JP3598546B2 - ロータリーピストンエンジン - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ロータリーピストンエンジンに関し、特に排気ポートをサイドハウジングに設ける所謂サイド排気方式のものに係わる。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ロータリー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該ロータハウジングを挟むように左右両側に配置されたサイドハウジングとによって空間が形成され、該空間内にロータがロータハウジングのトロコイド内周面に沿って遊星回転するようになっている。
【０００３】
そして、従来、このようなロータリーピストンエンジンにおいては、排気ポートをロータハウジングに設ける一方、吸気ポートをサイドハウジングに設ける所謂ペリフェラル方式が多く採用されているが、このペリフェラル方式では、排気ポートの閉タイミングがロータ上死点後４０〜５０度付近に設定されるため、内部ＥＧＲが多くなり、燃焼安定性を害するという問題がある。
【０００４】
そこで、この問題を解決するために、例えば実開昭５５−２５６１１号公報に開示されるように、排気ポートを吸気ポートと同じくサイドハウジングに設け、排気ポートの閉タイミングを上死点付近に設定できるようにして、内部ＥＧＲ量を低減するようにした所謂サイド排気方式のものが提案されている。この場合、排気ポートの開口部は、排気性を高めるために、ロータハウジングのトロコイド内周面寄りの位置に形成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記サイド排気方式のものでは、ロータの側面に設けたサイドシールのコーナシール側端部がロータの回転に伴って排気ポートの開口部を横切る際に該開口部内に急激に落ち込んで変形するとともに、開口部内に落ち込んだ位置からサイドハウジングのロータ摺動面と同一位置に戻る際に開口部縁に打ち当たり、これらのことが繰返し起こることから、サイドシールが磨耗や破損を生じたりロータ側面から脱落したり、排気ポートの開口部縁が磨耗したりするという問題がある。
【０００６】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ロータリーピストンエンジンにサイド排気方式を採用するに当たり、サイドシールのコーナシール側端部がロータの遊星回転中に排気ポートの開口部内に急激に落ち込んだり開口部縁に打ち当たりするのを防止することにより、サイドシールの磨耗、破損及び脱落を防止するとともに、排気ポートの開口部縁の磨耗を防止するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に係わる発明は、ロータリーピストンエンジンとして、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を挟むように左右両側に配置されたサイドハウジングとによって空間が形成され、該空間内にロータがロータハウジングのトロコイド内周面に沿って遊星回転可能に配置されており、上記ロータの側面にはサイドハウジングとの間をシールするサイドシールが設けられている一方、サイドハウジングには排気ポートが形成されていることを前提とする。
【０００８】
そして、上記排気ポートの開口部の周囲のうち、サイドシールのコーナシール側端部がロータの回転に伴って排気ポートの開口部を横切る際の進入側に位置する部位のみに、サイドシールのコーナシール側端部がサイドハウジングのロータ摺動面から排気ポートの開口部内に急激に落ち込まないように、サイドシールのコーナシール側端部が排気ポートの開口部を横切る際の軌跡に沿って下り勾配の傾斜面が形成されているものとする。また、上記排気ポートの開口部の周囲のうち、サイドシールのコーナシール側端部がロータの回転に伴って排気ポートの開口部を横切る際の脱出側に位置する部位のみに、サイドシールのコーナシール側端部が排気ポートの開口部内に落ち込んだ位置からサイドハウジングのロータ摺動面と同一位置に徐々に戻るように、サイドシールのコーナシール側端部が排気ポートの開口部を横切る際の軌跡に沿って上り勾配の傾斜面が形成されているものとする。
【０００９】
【作用】
上記の構成により、請求項１に係わる発明では、サイドシールのコーナシール側端部がロータの回転に伴って排気ポートの開口部を横切る際には、該排気ポートの開口部の周囲のうち、サイドシールのコーナーシール側端部が横切る位置に形成された傾斜面によって、サイドシールのコーナシール側端部が排気ポートの開口部内に急激に落ち込んだり開口部縁に打ち当たることが防止される。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明の参考例及び実施例を図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１及び図２は本発明の参考例に係わる自動車用の２気筒型ロータリーピストンエンジンＥを示す。このエンジンＥは、フロント側及びリヤ側一対のサイドハウジング１，１と、各々内周面２ａをトロコイド面としたフロント側及びリヤ側一対のロータハウジンング２，２と、該両ロータハウジンング２，２の中間に位置する一個の中央側サイドハウジングとしてのインタメディエイトハウジング３とによって構成されている。各ロータハウジング２の内側には、サイドハウジング１とインタメディエイトハウジング３とで密閉された空間（気筒）４が形成され、上記空間４内にはロータ５が配置されている。該ロータ５は、その外周の３つの頂部が各々ロータハウジング２のトロコイド内周面２ａに当接して該トロコイド内周面２ａとの間に三つの作動室６ａ，６ｂ，６ｃを形成した状態のままトロコイド内周面２ａに沿って遊星回転し、ロータ５の１回転毎に上記各作動室６ａ〜６ｃで吸入、圧縮、膨脹及び排気の４行程が行われるようになっている。ロータ５の回転力は、出力軸７を介して出力される。
【００１２】
上記ロータ５には、図３及び図４に拡大詳示するように、種々のシールが設けられている。すなわち、ロータ５の各頂部には、ロータハウジング２のトロコイド内周面２ａに当接して気密を保つためのアペックスシール１１が設けられているとともに、ロータ５の側面には、サイドハウジング１又はインタメディエイトハウジング３に当接して気密を保つためのロータ５の外周縁に沿って延びるサイドシール１２と、該サイドシール１２と上記アペックスシール１１との接合部の気密を保つためのコーナシール１３とが設けられている。上記３種類のシール１１〜１３は、いずれも板ばね１４ａ，１４ｂ，１４ｃにより溝内から突出方向に付勢されている。また、ロータ５の側面には各々環状のアンチブローリング１５、アウタオイルシール１６及びインナオイルシール１７が同心状に配設されている。
【００１３】
上記インタメディエイトハウジング３には、該ハウジング３の各ロータ摺動面３ａにそれぞれ開口する一対の吸気ポート２１（図１では一方のみ図示）が形成されている。該各吸気ポート２１は吸気管（図示せず）に接続されていて、対応する気筒の作動室６ａ〜６ｃに対し、その吸気行程で混合気を吸入するようになっている。
【００１４】
また、図２に明示するように、上記インタメディエイトハウジング３には、該ハウジング３の壁部を内外方向略直角に貫通し各ロータ摺動面にそれぞれ開口する一対の排気ポート２２，２２が形成され、上記フロント側及びリヤ側のサイドハウジング１，１にも、それぞれ同じく各ハウジング１の壁部を内外方向略直角に貫通してそのロータ摺動面に開口する排気ポート２３，２３が形成されている。よって、一つの気筒４に対し二つの排気ポート２２，２３が設けられており、この二つの排気ポート２２，２３は、空間４を挟んで互いに対向する位置で開口し、ロータ５の回転に伴って該ロータ５の頂部により１２０度の回転周期をもって同時に開閉されるようになっている。
【００１５】
上記インタメディエイトハウジング３側の一対の排気ポート２２，２２は、略直角に折曲する部位に形成した連通口２４を通して互いに連通するようになっている一方、上記連通口２４には該連通口２４を開閉する開閉弁２５が設けられている。該開閉弁２５は、後述する理由から、エンジンの高負荷時に連通口２４を閉じ、低負荷時に連通口２４を開くようになっている。
【００１６】
そして、本発明の特徴として、上記各排気ポート２２，２３の開口部２２ａ，２３ａは、図５に詳示するように、サイドシール１２のコーナシール側端部１２ａ，１２ｂがロータ５の回転に伴って描く軌跡Ｌよりも内方に設けられている。換言すれば、上記軌跡Ｌは、排気ポート２２，２３の開口部２２ａ，２３ａとロータハウジング２のトロコイド内周面２ａとの間を通るように設けられて、排気ポート２２，２３の開口部２２ａ，２３ａを横切らないようになっている。尚、図５では、サイドシール１２のトレーリング方向のコーナシール側端部１２ｂの軌跡Ｌを示しているが、サイドシール１２のリーディング方向のコーナシール側端部１２ａの軌跡も上記軌跡Ｌと同一形状である。
【００１７】
したがって、上記参考例においては、予め排気ポート２２，２３の開口部２２ａ，２３ａの位置設定によって、サイドシール１２のコーナシール側端部１２ａ，１２ｂがロータ５の回転に伴って描く軌跡Ｌが排気ポート２２，２３の開口部２２ａ，２３ａを横切らないようになっているため、サイドシール１２のコーナシール側端部１２ａ，１２ｂがロータ５の回転中に排気ポート２２，２３の開口部２２ａ，２３ａ内に落ち込んだり開口部縁に打ち当たりすることはなく、サイドシール１２の磨耗、破損及び脱落を防止することができるとともに、排気ポート２２，２３の開口部縁の磨耗を防止することができる。
【００１８】
尚、ロータリーピストンエンジンにおいては、主軸受、ロータ軸受及び位相歯車等の出力軸系の給油に加えて、アペックスシール１１やサイドシール１２等のガスシールとその摺動面とに潤滑油を供給しているが、ガスシール及び摺動面に対するカーボンの堆積は、自動車の走行距離が長くなるに従って増加する傾向がある。このため、本参考例では、図示していないが、エンジンの潤滑油量を所定走行距離毎に増量するようにしている。
【００１９】
次に、インタメディエイトハウジング３の排気ポート２２，２２同士を連通する連通口２４に設けた開閉弁２５を、エンジンの高負荷時に閉じ、低負荷時に開くように制御する理由について説明する。
【００２０】
上記開閉弁２５を開いているとき（つまり排気ポート２２，２２同士が連通しているとき）には、開閉弁２５を閉じているとき（つまり排気ポート２２，２２同士の連通が遮断されているとき）に比べて、排気ガス特性（エミッション性）が良くなる。図６及び図７は、それぞれエンジン回転数が１５００rpm 及び２５００rpm のときの排気ガス特性を示す。これらの特性図は、縦軸に排気ガス中のＨＣの成分量を、横軸に排気ガスの平均有効圧力を用い、開閉弁２５を開いているときの排気ガス特性を実線で、開閉弁２５を閉じているときの排気ガス特性を一点鎖線で示す。これらの特性図からも分かるように、開閉弁２５を開いているときの方が、排気ガス中のＨＣの成分量は少なくなり、排気ガス特性が良くなる。
【００２１】
一方、エンジンの高負荷時に開閉弁２５を開いた場合には、二つの排気ポート２２，２２を流れる排気同士が連通口２４で干渉する所謂排気干渉を生じ、出力低下を招くことになる。図８は排気行程（排気開始時点ＥＯから排気終了時点ＥＣまでの間）における出力の変化特性を示し、排気干渉が有る場合を実線Ａで、排気干渉が無い場合を破線Ｂでそれぞれ表している。
【００２２】
以上のことから、エンジンの低負荷時には開閉弁２５を開いて排気ガス特性を良好にする一方、エンジンの高負荷時には開閉弁２５を閉じて排気干渉を防止するようにしたものである。
【００２３】
尚、参考例では、排気ポート２２，２３の開口部２２ａ，２３ａの位置設定によって、サイドシール１２のコーナシール側端部１２ａ，１２ｂがロータ５の回転に伴って描く軌跡Ｌが排気ポート２２，２３の開口部２２ａ，２３ａを横切らないようにしたが、本発明は、図９に示すように、ロータ５の側面におけるサイドシール１２の位置を、図３に示す通常の位置よりもロータ５の外周面寄りに設定し、あるいは排気ポート２２，２３の開口部２２ａ，２３ａの位置若しくは形状の設定とサイドシール１２の位置設定とを組み合わせることによって、サイドシール１２のコーナシール側端部１２ａ，１２ｂがロータ５の回転に伴って描く軌跡Ｌが排気ポート２２，２３の開口部２２ａ，２３ａを横切らないようにしてもよい。
【００２４】
図１０は本発明の実施例に係わるロータリーピストンエンジンのロータと吸排気ポートとの位置関係を示す。この実施例の場合、排気ポート２２，２３の位置は、参考例の場合と異なり、ロータハウジング２のトロコイド内周面２ａ寄りに設定されていて、図１１に示すように、サイドシール１２のコーナシール側端部１２ａがロータ５の回転に伴って描く軌跡Ｌは、排気ポート２２，２３の開口部２２ａ，２３ａを横切るようになっている。尚、ロータリーピストンエンジンの基本的構成は、参考例の場合のそれと同じであり、同一部材には同一符号を付してその説明は省略する。また、インタメディエイトハウジングの排気ポート２２の開口部２２ａとサイドハウジングの排気ポート２３の開口部２３ａとは、それらの周辺構造が同一であり、以下の説明では、インタメディエイトハウジングの排気ポート２２の開口部２２ａについてのみ述べる。
【００２５】
そして、本発明の特徴として、上記排気ポート２２の開口部２２ａの周囲には、サイドシール１２のコーナシール側端部１２ａがロータ５の回転に伴って排気ポート２２の開口部２２ａを横切る際該サイドシール１２のコーナシール側端部１２ａがインタメディエイトハウジングのロータ摺動面３ａと排気ポート２２の開口部２２ａ内との間で急激に変位するのを防止する肉厚変形部３１，３２が２個所形成されている。一方の肉厚変形部３１は、図１２にも示すように、排気ポート２２の開口部２２ａの周囲のうち、サイドシール１２のコーナシール側端部１２ａがロータ５の回転に伴って排気ポート２２の開口部２２ａを横切る際の進入側に位置する部位に設けられているとともに、サイドシール１２のコーナシール側端部１２ａがインタメディエイトハウジングのロータ摺動面３ａから排気ポートの開口部内に急激に落ち込まないようにサイドシールのコーナシール側端部が排気ポートの開口部を横切る際の軌跡Ｌに沿って下り勾配の傾斜面に形成されている。また、他方の肉厚変形部３２は、図１３〜図１５にも示すように、排気ポート２２の開口部２２ａの周囲のうち、サイドシール１２のコーナシール側端部１２ａがロータ５の回転に伴って排気ポート２２の開口部２２ａを横切る際の脱出側に位置する部位に設けられているとともに、サイドシール１２のコーナシール側端部１２ａが排気ポート２２の開口部２２ａ内に落ち込んだ位置（図１４に示す状態）からインタメディエイトハウジング３のロータ摺動面３ａと同一位置に徐々に戻るようにサイドシール１２のコーナシール側端部１２ａが排気ポート２の開口部２２ａを横切る際の軌跡Ｌに沿って上り勾配の傾斜面に形成されている。
【００２６】
また、上記排気ポート２２の開口部２２ａの周縁部のうち、ロータハウジング２のトロコイド内周面２ａ寄りの外側縁部は、ロータ５の回転方向進み側の部位が遅れ側の部位よりも内方に位置するように形成されている。そして、図１６に示すように、ロータ５の回転に伴ってコーナシール１３が排気ポート２２の開口部２２ａの外側縁部に沿って該開口部２２ａを横切る際、コーナシール１３が開口部２２ａの外側縁部と当接する箇所が該コーナシール１３の外側位置から次第に内側位置に移り、それにより、コーナシール１３がロータ５から離脱し難いようになっている。
【００２７】
したがって、上記実施例においては、ロータ５の回転に伴ってサイドシール１２のコーナシール側端部１２ａが排気ポート２２の開口部２２ａを軌跡Ｌに沿って横切る際、該排気ポート２２の開口部２２ａの周囲のうち、進入側に位置する部位では、上記軌跡Ｌに沿って下り勾配の傾斜面に形成された肉厚変形部３１によって、サイドシール１２のコーナシール側端部１２ａが排気ポート２２の開口部２２ａ内に緩やかに落ち込むようになり、急激な落ち込みによる変形等が防止される。また、脱出側に位置する部位では、上記軌跡Ｌに沿って上り勾配の傾斜面に形成された肉厚変形部３２によって、サイドシール１２のコーナシール側端部１２ａが排気ポート２２の開口部２２ａ内に落ち込んだ位置からインタメディエイトハウジング３のロータ摺動面３ａと同一位置に徐々に戻るようになり、開口部２２ａの縁部に打ち当たることはない。この結果、サイドシール１２の磨耗、破損及び脱落を防止することができるとともに、排気ポート２２の開口部縁の磨耗を防止することができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上の如く、請求項１に係わる発明によれば、サイドシールのコーナシール側端部がロータの回転に伴って排気ポートの開口部を横切る際には、該排気ポートの開口部の周囲のうち、サイドシールのコーナーシール側端部が横切る位置に形成された傾斜面によって、サイドシールのコーナシール側端部が排気ポートの開口部内に急激に落ち込んだり開口部縁に打ち当たりすることが防止されるので、サイドシールの磨耗、破損及び脱落を防止することができるとともに、排気ポートの開口部縁の磨耗を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の参考例に係わるロータリーピストンエンジンの一部を切り欠いて見た側面図である。
【図２】同エンジンの断面図である。
【図３】ロータの側面図である。
【図４】ロータに装着されるガスシールの構成を示す分解斜視図である。
【図５】排気ポートの開口部とサイドシール端部の軌跡との位置関係を示す図である。
【図６】エンジン回転数が１５００rpm のときの排気ガス特性を示す図である。
【図７】エンジン回転数が２５００rpm のときの排気ガス特性を示す図である。
【図８】排気行程における出力の変化特性を示す図である。
【図９】変形例を示す図３相当図である。
【図１０】実施例に係わるロータリーピストンエンジンのロータと吸排気ポートとの位置関係を示す図である。
【図１１】排気ポートの開口部とサイドシール端部の軌跡との位置関係を示す図である。
【図１２】図１１のＡ−Ａ線における断面図である。
【図１３】図１１のＢ−Ｂ線における断面図である。
【図１４】図１１のＣ−Ｃ線における断面図である。
【図１５】図１１のＤ−Ｄ線における断面図である。
【図１６】排気ポートの開口部とコーナシールの軌跡との位置関係を示す図である。
【符号の説明】
１ サイドハウジング
１ａ，３ａ ロータ摺動面
２ ロータハウジング
２ａ トロコイド内周面
３ インタメディエイトハウジング（中央側サイドハウジング）
４ 空間（気筒）
５ ロータ
１２ サイドシール
１２ａ，１２ｂ コーナシール側端部
２２，２３ 排気ポート
２２ａ，２３ａ 開口部
３１，３２ 肉厚変形部
Ｌ 軌跡

Claims (1)

1. 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を挟むように左右両側に配置されたサイドハウジングとによって空間が形成され、該空間内にロータがロータハウジングのトロコイド内周面に沿って遊星回転可能に配置されており、上記ロータの側面にはサイドハウジングとの間をシールするサイドシールが設けられている一方、サイドハウジングには排気ポートが形成されているロータリーピストンエンジンにおいて、
   上記排気ポートの開口部の周囲のうち、サイドシールのコーナシール側端部がロータの回転に伴って排気ポートの開口部を横切る際の進入側に位置する部位のみに、サイドシールのコーナシール側端部がサイドハウジングのロータ摺動面から排気ポートの開口部内に急激に落ち込まないように、サイドシールのコーナシール側端部が排気ポートの開口部を横切る際の軌跡に沿って下り勾配の傾斜面が形成される一方、
   上記排気ポートの開口部の周囲のうち、サイドシールのコーナシール側端部がロータの回転に伴って排気ポートの開口部を横切る際の脱出側に位置する部位のみに、サイドシールのコーナシール側端部が排気ポートの開口部内に落ち込んだ位置からサイドハウジングのロータ摺動面と同一位置に徐々に戻るように、サイドシールのコーナシール側端部が排気ポートの開口部を横切る際の軌跡に沿って上り勾配の傾斜面が形成されていることを特徴とするロータリーピストンエンジン。

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