(57)【要約】      （修正有）【課題】回転が滑らかで、燃料効率を高く取れるエンジンを提供する。【解決手段】ローター２の外円をギア状にしてローターケース１に供給した燃料の爆発燃焼の力が直接ローター２の円周に作用し、燃料効率を高くすることができる。更にローター２の円周全部をギア状にし、燃料送入口と廃気排出口１２を連通しない構造を用い、爆発燃焼と廃気排出を別々に連続的に行うことにより、連続爆発運転型エンジンを得ることができ安定した運転と高効率を同時に実現することが可能になる。【選択図】図１
2010180870.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ローターの円周外側の全部又はその一部をギア状にして、ローターケースに燃料と空気を送入し、燃焼爆発してローターを回転させ、機械的な動力を作り出すことを特徴とする燃料燃焼型エンジン。
【請求項２】
燃料と空気を送入して燃焼爆発する燃焼爆発工程と、爆発工程において発生した廃気を排出する排気工程とを交互に行うことを特徴とする請求項１に記載の燃料燃焼型エンジン。
【請求項３】
燃料と空気を送入して燃焼爆発する燃焼爆発工程と、爆発工程において発生した廃気を排出する排気工程とを交互に行うに際して、ローターケースの一部に空間を設け、当該空間のローターケースに排気バルブを設置し、燃焼爆発工程では当該バルブが閉じるが、排気工程では当該バルブを開いて排気する構造を有する請求項１及び請求項２に記載のエンジン。
【請求項４】
円周外側の全部又はその一部をギア状にしたローターを有するエンジンのローターケースの中に燃料と空気を送入する燃焼用送入口部分と、燃料を燃焼した廃気を排出する廃気排出口部分とをローターケースの異なる位置にそれぞれ設置し、当該二つの部分はローターケースにおいて連通構造を有しないことを特徴とする請求項１に記載の燃料燃焼型エンジン。
【請求項５】
燃焼廃気を排出する廃気排出口部分は廃気の追い出し用の圧縮空気送入口と廃気排出口とをそれぞれ設けることを特徴とする請求項３及び請求項４に記載の燃料燃焼型エンジン。
【請求項６】
ローターの円周の全部又は一部をギア状にし、燃料と空気を別々に又は混合してからローターケースにある燃料送入口から送入し、爆発燃焼して、ローターを回転させた後に、燃焼工程で発生した廃気はローターケースに設置した廃気排出区域にローターのギアが回ると、圧縮空気を吹きこみ、廃気を追い出し、当該廃気が廃気排出口から排出され、次の爆発燃焼に条件を備えることを一つのサイクルで、爆発燃焼と廃気排出とを連続的に行うことができるエンジンの運転方法。
【請求項７】
円周の全部又は一部をギア状にしたローターと、ローターの回転軸と、ローターケースと、ローターケース上に燃料と空気を別々に又は燃料と空気の混合物を送入する燃料送入口と、廃気を排出する廃気排出口と、廃気追い出し用の空気送入口とを備え、当該燃料送入口と廃気排出との間および、燃料送入口と廃気追い出し用の空気送入口との間に、ローターケースにおいて連通構造を有しないことを特徴とする請求項１及び請求項４から請求項６までに記載の燃料燃焼型エンジン。
【請求項８】
ローターにあるギア状機構について、ローターの回転方向に沿って、突出頂点から回転軸の中心までの距離は後方がその前方より短いことを特徴とする請求項１から請求項５まで、並びに請求項７に記載の燃料燃焼型エンジン。
【請求項９】
ローターにあるギア状機構について、ローターの回転方向に沿って、同じ突出頂点を構成した両辺の角度はその後方がその前方より大きいことを特徴とする請求項１から請求項５まで、並びに請求項７および請求項８に記載の燃料燃焼型エンジン。
【請求項１０】
円周外側の全部又はその一部をギア状にした構造を有するローターを複数に配置したことを特徴とする請求項１から請求項５まで、並びに請求項７から請求項９までに記載の燃料燃焼型エンジン。
【請求項１１】
エンジンに供給する燃料と空気はエンジンに送入する前に両方とも又は片方を加熱して温度を高めることを特徴とする請求項１から請求項１０までに記載の燃料燃焼型エンジン。
【請求項１２】
空気を加圧してローターケースに送入し、当該加圧装置はエンジンと独立したコンプレッサー又はエンジンローターの脇に設置し、ローターの回転動力を利用した構造を有する装置を、又はエンジンに燃料を噴射するに際して燃料の噴射力を用いて空気を吸い込み、燃料と空気を同時に供給する装置を備えることを特徴とする請求項１から請求項１１までに記載の燃料燃焼型エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、燃料を燃焼させ機械的な動力を作り出すエンジンの構造及び回転方法、特に液体又は気体燃料の燃焼により回転力を発生させるエンジンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】  従来、燃料の燃焼爆発によりピストンの往復を作り出し、更にこの往復運動を回転運動に変え、機械的な回転力を作り出す方法を利用したエンジンが主流であった。このエンジンは往復運動から回転力を作るため、効率が低いのが現状である。更に効率を高めるには機械的な構造由来の制限で限界がある。【０００３】  ピストン型以外のエンジンもあるものの、陸上又は水上に移動する移動体に対してはまだ応用には難点がある。従って、構造的に高効率のエンジンの開発が望まれている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、高効率のエンジンを提供することを目的とする。
【発明が解決するための手段】
【０００５】  請求項１に記載の発明は、ローターの円周外側の全部又はその一部をギア状にして、ローターケースに燃料と空気を送入し、燃焼爆発してローターを回転させ、機械的な動力を作り出すことを特徴とする燃料燃焼型エンジンである。燃料の爆発燃焼により発生した膨張力は直接ローターの外円のギア部分に作用するため、機械的な回転力に変える効率を高めることが可能になる。図１に一例で示したようにローターケース１の中にローター２を装備し、ローターの円周外側の一部をギア状の構造４にし、ローターケースの一部に燃焼空間５を作り、燃料７は燃料入口バルブ６を通り、空気９は燃焼用空気入口バルブ８を通り燃焼空間５に入り、爆発燃焼し、ギア４に作用力を与えて、ローターの回転軸３を中心に１０の方向で回転して回転軸３より回転運動を作り出す。
【０００６】  請求項２に記載の発明は、燃料と空気を送入して燃焼爆発する燃焼爆発工程と、爆発工程において発生した廃気を排出する排気工程とを交互に行うことを特徴とする請求項１に記載の燃料燃焼型エンジンである。爆発工程と排気工程との交互作用により燃焼過程で発生した廃気を排出できるため、次の爆発工程に条件を整うことになり、次のサイクルに入り連続運動が可能になる。図１に示したように、爆発燃焼で発生した廃気は爆発工程には閉じた排気バルブ１１を開き、同じく空気９により追い出す。廃気を追い出してからバルブ１１がまた閉じる。次の爆発燃焼工程に入り、次のサイクルになる。
【０００７】  請求項３に記載の発明は、燃料と空気を送入して燃焼爆発する燃焼爆発工程と、爆発工程において発生した廃気を排出する排気工程とを交互に行うに際して、ローターケースの一部に空間を設け、当該空間のローターケースに排気バルブを設置し、燃焼爆発工程では当該バルブが閉じるが、排気工程では当該バルブを開いて排気する構造を有する請求項１及び請求項２に記載のエンジンである。図１に示したように燃料と空気を燃料送入口と空気送入口に送入し、燃焼爆発する工程では排気バルブは閉じて、爆発工程が終了したら、排気バルブが開き、真空による吸い込みで廃気を吸い取り、除去する方法を用いるか、又は空気供給口から空気で追い出す方法を用いるのか、又は専用の空気を用いるのかのいずれかの方法で廃気を除去する。空気供給口は爆発用空気でもよいし、専用の空気でもよい。図２に示したようにローターの両側に別々に入口と排出口を設置してもよい。例えば廃気追い出し用の空気入口８ｂと廃気排出口１２ｂはローターの両側に設置した構造は、廃気をもっと容易に追い出すことができる。
【０００８】  請求項４に記載の発明は、円周外側の全部又はその一部をギア状にしたローターを有するエンジンのローターケースの中に燃料と空気を送入する燃焼用送入口部分と、燃料を燃焼した廃気を排出する廃気排出口部分とをローターケースの異なる位置にそれぞれ設置し当該二つの部分はローターケースにおいて連通構造を有しないことを特徴とする請求項１に記載の燃料燃焼型エンジンである。図３に示したようにローターケースには殆ど空間を設けずに爆発燃焼はローターのギア状の空間において行った後に、発生した廃気は廃気排出部分に回った位置で空気を用いて追い出す。即ち、廃気追い出し用の空気入口８ａと廃気排出口１２ａの位置に回ったら廃気を排出する。
【０００９】  請求項５に記載の発明は、燃焼廃気を排出する廃気排出口部分は廃気の追い出し用の圧縮空気送入口と廃気排出口とをそれぞれ設けることを特徴とする請求項３及び請求項４に記載の燃料燃焼型エンジンである。図３に示したように廃気の追い出し用の圧縮空気送入口９ａと廃気排出口１２ａをそれぞれローターの回転円周に設置してもよいし、図４に示したように廃気の追い出し用の圧縮空気送入口８ｃと廃気排出口１２ｃをそれぞれローターの両側に設置する方式を取ることもできる。
【００１０】  請求項６に記載の発明は、ローターの円周の全部又は一部をギア状にし、燃料と空気を別々に又は混合してからローターケースにある燃料送入口から送入し、爆発燃焼して、ローターを回転させた後に、燃焼工程で発生した廃気はローターケースに設置した廃気排出区域にローターのギアが回ると、圧縮空気を吹きこみ、廃気を追い出し、当該廃気が廃気排出口から排出され、次の爆発燃焼に条件を備えることを一つのサイクルで、爆発燃焼と廃気排出とを連続的に行うことができるエンジンの運転方法である。連続爆発運転により、安定した運転と高効率を同時に実現することが可能になる。ここに所謂連続爆発は廃気を排出する排気工程の影響を受けずに行うことができることを指す。即ち、一つの爆発燃焼が終えたら次の爆発を行ってもよいというサイクル上の連続である。
【００１１】  請求項７に記載の発明は、円周の全部又は一部をギア状にしたローターと、ローターの回転軸と、ローターケースと、ローターケース上に燃料と空気を別々に又は燃料と空気の混合物を送入する燃料送入口と、廃気を排出する廃気排出口と、廃気追い出し用の空気送入口とを備え、当該燃料送入口と廃気排出との間および、燃料送入口と廃気追い出し用の空気送入口との間に、ローターケースにおいて連通構造を有しないことを特徴とする請求項１および請求項６に記載の燃料燃焼型エンジンである。図５及び図６にこのエンジン構造の一例を示した。ローターの全部をギア状にし、燃料と空気を混合した混合物１４をエンジンの燃料送入口から送り込み、爆発燃焼し、ローター２を回転させ、回転軸３を通じて回転動力を作り出す。ローターのギア状空間に残った廃気はこのギアが廃気排出空間まで回ると、廃気追い出し用空気送入口８ａから廃気追い出し用の空気を吹き込み、空気通路１５を通り、廃気通路１６を通り、廃気排出口１２ａから排出する。ローターが周り、爆発燃焼と廃気排出は別々に行い、サイクル的にいえば連続爆発燃焼が実現できる。
【００１２】  請求項８に記載の発明は、ローターにあるギア状機構について、ローターの回転方向に沿って、突出頂点から回転軸の中心までの距離は後方がその前方より短いことを特徴とする請求項１から請求項５まで、並びに請求項７に記載の燃料燃焼型エンジンである。図７に示したようにｒ１はｒ２より小さい。ローターの回転方向に沿って、後方のギアが短ければ爆発燃焼のガスは容易に前方のギアに伝わることができるため、ローターが効率よく回転できる。
【００１３】  請求項９に記載の発明は、ローターにあるギア状機構について、ローターの回転方向に沿って、同じ突出頂点を構成した両辺の角度はその後方がその前方より大きいことを特徴とする請求項１から請求項５まで、並びに請求項７および請求項８に記載の燃料燃焼型エンジンである。ローターにあるギアの形状については爆発の力を受けて回転できればよいので、形は問わない．例えば三角形もよいし台型でもよい。両辺が等しいものでもよいし、等しくなくてもよい。一般にいえば爆発の作用を強く受け入れることができる形が望まれる．例えば、図８に示したようにαがβより大きいことが望まれる。また、ローター円周のギア状の山は換気扇の羽根のような型でも構わない。
【００１４】  請求項１０に記載の発明は、円周外側の全部又はその一部をギア状にした構造を有するローターを複数に配置したことを特徴とする請求項１から請求項５まで、並びに請求項７から請求項９までに記載の燃料燃焼型エンジンである。前記エンジンはエンジンユニットとして表現したが、そのままエンジンとして使用しても機能できるが、このエンジンユニットを複数に重ねて一つの回転軸につなげて回転させれば出力を高めることができる。
【００１５】  請求項１１に記載の発明は、エンジンに供給する燃料と空気はエンジンに送入する前に両方とも又は片方を加熱して温度を高めることを特徴とする請求項１から請求項１０までに記載の燃料燃焼型エンジンである。加熱は専用熱源で加熱してもよいが、排気ガスと熱交換して、廃熱を利用した加熱方法は省エネルギーにつなげる。又は、初期起動の時は専用熱源で加熱し、排気ガスが発生したら廃熱で加熱に切り替える。又は初期起動の時に無加熱で起動し、排気ガスが発生したら廃熱で加熱に切り替える。燃焼排気ガスの排熱を用いた空気と燃料の加熱によりエンジンに送入する空気と燃料の温度を高くし、着火しやすく、燃焼したガスの膨張力も高くすることができる。
【００１６】  請求項１２に記載の発明は、空気を加圧してローターケースに送入し、当該加圧装置はエンジンと独立したコンプレッサー又はエンジンローターの脇に設置し、ローターの回転動力を利用した構造を有する装置か、又はエンジンに燃料を噴射するに際して燃料の噴射力を用いて空気を吸い込み、燃料と空気を同時に供給する装置を備えることを特徴とする請求項１から請求項１１までに記載の燃料燃焼型エンジンである。加圧空気の供給により送入空気の密度が高められるため、エンジンの効率を大幅に高めることができる。独立型コンプレッサーは配置上自由になることが利点であるが、専用動力が必要になる。一方でエンジンのローターの回転力を利用した構造は別に専用動力を用意しなくても済むが空間的には自由でない場合があるので、エンジンを利用する運動機関の情況に応じて選択すればよい。燃料と空気の送入方法はエンジンを利用する運動機関に応じ選択すればよい。
【００１７】  本発明に記述した連通とは構造的に設計した連通経路を設けたことを指し、ローターとローターケースの間にある回転に必要な隙間とは連通経路とされない。また、各図に示した燃料入口の位置と角度は厳密な機械製図ではなく原理的に示したものである。また、本発明に記載したローターは円周の外側の形状には制限がない。例えば、円周の外側点から回転軸の中心までの垂直距離が等しくてもよいし、等しくなくても構わない。エンジンのローターを重くしたり、軽くしたりして応用対象に応じて調整しても構わない。本発明に記載の燃料は液体でも気体でもよい。廃気追い出し用空気と燃料燃焼用の空気の圧力には特別に制限がなく、エンジンの使用条件に合わせて最適化すればよい。燃料を燃焼させ燃焼爆発を利用して回転動力を作り出す場合では点火プラグなどの点火器が必要な装置になることが言うまでもないから、本発明では強調しなかった。
【発明の効果】
【００１８】  本発明によれば、ローターの外円をギア状にしてローターケースに供給した燃料の爆発燃焼の力が直接ローターの円周に作用し、燃料効率を高くすることができる。更にローターの円周全部をギア状にし、燃料送入口と廃気排出口を連通しない構造を用い、爆発燃焼と廃気排出を別々に連続的に行うことにより、連続爆発運転型エンジンを得ることができ安定した運転と高効率を同時に実現することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】    以下、本発明を実施例により説明するが、かかる実施例によって本発明が制限されるものではない。
【実施例１】
【００２０】  ローターをギア状にし、ローターケースにも燃焼空間を設けたエンジンの場合である。図１に示したエンジンにガソリンを燃料ポンプで、０．６ＭＰａの空気をコンプレッサーでそれぞれエンジンのローターケース空間に送入し、爆発燃焼した後に、排気バルブを開き、特別用意した０．１ＭＰａの空気を吹き込んで、廃気を排出する。
【実施例２】
【００２１】  図２に示したエンジン構造に燃料と空気をそれぞれ燃料送入口と空気送入口から送入して爆発燃焼し、ローターを回転させる。燃焼が終わると、廃気追い出し用空気（０．０６ＭＰａ）を廃気追い出し用空気送入口８ｂから吹き込んで、廃気を廃気排出口１２ｂから排出する。
【実施例３】
【００２２】  図３に示したエンジン構造に燃料と空気をそれぞれ燃料送入口と空気送入口から送入して爆発燃焼し、ローターを回転させ、ローターは廃気排出区域に入ると、用意した０．０５ＭＰａの空気を廃気追い出し用空気送入口８ａから吹き込んで、廃気を排出する。
【実施例４】
【００２３】  図５に示したローターの円周全部をギア状にした構造のエンジンを用いて、燃料と空気を混合した混合物１４を燃料供給口から送入し、爆発燃焼し、ローター２を回転させ、回転軸３を通じて回転動力を作り出す。ローターのギア状空間に残った廃気はこのギアが廃気排出空間まで回ると、廃気追い出し用空気送入口８ａから０．０５ＭＰａの空気を吹き込み、空気通路１５を通った後に、廃気通路１６を通り、廃気排出口１２ａから排出する。ローターが周り、爆発燃焼と廃気排出は別々に行い、サイクル的にいえば連続爆発燃焼が行われる。
【実施例５】
【００２４】    図６に示した構造のエンジンを用いて、廃気の廃熱と空気とを熱交換して空気を加熱した後に、エンジンを冷却する時に加熱された空気と混合してエンジンに送入し、エンジンの運転を行う。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】エンジンの爆発燃焼室に廃気排出口が連通した例を示す図である。
【図２】エンジンの燃焼用空気と廃気追い出し空気を別々用いる例を示す図である。
【図３】エンジンの爆発燃焼と廃気排出とが異なる位置で行い、廃気追い出し空気送入口と廃気排出口とをローターケースの円周上に設置した例を示す図である。
【図４】エンジンの爆発燃焼と廃気排出とを異なる位置で行い、廃気追い出し空気送入口と廃気排出口をローターケースの両側に設置した例を示す図である。
【図５】ローターの全部をギア状にし、爆発と廃気排出が連続的に行われるエンジンを示す図である。
【図６】ローターの全部をギア状にし、爆発と廃気排出が連続的に行われるエンジンの側面を示す図である
【図７】ローターのギアの頂点の長さを示す図である。
【図８】ローターのギア状の角度を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】  １      ローターケース
２      ローター
３      ローターの回転軸
４      ローターのギア部分
５      ローターケースの燃料爆発燃焼空間
６      燃料送入バルブ
７      燃料
８      空気送入バルブ
８ａ、８ｂ、８ｃ    廃気追い出し用空気送入口
９      燃焼用空気
９ａ    廃気追い出し用空気
１０    ローター回転方向
１１    廃気排出バルブ
１２    廃気排出口
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ    専用廃気追い出し用空気を用いた廃気排出口
１３    排出された廃気
１４    燃料空気混合物
１５    廃気追い出し用空気通路
１６    廃気排出通路
ｒ１  回転方向における後方のギアの突出頂点から回転軸中心までの距離
ｒ２  回転方向における前方のギアの突出頂点から回転軸中心までの距離
α    ローターにあるギアの頂点を構成した回転方向の後方辺の角度
β    ローターにあるギアの頂点を構成した回転方向の前方辺の角度
【図１】
2010180870.tif 000003
【図２】
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【図３】
2010180870.tif 000005
【図４】
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【図５】
2010180870.tif 000007
【図６】
2010180870.tif 000008
【図７】
2010180870.tif 000009
【図８】
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