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熱機関 コモンズ

国内特許コード P160012914
掲載日 2016年4月19日
出願番号 特願2016-037579
公開番号 特開2017-155616
出願日 平成28年2月29日(2016.2.29)
公開日 平成29年9月7日(2017.9.7)
発明者
  • 石野 洋二郎
出願人
  • 国立大学法人 名古屋工業大学
発明の名称 熱機関 コモンズ
発明の概要 【課題】ローター式の回転式熱機関に関する。
【解決手段】出力軸まわりに偏心量eで偏心回転する偏心軸のまわりに、偏心軸の回転とは逆方向に同角度で自転する、偏心量eの単葉ペリトロコイド形状のローター8と、一対のウエスト・ポイント11、12を有するローター・ケーシング14とを備え、ローター8は、一対のウエスト・ポイント11、12に当接して回転し、ローター・ケーシング14とローター8の間に1乃至2室の作動空間を形成し、作動空間に通じる給排気バルブ19、20を有することを特徴とする熱機関100を提供する。
【選択図】 図5
従来技術、競合技術の概要


回転式エンジンは、その低振動特性から、電気自動車用の航続距離延長用車載発電機や非常用発電機などの用途に適するため、将来的にも需要が期待される。



本発明の発明者らの先行研究では,より高い低振動性を求め,純粋回転のみで作動する2ローター式の回転式エンジンが考案され,試作機による実機試験が行われた(特許文献1、非特許文献1)。



本発明機関は、従来のWankel式ロータリーエンジン(非特許文献2)やピストン・エンジンと異なり、作動流体の漏洩防止のためのシール機構がケーシング上に固定することが可能であるため、より確実に作動流体のシールを行うことのできる、新考案の回転式熱機関である。



ガソリン・エンジン(オットーエンジン)、ディーゼル・エンジン、ガスタービン・エンジンなどの内燃機関、あるいは、蒸気機関(ランキン・エンジン)、スターリング・エンジンなどの外燃機関といった熱機関は、熱エネルギーを力学的エネルギーに変換する機関として、重要な機関である。



現在の主流の内燃機関の構造的形式は、自動車等のエンジンではピストン・シリンダー・クランク軸からなるピストン・エンジンであり,航空機エンジンでは,ガスタービン・エンジンである.



ピストン・エンジンは,ピストンの往復運動やコネクティングロッドの変則運動,給排バルブの往復動を伴うため,無振動化が困難である(課題1とする).



自動車用エンジンとしては,マツダ(東洋工業)が実用化した「ロータリーエンジン」をして知られる「Wankelエンジン」(非特許文献2)もあったが,内部作動流体のシールが困難であり(課題2とする)、
燃費が悪化すること、点火プラグ部などのケーシング凹部での圧縮漏れがあり(課題3とする)、
燃費が悪化すること、位相歯車機構が必要(課題4とする)
で、荷重や振動により位相歯車機構が破壊されやすいこと(課題5とする)、
などの欠点がある。



最近、合衆国のDARPAの援助による開発をLiquid Piston社が発表した「X-engine」は、本発明とは異なる「2葉ペリトロコイド・ローターおよびローター包絡線ケーシング形状」を採用したエンジンである。



このローターとケーシングの形状については、非特許文献3において、図示され、「invented by Cooly 1903」(Cooly氏による1903年の発明)と記載されている。



前記「X-engine」は、このローター・ケーシング形状の採用により、前記の「課題1~3」を解決したが、あらたに「構造が複雑であること」(課題6とする)、
ローターの回転を司る「位相歯車機構」が必要(前記、課題4)で、
この位相歯車機構に爆発荷重が掛かり、歯車が破損する可能性がある(前記、課題5)、などの課題が生じている。

産業上の利用分野


本発明は、自動車(通常エンジン車,ハイブリッド車)、二輪車および船舶の動力発生機関,非常用発電機,携行発電機、熱電併給(コジェネレーション)用発電機、電気自動車の航続距離延長用車載発電機,チェーンソーなどの動力機関,液体ロケット用推進剤供給ポンプ、およびその他の広範な機器へ適用される。本発明の技術分野は、運輸分野、電機分野、航空宇宙分野およびその他の分野が技術分野として該当する。

特許請求の範囲 【請求項1】
出力軸まわりに偏心量eで偏心回転する偏心軸のまわりに、前記偏心軸の回転とは逆方向に同角度で自転する、偏心量eの単葉ペリトロコイド・二次元ローターと、一対のウエスト・ポイントにシール機能を有するローター・ケーシングとを備え、前記ローターは、前記一対のウエスト・ポイントに当接して回転し、前記ローター・ケーシングと前記ローターの間に1乃至2室の作動空間を形成し、前記作動空間に通じる給排気バルブを有することを特徴とする熱機関。

【請求項2】
出力軸まわりに偏心量eで偏心回転する偏心軸のまわりに、前記偏心軸の回転とは逆方向に同角度で自転する、偏心量eの単葉ペリトロコイド・三次元ローターと、一対のウエスト曲線にシール機能を有するローター・ケーシングとを備え、前記ローターは、前記一対のウエスト曲線に当接して回転し、前記ローター・ケーシングと前記ローターの間に1乃至2室の作動空間を形成し、前記作動空間に通じる給排気バルブを有することを特徴とする熱機関。

【請求項3】
前記ローターの自転角度を、前記ローターの中心軸に歯車軸が一致するように前記ローターに固定された基礎円直径2eの外歯位相歯車と、それに噛み合う不回転の基礎円直径4eの内歯位相歯車とにより制御することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の熱機関。

【請求項4】
前記ローターの自転角度を、前記ローターの中心軸に軸が一致するように前記ローター中心軸に設置されたローター位相歯車、前記出力軸と歯車軸が一致する不回転の固定位相歯車、および、前記出力軸を回転軸とし、前記出力軸と同一に偏心回転する伝達歯車軸周りに自由回転し、第一段歯車は前記ローター位相歯車と噛み合い、第二段歯車は前記固定位相歯車と噛み合う、二段伝達歯車により制御する、請求項1または請求項2に記載の熱機関。

【請求項5】
前記ローターの創成直線焦点の部位にピンを設置し、前記ピンに当接するレールを設け、前記ローターに掛かる荷重を受けると同時に、前記ローターの自転角度を制御することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1つに記載する熱機関。

【請求項6】
前記2室の両方、あるいは前記2室の片方において、作動流体の吸気、圧縮、加熱、膨張、排気を行うことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1つに記載する熱機関。

【請求項7】
一方の室は、作動流体の吸気、加熱、膨張、排気を行い、他方の室は、吸気、圧縮、加熱、膨張、排気を行うことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1つに記載する熱機関。

【請求項8】
前記2室において、互いに異なった熱サイクルを実施することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1つに記載する熱機関。

【請求項9】
前記ウエスト・ポイントあるいは前記ウエスト曲線と、前記ローターとの当接部に設けるシール部品が交換できる構造であることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1つに記載の熱機関。


国際特許分類(IPC)
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