JP6058456B2 - バンケル型ロータリーエンジン - Google Patents

Description

本発明は、バンケル型ロータリーエンジンに関する。

バンケル型ロータリーエンジンとしては、偏心回転するルーローの三角形を用いたローターが、それに適合するペリトロコイド曲線を用いたハウジング内を回転して上記三角形の辺とハウジングとで形成される燃焼室での燃焼ガスの圧力によりローターの回転トルクを取り出す内燃機関（特許文献１、特許文献２）、及び外部の圧力ガスを上記三角形の辺とハウジングとで形成される加圧室に導いてローターの回転トルクを取り出す外燃機関（特許文献３）が知られている。

特許文献１には、内燃機関のバンケル型ロータリーエンジンであって、ローターの外部に取り付けられたシール装置をローターの内部のピストンによりハウジングに圧接して燃焼室の２分割を行う構成が開示されている。
特許文献２には、内燃機関のバンケル型ロータリーエンジンであって、ローターの内部に取り付けられたシール材により、燃焼室の２分割を行う構成が開示されている。
特許文献３には、外燃機関のバンケル型ロータリーエンジンであって、圧縮側ハウジングと膨張側ハウジングの２つのハウジングを具備し、双方の吸気口及び排気口を加熱器及び冷却器を介して連結する機構が開示されている。

特開昭４８−５１１０８号公報 特開昭５１−６２２１６号公報 特開２００５−９８２７１号公報

しかしながら、特許文献１及び２の発明では燃焼室の２分割に用いるシール材はいずれもローターの側に取り付けられている。このため、特許文献１の発明では構成が複雑であり、燃焼室を２分割する際の分割位置、分割時間等の調整が不可能である。また、特許文献２の発明においても、燃焼室を２分割する際の分割位置、分割時間等の調整が不可能であり、分割の動作の確実性に問題があった。
特許文献３のような外燃機関に用いられる構成では、加圧室の加圧ガスがローターの外周面の内、回転方向のトルク発生に有効な部分のみに作用する構成となっていないという問題があり、その結果、トルク発生効率のロスを生じていた。
さらに、一般的にバンケル型ロータリーエンジンは種々のケーシング及びローター形状を組み合わせても、燃焼時あるいは加圧時のローター偏心量を大きくとると圧縮率を大きくできず、逆に圧縮率を大きくとると上記ローター偏心量を大きくすることができないといったジレンマを抱えていた。

本発明は上記問題点に鑑み、ハウジング側にシール装置を配設することにより、燃焼室あるいは加圧室の２分割をより確実に、また長時間任意に制御できる構成とし、最大燃焼時に最大偏心量と任意のトルク発生時間が得られ、より高いトルクを発生させることを可能とするバンケル型ロータリーエンジンを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために請求項１の発明は、ハウジングの一方のくびれ部近傍であって、分割された燃焼室となる部分のローター回転方向進み側に配設された点火装置と、ハウジングの前記一方のくびれ部に設置され、ローターの回転に同期させて、カム及びバネでローターの外周面に垂直方向に駆動されるシール装置を具備し、シール装置は、ローターの回転時、ローター軸に垂直の断面においてローターの各辺の中央部がシール装置の設置部に位置した際にシールを開始し、ローターの頂点がシール装置の設置部に位置した際にシールを解除するまでカムによりローターの外周面に押し付けられて燃焼室を分割する、ことを特徴とする。これにより、着火のタイミングでの燃焼室の２分割を確実に行うことにより、従来のトルクの損失を防止して高いトルクを発生させることができる。
請求項２の発明は、さらに、シール装置のシール部がローターの回転方向に対して前後方向に配設される２枚の板状のシール材により構成される、ことを特徴とする。これにより、シールの信頼性の向上及びシール材の寿命延長が図れる。

本発明のバンケル型ロータリーエンジンによれば、内燃型ロータリーエンジンとして、最大燃焼時に最大偏心量と任意のトルク発生時間が得られ、より高いトルクを発生させることを可能とする。
本発明のバンケル型ロータリーエンジンによれば、外燃型ロータリーエンジンとして、加圧側から減圧側への加圧ガスの漏れによるロスを低減させて、より高いトルクを発生させることを可能とする。

本発明の第１の実施形態を示すバンケル型ロータリーエンジンの模式断面図である。 本発明の第２の実施形態を示すバンケル型ロータリーエンジンの模式断面図である。 本発明の第２の実施形態を示すバンケル型ロータリーエンジンの模式断面図であり、図２からローターが回転して排気管位置を通過した状態を示す。 シール装置の模式組立図であり、（ａ）は第１の実施形態のシール装置、（ｂ）は第２の実施形態のシール装置を示す。

以下に、本発明のバンケル型ロータリーエンジンの第１の実施形態について図を用いて説明する。
本実施形態のバンケル型ロータリーエンジンは、内燃機関の燃焼室２分割ロータリーエンジンである。内燃機関のロータリーエンジンとは、燃料ガスをケーシング１内で圧縮し、点火装置５で点火し、燃焼させて燃焼ガスの圧力ｐによりローター２にトルクを与える方式のロータリーエンジンである。

まず、第１の実施形態の構成について説明する。
図１に示すように、本実施形態のバンケル型ロータリーエンジンは、ハウジング１の一方のくびれ部近傍に配設された点火装置５と、ハウジング１の一方のくびれ部に設置され、ローター２の回転に同期させて、カム６ｂ及びバネ６ｃでローター２の外周面Ｌ１〜Ｌ３に垂直方向に駆動されるシール装置６を具備し、 シール装置６は、ローター２の回転時、ローター主軸２ａに垂直の断面においてローター２の各辺Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の中央部Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３がシール装置６の設置部に位置した際に、カム６ｂによりローター２の外周面に押し付けられて燃焼室ＢをＰとＱに分割する。

シール装置６はハウジング１側のくびれ部に取り付けられている。これが大きな特徴である。従来、燃焼室Ｐ、Ｑの燃焼時の圧力を高めるために燃焼室Ｐ、Ｑに仕切りを設ける構成とする場合、ハウジング１側ではなく、ローター２側にシール装置を設置することが常であった。本実施形態ではそのシール装置６をハウジング１側に設置して、カム６ｂとバネ６ｃによりローター２の回転に同期させてシール材６ａを前後させ、ローター２の外周面に押し当てる。これにより、以下に説明するように、点火装置５による燃料ガスの燃焼時に、燃焼室Ｐ、Ｑの中央Ｍ１付近をシールして燃焼ガスの圧力がＰ部のみに加わり、Ｑ部には作用しないようにし、より大きな回転トルクの獲得を実現する。
なお、カム６ｂの材質としてはシリコンラバーを使用しており、金属同士の衝突によるバウンドを防止している。

図１で本実施形態のバンケル型ロータリーエンジンの動作について説明する。
吸気管３より吸気室Ａに吸気された空気がローター２の回転により燃焼室Ｂに運ばれ圧縮される。ローター２の回転中、略三角形のローター２の断面の各辺Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の中央部Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の位置がシール装置６の設置位置に重なるタイミングで、シール材６ａがローター２の回転と同期したカム６ｂにより前進してローター外周面Ｌ１〜Ｌ３に摺動接触し、燃焼室ＢをＰ部とＱ部に２分割する。この状態で点火装置５を作動させてガスを燃焼させ、Ｐ部のみに燃焼ガスの圧力ｐが加わるようにして、その合力Ｗと偏心量ｄにより高いローター２の回転トルクＷ・ｄを得るのである。従来は、このシールがないか、あっても確実性に乏しく、燃焼ガスの圧力はＱ部にも加わり、ローター２の回転方向とは逆向きのトルク成分となって回転方向のトルクの低下を招いていた。

本実施形態のバンケル型ロータリーエンジンでは上述したシール装置６による燃焼室Ｂの分割の位置と継続時間をカム装置６ｂにより任意に調整できる。これにより、最高のトルク効率を得るために、最大燃焼時に偏心量ｄを最大とする調整や、分割の継続時間を最適化する調整がカム６ｂの形状の調整のみで容易に行える。なお、カム装置６ｂと主軸２ａとの同期には、不図示のギア又はチェーンが用いられる。

上記調整は、具体的にはローター２の各辺Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の中央部Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３がローター２の回転によりシール装置６の設置部に位置した際に、シール材６ａを前進させてシールを開始するように調整する。また、シール材６ａを後退させて行うシールの解除は、図１のローターの頂点Ｆがシール装置６の位置となった時点で行われるようにする。すなわち、シールはローター２の各頂点Ｄ、Ｅ、Ｆがシール装置６の位置を通過してから回転角度にして６０度の位置から１２０度の位置まで行うことになる。これにより、従来よりも高いトルクを発生させることができる。

ここでシール装置６の構成についてさらに詳しく説明する。図４（ａ）に示すように、ローター２の回転方向の前後方向に平行に２枚の板状のシール材６ａ、６ａ’が配置されている。シール材６ａ、６ａ’のローター２と接触する側と反対側の端部はカム６ｂとの摺接面として加工されている。シール材６ａ、６ａ’のカム６ｂとの摺接面の裏側には各々顎部が設けられており、ここにバネ６ｃ、６ｃ’が配設されシール材６ａ、６ａ’の摺接面とカム６ｂとの接触状態を保っている。さらに、バネ６ｃはシール材６ａを紙面の奥行方向にも付勢するように、バネ６ｃ’はシール材６ａ’を紙面の手前方向にも付勢するように取り付けられている。これにより、ハウジング１の紙面の奥行方向、手前方向の端面からの漏れもシールすることを可能としている。

上記の構成により、ローター２の回転によるローター２外周面とハウジング１とのギャップの変動に対して、各々のシール材６ａ、６ａ’が独立して出入り動作するとともに上記ハウジング１の両端面部のシールを確実に行うことが可能となり、シール性及びシール材の寿命の向上が図れる。なお、シール材６ａ、６ａ’の材質としては、図１に示すローター２の頂点Ｄ、Ｅ、Ｆとハウジング１とのシールに用いられるアスペック・シール材と同様の金属が望ましい。

次に、本発明のバンケル型ロータリーエンジンの第２の実施形態について説明する。
本実施形態のバンケル型ロータリーエンジンは、外燃機関の加圧室２分割ロータリーエンジンである。外燃機関のバンケル型ロータリーエンジンとは、吸気管３ａ、３ｂより加圧ガスをケーシング１内の加圧室Ｒ、Ｔに導き、加圧ガスの圧力によりローターにトルクを与え、加圧室は排気管４ａ、４ｂと通じた段階で排気室となりガスの排気を行う方式のロータリーエンジンである。

まず、第２の実施形態の構成について説明する。
図２に示すように、本実施形態のバンケル型ロータリーエンジンは、ハウジングの２か所のくびれ部の各々の、ローター２の回転方向で前後方向に配設される２組の吸気管３ａ、３ｂ及び排気管４ａ、４ｂと、ハウジングの２か所のくびれ部の各々に設置され、バネ７ｂにより常時ローター２の外周面に向けて付勢されるシール装置７を具備し、ローター２の回転時、２つのシール装置７が吸気管３ａ、３ｂに通じる加圧室Ｒ、Ｔと排気管４ａ、４ｂに通じる排気室Ｓ、Ｕとのシールを行う。

本実施形態のシール装置７はハウジング１側の２か所のくびれ部の各々に取り付けられている。第１の実施形態と同様にハウジング１側に取り付けられている点が従来と異なる大きな特徴である。くびれ部にシール装置７のない従来の方式では、ローター２が図２に示す回転位置にある時、吸気管３ａより導かれた加圧ガスはハウジング１のくびれ部で排気管４ｂの方へ漏れ出しており、ローター２の回転により頂点Ｇが排気管４ｂ部を通過するまでは、加圧ガスの圧力によるローター２へのトルク付与に関してロスが生じていた。さらに、頂点Ｇが排気管４ｂ部を通過後も頂点Ｇとハウジング１のくびれ部との間の加圧ガスはローター２の回転方向のトルクを与えないためロスとなっていた。

本実施形態では、シール装置７をハウジング側に設置して、バネ７ｂにより常時シール材７ａ（材質は６ａと同様）をローター２に押し付け摺動させる。これにより、図２の右半分で説明すると、頂点Ｇが排気管４ｂを通過する前は加圧ガスの排気管４ｂへの漏れを防止する。さらに、図３に示すように、頂点Ｇが排気管４ｂを通過した後の状態においては、吸気管３ａに通じる加圧室を２分割して、加圧室の先進側のみに加圧ガスを導き、加圧ガスの圧力ｐをローター２の先進角側のみに作用させることで、ローター２の回転トルクの向上を実現する。

シール装置７により常時加圧側と減圧側とをくびれ位置でシールすることで、図２の状態では加圧ガスの漏れを防止し、また、図３の状態では加圧室を２分割してローター２の先進角側のみに加圧ガスを導く。これにより、図２の状態では従来に比べて加圧室の圧力はより高まり、排気室の圧力はより低くなる。また、図３の状態では従来のローター２と同一の偏心位置で作用する加圧ガスの範囲が従来よりも先進角側にシフトするため、より高いトルクが得られる。したがって、本実施形態ではローター２がいずれの位置にある場合でも加圧側と減圧側の両方で従来に比べてトルクのロスを低減し、結果として高いトルクを得ることができる。

本実施形態のバンケル型ロータリーエンジンは、外燃機関の加圧室２分割ロータリーエンジンであるため、第１の実施形態の場合と異なり、着火のタイミングで燃焼室を２分割するといったローター２の位置との同期を図る必要はなく、常時加圧側と減圧側とのシールを行えばよい。そのため、カム装置やこれに用いる主軸２ａの回転との同期機構は不要で、図２、３に示すようにバネ７ｂにより軸部材７ｃを介してシール材７ａがローター２外周面と常に摺接する構成であればよい。

ここでシール装置７についてさらに詳しく説明する。図４（ｂ）に示すように、
ローター２の回転方向の前後方向に平行に２枚の板状のシール材７ａ、７ａ’が配置されている。シール材７ａ、７ａ’のローター２と接触する側と反対側の端部は各々バネ７ｃ、７ｃ’の取り付け面として加工されている。この面に取り付けられたバネ７ｃ、７ｃ’は共通のバネ７ｂに取り付けられている。さらに、バネ７ｃはシール材７ａを紙面の奥行方向にも付勢するように、バネ７ｃ’はシール材７ａ’を紙面の手前方向にも付勢するように取り付けられている。

上記の構成により、ローター２の回転によるローター２外周面とハウジング１とのギャップの変動に対して、シール材７ａ、７ａ’は常にローター２外周面に摺接するように付勢されるとともに、各々のシール材７ａ、７ａ’が独立して出入り動作し、さらにハウジング１の紙面の奥行方向及び手前方向の端面部のシールをも確実に行うことが可能となる。

１ ハウジング
２ ローター
２ａ 主軸
３、３ａ、３ｂ 吸気管
４、４ａ、４ｂ 排気管
５ 点火装置
６ シール装置
６ａ、６ａ’ シール材
６ｂ カム
６ｃ、６ｃ’ バネ
７ シール装置
７ａ、７ａ’ シール材
７ｂ、７ｃ、７ｃ’ バネ
Ａ 吸気室
Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ 頂点
Ｂ、Ｐ、Ｑ 燃焼室
Ｒ、Ｔ 加圧室
Ｓ、Ｕ 排気室
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３ 辺
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３ 中点
Ｏ 主軸中心
Ｗ 合力
ｐ 圧力
ｄ 偏心量

Claims (2)

1. バンケル型ロータリーエンジンであって、
   ハウジングの一方のくびれ部近傍であって、分割された燃焼室となる部分の
   ローター回転方向進み側に配設された点火装置と、
   前記ハウジングの前記一方のくびれ部に設置され、前記ローターの回転に同期させて、カム及びバネで前記ローターの外周面に垂直方向に駆動されるシール装置を具備し、
   前記シール装置は、前記ローターの回転時、ローター軸に垂直の断面において前記ローターの各辺の中央部が前記シール装置の設置部に位置した際にシールを開始し、前記ローターの頂点が前記シール装置の設置部に位置した際にシールを解除するまで前記カムにより前記ローターの外周面に押し付けられて燃焼室を分割する、
   ことを特徴とするバンケル型ロータリーエンジン。
2. 前記シール装置のシール部は、前記ローターの回転方向に対して前後方向に配設される２枚の板状のシール材により構成される、
   ことを特徴とする請求項１に記載のバンケル型ロータリーエンジン。
   

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