JP6107800B2 - Apex seal structure of rotary piston engine - Google Patents
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Description
本発明は、ロータリーピストンエンジンのアペックスシール構造に関する技術分野に属する。 The present invention belongs to a technical field related to an apex seal structure of a rotary piston engine.
従来より、ロータリーピストンエンジンにおいて、ロータの頂部に形成されたシール溝部にアペックスシールが設けられていることはよく知られている。このアペックスシールは、シール溝部に、ロータハウジングのトロコイド面に向けてスプリング付勢した状態で装着される。 Conventionally, in a rotary piston engine, it is well known that an apex seal is provided in a seal groove formed at the top of a rotor. The apex seal is attached to the seal groove in a state where the spring is biased toward the trochoidal surface of the rotor housing.
特許文献1には、アペックスシールの断面形状をキーストーン形状にし、これにより、圧縮上死点近傍での爆発燃焼初期の内圧によるロータの逃げ変位(トロコイド面から遠ざかる方向の変位)によりアペックスシールのロータからの相対的な突出量が大きくなったときに、シール溝部の側壁面とアペックスシールの側面との隙間が拡大して、アペックスシールの背面(基部側の面)にガス圧が作用し易くなってガスバックアップ力が増大して、アペックスシールの頂部とロータハウジングのトロコイド面との間のガスシール性が向上することが開示されている。
In
しかし、ロータリーピストンエンジンが、例えばターボ過給機の装着により高出力化した場合には、アペックスシールをトロコイド面側に押圧するガスバックアップ力が増大し過ぎることになり、このために、アペックスシールのトロコイド面に対する押圧力が大きくなり過ぎて、アペックスシールの頂部の摩耗が増加するという問題が生じる。 However, when the rotary piston engine is increased in power by, for example, installing a turbocharger, the gas backup force that presses the apex seal toward the trochoid surface side will increase excessively. The pressing force against the trochoidal surface becomes too large, causing a problem that the wear on the apex seal increases.
ここで、アペックスシールの頂部には、トロコイド面に摺接する摺動面が設けられ、この摺動面は、該摺動面におけるアペックスシール幅方向の中央部が両端部よりもトロコイド面側に突出するように湾曲状に形成されて、アペックスシールがトロコイド面に対して線接触するようになされている。これにより、アペックスシールの摺動面におけるトロコイド面との接触点以外の部分と、トロコイド面との間には、隙間が生じることになる。このため、ロータ回転に伴い圧縮上死点近傍に位置する、爆発燃焼が生じた作動室(燃焼作動室という)のトレーリング側及びリーディング側(ロータ回転方向のトレーリング側及びリーディング側)に位置する2つのアペックスシールのうちのトレーリング側のアペックスシールの摺動面(上記接触点よりも燃焼作動室側の部分)には、爆発燃焼開始と略同時に、該アペックスシールをシール溝部の底部側へ押圧するガス圧が作用し、アペックスシールの背面(基部側の面)には、アペックスシールをトロコイド面側に押圧するガス圧(ガスバックアップ力)が作用するが、このアペックスシールの背面には、アペックスシールの側面とシール溝部の側壁面との間の狭い隙間をガスが通った後にガス圧が作用するため、上記摺動面へのガス圧の作用よりも遅れてガス圧が作用することになる。このため、爆発燃焼初期に、アペックスシールのトロコイド面に対する押圧力がかなり小さくなり(場合によっては、負の値になる)、その後にガスバックアップ力により該押圧力が大きくなる。以上のことは、ロータ回転に伴い圧縮上死点近傍に位置する燃焼作動室のリーディング側のアペックスシールについても、同様である。 Here, the apex seal has a sliding surface in sliding contact with the trochoidal surface, and the sliding surface has a central portion in the apex seal width direction protruding toward the trochoidal surface from both ends. The apex seal is in line contact with the trochoid surface. As a result, a gap is formed between the portion of the sliding surface of the apex seal other than the contact point with the trochoidal surface and the trochoidal surface. For this reason, it is located on the trailing side and the leading side (the trailing side and the leading side in the rotor rotation direction) of the working chamber (referred to as the combustion working chamber) where explosion combustion has occurred, which is located near the compression top dead center with the rotor rotation Of the two apex seals, the sliding surface of the trailing apex seal (the portion closer to the combustion operation chamber than the contact point) is placed on the bottom side of the seal groove almost simultaneously with the start of explosion combustion. The gas pressure that pushes the apex seal acts on the back surface (base side surface) of the apex seal, and the gas pressure that pushes the apex seal against the trochoidal surface side (gas backup force) acts on the back surface of the apex seal. The gas pressure acts after the gas has passed through the narrow gap between the side surface of the apex seal and the side wall surface of the seal groove. The gas pressure lags action will act in. For this reason, in the initial stage of explosion combustion, the pressing force against the trochoidal surface of the apex seal becomes considerably small (in some cases, a negative value), and thereafter, the pressing force becomes large due to the gas backup force. The same applies to the apex seal on the leading side of the combustion working chamber located near the compression top dead center as the rotor rotates.
このように爆発燃焼初期にアペックスシールのトロコイド面に対する押圧力が小さくなるので、そのときのガスシール性が問題となり、その後にガスバックアップ力が作用してアペックスシールのトロコイド面に対する押圧力が大きくなり過ぎると、上記のようにアペックスシールの頂部の摩耗が問題となる。 As described above, since the pressing force against the trochoidal surface of the apex seal becomes small at the early stage of explosion combustion, the gas sealing performance at that time becomes a problem, and then the pressing force against the trochoidal surface of the apex seal increases due to the gas backup force. If it passes, wear of the apex seal will become a problem as described above.
本発明は、斯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、爆発燃焼初期のガスシール性を改善しながら、その後にアペックスシールのトロコイド面に対する押圧力が大きくなりすぎるのを防止しようとすることにある。 The present invention has been made in view of such a point, and the object of the present invention is to improve the gas sealability at the initial stage of explosive combustion, and thereafter, the pressing force against the trochoidal surface of the apex seal becomes too large. There is in trying to prevent.
上記の目的を達成するために、本発明では、ロータリーピストンエンジンにおけるロータの頂部に形成されたシール溝部に、ロータハウジングのトロコイド面に向けてスプリング付勢した状態で装着されたアペックスシールを備えた、ロータリーピストンエンジンのアペックスシール構造を対象として、上記アペックスシールの頂部には、上記トロコイド面に摺接する摺動面であって該摺動面におけるアペックスシール幅方向の中央部が両端部よりも上記トロコイド面側に突出するように湾曲状に形成された摺動面が設けられ、上記アペックスシールは、上記摺動面を含む頂部側シール部と、該頂部側シール部よりも基部側に位置する基部側シール部とに分割されてなり、上記頂部側シール部と上記基部側シール部とが互いに離接可能に上記シール溝部に装着され、上記頂部側シール部の幅が、上記基部側シール部の幅よりも小さくされ、該頂部側シール部の側面と該側面に面する上記シール溝部の側壁面との隙間が、上記基部側シール部の側面と該側面に面する上記シール溝部の側壁面との隙間よりも大きくされている、という構成とした。 In order to achieve the above object, the present invention includes an apex seal that is mounted in a spring groove toward the trochoidal surface of the rotor housing in a seal groove formed at the top of the rotor in the rotary piston engine. In the apex seal structure of a rotary piston engine, the apex of the apex seal is a sliding surface that is in sliding contact with the trochoid surface, and the central portion of the sliding surface in the width direction of the apex seal is more than the both ends. A sliding surface formed in a curved shape is provided so as to protrude toward the trochoidal surface side, and the apex seal is positioned on the base side with respect to the top side seal portion including the sliding surface and the top side seal portion. It is divided into a base side seal part, and the top side seal part and the base side seal part can be separated from each other. A gap between the side surface of the top side seal portion and the side wall surface of the seal groove portion facing the side surface, the width of the top side seal portion being smaller than the width of the base side seal portion. However, it is set to be larger than the gap between the side surface of the base side seal portion and the side wall surface of the seal groove portion facing the side surface.
上記の構成により、頂部側シール部の幅が基部側シール部の幅よりも小さいので、摺動面の面積を小さくすることができる。この結果、ロータ回転に伴い圧縮上死点近傍に位置する燃焼作動室のトレーリング側及びリーディング側のアペックスシールの摺動面におけるトロコイド面との接触点よりも燃焼作動室側の部分の面積を減少させることができる。この結果、爆発燃焼初期に摺動面に作用する、上記アペックスシールをシール溝部の底部側へ押圧する押圧力を小さくすることができる。また、頂部側シール部の側面と該側面に面するシール溝部の側壁面との隙間が、基部側シール部の側面と該側面に面する上記シール溝部の側壁面との隙間よりも大きくされているので、上記トレーリング側のアペックスシールでは、爆発燃焼開始と略同時に、基部側シール部の頂部側の面におけるリーディング側の部分にガス圧が作用し易くなり、上記リーディング側のアペックスシールでは、爆発燃焼開始と略同時に、基部側シール部の頂部側の面におけるトレーリング側の部分にガス圧が作用し易くなる。これにより、上記トレーリング側及びリーディング側のアペックスシールにおける頂部側シール部の基部側の面と基部側シール部の頂部側の面との間に隙間が生じ易くなって(頂部側シール部と基部側シール部とが互いに分離し易くなって)、その隙間にガスが入り、これにより、爆発燃焼初期に、頂部側シール部の基部側の面に、頂部側シール部をトロコイド面側に押圧するガス圧が早期に作用することになる。 With the above configuration, since the width of the top seal portion is smaller than the width of the base seal portion, the area of the sliding surface can be reduced. As a result, the area of the combustion working chamber side portion from the contact point with the trochoidal surface of the sliding surface of the apex seal on the trailing side and leading side of the combustion working chamber located near the compression top dead center as the rotor rotates is reduced. Can be reduced. As a result, it is possible to reduce the pressing force that acts on the sliding surface in the early stage of explosion combustion and presses the apex seal toward the bottom of the seal groove. Further, the gap between the side surface of the top side seal portion and the side wall surface of the seal groove portion facing the side surface is made larger than the gap between the side surface of the base side seal portion and the side wall surface of the seal groove portion facing the side surface. Therefore, in the apex seal on the trailing side, gas pressure is likely to act on the leading side portion of the top side surface of the base side seal portion almost simultaneously with the start of explosion combustion, and in the apex seal on the leading side, Almost simultaneously with the start of explosion combustion, the gas pressure is likely to act on the trailing side portion of the top side surface of the base side seal portion. As a result, a gap is easily generated between the base side surface of the top side seal portion and the top side surface of the base side seal portion in the trailing and leading apex seals (the top side seal portion and the base portion). The side seal part is easily separated from each other), and gas enters the gap, thereby pressing the top side seal part against the trochoidal surface side against the base side surface of the top side seal part in the early stage of explosion combustion. The gas pressure will act early.
上記の頂部側シール部と基部側シール部との分離は、特にエンジン回転数が高いとき(ガス圧が高いとき)に生じ易く、エンジン回転数が低いとき(ガス圧が低いとき)には、頂部側シール部と基部側シール部とが一体で挙動するが、この低回転時には、摺動面に作用するガス圧、つまりアペックスシールをシール溝部の底部側へ押圧する押圧力が小さく、また、ガスが頂部側シール部及び基部側シール部の燃焼作動室側の側面とシール溝部の燃焼作動室側の側壁面との間を通って基部側シール部のシール溝部底部側へと比較的スムーズに入り易い。したがって、爆発燃焼初期にアペックスシールのトロコイド面に対する押圧力が小さくなるのを抑制して、爆発燃焼初期のガスシール性を改善することができる。 The separation between the top side seal portion and the base side seal portion is likely to occur particularly when the engine speed is high (when the gas pressure is high), and when the engine speed is low (when the gas pressure is low), The top side seal part and the base side seal part behave integrally, but at this low rotation, the gas pressure acting on the sliding surface, that is, the pressing force pressing the apex seal toward the bottom side of the seal groove part is small, Gas passes between the side surface of the top side seal portion and the base side seal portion on the combustion working chamber side and the side wall surface of the seal groove portion on the combustion working chamber side, and relatively smoothly toward the bottom side of the seal groove portion of the base side seal portion. Easy to enter. Accordingly, it is possible to improve the gas sealability at the early stage of explosion combustion by suppressing the pressing force against the trochoidal surface of the apex seal at the early stage of explosion combustion.
一方、摺動面の面積が小さくなるのと同様に、頂部側シール部の基部側の面の面積も小さくなるので、爆発燃焼初期以降において、頂部側シール部に作用する、頂部側シール部をトロコイド面側に押圧する押圧力が大きくなり過ぎることはなく、また、基部側シール部の側面とシール溝部の側壁面との隙間が小さいことで、特に高回転時に、ガスが基部側シール部のシール溝部底部側に入り難くなる。低回転時には、ガスが基部側シール部のシール溝部底部側に比較的入り易くなるが、基部側シール部の背面に作用するガス圧は小さい。よって、爆発燃焼初期のガスシール性を改善しながら、その後にアペックスシールのトロコイド面に対する押圧力が大きくなり過ぎるのを防止することができる。 On the other hand, as the area of the sliding surface is reduced, the area of the base side surface of the top side seal part is also reduced, so that the top side seal part that acts on the top side seal part after the initial stage of explosion combustion The pressing force to be pressed to the trochoidal surface side does not become excessively large, and the gap between the side surface of the base side seal portion and the side wall surface of the seal groove portion is small, so that the gas flows into the base side seal portion particularly at high rotation. It becomes difficult to enter the bottom side of the seal groove. During low rotation, the gas relatively easily enters the bottom side of the seal groove portion of the base side seal portion, but the gas pressure acting on the back surface of the base side seal portion is small. Therefore, it is possible to prevent the pressing force on the trochoidal surface of the apex seal from becoming excessively large while improving the gas sealing property at the early stage of explosion combustion.
上記ロータリーピストンエンジンのアペックスシール構造において、上記頂部側シール部の基部側の面が、該面におけるアペックスシール幅方向の中央部が両端部よりも基部側に突出するように湾曲状に形成されている、ことが好ましい。 In the apex seal structure of the rotary piston engine, the surface on the base side of the top seal portion is formed in a curved shape so that the central portion in the apex seal width direction on the surface protrudes to the base side from both ends. It is preferable.
このことにより、爆発燃焼初期に、頂部側シール部の基部側の面に、頂部側シール部をトロコイド面側に押圧するガス圧をより一層早期に作用させることができるようになり、爆発燃焼初期にアペックスシールのトロコイド面に対する押圧力が小さくなるのを効果的に抑制することができる。 As a result, the gas pressure that presses the top seal portion against the trochoidal surface can be applied to the base side surface of the top seal portion at an early stage of explosion combustion, and the explosion combustion initial stage In addition, it is possible to effectively suppress the pressing force of the apex seal against the trochoidal surface.
以上説明したように、本発明のロータリーピストンエンジンのアペックスシール構造によると、アペックスシールが、頂部側シール部と基部側シール部とに分割されてなり、上記頂部側シール部と上記基部側シール部とが互いに離接可能に上記シール溝部に装着され、上記頂部側シール部の幅が、上記基部側シール部の幅よりも小さくされ、該頂部側シール部の側面と該側面に面する上記シール溝部の側壁面との隙間が、上記基部側シール部の側面と該側面に面する上記シール溝部の側壁面との隙間よりも大きくされていることにより、爆発燃焼初期のガスシール性を改善しながら、その後にアペックスシールのトロコイド面に対する押圧力が大きくなりすぎるのを防止して、アペックスシールの摺動面の摩耗を抑制することができる。 As described above, according to the apex seal structure of the rotary piston engine of the present invention, the apex seal is divided into a top side seal part and a base side seal part, and the top side seal part and the base side seal part are divided. Are attached to the seal groove part so as to be separable from each other, the width of the top side seal part is made smaller than the width of the base side seal part, and the side face of the top side seal part and the seal facing the side face The gap between the side wall surface of the groove is made larger than the gap between the side surface of the base side seal portion and the side wall surface of the seal groove portion facing the side surface, thereby improving gas sealing performance at the initial stage of explosion combustion. However, it is possible to prevent the pressing force against the trochoidal surface of the apex seal from becoming excessively large thereafter, and to suppress wear of the sliding surface of the apex seal.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施形態に係るアペックスシール構造が適用されたロータリーピストンエンジン1(以下、単にエンジン1という)を示す。このエンジン1は、2つのロータ2(図1では1つのみ示す)を備えた2ロータタイプ(2気筒エンジン)であって、図1の紙面に垂直な方向に並ぶ2つのロータハウジング3(図1では1つのみ示す)が、その間にインターミディエイトハウジング4を挟んだ状態で、更にこれらの両側から2つのサイドハウジング(図示せず)で挟み込むようにして一体化されることによって構成されている。すなわち、各ロータハウジング3は、その両側にそれぞれ隣接するインターミディエイトハウジング4及びサイドハウジングによって挟まれている。
FIG. 1 shows a rotary piston engine 1 (hereinafter simply referred to as an engine 1) to which an apex seal structure according to an embodiment of the present invention is applied. This
図1では、ロータ2に対して紙面の奥側にインターミディエイトハウジング4が見えており、このロータ2及び図1に記載のロータハウジング3に対して紙面の手前側に、上記2つのサイドハウジングのうちの一方のサイドハウジングが配置されることになる。また、上記インターミディエイトハウジング4に対して図1の紙面の更に奥側に、もう1つのロータハウジング3及び他方のサイドハウジングがこの順に配置されることになる。尚、図1中の符号Xは、出力軸としてのエキセントリックシャフト6の回転軸心であって、以下、これを単に回転軸心Xという。
In FIG. 1, the intermediate housing 4 is visible on the back side of the paper with respect to the
上記各ロータハウジング3とその両側にそれぞれ隣接するインターミディエイトハウジング4及びサイドハウジングの側面とにより、ロータ収容室7(気筒)がそれぞれ区画され、該各ロータ収容室7内にロータ2がそれぞれ収容されている。インターミディエイトハウジング4は、2つのロータ収容室7に共通のサイドハウジングであるともいえる。
The rotor housing chambers 7 (cylinders) are defined by the
ロータハウジング3の内周面は、平行トロコイド曲線で描かれるトロコイド面3aとされ、ロータ収容室7は、回転軸心Xの方向(図1の紙面に垂直な方向)から見て繭のような略楕円形状(互いに直交する長軸Y及び短軸Zによって規定される略楕円形状をなしている。
The inner peripheral surface of the
ロータ2は、回転軸心Xの方向から見て各辺の中央部が外側に膨出する略三角形状をしたブロック体からなり、その外周面における各頂部間に、3つの略長方形をしたフランク面2a(後述の各作動室8に接する外周面)を備えている。この各フランク面2aの中央部分には、リセス2bがそれぞれ形成されている。
The
また、ロータ2は、後に詳細に説明するように、その三角形の各頂部にアペックスシール51(図2〜図6参照(図1では記載を省略))を有し、これらアペックスシール51がロータハウジング3のトロコイド面3aに摺接している。ロータハウジング3の両側にそれぞれ隣接するインターミディエイトハウジング4及びサイドハウジングの側面と、ロータハウジング3のトロコイド面3aと、ロータ2のフランク面2aとで、ロータ収容室7の内部(ロータ2のフランク面2aとロータハウジング3のトロコイド面3aとの間)に、3つの作動室8がそれぞれ区画形成されている。各アペックスシール51は、相隣接する2つの作動室8間をシールする。
Further, as will be described in detail later, the
また、図示は省略するが、ロータ2は、該ロータ2の内側に設けた内歯車(ロータギア)と上記サイドハウジングに設けた外歯車(固定ギア)とが噛合しながら、インターミディエイトハウジング4及びサイドハウジングを貫通するエキセントリックシャフト6に対して、遊星回転運動をするように支持されている。
Although not shown in the figure, the
すなわち、ロータ2の回転運動は内歯車と外歯車との噛み合いによって規定され、ロータ2は、3つのアペックスシールが各々ロータハウジング3のトロコイド面3aに摺接しつつ、エキセントリックシャフト6の偏心輪6aの周りを自転しながら、回転軸心Xの周りに、該自転と同じ方向に公転する(この自転及び公転を含めて、広い意味で単にロータ2の回転という)。そして、ロータ2が1回転する間に3つの作動室8が周方向に移動し、それぞれで吸気、圧縮、膨張及び排気の各行程が行われて、これにより発生する回転力がロータ2を介してエキセントリックシャフト6から出力される。尚、ロータ2の1回転中にエキセントリックシャフト6は3回転し、この間に3つの作動室8がそれぞれ1回ずつ燃焼サイクルを行う。このことから、エキセントリックシャフト6の1回転につき1回の燃焼サイクルが行われることになる。
That is, the rotational motion of the
より具体的に、図1において、ロータ2は、矢印で示すように、時計回り方向に回転しており、回転軸心Xを通るロータ収容室7の長軸Yを境に分けられるロータ収容室7の左側が概ね吸気及び排気行程の領域となり、右側が概ね圧縮及び膨張行程の領域となっている。
More specifically, in FIG. 1, the
そして、図1における左上の作動室8に着目すると、この作動室8は、吸気と、インジェクタ15(燃料噴射弁)より噴射された燃料とによって混合気を形成する吸気行程にあり、この吸気行程にある作動室8がロータ2の回転につれて圧縮行程に移行すると、その内部にて混合気が圧縮される。その後、図1の右側に示す作動室8のように(図1では、この作動室8は、圧縮上死点(TDC)にある)、圧縮行程の後期から膨張行程にかけての所定のタイミングにて後述の第1及び第2点火プラグ21,22により点火されて、膨張行程が行われる。そして、最後に図1の左下の作動室8のような排気行程に至ると、燃焼ガスが排気ポート10から排気された後、再び吸気行程に戻って上記各行程が繰り返されるようになっている。
When attention is paid to the upper
ロータハウジング3における長軸Y上に、上記インジェクタ15が取り付けられている。このインジェクタ15は、吸気行程又は圧縮行程にある作動室8に臨んで配設されていて、該作動室8内に燃料を直接噴射する。
The
吸気行程にある作動室8には、複数(本実施形態では、3つ)の吸気ポート11が連通している。本実施形態では、これら3つの吸気ポート11のうちの1つは、吸気行程にある作動室8に面するインターミディエイトハウジング4の側面に開口し(図1参照)、残りの2つ(図示せず)は、吸気行程にある作動室8に面するサイドハウジングの側面に、インターミディエイトハウジング4の吸気ポート11の開口に対向するように開口している。これら吸気ポート11の開口は、回転軸心Xの方向から見て、ロータ収容室7の外周側部分における短軸Z寄りの位置に位置している。
A plurality (three in the present embodiment) of
ロータハウジング3における、短軸Zを挟んだロータ回転方向のリーディング側(進み側)及びトレーリング側(遅れ側)の両位置(短軸Zの近傍)には、それぞれ、第1点火プラグ21及び第2点火プラグ22が取り付けられている。これら2つの点火プラグ21,22は、圧縮ないし膨張行程にある作動室8内の混合気(圧縮行程で圧縮された混合気)を燃焼させるべく、第1点火プラグ21及び第2点火プラグ22の順番で点火する。本実施形態では、両点火プラグ21,22は共に、圧縮上死点の手前近傍で点火される。以下、この点火により爆発燃焼が生じた作動室8を、燃焼作動室8aという。図1の右側に示す、圧縮上死点にある作動室8は、燃焼作動室8aである。
In the
第1点火プラグ21は、圧縮上死点におけるリセス2bの上記短軸Zよりもロータ回転方向のリーディング側の部分と対向し、第2点火プラグ22は、当該リセス2bの上記短軸Zよりもロータ回転方向のトレーリング側の部分と対向する。このようにリセス2bは、両点火プラグ21,22の間隔よりも長い長さを有している。また、両点火プラグ21,22は、ロータ2の幅方向(フランク面2aの幅方向)中央線上に位置している。ロータ2の幅方向は、ロータ2の中心軸線方向であり、回転軸心Xの方向でもある。
The
上記排気行程にある作動室8には、複数(本実施形態では、2つ)の排気ポート10が連通している。本実施形態では、これら2つの排気ポート10のうちの1つは、排気行程にある作動室8に面するインターミディエイトハウジング4の側面に開口し(図1参照)、残りの1つ(図示せず)は、排気行程にある作動室8に面するサイドハウジングの側面に、インターミディエイトハウジング4の排気ポート10の開口に対向するように開口している。これら排気ポート10の開口は、回転軸心Xの方向から見て、ロータ収容室7の外周側部分の短軸Z寄りの位置(短軸Zに対して吸気ポート11の開口とは反対側)の位置に位置している。本実施形態では、排気ポート10の開口位置及び開口形状は、吸気ポート11のオープンタイミングと排気ポート10のオープンタイミングとがオーバーラップしないように設定されている。
A plurality (two in this embodiment) of
図2及び図3に示すように、ロータ2の各頂部には、シール溝部25が、ロータ2の幅方向に延びるように形成されている。このシール溝部25に、ロータ2の幅方向に延びる2つのリーフスプリング55,56によりロータハウジング3のトロコイド面3aに向けてスプリング付勢した状態でアペックスシール51が装着されている。シール溝部25は、ロータ2の中心軸線方向(回転軸心Xの方向)から見て、該ロータ2における当該シール溝部25が形成された頂部と該ロータ2の中心とを結ぶ線L(図3参照)に沿うように形成されている。すなわち、シール溝部25の両側側壁面が、ロータ2の中心軸線方向から見て、上記線Lの両側で該線Lに沿って延びている。このシール溝部25に、アペックスシール51が、ロータ2の中心軸線方向から見て上記線Lに沿って(シール溝部25の両側側壁面に沿って)移動可能に装着されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, a
上記シール溝部25におけるロータ2幅方向の両端部(シール溝部25におけるロータ2両側側面の近傍)には、アペックスシール51のロータ2幅方向の両端部(アペックスシール51の長手方向の両端部)が嵌まる凹部31eを有する円形のコーナーシール31がそれぞれ設けられている。各コーナーシール31は、内側部31bと該内側部31bの周囲を囲む外側部31cとで構成され、この外側部31cは、周方向の一部が切り離された略C字状をなしており、その切り離された部分31aと内側部31bに形成された溝31dとにより、上記凹部31eが構成される。各コーナーシール31は、周方向の一部が切り離された略C字状をなすコーナーシールスプリング32によりロータ2幅方向の外側に付勢されて、インターミディエイトハウジング4又はサイドハウジングの側面に摺接するようになされている。
At both ends of the
コーナーシール31は、ロータ2の幅方向両側の側面における外周縁部に形成されたサイド溝部27(図2及び図3参照(図1では記載を省略))に装着されるサイドシール35とアペックスシール51との繋ぎ目の役割を有している。上記サイドシール35は、波形のサイドシールシールスプリング36(図2参照)により、インターミディエイトハウジング4又はサイドハウジングの側面に摺接するようになされている。
The
アペックスシール51は、図2に示すように、ロータ2幅方向において第1部51a及び第2部51bの2つに分割されてなり、これら第1部及び第2部51a,51bは、ロータ2幅方向に相対向する対向面で互いに接触している。これら対向面は、アペックスシール51のロータ2幅方向の両端部のうちの一方の端部が嵌まる上記凹部31e内に位置しており、第2部51bの長さは第1部51aの長さに比べてかなり短い。上記対向面は、アペックスシール51の基部側(シール溝部25の底部側)から頂部側(トロコイド面3a側)に向かって第2部側51bに傾斜している。これにより、アペックスシール51に対してその長手方向に力が作用しても、第1部及び第2部51a,51bが上記対向面に沿って互いにずれることで上記力を吸収することができる。
As shown in FIG. 2, the
尚、第2部51bは、リーフスプリング56の一端部によってトロコイド面3a側に付勢され、第1部51aは、リーフスプリング56の他端部及びリーフスプリング55の両端部によってトロコイド面3a側に付勢される。アペックスシール51は、第1部51a及び第2部51bの2つに分割されている必要は必ずしもない。
The
アペックスシール51の頂部には、上記トロコイド面3aに摺接する摺動面51cが形成されている。この摺動面51cは、図3〜図6に示すように、該摺動面51cにおけるアペックスシール51幅方向(ロータ2周方向)の中央部が両端部よりもトロコイド面3a側に突出するように湾曲状に形成されて、アペックスシール51がトロコイド面3aに対して点接触(図5及び図6の断面図においては、接触点Qで接触する点接触)するようになされている。アペックスシール51の摺動面51cにおけるトロコイド面3aとの接触点Q以外の部分と、トロコイド面3aとの間には、隙間が生じることになる(図5及び図6参照)。上記接触点Qは、ロータ2の回転位置によって、摺動面51cにおいてアペックスシール51幅方向に移動する。
On the apex of the
上記アペックスシール51(第1部51a)は、図2及び図4に示すように、上記摺動面51cを含む頂部側シール部51dと、該頂部側シール部51dよりも基部側(シール溝部25の底部側)に位置する基部側シール部51eとに分割されてなり、上記頂部側シール部51dと上記基部側シール部51eとが互いに離接可能にシール溝部25に装着されている。尚、図4〜図6では、リーフスプリング55,56の記載を省略している。
As shown in FIGS. 2 and 4, the apex seal 51 (
そして、上記頂部側シール部25dの幅が、上記基部側シール部51eの幅よりも小さくされている。シール溝部25の幅は、トロコイド面3aに対向する開口から底部までの全体に亘って一定とされている。これにより、頂部側シール部51dの側面と該側面に面するシール溝部25の側壁面との隙間が、基部側シール部51eの側面と該側面に面するシール溝部25の側壁面との隙間よりも大きくされている。尚、図4〜図6では、頂部側シール部51dの側面と該側面に面するシール溝部25の側壁面との隙間、及び、基部側シール部51eの側面と該側面に面するシール溝部25の側壁面との隙間を、誇張して描いている。
And the width | variety of the said top part side seal part 25d is made smaller than the width | variety of the said base part
アペックスシール51(頂部側シール部51d及び基部側シール部51e)を、アペックスシール51幅方向(シール溝部25幅方向)の一方側に限界まで寄せたときにおいて、頂部側シール部51dのアペックスシール51幅方向の他方側の側面とシール溝部25の幅方向の上記他方側の側壁面との隙間は、70μmよりも大きくかつ110μm以下であるとともに、基部側シール部51eのアペックスシール51幅方向の上記他方側の側面とシール溝部25の幅方向の上記他方側の側壁面との隙間は、40μmでかつ70μm以下であることが好ましい。アペックスシール51を、アペックスシール51幅方向の上記他方側に限界まで寄せたときにも、頂部側シール部51dのアペックスシール51幅方向の上記一方側の側面とシール溝部25の幅方向の上記一方側の側壁面との隙間は、70μmよりも大きくかつ110μm以下であるとともに、基部側シール部51eのアペックスシール51幅方向の上記一方側の側面とシール溝部25の幅方向の上記一方側の側壁面との隙間は、40μmでかつ70μm以下であることが好ましい。
When the apex seal 51 (the top-
また、本実施形態では、頂部側シール部51dの基部側の面が、該面におけるアペックスシール51幅方向の中央部が両端部よりも基部側に突出するように湾曲状に形成されている。一方、基部側シール部51eの頂部側の面は、平坦状に形成されている。
Further, in the present embodiment, the base side surface of the top
ここで、図5に示すように、上記の如く、アペックスシール51の摺動面51cにおける上記接触点Q以外の部分と、トロコイド面3aとの間には、摺動面51cの形状により隙間が生じているため、ロータ2回転に伴い圧縮上死点近傍(本実施形態では、圧縮上死点の手前近傍)に位置する燃焼作動室8aのトレーリング側及びリーディング側に位置する2つのアペックスシール51のうちのトレーリング側のアペックスシール51A(図5のように符号を51Aとする)の摺動面51c(上記接触点Qよりも燃焼作動室8a側の部分)には、爆発燃焼開始と略同時に、該アペックスシール51Aをシール溝部25の底部側へ押圧するガス圧P1が作用する。このとき、アペックスシール51Aは、その幅方向の燃焼作動室8aとは反対側に寄せられる。仮に、アペックスシール51Aが頂部側シール部25dと基部側シール部51eとの分割構造でなくて、アペックスシール51Aの側面とシール溝部25の側壁面との隙間が、ガスが漏れないような通常の隙間である場合、アペックスシール51Aの背面(基部側の面)には、アペックスシール51Aをトロコイド面3a側に押圧するガス圧(ガスバックアップ力)が、上記摺動面51cへのガス圧の作用よりも遅れて作用する。このため、爆発燃焼初期に、アペックスシール51Aのトロコイド面3aに対する押圧力がかなり小さくなり、その後に、ガスバックアップ力により該押圧力が大きくなる(本実施形態では、燃焼作動室8aが圧縮上死点となったときに、上記押圧力が最も大きくなる)。特にエンジン1が高出力である場合には、この押圧力が大きくなり過ぎる場合がある。以上のことは、図6に示す、ロータ2回転に伴い圧縮上死点近傍に位置する燃焼作動室8aのリーディング側のアペックスシール51B(図6のように符号を51Bとする)についても、同様である。尚、図5及び図6で、ロータ2の回転方向は時計回り方向である。
Here, as shown in FIG. 5, there is a gap between the portion of the sliding
しかし、本実施形態では、頂部側シール部51dの幅が基部側シール部51eの幅よりも小さいので、摺動面51cの面積を小さくすることができる。この結果、ロータ2回転に伴い圧縮上死点近傍に位置する燃焼作動室8aのトレーリング側及びリーディング側のアペックスシール51A,51Bの摺動面51cにおけるトロコイド面3aとの接触点よりも燃焼作動室8a側の部分の面積を減少させることができる。この結果、爆発燃焼初期に摺動面51cに作用する、アペックスシール51A,51Bをシール溝部25の底部側へ押圧する押圧力を小さくすることができる。また、頂部側シール部51dの側面と該側面に面するシール溝部25の側壁面との隙間が、基部側シール部51eの側面と該側面に面するシール溝部25の側壁面との隙間よりも大きくされているので、上記トレーリング側のアペックスシール51Aでは、爆発燃焼開始と略同時に、基部側シール部51eの頂部側の面におけるリーディング側の部分にガス圧が作用し易くなり、上記リーディング側のアペックスシール51Bでは、爆発燃焼開始と略同時に、基部側シール部51eの頂部側の面におけるトレーリング側の部分にガス圧が作用し易くなる。これにより、頂部側シール部51dの基部側の面と基部側シール部51eの頂部側の面との間に隙間が生じ易くなって(頂部側シール部51dと基部側シール部51eとが互いに分離し易くなって)、その隙間(図5及び図6では誇張して描いている)にガスが入り、これにより、図5及び図6に示すように、爆発燃焼初期に、アペックスシール51A,51Bにおける頂部側シール部51dの基部側の面に、頂部側シール部51dをトロコイド面3a側に押圧するガス圧P2が早期に作用することになる。特に、本実施形態のように、頂部側シール部51dの基部側の面が、該面におけるアペックスシール51幅方向の中央部が両端部よりも基部側に突出するように湾曲状に形成されていることで、頂部側シール部51dの基部側の面と基部側シール部51eの頂部側の面との間にガスがより一層入り易くなって、爆発燃焼初期に、頂部側シール部51dの基部側の面に、上記ガス圧P2をより一層早期に作用する。
However, in this embodiment, since the width of the top
上記の頂部側シール部51dと基部側シール部51eとの分離は、特にエンジン回転数が高いとき(ガス圧が高いとき)に生じ易く、エンジン回転数が低いとき(ガス圧が低いとき)には、頂部側シール部51dと基部側シール部51eとが一体で挙動するが、この低回転時には、摺動面51cに作用するガス圧、つまりアペックスシール51A,51Bをシール溝部25の底部側へ押圧する押圧力が小さく、また、ガスが頂部側シール部51d及び基部側シール部51eの燃焼作動室8a側の側面とシール溝部25の燃焼作動室8a側の側壁面との間を通って基部側シール部25のシール溝部25底部側へと比較的スムーズに入り易い。したがって、爆発燃焼初期にアペックスシール51A,51Bのトロコイド面3aに対する押圧力が小さくなるのを抑制して、爆発燃焼初期のガスシール性を改善することができる。
The separation between the
一方、摺動面51cの面積が小さくなるのと同様に、頂部側シール部51dの基部側の面の面積も小さくなるので、爆発燃焼初期以降において、頂部側シール部51dに作用する、頂部側シール部51dをトロコイド面3a側に押圧する押圧力が大きくなり過ぎることはなく、また、基部側シール部51eの側面とシール溝部25の側壁面との隙間が小さいことで、特に高回転時に、ガスが基部側シール部51eのシール溝部25底部側に入り難くなる。低回転時には、ガスが基部側シール部51eのシール溝部25底部側に比較的入り易くなるが、基部側シール部51eの背面(シール溝部25の底部に対向する面)に作用するガス圧は小さい。よって、爆発燃焼初期のガスシール性を改善しながら、その後にアペックスシール51A,51Bのトロコイド面3aに対する押圧力が大きくなり過ぎるのを防止することができる。
On the other hand, since the area of the base side surface of the top
本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。 The present invention is not limited to the embodiment described above, and can be substituted without departing from the spirit of the claims.
例えば、上記実施形態では、頂部側シール部51dの基部側の面が、該面におけるアペックスシール51幅方向の中央部が両端部よりも基部側に突出するように湾曲状に形成されているが、頂部側シール部51dの基部側の面は、基部側シール部51eの頂部側の面の全体に接触するように平坦状であってもよい。或いは、頂部側シール部51dの基部側の面が、上記実施形態のように湾曲状であるか、又は、平坦状であり、基部側シール部51eの頂部側の面が、該面におけるアペックスシール51幅方向の中央部が両端部よりも頂部側に突出するように湾曲状に形成されていてもよい。
For example, in the above-described embodiment, the base-side surface of the top-
上述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本発明の範囲を限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。 The above-described embodiments are merely examples, and the scope of the present invention should not be interpreted in a limited manner. The scope of the present invention is defined by the scope of the claims, and all modifications and changes belonging to the equivalent scope of the claims are within the scope of the present invention.
本発明は、ロータリーピストンエンジンにおけるロータの頂部に形成されたシール溝部に、ロータハウジングのトロコイド面に向けてスプリング付勢した状態で装着されたアペックスシールを備えた、ロータリーピストンエンジンのアペックスシール構造に有用であり、特に、ロータリーピストンエンジンが、例えばターボ過給機の装着により高出力化されている場合に有用である。 The present invention provides an apex seal structure for a rotary piston engine, comprising an apex seal that is mounted in a seal groove formed on the top of a rotor in a rotary piston engine in a spring-biased state toward the trochoidal surface of the rotor housing. This is particularly useful when the rotary piston engine has a high output, for example, by installing a turbocharger.
1 ロータリーピストンエンジン
2 ロータ
3 ロータハウジング
3a トロコイド面
8 作動室
8a 燃焼作動室
25 シール溝部
51 アペックスシール
51c 摺動面
51d 頂部側シール部
51e 基部側シール部
DESCRIPTION OF
Claims (2)
上記アペックスシールの頂部には、上記トロコイド面に摺接する摺動面であって該摺動面におけるアペックスシール幅方向の中央部が両端部よりも上記トロコイド面側に突出するように湾曲状に形成された摺動面が設けられ、
上記アペックスシールは、上記摺動面を含む頂部側シール部と、該頂部側シール部よりも基部側に位置する基部側シール部とに分割されてなり、上記頂部側シール部と上記基部側シール部とが互いに離接可能に上記シール溝部に装着され、
上記頂部側シール部の幅が、上記基部側シール部の幅よりも小さくされ、該頂部側シール部の側面と該側面に面する上記シール溝部の側壁面との隙間が、上記基部側シール部の側面と該側面に面する上記シール溝部の側壁面との隙間よりも大きく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のアペックスシール構造。 An apex seal structure for a rotary piston engine comprising an apex seal mounted in a spring groove toward the trochoidal surface of the rotor housing in a seal groove formed on the top of the rotor in the rotary piston engine,
At the top of the apex seal, it is a sliding surface that is in sliding contact with the trochoid surface, and is formed in a curved shape so that the central portion of the sliding surface in the apex seal width direction protrudes toward the trochoidal surface from both ends. Provided with a sliding surface,
The apex seal is divided into a top-side seal portion including the sliding surface and a base-side seal portion located on the base side with respect to the top-side seal portion, and the top-side seal portion and the base-side seal Are attached to the seal groove so as to be separable from each other,
The width of the top side seal portion is smaller than the width of the base side seal portion, and the gap between the side surface of the top side seal portion and the side wall surface of the seal groove portion facing the side surface is the base side seal portion. An apex seal structure for a rotary piston engine, wherein the apex seal structure is larger than a clearance between the side surface of the seal groove and the side wall surface of the seal groove facing the side surface.
上記頂部側シール部の基部側の面が、該面におけるアペックスシール幅方向の中央部が両端部よりも基部側に突出するように湾曲状に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のアペックスシール構造。 In the apex seal structure of the rotary piston engine according to claim 1,
A surface of the top side seal portion on the base side is formed in a curved shape so that a central portion of the surface in the apex seal width direction protrudes to the base side from both ends. Apex seal structure.
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