JPS6344921B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、バンケル機関の改良に関するもの
である。

〔従来の技術〕

バンケル機関は、図面第１１図に示すごとく、
クランクピン９に、内歯歯車５を装着した正三角
形の各頂点を頂点とするピストン３を回転可能に
装着し、クランクシヤフト８の外周に歯車３０を
もうけ、内歯歯車５と歯車３０を噛合せ、内歯歯
車５と歯車３０の歯数比を３：２とした機関であ
る。

バンケル機関は、クランクシヤフト８が１回転
すると、ピストン３の中心は歯車３０のまわりを
１回転公転し、三分の１回転クランクシヤフトの
回転方向に自転する。

バンケル機関のボデーの内側面は、クランクシ
ヤフトの回転にともない、ピストンの各頂点がた
どる軌跡すなわち次の式のエピトロコイド曲線で
作成されている。

ｘ＝ａ・sin ｒ＋ｃ・sin（ｒ／３） ｙ＝ａ・cos ｒ＋ｃ・cos（ｒ／３） ａ：クランクピン９とクランクシヤフト８の中心
間距離（バンケル機関は、クランクピン９の中
心とピストン３の中心は同位置にある）であ
り、偏心量とよぶ。

ｃ：ピストン３の中心からピストンの頂点までの
距離であり、創成半径とよぶ。

ｒ：クランクシヤフト８の回転角度。

バンケル機関は、偏心量ａと創成半径ｃによつ
て、ボデーの内側面の形状すなわちエピトロコイ
ド曲線が決定し、内燃機関として使用する場合の
燃焼効率に関係する、圧縮完了時における空隙部
の形状を変更することが困難なために、機関の使
用目的に対応する設計の自由度が低い。

本発明に、類似の回転ピストン機関としては、
昭和49年特許願第091623号があるが、この機関は
本発明において使用している、ピストン内部でク
ランクシヤフトの回転方向と逆方向に回転する回
転軸受６の回転角度を、クランクシヤフトの回転
で制御していないために、クランクシヤフトの回
転角度に対応するピストンの中心位置が不確実で
あり、ピストンが圧縮された気体の圧力を受け
て、クランクシヤフトの回転方向と逆方向に回転
し、機関が動作できなくなる欠点があるので、実
用上は、回転ピストン機関として用をなさない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

バンケル機関は、偏心量と創成半径から、ボデ
ーの内側面の形状（エピトロコイド曲線）が決定
し、内燃機関として使用する場合の、燃焼効率改
善に関係が深い、圧縮完了時における空隙部の形
状を変更することが困難である。

〔問題点を解決するための手段及び作用〕

この発明は、バンケル機関のピストン３の頂点
がたどる軌跡であるエピトロコイド曲線を変更す
るために、ピストンの内側面４内に、偏心部に穴
２８をもうけた回転軸受６を回転可能に装着し、
回転軸受６の穴２８に、クランクピン９及び歯車
１０を装着したクランクシヤフト８のクランクピ
ンを回転可能に装着し、歯車１０をピストンに装
着した内歯歯車５に噛合せ、クランクシヤフトに
歯車１２及び歯車１３を装着したクランクシヤフ
ト軸受１１を回転可能に装着し、歯車１２を回転
軸受６に装着した内歯歯車７に噛合せ、クランク
シヤフト８に歯車１６を装着し、側板１５に歯車
１７及び１９を装着して、クランクシヤフトの回
転を歯車１６，１７，１９，１３，１２、内歯歯
車７の順に伝達させることによつて、クランクシ
ヤフト８の回転にともなつて、回転軸受６をクラ
ンクシヤフトと逆方向に同回転数回転させると共
に、ピストン３をクランクシヤフトと同方向に三
分の一の回転数で回転させる。

これによつて、ピストンの中心Ｘがクランクシ
ヤフトの回転によつてたどる軌跡は次の式とな
る。

ｘ＝ａ・sin ｒ＋ｂ・sin（−ｒ） ｙ＝ａ・cos ｒ＋ｂ・cos（−ｒ） また、ピストンの各頂点がクランクシヤフトの
回転によつてたどる軌跡は次の式となる。

ｘ＝ａ・sin ｒ＋ｂ・sin（−ｒ）＋ｃ・sin（ｒ／
３） ｙ＝ａ・cos ｒ＋ｂ・cos（−ｒ）＋ｃ・cos（ｒ／
３） ａ：クランクピン９の中心Ｎから、クランクシヤ
フト８の中心Ｍの距離 ｂ：クランクピン９の中心Ｎから、ピストンの中
心Ｘの距離（回転軸受６の中心はＸと同位置に
あり、回転軸受６の偏心した位置にもうけた穴
２８及び内歯歯車７の中心はＮと同位置にあ
る） ｃ：ピストン３の中心Ｘからピストンの頂点まで
の距離 ｒ：クランクシヤフト８の回転角度 クランクシヤフトの回転によつて、ピストンの
頂点がたどる軌跡（エピトロコイド曲線）を変更
することによつて、ボデーの内側面の形状が変化
し、圧縮完了時の空隙部の形状が変化する。

〔実施例〕

この発明の実施例を図面第３，４，５図で説明
すると、ボデー１の内部に、内歯歯車５を装着し
た正三角形の各頂点を頂点とするピストン３を設
け、ピストンの内側面４内に、回転軸受６を回転
可能に装着し、回転軸受６の中心から偏心した位
置に穴２８を設け、回転軸受６の穴２８の端部に
内歯歯車７を装着し、回転軸受の穴２８に、クラ
ンクピン９及び歯車１０を装着したクランクシヤ
フト８のクランクピンを回転可能に装着し、クラ
ンクシヤフトに装着した歯車１０をピストンに装
着した内歯歯車５に噛合せクランクシヤフトに、
歯車１２及び歯車１３を装着したクランクシヤフ
ト軸受１１を回転可能に装着し、歯車１２を回転
軸受に装着した内歯歯車７に噛合せ、ボデー１の
側面にクランクシヤフト軸受１１が回転可能に側
板１５を装着し、ボデー１の他側面に、クランク
シヤフトが回転可能に側板１４を装着し、クラン
クシヤフト８に歯車１６を装着し、側板１５に、
歯車１６の回転を歯車１３に伝達する歯車１７及
び歯車１９を装着し、ボデー１の内側面２を、ク
ランクシヤフト８が１回転した場合に、ピストン
の各頂点Ｐ，Ｑ，Ｒがたどる曲線であらまし作成
し、ピストンの外側面２９をボデーの内側面２の
内側で動作可能な曲線で作成したものである。

なお、２１は吸気口、２２は排気口、２３は燃
料噴射ポンプ、２４は気密片、２５，２６，２７
は空隙、１８，２０は歯車１７，１９を側板１５
に回転可能に装着するための軸とする。

歯車群１６，１７，１９，１３，１２、内歯歯
車７は、クランクシヤフト８の回転を、歯車１
６，１７，１９，１３，１２、内歯歯車７の順に
伝えるように組合せる。

ピストン３に装着した内歯歯車５と噛合うクラ
ンクシヤフト８に装着したクランクピン９と同軸
心の歯車１０の歯数比は３：２とする。

図面第１図及び第２図は、内歯歯車７と歯車１
２及び内歯歯車５と歯車１０の噛合せの状態を示
すものであり、Ｆは内歯歯車７のピツチ円、Ｅは
歯車１２のピツチ円、Ｈは内歯歯車５のピツチ
円、Ｇは歯車１０のピツチ円であり、Ｙは図面第
１図の状態からクランクシヤフトが二分の一回転
した場合の、ピストン３及び回転軸受６の中心Ｘ
の位置である。

なお、図面第２図は、図面第１図のクランクシ
ヤフトの状態からクランクシヤフトが時計方向に
四分の一回転した状態を示している。

次に、以上の構成からなる、本発明の回転ピス
トン機関の作動形態について、図面第７図、図面
第８図、図面第９図をもとに説明する。

本発明の回転ピストン機関の機構の作動部品
は、歯車を除くと、クランクシヤフト８、回転軸
受６、ピストン３の３部品であり、各歯車及び歯
車１２及び１３を装着したクランクシヤフト軸受
１１は、これらの３部品の動作を確実に関係づけ
るための部品である。

本発明の回転ピストン機関は、図面第６図の動
作分解図に示すと共に、先に説明した「問題点を
解決するための手段及び作用」の部分で説明した
とおり、クランクシヤフト８の回転にともない、
回転軸受６は、クランクシヤフトの回転と逆方向
に同回転数ピストン３の内部で回転し、ピストン
３は、クランクシヤフトの回転と同方向に三分の
一の回転数回転する必要がある。

図面第８図及び第９図の、それぞれ１番の図
は、クランクシヤフトの回転角度が0゜を示し、２
番の図は、クランクシヤフトが時計方向に90゜、
３番の図はクランクシヤフトが時計方向に180゜、
４番の図はクランクシヤフトが時計方向に270゜回
転した状態を示す。

本発明の回転ピストン機関は、クランクシヤフ
ト８への回転力によつて、次の３つの動作が同時
に発生する。

〔第１の動作〕 クランクシヤフト８の回転にともない、クラン
クピン９が移動し、回転軸受６の偏心部にもうけ
た穴２８の中心Ｎが移動する。

〔第２の動作〕 クランクシヤフト８の回転が、歯車１６，１
７，１９，１３，１２（歯車１２は歯車１３と同
軸心であるので、回転方向は変わらない）、回転
軸受６に装着した内歯歯車７の順に伝達され、回
転軸受６を、図面第８図に示すとおり、クランク
シヤフト８の回転方向と逆方向に同回転数回転さ
せ回転軸受６及びピストン３の中心Ｘの位置を決
定し、移動させる。

なお、回転軸受６及びピストン３の中心Ｘの位
置は、第１の動作及び第２の動作の２つの動作を
組合せた結果として決定する。

この回転軸受６の回転を制御する歯数列の計算
式は、差動歯車機構の解法によつて、下記の式が
なりたつ。

nb＝nc＋（ne−nc）×（ze／zb） nb：回転軸受６に装着した内歯歯車７の回転数 nc：クランクシヤフト８の回転数 ne：クランクシヤフト軸受１１に装着した歯車
１２の回転数 ze：歯車１２の歯数 zb：内歯歯車７の歯数 クランクシヤフトが時計方向に１回転し、回転
軸受が反時計方向に１回転するための、一例をあ
げると、仮に、歯車１２の歯数を20枚、内歯歯車
７の歯数を40枚、時計方向への回転を（−）、反
時計方向への回転を（＋）として、この式にあて
はめると、nb＝（＋１）、nc＝（−１）、ze＝20、
zb＝40となるので、 １＝（−１）＋（ne＋１）×（20／40） ２＝（ne＋１）×（１／２） ４＝ne＋１ ３＝ne となり、クランクシヤフト軸受１１に装着した歯
車１２の回転数を反時計方向に３回転となるよう
に、歯車群１６，１７，１９，１３，１２の歯数
比を組合せる必要がある。

〔第３の動作〕 第１の動作、第２の動作を組合せた結果とし
て、ピストン３の中心Ｘが移動することにより、
ピストン３に装着した内歯歯車５とクランクシヤ
フト８に装着したクランクピン９と同軸心の歯車
１０が噛合つているので、ピストン３がクランク
シヤフトの回転にともない、クランクシヤフトと
同方向に三分の一の回転数図面第９図に示すよう
に回転し、ピストンの頂点が移動する。

このピストン３の回転は、差動歯車機構の解法
によつて、次の式がなりたつ。

nh＝nb＋（ng−nb）×（zg／zh） nh：ピストン３に装着した内歯歯車５の回転数 nb：回転軸受６の回転数 ng：クランクシヤフト８に装着した歯車１０の
回転数 zg：歯車１０の歯数 Zh：内歯歯車５の歯数 クランクシヤフト８が時計方向に１回転する場
合に、ピストンが時計方向に三分の一回転するた
めの内歯歯車５と歯車１０の歯数比は３：２であ
る。

これを式にあてはめると、第２の動作により、
回転軸受６は反時計方向に１回転するので、反時
計方向への回転を（＋）とすると、nb＝（＋１）、
クランクシヤフトの回転にともない、歯車１０は
時計方向に１回転するので、時計方向への回転を
（−）とすると、ng＝（−１）、内歯歯車５と歯車
１０の歯数比は３：２であるので、zg＝２、zh
＝３となるので nh＝１＋〔（−１）−１〕×（２／３） nh＝１＋（−２）×（２／３） nh＝１−（４／３）＝−１／３ したがつて、内歯歯車５と歯車１０の歯数比
を、３：２とすることによつて、ピストン３は、
クランクシヤフトの回転方向と同方向に、三分の
一の回転数で回転する。

クランクシヤフトの回転によつて発生する３つ
の動作の関係を、図面第７図で説明すると、第１
の動作は、クランクシヤフト８の中心Ｍを中心と
するクランクシヤフトの回転で、クランクピン９
および回転軸受６の穴２８の中心Ｎの位置を決定
し、第２の動作は、回転軸受の穴２８の中心Ｎを
中心とする回転軸受６の回転で、回転軸受６の中
心およびピストンの中心Ｘの位置を決定し、第３
の動作は、ピストン３の中心Ｘを中心とするピス
トン３の回転で、ピストンの頂点Ｐ、Ｑ、Ｒの位
置を決定する。

本発明の機関の動作状態を図面第６図で説明す
ると、１番の図の状態をクランクシヤフト８の回
転角度ｒが0゜とみなして、クランクシヤフト８が
時計方向に回転すると、歯車１６，１７，１９，
１３をかいして、歯車１２が所定回転数反時計方
向に回転し、クランクピン９と歯車１２によつて
動作を制限された回転軸受６が反時計方向に回転
しながら移動し、回転軸受６と歯車１０によつて
動作を制限されたピストン３が時計方向に回転し
ながら移動する。

２番の図は、クランクシヤフトが四分の一回転
した状態を示す。

３番の図は、クランクシヤフトが二分の一回転
した状態を示す。

４番の図は、クランクシヤフトが四分の三回転
した状態を示す。

クランクシヤフトが１回転すると１番の図にも
どる。

なお、空隙２５，２６，２７はたがいに独立し
て、クランクシヤフト３回転で、吸入、圧縮、膨
張、排気の行程を完了する。

〔発明の効果〕

この発明の効果を、図面第６図の各行程の動作
分解図を用いて設明すると、１番の図における空
隙２６は吸入行程の終了時点の形状を示す。２番
の図、３番の図における空隙２６は圧縮行程にあ
る。４番の図における空隙２６は圧縮行程終了時
点の形状を示す。圧縮行程終了時において、４番
の図における空隙２６の形状のごとく、圧縮され
た燃料空気混合気を空隙の中央部に集めることに
よつて、点火された燃料空気混合気の燃焼に要す
る時間の短縮を可能とし、燃料空気混合気の燃焼
による圧力上昇に要する時間を短縮することを可
能として、内燃機関として使用する場合の燃焼効
率改善に関する設計の自由度を増すと共に、回転
軸受６の中心Ｘと、その偏心部に設けた穴２８の
中心Ｎとの距離を変更することによつて、ボデー
の内側面２及びその内側を運動するピストンの外
側面２９の形状を変更し、圧縮比を変更すること
が可能な、機関の使用目的に対応する設計自由度
の高い小型軽量の回転ピストン機関を提供する。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は、本発明の機関内部の歯車の
構成説明図、第３図は断面図、第４図は縦断面
図、第５図は正面図、第６図は各行程の動作分解
図、第７図は原理図、第８図は回転軸受の動作分
解図、第９図はピストンの動作分解図、第１０図
は主要部品の説明図、第１１図はバンケル機関の
原理図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ボデー１の内部に、内歯歯車５を装着した正
   三角形の各頂点を頂点とするピストン３を設け、
   ピストンの内側面４内に、回転軸受６を回転可能
   に装着し、回転軸受６の中心から偏心した位置に
   穴２８を設け、回転軸受６の穴２８の端部に内歯
   歯車７を装着し、回転軸受の穴２８にクランクピ
   ン９及び歯車１０を装着したクランクシヤフト８
   のクランクピンを回転可能に装着し、クランクシ
   ヤフトに装着した歯車１０をピストンに装着した
   内歯歯車５に噛合せ、クランクシヤフトに、歯車
   １２及び歯車１３を装着したクランクシヤフト軸
   受１１を回転可能に装着し、歯車１２を回転軸受
   に装着した内歯歯車７に噛合せ、ボデー１の側面
   に、クランクシヤフト軸受１１が回転可能に側板
   １５を装着し、ボデー１の他側面に、クランクシ
   ヤフトが回転可能に側板１４を装着し、クランク
   シヤフト８に、歯車１６を装着し、側板１５に、
   歯車１６の回転を歯車１３に伝達する歯車１７及
   び歯車１９を装着し、ボデーの内側面２を、クラ
   ンクシヤフト８が１回転した場合に、ピストンの
   各頂点Ｐ，Ｑ，Ｒがたどる曲線であらまし作成
   し、ピストンの外側面２９を、ボデーの内側面２
   の内側で動作可能な曲線で作成したことを特徴と
   する回転ピストン機関。