JP7305930B2 - rotary piston engine - Google Patents
rotary piston engine Download PDFInfo
- Publication number
- JP7305930B2 JP7305930B2 JP2018134314A JP2018134314A JP7305930B2 JP 7305930 B2 JP7305930 B2 JP 7305930B2 JP 2018134314 A JP2018134314 A JP 2018134314A JP 2018134314 A JP2018134314 A JP 2018134314A JP 7305930 B2 JP7305930 B2 JP 7305930B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- rotor
- recess
- rotor housing
- flame
- ratio
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Description
本発明はロータリピストンエンジンに関する。 The present invention relates to rotary piston engines.
ロータリピストンエンジンは、トロコイド内周面を有するロータハウジングとロータの間に燃焼室が形成される。ロータの外周面には燃焼室を形成するリセス(凹み)が形成されている。このロータのリセスに関し、特許文献1には、ロータ回転方向のトレーリング側に位置する第1凹部と、該第1凹部に続いてリーディング側に位置する第2凹部よりなるリセスが記載されている。第1凹部のロータ周方向に直交する断面積を、第2凹部の同断面積よりも小さくすることによって、エンジンの燃焼安定性が高められている。すなわち、トレーリング側からリーディング側への混合気が流動するときに、リセスの断面積が変化する第1凹部から第2凹部への接続部において乱流を生成させやすくし、混合気のミキシングおよび拡散を促進するというものである。
A rotary piston engine has a combustion chamber formed between a rotor and a rotor housing having a trochoidal inner peripheral surface. A recess that forms a combustion chamber is formed on the outer peripheral surface of the rotor. Regarding this rotor recess,
ところで、ロータリピストンエンジンにおいて、EGR導入時には燃焼重心がリタードして熱効率が低くなることが知られている。その解決策として、点火時期のアドバンス化及び着火遅れ期間(点火から見掛けの熱発生開始までの期間)の短縮が考えられる。しかし、ロータリピストンエンジンの場合、レシプロエンジンとは違って、その構造上、点火後の燃焼初期において火炎から燃焼室壁面への熱伝達が大きくなり易い。そのため、アドバンス点火では着火ロバストの確保が難しく、着火遅れ期間の短縮が難しいという問題がある。 By the way, in a rotary piston engine, it is known that when EGR is introduced, the combustion center of gravity is retarded and the thermal efficiency is lowered. Possible solutions to this problem include advancing the ignition timing and shortening the ignition delay period (the period from ignition to the start of apparent heat generation). However, in the case of a rotary piston engine, unlike a reciprocating engine, due to its structure, the heat transfer from the flame to the combustion chamber wall surface tends to increase in the initial stage of combustion after ignition. Therefore, it is difficult to secure ignition robustness in advanced ignition, and it is difficult to shorten the ignition delay period.
一般に、エンジンの燃焼性ないし熱効率の改善のために、燃焼室の表面積/容積の比を小さくして冷却損失を低減することは知られている。しかし、ロータリピストンエンジンの場合、燃焼室の表面積/容積の比を小さくするだけでは、アドバンス点火及び着火遅れ期間の短縮を実現することは難しい。 In general, it is known to decrease the surface area/volume ratio of the combustion chamber to reduce the cooling loss in order to improve the combustibility or thermal efficiency of the engine. However, in the case of a rotary piston engine, it is difficult to achieve advance ignition and shorten the ignition delay period simply by reducing the surface area/volume ratio of the combustion chamber.
そこで、本発明は、ロータリピストンエンジンにおいて、アドバンス点火及び着火遅れ期間の短縮を可能にして、燃焼重心のアドバンス化による熱効率の改善を図る。 Therefore, in a rotary piston engine, the present invention makes it possible to shorten the advance ignition and the ignition delay period, thereby improving the thermal efficiency by advancing the combustion center of gravity.
本発明は、上記課題を解決するために、ロータリピストンエンジンにおいて、所定の仮想火炎を定義し、この仮想火炎に基づいて、燃焼初期の壁面熱伝達が抑制されるようにロータのリセスを形成する。 In order to solve the above problems, the present invention defines a predetermined virtual flame in a rotary piston engine, and forms a rotor recess based on this virtual flame so as to suppress wall heat transfer in the early stage of combustion. .
ここに開示するロータリピストンエンジンは、略楕円形状のトロコイド内周面を有するロータハウジングと、該ロータハウジングの両側に配置されて、該ロータハウジングと共にロータ収容室を形成するサイドハウジングと、上記ロータ収容室内に収容されて、該ロータ収容室内に3つの作動室を区画するとともに、回転によって各作動室を周方向に移動させながら、各作動室において吸気、圧縮、膨張及び排気の各行程を順に行なわせる略三角形状のロータと、上記ロータハウジングに設けられた点火プラグとを備え、上記ロータの上記作動室を区画する各外周面にリセスがそれぞれ形成されており、
上記点火プラグによる圧縮行程上死点前の混合気の点火により生ずる、当該点火点から上記ロータの回転方向に円錐状に広がった円錐部と該円錐部の先端から半球状に膨出した膨出部とよりなり、上記円錐部の高さLが17.5mmであり、上記円錐部の底面の半径r及び上記半球状膨出部の半径rが12.5mmである仮想火炎を定義したとき、
圧縮行程上死点前49゜の時点において、上記仮想火炎は上記ロータ及び上記ロータハウジングと幾何学的に干渉し、該仮想火炎における上記ロータ及び上記ロータハウジングと干渉しない部分の体積をV(mm3)とし、該仮想火炎が上記ロータ及び上記ロータハウジングと接触する面の合計の面積をS(mm2)としたとき、S/V比が0.13以上0.2037以下となるように、上記ロータのリセスが形成されていることを特徴とする。
The rotary piston engine disclosed herein includes a rotor housing having a substantially elliptical trochoidal inner peripheral surface, side housings disposed on both sides of the rotor housing and forming rotor housing chambers together with the rotor housing, and rotor housing chambers. It is housed in a rotor housing chamber and partitions three working chambers in the rotor housing chamber, and while each working chamber is moved in the circumferential direction by rotation, each stroke of intake, compression, expansion and exhaust is sequentially performed in each working chamber. and spark plugs provided in the rotor housing, wherein recesses are formed in respective outer peripheral surfaces of the rotor that define the working chambers,
A conical portion that spreads conically from the ignition point in the direction of rotation of the rotor and a hemispherical bulge from the tip of the conical portion, which is caused by the ignition of the air-fuel mixture before the top dead center of the compression stroke by the spark plug. When defining a virtual flame consisting of a part, the height L of the cone part is 17.5 mm, and the radius r of the bottom surface of the cone part and the radius r of the hemispherical bulge part are 12.5 mm,
At 49° before top dead center of the compression stroke, the virtual flame geometrically interferes with the rotor and the rotor housing. 3 ), and the S/V ratio is 0.13 or more and 0.2037 or less, where S (mm 2 ) is the total area of the surface where the virtual flame contacts the rotor and the rotor housing, A recess is formed in the rotor.
ここに、圧縮行程上死点前において、混合気に点火すると、火炎が放射状に伝播しながら、ロータ回転方向のトレーリング側からリーディング側への混合気のスキッシュ流により、火炎の中心がロータ回転方向に移動する。そのため、点火後の燃焼初期の火炎形状は、おおよそ、点火プラグによる点火点からスキッシュ流によって当該移動方向に円錐状に拡大し、先端面が火炎の伝播によって半球状に膨出した形となる。このことに基づいて、仮想火炎の形状を上述の如く定めている。仮想火炎の円錐部の高さLは、火炎の中心のロータ回転方向への移動距離に相当し、上記仮想火炎の円錐部の底面及び半球部の半径rは、火炎の伝播距離に相当する。 Here, when the air-fuel mixture is ignited before the top dead center of the compression stroke, the flame propagates radially, and the squish flow of the air-fuel mixture from the trailing side to the leading side in the rotor rotation direction causes the center of the flame to rotate the rotor. move in the direction Therefore, the shape of the flame in the early stage of combustion after ignition expands conically from the ignition point of the spark plug in the moving direction due to the squish flow, and the tip surface swells into a hemispherical shape due to flame propagation. Based on this, the shape of the virtual flame is determined as described above. The height L of the virtual flame cone corresponds to the moving distance of the center of the flame in the direction of rotation of the rotor, and the radius r of the bottom surface and hemispherical portion of the virtual flame cone corresponds to the propagation distance of the flame.
仮想火炎がロータ及びロータハウジングと幾何学的に干渉するとき、その干渉している部分からロータ及びロータハウジングに熱を奪われる。これは冷却損失である。そうして、圧縮行程上死点前49゜の時点において、仮想火炎におけるロータ及びロータハウジングと干渉しない部分の体積Vと、ロータ及びロータハウジングと接触する合計面積をSとしたとき、S/V比が0.2037以下であるということは、燃焼初期における火炎からの冷却損失が少ないことを意味する。この壁面熱伝達の低減により、火炎が成長し易くなり、点火時期を大きく進角させても、着火ロバストが確保されるとともに、着火遅れ期間の短縮にも有利になる。従って、EGR要求時において、点火時期の調整による燃焼重心の最適化が容易になり、熱効率の改善に有利になる。
When the virtual flame geometrically interferes with the rotor and rotor housing, heat is transferred to the rotor and rotor housing from the interfering portions. This is cooling loss. Then, at 49° before the top dead center of the compression stroke, when the volume of the portion of the virtual flame that does not interfere with the rotor and rotor housing is V, and the total area of contact with the rotor and rotor housing is S, S/V A ratio of 0.2037 or less means that the cooling loss from the flame at the initial stage of combustion is small. This reduction in wall heat transfer makes it easier for the flame to grow, ensuring robust ignition even if the ignition timing is greatly advanced, and is advantageous in shortening the ignition delay period. Therefore, when EGR is required, it becomes easier to optimize the center of gravity of combustion by adjusting the ignition timing, which is advantageous for improving thermal efficiency.
上記S/V比の下限値は0.13とすることができる。この下限値は、仮想火炎がロータとは干渉せず、ロータハウジングのみに干渉するケースである。 The lower limit of the S/V ratio can be set to 0.13. This lower limit is the case where the virtual flame does not interfere with the rotor, but only with the rotor housing.
一実施形態では、上記ロータの外周面のリセスは、該外周面の長手方向の中央より上記回転方向の前方に延びるリーディング側凹部と、該凹部に連続し当該中央より上記回転方向の手前側に延びるトレーリング側凹部とを備え、
上記リーディング側凹部は、上記トレーリング側凹部よりも容積が大きくなっている。
In one embodiment, the recess in the outer peripheral surface of the rotor includes a leading-side concave portion extending forward in the rotational direction from the center in the longitudinal direction of the outer peripheral surface, and a concave portion extending forward in the rotational direction from the center in the longitudinal direction of the outer peripheral surface. an extending trailing side recess,
The leading side recess has a larger volume than the trailing side recess.
これにより、リーディング側凹部とトレーリング側凹部の容積が同等である場合に比べて、仮想火炎におけるロータ及びロータハウジングと干渉しない部分の体積Vが大きくなるため、上記S/V比を小さくする上で有利になる。 As a result, the volume V of the portion of the virtual flame that does not interfere with the rotor and the rotor housing becomes larger than when the volumes of the leading-side recess and the trailing-side recess are equal, so that the S/V ratio can be reduced. will be advantageous.
一実施形態では、上記リーディング側凹部は、上記点火プラグによる点火点に対応する中央が最も深くなるようにくぼんだ深み部を備え、該深み部は、上記トレーリング側凹部よりも深く、上記仮想火炎の半球状の膨出部の直径よりも幅広であり、且つ上記膨出部の半径よりも大きな曲率半径を有する凹曲面に形成されている。これにより、仮想火炎における上記体積Vが大きくしながら、ロータと接触する面積を小さくすることができ、上記S/V比を小さくする上で有利になる。 In one embodiment, the leading-side recess includes a recessed deep portion that is the deepest at a center corresponding to the ignition point of the spark plug, and the deep portion is deeper than the trailing-side recess and the virtual It is wider than the diameter of the hemispherical bulging portion of the flame and formed into a concave curved surface having a radius of curvature larger than the radius of the bulging portion. As a result, the area of contact with the rotor can be reduced while the volume V of the virtual flame is increased, which is advantageous in reducing the S/V ratio.
一実施形態では、上記作動室の幾何学的な圧縮比が9.7以上である。作動室の幾何学的な圧縮比を9.7以上に設定しながら、上述の如く、S/V比を0.2037以下にするから、エンジンの燃焼圧が出力軸の回転に変換される機械的な効率を確保しながら、冷却損失を抑制することができ、よって、熱効率を高くすることができる。
In one embodiment, the working chamber has a geometric compression ratio of 9.7 or greater. While setting the geometric compression ratio of the working chamber to 9.7 or more, as described above, the S/V ratio is set to 0.2037 or less, so the engine combustion pressure is converted to the rotation of the output shaft. It is possible to suppress the cooling loss while securing the effective efficiency, and thus the thermal efficiency can be increased.
本発明によれば、仮想火炎におけるロータ及びロータハウジングと干渉しない部分の体積Vに対する、ロータ及びロータハウジングと接触する面積Sの比であるS/V比が0.2037以下であるから、燃焼初期の火炎からの冷却損失が少なくなるため、着火ロバスト性が向上するとともに、着火遅れ期間の短縮が図れ、点火時期の進角によって燃焼重心を最適化することが容易になり、熱効率の改善に有利になる。
According to the present invention, the S/V ratio, which is the ratio of the area S in contact with the rotor and rotor housing to the volume V of the portion of the virtual flame that does not interfere with the rotor and rotor housing, is 0.2037 or less. Since the cooling loss from the flame is reduced, the ignition robustness is improved and the ignition delay period is shortened, making it easier to optimize the combustion center of gravity by advancing the ignition timing, which is advantageous for improving thermal efficiency. become.
以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。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、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the form for implementing this invention is demonstrated based on drawing. The following description of preferred embodiments is merely exemplary in nature and is not intended to limit the invention, its applications or uses.
<ロータリピストンエンジンの全体構成>
図1に示すロータリピストンエンジン1(以下、単にエンジン1という)は、車両に搭載されるものであって、2つのロータ2を備えている。各々ロータ2を収容する2つのロータハウジング3間にインターミディエイトハウジング4が設けられている。2つのロータハウジング3の両外側にサイドハウジング5が設けられている。1つのロータハウジング3に着目すれば、インターミディエイトハウジング4は、そのロータハウジング3の片側にあって、ロータハウジング3及びサイドハウジング5と共にロータ収容室31を形成するサイドハウジングであると位置付けることができる。
<Overall Configuration of Rotary Piston Engine>
A rotary piston engine 1 (hereinafter simply referred to as engine 1 ) shown in FIG. 1 is mounted on a vehicle and includes two
図1では、エンジン1のフロント側(図1の右側)の一部を切り欠いてエンジン内部を示すとともに、リヤ側(図1の左側)のサイドハウジング5もエンジン内部を示すために分離して示している。図中の符号Xは、出力軸としてのエキセントリックシャフトの回転軸心である。
In FIG. 1, a portion of the front side (right side in FIG. 1) of the
図2に示すように、ロータハウジング3は、平行トロコイド曲線で描かれる回転軸心Xの方向から見て略楕円形状(俵型)のトロコイド内周面3aを有する。図1に示すように、ロータハウジング3の内周面とインターミディエイトハウジング4の両側の内側面4aとサイドハウジング5の内側面5aによってロータ収容室31が形成され、このロータ収容室31にロータ2が収容されている。インターミディエイトハウジング4の両側のロータ収容室31は、ロータ2の回転位相が異なっている点を除けば構成は同じである。
As shown in FIG. 2, 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した略三角形状をなし、その三角形の頂部間の略長方形状の外周面2aにリセス7が形成されている。ロータ2の三角形の各頂部に設けられたアペックスシール9がロータ2の回転に伴ってロータハウジング3のトロコイド内周面3aに摺接する。このロータ2によって、図2に示すように、ロータ収容室31の内部が3つの作動室8に区画されている。
The
ロータ2は、エキセントリックシャフト6の偏心輪6aに支持されていて、自転しながら、回転軸心Xの周りに該自転と同方向に公転する(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(燃焼)及び排気の各行程が行われる。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。
The
図2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、回転軸心Xを通るロータ収容室31の長軸Yを境に分けられるロータ収容室31の左側が概ね吸気行程及び排気行程の領域となり、右側が概ね圧縮行程及び膨張行程の領域となる。
In FIG. 2, the
図1に示すように、インターミディエイトハウジング4の内側面4aとサイドハウジング5の内側面5aにおける上記吸気行程及び排気行程の領域に対応する部位に、吸気ポート11~13及び排気ポート10が開口している。図示は省略しているが、吸気行程ないし圧縮行程の作動室8に燃料を噴射する燃料噴射弁がロータハウジング3の頂部に設けられている。
As shown in FIG. 1,
図2に示すように、ロータハウジング3の側部における、回転軸心Xを通るロータ収容室31の短軸Zを挟んだロータ回転方向のリーディング側位置及びトレーリング側位置に、リーディング側点火プラグ91(以下、「L側点火プラグ91」という。)及びトレーリング側点火プラグ92(以下、「T側点火プラグ92」という。)が取り付けられている。なお、長軸Yと短軸Zは互いに直交している。
As shown in FIG. 2, leading-side spark plugs are installed at leading-side and trailing-side positions in the rotor rotation direction with the short axis Z of the
図示は省略するが、ロータリピストンエンジン1は、排気ガスの一部を吸気通路に環流するEGR装置を備え、エンジン運転状態に応じて排気ガスの環流が行なわれる。
Although not shown, the
また、ロータリピストンエンジン1は、吸気スロットル弁、燃料噴射弁、点火プラグ91,92及びEGR装置の作動を含めて、上記エンジンの作動を制御する制御部としてのコントロールユニットを備えている。
The
<コントロールユニットについて>
コントロールユニットは、マイクロコンピュータをベースとするものであって、プログラムを実行する中央演算処理装置(CPU)と、例えばRAMやROMにより構成されてプログラム及びデータを格納するメモリと、信号入出力(I/O)バスとを備えている。コントロールユニットには、車両のアクセル開度センサ、車速センサ、エンジン回転角センサ、空燃比センサ、エンジン水温センサ、エアフローセンサ等からの各種情報の信号が入力される。
<About control unit>
The control unit is based on a microcomputer, and includes a central processing unit (CPU) that executes programs, a memory that stores programs and data, for example, RAM and ROM, and a signal input/output (I /O) bus. The control unit receives signals of various information from a vehicle accelerator opening sensor, vehicle speed sensor, engine rotation angle sensor, air-fuel ratio sensor, engine coolant temperature sensor, air flow sensor, and the like.
コントロールユニットは、入力信号に基いて、エンジン1の運転状態を判定するとともに、その運転状態に応じて、スロットル弁の開度、EGR装置によるEGR率、各作動室8におけるL側及びT側の点火プラグ91,92による点火時期、燃料噴射弁による燃料噴射量及び燃料噴射タイミングの制御を行なう。
The control unit determines the operating state of the
点火時期に関しては、L側点火プラグ91による点火時期を、T側点火プラグ92による点火時期よりも進角側のBTDC(圧縮行程上死点前)15゜以上55゜以下の範囲に設定し、該設定に基づいてL側及びT側の点火コイルの通電時期を制御する。
As for the ignition timing, the ignition timing by the L-
L側点火プラグ91による点火時期は、燃焼重心がATDC(圧縮行程上死点後)10゜~30゜の熱効率が高い適切な位置にくるように、EGR率に応じて制御される。なお、図2に示す鎖線で示すように、ロータ2の頂点の1つが点火プラグ91,92の反対側において短軸Z上に位置付けられているとき、当該頂点の反対側に位置する作動室が圧縮行程上死点になっている。
The ignition timing by the L-
EGR率が高くなるほど着火遅れ期間が長くなるとともに、燃焼重心がリタードしていく。そこで、EGR率に応じて着火遅れ期間を設定するとともに、EGR率に応じて目標熱発生開始時期(見掛けの熱発生開始の目標時期)を設定する。そうして、目標熱発生開始時期から着火遅れ期間だけ進角した時期がL側点火プラグ91の点火時期とされる。
The higher the EGR rate, the longer the ignition delay period and the more retarded the center of gravity of combustion. Therefore, the ignition delay period is set according to the EGR rate, and the target heat generation start timing (apparent heat generation start target timing) is set according to the EGR rate. Then, the ignition timing of the L-
また、このL側点火プラグ91の点火時期は、エンジン負荷(スロットル弁の開度)及びエンジン回転数に応じて補正される。すなわち、当該点火時期は、エンジン負荷が高くなるほど遅角され、エンジン回転数が高くなるほど進角される。
Also, the ignition timing of the L-
T側点火プラグ92による点火時期は、L側点火プラグ91の点火時期から所定角度遅角した時期に制御される。
The ignition timing of the T-
<ロータのリセスについて>
図3に示すように、ロータ2の外周面2aに形成されたリセス7は、ロータ回転方向に長く延びている。リセス7は、外周面2aの長手方向の中央よりロータ回転方向の前方に延びるリーディング側凹部7a(以下、「L側凹部7a」という。)と、該L側凹部7aに連続し上記外周面2aの中央よりロータ回転方向の手前側に延びるT側凹部7b(以下、「T側凹部7個」という。)とを備えている。このリセス7の容積は、作動室8の幾何学的な圧縮比が9.7以上になるように設定されている。
<Regarding the rotor recess>
As shown in FIG. 3, the
ロータ2の外周面2aの平面視において、L側凹部7aは、ロータ回転方向の前方に向かって幅がなだらかに広がり先端が円弧状になっている。換言すれば、L側凹部7aは、ロータ回転方向の前方に向かって電球状に膨大した形状になっている。一方、T側凹部7bは、L側凹部7aにおける幅が狭くなった基部に連続して同じ幅でロータ回転方向の手前側に延び、その端部は幅が先細で狭まり、端縁はロータ2の幅方向に直線的に延びている。
In a plan view of the outer
外周面2aの長手方向の中央よりロータ回転方向の前方に延びるL側凹部7aの長さL1は、外周面2aの長手方向の中央よりロータ回転方向の手前側に延びるT側凹部7bの長さL2よりも長くなっている。L側凹部7aのロータ回転方向の先端と上記外周面の回転方向の先端との距離Ldは、外周面2aのロータ回転方向の長さLoの5/100以上15/100以下になっている。後述するS/V比を比較例1よりも小さくするために、好ましいLd/Lo比は5/100以上12/100以下であり、さらに、BTDC49゜でS/V比が小さくなるように、より好ましいLd/Lo比は7/100以上10/100以下である。
The length L1 of the L-
図4~図6に示すように、L側凹部7aは、L側点火プラグ91の点火点に対応する中央が最も深くなるようにくぼんだ深み部15を備えている。深み部15は、T側凹部7bよりも深く、ロータ2の外周面2aの幅方向の両側及びロータ回転方向の前方に行くに従って漸次浅くなるように湾曲した凹曲面に形成されている。この深み部15の幅W1は、T側凹部7bの幅W2よりも大きく、さらに、後述する仮想火炎の半球状膨出部の直径よりも大きい。また、深み部15の曲率半径はその半球状膨出部の半径よりも大きい。
As shown in FIGS. 4 to 6, the L-side recessed
図7は、ロータ2の外周面2aの長手方向におけるリセス7の断面積(ロータ回転方向に直交する断面積)の変化を示す。
FIG. 7 shows changes in the cross-sectional area of the
L側凹部7aの断面積は、外周面2aの長手方向の中央からロータ回転方向の前方に向かって、リーディング側全長(外周面2aの長手方向の中央から前端に至る長さ)の20/100付近までは略一定の小断面積であり、その付近を越えると漸次増大し、リーディング側全長の50/100を超えた付近で最大になり、その後漸次小さくなっている。T側凹部7bの断面積は、外周面2aの長手方向の中央からロータ回転方向の手前側に向かって、トレーリング側全長(外周面2aの長手方向の中央から後端に至る長さ)の20/100ないし30/100付近までは、L側凹部7aの小断面積部分と略同じ断面積であり、その付近を越えると、漸次小さくなっている。
The cross-sectional area of the L-side
L側凹部7aについては、外周面2aの長手方向中央を基点として、例えば、リーディング側全長の15/100以上30/100以下の範囲に断面積の増大開始点を設け、断面積最大位置をリーディング側全長の50/100以上70/100以下の範囲に設けることが好ましい。BTDC49゜でS/V比が小さくなるようにするためである。
Regarding the L-side recessed
以上から明らかなように、L側凹部7aの容積V1は、T側凹部7bの容積V2よりも大きくなっている。好ましい容積比V1/V2は60/40以上80/20以下である。
As is clear from the above, the volume V1 of the L-
<仮想火炎及びS/V比について>
L側点火プラグ91によって圧縮行程上死点前の混合気に点火すると、当該点火点から火炎が放射状に伝播しながら、作動室8の容積変化に伴うトレーリング側からリーディング側へのスキッシュ流によって該火炎の中心がロータ回転方向に移動する。その場合に生ずる火炎の形状は、ロータ2及びロータハウジング3との干渉がないと仮定すれば、理想的には、図8に示すように、点火点から当該移動方向に円錐状に拡大し、先端面が半球状に膨出した形状になる。すなわち、火炎形状は、火炎中心の移動距離をLとし、火炎の中心からの伝播距離をrとすると、底面の直径が2×rで高さがLである円錐部16aと、半径rの半球状膨出部16bとが合体したものになる。
<Regarding virtual flame and S/V ratio>
When the L-
そこで、L側点火プラグ91による圧縮行程上死点前の混合気の点火により生ずる仮想火炎16を定義する。すなわち、それは、上記円錐部16aの高さLが17.5mmであり、上記半球状膨出部16bの半径rが12.5mmである仮想火炎16である。この仮想火炎16の体積は、円錐部の体積(1/3×πr2×L)と半球状膨出部16bの体積(2/3×πr3)の和である。この仮想火炎は見掛けの熱発生開始時点の火炎を想定したものである。
Therefore, a
以下、図9に示すBTDC49゜の時点における、仮想火炎16とロータ2及びロータハウジング3との幾何学的干渉に基づいて、ロータ2の外周面2aのリセス7の好ましい態様を説明する。
A preferred embodiment of the
仮想火炎16は、BTDC49゜の時点のロータ2及びロータハウジング3と幾何学的に干渉する。この仮想火炎16におけるロータ2及びロータハウジング3と干渉しない部分(図9において破断斜線を付けた部分)の体積(以下、「非干渉体積」という。)をV(mm3)とし、仮想火炎16がロータ2及びロータハウジング3とが接触している面の合計の面積(非干渉体積Vの部分とロータ2及びロータハウジング3との接触面積。以下、「接触面積」という。)をS(mm2)とする。
The
仮想火炎16の非干渉体積Vの部分は、ロータ2及びロータハウジング3に接触している面(接触面積Sの部分)からロータ2及びロータハウジング3に熱を奪われる。これは冷却損失である。この場合、非干渉体積Vに比して接触面積Sが大きくなるほど冷却損失が大きくなる。
The portion of the non-interference volume V of the
従って、非干渉体積Vと接触面積Sの比であるS/V比を定義することにより、仮想火炎16に基づいて当該ロータリピストンエンジンの燃焼初期の冷却損失の大きさを見積もることができる。好ましいS/V比は0.2037以下である。S/V比が0.2037以下であるということは、燃焼初期における火炎からの冷却損失が少ないことを意味する。
Therefore, by defining the S/V ratio, which is the ratio of the non-interference volume V to the contact area S, it is possible to estimate the magnitude of the cooling loss in the early stage of combustion of the rotary piston engine based on the
図10にBTDC24゜の時点のロータ2を示すように、仮想火炎16はL側凹部7aをロータ回転方向の前方に延びている。同図から明らかなように、冷却損失を抑制するには、火炎とロータ2との干渉が小さくなるように、L側凹部7aにおける前方寄りの部分に上述の深み部15を形成してその断面積を大きくすれば良いことがわかる。
As shown in FIG. 10 for the
ここに、L側凹部7aを大きくしていくと、仮想火炎16は、ロータ2との干渉が少なくなるが、ロータハウジング3との干渉には変わりがない。すなわち、仮想火炎16は、おおよそ、円錐状拡大部の軸心を通る縦断面で二分した片側半分がロータハウジング3と干渉する。L側凹部7aが大きくなって仮想火炎16がロータ2と干渉しなくなったときの、仮想火炎16の非干渉体積Vは、仮想火炎16の全体積の約半分であるから、V=1/2×(1/3×πr2×L+2/3×πr3)である。仮想火炎16のロータハウジング3との接触面積Sは、S=r×L+(1/2)πr2である。このことを考慮すれば、S/V比の下限は0.13程度にすることが好ましいということができる。
Here, if the L-side
[実施例・比較例]
図11及び図12に示すリセスの構成が異なる実施例1~6及び比較例1,2のロータを作成した。図11,12において、実施例1~6及び比較例1,2各々の左側図はBTDC49゜のロータ2と点火プラグ91,92の関係を示し、右側図は作動室8と仮想火炎16の関係を示すL側点火プラグ91付近の拡大図である。左側図において、その右側に示すリセス7に表した白丸と黒点はL側点火プラグ91及びT側点火プラグ91の位置を示す。実施例1~7及び比較例1,2のリセス容積、S/V比等を表1に示す。
[Example/Comparative example]
Rotors of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2 having different recess configurations shown in FIGS. 11 and 12 were produced. 11 and 12, the left side diagrams of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2 show the relationship between the
比較例1は、ロータ2の外周面に略一定深さの長方形状の皿形リセス7を形成した例であり、L側凹部とT側凹部の容積比V1/V2は50/50である。比較例1は、L側凹部の先端がL側点火プラグ91の位置付近にあるため、仮想火炎16とロータ2の干渉が大きくなり、その結果、S/V比が大きくなっている。
Comparative Example 1 is an example in which a rectangular dish-shaped
比較例2は、比較例1に比べて、リセス7の全体をロータ回転方向の前方にずらし、L側凹部の先端をロータ回転方向前方に少し膨出させたものであり、V1/V2は64/36であり、リセス全容積が若干大きくなっている。比較例2は、L側凹部先端のロータ回転方向前方への膨出量が少ないため、比較例1と同様に、S/V比が大きくなっている。
In Comparative Example 2, compared to Comparative Example 1, the
実施例1は、比較例1に比べて、リセス7を細長にしてL側凹部の先端をロータ回転方向の前方に延ばし、且つL側凹部の先端寄りの部分に深み部を形成したものである。その結果、仮想火炎とロータとの干渉が小さくなって、S/V比が小さくなっている。V1/V2は65/35であり、リセス全容積は比較例1に比べて若干大きくなっている。
In Example 1, compared to Comparative Example 1, the
実施例2は、比較例1に比べて、リセス7を細長にしてL側凹部の先端をロータ回転方向の前方に延ばし、且つリセス全体を深くしたものである。その結果、仮想火炎とロータとの干渉が小さくなって、S/V比が小さくなっている。V1/V2は64/36であり、リセス全容積は比較例1に比べて若干大きくなっている。
In Example 2, compared with Comparative Example 1, the
実施例3は、比較例1に比べて、T側凹部を幅狭にしてL側凹部を先端をロータ回転方向の前方に延ばし、且つL側凹部の先端寄りの部分に深み部を形成したものである。その結果、仮想火炎とロータとの干渉が小さくなって、S/V比が小さくなっている。V1/V2は65/35であり、リセス全容積は比較例1に比べて若干大きくなっている。 In Example 3, compared to Comparative Example 1, the width of the T-side recess is narrowed, the tip of the L-side recess is extended forward in the direction of rotation of the rotor, and a deep portion is formed in the portion near the tip of the L-side recess. is. As a result, the interference between the virtual flame and the rotor is reduced and the S/V ratio is reduced. V1/V2 is 65/35, and the recess total volume is slightly larger than that of Comparative Example 1.
実施例4は、比較例1に比べて、リセス7を細長にしてL側凹部の先端をロータ回転方向の前方に延ばしたものである。その結果、仮想火炎とロータとの干渉が小さくなって、S/V比が小さくなっているが、L側凹部に深み部がない分、実施例1よりもS/V比が大きくなっている。V1/V2は64/36であり、リセス全容積は比較例1に比べて若干大きくなっている。
In the fourth embodiment, compared with the first comparative example, the
実施例5は、比較例1に比べて、リセス7をロータ回転方向前方にずらし、さらに、L側凹部の先端をロータ回転方向前方に延ばしたものである。その結果、仮想火炎とロータとの干渉が小さくなって、S/V比が小さくなっているが、L側凹部に深み部がない分、実施例1よりもS/V比が大きくなっている。V1/V2は63/37であり、リセス全容積は比較例1に比べて若干大きくなっている。
In Example 5, compared to Comparative Example 1, the
実施例6は、リセス7の幅をロータ回転方向前方に行くに従って漸次拡大させ、L側凹部の先端をロータ回転方向前方に延ばし、且つL側凹部の先端寄りの部分に深み部を形成したものである。L側凹部は比較例1よりも深くなっている。その結果、仮想火炎とロータとの干渉が小さくなって、S/V比が小さくなっている。リセス全容積は比較例1と同じであるが、V1/V2は79/21であり、圧縮比は比較例1よりも大きくなっている。
In the sixth embodiment, the width of the
実施例7は、図3乃至図7、図9及び図10に示すものであり、L側凹部7aをロータ回転方向前方に向かって電球状に膨大させ、該L側凹部に深み部を設けたことにより、仮想火炎とロータとの干渉が小さくなって、S/V比が小さくなっている。V1/V2は78/22である。
表1において、全容積VtはBTDC49゜におけるロータのリセスを含む作動室の容積である。V/Vt比は、作動室の容積Vtに対する仮想火炎16の非干渉容積Vの比であるから、言うならば、火炎成長の潜在力を表す。V/Vt比が大きくなるほど、火炎が成長し易く、従って、着火遅れ期間及び燃焼期間の短縮に有利になる。非干渉体積Vが大きくなると、圧縮比=9.7以上を確保することが難しくなるから、V/Vt比は0.014以上0.026以下であることが好ましい。図13は、S/V比とV/Vt比の関係を示すグラフである。
In Table 1, total volume Vt is the volume of the working chamber including the rotor recess at 49° BTDC. The V/Vt ratio is the ratio of the non-interfering volume V of the
比較例1と実施例6について、エンジン回転数1500rpm、軸出力294kPa、EGR率30%において熱発生特性を評価した。S/V比が小さい実施例6では、図14に示すように、L側点火プラグ91の点火時期をATDC-49゜まで進角することができたため(比較例1のL側点火プラグ91の点火時期はATDC-40゜)、見掛けの熱発生開始時点がATDC-24゜付近となり、燃焼期間が短くなって燃焼重心がアドバンスし、熱効率が改善することが認められた。なお、比較例1及び実施例6のT側点火プラグ92の点火時期はATDC-17゜とした。
Regarding Comparative Example 1 and Example 6, heat generation characteristics were evaluated at an engine speed of 1500 rpm, a shaft output of 294 kPa, and an EGR rate of 30%. In Example 6 with a small S/V ratio, as shown in FIG. 14, the ignition timing of the L
そこで、比較例1,2及び実施例6について、エンジン回転数1500rpm、軸出力294kPa、EGR率30%において燃費の計測を行なった。その結果をS/V比及びV/Vt比各々と燃費改善率との関係にまとめた。燃費改善率は、比較例1をベースとして算出した。S/V比と燃費改善率の関係を図15に示す。V/Vt比と燃費改善率との関係を図16に示す。 Therefore, for Comparative Examples 1 and 2 and Example 6, the fuel consumption was measured at an engine speed of 1500 rpm, a shaft output of 294 kPa, and an EGR rate of 30%. The results are summarized in the relationship between the S/V ratio and V/Vt ratio and the fuel efficiency improvement rate. The fuel efficiency improvement rate was calculated based on Comparative Example 1. FIG. 15 shows the relationship between the S/V ratio and the fuel efficiency improvement rate. FIG. 16 shows the relationship between the V/Vt ratio and the fuel efficiency improvement rate.
図15によれば、S/V比が小さくなるに従って燃費が改善していくことがわかる。図16によれば、V/Vt比が大きくなるに従って燃費が改善していくことがわかる。 According to FIG. 15, it can be seen that the fuel consumption improves as the S/V ratio decreases. It can be seen from FIG. 16 that the fuel efficiency improves as the V/Vt ratio increases.
1 ロータリピストンエンジン
2 ロータ
2a 外周面
3 ローターハウジング
3a トロコイド内周面
4,5 サイドハウジング
7 リセス
7a L側凹部
7b T側凹部
8 作動室
15 深み部
16 仮想火炎
16a 円錐部
16b 半球状膨出部
31 ロータ収容室
91 L側点火プラグ
92 T側点火プラグ
Y 長軸
Z 短軸
1
Claims (4)
上記点火プラグによる圧縮行程上死点前の混合気の点火により生ずる、当該点火点から上記ロータの回転方向に円錐状に広がった円錐部と該円錐部の先端から半球状に膨出した膨出部とよりなり、上記円錐部の高さLが17.5mmであり、上記円錐部の底面の半径r及び上記半球状膨出部の半径rが12.5mmである仮想火炎を定義したとき、
圧縮行程上死点前49゜の時点において、上記仮想火炎は上記ロータ及び上記ロータハウジングと幾何学的に干渉し、該仮想火炎における上記ロータ及び上記ロータハウジングと干渉しない部分の体積をV(mm3)とし、該仮想火炎が上記ロータ及び上記ロータハウジングと接触する面の合計の面積をS(mm2)としたとき、S/V比が0.13以上0.2037以下となるように、上記ロータのリセスが形成されていることを特徴とするロータリピストンエンジン。 a rotor housing having a substantially elliptical trochoidal inner peripheral surface; side housings arranged on both sides of the rotor housing to form a rotor housing chamber together with the rotor housing; a substantially triangular rotor that partitions the chamber into three working chambers, moves the working chambers in the circumferential direction by rotation, and sequentially performs intake, compression, expansion and exhaust strokes in each working chamber; and a spark plug provided in a rotor housing, wherein recesses are formed in respective outer peripheral surfaces of the rotor defining the working chambers,
A conical portion that spreads conically from the ignition point in the direction of rotation of the rotor and a hemispherical bulge from the tip of the conical portion, which is caused by the ignition of the air-fuel mixture before the top dead center of the compression stroke by the spark plug. When defining a virtual flame consisting of a part, the height L of the cone part is 17.5 mm, and the radius r of the bottom surface of the cone part and the radius r of the hemispherical bulge part are 12.5 mm,
At 49° before top dead center of the compression stroke, the virtual flame geometrically interferes with the rotor and the rotor housing. 3 ), and the S/V ratio is 0.13 or more and 0.2037 or less, where S (mm 2 ) is the total area of the surface where the virtual flame contacts the rotor and the rotor housing, A rotary piston engine, wherein a recess is formed in the rotor.
上記ロータの外周面のリセスは、該外周面の長手方向の中央より上記回転方向の前方に延びるリーディング側凹部と、該凹部に連続し当該中央より上記回転方向の手前側に延びるトレーリング側凹部とを備え、
上記リーディング側凹部は、上記トレーリング側凹部よりも容積が大きくなっていることを特徴とするロータリピストンエンジン。 In claim 1,
The recess in the outer peripheral surface of the rotor includes a leading side recess extending forward in the rotational direction from the center in the longitudinal direction of the outer peripheral surface, and a trailing side recess continuing from the recess and extending forward in the rotational direction from the center. and
The rotary piston engine, wherein the leading side recess has a larger volume than the trailing side recess.
上記リーディング側凹部は、上記点火プラグによる点火点に対応する中央が最も深くなるようにくぼんだ深み部を備え、
上記深み部は、上記トレーリング側凹部よりも深く、上記仮想火炎の半球状の膨出部の直径よりも幅広であり、且つ上記膨出部の半径よりも大きな曲率半径を有する凹曲面に形成されていることを特徴とするロータリピストンエンジン。 In claim 2,
The leading-side concave portion has a deep portion that is recessed so that the center corresponding to the ignition point of the spark plug is the deepest,
The deep portion is deeper than the trailing recess, is wider than the diameter of the hemispherical bulging portion of the virtual flame, and is formed into a concave curved surface having a radius of curvature larger than the radius of the bulging portion. A rotary piston engine characterized by:
上記作動室の幾何学的な圧縮比が9.7以上であることを特徴とするロータリピストンエンジン。 In any one of claims 1 to 3,
A rotary piston engine, wherein the geometric compression ratio of the working chamber is 9.7 or more.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018134314A JP7305930B2 (en) | 2018-07-17 | 2018-07-17 | rotary piston engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018134314A JP7305930B2 (en) | 2018-07-17 | 2018-07-17 | rotary piston engine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020012409A JP2020012409A (en) | 2020-01-23 |
JP7305930B2 true JP7305930B2 (en) | 2023-07-11 |
Family
ID=69168797
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018134314A Active JP7305930B2 (en) | 2018-07-17 | 2018-07-17 | rotary piston engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7305930B2 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004116497A (en) | 2002-09-30 | 2004-04-15 | Mazda Motor Corp | Ignition control device for rotary engine |
JP2009115077A (en) | 2007-10-17 | 2009-05-28 | Mazda Motor Corp | Rotary piston engine and method for designing the same method |
JP2011202642A (en) | 2010-03-26 | 2011-10-13 | Mazda Motor Corp | Rotary piston engine |
JP2015078664A (en) | 2013-10-18 | 2015-04-23 | マツダ株式会社 | Rotary piston engine |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5125618A (en) * | 1974-08-27 | 1976-03-02 | Shaku Fuu On | ROOTARIIENJINNIOKERU ROOTAA |
DE2540702C3 (en) * | 1975-09-12 | 1979-05-23 | Audi Nsu Auto Union Ag, 7107 Neckarsulm | Rotary piston internal combustion engine in trochoid design with spark ignition and fuel injection |
JPS52137521A (en) * | 1976-05-12 | 1977-11-17 | Kenji Eriguchi | Method and apparatus for high compression combustion of mixture in rotary engine |
JPS53137316A (en) * | 1977-05-06 | 1978-11-30 | Tadakatsu Ishimi | Rotary engine |
JPH0653729U (en) * | 1992-12-28 | 1994-07-22 | マツダ株式会社 | Rotor structure of rotary piston engine |
-
2018
- 2018-07-17 JP JP2018134314A patent/JP7305930B2/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004116497A (en) | 2002-09-30 | 2004-04-15 | Mazda Motor Corp | Ignition control device for rotary engine |
JP2009115077A (en) | 2007-10-17 | 2009-05-28 | Mazda Motor Corp | Rotary piston engine and method for designing the same method |
JP2011202642A (en) | 2010-03-26 | 2011-10-13 | Mazda Motor Corp | Rotary piston engine |
JP2015078664A (en) | 2013-10-18 | 2015-04-23 | マツダ株式会社 | Rotary piston engine |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2020012409A (en) | 2020-01-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7159662B2 (en) | rotary piston engine | |
JP4930479B2 (en) | Rotary piston engine and design method thereof | |
JP7305930B2 (en) | rotary piston engine | |
JP7159661B2 (en) | rotary piston engine | |
JP5544970B2 (en) | Rotary piston engine | |
JP3941258B2 (en) | In-cylinder direct injection internal combustion engine | |
JP2015504999A (en) | Rotary piston engine | |
JP3781536B2 (en) | Combustion chamber structure of in-cylinder injection engine | |
JP6137018B2 (en) | Rotary engine | |
JP7470036B2 (en) | diesel engine | |
JP5737076B2 (en) | Rotary piston engine | |
JP7405006B2 (en) | rotary engine | |
JP2023078856A (en) | rotary engine | |
JP2023078692A (en) | rotary engine | |
JP7415807B2 (en) | rotary engine | |
JP2023078693A (en) | rotary engine | |
US5343838A (en) | Dual radius rotor for pre-mixed-charge rotary engine combustion | |
JP2016113990A (en) | Internal combustion engine | |
JP2007085220A (en) | Combustion chamber structure for spark ignition engine | |
JP4075471B2 (en) | In-cylinder direct injection internal combustion engine | |
JP7372903B2 (en) | diesel engine | |
US11512663B2 (en) | Engine with combustion chamber | |
JP2005139988A (en) | Combustion chamber structure for cylinder direct injection type internal combustion engine | |
EP0150989B1 (en) | Spark ignited internal combustion engines | |
JPH0255833A (en) | Rotor for rotary engine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20210525 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220628 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20220630 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220819 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230110 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230221 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230530 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230612 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7305930 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |