JP5480730B2 - Airtight structure of vane type internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、ベーン型内燃機関の爆発行程において発生する高圧の燃焼ガスを利用して、ベーンの気密性向上と摩擦低減を目的としたベーン型内燃機関の気密構造に関する。 The present invention relates to an air-tight structure of a vane-type internal combustion engine for the purpose of improving the air-tightness of a vane and reducing friction by using high-pressure combustion gas generated in an explosion stroke of the vane-type internal combustion engine.
従来からベーン型内燃機関では、ベーンとべーンが挿入される溝摺動部、あるいは、ハウジング内周面と摺動するベーン先端部において、燃焼工程により発生する高温の燃焼ガスに対する、気密保持のシールについて種々提案されていた。 Conventionally, in a vane type internal combustion engine, a groove sliding portion into which a vane and a vane are inserted, or a vane tip sliding with a housing inner peripheral surface, keeps airtight against high-temperature combustion gas generated by a combustion process. Various seals have been proposed.
特許文献1においては、仕切板と呼ぶベーンの両側面を半円柱状のシールで挟みこれをスプリングで押し、かつ、仕切板先端部の溝にシールを差し込み、これをスプリングで押しているものが記載されている。 Patent Document 1 describes a structure in which both side surfaces of a vane called a partition plate are sandwiched between semi-cylindrical seals and pressed with a spring, and a seal is inserted into a groove at the tip of the partition plate and pressed with a spring. Has been.
また、特許文献2においては、ベーンの先端に先端ベーンを設け、バネでこれをハウジング内面に圧接しているものが記載されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228561 describes a technique in which a tip vane is provided at the tip of the vane and is pressed against the inner surface of the housing with a spring.
本出願人は、ベーン型内燃機関についての特許文献3の出願をしている。
The present applicant has applied for
しかし、上述した特許文献1、2記載のベーン型内燃機関の気密保持方式は、構造が複雑なうえ気密性能が良くない。また、スプリングで圧接、押圧しているが、燃焼工程により発生する高温の燃焼ガスに影響される部位にあり、バネ荷重が熱によるへたりで大きく低下する課題が残されていて、実現化が困難となっていた。さらに、潤滑油を使用せずメンテナンスフリーの内燃機関の実現が望まれていた。 However, the airtight holding system of the vane type internal combustion engine described in Patent Documents 1 and 2 has a complicated structure and poor airtight performance. Although it is pressed and pressed by a spring, it is in a part affected by high-temperature combustion gas generated by the combustion process, and there remains a problem that the spring load greatly decreases due to heat sag, which can be realized. It was difficult. Furthermore, it has been desired to realize a maintenance-free internal combustion engine that does not use lubricating oil.
特許文献1のロータリ機関においては、ベーン1個あたり使用するスプリングが3個以上と推測され、1ロータ当り15個以上と多数のスプリングを使用しているが熱によるへたりに関しては何ら開示されておらず、さらにシールの材質も不明でシールに関する潤滑油の洩れ防止対策も考慮されていない。 In the rotary engine of Patent Document 1, it is presumed that 3 or more springs are used per vane, and a large number of 15 or more springs are used per rotor. Furthermore, the seal material is unknown and no measures for preventing the leakage of lubricating oil related to the seal are taken into consideration.
特許文献2のべーン回転式内燃機関におけるベーンは、案内体や、先端ベーンが挿入される溝等、寸法精度を必要とする部位の形状が複雑で高い加工精度が要求され、さらに案内体の数が16と多数でありコストが高くなる。この構造では、潤滑手段は、絶対必要であるが実現化に困難が伴うこととなっていた。 The vane in the vane rotary internal combustion engine of Patent Document 2 requires a high accuracy of machining because the shape of a part requiring dimensional accuracy, such as a guide body or a groove into which a tip vane is inserted, is required. Is a large number of 16 and the cost is high. In this structure, the lubricating means is absolutely necessary, but it is difficult to realize.
特許文献3のベーン型内燃機関においてもシールに関して改良の余地があった。
The vane type internal combustion engine of
本発明は、上述した課題を解決するものであり、ベーンの気密を向上するとともに、摩擦が少なく簡単な構造で、潤滑油を用いずにメンテナンスフリーのべーン型内燃機関の気密構造を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described problems and provides a hermetic structure for a vane type internal combustion engine that improves the airtightness of the vane and has a simple structure with little friction and no maintenance oil without using lubricating oil. The purpose is to do.
請求項1記載の発明では、ハウジングと、前記ハウジングの軸心に対して偏心して内蔵され前記ハウジング内で回動可能なロータと、前記ハウジングの内周面に摺接する複数のベーンと、前記ベーンが摺動する複数のベーン溝と、を備えたベーン型内燃機関の気密構造であって、前記ロータ内には、爆発行程により発生する高圧の燃焼ガスを流入させる圧力ガス分配通路が複数配設され、各前記圧力ガス分配通路は、前記ロータの軸心側でそれぞれ互いに連通して形成されるとともに、各前記ベーン溝と連通して形成され、前記ロータの外周面の前記ベーン溝どうしの間には、各前記圧力ガス分配通路と連通して前記高圧の燃焼ガスが流入する流入口部がそれぞれ形成され、各前記流入口部には、前記圧力ガス分配通路及び前記ベーン溝内の圧力を維持する逆止弁構造が配設され、前記ベーン内には、前記ロータの半径方向に沿って、前記ベーン溝と連通して前記高圧の燃焼ガスが流入するガス通路が形成され、前記ガス通路の前記ハウジングの内周面側の端部には、ベーン先端シールが嵌入され、前記ベーン先端シールの先端部は、前記ハウジングの内周面側に突出する円弧状に形成され、前記高圧の燃焼ガスが、前記各圧力ガス分配通路に流入するとともに、各前記圧力ガス分配通路と連通する各前記ベーン溝に流入して、各前記ベーンを前記ハウジングの内周面に押圧することを特徴とする。 According to the first aspect of the present invention, the housing, the rotor built eccentrically with respect to the axial center of the housing and rotatable in the housing, the plurality of vanes in sliding contact with the inner peripheral surface of the housing, and the vanes there a gas-tight structure of the vane-type internal combustion engine having a plurality of vane groove to slide, wherein the the rotor, the pressure gas distribution passage arranging a plurality of flowing a high pressure combustion gas generated by the explosion stroke The pressure gas distribution passages are formed in communication with each other on the axial center side of the rotor, and are formed in communication with the vane grooves, between the vane grooves on the outer peripheral surface of the rotor. Each of the pressure gas distribution passages is formed with an inflow portion through which the high-pressure combustion gas flows, and each of the inflow portions has a flow passage in the pressure gas distribution passage and the vane groove. Disposed check valve structure for maintaining the force, within the vane, along a radial direction of said rotor, gas passage combustion gas of the high pressure through the vane grooves and the communication flows is formed, the A vane tip seal is fitted into an end portion of the gas passage on the inner peripheral surface side of the housing, and a tip portion of the vane tip seal is formed in an arc shape protruding toward the inner peripheral surface side of the housing, and the high pressure The combustion gas flows into the pressure gas distribution passages and flows into the vane grooves communicating with the pressure gas distribution passages to press the vanes against the inner peripheral surface of the housing. And
請求項2記載の発明では、前記ベーンは、矩形平板状で前記ハウジングの内周面側の端面が前記ロータの径方向に直交して形成され、前記爆発行程を行なう領域の内側に位置する角部が、前記爆発行程時に前記ハウジングの内周面に摺接するように形成されていることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, the vane has a rectangular flat plate shape, and an end surface on the inner peripheral surface side of the housing is formed perpendicular to the radial direction of the rotor, and is an angle located inside the region where the explosion stroke is performed. The portion is formed so as to be in sliding contact with the inner peripheral surface of the housing during the explosion stroke.
請求項3記載の発明では、前記ベーンには、前記ガス通路と、前記ベーン溝とを連通する通気孔が配設されていることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, the vane is provided with a vent hole communicating the gas passage and the vane groove.
請求項4記載の発明では、前記逆止弁構造が、前記流入口部内に嵌入されて前記圧力ガス分配通路と連通して前記高圧の燃焼ガスを流通可能に形成された弁本体と、前記弁本体より前記ハウジングの内周面側に配設されて前記高圧の燃焼ガスを流入又は封止可能に形成された弁固定部材と、前記弁本体に形成されたガス通路内に収納された球体と、を有し、前記爆発行程を行なう領域に位置する前記球体が、前記爆発行程時に前記圧力ガス分配通路側に移動して前記高圧の燃焼ガスを各前記圧力ガス分配通路に流入させ、他の領域に位置する前記逆止弁の前記球体が、前記弁固定部材に着接して前記高圧の燃焼ガスを封止することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, the check valve structure is inserted into the inflow port portion and communicates with the pressure gas distribution passage so that the high-pressure combustion gas can flow therethrough, and the valve A valve fixing member arranged on the inner peripheral surface side of the housing from the main body so as to be able to flow in or seal the high-pressure combustion gas; and a sphere housed in a gas passage formed in the valve main body; And the sphere located in the region where the explosion stroke is performed moves to the pressure gas distribution passage side during the explosion stroke and causes the high-pressure combustion gas to flow into each pressure gas distribution passage, The sphere of the check valve located in a region contacts the valve fixing member to seal the high-pressure combustion gas.
請求項5記載の発明では、前記ベーンと前記ベーン先端シールには、カーボンに金属を含浸させた部材が用いられていることを特徴とする。
The invention according to
請求項1記載の発明では、ロータ内には、高圧の燃焼ガスを流入させる圧力ガス分配通路をそれぞれ配設して、各圧力ガス分配通路を、ロータの軸心側でそれぞれ互いに連通するように形成するとともに、各ベーン溝とが連通するようにして形成している。ロータの外周面のベーン溝どうしの間に、圧力ガス分配通路と連通して爆発行程により発生する高圧の燃焼ガスが流入する流入口部をそれぞれ形成している。 According to the first aspect of the present invention, the rotor is provided with pressure gas distribution passages through which high-pressure combustion gas flows, and the pressure gas distribution passages communicate with each other on the axial center side of the rotor. In addition to the formation, the vane grooves are formed so as to communicate with each other. Between the vane grooves on the outer peripheral surface of the rotor, an inlet portion is formed which communicates with the pressure gas distribution passage and into which high-pressure combustion gas generated by the explosion stroke flows.
爆発行程により発生する高圧の燃焼ガスを利用してベーンをハウジングの内周面に押圧することになるので、分割された各領域の気密を安定して保持することができる。 Since the vane is pressed against the inner peripheral surface of the housing using the high-pressure combustion gas generated by the explosion stroke, the airtightness of each divided region can be stably maintained.
また、流入口部に、圧力ガス分配通路及びベーン溝内の圧力を維持する逆止弁構造を配設している。これにより、爆発行程時に、高圧の燃焼ガスを各圧力ガス分配通路及び各ベーン溝内に取り込み、それ以外の行程時には、高圧の燃焼ガスを各圧力ガス分配通路及び各ベーン溝内に封止して圧力を維持し、常時、分割された各領域の気密を保持することができる。さらに、ベーン内に、ロータの半径方向に沿って、ベーン溝と連通して高圧の燃焼ガスが流入するガス通路を形成して、ガス通路のハウジングの内周面側の端部に、ベーン先端シールを嵌入して、ベーン先端シールの先端部を、ハウジングの内周面側に突出する円弧状に形成している。これにより、ベーン自体の押圧と合わせてガス通路から流入する高圧の燃焼ガスでベーン先端シールをハウジングの内周面に押圧することになるので、分割された各室の気密をより確実に保持することができる。また、ベーン先端シールの先端部を円弧状に形成することで、ハウジングの内周面との摩擦を低減できるので、ベーン先端シールの先端部とハウジング本体部の内周面との摺接を円滑にすることができる。 In addition, a check valve structure for maintaining the pressure gas distribution passage and the pressure in the vane groove is disposed at the inlet portion. Thus, high-pressure combustion gas is taken into each pressure gas distribution passage and each vane groove during the explosion stroke, and high-pressure combustion gas is sealed in each pressure gas distribution passage and each vane groove during the other strokes. The pressure can be maintained, and the airtightness of each divided area can be maintained at all times. Further, a gas passage is formed in the vane along the radial direction of the rotor so as to communicate with the vane groove and into which high-pressure combustion gas flows, and at the end of the gas passage housing on the inner peripheral surface side, A seal is inserted, and the tip of the vane tip seal is formed in an arc shape protruding toward the inner peripheral surface of the housing. As a result, the vane tip seal is pressed against the inner peripheral surface of the housing by the high-pressure combustion gas flowing from the gas passage together with the pressure of the vane itself, so that the airtightness of each divided chamber is more reliably maintained. be able to. In addition, since the tip of the vane tip seal is formed in an arc shape, friction with the inner peripheral surface of the housing can be reduced, so that the sliding contact between the tip of the vane tip seal and the inner peripheral surface of the housing body is smooth. Can be.
請求項2記載の発明では、ベーンを、矩形平板状でハウジングの内周面側の端面がロータの径方向に直交して形成され、爆発行程を行なう領域の内側に位置する角部が、爆発行程時にハウジングの内周面に摺接するように形成している。 According to the second aspect of the present invention, the vane has a rectangular flat plate shape, and the end surface on the inner peripheral surface side of the housing is formed perpendicular to the radial direction of the rotor. It is formed so as to be in sliding contact with the inner peripheral surface of the housing during the stroke.
これにより、爆発行程時に、発生する高圧の燃焼ガスの流れが、ハウジングの内周面と摺接するベーンの角部で止められ、ベーンの角部を越えて廻りこむことを防止して、ベーンがロータ中心側に押し込まれないようにすることができる。 As a result, the flow of high-pressure combustion gas generated during the explosion stroke is stopped at the corner of the vane that is in sliding contact with the inner peripheral surface of the housing, and prevents the vane from flowing around the corner of the vane. It can be prevented from being pushed into the rotor center side.
請求項3記載の発明では、ベーンに、ガス通路と、ベーン溝とを連通する通気孔を配設している。これにより、べーンと、ベーン溝との隙間に、爆発行程により発生する高圧の燃焼ガスを流出させ、隙間に介在する高圧の燃焼ガスにより、ベーンを浮かせベーンと、ベーン溝との摩擦を減少させることができる。 According to the third aspect of the present invention, the vent is provided in the vane so as to communicate the gas passage and the vane groove. As a result, the high-pressure combustion gas generated by the explosion process flows out into the gap between the vane and the vane groove, and the high-pressure combustion gas intervening in the gap floats the vane and causes friction between the vane and the vane groove. Can be reduced.
請求項4記載の発明では、逆止弁構造を、流入口部内に嵌入され、前記圧力ガス分配通路と連通して高圧の燃焼ガスを流通可能に形成された弁本体と、弁本体よりハウジングの内周面側に配設され、高圧の燃焼ガスを流入又は封止可能に形成された弁固定部材と、弁本体に形成されたガス通路内に収納された球体と、で構成している。 According to a fourth aspect of the present invention, the check valve structure is fitted into the inlet portion, and is connected to the pressure gas distribution passage so as to be able to flow high-pressure combustion gas. The valve fixing member is arranged on the inner peripheral surface side and is formed so that high-pressure combustion gas can flow in or seal, and a sphere housed in a gas passage formed in the valve body.
爆発行程を行なう領域に位置する球体が、爆発行程時に圧力ガス分配通路側に移動して高圧の燃焼ガスを各圧力ガス分配通路に流入させ、他の領域に位置する球体が、弁固定部材に着接して高圧の燃焼ガスを封止する。 The sphere located in the region where the explosion stroke is performed moves to the pressure gas distribution passage side during the explosion stroke and flows high-pressure combustion gas into each pressure gas distribution passage, and the sphere located in the other region becomes the valve fixing member. The high pressure combustion gas is sealed by contact.
これにより、球体の移動により高圧の燃焼ガスの流入、封止の切替えがなされ、各圧力ガス分配通路及び各ベーン溝内の圧力を維持できるので、常時、分割された各室の気密を保持することができる。 Thereby, the flow of the high-pressure combustion gas is switched by the movement of the sphere, and the pressure in each pressure gas distribution passage and each vane groove can be maintained, so that the airtightness of each divided chamber is always maintained. be able to.
請求項5記載の発明では、ベーンとべーン先端シールに、カーボンに金属を含浸させた部材を用いている。自己潤滑性を有するカーボン部材を用いることにより、潤滑油が必要でなくなるのでメンテナンスフリーとすることができる。
In the invention according to
本発明によるベーン型内燃機関の気密構造の一実施形態を図面に基づいて説明する。本発明のベーン型内燃機関の気密構造(以下、気密構造という。)100は、回転するロータに5枚のベーンを装着したベーン型内燃機関の圧力ガスの洩れ防止と、エンジンのメンテナンスフリーとを可能にするものである。
An embodiment of an airtight structure of a vane type internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to the drawings. An airtight structure (hereinafter referred to as an airtight structure) 100 of a vane type
実施形態の気密構造100におけるベーン型内燃機関(以下、エンジンという。)1は、図2に示すように、略円筒状のハウジング本体部31と、ハウジング本体部31の両側面に配置されて、ハウジング本体部31の両端開口部を閉塞させる一対のサイドハウジング部32、32とを有するハウジング3と、ハウジング3に内蔵されて回動可能なロータ5と、ロータ5に装着されるベーン7と、を備えている。ハウジング3とロータ5との隙間には、図1に示すように、中空部60が形成されている。
As shown in FIG. 2, a vane type internal combustion engine (hereinafter referred to as an engine) 1 in the
ハウジング本体部31は、図1、2に示すように、軸線方向から見て軸心を中心に真円形に形成された内周面31aを有している。ハウジング本体部31の外周面には、2箇所の肉盛部(第1の肉盛部31b、第2の肉盛部31c)が形成され、2箇所の肉盛部の間にボス部31dが形成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the housing
各サイドハウジング部32、32は、図2に示すように、円板状に形成され、ロータ5を側面から塞ぐようにハウジング本体部31に装着されている。また、各サイドハウジング部32、32には、後述するロータ5の回転軸14を支持する支持孔32a、32aと、後述する吸気口18、18、排気口19、19となる円弧孔が形成されている。
As shown in FIG. 2, each
ロータ5は、図2、3に示すように、ハウジング本体部31の幅(軸線方向の長さ)と略同一の幅を有する円柱状に形成されるとともに、図1に示すように、ハウジング本体部31の軸線方向の中心位置と偏心した位置に回転中心を有して配置されている。ロータ5の回転中心位置には、図2、3に示すように、動力の出力軸となる回転軸14が配置されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
ロータ5には、図1、2、3に示すように、回転軸14から回転軸14の径方向外側に向かって放射状に、ベーン7が摺動するベーン溝51(51a、51b、51c、51d、51e)が、形成されている。各ベーン溝51は、それぞれの間の角度を等角度にロータ5の幅方向全体にわたって五か所形成されている。各ベーン溝51には、図1に示すように、ベーン7(7a、7b、7c、7d、7e)が挿入されている。
As shown in FIGS. 1, 2, and 3, the
ロータ5の外周面52には、図1、2、3に示すように、間の角度を等角度に五か所凹部53(53a、53b、53c、53d、53e)が形成されている。この凹部53は、後述する爆発行程において爆発の圧力を受ける際、回転する方向に圧力を受けやすいように、回転進行方向側が深く削りとられて形成されている(図1における矢印が回転する方向である)。
As shown in FIGS. 1, 2, and 3, five concave portions 53 (53 a, 53 b, 53 c, 53 d, 53 e) are formed on the outer
ロータ5内には、図1に示すように、爆発行程により発生する高圧の燃焼ガス(以下、燃焼ガスとする)Gを流入させる圧力ガス分配通路54(54a、54b、54c、54d、54e)が、ロータ5の外周面52側から回転軸14側に向かって配設されている。各圧力ガス分配通路54は、ロータ5の回転軸14側でそれぞれ他の圧力ガス分配通路54と連通して配設されている。ロータ5の回転方向において前側となる各圧力ガス分配通路54と、ロータ5の回転方向において後ろ側となり隣接する各ベーン溝51とは、ロータ5の軸線方向から見て略Y字状に配置されている。隣接する各圧力ガス分配通路54と各ベーン溝51とは、各圧力ガス分配通路54の略中央部かつ、各ベーン溝51のロータ5の回転軸14側で連通して形成されている。
As shown in FIG. 1, a pressure gas distribution passage 54 (54a, 54b, 54c, 54d, 54e) through which high-pressure combustion gas (hereinafter referred to as combustion gas) G generated by an explosion stroke flows into the
ロータ5の外周面52の各ベーン溝51の間には、図1に示すように、各圧力ガス分配通路54と連通して燃焼ガスGを流入させる流入口部55(55a、55b、55c、55d、55e)がそれぞれ形成されている。
As shown in FIG. 1, between the
各流入口部55には、図1に示すように、燃焼ガスGを流通、封止させて、各圧力ガス分配通路54及び各ベーン溝51内の圧力を維持する逆止弁構造8(8a、8b、8c、8d、8e)が配設されている。
As shown in FIG. 1, the check valve structure 8 (8a) that circulates and seals the combustion gas G to maintain the pressure in each pressure
本実施形態における各逆止弁構造8は、図6(a)に示すように、ハウジング本体部31の内周面31a側に配置されている弁固定部材81と、流入口部55に嵌入され弁固定部材81よりロータ5の回転軸14側に配置されている弁本体82と、燃焼ガスGを封止する球体83と、を備えて構成されている。以下の各逆止弁構造8の構成の説明においては、対応するa、b、c、d、eの符号は省略する。
As shown in FIG. 6A, each check valve structure 8 in the present embodiment is fitted into a
弁固定部材81は、内部に球体83より小径のガス通路811を有して、円筒状に形成され、その外周面には、流入口部55と螺合可能なねじ部812が形成されている。弁固定部材81は、流入口部55のハウジング本体部31の内周面31a側で螺合して配置され、一端がハウジング本体部31の内周面31a側に向かって開口し、他端が弁本体82に向かって開口している。弁固定部材81の弁本体82側の端部には、ガス通路811の周囲に球体83を着接させる球座部813が形成されている。
The
弁本体82は、弁固定部材81のガス通路811より大径に形成されたガス通路821を有して円筒状に形成されている。弁本体82は、流入口部55の圧力ガス分配通路54側に嵌入して配置されている。弁本体82は、一端が弁固定部材81に向かって開口し、他端が圧力ガス分配通路54に向かって開口している。ガス通路821の圧力ガス分配通路54側は、図6(a)、(b)に示すように、圧力ガス分配通路54側に向かって縮径しているテーパ部822が形成されている。テーパ部822には、球体83を着接させる球座部823を有して、弁本体82の径方向内側に突出する突起部824が、等間隔に四か所形成されている。テーパ部822は、球体83が球座部823に着接したときにおいても、突起部824以外の部分から燃焼ガスGを流入可能に形成されている。
The valve
球体83は、図6(a)に示すように、真球状に形成され、弁本体82のガス通路821内を移動可能に配設されている。球体83は、弁固定部材81の球座部813に着接した時にガス通路811を封止可能に形成されている。球体83は、弁本体82の各球座部823と着接可能に形成されている。
As shown in FIG. 6A, the
ベーン7は、図1に示すように、ロータ5に形成されたベーン溝51に挿入されている。各ベーン7は、中空部60を5つの室6(6A、6B、6C、6D、6E)に分割するように配置されている。
As shown in FIG. 1, the
前述したロータ5の凹部53は、図1に示すように、各室6(6A、6B、6C、6D、6E)内ごとに形成されて、それぞれ凹部53a、53b、53c、53d、53eを形成する。
As shown in FIG. 1, the
各ベーン7は、図3、4に示すように、カーボンに金属を含浸させた部材で、矩形平板状に形成されている。以下の各ベーン7の構成の説明においては、対応するa、b、c、d、eの符号は省略する。図3に示すように、ハウジング本体部31の軸心側から見て、回転方向の面にロータ5のベーン溝51との摺動面7m、7mが形成され、軸線方向の面にサイドハウジング部32との摺動面7n、7nが形成され、径方向外側にハウジング本体部31の内周面31aとの摺動面7pが形成され、径方向内側に燃焼ガスGによって押圧される押圧面7qが形成されている。
As shown in FIGS. 3 and 4, each
各摺動面7pは、図5に示すように、ロータ5の径方向に直交して形成されている。摺動面7pは、ロータ5の回転方向側の前角部711とその反対側の後角部712が、内周面31aに摺接するように形成されている。摺動面7pには、ロータ5の回転軸14側に凹んで、後述するベーン先端シール9を嵌入可能な先端シール溝部721が、ロータ5の軸線方向全体にわたって形成されている。
Each sliding
各ベーン7内には、図1に示すように、ロータ5の半径方向に沿って、ベーン溝51と連通して、燃焼ガスGを流入するガス通路72(72a、72b、72c、72d、72e)が形成されている。
As shown in FIG. 1, gas passages 72 (72 a, 72 b, 72 c, 72 d, 72 e) through which the combustion gas G flows are communicated with the
以下の各ガス通路72の構成の説明においては、一部を除いて対応するa、b、c、d、eの符号は省略する。各ガス通路72は、図5に示すように、上述した先端シール溝部721と、図4、5に参照するように、ロータ5の軸心側が開口した大径部722と、図5に示すように、先端シール溝部721と連通する小径部723と、大径部722から小径部723に向かって狭小に形成されたテーパ部724と、を備えている。ベーン7には、図4に参照するように、ガス通路72と、ベーン溝51とを連通する通気孔73(73a、73b、73c、73d、73e)が配設されている。
In the following description of the configuration of each
ベーン先端シール9(9a、9b、9c、9d、9e)は、図3、4に示すように、カーボンに金属を含浸させた部材で角柱状に形成され、各先端シール溝部721の全体にわたって隙間をもたせて嵌入されている。ベーン先端シール9の内周面31a側の端部は、図5に示すように、内周面31a側に突出する円弧状に形成された摺動面91を有している。
As shown in FIGS. 3 and 4, the vane tip seal 9 (9a, 9b, 9c, 9d, 9e) is formed in a prismatic shape by a member in which carbon is impregnated with metal, and a gap is formed over the entire tip
ハウジング本体部31には、図1に示すように、燃料を噴射する燃料噴射ノズル10と、燃焼ガスGの流入と、低圧の空気の流入とを切り替えるバルブ室4と、燃料に点火する点火プラグ12とが配置されている。
As shown in FIG. 1, the
燃料噴射ノズル10は、図1に示すように、第1の肉盛部31bを、ハウジング本体部31の軸心から偏心した方向へ挿通して配置されている。第1の肉盛部31bには、燃料噴射ノズル10から、回転するベーン7に向かって混合ガスが噴出できるように、噴出し口10aが配置されている。噴出された燃料は、回転するベーン7によって近死点側に運ばれるから、点火プラグ12で点火する際には、混合ガスが圧縮された状態で点火される。
As shown in FIG. 1, the
点火プラグ12は、図1に示すように、ボス部31dを、ハウジング本体部31の軸心に向かって挿通して配置されている。ボス部31dには、点火プラグ12が混合ガス混合ガスに点火できるように点火口12aが配置されている。
As shown in FIG. 1, the
点火プラグ12の点火するタイミングは、ロータ5が回転されて各室6を構成する1対のベーン7の一方(回転方向に対して後方側に配置されたベーン7)が点火プラグ12付近に達した時に行われる。
When the
バルブ室4は、図1に示すように、第2の肉盛部31c内に形成されている。バルブ室4内には、過給気通路用バルブ(単にバルブとも言う。)11が配置されている。バルブ11は、後述するバルブ入口15に対向する位置に来る、いずれか1つの室6内の空気又は燃焼ガスGを流入するかどうかの開閉を行うものであり、バルブ室4内において、ばね部材13で後述するガス導入路20側に付勢されて移動可能に配置されている。
As shown in FIG. 1, the
第2の肉盛部31cには、図1に示すように、バルブ室4と室6とを連通するバルブ入口15が形成されるとともに、バルブ室4を介してバルブ入口15と接続する過給気通路入口16が形成されている。過給気通路入口16には、サイドハウジング部32に形成された吸気口18に接続する過給気通路17が接続されている。
As shown in FIG. 1, a
吸気口18は、図1、2に示すように、大気を吸気できるようにサイドハウジング部32から外部に連通するように形成されている。ロータ5の回転方向における吸気口18の後側には、サイドハウジング部32から外部に連通する排気口19が形成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
第2の肉盛部31cのロータ5の回転方向における後側には、バルブ入口15に隣接して、室6と、バルブ室4とを接続するガス導入路20が形成されている。
A
ガス導入路20により、室6内の燃焼ガスGがバルブ室4に導入されると、燃焼ガスGの圧力がバルブ11をばね部材13の付勢力に打ち勝ってばね部材13側に移動させてバルブ入口15及び過給気通路入口16を塞ぐ。
When the combustion gas G in the
吸気口18と、排気口19は、ロータ5に形成された凹部53の回転進行方向に対応した長孔状に形成されている。凹部53が吸気口18と合致すると、合致した凹部53は、過給気通路17と接続して過給気の吸気開口部21となり、凹部53が、排気口19と合致すると、合致した凹部53は、排気ガスを外部に放出する排気開口部22となる。実施形態においては、排気口19はロータ5の回転方向に対して吸気口18の後ろ側に配置されている。つまり、ロータ5の凹部53が排気口19を通過した後、吸気口18に向かうように配置されている。
The
上記のように構成された実施形態のエンジン1では、図1に示すように、ベーン7で区分けされた各室6において、ロータ5の回転でそれぞれの行程が行われる。この場合、各室6においてはロータ5の2回転で1回爆発が起こり、その間に膨張、排気、空気吸気、空気圧縮、過給、掃気、混合ガス吸気、混合ガス圧縮のそれぞれの行程が行われる。
In the engine 1 of the embodiment configured as described above, each stroke is performed by the rotation of the
エンジン1は、本出願人が先にした、特願2006−223338号(特開平2008−45513号公報)のベーン型内燃機関を改良したものである。上述したエンジン1の各行程は、本願発明においても同じであるので詳細な説明は省略する。 The engine 1 is an improvement of the vane type internal combustion engine disclosed in Japanese Patent Application No. 2006-223338 (Japanese Patent Laid-Open No. 2008-45513), which was previously applied by the present applicant. Since each process of the engine 1 mentioned above is the same also in this invention, detailed description is abbreviate | omitted.
次に気密構造100の作用について説明する。図1の状態においては、室6Aが爆発行程にあり、室6A内で爆発した混合ガスは燃焼ガスGとなり、図4に示すように、流入口部55aに設けられた逆止弁構造8a内に燃焼ガスGは流入する。燃焼ガスGによって流動する球体83は、図6(a)、(b)に示すように、弁本体82に設けられた突起部824の球座部823に着接する。図4に示すように、弁本体82の突起部824以外の隙間部分、すなわち、テーパ部822に沿った部分から、燃焼ガスGが圧力ガス分配通路54aに流入する。圧力ガス分配通路54a内に流入した燃焼ガスGは、隣接するベーン溝51aに流入するとともに、連通する各圧力ガス分配通路54内に流入する。
Next, the operation of the
ベーン溝51a内に流入した燃焼ガスGは、図4に示すように、ベーン7aの押圧面7aqに当たりベーン7aを内周面31a側に押圧するとともに、ベーン7a内のガス通路72aに流入する。ガス通路72aに流入した燃焼ガスGは、通気孔73aからベーン7aの摺動面7amと対向するベーン溝51aの面との隙間に流出して、ベーン7aを浮かせ摺動しやすい状態にするとともに、図5に参照するように、ベーン7aの大径部722a、テーパ部724a、小径部723a、先端シール溝部721a、の順に流入して、ベーン先端シール9aを押圧し、その摺動面91aを内周面31aに押圧する。
As shown in FIG. 4, the combustion gas G flowing into the
他の各圧力ガス分配通路54内に流入した燃焼ガスG{図6(a)中二点鎖線矢印で示す}は、各流入口部55に配設されたそれぞれの逆止弁構造8内に流入して、図6(a)の二点鎖線に示すように、弁固定部材81の球座部813で球体83を着接させる。球体83が球座部813に着接することで、燃焼ガスGが封止されて各圧力ガス分配通路54と、各ベーン溝51と、各ガス通路72の圧力を維持する。
Combustion gas G (indicated by a two-dot chain line arrow in FIG. 6A) that has flowed into each of the other pressure
爆発行程時には、室6の容積は一番小さくなり、爆発による燃焼ガスGにより室6内の圧力は最大となる、室6が爆発行程から膨張行程に進むにつれ、室6の容積は徐々に大きくなり、室6内の圧力が徐々に減少する。各圧力ガス分配通路54と、各ベーン溝51と、各ガス通路72の圧力が、室6内の圧力を上回った時に燃焼ガスGを流入させた逆止弁構造8の球体83が球座部813に着接する。爆発行程を行なった室6の後行程の室6は、空気圧縮行程になるがこの時の圧力は、爆発行程の時よりも低いため、各圧力ガス分配通路54と、各ベーン溝51と、各ガス通路72の圧力は、次の爆発行程まで維持されることになる。
During the explosion stroke, the volume of the
次に室6内で発生した燃焼ガスGと、ベーン7との気密性の関係を説明する。
Next, the airtight relationship between the combustion gas G generated in the
図1の状態で室6Aの内部にある混合ガスを点火プラグ12で着火すると、燃焼爆発した燃焼ガスGの衝撃圧力は、ベーン7a、ベーン7e及び逆止弁構造8aにかかる。このとき、図4に示すように、室6Aの内側に位置する、ベーン7aの前角部711aは内周面31aと線接触し、ベーン7eの後角部712eは内周面31aと線接触する。これにより、燃焼ガスGが各ベーン先端シール9側に回り込まなくして、ベーン7a、ベーン7eをロータ5の回転軸14側に押し込まれないようにすることで、エンジン1の気密を保持することができる。
When the mixed gas inside the
さらに、図1において行程が進みロータ5が矢印に示す回転方向に回転して、図1において室6Eであった領域に燃焼ガスGがあるとき、図4に示すように、内周面31aとベーン7eの位置まで移動することになるベーン7aの前角部711aは離れている。このため、図1において室6Eであった領域にある燃焼ガスGは、ベーン7eの位置まで移動したベーン7aとベーン先端シール9aをロータ5の回転軸14側に押し込む。この際、燃焼ガスGは、逆止弁構造8aにも各圧力ガス分配通路54と、各ベーン溝51と、各ガス通路72にかかる圧力と、同じ圧力をかけている。すなわち、内周面31a側から燃焼ガスGが、ベーン先端シール9aの摺動面91を押し込む力と、ベーン7の押圧面7q及びベーン先端シール9の底面を押し出す力は、等しくなる。
Further, when the stroke advances in FIG. 1 and the
この状態では、図5に示すように、摺動面91及び摺動面7pはそれぞれ前角部711側半分で内周面31aを押圧しているので、図4に示す押圧面7qの約二分の一の面積で燃焼ガスGの圧力を受けていることになる。その圧力がかかる面積比で約1:2となり内周面31aに押し付ける力が勝るから室6A内の気密は保たれる。
In this state, as shown in FIG. 5, the sliding
図7において、気密性を詳細に説明する。ベーン7に加わる燃焼ガスGの力はその投影面積に比例するから、加わる力の大きさと、その方向を模式的に矢印で示す。単位面積あたりに加わる燃焼ガスGの力を矢印1個として、ベーン7に対し室6側からベーン溝51へ押し込む力と、ベーン溝51から内周面31aに押し付ける力の対比を、その矢印の数で示した。なお、以下の説明においては、作図上ベーン溝51とベーン7との隙間と、ベーン先端シール9と先端シール溝部721との隙間は、広めに強調してある。また、矢印の図面上の大きさは、力の大きさと比例しない。ベーン7とベーン先端シール9は、同じ厚みがあるものとする。投影面積にかかる数字については、他の符号と区別するため、字体を変えてある。
In FIG. 7, the airtightness will be described in detail. Since the force of the combustion gas G applied to the
ベーン7において、図7に示すように、ロータ5の回転後ろ側のベーン先端シール9aの摺動面91と後角部712との間には、燃焼ガスG側には、燃焼ガスGが回り込まない。よって、ベクトル23は、投影面積が2であるので矢印2個、ベクトル24は、投影面積が2であるので矢印2個であり、合計投影面積は4、矢印4個に対し、ベクトル25は投影面積が6であるので矢印6個であり、その結果2:3の比率から内周面31aに押し付ける力の方が大きくなり、ベーン7は隔壁として気密を保つことができる。
In the
ベーン先端シール9において、ロータ5の回転後ろ側のベーン先端シール9aの摺動面91には、燃焼ガスG側には、燃焼ガスGが回り込まない。よって、ベクトル26は投影面積が1であるので矢印1個に対し、ベクトル27は投影面積が2であるので矢印2個であり、その結果1:2の比率から内周面31aに押し付ける力の方が大きくなり、ベーン先端シール9は、隔壁として気密を保つことができる。
In the
ベーン先端シール9と先端シール溝部721との隙間において、ロータ5の回転後ろ側のベーン先端シール9aの摺動面91と後角部712との間には、燃焼ガスG側には、燃焼ガスGが回り込まない。よって、ベクトル28は、投影面積が2であるので矢印2個となり、反対側は、矢印0個となるので、浮動するベーン先端シール9を先端シール溝部721の端面に押し付けることで、先端シール溝部721から燃焼ガスGが、隣接する室6に洩れることがない。
In the gap between the
ベーン7と、ベーン先端シール9の材質は、カーボンに金属を含浸させたものを用いている。カーボンは、自己潤滑性と耐熱性を有しており、これに金属を含浸させることにより、強度を増加させることができる。ベーン7と、ベーン先端シール9とを同一の材質とすることで、高温に曝されても熱膨張率が同じとなるとともに、潤滑性が良好となるので、嵌合隙間を最小にできる。
The material of the
本実施形態の気密構造100では、爆発行程により発生する燃焼ガスGが、爆発行程を行なう室6に位置する流入口部55、圧力ガス分配通路54の順に流入して、連通する他の各圧力ガス分配通路54内に流入するとともに、各圧力ガス分配通路54と連通する各ベーン溝51に流入して、ベーン7をハウジング本体部31の内周面31aに押圧するようにしている。
In the
爆発行程により発生する燃焼ガスGを利用してベーン7をハウジング本体部31の内周面31aに押圧することになるので、熱によるへたり等の影響がなくなり、分割された各室6の気密を安定して保持することができる。
Since the
また、流入口部55に、燃焼ガスGを流入又は封止させて圧力ガス分配通路54及びベーン溝51内の圧力を維持する逆止弁構造8を配設している。これにより、爆発行程時に、燃焼ガスGを各圧力ガス分配通路54及び各ベーン溝51内に取り込み、それ以外の行程時には、燃焼ガスGを各圧力ガス分配通路54及び各ベーン溝51内に封止して、常時、分割された各室6の気密を保持することができる。
In addition, a check valve structure 8 that maintains the pressure in the pressure
また、ベーン7を、矩形平板状でハウジング本体部31の内周面31a側の摺動面7pをロータ5の径方向に直交させて形成して、爆発行程を行なう室6の内側に位置する前角部711、後角部712が、爆発行程時にハウジング本体部31の内周面31aと摺接するように形成している。
Further, the
これにより、爆発行程時に発生する燃焼ガスGの流れが、ハウジング本体部31の内周面31aと摺接するベーン7の前角部711、後角部712で止められ、ベーンの角部71を越えて廻りこむことを防止して、ベーン7がロータ5中心側に押し込まれないようにすることができる。
Thereby, the flow of the combustion gas G generated during the explosion stroke is stopped at the
また、ベーン7内に、ロータ5の半径方向に沿ってベーン溝51と連通して燃焼ガスGを流入するガス通路72を形成して、ガス通路72のハウジング本体部31の内周面31a側に、ベーン先端シール9を嵌入して、ベーン先端シール9の摺動面91をハウジング本体部31の内周面31a側に突出する円弧状に形成している。
Further, a
これにより、ベーン7自体の押圧と合わせてガス通路72から流入する燃焼ガスGでベーン先端シール9をハウジング本体部31の内周面31aに押圧することになるので、分割された各室6の気密をより確実に保持することができる。また、ベーン先端シール9の摺動面91を円弧状に形成することで、ハウジング本体部31の内周面31aとの摩擦を低減できるので、ベーン先端シール9の摺動面91とハウジング本体部31の内周面31aの摺接を円滑にすることができる。
As a result, the
また、ベーン7に、ガス通路72と、ベーン溝51とを連通する通気孔73を配設している。これにより、ベーン7と、ベーン溝51との隙間に、爆発行程により発生する燃焼ガスGを流出させ、隙間に介在する燃焼ガスGにより、ベーン7を浮かせてベーン7と、ベーン溝51との摩擦を減少させることができる。
The
また、逆止弁構造8を、流入口部55内に嵌入されて圧力ガス分配通路54と連通して燃焼ガスGを流通可能に形成された弁本体82と、弁本体82よりハウジング本体部31の内周面31a側に配設されて燃焼ガスGを流入又は封止可能に形成された弁固定部材81と、弁本体82に形成されたガス通路821内に収納された球体83と、で構成している。
The check valve structure 8 is inserted into the
爆発行程の室6に位置する球体83が、爆発行程時に圧力ガス分配通路54側に移動してG燃焼ガスを各圧力ガス分配通路54に流入させ、他の領域に位置する球体83が、弁固定部材81の球座部813に着接して燃焼ガスGを封止する。
The
これにより、球体83の移動により燃焼ガスGの流入、封止の切替えがなされ、各圧力ガス分配通路54及び各ベーン溝51内の圧力を維持できるので、常時、分割された各室6の気密を保持することができる。
Thereby, the inflow and sealing of the combustion gas G are switched by the movement of the
また、ベーン7とベーン先端シール9に、カーボンに金属を含浸させた部材を用いている。自己潤滑性を有するカーボン部材を用いることにより、潤滑油が必要でなくなるのでメンテナンスフリーとすることができる。
In addition, the
他の実施例として、エンジン1の始動時や停止時に補助的にばね部材を用いて、ベーン7をハウジング本体部31の内周面31a側に付勢することもできる。
As another embodiment, the
100 気密構造
1 エンジン
3 ハウジング
31 ハウジング本体部
31a 内周面
32 サイドハウジング部
5 ロータ
51 ベーン溝
52 外周面
54 圧力ガス分配通路
55 流入口部
7 ベーン
71 角部
711 前角部
712 後角部
72 ガス通路
73 通気孔
8 逆止弁構造
81 弁固定部材
82 弁部材
83 球体
9 ベーン先端シール
91 摺動面
G 燃焼ガス
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記ロータ内には、爆発行程により発生する高圧の燃焼ガスを流入させる圧力ガス分配通路が複数配設され、
各前記圧力ガス分配通路は、前記ロータの軸心側でそれぞれ互いに連通して形成されるとともに、各前記ベーン溝と連通して形成され、
前記ロータの外周面の前記ベーン溝どうしの間には、各前記圧力ガス分配通路と連通して前記高圧の燃焼ガスが流入する流入口部がそれぞれ形成され、
各前記流入口部には、前記圧力ガス分配通路及び前記ベーン溝内の圧力を維持する逆止弁構造が配設され、
前記ベーン内には、前記ロータの半径方向に沿って、前記ベーン溝と連通して前記高圧の燃焼ガスが流入するガス通路が形成され、
前記ガス通路の前記ハウジングの内周面側の端部には、ベーン先端シールが嵌入され、
前記ベーン先端シールの先端部は、前記ハウジングの内周面側に突出する円弧状に形成され、
前記高圧の燃焼ガスが、前記各圧力ガス分配通路に流入するとともに、各前記圧力ガス分配通路と連通する各前記ベーン溝に流入して、各前記ベーンを前記ハウジングの内周面に押圧することを特徴とするベーン型内燃機関の気密構造。 A housing, a rotor built in an eccentric manner with respect to the axis of the housing and rotatable in the housing; a plurality of vanes in sliding contact with the inner peripheral surface of the housing; and a plurality of vane grooves in which the vanes slide An air-tight structure of a vane type internal combustion engine comprising:
In the rotor, a plurality of pressure gas distribution passages for introducing high-pressure combustion gas generated by an explosion stroke are disposed,
Each of the pressure gas distribution passages is formed in communication with each other on the axial center side of the rotor, and is formed in communication with each of the vane grooves,
Between the vane grooves on the outer peripheral surface of the rotor, an inflow portion into which the high-pressure combustion gas flows is formed in communication with each of the pressure gas distribution passages.
Each inflow port portion is provided with a check valve structure for maintaining the pressure in the pressure gas distribution passage and the vane groove,
A gas passage is formed in the vane along the radial direction of the rotor, in communication with the vane groove and into which the high-pressure combustion gas flows.
A vane tip seal is inserted into an end of the gas passage on the inner peripheral surface side of the housing,
The tip of the vane tip seal is formed in an arc shape protruding toward the inner peripheral surface of the housing,
The high-pressure combustion gas flows into the pressure gas distribution passages and flows into the vane grooves communicating with the pressure gas distribution passages to press the vanes against the inner peripheral surface of the housing. An airtight structure of a vane type internal combustion engine.
前記爆発行程を行なう領域に位置する前記球体が、前記爆発行程時に前記圧力ガス分配通路側に移動して前記高圧の燃焼ガスを各前記圧力ガス分配通路に流入させ、他の領域に位置する前記逆止弁の前記球体が、前記弁固定部材に着接して前記高圧の燃焼ガスを封止することを特徴とする請求項1、2又は3記載のベーン型内燃機関の気密構造。 The check valve structure is inserted into the inlet portion and communicates with the pressure gas distribution passage so as to allow the high-pressure combustion gas to flow therethrough, and the inner peripheral surface of the housing from the valve body A valve fixing member disposed on the side and formed so as to be able to flow in or seal the high-pressure combustion gas, and a sphere housed in a gas passage formed in the valve body,
The sphere located in the region where the explosion stroke is performed moves to the pressure gas distribution passage side during the explosion stroke and flows the high-pressure combustion gas into the pressure gas distribution passage, and the sphere located in the other region. the spheres of the check valve is airtight structure of the vane-type internal combustion engine according to claim 1, wherein Te Kisesshi the valve fixing member, characterized in that sealing the combustion gas of the high pressure.
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