JP4056600B2 - 円盤型回転エンジン - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は非回転円形体と回転円形体の凹凸対向面間に形成される容積可変の一対のチヤンバで吸気、圧縮、膨張、排気を行う円盤型回転エンジンに関するものである。
【０００２】
【技術的背景】
この発明は、正円のケーシング内に円筒と同軸線となるようにした２枚の円形体を相対面させ、該対向面のそれぞれに放射状に設けた凹・凸を対称的に設けて、いずれかを回転させた場合に各々の凹と凸とが接面した噛合関係を形成する形態と、この噛合関係からいずれか一方あるいは双方が異方向に回転した際に、各々の凸同志が摺合する状態に変化するように構成するとともに、互いの円形体の軸方向への移動距離の合計が前記凹・凸の高低差と同距離を移動し、これが最大の対面円形体の最大移動距離とする。
【０００３】
この２枚の円形体のそれぞれにあっては、一方の円形体を非回転円形体とするとともに軸線方向への横移動体となるようにし、対面する他方の円形体は回転動のみを許された回転体となるようにする。
【０００４】
これら２つの円形体は凹・凸同志が常に噛合関係にあるように非回転円形体の外側から押圧力を付与し、凸・凸同志が摺合する際のみ非回転円形体は押圧力に抗して外側に後退するようにする。
【０００５】
このように凸・凸同志が相対向位置にあり、そこに生じたチャンバ（空隙）と外殻のケーシングとにより密閉室が作用室となり、この密閉室の断続形成により内燃機としての吸入・圧縮・爆発・排気の行程を形成し、この動作に伴う回転円形体の回転が出力源となって、該回転円形体に設けた軸体が出力軸となり、該出力軸により外部に回転動力の供給できるようにしたものである。
【０００６】
【従来の技術】
一般に内燃機関としてシリンダ・ピストンの組み合わせで所定の作動行程によりピストンの直動型往復運動を運動方向変換手段のクランク軸を介して回転運動が供給できるようになっていることは周知の技術である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
シリンダ、ピストン及びクランクを使用し、シリンダ内に吸引した燃料を圧縮して爆発的に燃焼させることによりピストン運動を回転運動に変換するピストン型内燃機関は一般に自動車などの駆動手段として広く使用されている。
【０００８】
この種のピストン型内燃機関は、ピストンの圧縮行程完了直前に燃料が点火され、ピストンの下死点到達前に膨張行程が完了するのが理想とされている。
【０００９】
ところが、現実には燃料への着火伝播の速度が遅いことと、ピストンが上死点と下死点の間を所定のストロークで必然的に往復移動する構造であることから、ピストンが下死点を過ぎても膨張行程が続く傾向がある。このことはピストンが上死点に向かう排気行程にまで膨張現象が作用し、大きな抵抗が生ずることを意味する。
【００１０】
このために、消費される燃料エネルギーに対する発生運動エネルギーの減歩率が高くなり、歩留りが悪くなる。
【００１１】
また、ガソリンや軽油等の消費エネルギーの減歩率が高くなると不完全燃焼や変質有害化合物の発生を招くので、経済的な損失だけでなく、公害の発生原因にもなる。
【００１２】
最近のガソリンエンジンにあっては、排気量対出力の比率を高くする目的で、排気量に対して過剰な燃料を供給して大出力を得ようとする傾向があるが、従来のピストン型内燃機関は前記のように着火伝播の遅延による不完全燃焼をおこし易いのでこの傾向は不完全燃焼ガスの発生を助長し、別途にその対策が必要になる。
【００１３】
尚、ジーゼルエンジンの分野においても、従来のようにピストン型ジーゼルエンジンは、高い圧縮比の下で燃料を燃焼させるので、高温燃焼による窒素酸化物の発生が公害問題を大きくしている。
【００１４】
従って、本発明の主たる目的は、回転体によって形成される二つの容積可変チャンバを用いることにより、不完全燃焼による公害を少なくするとともに、消費燃料と得られる出力の減歩率を低く抑えることができる新規なエンジンを提供することにある。
【００１５】
本発明の他の目的は、軽油を使用する場合でも窒素酸化物の発生を抑制して高効率の出力が得られるエンジンを提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記の目的を達成させるための手段として、第１の発明は、円筒内周壁を有するケーシングと；
一端側に少なくとも二つの放射状凹部と二つの放射状凸部を交互に有する流線形の波形凹凸面を形成してなり、前記ケーシングの内周壁に同軸、かつ、気密に嵌装された非回転円形体と；
一端側に放射状凹凸面を形成してなり、この凹凸面の凸部が前記非回転円形体の波形凹凸面に摺接するようにしてケーシング内周壁に気密、かつ、回転可能に嵌装された回転円形体と；
この回転円形体と連動して回転し、一端をケーシングの外部に突出させた回転出力軸と；
回転円形体の凸部が摺接する非回転円形体の第１凹部の噛合側傾斜部近傍に連通させた燃料供給路と；
回転円形体の凸部が摺接する非回転円形体の第２凹部の反噛合側傾斜部近傍に連通させた排気口と；
圧縮連絡路と；
を有する円盤型回転エンジンであって、
回転円形体の回転に伴って軸方向へ往復摺動できるようにした非回転円形体又は回転円形体を、相手側の回転円形体又は非回転円形体の凹凸面に弾力的に係合させる押圧手段と；
回転円形体の凸部が摺接する非回転円形体の第２凹部の噛合側傾斜部近傍に開口させ、内部に点火プラグを配置したガス溜め燃焼室と；
を具備し、かつ、回転円形体の放射状凹凸面を前記非回転円形体の波形凹凸面と同形に形成するとともに、前記圧縮連絡路を回転円形体の凸部が摺接する非回転円形体の第１凹部の反噛合側傾斜部近傍から前記ガス溜め燃焼室に逆止弁を介して連通させたことを特徴とする。
【００１７】
第２の発明は、非回転円形体又は回転円形体のいずれか一方を凹凸面の高低差のストロークで軸方向へ往復摺動可能に配置してなるものである。
【００１８】
第３の発明は、非回転円形体及び回転円形体の双方を軸方向へ往復摺動可能に配置し、両回転体の摺動ストロークの合計が凹凸面の高低差と等しくなるように規制したものである。
【００１９】
第４の発明は、押圧手段がスプリング又は圧縮シリンダもしくはこれらの組合せからなるものである。
【００２０】
第５の発明は、軸方向に移動する非回転円形体又は回転円形体のいずれか一方又は双方に、前記移動と連動して圧縮流体の供給を制御し、かつ、前記非回転円形体又は回転円形体背面の流体圧シリンダに供給できるようにしてなるものである。
【００２１】
第６の発明は、燃料供給路、圧縮連絡路、ガス溜め燃焼室及び排気口の全部又は一部が非回転円形体に設けてなるものである。
【００２２】
第７の発明は、燃料供給路、圧縮連絡路、ガス溜め燃焼室及び排気口の全部又は一部がエンジンケーシングに設けてなるものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の上記の目的は、一端側に少なくとも二つの放射状凹部と二つの放射状凸部を有する波形凹凸面を形成した非回転円形体と回転円形体を用い、回転円形体の回転によって非回転円形体との間に形成される一対の容積可変チャンバの一方で排気、圧縮の各行程を同時に行うとともに、他方のチャンバで膨張、吸気の各行程が同時に行われるようにした円盤型回転エンジンによって達成される。
【００２４】
以下に本発明の実施例を添付の図面に基づいて説明する。
図１に示すように、円盤型回転エンジンは、内部に真円の円筒内周壁を有するケーシング１を有し、このケーシング１の内部に真円の非回転円形体２と回転円形体３が、その軸方向の一端側を対向させて気密に嵌装されている。
【００２５】
非回転円形体２と回転円形体３の各々の対向面は、図２に示すように、複数（図では４ケ所）の放射状凹部４と複数（図では４ケ所）の凸部５を交互に連結させた波形凹凸面を有し、該凹凸面はなだらかな曲線の流線形に形成されている。
【００２６】
図１の実施例では、回転円形体３は軸心に一体回転可能の軸体６を有し、この軸体６をケーシング１に軸支して回転可能に嵌装されているとともに、ケーシング１の外部に突出した軸体６の一端側が回転出力軸６’を構成している。
【００２７】
他方、前記したように、非回転円形体２は回転円形体３との対向面に回転円形体３の波形凹凸面に密接に噛合う流線形の波形凹凸面を有し、ケーシング１内に回転不能に嵌装されている。判り易く説明するために、図では非回転円形対２の凹部は参照符号４´で示し、凸部は参照符号５´で示している。
【００２８】
非回転円形体２と回転円形体３は、回転円形体３の回転により非回転円形体２の凹凸面との間に少なくとも一対の容積可変のチャンバまたは隙間を形成するもので、従って非回転円形体２と回転円形体３は回転中も常に圧接されており、しかも、回転円形体３の凸部が圧接力に抗して非回転円形体２の凸部をのり超えて回転するようにする必要がある。そのために、本発明では、非回転円形体２と回転円形体３のいずれか一方または双方が軸方向へ所定のストロークで摺動するとともに、摺動可能にした非回転円形体２及び／又は回転円形体３が押圧力によって復帰するようになっている。
【００２９】
このため、図１の実施例は、非回転円形体２のみをスプライン係合によりケーシング１に摺動可能に且つ回転不能に嵌装するとともに、非回転円形体２の背面側にスプリング７及び／又は流体圧シリンダ８等の押圧手段を介装してある。
【００３０】
これに対し、図３の実施例は、回転円形体３又はその軸体６を回転出力軸６’にスプライン係合部９を介して摺動自在且つ一体回転可能に連結するとともに、回転円形体３の背面側にスプリング７及び／又は流体圧シリンダ８（図は省略）などの押圧手段を介装し、これにより、非回転円形体２と回転円形体３が常に圧接するようにしてある。
【００３１】
このように、非回転円形体２を摺動させない場合は、非回転円形体２はケーシング１に固定してもよく、また、ケーシング１と一体成型してもよい。
【００３２】
上記のように、非回転円形体２又は回転円形体３の一方のみを摺動させる場合の摺動ストロークは前記波形凹凸面の凹部と凸部の高低差寸法に規制するのが望ましい。
【００３２】
前記した押圧手段に流体圧を用いる場合に、軸方向に移動する非回転円形体２、場合により回転円形体３の背面側に流体圧シリンダ８を設けて、高圧流体を圧入するものである。（図１ならびに図４参照）
【００３３】
図４に示す実施例は、高圧流体、例えば圧縮空気を用いる場合には、（図４）ケーシング１の一部をピストン状突起１９に構成し、非回転円形体２の背面に凹設した流体圧シリンダ８を嵌合し、コンプレッサ１８からの導管２０と排管２１とをピストン状突起１９を経由して開口し、排管２１には弁２２を設けて、非回転円形体２と回転円形体３との噛合関係状態と連動して弁２２との開閉状態を司るようにしてある。
【００３４】
これら、非回転円形体２ならびに回転円形体３はケーシング１と密接状態を旨とするもので、その接合面をシールする円周シール２３を外周に設ける。
【００３５】
非回転円形体２ならびに回転円形体３の外周にはシール溝２４を凹設し、板バネ２５を介装して円周シール２３を嵌合する。
【００３６】
図５の実施例では、前記円周シール２３を非回転円形体２ならびに回転円形体３の外周における波形凹凸に合わせた一定間隙を介した複数を平列設したものである。
【００３７】
また図７の実施例では、非回転円形体２の軸孔内周に接する軸体６の外周にも前記円周シーム２３と同構成の円周シール２３’が嵌合されている。
【００３８】
回転円形体３における非回転円形体２との接合面において、放射状凸部５の稜線位置に対面シール２６が嵌合され、その頂部が前記稜線位置より自然状態で突出し、非回転円形体２との圧接時には没入作用する板バネ２５’が弾発作用するように植込まれている。
【００３９】
さらに、非回転円形体２における回転円形体３との接合面において放射状凸部５’の稜線位置に狭幅の逆止めシール２７の前辺を固着し、対面する回転円形体２の回転進行方向と相対向するように後辺をなびかせて、各チャンバ１１の仕切作用を奏でるように設けるものである。
【００４０】
尚、図は省略したが、図１、図３の上記構成を組合せ、非回転円形体２と回転円形体３の双方を軸方向へ摺動自在に嵌装し、各々の背面側に押圧手段を介装してもよい。この場合は、非回転円形体２と回転円形体３の摺動ストロークの合計が凹凸面の高低差寸法に合致するようにする。
【００４１】
上記の構成により、非回転円形体２に対して回転円形体３を回転させると、図１２〜図１５に示すように、非回転円形体２と回転円形体３の両凹凸面間に、両凹凸面の相対位置変位に伴って容積が変化する複数のチャンバ（隙間）が生成される。
【００４２】
本発明は、隣合う一対のチャンバ１０、１１を一組のエンジン行程室とし、回転円形体３の進行方向からみて、後方の第１チャンバ（第１凹部）１０を吸気行程及び圧縮行程用のチャンバとして使用し、前方の第２チャンバ（第２凹部）１１を膨張行程及び排気行程用のチャンバとして使用するものである。
【００４３】
このために、図の実施例では、回転円形体３の回転方向からみて、非回転円形体２の第１チャンバ１０の噛合側傾斜面１０ａに外部からの燃料供給路１２（吸気口）を開口させてある。また、非回転円形体３の次段の第２チャンバ１１の反噛合側傾斜面１１ｂに外部への排気口１３が開口している。
【００４４】
他方、非回転円形体３の前記第２チャンバ１１の噛合側傾斜面１１ａの内側に点火プラグ１４を配設したガス溜め燃焼室１５を設け、このガス溜め燃焼室１５を前記噛合側傾斜面１１ａに開口させるとともに、前記第１チャンバ１０の反噛合側傾斜面１０ｂから前記ガス溜め燃焼室１５に圧縮連絡路１６を形成し、この連絡路１６にガス溜め燃焼室１５へのみ開く逆止弁１７を設けてある。
【００４５】
このように、燃料供給路１２と圧縮連絡路１６を臨ませた第１チャンバ１０と、ガス溜め燃焼室１５と排気口１３を臨ませた第２チャンバ１１は非回転円形体２の凹凸面に二つ一組として連続的に配置されている。
【００４６】
図の実施例では、第１チャンバと第２チャンバからなるエンジン行程室を２組設けた場合を例示したが、非回転円形体２と回転円形体３の凹凸面の間に３組以上設けてもよい。
【００４７】
尚、図の実施例では前記燃料供給路１２、圧縮連絡路１６、ガス溜め燃焼室１５及び排気口１３を非回転円形体２に形成する具体例を示したが、これとは別に、ケーシング１にこれらの燃料供給路１２、圧縮連絡路１６、ガス溜め燃焼室１５及び排気口１３を貫設し、前記傾斜面１０ａ、１０ｂ、１１ａ、１１ｂの近傍にそれぞれ開口させてもよい。
【００４８】
次に、本発明の作用について、図１２乃至図１５に基づいて説明する。
図１及び図３において、回転円形体３に矢印方向の回転力が作用すると押圧手段によって挿されている非回転円形体２又は回転円形体３が軸方向へスライドし、回転円形体３の凸部５が非回転円形体２の凹凸面に摺接して回転する。その結果、回転円形体３の回転位置によって、非回転円形体２と回転円形体３の対向凹凸面間に図１２乃至図１５に示すような、容積可変の種々のチャンバ（隙間）が形成される。
【００４９】
図１２は非回転円形体２の凸部５’と回転円形体２の凸部５が摺接し、両円形体２、３間の第１チャンバ１０、第２チャンバ１１の容積が最大になったときの状態を示し、この状態では第２チャンバ１１の膨張行程が完了し、第１チャンバ１０への燃料供給が完了している。
【００５０】
この状態で、回転円形体３が矢印方向に回転すると、第１チャンバ１０が圧縮され、燃料が圧縮連絡路１６を通してガス溜め燃焼室１５に圧送されると同時に、ガス溜め燃焼室１５が、回転円形体３の先行凸部５によって閉鎖され、エンジンは圧縮行程に向かう。また、このとき第２チャンバ１１のガスは回転円形体３の先行凸部５によって排気口１３から排出され、排気行程に向かう。
【００５１】
従って、図１２から図１４に至る間では圧縮行程と排気行程が、別々の第１チャンバ１０と第２チャンバ１１において同時に進行する。
【００５２】
次に、図１４に示す圧縮行程完了状態でガス溜め燃焼室１５の点火プラグ１４が点火されると燃料が爆発作用により膨張し、その膨張力によって回転円形体３が矢印方向へ回転すると同時に、第１チャンバ１０では次段の吸気行程に向かう。従って、図１４から図１２に至る間では、膨張行程と吸気行程が別々の第２チャンバ１１と第１チャンバ１０において同時に行なわれる。
【００５３】
このようにして、膨張と吸気の同時進行と圧縮と排気の同時進行が連続的に行われることにより回転円形体３が連続回転し、出力回転軸から回転力が得られるものである。
【００５４】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、相対する凹凸面の相対的位置変化によって容積が変わる一対の二つのチャンバを一組のエンジン室とし、圧縮と排気とを同時に行なうとともに、膨張と吸気を同時に行うようにしたことにより、次のような種々の利点が得られる。
【００５５】
膨張行程が完全に完了した後に排気行程が行われるので、従来のように、膨張行程と排気行程が干渉しあうことがなくなり、従って、燃料の完全燃焼が促進されるとともに、爆発による膨張エネルギーの全てが回転力に寄与するので燃料エネルギーに対する出力エネルギーの歩留まりが著しく向上する。また、燃料が完全燃焼しないうちに排気されてしまうという現象が回避されるので、不完全燃焼による公害の発生が減少される。
【００５６】
エンジン室のチャンバが比較的小であるので、着火が供給燃料の全量へ迅速に伝播し、この点からも、完全燃焼と高出力が得られる。
また、二つのチャンバにおいて、圧縮と排気が同時に進行し、膨張と吸気が同時進行するので吸気、圧縮、膨張、排気の４行程が二サイクルで完了する。従って、摺動による接触抵抗が少なくなり、効率のよい回転出力が得られる。
【００５７】
さらに、エンジン室の各チャンバの容積が小さいことによって圧縮比を低くおさえることができる。したがって、ジーゼルエンジンとして使用する場合に、燃焼温度が比較的低温に保たれるので窒素酸化物の発生が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 エンジンケーシングを断面で示す本発明の円盤回転エンジンの概略的な内部説明図
【図２】 回転円形体の透視図
【図３】 他の実施例による図１相当図
【図４】 回転エンジンにおける押圧作用部の断面図
【図５】 円周シールを装着した非回転円形体・回転円形体の正面図
【図６】 円形シールを嵌合した部分的拡大断面図
【図７】 軸を貫通させた非回転円形体の断面図
【図８】 軸を断面で示した回転円形体接合面の平面図
【図９】 対面シールを嵌合した部分的拡大断面図
【図１０】 逆止めシールを装着した非回転円形体の正面図
【図１１】 逆止めシールを装着した非回転円形体の平面図
【図１２】 本発明による回転エンジンの吸気行程説明図
【図１３】 本発明による回転エンジンの圧縮・排気行程説明図
【図１４】 本発明による回転エンジンの圧縮・排気行程完了説明図
【図１５】 本発明による回転エンジンの膨張・吸気行程説明図
【符号の説明】
１ ケーシング
２ 非回転円形体
３ 回転円形体
４ 放射状凹部
４’ 凹部
５ 放射状凸部
５’ 凸部
６ 軸体
６’ 回転出力軸
７ スプリング
８ 流体圧シリンダ
９ スプライン係合部
１０ チャンバ
１０ａ 噛合側傾斜面
１１ チャンバ
１１ａ 噛合側傾斜面
１１ｂ 反噛合側傾斜面
１２ 燃料供給路
１３ 排気口
１４ 点火プラグ
１５ ガス溜め燃焼室
１６ 圧縮連絡路
１７ 逆止弁
１８ コンプレッサ
１９ ピストン状突起
２０ 導管
２１ 排管
２２ 弁
２３ 円周シール
２３’ 円周シール
２４ シール溝
２５ 板バネ
２５’ 板バネ
２６ 対面シール
２７ 逆止めシール
【発明の属する技術分野】
本発明は非回転円形体と回転円形体の凹凸対向面間に形成される容積可変の一対のチヤンバで吸気、圧縮、膨張、排気を行う円盤型回転エンジンに関するものである。
【０００２】
【技術的背景】
この発明は、正円のケーシング内に円筒と同軸線となるようにした２枚の円形体を相対面させ、該対向面のそれぞれに放射状に設けた凹・凸を対称的に設けて、いずれかを回転させた場合に各々の凹と凸とが接面した噛合関係を形成する形態と、この噛合関係からいずれか一方あるいは双方が異方向に回転した際に、各々の凸同志が摺合する状態に変化するように構成するとともに、互いの円形体の軸方向への移動距離の合計が前記凹・凸の高低差と同距離を移動し、これが最大の対面円形体の最大移動距離とする。
【０００３】
この２枚の円形体のそれぞれにあっては、一方の円形体を非回転円形体とするとともに軸線方向への横移動体となるようにし、対面する他方の円形体は回転動のみを許された回転体となるようにする。
【０００４】
これら２つの円形体は凹・凸同志が常に噛合関係にあるように非回転円形体の外側から押圧力を付与し、凸・凸同志が摺合する際のみ非回転円形体は押圧力に抗して外側に後退するようにする。
【０００５】
このように凸・凸同志が相対向位置にあり、そこに生じたチャンバ（空隙）と外殻のケーシングとにより密閉室が作用室となり、この密閉室の断続形成により内燃機としての吸入・圧縮・爆発・排気の行程を形成し、この動作に伴う回転円形体の回転が出力源となって、該回転円形体に設けた軸体が出力軸となり、該出力軸により外部に回転動力の供給できるようにしたものである。
【０００６】
【従来の技術】
一般に内燃機関としてシリンダ・ピストンの組み合わせで所定の作動行程によりピストンの直動型往復運動を運動方向変換手段のクランク軸を介して回転運動が供給できるようになっていることは周知の技術である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
シリンダ、ピストン及びクランクを使用し、シリンダ内に吸引した燃料を圧縮して爆発的に燃焼させることによりピストン運動を回転運動に変換するピストン型内燃機関は一般に自動車などの駆動手段として広く使用されている。
【０００８】
この種のピストン型内燃機関は、ピストンの圧縮行程完了直前に燃料が点火され、ピストンの下死点到達前に膨張行程が完了するのが理想とされている。
【０００９】
ところが、現実には燃料への着火伝播の速度が遅いことと、ピストンが上死点と下死点の間を所定のストロークで必然的に往復移動する構造であることから、ピストンが下死点を過ぎても膨張行程が続く傾向がある。このことはピストンが上死点に向かう排気行程にまで膨張現象が作用し、大きな抵抗が生ずることを意味する。
【００１０】
このために、消費される燃料エネルギーに対する発生運動エネルギーの減歩率が高くなり、歩留りが悪くなる。
【００１１】
また、ガソリンや軽油等の消費エネルギーの減歩率が高くなると不完全燃焼や変質有害化合物の発生を招くので、経済的な損失だけでなく、公害の発生原因にもなる。
【００１２】
最近のガソリンエンジンにあっては、排気量対出力の比率を高くする目的で、排気量に対して過剰な燃料を供給して大出力を得ようとする傾向があるが、従来のピストン型内燃機関は前記のように着火伝播の遅延による不完全燃焼をおこし易いのでこの傾向は不完全燃焼ガスの発生を助長し、別途にその対策が必要になる。
【００１３】
尚、ジーゼルエンジンの分野においても、従来のようにピストン型ジーゼルエンジンは、高い圧縮比の下で燃料を燃焼させるので、高温燃焼による窒素酸化物の発生が公害問題を大きくしている。
【００１４】
従って、本発明の主たる目的は、回転体によって形成される二つの容積可変チャンバを用いることにより、不完全燃焼による公害を少なくするとともに、消費燃料と得られる出力の減歩率を低く抑えることができる新規なエンジンを提供することにある。
【００１５】
本発明の他の目的は、軽油を使用する場合でも窒素酸化物の発生を抑制して高効率の出力が得られるエンジンを提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記の目的を達成させるための手段として、第１の発明は、円筒内周壁を有するケーシングと；
一端側に少なくとも二つの放射状凹部と二つの放射状凸部を交互に有する流線形の波形凹凸面を形成してなり、前記ケーシングの内周壁に同軸、かつ、気密に嵌装された非回転円形体と；
一端側に放射状凹凸面を形成してなり、この凹凸面の凸部が前記非回転円形体の波形凹凸面に摺接するようにしてケーシング内周壁に気密、かつ、回転可能に嵌装された回転円形体と；
この回転円形体と連動して回転し、一端をケーシングの外部に突出させた回転出力軸と；
回転円形体の凸部が摺接する非回転円形体の第１凹部の噛合側傾斜部近傍に連通させた燃料供給路と；
回転円形体の凸部が摺接する非回転円形体の第２凹部の反噛合側傾斜部近傍に連通させた排気口と；
圧縮連絡路と；
を有する円盤型回転エンジンであって、
回転円形体の回転に伴って軸方向へ往復摺動できるようにした非回転円形体又は回転円形体を、相手側の回転円形体又は非回転円形体の凹凸面に弾力的に係合させる押圧手段と；
回転円形体の凸部が摺接する非回転円形体の第２凹部の噛合側傾斜部近傍に開口させ、内部に点火プラグを配置したガス溜め燃焼室と；
を具備し、かつ、回転円形体の放射状凹凸面を前記非回転円形体の波形凹凸面と同形に形成するとともに、前記圧縮連絡路を回転円形体の凸部が摺接する非回転円形体の第１凹部の反噛合側傾斜部近傍から前記ガス溜め燃焼室に逆止弁を介して連通させたことを特徴とする。
【００１７】
第２の発明は、非回転円形体又は回転円形体のいずれか一方を凹凸面の高低差のストロークで軸方向へ往復摺動可能に配置してなるものである。
【００１８】
第３の発明は、非回転円形体及び回転円形体の双方を軸方向へ往復摺動可能に配置し、両回転体の摺動ストロークの合計が凹凸面の高低差と等しくなるように規制したものである。
【００１９】
第４の発明は、押圧手段がスプリング又は圧縮シリンダもしくはこれらの組合せからなるものである。
【００２０】
第５の発明は、軸方向に移動する非回転円形体又は回転円形体のいずれか一方又は双方に、前記移動と連動して圧縮流体の供給を制御し、かつ、前記非回転円形体又は回転円形体背面の流体圧シリンダに供給できるようにしてなるものである。
【００２１】
第６の発明は、燃料供給路、圧縮連絡路、ガス溜め燃焼室及び排気口の全部又は一部が非回転円形体に設けてなるものである。
【００２２】
第７の発明は、燃料供給路、圧縮連絡路、ガス溜め燃焼室及び排気口の全部又は一部がエンジンケーシングに設けてなるものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の上記の目的は、一端側に少なくとも二つの放射状凹部と二つの放射状凸部を有する波形凹凸面を形成した非回転円形体と回転円形体を用い、回転円形体の回転によって非回転円形体との間に形成される一対の容積可変チャンバの一方で排気、圧縮の各行程を同時に行うとともに、他方のチャンバで膨張、吸気の各行程が同時に行われるようにした円盤型回転エンジンによって達成される。
【００２４】
以下に本発明の実施例を添付の図面に基づいて説明する。
図１に示すように、円盤型回転エンジンは、内部に真円の円筒内周壁を有するケーシング１を有し、このケーシング１の内部に真円の非回転円形体２と回転円形体３が、その軸方向の一端側を対向させて気密に嵌装されている。
【００２５】
非回転円形体２と回転円形体３の各々の対向面は、図２に示すように、複数（図では４ケ所）の放射状凹部４と複数（図では４ケ所）の凸部５を交互に連結させた波形凹凸面を有し、該凹凸面はなだらかな曲線の流線形に形成されている。
【００２６】
図１の実施例では、回転円形体３は軸心に一体回転可能の軸体６を有し、この軸体６をケーシング１に軸支して回転可能に嵌装されているとともに、ケーシング１の外部に突出した軸体６の一端側が回転出力軸６’を構成している。
【００２７】
他方、前記したように、非回転円形体２は回転円形体３との対向面に回転円形体３の波形凹凸面に密接に噛合う流線形の波形凹凸面を有し、ケーシング１内に回転不能に嵌装されている。判り易く説明するために、図では非回転円形対２の凹部は参照符号４´で示し、凸部は参照符号５´で示している。
【００２８】
非回転円形体２と回転円形体３は、回転円形体３の回転により非回転円形体２の凹凸面との間に少なくとも一対の容積可変のチャンバまたは隙間を形成するもので、従って非回転円形体２と回転円形体３は回転中も常に圧接されており、しかも、回転円形体３の凸部が圧接力に抗して非回転円形体２の凸部をのり超えて回転するようにする必要がある。そのために、本発明では、非回転円形体２と回転円形体３のいずれか一方または双方が軸方向へ所定のストロークで摺動するとともに、摺動可能にした非回転円形体２及び／又は回転円形体３が押圧力によって復帰するようになっている。
【００２９】
このため、図１の実施例は、非回転円形体２のみをスプライン係合によりケーシング１に摺動可能に且つ回転不能に嵌装するとともに、非回転円形体２の背面側にスプリング７及び／又は流体圧シリンダ８等の押圧手段を介装してある。
【００３０】
これに対し、図３の実施例は、回転円形体３又はその軸体６を回転出力軸６’にスプライン係合部９を介して摺動自在且つ一体回転可能に連結するとともに、回転円形体３の背面側にスプリング７及び／又は流体圧シリンダ８（図は省略）などの押圧手段を介装し、これにより、非回転円形体２と回転円形体３が常に圧接するようにしてある。
【００３１】
このように、非回転円形体２を摺動させない場合は、非回転円形体２はケーシング１に固定してもよく、また、ケーシング１と一体成型してもよい。
【００３２】
上記のように、非回転円形体２又は回転円形体３の一方のみを摺動させる場合の摺動ストロークは前記波形凹凸面の凹部と凸部の高低差寸法に規制するのが望ましい。
【００３２】
前記した押圧手段に流体圧を用いる場合に、軸方向に移動する非回転円形体２、場合により回転円形体３の背面側に流体圧シリンダ８を設けて、高圧流体を圧入するものである。（図１ならびに図４参照）
【００３３】
図４に示す実施例は、高圧流体、例えば圧縮空気を用いる場合には、（図４）ケーシング１の一部をピストン状突起１９に構成し、非回転円形体２の背面に凹設した流体圧シリンダ８を嵌合し、コンプレッサ１８からの導管２０と排管２１とをピストン状突起１９を経由して開口し、排管２１には弁２２を設けて、非回転円形体２と回転円形体３との噛合関係状態と連動して弁２２との開閉状態を司るようにしてある。
【００３４】
これら、非回転円形体２ならびに回転円形体３はケーシング１と密接状態を旨とするもので、その接合面をシールする円周シール２３を外周に設ける。
【００３５】
非回転円形体２ならびに回転円形体３の外周にはシール溝２４を凹設し、板バネ２５を介装して円周シール２３を嵌合する。
【００３６】
図５の実施例では、前記円周シール２３を非回転円形体２ならびに回転円形体３の外周における波形凹凸に合わせた一定間隙を介した複数を平列設したものである。
【００３７】
また図７の実施例では、非回転円形体２の軸孔内周に接する軸体６の外周にも前記円周シーム２３と同構成の円周シール２３’が嵌合されている。
【００３８】
回転円形体３における非回転円形体２との接合面において、放射状凸部５の稜線位置に対面シール２６が嵌合され、その頂部が前記稜線位置より自然状態で突出し、非回転円形体２との圧接時には没入作用する板バネ２５’が弾発作用するように植込まれている。
【００３９】
さらに、非回転円形体２における回転円形体３との接合面において放射状凸部５’の稜線位置に狭幅の逆止めシール２７の前辺を固着し、対面する回転円形体２の回転進行方向と相対向するように後辺をなびかせて、各チャンバ１１の仕切作用を奏でるように設けるものである。
【００４０】
尚、図は省略したが、図１、図３の上記構成を組合せ、非回転円形体２と回転円形体３の双方を軸方向へ摺動自在に嵌装し、各々の背面側に押圧手段を介装してもよい。この場合は、非回転円形体２と回転円形体３の摺動ストロークの合計が凹凸面の高低差寸法に合致するようにする。
【００４１】
上記の構成により、非回転円形体２に対して回転円形体３を回転させると、図１２〜図１５に示すように、非回転円形体２と回転円形体３の両凹凸面間に、両凹凸面の相対位置変位に伴って容積が変化する複数のチャンバ（隙間）が生成される。
【００４２】
本発明は、隣合う一対のチャンバ１０、１１を一組のエンジン行程室とし、回転円形体３の進行方向からみて、後方の第１チャンバ（第１凹部）１０を吸気行程及び圧縮行程用のチャンバとして使用し、前方の第２チャンバ（第２凹部）１１を膨張行程及び排気行程用のチャンバとして使用するものである。
【００４３】
このために、図の実施例では、回転円形体３の回転方向からみて、非回転円形体２の第１チャンバ１０の噛合側傾斜面１０ａに外部からの燃料供給路１２（吸気口）を開口させてある。また、非回転円形体３の次段の第２チャンバ１１の反噛合側傾斜面１１ｂに外部への排気口１３が開口している。
【００４４】
他方、非回転円形体３の前記第２チャンバ１１の噛合側傾斜面１１ａの内側に点火プラグ１４を配設したガス溜め燃焼室１５を設け、このガス溜め燃焼室１５を前記噛合側傾斜面１１ａに開口させるとともに、前記第１チャンバ１０の反噛合側傾斜面１０ｂから前記ガス溜め燃焼室１５に圧縮連絡路１６を形成し、この連絡路１６にガス溜め燃焼室１５へのみ開く逆止弁１７を設けてある。
【００４５】
このように、燃料供給路１２と圧縮連絡路１６を臨ませた第１チャンバ１０と、ガス溜め燃焼室１５と排気口１３を臨ませた第２チャンバ１１は非回転円形体２の凹凸面に二つ一組として連続的に配置されている。
【００４６】
図の実施例では、第１チャンバと第２チャンバからなるエンジン行程室を２組設けた場合を例示したが、非回転円形体２と回転円形体３の凹凸面の間に３組以上設けてもよい。
【００４７】
尚、図の実施例では前記燃料供給路１２、圧縮連絡路１６、ガス溜め燃焼室１５及び排気口１３を非回転円形体２に形成する具体例を示したが、これとは別に、ケーシング１にこれらの燃料供給路１２、圧縮連絡路１６、ガス溜め燃焼室１５及び排気口１３を貫設し、前記傾斜面１０ａ、１０ｂ、１１ａ、１１ｂの近傍にそれぞれ開口させてもよい。
【００４８】
次に、本発明の作用について、図１２乃至図１５に基づいて説明する。
図１及び図３において、回転円形体３に矢印方向の回転力が作用すると押圧手段によって挿されている非回転円形体２又は回転円形体３が軸方向へスライドし、回転円形体３の凸部５が非回転円形体２の凹凸面に摺接して回転する。その結果、回転円形体３の回転位置によって、非回転円形体２と回転円形体３の対向凹凸面間に図１２乃至図１５に示すような、容積可変の種々のチャンバ（隙間）が形成される。
【００４９】
図１２は非回転円形体２の凸部５’と回転円形体２の凸部５が摺接し、両円形体２、３間の第１チャンバ１０、第２チャンバ１１の容積が最大になったときの状態を示し、この状態では第２チャンバ１１の膨張行程が完了し、第１チャンバ１０への燃料供給が完了している。
【００５０】
この状態で、回転円形体３が矢印方向に回転すると、第１チャンバ１０が圧縮され、燃料が圧縮連絡路１６を通してガス溜め燃焼室１５に圧送されると同時に、ガス溜め燃焼室１５が、回転円形体３の先行凸部５によって閉鎖され、エンジンは圧縮行程に向かう。また、このとき第２チャンバ１１のガスは回転円形体３の先行凸部５によって排気口１３から排出され、排気行程に向かう。
【００５１】
従って、図１２から図１４に至る間では圧縮行程と排気行程が、別々の第１チャンバ１０と第２チャンバ１１において同時に進行する。
【００５２】
次に、図１４に示す圧縮行程完了状態でガス溜め燃焼室１５の点火プラグ１４が点火されると燃料が爆発作用により膨張し、その膨張力によって回転円形体３が矢印方向へ回転すると同時に、第１チャンバ１０では次段の吸気行程に向かう。従って、図１４から図１２に至る間では、膨張行程と吸気行程が別々の第２チャンバ１１と第１チャンバ１０において同時に行なわれる。
【００５３】
このようにして、膨張と吸気の同時進行と圧縮と排気の同時進行が連続的に行われることにより回転円形体３が連続回転し、出力回転軸から回転力が得られるものである。
【００５４】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、相対する凹凸面の相対的位置変化によって容積が変わる一対の二つのチャンバを一組のエンジン室とし、圧縮と排気とを同時に行なうとともに、膨張と吸気を同時に行うようにしたことにより、次のような種々の利点が得られる。
【００５５】
膨張行程が完全に完了した後に排気行程が行われるので、従来のように、膨張行程と排気行程が干渉しあうことがなくなり、従って、燃料の完全燃焼が促進されるとともに、爆発による膨張エネルギーの全てが回転力に寄与するので燃料エネルギーに対する出力エネルギーの歩留まりが著しく向上する。また、燃料が完全燃焼しないうちに排気されてしまうという現象が回避されるので、不完全燃焼による公害の発生が減少される。
【００５６】
エンジン室のチャンバが比較的小であるので、着火が供給燃料の全量へ迅速に伝播し、この点からも、完全燃焼と高出力が得られる。
また、二つのチャンバにおいて、圧縮と排気が同時に進行し、膨張と吸気が同時進行するので吸気、圧縮、膨張、排気の４行程が二サイクルで完了する。従って、摺動による接触抵抗が少なくなり、効率のよい回転出力が得られる。
【００５７】
さらに、エンジン室の各チャンバの容積が小さいことによって圧縮比を低くおさえることができる。したがって、ジーゼルエンジンとして使用する場合に、燃焼温度が比較的低温に保たれるので窒素酸化物の発生が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 エンジンケーシングを断面で示す本発明の円盤回転エンジンの概略的な内部説明図
【図２】 回転円形体の透視図
【図３】 他の実施例による図１相当図
【図４】 回転エンジンにおける押圧作用部の断面図
【図５】 円周シールを装着した非回転円形体・回転円形体の正面図
【図６】 円形シールを嵌合した部分的拡大断面図
【図７】 軸を貫通させた非回転円形体の断面図
【図８】 軸を断面で示した回転円形体接合面の平面図
【図９】 対面シールを嵌合した部分的拡大断面図
【図１０】 逆止めシールを装着した非回転円形体の正面図
【図１１】 逆止めシールを装着した非回転円形体の平面図
【図１２】 本発明による回転エンジンの吸気行程説明図
【図１３】 本発明による回転エンジンの圧縮・排気行程説明図
【図１４】 本発明による回転エンジンの圧縮・排気行程完了説明図
【図１５】 本発明による回転エンジンの膨張・吸気行程説明図
【符号の説明】
１ ケーシング
２ 非回転円形体
３ 回転円形体
４ 放射状凹部
４’ 凹部
５ 放射状凸部
５’ 凸部
６ 軸体
６’ 回転出力軸
７ スプリング
８ 流体圧シリンダ
９ スプライン係合部
１０ チャンバ
１０ａ 噛合側傾斜面
１１ チャンバ
１１ａ 噛合側傾斜面
１１ｂ 反噛合側傾斜面
１２ 燃料供給路
１３ 排気口
１４ 点火プラグ
１５ ガス溜め燃焼室
１６ 圧縮連絡路
１７ 逆止弁
１８ コンプレッサ
１９ ピストン状突起
２０ 導管
２１ 排管
２２ 弁
２３ 円周シール
２３’ 円周シール
２４ シール溝
２５ 板バネ
２５’ 板バネ
２６ 対面シール
２７ 逆止めシール
Claims (7)
- 円筒内周壁を有するケーシングと；
一端側に少なくとも二つの放射状凹部と二つの放射状凸部を交互に有する流線形の波形凹凸面を形成してなり、前記ケーシングの内周壁に同軸、かつ、気密に嵌装された非回転円形体と；
一端側に放射状凹凸面を形成してなり、この凹凸面の凸部が前記非回転円形体の波形凹凸面に摺接するようにしてケーシング内周壁に気密、かつ、回転可能に嵌装された回転円形体と；
この回転円形体と連動して回転し、一端をケーシングの外部に突出させた回転出力軸と；
回転円形体の凸部が摺接する非回転円形体の第１凹部の噛合側傾斜部近傍に連通させた燃料供給路と；
回転円形体の凸部が摺接する非回転円形体の第２凹部の反噛合側傾斜部近傍に連通させた排気口と；
圧縮連絡路と；
を有する円盤型回転エンジンであって、
回転円形体の回転に伴って軸方向へ往復摺動できるようにした非回転円形体又は回転円形体を、相手側の回転円形体又は非回転円形体の凹凸面に弾力的に係合させる押圧手段と；
回転円形体の凸部が摺接する非回転円形体の第２凹部の噛合側傾斜部近傍に開口させ、内部に点火プラグを配置したガス溜め燃焼室と；
を具備し、かつ、回転円形体の放射状凹凸面を前記非回転円形体の波形凹凸面と同形に形成するとともに、前記圧縮連絡路を回転円形体の凸部が摺接する非回転円形体の第１凹部の反噛合側傾斜部近傍から前記ガス溜め燃焼室に逆止弁を介して連通させたことを特徴とする円盤型回転エンジン。 - 非回転円形体又は回転円形体のいずれか一方を凹凸面の高低差のストロークで軸方向へ往復摺動可能に配置した請求項１記載の円盤型回転エンジン。
- 非回転円形体及び回転円形体の双方を軸方向へ往復摺動可能に配置し、両回転体の摺動ストロークの合計が凹凸面の高低差と等しくなるように規制した請求項１記載の円盤型回転エンジン。
- 押圧手段がスプリング又は圧縮シリンダもしくはこれらの組合せからなる請求項１、２又は３記載の円盤型回転エンジン。
- 軸方向に移動する非回転円形体又は回転円形体のいずれか一方又は双方に、前記移動と連動して圧縮流体の供給を制御し、かつ、前記非回転円形体又は回転円形体背面の流体圧シリンダに供給できるようにしてなる請求項１、２、３又は４記載の円盤型回転エンジン。
- 燃料供給路、圧縮連絡路、ガス溜め燃焼室及び排気口の全部又は一部が非回転円形体に設けられている請求項１、２、３又は４記載の円盤型回転エンジン。
- 燃料供給路、圧縮連絡路、ガス溜め燃焼室及び排気口の全部又は一部がケーシングに設けられている請求項１、２、３又は４記載の円盤型回転エンジン。
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