JPH0227121A - ４枚の弁と楕円形ローターで構成する内燃機関 - 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】 本出願は回転軸に対して対称な位置に２つの燃焼室（Ｎ
　１．　Ｎ　２）を配置し、燃料ガスの爆発力を直接楕
円形状のローター（Ｒ）のトルクに変換する新方式の内
燃機関についてのものである。

図面［１］にその基本となる機構を示す１図上点ａｃｂ
を結ぶ線より左上は内燃機関中央断面である８点ａｃｄ
を結ぶ線より右上はローター（Ｒ）の楕円部分の端部で
の断面である。同じく点ｂｃｄを結ぶ線より下は後述す
るローター（Ｒ）端部の円形部分での断面である １、短いシリンダー（Ｃ）の内部に内接する楕円形状の
ローター（Ｒ）を配置する。　　ローター（Ｒ）は必ず
しも完全な楕円でなくてもよい。

後に述べる隔室弁に滑らかな往復運動をさせ得る形状と
する ２、シリンダー（Ｃ）の中心軸とローター（Ｒ）の回転
軸（ｃ）は一致している。

３、シリンダー（Ｃ）には側面に４つの角穴を設ける　
角穴は２つが１組として機能し、ひと組のうち１方は吸
気もう１方は排気に使用される。　１組の角穴はロータ
ー（Ｒ）の回転中心に対して約３０度の角度を為し、も
う１組はそれぞれ中心に対して対称の位置に設けられ。

これらには後に述べる隔室弁　（Ｋ　１．　Ｋ　２．　
Ｋ　３゜Ｋ４）が挿入される。

４、シリンダー（Ｃ）の２組の角穴の間にはそれぞれ周
辺に向かって凹みを設け、　　副燃焼室（Ｎ１．Ｎ２）
とする、その最深部にはシリンダー（Ｃ）の外側から点
火プラグ（ＰＩ、Ｐ２）がセットされる。

５、シリンダー（Ｃ）の２組の角穴には、側断面が舌状
で、正面中央部に細長い凹みを持った隔室弁　（Ｋ　１
．　Ｋ　２）　（Ｋ　３．　Ｋ　４）が副燃焼室（ＮＩ
Ｎ２＞を挟んで背中合わせに挿入される。それぞれの組
の弁は交互に、かつ１回おきにローター（Ｒ）に向かっ
て往復し、シリンダー（Ｃ）とローター（Ｒ）の間にで
きる空間を２分する。

弁に設けられた凹みは、弁がローター（Ｒ）に向かって
送り込まれた時点で、シリンダー（Ｃ）の内部の空間と
外部を連絡し、吸気または排気の通路となる。

隔室弁の形状と、これを１回おきに往復運動させる機構
については後記する ６、　ローター（Ｒ）の側端は　直径がローター（Ｒ）
の楕内部分の長径に等しいが、または長径よりわずかに
大きい円板部分（Ｒｅ　）として円板部周辺とシリンダ
ー（Ｃ）の間に０リング（○）を配置して内部空間の気
密性を高める。

ただし円板部の直径を楕内部分の長径より大きくした場
合にはシリンダー（Ｃ）の端部もそれに合わせておく必
要がある。

７、ローター（Ｒ）の楕内部分の側面には、中央部から
長径方向に細い溝（Ｍ　ｒ　）を切り、潤滑油が回転軸
周囲を通って、遠心力により回転速度に比例した圧力で
シリンダー（Ｃ）との摺動部に供給されるようにする ８、ローター（Ｒ）端部の拡大図を参照のこと。

ローター（Ｒ）のシリンダー（Ｃ）との摺動部分にはシ
ール（Ｓｒ）をはめ込み、バネ（Ｂｒ）によりシリンダ
ー内壁に押し付け、気密性を保持するが１回転数が上が
ると遠心力によりシール（Ｓｒ）はシリンダー内壁に過
度に強く押し付けられる。そこでシール収納溝の両側に
小室（Ｈｂ　）を設け、それぞれシール材の重量とつり
合わせたバランスウェイト（Ｂｗ）を取り付け１図上（
１）点を支点とするてこ（Ｔ）を構成する。この機構に
よりローター（Ｒ）の回転数が上がったときにシール（
Ｓｒ）に働く遠心力を打ち消すことができる。

９、隔室弁（Ｋ　１．　Ｋ　２）、　（Ｋ　３．　Ｋ　
４）を交互にかつ１回おきに往復させる機構は１図面は
省略するが次のような種々の方法が可能である■　チェ
ーンや歯車による伝達機構を利用したカム機構を用いる
方法。

■　弁は常に強力なバネによりローター（Ｒ）に押し付
けられるようにしておきラチェットやカムを用い、弁を
１回おきに停止させる方法。

■　ローター（Ｒ）端部の円形部分の外側をカムにして
弁を直接制御する方法。

■　１組または２組をパンタグラフ状に組みローター（
Ｒ）の回転に同期させる方法。

■　電気的に駆動・制御する方法 ■　また上記の方法を幾つが組み合わせることも可能で
ある１図［１］には■と■を組み合わせた方法を略記し
な。

これらは実施に当たって機構全体の大きさや、並列ロー
ター数等により最適な方法がとられるべきである。ま、
た、弁は必ずしも直接的な往復運動をさせる必要はなく
、シリンダー（Ｃ）外周部上に支点を設け円弧上を運動
するようにしても良い １０　　さらに低負荷時には、隔室弁（Ｋｌ〜に４）す
べてをシリンダー（Ｃ）側面の角穴の中へ引き込めた状
態で停止させ、内燃機関自身の内部抵抗をできるだけ小
さくしながら行程回数を減らすことが可能である。この
場合特に上記（９）項の■の方法おいてラチェットを電
気的に制御する方法が有効である。

１１、隔室弁（Ｋｌ〜に４）については図面［２］によ
りその形状を説明する。４枚の弁は基本的には同一形状
である。

■　弁は角柱状をなしシリンダー（Ｃ）内でローター（
Ｒ）と摺動する部分　（以下先端と記す）は丸みをもた
せて、側断面は舌状とする他端（以下後端と記す）はシ
リンダー（Ｃ）外周部に納める０図には上記（９）項の
■の方法を示す、すなわち後端から中央部までを少し細
くして１周囲にバネ（Ｂ　ｋ　）をセットした状態を記
す、ただし、弁を停止する機構については図を省略する
。

■　弁圧面には弁がシリンダー（Ｃ）内部に挿入された
時点で、シリンダー（Ｃ）の内部と外を連絡し燃焼ガス
または排気ガスの通路となるための凹み（Ｕ）を設ける
。あるいは図面は省略するが、゛隔室弁を後端に向かっ
て開いた中空にしておき、この部分に凹みの代わりに開
口部を設け、隔室弁の後端から燃焼ガスまたは排気ガス
を通してもよい。

■　弁先端及び側面には数条の細い溝（Ｍ　ｋ　）を切
り、（図では２条）コの字形状の波形バネ（Ｂｗ）をそ
の溝にはめ、さらにその上からカギ形をしたシール１組
（Ｓ　ｋ　）を先端部を挟み込むようにセットする。波
形バネはシールを押し広げ、弁の側面方向および弁先端
とローター（Ｒ）の間の機密性を高めるまたこの溝（Ｍ
　ｋ　）は弁の後端から潤滑油を導く働きをする。

■　先端部分では１つの溝の中に２本のシールが摺動方
向に向かって重ねられるから。

この部分ではシール（’Ｓｋ）を薄くシておくか、また
は溝の幅を広くしておく必要がある１図ではシールの先
に向かって漸次に薄くした場合を描いである。

■　シール（Ｓ　ｋ　’）のローター（Ｒ）との摺動部
分は、ローター（Ｒ）の厚みよりごく僅かに短くしてお
くことにより、シール材自体の熱膨張分を吸収する　ま
た２本が互いに腕組をするような形で安定したコの字形
状を作るよう、先端の上側すなわち渭（Ｍｋ）の中で波
形バネ（Ｂｗ）に接する部分の横方向に、張り出し部（
Ｌ）を設ける。

■　さらにシールの上端には三角形状の拡大部分（Ｙ）
を設け、弁がローター（Ｒ）から離れている時にシール
が抜け出さないようにするとともに潤滑油を止める働き
をさせる。

したがってｌ　（Ｍ　ｋ　）はこの部分に合わせて幅を
変えておく。

■　弁の後端部はその収納部との間、すなわチハネ（Ｂ
ｋ）のセット空間でオイルポンプ（Ｏｐ　）として機能
し、往復速度すなはちローター回転数に応じた圧力で、
前述のシール納入溝部分にオイルを送る。

１２、以下は動作に関する説明であり図面［３］を参照
のこと ■図は、ローター（Ｒ＞が上死点に相当する位置から約
９０度回転した時点である。隔室弁（Ｋｌ）は　ロータ
ー＜Ｒ）に向かって降りて行くところであり、弁（Ｋ４
）はローター（Ｒ）により押し上げられ始めなところで
ある。

弁（Ｋ　２）　（Ｋ　３）は停止している。　　ロータ
ー（Ｒ）の一端は、弁（Ｋ１）との間に燃料ガス（Ｇ１
）を吸入し、弁（Ｋ４）との間で排気ガス（Ｇ４）を送
りだしている。他端は（Ｋ１）との間で燃料ガス（Ｇ２
）を圧縮し、　　（Ｋ４）との間で（Ｇ３）の爆発力を
受けている。

■図は、■図に示す動作が完了した状態であり　下死点
に相当する。　この時点で燃焼室（Ｎ１）内の圧縮ガス
（Ｇ２）は点火され、弁（Ｋ　１）　（Ｋ　４）は−旦
停止し、　　（Ｋ　２）　（Ｋ　３）がローター（Ｒ＞
に向かって降り始める。

■図は、弁（Ｋ　１）　（Ｋ　４）と＜Ｋ　２）　（Ｋ
　３）が交代し回転軸に対して対称になる位置で機構の
上で■図と全く同じ動作が行われ、かつ完了しようとし
ているところである。

以上のようにローター（Ｒ）は１回転の間に燃料ガスを
１度追い越し、常にその回転方向に爆発力を受けること
になる。

１３、次に本内燃機関の特徴を述べる。

燃料ガスの爆発力を直接回転運動に変換する内燃機関と
しては、　（ｉ）バンケル型ロータリーエンジン、　　
（ｉｔ）オービタルエンジン等が実用化されているが、
これらはローターの広い範囲がシリンダー（Ｃ）内壁に
内接する形で圧縮を行うため圧縮比を大きくとりにくい
本出願の方式の場合副燃焼室（Ｎ　１．　Ｎ　２）を相
対的に小さくすることにより圧縮比を大きくすることが
でき、ディーゼル化も可能である。

また（ｉ　Ｈｉｔ）の内燃機関の場合、ローターは遊星
的な運動をするため、その重心の移動による振動や運動
エネルギーの損失は避けられないが１本出願の方式の場
合は、ローター（Ｒ）の重心と回転軸は完全に一致して
おり、これらの点で極めて有利である。

本ａ楕は一楕成単位において、ローター１回転呻対して
吸入、圧縮、爆発、排気の４行程が２回ずつ行われ、燃
焼室が２つ、吸排気弁が２組であることから、２サイク
ル２気筒のレシプロエンジンと比較するとその有利性が
一層明かである。即ち。

■　掃気が理想的に行われる。

■　クランク及びクランク室が無いため小型軽量である
。

■　コネクティングロッドやクランクシャフトなどの大
応力の集中する部分がないため。

セラミック等の適用の可能性が大きい。

■　（１０）項で述べたが、低負荷・高速運転時に隔室
弁を総てシリンダー（Ｃ）外に固定し燃焼回数を減らす
ことができる。他の内燃機関においても燃料供給を止め
、省燃料運転を行うことは可能であるが、吸・排気行程
を止めることは困難である０本内燃機関。

の場合全隔室弁を停止すれば、内燃機関内部の空間は一
定に保たれ、内部抵抗を小さく抑えたままでこの操作を
行うことが可能である

【図面の簡単な説明】

図面（１）は内燃機関の横断面を示す、　１点鎖線＜ａ
ｃｂ＞より左は中央部分での断面、　１点鎖線＜ａｃｄ
＞より右はローター側端および隔室弁側面位面での断面
、　１点鎖線＜ｂ　ｃ　ｄ＞より下はローター側端部に
設けた円盤部分での断面である、図面（ＩＩ）は隔室弁
の斜視図である。 図面〔■〕は内燃機関としての動作状態を示す。 Ｎｌ、Ｎ２・・・・副燃焼室、　　　ＰＬ、Ｐ２・・・
・点火プラグ○ｐ・・・・オイルポンプ構成部分、　　
　Ｋｌ、に２．に３゜Ｎ４・・・・隔室弁、　　Ｃ・・
・・シリンダー　Ｒ・・・・ローター、Ｒｅ・・・・ロ
ーター側端円形部分、Ｏ・・・・○リングシール、Ｍｒ
・・・・潤滑油供給溝、Ｓｋ・・・・隔室弁気密保持シ
ール、Ｂｋ・・・・隔室弁押し出しバネ、　　Ｓｒ・・
・ローター気密保持シール、Ｂｗ・・・・バランスウェ
イト、　Ｔ・・・・バランスウェイト用てこ、　ｔ・　
・・てこ支点、　　Ｈｂ・・・・バランスウェイトセッ
ト室、　　Ｂｒ・・・・Ｓｒ押し付はバネ、　Ｕ・・・
・隔室弁通気用凹み、Ｂｗ・・・・コの字型波板バネＭ
ｋ・・・・ＢｗおよびＳｋｋ入溝、　　Ｙ・・・・Ｓｋ
ｋ部拡大部、　　Ｌ・・・・Ｓｋ腕腕組強張出し部以上 出願者氏名　小松勇二部 図面ＣＩ）　　・・内燃機関横断面図 図面ｃｔＢ・・・・隔室弁斜視図 図面ＣＩｎ） 内燃機関動作し

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、以下の（イ）（ロ）（ハ）に記す部品を主な構成要
   素とする内燃機関の機構。 （イ）円周中心軸に対して対称の位置に２つの副燃焼室
   （Ｎ１、Ｎ２）をはさんで（ロ）に述べる隔室弁を挿入
   するための２組、都合４つの角穴を設けたシリンダー（
   Ｃ）、 （ロ）回転軸がシリンダー（Ｃ）の中心軸に一致してシ
   リンダー（Ｃ）に内接して回転する楕円形状ローター（
   Ｒ）、 （ハ）正面中央部に長い凹みを有し、側断面が舌状でシ
   リンダー（Ｃ）の角穴よりローター（Ｒ）に向かって互
   いに１回おきに往復運動をする２組、都合４枚の隔室弁
   （Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４）、 機構としては（イ）に記したシリンダー（Ｃ）と（ロ）
   に記したローター（Ｒ）との間に生じる２つの空間は、
   さらに（ハ）に述べる弁のうちの２枚（Ｋ１、Ｋ４）ま
   たは（Ｋ２、Ｋ３）によって２分され、ローター（Ｒ）
   の回転に応じてこれら４つの空間は増減を繰り返す、そ
   のうち２空間は、ローター（Ｒ）の周辺に端部が接して
   動いている２枚の隔室弁に設けられた凹部（Ｕ）を通し
   てシリンダー（Ｃ）外とつながり、吸入と排気行程を行
   う、他の２空間は残りの２枚の隔室弁がシリンダー（Ｃ
   ）周辺部に引き込められて停止しているため、密封空間
   となり圧縮と爆発行程に当たる、ローター（Ｒ）半回転
   毎に隔室弁は交代し、２枚は固定され他の２枚がロータ
   ー（Ｒ）に接して往復運動を始める。 ２、特許請求範囲１項記述の内燃機関において、ロータ
   ー（Ｒ）とシリンダー（Ｃ）の摺動部分の気密性を保持
   するため、ローター（Ｒ）端部に溝を設けバネ（Ｂｒ）
   とシール（Ｓｒ）をはめ込むが、その溝の両側に小室（
   Ｈｂ）を設け、境目の部分（ｔ）を支点とするてこと、
   バランスウエイト（Ｂｗ）を取り付ける事により、シー
   ル（Ｓｒ）が受ける遠心力を打ち消す機構について出願
   する。 ３、特許請求範囲１項記述の内燃機関において、特許請
   求範囲２項記述の、シールを納めるための溝（Ｓｒ）ま
   で、ローター（Ｒ）側面に回転軸周辺から細い溝（Ｍｒ
   ）を切り、その溝を通して潤滑油を導き、ローター（Ｒ
   ）の回転による遠心力でシール（Ｓｒ）とローター（Ｒ
   ）本体との隙間から、シリンダー（Ｃ）とローター（Ｒ
   ）の摺動部に潤滑油を送り出して油幕を形成する機構に
   ついて出願する。 ４、特許請求範囲１項記述の内燃機関の部分品、隔室弁
   （ハ）において、側面からローター（Ｒ）と接する面に
   かけて数条の細い溝（Ｍｋ）を設けて、弁の他端から潤
   滑油を導く、またこの溝（Ｍｋ）は燃焼室内に入る部分
   より少してまえで、幅を少し細くしておき、次に述べる
   カギ型シール（Ｓｒ）の端部拡大部分（Ｙ）がこの位置
   で止るようにする。 カギ型シール（Ｓｋ）は２本が１組で、コの字型波板バ
   ネ（Ｂｗ）の上から隔室弁を両側からはさみこみ、１本
   の溝の中に納まる、したがってローター（Ｒ）と接触す
   る部位では２本が重ねられるためその厚みを減じておく
   、またその部分の先端から約１／２の位置まで、上側を
   側面方向に張り出させておき（Ｌ）、互いに腕組のよう
   に重ね合わせる、更に側面に位置する他端には、３角形
   状の拡大部分（Ｙ）を設けて、隔室弁が停止している時
   に、シール（Ｓｋ）が抜け出るのを止めるとともに潤滑
   油の過度の流入を防ぐ、以上の機構について出願する。 ５、特許請求範囲１項記述の内燃機関における部分品（
   ハ）に示す隔室弁を、シリンダー外に向つて開いた中空
   としておき、正面には凹み（Ｕ）の代わりに開口部を設
   け、弁の内部を通して吸排気を行うようにした場合の機
   構について出願する。（図面省略） ６、圧縮比を上げてディーゼル化した特許請求範囲１項
   記述の内燃機関について出願する。 上記の内燃機関をクロスフロー型ロータリーエンジン、
   略称をＸＦＲエンジンとして発明特許を申請する。