JP3080468U - 質量バランスのとれた内燃機の主要機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内燃機関の低震動、高効率、低公害型モデル
の実用化を促す。 【構成】 主軸と一体となるロータードラムの内部にフ
ィンの付いたディスクを回転中心線に対して線対称とな
る様に配置し、この周りを気室、吸排気口等を設けたス
テイターケーシングで覆う。ロータードラムを回転さ
せ、ディスクのフィンが気室を仕切り吸気の負圧や爆
発、燃焼時の回転トルクを受ける仕組みとなっている。
本考案は、主軸線に対して完全に線対称なローターを構
成し、加工用治具、専用機の開発、マッチング等改良が
進めば非常に高性能なエンジンとなり、レシプロタイプ
等より高効率、低公害なハイテクエンジンの主流と成し
得るものである。また、燃料として水素と酸素のみを使
用した水素エンジンとして利用すれば、よりクリーン
で、地球環境にやさしいエンジンとなる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】〔考案の属する技術分野〕 この考案は、ロータードラム内にディスクフィンを配し、周りを気室と排気口 を設けたステイターケーシングで覆い、燃料を燃焼させてエンジン（モーター） とする内燃機関（原動機）に関するものである。

【０００２】〔従来の技術〕 従来のエンジンはレシプロケーションと言って、ピストンの往復運動をクラン クを界して回転運動に変え、またはマツダのロータリーエンジンの様にロータリ ーの回転にムラの生ずる機構であり、このムラや往復運動によるエネルギーのロ スが熱エネルギーとなって機関外に放出されると言う、地球温暖化の一要因とな るものであった。

【０００３】〔考案が解決しようとする課題〕 本考案は、従来のエンジンの欠点が見事に解決できるであろう機構を備えた機 関（ニューエンジン）として、まとめられた考案である。 従って、環境にやさしい高効率な汎用エンジンを作ることが、本考案の解決し ようとする課題である。

【０００４】〔具体的な機構動作および製作指針〕 （図１）の様に出力軸となるローター中心軸に、４枚のフィンの付いたディス クを、中心軸に対して線対称となるように、ベアリングを用いて配置固定する。 このディスクは、傘歯車によって回転する様にギアトレインを付加し、これによ ってロータードラムが１周すればディスクは１／２回転して対角のフィンと入れ 替わる様に回転させる。 外側のケーシングとなるステイターには、あらかじめディスクのフィンがドラ ムに対して出っ張る空間をえぐりだし、これを気室とする。 各気室には、吸，排気口を設け、フィンの仕切った空間が変化する事を利用し て、吸気，圧縮，爆発，排気の各行程を経る仕組みが得られる。 なお、この気室と吸，排気口にエアーラインを接続すれば、低震動タイプの圧 縮機として利用できる。（主軸は電気モーター等で回す。） 外側のケーシングステイターの削り出しが、製作上最もむずかしいポイントで あると考えられるが、この加工はディスクフィンと同じ形で、同じ動きをする刃 物を回転させながら削り出せば可能となる。歯車を加工するホブ盤の原理手法を 利用すると良い。 ロータードラムに取付けるディスクと、フィンの回転位置も精度が要求される 。 傘歯車付のギアトレインも、遊びのないハード仕上げの物の方がエンジンの寿 命が延びて良い。また、ディスクフィンの外周には、対磨耗性のあるシールを取 付ける必要があるであろう。 また、回転部には最適な軸受けとして、ころ軸受け等のベアリングを使うと良 い。 各部にオイルを循環させ、潤滑と冷却を行う必要もある。

【０００５】〔考案の効果〕 本考案は、主軸の周りの重量配分を完全に線対称とする事が出来るので、非常 に滑らかな回転が得られるという事が大きな特長であり、電動モーターに近い特 性となり従来のエンジンより大幅に効率がアップするものと考えられる。 震動も少なく効率がアップすれば、余計なエネルギーを消費しなくなるから低 公害型のエンジンと成り得る。 排気タービンを取付けて、過給方式とすれば効率はさらにアップする。 これによって、理想的内燃機関に近付ける事ができる。

【０００５】〔３気室４ディスク型〕 （図３）の様に、ステイターケーシングに３つの気室を設け、ロータードラム に４つのディスクを取付けた機構として、吸気として５〜１０気圧程度の圧縮空 気または酸素と燃料をインジェクションして、（ｃ）の位置あたりで点火する様 にすれば、主軸１回転当り３×４＝１２回の爆発，燃焼が得られる。

【０００６】〔４気室３ディスク型〕 （図４）の様に、ステイターケーシングに４つの気室を設け、ロータードラム に３つのディスクを取付けた機構として、前述と同様にすれば、同様に主軸１回 転当り４×３＝１２回の燃焼膨張行程が得られると考えられるが、酸素のインジ ェクションをしないで吸気行程を対角線状にある気室で行わせれば、２×３＝６ 回の燃焼膨張行程を得る事もできる。

【０００７】〔点火方式等〕 （図４）では、主軸右回りの回転とした場合、左下の気室で点火した後右下の 気室、次に右上、左上の気室と、気室の点火順序は回転方向とは逆になる。 （図３）では（フ）の（ｃ）あたりで点火させるとすると、次に（ハ）の気室 で（ｄ）、そして（ヒ）の気室で（ａ）が点火時期となり、ローターの回転と点 火順序は同位相となる。 燃料として水素と酸素のみを使用すれば、燃焼反応後は水蒸気だけが排出さ れる事になるから、クリーンなエンジンとする事が出来る。 （図４）の方式で、高圧縮した高温空気中に軽油などの燃料を噴射すればディ ーゼル化も可能となるとも考えられる。もちろん気密精度のよい加工仕上げが要 求されるものである。 （図５），（図６）に吸入圧縮行程の吸気を、次の気室にまわし、点火燃焼さ せるための仕組みを表す。（ｆ）から（ｇ）の間にディスク内に吸気を取り入れ （ｇ）でフィンの裏側に出し点火する。 （図６）の様に、ステイター側の展開図に（ｅ），（ｆ），（ｇ），（ｈ）の 各ポイントを示し、（ｅ）のポイントから空気を取り入れ、（ｆ）のポイント付 近でいったんディスクの円盤内に吸入空気を取り込み、そして次の気室の（ｇ） の方へ吸入空気を吐き出し、（ｇ）ポイント付近から燃料噴射を行って、点火プ ラグをスパークさせるか、高圧圧縮空気中でディーゼル点火とする。 燃料に火がつけば、爆発膨張行程となりディスクフィンを押し回して（ｈ）ポ イントより排気される事となる。 なお、（図７）の様にディスクのフィンは３枚としても、２枚としても作る事 はできる。

【提出日】平成１２年１０月１２日（２０００．１０．１２）

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】考案の詳細な説明

【補正方法】変更

【補正内容】 【考案の詳細な説明】

明細書−３−ページの１行目

【０００５】を

【０００６】に変更。以下６行目の

【０００６】を

【０００７】に、１２行目の

【０００７】を

【０００８】に変更 して下さい。

【提出日】平成１２年１１月２１日（２０００．１１．２１）

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】〔考案の詳細な説明〕〔０００２〕〔従来の技術〕

【補正方法】追加

【補正内容】

〔従来の技術〕の本文５行目「・・・ものであった。」の行と

【０００３】の行 間に以下の内容を挿入する。 ［参考文献］ １．自動車メカニズム図鑑 出射忠明著 グランプリ出版発行 ２．グランプリ自動車用語辞典 ＧＰ企画センター編 グランプリ出版 ３．エンジニア’ズ ブック（技術データ集） 兵神装備（株）広報部編 ４．設計者に必要な加工の基礎知識 稲城正高，米山猛共著 日刊工業新聞社 ５．機械工学便覧 機械の要素 日本機械学会編 ６．機械工学便覧 機械工作 日本機械学会編 （（以上明細書考案の詳細な説明に関するもの））

【提出日】平成１３年３月１９日（２００１．３．１９）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】 【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】

この考案は、ロータードラム内にディスクフィンを配し、周りを気室と排気口 を設けたステイターケーシングで覆い、燃料を燃焼させてエンジン（モーター） とする内燃機（原動機）、圧縮機、ポンプ等の主要機構に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来のエンジンはレシプロケーションと言って、ピストンの往復運動をクラン クを介して回転運動に変え、または株式会社マツダ製のロータリーエンジンの様 にローターの回転にムラの生ずる機構であり、このムラや往復運動による運動エ ネルギーのロスが震動や騒音、熱エネルギー等となって機関外に放出されるとい う、環境破壊や環境汚染、地球温暖化等の一要因となるものであった。 ［参考文献］ 1．自動車メカニズム図鑑 出射忠明著 グランプリ出版発行 2．グランプリ自動車用語辞典 ＧＰ企画センター編 グランプリ出版 3．エンジニア’ズブック（技術データ集） 兵神装備（株）広報部編 4．設計者に必要な加工の基礎知識 稲城正高，米山猛共著 日刊工業新聞社 5．機械工学便覧 機械の要素 日本機械学会編 6．機械工学便覧 機械工作 日本機械学会編 7．−最新−機電用語辞典 技術評論社編

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

本考案は、従来のエンジンの欠点が見事に解決できるであろう機構を備えた機 関（ニューエンジン）として、まとめられた考案である。 従って、環境にやさしい低公害で高性能、かつ高効率の汎用エンジンを作るこ とが、本考案の解決しようとする課題である。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

この考案の内燃機関は、金属、プラスチックもしくはこれらに類する固体材料 を用い、フィンの付いたディスク状の円盤を円柱状のロータードラム内に組み込 み、ロータードラム主軸を回転させながら、ディスクを主軸のラジアル方向を回 転面として遊星状に連動回転させ、ディスクのフィンがドラム本体よりせり出し て回転する螺旋状の空間を、ロータードラムを覆うステーターケーシング側の内 壁をくり抜いて、油膜の厚さ分の隙間をあけ被せる形に組み合わせた基本構造を 持たせ、この基本構造の機構に吸気、排気口を設けて主軸を回転させ、圧縮機ま たはポンプを構成するものかまたは、この基本構造にさらにキャブレターもしく は燃料噴射装置及び電気式点火回路の補機類を加え、あるいはディーゼル方式に よる点火によって燃料と酸素等による燃焼爆発反応を発生させ、この膨張エネル ギーをディスクフィンによって受け、回転力に変換する機械工学的機構を持った 回転ディスク方式によることを特徴とする。

【０００５】 またこの考案の内燃機関は、上記基本構造を有するポンプもしくは圧縮機また は内燃機関で、ロータードラム内に配置するディスクの数を２以上とすることを も特徴としている。そして、主軸に対しディスクの重心の位置は常に線対称であ る位置に、回転軸を固定した状態で遊星状に連動回転させるため、質量バランス がいつでも保たれた状態にあるので、震動の原因となるような回転ムラを極力抑 えることができる。 さらに、両目の中央に視線と平行に主軸を置いて見た場合、ロータードラムより 外側に気室があり、内燃機関として作動するとき、ドラムよりディスクフィンが せり出したときに爆発行程となって膨張エネルギーをフィンが受け取ることにな り、主軸中心より離れた半径位置で回転力を受け取るので、大きなトルクを発生 することができ、出力効率も良いものとすることができる方式である。

【０００６】 本考案は、主軸の周りの重量配分を完全に線対称とする事が出来るので、非常 に滑らかな回転が得られるという事が大きな特長であり、電動モーターに近い特 性となり、従来のエンジンより大幅に効率がアップするものと考えられる。 震動も少なく効率がアップすれば、余計なエネルギーを消費しなくなるから低 公害型のエンジンと成り得る。 排気タービンを取付けて、過給方式とすれば効率はさらにアップする。 これによって、理想的内燃機関に近付ける事ができる。

【０００７】

【考案の実施の形態】

以下図面に基いて、この考案に係る内燃機関の実施の形態について詳細に説明 する。 （2気室3ディスク型） すなわち、図1および図２の様に、出力軸と一体となるロータードラムに、4枚 のフインの付いたディスクを、中心軸に対して線対称となるように、ベアリング を用いて配置固定する。このディスクは、傘歯車によって回転する様にギアトレ インを付加し、これによってロータードラムが1周すればディスクは1／2回転し て対角のフィンと入れ替わる様に回転する。 外側のケーシングとなるステイターには、あらかじめディスクのフィンがドラ ムに対して出っ張る空間をえぐりだし、これを気室とする。 各気室には、吸，排気口を設け、フィンの仕切った空間が変化する事を利用し て、吸気，圧縮，爆発，排気の各行程を経る仕組みが得られる。 なお、この気室と吸，排気口にエアーラインを接続すれば、低震動タイプの圧 縮機として利用できる。この場合、主軸は電気モーター等で回す。 外側のケーシングステイターの削り出しが、製作上最もむずかしいポイントで あると考えられるが、この加工はディスクフィンと同じ形で、同じ動きをする刃 物を回転させながら削り出せば可能となる。歯車を加工するホブ盤の原理手法を 利用すると良い。 ロータードラムに取付けるディスクと、フィンの回転位置も精度が要求される 。 傘歯車付のギアトレインも、遊びのないハード仕上げの物の方がエンジンの寿 命が延びて良い。また、ディスクフィンの外周には、対磨耗性のあるシールを取 付ける必要があるであろう。 また、回転部には最適な軸受けとして、円錐ころ軸受け等のベアリングを使う と良い。 各部にオイルを循環させ、潤滑と冷却を行う必要もある。

【０００８】 （3気室4ディスク型） 図３の様に、ステイターケーシングに3つの気室を設け、ロータードラムに4つ のディスクを取付けた機構として、吸気として５〜１０気圧程度の圧縮空気また は酸素と燃料をインジェクション（噴射充填）して、（ｃ）の位置あたりで点火 する様にすれば、主軸１回転当り３×４＝１２回の爆発，燃焼が得られる。

【０００９】 （４気室３ディスク型） 図4の様に、ステイターケーシングに4つの気室を設け、ロータードラムに３つ のディスクを取付けた機構として、前述と同様にすれば、同様に主軸１回転当り ４×３＝１２回の燃焼膨張行程が得られると考えられるが、酸素のインジェクシ ョンをしないで吸気行程を対角線上にある気室で行わせ、点火、燃焼行程を行な う気室に送り込んで燃料噴射とともにスパークプラグの放電によって着火させる 構造とすれば（ロータードラムとケーシングをロータリーバルブとして利用する 事ができる）、２×３＝６回の燃焼膨張行程を得る事もできる。

【００１０】 （点火方式等） 図４では、主軸右回りの回転とした場合、左下の気室で点火した後右下の気室 、次に右上、左上の気室と、気室の点火順序は回転方向とは逆になる。 図３では（フ）の（ｃ）あたりで点火させるとすると、次に（ハ）の気室で（ ｄ）、そして（ヒ）の気室で（ａ）が点火時期となり、ローターの回転と点火順 序は同位相となる。 燃料として水素と酸素のみを使用すれば、燃焼反応後は水蒸気だけが排出され る事になるから、より低公害なエンジンとする事が出来る。 図4の方式で、高圧縮した高温空気中に軽油などの燃料を噴射すればディーゼ ル化も可能となるとも考えられる。もちろん気密精度のよい加工仕上げが要求さ れる。 図５，図６に吸入圧縮行程の吸気を、次の気室にまわし、点火燃焼させるため の仕組みを表す。（ｆ）から（ｇ）の間にディスク内に吸気を取り入れ、（ｇ） でフインの裏側に出し点火する。 図６の様に、ステイター側の展開図に（ｅ），（ｆ），（ｇ），（ｈ）の各ポ イントを示し、（ｅ）のポイントから空気を取り入れ、（ｆ）のポイント付近で いったんディスクの円盤内に吸入空気を取り込み、そして次の気室の（ｇ）の方 へ吸入空気を吐き出し、（ｇ）ポイント付近から燃料噴射を行って、点火プラグ をスパークさせるか、高圧圧縮空気中でディーゼル点火とする。 燃料に火がつけば、爆発膨張行程となりディスクフィンを押し回して（ｈ）ポ イントより排気される事となる。 なお、図7の様にディスクのフィンは３枚としても、２枚としても作る事はで きる。

【００１１】

【考案の効果】

本考案は、主軸の周りの重量配分を完全に線対称とする事が出来るので、非常 に滑らかな回転が得られるという事が大きな特長であり、電動モーターに近い特 性となり、従来のエンジンより大幅に効率がアップするものと考えられる。 震動も少なく効率がアップすれば、余計なエネルギーを消費しなくなるから低 公害型のエンジンと成り得る。 排気タービンを取付けて、過給方式とすれば効率はさらにアップする。 これによって、理想的内燃機関に近付ける事ができる。

【提出日】平成１３年３月２６日（２００１．３．２６）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００７

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００７】

【考案の実施の形態】

以下図面に基いて、この考案に係る内燃機関の実施の形態について詳細に説明 する。 （2気室3ディスク型） すなわち、図1および図２の様に、出力軸と一体となるロータードラムに、4枚 のフインの付いたディスクを、中心軸に対して線対称となるように、ベアリング を用いて配置固定する。このディスクは、傘歯車によって回転する様にギアトレ インを付加し、これによってロータードラムが1周すればディスクは1／2回転し て対角のフィンと入れ替わる様に回転する。 外側のケーシングとなるステイターには、あらかじめディスクのフィンがドラ ムに対して出っ張る空間をえぐりだし、これを気室とする。 各気室には、吸，排気口を設け、フィンの仕切った空間が変化する事を利用し て、吸気，圧縮，爆発，排気の各行程を経る仕組みが得られる。 なお、この気室と吸，排気口にエアーラインを接続すれば、低震動タイプの圧 縮機として利用できる。この場合、主軸は電気モーター等で回す。 外側のケーシングステイターの削り出しが、製作上最もむずかしいポイントで あると考えられるが、この加工はディスクフィンと同じ形で、同じ動きをする刃 物を回転させながら削り出せば可能となる。歯車を加工するホブ盤の原理手法を 利用すると良い。 ロータードラムに取付けるディスクと、フィンの回転位置も精度が要求される 。 傘歯車付のギアトレインも、遊びのないハード仕上げの物の方がエンジンの寿 命が延びて良い。また、ディスクフィンの外周には、耐磨耗性のあるシールを取 付ける必要があるであろう。 また、回転部には最適な軸受けとして、円錐ころ軸受け等のベアリングを使う と良い。 各部にオイルを循環させ、潤滑と冷却を行う必要もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】ロータードラム部の透視図（２気室３ディスク
型）

【図２】ステイターケーシング［軸方向と上から見た
図］

【図３】３気室４ディスク型 ［略図］

【図４】４気室３ディスク型 ［略図］

【図５】点火導入［ディスクフィンと気室の関係］

【図６】ステイターケーシングの展開図

【図７】ディスクとフィンの設計例

【符号の説明】

ａ排気行程 ｂ膨張行程 ｃ点火行程 ｄ吸気行
程 ｅ吸気口 ｆ圧縮位置 ｇ点火位置 ｈ排気口 ハ，ヒ，フ，は各気室を意味する φ４ｍｍの黒点はディスクの位置を示す

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１２年１０月１２日（２０００．１０．
１２）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】実用新案登録請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【実用新案登録請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】実用新案登録請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項２】請求項第１項記載の基本構造を有するポン
プもしくは圧縮機または内燃機関で、ロータードラム内
に配置するディスクの数を３以上とするもの（図３，図
４）。 （（以上請求項２の全文）） ─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１２年１１月２１日（２０００．１１．
２１）

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】実用新案登録請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】 １請求項１（手続補正１後）の１行目
「金属プラスチックもしくは・・・」を「金属・プラス
チックもしくは・・・」とする。 ２同３行目「主軸の半径方向を回転面として・・・」
を「主軸のラジアル方向を回転面として・・・」とす
る。 ３同８行目「ポンプを構成するものもしくは、・・
・」を「ポンプを構成させるものかまたは、・・・」と
する。 ４同１０行目「加えあるいは・・・」を「加え、ある
いは・・・」とする。（（以上請求項１に関するも
の）） ─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１３年３月１９日（２００１．３．１
９）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】 明細書

【考案の名称】 質量バランスのとれた内燃機の主要機
構

【実用新案登録請求の範囲】

【図面の簡単な説明】

【図１】ロータードラム部の透視図（2気室3ディスク
型）

【図２】ステイターケーシング（軸方向の上から見た
図）

【図３】３気室４ディスク型（概略図）

【図４】４気室３ディスク型（概略図）

【図５】点火導入（ディスクフィンと気室の関係）

【図６】ステイターケーシングの展開図

【図７】ディスクとフィンの設計例

【符号の説明】 ａ排気行程 ｂ膨張行程 ｃ点火行程 ｄ吸気行
程 ｅ吸気口 ｆ圧縮位置 ｇ点火位置 ｈ排気口 ハ，ヒ，フ，は各気室を意味する。 φ４mmの黒点はディスクの位置を示す。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】回転ディスク方式による内燃機関
2. 【請求項２】理想的機構による大型内燃機 （イ）３気室４ディスク型 （ロ）４気室３ディスク型