JP7391915B2 - ロータリブレード型エンジン - Google Patents

Description

本発明は、シリンダ内で燃焼ガスを膨張させ出力軸に固定されたブレードを介して回転駆動力を得るロータリブレード型エンジンに関する。

従来、燃焼室の中で燃料を燃焼させてその熱エネルギーを機械エネルギーに変換して出力軸を回転させ仕事をする内燃機関として、例えばレシプロエンジンがある（例えば、特許文献１）。レシプロエンジンは、燃焼室を構成するシリンダの内壁面に沿って上下方向に往復移動するピストンを備えている。該ピストンは、コネクティングロッド及びクランクシャフトから構成されるクランク機構を介して出力軸に連結されており、ピストンの往復運動力は、クランク機構を介して出力軸の中心軸回りの回転動力に変換され出力される。

また、他の内燃機関の例として、ロータリピストンエンジンが知られている（例えば、特許文献２）。ロータリピストンエンジンは、トロコイド内周面を有するロータハウジングと、ロータハウジングの両側に配置され該ロータハウジングと共にロータ収容室を形成するサイドハウジングと、ロータ収容室内に収容されたロータと、を有する。ロータは、略３角形状の３葉ロータであり、ロータ収容室内を３つの作動室に区画する。そしてロータは、偏心輪を介して出力軸に支持されており、自転しながら出力軸の周りを公転する。このロータの回転により３つの作動室が周方向に移動し、３つの作動室でそれぞれ吸入、圧縮、膨張（燃焼）及び排気の工程が行われ、発生する回転力が出力軸から出力される。

特開２０２０－１７２８６９号公報 特開２０２０－１２４１１号公報

しかしながら、上記したレシプロエンジンやロータリピストンエンジン等の従来技術のエンジンは、更なる高性能化を図るために改善すべき点があった。

具体的には、レシプロエンジンは、ピストンの往復運動によって作動室内の空気の膨張力等を出力軸に伝達して回転動力としている。即ち、往復運動するピストンは、運転中に必ず一時停止して運動方向を逆方向に変える動作を繰り返している。そのため、レシプロエンジンは、ピストンの振動が大きく、安定した高速運転が難しいという問題点があった。

また、往復運動するピストンから出力軸に動力を伝達するために、コネクティングロッドやクランクシャフト等の動力伝達機構が必要である。また、吸排気弁等を開閉するためのカム機構等も必要である。そのため、これら動力伝達機構やカム機構等において動力伝達の損失が発生する。また、前述の動力伝達機構やカム機構等は、構成部材の加工及び機構の組み立ても容易ではない。

他方、従来技術のロータリピストンエンジンでは、出力軸に動力を伝達する３葉ロータは、作動室内の空気の圧力を受けて往復運動せずに回転運動する。よって、レシプロエンジンのようにピストンの往復運動による問題点はない。しかしながら、ロータリピストンエンジンの３葉ロータは、偏心輪を介して出力軸に支持され自転しながら出力軸の周りを公転するので、その偏心回転による荷重が発生する。よって、エンジンの高性能化を図るために、更にロータ先端部への変動荷重の少ない安定した回転が求められる。

また、ロータリピストンエンジンは、３葉ロータの偏心輪から出力軸に動力を伝達するための内歯歯車及び外歯歯車等の複雑な動力伝達機構を必要とする。また更に、ロータリピストンエンジンは、ロータハウジングのトロコイド内周面や３葉ロータの外周面等が特殊な曲面形状であり且つ高精度な加工が求められており、生産が難しいという問題点がある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、安定した運転が可能な高性能で生産性に優れたロータリブレード型エンジンを提供することにある。

本発明のロータリブレード型エンジンは、円筒状の内周面を有する外シリンダと、前記外シリンダの内部に設けられ前記外シリンダとの間に作動室を形成する円筒状の内シリンダと、前記内周面と同軸に設けられ前記内シリンダの内部に挿通された出力軸と、前記出力軸に固定され前記出力軸と共に回転するブレードと、外部から前記作動室に燃焼用の空気を吸入する吸気ポートと、前記作動室から前記外部に膨張後の前記空気を排出する排気ポートと、入口流路が前記排気ポート近傍の前記作動室につながり出口流路が前記吸気ポート近傍の前記作動室につながる圧縮空気室と、を具備し、前記内シリンダは、前記内周面から偏心した位置に設けられて前記内シリンダの中心軸を回転中心として回転し、前記ブレードは、前記内シリンダの内部から前記内シリンダを遊動自在に貫通して前記内周面に摺接し前記作動室を区画し、前記作動室で圧縮された前記空気は、前記入口流路を経由して前記圧縮空気室に流れて貯留され、前記出口流路を経由して前記作動室に送られて膨張し、前記出口流路には、前記作動室から前記圧縮空気室への前記空気の流れを止める逆止弁が設けられていることを特徴とする。

本発明のロータリブレード型エンジンによれば、円筒状の内周面を有する外シリンダと、外シリンダの内部に設けられ外シリンダとの間に作動室を形成する円筒状の内シリンダと、外シリンダの内周面と同軸に設けられ内シリンダの内部に挿通された出力軸と、出力軸に固定され出力軸と共に回転するブレードと、を有する。そして、内シリンダは、外シリンダの内周面の中心軸から偏心した位置に設けられ内シリンダの中心軸を回転中心として回転し外周面の一部分が外シリンダの内周面に近接しており、ブレードは、内シリンダの内部から内シリンダを遊動自在に貫通して外シリンダの内周面に摺接し作動室を区画する。

このような構成により、出力軸から偏心した位置を回転中心とした内シリンダの安定した回転、及び出力軸を回転軸としたブレードの安定した回転により、作動室の内部で吸入、圧縮、膨張及び排気の工程を実行することができる。よって、振動の少ない安定した動作で燃料の熱エネルギーを出力軸の回転動力に変換することができる高性能なロータリブレード型エンジンが得られる。

具体的には、本発明のロータリブレード型エンジンには、従来技術のレシプロエンジンのピストンのように往復運動をする動力伝達機構がない。即ち、本発明の内シリンダは、作動室を形成すると共に、ブレードを遊動自在に支持し、回転運動する。また、ブレードは、往復運動せず出力軸を中心として回転することにより、作動室内を移動して作動室内の空気を押圧すると共に作動室内の空気の圧力を効率良く出力軸に伝達する。よって、本発明のロータリブレード型エンジンは、ピストンを往復運動させるレシプロエンジンよりも振動が少なく、出力軸を高速回転させることができ、高性能なエネルギー変換が可能である。

また、本発明のロータリブレード型エンジンは、従来技術のロータリピストンエンジンの３葉ロータのように自転しながら出力軸の周りを公転する機構を有しない。即ち、本発明の内シリンダは、円筒状の形態を成し、その中心軸を回転中心として回転し、回転中心の位置を変えて移動することなく同じ位置を回転中心として回転する。よって、内シリンダは、ロータリピストンエンジンの３葉ロータに比べて安定した回転が可能である。

また、本発明のロータリブレード型エンジンは、ロータリピストンエンジンのように出力軸に動力を伝達する内歯歯車及び外歯歯車等の複雑な動力伝達機構を必要とせず、また、トロコイド内周面等の特殊な高精度曲面の加工も不要である。即ち、内シリンダは、円筒状の形態でその中心軸を回転中心として回転し、ブレードは、出力軸に固定され出力軸を回転中心として回転するため先端部への荷重負荷のない構成であるので、従来技術のロータリピストンエンジンに比べて加工が容易であり生産性の観点からも優位性がある。

また、本発明のロータリブレード型エンジンによれば、外部から前記作動室に燃焼用の空気を吸入する吸気ポートと、前記作動室から前記外部に膨張後の前記空気を排出する排気ポートと、入口流路が前記排気ポート近傍の前記作動室につながり出口流路が前記吸気ポート近傍の前記作動室につながる圧縮空気室と、を具備し、前記作動室で圧縮された前記空気は、前記入口流路を経由して前記圧縮空気室に流れて貯留され、前記出口流路を経由して前記作動室に送られて膨張する。このような構成により、ブレードの回転で作動室における吸入、圧縮、膨張及び排気の工程を効率良く実行することができる。

また、本発明のロータリブレード型エンジンによれば、前記吸気ポートに設けられた吸気弁と、前記排気ポートに設けられた排気弁と、前記入口流路に設けられた圧縮空気室入口弁と、前記出口流路に設けられた圧縮空気室出口弁と、を有しても良い。これにより、吸入、圧縮、膨張及び排気の各工程における空気の逆流や不要な混合を抑制して高性能なエネルギー変換を実現することができる。

また、本発明のロータリブレード型エンジンによれば、前記出口流路には、前記作動室から前記圧縮空気室への前記空気の流れを止める逆止弁が設けられても良い。これにより、膨張工程において作動室から圧縮空気室へ膨張空気が漏れることを抑制し、エンジン出力の低下を防止することができる。

また、本発明のロータリブレード型エンジンによれば、前記吸気弁、前記排気弁、前記圧縮空気室入口弁及び前記圧縮空気室出口弁は、電磁駆動式の弁であっても良い。これにより、それぞれの弁の開閉タイミング及び開閉度を好適に制御することができる。よって、ロータリブレード型エンジンの効率を向上させることができる。また、それぞれの弁を開閉するためのカム機構等を設ける必要がないので、弁の配置の自由度が高く、ロータリブレード型エンジンの構造がシンプルになり、装置を小型軽量化することができる。また、ロータリブレード型エンジンの製造が容易になり、生産性を高めることができる。

また、本発明のロータリブレード型エンジンによれば、前記吸気弁及び前記排気弁が開き前記圧縮空気室入口弁及び前記圧縮空気室出口弁が閉じた状態で前記ブレードが回転して前記ブレードの後方の後作動室において吸入工程が実行されると共に前記ブレードの前方の前作動室において排気工程が実行され、次の回転において、前記吸気弁、前記排気弁及び前記圧縮空気室入口弁が閉じ前記圧縮空気室出口弁が開いた状態で前記圧縮空気室から前記後作動室に圧縮された前記空気が供給されると共に前記前作動室で圧縮工程が開始され、次いで、前記圧縮空気室出口弁が閉じて前記圧縮空気室入口弁が開き前記後作動室において膨張工程が実行されると共に前記前作動室において前記圧縮工程が実行され圧縮された前記空気が前記圧縮空気室に送り込まれる。これにより、ブレードの２回転に対して約１回転の膨張工程が実行されることとなり、安定した回転出力が得られる。

本発明の実施形態に係るロータリブレード型エンジンの概略構成を示す正面断面図である。 本発明の実施形態に係るロータリブレード型エンジンの概略構成を示す側面断面図である。 本発明の実施形態に係るロータリブレード型エンジンのブレードピンの概略を示す（Ａ）側面図、（Ｂ）Ａ－Ａ線断面図である。 本発明の実施形態に係るロータリブレード型エンジンのブレード及びブレードピン近傍の概略を示す正面断面図である。 本発明の実施形態に係るロータリブレード型エンジンの吸入工程及び排気工程を示す図である。 本発明の実施形態に係るロータリブレード型エンジンの圧縮工程及び膨張工程を示す図である。 本発明の実施形態に係るロータリブレード型エンジンの圧縮空気送入工程を示す図である。 本発明の他の実施形態に係るロータリブレード型エンジンの概略構成を示す正面断面図である。

以下、本発明の実施形態に係るロータリブレード型エンジン１を図面に基づき詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るロータリブレード型エンジン１の概略構成を示す正面断面図である。

ロータリブレード型エンジン１は、ガソリン、軽油及び水素ガス等の燃料を作動室１４内で燃焼させその熱エネルギーを機械エネルギーに変換して出力軸５の回転動力として出力する内燃機関である。ロータリブレード型エンジン１は、発電装置、車両、船舶、農業機械、土木機械、建設機械、産業機械、空気調和装置、空気圧縮機、ポンプその他回転動力を必要とする各種装置の駆動源として用いられる。

図１に示すように、ロータリブレード型エンジン１は、ハウジング２に設けられた外シリンダ３と、外シリンダ３の内部に設けられた内シリンダ４と、内シリンダ４の内部に挿通された出力軸５と、出力軸５に固定され回転するブレード６と、を有する。

外シリンダ３は、作動室１４を形成する部材であり、円筒状の内周面を有する。外シリンダ３の内部には、円筒状の外周面を有する内シリンダ４が設けられている。外シリンダ３の内周面、内シリンダ４の外周面及びサイドハウジング３８、３９（図２参照）の内面に囲まれた領域が、空気を吸入、圧縮、膨張及び排気する作動室１４となる。

内シリンダ４は、外シリンダ３に対して偏心した位置に、回転自在に設けられている。即ち、内シリンダ４の中心軸Ｘ２は、外シリンダ３の内周面の中心軸Ｘ１からオフセットした位置にある。内シリンダ４の中心軸Ｘ２と外シリンダ３の中心軸Ｘ１は平行である。内シリンダ４は、内シリンダ４の中心軸Ｘ２を回転中心として、図１おいて反時計回りに回転する。

内シリンダ４は、前述のとおり、外シリンダ３に対して偏心した位置にあり、内シリンダ４の外周面の一部分は、外シリンダ３の内周面に近接している。外シリンダ３の内周面であって、内シリンダ４が近接する部分の近傍には、作動室１４を区画するシール部材３７が設けられている。このような構成により、作動室１４は、外シリンダ３の内周面と内シリンダ４の外周面に挟まれた平面視略三日月状の形態を成す。

シール部材３７は、外シリンダ３に形成されたシール支持穴１７に内嵌されており、内シリンダ４側の端部が内シリンダ４の外周面に摺動自在に当接する。シール支持穴１７の内部には、シール部材３７を内シリンダ４方向に押圧するバネ等の弾性部材１８が設けられても良い。

出力軸５は、ロータリブレード型エンジン１から回転動力を出力する回転軸であり、外シリンダ３の内周面の中心軸Ｘ１と同軸に設けられている。出力軸５は、内シリンダ４の内部の空間を貫通するよう設けられている。即ち、出力軸５は、外シリンダ３の中心軸Ｘ１の位置で内シリンダ４の内部を回転し、内シリンダ４は、出力軸５からオフセットした位置を回転中心として出力軸５の外側を回転する。なお出力軸５の回転方向は、内シリンダ４と同じく、図１において反時計回りである。

出力軸５には、ブレード６が固定されている。ブレード６は、略板状の形態を成す部材であり、内シリンダ４の内部から内シリンダ４を遊動自在に貫通し、外シリンダ３の内周面及びサイドハウジング３８、３９の内面に摺接している。これによりブレード６は、作動室１４を回転方向の前方の前作動室１５と、後方の後作動室１６と、に区画している。

ブレード６は、出力軸５と共に回転し、作動室１４内の空気の圧力を出力軸５に伝達する部材である。具体的には、ブレード６は、出力軸５と共に回転することにより、作動室１４内に空気を吸入、圧縮し、作動室１４内で燃焼して膨張する空気の圧力を出力軸５に伝達し、膨張した空気を排気する。

前述のとおり、出力軸５は、外シリンダ３の内周面の中心軸Ｘ１と同軸に設けられており、ブレード６は、出力軸５を中心として回転する。よって、ブレード６の先端部は、外シリンダ３の内周面を径方向に荷重することなく回転方向に移動する。

内シリンダ４には、ブレード６を遊動自在に支持するブレードピン３１が設けられている。ブレードピン３１は、内シリンダ４のブレードピン支持部２９に回動自在に支持されており、ブレード６は、ブレードピン３１のブレード支持孔３２に摺動自在に内嵌されている。

また、ハウジング２には、外部から作動室１４に燃焼用の空気を吸入する吸気ポート１０と、作動室１４から外部に膨張後の空気を排出する排気ポート１２と、作動室１４で圧縮された空気を貯留する圧縮空気室２１と、が形成されている。

吸気ポート１０は、正面視略三日月状の形態を成す作動室１４の一方の端辺近傍、詳しくは、ブレード６の回転方向の後方側となる端部近傍、即ち図１においては左側の端部近傍、につながるよう形成されている。なお、吸気ポート１０は、作動室１４に直接つながるよう形成されても良いし、後述する出口流路２６につながるよう形成されても良い。

他方、排気ポート１２は、吸気ポート１０に対して反対側の端辺近傍、詳しくは、ブレード６の回転方向の前方側となる端部近傍、即ち図1においては右側の端部近傍、につながるよう形成されている。

圧縮空気室２１は、作動室１４で圧縮された高圧の空気を貯留する空間である。ハウジング２には、作動室１４から圧縮空気室２１に流入する空気の流路である入口流路２５と、圧縮空気室２１から作動室１４に供給される空気の流路である出口流路２６と、が形成されている。具体的には、入口流路２５は、排気ポート１２近傍の作動室１４につながり、出口流路２６は、吸気ポート１０近傍の作動室１４につながっている。

これにより、作動室１４で圧縮された空気は、入口流路２５を経由して圧縮空気室２１に流れて貯留され、圧縮空気室２１から出口流路２６を経由して吸気ポート１０近傍から作動室１４に送られた後、作動室１４内で膨張する。このような構成により、ブレード６の回転で作動室１４における吸入、圧縮、膨張及び排気の工程を効率良く実行することができる。

吸気ポート１０には、吸気ポート１０を開閉して作動室１４への空気の吸入を制御する吸気弁１１が設けられている。他方、排気ポート１２には、排気ポート１２を開閉して作動室１４からの排気を制御する排気弁１３が設けられている。

圧縮空気室２１の入口、即ち入口流路２５の圧縮空気室２１側の開口部近傍には、入口流路２５を開閉して作動室１４から圧縮空気室２１への圧縮空気の流れを制御する圧縮空気室入口弁２２が設けられている。圧縮空気室２１の出口、即ち出口流路２６の圧縮空気室２１側の開口部近傍には、出口流路２６を開閉して圧縮空気室２１から作動室１４への圧縮空気の流れを制御する圧縮空気室出口弁２３が設けられている。

吸気弁１１、排気弁１３、圧縮空気室入口弁２２及び圧縮空気室出口弁２３を備えていることにより、吸入、圧縮、膨張及び排気の各工程における空気の逆流や不要な混合を抑制して高性能なエネルギー変換を実現することができる。

また、出口流路２６には、圧縮空気室出口弁２３と略同じタイミングで開閉し、作動室１４から圧縮空気室２１への空気の逆流を防止する逆止弁２４が設けられている。これにより、膨張工程Ｓ４において作動室１４から圧縮空気室２１へ膨張空気が漏れることが抑制され、エンジン出力の低下を防止することができる。

上述した吸気弁１１、排気弁１３、圧縮空気室入口弁２２、圧縮空気室出口弁２３及び逆止弁２４は、例えば、ＤＣモータを駆動源とした電磁駆動式の弁であっても良い。電磁駆動式の弁が採用されることにより、それぞれの弁の開閉タイミング及び開閉度、即ちリフト量、を好適に制御することができる。よって、ロータリブレード型エンジン１の効率を向上させることができる。

また、吸気弁１１、排気弁１３、圧縮空気室入口弁２２、圧縮空気室出口弁２３及び逆止弁２４が電磁駆動式の弁であることにより、それぞれの弁を開閉するためのカム機構等を設ける必要がない。よって、吸気弁１１、排気弁１３、圧縮空気室入口弁２２、圧縮空気室出口弁２３及び逆止弁２４の配置の自由度が高く、ロータリブレード型エンジン１の構造がシンプルになり、装置全体を小型軽量化することができる。また、ロータリブレード型エンジン１の製造が容易になるので、電磁駆動式の弁は、生産性の観点からも望ましい。

ハウジング２には、圧縮空気に燃料を供給する燃料噴射装置４０と、燃料に点火する点火プラグ４１が設けられている。具体的には、燃料噴射装置４０及び点火プラグ４１は、吸気ポート１０近傍の作動室１４若しくは出口流路２６に燃料を噴射して点火するよう設けられている。燃料噴射装置４０は、例えば、電子制御によって燃料を噴射する電子制御燃料噴射装置である。

図２は、ロータリブレード型エンジン１の概略構成を示す側面断面図である。
図２を参照して、ハウジング２は、円筒状の内周面を有する外シリンダ３を備えている。外シリンダ３の中心軸Ｘ１の方向の両側には、一対のサイドハウジング３８、３９が固定されている。

外シリンダ３とサイドハウジング３８、３９とで囲まれた領域には、内シリンダ４が設けられている。外シリンダ３の内周面、内シリンダ４の外周面及びサイドハウジング３８、３９の内面で囲まれた領域が作動室１４（図１参照）となる。

前述のとおり、内シリンダ４は、外シリンダ３の中心軸Ｘ１からオフセットした位置を回転中心として回動自在である。具体的には、内シリンダ４の中心軸Ｘ２の方向の両端近傍の内径側には、軸受部２０が設けられており、内シリンダ４は、軸受部２０を介してサイドハウジング３８、３９に回転自在に支持されている。なお、図示を省略するが、内シリンダ４の側面とサイドハウジング３８、３９との間には、内シリンダ４に摺接して空気の漏れを防止するシール部材が設けられている。

出力軸５は、外シリンダ３の内周面の中心軸Ｘ１と同軸に設けられ、内シリンダ４の内部を通過するよう設けられている。具体的には、出力軸５は、外シリンダ３の中心軸Ｘ１を回転中心とし、軸受部１９を介して、サイドハウジング３８、３９に回転自在に支持されている。

出力軸５には、出力軸５と共に回転するブレード６が固定されており、ブレード６は、内シリンダ４を貫通して作動室１４に突出して外シリンダ３の内周面に摺接する。具体的には、ブレード６は、ブレードピン３１を介して、摺動自在且つ回動自在に、内シリンダ４に支持されている。

図３は、ブレードピン３１の概略を示す図であり、図３（Ａ）は側面図、図３（Ｂ）はＡ－Ａ線断面図である。
図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、ブレードピン３１は、略円柱状の形態を成し、内シリンダ４（図２参照）に設けられて、ブレード６（図１参照）を摺動自在に支持する部材である。ブレードピン３１には、ブレード６が挿入されるブレード支持孔３２が形成されている。

ブレード支持孔３２は、ブレード６の断面形状に対応する断面略長方形状の形態をなし、ブレードピン３１の周面の一方側から他方側に貫通するよう形成されている。このブレード支持孔３２にブレード６が内嵌され摺動自在に支持される。

ブレードピン３１の両端部には、内シリンダ４のブレードピン支持部２９（図２参照）に内嵌される支持軸部３３が形成されている。図２に示すように、支持軸部３３は、ブレードピン支持部２９に回動自在に内嵌される。

図４は、ロータリブレード型エンジン１のブレードピン３１近傍の概略を示す正面断面図である。
図４に示すように、ブレードピン３１は、内シリンダ４に形成された開口部２７に回動自在に設けられる。開口部２７は、内シリンダ４の内部から外周部の外側まで貫通するよう形成されている。そして、前述のとおり、ブレードピン３１には内シリンダ４の内部から外部に貫通するブレード支持孔３２が形成されており、ブレード支持孔３２には、ブレード６が摺動自在に内嵌されている。

内シリンダ４の開口部２７には、内シリンダ４の内部側及び外周面側に、開口面積が大きくなる拡開部２８が形成されている。これにより、ブレードピン３１に内嵌されたブレード６と開口部２７との間に、ブレード６を回動自在とする空間が確保される。即ち、ブレード６は、回動しても内シリンダ４の開口部２７に接触することがない。

このような構成により、ブレード６は、内シリンダ４の内部から外周面を貫通し、内シリンダ４の内外方向に摺動自在であり、且つ、内シリンダ４に対して周方向の傾斜を変更可能となる。

ブレードピン３１の外周面とブレードピン支持部２９との間には、ブレードピンシールとしてのシール部材３４が設けられている。シール部材３４が設けられることにより、ブレードピン３１の外周面がシールされ、作動室１４から内シリンダ４の内部への、またはその逆の、空気の漏れが防止される。

ブレード６の前後両面とブレードピン３１のブレード支持孔３２との間には、ブレードピンシールとしてのシール部材３５が設けられている。シール部材３５が設けられることにより、ブレード６の前後面がシールされ、作動室１４から内シリンダ４の内部への、またはその逆の、空気の漏れが防止される。

ブレード６の先端近傍には、ブレード６の先端と外シリンダ３の内周面との間を摺動自在にシールするアペックスシール３６が設けられている。換言すれば、ブレード６は、アペックスシール３６を介して外シリンダ３の内周面に摺接している。

なお、前述のとおり、ブレード６は、外シリンダ３の内周面の中心軸Ｘ１と同軸な出力軸５を中心として回転するので、ブレード６の先端部は、外シリンダ３の内周面を径方向に荷重しない。よって、ブレード６は、先端部の摩擦が少ない高効率な回転運転が可能となる。

また、図示を省略するが、ブレード６の側端部には、ブレード６とサイドハウジング３８、３９（図２参照）の内面との間を摺動自在にシールするサイドシールが設けられている。換言すれば、ブレード６は、サイドシールを介してサイドハウジング３８、３９の内面に摺接している。

上記のように、ブレード６の摺動部等にシール部材３４、３５、アペックスシール３６及びサイドシールが設けられることにより、空気漏れによる熱効率の低下を防止し、ロータリブレード型エンジン１の高効率化を図ることができる。

次に、図５ないし図７を参照して、ロータリブレード型エンジン１の動作について詳細に説明する。
図５は、ロータリブレード型エンジン１の吸入工程Ｓ１及び排気工程Ｓ５を示す図である。

図５ないし図７において、出力軸５は、外シリンダ３の中心軸Ｘ１を回転中心として反時計回りに回転し、内シリンダ４は、出力軸５の回転に連動し、出力軸５から偏心した位置にある内シリンダ４の中心軸Ｘ２を回転中心として反時計回りに回転する。

図５を参照し、先ず吸入工程Ｓ１について説明する。出力軸５と共に回転するブレード６が吸気ポート１０及び出口流路２６近傍を通過した後、吸入工程Ｓ１が実行される。吸入工程Ｓ１では、吸気弁１１及び排気弁１３が開き、圧縮空気室入口弁２２、圧縮空気室出口弁２３及び逆止弁２４が閉じた状態で、ブレード６が回転する。これにより、ブレード６の後方の後作動室１６に吸気ポート１０から空気が吸入される。

なお、吸入工程Ｓ１が実行される際に、ブレード６の前方の前作動室１５においては、吸入工程Ｓ１と略同じタイミングで排気工程Ｓ５が実行される。即ち、前作動室１５内の空気は、ブレード６に押圧され排気ポート１２を介して外部に排気される。

図６は、ロータリブレード型エンジン１の圧縮工程Ｓ２及び膨張工程Ｓ４を示す図である。
図６を参照して、吸入工程Ｓ１（図５参照）が行われ作動室１４に空気が吸入された後、吸入された空気を圧縮する圧縮工程Ｓ２が行われる。

具体的には、吸入工程Ｓ１で１回転したブレード６が次の回転、即ち第２の回転、をする際には、排気弁１３が閉じられ、前作動室１５において圧縮工程Ｓ２が実行される。圧縮工程Ｓ２においては、前作動室１５の空気がブレード６の回転により圧縮される。

そして、圧縮空気室入口弁２２が開き、前作動室１５でブレード６に圧縮された空気が入口流路２５を通過して圧縮空気室２１に送り込まれる。
なお、前作動室１５で圧縮工程Ｓ２が行われる際には、後作動室１６では、後述する圧縮空気送入工程Ｓ３及び膨張工程Ｓ４が行われる。

図７は、圧縮空気送入工程Ｓ３を示す図である。
図７を参照して、圧縮工程Ｓ２が行われ圧縮された空気が圧縮空気室２１に貯留された後、圧縮された空気を作動室１４に供給する圧縮空気送入工程Ｓ３が行われる。

具体的には、圧縮工程Ｓ２が行われた第２の回転の次の回転、即ち第３の回転において、吸気弁１１、排気弁１３、圧縮空気室入口弁２２、圧縮空気室出口弁２３及び逆止弁２４が閉じられた状態で、ブレード６が吸気ポート１０及び出口流路２６近傍を通過すると、圧縮空気室出口弁２３及び逆止弁２４が開かれる。これにより、圧縮空気室２１と後作動室１６が出口流路２６を介して連通し、圧縮空気室２１から後作動室１６に圧縮空気が供給される。

なお、圧縮空気送入工程Ｓ３において、ブレード６の前方の前作動室１５では、作動室１４内の空気を圧縮する圧縮工程Ｓ２が行われている。圧縮空気室出口弁２３及び逆止弁２４が開いて圧縮空気送入工程Ｓ３が行われている際には、圧縮空気室２１の圧縮空気室入口弁２２は閉じた状態である。そのため、ブレード６の回転によって前作動室１５の中で圧縮される空気は、圧縮空気室２１まで流れない。

そして、ブレード６が所定の位置まで回転したら、圧縮空気室出口弁２３及び逆止弁２４が閉じられ圧縮空気送入工程Ｓ３が完了する。圧縮空気送入工程Ｓ３が完了したら、次いで、後作動室１６において膨張工程Ｓ４が実行される。即ち、第３の回転では、１回の回転で、後作動室１６に圧縮空気を供給する圧縮空気送入工程Ｓ３と、圧縮空気を膨張させる膨張工程Ｓ４（図６参照）と、が連続して行われる。

具体的には、図６を参照して、燃料噴射装置４０から後作動室１６に燃料が噴射され、点火プラグ４１による点火が行われる。そうすると、燃料の燃焼（爆発）により、後作動室１６内の空気が昇圧し、空気の圧力によってブレード６が後方から押圧され、空気が膨張する。この膨張による空気の圧力が出力軸５に伝達され、回転動力として出力される。

なお、ブレード６後方の後作動室１６では、圧縮空気送入工程Ｓ３に引き続き膨張工程Ｓ４が行われ、その際、ブレード６前方の前作動室１５では、作動室１４内の空気を圧縮する圧縮工程Ｓ２が行われている。圧縮空気送入工程Ｓ３が終了して圧縮空気室出口弁２３及び逆止弁２４が閉じられた後、圧縮空気室入口弁２２が開かれるので、前作動室１５で圧縮された空気は、前述のとおり、圧縮空気室２１に送られる。

膨張工程Ｓ４が完了したら、ブレード６の次の回転、即ち第４の回転で、排気工程Ｓ５が行われる。図５を参照して、排気工程Ｓ５では、排気弁１３が開き、圧縮空気室入口弁２２が閉じた状態で、ブレード６が回転し、前作動室１５の空気が排気ポート１２から排出される。

なお、既に説明したように、排気工程Ｓ５は、吸入工程Ｓ１と略同時に行われる。即ち、吸気弁１１及び排気弁１３が開き、圧縮空気室入口弁２２、圧縮空気室出口弁２３及び逆止弁２４が閉じた状態で、ブレード６が回転し、後作動室１６で吸入工程Ｓ１が、前作動室１５で排気工程Ｓ５が実行される。

以上説明の如く、ロータリブレード型エンジン１では、図５ないし図７を参照して、ブレード６の第１の回転で吸入工程Ｓ１が、第２の回転で圧縮工程Ｓ２が、第３の回転で圧縮空気送入工程Ｓ３及び膨張工程Ｓ４が、第４の回転で排気工程Ｓ５が行われる。

即ち、ブレード６の第１の回転によって、吸気ポート１０からブレード６後方の後作動室１６に空気が吸入され、その空気がブレード６の第２の回転によってブレード６前方の前作動室１５で圧縮され入口流路２５を経由して圧縮空気室２１に貯留される。

そして、ブレード６の第３の回転時に、圧縮空気室２１に貯留されている圧縮された空気がブレード６後方の後作動室１６に再度送られ膨張し、ブレード６を押圧して駆動力を発揮する。そして、ブレード６の第３の回転で膨張した空気は、第４の回転時に、ブレード６前方の前作動室１５から排気ポート１２を経て排出される。

そして、ブレード６の後方の後作動室１６と前方の前作動室１５で同時に２つの工程が実行されるので、ブレード６の２回転に対して１回の膨張工程Ｓ４が行われることになる。よって、安定した回転出力が得られる。

また、既に説明したとおり、ロータリブレード型エンジン１には、従来技術のレシプロエンジンのピストンのように往復運動をする動力伝達機構がない。即ち、内シリンダ４は、作動室１４を形成すると共に、ブレード６を遊動自在に支持し、回転運動する。

また、ブレード６は、往復運動せず出力軸５を中心として回転することにより、作動室１４内を移動して作動室１４の空気を押圧すると共に作動室１４の空気の圧力を効率良く出力軸５に伝達する。よって、本発明のロータリブレード型エンジン１は、ピストンを往復運動させるレシプロエンジンよりも振動が少なく、出力軸５を高速回転させることができ、高性能なエネルギー変換が可能である。

また、本発明のロータリブレード型エンジン１は、従来技術のロータリピストンエンジンの３葉ロータのように自転しながら出力軸５の周りを公転する機構を有しない。即ち、本発明の内シリンダ４は、円筒状の形態を成し、その中心軸Ｘ２を回転中心として回転し、回転中心の位置を変えて移動することなく同じ位置で回転する。よって、内シリンダ４は、ロータリピストンエンジンの３葉ロータに比べて安定した回転が可能である。

また、本発明のロータリブレード型エンジン１は、ロータリピストンエンジンのように出力軸５に動力を伝達する内歯歯車及び外歯歯車等の複雑な動力伝達機構を必要とせず、また、トロコイド内周面等の特殊な高精度曲面の加工も不要である。即ち、内シリンダ４は、円筒状の形態でその中心軸Ｘ２を回転中心として回転し、ブレード６は、出力軸５に固定され出力軸５を回転中心として回転するため先端部への荷重負荷のない構成である。そのため、ロータリブレード型エンジン１は、従来技術のロータリピストンエンジンに比べて加工が容易であり生産性の観点からも優位性がある。

このように、本実施形態に係るロータリブレード型エンジン１は、出力軸５から偏心した位置を回転中心とした内シリンダ４の安定した回転、及び出力軸５を回転軸としたブレード６の安定した回転により、作動室１４の内部で吸入、圧縮、膨張及び排気の各工程を効率良く実行することができる。よって、振動の少ない安定した動作で燃料の熱エネルギーを出力軸５の回転動力に変換することができる高性能なロータリブレード型エンジン１が得られる。

次に、図８を参照して、実施形態を変形した例として、ロータリブレード型エンジン１０１について詳細に説明する。
図８は、ロータリブレード型エンジン１０１の概略構成を示す正面断面図である。なお、既に説明した実施形態と同一若しくは同様の作用、効果を奏する構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

図８に示すように、ロータリブレード型エンジン１０１は、２つの燃料噴射装置４０、１４０を有する。即ち、ハウジング２には、圧縮空気に燃料を供給する燃料噴射装置４０と、同じく圧縮空気に燃料を供給する燃料噴射装置１４０が設けられている。例えば、一方の燃料噴射装置４０は、燃料としての水素ガスを供給し、他方の燃料噴射装置１４０は、燃料としてのガソリンを供給する装置であっても良い。

具体的には、燃料噴射装置４０及び燃料噴射装置１４０は、吸気ポート１０近傍の作動室１４若しくは出口流路２６に設けられている。一方の燃料噴射装置４０が水素ガスを供給する装置である場合、燃料噴射装置４０は、出口流路２６に水素ガスを噴射するよう設けられても良い。そして、他方の燃料噴射装置１４０がガソリンを供給する装置である場合、燃料噴射装置１４０は、作動室１４にガソリンを噴射するよう設けられても良い。

燃料に点火する点火プラグ４１は、燃料噴射装置４０及び燃料噴射装置１４０よりも下流に設けられている。即ち、上記のように燃料噴射装置４０が水素ガスを供給し、燃料噴射装置１４０がガソリンを供給する構成では、点火プラグ４１は、ガソリンを供給する燃料噴射装置１４０近傍であって、燃料噴射装置１４０の下流、即ちブレード６の回転方向において燃料噴射装置１４０より前方、に設けられている。

このように水素ガスを噴射する燃料噴射装置４０が点火プラグ４１から離れた位置に設けられ、ガソリンを供給する燃料噴射装置１４０が点火プラグ４１の近傍に設けられることにより、発火が速い水素ガスを安全に点火することができる。

詳しくは、ブレード６が出口流路２６近傍を通過した後に、燃料噴射装置４０から水素ガスが噴射され、燃料噴射装置４０からの水素ガスの噴射が終了した後に、ブレード６が点火プラグ４１近傍を通過し、点火プラグ４１による着火が行われる。これにより、燃料噴射装置４０内への逆火を防止して水素ガスを安全に燃焼させることができる。

また、ガソリン燃料が使用される場合には、ブレード６が燃料噴射装置１４０近傍を通過した後に、燃料噴射装置１４０からガソリンが噴射され、ブレード６が点火プラグ４１近傍を通過した後に、点火プラグ４１による着火が行われる。

なお、燃料は、燃料噴射装置４０または燃料噴射装置１４０の何れか一方のみから供給されれば良い。つまり、ロータリブレード型エンジン１０１は、例えば、運転中の燃料不足やガス欠時、燃料噴射装置４０から供給される水素ガスまたは燃料噴射装置１４０から供給されるガソリンを選択的に使用して安全な燃焼を行い回転動力を継続して出力することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更実施が可能である。

１、１０１ ロータリブレード型エンジン
２ ハウジング
３ 外シリンダ
４ 内シリンダ
５ 出力軸
６ ブレード
１０ 吸気ポート
１１ 吸気弁
１２ 排気ポート
１３ 排気弁
１４ 作動室
１５ 前作動室
１６ 後作動室
１７ シール支持穴
１８ 弾性部材
１９ 軸受部
２０ 軸受部
２１ 圧縮空気室
２２ 圧縮空気室入口弁
２３ 圧縮空気室出口弁
２４ 逆止弁
２５ 入口流路
２６ 出口流路
２７ 開口部
２８ 拡開部
２９ ブレードピン支持部
３１ ブレードピン
３２ ブレード支持孔
３３ 支持軸部
３４ シール部材
３５ シール部材
３６ アペックスシール
３７ シール部材
３８ サイドハウジング
３９ サイドハウジング
４０、１４０ 燃料噴射装置
４１ 点火プラグ
Ｘ１ 中心軸
Ｘ２ 中心軸
Ｓ１ 吸入工程
Ｓ２ 圧縮工程
Ｓ３ 圧縮空気送入工程
Ｓ４ 膨張工程
Ｓ５ 排気工程

Claims (4)

1. 円筒状の内周面を有する外シリンダと、
   前記外シリンダの内部に設けられ前記外シリンダとの間に作動室を形成する円筒状の内シリンダと、
   前記内周面と同軸に設けられ前記内シリンダの内部に挿通された出力軸と、
   前記出力軸に固定され前記出力軸と共に回転するブレードと、
   外部から前記作動室に燃焼用の空気を吸入する吸気ポートと、
   前記作動室から前記外部に膨張後の前記空気を排出する排気ポートと、
   入口流路が前記排気ポート近傍の前記作動室につながり出口流路が前記吸気ポート近傍の前記作動室につながる圧縮空気室と、を具備し、
   前記内シリンダは、前記内周面から偏心した位置に設けられて前記内シリンダの中心軸を回転中心として回転し、
   前記ブレードは、前記内シリンダの内部から前記内シリンダを遊動自在に貫通して前記内周面に摺接し前記作動室を区画し、
   前記作動室で圧縮された前記空気は、前記入口流路を経由して前記圧縮空気室に流れて貯留され、前記出口流路を経由して前記作動室に送られて膨張し、
   前記出口流路には、前記作動室から前記圧縮空気室への前記空気の流れを止める逆止弁が設けられていることを特徴とするロータリブレード型エンジン。
2. 前記吸気ポートに設けられた吸気弁と、
   前記排気ポートに設けられた排気弁と、
   前記入口流路に設けられた圧縮空気室入口弁と、
   前記出口流路に設けられた圧縮空気室出口弁と、を有することを特徴とする請求項１に記載のロータリブレード型エンジン。
3. 前記吸気弁、前記排気弁、前記圧縮空気室入口弁及び前記圧縮空気室出口弁は、電磁駆動式の弁であることを特徴とする請求項２に記載のロータリブレード型エンジン。
4. 前記吸気弁及び前記排気弁が開き前記圧縮空気室入口弁及び前記圧縮空気室出口弁が閉じた状態で前記ブレードが回転して前記ブレードの後方の後作動室において吸入工程が実行されると共に前記ブレードの前方の前作動室において排気工程が実行され、
   次の回転において、前記吸気弁、前記排気弁及び前記圧縮空気室入口弁が閉じ前記圧縮空気室出口弁が開いた状態で前記圧縮空気室から前記後作動室に圧縮された前記空気が供給されると共に前記前作動室で圧縮工程が開始され、
   次いで、前記圧縮空気室出口弁が閉じて前記圧縮空気室入口弁が開き前記後作動室において膨張工程が実行されると共に前記前作動室において前記圧縮工程が実行され圧縮された前記空気が前記圧縮空気室に送り込まれることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のロータリブレード型エンジン。
   

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