JPS6349055B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は角速度変化型ロータリ機関に関する。

〔従来の技術〕

一般的にロータリピストン機関は、往復動ピス
トン機関に比較して、動的バランスが良く、した
がつて振動・騒音が少ないという利点がある一
方、完全なガスシールが難しいという難点があつ
た。

既に提案されている特公昭40−4963号公報及び
特公昭49−43745号公報に記載されたロータリピ
ストン機関は圧縮される気体を閉じ込める作動室
が２個の回転ピストンと１個のケーシングすなわ
ち３個の部品から成り立つているので完全なシー
ルが得られない。Bensinger著（北川訳）「ロー
タリエンジン」（工学図書株式会社発行）は、「長
いあいだ、あらゆる回転ピストンの発明を失敗さ
せたもつとも困難な問題は燃焼室の完全なシール
である。」（54頁）という認識に立つたうえで、満
足すべきシールが得られるための前提として「二
つの部品だけを相互にシールできること」（55頁）
という条件を挙げている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は上述の「二つの部品だけを相互にシー
ルできること」という条件を満足し、それにより
燃焼室の完全なシールを実現することができるロ
ータリピストン機関を提供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の角速度変化型ロータリ機関は、固定中
心軸に回転自在に支持された外側回転シリンダと
内側回転ピストンとの間に１対の作動室を構成
し、内側回転ピストンに外側回転シリンダとの接
触部分をシールする閉ループ状のガスシールを設
け、内側回転ピストンは固定中心軸に関して軸対
称に形成され、外側回転シリンダのクランク主軸
軸受によりクランク機構のクランク主軸を支持
し、内側回転ピストンのピストンピンとクランク
機構のクランクピンとを連結棒によりそれぞれ連
結し、１対のクランク機構は固定中心軸に関して
軸対称に配置され、連結棒は力の発生する方向と
同一平面内においてその力の方向に対してほぼ垂
直方向に配置されて成ることを特徴とし、高圧ガ
スに対してガス漏れを充分に防止すると共に、良
好な動的バランスが得られるので振動・騒音を減
少することができる。

〔実施例〕

以下に本発明の一実施例を図面を参照しつつ説
明する。

実施例の構成 本実施例においては、シリンダは第１図及び第
２図に示すように片半分１０Ａ及び１０Ｂから成
る外側回転シリンダ１０として構成される。１０
Ａ及び１０Ｂは同形である。ここに述べるロータ
リピストン機関は、動作原理的には、１対の回転
ロータ、即ちここで外側回転シリンダ及び内側回
転ピストンと名付けたものによつて、一方が一様
な角速度で回転するのに対し、他方のロータを周
期的に変動する角速度を持たせることにより、両
者の間に形成される作動室を拡大・縮小させるい
わゆる角速度変化型のロータリ機関に属する。

第３図乃至第７図は外側回転シリンダ１０の片
半分１０Ａを示す。第４図は１０Ａを内側から視
た図、第３図は１０Ａを左から視た図、第５図は
１０Ａを右から視た図である。１０Ａの円周部分
には吸排気用開口部１３Ａが設けられている。１
８Ａは左右の外側回転シリンダ１０Ａ及び１０Ｂ
が接する摺合せ面で、連結用ボルト穴１６Ａ，１
６Ａ……が設けられる。１１Ａは固定中心軸軸受
の半分で、他半部外側回転シリンダ１０Ｂの軸受
１１Ｂと合して固定中心軸軸受を構成する。１２
Ａ，１２Ａはクランク主軸軸受の半分で、他半部
外側回転シリンダ１０Ｂの軸受１２Ｂと合してク
ランク主軸軸受を構成する。８２ａ，８２ｂ，８
２ｃは外側回転シリンダを冷却するための冷却液
通路である。第７図は外側回転シリンダ１０の左
半分１０Ａを円周方向から視た図を示す。外周面
に閉ループ状のガスシール７２Ａが取付けられて
いる。１４Ａ，１４Ａはオイル通路カバーであ
る。第６図は第７図の−線に沿う断面図を示
し、１７Ａは重量軽減用の中空部、１５Ａはオイ
ル排出口である。

第８図乃至第１０図は内側回転ピストン２０を
示す。第９図は内側回転ピストン２０の正面図、
第８図は左側面図、第１０図は第８図の−線
に沿う断面図を示す。内側回転ピストン２０は一
体成形され、中心軸に対して対称の形状を有す
る。２１，２１はピストンピン、２２は固定中心
軸軸受である。内側回転ピストン２０にガスシー
ル７１Ａ，７１Ｂを設ける。作動室２９Ａをシー
ルするためのガスシール７１Ａは外側回転シリン
ダ１０の周壁との間をシールする部分７１Aa及
び外側回転シリンダ１０の側壁との間をシールす
る部分７１Abとから成り閉ループ状に形成され
ている。作動室２９Ｂをシールするためのガスシ
ール７１Ｂは外側回転シリンダ１０の周壁との間
をシールする部分７１Ba及び外側回転シリンダ
１０の側壁との間をシールする部分７１Bbとか
ら成り閉ループ状に形成されている。

本発明のロータリ機関は１対のクランク機構４
０Ａ，４０Ｂを有する。４０Ａと４０Ｂとは同形
である。クランク機構４０Ａはクランク主軸４１
Ａ、クランクピン４２Ａ、クランクアーム４３
Ａ、連結棒４４Ａを備え、クランク主軸４１Ａは
外側回転シリンダ１０のクランク主軸軸受１２
Ａ，１２Ｂによつて支持され、クランクピン４２
Ａは連結棒４４Ａと連結される。クランク主軸４
１Ａに遊星歯車４５Ａが固着される。

ハウジング５０は上側ハウジング５１と下側ハ
ウジング５６とから成る。第１２図は上側ハウジ
ング５１を内側から視た図、第１１図は第１２図
のXI−XI線に沿う断面図である。上側ハウジング
５１の外周部に吸気口５２及び排気口５３が開口
する。５４は固定中心軸３０を支持するための支
持部である。ハウジング５０には出力軸６３が支
持され、出力軸６３の端部に出力歯車６２が取付
けられる。５５，５５……は上側ハウジング５１
と下側ハウジング５６を連結するボルト（図示せ
ず）用のボルト穴である。下側ハウジング５６の
所定個所に点火栓５９が設けられる。

第２図は第１２図のXI−XI線に沿う組立断面図
を示す。内側回転ピストン２０を固定中心軸３０
に回転自在に支持する。外側回転シリンダ１０
Ａ，１０Ｂをハウジング５０の内部に装備する。
軸受１１Ａ，１１Ｂは固定中心軸３０の周りに回
転自在であり、クランク主軸軸受１２Ａ，１２Ｂ
にクランク主軸４１Ａ，４１Ｂが支持される。ク
ランクピン４２Ａ，４２Ｂと内側回転ピストン２
０のピストンピン２１Ａ，２１Ｂとを連結棒４４
Ａ，４４Ｂによつてそれぞれ連結する。外側回転
シリンダ１０Ａ，１０Ｂと内側回転ピストン２０
との間にクランク室４９Ａ，４９Ｂ及び作動室２
９Ａ，２９Ｂを構成する。１対のクランク機構４
０Ａ，４０Ｂは固定中心軸３０に関して軸対称に
配置されている。また連結棒４４Ａ，４４Ｂは力
の発生する方向と同一平面内においてその力の方
向に対してほぼ垂直方向に配置されている。

動作機構 第１図において、中心固定歯車３１と、その半
分の歯数をもつ遊星歯車４５Ａ，４５Ｂがかみ合
つている。遊星歯車４５Ａ，４５Ｂは夫々クラン
ク主軸４１Ａ，４１Ｂに固着されている。外側回
転シリンダ１０Ａ，１０Ｂを１回転させると、ク
ランク主軸４１Ａ，４１Ｂは固定中心軸３０の回
りを、１回転の公転運動を行なうと共に、２回転
の自転運動を行なう。内側回転ピストン２０はピ
ストンピン２１、連結棒４４Ａ、クランクピン４
２Ａ、クランク主軸４１Ａを通じて外側回転シリ
ンダ１０Ａ，１０Ｂと結合している。そのため、
外側回転シリンダ１０Ａ，１０Ｂを１回転させる
と、内側回転ピストン２０は２回往復運動を行な
うことになる。

この結果、外側回転シリンダ１０Ａ，１０Ｂと
内側回転ピストン２０との間で形成される作動室
２９Ａ，２９Ｂの容積は外側回転シリンダ１０
Ａ，１０B1回転当り、拡大・縮小を２回繰返す。
この作動は、４サイクル機関における吸入→圧縮
→燃焼→排気の各サイクルに対応させることがで
きる。

第１３図に動作説明図を示すが、燃焼サイクル
において、内側回転ピストン２０の面にかかる圧
力Ｆは、連結棒４４Ａ，４４Ｂを通じて、クラン
クピン４２Ａ，４２ＢにF₁の力を発生する。一
方外側回転シリンダ１０Ａ，１０Ｂにかかる圧力
Ｆは、クランク主軸４１Ａ，４１ＢにF₂の力を
発生する。

この結果、遊星歯車４５Ａ，４５Ｂに時計回り
の回転トルクを発生し、外側回転シリンダ１０
Ａ，１０Ｂは時計回りに回転する。又内側回転ピ
ストン２０も作動室２９Ａ，２９Ｂの容積を拡げ
つつ時計回りに回転する。

排気・吸入・圧縮の各サイクルは、この回転に
対して制動力となるが、燃焼サイクルの力が充分
大きいため、これらの制動力・機械損に打ち勝つ
て、全体として、外側回転シリンダ１０Ａ，１０
Ｂは時計回りに回転する。燃焼サイクルの中で最
も大きな力を発生する時期においては、クランク
主軸４１Ａ，４１Ｂの角度から力の作用線は遊星
歯車４５Ａ，４５Ｂの中心軸付近を通る。このた
め、歯車にかかる力はそれ程大きくなく、歯車に
必要な強度は実際的な値に収まる。

１つの内側回転ピストン２０について、その固
定中心軸３０に関して軸対称に１対の作動室２９
Ａ，２９Ｂが形成されることから、動的バランス
を完全にとることができる。吸気・排気の機能は
外側回転シリンダ１０の回転によつて自動的に行
なわれる。

次に、内側回転ピストンと外側回転シリンダの
結合における問題点について述べる。内側回転ピ
ストンは２個の連結棒を有しており、夫々がクラ
ンク軸を持ち、外側回転シリンダと結合してい
る。従つてどこかの結合をゆるやかにしておかな
いと、滑らかな回転ができない。１つの方法とし
て片側の連結棒の結合をゆるやかにすることが考
えられる。この場合、作動室で発生する力は常に
１組の連結棒、クランク軸によつて伝達され、結
合のゆるやかな連結棒、クランク軸は、単にバラ
ンスウエイトとして働らく。もう１つの方法とし
て、内側回転ピストンをちようつがいの様に軸の
回りを２葉の板が独立して回り得る様な機構にす
れば良い。この場合は、２組の連結棒、クランク
軸は夫々発生した力を伝達する役目をする。

作動室の構成 高圧ガスに対してガス漏れを防ぐためには、往
復ピストン機関におけるピストンとシリンダ、及
びピストンリングの様に、２つの構成部品によつ
て作動室が構成され、且つその内の１つの構成部
品に閉ループ状のシール材がはめ込まれている必
要がある。このシール材はガス圧又はバネ圧で他
方の構成部品の壁に押し付けられ、シール材の表
面に存在するオイルの働らきによつて満足すべき
ガスシールが得られることが知られている。

本発明の角速度変化型ロータリ機関は、作動室
２９Ａ，２９Ｂが外側回転シリンダ１０Ａ，１０
Ｂと内側回転ピストン２０の２つで構成され、且
つ内側回転ピストン２０に閉ループ状のシール材
をはめ込むことにより、ガスシールの問題を解決
している。

ガスシールは２つの部分に分けられる。１つの
内側回転ピストン２０と外側回転シリンダ１０
Ａ，１０Ｂ間のシールであり、もう１つは外側回
転シリンダ１０Ａ，１０Ｂとハウジング５０，５
６間のシールである。第８図に内側回転ピストン
２０上に設けられたガスシール７１を示す。第７
図に外側回転シリンダ１０Ａ上に設けられたガス
シール７２Ａを示す。ガスシール７１，７２Ａに
よつて作動室２９Ａ，２９Ｂのガス漏れを充分防
ぐことができる。ガスシール７１，７２Ａの形状
はピストンリング程簡潔な形をしていないが、内
側回転シリンダ１０Ａ，１０Ｂが共に固定中心軸
３０の回りを同心円で回転しているため、ギヤツ
プの調整は容易であり、技術上の問題点は少な
い。

冷却及び潤滑 冷却については外側回転シリンダ１０と内側回
転ピストン２０が共に回転するために、軸受用潤
滑オイルと冷却液夫々に独立した通路を設けるこ
とが難しい。

従つて、ここでは冷却・潤滑兼用オイルの共用
通路を設けるようにしている。第１図、第３図、
第４図、第５図にその通路を示す。固定中心軸３
０の８１ａからオイルが入り、８１ｂから外側回
転ピストンの８２ａに入る。８２ａから８２ｂ，
８２ｃを通り、再び固定中心軸３０に戻り、８１
ｃ，８１ｄより取り出す。あたためられたオイル
はラジエータで冷却し、循環させる。

〔発明の効果〕

本発明機関の特有の効果は次のとおりである。

(1) 本発明は２つの部品−すなわち外側回転シリ
ンダと内側回転ピストン−により作動室を構成
し、内側回転ピストンに閉ループ状のガスシー
ルを設けたので、「二つの部品だけを相互にシ
ールできること」という条件を満足して高圧ガ
スに対するガス漏れを充分に防止することがで
きる。

(2) 本発明は内側回転ピストンを固定中心軸に関
して軸対称に形成し、さらに１対のクランク機
構を固定中心軸に関して軸対称に配置したの
で、良好な動的バランスが得られる結果振動・
騒音を著しく低減することができる。

(3) クランク機構の連結棒は力の発生する方向と
同一平面内においてその力の方向に対してほぼ
直角方向に配置されているので、クランクピン
にねじれが生じない。

〔応用例〕

この機関は圧縮機、オツトサイクル機関として
ばかりでなく、振動、騒音の少ないデイーゼル機
関としても利用できる。

又次の様に容量型ガスタービンとして使用する
ことが可能である。このロータリ機関を多シリン
ダ化、例えば二個の内側回転ピストンを持つ様に
して、片方のロータリ機関を圧縮機として使用
し、他方を出力室として使用し、両者を燃焼室で
連結すれば容量型のガスタービン機関とすること
ができる。この場合、出力室として使用されるロ
ータリ機関は燃焼ガスを排出した後、新しい冷え
た空気を吸入、排出して、出力室の壁を冷却する
ことができる。従つて燃焼ガスの温度は往復ピス
トン並に上げることができ、この為、熱効率の高
い、且つ排気ガスのきれいな機関を実現すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は主要構成要素の全体斜視図（但しハウ
ジングは描かれていない。）、第２図は主要構成要
素の断面図、第３図は外側回転シリンダ（片半
分）の左側面図、第４図は外側回転シリンダの正
面図、第５図は外側回転シリンダの右側面図、第
６図は外側回転シリンダの第７図における−
線に沿う断面図、第７図は外側回転シリンダの背
面図、第８図は内側回転ピストンの左側面図、第
９図は内側回転ピストンの正面図、第１０図は内
側回転ピストンの断面図、第１１図はハウジング
（片半分）のXI−XI線に沿う断面図、第１２図は
ハウジング（片半分）を内側から視た図、第１３
図は動作説明図である。 １０……外側回転シリンダ、１０Ａ，１０Ｂ…
…外側回転シリンダ（片半分）、１１Ａ，１１Ｂ
……固定中心軸軸受、１２Ａ，１２Ｂ……クラン
ク主軸軸受、１３Ａ，１３Ｂ……吸排気用開口
部、２０……内側回転ピストン、２１……ピスト
ンピン、２９Ａ，２９Ｂ……作動室、３１……固
定中心歯車、３０……固定中心軸、４０Ａ，４０
Ｂ……クランク機構、４１Ａ，４１Ｂ……クラン
ク主軸、４２Ａ，４２Ｂ……クランクピン、４４
Ａ，４４Ｂ……連結棒、４５Ａ，４５Ｂ……遊星
歯車、４９Ａ，４９Ｂ……クランク室、５０……
ハウジング、５１……上側ハウジング、５２……
吸気口、５３……排気口、５６……下側ハウジン
グ、５９……点火栓、６１……出力取出し歯車、
６２……出力歯車、７１……内側回転ピストンガ
スシール、７２……外側回転シリンダガスシー
ル、８１……固定中心軸冷却液通路、８２……外
側回転シリンダ冷却液通路、１１０……外側固定
シリンダ、１２０……内側回転ピストン、１２９
Ａ，１２９Ｂ……作動室、１４０Ａ，１４０Ｂ…
…クランク機構、１４９Ａ，１４９Ｂ……クラン
ク室、１５９Ａ，１５９Ｂ……点火栓、１９２
Ａ，１９２Ｂ……吸排気用弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 固定中心軸３０に回転自在に支持された外側
   回転シリンダ１０と内側回転ピストン２０との間
   に１対の作動室２９Ａ，２９Ｂを構成し、内側回
   転ピストン２０に外側回転シリンダ１０との接触
   部分をシールする閉ループ状のガスシール７１
   Ａ，７１Ｂを設け、内側回転ピストン２０は固定
   中心軸３０に関して軸対称に形成され、外側回転
   シリンダ１０のクランク主軸軸受１２Ａ，１２Ｂ
   によりクランク機構４０Ａ，４０Ｂのクランク主
   軸４１Ａ，４１Ｂを支持し、内側回転ピストン２
   ０のピストンピン２１Ａ，２１Ｂとクランク機構
   ４０Ａ，４０Ｂのクランクピン４２Ａ，４２Ｂと
   を連結棒４４Ａ，４４Ｂによりそれぞれ連結し、
   １対のクランク機構４０Ａ，４０Ｂは固定中心軸
   ３０に関して軸対称に配置され、連結棒４４Ａ，
   ４４Ｂは力の発生する方向と同一平面内において
   その力の方向に対してほぼ垂直方向に配置されて
   成る角速度変化型ロータリ機関。