JP6149851B2 - ロータリーピストンエンジンのアペックスシール構造 - Google Patents

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。

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。

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、アペックスシールの側面とシール溝部の側壁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。

特開２００８−８１９９号公報

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。

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。

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。

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。

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し、該頂部側シール部の幅よりも狭い幅を有する基部側シール部とで構成され、上記シール溝部は、上記頂部側シール部の側面と該側面に面する該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該シール溝部の側壁面との隙間よりも大きくなるように段付き形状に形成され、上記シール溝部におけるロータ幅方向の両端部には、上記アペックスシールのロータ幅方向の両端部がそれぞれ嵌まる凹部を有するコーナーシールがそれぞれ設けられ、上記シール溝部におけるロータ幅方向の両端部を除く部分が、上記段付き形状に形成され、上記アペックスシールにおけるロータ幅方向の両端部を除く部分が、上記頂部側シール部と上記基部側シール部とで構成され、上記アペックスシールのロータ幅方向の両端部においては、頂部から基部にかけて同じ幅に形成されている、という構成とした。

上記の構成により、アペックスシールにおいて頂部側シール部の側面と基部側シール部の側面との境界には段差面が生じ、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シール溝部の側壁面との隙間よりも大きいので、爆発燃焼初期に、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（トロコイド面との接触点よりも燃焼作動室側の部分）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するのと略同時に、上記段差面に、該アペックスシールをトロコイド面側に押圧するガス圧が作用する。これにより、爆発燃焼初期に上記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。一方、基部側シール部の背面には、ガス圧が遅れて作用するが、基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小さいことで、そのガス圧は比較的小さく、この結果、該ガス圧と上記段差面に作用する上記ガス圧との両方が作用しても、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ないようにすることができる。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。また、基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小さいことで、燃焼作動室内のガスが、アペックスシールの背面側を通って、隣接の作動室に漏れるのを防止することができる。

また、上記シール溝部におけるロータ幅方向の両端部には、上記アペックスシールのロータ幅方向の両端部がそれぞれ嵌まる凹部を有するコーナーシールがそれぞれ設けられ、上記シール溝部におけるロータ幅方向の両端部を除く部分が、上記段付き形状に形成され、上記アペックスシールにおけるロータ幅方向の両端部を除く部分が、上記頂部側シール部と上記基部側シール部とで構成され、上記アペックスシールのロータ幅方向の両端部においては、頂部から基部にかけて同じ幅に形成されている、という構成により、既存のコーナーシールを利用しながら、該コーナーシールとアペックスシールのロータ幅方向の両端部との間のシール性を確保することができるとともに、アペックスシールの剛性及び強度の低下を抑制することができる。

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、該頂部側シール部よりも基部側に位置し、該頂部側シール部の幅よりも狭い幅を有する基部側シール部とで構成され、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シール溝部の側壁面との隙間よりも大きくなるようにシール溝部が段付き形状に形成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。また、上記シール溝部におけるロータ幅方向の両端部には、上記アペックスシールのロータ幅方向の両端部がそれぞれ嵌まる凹部を有するコーナーシールがそれぞれ設けられ、上記シール溝部におけるロータ幅方向の両端部を除く部分が、上記段付き形状に形成され、上記アペックスシールにおけるロータ幅方向の両端部を除く部分が、上記頂部側シール部と上記基部側シール部とで構成され、上記アペックスシールのロータ幅方向の両端部においては、頂部から基部にかけて同じ幅に形成されていることにより、既存のコーナーシールを利用しながら、該コーナーシールとアペックスシールのロータ幅方向の両端部との間のシール性を確保することができるとともに、アペックスシールの剛性及び強度の低下を抑制することができる。

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を示す、サイドハウジングを取り除いた状態でエキセントリックシャフトの回転軸心の方向から見た図である。 ロータリーピストンエンジンにおけるロータの１つの頂部の近傍を示す、分解斜視図である。 図２のIII方向矢示図である。 ロータの１つの頂部の近傍を示す、該ロータの幅方向中央で切断した拡大断面図である。 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のアペックスシール及びその周辺を示す、ロータの幅方向中央で切断した拡大断面図である。 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及びその周辺を示す、ロータの幅方向中央で切断した拡大断面図である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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（後述の開口側溝部２５ａ及び底部側溝部２５ｂ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。

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）がそれぞれ嵌まる凹部３１ａ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と内側部３１ｂの外周面とにより、上記凹部３１ａ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。

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。

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３１ａ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。

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。

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に対して線接触（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。

上記アペックスシール５１における、上記コーナーシール３１の凹部３１ａに嵌まるロータ２幅方向の両端部においては、頂部から基部にかけて同じ幅に形成されている（図３参照）。一方、アペックスシール５１（第１部５１ａ）におけるロータ２幅方向の両端部を除く部分は、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）に位置し、該頂部側シール部５１ｄの幅よりも狭い幅を有する基部側シール部５１ｅとで構成されている。これにより、アペックスシール５１におけるロータ２幅方向の両端部を除く部分において、頂部側シール部５１ｄの側面と基部側シール部５１ｅの側面との境界には段差面５１ｆが生じている。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。

そして、上記シール溝部２５におけるロータ２幅方向の両端部を除く部分は、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なるように段付き形状に形成されている。すなわち、シール溝部２５は、該シール溝部２５におけるトロコイド面３ａに対向する開口側の部分である開口側溝部２５ａと、該開口側溝部２５ａよりも該シール溝部２５の底部側に位置し、開口側溝部２５ａの幅よりも狭い幅を有する底部側溝部２５ｂとで構成され、開口側溝部２５ａに頂部側シール部５１ｄが嵌められ、底部側溝部２５ｂに基部側シール部５１ｅが嵌められており、頂部側シール部５１ｄの側面と該側面に面する開口側溝部２５ａ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底部側溝部２５ｂの側壁面との隙間よりも大きくなるようになされている。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。

アペックスシール５１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（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が底部側溝部２５ｂのシール溝部２５幅方向の上記一方側の側壁面に接触したとき）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開口側溝部２５ａのシール溝部２５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底部側溝部２５ｂのシール溝部２５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開口側溝部２５ａのシール溝部２５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底部側溝部２５ｂのシール溝部２５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。

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に段差面５１ｆがなくかつシール溝部２５が段付き形状でなくて、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。

しかし、本実施形態では、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（開口側溝部２５ａ）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（底部側溝部２５ｂ）の側壁面との隙間よりも大きい（かつ、ガスが漏れないような通常の隙間よりも大きい）ので、図５及び図６に示すように、爆発燃焼初期に、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に上記ガス圧Ｐ１が作用するのと略同時に、燃焼作動室８ａ側の段差面５１ｆに、アペックスシール５１Ａ，５１Ｂをトロコイド面３ａ側に押圧するガス圧Ｐ２が作用する。このガス圧Ｐ２は、ガス圧Ｐ１と略同じである。但し、ガス圧Ｐ２によるトロコイド面３ａ側への押圧力（ガスバックアップ力）とガス圧Ｐ１によるシール溝部２５の底部側への押圧力との大小関係は、ガス圧Ｐ２及びガス圧Ｐ１が作用する面積によって変わる。ガス圧Ｐ１が作用する面積は、ロータ２の回転位置によって変わるため、例えば、爆発燃焼初期にガス圧Ｐ１が作用する面積、及び、後述のガス圧Ｐ３が作用したときの該面積を考慮して、ガス圧Ｐ２が作用する面積（段差面５１ｆの面積）を設定する。この設定の際、アペックスシール５１を、アペックスシール５１幅方向（シール溝部２５幅方向）の一方側及び他方側に限界まで寄せたときの上記隙間を考慮する。ガス圧Ｐ２が作用する面積は、ガス圧Ｐ１が作用する面積に対して大きくても小さくてもよいが、大きくし過ぎると、後述のガス圧Ｐ３と上記ガス圧Ｐ２との両方の作用によりアペックスシール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可能性がある。但し、基部側シール部５１ｅの側面と底部側溝部２５ｂの側壁面との隙間をかなり小さくすれば、問題はない。また、爆発燃焼初期に、アペックスシール５１Ａ，５１Ｂのいずれか一方において、ガス圧Ｐ２が作用する面積をガス圧Ｐ１が作用する面積と同じになるようにしてもよい。尚、接触点Ｑの位置がアペックスシール５１Ａ，５１Ｂで異なるので、爆発燃焼初期に、アペックスシール５１Ａ，５１Ｂの両方において、ガス圧Ｐ２が作用する面積をガス圧Ｐ１が作用する面積と同じにすることはできない。

上記ガス圧Ｐ２の作用により、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。

一方、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）には、ガス圧Ｐ３が遅れて作用するが、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（底部側溝部２５ｂ）の側壁面との隙間が小さいことで、そのガス圧Ｐ３は比較的小さく、この結果、該ガス圧Ｐ３と上記ガス圧Ｐ２との両方が作用しても、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ないようにすることができる。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。

また、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（底部側溝部２５ｂ）の側壁面との隙間が小さいことで、燃焼作動室８ａ内のガスが、アペックスシール５１の背面側を通って、隣接の作動室８に漏れるのを防止することができる。

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。

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。

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。

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
２５ａ 開口側溝部
２５ｂ 底部側溝部
３１ コーナーシール
３１ａ 凹部
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
５１ｆ 段差面

Claims (1)

1. 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であって、
   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し、該頂部側シール部の幅よりも狭い幅を有する基部側シール部とで構成され、
   上記シール溝部は、上記頂部側シール部の側面と該側面に面する該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該シール溝部の側壁面との隙間よりも大きくなるように段付き形状に形成され、
   上記シール溝部におけるロータ幅方向の両端部には、上記アペックスシールのロータ幅方向の両端部がそれぞれ嵌まる凹部を有するコーナーシールがそれぞれ設けられ、
   上記シール溝部におけるロータ幅方向の両端部を除く部分が、上記段付き形状に形成され、
   上記アペックスシールにおけるロータ幅方向の両端部を除く部分が、上記頂部側シール部と上記基部側シール部とで構成され、
   上記アペックスシールのロータ幅方向の両端部においては、頂部から基部にかけて同じ幅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。

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