WO2020049677A1 - 回転型内燃機関 - Google Patents

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WO2020049677A1
WO2020049677A1 PCT/JP2018/032985 JP2018032985W WO2020049677A1 WO 2020049677 A1 WO2020049677 A1 WO 2020049677A1 JP 2018032985 W JP2018032985 W JP 2018032985W WO 2020049677 A1 WO2020049677 A1 WO 2020049677A1
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WO
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working chamber
combustion
chamber
compression
sub
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Application number
PCT/JP2018/032985
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English (en)
French (fr)
Inventor
俊雄 岡村
Original Assignee
オカムラ有限会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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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
    • 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

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 in a piston portion of a rotor, a mechanism for introducing a compressed air-fuel mixture or compressed air into the sub-combustion chamber, and a sub-combustion chamber.
  • the present invention relates to a rotary internal combustion engine provided with a mechanism for injecting a high-pressure combustion gas into a combustion working chamber, wherein a compression ratio can be changed through control technology and a period for maintaining a compression top dead center state can be changed.
  • the output torque is reduced by the amount of multiplying Sin ⁇ as described above, and there is a limit to improving the output characteristics.
  • two cycles of the crankshaft are required to perform one cycle of suction, compression, combustion (explosion), and exhaust.
  • 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. It can be set to a length equal to or longer than the rotation, and it is estimated that combustion performance can be ensured.
  • the operation speed when the operation speed is set to be lower, the time of the intake stroke and the exhaust stroke can be set longer, and the intake loss and the exhaust loss can be reduced. Since the crank mechanism can be omitted and the valve operating mechanism can be omitted or simplified, there is room for improving the friction loss.
  • This type of 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 a combustion gas pressure, an annular working chamber in which the piston portion rotates, and a housing.
  • 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 passes through the movable partition member, the movable partition member cannot follow the pressure receiving surface, causing jumping and impairing the partition function.
  • 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).
  • the piston Since the piston is adjacent to both the compression working chamber and the combustion working chamber, it is suitable for forming a sub-combustion chamber.However, the piston is a relatively small member that rotates, Since there are many obstructive factors in providing the accompanying gas introduction passage and its valve mechanism, and the gas ejection passage and its valve mechanism, the formation of a sub-combustion chamber in the piston portion has not been proposed at all.
  • 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 sub-combustion chamber, its valve mechanism, and the auxiliary combustion chamber The structure of the ejection passage for injecting the high-pressure combustion gas into the combustion working chamber and the structure of the valve mechanism are technically very difficult, and there have been no proposals that can withstand practical use to date.
  • An object of the present invention is to provide a sub-combustion chamber formed in a piston portion, an introduction passage for introducing gas into the sub-combustion chamber and a valve mechanism therefor, and an ejection passage for ejecting gas from the sub-combustion chamber and a valve mechanism therefor. It is an object of the present invention to provide a rotary internal combustion engine, 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 in a gas-tight manner transversely, and partition the annular working chamber in a gas-tight manner provided in 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 for introducing a compressed air-fuel mixture or compressed air from the compression working chamber and igniting the sub-combustion chamber formed inside the piston portion;
  • a gas introduction passage formed in the piston portion and a first valve mechanism capable of opening and closing the gas introduction passage so that the sub combustion chamber can communicate with the compression operation chamber, and a gas communication passage that allows the sub combustion chamber to communicate with the combustion operation chamber.
  • a gas ejection passage formed in the piston portion, a second valve mechanism capable of opening and closing the gas ejection passage, and control means for controlling each of the first and second valve mechanisms in association with a rotation phase of the output shaft. It is characterized by having.
  • a sub-combustion chamber is formed inside the piston portion, and the piston portion is provided with the gas introduction passage and the first valve mechanism, and the gas ejection passage and the second valve mechanism. Since a control means for controlling each of the valve mechanisms in association with the rotation phase of the output shaft is provided, the gas introduction passage and the gas ejection passage can be formed in a short-length, simple-shaped passage. Pressure loss and pressure loss of high-pressure combustion gas can be reduced.
  • a compressed air-fuel mixture or compressed air is introduced from the compression working chamber into the sub-combustion chamber, and high-pressure combustion gas is injected from the sub-combustion chamber into the combustion working chamber. Or can be.
  • 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 control means may control that the first valve mechanism is opened during the compression stroke.
  • the first and second valve mechanisms are controlled such that the valve is opened and the second valve mechanism is closed.
  • the control means shortens the second valve mechanism in the compression stroke based on a preset characteristic. Open the valve only for a time. According to the above configuration, by opening the second valve mechanism, a part of the compressed air-fuel mixture or the compressed air leaks to the suction working chamber, and the compression ratio can be adjusted within the range of the maximum compression ratio or less.
  • the control means controls the first predetermined period to maintain the sub-combustion chamber in a compression top dead center state for a first predetermined period from the start of the combustion stroke. During this time, the first and second valve mechanisms are kept in the valve closed state. According to the above configuration, by maintaining the sub-combustion chamber in the compression top dead center state for the first predetermined period from the start of the combustion stroke, it is possible to promote the propagation of the flame and enhance the combustion performance.
  • the control means is configured to control the second valve after a lapse of a first predetermined period in a combustion stroke.
  • the first and second valve mechanisms are controlled such that the mechanism is opened and the first valve mechanism is closed.
  • 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 cross-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 view on arrow V in FIG. 4.
  • FIG. 6 is a sectional view taken along line VI-VI of FIG. 2.
  • FIG. 7 is a sectional view taken along line VII-VII of 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 cross-sectional view of the internal combustion engine cut along a vertical plane including an axis of an
  • FIG. 13 is a longitudinal sectional view of a main part of a rotary internal combustion engine according to a fourth modification. It is a principal part longitudinal cross-sectional view of the rotary internal combustion engine of the modification 5.
  • the engine E includes an output shaft 1, a rotor 2 fixed to the output shaft 1, a housing 3 that accommodates the rotor 2 and rotatably supports the rotor 2, and a housing 3. And a plurality of movable partition members (first and second partition members) movably provided at a plurality of portions of the housing 3 so as to partition the annular working chamber 4 transversely and gas-tightly. Members 5 and 6) and a piston portion 7 provided on the rotor 2 and partitioning the annular working chamber 4 transversely in a gas-tight manner. The piston portion 7 rotating inside the annular working chamber 4 and a plurality of movable partition members 5 are provided. , 6 so that 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 housing 3 has 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 burning combustion gas 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, it is described below as a compressed air-fuel mixture or 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 the air-fuel mixture, 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 into a sub-combustion chamber 20 described later, and when the top 7b of the piston 7 reaches the first movable partition member 5, the compression top dead center state is reached. Then, 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 a suction completed state, the combustion gas is explosively expanding in the combustion working chamber 4c, and the exhaust gas 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 has a divided surface 3 a orthogonal to the axis X. It is divided into two parts, and is fastened by a plurality of bolts 16 in a state where a thin gasket is sandwiched between the divided surfaces.
  • the housing 3 is a circular thick plate member made of, for example, an aluminum alloy. Inside the housing 3, a donut shape having a circular cross section is provided at a position of a radius R 0 from the axis X. An annular working chamber 4 is formed. The radius R0 and the diameter d of the annular working chamber 4 are appropriately set according to the displacement of the engine E. However, 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 formed of, for example, a cylinder liner 17 made of cast iron. However, the cylinder liner 17 is shown in FIG. 3, and the others are not shown. A water jacket 18 for flowing cooling water is formed in the housing 3. However, Only a portion of the water jacket 18 is shown.
  • the rotor 2 includes a disk portion 2a fixed to the output shaft 1 and orthogonal to the axis X, and a piston portion 7 fixed to a part of the outer peripheral end of the disk portion 2a.
  • a piston section 7 that rotates while partitioning the working chamber 4 in a gas-tight manner.
  • the disk portion 2a may be made of a material such as steel, 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, and the piston portion 7 may be formed integrally with the disk portion 2a, or may be formed separately and connected to the disk portion 2a.
  • the piston portion 7 is a partition wall portion 7a that partitions the annular working chamber 4 transversely and gas-tightly, and has a partition wall portion 7a having a circular cross section.
  • 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 (see FIG. 4).
  • the inclined surface 21 on the leading side of the piston portion 7 is gradually inclined so as to move toward the axis X as it moves toward the leading side.
  • the inclined surface 21 is formed in parallel with the axis X.
  • the trailing-side inclined surface 22 of the piston portion 7 is inclined so as to move toward the axis X as it moves toward the trailing side.
  • the inclined surface 22 is formed in parallel with the axis X.
  • a sub-combustion chamber 20 for introducing a compressed air-fuel mixture or compressed air from a compression working chamber 4b and igniting it is formed inside a piston portion 7.
  • a control unit 40 (control means) for controlling the rotation of the output shaft 1 in association with the rotation phase of the output shaft 1.
  • the auxiliary combustion chamber 20 of the present embodiment is formed as a spherical combustion chamber having a capacity capable of compressing the air sucked into the suction working chamber 4a to a maximum compression ratio (for example, 16).
  • the shape of the sub-combustion chamber 20 is not limited to a spherical shape.
  • the combustion working chamber 4c corresponds to a secondary combustion chamber.
  • the gas introduction passage 60 has a rectangular opening 60 a that is open near the top of the leading-side inclined surface 21, and an angle at which the width in the direction parallel to the inclined surface 21 gradually decreases from the opening 60 a toward the auxiliary combustion chamber 20. It is formed in a hole. However, the width of the gas introduction passage 60 in the direction parallel to the axis X is equal to the width of the opening 60a.
  • the first valve mechanism 61 includes a rectangular first valve plate 62 that opens and closes the gas introduction passage 60 transversely, a first guide groove 63 that movably accommodates the first valve plate 62, and a first valve plate.
  • a first electromagnetic actuator 64 connected to the first electromagnetic actuator 62 for driving the first valve plate 62 to open and close;
  • the first guide groove 63 guides the first valve plate 62 with a small gap through which the gas pressure passes, the contact friction force due to the gas pressure acting on the first valve plate 62 is relatively small. Therefore, as the first electromagnetic actuator 64, a shaft motor (linear servomotor) or a direct-acting solenoid actuator can be adopted.
  • the gas ejection passage 70 has a rectangular opening 70 a opening near the top of the trailing-side inclined surface 22, and the width in the direction parallel to the inclined surface 22 gradually increases from this opening 70 a toward the sub-combustion chamber 20. It is formed in a square hole. However, the width of the gas ejection passage 70 in the direction parallel to the axis X is equal to the width of the opening 70a.
  • the second valve mechanism 71 includes a rectangular second valve plate 72 that opens and closes the gas ejection passage 70 transversely, a second guide groove 73 that accommodates the second valve plate 72 movably, and a second valve plate.
  • a second electromagnetic actuator 74 connected to the second actuator 72 for driving the second valve plate 72 to open and close.
  • the second guide groove 73 guides the second valve plate 72 with a small gap through which the gas pressure passes, the contact friction force due to the gas pressure acting on the second valve plate 72 is relatively small. Therefore, a shaft motor (linear servomotor) or a direct-acting solenoid actuator can be employed as the second electromagnetic actuator 74.
  • the sub-combustion chamber 20 is formed inside the piston portion, and the piston portion 7 is provided with the gas introduction passage 60 and the first valve mechanism 61, and the gas ejection passage 70 and the second valve mechanism 71.
  • the control unit 40 for controlling each of the second valve mechanisms 61 and 71 in association with the rotational phase of the output shaft 1 is provided, so that the gas introduction passage 60 and the gas ejection passage 70 are formed into short and simple passages. Therefore, the pressure loss of the compressed air-fuel mixture or the compressed air introduced into the sub-combustion chamber 20 and the pressure loss of the high-pressure combustion gas ejected from the sub-combustion chamber 20 can be reduced.
  • the control unit 40 controls the first and second valve mechanisms 61 and 71 in association with the rotation phase of the output shaft 1 to open and close the first and second valve mechanisms 61 and 71 at desired timings, respectively.
  • a compressed air-fuel mixture or compressed air can be introduced into the auxiliary combustion chamber 20 from the compression operation chamber 4b, or high-pressure combustion gas can be ejected from the auxiliary combustion chamber 20 to the combustion operation chamber 4c.
  • the partition wall 7a is provided with a pair of substantially annular ring grooves 23 and a pair of piston rings 24 mounted on the ring grooves 23.
  • 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 (not shown) for cooling the peripheral portion of the sub-combustion chamber 20 is formed inside the piston portion 7, and this water jacket is connected to a water jacket 18 in the housing 3.
  • the output shaft 1 penetrates through the housing 3, and the output shaft 1 and the rotor 2 are rotatably supported on 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 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 to supply a drive signal to the first and second electromagnetic actuators 64 and 74.
  • a plurality of energizing harnesses 36 extending from the rotary connector 35 are provided in the output shaft 1 and the rotor 2.
  • the rotary connector 35 is connected to a control unit 40 of the engine E.
  • the first movable partition member 5 is a plate-shaped member having a predetermined plate thickness.
  • the first movable partition member 5 is slidably gas-tightly slidable 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 is slightly larger than the width of the annular working chamber 4, and the lower end of the sliding hole 42 is formed by the first movable partition member 5 having the outer peripheral surface of the disk portion 2 a of the rotor 2. (See FIG. 3).
  • the outer peripheral surface of the disk portion 2a is a partial cylindrical surface.
  • the first movable partition member 5 includes a steel box-shaped core member # 43 for securing strength, a sintered metal surface member 44 covering the outer surface of the core member 43, and 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 inside, and a plurality of core members 43 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 in the air chamber 48 even if the pressure of the compressed air-fuel mixture or the combustion gas pressure acts on the first movable partition member 5. Pressurized air is urged so as not to be separated from the air.
  • 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 partitioning member 6 is the same as the first movable partitioning member 5, and the second movable partitioning member 6 slides gas-tightly on a sliding hole 51 formed in the housing 3 in a radial direction. Mounted movably.
  • a curved sliding portion 6a is formed at the distal end of the second movable partition 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 56.
  • the second movable partition member 6 receives pressurized 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 sub-combustion chamber 20 is filled with a compressed air-fuel mixture or compressed air, and the inside of the sub-combustion chamber 20 is kept in a compression top dead center state (maximum compression state) during a first predetermined period from the start of the combustion stroke.
  • a compression top dead center state maximum compression state
  • the control unit 40 opens the first valve mechanism 61 and opens the second valve mechanism.
  • the first and second valve mechanisms 61 and 71 are controlled so that the valve 71 is closed. In this manner, the sub-combustion chamber 20 can be filled with substantially the entire amount of the compressed air-fuel mixture or compressed air compressed in the compression working chamber 4b.
  • the control unit 40 When adjusting the compression ratio in a range equal to or less than the maximum compression ratio, the control unit 40 opens the second valve mechanism 71 in the compression stroke for a short time based on a preset characteristic. That is, the timing for opening the second valve mechanism 71 is preset such as, for example, 45 ° before the top dead center, and a short time for opening the second valve mechanism 71 in accordance with the change amount for changing the compression ratio to the decreasing side. The time is set in advance and stored in the control unit 40.
  • 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 size.
  • 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 control unit 40 holds the inside of the sub-combustion chamber 20 in the compression top dead center state (maximum compression state) for a first predetermined period (period P2) from the start of the combustion stroke corresponding to the periods P2 and P3,
  • the first and second valve mechanisms 61 and 71 are kept in a closed state.
  • the length of the period P2 can be increased before the engine E is warmed up or in a cold condition, or when the air-fuel ratio is large, and when the engine E is in an overheated state, the length of the period P2 can be reduced.
  • the output performance and versatility of the engine E can be improved.
  • control unit 40 opens the second valve mechanism 71 after the first predetermined period (period P2) in the combustion stroke.
  • the first and second valve mechanisms 61 and 71 are controlled so that the first valve mechanism 61 is closed.
  • the cross-sectional shape of the annular working chamber 4 in the above embodiment is circular, but various cross-sectional shapes can be adopted. It can be formed into a cross section such as an oval cross section, an elliptical cross section, a rectangular cross section having an R at a corner, a pentagonal cross section having an R at a corner, and the like.
  • Modification example 2 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 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 the ignition plug 14 and a compression ignition type engine can be used.
  • an annular working chamber 110 having a circular cross section is formed in the housing 111 and the 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 in a gas-tight manner transversely.
  • the piston portion 117 is provided with a sub-combustion chamber 118.
  • 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 that supports the annular portion 115 of the rotor 112 with low friction is mounted on the inner peripheral side of the housing 111, and a seal member 122 is mounted on the 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 transversely is provided with the same partitioning mechanism as 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 as a semicircular portion having the same shape as the inner peripheral half of the annular working chamber 110.
  • the leading-side inclined surface and the trailing-side inclined surface of the piston portion 117 are partially circular engagement grooves in which the semicircular portion of the movable partition member 124 partially engages and abuts.
  • An engagement groove (not shown) whose depth gradually increases from the top is formed.
  • 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 of 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 in a transverse manner.
  • 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 partition mechanism for partitioning the annular working chamber 130 gas-tight transversely is provided with a partition mechanism similar to the first and second partition mechanisms 41 and 50, but only the movable partition 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.
  • 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.

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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と、ピストン部に形成されたガス導入通路とその第１弁機構を含むガス導入機構と、ピストン部に形成されたガス噴出通路とその第２弁機構を含む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機構を設け、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、運転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可能な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導いて貯留しておき、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さ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隣接しているため、副燃焼室を形成するのに適しているが、ピストン部は回転する比較的小型の部材であるため、副燃焼室に付随するガス導入通路とその弁機構、ガス噴出通路とその弁機構等を設ける上で阻害要因が多いので、従来、ピストン部に副燃焼室を形成することは何ら提案されていない。
　このように、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得るようなものは提案されていない。
　本発明の目的は、ピストン部内に形成した副燃焼室と、この副燃焼室にガスを導入する導入通路及びその弁機構と、副燃焼室からガスを噴出させる噴出通路及びその弁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、前記圧縮作動室から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内部に形成された副燃焼室と、前記副燃焼室を前記圧縮作動室に連通可能に前記ピストン部に形成されたガス導入通路および前記ガス導入通路を開閉可能な第１弁機構と、前記副燃焼室を前記燃焼作動室に連通可能に前記ピストン部に形成されたガス噴出通路および前記ガス噴出通路を開閉可能な第２弁機構と、前記第１，第２弁機構の各々を前記出力軸の回転位相と関連付けて制御する制御手段とを備えたことを特徴としている。
　上記の構成によれば、ピストン部の内部に副燃焼室を形成し、前記ピストン部に、ガス導入通路及び第１弁機構と、ガス噴出通路及び第２弁機構を設け、第１，第２弁機構の各々を出力軸の回転位相と関連付けて制御する制御手段を設けたため、ガス導入通路と
ガス噴出通路を長さの短い簡単な形状の通路に形成できるから、圧縮混合気や圧縮空気の圧力損失及び高圧燃焼ガスの圧力損失を僅少にすることができる。
　制御手段により出力軸の回転位相と関連付けて第１，第２弁機構を制御することにより、
夫々所望のタイミングで第１，第２弁機構を開閉することで、副燃焼室に圧縮作動室から圧縮混合気や圧縮空気を導入したり、副燃焼室から高圧燃焼ガスを燃焼作動室に噴出させたりすることができる。
　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。
　請求項３の形態では、請求項１において、前記圧縮作動室から圧縮混合気又は圧縮空気を前記副燃焼室に充填する為に、前記制御手段は、圧縮行程において、前記第1弁機構が開弁し且つ前記第２弁機構が閉弁状態となるように第１，第２弁機構を制御する。上記の構成によれば、圧縮作動室から圧縮混合気又は圧縮空気を副燃焼室に確実に充填することができる。
　請求項４の形態では、請求項３において、圧縮比を最大圧縮比以下の範囲で調整する為に、前記制御手段は、圧縮行程において前記第２弁機構を予め設定された特性に基づいて短時間だけ開弁状態にする。
　上記の構成によれば、第２弁機構を開弁することで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、圧縮比を最大圧縮比以下の範囲で調整することができる。
　請求項５の形態では、請求項１において、前記制御手段は、前記燃焼行程の開始から第１所定期間の間前記副燃焼室内を圧縮上死点状態に保持するために、前記第１所定期間の間前記第１，第２弁機構を閉弁状態に保持する。
　上記の構成によれば、燃焼行程の開始から第１所定期間の間、前記副燃焼室内を圧縮上死点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。
　請求項６の形態では、請求項５において、前記副燃焼室内の高圧燃焼ガスを前記燃焼作動室に噴出させる為に、前記制御手段は、燃焼行程における第１所定期間経過後、前記第２弁機構が開弁し且つ前記第１弁機構が閉弁状態となるように前記第１，第２弁機構を制御する。上記の構成によれば、副燃焼室内の高圧燃焼ガスを前記燃焼作動室に確実に噴出させることができる。
　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４のＶ矢視図である。 図２のVI－VI線断面図である。 図４のVII－VII線断面図である。 第１可動仕切部材の縦断面図である。 副燃焼室の位置と第１，第２弁機構の関係を示す説明図である。 変更例４の回転型内燃機関の要部縦断面図である。 変更例５の回転型内燃機関の要部縦断面図である。
　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、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を収容すると共に回転可能に支持するハウジング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。
　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内に圧縮される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に達すると圧縮上死点状態となり、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。
　図３に示すように、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１～図３に示すように、ハウジング３は例えばアルミニウム合金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。但し、
ウォータジャケット１８の一部だけが図示されている。
　ロータ２は、出力軸１に固着された軸心Ｘと直交状のディスク部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、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。
　ピストン部７は環状作動室４を横断的にガス密に仕切る仕切壁部７ａであって円形断面の仕切壁部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（図４参照）。
　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。
　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。
　図１、図２、図４、図５に示すように、圧縮作動室４ｂから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２０であってピストン部７の内部に形成された副燃焼室２０と、この副燃焼室２０を圧縮作動室４ｂに連通可能にピストン部７に形成されたガス導入通路６０およびガス導入通路６０を開閉可能な第１弁機構６１と、副燃焼室２０を燃焼作動室４ｃに連通可能にピストン部７に形成されたガス噴出通路７０およびガス噴出通路７０を開閉可能な第２弁機構７１と、第１，第２弁機構６１，７１の各々を出力軸１の回転位相と関連付けて制御する制御ユニット４０（制御手段）とが設けられている。
　本実施形態の副燃焼室２０は、吸入作動室４ａに吸入した空気を最大圧縮比（例えば、１６）に圧縮可能な容積の球形燃焼室に形成されている。尚、副燃焼室２０の形状は球形に限定されるものではない。尚、副燃焼室２０を１次燃焼室とした場合、燃焼作動室４ｃが２次燃焼室に相当する。
　ガス導入通路６０は、リーディング側傾斜面２１の頂部近傍に開口する矩形の開口６０ａを有し、この開口６０ａから副燃焼室２０に向って傾斜面２１と平行方向の幅が徐々に小さくなる角孔に形成されている。但し、ガス導入通路６０の軸心Ｘと平行方向幅は開口６０ａの幅と等しい。第１弁機構６１は、ガス導入通路６０を横断的に開閉する矩形状の第１弁板６２と、この第１弁板６２を移動自在に収容する第１ガイド溝６３と、第１弁板６２に連結されて第１弁板６２を開閉駆動する第１電磁アクチュエータ６４とを有する。
　第１ガイド溝６３はガス圧を通す微小隙間をもって第１弁板６２を案内しているため、第１弁板６２に作用するガス圧による接触摩擦力は比較的小さくなる。それ故、第１電磁アクチュエータ６４として、シャフトモータ（リニアサーボモータ）又は直動型のソレノイドアクチュエータを採用可能である。
　ガス噴出通路７０は、トレーリング側傾斜面２２の頂部近傍に開口する矩形の開口７０ａを有し、この開口７０ａから副燃焼室２０に向って傾斜面２２と平行方向の幅が徐々に大きくなる角孔に形成されている。但し、ガス噴出通路７０の軸心Ｘと平行方向幅は開口７０ａの幅と等しい。第２弁機構７１は、ガス噴出通路７０を横断的に開閉する矩形状の第２弁板７２と、この第２弁板７２を移動自在に収容する第２ガイド溝７３と、第２弁板７２に連結されて第２弁板７２を開閉駆動する第２電磁アクチュエータ７４とを有する。
　第２ガイド溝７３はガス圧を通す微小隙間をもって第２弁板７２を案内しているため、第２弁板７２に作用するガス圧による接触摩擦力は比較小さくなる。それ故、第２電磁アクチュエータ７４として、シャフトモータ（リニアサーボモータ）又は直動型のソレノイドアクチュエータを採用可能である。
　上記のように、ピストン部の内部に副燃焼室２０を形成し、ピストン部７に、ガス導入通路６０及び第１弁機構６１と、ガス噴出通路７０及び第２弁機構７１を設け、第１，第２弁機構６１，７１の各々を出力軸１の回転位相と関連付けて制御する制御ユニット４０を設けたため、ガス導入通路６０とガス噴出通路７０を長さの短い簡単な形状の通路に形成できるから、副燃焼室２０に導入される圧縮混合気や圧縮空気の圧力損失と、副燃焼室２０から噴出する高圧燃焼ガスの圧力損失を僅少にすることができる。
　制御ユニット４０により出力軸１の回転位相と関連付けて第１，第２弁機構６１，７１を制御することにより、夫々所望のタイミングで第１，第２弁機構６１，７１を開閉することで、副燃焼室２０に圧縮作動室４ｂから圧縮混合気や圧縮空気を導入したり、副燃焼室２０から高圧燃焼ガスを燃焼作動室４ｃに噴出させたりすることができる。
　図１～図４に示すように、仕切壁部７ａには１対の略環状のリング溝２３とそれらリング溝２３に装着された１対のピストンリング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（図示略）が形成され、このウォータジャケットはハウジング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し且つ第１，第２電磁アクチュエータ６４，７４に駆動信号を供給するため、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から延びる複数の通電用ハーネス３６が出力軸１とロータ２内に導設されている。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７に示すように、摺動孔４２の幅は環状作動室４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の外周面に当接可能に形成されている（図３参照）。尚、ディスク部２ａの外周面は部分円筒面である。
　第１の可動仕切部材５は、図８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５６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。
　次に、圧縮行程において副燃焼室２０に圧縮混合気又は圧縮通気を充填し、燃焼行程開始から第１所定期間の間に副燃焼室２０内を圧縮上死点状態（最大圧縮状態）に保持し、その第１所定期間経過後に副燃焼室２０から高圧燃焼ガスを燃焼作動室に噴出させて出力軸を回転させるトルクを発生させる動作について図９に基づいて説明する。
　期間Ｐ１に対応する圧縮行程において、圧縮作動室４ｂから圧縮混合気又は圧縮空気を副燃焼室２０に充填する為に、制御ユニット４０は、第1弁機構６１が開弁し且つ第２弁機構７１が閉弁状態となるように第１，第２弁機構６１，７１を制御する。こうして、圧縮作動室４ｂに圧縮される圧縮混合気又は圧縮空気の略全量を副燃焼室２０に充填することができる。
　圧縮比を最大圧縮比以下の範囲で調整する場合には、制御ユニット４０は、圧縮行程において第２弁機構７１を予め設定された特性に基づいて短時間だけ開弁状態にする。
　即ち、第２弁機構７１を開弁するタイミングは例えば上死点前４５°のように予め設定され、圧縮比を減少側に変更する変更量に応じて第２弁機構７１を開弁する短時間が予め設定されて制御ユニット４０に記憶されている。
　このように、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。
　制御ユニット４０は、期間Ｐ２及びＰ３に対応する燃焼行程の開始から第１所定期間（期間Ｐ２）の間、副燃焼室２０内を圧縮上死点状態（最大圧縮状態）に保持するために、第１，第２弁機構６１，７１を閉弁状態に保持する。
　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Ｐ２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Ｐ２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。
　副燃焼室２０内の高圧燃焼ガスを燃焼作動室４ｃに噴出させる為に、制御ユニット４０は、燃焼行程における前記第１所定期間（期間Ｐ２）の経過後に、第２弁機構７１が開弁し且つ第１弁機構６１が閉弁状態となるように第１，第２弁機構６１，７１を制御する。
　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（Ｓ＝πｄ2／４）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。
　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。長円形断面、楕円形断面、角にＲを付けた矩形状の断面、角にＲを付けた五角形状の断面等々の断面形状に形成することができる。
　２）変更例２
　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。
　３）変更例３
　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。
　４）変更例４
　図１０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ている。
　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。
　５）変更例５
　図１１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１０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ている。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。
　６）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。
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
５，６　　第１，第２の可動仕切部材
７　　ピストン部
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
４０　　　制御ユニット
６０　　ガス導入通路
６１　　第１弁機構
６２　　第１弁板
６３　　第１ガイド溝
６４　　第１電磁アクチュエータ
７０　　ガス噴出通路
７１　　第２弁機構
７２　　第２弁板
７３　　第２ガイド溝
７４　　第２電磁アクチュエータ

Claims (6)

  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、
    　前記圧縮作動室から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内部に形成された副燃焼室と、
    　前記副燃焼室を前記圧縮作動室に連通可能に前記ピストン部に形成されたガス導入通路および前記ガス導入通路を開閉可能な第１弁機構と、
    　前記副燃焼室を前記燃焼作動室に連通可能に前記ピストン部に形成されたガス噴出通路および前記ガス噴出通路を開閉可能な第２弁機構と、
    　前記第１，第２弁機構の各々を前記出力軸の回転位相と関連付けて制御する制御手段とを備え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. 　前記圧縮作動室から圧縮混合気又は圧縮空気を前記副燃焼室に充填する為に、前記制御手段は、圧縮行程において、前記第1弁機構が開弁し且つ前記第２弁機構が閉弁状態となるように第１，第２弁機構を制御することを特徴とする請求項１に記載の回転型内燃機関。
  4. 　圧縮比を最大圧縮比以下の範囲で調整する為に、前記制御手段は、圧縮行程において前記第２弁機構を予め設定された特性に基づいて短時間だけ開弁状態に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。
  5. 　前記制御手段は、前記燃焼行程の開始から第１所定期間の間、前記副燃焼室内を圧縮上死点状態に保持するために、前記第１所定期間の間前記第１，第２弁機構を閉弁状態に保持することを特徴とする請求項１に記載の回転型内燃機関。
  6. 　前記副燃焼室内の高圧燃焼ガスを前記燃焼作動室に噴出させる為に、前記制御手段は、燃焼行程における前記第１所定期間経過後に、前記第２弁機構が開弁し且つ前記第１弁機構が閉弁状態となるように前記第１，第２弁機構を制御することを特徴とする請求項５に記載の回転型内燃機関。
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