JP2000220401A - ロータリーエンジンおよびその作動室シール構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロータリーエンジンのアペックスシール部の
シール性を向上する。 【解決手段】 ロータ７のロータ頂部９にはアペックス
シール２０が設けられ、ロータハウジング１と摺接す
る。アペックスシール２０の両側にリーディング側補助
シール３０およびトレーディング側補助シール４０が設
けられる。ロータ外周面１１ａがハウジング内周面３に
接近するとき、リーディング側補助シール３０がハウジ
ング内周面３に摺接してシール機能を果たす。作動室１
３ａの他端ではトレーディング側補助シールが機能して
いる。燃焼工程において作動室両端で補助シールとアペ
ックスシール２０の２重シール状態が得られ、シール性
が向上する。また、補助シールをアペックスシール２０
に対して傾けることで、補助シールとハウジング内周面
３の角度βを大きくでき、高いシール性が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アペックスシール
部分でのシール性を向上できるロータリーエンジンおよ
びそのシール構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、一般的なロータリーエン
ジンは、トロコイド形状のハウジング内周面を有するロ
ータハウジングと、ハウジング内で偏心軸の回りを回転
可能に設けられたロータを有する。ロータは略三角形の
形状を有し、３つのロータ頂部がハウジング内周面に沿
って回転する。ロータの外周面とハウジング内周面の間
の空間は、３つのロータ頂部により仕切られ、これによ
り３つの作動室が形成される。ロータが回転すると作動
室の容積が変化し、それに伴って吸気、圧縮、膨張、排
気が順次行われる。

【０００３】ロータ頂部とハウジング内周面の間にはア
ペックスシールが設けられ、このアペックスシールが両
側の作動室間をシールする。アペックスシールは、ロー
タの厚さとほぼ同等の長さを有する直線状の部材であ
り、ロータ頂部の溝にはめ込まれる。ロータが回転する
と、アペックスシールはハウジング内面と摺接し、線接
触によりシール機能を果たす。アペックスシールは、例
えば、実公平６−１００８２号公報、実公平６−１００
８４号公報、特開平２−２４１９２７号公報および特開
平３−１７９１０２号公報に開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のアペックスシー
ルは、基本的に、ハウジング内周面と線接触する１重タ
イプのシールである。このタイプのアペックスシールに
対して、シール性を向上するための種々の改良がなされ
てきた。しかし、作動室間のシール性は、エンジン性能
に大きく影響する重要な要素であり、より一層のシール
性向上が望まれる。

【０００５】本発明は上記課題に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、ロータリーエンジンのアペックスシ
ール部分での作動室間のシール性を向上することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によれば、ロータ頂部のアペックスシールを
挟んでリーディング側補助シールおよびトレーディング
側補助シールが設けられている。リーディング側補助シ
ールは、各ロータ頂部のリーディング側にアペックスシ
ールに近接して設けられ、リーディング側のロータ外周
面がハウジング内周面に接近したときにハウジング内周
面と摺接する。トレーディング側補助シールは、各ロー
タ頂部のトレーディング側にアペックスシールと近接し
て設けられ、トレーディング側のロータ外周面がハウジ
ング内周面に接近したときにハウジング内周面と摺接す
る。

【０００７】このように、本発明によれば、補助シール
とアペックスシールによって２重シール状態が得られ、
シール性の向上が図れる。ロータリーエンジンの作動室
が燃焼工程にあるとき、ロータ外周面がハウジング内周
面に接近する。このとき、作動室の一端ではリーディン
グ側補助シールがハウジング内周面に摺接してシール機
能を果たす。作動室の他端ではトレーディング側補助シ
ールがハウジング内周面に摺接してシール機能を果た
す。すなわち、作動室の圧力が増大するときに作動室両
端で補助シールがシール機能を果たし、アペックスシー
ルとともに２重シール状態を提供する。適切なタイミン
グで２重シール状態が得られ、これによりシール性の向
上が図れる。

【０００８】好ましくは、前記リーディング側補助シー
ルは前記アペックスシールよりもリーディング方向に傾
けて設けられ、前記トレーディング側補助シールは前記
アペックスシールよりもトレーディング方向に傾けて設
けられている。

【０００９】燃焼工程（点火時期付近）で作動室圧力が
増大するとき、ハウジング内周面に対するアペックスシ
ールの角度が直角より離れ、シール性能が下がる。しか
し、上記の如く補助シールをアペックスシールに対して
傾けて配置することにより、アペックスシールより直角
に近い角度で補助シールがハウジング内周面に接触す
る。従って、補助シールを利用して高いシール性が得ら
れ、両シールの２重シール作用によって良好なシール状
態が得られる。

【００１０】また好ましくは、前記リーディング側補助
シールおよび前記トレーディング側補助シールは、ロー
タ外周面から突出する方向に移動可能に設けられる。そ
して、各補助シールの最大突出量を規定する突出量規定
手段が設けられている。好ましくは、補助シールにスト
ッパー部が設けられ、ロータ外周面のシール収納溝には
ストッパー部が当接するストッパー受部が設けられる。

【００１１】ロータリーエンジンにおいては、ロータ頂
部はハウジング内周面と一定の距離を保つが、ロータ頂
部以外のロータ外周面とハウジング内周面の距離は大き
く変化する。上記の突出量規定手段を設けることによ
り、ロータ外周面とハウジング内周面の距離が大きくな
るときでもロータからの補助シールの抜けが防止され、
これにより本発明のシール構造を実現できる。

【００１２】なお、本発明の一の態様はロータリーエン
ジンであり、別の態様はロータリーエンジンの作動室シ
ール構造であり、さらに別の態様はアペックス補助シー
ルである。その他の態様で本発明が実現されてもよい。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
（以下、実施形態という）について、図面を参照し説明
する。

【００１４】図１（ａ）、（ｂ）は、バンケル型ロータ
リーエンジンの２つの位相状態を示している。ロータハ
ウジング１は、トロコイドタイプのハウジング内周面３
を有する。ハウジング内周面３の内部には偏心軸５が設
けられ、この偏心軸５の回りを遊星回転運動するように
ロータ７が軸支されている。略三角形のロータ７は、３
つのロータ頂部９と、三角形の３辺に対応するロータ外
周面１１ａ、１１ｂ、１１ｃを有する。そして、ロータ
外周面１１ａ、１１ｂ、１１ｃとハウジング内周面３の
間に作動室１３ａ、１３ｂ、１３ｃが形成され、作動室
間はロータ頂部９で仕切られている。ロータ７が回転す
ると、ロータ頂部９はハウジング内周面３に沿って、一
定の距離を保ちながら移動する。

【００１５】以下、ロータ回転に伴って作動室１１ａ、
１１ｂ、１１ｃの容積が変化し、吸気、圧縮、膨張、排
気が順次行われる。ロータ回転角が進む方向（図１では
時計回り方向）をリーディング方向といい、その反対方
向をトレーディング方向という。

【００１６】図１（ａ）では、作動室１３ａが燃焼工程
にあり、この部分のハウジング内周面近くに点火プラグ
１５、１７が設けられている。また、図示されないが、
サイドハウジングによりロータの両側が覆われている。
さらに、吸気ポートおよび排気ポートなども図面から省
略されている。

【００１７】図２は、図１のＡ部拡大図であり、本発明
のシール構造を示している。同様のシール構造は、他の
２つのロータ頂部にも同様に設けられている。

【００１８】ロータ頂部９にはアペックスシール２０が
設けられている。アペックスシール２０は、ロータ７の
厚さとほぼ同等の長さをもつ細長い部材である。アペッ
クスシール２０は、ロータ頂部９に設けられたアペック
スシール溝２２に組み付けられている。アペックスシー
ル溝２２の底にはアペックスシールスプリング２４が組
み付けられ、アペックスシール２０を半径方向に押して
いる。ロータ７が回転するとき、アペックスシール２０
は常時ハウジング内周面３と接触し続ける。

【００１９】ロータ頂部９のリーディング側には、アペ
ックスシール２０と近接してリーディング側補助シール
３０が設けられている。リーディング側補助シール３０
は、アペックスシール２２と同様の材料からなり、ロー
タ７の幅とほぼ同等の長さをもつ細長い部材である。補
助シール３０は、ロータ外周面１１ａ上に設けられた補
助シール溝３２に組み付けられている。補助シール溝３
２とアペックスシール溝２２がロータ厚さ方向について
平行であり、リーディング補助シール３０もアペックス
シールと平行に配置されている。補助シール溝３２の底
には補助シールスプリング３４が組み付けられ、補助シ
ール３０を半径方向に押している。

【００２０】さらに、リーディング補助シール３０はＬ
字型を有し、補助シール溝３２の底部側で直角に折れ曲
がる。この部分に、抜け防止用のストッパー部３６が形
成されている。

【００２１】補助シール３０のＬ字型形状に対応して、
補助シール溝３２もＬ字形状を有している。ストッパー
部分でも溝幅がストッパー部の幅よりも十分に広く、従
ってリーディング補助シール３０は、ロータ外周面１１
ａから突出する方向に移動できる。補助シール３０は、
ストッパー部３６がストッパー受部３８（シール溝壁
面）に当接するまで移動できる。すなわち、ストッパー
部３６が、シールの最大突出量を規定する突出量規定手
段として機能し、補助シール３０の抜け落ちを防止して
いる。

【００２２】ロータ外周面１１ａは、ロータ頂部９と異
なり、ハウジング内周面３に近づいたり、離れたりす
る。シールの最大突出量よりロータ外周面１１ａとハウ
ジング内周面３が離れているときは、リーディング補助
シール３０はハウジング内周面３に接触しない。シール
の最大突出量以下の距離までロータ外周面１１ａとハウ
ジング内周面３が接近している間は、リーディング補助
シール３０がハウジング内周面３に接触してシール機能
を果たす。

【００２３】なお、シール最大突出量が大きいほど、長
い期間に渡ってリーディング側補助シール３０をハウジ
ング内周面３に接触させて、シール効果を持続すること
ができる。しかし、最大突出量が大きくなるほど、シー
ル姿勢が不安定になり、摩耗量なども大きくなる。そこ
で、安定なシール姿勢が得られる範囲で、十分なシール
効果が得られる期間だけ補助シール３０がハウジング内
周面３に接触するように、シール最大突出量およびそれ
に関連する各部寸法（ストッパー部およびシール溝）が
設定されている。その他、各部寸法は、補助シール３０
および補助シールスプリング３４がハウジングとシール
溝底に挟まれて損傷することのないように設定されてい
る。

【００２４】また、リーディング側補助シール３０は、
アペックスシール２０よりもリーディング側に傾いて設
けられている。アペックスシール２０は、ロータ頂部９
とロータ中心を結ぶラインＬ上に、ラインＬに沿って配
置されているが、補助シール３０はラインＬに対してリ
ーディング方向に所定角度γだけ傾けて配置されてい
る。アペックスシール溝２２および補助シール溝３２
も、このようなシール配置に対応する方向に設けられて
いる。

【００２５】一方、ロータ頂部９のトレーディング側に
は、アペックスシール２０と近接してトレーディング側
補助シール４０が設けられている。トレーディング側補
助シール４０に関連する構成は、アペックスシール２０
（ラインＬ）を挟んでリーディング補助シール３０と対
称であり、詳細な説明は省略する。トレーディングシー
ル４０もアペックスシール２０とロータ厚み方向には平
行に配置し、補助シール溝４２に組み付けられ、補助シ
ールスプリング４４により外側へ押される。補助シール
４０はストッパー部４６を有し、ストッパー部４６は補
助シール溝４２のストッパー受部４８と当接する。補助
シール４０は、リーディング外周面１１ａがハウジング
内周面３に接近したときにシール機能を果たす。また、
トレーディング側補助シール４０はアペックスシール２
０よりも所定角度γだけトレーディング方向に傾けて設
けられている。

【００２６】その他、図には示されないが、従来のロー
タリーエンジンと同様の構成をもつコーナーシールおよ
びサイドシールがロータ７に設けられている。

【００２７】次に、ロータリーエンジンが運転されると
きの上記シール構造によるシール作用を説明する。

【００２８】図１（ａ）においては、ロータ外周面１１
ａの外側の作動室１３ａが燃焼工程にある。Ａ部におい
ては、図２の拡大図に示すように、ロータ外周面１１ａ
がハウジング内周面３に接近し、リーディング側補助シ
ール３０がハウジング内周面３に摺接してシール機能を
果たす。一方、ロータ外周面１１ｃはハウジング内周面
３から離れており、従ってトレーディング側補助シール
４０はハウジング内周面３に接触せず、シール機能も果
たしていない。

【００２９】図３は、図２のＤ部拡大図を示している。
燃焼ガス圧により補助シール３０が幅方向に押され、補
助シール３０と補助シール溝３２の間に隙間ができる。
燃焼ガスは、この隙間から補助シール溝３２に入り込
み、溝底に達する。そして、補助シール３０はガス圧で
外側へ押される。補助シールスプリング（図示せず）が
与える力および補助シール自身の遠心力も外向きに作用
する。これにより、補助シール３０はハウジング内周面
３に接触し、シール機能を果たす。

【００３０】さらに、リーディング側補助シール３０か
ら漏れたガスは、アペックスシール２０によりシールさ
れる。図２に示すように、アペックスシール２０もガス
圧に押されてトレーディング側の溝壁面に接しており、
これにより燃焼ガスがシール溝底部に回り込み、アペッ
クスシール２０を外側に押している。この２重シール作
用により、ロータ頂部９付近での高いシール性が得られ
る。

【００３１】なお、図２に示すように、トレーディング
側では、スプリングと遠心力の作用でトレーディング側
補助シール４０が最大突出量まで突出している。

【００３２】次に、図１（ａ）のＢ部は、上記のＡ部と
反対の状態にある。ロータ外周面１１ａ、すなわちロー
タ頂部９のトレーディング側の外周面がハウジング内周
面３に接近しており、トレーディング側補助シール４０
がハウジング内周面３に摺接してシール機能を果たす。
一方、リーディング側のロータ外周面１１ｂはハウジン
グ内周面３から離れており、リーディング側補助シール
３０はシール機能を果たさない。

【００３３】次に、図１（ｂ）は、ロータ７が３０度回
転した後の状態を示している。Ｃ部では、トレーディン
グ側のロータ外周面１１ａおよびリーディング側のロー
タ外周面１１ｃが両方ともハウジング内周面３から離れ
ている。従って、両側の補助シール３０、４０ともに、
シール先端がハウジング内周面３に接触しない。

【００３４】図１（ｂ）のＣ部のように、ロータ頂部両
側の外周面がハウジング内周面３から離れるときは、両
補助シール３０、４０がシール機能を果たさない。しか
し、この状態では燃焼時と比べてロータ頂部両側の作動
室ガス圧が低く、従ってアペックスシール２０単独で十
分なシール効果が得られる。吸気行程などでも、補助シ
ール３０、４０は機能しないが、アペックスシール２０
が単独で十分なシール機能を果たすことができる。

【００３５】一方、図１（ａ）に示すように、ロータ外
周面１１ａとハウジング内周面３が接近し、２つの面の
距離が補助シールの最大突出量以下になっている間は、
作動室１３ａの両端部で補助シール３０、４０がハウジ
ング内周面３に接触し、シール機能を果たす。

【００３６】ところで、このようにロータ外周面とハウ
ジング内周面が接近する状況は、すなわち、作動室の容
積が小さくなって作動室ガス圧が増大するときである。
燃焼によるガス圧増大に対処するため、高いシール性が
求められる。このような状況において、作動室両端で補
助シール３０、４０がシール機能を発揮し、２重シール
状態を提供する。従って、適切な時期に高いシール性を
得ることができる。

【００３７】また、本実施形態では、図２を用いて説明
したように、補助シール３０、４０がロータ頂部９から
オフセットされ、アペックスシール２０（ラインＬ）に
対して角度γだけ傾けて設けられている。図２に示され
るように、ロータリーエンジンの作動室が燃焼工程にあ
るとき、ハウジング内周面３に対するアペックスシール
２０の角度αは鋭角になる。そのため、アペックスシー
ル２０の姿勢が不安定になり、シール性が低くなる。し
かし、リーディング側補助シール３０がリーディング側
に傾けて設けてあるので、補助シール３０は、ハウジン
グ内周面３に対して、アペックスシール２０よりも直角
に近い角度βを形成する。すなわち、シールが押される
方向とハウジング内周面のなす角度が直角に近い。これ
により、補助シール３０は高いシール性を発揮すること
ができる。ここでは、リーディング側補助シール３０に
ついて説明したが、トレーディング側補助シール４０に
ついても同様である。

【００３８】このように、高いシール性が求められる燃
焼工程において、アペックスシールの姿勢が比較的不安
定になってしまうにも拘わらず、補助シールが高いシー
ル性を発揮するので、補助シールとアペックスシールの
２重シール作用によって大幅なシール性向上が図れる。

【００３９】また本実施形態では、補助シールのストッ
パー部によってシール突出最大量が規定され、シール抜
けが防止される。ロータ頂部はハウジング内周面と一定
の距離を保つが、ロータ頂部以外のロータ外周面とハウ
ジング内周面の距離は大きく変化する。本実施形態によ
れば、ロータ外周面とハウジング内周面の距離が大きく
なるときでもロータからの補助シールの抜けが防止され
るので、ロータ頂部から適当な距離だけオフセットした
外周面上の位置であって、良好なシール効果が得られる
所望の位置に補助シールを設置することができる。

【００４０】さらに、本実施形態によれば、補助シール
は、限られた範囲でのみハウジングに接触する。作動室
が縮小するときに補助シールがハウジングに接触し、そ
の他の期間では補助シールがハウジングから離れる。従
って、高いシール性が求められるときのみ補助シールを
機能させることができ、摩擦損失を大幅に増大すること
なくシール性の向上が図れる。

【００４１】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、アペックスシールを挟んで両側に補助シールを設け
ることにより、ロータ頂部のシール性を向上することが
できる。作動室のシール性向上により、エンジン性能を
高め、出力および燃費の向上に寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のシール構造が適用されたロータリー
エンジンの断面図である。

【図２】 図１のＡ部を拡大することにより本発明の補
助シールの構成を示す図である。

【図３】 図２のＤ部を拡大することにより補助シール
のシール機能を示す図である。

【符号の説明】

１ ロータハウジング、３ ハウジング内周面、５ 偏
心軸、７ ロータ、９ロータ頂部、１１ａ，１１ｂ，１
１ｃ ロータ外周面、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ 作動
室、１５ リーディング点火プラグ、１７ トレーディ
ング点火プラグ、２０ アペックスシール、３０ リー
ディング側補助シール、３６ ストッパー部、３８ ス
トッパー受部、４０ トレーディング側補助シール、４
６ ストッパー部、４８ ストッパー受部。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロータハウジングと、 ロータハウジング内で偏心軸周りに回転可能に設けら
   れ、ハウジング内周面に沿って移動する複数のロータ頂
   部を有するロータと、 各ロータ頂部に設けられ、ハウジング内周面に摺接する
   アペックスシールと、を含むロータリーエンジンにおい
   て、 各ロータ頂部のリーディング側にアペックスシールに近
   接して設けられ、リーディング側のロータ外周面がハウ
   ジング内周面に接近したときにハウジング内周面と摺接
   するリーディング側補助シールと、 各ロータ頂部のトレーディング側にアペックスシールと
   近接して設けられ、トレーディング側のロータ外周面が
   ハウジング内周面に接近したときにハウジング内周面と
   摺接するトレーディング側補助シールと、 を含むことを特徴とするロータリーエンジン。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のロータリーエンジンに
   おいて、 前記リーディング側補助シールは前記アペックスシール
   よりもリーディング方向に傾けて設けられ、前記トレー
   ディング側補助シールは前記アペックスシールよりもト
   レーディング方向に傾けて設けられていることを特徴と
   するロータリーエンジン。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載のロータリーエ
   ンジンにおいて、 前記リーディング側補助シールおよび前記トレーディン
   グ側補助シールは、ロータ外周面から突出する方向に移
   動可能に設けられ、 各補助シールの最大突出量を規定する突出量規定手段が
   設けられていることを特徴とするロータリーエンジン。
4. 【請求項４】 ロータハウジングおよびロータハウジン
   グ内で回転するロータを有し、ハウジング内周面に沿っ
   て移動するロータ頂部で仕切られた作動室がハウジング
   内周面とロータ外周面の間に形成されるロータリーエン
   ジンの作動室シール構造であって、 各ロータ頂部に設けられ、ハウジング内周面に摺接する
   アペックスシールと、 各ロータ頂部のリーディング側にアペックスシールと近
   接して設けられ、リーディング側のロータ外周面がハウ
   ジング内周面に接近したときにハウジング内周面と摺接
   するリーディング側補助シールと、 各ロータ頂部のトレーディング側にアペックスシールと
   近接して設けられ、トレーディング側のロータ外周面が
   ハウジング内周面に接近したときにハウジング内周面と
   摺接するトレーディング側補助シールと、 を含むことを特徴とする作動室シール構造。
5. 【請求項５】 ロータハウジングと、ロータハウジング
   内で偏心軸周りに回転可能に設けられ、ハウジング内周
   面に沿って移動する複数のロータ頂部を有するロータ
   と、各ロータ頂部に設けられ、ハウジング内周面に摺接
   するアペックスシールと、を含むロータリーエンジンに
   用いられるアペックス補助シールであって、 ロータ頂部に対してリーディング側またはトレーディン
   グ側にアペックスシールと近接して配置され、リーディ
   ング側またはトレーディング側のロータ外周面がハウジ
   ング内周面に接近したときにハウジング内周面と摺接す
   ることを特徴とするアペックス補助シール。