JPWO2007080660A1 - 回転ピストン型内燃機関 - Google Patents
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Abstract
Description
高さの大きな仕切部材と、それを駆動するカム機構とが上方へ突出するため、エンジンの全高が非常に大きくなる。燃焼行程の後期には正転トルクの他に逆転トルクも発生するため、出力性能を高めることが到底困難である。
環状作動室は、ロータの少なくとも片側の側壁部分とハウジングとで形成されており、環状作動室は、ロータに設けられた少なくとも1つの加圧兼受圧部材でガス密に仕切られ、且つ、ハウジングに設けられた少なくとも1つの作動室仕切部材でガス密に仕切られる。ロータが回転するとき、その加圧兼受圧部材は、作動室仕切部材と協働して吸気を圧縮可能であり、また、燃焼ガス圧を受圧可能である。
(1)前記環状作動室は、加圧兼受圧部材と作動室仕切部材を介して、吸入作動室と圧縮作動室と燃焼作動室と排気作動室を形成可能に構成された。
(2)前記ロータの側壁部分は、ロータの半径をRとして、出力軸の軸心から 0.5 Rよりも大径側の側壁部分である。
(4)前記環状作動室の出力軸の軸心を含む平面における半断面の形状は、角部に円弧の丸みを付けた矩形に形成され、この環状作動室は、ロータに形成された浅い環状溝とハウジングに形成された深い環状溝とで構成され、前記浅い環状溝は、出力軸の軸心と直交する平面上の第1環状壁面と、この第1環状壁面の内周側角部壁面及び外周側角部壁面とを有し、前記深い環状溝は、内周側円筒壁面と、外周側円筒壁面と、出力軸の軸心と直交する面上の第2環状壁面と、この第2環状壁面の内周側角部壁面及び外周側角部壁面とを有する。
(6)前記付勢手段は、前記往復動仕切部材を進出位置の方へ付勢するガススプリングで構成されている。
(7)前記出力軸の軸心方向において前記ロータの両側に環状作動室を設け、これらの環状作動室に対応する加圧兼受圧部材と、作動室仕切部材とを設ける。
(10)前記(8)において、前記往復動仕切部材は内周側摺動面と外周側摺動面とを有し、前記往復動仕切部材の内周側摺動面と外周側摺動面と第1摺動面と先端摺動面と第2摺動面には、夫々、潤滑オイルが供給されるシール装着溝と、そのシール装着溝に可動に装着されたシール部材とが設けられた。
(16)前記(14)において、前記燃料供給手段は、前記副燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射器を有する。
(17)前記(15)において、前記燃料供給手段は、燃焼作動室に燃料を追加的に噴射する燃料噴射器を有する。
(20)前記作動室仕切部材が前記往復動仕切部材で構成され、この往復動仕切部材の内部に副燃焼室が形成された。
(21)前記加圧兼受圧部材は前記往復動仕切部材で構成され、前記ハウジングに、前記作動室仕切部材として、1又は複合の前記円弧形仕切部材が設けられ、少なくとも1つの円弧形仕切部材の内部に副燃焼室が形成された。
(24)前記(12)において、前記ロータに加圧兼受圧部材として3つの前記円弧形仕切部材が円周3等分位置に設けられた。
(27)前記燃料供給手段は、副燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射器を有し、前記副燃焼室内の混合気に圧縮点火により点火するように構成した。
尚、本発明の上記の構成、その他の基本的構成、変更形態、それらの作用効果については、後述の実施例に詳細に説明する。
2 ロータ
4 ハウジング
5 環状作動室
6 円弧形仕切部材
7,8 第1,第2往復動仕切部材
9,10 ガススプリング
11 吸気ポート
12 排気ポート
13 副燃焼室
15,16 第1,第2開閉弁
18,19 動弁機構
25 環状溝
25a,25b 内周壁面,外周壁面
26 ロータの環状壁面
41、43 第1,第2傾斜面
42 先端摺動面
58,59 第1,第2摺動面
前記環状作動室は、出力軸の軸心方向におけるロータの少なくとも片側の側壁部分とハウジングとで形成されると共に、全部又は大部分が円筒面をなす内周壁面と全部又は大部分が円筒面をなす外周壁面とを有する。
前記加圧兼受圧部材と作動室仕切部材の一方は、環状作動室を仕切る進出位置と、環状作動室から退いた退入位置とに亙って出力軸の軸心と平行方向へ往復動可能な往復動仕切部材で構成され、この復動仕切部材を進出位置の方へ付勢する付勢手段が設けられた。
図1、図2、図5に示すように、このロータリエンジンEは、出力軸1とロータ2とロータハウジング3を共用する2組のロータリエンジン(図5における右側のロータリエンジンE1と左側のロータリエンジンE2)を有し、これら2組のロータリエンジンE1,E2は、出力軸1の軸心を通り且つロータ2の左右方向の中心を通る図5に示す鉛直中心線CLの回りに回転対称の関係にある。そこで、主に、右側の1組のロータエンジンE1について説明する。
ロータ2とハウジング4との間をシールする環状のシール部材38,39,40は潤滑オイルが供給されるシール装着溝に装着されている。これらのシール部材38〜40は、耐摩耗性と固体潤滑性に優れる金属材料で構成するのが望ましい。
図2、図6、図14〜図16に示すように、副燃焼室13は、第1往復動仕切部材7に対応する周方向位置において内周壁面25aより出力軸1側のハウジング4の壁部内に形成され、本実施例では球形の副燃焼室13が例示されている。圧縮作動室81内の圧縮空気と燃料の混合気を副燃焼室13に導入するため、圧縮作動室81から副燃焼室13に連通した導入路91がハウジング4に形成されている。副燃焼室13内の燃焼ガスを燃焼作動室82に導出する為の導出路92がハウジング4に形成されている。上記の副燃焼室13の容積は、所定の圧縮比(本実施例のように点火エンジンの場合、例えば14〜16)の混合気を充填できるように、吸入作動室80の容積と関連付けて設定されている。尚、吸入作動室80の容積は、導入路91残留する圧縮混合気量も加味して設定される。尚、副燃焼室13は、外周壁面25bよりも外周側に形成することも可能である。
副燃焼室13の形状から許容される場合には、弁軸15a,16aを出力軸1の軸心と平行に配置してもよく、その場合は弁軸15a,16aを出力軸1に設けたカム部材で直接駆動することが可能になる。或いは、出力軸1に連動連結した2つのカム軸を設け、そのカム軸で駆動される第1,第2カム部材により第1,第2開閉弁15a,16aを駆動してもよい。或いは、出力軸1と同期回転する2つの電動モータで回転駆動される第1,第2カム部材により第1,第2開閉弁15,16を駆動してもよい。或いは、2つのソレノイドアクチュエータにより第1,第2開閉弁15,16を夫々直接駆動してもよい。
図17〜図26は、このロータリエンジンE1の吸入、圧縮、燃焼、排気の行程を示す説明図であり、環状作動室5を半径方向外側から視た状態を示す1周分の展開図である。 これらの図は、右側の1組のロータリエンジンE1の4行程を示しているが、左側の1組のロータリエンジンE2の4行程は、右側のエンジンE1の4行程に対して出力軸1の回転角にて180度遅れている
円弧形仕切部材6の内周側摺動面6aは環状作動室5の内周壁面25aにガス密に面接触し、外周側摺動面6bは環状作動室5の外周壁面25bにガス密に面接触し、先端摺動面42は環状作動室5のハウジング側環状壁面25cにガス密に面接触する。そのため、円弧形仕切部材6により環状作動室5がガス密に横断的に仕切られる。
尚、前記ロータリ弁を省略し、第1仕切部材151のトレーリング側にも第2仕切部材152と同様の第3仕切部材を設け、カム機構により進退駆動される第3仕切部材によって導入路153を開閉するように構成してもよい。
ハウジング4Gのうち、周方向に180度離隔した2つの往復動仕切部材8の各々に対して、ロータ回転方向リーディング側の近くに吸気ポート11が形成されると共にロータ回転方向トレーリング側の近くに排気ポート12が形成されている。2つの往復動仕切部材7の各々の近傍部に副燃焼室が形成されている。
Claims (28)
- 出力軸と、この出力軸と相対回転不能に連結されたロータと、出力軸を回転自在に支持するハウジングと、ロータとハウジングとで形成された環状作動室と、ロータに設けられ環状作動室を仕切る少なくとも1つの加圧兼受圧部材と、ハウジングに設けられ環状作動室を仕切る少なくとも1つの作動室仕切部材と、環状作動室に吸気を導入する為の吸気ポートと、環状作動室からガスを排出する為の排気ポートと、燃料を供給する燃料供給手段とを備え、圧縮状態の混合気に点火プラグ又は圧縮点火により点火するように構成された回転ピストン型内燃機関において、
前記環状作動室は、出力軸の軸心方向におけるロータの少なくとも片側の側壁部分とハウジングとで形成されると共に、全部又は大部分が円筒面をなす内周壁面と全部又は大部分が円筒面をなす外周壁面とを有し、
前記加圧兼受圧部材と作動室仕切部材の一方は、環状作動室を仕切る進出位置と、環状作動室から退いた退入位置とに亙って出力軸の軸心と平行方向へ往復動可能な往復動仕切部材で構成され、
この復動仕切部材を進出位置の方へ付勢する付勢手段が設けられ、
前記加圧兼受圧部材と作動室仕切部材の他方は、往復動仕切部材を進出位置から退入位置へ駆動可能な第1傾斜面と、この第1傾斜面に連なる先端摺動面と、この先端摺動面に連なり往復動仕切部材の退入位置から進出位置への復帰を許容する第2傾斜面とを有する円弧形仕切部材で構成された、
ことを特徴とする回転ピストン型内燃機関。 - 前記環状作動室は、加圧兼受圧部材と作動室仕切部材を介して、吸入作動室と圧縮作動室と燃焼作動室と排気作動室を形成可能に構成されたことを特徴とする請求項1に記載の回転ピストン型内燃機関。
- 前記ロータの側壁部分は、ロータの半径をRとして、出力軸の軸心から 0.5 Rよりも大径側の側壁部分であることを特徴とする請求項1に記載の回転ピストン型内燃機関。
- 前記環状作動室は、ロータ側に開口するようにハウジングに凹設され且つ出力軸の軸心を含む平面における半断面の形状が矩形の環状溝と、この環状溝の開口端を塞ぐロータの環状壁面とで構成されたことを特徴とする請求項1に記載の回転ピストン型内燃機関。
- 前記環状作動室の出力軸の軸心を含む平面における半断面の形状は、角部に円弧の丸みを付けた矩形に形成され、この環状作動室は、ロータに形成された浅い環状溝とハウジングに形成された深い環状溝とで構成され、
前記浅い環状溝は、出力軸の軸心と直交する平面上の第1環状壁面と、この第1環状壁面の内周側角部壁面及び外周側角部壁面とを有し、
前記深い環状溝は、内周側円筒壁面と、外周側円筒壁面と、出力軸の軸心と直交する平面上の第2環状壁面と、この第2環状壁面の内周側角部壁面及び外周側角部壁面とを有することを特徴とする請求項1に記載の回転ピストン型内燃機関。 - 前記往復動仕切部材が周方向へ移動しないように規制し且つ出力軸の軸心と平行方向へ移動するのを許容する係合案内機構を設けたことを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の回転ピストン型内燃機関。
- 前記付勢手段は、前記往復動仕切部材を進出位置の方へ付勢するガススプリングで構成されたことを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の回転ピストン型内燃機関。
- 前記出力軸の軸心方向における前記ロータの両側に環状作動室を設け、これらの環状作動室に対応する加圧兼受圧部材と、作動室仕切部材とを設けたことを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の回転ピストン型内燃機関。
- 前記環状作動室は、前記出力軸の軸心と直交する平面と平行な壁面を有し、
前記往復動仕切部材の先端側部分に、円弧形仕切部材の第1傾斜面にガス密に接触可能な第1摺動面と、環状作動室のうちの前記出力軸の軸心と直交する平面と平行な壁面にガス密に接触可能な先端摺動面と、円弧形仕切部材の第2傾斜面にガス密に接触可能な第2摺動面とを形成したことを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の回転ピストン型内燃機関。 - 前記円弧形仕切部材は、前記内周壁面に接触する内周側摺動面と前記外周壁面に接触する外周側摺動面とを有し、前記円弧形仕切部材の内周側摺動面と外周側摺動面と先端摺動面には、夫々、潤滑油が供給されるシール装着溝と、そのシール装着溝に可動に装着されたシール部材とが設けられたことを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の回転ピストン型内燃機関。
- 前記往復動仕切部材は内周側摺動面と外周摺動面とを有し、前記往復動仕切部材の内周側摺動面と外周側摺動面と第1摺動面と先端摺動面と第2摺動面には、夫々、潤滑オイルが供給されるシール装着溝と、そのシール装着溝に可動に装着されたシール部材とが設けられたことを特徴とする請求項9に記載の回転ピストン型内燃機関。
- 前記円弧形仕切部材の第1傾斜面のロータ回転方向リーディング側端部は出力軸の軸心と直交する線上にあり、第1傾斜面は半径拡大方向に向かって周方向傾斜角が漸減する形状に形成され、前記円弧形仕切部材の第2傾斜面のロータ回転方向トレーリング側端部は出力軸の軸心と直交する線上にあり、第2傾斜面は半径拡大方向に向かって周方向傾斜角が漸減する形状に形成されたことを特徴とする請求項9に記載の回転ピストン型内燃機関。
- 前記ロータに設けられた加圧兼受圧部材は前記円弧形仕切部材で構成され、前記ハウジングに、作動室仕切部材として、第1往復動仕切部材と、この第1往復動仕切部材からロータの回転方向に少なくとも180度離隔した第2往復動仕切部材とが設けられたことを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の回転ピストン型内燃機関。
- 前記第1往復動仕切部材より出力軸側のハウジングの壁部内に副燃焼室が形成され、前記吸気ポートは、ハウジングのうちの、第2往復動仕切部材に対してロータ回転方向リーディング側の近くに形成され、前記排気ポートは、ハウジングのうちの、第2往復動仕切部材に対してロータ回転方向トレーリング側の近くに形成されたことを特徴とする請求項13に記載の回転ピストン型内燃機関。
- 前記加圧兼受圧部材が吸気ポートと第1往復動仕切部材の間にあるとき、環状作動室のうちの、第2往復動仕切部材と加圧兼受圧部材との間に吸入作動室が形成されると共に加圧兼受圧部材と第1往復動仕切部材との間に圧縮作動室が形成され、
前記加圧兼受圧部材が第1往復動仕切部材と排気ポートの間にあるとき、環状作動室のうちの、第1往復動仕切部材と加圧兼受圧部材との間に燃焼作動室が形成されると共に、加圧兼受圧部材と第2往復動仕切部材との間に排気作動室が形成されることを特徴とする請求項14に記載の回転ピストン型内燃機関。 - 前記燃料供給手段は圧縮作動室に燃料を噴射する燃料噴射器を有し、前記副燃焼室内の混合気に点火する点火プラグを設けたことを特徴とする請求項15に記載の回転ピストン型内燃機関。
- 前記燃料供給手段は、前記副燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射器を有することを特徴とする請求項15に記載の回転ピストン型内燃機関。
- 前記燃料供給手段は、燃焼作動室に燃料を追加的に噴射する燃料噴射器を有することを特徴とする請求項16に記載の回転ピストン型内燃機関。
- 前記圧縮作動室から副燃焼室に連通した導入路と、この導入路を開閉可能な導入用開閉弁と、副燃焼室内の燃焼ガスを燃焼作動室に導出する導出路と、この導出路を開閉可能な導出用開閉弁とを設けたことを特徴とする請求項15に記載の回転ピストン型内燃機関。
- 前記導入用開閉弁と導出用開閉弁とを出力軸の回転と同期させて夫々駆動する複数の動弁手段を設けたことを特徴とする制御9に記載の回転ピストン型内燃機関。
- 前記作動室仕切部材が前記往復動仕切部材で構成され、この往復動仕切部材の内部に副燃焼室が形成されたことを特徴とする請求項1に記載の回転ピストン型内燃機関。
- 前記加圧兼受圧部材は前記往復動仕切部材で構成され、前記ハウジングに、前記作動室仕切部材として、1又は複合の前記円弧形仕切部材が設けられ、少なくとも1つの円弧形仕切部材の内部に副燃焼室が形成されたことを特徴とする請求項1に記載の回転ピストン型内燃機関。
- 前記ロータに加圧兼受圧部材として1つの前記円弧形仕切部材が設けられ、
前記ハウジングに作動室仕切部材として1つの往復動仕切部材が設けられ、
前記ハウジングのうちの、往復動仕切部材に対してロータ回転方向リーディング側の近くに吸気ポートを設けると共に、往復動仕切部材に対してロータ回転方向トレーリング側の近くに排気ポートを設け、
前記吸気ポートを開閉する吸気弁と、排気ポートを開閉する排気弁を設けたことを特徴とする請求項1に記載の回転ピストン型内燃機関。 - 前記ロータに加圧兼受圧部材として2つの前記円弧形仕切部材がロータ回転方向に約180度離隔して設けられたことを特徴とする請求項12に記載の回転ピストン型内燃機関。
- 前記ロータに加圧兼受圧部材として3つの前記円弧形仕切部材が円周3等分位置に設けられたことを特徴とする請求項13に記載の回転ピストン型内燃機関。
- 前記ロータに加圧兼受圧部材として4つの前記円弧形仕切部材が円周4等分位置に設けられ、前記ハウジングに作動室仕切部材として4つの往復動仕切部材が円周4等分位置に設けられ、
前記ハウジングのうち、周方向に180度離隔した2つの往復動仕切部材の各々に対して、ロータ回転方向リーディング側の近くに前記吸気ポートが形成されると共にロータ回転方向トレーリング側の近くに前記排気ポートが形成されたことを特徴とする請求項1に記載の回転ピストン型内燃機関。 - 前記ロータの少なくとも片側にサイズの異なる複数の環状作動室がロータの半径方向に離隔させて同心状に設けられ、前記ロータには各環状作動室を仕切る少なくとも1つの加圧兼受圧部材が設けられ、ハウジングには各環状作動室を仕切る少なくとも1つの作動室仕切部材が設けられたことを特徴とする請求項1に記載の回転ピストン型内燃機関。
- 前記燃料供給手段は副燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射器を有し、前記副燃料室内の混合気に圧縮点火により点火するように構成したことを特徴とする請求項15に記載の回転ピストン型内燃機関。
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