JP2542021B2 - ロ―タリピストンエンジン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は２サイクル式のロータリピストンエンジンに
関するものである。

（従来技術） 従来の一般的なロータリピストンエンジンは、内周面
がトロコイド状に形成されたロータハウジングとその両
側部に位置するサイドハウジングとで構成されたケーシ
ングと、このケーシング内を遊星回転運動するロータと
を備え、上記ケーシングに吸気ポート、排気ポートおよ
び点火プラグが所定配置で設けられ、上記ロータの回転
に伴って吸入、圧縮、爆発、排気の各行程が順次行なわ
れるようになっている。従って、レシプロエンジンにお
ける４サイクルエンジンに相当する作動を行なう。この
ような一般的なロータリピストンエンジンによると、摺
動抵抗等の関係で１気筒当りの出力向上には限界があっ
た。

そこで、１気筒当りの出力を高めるため、特公昭49-3
8213号公報に示されるように、ロータリピストンエンジ
ンの作動を２サイクル化したものが提案されている。こ
のロータリピストンエンジンは、排気ポートと吸気ポー
ト（掃気ポート）とをトロコイド短軸を挟んだ両側に１
組ずつ設けるとともに、ケーシングのトロコイド短軸両
端側にそれぞれ点火プラグを設けることにより、各作動
室において２サイクル式の作動がロータの１回転毎に２
回ずつ行なわれるようにしている。

しかし、この従来の２サイクル式ロータリピストンエ
ンジンでは、排気，吸気ポートがともに片側のサイドハ
ウジングに設けられているので掃気のための期間を充分
に確保するようにポートを配置することが難しく、か
つ、掃気を促進する作用も不十分であり、また、掃気期
間中（排気，吸気ポートの開口オーバラップ期間中）に
燃料の一部が排気系に流出してしまうという問題もある
等、理想的な２サイクル化を実現するためには種々の改
善すべき点が残されていた。

（発明の目的） 本発明は上記の事情に鑑み、ロータリピストンエンジ
ンでの理想的な２サイクル化を実現して高出力化を達成
することができるロータリピストンエンジンを提供する
ものである。

（発明の構成） 本発明は、内周面がトロコイド状に形成されたロータ
ハウジングとその両側部に位置するサイドハウジングと
で構成されたケーシングと、このケーシング内を遊星回
転運動するロータとを備えたロータリピストンエンジン
において、トロコイド短軸を挟んだ両側に１組ずつ排
気，吸気ポートを設け、かつ、各組毎にそれぞれ排気ポ
ートと吸気ポートとを、一方のサイドハウジングと他方
のサイドハウジングとに各々位置させて、両ポートが掃
気用の開口オーバラップ期間を有する所定の開閉タイミ
ングでロータにより開閉されるように配置するととも
に、トロコイド短軸両端側にそれぞれ点火プラグを設
け、上記各吸気ポートに接続される吸気通路に過給機を
介設する一方、各吸気ポート近傍にそれぞれ燃料噴射弁
を設け、この燃料噴射弁からの燃料噴射時期を、排気ポ
ート閉時期から吸気ポート閉時期までの期間内に設定し
たものである。

この構成によると、充分な掃気作用が得られ、かつ、
排気系への燃料の吹き抜けが防止されつつ、２サイクル
式の作動が行なわれることとなる。

（実施例） 本発明の実施例を図面に基いて説明する。

第１図は本発明の第１実施例を示し、この図におい
て、ロータリピストンエンジンのケーシング１は、２節
ペリトロコイド状の内周面を有するロータハウジング２
と、その両側部に位置するサイドハウジング（一方のサ
イドハウジングは図示せず）３とで構成されている。こ
のケーシング１内には略三角形のロータ４が設けられて
おり、このロータ４は、偏心軸５に支承されて、各頂部
がロータハウジング２の内周面に摺接する状態を保ちつ
つ遊星回転運動するようになっている。そして、上記ロ
ータ４とケーシング１内面との間に、ロータ４の回転に
ともなって拡縮する３つの作動室６が形成されている。

上記ケーシング１のトロコイド短軸10を挟んだ両側
（図の上側と下側）には、１組ずつ、排気，吸気ポート
11a,12aおよび11b,12bが設けられており、これらのポー
トは次のように配設されている。すなわち、排気ポート
11a,11bが図に現れている一方のサイドハウジング３に
形成されるとともに吸気ポート12a,12bが他方のサイド
ハウジングに形成され、各組毎に排気ポートと吸気ポー
トとが掃気用のオーバラップ期間を有する所定の開閉タ
イミングでロータにより開閉される配置とされ、かつ、
２組の排気，吸気ポートが出力軸中心に対して対称に配
置されている。

また、上記ロータハウジング２の、トロコイド短軸10
の両端付近に相当する箇所にはそれぞれ、１組（２個）
ずつの点火プラグ13,14が取付けられている。

上記各排気ポート11a,11bには排気通路15が連通し、
この排気通路15は、上流端が各排気ポート11a,11bにそ
れぞれ接続されて下流側が互いに集合された独立排気通
路16a,16bと、これら独立排気通路16a,16bの下流側の集
合部分に連なる共通排気通路17とで構成されている。一
方、上記各吸気ポート12a,12bには吸気通路18が連通
し、この吸気通路18は、下流端が各吸気ポート12a,12b
にそれぞれ接続されて上流側が互いに集合された独立吸
気通路19a,19bと、これら独立吸気通路19a,19bの上流側
の集合部分に連なる共通吸気通路20とで構成されてい
る。

上記共通吸気通路20には、エアクリーナ21、エアフロ
ーメータ22およびスロットル弁23が配設されるととも
に、過給機24が介設されている。この過給機24は、図で
はターボ過給機が用いられており、共通吸気通路20に設
けられたコンプレッサ25が共通排気通路17に設けられた
タービン26に連結され、排気ガスで駆動されるタービン
26に連動してコンプレッサ25が回転することにより、吸
気を過給するようになっている。

また、各吸気ポート12a,12bの近傍の各独立吸気通路1
9a,19bにはそれぞれ、図外のコントロールユニットによ
り燃料の噴射時期および噴射量が電子制御される燃料噴
射弁27a,27bが設けられている。

上記排気ポート11a,11bおよび吸気ポート12a,12bの各
開閉タイミングと、各燃料噴射弁27a,27bからの燃料噴
射時期は、第２図中に示すように設定されている。

すなわち、各作動室６に対して、TDC（上死点）からB
DC（下死点）に移行する途中の所定時期θ_１に排気ポー
トが開かれて、これより一定クランク角だけ遅れた所定
時期θ_２に吸気ポートが開かれる一方、BDCからTDCに移
行する途中の所定時期θ_３に排気ポートが閉じられて、
これより一定クランク角だけ遅れた所定時期θ_４に吸気
ポートが閉じられるように設定され、θ_２〜θ_３の間が
掃気のための開口オーバラップ期間となる。掃気効率を
高めるには上記オーバラップ期間および各ポートの開口
面積を充分に確保することが要求され、この点を考慮す
ると、排気ポートの開時期θ_１はATDC110deg程度、同閉
時期θ_３はABDC100deg程度、吸気ポートの開時期はATDC
150deg程度、同閉時期θ_４はABDC140deg程度に設定する
のが望ましい。この場合、従来の２サイクル式ロータリ
ピストンエンジンに見られるように排気，吸気ポートを
ともに片側のサイドハウジングに設けると、両ポートを
ずらして配置する必要があるので開口オーバラップ期間
および開口面積を充分に確保することが困難であるが、
本発明では排気ポートと吸気ポートとを別のサイドハウ
ジングに設けているため、上記のような設定で開口オー
バラップ期間および開口面積を充分に確保することが可
能となる。

また、各燃料噴射弁27a,27bは、排気ポートの閉時期
θ_３から吸気ポートの閉時期θ_４までの間に噴射が行な
われるように、噴射時期が設定されている。

以上のような当実施例のロータリピストンエンジンの
動作を、第２図を参照しつつ次に説明する。

第２図中の作動室内圧力についての実線で示した指圧
線図のように、爆発後の膨張により作動室内圧力が適度
にまで低下した所定時期θ_１に、１つの排気ポート11a
が開かれることにより、作動室内圧力がブローダウン
し、続いて吸気ポート12aが開かれることにより、その
開時期θ_２から排気ポート閉時期θ_３までの開口オーバ
ラップ期間は、吸気されつつ作動室６内の残留ガスが排
出される掃気が行なわれる。このとき、前述のように排
気，吸気ポートの開口オーバラップ期間および開口面積
が充分に確保されているとともに、過給機24によって過
圧された空気が作動室６に送り込まれるため、掃気作用
が高められる。排気ポート11aの閉時期θ_３から吸気ポ
ート12aの閉時期θ_４までの間は、排気が停止された状
態で過給気が作動室６に送り込まれるが、この間に吸気
ポート12a近傍の燃料噴射弁27aから噴射が行なわれるこ
とにより、燃料が排気系に流出することなく作動室６内
に供給される。そして、吸気ポート12aが閉じた後は圧
縮により気筒内圧力が上昇し、TDCを過ぎると点火プラ
グ13の点火により爆発が行なわれて作動室内圧力がピー
クに達し、それから膨張に移る。

こうして、１つの作動室６に対し、ロータ４が半回転
する間に１組の排気，吸気ポート11a,12aと燃料噴射弁2
7aと点火プラグ13とにより２サイクル式の一連の動作が
行なわれ、ロータ４がさらに半回転する間には他の１組
の排気，吸気ポート11b,12bと燃料噴射弁27bと点火プラ
グ14とにより上記と同様の動作が行なわれる。つまり、
一般的な４サイクル式のロータリピストンエンジンと比
較すると、４サイクル式のロータリピストンエンジンで
はその指圧線図を二点鎖線で示したように１つの作動室
に対してロータ１回転毎に１回だけ爆発が行なわれるの
に対し、当実施例のロータリピストンエンジンでは１つ
の作動室に対してロータ１回転毎に２回爆発が行なわれ
ることとなる。とくにこのような２サイクル化にあた
り、上述のように、掃気期間中の掃気作用が高められる
とともに、排気系への燃料の流出が避けられるようにし
ているため、有効に高出力化が達成されるとともに、燃
料損失が防止される。

なお、このような２サイクル化によると、とくに高負
荷の領域では過給機24からの吸気過給による掃気作用が
高められ、エンジン高出力化の要求を満足できるもので
あるが、軽負荷（アイドル乃至中負荷を含む）の領域で
は、吸気過給の低減等に伴って掃気作用が低下し易くな
り、また、排気中の未燃焼成分も増加し易くなる傾向が
あり、燃費性能改善等のためにはこれらの点についての
対策が望まれる。このような点を考慮したいくつかの実
施例を以下に説明する。

第３図は本発明の第２実施例を示す。この実施例で
は、第１実施例の構造に加え、軽負荷用排気ポート31お
よび軽負荷用吸気ポート32がサイドハウジング３に設け
られ、これらのポート31,32は、４サイクル式のエンジ
ン作動に適合する所定の開閉タイミングでロータ４によ
り開閉されるように配置されている。上記軽負荷用排気
ポート31および軽負荷用吸気ポート32には、共通排気通
路17から分岐した軽負荷用排気通路33および共通吸気通
路20のスロットル弁23下流から分岐した軽負荷用吸気通
路34がそれぞれ接続されている。

また、２サイクル用の各排気，吸気ポート11a,11b,12
a,12bに接続された独立排気通路16a,16bおよび独立吸気
通路19a,19bにはそれぞれ、軽負荷時に閉じて高負荷時
に開くように図外の駆動手段により開閉作動されるシャ
ッター弁35a,35b,36a,36bが設けられ、一方、軽負荷用
排気通路33および軽負荷用吸気通路34にはそれぞれ、軽
負荷時に開いて高負荷時に閉じるように図外の駆動手段
により開閉作動されるシャッター弁37,38が設けられて
いる。さらに、軽負荷用吸気通路34には軽負荷用燃料噴
射弁39が設けられている。

この第２実施例の構造による場合、軽負荷時には、シ
ャッター弁35a,35b,36a,36bが閉じられてシャッター弁3
7,38が開かれるとともに、点火系においては２組の点火
プラグのうちの一方の点火プラグ13のみ点火されて他方
の点火プラグ14の点火が停止され、燃料系においては吸
気ポート12a,12b近傍の燃料噴射弁27a,27bからの燃料噴
射が停止されて軽負荷用燃料噴射弁39から燃料噴射が行
なわれるように制御される。これにより、軽負荷用吸気
ポート32からの吸気（混合気導入）と、圧縮と、点火プ
ラグ13の点火による爆発および膨張と、軽負荷用排気ポ
ート31からの排気の各行程が順次行なわれる。従って、
一般的なロータリピストンエンジンとほぼ同様の４サイ
クル式の作動が行なわれる。ただしこの場合に、一般的
なロータリピストンエンジンのように排気ポートがロー
タハウジングに設けられていると、ロータ頂部が排気ポ
ートを通過する際に排気行程作動室内のダイリュージョ
ンガスが排気ポートを通って吸気行程作動室に吹き抜け
ることがあるので、当実施例では排気ポート31をサイド
ハウジング３に設けることにより、排気行程作動室と吸
気行程作動室との連通を確実に遮断し、ダイリュージョ
ンガスの吹き抜けを防止している。

こうして軽負荷時には、残留排気ガスが少なくされ、
燃焼性の悪化および燃費性能の悪化が防止される。

また、高負荷時には、シャッター弁35a,35b,36a,36b
が開かれてシャッター弁37,38が閉じられるとともに、
点火系においては２組の点火プラグ13,14のそれぞれに
より点火が行なわれ、燃料系においては燃料噴射弁27a,
27bから燃料噴射が行なわれて軽負荷用燃料噴射弁39か
らの燃料噴射が停止されるように制御される。これによ
り、第１実施例と同様の２サイクル式の作動が行なわれ
ることとなる。

第４図は本発明の第３実施例を示す。この実施例にお
いて、軽負荷用の排気ポート31および吸気ポート32と、
それぞれに接続される軽負荷用の排気通路33および吸気
通路34と、これらの通路33,34を開閉するシャッター弁3
7,38と、軽負荷用燃料噴射弁39は第２実施例と同様に設
けられている。また、２サイクル用の２組の排気，吸気
ポートのうちの１つの組の排気，吸気ポート11a,12aに
接続された独立排気通路16aおよび独立吸気通路19aにそ
れぞれ、軽負荷時に閉じて高負荷時に開くシャッター弁
35,36が設けられる一方、他の吸気ポート12bに接続され
た独立吸気通路19bに、エアフローメータ22上流の共通
吸気通路20から分岐した空気送給通路41が設けられてい
る。そして、この空気送給通路41に、軽負荷時に作動さ
れて高負荷時に停止されるエアポンプ42と、軽負荷時に
開いて高負荷時に閉じるシャッター弁43とが設けられる
とともに、空気送給通路接続箇所より上流の独立吸気通
路19bに、軽負荷時に閉じて高負荷時に開くシャッター
弁44が設けられている。

この第３実施例の構造による場合、軽負荷時には、シ
ャッター弁35,36,44が閉じられてシャッター弁37,38,43
が開かれ、かつ、エアポンプ42が作動される。さらに、
点火系においては２組の点火プラグのうちの一方の点火
プラグ13のみ点火されて他方の点火プラグ14の点火が停
止され、燃料系においては吸気ポート12a,12b近傍の燃
料噴射弁27a,27bからの燃料噴射が停止されて軽負荷用
燃料噴射弁39から燃料噴射が行なわれるように制御され
る。

これにより、軽負荷用吸気ポート32からの吸気（混合
気導入）と、圧縮と、点火プラグ13の点火による爆発
と、軽負荷用排気ポート31からの排気との各行程による
４サイクル式の作動が行なわれるが、この際、軽負荷用
排気ポート31からの排気が行なわれる前に、排気ポート
11bおよび吸気ポート12bの開口とエアポンプ42の作動と
で予備的な排気および掃気が行なわれる。従って、この
予備的な排気および掃気による希釈作用で残留排気ガス
が著しく減少し、軽負荷時の燃焼性および燃費性能がよ
り一層改善される。

また、高負荷時には、シャッター弁35,36,44が開かれ
てシャッター弁37,38,43が閉じられ、かつ、エアポンプ
42が停止されるとともに、２組の点火プラグ13,14のそ
れぞれによる点火と燃料噴射弁27a,27bからの燃料噴射
が行なわれることにより、第１実施例と同様の２サイク
ル式の作動が行なわれる。

第５図は本発明の第４実施例を示す。この実施例で
は、第１実施例の構造に加え、過給機24上流の共通吸気
通路20から分岐した空気送給通路51が、各吸気ポート12
a,12bに通じる独立吸気通路19a,19bにそれぞれ接続さ
れ、この空気送給通路51に、軽負荷時に作動されて高負
荷時に停止されるエアポンプ52が設けられている。ま
た、片側（図の下側）の排気ポート11bに通じる独立排
気通路16bにシャッター弁53が設けられるとともに、各
独立吸気通路19a,19bの空気送給通路接続箇所より上流
にそれぞれシャッター弁54a,54bが設けられ、さらに上
記空気送給通路51には、一方の独立吸気通路19aに通じ
る部分にシャッター弁55が設けられ、他方の独立吸気通
路19bに通じる部分にチェックバルブ56が設けられてい
る。そして、シャッター弁53,54a,54bは軽負荷時に閉じ
て高負荷時に開き、シャッター弁55は軽負荷時に開いて
高負荷時に閉じるようになっている。

この第４実施例による場合、軽負荷時には、シャッタ
ー弁53,54a,54bが閉じてシャッター弁55が開くととも
に、点火系においては２組の点火プラグ13,14のそれぞ
れにより点火が行なわれるが、燃料系においては一方の
燃料噴射弁27aのみから燃料噴射が行なわれるように制
御される。これにより、軽負荷時のエンジンの作動は第
６図のようになる。

すなわち、まず一方の排気ポート11aおよび吸気ポー
ト12aが開口している間に、エアポンプ52から送り込ま
れる空気による掃気および燃料噴射弁27aの作動による
燃料供給が行なわれ、続いて圧縮が行なわれてから、点
火プラグ13の点火により爆発が行なわれ（第６図中の指
圧線図のPa部分）、こうしてロータの１回転中の前半で
は２サイクル式の作動が行なわれる。次に、膨張を経て
他方の排気，吸気ポート11b,12bが開状態となる位置に
ロータが回転するが、このときにシャッター弁53が閉じ
られているので排気は行なわれず、かつ、燃料噴射弁27
bからの燃料供給も停止され、斜線を付した期間に新気
（エアポンプ52から送給される空気）の供給のみが行な
われる。そして、再圧縮が行なわれてから、点火プラグ
14の点火により、作動室内の残留未燃焼ガスに対する着
火、爆発が行なわれる（第６図中の指圧線図のPb部
分）。こうしてロータの１回転中の後半では、新気が補
給された上で残留未燃焼ガスの再燃焼が行なわれる。

これにより、軽負荷時には、２サイクル式の作動によ
ると本来的に残留未燃焼ガスが多くなるという傾向が是
正され、残留未燃焼ガスの再燃焼によって燃費性能が改
善されるとともに、エミッション性能も改善されことと
なる。

また、高負荷時には、シャッター弁53,54a,54bが開か
れてシャッター弁55が閉じられ、かつ、エアポンプ52が
停止されるとともに、各点火プラグ13,14のそれぞれに
よる点火と各燃料噴射弁27a,27bからの燃料噴射が行な
われることにより、第１実施例と同様の作動が行なわれ
ることとなる。

（発明の効果） 以上のように本発明は、トロコイド短軸を挟んだ両側
に１組ずつ設けた排気，吸気ポートと、トロコイド短軸
両端側にそれぞれ設けた点火プラグと、吸気通路に介設
した過給機と、上記各吸気ポート近傍にそれぞれ設けた
燃料噴射弁とでロータリピストンエンジンを２サイクル
化している。とくに吸気ポートと排気ポートとを別個の
サイドハウジングに位置させて掃気のための開口オーバ
ラップ期間および開口面積を充分に大きくとることがで
きるようにするとともに、過給機により掃気を促進して
いるので、２サイクル化にあたって重要な掃気作用を高
めることができ、また上記燃料噴射弁からの燃料噴射時
期を、排気ポート閉時期から吸気ポート閉時期までの間
としているので、排気系への燃料の吹き抜けを防止する
ことができ、これらの作用で理想的な２サイクル化を実
現することができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示すロータリピストンエ
ンジンの構造説明図、第２図は第１実施例による排気，
吸気ポートの開閉タイミングと燃料噴射時期と作動室内
の圧力変化とを表わした図、第３図は第２実施例を示す
構造説明図、第４図は第３実施例を示す構造説明図、第
５図は第４実施例を示す構造説明図、第６図は第４実施
例による排気，吸気ポートの開閉タイミングと燃料噴射
時期と作動室内の圧力変化とを表わした図である。 １……ケーシング、２……ロータハウジング、３……サ
イドハウジング、４……ロータ、６……作動室、11a,11
b……排気ポート、12a,12b……吸気ポート、13,14……
点火プラグ、18……吸気通路、24……過給機、27a,27b
……燃料噴射弁。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内周面がトロコイド状に形成されたロータ
   ハウジングとその両側部に位置するサイドハウジングと
   で構成されたケーシングと、このケーシング内を遊星回
   転運動するロータとを備えたロータリピストンエンジン
   において、トロコイド短軸を挟んだ両側に１組ずつ排
   気，吸気ポートを設け、かつ、各組毎にそれぞれ排気ポ
   ートと吸気ポートとを、一方のサイドハウジングと他方
   のサイドハウジングとに各々位置させて、両ポートが掃
   気用の開口オーバラップ期間を有する所定の開閉タイミ
   ングでロータにより開閉されるように配置するととも
   に、トロコイド短軸両端側にそれぞれ点火プラグを設
   け、上記各吸気ポートに接続される吸気通路に過給機を
   介設する一方、各吸気ポート近傍にそれぞれ燃料噴射弁
   を設け、この燃料噴射弁からの燃料噴射時期を、排気ポ
   ート閉時期から吸気ポート閉時期までの期間内に設定し
   たことを特徴とするロータリピストンエンジン。