JPS5974331A - ロ−タリピストンエンジンの吸気装置 - Google Patents

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】 本発明は、ロータリピストンエンジンの吸気装置に関し
、詳しくは吸気通路内に発生する吸気圧力波を利用して
エンジンの中回転域から高回転域−１− に亙って過給効果を得るようにしたものに関する。

従来より、ロータリピストンエンジンにおいて吸気通路
に過給機を設けて、吸気の過給を行うことにより、充填
効率を高めて出力向上を図るようにすることはより知ら
れているが、過給機を要するために構造が大がかりとな
るとともにコストアップとなる嫌いがあった。

また、従来、実公昭４５−２３２１　ｊＦ＋公報に開示
されているように、ロータリピストンエンジンにおいて
通路長さの異なる２つの吸気通路を設けるとともに、該
各吸気通路の作動室へ開口する吸気ボートの開閉タイミ
ングを制御することにより、過給効果を得るようにした
ものが提案されている。

しかし、このものは、吸気通路内に発生ずる吸気圧力波
を利用するものと思われるが、その方法、構成が定かで
なく、直ちに実用に供し得ないものであった。

そこで、本発明者等は、吸気ボートから吸気の吸入を開
始すると、吸気通路が負圧となって膨張波が発生し、こ
の膨張波を圧縮波に反転して吸気−２− 行程中の吸気ポートに作用けしぬれば過給効果が得られ
ること（以下、吸気個有脈動効果という）に着目し、こ
の吸気個有脈動効果を有効に利用することによってロー
タリピストンエンジンの充填効率向上を意図するもので
ある。

すなわち、本発明の目的は、ロータリピストンエンジン
における吸気通路のスロットルバルブ下流に圧力波を反
転する拡大室を設けることにより、」上記圧力波（膨張
波および圧縮波）の伝播時の減衰を可及的に小ざくして
上記吸気個有脈動効果の有効な発揮により過給を行い、
よって過給機等を要さない簡単な構造でもって充填効率
を高めて出力向上を図らんとするものである。

しかし、この場合、上記吸気個有脈動効果を高出力を要
するエンジン高回転時に得るように設定すると、脈動波
の谷部が低回転側で発生し、かえってエンジン中回転時
の出力低下を招くことになる。

そのため、さらに本発明の目的は、上記拡大室とは別に
補助拡大室を設けて、上記吸気個有脈動−３− 効果の谷部を補うような別個の吸気個有脈動効果を生せ
しめることにより、エンジンの中回転域から高回転域に
亙って出力向上を図るようにするものである。

これらの目的を達成するため、本発明の構成は、一端が
大気に開口し他端が吸気ボートによって作動室に間口し
、途中にスロットルバルブを設けた吸気通路と、上記ス
ロットルバルブ下流の吸気通路に設（プた拡大室と、該
拡大室下流の吸気通路に分岐通路にＪ：って連通された
補助拡大室とを備え、上記分岐通路の通路長さを、補助
拡大室から吸気ポートに至る１分岐通路および該分岐通
路との連通部下流の吸気通路で形成される通路長さが、
拡大室から吸気ポートまでの吸気通路の通路長さよりも
大きくなるように設定することにより、異なる２種類の
吸気個有脈動効果によって、つまり上記拡大室による主
たる吸気個有脈動効果と、この主たる吸気個有脈動効果
の谷部を補う上記補助拡大室による補助的な吸気個有脈
動効果とによってエンジンの中回転域から高回転域に亙
って過給効−４− 果を得るようにしたものである。

以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。

第１図はサイド吸気ボート式の２気筒ロータリピストン
エンジンに本発明を適用した実施例を示す。同図におい
て、１Ａおよび１Ｂは第１気筒および第２気筒であって
、各気筒ｌＡ１１Ｂは各々、２節トロ＝］イド状の内周
面２ａを備えたロータハウジング２と、その両側に位置
し後述の吸気通路１２．１．１２１１が開口する吸気ポ
ート３を備えたサイドハウジング４．／Ｉとで形成され
たケーシング５内を、略三角形状の１−タロがエキセン
トリックシャフト７に支承されて遊星回転運動し、かつ
各気筒ＩＡ、１Ｂのロータ６．６はエキセントリラクト
シャフト７の回転角で１８０°の位相差を持ち、上記各
ロータ６の回転に伴ってケーシング５内を３つの作動室
８．８．８に区画して、各々の気筒１Ａ、ＩＢにおいて
上記１８０°の位相差を保らながら吸気、圧縮、爆発、
膨張および排気の各行程を順次行うものである。尚、９
は合気−５− 筒ＩＡ、ＩＢにおいてロータハウジング２に開設された
排気ボート、１０および１１リーデイング側およびトレ
ーリング側点火プラグである。

上記吸気ポート３はロータ６側面によって開閉され、該
吸気ポート３の開口期間θはエキセントリックシャフト
７の回転角で２７０〜３２０°の範囲に設定されている
。この吸気ボートｎＮ口期間θの下限である２７０°は
吸入上死点から下死点までの幾何学的な吸気行程の最低
期間であり、有効に吸気を行うためには少なくともこれ
以上に設定する必要がある。一方、上限である３２０°
は、一つの気筒の連続する二つの作動室が吸気ポートを
介して連通ずる、換言すれば、各作動室の間口期間がラ
ップするのを防止するためで、ロータ６側面による吸気
ポート３の開閉からは開口期間の上限は３６０°である
が、ロータ６側面に装着されるサイドシール（図示省略
）による開口期間はそれよりも約４０６大きく、このサ
イドシールによる開口期間のラップをさけるためにロー
タ６側面による吸気ポート３の間口期間を３２０°以下
−〇　　− に押さえる必要がある。開口期間を３２０°以下に設定
づることにより、リーイドシール外側のロータ６側面と
サイドハウジング１内周面との間の微少間隙を介しての
吸気作動室と後続のＩＪ＋気作動室の連通を防止し、ア
イドリング等の低回転低負荷時における吸気作動室への
排気ガスの持込みを防止し安定した燃焼を確保できる。

尚、本発明で問題とする高負荷で回転の高い領域におけ
る圧力波の発生・伝播に関しては、サイドシール外側の
微少間隙は実質的な影響を及ぼさない。

一方、１２は一端がエアクリーナ１３を介して大気に間
口して吸気を各気筒１Δ、ＩＢに供給するだめの主吸気
通路であって、該主吸気通路１２には吸入空気量を検出
するエアフローメータ１４およびその下流に吸入空気量
を制御するスロットルバルブ１５が配設されている。上
記主吸気通路１２はスロワ１−ルバルブ１５下流におい
て等長の第１および第２吸気通路１２ａ、１２ｂに分岐
されたのち上記吸気ポート３．３を介して各気筒１Ａ、
ＩＢの作動室８．８に連通している。また、−７− 該第１および第２吸気通路１２ａ、１２ｂにはそれぞれ
上記エアフローメータ１４の出力に応じて燃料噴射■を
制御する電磁弁式の燃料噴射ノズル１６．１６が配設さ
れている。

そして、上記主吸気通路１２の分岐部は所定の容積をも
つ拡大室１７によって構成されており、スロワ１ヘルバ
ルブ１５下流に位置して各気筒１Ａ。

１Ｂの吸気ポート３，３からの圧力波く膨張波および圧
縮波）を該スロットルバルブ１５によって減衰されるこ
とな（有効に反転させるようにしている。上記拡大室１
７の容積は、エンジン排気量に対して０．５〜２倍に設
定されており、０．５倍未満では膨張波と圧縮波間の反
転効果が得られない一方、２倍を越えると圧力波が拡散
してしまい吸気個有脈動効果が著しく低下することに依
る。

上記拡大室１７は、エンジンの加速時又は減速時等の過
渡運転時における吸入空気のサージタンクとして機能し
、燃料の良好な応答性を確保するものである。

また、上記第１．第２吸気通路１２ａ、１２１］−８− の通路長さ９１、つまり拡大室１７から各気筒１△、１
Ｂの吸気ポート３までの通路長さ９１は、５０００〜７
０００　ｐｐｍのエンジン高回転時に吸気個有脈動効果
としての圧縮波の２次脈動波が作用するように下記式に
よって求められた値に設定されている。すなわち、 ９１−（θ−Ｏｏ　）Ｘ６０／３６ＯＮｘｃＸ１／２Ｚ
　　　　　・・・（Ｉ）」−記（Ｉ＞式において、θは
吸気ポート３の開口期間でθ−２７０〜３２０°であり
、θ０は吸気ポート３の開口から膨張波が発生するまで
の期間と該膨張波を反転した圧縮波の２次脈動波が伝播
される吸気ポート３全閉直前から全閉までの期間とを合
算した無効期間であって、θ舛１００゜であり、よって
（θ−θ０）は膨張波発生から圧縮波の２次脈動波伝播
までに要するエキセントリックシャフト７の回転角痕（
１７０〜２２０’）を表わす。また、Ｎはエンジン回転
数でＮ−５０００〜７０００ｐｐｍであり、６０／３６
ＯＮは１°回転するのに要する時間〈秒）を表わす。ま
た−　　〇　　− Ｃは圧力波の伝播速度つまり音速で、２０℃でＣ−３４
３ｍ／ｓである。さらに、Ｚは脈動波の正の次数で２次
脈動を利用するのでＺ＝２であり、１／２１は２次脈動
が２往復する行程の逆数を表わす。よって、これらの値
から、Ｕ＋　＝０．３５〜０．６３ＴＩｌに設定されて
いる。

尚、ここで、上記吸気個有脈動効果を得るに当って２次
脈動を用いる理由は、１次脈動は上記効果が大である反
面、通路長さ９１が長（なりすぎ、２次脈動の場合に対
して２倍の長さとなるので車載性が悪（、また吸気抵抗
を増加させる傾向がある。一方、３次脈動番Ｊ１通路長
さ９１が２次脈動に対して２／３の長さに短かくなる反
面、２次脈動に対して上記効果が約１５〜２５％程度低
下し、また吸気抵抗がさほど変わらない。このことから
、通路長さｐｌを可及的に短かくしながら吸気個有脈動
効果を有効に発揮させるためである。また、エンジン高
回転時としての５０００〜７０００　ｒｌｌＩの限定は
、一般にエンジンの最高出力および最高速度がこの範囲
に設定されていることから、ニー　　１０　− ンジンの高角荷高回転運転領域であって、充填効率向上
、出力向上に有効な領域であることににる。

更に、上記（Ｔ）式では、圧力波の伝播に対づる吸入空
気の流れの影響を無視している。これは、流速が音速に
１１ニベて小さく、吸気通路の長さにはとｌυど変化を
もたさらないためＣある。

さらに、１８．１８は」−記拡大室１７に対して補助的
な吸気個有脈動効果を得るｌζめの補助拡大室であって
、各補助拡大￥１８は分岐通路１９を介してそれぞれ拡
大室１７下流の第１．第２吸気通路１２ａ、１２１）に
連通されている。上記各補助拡大ｖ１８の容積は拡大室
１７の容積以下に設定されており、シ１、た分岐通路１
９の通路面積は第１、第２吸気通路１２ａ、１２ｂの通
路面積以下に設定されている。

また、上記分岐通路１つの通路長さ交２２は、分岐通路
１つおよび該分岐通路１つとの連通部下流の第１．第２
吸気通路１２ａ、１：ｉ（イノ通路良さをＵ２＋　とす
る）によって形成される上記補助拡大室１８から吸気ポ
ート３に至る通路長さ−　　１１　− ９２　（−Ｕ２２＋９２＋　）が、上記拡大室１７から
吸気ポート３までの通路良さ９１よりも大きくなるＪ：
うに設定されている。つまり、上記補助拡大室１８から
吸気ポート３までの通路長さ９２は、上記拡大室１７に
よる主たる吸気個有脈動効果の谷部を補うべくその基準
回転数の１／（１，２５±０．１２５）ｒｐｎ＋のエン
ジン回転時に補助的な吸気個有脈動効果を１ｑるように
、上記（Ｉ＞式により、ｚ＝１として、Ｃ２＝Ｕ＋（２
，５十０゜２５）に設定されている。

尚、ここで、上記補助拡大室１８による吸気個有脈動効
果では、分岐通路１つは単に圧力波伝播のための通路で
あって吸気抵抗の要因とならないので上記効果の大きい
１次脈動（ｚ＝１＞を利用している。また、車載性を考
慮するならば、２次脈動（Ｚ＝２）を利用してもよく、
この場合、交２＝Ｕ＋（１，２５±０．１２５）となる
。

次に、上記実施例の作用について説明するに、５０００
〜７０００　ｒｐｍのエンジン高回転時には、第１およ
び第２気筒１△、１Ｂにおいて各吸気ポー　　１２　− −ｉ・３の吸気開始にＪ：り第１．第２吸気通路１２ａ
、１２ｂ内に発生した膨張波は、該各吸気ボート３と拡
大室１７との間の通路長さ９１を５０００〜７０００　
ｒｐｍのエンジン高回転時を基準として上記〈丁）式に
より０．３５〜０．６３Ｔｒｌに設定したことにより、
第１．第２吸気通路１２ａ。

１２１）→拡大室１７（圧縮波に反転して反則）→第１
．第２吸気通路１２ａ、１２１］→吸気ボート３（膨張
波に反転して反射）→第１．第２吸気通路１２ａ、１２
ｔ）→拡大室１７（圧縮波に反転して反射）→第１．第
２吸気通路１２ａ、１２ｂを経て、ｆｌ−縮波の２次脈
動波として合気ｆＫ１１△、１Ｂの全開直前の吸気ポー
１へ３に伝播される。その結果、この２次ｌ１ｌｌｉ動
圧縮波により、全ＩＩＩ前の吸気ポー！−３からの吸気
の吹き返しが制御されて吸気が作動室８内へ押し込Ｊ：
れ、つまり過給が行われることになる。よって、各気筒
１Δ、１Ｂ自身での吸気個有脈動効果ににろ過給効果に
より、５ＱＯＯ〜７０００　ｒｐｍのエンジン高回転時
での充填効率が増大して出力を向上させることができる
。

−１３− 一方、エンジン回転数が上記５０００〜７００Ｑ　ｒｐ
ｍに対しく１．２５±０．１２５）の割合だけ低いエン
ジン回転時には、上記と同様に各気筒１△、１Ｂの吸気
ポー１へ３の吸気開始により発生した膨張波は、各吸気
ポート３と補助拡大室１８との間の通路長さ９２をＣ２
＝９＋　　（２，５±０゜２５）に設定したことにより
、第１．第２吸気通路１２ａ、１２ｂ→分岐通路１９→
補助拡大室１８〈圧縮波に反転して反射）→分岐通路１
９→第１、第２吸気通路１２ａ、１２ｂを経て、圧縮波
の１次脈動波として各気筒１Δ、１Ｂの全開直前の吸気
ポート３に伝播されて、同じく過給が行われる。その結
果、この補助拡大室１８にＪ：る吸気個有脈動効果にＪ
：り上記拡大室１７による吸気個有脈動効果での２次脈
動とその３次脈動との谷部に相当するエンジン回転時に
おける充填効率を充足補償して出力の向上を図ることが
できる。

したがって、各気筒１Ａ、１Ｂおいて、第２図に示すよ
うに、エンジン高回転時（５０００〜７０００ｒｐｍ）
での拡大室１７による主たる吸気側−１４− 右脈動効宋（破線で示す）によって得られる出力向上に
加えで、該主たる吸気個有脈動効果での２次脈動とその
３法服１ｆｉｌ＋との谷部に相当するエンジン回転時で
の補助拡大室１８による補助的な吸気個有脈動効果（実
線で示す）によって上記谷部の出力低下を補足して出力
向上ざヒ、よってエンジンの中回転域から高回転域に亙
って出力向上を図ることができる。尚、第２図では、拡
大室１７による主たる吸気個有脈動効果（２次脈動）を
６００　Ｏｒｐｍを基準として得るとともに、補助拡大
室１８による補助的な吸気個有脈動効果（１法服ＷＪ）
＞を４　Ｂ　ＯＯｒｐｍを基ｔｌｔとして１！７るよう
に設定した場合におけるエンジンの出力トルク特性を示
？ｌ。

Ｊ：ｋ、上記拡大室１７（ｊスロワ１〜ルバルブ１５下
流に位置し、かつ補助拡大室１８は該拡大室１７下流の
吸気通路１２ａ、１２ｂに連通するので、上記スロワ１
〜ルバルブ１５によって圧力波が減衰されることがなく
、上記拡大室１７および補助拡大室１８による各吸気個
有脈動効果を有効に発揮できる。

−１５− しかも、上記各吸気個有脈動効果による過給効果は１拡
大室１７および補助拡大室１８を設りること、および補
助拡大室１８と吸気ポート３との間の通路長さ９２を拡
大室１７と吸気ボート３との間の通路良さ９１よりも大
きくなるように設定することによって得られ、過給機等
を要さないので、既存の吸気系の僅かな設計変更で済み
、構造が簡単なものであり、Ｊ：って容易にかつ安価に
実施できる。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、そ
の他種々の変形例をも包含するものである。例えば、上
記実施例では燃判噴躬式のロータリピストンエンジンに
適用した例を示したが、気化器式のものにも適用できる
のは勿論のことである。しかし、燃Ｙ′３１噴射式の場
合、上記実施例の如く燃料噴射ノズル１６を拡大室１７
下流の吸気通路１２ａ、１２ｂに設けることによって、
該吸気通路１２ａ、１２ｂの通路長さ９１が長くなるこ
とによる燃Ｈの応答性の悪化を防止できるので好ましい
。

−１６− また、上記実施例では、各気筒１Δ、ＩＢに対し１系統
の吸気ボー１〜３を設【プた場合について述べたが、本
発明は各気筒に対１）低０荷用と高負荷用との２系統の
吸気ボートを設番プた場合にも適用できる。この場合、
２系統の吸気ポートの両方又はいずれか一方が吸気個有
脈動効果を得るＪ：うに設定すればよい。但し、２系統
の吸気ボーｌ〜の閉口時期が異なるものにあっては閉口
時期の近い方に上記効果を得るように設定することがり
Ｔましい。

さらに、本発明は、上記実施例の如き２気筒ロータリピ
ストンエンジンの他、単気筒あるいはその他の多気筒の
ロータリピストンエンジンに適用できるのは勿論のこと
である。

以上説明したように、本発明によれば、吸気通路のスロ
ットルバルブ下流に拡大室を設【プるとともに、該拡大
室下流の吸気通路に連通Ｊ゛る補助拡大室を設け、該補
助拡大室から吸気ポートまでの通路長さを」−記拡大室
から吸気ボー１へまでの通路長さよりも大きく設定する
ことにより、過給機等を要さない簡単な構造でもって、
上記拡大室によ−　　１７　　− る主たる吸気個有脈動効果とこの主たる吸気個有脈動効
果の谷部を補う上記補助拡大室による補助的な吸気個有
脈動効果とによってエンジンの中回転域から高回転域に
亙って充填効率を高めて出力向上を図ることができ、Ｊ
：ってエンジンの出力向上対策の容易実施化およびコス
トダウン化に大いに寄与できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示Ｊ全体概略図、第２図は本
発明による出力トルク特性を示すグラフである。 １Ａ・・・第１気筒、１Ｂ・・・第２気筒、２・・・ロ
ーフハウジング、２ａ・・・２節トロコイド状内周面、
３・・・吸気ボート、４・・・サイドハウジング、６・
・・ロータ、７・・・エキセントリックシャフト、８・
・・作動室、１２・・・主吸気通路、１２ａ・・・第１
吸気通路、１２ｂ・・・第２吸気通路、１５・・・スロ
ットルバルブ、１７・・・拡大室、１８・・・補助拡大
室、１９・・・分岐通路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）一端が大気に聞［１し他端が吸気ボートによって
   作動室に開口し、途中にスロットルバルブを設【プた吸
   気通路と、上記スロットルバルブ下流の吸気通路に設け
   た拡大室と、該拡大室下流の吸気通路に分岐通路にＪ：
   って連通された補助拡大室とを備え、上記分岐通路の通
   路長さは、補助拡大室から吸気ボートに至る９分岐通路
   および該分岐通路との連通部下流の吸気通路で形成され
   る通路長さが、拡大室から吸気ボートまでの吸気通路の
   通路良さよりも大きくなるように設定されていることを
   特徴とするロークリピストンエンジンの吸気装置。