JP4775803B2 - ロータリーエンジン - Google Patents

Description

本発明は、ロータリーエンジンに関し、より詳細には複数の羽根部を有するロータを４つケーシング内に有し、該ロータの回転によって圧縮爆発を行えるロータリーエンジンに関する。

従来より、ロータリーエンジンはトロコイド曲線に基づく内周輪郭を有するいわゆる繭形をしたケーシング内に、トロコイド曲線内包絡線を外周輪郭とした略おむすび形のロータが該ケーシング内部に摺接しながら遊星回転運動し、ケーシング内面とロータ面とで形成される空間の容積の変化に伴って、吸気・圧縮・爆発・排気を繰り返すものであった。
この他、トロコイド曲線内包絡線を外周輪郭とした略おむすび形のロータではなく複数の羽根形状を有するロータを用いたロータリーエンジンとして特開２００８-４５５３４号（特許文献１）と、特開２００６-７０７７６号（特許文献２）、特開２００５-３１５２０５号（特許文献３）が存在する。
特開２００８-４５５３４号 特開２００６-７０７７６号 特開２００５-３１５２０５号

以上の様に、従来よりロータリーエンジンはトロコイド曲線内包絡線を外周輪郭とした略おむすび形のロータではない複数の羽根形状を有するロータを用いたエンジンも存在しているものである。
係る場合、まず特許文献１に示す構造においてはインボリュート曲線を用いたものであるが、は先端部が切り書くときにできる曲面部を有するものであり、刃先部分における破損などのおそれが高く、又燃料効率をより高められる他の方法が求められる。

又、特許文献２及び特許文献３に関しては、３つのロータを用いるものとして提唱されている。
これ等の場合において、更に燃料効率を高められる何らかの別のロータリーエンジンの提唱が求められている。
また、更に効率のよい燃焼を可能とし、高出力及び高回転を可能とするロータリーエンジンの提供を課題とする。

以上のように構成したことから以下のような効果を発揮するものである。
まず、従来のロータリーエンジンとは異なる構成のロータリーエンジンの提供が行なえるものであり、４つのロータに設けた羽根部同士がロータの回転に伴ってその間隔を狭め、又、広げることを繰り返すことができるものであり、ロータの一回の回転で基本的には羽根部の一の面においては２回の圧縮を行なうことができるものであり、更には羽根部の両面を考えると計４回の圧縮を行なうことができるものである。

従って、羽根部の一の面の２回の圧縮により、排気工程と圧縮爆発工程を行なうことができ、更に羽根部の両面においてそれぞれこの工程が行なわれることから一回の回転において極めて効率的にかつ高回転での回転を行うことを可能とするものである。
更に、排気を残すために圧縮爆発の直前のポイントで排気と吸気を行なった場合には、ロータの羽根部同士がかみ合わないケーシング内での回転状態の位置において、ロータのほぼ半回転程度において排気煙を残余することとなり、燃焼の効率を高め排出される排気煙をきれいに燃焼させることができる。

反面、排気を爆発後早期に排気するために圧縮爆発の直後のポイントで排気と吸気を行なった場合には、高温の排気煙は早期に排出されることとなることからケーシングの高温化を 防止でき、ロータの羽根部同士がかみ合わないケーシング内での回転状態の位置において吸気した気体をロータのほぼ半回転程度において加熱することができ、効率のよい燃焼を可能とするものである。
従って、極めて応用が広くかつ有効に燃焼を可能とするロータリーエンジンの提供ができるものである。

尚、この様に燃料効率を高められることから、各種燃料即ちガソリンのみならず軽油や重油等を用いることが可能となる。
特に、極めて効率のよいロータリーエンジンの提供が可能となり、更に効率性と耐久性を担保するエンジンの提供が図れる。
更に、高速での圧縮爆発を繰り返すことができ、高速回転に対応するエンジンの提供が行える。

又、爆発による回転に際してより強力な回転力を付与できるものとなり、高出力のエンジンの提供が行なえるものである。
更に、相隣り合いロータの回転によって順次行なわれる夫々のロータ基部での圧縮爆発による爆発ポイント同士を点火溝によって連接することができ、これによって一の爆発の点火炎を次の圧縮爆発の熱源例えば点火炎を付与することができ、次の爆発の点火の契機を与えるものとなる。
これによって爆発した場合には更に次の圧縮ポイント即ち対向するロータの基部での圧縮ポイントにこの熱源となる点火炎を付与するものとなり、これが順次続くことから特段の点火プラグ等を用いずとも圧縮時点での爆発の契機を与えるものとなる。

又、熱源である点火炎を付与する時点を任意位置に変更させることができ、爆発のポイントを任意にずらすことが可能となる。
従って回転の速度などの変更を任意に制御することができるものである。

図１は、本発明に係るロータリーエンジンの基本的構成の概略の一例を示す図である。
本図に示す通り、ケーシング１内において４箇所にインボリュート曲線からなる羽根形状の羽根部２１を有するロータの基部２０に有するロータ２が配設されている。
該ロータ２の基部２０には計６枚の羽根部２１を有するものであり、夫々のロータ２が上下方向に２つ左右方向に２つ配設され、羽根部２１同士がかみ合うように配設されているものである。

該ロータ２は、該基部２０の夫々の羽根部２１の延長上に羽根部２１の回転に添った内径を有するケーシング１内に配置されており、ロータ２は夫々回転自在に軸支されているものである。
更に夫々吸気部Ｉと排気部Ｏを有していると共に点火用の点火部を有する。
又、図示しないが気化燃料をインジェクションによってケーシング１内に噴出するものである。

したがって計４つのロータ２は、夫々回転を行うと共に必要な吸気、気化燃料の噴出、圧縮、点火による爆発、排気を繰り返すこととなる。
本図において、吸気部Ｉと排気部Ｏと圧縮爆発ポイントＥを示すがこれは、具体的な場所や形状を示すものではなく、ほぼこのあたりに該機構を有すればよいものとして示すものである。
従って該印のある箇所より外れて異なる場所に吸気部Ｉと排気部Ｏと圧縮爆発ポイントＥがあるものであっても、もちろん本発明に含まれるものであり、該印は単に概略的な構造を示すに過ぎないものである。

更に、ロータ２に関しては、ロータＡとロータＢとロータＣとロータＤとからなり、ロータＡは、ロータＣの羽根部２１とのかみ合いによってまず排気がなされ、更にその後吸気を行ない、ロータＢの羽根部２１とのかみ合いによって圧縮爆発を行なう。
ロータＢは、ロータＤの羽根部２１とのかみ合いによって排気がなされ、更にその後吸気を行ない、ロータＡの羽根部２１とのかみ合いによって圧縮爆発を行なう。
ロータＣは、ロータＡの羽根部２１とのかみ合いによって排気がなされ、更にその後吸気を行ない、ロータＤの羽根部２１とのかみ合いによって圧縮爆発を行なう。

ロータＤは、ロータＢの羽根部２１とのかみ合いによって排気がなされ、更にその後吸気を行ない、ロータＣの羽根部２１とのかみ合いによって圧縮爆発を行なう。
したがって、極めて効率的に回転を与えることができるものである。
この場合、ケーシング１内に爆発後の燃焼状態を約半回転近く維持することから、ガスの完全燃焼が図れる。

図２は、回転を逆にした場合の一例である。
構成は一緒であるが、排気吸気等の位置が若干変更されるものである。
ロータＡは、ロータＢの羽根部２１とのかみ合いで排気を行い、両ロータの羽根部２１の開きによって吸気を行った上で、ロータＣの羽根部２１とのかみ合いによって圧縮爆発を行なう。
ロータＢは、ロータＡの羽根部２１とのかみ合いで排気を行い、両ロータの羽根部２１開きによって吸気を行った後に、ロータＤの羽根部２１とのかみ合いによって圧縮爆発を行なう。

ロータＣは、ロータＤの羽根部２１とのかみ合いで排気を行い、両ロータの羽根部２１の開きによって吸気を行った後に、ロータＡの羽根部２１とのかみ合いによって圧縮爆発を行なう。
ロータＤは、ロータＣの羽根部２１とのかみ合いで排気を行い、両ロータの羽根部２１の開きによって吸気を行った後に、ロータＢの羽根部２１とのかみ合いによって圧縮爆発を行なう。

図３は、図１の圧縮爆発ポイントＥを変えて、異なる圧縮爆発ポイントＥ及び吸排気Ｉ、Ｏの位置を用いて燃焼させる一例を示す。
ロータＡは、ロータＣの羽根部２１とのかみ合いによって圧縮爆発を行なうものであり、その後に、ロータＢの羽根部２１とのかみ合いによって排気を行い、更に両ロータの羽根部２１の間隔の開きによって吸気を行なうものである。

この場合、羽根部２１同士がかみ合わないケーシング１内でのロータ２の回転である約半回転程度には、吸気後となることからケーシング１内の高温の燃焼状態を速やかに排気することができるものであり、不必要な高温化を防止できる。
尚、この場合、吸気状態で半回転程度行なうことから以後圧縮爆発するために吸気した期待の高温化が図れるものとなる。

更に、ロータＢは、ロータＤの羽根部２１とのかみ合いによって圧縮爆発を行なうものであり、その後にロータＡの羽根部２１とのかみ合いによって排気を行い、更に両ロータの羽根部２１の間隔の開きによって吸気を行なうものである。
この状態でロータＢが半回転程度し、ロータＤとのかみ合いで圧縮爆発を行なう。

又、ロータＣはロータＡの羽根部２１とのかみ合いによって圧縮爆発を行なうものであり、その後にロータＤの羽根部２１とのかみ合いによって排気を行い、更に両ロータの羽根部の間隔の開きによって吸気を行なうものである。
この状態でロータＣが半回転程度し、ロータＡとのかみ合いで圧縮爆発を行なう。

ロータＤは、ロータＢの羽根部２１とのかみ合いによって圧縮爆発を行なうものであり、その後にロータＣの羽根部２１とのかみ合いによって排気を行い、更に両ロータの羽根部２１の間隔の開きによって吸気を行なうものである。
この状態でロータＤが半回転程度し、ロータＢとのかみ合いで圧縮爆発を行なう。

以上のように、各種対応によって羽根部２１同士の間隔の狭まりに伴い、圧縮爆発と排気を行なえるものであればよい。
尚、第１図乃至第３図における吸排気ポイントの吸気位置Ｉや排気位置Ｏは概略を示すものであり、現実にはロータ２の羽根部２１の噛み合いによって間隔が狭まった任意の位置に排気部を有し、また間隔が広がって有効に吸気できる位置に吸気部を有しているものであればよい。

図４は、ロータＡの羽根部２１とロータＢの羽根部２１とのかみ合いによって圧縮爆発を行なう工程の一例を示す図であり、図1に示す両者の圧縮爆発行程の一例を示す図である。
図４（ａ）に示す通り、まず、ロータＡの羽根部Ａ−２とロータＢの羽根部Ｂ‐１とがかみ合い、ロータＡの基部２０との隙間部分で圧縮爆発が起こる。
更に、ロータ２の回転が行われてより両羽根部２１が回転すると、本図のようにロータＢの羽根部Ｂ‐１とロータＡの羽根部Ａ−１とがかみ合い、両者の間隔が狭まってロータＢの基部２０との隙間部分で圧縮爆発が起こる。

次に図４（ｂ）に示す通り、更に、ロータ２の回転が行われより両羽根部２１が回転すると、ロータＡの羽根部Ａ−１とロータＢの羽根部Ｂ‐６とがかみ合い、さらに回転によって両者の間隔が狭まることによって圧縮され、ロータＡの基部２０との隙間部分で圧縮爆発が起こる。
更に、図４（ｃ）に示す通りロータ２の回転が行われより両羽根部２１が回転すると、ロータＢの羽根部Ｂ‐６とロータＡの羽根部Ａ−６とがかみ合い、さらに回転によって両者の間隔が狭まることによって圧縮され、ロータＢの基部２０との隙間部分で圧縮爆発が起こる。

このように連続して爆発を発生させられることから極めて高出力を得られると共に効率のよい燃焼を可能とする。
更に、連続する燃焼を与えられることから、点火溝を用いることによって燃焼室と点火室とを連接して連続する点火を可能とすることもできる。
このようにすれば例えはず始動時にのみ熱線やプラグ等で点火することによって、その後順次続く点火を引き継げることとなる。

図５は、燃焼室の一例を示す図である。
ロータ２を覆うケーシング１に設けられたロータＡとロータＢのそれぞれの羽根部２１がかみ合う両ロータ２の基部２０の爆発ポイントＥ同士を連接する燃焼室３からなり、ロータＡの基部３０との隙間部分で圧縮爆発の熱源をさらにロータＢの基部３０との隙間部分で圧縮爆発に際する点火用の熱源として活用できるものである。
したがって、高回転でロータ２が回転して圧縮爆発が連続して起こる際にはこの燃焼室３によって順次続く爆発ポイントＥ同士がつながることから、連続する圧縮に際して点火点として燃焼室３を用いることができるものである。

なお、もとよりこれは連続回転が成立したのちにおいて初めて活用できるものであり、始動時や低回転時においてはたとえば熱線等４によって加熱するものであってもよい。
たとえば従来の点火プラグなどを用いてもよい。
なお、燃焼室３の形状は少なくとも相隣り合うロータ２同士の順次行われる圧縮爆発によるロータ基部２０の爆発ポイントＥ同士を連接する燃焼室３であればよい。

本図はケーシング１の一面にのみ突出して構成するが、両面に突出形成した燃焼室３を有するものであってもよい。
又、燃焼室３の一例として、本図では燃焼室としてケーシング１とロータ２間に隙間を有し、この相隣り合うロータ２同士の順次行われる圧縮爆発によるロータ基部２０の爆発ポイントＥ同士を連接する点火溝３０を有する燃焼室３を明示するものである。
以上のように構成することによって、爆発に伴う熱源例えば点火炎などを次の圧縮ポイントに付与できるものであり、次の圧縮ポイントにおいて点火部として爆発の契機を与えることとなる。

図６は、燃焼室３の形状の一例を示す図であり、ケーシング１に設けられた突出部によってケーシング１とロータ２間に隙間からなる点火溝３０を設け、これによって燃焼室３を構成した一例を示す図であり、突出して形成された燃焼室３を明示する図面である。
このように構成することによって、両ロータ２の基部２０での圧縮爆発ポイントＥをつなぐことができる。

図７は、燃焼室３の点火溝３０の位置を任意に移動可能とした一例を示す図である。
点火溝３０からなる燃焼室３の位置を変化させることによって、圧縮爆発ポイントＥを任意位置に変化させることができるものであり、爆発のタイミングを変えて回転数の変化を起こすことができるようになる。
従って、任意の回転数に調整できることとなり、回転数の変更に伴う出力の変化を与えられる。
本図に示す例は、ケーシング１に設けた点火溝３０からなる燃料室３を一定方向に往復運動できるように構成した一例を示す図である。

従って点火溝３０が移動することによって圧縮ポイントの任意位置において点火できることなり、爆発のタイミングの調整ができることとなる。
尚、この往復運動に関しては、一般的な一定方向に移動可能な移動機構を有していればよく、必要に応じて燃焼室３の点火溝３０の位置を微動可能な移動装置を有するものであればよいものであって図示はしない。
尚、回転数を検知する検知機構を有するものであってももちろんよく、この回転数に対応して点火溝３０の位置を移動可能な移動機構を有するものであってももちろんよい。

図８は、点火溝３０よりなる燃焼室３の該点火溝３０部分が回動することによって移動して、圧縮爆発ポイントＥを任意位置に変化させることができるものであり、爆発のタイミングを変えて回転数の変化を起こすことができるようになる。
このように構成するものであっても点火溝３０が移動することによって圧縮ポイントの任意位置において点火できることなり、爆発のタイミングの調整ができる。
尚、本図における回動運動に関しても、一般的な回動可能な移動機構を有していればよく、必要に応じて燃焼室３の点火溝３０の位置を微動可能な移動装置を有するものであればよいものであって、本図上において図示はしない。

図９は、前記までに示した６枚の羽根部２１を有するロータ２に代えて、８枚の羽根部２１を有するロータ２を用いた一例を示す図である。
従って、ケーシング１内において４箇所にインボリュート曲線からなる羽根形状の羽根部２１を有するロータ２が配設されていると共に該ロータ２は夫々８枚の羽根部２１を有するものであって、夫々のロータ２が上下方向に２つ左右方向に２つ配設され、羽根部２１同士がかみ合うように配設されているものである。

このように構成しても、前記各内容と同様に可動することができるものである。
この他、以上の６枚と８枚の羽根部２１に限ることはなく、ロータ２の羽根部２１として一のロータ２にそれぞれ少なくとも５枚程度から１２枚程度のまでの任意の枚数の羽根部２１を有するものであってよい。
この場合、４つのロータ２が夫々同一の枚数の羽根部２１を有するものであると最適である。
或いは、羽根部２１の突出が小さい略ギア形の形態のものであればより多くの羽根部２１を有するものとなり、このような形態であってもよい。
尚、４つのロータ２に関しては基本的には全て同数の羽根部２１を有するロータ２を用いるものである。

図１０は、羽根部２１の気密性を高めるためのシールド２２を有する一例を示す図である。
羽根部２１の突出表面の先端方向から少なくとも、半分程度以上は該シールド２２によって覆うことにより気密性を保つことができ、燃焼効率の向上が図れると共に羽根部２１の耐久性を高めることが可能となる。
このようにシールドを 用いることによって熱に対処できるものとなる。

図１１は、羽根部２１へのシールド２２の配設の一例を示す図であり、例えば嵌着部分２２０を有し、該嵌着部分２２０によって、簡単に装着できると共に必要に応じて交換可能なものとなる。
尚、本図は一例であり、この構成に限定されるものではない。

図１２は、本発明にかかわるロータリーエンジンの羽根部２１に内部導通路２５を有し、該導通路２５内にオイルを封入することによって、ロータ２の回転に伴って羽根部２１内においてオイルが循環し、冷却を可能とする一例を示す図である。
羽根部２１内にロータ２基部２０には予めオイル溜２４から羽根部２１先端方向に向けた導通路２５を有し、該導通路２５は更にロータ２基部２０方向に向かって延伸し、これがオイル溜２４まで戻って、ロータ２全体に繋がって配される導通路２５を構成しているものである。

この場合オイル溜２４は２層構成であり、遠心力をよりかかりやすくしているものである。
即ち、この導通路２５とオイル溜２４内には冷却オイルを封入しており、ロータの回転に伴い羽根部２１先端には遠心力によって圧力が掛かる反面中心部分においてはマイナスの圧がかかることとなるものであり、オイルの粘性によりこの圧の相違に基づいてオイルが二層構成のオイル溜２４によって循環することとなる。

したがって、ロータ基部２０のみならず羽根部２１にわたるロータ２全体に該導通路２５を構成すると、該導通路２５内部における回転に伴う圧力の相違に基づいてオイルが流動し、ロータ２全体を冷却することが可能となる。
尚、ロータ２の基部に循環用のポンプ等を有するものであってもよく、更に例えばオイル溜にオイル供給ポンプ等を有するものであっても、或いはオイル溜にケーシング外部からオイル供給ポンプによってオイルを供給すると共にオイルに圧をかけて強制的にオイルを循環させるものであってもよい。

本発明に係るロータリーエンジンの基本的構成の概略の一例を示す図 本発明に係るロータリーエンジンの基本的構成の概略の他の一例を示す図 本発明に係るロータリーエンジンの基本的構成の概略の他の一例を示す図 ロータの羽根部とロータの羽根部とのかみ合いによって圧縮爆発を行なう工程の概略の一例を示す図 ロータリーエンジンの燃焼室の一例を示す図 ロータリーエンジンの燃焼室の一例を示す図 ロータリーエンジンの移動可能な点火溝を有する燃焼室の一例を示す図 ロータリーエンジンの移動可能な点火溝を有する燃焼室の他の一例を示す図 本発明に係るロータリーエンジンの基本的構成の概略の他の一例を示す図 羽根部にシールドを有する一例を示す図 羽根部にシールドを有する他の一例を示す図 羽根部に内部導通路を有する一例を示す図

符号の説明

１ ケーシング
２ ロータ
２０ 基部
２１ 羽根部
２２ シールド
２２０ 嵌着部分
２４ オイル溜
２５ 内部導通路
３ 燃焼室
３０ 点火溝
４ 熱線
Ｉ 吸気部
Ｏ 排気部
Ｅ 圧縮爆発ポイント

Claims (1)

1. ケーシング１内にインボリュート曲線からなるそれぞれ６枚の羽根部２１を有する４つのロータ２を有し、
   該４つのロータ２とも同一数の羽根部を有するロータであって、これらが回転自在に軸支されており、
   該ロータ２はケーシング１内で上下方向に２つ左右方向に２つ配設され、羽根部２１同士がかみ合うように配置されているものであり、
   該ケーシング１は夫々の羽根部２１の延長上であって羽根部２１の回転に沿った内径を有するケーシングであり、
   該４つのロータ２の夫々の羽根部２１同士が回転に伴って羽根部２１同士とロータ基部２０との間で気化燃料を圧縮することによって爆発させるロータリーエンジンであって、
   隣り合う２箇所のロータ２の羽根部２１の回転による圧縮に基づく爆発は、夫々のロータ基部２０で交互に行なわれ、
   夫々隣り合う計４つのロータ２の回転に伴う羽根部２１の圧縮による爆発は、異なる２つずつのロータ２の爆発が２箇所で同時になされると共に、
   ケーシング１とロータ２間に隙間を設けて、相隣り合うロータ２同士の順次行われる圧縮爆発によるロータ基部２０の爆発ポイント同士を連接する点火溝３０を有する燃焼室３をロータ２を覆うケーシング１に有し、
   順次続く爆発ポイント同士を燃焼室３の点火溝３０によってつなげ、連続する圧縮に際して点火を促すものである共に、
   燃焼室３の位置を移動する移動機構を有し、
   燃焼室３の移動によって点火溝３０の位置を変更させ点火のタイミングを調整可能としたことを特徴とするロータリーエンジン。

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