WO2008020571A1 - Moteur à combustion interne à palettes - Google Patents

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WO2008020571A1
WO2008020571A1 PCT/JP2007/065703 JP2007065703W WO2008020571A1 WO 2008020571 A1 WO2008020571 A1 WO 2008020571A1 JP 2007065703 W JP2007065703 W JP 2007065703W WO 2008020571 A1 WO2008020571 A1 WO 2008020571A1
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rotor
vane
stroke
housing
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PCT/JP2007/065703
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Souji Nakagawa
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Souji Nakagawa
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a rotary internal combustion engine that replaces a reciprocating engine, and more particularly to a vane type internal combustion engine that uses a vane.
  • a piston reciprocates in a cylinder and is converted into a rotational motion by a crankshaft via a connecting rod. At this time, vibration occurs due to reciprocal motion.
  • the torque fluctuation is large, and in the 4-cycle engine, the crankshaft is rotated twice for one expansion stroke. If the number of cylinders was increased, the engine structure became more complicated and the mass increased.
  • Both the reciprocating engine and the Wankel rotary engine have an intake 'compression' expansion / exhaust stroke. Some two-cycle engines do this in parallel. In either case, the exhaust gas is forcibly discharged outside the engine. Incomplete combustion gases such as carbon monoxide (CO), hydrocarbons (HC), and burned HC of lubricating oil adhering to the cylinder wall are also discharged at the same time. The discharge of HC collected by the wall force was a fate of an inevitable fate because the piston or rotor slides in close contact with the cylinder or housing wall. As for exhaust gas purification, aftertreatment with a catalyst etc. outside the engine room. Although all methods such as overflow in the combustion chamber, in-cylinder fuel injection, variable intake, variable valve mechanism, etc. can be considered for complete combustion countermeasures, nitrogen oxidation will occur if complete combustion is attempted at high temperatures to eliminate HC and CO. Things (NO) were to increase.
  • NO nitrogen oxidation will occur if complete combustion is attempted at high temperatures to eliminate HC and CO. Things (NO) were
  • the guide body is disposed so as to be slidable on the inner peripheral surface of the housing, and the circular guide is formed concentrically with the inner peripheral surface of the housing.
  • a combustion chamber is always provided in the vicinity of the near dead center of a rotor rotatably disposed in the housing, and an ignition device is provided in the constant combustion chamber so as to protrude outside the housing.
  • the vane rotary volume change device is said to be capable of high-speed rotation.
  • Patent Document 1 JP-A-10-68301
  • the present invention solves the above-described problems, and is configured to be lightweight with a simple structure that improves the strength of the vanes and reduces torque fluctuations, and can further take measures to purify exhaust gas.
  • An object of the present invention is to provide a vane type internal combustion engine. That is,
  • a housing having a perfectly circular inner peripheral surface, a rotor that is built in the housing and rotatable at a position eccentric from the center position of the inner peripheral surface, the housing, and the rotor
  • the hollow portion disposed between the rotor and the hollow portion along the radial direction of the rotor
  • a vane type internal combustion engine including a vane that enters and exits the vane, wherein the vanes are respectively arranged at positions divided into five along the circumferential direction of the rotor, and the vanes
  • the front end is disposed so as to be slidable on the inner peripheral surface of the housing, and the hollow portion is divided into five chambers by the vane to form one cycle by two rotations of the rotor, and each of the five divided portions.
  • the chamber is configured to repeat explosion, expansion, exhaust, intake, compression, supercharging, scavenging, intake, and compression strokes sequentially in the one cycle.
  • the interior of the housing is divided into five chambers with five vanes, and explosion, expansion, exhaust, intake, compression, supercharging, scavenging, intake, and compression strokes are sequentially performed by two rotations of the rotor. Since it is configured to repeat, a single rotor can perform the same function as a 4-cycle reciprocating 5-cylinder engine, and a small and lightweight internal combustion engine with little torque fluctuation can be configured. Since the inner peripheral surface of the sliding force, screw, and udging are formed in a perfect circle, the load on the vane can be reduced and the thickness of the vane can be reduced compared to the inner peripheral surface of the deformed housing.
  • the internal combustion engine can be manufactured easily and at a low cost, so that a practical internal combustion engine can be provided.
  • the present invention is characterized in that the fuel injection nozzle for injecting fuel is arranged to inject fuel in the direction opposite to the rotation of the rotor.
  • the fuel injected from the fuel injection nozzle is directed to the rear of the rotating rotor and thus injected, so that it should rotate from the rear in the chamber where the fuel is injected. It is possible to explode after collecting and compressing a rich mixture with good ignitability. Accordingly, the air-fuel ratio of the entire chamber can be set lean, and the exhaust gas can be purified by improving the fuel consumption rate and complete combustion.
  • the housing is formed with an intake port and an exhaust port communicating with the atmosphere side
  • the rotor is formed with a recess corresponding to each of the five divided chambers. It is characterized in that an intake opening or an exhaust opening is formed when the recess of the chamber is shifted by the rotation of the rotor to match either the V or the shift of the intake port or the exhaust port.
  • the exhaust stroke may be performed at a high pressure after the explosion stroke from the exhaust opening.
  • the scavenging gas is discharged, and the scavenging stroke is characterized in that low-pressure air is discharged from the exhaust opening.
  • the incompletely combusted material such as HC adhering to the side surface of the chamber has a small contact range because the contact width between the rotor recess and the exhaust port is small. Therefore, it is possible to reduce the emission of HC released from the exhaust port to the atmosphere.
  • the present invention is characterized in that a supercharging passage is formed between the one chamber that performs the supercharging stroke and the one chamber that performs the intake stroke.
  • valve chamber that does not flow high-pressure combustion gas but flows low-pressure air is switchably disposed between the one chamber that performs the supercharging stroke and the supercharging air passage. It is characterized by
  • the vane is slidably disposed on the inner peripheral surface of the housing by a vane pressing spring, and is slidable with the sliding surface with the housing and the rotor. It is characterized by the fact that a sealing means for preventing gas leakage is formed on the moving surface!
  • the concave portion is characterized in that it is formed so as to receive a wide surface pressure on the rotational direction side.
  • the pressure in the room due to the explosion is received by the wide surface pressure portion located on the downstream side of the position of the spark plug, so that the rotor is reliably rotated in the rotation direction.
  • the force S can be applied, and power can be easily applied to the rotating shaft of the rotor.
  • the ignition timing of the ignition plug is determined when the recess is positioned downstream of the position of the ignition plug in any one chamber that has shifted to the explosion stroke.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a structure of an engine according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view showing the engine housing and rotor in FIG. 1.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view showing the rotor and vanes in FIG. 2.
  • FIG. 4 is a perspective view showing one form of vane in FIG. 3.
  • FIG. 4 is a perspective view showing one form of vane in FIG. 3.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of the same.
  • FIG. 6 is a perspective view showing the vane seal in FIG. 4.
  • FIG. 7 is a side view showing a mounting view of the seal member mounted on the vane in FIG.
  • FIG. 8 is a timing transition diagram showing the first half of the first rotation of the rotor in the engine of FIG.
  • FIG. 9 is a timing transition diagram showing the latter half of the first rotation of the rotor in the engine of FIG.
  • FIG. 10 is a timing transition diagram showing the first half of the second rotation of the rotor in the engine of FIG.
  • FIG. 11 is a timing transition diagram showing the second half of the second rotation of the rotor in the engine of FIG. 1.
  • FIG. 12 A table showing the timing transition diagrams in FIGS.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view showing a state where the valve chamber is opened by the movement of the valve in FIG. 1.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view showing a state in which the valve chamber is blocked by the movement of the valve in FIG. 1.
  • the vane type internal combustion engine (hereinafter referred to as the engine) of the present invention has five vanes on a rotating rotor. It is designed to perform one cycle with two rotations to prevent vane gas leakage and improve strength, as well as purifying exhaust gas.
  • the engine 1 of the embodiment includes a housing 3 having a housing main body 31 and side housing parts 32, 32, and a rotor 5 that can rotate within the housing main body 31. And a vane 7 attached to the rotor 5.
  • the housing main body 31 has a perfectly circular inner peripheral surface 31a formed therein, and two built-up portions (a first built-up portion 31b and a second built-up portion 31c) on the outer peripheral surface, One boss 31d is formed.
  • the side housing portions 32 and 32 are formed in a disc shape and are attached to the housing main body portion 31 so as to close the rotor 5 from the side surfaces.
  • Each side housing portion 32, 32 has support holes 32a, 32a for supporting a rotating shaft 14 of the rotor 5 described later, and arc grooves serving as intake ports 18, 18, exhaust ports 19, 19 described later. Is formed.
  • the rotor 5 is formed in a cylindrical shape having substantially the same width as the width of the housing main body 31, and has a rotation center at a position eccentric from the center position of the inner peripheral surface 31a of the housing main body 31.
  • a space 6 is formed between the housing main body 31 and the rotor 5.
  • the rotor 5 is formed with vanes 51 (51a, 51b, 51c, 51d, 51e) 1S, which are equally divided in the rotational direction, over the entire width direction.
  • a vane 7 is inserted into each vane groove 51, and a hole 52 for accommodating the vane pressing spring 9 is formed at the center of each vane groove 51.
  • concave portions 53 are formed on the outer peripheral surface of the rotor 5 at positions equally divided into five.
  • the recess 53 is formed to have a large area on the front side with respect to the rotating direction. In other words, it is formed so that it is easy to receive pressure in the direction of rotation when it receives explosion pressure during the explosion stroke.
  • a rotating shaft 14 is arranged at the rotational center position of the rotor 5 and serves as a power output shaft.
  • the vane 7 is inserted into a vane groove 51 formed by dividing the rotor 5 into five equal parts in the rotation direction of the rotor 5, and the space 6 (hereinafter also referred to as chamber 6) is divided into five chambers (6A, 6B, 6C, 6D, 6E).
  • the vane 7 (7a, 7b, 7c, 7d, 7e) inserted into the vane groove 51 formed by dividing the rotor 5 into 5 equal parts is the vane spring 9 (9a, 9b, 9c, 9d).
  • 9e) is slidably disposed in the vane groove 51, and its tip is slidably contacted with the inner peripheral surface 31a of the housing body 31 by the biasing force of the vane push spring 9. . Therefore, the rotor 5 described above
  • the recess 53 is formed in each chamber 6 (6A, 6B, 6C, 6D, 6E) to form the recesses 53A, 53B, 53C, 53D, 53E, respectively.
  • the vane 7 of the embodiment includes a gas leakage prevention measure when sliding between the side housing portions 32 and 32 and a gas leakage prevention measure when sliding in the vane groove 51 of the rotor 5. It is configured to apply.
  • the vane 7 is formed in a rectangular plate shape by assembling the vane body 70 and the vane seal 73. Also, a sliding surface 7m with the vane groove 51 of the rotor 5 is formed on the side surface orthogonal to the longitudinal direction in plan view, and the sliding surface with the side housing portion 32 on the side surface orthogonal to the short side direction in plan view. 7n is formed, and a sliding surface 7p with the inner peripheral surface 31a of the housing body 31 is formed on the upper surface.
  • the vane body 70 includes a base 71 having a base 71a and a vertical 71b and a substantially inverted T-shaped cross section, and a vane groove sliding portion 72 mounted on both sides of the vertical 71b.
  • the vane seal 73 is formed in a gate shape including horizontal column portions 73a and 73a facing both sides of the base portion 71 of the vane body 70 and an upper column portion 73b facing the upper portion of the base portion 71. .
  • the foot portions 73c and 73c at the bottom of each horizontal column portion 73a are formed in a wide width with respect to the upper portion of the horizontal column portion 73a, and are to be hooked on the lower surface of the base portion 71 as shown in FIG. It is formed in an L shape that bends inward.
  • the upper part of the horizontal column part 73a and the upper column part 73b are formed in a curved shape protruding outward in plan sectional view (see FIG. 6A), and the foot part 73c is in front view (see FIG. 6B), It is formed in a curved shape that protrudes outward and thus protrudes.
  • seal grooves 71c and 71c are formed on both surfaces along the longitudinal direction of the base portion 71b of the base portion 71, and the seal grooves 71c and 71c face outward.
  • Curved seal members 74, 74 formed in a convex shape are mounted.
  • the vane seal 73 and the seal member 74 are formed so as to be flexible.
  • the housing body 31 includes a fuel injection nozzle 10 that passes through the first build-up portion 31b, a valve chamber 4 formed in the second build-up portion 31c, and a boss portion 31d.
  • a igniting spark plug 12 is arranged.
  • the injection nozzle 10, the spark plug 12, and the valve chamber 4 are arranged at positions facing the separate chambers 6 in the housing main body 31.
  • the fuel injection nozzle 10 is arranged such that the ejection port 10a ejects toward the rear vane 7 side constituting each chamber 6.
  • the jetted fuel accumulates in the rear vane 7 and is carried by the rotating vane 7. Therefore, when the spark plug 7 ignites, the mixed gas is ignited in a rich state. Therefore, the air-fuel ratio of the entire chamber 6 can be set lean, and the exhaust gas can be purified by improving the fuel consumption rate and complete combustion.
  • the spark plug 12 has an ignition port 12a arranged toward the inner peripheral surface 31a side of the housing main body 31, and the ignition timing is a pair of the rotor 6 rotating to constitute each chamber 6. This is performed when one of the vanes 7 (the vane 7 arranged on the rear side in the rotational direction) reaches the vicinity of the spark plug 12. That is, ignition is performed when a recess 53 formed in the rotor 5 described later reaches the downstream side of the ignition plug 10.
  • a supercharge passage valve (also simply referred to as a valve) 11 is arranged in the valve chamber 4.
  • the valve 11 opens and closes whether air or gas flows in any one of the chambers 6 facing a supercharged passage, which will be described later, and is moved by being energized by a spring member 13 in the valve chamber 4. Arranged to be possible.
  • valve inlet 15 that connects the valve chamber 4 and the space 6 is formed on the inner peripheral surface side of the second build-up portion 31c, and is connected to the valve inlet 15 via the valve chamber 4.
  • the supercharged air passage inlet 16 is formed.
  • a supercharging air passage 17 connected to an intake port 18 formed in the side housing portion 32 is connected to the supercharging air passage inlet 16.
  • the intake port 18 is formed so as to communicate with the outside from the side housing portion 32 so as to be able to intake air. Further, an exhaust port 19 communicating from the side housing portion 32 to the outside is formed on the upstream side of the intake port 18 in the rotation direction of the rotor 5.
  • a gas introduction path 20 that connects the space portion 6 and the valve chamber 4 is formed adjacent to the valve inlet 15! / Gas introduction path
  • the pressure of the combustion gas overcomes the urging force of the spring member 13 by the pressure of the combustion gas. Move to the spring member 13 side to close the valve inlet 15 and the supercharging air passage inlet 16.
  • the intake port 18 and the exhaust port 19 are formed along the direction of rotation of the recess 53 of each chamber 6 formed in the rotor 5, and when the recess 53 coincides with the intake port 18, any one of the recesses 53 is excessive.
  • the exhaust port 19 is disposed on the upstream side of the intake port 18 with respect to the rotation direction of the rotor 5.
  • the concave portion 53 of the rotor 5 is arranged so as to have a directivity toward the intake port 18 after passing through the exhaust port 19.
  • the exhaust opening 22 shows the exhaust stroke, and the chamber 6 forming the exhaust opening 22 indicates the exhaust stroke.
  • the chamber 6 forming the exhaust opening 22 exhibits a scavenging stroke.
  • the exhaust port 19 is formed in the side housing portion 32, the amount of incompletely combusted material such as HC attached to the side surface of the chamber 6 is squeezed out. Emissions of HC released from the exhaust port 19 into the atmosphere can be reduced.
  • each stroke is performed by the rotation of the rotor 5 in each chamber 6 divided by the vanes 7.
  • explosion occurs once in each chamber 6 by two rotations of the rotor 5, and during that time, expansion, exhaust, intake 'compression', 'supercharging', scavenging, 'intake' compression are performed.
  • the chamber 6A formed between the vane 7a and the vane 7e has a protruding amount of the vane 7a and the vane 7e pushed out of the rotor 5 by the vane pushing springs 9a and 9e.
  • the chamber volume is reduced.
  • chamber 6A performs an explosion stroke, chamber 6A is in a compressed state with the gas mixture filled in the previous stroke. In this position, since the ignition plug 12 is disposed, an explosion occurs when the ignition plug 12 is ignited once in two rotations of the rotor 5. In FIG. 1, the explosion occurs when the rotor 5 rotates from the state of FIG. 1 and the recess 53a reaches the position beyond the spark plug 12, that is, the downstream side of the spark plug 12.
  • the explosion caused by the ignition of the spark plug 12 causes the rotor 5 to rotate together with the vane 7e by pressing one surface (front surface portion in the rotational direction) of the recess 53a formed in the chamber 6A.
  • the chamber volume becomes larger than that of chamber 6A and the compressed combustion gas begins to expand.
  • the gas introduction path 20 and the valve inlet 15 are formed to face each other.
  • the position of the valve 11 in the valve chamber 4 differs depending on whether the chamber 6E is filled with high-pressure gas or low-pressure air. For example, if the combustion gas after the explosion is filled in the chamber 6E, the high-pressure combustion gas flows into the valve chamber 4, and then the valve 11 is overcome by the urging force of the spring member 13. Press to the side. As a result, the valve 11 moves to block the valve inlet 15 and the supercharged passage inlet 16, and gas does not flow into the supercharged passage 17 only at this timing.
  • the chamber 6E shows an expansion stroke.
  • the valve 11 moves to the tip of the valve chamber 4 by the biasing force of the spring member 13, and the low pressure air in the chamber 6E flows from the valve inlet 15 to the valve chamber. 4 enters the chamber 6C through the supercharged air passage 17.
  • the inside of the room 6E indicates a supercharging process.
  • the valve 11 opens the valve inlet 15 and the supercharged passage inlet 16. Room 6E will show the supercharging process.
  • the protruding amount of the vane 7c and the vane 7d is further increased to further increase the chamber volume. Since the exhaust port 19 is formed at this position, the exhaust opening 22 is formed when the recess 53d formed in the rotor 5 matches the exhaust port 19. In the exhaust opening 22, there are a case where high-pressure combustion gas generated by explosion in the exhaust stroke is exhausted and a case where low-pressure air is exhausted in the scavenging stroke.
  • the chamber 6D indicates the exhaust stroke.
  • purified air is discharged from the exhaust opening 22 to the atmosphere through the exhaust port 19.
  • the remaining unburned exhaust gas is burned by fresh air and purified. Released to the atmosphere.
  • the chamber 6C formed between the vane 7b and the vane 7c has a larger chamber volume than the force chamber 6D in which the protruding amount of the vane 7b and the vane 7c is substantially the same as the vane 7c and the vane 7d in the chamber 6D. Is shown.
  • the concave portion 53c formed in the rotor 5 matches the air inlet 18, so that the air inlet 21 is formed, and the air is passed through the air through the air through the air inlet 18.
  • the low-pressure air that has passed through the supercharging air passage 17 is sucked in.
  • the chamber 6B formed between the vane 7a and the vane 7b has a smaller chamber volume than the chamber 6C because the protruding amount of the vane 7a is smaller than that of the vane 7b in the chamber 6C. Air begins to compress. At this position, the fuel injection nozzle 10 is disposed, and fuel is injected once every two rotations at a predetermined timing and filled into the chamber 6B.
  • each chamber (6A, 6B, 6C, 6D, 6E) moves in order by the rotation of the rotor 5 in the direction of the arrow, as shown in FIGS. 8 to 9 (or FIGS. 10 to 11), the rotor 5 Divide one rotation of the divide into 10 and look at the transition of each room (6A, 6B, 6C, 6D, 6E) every 36 degrees.
  • the explanation will focus on the chamber 6A.
  • FIG. 8 (1) the chamber 6A is injected with fuel and filled with mixed gas in the stroke before the chamber volume approaches the minimum.
  • FIG. 13 shows an enlarged view of the state of FIG.
  • the spark plug 12 is ignited once every two rotations of the rotor 5 in a state where the mixed gas is compressed in the chamber 6A, an explosion occurs and a high-pressure combustion gas is generated to generate power. .
  • This power rotates the rotating shaft 14 and transmits the rotation to other parts.
  • one vane 7e constituting the chamber 6A does not pass through the valve inlet 15.
  • the compressed low-pressure air in the chamber 6E flows into the valve inlet 15 from the valve inlet 15.
  • the valve inlet 15 and the supercharging air passage 17 are opened.
  • the air in the chamber 6E flows into the chamber 6C through the supercharging passage 17.
  • the chamber 6E is in the supercharging stroke, and the chamber 6C is in the intake stroke with the recess 53c matching the intake port 18 to form the intake opening 21.
  • the chamber 6B In the chamber 6B, the middle of the compression stroke for compressing the low-pressure air is shown, and the chamber 6D is in the exhaust stroke. This chamber 6D has not passed one revolution since the explosion stroke, and the chamber 6D is filled with high-pressure combustion gas.
  • the recessed portion 53d of the rotor 5 is aligned with the exhaust port 19, so that the exhaust opening 22 is formed. The combustion gas in the chamber 6D is positively discharged outside through the exhaust opening 22 through the exhaust port 19 because of its high pressure.
  • FIG. 8 (2) the rotor 5 rotates 36 degrees, and the chamber 6A that has completed the explosion stroke moves to the expansion stroke.
  • the chamber volume is larger than that in the chamber 6A in the explosion stroke, so that the vanes 7a and 7e are pushed out by the vane springs 9a and 9e, and the compressed combustion gas expands.
  • the gas introduction path 20 is disposed opposite to the chamber 6A, the compressed combustion gas flows from the gas introduction path 20 into the valve chamber 4.
  • the combustion gas introduced into the valve chamber 4 moves the supercharge passage valve 11 toward the spring member 13 against the urging force of the spring member 13.
  • the valve 11 closes the valve inlet 15 and the supercharged passage inlet 16, and the burned combustion gas is not introduced into the chamber 6D.
  • air remains in the supercharged air passage 17 and the recess 53d of the rotor 5 in the chamber 6D matches the intake port 18 disposed in the chamber 6D. Therefore, the chamber 6D sucks in the air in the supercharging passage 17. Chamber 6D is therefore in the intake stroke.
  • the chamber 6B is in a compression stroke because the chamber volume is in a position near the minimum and the spark plug 12 is not ignited.
  • the chamber 6B is in a state of being compressed by being filled with low-pressure air taken in during the intake stroke. Further, in the chamber 6E, the low pressure air sucked in the intake stroke is filled, so that the chamber 6E is in a purified state.
  • the recessed portion 53e of the rotor 5 is in a position that coincides with the exhaust port 19, the exhaust opening 22 is formed, and the low-pressure air in the chamber 6E is discharged from the exhaust port 19 to the atmosphere. This released air can clean the exhaust gas because it completely burns the remaining unburned matter in the exhaust gas.
  • chamber 6E will show a scavenging stroke.
  • fuel is injected from the fuel injection nozzle 10 and is sucked in during the intake stroke and mixed with low-pressure air to produce a mixed gas. It is in a filled state. Therefore, in chamber 6C, the beginning of the compression stroke for compressing the mixed gas is indicated.
  • One vane 7a constituting 6A is located immediately before the valve inlet 15, and the high-pressure combustion gas in the chamber 6A communicated in the previous stroke is communicated with the valve chamber 4 as it is. Therefore, the valve 11 remains pressed with the combustion gas and closes the valve inlet 15 and the supercharged passage inlet 16, so that the gas in the chamber 6 A does not flow into the supercharged passage 17.
  • the chamber 6B is in the position where the spark plug 12 is disposed, but the spark plug 12 is not ignited, so the gas in the chamber 6B is in the compression stroke. Accordingly, the purified air is compressed in the chamber 6B.
  • the chamber 6C is in the compression stroke of the mixed gas, and the pressure in the chamber 6C is increased.
  • the chamber 6D is in the intake stroke because the recess 53d of the rotor 5 matches the intake port 18 and the recess 53d forms the intake opening 21 to suck in the residual pressure in the supercharging passage 17. Will be shown.
  • the chamber 6E shows a state in which the purified air is exhausted and is in the scavenging stroke because the concave portion 53e of the rotor 5 coincides with the exhaust port 19 to form the exhaust opening 22.
  • the rotor 5 further rotates 36 degrees, and the chamber 6A shifts to the exhaust stroke.
  • the chamber 6A has the vanes 7a and 7e projecting and projecting by being pressed by the vane pressing springs 9a and 9e to increase the chamber volume. Therefore, the compressed high-pressure combustion gas expands.
  • the recessed portion 53a of the rotor 5 coincides with the exhaust port 19 and the exhaust opening 22 is formed, the combustion gas in the chamber 6A is high in pressure, and therefore positively passes from the exhaust opening 22 through the exhaust port 19. Are discharged to the outside.
  • the chamber 6 B is moved to a position facing the valve chamber 4. Since the purified low-pressure air is compressed in the chamber 6B, the urging force of the spring member 13 overcomes the pressure of the low-pressure air in the valve chamber 4 and moves the valve 11 to the tip of the valve chamber 4. . For this reason, the valve inlet 15 and the supercharged passage inlet 16 are connected, and the compressed air in the chamber 6B is introduced into the supercharged passage 17 and introduced into the chamber 6E. Therefore, the chamber 6B constitutes a supercharging stroke, and the chamber 6E constitutes an intake stroke. In the chamber 6C, the rotor 5 rotates to move to a position where the ignition plug 12 is located. At this position, the recess 53c of the rotor 5 It is not in the ring. Therefore, the mixed gas is further compressed and the compression process continues. Chamber 6D moves from the intake stroke to the compression stroke.
  • FIG. 8 (5) the rotor 5 further rotates 36 degrees, and in the chamber 6A, the recess 53a of the rotor 5 is shown in FIG.
  • the combustion gas in the chamber 6A is discharged to the outside.
  • chamber 6A continues to remain in the exhaust stroke.
  • the recess 53c of the rotor 5 of the chamber 6C reaches the downstream side of the spark plug 12, the spark plug 12 is ignited to generate an explosion.
  • the chamber 6C becomes an explosion stroke, and the chamber is filled with high-pressure combustion gas.
  • the valve chamber 4 the chamber 6B continues to face and the low-pressure air flows into the supercharging passage 17, so that the chamber 6B continues to be in the supercharging stroke and the chamber 6E continues to the intake stroke. It is in.
  • Fig. 9 (6) the chamber 6A shifts to the intake stroke. Exhaust high-pressure combustion gas in the previous stroke! /, So exhaust in chamber 6A! /, Combustion gas left! /.
  • the recessed portion 53a of the rotor 5 matches the intake port 18, so the recessed portion 53a forms the intake opening 21. Since the intake port 18 communicates with the atmosphere and is connected to the supercharge passage 17, the air from the intake port 18 is introduced into the intake passage 21 and remains in the supercharge passage 17. The introduced air is introduced into the chamber 6A with residual pressure.
  • the chamber 6C is in a position facing the valve inlet 15, and the high-pressure combustion gas in the chamber 6C flows into the valve chamber 4 from the gas introduction path 20. Since the valve 11 is moved by the high-pressure combustion gas and closes the valve inlet 15 and the supercharging air passage inlet 16, the high-pressure combustion gas is not introduced into the chamber 6A. Therefore, the chamber 6C is in the expansion stroke for expanding the combustion gas.
  • the chamber 6B is filled with low-pressure air, and the recess 53b of the rotor 5 matches the exhaust port 19, so that the low-pressure air is released into the atmosphere and burns off unburned matter. It ’s in the air.
  • the chamber 6D is in the compression stroke.
  • fuel is injected from the fuel injection nozzle 10 to fill the chamber 6E with the mixed gas, and the chamber 6E starts to be compressed to start the compression stroke.
  • the chamber 6A is in a position where the recess 53a continues to coincide with the inlet 18
  • the intake stroke for drawing air from the atmosphere continues.
  • V continues to the previous stroke
  • the valve 11 closes the valve inlet 15 and the supercharging air passage inlet 16! /, So the combustion gas from the chamber 6 C facing the valve chamber 4
  • the chamber 6C is not in the chamber 6A and the chamber 6C is still in the expansion stroke.
  • the chamber 6B is continuously in the scavenging stroke
  • the chamber 6D is in the compression stroke to compress the low-pressure air
  • the chamber 6E is in the compression stroke to compress the mixed gas.
  • Fig. 9 the chamber 6A shifts to the compression stroke.
  • the chamber 6A is filled with air sucked from the atmosphere side and low-pressure air sucked from the supercharging passage 17, and this air is in a compressed state.
  • the fuel injection nozzle 10 is opposed to the fuel injection nozzle 10, but no fuel is ejected from the fuel injection nozzle 10 because the first rotation is not completed.
  • the chamber 6D is moved to a position facing the valve chamber 4.
  • the valve 11 moves to the tip of the valve chamber 4 by the spring member 13, and the valve inlet 15 And the supercharging passage inlet 16 are opened.
  • the low-pressure air in the chamber 6D is introduced into the chamber 6B from the position where the recess 53b matches the intake port 18 and forms the intake opening 21 through the supercharged air passage 17. Therefore, chamber 6D is in the supercharging stroke and chamber 6B is in the intake stroke.
  • the chamber 6C is in the exhaust stroke because the high-pressure combustion gas is discharged from the position where the recess 53c coincides with the exhaust port 19 to form the exhaust opening 22, and in the chamber 6E, the mixed gas is compressed and in the compression stroke.
  • the recess 53e of the rotor 5 does not exceed the position of the spark plug 12, and is located upstream of the spark plug 12, so that the spark plug 12 Is not ignited.
  • FIG. 9 the compression stroke in which the low pressure air is continuously compressed is continued in the chamber 6A.
  • the spark plug 12 is ignited in the chamber 6E and an explosion stroke occurs, and the chamber 6E is filled with high-pressure combustion gas.
  • the valve chamber 4 the valve 11 opens the valve inlet 15 and the supercharging air passage inlet 16, so the low-pressure air in the chamber 6 ⁇ / b> D flows into the supercharging air passage 17. Therefore, the chamber 6D is in a supercharging stroke, and the chamber 6B is in an intake stroke in which low-pressure air is sucked.
  • Chamber 6C is in the exhaust stroke to discharge high-pressure combustion gas to the atmosphere.
  • FIG. 9 it is time for the rotor 5 to complete one rotation.
  • Figure 14 shows an enlarged view.
  • Chamber 6A is the position where spark plug 12 ignites, but chamber 6A In this case, the explosion occurs once every two revolutions, and it is not ignited at this time because no new fuel is injected and the gas mixture is not filled. Therefore, in the chamber 6A, the compression stroke in which the lower pressure air is compressed continues.
  • the chamber 6E that has passed the explosion stroke in the previous stroke is filled with the high-pressure combustion gas and moves to a position facing the valve chamber 4, so that the high-pressure combustion gas flows into the gas introduction path 20 Through the valve chamber 4.
  • Chamber 6E will show the expansion stroke.
  • the valve 11 closes the valve inlet 15 and the supercharging passage inlet 16 by the inflow of high-pressure combustion gas, so that the combustion gas does not flow into the supercharging passage 17. Therefore, the high-pressure combustion gas is not introduced into the chamber 6C that has shifted to the intake stroke, and the air from the atmosphere and the air remaining in the supercharging air passage 17 are sucked.
  • the chamber 6D is in the scavenging stroke, and in the chamber 6B, new fuel is injected from the fuel injection nozzle 10 while entering the compression stroke.
  • the timing of the second rotation is as shown in Figs. 10 and 11 and 12, and is performed following the timing of Fig. 9 (10) in the first rotation. That is, in Fig. 10 (1), the chamber 6A is in the compression stroke, the chamber 6B is the compression stroke in which the mixed gas is compressed, and the chamber 6C is the intake stroke after the high-pressure combustion gas is discharged, and the chamber 6D Is the scavenging stroke and chamber 6E is in the expansion stroke to expand the combustion gas.
  • the chamber 6A shows a supercharging stroke in which low-pressure air is expanded and sent to the supercharging air passage 17, and the chamber 6B is in a compression stroke for compressing the mixed gas.
  • Chamber 6C is in the compression stroke where it begins to compress the low pressure air.
  • the chamber 6D is in the intake stroke for taking in the air in the chamber 6A, and the chamber 6E is in the exhaust stroke for discharging high-pressure combustion gas.
  • the chamber 6A continues to show the supercharging stroke, and the chamber 6B shifts to the explosion stroke when the ignition plug 12 is ignited.
  • Chamber 6C continues to be in the compression stroke, chamber 6D is still in the intake stroke, and chamber 6E is still in the exhaust stroke to discharge high-pressure combustion gas.
  • the chamber 6A shifts to a scavenging stroke
  • the chamber 6B is in an expansion stroke in which high-pressure gas is expanded
  • the chamber 6C is in a compression stroke in which low-pressure air is compressed.
  • the chamber 6D shifts to the compression stroke
  • the chamber 6E shifts to the intake stroke.
  • chamber 6A is still in the scavenging stroke, and chamber 6B expands the high pressure gas.
  • Chamber 6C is still in the compression stroke.
  • Chamber 6D enters a compression stroke in which fuel is filled and compresses the mixed gas, and chamber 6E is in the intake stroke.
  • the chamber 6A shifts to the intake stroke
  • the chamber 6B shifts to the exhaust stroke that discharges high-pressure combustion gas
  • the chamber 6C shifts to the supercharging stroke that supplies low-pressure air.
  • the chamber 6D is in the compression stroke for compressing the mixed gas
  • the chamber 6E is shifted to the compression stroke for compressing the low-pressure air.
  • the chamber 6A continues to be in the intake stroke, and the chamber 6B continues to be in the exhaust stroke. Also, chamber 6C continues to be in the supercharging stroke, and chamber 6D moves to the explosion stroke. Chamber 6E is in the compression stroke to compress the low pressure air.
  • the chamber 6A has shifted to a compression stroke for compressing the mixed gas mixed with the fuel injected from the combustion injection nozzle 10, and the chamber 6B has shifted to the intake stroke.
  • Chamber 6C is in the scavenging stroke
  • chamber 6D is in the expansion stroke to expand the high-pressure combustion gas
  • chamber 6E is in the compression stroke.
  • the chamber 6A is in the compression stroke for compressing the mixed gas
  • the chamber 6B is in the intake stroke
  • Chamber 6C is in the scavenging stroke
  • chamber 6D is in the expansion stroke to expand the combustion gas
  • Chamber 6E is in the compression stroke to compress low pressure air.
  • FIG. 11 shows the final stroke of one cycle.
  • the chamber 6A is filled with the compressed mixed gas and is in a state of waiting for an explosion.
  • the enlarged view of this state is the same as in Fig. 1.
  • the recess 53a of the rotor 5 does not exceed the spark plug 12, and is positioned upstream of the spark plug 12, so that the spark plug 12 is not ignited. Therefore, chamber 6A is in the compression stroke.
  • the low pressure air is in the compression stroke where it begins to compress
  • chamber 6C is in the intake stroke.
  • the high-pressure combustion gas is in the exhaust stroke where it is discharged to the atmosphere.
  • any one of the chambers 6 that has undergone the explosion stroke is filled with high-pressure combustion gas, and this combustion gas is exhausted in the recess 53 of the rotor 5 in the exhaust stroke.
  • An exhaust opening 22 is formed when it matches the port 19, and high-pressure combustion gas is exhausted to the atmosphere from the exhaust port 19.
  • the recessed part 53 matches the inlet 18 in the intake stroke
  • the low-pressure air from the atmosphere and the supercharged air passage 17 is sucked into the air.
  • This low-pressure air is released as the unburned product is completely burned from the formed exhaust opening 22 as a scavenging process when the timing is advanced by the rotation of the rotor 5 and the concave portion 53 matches the exhaust port 19. Will be.
  • valve chamber 4 As shown in FIG. 14, when high-pressure combustion gas flows in through the gas introduction path 20, the valve 11 is moved so that the valve inlet 15 and the supercharging air passage inlet 16 are moved. As shown in FIG. 13, the valve 11 is moved and the valve inlet 15 and the supercharged air passage inlet 16 are opened when the low pressure air is flown in as shown in FIG. 13 without closing the combustion gas into the supercharged air passage 17. . For this reason, air or a negligible amount of negligible gas is introduced into the chamber 6 from the intake passage 17 through the intake port 18 into any of the chambers 6 where high-pressure combustion gas is discharged to the atmosphere. In this room 6, the inside of the room 6 is purified.
  • the timing of the explosion in the chamber 6A is performed at the beginning of the third rotation of the rotor 5, and this is repeated in order.
  • the explosion occurs once in two rotations of the mouth 5, and as a whole, the chamber 6 is divided into five chambers, so a total of five explosions occur in two rotations of the rotor 5. Will be generated.
  • the housing 3 is divided into five chambers by five vanes 7, and one cycle is performed by two rotations of the rotor 5, that is, explosion, expansion, exhaust, and intake. , Compression, supercharging, scavenging, intake, and compression stroke are repeated in this order. Therefore, a single rotor can exhibit the same torque fluctuation function as a 4-cycle reciprocating 5-cylinder engine, and a small and lightweight engine 1 can be constructed. Since there is no piston, crankshaft, or connecting rod, there is no vibration due to large mass movement.
  • the positions of the fuel injection nozzle 10 and the spark plug 12 are respectively arranged toward different chambers 6, and fuel is injected from the fuel injection nozzle 10 toward the rear vane 7 in the predetermined chamber 6. Therefore, a rich mixture with good ignitability is collected near the rear vane 7 and further compressed and ignited with the spark plug 12 to ignite and explode. Therefore, the air fuel consumption of the entire chamber 6 can be set to be lean, and the exhaust gas can be purified by improving the fuel consumption rate and complete combustion.
  • the inner peripheral surface 31a of the housing main body 31 in a perfect circle, the load applied to the vane 7 when the vane 7 is in sliding contact with the inner peripheral surface 3a can be reduced. Can, vane Strength can be improved. Further, since the internal combustion engine can be manufactured easily and inexpensively, a practical internal combustion engine can be provided.
  • the recess 53 of the rotor 5 can be formed as the intake opening 21 or the exhaust opening 22 by matching with the intake port 18 or the exhaust port 19. Since the intake port 18 and the exhaust port 19 communicate with the atmosphere, the high-pressure combustion gas generated by the explosion is exhausted from the exhaust port 19 to the atmosphere during the exhaust stroke, and the low-pressure air is exhausted during the scavenging stroke. To the atmosphere. At that time, the unburned matter remaining in the exhaust gas is completely burned, so that the exhaust gas can be further purified. Further, in the intake stroke, the air can be taken in, and the air introduced in the supercharging stroke and introduced into the compressed air can be used to form a purified state in the room.
  • the exhaust port 19 is formed in the side housing portion 32, when the exhaust gas is exhausted from the exhaust port 19, the width of the exhaust port 19 in contact with the recess 53 in the housing radial direction is small. Only a small amount of incompletely burned HC adhering to the side wall of the chamber 6 is burned out and discharged.
  • the recess 53 formed in the rotor 5 is formed with a wide surface pressure in the rotating direction, and the timing at which the spark plug 12 ignites in the explosion stroke is such that the recess 53 is The load that was exploded during the explosion stroke is applied in the direction of rotation of the rotor 5, so that the rotor 5 can rotate reliably and smoothly. Can do.
  • vane type internal combustion engine of the present invention is not limited to the above-described embodiment.
  • the fuel injection nozzle and the spark plug may be installed in the same room.

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Description

明 細 書
ベーン型内燃機関
技術分野
[0001] 本発明は、レシプロエンジンに代わるロータリー式内燃機関、特にべーンを使用す るべーン型内燃機関に関する。 背景技術
[0002] 従来からレシプロエンジンの構造は、シリンダ内をピストンが往復運動しコネクチン グロッドを介してクランクシャフトで回転運動に変換している。この際、往復運動するた めに振動が発生する。クランクシャフトの回転する空間範囲とシリンダ頂部までの大き な場所が回転運動を発生するために占めている。トルク変動も大きく 4サイクルェンジ ンでは、クランクシャフト 2回転で 1回の膨張行程であり、その対策として多気筒化す る方法で対応していた。多気筒になればエンジン構造は複雑になりさらに質量の増 カロとなっていた。
[0003] レシプロエンジン、バンケルロータリーエンジンにおいてはどちらも、吸気 '圧縮'膨 張 ·排気の行程を持っている。 2サイクルエンジンにおいてはそれが並行して行われ るものもある。また、いずれの場合にも排気ガスは強制的にエンジンの室外へ排出さ れることとなる。不完全燃焼ガスである一酸化炭素(CO)、炭化水素 (HC)及びシリン ダ壁に付着した潤滑油の燃焼した HC等も同時に排出される。壁力 搔き集めた HC の排出は、ピストンあるいはロータがシリンダあるいはハウジングの壁面に密着して摺 動する構造であるから避けられない宿命としての欠陥となっていた。排気ガス浄化に ついては、エンジン室外にて触媒等で後処理をしてきた。完全燃焼対策を行なおうと すると燃焼室内の過流 ·筒内燃料噴射 ·可変吸気 ·可変動弁機構等あらゆる方法が 考えられるものの、高温で完全燃焼させ HC、 COを無くそうとすると、窒素酸化物(N O )が増加することとなっていた。
X
[0004] レシプロエンジンの構造が複雑であることから、直接回転運動を得ようとして考えら れたものにいわゆるロータリーエンジンがある。その中で実現化には技術的に最も難 度が高レ、と考えられるものがベーン型内燃機関となって!/、た。 [0005] 従来から提案されているベーン型内燃機関としては、特許文献 1によって知られた ものがある。この装置は、ポンプで一般的に使用されているベーン回転式容積変化 装置に高速化回転技術を取り入れることによって内燃機関として利用できるようにし たものといっている。つまり、ロータに複数のベーンを設け、ベーンに溝内での出入を 案内する案内体を設け、ハウジング内に案内体を案内する円形ガイドを設けている。 案内体はハウジングの内周面に摺接可能に配置され、円形ガイドはハウジングの内 周面と同心円状に形成している。一方、ハウジング内で回動可能に配設されるロータ の近死点付近に常時燃焼室を設け、常時燃焼室に点火装置をハウジングの外側に 突出して設けている。これによつて、ベーン回転式容積変化装置の高速回転を可能 にしたといっている。
特許文献 1 :特開平 10— 68301号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] しかし、従来より提案されているベーン型内燃機関は構造が複雑なものもあり、また 爆発の衝撃圧力を受け止めるベーンの強度に関する課題が残されていて実現化が 困難となっていた。上述の特許文献 1のべーン型内燃機関においては、ベーンの強 度を向上することに関しては特に提示されておらずさらに強度を損なうような構造で ある。また、案内体や円形ガイドを設けることによって構造が複雑になり実現化には 困難が伴うこととなっていた。また、レシプロエンジンで改良が行われてきたがすでに 大きな改良可能な部分は無いため、トルク変動が少なく簡単な構造でしかも軽量な ベーン型内燃機関の実現が望まれることとなっていた。
課題を解決するための手段
[0007] 本発明は、上述の課題を解決するものであり、ベーンの強度を向上するとともにトル ク変動が小さぐ簡単な構造で軽量に構成され、さらに排気ガスの浄化対策を行うこ とができるベーン型内燃機関を提供することを目的とする。すなわち、
本発明では、真円の内周面を有するハウジングと、前記ハウジングに内蔵されるとと もに前記内周面の中心位置と偏心した位置で回動可能なロータと、前記ハウジングと 前記ロータとの間に配設される中空部と前記ロータの半径方向に沿って前記中空部 内を出入するべ一ンとを備えるベーン型内燃機関であって、前記べーンが前記ロー タの円周方向に沿って 5分割された位置にそれぞれ配設されるとともに前記べーンの 先端は前記ハウジングの内周面に摺接可能に配設され、前記中空部は前記べーン によって 5室に分割され、前記ロータ 2回転で 1サイクルを形成するとともに、 5分割さ れた各室は、前記 1サイクルで、それぞれ、爆発、膨張、排気、吸気、圧縮、過給、掃 気、吸気、圧縮行程を順に繰り返すように構成されたことを特徴とするものである。
[0008] 本発明によれば、 5個のベーンでハウジング内を 5室に分割し、ロータの 2回転で、 爆発、膨張、排気、吸気、圧縮、過給、掃気、吸気、圧縮行程を順に繰り返すように 構成しているから、ロータ 1個で 4サイクルレシプロ 5気筒エンジンと同様な機能を発 揮でき、トルク変動が少なく小型で軽量な内燃機関を構成することができる。し力、もノ、 ウジングの内周面が真円に形成されていることから、異形のハウジング内周面に比し て、ベーンにかかる負荷を低減することができて、ベーンの厚さを小さく出来、その材 質についても強度を主に考えなくてもよく選択の幅が広がる。しかもハウジングの内 周面が真円であることは、加工も容易であり廉価な費用で内燃機関を製作できるから 実用的な内燃機関を提供することができる。
[0009] また、本発明では、燃料を噴射する燃料噴射ノズルは、前記ロータの回転と逆方向 に向かって燃料を噴射するように配置されていることを特徴としている。
[0010] これによつて、燃料噴射ノズルから噴射される燃料は、回転するロータの後方に向 力、つて噴射されることから、燃料が噴射される行程の室内では、後方から回転するべ ーンが着火性の良好な濃い混合気を集めて圧縮させたうえで爆発させることができる 。従って、室全体の空燃比は希薄に設定可能となり、燃料消費率向上及び完全燃焼 による排気ガスの浄化ができる。
[0011] さらに、本発明では、前記ハウジングには、大気側と連通する吸気口と排気口が形 成され、前記ロータには 5分割された各室に対応してそれぞれ凹部が形成され、前 記ロータの回転によってレ、ずれかの室の凹部が前記吸気口あるいは前記排気口の V、ずれか一方に合致する際に、吸気開口部あるいは排気開口部を形成することを特 徴としている。
[0012] また、本発明では、前記排気行程は、前記排気開口部から爆発行程後の高圧の燃 焼ガスを排出し、前記掃気行程は、前記排気開口部から低圧の空気を放出すること を特徴としている。
[0013] そのため、この内燃機関では、爆発によって発生する高圧の燃焼ガスを排気行程 で排気させ、吸気行程においては、大気を吸気するとともに過給行程で吸気して圧 縮した空気を導入する。排気行程においては、残留ガスが内部 EGRとして効果を発 揮して燃焼温度が低下するため排気ガス中の NOを抑制すること力 Sできる。さらに、 掃気行程において、圧縮されている空気を排気口に吹き込み排気ガスと混合するこ とができる。その際、排気ガス中に残る未燃焼物を完全燃焼するから排気ガスをさら に浄化することができる。この際、排気口をハウジングの側面に形成すれば、室の側 面に付着している HC等の不完全燃焼したものは、ロータ凹部と排気口の接触幅が 小さいため搔き出す範囲が僅かであることから、排気口から大気に放出される HC等 の排出を削減することができる。
[0014] 本発明では、前記過給行程を行う 1室と前記吸気行程を行う 1室との間には、過給 気通路が形成されてレ、ることを特徴として!/、る。
[0015] また、前記過給行程を行う 1室と前記過給気通路との間には、高圧の燃焼ガスを流 入させず低圧の空気を流入するバルブ室が切替え可能に配設されていることを特徴 としている。
[0016] そのため、爆発後の高い燃焼ガスを膨張する際に、膨張行程において過給気通路 が対向して配設されているものの、燃焼ガスはバルブ室のバルブで塞がれることによ つて過給気通路への流入を防止できる。これによつて、吸気行程では、燃焼ガスは流 入されず圧縮された空気を流入することができる。
[0017] また、本発明では、前記べーンはべーン押しばねによって前記ハウジングの内周 面に摺接可能に配設されるとともに、前記ハウジングとの摺動面及び前記ロータとの 摺動面にぉレ、てガス漏れ防止用シール手段が形成されて!/、ることを特徴として!/、る。
[0018] さらに、本発明では、前記凹部は、回転方向側に広い面圧を受けるように形成され ていることを特 ί毁としている。
[0019] 従って、爆発行程において、爆発による室内の圧力は、点火プラグの位置より下流 側に位置した凹部の広い面圧部で受けることから、ロータを回転方向に確実に回転 させること力 Sでき、ロータの回転軸に動力を容易に付与することができる。
[0020] また、本発明では、前記点火プラグの点火タイミングは、前記爆発行程に移行した いずれかの 1室において、前記凹部が前記点火プラグの位置より下流側に位置した 時点で行われることを特徴として!/、る。
図面の簡単な説明
[0021] [図 1]本発明の一形態によるエンジンの構造を示す断面図である。
[図 2]図 1におけるエンジンのハウジングとロータを示す分解斜視図である。
[図 3]図 2におけるロータとベーンとを示す分解斜視図である。
[図 4]図 3における一形態のベーンを示す斜視図である。
[図 5]同分解斜視図である。
[図 6]図 4におけるベーンシールを示す斜視図である。
[図 7]図 4におけるベーンに装着するシール部材の装着図を示す側面図である。
[図 8]図 1のエンジンにおけるロータ 1回転目の前半部位を示すタイミング移行図であ
[図 9]図 1のエンジンにおけるロータ 1回転目の後半部位を示すタイミング移行図であ
[図 10]図 1のエンジンにおけるロータ 2回転目の前半部位を示すタイミング移行図で ある。
[図 11]図 1のエンジンにおけるロータ 2回転目の後半部位を示すタイミング移行図で ある。
[図 12]図 8〜; 11におけるタイミング移行図をわ力、りやすく表現した表である。
[図 13]図 1におけるバルブの移動によりバルブ室が開放された状態を示す断面図で ある。
[図 14]図 1におけるバルブの移動によりバルブ室が塞がれた状態を示す断面図であ 符号の説明
[0022] 1、エンジン 31、ハウジング本体部
31a,内周面
32、サイドハウジング部
5、ロータ
51、ベーン溝
53、凹部
7、ベーン
70、ベーン本体
71、ベース部
72、ベーン溝摺動部
73、ベーンシーノレ
74、シール部材
9、ベーン押しばね
10、燃料噴射ノズノレ
11、過給気通路用バルブ(バルブ)
12、点火プラグ
13、ばね部材
15、ノ ルブ入口
16、過給気通路入口
17、過給気通路
18、吸気口
19、排気口
20、ガス導入路
21、吸気開口部
22、排気開口部
発明を実施するための最良の形態
次に、本発明によるべーン型内燃機関の一形態を図面に基づいて説明する。本発 明のベーン型内燃機関(以下、エンジンという。)は、回転するロータに 5枚のベーン を装着して 2回転で 1サイクルを行うように構成してベーンのガス洩れ防止と強度を向 上するとともに、排気ガスを浄化できるようにするものである。
[0024] 実施形態のエンジン 1は、図 1〜3に示すように、ハウジング本体部 31とサイドハウ ジング部 32、 32とを有するノヽウジング 3と、ハウジング本体部 31内で回転可能なロー タ 5と、ロータ 5に装着されるべーン 7と、を備えている。
[0025] ハウジング本体部 31は、内部に真円の内周面 31aが形成され、外周面に 2箇所の 肉盛部(第 1の肉盛部 31b、第 2の肉盛部 31c)と、 1箇所のボス部 31dが形成されて いる。サイドハウジング部 32、 32は円板状に形成されてロータ 5を側面から塞ぐように ハウジング本体部 31に装着されている。また、それぞれのサイドハウジング部 32、 32 には、後述のロータ 5の回転軸 14を支持する支持孔 32a、 32aと、後述の吸気口 18 、 18、排気口 19、 19となる円弧溝とが形成されている。
[0026] ロータ 5は、ハウジング本体部 31の幅と略同一の幅を有する円柱状に形成されると ともに、ハウジング本体部 31の内周面 31aの中心位置と偏心した位置に回転中心を 有して配置され、ハウジング本体部 31とロータ 5との間には空間部 6が形成されてい る。ロータ 5には回転方向に 5等分されたべーン?冓 51 (51a、 51b、 51c、 51d、 51e) 1S、幅方向全体にわたって形成されている。各べーン溝 51にはべーン 7が揷入され るとともに、各べーン溝 51の中央部には、ベーン押しばね 9を収納する孔 52が形成 されている。また、ロータ 5の外周面には 5等分された位置に凹部 53 (53a、 53b、 53 c、 53d、 53e)が形成されている。この凹部 53は、回転する方向に対して前面側に広 い面積を有して形成されている。つまり、爆発行程において爆発の圧力を受ける際、 回転する方向に圧力を受けやすいように形成されている。さらに、ロータ 5の回転中 心位置に回転軸 14が配置されて動力の出力軸となる。
[0027] ベーン 7は、ロータ 5の回転方向に 5等分して形成されたべーン溝 51に揷入されて 空間部 6 (以下、室 6ともいう。)を 5室(6A、 6B、 6C、 6D、 6E)に分割している。ロー タ 5に 5等分して形成されたべーン溝 51に揷入されるべーン 7 (7a、 7b、 7c、 7d、 7e) は、ベーン押しばね 9 (9a、 9b、 9c、 9d、 9e)によってベーン溝 51内を摺動可能に配 置されているとともに、その先端部がベーン押しばね 9の付勢力によってハウジング 本体部 31の内周面 31aに摺接可能に配置されている。従って、前述したロータ 5の 凹部 53は、各室 6 (6A, 6B、 6C、 6D、 6E)内ごとに形成されてそれぞれ凹部 53A、 53B、 53C、 53D、 53Eを形成することとなる。
[0028] 実施形態のベーン 7は、サイドハウジング部 32、 32との間で摺動する際のガス洩れ 防止対策、及びロータ 5のべーン溝 51内を摺動する際のガス洩れ防止対策を施すよ うに構成されている。
[0029] つまり、図 4〜5に示すように、ベーン 7は、ベーン本体 70とべーンシール 73とが組 み付けられて矩形板状に形成されている。また、平面視、長手方向に直交する側面 にロータ 5のべーン溝 51との摺動面 7mが形成され、平面視、短手方向に直交する 側面にサイドハウジング部 32との摺動面 7nが形成され、上面にハウジング本体部 31 の内周面 31aとの摺動面 7pが形成されている。ベーン本体 70は、基部 71aと垂直部 71bとを有して断面略逆 T字状に形成されるベース部 71と、垂直部 71bの両側面に 装着されるべ一ン溝摺動部 72、 72とを備えて構成されている。ベーン溝摺動部 72、 72がベース部 71の垂直部 71bに装着された状態においては、ベーン本体 70がそ の両側面部および上面部の中央部に溝が形成できるようにベース部 71、ベーン溝 摺動部 72を形成する。そしてその溝にベーンシール 73が装着される。
[0030] ベーンシール 73は、ベーン本体 70のベース部 71の両側部に対向する横柱部 73a 、 73aとベース部 71の上部に対向する上柱部 73bとを備えて門形状に形成されてい る。それぞれの横柱部 73aの下部の足元部 73c、 73cは横柱部 73aの上部に対して 広幅状に形成されるとともに、図 6に示すように、ベース部 71の下面に掛止するため に内側に屈曲する L字状に形成されている。さらに横柱部 73aの上部及び上柱部 73 bは、平面断面視(図 6A視)、外側に向かって突出する湾曲状に形成され、足元部 7 3cは、正面視(図 6B視)、外側に向力、つて突出する湾曲状に形成されている。
[0031] また、図 7に示すように、ベース部 71の基部 71bの長手方向に沿った両面にはシー ル溝 71c、 71cが形成され、それぞれのシール溝 71c、 71cには外側に向かって凸 状に形成された湾曲状シール部材 74、 74が装着されている。ベーンシール 73及び シール部材 74は!/、ずれも可撓性を有して形成されて!/、る。
[0032] このべーン 7の構成によって、ベーン 7がハウジング 3内やロータ 5内を摺動する際、 ベーンシール 73及びシール部材 74の可撓性でサイドハウジング部 32やロータ 5の ベーン溝 51と常に密着することになるから、ガス洩れを防止することができる。
[0033] 一方、ハウジング本体部 31には、第 1の肉盛部 31bを揷通する燃料噴射ノズル 10 と、第 2の肉盛部 31c内に形成されるバルブ室 4と、ボス部 31dを揷通する点火プラグ 12とが配置されている。噴射ノズル 10と点火プラグ 12とバルブ室 4とはハウジング本 体部 31内のそれぞれ別々の室 6に対向する位置に配置される。
[0034] 燃料噴射ノズル 10は、噴出し口 10aが各室 6を構成する後方のベーン 7側に向か つて噴出するように配置されている。これによつて、噴出された燃料は後方のベーン 7 に溜まるとともに回転するべーン 7によって運ばれるから、点火プラグ 7で点火する際 には、混合ガスが濃い状態で点火される。従って、室 6全体の空燃比は希薄に設定 可能となり、燃料消費率向上及び完全燃焼による排気ガスの浄化ができる。
[0035] 点火プラグ 12は点火口 12aがハウジング本体部 31の内周面 31a側に向かって配 置されるとともに、点火するタイミングは、ロータ 5が回転されて各室 6を構成する 1対 のべーン 7の一方(回転方向に対して後方側に配置されたべーン 7)が点火プラグ 12 付近に達した時に行われる。つまり、後述のロータ 5に形成された凹部 53が点火ブラ グ 10の下流側に達したときに点火される。
[0036] また、バルブ室 4内には、過給気通路用バルブ(単にバルブとも言う。) 11が配置さ れている。バルブ 11は、後述の過給気通路に対向するいずれか 1室 6内の空気又は ガスを流入するかどうかの開閉を行うものであり、バルブ室 4内においてばね部材 13 で付勢されて移動可能に配置されている。
[0037] また、第 2の肉盛部 31cの内周面側には、バルブ室 4と空間部 6を連接するバルブ 入口 15が形成されるとともに、バルブ室 4を介してバルブ入口 15と接続する過給気 通路入口 16が形成されている。過給気通路入口 16にはサイドハウジング部 32に形 成された吸気口 18に接続する過給気通路 17が接続されている。
[0038] 吸気口 18は大気を吸気できるようにサイドハウジング部 32から外部に連通するよう に形成されている。また、ロータ 5の回転方向における吸気口 18の上流側にはサイド ハウジング部 32から外部に連通する排気口 19が形成されている。
[0039] さらに、第 2の肉盛部 31cに形成されるバルブ室 4付近には、バルブ入口 15に隣接 して空間部 6とバルブ室 4とを接続するガス導入路 20が形成されて!/、る。ガス導入路 20がバルブ室 4と連接することにより、対向する室 6内の高圧ガス(爆発によって発生 する燃焼ガス)が導入されると、燃焼ガスの圧力がバルブ 11をばね部材 13の付勢力 に打ち勝つてばね部材 13側に移動させてバルブ入口 15及び過給気通路入口 16を 塞ぐ。
[0040] 吸気口 18と排気口 19は、ロータ 5に形成された各室 6の凹部 53の回転進行方向 に沿って形成され、凹部 53が吸気口 18と合致するといずれかの凹部 53は過給気通 路 17と接続して過給気の吸気開口部 21となり、凹部 53が排気口 19と合致するとい ずれかの凹部 53は排気ガスを外部に放出する排気開口部 22となる。実施形態にお いては、排気口 19はロータ 5の回転方向に対して吸気口 18の上流側に配置されて いる。つまりロータ 5の凹部 53が排気口 19を通過した後、吸気口 18に向力、うように配 置されている。排気開口部 22は、爆発行程で発生した高圧の燃焼ガスを排出する際 には、排気開口部 22を形成する室 6は排気行程を示し、燃焼ガスが排出された 1回 転後における室内の空気を排出する際には、排気開口部 22を形成する室 6は掃気 行程を示すことになる。
[0041] なお、排気口 19をサイドハウジング部 32に形成することによって、室 6の側面に付 着している HC等の不完全燃焼したものは搔き出される量が僅かであることから、排 気口 19から大気に放出される HC等の排出を削減することができる。
[0042] 上記のように構成された実施形態のエンジン 1では、図 1に示すように、ベーン 7で 区分けされた各室 6において、ロータ 5の回転でそれぞれの行程が行われる。この場 合、各室 6においてはロータ 5の 2回転で 1回爆発が起こり、その間に膨張 ·排気 ·吸 気 '圧縮'過給'掃気 '吸気'圧縮のそれぞれの行程が行われる。
[0043] 例えば、図 1において、ベーン 7aとべーン 7e間に形成された室 6Aは、ベーン押し ばね 9a、 9eによってロータ 5の外方に押し出されたベーン 7aとべーン 7eの突出量は 少なく室容積が縮小されている。室 6Aが爆発行程を行う場合には、室 6Aには、前の 行程で充填された混合ガスが圧縮された状態にある。そしてこの位置においては、点 火プラグ 12が配置されているから、ロータ 5の 2回転で 1回点火プラグ 12が点火され ることによって爆発が起こる。なお、図 1において、爆発は、図 1の状態からロータ 5が 回転して凹部 53aが点火プラグ 12を越えた位置、つまり点火プラグ 12の下流側に達 した位置に移動したタイミングにおいて行われる。点火プラグ 12の点火による爆発は 、室 6A内に形成された凹部 53aの一面(回転方向の前面部)を押圧することによって ベーン 7eとともにロータ 5を回転させることとなる。
[0044] 同じくベーン 7dとべーン 7e間に形成された室 6Eは、ベーン 7dの突出量が、ベーン
7eの突出量より少し増えるため、室容積が室 6Aより広くなり圧縮された燃焼ガスが膨 張し始まる。この位置では、ガス導入路 20及びバルブ入口 15が対向して形成されて いる。この場合、室 6E内に高圧ガスが充満されている力、、或いは低圧の空気のいず れかが充填されているかによつて、バルブ室 4内でのバルブ 11の位置が異なる。例 えば、室 6E内に爆発後の燃焼ガスが充填されていれば、高い圧力の燃焼ガスはバ ルブ室 4内に流入した後、バルブ 11をばね部材 13の付勢力に打ち勝つてばね部材 13側に押圧する。その結果バルブ 11が移動してバルブ入口 15と過給気通路入口 1 6とを塞ぐこととなって、このタイミングのみ過給気通路 17にはガスが流入されない。こ の場合、室 6E内は膨張行程を示す。また、室 6E内に低圧の空気が充填されている と、バルブ 11はばね部材 13の付勢力によりバルブ室 4の先端に移動して、室 6E内 の低圧の空気はバルブ入口 15からバルブ室 4内に流入して過給気通路 17を経て室 6Cに導入される。この場合、室 6E内は過給行程を示す。図 1の場合では、室 6Eに は高圧の燃焼ガスが充填されてなく低圧の空気が充填されているから、バルブ 11は バルブ入口 15と過給気通路入口 16を開放している。室 6Eは過給行程を示すことに なる。
[0045] 同じくベーン 7cとべーン 7d間に形成された室 6Dは、ベーン 7cとべーン 7dの突出 量がさらに増えて室容積をさらに大きくしている。この位置においては、排気口 19が 形成されているため、ロータ 5に形成された凹部 53dが排気口 19と合致することによ つて排気開口部 22が形成される。この排気開口部 22では、排気行程において爆発 によって発生した高圧の燃焼ガスを排気する場合と掃気行程において低圧の空気を 排気する場合とがある。
[0046] 図 1の場合は、室 6Dは排気行程を示すことになる。また、掃気行程の場合には排 気開口部 22からは浄化されている空気が排気口 19を介して大気に放出される。この 際、僅かに残されている排気ガスの未燃焼物が新しい空気によって燃焼されて浄化 された状態で大気に放出される。
[0047] 同じくベーン 7bとべーン 7c間に形成された室 6Cは、ベーン 7bとべーン 7cの突出 量が室 6Dにおけるベーン 7cとべーン 7dと略同様である力 室 6Dより大きな室容積 を示している。この位置においては、吸気口 18が形成されているため、ロータ 5に形 成された凹部 53cが吸気口 18と合致することによって吸気開口部 21が形成され、吸 気口 18を介して大気中の空気を吸気するとともに過給気通路 17を通ってきた低圧 の空気が吸気される。
[0048] 同じくベーン 7aとべーン 7b間に形成された室 6Bは、ベーン 7aの突出量が室 6Cに おけるベーン 7bに比べて減少するため、室容積が室 6Cより狭くなつて充填されてい る空気が圧縮し始める。この位置においては、燃料噴射ノズル 10が配置されていて 、 2回転に 1回所定のタイミングにおいて燃料が噴射されて室 6B内に充填される。
[0049] 上述した内容は、エンジン 1の構成を示すものである力 S、次にロータ 5が回転して各 室 6が移動するタイミングでの各室 6の状態について図 8〜; 11及び図 12に基づいて 説明する。
[0050] ロータ 5の矢印方向への回転により各室(6A、 6B、 6C、 6D、 6E)はそれぞれ順に 移動するから、図 8〜9 (又は図 10〜11)に示すように、ロータ 5の 1回転を 10等分し て、 36度ごとの各室(6A、 6B、 6C、 6D、 6E)の推移をみる。以下の説明においては 、各室(6A、 6B、 6C、 6D、 6E)が移送をずらした状態で同様の推移を示すことから 、室 6Aを中心にして説明する。
[0051] 図 8 (1)では、室 6Aは室容積が最小に近ぐ前の行程で燃料が噴射されて混合ガ スが充填されている。なお、図 8 (1)の状態はその拡大図を図 13に示している。そし て、この室 6Aにおいて混合ガスが圧縮された状態においてロータ 5の 2回転で 1回ご とに点火プラグ 12が点火されるから、爆発が起こり高圧の燃焼ガスを発生させて動力 を発生させる。この動力は回転軸 14を回転させて他の部位にその回転を伝達する。
[0052] このタイミングにおいて、室 6Aを構成する一方のベーン 7eはバルブ入口 15を通過 しておらず、バルブ室 4では室 6E内の圧縮されている低圧の空気がバルブ入口 15 力、ら流入されている。そのため、ばね部材 13の付勢力によってバルブ 11がバルブ室 4の先端部に達していることから、バルブ入口 15と過給気通路 17とは開放されている 。従って、室 6E内の空気は過給気通路 17を通って室 6C内に流入される。室 6Eは 過給行程にあり、室 6Cは凹部 53cが吸気口 18と合致して吸気開口部 21を形成し吸 気行程にある。
[0053] なお、室 6Bでは低圧の空気を圧縮する圧縮行程の中間を示し、室 6Dは排気行程 にある。この室 6Dには、爆発行程から 1回転を経過しておらず室 6D内には高圧の燃 焼ガスが充填されている。一方、室 6Dではロータ 5の凹部 53dが排気口 19と合致す ることとなって排気開口部 22が形成されている。室 6D内の燃焼ガスは高圧のため排 気開口部 22から排気口 19を通って積極的に外部に排出される。
[0054] 図 8 (2)ではロータ 5が 36度回転し、爆発行程を終えた室 6Aは膨張行程に移行す る。この室 6Aでは、爆発行程における室 6Aに比べて室容積が広くなつているからベ ーン 7a、 7eはべーン押しばね 9a、 9eによって押し出され、圧縮された燃焼ガスは膨 張する。一方、室 6Aには、ガス導入路 20が対向して配置されているから、圧縮され た燃焼ガスはガス導入路 20からバルブ室 4に流入される。バルブ室 4に導入された 燃焼ガスは過給気通路用バルブ 11をばね部材 13の付勢力に抗してばね部材 13側 に移動させる。その結果、バルブ 11はバルブ入口 15、過給気通路入口 16を塞ぐこ とになり、燃焼された燃焼ガスは室 6Dには導入されない。しかし、過給気通路 17に は空気が残圧となっているとともに、室 6D内のロータ 5の凹部 53dが室 6Dに配置さ れている吸気口 18に合致しているため吸気開口部 21が形成されることから、室 6D は過給気通路 17内の空気を吸気することとなる。従って室 6Dは吸気行程にある。
[0055] 室 6Bは室容積が最小に近い位置にあり、点火プラグ 12には点火されないために 圧縮行程にある。この室 6B内には、吸気行程で吸気された低圧の空気が充填され て圧縮された状態にある。また、室 6Eにおいては吸気行程において吸気された低圧 の空気が充填しているから、室 6E内は浄化されている状態にある。一方、ロータ 5の 凹部 53eが排気口 19と合致した位置にあるため、排気開口部 22が形成されることと なって室 6E内の低圧の空気は排気口 19から大気に放出される。この放出される空 気は排気中の少量で残っている未燃焼物を完全燃焼させることから排気ガスを浄化 すること力 Sできる。従って、室 6Eは掃気行程を示すこととなる。室 6Cは燃料噴射ノズ ル 10から燃料が噴射されて吸気行程で吸気され低圧の空気と混合して混合ガスが 充填された状態にある。従って、室 6Cでは混合ガスを圧縮する圧縮行程の始まりを 示している。
[0056] 図 8 (3)では、ロータ 5がさらに 36度回転し、室 6Aは膨張行程を続ける。この際、室
6Aを構成する一方のベーン 7aはバルブ入口 15の直前に位置し、バルブ室 4には前 行程で連通されていた室 6A内の高圧の燃焼ガスがそのまま連通されている。従って 、バルブ 11は燃焼ガスで押圧されたままでバルブ入口 15と過給気通路入口 16を塞 いだ状態にあるから、室 6Aのガスは過給気通路 17には流入しない。
[0057] このタイミングにおいては、室 6Bは点火プラグ 12の配置された位置にあるものの、 点火プラグ 12には点火されないことから室 6B内のガスは圧縮行程にある。従って、 室 6B内は浄化された空気が圧縮された状態にある。また、室 6Cは混合ガスの圧縮 行程にあり室 6C内の圧力を高くしている。室 6Dはロータ 5の凹部 53dが吸気口 18と 合致して凹部 53dが吸気開口部 21を形成することから過給気通路 17内の残圧を吸 気することとなって吸気行程にある状態を示すこととなる。また、室 6Eはロータ 5の凹 部 53eが排気口 19と合致して排気開口部 22を形成することから浄化されている空気 が排出されて掃気行程にある状態を示すことになる。
[0058] 図 8 (4)ではロータ 5がさらに 36度回転し、室 6Aは排気行程に移行する。この位置 においては、室 6Aは、ベーン 7a、 7eが突出してベーン押しばね 9a、 9eに押圧され て突出され室容積を大きくしている。そのため、圧縮されていた高圧の燃焼ガスは膨 張する。この際、ロータ 5の凹部 53aが排気口 19と合致して排気開口部 22が形成さ れているから室 6A内の燃焼ガスは高圧のため排気開口部 22から排気口 19を通つ て積極的に外部に排出される。
[0059] 一方、バルブ室 4と対向する位置には室 6Bが移行されている。室 6B内では浄化さ れている低圧の空気が圧縮されているため、バルブ室 4にはばね部材 13の付勢力 が低圧の空気の圧力に打ち勝ってバルブ 11をバルブ室 4の先端まで移動させる。そ のため、バルブ入口 15と過給気通路入口 16とが繋がり、室 6Bの圧縮されて!/、る空 気は過給気通路 17に流入されて室 6Eに導入される。よって、室 6Bは過給行程を構 成し、室 6Eは吸気行程を構成する。また、室 6Cではロータ 5の回転によって点火プ ラグ 12のある位置に移行するものの、この位置ではロータ 5の凹部 53cは点火プラグ ングにはない。従って混合ガスはさらに圧縮されて圧縮行程が続く。室 6Dは吸気行 程から圧縮行程に移行する。
[0060] 図 8 (5)においてロータ 5がさらに 36度回転し、室 6Aではロータ 5の凹部 53aが図 8
(4)に引き続いて排気口 19上にあるため、室 6A内の燃焼ガスは外部に排出される。 従って室 6Aは引き続いて排気行程のままである。このタイミングでは、室 6Cのロータ 5の凹部 53cが点火プラグ 12の下流側に達するため、点火プラグ 12は点火されて爆 発を発生させる。すなわち室 6Cは爆発行程となり、室内は高圧の燃焼ガスが充満さ れることとなる。一方バルブ室 4は、室 6Bが引き続き対向する位置にあり、低圧の空 気が過給気通路 17に流入されていてことから、室 6Bは引き続き過給行程にあり、室 6Eは引き続き吸気行程にある。
[0061] 図 9 (6)において、室 6Aは、吸気行程に移行する。前の行程で高圧の燃焼ガスを 排出して!/、るから室 6A内には排出しきれな!/、燃焼ガスが残されて!/、る。この状態で、 ロータ 5の凹部 53aが吸気口 18に合致するから、凹部 53aが吸気開口部 21を形成 することになる。吸気口 18は大気に連通されるとともに、過給気通路 17に連接されて いることから、吸気開口部 21からは、吸気口 18からの大気が導入されるとともに過給 気通路 17内に残された空気が残圧で室 6A内に導入される。
[0062] この際、バルブ室 4では、室 6Cがバルブ入口 15と対向する位置にあり、室 6C内の 高圧の燃焼ガスがガス導入路 20からバルブ室 4内に流入される。バルブ 11が高圧 の燃焼ガスによって移動されてバルブ入口 15と過給気通路入口 16とを塞いでいる から、高圧の燃焼ガスは室 6Aには導入されない。従って室 6Cは燃焼ガスを膨張す る膨張行程にある。
[0063] また、室 6Bには、低圧の空気が充填されていて、ロータ 5の凹部 53bが排気口 19 に合致することから低圧の空気は大気に放出されるとともに未燃焼物を燃焼させる掃 気行程にある。室 6Dは圧縮行程にあり、室 6Eでは燃料噴射ノズル 10から燃料が噴 射されて室 6E内を混合ガスで充満させるとともに室 6E内を圧縮し始めて圧縮行程が 始まる。
[0064] 図 9 (7)においては、室 6Aは、凹部 53aが引き続き吸気口 18と合致した位置にあり 大気から空気を吸気する吸気行程が続いている。バルブ室 4では、前行程に引き続 V、てバルブ 11がバルブ入口 15と過給気通路入口 16を塞レ、で!/、るので、バルブ室 4 と対向している室 6Cから燃焼ガスは室 6Aには導入されずに室 6Cは引き続き膨張行 程にある。このタイミングでは、室 6Bは引き続き掃気行程であり、室 6Dは低圧の空気 を圧縮する圧縮行程であり、室 6Eは混合ガスを圧縮する圧縮行程にある。
[0065] 図 9 (8)においては、室 6Aは、圧縮行程に移行する。室 6Aには大気側から吸気さ れた空気及び過給気通路 17から吸気された低圧の空気が充填されていてこの空気 が圧縮された状態にある。この位置では、燃料噴射ノズル 10と対向する位置となるも のの、 1回転目を終了していないから燃料噴射ノズル 10からは燃料は噴出されない。
[0066] また、バルブ室 4と対向する位置には室 6Dが移行されている。室 6Dには圧縮され ている低圧の空気が膨張するとともに、低圧の空気がバルブ室 4内に流入されると、 バルブ 11はばね部材 13によってバルブ室 4の先端まで移動して、バルブ入口 15と 過給気通路入口 16とが開放される。これによつて室 6D内の低圧の空気は、過給気 通路 17を通って凹部 53bが吸気口 18に合致して吸気開口部 21を形成した位置か ら室 6B内に導入される。従って、室 6Dは過給行程にあり、室 6Bは吸気行程にある。 室 6Cは、凹部 53cが排気口 19と合致して排気開口部 22を形成した位置から高圧の 燃焼ガスを排出するから排気行程にあり、室 6Eでは混合ガスが圧縮され圧縮行程に ある。室 6Eのこの位置では、圧縮されている混合ガスが充満されているものの、ロー タ 5の凹部 53eが点火プラグ 12の位置を越えておらず点火プラグ 12の上流側にある ため点火プラグ 12には点火されない。
[0067] 図 9 (9)においては、室 6Aは、引き続き低圧の空気が圧縮される圧縮行程が続け られる。このタイミングでは室 6Eにおいて点火プラグ 12が点火して爆発行程となり室 6E内では高圧の燃焼ガスが充満される。一方バルブ室 4ではバルブ 11がバルブ入 口 15と過給気通路入口 16を開放しているから室 6D内の低圧の空気が過給気通路 17に流入する。従って室 6Dは過給行程にあり、室 6Bは低圧の空気が吸気された吸 気行程にある。また、室 6Cは高圧の燃焼ガスを大気に排出する排気行程にある。
[0068] 図 9 (10)においては、ロータ 5が 1回転を終了するタイミングとなる。なお、図 14に その拡大図を示す。室 6Aは、点火プラグ 12が点火する位置となるものの、室 6Aに おいて爆発は 2回転で 1回行われ、また、新たな燃料が噴射されておらず混合ガスが 充満されているわけでもないから、このタイミングでは点火されない。そのため、室 6A ではさらに低圧の空気が圧縮された圧縮行程を続ける。
[0069] このタイミングでは、前の行程で爆発行程を経過した室 6E内が高圧の燃焼ガスが 充満されていてバルブ室 4と対向する位置に移行するから、高圧の燃焼ガスがガス 導入路 20を通ってバルブ室 4内に流入される。室 6Eは膨張行程を示すことになる。 バルブ室 4では、バルブ 11が高圧の燃焼ガスの流入によってバルブ入口 15と過給 気通路入口 16とを塞ぐことになるから、過給気通路 17には燃焼ガスは流入されない 。そのため、吸気行程に移行した室 6Cには、高圧の燃焼ガスは導入されず大気から の空気と過給気通路 17内の残された空気を吸気する。また、室 6Dは掃気行程にあ り、室 6Bでは、圧縮行程に入るとともに新たな燃料が燃料噴射ノズル 10から噴射さ れる。
[0070] 次にロータ 5の 2回転目に移行する。 2回転目のタイミングは図 10〜; 11及び 12に示 す通りであり、 1回転目の図 9 (10)のタイミングに引き続いて行われる。つまり、図 10 ( 1)では、室 6Aは圧縮行程にあり、室 6Bは混合ガスが圧縮された圧縮行程であり、 室 6Cは高圧燃焼ガスが排出された後の吸気行程であり、室 6Dは掃気行程であり、 室 6Eは燃焼ガスを膨張する膨張行程にある。
[0071] 図 10 (2)では、室 6Aは、低圧の空気を膨張させるとともに過給気通路 17に送給す る過給行程を示し、室 6Bは混合ガスを圧縮する圧縮行程にあり、室 6Cは低圧の空 気を圧縮し始める圧縮行程にある。また、室 6Dは室 6Aの空気を吸気する吸気行程 にあり、室 6Eは高圧の燃焼ガスを排出する排気行程にある。
[0072] 図 10 (3)では、室 6Aは、引き続き過給行程を示し、室 6Bは点火プラグ 12が点火さ れて爆発行程に移行する。室 6Cは引き続き圧縮行程にあり、室 6Dは引き続き吸気 行程にあり、室 6Eは引き続き高圧の燃焼ガスを排出する排気行程にある。
[0073] 図 10 (4)では、室 6Aは、掃気行程に移行し、室 6Bは高圧のガスを膨張する膨張 行程にあり、室 6Cは低圧の空気を圧縮する圧縮行程にある。また、室 6Dは圧縮行 程に移行し、室 6Eは吸気行程に移行する。
[0074] 図 10 (5)では、室 6Aは、引き続き掃気行程にあり、室 6Bは高圧のガスを膨張する 膨張行程にある。また、室 6Cは引き続き圧縮行程にある。室 6Dは燃料が充填されて 混合ガスを圧縮する圧縮行程に移行し、室 6Eは吸気行程にある。
[0075] 図 11 (6)では、室 6Aは、吸気行程に移行し、室 6Bは高圧の燃焼ガスを排出する 排気行程にあり、室 6Cは低圧の空気を送給する過給行程に移行する。また、室 6D は混合ガスを圧縮する圧縮行程にあり、室 6Eは低圧の空気を圧縮する圧縮行程に 移行する。
[0076] 図 11 (7)では、室 6Aは、引き続き吸気行程にあり、室 6Bは引き続き排気行程にあ る。また、室 6Cは引き続き過給行程にあり、室 6Dは爆発行程に移行する。室 6Eは 低圧の空気を圧縮する圧縮行程にある。
[0077] 図 11 (8)では、室 6Aは、燃焼噴射ノズル 10から噴射された燃料と混合する混合ガ スを圧縮する圧縮行程に移行し、室 6Bは吸気行程に移行している。室 6Cは掃気行 程にあり、室 6Dは高圧の燃焼ガスを膨張する膨張行程にあり、室 6Eは圧縮行程に ある。
[0078] 図 11 (9)では、室 6Aは、混合ガスを圧縮する圧縮行程にあり、室 6Bは吸気行程に ある。室 6Cは掃気行程にあり、室 6Dは燃焼ガスを膨張する膨張行程にある。また、 室 6Eは低圧の空気を圧縮する圧縮行程にある。
[0079] 図 11 (10)では、 1サイクルの最終行程を示すものであり、室 6Aには圧縮された混 合ガスが充満されていて、爆発の待機状態にある。なお、この状態の拡大図は図 1と 同様である。この位置ではロータ 5の凹部 53aは点火プラグ 12を越えておらず、点火 プラグ 12の上流側に位置しているから点火プラグ 12には点火されない。そのため、 室 6Aは圧縮行程にある。室 6Bでは低圧の空気が圧縮し始める圧縮行程にあり、室 6Cは吸気行程にある。また、室 6Dでは、高圧の燃焼ガスが大気に排出される排気 行程にあり、室 6Eでは低圧の空気を吸気行程にある室 6Cに送給する過給行程にあ
[0080] 上述のように、実施形態のエンジン 1では、爆発行程を経たいずれかの室 6には高 圧の燃焼ガスが充満され、この燃焼ガスは排気行程においてロータ 5の凹部 53が排 気口 19と合致した際に排気開口部 22が形成されて、排気口 19から高圧の燃焼ガス が大気に排気される。その後、吸気行程において凹部 53が吸気口 18と合致したとき に大気及び過給気通路 17からの低圧の空気を吸気する。この低圧の空気は、ロー タ 5の回転でタイミングが進み凹部 53が排気口 19と合致する際に、掃気行程として、 形成された排気開口部 22から未燃焼物を完全燃焼させながら外部に放出されること になる。
[0081] 一方バルブ室 4では、図 14に示すように、高圧の燃焼ガスがガス導入路 20を通つ て流入されるとバルブ 11を移動させてバルブ入口 15及び過給気通路入口 16を塞 いで燃焼ガスを過給気通路 17に導入させず、図 13に示すように、低圧の空気が流 入されるとバルブ 11を移動させてバルブ入口 15及び過給気通路入口 16を開放する 。そのため、高圧の燃焼ガスを大気に排出したいずれかの室 6に空気や無視できる 僅かなガスを吸気通路 17から吸気口 18を介して室 6に導入するから、空気が導入さ れたいずれかの室 6では、室 6内が浄化される。
[0082] また、室 6Aでの爆発のタイミングは、ロータ 5の 3回転目の初めに行われることとな つて、これが順に繰り返されることとなる。つまり、いずれかの室 6においては爆発は口 ータ 5の 2回転で 1回行われ、全体では、室 6が 5室で区分けされているためロータ 5 の 2回転で合計 5回の爆発が発生されることになる。
[0083] 上述のように、実施形態のエンジン 1によれば、 5個のベーン 7でハウジング 3内を 5 室に分割し、ロータ 5の 2回転で 1サイクル、つまり爆発、膨張、排気、吸気、圧縮、過 給、掃気、吸気、圧縮行程を順に繰り返すように構成している。そのためロータ 1個で 4サイクルレシプロ 5気筒エンジンと同様なトルク変動を小さくする機能を発揮でき、小 型で軽量なエンジン 1を構成することができる。し力、もピストン、クランクシャフト、コネク チングロッドがないから大きな質量移動による振動もない。この場合、燃料噴射ノズル 10と点火プラグ 12の位置は、それぞれ別の室 6に向かって配置され、燃料噴射ノズ ル 10から所定の室 6における後方のベーン 7に向かって燃料が噴き出されているか ら、後方のベーン 7近くに着火性の良好な濃い混合気を集められ、さらに圧縮し点火 プラグ 12で濃い混合気部分に着火し爆発させる。従って室 6全体の空燃費は希薄に 設定可能で燃料消費率向上と完全燃焼による排気ガス浄化ができる。
[0084] また、ハウジング本体部 31の内周面 31aを真円に形成することによって、ベーン 7 が内周面 3aに摺接する際にべーン 7に掛力、る負荷を小さくすることができ、ベーンの 強度向上することができる。さらに加工も容易であり廉価な費用で内燃機関を製作で きるから実用的な内燃機関を提供することができる。
[0085] また、実施形態のエンジン 1では、ロータ 5の凹部 53を吸気口 18又は排気口 19に 合致させることによって、吸気開口部 21あるいは排気開口部 22として形成することが できる。この吸気口 18と排気口 19は大気に連通していることから、爆発によって発生 する高圧の燃焼ガスは排気行程において排気口 19から大気に排気させ、低圧の空 気は掃気行程において排気口 19から大気に放出させる。その際、排気ガス中に残る 未燃焼物を完全燃焼するから排気ガスをさらに浄化することができる。また、吸気行 程においては、大気を吸気するとともに過給行程で吸気して圧縮した空気を導入す ること力 、室内は浄化された状態を形成することができる。し力、もこの排気口 19がサ イドハウジング部 32に形成されることによって、排気ガスが排気口 19から排出される 際、凹部 53と接する排気口 19のハウジング半径方向の幅が小さいから、室 6の側壁 部に付着した潤滑油の不完全燃焼した HCは僅かな分だけが搔き出されて排出され ることとなる。
[0086] さらに、爆発後の高い燃焼ガスを膨張する際に、膨張行程において過給気通路 17 が対向して配設されているものの、燃焼ガスはバルブ室 4のバルブ 11で塞がれること によって過給気通路 17へ導入を防止できる。これによつて、吸気行程では、燃焼ガ スは導入されず浄化された空気を導入することができる。
[0087] また、ロータ 5に形成された凹部 53は回転する方向に対して広い面圧を有して形成 され、さらに爆発行程における点火プラグ 12の点火するタイミングは、凹部 53が点火 プラグ 12の位置より下流側に達して!/、る時点で行われることから、爆発行程で爆発さ れた負荷はロータ 5の回転方向に付与することになり、ロータ 5を確実にまたスムーズ に回転させることができる。
[0088] さらに、ベーン 7は、ハウジング 3及びロータ 5等の摺動面に対して可撓性のシール 部材で接触するから、常に密着状態を形成することができガス洩れを防止することが できる。
[0089] なお、本発明のベーン型内燃機関は、上記の形態に限定するものではない。例え ば、燃料噴射ノズルと点火プラグの位置を同じ室内に向けて設置してもよい。

Claims

請求の範囲
[1] 真円の内周面を有するハウジングと、前記ハウジングに内蔵されるとともに前記内 周面の中心位置と偏心した位置で回動可能なロータと、前記ハウジングと前記ロータ との間に配設される中空部と前記ロータの半径方向に沿って前記中空部内を出入す るべ一ンとを備えるベーン型内燃機関であって、
前記べーンが前記ロータの円周方向に沿って 5分割された位置にそれぞれ配設さ れるとともに前記べーンの先端は前記ハウジングの内周面に摺接可能に配設され、 前記中空部は前記べーンによって 5室に分割され、前記ロータ 2回転で 1サイクノレ を形成するとともに、 5分割された各室は、前記 1サイクルで、それぞれ、爆発、膨張、 排気、吸気、圧縮、過給、掃気、吸気、圧縮行程を順に繰り返すように構成されたこと を特徴とするベーン型内燃機関。
[2] 請求項 1記載のベーン型内燃機関であって、燃料を噴射する燃料噴射ノズルは、 前記ロータの回転と逆方向に向力、つて燃料を噴射するように配置されていることを特 徴としている。
[3] 請求項 1記載のベーン型内燃機関であって、前記ハウジングには、大気側と連通 する吸気口と排気口が形成され、前記ロータには 5分割された各室に対応してそれ ぞれ凹部が形成され、前記ロータの回転によっていずれかの室の凹部が前記吸気 口あるいは前記排気口の!/、ずれか一方に合致する際に、吸気開口部あるいは排気 開口部を形成することを特徴として!/、る。
[4] 請求項 2記載のベーン型内燃機関であって、前記ハウジングには、大気側と連通 する吸気口と排気口が形成され、前記ロータには 5分割された各室に対応してそれ ぞれ凹部が形成され、前記ロータの回転によっていずれかの室の凹部が前記吸気 口あるいは前記排気口の!/、ずれか一方に合致する際に、吸気開口部あるいは排気 開口部を形成することを特徴として!/、る。
[5] 請求項 3記載のベーン型内燃機関であって、前記排気行程は、前記排気開口部か ら爆発行程後の高圧の燃焼ガスを排出し、前記掃気行程は、前記排気開口部から 低圧の空気を放出することを特徴とする。
[6] 請求項 4記載のベーン型内燃機関であって、前記排気行程は、前記排気開口部か ら爆発行程後の高圧の燃焼ガスを排出し、前記掃気行程は、前記排気開口部から 低圧の空気を放出することを特徴として!/、る。
[7] 請求項 1 , 2, 3, 4, 5又は 6のいずれかに記載のベーン型内燃機関であって、前記 過給行程を行う 1室と前記吸気行程を行う 1室との間には、過給気通路が形成されて いることを特 ί毁としている。
[8] 請求項 7記載のベーン型内燃機関であって、前記過給行程を行う 1室と前記過給 気通路との間には、高圧の燃焼ガスを流入させず低圧の空気を流入するバルブ室 が切替え可能に配設されて!/、ることを特徴として!/、る。
[9] 請求項 1 , 2, 3, 4, 5又は 6記載のベーン型内燃機関であって、前記べーンはべ一 ン押しばねによって前記ハウジングの内周面に摺接可能に配設されるとともに、前記 ノ、ウジングとの摺動面及び前記ロータとの摺動面においてガス漏れ防止用シール手 段が形成されてレ、ることを特徴として!/、る。
[10] 請求項 7記載のベーン型内燃機関であって、前記べーンはべーン押しばねによつ て前記ハウジングの内周面に摺接可能に配設されるとともに、前記ハウジングとの摺 動面及び前記ロータとの摺動面においてガス漏れ防止用シール手段が形成されて いることを特 ί毁としている。
[11] 請求項 3又は 4記載のベーン型内燃機関であって、前記凹部は、回転方向側に広
Vヽ面圧を受けるように形成されてレ、ることを特徴として!/、る。
[12] 請求項 11記載のベーン型内燃機関であって、前記点火プラグの点火タイミングは
、前記爆発工程に移行したいずれかの 1室において、前記凹部が前記点火プラグの 位置より下流側に位置した時点で行われることを特徴としている。
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