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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-04-26
(54)【発明の名称】ロータリエンジン
(51)【国際特許分類】
F01B 9/06 20060101AFI20230419BHJP
F02B 53/00 20060101ALI20230419BHJP
【ＦＩ】
F01B9/06
F02B53/00 B
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022554619
(86)(22)【出願日】2021-03-09
(85)【翻訳文提出日】2022-11-01
(86)【国際出願番号】 IB2021051935
(87)【国際公開番号】W WO2021181256
(87)【国際公開日】2021-09-16
(31)【優先権主張番号】20161928.5
(32)【優先日】2020-03-09
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】522357426
【氏名又は名称】ヴォロシュチュク ミコラ
(74)【代理人】
【識別番号】100097043
【弁理士】
【氏名又は名称】浅川 哲
(74)【代理人】
【識別番号】100197996
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 武彦
(72)【発明者】
【氏名】ヴォロシュチュク ミコラ
(57)【要約】
本発明のロータリエンジンは、ステータと、前記ステータ上に、自身の回転軸周りを回転可能に装着される第１ロータと、前記ステータ上に、前記第１ロータの前記回転軸に平行である自身の回転軸周りを回転可能に装着され、前記第１ロータに対して偏心しかつこれを囲むように装着される第２ロータと、を備える。前記第１ロータは、並進変位可能な第１ピストンにより制限されるピストンチャンバを有する第１シリンダを備え、一端で前記第２ロータの外面に固定される第１ロッドが、前記第１シリンダから前記第２ロータの外面に向けて外方に突出し、前記第１ロッドはその他端で前記第１ピストンに固定される。前記第１ロータはさらに、少なくとも１つの第２シリンダを有し、前記少なくとも１つの第２シリンダそれぞれは、並進変位可能な第２ピストンにより制限されるピストンチャンバを備え、前記第２ロータの外面に、対応する第２ロッドの一端が連結され、第２ロッドは、前記各第２シリンダから前記第２ロータの外面に向けて外方に突出し、前記対応する第２ロッドはその他端で対応する前記第２ピストンに固定される。前記第２ロータの前記外面に連結された前記各第２ロッドの前記一端は、前記第２ロータ内の限定された曲線ガイド経路に沿って回転変位可能に支持されている。
【選択図】 図１
【選択図】 図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ステータ（１）と、前記ステータ（１）上に、自身の回転軸（２ａ）周りを回転可能に装着される第１ロータ（２）と、
前記ステータ（１）上に、前記第１ロータ（２）の前記回転軸に平行な自身の回転軸（３ａ）周りを回転可能に装着され、前記第１ロータ（２）に対して偏心しかつこれを囲むように装着される第２ロータ（３）と、を備え、
前記第１ロータ（２）は、並進変位可能な第１ピストン（８ａ）により制限されるピストンチャンバを有する第１シリンダ（４）を備え、一端で前記第２ロータ（３）の外面に固定される第１ロッド（９ａ）が、前記第１シリンダ（４）から前記第２ロータ（３）の外面に向けて外方に突出し、前記第１ロッド（９ａ）はその他端で前記第１ピストン（８ａ）に固定され、
前記第１ロータ（２）はさらに、少なくとも１つの第２シリンダ（５、６）を有し、前記少なくとも１つの第２シリンダ（５、６）はそれぞれ、並進変位可能な第２ピストン（８ｂ、８ｃ）により制限されるピストンチャンバを備え、一端で前記第２ロータ（３）の外面に連結される対応する第２ロッド（９ｂ、９ｃ）が、前記各第２シリンダ（５、６）から前記第２ロータ（３）の外面に向けて外方に突出し、前記対応する第２ロッド（９ｂ、９ｃ）はその他端で対応する前記第２ピストン（８ｂ、８ｃ）に固定される
ロータリエンジンであって、
前記第２ロータ（３）の前記外面に連結された前記各第２ロッド（９ｂ、９ｃ）の前記一端は、前記第２ロータ（３）内の限定された曲線ガイド経路に沿って回転変位可能に支持されていることを特徴とするロータリエンジン。
【請求項2】
前記第１シリンダ（４）および前記少なくとも１つの第２シリンダ（５、６）は、前記第１ロータ（２）の前記回転軸周りの径方向に配される、請求項１に記載のロータリエンジン。
【請求項3】
前記第１シリンダ（４）および前記少なくとも１つの第２シリンダ（５、６）は、前記第１ロータ（２）の前記回転軸（２ａ）周りの径方向に等角間隔で配される、請求項２に記載のロータリエンジン。
【請求項4】
前記少なくとも１つの第２シリンダ（５、６）は、２つのシリンダである、請求項１～３のいずれか一項に記載のロータリエンジン。
【請求項5】
前記第２ロータ（３）の前記外面上に装着される少なくとも１つのレールガイド（１３）をさらに備え、前記少なくとも１つのレールガイド（１３）それぞれにより前記各第２ロッド（９ｂ、９ｃ）に前記曲線ガイド経路が設けられる、請求項１～４のいずれか一項に記載のロータリエンジン。
【請求項6】
前記少なくとも１つのレールガイド（１３）がそれぞれ曲線レールからなり、前記各第２ロッド（９ｂ、９ｃ）がころ軸受（１４）によって対応する前記曲線レールに連結されている、請求項５に記載のロータリエンジン。
【請求項7】
前記第１シリンダ（４）は、前記第１ピストン（８ａ）への圧力が印加または解放されると、前記第１ロッド（９ａ）に沿う限定された並進運動が行われるよう構成され、これにより前記第１ロッド（９ａ）が前記第１ロータ（２）の前記回転軸（２ａ）周りを回転する、請求項１～６のいずれか一項に記載のロータリエンジン。
【請求項8】
前記少なくとも１つの第２シリンダ（５、６）はそれぞれ、前記各第２シリンダ（５、６）の前記第２ピストン（８ｂ、８ｃ）への圧力が印加または解放されると、前記対応する第２ロッド（９ｂ、９ｃ）に沿う限定された並進運動が行われるよう構成され、これにより前記対応する第２ロッド（９ｂ、９ｃ）が限定された回転運動を行う、請求項１～７のいずれか一項に記載のロータリエンジン。
【請求項9】
前記限定された回転運動は、前記対応する第２ロッド（９ｂ、９ｃ）の前記第１ロータ（２）に対する並進運動と、前記第１ロータ（２）の回転軸（２ａ）周りの回転運動とにより定義される瞬間的回転中心周りに行われ、各第２ロッド（９ｂ、９ｃ）の前記並進運動は、前記各第２ロッド（９ｂ、９ｃ）を前記第２ロータ（３）の前記外面に連結することにより行われる、請求項８に記載のロータリエンジン。
【請求項10】
リニア軸受（１０）をさらに備え、これに沿って、前記第１ロッド（９ａ）および前記第２ロッド（９ａ、９ｂ）のうち少なくとも１つが、対応する前記シリンダ（４、５、６）内に摺動する、請求項１～９のいずれか一項に記載のロータリエンジン。
【請求項11】
いずれかの対応するシリンダ（４、５、６）のピストンに印加する圧力は、前記対応するシリンダ（４、５、６）の前記ピストンチャンバ内に圧縮流体を注入または放出することにより印加され、前記対応するシリンダ（４、５、６）は空気圧シリンダである、請求項１～１０のいずれか一項に記載のロータリエンジン。
【請求項12】
対応する前記ピストン（８ａ、８ｂ、８ｃ）が、前記各シリンダ（４、５、６）の前記ピストンチャンバ容積が最小となる上死点を通過する際に、前記第１シリンダ（４）および前記少なくとも１つの第２シリンダ（５、６）のいずれか１つに圧縮流体が注入される、請求項１１に記載のロータリエンジン。
【請求項13】
前記圧縮流体は、対応する前記ピストン（８ａ、８ｂ、８ｃ）が、前記各シリンダ（４、５、６）の前記ピストンチャンバ容積が最大となる下死点を通過する際に、前記第１シリンダ（４）および前記少なくとも１つの第２シリンダ（５、６）のいずれか１つから放出される、請求項１１または１２に記載のロータリエンジン。
【請求項14】
前記圧縮流体は一定流量で供給され、前記第１ロータ（２）をその回転軸（２ａ）周りに一定に回転させる、請求項１１～１３のいずれか一項に記載のロータリエンジン。
【請求項15】
前記圧縮流体は圧縮空気または蒸気である、請求項１１～１４のいずれか一項に記載のロータリエンジン。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は蒸気エンジン、空気圧エンジン、ポンプ、およびコンプレッサに関し、特にロータリエンジンに関する。
【背景技術】
【0002】
ロータリエンジンは、往復動ピストン機械に代わるものとしてよく知られている。ロータリエンジンは、クランク機構を要することなく回転運動を直接発生させる。クランク機構に基づくエンジンの主な欠点は、往復運動を回転運動に変換するために、エンジンの全体効率が著しく低下することである。また、クランク駆動機で用いられる軸受は滑り軸受として設計されることが多く、ころ軸受に比べて軸受にかかる摩擦力がかなり高いことも、効率が比較的低い原因である。クランク機構を有するエンジンの欠点としてはさらに、ピストンをシリンダ壁に押しつける強い横向きの力の作用により、機械的摩擦損失が大きいこともある。
【0003】
米国特許出願公開第２００７／０６２４６９Ａ１号に開示のエンジンは、ハウジングと、被駆動軸が固定されたロータとを備える。ロータはハウジングの両側に同軸上に離間して設けられた軸受上に装着され、自身の回転軸周りを回転し、ロータ本体内に、径方向に対向する一対のシリンダを備える。一対のシリンダはロータ回転軸に対して偏心し等距離で離間している。各シリンダの径方向外端は壁により閉じられ、他端はシリンダ内を摺動するピストンにより閉じられている。ロータ本体内で各シリンダから被駆動軸の内筒口に延びるダクトを通して気体を吸入、吐出することができる。ハウジングの両側には同軸上に離間して設けられた軸受上に装着された回転リングが設けられている。回転リングは、ロータ軸から所定の偏心量で離間した回転軸周りを回転し、ロータのピンによって、ロータと同方向に同速度で回転するよう駆動される。ピストンは接続ロッドにより回転リングに接続されている。
【0004】
ロシア特許第２０８８７６２Ｃ１号に開示のピストンロータリエンジンは、ハウジングと、出力軸に固着されるロータと、ハウジング孔内に設置される支持ローラと、ロータに対し偏心した回転リングとを備える。
【0005】
ドイツ特許出願公開公報第３７３０５５８Ａ１号に開示の昇降係合部を備える内燃ロータリエンジンは、少なくとも１つのシリンダからなるシリンダユニットを備え、駆動軸が、これに対し偏心して装着されるシリンダユニットを囲んでいる。閉じられたハウジング内で双方が同一方向に回転比１：１で回転し、駆動軸の回転運動が歯車またはレバー機構によりシリンダユニットに伝達される。シリンダ内に位置するピストンが、接続ロッドにより駆動軸上に揺動可能に装着されている。シリンダユニットの中心に位置する中空軸により、空気、燃料、および排気ガスが移送される。回転時には、中空軸、シリンダユニット、ピストンピン、および駆動軸の接続ロッド軸受のそれぞれの中心が、上死点および下死点において一直線上に並ぶ。
【0006】
米国特許第９８８９３８Ａ号に開示のロータリエンジンは、流体圧作動式の複数のピストンおよび内端側でピストンに揺動可能に接続されるピストンロッド、を有する主部材と、前記主部材を貫通しその両側から突出する軸と、前記軸の突出端を受ける軸受と、主部材の軸に対し平行かつ偏心した軸を有して主部材を囲み、前記ピストンロッドの外端が揺動可能に接続されている環状部材と、端部がそれぞれ主部材と環状部材とに接続され重なり、前記ピストンロッドから独立して、環状部材の主部材に対する固定軸周りの同期回転を確保するよう配されたリンクと、環状部材の両側に当接し、前記環状部材軸の前記主部材軸周りの回転を防ぐよう配される摩擦低減装置と、を備える。該摩擦低減装置は、前記環状部材を、前記リンクの長手方向に直交する二方向における前記ピストンのスラスト面内に限定している。
【発明の目的および概要】
【0007】
特に火力発電所、地熱発電所、および原子力発電所における電力の発生に適し、簡易、安価で耐久性があり、様々な熱源により駆動される改良ロータリエンジンを提供することが望まれる。このようなロータリエンジンは、ポンプおよびコンプレッサにおいても使用することができる。
【0008】
本発明はこの課題を解決するものである。本発明によれば、ステータと、前記ステータ上に、自身の回転軸周りを回転可能に装着される第１ロータと、前記ステータ上に、前記第１ロータの前記回転軸に平行である自身の回転軸周りを回転可能に装着され、前記第１ロータに対して偏心しかつこれを囲むように装着される第２ロータと、を備えるロータリエンジンが提供される。前記第１ロータは、並進変位可能な第１ピストンにより制限されるピストンチャンバを有する第１シリンダを備え、一端で前記第２ロータの外面に固定される第１ロッドが、前記第１シリンダから前記第２ロータの外面に向けて外方に突出し、前記第１ロッドはその他端で前記第１ピストンに固定される。前記第１ロータはさらに、少なくとも１つの第２シリンダを備え、前記少なくとも１つの第２シリンダそれぞれは、並進変位可能な第２ピストンにより制限されるピストンチャンバを備え、前記第２ロータの外面に、対応する第２ロッドの一端が連結され、第２ロッドは、前記各第２シリンダから前記第２ロータの外面に向けて外方に突出し、前記対応する第２ロッドはその他端で対応する前記第２ピストンに固定される。第１シリンダの第１ロッドは第２ロータの外面に固定される一方、対応する第２シリンダの第２ロッドは、ロータリエンジンの動作維持のために、第２ロータ内で特定量の回転運動を必要とする。前記第２ロータの前記外面に連結された前記各第２ロッドの前記一端は、前記第２ロータ内の限定された曲線ガイド経路に沿って回転変位可能に支持されている。
【0009】
発明の好ましい実施形態において、前記第１シリンダおよび前記少なくとも１つの第２シリンダは、前記第１ロータの前記回転軸周りの径方向に配される。
【0010】
発明の好ましい実施形態において、前記第１シリンダおよび前記少なくとも１つの第２シリンダは、前記第１ロータの前記回転軸周りの径方向に等角間隔で配される。
【0011】
発明の好ましい実施形態において、ロータリエンジンはさらに、前記第２ロータの前記外面上に装着される少なくとも１つのレールガイドを備え、前記少なくとも１つのレールガイドそれぞれにより前記各第２ロッドに前記曲線ガイド経路が設けられる。
【0012】
発明の好ましい実施形態において、前記少なくとも１つのレールガイドがそれぞれ曲線レールからなり、前記各第２ロッドがころ軸受によって対応する前記曲線レールに連結される。
【0013】
発明の好ましい実施形態において、前記第１シリンダは、前記第１ピストンへの圧力が印加または解放されると、前記第１ロッドに沿う限定された並進運動が行われるよう構成され、これにより前記第１ロッドが前記第１ロータの前記回転軸周りを回転する。
【0014】
発明の好ましい実施形態において、前記少なくとも１つの第２シリンダはそれぞれ、前記各第２シリンダの前記第２ピストンへの圧力が印加または解放されると、前記対応する第２ロッドに沿う限定された並進運動が行われるよう構成され、これにより前記対応する第２ロッドが限定された回転運動を行う。
【0015】
発明の好ましい実施形態において、前記限定された回転運動は、前記対応する第２ロッドの前記第１ロータに対する並進運動と、前記第１ロータの回転軸周りの回転運動とにより規定される瞬間的回転中心周りに行われ、各第２ロッドの前記並進運動は、前記各第２ロッドを前記第２ロータの前記外面に連結することにより行われる。
【0016】
発明の好ましい実施形態において、ロータリエンジンはリニア軸受をさらに備え、これに沿って、前記第１ロッドおよび前記第２ロッドのうち少なくとも１つが、対応する前記シリンダ内に摺動する。
【0017】
発明の好ましい実施形態において、いずれかの対応するシリンダのピストンに印加する圧力は、前記対応するシリンダの前記ピストンチャンバ内に流体を注入または放出することにより印加され、前記対応するシリンダは空気圧シリンダである。
【0018】
発明の好ましい実施形態において、ロータリエンジンは、対応する前記ピストンが、前記各シリンダの前記ピストンチャンバ容積が最小となる上死点を通過する際に、前記第１シリンダおよび前記少なくとも１つの第２シリンダのいずれか一方に流体が注入されるよう構成される。
【0019】
発明の好ましい実施形態において、ロータリエンジンは、対応する前記ピストンが、前記各シリンダの前記ピストンチャンバ容積が最大となる下死点を通過する際に、前記第１シリンダおよび前記少なくとも１つの第２シリンダのいずれか１つから前記流体が放出されるよう構成される。
【0020】
発明の好ましい実施形態において、ロータリエンジンは、前記流体が一定流で供給され、前記第１ロータをその回転軸周りに一定に回転させるよう構成される。
【0021】
いくつかの実施形態において、ロータリエンジンはさらに、前記第１ロータの前記回転軸と一致する回転軸を有するロータ軸を備える。
【0022】
いくつかの実施形態において、前記第１ロータの前記回転軸は前記第１ロータの中心軸である。
【0023】
いくつかの実施形態において、前記第２ロータの前記回転軸は前記第２ロータの中心軸である。
【0024】
いくつかの実施形態において、ロータリエンジンは、前記第１ロータに接続され、圧縮流体を前記第１空気圧シリンダおよび前記少なくとも１つの第２空気圧シリンダに分配するよう構成された空気圧分配ユニットをさらに備える。
【0025】
いくつかの実施形態において、前記ころ軸受は、前記対応する曲線レールの両側に配される少なくとも２つのラジアル玉軸受ローラを備える。
【0026】
発明の好ましい実施形態において、前記流体は圧縮気体である。
【0027】
好ましい実施形態において、前記流体は圧縮空気または蒸気である。
【0028】
好ましい実施形態において、前記少なくとも１つの第２シリンダは、２つのシリンダである。好ましい実施形態において、前記第１シリンダおよび前記２つの第２シリンダは、前記第１ロータの前記回転軸周りの径方向に１２０°の等角間隔で配され、前記第２ロータの前記外面に連結された各第２ロッドの前記一端は、前記第２ロータ内の限定された曲線ガイド経路に沿って回転変位可能に支持されている。
【0029】
いくつかの実施形態は、前記第１ロータの前記回転軸周りに好ましくは３６０°／（ｎ＋１）の等角間隔で配される、ｎ個の第２シリンダを備える。
【図面の簡単な説明】
【0030】
本発明のさらなる特徴、目的、および利点は、添付の概略図面と併せた以下の詳細な説明から明らかになるだろう。
【図1】本発明の一実施形態に係るロータリエンジンの１－１断面図。
【図2】本発明の一実施形態に係るロータリエンジンの２－２断面図。
【図3A】本発明の一実施形態に係る第２ロータの外面に固定される第１ロッドの２－２断面図。
【図3B】本発明の一実施形態に係る第２ロータの外面に連結される第２ロッドの２－２断面図。
【図4A】本発明の一実施形態に係るロータリエンジンの空気圧分配ユニットの３－３断面図。
【図4B】本発明の一実施形態に係るロータリエンジンの空気圧分配ユニットの４－４断面図。
【図4C】本発明の一実施形態に係るロータリエンジンの空気圧分配ユニットの５－５断面図。
【図5】レールガイドの寸法を設定するための、本発明の一実施形態に係るロータリエンジンの２－２断面図。
【図6A】長手方向ピストン行程ｂ１（φ）を計算するための幾何学図。
【図6B】長手方向ピストン行程ｂ２（φ）を計算するための幾何学図。
【図6C】レールガイドに沿った回転方向ピストン行程ｘを計算するための幾何学図（三角法計算用の三角形設定）。
【図6D】レールガイドに沿った回転方向ピストン行程ｘを計算するための別の幾何学図（三角法計算用の三角形設定）。
【0031】
[ロータリエンジンの寸法設定]
ロータリエンジンの寸法設定には、第２ロータが第１ロータ周りを回転する際の各シリンダの長手方向および回転方向のピストン行程に関する知識を要する。
ロータリエンジンの寸法設定には、第２ロータが第１ロータ周りを回転する際の各シリンダの長手方向および回転方向のピストン行程に関する知識を要する。
【0032】
以下の入力パラメータが与えられる。
【0033】
【表1】
【0034】
与えられた入力パラメータに基づき以下の出力パラメータを算出することができる。
【0035】
【表2】
【0036】
点ＡＢＣを結ぶと、辺ａ、ｂｎ（φ）、ｃおよび角度α、β、γを有する三角形となる。
【0037】
三角法の関係を用いて、ロータリエンジンの、特に第１ピストン８ａおよび第２ピストン８ｂ、８ｃの経路の寸法設定を行う。各ピストン８ａ、８ｂ、８ｃの経路は、第１ピストン８ａについてはピストン行程が長手方向成分のみからなり、第２ピストン８ｂ、８ｃについてはピストン行程が長手方向成分と回転方向成分とからなる。
【0038】
ピストン８ａの長手方向ピストン行程ｂ
１
（φ）
第２ロータ３外面に固定されていることから、ピストン８ａの移動は長手方向のピストン位置変化に限定される。このピストン８ａの長手方向ピストン行程ｂ１の計算は、第２シリンダを有さないロータリエンジン構成と、任意の数の第２シリンダを有するロータリエンジン構成の両方に適用できる。
第２ロータ３外面に固定されていることから、ピストン８ａの移動は長手方向のピストン位置変化に限定される。このピストン８ａの長手方向ピストン行程ｂ１の計算は、第２シリンダを有さないロータリエンジン構成と、任意の数の第２シリンダを有するロータリエンジン構成の両方に適用できる。
【0039】
図６Ａは長手方向ピストン行程ｂ１（φ）を計算するための幾何学図である。ｂ１の計算には、辺ａ、ｂ１、ｃ、辺ａに対向する角度α、および辺ｂ１に対向する角度β、を有する三角形を用いる。
【0040】
角度βはピストン８ａが現在位置している象限に依存する。
ピストン８ａが第１または第２象限にあるとき、β＝１８０°－φ
ピストン８ａが第３または第４象限にあるとき、β＝φ－１８０°
ピストン８ａが第１または第２象限にあるとき、β＝１８０°－φ
ピストン８ａが第３または第４象限にあるとき、β＝φ－１８０°
【0041】
ｂ１は、三角形の角度βに対向し、辺ａを辺ｃと結ぶ辺である。余弦定理より、
【0042】
【数1】
【0043】
【数2】
【0044】
ｂ１およびβの計算から、残りの角度αおよびγを求めることができる。これらの角度はφに依存する。
αは三角形の辺ｂ１とｃとの間の角度である。正弦定理より、
αは三角形の辺ｂ１とｃとの間の角度である。正弦定理より、
【0045】
【数3】
【0046】
【数4】
【0047】
【数5】
αはピストン８ａが現在位置している象限に依存する。
ピストン８ａが第１または第４象限にあるとき、
【0048】
【数6】
【0049】
【数7】
γ＝１８０°－α－β
【0050】
ピストン８ｂの長手方向ピストン行程ｂ
２
（φ）
第２ピストン８ｂの長手方向ピストン行程の計算は、第１ロータ２の回転軸２ａ周りの径方向にそれぞれ１２０°の等角間隔で配される３つのピストン８ａ、８ｂ、８ｃの配置に基づく。本発明は等角間隔に限られず、いかなる数のピストンがいかなる角度間隔で配されていても同配置を採用することができる。ピストン８ｂ、８ｃは、第２ロータ３外面に接続された対応するレールガイド１３に沿ってその一端が移動するよう設置される。この回転運動によってもピストン行程が変化する。
第２ピストン８ｂの長手方向ピストン行程の計算は、第１ロータ２の回転軸２ａ周りの径方向にそれぞれ１２０°の等角間隔で配される３つのピストン８ａ、８ｂ、８ｃの配置に基づく。本発明は等角間隔に限られず、いかなる数のピストンがいかなる角度間隔で配されていても同配置を採用することができる。ピストン８ｂ、８ｃは、第２ロータ３外面に接続された対応するレールガイド１３に沿ってその一端が移動するよう設置される。この回転運動によってもピストン行程が変化する。
【0051】
図６Ｂは長手方向ピストン行程ｂ２（φ）を計算するための幾何学図である。Ｃ２はロータ３の外面に位置し、第２ロータ３外面に向け突出する各曲線ガイド経路に沿った運動の中心点を表す。
【0052】
ｂ２の計算には、辺ａ、ｂ２、ｃ、辺ａに対向する角度α（φ）＋１２０°、および辺ｂ２に対向する角度β２、を有する三角形を用いる。
【0053】
１２０°を加算するのは、等角間隔で配される３つのピストンを使用する設定のためである。一般に、上記の計算は、ピストン数が３つより多いまたは少ない設定にも実施することができる。この場合、３つのピストンに対する１２０°という値を、３６０°を等角分割するピストン数ｎで割った値３６０°／ｎに置き換える必要がある。等角間隔でない場合は、各ピストンとその次のピストンとの間の角度をα（φ）に加算しそれぞれについて計算を行う必要がある。
【0054】
現時点の角度αは、上述のように長手方向ピストン行程ｂ１に関して算出される。αは現時点の回転角度φに依存する。
ａは、三角形の角度α（φ）＋１２０°に対向し、辺ｂ２を辺ｃと結ぶ辺である。余弦定理より、
α∈［０°，＜１２０°］のとき、
ａは、三角形の角度α（φ）＋１２０°に対向し、辺ｂ２を辺ｃと結ぶ辺である。余弦定理より、
α∈［０°，＜１２０°］のとき、
【0055】
【数8】
【0056】
【数9】
α∈［０°，＜１２０°］のとき、
【0057】
【数10】
【0058】
【数11】
【0059】
【数12】
ｘ２＋ｐｘ＋ｑ＝０
α∈［０°，＜１２０°］のとき、ｐ＝－２ｃ ｃｏｓ（α＋１２０°）
α∈［１２０°，＜３６０°］のとき、ｐ＝－２ｃ ｃｏｓ（α－１２０°）
ｑ＝ｃ２－ａ２
である。
【0060】
ピストン８ｂの回転方向ピストン行程ｘの計算
ロッド９ｂを介しピストン８ｂに接続されたキャリッジ１４の、レールガイド１３に沿った行程距離ｘは、角度δに依存する。δは、第２ロータ３の半径ａとの交点に設けられるレールガイド上のゼロ位置（中心位置）と、第２ロータ３外面に向け突出するレールガイド１３上の点Ｃ２におけるキャリッジ１４位置との間の角度である。
ロッド９ｂを介しピストン８ｂに接続されたキャリッジ１４の、レールガイド１３に沿った行程距離ｘは、角度δに依存する。δは、第２ロータ３の半径ａとの交点に設けられるレールガイド上のゼロ位置（中心位置）と、第２ロータ３外面に向け突出するレールガイド１３上の点Ｃ２におけるキャリッジ１４位置との間の角度である。
【0061】
図６Ｃと図６Ｄは、レールガイドに沿った回転方向ピストン行程ｘを計算するための幾何学図（三角法計算用の三角形設定）である。第２ロータ３外面に突出する第２ピストン８ｂの位置変化ｘは、辺ａ、ｂ２、ｃ、辺ａに対向する角度α（φ）＋１２０°、および辺ｂ２に対向する角度β２、を有する三角形から導かれる。ただし、図４に示すように、その他の角依存性を考慮する必要がある。
【0062】
第２ロータ３外面に突出する回転方向ピストン行程ｘは、角度δ周りのピストン８ｂの回転に依存し、角度δは回転角度φに依存する。３つのピストン８ａ、８ｂ、８ｃが等角間隔で配されるロータリエンジンでは、
σ＝１８０°－１２０°－φおよびδ ＋ β２ ＝ σ から、
δｍａｘ ＝ ｍａｘδ（φ）
ｘ＝ａ．δｍａｘ
が導かれる。
σ＝１８０°－１２０°－φおよびδ ＋ β２ ＝ σ から、
δｍａｘ ＝ ｍａｘδ（φ）
ｘ＝ａ．δｍａｘ
が導かれる。
【発明の実施例の詳細な説明】
【0063】
図１は本発明の一実施形態に係るロータリエンジンの１－１断面図である。ロータリエンジンは、ステータ１と、ステータ１上に、自身の回転軸２ａ周りを回転可能に装着される第１ロータ２と、ステータ１上に、第１ロータ２の回転軸２ａと平行な回転軸３ａ周りを回転可能に、第１ロータ２から距離ｃ偏心して装着される第２ロータ３とを備える。第１ロータ２は第２ロータ３に囲まれている。
【0064】
第１ロータ２は、並進変位可能な第１ピストン８ａにより制限されるピストンチャンバを有する第１シリンダ４を備え、一端で第２ロータ３の外面に固定される第１ロッド９ａが、第１シリンダ４から第２ロータ３の外面に向けて外方に突出し、第１ロッド９ａはその他端で第１ピストン８ａに固定される。
【0065】
第１ロータ２はさらに、２つの第２シリンダ５、６を備える。第２シリンダ５、６はそれぞれ、並進変位可能な第２ピストン８ｂ、８ｃにより制限されるピストンチャンバを備え、一端で第２ロータ３の外面に連結される対応する第２ロッド９ｂ、９ｃが、各第２シリンダ５、６から第２ロータ３の外面に向けて外方に突出し、対応する第２ロッド９ｂ、９ｃはその他端で対応する第２ピストン８ｂ、８ｃに固定される。
【0066】
第１および第２シリンダ４、５、６は、第１ロータ２の回転軸２ａ周りの径方向に等角間隔で配される結果、シリンダ間は互いにそれぞれ１２０°の角度で離れている。
【0067】
第２ロータ３の外面に連結された各第２ロッド９ｂ、９ｃの一端は、第２ロータ３内の限定された曲線ガイド経路に沿って回転変位可能に支持されている。曲線ガイド経路は第２ロータ３の外面上に装着され第２ロータ３の内部側に位置するレールガイド１３によって実現される。レールガイド１３は曲線レールを有することができる。各第２ロッド９ｂ、９ｃは、ころ軸受１４によって、対応する曲線レールに連結される。
【0068】
パワーテイクオフ（ＰＴＯ）軸を第１回転軸２ａの一端に装着することができる。
第１ロータ２が第２ロータ３に対して偏心した配置のため、ピストン８ａ、８ｂ、８ｃは仕事をする、すなわち上死点から下死点まで移動することができ、これにより第１ロータ２および第２ロータ３の両方がそれぞれの回転軸２ａ、３ａ周りを１８０°回転する。
第１ロータ２が第２ロータ３に対して偏心した配置のため、ピストン８ａ、８ｂ、８ｃは仕事をする、すなわち上死点から下死点まで移動することができ、これにより第１ロータ２および第２ロータ３の両方がそれぞれの回転軸２ａ、３ａ周りを１８０°回転する。
【0069】
ロータリエンジンは、各シリンダ４、５、６のピストンチャンバ容積が最小となる上死点を、対応するピストン８ａ、８ｂ、８ｃが通過する際に、第１および第２シリンダ４、５、６のいずれか１つに圧縮流体を注入することにより作動される。圧縮流体は、各シリンダ４、５、６のピストンチャンバ容積が最大となる下死点を、対応するピストン８ａ、８ｂ、８ｃが通過する際に、第１および第２シリンダ４、５、６のいずれか１つから放出される。圧縮流体は一定流量で供給され、第１ロータ２をその回転軸２ａ周りに一定に回転させる。
【0070】
【0071】
図３Ａは、ロータリエンジン作動時の横方向振動を支えるために軸受ハウジング１１を介して第２ロータ３の外面に固定された第１ロッド９ａの、４－４断面図を示す。第１ロッド９ａは、第１シリンダ４のシリンダヘッド内のロッド孔に装着されたリニア軸受１０に沿って第１シリンダ４外に進出する。
【0072】
図３Ｂは、レールガイド１３の曲線レールに沿って移動するころ軸受１４を介して第２ロータ３の外面に連結された第２ロッド９ｂ、９ｃの、３－３断面図を示す。ころ軸受１４はキャリッジとして実現することができる。
【0073】
図４Ａ～図４Ｃは、本発明の一実施形態に係るロータリエンジンの空気圧分配ユニットの３－３、４－４、５－５断面図を示す。空気圧分配ユニットは、第１回転軸２ａの一端、たとえばＰＴＯ軸が設けられる一端とは反対側に装着され、圧縮流体を、エンジン回転の適切な瞬間に順次第１および第２シリンダ４、５、６に流路を通じて分配し、また排出流体を放出することができる。圧縮流体はそれぞれのシリンダ４、５、６の作動部に進入する。したがって圧力が上昇し、これが、第２ロータ３の外面に連結されたロッド９ａ、９ｂ、９ｃに取り付けられた対応するピストン８ａ、８ｂ、８ｃを加圧する。
【0074】
図５は、第１ロータ２および第２ロータ３の偏心によって行われる第２シリンダ５、６の第２ピストン８ｂ、８ｃの回転運動を支持するレールガイド１３が必要とする長さを計算するための幾何学図を示す。第２ピストン８ｂ、８ｃは対応するロッド９ｂ、９ｃに接続され、ロッドにそれぞれ、レールガイド１３の曲線経路に沿って案内されるキャリッジ１４が装着される。キャリッジ１４は、第２ロータ３の第１ロータ２に対する回転位置に従ってレールガイド１３に沿って移動する。
【0075】
図５は、第２ロッド９ｂ、９ｃとこれらの各キャリッジ１４とが対応するレールガイド１３の頂点位置にあるときのロータリエンジンの部品位置を示している。レールガイド１３の曲線経路の長さは、キャリッジ１４の長手方向軸とレールガイド１３の接線との間の角度に基づいて求めることができる。必要となる計算を行うために、図５では、以下のように４つの点およびその間の距離を採用している。
【0076】
・各第２ピストン８ｂ、８ｃに対応するロッド９ｂ、９ｃの長手方向軸を、キャリッジ軸と呼ぶ。
・Ａは第１ロータ２の回転軸２ａを指す。
・Ｂは第２ロータ３の回転軸３ａを指す。
・Ｃは各ロッド９ｂ、９ｃのキャリッジ軸と、対応するレールガイド１３との交点を指す。
・Ｄは点Ｃを通るレールガイド１３の接線上の一点を指す。
・ＡＣはキャリッジ軸を表し、交点Ｃにおける第１ロータ２の回転軸２ａからレールガイド１３までの距離を指す。
・ＡＢは第１ロータ２の回転軸２ａと第２ロータ３の回転軸３ａとの間の偏心度を指す。
・ＢＣは交点Ｃにおける第２ロータ３の回転軸３ａからレールガイド１３までの距離を指す。
・ＣＤはレールガイド１３の接線を指す。
・Ａは第１ロータ２の回転軸２ａを指す。
・Ｂは第２ロータ３の回転軸３ａを指す。
・Ｃは各ロッド９ｂ、９ｃのキャリッジ軸と、対応するレールガイド１３との交点を指す。
・Ｄは点Ｃを通るレールガイド１３の接線上の一点を指す。
・ＡＣはキャリッジ軸を表し、交点Ｃにおける第１ロータ２の回転軸２ａからレールガイド１３までの距離を指す。
・ＡＢは第１ロータ２の回転軸２ａと第２ロータ３の回転軸３ａとの間の偏心度を指す。
・ＢＣは交点Ｃにおける第２ロータ３の回転軸３ａからレールガイド１３までの距離を指す。
・ＣＤはレールガイド１３の接線を指す。
【0077】
以上の定義から、角∠ＢＣＤは直角（９０°）であり、∠ＡＣＤは、レールガイド１３の接線ＣＤと、キャリッジ軸ＡＣの間の角を指し、この角度がレールガイドの寸法設定に関わる角度である。
【0078】
∠ＡＣＤを求めるために、ｉ）交点Ｃにおける第２ロータ３の回転軸３ａとレールガイド１３との間の距離ＢＣと、ｉｉ）交点Ｃ周りのＢＣとＡＣとの間の∠ＡＣＢを計算する必要がある。ＡＣは与えられている。
【0079】
交点Ｃにおける第２ロータ３の回転軸３ａとレールガイド１３との間の距離ＢＣを求めるために、任意の三角形の余弦定理を用いる。ここでは三角形ＡＢＣである。
【0080】
【数13】
【0081】
ＢＣとＡＣとの間の∠ＡＣＢを計算するために、任意の三角形の正弦定理を用いる。ここでは三角形ＡＢＣである。
【0082】
【数14】
【0083】
【数15】
【0084】
結論として、求めた∠ＡＣＢを、９０°である∠ＢＣＤから引くことで、レールガイド１３の接線とキャリッジ１４の長手方向軸との間の角として∠ＡＣＤを求めることができる。
【0085】
【数16】
【0086】
以上の実施形態の説明に含まれる詳細は、発明の範囲を限定するものではなく、いくつかの実施形態の例示を表すものと捉えるべきである。多様な変形が可能であり、当業者には明らかである。特に、本明細書に開示の個々の実施形態の特徴を組み合わせることによる変形例が挙げられる。したがって、本発明の範囲は例示の実施形態ではなく添付の請求の範囲およびその法的な均等物によって定義されるべきである。
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】
【国際調査報告】