JPH10274050A - ロータリーピストンエンジン及びポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 ロータリーハウジングと円筒形のローターに
よる差空間に、一方をヒンジとしたピストンを持ち、ピ
ストンの往復運動により高速回転が可能なロータリーピ
ストンエンジンを提供する。 【解決手段】 内面が楕円形なロータリーハウジング１
内に、その楕円の短径に近似した直径の円筒形ローター
２を同軸芯上に設け、その両側にこれに対応したサイド
ハウジング１７を設ける。ローターに任意の数のピスト
ン取り付け軸６を設け、同軸をヒンジとして往復運動を
するピストン３を取り付け、そのピストン３にコンロッ
ド４を付け、同コンロッドの一方をリンク５のローラー
８を付けた側のローラー軸９に付け、更にリンクの他方
の軸をローターに付け、ローラーがサイドハウジングに
設けた外側レール２０と内側レール２１の間を走行する
事により、ピストンの先端であるピストン端１３が、常
にロータリーハウジングの内面に近接、及び接触しなが
ら移動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はロータリーハウジ
ングと円筒形のローターによる差空間により成り、一方
をヒンジとしたピストンを持ち、ピストンの往復運動を
正確に制御することにより高速回転が可能なロータリー
ピストンエンジンに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来よりロータリーエンジン、レシプロ
エンジン等には種々のものが案出されており、実際に実
用化されているベーン型のポンプやピストンの一方をヒ
ンジとしたロータリーポンプ等は、ピストンの揺動に関
して内側からピストンをスプリングやカム等で押す方式
などが一般的である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、上記在来
型エンジンの問題点を鑑み成されたもので、レシプロエ
ンジンなどでは、いずれも爆発力を直接回転力に変える
のに効率が悪く、馬力あたりの重量も重く構造が複雑で
あった。又、吸排気に関しても２サイクルエンジンでは
混合気と燃焼ガスが混ざってしまう問題や４サイクルで
は吸気ポートや排気ポートの面積がピストン上面の面積
の半分より大きくできないなどの問題があった。更に、
ベーンポンプやベーン型エンジンなどでは、遠心力によ
りピストンとローターハウジング間の面圧が高くなり、
抵抗が大きくなるため高回転で回すことが困難であっ
た。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の構成は、楕円形で扁平なロータリーハウジン
グ内に、その短径に近似した直径を有する外周が円筒形
のローターを同軸芯上に嵌め込み、その両側にローター
が嵌め込めるような形状にをしたサイドハウジングを設
ける。さらにローターに任意の数のピストン取り付け軸
を設け、そのピストン取り付け軸をヒンジとして往復運
動するピストンを取り付け、そのピストンにコンロッド
を付け、そのコンロッドに接続したリンクとレールを移
動するローラーによりピストンがロータリーハウジング
の内面を近接しながら移動する構造とすることで、吸気
ポートより吸入された燃料と空気の混合ガスはピストン
間で順次圧縮され、後ろのピストン取り付け軸が短径端
ａに来たとき点火プラグにより点火する、その時のピス
トンを押す爆発力が出力軸に対して常に直角に近い角度
で作用するため、効率良く回転運動に変えることができ
る。また、出力軸１回転あたりの爆発回数が多いため振
動が少なく、同じ出力のレシプロエンジンやバンケルロ
ータリーエンジン等に比べ小型で軽量である。

【０００５】さらに、後ろのピストンのピストン取り付
け軸が短径端ｂにあるときの、前のピストンのピストン
端の位置から吸気側のピストン間の容積が拡大される間
の後ろのピストンのピストン端がある位置までを吸気ポ
ート、排気側のピストン間の容積が減少しだす時の、前
のピストンのピストン端がある位置から前のピストンの
ピストン取り付け軸が短径端ｂにある時のピストン端の
位置までを排気ポートとすることで、吸気ポート及び排
気ポートは大きな面積を確保できるので吸排気抵抗が少
なく、吸排気が連続して行われる極めて効率のよいエン
ジンとなる。

【０００６】また、レールを走行するローラーとリンク
の機構によりピストンの運動を正確に制御することで、
ピストンとローターハウジングが接触せずに回転できる
ため抵抗が増えないので高回転で高出力を発生すること
ができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１に於いて本発明は、前後のピ
ストン間の空間の容積によるエンジンなので、ローター
の中心点３２からロータリーハウジング１の、それぞれ
の長径端と短径端を結ぶ線により４つの区間に分けたと
き、後ろのピストン取り付け軸６が短径端ｂ２９から長
径端ａ３０の間にある時を吸気行程、長径端ａ３０ら短
径端ａ２８の間にある時を圧縮行程、短径端ａ２８から
長径端ｂ３１の間にある時を燃焼行程、長径端ｂ３１か
ら短径端ｂ２９の間にある時を排気行程と定義すること
ができる。

【０００８】吸気ポート１１より入った混合気は圧縮行
程によりピストン３が下がると同時に圧縮されピストン
取り付け軸６が短径端ａ２８の位置に来たとき、ピスト
ン３とロータリーハウジング１が合わされる形となる為
効率よく密閉され、その時点火プラグ１９により着火さ
れ燃焼室１８の燃焼ガスはピストン作用面１４を押し、
出力軸１５に固定されたローター２を回転させる。さら
に燃焼ガスは膨張を続け排気ポート１２より排出され
る。その後ピストン３は取り付け軸６が短径端ｂ２９の
位置に来るとピストン３とロータリーハウジング１が密
閉され吸気と排気が混合又は干渉する事がなく完全に排
気ができる。

【０００９】

【実施例】発明の実施の形態を実施例に基づき図面を参
照して説明する。図１において、扁平で内面が楕円形な
ロータリーハウジング１を設け、その短径に近似した直
径を有する外周が円筒形のローター２を同軸芯上に嵌め
込み、その両側にローターが嵌め込めるような形状にを
したサイドハウジング１７を設ける。さらにローター２
に任意の数のピストン取り付け軸６を設け、そのピスト
ン取り付け軸６をヒンジとして往復運動するピストン３
を取り付ける、そのピストン３の形状はピストン取り付
け軸６が短径端ａ２８及び短径端ｂ２９にある時ロータ
リハウジング１の内面と合わされる形とする。さらにピ
ストン３にコンロッド４を付けコンロッド４の一方をロ
ーラー８のつけられたリンク５の一方の軸に付ける、更
にリンク５のもう一方の軸をローター２にヒンジとして
動くように付ける。

【００１０】リンクヒンジ７の位置とピストンピン１０
の位置は、ピストン取り付け軸６の中心からローターの
中心点３２までの距離Ａとローターの中心点３２からリ
ンクヒンジ７の位置の中心までの距離ａ２の比と、ピス
トン取り付け軸６の中心からピストン端１３までの距離
Ｂとピストン取り付け軸６の中心からピストンピン１０
の中心までの距離ｂ１の比を同じにして、ローターの中
心点３２とピストン取り付け軸６を結ぶ線上Ａにリンク
ヒンジ７取り付け位置を設け、ピストン取り付け軸６か
らピストン端１３を結ぶ線上Ｂにピストンピン１０の位
置を設ける。そして、リンク５の２点の軸距離Ｄはピス
トン取り付け軸６の中心からピストンピン１０の中心ま
での距離ｂ１と等しくして、コンロッド４の２点の軸距
離Ｃはピストン取り付け軸６の中心からリンクヒンジ７
の中心までの距離ａ１と等しくする。

【００１１】これらのことによりロータリーハウジング
１の内面形状とレールの中心線２４の形状が、同じ楕円
比を持つ楕円形となる。

【００１２】さらに、リンク５とローラー軸９を一体構
造で作る事で、ローラー軸９後方のリンクヒンジ７と干
渉する部分を切削加工することができるのでリンクヒン
ジ７の軸径を太くすることができ、リンク５及びリンク
ヒンジ７の軸の強度を上げることができる。

【００１３】また、ピストン３とローター２を出力軸１
５に固定又は、出力軸１５と一体で作られたスポーク２
５の先端にピストン３の内側から取り付ける事により、
ローター２を簡素で製造がしやすいリング状とすること
ができ、ピストン３及びローターハウジング１の幅が広
いロータリーピストンエンジンにもピストン取り付け軸
６の剛性が落ちることがなくなる。

【００１４】さらに、そのスポーク２５にリンク５を側
面から通しやすいように穴の空いた形状スポークにする
事で、組立時に組立がしやすくなるだけでなく、スポー
ク部分の強度を上げると共に軽量化ができる。

【００１５】外側レール２０と内側レール２１ではロー
ラーの回転方向が逆になる為、ローラーがひとつの場合
ローラー８とレール２１，２２の隙間を大きめにしなけ
ればならないが、一本のローラー軸９に、外側レール２
０と内側レール２１を別々に走行する外側用ローラー２
２と内側用ローラー２３を付けることにより、それぞれ
のローラー２２，２３が別々に回転することができるた
めレール２０，２１とローラー２２，２３の回転抵抗を
減らすことができ、尚かつ隙間も狭くできるためピスト
ン３の動きを精度良く制御できる。

【００１６】図７に示す実施例では、内側レール２１と
内側用ローラー２３をテーパー状にして内側レール２１
を出し入れすることでローラーとレールの隙間を調整す
ることができる。

【００１７】また、内側レール２１を回転できるように
しても、ローラー８，２２，２３，とレール２０，２１
の隙間を調整することができる。

【００１８】また、リンク５をローラー軸９でなくコン
ロッド４に取り付けても、リンク５の２点の軸距離Ｄを
ピストン取り付け軸６の中心からピストンピン１０の中
心までの距離ｂ１と等しくして、ローターの中心点３２
からピストン取り付け軸６を結ぶ線上Ａにリンクヒンジ
７の取り付け位置を設けることにより、ロータリーハウ
ジング１の内面形状とレールの中心線２４の形状が、同
じ楕円比を持つ楕円形となる

【００１９】図１０に示される実施例では、ロータリー
ハウジング１の内面を円筒形に変え、又外側レール２０
及び内側レール２１も同じく円形に変えて、ロータリー
ハウジング１とローター２の一点が接触又は近接する構
造にして、ローターの中心点３２からロータリーハウジ
ングの中心点３４を結ぶ線上にレールの中心点３３を設
け、ロータリーハウジング１の内径とレールの中心線２
４の直径の比と、ローターの中心点３２からロータリー
ハウジングの中心点３４までの距離と、ローターの中心
点３２からレールの中心点３３までの距離の比を同じに
することにより、１室ポンプや１室モーターとして使用
できる。

【００２０】図１１に示される実施例では、エンジン以
外に、２室ポンプや２室モーターとして使用できる。

【００２１】

【発明の効果】この様に発明されたロータリーエンジン
はローター及び出力軸１回転につき任意の数のピストン
の数により爆発回数が設定できる為、低回転高トルク型
エンジンにはピストン数を１０個前後と多くして、ロー
タリーハウジングの長経と短経の差を少なくした仕様に
する、高回転高出力型にするにはローター経を小さめに
し、ピストン数を４〜６ヶと少なくした仕様する、等に
より使用目的に合わせたエンジンを作ることができる。

【００２２】また、図１の様にピストン数を６個とした
場合、ローター１回転で６回の爆発をする為、レシプロ
４サイクルエンジンに換算すると１２倍の爆発回数とな
り圧縮、爆発行程によるピストン間のガス抜けが少なく
なるので、ピストンリング等が不要になる。その為、ピ
ストンによる抵抗が少なく高回転型エンジンを作ること
が可能である。

【００２３】また、同一馬力のレシプロエンジンに比べ
レシプロエンジンのピストンストロークに相当するロー
ターの直径が大きい為、トルクも大きくなる。

【００２４】さらに、吸排気に関しては吸気と排気が独
立して行われるため、混合又は干渉する事がなく、爆発
回数と関係なく連続して行われる為、高い充填効率が得
られる。その為低回転から高回転までトルクの谷の少な
い安定した出力特性を持つエンジンとなる。

【００２５】また、ポンプとして使用するときは３５、
３５ａを吸入目としてを３６，３６ａを吐出目とする
と、出力軸１５を入力軸として回転力をエンジンの時と
は逆回転に与えることにより、効率よく連続した吐出力
が得られる。さらにモーターとして使用する場合は、３
６、３６ａを加圧口として加圧することによりピストン
作用面１４を押して、出力軸１５を回し大きなトルクを
得ることができる。その後３５、３５ａより排出する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の請求項１の側面からの断面図

【図２】本発明の請求項１の図１（７）Ｉ〜ＩＩで切断
したときの断面図

【図３】本発明の請求項１と請求項２の部分概略図

【図４】本発明の請求項３の一体で作られたリンクの上
面図

【図５】本発明の請求項４のピストンの内側からスポー
クに取り付けたとき及び、本発明の請求項６のそれぞれ
のレールにローラーを付けたときの断面図

【図６】本発明の請求項５の穴が空いた形状のスポーク
の側面図

【図７】本発明の請求項７の部分概略図

【図８】本発明の請求項８のレールの部分概略図

【図９】本発明の請求項９の部分概略図

【図１０】本発明の請求項１０の１室ポンプの断面図

【図１１】本発明の２室ポンプとしての使用例の断面図

【符号の説明】

１はロータリーハウジング ２はローター
３はピストン ４はコンロッド ５はリンク
６はピストン取り付け軸 ７はリンクヒンジ ８はローラー
９はローラー軸 １０はピストンピン １１は吸気ポート
１２は排気ポート １３はピストン端 １４はピストン作用面
１５出力軸 １６はベアリング １７はサイドハウジング
１８は燃焼室 １９は点火プラグ ２０は外側レール
２１は内側レール ２２は外側用ローラー ２３は内側用ローラー
２４はレールの中心線 ２５はスポーク ２６はスポークの穴
２７はスプリング ２８は短径端ａ ２９は短径端ｂ
３０は長径端ａ ３１は長径端ｂ ３２はローターの中心点
３３はレールの中心点 ３４はロータリーハウジングの中心点 ３５と３５ａはポンプの場合は吸入日、モーターの場合
は排出口 ３６と３６ａはポンプの場合は吐出口、モーターの場合
は加圧口 Ａはピストン取り付け軸６の中心からローターの中心点
３２を結ぶ線及び距離。ａ１はピストン取り付け軸６の
中心からクランク５又はリンクヒンジ７の中心までの距
離。 ａ２はローターの中心点３２からクランク５又
はリンクヒンジ７の中心までの距離。Ｂはピストン取り
付け軸６の中心からピストン端１３を結ぶ線及び距離。
ｂ１はピストン取り付け軸６の中心からピストンピン１
０の中心までの距離。ｂ２はピストンピン１０からピス
トン端１３までの距離。Ｃはコンロッド４の２点の軸距
離。 Ｄはリンク５の２点の軸距離

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 扁平で内面が楕円形なロータリーハウジ
   ング（１）内に、その楕円の短径に近似した直径を有す
   る外周が円筒形のローター（２）を同軸芯上に嵌め込
   み、その両側にローターが嵌め込めるような形状をした
   サイドハウジング（１７）を設ける。さらにローター
   （２）に任意の数のピストン取り付け軸（６）を設け、
   そのピストン取り付け軸（６）をヒンジとして往復運動
   をするピストン（３）を取り付け、そのピストン（３）
   にコンロッド（４）を付け、そのコンロッド（４）の一
   方をリンク（５）のローラー（８）が付けられた側のロ
   ーラー軸（９）に付ける、更にリンク（５）のもう一方
   の軸をローター（２）にヒンジとして動くように付け、
   ローラー（８）がサイドハウジング（１７）に設けた外
   側レール（２０）と内側レール（２１）の間を走行する
   事により、ピストン（３）の先端であるピストン端（１
   ３）が、常にロータリーハウジング（１）の内面に近
   接、及び接触しながら移動するロータリーピストンエン
   ジン及びポンプ。
2. 【請求項２】 リンクヒンジ（７）の取り付け位置をロ
   ーターの中心点（３２）とピストン取り付け軸（６）を
   結ぶ線（Ａ）の線上に設けた、請求項１のロータリーピ
   ストンエンジン及びポンプ。
3. 【請求項３】 リンク（５）とローラー軸（９）が一体
   構造で作られた、請求項１のロータリーピストンエンジ
   ン及びポンプ。
4. 【請求項４】 ピストン（３）とローター（２）を出力
   軸（１５）に固定又は、出力軸（１５）と一体で作られ
   たスポーク（２５）にピストン（３）の内側から取り付
   けた、請求項１のロータリーピストンエンジン及びポン
   プ。
5. 【請求項５】 請求項４の出力軸（１５）に固定又は、
   出力軸と一体で作られたスポーク（２５）にリンク
   （５）を側面から通しやすいように穴の空いた形状のス
   ポークを持つ、請求項１のロータリーピストンエンジン
   及びポンプ。
6. 【請求項６】 一本のローラー軸（９）に、外側レール
   （２０）と内側レール（２１）を別々に走行する外側用
   ローラー（２２）と内側用ローラー（２３）を付けた、
   請求項１のロータリーピストンエンジン及びポンプ。
7. 【請求項７】 内側レール（２１）と内側用ローラー
   （２３）をテーパー状にして内側レール（２１）を出し
   入れすることでローラー（８）（２２）（２３）とレー
   ル（２０）（２１）の隙間を調整することができる、請
   求項１のロータリーピストンエンジン及びポンプ。
8. 【請求項８】 内側レール（２１）を回転できるように
   した、請求項１のロータリーピストンエンジン及びポン
   プ。
9. 【請求項９】 リンク（５）の一方をローラー軸（９）
   でなくコンロッド（４）に取り付けた、請求項１のロー
   タリーピストンエンジン及びポンプ。
10. 【請求項１０】 ロータリーハウジング（１）の内面を
    円筒形に変え、又外側レール（２０）及び内側レール
    （２１）も同じく円形に変えて、ロータリーハウジング
    （１）とローター（２）の一点が接触又は近接する構造
    にした、請求項１のポンプ。