JPH0329967B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、３気筒以上の多気筒のロータリピス
トンエンジンにおいて、気筒間での圧力波の伝播
を利用して過給効果を持たせるようにした吸気装
置に関するものである。

（従来技術） 従来、ロータリピストンエンジンにおいて、吸
気通路内に生じる圧力波を利用して過給効果を持
たせようとしたものは種々提案されている。例え
ば実公昭45−2321号公報に示された装置では、単
一気筒のロータリピストンエンジンにおいて、吸
気管を寸法の異なる２本の通路に分け、異なる回
転数域でそれぞれ吸気通路内の圧力振動により吸
気行程終期に吸気圧を高めるようにしている。と
ころで、この装置は単に一つの気筒に対する吸気
通路の圧力振動を利用するものであるが、複数の
気筒を備えたロータリピストンエンジンにあつて
は、気筒相互間の圧力伝播を利用すれば、より大
きな過給効果が期待できる。

そこで特開昭59−70832号公報に示されるよう
に、サイド吸気ポート式で、各ロータがエキセン
トリツクシヤフトの回転角で180゜の位相差を持つ
ロータリピストンエンジンにおいて、吸気ポート
開口時に残留排気圧力によつて生じる圧縮波を利
用し、高出力が要求される運転域で、一方の気筒
の吸気ポート開口時に生じる圧縮波を全閉直前の
他方の気筒の吸気ポートに伝播させて過給を行な
うようにしたものも知られている。すなわちこの
装置では、吸気ポートの開口期間をエキセントリ
ツクシヤフトの回転角で270〜320゜の範囲に設定
するとともに、両気筒の吸気通路と連通路とで形
成される両気筒の吸気ポート間の通路長さを0.57
〜〜1.37mになるように設定し、5000〜7000rpm
の回転数域で上記のような圧縮波の伝播が行なわ
れるようにしている。

この装置によると、２気筒ロータリピストンエ
ンジンにおいて大きな過給効果が得られる。とこ
ろが、３気筒以上のロータリピストンエンジンに
おいては、或る気筒に対して他の複数の気筒から
それぞれ伝播される位相のずれた圧力波が相互に
影響し合うため、上記装置にみられる原理を単純
に適用するわけにはいかず、過給効果を充分に高
めることは難しかつた。

（発明の目的） 本発明はこのような事情に鑑み、３気筒以上の
ロータリピストンエンジンにおいて、一つの気筒
に対して他の複数の気筒から伝播される圧力波が
有効に作用し合つて過給効果を高め、吸気の充填
効率を向上することができるロータリピストンエ
ンジンの吸気装置を提供するものである。

特に本発明はロータリピストンエンジンに特有
の吸気圧力変動を有効に利用するもので、ロータ
リピストンエンジンではロータにより開閉される
吸気ポートがケーシングの各作動室に対して順次
吸気行程を連続的に繰返すことに伴い、吸気ポー
トにおける吸気圧力が高低交互に変化して正弦波
に近似した圧力波が生じることを究明し、これに
基づき、実用回転数域内の高出力が要求させる運
転域で、３気筒以上の気筒相互間で上記圧力波が
有効に作用し合うようにするものである。

（発明の構成） 本発明は、ロータハウジングとサイドハウジン
グとで形成されたケーシング内に遊星回転運動す
るロータを備えた気筒が３個以上設けられ、これ
らの気筒の各ロータが共通のエキセントリツクシ
ヤフトに支承され、かつ、等間隔の位相差で回転
するようにしたロータリピストンエンジンにおい
て、吸気通路の集合部から各気筒の吸気ポートに
至る気筒別の各吸気通路を等しい長さに形成する
とともに、上記集合部を介して互いに連通した気
筒別の吸気通路による気筒相互間の通路長さを、
実用回転数域内で、一つの気筒の吸気ポートに生
じる圧力波が他の気筒の吸気ポートにエキセント
リツクシフトの回転角で180゜の位相差をもつて伝
播するように設定したものである。

つまり、３気筒以上のロータリピストンエンジ
ンにおいて各ロータが等間隔の位相差をもつて回
転する限り、一つの気筒に生じる圧力波が他の気
筒に180゜の位相差で伝播するという条件が得られ
れば、後で詳述するように、或る気筒の吸気ポー
トに対し、それ以外の複数の気筒の各吸気ポート
から伝播される圧力波の合成波が、吸気ポートに
生じる圧力波を増幅して過給効果を高めるように
作用することとなり、このような条件が実用回転
数域内で得られるように各気筒に対する吸気通路
の長さを設定したものである。

（実施例） 第１図および第２図は本発明の装置の一実施例
を示し、この実施例におけるロータリピストンエ
ンジンは３気筒となつている。またこの実施例で
は吸気系が一次側と二次側とで構成され、低負荷
時には一次側のみから吸気が供給され、高負荷時
には二次側からも吸気が供給される構造となつて
いる。

これらの図において、１ａ〜１ｃはエンジン本
体を構成する第１乃至第３の各気筒であつて、ト
ロコイド状の内周面を有するロータハウジング２
とその両側に位置するサイドハウジング３とで形
成されたケーシング４内に、略三角形状のロータ
５を備えている。各気筒１ａ〜1cにおける両側の
サイドハウジング３には、一次側吸気ポート６お
よび二次側吸気ポート７がそれぞれ形成されてお
り、ロータハウジング２には、排気ポート８が形
成されるとともに、点火プラグ９が取付けられて
いる。また、各気筒１ａ〜１ｃのロータ５はエキ
セントリツクシヤフト１０に支承され、ケーシン
グ４内を遊星回転運動するようになつており、こ
のロータ５によりケーシング４内に３つの作動室
１１が区画形成され、このロータ５の回転に伴つ
て吸気、圧縮、爆発、膨脹および排気の各行程が
順次行なわれるようになつている。そして、各気
筒１ａ〜１ｃのロータ５は等間隔の位相差を持
ち、つまり３気筒エンジンではエキセントリツク
シヤフト１０の回転角で120゜ずつの位相差をもつ
て作動し、従つて上記各行程が気筒毎に上記の
120゜ずつの位相差で行なわれるようになつてい
る。

一方、各気筒１ａ〜１ｃに吸気を供給する吸気
通路１２は、その上流部にエアクリーナ１３およ
びエアフローメータ１４を配備するとともに、エ
アフローメータ１４より下流側において、一次側
吸気通路１５と、高負荷時の吸気供給用の二次側
吸気通路１６とに分けられている。上記一次側吸
気通路１５には、各気筒１ａ〜１ｃの一次側吸気
ポート６にそれぞれ連通するとともに上流側で集
合した一次側の各気筒別吸気通路１５ａ〜１５ｃ
が形成され、その集合部１７より上流に一次側ス
ロツトル弁１８とサージタンク１９とが配設され
ている。また、上記二次側吸気通路１６には、各
気筒１ａ〜１ｃの二次側吸気ポート７にそれぞれ
連通するとともに上流側で集合した二次側の各気
筒別吸気通路１６ａ〜１６ｃが形成され、その集
合部２０より上流に二次側スロツトル弁２１とサ
ージタンク２２とが配設されている。上記一次側
スロツトル弁１８はアクセル操作に応じて開閉作
動され、上記二次側スロツトル弁２１は一次側ス
ロツトル弁１８が所定開度以上となる高負荷時に
開かれるようになつている。なお、２３は吸気ポ
ート近傍に配置された燃料噴射弁である。

上記吸気通路１２の少なくとも二次側吸気通路
１６における集合部２０から各気筒１ａ〜１ｃの
二次側吸気ポート７に至るまでの気筒別吸気通路
１６ａ〜１６ｃは、それぞれの吸気通路長さｌが
等しく形成されるとともに、上記集合部２０を介
しての２つの気筒別吸気通路にわたる気筒相互間
の通路長さＬが、実用回数域内で、一つの気筒に
生じる圧力波が他の気筒にエキセントリツクシヤ
フト１０の回転角で180゜の位相差をもつて伝播す
るように設定されている。

このような設定とする上記吸気通路長さｌは、
具体的には次のようにして求められる。

すなわち、エンジン回転数をＮ（rpm）とする
と、エキセントリツクシヤフト１０が180゜回転す
るに要する時間（秒）は［（180／360）×（60／
Ｎ）］となる。そして圧力波は音速ａ（ｍ／ｓ）で
伝播するので、圧力波を180゜の位相差をもつて伝
播させるための気筒間の通路長さＬは Ｌ＝（180／360）×（60／Ｎ）×ａ……（） となり、上記吸気通路長さｌは、気筒間の通路長
さＬの1/2であるため、 ｌ＝（180／360）×（60／Ｎ）×（ａ／２）
……（） となる。なお、上式で求められる吸気通路長さｌ
は、正確には管端補正を加えた等価管長である
が、上記管端補正は吸気通路長さｌに比べて充分
に小さいため、ほぼ気筒別吸気通路１６ａ〜１６
ｃの長さと考えて差し支えない。

従つて、実用回転数域内で、高出力が要求され
る回転数域において上記（）式を満足するよう
に、上記吸気通路長さｌを設定しておけばよい。
通常、高出力が要求されるのは高回転時であるの
で、上記の式においてエンジン回転数をＮ＝5000
〜8000rpmとし、また音速をａ＝346m／ｓ（吸気
温が25℃のときの音速）とすると、上記吸気通路
長さｌはｌ＝1.04〜0.65mとなる。

なお、上記のような吸気通路長さｌの設定を少
なくとも二次側において行なうようにしているの
は、一般に一次側よりも二次側の方が吸気通路径
が大きく、かつ、一次側吸気ポート６より二次側
吸気ポート７の方が多少遅れて閉じるようになつ
ていることから、二次側の方が後述の過給作用が
得られ易く、またこのような過給作用による出力
上昇が望まれるのは、二次側吸気通路１６が開か
れる高負荷時だからである。一方、一次側の気筒
別吸気通路１５ａ〜１５ｃは、一次側でも後述の
過給作用をもたせるように二次側の気筒別吸気通
路１６ａ〜１６ｃと同等の長さとするか、異なる
長さであつても実用回転数域で前記（）式を満
足する長さとしておいてもよいし、負荷変動に対
する吸気供給の応答性を高めるように、吸気通路
長さを短かくしておいてもよい。

また上記実施例では吸気通路１２が一次側と二
次側とに分けられているが、このように吸気通路
１２を分けずに、気筒毎に一つずつの気筒別吸気
通路を設けてこれらを上流側で集合させた構造に
よる場合も、その気筒別吸気通路の長さを上記の
ように設定しておけばよい。

この吸気装置による作用を、第３図に基づいて
次に説明する。

第３図は、吸気ポートにおける吸気圧力の変動
を示している。この図において、TDCは上死点、
BDCは下死点、IOは吸気ポート開時期、ICは吸
気ポート閉時期を表わしている。このようにロー
タリピストンエンジンでは、ロータ５の回転に伴
い、上死点TDCの直後に吸気ポートが開いてか
ら次の上死点TDCの直前に吸気ポートが閉じら
れるまでが吸気行程となるが、一つの作動室に対
して吸気ポートが閉じられるとすぐに次の作動室
に対して吸気ポートが開かれ、順次各作動室に対
する吸気行程が連続的に繰返される。このような
作動に応じ、各気筒１ａ〜１ｃの吸気ポートには
細線で示すような基本圧力波A₁〜A₃が生じる。
つまり、吸気ポートの吸気圧力は吸気途中で最も
低くなり、吸気行程途中からは次第に吸気圧力が
高くなつて、下死点BDCを過ぎても吸気がその
気流により作動室に詰め込まれるため圧力上昇が
続き、吸気行程終期から次の作動室に対する吸気
行程初期にかけては上記気流による圧縮作用と残
留排気圧力の影響とによつて吸気圧力が最も高く
なり、正圧となる。こうして吸気圧力は、吸気行
程が連続的に行なわれることに伴つて高低交互に
変化し、正弦波に近似した波形の基本圧力波A₁
〜A₃が生じる。この基本圧力波A₁〜A₃はエキセ
ントリツクシヤフト１０の回転角で360゜の周期と
なり、かつ、各気筒１ａ〜１ｃ毎に120゜ずつの位
相差で生じる。

そして、気筒相互間で180゜の位相差をもつて圧
力波が伝播されると、例えば第１気筒１ａの吸気
ポートにおいては、第２気筒１ｂの吸気ポートか
らの伝播波B₂と第３気筒１ｃの吸気ポートから
の伝播波B₃とは、基本圧力波A₁から前後にそれ
ぞれ60゜ずつ位相がずれるが、これらの伝播波B₂，
B₃を合成すれば基本圧力波A₁に合致した波とな
る。第２気筒２ａと第３気筒３ａの各吸気ポート
においても、図示しないがそれぞれ他の二つの気
筒からの伝播波が上記のように作用する。

この状態にあるとき、基本圧力波A₁〜A₃と伝
播波とを合成した合成圧力波（太線）C₁〜C₃は
最大限に増幅され、伝播波の減衰が充分に小さけ
れば基本圧力波A₁〜A₃のほぼ２倍の振幅に増幅
されることとなり、これによつて吸気行程終期の
吸気圧力が高められるため、大きな過給効果が得
られる。またこの状態から伝播波の位相が多少ず
れても、吸気行程終期の吸気圧力を高めるような
合成波が生じる範囲では過給効果が得られる。

従つて、実用回転数域内の特定回転数で前記
（）式を満足するように吸気通路長さｌを設定
しておくことにより、上記特定回転数およびその
付近のある程度の範囲にわたる回転数域で、３気
筒相互間の圧力波伝播による過給作用が得られ
る。なお、従来の一般的なエンジンでは吸気通路
長さが短かいため、実用回転数域内で上記作用を
得ることはできない。

なお、第１図に示す実施例では、吸気通路の集
合部２０（および１７）が、各気筒別吸気通路１
６ａ〜１６ｃ（および１５ａ〜１５ｃ）を相互に
結合した構造となつているが、加工上はこのよう
な構造とすることが難しいので、例えば２次側吸
気通路について示すと第４図のような構造とし、
つまり圧力波の伝播を阻害しない程度の小容積の
タンク２０′を集合部に設け、このタンク２０′に
各気筒別吸気通路１６ａ〜１６ｃを接続してもよ
い。そしてこの図のように各気筒別吸気通路１６
ａ〜１６ｃを並列させてタンク２０′に接続した
場合に、タンク２０′内での圧力波伝播時間が隣
接する通路間と両側通路間とで若干異なるが、タ
ンク２０′への各通路開口部間の距離l₁を気筒相
互間の距離（2l）の一割程度以下に小さくしてお
けば、圧力伝播時間のずれ（つまり伝播圧力波の
ずれ）は充分小さくなり、第３図に示した作用に
殆ど影響を及ぼすことはない。また、第５図に示
すように各気筒別吸気通路１６ａ〜１６ｃを三角
形状（望ましくは正三角形状）に配置してタンク
２０′に接続すれば、上記のようなタンク２０′内
での各通路相互間の圧力波伝播時間のずれを抑制
することができる。

上記実施例では３気筒のロータリピストンエン
ジンについて示したが、各気筒のロータが90゜ず
つの位相差を持つ４気筒ロータリピストンエンジ
ンに適用した場合、気筒相互間の圧力波伝播によ
る作用は第６図のようになる。すなわち、第１気
筒、第３気筒、第２気筒、第４気筒の順に着火が
行なわれてこの順に各気筒の吸気ポートに生じる
基本圧力波A₁〜A₄が90゜ずつの位相差を持つ場
合、気筒相互間を180゜の位相差をもつて圧力波が
伝播されると、例えば第１気筒について見れば、
第２気筒の吸気ポートから伝播された圧力波B₂
が基本圧力波A₁と重なり、第３気筒と第４気筒
とから伝播された各圧力波B₃，B₄は基本圧力波
A₁の前後に90゜ずつずれて互いに打消し合う。従
つてこの場合も、最終的な合成圧力波C₁は基本
圧力波A₁の２倍の振幅となるように増幅され、
第２〜第４気筒の最終的な合成波C₂〜C₄も同様
となる。

また、３気筒以上の任意の気筒数のロータリピ
ストンエンジンにおいて、気筒相互間を180゜の位
相差で圧力波が伝播されるときの合成圧力波を演
算によつて求めると、次のようになる。

すなわち、特定気筒に生じる基本圧力波は近似
的にcosθと表わすことができるため、気筒数をｎ
（＝３，４，５，６…）とすると、各気筒のロー
タが等間隔の位相差（360゜／ｎ）を持つという条
件下で、特定気筒に他の各気筒からそれぞれ180゜
の位相差をもつて圧力波が伝播されるとき、基本
圧力波P₁および各伝播波P₂…Pnはそれぞれ、 P₁＝cosθ P₂＝cos（θ＋１／ｎ・360゜＋180゜）： Pn＝cos｛θ＋（ｎ−１）／ｎ ・360゜＋180゜｝となる。

よつてこれらの合成圧力波は、 Ｐ（θ）＝cosθ＋cos（θ＋１／ｎ・360゜＋180゜）
＋……＋cos｛θ＋（ｎ−１）／ｎ・360゜＋180゜｝＝
２・cosθ となり、基本圧力波の２倍（ただし伝播された圧
力波は若干減衰する）となる。

従つて、本発明の装置は３気筒以上の任意の気
筒数のロータリピストンエンジンに適用すること
ができ、いずれの場合も同様の作用、効果が得ら
れるものである。

（発明の効果） 以上のように本発明は３気筒以上のロータリピ
ストンエンジンにおいて、実用回転数域内で、吸
気ポートに生じる圧力波が気筒相互間を180゜の位
相差をもつて伝播するように吸気通路を形成する
ことにより、ロータリピストンエンジンに特有の
圧力波の特性との関係で、複数の気筒から伝播さ
れる圧力波が有効に合成されて過給作用を果すよ
うにしているため、３気筒以上のロータリピスト
ンエンジンにおける充填率の向上に大きな効果を
発揮するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を３気筒ロータリピストンエン
ジンに適用した場合の一実施例を示す概略平面
図、第２図は断面図、第３図はこの場合の各気筒
における吸気ポートの圧力変動を示す説明図、第
４図および第５図はそれぞれ吸気通路集合部分の
構造の別の例を示す要部の概略斜視図、第６図は
本発明を４気筒ロータリピストンエンジンに適用
した場合の各気筒における吸気ポートの圧力変動
を示す説明図である。 １ａ〜１ｂ……気筒、２……ロータハウジン
グ、３……サイドハウジング、４……ケーシン
グ、５……ロータ、６，７……吸気ポート、１０
………エキセントリツクシヤフト、１２……吸気
通路、１５ａ〜１５ｃ，１６ａ〜１６ｃ……気筒
別の吸気通路、１７，２０……集合部。

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で形
   成されたケーシング内に遊星回転運動するロータ
   を備えた気筒が３個以上設けられ、これらの気筒
   の各ロータが共通のエキセントリツクシヤフトに
   支承され、かつ、等間隔の位相差で回転するよう
   にしたロータリピストンエンジンにおいて、吸気
   通路の集合部から各気筒の吸気ポートに至る気筒
   別の各吸気通路を等しい長さに形成するととも
   に、上記集合部を介して互いに連通した気筒別の
   吸気通路による気筒相互間の通路長さを、実用回
   転数域内で、一つの気筒の吸気ポートに生じる圧
   力波が他の気筒の吸気ポートにエキセントリツク
   シヤフトの回転角で180゜の位相差をもつて伝播す
   るように設定したことを特徴とするロータリピス
   トンエンジンの吸気装置。