JPS5951131A - ロ−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】 本発明は、円環状のシリンダ内を摺動するトーラス型の
ピストンによるいわゆるキャットアンドマウス効果を利
用したキャットアンドマウス型のロータリーピストンエ
ンジンに関する。

現在実用化されているエンジンは、その大多数のものが
１回転で１回の爆発（４サイクルエンジンでは２回転で
１回の爆発）によりピストンヲ直線的に往復運動させ、
該往復運動をコネクティングロッド及びクランク機構に
より回転運動に変換させるレシプロエンジンである。

七ころが、このレシプロエンジンは、木質的にピストン
の往復運動をコネクティングロッド等により回転運動に
変換させるものであるため、種々の装置を要し、比較的
構造が複雑で、効率も比較的に悪いものとなっている。

そこで、ピストンそのものを回転運動させて効率化を図
った回転ピストン機関が種々開発されており、その型式
も偏心ロータリーエンジン、キャットアンドマウスエン
ジン、多ロータエンジン、回転ブロックエンジンなどと
多種多様である。

特に、偏心ロータリーエンジンとして有名なバンケルエ
ンジンは各方面からも高い評価を受けると共に実用化も
なされ、ロータリーエンジン特有のバルブ機構が不要で
あること、及び爆発力を直゛接ピストンの回転運動に伝
えるといった長所を生かし、部品数を少なくして小型軽
量化が図れ、しかも振動が少なく高速回転、高出力が得
られるといった優れた効果を発揮している。

しかしながら、直接回転運動を得るために、偏心運動を
するピストンによりトロコイド曲線系燃焼室の複雑な体
積変化を伴なうバンケル型ロータリーエンジンの歴史は
まだ浅いため、長年の実積に培われたところのレシプロ
エンジンの比ではなく、その技術の差は歴然と表われて
シール機構、燃料消費屋など数多くの問題点を残してい
る。

関係を保ち回転する一対のピストンを有するロータを２
組備え、一方のロータのみを不等速回転させ、他方のロ
ータは等速回転させる一方不等速型（カウエルツ型）、
または双方不等速型（マイヤ型）などにより、あｔこか
も猫がねずみを追いかけるように互いに回転するピスト
ン間の相対的間隔を縮めたり開いたりさせて（キャット
アンドマウス効果）、ピストン間に形成される燃焼室の
容積を変化させ、吸入、圧縮、膨張、排気の４行程が円
滑に進行すべく吸排気孔と点火プラグとをそれぞれ適切
位置に設けでなるキャットアンドマウス型のロータリー
エンジン（あるいははさみエンジンとも称される）は、
試験報告によると良好な結果を得ているものの高速回転
時における慣性力などについて多くの問題を有しており
、現在までほとんど実用化されていない。

そこで、本出願人はレシプロエンジンにおける数々の手
法及び利点を前記キャットアンドマウス型のロータリー
エンジン（以下単にロータリーピストンエンジンという
）に取り入れて、回転ピストン型の長所を生かし、バル
ブ機構をなくし、小型軽量化を図り、振動及び燃料消費
凰を少なくし、更にエネルギー効率に優れ高速回転、高
出力を得ることのできるロータリーピストンエンジンを
提供した（特願昭５６−１６．２２８１号）。

本発明はさらにこれを改良し、構造をより簡素化して製
造を容易にし、かつ低速から高速までスムースに作動さ
−けうるロータリーピストンエンジンの提供を目的とし
てなされたものであり、その％旨は、円軌道を有する環
状のシリンダ内に、適宜間隔で固設されてシリンダ内を
運動する複数のビス］−ンを備えた適宜数のロータを配
設すると共に、任意の固定歯片に対し公転方向と同方向
の自転を行なう一対の遊星歯車を設け、該遊星歯車に設
けたクランクの両端それぞれと前記ロータそれぞれとを
適宜リンク結合し、前記ロータを相対運動させて上記ピ
ストンの間隔を変動可能に形成することにより、該ピス
トンの相対間隔の変動による遊星歯車の回転で出力軸を
回転駆動可能としたロータリーピストンエンジンにある
。

以下、上記した本発明の要旨をさらに明確にするため、
本発明の一実施例を挙げ、図面を利用して説明する。

１は本発明によるロータリーピストンエンジンのハウジ
ンクであって、該ハウジング１は円軌道を有した環状の
シリジン１１を形成し、該シリジン１１には吸入孔１２
及び排気孔１３が夫々設けられていると共に、低中速用
の点火プラグ（以下トレーリングプラグという）１４ａ
と中高速用の点火プラグ（以下リーディングプラグとい
う）１４ｂを有し、低速回転から高速回転まで適切に着
火できるものとなっている。

なお、１５は循環する冷却水を注入口１５１よ’）　ｔ
Ｊｃ　ｔｌ−ｉ　１．１１５２へ通水してつＡ−タージ
ャケットを形成していＺ・通水空間部である。

また、２ｎ、２＋）、２Ｃ１２ｄはビ’）、　Ｉ−：／
であって、このうち、ピストン２ａ、２Ｃは円板状の口
　夕２１のそれぞれ相対する直径上の外縁に、同じくビ
ス１−ン２ｂ、２ｄは円板状のロータ２２のそれぞれ相
対する直径上の外縁に設けられていて、ロータ２１．２
２の回転と一体に４Ｃてピストン２ａ、２Ｃと、ピスト
ン２ｂ、２ｄがそれぞれ対になって運動するようになっ
ていると共に、各ピストン２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ間に
燃焼室１１ａ、ｌｌｂ、１１Ｃ，１１ｄを形成する。

また、８は出力軸であり、該出力軸３には固定アーム３
１が延設され、かつ前記ハウジング１に一体的に固設さ
れている固定歯車４と、該固定歯車４と歯合］７、その
周囲を遊星運動す−、く固定アーム３１に一直線上に配
設された一対の遊星歯車４２とにより遊星歯車機構を構
成し、さらに固定いる。

また、該遊星歯車４１は、クランク軸５と一体に連結さ
れており、該クランク軸５はクランクアーム５１をロー
タ２１．２２面上におき、該ロータ２１．２２に設けら
れた透孔２１１．２２１内において、該クランクアーム
５１が回転しうるようになっていて、前記クランク軸５
の一端は前記したように遊星歯車４１を一体に備えて固
定アーム３１により、そしてその他端はフライホイール
６を備えて固定アーム８２により回動自在ならしめて両
端を支持されている。

さらにまた、クランクアーム５１の両端部はそれぞれロ
ータ２ｆ、２２のピストン２ａ、２ｃ及び２ｂ、２ｄの
位置する直線上の任意点とリンク７ａ、７ｂによって連
結され、ロータ２１．２２はクランクアーム５１の運動
と互に連動し７て回転するようになっており、これによ
り、ピストン２ａ、２ｈ、２ｃ、２ｄはキャットアンド
マウス効果を奏する。

なお、前記した遊星歯車機構及びクランク軸５、クラン
クアーム５１等はこれらと対称位ｉｎにも設けられてお
り、同様の作用を行なうものとなっている。

なおまた、本実施例の説明においては、シール機構、油
の潤滑機構、燃料機構等を省略した。

次に、以上のように形成したロータリーピストンエンジ
ンの作用について説明する。

すなわち、第１図にわいて、図示しないセルモータによ
り出力軸３を反時計方向に回転させると共にトレーリン
グプラグ１４Ｂの着火によって燃焼室１１ａ内で爆発が
起こり、該爆発による膨張で両ピストン２ａ、２ｄは互
いに反対方向へ移動しようとする。

ところが、両ピストン２ＰＬ１２ｄはそれぞれロータ２
１．２２を介してクランク軸５及びリンク７ａ、７ｂと
連結されており、かつクランク軸５は遊星歯車４１に一
体的に固着され、これと同一の回転を行なうものとなっ
ている。

したがって、出力軸８の上記回転により、固定アーム８
１を介して遊星歯車４１が反時計回りに自転しつつ、固
定歯車４の周りを同じく反時計回りに公転する。そこで
、クランク軸゛ｂも反時計回りに回転し、リンク７ａに
よりピストン２ａを押し出し状にして反時計回り−、移
動させ、一方ピストン２ｄはシリシタ１１内で停止状態
を保つこととなる。

したがって、ピストン２ａ及びクランク軸５は第２図に
示す状態を経て、第３図に至り膨張行程を完了する。

ついで、第４図の状態に至り、両ビヌトン２８゜２ｄ間
は、クランク軸５の慣性力、燃焼室１１　Ｃ内の負圧、
及び後続の燃焼室ｌｉｄの爆発などといった他のピスト
ン２ｂ、２ｃとの相互関係とも相作ってスムーズに回転
して接近し、燃焼ガスは排気孔１−８より排出する（排
気行程）。

一方、前記燃焼室１１Ｂと対称位置に形成されている燃
焼室ｔｔｃは、ロータ２１．２２と共にピストン２１）
、２Ｃがピストン２ａ、　２ｄと対偶関係にある運動を
するため、第１図ないし第８図にかけて吸入孔１２から
燃料の吸入がなされ（吸入行程）、ついで第４図の状態
を経て第１図の状態に移り、圧縮行程が完了し、前述の
如き爆発膨張行程さらに排気行程へと進行する。

なお、ピストン２ａ、２ｂ間で形成される燃焼室１１ｂ
及びピストン２Ｃ１２ｄ間で形成される燃焼室ｌｉｄに
おいでも、それぞれ吸入、圧縮、爆発膨張及び排気の各
４行程が順次なされるので、出力軸８の１回転に対し４
回の爆発が行なわれることとなる。

このようにして該エンジンが始動されると、セルモータ
ーは停止され、回転数を上昇でき、回転数が低回転から
中、高速回転に移行すると、燃料への着火がトレーリン
グプラグ１４Ｂに代り、リーディングプラグ１４ｂで行
なわれるようになり、適切な着火時期による円滑で効率
的な回転が得られるようになっている。

以上のようなロータリーピストンエンジンとすると、こ
のロータリーピストンエンジンは、機構的に簡単であり
ながらキャットアンドマウス型のロータリーエンジンに
おけるピストンに理想の運動を与えて円滑に作動し、回
転ピストン機関の特徴である小型、軽量、高速回転、高
出力そして振！１ｉＪＪが少ないこと、バルブ機構の撤
廃によって部品数を減らし安価にて提供することができ
る等特願１１１３５６−１６２２８１号と同様の数々の
利点に加え、次のような優れた効果を備えたものとなる
。

（１）遊星歯車機構が、固定歯車４、遊星歯車４１及び
固定アーム３１の最も簡単な構造で形成できるため、伝
述歯車等が不要で製造がきわめて容易となり、かつロー
タ２１．２２と遊星歯車４１の連結がクランク軸５とリ
ンク７ａ、７ｂとのリンク機構であるため、これの製作
もきわめて容易となるのみならず、遊星歯ＥＩ７．４１
と固定歯車４の歯数比により、一回転における４行程を
２回以上行なうべく形成する場合、リンク長を適宜斐え
るのみで１行程のストローク（ピストンの移動距離）に
合わせることができ（点火プラグも適宜放射状に配設す
ることとなる）、種々の目的に対応した性能をもつロー
タリーピストンエンジンを提供できるものとなる。

（２）点火プラグをトレーリングプラグ１４Ｂとリーデ
ィングプラグ１４ｂの二拙類設けるので、低回転から高
速回転まで常に適切な着火ができ、滑らかな回転をイζ
Ｉることができる。

（３）ピストン２ｄ、２ｂ、２ｃ、２ｄの両端を図示の
如く凹設すれば、燃焼容積を増大させることができ、か
つ吸排気も良好となるなど、エンジン性能をより高める
ことができる。

（４）さらに、第５図に示すようにクランク軸５が両端
に遊星歯車４１とフライホイール６を有し、かつ一対の
固定アーム８１．８２に支持された中間においてロータ
２１．２２の回転が行なわれるので、バランスが非常に
よく、また１回の回転で４回の爆発、すなわち、４サイ
クルレシプロエンジンに換算すれば実に８気筒に相当す
るなどきわめて安定性が高く高性能のものとなり、さら
に１０−タに８つのピストンを設けたり、２つのピスト
ンを有するロータを８つ並設する等して同一シリンダ内
に６ピストンを設ける等積々の変形も容易で、これらに
より同一シリンダ容積内での性能向上も図れ、電気モー
タのごとく低回転においても実に滑らかな回転を得るこ
とができるものとなっている。

なお、前記実施例のロータリーエンジンは縦型のもので
あるが、これを横置型や、車輌等に搭載する場合の傾斜
型としてもよいことは申すまでもなく、また、リンク機
構や遊星歯車機構をロータとは隔離して設けてもよく、
これによりエンジン全体の形状を適宜使用目的に応じて
変更しうるものである。

さらには、遊す歯車と固定歯車の歯数比やクランク軸と
リンクの長さ比を適宜変更し、かつプラグを適宜配設す
ることにより、燃焼容積を変更したり、出力軸１回転に
対する爆発回数を種々変更することも可能で７）　ル。

このように、本発明におけるロータリーピストンエンジ
ンのシリンダ、ビス１−ン、ロータ、リンク機ｔ１゛４
、遊星歯車機構、点火プラグ等の配設構造や配設数、配
設位置、あるいはこれらの大きさ、形状、材質等は本発
明の上記しナコ目的と作用効果の達成される範囲内にお
いて任意に定められてよく、これらの変更はいずれも本
発明の要旨をなんら変更するものでないことは申すまで
もな０゜上述の説明によって明白となるように、本発明
によれば、きオ）めで簡易な構造でＪヤノトアンドマウ
ス型の回転ピストン機関にレシプロエンジンにおける数
々の手法及び利点を取り入れることにより、ロータリー
ピストンエンジンの長所であるバルブ機構を不要とする
こと、小型軽量化を図れること、振動及び燃料消費量を
少なくできること、エネルキー効率に優れ、高速回転、
高出力を得ることができる等を生かし、さらに製造も容
易で低速から高速までスムーズに作動できる等従来の既
述の問題点がきオ）めで簡易かつ効果的に改良されるの
で、本発明によってもたらされる実益はすこぶる太きい
といわざるを得ない。

【図面の簡単な説明】 図面は本発明の一実施例を示したもので、第１図すいＬ
ｉ４図は、ロータリーピストンエンジンの作動を行程順
に説明するため一方のケーシングを除去した要部正面図
で、ｔ８１図は燃焼室１１１１が爆発膨張行程に入る状
態の要部正面図、第２図は燃焼室１１＆が膨張行程にあ
る状態を示す要部正面図、第８図は燃焼室１１ａが排気
行程薔こ入る状態の要部正面図、第４図は燃焼室１１８
力≦排気行程にある状態を示す要部正面図、第５図１ま
第２図におけるＸ−Ｘ線断面図である。 ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ−−−ピストン、４−ｍ−固定
歯車、　５−ｍ−クランク軸、７ａ、７ｂ−−リンク、
　　１１−−シリンダ゛、２１．２２−一ロータ、　４
１−−一遊星歯車。 特許出願人　　　黒　　木　祥　　敬 第１図 第３図 第　４　図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）円軌道を有する環状のシリンダ内に、適宜間隔で
   固設されてシリンダ内を運動する複数のピストンを備え
   た適宜数のロータを配設すると共に、任意の固定歯車に
   対し公転方向と同方向の自転を行なう一対の遊星歯車を
   設け、該遊星歯車に設けたクランクの両端それぞれと前
   記ロータそれぞれとを適宜リンク結合し、前記ロータを
   相対運動させて上記ピストンの間隔を変動可能に形成す
   ることにより、該ピストンの相対間隔の変動による遊星
   歯車の回転で出力軸を回転駆動可能としたことを特徴と
   するロータリーピストンエンジン。
2. （２）遊星歯車と固定歯車の歯数比が１対２となってい
   る特許請求の範囲第１項記載のロータリーピストンエン
   ジン。