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技術 回転ピストン機械

出願人 百瀬哲也
発明者 百瀬哲也
出願日 1999年8月27日 (20年6ヶ月経過) 出願番号 1999-283301
公開日 2001年3月13日 (19年0ヶ月経過) 公開番号 2001-065359
状態 未査定
技術分野 回転機関
主要キーワード 大小交互 段階図 理論解析 容積変化率 可変容積室 回転姿勢 吸気パイプ つりあい
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重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2001年3月13日)のものです。
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図面 (8)

課題

振動の発生が少なく、ピストンが通常の回転運動をする回転ピストン機械を実現し提供する。

解決手段

円周上に等間隔に配置した四つの回転ピストンを有し、この回転ピストンの断面形状は、中心角が90°の円弧二つと、この円弧より小さな、中心角が90°の円弧二つが大小交互に連なること、または中心角が90二の円弧二つが連なることよりなる。

概要

背景

従来、内燃機関ポンプ圧縮機またはこれらに類似する装置に使用するピストン機械として、往復ピストン機械が用いられるが、多くの場合往復ピストン直線運動回転運動を変換する必要があり、そのためのクランク機構が必要となるうえ、ピストン往復運動により振動を発生する。これらの問題点を解決するには、ピストンが通常の回転運動を行う回転ピストン機械の実現が理想的である。

回転ピストン機械として、有名なヴァンケルエンジンと鼠型ロータリーなども考案されているが、ヴァンケルエンジンの回転ピストン公転運動をするものであるうえ、これを通常の回転運動に変換するために、エキセントリックシャフトギヤによる機構を必要とし、猫と鼠型ロータリーの回転ピストンはオーバルギヤによる遅行と速行を繰り返しながらの特殊な回転運動であり、振動を発生する要因となる。

なお、ピストンが通常の回転運動を行う回転ピストン機械として、ギヤ式ポンプがある。

概要

振動の発生が少なく、ピストンが通常の回転運動をする回転ピストン機械を実現し提供する。

円周上に等間隔に配置した四つの回転ピストンを有し、この回転ピストンの断面形状は、中心角が90°の円弧二つと、この円弧より小さな、中心角が90°の円弧二つが大小交互に連なること、または中心角が90二の円弧二つが連なることよりなる。

目的

本発明は、従来の技術の問題点を解決する回転ピストン機械、つまり、振動の発生が少なく、ピストンが通常の回転運動をし、ピストンの運動と通常の回転運動を変換するための機構が不要な回転ピストン機械を、ギヤ式ポンプとは別の手段により実現し、提供することを目的としている。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

円周上の等間隔に配置した四つの回転ピストンを有し、この回転ピストンの断面形状は、中心角が90°の円弧二つと、この円弧より小さな、中心角が90°の円弧二つが、大小交互に連なることよりなる回転ピストン機械

請求項2

請求項1に記載の回転ピストン機械において、前記四つの回転ピストンの回転ピストン軸はギヤを有し、これらのギヤと噛み合う仲介ギヤを有する回転ピストン機械。

請求項3

請求項2に記載の回転ピストン機械において、前記回転ピストンがその断面形状を維持しつつ、ねじれた形状をしている回転ピストン機械。

請求項4

請求項2に記載の回転ピストン機械において、前記四つの回転ピストンの前後にハウジングを有する回転ピストン機械。

請求項5

請求項4に記載の回転ピストン機械において、前記ハウジングに開口を有する回転ピストン機械。

請求項6

請求項5に記載の回転ピストン機械において、前記ハウジングに、燃料噴射弁点火プラグまたはこれらに類似する少なくとも一つの着火エレメントを有する回転ピストン機械。

請求項7

円周上の等間隔に配置した四つの回転ピストンを有し、この回転ピストンの断面形状は、中心角が90°の円弧二つが、連なることよりなる回転ピストン機械。

請求項8

請求項7に記載の回転ピストン機械において、前記四つの回転ピストンの回転ピストン軸はギヤを有し、これらのギヤと噛み合う仲介ギヤを有する回転ピストン機械。

請求項9

請求項8に記載の回転ピストン機械において、前記回転ピストンがその断面形状を維持しつつ、ねじれた形状をしている回転ピストン機械。

請求項10

請求項8に記載の回転ピストン機械において、前記四つの回転ピストンの前後にハウジングを有する回転ピストン機械。

請求項11

請求項10に記載の回転ピストン機械において、前記ハウジングに、開口を有する回転ピストン機械。

請求項12

請求項11に記載の回転ピストン機械において、前記開口またはそれに接続される流体通路に弁を有する回転ピストン機械。

技術分野

0001

本発明は、内燃機関ポンプ圧縮機またはこれらに類似する装置において使用する回転ピストン機械に関するものである。

背景技術

0002

従来、内燃機関、ポンプ、圧縮機またはこれらに類似する装置に使用するピストン機械として、往復ピストン機械が用いられるが、多くの場合往復ピストン直線運動回転運動を変換する必要があり、そのためのクランク機構が必要となるうえ、ピストン往復運動により振動を発生する。これらの問題点を解決するには、ピストンが通常の回転運動を行う回転ピストン機械の実現が理想的である。

0003

回転ピストン機械として、有名なヴァンケルエンジンと鼠型ロータリーなども考案されているが、ヴァンケルエンジンの回転ピストン公転運動をするものであるうえ、これを通常の回転運動に変換するために、エキセントリックシャフトギヤによる機構を必要とし、猫と鼠型ロータリーの回転ピストンはオーバルギヤによる遅行と速行を繰り返しながらの特殊な回転運動であり、振動を発生する要因となる。

0004

なお、ピストンが通常の回転運動を行う回転ピストン機械として、ギヤ式ポンプがある。

発明が解決しようとする課題

0005

本発明は、従来の技術の問題点を解決する回転ピストン機械、つまり、振動の発生が少なく、ピストンが通常の回転運動をし、ピストンの運動と通常の回転運動を変換するための機構が不要な回転ピストン機械を、ギヤ式ポンプとは別の手段により実現し、提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

0006

本発明者は、上記目的を達成するために、これの実現に向けて研究を重ねた結果、後述の方法によりそれを実現しうることを見いだし、本発明をなすに至った。

0007

本発明の回転ピストン機械においては、円周上の等間隔に配置した四つの回転ピストンを有し、この回転ピストンの断面形状は、中心角が90°の円弧二つ(図1A点から図1B点および、図1C点から図1D点)と、この円弧より小さな、中心角が90°の円弧二つ(図1A点から図1D点および、図1B点から図1C点)が、大小交互に連なることよりなるものであり、前記四つの回転ピストンを用いて構成する空間を可変容積室とする。

0008

可変容積室の容積の最大時と最小時の変化の比率は、回転ピストンの断面形状を構成する大小の円弧の、大きさの差が大きいほど大きくなり、円弧の大きさの差が小さくなるほど変化の比率も小さく、回転ピストンの断面形状は真円に近づく。当然のことながら、断面形状が真円では可変容積室となり得ないので、前述の、円弧の大きさの差が必要なのである。

0009

可変容積室の容積変化率を最大にするために、大小の円弧のうちの、小さい方の円弧を最小にすることは、実質的に、その円弧の大きさをゼロにするのと等しい結果になるため、容積変化率を最大にする場合の断面形状は、中心角が90°の円弧二つ(それぞれ図4G点から図4H点)が、連なることよりなるものになる。この場合、四つの回転ピストンがその内側に構成する可変容積室の容積は、最小時ゼロになる。

0010

四つの回転ピストンを同じ回転方向、同じ回転速度で連動させるため、回転ピストン軸はギヤを有し、これらのギヤと噛み合う仲介ギヤを有するものであり、この仲介ギヤの軸は出力用および/または入力用主軸としても適している。

0011

四つの回転ピストンの前後に、ハウジングを設けることにより、四つの回転ピストンの内側の可変容積室を密閉する。

0012

可変容積室内に、流体出し入れするには、前記ハウジングに開口を設ける。

0013

また、本発明を内燃機関として適応させるには、前記ハウジングに燃料噴射弁点火プラグまたはこれらに類似する少なくとも一つの着火エレメントを設ける。

0014

本発明をポンプとして適応させる場合など、流体の逆流を防止するには、前記開口やそれに接続する流体通路に弁を設ける。

0015

四つの回転ピストンを、前記のいずれかの断面形状を維持したままねじれた形状にすることにより、回転ピストンの回転角度が部位により変わるため、可変容積室に容積の大きい部位と小さい部位を生じ、これらの部位を、回転ピストンの回転に従い移動させることができる。この移動により可変容積室内の流体も移動させることが可能であり、ポンプとして機能させることができる。

発明を実施するための最良の形態

0016

発明の実施の形態を実施例にもとづき図面を参照して説明する。なお、実施例2と実施例3において実施例1と共通する部分については説明を省略する。

0017

実施例1として、本発明を2サイクル燃料直接噴射式内燃機関に相当するものに適応した例を図1図2図3を参照して説明する。回転ピストンハウジング1の中に、四つの回転ピストン2は円周上の等間隔に配置する。この回転ピストンを挟み込むように、ギヤハウジング3、フロントハウジング4、回転ピストンハウジング、リヤハウジング5は、ボルト6とナット7により固着する。

0018

回転ピストンの断面形状は、中心角が90°の円弧二つと、この円弧より小さな、中心角が90°の円弧二つが、大小交互に連なることよりなる。大小の円弧の、大きさの比率は、従来の内燃機関の圧縮比に相当するものである。図1では比率5対1としたが、この比率の変位量については、内燃機関の理論解析および経験則により、掃気口排気口の位置、排気量や外部の過給器の有無などに応じて決定され、これらに運転概念としての違いはないため、本発明の新規性には関わりがない。

0019

回転ピストン軸8の一端は、フロントハウジングを貫通して、ギヤハウジング内伸び、その先端に回転ピストン軸ギヤ9を有する。この回転ピストン軸ギヤと噛み合う仲介ギヤ10は、主軸11に固着されており、主軸はギヤハウジングを貫通し外部に延びる。フロントハウジングの中心部には点火プラグ12が設けられ、リヤハウジングの中心部には燃料噴射弁13が設けられる。なお本発明をディーゼル機関に適応させる場合は点火プラグは無くてもよい。リヤハウジングには、掃気口14と、排気口15を二つずつ設ける。前記掃気口には吸気パイプ16が接続され、前記排気口には排気パイプ17が接続される。

0020

この内燃機関の運転時は吸気パイプに外部のブロワー等により空気を送り込み、燃料噴射弁に燃料を送り、点火プラグに電気を供給し、排気パイプにはマフラーが接続される。これらは、従来の内燃機関の関連装置として周知の技術である。

0021

なお、吸気パイプから燃料と空気の混合気送り込む場合は、燃料噴射弁は設けなくてもよいが、この場合、吸気パイプから、必要時以外の混合気の吹き出しを防止するための弁を吸気パイプに設けることが好ましい。弁の機構としては、従来の内燃機関に関する技術として周知のものであるが、回転ピストン軸にカムを設け、これによりポペット弁開閉させるか、回転ピストン軸に切り欠きのある円盤を設け、この円盤が吸気パイプの断面を塞ぐようにし、この断面を切り欠きが通過することにより流体の通路を開閉する。

0022

上記の実施例1の効果として、従来の往復ピストン式2サイクル内燃機関と比べ、掃気口と排気口を離れた位置に配置する事ができるため、弁機構を用いることなく、十分な掃気が可能である。また、回転ピストンの燃焼ガスに接する面は、工程ごとに片面ずつ交代するため、回転ピストンの冷却および耐熱性に有利である。

0023

実施例2として、本発明をポンプに適応した例を図4図5を参照して説明する。回転ピストン18の断面形状は、中心角が90°の円弧二つが連なることよりなる。リヤハウジング19の中心部および上部と下部に開口20を有し、これら開口に、リードバルブ21を備えたパイプ22が流体通路として接続される。なお、リードバルブは開口に設けてもよいが、この場合、パイプおよび開口は吸入用と排出用を完全に分離する方が好ましい。

0024

上記実施例2のポンプでは、四つの回転ピストンの外側の空間も、可変容積室として利用している。当然であるが、この可変容積室を無視し、四つの回転ピストンの内側の可変容積室のみの利用でもポンプとして機能する。

0025

実施例3として、本発明を弁が不要なポンプに適応した例を、一部省略した図6を参照して説明する。図示されないハウジング内に、支柱23により支えられた四つの回転ピストン24は、図3に示した実施例1のギヤ伝動機構と同様に回転ピストン軸25がギヤを有し、それらが仲介ギヤと噛み合うことにより連動する。

0026

回転ピストンの断面形状は、中心角が90°の円弧二つが連なることよりなり、回転ピストンはこの断面形状を維持したまま、ねじれた形状をしている。図6では、このねじれの角度を90°としたが、このねじれの角度の変位量については、ポンプを使用する用途等に応じて決定され、運転概念としての違いはないため、本発明の新規性には関わりがない。

0027

このポンプは、流体の圧力や流れにより回転力を発生し、モーターとしても機能する。

0028

上記の説明文中の実施例1のフロントハウジングおよびリヤハウジングは、請求項4、請求項5、請求項6のハウジングに対応、掃気口および排気口は、請求項5の開口に対応、実施例2のフロントハウジングおよびリヤハウジングは、請求項10、請求項11のハウジングに対応、リードバルブは、請求項12の弁に対応するものである。

0029

上記それぞれの実施例は説明のための具体例であり、本発明の範囲を限定するものではない。これらの実施例は、本発明の適応例のほんの一例であり、実施例の変更例として、実施例1の掃気口、排気口、燃料噴射弁、点火プラグ、実施例2の開口、パイプを反対側のハウジングに設けたり、両方のハウジングに複数設けることも可能であり、すべての実施例に共通する変更例として、仲介ギヤのかわりに、ベルトチェーン各回転ピストン軸のギヤと噛み合わせて伝動機構とする事もできる。

0030

実施例2および実施例3の回転ピストンの断面形状は、実施例1の回転ピストンと同様の、中心角が90°の円弧二つと、この円弧より小さな、中心角が90°の円弧二つが、大小交互に連なることよりなる断面形状としても機能する。

0031

その他にも、従来の往復ピストン機械を利用している多くの装置は、一部を手直しすれば、往復ピストンと本発明の置き換えが可能である。

0032

こうした変更/および改良は、この発明の属する技術の分野における通常の知識を有するものであれば容易に行いうる範囲であり、特許請求の範囲に事実上特定された本発明の範囲に属する変更例と見なすことができる。

0033

図7(a)(b)(c)(d)は、実施例1の内燃機関において、回転ピストンの回転に従う運転状態を、概略図により示している。

0034

段階図(a)では、回転ピストンが回転するにつれ排気口、掃気口が可変容積室の外側になり、可変容積室内の空気は逃げ場を失うため、空気は圧縮される。

0035

段階図(b)では、可変容積室が最小に近づき、圧縮行程終わり近くに、燃料噴射弁により燃料が可変容積室内に噴射され、点火プラグにより着火される。

0036

段階図(c)では、燃焼ガスは、高温高圧になり膨張し、各回転ピストンを押し、動力が発生する。

0037

段階図(d)では、回転ピストンが回転するにつれ、排気口と掃気口が可変容積室内になると、内燃機関外部の掃気ポンプ等によって、掃気口から空気が可変容積室内に強制的に送り込まれ、排気口より、燃焼ガスを外へ追い出す。

発明の効果

0038

本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。

0039

本発明は、円周上に等間隔に配置した四つの回転ピストンを有する構成であるため、各回転ピストンの慣性力が互いにつりあい、また回転ピストンの運動は通常の回転運動であることにより、振動の発生、部品にかかる負荷が非常に少ない。

0040

回転ピストンの運動が通常の回転運動であることにより、回転ピストンから直接回転力を取り出す、または外部からの回転力を直接回転ピストンに入力することが可能で、回転ピストンの運動を変換するための機構が不要という効果を奏する。

図面の簡単な説明

0041

図1実施例1の概略断面図。
図2図1のII−II線に沿った断面図
図3実施例1のギヤ伝動機構の概略斜視図。
図4実施例2の概略断面図。
図5図4のV−V線に沿った断面図
図6ハウジングおよびギヤ装置を省略して示す、実施例3の概略斜視図。
図7実施例1の内燃機関の運動工程を説明する4つの回転姿勢を示した、図1に対応する4つの段階図。

--

0042

1回転ピストンハウジング
2、18、24 回転ピストン
3ギヤハウジング
4フロントハウジング
5、19リヤハウジング
6ボルト
7ナット
8、25 回転ピストン軸
9 回転ピストン軸ギヤ
10仲介ギヤ
11主軸
12点火プラグ
13燃料噴射弁
14掃気口
15排気口
16吸気パイプ
17排気パイプ
20 開口
21リードバルブ
22パイプ
23 支柱

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