JP2018509549A - ロータリーエンジン用のロータ - Google Patents

Abstract

ほぼ正三角形に配置された３つのロータフランク（１２）を含むロータリーエンジン用のロータ（１０）であって、各ロータフランク（１２）は、前縁（１６）および後縁（１７）を有し、ロータフランク（１２）のうちの少なくとも１つのロータフランクの前縁（１６）には細長いリップ（２１）が設けられ、細長いリップ（２１）は、ロータフランク（１２）の全軸長にわたって延在している。

Description

本発明は、ロータリーエンジン用のロータ、特に、限定されるものではないが、ワンケルエンジン用のロータに関する。

ロータリー内燃機関は、自動車、航空機、船舶、定置機関およびコンプレッサにパワーを供給するために一般的に使用されている。ロータリー内燃機関は、ハウジングまたはステータのキャビティ内に回転式に装着されたロータリーピストンまたはロータを含む。

ワンケルエンジンは、特定の形態のロータリー内燃機関であり、このロータリー内燃機関では、ステータが、二葉片状のエピトロコイド状ボアと、キャビティを画成するために、ボアの対向する長さ方向端部に配置されたエンドプレートとを含む。キャビティの壁は、それぞれ空気および排気ガスのための、吸気ポートおよび排気ポートを備えている。ワンケルエンジンのロータは、外側に湾曲した辺を備える、ほぼ正三角形の断面形状の３つのロータフランクを含む。

ロータは、主軸の偏心ジャーナルに取り付けられ、かつ主軸の回転の３分の１の回転で、キャビティ内で、遊星式に、回転するように適合されている。ロータの伝動装置は、一般に、本体の内側面によって設けられた位置決めアパーチャ内に収容されたインサートによって提供される。インサートは、軸受部およびインデックスギヤ(indexing gear)を含み、インデックスギヤは、エンジンのエンドプレートの一方によって担持された固定ギヤに係合するように配置されている。固定ギヤとのインデックスギヤの係合によって、ロータの回転を、主軸の回転の３分の１に抑制する。インサートは、ロータの本体にしっかりと固定されて、ロータ本体に対するインサートの回転または軸方向運動を防止する必要がある。

ロータの３つの頂点のそれぞれにアペックスシールが設けられ、シールは、エピトロコイド状ボアの内壁と係合するように構成されている。ロータがステータに対して回転すると、アペックスシールは、エピトロコイド状ボアの内壁に対して変位されるが、ロータの回転サイクルを通して、内壁と密封係合したままである。それゆえ、ロータは、キャビティを複数の作動室に分割し、これら作動室は、ロータがステータに対して回転するときに、体積および位置が変化する。

各ロータフランクが有する外側面の形状は、歴史的に、エンジンの圧縮比を最大にするように選択されてきた。これは、外側に湾曲した弓形のフランクを生じ、これらフランクは、フランクの２つの頂点を垂直に二等分する軸平面の周りでの反射に関して、対称的である。それぞれのフランク内の実質的に中心に、浅い皿状のポケットが形成されていて、これらのポケットのベースは、その前縁および後縁の双方において、内側に湾曲していることも分かっている。弓形のフランクのように、これらのポケットの形状、サイズおよび位置は、一般に、エンジンの圧縮比を最大にするように選択される。

本発明によれば、添付の特許請求の範囲に記載のロータリーエンジン用のロータが提供されている。

本発明によれば、第１の態様から分かるように、ほぼ正三角形に配置された３つのロータフランクを含むロータリーエンジン用のロータであって、各ロータフランクは、前縁および後縁を有し、ロータフランクのうちの少なくとも１つのロータフランクの前縁は、ロータフランクの全軸長にわたって延在する細長いリップを含む、ロータリーエンジン用のロータが提供される。

本出願人らは、本発明によるロータは、例えばパワーの増大および温度低下をもたらすことによって、エンジンの性能を改善することを見出した。この性能の改善は、燃焼ガスの膨張をトルクに変換する効率が高まることに起因し得る。このエンジン性能を改善するメカニズムは、エンジンの性能におけるいずれの改善もエンジンの圧縮比の改善によって一般的に実現される当業界で確立された設計実践とは、対照的である。

好ましくは、少なくとも１つのロータフランクは、リップからロータフランクの後縁まで、概して外側に湾曲したプロファイルを含む。

リップは、好ましくは、リーディング面およびトレーリング面を含む。リーディング面は、好ましくは、ロータフランクのリーディング面とトレーリング面との間で等距離にある円周上の位置として定義されるロータフランクの円周中心に対して、外側に向けられている。トレーリング面は、好ましくは、ロータフランクの円周中心の方に内側に向けられている。リップは、ロータフランクの前縁に配置されているため、リップのトレーリング面をロータフランクの円周中心の方へ内側に向けることによって、トレーリングリップの表面に対する法線が、ロータの回転の方向に対して円周方向において反対方向に確実に向けられるようにし、それにより、膨張ガスの圧力がロータ上のトルクへ効率的に変換されるようにする。

リップのリーディング面は、好ましくは、半径方向外側に湾曲している。リップのリーディング面の曲率半径は、好ましくは、少なくとも１つのロータフランクの、その後縁に近位の曲率半径と実質的に等しい。

リップのトレーリング面は、半径方向内側に湾曲されていてもよい。好ましくは、リップのトレーリング面の曲率半径は、リップのリーディング面の曲率半径および／または少なくとも１つのロータフランクの、その後縁に近位の曲率半径よりも実質的に小さい。リップのトレーリング面の曲率半径は、好ましくは、０．２〜９．０ｍｍ、好ましくは１．０〜８．０ｍｍ、好ましくは２．０〜７．０ｍｍ、または好ましくは３．０〜６．０ｍｍである。そのリーディング面に隣接するリップのトレーリング面の面素は、好ましくは、ロータの回転の方向と実質的に反対の法線方向を含む。そのリーディング面に遠位のリップのトレーリング面の面素は、好ましくは、実質的に半径方向に向けられた、すなわちロータの回転の方向に対して実質的に垂直である法線を含む。あるいは、リップのトレーリング面は、段付きのプロファイルを有してもよい。好ましくは、段付きのプロファイルは、段を含み得る。

２つの上述の面素の中間のリップのトレーリング面の曲率は、好ましくは、実質的に均一である。あるいは、２つの上述の面素の中間のリップのトレーリング面の曲率は、好ましくは、リップのリーディング面からの距離が増すとともに、増大する。

あるいは、リップのトレーリング面は、実質的に平面的であってもよい。リップのトレーリング面に対する法線方向は、好ましくは、ロータの回転の方向に対して実質的に反対の方向である。

ロータは、好ましくは、ステータのシャフトを受け入れる中心アパーチャを含む。中心アパーチャは、好ましくは、その内側面上にリングギアを備え、およびステータのシャフトは、好ましくは、ピニオンを含む。リングギアの半径は、好ましくは、ピニオンの半径よりも大きいため、リングギアは、ピニオンの周りで偏心運動するように構成される。

好ましくは、ロータの中心アパーチャに対する少なくとも１つのロータフランクの前縁の半径方向の範囲は、その少なくとも１つのロータフランクの後縁の半径方向の範囲と実質的に等しい。それゆえ、この実施形態では、リップは、部分的には、ロータフランクの外側面に形成されかつロータフランクの全軸長にわたって延在している凹部によって画成されている。この実施形態では、凹部のリーディング面は、リップのトレーリング面と同等であると認識される。

リップの横断面は、好ましくは実質的に均一である。

リップの縦軸は、好ましくは、ロータの軸方向に対して実質的に平行である。リップは、好ましくは、ロータフランクの円周長の３０％未満に延在し、一層好ましくは、ロータフランクの円周長の１０％未満に延在する。

好ましくは、各ロータフランクは、上記で説明したようなリップを含む。

好ましくは、ロータは、ワンケルエンジン用のロータである。

本発明によれば、第２の態様から分かるように、ほぼ正三角形に配置された３つのロータフランクを含むロータリーエンジン用のロータであって、各ロータフランクは、前縁および後縁を有し、少なくとも１つのロータフランクは、前縁および後縁を有するキャビティを含み、キャビティのベースの、その後縁に近位の一部分は、外側に湾曲している、ロータリーエンジン用のロータが提供される。

本出願人らは、本発明の第２の実施形態によるロータは、例えばパワーの増大および温度低下をもたらすことによって、ロータが設置されるエンジンの性能を改善することを見出した。この性能の改善は、燃焼ガスの膨張をトルクに変換する効率が高まることに起因し得る。

キャビティの、その後縁に近位のベースの曲率半径は、好ましくは、１００ｍｍ〜１７０ｍｍ、一層好ましくは約１５０ｍｍである。

ベースは、好ましくは、キャビティの後縁においてロータフランクにブレンドするすなわち溶け込んでいる。ベースとキャビティの後縁との間で接線ブレンド（tangent blend）があることが好ましい。

キャビティの前縁に近位のベースの一部分は、実質的に平面的とし得る。

あるいは、キャビティの前縁に近位のベースの一部分は、半径方向内側に湾曲されていてもよい。この実施形態では、キャビティの前縁に近位のベースの曲率半径は、好ましくは、キャビティの後縁に近位のベースの曲率半径よりも実質的に小さい。

別の代替的な実施形態では、キャビティの前縁に近位のベースの一部分は、キャビティの後縁に近位のベースの部分の曲率中心から変位された曲率中心の周りで、半径方向外側に湾曲され得るため、凸状の側壁によって囲まれた縦谷(longitudinal valley)を画成している。

キャビティは、好ましくは、ロータフランクの軸長の８０％〜９５％延在し、かつ好ましくは、実質的に軸方向の中心に配置されている。

少なくとも１つのロータフランクは、第１のキャビティのベースに形成された第１の部分と、ロータフランクに形成された第２の部分とを有する、副キャビティを含み得る。

好ましくは、各ロータフランクは、上記で説明したようなキャビティを含む。

好ましくは、ロータは、ワンケルエンジン用のロータである。

本発明の実施形態によるロータリーエンジン用のロータの斜視図である。 図１に示すロータリーエンジン用のロータを通る断面図である。 本発明の第２の実施形態によるロータリーエンジン用のロータを通る断面図である。 本発明の第３の実施形態によるロータリーエンジン用のロータの斜視図である。 本発明の第４の実施形態によるロータリーエンジン用のロータの斜視図である。

図１および図２を参照すると、本発明の第１の実施形態によるロータリーエンジン用のロータ１０が示されている。

ロータ１０は、ほぼ正三角形に配置された３つのロータフランク１２で形成された本体１１を含む。

ロータ本体１１は、鋳鉄、アルミニウム、アルミニウム合金、チタンニッケル、コバルトまたはコバルト合金を含み得るかまたはそれからなり得る。好ましくは、ロータ本体１１は、鋳鉄からなる。

ロータ本体１１は、鋳造する、鋼片から機械加工する、焼結する、または積層造形（additive manufacturing）することによって、形成され得る。積層造形は三次元印刷(three-dimensional printing)を含む。好ましくは、ロータ本体１１は、鉄をワンピースすなわち一体鋳造して形成される。

各ロータフランク１２は、半径方向外向きの外側面１３、半径方向内向きの内側面１４、および全体的に軸方向に向けられた第１および第２の側面１５を含む。各ロータフランク１２は、ロータフランク１２の回転の方向に対して定義された前縁１６および後縁１７を含む（図１の最上のロータフランク１２にのみ符号を付す）。

各ロータフランク１２の外側面１３には凹部１８が形成されている。凹部１８は、それぞれのロータフランク１２の後縁１７から、それぞれのロータフランク１２の円周長の約９５％にわたって延在する。各ロータフランク１２が凹部１８を含み得ることも予想される。凹部１８は、ロータフランク１２の回転方向に関して定義されたリーディング面１９およびトレーリング面２０を含む。凹部１８のリーディング面１９は、内側に湾曲しており、かつその曲率半径は、好ましくは０．２〜９．０ｍｍ、好ましくは１．０〜８．０ｍｍ、好ましくは２．０〜７．０ｍｍ、または好ましくは３．０〜６．０ｍｍである。凹部１８のトレーリング面２０は、外側に湾曲しており、かつその曲率半径の大きさは、リーディング面１９の曲率半径よりも数桁大きい、例えば約１５０ｍｍである。しかしながら、曲率半径は、それぞれのロータフランク１２にわたって円周方向において変化する。特に、曲率半径は、それぞれのロータフランク１２の後縁１７の方に向かうに従って増加し得る。図示の実施形態では、内側に湾曲したリーディング面１９は、外向きのトレーリング面２０に溶け込んで、それら２つが、円周に沿って曲率が変化する単一の面であるとみなされ得るようにする。軸方向では、凹部１８は、それぞれのロータフランク１２の全軸長にわたって延在する。それゆえ、それぞれのロータフランク１２の全軸長にわたって延在する細長いリップ２１が、それぞれのロータフランク１２の前縁１６において画成される。各ロータフランク１２がリップ２１を含み得ることも予想される。リップ２１の縦軸は、ロータフランク１２の軸方向に対して実質的に平行であり、かつこの軸に対するリップ２１の横断面は、リップ２１の長さにわたって実質的に均一である。リップ２１が、リップのトレーリング面の法線の方向がロータの回転の方向とは実質的に反対の方向である形態を有し得ることも予想される。

リップ２１は、ロータフランク１２の回転の方向に対して定義されたリーディング面２２およびトレーリング面２３を有する。リップ２１のリーディング面２２は、外側に湾曲しており、この面２２の曲率半径は、凹部１８のトレーリング面２０の曲率半径に実質的に等しい。リップ２１のトレーリング面２３は、凹部１８のリーディング面１９によって提供されるため、内側に湾曲している。リップ２１のトレーリング面２３の曲率中心は、ロータフランク１２の円周方向の中間点に対して面２３の内側に配置されている。従って、リップ２１のトレーリング面２３の法線の円周方向のベクトル成分は、ロータ１０の回転の方向に対して反対方向に向けられている。リップ２１のトレーリング面２３の法線の正確な方向は、面２３の内側に湾曲したプロファイルを考慮して検討中の面素に依存し、リップ２１のリーディング面２２の近位に配置されている面素は、リップ２１のリーディング面２２の遠位に配置されている面素よりも大きな円周方向のベクトル成分を有する。

各ロータフランク１２の内側面１４は、フランク１２の中間点に配置された位置決め部分２４を含み、位置決め部分２４は、一緒に、部分的に、位置決めアパーチャ２５を画成する。各フランク１２の内側面１４は、さらに、フランク１２の各端部に配置された冷却チャネル部分２６を含む。冷却チャネル部分２６は、一緒に、３つの冷却チャネル２７を画成し、これら冷却チャネルは、ロータ１０の各頂点の領域においてロータ１０を通って軸方向に延在する。それぞれの各冷却チャネル２７は、形状が部分的にシリンダー状であり、かつ前記冷却チャネル２７の表面積を増大させるように配置されている冷却フィン２８を備えている。ロータが空気によって冷却されない代替的な実施形態（図示せず）では、空気冷却チャネル２７および他の対応する特徴は存在しない。

各ロータフランク１２の側面１５は、それぞれの側面シールストリップ２９を受け入れるように配置されたそれぞれのシールストリップソケットを備える。追加的なシールストリップソケット３０は、各ロータフランク１２の頂点に設けられ、これらのストリップソケット３０は、それぞれの軸方向シールストリップ（図示せず）を受け入れるように配置されている。

位置決めアパーチャ２５にはインサート３１が設けられており、かつ、ロータフランク１２およびインサート３１に形成されたそれぞれの固定ソケット（図示せず）を通って延在する固定ピン（図示せず）によって、インサート３１はロータフランク１２に結合されている。インサート３１は、適切な軸受鋼における鍛造品として、または軸受鋼の棒として形成される。インサート３１は、ロータフランク１２の内側面１４に形成された冷却チャネル２７を円周上で閉鎖して、ロータ１０の全軸長にわたって延在する冷却導管３２を画成するようにする。冷却導管３４は、ロータ１０を通って空気が流れることができるようにし、それにより、エンジンを冷却する。

インサート３１は、軸受部３３およびインデックスギヤ歯車を含む。インデックスギヤは、ステータ（図示せず）の中心ピニオン（図示せず）の周りで偏心回転するために配置された、機械加工されたリングギア(annular gear)３４を含む。リングギア３４の軸長は、ロータ本体１１の全軸長を下回り、リングギア３４は、ロータ１０の軸方向の一方の端部に配置されている。

ロータ１０は、主軸（図示せず）の偏心ジャーナル上で、ステータ（図示せず）のキャビティ（図示せず）内に取り付けられている。キャビティは、各端部においてエンドプレート（図示せず）によって閉鎖された、二葉片状のエピトロコイド状ボアによって画成されている。リングギア２５は、遊星式に固定ピニオン（図示せず）と係合されるように配置されており、そこでは、ロータ１０が、主軸の回転の３分の１の量で回転する。ロータ１０、およびキャビティの壁は、ロータ１０が回転すると作動室が形成されるように形づくられており、キャビティの壁は、さらに、それぞれ空気および排気のための吸気ポートおよび排気ポート（図示せず）を備え得る。使用中、各側面シールストリップ２９は、ロータ本体１１の側部１４と、ステータ（図示せず）によって設けられたキャビティの壁との間にシールを形成する。同様に、各軸方向シールストリップ２９は、ロータフランク１２のそれぞれの頂点と、キャビティの壁との間にシールを形成して、キャビティを複数の作動室に分割する。

所与の作動室では、そこに含まれているガスの膨張によって、それぞれのロータフランク１２の外側面１３に力を加える。膨張ガスの圧力は、ロータフランク１２の円周長にわたるトルクに変換される。しかしながら、この膨張ガスの圧力のトルクへの変換の効率は、リップ２１のトレーリング面２３のベクトル面の方向に起因して、リップのトレーリング面２３において、ロータフランク１２の外側面１３の残りの部分におけるよりも実質的に高い。それゆえ、リップ２１は、エンジンの圧縮比を実質的に損なうことなく、膨張ガスの圧力のトルクへの変換の全体効率に実質的に寄与する。

本発明の第２の実施形態を図３に示す。この実施形態のロータ１１０は、第１の実施形態のロータ１０と同様であるが、以下の修正を備える。対応する特徴には同じ参照符号が付けられている。

この実施形態では、凹部１８のリーディング面１９、それゆえ、リップ２１のトレーリング面２３は、内側に湾曲しているのとは対照的に、実質的に平面的である。面１９、２３の法線の方向は、ロータ１０の回転の方向とは実質的に反対の方向である。それゆえ、面１９、２３は、燃焼ガスの膨張をトルクに変換するのに最適な方向にされている。

代替的な実施形態（図示せず）では、面１９、２３の法線の方向は、ロータ１０の回転の方向に対して実質的に反対の方向でなくてもよい：面１９、２３の法線の円周方向成分が、ロータ１０の回転の方向に対して反対の方向であるという条件では、リップ２１は、膨張ガスの圧力のトルクへの変換効率を高める。しかしながら、この代替的な実施形態は、図３に示す実施形態における膨張ガスの圧力のトルクへの変換効率と同じようには高まらない。

本発明の第３の実施形態を図４に示す。この実施形態のロータ２１０は、第１および第２の実施形態のロータ１０と同様であるが、以下の修正を備える。対応する特徴には同じ参照符号が付けられている。

この実施形態では、凹部１８は、それぞれのロータフランク１２の円周長の約７５％に延在する。凹部１８は、ロータフランクの前縁１６の方に配置されるが、そこから分離されて、凹部１８が、ロータフランクの前縁１６と境界を接するようにされている。

各ロータフランク１２の外側面１３に形成された凹部１８は、それぞれのロータフランク１２の全軸長にわたっては延在しない。その代わり、凹部１８は、ロータフランクの軸長の約９０％に延在し、かつ軸方向の中心に配置される。それゆえ、図１〜３に示す実施形態とは異なり、各ロータフランク１２の外側面１３は、リップを備えていない。さらに、図１〜３に示す実施形態とは異なり、凹部は、軸方向縁および円周方向縁と全体的に境界を接し、それゆえ、ベースおよび側壁３５を有するキャビティを画成する。

側壁３５は、実質的に平面的であり、側壁３５の法線は、軸方向にある。代替的な実施形態（図示せず）では、側壁の曲率半径は、好ましくは０．２〜９．０ｍｍである。

図１および図２に示す実施形態のように、凹部１８のベースは、ロータフランク１２の回転の方向に対して定義されたリーディング面１９およびトレーリング面２０を有する。凹部１８のリーディング面１９は、内側に湾曲しており、かつ０．２〜９．０ｍｍ、好ましくは１．０〜８．０ｍｍ、好ましくは２．０〜７．０ｍｍ、または好ましくは３．０〜６．０ｍｍの曲率半径を含む。凹部のトレーリング面２０は、外側に湾曲しており、かつその曲率半径は、リーディング面１９の曲率半径よりも数桁に大きい、例えば１５０ｍｍである。しかしながら、曲率半径は、それぞれのロータフランク１２にわたって円周で変化する。特に、曲率半径は、それぞれのロータフランク１２の後縁１７に向かって大きくなる。図示の実施形態では、内側に湾曲したリーディング面１９は、外向きのトレーリング面２０と溶け込み、それら２つが、円周に沿って曲率が変化する単一の面であるとみなされ得るようにする。さらに、凹部１８のベースのトレーリング面２０は、凹部１８の後縁においてロータフランク１２の外側面１３に溶け込んでいる。

本発明の第４の実施形態を図５に示す。この実施形態のロータ３１０は、第３の実施形態のロータ２１０と同様であるが、以下の修正を備える。対応する特徴には同じ参照符号が付けられている。

この実施形態では、ロータフランク１２の外側面１３に設けられた凹部１８は、副キャビティ３６が各ロータフランク１２に設けられていることを除いて、図４に示す実施形態の凹部１８と実質的に同一である。副キャビティ３６は、全体的に丸みを帯びた矩形を有する第１の部分３７と、シャベルのブレードと同様の形状を有する第２の部分３８とを含む。第１の部分３７は、凹部１８のベースおよびロータフランク１２に広がる一方、第２の部分は、ロータフランク１２内のみに形成される。

代替的な実施形態（図示せず）では、図１に示すロータフランク１２はまた、第４の実施形態に示すような副キャビティ３６を有してもよい。

別の代替的な実施形態（図示せず）では、凹部のリーディング面は、実質的に平面的であってもよく、例えば、凹部の横断面は、図３に示す凹部１８の横断面と同様であってもよい。

本発明は、ロータリーエンジン用のロータ、特に、限定されるものではないが、ワンケル
エンジン用のロータに関する。

ロータリー内燃機関は、自動車、航空機、船舶、定置機関およびコンプレッサにパワーを
供給するために一般的に使用されている。ロータリー内燃機関は、ハウジングまたはステ
ータのキャビティ内に回転式に装着されたロータリーピストンまたはロータを含む。

ワンケルエンジンは、特定の形態のロータリー内燃機関であり、このロータリー内燃機関
では、ステータが、二葉片状のエピトロコイド状ボアと、キャビティを画成するために、
ボアの対向する長さ方向端部に配置されたエンドプレートとを含む。キャビティの壁は、
それぞれ空気および排気ガスのための、吸気ポートおよび排気ポートを備えている。ワン
ケルエンジンのロータは、外側に湾曲した辺を備える、ほぼ正三角形の断面形状の３つの
ロータフランクを含む。

ロータは、主軸の偏心ジャーナルに取り付けられ、かつ主軸の回転の３分の１の回転で、
キャビティ内で、遊星式に、回転するように適合されている。ロータの伝動装置は、一般
に、本体の内側面によって設けられた位置決めアパーチャ内に収容されたインサートによ
って提供される。インサートは、軸受部およびインデックスギヤ(indexing gear)を含み
、インデックスギヤは、エンジンのエンドプレートの一方によって担持された固定ギヤに
係合するように配置されている。固定ギヤとのインデックスギヤの係合によって、ロータ
の回転を、主軸の回転の３分の１に抑制する。インサートは、ロータの本体にしっかりと
固定されて、ロータ本体に対するインサートの回転または軸方向運動を防止する必要があ
る。

ロータの３つの頂点のそれぞれにアペックスシールが設けられ、シールは、エピトロコイ
ド状ボアの内壁と係合するように構成されている。ロータがステータに対して回転すると
、アペックスシールは、エピトロコイド状ボアの内壁に対して変位されるが、ロータの回
転サイクルを通して、内壁と密封係合したままである。それゆえ、ロータは、キャビティ
を複数の作動室に分割し、これら作動室は、ロータがステータに対して回転するときに、
体積および位置が変化する。

各ロータフランクが有する外側面の形状は、歴史的に、エンジンの圧縮比を最大にするよ
うに選択されてきた。これは、外側に湾曲した弓形のフランクを生じ、これらフランクは
、フランクの２つの頂点を垂直に二等分する軸平面の周りでの反射に関して、対称的であ
る。それぞれのフランク内の実質的に中心に、浅い皿状のポケットが形成されていて、こ
れらのポケットのベースは、その前縁および後縁の双方において、内側に湾曲しているこ
とも分かっている。弓形のフランクのように、これらのポケットの形状、サイズおよび位
置は、一般に、エンジンの圧縮比を最大にするように選択される。

本発明によれば、添付の特許請求の範囲に記載のロータリーエンジン用のロータが提供さ
れている。

本発明によれば、第１の態様から分かるように、ほぼ正三角形に配置された３つのロータ
フランクを含むロータリーエンジン用のロータであって、各ロータフランクは、前縁およ
び後縁を有し、ロータフランクのうちの少なくとも１つのロータフランクの前縁は、ロー
タフランクの全軸長にわたって延在する細長いリップを含む、ロータリーエンジン用のロ
ータが提供される。

本出願人らは、本発明によるロータは、例えばパワーの増大および温度低下をもたらすこ
とによって、エンジンの性能を改善することを見出した。この性能の改善は、燃焼ガスの
膨張をトルクに変換する効率が高まることに起因し得る。このエンジン性能を改善するメ
カニズムは、エンジンの性能におけるいずれの改善もエンジンの圧縮比の改善によって一
般的に実現される当業界で確立された設計実践とは、対照的である。

好ましくは、少なくとも１つのロータフランクは、リップからロータフランクの後縁まで
、概して外側に湾曲したプロファイルを含む。

リップは、好ましくは、リーディング面およびトレーリング面を含む。リーディング面は
、好ましくは、ロータフランクのリーディング面とトレーリング面との間で等距離にある
円周上の位置として定義されるロータフランクの円周中心に対して、外側に向けられてい
る。トレーリング面は、好ましくは、ロータフランクの円周中心の方に内側に向けられて
いる。リップは、ロータフランクの前縁に配置されているため、リップのトレーリング面
をロータフランクの円周中心の方へ内側に向けることによって、トレーリングリップの表
面に対する法線が、ロータの回転の方向に対して円周方向において反対方向に確実に向け
られるようにし、それにより、膨張ガスの圧力がロータ上のトルクへ効率的に変換される
ようにする。

リップのリーディング面は、好ましくは、半径方向外側に湾曲している。リップのリーデ
ィング面の曲率半径は、好ましくは、少なくとも１つのロータフランクの、その後縁に近
位の曲率半径と実質的に等しい。

リップのトレーリング面は、半径方向内側に湾曲されていてもよい。好ましくは、リップ
のトレーリング面の曲率半径は、リップのリーディング面の曲率半径および／または少な
くとも１つのロータフランクの、その後縁に近位の曲率半径よりも実質的に小さい。リッ
プのトレーリング面の曲率半径は、好ましくは、０．２〜９．０ｍｍ、好ましくは１．０
〜８．０ｍｍ、好ましくは２．０〜７．０ｍｍ、または好ましくは３．０〜６．０ｍｍで
ある。そのリーディング面に隣接するリップのトレーリング面の面素は、好ましくは、ロ
ータの回転の方向と実質的に反対の法線方向を含む。そのリーディング面に遠位のリップ
のトレーリング面の面素は、好ましくは、実質的に半径方向に向けられた、すなわちロー
タの回転の方向に対して実質的に垂直である法線を含む。あるいは、リップのトレーリン
グ面は、段付きのプロファイルを有してもよい。好ましくは、段付きのプロファイルは、
段を含み得る。

２つの上述の面素の中間のリップのトレーリング面の曲率は、好ましくは、実質的に均一
である。あるいは、２つの上述の面素の中間のリップのトレーリング面の曲率は、好まし
くは、リップのリーディング面からの距離が増すとともに、増大する。

あるいは、リップのトレーリング面は、実質的に平面的であってもよい。リップのトレー
リング面に対する法線方向は、好ましくは、ロータの回転の方向に対して実質的に反対の
方向である。

ロータは、好ましくは、ステータのシャフトを受け入れる中心アパーチャを含む。中心ア
パーチャは、好ましくは、その内側面上にリングギアを備え、およびステータのシャフト
は、好ましくは、ピニオンを含む。リングギアの半径は、好ましくは、ピニオンの半径よ
りも大きいため、リングギアは、ピニオンの周りで偏心運動するように構成される。

好ましくは、ロータの中心アパーチャに対する少なくとも１つのロータフランクの前縁の
半径方向の範囲は、その少なくとも１つのロータフランクの後縁の半径方向の範囲と実質
的に等しい。それゆえ、この実施形態では、リップは、部分的には、ロータフランクの外
側面に形成されかつロータフランクの全軸長にわたって延在している凹部によって画成さ
れている。この実施形態では、凹部のリーディング面は、リップのトレーリング面と同等
であると認識される。

リップの横断面は、好ましくは実質的に均一である。

リップの縦軸は、好ましくは、ロータの軸方向に対して実質的に平行である。リップは、
好ましくは、ロータフランクの円周長の３０％未満に延在し、一層好ましくは、ロータフ
ランクの円周長の１０％未満に延在する。

好ましくは、各ロータフランクは、上記で説明したようなリップを含む。

好ましくは、ロータは、ワンケルエンジン用のロータである。

本発明によれば、第２の態様から分かるように、ほぼ正三角形に配置された３つのロータ
フランクを含むロータリーエンジン用のロータであって、各ロータフランクは、前縁およ
び後縁を有し、少なくとも１つのロータフランクは、前縁および後縁を有するキャビティ
を含み、キャビティのベースの、その後縁に近位の一部分は、外側に湾曲している、ロー
タリーエンジン用のロータが提供される。

本出願人らは、本発明の第２の実施形態によるロータは、例えばパワーの増大および温度
低下をもたらすことによって、ロータが設置されるエンジンの性能を改善することを見出
した。この性能の改善は、燃焼ガスの膨張をトルクに変換する効率が高まることに起因し
得る。

キャビティの、その後縁に近位のベースの曲率半径は、好ましくは、１００ｍｍ〜１７０
ｍｍ、一層好ましくは約１５０ｍｍである。

ベースは、好ましくは、キャビティの後縁においてロータフランクにブレンドするすなわ
ち溶け込んでいる。ベースとキャビティの後縁との間で接線ブレンド（tangent blend）
があることが好ましい。

キャビティの前縁に近位のベースの一部分は、実質的に平面的とし得る。

あるいは、キャビティの前縁に近位のベースの一部分は、半径方向内側に湾曲されていて
もよい。この実施形態では、キャビティの前縁に近位のベースの曲率半径は、好ましくは
、キャビティの後縁に近位のベースの曲率半径よりも実質的に小さい。

別の代替的な実施形態では、キャビティの前縁に近位のベースの一部分は、キャビティの
後縁に近位のベースの部分の曲率中心から変位された曲率中心の周りで、半径方向外側に
湾曲され得るため、凸状の側壁によって囲まれた縦谷(longitudinal valley)を画成して
いる。

キャビティは、好ましくは、ロータフランクの軸長の８０％〜９５％延在し、かつ好まし
くは、実質的に軸方向の中心に配置されている。

少なくとも１つのロータフランクは、第１のキャビティのベースに形成された第１の部分
と、ロータフランクに形成された第２の部分とを有する、副キャビティを含み得る。

好ましくは、各ロータフランクは、上記で説明したようなキャビティを含む。

好ましくは、ロータは、ワンケルエンジン用のロータである。

本発明の実施形態によるロータリーエンジン用のロータの断面図である。 図１に示すロータリーエンジン用のロータを通る断面図である。 本発明の第２の実施形態によるロータリーエンジン用のロータの斜視図である。 本発明の第３の実施形態によるロータリーエンジン用のロータの斜視図である。 本発明の第４の実施形態によるロータリーエンジン用のロータの斜視図である。 本発明の第５の実施形態によるロータリーエンジン用のロータの斜視図であ る。

図１および図２を参照すると、本発明の第１の実施形態によるロータリーエンジン用のロ
ータ１０，２０が示されている。

ロータ１０は、ほぼ正三角形に配置された３つのロータフランク１２で形成された本体１
１を含む。

ロータ本体１１は、鋳鉄、アルミニウム、アルミニウム合金、チタンニッケル、コバル
トまたはコバルト合金を含み得るかまたはそれからなり得る。好ましくは、ロータ本体１
１は、鋳鉄からなる。

ロータ本体１１は、鋳造する、鋼片から機械加工する、焼結する、または積層造形（addi
tive manufacturing）することによって、形成され得る。積層造形は三次元印刷(three-d
imensional printing)を含む。好ましくは、ロータ本体１１は、鉄をワンピースすなわち
一体鋳造して形成される。

各ロータフランク１２は、半径方向外向きの外側面１３、半径方向内向きの内側面１４、
および全体的に軸方向に向けられた第１および第２の側面１５を含む。各ロータフランク
１２は、ロータフランク１２の回転の方向に対して定義された前縁１６および後縁１７を
含む（図１の最上のロータフランク１２にのみ符号を付す）。

各ロータフランク１２の外側面１３には凹部１８が形成されている。凹部１８は、それぞ
れのロータフランク１２の後縁１７から、それぞれのロータフランク１２の円周長の約９
５％にわたって延在する。各ロータフランク１２が凹部１８を含み得ることも予想される
。凹部１８は、ロータフランク１２の回転方向に関して定義されたリーディング面１９お
よびトレーリング面２０を含む。凹部１８のリーディング面１９は、内側に湾曲しており
、かつその曲率半径は、好ましくは０．２〜９．０ｍｍ、好ましくは１．０〜８．０ｍｍ
、好ましくは２．０〜７．０ｍｍ、または好ましくは３．０〜６．０ｍｍである。凹部１
８のトレーリング面２０は、外側に湾曲しており、かつその曲率半径の大きさは、リーデ
ィング面１９の曲率半径よりも数桁大きい、例えば約１５０ｍｍである。しかしながら、
曲率半径は、それぞれのロータフランク１２にわたって円周方向において変化する。特に
、曲率半径は、それぞれのロータフランク１２の後縁１７の方に向かうに従って増加し得
る。図示の実施形態では、内側に湾曲したリーディング面１９は、外向きのトレーリング
面２０に溶け込んで、それら２つが、円周に沿って曲率が変化する単一の面であるとみな
され得るようにする。軸方向では、凹部１８は、それぞれのロータフランク１２の全軸長
にわたって延在する。それゆえ、それぞれのロータフランク１２の全軸長にわたって延在
する細長いリップ２１が、それぞれのロータフランク１２の前縁１６において画成される
。各ロータフランク１２がリップ２１を含み得ることも予想される。リップ２１の縦軸は
、ロータフランク１２の軸方向に対して実質的に平行であり、かつこの軸に対するリップ
２１の横断面は、リップ２１の長さにわたって実質的に均一である。リップ２１が、リッ
プのトレーリング面の法線の方向がロータの回転の方向とは実質的に反対の方向である形
態を有し得ることも予想される。

リップ２１は、ロータフランク１２の回転の方向に対して定義されたリーディング面２２
およびトレーリング面２３を有する。リップ２１のリーディング面２２は、外側に湾曲し
ており、この面２２の曲率半径は、凹部１８のトレーリング面２０の曲率半径に実質的に
等しい。リップ２１のトレーリング面２３は、凹部１８のリーディング面１９によって提
供されるため、内側に湾曲している。リップ２１のトレーリング面２３の曲率中心は、ロ
ータフランク１２の円周方向の中間点に対して面２３の内側に配置されている。従って、
リップ２１のトレーリング面２３の法線の円周方向のベクトル成分は、ロータ１０の回転
の方向に対して反対方向に向けられている。リップ２１のトレーリング面２３の法線の正
確な方向は、面２３の内側に湾曲したプロファイルを考慮して検討中の面素に依存し、リ
ップ２１のリーディング面２２の近位に配置されている面素は、リップ２１のリーディン
グ面２２の遠位に配置されている面素よりも大きな円周方向のベクトル成分を有する。

各ロータフランク１２の内側面１４は、フランク１２の中間点に配置された位置決め部分
２４を含み、位置決め部分２４は、一緒に、部分的に、位置決めアパーチャ２５を画成す
る。各フランク１２の内側面１４は、さらに、フランク１２の各端部に配置された冷却チ
ャネル部分２６を含む。冷却チャネル部分２６は、一緒に、３つの冷却チャネル２７を画
成し、これら冷却チャネルは、ロータ１０の各頂点の領域においてロータ１０を通って軸
方向に延在する。それぞれの各冷却チャネル２７は、形状が部分的にシリンダー状であり
、かつ前記冷却チャネル２７の表面積を増大させるように配置されている冷却フィン２８
を備えている。ロータが空気によって冷却されない代替的な実施形態（図示せず）では、
空気冷却チャネル２７および他の対応する特徴は存在しない。

各ロータフランク１２の側面１５は、それぞれの側面シールストリップ２９を受け入れる
ように配置されたそれぞれのシールストリップソケットを備える。追加的なシールストリ
ップソケット３０は、各ロータフランク１２の頂点に設けられ、これらのストリップソケ
ット３０は、それぞれの軸方向シールストリップ（図示せず）を受け入れるように配置さ
れている。

位置決めアパーチャ２５にはインサート３１が設けられており、かつ、ロータフランク１
２およびインサート３１に形成されたそれぞれの固定ソケット（図示せず）を通って延在
する固定ピン（図示せず）によって、インサート３１はロータフランク１２に結合されて
いる。インサート３１は、適切な軸受鋼における鍛造品として、または軸受鋼の棒として
形成される。インサート３１は、ロータフランク１２の内側面１４に形成された冷却チャ
ネル２７を円周上で閉鎖して、ロータ１０の全軸長にわたって延在する冷却導管３２を画
成するようにする。冷却導管３４は、ロータ１０を通って空気が流れることができるよう
にし、それにより、エンジンを冷却する。

インサート３１は、軸受部３３およびインデックスギヤを含む。インデックスギヤは、ス
テータ（図示せず）の中心ピニオン（図示せず）の周りで偏心回転するために配置された
、機械加工されたリングギア(annular gear)３４を含む。リングギア３４の軸長は、ロー
タ本体１１の全軸長を下回り、リングギア３４は、ロータ１０の軸方向の一方の端部に配
置されている。

ロータ１０は、主軸（図示せず）の偏心ジャーナル上で、ステータ（図示せず）のキャビ
ティ（図示せず）内に取り付けられている。キャビティは、各端部においてエンドプレー
ト（図示せず）によって閉鎖された、二葉片状のエピトロコイド状ボアによって画成され
ている。リングギア２５は、遊星式に固定ピニオン（図示せず）と係合されるように配置
されており、そこでは、ロータ１０が、主軸の回転の３分の１の量で回転する。ロータ１
０、およびキャビティの壁は、ロータ１０が回転すると作動室が形成されるように形づく
られており、キャビティの壁は、さらに、それぞれ空気および排気のための吸気ポートお
よび排気ポート（図示せず）を備え得る。使用中、各側面シールストリップ２９は、ロー
タ本体１１の側部１４と、ステータ（図示せず）によって設けられたキャビティの壁との
間にシールを形成する。同様に、各軸方向シールストリップ２９は、ロータフランク１２
のそれぞれの頂点と、キャビティの壁との間にシールを形成して、キャビティを複数の作
動室に分割する。

所与の作動室では、そこに含まれているガスの膨張によって、それぞれのロータフランク
１２の外側面１３に力を加える。膨張ガスの圧力は、ロータフランク１２の円周長にわた
るトルクに変換される。しかしながら、この膨張ガスの圧力のトルクへの変換の効率は、
リップ２１のトレーリング面２３のベクトル面の方向に起因して、リップのトレーリング
面２３において、ロータフランク１２の外側面１３の残りの部分におけるよりも実質的に
高い。それゆえ、リップ２１は、エンジンの圧縮比を実質的に損なうことなく、膨張ガス
の圧力のトルクへの変換の全体効率に実質的に寄与する。

本発明の第２の実施形態を図３に示す。この実施形態のロータ３０は、第１の実施形態の
ロータ１０と同様であるが、以下の修正を備える。対応する特徴には同じ参照符号が付け
られている。

この実施形態では、凹部１８のリーディング面１９、それゆえ、リップ２１のトレーリン
グ面２３は、内側に湾曲しているのとは対照的に、実質的に平面的である。面１９、２３
の法線の方向は、ロータ１０の回転の方向とは実質的に反対の方向である。それゆえ、面
１９、２３は、燃焼ガスの膨張をトルクに変換するのに最適な方向にされている。

代替的な実施形態（図示せず）では、面１９、２３の法線の方向は、ロータ１０の回転の
方向に対して実質的に反対の方向でなくてもよい：面１９、２３の法線の円周方向成分が
、ロータ１０の回転の方向に対して反対の方向であるという条件では、リップ２１は、膨
張ガスの圧力のトルクへの変換効率を高める。しかしながら、この代替的な実施形態は、
図３に示す実施形態における膨張ガスの圧力のトルクへの変換効率と同じようには高まら
ない。

本発明の第３の実施形態を図４に示す。この実施形態のロータ４０は、第１および第２の
実施形態のロータ１０と同様であるが、以下の修正を備える。対応する特徴には同じ参照
符号が付けられている。

この実施形態では、凹部１８は、それぞれのロータフランク１２の円周長の約７５％に延
在する。凹部１８は、ロータフランクの前縁１６の方に配置されるが、そこから分離され
て、凹部１８が、ロータフランクの前縁３６と境界を接するようにされている。

各ロータフランク１２の外側面４２に形成された凹部１８は、それぞれのロータフランク
１２の全軸長にわたっては延在しない。その代わり、凹部１８は、ロータフランクの軸長
の約９０％に延在し、かつ軸方向の中心に配置される。それゆえ、図１〜３に示す実施形
態とは異なり、各ロータフランク１２の外側面４２は、リップを備えていない。さらに、
図１〜３に示す実施形態とは異なり、凹部は、軸方向縁および円周方向縁と全体的に境界
を接し、それゆえ、ベースおよび側壁３５を有するキャビティを画成する。

側壁３５は、実質的に平面的であり、側壁３５の法線は、軸方向にある。代替的な実施形
態（図示せず）では、側壁の曲率半径は、好ましくは０．２〜９．０ｍｍである。

図１および図２に示す実施形態のように、凹部１８のベースは、ロータフランク１２の
回転の方向に対して定義されたリーディング面１９およびトレーリング面２０を有する。
凹部１８のリーディング面１９は、内側に湾曲しており、かつ０．２〜９．０ｍｍ、好ま
しくは１．０〜８．０ｍｍ、好ましくは２．０〜７．０ｍｍ、または好ましくは３．０〜
６．０ｍｍの曲率半径を含む。凹部のトレーリング面２０は、外側に湾曲しており、かつ
その曲率半径は、リーディング面１９の曲率半径よりも数桁に大きい、例えば１５０ｍｍ
である。しかしながら、曲率半径は、それぞれのロータフランク１２にわたって円周で変
化する。特に、曲率半径は、それぞれのロータフランク１２の後縁１７に向かって大きく
なる。図示の実施形態では、内側に湾曲したリーディング面１９は、外向きのトレーリン
グ面２０と溶け込み、それら２つが、円周に沿って曲率が変化する単一の面であるとみな
され得るようにする。さらに、凹部１８のベースのトレーリング面２０は、凹部１８の後
縁においてロータフランク１２の外側面４２に溶け込んでいる。

本発明の第４の実施形態を図５に示す。この実施形態のロータ５０は、第３の実施形態の
ロータ４０と同様であるが、以下の修正を備える。対応する特徴には同じ参照符号が付け
られている。

この実施形態では、ロータフランク１２の外側面１３に設けられた凹部１８は、副キャビ
ティ５２が各ロータフランク１２に設けられていることを除いて、図４に示す実施形態の
凹部１８と実質的に同一である。副キャビティ５２は、全体的に丸みを帯びた矩形を有す
る第１の部分５２ａと、シャベルのブレードと同様の形状を有する第２の部分５２ｂとを
含む。第１の部分３７は、凹部１８のベースおよびロータフランク１２に広がる一方、第
２の部分は、ロータフランク１２内のみに形成される。

代替的な実施形態（図示せず）では、図６に示すロータフランク６０はまた、第４の実施
形態に示すような副キャビティ５２を有してもよい。

別の代替的な実施形態（図示せず）では、凹部のリーディング面は、実質的に平面的であ
ってもよく、例えば、凹部の横断面は、図３に示す凹部１８の横断面と同様であってもよ
い。

Claims (20)

1. ほぼ正三角形に配置された３つのロータフランクを含むロータリーエンジン用のロータであって、各ロータフランクは、前縁および後縁を有する、ロータリーエンジン用のロータにおいて、
   前記ロータフランクのうちの少なくとも１つのロータフランクの前記前縁は、前記ロータフランクの全軸長にわたって延在する細長いリップを含むことを特徴とする、ロータリーエンジン用のロータ。
2. 前記少なくとも１つのロータフランクが、前記リップから前記ロータフランクの前記後縁まで、概して外側に湾曲したプロファイルを含む、請求項１に記載のロータリーエンジン用のロータ。
3. 前記リップが、リーディング面およびトレーリング面を含む、請求項１または２に記載のロータリーエンジン用のロータ。
4. 前記リップのリーディング面が、前記ロータフランクの円周中心に対して外側に向けられている、請求項３に記載のロータリーエンジン用のロータ。
5. 前記リップのトレーリング面が、前記ロータフランクの前記円周中心の方に内側に向けられている、請求項３または４に記載のロータリーエンジン用のロータ。
6. 前記リップの前記リーディング面が外側に湾曲している、請求項３〜５のいずれか１項に記載のロータリーエンジン用のロータ。
7. 前記リップの前記リーディング面の曲率半径が、前記少なくとも１つのロータフランクの、その前記後縁に近位の曲率半径と実質的に等しい、請求項６に記載のロータリーエンジン用のロータ。
8. 前記リップの前記トレーリング面が、半径方向内側に湾曲している、請求項３〜７のいずれか１項に記載のロータリーエンジン用のロータ。
9. 前記リップの前記トレーリング面が実質的に平面的である、請求項３〜７のいずれか１項に記載のロータリーエンジン用のロータ。
10. 前記リップの前記トレーリング面が、段付きのプロファイルを有する、請求項３〜７のいずれか１項に記載のロータリーエンジン用のロータ。
11. 前記リップが、前記ロータフランクの前記前縁から、前記ロータフランクの前記円周長の３０％未満にわたって延在する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のロータリーエンジン用のロータ。
12. 前記少なくとも１つのロータフランクが、外側面に形成された凹部を含み、
    前記凹部は、前縁および後縁を含み、かつ前記ロータフランクの軸方向に全長にわたって延在し、
    前記リップは、前記ロータフランクの前記前縁と前記凹部の前記前縁との間に画成されている、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のロータリーエンジン用のロータ。
13. ほぼ正三角形に配置された３つのロータフランクを含むロータリーエンジン用のロータであって、各ロータフランクは、前縁および後縁を有し、少なくとも１つのロータフランクは、前縁および後縁を有するキャビティを含む、ロータリーエンジン用のロータにおいて、
    前記キャビティの、その後縁に近位のベースの少なくとも一部分が、外側に湾曲していることを特徴とする、ロータリーエンジン用のロータ。
14. 前記キャビティの、その前記後縁に近位の前記ベースの曲率半径が、１００ｍｍ〜１７０ｍｍである、請求項１３に記載のロータリーエンジン用のロータ。
15. 前記ベースが、前記キャビティの前記後縁において、前記ロータフランクに溶け込んでいる、請求項１３または１４に記載のロータリーエンジン用のロータ。
16. 前記キャビティの前記前縁に近位の前記ベースの一部分が、実質的に平面的である、請求項１３〜１５のいずれか１項に記載のロータリーエンジン用のロータ。
17. 前記キャビティの前記前縁に近位の前記ベースの一部分が、半径方向内側に湾曲している、請求項１３〜１５のいずれか１項に記載のロータリーエンジン用のロータ。
18. 前記キャビティの前記後縁に近位の前記ベース部分の前記曲率半径が、前記キャビティの前記前縁に近位の前記ベース部分の前記曲率半径よりも実質的に大きい、請求項１７に記載のロータリーエンジン用のロータ。
19. 前記キャビティが、前記ロータフランクの前記軸長の８０％〜９５％に延在し、かつ実質的に軸方向における中心に配置されている、請求項１３〜１８のいずれか１項に記載のロータリーエンジン用のロータ。
20. 前記少なくとも１つのロータフランクが、第１のキャビティのベースに形成された第１の部分と、前記ロータフランクに形成された第２の部分とを有する副キャビティを含む、請求項１３〜１９のいずれか１項に記載のロータリーエンジン用のロータ。

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