JP4389236B2 - ロータリーエンジン - Google Patents

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本発明は、ロータリーエンジンに関し、より詳細には複数の羽根部を有するロータを2つケーシング内に有し、該ロータの回転によって圧縮爆発を行えるロータリーエンジンに関する。
従来より、ロータリーエンジンはトロコイド曲線に基づく内周輪郭を有するいわゆる繭形をしたケーシング内に、トロコイド曲線内包絡線を外周輪郭とした略おむすび形のロータが該ケーシング内部に摺接しながら遊星回転運動し、ケーシング内面とロータ面とで形成される空間の容積の変化に伴って、吸気・圧縮・爆発・排気を繰り返すものであった。
この他、トロコイド曲線内包絡線を外周輪郭とした略おむすび形のロータではなく複数の羽根形状を有するロータを用いたロータリーエンジンとして特開2008-45534号(特許文献1)と、特開2006-70776号(特許文献2)、特開2005-315205号(特許文献3)が存在する。
また、本件発明の発明者による特開2009−24694号も存在する。
特開2008-45534号 特開2006-70776号 特開2005-315205号 特開2009−24694号
以上の様に、従来よりロータリーエンジンはトロコイド曲線内包絡線を外周輪郭とした略おむすび形のロータではない複数の羽根形状を有するロータを用いたエンジンも存在しているものである。
係る場合、まず特許文献1に示す構造においてはインボリュート曲線を用いたものであるが、は先端部が切り書くときにできる曲面部を有するものであり、刃先部分における破損などのおそれが高く、又燃料効率をより高められる他の方法が求められる。
又、特許文献2及び特許文献3に関しては、3つのロータを用いるものとして提唱されている。
さらに特許文献4に関しては極めて画期的で有用ではあるが、半面ロータを4つ必要とするものであり、よりコンパクトで同効率を発揮でき、また燃料効率を高めたロータリーエンジンの開発も望まれているものである。
以上のように、より燃料効率を高められる何らかのロータリーエンジンの提供が要求されているものであると共に、更に効率のよい燃焼を可能とし、高出力及び高回転を可能とするロータリーエンジンの提供が要求されているものであり、係る課題を解決する発明の提供を課題とするものである。
係るために請求項1の発明は、ケーシング内にインボリュート曲線からなるそれぞれ少なくとも5枚以上の羽根部を有する2つのロータを有し、該ロータはケーシング内で羽根部同士がかみ合うように配置されているものであり、該ケーシングは夫々の羽根部の延長上であって羽根部の回転に沿った内径を有するケーシングであり、該2つのロータの夫々の羽根部同士が回転に伴って羽根部同士とロータ基部との間で気化燃料を圧縮することによって爆発させるロータリーエンジンからなり、係る発明によって前記課題を解決できる。
また、請求項2に係る発明はインボリュート曲線からなるそれぞれ6枚の羽根部を有する2つのロータからなるロータリーエンジンであって、係る発明を用いてもよい。
更に、請求項3に係る発明は、2つのロータ2とも同一数の羽根部を有するロータであるロータリーエンジンであり、係る構成を用いたものであってもよい。
これらの場合、請求項4に係る発明のように隣り合う2箇所のロータの羽根部の回転による圧縮に基づく爆発は、夫々のロータ基部方向で交互に行なわれるロータリーエンジンであり、係る構成を用いてもよい。
更に、請求項5に係る発明のように排気を用いたターボによって加圧された混合気を吸気部から吸気するロータリーエンジンによってより確実に回転動力を得られるものである。
これらの場合、請求項6に係る発明のようにケーシングには吸気部と排気部を有すると共に排気部は一次排気部と二次排気部を有するものでも、請求項7に係る発明のように吸気部内に気流板を配置して吸気部内で乱気流を発生させ、空気と燃料の混合効率を高めるものであってもよい。
或いは、請求項8に係る発明のようにロータの回転に伴う動力の出力軸にフライホイールを有するものであってもよい。
以上のように構成したことから以下のような効果を発揮するものである。
まず請求項1及び請求項2に係る発明により、従来のロータリーエンジンとは異なる構成のロータリーエンジンの提供が行なえるものであり、2つのロータに設けた羽根部同士がロータの回転に伴ってその間隔を狭め、又、広げることを繰り返すことができるものであり、ロータの一回の回転で基本的には一の羽根部において表裏面での2回の圧縮・爆発を行なうことができるものであり、効率の良いかつ高回転のロータリーエンジンの提供を可能とするものである。
更に、燃焼の効率を高め排出される排気煙をきれいに燃焼させることができる。
従って、各種燃料即ちガソリンのみならず軽油や重油等を用いることが可能となる。
次に請求項3に係る発明によって、2つのロータの回転をより効率よく確実に行うことを可能とするものであり、連続する回転のそれぞれの爆発力の一定化が図れるものとなる。
更に、請求項4に係る発明によって、爆発による回転に際してより強力な回転力を付与できるものとなり、高出力のエンジンの提供が行なえるものである。
又、請求項5に係る発明によって、より圧縮した高圧の吸気を行えるものでありロータの回転力を高めるとともに高回転を可能とするものであり、高出力の発生を可能とする。
特に2つのロータの回転により動力を得るものであるが、該ロータの回転に際してより確実な回転動作を付与できるものである。
次に請求項6に係る発明により、排気効率を高めることができるものとなる。
更に請求項7に係る発明により混合効率を高めることができるものであり、また請求項8に係る発明によりロータの回転に際してより回転効率を高めることが可能となる。
本発明に係るロータリーエンジンの基本的構成の概略の一例を示す図 本発明に係るロータの羽根部とロータの羽根部とのかみ合いによって圧縮爆発を行なう工程の概略の一例を示す図 本発明に係るロータリーエンジンの気流板の一例を示す図
図1は、本発明に係るロータリーエンジンの基本的構成の概略の一例を示す図である。
本図に示す通り、ケーシング1内において2箇所にインボリュート曲線からなる羽根形状の羽根部21をロータの基部20に有するロータ2が配設されている。
該ロータ2の基部20には計6枚の羽根部21を有するものであり、夫々のロータ2が上下方向に2つ配設され、羽根部21同士がかみ合うように配設されているものである。
該ロータ2は、該基部20の夫々の羽根部21の延長上に羽根部21の回転に添った内径を有するケーシング1内に配置されており、ロータ2は夫々回転自在に軸支されているものである。
更に夫々吸気部Iと排気部O1、O2を有していると共に図示しないが点火用の点火部を有する。
また、吸気部Iでは気化燃料をインジェクションによってケーシング1内に噴出するものである。
したがって計2つのロータ2は、夫々回転を行うと共に必要な吸気、気化燃料の噴出、圧縮、点火による爆発、排気を繰り返すこととなる。
本図において、吸気部Iと排気部O1、O2を示すがこれは、具体的な場所や形状を示すものではなく、ほぼこのあたりに該機構を有すればよいものとして示すものである。
なお、各々のロータ2の羽根部21同士によって圧縮、爆発工程を行うが、点火ポイント等に関しては、的確に点火可能な任意位置に設けているものであればよい。
従って図示の箇所より外れて異なる場所に吸気部I排気部O1、O2を有し、さらに任意位置に点火ポイントがあるものであっても、もちろん本発明に含まれるものであり、本図における該設置個所は単に概略的な構造を示すに過ぎないものである。
排気部O1、O2に関しては、二か所に排気部を有するものであり、まず排気部O1は一次排気部O1であり、ここでまず排気を行うが、更に排気部O2を設け二次排気部O2として羽根部21間の排気残による高圧状態を解消し、次の工程における吸気部Iからの吸気をしやすくするものである。
吸気部Iにおいては、図示しないがタービンにより加圧された混合気を送るものである。
これにより2つのロータを用いたロータリーエンジンながら効率よく確実に回転を行うことができるものである。
なお、この吸気部における吸気に際しての加圧された混合気は、例えば排気部により排気される排気を用いてタービンを回転させ、これによって吸気を高圧化するものであってもよい。
いわゆるターボチャージャーであり、該構成を有することが望ましい。
これにより効率的に吸気を行えることになる。
もとよりエンジンの出力を直接用いるいわゆるスーパーチャージャーを用いるものであってももちろん良い。
さらに吸気に際して排気の熱を効率的に吸気に付与できるように熱交換器を装備するものであってもよく、例えば排気を用いたタービンにおいて熱交換可能なものとすることにより効率的に吸気に熱を付与できるものである。
次にキャブレターにおいてインジェクションによって燃料を噴出するが、この噴出に際しては機械式を用いても電子制御式を用いてもよい。
更に吸気部より供給する混合気は、より空気と燃料の混合効率を高めるために吸気自体に乱気流を生じさせることであってもよい。
例えば吸気用の管内に気流板を配置して管内で乱気流を発生させるものであってもよい。
次に、ロータ2の回転をみると、先ずロータAとロータBとからなり、ロータAは、ロータBの羽根部21とのかみ合いの最初の時点において吸気がなされ、更にロータA及びロータBの回転に伴って両羽根間に生じる隙間が狭まり圧縮爆発を行なう。
更に該爆発力などによりロータA及びロータBの更なる回転に伴って両羽根間に生じる隙間が広がり、任意位置において排気される。
また、より排気効率を高めるために二次排気口より排気がなされるものとなる。
以上のように、極めて効率的に回転を与えることができるものである。
この場合、ケーシング1内に爆発後の燃焼状態を四分の一回転程度維持することから、ガスの完全燃焼が図れる。
次に本図では明示しないが、動力の取り出し側にフライホイールを有し、回転動力を付与するものであってもよい。
例えば出力軸にフライホイールを有し、この出力軸の回転にフライホイールによる慣性を与えるものであってもよい。
或いは出力軸の回転を維持するためのギア類にフライホイール機能を有するものを用いてもよい。
図2は、ロータAの羽根部21とロータBの羽根部21とのかみ合いによって圧縮爆発を行なう工程の一例を示す図であり、図1に示す両者の圧縮爆発行程の一例を示す図である。
図2(a)に示す通り、まず、ロータAの羽根部A−2とロータBの羽根部B‐1とがかみ合い、ロータAの基部20との隙間部分で圧縮爆発が起こる。
更に、ロータ2の回転が行われてより両羽根部21が回転すると、本図のようにロータBの羽根部B‐1とロータAの羽根部A−1とがかみ合い、両者の間隔が狭まってロータBの基部20との隙間部分で圧縮爆発が起こる。
次に図2(b)に示す通り、更に、ロータ2の回転が行われより両羽根部21が回転すると、ロータAの羽根部A−1とロータBの羽根部B‐6とがかみ合い、さらに回転によって両者の間隔が狭まることによって圧縮され、ロータAの基部20との隙間部分で圧縮爆発が起こる。
更に、図2(c)に示す通りロータ2の回転が行われより両羽根部21が回転すると、ロータBの羽根部B‐6とロータAの羽根部A−6とがかみ合い、さらに回転によって両者の間隔が狭まることによって圧縮され、ロータBの基部20との隙間部分で圧縮爆発が起こる。
このように連続して爆発を発生させられることから極めて高出力を得られると共に効率のよい燃焼を可能とする。
更に、連続する燃焼を与えられるが、吸気に際して高圧の混合気をタービンなどにより強制的に送り込むことによって、よりスムーズで高回転を維持できるものとなる。
図3は、吸気に際する乱気流発生用の気流板3の一例を示す。
本図の気流板3に示すように断面略波状に形成することにより吸気用の管内で乱気流の発生を可能とし混合効率を高めることができるものである。
以上のように本発明は、極めて効率的に吸気・圧縮・爆発・排気を効率よく行えるものである。
尚、前記までに示した6枚の羽根部21を有するロータ2に代えて、他の枚数の羽根部を有するロータを用いてもよく、少なくとも5枚程度から12枚程度のまでの任意の枚数の羽根部21を有するロータ2を用いてもよく、或いは羽根部21の突出が小さい略ギア形の形態のものであれば12枚以上の枚数のより多くの羽根部21を有するものを用いることもでき、係る構成を有するロータ2を用いるものであってもよい。
但し2つのロータを2個用いて、それぞれの羽根部がかみ合うように構成されて、圧縮爆発が可能な羽根部であることが必要である。
従って、二つのロータ2は基本的には同数で同形の羽根部が最良であるがこれに限らず、このかみ合い構成を可能とする異なる数の羽根部を有するロータでも或いは異形のロータを用いたもので当てもよい。
ケーシング内で二つのロータをきっちりと定置させ気密性を保つためには、例えばロータの出力軸等にそれぞれギャ等を有し、それぞれのロータのギャをかみ合わせるものを用いてもよい。
例えばこのかみ合わせ用のギャの外周方向に重りを有し、該ギャの回転に際して回転の慣性を利用して、スムーズな回転などを図れるものであってもよい。
1 ケーシング
2 ロータ
20 基部
21 羽根部
3 気流板
I 吸気部
O1 一次排気部
O2 二次排気部

Claims (5)

  1. ケーシング1内にインボリュート曲線からなるそれぞれ少なくとも5枚以上の羽根部21を有する回転する2つのロータA・ロータBと、該ロータA・ロータBの夫々の羽根部21の延長上であって羽根部21の回転に沿った内径を有するケーシングからなり、
    2つのロータA・ロータBはケーシング1内で羽根部21同士がかみ合うように配置されて2つのロータA・ロータBの夫々の羽根部21同士が回転に伴って羽根部21同士とロータ基部20との間で気化燃料を圧縮することによって夫々のロータ基部20方向で順次爆発するものであり、
    ロータAとロータBとがかみ合って回転するに従い、ロータAの基部方向でロータAの羽根部とロータBの羽根部とによって圧縮爆発を行った後に、そのロータの回転によりロータBの基部方向でロータBの羽根部とロータAの羽根部とによって圧縮爆発を行い、これらのそれぞれロータ基部20方向で順次交互に圧縮爆発を繰り返して圧縮爆発を行うロータリーエンジンであり、
    羽根部同士及びロータ基部による圧縮・ロータ基部方向での爆発・排気部の通過に伴う排気・吸気部の通過に伴う吸気をロータの一回転で順次行うロータリーエンジンであり、
    更に、排気部からの排気を用いたタービンを回転させることにより吸気部からの吸気を強制的に行うことを特徴とするロータリーエンジン。
  2. インボリュート曲線からなるそれぞれ6枚の羽根部21を有するロータAとロータBの2つのロータよりなることを特徴とする請求項1記載のロータリーエンジン。
  3. ロータAとロータB2とも同一数の羽根部21を有するロータ2であることを特徴とする請求項1又は2のいずれかに記載のロータリーエンジン。
  4. ケーシング1には吸気部Iと排気部Oを有すると共に排気部Oは一次排気部O1と二次排気部O2を有し、一のロータの羽根部で圧縮・爆発・一次排気・二次排気・吸気を一回転で行うことを特徴とする請求項1乃至のいずれかに記載のロータリーエンジン。
  5. 吸気部O内に気流板3を配置して吸気部O内で乱気流を発生させ、空気と燃料の混合効率を高めるものであることを特徴とする請求項1乃至のいずれかに記載のロータリーエンジン。
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