JPH02157425A - 内燃機関 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、ねじれた歯を有する一対のロータを燃焼ガス
の静圧により互いに反対方向に回転させて、仕・１ｔを
行う内燃機関に関する。

〈従来の枝術〉 内燃機関を大別すると容枯形機関と速度形機関に分けら
れる。前者はシリンダの中でピストンを往復圧動をさせ
るか、またはこれに類似する機構によって、ｌサイクル
ごとに燃料ガスを計に的に取り込み、閉塞された空間内
で圧縮、燃焼、膨張の諸過程を行うものであり、燃焼ガ
スの静圧を利用して仕・バを行うものである。

次にｖｋ者は、作業ガスを膨張させ、保有する内部エネ
ルギを一旦高速噴流の連動のエネルギに変換したうえで
仕’ｔＧを行う形式の機関て、噴流の動圧を利用して仕
事を行うものである。速度形機関には１回転軸から動力
を取り出すガスタービン及び噴流を利用して直接に航空
機などの推進に用いる噴流推進機関かある。

〈発明か解決しようとする課題〉 容積形内燃機関は、軽便性に富み効率が高いか２作動か
間欠的なため大出力に不向きなこと。

振動や騒音を伴うという問題かある。

速度形の内燃機関は、作動か連続的なために容積形と比
較して大出力に適しており、また軽便性を有する。しか
し、タービン翼の耐熱限界からくる燃焼温度の制限と大
流量気体の非ｎ（逆的圧縮のために効率は低いという問
題がある。

本発明は、容積形内燃機関及び速度形の内燃機関の有す
るＬ記欠点を解消し、そのうえに夫々の機関の４二記長
所を備える内燃機関を提供することな目的とするもので
ある。

〈課題を解決するための１段〉 に記［１的を達成するために、未発ＩＪＩの内燃機関に
おいては、夫々か回転自在に軸受けされ一対のｍ　ｊｌ
ｆｆｉて結合されて互いに反対方向に回転する一対の軸
と、その一対の軸の夫々に固定され螺線状にねしれた適
当数の南及び歯溝を有しその南かりいに噛み合っている
一対のロータと、その＝一対のロータの外周な燗壁て包
囲し一方の端面を端壁て閉じ他方の端を開放端とするよ
うに設けられたケーシングと、そのケーシングと前記ロ
ータの噛み合い位置との間て閉じられるロータの夫々の
歯溝の容積かロータの回転に対し増大して行き前記噛み
合い位おから外れて前記開放端に連通ずるまでの間の途
中の回転位置て閉じられた歯溝かりいに前記端壁側で連
通ずるように端壁内面に凹設した燃焼室と、その燃焼室
に圧縮空気を供給するように設けた圧縮空気供給手段と
、ｒｉ’Ｄ記燃焼室内で燃焼を行うように設けた燃料供
給手段とを具備することを特徴とするものである。

〈作用〉 この発１夛１の内燃機関のロータを停止１．状態から回
転させる時は、別に設けられている始動装置によって燃
焼室に連通している歯溝の容積を増大させる方向に各軸
を互いに反対力向に回転させる。各軸は一対の南中て噛
み合って結合ｌ）でいるのて、ロータはなめらかに回転
する。この時、燃料供給り段か燃料を、そして圧縮空気
供給手段か圧縮空気を燃焼室及び燃焼室に連通ずる歯溝
内に供給して、燃料を爆発させる。この爆発により順次
燃焼室に供給される燃料か圧縮空気内で連鎖的に爆発す
る。この爆発により発生した燃焼ガスの静圧により歯溝
の容積か増大されて、ロータに回転力かＩｊえられる。

ロータか回転１ノてその回転位置が歯溝かケーシングと
ロータの噛み合い位置との間で閉じられた位置から歯溝
がケーシングの開放端に連通し始める位置あるいはその
手前の所定位置になると、この歯溝は燃焼室と連通しな
くなり、さらにロータか回転すると歯溝内の燃焼ガスは
ケーシングの開放端から排気されて歯溝内の圧力か低ド
する。そして、ｉ！！！鎖的に爆発して発生する燃焼ガ
スがロータの回転により次々に燃焼室に連通される歯溝
に侵入して、上記と同様にその歯溝の容積を増大させる
ようにロータを回転駆動する。その後、所定の回転位置
で歯溝内の燃焼ガスか開放端から排気される。このよう
にして、一対のロータは連続して互いに反対方向に回転
駆動される。

なお、ロータか連続的に回転するようになったときに始
動装置によるロータの回転駆動を中止する。

駆動用ロータを停止する時は、燃料供給り段による燃焼
室への燃料の供給を停止すると共に圧縮空気供給１１段
による空気の供給を停止［−する。

〈実施例〉 本発明の一実施例を第１図乃至第７図を参１！ｌ、４　
シて説明する６第１図に示す４は内部に一対の（−み合
ったロータ（以下駆動用ロータという）８．９を収容す
るケーシンつてある。このケーシング４な【“１通１ノ
て、互いに平行に回転自在に第１の輔ｌ及び第２の軸２
か軸受けされており、この第１及び第２の輛ｌ、２はｍ
数の等しい南中３，３て結合している。第５図に示す１
６か燃焼室である。この燃焼室１６に圧縮空気を供給す
るのか圧縮空気供給１段３５てあり、この燃焼室１６に
燃料ガスを燃ネ１ガス供給口２０を介して供給するのか
燃料供給１段（ＩＡ示せず）である。

第１の軸ｌ及び第２の軸２は、第１図に示すようにケー
シング４を貫通して、互いに平行に回転自在に設けられ
ており、ケーシング４の外側で歯数の等しい歯車３．３
で結合されている。

駆動用ロータ８．９は、一対の螺線状にねじれた雄のロ
ータ８と雌のロータ９を１−み合せたものてあり、ケー
シング４の内部に設けられている。

直径の大きい方か雄のロータ８であり第１の軸ｌに固定
されており、直径の小さい方が雌のロータ９てあり、第
２の軸２に固定されている。この雄、雌のロータ８，９
の南の巻き角は３６０度であり、雄ロータ８のねじれ角
か６０度てあり、雌ロータ９のねしれ角か４５度である
。そして、第１の軸ｌ及び第２の軸２はｌ＆１１Ｆ、３
．３によって結合しているので、駆動用の雄、雌のロー
タ８．９は一定の隙間を保って回転し、そして雄、雌の
各ロータ８．９とケーシング４１１ｉ１にも微小な隙間
を保って接触がないように無潤滑て回転する。各部の隙
間は内部漏れによる体桔効率の低下を防ぐよう微小とし
である。この実施例の雄、雌の各ロータ８．９の歯数は
６枚であり、その断面形状は第３１：Ａに示すように対
称形である。第３図（ｂ）に表れている雌ロータ９の歯
溝Ｙは雄ロータ８の山元Ｖにより創成される線であり、
雄ロータ８の南の一方の曲＆Ｉａｚはこの曲線Ｚに対向
する雌ロータ９の山元Ｘにより創成される線てあり、雄
ロータ８の歯の他方の曲線Ｕはこの曲線Ｕに対向する雌
ロータ９の出先Ｗにより創成される線である。

なお、この実施例の雄、雌のロータ８．９の南は、」−
述のようにして創成されたものであるか、この他の方法
によって創成された歯としても良く、要は雄ロータ８と
雌ロータ９の噛み合い部分の隙間を少なくして効率を改
善したものか良い。

また、この実施例の雄、雌のロータ８．９のねじれ角）
６０度と４５度としたが、他のねしれ角とすることかて
きる。そして、雄、雌のロータ８．９かどのｌ１ｉ１転
位置においても１祷み合い位置て歯溝１３１４か閉じら
れていなければならない。なお、雄雌のロータ８．９の
歯の数を多くすればロータ８．９の剛性か高くなるのて
高出力用に適する。

ケーシング４は、半径か大と小の２つの円筒状体を平行
に配置して夫々の円筒状体の内側の空洞を連通させて接
合したものてあり、このケーシング４の内周壁で駆動用
ロータ８，９を包囲するように形成されている。内部の
空洞は第１図に示すように第１の隔壁５ａと第２の隔壁
５ｂとにより第１の部屋３８と第２の部屋３９と第３の
部屋４０の３つの部屋に分割されている。第１の部屋３
８には駆動用ロータ８．９が収容されており、第３の部
屋４０には後述する圧縮空気供給手段３５のロータ６．
７か収容されている。この圧縮空気供給手段３５が外部
の空気を吸入する吸入口３７がケーシング４の第３の部
屋４０の端部に設けられている。第３の部屋４０に入っ
てくる空気は圧縮空気供給手段３５によって第４図（ｂ
）に示す第２の隔壁５ｂの下側縁に沿って設けられてい
る２つの扇状の開口１５．１５を通って第２の？１１）
４３９に押し込められる。そして、この押し込められた
空気は第５図及び第７図に示すように第１の部屋３８側
の第１の隔壁５ａの−Ｌ側縁に沿って細長く設けられて
いる空気取入れ口１９を通って第１の部屋３８に入る。

そして、後述する燃焼室で燃ネ４が爆発して発生ずる燃
焼ガスは、ケーシング４の第１の部屋コ８側の端部に設
けられている排気口３４から排気される。なお、第１の
隔壁５ａの中央に設けられている突起５ｃは、燃焼室１
６と排気ｌ］３４か駆動用の雄、雌ロータ８．９の噛み
合い位置にある歯１＋１８．９を介して連通しないよう
に閉じるものである。また、第２の隔壁５ｂの中央に設
けられている突起５ｄは、燃焼室１６と空気吸入口３７
か圧縮空気供給手段３５の雄、雌ロータ６．７の１１１
ｉｌみ合い位置にある歯溝を介して連通しないように閉
じるものである。

燃焼室１６は、第１の隔壁５ａの上部を第２の部屋３９
側に凹状に屈曲して形成された空１ｔ＋＋であり、第７
図に示すように第１の隔壁５ａのに側半分にケーシング
４に沿って設けられている。即ち、ケーシング４の内周
壁と駆動用ロータ８．９の１１み合い位置との間で閉じ
られる夫々の両溝ｌコ、１４の容積が増大して行く方向
に駆動用ロータ８．９を回転させた時、この歯溝１３．
１４を閉じる１１１１み合い位置か外れて歯溝１３．１
４がケーシング４の排気「Ｉ３４に連通ずるまでの間の
途中の回転位置であって、この閉じられた一溝１３．１
４が互いに燃焼室１６を介して連通ずるように形成され
ている。たたし、この実施例では燃焼ガスの膨張する内
部エネルギを利用するために、閉じられている歯溝１３
．１４の容積が最大になる手前で燃焼室１６と一溝１３
．１４が切離されるように燃焼室１５が形成されている
。

圧縮空気供給手段３５は、ケーシング４の第３の部３１
４０とこの部屋に収容されている直径の大きい雄のロー
タ６と直径の小さい雌のロータ７とを備えており、雄の
ロータ６は第１の軸１に固定されており、雌のロータ７
は第２の軸２に固定されている。この圧縮空気供給手段
３５のロータ６．７と駆動用ロータ８．９と異なる点は
、駆動用ロータ８．９の巻き角が３６０度であるのに対
し、圧縮空気供給手段３５のロータ６．７の巻き角が１
８０度である点である。従って、圧縮空気供給手段３５
のロータ６．７の長さは駆動用ロータ８．９の長さの１
７２の長さである。

燃料供給手段（図示せず）は、軽油又は灯油等と空気と
を混合した燃料ガスを圧力をかけて燃焼室１６に供給す
る従来公知の装置とこの燃料ガスを点火する点火装置と
からなるものである。燃料供給手段から燃料ガスを燃焼
室１６に搬送する管４１が導出されており、その管４１
の端部は第５図と第７図とに示すように燃焼室１６を形
成する第１の隔壁５ａに設けられている燃料ガス供給口
２））、２０に接続されている。そして、第１及び第２
の軸ｌ、２の一ヒ方に設けた燃料ガス供給口２０，２０
付近のケーシング４に人々点火装２１４２．４２が設け
られている。

この点火装２ｔ４２．４２はこの内燃機関の始動の時に
燃ネ１に点火して爆発させるものであり、必要に応じて
点火装と４２の数を増減する。

この実施例の作用を説明する。第２図（ａ）は駆動用の
雄、雌ロータ８．９の展開図であり、第２ｆ’１（ｂ）
は圧縮空気供給手段３５の雄、雌ロータ６．７をＦ面側
から見た展開図である。各国に表れている２本１組て平
行な破線は雌ロータ７．９の歯先か対応する雄ロータ６
．８の歯溝に噛み合う位置を示すものてあり、１木ずつ
の破線は雄ロータ６．８の歯先か対応する酸ロータフ、
９の歯溝に噛み合う位置を示すものである。第２図（ａ
）に示す駆動用の雄、雌のロータ８．９の一溝１３．１
４はＥ−Ｆの区間が排気口３４に連通しており、Ａ−Ｂ
、Ｃ−Ｄの区間が燃焼室１６に連通しており、他はケー
シング４及び第１の隔壁５ａで閉じられている。また、
第２図（ｂ）に示す圧縮空気供給手段の雄、雌のロータ
６．７の歯溝はＧ−Ｈ，Ｉ−Ｊの区間で第２の部屋３９
に連通しており、Ｋ−Ｌの区間て空気吸入口３７に連通
しており、他はケーシング４及び第２の隔壁５ｂで閉じ
られている。第３図は駆動用ロータ８．９を第１図のａ
−ａ方向から見た図である。この内燃機関の駆動用ロー
タ８．９を停止状態から回転させる時は、別に設けられ
ている始動装置（図示せず）により第３図に示す第１の
軸ｌを半時針方向に回転させる。第１の軸ｌの回転は歯
車３．３によって伝達されて、第２の軸２を時計方向に
第１の軸ｌと同じ回転速度で回転駆動する。この時、燃
料供給手段は燃料と空気を混合した燃料ガスを管４１を
介して燃料ガス供給口２０．２０から燃焼室１６．駆動
用雄ロータ８の一溝１３及び雌ロータ９の歯溝１４に供
給する。また、圧縮空気供給手段３５は第１及び第２の
軸ｌ、２の回転により雄、雌のロータ６．７か回転駆動
されて、圧縮空気を第２の隔壁５ｂに設けた開口１５．
１５、第２の部屋３９及び第１の隔壁５ａに設けた空気
取入れ口１９を介して燃焼室１６に供給する。そして、
点火装置４２．４２か燃焼室１６の燃料ガスに点火して
爆発させる。この爆発により順次燃焼室１６に供給され
る燃料ガスか圧縮空気内で連鎖的に爆発する。この爆発
により発生した燃焼ガスの静圧は駆動用ロータ８．９の
一溝１３．　＋４及び圧縮空気供給−１段３５のロータ
６．７の一溝のうちＯ印のある歯溝にかかる。そして、
この静圧は○印を付けた一溝の容積を増大させる方向に
各ロータに回転力をゲえる。たたし、この静圧は第３図
＜ａ）に示すように駆動用の雄ロータ８をＭ方向に、雌
ロータ９をＮ方向に夫々回転させる力をｔえるか、圧縮
空気供給手段３５の雄ロータ６をＭ方向と反対方向に、
そして雌ロータ７をＮ方向と反対方向に回転させる力を
与える。しかし、駆動用ロータ８．９のＯ印を付けた歯
溝１３．１４にかかる力が圧縮空気供給手段３５のロー
タ６．７のＯ印を付けた歯溝にかかる力よりも大きいの
で、第１の軸ｌがＭ方向に回転駆動され、第２の軸２が
Ｎ２方向に回転駆動される。駆動用ロータ８．９がこの
方向に回転して、歯溝１３．１４が燃焼室１６にも排気
口３４にも連通しないΔ印の位置にくると、この歯溝１
３．１４には歯溝１３．１４内の燃焼ガスの膨張力によ
る回転力がかかる。駆動用ロータ８．９が更に回転して
、歯溝がΔ印の位置からケーシング４の排気口３４に連
通ずる位ごになると、ｔｋＪ溝１３．１４内の燃焼ガス
はケーシング４の排気口３４から排気されて歯溝１３．
１４内の圧力が低下する。このようにして、連続的に爆
発して生じる燃焼ガスは駆動用ロータ８，９の回転によ
り燃焼室１６に次々に連通する歯溝１３．１４に侵入し
て、上記と同様にその歯溝１３．１４の容積を増大させ
るようにロータ８．９を回転駆動する。そして、所定の
回転位置で歯溝１３．１４内の燃焼ガスが排気口３４か
ら排気されて、一対の駆動用ロータ８．９は連続して互
いに反対方向に回転する。なお、駆動用ロータ８．９が
連続的に回転するようになったときに始動装置による第
１及び第２の軸１，２の回転駆動を中止する。

駆動用ロータ８．９を停止させる時は、燃料供給手段に
よる燃焼室１６への燃料の供給を停止すると共に圧縮空
気供給手段３５による圧縮空気の供給を停止する。

ただし、この実施例の圧縮空気供給手段３５は第１及び
第２の軸ｌ、２と結合して、駆動用ロータ８．９によっ
て駆動されているものを示したか、圧縮空気供給手段３
５をこの発明の内燃機関から分離したものとして、圧縮
空気供給手段３５を別の駆動装置により駆動するように
してもよく、また別の空気圧縮機を用いてもよい。

〈発明の効果〉 本発明は、ケーシングとロータの噛み合い位置との間で
閉じられる夫々の歯溝内に供給される燃焼ガスの静圧に
よりロータか回転駆動されて仕’３が行われるので、速
度形機関と比較して大流量の燃焼ガスを必要とせず、従
って、軽便性に富み効率か高いという効果がある。また
、燃料ガスの連鎖的な爆発によりロータが連続的に回転
するので、大出力にも適しており、しかも容積形の内燃
機関のように大きな振動や騒音を伴わないという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の内燃機関の一実施例を示す部分断面図
、第２図（ａ）はの駆動用ロータの展開図、第２図（ｂ
）は圧縮空気供給手段のロータを下面側から見た展開図
、第３図（ａ）は本実施例の内燃機関を第１図のａ−ａ
方向から見た断面図、第３図（ｂ）は本実施例の内燃機
関を第１図のｂ−ｂ方向から見た断面図、第４図（ａ）
は本実施例の内燃機関を第５図（ａ）のｃ−ｃ方向から
見た断面図、第４図（ｂ）は本実施例の内燃機関を第５
図（ａ）のｄ−ｄ方向から見た断面図、第５図（ａ）は
本実施例の内燃機関の燃焼室を第１図のｅ−ｅ方向から
見た断面図、第５図（ｂ）は本実施例の内燃機関の燃焼
室を第４図のｆ−ｆ方向から見た断面図、第６図は本実
施例の内燃機関の燃焼室の平面図、第７図は本実施例の
内燃機関を第５図（ａ）のｇ−ｇ方向から見た断面図で
ある。 ｌ・・・・第１の軸、２・・・・第２の軸、３・・・・
南東、４・・・・ケーシング、８・・・・雄のロータ（
駆動用ロータ）、９・・・・雌のロータ（駆動用ロータ
）、１３・・・・歯溝（駆動用の雄のロータ）、１４・
・・・歯溝（駆動用の雌のロータ）１１６・・・・燃焼
室、２０・・・・燃料ガス供給口（燃料供給手段）、３
４・・・・排気口、３５・・・・圧縮空気供給手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）夫々が回転自在に軸受けされ一対の歯車で結合さ
   れて互いに反対方向に回転する一対の軸と、その一対の
   軸の夫々に固定され螺線状にねじれた適当数の歯及び歯
   溝を有しその歯が互いに噛み合っている一対のロータと
   、その一対のロータの外周を周壁で包囲し一方の端面を
   端壁で閉じ他方の端を開放端とするように設けられたケ
   ーシングと、そのケーシングと前記ロータの噛み合い位
   置との間で閉じられるロータの夫々の歯溝の容積がロー
   タの回転に対し増大して行き前記噛み合い位置から外れ
   て前記開放端に連通するまでの間の途中の回転位置で閉
   じられた歯溝が互いに前記端壁側で連通するように端壁
   内面に凹設した燃焼室と、その燃焼室に圧縮空気を供給
   するように設けた圧縮空気供給手段と、前記燃焼室内で
   燃焼を行うように設けた燃料供給手段とを具備すること
   を特徴とする内燃機関。