JP2013072425A - ロータリピストンエンジン - Google Patents

Abstract

【課題】オイル消費量の悪化を抑制することが出来るロータリピストンエンジンを提供する。
【解決手段】本発明におけるロータリピストンエンジン１は、ロータハウジング２と、サイドハウジング３と、これらのロータハウジング及びサイドハウジングに囲まれたロータ収容室に収容される３つの頂部１０を有すると共に３つの作動室５を形成するロータ６と、を有し、ロータの外側面と、サイドハウジングとの隙間をシールするシール部材７６を有し、ロータには、オイルを誘導可能な内部空間３６ａと、シール部材を保持するためのシール溝６８とが形成され、ロータのシール溝には、ロータの内部空間に連通する連通孔８０が形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、ロータリピストンエンジンに係り、特に、ロータハウジングと、サイドハウジングと、これらのハウジングに囲まれたロータ収容室に収容されたロータと、を有するロータリピストンエンジンに関する。

ロータリピストンエンジンでは、一般的に、ロータとサイドハウジングとの間にオイルシールが設けられる。
このようなロータリピストンエンジンにおいて、エンジンの運転状態に応じて、ロータ収容室に供給するオイルの供給量を制御し、オイル消費を抑制するようにした技術が知られている（特許文献１）。
なお、特許文献２には、ロータリピストンエンジンとはその構造が全く異なる２サイクルのピストンエンジンにおいて、シリンダ室１に付着したオイルをオイルリング１８により掻き取り、掻き取られてオイルリング１８の下部に溜まったオイルを、ピストン１１に形成したオイル落とし穴１９でクランク室１３に戻すことにより、オイルの掻き取りを確実に行うようにした技術が開示されている。

特開２０１０−１７４７４０号公報 実開昭６３−６５８２３号公報

しかしながら、上述したような従来のロータリピストンエンジンでは、エンジン回転数が上昇すると、ロータとサイドハウジングとのシール部分で、エンジンオイルが遠心力により作動室（燃焼室）内に漏れてしまい、オイル消費量が悪化する、という問題があった。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、オイル消費量の悪化を抑制することが出来るロータリピストンエンジンを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、ロータハウジングと、サイドハウジングと、これらのロータハウジング及びサイドハウジングに囲まれたロータ収容室に収容される３つの頂部を有すると共に３つの作動室を形成するロータと、を有するロータリピストンエンジンであって、ロータの外側面と、サイドハウジングとの隙間をシールするシール部材を有し、ロータには、オイルを誘導可能な頂部の内方に形成された内部空間と、シール部材を保持するためのシール溝とが形成され、ロータのシール溝には、ロータの頂部の内部空間に連通する連通孔が形成されていることを特徴としている。
このように構成された本発明においては、シール部材を保持するロータのシール溝に、ロータの内部空間に連通する連通孔が形成されているので、ロータの外側面とサイドハウジングとの隙間に侵入したオイルが、連通孔によりロータの内部空間に流れるようにすることが出来、それにより、オイルの作動室（燃焼室）内への流入を防止することが出来る。従って、オイル消費量を低減して、オイル消費量の悪化を抑制することが出来る。

また、本発明において、好ましくは、内部空間は、ロータの３つの頂部の内部にそれぞれ設けられ、連通孔は、３つの頂部の内部に設けられた内部空間にそれぞれ連通するよう複数形成されている。
このように構成された本発明においては、ロータの３つの頂部の内部にそれぞれ設けられた内部空間は、ロータ径方向に対してより離れた位置で広がるよう形成されるので、内部空間内の冷却用オイルは、ロータの回転時、遠心力によってロータの径方向外方に偏り、これにより、内部空間内の冷却用オイルの油面が連通孔よりも径方向外方に維持されるようにすることが出来るので、内部空間内の冷却用オイルが連通孔に逆流することを防止することが出来る。

また、本発明において、好ましくは、シール部材及びシール溝は、ロータの径方向に二重に設けられ、連通孔は、そのうち、ロータ径方向内方側のシール溝に形成されている。
このように構成された本発明においては、連通孔は、径方向内方側のシール部材のシール溝に形成されているので、より効果的に、オイルの作動室内への流入を防止することが出来る。また、ロータの頂部の内部空間内のオイルが、連通孔からシール部材側へ逆流することを、効果的に防止することが出来る。

また、本発明において、好ましくは、連通孔は、ロータの中心と、ロータの３つの頂部とを結ぶそれぞれの直線上に位置するよう形成されている。
このように構成された本発明においては、より確実に、内部空間内のオイルが、連通孔からシール部材側へ逆流することを防止することが出来る。

本発明におけるロータリピストンエンジンにおいては、オイル消費量の悪化を抑制することが出来る。

本発明の実施形態によるロータリピストンエンジンの主な構成を示す断面図である。 図１のII-II線に沿って見た断面図である。 図２のIII-III線に沿って見た断面図である。 本発明の実施形態によるロータを示す斜視図である。 本発明の実施形態によるロータの側面図である。 本発明の実施形態によるロータに設けられたシール構造の概略構成を示す、図５のVI-VI線に沿って見た要部拡大断面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態によるロータリピストンエンジンを説明する。
先ず、図１により、本発明の実施形態によるロータリピストンエンジンの主な構成を説明する。図１は、本発明の実施形態によるロータリピストンエンジンの主な構成を示す断面図である。
先ず、図１に示すように、本発明の実施形態によるロータリピストンエンジン１は、トロコイド内周面２ａを有する繭型のロータハウジング２と、サイドハウジング３と、これらのハウジング２、３に囲まれたロータ収容室４と、このロータ収容室４に収容されたほぼ三角形状のロータ６と、このロータ６の外周側に形成される３つの作動室５とを有する。本実施形態によるロータリピストンエンジン１は、図示は省略するが、２つのロータハウジング２を３つのサイドハウジング３の間に挟み込んで一体化して構成された、いわゆる２ロータタイプのロータリエンジンである。

さらに、ロータリピストンエンジン１は、各サイドハウジング３及びフロントカバー（図示せず）のほぼ中央を貫通して、各ロータ収容室４内に突出するエキセントリックシャフト（シャフト）８を有する。ロータ６は、このエキセントリックシャフト８の偏心輪８ａに対して回転自在に支持され、また、ロータ６の内側に設けられた内歯車９（図２参照）がサイドハウジング３に設けられた固定歯車１１（図２参照）と噛み合い、これらの偏心輪８ａ及び各歯車により移動軌跡が規定される遊星回転運動をする。即ち、ロータ６は、その外周３つの頂部１０に設けられたアペックスシール１２が、それぞれトロコイド内周面２ａに接し且つ摺動しながら、シャフト８の偏心輪８ａの周りを自転し、且つ、シャフト８の軸線Ｘの周りを公転する。

また、サイドハウジング３には、吸気ポート１４及び排気ポート１６が形成されている。各ポート１４、１６は、図１に示すように、ロータ収容室４の所定の位置で開口し、作動室５に対して混合気の吸気及び排気ガスの排気を行うようになっている。ロータハウジング２には、作動室５の混合気を点火させるための２本の点火プラグ１８が設けられている。

作動室５は各頂部１０の間にそれぞれ形成される。各作動室５は、それぞれ周方向（図１では時計回り）に移動しながら、所定の位相差をもって、吸気、圧縮、膨張（燃焼）、排気の４行程を行い、その燃焼による圧力がロータ６を介してシャフト８を回転させる。例えば、図１において、吸気ポート１４に連通する作動室５（図１の上側の作動室）は吸気上死点にあり、ロータ６の回転に伴って圧縮行程に移行する。圧縮行程に移行した作動室５は、その内部で混合気が圧縮され、そして、圧縮された混合気は所定のタイミングで点火プラグ１８により点火されて膨張行程が行われる。例えば、図１において、右下に位置する作動室５は、膨張行程の前半にあり、そして、図１の左下に位置する作動室５のように、ロータ６が移動して作動室５が排気ポート１６に連通すると、排気行程に移行する。このような燃焼サイクルは、各作動室５において、シャフト８の３回転につき１回行われ、また、作動室５がロータ６に対して３つあるので、シャフト８の１回転につき、燃焼が１回行われる。

次に、アペックスシール１２は、燃焼による高圧のガスの作動室５からの吹き抜けを防止するようにロータ６の幅方向に延びている。ロータ６の両側面には、隣り合う頂部１０間を結ぶように、弓状のサイドシール２０が設けられている。これらのサイドシール２０は、ロータ６の外側面と、サイドハウジング３との隙間をシールするようになっており、また、ロータ６の頂部１０には、各サイドシール２０を互いに結合すると共に、サイドハウジング３側に開口するほぼ円筒状のコーナシール２２が設けられている。

次に、ロータリピストンエンジン１は、アペックスシール１２、サイドシール２０、コーナシール２２等のガスシール部に、それらの潤滑のためのオイル（エンジンオイル）を直接、供給する潤滑装置２４を有する。この潤滑装置２４は、シャフト８の主軸受けにオイルを供給するためのオイルギャラリ５２（図２参照）からオイルを取り出し、オイルコントロールバルブ（図示せず）により圧力を調整した後、計量して、オイルを、ロータハウジング２のトロコイド内周面２ａに臨むノズル２６、２８に送り出すようになっている。

次に、図２及び図３により、主にロータ６及びシャフト８の内部構造を説明する。図２は、図１のII-II線に沿って見た断面図であり、図３は、図２のIII-III線に沿って見た断面図である。なお、図３においては、ロータと、ロータハウジングの内周面を主に示す。
図２及び図３に示すように、ロータ６には、環状の中央ボス部３０と、ほぼ三角形状に延びるロータ外周部３２と、複数のリブ３４と、が設けられている。複数のリブ３４は、ボス部３０と外周部３２との間を区画するように形成され、これにより、複数の内部空間３６が形成されている。

これらの内部空間３６は、ロータの３つの頂部付近に設けられた比較的大きい３つの頂部内部空間３６ａと、それ以外の比較的小さい小内部空間３６ｂとを有し、ロータ６を、その内部から冷却する冷却用オイル（エンジンオイル）が供給されるようになっている。頂部内部空間３６ａは、ロータ６の３つの頂部１０に隣接して形成され、小内部空間３６ｂと比べて、環状の中央ボス部３０から、径方向により離れた位置まで広がるよう形成されている。

ここで、図２に示すように、シャフト８には、オイルポンプ（図示せず）から、上述したロータ冷却用オイルが送給されるオイル通路４０が形成されている。シャフト８には、上述した内部空間３６に連通する連通路４２が形成され、この連通路４２には、チェックボール４４が設けられている。内部空間３６には、これらの連通路４２及びチェックボール４４を介して、冷却用オイルが吹き付けられるようになっている。このようなオイルの吹き付けは、シャフト８の回転に伴ってオイルに加わる遠心力により行われるようになっている。

そして、このように内部空間３６に吹き付けられた冷却用オイルは、ロータ６の遊星回転によって受ける慣性力の変化により、各内部空間３６ａ、３６ｂ内で旋回しながら、その内壁面から熱を奪うようになっている。そのような各内部空間３６ａ、３６ｂ内でのオイルの状態の一例は、図３に示すようになる。
このような各内部空間３６ａ、３６ｂ内のオイルは、そのような冷却を行った後、ロータ中心に向かう求心力の作用時に、ロータ６のフロント側又はリア側のいずれか一方に形成されたシャフト貫通孔４６、及び、サイドハウジング３のロータ側の側面部に形成されたシャフト貫通孔４８を経て、サイドハウジング３内に形成されたオイル環流路５０に排出されるようになっている。なお、図２に示す符号５４は、冷却水通路である。

次に、図４乃至図６により、本発明の実施形態のロータリピストンエンジンにおける、ロータ６の外側面とサイドハウジング３の隙間のシール構造を説明する。図４は、ロータ６を示す斜視図であり、図５は、ロータ６の側面図であり、図６は、図５のVI-VI線に沿って見た、ロータ６に設けられたシール構造の概略構成を示す要部拡大断面図である。なお、図４及び図５は、各シール部材の図示を省略した図であり、図６は、図５のVI-VI線に沿って見たロータ６の断面の構成に加え、サイドハウジング３及びシャフト８の構成を加えた図である。
先ず、図４及び図５に示すように、ロータ６の外側面には、上述したコーナシール２２及びサイドシール２０を保持するための、コーナシール凹部６０及びサイドシール溝６２が形成されている。さらに、ロータ６の外側面には、カットオフシール溝６４、アウタオイルシール溝６６及びインナオイルシール溝６８が形成されている。図５に示すように、これらの溝６４、６６、６８は、それぞれ、ロータ６の中心軸線に対して同心円状に延びるよう形成されている。

次に、図６に示すように、サイドシール溝６２には、サイドシール部材７０及びそれを弾性支持する支持部材７１が、カットオフシール溝６４には、カットオフシール部材７２及びそれを弾性支持する支持部材７３が、アウタオイルシール溝６６には、アウタオイルシール部材７４及びそれを弾性支持する支持部材７５が、インナオイルシール溝６８には、インナオイルシール部材７６及びそれを弾性支持する支持部材７７が、それぞれ設けられている。また、アウタオイルシール部材７４及びインナオイルシール部材７６は、インナオイルシール溝６８内のオイルが、ロータ６の径方向外方に漏れることを防ぐためのＯリング７８、７９を有する。ここで、サイドシール部材７０は、主に、作動室５内のガスがロータ６の内方に侵入することを防ぐために設けられ、カットオフシール部材７２は、主に、吸排気ポート１４、１６のオーバラップ期間を短縮し、内部ＥＧＲを低減するために設けられている。

また、アウタオイルシール部材７４及びインナオイルシール部材７６は、図６に示すように、その径方向内方側にエッジ７４ａ、７６ａが形成され、且つ、サイドハウジング３に対向する傾斜面７４ｂ、７６ｂが形成され、これらにより、ロータ６とサイドハウジング３の隙間のオイルを、ロータ６の径方向内方側に取り込む（オイルの回収）と共にオイルの所定量の油膜を維持し、また、オイルが、ロータ６の径方向内方から作動室側に侵入することを防ぐような機能を有する。
より詳細には、各シール部材７４、７６が、ロータ６の遊星回転に伴ってサイドハウジング３に対して径方向外方に移動する部分（即ち、一周にわたる各シール部材７４、７６のうち、シャフト８の中心に対して外方に向けて移動する部分）では、傾斜面７４ｂ、７６ｂにより、径方向外方側（作動室側）のオイル（潤滑用オイル）の圧力を高めると共に傾斜面７４ｂ、７６ｂがそのオイルに乗り上げるようにして、オイルを径方向内方側に取り込むと共に、弾性支持されることによる所定の押付荷重により所定量の油膜を維持し、一方、各シール部材７４、７６が、ロータ６の遊星回転に伴ってサイドハウジング３に対して径方向内方に移動する部分（即ち、一周にわたる各シール部材７４、７６のうち、シャフト８の中心に対して内方に向けて移動する部分）では、エッジ７４ａ、７６ａにより、オイル（冷却用オイル）が、ロータ６の径方向内方側から径方向外方側（作動室側）に侵入することを防止する。

次に、図５及び図６に示すように、本実施形態では、上述したように二重に設けられたオイルシール７４、７６のうち、ロータ径方向内方側のインナオイルシール７６において、特にエンジンの高回転時、上述した機能を維持するよう、インナオイルシール溝６８と、上述した３つの頂部内部空間３６ａとを連通するように、３つの連通孔８０が形成されている。

図５に示すように、これらの連通孔８０は、それぞれ、ロータの中心と、ロータの３つの頂部１０とを結ぶそれぞれの直線上に位置するよう形成され、且つ、図３に一点鎖線で示すような、環状の中央ボス部３０に近接した位置で、頂部内部空間３６ａに連通するよう形成されている。
また、図６に示すように、これらの連通孔８０は、シール溝６８の底部から、頂部内部空間３６ａに向けて、ロータ６の軸線方向に平行な方向に延びるよう形成されている。これらの連通孔８０の大きさ（径）は、ロータ６の外側面とサイドハウジング３との隙間に流入したオイル（主に、上述したロータ６のシャフト貫通孔４６を経て流入した各内部空間３６ａ、３６ｂ内の冷却用オイル）が、ロータ６の遠心力により、インナオイルシール７６に向けて径方向内方から流動し、インナオイルシール７６に圧力がかかるようなとき、そのようなオイルを頂部内部空間３６ａに排出させると共に、そのようなインナオイルシール７６への圧力を低減することが可能な大きさとなっている。
なお、各内部空間３６ａに連通する連通孔をそれぞれ複数設けてもよく、また、上述した構成に加え、内部空間３６ｂに連通する連通孔を追加しても良く、又は、上述した連通孔８０の代わりに、内部空間３６ｂに連通する連通孔を形成するようにしても良い。

次に、本発明の実施形態のロータリピストンエンジンの主な作用効果を説明する。
本実施形態では、シール部材７６を保持するシール溝６８に、ロータ６の内部空間３６ａに連通する連通孔８０が形成されているので、ロータ６の外側面とサイドハウジング３との隙間に侵入したオイル（主に冷却用オイル）が、連通孔８０によりロータ６の内部空間３６ａに流れるようにすることが出来、それにより、オイルの作動室（燃焼室）５内への流入を防止することが出来る。従って、そのように流入を防止した分、オイル消費量を低減して、オイル消費量の悪化を抑制することが出来る。
また、ロータ６の外側面とサイドハウジング３との隙間に侵入したオイルが、連通孔８０によりロータ６の内部空間３６ａに流れるようにすることにより、オイルによるシール部材７６への圧力が低減するので、シール部材７６のサイドハウジング３への押し付け荷重を低減させることが出来、これにより、作動室５側からのオイル（潤滑用オイル）の回収量を増加させることが出来る。また、シール部材７６のサイドハウジング３への押し付け荷重を低減させることにより、シール部材７６とサイドハウジング３との摩擦圧力が低減し、これにより、エンジン１の出力を向上させることが出来る。

また、本実施形態では、連通孔８０は、内部空間３６ａ、３６ｂのうち、環状の中央ボス部３０から径方向により離れた位置まで広がる頂部内部空間３６ａに連通し、また、ボス部３０に近い位置に形成されているので、内部空間３６ａ内の冷却用オイルに遠心力がかかるとき、そのようなオイルが、連通孔８０からシール溝６８に逆流することを抑制することが出来る。即ち、内部空間３６ａは、ロータ６の内部空間３６ａ、３６ｂのうち、最も体積が大きく、環状の中央ボス部３０から、ロータ径方向に対してより離れた位置で広がるよう形成されるので、内部空間３６ａ内の冷却用オイルは、ロータ６の回転時にかかる遠心力によってロータ６の径方向外方に偏り、これにより、内部空間３６ａ内の冷却用オイルの油面が連通孔８０よりも径方向外方に維持されるようにすることが出来るので、内部空間３６ａ内の冷却用オイルが連通孔８０に逆流することを防止することが出来るのである。

また、本実施形態では、オイルシール７４、７６がロータ６の径方向に二重に設けられ、また、これらのオイルシールのうち、ロータ６の径方向内方側のシール溝６７に連通孔８０が形成されているので、より効果的に、オイルの作動室５内への流入を防止することが出来る。また、ロータ６の頂部内部空間３６ａ内の冷却用オイルが、連通孔８０からオイルシール７６側へ逆流することを、効果的に防止することが出来る。

また、本実施形態では、連通孔８０は、ロータ６の中心と、ロータ６の３つの頂部１０とを結ぶそれぞれの直線上に位置するよう形成されているので、頂部内部空間３６ａ内のオイルが連通孔８０からオイルシール７６側へ逆流することを、より確実に防止することが出来る。

１ ロータリピストンエンジン
２ ロータハウジング
３ サイドハウジング
４ ロータ収容室
５ 作動室
６ ロータ
８ エキセントリックシャフト
８ａ 偏心輪
１０ ロータ６の頂部
３６ ロータ６の内部空間
３６ａ 頂部内部空間（ロータの頂部の内部空間）
４６ ロータに形成されたシャフト貫通孔
６６ アウタオイルシール溝
６８ インナオイルシール溝
７４ アウタオイルシール部材
７６ インナオイルシール部材
８０ インナオイルシール溝と頂部内部空間との連通孔

Claims (4)

1. ロータハウジングと、サイドハウジングと、これらのロータハウジング及びサイドハウジングに囲まれたロータ収容室に収容される３つの頂部を有すると共に３つの作動室を形成するロータと、を有するロータリピストンエンジンであって、
   上記ロータの外側面と、上記サイドハウジングとの隙間をシールするシール部材を有し、
   上記ロータには、オイルを誘導可能な内部空間と、上記シール部材を保持するためのシール溝とが形成され、
   上記ロータのシール溝には、上記ロータの内部空間に連通する連通孔が形成されていることを特徴とするロータリピストンエンジン。
2. 上記内部空間は、上記ロータの３つの頂部の内部にそれぞれ設けられ、
   上記連通孔は、上記３つの頂部の内部に設けられた内部空間にそれぞれ連通するよう複数形成されている請求項１記載のロータリピストンエンジン。
3. 上記シール部材及び上記シール溝は、上記ロータの径方向に二重に設けられ、
   上記連通孔は、そのうち、ロータ径方向内方側のシール溝に形成されている請求項１又は請求項２に記載のロータリピストンエンジン。
4. 上記連通孔は、上記ロータの中心と、ロータの３つの頂部とを結ぶそれぞれの直線上に位置するよう形成されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載のロータリピストンエンジン。

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