JP2020012409A - ロータリピストンエンジン - Google Patents

Abstract

【課題】ロータリピストンエンジンにおいて、アドバンス点火及び着火遅れ期間の短縮を可能にして、燃焼重心のアドバンス化による熱効率の改善を図る。【解決手段】所定形状の仮想火炎を定義し、ＢＴＤＣ４９゜の時点において、仮想火炎におけるロータ２及びロータハウジング３と干渉しない部分の体積をＶ（ｍｍ３）とし、該仮想火炎がロータ２及びロータハウジング３と接触する面の合計の面積をＳ（ｍｍ２）としたとき、Ｓ／Ｖ比が０．４５以下となるように、ロータ２のリセス７を形成する。【選択図】図９

Description

本発明はロータリピストンエンジンに関する。

ロータリピストンエンジンは、トロコイド内周面を有するロータハウジングとロータの間に燃焼室が形成される。ロータの外周面には燃焼室を形成するリセス（凹み）が形成されている。このロータのリセスに関し、特許文献１には、ロータ回転方向のトレーリング側に位置する第１凹部と、該第１凹部に続いてリーディング側に位置する第２凹部よりなるリセスが記載されている。第１凹部のロータ周方向に直交する断面積を、第２凹部の同断面積よりも小さくすることによって、エンジンの燃焼安定性が高められている。すなわち、トレーリング側からリーディング側への混合気が流動するときに、リセスの断面積が変化する第１凹部から第２凹部への接続部において乱流を生成させやすくし、混合気のミキシングおよび拡散を促進するというものである。

特開２０１５−７８６６４号公報

ところで、ロータリピストンエンジンにおいて、ＥＧＲ導入時には燃焼重心がリタードして熱効率が低くなることが知られている。その解決策として、点火時期のアドバンス化及び着火遅れ期間（点火から見掛けの熱発生開始までの期間）の短縮が考えられる。しかし、ロータリピストンエンジンの場合、レシプロエンジンとは違って、その構造上、点火後の燃焼初期において火炎から燃焼室壁面への熱伝達が大きくなり易い。そのため、アドバンス点火では着火ロバストの確保が難しく、着火遅れ期間の短縮が難しいという問題がある。

一般に、エンジンの燃焼性ないし熱効率の改善のために、燃焼室の表面積／容積の比を小さくして冷却損失を低減することは知られている。しかし、ロータリピストンエンジンの場合、燃焼室の表面積／容積の比を小さくするだけでは、アドバンス点火及び着火遅れ期間の短縮を実現することは難しい。

そこで、本発明は、ロータリピストンエンジンにおいて、アドバンス点火及び着火遅れ期間の短縮を可能にして、燃焼重心のアドバンス化による熱効率の改善を図る。

本発明は、上記課題を解決するために、ロータリピストンエンジンにおいて、所定の仮想火炎を定義し、この仮想火炎に基づいて、燃焼初期の壁面熱伝達が抑制されるようにロータのリセスを形成する。

ここに開示するロータリピストンエンジンは、略楕円形状のトロコイド内周面を有するロータハウジングと、該ロータハウジングの両側に配置されて、該ロータハウジングと共にロータ収容室を形成するサイドハウジングと、上記ロータ収容室内に収容されて、該ロータ収容室内に３つの作動室を区画するとともに、回転によって各作動室を周方向に移動させながら、各作動室において吸気、圧縮、膨張及び排気の各行程を順に行なわせる略三角形状のロータと、上記ロータハウジングに設けられた点火プラグとを備え、上記ロータの上記作動室を区画する各外周面にリセスがそれぞれ形成されており、
上記点火プラグによる圧縮行程上死点前の混合気の点火により生ずる、当該点火点から上記ロータの回転方向に円錐状に広がった円錐部と該円錐部の先端から半球状に膨出した膨出部とよりなり、上記円錐部の高さＬが１７．５ｍｍであり、上記円錐部の底面の半径ｒ及び上記半球状膨出部の半径ｒが１２．５ｍｍである仮想火炎を定義したとき、
圧縮行程上死点前４９゜の時点において、上記仮想火炎は上記ロータ及び上記ロータハウジングと幾何学的に干渉し、該仮想火炎における上記ロータ及び上記ロータハウジングと干渉しない部分の体積をＶ（ｍｍ^３）とし、該仮想火炎が上記ロータ及び上記ロータハウジングと接触する面の合計の面積をＳ（ｍｍ^２）としたとき、Ｓ／Ｖ比が０．４５以下となるように、上記ロータのリセスが形成されていることを特徴とする。

ここに、圧縮行程上死点前において、混合気に点火すると、火炎が放射状に伝播しながら、ロータ回転方向のトレーリング側からリーディング側への混合気のスキッシュ流により、火炎の中心がロータ回転方向に移動する。そのため、点火後の燃焼初期の火炎形状は、おおよそ、点火プラグによる点火点からスキッシュ流によって当該移動方向に円錐状に拡大し、先端面が火炎の伝播によって半球状に膨出した形となる。このことに基づいて、仮想火炎の形状を上述の如く定めている。仮想火炎の円錐部の高さＬは、火炎の中心のロータ回転方向への移動距離に相当し、上記仮想火炎の円錐部の底面及び半球部の半径ｒは、火炎の伝播距離に相当する。

仮想火炎がロータ及びロータハウジングと幾何学的に干渉するとき、その干渉している部分からロータ及びロータハウジングに熱を奪われる。これは冷却損失である。そうして、圧縮行程上死点前４９゜の時点において、仮想火炎におけるロータ及びロータハウジングと干渉しない部分の体積Ｖと、ロータ及びロータハウジングと接触する合計面積をＳとしたとき、Ｓ／Ｖ比が０．４５以下であるということは、燃焼初期における火炎からの冷却損失が少ないことを意味する。この壁面熱伝達の低減により、火炎が成長し易くなり、点火時期を大きく進角させても、着火ロバストが確保されるとともに、着火遅れ期間の短縮にも有利になる。従って、ＥＧＲ要求時において、点火時期の調整による燃焼重心の最適化が容易になり、熱効率の改善に有利になる。

上記Ｓ／Ｖ比の下限値は０．１３とすることができる。この下限値は、仮想火炎がロータとは干渉せず、ロータハウジングのみに干渉するケースである。

一実施形態では、上記ロータの外周面のリセスは、該外周面の長手方向の中央より上記回転方向の前方に延びるリーディング側凹部と、該凹部に連続し当該中央より上記回転方向の手前側に延びるトレーリング側凹部とを備え、
上記リーディング側凹部は、上記トレーリング側凹部よりも容積が大きくなっている。

これにより、リーディング側凹部とトレーリング側凹部の容積が同等である場合に比べて、仮想火炎におけるロータ及びロータハウジングと干渉しない部分の体積Ｖが大きくなるため、上記Ｓ／Ｖ比を小さくする上で有利になる。

一実施形態では、上記リーディング側凹部は、上記点火プラグによる点火点に対応する中央が最も深くなるようにくぼんだ深み部を備え、該深み部は、上記トレーリング側凹部よりも深く、上記仮想火炎の半球状の膨出部の直径よりも幅広であり、且つ上記膨出部の半径よりも大きな曲率半径を有する凹曲面に形成されている。これにより、仮想火炎における上記体積Ｖが大きくしながら、ロータと接触する面積を小さくすることができ、上記Ｓ／Ｖ比を小さくする上で有利になる。

一実施形態では、上記作動室の幾何学的な圧縮比が９．７以上である。作動室の幾何学的な圧縮比を９．７以上に設定しながら、上述の如く、Ｓ／Ｖ比を０．４５以下にするから、エンジンの燃焼圧が出力軸の回転に変換される機械的な効率を確保しながら、冷却損失を抑制することができ、よって、熱効率を高くすることができる。

本発明によれば、仮想火炎におけるロータ及びロータハウジングと干渉しない部分の体積Ｖに対する、ロータ及びロータハウジングと接触する面積Ｓの比であるＳ／Ｖ比が０．４５以下であるから、燃焼初期の火炎からの冷却損失が少なくなるため、着火ロバスト性が向上するとともに、着火遅れ期間の短縮が図れ、点火時期の進角によって燃焼重心を最適化することが容易になり、熱効率の改善に有利になる。

本発明の実施形態に係るロータリピストンエンジンの概要を示す斜視図。 同エンジンのロータ及びロータハウジングを示す正面図。 同ロータの外周面を示す平面図。 図３のIV−IV線断面図。 図３のＶ−Ｖ線断面図。 図３のVI−VI線断面図。 同ロータの外周面各部のリセスの断面積を示すグラフ図。 仮想火炎の斜視図。 ＢＴＤＣ４９゜における仮想火炎とロータ及びロータハウジングとの干渉状態を示す断面図。 ＢＴＤＣ２４゜におけるロータ及びロータハウジングと仮想火炎を示す断面図。 比較例１，２及び実施例１，２のリセス形状、並びに仮想火炎とロータ及びロータハウジングとの干渉状態を示す図。 実施例３〜６のリセス形状、並びに仮想火炎とロータ及びロータハウジングとの干渉状態を示す図。 Ｓ／Ｖ比とＶ／Ｖｔ比の関係を示すグラフ図。 比較例１及び実施例７の熱発生率を示すグラフ図。 Ｓ／Ｖ比と燃費改善率の関係を示すグラフ図。 Ｖ／Ｖｔ比と燃費改善率との関係をグラフ図。

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

＜ロータリピストンエンジンの全体構成＞
図１に示すロータリピストンエンジン１（以下、単にエンジン１という）は、車両に搭載されるものであって、２つのロータ２を備えている。各々ロータ２を収容する２つのロータハウジング３間にインターミディエイトハウジング４が設けられている。２つのロータハウジング３の両外側にサイドハウジング５が設けられている。１つのロータハウジング３に着目すれば、インターミディエイトハウジング４は、そのロータハウジング３の片側にあって、ロータハウジング３及びサイドハウジング５と共にロータ収容室３１を形成するサイドハウジングであると位置付けることができる。

図１では、エンジン１のフロント側（図１の右側）の一部を切り欠いてエンジン内部を示すとともに、リヤ側（図１の左側）のサイドハウジング５もエンジン内部を示すために分離して示している。図中の符号Ｘは、出力軸としてのエキセントリックシャフトの回転軸心である。

図２に示すように、ロータハウジング３は、平行トロコイド曲線で描かれる回転軸心Ｘの方向から見て略楕円形状（俵型）のトロコイド内周面３ａを有する。図１に示すように、ロータハウジング３の内周面とインターミディエイトハウジング４の両側の内側面４ａとサイドハウジング５の内側面５ａによってロータ収容室３１が形成され、このロータ収容室３１にロータ２が収容されている。インターミディエイトハウジング４の両側のロータ収容室３１は、ロータ２の回転位相が異なっている点を除けば構成は同じである。

ロータ２は、回転軸心Ｘの方向から見て各辺の中央部が外側に膨出した略三角形状をなし、その三角形の頂部間の略長方形状の外周面２ａにリセス７が形成されている。ロータ２の三角形の各頂部に設けられたアペックスシール９がロータ２の回転に伴ってロータハウジング３のトロコイド内周面３ａに摺接する。このロータ２によって、図２に示すように、ロータ収容室３１の内部が３つの作動室８に区画されている。

ロータ２は、エキセントリックシャフト６の偏心輪６ａに支持されていて、自転しながら、回転軸心Ｘの周りに該自転と同方向に公転する（この自転及び公転を含めて、広い意味で単にロータ２の回転という）。そして、ロータ２が１回転する間に３つの作動室８が周方向に移動し、それぞれで吸気、圧縮、膨張（燃焼）及び排気の各行程が行われる。これにより発生する回転力がロータ２を介してエキセントリックシャフト６から出力される。

図２において、ロータ２は矢印で示すように時計回り方向に回転し、回転軸心Ｘを通るロータ収容室３１の長軸Ｙを境に分けられるロータ収容室３１の左側が概ね吸気行程及び排気行程の領域となり、右側が概ね圧縮行程及び膨張行程の領域となる。

図１に示すように、インターミディエイトハウジング４の内側面４ａとサイドハウジング５の内側面５ａにおける上記吸気行程及び排気行程の領域に対応する部位に、吸気ポート１１〜１３及び排気ポート１０が開口している。図示は省略しているが、吸気行程ないし圧縮行程の作動室８に燃料を噴射する燃料噴射弁がロータハウジング３の頂部に設けられている。

図２に示すように、ロータハウジング３の側部における、回転軸心Ｘを通るロータ収容室３１の短軸Ｚを挟んだロータ回転方向のリーディング側位置及びトレーリング側位置に、リーディング側点火プラグ９１（以下、「Ｌ側点火プラグ９１」という。）及びトレーリング側点火プラグ９２（以下、「Ｔ側点火プラグ９２」という。）が取り付けられている。なお、長軸Ｙと短軸Ｚは互いに直交している。

図示は省略するが、ロータリピストンエンジン１は、排気ガスの一部を吸気通路に環流するＥＧＲ装置を備え、エンジン運転状態に応じて排気ガスの環流が行なわれる。

また、ロータリピストンエンジン１は、吸気スロットル弁、燃料噴射弁、点火プラグ９１，９２及びＥＧＲ装置の作動を含めて、上記エンジンの作動を制御する制御部としてのコントロールユニットを備えている。

＜コントロールユニットについて＞
コントロールユニットは、マイクロコンピュータをベースとするものであって、プログラムを実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ）と、例えばＲＡＭやＲＯＭにより構成されてプログラム及びデータを格納するメモリと、信号入出力（Ｉ／Ｏ）バスとを備えている。コントロールユニットには、車両のアクセル開度センサ、車速センサ、エンジン回転角センサ、空燃比センサ、エンジン水温センサ、エアフローセンサ等からの各種情報の信号が入力される。

コントロールユニットは、入力信号に基いて、エンジン１の運転状態を判定するとともに、その運転状態に応じて、スロットル弁の開度、ＥＧＲ装置によるＥＧＲ率、各作動室８におけるＬ側及びＴ側の点火プラグ９１，９２による点火時期、燃料噴射弁による燃料噴射量及び燃料噴射タイミングの制御を行なう。

点火時期に関しては、Ｌ側点火プラグ９１による点火時期を、Ｔ側点火プラグ９２による点火時期よりも進角側のＢＴＤＣ（圧縮行程上死点前）１５゜以上５５゜以下の範囲に設定し、該設定に基づいてＬ側及びＴ側の点火コイルの通電時期を制御する。

Ｌ側点火プラグ９１による点火時期は、燃焼重心がＡＴＤＣ（圧縮行程上死点後）１０゜〜３０゜の熱効率が高い適切な位置にくるように、ＥＧＲ率に応じて制御される。なお、図２に示す鎖線で示すように、ロータ２の頂点の１つが点火プラグ９１，９２の反対側において短軸Ｚ上に位置付けられているとき、当該頂点の反対側に位置する作動室が圧縮行程上死点になっている。

ＥＧＲ率が高くなるほど着火遅れ期間が長くなるとともに、燃焼重心がリタードしていく。そこで、ＥＧＲ率に応じて着火遅れ期間を設定するとともに、ＥＧＲ率に応じて目標熱発生開始時期（見掛けの熱発生開始の目標時期）を設定する。そうして、目標熱発生開始時期から着火遅れ期間だけ進角した時期がＬ側点火プラグ９１の点火時期とされる。

また、このＬ側点火プラグ９１の点火時期は、エンジン負荷（スロットル弁の開度）及びエンジン回転数に応じて補正される。すなわち、当該点火時期は、エンジン負荷が高くなるほど遅角され、エンジン回転数が高くなるほど進角される。

Ｔ側点火プラグ９２による点火時期は、Ｌ側点火プラグ９１の点火時期から所定角度遅角した時期に制御される。

＜ロータのリセスについて＞
図３に示すように、ロータ２の外周面２ａに形成されたリセス７は、ロータ回転方向に長く延びている。リセス７は、外周面２ａの長手方向の中央よりロータ回転方向の前方に延びるリーディング側凹部７ａ（以下、「Ｌ側凹部７ａ」という。）と、該Ｌ側凹部７ａに連続し上記外周面２ａの中央よりロータ回転方向の手前側に延びるＴ側凹部７ｂ（以下、「Ｔ側凹部７個」という。）とを備えている。このリセス７の容積は、作動室８の幾何学的な圧縮比が９．７以上になるように設定されている。

ロータ２の外周面２ａの平面視において、Ｌ側凹部７ａは、ロータ回転方向の前方に向かって幅がなだらかに広がり先端が円弧状になっている。換言すれば、Ｌ側凹部７ａは、ロータ回転方向の前方に向かって電球状に膨大した形状になっている。一方、Ｔ側凹部７ｂは、Ｌ側凹部７ａにおける幅が狭くなった基部に連続して同じ幅でロータ回転方向の手前側に延び、その端部は幅が先細で狭まり、端縁はロータ２の幅方向に直線的に延びている。

外周面２ａの長手方向の中央よりロータ回転方向の前方に延びるＬ側凹部７ａの長さＬ１は、外周面２ａの長手方向の中央よりロータ回転方向の手前側に延びるＴ側凹部７ｂの長さＬ２よりも長くなっている。Ｌ側凹部７ａのロータ回転方向の先端と上記外周面の回転方向の先端との距離Ｌｄは、外周面２ａのロータ回転方向の長さＬｏの５／１００以上１５／１００以下になっている。後述するＳ／Ｖ比を比較例１よりも小さくするために、好ましいＬｄ／Ｌｏ比は５／１００以上１２／１００以下であり、さらに、ＢＴＤＣ４９゜でＳ／Ｖ比が小さくなるように、より好ましいＬｄ／Ｌｏ比は７／１００以上１０／１００以下である。

図４〜図６に示すように、Ｌ側凹部７ａは、Ｌ側点火プラグ９１の点火点に対応する中央が最も深くなるようにくぼんだ深み部１５を備えている。深み部１５は、Ｔ側凹部７ｂよりも深く、ロータ２の外周面２ａの幅方向の両側及びロータ回転方向の前方に行くに従って漸次浅くなるように湾曲した凹曲面に形成されている。この深み部１５の幅Ｗ１は、Ｔ側凹部７ｂの幅Ｗ２よりも大きく、さらに、後述する仮想火炎の半球状膨出部の直径よりも大きい。また、深み部１５の曲率半径はその半球状膨出部の半径よりも大きい。

図７は、ロータ２の外周面２ａの長手方向におけるリセス７の断面積（ロータ回転方向に直交する断面積）の変化を示す。

Ｌ側凹部７ａの断面積は、外周面２ａの長手方向の中央からロータ回転方向の前方に向かって、リーディング側全長（外周面２ａの長手方向の中央から前端に至る長さ）の２０／１００付近までは略一定の小断面積であり、その付近を越えると漸次増大し、リーディング側全長の５０／１００を超えた付近で最大になり、その後漸次小さくなっている。Ｔ側凹部７ｂの断面積は、外周面２ａの長手方向の中央からロータ回転方向の手前側に向かって、トレーリング側全長（外周面２ａの長手方向の中央から後端に至る長さ）の２０／１００ないし３０／１００付近までは、Ｌ側凹部７ａの小断面積部分と略同じ断面積であり、その付近を越えると、漸次小さくなっている。

Ｌ側凹部７ａについては、外周面２ａの長手方向中央を基点として、例えば、リーディング側全長の１５／１００以上３０／１００以下の範囲に断面積の増大開始点を設け、断面積最大位置をリーディング側全長の５０／１００以上７０／１００以下の範囲に設けることが好ましい。ＢＴＤＣ４９゜でＳ／Ｖ比が小さくなるようにするためである。

以上から明らかなように、Ｌ側凹部７ａの容積Ｖ１は、Ｔ側凹部７ｂの容積Ｖ２よりも大きくなっている。好ましい容積比Ｖ１／Ｖ２は６０／４０以上８０／２０以下である。

＜仮想火炎及びＳ／Ｖ比について＞
Ｌ側点火プラグ９１によって圧縮行程上死点前の混合気に点火すると、当該点火点から火炎が放射状に伝播しながら、作動室８の容積変化に伴うトレーリング側からリーディング側へのスキッシュ流によって該火炎の中心がロータ回転方向に移動する。その場合に生ずる火炎の形状は、ロータ２及びロータハウジング３との干渉がないと仮定すれば、理想的には、図８に示すように、点火点から当該移動方向に円錐状に拡大し、先端面が半球状に膨出した形状になる。すなわち、火炎形状は、火炎中心の移動距離をＬとし、火炎の中心からの伝播距離をｒとすると、底面の直径が２×ｒで高さがＬである円錐部１６ａと、半径ｒの半球状膨出部１６ｂとが合体したものになる。

そこで、Ｌ側点火プラグ９１による圧縮行程上死点前の混合気の点火により生ずる仮想火炎１６を定義する。すなわち、それは、上記円錐部１６ａの高さＬが１７．５ｍｍであり、上記半球状膨出部１６ｂの半径ｒが１２．５ｍｍである仮想火炎１６である。この仮想火炎１６の体積は、円錐部の体積（１／３×πｒ^２×Ｌ）と半球状膨出部１６ｂの体積（２／３×πｒ^３）の和である。この仮想火炎は見掛けの熱発生開始時点の火炎を想定したものである。

以下、図９に示すＢＴＤＣ４９゜の時点における、仮想火炎１６とロータ２及びロータハウジング３との幾何学的干渉に基づいて、ロータ２の外周面２ａのリセス７の好ましい態様を説明する。

仮想火炎１６は、ＢＴＤＣ４９゜の時点のロータ２及びロータハウジング３と幾何学的に干渉する。この仮想火炎１６におけるロータ２及びロータハウジング３と干渉しない部分（図９において破断斜線を付けた部分）の体積（以下、「非干渉体積」という。）をＶ（ｍｍ^３）とし、仮想火炎１６がロータ２及びロータハウジング３とが接触している面の合計の面積（非干渉体積Ｖの部分とロータ２及びロータハウジング３との接触面積。以下、「接触面積」という。）をＳ（ｍｍ^２）とする。

仮想火炎１６の非干渉体積Ｖの部分は、ロータ２及びロータハウジング３に接触している面（接触面積Ｓの部分）からロータ２及びロータハウジング３に熱を奪われる。これは冷却損失である。この場合、非干渉体積Ｖに比して接触面積Ｓが大きくなるほど冷却損失が大きくなる。

従って、非干渉体積Ｖと接触面積Ｓの比であるＳ／Ｖ比を定義することにより、仮想火炎１６に基づいて当該ロータリピストンエンジンの燃焼初期の冷却損失の大きさを見積もることができる。好ましいＳ／Ｖ比は０．４５以下である。Ｓ／Ｖ比が０．４５以下であるということは、燃焼初期における火炎からの冷却損失が少ないことを意味する。

図１０にＢＴＤＣ２４゜の時点のロータ２を示すように、仮想火炎１６はＬ側凹部７ａをロータ回転方向の前方に延びている。同図から明らかなように、冷却損失を抑制するには、火炎とロータ２との干渉が小さくなるように、Ｌ側凹部７ａにおける前方寄りの部分に上述の深み部１５を形成してその断面積を大きくすれば良いことがわかる。

ここに、Ｌ側凹部７ａを大きくしていくと、仮想火炎１６は、ロータ２との干渉が少なくなるが、ロータハウジング３との干渉には変わりがない。すなわち、仮想火炎１６は、おおよそ、円錐状拡大部の軸心を通る縦断面で二分した片側半分がロータハウジング３と干渉する。Ｌ側凹部７ａが大きくなって仮想火炎１６がロータ２と干渉しなくなったときの、仮想火炎１６の非干渉体積Ｖは、仮想火炎１６の全体積の約半分であるから、Ｖ＝１／２×（１／３×πｒ^２×Ｌ＋２／３×πｒ^３）である。仮想火炎１６のロータハウジング３との接触面積Ｓは、Ｓ＝ｒ×Ｌ＋（１／２）πｒ^２である。このことを考慮すれば、Ｓ／Ｖ比の下限は０．１３程度にすることが好ましいということができる。

［実施例・比較例］
図１１及び図１２に示すリセスの構成が異なる実施例１〜６及び比較例１，２のロータを作成した。図１１，１２において、実施例１〜６及び比較例１，２各々の左側図はＢＴＤＣ４９゜のロータ２と点火プラグ９１，９２の関係を示し、右側図は作動室８と仮想火炎１６の関係を示すＬ側点火プラグ９１付近の拡大図である。左側図において、その右側に示すリセス７に表した白丸と黒点はＬ側点火プラグ９１及びＴ側点火プラグ９１の位置を示す。実施例１〜７及び比較例１，２のリセス容積、Ｓ／Ｖ比等を表１に示す。

比較例１は、ロータ２の外周面に略一定深さの長方形状の皿形リセス７を形成した例であり、Ｌ側凹部とＴ側凹部の容積比Ｖ１／Ｖ２は５０／５０である。比較例１は、Ｌ側凹部の先端がＬ側点火プラグ９１の位置付近にあるため、仮想火炎１６とロータ２の干渉が大きくなり、その結果、Ｓ／Ｖ比が大きくなっている。

比較例２は、比較例１に比べて、リセス７の全体をロータ回転方向の前方にずらし、Ｌ側凹部の先端をロータ回転方向前方に少し膨出させたものであり、Ｖ１／Ｖ２は６４／３６であり、リセス全容積が若干大きくなっている。比較例２は、Ｌ側凹部先端のロータ回転方向前方への膨出量が少ないため、比較例１と同様に、Ｓ／Ｖ比が大きくなっている。

実施例１は、比較例１に比べて、リセス７を細長にしてＬ側凹部の先端をロータ回転方向の前方に延ばし、且つＬ側凹部の先端寄りの部分に深み部を形成したものである。その結果、仮想火炎とロータとの干渉が小さくなって、Ｓ／Ｖ比が小さくなっている。Ｖ１／Ｖ２は６５／３５であり、リセス全容積は比較例１に比べて若干大きくなっている。

実施例２は、比較例１に比べて、リセス７を細長にしてＬ側凹部の先端をロータ回転方向の前方に延ばし、且つリセス全体を深くしたものである。その結果、仮想火炎とロータとの干渉が小さくなって、Ｓ／Ｖ比が小さくなっている。Ｖ１／Ｖ２は６４／３６であり、リセス全容積は比較例１に比べて若干大きくなっている。

実施例３は、比較例１に比べて、Ｔ側凹部を幅狭にしてＬ側凹部を先端をロータ回転方向の前方に延ばし、且つＬ側凹部の先端寄りの部分に深み部を形成したものである。その結果、仮想火炎とロータとの干渉が小さくなって、Ｓ／Ｖ比が小さくなっている。Ｖ１／Ｖ２は６５／３５であり、リセス全容積は比較例１に比べて若干大きくなっている。

実施例４は、比較例１に比べて、リセス７を細長にしてＬ側凹部の先端をロータ回転方向の前方に延ばしたものである。その結果、仮想火炎とロータとの干渉が小さくなって、Ｓ／Ｖ比が小さくなっているが、Ｌ側凹部に深み部がない分、実施例１よりもＳ／Ｖ比が大きくなっている。Ｖ１／Ｖ２は６４／３６であり、リセス全容積は比較例１に比べて若干大きくなっている。

実施例５は、比較例１に比べて、リセス７をロータ回転方向前方にずらし、さらに、Ｌ側凹部の先端をロータ回転方向前方に延ばしたものである。その結果、仮想火炎とロータとの干渉が小さくなって、Ｓ／Ｖ比が小さくなっているが、Ｌ側凹部に深み部がない分、実施例１よりもＳ／Ｖ比が大きくなっている。Ｖ１／Ｖ２は６３／３７であり、リセス全容積は比較例１に比べて若干大きくなっている。

実施例６は、リセス７の幅をロータ回転方向前方に行くに従って漸次拡大させ、Ｌ側凹部の先端をロータ回転方向前方に延ばし、且つＬ側凹部の先端寄りの部分に深み部を形成したものである。Ｌ側凹部は比較例１よりも深くなっている。その結果、仮想火炎とロータとの干渉が小さくなって、Ｓ／Ｖ比が小さくなっている。リセス全容積は比較例１と同じであるが、Ｖ１／Ｖ２は７９／２１であり、圧縮比は比較例１よりも大きくなっている。

実施例７は、図３乃至図７、図９及び図１０に示すものであり、Ｌ側凹部７ａをロータ回転方向前方に向かって電球状に膨大させ、該Ｌ側凹部に深み部を設けたことにより、仮想火炎とロータとの干渉が小さくなって、Ｓ／Ｖ比が小さくなっている。Ｖ１／Ｖ２は７８／２２である。

表１において、全容積ＶｔはＢＴＤＣ４９゜におけるロータのリセスを含む作動室の容積である。Ｖ／Ｖｔ比は、作動室の容積Ｖｔに対する仮想火炎１６の非干渉容積Ｖの比であるから、言うならば、火炎成長の潜在力を表す。Ｖ／Ｖｔ比が大きくなるほど、火炎が成長し易く、従って、着火遅れ期間及び燃焼期間の短縮に有利になる。非干渉体積Ｖが大きくなると、圧縮比＝９．７以上を確保することが難しくなるから、Ｖ／Ｖｔ比は０．０１４以上０．０２６以下であることが好ましい。図１３は、Ｓ／Ｖ比とＶ／Ｖｔ比の関係を示すグラフである。

比較例１と実施例６について、エンジン回転数１５００ｒｐｍ、軸出力２９４ｋＰａ、ＥＧＲ率３０％において熱発生特性を評価した。Ｓ／Ｖ比が小さい実施例６では、図１４に示すように、Ｌ側点火プラグ９１の点火時期をＡＴＤＣ−４９゜まで進角することができたため（比較例１のＬ側点火プラグ９１の点火時期はＡＴＤＣ−４０゜）、見掛けの熱発生開始時点がＡＴＤＣ−２４゜付近となり、燃焼期間が短くなって燃焼重心がアドバンスし、熱効率が改善することが認められた。なお、比較例１及び実施例６のＴ側点火プラグ９２の点火時期はＡＴＤＣ−１７゜とした。

そこで、比較例１，２及び実施例６について、エンジン回転数１５００ｒｐｍ、軸出力２９４ｋＰａ、ＥＧＲ率３０％において燃費の計測を行なった。その結果をＳ／Ｖ比及びＶ／Ｖｔ比各々と燃費改善率との関係にまとめた。燃費改善率は、比較例１をベースとして算出した。Ｓ／Ｖ比と燃費改善率の関係を図１５に示す。Ｖ／Ｖｔ比と燃費改善率との関係を図１６に示す。

図１５によれば、Ｓ／Ｖ比が小さくなるに従って燃費が改善していくことがわかる。図１６によれば、Ｖ／Ｖｔ比が大きくなるに従って燃費が改善していくことがわかる。

１ ロータリピストンエンジン
２ ロータ
２ａ 外周面
３ ローターハウジング
３ａ トロコイド内周面
４，５ サイドハウジング
７ リセス
７ａ Ｌ側凹部
７ｂ Ｔ側凹部
８ 作動室
１５ 深み部
１６ 仮想火炎
１６ａ 円錐部
１６ｂ 半球状膨出部
３１ ロータ収容室
９１ Ｌ側点火プラグ
９２ Ｔ側点火プラグ
Ｙ 長軸
Ｚ 短軸

Claims (4)

1. 略楕円形状のトロコイド内周面を有するロータハウジングと、該ロータハウジングの両側に配置されて、該ロータハウジングと共にロータ収容室を形成するサイドハウジングと、上記ロータ収容室内に収容されて、該ロータ収容室内に３つの作動室を区画するとともに、回転によって各作動室を周方向に移動させながら、各作動室において吸気、圧縮、膨張及び排気の各行程を順に行なわせる略三角形状のロータと、上記ロータハウジングに設けられた点火プラグとを備え、上記ロータの上記作動室を区画する各外周面にリセスがそれぞれ形成されたロータリピストンエンジンであって、
   上記点火プラグによる圧縮行程上死点前の混合気の点火により生ずる、当該点火点から上記ロータの回転方向に円錐状に広がった円錐部と該円錐部の先端から半球状に膨出した膨出部とよりなり、上記円錐部の高さＬが１７．５ｍｍであり、上記円錐部の底面の半径ｒ及び上記半球状膨出部の半径ｒが１２．５ｍｍである仮想火炎を定義したとき、
   圧縮行程上死点前４９゜の時点において、上記仮想火炎は上記ロータ及び上記ロータハウジングと幾何学的に干渉し、該仮想火炎における上記ロータ及び上記ロータハウジングと干渉しない部分の体積をＶ（ｍｍ^３）とし、該仮想火炎が上記ロータ及び上記ロータハウジングと接触する面の合計の面積をＳ（ｍｍ^２）としたとき、Ｓ／Ｖ比が０．４５以下となるように、上記ロータのリセスが形成されていることを特徴とするロータリピストンエンジン。
2. 請求項１において、
   上記ロータの外周面のリセスは、該外周面の長手方向の中央より上記回転方向の前方に延びるリーディング側凹部と、該凹部に連続し当該中央より上記回転方向の手前側に延びるトレーリング側凹部とを備え、
   上記リーディング側凹部は、上記トレーリング側凹部よりも容積が大きくなっていることを特徴とするロータリピストンエンジン。
3. 請求項２において、
   上記リーディング側凹部は、上記点火プラグによる点火点に対応する中央が最も深くなるようにくぼんだ深み部を備え、
   上記深み部は、上記トレーリング側凹部よりも深く、上記仮想火炎の半球状の膨出部の直径よりも幅広であり、且つ上記膨出部の半径よりも大きな曲率半径を有する凹曲面に形成されていることを特徴とするロータリピストンエンジン。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
   上記作動室の幾何学的な圧縮比が９．７以上であることを特徴とするロータリピストンエンジン。