JP2014500927A - ロータリーピストン機械、特にロータリーエンジン - Google Patents

Abstract

ロータリーピストン機械は、ハウジング(10)と、第１側壁(14)、第２側壁(16)、および側壁を相互接続する周壁(18)によってハウジング(10)内に形成されたピストン室(12)と、第１面(29)および第２面(30)を有し、かつピストン室に回転可能に取り付けられたロータリーピストン(28)とを備え、ロータリーピストンの第１面(29)は、ピストン室(12)の第１側壁(14)の内部(15)に面し、かつロータリーピストンの第２面(30)は、ピストン室(12)の第２側壁(16)の内部(17)に面し、少なくとも２つの作用室(34)がロータリーピストンの周面(31)およびピストン室(12)の周壁(18)の間に形成される。さらに少なくとも１つの第１横方向シール(36,37)がロータリーピストンの第１および第２面(29,30)に設けられ、かつ好ましくは少なくとも１つの第２横方向シール(38,39,40,41)がロータリーピストンの第１および第２面(29,30)に設けられ、少なくとも１つの第２横方向シール(38,39,40,41)は、半径方向において少なくとも１つの第１横方向シール(36,38)の内側に配置される。

Description

本発明は、ロータリーピストン機械および特にロータリーエンジンに関する。

本発明は、基本的に三角形のロータリーピストンがクランク室に配置されたエキセントリックシャフト上で回転する、ロータリーエンジに関連して以下に説明される。しかし、本発明は、２、４またはそれ以上のピストン角を有するロータリーエンジンにも適しており、かつ原則として、クランク室において中心的に回転するロータリーピストンを有するロータリーピストン機械で使用することもできる。さらに、本発明はまた、２、３、またはそれ以上の隣接して配置されたロータリーピストンを有するロータリーピストン機械に使用することができる。

本発明は、好ましく自動車での使用に適している。本発明は、発電ユニットに関連する特に好都合な方法で、特に電動自動車のいわゆるレンジエクステンダーの形態において利用することができる。

このタイプのロータリーピストン機械は、典型的にはハウジングと、第１側壁、第２側壁およびこれらの側壁に相互接続する周壁によってハウジングに形成されるピストン室と、ピストン室に回転可能に配置され、かつおよび第１面および第２面を有するロータリーピストンとを備える。この場合、ロータリーピストンの第１面は、ピストン室の第１側壁の内部に面し、およびロータリーピストンの第２面は、ピストン室の第２側壁の内部に面する。少なくとも２つのまたは三角ロータリーピストンの場合は３つの作用ゾーンがロータリーピストンの周面とピストン室の周壁との間にさらに形成される。

ロータリーピストン機械の運転中に、作用ゾーンからロータリーピストンの面とピストン室の側壁との間の中間領域にいわゆるブローバイ・ガスが漏出するのを防ぐために、作用ゾーンに対してこれら中間領域をシールするようにロータリーピストンの２つの面に第１横方向シールが設けられている。シール効果を向上させるために、特許文献１は、横方向シールに弾性的なプレテンションを与え、かつ前記横方向シールに半径方向において追加的な環状シールを備えることを提案している。

作用ゾーンに対する中間領域のシールのための前述の第１横方向シールに加えて、第２横方向シール（通常オイルシールと呼ぶ）も通常設けられ、これら第２横方向シールは、半径方向において第１横方向シールの内側に配置され、かつロータリーピストンの中央穴に対してロータリーピストンの面とピストン室の側壁との間の中間領域をシールするよう機能する。シール効果を高めるために互いに半径方向に離間した２つのそれぞれのオイルシールが設けられることが多い。

ロータリーピストンの面に第１および第２横方向シールが設けられるにもかかわらず、ピストン室の作用ゾーンからロータリーピストンの面とピストン室の側壁との間の中間領域にブローバイ・ガスが漏れるのを常に防ぐことはできない。

特許文献２は、吸入開口部がピストン室の側壁に配置、かつ形成されたロータリーピストン機械の構成を示し、２つの半径方向に離間したオイルシールの間に位置し、ブローバイ・ガスが蓄積することができる区画が、ロータリーピストンの回転中に吸入開口部上を通るため、中間領域からピストン室のこの吸入開口部を通りブローバイ・ガスが排出され、作用ゾーンに戻ることができる。

特許文献３によると、第１横方向シールおよび第２横方向シールの半径方向の間のロータリーピストンの面にそれぞれに凹所が設けられ、第１横方向シールを通り作用ゾーンから漏れるブローバイ・ガスは、前記凹所に蓄積することができる。この実施形態において、回転ロータリーピストンが吸入開口部上を通る際に、ブローバイ・ガスはまたピストン室の側壁の吸入開口部を通り排出される。

特許文献４は、凹所が第１横方向シールおよび第２横方向シールの半径方向の間のロータリーピストンの面にそれぞれ設けられ、かつ作用ゾーンからのブローバイ・ガスが前記凹所に蓄積することができるロータリーピストン機械を開示している。ロータリーピストンは、２つのロータリーピストンの面の凹所を相互接続する軸方向貫通穴によりさらに実現される。この貫通穴により、ブローバイ・ガスの減圧、およびブローバイ・ガスとロータリーピストンの両面との間の圧力補正を実現することができる。

特許文献５によるロータリーピストン機械において、ロータリーピストンの横方向シールを通り作用ゾーンから漏れるブローバイ・ガスは、ロータリーピストンを通り流れる冷却ガスの圧力を調整するために利用される。

独国特許発明第１９５２７３９６号明細書 米国特許第３，８４９，０３８号明細書 米国特許第４，０８０，１１８号明細書 特開平０３−０３７３０１号公報 国際公開第２００９／１０１３８５号パンフレット

本発明は、ピストン室の作用ゾーンからピストン室の側壁とロータリーピストンの面との間の中間領域に漏れるブローバイ・ガスの改善された通気を利用可能なロータリーピストン機械を作るという目的に基づいている。

本発明によれば、この目的は、請求項１の特徴により実現される。本発明の好ましい機能強化は、従属請求項の目的を形成する。

ロータリーピストン機械は、ハウジングと、第１側壁、第２側壁およびこれらの側壁を相互接続する周壁によってハウジング内に形成されるピストン室と、ピストン室に回転可能に配置され、かつ第１面および第２面を有するロータリーピストンであって、ロータリーピストンの第１面は、ピストン室の第１側壁の内部に面し、およびロータリーピストンの第２面は、ピストン室の第２側壁の内部に面し、および少なくとも２つの作用ゾーンは、ロータリーピストンの周面とピストン室の周壁との間に形成されるロータリーピストンと、ピストン室の第１および第２側壁とロータリーピストンの第１および第２面との間のそれぞれの中間領域を作用ゾーンに対してシールするための、ロータリーピストンの第１および第２面上の少なくとも１つの第１横方向シールとを備える。本発明によれば、ロータリーピストン機械は、少なくとも１つの通気穴がピストン室の第１および／または第２側壁に設けられ、かつハウジング内の少なくとも１つの通気チャネルに接続され、少なくとも１つの通気穴は、半径方向において少なくとも１つの第１横方向シールの内側に位置する場所に配置されることを特徴とする。

本発明によるロータリーピストン機械は、特にロータリーエンジンの形で実現される。さらに、本発明によるロータリーピストン機械またはロータリーエンジンは、特に電動自動車のためのいわゆるレンジエクステンダーの形で実現される。

少なくとも１つの通気穴がハウジング内の少なくとも１つの通気チャネルに接続され、かつ半径方向において少なくとも１つの第１横方向シールの内側に位置する、ピストン室の第１および／または第２側壁の場所に設けられているという、発明的な構造により、第１横方向シールを通り作用ゾーンから漏出するブローバイ・ガスは、ピストン室の側壁およびロータリーピストンの面の間の中間領域から非常に迅速に排出されることが可能となる。ブローバイ・ガスのこの急速な排出により、非常に迅速、かつ確実に、ブローバイ・ガスによって生じる圧力負荷を低減することがまた可能となる。

ロータリーピストンの面上の第１横方向シールは、基本的にブローバイ・ガスがピストン室の作用ゾーンから、ピストン室の側壁と、ロータリーピストンの面との間の中間領域に漏れることを防ぐようになっている。しかし、このシール効果は、特に作用ゾーンの高圧下においては、常にその完全性を保証することはできない。点火時には作用ゾーンに最も高い圧力が生じるため、特にその時に、ピストン室の側壁とロータリーピストンの面との間の中間領域へのブローバイ・ガスの漏出が起こる。

少なくとも１つの通気穴は、半径方向においてロータリーピストンの少なくとも１つの第１横方向シールの内側に位置する場所に配置される。このように、ブローバイ・ガスは、作用ゾーンから直接ではなく、ピストン室の側壁の少なくとも１つの通気穴を通り前記中間領域からのみ排出されることができる。

「ピストン室」という語句は、一般的に、ロータリーピストンが配置されるロータリーピストン機械のハウジング内の室を指す。ロータリーピストン機械のロータリーピストンが回転する駆動軸は、通常このピストン室を通り延在する。ピストン室は、第１および第２側壁により軸方向が画定され、かつ周壁によって半径方向が画定される。ピストン室の「側壁」および／または「周壁」は、好ましくはハウジングまたはハウジングの一部と一体で、または好ましくはハウジングまたはハウジングの一部に強固に接続された個別の構成要素の形態で実現される。ピストン室のそれぞれの壁は、ハウジングと同じ材料、またはハウジングの材料と異なる材料から選択的に製造される。

「作用ゾーン」という語句は、ロータリーピストンとピストン室の周壁との間に形成されたピストン室のサブゾーンを指す。例えば三角ロータリーピストンの場合には、このような作用ゾーンが３つ設けられる。少なくとも２つの作用ゾーンは、好ましくは、ロータリーピストンの角における半径方向のシールによって通常互いに離間されている。

「少なくとも１つの第１横方向シール」は、ロータリーピストンの第１および第２面内、または上にそれぞれ配置されたシール手段から成る。少なくとも１つの第１横方向シールはまた、ロータリーピストンの回転中、ピストン室の第１および第２側壁のそれぞれの内側に当接し、この目的のために、横方向シールは、ピストン室のそれぞれの側壁に向かう方向に、好ましくプレテンション、特に弾性的にプレテンションがかけられる。第１横方向シールは、一体部品、または複数の部品から成る。「少なくとも１つの」第１横方向シールは、厳密に１つの第１横方向シール、および半径方向に互いに離間した２つ以上の第１横方向シールを備える。第１横方向シールは、通常ロータリーピストンの第１面および第２面に配置される。第１横方向シールのこの配置は、位置、大きさ、形、設計および／または第１横方向シールの数に関して対称、または非対称のいずれかで実現される。

本発明において、「少なくとも１つの通気穴」は、概してピストン室のそれぞれの側壁の貫通穴を指し、該穴を通りブローバイ・ガスが流れることができる。厳密に１つの通気穴または半径方向におよび／または軸方向に互いに離間した２つ以上の通気穴をピストン室の側壁に設けることができる。さらに、通気穴は、ピストン室の２つの側壁の一方のみ、またはピストン室の側壁の両方に設けることができる。後者の場合、側壁の通気穴は、ハウジング内の共通の通気チャネル、またはハウジング内の２つの異なる通気チャネルに接続される。

本発明において、「半径方向」および「軸方向」と言う語句は、ロータリーピストンが回転するロータリーピストン機械の駆動軸の回転軸に対するものである。結果として、「軸方向」は、基本的に駆動軸の回転軸に平行に延在する方向を指し、および「半径方向」は、基本的に駆動軸の回転軸に垂直に延在する方向を指す。

半径方向において「少なくとも１つの第１横方向シールの内側」の少なくとも１つの通気穴の配置は、（厳密に１つの第１横方向シールが設けられる場合は）１つの第１横方向シールの内側の、または（ロータリーピストン面に２つ以上の第１横方向シールが設けられる場合は）半径方向において最も外側の第１横方向シールの内側の、好ましくは、半径方向において最も内側の第１横方向シールの内側の、ピストン室の側壁内に配置された少なくとも１つの通気穴、好ましくは全ての通気穴を指す。１または複数の通気穴は、完全に少なくとも１つの第１横方向シールの内側に基本的に配置される。さらに、少なくとも１つの通気穴は、少なくとも１つの第１横方向シールの包絡線内（ロータリーピストンの完全な１回転）に、好ましくは、内側の包絡線内に好ましく配置される。

本発明の好ましい実施形態において、ロータリーピストンはまた、中央穴を備え、ピストン室の第１および第２側壁とロータリーピストンの第１および第２面との間のそれぞれの中間領域を中央穴に対してシールするために、少なくとも１つの第２横方向シールがロータリーピストンの第１および第２面に設けられ、少なくとも１つの第２横方向シールは、半径方向において少なくとも１つの第１横方向シールの内側に配置される。この場合、少なくとも１つの通気穴は、半径方向において少なくとも１つの第２横方向シールの外側に配置される。

駆動軸およびロータリーピストンの軸受けのための潤滑材（例えば潤滑オイル）が中央穴から前述の中間領域に漏れることを防ぐために、第２横方向シールは、基本的にピストン室の第１および第２側壁とロータリーピストンの第１および第２面との間のそれぞれの中間領域を中央穴に対してシールするよう機能する。さらに、これらの第２横方向シールにより、ピストン室の作用ゾーンから前述の中間領域およびロータリーピストンの中央穴へのブローバイ・ガスの漏出に対するシール効果が向上する。

半径方向において少なくとも１つの第２横方向シールの外側の少なくとも１つの通気穴の配置により、少なくとも１つの通気穴は、この実施形態において、半径方向において少なくとも１つの第１横方向シールおよび少なくとも１つの第２横方向シールの間に配置される。

「少なくとも１つの第２横方向シール」は、ロータリーピストンの第１および第２面内、または上にそれぞれ配置されたシール手段から成る。少なくとも１つの第２横方向シールはまた、ロータリーピストンの回転中にピストン室の第１および第２側壁のそれぞれの内側に当接し、この目的のために、横方向シールは、ピストン室のそれぞれの側壁に向かう方向に好ましくプレテンション、特に弾性的なプレテンションがかけられる。第２横方向シールは、一体部品、または複数部品からなる。「少なくとも１つの」第２横方向シールは、厳密に１つの第２横方向シール、および半径方向に互いに離間した２つ以上の第２横方向シールを備える。第２横方向シールは、通常ロータリーピストンの第１面および第２面上に配置される。第２横方向シールのこの配置は、位置、大きさ、形、設計および／または第２横方向シールの数に関して対称または非対称に実現される。第１および第２横方向シールは、基本的に全く同一に、または互いに異なって実現される。

半径方向において「少なくとも１つの第２横方向シールの外側」の少なくとも１つの通気穴の配置は、（厳密に１つの第２横方向シールが設けられる場合は）半径方向において第２横方向シールの外側の、または（２つ以上の第２横方向シールがロータリーピストン面に設けられる場合は）半径方向に最も内側の第２横方向シールの外側の、好ましくは、半径方向に最も外側の第２横方向シールの外側の、ピストン室の側壁に配置された少なくとも１つの通気穴、好ましくは全ての通気穴を指す。１または複数の通気穴は、基本的に少なくとも１つの第２横方向シールの完全に外側に配置される。さらに、少なくとも１つの通気穴は、少なくとも１つの第２横方向シールの包絡線（ロータリーピストンの完全な１回転）の外側に、好ましくは外側包絡線の外側に好ましく配置される。

本発明の好ましい実施形態において、ピストン室の周壁に向かう方向に突出する少なくとも１つの半径方向シールがロータリーピストンの周面上に配置される。この場合、少なくとも１つの通気穴が、半径方向において少なくとも１つの半径方向シールの内側に好ましく位置する。

「少なくとも１つの半径方向シール」は、ロータリーピストンの周面内または上に配置され、かつロータリーピストンの回転中に隣接する作用ゾーンを分離するよう機能するシール手段からなる。少なくとも１つの半径方向シールはまた、ロータリーピストンの回転中にピストン室の周壁に当接する。半径方向シールは、ロータリーピストンの角領域において好ましく設けられ、「少なくとも１つの」半径方向シールは、ロータリーピストンの各角領域に厳密に１、２またはそれ以上の半径方向シールを備える。それぞれの半径方向シールは、ロータリーピストンのシールボルトに好ましく配置され、特にロータリーピストンのシールボルトの溝に挿入される。

半径方向において「少なくとも１つの半径方向シールの内側」の少なくとも１つの通気穴の配置は、半径方向シールの半径方向内側縁内に、特に半径方向においてシールボルトの半径方向シールのための溝の底部の内側に配置される、ピストン室の側壁の少なくとも１つの通気穴、好ましくは全ての通気穴を指す。１または複数の通気穴は、好ましくは少なくとも１つの半径方向シールまたはその溝の底部より内側に完全に基本的に配置される。さらに、少なくとも１つの通気穴は、少なくとも１つの半径方向のシールまたはその溝の底部の包絡線内に、特に内側包絡線内に好ましく配置される。

半径方向において少なくとも１つの半径方向シールより内側の少なくとも１つの通気穴の位置決めは、結果として半径方向においてより内側にある位置に応じて、半径方向において少なくとも１つの第１横方向シールの内側、または少なくとも１つの半径方向シールの内側に置かれた少なくとも１つの通気穴を指す。

本発明の好都合な実施形態において、少なくとも１つの通気穴は、第１および第２側壁に冷却媒体穴が設けられていない角セグメント内に置かれる。これにより、冷却媒体穴および通気穴がピストン室のそれぞれの側壁において互いに干渉することを防ぐことが可能となる。言い換えれば、少なくとも１つの通気穴は、その配置のために十分な空間が利用可能な角度セグメントに配置される。

本発明の好都合な実施形態において、少なくとも１つの通気穴は、ピストン室の冷たい弧の角セグメント内にある。この「冷たい弧」は、基本的に固定された温度分布において常に冷たいゾーンを形成するピストン室の角セグメントを指す。これにより、通気穴およびロータリーピストン機械の任意の冷却手段が互いに干渉することを防ぐことがまた可能となる。

本発明の好都合な実施形態において、ロータリーピストンは、少なくとも１つの第１横方向シールの内側において、または少なくとも１つの第１横方向シールと少なくとも１つの第２横方向シールとの間において、第１面から第２面へ半径方向に延在する少なくとも１つのキャビティを備える。ピストン室の第１および第２側壁と、ロータリーピストンの第１および第２面との間のそれぞれの中間領域に漏出するブローバイ・ガスがロータリーピストンのキャビティに流れることができるように、このキャビティは、中間領域をロータリーピストンの両面に相互接続する。このように、ブローバイ・ガスにより前述の中間領域にたまる圧力は、低減され、かつロータリーピストンの２つの面の間で補償することができる。

ロータリーピストンの２つの面の間に延在する「少なくとも１つの」キャビティは、厳密に１つのキャビティ、および２つ以上のキャビティを備える。「キャビティ」は、概してそこを通りブローバイ・ガスが流れることができる任意のキャビティからなる。「少なくとも１つのキャビティ」が基本的にロータリーピストンを通り軸方向に延在することが好ましいが、またこの軸方向に対して斜めに位置合わせされていてもよい。さらに、少なくとも１つのキャビティは基本的に、直線で、または湾曲して、または部分的に湾曲して実現されることができる。さらに、少なくとも１つのキャビティは、基本的に（その形および／または大きさに対して）一定の断面、またはその長さにわたって可変の断面を有することができる。

少なくとも１つのキャビティを有する上述のロータリーピストンにおいて、少なくとも１つの通気穴は、好ましくは、ピストン室の第１または第２側壁のみに設けられる。これにより、ハウジング内においてロータリーピストンの一側のみに通気チャネルを設ければ十分である。結果として、ロータリーピストン機械全体のコンパクトな設計を達成することができる。しかし、本発明の技術的範囲は、基本的に少なくとも１つの通気穴がピストン室の両方の側壁にそれぞれ設けられる構造も含む。

本発明の他の好都合な実施形態において、ロータリーピストンは、各作用ゾーンの領域において、半径方向において少なくとも１つの第１横方向シールの内側における、または少なくとも１つの第１横方向シールと少なくとも１つの第２横方向シールとの間における第１面に少なくとも１つの第１凹所と、半径方向において少なくとも１つの第１横方向シールの内側における、または少なくとも１つの第１横方向シールと少なくとも１つの第２横方向シールとの間における第２面に少なくとも１つの第２凹所とを備える。このように、ピストン室の第１および第２側壁とロータリーピストンの第１および第２面との間のそれぞれの中間領域へ漏出するブローバイ・ガスは、凹所に収容されることができ、ブローバイ・ガスにより前述の中間領域にたまる圧力は低減される。

最後に述べた実施形態において、ロータリーピストンの第１面における少なくとも１つの第１凹所およびロータリーピストンの第２面における少なくとも１つの第２凹所は、少なくとも１つの貫通開口部によって好ましく相互接続される。このように、ブローバイ・ガスにより前述の中間領域およびロータリーピストン面の凹所に発生した圧力は、２つのロータリーピストンの面の間で補償される。この場合、上述の利点を伴う連続的なキャビティがこの／これらの貫通開口部によってロータリーピストンに作られる。

ロータリーピストンの第１／第２面における「少なくとも１つの」第１または第２凹所は、厳密に１つの第１または第２凹所、および２、３、またはそれ以上の第１または第２凹所を備える。第１および第２凹所のこの配置は、位置、大きさ、形、設計および／または第１／第２凹所の数に関して対称、または非対称に実現される。

ロータリーピストンにおいて凹所の間でロータリーピストンの両面に向かって延在する「少なくとも１つの」貫通開口部は、厳密に１つの貫通開口部、および２つ以上の貫通開口部を備える。いくつかの凹所は、１つの貫通開口部によって接続されることができ、かついくつかの貫通開口部は、第１凹所および第２凹所を相互接続することができる。

「貫通開口部」は、概してそこを通りブローバイ・ガスが流れることができる任意の貫通開口部から成る。「少なくとも１つの貫通開口部」は、基本的にロータリーピストンを通り、凹所の間を軸方向に延在することが好ましいが、またこの軸方向に関して斜めに位置合わせされることもできる。さらに、少なくとも１つの貫通開口部は、基本的にまっすぐに、または湾曲して、または部分的に湾曲して実現される。さらに、少なくとも１つの貫通開口部は、基本的に一定の断面（その形および／または大きさに対して）、またはその長さに亘って可変の断面を有することができる。

本発明の好都合な実施形態において、少なくとも１つの通気穴は、少なくとも１つの接続チャネルによって通気チャネルに接続される。ハウジング内の接続チャネルにより、通気チャネルをピストン室の側壁における通気穴の位置から多かれ少なかれ独立して配置することが可能となる。

本発明の他の好都合な実施形態において、少なくとも１つの通気穴および／または少なくとも１つの接続チャネルは、（ロータリーピストン機械の運転中に）通気チャネルに向かう方向に少なくとも部分的に上昇する形で実現される。通気穴および／または接続チャネルのこの位置合わせにより、ピストン室の側壁およびロータリーピストンの面の間のそれぞれの中間領域から通気チャネルへのブローバイ・ガスの排出が向上する。さらに、通気穴および／または接続チャネルのこの位置合わせにより、ブローバイ・ガスによりほとんど潤滑材が通気チャネル内に入らないような、多かれ少なかれ顕著なオイル分離効果が可能となる。

本発明のさらに別の好都合な実施形態において、通気穴または接続チャネルのそれぞれの開口断面に影響を与える少なくとも１つの装置が少なくとも１つの通気穴および／または少なくとも１つの接続チャネル内、または上に設けられる。開口断面に影響を与えるこの装置は、例えばスロットルまたはダイアフラムの形で実現される。これにより、圧力の差異は好都合に一方では通気チャネルの間で、他方ではピストン室の側壁およびロータリーピストンの面の間のそれぞれの中間領域、または凹所、またはロータリーピストンのキャビティで調整される。

少なくとも１つの通気穴は、好ましくは、ロータリーピストンの同心方向において細長い断面、特に基本的に腎臓形の断面を有する。通気穴のこの設計により、ピストン室の側壁およびロータリーピストンの面の間のそれぞれの中間領域から通気チャネルへのブローバイ・ガスの排出が向上する。

本発明の他の好都合な実施形態において、少なくとも１つの通気チャネルがハウジング内のオイル分離装置に接続される。

本発明のさらに他の好都合な実施形態において、少なくとも１つの通気チャネルは、オイルパンに接続される。

本発明の好ましい実施形態において、少なくとも１つの追加的な接続チャネルは、ロータリーピストンの中央穴を通気チャネルに接続するために設けられる。第１横方向シールのみではなく、第２横方向シールをも通り漏出するブローバイ・ガスは、ロータリーピストンの中央穴からこの追加的な接続チャネルを通り排出されることが可能となる。

さらに、通気チャネル、接続チャネルおよび／または追加的な接続チャネルは、迷路状の形で部分的に実現される、および／または少なくとも１つのプレナム室を備える。これらの方策により、ブローバイ・ガスからのオイルの分離が向上し、これにしたがいロータリーピストン機械のよりコンパクトな設計が可能となる。

本発明は、ロータリーピストンが回転する回転可能に支持される駆動軸が、ハウジング内に設けられ、かつこの場合電気機械エネルギーコンバーターに結合される、特に電動自動車のための発電ユニットにおいて特に好都合な方法で利用することができる。

本発明の上述の追加的な好都合、特徴および潜在的な用途は、図面を参照した１つの好ましい例示的な実施形態の以下の説明から導かれる。

本発明によるロータリーピストン機械の詳細の縦方向断面を示す。 図１のロータリーピストン機械の詳細の断面を示す。

本発明の好ましい例示的な実施形態は、図１および図２を参照してより詳細に以下に説明される。最初に述べたように、本発明は、この場合基本的に三角ロータリーピストンのロータリーエンジンの例を用いて説明される。

ピストン室１２は、ロータリーピストン機械のハウジング１０に配置され、前記ピストン室は、軸方向に（図１において左右の方向）互いに離間し、かつ基本的に互いに平行に位置合わせされた第１側壁１４および第２側壁１６と、これらの側壁１４および１６を軸方向に相互接続する周壁１８とによって形成される。ピストン室１２の周壁１８は、トロコイド状の内側滑走面を有する。この例示的な実施形態において、ピストン室１２の壁１４，１６，１８は、残りの機械ハウジング１０とは個別に製造される部品の形で実現される。

駆動軸２０は、軸受装置２２，２４によってハウジング内に回転可能に支持される。ロータリーエンジンにおいて、この駆動軸２０は、偏心部分２６を有する。

このエキセントリックシャフト２０は、発電ユニットを形成するために（図示しない）電気機械エネルギーコンバーターに連結される。電気機械エネルギーコンバーターは、例えば、ロータリーピストン機械の運転中に、後で電気エネルギーを（図示しない）例えばバッテリー、アキュムレータ等の電気化学エネルギー貯蔵装置などに貯蔵するために、エキセントリックシャフト２０の回転の機械的エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機からなる。

エネルギー貯蔵装置に貯蔵されたエネルギーは、例えば自動車の少なくとも１つの車輪を駆動する電気モーターを動作するために使用することができる。この場合、ロータリーエンジン内の発電ユニットおよび発電機は、必要であれば電動自動車のバッテリーを再充電し、かつ自動車の走行範囲を広げるいわゆるレンジエクステンダーとして機能する。

図１によると、ピストン室１２に配置されるロータリーピストン２８は、偏心部分２６に設置され、かつ駆動軸２０周りに回転し、例えばニードル軸受けの形の軸受装置３３が駆動軸２０の偏心部分２６およびロータリーピストン２８の間に設けられる。

ロータリーピストン２８は、基本的に周面３１およびピストン室１２の周壁１８の間に３つの作用ゾーン３４が形成されるような三角形として実現される。ロータリーエンジンの４サイクルは、ロータリーピストンを回転させるために通常これらの３つの作用室３４で起こる。

ロータリーピストン２８は、ピストン室１２の第１側壁１４の内部１５に面する第１面２９（図１の左側）と、ピストン室１２の第２側壁１６の内部１７に面する第２面３０（図１の右側）とを有する。ロータリーピストン２８は、駆動軸２０がそこを通って延在する中央穴３２をさらに備える。ロータリーピストン２８のこの中央穴３２は、回転可能に強固な方法でエキセントリックシャフト２０と同軸にハウジング１０に配置された歯車３５に係合される内部ギアによって実現される。ハウジング１０内のロータリーピストン２８の動きは、歯車３５によって制御される。

ロータリーピストン２８の中央穴３２は、オイル回路に接続され、かつロータリーエンジンの運転中にオイルポンプによって潤滑油が供給される空間を形成する。この潤滑油は、ハウジング１０内のエキセントリックシャフト２０およびエキセントリックシャフト２０上のロータリーピストン２８の軸受け点２２，２４，２６の潤滑として機能する。

半径方向シール５８は、通常３つの作用ゾーン３４を互いに対してシールするために、ロータリーピストン２８の３つの角に設けられる。図２によると、これらの半径方向シール５８は、基本的にストリップ状の形で、かつシールボルト５６におけるそれに対応する形状の溝５７に固定されて実現される。シールボルト５６は、角領域においてロータリーピストン２８を通り軸方向にそれぞれ延在する。さらに、それらは好ましく隣接する第１横方向シール３６，３７によってロータリーピストン２８の第１および第２面２９，３０に接触する。

さらに、いくつかのシール３６〜４１が、ピストン室１２の側壁１４，１６とロータリーピストン２８の面２９，３０との間のそれぞれの中間領域に設けられ、一方では作用ゾーン３４から漏出するブローバイ・ガスに対して、および他方ではロータリーピストン２８の中央穴３２から流入する潤滑油に対してこれらの中間領域をシールする。

より正確には、第１横方向シール３６は、作用ゾーン３４に対して中間領域をシールするためにロータリーピストン２８の第１面２９に配置され、かつ第１横方向シール３７は、作用ゾーン３４に対して中間領域をシールするためにロータリーピストン２８の第２面３０に配置される。これら両方の第１横方向シール３６，３７は、好ましくは、ピストン室１２のそれぞれの側壁１４，１６に対して弾性的にプレストレスが与えられる。

さらに、２つの半径方向に離間した第２横方向シール３８，４０が中央穴３２に対して中間領域をシールするために、ロータリーピストン２８の第１面２９に配置され、かつ２つの半径方向に離間した第２横方向シール３９，４１が、中央穴３２に対して中間領域をシールするために、ロータリーピストン２８の第２面３０に配置される。これらの第２横方向シール３８，３９，４０，４１も好ましくは、ピストン室１２のそれぞれの側壁１４，１６に対して弾性的にプレストレスが与えられる。第２横方向シール３８，４０および３９，４１は、２つ１組で配置され、かつオイルシールまたはスクレーパーリングと呼ばれる。

図１によると、半径方向において第１横方向シール３６と半径方向で最も外側の第２横方向シール３８との間におけるロータリーピストン２８の第１面２９に第１凹所４２が設けられる。半径方向において第１横方向シール３７と半径方向で最も外側の第２横方向シール３９との間におけるロータリーピストン２８の第２面３０に第２凹所４４が同様に設けられる。ロータリーピストン２８の面２９，３０におけるこれら２つの凹所４２，４４はまた、貫通開口部４３によって相互接続される。

２つの面２９，３０の２つの凹所４２，４４および前記凹所の間に延在する貫通開口部４３を備える図１による構造の代わりに、ロータリーピストン２８はまた、半径方向における第１および第２横方向シール３６，３７および３８，３９の間において、ロータリーピストン２８の２つの面２９，３０を直接相互接続する連続的なキャビティによって実現される。

ロータリーピストン機械の運転中に、第１横方向シール３６，３７があるにもかかわらず、ピストン室１２の作用ゾーン３４からピストン室１２の側壁１４，１６とロータリーピストンの面２９，３０との間の中間領域にブローバイ・ガスが漏れる場合に、これらブローバイ・ガスを凹所４２，４４に収容することができる。ブローバイ・ガスにより中間領域に生じた圧力は、凹所４２，４４の空間により低減、または低下する。さらに、ロータリーピストン２８の第１面２９および第２面３０間の圧力補償が２つの凹所４２，４４の間に延在する貫通開口部４３により達成される。

図１はまた、ピストン室１２の第１側壁１４の通気穴４６を示す。この通気穴４６は、点火時に半径方向において第１横方向シール３６および半径方向において外側の第２横方向シール３８の間に位置する場所に配置される。このように、点火後にそれぞれの作用ゾーン３４における高い圧力により、ロータリーピストン２８の第１横方向シール３６，３７を通り中間領域に漏出するブローバイ・ガスを第１側壁１４の通気穴４６を通じて排出することができる。

より正確には、通気穴４６は、ロータリーピストン２８の第２面３０において、半径方向において（ロータリーピストン２８の完全な１回転の）第１横方向シール３７の内側包絡線内、かつ半径方向において外側の第２横方向シール３９の外側包絡線の外側に配置される。さらに、通気穴４６はまた、シールボルト５６の半径方向シール５８のための溝の底部５７の内側包絡線の半径方向において内側に配置される。

ピストン室１２の第１側壁１４における通気穴４６の説明された位置の選択により、ロータリーピストン２８の全ての運転位置において、この通気穴４６がロータリーピストン２８の面２９および側壁１４の間のブローバイ・ガスを蓄積することができる中間領域の部分に確実に接続されることが可能となり、かつ作用ゾーン３４の１つとの直接の流体接続を確実に作らないことが可能となる。

図には示されていないが、ロータリーピストン機械を冷却するために、いくつかの冷却媒体穴がピストン室の側壁１４および１６のいわゆる熱い弧の範囲に配置される。これは、通気穴４６が、冷却媒体穴が側壁１４，１６に配置されないピストン室１２のいわゆる冷たい弧の角セグメントに好ましく配置される理由である。

ブローバイ・ガスの通気穴を通る排出効率を向上するために、通気穴４６は、同心方向において基本的に腎臓形断面を好ましく有する。

接続チャネル４８は、第１側壁１４の通気穴４６をハウジング１０の通気チャネル５０に接続し、それを通りブローバイ・ガスをハウジング１０から排出することができる。この場合、ブローバイ・ガスによって引き込まれた潤滑油の大部分の完全な分離を達成するために、通気チャネル５０は、オイル分離装置５２に接続される。分離されたオイルは、排出チャネル（図示せず）を介してロータリーピストン機械の潤滑油回路に接続されたオイルパン（図示せず）に供給さる。分離された潤滑油は、オイルパンに戻るため、この潤滑油は、再度潤滑油回路で利用可能である。結果として、ロータリーピストン機械の運転に必要な潤滑油の量は、最小化される。

図１によると、ピストン室１２の第１側壁１４の通気穴４６およびハウジング１０の通気チャネル５０の間の接続チャネル４８は、ブローバイ・ガスの流れ方向において上昇する形で実現される。通気穴４６自体に、代替的に、または追加的にそのような上昇部を設けることができる。流路の断面積に意図的に影響を与えるために、通気穴４６および／または接続チャネル４８にはさらに、スロットルまたはダイアフラムを装備することができる。上述の方策により、ブローバイ・ガスによって引き込まれた潤滑油等を既にこれら位置で多かれ少なかれ分離することができる。

さらに、ロータリーピストン２８の中央穴３２はまた、追加的な接続チャネル５４によってハウジング１０の通気チャネル５０に接続される。このように、ロータリーピストン２８の面２９，３０およびピストン室１２の側壁１４の間の第２横方向シール３８〜４１を通りロータリーピストン２８の中央穴３２に通常漏出する比較的小量のブローバイ・ガスを排出することができる。この追加的な接続チャネル５４はまた、ブローバイ・ガスの流れ方向において上昇する形で実現される。これにより、中央穴３２から来るブローバイ・ガスからの潤滑油の分離率を増加させることが可能となる。

図には示されていないが、通気チャネル５０、接続チャネル４８および／または追加的な接続チャネル５４は、迷路状の部分および／または少なくとも１つのプレナム室を備える。これらの方策により、ハウジング１０内のブローバイ・ガスからのオイル分離が向上され、かつロータリーピストン機械のよりコンパクトな設計を達成することができ、通気チャネル５０の下流端のより小さいオイル分離装置５２を設けることが可能となる。

図１に示すロータリーエンジンの実施形態のコンパクトな設計は、ハウジング１０のピストン室１２の第１側壁１４の１つの共通の通気チャネル５０のみを含む。しかし、ロータリーピストン２８の両面２９，３０からブローバイ・ガスを排出できるように、基本的にピストン室１２の両側に通気チャネル５０を設けることもできる。

通気チャネル５０に至る接続チャネル４８，５４の断面の形および大きさにより、凹所４２，４４、中央穴３２および通気チャネル５０の間の圧力差を所望の方法で調整することが可能となる。

１０ ハウジング
１２ ピストン室
１４ 第１側壁
１６ 第２側壁
１８ 周壁
２０ 駆動軸
２０ エキセントリックシャフト
２２，２４，３３ 軸受装置
２６ 偏心部分
２８ ロータリーピストン
２９ 第１面
３０ 第２面
３１ 周面
３２ 中央穴
４２，４４ 凹所
３４ 作用ゾーン
３５ 歯車
３６，３７ 第１横方向シール
３８，３９，４０，４１ 第２横方向シール
４２，４４ 凹所
４３ 貫通開口部
４６ 通気穴
４８ 接続チャネル
５０ 通気チャネル
５２ オイル分離装置
５４ 追加的な接続チャネル
５６ シールボルト
５７ 溝
５８ 半径方向シール

Claims (19)

1. 特に電動自動車のレンジエクステンダーとしての使用に適したロータリーピストン機械、特にロータリーエンジンであって、該ロータリーピストン機械は、ハウジング（１０）と、第１側壁（１４）、第２側壁（１６）、およびこれらの側壁を相互接続する周壁（１８）によって前記ハウジング（１０）内に形成されるピストン室（１２）と、前記ピストン室（１２）に回転可能に配置され、かつ第１面（２９）および第２面（３０）を有するロータリーピストン（２８）であって、前記ロータリーピストン（２８）の前記第１面（２９）は、前記ピストン室（１２）の前記第１側壁（１４）の内部（１５）に面し、および前記ロータリーピストン（２８）の前記第２面（３０）は、前記ピストン室（１２）の前記第２側壁（１６）の内部（１７）に面し、かつ前記ロータリーピストン（２８）の周面（３１）および前記ピストン室（１２）の前記周壁（１８）の間に少なくとも２つの作用ゾーン（３４）が形成される、ロータリーピストン（２８）と、前記ピストン室（１２）の前記第１および前記第２側壁（１４，１６）と前記ロータリーピストン（２８）の前記第１および前記第２面（２９，３０）との間の中間領域を前記作用ゾーン（３４）に対してシールするために、前記ロータリーピストン（２８）の前記第１および前記第２面（２９，３０）に少なくとも１つの第１横方向シール（３６，３７）とを有し、
   少なくとも１つの通気穴（４６）が前記ピストン室（１２）の前記第１および／または前記第２側壁（１４，１６）に設けられ、かつ前記ハウジング（１０）の少なくとも１つの通気チャネル（５０）に接続され、前記少なくとも１つの通気穴（４６）は、半径方向において、前記少なくとも１つの第１横方向シール（３６，３７）の内側に位置する場所に配置されることを特徴とする、ロータリーピストン機械。
2. 前記ロータリーピストン（２８）は、中央穴（３２）を備え、かつ前記ピストン室（１２）の前記第１および前記第２側壁（１４，１６）と前記ロータリーピストン（２８）の前記第１および前記第２面（２９，３０）との間のそれぞれの中間領域を前記中央穴（３２）に対してシールするために、少なくとも１つの第２横方向シール（３８，３９，４０，４１）が前記ロータリーピストン（２８）の前記第１および前記第２面（２９，３０）に設けられ、前記少なくとも１つの第２横方向シール（３８，３９，４０，４１）は、半径方向において、前記少なくとも１つの第１横方向シール（３６，３７）の内側に配置され、前記少なくとも１つの通気穴（４６）は、前記少なくとも１つの第２横方向シール（３８，３９，４０，４１）の半径方向外側に位置することを特徴とする、請求項１に記載のロータリーピストン機械。
3. 前記ロータリーピストン（２８）は、その周面（３１）に前記ピストン室（１２）の前記周壁（８０）に向かう方向に突出する少なくとも１つの半径方向シール（５８）を備え、および前記少なくとも１つの通気穴（４６）は、半径方向において前記少なくとも１つの半径方向シール（５８）の内側に位置することを特徴とする、請求項１または２に記載のロータリーピストン機械。
4. 前記少なくとも１つの通気穴（４６）は、冷却媒体穴が前記第１および前記第２側壁（１４，１６）にそれぞれ設けられていない角セグメント内に位置することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のロータリーピストン機械。
5. 前記少なくとも１つの通気穴（４６）は、前記ピストン室（１２）の冷たい弧の角セグメント内に位置することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のロータリーピストン機械。
6. 前記ロータリーピストン（２８）が、半径方向において前記少なくとも１つの第１横方向シール（３６）の内側の、または前記少なくとも１つの第１横方向シール（３６，３７）および前記少なくとも１つの第２横方向シール（３８，３９，４０，４１）の間の、前記第１面（２９）から前記第２面（３０）に延在する少なくとも１つのキャビティ（４２，４３，４４）を備えることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のロータリーピストン機械。
7. 少なくとも１つの通気穴（４６）が、前記ピストン室（１２）の前記第１および第２側壁（１４，１６）の一方（１４）のみに設けられることを特徴とする、請求項６に記載のロータリーピストン機械。
8. 前記ロータリーピストン（２８）が、各作用ゾーン（３４）の領域において、半径方向において前記少なくとも１つの第１横方向シール（３６）の内側の、または前記少なくとも１つの第１横方向シール（３６）および前記少なくとも１つの第２横方向シール（３８，４０）の間の前記第１面（２９）に少なくとも１つの第１凹所（４２）と、半径方向において前記少なくとも１つの第１横方向シール（３６）の内側の、または前記少なくとも１つの第１横方向シール（３７）および前記少なくとも１つの第２横方向シール（３９，４１）の間の前記第２面（３０）に少なくとも１つの第２凹所（４４）とを備えることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のロータリーピストン機械。
9. 前記少なくとも１つの通気穴（４６）は、少なくとも１つの接続チャネル（４８）によって前記通気チャネル（５０）に接続されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のロータリーピストン機械。
10. 前記少なくとも１つの通気穴（４６）および／または前記少なくとも１つの接続チャネル（４８）が少なくとも部分的に前記通気チャネル（５０）に向かう方向において上昇する形で実現されることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載のロータリーピストン機械。
11. 前記通気穴または前記接続チャネルのそれぞれの開口断面積に影響を与えるための少なくとも１つの装置が前記少なくとも１つの通気穴（４６）および／または前記少なくとも１つの接続チャネル（４８）内または上に設けられることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のロータリーピストン機械。
12. 前記通気穴（４６）が、前記ロータリーピストン（２８）の同心方向に細長い断面を有することを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のロータリーピストン機械。
13. 前記通気穴（４６）が、本質的に腎臓形の断面を有することを特徴とする、請求項１２に記載のロータリーピストン機械。
14. 前記通気チャネル（５０）がオイル分離装置（５２）に接続されることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のロータリーピストン機械。
15. 前記通気チャネル（５０）がオイルパンに接続されることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のロータリーピストン機械。
16. 前記ロータリーピストン（２８）の前記中央穴（３２）を前記通気チャネル（５０）に接続するための追加的な接続チャネル（５４）が設けられることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のロータリーピストン機械。
17. 前記通気チャネル（５０）、前記接続チャネル（４８）、および／または前記追加的な接続チャネル（５４）が、少なくとも部分的に迷路状に実現されることを特徴とする、請求項１〜１６のいずれか一項に記載のロータリーピストン機械。
18. 前記通気チャネル（５０）、前記接続チャネル（４８）、および／または前記追加的な接続チャネル（５４）が、少なくとも１つのプレナム室を備えることを特徴とする、請求項１〜１７のいずれか一項に記載のロータリーピストン機械。
19. 請求項１〜１８のいずれか一項に記載のロータリーピストン機械を少なくとも１つ有する、特に電動自動車のための発電ユニットであって、前記ロータリーピストン（２８）が回転する、回転可能に支持されるシャフト（２０）が前記ハウジング（１０）に設けられ、かつ電気機械エネルギーコンバーターに連結されている、発電ユニット。

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