(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
三角形の垂直断面を有するピストン本体と、
前記ピストン本体の中央部で固定された、相互に係合する大遊星ギヤと小遊星ギヤと、
前記小遊星ギヤを貫通するクランクシャフトと、
を備えるロータリピストンであって、
前記三角形の断面の３つの角は外方向に延びて突出端を形成し、隣接する突出端同士が１２０度の角度をなし、各突出端の２つの側面はそれぞれ圧縮溝と燃焼溝とを形成する、ロータリピストン。
【請求項２】
前記燃焼溝は前記圧縮溝より深い、請求項１に記載のロータリピストン。
【請求項３】
各突出端は前記突出端の表面の中央に埋め込まれた密閉リングを備える、請求項１に記載のロータリピストン。
【請求項４】
各突出端は円弧面を有する、請求項１に記載のロータリピストン。
【請求項５】
請求項１に記載の前記ロータリピストンと、
２つの側面を有するシリンダと、
を備えるエンジンであって、
前記シリンダの一側面は、空気入口と空気出口とを備え、前記シリンダのもう一方の側面は埋め込まれた点火プラグを備え、
前記ロータリピストンは前記シリンダの内部に配置され、
前記ロータリピストンと前記シリンダの内表面の間の空洞内に燃料を充填可能である、エンジン。
【請求項６】
さらにベースを備え、前記シリンダは前記ベースの上方に固定されている、請求項５に記載のエンジン。
【請求項７】
請求項３に記載の前記ロータリピストンと、
２つの側面を有するシリンダと、
を備えるエンジンであって、
前記シリンダの一側面は、空気入口と空気出口とを備え、
前記シリンダの他の側面は埋め込まれた点火プラグを備え、
前記ロータリピストンは前記シリンダの内部に配置され、
前記ロータリピストンと前記シリンダの内表面の間の空洞内に燃料を充填可能である、エンジン。
【請求項８】
前記突出端の前記表面と前記シリンダの前記内表面との間に隙間があり、前記密閉リングは前記シリンダの前記内表面に接触する、請求項７に記載のエンジン。
【請求項９】
さらにベースを備え、前記シリンダは前記ベースの上方に固定されている、請求項７に記載のエンジン。
【請求項１０】
請求項１に記載のロータリピストンを２組備えるピストンエンジンであって、
外殻と、
前記外殻内のクランクシャフトと、をさらに備え、
前記クランクシャフトは２つの端部を有し、２組の前記ロータリピストンは前記クランクシャフトの前記２つの端部に対称的に配置されてホルダによって離間されている、ピストンエンジン。
【請求項１１】
２組の前記ロータリピストンは対称的なダンベル構造となっている、請求項１０に記載のピストンエンジン。
【請求項１２】
前記ホルダと前記外殻は一体構造となっている、請求項１０に記載のピストンエンジン。
【請求項１３】
各組は、２つの側面を備えかつ前記クランクシャフトとピストン本体とを包囲するシリンダを備え、前記シリンダの一側面には空気入口と空気出口があり、前記シリンダのもう一方の側面には埋め込まれた点火プラグがある、請求項１０に記載のピストンエンジン。
【請求項１４】
前記ピストン本体は内側ギヤを介して前記クランクシャフトと係合する、請求項１３に記載のピストンエンジン。
【請求項１５】
前記ピストン本体は円弧端部を有する三角形垂直断面を有し、前記ピストン本体の３つの角は前記角の先端で横方向に広がって突出端を形成する、請求項１３に記載のピストンエンジン。
【請求項１６】
前記突出端の２つの側面と、前記ピストン本体の角の頂点との間に円弧状の受圧面が形成され、前記受圧面の回転側の面積はもう一方の側よりも大きい、請求項１５に記載のピストンエンジン。
【請求項１７】
密閉リングが各突出端の中央に埋め込まれている、請求項１５に記載のピストンエンジン。
【請求項１８】
請求項１０に記載の前記ピストンエンジンを備えるエンジン装置であって、前記クランクシャフトは遊星ギヤを介して動力出力シャフトに連結され、フライホイール動力補償装置が前記動力出力シャフトに固定されている、エンジン装置。
【請求項１９】
前記ピストンエンジンは、前記フライホイール動力補償装置から遠い端部に連結された冷却システムを備える、請求項１８に記載のエンジン装置。
【請求項２０】
前記冷却システムは、その片側に連結された水ポンプを介して冷却水を循環させる水冷装置を備え、前記水ポンプは前記クランクシャフトと伝動装置によって駆動され、前記水冷装置のもう一方の側に冷却ファンが固定されている、請求項１９に記載のエンジン装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、米国特許法第１１９条に基づいて、いずれも２０１４年３月１３日出願の中国特許出願第２０１４１００９１８３４．８号及び第２０１４１００９１７８８．１号の優先権を主張する、米国特許法第１１１条（ａ）に基づく米国国内出願であり、その両者の内容は参照によりあらゆる目的に対してその全体が本明細書に援用される。
【０００２】
本開示はエンジン技術に関し、特にロータリピストンと、ロータリピストンを備えるロータリピストンエンジンと、ロータリピストンエンジンを備えるエンジン装置、に関する。
【背景技術】
【０００３】
現行技術による燃料エンジンにはレシプロエンジンとロータリエンジンがある。１００年を超える開発の歴史を有するレシプロエンジンは、成熟した技術、安全及び高信頼という利点と、低効率、５０％未満の変換率、高騒音、高炭素排出及び重度の汚染という欠点を有している。ロータリエンジンは、小型、省材料、軽量及び高変換率（１倍を超える）という利点を持っている。２気筒のロータリエンジンは、６気筒４サイクルのレシプロエンジンと同等の安定性と出力を持っている。ただし、ロータリエンジンには、過度の排出、非適合性、高温、高騒音及び高燃料消費という欠点も持っている。このいずれのタイプのエンジンを持つ自動車も、高騒音と高燃費という点で欠点がある。
【０００４】
２０１３年には、中国の２５の省と１００の大規模または中規模の市が煙霧に襲われた。国全体での煙霧発生の平均日数は２９．９日であり、過去５２年間の新記録となった。特に冬に入ってから、国中の地域に交互に煙霧が発生することが大きな注目を浴び、煙霧への対処が中国の省や市における解決すべき緊急課題となった。国際癌研究機構（ＩＡＲＣ）はリヨンで開かれた会議において大気汚染が発がん因子であると特定し、それは専門家によって公に承認された。特に、空中浮遊粒子、すなわちいわゆるＰＭ２．５が人間に対する発がん因子であることが確認されている。自動車の排気がＰＭ２．５の主たる源である。
【０００５】
ピストンはエンジンの中枢であり、ピストンの品質がエンジン全体の性能に直接影響する。現在のところ、世界で最も進んだロータリエンジンは日本のマツダのロータリエンジンであり、通常その外部表面に特別な処理は施されてこなかった。それは、小型、コンパクト構造、軽量、高出力を特徴とする世界最高のダブルロータエンジンとして専門家から称賛されており、自動車産業の栄光を表している。しかしこのエンジンは、運転時に高温、高騒音やピストン表面とシリンダの間に広範囲の摩擦領域を生じるといった技術的欠陥があり、ピストン摩耗や場合によっては長時間作動の後にピストンの焼付きの可能性があって、それがエンジンの作動性能に影響して燃料消費と排ガスを増大させる、という点で、ユーロＶＩスタンダードを満たすことができない。エンジンのピストンがマツダにとって技術的なボトルネックになってしまった。２０１２年６月２２日に日本の広島にあるマツダの工場で、エンジン用のピストン装置の生産が停止され、ＲＸシリーズが牽引した“自動車用ロータ時代”が終焉した。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本開示の実施形態により解決されるいくつかの技術課題には、燃料エンジンの運転に関しては高騒音と高燃料消費、運転時のピストン表面とシリンダ壁の間の広摩擦領域、長時間作動後の摩耗または場合によってはピストン焼付きの可能性、が含まれる。これらの技術課題を解決するために、本開示はロータリピストンと、ロータリピストンを備えるピストンエンジンと、そのピストンエンジンを備えるエンジン装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ある実施形態によれば、ロータリピストンは、三角形の垂直断面を有するピストン本体と、そのピストン本体の中央部に固定されて相互に係合する大小の遊星ギヤと、小遊星ギヤを貫通するクランクシャフトとを備え、三角形垂直断面の３つの角は外方向に延びて、隣接するもの同士が１２０度の角度を成す突出端を形成し、各突出端の２つの側面はそれぞれ圧縮溝と燃焼溝とを形成する。
【０００８】
ある実施形態によれば、シリンダとピストン本体の間の燃料の充填容量を増大させるために、ロータリピストンは魚の頭の形状に設計することができ、指向性を持った爆発機構の効果により爆発推力が先頭部端部に沿って移動して回転を起こし、複数の回転を経てチャンバ内の完全燃焼を実現し、それによってＣＯ２排出を低減することができる。ある実施形態によれば、ロータリピストンは小遊星ギヤと大遊星ギヤとを駆動するクランクシャフトによって駆動される。空気吸引状態においては、仕事量を減らすためにロータリピストンの動力消費を１／２だけ低減することが可能である。圧縮が作用している状態においては、ロータリピストンの動力消費を１／３だけ増加して、圧縮空気を最大密度かつ最小体積とすることができる。点火して爆発させると、大遊星ギヤと小遊星ギヤは１８０度の水平線上に並ぶことができる。同一の機械式ブーストレバーで小遊星ギヤがある距離移動すると、ロータリピストンが２倍の仕事を行い、出力トルクが増加して、エンジンから伝達される馬力を増加させることができて、高効率、省エネ及び環境にやさしいという目標を実現する。
【０００９】
ある実施形態によると、燃焼溝は圧縮溝よりも深い。これにより、シリンダとピストン本体の間の燃料充填容量が大きくなり、回転中に燃料が十分に燃焼可能となり、ＣＯ２の排出を減らすことができる。
【００１０】
ある実施形態によると、突出端は、突出端表面の中央に埋め込まれた密閉リングを備えている。これらの実施形態によると、密閉リングは主としてロータリピストンとシリンダ内壁との間の空洞を密閉するように機能し、摩擦作用によって空気の漏えいを防止して耐用年数を延ばす。さらに、密閉リングは油ポンプからシリンダの内壁に供給される潤滑油を内壁上に均等に塗布することができ、それによってシリンダ壁とロータリピストンとの間の摩擦が低減されて潤滑作用を達成することができる。ピストンとシリンダ壁の間の摩擦係数を実効的に低減することにより、エンジンの作動性能を向上し、燃料消費を低減し、かつピストンの耐用年数を延ばすことが可能となる。
【００１１】
ある好適な実施形態によると、突出端は円弧面を備えている。これらの実施形態によると、円弧面はシリンダ内壁に密着して接触し、回転時の摩擦を低減する。突出端に尖った端があれば、そのような端は回転時にロータリピストンとシリンダ壁との間で衝突し、ロータリピストンに損傷をもたらす。したがって、円弧面状に設計することは非常に有益である。
【００１２】
本開示は、上記のロータリピストンを適用し、ロータリピストンとシリンダと、シリンダの片側に空気入口と空気出口と、そのシリンダの反対側に固定された点火プラグとを備えるエンジンもまた開示する。ここでロータリピストンはシリンダの内部に配置され、燃料はロータリピストンとシリンダ内壁との間の空洞内に充填可能である。
【００１３】
本開示で提供されるロータリピストンを使用するエンジンは、単純でありながら粗略化されていない構造と、強力な可用性と、少ない部品点数と、単純な技術手順という利点を有する。そして、製造環境に対する汚染を低減しつつ、省仕事化と省資源も可能である。また、高温、高騒音、運転時のピストン表面とシリンダの間の広範囲の摩擦領域や、エンジンの作動性能に影響して燃料消費と排ガス放出を増大させる長時間作動後のピストン摩耗またはピストン焼付きすらの可能性、といった既存技術における技術的欠陥に対して本開示は解決策を提供することもできる。ある実施形態によれば、ロータリピストンは小遊星ギヤと大遊星ギヤを駆動するクランクシャフトによって駆動される。これらの実施形態によれば、空気吸引状態においては、仕事量を減らすためにロータリピストンの動力消費が１／２だけ低減される。圧縮が作用している状態においては、ロータリピストンの動力消費は１／３だけ増加して、圧縮空気が最大密度で最小体積に達する。点火して爆発させると、大遊星ギヤと小遊星ギヤは１８０度の水平線上に並ぶことができる。同一の機械式ブーストレバーで小遊星ギヤがある距離移動すると、ロータリピストンが２倍の仕事を行い、出力トルクが増加して、エンジンから伝達される馬力を増加させることができる。こうして高効率、省エネ及び環境にやさしいという目標を実現する。
【００１４】
ある実施形態によると、突出端の表面とシリンダ内壁との間には隙間があって、密閉リングがシリンダの内壁に接触している。これらの実施形態によると、密閉リングはロータリピストンとシリンダ内壁との間の空洞を密閉するように機能し、摩擦作用による空気の漏えいを防止して耐用年数を延ばす。さらに、密閉リングは油ポンプからシリンダの内壁に供給される潤滑油を内壁上に均等に塗布することができ、それによってシリンダ壁とロータリピストンとの間の摩擦が低減されて潤滑作用が達成される。ピストンとシリンダ壁の間の摩擦係数を実効的に低減することにより、エンジンの作動性能の向上、燃料消費の低減及びピストンの耐用年数の延長が可能となる。
【００１５】
ある実施形態によれば、エンジンはベースを備え、シリンダはベースの上方に固定されている。これらの実施形態によれば、ベースは非常に有用であって、主としてエンジンの底部を固定するように設計されて、正常で安全かつ信頼性の高いエンジン使用を確保する。
【００１６】
本開示は、高効率で環境にやさしく、省エネ運転を特徴とするロータリエンジンを提供する。これはマツダの技術的ボトルネックに対する解決策を提供するもので、低燃料消費、低汚染、低排出、低温、低騒音及びその他の技術的利点を実現する。実効的にはピストンの摩耗抵抗を向上させ、ピストンとシリンダ壁の間の摩擦係数を減少させる。さらに、燃料消費を低減し、ピストンの耐用年数を延ばす一方で、エンジンの作動性能も向上させる。エンジンからの排気ガス放出が減少することに加え、省エネであり、環境にも優しい。ユーザと製造業者に大きな経済的利点をもたらすことができる。
【００１７】
ある実施形態によれば、ピストンエンジンは、外殻と外殻内のクランクシャフトと２組のロータリピストンとを備える。そのクランクシャフトは２つの端部を有し、２組のロータリピストンはクランクシャフトの２つの端部に対称的に配置されてホルダによって分離されている。このような構造はより安定しており、既存の単発ロータリピストン構造に対する改良となっている。
【００１８】
ある実施形態によれば、シリンダは対称的なダンベル構造を成す二組のロータリピストンを備えるように構成されている。それによってポテンシャルエネルギーの相互変換を実現する。すなわち、１つのロータリピストンが最大負荷で作動しているとき、もう１つのロータリピストンは蓄積されたポテンシャルエネルギーを放出して、作動しているロータリピストンの負荷を軽減する。このようにして、二組のロータリピストンがツイン構造として作動している間、ポテンシャルエネルギーの相互補償を実現することができ、音のダイナミックバランスと安定した運転を与えることができる。さらに、シリンダが対称的に配置されていることで、エンジンの運転時の騒音と振動が効果的に軽減され、エンジンの耐用年数を延ばすことができる。エンジン運転中の騒音の低減は、非常に有益である。
【００１９】
ある好適な実施形態によれば、ホルダと外殻が一体構造を成している。これはホルダと外殻が分離されている構造に比べてより安定である。
【００２０】
ある実施形態によればロータリピストンは、楕円形の垂直断面と２つの側面を持った燃焼室と、クランクシャフトと、燃焼室内のピストン本体と、を備えている。燃焼室の片側の上部には空気入口があり、燃焼室の同じ側の下部には空気出口がある。そして燃焼室の反対側の中央には埋め込まれた点火プラグがある。ある実施形態によれば、ピストン本体は内側ギヤを介してクランクシャフトと係合している。ある実施形態によれば、同一方向に折れ曲がった３つの丸い板に似た、ピストン本体は３６０度の円弧端部と３つの１２０度の端面とを持つ断面を有している。丸い板のそれぞれは大きな先頭部と小さな末尾のある突出端を形成している。ある実施形態によれば、先頭部は凹型の円弧先頭部である。ある実施形態によれば、末尾の全体は先頭部に向かって凹型となっており、また先頭部は末尾に向かって凹型となっている。ある実施形態によれば、突出端の２つの側面と、ピストン本体の頂角との間に円弧状の受圧面が形成され、受圧面の回転側の面積はもう一方の側よりも大きい。燃焼室内の点火方向は先頭部の溝に対して直角方向である。爆発の衝撃波は溝の方向へ直接押し出る。溝は、漁船の帆のように一方向の力を受け、爆発の反跳が防止されて衝撃エネルギーがほぼ１００パーセント運動エネルギーに変換される。末尾にある小さい燃焼空間には円弧状の受圧面が先頭部に向かって傾斜しており、先頭部に残留した反跳気体燃料が後方へ漏洩しないで燃焼室に戻ることができるようなっている。大きな先頭部と小さな末尾という構造によって、先頭部沿いの推力が回転を駆動し、複数回転を経て燃焼室内における完全燃焼が可能となる。それによってＣＯ２の排出量削減が実現される。
【００２１】
ある実施形態によれば、突出端は中央に埋め込まれた密閉リングを備え、これが密閉効果を高めて滑らかな運転を実現する。
【００２２】
ある実施形態によれば、エンジン装置は遊星ギヤを介して動力出力シャフトに連結されたクランクシャフトを備え、フライホイール動力補償装置がその動力出力シャフト上に固定されている。これらの実施形態によれば、既存のエンジン装置のベルトホイール伝達構造は改良されて、騒音の低い、全体が一体化された構造となった。この一体構造ではベルトを使わないので全体外観も改良された。そして、反動タービンとファンの故障や、自動車エンジンの高温、クランクシャフトのブッシングの擦り切れ、をもたらす回転疲労によってベルトがスリップするときのハウリングがなくなる。本開示のエンジン装置は動力を無駄にせず、エンジンの回転速度が比較的低いときに大きな動力を必要とする仕事を遂行できる。そうして、騒音が低く、作業時間が短くなり、作業損失が減り、かつエンジンの耐用年数が延びる。ある実施形態によれば、高い強度と比重を持った、円形フライホイール動力補償装置が、既存の歯車円盤の上に付加されている。正常運転時にエンジンが回転すると、フライホイール動力補償装置は回転の慣性ポテンシャルを発生させることができる。自動車エンジンのロータリピストンが上死点にあるとき、ロータリピストンは最大負荷を受ける。この時フライホイール動力補償装置は、蓄積されたポテンシャルエネルギーを放出して、ロータリピストンが上死点にある時のピーク負荷を克服できるようにする。その上、フライホイール動力補償装置はロータリエンジンピストンよりも大きな直径を持っているので、フライホイール動力補償装置が作るポテンシャルエネルギーはロータリピストンの最大作動負荷よりも大きい。したがって、フライホイール動力補償装置はロータの運転に対してエネルギーを効果的に供給可能であり、運転がより単純となって時間と作業が節約される。
【００２３】
ある実施形態によればエンジンには、フライホイール動力補償装置の反対側の端部に連結された冷却システムが備えられている。冷却システムは、水冷却器を備えている。水冷却器は、水冷却器の片側に連結された水ポンプを介して冷却水を循環させる。水ポンプはクランクシャフトと伝動ギヤで駆動される。水冷却器は水冷却器の反対側に固定された冷却ファンを備えている。これらの実施形態によれば、クランクシャフトは水ポンプを駆動するように動く。水ポンプは冷却水の循環を行う。水冷却器の反対側の冷却ファンは、冷却効果を高めるように作用する。油ポンプとファンは使用中の摩耗がないので、ファンと油ポンプの正常で安定した運転を確保することができる。
【００２４】
本開示のピストンエンジンとエンジン装置はいくつかの利点を持っている。ロータリピストンが対称的に配置されることでエンジンの振動が効果的に低減され、回転方向に沿う燃焼空間の容積が大きいことで完全燃焼が可能となり、機械的レバー構造に効果的な密閉装置が加えられたことで、高温、高騒音、エンジンからの過度の排出、といった技術的ボトルネックの解消が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】様々な実施形態によるロータリピストンの例を示す構造図である。
【図２】様々な実施形態によるロータリピストンの作動状態例を示す参考図である。
【図３】様々な実施形態によるロータリピストンの作動状態の別の例を示す参考図である。
【図４】様々な実施形態によるロータリピストンの更に別の作動状態例を示す参考図である。
【図５】様々な実施形態によるエンジン装置の構造図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下の実施形態の記述においては、その一部を構成する添付図面を参照する。これは実行可能な本開示の特定の実施形態を説明するために示される。他の実施形態が使用可能であること、また開示された実施形態の範囲から乖離することなしに構造的変更を行いうることを理解されたい。
【００２７】
本開示のある実施形態によれば、図１〜４に示すように、ロータリピストンは、三角形垂直断面を有するピストン本体１と、そのピストン本体１の中央に固定された相互に係合する大小の遊星ギヤ２と、その小遊星ギヤを貫通するクランクシャフト３とを備えている。ピストン本体１は、その垂直断面上に３つの角があり、それぞれが外向きに延びて突出端４を形成し、隣接する突出端同士の間に１２０度の間隔があることを特徴としている。各突出端４は、突出端の片側に形成された圧縮溝５と、突出端の反対側に形成された燃焼溝６とを備えている。
【００２８】
ある実施形態によると、燃焼溝は圧縮溝よりも深い。
【００２９】
ある実施形態によると、突出端は、突出端表面の中央に埋め込まれた密閉リング７を備えている。
【００３０】
ある実施形態によれば、突出端は円弧面を有している。
【００３１】
上記の技術的解決策において、ピストン本体は大小の遊星ギヤを介してクランクシャフトと係合し、ピストン本体は、同一方向に折れ曲がった３つの丸い板に似た、３つの１２０度の端面を備えた、３６０度の円弧端を持つ垂直断面を有している。丸い板のそれぞれは大きな先頭部と小さな末尾を持った突出端を形成し、先頭部と末尾のいずれも凹型の円弧をなし、末尾の円弧は全体として先頭部に向かって凹型となっており、先頭部の円弧は末尾に向かって凹型となっている。突出端の先頭部及び末尾と、ピストン本体の頂角との間は円弧状の受圧面であり、回転側の受圧面の面積は反対側よりも大きい。ロータリピストンがシリンダ内で運転されるとき、ロータリピストンとシリンダ内壁との間に燃焼室が形成される。燃焼室内の点火方向は先頭部の溝に直交する方向である。爆発の衝撃波はまっすぐ溝に向かい、溝は、漁船の帆のように一方向の力を受け、爆発の反跳が防止される。そして衝撃エネルギーがほぼ１００パーセント運動エネルギーに変換される。端の小さい燃焼空間には先頭部に向かって傾斜した円弧状の受圧面があり、先頭部で反跳した気体燃料が後方へ漏洩しないで燃焼室に戻ることができるようにしている。大きな先頭部と小さな末尾という構造により、先頭部端部に沿った推力が回転を駆動し、複数回転を経て燃焼室内における完全燃焼を可能とし、それによってＣＯ２の排出を低減する。
【００３２】
本開示のある実施形態によれば図１〜４に示すように、既存技術の欠陥を解決するために本開示は、上記のロータリピストンを適用し、そのロータリピストン及びシリンダ８と、シリンダ８の片側にある空気入口９及び空気出口１０と、シリンダ８の反対側に固定された点火プラグ１１とを備えるエンジンを開示する。ここでロータリピストンはシリンダ内部に配置され、ロータリピストンとシリンダ内壁との間の空洞に燃料１２を充填することができる。
【００３３】
ある実施形態によると、突出端表面とシリンダ内壁との間には隙間があって、密閉リングがシリンダの内壁に接触している。
【００３４】
ある実施形態によれば、エンジンはベース１３を備え、シリンダはベースの上方に固定されている。
【００３５】
これらの実施形態によればシリンダは、楕円形の垂直断面と、それぞれが上部と中央部と下部を有する２つの側面とを持っている。シリンダの片側の上部には空気入口があり、下部には空気出口がある。シリンダの別の側の中央部には埋め込み型の点火プラグがある。
【００３６】
本開示は、シリンダとクランクシャフトとシリンダ内のピストン本体とを備えるピストンエンジンを記述する。シリンダは楕円形の垂直断面と２つの側面を有し、そのそれぞれに、上部と中央部と下部がある。シリンダの一側面には、上部に空気入口と下部に空気出口とがあり、シリンダのもう一方の側面には中央部に点火プラグが埋め込まれている。ピストン本体は内側ギヤを介してクランクシャフトと係合する。ピストン本体は円弧端部を有する三角形の垂直断面をしており、ピストン本体の３つの角のそれぞれの端部は横方向に延びて突出端を形成している。突出端の２つの側面とピストン本体の頂角との間は円弧形の受圧面であり、回転側の受圧面の面積は反対側よりも大きい。既存のロータリエンジンと比較すると、突出端とそれらが形成する受圧面の全体に亘って、回転方向に大きな燃焼室が形成される。これには２つの利点がある。第一は、運転時に燃料は円弧面によって回転させられて二次燃焼または繰り返し燃焼を受け、完全燃焼と排ガス中の汚染物質の低減が実現される。その結果、燃焼効率はより高くなり、汚染が低減される。第二は、圧力の受け方に関して本開示で記述したエンジンは回転方向に圧力を受けるためのより大きな空間と面積があるので、現行のロータリエンジンよりも明らかに優れた伝達性を持っている。エンジンは点火されるとロータリピストンの回転角と直線上の配向角度に爆発力を持つので、（マツダ製などの）エンジンにおける燃焼爆発の直角方向の衝撃により生じる反跳及びシリンダのノッキング騒音がなくなる。そうして、爆発力はロータを時計方向に作用させる。その結果爆発の衝撃がロータの両側面のあらゆる方向へかかることが回避される。その一方で、未燃焼の燃料は保持されて高温が維持される。このようにして、本開示によりエンジンの高温、高騒音、及び多量の排出などの現行技術のボトルネックに対する解決策が提供された。
【００３７】
本開示は機械的なてこの原理を採用している。点火とエンジンの運転に必要な力に基づいて、てこのモーメントが自動的に調節されて、エンジンのロータリピストンの作動に対する最大モーメントと、運転のための燃料吸引に対する最小のデューティとが実現され、燃料の圧縮に対して１／２のモーメントが節約される。本開示はまた、ロータリピストンの燃焼室内における方向性のある爆発及び衝撃波と熱力学的頂点燃焼と動的燃焼とを組み込んだロータリピストンと、そのロータリピストンを備えるエンジンを開示する。非常に効率的で環境にやさしく、また省エネ型のロータリエンジンピストンは、エンジンを点火するとロータリピストンの回転角と一直線をなす配向角に爆発力を持ち、マツダ製のエンジンなどにおける燃焼爆発からの直角方向の衝撃によりもたらされる反跳及びシリンダのノッキング騒音がなくなる。そして、爆発力はロータを時計方向に作用させ、結果としてロータの両側面上のあらゆる方向への爆発の衝撃が回避される。そして未燃焼の燃料は保持されて高温が維持される。このようにして本開示により、エンジンの高温、高騒音、及び多量の排出などの現行技術のボトルネックが解決された。その上このエンジンは使いやすくて運転が簡単であり、低燃料消費、低汚染、低排出、低温度及び低騒音が実現される。またピストンの耐摩耗性が効果的に強化され、ピストンとシリンダ壁の間の摩擦係数が低減される。さらに、燃料消費が低減し、ピストンの耐用年数が延びながら、エンジンの作動性能も向上する。エンジンからの排気ガス放出が減少することに加え、このエンジンは省エネ型であり環境にも優しい。
【００３８】
実際の使用においては、本開示で述べるロータリピストンとそのロータリピストンを備えるエンジンは、次のような経済的利点をもたらすことができる。
【００３９】
（１）年間５百万台のエンジンを製造する製造企業体にとって、従来エンジンの技術は５０億トンの鋼材消費を必要とする。１トン当たりの値段が３，７５０人民元であるとすると、１８．７５０兆人民元を必要とする。
【００４０】
（２）年間５百万台のロータリエンジンを製造する製造企業体にとって、各エンジンにおいて８０％の鋼材が節約できるとすると、５０億トンの内から４０億トンの鋼材が節約されて、製造の需要を満たすために必要とされるのは１０億トンの鋼材のみである。そうして、１５兆人民元を節約することができる。
【００４１】
（３）１トンの鋼材を作るのに１０００ＫＷｈの電気を必要とすれば、５０億トンの製造には５兆ＫＷｈが必要となり、１ＫＷｈの電気のコストが０．５８人民元であるとすると、２兆９０００億人民元が節約される。
【００４２】
（４）１ＫＷｈの電気が約０．９６ｋｇのカーボン排出をもたらすとすると、５兆ＫＷは４．８兆ｋｇのカーボンを排出することになる。現行技術により提供されるエンジンに比べると、本開示のエンジンはカーボン排出を低減し、ＰＭ２．５の汚染問題の解決策となって国全体の省エネ及び排出削減に対する莫大な社会的かつ経済的な利益をもたらす。
【００４３】
（５）ロータリエンジン車１台が年間３０，０００ｋｍを走行すれば、各１台は１０年で３００，０００ｋｍを走行する。１００ｋｍの走行に１０リットルのガソリンを消費して、他に３０％のガソリンが節約されるとすると、１００ｋｍごとに３リットルが節約され、１ｋｍあたりでは０．０３リットルが節約され、３００，０００ｋｍでは、９，０００リットルが節約される。１リットルのガソリンが８人民元であれば、１台当たり１０年間で７２，０００人民元を節約することができ、５百万台の車では３６００億人民元を節約することができる。
【００４４】
図１は、様々な実施形態によるロータリピストンの例を示す構造図であり、エンジンの使用時における空気吸引を示している。図２と図３は、様々な実施形態によるロータリピストンの作動状態の例を示す参照図であり、エンジンの使用時における、圧縮を伴う点火と加熱を示している。図４は様々な実施形態によるロータリピストンの作動状態の別の例を示す参考図であり、エンジンの使用時における排気を示している。前述した技術的解決策で説明し、図１〜４に示すように、本開示で提供されるロータリピストンは完全に新規の創造的概念であり、現行のレシプロエンジン並びにロータリエンジンを置き換える、環境にやさしいハイテク製品である。前述したように、この製品は大きな経済的利益をもたらし、技術的解決策はピストンの耐摩耗性を効果的に増進し、ピストンとシリンダ壁の間の摩擦係数を低減する。そしてまた、燃料消費を低減し、ピストンの耐用年数を延ばしながらエンジンの作動性能を向上させる。エンジンからの排気ガス放出が減少することに加え、省エネであり、環境にも優しい。
【００４５】
本開示のある実施形態によれば、図５に示すようにピストンエンジンは、外殻１４、外殻１４内のクランクシャフト２７、２組のロータリピストン１６−１、１６−２を備え、クランクシャフトには両端があって、クランクシャフト２７のその両端に２組のロータリピストン１６−１、１６−２が対称的に配置されて、ホルダ１５によって離間されている。クランクシャフト２７の一端は動力出力シャフト２１に、もう一方の端はエンジンオイルシステムと冷却水システムに、それぞれが伝達ギヤ構造を介して連結されている。図５において、１６−１、１６−２はホルダ１５の隣に対称的に配置された２つのロータリピストン１６であり、その対称性により、運動しているときのロータリピストンの対向する運動エネルギーを相殺することができ、それによってエンジンの振動を低減することが可能である。ホルダと外殻は一体となった安定構造を形成し、これはより効果的である。
【００４６】
これらの実施形態における各ロータリピストンは、シリンダ内で作動し、ロータリピストンとシリンダとが、前述のピストンエンジン構造と同じ構造をなす。これらの実施形態によればこの構造は、楕円形の垂直断面とそれぞれが上部、中央部、下部を持つ２つの側面とを有するシリンダと、クランクシャフトと、シリンダ内のピストン本体とを備えている。シリンダの１つの側面には、上部に空気入口と下部に空気出口があってよい。シリンダの反対の側面には、中央部に埋め込まれた点火プラグが備えられていてもよい。ピストン本体は内側ギヤを介してクランクシャフトと係合することができる。ピストン本体は、円弧端のある三角形断面を持っていてもよい。ピストン本体の３つの角のそれぞれの先端は、横に延びて２つの突出端を形成し、その突出端の２つの側面とピストン本体の頂角との間に受圧面が形成されている。ここで、回転側の受圧面の面積は反対側の面積よりも大きい。
【００４７】
さらに、突出端には突出端の端部表面の中央に埋め込まれた密閉リングがあってもよい。
【００４８】
ある実施形態によれば、本開示のエンジンは２つのピストンがダンベル構造となっていてもよい。この構造は、エンジンの２つのロータの間の動的バランスとポテンシャルエネルギー補完を容易にする。２つのピストンは固定シャフトで連結されて、重量が釣り合うように中央シャフトの両端で対称的に配置することができる。２つのピストンはそれぞれが−１８０度と＋１８０度とで作動して、それぞれの作動時に補完関係を実現することが可能である。ダンベル型の二重ロータ構造の出力と安定性は、既存の６気筒エンジンのものと同等であるが、燃料消費はわずか１／３であり、排出量は６０％減少する。
【００４９】
ある実施形態によれば図５に示すように、エンジン装置は遊星ギヤを介して動力出力シャフトに連結されたクランクシャフトを備え、フライホイール動力補償装置がその動力出力シャフト上に固定されている。クランクシャフト２７の一端には、遊星ギヤ２５を介してフライホイール動力補償装置２２を固定できる。フライホイール動力補償装置２２の好適な実施形態は、中国特許出願第９２２０８８９０．Ｘ．号明細書に記載の動力補償装置である。動力補償装置は、産業界で使用されている現行エンジンがフルパワーで実行する仕事を、本開示のエンジンが半分のパワーで実行できるようにすることができる。その一方で、エンジンのアイドリング回転は１／２減って約４００回転とすることができ、アイドリングによる燃料を半分節約することができる。
【００５０】
ある実施形態によればエンジンは、フライホイール動力補償装置の反対側の端部に接続された冷却システムがあってもよい。冷却システムには、水冷却器が含まれてもよい。水冷却器は、水冷却器の片側に接続された水ポンプを介して、冷却水を循環させることができる。水ポンプはクランクシャフトと伝動装置で駆動することができる。水冷却器は水冷却器の反対側に固定された冷却ファンを備えることができる。クランクシャフト２７は、フライホイール動力補償装置２２の反対の端部にあるシャフト前端２９を介して、２つの装置、すなわち冷却装置と潤滑装置を駆動することができる。冷却装置は水ポンプ３２と冷却器と冷却ファンを備えることができる。冷却器は水ポンプ３２を介して冷却水を循環させることができる。水ポンプ３２は、油ポンプギヤを介してシャフト前端２９のギヤ伝達装置に接続可能であり、そうしてエンジンのクランクシャフト２７によって直接駆動が可能である。したがって、エンジンの運転と冷却装置の同時運転が可能である。当業界で現在使用されている冷却システムは、複雑なベルトホイールで駆動されている。本開示により構造が単純化され、製造と使用の両方がより容易となった。潤滑装置は、外殻１４の底部の油溜めと、シャフト前端２９のギヤに係合した油ポンプギヤとを備えることができる。これは既存技術で使用されているものと同じである。
【００５１】
上記の特徴を除き、本開示のロータリエンジンは既存技術におけるロータリエンジンと同じである。
【００５２】
本開示はピストンエンジンとそのピストンエンジンを備えるエンジン装置を提供する。同一の出力条件において、本開示のピストンエンジンはより簡単な構造を特徴とし、既存のピストンエンジンに対して、部品が６０％、大きさが１／３、重量が１／５削減される。その一方で、水ポンプ３２を冷却ファン３６に連結するための露出されたベルトがなくて、完全に組込型のエンジン冷却システムとなっている。本開示のピストンエンジンは、部品点数が少ない、技術的な手順が簡単である、製造が容易である、という利点を持っている。また、省仕事、省資源でもあり、製造環境への汚染も軽減される。
【００５３】
図１〜５における符号は以下のものを指している。
【００５４】
１．  ピストン本体
２．  遊星ギヤ
３．  クランクシャフト
４．  突出端
５．  圧縮溝
６．  燃焼溝
７．  密閉リング
８．  シリンダ
９．  空気入口
１０．  空気出口
１１．  点火プラグ
１２．  燃料
１３．  ベース
１４．  外殻
１５．  ホルダ
１６．  ロータリピストン
１７．  接続板
１８．  固定ボルト
１９．  ギヤボックス
２０．  伝達レバー
２１．  動力出力シャフト
２２．  フライホイール動力補償装置
２３．  フライホイールギヤ
２４．  クラッチ
２５．  遊星ギヤ
２６．  シャフトブッシング
２７．  クランクシャフト
２８．  油溜め
２９．  シャフト前端
３０．  水入口
３１．  油ポンプギヤ
３２．  水ポンプ
３３．  水ポンプギヤ
３４．  流出パイプ
３５．  水冷却器
３６．  冷却ファン
３７．  ファンモータ
３８．  ファンモータへの電源
３９．  スタータ
４０．  スタータ電源
４１．  点火プラグ
４２．  燃焼室
【００５５】
開示した実施形態は添付の図面を参照して完全に説明されたが、様々な変更や変形が当業者には明らかとなるであろうことに留意されたい。そのような変更や変形は、添付の特許請求の範囲によって規定される、開示した実施形態の範囲内に含まれることを理解されたい。
【図１】
0006004291.tif 000002
【図２】
0006004291.tif 000003
【図３】
0006004291.tif 000004
【図４】
0006004291.tif 000005
【図５】
0006004291.tif 000006