JPS5831455B2 - タ−ビン型内燃機関 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は内燃タービン機関の改良に関するものである。

背景技術 ピストン型内燃機関は、ピストンの往復運動に伴なって
振動が激しく、シかも排ガス弁は排気又は掃気工程の開
始時期よりも位相を進めて燃焼工程の終時期にオーバラ
ップして開かねば十分な掃気が出来ない問題があり、そ
のため燃料の完全燃焼を妨げ、熱効率を低下させる一因
となっている。

ガスタービン機関は、全周に翼列を設けた翼車（こ対し
、燃焼器から輸送管で導かれた燃焼ガスを高速噴射して
１駆動するから、ピストン型機関の上記問題は一応解決
される。

しかし機関の運転中は燃料を絶えず噴射して燃焼せねば
ならないため、ピストン型機関に較べて燃料消費量は多
量となり、しかも燃焼室には空気圧縮比にむらのない圧
力空気を常時送らねばならないため、強力な送風機と特
殊な燃焼器が必要となる問題がある。

発明の開示 本発明はガスタービン機関の回転車の衝動翼列を回転車
円周上の一部にだけ設け、円周残部にはケーシング内面
に接する円弧面を設け、燃焼室をケーシング上へ配備し
て、燃焼室（こ通過する噴射ノズルの先端を回転車の接
線方向（こ向は開口させ、回転車の翼列が噴射ノズルの
開口を通過するときのみ、燃焼室で爆発工程を行ない、
燃焼ガスを翼列へ直接に噴射して、翼に衝撃を加え回転
車を駆動するものである。

又回転車の回転軸上には第１役員列と同一位相位置（こ
反力具等の第２段以後の翼列を具えた翼列板を回転車と
並設し、各翼列の間にはケーシングＯこ固定された案内
翼列を配設して、噴射ノズルから噴出し第１役員列から
流出する排ガスが有する運動及び圧力エネルギーを第２
段以後の翼列によって一層有効に利用するものである。

更にケーシングには回転車の翼列へ新気を送る送風口を
開設し、翼列中（こ残留する排ガスを掃気し、且つ噴射
ノズルから噴出する燃焼ガスの未燃成分を翼間で２次燃
焼させるものである。

本発明は燃焼室で発生する燃焼ガスの爆発力を回転車の
翼へ直接Ｇこ作用させて回転車を駆動するから、従来の
ガスタービンの如く燃焼器からダクトを通じて回転翼車
へ燃焼ガスを導くものと較べて格段に強力な回転力が得
られる。

回転車の半径を大きくする程、犬なる回転トルクが得ら
れる。

しかも燃焼室は、掃気−燃料噴射一点火燃焼の２サイク
ル点火機関と同様なサイクルを行ない、ガスタービンの
如く燃焼を継続するものではないから燃料消費量を節減
する許りでなく、送風口を通じて翼間へ新気を送り、翼
列中Ｇこ残留する排ガスを掃気することによって噴射ノ
ズルから噴出するガス中の未燃成分は翼列中で完全燃焼
させることが出来、大気汚染公害を低め且つアフターフ
ァイヤーの弊害を無くする等、多くの優れた特長を有す
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る機関の縦断正面図、第２図は第１
図■−■線に沿う断面図、第３図は機関の正面図、第４
図は第１図に於てＩＶ−ＩＶ線に沿って上側ケーシング
だけを取外し矢印方向に見た断面図、第５図乃至第８図
は本発明の内燃機関の作動原理を示す説明図である。 発明を実施するための最良の形態 内燃機関のケーシング４９は、内部に回転車１を回転自
由ζこ軸受すると共に、上部に燃焼室１０を配備してい
る。 回転車１は第１図、第２図に示す如く円周上の一部に衝
動具を多数並設した第１段板列２を形成する。 回転車１の両側に対向し、後述する噴射ノズル３１から
排気孔５０の範囲に亘って、周面に案内翼を列設し案内
翼列３を形成した静止翼列板４をケーシング中に配備す
る。 又回転車１の回転軸５上には第１段板列２と同一位相位
置に第２役員列６を有する翼列板７を取付ける。 必要に応じて第２役員列６の流出側へ更に上記と同様に
案内翼列、第３役員列を配備してもよい○ 翼形はガスタービンの翼理論に従って決めることが出来
、第１段板列２は衝動翼形、第２膜質列６以後は反力翼
形とするのが望ましく、案内翼列３は第１役員列から流
出するガス流の流出方向を転換し、次段の翼列６へ流入
させるものである。 回転車１及び回転翼列板７の円周上で、翼列２゜６を形
成しない部分は翼先端と同一半径の円弧面８に形成し、
更に第１段板列２の翼先端の両側には円弧面８と同一円
弧のつなぎ板９，９を固定して、円弧面８とつなぎ板９
，９とＧこよって切れ目の無い真円を形成する。 燃焼室１０は、ケーシング上に置いた匣体１１と蓋体１
２との間に形成され、匣体１１及び蓋体１２は合せ面に
ガスケット１３．１４を介装してボルト１５によってケ
ーシングへ気密に固定される。 燃焼室匣体１１の下部にはノズル匣１６が摺動可能に嵌
り、嵌合面にはバッキング１７が嵌って、嵌合面の気密
が保たれている。 ノズル匣１６の下端面は回転車１の円弧面８及びつなぎ
板９の円弧と同一円弧の凹曲面（こ形成されて、回転車
１の円周と密接する。 又ノズル匣１６の上端面の外周部（こ対し、蓋体１２及
び 体１１を貫通して押え棒１８の下端を当て、押え棒
１８の上端と、蓋体１２から突出せる受板１９との間ζ
こバネ２０を挿入して、ノズル匣１６は回転車１の円周
上へ軽く圧しつけられる。 ケーシング４９下部には潤滑室２１を形成し、潤滑剤を
充填した室内へ多孔板２２を摺動可能に嵌めて、多孔板
２２上へ耐熱耐摩耗繊維２３を取付け、多孔板２２をバ
ネ２４によって押上げ、回転車１の円弧面８及びつなぎ
板９の周面を常に潤滑している。 蓋体１２、燃焼室 体１１及びノズル １６の内部Ｏこ
は水室２５，２６，２７を形成し、流入管２８、流出管
２９を接続して冷却水を循環させ、内部を水冷却してい
る。 燃焼室 体１１の底壁Ｇこは燃焼ガスの噴出口３０を開
設し、ノズル匣１６には回電車１の接線方向に沿って傾
斜し前記噴出口３０に連通ずる噴射ノズル３１を開設す
る。 燃焼室１０中にて匣体１１の噴出口３０の入口部に攪拌
壁６３を突設し、室内を旋回する気流を乱して燃料と気
流との混合を促進する。 蓋体１２上（こは圧縮空気流入口３２を開設し、燃料噴
射ノズル３３及び点火プラグ３４を配備している。 圧縮空気流入口３２には、圧縮空気管３５が接続され、
圧縮空気管３５の先端はアキュムレータ３６３こ接続さ
れて、圧縮空気を圧縮空気流入口３２に導いている。 アキュムレータ３６に対しては回転軸５に取付けた歯車
３７で駆動されるコンプレッサー３８が連結されており
、回転軸５が回転するとき圧縮空気をを作ってアキュム
レータ３６に送っている。 圧縮空気流入口３２には、弁３９が摺動可能に配備され
、弁３９より延ひた弁杆４０の先端と受は台４１との間
Ｇこバネ４２を設けて、弁３９を流入口３２の閉じる方
向に付勢している。 又弁杆４０の上方に、偏心カム４３を備えたカム軸４４
を回転可能（こ配備し、カム軸４４は歯車４５、チェノ
４６を介して回転軸５に連繋されており、回転軸５の回
転に連動して弁杆４０の上端を下圧し、圧縮空気流入口
３２を適時開く。 燃料噴射ノズル３３は、回転軸５上の歯車４７に駆動さ
れる燃料ポンプ４８に繁っており、又点火プラグ３４は
同じく回転軸上の歯車４７に連動する開閉器４８ａに繁
っており、回転軸５の回転にタイミングを合せて適当時
期に夫々燃焼噴射及びスパークを行なうものである。 ケーシング４９の両側面には、噴射ノズル３１に対し回
転車１の進行側Ｇこ、第２役員列の通過路に連通ずる排
気口５０を開設しており、排気口５０に接続される排気
管（図示せず）によって排気の放出がなされる。 又排気口５０に対し更に進行側の位置には、ケーシング
４９の周面へ第１役員列２の通過路Ｏこ連通ずる新気の
送風口５１、ケーシング４９の両側面へ最終段翼列６の
通過路に連通ずる排風口５２を開設している。 送風口５１には空気を圧送する新気圧送手段５３が接続
される。 第２図、第３図に示す新気圧送手段５３は、最終段の翼
列板７の側面Ｏこ設けた送風羽根５４によって新気をケ
ーシング中央の吸込口５５から吸入し、放出口５６より
管路５７を経て送風口５１へ空気を圧送するものである
。 新気圧送手段５３は、その他色々の変更が可能であって
、例えば送風口５１を管路を介して前記アキュムレータ
３６に接続し、コンプレッサー３８で作られた圧縮空気
を送風口５１へ送ることも出来る。 回転車１、静止翼列板４、第２役員列以後の翼列板７、
回転軸５は倒れも高温の燃焼ガスに接して熱せられるた
め、内部を中空（こ形成し、静止翼列板４には冷却水の
流入管２８を分岐して接続し内部Ｇこ冷却水を流通させ
る。 又回転軸５は一端に回転継手５８を設けて冷却水を軸中
（こ流入させ、回転翼列板７、回転車１の内部を流通し
て、回転軸他端の回転継手５９から流出させる。 回転軸５は軸端の歯車６０，６１列によって出力軸６２
を駆動するものである。 産業上の利用可能性 回転軸１の第１役員列２先端が送風口５１を通過し、噴
射ノズル３１の直前まで進行しているとき（第５図）、
送風口５１からは翼列２中へ新気が吹込まれ翼列２，６
中に残留している排ガスを掃気して排風口５２より押し
出し、翼間に新気を充満させている。 燃焼室１０（こ於ては室内を充満する圧縮空気と燃料と
の混合気流中にて、点火プラグ３４からスパークが発生
し、混合気流を点火して爆発を起す。 燃焼室１０内での爆発（こより燃焼ガスの爆風は噴出口
３０を経て噴射ノズル３１より噴出し、回転車１の翼列
２を直接に衝撃して回転車１を駆動する（第６図）。 燃焼室１０で爆発した燃焼ガスが回転車１の第１役員列
２を直撃するから、エネルギー損失は殆んどなく、回転
車１の直径が犬である程、回転トルクは増大出来る。 第１翼列２を直撃した燃焼ガスは翼間を充満している新
気と混合してガス中の未燃成分を翼列中（こて２次燃焼
させ、膨張力を増しながら案内翼列３へ流入し、方向転
換して第２役員列６へと流動する。 回転車１の回転によって第２役員列６が排気口５０を通
過するとき、翼列中のガスは第２役員列へ反作用によっ
て回転力を加えながら排気口５０から噴出し放出される
。 燃焼室１０の噴射ノズル３１から噴出した燃焼ガス中に
は未燃成分が可成り残留しているが、翼列２，６を通過
する間に新気と混合して２次燃焼し、未燃成分は消失す
るため、燃焼ガスを排気口５０から放出しても大気汚染
の公害問題は低減され、又バツクファイヤーの弊害を防
止出来る。 回転車１の第１翼列２の大部分が噴射ノズル３１を通過
して翼列後部の数枚の翼が噴射ノズル３１の後方に残っ
ている状況のとき（第１図）、燃焼室１０（こ於て弁３
９が偏心カム４３によって押し下げられ、圧縮空気流入
口３２を開いて、アキュムレータ３６４こ貯留していた
圧縮空気は空気管３５を経て燃焼室１０Ｇこ流入させ、
燃焼室１０中の排ガスを噴射ノズル３１から翼列２へと
押し出して、燃焼室１０を掃気する。 回転車１の翼列中、最後の翼が噴射ノズル３１を通過し
たとき（第８図）、円弧面８が噴射ノズル３１を密閉し
、回転車１は回転を続けて翼列中での２次燃焼及び排気
を続ける。 燃焼室１０では弁３９が上昇して流入口３２を閉じ、圧
縮空気を燃焼室１０中に密閉する。 圧縮空気は流入口３２から室内へ噴出し攪拌壁６３Ｇこ
当って不規則な流動をしているが、燃料噴射ノズル３３
から燃料が霧状に噴射されて圧縮空気流に混合し、第５
図の点火工程に戻るサイクルを繰返すものである。 本発明は上記第５図乃至第８図の工程を繰返し、燃焼室
１０では点火、爆発、掃気、燃料噴射を行ない、爆発毎
に回転車１に衝撃を加えて、回転軸５を回転させ、出力
軸６２を駆動するものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 周面の一部に翼列２、円周残部に翼列先端と略同−
   半径の円弧面８を具えた回転車１をケーシング４９中（
   こ配備し、ケーシング４９中には燃焼室１０及び該燃焼
   室１０（こ連通し回転車１に対し略接線方向Ｇこ開口す
   る噴射ノズル３１を配備し燃焼ガスを回転車１の翼に噴
   射して回転車１を駆動する装置に於て、ケーシング４９
   には噴射ノズル３１の開口から回転車１の進行側の位置
   （こ排気口５０、及び排気口５０から更に進行側の位置
   に翼列２中へ新気を送入する送風口５１及び排気口５２
   を設けたことを特徴とするタービン型内燃機関。 ２ 請求の範囲第１項の内燃機関に於て、送風口５１に
   はニアコンプレッサーが接続されている。 ３ 請求の範囲第１項の内燃機関に於て、回転車１の回
   転軸５には前記第１役員列２に並べて第２段以後の翼列
   ６を具え、各翼列２，６間（こは夫々ケーシング（こ固
   定した案内翼列３を配備しており、送風口５１は第１役
   員列２円周上（こ開口し、排風口５２は最終段翼列６の
   流出側に対向して開口している。 ４ 請求の範囲第３項の内燃機関に於て、案内翼列３及
   び第２段以後の翼列６は第１役員列２の両側に配備され
   、排気口５０及び排風口５２は最終段翼列６，６の流出
   側（こ対向してケーシング４９両側面Ｇこ開口している
   。