JP2017155616A

JP2017155616A - 熱機関

Info

Publication number: JP2017155616A
Application number: JP2016037579A
Authority: JP
Inventors: 石野　洋二郎; Yojiro Ishino; 洋二郎石野
Original assignee: Nagoya Institute of Technology NUC
Current assignee: Nagoya Institute of Technology NUC
Priority date: 2016-02-29
Filing date: 2016-02-29
Publication date: 2017-09-07

Abstract

【課題】ローター式の回転式熱機関に関する。
【解決手段】出力軸まわりに偏心量eで偏心回転する偏心軸のまわりに、偏心軸の回転とは逆方向に同角度で自転する、偏心量eの単葉ペリトロコイド形状のローター8と、一対のウエスト・ポイント１１、１２を有するローター・ケーシング１４とを備え、ローター８は、一対のウエスト・ポイント１１、１２に当接して回転し、ローター・ケーシング１４とローター８の間に１乃至２室の作動空間を形成し、作動空間に通じる給排気バルブ１９、２０を有することを特徴とする熱機関１００を提供する。
【選択図】図５

Description

本発明は、自動車（通常エンジン車，ハイブリッド車）、二輪車および船舶の動力発生機関，非常用発電機，携行発電機、熱電併給（コジェネレーション）用発電機、電気自動車の航続距離延長用車載発電機，チェーンソーなどの動力機関，液体ロケット用推進剤供給ポンプ、およびその他の広範な機器へ適用される。本発明の技術分野は、運輸分野、電機分野、航空宇宙分野およびその他の分野が技術分野として該当する。

回転式エンジンは、その低振動特性から、電気自動車用の航続距離延長用車載発電機や非常用発電機などの用途に適するため、将来的にも需要が期待される。

本発明の発明者らの先行研究では，より高い低振動性を求め，純粋回転のみで作動する2ローター式の回転式エンジンが考案され，試作機による実機試験が行われた（特許文献１、非特許文献１）。

本発明機関は、従来のWankel式ロータリーエンジン（非特許文献２）やピストン・エンジンと異なり、作動流体の漏洩防止のためのシール機構がケーシング上に固定することが可能であるため、より確実に作動流体のシールを行うことのできる、新考案の回転式熱機関である。

ガソリン・エンジン（オットーエンジン）、ディーゼル・エンジン、ガスタービン・エンジンなどの内燃機関、あるいは、蒸気機関（ランキン・エンジン）、スターリング・エンジンなどの外燃機関といった熱機関は、熱エネルギーを力学的エネルギーに変換する機関として、重要な機関である。

現在の主流の内燃機関の構造的形式は、自動車等のエンジンではピストン・シリンダー・クランク軸からなるピストン・エンジンであり，航空機エンジンでは，ガスタービン・エンジンである．

ピストン・エンジンは，ピストンの往復運動やコネクティングロッドの変則運動，給排バルブの往復動を伴うため，無振動化が困難である（課題１とする）．

自動車用エンジンとしては，マツダ（東洋工業）が実用化した「ロータリーエンジン」をして知られる「Wankelエンジン」（非特許文献２）もあったが，内部作動流体のシールが困難であり（課題２とする）、
燃費が悪化すること、点火プラグ部などのケーシング凹部での圧縮漏れがあり（課題３とする）、
燃費が悪化すること、位相歯車機構が必要（課題４とする）
で、荷重や振動により位相歯車機構が破壊されやすいこと（課題５とする）、
などの欠点がある。

最近、合衆国のDARPAの援助による開発をLiquid Piston社が発表した「X-engine」は、本発明とは異なる「２葉ペリトロコイド・ローターおよびローター包絡線ケーシング形状」を採用したエンジンである。

このローターとケーシングの形状については、非特許文献３において、図示され、「invented by Cooly 1903」（Cooly氏による1903年の発明）と記載されている。

前記「X-engine」は、このローター・ケーシング形状の採用により、前記の「課題１〜３」を解決したが、あらたに「構造が複雑であること」（課題６とする）、
ローターの回転を司る「位相歯車機構」が必要（前記、課題４）で、
この位相歯車機構に爆発荷重が掛かり、歯車が破損する可能性がある（前記、課題５）、などの課題が生じている。

特願２００８−８１９９号公報

Ishino,Y., et al., "Development of an Novel Non-eccentric Rotational Engine "Ishino Engine" (Fundamental Configuration and Characteristics)", JSAE 20139084 / SAE 2013-32-9084, (2013) Hege,J.B. ,The Wankel Rotary Engine. A History, (2002) 31. F. Wankel, "Rotary Piston Machines", London Iliffe Books Ltd.

本発明では、従来熱機関における前記課題を解決し、提供する。

発明１は、出力軸まわりに偏心量eで偏心回転する偏心軸のまわりに、偏心軸の回転とは逆方向に同角度で自転する、偏心量eの単葉ペリトロコイド・二次元ローターと、一対のウエスト・ポイントにシール機能を有するケーシングとを備え、ローターは、一対のウエスト・ポイントに当接して回転し、ケーシングとローターの間に１乃至２室の作動空間を形成し、作動空間に通じる給排気バルブを有することを特徴とする熱機関である。
発明２は、出力軸まわりに偏心量eで偏心回転する偏心軸のまわりに記偏心軸の回転とは逆方向に同角度で自転する、偏心量eの単葉ペリトロコイド・三次元ローターと、一対のウエスト曲線にシール機能を有するケーシングとを備え、ローターは、一対のウエスト曲線に当接して回転し、ケーシングとローターの間に１乃至２室の作動空間を形成し、作動空間に通じる給排気バルブを有することを特徴とする熱機関である。
発明３は、ローターの自転角度を、ローターの中心軸に歯車軸が一致するようにローターに固定された基礎円直径2eの外歯位相歯車と、それに噛み合う不回転の基礎円直径4eの内歯位相歯車とにより制御する、発明または２に記載の熱機関である。
発明４は、ローターの自転角度を、ローターの中心軸に軸が一致するようにローター中心軸に設置されたローター位相歯車、出力軸と歯車軸が一致する不回転の固定位相歯車、および記出力軸を回転軸とし、出力軸と同一に偏心回転する伝達歯車軸周りに自由回転し、第一段歯車はローター位相歯車と噛み合い、第二段歯車は固定位相歯車と噛み合う、二段伝達歯車により制御する、発明１または２に記載の熱機関である。
発明５は、ローターの創成直線焦点の部位にピンを設置し、ピンに当接するレールを設け、ローターに掛かる荷重を受けると同時に、ローターの自転角度を制御することを特徴とする、発明１乃至４のいずれか１つに記載する熱機関である。
発明６は、２室の両方、または２室の片方において、作動流体の吸気、圧縮、加熱、膨張、排気を行うことを特徴とする、発明１乃至５のいすれか１つに記載する熱機関である。
発明７は、一方の室は、作動流体の吸気、加熱、膨張、排気を行い、他方の室は、吸気、圧縮、加熱、膨張、排気を行うことを特徴とする発明１乃至５のいずれか１つに記載する熱機関である。
発明８は、２室において、互いに異なった熱サイクルを実施することを特徴とする発明１乃至５のいずれか１つに記載する熱機関である。
発明９は、ウエスト・ポイントまたはウエスト曲線と、ローターとの当接部に設けるシール部品が交換できる構造であることを特徴とする発明１乃至８のいずれか１つに記載するの熱機関である。

出力軸まわりに偏心量eで偏心回転する偏心軸のまわりに、偏心軸の回転とは逆方向に同角度で自転する、偏心量eの単葉ペリトロコイド形状のローターと、一対のウエスト・ポイントを有するローター・ケーシングとを備え、ローターは、一対のウエスト・ポイントに当接して回転し、ローター・ケーシングとローターの間に１〜２室の作動空間を形成し、作動空間に通じる給排気バルブを有することを特徴とする熱機関を提供する。上記の特徴において、以下のとおり課題が解決される。

偏心回転する単葉ペリトロコイド・ローターと、ローター包絡線形状で規定され、ローターとウエスト部で接するケーシングとで機関を構成することにより、最も単純な構造を有する熱機関を提供することができ、これにより、前記課題６の解決を提供する。

偏心回転する単葉ペリトロコイド・ローターと、ローター包絡線形状で規定され、ローターとウエスト部で接するケーシングとで機関を構成することにより、カウンター・ウエイトの配置によりローターの偏心回転による振動を完全に除去し、無振動熱機関を提供することができ、これにより、前記課題１の解決を提供する。

偏心回転する単葉ペリトロコイド・ローターと、ローター包絡線形状で規定され、ローターとウエスト部で接するケーシングとで機関を構成することにより、作動流体のシールが容易で、シール性に優れる熱機関を提供すること、により、前記課題２の解決を提供する。

偏心回転する単葉ペリトロコイド・ローターと、ローター包絡線形状で規定され、ローターとウエスト部で接するケーシングとで機関を構成することにより、ウエスト部以外のケーシング部位に凹部を形成しても、作動流体が漏洩しない構造を有する熱機関を提供すること、により、前記課題３の解決を提供する。

作動空間に対する給排気制御のための給排バルブとして、単純回転するロータリー・バルブなどの無振動バルブを採用し、無振動熱機関を提供すること、により、前記課題１の解決を提供する。

発見した、偏心回転する単葉ペリトロコイド・ローター上の創成直線焦点が直線状を往復する性質を利用し、単葉ペリトロコイド・ローターの創成直線焦点にピン体を設置し、ケーシングに設けたレール間でピン体を往復運動させることで、ローターに掛かる圧力荷重をケーシングで受け、位相歯車への荷重負担を低減できる熱機関を提供すること、により、前記課題５の解決を提供する。

発見した、偏心回転する単葉ペリトロコイド・ローター上の創成直線焦点が直線状を往復する性質を利用し、単葉ペリトロコイド・ローターの創成直線焦点にピン体を設置し、ケーシングに設けたレール間でピン体を往復運動させることで、ローターの自転を制御する熱機関を提供すること、により、前記課題４の解決を提供する。

本発明の熱機関のローター形状である単葉ペリトロコイド図形を示す。ペリトロコイド係数R/eを変化させた場合の、種々の単葉ペリトロコイド図形を示す。ローターの偏心運動、最小ケーシング形状の創成方法、および、ローターとケーシングとの関係を示す。各ペリトロコイド係数R/eに対する最大圧縮比 e_maxを示す。第１実施形態の熱機関の構成を示す。第１実施形態の熱機関の主な構成部品を示す。本発明の熱機関の給排バルブの構成の例を示す。本発明の熱機関の給排バルブの構成の例を示す。作動空間数が１の場合の本発明の熱機関の例を示す。第１実施形態の設計例を示す。（ａ）横断面、（ｂ）断面Ａ-Ａ。ローターとローターハウジングの構造を示す。通常動作（両空間がミラー・サイクルの場合）の状態遷移を描画する図。通常動作（両空間がミラー・サイクルの場合）の状態遷移を説明する図。第２実施形態の状態遷移を描画する図。圧縮慣性力不要動作（左空間がミラー・サイクルで右空間がルノアール・サイクルの場合）。第２実施形態の状態遷移を説明する図。圧縮慣性力不要動作（左空間がミラー・サイクルで右空間がルノアール・サイクルの場合）。第３実施形態のローターの角部形状とウエスト曲線を示す。第４実施形態のローター上の創成直線焦点に軸、および位相歯車を設置する構造を示す。第５実施形態のローター上の創成直線焦点に軸を設置し、位相歯車を設置しない構造を示す。第６実施形態の伝達歯車を介した位相歯車機構（創成直線焦点軸を設置しない場合）を示す。第７実施形態の伝達歯車を介した位相歯車機構（創成直線焦点軸を設置する場合）を示す。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。

（基本事項の説明）

（基本構成）

ローター形状１は単葉ペリトロコイド（Single Lobe Peritrochoid; SLP）図形である。

図１は、本発明の熱機関のローター形状である単葉ペリトロコイド図形を示す。
このローター形状１は、図１(ａ)〜(ｃ)に示すように、原点（ローター中心２）に固定された固定歯車３（基礎円半径e = 偏心量）のまわりに、2倍の歯数を有する内歯描画歯車４を回転させたときに、内歯歯車４から創成半径Rだけ離れた描画点Ａ５および描画点Ｂ６が描く閉曲線として定義される。

創成線分ＡＢ（長さ2R ）は、図１(ｃ)のように、創成直線焦点７を常に通過する。

図２に、ペリトロコイド係数R/eを変化させた場合の、種々の単葉ペリトロコイド図形を示す。

ペリトロコイド係数R/eによりローター形状１は変化し、R/e > 4の場合に凸閉曲線となり、ローター形状１に適す。

式(１)および(２)に形状を数式で示す。ただし、角度f は図２に示した。

x= e sin(2f ) + R cos(f ), y = -ecos(2f ) + Rsin(f ) (１)

あるいは、創成直線焦点７からの極座標表示により、次式(2)で表現される。

x= {2e sin(f )+R} cos(f ), y = - e + {2e sin(f )+R} sin(f ) (２)

単葉ペリトロコイド図形１は、ローター中心２に図心がないので、ローターの製作に際しては、ローター内部に空間部および高比重物質充填部を設け、ローター中心２に重心を一致させる。

図３に、ローター８の偏心運動、最小ケーシング形状９の創成方法、および、ローター８とローター・ケーシング１４との関係を示す。

最小ケーシング形状９は，偏心量eのクランク腕１０に，ローター中心２を回転接続し，偏心回転させたローター図形の包絡線により定義される。このとき、ローターは、クランク回転角θ₂と同角度θ₁で逆回転させる。

最小ケーシング形状９とローター８は、( x, y) = (±R, 0 )のウエスト点１１および１２で常に接し、２つの作動空間をシールすることができる。

ローター８の偏心回転にともない、ローター８が片方のケーシングに進入する面積は、最大S_max= { (2e²+R²) p + 8eR }/2から、最小S_min= { (2e²+R²) p - 8eR }/2まで、正弦的に変化するので、ケーシングの片方の作動空間あたりの排気面積は8eR と算出される。

実際のケーシング形状は、ウエスト点以外は、最小ケーシング形状９より外側であればよい。

ケーシングとローター８の間の作動空間において、最大圧縮比ε_maxは、ケーシング形状が最小ケーシング形状９の場合に得られる。

図４に、各ペリトロコイド係数R/eに対する最大圧縮比 e_maxを示す。

熱機関として十分高い圧縮比を得ることが可能である。

（第１実施形態）

図５に、第１実施形態の熱機関の構成を示す。また、図６に、第１実施形態の熱機関の主な構成部品を示す。

第１実施形態は、ミラー・サイクルによる火花点火機関を想定し、説明するが、他のオットー・サイクル、ディーゼル・サイクル、のほか、スターリング・サイクルなどでも実現できる。

作動流体への受熱は、ミラーサイクルおよびオットーサイクルの場合には、作動流体（予混合ガス、あるいは、燃料噴射された空気）への火花点火あるいはレーザー点火等で行い、ディーゼル・サイクルの場合には、作動流体（空気あるいは希薄予混合ガス）の圧縮による自着火にて行う。

スターリング・サイクルの場合には、作動流体への受熱・吸熱は、２つの作動空間の間をつなぐ流路に設置された熱交換器により、実施する。

第１実施形態について、はじめに、機関構成を図５および図６により説明する。

図５および図６の機関は、偏心量eのクランク軸１３，ローター８，ローター・ケーシング１４，フロント・ハウジング１５、リア・ハウジング１６、固定位相歯車１７、ローター位相歯車１８、第１ロータリー・バルブ１９、第２ロータリー・バルブ２０、第１バルブ・タイミング・ギア２１、第２バルブ・タイミング・ギア２２、シャフト・タイミング・ギア２３、から成る。

ローター・ケーシング１４の内部には、最小ケーシング形状９より大きな空間がケーシング内壁２４が形成され、さらに燃焼空間となる第１燃焼リセス２５および第２燃焼リセス２６が穿設される。

ケーシング内壁２４のウエスト点の２か所には、シール機構３１を設置する。

シール機構３１の設置・交換のために、ケーシング内壁２４のウエスト点の２か所には、シール機構用受部３２を設けても良い。

ローター８の平面部と、フロント・ハウジング１５およびリア・ハウジング１６との間には、シール機構３１によりシールを施す。

図示されていないが、第１燃焼リセス２５および第２燃焼リセス２６には点火電極が設置される。

第１燃焼リセス２５および第２燃焼リセス２６には、第１ロータリー・バルブ１９および第２ロータリー・バルブ２０が設置される。

第１ロータリー・バルブ１９および第２ロータリー・バルブ２０は、クランク軸１３に固定されたシャフト・バルブ・タイミング・ギアにより駆動される第１バルブ・タイミング・ギア２１および第２バルブ・タイミング・ギア２２により回転駆動され、ローター・ケーシング１４に穿設される吸気流路の第１吸気部２７および第２吸気部２８ならびに排気流路の第１排気部２９および第２排気部３０を通して、適切な時期に作動流体の吸排気が実施される。

第１ロータリー・バルブ１９および第２ロータリー・バルブ２０は、クランク軸１３の１／２の回転数で回転する。

ローター８の自転角度は、ローター中心２の軸に歯車軸が一致するようにローターに固定された基礎円直径2eのローター位相歯車１８と、フロント・ハウジング１５に固定された基礎円直径4eの固定位相歯車１７との噛み合いにより制御され、ローター８は、クランク軸１３の回転に対して同回転数で逆方向に回転する。

図７に、本発明の熱機関の給排バルブの構成の例を示す。また、図８に、本発明の熱機関の給排バルブの構成の例を示す。
作動流体の吸排バルブ機構は、図７および図８に示すように、往復振動を伴うポペット・バルブ３５（図７：第１実施形態B）およびスライド・バルブ３６（図８：第１実施形態C）でも良い。また、無振動である回転板バルブ３７（ロータリー・バルブと同機構）（図７：第１実施形態、図７：第１実施形態A 、図８：第１実施形態D）を採用することで、無振動化が実現できる。

図９に、作動空間数が１の場合の本発明の熱機関の例を示す。
図９に示す、第１実施形態E〜Gのように、ケーシングとローターとの間に形成される２室の作動空間のうち、１室のみを使用する形態でも、熱機関を実現することができる。

図１０に、第１実施形態の設計例を示す。図１０（ａ）横断面、図１０（ｂ）断面Ａ-Ａを示す。

図５〜９には示さなかったが、図１０に示すカウンター・ウエイト３８を設置し、無振動化を図り、また、必要ならばフライホイールを設置し、圧縮慣性力を確保し、脈動の少ない回転動作を実現する。

図１１に、図１０の設計図に基づき製作した、ローター８およびローター・ケーシング１４を示す。

ここで、図１２および図１３を用いて、第１実施形態の左側作動空間（左室）と右側作動空間（右室）のそれぞれについて、作動状況を説明する。
図１２は、通常動作（両空間がミラー・サイクルの場合）の状態遷移を描画する図を示す。
図１３は、通常動作（両空間がミラー・サイクルの場合）の状態遷移を説明する図を示す。

図１２および図１３において、V1は左室用給排バルブ（第１ロータリー・バルブ１９）の作動状態、C1は左側作動空間（左室）の作動状況、V2は右室用給排バルブ（第２ロータリー・バルブ２０）の作動状態、C1は右側作動空間（右室）の作動状況、をそれぞれ示す。

図１２および図１３において、図（１）から図（１０）までによって１作動サイクルが表現されており、これが繰り返され実際の連続動作が表される。

図１２および図１３において、左室に関しては、まず、図（１）では新気（予混合ガス）の吸気が開始し、図（３）では最大吸気状態に達する。

高効率を得るため高膨張サイクル（ミラー・サイクル）とするために，図(４)まで吸気バルブを閉止せず、新気を吸気部に戻し、図（４）で吸気バルブを閉止し、新気の圧縮を開始する。

最大圧縮に達する図(６)で火花点火を行い、図(９)まで作動流体を膨張させ軸出力を得る。

図(９)からは排気行程が開始する。

一方，右室では，図(３)から吸気が開始し，左室と同様の作動行程が１/４サイクルだけ異なった位相で実行される．

（第２実施形態）

図５および図６に示すように、本形式の熱機関では、最大で２室の作動空間が形成される。

この２室において、異なった位相で、同種の熱サイクル（オットー・サイクル、ミラー・サイクル、ディーゼル・サイクル、ルノアール・サイクル、など）を実施することができるが、異なった熱サイクルを実施することも可能である。

図１４および図１５に示す第２実施形態は、左側作動空間ではミラー・サイクルを実施し、右側作動空間では無圧縮サイクルであるルノアール・サイクルを実施する、実施形態である。
図１４は、第２実施形態の状態遷移を描画する図である。圧縮慣性力不要動作（左空間がミラー・サイクルで右空間がルノアール・サイクルの場合）を示す。
図１５は、第２実施形態の状態遷移を説明する図である。圧縮慣性力不要動作（左空間がミラー・サイクルで右空間がルノアール・サイクルの場合）を示す。

右側作動空間での無圧縮サイクル（ルノアール・サイクル）を、左側作動空間でのミラー・サイクルに先立ち実施することで、ミラー・サイクルにおける作動流体の圧縮仕事をルノアール・サイクルでの膨張仕事で賄い、圧縮仕事用の慣性力を供給するフライホイールの不要化あるいは小型化を実現することができる。

ここで、図１４および図１５を用いて、第２実施形態の左側作動空間（左室）と右側作動空間（右室）のそれぞれについて、作動状況を説明する。

図１４および図１５において、V1は左室用給排バルブ（第１ロータリー・バルブ１９）の作動状態、C1は左側作動空間（左室）の作動状況、V2は右室用給排バルブ（第２ロータリー・バルブ２０）の作動状態、C1は右側作動空間（右室）の作動状況、をそれぞれ示す。

図１４および図１５において、図（１）から図（１０）までによって１作動サイクルが表現されており、これが繰り返され実際の連続動作が表される。

図１４および図１５において、図（４）までに左室および右室で吸気が完了し、図（４）で右室で点火が行われ、燃焼により右室が高圧となり、右室では膨張行程が開始する。

このとき、左室では吸気バルブが閉止し、圧縮行程が開始する。

図（６）では、左室の圧縮が完了し、点火が行われる。

図（６）では、左室の圧縮が完了し、点火が行われ、右室では排気行程が始まる。

図（９）では、左室の排気行程が開始し、右室では吸気行程が始まる。

（第３実施形態）

図６では、ローターの厚み方向に単一のペリトロコイド係数R/eを用いた「二次元ローター」を描画したが、二次元ローターではローター外周部の角部に直角が要求される。

ローター外周部の直角角部に対応するシール機構３１には、高度な製作精度が要求される。

さらに、直角角部は摩耗しやすく、ローター外周部の直角角部が摩耗することで、シール性が悪化する可能性がある。

本熱機関では、クランク軸１３の偏心量eを一定とせざるを得ないが、図２で既に示したように、同じ偏心量eであっても、Rを変化させることで、異なる大きさのローター形状１を同時に利用することができる。

この性質を利用すれば、厚み方向に任意のペリトロコイド係数をもつ「三次元ローター」を提供することができる。

とくに、ローター外周部の角部の丸み３９を持たせることで、耐久性が著しく向上する「三次元ローター」を提供することができる。図１６に、第３実施形態のローターの角部形状とウエスト曲線を示す。

このローター外周部の角部の丸み３９は、ローターの全外周部において厳密なアールとすることはできないが、近似的に全外周部に渡って同一のアールを持たせた「三次元ローター」を提供することができる。

同一の偏心量ならば、ペリトロコイド係数が異なっても、創成直線焦点７の位置は同一である。

一方、ペリトロコイド係数により、最小ケーシング形状９は変化するので、ウエスト点の位置も異なり、ウエスト点の集合は、曲線（ウエスト曲線４１）となる。ここで、２点破線で示す最小ケーシング形状４０は、最大ペリトロコイド係数に対する最小ケーシング形状を示す。

ケーシングのウエスト部でのシール機構３１は、滑らかなウエスト曲線４１をシールする機構とすれば良いので、シールが容易である。

（第４実施形態）

図３に示されるように、ローター上の創成直線焦点７は、ローターの運動に際し、ウエスト点１１および１２を結んだウエスト直線上を往復運動する。

一方、本発明の構成では、固定位相歯車車１７およびローター位相歯車１８の噛み合い部に、ローター８に印加される圧縮荷重や爆発荷重が掛かり、固定位相歯車１７およびローター位相歯車１８が破損する可能性がある。

図１７は、第４実施形態のローター上の創成直線焦点に軸、および位相歯車を設置する構造を示す。図１７に示すように、ローターに対して、創成直線焦点７の部位に創成直線焦点軸４２を設置し、往復動する創成直線焦点軸４２が当接するレール４３を設けた構造とすることで、ローターに掛かる荷重をレール４３で受け、固定位相歯車１７およびローター位相歯車１８の破損を防止することができる。

（第５実施形態）

図１７に示すレール４３を持つ構造において、創成直線焦点軸４２とレール４３とにより、ローターの自転角度を制御することもできる。

したがって、図１８のように、固定位相歯車１７およびローター位相歯車１８を必要としない構造の熱機関を提供することができる。図１８は、第５実施形態のローター上の創成直線焦点に軸を設置し、位相歯車を設置しない構造を示す。

（第６実施形態）

本発明の構成では、固定位相歯車１７および１８の噛み合い部に、ローター８に印加される圧縮荷重や爆発荷重が掛かり、固定位相歯車１７およびローター位相歯車１８が破損する可能性があることは、すでに述べた。

とくに、本発明の構成では、偏心量eによって、固定位相歯車１７の基礎円直径4eと、ローター位相歯車１８の基礎円直径2eが一義的に決定される。

このため、小さな偏心量eの機関では、強度の高い大きなモジュールを持つ位相歯車の選択が困難であり、位相歯車が破損の可能性が高まる。

そこで、図１９のように、クランク軸１３に固定した伝達歯車支持腕４５に自由回転接続した二段伝達歯車４４を介して、固定位相歯車１７とローター位相歯車１８とを連動させる構造により、大直径の固定位相歯車１７およびローター位相歯車１８の選択が可能となり、歯車強度を高めることができる。図１９は、第６実施形態の伝達歯車を介した位相歯車機構（創成直線焦点軸を設置しない場合）を示す。

さらに、大直径の固定位相歯車１７およびローター位相歯車１８の採用により、当該歯車の中心部の穴にクランク軸１３を通過させる設計が可能となり、設計の自由度が高められる。

また、製作が困難で、コストの高い、内歯歯車の使用を避けることもできる。

二段伝達歯車４４と伝達歯車腕４５とを、クランク偏心軸に対して反対側に設置することで、カウンター・ウエイト３８を小型化することができる。

図１９の下図には、偏心量e = 5 mmの場合の、歯車の選択例（Dは歯車の基礎円直径）を記した。

（第７実施形態）

図２０に、第７実施形態の伝達歯車を介した位相歯車機構（創成直線焦点軸を設置する場合）を示す。

第７実施形態は、図１９に示した第６実施形態に、創成直線焦点軸４２とレール４３による、固定位相歯車１７およびローター位相歯車１８、ならびに二段伝達歯車４４への荷重の低減を実現する実施形態である。

図２０にも、偏心量e = 5 mmの場合の、歯車の選択例（Dは歯車の基礎円直径）を記した。

１００熱機関
１ローター形状
２ローター中心
３固定歯車
４描画歯車
５描画点Ａ
６描画点Ｂ
７創成直線焦点
８ローター
９最小ケーシング形状
１０クランク腕
１１ウエスト点
１２ウエスト点
１３クランク軸
１４ローター・ケーシング
１５フロント・ハウジング
１６リア・ハウジング
１７固定位相歯車
１８ローター位相歯車
１９第１ロータリー・バルブ
２０第２ロータリー・バルブ
２１第１バルブ・タイミング・ギア
２２第２バルブ・タイミング・ギア
２３シャフト・タイミング・ギア
２４ケーシング内壁
２５第１燃焼リセス
２６第２燃焼リセス
２７第１吸気部
２８第２吸気部
２９第１排気部
３０第２排気部
３１シール機構
３２シール機構用受部
３３点火プラグ
３４ロータリー・バルブ
３５ポペット・バルブ
３６スライド・バルブ
３７回転板バルブ
３８カウンター・ウエイト
３９角部の丸み（ローター外周部）
４０最大ペリトロコイド係数に対する最小ケーシング形状
４１ウエスト曲線
４２創成直線焦点軸
４３レール
４４二段伝達歯車
４５伝達歯車支持腕

Claims

出力軸まわりに偏心量eで偏心回転する偏心軸のまわりに、前記偏心軸の回転とは逆方向に同角度で自転する、偏心量eの単葉ペリトロコイド・二次元ローターと、一対のウエスト・ポイントにシール機能を有するローター・ケーシングとを備え、前記ローターは、前記一対のウエスト・ポイントに当接して回転し、前記ローター・ケーシングと前記ローターの間に１乃至２室の作動空間を形成し、前記作動空間に通じる給排気バルブを有することを特徴とする熱機関。
出力軸まわりに偏心量eで偏心回転する偏心軸のまわりに、前記偏心軸の回転とは逆方向に同角度で自転する、偏心量eの単葉ペリトロコイド・三次元ローターと、一対のウエスト曲線にシール機能を有するローター・ケーシングとを備え、前記ローターは、前記一対のウエスト曲線に当接して回転し、前記ローター・ケーシングと前記ローターの間に１乃至２室の作動空間を形成し、前記作動空間に通じる給排気バルブを有することを特徴とする熱機関。
前記ローターの自転角度を、前記ローターの中心軸に歯車軸が一致するように前記ローターに固定された基礎円直径2eの外歯位相歯車と、それに噛み合う不回転の基礎円直径4eの内歯位相歯車とにより制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱機関。
前記ローターの自転角度を、前記ローターの中心軸に軸が一致するように前記ローター中心軸に設置されたローター位相歯車、前記出力軸と歯車軸が一致する不回転の固定位相歯車、および、前記出力軸を回転軸とし、前記出力軸と同一に偏心回転する伝達歯車軸周りに自由回転し、第一段歯車は前記ローター位相歯車と噛み合い、第二段歯車は前記固定位相歯車と噛み合う、二段伝達歯車により制御する、請求項１または請求項２に記載の熱機関。
前記ローターの創成直線焦点の部位にピンを設置し、前記ピンに当接するレールを設け、前記ローターに掛かる荷重を受けると同時に、前記ローターの自転角度を制御することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載する熱機関。
前記２室の両方、あるいは前記２室の片方において、作動流体の吸気、圧縮、加熱、膨張、排気を行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載する熱機関。
一方の室は、作動流体の吸気、加熱、膨張、排気を行い、他方の室は、吸気、圧縮、加熱、膨張、排気を行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載する熱機関。
前記２室において、互いに異なった熱サイクルを実施することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載する熱機関。
前記ウエスト・ポイントあるいは前記ウエスト曲線と、前記ローターとの当接部に設けるシール部品が交換できる構造であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１つに記載の熱機関。