JP3152690U

JP3152690U - ロータリーベーンタイプギア付き燃焼機関（オプション）

Info

Publication number: JP3152690U
Application number: JP2009600003U
Authority: JP
Inventors: イヴァンサムコ; シウトスラーフサムコ; シウットラナサムコ
Original assignee: イヴァンサムコ; シウトスラーフサムコ
Priority date: 2006-02-22
Filing date: 2007-02-02
Publication date: 2009-08-13
Anticipated expiration: 2017-02-02
Also published as: UA83853C2; WO2007097733A1

Abstract

【課題】摩擦及び騒音の削減、生産の単純化及びコスト削減、並びに、減速ギア及びエンジンの信頼性の向上を可能にする内燃機関を提供する。【解決手段】各二つのベーンを持つ二つの同軸ローターが回転する領域を有するステータ、及び、主軸と補助デバイス軸と同軸ローターの二つの軸を含む減速ギアを有する。各軸に置かれた一対の二歯ギアホイールの輪郭は各二つの凸状円弧と凹状円弧とで構成され、両円弧は相互に作用する。同軸ローターの軸にある二歯ギアホイールは、主軸又は補助デバイス軸にある二歯ギアホイールとかみ合う。【選択図】図１

Description

本考案は、エンジン製造業に関し、より詳細には、熱を力学的エネルギーに変換するロータリー燃焼機関に関する。

我々は、ステータ、それぞれ二つのベーン（翼）を持つ二つの同軸ローター、並びに、組み合わされたギアを持つ主軸、ローター軸、及び補助トーションデバイスを含む減速ギアであり、そのクラウンがはめ合わせの凸状及び凹状の円弧として形成され、一方で、それら歯のかみ合いがそのローター軸のギアとその主軸のギア及びその補助トーションデバイスのギアとの運動学的相互作用を確かなものとするところの減速ギアを有するロータリーベーンタイプギア付き燃焼機関を、プロトタイプとして使用した（２００５年７月２２日に請求され、２００６年１月１６日に公開されたウクライナ国特許第７４７５５号、２００５年１０月７日に出願された国際出願番号ＰＣＴ／ＵＡ／２００５００００４４号、出願人I.A.Samko及びS.I.Samko）。
ウクライナ国特許第７４７５５号明細書国際出願第ＰＣＴ／ＵＡ／２００５００００４４号明細書

そのプロトタイプは、その組み合わされたギアにおける特別なプロファイルのクラウン製造に関する複雑さ、高水準の摩擦及び騒音、並びに、高いエンジン回転速度における歯の焼き付き又は破壊のおそれのため、不完全である。

この考案の目的は、ローターベーン（動翼）及び軸の可変角回転の、エンジン主軸の一定回転への変換のための信頼できる機構と、複雑な組み合わせ形状の多数歯のギアを用いることなく、最大回転速度及びその安定的な運転を実現する、エンジンの始動に必要な、ベーン、軸及びギアの所与の始動前位置における配置とを確かなものとすることができる駆動減速ギアにおける新しい作動要素を導入することによって、そのロータリーベーンタイプエンジンの設計を改善することである。

その設定されたタスク（課題）は、ステータ、それぞれ二つのベーン（翼）を持つ二つの同軸ローター、並びに、二歯ギアの主軸、ローター軸、及び、補助デバイス軸を含む減速ギアであり、そのクラウンがはめ合わせの凸状及び凹状の円弧として形成され、一方で、それら歯のかみ合いがそのローター軸ギアとその主軸ギア及びその補助デバイスギアとの運動学的相互作用を確かなものとする減速ギアを有するロータリーベーンタイプギア付き燃焼機関を取り付けることによって、達成される。オプションとして、そのエンジン始動回転速度を増大させることが求められる場合、追加的な吸気口及び排気口がそのステータのところに形成され、そのステータ作動シリンダ内の二対の動翼の相互位置（レシプロカルポジショニング）によって、二対の吸気及び排気チャンバの創出、分離及び並行機能を可能にする。

提案されたロータリーベーンタイプギア付き燃焼機関の設計及び動作原理は、そのプロトタイプ（図１〜８）と同様である。設計、位置決め及びそれらのエンジン要素間の運動学的相互作用には、複数のオプションが存在し得る。その主要な要素は、二つのローターを持つステータ、及び、減速ギアである。具体的には、エンジン要素及び領域に対して以下の約束事が用いられる。

１、３：軸（５）に堅く取り付けられた第一動翼；
２、４：軸（６）に堅く取り付けられた第二動翼；
５、６：それぞれ二つの翼（１、３及び２、４）を持つ第一及び第二ローター軸であり、それに応じて、それぞれが独立のベアリング（図示せず。）上に置かれ、直接的に或いは特別な伝達デバイスを介して関連する減速ギア軸に運動学的に接続され、それぞれが相互に９０度の角度で堅く取り付けられた二つの二歯ギア（２１及び２７、２２及び２８）を有し、その二つ（２１及び２２）は、主軸（１９）のギア（２３及び２４）との相互作用をもたらし、別の二つ（２７及び２８）は、補助デバイス（２０）のギア（２５及び２６）との相互作用をもたらすところの第一及び第二ローター軸；
７、８：可燃混合気（空気）を供給するための吸気口（７）及び燃焼済みガスを排気するための排気口（８）；
９：（キャブレター型エンジン用）スパークプラグ又は（ディーゼルエンジン用）ディーゼルインジェクタ；
１０：エンジンボディ（ステータ）の内部円筒形作業領域；
１１、１２、１３、１４：エンジン運転中に動翼（１、２、３、及び４）の相互位置によって、異なるエンジンシリンダ領域（１０）で並行して創出される、吸気チャンバ（１１）、圧縮チャンバ（１２）、燃焼膨張チャンバ（１３）、及び排気チャンバ（１４）；
２１、２７：減速デバイスギアであり、第一ローター軸（５）に相互に９０度の角度で堅く取り付けられ、第一のもの（２１）が主軸（１９）のギア（２３）と相互に作用し、そして、第二のもの（２７）が補助デバイス（２０）のギア（２５）と相互に作用する減速デバイスギア；
２２、２８：減速デバイスギアであり、第二ローター軸（６）に相互に９０度の角度で堅く取り付けられ、第一のもの（２２）が主軸（１９）のギア（２４）と相互に作用し、そして、第二のもの（２８）が補助デバイス（２０）のギア（２６）と相互に作用する減速デバイスギア；
１９：減速ギアボディ内でベアリング（図示せず。）上に取り付けられる、エンジンの主要な動力取り出し軸であり、その上に駆動ギア（２３及び２４）が相互に９０度となるところで堅く取り付けられ、ローター軸（５及び６）の関連するギア（２１及び２２）と対になって運動学的に結合されるところの軸；
２０：減速ギアボディ内でベアリング（図示せず。）上に取り付けられる、補助デバイス軸であり、その上に駆動ギア（２５及び２６）が相互に９０度となるところで堅く取り付けられ、ローター軸（５及び６）の関連するギア（２７及び２８）と対になって運動学的に結合されるところの軸；
２３、２４：ローター軸（５及び６）の関連するギア（２１及び２２）と対になって運動学的に結合される、エンジンの主要な動力取り出し軸（１９）に堅く取り付けられる減速デバイスの駆動ギア；
２５、２６：相互に９０度となるところで軸（２０）に堅く取り付けられ、且つ、ローター軸（５及び６）の関連するギア（２７及び２８）と対になって運動学的に結合される補助デバイスギア；
Ｖ１、３：第一ローターにおける翼（１及び３）並びに軸（５）の回転速度；
Ｖ２、４：第二ローターにおける翼（２及び４）並びに軸（６）の回転速度；
Mκｐ１、Ｍκｐ２：関連する翼（１、２、３及び４）のところで燃焼チャンバ（１３）内の作動媒体圧の結果として生じ、そして、ローター軸（５及び６）並びにそれに堅く取り付けられたギア（２１及び２２）の回転中に、主軸（１９）の駆動ギア（２３及び２４）に伝えられるトーショントルクであり、方向が同じであり、そして、エンジンの運転に必要な方向に翼、軸及びギアを回転させるところのトーショントルク；
Mκｐ３、Ｍκｐ４：ローター軸（５及び６）上のギア（２１及び２２）と駆動ギア（２３及び２４）との結合の結果として生じ、主軸（１９）に伝えられるトーショントルクであり、方向が同じであり、そして、エンジンの運転を確かなものとするところのトーショントルク；
Mκｐ５、Ｍκｐ６：燃焼チャンバ（１３）における燃焼混合気の点火及び作動媒体の膨張の局面で体系的に生じるトーショントルクであり、方向が一致せず、ローター軸（５及び６）のギア（２１又は２２）の、主軸（１９）の関連する駆動ギア（２３又は２４）からの体系的な離脱のおそれを創出し、補助デバイス（２０、２５及び２６）が無い場合には、エンジンの機能を制限するところのトーショントルク；
Mκｐ７、Ｍκｐ８：主軸（１９）並びに駆動ギア（２３及び２４）からローター軸（５及び６）のギア（２１及び２２）に伝えられるモーメントを得たエンジン要素によってもたらされる慣性力の働きに基づいて生じるトーショントルクであり、回転方向が同じであり、且つ、エンジンの安定的な運転を容易にするところのトーショントルク；
Mκｐ９、Ｍκｐ１０、Mκｐ１１、Ｍκｐ１２：ローター軸（５及び６）のギア（２７及び２８）と補助デバイス（２０）のギア（２５及び２６）との結合の結果として生じるトーショントルクであり、回転方向が同じであり、エンジンの安定的な運転を確かなものとするところのトーショントルク。

翼（１、２、３及び４）及びローター軸（５及び６）からのトーショントルクは、駆動減速ギアに交互に伝えられ、そのプロトタイプと同様に、翼及びローター軸の回転の可変角速度をエンジン主軸（１９）の一定回転に変換する。二つの同軸ローター（５及び６）の交互の動きは、燃焼チャンバ（１３）内の作動媒体によって生成される圧力、及び、駆動減速ギア軸とそのギアとの相互作用の翼（１、２、３及び４）への適用によってもたらされる。翼（１、２、３及び４）並びにローター軸（５及び６）は、ステータ作動シリンダ（１０）内で、固定軸の回りを同じ方向に可変の速度で回転しており、グラフ（図３）で示されるように、相互に９０度の位相の散逸で、それら軸の完全な一回転のために、それぞれ（Ｖ1、３及びＶ２、４）が順に最小（Ｖｍｉｎ）から最大（Ｖｍａｘ）に、また、その逆に２回変化する。

その提案されたロータリーエンジンにおける極めて重要な減速ギアユニットは、補助デバイス（２０、２５及び２６）である。それは、その主軸の回転における臨界点を含む全ての局面を通じた、ローター軸（５及び６）からエンジン出力取り出し軸（１９）へのトルクの信頼性のある伝達を確かなものとする。最新技術は、相互に作用する二歯ギアホイールの対が、所定位置における自己保有のために、それら自身によっては動作しないことを証明する。補助デバイスの導入は、この技術的な問題の解決を可能にする。軸（２０）並びに相互に９０度の角度でその軸に堅く取り付けられる補助デバイスの二歯ギア（２５及び２６）が、関連する局面での、一方のローター軸（５）のギア（２７）から他方のローター軸のギア（２８）への、或いはその逆への、そして、エンジン主軸（１９）の対応するギア（２３及び２４）へのトルクの交互の伝達をもたらし、その結果、ローター軸（５及び６）からエンジン主軸（１９）への継続的なトルク伝達を確かなものとするので、望ましい効果が実現される。減速ギア要素及びそれらの相互作用の機構における提案されたデザインは、その運動部分を止めることなく、動翼及び軸の可変角回転からの、エンジン主軸の一定回転への信頼性の高い変換を確かなものとし、動翼及び軸の停止及び加速のためのエンジン出力の浪費を顕著に削減し、且つ、エンジン主軸の最適な回転数への到達に貢献してその効率を大幅に改善する。またその際、エネルギー損失が５〜１０％を超えることはない。

減速ギアへの二歯ギアの取り付けは、そのプロトタイプと比べて以下の有利点をもたらす。
１．動翼及び軸の可変角回転からエンジン主軸の一定回転への変換のための機構の高い信頼性
２．エンジンの始動及び安定的な運転のために必要な所与の始動前位置におけるエンジン翼、軸及びギアの配置
３．摩擦及び騒音の低減、並びに、プロトタイプエンジンで多数歯を組み合わせたギアホイールを用いた場合に起こり得る、高いエンジン回転速度における歯の焼き付け又は破壊に関する脅威の防止
４．動作する外部滑面の製造及び特別な処理、並びに、二歯ギアホイールの対となる取り付け及び相互作用は、多数歯を組み合わせたギアのものよりも１０倍簡単でかつ安価である。
５．全ての減速ギア軸及びギアホイールの一線上への配置（図５、６及び７）は、動的特性の安定性を著しく改善し、高さ寸法を低減させ、且つ、エンジン部品の潤滑を高める。

上述の有利点の結果として、その提案されたロータリーベーンタイプギア付き内燃機関は、その効率を９０〜９５％まで増大させる（ピストンエンジンの効率は３５〜４５％であり、他のロータリー式内燃機関の効率も５０〜６０％を超えることはない。）。その結果、その提案されたロータリーエンジンによる燃料消費率（ＳＦＣ）は、最も普及したピストンエンジンに比べて１．５〜１．８倍削減され、また、物的消費率は、３０〜４０％削減される。エンジンの信頼性及び耐用年数（ＳＬ）は改善され、一方で、有害な汚染は低減される。その提案されたエンジンは、様々なグレード及び種類の燃料を使用でき、また、ハイブリッドエンジンの設計（内燃機関と発電機、充電池及び電動機との統合）にも使用され得る。

その提案されたデバイスに基づく具体的なエンジンの設計は、技術レベル並びに馬力及びその用途に応じ、製造業者によって選択され得る。またその際、その同軸の二翼ローターは、順々に、ステータにおける共通の内部作動シリンダ内で車軸に沿って、或いは、その共通の静止した中央エンジン回転アクスルの回りで一方が他方の内側に、のうちの何れかのオプションのもとに位置付けられてもよい。その提案された減速ギア位置はまた、その取り付けとローターから軸及びギアホイールへのトーショントルクの伝達とに関連する機構、空気燃料混合物の供給及び燃焼済みガスの排気のための種々のオプション、並びに、吸気、圧縮、燃焼及び排気チャンバにおける所要の圧縮を確かなものとするための運動部分のパッキングを提供する、ローターに隣接する単一ユニット内で或いはスタンドアロンデバイスとして、変化してもよい。

追加的な吸気ステータ口（２９）及び排気ステータ口（３０）の形成は、ステータ作動シリンダ（１０）内のローター（５及び６）における二翼対（１、３及び２、４）の相互位置のために、二対の吸気チャンバ（１１）及び排気チャンバ（１４）の並行した形成、分離及び運転を可能にし、それは、請求項２に明記される。これは、そのエンジンをタービン運転モード（図８）に切り換えられるようにする。この設計及び運転モードは、その始動時における必要なエンジン回転数の実現のため、作動媒体（例えば、加圧下で圧縮された空気又は液体）が外部ジェネレータから体系的に供給される場合に、追加的な（スタンバイ）運転モードとして利用される。タービンモードでエンジンを始動して通常運転に切り換えることを可能とするために、その追加的な吸気ステータ口（２９）及び排気ステータ口（３０）は、バルブ（図示せず。）を備える。

そのエンジンの最もコンパクトな設計は、ローターを持つステータユニットがその減速ギアの真下に置かれた場合に確保される。またその際、その減速ギアボディは、エンジンベースとして用いられてもよく、一方で、関連する減速ギア軸に運動学的に結合しているローター軸は、例えば、堅く取り付けられた二対の普通のギアホイール、又は、同じ半径を持ちそのエンジンの両側に左右対称に位置付けられた、ベルトプーリーによって確保される。

本考案について再度説明すると、本考案は、エンジン製造業に関し、より詳細には、熱を力学的エネルギーに変換するロータリー燃焼機関に関する。

我々は、ステータ、それぞれ二翼を持つ二つの同軸ローター、並びに、主軸、ローター軸、及び補助デバイス軸を含む減速ギアを有するロータリーベーンタイプギア付き内燃機関であって、二歯ギアホイールは、その減速ギア軸に取り付けられ、そのクラウンは、はめ合わせの凸状及び凹状の円弧として形成され、歯のかみ合いがそのローター軸のギアとその主軸のギア及びその補助デバイスのギアとの運動学的相互作用を確かなものとすることを特徴とするロータリーベーンタイプギア付き内燃機関の新しいデザインを提案する。オプションとして、そのエンジン始動回転速度を増大させることが求められる場合、追加的な吸気口及び排気口がステータのところに形成され、そのステータ作動シリンダ内の二対の動翼の相互位置によって、二対の吸気及び排気チャンバの並行した形成、分離及び運転を可能にする。

そのデザインは、ローター軸から出力取り出し軸へのトーショントルクの信頼性の高い伝達、圧縮及び燃焼チャンバにおける空気燃料混合物の最適な圧縮度、運転中における最大及び最小ローター回転速度間の合理的相関、エンジン始動前の状態における翼、軸及びギアの所与の相対位置、並びに、必要に応じて、タービン運転モードへの切り替えを確かなものとする。

上述の有利点の結果として、その提案されたロータリーベーンタイプギア付き内燃機関は、その効率を９０〜９５％まで増大させる（ピストンエンジンの効率は３５〜４５％であり、他のロータリー式内燃機関の効率も５０〜６０％を超えることはない。）。その結果、その提案されたロータリーエンジンによる燃料消費率（ＳＦＣ）は、１．５〜１．８倍削減され、また、物的消費率は、３０〜４０％削減される。そのエンジンの信頼性及び耐用年数（ＳＬ）は改善し、一方で、有害な汚染は低減される。その提案されたエンジンは、様々なグレード及び種類の燃料を使用でき、また、ハイブリッドエンジンの設計（内燃機関と発電機、充電池及び電動機との統合）にも使用され得る。

ロータリーベーンタイプギア付き燃焼機関の概略図である。シリンダ内の状態の推移を示す図である。ローター軸の回転速度を示すグラフである。ギアとトーショントルクとの間の関係を示す図である。減速ギアの断面図（図７のＡ−Ａ線断面図）である。図５のＣ−Ｃ線断面図である。図５のＢ−Ｂ線断面図である。タービンモードで動作するロータリーベーンタイプギア付き燃焼機関の概略図である。

Claims

ステータ、それぞれ二翼を持つ二つの同軸ローター、並びに、主軸、ローター軸、及び補助デバイス軸を含む減速ギアを有するロータリーベーンタイプギア付き内燃機関であって、
二歯ギアホイールは、前記減速ギア軸に取り付けられ、そのクラウンは、はめ合わせの凸状及び凹状の円弧として形成され、歯のかみ合いが前記ローター軸のギアと前記主軸のギア及び前記補助デバイスのギアとの運動学的相互作用を確かなものとする、
ことを特徴とするロータリーベーンタイプギア付き内燃機関。
追加的な吸気口及び排気口がステータに形成され、ステータ作動シリンダ内の二対の動翼の相互位置によって、二対の吸気チャンバ及び排気チャンバの並行した形成、分離及び運転を可能にする、
ことを特徴とする請求項１に記載のロータリーベーンタイプギア付き内燃機関。