JPH01502839A - 回転ピストン機械、特に過給回転ピストンエンジン - 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】 本発明は回転ピストン機械、特に過給回転ピストンエンジンにして、たとえば自 動車または定置原動機の場合に圧縮機あるいはポンプとして使用し得る過給回転 ピストンエンジンに関する。

従来の技術 公知の如く、線形交番ピストン運動の代りに回転運動を行うような容積排除型内 燃機に関する研究は以前から行われていた。実際に、一連のこのような回転ピス トン機械、すなわち回転ピストンエンジンは周知ではあるが、その中で比較的普 及されているのは“ワンケル−モータ”だけである。（たとえば昭和５３年にブ タベスト、技術出版社から刊行された、アブラハム博士著、（街路交通ハンドブ ック″’７４５−７４６“ページ参照。）ワンケル−モータにおいてはピストン は実際に内歯を有する遊Ｍ自車、すなわちリング歯車である。このリング歯車の 外方輪郭は円形ではなく、円弧よりなる三角形構造を有し、角方向の直径は等し い。クランクが回転すればリング歯車、すなわち回転ピストンはサイクロイド軌 道を描く。したがって回転ピストンによって′掃引“される面はほぼピッシュコ ートの形をなしている。この底面を外套によって囲繞するようにすれば、実際に エンジンのシリンダが得られる。

前記回転ピストンエンジンは確かに在来の往復ピストンエンジンよりその構造が 簡単である。しかしながら今までの経験によれば、このようなエンジンが広く普 及しなかった重要な理由は、ピストン尖端部の密封に問題があり、さらにシリン ダおよびピストンの連係、および構造的形態に起因するエンジン操作の複雑性と 、これに要する費用が大であり、したがって多量の材料と高度の製造技術とを必 要とするためと考えられる。

発明の説明 本発明の課題は、前述の欠点を除去し、すなわち比較的安価で、構造的に簡単な 回転ピストン機械を形成することであり、したがって必要な費用を比較的少なく すると共に、種々の用途に対してその使用範囲を広げることである。

前記課題を解決するために本発明人は先ず回転ピストン機械にして、入口管路お よび吐出し管路を備えたシリンダと、該シリンダの内部空間内において回転し得 る組込み回転ピストンとを有し、さらに該回転ピストンがエンジンの主軸と作動 的に結合されている回転ピストン機械を提案する。したがって本発明によれば、 シリンダの内部空間を円環状に形成し、該空間内に回転ピストンがこの空間と同 軸をなすように軸持され、かつ前記主軸が回転ピストンと一緒に回転するように 配置されている。

さらに入口管路と吐出し管路との間には遮断弁が設けられ、この弁は閉鎖位置に おいてはシリンダ空間を密封的に閉鎖し、かつ開放位置においては（回転ピスト ンを自由に通過せしめ得るように）シリンダ空間を解放するように制御される。

本発明による回転ピストン機械はなるべくは過給回転ピストンエンジンとして使 用され、この場合入口管路は制御される入口弁を備え、かつ燃焼空気または圧縮 空気を含む可燃ガス混合物を噴射するユニット（たとえば圧縮機によって）に連 結されている。さらに作動シリンダの環状内部空間の中には過給区間、作動行程 区間および吐出し区間が設けられている。シリンダはこの過給区間に、ディーゼ ル期間の場合は燃料−噴射ノズルとして働き、オツトーエンジンの場合は点火プ ラグとして働き得るユニットを有している。

前記回転ピストンは、主軸と共に回転し得る駆動円板に対し、半径方向突出部材 として形成することが望ましい。このような部材によって機械のロータが形成さ れる。

本発明の別の特色によれば、シリンダが作動行程区間内に、さらに第２の遮断弁 を備え、この弁の前に（回転ピストンの回転方向に見て）、過給圧力に対する制 御弁が配置される。これによって、エンジンの過給汁力は掃引側から広範囲にわ たって制御されるようになる。

なお本発明によれば、単一のシリンダ内において、一部分が回転ピストンエンジ ンとして作動し、一部分が圧縮機として作動する回転ピストン機械のような別の 実施例も可能である。このためには第１遮断弁と吐出し管路との間に第３の遮断 弁を配置し、かつシリンダが第１および第３遮断弁の間に空気流入弁および空気 流出弁を有するようにされる。さらにシリンダ内部空間のこの区間には回転ピス トンと共働する圧縮機が形成される。

さらに前記遮断弁は半径方向に摺動し得るように支持されたスライダとして形成 することが望ましい。しかしながらこの遮断弁は回転ピストンの回転面に対して 垂直となるように、しかもこの面を横切るように配置された回転可能な円板とし て形成することもできる。この口紅可能円板は少なくとも回転ピストンを通し得 るような孔を有するものとされ、さらに回転ピストンの回転にしたがって制御さ れる回転駆動装置に結合される。

Δ１匹星皇皇１１ 第１図一本発明による回転ピストンエンジンの第１実施例の断面図、 第２図−第１図に示された解決法の、縮尺で示した横断面図、 第３図一本発明による回転ピストン機械の、断面で示した第２実施例、 第４図−好適な実施例として第３図に示された解決法の、一部断面で表した詳細 図。

１１皇叉薯１ 第１図に示された過給回転ピストン　エンジンにおいては、シリンダ１の中に円 環状内部空ｌｆｆ１２が形成され、該空間の中で回転ピストン３が密封された状 態で回転し得るようになっている。図示の場合は回転ピストン３は、正方形プリ ズム状断面を有する半径方向突出部材として駆動円板４に固定され、該円板は同 軸的に固定されたエンジン主軸５と共に回転し得るように配置されている。

この主軸５は周知の態様でエンジン　ハウジングの中に軸持され、かつ軸継手に よって車両の駆動装置に連結されている（図示せず）。

シリンダ１は入口弁６および吐出し弁７を備え、これらの弁はそれぞれ入口管路 １５および吐出し管路１６を開閉するようになっている。本発明によれば、前記 入口管路１５と吐出し管路１６との間に追加的に遮断弁８が設けられ、該遮断弁 は閉鎖位置においてはシリンダ１の内部空間２を密封的に閉鎖するが、開放位置 においてはその全断面を開放し、したがって回転ピストン３をその全周において 自由に通過せしめ得るようになっている。

本例の場合は遮断弁８は縦方向溝の中を密封的に回転し得るスライダとして形成 され、該弁は制ｍ＋機構（図示謬に向って動かされる。このＩｌ１機構は主軸５ の制御面と共働するｉｉＪ　ｍ装置となすことができる。

回転ピストン　エンジンは本例の場合は過給エンジン（圧縮機エンジン）であり 、このエンジンはディーゼル−運転方式の場合は入口′弁６を通し、燃焼室に加 圧された燃焼空気を装入し、またはガソリン　エンジン運転方式の場合は可燃ガ ス混合物を装入し、回転ピストン３の°所定の角度位置において圧縮−最終圧力 価が得られるようにする。この時点において噴射されるディーゼル油（ディーゼ ル運転方式の場合）の自己点火により、または可燃ガソリン−空気混合物（オツ トー　エンジンの場合）の火花点火により、前記燃料が燃焼せしめられる。

この時生じたエネルギーが回転ピストン３を（主軸５と共に）、矢印９によって 示されるような所要の回転方向に回転させる。

本例の場合はシリンダ１の内部空間２は回転ピストン３を３６０度にわたって全 回転せしめ得るようになっている。第１図において参照記号″Ａ＃は過給を開始 する時の基本位置を表わすが、Ｂ″は回転ピストン３が爆発の瞬間に占める任意 の位置を示す。したがってＡ“とＢ″との間の円弧区間は内部空間２の過給区間 を表す。さらに参照記号″′Ｃ”は作動行程の終りにおける回転ピストンの位置 を示す。位ｌｉｆ′Ｃ”とＩＩ　Ｂ　ＩＩどの間には円弧状の作勤行程区ｌＷ！ １１が位置している。最後に′Ｄ＃は吐出し区間の終りにおける回転ピストン３ の位置を表し、すなわち位置″Ｃ＃とＤ＃との間には内部空間２の吐出し区間が あり、位置”Ｄ“とｖ′Ａ　ｎとの間には過渡区間１３が位置している。

本発明人等の研究によれば、駆動円板４の半径１１　ＲＩＩは１００ミリメート ル、その高さＭ＃は５０ミリメートルであり、さらに第１図の実施例においては 、内部空間２の過給区間１０は９０°、作動行程区間１１は１８０°、吐出し区 間１２は６０°、過渡区間１３は３０”とされている。

シリンダ１は過給区間１ｏにユニット１４を有し、該ユニットは周知の如くディ ーゼル−運転方式の場合は燃料−噴射ノズルであり、ガソリン−運転方式の場合 は電気点火プラグである。

第２図の断面によって明らかな如く、シリンダ１およびこれと一緒に形成される エンジン　ブロックは本例の場合は分割して形成され、回転ピストン３の下方密 封は周知の態様で、密封リング１７によって行なわれ、該密封リングは駆動円板 ４の端面の両側に触座している。シリンダ１は場合によってはその外套に冷却フ ィン１８を有するものとなすことができる。

第１図に示された過給回転ピストン−内燃機は次のように作動する。

回転ピストン３の位置″Ａ“においては、入口弁６は開き、遮断弁８は閉鎖位置 にくる。この時入口管路１５を通して、たとえばディーゼル運転に対する圧縮空 気が内部空１’！！１２の過給区間１０に押込まれ、回転ピストン３は位Ｗ１″ Ｂ”に達するようになる。空気の外部圧縮は、回転ピストン３が位！１″Ｂ＃に きた時に、圧縮空気圧力の計画された圧縮−最終値と、これに対応する温度が得 られるように選択される。これに続いてユニット１４により（この場合は噴射ノ ズルにより）、空間２の中に噴射されたガス油が自己点火によって燃焼せしめら れる。

運転時には過給区間１０において、回転ピストン３の後方端面と遮断弁８との間 のシリンダ容積が連続的に増加することに注意する必要がある。この外部圧縮が 大となっても、必要な運転圧力および燃焼に対する温度が確実に維持されるよう にせねばならぬ。したがって本発明による運転方式は典型的と考えられる熱力学 的ディーゼル−サイクルとは別のものとなる。過給状態をｖ４整することにより 、モータの比出力を広い範囲内で制御することができる。

燃焼によって生じた膨張は回転ピストン３を矢印９の方向に回転させる。この時 回転ピストン３は作動行程区間１１内において対応する前進運動を行なう。この 場合は吐出し区間１２は回転ピストン３の位１１’ｃ“から始まり、吐出し弁７ の開放位置において、空間２内の回転ピストン３の前方にあるガスが吐出し管路 １６を通してシリンダ空間から押出される。（場合によっては吐出し弁７は省略 し得ることがわかる。） 回転ピストン３が位ｌ″′Ｄ“に達すれば、吐出し行程は終了してこれに過渡区 間１３が続き、この区間が経過した後回転ピストン３が再びその出発位置″Ａ’ に復帰し、かつ前述のサイクルが繰返えされる。場合によっては回転ピストン３ の位置″Ａ″に達する前に入口弁６が部分的に開くようになすことができる。

本発明による内燃機は実際にオツトー運転方式に使用した時も同様に作動する。

異なる点は、周知の混合物形成袋Ｍ（たとえば気化器）を使用して、ガソリン− 空気混合物を入口管路１５によりシリンダ１の内部空間２に導くようになってい ることだけで、さらにこの場合はユニット１４は電気点火プラグとされる。入口 弁１６は入口管路１５を通して、混合物（外部圧縮装四によって燃焼圧力まで圧 縮され、したがって指定の程度まで加熱された）がシリンダ１の内部空間２に入 るようにする。このような外部圧縮、すなわちシリンダ空間の燃焼圧力以上の加 圧は周知の圧縮機（たとえばルーツ圧縮機）によって行ない、別のユニットの使 用を省略するようになすことができる。過給圧力はこの時採用される運転方式お よび燃料の種類に関係する。

本発明による回転ピストン　エンジンはさらに、シリンダ１内の円環状内部空間 ２を必要に応じて長くし、または短縮し得ると言う特性を有している。したがっ て所要出力に応じて一つのエンジンの燃焼室の大きさを広範囲に変えることがで きる。換言すれば、一つのエンジンの燃焼空間の容積は前に選択した限界から広 範囲にわたって変えることができ、そのためには回転ピストン３の位！’Ｂ”の 起点を周囲に沿って動かせば良く、勿論これに対応して弁のＩＩＪＩＩＩも変え られる。

第３図は本発明による組合せ実施例を示すもので、この場合は回転ピストン　エ ンジンが圧縮機と組合わされている。

この実施例は内！！機の基本的実施例を第１図および第２図の実施例と組合せた ものである。この場合も入口弁６と共に、吐出し弁７およびこれら弁の間に組入 れられた遮断弁８が設けられている。過給区間１ｏはこの場合は９０°であるが 、作動行程区間１１は１２０°、吐出し区間１２は６０’である。

シリンダ１は作動行程区間１１内に別の遮断弁１９を有し、この遮断弁は前記遮 断弁８と同様に形成し、かつ制御することができる。しかしながらシリンダ１は これら弁の前に（回転ピストン３の回転方向に見て）、制御弁２０を設け、この 弁によって回転ピストン３の前のシリンダ空間の過給圧力を有利に制御すること ができる。

このことは特に入口弁６を通る時に、圧縮機により過給圧力を狭い範囲内で制御 し得ると言う利点がある。

シリンダ１は吐出し弁７の後に第３の遮断弁２１を有している。（この弁は本例 の場合は構造上の形態およびＩＩＪＩｉｌの関係から遮断弁８と同じものとなす ことができる）。

遮断弁２１および８によって制限されるシリンダ空間は（回転ピストン３と共働 することによって）圧縮機’ＩＩ　Ｋ　Ｎとして働き、そのためにシリンダ１は 追加的に大口弁２２および吐出し弁２３を有している。この圧縮機″Ｋ“は場合 によっては回転ピストン　エンジンの過給圧力を発生する程度のもので良い。さ らにこの圧縮機′″Ｋ“はたとえば圧力タンク（図示せず）の中に、または他の 目的のために圧縮空気を送給するものとなすことができる。

前記制御弁２０を通して掃気側から、回転ピストン３の前に導かれる圧縮空気に よって過給区間１０内の過給圧力を制御するようになすことができる。この圧縮 空気はなお回転ピストン３およびシリンダ１を効果的に冷却する。さらにシリン ダ空間内の排気ガスの組成、すなわち揮発性の排出エンジン−ガス（排気ガス） の品質を改良する。

第１実施例の場合に説明した過渡区間１３には、この場合は回転ピストン３が位 置し、該区間は吐出し弁２３の閉鎖と同時に開始され、基本位置′Ａ＃に復帰す るまで続く。

第４図には遮断弁８．１９．２１を有利に使用する実施例を示す。縮尺で示した この図によって明らかな如く、遮断弁は一つの軸２４のまわりを回転し得る円板 として形成され、この円板は回転ピストン３を通し得るように、少なくとも一つ の通し孔２６を有している。前記円板２５はシリンダ１内において、半径方向に 、かつリング状内部空間２の面に対して直角をなすように係合し、シリンダ１の 満２７の中において、内部空間の外部に取付けられた軸２４のまわりを密封的に 回転し得るようにされている。この軸２４は一つの回転駆動装置（図示せず）、 なるべくは周知のサイクル駆動装置に連結され、該駆動装置は回転ピストン３の 任意の位置にしたがって前記円板２５を、該円板が通し孔２６を通して回転ピス トン３を自由に通し得るような位置に回転せしめ、または該円板２５がその密実 部分によってシリンダの内部空間２を気密に閉鎖するような位置にくるように移 動させる。このような実施態様によれば、遮断弁８．１９．２１の作動およびＩ Ｉｌｔｍを、騒音の発生を伴うことなく、比較的簡単に行なうことができる。も ちろんこの制御は遮断弁８゜１９．２１が前述の運転方式にしたがって開閉する ようになす必要がある。

以上１例として内燃機関に関して説明したが、本発明による回転ピストン機械は 場合によってはポンプまたは圧縮機としても有利に使用することができる。ざら にまた単数または複数の遮断弁（たとえば圧縮ばねに対抗する）が制御面として 形成された回転ピストン３の端面に開口するようになった実施例も可能である。

本発明による解決方法の重要な利点は、ロータを具合良く平衡せしめ、それによ って回転範囲を大とした時においても機械を静かにかつ振動を伴なうことなく運 転せしめ得ることである。さらにシリンダおよびロータをその構造的形態から著 しく簡単にすることができ、しだがつて比較的少ない費用で製作し得ることも利 点の一つである。在来因習的に必要とされてきたクランク機構（クランク軸、連 接棒等）もこの場合は不要である。したがって回転ピストン機械の構造および運 転安全性をさらに単純化し、もしくは改良することができる。確かに過給圧力を 得るためには、現在用いられている過給エンジンの場合に比して追加的な費用を 必要とする。しかしながらこれは、運転パラメター、すなわち混合物の品質、過 給−最終圧力および温度を正確に制御し得ると言うことによって相殺される。し たがってまた内燃機の場合は、完全燃焼および比出力の増加が期待されると共に 、自然環境を汚染するガスの放出が阻止される。回転数を任意の範囲まで高める ことができるから（たとえば毎分１０゜ＯＯＯ回転以上）、本発明による内！！ 機の出力は周知のものに比して著しく大となる。この内燃機はガス油およびガソ リンの外に、別の可燃ガス混合物によっても運転することができる。主軸５を同 軸的に配置し得るために、主軸軸受の負荷は普通のエンジンに比して実質的に小 となる。したがって本発明による内燃機は周知のオツトーエンジン型のものより も運転安全性および耐用寿命において優れている。

Ｖ 宝際調査報告

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．回転ピストン機械、特に入口管路および吐出し管路を備えたシリンダを有し 、該シリンダの内部空間内に回転ピストンが可動的に配置され、かつ前記回転ピ ストンが主軸と駆動関係を有するように連結されている過給回転ピストンエンジ ンにおいて、シリンダ（１）の内部空間（２）が円形に形成され、該空間内にお いて前記回転ピストン（３）が、内部空間（２）と同軸的に配置された主軸（５ ）と共に回転し得るように配置されており、さらに入口管路（１５）および吐出 し管路（１６）との間に少なくとも一つの制御可能遮断弁（８）が取付けられ、 該遮断弁が閉鎖位置においては、シリンダ（１）の内部空間（２）を密封的に閉 鎖し、回転ピストン（３）を通すための開放位置においてはシリンダ（１）の内 部空間（２）を解放するようになつていることを特徴とする回転ピストン機械。
2. ２．回転ピストン機械において、過給回転ピストンー内燃機として形成され、入 口管路（１５）が制御可能入口弁（６）を備え、かつ燃焼空気および可燃ガス混 合物を圧縮−最終圧力によつて供給するユニットにして、なるべくは圧縮機に連 結されたユニットを有し、さらにシリンダ（１）の円形内部空間（２）内に、過 給区間（１０）、作動行程区間（１１）および吐出し区間（１２）が設けられ、 該過給空間（１０）が、燃料−噴射ノズルまたは電気点火プラグとして形成され たユニツト（１４）を有していることを特徴とする請求の範囲第１項記載の回転 ピストン機械。
3. ３．主軸（５）と共に回転し得る回転ピストン（３）が、該主軸（５）に固定さ れた駆動円板（４）の半径方向突出部材として形成され、該円板が機械のロータ と共に形成されていることを特徴とする請求の範囲第１項または第２項記載の回 転ピストン機械。
4. ４．シリンダ（１）がその作動行程区間（１１）に第２の制御可能遮断弁（１９ ）を備え、該弁の前に（回転ピストン３の回転方向を示す矢印９の方向に見て） 、調整弁（２０）が配置されていることを特徴とする請求の範囲第２項または第 ３項記載の回転ピストン機械。
5. ５．第１遮断弁８と吐出し管路（１６）の吐出し弁（７）との間に第３の制御可 能遮断弁（２１）が取付けられ、この時シリンダ（１）の第１および第３遮断弁 （８および２１）の間に入口弁（２２）および吐出し弁（２３）が設けられ、か つ前記内部空間（２）が回転ピストン（３）と共働する、圧縮機（Ｋ）の作動空 間として形成されていることを特徴とする請求の範囲第２項から第４項の何れか 一つの項に記載されている回転ピストン機械。
6. ６．遮断弁（８，１９，２１）が半径方向に移動し得るように制御されるスライ ダとして形成されていることを特徴とする請求の範囲第１項から第５項の何れか 一つの項に記載されている回転ピストン機械。
7. ７．遮断弁（８；１９；２１）が、回転ピストン（３）の回転面に対して直角を なす面上に位置し、かつこの面の横方向に配置きれた回転可能円板（２５）とし て形成され、さらにこの円板（２５）が、回転ピストン（３）の回転位置にした がつて制御される回転機構に連結されていることを特徴とする請求の範囲第１項 から第５項の何れか一つの項に記載されている回転ピストン機械。 参照符号の表 １−シリンダ ２−円環状内部空間 ３−回転ピストン ４−駆動円板 ５−エンジン主軸 ６−入口弁 ７−吐出し弁 ８−遮断弁 ９−矢印 １０−過給区間 １１−作動行程区間 １２−吐出し区間 １３−過渡区間 １４−ユニツト １５−入口管路 １６−吐出し管路 １７−密封リング １８−冷却フイン １９−遮断弁 ２０−制御弁 ２１−遮断弁 ２２−入口弁 ２３−吐出し弁 ２４−軸 ２５−円板 ２６−通し孔 ２７−溝 Ｒ−駆動円板の半径 Ｍ−高さ Ｋ−圧縮機 Ａ−回転ピストンの位置 Ｂ−回転ピストンの位置 Ｃ−回転ピストンの位置 Ｄ−回転ピストンの位置