JPH03117658A - 外燃式ロータリピストンエンジン - Google Patents

外燃式ロータリピストンエンジン

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Publication number
JPH03117658A
JPH03117658A JP25481589A JP25481589A JPH03117658A JP H03117658 A JPH03117658 A JP H03117658A JP 25481589 A JP25481589 A JP 25481589A JP 25481589 A JP25481589 A JP 25481589A JP H03117658 A JPH03117658 A JP H03117658A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
working gas
period
heat receiving
opening
timing
Prior art date
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Pending
Application number
JP25481589A
Other languages
English (en)
Inventor
Yasuaki Hasegawa
泰明 長谷川
Yuji Hamai
濱井 祐治
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mazda Motor Corp
Original Assignee
Mazda Motor Corp
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH03117658A publication Critical patent/JPH03117658A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B53/00Internal-combustion aspects of rotary-piston or oscillating-piston engines
    • F02B2053/005Wankel engines

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Applications Or Details Of Rotary Compressors (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、外部からの熱によって作動する外燃式ロータ
リピストンエンジンに関するものである。
(従来の技術およびその問題点) 従来より、外燃式エンジンとしては1例えば、特開昭6
1−212656号公報に見られるようなスターリング
エンジンが公知である。
このような外燃式エンジンは、連続燃焼により有害排出
物が少なく、シかも、各種熱の利用が可能で、静粛なエ
ンジンが構成できるなどの利点を有している。
しかして、上記のような外燃式エンジン、例えばスター
リングエンジンにおいては、少な(とも2つのピストン
が必要であり、コンパクトに構成することについては不
利である。また、ピストンの往1夏運動に伴って作動ガ
スを往復移動させることから、作動ガスの種類によって
エンジン特性が大きく異なり、空気のように分子機の大
きな作動ガスでは熱交換器を作動ガスが通過するときの
流動抵抗が大きくなり、ガス移動の分子に対する慣性の
影響からも低回転での運転しかできないものである。
上記点に対し、作動ガスとしてヘリウム、水素等の分子
機の小さいガスを使用して、空気より高い回転数での作
動を可能としているが、この場合には、逆に、ガスの密
封が困難であり、圧縮比が小さいため、高効率、高出力
化には作動ガス圧を大きくする必要がある。さらに、燃
焼エア供給フロア、ヘリウムまたは水素コンプレッサ、
蓄圧ボンベなどの補機類が多くなる問題を有している。
(発明が解決しようとする課題) 前述のような問題を解決すべ(、本出願人は、ロータリ
ピストンエンジンの基本的構成を利用して、コンパクト
でかつ空気を作動ガスとして使用可能な外燃式ロークリ
ピストンエンジンを開発した。この外燃式ロータリピス
トンエンジンは、基本的に次のような構成とされる。す
なわち、ロータハウジングとサイドハウジングとによる
ケーシング内をロータが遊星回転運動し、ロータ外周に
容積が変化する作動室が形成されたエンジン本体と、 圧縮上死点付近でトロコイド短軸より進み側および遅れ
側の作動室を結ぶ受熱通路と、該受熱通路を加熱する加
熱器と、 該加熱器による受熱部分と作動室への開口部との間の受
熱通路を所定のタイミングで開閉するバルブ手段と、 トロコイド長軸に対して上記開口部とは反対側に設けら
れ、作動ガスを吸入、排出する吸気ポートおよび排気ポ
ートと、を備えるように構成されている。
上記のような外燃式ロータリピストンエンジンでは、ロ
ータの回転に対して吸気ポートから作動室に吸入された
作動ガスは、圧縮され、この圧縮作動室からトロコイド
短軸より遅れ側の位置でバルブ手段によって開作動され
ている受熱通路を通って加熱機で加熱昇温され、圧力の
上昇した作動ガスが受熱通路によってトロコイド短軸よ
り進み側の位置で再び作動室に供給し、膨張してロータ
に対して仕事を行ってから排気ポートから排出するよう
に作動し、作動ガスの流れが常に一方向で慣性によるガ
ス移動の遅れがなく、作動ガスとして空気を使用しても
回転限界が高くなり、しかも1ピストンでサイクルを構
成するようにしてコンパクト化が有利となるようにして
いる。
本発明は、上述のような技術をさらに進めて、熱交換量
と熱効率とをさらに向上させ得るようにした外燃式ロー
タリピストンエンジンを提供することを目的とする。
(発明の構成、作用) 前述の目的を達成するため、本発明にあっては、次のよ
うな構成としである。
すなわち、 ロータハウジングとサイドハウジングとによるケーシン
グ内をロータが遊星回転運動し、ロータ外周に容積が変
化する作動室が形成されたエンジン本体と、 圧縮上死点付近でトロコイド短軸より進み側および遅れ
側の作動室を結ぶ受熱通路と、該受熱通路を加熱する加
熱器と、 該加熱器による受熱部分と作動室への開口部との間の受
熱通路を所定のタイミングで開閉するバルブ手段と、 トロコイド長軸に対して上記開口部とは反対側に設けら
れ、作動ガスを吸入、排出する吸気ポートおよび排気ポ
ートと、 を備え、前記吸気ポートの閉時期が圧縮行程中期に設定
されると共に、排気ポートの開時期が膨張行程中の作動
ガス圧が初期充填圧力とほぼ等しくなる時期に設定され
ている、 ような構成としである。
このように、本発明では、吸気ポートの閉時期を圧縮行
程中期となるように遅く設定しであるため、ポンプ損失
を低減して不必要な作動ガス温度上昇を抑えることがで
きる。これによって、加熱機による加熱効果すなわち熱
交換量が向上され、また熱効率が向上される。なお、吸
気ポート閉時期を遅くしたことに起因する作動ガス量の
確保は、初期充填圧力を高めることで解決される。
吸気ポート閉時期を遅くしているため、膨張行程でのポ
ンプ損失低減のために排気ポートの開時期を早めるとい
う要求が生じてくるが、この開時期は膨張行程中の作動
ガス圧力が初期充填圧力とほぼ等しくなる時期とされて
いるが、排気熱として捨てられるエネルギは小さくて済
み、全体としては熱効率の向上が図られる。
(実施例) 以下、図面に沿って本発明の実施例を詳細に説明する。
第1図は作動ガスを密封した形式の外燃式ロータリピス
トンエンジンの構造を示している。
本例のロータリピストンエンジンIAにおけるエンジン
本体2は、トロコイド上の内周面3aを有するロータハ
ウジング3と、ロータハウジング3の両側に配設された
サイドハウジング4とによって構成されている。このエ
ンジン本体2内には、多角形状のロータ6がその頂辺を
トロコイド状の内周面3aに摺接せしめながら遊星回転
運動するように配設され、この遊星回転運動によって容
積が変化する作動室7が形成されている。ロータ6は偏
心軸8に支承されており、このロータ6には、各作動室
7間のガスシール性を保つために、アペックスシール9
のほか、コーナシールおよびサイドシールが装着されて
いる。
上記ロータハウジング3には、圧縮上死点付近でトロコ
イド短軸αより遅れ側の位置に上流側開口部12が形成
されるとともに、進み側の位置に下流側開口部13が形
成され両開口部12.13は受熱通路14によって連通
されている。
上記ロータ6はその圧縮上死点近傍の回転位置にある場
合には、そのロータ面がトロコイド短軸α部分のロータ
ハウジング内周面3aと略接するように近接して、圧縮
作動室7を前室7aと後室7bとに分離するように構成
され、前記受熱通路14はこの前室7aと後室7bとを
連通する。
受熱通路14には、加熱器として熱変換器18が接続さ
れている。この熱変換器18の周囲では、図示を略すバ
ーナ用燃料噴射弁および該弁から噴射された燃料に着火
するための点火プラグが配設され、この燃料の燃焼によ
る高熱が、熱交換器18を介して受熱通路14内の作動
ガスを加熱する。
上記受熱通路14のうち、熱交換器18の上流側となる
上流側通路14aには、第1タイミングバルブ19が配
設され、また下流側通路14bには第2タイミングバル
ブ20が配設されている。
この両タイミングバルブ19.20は、偏心軸8と連動
されて、次のようなタイミングで受熱通路14を開く。
すなわち、第1タイミングバルブは、BTDC(上死点
前)135°で開き、ATDC30℃で閉じる。また、
第2タイミングバルブはBTDC30℃で開き、ATD
C200℃で閉じる。
また、前記ロータハウジング3には、トロコイド長軸β
に対して上記圧縮側の開口部12、A13とは反対側に
、作動ガスを吸入する吸気ポート23と、作動ガスを排
出する排気ポート24とが形成されている。この吸気ポ
ート23および排気ポート24には、吸気通路25およ
び排気通路26がそれぞれ接続され、両通路25.26
が熱交換器からなる冷却器27を介して連結されている
。この冷却器27には図示しない冷却水通路が接続され
て排気通路26から吸気通路25に流れる作動ガスの冷
却を行うように構成されている。
上記吸気ポート23は、第1図に示すように、既に市販
されている内燃式のロータリピストンエンジンに比して
ロータ6の回転方向にかなり長く伸び、これにより吸気
ポート23の閉時期が、圧縮行程中期となるように設定
されている。また、排気ポート24は、既に市販されて
いる内燃式のロータリピストンエンジンに比して、ロー
タの回転方向とは反対側にかなり長く伸び、これにより
排気が早いタイミングで行われるようになっている(膨
張行程中にある作動ガスの圧力が、吸気ポート23から
供給される吸気の圧力すなわち初期充填圧力とほぼ等し
くなる時期)。
上記構造において、エンジン本体2内の各作動室7、受
熱通路14、吸排気ポート23.24から吸排気通路2
5.26および冷却器27には作動ガスとして、空気、
H2、Heなとのガス、または水を含むベーパーなどが
充填され、密封される。
上記のような構成を有する本例の外燃式ロータリピスト
ンエンジンIAの作動を説明する。ロータ6の回転に対
し、各作動室7には冷却器27で冷却された作動ガスが
吸入されて圧縮され、その作動室7の前側のアペックス
シール9が上流側開口部12を越えた圧縮行程中期から
、第10−タリバルブ19の開作動に伴って後室7bの
作動ガスが受熱通路14の上流側通路14a内に流入し
、受熱パイプ14cの部分で加熱器18の熱によって加
熱される。温度が上昇して圧力も高くなった作動ガスは
、第10−タリバルブ19より遅れて開く第20−クリ
バルブ20の開作動に伴って下流側通路14bを通って
前室7aに流入する。この前室7aに流入した高温高圧
の作動ガスのエネルギによって、該作動室7は膨張して
ロータ6が回転駆動される。そして、排気ポート24が
開いて排気通路26から冷却器27に膨張後の作動ガス
が導入され、冷却されてから吸気ポート23を通って先
行する吸気作動室7に供給して、■サイクルを終了する
前記第10−タリバルブ19は、圧縮作動室7の後側の
アペックスシール9が通過する前に閉作動され、受熱通
路14によって圧縮行程の作動室7と吸気行程の作動室
7とが連通ずるのを防止する。また、次の作動室7が圧
縮行程となって第10−タリバルブ19が開作動する前
に第20−クリバルブ20が閉作動して、圧縮作動ガス
が排気側に流出するのを防止するものである。
前述のようなサイクルにおいて、作動ガスの圧力と体積
(作動室容積)との関係を第2図に、また、作動ガスの
圧力とクランク角(偏心軸8の回転角)との関係を第3
図に示しである。この第2図、第3図において、破線で
示すものが本実施例によるものであり、実線および一点
鎖線で示すものが比較例■、■である。比較例■のよう
に、第1タイミングバルブ19の開時期が早過ぎると、
ポンプ損失は減少するも早い時期から受熱するため、全
体として熱効率が低下してしまう。また、比較例■のよ
うに第1タイミングバルブ19の開時期が遅過ぎると、
圧縮時のポンプ損失が太き(なると共に、加熱器18に
流入する時の作動ガスの温度が高′(なり過ぎて、熱交
換量が減少してしまうことになる。
以上実施例では、作動ガスを循環させて使用する密閉式
のものについて説明したが、この循環を行わない開放式
のものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す断面系統図。 第2図、第3図は本発明の特性を比較例と共に示す図で
ある。 19、  A  4 8 0 3 4 α β :エンジン :エンジン本体 :ロータハウジング :サイドハウジング 二ロータ 二偏心軸 :受熱通路 :加熱器 :タイミングバルブ :吸気ポート :排気ポート :短軸 :長軸 第3図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ロータハウジングとサイドハウジングとによるケ
    ーシング内をロータが遊星回転運動し、ロータ外周に容
    積が変化する作動室が形成されたエンジン本体と、 圧縮上死点付近でトロコイド短軸より進み側および遅れ
    側の作動室を結ぶ受熱通路と、 該受熱通路を加熱する加熱器と、 該加熱器による受熱部分と作動室への開口部との間の受
    熱通路を所定のタイミングで開閉するバルブ手段と、 トロコイド長軸に対して上記開口部とは反対側に設けら
    れ、作動ガスを吸入、排出する吸気ポートおよび排気ポ
    ートと、 を備え、前記吸気ポートの閉時期が圧縮行程中期に設定
    されると共に、排気ポートの開時期が膨張行程中の作動
    ガス圧が初期充填圧力とほぼ等しくなる時期に設定され
    ている、 ことを特徴とする外燃式ロータリピストンエンジン。
JP25481589A 1989-09-29 1989-09-29 外燃式ロータリピストンエンジン Pending JPH03117658A (ja)

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