WO2020012674A1 - 回転型内燃機関 - Google Patents

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WO2020012674A1
WO2020012674A1 PCT/JP2018/038936 JP2018038936W WO2020012674A1 WO 2020012674 A1 WO2020012674 A1 WO 2020012674A1 JP 2018038936 W JP2018038936 W JP 2018038936W WO 2020012674 A1 WO2020012674 A1 WO 2020012674A1
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WO
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working chamber
chamber
combustion
sub
shutter member
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/038936
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English (en)
French (fr)
Inventor
俊雄 岡村
Original Assignee
オカムラ有限会社
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B53/00—Internal-combustion aspects of rotary-piston or oscillating-piston engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B55/00—Internal-combustion aspects of rotary pistons; Outer members for co-operation with rotary pistons
    • F02B55/02—Pistons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B55/00—Internal-combustion aspects of rotary pistons; Outer members for co-operation with rotary pistons
    • F02B55/14—Shapes or constructions of combustion chambers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a rotary internal combustion engine (rotating piston internal combustion engine), and more particularly to a sub-combustion chamber formed inside a piston portion of a rotor, and a compressed gas introduction mechanism for introducing a compressed air-fuel mixture or compressed air into the sub-combustion chamber. And a combustion gas ejection mechanism for injecting high-pressure combustion gas in the auxiliary combustion chamber into the combustion working chamber.
  • the compression ratio can be changed and the period for maintaining the compression top dead center state can be changed via control technology.
  • the present invention relates to a rotary internal combustion engine.
  • the radius R of the rotary piston can be set to an appropriate size, so that the output torque T can be increased.
  • the internal combustion engine can be downsized, the number of revolutions can be set low, and the length of the combustion stroke can be reduced by half of the output shaft. The length can be set to be equal to or longer than the rotation, and it is estimated that the combustion performance can be ensured.
  • This type of rotary internal combustion engine includes a housing, a rotor, a piston portion formed on the rotor, the piston portion having a pressure receiving surface for receiving combustion gas pressure, and an annular working chamber in which the piston portion rotates.
  • a plurality of movable partition members movably mounted on the housing, the plurality of movable partition members forming a suction working chamber, a compression working chamber, a combustion working chamber, and an exhaust working chamber in the annular working chamber in cooperation with the piston part. It has a movable partition member, an intake port, an exhaust port, and the like.
  • the pressure receiving surface of the piston portion does not necessarily need to be a surface orthogonal to the rotation direction of the piston portion, and does not affect torque generation even if it is an inclined surface that intersects the rotation direction at an acute angle. .
  • the pressure receiving surface of the piston portion is formed on a surface substantially orthogonal to the rotation direction of the piston portion (Patent Documents 1 and 2). With this configuration, when the piston portion passes through the movable partition member, the movable partition member cannot follow the pressure receiving surface, causing jumping and impairing the partition function.
  • compressed air compressed in a compression working chamber is stored in an external tank by a pipe, and the compressed air is supplied from the tank to the combustion working chamber by a pipe (Patent Document 1).
  • Patent Document 1 This configuration is disadvantageous in increasing the output performance because the thermal energy loss and the pressure loss of the compressed air increase.
  • two cylinders are provided and compressed air generated in an adjacent cylinder is introduced into the combustion working chamber through an introduction passage.
  • the structure of the internal combustion engine becomes complicated, and the pressure of the compressed air is increased. It is not preferable because the loss increases.
  • a sub-combustion chamber is formed in a housing near the annular working chamber, compressed air is introduced into the sub-combustion chamber through an introduction passage, and combustion gas is sent from the sub-combustion chamber to the combustion working chamber through an ejection passage. Spout (Patent Documents 3 and 4).
  • the pressure loss in the introduction passage, the ejection passage, and the valve mechanism of the compressed air and the combustion gas increases, and a complicated valve mechanism and a valve operating mechanism may be required (Patent Document 4).
  • a configuration in which a compressed air-fuel mixture or compressed air compressed in a compression working chamber is temporarily stored in a sub-combustion chamber, and combustion gas is injected into the combustion working chamber after ignition. Since the piston section is located near both the compression working chamber and the combustion working chamber, if the idea of forming a sub-combustion chamber in the piston section is conceived, the sub-combustion chamber has an introduction passage for introducing a compressed air-fuel mixture. It is necessary to provide an introduction valve mechanism, an ejection passage for ejecting combustion gas from the sub-combustion chamber to the combustion working chamber, and an ejection valve mechanism.
  • the structure of the sub-combustion chamber for introducing the compressed air-fuel mixture or the compressed air compressed in the compression working chamber, the introduction passage for introducing the compressed air-fuel mixture or the compressed air into the auxiliary combustion chamber, and The introduction valve mechanism, the ejection passage for ejecting the high-pressure combustion gas in the sub-combustion chamber to the combustion working chamber, and the structure of the ejection valve mechanism are technically very difficult issues, so that they can withstand practical use to date. Has not been proposed.
  • An object of the present invention is to provide a rotary internal combustion engine in which a sub combustion chamber and an opening of a sub combustion chamber that opens at the top of a piston section are formed in a piston section, and a compressed gas introduction mechanism and a combustion gas ejection mechanism are provided on a housing side.
  • An object of the present invention is to provide a rotary internal combustion engine capable of changing a compression ratio and a rotary internal combustion engine capable of changing a period for maintaining a compression top dead center state.
  • the rotary internal combustion engine according to claim 1 includes an output shaft, a rotor fixed to the output shaft, a housing rotatably supporting the rotor, and an annular working chamber formed in the housing or the housing and the rotor.
  • a plurality of movable partition members movably provided at a plurality of portions of the housing so as to partition the annular working chamber transversely gas-tightly, and partition the annular working chamber transversely gas-tightly provided on the rotor.
  • a piston section, and the suction section, the compression section, the combustion section, and the exhaust section can be formed in the annular section by the piston section rotating in the annular section and the plurality of movable partition members.
  • a sub-combustion chamber having a portion is formed inside the piston portion, The compression working chamber is formed on the trailing side in the rotor rotation direction with respect to the first movable partition member, and the combustion working chamber is formed on the leading side,
  • the compression working chamber or the combustion working chamber is a specific working chamber, at least a part of the inner wall forming wall portion of the specific working chamber among the inner wall forming walls forming the inner wall surface of the annular working chamber.
  • An arc groove formed so as to face a movement locus of the opening of the sub-combustion chamber; a shutter member movably mounted on the arc groove along the arc groove; and an output shaft.
  • a communication mechanism is provided for communicating the sub-combustion chamber with the specific working chamber via the arc-shaped groove during a set period associated with the rotation phase of the second combustion chamber.
  • the arc groove is formed on a part of the inner wall surface of the specific working chamber so as to face the movement locus of the opening of the sub-combustion chamber, and the shutter member extends along the arc groove. It is movably mounted in the arc groove.
  • a communication mechanism is provided for communicating the sub-combustion chamber with the specific working chamber via the arc groove during a setting period associated with the rotation phase of the output shaft, so that the sub-combustion chamber communicates with the specific working chamber.
  • the length of the passage can be very short.
  • a suction port communicating with the suction working chamber, an exhaust port communicating with the exhaust working chamber, and fuel supply means for supplying fuel to combustion air are provided,
  • An ignition means for igniting the compressed air-fuel mixture in the sub-combustion chamber by an ignition plug or compression ignition is provided. The combustion air is drawn into the suction working chamber from the suction port, and the exhaust gas after combustion in the exhaust working chamber is discharged from the exhaust port.
  • the communication mechanism is a compressed gas introduction mechanism for introducing the compressed air-fuel mixture or compressed air of the compression working chamber from the opening into the sub-combustion chamber.
  • the compressed gas introduction mechanism causes the compressed air-fuel mixture in the compression working chamber to be introduced into the sub-combustion chamber from the opening of the sub-combustion chamber.
  • the communication mechanism is a combustion gas ejection mechanism that ejects high-pressure combustion gas in the sub-combustion chamber from the opening to the combustion working chamber.
  • the high-pressure combustion gas in the sub-combustion chamber can be ejected from the opening into the combustion working chamber by the combustion gas ejection mechanism.
  • the end timing of the first predetermined period is a timing at which a top of the piston portion faces the first movable partition member.
  • the start timing of the second predetermined period is a timing at which a top of the piston portion faces the first movable partition member.
  • the start timing is set as early as possible, and the high-pressure combustion gas in the sub-combustion chamber is injected into the combustion working chamber from this early start timing, so that the output characteristics can be improved.
  • the start timing of the second predetermined period is a timing at which the output shaft rotates a predetermined angle after a top portion of the piston portion faces the first movable partition member.
  • the opening of the sub-combustion chamber is closed, and the inside of the sub-combustion chamber is kept in a compression top dead center state.
  • the opening of the sub-combustion chamber is closed to maintain the compression top dead center state, so that the propagation of the flame in the sub-combustion chamber is promoted, and the subsequent combustion
  • the combustion performance in the working chamber can be improved.
  • the predetermined angle may be increased in a cold region or in cold weather, and the predetermined angle may be increased when a lean air-fuel mixture having a large air-fuel ratio is employed.
  • the start timing of the second predetermined period is a timing at which the output shaft rotates a predetermined angle after the top of the piston portion faces the first movable partition member.
  • the start timing of the second predetermined period is a timing at which the output shaft rotates a predetermined angle after the top of the piston portion faces the first movable partition member.
  • the compressed gas introduction mechanism includes a plurality of first racks formed on an outer peripheral portion of the first arc groove, the second shutter member, and the first shutter member.
  • Control means. The first control means can move the first shutter member in the forward direction and the backward direction in association with the rotation phase of the output shaft via the first electric motor and the first pinion.
  • the combustion gas ejection mechanism includes a plurality of second racks formed on an outer peripheral portion of the second arc groove, the second shutter member, and the second shutter member.
  • Control means. The second control member can move and drive the second shutter member in the forward direction and the backward direction in association with the rotation phase of the output shaft via the second electric motor and the second pinion.
  • the first control means controls the compression operation of the auxiliary combustion chamber via the first arc groove and the first shutter member during a first predetermined period of a compression stroke.
  • the movement position of the first shutter member is controlled via the first electric motor so as to communicate with the chamber and not with the suction operation chamber.
  • the first control means is configured to perform the first control unit through the first arc groove and the first shutter member during or before the first predetermined period.
  • the compression ratio can be changed within a range equal to or less than a predetermined maximum compression ratio by controlling the amount of leakage that allows a part of the compressed air-fuel mixture or compressed air to leak to the suction operation chamber by communicating the suction operation chamber with the compression operation chamber.
  • the volumes of the compression working chamber and the sub-combustion chamber are set so that a predetermined maximum compression ratio can be realized, and the compression ratio can be changed within a range equal to or less than the predetermined maximum compression ratio as needed.
  • the compression ratio can be changed to a small value to prevent knocking.
  • the compression ratio can be appropriately changed according to the outside air temperature and the air-fuel ratio.
  • the second control means may be arranged such that, in the second predetermined period of a combustion stroke, the sub combustion chamber is configured to perform the combustion through the second arc groove and the second shutter member.
  • the moving position of the second shutter member is controlled via the second electric motor so as to communicate with the working chamber and not with the exhaust working chamber.
  • the sectional shape of the annular working chamber is a circle or an ellipse having a major axis parallel to the axial direction of the output shaft.
  • the compressed gas introduction mechanism has a first linear motor mechanism capable of driving and driving the first shutter member along the first arc groove.
  • the linear motor mechanism can be made compact and has excellent responsiveness.
  • the combustion gas ejection mechanism has a second linear motor mechanism capable of driving and driving the second shutter member along the second arc groove.
  • the linear motor mechanism can be made compact and has excellent responsiveness.
  • the present invention has the various functions and effects as described above.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a rotary internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. It is a longitudinal section of the above-mentioned internal-combustion engine.
  • FIG. 2 is a vertical sectional view of the internal combustion engine cut along a vertical plane including an axis of an output shaft. It is a principal part enlarged view of FIG.
  • FIG. 5 is a sectional view taken along line VV of FIG. 1.
  • FIG. 6 is a sectional view taken along line VI-VI of FIG. 1.
  • FIG. 7 is a sectional view taken along line VII-VII of FIG. 4.
  • FIG. 8 is a sectional view taken along line VIII-VIII in FIG. 4. It is a longitudinal section of the 1st movable partition member.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a rotary internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. It is a longitudinal section of the above-mentioned internal-combustion engine.
  • FIG. 2 is a vertical
  • FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating a relationship between a position of a sub-combustion chamber and a position of a shutter member.
  • FIG. 9 is a configuration diagram of a linear motor mechanism according to a first modification.
  • FIG. 13 is a partial longitudinal sectional view showing a sectional shape of a sub-combustion chamber of a second modification.
  • FIG. 13 is a partial longitudinal sectional view showing a sectional shape of a sub-combustion chamber of a second modification.
  • FIG. 13 is a partial longitudinal sectional view showing a sectional shape of a sub-combustion chamber of a second modification.
  • FIG. 13 is a partial longitudinal sectional view showing a sectional shape of a sub-combustion chamber of a second modification.
  • FIG. 13 is a partial longitudinal sectional view showing a sectional shape of a sub-combustion chamber of a second modification.
  • FIG. 13 is a partial longitudinal sectional view showing a sectional shape of a sub-combustion chamber of a second modification.
  • FIG. 13 is a partial longitudinal sectional view showing a sectional shape of a sub-combustion chamber of a second modification.
  • FIG. 13 is a partial longitudinal sectional view showing a sectional shape of a sub-combustion chamber according to a third modification. It is a principal part longitudinal cross-sectional view of the rotary internal combustion engine of the modification 6.
  • FIG. 16 is a vertical sectional view of a main part of a rotary internal combustion engine according to a seventh modification.
  • FIG. 11 is a diagram corresponding to FIG. 10 of a modification 8;
  • FIG. 11 is a diagram corresponding to FIG. 10 of a modification 9;
  • the engine E includes a horizontally-oriented output shaft 1, a rotor 2 fixed to the output shaft 1, a housing 3 for housing the rotor 2, and a housing 3.
  • Annular operating chamber 4 and a plurality of movable partition members (first and second movable partition members 5) movably provided at a plurality of portions of the housing 3 so as to partition the annular operating chamber 4 transversely and gas-tightly.
  • the piston portion 7 rotating in the annular working chamber 4 and a plurality of movable partition members 5, 6 are provided.
  • a suction working chamber 4a, a compression working chamber 4b, a combustion working chamber 4c, and an exhaust working chamber 4d can be formed in the annular working chamber 4.
  • the compression working chamber 4b is formed on the trailing side of the first movable partition member 5 in the rotor rotation direction, and the combustion working chamber 4c is formed on the leading side.
  • the housing 3 is formed with an intake port 8 for sucking air into the suction working chamber 4a and an exhaust port 9 for discharging exhaust gas from the exhaust working chamber 4d.
  • An injector 10 for injecting fuel into the suction air in the suction working chamber 4a or the compressed air in the compression working chamber 4b is mounted on the housing 3. However, the fuel may be injected into the air in the intake system before intake from the intake port 8. Further, if necessary, an injector 12 for injecting fuel into the combustion gas during combustion in the combustion working chamber 4c may be additionally provided. Note that an injector for injecting fuel into the sub-combustion chamber 20 may be provided instead of the injector 10 described above. Therefore, hereinafter, it is described as a compressed air-fuel mixture or a compressed air.
  • the suction working chamber 4a connected to the intake port 8 is sucking combustion air, and fuel is injected into the air in the suction working chamber 4a. It becomes a mixture.
  • the compression working chamber 4b is compressing an air-fuel mixture or air, and the exhaust working chamber 4d is exhausting.
  • the compressed air-fuel mixture or compressed air compressed in the compression working chamber 4b is filled in a sub-combustion chamber 20, which will be described later, and when the top 7b of the piston 7 reaches the first movable partition member 5, the sub-combustion chamber 20 Is in a compression top dead center state (maximum compression state), and the compressed air-fuel mixture in the sub-combustion chamber 20 is ignited from the ignition plug 14.
  • the suction working chamber 4a is in the suction completed state, the combustion gas is explosively expanding in the combustion working chamber 4c, and is being discharged from the exhaust working chamber 4d to the exhaust port 9 and the exhaust pipe 13.
  • a throttle valve (not shown) is mounted on the intake pipe 11 connected to the intake port 8.
  • the engine E has a starter (not shown) and support legs 15 that support the lower end of the housing 3.
  • the axis X of the steel output shaft 1, the axis of the rotor 2, and the axis of the annular working chamber 4 are coaxial, and the housing 3 is divided into two by a division surface 3 a orthogonal to the axis X. It is fastened by a plurality of bolts 16 with a thin gasket held therebetween (see FIG. 3).
  • the housing 3 is a circular plate-shaped member made of, for example, aluminum alloy or steel. Inside the housing 3, a donut-shaped annular operating chamber 4 having a circular cross section is formed at a position of a radius R 0 from the axis X. ing.
  • the radius R0 and the diameter d of the annular working chamber 4 are appropriately set according to the displacement of the engine E.
  • most of the inner wall surface forming wall portion 4w that forms the inner wall surface 4f of the annular working chamber 4 of the housing 3 is configured by, for example, a cylinder liner 17 made of cast iron. However, the cylinder liner 17 is shown only in FIG. 3, and the others are not shown.
  • a water jacket 18 for flowing cooling water is formed in the housing 3.
  • the rotor 2 is a disk portion 2a orthogonal to the axis X and is non-rotatably fixed to the output shaft 1 via, for example, a key groove and a key, and a part of the outer peripheral end of the disk portion 2a.
  • a piston 7 that rotates while partitioning the annular working chamber 4 in a gas-tight manner when the rotor 2 rotates.
  • the disk portion 2a may be made of a material such as steel, ductile cast iron, or an aluminum alloy, and the piston portion 7 may be made of steel, ductile cast iron, or the like.
  • “leading side” and “trailing side” are defined based on the rotor rotation direction (arrow A).
  • the disk portion 2a is a disk-shaped member having a predetermined plate thickness
  • the piston portion 7 may be formed integrally with the disk portion 2a, or may be formed separately and coupled to the disk portion 2a.
  • the disk portion 2a may be formed to have a thickness of, for example, about half the diameter of the annular working chamber 4.
  • the outer peripheral surface 2f (the outer peripheral surface of the portion other than the piston portion 7) of the disk portion 2a is formed as a partially cylindrical surface.
  • the piston section 7 is a partition wall section 7a for partitioning the annular working chamber 4 in a transversely gas-tight manner, and has a circular section wall section 7a.
  • the partition wall portion 7a of the piston portion 7 has a top portion 7b that is always in surface contact with the inner wall surface 4f of the annular working chamber 4.
  • the inclined surface 21 on the leading side of the piston portion 7 is gradually inclined such that it shifts toward the axis X as it shifts toward the leading side.
  • the inclined surface 21 is formed in parallel with the axis X.
  • the opening angle of the inclined surface 21 with respect to the axis X is, for example, about 120 degrees.
  • the trailing-side inclined surface 22 of the piston portion 7 is inclined so as to shift toward the axial center X as it shifts toward the trailing side.
  • the inclined surface 22 is formed in parallel with the axis X.
  • gas-tightness is provided between the inclined surface 22 and the inclined surface 22.
  • the inclination angle of the inclined surface 21 is formed smaller than the inclination angle of the inclined surface 22.
  • the opening angle of the inclined surface 22 with respect to the axis X is, for example, about 50 degrees.
  • a substantially oval-shaped sub-combustion chamber 20 for introducing a compressed air-fuel mixture or compressed air from within the compression working chamber 4b and igniting is formed inside the piston portion 7, and the direction of the long axis of the sub-combustion chamber 20 is
  • the sub-combustion chamber 20 is oriented in the radial direction with respect to the axis X, and has an opening 20a that opens to the top 7b of the piston 7 (the top of the partition wall 7a).
  • the inner diameter side portion of the sub-combustion chamber 20 has a substantially hemispherical shape, and the outer diameter side portion has a shape whose diameter gradually decreases toward the outer diameter side.
  • the volume of the sub-combustion chamber 20 is set to a volume capable of compressing the air-fuel mixture or air sucked into the suction working chamber 4a to a predetermined maximum compression ratio (for example, 16).
  • the direction of the long axis of the sub-combustion chamber 20 may be inclined such that the hemispherical portion is located on the leading side with respect to the opening 20a.
  • the shape of the sub-combustion chamber 20 is not limited to a substantially oval shape. Further, the opening 20a may be formed larger than that shown.
  • the sub-combustion chamber 20 is formed inside the piston portion 7, the sub-combustion chamber 20 can be provided at a position close to the compression working chamber 4b and the combustion working chamber 4c, and the compressed air-fuel mixture or compressed air is generated. This is advantageous in introducing into the compression working chamber 4b, and is advantageous in injecting the high-pressure combustion gas in the sub-combustion chamber 20 into the combustion working chamber 4c. If the sub-combustion chamber 20 is a primary combustion chamber, the combustion working chamber 4c corresponds to a secondary combustion chamber.
  • a substantially annular ring groove 23 and a piston ring 24 mounted in the ring groove 23 are provided on the partition wall 7a. Is provided.
  • a spark plug 14 for igniting the compressed air-fuel mixture in the sub-combustion chamber 20 is mounted inside the piston portion 7.
  • a water jacket 25 for cooling the peripheral portion of the sub-combustion chamber 20 is formed inside the piston portion 7, and the water jacket 25 is connected to the water jacket 18 in the housing 3.
  • the output shaft 1 penetrates the housing 3, and the output shaft 1 and the rotor 2 are rotatably supported by the housing 3.
  • a ball bearing 27 is mounted, and a needle bearing 28 and a seal member 29 are also mounted between the housing 3 and the disk portion 2a of the rotor 2.
  • the vicinity of the outer periphery of the housing 3 is tightened by a plurality of bolts 16 parallel to the axis X.
  • a nut member 30 and a lock nut 31 are screwed to the output shaft 1 on both sides of the nut 3.
  • a needle bearing 32 is mounted between the housing 3 and the nut member 30.
  • a rotary joint 33 is mounted on the output shaft 1, and an oil passage 34 extending from the rotary joint 33 is formed in the output shaft 1 and the rotor 2. Oil is supplied to the bearings 26 to 28 and 32 and the ring groove 23 of the piston portion 7. It is formed so that it can be supplied. Note that the rotary joint 33 is connected to an oil supply source.
  • the rotary joint 33 is omitted, an oil introduction passage connected to an oil introduction port formed in the housing 3 is formed in the housing 3, and oil is supplied from the oil introduction passage to the bearings 26 to 28, 32 and the ring groove 23. May be configured.
  • a rotary connector 35 is mounted on the output shaft 1 to supply an ignition drive pulse to the ignition plug 14 mounted inside the piston portion 7, and an energizing harness 36 extending from the rotary connector 35 is connected to the output shaft 1 and the rotor. 2 and connected to the spark plug 14.
  • a rotary connector may be provided between the housing 3 and the disk portion 2a, and the harness connection portion provided on the housing 3 may be connected to the ignition plug 14 via the rotary connector.
  • the rotary connector 35 is connected to a control unit 40 of the engine E.
  • a first partitioning mechanism 41 including a first movable partitioning member 5 is provided on the top of the housing 3 to partition the annular working chamber 4 in a gas-tight manner transversely. 41 are provided.
  • the first movable partition member 5 is a plate-like member having a predetermined plate thickness.
  • the first movable partition member 5 is slidably formed in a gas-tight manner in a sliding hole 42 formed in the housing 3 in a radial direction. It is installed. As shown in FIG.
  • the width of the sliding hole 42 (width in the axis X direction) is slightly larger than the width of the annular working chamber 4 (width in the axis X direction), and the lower end of the sliding hole 42 is
  • One movable partition member 5 is formed so as to be in contact with the outer peripheral surface 2f of the disk portion 2a of the rotor 2 (see FIG. 3).
  • the first movable partition member 5 includes a steel box-shaped core member 43 for securing strength, and a sintered metal surface member 44 covering the outer surface of the core member 43. May be configured.
  • the above-mentioned sintered metal has low friction and is porous, and can penetrate oil.
  • a curved sliding portion 5 a is formed at the tip of the first movable partition member 5, a concave portion 5 b is formed therein, and a plurality of core members 43 are provided for allowing oil in the concave portion 5 b to permeate the surface member 44. Are formed.
  • a seal member 46 is mounted in the middle of the first movable partition member 5.
  • the above-described structure of the first movable partition member 5 is an example, and is not limited to this structure.
  • a box member 47 is fixed to the housing 3 outside the first movable partition member 5, an air chamber 48 is formed inside the box member 47, and an accumulator filled with pressurized air near the box member 47.
  • the accumulator 49 is connected to an air chamber 48, and the sliding portion 5 a is connected to the rotor 2 even if the pressure of the compressed air-fuel mixture or the pressure of the combustion gas acts on the first movable partition member 5 in the air chamber 48. Pressurized air that urges not to be separated from the air is introduced.
  • the first movable partition member 5 receives the pressurized air and is elastically urged toward the rotor 2, and the sliding portion 5 a is always in contact with the piston portion 7 or the disk portion 2 a of the rotor 2.
  • An oil supply pipe 41a is connected to the box member 47, and oil is supplied from the oil supply pipe 41a into the air chamber 48, and the oil flows into the concave portion 5b and penetrates into the surface member 44 to be the first movable partition member. Lubricate the sliding surface of No. 5.
  • the first movable partition member 5 can be urged by a compression spring instead of or together with the pressurized air.
  • a second partitioning mechanism 50 including a second movable partitioning member 6 is provided on the lower left portion of the housing 3 to partition the annular working chamber 4 in a gas-tight manner.
  • a two-partition mechanism 50 is provided.
  • the second partitioning mechanism 50 is disposed on the trailing side by, for example, an angle ⁇ with respect to the first partitioning mechanism 41, and the illustrated angle ⁇ is, for example, 135 °.
  • the angle ⁇ is not limited to the above angle, and can be set to any angle in the range of 90 to 180 °, for example.
  • the second movable partition member 6 is a member similar to the first movable partition member 5, and the second movable partition member 6 slides gas-tightly on a sliding hole 51 formed in the housing 3 in a radial direction. It is movably mounted.
  • a curved sliding portion 6a is formed at the distal end of the second movable partitioning member 6, and a concave portion 6b is formed therein. The lower end of the concave portion 6b is closed by a closing member 52.
  • a seal member 53 is mounted in the middle of the second movable partition member 6.
  • a box member 54 is fixed to the housing 3 outside the second movable partition member 6, an air chamber 55 is formed inside the box member 54, and an accumulator filled with pressurized air near the box member 54.
  • the accumulator 56 is connected to an air chamber 55, and pressurized air is introduced into the air chamber 55.
  • the second movable partition member 6 receives pressure air and is elastically urged toward the rotor 2.
  • An oil supply pipe 50a is connected to the box member 54, an oil passage 57 for supplying oil from the oil supply pipe 50a to the recess 6b is formed, and oil is supplied from the oil supply pipe 50a to the recess 6b. And is configured to lubricate the sliding surface of the second movable partition member 6.
  • the second movable partition member 6 can be urged by a compression spring instead of or together with the pressurized air.
  • the inner wall surface 4f of the annular working chamber 4 is formed.
  • An arc groove 101 formed on at least a part of an inner wall forming wall portion of the specific working chamber 100 of the wall forming wall portion 4w so as to face a movement trajectory of the opening 20a of the sub-combustion chamber 20;
  • An arc-shaped shutter member 102 movably mounted in the arc groove 101 along the groove 101, and the auxiliary combustion chamber 20 is moved through the arc groove 101 during a set period associated with the rotation phase of the output shaft 1.
  • a communication mechanism 103 for communicating with the specific working chamber 100 is provided.
  • the compression working chamber 4b is formed between the piston 7 of the annular working chamber 4 and the first movable partition member 5, and the combustion working chamber 4c is formed of the first movable partition of the annular working chamber 4. It is formed between the partition member 5 and the piston portion 7.
  • the arc groove 101 is the first arc groove 60
  • the shutter member 102 is the first shutter member 61
  • the set period is a first predetermined period (period P2 in FIG. 10) in the latter half of the compression stroke
  • the communication mechanism 103 causes the compressed air-fuel mixture or the compressed air in the compression working chamber 4b to sub-combust through the first arc groove 60.
  • a compressed gas introduction mechanism 62 for introducing the gas into the sub-combustion chamber 20 from the opening 20 a of the chamber 20.
  • the end timing of the first predetermined period P2 is a timing at which the top 7b of the piston portion 7 faces the first movable partition member 5.
  • the first arc groove 60 is formed in an arc shape centered on the axis X within a range of the opening angle ⁇ (for example, about 90 °) from the side surface of the first movable partition member 5 to the trailing side, and the first shutter
  • the member 61 has a length of an open angle ⁇ (for example, about 50 °).
  • the values of the opening angles ⁇ and ⁇ described above are merely examples, and are not limited to these values.
  • the compressed gas introduction mechanism 62 is meshed with the first arc groove 60, the first shutter member 61, a plurality of first rack teeth 63 formed on the outer peripheral portion of the first shutter member 61, and the first rack teeth 63.
  • Means 66 means.
  • the first electric motor 65 can be arranged on the outer peripheral side of the housing 3.
  • a servo motor or a stepping motor can be employed as the first electric motor 65.
  • the first control means 66 is configured by the control unit 40 that controls the engine E.
  • An oil supply pipe 38 for supplying oil to the first arc groove 60 is connected to the housing 3.
  • the first arc groove 60 and the first shutter member 61 have a cross-shaped cross section.
  • the first arc groove 60 has an opening groove 60a slightly wider than the opening 20a of the sub-combustion chamber 20, a lateral groove 60b connected to the opening groove 60a, and a rack passage groove 60c connected to the lateral groove 60b.
  • the first shutter member 61 is movably mounted in the opening groove 60a to close the opening groove 60a, a horizontal plate portion 61b mounted in the horizontal groove 60b, and a rack formed to project outward from the horizontal plate portion 61b.
  • the portion 61c is integrally formed.
  • the distal end surface of the closing portion 61a is formed into a curved surface that is continuous with the inner wall surface 4f of the annular working chamber 4, and the horizontal plate portion 61b regulates the distal end portion of the closing portion 61a so as not to project into the annular working chamber 4.
  • the first shutter member 61 is mounted on the first circular groove 60 so as to be movable in the circumferential direction while being guided by the horizontal groove 60b and the horizontal plate portion 61b.
  • a seal member 61s is attached to an inner peripheral portion of the horizontal plate portion 61b, and an outer peripheral portion 61d of the horizontal plate portion 61b is made of a low friction material.
  • a needle bearing may be mounted instead of the low friction material.
  • the first shutter member 61 is desirably made of alloy steel having excellent heat resistance.
  • a stopper 67 for locking the tip of the horizontal plate 61b is formed on the inner wall forming wall 4w.
  • the first control means 66 receives a rotation phase signal from a rotary encoder mounted on the output shaft 1, controls the first electric motor 65 based on the rotation phase signal, and controls the first electric motor 65 during a first predetermined period in the latter half of the compression stroke.
  • the first shutter member 61 is connected via the first electric motor 65 so that the auxiliary combustion chamber 20 communicates with the compression operation chamber b via the first arc groove 60 and the first shutter member 61 but not with the suction operation chamber 4a. Control the moving position of.
  • the regions P1 to P5 correspond to periods for the rotating piston portion 7 and the sub-combustion chamber 20, and will be described as periods P1 to P5 below.
  • the shape of the piston 7 is schematically illustrated.
  • the period P2 corresponds to a first predetermined period in the latter half of the compression stroke, and the opening angle ⁇ 1 of the period P2 is, for example, 50 °. However, it is not limited to 50 °.
  • the leading end of the first shutter member 61 is located on the trailing side slightly from the opening 20a of the sub-combustion chamber 20 of the top 7b of the piston portion 7.
  • the first shutter member 61 is controlled to move to the leading side in synchronization with the piston portion 7.
  • the opening 20a of the sub-combustion chamber 20 is opened to the first arc groove 60, the sub-combustion chamber 20 communicates with the compression working chamber 4b, and the sub-combustion chamber 20 does not communicate with the suction working chamber 4a.
  • the first shutter member 61 moves to the leading side at the maximum (see FIG. 7).
  • the length of the passage connecting the sub-combustion chamber 20 to the compression working chamber 4b is long. Therefore, the pressure loss when introducing the compressed air-fuel mixture or the compressed air into the sub-combustion chamber 20 can be reduced, and the output performance of the engine E can be ensured. In addition, the compressed air-fuel mixture or the compressed air hardly remains in the passage, which is advantageous.
  • the first control means 66 communicates the suction working chamber 4a and the compression working chamber 4b through the first arc groove 60 and the first shutter member 61 before or before the period P2, and the compressed air-fuel mixture or By controlling the amount of leakage of a part of the compressed air to the suction working chamber 4a, the compression ratio can be changed within a range of a predetermined maximum compression ratio (for example, 16) or less (for example, a compression ratio of 13 to 16). It is configured.
  • a predetermined maximum compression ratio for example, 16
  • the leak When a part of the compressed air-fuel mixture or the compressed air is leaked to the suction working chamber 4a, the leak is caused by positioning the leading end of the first shutter member 61 on the trailing side by a small distance from the top 7b of the piston portion 7.
  • the leak amount is determined according to the timing of the leak (the gas pressure of the compressed air-fuel mixture or the compressed air is determined according to the timing), the length of the leak period (time), and the cross-sectional area of the leak passage. Therefore, the amount of leak can be controlled.
  • the compression ratio can be changed, for example, the compression ratio is increased before the engine E is warmed up, when it is cold, or when the air-fuel ratio is large, or when the engine E is overheated, the compression ratio is increased. Knocking can be prevented by reducing the ratio.
  • the compression ratio can be appropriately changed according to the operating state of the engine E, such as the outside air temperature, the temperature of the engine E, and the air-fuel ratio.
  • the arc groove 101 is the second arc groove 70
  • the shutter member 102 is the second shutter member 71
  • the setting is performed.
  • the period is the second predetermined period in the first half of the combustion stroke (period P4 in FIG. 10)
  • the communication mechanism 103 causes the high-pressure combustion gas in the sub-combustion chamber 20 to blow out from the opening 20a to the combustion working chamber 4c. 72.
  • the second arc groove 70 is formed in an arc shape centered on the axis X within a range of the opening angle ⁇ (for example, 187 °) from the side surface of the first movable partition member 5 to the leading side.
  • the second shutter member 71 has a length of an open angle ⁇ (for example, 98 °).
  • the values of ⁇ and ⁇ are merely examples, and the present invention is not limited to these values.
  • the start timing of the second predetermined period (period P4 in FIG. 10) is such that the output shaft 1 is moved to the predetermined angle ⁇ 2 after the top 7b of the piston portion 7 faces the first movable partition member 5.
  • the opening 20a of the sub-combustion chamber 20 is closed by the second shutter member 71, and the compression top dead center state (maximum compression state) is maintained.
  • the above-mentioned predetermined angle ⁇ 2 is not always constant, and can be changed according to the operating state of the engine E.
  • the combustion gas ejection mechanism 72 is meshed with the second arc groove 70, the second shutter member 71, a plurality of second rack teeth 73 formed on the outer periphery of the second shutter member 71, and the second rack teeth 73.
  • the second electric motor 75 can be arranged on the outer peripheral side of the housing 3.
  • a servo motor or a stepping motor can be employed as the second electric motor 75.
  • the first and second arc grooves 60 and 70 have the same structure, and the first and second shutter members 61 and 71 have the same structure.
  • the second control means 76 is constituted by the control unit 40 for controlling the engine.
  • An oil supply pipe 39 for supplying oil to the second arc groove 70 is also connected to the housing 3.
  • the relationship between the second shutter member 71, the second pinion 74, and the second electric motor 75 is the same as in FIG.
  • the second control means 76 receives a rotation phase signal from a rotary encoder mounted on the output shaft 1, and controls the second electric motor 75 based on the rotation phase signal.
  • a second predetermined period (period P4 in FIG. 10) of the first half of the combustion stroke, the sub-combustion chamber 20 communicates with the combustion operation chamber 4c via the second arc groove 70 and the second shutter member 71, and the exhaust operation chamber 4d
  • the movement position of the second shutter member 71 is controlled via the second electric motor 75 so as not to communicate with the shutter.
  • the sub-combustion chamber 20 is ignited by the ignition plug 14 immediately before shifting to the period P3.
  • the opening angle ⁇ 2 is, for example, 30 °
  • the opening 20a of the sub-combustion chamber 20 is held in a substantially closed state by the second shutter member 71.
  • the second shutter member 71 is moved to the piston portion. Move to the reading side in synchronization with 7. This is to enhance the responsiveness of switching the position of the second shutter member 71 at the end of the period P3.
  • the propagation of the flame is promoted by holding the opening 20a of the sub-combustion chamber 20 in the closed state and maintaining the inside of the sub-combustion chamber 20 in the compression top dead center state (maximum compression state) in the period P3.
  • the length of the period P3 can be changed through control of the second electric motor 75.
  • the length of the period P3 can be increased before the engine E is warmed up or in a cold state, or when the air-fuel ratio is large, and when the engine E is in an overheated state, the length of the period P3 can be reduced.
  • the output performance and versatility of the engine E can be improved.
  • the period P4 corresponds to the second predetermined period in the first half of the combustion stroke, and the opening angle ⁇ 3 of this period P4 is, for example, 65 °. However, it is not limited to 65 °.
  • the trailing end of the second shutter member 71 is positioned slightly closer to the leading side than the opening 20a of the sub-combustion chamber 20 of the top 7b of the piston portion 7 so that the sub-combustion chamber 20 is in the second position.
  • the second shutter member 71 is moved to the leading side in synchronization with the piston portion 7 in a state where the second shutter member 71 is kept in communication with the combustion working chamber 4c via the two arc grooves 70 and is held so as not to communicate with the exhaust working chamber 4d. Move.
  • the leading end of the second shutter member 71 reaches the leading end of the second arc groove 70, and the opening 20a of the sub-combustion chamber 20 is closed by the second shutter member 71 in the period P5.
  • the opening 20a is closed by the inner wall surface 4f of the annular working chamber 4 until the end of the combustion stroke. Since almost all of the combustion gas in the sub-combustion chamber 20 is jetted into the combustion working chamber 4c by the end of the period P4, the amount of residual gas remaining in the sub-combustion chamber 20 after the end of the period P4 is very small. It is estimated to be.
  • a first linear motor mechanism can be employed as a mechanism for moving and driving the first shutter member 61 along the first circular groove 60.
  • the first linear motor mechanism 80 has a steel shutter member 81 and a linear motor 82.
  • the arc-shaped shutter member 81 (first shutter member 61) is obtained by forming a plurality of rectangular pulse-shaped teeth 81a in the first shutter member 61 instead of the plurality of rack teeth 63.
  • the linear motor 82 includes three first to third stator cores 84a to 84c formed on a stator member 83 made of a magnetic material, and coils C1 and C2 wound around the first to third stator cores 84a to 84c. , C3 and a drive unit 85 for supplying a drive pulse to these coils C1, C2, C3.
  • the stator member 83 and the driving section 85 are fixed to the housing 3.
  • the first to third stator cores 84a to 84c have the same shape, and the first to third stator cores 84a to 84c are three fixed teeth 86 approaching a plurality of teeth 81a of the shutter member 81, respectively. There are three fixed teeth 86 that can face the three teeth 81a.
  • the pitch of the three fixed teeth 86 in the first to third stator cores 84a to 84c is equal to the pitch p.
  • the three fixed teeth 86 of the second stator core 84b are The position is shifted to the trailing side (to the left in FIG.
  • the drive unit 85 In the state shown in the drawing, if the drive unit 85 repeatedly supplies the coils C1, C2, and C3 with drive pulses in the order of the coils C1, C2, and C3, the shutter member 81 is driven to move to the trailing side. Contrary to the above, when the supply of the drive pulse is repeated in the order of the coils C3, C2, C1, the shutter member 81 is driven to move to the leading side.
  • the amount of movement of the shutter member 81 in one step is p / 3.
  • the shutter member 81 can be moved and driven at high speed to the trailing side and the leading side.
  • the drive unit 85 is controlled by the control unit 40 of the engine E based on the rotation phase signal of the output shaft 1.
  • the length of the first arc groove 60 is set to the length corresponding to the end period of the period P1 and the period P2 in FIG.
  • the length is set to, for example, about 10 cm and a linear motor is provided over the entire length of the first arc groove 60
  • the position of the shutter member 81 can be freely controlled. It can be operated in the same manner as the compressed gas introduction mechanism 62.
  • the first linear motor mechanism is merely an example, and various linear motor mechanisms can be employed.
  • the shutter member may be moved and driven by an actuator other than the linear motor mechanism.
  • the second linear motor mechanism similar to the first linear motor mechanism 80 is also used for the combustion gas ejection mechanism 72.
  • a mechanism 80A (not shown) can be similarly employed.
  • the length of the second arc groove 70 is set to a length corresponding to the initial period of the period P3, the period P4, and the period P5 in FIG. If the length is set to a length that can close the opening 20a of the sub-combustion chamber 20 (for example, about 10 cm) and a linear motor is provided over the entire length of the second arc groove 70, the position of the shutter member 81 is set. Can be controlled freely, and can be operated in the same manner as the combustion gas ejection mechanism 72 of the above embodiment. In this case, the length of the period P4 can be increased by increasing the length of the second arc groove 70.
  • the linear motor mechanism has a small structure and has excellent durability because it has no parts to be worn.
  • Annular working chambers 4B to 4F having various cross-sectional shapes as shown in FIGS. 13 to 17 can also be employed.
  • the housing 3, the disk portion 2a of the rotor 2, and an arc groove 90 having a cross-shaped cross section are also illustrated.
  • the reason for expanding the outer peripheral surface of the annular working chamber toward the center in the width direction so as to expand outward as in the annular working chambers 4B to 4F is that the compressed air-fuel mixture or compressed air of the compression working chamber 4b is introduced into the sub-combustion chamber 20. This is for facilitating the propagation of the flame by reducing the volume increasing speed of the combustion working chamber 4c immediately after the sub-combustion chamber 20 has passed the first movable partition member 5.
  • Modification 4 Although the engine E of the embodiment is configured to ignite with the spark plug 14, the present invention can be applied to an engine in which the spark plug 14 is omitted and ignition is performed by compression ignition.
  • an injector for injecting fuel into the sub-combustion chamber 20 is provided instead of the injector 10, and a glow plug is also provided in the sub-combustion chamber 20 as necessary.
  • an injector for injecting fuel into the sub-combustion chamber 20 may be provided instead of the injector 10. Since the compression ratio can be changed, an engine having both functions of an ignition type engine using a spark plug 14 and a compression ignition type engine can be used.
  • Modification 5 In a medium- or large-sized engine in which the radius R0 of the annular working chamber 4 is large, it is possible to provide a plurality of piston portions 7 on one rotor 2. In a large engine such as a marine engine, one cylinder may be provided with more than two sets of partition mechanisms, a plurality of pistons 7, a plurality of intake ports 8, and a plurality of exhaust ports 9.
  • an annular working chamber 110 having a circular cross section is formed in a housing 111 and a rotor 112.
  • the inner peripheral half (the inner radial half) of the annular working chamber 110 is formed in the rotor 112, and the outer peripheral half (the outer radial half) of the annular working chamber 110 is formed in the housing 111.
  • the rotor 112 is formed by integrally forming a cylindrical portion 113 externally fitted to an output shaft 116, a disk portion 114, and an annular portion 115, and the cylindrical portion 113 is fixed to the output shaft 116.
  • the annular portion 115 has a large thickness in the axial center X direction, and an inner peripheral half of the annular working chamber 110 is formed at an outer peripheral portion of the annular portion 115.
  • the rotor 112 is provided with a piston portion 117 for partitioning the annular working chamber 110 transversely and gas-tightly.
  • the piston portion 117 has a sub-combustion chamber 118 formed therein. 117 is open at the top.
  • the housing 111 is divided into two parts by a division surface 111 a orthogonal to the axis X of the output shaft 116, and is connected by being tightened by a plurality of bolts 119.
  • a fitting recess 120 for fitting the annular portion 115 is formed in the housing 111, and an outer peripheral half of the annular working chamber 110 is formed so as to project outward from the fitting recess 120.
  • a needle bearing 121 for supporting the annular portion 115 of the rotor 112 with low friction is mounted on an inner peripheral side portion of the housing 111, and a seal member 122 is mounted on an inner peripheral side of the needle bearing 121.
  • a ball bearing 123 and / or a sealing member for supporting the surface with low friction are mounted on the housing 111.
  • a partitioning mechanism for partitioning the annular working chamber 110 in a gas-tight manner in a transverse manner is provided with a partitioning mechanism similar to the first and second partitioning mechanisms 41 and 50, but the movable partitioning member 124 has a shape. , As shown in the drawing, it is different from the first and second movable partition members 5 and 6.
  • the lower end portion of the movable partition member 124 is formed in a semicircular portion having the same shape as the inner peripheral half of the annular working chamber 110, and the outer peripheral portion of the semicircular portion is guided by a guide groove (not shown) of the housing 111. Is done.
  • the leading-side inclined surface and the trailing-side inclined surface of the piston portion 117 are partially engaged with the semicircular portion of the movable partition member 124 so that the semicircular portion of the movable partition member 124 is in contact with the inclined surface.
  • An engagement groove (not shown) whose depth gradually increases from the top is formed.
  • This engine EA is also provided with the same components as the compressed gas introduction mechanism 62 and the combustion gas ejection mechanism 72, but is not shown here.
  • the gas pressure acting on the inner peripheral half of the annular working chamber 110 is supported by the thick annular portion 115, and the gas pressure acting on the outer peripheral half of the annular working chamber 110 is controlled by a plurality of bolts 119. Supported.
  • the structure of the housing 111 can be simplified and downsized, and the reliability of the engine EA can be improved.
  • the annular working chamber 130 is formed in the housing 131 and the rotor 132.
  • the cross-sectional shape of the annular working chamber 130 is square, the structure other than the annular working chamber 130, the movable partition member 133, and the piston portion 134 is the same as that of the engine in FIG. The description is omitted here.
  • a sub-combustion chamber 118 is formed in a piston portion 134 that partitions the annular working chamber 130 in a gas-tight manner transversely.
  • the leading-side inclined surface and the trailing-side inclined surface of the piston portion 134 are inclined surfaces parallel to the axis X, and the movable partition member 133 is a rectangular plate-shaped member.
  • a partitioning mechanism for partitioning the annular working chamber 130 in a gas-tight manner transversely is provided with a partitioning mechanism similar to the first and second partitioning mechanisms 41 and 50, but only the movable partitioning member 133 is shown. It is.
  • a rectangular portion having the same shape as the inner peripheral half of the annular working chamber 130 is formed at a lower end portion of the movable partition member 133, and an outer peripheral portion of the rectangular portion is guided by a guide groove (not shown) of the housing.
  • the gas pressure acting on the inner peripheral half of the annular working chamber 130 is supported by the thick annular portion 135, and the gas pressure acting on the outer peripheral half of the annular working chamber 130 is controlled by a plurality of bolts 119. Supported.
  • the structure of the housing 131 can be simplified and downsized, and the reliability of the engine EB can be improved.
  • Modification 8 The cross-sectional shapes and sizes of the arc-shaped groove 101 and the shutter member 102 are merely examples, and various cross-sectional shapes and sizes can be employed. Further, as the shutter member, a shutter member which can be bent with a solid chain structure can be adopted.
  • the inside of the chamber 20 is configured to be maintained at a high pressure state close to the compression top dead center state. This is to promote flame propagation in the sub-combustion chamber 20.
  • the trailing end of the second shutter member 71 is connected to the leading side of the opening 20a of the sub-combustion chamber 20.
  • the sub-combustion chamber 20 is communicated with the combustion working chamber 4c through the second arc groove 70, and the high-pressure combustion gas in the sub-combustion chamber 20 is removed from the combustion working chamber 4c.
  • torque is applied from the rotor 2 to the output shaft 1. Note that the size of the opening angle ⁇ 4 in the period P6 may be changed as appropriate.
  • the rotary internal combustion engine of the present invention can be used for internal combustion engines for various industrial uses.

Abstract

回転型内燃機関は、出力軸と、ロータと、ハウジングと、ハウジング又はハウジングとロータ内に形成された環状作動室と、ロータに設けられて環状作動室内を回転するピストン部と、環状作動室を仕切る複数の可動仕切部材と、環状作動室内に形成される吸入作動室と圧力作動室と燃焼作動室と排気作動室と、ピストン部に形成した副燃焼室であってピストン部の頂部に開口する開口部を有する副燃焼室と、ハウジングに設けられて圧縮作動室の圧縮混合気又は圧縮空気を副燃焼室に導入する圧縮ガス導入機構と、ハウジングに設けられて副燃焼室の高圧燃焼ガスを燃焼作動室に噴出させる燃焼ガス噴出機構とを備えている。

Description

回転型内燃機関
　本発明は、回転型内燃機関（回転ピストン型内燃機関）に関し、特にロータのピストン部の内部に形成した副燃焼室と、この副燃焼室に圧縮混合気又は圧縮空気を導入する圧縮ガス導入機構と、副燃焼室内の高圧燃焼ガスを燃焼作動室に噴出する燃焼ガス噴出機構を有し、制御技術を介して圧縮比を変更可能とし且つ圧縮上死点状態を保持する期間を変更可能にした回転型内燃機関に関する。
　回転型内燃機関の場合、回転するピストン部の受圧面積をＡ、燃焼ガス圧をＰ、ピストン部の出力軸軸心からの半径をＲとすると、出力トルクＴは、Ｔ＝Ａ×Ｐ×Ｒとなる。
　往復動内燃機関の場合、ピストン受圧面積をＡo、燃焼ガス圧をＰo、クランク半径をＲo 、クランクアームのピストン軸心に対するクランク角をθとすると、出力トルクＴoは、Ｔo≒Ａo×Ｐo×Ｒo×Sinθとなる。
　往復動内燃機関の場合、上記のようにSinθを掛ける分だけ出力トルクが小さくなり、出力特性を高めるには限界がある。しかも、吸入、圧縮、燃焼(爆発)、排気の１サイクルを行うのにクランク軸が２回転する必要がある。
　回転型内燃機関では、出力トルクに上記のSinθを掛ける必要がなく、回転ピストンの半径Ｒも適切な大きさに設定できるため、出力トルクＴを高めることができる。しかも、
吸入、圧縮、燃焼、排気の１サイクルを出力軸の１回転で行うことができるため、内燃機関を小型化可能であり、回転数を低く設定可能であり、燃焼行程の長さを出力軸半回転以上の長さに設定可能であり、燃焼性能を確保できるものと推定される。
　しかも、回転数を低めに設定する場合には吸入行程と排気行程の時間も長く設定でき、吸気損失や排気損失を低減することができる。クランク機構を省略でき且つ動弁機構も省略化又は簡単化できるため摩擦損失も改善できる余地がある。
　回転型内燃機関は、上記のような可能性（ポテンシャル）を有するため、従来から多数の技術者により種々の回転型内燃機関が提案されてきた。
　この種の回転型内燃機関は、ハウジングと、ロータと、ロータに形成されたピストン部であって燃焼ガス圧を受圧する受圧面を有するピストン部と、このピストン部が回転移動する環状作動室と、ハウジングに可動に装着された複数の可動仕切部材であってピストン部と協働して環状作動室内に吸入作動室と、圧縮作動室と、燃焼作動室と排気作動室とを形成する複数の可動仕切部材と、吸気ポート及び排気ポート等を有する。
　前記のピストン部の受圧面は、必ずしも、ピストン部の回転方向と直交する面である必要はなく、回転方向に対して鋭角的に交差する傾斜面であっても、トルク発生に影響を及ぼさない。しかし、一部の内燃機関では、ピストン部の受圧面をピストン部の回転方向と実質的に直交する面に形成している（特許文献１，２）。この構成では、ピストン部が可動仕切部材を通過した際に、可動仕切部材が受圧面に追従できず、ジャンピングが生じ、仕切り機能が損なわれる。
　一部の内燃機関では、圧縮作動室で圧縮した圧縮空気を配管により外部のタンクに貯留しておき、圧縮空気をそのタンクから配管により燃焼作動室に供給する（特許文献１）。
　この構成では、圧縮空気の熱エネルギ損失と圧力損失が多くなるため、出力性能を高める上で不利である。また、２つの気筒を設け、隣の気筒で発生させた圧縮空気を導入通路を介して燃焼作動室に導入する例もあるが、この構成では、内燃機関の構造が複雑化し、圧縮空気の圧力損失も多くなるため好ましくない。
　一部の内燃機関では、環状作動室の付近のハウジング内に副燃焼室を形成し、圧縮空気を導入通路により副燃焼室に導入し、燃焼ガスを副燃焼室から噴出通路により燃焼作動室へ噴出させる（特許文献３，４）。この構成では、圧縮空気及び燃焼ガスの導入通路や噴出通路や弁機構内での圧力損失が多くなるうえ、複雑な弁機構及び動弁機構が必要となる場合がある（特許文献４）。
米国特許第２，４０９，１４１号公報 米国特許第２，７４４，５０５号公報 特開平３－２８６１４５号公報 米国特許第７，７９３，６３５号公報
　回転型内燃機関において、圧縮作動室で圧縮した圧縮混合気又は圧縮空気を副燃焼室に一旦収容して点火後に燃焼ガスを燃焼作動室に噴出せる構成が公知である。ピストン部は圧縮作動室と燃焼作動室の両方に近い位置にあることから、ピストン部に副燃焼室を形成することを着想した場合、その副燃焼室には圧縮混合気を導入する導入通路と導入弁機構と、燃焼ガスを副燃焼室から燃焼作動室に噴出させる噴出通路と噴出弁機構とを設ける必要がある。
　しかし、ピストン部に上記の導入通路と導入弁機構と噴出通路と噴出弁機構とを設けるスペースを確保することも容易ではなく、常時回転するピストン部に２組の弁機構とそれらを駆動する動弁機構を組み込むことは到底不可能である。それ故、ピストン部に副燃焼室を形成することは提案されていない。
　このように、回転型内燃機関の場合、圧縮作動室で圧縮された圧縮混合気又は圧縮空気を導入する副燃焼室の構造、この副燃焼室に圧縮混合気又は圧縮空気を導入する導入通路とその導入弁機構、副燃焼室内の高圧燃焼ガスを燃焼作動室へ噴出させる噴出通路とその噴出弁機構の構造等は、技術的に非常に難しい課題であるため、今日まで実用に耐えるようなものは提案されていない。
　本発明の目的は、ピストン部に副燃焼室とピストン部の頂部に開口する副燃焼室の開口部を形成し、ハウジング側に圧縮ガス導入機構と燃焼ガス噴出機構を設けた回転型内燃機関、圧縮比を変更可能な回転型内燃機関、圧縮上死点状態を保持する期間を変更可能な回転型内燃機関を提供することである。
　請求項１の回転型内燃機関は、出力軸と、この出力軸に固定されたロータと、このロータを回転可能に支持するハウジングと、このハウジング又はハウジングとロータ内に形成された環状作動室と、この環状作動室を横断的にガス密に仕切るように前記ハウジングの複数部位に可動に設けられた複数の可動仕切部材と、前記ロータに設けられ前記環状作動室を横断的にガス密に仕切るピストン部とを備え、前記環状作動室内を回転する前記ピストン部と前記複数の可動仕切部材により前記環状作動室内に吸入作動室と圧縮作動室と燃焼作動室と排気作動室とを形成可能にした回転型内燃機関において、
　前記圧縮作動室内の圧縮混合気又は圧縮空気を導入して点火する為の副燃焼室であって前記ピストン部のうちの前記環状作動室の内壁面に常時面接触している頂部に開口する開口部を有する副燃焼室が前記ピストン部の内部に形成され、
第１の可動仕切部材に対してロータ回転方向トレーリング側に前記圧縮作動室が形成されると共にリーディング側に前記燃焼作動室が形成され、
　前記圧縮作動室又は燃焼作動室が特定作動室である場合に、前記環状作動室の内壁面を形成する内壁面形成壁部のうちの前記特定作動室の少なくとも一部の内壁面形成壁部部分に前記副燃焼室の前記開口部の移動軌跡に対向するように形成された円弧溝と、前記円弧溝に沿って移動可動に前記円弧溝に装着されたシャッター部材とを有し、且つ出力軸の回転位相に関連付けた設定期間に前記円弧溝を介して前記副燃焼室を前記特定作動室に連通させる連通機構が設けられたことを特徴としている。
　上記の構成によれば、円弧溝は前記特定作動室の一部の内壁面部分に前記副燃焼室の前記開口部の移動軌跡に対向するように形成され、シャッター部材は前記円弧溝に沿って移動可動に前記円弧溝に装着されている。出力軸の回転位相に関連付けた設定期間に前記円弧溝を介して前記副燃焼室を前記特定作動室に連通させる連通機構が設けられているため、前記副燃焼室を前記特定作動室に連通させる通路の長さを非常に短くすることができる。それ故、圧縮混合気を副燃焼室に導入したり、高圧燃焼ガスを燃焼作動室に噴出させる際の圧力損失を僅少にし、圧縮混合気や高圧燃焼ガスの通路内への残留量を僅少にすることができる。
　請求項２の形態では、請求項１において、前記吸入作動室に連通する吸入ポートと、前記排気作動室に連通する排気ポートと、燃焼用空気に燃料を供給する燃料供給手段とが設けられ、前記副燃焼室内の圧縮混合気に点火プラグ又は圧縮点火により点火する点火手段が設けられた。燃焼用空気が吸入ポートから吸入作動室に吸入され、排気作動室内の燃焼後の排気が排気ポートから排出される。
　請求項３の形態では、請求項２において、前記圧縮作動室が前記特定作動室である場合、前記円弧溝が第１円弧溝であり、前記シャッター部材が第１シャッター部材であり、前記設定期間が圧縮行程の第１所定期間であり、前記連通機構が前記圧縮作動室の圧縮混合気又は圧縮空気を前記開口部から前記副燃焼室に導入させる圧縮ガス導入機構である。前記圧縮ガス導入機構により、圧縮作動室の圧縮混合気を副燃焼室の開口部から前記副燃焼室に導入させる。
　請求項４の形態では、請求項２において、前記燃焼作動室が前記特定作動室である場合、前記円弧溝が第２円弧溝であり、前記シャッター部材が第２シャッター部材であり、前記設定期間が燃焼行程の第２所定期間であり、前記連通機構が前記副燃焼室内の高圧燃焼ガスを前記開口部から前記燃焼作動室に噴出させる燃焼ガス噴出機構である。前記燃焼ガス噴出機構により副燃焼室内の高圧燃焼ガスを開口部から前記燃焼作動室に噴出させることができる。
　請求項５の形態では、請求項３において、前記第１所定期間の終了タイミングは、前記ピストン部の頂部が前記第１の可動仕切部材に対向するタイミングである。
　請求項６の形態では、請求項４において、前記第２所定期間の開始タイミングは、前記ピストン部の頂部が前記第１の可動仕切部材に対向するタイミングである。
 上記のように、前記開始タイミングを最大限早いタイミングに設定し、この早い開始タイミングから副燃焼室内の高圧燃焼ガスを燃焼作動室に噴出させるため、出力特性を高めることができる。
　請求項７の形態では、請求項４において、前記第２所定期間の開始タイミングは、前記ピストン部の頂部が前記第１の可動仕切部材に対向してから前記出力軸が所定角度回転したタイミングであり、前記出力軸が前記所定角度回転する間は前記副燃焼室の開口部が閉塞されて副燃焼室の内部が圧縮上死点状態に保持される。
　上記のように、出力軸が所定角度回転する間は副燃焼室の開口部が閉塞されて圧縮上死点状態が保持されるため、副燃焼室内での火炎の伝播を促進し、その後の燃焼作動室内での燃焼性能を高めることができる。例えば、寒冷地や寒冷時には前記所定角度を大きくしてもよく、空燃比の大きなリーン混合気を採用する場合には、前記所定角度を大きくしてもよい。
　請求項８の形態では、請求項４において、前記第２所定期間の開始タイミングは、前記ピストン部の頂部が前記第１の可動仕切部材に対向してから前記出力軸が所定角度回転したタイミングであり、前記出力軸が前記所定角度回転する間は前記副燃焼室の開口部の大部分が閉塞されて副燃焼室の内部が圧縮上死点状態に近い高圧状態に保持される。
 前記のように前記副燃焼室の開口部の大部分が閉塞され且開口部の一部が開状態に保持されるため、燃焼作動室に負圧が発生するのを抑制することができる。
　請求項９の形態では、請求項３において、前記圧縮ガス導入機構は、前記第１円弧溝と、前記第２シャッター部材と、前記第１シャッター部材の外周部に形成された複数の第１ラック歯と、前記第１ラック歯に噛合された第１ピニオンと、この第１ピニオンを回転駆動する第１電動モータと、前記出力軸の回転位相信号に基づいて第１電動モータを制御する第１制御手段とを備えている。
　第１制御手段により第１電動モータと第１ピニオンを介して、出力軸の回転位相に関連付けて第１シャッター部材を往方向と復方向へ移動駆動することができる。
　請求項１０の形態では、請求項４において、前記燃焼ガス噴出機構は、前記第２円弧溝と、前記第２シャッター部材と、前記第２シャッター部材の外周部に形成された複数の第２ラック歯と、前記第２ラック歯に噛合された第２ピニオンと、この第２ピニオンを回転駆動する第２電動モータと、前記出力軸の回転位相信号に基づいて第２電動モータを制御する第２制御手段とを備えている。第２制御手段により第２電動モータと第２ピニオンを介して、出力軸の回転位相に関連付けて第２シャッター部材を往方向と復方向へ移動駆動することができる。
　請求項１１の形態では、請求項９において、前記第１制御手段は、圧縮行程の第１所定期間に、前記副燃焼室が前記第１円弧溝と前記第１シャッター部材を介して前記圧縮作動室に連通し且つ前記吸入作動室に連通しないように前記第１電動モータを介して前記第１シャッター部材の移動位置を制御する。
　上記の構成により、圧縮作動室内に圧縮された圧縮混合気又は圧縮空気のほぼ全量を副燃焼室に導入させることができる。
　請求項１２の形態では、請求項１１において、前記第１制御手段は、前記第１所定期間中又は第１所定期間の前に、前記第１円弧溝と前記第１シャッター部材を介して、前記吸入作動室と前記圧縮作動室を連通させて圧縮混合気又は圧縮空気の一部を吸入作動室へリークさせるリーク量を制御することにより、圧縮比を所定の最大圧縮比以下の範囲で変更可能に構成された。
　上記の構成により、圧縮作動室と副燃焼室の容積は所定の最大圧縮比を実現可能に設定しておき、必要に応じて所定の最大圧縮比以下の範囲で圧縮比を変更可能である。例えば、内燃機関がオーバーヒートした時は圧縮比を小さく変更してノッキングの防止を図ることができる。外気温度や空燃比に応じて圧縮比を適宜変更することもできる。
　請求項１３の形態では、請求項１０において、前記第２制御手段は、燃焼行程の前記第２所定期間に、前記副燃焼室が前記第２円弧溝と前記第２シャッター部材を介して前記燃焼作動室に連通し且つ前記排気作動室に連通しないように、前記第２電動モータを介して前記第２シャッター部材の移動位置を制御する。
　上記の構成により、副燃焼室内の高圧燃焼ガスのほぼ全量を燃焼作動室へ噴出させることができる。
　請求項１４の形態では、請求項１において、前記環状作動室の断面形状は、円形又は前記出力軸の軸心方向と平行な長軸を有する長円形である。
　請求項１５の形態では、請求項３において、前記圧縮ガス導入機構は、前記第１シャッター部材を前記第１円弧溝に沿って移動駆動可能な第１のリニアモータ機構を有する。
　リニアモータ機構はコンパクトに構成でき、応答性に優れる。
　請求項１６の形態では、請求項４において、前記燃焼ガス噴出機構は、前記第２シャッター部材を前記第２円弧溝に沿って移動駆動可能な第２のリニアモータ機構を有する。
　リニアモータ機構はコンパクトに構成でき、応答性に優れる。
　本発明は、上記のような種々の作用、効果を奏する。
本発明の実施形態に係る回転型内燃機関の縦断面図である。 上記内燃機関の縦断面図である。 出力軸の軸心を含む鉛直面で切った上記内燃機関の縦断面図である。 図１の要部拡大図である。 図１のＶ－Ｖ線断面図である。 図１のVI－VI線断面図である。 図４のVII－VII線断面図である。 図４のVIII－VIII線断面図である。 第１可動仕切部材の縦断面図である。 副燃焼室の位置とシャッター部材の位置との関係を示す説明図である。 変更例１のリニアモータ機構の構成図である。 変更例２の副燃焼室の断面形状を示す部分縦断面図である。 変更例２の副燃焼室の断面形状を示す部分縦断面図である。 変更例２の副燃焼室の断面形状を示す部分縦断面図である。 変更例２の副燃焼室の断面形状を示す部分縦断面図である。 変更例２の副燃焼室の断面形状を示す部分縦断面図である。 変更例２の副燃焼室の断面形状を示す部分縦断面図である。 変更例３の副燃焼室の断面形状を示す部分縦断面図である。 変更例６の回転型内燃機関の要部縦断面図である。 変更例７の回転型内燃機関の要部縦断面図である。 変更例８の図１０相当図である。 変更例９の図１０相当図である。
　本発明を実施するための形態について図面に基づいて説明する。
　本発明の回転型内燃機関（回転ピストン型内燃機関）を以下の説明では、単に「エンジン」という。
　図１～図３に示すように、このエンジンＥは、水平向きの出力軸１と、この出力軸１に固定されたロータ２と、このロータ２を収容するハウジング３と、ハウジング３内に形成された環状作動室４と、この環状作動室４を横断的にガス密に仕切るようにハウジング３の複数部位に可動に設けられた複数の可動仕切部材(第１，第２の可動仕切部材５，６)と、ロータ２に設けられ且つ環状作動室４を横断的にガス密に仕切るピストン部７とを備え、環状作動室４内を回転するピストン部７と複数の可動仕切部材５，６により環状作動室４内に吸入作動室４ａと圧縮作動室４ｂと燃焼作動室４ｃと排気作動室４ｄを形成可能に構成されている。尚、第1の可動仕切部材５に対してロータ回転方向のトレーリング側に圧縮作動室４ｂが形成され、リーディング側に燃焼作動室４ｃが形成される。
　ハウジング３には、吸入作動室４ａに空気を吸入する吸気ポート８と、排気作動室４ｄから排気を排出する排気ポート９が形成されている。吸入作動室４ａ内の吸入空気又は圧縮作動室４ｂ内の圧縮空気に燃料を噴射するインジェクタ１０がハウジング３に装着されている。但し、吸気ポート８から吸入する前に吸気系内の空気に燃料を噴射してもよい。また、必要に応じて燃焼作動室４ｃ内の燃焼中の燃焼ガスに燃料を噴射するインジェクタ１２を追加的に設けてもよい。
　尚、上記のインジェクタ１０の代わりに、副燃焼室２０に燃料を噴射するインジェクタを設ける場合もある。それ故、以下、圧縮混合気又は圧縮空気と記載する。
　図１において、ロータ２が矢印Ａの方へ回転しているとき、吸気ポート８に連なる吸入作動室４ａは燃焼用空気を吸入中であり、吸入作動室４ａ内の空気に燃料が噴射されて混合気となる。圧縮作動室４ｂは混合気又は空気を圧縮中であり、排気作動室４ｄは排気中である。尚、圧縮作動室４ｂ内に圧縮された圧縮混合気又は圧縮空気は後述する副燃焼室２０に充填され、ピストン部７の頂部７ｂが第１の可動仕切部材５に達すると、副燃焼室２０の内部が圧縮上死点状態（最大圧縮状態）となり、副燃焼室２０内の圧縮混合気に点火プラグ１４から点火される。
　図２において、吸入作動室４ａは吸入完了状態であり、燃焼作動室４ｃでは燃焼ガスが爆発的に膨張中であり、排気作動室４ｄから排気ポート９及び排気管１３へ排気中である。尚、吸気ポート８に連なる吸気管１１にはスロットル弁（図示略）が装着されている。エンジンＥはスタータ（図示略）を有すると共にハウジング３の下端部を支持する支持脚１５を有する。
　鋼製の出力軸１の軸心Ｘとロータ２の軸心と環状作動室４の軸心は同軸であり、ハウジング３は、軸心Ｘと直交する分割面３ａで２分割され、分割面に薄いガスケットを挟着した状態で、複数のボルト１６により締め付けられている（図３参照）。
　ハウジング３は例えばアルミニウム合金製又は鋼製の円形の厚板状の部材であり、ハウジング３の内部には、軸心Ｘから半径Ｒ０の位置に断面円形のドーナツ形の環状作動室４が形成されている。尚、上記の半径Ｒ０と、環状作動室４の直径ｄは、エンジンＥの排気量に応じて適宜設定されている。但し、ハウジング３のうちの環状作動室４の内壁面４ｆを形成する内壁面形成壁部４ｗの大部分は、例えば鋳鉄製のシリンダライナ１７で構成されている。但し、シリンダライナ１７は図３にだけ図示し、その他は図示省略する。ハウジング３内には、冷却水を流通させるウォータジャケット１８が形成されている。
　ロータ２は、軸心Ｘと直交状のディスク部２ａであって出力軸１に例えばキー溝とキーを介して回転不能に固着されたディスク部２ａと、このディスク部２ａの外周端の一部に固着されたピストン部７であってロータ２が回転するとき環状作動室４内をガス密に仕切りながら回転するピストン部７とを有する。ディスク部２ａは鋼、ダクタイル鋳鉄、アルミニウム合金等の材料で製作してもよく、ピストン部７は鋼やダクタイル鋳鉄等で製作してもよい。以下の説明において、ロータ回転方向（矢印Ａ)を基準として「リーディング側」と「トレーリング側」を定義する。
　ディスク部２ａは、所定の板厚を有する円板状部材であり、ピストン部７はディスク部２ａと一体形成してもよく、別体に形成してディスク部２ａに結合してもよい。但し、ディスク部２ａは環状作動室４の直径の例えば約半分程度の厚さに形成してもよい。また、
図３に示すように、ディスク部２ａの外周面２ｆ（ピストン部７以外の部分の外周面）は部分円筒面に形成される。ピストン部７は環状作動室４を横断的ガス密に仕切る仕切壁部７ａであって断面円形の仕切壁部７ａを有する。ピストン部７の仕切壁部７ａは、環状作動室４の内壁面４ｆに常時面接触している頂部７ｂを有する。
　ピストン部７のリーディング側の傾斜面２１は、リーディング側へ移行する程軸心Ｘ側へ移行するように緩傾斜している。この傾斜面２１は軸心Ｘと平行に形成され、この傾斜面２１に第１，第２の可動仕切部材５，６の先端が当接した場合には傾斜面２１との間をガス密に仕切る。尚、傾斜面２１の軸心Ｘに対する開角は例えば約１２０度である。
　ピストン部７のトレーリング側の傾斜面２２は、トレーリング側へ移行する程軸心Ｘ側へ移行するように傾斜している。この傾斜面２２は軸心Ｘと平行に形成され、この傾斜面２２に第１，第２の可動仕切部材５，６の先端が当接した場合には傾斜面２２との間をガス密に仕切る。傾斜面２１の傾斜角は傾斜面２２の傾斜角よりも小さく形成されている。
　尚、傾斜面２２の軸心Ｘに対する開角は例えば約５０度である。
　ピストン部７の内部には、圧縮作動室４ｂ内から圧縮混合気又は圧縮空気を導入して点火する為のほぼ卵形の副燃焼室２０が形成され、副燃焼室２０の長軸の方向は軸心Ｘに対して半径方向に向けられ、この副燃焼室２０はピストン部７の頂部７ｂ（仕切壁部７ａの頂部）に開口する開口部２０ａを有する。
　副燃焼室２０の内径側部分はほぼ半球形であり、外径側部分は外径側に向って徐々に小径になる形状である。副燃焼室２０の容積は、吸入作動室４ａに吸入した混合気又は空気を所定の最大圧縮比（例えば、１６）に圧縮可能な容積に設定されている。副燃焼室２０の長軸の方向は、開口部２０ａに対して半球部がリーディング側に位置するように傾けてもよい。また、副燃焼室２０の形状はほぼ卵形の形状に限るものではない。また、開口部２０ａは図示のものより大きく形成してもよい。
 上記のように、副燃焼室２０をピストン部７の内部に形成するため、副燃焼室２０を圧縮作動室４ｂと燃焼作動室４ｃに近い位置に設けることができ、圧縮混合気又は圧縮空気を圧縮作動室４ｂに導入する上で有利であり、副燃焼室２０内の高圧燃焼ガスを燃焼作動室４ｃに噴出させる上で有利である。尚、副燃焼室２０を１次燃焼室とすると、燃焼作動室４ｃが２次燃焼室に相当する。
　図１～図４に示すように、この開口部２０ａのリーディング側近傍とトレーリング側近傍において、仕切壁部７ａには略環状のリング溝２３とそのリング溝２３に装着されたピストンリング２４が設けられている。ピストン部７の内部には、副燃焼室２０内の圧縮混合気に点火する点火プラグ１４が装着されている。ピストン部７の内部には副燃焼室２０の周辺部を冷却する為のウォータジャケット２５が形成され、このウォータジャケット２５はハウジング３内のウォータジャケット１８に接続されている。
　図３に示すように、出力軸１はハウジング３を貫通しており、出力軸１とロータ２をハウジング３に回転可能に支持するため、ハウジング３と出力軸１の間にはニードルベアリング２６及びボールベアリング２７が装着され、ハウジング３とロータ２のディスク部２ａの間にもニードルベアリング２８とシール部材２９が装着されている。
　環状作動室４内のガス圧によりハウジング３の分割面３ａが軸心Ｘ方向へ開くのを防止するため、ハウジング３の外周近傍部は軸心Ｘと平行な複数のボルト１６により締め付けられ、ハウジング３の両側において出力軸１にナット部材３０とロックナット３１が螺合されている。ハウジング３とナット部材３０の間にはニードルベアリング３２が装着されている。
　次に、ベアリング２６～２８，３２やピストンリング２４にオイル（潤滑油）を供給するオイル供給系の１例について説明する。出力軸１にロータリージョイント３３が装着され、このロータリージョイント３３から延びるオイル通路３４が出力軸１とロータ２内に形成され、ベアリング２６～２８，３２と、ピストン部７のリング溝２３にオイルを供給可能に形成されている。尚、ロータリージョイント３３はオイル供給源に接続されている。
　尚、前記ロータリージョイント３３を省略し、ハウジング３に形成したオイル導入口に連なるオイル導入通路をハウジング３内に形成し、そのオイル導入通路からベアリング２６～２８，３２やリング溝２３にオイルを供給するように構成してもよい。
　前記ピストン部７の内部に装着した点火プラグ１４に点火用駆動パルスを供給するため、出力軸１にはロータリーコネクタ３５が装着され、そのロータリーコネクタ３５から延びる通電用ハーネス３６が出力軸１とロータ２内に導設されて点火プラグ１４に接続されている。尚、ハウジング３とディスク部２ａの間にロータリーコネクタを設け、このロータリーコネクタを介してハウジング３に設けたハーネス接続部を点火プラグ１４に接続してもよい。前記ロータリーコネクタ３５はエンジンＥの制御ユニット４０に接続されている。
　次に、第１仕切機構４１について説明する。
　図１、図２に示すように、ハウジング３の頂部には、第１の可動仕切部材５を含む第１仕切機構４１であって環状作動室４を横断的にガス密に仕切る第１仕切機構４１が設けられている。第１の可動仕切部材５は所定の板厚を有する板状部材で、この第１の可動仕切部材５はハウジング３に半径方向向きに形成された摺動孔４２にガス密に摺動自在に装着されている。図８に示すように、摺動孔４２の幅（軸心Ｘ方向の幅）は環状作動室４の幅（軸心Ｘ方向の幅）よりも少し大きく、摺動孔４２の下端は、第１の可動仕切部材５がロータ２のディスク部２ａの外周面２ｆに当接可能に形成されている（図３参照）。
　第１の可動仕切部材５は、図９に示すように、強度確保の為の鋼製の箱状のコア部材４３と、このコア部材４３の外表面を覆う焼結金属製の表層部材４４とで構成してもよい。上記の焼結金属は低摩擦且つ多孔質のものでオイルを浸透可能なものである。第１の可動仕切部材５の先端部に湾曲状の摺動部５ａが形成され、内部に凹部５ｂが形成され、コア部材４３には凹部５ｂ内のオイルを表層部材４４に浸透させる為の複数の小孔４５が形成されている。第１の可動仕切部材５の途中部にはシール部材４６が装着されている。尚、第１の可動仕切部材５の上記の構造は一例であり、この構造に限るものではない。
　第１の可動仕切部材５の外側においてハウジング３に箱部材４７が固着され、この箱部材４７の内部にはエア室４８が形成され、箱部材４７の近くには加圧エアが充填されたアキュムレータ４９が設けられ、このアキュムレータ４９はエア室４８に接続され、エア室４８には第１の可動仕切部材５に圧縮混合気の圧力や燃焼ガス圧が作用しても摺動部５ａがロータ２から離隔しないように付勢する加圧エアが導入されている。第１の可動仕切部材５は加圧エアを受圧してロータ２の方へ弾性的に付勢され、摺動部５ａがロータ２のピストン部７又はディスク部２ａに常時当接している。
　箱部材４７にはオイル供給管４１ａが接続され、オイル供給管４１ａからオイルがエア室４８内に供給され、そのオイルが凹部５ｂに流入して表層部材４４に浸透して第１の可動仕切部材５の摺動面を潤滑する。尚、前記加圧エアの代わりに又は加圧エアと共に圧縮スプリングにより第１の可動仕切部材５を付勢することもできる。
　次に、第２仕切機構５０について説明する。
　図１、図２に示すように、ハウジング３の下部の左側部には、第２の可動仕切部材６を含む第２仕切機構５０であって環状作動室４を横断的にガス密に仕切る第２仕切機構５０が設けられている。第２仕切機構５０は、第１仕切機構４１に対して例えば角度αだけトレーリング側に配置されており、図示の角度αは例えば１３５°である。角度αは上記の角度に限定されず、例えば、９０～１８０°の範囲の何れかの角度に設定可能である。
　第２の可動仕切部材６は第１の可動仕切部材５と同様の部材であり、この第２の可動仕切部材６はハウジング３に半径方向向きに形成された摺動孔５１にガス密に摺動自在に装着されている。第２の可動仕切部材６の先端部に湾曲状の摺動部６ａが形成されると共に内部に凹部６ｂが形成され、凹部６ｂの下端部は閉塞部材５２で閉塞されている。第２の可動仕切部材６の途中部にはシール部材５３が装着されている。
　第２の可動仕切部材６の外側においてハウジング３に箱部材５４が固着され、この箱部材５４の内部にはエア室５５が形成され、箱部材５４の近くには加圧エアが充填されたアキュムレータ５６が設けられ、このアキュムレータ５６はエア室５５に接続され、エア室５５に加圧エアが導入されている。第２の可動仕切部材６は加圧エアを受圧してロータ２の方へ弾性的に付勢されている。
　箱部材５４にはオイル供給管５０ａが接続され、オイル供給管５０ａから凹部６ｂにオイルを供給するオイル通路５７が形成され、オイル供給管５０ａから凹部６ｂにオイルが供給され、そのオイルが表層部材に浸透して第２の可動仕切部材６の摺動面を潤滑するように構成されている。尚、前記加圧エアの代わりに又は加圧エアと共に圧縮スプリングにより第２の可動仕切部材６を付勢することもできる。
　図１、図２、図４に示すように、このエンジンＥには、圧縮作動室４ｂ又は燃焼作動室４ｃが特定作動室１００である場合に、環状作動室４の内壁面４ｆを形成する内壁面形成壁部４ｗのうちの特定作動室１００の少なくとも一部の内壁面形成壁部部分に、副燃焼室２０の開口部２０ａの移動軌跡に対向するように形成された円弧溝１０１と、円弧溝１０１に沿って移動可動に円弧溝１０１に装着された円弧状のシャッター部材１０２とを有し、且つ出力軸１の回転位相に関連付けた設定期間に円弧溝１０１を介して副燃焼室２０を特定作動室１００に連通させる連通機構１０３が設けられている。
 尚、圧縮作動室４ｂは、環状作動室４のうちのピストン部７と第１の可動仕切部材５の間に形成され、また、燃焼作動室４ｃは環状作動室４のうちの第１の可動仕切部材５とピストン部７との間に形成される。
　図１、図２、図４に示すように、圧縮作動室４ｂが特定作動室１００である場合、円弧溝１０１が第１円弧溝６０であり、シャッター部材１０２が第１シャッター部材６１であり、前記設定期間が圧縮行程の後期の第１所定期間（図１０の期間Ｐ２）であり、連通機構１０３が圧縮作動室４ｂ内の圧縮混合気又は圧縮空気を第１円弧溝６０を介して副燃焼室２０の開口部２０ａから副燃焼室２０に導入させる圧縮ガス導入機構６２である。第１所定期間Ｐ２の終了タイミングは、ピストン部７の頂部７ｂが第１の可動仕切部材５に対向するタイミングである。
　第１円弧溝６０は、第１の可動仕切部材５の側面からトレーリング側へ開角β（例えば、約９０°）の範囲に軸心Ｘを中心とする円弧状に形成され、第１シャッター部材６１は開角γ（例えば、約５０°）の長さを有するものである。但し、上記の開角β，γの値は一例であり、これらの値に限定されるものではない。
　圧縮ガス導入機構６２は、第１円弧溝６０と、第１シャッター部材６１と、第１シャッター部材６１の外周部に形成された複数の第１ラック歯６３と、第１ラック歯６３に噛合された第１ピニオン６４と、この第１ピニオン６４をカップリング６５ａを介して回転駆動する第１電動モータ６５と、出力軸１の回転位相信号に基づいて第１電動モータ６５を制御する第１制御手段６６とを備えている。尚、第１電動モータ６５をハウジング３の外周側に配置することも可能である。尚、第１電動モータ６５としてサーボモータやステッピングモータを採用することができる。尚、第１制御手段６６は、エンジンＥを制御する制御ユニット４０で構成されている。前記第１円弧溝６０にオイルを供給するオイル供給管３８がハウジング３に接続されている。
　図５、図６に示すように、第１円弧溝６０と第１シャッター部材６１は、十文字形の断面を有する。第１円弧溝６０は、副燃焼室２０の開口部２０ａよりも僅かに広幅の開口溝６０ａと、この開口溝６０ａに連なる横溝６０ｂと、横溝６０ｂに連なるラック通過溝６０ｃを有する。第１シャッター部材６１は、開口溝６０ａに可動に装着されて開口溝６０ａを塞ぐ閉塞部６１ａと、横溝６０ｂに装着された横板部６１ｂと、この横板部６１ｂから外側へ突出するラック形成部６１ｃを一体的に形成したものである。閉塞部６１ａの先端面は環状作動室４の内壁面４ｆに連続する曲面に形成され、横板部６１ｂは閉塞部６１ａの先端部が環状作動室４内へ突出しないように規制している。
　第１シャッター部材６１は、横溝６０ｂと横板部６１ｂで案内されて周方向に移動可能に第１円弧溝６０に装着されている。尚、横板部６１ｂの内周側部分にはシール部材６１ｓが装着され、横板部６１ｂの外周側部分６１ｄは低摩擦材料で構成されている。但し、低摩擦材料に代えてニードルベアリングを装着してもよい。また、第１シャッター部材６１は耐熱性に優れる合金鋼で構成することが望ましい。図７に示すように、第１円弧溝６０のリーディング側端部には、横板部６１ｂの先端部を係止するストッパ部６７が内壁面形成壁部４ｗに形成されている。
　第１制御手段６６は、出力軸１に装着されたロータリエンコーダから回転位相信号を受信し、この回転位相信号に基づいて第１電動モータ６５を制御し、圧縮行程の後期の第１所定期間に、副燃焼室２０が第１円弧溝６０と第１シャッター部材６１を介して圧縮作動室ｂに連通し且つ吸入作動室４ａに連通しないように第１電動モータ６５を介して第１シャッター部材６１の移動位置を制御する。
　次に、圧縮ガス導入機構６２により圧縮混合気又は圧縮空気を副燃焼室２０に充填する制御について説明する。図１０において、領域Ｐ１～Ｐ５は、回転するピストン部７及び副燃焼室２０にとっては期間に相当するものであるので、以下、期間Ｐ１～Ｐ５として説明する。尚、図１０においてピストン部７の形状は模式化されている。
　副燃焼室２０が圧縮行程のうちの期間Ｐ１にあるときは、第１シャッター部材６１は図１に示す原点位置を保持し、副燃焼室２０の開口部２０ａが第１シャッター部材６１で閉塞されている。
　期間Ｐ２は圧縮行程の後期における第１所定期間に相当し、期間Ｐ２の開角θ１は例えば５０°である。但し、５０°に限定されるものではない。副燃焼室２０が期間Ｐ２にあるときは、第１シャッター部材６１のリーディング側端部がピストン部７の頂部７ｂのうちの副燃焼室２０の開口部２０ａより僅かにトレーリング側に位置するように、第１シャッター部材６１はピストン部７と同期してリーディング側へ移動するように制御される。この期間Ｐ２においては副燃焼室２０の開口部２０ａが第１円弧溝６０に開放されて副燃焼室２０が圧縮作動室４ｂに連通され且つ副燃焼室２０は吸入作動室４ａには連通されない。期間Ｐ２の終了時点には第１シャッター部材６１が最大限リーディング側へ移行する（図７参照）。
　こうして、期間Ｐ２において、圧縮作動室４ｂ内の圧縮混合気又は圧縮空気の略全量が第１円弧溝６０から副燃焼室２０内へ導入される。尚、前記の期間Ｐ２を経て、ピストン部７が第２仕切機構５０に到達する頃までに第１シャッター部材６１を原点位置へ復帰させる。
　以上説明したように、圧縮作動室４ｂに連通した第１円弧溝６０から副燃焼室２０へ圧縮混合気又は圧縮空気を導入するため、副燃焼室２０を圧縮作動室４ｂに連通させる通路の長さを非常に短くし、通路面積も確保できるため、圧縮混合気又は圧縮空気を副燃焼室２０に導入する際の圧力損失を僅少にし、エンジンＥの出力性能を確保することができる。しかも、上記の通路内には圧縮混合気又は圧縮空気が殆ど残留しないので有利である。
　次に、前記圧縮ガス導入機構６２により圧縮比を変更する制御について説明する。
　第１制御手段６６は、期間Ｐ２の間又は期間Ｐ２の前に、第１円弧溝６０と第１シャッター部材６１を介して、吸入作動室４ａと圧縮作動室４ｂを連通させて圧縮混合気又は圧縮空気の一部を吸入作動室４ａへリークさせるリーク量を制御することにより、圧縮比を所定の最大圧縮比（例えば、１６）以下の範囲（例えば、圧縮比１３～１６）で変更可能に構成されている。
　圧縮混合気又は圧縮空気の一部を吸入作動室４ａへリークさせる場合、第１シャッター部材６１のリーディング側端部をピストン部７の頂部７ｂよりも小距離だけトレーリング側に位置させることによりリークさせることができ、リークさせるタイミング（このタイミングに応じて圧縮混合気又は圧縮空気のガス圧が決まる）とリークさせる期間（時間）の長さと、リーク通路の通路断面積に応じてリーク量が決まるため、リーク量を制御することができる。
　以上説明したように、圧縮比を変更することができるので、例えば、エンジンＥの暖機前や寒冷時や空燃比が大きい場合には圧縮比を大きくしたり、エンジンＥがオーバーヒートした時は圧縮比を小さくしてノッキングを防止したりすることができる。このように外気温度やエンジンＥの温度や空燃比等のエンジンＥの運転状態に応じて圧縮比を適宜変更することができる。
　図１、図２に示すように、前記燃焼作動室４ｃが特定作動室１００である場合、円弧溝１０１が第２円弧溝７０であり、シャッター部材１０２が第２シャッター部材７１であり、前記設定期間が燃焼行程の前期の第２所定期間（図１０の期間Ｐ４）であり、連通機構１０３が副燃焼室２０内の高圧燃焼ガスを開口部２０ａから燃焼作動室４ｃに噴出させる燃焼ガス噴出機構７２である。図２に示すように、第２円弧溝７０は、第１の可動仕切部材５の側面からリーディング側へ開角δ（例えば、１８７°）の範囲に軸心Ｘを中心とする円弧状に形成され、第２シャッター部材７１は開角ε（例えば、９８°）の長さを有するものである。但し、上記δ、εの値は一例であり、これらの値に限定されるものではない。
　図１０に示すように、前記第２所定期間（図１０の期間Ｐ４）の開始タイミングは、ピストン部７の頂部７ｂが第１の可動仕切部材５に対向してから出力軸１が所定角度θ２回転したタイミングであり、出力軸１が前記所定角度θ２回転する間は副燃焼室２０の開口部２０ａが第２シャッター部材７１により閉塞されて圧縮上死点状態（最大圧縮状態）が保持される。但し、上記の所定角度θ２は一定とは限らず、エンジンＥの運転状態に応じて変更することができる。
　燃焼ガス噴出機構７２は、第２円弧溝７０と、第２シャッター部材７１と、第２シャッター部材７１の外周部に形成された複数の第２ラック歯７３と、第２ラック歯７３に噛合された第２ピニオン７４と、この第２ピニオン７４を回転駆動する第２電動モータ７５と、出力軸１の回転位相信号に基づいて第２電動モータ７５を制御する第２制御手段７６とを備えている。尚、第２電動モータ７５をハウジング３の外周側に配置することも可能である。尚、第２電動モータ７５として、サーボモータやステッピングモータを採用することができる。尚、第１，第２円弧溝６０，７０は同様の構造であり、第１，第２シャッター部材６１，７１は同様の構造である。
　尚、第２制御手段７６はエンジンを制御する制御ユニット４０で構成されている。前記第２円弧溝７０にオイルを供給するオイル供給管３９もハウジング３に接続されている。第２シャッター部材７１と第２ピニオン７４と第２電動モータ７５の関係は図５と同様である。
　前記第２制御手段７６は、第１制御手段６６と同様に、出力軸１に装着されたロータリエンコーダからの回転位相信号を受信し、この回転位相信号に基づいて第２電動モータ７５を制御し、燃焼行程の前期の第２所定期間（図１０の期間Ｐ４）に、副燃焼室２０が第２円弧溝７０と第２シャッター部材７１を介して燃焼作動室４ｃに連通し且つ排気作動室４ｄに連通しないように、第２電動モータ７５を介して第２シャッター部材７１の移動位置を制御する。
　次に、燃焼ガス噴出機構７２を介して、高圧燃焼ガスを副燃焼室２０に閉じ込めて圧縮上死点状態を保持する制御について説明する。ピストン部７の頂部７ｂが第１の可動仕切部材５に到達する前の第２シャッター部材７１の原点位置は、図１に示す位置である。
　図１０に示すように、副燃焼室２０が期間Ｐ３に移行する直前に点火プラグ１４により点火される。副燃焼室２０が期間Ｐ３（開角θ２は例えば３０°である）にあるとき、第２シャッター部材７１により副燃焼室２０の開口部２０ａは略閉塞状態に保持される。但し、このとき、第２シャッター部材７１のトレーリング側端部をピストン部７の頂部７ｂのうちの開口部２０ａよりもトレーリング側近傍に位置させた状態で、第２シャッター部材７１をピストン部７と同期してリーディング側へ移動させる。期間Ｐ３の終了時の第２シャッター部材７１の位置切換えの応答性を高める為である。
　以上説明したように、期間Ｐ３において副燃焼室２０の開口部２０ａを閉塞状態に保持し、副燃焼室２０内を圧縮上死点状態（最大圧縮状態）に保持することで火炎の伝播を促進し、燃焼性能を高めることができる。上記の期間Ｐ３の長さは、第２電動モータ７５の制御を介して変更可能である。エンジンＥの暖機前や寒冷時、空燃比が大きい場合等には、期間Ｐ３の長さを大きくし、エンジンＥがオーバーヒート状態のときには、期間Ｐ３の長さを短くすることもできる。こうして、エンジンＥの出力性能と汎用性を高めることができる。
　次に、燃焼ガス噴出機構７２により高圧燃焼ガスを副燃焼室２０から燃焼作動室４ｃに噴出させる制御について説明する。
　図１０に示すように、期間Ｐ４は、燃焼行程の前期の第２所定期間に相当し、この期間Ｐ４の開角θ３は例えば６５°である。但し、６５°に限定されるものではない。期間Ｐ４においては、第２シャッター部材７１のトレーリング側端部をピストン部７の頂部７ｂのうちの、副燃焼室２０の開口部２０ａより僅かにリーディング側に位置させて副燃焼室２０を第２円弧溝７０を介して燃焼作動室４ｃに連通させ且つ副燃焼室２０が排気作動室４ｄに連通しないように保持した状態で、第２シャッター部材７１をピストン部７と同期してリーディング側へ移動させる。
　こうして、副燃焼室２０内の高圧燃焼ガスの略全量を燃焼作動室４ｃへ噴出させ、燃焼作動室４ｃ内の燃焼ガスのガス圧をピストン部７のトレーリング側の傾斜面２２に受圧させ、回転トルクを発生させる。尚、このとき、燃焼ガス圧をＰとし、ピストン部７の断面積をＳとすると、ピストン部７から出力軸１に作用するトルクＴはＴ＝Ｐ×Ｓ×Ｒ０となる。尚、Ｒ０は環状作動室４の軸心Ｘからの半径であり（図１参照）、ピストン部７のトレーリング側傾斜面２２の傾斜角はトルクＴに影響を及ぼさない。
　以上説明したように、燃焼作動室４ｃに連通する第２円弧溝７０を介して副燃焼室２０内の高圧燃焼ガスのほぼ全量を燃焼作動室４ｃへ噴出させるので、副燃焼室２０を燃焼作動室４ｃに連通させる通路の長さを非常に短くし、通路面積も確保できるので、副燃焼室２０内の高圧燃焼ガスを燃焼作動室４ｃへ噴出させる際の圧力損失を僅少にし、エンジンＥの出力性能を確保することができる。しかも、期間Ｐ４の長さを十分大きくしてあるため、上記の通路内には高圧燃焼ガスが極少量しか残留しないので有利である。
　期間Ｐ４の終了時には第２シャッター部材７１のリーディング側端部が第２円弧溝７０のリーディング側端部に達し、期間Ｐ５においては副燃焼室２０の開口部２０ａが第２シャッター部材７１で閉塞された状態になり、その期間Ｐ５の経過後は開口部２０ａは燃焼行程が終了するまで、環状作動室４の内壁面４ｆで閉塞される。
　尚、期間Ｐ４の終了までに副燃焼室２０内の燃焼ガスのほぼ全量が燃焼作動室４ｃに噴出するため、この期間Ｐ４の終了後に副燃焼室２０内に残る残留ガスの量は僅少であると推定される。
　次に、前記実施形態を変更する例について説明する。
　１）変更例１
　前記圧縮ガス導入機構６２において、第１シャッター部材６１を第１円弧溝６０に沿って移動駆動する機構に第１のリニアモータ機構を採用することができる。
　図１１に示すように、この第１のリニアモータ機構８０は、鋼製のシャッター部材８１とリニアモータ８２とを有する。円弧状のシャッター部材８１(第１シャッター部材６１)は、前記第１シャッター部材６１において複数のラック歯６３の代わりに、矩形パルス状の複数の歯８１ａを形成したものである。
　リニアモータ８２は、磁性体製の固定子部材８３に形成した３つの第１～第３固定子鉄心８４ａ～８４ｃと、これら第１～第３固定子鉄心８４ａ～８４ｃに巻き付けたコイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３と、これらコイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３に駆動パルスを供給する駆動部８５とを備えている。固定子部材８３と駆動部８５は前記ハウジング３に固定されている。第１～第３固定子鉄心８４ａ～８４ｃは同形状のものであり、第１～第３固定子鉄心８４ａ～８４ｃは夫々シャッター部材８１の複数の歯８１ａに接近させた３つの固定歯８６であって、３つの歯８１ａに対向可能な３つの固定歯８６を有する。
　シャッター部材８１の複数の歯８１ａのピッチをピッチｐとした場合に、第１～第３固定子鉄心８４ａ～８４ｃにおける３つの固定歯８６のピッチはピッチｐに等しい。しかし、第１固定子鉄心８４ａの３の固定歯８６を図示のようにシャッター部材８１の３つの歯８１ａに対向させた状態において、第２固定子鉄心８４ｂの３つの固定歯８６は、シャッター部材８１の歯８１ａに対してズレ量ａ（但し、ａ＝ｐ／３）だけトレーリング側（図１１における左方）へずらした位置にあり、第３固定子鉄心８４ｃの３つの固定歯８６は、シャッター部材８１の歯８１ａに対してズレ量ｂ（但し、ｂ＝２ｐ／３）だけトレーリング側へずらした位置にある。
　図示の状態において、駆動部８５からコイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３の各々にコイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３の順に駆動パルスを供給するのを繰り返すと、シャッター部材８１はトレーリング側へ移動駆動される。上記とは逆に、コイルＣ３，Ｃ２，Ｃ１の順に駆動パルスを供給するのを繰り返すと、シャッター部材８１はリーディング側へ移動駆動される。尚、シャッター部材８１の１ステップの移動量はｐ／３である。
　こうして、シャッター部材８１を高速でトレーリング側とリーディング側へ移動駆動することができる。上記の駆動部８５はエンジンＥの制御ユニット４０によって出力軸１の回転位相信号に基づいて制御される。
　以上の第１のリニアモータ機構８０を変更する例として、第１円弧溝６０の長さを前記図１０の期間Ｐ１の終末期と期間Ｐ２に対応する長さに設定し、シャッター部材８１の長さを例えば約１０ｃｍの長さに設定し、上記の第１円弧溝６０の全長に亙るリニアモータを設ける場合には、シャッター部材８１の位置を自由に制御することができるため、前記実施形態の圧縮ガス導入機構６２と同様に作動させることができる。尚、前記の第１のリニアモータ機構は一例に過ぎず、種々のリニアモータ機構を採用することができる。また、リニアモータ機構以外のアクチュエータでシャッター部材を移動駆動してもよい。
　上記の例は、圧縮ガス導入機構６２に第１のリニアモータ機構８０を採用した例であるが、燃焼ガス噴出機構７２にも上記の第１のリニアモータ機構８０と同様の第２のリニアモータ機構８０Ａ（図示略）を同様に採用することができる。
　上記の第２のリニアモータ機構８０Ａを変更する例として、第２円弧溝７０の長さを図１０の期間Ｐ３と期間Ｐ４と期間Ｐ５の初期に対応する長さに設定し、シャッター部材８１の長さを副燃焼室２０の開口部２０ａを閉塞できる長さ（例えば、約１０ｃｍ）に設定し、上記の第２円弧溝７０の全長に亙るリニアモータを設ける場合には、シャッター部材８１の位置を自由に制御することができるため、前記実施形態の燃焼ガス噴出機構７２と同様に作動させることができる。尚、この場合、第２円弧溝７０の長さを拡大することで期間Ｐ４の長さを拡大可能である。リニアモータ機構は小型の構造であるうえ、摩耗する部品もないから耐久性に優れる。
　２）変更例２
　前記実施形態における環状作動室４の断面形状は円形であるが、種々の断面形状を採用することができる。図１２に示すように、軸心Ｘの方向に長軸を有する長円形の断面形状の環状作動室４Ａをハウジング３に形成し、その環状作動室４Ａの内壁面形成壁部４ｗに断面十文字状の円弧溝９０を形成し、ロータ２のディスク部２ａの外周面が環状作動室４Ａの内周面に一致するように形成する。
　図１３～図１７に示すような種々の断面形状の環状作動室４Ｂ～４Ｆも採用可能である。尚、ハウジング３、ロータ２のディスク部２ａ、断面十文字状の円弧溝９０も図示してある。環状作動室４Ｂ～４Ｆのように、環状作動室の外周面を幅方向中央部に移行ほど大きく外側へ膨らませるのは、圧縮作動室４ｂの圧縮混合気又は圧縮空気を副燃焼室２０に導入し易くする為であり、副燃焼室２０が第１の可動仕切部材５を通過直後における燃焼作動室４ｃの容積増大速度を小さくして火炎の伝播を促進する為である。
　３）変更例３
　前記実施形態ではロータ２のピストン部７のリーディング側傾斜面２１とトレーリング側傾斜面２２と頂部７ｂをピストン部７の外周側に形成した。この構造に代えて、図１８に示すように、環状作動室４Ｇの側面側に円弧溝９０Ａを形成し、ロータ２のピストン部７のリーディング側傾斜面とトレーリング側傾斜面と頂部をピストン部７の側面部に形成することも可能である。但し、この円弧溝９０Ａやピストン部７に対応するように圧縮ガス導入機構６２や燃焼ガス噴出機構７２を形成するものとする。
　４）変更例４
　前記実施形態のエンジンＥでは点火プラグ１４で点火するように構成したが、点火プラグ１４を省略し、圧縮点火により点火するエンジンにも本発明を適用することができる。
　ディーゼルエンジンの場合には、前記インジェクタ１０の代わりに、副燃焼室２０に燃料を噴射するインジェクタを設け、必要に応じてグロープラグも副燃焼室２０に設けるものとする。また、ガソリンエンジンの場合でも、前記インジェクタ１０の代わりに、副燃焼室２０に燃料を噴射するインジェクタを設けてもよい。
　尚、圧縮比を変更可能であるので、点火プラグ１４による点火式エンジンと圧縮点火式エンジンの両方の機能を有するエンジンとすることもできる。
　５）変更例５
　環状作動室４の半径Ｒ０が大きい中型又は大型のエンジンでは、１つのロータ２に複数のピストン部７を設けることも可能である。尚、舶用エンジン等の大型のエンジンでは、１つの気筒に２組よりも多い仕切機構と、複数のピストン部７と、複数の吸気ポート８及び複数の排気ポート９を設けることも可能である。
　６）変更例６
　図１９に示すエンジンＥＡにおいては、断面円形の環状作動室１１０がハウジング１１１とロータ１１２内に形成される。環状作動室１１０の内周側半分(内径側半分)はロータ１１２内に形成され、環状作動室１１０の外周側半分（外径側半分）はハウジング１１１内に形成される。ロータ１１２は、出力軸１１６に外嵌された筒部１１３とディスク部１１４と環状部１１５とを一体形成したものであり、筒部１１３は出力軸１１６に固定されている。環状部１１５は、軸心Ｘ方向の厚さが大きく形成され、環状部１１５の外周側部分に環状作動室１１０の内周側半分が形成されている。
　このロータ１１２には環状作動室１１０を横断状にガス密に仕切るピストン部１１７が形成され、このピストン部１１７には副燃焼室１１８が形成され、副燃焼室１１８の開口部１１８ａは、ピストン部１１７の頂部に開口されている。
　ハウジング１１１は、出力軸１１６の軸心Ｘと直交する分割面１１１ａで２分割され、複数のボルト１１９により締めつけて連結されている。ハウジング１１１には環状部１１５を嵌合させる嵌合凹部１２０が形成され、この嵌合凹部１２０から外周側に張り出すように環状作動室１１０の外周側半分が形成されている。
　ハウジング１１１の内周側部分にはロータ１１２の環状部１１５を低摩擦で支持するニードルベアリング１２１が装着され、このニードルベアリング１２１の内周側にはシール部材１２２が装着され、環状部１１５の外周面を低摩擦で支持するボールベアリング１２３及び／又はシール部材がハウジング１１１に装着されている。
　環状作動室１１０を横断状にガス密に仕切る為の仕切機構であって、前記第１，第２仕切機構４１，５０と同様の仕切機構が設けられているが、可動仕切部材１２４の形状は、図示のように第１，第２の可動仕切部材５，６ と異なっている。
　可動仕切部材１２４の下端側部分は環状作動室１１０の内周側半分と同形状の半円形部分に形成され、この半円形部分よりも外周側部分はハウジング１１１のガイド溝（図示略）でガイドされる。
　ピストン部１１７のリーディング側傾斜面とトレーリング側傾斜面には、可動仕切部材１２４の半円部が部分的に係合して当接する断面が部分円形の係合溝であってピストン部１１７の頂部から徐々に深さが大きくなる係合溝（図示略）が形成されている。このエンジンＥＡにおいても、前記圧縮ガス導入機構６２及び燃焼ガス噴出機構７２と同様のものが設けられるが、ここでは図示省略している。
　このエンジンＥＡにおいては、環状作動室１１０の内周側半分に作用するガス圧は厚肉の環状部１１５で支持され、環状作動室１１０の外周側半分に作用するガス圧は複数のボルト１１９により支持される。このエンジンＥＡにおいては、ハウジング１１１の構造を簡単化し、小型化することができ、エンジンＥＡの信頼性を高めることができる。
　７）変更例７
　図２０に示すエンジンＥＢにおいては、環状作動室１３０はハウジング１３１とロータ　１３２内に形成される。この環状作動室１３０の断面形状は正方形状であるが、環状作動室１３０と可動仕切部材１３３とピストン部１３４以外の構造は、図１９のエンジンと同様であるので、同様の部材に同一符号を付して説明を省略する。環状作動室１３０を横断状にガス密に仕切るピストン部１３４には、副燃焼室１１８が形成されている。ピストン部１３４のリーディング側傾斜面とトレーリング側傾斜面は、軸心Ｘと平行な傾斜面であり、可動仕切部材１３３は長方形の板状の部材である。
　環状作動室１３０を横断状にガス密に仕切る為の仕切機構であって、前記第１，第２仕切機構４１，５０と同様の仕切機構が設けられているが、可動仕切部材１３３のみ図示してある。可動仕切部材１３３の下端部分には環状作動室１３０の内周側半分と同形状の長方形部分が形成され、この長方形部分よりも外周側部分はハウジングのガイド溝（図示略）でガイドされる。このエンジンＥＢにおいては、環状作動室１３０の内周側半分に作用するガス圧は厚肉の環状部１３５で支持され、環状作動室１３０の外周側半分に作用するガス圧は複数のボルト１１９により支持される。このエンジンＥＢにおいては、ハウジング１３１の構造を簡単化し、小型化することができ、エンジンＥＢの信頼性を高めることができる。
　８）変更例８
　前記円弧溝１０１とシャッター部材１０２の断面形状及びサイズは一例に過ぎず、種々の断面形状及びサイズのものを採用することができる。また、シャッター部材として、中実状のチェーン構造で屈曲可能なシャッター部材を採用することもできる。
　９）変更例９
　図１０に示すように、期間Ｐ３において、副燃焼室２０の開口部２０ａを第２シャッター部材７１で閉じた閉塞状態にしてピストン部７が回転すると、ピストン部７よりもトレーリング側の燃焼作動室４ｃ内に負圧が発生する可能性がある。そこで、図２１に示すように、期間Ｐ３においては、第２シャッター部材７１のトレーリング側端部を開口部２０ａのトレーリング側端部よりも僅かにリーディング側に位置させてそれらの間に小隙間２０ｇを形成する状態（開口部２０ａの大部分を閉塞した状態）を維持する。こうして、副燃焼室２０内の高圧燃焼ガスの一部を小隙間２０ｇから燃焼作動室４ｃに噴出させて、燃焼作動室４ｃ内の負圧の発生を全面的又は部分的に抑制し、副燃焼室２０の内部を圧縮上死点状態に近い高圧状態に維持するように構成する。これは、副燃焼室２０内における火炎伝播を促進する為である。
　１０）変更例１０
　本実施例に係るピストン部７のように断面円形のピストン部を採用する場合などにおいては、ピストン部７が第１可動仕切部材５を通過直後においては燃焼作動室４ｃの容積増大速度が緩やかになる。このような場合には、燃焼作動室４ｃ内における燃焼行程初期の火炎の伝播が促進され易い。そこで、前記期間Ｐ３において副燃焼室２０内を圧縮上死点状態に保持する制御を省略し、ピストン部７が第１仕切部材５を通過後には直ちに副燃焼室２０内の高圧燃焼ガスを燃焼作動室４ｃに噴出させるように構成する。
　この場合、図２２に示すように、前記期間Ｐ３，Ｐ４を合計した期間に相当する期間Ｐ６においては、第２シャッター部材７１のトレーリング側端部を副燃焼室２０の開口部２０ａのリーディング側端部又はその近傍に位置させた状態を維持し、第２円弧溝７０を介して副燃焼室２０を燃焼作動室４ｃに連通させて、副燃焼室２０内の高圧燃焼ガスを燃焼作動室４ｃに噴出させ、ロータ２から出力軸１にトルクを作用させる。尚、期間Ｐ６の開角θ４の大きさは適宜変更してもよい。
　９）前記実施形態は一例に過ぎず、当業者であれば本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施形態に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態をも包含するものである。
　本発明の回転型内燃機関は、産業上の種々の用途の内燃機関に利用することができる。
Ｅ　　回転型内燃機関（エンジン）
１　　出力軸
２　　ロータ
３　　ハウジング
４　　環状作動室
４ａ　吸入作動室
４ｂ　圧縮作動室
４ｃ　燃焼作動室
４ｄ　排気作動室
４ｆ　内壁面
４ｗ　内壁面形成壁部
５，６　　第１，第２の可動仕切部材
７　　ピストン部
７ａ　仕切壁部
７ｂ　頂部
８　　吸入ポート
９　　排気ポート
１０　　インジェクタ
１４　　点火プラグ
２０　　副燃焼室
２０ａ　　開口部
４０　　　制御ユニット
６０　　第１円弧溝
６１　　第１シャッター部材
６２　　圧縮ガス導入機構
Ｐ２　　第１所定期間
６３　　第１ラック歯
６４　　第１ピニオン
６５　　第１電動モータ
６６　　第１制御手段
７０　　第２円弧溝
７１　　第２シャッター部材
７２　　燃焼ガス噴出機構
Ｐ４　　第２所定期間
７３　　第２ラック歯
７４　　第２ピニオン
７５　　第２電動モータ
７６　　第２制御手段
８０　　第１のリニアモータ機構
９０　　円弧溝
１００　　特定作動室
１０１　　円弧溝
１０２　　シャッター部材
１０３　　連通機構

Claims (16)

  1. 　出力軸と、この出力軸に固定されたロータと、このロータを回転可能に支持するハウジングと、このハウジング又はハウジングとロータ内に形成された環状作動室と、この環状作動室を横断的にガス密に仕切るように前記ハウジングの複数部位に可動に設けられた複数の可動仕切部材と、前記ロータに設けられ前記環状作動室を横断的にガス密に仕切るピストン部とを備え、前記環状作動室内を回転する前記ピストン部と前記複数の可動仕切部材により前記環状作動室内に吸入作動室と圧縮作動室と燃焼作動室と排気作動室とを形成可能にした回転型内燃機関において、
    　前記圧縮作動室内の圧縮混合気又は圧縮空気を導入して点火する為の副燃焼室であって前記ピストン部のうちの前記環状作動室の内壁面に常時面接触している頂部に開口する開口部を有する副燃焼室が前記ピストン部の内部に形成され、
    　第１の可動仕切部材に対してロータ回転方向トレーリング側に前記圧縮作動室が形成されると共にリーディング側に前記燃焼作動室が形成され、
    　前記圧縮作動室又は燃焼作動室が特定作動室である場合に、前記環状作動室の前記内壁面を形成する内壁面形成壁部のうちの前記特定作動室の少なくとも一部の内壁面形成壁部部分に前記副燃焼室の前記開口部の移動軌跡に対向するように形成された円弧溝と、前記円弧溝に沿って移動可動に前記円弧溝に装着されたシャッター部材とを有し、且つ出力軸の回転位相に関連付けた設定期間に前記円弧溝を介して前記副燃焼室を前記特定作動室に連通させる連通機構が設けられたことを特徴とする回転型内燃機関。
  2. 　前記吸入作動室に連通する吸入ポートと、前記排気作動室に連通する排気ポートと、燃焼用空気に燃料を供給する燃料供給手段とが設けられ、
    　前記副燃焼室内の圧縮混合気に点火プラグ又は圧縮点火により点火する点火手段が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の回転型内燃機関。
  3. 　前記圧縮作動室が前記特定作動室である場合、前記円弧溝が第１円弧溝であり、前記シャッター部材が第１シャッター部材であり、前記設定期間が圧縮行程の第１所定期間であり、前記連通機構が前記圧縮作動室の圧縮混合気又は圧縮空気を前記開口部から前記副燃焼室に導入させる圧縮ガス導入機構であることを特徴とする請求項２に記載の回転型内燃機関。
  4. 　前記燃焼作動室が前記特定作動室である場合、前記円弧溝が第２円弧溝であり、前記シャッター部材が第２シャッター部材であり、前記設定期間が燃焼行程の第２所定期間であり、前記連通機構が前記副燃焼室内の高圧燃焼ガスを前記開口部から前記燃焼作動室に噴出させる燃焼ガス噴出機構であることを特徴とする請求項２に記載の回転型内燃機関。
  5. 　前記第１所定期間の終了タイミングは、前記ピストン部の頂部が前記第１の可動仕切部材に対向するタイミングであることを特徴とする請求項３に記載の回転型内燃機関。
  6. 　前記第２所定期間の開始タイミングは、前記ピストン部の頂部が前記第１の可動仕切部材に対向するタイミングであることを特徴とする請求項４に記載の回転型内燃機関。
  7. 　前記第２所定期間の開始タイミングは、前記ピストン部の頂部が前記第１の可動仕切部材に対向してから前記出力軸が所定角度回転したタイミングであり、
    　前記出力軸が前記所定角度回転する間は前記副燃焼室の開口部が閉塞されて副燃焼室の内部が圧縮上死点状態に保持されることを特徴とする請求項４に記載の回転型内燃機関。
  8. 　前記第２所定期間の開始タイミングは、前記ピストン部の頂部が前記第１の可動仕切部材に対向してから前記出力軸が所定角度回転したタイミングであり、
    　前記出力軸が前記所定角度回転する間は前記副燃焼室の開口部の大部分が閉塞されて副燃焼室の内部が圧縮上死点状態に近い高圧状態に保持されることを特徴とする請求項４に記載の回転型内燃機関。
  9. 　前記圧縮ガス導入機構は、前記第１円弧溝と、前記第１シャッター部材と、前記第１シャッター部材の外周部に形成された複数の第１ラック歯と、前記第１ラック歯に噛合された第１ピニオンと、この第１ピニオンを回転駆動する第１電動モータと、前記出力軸の回転位相信号に基づいて第１電動モータを制御する第１制御手段とを備えていることを特徴とする請求項３に記載の回転型内燃機関。
  10. 　前記燃焼ガス噴出機構は、前記第２円弧溝と、前記第２シャッター部材と、前記第２シャッター部材の外周部に形成された複数の第２ラック歯と、前記第２ラック歯に噛合された第２ピニオンと、この第２ピニオンを回転駆動する第２電動モータと、前記出力軸の回転位相信号に基づいて第２電動モータを制御する第２制御手段とを備えていることを特徴とする請求項４に記載の回転型内燃機関。
  11. 　前記第１制御手段は、圧縮行程の前記第１所定期間に、前記圧縮作動室が前記第１円弧溝と前記第１シャッター部材を介して前記副燃焼室に連通し且つ前記吸入作動室に連通しないように前記第１電動モータを介して前記第１シャッター部材の移動位置を制御することを特徴とする請求項９に記載の回転型内燃機関。
  12. 　前記第１制御手段は、前記第１所定期間中又は第１所定期間の前に、前記第１円弧溝と前記第１シャッター部材を介して、前記吸入作動室と前記圧縮作動室を連通させて圧縮混合気又は圧縮空気の一部を吸入作動室へリークさせるリーク量を制御することにより、圧縮比を所定の最大圧縮比以下の範囲で変更可能に構成されたことを特徴とする請求項１１に記載の回転型内燃機関。
  13. 　前記第２制御手段は、燃焼行程の前記第２所定期間に、前記燃焼作動室が前記第２円弧溝と前記第２シャッター部材を介して前記副燃焼室に連通し且つ前記排気作動室に連通しないように、前記第２電動モータを介して前記第２シャッター部材の移動位置を制御することを特徴とする請求項１０に記載の回転型内燃機関。
  14. 　前記環状作動室の断面形状は、円形又は前記出力軸の軸心方向と平行な長軸を有する長円形であることを特徴とする請求項１に記載の回転型内燃機関。
  15. 　前記圧縮ガス導入機構は、前記第１シャッター部材を前記第１円弧溝に沿って移動駆動可能な第１のリニアモータ機構を有することを特徴とする請求項３に記載の回転型内燃機関。
  16. 　前記燃焼ガス噴出機構は、前記第２シャッター部材を前記第２円弧溝に沿って移動駆動可能な第２のリニアモータ機構を有することを特徴とする請求項４に記載の回転型内燃機関。
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