JPH0230901A - ロータリピストン機関 - 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、固定ケーシングと、遮蔽部材の中で回転し、
機関軸に作用するピストンとを有し、ピストンが、容積
を周期的に変えながら遮蔽部材内で回動する作動室を形
成し、こうして燃料の燃焼の際に放出される熱エネルギ
ーを機械エネルギーに効果的に変換するロータリピスト
ン機関に関する。

〔従来の技術〕

この種の公知のロータリピストン機関としては、特にワ
ンケルエンジン、即ち遮蔽部材が静止し、即ちそれ自体
が固定ケーシングの一部であり、ピストン又は出力部が
ケーシングの中で回転するプラネタリピストン機関が挙
げられる。

ワンケルエンジンは、本質的に、偏心軸と、偏心軸の上
で回転可能な三角形ピストンから成り、ピストンは内歯
輪歯車を有し、偏心軸の偏心輪上で、ケーシングに固定
した外歯の周りに歯のかみ合いを介して円運動を行なう
。好適に使用される歯車と内歯遊尺歯車との間の変速比
２：３の場合、細長い楕円形のくびれた曲線が生じ、偏
心軸が３回転を行なうと、ピストンの輪郭の三角形の１
つの頂点がこの曲線を１回周回する。

ピストンとケーシングの壁面の間の各作動室は、この運
動条件のもとて２回の交互の拡大と縮小を行なう。この
ことを４行程過程のために利用することができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ワンケルエンジンの大きさと重量は同等の往復機関に比
してはなはだ小さく、部品数が少なく、静粛性が特に良
好である。ところが、ワンケルエンジンは、その製造コ
ストが高く、三角形ピスト〉の密封が困難であり、シリ
ンダが円形でなく、大きな摩耗を生じ、それに基づく修
理が必要となり、また機関出力限度が比較的低いなどの
難点もある。

例えば、ロータリピストン機関の上記の欠点を回避する
ために、作動室の中央で回転するロータを備えた星形配
列燃焼室機関として構成され、作動室を星形配列の燃焼
室に区分するために、ロータが半径方向可動の駆動壁を
有する回転内燃機関が西ドイツ特許出願公開第２５２２
８８０号明細書に開示されている。この場合、燃焼室の
周期的な容積変化を生じるための駆動壁の半径方向運動
は、少くとも１個の曲線路によって制御される。この回
転内燃機関は、ワンケルエンジンに比して全回転数範囲
で小さい寸法、少い重量、低い燃料消費で機関出力が大
きい利点があるという。しかし、このロータリピストン
機関も、依然として作動室の形状、不良な圧縮、作動室
の完全な密封に関してワンケルエンジンと同じ欠点を有
する。この場合も、作動サイクル中に作動室がピストン
の回転方向に移動し、即ち作動室の外壁が絶えず変化す
るからである。

ところが、熱伝達面が大きすぎるので、往復ピストン機
関で得られるような圧縮圧と点火圧が得られない。

一方では往復ピストン機関より良好な重量条件を、他方
ではロータリピストン機関より良好な出力条件を得るた
めに、分離セグメントとピストンセグメントを備えたス
イベルピストンシリンダの中に燃焼室を配設したスイベ
ルピストン内燃機関及びスイベルピストン圧縮機を有す
る内燃機が西ドイツ特許出願公開第３３３０１２５号に
開示されている。この公知の内燃機の機能は次の通りで
ある。即ち、燃焼室内の燃焼圧によってスイベルピスト
ンが往復揺動運動させられる。車輪歯車装置とフリーホ
イールを介してスイベルピストンの揺動運動が連続回転
運動に変えられる。この方式では、燃焼圧がピストンセ
グメントの両側に作用し、その揺動運動が歯車装置を介
在せずに直接変換される。この機関は、入口及び出口弁
制御式４行程機関として、若しくは圧縮機付又は弁無し
制御式２行程機関として構成することができる。相対す
る作動室の圧縮圧がピストン運動を端位置で弾支しても
、この内燃機関の静粛性はすこぶる不良であり、摩耗が
ロータリピストン機関より遥かに高い。

従って、本発明の目的は、僅かな重量で高い機関出力を
与え、しかも作動室の完全な密封を可能にするロータリ
ピストン機関を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題は、本発明のロータリピストン機関により解
決される。すなわち、上記の種類のロータリピストン機
関において、遮蔽部材が環状に形成されていると共に、
周方向に並置されて回転軸線Ｘの周りに回転する少くと
も２個の弓形ピストンを備え、ピストンの間に行程動作
のための作動室が形成され、各ピストンが、ピストンか
ら機関軸へ、又は逆方向のトルクの伝達のために、回転
軸線Ｘに対して偏心に支承され機関軸に固定されたレバ
ーのそれぞれ一方のレバーアームと半径方向に係合し、
ピストンの回転の際にレバーの同様な回転のためにレバ
ーアームの各々の係合長さが燃焼圧によって変化し、不
等係合長さのレバーアームを形成することによって上記
の課題が解決される。

〔発明の作用・効果〕

こうして往復ピストン機関と同様の熱力学的過程によっ
て駆動される回転ピストン機関が提供されるのである。

しかも、作動サイクルが同じ作動室で発生するから、高
い圧縮及び点火圧が得られる。燃焼ガスによって熱せら
れた作動室が吸入過程で新気により冷却されるがら、作
動室、ピストン及び場合によって設けられる密封体の熱
負荷が少い。このようにして、作動室の形状により往復
ピストン機関に劣らず高い圧縮が得られる。しかも、作
動室のこの理想的な形状によって、人口と出口の明確な
分離及び良好な燃料消費が得られる。その結果、本発明
によるロータリピストン機関では、従来のロータリピス
トン機関に比して遥かに高い機関出力が得られると共に
、回転機関で周知の良好な静粛性及び小さな寸法と小さ
な重量の利点が保証される。

〔発明の態様〕

このロータリピストン機関のレバーを偏心支承のために
自在軸にピン継手により固定し、自在軸を一方で機関軸
に、他方では回転軸線Ｘに対して偏りＡを設けて機関ケ
ーシングの軸受に枢着することができる。従って、適当
な行程を得るために、レバーの回転軸線Ｘからの偏心距
離の大きさＥと自在軸の軸受側支持部の回転軸線Ｘに対
する偏りＡを適当に選択することができる。特にこれは
大きな偏りＡに対して小さな偏心距ＭＥで自在軸を斜設
することによって達成される。

その場合、軸受を内歯車及びこれとかみ合うピニオンと
して構成することができる。２個のピストン及び内歯と
ピニオンの歯数比２：１を使用すれば、慣用の４行程方
式で操作することができる。但し「吸入、圧縮、膨張、
排出」の作動過程は２個の隔室のそれぞれで９０’の移
相で行なわれる。

また、ピストン回転軌道に入り込む潤滑油を、ピストン
に設けるシールストリップで掻き取り、遠心力により外
向きに加速することによって、元来ピストン形状により
比較的簡単な密封を助長することができる。費用がかか
り、環境に対し有害なオイル燃料混合物潤滑がこうして
廃止される。

本発明のその他の実施態様及び利点は、添附の特許請求
の範囲及び下記の説明から明らがとなろう。

〔実　施　例〕

次に、添付図面に示す実施例に基づいて本発明をさらに
詳述する。

第１図に示すロータリピストン機関は機関ケーシング１
を具備し、その中にロータとして構成された、概略中空
の環状の遮蔽部材１０が中心に配設されている。この遮
蔽部材１０は、第２図に示す回転軸線Ｘの周りに同様に
回転することができ、ピストン軌道１５を画成する外壁
１２と内壁１３を有する。外壁１２と内壁１３は相対し
て中空リングの一部区域にだけ延在し、この一部区域の
部位に可変容積作動室４，５を生じる。従って、外壁１
２と内壁１３は、遮蔽部材１０が作動室４，５を内包す
ることができるが、空欠部に出力部のための案内部を収
容することができるような周方向長さを有する。

遮蔽部材１０の中に出力部として２個の弓形ピストン２
０が配設されている。ピストン２０は概略長方形の横断
面を有し、遮蔽部材１０の中で回転するように周方向に
並置されている。

その場合、２個のピストン２０の総周方向長さは遮蔽部
材１０の中のピストン軌道１５の長さより小さい。各ピ
ストン２０は、中央半径方向孔１９を有し、その中に双
腕レバー３４のレバーアーム３８が案内部材２２を介し
て半径方向に移動自在に枢着されている。このレバー３
４は、回転軸線Ｘに対する偏心距ＭＥで自在軸３２に回
転自在に固定され、そのレバーアーム３８が回転軸線Ｘ
に対して垂直に延在している。レバー３４とピストン２
０の上述の係合位置で、２個の相対するピストン２０の
隣接する端面２５がそれぞれ一方の作動室４，５を画成
している。

２つの作動室４．５は互いに１８０’回転した位置にあ
り、等長のレバーアーム３８が２個のピストン２０と係
合すれば、作動室４，５の一方が最小容積、他方が最大
容積を内包する。レバー３４は１−心距離Ｅ　ｌ、：相
当する間隔て回転軸線Ｘと平行の回転軸線Ｘ′を中心に
回転するので、ピストン２０の回転軸線Ｘとレバー３４
の回転軸線Ｘ′は一致しないがら、レバー３４の１回転
の際に不等係合長さのレバーアーム３８がピストン２０
とレバー３４の係合を行なう。

その結果、レバーアーム３８の係合長さに応じてピスト
ン２０の周速が変化する。こうして、２個のピストン２
０の行程動作が生じ、作動室４．５の容積の変化を誘起
する。この場合、レバー３４の１回転で各作動室４，５
は最小容積と最大容積をとる。レバー３４が機関軸３０
１．：直接固定されているならば、このように構成され
た遮蔽部材１０と出力部（ピストン２０）によって２行
程方式が遂行される。レバー３４の２個の等長のレバー
アーム３８が第１図に示す位置から回転すると、両方の
端面２５に作用する燃焼圧が直ちにレバー３４、それと
共に機関軸３０にトルクを働かせる。それによって、前
述のサイクルが作動する。その際、遮蔽部材１０がレバ
ー３４の回転と同様に回転させられるから、常に内壁１
３と外壁１２の同じ区域が作動室４，５を画成し、従っ
て出力部に対して不動である。

機関ケーシング１は新気の供給のために作動室４．５に
対してそれぞれ人口３と出口２を有する。これらの入口
と出口が第２図ではっきり分かる。２行程方式のサイク
ルでは、もちろん１個の入口３と出口２しか必要でない
。

これらの開口部２，３は、吸入又は排出過程の間に連続
的に新気を供給し又は燃焼ガスを排出することができる
ように、それぞれピストン軌道１５の約４分の１にわた
ってバナナ形に延在している。それぞれ人口３と出口２
が互いに隣接して配設され、それぞれ密封体１１を装備
する。密封体１１は遮蔽部材１０の回転によって入口３
と出口２の上を摺動し、こうして新気の流入と燃焼ガス
の流出を制御することができる。

作動室４，５の完全な密封のために、ピストン２０はそ
の端面２５に隣接してシールストリップ２１ををする。

シールストリップ２１は、外壁１２及び内壁１３と係合
する。互いに間隔を置いて配列された２個のシールスト
リップ２１を設けることが好ましい。また各ピストン２
０は、レバー３４との係合部に隣接して、機関ケーシン
グ１の中央に噴射される潤滑油の通過のための半径方向
孔２３をそれぞれ有する。この潤滑油はピストン２０及
び遮蔽部材１０の回転の際に遠心力により外壁１２に到
達する。最後に、ピストン２０の内側及び外側の孔２３
区域の周方向切欠部２４．２６によって、ピストン２０
の潤滑が更に促進される。この切欠部２４２６は潤滑油
で満たされ、ピストン２０の回転と共に常に新しい潤滑
油を外壁１２及び内壁１３とピストン２０の間に送給す
る。この補助孔２３と切欠部２４，２６は、良好なしか
も経済的に使用される潤滑を保証する。

次に、第２図は、自在軸３２へのレバー３４の固定及び
機関軸３０と機関ケーシング１に同着した軸受４０との
間のレバー３４のＭＯを図示し、かつ軸受４０自体を図
示するためのものである。回転軸線がピストン２０の回
転軸線Ｘと一致する機関軸３０は、遮蔽部材１０に固着
され、第１の枢む点３１を介して自在軸３２の第１の端
部にピン継手により揺動自在に枢着されている。従って
、機関軸３０の回転と共に遮蔽部材１０及び自在軸３２
も同様に回転する。

自在軸３２の第２の端部は、第２の枢着点３５を介して
軸受端４１にピン継手により揺動自在に固定されている
。回転軸線Ｘ上にある第１の枢着２点３１と第２の枢着
点３５と結ぶ直線と回転軸線Ｘとの間に角βが形成され
る。この直線は、自在軸３２の長手方向に相当する二そ
の結果、回転軸線Ｘに対して自在軸３２の第２の端部の
偏りＡが生じている。軸受端４１にピニオン４２が固定
され、内歯車４３とかみ合う。この内歯車４３は機関ケ
ーシング１に固着されており、回転軸線Ｘを中心にして
配設されている。

内歯車４３の内歯４４の歯数とピニオン４２の歯数の比
は２：１である。機関軸３０が駆動されると、軸受端４
１及びピニオン４２が回転軸線Ｘ′を中心とする同心円
上を機関軸３ｏと同し周速で運動する。即ち、機関軸３
０が回転軸線Ｘの周りに１回転すると、軸受端４１とピ
ニオン４２も回転軸線Ｘ′の周りに１回転する。

しかし、ピニオン４２は内歯４４の中で転勤するから、
軸受端４１はそれに枢着された自在軸３２と共に回転軸
線Ｘに対して偏りＡて逆方向に接触面上を摺動する。そ
の結果、自在軸３２は一方では２つの枢着点３１．３５
を結ぶ直線を中心に機関軸３０と同じ周速で回転運動を
行い、また円錐の頂点が第１の枢着点３１にあり、円錐
の底面の半径は偏りＡにより定義される円錐面上で精密
運動を行なう。なおその場合更に、軸受端４１の支持の
ために、回転自在に支承された円板４５を設けることが
できる。

レバー３４は、自在軸３２に、ピン継手により自在軸周
りには回転不能に固定されている。

２つの枢着点３１．３５を結ぶ直線に対して垂直な面で
あるレバー３４の固定面は、上記直線を通る面との交点
で固定点３３を定義している。

固定点３３と回転軸線Ｘとの間隔は、回転軸線Ｘに対す
るレバー３４の支承の偏心距ｆｉＥを定めている。軸受
端４１は第２の枢着点３５と共に偏りＡの接触面上を摺
動するが、レバー３４は機関軸３０に対して相対的に接
触面上を摺動する。この場合、レバー３４の固定面が自
在軸３２の全長を二分するから、偏心距離Ｅはｌ／２Ａ
に等しい。内歯４４及びピニオン４２の形状寸法を十分
に確定することができるように、所定の偏りＡが必要で
ある。偏心距離Ｅが偏りＡに等しければ、大きな行程が
発生するから、偏心距離Ｅを偏りＡに比して小さく選定
する。最後に、史に入口３と出口２の密封のための密封
板１４が第２図で明らかである。密封板１４は、一方で
は上記の開口部を通ってそれに接続する通路に浦が入る
ことを阻止し、他方ではピストンの内室への新気または
燃焼ガスの進入を制御する。

第３図は、レバー３４の前述の配列と位置を更に図で明
らかにするために、第２図に対してレバー３４を９０°
回転して示す。更に、レバーアーム３８とそれぞれ一方
のピストン２０との半径方向に移動自在な係合のための
案内部ｔ第２２をピストンと共に示す。その他について
は、第３図は第２図と同じである。

上述のロータリピストン機関の４行程サイクルを、次に
第４図に基づき、部分図４ａないし４ｆを参照しながら
説明する。

第４ａ図では、作動室４が最小容積、作動室５が最大容
積をとり、その際、レバーアーム３８の係合長さは等し
い長さの区間Ｃ及びｄで示される。

第４ｂ図で、レバー３４はピニオン４２と共に矢印すの
方向に回転しており、一方、ピニオン４２の回転軸線Ｘ
′は回転軸線Ｘの周りに矢印ａの方向に摺動する。この
運動によってレバーアーム３８の係合長さｃ、ｄが変化
する。−方のレバーアーム３８の係合長さＣが増加し、
反対側のレバーアーム３８の係合長さｄが縮小する。係
合長さｃ、ｄの変化の結果、長い方のレバーアーム３８
と係合するピストン２０は、短いレバーアーム３８と係
合するピストン２０より速く移動するから、作動室４の
容積が連続的に増加し、一方、作動室５の容積は連続的
に減少する。

第４ｃ図は回転軸線Ｘの周りに９０°回転した後のサイ
クルを示す。第４ａ図から第４Ｃ図への作動過程で作動
室４は密封体１１により制御されながら入口３から連続
的に燃料空気混合物を吸入したが、作動室５は既に吸入
した’ＩＱ　’Ｑ気を圧縮する。そこで第４Ｃ図には、
作動室４の吸入過程が終了し、作動室５の圧縮過程も終
了して、第２図及び第３図に示す点火装置５０が圧縮さ
れた混合気に点火するサイクル時点が示されている。

第４ｄ図はレバーアームの係合長さの差に対する作用燃
焼圧を示す。これを２個の矢印で表わす。この燃焼圧は
レバー３４とピストン２０の係合点に作用し、不等長の
てこに基づきエンジントルクを発生する。

第４ｅ図は、回転軸線Ｘの周りの次の９０゜回転の後の
サイクルを示す。作動室５の膨張過程と作動室４の圧縮
過程が終了して、点火装置が作動室４の圧縮混合気に点
火する時点が示されている。

最後に第４ｆ図は、排出過程の終期の作動室５を示し、
一方、作動室４では膨張過程が終了している。

【図面の簡単な説明】

第１図はロータリピストン機関の横断面図、第２図は第
１図に矢印で示した線に沿ったロータリピストン機関の
縦断面図、第３図はレバーを９０’回転して示した、第
２図による縦断面図、第４ａ図乃至第４ｆ図は４行程方
式の１サイクルの略図を示す。 ４は作動室、５は作動室、１０は遮蔽部材、２０はピス
トン、３０は機関軸、３４はレバー３８はレバーアーム
、Ｘは回転軸線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、）機関の固定ケーシングと、遮蔽部材の中で回転し
   、機関軸に作用するピストンとを有し、ピストンが、容
   積を周期的に変えながら遮蔽部材内で回動する作動室を
   形成して成るロータリピストン機関において、遮蔽部材
   （１０）が環状に形成されていると共に、周方向に並置
   されて回転軸線Ｘの周りに回転する少くとも２個の弓形
   ピストン（２０）を備え、ピストンの間に行程動作のた
   めの作動室（４、５）が形成され、各ピストン（２０）
   が、ピストン（２０）から機関軸（３０）へ、又は逆方
   向のトルクの伝達のために、回転軸線Ｘに対して偏心に
   支承され機関軸（３０）に固定されたレバー（３４）の
   それぞれ一方のレバーアーム（３８）と半径方向に係合
   し、ピストン（２０）の回転の際にレバー（３４）の同
   様な回転のためにレバーアーム（３８）の各々の係合長
   さが燃焼圧によって変化し、不等係合長さのレバーアー
   ム（３８）を形成することを特徴とするロータリピスト
   ン機関。 ２、）レバー（３４）が偏心支承のために自在軸（３２
   ）にピン継手により固定され、自在軸が、一方では機関
   軸（３０）に、他方では回転軸線Ｘに対して偏りＡを設
   けて機関ケーシング（１）の軸受（４０）に枢着される
   ことを特徴とする請求項１に記載のロータリピストン機
   関。 ３、）軸受（４０）が、機関ケーシング（１）に固着し
   た内歯車（４３）及びこれとかみ合うピニオン（４２）
   から成り、自在軸（３２）がピニオン（４２）に固定さ
   れていることを特徴とする請求項２に記載のロータリピ
   ストン機関。 ４、）内歯（４４）の歯数とピニオン（４２）の歯数が
   ２：１の割合であることを特徴とする請求項３に記載の
   ロータリピストン機関。 ５、）自在軸（３２）の軸受側支持部の回転軸線Ｘに対
   する偏りＡがレバー（３４）の回転軸線Ｘからの偏心距
   離Ｅより大きいことを特徴とする請求項２乃至４のいず
   れか１項に記載のロータリピストン機関。 ６、）遮蔽部材（１０）がロータとして形成され、ピス
   トン（２０）と共に回転軸線Ｘを中心に同様に運動する
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載
   のロータリピストン機関。 ７、）機関ケーシング（１）が、周方向に概略バナナ形
   に延在する入口及び出口（３、２）を有することを特徴
   とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のロータリ
   ピストン機関。 ８、）シールリングを備えた密封体（１１）が、同時に
   入口及び出口密封体の機能も受持つようにして各作動室
   （４、５）に配設されることを特徴とする請求項７に記
   載のロータリピストン機関。 ９、）隣接するピストン（２０）の各々２個のピストン
   端面（２５）が作動室（４、５）を画成し、作動室（４
   、５）の数がピストン（２０）の数に等しいことを特徴
   とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のロータリ
   ピストン機関。 １０、）ピストンの端部にシールストリップ（２１）が
   設けられていることを特徴とする請求項１乃至９のいず
   れか１項に記載のロータリピストン機関。 １１、）ピストン（２０）が半径方向貫通孔（１９）を
   有し、その中にそれぞれ一方のレバーアーム（３８）が
   半径方向移動可能に枢着されることを特徴とする請求項
   １乃至１０のいずれか１項に記載のロータリピストン機
   関。 １２、）遮蔽部材（１０）の中の均一なオイル分配のた
   めに、ピストン（２０）が補助半径方向孔（２３）を有
   することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項
   に記載のロータリピストン機関。 １３、）周期的に形成される作動室（４、５）の区域で
   環状遮蔽部材が円弧状外壁（１２）及び相対する内壁（
   １３）から成ることを特徴とする請求項１乃至１２のい
   ずれか１項に記載のロータリピストン機関。 １４、）互いに間隔を置いて配列された２個の概略半円
   形のピストン（２０）が設けられていることを特徴とす
   る請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のロータリピ
   ストン機関。 １５、）ピストン（２０）が４行程方式で回転し得るこ
   とを特徴とする請求項４又は１４に記載のロータリピス
   トン機関。 １６、）各作動室（４、５）に点火プラグ（５０）が配
   属されていることを特徴とする請求項１乃至１５のいず
   れか１項に記載のロータリピストン機関。