WO2020116191A1 - 内燃機関のシール構造 - Google Patents

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WO2020116191A1
WO2020116191A1 PCT/JP2019/045738 JP2019045738W WO2020116191A1 WO 2020116191 A1 WO2020116191 A1 WO 2020116191A1 JP 2019045738 W JP2019045738 W JP 2019045738W WO 2020116191 A1 WO2020116191 A1 WO 2020116191A1
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seal
piston member
housing
main piece
piece
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PCT/JP2019/045738
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岩橋卓央
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Toyota Industries Corp
Original Assignee
Toyota Industries Corp
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C19/00—Sealing arrangements in rotary-piston machines or engines
    • F01C19/02—Radially-movable sealings for working fluids
    • 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
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/02—Sealings between relatively-stationary surfaces
    • F16J15/06—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces
    • 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 disclosure relates to a seal structure for an internal combustion engine.
  • the present disclosure provides a seal structure that can improve the sealing performance of the combustion chamber.
  • a seal structure that maintains airtightness in the combustion chamber of an internal combustion engine.
  • the internal combustion engine includes a housing, a first piston member rotatably supported in the housing, and a second piston member rotatably supported in the housing.
  • a combustion chamber for burning fuel is formed by the housing, the first piston member, and the second piston member.
  • the first piston member has an annular first rotating body and a first wall surface member that constitutes a wall surface in the circumferential direction of the combustion chamber.
  • the second piston member includes an annular second rotating body and a second wall surface member that forms a wall surface in the circumferential direction of the combustion chamber. The second rotating body is arranged adjacent to the first rotating body in the axial direction.
  • the second rotating body has a facing surface that faces the first rotating body.
  • the first wall surface member has a first side facing the facing surface of the second piston member, a second side facing the housing, and a corner portion where the first side and the second side intersect.
  • the seal structure has a first apex seal and a second apex seal which is a member separate from the first apex seal.
  • the first apex seal is held on the first side and is in contact with the second piston member.
  • the first apex seal has a longitudinally divided structure including a first main piece and a first side piece.
  • the second apex seal is held on the second side and is in contact with the housing.
  • the second apex seal has a structure divided in the longitudinal direction having a second main piece and a second side piece.
  • the first apex seal divided in the longitudinal direction and the second apex seal divided in the longitudinal direction are configured as separate members, and the first apex seal and the second apex seal are combined to form a seal structure. .. Even if the required seal distance between the two piston members varies depending on the object, the length of the apex seal can be changed and can follow up, whereby the sealing performance of the combustion chamber can be improved.
  • the first main piece in the first apex seal, is arranged on the corner side of the first wall member, and in the second apex seal, the second main piece is arranged on the corner side of the first wall member. It is located in.
  • the corner sealing performance can be improved.
  • the second main piece has a sliding surface that comes into contact with the housing and an opposite surface on the opposite side of the sliding surface.
  • the first main piece is in contact with the opposite surface. Accordingly, it is possible to reliably realize the structure in which the first main piece and the second main piece seal the corners.
  • the second main piece abuts and seals between the second piston member and the housing
  • the first outer peripheral seal abuts the second side piece and the gap between the first piston member and the housing.
  • a second outer peripheral seal for sealing is provided.
  • the above seal structure further includes a mating face seal that seals the inner peripheral portion of the combustion chamber. Thereby, the sealing property can be further improved.
  • the sealing performance of the combustion chamber can be improved.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of the internal combustion engine of the embodiment.
  • the internal combustion engine of the embodiment is a rotary piston type engine 2.
  • fuel for the engine 2 for example, gas, gasoline, light oil, or the like is used.
  • the engine 2 includes a housing 4, an intake pipe 6, an exhaust pipe 8, an injector 10, a throttle motor 14, a first output shaft 16, and a second output shaft 18.
  • One end of the intake pipe 6 is connected to the intake port (not shown) of the housing 4.
  • An air cleaner (not shown) is connected to the other end of the intake pipe 6, for example. The air cleaner removes foreign matter from the air sucked from the outside of the engine 2. During operation of the engine 2, the air taken in from the air cleaner flows through the intake pipe 6. The air flowing through the intake pipe 6 flows into the intake port of the housing 4.
  • the intake pipe 6 is provided with a throttle valve that limits the flow rate of air flowing through the intake pipe 6.
  • the throttle motor 14 adjusts the opening of the throttle valve.
  • the injector 10 is provided upstream of the throttle valve of the intake pipe 6 and injects fuel (for example, gas) into the intake pipe 6.
  • fuel for example, gas
  • the injected fuel is mixed with air in the intake pipe 6 and flows into the intake port of the housing 4.
  • the outer peripheral part of the housing 4 is formed in a cylindrical shape as shown in FIG. 1, and the inner peripheral part is also formed in a cylindrical shape.
  • the housing 4 accommodates therein a first piston member connected to the first output shaft 16 and a second piston member connected to the second output shaft 18.
  • One end of the exhaust pipe 8 is connected to the exhaust port (not shown) of the housing 4.
  • An exhaust treatment device (not shown) is connected to the other end of the exhaust pipe 8, for example.
  • Exhaust gas generated by combustion in the housing 4 while the engine 2 is operating flows from the exhaust port of the housing 4 to the exhaust pipe 8.
  • Exhaust gas flowing through the exhaust pipe 8 is purified by the exhaust treatment device and is discharged to the outside of the engine 2.
  • Both the first output shaft 16 and the second output shaft 18 rotate due to combustion of fuel in the housing 4.
  • the first output shaft 16 and the second output shaft 18 are connected to, for example, a rotating shaft of a motor generator (not shown).
  • This motor generator is, for example, a three-phase AC rotating electric machine.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of a configuration of a piston member provided inside the engine 2. An example of the internal structure of the engine 2 will be described with reference to FIG.
  • the first piston member 24 and the second piston member 28 are combined and housed in the housing 4.
  • the first piston member 24 includes a first rotating body 24a and a first wall surface member 24b.
  • the second piston member 28 includes a second rotating body 28a and a second wall surface member 28b.
  • the first piston member 24 and the second piston member 28 are rotatably supported by the housing 4.
  • the first rotary body 24a and the second rotary body 28a each have an annular shape.
  • the first rotary body 24a and the second rotary body 28a have the same rotation center axis AX indicated by the alternate long and short dash line in FIG.
  • the first rotary body 24a and the second rotary body 28a are rotatable about the rotation center axis AX.
  • the first rotating body 24a and the second rotating body 28a are provided such that one end surface of the first rotating body 24a and one end surface of the second rotating body 28a face each other in the axial direction.
  • the first rotary body 24a and the second rotary body 28a are arranged adjacent to each other in the axial direction.
  • a direction parallel to the rotation center axis AX is referred to as an axial direction
  • a direction along a circumference centered on the rotation center axis AX is referred to as a circumferential direction
  • a direction orthogonal to the rotation center axis AX is referred to as the radial direction.
  • the side closer to the rotation center axis AX in the radial direction is called the inner side
  • the side away from the rotation center axis AX is called the outer side.
  • the first rotating body 24a is formed to have a sloped portion 24c in a cross section including the rotation center axis AX.
  • the second rotating body 28a is formed to have a sloped portion 28c in a cross section including the rotation center axis AX.
  • a concave portion having a V-shaped cross section is circumferentially formed between the first rotating body 24a and the second rotating body 28a.
  • the inclined surface portion 24c of the first rotary body 24a faces the second rotary body 28a.
  • the inclined surface portion 28c of the second rotating body 28a faces the first rotating body 24a.
  • the inclined surface portion 28c corresponds to the facing surface in the embodiment.
  • the first wall member 24b is provided so as to extend radially outward from the slope portion 24c of the first rotating body 24a and axially extend toward the slope portion 28c of the second rotating body 28a.
  • the first wall surface member 24b is composed of two triangular plate-shaped members.
  • the two triangular plate-shaped members of the first wall member 24b are arranged at positions symmetrical to each other with respect to the rotation center axis AX.
  • the second wall member 28b is provided so as to extend radially outward from the sloped portion 28c of the second rotary body 28a and axially toward the sloped portion 24c of the first rotary body 24a.
  • the second wall surface member 28b is composed of two triangular plate members having the same shape as the plate member forming the first wall member 24b.
  • the two triangular plate-shaped members of the second wall surface member 28b are arranged at positions symmetrical to each other with respect to the rotation center axis AX. In FIG. 2, only one of the two plate-shaped members of the second wall surface member 28b is shown.
  • the triangular plate-shaped members of the first wall surface member 24b and the second wall surface member 28b are both the first rotary member 24a and the first rotary member 24a when the first piston member 24 and the second piston member 28 are housed in the housing 4. It is formed so as to match the triangular sectional shape formed by the V-shaped concave portion between the two rotating bodies 28a and the inner peripheral surface of the housing 4.
  • the first wall member 24b has a first side 24b1 forming one side of the triangle, a second side 24b2 forming one side of the triangle, and a corner portion 24b3 where the first side 24b1 and the second side 24b2 intersect. It has a rectangular shape.
  • the first side 24b1 of the first wall member 24b faces the inclined surface portion 28c of the second rotating body 28a.
  • the second side 24b2 of the first wall member 24b faces the inner peripheral surface of the housing 4.
  • the first wall member 24b is fixed to the inclined surface portion 24c of the first rotating body 24a on the other side of the triangle.
  • the second wall member 28b has the same rectangular shape as the first wall member 24b.
  • One side of the triangle of the second wall member 28b faces the inclined surface portion 24c of the first rotating body 24a.
  • One side of the triangle of the second wall member 28 b faces the inner peripheral surface of the housing 4.
  • the second wall member 28b is fixed to the inclined surface portion 28c of the second rotating body 28a on the other side of the triangle.
  • the first output shaft 16 is connected to the first rotating body 24a so that the centers of rotation coincide with each other.
  • the one-way clutch 22 is provided between the first rotating body 24 a and the housing 4. The one-way clutch 22 allows rotation of the first rotating body 24a only in a predetermined rotation direction within the housing 4, and suppresses rotation in a direction opposite to the predetermined rotation direction.
  • the second output shaft 18 is connected to the second rotating body 28a so that the centers of rotation coincide with each other.
  • the one-way clutch 26 is provided between the second rotating body 28 a and the housing 4. The one-way clutch 26 allows rotation of the second rotating body 28a only in a predetermined rotation direction within the housing 4, and suppresses rotation in a direction opposite to the predetermined rotation direction.
  • the first wall member 24b holds the apex seal 80.
  • the second wall surface member 28b holds the apex seal 80.
  • the second rotating body 28a holds an annular outer peripheral seal 96.
  • the first rotating body 24a holds an annular outer peripheral seal 97.
  • a mating face seal 40 is provided between the first rotary body 24a and the second rotary body 28a. Details of these seals will be described later.
  • FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the operations of the combustion chambers A to D and the engine 2.
  • FIG. 3 schematically shows a cross section of the central portion of the housing 4 (for example, a contact portion between the first rotating body 24a and the second rotating body 28a) orthogonal to the rotation center axis AX.
  • the housing 4 in the housing 4, the housing 4, the first piston member 24, and the second piston member 28 form four combustion chambers A to D for burning fuel.
  • the combustion chambers A to D respectively include an inner peripheral surface of the housing 4, a first wall surface member 24b and a sloped surface portion 24c of the first piston member 24, a second wall surface member 28b and a sloped surface portion 28c of the second piston member 28, respectively. Stipulated by The first wall surface member 24b and the second wall surface member 28b form wall surfaces in the circumferential direction of the combustion chambers A to D. The two combustion chambers adjacent to each other in the circumferential direction are partitioned by the first wall surface member 24b and the second wall surface member 28b.
  • the one-way clutches 22 and 26 shown in FIG. 2 suppress the counterclockwise rotation of the first piston member 24 and the second piston member 28 in FIG. 3 and allow the clockwise rotation.
  • an expansion stroke occurs in which a mixture of compressed air and fuel is ignited by self-ignition. That is, when the fuel burns in the combustion chamber A, the counterclockwise movement of the first piston member 24 is suppressed by the one-way clutch 22, so that the rotational position of the first piston member 24 is maintained and the second piston member 28 is maintained. Only rotates in the direction of the dashed arrow, and the volume of the combustion chamber A increases as the gas in the combustion chamber A expands.
  • the expanded exhaust gas is discharged through the exhaust pipe 8 in the exhaust stroke. That is, when the second piston member 28 rotates in the direction of the dashed arrow due to the combustion of the fuel in the combustion chamber A, the rotational position of the first piston member 24 is maintained, and the volume of the combustion chamber B decreases. At this time, the combustion chamber B communicates with the exhaust pipe 8. Therefore, the exhaust gas in the combustion chamber B is discharged to the exhaust pipe 8 as the volume of the combustion chamber B decreases.
  • the combustion chamber C shown in FIG. 3 has an intake stroke in which a mixture of air and fuel is sucked from the intake pipe 6. That is, when the second piston member 28 rotates in the direction of the dashed arrow due to the combustion of fuel in the combustion chamber A, the rotational position of the first piston member 24 is maintained, and the volume of the combustion chamber C increases. At this time, the combustion chamber C communicates with the intake pipe 6 while the second piston member 28 rotates in the direction of the dashed arrow. Therefore, as the volume of the combustion chamber C increases, the air-fuel mixture is sucked into the combustion chamber C from the intake pipe 6.
  • the air-fuel mixture sucked from the intake pipe 6 is compressed. That is, when the second piston member 28 rotates in the direction of the dashed arrow due to the combustion of fuel in the combustion chamber A, the rotational position of the first piston member 24 is maintained, and the volume of the combustion chamber D decreases. At this time, since the combustion chamber D does not communicate with either the intake pipe 6 or the exhaust pipe 8, the volume of the combustion chamber D is reduced and the air-fuel mixture in the combustion chamber D is compressed.
  • the engine 2 operates by alternately rotating the first piston member 24 and the second piston member 28 each time combustion occurs in any of the combustion chambers A to D.
  • FIG. 4 is a sectional view of the first piston member 24 and the second piston member 28.
  • FIG. 4 shows a cross section of the first piston member 24 and the second piston member 28 including the rotation center axis AX shown in FIG. 2 and passing through the first wall surface member 24b of the first piston member 24.
  • the left-right direction in the figure is the axial direction.
  • the first piston member 24 and the second piston member 28 are arranged side by side in the axial direction.
  • the first piston member 24 and the second piston member 28 are connected via a bearing 100 and are configured to be rotatable relative to each other.
  • a lubricating oil passage 241 is formed in the first piston member 24.
  • a lubricating oil passage 281 is formed in the second piston member 28. The lubricating oil passage 241 and the lubricating oil passage 281 communicate with each other.
  • the sealing structure for hermetically sealing the combustion chambers AD includes apex seals 50 and 80, a mating face seal 40, a corner seal 60, and outer peripheral seals 96 and 97. There is.
  • the apex seal 50 is held by the first wall surface member 24b of the first piston member 24.
  • An accommodation groove 245 is formed in the first wall member 24b, and the apex seal 50 is accommodated in the accommodation groove 245.
  • the housing groove 245 is formed on the edge of the first wall member 24b that faces the inclined surface portion 28c of the second piston member 28, that is, on the first side 24b1 of the first wall member 24b shown in FIG.
  • the apex seal 50 is held on the first side 24b1 of the first wall surface member 24b.
  • the apex seal 50 corresponds to the first apex seal in the embodiment.
  • the apex seal 80 is provided as a separate member from the apex seal 50.
  • the apex seal 80 is held by the first wall surface member 24b of the first piston member 24.
  • An accommodation groove 248 is formed in the first wall member 24b, and the apex seal 80 is accommodated in the accommodation groove 248.
  • the housing groove 248 is formed on the outer peripheral edge of the first wall surface member 24b facing the inner peripheral surface of the housing 4, that is, on the second side 24b2 of the first wall surface member 24b shown in FIG.
  • the apex seal 80 is held by the second side 24b2 of the first wall surface member 24b.
  • the apex seal 80 corresponds to the second apex seal in the embodiment.
  • the mating face seal 40 has an annular shape as shown in FIG. As shown in FIG. 4, the mating surface seal 40 is arranged radially inward of the inclined surface portion 28c of the second piston member 28. The mating face seal 40 is arranged radially inward of the first wall member 24b. Therefore, the mating face seal 40 is arranged radially inward of the combustion chambers A to D and seals the inner peripheral portions of the combustion chambers A to D. The mating face seal 40 suppresses gas leakage from the combustion chambers A to D to the inner peripheral side.
  • the mating face seal 40 is held by the first piston member 24.
  • An annular groove is formed in the first piston member 24, and the mating face seal 40 is accommodated in the annular groove.
  • the mating face seal 40 is in close contact with the second piston member 28. With the relative rotation of the first piston member 24 and the second piston member 28, the mating face seal 40 slides with respect to the second piston member 28.
  • the corner seal 60 is arranged at the intersection of the mating face seal 40 and the apex seal 50.
  • the first piston member 24 is formed with a housing recess at the radially inner end of the first wall member 24b, and the corner seal 60 is housed in the housing recess. Therefore, the corner seal 60 is held by the first piston member 24 at the radially inner end of the first wall member 24b.
  • a spring member 73 is provided on the bottom surface of the accommodation recess, and the spring member 73 urges the corner seal 60 toward the outside of the accommodation recess.
  • the corner seal 60 has a sealing surface 61.
  • the sealing surface 61 is in contact with the second piston member 28. As the first piston member 24 and the second piston member 28 rotate relative to each other, the sealing surface 61 slides on the second piston member 28. Since the spring member 73 biases the corner seal 60, the adhesion of the seal surface 61 to the second piston member 28 is secured.
  • the corner seal 60 is formed with a recess in which a part of the sealing surface 61 is depressed. A part of the mating face seal 40 is arranged in the recess, and the mating face seal 40 is engaged with the corner seal 60. A slit-shaped insertion portion is formed on the radially outer surface of the corner seal 60. The apex seal 50 is inserted into this insertion portion, and the apex seal 50 is engaged with the corner seal 60. The corner seal 60 connects the apex seal 50 and the mating face seal 40 so as not to generate a break in the seal.
  • FIG. 5 is an enlarged sectional view showing the seal structure.
  • the apex seal 50 is divided into a main piece 51 and a side piece 52 at an end portion in the longitudinal direction thereof by an inclined surface inclined with respect to the longitudinal direction.
  • the apex seal 50 has a structure that is divided in the longitudinal direction and has a main piece 51 and a side piece 52.
  • the main piece 51 corresponds to the first main piece in the embodiment.
  • the side piece 52 corresponds to the first side piece in the embodiment.
  • the length of the side piece 52 in the longitudinal direction of the apex seal 50 is considerably shorter than the length of the main piece 51.
  • the main piece 51 is arranged outside and the side piece 52 is arranged inside.
  • the main piece 51, instead of the side piece 52, is arranged at the corner 24b3 of the first wall member 24b.
  • the bow-shaped spring portions 53 and 54 are installed on the bottom side of the housing groove 245 with respect to the main piece 51 and the side piece 52.
  • the spring portions 53 and 54 urge the main piece 51 and the side piece 52 toward the outside of the housing groove 245, that is, toward the second piston member 28. Thereby, the main piece 51 and the side piece 52 are in contact with the second piston member 28, more specifically, the inclined surface portion 28c of the second rotating body 28a.
  • the spring portions 53 and 54 also urge the main piece 51 and the side piece 52 toward both ends in the longitudinal direction.
  • the apex seal 80 is divided at its longitudinal end portion into a main piece 81 and a side piece 82 by an inclined surface that is inclined with respect to the longitudinal direction.
  • the apex seal 80 has a structure that is divided in the longitudinal direction and has a main piece 81 and a side piece 82.
  • the main piece 81 corresponds to the second main piece in the embodiment.
  • the side piece 82 corresponds to the second side piece in the embodiment.
  • the length of the side piece 82 in the longitudinal direction of the apex seal 80 is considerably shorter than the length of the main piece 81.
  • the main piece 81 In the axial direction (the left-right direction in the drawing in FIG. 5), the main piece 81 is arranged near the second piston member 28, and the side piece 82 is arranged apart from the second piston member 28.
  • the main piece 81, not the side piece 82, is arranged at the corner 24b3 of the first wall member 24b.
  • the bow-shaped spring portions 83 and 84 are installed on the bottom side of the housing groove 248 with respect to the main piece 81 and the side piece 82.
  • the spring portions 83 and 84 urge the main piece 81 and the side piece 82 toward the outside of the housing groove 248, that is, toward the housing 4.
  • the main piece 81 and the side piece 82 are in contact with the inner peripheral surface of the housing 4.
  • the spring portions 83 and 84 also urge the main piece 81 and the side pieces 82 toward both ends in the longitudinal direction.
  • the main piece 81 has a sliding surface 81s1 contacting the housing 4 and an opposite surface 81s2 opposite to the sliding surface 81s1.
  • the end of the main piece 51 on the side not facing the side piece 52 is in contact with the opposite surface 81s2 of the main piece 81.
  • the corner portion 24b3 of the first wall member 24b is sealed by the main piece 51 and the main piece 81.
  • the orientation of the main piece and side piece of the apex seal is not necessarily limited to the above.
  • the side piece may be arranged on the side of the mating portion between the apex seal 50 and the apex seal 80, that is, on the side of the corner 24b3 of the first wall member 24b.
  • the outer peripheral seal 96 has an annular shape as shown in FIG. As shown in FIGS. 4 and 5, the outer peripheral seal 96 is held by the second piston member 28. The end of the main piece 81 on the side not facing the side piece 82 is in contact with the outer peripheral seal 96. The outer peripheral seal 96 contacts the apex seal 80, contacts the second piston member 28, and contacts the inner peripheral surface of the housing 4. The outer peripheral seal 96 seals between the second piston member 28 and the housing 4. The outer peripheral seal 96 corresponds to the first outer peripheral seal of the embodiment.
  • the outer peripheral seal 97 has an annular shape as shown in FIG. As shown in FIGS. 4 and 5, the outer peripheral seal 97 is held by the first piston member 24. The side piece 82 is in contact with the outer peripheral seal 97. The outer peripheral seal 97 contacts the apex seal 80, contacts the first piston member 24, and contacts the inner peripheral surface of the housing 4. The outer peripheral seal 97 seals between the first piston member 24 and the housing 4. The outer peripheral seal 97 corresponds to the second outer peripheral seal of the embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing a seal generating force between the first piston member 24 and the housing 4.
  • the spring portions 83 and 84 exert the urging force on the main piece 81 and the side piece 52.
  • the seal generating force F1 acts on the main piece 81 by the biasing force of the spring portion 84.
  • the seal generating force F1 acts to press the outer peripheral seal 96 against the second piston member 28. In this way, the gap between the second piston member 28 and the housing 4 is reliably sealed by the outer peripheral seal 96.
  • the seal generating force F2 acts on the main piece 81 by the biasing force of the spring portions 83 and 84.
  • the seal generating force F2 acts so as to press the main piece 81 against the housing 4.
  • the urging force of the spring portion 84 causes the seal generating forces F3 and F4 to act on the side piece 82.
  • the seal generating force F3 acts so as to press the side piece 82 against the main piece 81.
  • the seal generating force F4 acts so as to press the outer peripheral seal 97 against the first piston member 24. In this way, the gap between the first piston member 24 and the housing 4 is reliably sealed by the apex seal 80 and the outer peripheral seal 97.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing a seal generating force between the first piston member 24 and the second piston member 28.
  • the spring portions 53 and 54 exert the urging force on the main piece 51 and the side piece 52.
  • Sealing forces F5 and F6 act on the main piece 51 by the urging forces of the spring portions 53 and 54.
  • the seal generating force F5 acts so as to press the main piece 51 against the opposite surface 81s2 of the main piece 81.
  • the seal generating force F6 acts so as to press the main piece 51 against the second piston member 28.
  • the seal generating forces F7 and F8 act on the side piece 52 by the biasing force of the spring portion 54.
  • the seal generating force F7 acts so as to press the side piece 52 against the main piece 51.
  • the seal generating force F8 acts so as to press the side piece 52 against the corner seal 60. In this way, the gap between the first piston member 24 and the second piston member 28 is reliably sealed by the apex seal 50.
  • the apex seals 50 and 80 are held by the rectangular first wall surface member 24b of the first piston member 24.
  • the apex seal 50 contacts the second piston member 28 and seals between the first piston member 24 and the second piston member 28.
  • the apex seal 80 contacts the housing 4 and seals between the first piston member 24 and the housing 4.
  • the apex seal 50 and the apex seal 80 are configured as separate members, and each is divided in the longitudinal direction.
  • combustion chambers A to D are hermetically sealed by the seal structure of the embodiment, gas leakage from the combustion chambers A to D can be reduced. Therefore, the combustion efficiency and exhaust performance of the engine 2 can be improved, and the performance improvement of the engine 2 can be achieved.
  • the corner 24b3 of the first wall member 24b is sealed by the main piece 51 of the apex seal 50 and the main piece 81 of the apex seal 80.
  • the sealing performance of the corner portion 24b3 can be improved.
  • the shape of the spring portion 84 of the apex seal 80 can be easily designed.
  • the main piece 51 of the apex seal 50 is in contact with the opposite surface 81s2 of the main piece 81 of the apex seal 80. Accordingly, it is possible to reliably realize the structure in which the main piece 51 and the main piece 81 seal the corner portion 24b3.
  • outer peripheral seals 96 and 97 that seal between the piston member and the housing 4 are provided. Thereby, the sealing property can be further improved.
  • a mating face seal 40 that seals the inner peripheral portions of the combustion chambers A to D is provided. Thereby, the sealing property can be further improved.
  • FIG. 8 is a perspective view of the first piston member 24 in the second embodiment.
  • the first wall surface member 24b and the second wall surface member 28b are not limited to the triangular plate shape described in the first embodiment.
  • the first wall surface member 24b and the second wall surface member 28b may have a quadrangular plate shape as shown in FIG. 8, for example.
  • the first wall surface member 24b shown in FIG. 8 has a second side 24b2 facing the housing 4, and a first side 24b1 and a third side 24b4 facing the second rotating body 28a of the second piston member 28. ing.
  • the first wall surface member 24b has a corner portion 24b3 where the first side 24b1 and the second side 24b2 intersect, and a corner portion 24b5 where the first side 24b1 and the third side 24b4 intersect.
  • first wall member 24b may have an arbitrary rectangular shape having a corner portion 24b3 where the first side 24b1 and the second side 24b2 intersect.
  • FIG. 9 is a schematic diagram of the seal structure in the second embodiment.
  • the seal structure shown in FIG. 9 has an apex seal 50 held by the first side 24b1 and in contact with the second piston member 28, and an apex held by the second side 24b2 and in contact with the housing 4.
  • the seal structure further comprises a third apex seal 130.
  • the apex seal 130 is held by the third side 24b4 of the first wall surface member 24b.
  • An accommodation groove is formed on the third side 24b4 of the first wall member 24b, and the apex seal 130 is accommodated in the accommodation groove.
  • the apex seal 130 is divided into a main piece 131 and a side piece 132.
  • the main piece 131 In the axial direction (the left-right direction in FIG. 9), the main piece 131 is arranged near the second piston member 28, and the side piece 132 is arranged apart from the second piston member 28.
  • the main piece 131 is arranged at the corner 24b5.
  • the main piece 131 is in contact with the second piston member 28. Due to the biasing force of the spring portion, a seal generating force that presses the main piece 131 against the second piston member 28 acts, and a seal generating force that presses the side piece 132 against the main piece 131 and the first piston member 24 acts.
  • the apex seal 50 shown in FIG. 9 has, in addition to the main piece 51 and the side piece 52 described in the first embodiment, a longitudinal end portion opposite to the longitudinal end portion where the side piece 52 is provided. , A side piece 55.
  • the side piece 52 is in contact with the apex seal 130, and the side piece 55 is in contact with the apex seal 80.
  • the seal structure of the second embodiment having such a configuration can reliably seal the gap between the first piston member 24 and the second piston member 28.
  • the apex seal 50 may have the same structure as the first embodiment without the side piece 55.
  • the first wall surface member 24b holds two sets of seal structures arranged in the circumferential direction.
  • the first wall surface member 24b may be configured to hold one set of seal structures as in the first embodiment, or the first wall surface member 24b may be configured to hold a plurality of sets of seal structure as in the second embodiment. Good.

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Abstract

第１ピストン部材（２４）の角型の第１壁面部材（２４ｂ）に、アペックスシール（５０），（８０）が保持されている。アペックスシール（５０）は、第２ピストン部材（２８）に接触して、第１ピストン部材（２４）と第２ピストン部材（２８）との間をシールする。アペックスシール（５０）は、メインピース（５１）とサイドピース（５２）とを有する、長手方向に分割された構造を有している。アペックスシール（８０）は、ハウジング（４）に接触して、第１ピストン部材（２４）とハウジング（４）との間をシールする。アペックスシール（８０）は、メインピース（８１）とサイドピース（８２）とを有する、長手方向に分割された構造を有している。

Description

内燃機関のシール構造
　本開示は、内燃機関のシール構造に関する。
　従来、回転軸と共に回転可能に設置された第１ロータおよび第２ロータを備えるロータリエンジンにおいて、第１ロータおよび第２ロータそれぞれの基部の間の気密性を保つリング状のシール材が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
　また従来、バンケル型ロータリエンジンのロータとハウジングとの間をアペックスシールでシールする構成が提案されている（たとえば、特許文献２および３参照）。
特開平６－２５５９号公報 特公平５－７５２５号公報 特開２０１６－１０９０６０号公報
　回転可能な２つのピストン部材で燃焼室を構成する内燃機関では、ピストン部材とハウジングとの間のシールに加えて、組み合わせた２つのピストン部材間のシールが必要となる。燃焼室の壁面を構成する部材が角部を有する形状の場合、ピストン部材間の必要シール距離が物によってばらつくため、上記各文献に記載のシール構造を適用しても対応することができず、シール性は良くない。
　本開示では、燃焼室のシール性能を向上できるシール構造が提供される。
　本開示に従うと、内燃機関の燃焼室内の気密を保つシール構造が提供される。内燃機関は、ハウジングと、ハウジング内に回転可能に支持される第１ピストン部材と、ハウジング内に回転可能に支持される第２ピストン部材と、を含んでいる。ハウジング、第１ピストン部材および第２ピストン部材によって、燃料を燃焼させるための燃焼室が形成される。第１ピストン部材は、環状の第１回転体と、燃焼室の周方向の壁面を構成する第１壁面部材とを有している。第２ピストン部材は、環状の第２回転体と、燃焼室の周方向の壁面を構成する第２壁面部材とを有している。第２回転体は、第１回転体に対して軸方向に隣り合って配置されている。第２回転体は、第１回転体に対向する対向面を有している。第１壁面部材は、第２ピストン部材の対向面に対向する第一辺と、ハウジングに対向する第二辺と、第一辺と第二辺とが交わる角部とを有している。シール構造は、第１アペックスシールと、第１アペックスシールとは別部材の第２アペックスシールとを有している。第１アペックスシールは、第一辺に保持されており、第２ピストン部材に接触している。第１アペックスシールは、第１メインピースと第１サイドピースとを有する長手方向に分割された構造を有している。第２アペックスシールは、第二辺に保持されており、ハウジングに接触している。第２アペックスシールは、第２メインピースと第２サイドピースとを有する長手方向に分割された構造を有している。
　長手方向に分割された第１アペックスシールと、長手方向に分割された第２アペックスシールとを、それぞれ別部材として構成し、第１アペックスシールと第２アペックスシールとを組み合わせてシール構造を形成する。２つのピストン部材間の必要シール距離が物によってばらついたとしても、アペックスシールの長さが変化して追従することができ、これにより、燃焼室のシール性能を向上することができる。
　上記のシール構造において、第１アペックスシールでは、第１メインピースが第１壁面部材の角部側に配置されており、第２アペックスシールでは、第２メインピースが第１壁面部材の角部側に配置されている。第１メインピースおよび第２メインピースが角部をシールする構造とすることにより、角部のシール性能を向上することができる。
　上記のシール構造において、第２メインピースは、ハウジングに接触する摺動面と、摺動面の反対側の反対面とを有している。第１メインピースは、反対面に当接している。これにより、第１メインピースと第２メインピースとが角部をシールする構造を確実に実現することができる。
　上記のシール構造は、第２メインピースが当接し、第２ピストン部材とハウジングとの間をシールする、第１外周シールと、第２サイドピースが当接し、第１ピストン部材とハウジングとの間をシールする、第２外周シールとを備えている。これにより、シール性をさらに向上することができる。
　上記のシール構造は、燃焼室の内周部をシールする合せ面シールをさらに備えている。これにより、シール性をさらに向上することができる。
　本開示に係るシール構造に従えば、燃焼室のシール性能を向上することができる。
実施形態の内燃機関の構成を示す斜視図である。 エンジン内部に設けられるピストン部材の構成の一例を示す図である。 燃焼室およびエンジンの動作を説明するための模式図である。 第１ピストン部材および第２ピストン部材の断面図である。 シール構造を拡大して示す断面図である。 第１ピストン部材とハウジングとの間のシール発生力を示す模式図である。 第１および第２ピストン部材間のシール発生力を示す模式図である。 第２実施形態における第１ピストン部材の斜視図である。 第２実施形態におけるシール構造の模式図である。
　以下、図面を参照しつつ、実施形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号が付されている。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
　［第１実施形態］
　＜エンジン２の概略構成＞
　図１は、実施形態の内燃機関の構成を示す斜視図である。実施形態の内燃機関は、回転ピストン型のエンジン２である。エンジン２の燃料には、たとえば、ガスやガソリンや軽油等が用いられる。エンジン２は、ハウジング４と、吸気管６と、排気管８と、インジェクタ１０と、スロットルモータ１４と、第１出力軸１６と、第２出力軸１８とを含む。
　吸気管６の一方端は、ハウジング４の吸気ポート（図示せず）に接続される。吸気管６の他方端には、たとえば、エアクリーナ（図示せず）が接続される。エアクリーナは、エンジン２の外部から吸入される空気から異物を除去する。エンジン２の作動中において、吸気管６には、エアクリーナから吸入された空気が流通する。吸気管６を流通する空気は、ハウジング４の吸気ポートに流通する。
　吸気管６には、吸気管６を流通する空気の流量を制限するスロットルバルブが設けられている。スロットルモータ１４は、スロットルバルブの開度を調整する。
　インジェクタ１０は、吸気管６のスロットルバルブよりも上流側に設けられ、燃料（たとえば、ガス）を吸気管６内に噴射する。噴射された燃料は、吸気管６内で空気と混合されてハウジング４の吸気ポートに流通する。
　ハウジング４の外周部分は、図１に示すように円筒形状によって形成されており、その内周部分も円筒形状に形成されている。ハウジング４は、その内部に、第１出力軸１６に接続される第１ピストン部材と、第２出力軸１８に接続される第２ピストン部材とを収納する。
　排気管８の一方端は、ハウジング４の排気ポート（図示せず）に接続される。排気管８の他方端には、たとえば、排気処理装置（図示せず）が接続される。エンジン２の作動中において、ハウジング４内での燃焼により生じた排気は、ハウジング４の排気ポートから排気管８に流通する。排気管８に流通する排気は、排気処理装置によって浄化されて、エンジン２の外部に排出される。
　第１出力軸１６および第２出力軸１８は、いずれもハウジング４内での燃料の燃焼によって回転する。第１出力軸１６および第２出力軸１８は、たとえば、モータジェネレータ（図示せず）の回転軸に接続される。このモータジェネレータは、たとえば、三相交流回転電機である。
　＜エンジン２の内部構造＞
　図２は、エンジン２内部に設けられるピストン部材の構成の一例を示す図である。図２を参照して、エンジン２の内部構造の一例について説明する。
　図２に示すように、ハウジング４内には、第１ピストン部材２４と、第２ピストン部材２８とが組み合わされて収納される。第１ピストン部材２４は、第１回転体２４ａと、第１壁面部材２４ｂとを含む。第２ピストン部材２８は、第２回転体２８ａと、第２壁面部材２８ｂとを含む。
　第１ピストン部材２４と、第２ピストン部材２８とは、ハウジング４によって回転可能に支持されている。第１回転体２４ａと第２回転体２８ａとは、各々環状の形状を有している。第１回転体２４ａと第２回転体２８ａとは、図２中に一点鎖線で図示される回転中心軸ＡＸが一致している。第１回転体２４ａと第２回転体２８ａとは、回転中心軸ＡＸを中心に回転可能である。第１回転体２４ａと第２回転体２８ａとは、第１回転体２４ａの一方の端面と第２回転体２８ａの一方の端面とが軸方向に対向するように設けられている。第１回転体２４ａと第２回転体２８ａとは、軸方向に隣り合って配置されている。
　なお本明細書中の説明では、回転中心軸ＡＸと平行な方向を軸方向と称し、回転中心軸ＡＸを中心とする円周に沿う方向を周方向と称し、回転中心軸ＡＸと直交する方向を径方向と称する。径方向において、回転中心軸ＡＸに近い側を内側と称し、回転中心軸ＡＸから離れる側を外側と称する。
　第１回転体２４ａは、その回転中心軸ＡＸを含む断面に斜面部分２４ｃを有するように形成される。第２回転体２８ａは、その回転中心軸ＡＸを含む断面に斜面部分２８ｃを有するように形成される。これにより、第１回転体２４ａと第２回転体２８ａとが組み合わされた状態において、第１回転体２４ａと第２回転体２８ａとの間には、Ｖ字形状の断面を有する凹部が周方向に形成される。第１回転体２４ａの斜面部分２４ｃは、第２回転体２８ａに対向している。第２回転体２８ａの斜面部分２８ｃは、第１回転体２４ａに対向している。斜面部分２８ｃは、実施形態における対向面に相当する。
　第１壁面部材２４ｂは、第１回転体２４ａの斜面部分２４ｃから、径方向外側に向けて延在し、第２回転体２８ａの斜面部分２８ｃに向けて軸方向に延在するように、設けられている。第１壁面部材２４ｂは、２つの三角形の板状部材によって構成される。第１壁面部材２４ｂの２つの三角形の板状部材は、回転中心軸ＡＸについて互いに対称となる位置に配置されている。
　第２壁面部材２８ｂは、第２回転体２８ａの斜面部分２８ｃから、径方向外側に向けて延在し、第１回転体２４ａの斜面部分２４ｃに向けて軸方向に延在するように、設けられている。第２壁面部材２８ｂは、上述の第１壁面部材２４ｂを構成する板状部材と同形状となる、２つの三角形の板状部材によって構成される。第２壁面部材２８ｂの２つの三角形の板状部材は、回転中心軸ＡＸについて互いに対称となる位置に配置されている。図２には、第２壁面部材２８ｂの２つの板状部材のうちの一方のみが図示されている。
　第１壁面部材２４ｂおよび第２壁面部材２８ｂの三角形の板状部材は、いずれも、第１ピストン部材２４と第２ピストン部材２８がハウジング４に収納されている状態において第１回転体２４ａと第２回転体２８ａとの間のＶ字形状の凹部とハウジング４の内周面とによって形成される三角形の断面形状に合致するように、形成される。
　第１壁面部材２４ｂは、三角形の一辺を構成する第一辺２４ｂ１と、三角形の一辺を構成する第二辺２４ｂ２と、第一辺２４ｂ１と第二辺２４ｂ２とが交わる角部２４ｂ３とを有する、角型の形状を有している。第１壁面部材２４ｂの第一辺２４ｂ１は、第２回転体２８ａの斜面部分２８ｃに対向している。第１壁面部材２４ｂの第二辺２４ｂ２は、ハウジング４の内周面に対向している。第１壁面部材２４ｂは、三角形の他の一辺において、第１回転体２４ａの斜面部分２４ｃに固定されている。
　第２壁面部材２８ｂは、第１壁面部材２４ｂと同様の角型の形状を有している。第２壁面部材２８ｂの三角形の一辺は、第１回転体２４ａの斜面部分２４ｃに対向している。第２壁面部材２８ｂの三角形の一辺は、ハウジング４の内周面に対向している。第２壁面部材２８ｂは、三角形の他の一辺において、第２回転体２８ａの斜面部分２８ｃに固定されている。
　第１回転体２４ａには、回転中心が一致するように第１出力軸１６が接続される。第１回転体２４ａとハウジング４との間には、ワンウェイクラッチ２２が設けられる。ワンウェイクラッチ２２は、第１回転体２４ａのハウジング４内における予め定められた回転方向へのみ回転を許容し、予め定められた回転方向とは逆方向への回転を抑制する。
　第２回転体２８ａには、回転中心が一致するように第２出力軸１８が接続される。第２回転体２８ａとハウジング４との間には、ワンウェイクラッチ２６が設けられる。ワンウェイクラッチ２６は、第２回転体２８ａのハウジング４内における予め定められた回転方向へのみ回転を許容し、予め定められた回転方向とは逆方向への回転を抑制する。
　第１壁面部材２４ｂは、アペックスシール８０を保持している。第２壁面部材２８ｂは、アペックスシール８０を保持している。第２回転体２８ａは、円環状の外周シール９６を保持している。第１回転体２４ａは、円環状の外周シール９７を保持している。第１回転体２４ａと第２回転体２８ａとの間に、合せ面シール４０が設けられている。これらシールの詳細については後述する。
　＜燃焼室＞
　図３は、燃焼室Ａ～Ｄおよびエンジン２の動作を説明するための模式図である。図３には、ハウジング４の中央部分（たとえば、第１回転体２４ａと第２回転体２８ａとの当接部分）における、回転中心軸ＡＸに直交する断面が模式的に示される。図３に示すように、ハウジング４内には、ハウジング４、第１ピストン部材２４および第２ピストン部材２８によって、燃料を燃焼させるための４つの燃焼室Ａ～Ｄが形成される。
　燃焼室Ａ～Ｄは、各々、ハウジング４の内周面と、第１ピストン部材２４の第１壁面部材２４ｂおよび斜面部分２４ｃと、第２ピストン部材２８の第２壁面部材２８ｂおよび斜面部分２８ｃとによって、規定されている。第１壁面部材２４ｂおよび第２壁面部材２８ｂは、燃焼室Ａ～Ｄの周方向の壁面を構成している。周方向に隣り合う２つの燃焼室は、第１壁面部材２４ｂおよび第２壁面部材２８ｂによって仕切られている。
　図２に示されるワンウェイクラッチ２２，２６は、図３においては、第１ピストン部材２４と第２ピストン部材２８との反時計回りの回転を抑制し、時計回りの回転を許容する。
　図３に示される燃焼室Ａでは、圧縮された空気と燃料との混合気が自着火によって着火する膨張行程となる。すなわち、燃焼室Ａで燃料が燃焼すると、第１ピストン部材２４の反時計回りの移動がワンウェイクラッチ２２によって抑制されるため、第１ピストン部材２４の回転位置が維持されつつ、第２ピストン部材２８のみが破線矢印の方向に回転し、燃焼室Ａ内の気体の膨張とともに燃焼室Ａの容積が増加する。
　図３に示される燃焼室Ｂでは、膨張した排気が排気管８から排出される排気行程となる。すなわち、燃焼室Ａでの燃料の燃焼によって、第２ピストン部材２８が破線矢印の方向に回転すると、第１ピストン部材２４の回転位置が維持されるため、燃焼室Ｂの容積が減少する。このとき、燃焼室Ｂは、排気管８と連通している。そのため、燃焼室Ｂ内の排気は、燃焼室Ｂの容積の減少とともに、排気管８に排出されていく。
　図３に示される燃焼室Ｃでは、吸気管６から空気と燃料との混合気が吸入される吸気行程となる。すなわち、燃焼室Ａでの燃料の燃焼によって、第２ピストン部材２８が破線矢印の方向に回転すると、第１ピストン部材２４の回転位置が維持されるため、燃焼室Ｃの容積が増加する。このとき、燃焼室Ｃは、第２ピストン部材２８が破線矢印の方向に回転する途中で、吸気管６と連通する。そのため、燃焼室Ｃの容積の増加とともに、吸気管６から混合気が燃焼室Ｃ内に吸入される。
　図３に示される燃焼室Ｄでは、吸気管６から吸入された混合気が圧縮される圧縮行程となる。すなわち、燃焼室Ａでの燃料の燃焼によって、第２ピストン部材２８が破線矢印の方向に回転すると、第１ピストン部材２４の回転位置が維持されるため、燃焼室Ｄの容積が減少する。このとき、燃焼室Ｄは、吸気管６および排気管８のいずれにも連通していないため、燃焼室Ｄの容積の減少によって燃焼室Ｄ内の混合気が圧縮される。
　そして、燃焼室Ｄ内の圧力が上昇することによって第１ピストン部材２４に時計回りの力が作用すると、第１ピストン部材２４が回転し、第１ピストン部材２４と第２ピストン部材２８との位置関係が入れ替わることとなる。
　このようにして、燃焼室Ａ～Ｄのうちのいずれかで燃焼する毎に、第１ピストン部材２４と第２ピストン部材２８とが交互に回転することによって、エンジン２が動作する。
　＜シール構造＞
　以下、燃焼室Ａ～Ｄ内の気密を保つためのシール構造について説明する。図４は、第１ピストン部材２４および第２ピストン部材２８の断面図である。図４には、図２に示す回転中心軸ＡＸを含み第１ピストン部材２４の第１壁面部材２４ｂを通る、第１ピストン部材２４および第２ピストン部材２８の断面が図示されている。図４においては、図中の左右方向が軸方向である。
　第１ピストン部材２４と第２ピストン部材２８とは、軸方向に並んで配置されている。第１ピストン部材２４と第２ピストン部材２８とは、軸受１００を介して連結されており、互いに相対回転可能に構成されている。第１ピストン部材２４には、潤滑油路２４１が形成されている。第２ピストン部材２８には、潤滑油路２８１が形成されている。潤滑油路２４１と潤滑油路２８１とは連通している。
　図４に示されるように、燃焼室Ａ～Ｄを気密にシールするためのシール構造は、アペックスシール５０，８０と、合せ面シール４０と、コーナーシール６０と、外周シール９６，９７を備えている。
　アペックスシール５０は、第１ピストン部材２４の第１壁面部材２４ｂに保持されている。第１壁面部材２４ｂには収容溝２４５が形成されており、収容溝２４５内にアペックスシール５０が収容されている。収容溝２４５は、第１壁面部材２４ｂの、第２ピストン部材２８の斜面部分２８ｃに対向する縁、すなわち図２に示される第１壁面部材２４ｂの第一辺２４ｂ１に、形成されている。アペックスシール５０は、第１壁面部材２４ｂの第一辺２４ｂ１に保持されている。アペックスシール５０は、実施形態における第１アペックスシールに相当する。
　アペックスシール８０は、アペックスシール５０とは別部材として設けられている。アペックスシール８０は、第１ピストン部材２４の第１壁面部材２４ｂに保持されている。第１壁面部材２４ｂには収容溝２４８が形成されており、収容溝２４８内にアペックスシール８０が収容されている。収容溝２４８は、第１壁面部材２４ｂの、ハウジング４の内周面に対向する外周縁、すなわち図２に示される第１壁面部材２４ｂの第二辺２４ｂ２に、形成されている。アペックスシール８０は、第１壁面部材２４ｂの第二辺２４ｂ２に保持されている。アペックスシール８０は、実施形態における第２アペックスシールに相当する。
　合せ面シール４０は、図２に示されるように、環状の形状を有している。合せ面シール４０は、図４に示されるように、第２ピストン部材２８の斜面部分２８ｃよりも径方向の内側に配置されている。合せ面シール４０は、第１壁面部材２４ｂよりも径方向の内側に配置されている。したがって合せ面シール４０は、燃焼室Ａ～Ｄよりも径方向の内側に配置されており、燃焼室Ａ～Ｄの内周部をシールしている。合せ面シール４０は、燃焼室Ａ～Ｄから内周側へのガスの漏れを抑制している。
　合せ面シール４０は、第１ピストン部材２４に保持されている。第１ピストン部材２４には環状溝が形成されており、この環状溝内に合せ面シール４０が収容されている。合せ面シール４０は、第２ピストン部材２８に密着している。第１ピストン部材２４と第２ピストン部材２８との相対回転に伴い、合せ面シール４０は第２ピストン部材２８に対して摺動する。
　コーナーシール６０は、合せ面シール４０とアペックスシール５０との交差部に配置されている。第１ピストン部材２４には、第１壁面部材２４ｂの径方向内側の端部に収容凹部が形成されており、この収容凹部内にコーナーシール６０が収容されている。したがってコーナーシール６０は、第１壁面部材２４ｂの径方向内側の端部において、第１ピストン部材２４に保持されている。収容凹部の底面にはばね部材７３が設けられており、ばね部材７３はコーナーシール６０を収容凹部の外側へ向けて付勢している。
　コーナーシール６０は、シール面６１を有している。シール面６１は、第２ピストン部材２８に接触している。第１ピストン部材２４と第２ピストン部材２８との相対回転に伴い、シール面６１は第２ピストン部材２８に対して摺動する。ばね部材７３がコーナーシール６０を付勢していることにより、シール面６１の第２ピストン部材２８への密着性が確保されている。
　コーナーシール６０には、シール面６１の一部分が窪んだ凹部が形成されている。この凹部内に合せ面シール４０の一部が配置されて、合せ面シール４０はコーナーシール６０と係合している。コーナーシール６０の径方向外側の表面に、スリット状の差込部が形成されている。この差込部にアペックスシール５０が差し込まれて、アペックスシール５０はコーナーシール６０と係合している。コーナーシール６０は、アペックスシール５０と合せ面シール４０とを接続して、シールの切れ目を発生させないようにしている。
　図５は、シール構造を拡大して示す断面図である。図５に示されるように、アペックスシール５０は、その長手方向端部において、当該長手方向に対して傾斜する傾斜面によって、メインピース５１とサイドピース５２とに分割されている。アペックスシール５０は、メインピース５１とサイドピース５２とを有する、長手方向に分割された構造を有している。メインピース５１は、実施形態における第１メインピースに相当する。サイドピース５２は、実施形態における第１サイドピースに相当する。
　アペックスシール５０の長手方向におけるサイドピース５２の長さは、メインピース５１の長さに比べてかなり短い。径方向（図５においては図中の上下方向）において、メインピース５１が外側に配置され、サイドピース５２が内側に配置されている。第１壁面部材２４ｂの角部２４ｂ３には、サイドピース５２ではなく、メインピース５１が配置されている。
　メインピース５１とサイドピース５２とに対して収容溝２４５の底側に、弓型形状のスプリング部５３，５４が設置されている。スプリング部５３，５４は、メインピース５１とサイドピース５２とを、収容溝２４５の外側へ向けて、すなわち第２ピストン部材２８へ向けて付勢している。これによりメインピース５１とサイドピース５２とは、第２ピストン部材２８、より具体的には第２回転体２８ａの斜面部分２８ｃに接触している。スプリング部５３，５４はまた、メインピース５１とサイドピース５２とを、その長手方向の両端に向けて付勢している。
　アペックスシール８０は、その長手方向端部において、当該長手方向に対して傾斜する傾斜面によって、メインピース８１とサイドピース８２とに分割されている。アペックスシール８０は、メインピース８１とサイドピース８２とを有する、長手方向に分割された構造を有している。メインピース８１は、実施形態における第２メインピースに相当する。サイドピース８２は、実施形態における第２サイドピースに相当する。
　アペックスシール８０の長手方向におけるサイドピース８２の長さは、メインピース８１の長さに比べてかなり短い。軸方向（図５においては図中の左右方向）において、メインピース８１が第２ピストン部材２８に近く配置され、サイドピース８２が第２ピストン部材２８から離れて配置されている。第１壁面部材２４ｂの角部２４ｂ３には、サイドピース８２ではなく、メインピース８１が配置されている。
　メインピース８１とサイドピース８２とに対して収容溝２４８の底側に、弓型形状のスプリング部８３，８４が設置されている。スプリング部８３，８４は、メインピース８１とサイドピース８２とを、収容溝２４８の外側へ向けて、すなわちハウジング４へ向けて付勢している。これによりメインピース８１とサイドピース８２とは、ハウジング４の内周面に接触している。スプリング部８３，８４はまた、メインピース８１とサイドピース８２とを、その長手方向の両端に向けて付勢している。
　メインピース８１は、ハウジング４に接触する摺動面８１ｓ１と、摺動面８１ｓ１の反対側の反対面８１ｓ２とを有している。メインピース５１の、サイドピース５２に対向しない側の端部が、メインピース８１の反対面８１ｓ２に当接している。これにより、第１壁面部材２４ｂの角部２４ｂ３が、メインピース５１およびメインピース８１によってシールされることになる。
　アペックスシールのメインピースとサイドピースとの配置の向きは、必ずしも上記内容に限定されない。たとえば、アペックスシール５０とアペックスシール８０との合わせ部側、すなわち第１壁面部材２４ｂの角部２４ｂ３側に、サイドピースを配置しても良い。
　外周シール９６は、図２に示されるように、環状の形状を有している。図４，５に示されるように、外周シール９６は、第２ピストン部材２８に保持されている。メインピース８１の、サイドピース８２に対向しない側の端部が、外周シール９６に当接している。外周シール９６は、アペックスシール８０に接触し、第２ピストン部材２８に接触し、かつ、ハウジング４の内周面に接触している。外周シール９６は、第２ピストン部材２８とハウジング４との間をシールしている。外周シール９６は、実施形態の第１外周シールに相当する。
　外周シール９７は、図２に示されるように、環状の形状を有している。図４，５に示されるように、外周シール９７は、第１ピストン部材２４に保持されている。サイドピース８２が、外周シール９７に当接している。外周シール９７は、アペックスシール８０に接触し、第１ピストン部材２４に接触し、かつ、ハウジング４の内周面に接触している。外周シール９７は、第１ピストン部材２４とハウジング４との間をシールしている。外周シール９７は、実施形態の第２外周シールに相当する。
　図６は、第１ピストン部材２４とハウジング４との間のシール発生力を示す模式図である。上述した通り、スプリング部８３，８４がメインピース８１およびサイドピース５２に付勢力を作用する。スプリング部８４の付勢力によって、メインピース８１にシール発生力Ｆ１が作用する。シール発生力Ｆ１は、外周シール９６を第２ピストン部材２８に押し付けるように作用する。このようにして、第２ピストン部材２８とハウジング４との間の隙間が、外周シール９６によって確実にシールされる。
　スプリング部８３，８４の付勢力によって、メインピース８１にシール発生力Ｆ２が作用する。シール発生力Ｆ２は、メインピース８１をハウジング４に押し付けるように作用する。スプリング部８４の付勢力によって、サイドピース８２にシール発生力Ｆ３，Ｆ４が作用する。シール発生力Ｆ３は、サイドピース８２をメインピース８１に押し付けるように作用する。シール発生力Ｆ４は、外周シール９７を第１ピストン部材２４に押し付けるように作用する。このようにして、第１ピストン部材２４とハウジング４との間の隙間が、アペックスシール８０および外周シール９７によって確実にシールされる。
　図７は、第１ピストン部材２４および第２ピストン部材２８の間のシール発生力を示す模式図である。上述した通り、スプリング部５３，５４がメインピース５１およびサイドピース５２に付勢力を作用する。スプリング部５３，５４の付勢力によって、メインピース５１にシール発生力Ｆ５，Ｆ６が作用する。シール発生力Ｆ５は、メインピース５１をメインピース８１の反対面８１ｓ２に押し付けるように作用する。シール発生力Ｆ６は、メインピース５１を第２ピストン部材２８に押し付けるように作用する。
　スプリング部５４の付勢力によって、サイドピース５２にシール発生力Ｆ７，Ｆ８が作用する。シール発生力Ｆ７は、サイドピース５２をメインピース５１に押し付けるように作用する。シール発生力Ｆ８は、サイドピース５２をコーナーシール６０に押し付けるように作用する。このようにして、第１ピストン部材２４と第２ピストン部材２８との間の隙間が、アペックスシール５０によって確実にシールされる。
　＜作用および効果＞
　以上説明した実施形態のシール構造では、図５に示されるように、第１ピストン部材２４の角型の第１壁面部材２４ｂに、アペックスシール５０，８０が保持されている。アペックスシール５０は、第２ピストン部材２８に接触して、第１ピストン部材２４と第２ピストン部材２８との間をシールする。アペックスシール８０は、ハウジング４に接触して、第１ピストン部材２４とハウジング４との間をシールする。アペックスシール５０とアペックスシール８０とは、別部材として構成されており、各々が長手方向に分割されている。このようなアペックスシール５０とアペックスシール８０とを組み合わせてシール構造を形成することで、ハウジング４、第１ピストン部材２４、および第２ピストン部材２８の寸法ばらつきおよび相対動きにより発生する隙間を吸収できるので、燃焼室Ａ～Ｄのシール性能を向上することができる。
　実施形態のシール構造によって燃焼室Ａ～Ｄが気密にシールされるので、燃焼室Ａ～Ｄからの気体の漏れを低減できる。したがって、エンジン２の燃焼効率および排気性能の向上が可能であり、エンジン２の性能向上を達成することができる。
　図５に示されるように、第１壁面部材２４ｂの角部２４ｂ３を、アペックスシール５０のメインピース５１とアペックスシール８０のメインピース８１とがシールしている。このようにすれば、角部２４ｂ３のシール性能を向上することができる。また、アペックスシール８０のスプリング部８４の形状の設計を容易にできる。
　図５に示されるように、アペックスシール５０のメインピース５１が、アペックスシール８０のメインピース８１の反対面８１ｓ２に当接している。これにより、メインピース５１およびメインピース８１が角部２４ｂ３をシールする構造を確実に実現することができる。
　図５に示されるように、ピストン部材とハウジング４との間をシールする外周シール９６，９７が設けられている。これにより、シール性をさらに向上することができる。
　図４に示されるように、燃焼室Ａ～Ｄの内周部をシールする合せ面シール４０が設けられている。これにより、シール性をさらに向上することができる。
　［第２実施形態］
　図８は、第２実施形態における第１ピストン部材２４の斜視図である。第１壁面部材２４ｂおよび第２壁面部材２８ｂは、第一実施形態で説明した三角形の板状形状に限られない。第１壁面部材２４ｂおよび第２壁面部材２８ｂは、たとえば図８に示されるように、四角形の板状形状を有してもよい。図８に示される第１壁面部材２４ｂは、ハウジング４に対向する第二辺２４ｂ２と、第２ピストン部材２８の第２回転体２８ａに対向する第一辺２４ｂ１および第三辺２４ｂ４とを有している。第１壁面部材２４ｂは、第一辺２４ｂ１と第二辺２４ｂ２とが交わる角部２４ｂ３と、第一辺２４ｂ１と第三辺２４ｂ４とが交わる角部２４ｂ５とを有している。
　代替的には、第１壁面部材２４ｂは、第一辺２４ｂ１と第二辺２４ｂ２とが交わる角部２４ｂ３を有する、任意の角型の形状を有してもよい。
　図９は、第２実施形態におけるシール構造の模式図である。なお図９では、各アペックスシールのスプリング部は図示を省略されている。図９に示されるシール構造は、第１実施形態と同様に、第一辺２４ｂ１に保持され第２ピストン部材２８に接触するアペックスシール５０と、第二辺２４ｂ２に保持されハウジング４に接触するアペックスシール８０とを備えている。シール構造はさらに、第３のアペックスシール１３０を備えている。アペックスシール１３０は、第１壁面部材２４ｂの第三辺２４ｂ４に保持されている。第１壁面部材２４ｂの第三辺２４ｂ４には収容溝が形成されており、この収容溝内にアペックスシール１３０が収容されている。
　アペックスシール１３０は、メインピース１３１とサイドピース１３２とに分割されている。軸方向（図９においては図中の左右方向）において、メインピース１３１が第２ピストン部材２８に近く配置され、サイドピース１３２が第２ピストン部材２８から離れて配置されている。角部２４ｂ５には、メインピース１３１が配置されている。メインピース１３１は、第２ピストン部材２８に接触している。スプリング部の付勢力によって、メインピース１３１を第２ピストン部材２８に押し付けるシール発生力が作用し、サイドピース１３２をメインピース１３１および第１ピストン部材２４に押し付けるシール発生力が作用する。
　図９に示されるアペックスシール５０は、第１実施形態で説明したメインピース５１およびサイドピース５２に加えて、サイドピース５２が設けられている長手方向端部とは逆側の長手方向端部に、サイドピース５５を備えている。サイドピース５２はアペックスシール１３０に当接し、サイドピース５５はアペックスシール８０に当接している。
　このような構成を備えている第２実施形態のシール構造によって、第１ピストン部材２４と第２ピストン部材２８との間の隙間を確実にシールすることができる。なおアペックスシール５０は、サイドピース５５を有しない第１実施形態と同じ構造であっても構わない。
　第２実施形態では、第１壁面部材２４ｂは、周方向に並ぶ２組のシール構造を保持している。第１実施形態のように第１壁面部材２４ｂが１組のシール構造を保持する構成としてもよく、第２実施形態のように第１壁面部材２４ｂが複数組のシール構造を保持する構成としてもよい。
　以上のように実施形態について説明を行なったが、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　２　　エンジン
　４　　ハウジング
　２４　　第１ピストン部材
　２４ａ　　第１回転体
　２４ｂ　　第１壁面部材
　２４ｂ１　　第一辺
　２４ｂ２　　第二辺
　２４ｂ３，２４ｂ５　　角部
　２４ｂ４　　第三辺
　２４ｃ，２８ｃ　　斜面部分
　２８　　第２ピストン部材
　２８ａ　　第２回転体
　２８ｂ　　第２壁面部材
　４０　　合せ面シール
　５０，８０，１３０　　アペックスシール
　５１，８１，１３１　　メインピース
　５２，５５，８２，１３２　　サイドピース
　５３，５４，８３，８４　　スプリング部
　６０　　コーナーシール
　６１　　シール面
　７３　　ばね部材
　８１ｓ１　　摺動面
　８１ｓ２　　反対面
　９６，９７　　外周シール
　２４５，２４８　　収容溝
　Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ　　燃焼室
　ＡＸ　　回転中心軸
　Ｆ１～Ｆ８　　シール発生力

Claims (5)

  1. 　ハウジングと、前記ハウジング内に回転可能に支持される第１ピストン部材と、前記ハウジング内に回転可能に支持される第２ピストン部材と、を含み、前記ハウジング、前記第１ピストン部材および前記第２ピストン部材によって燃料を燃焼させるための燃焼室が形成される、内燃機関において、前記燃焼室内の気密を保つシール構造であって、
    　前記第１ピストン部材は、環状の第１回転体と、前記燃焼室の周方向の壁面を構成する第１壁面部材とを有し、
    　前記第２ピストン部材は、前記第１回転体に対して軸方向に隣り合って配置された環状の第２回転体と、前記燃焼室の周方向の壁面を構成する第２壁面部材とを有し、前記第２回転体は前記第１回転体に対向する対向面を有し、
    　前記第１壁面部材は、前記第２ピストン部材の前記対向面に対向する第一辺と、前記ハウジングに対向する第二辺と、前記第一辺と前記第二辺とが交わる角部とを有し、
    　前記シール構造は、
    　前記第一辺に保持され、前記第２ピストン部材に接触する、第１メインピースと第１サイドピースとを有する長手方向に分割された、第１アペックスシールと、
    　前記第二辺に保持され、前記ハウジングに接触する、第２メインピースと第２サイドピースとを有する長手方向に分割された、前記第１アペックスシールとは別部材の第２アペックスシールとを有する、内燃機関のシール構造。
  2. 　前記第１メインピースおよび前記第２メインピースが前記角部側に配置されている、請求項１に記載のシール構造。
  3. 　前記第２メインピースは、前記ハウジングに接触する摺動面と、前記摺動面の反対側の反対面とを有し、
    　前記第１メインピースは、前記反対面に当接する、請求項２に記載のシール構造。
  4. 　前記第２メインピースが当接し、前記第２ピストン部材と前記ハウジングとの間をシールする、第１外周シールと、
    　前記第２サイドピースが当接し、前記第１ピストン部材と前記ハウジングとの間をシールする、第２外周シールとを備える、請求項２または３に記載のシール構造。
  5. 　前記燃焼室の内周部をシールする合せ面シールをさらに備える、請求項１～４のいずれか１項に記載のシール構造。
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