JP2012516408A - 円形ロータを有するロータリエンジン - Google Patents

Abstract

本発明は、円形ステータ（１０）と、ステータの周りを回転する円形ロータ（１２）と、２つのフランジ（２４、２６）を有する少なくとも１つの要素とを含み、ロータ及びステータが、円形シリンダ（１４）によって分離されるロータリエンジンに関する。ロータは、ロータの内面に取り付けられた２つの圧縮ピストン（１６、１８）を含み、前記２つのピストンは、ロータの第１直径の両端に位置し、かつステータの外面と実質的に接触した状態に保たれる。ステータは、直径の各先端に凹部（４２、４４）を含み、各凹部は、ロータの回転方向で凹部の端部に挿入された圧縮ピストン、及びシリンダヘッドフランジ（３４）と呼ばれる、２つのフランジを有する要素のフランジの一方により圧縮室を形成し、圧縮室内部のガスの圧力が突然、所定値まで増加する時、原動力が圧縮ピストンにかけられる。
【選択図】 図１Ａ

Description

本発明は、ロータの回転運動に基づくガソリン又は圧縮空気ロータリエンジンに関し、円形ロータを有するロータリエンジンに特に関する。

現在使用される自動車エンジンは、原動力が空気及びガソリンのような燃料の混合物の爆発によって生成される、往復ピストンを含む内燃機関である。シリンダ内に収納される各ピストンは、爆発によって激しく押しやられ、かつクランクシャフトが連接棒を介して回転することとなる。しかしながら、これらのエンジンは、シリンダ内のピストンの行程が約８ｃｍに制限されることに、大きな欠点を有する。それ故に、クランクシャフトのレバーアームは、約４ｃｍに制限され、かつそれ故に全ての原動力は、この４ｃｍのレバアーム上で起こり、エンジントルクを著しく制限する。

従って、ロータリエンジンの使用が、往復エンジンの代わりに考慮された。ロータリエンジンの操作は、伝統的なピストンエンジンのそれよりも僅かに複雑である。ピストンのおかげで作動する内燃機関と異なり、ロータリエンジンは、ロータを使用する。内燃機関と異なり、ロータリエンジンは、連接棒も、クランクシャフトも含まない。

往復エンジンよりもむしろロータリエンジンを使用することには、利点がある。第一に、このエンジンが往復部を有さないので、非常に良くバランスがとれている。このことは、振動のない操作を確実にし、従ってエンジン速度に関係なく、雑音レベルを制限する。第二に、全ての部品が、全て同方向に回転するために同じ経路を辿るので、このエンジンは、振動が少ない。その上、エンジン内に可動部が少ないので、回転エンジンのほうが信頼できる。

このタイプの既知のエンジンは、ハウジング内部で楕円形の軌道運動を行うロータを含む。このエンジンの主要素、ロータは、エンジンの真ん中に位置決めされた三角形の物体である。このロータは、「ステータ」と呼ばれるハウジング内でほぼ楕円形の軌道を廻る。回転の度に、ロータの先端が、常にステータと接触する。それ故に、これらの接触は、圧縮室、すなわちスリーインオール（ｔｈｒｅｅ ｉｎ ａｌｌ）を形成する。このロータの中心にクランクがあり、一方が大きく、一方が小さい２つの歯車からなる。従って大きい歯車は、ハウジング内でロータの経路を画定するために、小さい歯車と結合する。

しかし、このタイプのロータリエンジンは、多数の欠点を有する。例えば、毎分回転数は、従来のエンジンよりも遙かに高くなければならない。例えば、最適な動力を得るために、毎分約８５００回転に達しなければならない。このことは、低いエンジン速度で非常に高いトルクを生成しないという不都合を有する。毎分５０００回転未満では、何も起こらず、トルクが認められない。この高速の不都合は、潤滑剤として使用される油が燃えることである。密封の問題に遭遇せずに、油を除去することは、可能でない。最後に、もう一つの欠点は、同等の動力の往復エンジンよりも、少なくとも２０％高い燃費である。

それ故に、特許文献１に記載されたエンジンの場合のように、ロータが円形であり、かつステータの周りを回転するロータリエンジンを使用するほうが良い。しかし、このエンジンは、適切なシールを有する圧縮室を含まない。

独国特許発明第３１４６７８２号明細書

それ故に、本発明の狙いは、完璧なシールを有し、かつ潤滑剤の使用を必要としない、ステータの周りを回転する円形ロータを有するロータリエンジンを提供することである。

本発明のもう一つの狙いは、エンジントルクがロータの直径に関連し、かつ既存のエンジンのそれよりも遙かに高くなり得る、ステータの周りを回転する円形ロータを有するロータリエンジンを提供することである。

それ故に、本発明の対象は、円形ステータと、ステータの周りを回転する円形ロータと、２つのフランジを有する少なくとも１つの要素とを含み、ロータ及びステータが、円形シリンダによって分離されるロータリエンジンである。ロータは、ロータの内面に取り付けられた２つの圧縮ピストンを含み、これら２つのピストンは、ロータの第１直径の２つの先端に位置し、かつステータの外面と実質的に接触した状態に保たれる。ステータは、直径の各先端に凹部を含み、各凹部は、ロータの回転方向で凹部の端部に位置決めされた圧縮ピストン、及びシリンダヘッドフランジと呼ばれる、２つのフランジを有する要素のフランジの一方により圧縮室を形成し、圧縮室内部のガスの圧力が突然、所定値まで増加する時、原動力が圧縮ピストンにかけられる。

第１の実施態様によれば、本発明によるエンジンは、凹部の各々がガソリン入口管路と、点火プラグとを含む、内燃機関として使用され、圧縮ピストンが凹部の正面にあり、かつフランジ付き要素の輸送及びシリンダヘッドフランジが閉鎖している時、ガソリンは、燃料入口管路により圧縮室に注入され、かつ圧縮室内の燃料及びガソリン混合物の爆発が圧縮ピストンに対して原動力を生成するように、圧縮ピストンが圧縮室の端部にあり、輸送フランジが開放している時、点火プラグは、作動する。

第２の実施態様において、本発明によるモータは、圧縮空気モータとして使用される。この場合に、凹部の各々は、圧縮空気入口管路を含み、同じ内燃機関の空気−ガソリン混合物の爆発と同じ原動力を生成するように、圧縮ピストンが圧縮室の端部に到達し、輸送フランジが開放している時、圧縮空気は、各凹部と結合した圧縮室に注入される。

本発明の狙い、対象及び特性は、図面を参照して以下の記載を読むと、更に明瞭になるであろう。

エンジンが、以前の位置に関連して、各位置から９０℃左回りに回転した後の、エンジンの４つの連続した位置に関して、エンジンの構成部品の各々を示すエンジンの断面図である。 ２つのフランジを有する要素の斜視図である。 圧縮室への流入から空気−ガソリン混合物の爆発の瞬間までの、圧縮室内での圧縮ピストン進行を示す断面図である。 図１Ａの断面図に垂直なエンジンの断面図であり、ステータ及び２つのフランジ付き要素を取り囲むロータ、並びにロータシャフトからのベルトによって駆動されるこれらの要素を示す。

エンジンが、図１Ａ、１Ｂ、１Ｃ及び１Ｄに示す内燃機関である、本発明の好ましい実施態様によるロータリエンジンは、ロータ１２がその周囲を回転するステータ１０を含む。ロータ１２は、シャフト１３の周りを左回転で駆動される。ステータ及びロータは、シリンダを構成する空間によって分離される。エンジンは、ロータ１２の内面に固定された４つのピストンを含む。すなわち、ロータ直径の２つの先端に位置する２つの圧縮ピストン１６及び１８、並びに前の直径に垂直な直径の２つの先端に位置し、かつそれ故に２つの圧縮ピストンに対して９０°の角度にある２つの吸気／排気ピストン２０及び２２である。

ロータが、そのシャフトの周りを回転駆動されると同時に、２つの同一のフランジ付き要素２４及び２６も、それらのそれぞれのシャフト２８及び３０の周りを回転駆動される。各フランジ付き要素は、２つのフランジを含む。従って、図２に示すフランジ付き要素２４は、回転駆動機構によって接続された輸送フランジ３２と、シリンダヘッドフランジ３４とを含む。輸送フランジ３２は、ピストン後部へのシリンダ１４内でのガスの通過を可能にする。

図１Ａから１Ｄに断面図で見られる２つのフランジ付き要素２４及び２６は、ロータの回転によって回転駆動される。回転運動中のロータ１２のシャフト１３は、ベルト４０によってフランジ付き要素２４と結合したシャフト３６、及びフランジ付き要素２６と結合したシャフト３８を駆動する。シャフト３６及び３８の各々は、その軸に対して４５°の角度の２つの歯車からなり、従ってシャフト３６又は３８の周りの回転運動をそれぞれ垂直シャフト２８又は３０の周りの回転運動に変換する、図２に示さない、かさ歯車装置のおかげで結合したフランジ付き要素のシャフト２８及び３０の各々をそれぞれ駆動する。

ステータ１０は、直径の２つの先端に位置する２つの凹部４２及び４４を含む。これら２つの凹部の各々は、ガソリン入口管路、凹部４２のための管路４６及び凹部４４のための管路４８、並びに凹部４２のための点火プラグ５０及び凹部４４のための点火プラグ５２を含む。

エンジンが図１Ａに示す位置にある時、フランジ付き要素２４の２つのフランジは、圧縮ピストン１６が置かれる閉鎖圧縮室５４を形成する。管路４６を通るガソリン入口が起動され、かつ空気−ガソリン混合物が、このように形成された圧縮室内で形成される。

爆発に至らせる段階は、図３Ａ、３Ｂ及び３Ｃを参照して説明する。図３Ａで、圧縮ピストン１６は、圧縮室５４の先頭に到達する。輸送フランジが閉鎖する間、シリンダヘッドフランジ３４の開放のおかげで、圧縮室５４内の空気は、圧縮され始める。次にピストン１６が、圧縮室５４の中間に、すなわち凹部４２に対向して到達する時、図３Ｂに示すように、２つのフランジ３２及び３４が閉鎖され、かつガソリンが入口管路４６を通って圧縮室に注入される。最後に、ピストン１６が圧縮室の端部に到達する時、図３Ｃに示すように、輸送フランジ３２が、その開放部にあり、かつ点火プラグ５０が、圧縮室５４内で爆発を引き起こすように起動される。この爆発により、原動力がピストン１６に対して及ぼされ、かつ従ってロータを回転駆動することが可能になる。

エンジンが図１Ｂに示す位置にある時、圧縮ピストン１６は、爆発しかつフランジ付き要素２４のシリンダヘッドフランジ３４の閉鎖によって遮断される、空気−ガソリン容量５６の膨張のために４５°の回転を行った。空気は、ターボチャージャ（図示せず）のおかげでシリンダ１４に流入する。

前の爆発で燃えたガスの排気が、排気口５８を通って吸気／排気ピストン２２の正面で行われることに注目しなければならない。エンジンが図１Ｂに示す位置に到達する時、シリンダ内の排ガスの容量は、ピストン２２が前方に動き、シリンダのこの部分がシリンダヘッドフランジ３４によって遮断されるようになるので、減少する。

エンジンが図１Ｃに示す位置にある時、圧縮ピストン１６は、爆発以後に１８０°の回転を行った。この時、吸気／排気ピストン２２は、ステータの凹部４２と対向する。燃焼済みガスの容量５６は、最大膨張中であり、かつ燃焼済みガスは、排気口５８を通して漏れ始める。シリンダに流入した空気は、次に圧縮ピストン１８と、閉鎖シリンダヘッドフランジ３４との間で、最大容量にある部分６０を占める。

エンジンが図１Ｄに示す位置にある時、圧縮ピストン１６は、すでに回転の３／４を行った。部分５６内の空気は、排気口５８を通して漏れ続ける。シリンダの部分６０の容量は、輸送フランジ３２と（シリンダヘッドフランジは開放する）、吸気／排気ピストン１８との間で捕捉されるので、圧縮され始める。

次にピストン１８が、凹部４２の頂部に到達する時、図１Ａに示すように、ピストン１６に取って代わる。それ故に、図１Ａ、１Ｂ、１Ｃ及び１Ｄを参照して記載された段階は、同じように再現され、ピストン１６は、それぞれピストン１８及び２０に置き換えられる。

ピストン１６及び２２によって今記載した段階が、ピストン１８及び２０によって同じ方法、かつ同時に実行されることに注目しなければならない。このことは、２つの正反対の室内での空気及びガソリン吸気が同時に行われ、かつ点火プラグが２つの室内で同時に起動されることを意味する。それ故に、それらの詳細な記載は不要である。

従って、ロータ１２が半回転する度に、圧縮ピストン１６及び１８により、２つの爆発が同時に行われることが判る。それ故に、ロータが回転する度に、４回の爆発があり、そのことは、エンジン２回転で４行程サイクルを実行する往復内燃機関と比較して、完全な４行程サイクルの２倍に等しい。

図１Ａの断面Ａ−Ａに沿ったエンジンを示す図４で、フランジ付き要素２４の輸送フランジ及びフランジ付き要素２６のシリンダヘッドフランジが、見られる。２つのフランジ付き要素２４及び２６が、１８０°ずらされ、その一方の輸送フランジは、他方のシリンダヘッドフランジと一直線上にあり、その逆も同様であることに注目しなければならない。

図４に示すように、２つの圧縮ピストン１６及び１８を含むロータ１２は、ステータ１０の周りを回転する。ロータは、シャフト１３の周りを回転し、かつ２つのフランジ付き要素２４及び２６は、そのそれぞれのシャフト２８及び３０の周りを回転する。後者は、ベルト４０により２つの一次シャフト３６及び３８を回転駆動する、シャフト１３の周りのロータ１２の回転運動を介して回転駆動される。シャフト３６及び３８は、かさ歯車装置６０及び６２によって、それぞれシャフト２８及び３０に回転を伝達する。

シャフト３６及び３８の直径が、シャフト１３の直径の半分に等しいことに注目せよ。従って、シャフト３６及び３８が、ベルト４０により駆動されるので、その回転速度は、ロータ１２のそれの２倍である。フランジ付き要素を、ロータと同じ速度で回転させることは可能であろう。しかしながら、このことは、各フランジ内に４つの開口部を、以上に記載した実施態様の場合のように２つの代わりに有することを必要とする。ロータと同じ速度で回転する単一のフランジ付き要素があっても良い。しかしながら、フランジ付き要素の直径は、少なくとも２倍でなければならず、このことはかさを増加させる。

今記載したエンジンのトルクは、ロータの直径の関数である。従って、ロータの直径は、４０ｃｍであっても良く、達成すべき、８ｃｍのピストン行程を有する往復エンジンのトルクよりも５倍大きなトルクを可能にする。

密封に関して、今記載したロータリエンジンは、ピストンをステータの表面と接触した状態に保つ、各ピストンの裏に位置するばね（図示せず）を含む。エンジンが始動した後に速度が増加するにつれ、ばねは、遠心力のために圧縮され、かつピストンは、ステータの表面から僅かに離れる。最適速度に到達した時、この速度は、接触の必要がなく、速度によって引き起こされるシールがあるようになっている。エンジンが停止する時、ピストンは、収縮して、ステータの表面と接触し、かつ開始時にシールを実現する。回転時にロータに対する摩擦がないので、潤滑剤を使用することは、必要でない。

冷却に関しては、回転ロータからの空気によって実行される。エンジン後部への換気装置（図示せず）は、全ての回転部分を冷却するように、エンジン内部で空気を動かす。

好ましい実施態様は、回転内燃機関であるが、エンジンを圧縮空気によって操作することが、可能である。これを達成するために、圧縮空気入口管路、凹部４２のための管路６４及び凹部４４のための管路６６が、ステータの各凹部に提供される。ガソリン入口管路４６及び４８により燃料注入を除去し、かつ圧縮空気入口管路６４及び６６を開放するためには、単純なスイッチで十分である。圧縮空気圧は、約３０バールであり、爆発後の室内のガス圧に相当する。図１Ａに示すように、圧縮ピストンが圧縮室の端部に達し、輸送フランジが開放され、かつ同じ内燃機関の空気−ガソリン混合物の爆発と同じ原動力を生成する時に、圧縮空気は、圧縮室に注入される。

圧縮空気を使用する実施態様は、二酸化炭素の放出がなく、かつそれ故にゼロ汚染であるという、爆発性燃料／空気混合物を使用する現在のエンジンに対する大きな利点を有することに注目せよ。このことは、現在の炭素放出に対する戦いにおいて相当な利点である。

本発明による幾つかのエンジンを組み合わせたシステムを構築することが可能であることに注目せよ。例えば、２つのエンジンの組み合わせを使用するシステムが、検討できる。かかるシステムは、２つのステータの周りを回転する単一のロータを含む。この場合に、４つの圧縮ピストンが、共通のロータが回転する度に原動力を、すなわち１つの内燃機関に対して８回の爆発を生成する。

要約すると、内燃機関の場合に以下の全ての組み合わせが考慮できる。
４シリンダ往復エンジンと比較して、１回転当たり２回の爆発、
８シリンダ往復エンジンと比較して、１回転当たり４回の爆発、
１６シリンダ往復エンジンと比較して、１回転当たり８回の爆発、
３２シリンダ往復エンジンと比較して、１回転当たり１６回の爆発。

１０…ステータ、１２…ロータ、１４…シリンダ、１６…圧縮ピストン、１８…圧縮ピストン、２０…吸気／排気ピストン、２２…吸気／排気ピストン、２４…フランジ付き要素、２６…フランジ付き要素、２８…フランジ付き要素のシャフト、３０…フランジ付き要素のシャフト、３２…輸送フランジ、３４…シリンダヘッドフランジ、３６…一次シャフト、３８…一次シャフト、４０…ベルト、４２…凹部、４４…凹部、４６…ガソリン入口管路、４８…ガソリン入口管路、５０…点火プラグ、５２…点火プラグ、６０…かさ歯車装置、６２…かさ歯車装置、６４…圧縮空気入口管路、６６…圧縮空気入口管路

Claims (8)

1. 円形ステータ（１０）と、前記ステータの周りを回転する円形ロータ（１２）と、２つのフランジ（２４、２６）を有する少なくとも１つの要素とを含み、前記ロータ及び前記ステータが、円形シリンダ（１４）によって分離されるロータリエンジンであって、
   前記ロータは、前記ロータの内面に取り付けられた２つの圧縮ピストン（１６、１８）を含み、これら２つのピストンは、前記ロータの第１直径の２つの先端に位置し、かつ前記ステータの外面と実質的に接触した状態に保たれ、かつ
   前記ステータは、直径の各先端に凹部（４２、４４）を含み、各凹部は、前記ロータの回転方向で凹部の端部に位置決めされた前記圧縮ピストン、及びシリンダヘッドフランジ（３４）と呼ばれる、２つのフランジを有する前記要素のフランジの一方により圧縮室を形成し、前記圧縮室内部のガスの圧力が突然、所定値まで増加する時、原動力が前記圧縮ピストンにかけられるエンジン。
2. 前記ロータ（１２）が、前記ロータの内面に取り付けられ、かつ前記第１直径に垂直な前記ロータの第２直径の２つの先端に位置し、かつ前記ステータ（１０）の外面と実質的に接触した状態に保たれる、２つの吸気／排気ピストン（２０、２２）を含み、前記ピストンが、ガスを前記シリンダ（１４）内に吸気、及び排気する際に使用され、かつ
   ２つのフランジを有する前記要素が、前記シリンダ内でガスを輸送するために使用される前記ロータの回転方向で、前記シリンダヘッドフランジの正面に輸送フランジ（３２）を含む請求項１に記載のエンジン。
3. 前記ロータ（１２）の回転によって回転駆動される２つのフランジ付き要素（２４、２６）を含み、前記ロータのシャフト（１３）は、ベルト（４０）を通して一次シャフト（３６及び３８）を駆動し、前記一次シャフトの各々は、かさ歯車装置（６０、６２）のおかげで結合したフランジ付き要素のシャフト（２８及び３０）の各々をそれぞれ駆動し、従って前記一次シャフトの各々の周りの回転運動が、それぞれ前記フランジ付き要素の各々に垂直なシャフトの周りの回転運動に変換することが可能になる請求項２に記載のエンジン。
4. 前記フランジ付き要素（２４、２６）の回転速度が前記ロータの回転速度の２倍であるように、前記一次シャフト（３６及び３８）の直径が、前記ロータ（１２）の前記シャフト（１３）の直径の半分に等しい請求項３に記載のエンジン。
5. エンジンを始動する時、ばねが、前記圧縮及び吸気／排気ピストン（１６、１８、２０、２２）の各々の裏に位置して、前記ピストンの各々を前記ステータ（１０）の表面と接触した状態に維持し、前記ピストンが、前記ステータの表面から僅かに離れ、従って前記ステータの外面上であらゆる摩擦を回避するように、エンジンが始動した後に速度が増加するにつれ、前記ばねが、遠心力により圧縮される請求項２から４のいずれかに記載のエンジン。
6. 前記凹部（４２又は４４）の各々がガソリン入口管路（４６又は４８）と、点火プラグ（５０又は５２）とを含み、前記圧縮ピストン（１６又は１８）が前記凹部に対向し、かつ前記フランジ付き要素の輸送（３２）及びシリンダヘッド（３４）フランジが閉鎖している時、ガソリンは、前記燃料入口管路により前記圧縮室に注入され、かつ前記圧縮室内の燃料及びガソリン混合物の爆発が前記圧縮ピストンに対して原動力を生成するように、前記圧縮ピストンが前記圧縮室の端部にあり、前記輸送フランジが開放している時、前記点火プラグは、作動する、内燃機関として使用される請求項１から５のいずれかに記載のエンジン。
7. 前記凹部（４２又は４４）の各々は、圧縮空気入口管路（６４、６６）を含み、同じ内燃機関の空気−ガソリン混合物の爆発と同じ原動力を生成するように、前記圧縮ピストン（１６又は１８）が前記圧縮室の端部に到達し、前記輸送フランジが開放している時、圧縮空気は、各凹部と結合した前記圧縮室に注入される、圧縮空気エンジンとして使用される請求項１から５のいずれかに記載のエンジン。
8. ４つの圧縮ピストンを含む単一の共通ロータが、２つのステータの周りを回転して、前記共通ロータが半回転する度に、４つの原動力を生成する請求項１から７のいずれかに記載の２つのエンジンを組み合わせるエンジンシステム。

Images