JPH01147101A - ロータリ外燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、一般に外燃機関に関し、さらに詳しく言えば
、加圧作動流体によってのみ常態で作動される５つの可
動部品のみを有するロータリ流体圧機関に関するもので
ある。

（ロ）従来技術 圧縮空気、蒸気、またはその他の加圧作動流体によって
一般に作動されるロータリ式の外燃機関に関する従来技
術には、２つの代表的形式のものがある。その１つの形
式は、環状室を小室に分割するように用いられる種々の
機構を備えた環状室内で回転する種々の形状のピストン
を採用している。一方、他の機構は加圧流体を種々の小
室に噴射する。従来のこの種のものには、加圧流体がそ
の動力サイクル中にピストンの作用面に圧力を作用させ
るように、レノ（−、ギヤー、ローラ、ベルト、プーリ
、およびその他の機械的方法および装置によってすべて
特徴づけられている。

従来のロータリ外燃機関の第２の形式のものは、１ｔた
はそれ以上の偏心ロータを採用していることである。環
状室内の往復ステータは、作動流体をロータとステータ
との間にある室内に誘導するために、ロッド、クランク
、ウオームまたはヘリカル・ギヤー等の種々の機械的要
素を利用している。排気ボートは、環状室との偏心ロー
タ接触点から前方に環状室内に配置される。

ロータリ外燃機関の上述した形式に向けられた従来技術
の代表例は、米国特許筒６０５．５／ｉ４号、同６１４
，１０７号、同６６９．４４７号、同７２４２４２号、
同７７４，４１７号、同１，１５８，３２５号、同１７
５９．７５４号等のものがある。

（ハ）発明が解決しようとした課題 本発明の主な目的は、高効率のロータリ外燃機関を提供
することにある。

本発明の別な目的は、実質的に故障のないロータリ外燃
機関を提供することにある。

本発明のさらに別の目的は、最小の可動部品を有し、か
つ、それらの可動部品が作動流体によって作動され機械
的手段によっては作動されないロータリ外燃機関を提供
することにある。

本発明のさらに別の目的は、ノ・ウジングから作動流体
の漏れを防止する改良されたロータリ・シール手段を提
供することにある。

に）課題を解決するための手段 本発明は、対をなす隣接垂直定置室を有する新規なロー
タリ外燃機関に向けられている。

各環状室は、２つのピストンを有するピストン集合体を
収容する。各集合体のピストンは１８０度離れた回転自
在に定置される。頂板、底板、側板、端板が室を包囲す
る。環状室間の底部開口は、再生用の中央槽に収集する
ために、使用ずみ作動流体用ドレインを与える。各室内
のピストンが弁作動位置に配置されたときに、１対のシ
ャトル弁が加圧作動流体の作用によって空間を移動する
両シャトル弁は移動と同じ方向に同時に作動する。

ピストン集合体は、一端に動力出力接続部を有する中央
シャフトによって支持される。シャフトの一部は中空に
なっていて、加圧作動流体源と室との間に連通路を与え
る。チャネルが、シャフトの中空部分から、室の中央環
状室の中央環状表面と反対位置にある各ピストンの外面
まで延びている。室の中央環状面が複数の流体トラフを
有している。各隣接トラフはピストン移動方向に傾斜面
を有している。室内面のまわシに１８０度離れた定置さ
れた各対向環状室のトラフは、加圧流体がシャフトの中
空部分内に存在するときに、作動流体が各ピストン集合
体のピストンのうちの少なくとも１つに常に作用するよ
うに、直接的に対向するトラフが等しくない長さを有す
るように裁寸される。

排出口に隣接した各ピストンの表面は、作動面からカム
面を成形する先導縁に向かってテーパを付けられている
。作動流体がシャフトの中空部分で終了する場合には、
このカム面はピストンの通路から反対の室まで弁を移動
させるシャトル弁外面に係合する。作動流体がシャフト
の中空部分内に存在しているとき、ピストンと弁との間
に機械的接触はないことを理解されたい。

シャフトの中空部分とピストンの外面との間のチャネル
は、ピストンの作動面近くの環状室の中央トラフ部分に
隣接した位置においてピストンの外面にあるポートで終
了している。１対の対向第２チヤネルは、各室の中央部
分から移動弁の一方の側まで延びている。シャフトの中
空部分から続くチャネルから、ピストン内の開口が室の
中央部分内の第２チヤネルまで誘導されるとき、作動流
体がシャトル弁の一方の側内に誘導される。反対の室内
のピストンが弁干渉位置を通過するとき、弁は反対の室
内に移動する。弁が反対ロータによって塞がれたチャネ
ル内の流体圧力によって最後の移動位置に保持される。

弁が作動する常態動作中に機械的接続はない。

排出口は、各室の内側壁に設けられ、また、その間で排
出マニホルド内に開口する。各室の排出口は、テーパ付
きピストン面と同様に、対向した隣接関係を有している
。好ましくは多孔またはスクリーン材料の垂直定置シー
トは排出口間で排出室内に定置される。多孔材料は、液
体の場合の使用ずみ作動流体を圧縮し、開口を通して再
生用断熱収集槽まで重力によってハウジングの底に向け
るようにする。

排出！二ホルトおよび断熱収集槽の加熱壁がある程度の
熱容量を与え、これにより作動流体が蒸気である場合に
は、使用ずみ蒸気から生じる圧縮が、それを蒸気へ戻す
変化を与える最小エネルギを必要とした上昇された温度
に維持される。断熱技術において周知の別の断熱材料が
加えられて、本発明の機関の効率を向上させる。

本発明は、以下の３つの理由で既存の蒸気機関よシも効
率がよい。第１は、各サイクルにおける各ロータ内に噴
射される小量の蒸気は、ロータが既存の設計よりも排出
される前にロータの含有室内でエネルギの高い比率で膨
張する。

第２に、中央排出マニホルド下流に流れる熱い圧縮が断
熱槽内で収集され、次いで少しの熱損失で熱源に戻され
るように、機関が完全に断熱される。この結果、機関の
効率が利用熱対損失熱比によって大きく定まるので、よ
シ大きい効率になる。第５に、よシ少ない移動圧縮と、
大きくかつ重い往復ピストンに代ってよシ小さくかつ軽
い往復シャトル弁とによって、克服すべきより小さい内
部摩擦と慣性が得られる。

（ホ）実施例 図面を参照すれば、第１図は本発明のロータリ外燃料機
関１０の部分破断斜視図である。

機関ハウジングは、作動流体入力端板１２、出力端板１
４、底または床面１８、側壁１７（他の図面参照）、お
よびカバーまたは頂面１６を備えている。

１対の環状室２０．２２がハウジング内にある。

環状室の内面は、鏡像環状室端板２５，２４によって包
囲される。複数の管状または中空ロータ・シャフト２５
が機関１０を通って長手方向に通過する。シャフト２５
は端板１２，１４によって回転自在に端部で支持され、
また、接触せずに室内端板２３，２４を通過する。シャ
フトはそれに固定された１対のピストン集合体２６．２
８を有している。ピストン集合体は、シャフトが作動位
置にあるとき、各室内に一方が定置される。

各ピストン集合体は１対のピストン３０を有している。

排出口３２に隣接した各ピストンの面３１が、作用面９
２からカム面を成形する先導縁に向かって約３０度テー
パを付けられている（代表的なピストン形状について第
１：図を参照）。各ピストン集合体のピストンは１８０
度離れて定置される。ピストン集合体は９０度離れて変
位されている。すなわち、ピストン集合体。

２６のピストンは４分の１および４分の３に定置され、
また、ピストン集合体のピストンが４分の２および４分
の４に定置される。ピストンの配置は機関の平衡および
フライ・ホイール効果を与える。

各室内端板２３および２４は、対向曲線排出穴３２を有
している。各室端板は、１８０度離れた２つの弁受は穴
３４を有している。室端板の弁受は穴は長手方向に整列
される。

弁部材３８（一方のみ図示）を有する１対の弁集合体３
６（一方のみ図示）は室間で前後または移動する。１８
０度離れて定置された２組の流体チャネル４０は、各室
の内環状壁面に中央に定置される（第５．６，１１．１
４図）。

流体チャネル４０は頂頂および底面（他の図面参照）に
あるチャネル４２と整合する。チャネル４２は、流体を
弁集合体（第９図）の開口８４に流す弁集合体の開口に
隣接して、チャネル４０と室横断穴４４（第５．６，１
１．　１４図）との連続として流体チャネルの端を接続
する。これらのチャネル４０および穴４４は、弁室内に
流体をそれぞれ向ける。その作用については後述する。

機械的スペーサ４６は、弁集合体から離れて室端板２５
．２４の各隅に隣接して定置されて、環状室２０．２２
を適正な相対位置に配置しかつその位置に維持する。ス
ペーサはキャップねじ４８によって定位置に固定される
。

固定手段５０は種々の要素を一体に接続するように用い
られる。ねじが示されているが、任意の適当な固定手段
が本発明を実施するために採用されることもできる。

スクリーン・パネル５２（第３図）が内室端板２３，２
４の中間で垂直方向に定置される。

その目的については後述する。

加圧作動流体用入力接続５４がねじ取付けとして示され
ているが、任意の適当な接続手段が本発明を実施するた
めに採用されてもよい。

例えば、迅速な離脱式接続がこの目−的に適している。

本発明の種々の要素の構成の材料についての要求のみは
、材料が本発明が意図している目的に最も適するように
選択されることである。

第２図を参照して、本発明の機関１０の作動流体入力端
板１２を示す。頂壁１６、底壁１８、側壁１７、および
入力端板１２の関係が示される。

第３図を参照すれば、この図面は弁集合体３６を取り除
いて、本発明の機関の長手方向中心線にそってみた断面
を示す。上述した要素に加えて、追加要素が示される。

“Ｏ“リング・シール５６が入力端板１２と作動流体入
力７ランジ５８との間に定置される。代表的には、キャ
ップねじ６０はピストン集合体をシャフトに固定するた
めに用いられる。シャフトの中空部分６２によって成形
されるチャネルは、図面で右側にピストンの垂直中心を
わずかに通って終了するように示されている。ピストン
集合体２８を通る穴６４（第ｊ、５．６図）はシャフト
の中空部分６２に連通して、流体源から各ピストン集合
体の各ピストンの外面まで作動流体通路を与える。使用
ずみ作動流体は排出マニホルド６５を通シ、ハウジング
底部１８に設けられた流体ドレイン開口６６に流れる。

開口６６は使用ずみ作動流体を再生用収集槽（一方のみ
図示）まで戻す。

第４図を参照すれば、本発明の機関１０を示す端面が動
力出力または機関の作動端を示す。

圧縮またはカーボン・シール６８（第３図も参照）が出
力端７ランジ７０とシャフト２５との間に定置される。

シールがシャフト２５０回転に関して静止している。ね
じ７３は圧縮シールを定位置に保持し、また、シール圧
縮によって摩耗調節圧縮を与える。第２の“０“リング
・シール５６は出力端板１４と７ランジ７０との間に定
置される。

第５図を参照すれば、第１図の左側の環状室２０および
ピストン集合体３０が示されている。この図面かられか
るように、シャフトの中央中空部分からピストン集合体
を通る穴またはチャネル６４は、室の各側面のトラ７７
６Ａに整合される。種々の図面かられかるように、トラ
フ７６Ａ−７６Ｄの面積は時計方向に寸法が減少し、ま
た、各室の両側のトラフが開始し、１８０度離れた終了
する。

第６図を参照すれば、第１図の右側の室２４およびピス
トン集合体３０が示されている。

ピストン集合体３０は第５図に示す左ピストン集合体の
ピストン集合体３０から９０度回転されたものである。

相対ピストン移動は前述したようにシャフトに関して固
定されている。

第７図は、曲線排出口３２を明らかに示す第３図の７−
７線からみた図である。弁集合体３６は溝８０の室端板
２３と２４との間に固定されかつ定位置に保持されたス
テータ７８を有している。

第８図は、各弁集合体５６が図面の左側に移動された移
動シャトル弁３８を示す、第７図の８−８線からみた図
である。これにより、図の右側にあるピストン集合体の
ピストンが弁集合体を通って回転することを許す。

第９図は、ステータ７８を有するシャトル弁集合体３６
と、移動シャトル弁３８とを示す一部破断斜視図である
。ステータ７８はその各側で穴８４を有している。穴８
４は、シャトル弁ピストン８８を収容する弁室８６まで
延びている。停止調節ねじ３７は、シャトル弁３８が移
動されるときにシリンダの側壁にぶち当らないように、
シャトル弁ピストン８８の行程がシャトル弁３８の端を
阻止するように制御される程度まで、弁室８６内に導入
する穴５９までねじ込まれる。

第１０図は各室のトラフ７６Ａ−７６Ｄの位置および寸
法関係を示す。

（へ）作用゛ 約５−６Ｋｙ／ｃｍ２（８０ｐｓｉ）以上の加圧蒸気ｔ
たは作動流体が、入力接続５４をかいして機関ハウジン
グの流体入力端板１２に取シ付けられた入口７ランジ５
８を通って機関内に入る。流体は、シャフト２５の中空
部分６２に下がシ、各ピストン集合体の穴またはチャネ
ル６４内に流れる。各ピストン集合の穴またはチャネル
６４が、環状室壁の中央面に隣接したボート４０におい
て各ピストンの外中央面で終了している。

流体の流れは、ボート４０が環状室壁内に切られたトラ
フ７６Ａ−７６Ｄに隣接してまたは弁集合体３６に続く
流体チャネル４０に隣接して定置されて、弁部材３８を
反対の室に移動させる時以外は、塞がれている。前述し
たように、ピストン集合体は互いに直角にロータ・シャ
フト２５に取シ付けられ、また、トラフおよび種々の通
路ｉ九はチャネルまで延びている。この構造は一方の環
状室にのみ一時に入る流体を生じ、また、同じピストン
集合体の両ピストンに同時に流体を与える。

本発明の機関１０の動作を説明する目的で、スライド弁
集合体３６のシャトル弁部材３８は第３図および第８図
の左側に示すように、環状室を塞ぐように最初は定置さ
れる。すなわち、図面の右側に示すように環状室内のピ
ストンは、弁集合体を通過して回転することができる。

機関の左側のロータ集合体のピストンは弁シャトルの直
前にある。ピストン集合体を通る穴またはチャネルから
の開口は、トラフ７６Ａと一致してピストン集合体の各
ピストンの外面に設けられる。ピストンの先導縁突出部
が流体トラフ７６Ａの前方端を塞ぐので、流体はシャト
ル弁３８ピストンの作用面、ピストン集合体、環状室壁
、によって画定される位置９０まで流れなければならな
い。

室の位置９０の作動流体の圧力は、可動面すなわち時計
方向にピストン集合体のみを移動させる。前述したよう
に、室の中央環状部に切り込まれたトラフ７６Ａ−７６
Ｄがピストン位置ニ関して同じ位置で開始するが、しか
し、異なる断面積である。この特徴は、加圧作動流体が
ピストン集合体の任意の回転位置における一方の室また
は他方の室に入る。しかし、各室に入る流体の量は急激
に減少される。ピストンが回転するに従って、室内に残
っている前のサイクルからの使用ずみ作動流体が排出口
３２からピストンの先導縁突出部によって排出マニホル
ド６５にそして楢通路６６外に流される。同時に、右ピ
ストン集合体のピストンのピストン面または作動面９２
が右室の排出口３２を通過して、右環状室内に使用ずみ
作動流体の自由な流れを生じる。排出室内の流体は、液
体の場合に、中央スクリーン５２上に部分的に集まシ、
開口６６を通って檜まで重力によってスクリーンの下に
移動する。

左ピストン集合体が４分の１の端に近い位置まで回転し
たとき、穴またはチャネル６４のピストン端が中央環状
室壁の穴４０の室端に整合し始める。中央環状室壁は加
圧作動流体を横断穴４４から出してスライド弁の左側で
開口８４内に入れる。スライド弁は、シャトル弁室３８
の前方で右ピストン集合体のピストンの存在のために、
右室に移動できない。左ピストンの穴６４の開口が環状
室壁のチャネル４０に対する開口に実質的に半分だけ重
なったとき、右室内のピストンの作用面がスライド弁開
口を越え、また、スライド弁室８６内の加圧作動流体が
スライド弁ピストン８８およびスライド弁に作用して右
室内に急速に移動する。集合体は時計方向に回転し続け
るとき、連続圧力が左ピストン集合体によってチャネル
４２内に維持されて、右室に弁シャトルを保持する。そ
の間、前述したサイクルが繰り返されるので、トラフ７
６Ａ−７６Ｄをかいして加圧作動流体が室内に入るに従
って、右室内の圧力は増加する。

上述した動作から明らかなように、各ピストン集合体の
各回転について図示した実施例において各トラフ（図示
例では４つ）または合計１６によって与えられる短かい
動力パルスがつくられる。意図された動作について作動
流体が十分な圧力を有し、かつ、図示する４つのピスト
ンが回転トルクの相当量を与える。

本発明の機関が作動流体として高温蒸気によって作動さ
れるとき、スクリーン５２の特徴は、使用ずみ蒸気から
保持貯蔵槽まで生成圧縮を向けるさいに重要となり、反
対排出開口内に入るように圧縮を許すよシもむしろ再使
用をすることである。全機関および槽（図示せず）は適
当な断熱材によって断熱されて圧縮を上昇温度に維持し
て、水を蒸気に戻すのに要するエネルギを減少する。

類似の対の追加のピストン集合体が延長日−タ・シャフ
ト３６に同様に取り付けられて、追加の動力出力が要求
される場合に、本発明を実施する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のロータリ・スチーム・エンジンの詳細
を示す一部破断分解斜視図。第２図はエンジンへの作動
流体入力接続を示す第１図の端面図。第５図は第２図の
３−３線からみた縦断面図。第４図は動力出力プーリを
示す第２図と反対側からみた第１図の外燃エンジンの端
面図。第５図は第３図の５−５線からみた横断面図。第
６図は第３図の６−６線からみた横断面図。第７図は第
３図の７−７線からみた横断面図。第８図は第７図の８
−８線からみた縦断面図。第９図は第１図に示すシャト
ル弁の斜視図。第１０図は第１１図の１０−１０線から
みた縦断面図。第１１図はピストンを取シ去った第３図
の５−５線からみた横断面図。第１２図は第１１図の１
２−１２線からみた縦断面図。第１３図は第１４図の１
３−１５線からみた縦断面図。 第１４図はピストンを取シ去った第３図の６−６線から
みた横断面図。第１５図は第１４図の１５−１５線から
みた縦断面図。 １０：ロータリ外燃機関　　１２：作動流体入力端板１
４：出力端板　　　　　１６：頂面 １８：床面　　　　　　　２ｏ：環状室２２：３Ｉｌ状
室　　　　　　２３：端板２４：端板　　　　　　　　
　２５：中空ロータ・シャフト２６．２８：ピストン集
合体　　３０：ピストン３６：弁集合体　　　　　４０
，４２：流体チャネル５６：０リング・シール　　６５
：排出マニホルド７８：ステータ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、次のものからなるロータリ外燃機関。 ａ、環状室 該環状室は垂直方向に並んで少なくとも１ 対設けられる。 ｂ、ピストン集合体 １対のピストン集合体のうちの各々が前記 環状室の各々に定置され、各ピストン集合体が１対のピ
   ストンを有し、各ピストンが１８０度離れて定置された
   作業面を有し、該ピストンが前記環状室に合致しかつ該
   室に関して回転をする。 ｃ、シャフト 該シャフトはシリンダを通って延び、該シ ャフトの中央部がその長手方向にそって中空になってお
   り、前記ピストン集合体が該シャフトに固定され、該ピ
   ストン集合体の一方のピストンが他方のピストン集合体
   のピストンから９０度変位されている。 ｄ、トラフ 複数の個々のトラフが前記環状室の内側中 央壁を取り囲んでかつ該各室内の２つの位置で水平中心
   線から離れて定置される。該２つの位置は実質的に１８
   ０度離れ、各位置の各トラフが異なる断面積を有し、各
   ピストン集合体の両ピストンによって会合する第１トラ
   フの先導縁および複数の個々のトラフのうちの最後のも
   のの後続縁が実質的に１８０度離れている。 ｅ、加圧作動流体源 該流体源は前記シャフトの中空部の開放末 端に連通している。 ｆ、通路部材 該通路部材は、加圧作動流体を前記中空部 から、前記個々のトラフと円周方向に整列した状態で個
   々の位置において前記ピストン集合体の各ピストンの外
   側中央部分まで向ける。 ｇ、シャトル弁 該シャトル弁は１対の移動自在のものであ り、一方の環状室を塞ぐ位置から他方の環状室を塞ぐ位
   置まで同時に移動できる。各シャトル弁の制御機器は、
   前記環状室の一方のピストンが特別の回転位置にあると
   き、前記ピストン上の個々の位置から加圧作動流体に相
   互に連結され、該作動流体が前記環状室を塞いでいる前
   記シャトル弁に対して他方の環状室を塞ぐ位置まで移動
   させる。 ｈ、開口 該開口は実質的に１８０度離れた２つの位置で前記環状
   室の各々に設けられていて、該環状室から使用ずみの作
   動流体を排出する。 ｉ、出力動力接続部材 該部材は中空末端から離れた前記シャフト の端に定置される。 ２、頂壁、底壁、側壁が単一構造を成形する１対の環状
   室を包囲することを特徴とした請求項１記載のロータリ
   外燃機関。 ３、開口が前記環状室の隣接壁間で底壁面に設けられて
   いることを特徴とした請求項２記載のロータリ外燃機関
   。 ４、薄いシート状材料が前記底壁面の前記開口上で前記
   環状室の隣接壁間に垂直に定置されていることを特徴と
   した請求項３記載のロータリ外燃機関。 ５、前記ピストンはカム表面を成形する先導縁に向かっ
   て長手方向にテーパを付けられていることを特徴とした
   請求項１記載のロータリ外燃機関。 ６、前記ピストンは前記内側中央壁に隣接して前記作業
   面から前方に向かう本体表面を有していて、前記通路部
   材から前方に向かって前記個々のトラフを塞ぐことを特
   徴とした請求項１記載のロータリ外燃機関。 ７、前記加圧作動流体が蒸気であることを特徴とした請
   求項１記載のロータリ外燃機関。 ８、各位置における複数の個々のトラフによって覆われ
   る全距離が実質的に等しいことを特徴とした請求項１記
   載のロータリ外燃機関。 ９、前記加圧作動流体が少なくとも５．６Ｋｇ／ｃｍ＾
   ２（８０ｐｓｉ）の圧力を有していることを特徴とした
   請求項１記載のロータリ外燃機関。 １０、前記環状室の開口に隣接した前記ピストンの側面
   にテーパが付けられていることを特徴とした請求項５記
   載のロータリ外燃機関。 １１、前記ピストンのテーパが実質的に３０度であるこ
   とを特徴とした請求項１０記載のロータリ外燃機関。 １２、前記シャトル弁の各々は中央に定置されたピスト
   ンを有し、該ピストンは一方の室から他方の室まで前記
   シャトル弁の移動を行う作動流体を受けることを特徴と
   した請求項１記載のロータリ外燃機関。