JPH05209501A - ロータリーエンジンのシール装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】ステータに対しロータを封止するための改良さ
れた封止手段を備えるロータリーエンジンの提供。 【構成】楕円形チャンバ内で回転するロータ１４は各羽
根１８を収容する半径方向スロット１９を有し、各羽根
を半径方向外方に押圧してチャンバの楕円形周壁部と封
止係合させる。チャンバの端壁部に対する各羽根の端部
の良好な封止を確保するため、各羽根１８はチャンバ端
壁部と連結する末端部分５０と中間部分５２とからなる
複数部分で構成される。中間部分５２と末端部分５０と
は、遠心力により或いは偏倚バネ２１により部分５２ま
たは５０に加えられた半径方向外方に指向する力が末端
部分５０を楔作用により横方向にスラストさせて隣接端
壁部と封止接触させるような連携した傾斜ランプ面を有
する。或いは中間部分のキャビティに位置させた、別々
に形成された楔部材を横ピンを介し末端部分５０に作用
させ、末端部分をチャンバの端壁部と封止係合させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロータがステータにお
けるキャビティ内で回転すると共に封止部材を支持し、
これを前記キャビティの壁部に封止係合させてロータと
ステータとの間に形成された空間を機械が内燃機関であ
る場合には燃焼室を形成する複数の作業空間に分割し、
各作業空間もしくは燃焼空間の容積がステータ内のロー
タの回転と共に周期的に変化して作業流体を圧縮し、膨
脹させ或いは変位させる種類のエンジン、ポンプ、コン
プレッサなどの機械に関するものである。

【０００２】上記種類の機械をここでは「ロータリーエ
ンジン」と称する。

【０００３】

【従来の技術】多くの種類のロータリーエンジンが提案
されているが、これらは全て種々の欠点を有し、特にガ
ス封止問題およびシール構造の複雑性という欠点を有す
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、ステ
ータに対しロータを封止するための改良された封止手段
を備えるロータリーエンジンを提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の１面によれば、
キャビティはロータを包囲して延在する周壁部と対向側
壁部とを備え、対向側壁部の間にロータを設けると共に
一般に急激な接合領域にて周壁部と接続させ、さらに前
記ロータはそれぞれロータ内で独立して変位するよう装
着してロータ軸線に対し少なくとも実質的に半径方向の
成分を有する少なくとも２個の横部分を備える複数の封
止アセンブリを支持し、前記各部分は前記キャビティの
各側壁部に係合する部分と前記キャビティの周壁部に連
携する他の封止部材を封止支持する部分とを備え、前記
部分はロータの軸線に対し傾斜した楔面を有し、封止ア
センブリの前記部分のそれぞれがロータから前記周壁部
の方向へ押圧された成分の各楔面に加えられる楔作用に
よって前記キャビティの各側壁部に対し操作上スラスト
となるよう配置したことを特徴とするロータリーエンジ
ンが提供される。

【０００６】好ましくは、前記各封止アセンブリは前記
キャビティの各側壁部に係合する２つの横部分と前記２
つの横部分の楔面に連携する各楔面を持った中間部分と
を備え、前記中間部分はロータから外方向に押圧されて
前記２つの横部分をキャビティの各側壁部に対し対向方
向に押圧する。

【０００７】本発明の他面によれば、キャビティはロー
タを包囲して延在する周壁部と対向側壁部とを備え、対
向側壁部の間にロータを設けると共に一般に急激な接合
領域にて周壁部と接続させ、さらに前記ロータはそれぞ
れロータ内でロータ軸線に対し平行な方向に独立して変
位するよう装着した少なくとも２個の横部分を備える複
数の封止アセンブリを支持し、前記各部分は前記キャビ
ティの各側壁部に係合する部分と前記キャビティの周壁
部に連携する他の封止部材を封止支持する部分とを備え
ると共に、ロータの軸線に対し傾斜した楔面を有する少
なくとも１個の楔部材を備え、封止用アセンブリの前記
横部分のそれぞれが楔作用によって前記キャビティの各
側壁部に対しスラストとなるよう各楔部材をロータ軸線
から前記周壁部の方向へ操作上スラストさせる配置であ
ることを特徴とするロータリーエンジンが提供される。

【０００８】好ましくは、前記各封止アセンブリは前記
キャビティの各側壁部に係合する２つの横部分と中間部
分とを備え、案内手段により前記横部分を前記中間部分
に対しロータ軸線と平行に直線運動するよう案内し、さ
らに前記楔部材を前記中間部分における内部キャビティ
に収容する。

【０００９】

【実施例】以下、添付図面を参照して本発明を実施例に
つきさらに説明する。

【００１０】図１を参照して、ロータリー内燃機関はス
テータ９を備え、図１で見て楕円形である周壁部１２を
持った内部キャビティもしくはチャンバ１０を与えると
共に図１の平面に対し平行な対向側壁部１３（図２）を
有する。チャンバ１０内には、チャンバ１０から延在す
るシャフト１６に固定され或いは一体化したロータ１４
を装着し、前記シャフトは側壁部１３に対し垂直であり
かつ参照符号１７で示されたベアリングによりステータ
内に回転自在に軸支される。ロータ１４は一般に円筒状
であってシャフト１６に対し同軸であり、チャンバ１０
の側壁部１３の間に締り嵌めする。ロータ１４はチャン
バ１０内の中心に装着され、すなわちその回転軸線は壁
部１２により規定される楕円の長軸と短軸との交点を貫
通する。ロータ１４は、側壁部１３と緊密連携する横面
を有する。ロータ１４には90°の間隔で羽根１８を装着
し、これら羽根をロ−タにおける各半径方向スロット１
９に収容すると共にそこから突出させて周壁部１２と係
合させる。各スロット１９はロータの一方の横面から他
方の横面まで延在し、各羽根１８は一方の側壁１３から
他方の側壁まで延在する。各羽根１８はその各スロット
１９内で半径方向に往復自在であり、図１および図２に
参照符号２１で図示されたバネ手段により弾力的に外方
向に偏倚される。ロータ１４と周壁部１２との間に画成
された空間はかくして羽根１８により４個の作業室に分
割されると共に、ロータ１４が回転すると各作業室の容
積が交互に増減することが認められよう。これら作業室
に関連する公称圧縮比を最大にするには、ロータ１４の
直径を周壁部１２を形成する楕円の短軸よりも極く僅か
小さくする。

【００１１】ステータ壁部には、その周囲の離間した箇
所に入口ポート２４と排出ポート２６とを形成する。図
１に示した位置において作業空間１０ａと１０ｄとは互
いに羽根１８により分離され、この羽根１８は入口ポー
ト２４と排出ポート２６との間で周壁部１２の一部と瞬
間的に係合し、ロータが図１の矢印２８で示す方向に回
転していればチャンバ１０ａは入口ポート２４を介し燃
料／空気混合物を吸入するよう拡大する相として示さ
れ、これに対しチャンバ１０ｂは燃料／空気混合物の充
填物を圧縮するため容積を減少する相で示され、チャン
バ１０ｃは膨脹に際し予め圧縮された燃料／空気充填物
の燃焼から生ずる熱燃焼ガスの容積を増大する相で示さ
れ、前記充填物はチャンバ１０ｃ内に露出された点火空
隙（図示せず）を有する点火プラグ３０によって点火さ
れる。チャンバ１０ｄは容積を減少して燃焼生成物をチ
ャンバ１０ｄから排出ポート２６まで追い出す相で図１
に示されている。図１に示した作業サイクルの特定時点
でチャンバ１０ｃにおける燃焼ガスの膨脹はエンジンに
対し仕事を加えることが了解されよう。このように図示
したエンジンは「４−ストローク」サイクルで作動し、
各空間１０ａ、１０ｂ、１０ｃおよび１０ｄは吸入期と
圧縮期と燃焼期と排出期とを反復循環する。各チャンバ
１０ａ〜１０ｄは、壁部１２を形成する楕円の長軸に対
し対称配置されて二分される際にその最大容積を有する
一方、それぞれチャンバ１０ｂおよび１０ｄにつき図１
に示した位置からロータが45°さらに回転した後に生ず
る位置である前記楕円の短軸に対し対称配置されて二分
された際にその最小容積を有する。好ましくは、この45
°回転した後の位置にて、点火プラグ３０が露出される
位置に対向したチャンバ１０ｄは一時的に入口ポート２
４および排出ポート２６の両者と連通して、排出期と吸
入期との間に適度の「重なり」を与える。図２において
参照符号３２はシャフト１６に固定されて水ポンプと発
電機（図示せず）とを既知のように駆動させる慣用のプ
ーリーを示し、参照符号３４はシャフト１６に固定され
て冷却ラジエータ（図示せず）を介し空気を吸入するフ
ァンを示している。参照符号３７はフライホイールを示
す。

【００１２】図３〜図５（図１および図２における部分
に対応した部分は同じ参照符号を有する）において、封
止羽根１８の形態を図１および図２に示したよりも一層
詳細に示す。各羽根１８は実際に複数の個々の部分で形
成され、ここでは封止アセンブリとも称する。

【００１３】図３および図７に示したように、ロータ４
０における各スロット１９はロータの一方の側部から他
方の側部まで延在し、周方向（すなわちスロットを中央
で貫通する半径に対し垂直かつロータ軸線の方向に対し
垂直）で測定して均一幅を有し、各スロット１９は平滑
な平行する対向側壁部を形成し、その内部にて各封止ア
センブリ１８が締り嵌めする。各封止アセンブリ１８は
３個の本体部分、好ましくはアルミ合金などの軽量部分
からなり、これら部品は各スロット１９の軸方向対向端
部に位置する２つの横部分５０と、部分５０間に位置し
てこれに封止係合する中間部分５２とからなっている。
部分５０および５２のそれぞれはスロット１９の全幅を
占め、それぞれロータの半径方向で測定してほぼ同じ寸
法を有する。図４に示したように、組立てエンジンにお
いて、部分５０および５２は互いに端部と端部とで嵌合
して一般に矩形の複合ブロックを形成する。各横部分５
０は一般に平面状の端面５６を有し、これはロータ軸線
が延在する方向にほぼ垂直であり、その端面５６はステ
ータキャビティの対向側壁に係合すると共に面５６に対
し傾斜する対向側面５８を有し、部分５２の相応に傾斜
した面６０と係合するランプ面を形成する。図示したよ
うに、面５８および６０には主ランプ表面に対し平行な
相互係合リブおよび溝部を設けて、部分５０および５２
の組立てを促進すると共に周方向への前記部分の相対移
動を制限する。

【００１４】部分５０、５２により形成された複合ブロ
ックの半径方向外端部に沿って矩形断面の溝部もしくは
チャンネル６２が延在し、このチャンネル６２は締り封
止嵌めとしてほぼ矩形断面のシール支持バー６４を収容
して封止バー６８を支持する。支持バー６４と封止バー
６８とは実質的に部分５０、５２により形成された複合
ブロックの１端部から他端部まで延在し、したがって組
立エンジンとしてステータキャビティの対向側壁部に近
接する。支持バー６４は、部分５０および５２に装着さ
れた弾性偏倚部材（図示せず）によりチャンネル６２か
ら半径方向外方に押圧される。

【００１５】孔部３６を、ロータ軸線に対し半径方向に
部分５２の半径方向内側端部から部分５２中へ突入させ
る。孔部３６中にはロータの中心領域から、半径方向に
延びる管状支持体３８が延在してロータに固定される。
螺旋圧縮バネ２１を支持体３８の周囲で孔部３６に位置
せしめて、半径方向外方に指向した偏倚力を中間部分５
２に加える。シャフト１６を貫通する軸方向の油流路は
支持体３８中に設けた内部通路と連通して、潤滑油を部
分５２および５０における油流路を介しチャンネル６２
と部分５０および５２の連携面とスロット１９の壁部お
よびその他に供給することができる。

【００１６】各封止バー６８は、壁部１２に係合する実
質的に小さい曲率の表面以外は外部円筒状である。バー
６８はロータ軸線に対し平行な支持バー６４の半径方向
外面に沿って延在する部分円筒状溝部もしくはチャンネ
ル４１に設けられ、このチャンネルは締り回転嵌めとし
てバー６８の表面の対応円筒部分を収容する。この配置
はバー６８がその円筒状表面の湾曲の軸線を中心として
バー６４に対し、このバーがロータの回転に際し壁部１
２の周囲を移動する際に、旋回することを可能にする。
バー６８の小さい曲率を有する表面の湾曲は壁部１２の
最大湾曲と最小湾曲との中間であって、壁部１２に対し
できるだけ締り嵌めするようにする。各端部５０はその
端面５６にたとえばＵ字形のスロット６７を有し、その
脚部をロータ軸線に対し半径方向に延在させて適する偏
倚バネ（図示せず）により支持された対応形状の封止バ
ー（図示せず）を収容し、部分５０の横方向外端部を側
壁部１３に対し封止する。部分５０および５２は、ロー
タにおけるスロット１９の壁部に対し単に正確に滑り嵌
めさせることにより或いはロータにより支持された部材
（図示せず）をスロット１９の壁部に封止することによ
って封止することができる。さらに、ロータ１４の横面
は、たとえば側壁部１３における環状溝部に収容された
環状封止リングの配置によって側壁部１３に対し封止す
ることができる。

【００１７】中間部分５２に対し作用するバネ２１はこ
の中間部分をロータから半径方向外方に押圧して、部分
５２および５０の連携面５０、５２の楔作用により部分
５２を同時に半径方向および横方向外方に押圧し、これ
により部分５２の横面５６がステータキャビティの側壁
部１３と封止係合するよう確保する。チャンネル６２の
半径方向深さおよび部分５０、５２とバー６４との間で
作用する偏倚部材（図示せず）が有効である半径方向距
離は、この楔作用の結果部分５０および５２の僅かな相
対半径方向移動が容易に許容されうるような寸法であ
る。勿論、エンジンが正常運転速度で作動している際、
部材５０、５２に作用する遠心力はこれら部分を、ステ
ータキャビティの周壁部１２に対し封止バー６８をバー
６４を介して押圧する最外位置に維持するのに充分であ
る。中間部分に作用する遠心力も同様に、正常運転速度
にて、上記所望の楔作用を発生するのに充分である。バ
ネ２１は、単に部分５０、５２を半径方向外方に押圧す
ると共に、エンジンが静止状態にある場合または低速度
で回転する場合（たとえば始動時）必要な楔作用を発生
するよう作用する。

【００１８】図６は封止アセンブリの代案形態を示し、
ここで横外部５０′および中間部分５２′の係合面の傾
斜は逆転し、さらに前記実施例におけるバネ２１と対応
する偏倚バネ２１′は参照符号７３で示されたヨークを
介し部分５０′の半径方向内面に対し作用して、これを
中間部分５２′に対し半径方向外方に押圧し（中間部分
は封止バー６８と封止支持バー６４（図６には図示せ
ず）とを介し周壁部１２と係合して拘束される）、その
結果部分５０′と５２′との傾斜係合面の間の楔作用も
同様に部分５０′をステータキャビティの側壁部１３と
堅固に封止係合するまで外方向に押圧するよう作用す
る。

【００１９】図７〜図１１（同一部分は図１〜図６にお
けると同じ参照符号を有する）を参照して示した実施例
において、各横部分５０はその端面５６に対向して部分
５２の対向端面と連携する表面を有する。図９に示した
ように、各横部分５０の前記対向面は同平面の外面５８
を備えることができ、これら外面は端面５６に対し平行
に延在すると共に中心タング５９が前記同平面の外面か
ら部分５２まで突入し、前記タング５９は半径に沿って
長手方向にロータ軸線から延在すると共に各スロット１
９の側部に対し平行な側面を有する。部分５０の連携す
る外面は対応形状を有して、対向する外面５８および締
り摺動嵌めとしてタング５９を収容する中央溝部もしく
はチャンネル６１に対し平行またはこれと係合する同平
面の外面６０を与える。

【００２０】部分５２は部分５２の半径方向内面から半
径方向外方に延在して半径方向移動するよう各楔部材６
６を収容する２個の内部キャビティ６５を備え、これら
キャビティ６５は各スロット１９の側部に対し平行な内
側横壁部７０を備えかつ各楔部材６６の対向する平行側
面７２と摺動自在に係合する。各キャビティ６５は側壁
部７４における隣接部分５０に近い側部にて終端し、側
壁部７４はロータ軸線に対し半径方向かつ前記横壁部７
０に対し垂直に延在し、さらに各キャビティは隣接部分
５０から離れたその側部にて横壁部７０に対し垂直な側
壁部７６で終端するが、側壁部７４に対し傾斜してキャ
ビティ６５がその半径方向内側端部からその半径方向外
側端部まで狭まるようにする。同様に各楔部材６６は各
側壁部７４に対向すると共に平行である側面８０と、面
８０に対し傾斜すると共にキャビティの傾斜側面７６と
係合しかつ摺動自在である面８２とを有する。

【００２１】各部分５０はペグ８４を備え、このペグは
ロータ軸線に対し平行なリブ５９から突出すると共に部
分５０における整列孔部８６を介し隣接キャビティ６５
中へ突入し、組立エンジンにおけるペグ８４の自由端部
は部材６６の面８０に係合する。

【００２２】図７〜図１１の実施例において、各孔部３
６は各支持体３８を収容するが、この支持体３８の周囲
に位置する各バネ２１を収容しない。

【００２３】これに対し図１１に示したように、支持体
３８の周囲に嵌合した偏倚バネ２１は参照符号７３で図
示したヨークを介し楔部材６６の半径方向内面に対し作
用して、これを中間部分５２、５０（これらは封止バー
６８および封止支持バー６４を介し周壁部１２と係合し
て拘束される）に対し半径方向外方に押圧する結果、一
方ではそれぞれ楔部材６６とキャビティ６５との傾斜係
合面８２、７６の間および他方では楔部材６６の表面８
０とペグ８４の自由端部との間の楔作用が作用して部分
５０をステータキャビティの側壁部１３と堅固に封止係
合するよう部分５２から外方向に押圧する。

【００２４】楔部材６６に作用するバネ２１は間接的に
中間部分５２を押圧し、かくしてペグ８４により部分５
０をロータから半径方向外方に押圧して封止バー６４、
６８を周壁部１２に対し押圧する。エンジンが正常操作
速度で運転している場合、部分５０、５２に対し作用す
る遠心力はこれら部分をステータキャビティの周壁部１
２に対しバー６４を介し封止バー６８を押圧する最外位
置に維持するのに充分であることは勿論である。同様
に、楔部材６６に対し作用する遠心力も、正常運転速度
にて上記所望の楔作用を発生するのに充分である。バネ
２１は単に部材６６、ひいては部分５０および５２を半
径方向外方に押圧すると共に、エンジンが静止し或いは
低速度で回転する際（たとえば始動時）に必要な楔作用
を発生するよう作用する。

【００２５】各羽根の部分５０、５２の横面は各スロッ
ト１９の対向側壁部に対し他の封止バー（図８には参照
符号９０で示すが、図７には図示せず）によって封止さ
れ、前記封止バーはロータ軸線に対し平行に部分５０お
よび５２の前記横面にて長手溝部に収容される。かくし
て、それぞれ直線の横封止バー９０はその端部の中間に
要部を有し、これを中間部分５２の横面における矩形断
面の溝部に収容し、さらに各横部分５２に形成された各
溝部に収容される端部を有し、上記溝部は部分５０の横
面における対応溝部と同じ断面を有すると共にその延長
部として形成される。それ自体公知であり、したがって
図示しないバネ偏倚装置は、横封止バーをスロット１９
の対向側壁部に対し押圧するよう作用する。中間部から
離間してステータキャビティの各側壁部の方向に指向す
る横部分５０の運動は封止バー９０によって阻止されな
いことが了解されよう。何故なら、その端部は単に部分
５０における各溝部で長手方向に移動する一方、部分５
２に対する部分５０の半径方向移動がペグ８４により防
止されて封止バー９０の破壊の危険がないからである。

【００２６】種々の改変も可能であることが了解されよ
う。たとえば、単一の楔部材を中間部分５２に設け、こ
の単一楔部材にはペグ８４の端部に係合する対向楔面を
設けると共に支持体３８の代わりに他の案内用および潤
滑用配置を用いることも可能である。他の可能な配置に
おいて、楔部材６６を収容するキャビティを横部分５０
のタング５９を収容する溝部６１に開口させると共にこ
れに連続させ、楔部材６６の外面を直接にタング５９の
対向端面と係合させ、さらに位置決めペグを設け或いは
他の位置決め構成を用いてペグ８４の位置決め機能を果
たすと共に、これらをこの種の改変配置に適合する位置
に設けることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実現するロータリーエンジンの１形
態、より詳細には内燃エンジンの略断面図、

【図２】図１の２−２線断面図、

【図３】図１および図２のエンジンにおけるロータおよ
びシールアセンブリの幾つかを示す分解斜視図、

【図４】図１〜３のエンジンにおけるシールアセンブリ
の正面図、

【図５】図１〜３のエンジンにおけるシールアセンブリ
の部分断面側面図、

【図６】シールアセンブリの代案形態を示す分解斜視
図、

【図７】図３と同様であるが本発明を実現する代案エン
ジンのロータおよびシールアセンブリの幾つかを示す分
解斜視図、

【図８】図７のエンジンにおけるシールアセンブリの正
面図、

【図９】図８におけるシールアセンブリのＶ−Ｖ線断面
図、

【図１０】図８のＶＩ−ＶＩ線部分断面部分端面図、

【図１１】図８と同様であるが楔部材のための偏倚手段
を示す部分断面図。

【符号の説明】

９ ステータ １０ チャンバ １２ 周壁部 １３ 対向側壁部 １４ ロータ １６ シャフト １７ ベアリング １８ 羽根 １９ スロット ２４ 入口ポート ２６ 排出ポート ３０ 点火プラグ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 キャビティはロータを包囲して延在する
   周壁部と対向側壁部とを備え、対向側壁部の間にロータ
   を設けると共に一般に急激な接合領域にて周壁部と接続
   させ、さらに前記ロータはそれぞれロータ内で独立して
   変位するよう装着してロータ軸線に対し少なくとも実質
   的に半径方向の成分を有する少なくとも２個の横部分を
   備える複数の封止アセンブリを支持し、前記各部分は前
   記キャビティの各側壁部に係合する部分と前記キャビテ
   ィの周壁部に連携する他の封止部材を封止支持する部分
   とを備え、前記部分はロータの軸線に対し傾斜した楔面
   を有し、封止アセンブリの前記部分のそれぞれがロータ
   から前記周壁部の方向へ押圧された成分の各楔面に加え
   られる楔作用によって前記キャビティの各側壁部に対し
   操作上スラストとなるよう配置したことを特徴とするロ
   ータリーエンジン。
2. 【請求項２】 キャビティはロータを包囲して延在する
   周壁部と対向側壁部とを備え、対向側壁部の間にロータ
   を設けると共に一般に急激な接合領域にて周壁部と接続
   させ、さらに前記ロータはそれぞれロータ内でロータ軸
   線に対し平行な方向に独立して変位するよう装着した少
   なくとも２個の横部分を備える複数の封止アセンブリを
   支持し、前記各部分は前記キャビティの各側壁部に係合
   する部分と前記キャビティの周壁部に連携する他の封止
   部材を封止支持する部分とを備えると共に、ロータの軸
   線に対し傾斜した楔面を有する少なくとも１個の楔部材
   を備え、封止用アセンブリの前記横部分のそれぞれが楔
   作用によって前記キャビティの各側壁部に対しスラスト
   となるよう各楔部材をロータ軸線から前記周壁部の方向
   へ操作上スラストさせる配置であることを特徴とするロ
   ータリーエンジン。