JP6107797B2 - ロータリピストンエンジンの冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、ロータリピストンエンジンの冷却装置に関する。

下記の特許文献１に記載されているように、ロータリピストンエンジンのサイドハウジングの上部に冷却液の導入通路及び排出通路を設け、導入通路から点火プラグの周辺領域及び排気通路の周辺領域の、いわゆるホットゾーンを循環させ、さらに吸気行程の、いわゆるコールドゾーンを循環させて排出通路から排出させる構造が知られている。

一方、ロータリピストンエンジンには、ロータハウジングにリーディング側点火プラグホールとトレーリング側点火プラグホールとが設けられている。リーディング側点火プラグホールとトレーリング側点火プラグホールとの各プラグホールはトロコイド面に開口しており、各点火プラグはプラグホール内に装着される。エンジンの高出力化に伴って、燃焼熱により各プラグホール壁部の温度が高まる傾向にあり、ロータハウジングのウォータジャケットを循環する冷却液による適切な冷却が必要となる。

特開２００３−２４７４２４号公報

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、ロータリピストンエンジンにおける点火プラグホール壁部の冷却性を高めたロータリピストンエンジンの冷却装置を実現できるようにする。

上記の課題を解決するため、本発明は、ロータリピストンエンジンの冷却装置において、ロータハウジングにおける点火プラグホール壁部の近傍に設けられた冷却液循環経路に開口面積を減少させる絞り壁部を設けると共に、該絞り壁部を流通した冷却液を下流に流通させ、且つ断面積が冷却液循環経路よりも小さい連通路を設けることを特徴とする。

具体的には、本発明は、ロータリピストンエンジンの冷却装置を対象とし、次のような解決手段を講じた。

すなわち、第１の発明は、ウォータポンプからロータハウジングにおける少なくとも点火プラグホール壁部の近傍に冷却液を循環させる複数の循環経路を備えたロータリピストンエンジンの冷却装置を対象とし、ロータリピストンエンジンにおける循環経路の入口側の開口部に設けられ、該開口部の開口面積を減少させる絞り壁部と、ロータリピストンエンジンにおける点火プラグホール壁部の近傍で且つトロコイド壁部側に設けられ、絞り壁部が設けられた開口部から流入する冷却液を循環経路の点火プラグホール壁部よりも下流側に流通させる連通路とを備えているものである。

これによれば、循環経路の入口側の開口部に設けた絞り壁部による冷却液の乱流（旋回流）と点火プラグホール壁部の近傍で且つトロコイド壁部側に設けた連通路とによって、点火プラグホール壁部の近傍の冷却性を高めることができると共に、冷却液における流路圧力損失の増加をも抑制することができる。

第２の発明は、上記第１の発明において、循環経路における点火プラグホール壁部の近傍で入口側の開口部に設けられ、ウォータポンプから冷却液が圧送される導入路をさらに備えるものである。

これによれば、ウォータポンプから圧送される冷却液を点火プラグホール壁部の近傍に直接に導入することができるので、該点火プラグホール壁部の近傍の冷却性をより向上することができる。

第３の発明は、上記第１又は第２の発明において、絞り壁部が設けられた循環経路の開口部は、連通路が設けられたトロコイド壁部側に形成されているものである。

これによれば、絞り壁部が設けられた循環経路からトロコイド壁部側に沿って流入した冷却液を連通路に円滑に導入できるので、点火プラグホール壁部の近傍の冷却性をより向上することができる。

本発明によれば、ロータリピストンエンジンにおける点火プラグホール壁部の冷却性を確実に高めることができる。

図１は本発明の第１の実施形態に係るロータリピストンエンジンとその冷却装置とを示す模式的な断面図である。 図２（ａ）〜（ｄ）は第１の実施形態に係るロータリピストンエンジンの冷却装置の要部を模式的に表し、（ａ）はロータハウジングを示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）における領域Ａの拡大図であり、（ｃ）は（ａ）のIIｃ−IIｃ線における断面図であり、（ｄ）は（ａ）のIIｄ−IIｄ線における断面図である。 図３（ａ）は第１の実施形態に係るロータリピストンエンジンの冷却装置におけるプラグホール壁温度を従来技術と比較して示すグラフである。図３（ｂ）は一実施形態に係るロータリピストンエンジンの冷却装置におけるエンジン内の流路圧力損失の程度を従来技術と比較して示すグラフである。 図４は本発明の第２の実施形態に係るロータリピストンエンジンとその冷却装置とを示す模式的な断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。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、その適用物又はその用途を制限することを意図しない。

（第１の実施形態）
図１は本実施形態に係るロータリピストンエンジンとその冷却装置とを模式的に表している。図１に示すように、２気筒のロータリピストンエンジン（以下、単にエンジンと呼ぶ。）１は、ロータハウジング１１を有し、該ロータハウジング１１におけるトロコイド壁部（ロータの摺動面）の近傍には、冷却液を流通させる循環経路であるウォータジャケット１２が配設されている。

ウォータジャケット１２は、上述したように、燃焼行程及び排気行程に対応するホットゾーンと、吸気行程に対応するコールドゾーンとに冷却液が循環するように形成される。

本実施形態に係るエンジン１において、前側のサイドハウジング（図示せず）の上部には、機械式のウォータポンプＷ／Ｐが配設されている。ウォータジャケット１２は、ウォータポンプＷ／Ｐから圧送された冷却液が、導入通路からトレーリング点火プラグＴ及びリーディング点火プラグＬの周辺領域及び排気ポート１１aの周辺領域の、いわゆるホットゾーンを循環させ、さらに吸気ポート１１ｂの周辺領域の吸気行程の、いわゆるコールドゾーンを循環させて排出通路から排出させる。

図２（ａ）〜図２（ｄ）は本実施形態に係るロータリピストンエンジンの冷却装置の要部を模式的に表しており、（ａ）はロータハウジングを示し、（ｂ）は（ａ）におけるホットゾーンＨの一部である領域Ａの拡大して示し、（ｃ）は（ａ）のIIｃ−IIｃ線における断面構成を示し、（ｄ）は（ａ）のIIｄ−IIｄ線における断面構成を示している。

図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、ロータハウジング１１に配設されたウォータジャケット１２の領域Ａに設けられた複数の第１経路１２ａは、冷却液の流入側の開口部１４の一部がそれぞれ絞り壁部２０によって覆われている。領域Ａとは、複数の第１経路１２ａのうち、リーディング点火プラグＬ用のプラグホール壁部１１ｃ及びトレーリング点火プラグＴ用のプラグホール壁部１１ｄを含む領域である。

絞り壁部２０は、例えば、材質として鋳鉄、アルミニウム合金又は鋼板等を用いることができる。なお、各絞り壁部２０は、ロータハウジング１１の複数の第１経路１２ａの流入側の開口部１４に面するサイドハウジング１３（図示しない２気筒目においてはインタミディエイトハウジング）の複数の第１経路１２ａの流出側の開口部１５に鋳造による一体成形、又は別体（別部材）の埋め込みにより取り付けられる。なお、各絞り壁部２０は、ロータハウジング１１の複数の第１経路１２ａの流入側の開口部１４に一体成形又は埋め込みにより取り付けられるようにしてもよい。

図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示すように、絞り壁部２０による流入側の開口部の絞り率（開口部における空き部分の被覆部分に対する割合）は、特に限定はされないが、２０％〜４０％程度に設定することができる。

さらに、図２（ｃ）の水平断面図に示すように、ロータハウジング１１に設けられた第１経路１２ａは、通常、プラグホール壁部１１ｄの近傍で連通している。これは、プラグホール壁部１１ｃの近傍でも同様である。

また、本実施形態においては、ロータハウジング１１における第１経路１２ａの流入側の開口部１４から流出側の開口部１６に向かって連通路２１を設けることにより、流入側と流出側とを連通している。連通路２１における絞り壁部２０が設けられた流入側の第１経路１２ａの開口位置は、トロコイド壁部２２側に形成される。

連通路２１は、プラグホール壁部１１ｄ側において、トロコイド壁部２２との距離ｄ１が最小となるように、平面視でＶ字型に形成されている。図示はしていないが、プラグホール壁部１１ｃ側においても、連通路２１はトロコイド壁部２２との距離が最小となるように、平面視でＶ字型に形成されている。各連通路２１における平面視でＶ字型の形状は、いわゆるクロスドリルにより形成可能である。

また、図２（ｄ）の垂直断面図に示すように、各連通路２１は、各プラグホール壁部１１ｃ、１１ｄのそれぞれの上側領域と下側領域とに、距離ｄ２をおいて形成される。

ここで、距離ｄ１、ｄ２の各寸法は、特に限定はされないが、一例として、それぞれ４ｍｍ程度と、２ｍｍ程度とに設定することができる。

上記の根拠は、ロータリピストン型のエンジン１において、冷却性の改善には、第１に、点火プラグの周辺領域を冷却することが要求されることにある。図２（ｃ）にも示したように、ロータハウジング１１内の熱伝導Ｑ_Ｃを促進するには、以下に示す（式１）における距離ｄを小さくすることが求められる。また、第１経路１２ａ（連通路２１）の内壁と冷却液との間の熱伝達Ｑ_Ｔを促進するには、以下に示す（式２）における面積Ｓ及び熱伝達率αを大きくすることが求められる。面積Ｓは、各プラグホール壁部１１ｃ、１１ｄの周辺ごとの第１経路１２ａ及び連通路２１の表面積の和である。

Ｑ_Ｃ ＝ Ｓλ（ΔＴ／ｄ） …（式１）
Ｑ_Ｔ ＝ ＳαΔＴ …（式２）
ここで、λは熱伝導率、ΔＴは温度差を表す。

−効果−
以上より、本実施形態によれば、ウォータジャケット１２の流入側の開口部に設けた絞り壁部２０による冷却液の乱流（旋回流）と、プラグホール壁部１１ｃ、１１ｄの近傍で且つトロコイド壁部２２側に設けた連通路２１とによって、プラグホール壁部１１ｃ、１１ｄの近傍の冷却性を高めることができる。その上、連通路２１により、冷却液における流量圧損の増加をも抑制することができる。ここで、絞り壁部２０が設けられた流入側の第１経路１２ａにおいては、冷却液が絞り壁部２０の通過後に容積が増大してその流速が低下することにより、該絞り壁部２０の裏側に冷却液の乱流が生じる。また、連通路２１の下流側と接続される第１経路１２ａにおいては、連通路２１から第１経路１２ａに冷却液が流入した時点で容積が増大してその流速が低下することから乱流が生じる。

図３（ａ）に本実施形態に係るロータリピストンエンジンの冷却装置におけるプラグホール壁温度を従来技術と比較して示す。図３（ａ）に示すように、トレーリング点火プラグＴの壁部においては、フロント側のロータハウジング１１で本実施形態の方が３１度だけ低くなっている。また、リーディング点火プラグＬの壁部においては、フロント側のロータハウジング１１で本実施形態の方が４２度だけ低くなっており、また、リヤ側のロータハウジング１１で本実施形態の方が２２度だけ低くなっていることが分かる。

図３（ｂ）に本実施形態に係るロータリピストンエンジンの冷却装置におけるエンジン内の流路圧力損失の程度を従来技術と比較して示す。図３（ｂ）に示すように、流路の圧力損失においても、本実施形態の方が低下していることが分かる。

また、絞り壁部２０が設けられた冷却液の流入側の第１経路１２ａの開口部は、連通路２１が設けられたトロコイド壁部２２側に形成されている。これにより、絞り壁部２０が設けられた第１経路１２ａからトロコイド壁部２２側に沿って流入した冷却液を連通路２１に円滑に導入できるため、プラグホール壁部１１ｃ、１１ｄの近傍の冷却性をより向上することができる。

（第２の実施形態）
図４は本実施形態に係るロータリピストンエンジンとその冷却装置とを模式的に表している。図４に示すように、２気筒のロータリピストンエンジン（以下、単にエンジンと呼ぶ。）１は、ロータハウジング１１を有し、該ロータハウジング１１におけるトロコイド壁部（ロータの摺動面）の近傍には、冷却液を流通させる循環経路であるウォータジャケット１２が配設されている。

ウォータジャケット１２は、上述の一実施形態とは異なり、燃焼行程及び排気行程に対応するホットゾーンＨと、吸気行程に対応するコールドゾーンＣとに区画されている。

例えば、図４に示す本実施形態のウォータジャケット１２においては、ロータハウジング１１と隣接するインタミディエイトハウジング（図示せず）又はサイドハウジング（図示せず）の上部に設けられる排気ポート１１ａの下端部とトレーリング点火プラグＴの下端部とを結ぶ仮想線の上側の領域がホットゾーンＨとなり、該仮想線から下側で且つ吸気ポート１１ｂを含む領域がコールドゾーンＣとなる。

本実施形態に係るエンジン１において、トレーリング点火プラグＴの近傍には、機械式のウォータポンプＷ／Ｐが配設されている。ウォータジャケット１２は、ウォータポンプＷ／Ｐからロータハウジング１１の上部を通過する第１経路１２ａと、ウォータポンプＷ／Ｐからロータハウジング１１の下部を通過する第２経路１２ｂとの２系統の経路に分割されて形成されている。これにより、第１経路１２ａと第２経路１２ｂとにおけるウォータポンプＷ／Ｐとの接続部は、冷却液が圧送される導入路となる。従って、第１経路１２ａは、ホットゾーンＨを通過し、第２経路１２ｂは、コールドゾーンＣを通過する。

ここで、本実施形態に係るエンジン１は、上記の第１の実施形態のロータリピストンエンジンとは異なり、ホットゾーンＨを上側に配置し、コールドゾーンＣをその下側に配置している。このようにすると、エンジン１にターボ過給機を搭載するような場合には、排気ポート１１ａがエンジン１の上側に位置することから、ターボ過給機もエンジン１の上側に搭載できる。このため、ターボ過給機の、例えばフレームとの干渉を防止できるので、エンジンフードの高さを低減することも可能となる。

上記のように、エンジン１とウォータポンプＷ／Ｐとが近接して配置されているため、ウォータポンプＷ／Ｐから圧送される冷却液をプラグホール壁部１１ｃ、１１ｄの近傍に直接に導入することができる。これにより、プラグホール壁部１１ｃ、１１ｄの近傍の冷却性をより向上することができる。

−効果−
以上より、本実施形態によれば、第１の実施形態のロータリピストンエンジンとは異なり、ホットゾーンＨを上側に配置し、コールドゾーンＣをその下側に配置したエンジンにおいても、第１の実施形態と同様に、点火プラグホール壁部の冷却性を高めることができる。

本発明に係るロータリピストンエンジンの冷却装置は、点火プラグホール壁部の冷却性を高めることが必要な用途等に適用することができる。

１ ロータリピストンエンジン（エンジン）
１１ ロータハウジング
１１ａ 排気ポート
１１ｂ 吸気ポート
１１ｃ プラグホール壁部（点火プラグホール壁部）
１１ｄ プラグホール壁部（点火プラグホール壁部）
１２ ウォータジャケット（循環経路）
１２ａ 第１経路
１２ｂ 第２経路
１４ 開口部（流入側）
１５ 開口部（流出側）
１６ 開口部（流出側）
２０ 絞り壁部
２１ 連通路
２２ トロコイド壁部
Ｗ／Ｐ ウォータポンプ

Claims (3)

1. ウォータポンプからロータハウジングにおける少なくとも点火プラグホール壁部の近傍に冷却液を循環させる複数の循環経路を備えたロータリピストンエンジンの冷却装置であって、
   前記ロータリピストンエンジンにおける前記循環経路の入口側の開口部に設けられ、該開口部の開口面積を減少させる絞り壁部と、
   前記ロータリピストンエンジンにおける前記点火プラグホール壁部の近傍で且つトロコイド壁部側に設けられ、前記絞り壁部が設けられた開口部から流入する冷却液を前記循環経路の前記点火プラグホール壁部よりも下流側に流通させる連通路とを備えている、ロータリピストンエンジンの冷却装置。
2. 請求項１において、
   前記循環経路における前記点火プラグホール壁部の近傍で入口側の開口部に設けられ、前記ウォータポンプから冷却液が圧送される導入路をさらに備えている、ロータリピストンエンジンの冷却装置。
3. 請求項１又は２において、
   前記絞り壁部が設けられた前記循環経路の開口部は、前記連通路が設けられたトロコイド壁部側に形成されている、ロータリピストンエンジンの冷却装置。

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