(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周囲をハウジングにて気密に囲まれ、内周面の縦断面形が大径円に対し小径円を半径方向にずらして重ねた形状に形成された内部空間を有し、大径円の中心軸上に所定間隔で並べられた第１の気筒及び第２の気筒と、
上記第１の気筒内にて大径円の中心より偏心した小径円の中心に回転軸を有し該小径円の断面形内に嵌合して回転し、上記第１の気筒内に作動気体を吸入・圧縮する略円盤状に形成された圧縮側ローターと、
上記第２の気筒内にて大径円の中心より偏心した小径円の中心に回転軸を有し該小径円の断面形内に嵌合して回転し、上記第２の気筒内の作動気体を燃焼・排気させ、かつ外周面には所定間隔で複数のタービン・ブレードを備えた略円盤状に形成された出力側ローターと、
上記圧縮側ローター及び出力側ローターの側面の１点にそれぞれ支点を有し、各ローターの外周面を跨いで上記支点を中心に揺動可能とされ、上記第１及び第２の気筒内の大径円の内周面に沿ってそれぞれ回転する揺動ピストンと、
上記第１及び第２の気筒の外部一側方に設けられ第１の気筒内に外部から作動気体を供給し、この第１の気筒内で圧縮された作動気体を第２の気筒内へ供給するエアチャンバーと、
上記圧縮側ローター及び出力側ローターを軸支する回転軸を利用して各ローター内にオイルを供給し、上記各ローター及び各気筒を潤滑、冷却する潤滑構造と、
上記第２の気筒内の大径円の内周面の所定箇所に設けられた燃料噴射部又は点火プラグと、を備え、
上記圧縮側ローターの外周面に、第１の気筒内で圧縮された作動気体を収容してその回転方向前方へ送る凹所を設けると共に、上記第１の気筒の大径円より偏心した部分の小径円の外周縁部に入口を有して上記凹所内に収容された作動気体を上記第１の気筒内からエアチャンバーへ送る第１の気体通路を設け、
上記エアチャンバーから第２の気筒の、大径円より偏心した部分の小径円の外周縁部に向かう第２の気体通路を設けると共に、上記出力側ローターの外周角部に、上記第１の気筒内で圧縮され第２の気体通路で送られた作動気体を収容してその回転方向前方へ送り第２の気筒内へ供給する凹所を設けた、
ことを特徴とするロータリータービンエンジン。
【請求項２】
上記エアチャンバーは、内側に気体供給管を備えた二重構造とされ、上記第１の気筒内で圧縮され昇温された作動気体の温度で外部から上記気体供給管に供給された作動気体を加温すると共に、上記第１の気筒内で圧縮され昇温された作動気体を上記気体供給管との熱交換により冷却して第２の気筒内に供給するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載のロータリータービンエンジン。
【請求項３】
上記潤滑構造は、上記回転軸の軸心部に形成された穴の内部に細長状のオイルパイプを挿入し、このオイルパイプ内にオイルを圧送して該オイルパイプの側面にて上記第１及び第２の気筒に対応する位置に形成された孔から各ローター内にオイルを噴出することを特徴とする請求項１又は２に記載のロータリータービンエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸に沿って並設された二つの気筒内にそれぞれローターを嵌合し、一方の気筒内で吸入・圧縮行程を、他方の気筒内で燃焼・排気行程を行って上記ローターに連結された回転軸から出力を得るロータリータービンエンジンに関し、詳しくは、吸入・圧縮行程を行う一方の気筒から燃焼・排気行程を行う他方の気筒への作動気体の流れをスムーズとして高速回転性能を向上するロータリータービンエンジンに係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種のロータリータービンエンジンとしては、本出願人により提案され、既に特許を取得したものがある（特許第４４７３８５３号）。このエンジンは、周囲をハウジングにて気密に囲まれ、内周面の縦断面形が大径円に対し小径円を半径方向にずらして重ねた形状に形成された内部空間を有し、大径円の中心軸上に所定間隔で並べられた第１の気筒及び第２の気筒と、上記第１の気筒内に作動気体を吸入・圧縮するための円盤状の圧縮側ローターと、上記第２の気筒内の作動気体を燃焼・排気させ、かつ外周面には所定間隔で複数のタービン・ブレードを備えた円盤状の出力側ローターと、上記圧縮側ローター及び出力側ローターの側面の１点にそれぞれ支点を有し、該支点を中心に揺動可能とされ、上記第１又は第２の気筒内の大径円の内周面に沿って回転する揺動ピストンと、上記第１及び第２の気筒の外部一側方に設けられ第１の気筒内に外部から作動気体を供給し、上記第１の気筒内で圧縮された作動気体を第２の気筒内に供給するエアチャンバーと、上記圧縮側ローター及び出力側ローターを軸支する回転軸の軸心部に形成された穴を利用して各ローター内にオイルを供給し、上記各ローター及び各気筒を潤滑、冷却する潤滑構造と、上記第２の気筒内の大径円の内周面の所定箇所に設けられた点火プラグ又は燃料噴射部と、を備えて構成されていた（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４４７３８５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に記載のロータリーエンジンにおいては、第１の気筒内で圧縮された作動気体をエアチャンバーに送るのに、特許文献１の図１及び図２に示されるように、第１の気筒２１内で回転する圧縮側ローター２３で圧縮され昇温された未燃の作動気体（圧力ρ4）は、圧縮側ローター２３に形成された切欠き溝３７内に揺動ピストン２５の嵌合片部４０が進入して行くことによって、該揺動ピストン２５のサイド凹部４６と、図１において右側に位置するセンターハウジング２９及び左側に位置するサイドハウジング３１ａのそれぞれ内側面に形成されたほぼ半円弧状の凹溝部５４とが、会合連通して形成される滑り弁を介して導入路５５に入り、この導入路５５を経て圧力ρ5の作動気体がエアチャンバー２７に送られるようになっていた。
【０００５】
また、上記エアチャンバー２７から作動気体を第２の気筒２２内へ供給するのに、特許文献１の図１及び図３に示されるように、エアチャンバー２７から図１に示される第２の気筒２２の左側に位置するセンターハウジング２９及び右側に位置するサイドハウジング３１ｂに形成された導入路５６に入り、この導入路５６を経て第２の気筒２２の両側面に至る。このとき、図３に示される出力側ローター２４に形成された切欠き溝３７内に進入した揺動ピストン２６の嵌合片部４０が移動することによって、該揺動ピストン２６のサイド凹部４６と、図１において左側に位置するセンターハウジング２９及び右側に位置するサイドハウジング３１ｂのそれぞれ内側面に形成されたほぼ半円弧状の凹溝部５７とが、会合連通して形成される滑り弁を介して、圧力ρ5の作動気体が上記第２の気筒２２内に噴出されるようになっていた。
【０００６】
上述のように、第１の気筒２１内で圧縮された作動気体をエアチャンバー２７に送る場合も、また、上記エアチャンバー２７から作動気体を第２の気筒２２内へ供給する場合も、それぞれのローター２３，２４に形成された切欠き溝３７内に進入する揺動ピストン２５，２６のサイド凹部４６と、それぞれの凹溝部５４，５７とが会合連通して形成される滑り弁を介して供給するようになっていたので、狭い流路に作動気体を強制的に押し込んで一時的に流れをせき止めるような状態となることもあり、作動気体の流れがスムーズではなかった。したがって、エンジンの回転数が上がらず高速回転性能を十分に向上することはできなかった。
【０００７】
そこで、このような問題点に対処し、本発明が解決しようとする課題は、吸入・圧縮行程を行う一方の気筒から燃焼・排気行程を行う他方の気筒への作動気体の流れをスムーズとして高速回転性能を向上するロータリータービンエンジンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明によるロータリータービンエンジンは、周囲をハウジングにて気密に囲まれ、内周面の縦断面形が大径円に対し小径円を半径方向にずらして重ねた形状に形成された内部空間を有し、大径円の中心軸上に所定間隔で並べられた第１の気筒及び第２の気筒と、上記第１の気筒内にて大径円の中心より偏心した小径円の中心に回転軸を有し該小径円の断面形内に嵌合して回転し、上記第１の気筒内に作動気体を吸入・圧縮する略円盤状に形成された圧縮側ローターと、上記第２の気筒内にて大径円の中心より偏心した小径円の中心に回転軸を有し該小径円の断面形内に嵌合して回転し、上記第２の気筒内の作動気体を燃焼・排気させ、かつ外周面には所定間隔で複数のタービン・ブレードを備えた略円盤状に形成された出力側ローターと、上記圧縮側ローター及び出力側ローターの側面の１点にそれぞれ支点を有し、各ローターの外周面を跨いで上記支点を中心に揺動可能とされ、上記第１及び第２の気筒内の大径円の内周面に沿ってそれぞれ回転する揺動ピストンと、上記第１及び第２の気筒の外部一側方に設けられ第１の気筒内に外部から作動気体を供給し、この第１の気筒内で圧縮された作動気体を第２の気筒内へ供給するエアチャンバーと、上記圧縮側ローター及び出力側ローターを軸支する回転軸を利用して各ローター内にオイルを供給し、上記各ローター及び各気筒を潤滑、冷却する潤滑構造と、上記第２の気筒内の大径円の内周面の所定箇所に設けられた燃料噴射部又は点火プラグとを備え、上記圧縮側ローターの外周面に、第１の気筒内で圧縮された作動気体を収容してその回転方向前方へ送る凹所を設けると共に、上記第１の気筒の大径円より偏心した部分の小径円の外周縁部に入口を有して上記凹所内に収容された作動気体を上記第１の気筒内からエアチャンバーへ送る第１の気体通路を設け、上記エアチャンバーから第２の気筒の、大径円より偏心した部分の小径円の外周縁部に向かう第２の気体通路を設けると共に、上記出力側ローターの外周角部に、上記第１の気筒内で圧縮され第２の気体通路で送られた作動気体を収容してその回転方向前方へ送り第２の気筒内へ供給する凹所を設けたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によるロータリータービンエンジンによれば、圧縮側ローターの外周面に設けられた凹所により第１の気筒内で圧縮された作動気体を収容してその回転方向前方へ送り、第１の気筒の大径円より偏心した部分の小径円の外周縁部に入口を有して設けられた第１の気体通路で上記凹所内に収容された作動気体を上記第１の気筒内からエアチャンバーへ送り、このエアチャンバーから第２の気筒の、大径円より偏心した部分の小径円の外周縁部に向かう第２の気体通路を設け、出力側ローターの外周角部に設けられた凹所により上記第１の気筒内で圧縮され第２の気体通路で送られた作動気体を収容してその回転方向前方へ送り第２の気筒内へ供給することができる。これにより、吸入・圧縮行程を行う第１の気筒から燃焼・排気行程を行う第２の気筒への作動気体の流れをスムーズとすることができる。したがって、第１の気筒内で圧縮された作動気体を第２の気筒へスムーズに供給してエンジンの回転数が上がり、高速回転性能を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明によるロータリータービンエンジンの実施形態を示す断面図であり、図の左半分は図２のＡ−Ｏ−Ａ線断面図に相当し、図の右半分は図３のＢ−Ｂ線断面図に相当する。
【図２】図１のＣ−Ｃ線断面図である。
【図３】図１のＤ−Ｄ線断面図である。
【図４】圧縮側ローターの形状を示す正面図である。
【図５】上記圧縮側ローターの形状を示す左側面図である。
【図６】上記圧縮側ローターに組み合わされる揺動ピストンの形状を示す正面図である。
【図７】上記揺動ピストンの形状を示す右側面図である。
【図８】出力側ローターの形状を示す正面図である。
【図９】上記出力側ローターの形状を示す左側面図である。
【図１０】図６に示す揺動ピストンの他の実施例を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は本発明によるロータリータービンエンジンの実施形態を示す断面図であり、図２は図１のＣ−Ｃ線断面図、図３は図１のＤ−Ｄ線断面図である。なお、図１の左半分は図２のＡ−Ｏ−Ａ線断面図に相当し、図１の右半分は図３のＢ−Ｂ線断面図に相当する。このロータリータービンエンジンは、回転軸に沿って並設された二つの気筒内にそれぞれローターを嵌合し、一方の気筒内で吸入・圧縮行程を、他方の気筒内で燃焼・排気行程を行って上記ローターに連結された回転軸から出力を得るもので、図１〜図３に示すように、第１の気筒２１と、第２の気筒２２と、圧縮側ローター２３と、出力側ローター２４と、揺動ピストン２５，２６と、エアチャンバー２７と、潤滑構造と、燃料噴射部２８又は点火プラグとを備えて成る。
【００１２】
なお、図１において、符号２９は第１及び第２の気筒２１，２２の間を仕切るセンターハウジングを示し、符号３０ａは第１の気筒２１の外周を囲むアウターハウジングを示し、符号３０ｂは第２の気筒２２の外周を囲むアウターハウジングを示し、符号３１ａは第１の気筒２１の左側面を囲むサイドハウジングを示し、符号３１ｂは第２の気筒２２の右側面を囲むサイドハウジングを示している。
【００１３】
上記第１の気筒２１は、回転軸３２に沿って並設された二つの気筒のうちの一つであって後述の圧縮側ローター２３と共に吸入・圧縮行程を行うもので、図２に示すように、外周をアウターハウジング３０ａに囲まれ、そのアウターハウジング３０ａ内にて内周面の縦断面形が大径円Ｃ1に対し小径円Ｃ2を半径方向にて上下にずらして重ねた略ダルマ形の形状に形成された内部空間を有している。そして、図１に示すように、この第１の気筒２１の右側面はセンターハウジング２９で囲まれ、左側面はサイドハウジング３１ａで囲まれて、全周囲がハウジングにて気密に囲まれている。
【００１４】
また、第２の気筒２２は、回転軸３２に沿って並設された二つの気筒のうちの二つ目であって後述の出力側ローター２４と共に燃焼・排気行程を行うもので、図３に示すように、外周をアウターハウジング３０ｂに囲まれ、そのアウターハウジング３０ｂ内にて内周面の縦断面形が大径円Ｃ1に対し小径円Ｃ2を半径方向にて上下にずらして重ねた略ダルマ形の形状に形成された内部空間を有している。そして、図１に示すように、この第２の気筒２２の左側面はセンターハウジング２９で囲まれ、右側面はサイドハウジング３１ｂで囲まれて、全周囲がハウジングにて気密に囲まれている。
【００１５】
このような状態で、図１に示すように、第１の気筒２１及び第２の気筒２２は、図２及び図３に示す大径円Ｃ1の中心軸上に所定間隔で並べられている。
【００１６】
上記第１の気筒２１内には、圧縮側ローター２３が嵌合されている。この圧縮側ローター２３は、第１の気筒２１内に作動気体を吸入して圧縮するためのもので、所定の厚さの略円盤状に形成され、図２に示すように、上記第１の気筒２１内にて大径円Ｃ1の中心より上側に偏心した小径円Ｃ2の中心Ｏに回転軸３２を有し該小径円Ｃ2の断面形内に嵌合して回転するようになっている。このとき、大径円Ｃ1の周上にて小径円Ｃ2と交差する点Ｘから点Ｙまでの円弧部分にてその小径円Ｃ2が上にずれて重なった略ダルマ形の部分に圧縮側ローター２３が陥入している。これにより、後述のエアチャンバー２７から第１の気筒２１内に延びる吸入路３３の先端部を上記圧縮側ローター２３の外周面で塞いで、第１の気筒２１に対する圧縮側ローター２３の嵌合の気密度を高めることができる。
【００１７】
また、上記第２の気筒２２内には、出力側ローター２４が嵌合されている。この出力側ローター２４は、第２の気筒２２内の作動気体を燃焼して排気させるためのもので、所定の厚さの略円盤状に形成され、図３に示すように、上記第２の気筒２２内にて大径円Ｃ1の中心より上側に偏心した小径円Ｃ2の中心Ｏに回転軸３２を有し該小径円Ｃ2の断面形内に嵌合して回転するようになっている。このとき、大径円Ｃ1の周上にて小径円Ｃ2と交差する点Ｘから点Ｙまでの円弧部分にてその小径円Ｃ2が上にずれて重なった略ダルマ形の部分に出力側ローター２４が陥入している。これにより、第２の気筒２２から外方に延びる排気路３４の基端部を上記出力側ローター２４の外周面で塞いで、第２の気筒２２に対する出力側ローター２４の嵌合の気密度を高めることができる。
【００１８】
さらに、上記出力側ローター２４の外周面には、図８及び図９に示すように、所定間隔で複数のタービン・ブレード３５が全周にわたって設けられている。このタービン・ブレード３５は、上記第２の気筒２２内における燃焼・排気行程における爆轟波及び残留背圧を利用して強力な駆動力を３６０度にわたり得るようにするもので、出力側ローター２４の外周面に回転方向Ｒの前方側が深く削られて段部を有する凹溝状に形成されている。
【００１９】
上記圧縮側ローター２３及び出力側ローター２４には、それぞれ揺動ピストン２５（図２参照）、揺動ピストン２６（図３参照）が取り付けられている。これらの揺動ピストン２５，２６は、それぞれのローター２３，２４の側面の１点に支点を有して各ローターと共に回転しながら揺動するもので、上記第１及び第２の気筒２１，２２内の大径円Ｃ1の内周面に沿ってそれぞれ回転するように、互いに同様の構造とされている。
【００２０】
まず、圧縮側ローター２３について図４及び図５を参照して説明し、その圧縮側ローター２３に取り付けられる揺動ピストン２５について、図６及び図７を参照して説明する。
図４において、圧縮側ローター２３の側面の１点にはピン孔３６が形成され、その略円盤状部材の一部には該部材内に食い込むようにほぼ円弧状断面の切欠き溝３７が形成されている。そして、揺動ピストン２５は、図６に示すように正面視でほぼ倒Ｌ字状に形成され、図７に示すように右側面視でほぼ倒コ字状に形成されており、このコ字状の腕部材３８で圧縮側ローター２３の外周面を跨いで組み合わされるようになっている。上記揺動ピストン２５の腕部材３８の基端部には上記ピン孔３６と合致するピン孔３９を有し、腕部材３８の先端部には上記切欠き溝３７に嵌り得るほぼ円弧状の嵌合片部４０を有している。このような状態で、図４に示す圧縮側ローター２３の略円盤状部材の外周面に、図７に示す揺動ピストン２５のコ字状の腕部材３８を跨がせ、上記ピン孔３６とピン孔３９とを合致させて図２に示すピストンピン４１を挿入し、圧縮側ローター２３の切欠き溝３７内に揺動ピストン２５の嵌合片部４０を嵌め合わせる。これにより、上記圧縮側ローター２３の側面の１点（ピストンピン４１）を支点とし、該支点を中心に揺動ピストン２５が揺動可能とされる。
【００２１】
このような状態で、図２に示すように、第１の気筒２１内にて大径円Ｃ1の中心より上側に偏心した小径円Ｃ2の断面形内に圧縮側ローター２３が嵌合し、揺動ピストン２５は上記ピストンピン４１を結合点として上記圧縮側ローター２３と共に回転する。このとき、図５に示すように、圧縮側ローター２３の外周面の角部は適宜の角度（例えば４５度程度）で面取りが施されて面取り部４２が形成されており、この面取り部４２が、図２において第１の気筒２１内にて大径円Ｃ1に対し小径円Ｃ2が上にずれて重なった略ダルマ形の部分に陥入している。そして、上記大径円Ｃ1の内周面の角部も適宜の角度（例えば４５度程度）で面取りが施されて面取り部４３が形成されている。この状態で、図６に示す揺動ピストン２５の倒Ｌ字状の角部４４（この部分も４５度程度で面取りが施されている）が上記大径円Ｃ1の内周面の面取り部４３に嵌合して、該揺動ピストン２５が第１の気筒２１内の大径円Ｃ1の内周面に沿って回転するようになっている。したがって、上記揺動ピストン２５は、上記略ダルマ形の小径円Ｃ2の部分には陥入せずに、真円軌道を回転して第１の気筒２１内の気密を維持する。
【００２２】
次に、出力側ローター２４について図８及び図９を参照して説明し、その出力側ローター２４に取り付けられる揺動ピストン２６（図３参照）について、図６及び図７を参照して説明する。この場合、図２と図３とを比較して分かるように、出力側ローター２４の揺動ピストン２６は、ピストンピン４１と回転軸３２の中心Ｏとを結ぶ直線を境にして、圧縮側ローター２３の揺動ピストン２５と左右対称に形成されている。したがって、出力側ローター２４は、図４に示す圧縮側ローター２３と左右が入れ替わった状態に形成され、揺動ピストン２６も図６に示す揺動ピストン２５と左右が入れ替わった状態に形成されている。
【００２３】
図８において、出力側ローター２４の側面の１点にはピン孔３６が形成され、その円盤状部材の一部には該部材内に食い込むようにほぼ円弧状断面の切欠き溝３７が形成されている。そして、揺動ピストン２６は、図６に示すと同様に正面視でほぼ倒Ｌ字状に形成され、図７に示すと同様に左側面視でほぼ倒コ字状に形成されており、このコ字状の腕部材３８で出力側ローター２４の外周面を跨いで組み合わされるようになっている。上記揺動ピストン２６の腕部材３８の基端部には上記ピン孔３６と合致するピン孔３９を有し、腕部材３８の先端部には上記切欠き溝３７に嵌り得るほぼ円弧状の嵌合片部４０を有している。このような状態で、図８に示す出力側ローター２４の円盤状部材の外周面に、図７に示すと同様の揺動ピストン２６のコ字状の腕部材３８を跨がせ、上記ピン孔３６とピン孔３９とを合致させて図３に示すピストンピン４１を挿入し、出力側ローター２４の切欠き溝３７内に揺動ピストン２６の嵌合片部４０を嵌め合わせる。これにより、上記出力側ローター２４の側面の１点（ピストンピン４１）を支点とし、該支点を中心に揺動ピストン２６が揺動可能とされる。
【００２４】
このような状態で、図３に示すように、第２の気筒２２内にて大径円Ｃ1の中心より上側に偏心した小径円Ｃ2の断面形内に出力側ローター２４が嵌合し、揺動ピストン２６は上記ピストンピン４１を結合点として上記出力側ローター２４と共に回転する。このとき、図９に示すように、出力側ローター２４の外周面の角部は適宜の角度（例えば４５度程度）で面取りが施されて面取り部４２が形成されており、この面取り部４２が、図３において第２の気筒２２内にて大径円Ｃ1に対し小径円Ｃ2が上にずれて重なった略ダルマ形の部分に陥入している。そして、上記大径円Ｃ1の内周面の角部も適宜の角度（例えば４５度程度）で面取りが施されて面取り部４３が形成されている。この状態で、図６に示すと同様の揺動ピストン２６の倒Ｌ字状の角部４４（この部分も４５度程度で面取りが施されている）が上記大径円Ｃ1の内周面の面取り部４３に嵌合して、該揺動ピストン２６が第２の気筒２２内の大径円Ｃ1の内周面に沿って回転するようになっている。したがって、上記揺動ピストン２６は、上記略ダルマ形の小径円Ｃ2の部分には陥入せずに、真円軌道を回転して第２の気筒２２内の気密を維持する。
【００２５】
なお、図８及び図９において、符号３５は、上記出力側ローター２４の外周面に所定間隔で全周にわたって設けられた複数のタービン・ブレードを示している。
【００２６】
そして、図８に示すように、上記出力側ローター２４の外周面上にて切欠き溝３７の近傍には、燃焼室４５となる凹所が形成されている。また、図６及び図７に示すように、上記揺動ピストン２５及び揺動ピストン２６の嵌合片部４０の両側部には、サイド凹部４６が形成されており、作動気体を次の行程に送る滑り弁を形成するようになっている。
【００２７】
上記第１及び第２の気筒２１，２２の外部一側方の近傍には、エアチャンバー２７が設けられている。このエアチャンバー２７は、第１の気筒２１内に外部から作動気体を供給し、この第１の気筒２１内で圧縮された作動気体を第２の気筒２２内へ供給するもので、内側に気体供給管４７を備え、外側に覆管４８を備えた二重構造とされている。上記気体供給管４７は、図示省略のエアストレーナを経て外部から供給された作動気体を第１の気筒２１内に供給するもので、その外周面には熱交換用のスパイラルフィン４９が複数枚取り付けられている。また、覆管４８は、上記気体供給管４７をスパイラルフィン４９ごと覆って上記第１の気筒２１内で圧縮された作動気体を第２の気筒２２内へ供給するもので、その両端部が第１の気筒２１及び第２の気筒２２内に連通している。
【００２８】
そして、本発明のロータリータービンエンジンの運転中においては、上記第１の気筒２１内で圧縮され昇温された作動気体を第２の気筒２２内へ供給する際にスパイラルフィン４９との接触により熱交換が行われ、該作動気体の温度で外部から上記気体供給管４７に供給された新しい作動気体を加温して、第１の気筒２１内に供給される作動気体（吸入燃料）を暖めることができる。また、上記第１の気筒２１内で圧縮され昇温された作動気体を上記気体供給管４７のスパイラルフィン４９との熱交換により冷却して、その気体密度を上げて第２の気筒２２内に供給することができる。
【００２９】
上記圧縮側ローター２３及び出力側ローター２４を軸支する回転軸３２の軸心部には、潤滑構造が設けられている。この潤滑構造は、上記回転軸３２の軸心部に形成された穴５０を利用して各ローター２３，２４内にオイルを供給し、上記各ローター２３，２４及び各気筒２１，２２を潤滑、冷却するものである。その潤滑構造は、図１に示すように、上記回転軸３２の軸心部に形成された穴５０の内部に細長状のオイルパイプ５１を挿入し、このオイルパイプ５１内にオイルを圧送して該オイルパイプ５１の側面にて上記第１及び第２の気筒２１，２２に対応する位置に形成された孔５２，５３から各ローター２３，２４内にオイルを噴出するようになっている。
【００３０】
そして、上記第２の気筒２２内の大径円Ｃ1の内周面の所定箇所には、図３に示すように、燃料噴射部２８が設けられている。なお、第２の気筒２２内における作動気体の圧縮比が燃料噴射では爆発しない程度の場合は、燃料噴射部２８の替わりに点火プラグを設けてもよい。
【００３１】
なお、図２〜図３において、第１及び第２の気筒２１，２２の周りには、エンジン冷却用のウォータージャケット６６が設けられており、ウォーターラジエーターにより熱の放散を行うようになっている。
【００３２】
ここで、本発明においては、上記圧縮側ローター２３の外周面に、第１の気筒２１内で圧縮された作動気体を収容してその回転方向前方へ送る凹所を設けると共に、上記第１の気筒２１の大径円Ｃ1より偏心した部分の小径円Ｃ2の外周縁部に入口を有して上記凹所内に収容された作動気体を上記第１の気筒２１内からエアチャンバー２７へ送る第１の気体通路を設けている。また、上記エアチャンバー２７から第２の気筒２２の、大径円Ｃ1より偏心した部分の小径円Ｃ2の外周縁部に向かう第２の気体通路を設けると共に、上記出力側ローター２４の外周角部に、上記第１の気筒２１内で圧縮され第２の気体通路で送られた作動気体を収容してその回転方向前方へ送り第２の気筒２２内へ供給する凹所を設けている。
【００３３】
まず、図２及び図４に示す圧縮側ローター２３において、その外周面に凹所６１が設けられている。この凹所６１は、第１の気筒２１内で圧縮された作動気体を収容してその回転方向前方へ送るもので、圧縮側ローター２３の外周面に回転方向Ｒの前方側が深く削られた段部を有する凹溝状に形成され、図４に示すように所定の長さで延びている。また、図２に示す第１の気筒２１の外周を囲むアウターハウジング３０ａにおいて、上記圧縮側ローター２３の外周部からエアチャンバー２７へ向かう経路に第１の気体通路６２が設けられている。この第１の気体通路６２は、上記圧縮側ローター２３の凹所６１内に収容された作動気体を第１の気筒２１内からエアチャンバー２７へ送るもので、第１の気筒２１の大径円Ｃ1より偏心した部分の小径円Ｃ2の外周縁部に入口６３を有してエアチャンバー２７へ向かう放物線状に湾曲した通路として形成されている。
【００３４】
一方、図３及び図８に示す出力側ローター２４に関連して、図３に示す第２の気筒２２の外周を囲むアウターハウジング３０ｂにおいて、エアチャンバー２７から第２の気筒２２へ向かう経路に第２の気体通路６４が設けられている。この第２の気体通路６４は、上記第１の気筒２１内で圧縮された作動気体を第２の気筒２２へ送るもので、後述の導入路５６の途中から分岐して大径円Ｃ1より偏心した部分の小径円Ｃ2の外周縁部に向かう通路として形成されている。また、図３及び図８に示す出力側ローター２４において、その外周角部に凹所６５が設けられている。この凹所６５は、第１の気筒２１内で圧縮され第２の気体通路６４で送られた作動気体を収容してその回転方向前方へ送り第２の気筒２２内へ供給するもので、図９に示すように出力側ローター２４の外周面の角部に施された面取り部４２に凹溝状に形成され、図８に示すように所定の長さで円弧状に延びている。
【００３５】
なお、図２〜図３の構成において、エアチャンバー２７は、第１の気筒２１及び第２の気筒２２の外部一側方にて圧縮側ローター２３及び出力側ローター２４に対して左右対称の中央位置にあり、各ローター２３，２４の中立なバランスを取っている。必要に応じて、各ローター２３，２４の相対位置は、エンジンの組立て時に自由に変えられる。この場合、各ローター２３，２４の精密なバランスは、例えば、図示省略のフライホイールを取り付けることにより調整することができる。
【００３６】
次に、このように構成された本発明のロータリータービンエンジンの作動行程について、図１〜図３を参照して説明する。まず、図１において、外気（圧力ρ0）が図示省略のエアストレーナを経てエアチャンバー２７の気体供給管４７に圧力ρ1の作動気体として供給される。このとき、エンジンが運転中においては、前記第１の気筒２１内で圧縮され昇温された作動気体を第２の気筒２２内へ送る際にスパイラルフィン４９との接触により熱交換が行われ、該作動気体の温度で外部から上記気体供給管４７に供給された新しい作動気体を加温して、第１の気筒２１内に供給される作動気体（又は吸入燃料）を暖める。
【００３７】
この熱交換が行われた作動気体は圧力ρ2となり、図２に示すように、上記気体供給管４７から延びる吸入路３３を通って第１の気筒２１内に供給される。このとき、上記吸入路３３に流入した作動気体は、該吸入路３３の放物線状の外側壁に沿って第１の気筒２１の内側に向けて曲げられ、遠心力の作用で加圧されて点Ｙの位置から第１の気筒２１内へ吸入される。そして、圧縮側ローター２３にピストンピン４１で揺動可能に結合された揺動ピストン２５の回転方向Ｒの後面空間に至り吸入脈動効果により、図２に示すように、圧力ρ3の作動気体となって圧縮側ローター２３の回転と揺動ピストン２５の揺動につれて吸入行程を行う。
【００３８】
これと同時に、既に吸入されて上記揺動ピストン２５の回転方向Ｒの前面空間にある１回転前の作動気体は、図２に示すように、圧縮側ローター２３の回転と揺動ピストン２５の揺動につれて内部面積が縮小されて行き、圧縮行程を行う。このとき、揺動ピストン２５の回転方向Ｒの前面空間にある作動気体の圧力は、総て前記ピストンピン４１に集中する。これにより、エンジンの回転効率が向上する。
【００３９】
そして、１回転した後の圧縮最終段階では、第１の気筒２１内で圧縮され昇温された未燃の作動気体（圧力ρ4）は、図２に示す圧縮側ローター２３の外周面に設けられた凹所６１に収容されて該圧縮側ローター２３と共に回転方向Ｒの前方へ送られ、大径円Ｃ1より偏心した部分の小径円Ｃ2の外周縁部に入口６３を有する第１の気体通路６２に会合連通したところで、上記凹所６１内に収容された作動気体が第１の気筒２１内からエアチャンバー２７へ送られ、圧力ρ5の作動気体となる。
【００４０】
この時、図２に示す圧縮側ローター２３に形成された切欠き溝３７内に上記揺動ピストン２５の嵌合片部４０が進入して行くことによって、該揺動ピストン２５のサイド凹部４６と、図１に示すように右側に位置するセンターハウジング２９及び左側に位置するサイドハウジング３１ａのそれぞれ内側面に形成されたほぼ半円弧状の凹溝部５４とが、会合連通して形成される滑り弁を介して導入路５５に入り、この導入路５５（上記センターハウジング２９及びサイドハウジング３１ａの両方に形成）を経て図１に示すエアチャンバー２７へ送られる作動気体も存在する。すなわち、上記第１の気体通路６２による作動気体をメインの流れとし、上記滑り弁による作動気体を副の流れとしてエアチャンバー２７へ送られ、全体として圧力ρ5の作動気体となる。このことから、第１の気筒２１内からエアチャンバー２７へ送られる作動気体の流量も増加する。
【００４１】
なお、上記揺動ピストン２５のサイド凹部４６と、センターハウジング２９及びサイドハウジング３１ａのそれぞれ内側面に形成された凹溝部５４とが会合連通するときを除いて、上記エアチャンバー２７内の作動気体の一部が上記導入路５５を介して圧縮側ローター２３の切欠き溝３７内に流入し、揺動ピストン２５の先端を押し返す方向に圧力が加わってエアクッションの作用をする。このとき、圧縮側ローター２３が空気により潤滑され、機械抵抗が極小となる。これにより、ローターの超高速回転が実現する。
【００４２】
上記エアチャンバー２７内において、上記圧縮され昇温された作動気体（圧力ρ5）は、前述の気体供給管４７の外周面に取り付けられたスパイラルフィン４９との接触により熱交換が行われ、外部から気体供給管４７に供給された作動気体（圧力ρ1）との温度差により冷却される。これにより、第２の気筒２２内に供給する作動気体（圧力ρ5）の気体密度を上げることができ、充填効率が向上する。なお、上記スパイラルフィン４９には、図３に示すように、その板面の複数箇所に作動気体を通過させるための孔が明けられている。
【００４３】
この状態で、上記圧力ρ5の作動気体は、図１に示す第２の気筒２２の左側に位置するセンターハウジング２９及び右側に位置するサイドハウジング３１ｂに形成された導入路５６に入り、図３に示すように上記導入路５６から分岐した第２の気体通路６４へ流入し、出力側ローター２４の外周角部に形成された凹所６５（図９参照）に収容されて該出力側ローター２４と共に回転方向Ｒの前方へ送られ、上記第１の気筒２１内で圧縮された作動気体がエアチャンバー２７から第２の気筒２２内に噴出される（圧力ρ5）。
【００４４】
この時、上記導入路５６を経て第２の気筒２２の両側面に至った作動気体の一部は、図３に示す出力側ローター２４に形成された切欠き溝３７内に進入した揺動ピストン２６の嵌合片部４０が移動することによって、該揺動ピストン２６のサイド凹部４６と、図１において左側に位置するセンターハウジング２９及び右側に位置するサイドハウジング３１ｂのそれぞれ内側面に形成されたほぼ半円弧状の凹溝部５７とが、会合連通して形成される滑り弁を介して上記圧力ρ5の作動気体が上記第２の気筒２２内に噴出される。すなわち、上記第２の気体通路６４による作動気体をメインの流れとし、上記滑り弁による作動気体を副の流れとして第２の気筒２２へ送られ、全体として圧力ρ5の作動気体となる。このことから、エアチャンバー２７内から第２の気筒２２へ送られる作動気体の流量も増加する。
【００４５】
なお、上記揺動ピストン２６のサイド凹部４６と、センターハウジング２９及びサイドハウジング３１ｂのそれぞれ内側面に形成された凹溝部５７とが会合連通するときを除いて、上記エアチャンバー２７内の作動気体の一部が上記導入路５６を介して出力側ローター２４の切欠き溝３７内に流入し、揺動ピストン２６の先端を押し返す方向に圧力が加わってエアクッションの作用をする。このとき、出力側ローター２４が空気により潤滑され、機械抵抗が極小となる。これにより、ローターの超高速回転が実現する。
【００４６】
上記のように、エアチャンバー２７から作動気体が第２の気筒２２内に送られると、図８に示す出力側ローター２４の外周面上に形成された燃焼室４５が、上記揺動ピストン２６のサイド凹部４６とハウジング２９，３１ｂの内側面に形成された凹溝部５７とが会合連通して形成された滑り弁の位置に移動してきており、該燃焼室４５と揺動ピストン２６の回転方向Ｒの後面空間と上記ハウジング２９，３１ｂの内側面とで囲まれた空間により実際の燃焼室が形成される。そして、この実際の燃焼室が図３において点Ｚで示す位置まで回転してきたところで、燃料噴射部２８で燃料を噴射して燃焼させ爆轟状態の作動気体（圧力ρ6）となる。これが燃焼行程となる。
【００４７】
この燃焼行程と同時に、１回転前のエネルギーの高い爆轟状態の残留背圧が図８に示す出力側ローター２４の外周面上に形成された複数のタービン・ブレード３５に作用する。これにより、上記タービン・ブレード３５は排気反動タービンを構成し、さらに、上記燃焼行程における爆轟状態の作動気体（圧力ρ6）のエネルギーを有効に回転力として引き出し、ほぼ全周にわたって効率よく駆動力を引き出すことができる。このとき、揺動ピストン２６の回転方向Ｒの後面空間にある爆轟状態の作動気体の圧力は、総て前記ピストンピン４１に集中する。すなわち、爆発のエネルギーが総て回転力に集中する。これにより、エンジンの回転効率が向上する。
【００４８】
その後、上記出力側ローター２４及び揺動ピストン２６が回転方向Ｒに回転して行き、該揺動ピストン２６の背面空間で圧力ρ7の既燃ガスとなり、上記揺動ピストン２６が爆轟圧力ρ6の作動気体で押されて図３に示す排気路３４の基端部に至る間に出力側ローター２４の全周にわたり強力に作用して排気反動タービンを回し、既燃ガスがそのまま上記排気路３４から外部に排出され、ρ0の大気圧に戻る。この場合、上記爆轟状態の作動気体は高圧の超音速流であり、また従来の往復ピストンエンジンのような上死点がなく、かつ出力側ローター２４の回転数に関わりなく、全周にわたって強力に排気反動タービンを駆動する。これが排気行程となる。このようにして４サイクルの作動行程が完了する。
【００４９】
このような作動行程によれば、吸気、排気の混入が確実に防止されて爆轟状態の既燃ガス（圧力ρ7）を十分に掃気し、燃焼効率が向上する。なお、外気圧の低い高高度では、上述の既燃ガスの圧力ρ7と外気の圧力ρ0（ρ7＞ρ0）との差が大きく、より良くエンジン出力の低下を抑えることができる。したがって、航空原動機としての用途が開ける。なお、本発明によるロータリータービンエンジンは、ロータリー式コンパインド・サイクル・タービンエンジンという型式のエンジンとなる。
【００５０】
図１０は、図６に示す揺動ピストン２５の他の実施例を示す正面図である。この実施例は、上記揺動ピストン２５の倒Ｌ字状の角部４４に硬質材料から成る耐磨耗材６７が埋め込まれている。これは、揺動ピストン２５は、図２に示す第１の気筒２１内の大径円Ｃ1の内周面に沿って回転するが、該揺動ピストン２５の高速回転によって激しく磨耗するので、耐磨耗性を向上するためである。上記耐磨耗材６７としては、カーボンブラック等が望ましく、例えば揺動ピストン２５の厚さ方向に延びた板状とされ、上記角部４４に端部を露出して楔状に埋め込まれている。なお、嵌合片部４０の回転方向Ｒの前端部から上記耐磨耗材６７の埋め込み部に向けて空気冷却用のインピンジメント冷却穴（図７の符号６８参照）を設けてもよい。また、図３に示す第２の気筒２２内に配置されて回転する揺動ピストン２６についても、同様の箇所に同様に耐磨耗材６７を埋め込んでもよい。この揺動ピストン２６側でも、上述と同様にインピンジメント冷却穴を設けてもよい。
【００５１】
次に、本発明のロータリータービンエンジンの潤滑構造における各ローター２３，２４及び各気筒２１，２２の潤滑、冷却について、図１を参照して説明する。まず、潤滑に必要なオイルは、図１に示す回転軸３２の軸心部に形成された穴５０の内部に挿入されたオイルパイプ５１内に外部から圧送される。この圧送されたオイルは、上記オイルパイプ５１の側面にて前記第１及び第２の気筒２１，２２に対応する位置に形成された孔５２，５３から各ローター２３，２４の回転軸３２内に噴出される。その後、上記回転軸３２から直角外方に向けて穿設された油穴から、その回転軸３２の回転により上記各ローター２３，２４の内側に向けて遠心力で放出されてオイルが供給される。
【００５２】
上記各ローター２３，２４の内部に放出されたオイルは、図４及び図８において、ローター２３，２４内に形成された油道を満たしながら内側から外側に向けて対流して冷却し、比重差によって再び回転軸３２の周りに集合する。ここで、回転軸３２に対するローター２３，２４の結合は、該回転軸３２の軸に平行に切られたキー溝及びローター２３，２４のボス部に切られた溝を利用してスプライン結合されて、遊嵌状態とされている。この状態で、上記回転軸３２の周りに集合したオイルは、遊嵌状態にある回転軸３２及びローター２３，２４のキー溝を利用して軸方向に流れ、センターハウジング２９及び左右のサイドハウジング３１ａ，３１ｂの軸受け５８を潤滑すると共に、その一部で揺動ピストン２５，２６のピストンピン４１とローター２３，２４との間、及び上記センターハウジング２９及び左右のサイドハウジング３１ａ，３１ｂ内の潤滑をする。
【００５３】
その後、上記センターハウジング２９及び左右のサイドハウジング３１ａ，３１ｂの軸受け５８から下方に向かう排油路５９を通って潤滑油集合路６０に至り、図１において上記潤滑油集合路６０から外部に排出される。これにより、圧縮側ローター２３及び出力側ローター２４並びに第１及び第２の気筒２１，２２がオイルで潤滑、冷却される。
【００５４】
なお、上記圧縮側ローター２３及び出力側ローター２４と、センターハウジング２９及び左右のサイドハウジング３１ａ，３１ｂとの潤滑をするのに、図４及び図８に示す圧縮側ローター２３及び出力側ローター２４の側面に凹所面Ｅを形成し、この凹所面Ｅに図１に示すエアチャンバー２７から高圧未燃ガス（ρ4）の一部を導入して、上記凹所面Ｅ内の高圧未燃ガス（ρ4）によるエアベアリングの効果によって気体潤滑をしてもよい。
【００５５】
さらに、図６に示す揺動ピストン２５（揺動ピストン２６）の側面に凹所面Ｆを形成し、この凹所面Ｆに図１に示すエアチャンバー２７から高圧未燃ガス（ρ4）の一部を導入して、上記凹所面Ｆ内の高圧未燃ガス（ρ4）によって上記圧縮側ローター２３及び出力側ローター２４と、揺動ピストン２５，２６とを気体冷却してもよい。
【００５６】
また、本発明のロータリータービンエンジンの燃料は、燃料噴射による水素を主燃料とし、その他、燃料噴射により燃焼する燃料であってもよい。
【符号の説明】
【００５７】
Ｃ1…大径円
Ｃ2…小径円
２１…第１の気筒
２２…第２の気筒
２３…圧縮側ローター
２４…出力側ローター
２５，２６…揺動ピストン
２７…エアチャンバー
２８…燃料噴射部
２９…センターハウジング
３０ａ，３０ｂ…アウターハウジング
３１ａ，３１ｂ…サイドハウジング
３２…回転軸
３５…タービン・ブレード
３７…ローターの切欠き溝３７
４０…揺動ピストンの嵌合片部
４１…ピストンピン（支点）
４７…気体供給管
４８…覆管
４９…スパイラルフィン
５０…回転軸の軸心部に形成された穴
５１…オイルパイプ
５２，５３…オイルパイプの側面に形成された孔
６１…圧縮側ローターの外周面の凹所
６２…第１の気体通路
６３…第１の気体通路の入口
６４…第２の気体通路
６５…出力側ローターの外周角部の凹所
６７…耐磨耗材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005894224.tif 000008
【図８】
0005894224.tif 000009
【図９】
0005894224.tif 000010
【図１０】
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