JP5546382B2 - engine - Google Patents

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Description

本発明は、空気、蒸気、油等の流体の圧力に基づいて動力を発生するエンジンに係り、例えば、流体の圧力を受けて複数のピストンが環状の軌道を周回することにより動力を発生するエンジンに関するものである。   The present invention relates to an engine that generates power based on the pressure of a fluid such as air, steam, and oil. For example, an engine that generates power when a plurality of pistons circulate around an annular track under the pressure of the fluid. It is about.

一般に蒸気機関は、シリンダへ高圧の蒸気を供給してピストンを直線運動させ、その直線運動をクランク機構によって回転運動に変換し、駆動軸を回転させる。また、クランク機構に設けられたフライホイールの慣性力によってピストンの直線運動の向きを逆転させ、シリンダから蒸気を排出する。   In general, a steam engine supplies high-pressure steam to a cylinder to linearly move a piston, converts the linear motion into a rotational motion by a crank mechanism, and rotates a drive shaft. Further, the direction of the linear motion of the piston is reversed by the inertial force of the flywheel provided in the crank mechanism, and the steam is discharged from the cylinder.

しかしながら、上記のような従来の蒸気機関では、クランク機構においてピストンの進行方向を逆転する際にエネルギー損失が生じるため、直線運動を効率よく回転運動に変換できないという問題がある。また、シリンダより排出される蒸気を大気中へ放出すると、駆動軸の回転が脈動的になるという問題がある。更に、フライホイールによって装置の重量が増加するという問題や、クランク機構によって装置の構成が複雑になるという問題もある。   However, the conventional steam engine as described above has a problem in that it cannot efficiently convert linear motion into rotational motion because energy loss occurs when the traveling direction of the piston is reversed in the crank mechanism. Further, when the steam discharged from the cylinder is released into the atmosphere, there is a problem that the rotation of the drive shaft becomes pulsating. Furthermore, there is a problem that the weight of the apparatus increases due to the flywheel, and a problem that the structure of the apparatus becomes complicated due to the crank mechanism.

本願出願人は、上記の問題を解決すべく、下記の特許文献1,2においてダブルシリンダー型のエンジンを開示した。このエンジンでは、2つのシリンダの後室が連結パイプによって導通されており、両シリンダの前室には動作流体が交互に導入される。2つのシリンダの各ピストンが往復運動すると、これに連動して2つのラックが交互に往復運動し、当該2つのラックに噛み合う歯車が双方向に回転する。この双方向の回転運動が一方向の回転運動として駆動軸に伝達される。   In order to solve the above problems, the applicant of the present application disclosed a double cylinder type engine in Patent Documents 1 and 2 below. In this engine, the rear chambers of two cylinders are connected by a connecting pipe, and working fluid is alternately introduced into the front chambers of both cylinders. When the pistons of the two cylinders reciprocate, the two racks alternately reciprocate in conjunction with this, and the gears meshing with the two racks rotate in both directions. This bidirectional rotational motion is transmitted to the drive shaft as a unidirectional rotational motion.

上記の構成によれば、ピストンの運動方向を逆転する際の損失がクランク機構に比べて非常に小さくなる。また、一方のシリンダに導入される蒸気の圧力を利用して他方のシリンダから蒸気を排出するため、駆動軸の回転が脈動的になることを防止できる。更に、フライホイールやクランク機構が不要になるため、装置の軽量化と簡易化を図ることができる。   According to said structure, the loss at the time of reversing the moving direction of a piston becomes very small compared with a crank mechanism. Further, since the steam is discharged from the other cylinder using the pressure of the steam introduced into one cylinder, the rotation of the drive shaft can be prevented from becoming pulsating. Furthermore, since a flywheel and a crank mechanism are not required, the apparatus can be reduced in weight and simplified.

特許第3886992号明細書Japanese Patent No. 38869992 特許第4019098号明細書Japanese Patent No. 4019098

ところで特許文献1,2に示される装置においても、基本的にはピストンの往復運動を利用するため、ピストンの運動方向が逆転する際に多少の損失が発生する。すなわち、ピストンから歯車へ伝達されなかった運動エネルギーが損失となる。   By the way, in the apparatuses shown in Patent Documents 1 and 2, since the reciprocating motion of the piston is basically used, some loss occurs when the moving direction of the piston is reversed. That is, the kinetic energy that has not been transmitted from the piston to the gear is lost.

また、一般に、ピストンの往復によって動力を発生する装置では、ピストンの移動距離とシリンダの断面積との積に相当する体積の蒸気が1回の往復で消費される。蒸気の消費量を減らすためにシリンダの断面積を減らすと、ピストンを押す力が小さくなるため、蒸気から取り出される動力が小さくなる。ピストンを押す力を落とさずに蒸気の消費量を減らすことができれば、蒸気圧から動力への変換効率を高めることができる。   In general, in a device that generates power by reciprocating the piston, a volume of steam corresponding to the product of the moving distance of the piston and the cross-sectional area of the cylinder is consumed in one reciprocation. If the cross-sectional area of the cylinder is reduced in order to reduce the consumption of steam, the force that pushes the piston becomes smaller, so the power extracted from the steam becomes smaller. If the consumption of steam can be reduced without reducing the force pushing the piston, the conversion efficiency from steam pressure to power can be increased.

また、回転軸の周囲に、環状に連なって取り付けられている羽根に、蒸気を吹きつけて回転させる蒸気タービンがある。蒸気の流出方向と羽根の回転方向とが異なるため、蒸気の流出方向と羽根の面のなす角度は、直交(90度)させることはできず、約45度に傾斜させており、流体圧力の回転への変換効率は30%以下に低下している。   Further, there is a steam turbine that rotates by blowing steam to blades that are attached in a ring around the rotating shaft. Since the outflow direction of the steam and the rotation direction of the blades are different, the angle formed by the outflow direction of the steam and the surface of the blades cannot be orthogonal (90 degrees), and is inclined at about 45 degrees. The conversion efficiency to rotation is reduced to 30% or less.

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、流体の圧力を効率良く運動エネルギーに変換できるエンジンを提供することにある。   This invention is made | formed in view of this situation, The objective is to provide the engine which can convert the pressure of a fluid into kinetic energy efficiently.

本発明に係るエンジンは、ラック部を有する複数のピストンと、前記複数のピストンが環状に列をなして移動するための軌道となる空洞部が形成されたブロックと、前記ブロックの内部に収容され、前記ピストンのラック部と噛み合う歯車を備えた回転機構と、前記ブロックの外部から前記空洞部へ流体を導入する流体導入路と、前記空洞部から前記ブロックの外部へ流体を排出する流体排出路とを具備する。前記ブロックにおいて前記空洞部を形成する壁は、前記空洞部の幅を不連続に広くする段部と、前記段部において広がった前記空洞部の幅を徐々に狭める傾斜部とを有する。前記流体導入路は、前記段部による前記空洞部の幅広部へ流体を導入する。
前記流体導入路より前記空洞部の前記幅広部に導入された流体は、前記段部の手前で不連続に幅が狭くなっている領域に比べて、前記傾斜部によって徐々に幅が狭まっている前記幅広部へより多く流れるため、流体の流れが一方向に偏る。この一方向に偏って流れる流体に押されることにより、前記ピストンの列が前記空洞部を一方向に移動し、前記回転機構の前記歯車を一方向に回転させる。
An engine according to the present invention is accommodated in a plurality of pistons having a rack portion, a block in which a hollow portion serving as a track for moving the plurality of pistons in an annular shape is formed, and the block. A rotation mechanism having gears meshing with the rack portion of the piston, a fluid introduction path for introducing fluid from the outside of the block to the cavity, and a fluid discharge path for discharging fluid from the cavity to the outside of the block It comprises. The wall forming the cavity portion in the block has a step portion that discontinuously widens the width of the cavity portion, and an inclined portion that gradually narrows the width of the cavity portion that spreads in the step portion. The fluid introduction path introduces fluid into the wide part of the hollow part by the step part.
The fluid introduced from the fluid introduction path into the wide portion of the hollow portion is gradually narrowed by the inclined portion as compared to a region where the width is discontinuously narrow before the stepped portion. Since it flows more to the wide part, the flow of fluid is biased in one direction. When pushed by the fluid flowing in one direction, the row of pistons moves in the cavity in one direction and rotates the gear of the rotating mechanism in one direction.

好適に、前記幅広部が始まる前記段部の手前の部分において、前記壁が前記ピストンと近接若しくは当接する。
これにより、前記段部によって不連続に幅が狭くなっている領域へ流れ込む流体が阻止されるので、流体の一方向への流れが強められる。
また、前記幅広部が終わる前記傾斜部の末端の部分において、前記壁が前記ピストンと近接若しくは当接するようにしてもよい。これにより、当該末端の部分に達したピストンによって受け止められる流体の圧力が高まる。
Preferably, the wall comes close to or abuts on the piston at a portion before the step portion where the wide portion starts.
Thereby, since the fluid which flows into the area | region where the width | variety is discontinuously narrowed by the said step part is blocked | prevented, the flow to the one direction of the fluid is strengthened.
Further, the wall may be close to or abut on the piston at the end portion of the inclined portion where the wide portion ends. This increases the pressure of the fluid received by the piston that has reached the end portion.

好適に、前記空洞部において列をなして移動する際に互いに接触する前記ピストンの側面の少なくとも一部が、前記空洞部による前記軌道に対して略垂直な平面を持つ。
これにより、流体の流れの方向と略垂直な前記平面において流体の圧力が受け止められるので、流体の圧力が効率よく前記ピストンの運動エネルギーに変換される。
Preferably, at least a part of the side surfaces of the piston that come into contact with each other when moving in a row in the cavity has a plane substantially perpendicular to the track by the cavity.
As a result, the pressure of the fluid is received in the plane substantially perpendicular to the direction of the fluid flow, so that the pressure of the fluid is efficiently converted into the kinetic energy of the piston.

好適に、前記流体導入路が、前記段部に近い前記幅広部の一方の端部において流体を導入し、前記流体排出路が、前記傾斜部の末端に近い前記幅広部の他方の端部において流体を排出する。   Preferably, the fluid introduction path introduces fluid at one end of the wide part near the stepped part, and the fluid discharge path is at the other end of the wide part near the end of the inclined part. Drain the fluid.

好適に、前記回転機構が、前記ブロックに設けられた仕切壁を間に挟んで2か所に形成され、前記空洞部が、前記回転機構及び前記仕切壁と前記ブロックの周囲に設けられた側壁との間に環状に形成される。   Preferably, the rotation mechanism is formed in two places with a partition wall provided in the block in between, and the hollow portion is a side wall provided around the rotation mechanism and the partition wall and the block. And is formed in a ring shape.

好適に、前記段部が、前記ブロックの前記側壁の前記空洞部側に設けられ、前記傾斜部が、前記仕切壁の外壁面に設けられる。   Preferably, the step portion is provided on the cavity side of the side wall of the block, and the inclined portion is provided on an outer wall surface of the partition wall.

好適に、2つの前記回転機構の間において前記ピストンを案内する前記空洞部の軌道の一部が蛇行しており、当該蛇行部分に前記幅広部が形成される。   Preferably, a part of the track of the hollow portion that guides the piston is meandering between the two rotation mechanisms, and the wide portion is formed in the meandering portion.

好適に、前記ブロックが、下側ブロックと、前記下側ブロックに積層された上側ブロックとを含み、前記流体導入路及び前記流体排出路が前記上側ブロックに設けられている。   Preferably, the block includes a lower block and an upper block stacked on the lower block, and the fluid introduction path and the fluid discharge path are provided in the upper block.

本発明によれば、流体の圧力によって複数のピストンが環状に列をなして移動するように構成されており、このピストン列の周回運動から動力が得られることから、ピストンの往復運動に伴う損失が発生しなくなり、エネルギー変換効率を高めることができる。   According to the present invention, a plurality of pistons are configured to move in an annular manner by the pressure of the fluid, and power is obtained from the reciprocating motion of the piston rows. Will not occur and energy conversion efficiency can be improved.

また、本発明によれば、流体の圧力の方向とピストンの移動方向とが同一方向であり、ピストンの圧力を受ける面を流体の圧力方向に直交させることができ、よりエネルギー変換効率を高めることができる。   Further, according to the present invention, the direction of fluid pressure and the direction of movement of the piston are the same direction, and the surface receiving the pressure of the piston can be orthogonal to the pressure direction of the fluid, thereby further improving energy conversion efficiency. Can do.

本実施形態に係るエンジンの構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of the engine which concerns on this embodiment. 本実施形態のエンジンに用いるピストンの斜視図である。It is a perspective view of the piston used for the engine of this embodiment. 図1のエンジンからピストンを取り外した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which removed the piston from the engine of FIG. 図1に上側ブロックを取り付けた状態を説明する図である。It is a figure explaining the state which attached the upper block to FIG. 図4に示すエンジンの側面図である。It is a side view of the engine shown in FIG. (a)及び(b)は高圧流体の導入及び排出を説明するためのエンジンの要部断面図である。(A) And (b) is principal part sectional drawing of an engine for demonstrating introduction and discharge | emission of a high pressure fluid. (a)及び(b)は高圧流体の導入及び排出を説明するためのエンジンの要部上面図である。(A) And (b) is a principal part top view of the engine for demonstrating introduction and discharge | emission of a high pressure fluid.

以下、本発明の一実施形態に係るエンジンについて、図面を参照して説明する。
図1は、本実施形態に係るエンジンの構成の一例を示す図であり、エンジンの内部を図解するため後述する上側のブロック7を取り外してある。図2はピストン6の斜視図、図3はピストン6を組み込む前のエンジンの内部を説明する図である。本エンジンは、板状の下側ブロック1に回転可能に取り付けられた2つの歯車3a、4aと回転軸3b、4bからなる回転機構3,4と、複数のピストン6とを有する。
Hereinafter, an engine according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing an example of a configuration of an engine according to the present embodiment, and an upper block 7 described later is removed in order to illustrate the inside of the engine. FIG. 2 is a perspective view of the piston 6, and FIG. 3 is a view for explaining the inside of the engine before the piston 6 is assembled. The engine includes two gears 3 a and 4 a rotatably attached to a plate-like lower block 1, rotating mechanisms 3 and 4 including rotating shafts 3 b and 4 b, and a plurality of pistons 6.

図3に示すように、金属製で板状の下側ブロック1には、内側の空洞部2の周囲を囲む側壁1aが設けられている。側壁1aの内部には、左右所定の間隔を隔てた2つの歯車3a、4aが回転軸3b,4bによって回転可能に収容されている。2つの歯車3a、4aの径及び歯のピッチは同一であるが、ブロック1への取り付け位置は図面の上下方向にずれている。   As shown in FIG. 3, the metal-made lower plate block 1 is provided with a side wall 1 a surrounding the inner cavity 2. Inside the side wall 1a, two gears 3a and 4a spaced apart from each other by a predetermined distance on the left and right are accommodated rotatably by the rotation shafts 3b and 4b. The diameters and tooth pitches of the two gears 3a and 4a are the same, but the attachment position to the block 1 is shifted in the vertical direction of the drawing.

2つの回転機構3,4の間には、下側ブロック1の底部から突出した仕切壁5が形成される。仕切壁5の回転機構3,4に対向する側は、それぞれ歯車3a,4aの刃先に沿った円弧面5a、5bとなっている。また、仕切壁5の下側ブロック1の側壁1aに対向する側には、それぞれ側壁1aに平行な面からなる直線部5cと、側壁1aに対して傾斜又は湾曲した面からなる傾斜部5dが設けられている。なお、仕切壁5の高さは側壁1aの高さとほぼ同一寸法となっている。   A partition wall 5 protruding from the bottom of the lower block 1 is formed between the two rotation mechanisms 3 and 4. The sides of the partition wall 5 facing the rotation mechanisms 3 and 4 are arcuate surfaces 5a and 5b along the cutting edges of the gears 3a and 4a, respectively. Further, on the side facing the side wall 1a of the lower block 1 of the partition wall 5, there are a straight portion 5c made of a surface parallel to the side wall 1a and an inclined portion 5d made of a surface inclined or curved with respect to the side wall 1a. Is provided. The height of the partition wall 5 is almost the same as the height of the side wall 1a.

下側ブロック1の空洞部2は、回転機構3,4及び仕切壁5の周囲を一定の間隔で囲んだ環状の空洞となっている。ただし、回転機構3,4をずらして取り付けているため、空洞部2の軌道の一部が蛇行している。空洞部2を取り囲む側壁1aの内側(空洞部2側)の壁には、段部1bが設けられる。段部1bにおいて、空洞部2の幅が不連続に広くなる。この幅広部2aは、空洞部2の軌道が蛇行した部分に形成される。段部1bから始まる幅広部2aは、仕切壁5の傾斜部5dによって徐々に幅が狭くなっている。幅広部2aが始まる段部1bの手前の部分では、空洞部2の幅が狭くなっており、側壁1aの内側の壁がピストン6とほぼ隙間なく近接している。
下側ブロック1の四隅には、上側ブロック7をネジ止めするための貫通孔1cが設けられている。
The cavity 2 of the lower block 1 is an annular cavity that surrounds the rotating mechanisms 3 and 4 and the partition wall 5 at a constant interval. However, since the rotating mechanisms 3 and 4 are attached while being shifted, a part of the orbit of the hollow portion 2 meanders. A step portion 1 b is provided on the inner wall (the cavity portion 2 side) of the side wall 1 a surrounding the cavity portion 2. In the step portion 1b, the width of the cavity portion 2 becomes discontinuously wide. The wide portion 2a is formed in a portion where the orbit of the hollow portion 2 meanders. The wide portion 2 a starting from the step portion 1 b is gradually narrowed by the inclined portion 5 d of the partition wall 5. In the portion in front of the step portion 1b where the wide portion 2a starts, the width of the cavity portion 2 is narrow, and the inner wall of the side wall 1a is close to the piston 6 with almost no gap.
At the four corners of the lower block 1, through holes 1c for screwing the upper block 7 are provided.

図2に示すように、金属製の直方体状のピストン6は、一つの面に4つの突部からなるラック部6aを有する。ラック部6aの歯のピッチは回転機構3,4の歯車3a,4aと同一で、両者が噛み合うように構成されている。
空洞部2において列をなして移動する際に互いに接触するピストン6の側面6cは、空洞部2によるピストン6の軌道に対してほぼ垂直な平面であり、流体の流れの方向に対してほぼ垂直になる。
As shown in FIG. 2, the metal rectangular parallelepiped piston 6 has a rack portion 6 a including four protrusions on one surface. The pitch of the teeth of the rack portion 6a is the same as that of the gears 3a and 4a of the rotating mechanisms 3 and 4, and is configured to engage with each other.
The side surfaces 6c of the pistons 6 that come into contact with each other when moving in a row in the cavity 2 are planes substantially perpendicular to the trajectory of the piston 6 by the cavity 2 and are almost perpendicular to the direction of fluid flow. become.

ピストン6は、図1に示すように、下側ブロック1の環状の空洞部2に沿って複数個が列をなすように挿入される。個々のピストン6は分離していて繋がっていない。各ピストン6は空洞部2の幅と高さの寸法に対して僅かに小さく、ほぼ隙間なく収まる。回転機構3,4の歯車3a,4aの周囲に挿入されたピストン6は、そのラック部6aが歯車3a,4aに噛み合わされる。従って、ピストン6の列が空洞部2を移動すると、ラック部6aの噛み合いにより歯車3a,4aが回転し、回転軸3b,4bにおいて動力が取り出されることになる。   As shown in FIG. 1, a plurality of pistons 6 are inserted in a row along the annular cavity 2 of the lower block 1. The individual pistons 6 are separated and not connected. Each piston 6 is slightly smaller than the width and height of the cavity 2 and fits almost without a gap. The piston 6 inserted around the gears 3a and 4a of the rotating mechanisms 3 and 4 has its rack portion 6a engaged with the gears 3a and 4a. Therefore, when the row of the pistons 6 moves through the hollow portion 2, the gears 3a and 4a rotate due to the meshing of the rack portion 6a, and the power is extracted from the rotary shafts 3b and 4b.

図4は、図1に示す下側ブロック1の上に板状の上側ブロック7を取り付けたもので、内部の構成部材の一部を破線で図示している。下側ブロック1の空洞部2の上部を上側ブロック7が覆うために、空洞部2はピストン6が通る筒状の軌道となり、且つ、この空洞部2の気密性が確保される。なお、上側ブロック7の四隅には、下側ブロック1にネジ止めするための貫通孔7cが設けられている。   FIG. 4 shows a structure in which a plate-like upper block 7 is attached on the lower block 1 shown in FIG. 1, and a part of the internal components are shown by broken lines. Since the upper block 7 covers the upper part of the cavity 2 of the lower block 1, the cavity 2 becomes a cylindrical track through which the piston 6 passes, and the airtightness of the cavity 2 is ensured. In the four corners of the upper block 7, through holes 7c for screwing to the lower block 1 are provided.

図5は、図4のエンジンの側面図である。同図に示すように、上側ブロック1の表面からは回転機構3,4の回転軸3b、4bが突出し、一方の回転軸3bは上側ブロック7により軸支される。他方の回転軸4bは更にブロック7から突出して、先端部に回転を伝達するためのリール8が固定されるようになっている。   FIG. 5 is a side view of the engine of FIG. As shown in the figure, the rotating shafts 3 b and 4 b of the rotating mechanisms 3 and 4 protrude from the surface of the upper block 1, and one rotating shaft 3 b is pivotally supported by the upper block 7. The other rotating shaft 4b further protrudes from the block 7, and a reel 8 for transmitting rotation to the tip is fixed.

また、矩形の上側ブロック7の一縁部側に2つの孔が形成される。一方が高圧流体を空洞部2へ導入するための流体導入路7a、他方が空洞部2から流体を排出するための流体排出路7bになっている。流体導入路7aは下側ブロック1の側壁1aの段部1bに近接して設けられ、流体導入路7aから所定の距離だけ離れた位置に流体排出路7bが設けられている。特に図示していないが、流体導入路7aに圧力源が装着され、高圧流体がブロック1,7の軌道内に導入された後、流体排出路7bから排出するようになっている。   Further, two holes are formed on one edge side of the rectangular upper block 7. One is a fluid introduction path 7 a for introducing a high-pressure fluid into the cavity 2, and the other is a fluid discharge path 7 b for discharging the fluid from the cavity 2. The fluid introduction path 7a is provided close to the step portion 1b of the side wall 1a of the lower block 1, and the fluid discharge path 7b is provided at a position away from the fluid introduction path 7a by a predetermined distance. Although not particularly illustrated, a pressure source is attached to the fluid introduction path 7a, and after the high-pressure fluid is introduced into the track of the blocks 1 and 7, it is discharged from the fluid discharge path 7b.

次に、上述した構成を有するエンジンの動作を説明する。
図6(a)、(b)及び図7(a)、(b)は、高圧流体の導入・排出を説明するためのエンジンの要部断面図及び同要部上面図である。
Next, the operation of the engine having the above-described configuration will be described.
6 (a), 6 (b), 7 (a), and 7 (b) are an essential part cross-sectional view and an essential part top view of the engine for explaining introduction / discharge of the high-pressure fluid.

図6(a)及び図7(a)に示すように、上側ブロック7の流体導入路7aに高圧流体が導入されると、流体は下側ブロック1の段部1b、側壁1aの壁面及びピストン6のラック部6aに対向する背面6bの隙間に充満する。図7(a)において、流体導入路7aより導入された流体は右方向及び下方向では段部1b及び側壁1aの壁面で阻止され、且つ、上方向ではピストン6のラック部6aが仕切壁5の直線部5cに当接するため、ピストン6の背面6bで完全に阻止される。従って、左方向にあるピストン6の側面6cを押圧することになる。その結果、流体は左側のピストン6を左方向に移動させながら流れ、図6(b)及び図7(b)に示すように流体が流体排出路7bに達したところで、外部に排出される。   As shown in FIGS. 6 (a) and 7 (a), when high-pressure fluid is introduced into the fluid introduction path 7a of the upper block 7, the fluid is the step 1b of the lower block 1, the wall surface of the side wall 1a, and the piston. 6 fills the gap in the back surface 6b facing the rack portion 6a. In FIG. 7A, the fluid introduced from the fluid introduction passage 7a is blocked by the wall surface of the step portion 1b and the side wall 1a in the right direction and the downward direction, and the rack portion 6a of the piston 6 is separated by the partition wall 5 in the upper direction. Since it abuts against the straight portion 5c, the back surface 6b of the piston 6 is completely blocked. Therefore, the side surface 6c of the piston 6 in the left direction is pressed. As a result, the fluid flows while moving the left piston 6 in the left direction, and is discharged to the outside when the fluid reaches the fluid discharge path 7b as shown in FIGS. 6B and 7B.

流体が流体排出路7bから排出される際、次のピストン6は仕切壁5の傾斜部5dに沿って空洞部2の側壁1a側に案内される。すなわち、空洞部2の幅広部2aに進入したピストン6は、傾斜部5dによって徐々に狭くなっていく幅広部2aを移動するに従い、ピストン6の側面6cが流体の流れの方向と垂直となり、流体の押圧力を効果的に受け取ることになる。   When the fluid is discharged from the fluid discharge path 7 b, the next piston 6 is guided along the inclined portion 5 d of the partition wall 5 to the side wall 1 a side of the cavity portion 2. That is, as the piston 6 that has entered the wide portion 2a of the hollow portion 2 moves along the wide portion 2a that is gradually narrowed by the inclined portion 5d, the side surface 6c of the piston 6 becomes perpendicular to the direction of fluid flow. Will effectively receive the pressing force.

以上説明したように、本実施形態に係るエンジンによれば、ブロック1,7内に複数のピストン6が環状に列をなして移動するように空洞部2の軌道が形成されており、この軌道上に、蒸気等の流体導入路7aと流体排出路7bが形成されている。流体導入路7aより空洞部2の幅広部2aに導入された流体は、段部1bによって不連続に幅が狭くなっている領域に比べて、傾斜部5dによって徐々に幅が狭まっている幅広部2aへより多く流れるため、流体の流れが一方向に偏る。この一方向に偏って流れる流体に押されることにより、ピストン6の列が空洞部2の中を一方向に移動し、回転機構3,4の歯車3a,4を一方向に回転させる。ピストン6とともに移動する流体は、下流側に設けられた流体排出路7bによってブロック1,7の内部から外部へ排出される。
従って、本実施形態に係るエンジンでは、環状の軌道におけるピストン6の周回運動に基づいて回転機構3,4の歯車3a,4aを回転させることにより、ピストン6を往復運動させる従来のエンジンのように、ピストンの運動方向の逆転に伴う損失が全く発生しないため、エネルギー変換効率を高めることができる。
As described above, according to the engine according to the present embodiment, the orbit of the cavity portion 2 is formed in the blocks 1 and 7 so that the plurality of pistons 6 are moved in an annular manner. On the top, a fluid introduction path 7a and a fluid discharge path 7b such as steam are formed. The fluid introduced into the wide portion 2a of the hollow portion 2 from the fluid introduction path 7a has a width that is gradually narrowed by the inclined portion 5d as compared to a region where the width is discontinuously narrowed by the step portion 1b. Since more flows to 2a, the fluid flow is biased in one direction. By being pushed by the fluid flowing in one direction, the row of pistons 6 moves in one direction in the cavity 2 and rotates the gears 3a, 4 of the rotating mechanisms 3, 4 in one direction. The fluid moving together with the piston 6 is discharged from the inside of the blocks 1 and 7 to the outside by the fluid discharge path 7b provided on the downstream side.
Therefore, in the engine according to the present embodiment, as in the conventional engine in which the piston 6 is reciprocated by rotating the gears 3a and 4a of the rotating mechanisms 3 and 4 based on the circular motion of the piston 6 in the annular track. The loss associated with the reversal of the moving direction of the piston does not occur at all, so that the energy conversion efficiency can be increased.

また、本実施形態に係るエンジンでは、流体の導入と排出が行われるブロック1,7の内部を複数のピストン6が列をなして移動するため、1つのピストンのみがシリンダ内を移動する従来の方式に比べて、流体の消費量を大幅に減らすことができる。すなわち、1つのピストンのみを用いる方式では、ピストンをある距離だけ移動させるために、その移動距離とシリンダの断面積との積に相当する体積の流体が消費される。これに対し、複数のピストン6を用いる本発明の方式では、あるピストン6が移動した後の空間に後続のピストン6が次々と侵入するため、実質的に消費される流体は、ピストン6の移動距離と空洞部2の軌道の断面積との積に相当する体積と後続のピストン6の体積との差分だけになる。従って、本エンジンでは、従来方式のようにシリンダの断面積を小さくすることなく蒸気の消費量を減らせるため、エネルギー変換効率を高めることができる。   Further, in the engine according to the present embodiment, since a plurality of pistons 6 move in a row inside the blocks 1 and 7 where fluid is introduced and discharged, only one piston moves in the cylinder. Compared with the method, the consumption of fluid can be greatly reduced. That is, in the method using only one piston, in order to move the piston by a certain distance, a fluid having a volume corresponding to the product of the moving distance and the cross-sectional area of the cylinder is consumed. On the other hand, in the system of the present invention using a plurality of pistons 6, the subsequent pistons 6 enter one after another into the space after the movement of a certain piston 6. Only the difference between the volume corresponding to the product of the distance and the cross-sectional area of the orbit of the cavity 2 and the volume of the subsequent piston 6 is obtained. Therefore, in this engine, since the consumption of steam can be reduced without reducing the cross-sectional area of the cylinder as in the conventional system, the energy conversion efficiency can be increased.

また、本実施形態に係るエンジンでは、各ピストン6の移動方向と流体の流れの方向が常に同じで、ピストン6の圧力を受ける面(側面6c)と流体の流れの方向とが直交しているので、流体の圧力をピストン6の運動エネルギーへ効率よく変換することができる。   In the engine according to the present embodiment, the direction of movement of each piston 6 and the direction of fluid flow are always the same, and the surface (side surface 6c) that receives the pressure of the piston 6 is orthogonal to the direction of fluid flow. Therefore, the fluid pressure can be efficiently converted into the kinetic energy of the piston 6.

また、本実施形態に係るエンジンでは、幅広部2aが始まる段部1bの手前の部分において、空洞部2を形成する壁(側壁1a)がピストン6とほぼ隙間なく近接する。これにより、段部1bの手前の領域へ流れ込む流体が効果的に阻止されるので、傾斜部5dによって徐々に狭まる幅広部2の側へ流体の流れの方向を集中させることができる。   Further, in the engine according to the present embodiment, the wall (side wall 1a) forming the cavity portion 2 is close to the piston 6 with almost no gap in the portion before the step portion 1b where the wide portion 2a starts. Thereby, the fluid flowing into the region in front of the stepped portion 1b is effectively blocked, so that the direction of fluid flow can be concentrated on the wide portion 2 side that gradually narrows by the inclined portion 5d.

また、本実施形態に係るエンジンでは、複数のピストン6を分離した状態で、個別にブロック1の環状の空洞部2に並べて取り付けるだけで、組み付けできるので、組立作業が容易である。   Moreover, in the engine which concerns on this embodiment, since it can assemble | attach only by arranging in the annular | circular cavity 2 of the block 1 separately in the state which isolate | separated several piston 6, it can assemble easily.

次に、本発明の他の実施形態について説明する。   Next, another embodiment of the present invention will be described.

図1に示すエンジンでは、直方体状のピストン6を用いて説明したが、空洞部2の軌道を円滑に移動するための形状、流体の圧力を効率的に受けるための形状をそれぞれ考慮した形状が考えられる。例えば、ラック部を除いた部分を円筒状にしても良い。   In the engine shown in FIG. 1, the description has been made using the rectangular parallelepiped piston 6. However, there are shapes that take into consideration the shape for smoothly moving the trajectory of the cavity 2 and the shape for efficiently receiving the fluid pressure. Conceivable. For example, the portion excluding the rack portion may be cylindrical.

図1に示すエンジンでは、ブロック1における仕切壁5の傾斜部5dの一例として直線的に傾いた面を図示しているが、傾斜部5はピストン6をスムーズに案内できる形状であればよいので、例えば湾曲面などその他の適宜な形状であってもよい。   In the engine shown in FIG. 1, a linearly inclined surface is illustrated as an example of the inclined portion 5 d of the partition wall 5 in the block 1, but the inclined portion 5 only needs to have a shape that can smoothly guide the piston 6. Other suitable shapes such as a curved surface may be used.

また、図5の例では、2つの回転機構3,4の一方は、エネルギー変換に用いていないが、他方と同様に回転軸3bを突出させて、エネルギー変換に用いてもよい。また、回転機構の数は任意であり、1個でも3個以上でもよい。   In the example of FIG. 5, one of the two rotation mechanisms 3 and 4 is not used for energy conversion, but may be used for energy conversion by projecting the rotating shaft 3b in the same manner as the other. The number of rotation mechanisms is arbitrary, and may be one or three or more.

図4の例では、幅広部2aが終わる傾斜部5dの末端の近くに流体排出路7bが設けられているが、流体排出路を更に下流側に設けてもよい。   In the example of FIG. 4, the fluid discharge path 7b is provided near the end of the inclined part 5d where the wide part 2a ends. However, the fluid discharge path may be provided further downstream.

以上、本発明の各種の実施形態を説明したが、本発明は上記の形態にのみ限定されるものではなく、種々のバリエーションを含んでいる。   As mentioned above, although various embodiment of this invention was described, this invention is not limited only to said form, Various modifications are included.

本発明は、蒸気、油などの高圧流体の圧力に基づいて回転運動を発生する装置に広く適用可能である。   The present invention is widely applicable to devices that generate a rotational motion based on the pressure of a high-pressure fluid such as steam or oil.

1…下側ブロック、1a…側壁、1b…段部、2…空洞部、2a…幅広部、3、4…回転機構、3a,4a…歯車、3b、4b…回転軸、5…仕切壁、5c…直線部、5d…傾斜部、6…ピストン、6a…ラック部、6c…側面、7…上側ブロック、7a…流体導入路、7b…流体排出路   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Lower block, 1a ... Side wall, 1b ... Step part, 2 ... Cavity part, 2a ... Wide part, 3, 4 ... Rotation mechanism, 3a, 4a ... Gear, 3b, 4b ... Rotating shaft, 5 ... Partition wall, 5c ... Linear part, 5d ... Inclined part, 6 ... Piston, 6a ... Rack part, 6c ... Side face, 7 ... Upper block, 7a ... Fluid introduction path, 7b ... Fluid discharge path

Claims (8)

ラック部を有する複数のピストンと、
前記複数のピストンが環状に列をなして移動するための軌道となる空洞部が形成されたブロックと、
前記ブロックの内部に収容され、前記ピストンのラック部と噛み合う歯車を備えた回転機構と、
前記ブロックの外部から前記空洞部へ流体を導入する流体導入路と、
前記空洞部から前記ブロックの外部へ流体を排出する流体排出路と、
を具備し、
前記ブロックにおいて前記空洞部を形成する壁が、
前記空洞部の幅を不連続に広くする段部と、
前記段部において広がった前記空洞部の幅を徐々に狭める傾斜部と、
を有し、
前記流体導入路が、前記段部による前記空洞部の幅広部へ流体を導入する、
エンジン。
A plurality of pistons having a rack portion;
A block in which a hollow portion serving as a trajectory for moving the plurality of pistons in a ring is formed;
A rotation mechanism including a gear housed in the block and meshing with a rack portion of the piston;
A fluid introduction path for introducing fluid from the outside of the block to the cavity,
A fluid discharge path for discharging fluid from the cavity to the outside of the block;
Comprising
A wall forming the cavity in the block;
A step portion discontinuously widening the width of the hollow portion;
An inclined portion that gradually narrows the width of the hollow portion that spreads in the step portion;
Have
The fluid introduction path introduces fluid into the wide part of the cavity by the step;
engine.
前記幅広部が始まる前記段部の手前の部分において、前記壁が前記ピストンと近接若しくは当接する、
請求項1に記載のエンジン。
In the portion in front of the step portion where the wide portion starts, the wall approaches or abuts the piston.
The engine according to claim 1.
前記空洞部において列をなして移動する際に互いに接触する前記ピストンの側面の少なくとも一部が、前記空洞部による前記軌道に対して略垂直な平面を持つ、
請求項2に記載のエンジン。
At least some of the side surfaces of the pistons that contact each other when moving in a row in the cavity have a plane that is substantially perpendicular to the trajectory by the cavity;
The engine according to claim 2.
前記流体導入路が、前記段部に近い前記幅広部の一方の端部において流体を導入し、
前記流体排出路が、前記傾斜部の末端に近い前記幅広部の他方の端部において流体を排出する、
請求項2又は3に記載のエンジン。
The fluid introduction path introduces fluid at one end of the wide portion close to the step;
The fluid discharge path discharges fluid at the other end of the wide portion near the end of the inclined portion;
The engine according to claim 2 or 3.
前記回転機構が、前記ブロックに設けられた仕切壁を間に挟んで2か所に形成され、
前記空洞部が、前記回転機構及び前記仕切壁と前記ブロックの周囲に設けられた側壁との間に環状に形成される、
請求項2乃至4の何れか一項に記載のエンジン。
The rotation mechanism is formed in two places with a partition wall provided in the block in between,
The hollow portion is formed in an annular shape between the rotation mechanism and the partition wall and a side wall provided around the block.
The engine according to any one of claims 2 to 4.
前記段部が、前記ブロックの前記側壁の前記空洞部側に設けられ、
前記傾斜部が、前記仕切壁の外壁面に設けられた、
請求項2乃至5の何れか一項に記載のエンジン。
The step is provided on the cavity side of the side wall of the block;
The inclined portion is provided on an outer wall surface of the partition wall;
The engine according to any one of claims 2 to 5.
2つの前記回転機構の間において前記ピストンを案内する前記空洞部の軌道の一部が蛇行しており、当該蛇行部分に前記幅広部が形成される、
請求項2乃至6の何れか一項に記載のエンジン。
A part of the orbit of the hollow portion that guides the piston is meandering between the two rotating mechanisms, and the wide portion is formed in the meandering portion.
The engine according to any one of claims 2 to 6.
前記ブロックが、
下側ブロックと、
前記下側ブロックに積層された上側ブロックと、
を含み、
前記流体導入路及び前記流体排出路が前記上側ブロックに設けられている、
請求項1乃至7のいずれか1つに記載のエンジン。
The block
The lower block,
An upper block stacked on the lower block;
Including
The fluid introduction path and the fluid discharge path are provided in the upper block,
The engine according to any one of claims 1 to 7.
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