JPH10220238A

JPH10220238A - ロータリー装置

Info

Publication number: JPH10220238A
Application number: JP9038617A
Authority: JP
Inventors: Koji Akasaka; 耕志赤坂
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-02-07
Filing date: 1997-02-07
Publication date: 1998-08-18

Abstract

(57)【要約】【課題】構成が容易で内燃機関として利用した場合に
冷却効率の高いロータリー装置を得ること。【解決手段】全体が略おむすび型に形成された内部空
間Ｓ内には略楕円形のローター３が配置され、上下のコ
ーナーシール４ａ、４ｂがこの内部空間Ｓの内面を摺動
するようにして配置されている。ローター３の中心部に
はローター中心かそれぞれ１２０°の角度で外側に展出
しているＵ字型溝が形成されており、この溝にはクラン
クピン９が配置れている。クランクピン９はクランクア
ーム８により主軸７に接続している。これによりロータ
ー３が内部空間Ｓ内で回転すると、クランクピン９はこ
の回転を妨げないにように各溝部を摺動しながらこのロ
ーター３の回転に従動する。従ってローター３の回転は
このクランク機構を介して主軸７側に伝達される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関として、或
いはコンプレッサとして機能可能なロータリー装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】ロータリー式の内燃機関として所謂バン
ケル型のロータリーエンジンが実用化されている。この
形式のロータリーエンジンは出力軸に接続しかつ軸心が
固定されている外歯歯車に対して、ローター側に設けら
れた内歯歯車が噛み合い、ローターの回転をこれら内歯
歯車、外歯歯車を介して出力軸に出力するよう構成され
ている。

【０００３】またトロコイド曲線により断面が繭型に形
成されたハウジング内でのローターの摺動抵抗を少なく
するためにローターは各頂点が鋭角状に形成されたおむ
すび型に形成され、この頂点部にコーナーシールが形成
される構成となっいる。このためローターの幅方向のシ
ールはこの幅の狭いコーナーシールにより行うため、シ
ール材の選定は極めて厳格に行われ、しかもシール方法
は極めて精密に行う必要がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記構成のロータリー
エンジンは高速回転が可能で高い出力が得られる反面、
ローターやシール材の選定は極めて厳格に行う必要があ
り、かつこれらローター、シール、歯車等の形成に関し
極めて高い工作精度が要求される。この結果当然のこと
ながら上記ロータリーエンジンは装置としては高級かつ
高価なものとなる。従ってこの装置は例えば高速、高出
力を出せる高性能車両用エンジンとしては効果的である
ものの、多くの産業用装置の駆動源等、高い出力を要求
されない分野においては主として経済的理由により採用
が困難である。

【０００５】また、上記装置は外部から回転エネルギー
を加えればこの装置をコンプレッサーとして利用するこ
とが基本的に可能あるが、この場合は特に内燃機関とし
て構成した場合に比較してシール性等も低いもので十分
であるため、この従来構成をコンプレッサーとしてその
まま用いる場合には、その目的に対しては過剰な精度を
有する高価な装置となってしまう。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記点に鑑み構
成されたロータリー装置であって、ローターと主軸とを
カム機構で接続するよう構成し、回転軸心が固定されて
いる主軸に対してクランク機構を介してローターが接続
し、このローターの回転力をクランク機構を介して主軸
に伝達し、或いは主軸側に回転力が付加された場合には
このクランク機構を介してローターを回転させるよう構
成したことを特徴とするロータリー装置である。

【０００７】

【発明の実施の形態】ローターは側面形状が略楕円形に
形成され、かつこの楕円ローターが回転するハウジング
空間の側面形状は、側縁の各々が略円弧を描くおむすび
型に形成されている。ローターの中心にはそれぞれ１２
０°の角度をもってローター外側に向かって展出するＵ
字状の溝が３個連設されたカム機構が構成されている。

【０００８】ロータリー装置のハウジング側には主軸が
その回転軸心を固定されて配置されている。この主軸に
対してはクランクアームを介してクランクピンが設けら
れている。このクランクピンはローター側の前記カム機
構を構成するＵ字溝の何れかと係合しており、ローター
がハウジングの内部空間で回転する際に、このカム機構
の溝内を相対的に移動するこにより、ローター回転の際
のローターの変位を吸収しながらこのローターの回転力
をクランク機構を介して主軸側に伝達する。また主軸側
に回転力が付加された場合には、前記工程とは逆の順序
でローターを回転させ、コンプレッサーとして作動す
る。

【０００９】

【実施例】以下本発明の実施例を図面を参考に具体的に
説明する。なお以下特に断らない限り本ロータリー装置
が内燃機関、即ちロータリーエンジンとして実施されて
いることを前提に説明する。

【００１０】先ず図１乃至図３によりロータリー装置の
構成を説明する。図中矢印１はロータリー装置全体を示
す。符号２はこのロータリー装置のハウジングである。
なお、図示の構成では説明の都合上このハウジング２は
板材により単純に形成されているように表示されている
が、ハウジング内での圧縮、爆発による熱及び圧力に耐
えかつ放熱効果を高めるため、エンジンとして構成する
場合にはハウジング外形はかなり複雑な形状となる。

【００１１】上記ハウジング２の内部空間Ｓの形状は図
３に示される如く、仮想正三角形Ｐ１・Ｐ２・Ｐ３に対
応し、この正三角形の各片を、同じ曲線で外側に膨出す
ることにより、各頂点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３から下ろした垂
線に対してそれぞれ線対称となるよう全体として略おむ
すび型に形成されている。

【００１２】３はこの内部空間Ｓ内で回転運動をするロ
ーターである。このローター３の形状、及びこのロータ
ー形状と内部空間Ｓとの関係を主として図３を用いて説
明すると、先ずローター３は側面形状が略楕円形に形成
されている。この略楕円形に形成されたローター３の長
軸Ｄ１・Ｄ２が前記仮想正三角形Ｐ１・Ｐ２・Ｐ３の一
辺と平行の場合、ローター３の側縁が内部空間Ｓの一側
に密着するようローター３の形状と、内部空間の形状が
定められている。因みに図３の場合はローター３の長軸
Ｄ１・Ｄ２が仮想正三角形Ｐ１・Ｐ２・Ｐ３の一辺Ｐ１
・Ｐ２と平行の場合を示す。この場合、ローター３の側
縁は内部空間Ｓを規定するる曲面Ｐ１・Ｎ・Ｐ２と密着
している。なお、Ｎは曲面を規定すため、この曲面の適
当な位置に想定した点である。

【００１３】次にこのローター３の構造を主として図１
を用いて説明する。先ず略楕円形のローター３の各頂点
部にはコーナーシール４ａ、４ｂが形成されている。ま
た、同ローター３の両側縁部にはサイドシール５ａ、５
ｂが形成され、これらコーナーシール４ａ、４ｂ及びサ
イドシール５ａ、５ｂにより、ローター３の回転により
内部空間Ｓ内に生じる区画がそれぞれ気密にシールされ
るようになっている。このローター３の中心部には、ロ
ーター３の中心からそれぞれ１２０°の角度をもって３
つのＵ字型の溝６ａ、６ｂ、６ｃが展出形成されてい
る。なお、以下この３つのＵ字型の溝６ａ、６ｂ、６ｃ
によって形成された溝部全体をカム溝６と称する。

【００１４】一方ハウジング２側には、回転軸心７ａが
内部空間Ｓの中心に位置するようにして主軸７が固定的
に配置されている。８はこの主軸７に設けられたクラン
クアームであって、このクランクアーム８の他端はカム
溝６内に位置するクランクピン９と接続している（図
１、図２参照）。この構成によりローター３が後述する
如く内部空間Ｓ内を回転変位する場合、クランクピン９
はカム溝６内を相対的に移動変位することによりこのロ
ーター３の回転を許容し、かつこのローター３の回転を
クランクアーム８を介して主軸７側に伝達する。図３に
示される仮想円１１は主軸７を中心としてクランクピン
９が回転する軌跡を示す。

【００１５】次に図４及び図５を用いてローター３が回
転する時の挙動をより具体的に説明する。先ず図４
（Ａ）において、ローター３の長軸Ｄ１・Ｄ２は前記仮
想正三角形Ｐ１・Ｐ２・Ｐ３の一辺Ｐ１・Ｐ２と平行し
ている状態を示す。この状態ではローター３の側縁部が
内部空間Ｓの内壁に密着しているため内部空間Ｓは一つ
の空間Ｓ１のみが存在する。次に（Ｂ）ではローター３
は矢印方向に回転変位を開始し、内部空間Ｓはローター
３により前記空間Ｓ１と、新たに形成されたＳ２に区画
される。またこの回転変位により長軸の一端Ｄ１が点Ｐ
Ｉに近接するようローターの頂部も内部空間Ｓの内壁を
摺動する。

【００１６】（Ｃ）において長軸Ｄ１・Ｄ２が直線Ｐ２
・Ｐ３と直交する位置で両空間Ｓ１とＳ２はその体積が
等しくなり、かつ長軸の一端Ｄ１は前記点Ｐ１と重な
る。また図５の（Ｄ）を経て（Ｅ）においてローター３
の他の側縁部が内部空間Ｓの他の側縁部に接触し内部空
間はＳ２のみとなり、この状態で長軸Ｄ１・Ｄ２は前記
仮想正三角形Ｐ１・Ｐ２・Ｐ３の一辺Ｐ１・Ｐ３と平行
となり１工程を終了する。この間、図からも明らかなと
おりローター３は仮想正三角形Ｐ１・Ｐ２・Ｐ３の一辺
Ｐ２・Ｐ３に沿って６０°回転変位し、その間にクラン
クピン９及び主軸７は１２０°回転する。

【００１７】上記ローター３の回転変位の間、クランク
ピン９はカム溝６の各Ｕ字溝内を摺動することによりロ
ーター３の回転変位を許容すると共に、仮想円１１に示
されるようにローター３の回転に従動し、この回転はク
ランクアーム８を介して主軸７に伝達される。なお、図
４及び図５におていはクランクアーム８の表示を省略し
ている。

【００１８】図６及び図７は上記装置を内燃機関、即ち
ロータリーエンジンとして構成した場合の作動状態を示
す。なお、各図中、カム溝、クランクアーム等は省略し
ている。先ず、図６の（１）から（５）までは吸気工程
であって、（１）において空間Ｓ１のみであったロータ
リーエンジンの内部空間はローター３の矢印方向への回
動により空間Ｓ２が形成され、かつこの空間Ｓ２の体積
が増加する。この空間Ｓ２に燃料及び燃焼用空気が吸入
される。

【００１９】続いて（６）〜（９）において、ローター
３の回転により空間Ｓ３が生じるのに対応して前記空間
Ｓ２は減少し圧縮工程となる。図７の（１０）において
図示しない点火プラグにより点火され、圧縮された燃料
が爆発して空間４を形成し、ローター３に対して回転力
を与える。（１１）、（１２）の順にさらにローター３
が回転することによって前記空間Ｓ２と同じ位置に新た
な空間Ｓ５が形成され、これに伴い空間Ｓ４が減少して
爆発によって発生した排ガスを（１３）〜（１５）の順
に排気し、排気が終了した時点で１工程が終了する。こ
の１工程終了後、（１６）の如く前記空間Ｓ３の位置に
新たに形成される空間Ｓ６に対して燃料および燃焼空気
が吸気されることより次の工程が開始される。

【００２０】なお、図示の工程からも明らかなとおり、
次の工程における吸気を行う空間は、前回の工程の吸気
を行う空間と相違する。即ち吸気〜排気の各工程は、エ
ンジンの一工程終了後に順次移動する。この結果特定の
空間部においてのみ爆発を行う装置に比較して、エンジ
ンの冷却効率を向上させることが可能となる。また、図
示の工程は一つのローターで行う他、主軸を共有する複
数のローターを用い、各ローターの回転の位相を相違さ
せるよう構成することによりエンジン全体の回転をより
円滑することは当然可能である。

【００２１】図８は上記の工程を可能にするための吸気
弁、排気弁及び点火プラグの配置状態を模式的に示す。
即ち仮想正三角形Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の頂点Ｐ１近傍には
吸気弁ＡＶ１、排気弁ＥＶ１が配置され、同様に頂点Ｐ
２近傍には吸気弁ＡＶ２、排気弁ＥＶ２が、頂点Ｐ３近
傍には吸気弁ＡＶ３、排気弁ＥＶ３がそれぞれ配置され
ている。またこれら各頂点の近傍には点火プラグＰＬ
１、ＰＬ２、ＰＬ３がそれぞれ配置されている。

【００２２】上述の工程を用いてこれら各弁の開閉状態
及び点火プラグの作動を示すと、図図６の（１）〜
（５）の吸気工程においては吸気弁ＡＶ２は開、その他
の弁は全て閉とし、この状態で圧縮工程を経て、図７の
（１０）において点火プラグＰＬ３の点火により爆発す
る。更に（１３）において排気弁ＥＶ３開として排気を
行い、次の工程（１６）では吸気弁ＡＶ１開として吸気
を行う。このように各工程に於いて各区画の機能（圧縮
室、爆発室、吸気室等）が順次変化することに対応して
各弁の開閉を行うとともに各点火プラグを作動させる。
なお，これら弁及び点火プラグの作動はローター３の回
転に対応して順次行われるため、主軸７の回転から機械
的に伝達される分配機或いは主軸７の回転から電気的に
伝達される分配機を設置することにより容易に実現可能
である。

【００２３】図９及び図１０は回転力の伝達機構を別の
構成とした第２の実施例を示す。前記実施例がクランク
機構を用いていたのに対してこの実施例では摺動部材を
介在配置させる構成となっている。

【００２４】符号１０は摺動部材であって、ローター３
と主軸７との間に介在配置され、主軸７の回転軸７ａに
対してローター３の中心が変移するのを吸収しながら当
該ローター３の回転を主軸７に伝達するよう構成されて
いる。先ず摺動部材１０はローター３に形成された凹所
３ａ内で当該ローター３の軸心７ａに対する変移による
移動が可能な大きさに形成されている。即ち、図示の構
成では摺動部材１０は円形に形成されているが、その外
径は当該摺動部材１０が凹所３ａ内で最大限変位した際
に、その周壁が凹所３ａの内周壁に接触しない大きさに
なっている。但し摺動部材１０を円形に形成することは
必須の要件ではない。

【００２５】摺動部材１０の一面には突条１０ａが形成
され、かつ他面には、その位置関係がこの突条１０ａと
ほぼ直交するよう別の突条１０ｂが形成されている。３
ｂはローター３の凹所３ａにおいて摺動部材１０の突条
１０ａの全長よりもその全長が長く形成された係合溝、
７ｂは主軸７の端部に形成された係合溝である。摺動部
材１０の突条のうち突条１０ａはローター３側の係合溝
３ｂに対して摺動可能に係合され、他の突条１０ｂはロ
ーター７の係合溝７ｂに対して摺動可能に係合すること
よりこの摺動部材１０はローター３と主軸７との間に介
在配置される。

【００２６】以上の構成において、ローター３がその軸
心を前記軸心７ａに対して変位させながら内部空間Ｓ内
を回転すると、その変位はローター３側の係合溝３ｂに
対する突条１０ａのＸ−Ｘ´方向への相対的摺動、及び
主軸７側の係合溝７ｂに対する突条１０ｂのＹ−Ｙ´方
向への相対的摺動により吸収されると共に、その回転力
が主軸７側に伝達される。この構成は摺動部材１０の突
条１０ａ、１０ｂの各々は各係合溝３ｂ、７ｂ内を往復
摺動するのみであり、回転伝達機構はより単純化するこ
とが可能で、小型の装置から大出力の装置まで広く利用
可能である。

【００２７】なお上記実施例において摺動部材１０側に
突条を形成す構成を示したが、要するにローター３と主
軸７の摺動部材１０に当接する面が当該摺動部材１０と
相対的に変位可能であればよいので、ローター３或いは
主軸７の少なくとも一方に突条を形成し、これに対応す
る摺動部材１０の面に係合溝を形成するよう構成するこ
とももとより可能である。またその係合も係合溝を蟻溝
にするなど各種の設計変更が可能である。

【００２８】以上本発明装置を主として内燃機関として
実施した場合を例に説明したが、前記主軸７側に回転力
を加えることにより内部空間内のローターを回転させる
よう構成すれば本装置はロータリーコンプレッサーとし
て機能することは前述のとおりである。

【００２９】

【発明の効果】本発明は以上具体的に説明した如く、内
部空間はローターによって最大二つに区画される。従っ
てこの装置を内燃機関として用いる場合、１工程毎に爆
発する区画が順次相違するため、特定の区間においての
み爆発を行う従来装置に比較して装置の冷却効率を高め
ることができ、しかも装置を小型に構成することが可能
となる。

【００３０】また楕円形ローターの接触摺動面はバンケ
ル式ロータリーエンジンに比較して内部空間と接触する
摺動面が大きく設定されているため、摺動抵抗はこのバ
ンケル式ロータリーエンジンよりも大きくなり高速型の
エンジンとしては不向きであるが、シール性が高く、シ
ール部分の精度等も従来装置程厳格にする必要がなく、
装置を安価に提供することができる。

【００３１】さらに、ローターと主軸とはカム機構等の
比較的単純な構成で接続可能であり、複雑な歯車群を用
いる必要がなく、この点からも装置を安価にすることが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示すロータリー装置の斜視図
である。

【図２】図１に示すロータリー装置の縦断面図である。

【図３】図１に示すロータリー装置のローター形状と内
部空間形状の相関関係を示す模式図である。

【図４】（Ａ）乃至（Ｃ）はハウジングの内部空間に於
けるローターの回転状態を説明するロータリー装置の模
式図である。

【図５】（Ｄ）及び（Ｅ）は図４の（Ｃ）に続く状態を
示すロータリー装置の模式図である。

【図６】ロータリーエンジンとして用いたロータリー装
置の作動の一工程の一部を示す図である。

【図７】図６に続くローターリー装置の作動の工程を示
す図である。

【図８】ロータリー装置をロータリーエンジンとして使
用する場合の吸気弁、排気弁、点火プラグの配置状態を
示す模式図である。

【図９】本発明の別の実施例を示すロータリー装置の断
面図である。

【図１０】図９に示す装置の主要部であるローター、摺
動部材、主軸の分解斜視部分図である。

【符号の説明】

１ロータリー装置２ハウジング３ローター３ｂ係合溝４ａ、４ｂコーナーシール５、５ｂサイドシール６カム溝６ａ、６ｂ、６ｃＵ字溝７主軸７ａ（主軸の）回転軸心７ｂ係合溝８クランクアーム９クランクピン１０摺動部材１０ａ、１０ｂ突条Ｄ１・Ｄ２ローターの長軸Ｐ１・Ｐ２・Ｐ３仮想正三角形Ｓ内部空間

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】爆発に伴うローターの回転力を主軸を介
して外部に伝達することにより内燃機関たるロータリー
エンジンとして、或いは主軸を介して外部から付加され
る回転力によりローターを回転させてロータリーコンプ
レッサーとして機能する装置において、ローターは略楕
円形に形成され、ローターが回転する内部空間は、仮想
正三角形の一辺と前記ローターの長軸とが平行に位置す
る時にローター側縁が内部空間に密着して当該内部空間
は一つに区画されるよう、当該内部空間は前記仮想正三
角形の各辺をローターの側縁に対応する形状にそれぞれ
膨出させて略おむすび状に形成され、当該ローターの回
転により内部空間は最大２室に区画されるよう構成した
ことを特徴とするロータリー装置。
【請求項２】主軸はその回転軸心が内部空間の中心に
対して固定的に配置され、当該主軸に対してはクランク
アームが設けられ、このクランクアームの他端にはクラ
ンクピンが配置され、クランクピンはローターの溝部に
配置され、かつ当該クランクピンがローターの回転を許
容しかつローターの回転に従動するよう形成されている
ことを特徴とする請求項１記載のロータリー装置。
【請求項３】前記ローター側の溝部は、ローター中心
から１２０°の角度をもって外側に展出している３本の
Ｕ字型の溝から構成されるカム溝であることを特徴とす
る請求項２記載のロータリー装置。
【請求項４】主軸は、その回転軸心がローターの回転
する内部空間の中心に一致するよう配置され、当該主軸
とローターとの間には摺動部材が介在配置され、摺動部
材とローターとの接触面及び当該摺動部材と主軸との接
触面には、これら摺動部材とローターおよび主軸との変
位を許容し、かつローターと主軸との間の回転力の伝達
が可能な係合手段が形成されていることを特徴とする請
求項１記載のロータリー装置。
【請求項５】前記係合手段はローターと摺動部材のい
ずれか一方の部材に形成された突条と、この突条に係合
するよう他方の部材に形成された係合溝とからなる第１
の係合手段と、この第１の係合手段にほぼ直交する位置
で、主軸と当該摺動部材のいずれか一方の部材に形成さ
れた突条とこの突条に係合するよう他方の部材に形成さ
れた係合溝とから成る第２の係合手段とから構成されて
いることを特徴とする請求項４記載のロータリー装置。
【請求項６】内部空間の仮想正三角形の各頂点近傍に
は吸気弁と排気弁がそれぞれ配置され、かつこれら各頂
点の間の３つの内部空間各辺にはそれぞれ点火装置が配
置されることにより、ロータリーエンジンとして構成さ
れていることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記
載のロータリー装置。