JP3831414B2 - 内燃式ロータリー燃焼エンジン - Google Patents

Description

本発明は、ほぼ円筒状の圧縮室およびほぼ円筒状の作動室を有する内燃式ロータリー燃焼エンジンであって、該圧縮室および該作動室内にはそれぞれ共通の軸の回りで圧縮室および作動室に対して回転自在な回転ピストンが配設され、該圧縮室および該作動室内にはそれぞれ径方向に移動自在で対応する回転ピストンの表面に気密状に接する滑り棒が配設され、作動室の周囲には第一の排気口が配設された内燃式ロータリー燃焼エンジンに関する。回転ピストンの原理にもとづく燃焼エンジンは、往復運動するピストンをもたず、そのため滑らかな運転と高い回転数が得られる効果があり、きわめて有利である。
本発明は、回転ピストン−燃焼エンジンにおいて、作動室を圧縮室から分離する分離壁が配設され、該圧縮室および該作動室内には該圧縮室および該作動室に対して同心状の軸の回りで回転する楕円形の回転ピストンが配設される燃焼エンジンに関する。圧縮および駆動は、ほぼ径方向に移動自在の滑り棒がそれぞれの回転ピストンの表面に気密状に接することによって達成される。作動室は、圧縮室よりガス混合物の膨張比だけ大きく形成される。
この種の回転ピストン−燃焼エンジンは、ＤＥ−Ａ４３０５６６９によって公知である。この公知の燃焼エンジンにあっては、吸い込まれたガス混合物の圧縮および燃焼および排ガスの排出を確実に行なうために比較的小さい圧縮室と比較的大きい作動室を備えている。そのため、この公知の回転ピストン−燃焼エンジンは、一定の回転数でまた一定の負荷比以下ないしは一定の空気−燃料比ではきわめて有利に運転することができるが、作動室の容積を回転数および負荷の変化に応じてまた空気−燃料比の変化に応じて変更することができないという問題がある。そのため、特に二つのマイナス効果が生じる。
回転数が高くなりあるいは負荷が大きくなって空気−燃料比が高くなると、燃焼したガスの膨張圧力が高まって排気スリットの開きを完全には利用できないようになり、その結果、エネルギーが有効に利用されないで排気口から失われることになる。そのため、このような運転状態では、エンジンの燃料消費量が比較的大きくなり、また排気音が比較的高くなる。
他方、低い回転数あるいは小さい負荷が望まれる場合には、排気スリットの開きが早目に行なわれて、ガスの置換が加速され、損失が最小に抑えられる。
ＵＳＰ２０９１１２０、ＤＥ−Ｃ８１７０５８、ＤＥ−Ｃ８２２３１２、およびＤＥ−Ａ１９３１５２２にも、同様なエンジンが記載されている。これらのエンジンのいずれにあっても、導入口および排出口は、回転ピストンのみによって影響されるため、上に述べた欠点が生じる。
公知の装置の他の二つめの欠点として、さらに、ＤＥ−Ａ４３０５６６９、ＵＳＰ−２０９１１２０、ＤＥ−Ｃ８１７０５８、およびＤＥ−Ｃ８２２３１２から明らかなように、連接板の回転によって大きな摩擦が生じること、および、特にＤＥ−Ａ１９３１５２２に記載の方法では、滑り棒、ローラー、および回転ピストンの間で気密性の問題が生じることが挙げられる。
同様な構成のエンジンは、例えばＤＥ−Ｃ３８７２８７、ＤＥ−Ｃ４０４０８０、ＤＥ−Ａ１４７６６７２、ＦＲ−Ａ２０８３７０３、あるいはＧＢ−Ａ１４６９２９５にも開示されている。
本発明の課題は、冒頭に記した種類の燃焼エンジンにおいて、さらに、作動室の容積のために新たな制御機構が配設され、圧縮室と作動室の間の接続制御が改善され、滑り棒、ローラー、および回転ピストンの間の気密性の改善が可能であり、それによってさまざま運転条件のもとでも最適の運転を行なえる燃焼エンジンを提供することである。
本発明にもとづけば、この課題は、作動室内に排気弁によって開閉可能な２以上の第二の排気口が配設され、該排気弁は、調節装置によって相次いで変位して、該第二の排気口が連続的に開かれ、閉じる構成によって解決される。
本発明で重要なことは、作動室の容積が、第二の排気口および排気弁と関係していることである。したがって、排気弁の位置に応じて、第二の排気口を開閉することによって作動室の有効容積を拡大または縮小することができる。
とくに好ましくは、排気弁は、その軸が作動室および圧縮室の軸に対してほぼ平行な回転滑り棒として形成される。このようにすれば、排気弁の作動を特に容易に行なうことができる。特に好ましくは、調節装置は、回転滑り棒として形成され、該調節装置は、伝動レバーを介して排気弁と連接される。このようにすれば、排気弁の作動を確実に行なうことができる。本発明の実施形態のとくに好ましい変形例にあっては、作動室の外周に、第一の排気口を第二の排気口と連通させる排気本管が配設される。
特に好ましくは、接続制御弁は、圧縮室と作動室との間の分離壁上の接続口の中に配置され、またその軸が作動室および圧縮室の軸に対してほぼ径方向となる回転滑り棒として構成される。このようにすれば、接続制御弁の作動が特に容易となる。特に好ましくは、回転ピストン上に伝動子を介して接続制御弁と連接される伝動溝が形成される。このようにすれば、接続制御弁は、回転ピストンによって二つの反対方向に回転自在となり、それによって開閉されるため、接続制御弁の作動をさらに確実に行なうことができる。
特に好ましくは、両滑り棒は、その先端に滑り具および板ばねによって気密性が保たれるローラーを有する。このようにすれば、滑り棒、ローラー、および回転ピストンの間の気密性が改善される。滑り棒は、分離壁および保護板上に配設された滑り軌道上で両側から案内される。作動行程中、比較的大きい燃焼ガスの膨張力が一方から滑り棒に加えられることを考えれば、このことは、特に重要である。このようにすれば、消耗が最小限度に抑えられる。
以下、図に示す実施例を参照して本発明をさらに詳細に説明する。
第１図は、本発明にもとづく装置の一部を断面で示す正面図である。
第２図は、第１図のＡ−Ａ線に添った断面図である。
第３図は、ハウジングの一部を断面で示す正面図である。
第４図は、第３図のＹで示す部分を拡大して示した接続口の一部を断面で示す正面図である。
第５図は、第４図のＥ−Ｅ線に添った接続口の断面図である。
第６図は、第４図のＦ−Ｆ線に添った接続口の断面図である。
第７図は、ハウジングの一部を断面で示す右側面図である。
第８図は、第３図のＡ−Ａ線に添ったハウジングの一部を断面で示す左側面図である。
第９図は、ハウジングの上平面図である。
第１０図および第１１図は、排気本管の蓋を示す図である。
第１２図および第１３図は、治具板を拡大して示した図である。
第１４図および第１５図は、調節装置を示す図である。
第１６図乃至第１９図は、圧縮室の蓋を示す図である。
第２０図乃至第２２図は、作動室の蓋を示す図である。
第２３図乃至第２４図は、保護板を示す図である。
第２５図乃至第２８図は、回転ピストンを示す図である。
第２９図乃至第３４図は、接続制御弁を拡大して示した図であり、そのうち、
第３０図は、第２９図のＡ−Ａ線に添った断面図であり、
第３１図は、第２９図のＢ−Ｂ線に添った断面図であり、
第３３図は、第３２図のＡ′−Ａ′線に添った断面図であり、
第３４図は、第３２図のＢ′−Ｂ′線に添った断面図である。
第３５図乃至第３７図は、排気弁を拡大して示したずであり、そのうち、
第３６図は、第３５図のＡ″−Ａ″線に添った断面図であり、
第３７図は、第３５図のＢ″−Ｂ″線に添った断面図である。
本発明にもとづく装置は、ほぼ円筒状のハウジング１を有し、該ハウジング１は、分離壁２によって二つの円筒状の室すなわち一つの圧縮室３および一つの作動室４に分割されている。該ハウジング１は、その端面では作動室４の側が蓋６によってまた圧縮室３の側が蓋５によって閉塞されている。ハウジング１の周囲には、冷却フィン１ａが配設されている。圧縮室３内には回転ピストン７が回転自在に配設されており、作動室４内には回転ピストン８が回転自在に配設されている。回転ピストン７および８は、共通のシャフト１１に捩れが生じないように固定されている。シャフト１１は、ローラー軸受け１１ａを介してほぼ摩擦がないように蓋５および６に支持されている。開口１２は、図示しない点火プラグを収容するために用いられる。圧縮室３には、ほぼ径方向外側に突出した滑り棒用ハウジング９が配設されている。同様に、作動室４には、滑り棒用ハウジング１０が配設されている。圧縮室の外周には、詳細には図示しない気化器に連接した接続部１３が設けられている。
滑り棒用ハウジング９、１０には、その各々にそれぞれ一端にローラー２０を有する二本の滑り棒１９が配設されており、該ローラーは、回転ピストン７、８上で回転する構成となっている。板ばね２１を有する滑り具が、滑り棒１９に対してローラー２０を気密状に保持する。保護板２２および２３は、分離壁２および圧縮室３乃至は作動室４の蓋５乃至６に対向して滑り棒１９の滑り軌道を規定する。圧縮室３と作動室４との間の分離壁２に開口している複数の接続開口２９には、接続制御弁２４ないし２４′が配設されており、これらの制御弁は、蓋２５によってそれぞれの位置に固定される。各接続制御弁２４乃至２４′は、ほぼ円筒状に形成され、回転ピストン７および８によって作動される二つの伝動子を有する。これによって、接続制御弁は、二つの反対方向に回転自在となり、それぞれ回転ピストン７乃至８の位置に応じて圧縮室３と作動室４との間を接続させたりあるいは両者の間の接続を切るように機能する。
第２９図乃至第３４図には、接続制御弁２４乃至２４′が詳細に図示されている。原則的には、接続制御弁２４、２４′は同様に形成されており、両者の相異点は長さだけである。これは、場所的な理由から、接続制御弁２４のほうを短く形成する必要があるためである。接続制御弁２４、２４′は、それぞれが貫通開口２４ｃ、２４′ｃおよび断面の中心を通る屈折した孔２４ｄ、２４′ｄを有するほぼ円筒状の本体２４ｂ、２４′ｂで構成される。これらの孔２４ｄ、２４′ｄの中には、第１図および第２図に示される二つの伝動子２４ａが挿入される。
接続開口２９は、第５図および第６図から明らかなように、その軸が分離壁２に平行な孔２９として形成され、孔２９ｂの両側から分離壁２の両側に開口する接続スリット２９ｃが伸びている。その下方部分にはピン２４ａが動ける空間を形成するために切除部２９ａが形成されている。
作動室４の外周には、常時開口する第一の排気口２６を有しており、該排気口は、排気本管２８および該排気本管２８の蓋３０上の接続部１４を介して詳細には図示しない排気口と連接している。さらに、回転方向からみて第一の排気口２６の後ろには作動室４の周囲で約９０°の角度にわたって、第二の排気口２７が配設されている。これら第二の排気口２７は、さらに作動室４と排気本管２８とを連接している。これら第二の排気口２７の中には、ほぼ円筒状の形状を有し回転自在の排気弁１５が配設されている。排気弁１５が回転すると、そのたびに、排気ガスが作動室４から排気口２７を通って排気本管２８内に流れたり、流れなかったりするようになる。各排気弁１５は、伝動レバー１５ａを有し、該伝動レバーは、リングばね１５ｂの作用によって止めピン１５ｃに向かって付勢されている。伝動レバー１５ａは、第３５図乃至第３７図に示すように一端部１５ｅに配設された孔１５ｄの中に挿入される。くり抜き１５ｆは、排気ガスが通り抜けられるように径方向に貫通するスリットの形状に形成されている。排気弁１５を第二の排気口２７内に案内する治具板１６は、作動室４の蓋６の外側に配設されている。該治具板１６上には、止めピン１５ｃが固定されており、シャフト１１の軸の周りに回転自在で回転滑り弁の形状に形成された調節装置１７が組み付けられている。詳細に図示しない制御装置に連結されたボーデンワイヤ１８も、治具板および調節装置１７上に固定されている。調節装置１７は、ぴんと張ったボーデンワイヤ２８によって操作される。リングばね１６ｅは、調節装置１７をボーデンワイヤ１８の引っ張り方向と反対に付勢する。調節装置１７が第１図で反時計回りに（ボーデンワイヤに近づく方向に）回転すると、第二の排気口２７が、排気弁１５の回転によって相次いで閉じられる。それと逆の場合には、排気弁１５が相次いで開かれることになる。第二の排気口２７がすべて閉じられたときに、作動室の有効容積が最大となる。第二の排気口２７がすべて開けられたときに、作動室の容積が最小となる。
第７図は、ハウジング１の側面図で、排気本管２８の一部を切開して示してある。第一の排気口２６および第二の排気口２７も示されている。
第９図は、他の図の断面を明らかに示すための上面図である。
第１０図および第１１図は、排気管の蓋３０を詳細に示す図で、図示しない排気口用の接続部１４が示されている。
第１２図および第１３図は、治具板１６の詳細を示す図である。治具板１６は、開口１６ｄを有し、該開口が、これらの図には示されていない調節装置１７が回転自在となる中心を規定している。この開口１６から等距離の位置に排気弁１５を案内するための第一の孔１６ａが一列に配列されて形成されている。第二の孔１６ｂは、排気弁１５の伝動レバー１５ａ用の止め位置を規定する止めピンの収納に用いられる。取り付け具１６ｃは、ボーデンワイヤ１８の固定に用いられる。
調節装置１７は、第１４図および第１５図から明らかなように、円形リングの一部の形状をもつ第一の横木１７ａおよびそれと同心上に配設された第二の横木１７ｂを有する。これら横木１７ａおよび１７ｂの間には、溝１７ｃが形成されている。該溝１７ｃは、排気弁１５の突出部分がその中に収容されるように形成されている。溝乃至横木１７ａおよび１７ｂの一端部１７ｅまたは１７ｆは、該端部１７ｅが対応する排気弁１５の上方を滑動すると、同排気弁１５の伝動レバー１５ａが切り替わるように形成されている。これによって、個々の排気弁１５が相次いで切り替えられることになる。取り付け具１７ｄは、ボーデンワイヤの固定に用いられる。
第１６図乃至第１９図は、圧縮室３の蓋５を示す図であり、第２０図乃至第２２図は、作動室４の蓋６を示す図である。
第２３図および第２４図は、保護板２２の形状を示す。保護板２３も、同様に形成されている。保護板２２は、シャフト１１を収容するための孔２２ａを有する。滑り棒１９を案内するためのスリット２２ｂが形成されている。周囲に形成された複数の溝２２ｃは、保護板２２を圧縮室３内に正確に配置するために用いられる。
第２５図および第２６図は、ポンプのピストン７を示す。該ピストンは、ほぼ楕円形に形成され、シャフト１１乃至はシャフト１１に対する捩れ防止部を画定する詳細には図示しない合わせばねを収容するための溝７ｂのついた孔７ａを有する。ピストン７の主部には、くり抜き７ｃと伝動溝７ｄが形成されており、該伝動溝は、ピストン７の外周につながっていて接続制御弁２４、２４′の伝動子２４ａと係合している。ピストン７は、ほぼ楕円状に形成され、孔７ａから最も離れた部分に滑動部７ｅを有する。滑動部７ｅは、圧縮室３の外周に気密状に接するように形成されている。気密部７ｅは、円の一部で形成される面として形成されており、その中心はシャフトの軸と一致している。このようにすることによって、好ましい気密作用を得ることができる。回転ピストン８は、回転ピストン７とほぼ同様に形成されるが、それに対して鏡対称形であり、作動室４に適応した寸法で形成される。孔８ａ、合わせばね溝８ｂ、くり抜き８ｃ、伝動溝８ｄ、および気密部８ｅは、回転ピストン７の７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、および７ｅで示される要素にそれぞれ対応している。
本発明にもとづく燃焼エンジンは、作動室の容積を、回転数および負荷の変化に応じてまたガス混合物の空気−燃料比に応じて第二の排気口の開閉によって変化させることができ、圧縮室と作動室との間の接続を接続制御弁の開閉によって容易に制御することができ、滑り棒、ローラー、および回転ピストンの間の気密性を、滑り棒、滑り具、および板ばねを配設することによって改善することができる。これによって、多様な運転状況で、排気音を低く抑えながら、高い性能と好ましい廃ガス特性を達成することができる。
本発明の燃焼エンジンは、複数の圧縮室および作動室を用いて実施することができ、それらが共通のシヤフトに対して軸方向に互いにずらして配置されることは、当業者にとって明らかであろう。さらに、本発明の燃焼エンジンを実施例ではオットーモーターとして説明したが、ディーゼルの原理にもとづいて実施できることも明らかである。その場合には、圧縮比に関して当業者には公知の方法で適当な変更を施す必要がある。その場合には、点火プラグの代わりに噴射ノズルが設けられる。

Claims (9)

1. ほぼ円筒状の圧縮室（３）およびほぼ円筒状の作動室（４）を有する内燃式ロータリー燃焼エンジンであって、該圧縮室（３）および該作動室（４）内にはそれぞれ共通の軸の回りで圧縮室（３）および作動室（４）に対して回転自在な回転ピストン（７、８）が配設され、該圧縮室（３）および該作動室（４）内にはそれぞれ径方向に移動自在で対応する回転ピストン（７、８）の表面に気密状に接する滑り棒（１９）が配設され、作動室の周囲には第一の排気口（２６）が配設された内燃式ロータリー燃焼エンジンにおいて、作動室内に排気弁（１５）によって開閉可能な２以上の第二の排気口（２７）が配設され、該排気弁（１５）は、調節装置（１７）によって相次いで変位して、第二排気口（２７）は連続的に閉じ、連続的に開くことを特徴とするロータリー燃焼エンジン。
2. 該排気弁（１５）は、その軸が作動室（４）および圧縮室（３）の軸に対してほぼ平行な回転滑り棒として形成されることを特徴とする請求の範囲１に記載のロータリー燃焼エンジン。
3. 該調節装置（１７）は、回転滑り棒として形成されることを特徴とする請求の範囲１または２に記載のロータリー燃焼エンジン。
4. 回転滑り棒として形成された該調節装置（１７）は、伝動レバー（１５ａ）を介して排気弁（１５）と連動されることを特徴とする請求の範囲１または２に記載のロータリー燃焼エンジン。
5. 該調節装置（１７）は、ボーデンワイヤを介して作動自在であることを特徴とする請求の範囲１乃至４のいずれかに記載のロータリー燃焼エンジン。
6. 作動室の外周に、第一の排気口（２６）を第二の排気口（２７）と連通させる排気本管（２８）が配設されることを特徴とする請求の範囲１乃至５のいずれかに記載のロータリー燃焼エンジン。
7. 各滑り棒ハウジング（９、１０）内に二本の滑り棒（１９）が滑動自在に配設され、また、その先端に滑り具および板ばね（２１）によって気密性が保たれるローラー（２０）を有することを特徴とする請求の範囲１乃至６のいずれかに記載のロータリー燃焼エンジン。
8. 圧縮室（３）と作動室（４）との間に回転ピストン（７、８）によって開閉される接続制御弁（２４、２４’）が配設されることを特徴とする請求の範囲１乃至７のいずれかに記載のロータリー燃焼エンジン。
9. 該接続制御弁（２４、２４’）は、伝動溝内で該回転ピストン（７ｄ、８ｄ）と係合する伝動子（２４ａ）を有することを特徴とする請求の範囲８に記載のロータ燃焼エンジン。

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