JPH03286170A - 外燃式ロータリピストンエンジン - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は外燃式ロータリピストンエンジンに関する。

（産業上の利用分野） スターリング機関としては、特開昭６１−２１２６５６
号公報に示すようなディスプレーサ形等の往復動形が一
般に知られている。

このようなスターリング機関は、連続燃焼により有害排
出物が少なく、しかも、各種熱の利用が可能で、静粛な
エンジンが構成できる等の利点を有している。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、上記のようなスターリング機関においては、１
つのスターリング機関を構成するには少なくとも２つの
ピストンが必要であり、複数のスターリング機関を構成
する場合には、作動室（シリンダ）容量は比較的大きく
ならざるを得す（１つのピストン当りの作動室の数が少
ない）、出力当りのエンジンの大きさは大きくならざる
を得ない。

また、上記のような往復動形のスターリング機関におい
ては、作動ガスが外部に漏れることを防止するためにシ
ールが必要となるが、その場合、往復動ロッドをシール
することは難しい一方、回転軸のシールが比較的容易で
あることがら、−Ｍには、クランクケースと出力軸との
間をシールすることとされ、クランクケース内は作動ガ
スにより加圧された状態となっている。このため、クラ
ンクケースは圧力容器のような強度としなければならず
、これが重量を増やし、重量当りの出方の向上を妨げて
いる。

本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、その目的は
、出力当りのエンジンの大きさを低下させると共に重量
当りの出力を向上させる外燃式ロータリピストンエンジ
ンを提供することにある。

（問題点を解決するための手段、作用）かかる目的を達
成するために本発明にあっては、一対のエンジン構成体
が設けられ、前記各エンジン構成体は、複節トロコイド
型ロータと該ロータの外包絡線で形成された口〜り収容
室を有するハウジングとで構成されて、作動室を有し、 前記一対のエンジン構成体のうちの一方の構成体におけ
る作動室がスターリングサイクルを構成する高・低温作
動室の一方とされ、 前記一対のエンジン構成体のうちの他方の構成体におけ
る作動室がスターリングサイクルを構成する高・低温作
動室の他方とされる、ことを特徴とする外燃式ロータリ
ピストンエンジンとした構成としである。

上述の構成により、各エンジン本体構成体において、作
動室が、複節トロコイド型ロータと、該ロータの外包絡
線で形成されたロータ収容室を有するハウジングとで形
成されることから、各エンジン構成体には、作動室が複
数形成されると共に、その複数の作動室はハウジング側
に固定される（移動しない）ことになり、その各エンジ
ン構成体における複数の作動室を、該エンジン構成体毎
にスターリングサイクルをなす高・低温作動室のいずれ
か一方として利用することになるから、一対のエンジン
構成体は、複数のスターリング機関を構成できることに
なる。この結果、往復動タイプのものに比べて、１つの
ロータ（ピストン）当りの作動室の数を増やすことがで
きることになり、出力当りのエンジンの大きさを低下さ
せることができることになる。

また、本発明がロータリピストンエンジンに係るもので
あり、全てが回転運動となることから、外部に対するシ
ールを容易にすることができる一方、往復動形のスター
リング機関の場合のように、外部に対するシールを担保
するために、圧力容器°のような強度のクランクケース
を用意しなければならない必要性はない。このため、そ
のクランクケースに相当する分の重さを軽減することが
できることになり、重量当りの出力が向上することにな
る。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図、第２図は本実施例に係る外燃式ロータリピスト
ンエンジンの構造を示している。この外燃式ロータリピ
ストンエンジンにおいては、一対のエンジン構成体（以
下、構成体と称す）１゜１°が設けられており、この各
構成体１．１°の構成は互いに等しくされている。

構成体１　（１°）は、ロータ２（２′）と、該ロータ
２（２°）を収容するハウジング３とで構成されている
。ロータ２　（２’　）には、複節トロコイド型のロー
タが用いられることになっており、本実施例においては
、ロータ２（２°）として、第２図に示すように、３節
ベリトロコイド曲線をロータ外形としたものが用いられ
ている。ハウジング３は、ロータハウジング４（４°）
と５サイドハウジング５．５゛　　６とによって構成さ
れている。ロータハウジング４　（４’　）には、ロー
タ収容空間７、（７゛）が形成されており、その内周面
４ａ　（４ａ’　）は、第２図に示すように、前記ロー
タ２（２°）の外形の外包絡線をもって形成されている
。サイドハウジング５と６とはロータハウジング４の両
側に配設され、サイドハウジング６と５°とはロータハ
ウジング４゛の両側に配設されている。このようなハウ
ジング３内には、ロータハウジング４のロータ収容空間
７において前記ロータ２が、そして、ロータハウジング
４゛のロータ収容空間７゛においては前記ロータ２°が
収容されており、この両ロータ２（２゛）はサイドハウ
ジング６に固定されたステーショナルギヤ８　（８’　
）とロータ２　（２’　）に固定されたロータギヤ９（
９°）とに基づき第３図、第４図に示すように運動する
ようになっている。この場合、ロータ２と２°とは位相
差が９０前後（この機関の場合１行程１８０℃）ずらさ
れており、ロータ２が、進み側ロータとして、第３図（
ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示すように運動したときには
（第３図（ａ）は出力軸回転角０℃、（ｂ）は出力軸回
転角９０℃、（ｃ）は出力軸回転角１８０℃、（ｄ）は
出力軸回転角２７０℃の状態を示す）、ロータ２゛は、
第３図（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に対応して、第４図（
ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示すように運動するようにな
っている。

前記ロータ２°　（２）とハウジング３とは、第２図に
示すように、該ハウジング３内において作動室Ａ’　　
Ｂ’　　Ｃ’、Ｄ’　　（Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ）を形成して
いる。作動室Ａ’　　Ｂ’　　Ｃ’　　Ｄ’（Ａ、Ｂ、
Ｃ，Ｄ）は、複節トロコイド型のロータ２’　　（２）
の外形とロータハウジング４゛（４）の内周面形状（ロ
ータ２’　　（２）の外包絡線形状）とに基づいて形成
されており、本実施例においては、ロータ外形として３
節ベリトロコイド曲線を用いていることから、各構成体
１゛（１）毎に４つの作動室Ａ’　　Ｂ’　　Ｃ’　　
Ｄ’（Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ）が形成されている。この４つの
作動室Ａ’　　Ｂ’　　Ｃ’　　Ｄ’　　（Ａ、８％Ｃ
１Ｄ）は、第３図、第４図に示すように、前述のロータ
２°　（２）外形とロータハウジング４゜（４）の内周
面形状との関係に基づき、ロータ２°　（２）の運動に
伴って移動しないように（ハウジング３側に固定される
ように）なっており、各作動室Ａ’　　Ｂ’　　Ｃ’　
　Ｄ’　　（Ａ、８％Ｃ１Ｄ）は所定位置で、ロータ２
′　（２）の運動に伴ってその各容積が変化することに
なっている。

この際、各作動室Ａ’　　Ｂ’　　Ｃ’　　Ｄ’　　（
Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ）間のガスシール性を保つために、口〜
す２°　（２）に、コーナシール１０及びサイドシール
１１が装着され、ハウジング３にアペックスシール１２
’　　（１２）が装着されている。

前記ロータ２と２°とは出力軸１３に支承されており、
その出力軸１３を介して出力が回転力として取出される
ようになっている。出力軸１３は一対の構成体１．ｌ’
を貫通して延びており、その出力軸１３はサイドハウジ
ング５（５°）に軸受１４　（１４’　）を介して回転
可能に支持されている。１５　（１５’　）は外部に対
して気密性を保つためのメカニカルシールである。

前記一対の構成体１．１゛間には複数の連通路１６が設
けられている。この各連通路１６は、作動室ＡとＡｏ　
作動室ＢとＢｏ　作動室ＣとＣｏ、作動室りとＤ′をそ
れぞれ連通しており、その各連通路１６には、スターリ
ングサイクルを構成すべく、構成体１°から構成体１に
向けて順に、冷却器１７、再成器１８、加熱器（ヒータ
）１９が配設され、それら各作動室Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ（Ａ
’　　Ｂ’　　Ｃ’　　Ｄ’）、各連通路１６、冷却器
１７、再成器１８、加熱器１９内には作動ガスとして、
空気、Ｈｚ、Ｈｅ等のガスが充填されている。なお、図
示は略すが、ヒータ１９上部にはバーナ等の加熱源が設
けられ、その加熱源によリピータ１９内の作動ガスが加
熱されるようになっている。また、２０はオイルシール
を示す。

これにより、前述のロータ２　（２’　）の位相差と相
俟って、作動室ＡとＡ°間、作動室ＢとＢ。

間、作動室ＣとＣｏ間、作動室りとＤ°間毎において近
似的なスターリングサイクルを構成できることになる。

この場合、ロータ２が膨張（高温）ピストン、ロータ２
゛が圧縮（低温）ピストンとなり、構成体１の各作動室
Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄが高温作動室、構成体ｌ°の各作動室Ａ
’　　Ｂ’Ｃ’　　Ｄ’が低温作動室となる。

第５図は、作動室Ａにおいての膨張ピストン２の仕事（
特性線ｆ１参照）、作動室Ａ゛においての圧縮ピストン
２°の仕事（特性線ｆ２参照）、膨張ピストン２と圧縮
ピストン２゛の図示仕事（特性線ｆ３参照）を示すＰ−
Ｖ線図であり、図中の数字は出力軸回転角度を示す。

したがって、上記エンジンにあっては、構成体１の作動
室Ａ　（Ｂ、Ｃ，Ｄ）と、それに対応する構成体１゛の
作動室Ａ’　　（Ｂ’　　Ｃ’　　Ｄ’）開缶にスター
リングサイクルが構成されることになり、本実施例にお
いては、２つのロータ２．２゜により全部で４つのスタ
ーリング機関が構成されることになる。このため、１つ
のロータ（ピストン）当りのスターリング機関（作動室
）の数を、往復動形のものに比べて増やすことができる
ことになり、出力当りのエンジンの大きさを小さくする
こと、すなわちコンパクトにすることができることにな
る。

また、このエンジンににおいては、出力軸１３が回転軸
であることから、メカニカルシール１５（１５°）によ
り外部に対して比較的容易にできる一方、往復動形のス
ターリング機関の場合のように、外部に対するシール性
を担保するために圧力容器のような強度を有するクラン
クケースを用意する必要はない。このため、それに相当
する重量が軽減されることになり、重量当りの出力が向
上されることなる。

以上実施例について説明したが本発明にあっては次のよ
うなものを包含する。

■ロータ２（２°）で外形が、３節ベリトロコイド曲線
であるものに限らず、その他の複節ペリトロコイド曲線
に基づくものでもよいこと。但し、その場合には、作動
室Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ　（Ａ’Ｂ’　　Ｃ’　　Ｄ’）が移
動しない（固定）ようにするため、ロータハウジング４
　（４’　）の内周は該当するロータ外形の外包絡線と
する必要がある。

■一対の構成体１．１°の態様として、同じ数の作動室
を有する構成体を２つ用意すると共に、その両方骨の数
だけの作動室を有する構成体を用意し、前者に係る２つ
の構成体と後者に係る構成体との間でスターリング機関
を構成すること。

■出力軸１３の中間部にロータ２゛　（圧縮ピストン）
とロータ２（膨張ピストン）の位相差をエンジン回転数
、及び作動ガス充填圧力等に応じて変化させるカップリ
ング機構を設けること。

（発明の効果） 本発明は以上述べたように、出力当りのエンジンの大き
さを低下させると共に重量当りの出力を向上させる外燃
式ロータリピストンエンジンを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す横断面図、第２図は本
発明の一実施例を示す縦断面図、第３図（ａ）（ｂ）（
ｃ）（ｄ）は高温作動室側構成体の作動状態を示す作動
状態図 第４図（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は低温作動室側構成体
の作動状態を示す作動状態図、第５図は作動室Ａ、Ａ’
における作動流体のＰ−■線図である。 ・・・ロータ ハウジング ・・・ロータ収容空間 Ｃ，Ｄ、Ａ’　　Ｂ’ Ｃ’　　　　Ｄ’ ・・・作動室 ｌ・・・構成体 （０） 〜ぐ 冒　〜　　Ｏ 第３ 図 （ｂ） （Ｃ） （ｄ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）一対のエンジン構成体が設けられ、 前記各エンジン構成体は、複節トロコイド型ロータと該
   ロータの外包絡線で形成されたロータ収容室を有するハ
   ウジングとで構成されて、作動室を有し、 前記一対のエンジン構成体のうちの一方の構成体におけ
   る作動室がスターリングサイクルを構成する高・低温作
   動室の一方とされ、 前記一対のエンジン構成体のうちの他方の構成体におけ
   る作動室がスターリングサイクルを構成する高・低温作
   動室の他方とされる、 ことを特徴とする外燃式ロータリピストンエンジン。