０の回転可能な取付けにより形成される。

図２ａ，２ｂ及び４ａ，４ｂによる回転ピストン機関におけるように、ギヤー機構は作動空間の半径方向外側でシリンダーライナー１０と係合する。ギヤー機構はフレーム支柱等の挿入なしに、シリンダーライナー１０及びローター２０の前方に直接配置され、従ってギヤー機構はシリンダーライナー１０またはローター２０と直接係合することができ、非常にコンパクトで簡単な設計を達成する。さらに、シリンダーライナー１０は同様に、フレーム１２内にその外周により、すなわちフレームの中心プレート４８の支持孔４０内に取付けられる。あらゆるギヤー機構により伝達されるトルクを減らし、かつ例えば非常にコンパクトなポンプを構成するために、さらなる同一のギヤー機構がシリンダーライナーの背後に直接配置されることができることはわかる。

図５ａ〜５ｄの図は、選ばれた運動線図の図で、図６ａの回転ピストン機関の種々の回転位置を示す。シリンダーライナー１０は円により、ローター２０はシリンダーライナーに同心のより小さな円により示される。シリンダーライナー１０及びローター２０は中心縦軸Ｏ１周りに回転する。回転円盤１００は互いに同心の二つの円により示され、そこでは第一のより大きな円１３０はガジオン１０４の中心点の軌道を表し、第一の円に同心の第二のより小さな円１３２はガジオン１０６の中心点の軌道を表す。回転円盤１００はフレーム１２の支持孔５２の中心点を通して走る軸Ｏ２周りに回転する（図６ｂ参照）。第一連結棒１０８は簡単な線として示され、回転円盤１００上のガジオン１０４をシリンダーライナー１０上のガジオン４２に連結する。第二連結棒１１０もまた、簡単な線として示され、回転円盤１００上のガジオン１０６をローター２０に不動に連結されているクランク１１２上のガジオン１２４に連結する。

図５ａに示された第一位置から図５ｂに示された第二位置へのシリンダーライナー１０及びローター２０の回転位置の変移を基準として、シリンダーライナー１０及びローター間の相対的回転が、図５ａと５ｂの二つの回転位置間でローター２０より速く回転するシリンダーライナー１０で起こることを見ることができる。シリンダーライナー１０またはそのガジオン４２は図５ａの位置Ｂ１から図５ｂの位置Ｂ２に回転する。ローター２０またはガジオン１２４は図５ａの位置Ｄ１から図５ｂの位置Ｄ２に回転する。角度Ｂ１，Ｏ１，Ｂ２は、ここでは、角度Ｄ１，Ｏ１，Ｄ２より大きく、従ってシリンダーライナー１０はローター２０より速く回転する。図５ｃと５ｄの回転位置間の変移により示された第二半回転では、ローター２０はそのときシリンダーライナー１０より速く回転する。シリンダーライナー１０またはそのガジオン４２は図５ｃの位置Ｂ３から図５ｄの位置Ｂ４まで回転する。ローター２０またはクランク１１２上のガジオン１２４は対照的に図５ｃの位置Ｄ３から図５ｄの位置Ｄ４まで回転する。角度Ｂ３，Ｏ１，Ｂ４は角度Ｄ３，Ｏ１，Ｄ４より小さく、従ってシリンダーライナー１０はローター２０より遅く回転する。

幾何学的図は、第一半回転でのシリンダーライナー１０の進みが第二半回転でのローター２０の進みと全く同じであることを示す。これは、シリンダーライナー１０、ローター２０及び回転円盤１００の全回転により、シリンダーライナー１０の及びローター２０の相対的回転がゼロであることを意味する。この結果は、シリンダーライナー１０の及びローター２０のリブ間の作動空間のセクターの交互圧縮及び膨張に相当する正及び負の回転速度の間で振動するシリンダーライナー１０及びローター２０の相対的運動である。

図５ａ〜５ｄ及び６ａ，６ｂに示された回転ピストン機関もまた、特にそのギヤー機構は、平坦ギヤーのための前述の式に合致する。

まとめると、本発明は、シリンダーライナー及びそこに同心で取付けられたローターの回転運動に釣り合いかつピストンの機能に合致する比較的容易に構成されかつ容易に実施されるギヤー機構の三つの実施態様を提供する。図１ａ〜１ｄ及び２ａ，２ｂによる第一回転機構は、シリンダーライナー１０及びローター２０と一緒に、自由度１を持つ一つの回転／直動ジョイント及び五つの回転ジョイントを持つ六つの部材の特別なギヤーを形成する。図３ａ〜３ｄ及び図４ａ，４ｂによる第二ギヤー機構は、シリンダーライナー１０及びローター８０と一緒に、二つのギヤーホイール伝動装置と自由度１を持つ五つの回転ジョイントを持つ六つの部材の特別なギヤーを形成する。図５ａ〜５ｄ及び図６ａ，６ｂにより提案された第三ギヤー機構は、シリンダーライナー１０及びローター２０と一緒に、自由度１を持つ七つの回転ジョイントを持つ六つの部材のギヤーを形成する。共通回転軸周りの排他的なシリンダーライナー１０とローター２０，８０の間の純粋に回転的な相対的運動は非常に高度の封止を達成可能にする。なぜならそれぞれの封止ストリップ２４，３０（図２ｂ参照）は横方向の力にさらされないからである。提案された設計の簡易性及び最適化のために利用できる多数の重要な幾何学的パラメーターは、シリンダーライナー１０とローター２０，８０の間の作動空間内の作動工程が最適化されること、及びジョイント内の応力が減らされることを可能にする。それぞれのギヤー機構の結果として得られた設計は非常にコンパクトである。燃焼機関の設計において、本発明による回転ピストン機関はＷａｎｋｅｌ機関のそれよりいっそうコンパクトでありうる。負荷変動のために弁は必要でなく、電荷注入のためにもはやカムシャフトの必要がない。回転シリンダーライナー１０は追加の空気冷却をなしで済ますことを可能にする。

Claims (4)

1. フレーム（１２）、フレーム（１２）内に回転可能に取付けられたシリンダーライナー（１０）、シリンダーライナー（１０）内に共軸で取付けられたローター（２０）、及びフレーム（１２）とシリンダーライナー（１０）とローター（２０）を連結するギヤー機構を持つ回転ピストン機関であって、ギヤー機構がシリンダーライナー（１０）とローター（２０）の間に配置された作動空間（１８）の外側にあり、ギヤー機構が、ローター（２０）がシリンダーライナー（１０）に対して周期的に進みかつ遅れるようにシリンダーライナー（１０）とローター（２０）を結合するものにおいて、
   ギヤー機構とシリンダーライナー（１０）が、ローター（２０）と共に、自由度１を持つ五つの回転ジョイントと一つの回転／直動ジョイントを持つ伝動装置を形成し、ギヤー機構が、第一回転ジョイントによりフレーム（１２）上に回転可能に取付けられた回転要素（５４）、及び第二回転ジョイントにより回転要素（５４）に回転可能にかつ第三回転ジョイントによりシリンダーライナー（１０）に回転可能にかつ回転／直動ジョイントによりローター（２０）に連結された連結棒（４４）を持つことを特徴とする回転ピストン機関。
2. フレーム（１２）、フレーム（１２）内に回転可能に取付けられたシリンダーライナー（１０）、シリンダーライナー（１０）内に共軸で取付けられたローター（８０）、及びフレーム（１２）とシリンダーライナー（１０）とローター（８０）を連結するギヤー機構を持つ回転ピストン機関であって、ギヤー機構がシリンダーライナー（１０）とローター（８０）の間に配置された作動空間（１８）の外側に配置され、ギヤー機構が、ローター（８０）がシリンダーライナー（１０）に対して周期的に進みかつ遅れるようにシリンダーライナー（１０）とローター（８０）を結合するものにおいて、
   ギヤー機構とシリンダーライナー（１０）が、ローター（８０）と共に、自由度１を持つ五つの回転ジョイントと二つのギヤーホイール伝動装置を持つ伝動装置を形成し、ギヤー機構が、第一回転ジョイントによりフレーム（１２）上に回転可能に取付けられた回転円盤（８６）、第二回転ジョイントにより回転円盤（８６）に回転可能にかつ第三回転ジョイントによりシリンダーライナー（１０）に回転可能に連結された連結棒（９４）、ローター軸（８２）に回転しないように連結された第一ギヤーボイール（８４）、回転円盤（８６）に回転しないように連結された第二ギヤーホイール（９０）、及び第一ギヤーホイール（８４）及び第二ギヤーホイール（９０）とかみ合う少なくとも一つの中間ギヤーホイール（９６）を持つことを特徴とする回転ピストン機関。
3. ギヤー機構が作動空間（１８）の半径方向外側でシリンダーライナー（１０）と係合することを特徴とする請求項１または２に記載の回転ピストン機関。
4. シリンダーライナー（１０）がフレーム（１２）の内側にその外周により取付けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の回転ピストン機関。

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