(57)【要約】【課題】  回転子の回転に偏心を伴わない真円回転とする回転ピストン機関であり、圧縮気体を単純な構造の元で燃焼気体に移行させることが出来るものであることを課題とする。【解決手段】  この機関は、回転子１３の外周部分のやや内側で回転ピストン２１ｇ又は２１ｈが公転及び自転運動を行いながら上下左右の位置関係を維持する機構をギアハウジング６１内に有する。  この機構により、回転ピストン２１ｇ又は２１ｈは固定されたシリンダーヘッド３４ｍ又は３４ｐを円滑に摺動しつつ回避する事が出来る。従って、全運動部分は純粋に円滑な円運動を行う。  更に、機関容積室内の気体の圧縮室から燃焼室への移動は、圧縮燃焼側シリンダーヘッド３４ｐと圧縮燃焼側ピストンヘッド２９ｐに圧縮気体の移動のための隙間２９ｑを持つ回転ピストン２１ｇ又は２１ｈとの間で行われ、圧縮気体の燃焼室への移動を簡単確実に行うことが出来る。【選択図】                図１９
2011032877.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子軸の中心を中心点とする、ハウジングに固定されたスプロケットと、それと同型で、２つ以上の回転ピストンの軸にそれぞれ固定されたスプロケットとをチェーン又は段付きベルトで結び、回転ピストンの上下左右位置を制御、維持する機構。
【請求項２】
回転子軸の中心を中心点とする、ハウジングに固定された歯車と、２つ以上の回転ピストンの軸にそれぞれ固定された同型の歯車とをアイドルギアを介して組み合わせ、回転ピストンの上下左右位置を制御、維持する機構。
【請求項３】
出力用中心軸を中心に持つ真円円柱構造を基本とし、回転ピストンを組み込むために、この真円円柱の外側より少し内側に中心を持ち、中心軸に平行な円筒を基本形とする凹形の溝を二つ以上持つ構造の回転子。
【請求項４】
左右にピストンヘッドとなる凹型溝を持ち、圧縮燃焼側ピストンヘッドに圧縮気体を燃焼行程に移動させるための更なる隙間を設けるか、圧縮燃焼側ピストンヘッドの凹形溝自体をより深く設けた回転ピストン。
【請求項５】
回転ピストンを回転子軸の中心上にその軸中心を合わせる様に置いた場合に、この回転ピストンの４つの頂点を中心とする、回転ピストンの公転円と同じ大きさの４つの円で、ハウジング内側の左右に構成されるシリンダーヘッド。
【請求項６】
メインハウジングを軸方向に挟むようにハウジングに固定され、シリンダーヘッド先端部まで機関容積室を気密にするハウジング隔壁。
【請求項７】
ハウジング隔壁と摺動し、回転ピストン付きの回転子を軸方向に挟むように回転子に固定された回転子隔壁。
【請求項８】
吸排気口側のハウジング隔壁に副吸排気口を設け、併せて回転子隔壁にも副吸排気口を設けることで回転ピストン留気室に残される排気を、加圧或いは減圧装置を介して、適量の新気と入れ替える構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容積形の回転ピストンによる機械または機関である。
【背景技術】
【０００２】
これまでの内燃機関の開発、実用化は往復ピストン機関の分野を中心として行なわれ、回転ピストン機関はその優れた可能性を予測されながら本格的成功をみていない。ただドイツで開発されたバンケル式回転ピストン機関のみが成功、日本で実用化されているだけである。
【０００３】
現在の往復式ピストン機関は非常に精緻で高性能であるが、重要な欠点を持っている。則ち、往復運動を回転運動に変えるシステムの避けることのできない問題、力伝達の死角、全行程が同一ピストン内で行なわれるための熱的ロス、クランクシャフトの構造からくる限界、振動の発生、ならびにバルブシステムの複雑性などがある。
【０００４】
バンケル式回転ピストン機関は往復運動機関の持つこれらの欠点を解決するために生まれたものであるが、燃焼室が真円ではなくエピトロコイド曲線上を移動するために回転ピストンの運動が偏心しており、エキセントリックシャフトというクランクシャフトに類似のシャフト構造を持ち、程度は小さくても往復運動機関同様の欠点を内包している点など、エンジン構造をシンプルにして、大きな進展をもたらしたにもかかわらず問題を残している。
【０００５】
また、先行特許文献に見る回転ピストン機関においては回転ピストン部分や回転するシリンダーヘッド部分の回転速度が一時停止するなど円滑ではない運動を行うもので、回転時に無駄な抵抗を生じる等、円滑な高速回転化を阻害している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−１８５３７２
【特許文献２】特開平６−２５７４５８
【特許文献３】特開平７−１３９３６８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
解決しなくてはならない課題は以下の４点である。
【０００８】
第一にバンケル式回転ピストン機関以外に開発が進んでいない回転ピストン機関の更なる実用化である。
【０００９】
第二に現在の往復運動機関の水準以上の運動性能を確保するために、構造と運動の形がシンプルなものであること。
【００１０】
第三にバンケル式回転ピストン機関の欠点を解決するために回転子の回転に偏心を伴わない真円回転とすること。
【００１１】
第四にこれまでの回転ピストン機関の失敗は、４行程の内の吸気行程と排気行程での吸気と排気の分離が不十分であった点や、圧縮行程から燃焼行程に移る時点での圧縮気体の燃焼気体への移行方法が複雑であった点にある。従って、回転ピストン運動の全行程にわたってシリンダー相当部分と回転ピストンの間での良好な密閉を達成するものであることと、圧縮気体を単純な構造のもとで燃焼気体に移行させることが出来ることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本機関の構造システムを次のようにする。
【００１３】
図１にて回転ピストン制御機構を説明すると、ギアハウジング６１には、回転子１３と同じ回転軸中心を中心とする、中心スプロケット１１ａがギアハウジング６１に固定される。この中心スプロケット１１ａと同型で回転ピストン２１ｇに固定されたスプロケット１１ｂにチェーンや段付きベルト１１ｃを介することで、回転ピストン２１ｇを回転子１３と同じ方向に公転させながら、回転子１３と逆方向に自転させる。これにより回転ピストン２１ｇは上下方向を維持したまま公転円上で自転することで円滑にメインハウジングの内面３２及びシリンダーヘッド３４ｍや３４ｐの面を摺動する。
【００１４】
回転ピストン制御機構において、チェーンや段付きベルトの変形抵抗を避け歯車列を使用する場合は、図２に見るように、回転ピストン２１ｇの回転軸には、ギアハウジング６１に固定された中心歯車１２ａと同型の回転ピストン歯車１２ｂが固定される。この中心歯車１２ａと回転ピストン歯車１２ｂはアイドルギア１２ｃを介することで回転ピストン２１ｇを回転子１３と同じ方向に公転させながら、回転子１３と逆方向に自転させる。これにより回転ピストン２１ｇは上下方向を維持したまま公転円上で自転することで円滑にメインハウジングの内面３２及びシリンダーヘッド３４ｍや３４ｐの面を摺動する。
【００１５】
回転ピストン制御機構を納めるために、ギア側ハウジング隔壁４１ｒ又は副吸排気口付きハウジング隔壁４１ｓ及びギア側回転子隔壁７１ｒ又は副吸排気口付き回転子隔壁７１ｓの外側に、片側又は両側に、回転ピストン制御用の図３の様なギアハウジング６１を設ける。
【００１６】
図４ａや図４ｂの様に、回転子１３は出力用中心軸１４ｅを中心に持つ真円円柱構造を基本とし、回転ピストン２１ｇ又は２１ｈを組み込むために、この真円円柱の外側より少し内側に中心を持ち、出力用中心軸１４ｅに平行な円筒を基本形とする左右の凹形の溝、則ち回転子の回転ピストン用溝１３ｄを二つ以上持つ構造とし、冷却用の穴１７やアイドルギアの軸用の穴１９が設けられる。
【００１７】
図５ａから図５ｄに見る様に、回転ピストン２１ｇ又は２１ｈの吸排気側凹部に吸排気側ピストンヘッド２９ｍを、圧縮及び燃焼側凹部に圧縮燃焼側ピストンヘッド２９ｐを設ける。また圧縮燃焼側ピストンヘッド２９ｐに圧縮気体を燃焼行程に移動させるための更なる隙間２９ｑを設けるか、圧縮燃焼側ピストンヘッド２９ｐの凹形溝自体をより深く設ける。その為に、運動部分では唯一、左右非対称である。しかし材質による調節や冷却用空間を設けることで重心を軸の中心上に設定できる。
【００１８】
これらの構造により回転ピストン２１ｇは水平方向に、シリンダーヘッド摺動用の開口部を維持したまま回転運動を続けることが出来る。従って、図７、図８、図９、図１０に見るように、回転ピストン２１ｇはシリンダーヘッドの吸気側３４ｉ、及びシリンダーヘッドの排気側３４ｌとの間で吸気及び排気行程を構成し、シリンダーヘッドの圧縮側３４ｊとシリンダーヘッドの燃焼側３４ｋとの間で圧縮及び燃焼行程を構成する。
【００１９】
４行程回転ピストン機関として構成する場合、図７に見る様に、内側を出力軸となる回転子１３とし、外側の静止部分はシリンダー相当部分として回転子を支えるメインハウジング３１とする。
【００２０】
図６ａや図６ｂのメインハウジング３１において、メインハウジングの内面３２は、回転ピストンが摺動することで得られる次の様な曲面からなる。図１７の様に回転ピストンの公転円と同じ大きさの、４つの円筒１５ｎ、又は図１８の様にその４つの円筒１５ｎと、回転ピストンの公転円の半径と回転ピストンの半径を合わせた長さを半径とする１つの円筒３３ｎを組み合わせた形状から成り、二つの向かい合う凸型のシリンダーヘッド３４ｍと３４ｐを持つ構造となる。更に図１０の様にメインハウジング３１にはエンジンオイル量計測用のオイルゲージ口３８を設ける。
【００２１】
図６ａ及び図６ｂや図７に見る様にハウジングの吸気及び排気部分に構成される凸部を吸排気側シリンダーヘッド３４ｍと呼ぶ。同様にハウジングの圧縮及び燃焼部分に構成される凸部を圧縮燃焼側シリンダーヘッド３４ｐと呼ぶ。
【００２２】
図１０を中心として見るに、図４ａや図４ｂの出力用中心軸１４ｅに平行な円筒を基本形とする回転子の回転ピストン用溝１３ｄに図５ａから図５ｄの回転ピストン２１ｇ又は２１ｈがはめ込まれ、外側のメインハウジングの内面３２、図１１のギア側ハウジング隔壁４１ｒ、図１２の副吸排気口付きハウジング隔壁４１ｓ、図６ａや図６ｂのシリンダーヘッド３４ｍ又は３４ｐで構成する面と回転子１３の円筒面及びの回転ピストン２１ｇ又は２１ｈのピストンヘッド２９ｍ又は２９ｐで密閉された環状空間が形成される。この密閉された環状空間が機関容積室となる。
【００２３】
実施例２の図１７の様に、メインハウジングの内面３２が、回転ピストン２１ｈの公転円と同じ大きさの４つの円筒１５ｎを組み合わせて作られる場合は、回転ピストン２１ｈの上下の凹部溝２４ｈと左右の凹形溝則ちピストンヘッド２９ｍ又は２９ｐは回転ピストン２１ｈの公転円と同じ大きさの円筒１５ｎを基本構造とし、上下の側と左右のシリンダーヘッド３４ｍと３４ｐの側に合計４つ設けられる。
【００２４】
図１８の様に、メインハウジングの内面３２が、回転ピストン２１ｇの公転円と同じ大きさの４つの円筒１５ｎと、回転ピストン２１ｇの公転円と同じ大きさの円１５ｎの半径と回転ピストンの外形円２５ｎの半径を足した値を半径とする１つの円筒３３ｎを組み合わせて作られる場合は、回転ピストン２１ｇの左右の凹形溝則ちピストンヘッド２９ｍ又は２９ｐは回転ピストン２１ｇの公転円と同じ大きさの円筒１５ｎを基本構造とし、左右のシリンダーヘッド３４ｍと３４ｐの側に２つ設けられ、上下の側には設けられない。
【００２５】
図５ａから図５ｄの構造のように、回転ピストン２１ｇ又は２１ｈの圧縮燃焼側ピストンヘッド２９ｐの凹形溝に圧縮気体を燃焼行程に移動させるための更なる隙間２９ｑを設けるか、回転ピストン２１ｇ又は２１ｈの圧縮燃焼側ピストンヘッド２９ｐの凹形溝自体をより深く設けることで、回転ピストン２１ｇ又は２１ｈと圧縮燃焼側シリンダーヘッド３４ｐとの間に隙間を生じ圧縮気体８１ｊはそのまま燃焼行程へ移ることができる。
【００２６】
図７に見る様に、シリンダーヘッドの吸気側３４ｉに吸気口３５ｉ、シリンダーヘッドの排気側３４ｌに排気口３５ｌを設ける。シリンダーヘッドの吸気側３４ｉと回転ピストン２１ｇ又は２１ｈで作られる機関容積室には新しい吸気８１ｉと回転ピストン留気室９１ｖからの排気があり、吸気室９１ｉと名付ける。シリンダーヘッドの排気側３４ｌと回転ピストン２１ｇ又は２１ｈで作られる機関容積室には排気８１ｌと回転ピストン留気室９１ｖからの新気があり、排気室９１ｌと名付ける。同様にシリンダーヘッドの圧縮側３４ｊと回転ピストン２１ｇ又は２１ｈで作られる機関容積室を圧縮室９１ｊと名付け、シリンダーヘッドの燃焼側３４ｋと回転ピストン２１ｇ又は２１ｈで作られる機関容積室を燃焼室９１ｋと名付ける。
【００２７】
更に、点火式の場合はシリンダーヘッドの燃焼側３４ｋに点火プラグ３６を設置する。
【００２８】
図７でこの機関の行う４行程を説明する。まず回転ピストン２１ｇがメインハウジングの内面３２を摺動し、吸気室９１ｉの吸気８１ｉと排気室９１ｌの排気８１ｌを吸排気側シリンダーヘッド３４ｍと吸排気側ピストンヘッド２９ｍで分離しながら吸気と排気の行程を行う。更に圧縮室９１ｊの圧縮気体８１ｊを圧縮燃焼側シリンダーヘッド３４ｐと圧縮燃焼側ピストンヘッド２９ｐに設けられた図５ａから図５ｄに示す圧縮気体の移動のための隙間２９ｑを通して燃焼室９１ｋへ移動させる。この時点火プラグ３６による着火又は圧縮による発火等を介して、圧縮気体８１ｊを燃焼気体８１ｋに移行させる事で圧縮と燃焼の行程を行う。
【００２９】
エンジン構成が、図８の様に１つの回転子１３で回転ピストン２１ｇが２つの場合、回転子１３の出力用中心軸１４ｅの１回転に対する燃焼回数はレシプロエンジン４気筒と、または１ローターバンケル式回転エンジンと同等であり、図９の様に、回転ピストン２１ｇが３つならばレシプロエンジン６気筒と同等である。次にエンジン構成が２つの回転子１３で回転ピストン２１ｇがそれぞれ２つの場合、レシプロエンジン８気筒と、または２ローターバンケル式回転エンジンと同等である。更にエンジン構成が２つの回転子１３で回転ピストン２１ｇがそれぞれ３つならばレシプロエンジン１２気筒と、または３ローターバンケル式回転エンジンと同等である。つまり小型かつ軽量なエンジン構成である。
【００３０】
図１１、図１２、図１３、図１４に見る様にギア側ハウジング隔壁４１ｒ及び副吸排気口付きハウジング隔壁４１ｓにはメインハウジング３１の冷却水路に合わせて冷却水路を設ける。更にギア側ハウジング隔壁４１ｒ及び副吸排気口付きハウジング隔壁４１ｓの内径はシリンダーヘッド３４ｍ又は３４ｐの先端部分と同じかそれよりも内側とする。則ち回転子１３の外形と同じかそれよりも若干小さめにすることで、摺動する図１５のギア側回転子隔壁７１ｒや図１６の副吸排気口付き回転子隔壁７１ｓとの隙間を出来るだけ小さなものにする。更にギア側ハウジング隔壁４１ｒ及び副吸排気口付きハウジング隔壁４１ｓはメインハウジング３１との間で気密状態とするがその方法は詳述しない。
【００３１】
図においては、分かり易い様に分離して表示したが、図１３の冷却水用溝５１ｔ付きギア側冷却水用ハウジング５１ｒと図１１のギア側ハウジング隔壁４１ｒとを、図１４の冷却水用溝５１ｔ付き出力側冷却水用ハウジング５１ｓの水路部分と図１２の副吸排気口付きハウジング隔壁４１ｓとを、それぞれ一体化してもよい。これらのハウジングとメインハウジング３１には冷却水用の穴３７又は冷却水用溝５１ｔが設けられ、出力側冷却水用ハウジング５１ｓには冷却水出入口５１ｕが設けられるが詳述しない。
【００３２】
冷却水用シールや冷却用オイルシールに付いては詳述しない。
【００３３】
図１５、図１６に見るギア側回転子隔壁７１ｒ及び副吸排気口付き回転子隔壁７１ｓはレシプロエンジンでのクランクシャフトのクランクアームに相当する。ギア側回転子隔壁７１ｒ及び副吸排気口付き回転子隔壁７１ｓには回転子の冷却用の穴１７と一致する様に冷却用の穴１７が空けられ、更に回転ピストンの軸用の穴１８やアイドルギアの軸用の穴１９が空けられる。
【００３４】
ハウジング隔壁と回転子隔壁は図１１のギア側ハウジング隔壁４１ｒの最も中心軸寄りの円周面の部分と図１５のギア側回転子隔壁７１ｒの外周面部分との間、及び図１２の副吸排気口付きハウジング隔壁４１ｓの最も中心軸寄りの円周面の部分と図１６の副吸排気口付き回転子隔壁７１ｓの外周面部分との間で気密を維持しつつ摺動する。気密方法については詳述しない。
【００３５】
図１９に於いて、必要ならば出力側にもギアハウジング６１を組込む。ギア側冷却水用ハウジング５１ｒとギア側ハウジング隔壁４１ｒ、副吸排気口付きハウジング隔壁４１ｓと出力側冷却水用ハウジング５１ｓの水路部分はそれぞれ一体化してもよい。また全てのハウジングを連結するために各ハウジングに連結用のボルト穴３９を設ける。
【００３６】
燃焼圧力は圧縮燃焼側ピストンヘッド２９ｐに吸排気側シリンダーヘッド３４ｍの方向へ水平に作用する。その燃焼圧力の回転ピストンの軸中心２３が描く円の接線方向への分力が、回転ピストン２１ｇ又は２１ｈの軸からギア側回転子隔壁７１ｒと副吸排気口付き回転子隔壁７１ｓへ、更に回転子１３の軸則ち出力用中心軸１４ｅへと出力される。
【００３７】
図１０に見る様に回転子１３と回転ピストン２１ｇ又は２１ｈとの間の空間を回転ピストン留気室９１ｖと名付ける。図１２に見る様に副吸排気口側付きハウジング隔壁４１ｓに副吸排気口４２を設け、それに対応する様に図１６に見る副吸排気口付き回転子隔壁７１ｓにも副吸排気口７２を設ける。これにより回転ピストン留気室９１ｖに残される排気を、加圧或いは減圧装置を介して、適量の新気と入れ替える。この新気と排気の入れ替えはＥＧＲ則ち排気ガス循環の一部とする。
【００３８】
図２０の様に２行程回転ピストン機関として構成する場合、４行程回転ピストン機関として構成する場合の４点を変更する。第１点として圧縮室９１ｊに排気口３５ｌを設け新たに排気室９１ｌとする。第２点として燃焼室９１ｋの点火プラグ３６をなくす。第３点として燃焼室９１ｋに吸気口３５ｉを設け新たに吸気室９１ｉとする。また第４点として回転ピストン２１ｇ又は２１ｈに圧縮気体の移動のための隙間２９ｑを作らない。
【発明の効果】
【００３９】
この回転ピストン機関の構造は、出力軸である回転子１３の出力用中心軸１４ｅを中心に複数の円を組み合わせた形になっており、極めて簡単なものである。しかも容積室の容量は半径方向の構造の寸法あるいは軸方向の寸法を変えることによって用意に選ぶことができ、出力軸方向に複数個連結することもできる。
【００４０】
各運動部分が、自転する回転子１３の同心円上を公転しつつ自転運動するため、往復ピストン機関の様な往復運動部分が無く、バンケル式回転ピストン機関の様に大質量部分の重心が偏心運動することも無く、複数の回転子１３を連結しない場合にも、則ち回転子１３が１つの場合にも運転時の静粛性や低振動性と、高速回転が期待される。
【００４１】
この回転ピストン機関において、例えば１つの回転子１３に２つの回転ピストン２１ｇ又は２１ｈの構成の場合では、４気筒のロングストロークレシプロエンジンからコネクティングロッドを無くし、ピストンをクランクピン部分に設置し、更に軸方向に４分の１に縮めた様な簡単かつ、構成部品が少ない極めてコンパクトな容積形内燃機関となる。
【００４２】
特殊な曲線がないため、製造過程を大幅に単純化でき、製造が容易であり構造的には従来実現しなかった大型のもの、あるいは小型のものができる。そのため使用用途の拡大が望める。
【００４３】
力の伝達方向は、燃焼行程全域で燃焼圧力の回転ピストン２１ｇ又は２１ｈへの作用力の全てが回転ピストン２１ｇ又は２１ｈの軸が描く円の接線方向へ働く様な、理想的な状態では無く、レシプロエンジンでの燃焼圧力のクランクピンへの作用方向に似たものになる。しかし力を有効かつ滑らかに伝達して、直接回転力を取り出すことができると同時に、出力用中心軸１４ｅに作用するトルクの力点、つまり圧縮燃焼側ピストンヘッド２９ｐの位置を、出力用中心軸１４ｅから離れた適当な位置に置くことができ、用途に応じた設計もし易い事から、ロングストロークレシプロエンジンの高トルクとショートストロークレシプロエンジンやバンケル式回転ピストンエンジンの高回転とを同時に実現するものと期待される。
【００４４】
またこの機関の４行程が基本的に、円周上の別の場所で行なわれるために、熱変形の少ない材料を使えば、それぞれの場所の温度条件をその行程に合ったものに設定し、熱的なロスを少なくすることができる点も重要である。
【００４５】
更に回転ピストン留気室９１ｖへの残留排気を利用することでＥＧＲ則ち排気ガス循環を容易に行うことが可能である。
【００４６】
このようなことから回転ピストン機関を利用する分野の拡大、新分野の開発が可能になった。特に外側のメインハウジングの内面３２が５つの円筒を組み合わせた形状から成る場合は発電などの負荷変動の少ない環境で気密シールを減らしてコンパクトかつ廉価に運用するのに適している。更に外側のメインハウジングの内面３２が４つの円筒を組み合わせた形状から成る実施例２の場合はより気密性の高さを求められる場合に適している。
【００４７】
また軽量コンパクトで効率的なスターリングサイクルエンジンの実現にも道を開くものと確信する。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】ベルト式回転ピストン制御機構説明図
【図２】歯車式回転ピストン制御機構説明図
【図３】ギアハウジング斜視図
【図４ａ】回転子構造簡易説明正面図
【図４ｂ】回転子構造簡易説明斜視図
【図５ａ】回転ピストン構造簡易説明正面図
【図５ｂ】回転ピストン構造簡易説明斜視図
【図５ｃ】実施例２での回転ピストン構造簡易説明正面図
【図５ｄ】実施例２での回転ピストン構造簡易説明斜視図
【図６ａ】メインハウジング構造簡易説明正面図
【図６ｂ】メインハウジング構造簡易説明斜視図
【図７】４行程回転ピストン機関簡易説明図
【図８】回転ピストン２つの場合の簡易正面図
【図９】回転ピストン３つの場合の簡易正面図
【図１０】回転ピストン２つの場合の４行程回転ピストン機関正面図
【図１１】ギア側ハウジング隔壁斜視図
【図１２】副吸排気口付きハウジング隔壁斜視図
【図１３】ギア側冷却水用ハウジング斜視図
【図１４】出力側冷却水用ハウジング斜視図
【図１５】ギア側回転子隔壁斜視図
【図１６】副吸排気口付き回転子隔壁斜視図
【図１７】このエンジンを構成する実施例２での各円の関係
【図１８】このエンジンを構成する各円の関係
【図１９】歯車式回転ピストン制御装置を片側１組とする、回転子１つ、回転ピストン２つの場合の全体断面図
【図２０】２行程回転ピストン機関簡易正面図
【発明を実施するための形態】
【００４９】
平滑な真円運動のみによる回転ピストン機関を実現した。
【実施例１】
【００５０】
メインハウジング内面が５つの円筒を組み合わせて作られる場合を図１８を中心に説明する。
【００５１】
まず回転子の出力軸中心１４ｆから回転ピストン２１ｇの軸中心２３までの距離をＲ１、回転ピストン２１ｇの外周円２５ｎの半径をＲ２とする。
メインハウジングの内面３２は半径Ｒ１＋Ｒ２の円３３ｎと回転ピストン２１ｇを回転子の出力軸中心１４ｆにおいた場合の回転ピストン２１ｇの４つの頂点２６を中心とする半径Ｒ１の４つの円１５ｎで構成される。外側のハッチング部がメインハウジング部分となる。
【００５２】
回転ピストン２１ｇの左右のピストンヘッド２９ｍ又は２９ｐの面は、回転ピストンの軸中心２３よりＲ１＋α水平方向に離れた、シリンダーヘッド２４ｍと３４ｐと重なる左右２つの点２７ｎを中心とする半径Ｒ１の２つの円１５ｎで構成され、圧縮燃焼側ピストンヘッド２９ｐには更に深い溝を構成するか凹部自体を深くして圧縮気体の移動のための隙間２９ｑとする。回転ピストンの外形は中心部のハッチング部分となる。実際には回転ピストンの軸中心２３は表示点２３におく。
【００５３】
更に回転子１３の基本外形は半径Ｒ１＋αの円筒１６ｎとし、回転子の回転ピストン用溝１３ｄは、回転子の出力軸中心１４ｆを中心とする半径Ｒ１の円上に２つ以上等間隔に設ける。回転子の形状は中間部のハッチング部分となる。また図４ａと図４ｂのように回転子１３の軸周辺は空間１７を設けて重量を減らすと共に冷却用とする。
【００５４】
冷却方式はメインハウジング３１、ギア側冷却水用ハウジング５１ｒ、出力側冷却水用ハウジング５１ｓ、ギア側ハウジング隔壁４１ｒ、副吸排気口付きハウジング隔壁４１ｓでは水冷方式、回転子１３とギア側回転子隔壁７１ｒ、副吸排気口付き回転子隔壁７１ｓでは油冷方式とするが詳述しない。
【００５５】
この内燃機関は図７に見る様に次の４行程を実施する。
吸入行程。回転ピストン２１ｇが吸排気側シリンダーヘッド３４ｍに移動したときから圧縮燃焼側シリンダーヘッド３４ｐへ移動するまでの回転ピストンの吸気側２８ｉでの機関容積室則ち吸気室９１ｉの増加行程。
圧縮行程。回転ピストン２１ｇが吸排気側シリンダーヘッド３４ｍに移動したときから圧縮燃焼側シリンダーヘッド３４ｐへ移動するまでの回転ピストンの圧縮側２８ｊでの機関容積室則ち圧縮室９１ｊの減少行程。
燃焼行程。回転ピストン２１ｇが圧縮燃焼側シリンダーヘッド３４ｐに移動したときから吸排気側シリンダーヘッド３４ｍに移動するまでの回転ピストンの燃焼側２８ｋでの機関容積室則ち燃焼室９１ｋの増加行程。
排気行程。回転ピストン２１ｇが圧縮燃焼側シリンダーヘッド３４ｐに移動したときから吸排気側シリンダーヘッド３４ｍに移動するまでの回転ピストンの排気側２８ｌでの機関容積室則ち排気室９１ｌの減少行程。
この４行程はシリンダーヘッドの吸気側３４ｉ位置から容積室が発生する度にスタートする。
【００５６】
この４行程中に回転ピストン２１ｇは４つの頂２６とピストンヘッド２９ｍや２９ｐ以外にも外周の一部をシリンダーヘッド３４ｍ又は３４ｐ以外のメインハウジングの内面３２に摺動させる為、負荷変動が大きい場合は若干の気密漏れを生じるかもしれないが、円の組み合わせ構造であることや遠心力による回転ピストン２１ｇのメインハウジングの内面３２への押しつけを考慮すると、さほど問題視する必要はないと考える。
しかし、ギア側ハウジング隔壁４１ｒとギア側回転子隔壁７１ｒ及び副吸排気口付きハウジング隔壁４１ｓと副吸排気口付き回転子隔壁７１ｓの各摺動面、シリンダーヘッド３４ｍと３４ｐ、及び図５ａと図５ｂに示す回転ピストン２１ｇの４つの頂２６に気密シールを設けてもよい。
【実施例２】
【００５７】
実施例１に対して、メインハウジングの内面３２が回転ピストン２１ｈを回転子の出力軸中心１４ｆにおいた場合の回転ピストン２１ｈの４つの頂点２６を中心とする半径Ｒ１の４つの円筒を組み合わせて作られる場合は、図１７に見るように、実施例１のうちハウジングの構成円のうち半径Ｒ１＋Ｒ２の円３３ｎを使用しない。
【００５８】
更に回転ピストン２１ｈに上下の凹部溝２４ｈを設ける。この上部凹部溝は回転ピストンの４つの頂点２６の上部の２つの頂点から上へ距離Ｒ１離れた位置を中心とする半径Ｒ１の円１５ｎで構成される。同様に下部凹部溝は回転ピストンの４つの頂点２６の下部の２つの頂点から下へ距離Ｒ１離れた位置を中心とする半径Ｒ１の円１５ｎで構成される。また、この上下の凹型溝には更なる溝を設けるか、溝自体を深くする事で圧縮気体の移動のための隙間２９ｑとする。
【００５９】
この内燃機関は実施例１の図７を参考にして次の４行程を実施する。
吸入行程。回転ピストン２１ｈが吸排気側シリンダーヘッド３４ｍに移動したときから圧縮燃焼側シリンダーヘッド３４ｐへ移動するまでの回転ピストンの吸気側２８ｉでの機関容積室則ち吸気室９１ｉの増加行程。
圧縮行程。回転ピストン２１ｈが吸排気側シリンダーヘッド３４ｍに移動したときから圧縮燃焼側シリンダーヘッド３４ｐへ移動するまでの回転ピストンの圧縮側２８ｊでの機関容積室則ち圧縮室９１ｊの減少行程。
燃焼行程。回転ピストン２１ｈが圧縮燃焼側シリンダーヘッド３４ｐに移動したときから吸排気側シリンダーヘッド３４ｍに移動するまでの回転ピストンの燃焼側２８ｋでの機関容積室則ち燃焼室９１ｋの増加行程。
排気行程。回転ピストン２１ｈが圧縮燃焼側シリンダーヘッド３４ｐに移動したときから吸排気側シリンダーヘッド３４ｍに移動するまでの回転ピストンの排気側２８ｌでの機関容積室則ち排気室９１ｌの減少行程。
この４行程はシリンダーヘッドの吸気側３４ｉ位置から容積室が発生する度にスタートする。
【００６０】
更に、ギア側ハウジング隔壁４１ｒとギア側回転子隔壁７１ｒ及び副吸排気口付きハウジング隔壁４１ｓと副吸排気口付き回転子隔壁７１ｓの各摺動面、シリンダーヘッド３４ｍと３４ｐ、及び図５ｃと図５ｄに示す回転ピストン２１ｈの４つの頂２６に気密シールを設けてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
この発明された回転ピストン機関の利用分野は、４行程の内燃機関として発電などの各種産業用機械装置の動力源をはじめ自動車、航空機、船舶用エンジン等の交通機関用エンジンとして利用される。
さらに２行程の基本的な回転ピストン機関として、高圧あるいは低圧の気体や液体による回転ピストン原動機、たとえば蒸気機関や発電用等の水力機関、波力発電用の空気力機関として使用できるが、特に、構造上シンプルであることから大型あるいは小型の機関も構成できる。
また、電磁的あるいは熱的影響がない回転数をコントロールできる原動機として利用できる可能性や、この機関の構造を利用してスターリングエンジンを開発できる可能性が十分にある。また、この機関の２行程の機能はポンプあるいはコンプレッサーと同一なので、ポンプ、コンプレッサーとしても利用できる。
【符号の説明】
【００６２】
１１ａ    中心スプロケット
１１ｂ    回転ピストンに固定されたスプロケット
１１ｃ    段付きベルト
１２ａ    ギアハウジングに固定された中心歯車
１２ｂ    回転ピストン歯車
１２ｃ    アイドルギア
１３    回転子
１３ｄ    回転子の回転ピストン用溝
１４ｅ    出力用中心軸
１４ｆ    回転子の出力軸中心
１５ｎ    半径Ｒ１の円又は円筒
１６ｎ    半径Ｒ１＋αの円又は円筒    
１７    冷却用の穴
１８    回転ピストンの軸用の穴
１９    アイドルギアの軸用の穴
２１ｇ    回転ピストン
２１ｈ    実施例２での回転ピストン
２２    回転ピストンの軸
２３    回転ピストンの軸中心
２４ｈ    実施例２での回転ピストンの上下の凹部溝
２５ｎ    半径Ｒ２の円又は円筒
２６    回転ピストンの４つの頂点又は頂
２７ｎ    回転ピストンの軸中心から水平方向にＲ１＋α離れた左右２つの点
２８ｉ    回転ピストンの吸気側
２８ｊ    回転ピストンの圧縮側
２８ｋ    回転ピストンの燃焼側
２８ｌ    回転ピストンの排気側
２９ｍ    吸排気側ピストンヘッド
２９ｐ    圧縮燃焼側ピストンヘッド
２９ｑ    圧縮気体の移動のための隙間
３１    メインハウジング
３２    メインハウジングの内面
３３ｎ    半径Ｒ１＋Ｒ２の円又は円筒
３４ｉ    シリンダーヘッドの吸気側    
３４ｌ    シリンダーヘッドの排気側
３４ｍ    吸排気側シリンダーヘッド
３４ｊ    シリンダーヘッドの圧縮側
３４ｋ    シリンダーヘッドの燃焼側
３４ｐ    圧縮燃焼側シリンダーヘッド
３５ｉ    吸気口
３５ｌ    排気口
３６    点火プラグ
３７    冷却水用の穴
３８    オイルゲージ口
３９    ボルト穴
４１ｒ    ギア側ハウジング隔壁
４１ｓ    副吸排気口付きハウジング隔壁
４２    ハウジング隔壁の副吸排気口
５１ｒ    ギア側冷却水用ハウジング
５１ｓ    出力側冷却水用ハウジング
５１ｔ    冷却水用溝
５１ｕ    冷却水出入口
６１    ギアハウジング
７１ｒ    ギア側回転子隔壁
７１ｓ    副吸排気口付き回転子隔壁
７２    回転子隔壁の副吸排気口
８１ｉ    吸気
８１ｌ    排気
８１ｊ    圧縮気体
８１ｋ    燃焼気体
９１ｉ    吸気室
９１ｌ    排気室
９１ｊ    圧縮室
９１ｋ    燃焼室
９１ｖ    回転ピストン留気室
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図５ｄ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年11月11日(2009.11.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本願記載の回転ピストン機関は、出力用中心軸を中心に持つ真円円柱構造を基本とし回転ピストンを組み込むためにこの真円円柱の外側より少し内側に中心を持ち中心軸に平行な円筒を基本形とする凹形の溝を二つ以上持つ構造の回転子と、この回転子に組み込む、左右にピストンヘッドとなる凹型溝を持ち圧縮燃焼側ピストンヘッドに圧縮気体を燃焼行程に移動させるための更なる隙間を設けるか圧縮燃焼側ピストンヘッドの凹形溝自体をより深く設けた回転ピストン、及び回転ピストンを回転子軸の中心上にその軸中心を合わせる様に置いた場合にこの回転ピストンの４つの頂点を中心とする回転ピストンの公転円と同じ大きさの４つの円でハウジング内側の左右に構成されるシリンダーヘッドを有するメインハウジング、更に回転子軸の中心を中心点とする、ギアハウジングに固定された歯車と、２つ以上の回転ピストンの軸にそれぞれ固定された同型の歯車とをアイドルギアを介して組み合わせ、回転ピストンの上下左右位置を制御、維持する機構により構成されている。  尚、これらメインハウジングと回転子は軸方向に同じ長さを持ち、回転ピストンはサイドハウジングであるハウジング隔壁や回転子隔壁との間で摺動を可能とするために、当然であるが、メインハウジングや回転子よりも軸方向にやや隙間をとれる長さとしている。  更に、サイドハウジングは、メインハウジングを回転子軸の軸方向に挟むようにメインハウジングに固定され、回転子軸中心を中心としシリンダーヘッド先端部を内径とするリング形状を基本形とし、機関容積室のサイドハウジングとなり機関容積室を気密にするハウジング隔壁と、基本形が回転子軸を中心とする円盤形であり外周部分でハウジング隔壁の内径部分と摺動し、回転ピストンと回転子を回転子軸の軸方向に挟むように回転子に固定された回転子隔壁からなる。  以上の回転ピストン機関において、回転子に設けた回転ピストンを設置するための溝と回転ピストンとによって作られる閉鎖空間を回転ピストン留気室と呼ぶと、［削除］ハウジング隔壁の吸排気口側に副吸排気口となるラジアル方向の貫通穴を設け、併せて回転子隔壁にも回転ピストンが吸排気位置に来たときにハウジング隔壁の吸排気口に合う様に設けた回転ピストン留気室まで貫通した穴である副吸排気口を設けることで回転ピストン留気室に残される排気を、加圧或いは減圧装置を介して、適量の新気と入れ替える構造を特徴として有するハウジング隔壁及び回転子隔壁による副吸排気装置。
【手続補正書】
【提出日】平成22年3月11日(2010.3.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本願記載の回転ピストン機関おいて、その回転子（１３）は出力用中心軸（１４ｅ）を中心に持つ真円円柱構造を基本とし、回転ピストン（２１ｇ）を外周部分に組み込むためにこの真円円柱の外側より少し内側に中心を持ち、この真円円柱の中心軸に平行な円筒を基本形とする凹形の溝を二つ以上持つ構造を有する。
次に、この回転子（１３）に組み込む回転ピストン（２１ｇ）は、真円円柱構造を基本として外周部分の左右となる位置に向かい合うようにピストンヘッドとなる凹型溝を持ち、圧縮燃焼側ピストンヘッド（２９ｐ）に圧縮気体を燃焼行程に移動させるための更なる隙間を設けるか圧縮燃焼側ピストンヘッド（２９ｐ）の凹形溝自体をより深く設けた構造を有する。
これら回転部分を収納するメインハウジング（３１）は、仮にこの回転ピストン（２１ｇ）を回転子軸の中心上にその軸中心を合わせる様に置いた場合に、この回転ピストン（２１ｇ）の４つの頂点を中心とする回転ピストン（２１ｇ）の公転円と同じ大きさの４つの円によりメインハウジングの内側（３２）の左右に構成されるシリンダーヘッド（３４ｍと３４ｐ）を有する。そして吸排気口を持つ吸排気上死点側を吸排気側シリンダーヘッド（３４ｍ）と呼び、圧縮燃焼上死点側を圧縮燃焼側シリンダーヘッド（３４ｐ）と呼ぶ。またメインハウジングの上下部分の内面は、この４つの円を包むように接する、回転子軸の中心を中心とする円により構成される。
更に、回転子軸の中心を中心点とする、ギアハウジングに固定された中心歯車（１２ａ）と、２つ以上の回転ピストン（２１ｇ）の軸にそれぞれ固定された中心歯車（１２ａ）と同じ歯数とモジュールの回転ピストン歯車（１２ｂ）とをアイドルギア（１２ｃ）を介して組み合わせ、回転ピストン（２１ｇ）の上下左右位置を制御、維持する機構を有する。
尚、この回転ピストン機関の軸方向の気密のためには、これらメインハウジング（３１）と回転子（１３）は軸方向に同じ長さを持ち、回転ピストン（２１ｇ）はサイドハウジングであるハウジング隔壁（４１ｒと４１ｓ）や回転子隔壁（７１ｒと７１ｓ）との間で摺動を可能とするために、当然であるが、メインハウジング（３１）や回転子（１３）よりも軸方向にやや隙間をとれる長さとしている。
また、ハウジング隔壁（４１ｒと４１ｓ）は、メインハウジング（３１）を回転子軸の軸方向に挟むようにメインハウジング（３１）に固定され、回転子軸中心を中心としシリンダーヘッド（３４ｍと３４ｐ）先端部を内径とするリング形状を基本形とし、機関容積室を構成する。
この機関容積室を気密にする内側の面となる回転子には、基本形が回転子軸を中心とする円盤形であり外周部分でハウジング隔壁（４１ｒと４１ｓ）の内径部分と摺動し、回転ピストン（２１ｇ）と回転子（１３）を回転子軸の軸方向に挟むように回転子（１３）に固定される回転子隔壁（７１ｒと７１ｓ）を有する。
この回転ピストン機関において、回転子（１３）に設けた回転ピストン（２１ｇ）を設置するための溝と回転ピストン（２１ｇ）とによって作られる閉鎖空間を回転ピストン留気室（９１ｖ）と呼ぶと、ここに一時溜まる排気は新気と混合されてしまい、固定された排気ガス循環（ＥＧＲ）量となる為に、この量を調節する機構が要求される。
以上の様に概略を示されたこの回転ピストン機関において排気ガス循環（ＥＧＲ）量を調節する為に、副吸排気口付きハウジング隔壁（４１ｓ）の吸排気口側に副吸排気口（４２）となるラジアル方向の貫通穴を設け、併せて副吸排気口付き回転子隔壁（７１ｓ）にも回転ピストン（２１ｇ）が吸排気位置に来たときに副吸排気口付きハウジング隔壁（４１ｓ）の吸排気口に合う様に設けた回転ピストン留気室（９１ｖ）まで貫通した穴である副吸排気口（７２）を設けることで、回転ピストン留気室（９１ｖ）に残される排気を加圧或いは減圧装置を介して適量の新気と入れ替える構造を特徴として有する副吸排気口付きハウジング隔壁（４１ｓ）及び副吸排気口付き回転子隔壁（７１ｓ）による副吸排気装置を特許請求の範囲とする。