JP7415807B2 - rotary engine - Google Patents
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Description
本発明はロータリエンジンに関する。 The present invention relates to rotary engines.
ロータリエンジンでは、トロコイド内周面を有するロータハウジングとロータの間に燃焼室が形成される。ロータの外周面には燃焼室を形成するリセス(凹み)が形成されている。このリセスに関し、特許文献1では、ロータの外周面の長手方向の中央よりロータの回転方向の前方に延びるリーディング側凹部と、当該中央より上記回転方向の手前側に延びるトレーリング側凹部とを備えること、リーディング側凹部は、上記トレーリング側凹部よりも、上記回転方向の前後に延びる長さが長く、容積が大きいことを開示する。このようなリセスであれば、点火後の燃焼初期における火炎から燃焼室壁面への熱伝達が抑制され、燃焼重心のアドバンス化が可能になる。
In a rotary engine, a combustion chamber is formed between a rotor housing and a rotor having a trochoidal inner peripheral surface. A recess (dent) that forms a combustion chamber is formed on the outer peripheral surface of the rotor. Regarding this recess,
ところで、ロータリエンジンでは、膨張行程中に燃焼室のトレーリング側の未燃混合気がリーディング側に流れることにより、図12に示すように、主燃焼ピーク後に熱発生率が高い状態が暫時続く問題、所謂二段燃焼が発生する問題が知られている。この二段燃焼は、その二段目の燃焼による熱発生が燃焼後期になるため、冷却損失及び排気損失を増大させる一因となっている。 By the way, in a rotary engine, the unburned air-fuel mixture on the trailing side of the combustion chamber flows to the leading side during the expansion stroke, resulting in a problem in which the heat release rate remains high for a while after the main combustion peak, as shown in Figure 12. It is known that so-called two-stage combustion occurs. This two-stage combustion is a cause of increasing cooling loss and exhaust loss because the heat generated by the second stage combustion occurs in the later stages of combustion.
本発明は、上記二段燃焼を抑制することを課題とする。 An object of the present invention is to suppress the above-mentioned two-stage combustion.
本発明者が、ロータリエンジンの二段燃焼について、実験を踏まえて検討したところ次のことがわかった。すなわち、インジェクタから噴射した燃料がロータに衝突して燃焼室のトレーリング側に反射し、その結果、該トレーリング側に未燃混合気が残り易くなることが二段燃焼の一因になっている。 The inventor of the present invention studied two-stage combustion in a rotary engine based on experiments and found the following. In other words, the fuel injected from the injector collides with the rotor and is reflected to the trailing side of the combustion chamber, and as a result, unburned air-fuel mixture tends to remain on the trailing side, which is one of the causes of two-stage combustion. There is.
そこで、本発明は、インジェクタを多噴孔型とし、燃焼室のトレーリング側に向かって噴射される燃料のペネトレーションを弱める(短くする)ようにした。 Therefore, the present invention employs a multi-hole injector to weaken (shorten) the penetration of fuel injected toward the trailing side of the combustion chamber.
ここに開示するロータハウジングは、
略楕円形状のトロコイド内周面を有するロータハウジングと、
上記ロータハウジングの両側に配置されて、該ロータハウジングと共にロータ収容室を形成するサイドハウジングと、
上記ロータ収容室内に収容されてエキセントリックシャフトに支持され、該ロータ収容室内に3つの作動室を区画するとともに、回転によって各作動室を周方向に移動させながら、各作動室において吸気、圧縮、膨張及び排気の各行程を順に行なわせる略三角形状のロータと、
上記ロータハウジングに設けられた、上記作動室に燃料を噴射するインジェクタとを備え、
上記インジェクタの燃料噴射開始時期は吸気行程下死点前60゜から吸気行程下死点後60゜にわたる範囲に設定され、
上記インジェクタは、上記ロータハウジングの長軸を基準ラインとして、上記エキセントリックシャフトの軸心を中心とする角度で上記ロータの回転方向に-10゜から+20゜にわたる範囲に配置され、
上記インジェクタは、該インジェクタの中心軸に対して、燃料が上記ロータの回転方向の前方に向かって噴射するように燃料噴射方向が傾斜したリーディング側傾斜噴孔と、燃料が上記ロータの回転方向の手前側を向かって噴射するように燃料噴射方向が傾斜したトレーリング側傾斜噴孔とを備え、
上記トレーリング側傾斜噴孔から噴射される燃料のペネトレーションは上記リーディング側傾斜噴孔から噴射される燃料のペネトレーションよりも短いことを特徴とする。
The rotor housing disclosed herein is
a rotor housing having a substantially elliptical inner trochoidal surface;
side housings disposed on both sides of the rotor housing and forming a rotor housing chamber together with the rotor housing;
It is housed in the rotor housing chamber and is supported by an eccentric shaft, and divides the rotor housing chamber into three working chambers, and each working chamber is moved in the circumferential direction by rotation, and air intake, compression, and expansion are performed in each working chamber. and a substantially triangular rotor that sequentially performs each exhaust stroke;
an injector provided in the rotor housing that injects fuel into the working chamber,
The fuel injection start timing of the injector is set in a range from 60° before the bottom dead center of the intake stroke to 60° after the bottom dead center of the intake stroke,
The injector is arranged at an angle ranging from −10° to +20° in the rotational direction of the rotor, with the long axis of the rotor housing as a reference line, and the axis of the eccentric shaft as the center;
The injector has a leading side inclined nozzle hole whose fuel injection direction is inclined so that the fuel is injected forward in the rotational direction of the rotor with respect to the central axis of the injector, Equipped with a trailing side inclined injection hole in which the fuel injection direction is inclined so as to inject toward the near side,
The penetration of the fuel injected from the trailing side inclined injection hole is shorter than the penetration of the fuel injected from the leading side inclined injection hole.
これによれば、インジェクタの中心軸を基準として、リーディング側に向かって燃料を積極的に供給することができる。その一方で、トレーリング側に対しては、燃料のペネトレーションが短いから、ロータに衝突して燃料が燃焼室のトレーリング側の隅の方に向かうことを抑制することができる。よって、二段燃焼の抑制に有利になる。 According to this, fuel can be actively supplied toward the leading side with the central axis of the injector as a reference. On the other hand, since fuel penetration is short on the trailing side, it is possible to suppress the fuel from colliding with the rotor and heading toward the trailing side corner of the combustion chamber. Therefore, it is advantageous for suppressing two-stage combustion.
ここに、燃料噴射開始時期は吸気行程下死点前60゜から吸気行程下死点後60゜にわたる範囲に設定し、インジェクタは、ロータハウジングの長軸を基準ラインとして、エキセントリックシャフトの軸心を中心とする角度でロータの回転方向に-10゜から+20゜にわたる範囲に配置することが好ましい。これにより、燃焼室のリーディング側への燃料の供給のためにインジェクタの中心軸をリーディング側或いはトレーリング側に大きく傾けることを要さず、従って、燃料噴射の初期や終期に燃料が燃焼室のトレーリング側の隅に向かって供給されないようにすることが容易になる。 Here, the fuel injection start timing is set in a range from 60 degrees before the bottom dead center of the intake stroke to 60 degrees after the bottom dead center of the intake stroke, and the injector is aligned with the axis of the eccentric shaft using the long axis of the rotor housing as a reference line. Preferably, the angle between the center and the center is in the range of -10° to +20° in the direction of rotation of the rotor. This eliminates the need to tilt the center axis of the injector significantly toward the leading or trailing side in order to supply fuel to the leading side of the combustion chamber, and therefore, the fuel is supplied to the combustion chamber at the beginning and end of fuel injection. This makes it easier to avoid being fed toward the trailing corner.
インジェクタの燃料噴射開始時期を吸気行程下死点前60゜から吸気行程下死点後60゜にわたる範囲に設定しているのは、これよりも噴射開始時期が早くなると、点火時点までに未燃混合気が燃焼室のT側にまで広がって二段燃焼の抑制に不利になり、噴射開始時期が遅いと、噴射終了する頃に燃焼室のT側に向けて噴射される燃料が多くなり、二段燃焼の抑制に不利になるためである。 The reason why the injector's fuel injection start timing is set in a range from 60° before the bottom dead center of the intake stroke to 60° after the bottom dead center of the intake stroke is because if the injection start time is earlier than this, there will be no combustion by the time of ignition. The air-fuel mixture spreads to the T side of the combustion chamber, which is disadvantageous to suppressing two-stage combustion.If the injection start time is late, more fuel will be injected toward the T side of the combustion chamber by the time injection ends. This is because it is disadvantageous in suppressing two-stage combustion.
一実施形態では、上記インジェクタは、上記リーディング側傾斜噴孔として、上記トレーリング側傾斜噴孔よりも、上記インジェクタの中心軸と燃料噴射方向とがなす噴射角が大きい噴孔を備えている。これにより、燃焼室のトレーリング側への燃料の供給を抑えてリーディング側に燃料を供給することが容易になる。 In one embodiment, the injector includes, as the leading-side inclined injection hole, an injection hole having a larger injection angle between the central axis of the injector and the fuel injection direction than the trailing-side inclined injection hole. This makes it easy to suppress the supply of fuel to the trailing side of the combustion chamber and supply fuel to the leading side.
一実施形態では、上記インジェクタは、上記ロータの回転方向の前方を指向するように、該インジェクタの中心軸が上記ロータハウジングの長軸に対して傾斜している。これにより、燃焼室のトレーリング側への燃料の供給を抑えてリーディング側に燃料を供給することが容易になる。 In one embodiment, the central axis of the injector is inclined with respect to the long axis of the rotor housing so that the injector is oriented forward in the rotational direction of the rotor. This makes it easy to suppress the supply of fuel to the trailing side of the combustion chamber and supply fuel to the leading side.
本発明によれば、燃料噴射開始時期を吸気行程下死点前60゜から吸気行程下死点後60゜にわたる範囲に設定し、インジェクタ位置を、ロータハウジングの長軸を基準ラインとして、エキセントリックシャフトの軸心を中心とする角度でロータの回転方向に-10゜から+20゜にわたる範囲に設定し、インジェクタのトレーリング側傾斜噴孔の燃料ペネトレーションがリーディング側傾斜噴孔の燃料ペネトレーションよりも短いから、燃料がロータへの衝突によって燃焼室のトレーリング側の隅の方に向かうことを抑えることができ、よって、二段燃焼の抑制に有利になる。 According to the present invention, the fuel injection start timing is set in a range from 60 degrees before the bottom dead center of the intake stroke to 60 degrees after the bottom dead center of the intake stroke, and the injector position is set on the eccentric shaft with the long axis of the rotor housing as the reference line. Since the fuel penetration of the trailing side inclined nozzle hole of the injector is shorter than the fuel penetration of the leading side inclined nozzle hole, , it is possible to suppress the fuel from moving toward the trailing side corner of the combustion chamber due to collision with the rotor, which is advantageous in suppressing two-stage combustion.
以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the form for implementing this invention is demonstrated based on drawing. The following description of preferred embodiments is merely exemplary in nature and is not intended to limit the invention, its applications, or its uses.
<ロータリエンジンの全体構成>
図1に示すロータリエンジン1(以下、単にエンジン1という)は、車両に搭載される直噴式エンジンであって、2つのロータ2を備えている。各々ロータ2を収容する2つのロータハウジング3間にインターミディエイトハウジング4が設けられている。2つのロータハウジング3の両外側にサイドハウジング5が設けられている。1つのロータハウジング3に着目すれば、インターミディエイトハウジング4は、そのロータハウジング3の片側にあって、ロータハウジング3及びサイドハウジング5と共にロータ収容室31を形成するサイドハウジングであると位置付けることができる。
<Overall configuration of rotary engine>
A rotary engine 1 (hereinafter simply referred to as engine 1) shown in FIG. 1 is a direct injection engine mounted on a vehicle, and includes two
図1では、エンジン1のフロント側(図1の右側)の一部を切り欠いてエンジン内部を示すとともに、リヤ側(図1の左側)のサイドハウジング5もエンジン内部を示すために分離して示している。図中の符号Xは、出力軸としてのエキセントリックシャフトの回転軸心(回転中心)である。
In Figure 1, a part of the front side (right side in Figure 1) of the
図2に示すように、ロータハウジング3は、回転軸心Xの方向から見て略楕円形状(俵型)の平行トロコイド曲線で描かれるトロコイド内周面3aを有する。図1に示すように、ロータハウジング3の内周面とインターミディエイトハウジング4の両側の内側面4aとサイドハウジング5の内側面5aによってロータ収容室31が形成され、このロータ収容室31にロータ2が収容されている。インターミディエイトハウジング4の両側のロータ収容室31は、ロータ2の回転位相が異なっている点を除けば構成は同じである。
As shown in FIG. 2, the
ロータ2は、回転軸心Xの方向から見て各辺の中央部が外側に膨出した略三角形状をなし、その三角形の頂部間の略長方形状の外周面2aにリセス7が形成されている。ロータ2の三角形の各頂部に設けられたアペックスシール9がロータ2の回転に伴ってロータハウジング3のトロコイド内周面3aに摺接する。このロータ2によって、図2に示すように、ロータ収容室31の内部が3つの作動室8に区画されている。
The
ロータ2は、エキセントリックシャフト6の偏心輪6aに支持されていて、自転しながら、回転軸心Xの周りに該自転と同方向に公転する(この自転及び公転を含めて、広い意味で単にロータ2の回転という)。そして、ロータ2が1回転する間に3つの作動室8が周方向に移動し、それぞれで吸気、圧縮、膨張(燃焼)及び排気の各行程が行われる。これにより発生する回転力がロータ2を介してエキセントリックシャフト6から出力される。
The
図2において、ロータ2は矢印で示すように時計回り方向に回転し、回転軸心Xを通るロータ収容室31の長軸Yを境に分けられるロータ収容室31の左側が概ね吸気行程及び排気行程の領域となり、右側が概ね圧縮行程及び膨張行程の領域となる。
In FIG. 2, the
図1に示すように、インターミディエイトハウジング4の内側面4aとサイドハウジング5の内側面5aにおける上記吸気行程及び排気行程の領域に対応する部位に、吸気ポート11~13及び排気ポート10が開口している。
As shown in FIG. 1, intake ports 11 to 13 and an exhaust port 10 are opened at positions corresponding to the intake stroke and exhaust stroke regions on the inner surface 4a of the
図2に示すように、ロータハウジング3の頂部付近には、吸気行程ないし圧縮行程の作動室8に燃料を噴射するインジェクタ21が設けられている。ロータハウジング3の側部における、回転軸心Xを通るロータ収容室31の短軸Zを挟んだロータ回転方向のリーディング側(以下、「L側」という。)位置及びトレーリング側(以下、「T側」という。)位置に、L側点火プラグ91及びT側点火プラグ92が取り付けられている。なお、長軸Yと短軸Zは互いに直交している。
As shown in FIG. 2, an
図示は省略するが、ロータリエンジン1は、排気ガスの一部を吸気通路に環流するEGR装置を備え、エンジン運転状態に応じて排気ガスの環流が行なわれる。
Although not shown, the
また、ロータリエンジン1は、吸気スロットル弁、インジェクタ21、点火プラグ91,92及びEGR装置の作動を含めて、上記エンジンの作動を制御する制御部としてのコントロールユニットを備えている。
Further, the
<コントロールユニットについて>
コントロールユニットは、マイクロコンピュータをベースとするものであって、プログラムを実行する中央演算処理装置(CPU)と、例えばRAMやROMにより構成されてプログラム及びデータを格納するメモリと、信号入出力(I/O)バスとを備えている。コントロールユニットには、車両のアクセル開度センサ、車速センサ、エンジン回転角センサ、空燃比センサ、エンジン水温センサ、エアフローセンサ等からの各種情報の信号が入力される。
<About the control unit>
The control unit is based on a microcomputer, and includes a central processing unit (CPU) that executes programs, a memory that stores programs and data, such as RAM or ROM, and signal input/output (I/O). /O) bus. Various information signals are input to the control unit from the vehicle's accelerator opening sensor, vehicle speed sensor, engine rotation angle sensor, air-fuel ratio sensor, engine water temperature sensor, air flow sensor, and the like.
コントロールユニットは、入力信号に基いて、エンジン1の運転状態を判定するとともに、その運転状態に応じて、スロットル弁の開度、EGR装置によるEGR率、各作動室8におけるL側及びT側の点火プラグ91,92による点火時期、インジェクタ21による燃料噴射量及び燃料噴射開始時期の制御を行なう。
The control unit determines the operating state of the
点火時期に関しては、L側点火プラグ91による点火時期を、T側点火プラグ92による点火時期よりも進角側の圧縮行程の上死点前15゜から上死点後55゜にわたる範囲に設定し、該設定に基づいてL側及びT側の点火コイルの通電時期を制御する。 Regarding the ignition timing, the ignition timing by the L side ignition plug 91 is set in a range from 15 degrees before top dead center to 55 degrees after top dead center of the compression stroke, which is more advanced than the ignition timing by the T side ignition plug 92. , and controls the energization timing of the L-side and T-side ignition coils based on the settings.
L側点火プラグ91による点火時期は、燃焼重心が圧縮行程上死点後10゜~30゜の熱効率が高い適切な位置にくるように、EGR率に応じて制御される。なお、図2に示す鎖線で示すように、ロータ2の頂点の1つが点火プラグ91,92の反対側において短軸Z上に位置付けられているとき、当該頂点の反対側に位置する作動室が圧縮行程上死点になっている。
The ignition timing by the L-side ignition plug 91 is controlled according to the EGR rate so that the combustion center of gravity is located at an appropriate position with high thermal efficiency, 10° to 30° after the top dead center of the compression stroke. Note that, as shown by the chain line in FIG. 2, when one of the apexes of the
EGR率が高くなるほど着火遅れ期間が長くなるとともに、燃焼重心がリタードしていく。そこで、EGR率に応じて着火遅れ期間を設定するとともに、EGR率に応じて目標熱発生開始時期(見掛けの熱発生開始の目標時期)を設定する。そうして、目標熱発生開始時期から着火遅れ期間だけ進角した時期がL側点火プラグ91の点火時期とされる。 As the EGR rate increases, the ignition delay period becomes longer and the combustion center of gravity is retarded. Therefore, the ignition delay period is set according to the EGR rate, and the target heat generation start time (target time for the apparent start of heat generation) is set according to the EGR rate. Then, the timing advanced by the ignition delay period from the target heat generation start timing is set as the ignition timing of the L side ignition plug 91.
また、このL側点火プラグ91の点火時期は、エンジン負荷(スロットル弁の開度)及びエンジン回転数に応じて補正される。すなわち、当該点火時期は、エンジン負荷が高くなるほど遅角され、エンジン回転数が高くなるほど進角される。 Further, the ignition timing of this L-side ignition plug 91 is corrected according to the engine load (throttle valve opening) and engine speed. That is, the ignition timing is retarded as the engine load becomes higher, and advanced as the engine speed becomes higher.
T側点火プラグ92による点火時期は、L側点火プラグ91の点火時期から所定角度遅角した時期に制御される。 The ignition timing of the T-side spark plug 92 is controlled to be delayed by a predetermined angle from the ignition timing of the L-side spark plug 91.
インジェクタ21による燃料噴射開始時期は、吸気行程の下死点前60゜から下死点後60゜にわたる範囲において、エンジン回転数に応じて制御され、燃料噴射量はエンジン負荷に応じて制御される。
The start timing of fuel injection by the
<ロータ2のリセス7について>
図3に示すように、ロータ2の外周面2aに形成されたリセス7は、ロータ回転方向に長く延びている。リセス7は、外周面2aの長手方向の中央よりロータ回転方向の前方に延びるL側凹部7aと、該L側凹部7aに連続し上記外周面2aの中央よりロータ回転方向の手前側に延びるT側凹部7bとを備えている。このリセス7の容積は、作動室8の幾何学的な圧縮比が9.7以上になるように設定されている。
<About recess 7 of
As shown in FIG. 3, the recess 7 formed in the outer
ロータ2の外周面2aの平面視において、L側凹部7aは、ロータ回転方向の前方に向かって幅がなだらかに広がり先端が円弧状になっている。換言すれば、L側凹部7aは、ロータ回転方向の前方に向かって電球状に膨大した形状になっている。一方、T側凹部7bは、L側凹部7aにおける幅が狭くなった基部に連続して同じ幅でロータ回転方向の手前側に延び、その端部は幅が先細で狭まり、端縁はロータ2の幅方向に直線的に延びている。
In a plan view of the outer
外周面2aの長手方向の中央よりロータ回転方向の前方に延びるL側凹部7aの長さL1は、外周面2aの長手方向の中央よりロータ回転方向の手前側に延びるT側凹部7bの長さL2よりも長くなっている。L側凹部7aのロータ回転方向の先端と上記外周面の回転方向の先端との距離Ldは、外周面2aのロータ回転方向の長さLoの5/100以上15/100以下になっている。後述するS/V比を比較例1よりも小さくするために、好ましいLd/Lo比は5/100以上12/100以下であり、さらに、BTDC49゜でS/V比が小さくなるように、より好ましいLd/Lo比は7/100以上10/100以下である。
The length L1 of the L-
図4に示すように、L側凹部7aは、L側点火プラグ91の点火点に対応する中央が最も深くなるようにくぼんだ深み部15を備えている。深み部15は、T側凹部7bよりも深く、ロータ2の外周面2aの幅方向の両側及びロータ回転方向の前方に行くに従って漸次浅くなるように湾曲した凹曲面に形成されている。この深み部15の幅W1は、T側凹部7bの幅W2よりも大きく、さらに、後述する仮想火炎の半球状膨出部の直径よりも大きい。また、深み部15の曲率半径はその半球状膨出部の半径よりも大きい。
As shown in FIG. 4, the L-
以上から明らかなように、L側凹部7aの容積V1は、T側凹部7bの容積V2よりも大きくなっている。好ましい容積比V1/V2は60/40以上80/20以下である。
As is clear from the above, the volume V1 of the L-
<インジェクタ21について>
図5に示すように、インジェクタ21は、多噴孔型であって、先端部23aに複数の噴孔22を有する円筒状のノズルボディ23と、このノズルボディ23に嵌挿されたニードル弁24とを備えてなる。ノズルボディ23の先端部23aの内側にニードル弁24が当接する弁座25が形成されている。
<About the
As shown in FIG. 5, the
図6に示すように、インジェクタ21の先端部23aは、ロータハウジング3の長軸Yを基準ラインとして、エキセントリックシャフト6の軸心Xを中心とする角度でロータ2の回転方向に-10゜から+20゜にわたる範囲において、ロータハウジング3の幅方向の中央位置に配置されている。
As shown in FIG. 6, the
また、インジェクタ21の中心軸Aは、ロータ2が作動室8の一つを吸気行程下死点に位置づけた姿勢(図6に示す姿勢)にあると想定したときの、該ロータ2の当該作動室8を形成する外周面2aの長手方向の中央からL側凹部7aの長手方向の中央にわたる範囲R、すなわち、L側凹部7aの後部を指向するように設けられている。
Further, the central axis A of the
図2に示す例では、インジェクタ21の先端部23aは、エキセントリックシャフト6の軸心Xを中心とする角度でみると、基準ライン(長軸Y)からロータ2の回転方向に+10゜の位置において、ロータハウジング3の幅方向の中央に配置されている。インジェクタ21の中心軸Aは、基準ラインと平行になってリーディング側凹部7aの後部を指向している。
In the example shown in FIG. 2, the
図7に示すように、本例のインジェクタ21は、その中心軸Aのまわりに六つの噴孔(第1噴孔22(1)~第6噴孔22(6))を有し、それらは燃料の噴射方向(燃料噴霧中心の指向方向)が相違する。図8に噴孔22(1)~22(6)の噴射角を示す。噴射角は、中心軸Aと噴孔の噴射方向とがなす角度である。図8では、噴孔22(1)~22(6)を示す記号として、噴孔22の種別を表す添え数字(1)~(6)を丸数字に変更した記号を用いている。
As shown in FIG. 7, the
本例のインジェクタ21は、噴射方向がT側に10゜以上35゜以下の噴射角で傾いたT側傾斜噴孔(第1噴孔22(1)及び第2噴孔22(2))と、T側又はL側への噴射角が5゜以下である直進的噴孔(第3噴孔22(3)及び第4噴孔22(4))と、噴射方向がL側に10゜以上40゜以下の噴射角で傾いたL側傾斜噴孔(第5噴孔22(5)及び第6噴孔22(6))とを有する。具体的には次のとおりである。
The
T側傾斜噴孔である第1噴孔22(1)及び第2噴孔22(2)は、各々の噴射方向がT側に約27゜傾けられ、エキセントリックシャフト6の回転軸心Xの方向(ロータ2の幅方向)において互いに反対側に約12゜傾けられている。
The first nozzle hole 22(1) and the second nozzle hole 22(2), which are T-side inclined nozzle holes, have their respective injection directions inclined at approximately 27 degrees toward the T side, and are aligned in the direction of the rotation axis X of the
直進的噴孔である第3噴孔22(3)及び第4噴孔22(4)は、各々の噴射方向がT側に約3゜傾けられ、回転軸心Xの方向において互いに反対側に約12゜傾けられている。 The third nozzle hole 22(3) and the fourth nozzle hole 22(4), which are straight nozzle holes, have their respective injection directions inclined at approximately 3 degrees toward the T side, and are opposite to each other in the direction of the rotation axis X. It is tilted approximately 12 degrees.
L側傾斜噴孔である第5噴孔22(5)及び第6噴孔22(6)は、前者の噴射方向がは、L側に約16゜傾けられ、後者の噴射方向がL側に約37゜傾けられている。すなわち、第6噴孔22(6)は、T側傾斜噴孔22(1),22(2)よりも噴射角が大きくなっている。第5噴孔22(5)及び第6噴孔22(6)各々の噴射方向の回転軸心Xの方向への傾きは略零になっている。 The fifth nozzle hole 22(5) and the sixth nozzle hole 22(6), which are L-side inclined nozzle holes, have the injection direction of the former inclined at an angle of about 16 degrees toward the L side, and the injection direction of the latter toward the L side. It is tilted at approximately 37 degrees. That is, the sixth nozzle hole 22(6) has a larger injection angle than the T-side inclined nozzle holes 22(1) and 22(2). The inclination of the injection direction of each of the fifth nozzle hole 22(5) and the sixth nozzle hole 22(6) toward the rotation axis X is approximately zero.
第1噴孔22(1)及び第2第2噴孔22(2)の孔径は約125μmであり、第3噴孔22(3)乃至第6噴孔22(6)の孔径は約210μmである。この孔径の相違により、燃料流量の分配率は、第1噴孔22(1)及び第2噴孔22(2)各々が約8%となり、第3噴孔22(3)乃至第6噴孔22(6)各々が約21%となっている。 The diameter of the first nozzle hole 22(1) and the second nozzle hole 22(2) is approximately 125 μm, and the diameter of the third nozzle hole 22(3) to the sixth nozzle hole 22(6) is approximately 210 μm. be. Due to this difference in hole diameter, the distribution ratio of the fuel flow rate is approximately 8% for each of the first nozzle hole 22(1) and the second nozzle hole 22(2), and for the third nozzle hole 22(3) to the sixth nozzle hole. 22(6) each accounted for approximately 21%.
従って、当該インジェクタ21は、中心軸Aよりロータ2の回転方向の前方への燃料噴射量(L側傾斜噴孔22(5),22(6)による噴射量)が該回転方向の後方への燃料噴射量(T側傾斜噴孔22(1),22(2)による噴射量)よりも多くなっている。
Therefore, in the
第1噴孔22(1)及び第2第2噴孔22(2)と、第3噴孔22(3)乃至第6噴孔22(6)とでは、上記燃料流量の分配率の違いによって、燃料噴霧のペネトレーション(到達距離)が相違する。すなわち、ペネトレーションは、燃料の噴射圧と噴射量に依存するから、燃料流量の分配率が小さい第1噴孔22(1)及び第2第2噴孔22(2)のペネトレーションは、燃料流量の分配率が大きい第3噴孔22(3)乃至第6第2噴孔22(6)のペネトレーションよりも短くなる。 Due to the difference in the distribution ratio of the fuel flow rate between the first nozzle hole 22(1) and the second nozzle hole 22(2) and the third nozzle hole 22(3) to the sixth nozzle hole 22(6), , the penetration (reaching distance) of the fuel spray is different. In other words, since penetration depends on the fuel injection pressure and injection amount, the penetration of the first nozzle hole 22(1) and the second nozzle hole 22(2), which have a small fuel flow rate distribution ratio, depends on the fuel flow rate. The penetration is shorter than that of the third nozzle hole 22(3) to the sixth second nozzle hole 22(6), which have a large distribution ratio.
ここにペネトレーションは、例えば、燃圧;15±0.1MPa、テスト燃料;n-ヘプタン、並びにインジェクタの噴射パルス幅;2.5msの条件で燃料を噴射したときの、噴射開始から2ms経過時点の燃料噴霧の到達距離とし、噴射回数40回での平均値をとって求めることができる。 Here, the penetration is, for example, the fuel at the time when 2 ms has elapsed from the start of injection when fuel is injected under the conditions of fuel pressure: 15 ± 0.1 MPa, test fuel: n-heptane, and injector injection pulse width: 2.5 ms. It can be determined by taking the average value of 40 sprays as the distance traveled by the spray.
図9は、第1噴孔22(1)乃至第6噴孔22(6)各々からの燃料の噴霧方向及び噴霧到達距離(噴射開始から2ms経過時点の噴霧長さ)を示す。図9では、図8と同じく、六つの噴孔22(1)~22(6)を示す記号として、噴孔22の種別を表す添え数字(1)~(6)を丸数字に変更した記号を用いている。このケースでは、第1噴孔22(1)及び第2第2噴孔22(2)のペネトレーションは約90mmであり、第3噴孔22(3)乃至第6噴孔22(6)のペネトレーションは約120mmである。 FIG. 9 shows the spray direction and spray reach distance of fuel from each of the first nozzle hole 22(1) to the sixth nozzle hole 22(6) (spray length at 2 ms elapsed from the start of injection). In FIG. 9, as in FIG. 8, the symbols indicating the six nozzle holes 22(1) to 22(6) are obtained by changing the subscript numbers (1) to (6) representing the type of the nozzle holes 22 to round numbers. is used. In this case, the penetration of the first nozzle hole 22(1) and the second nozzle hole 22(2) is approximately 90 mm, and the penetration of the third nozzle hole 22(3) to the sixth nozzle hole 22(6) is approximately 90 mm. is approximately 120 mm.
図10は、インジェクタ21による燃料の噴射を吸気行程下死点において開始したときの燃料噴霧(破線で示している。)の到達位置を示す。実際にはインジェクタ21が定位置にあって、ロータ2が回転移動するが、同図は、ロータ2上のどの位置に燃料噴霧が到達するかをみるために、ロータ2を固定して、インジェクタ21を相対的に移動させる態様で燃料噴霧の到達位置を描いている。燃料噴射開始時のインジェクタ21の位置をその符号に記号(S)を添えて表し、燃料噴射終了時のインジェクタ21の位置をその符号に記号(E)を添えて表している。
FIG. 10 shows the arrival position of the fuel spray (indicated by a broken line) when fuel injection by the
燃料の噴射を開始したときは、ロータ2がインジェクタ21(S)から離れている。T側傾斜噴孔噴孔22(1),22(2)はペネトレーションが短いから、噴射開始から2ms経過時点でも燃料噴霧はロータ2の外周面に到達しない。その後に燃料噴霧がロータ2の外周面に到達しても、その勢いは弱いから、ロータ2の外周面において作動室(燃焼室)8のT側に反射する量は少なく、或いはT側には殆ど反射しない。
When fuel injection is started, the
一方、L側傾斜噴孔22(5),22(6)はペネトレーションが長いから、噴射開始から2ms経過時点において、第5噴孔22(5)からの燃料噴霧はL側凹部7aに到達し、第6噴孔22(6)からの燃料噴霧は作動室8のL側の隅に到達する。
On the other hand, since the penetration of the L-side inclined nozzle holes 22(5) and 22(6) is long, the fuel spray from the fifth nozzle hole 22(5) reaches the L-
直進的噴孔22(3),22(4)もペネトレーションが長いから、噴射開始から2ms経過時点において、燃料噴霧がロータ2の外周面の長手方向中央付近に到達する。この直進的噴孔22(3),22(4)の噴霧方向のT側への傾斜は僅かであるから、燃料噴霧がロータ2の外周面で反射しても作動室8のT側に多量にいくことはない。
Since the straight injection holes 22(3) and 22(4) also have a long penetration, the fuel spray reaches the vicinity of the longitudinal center of the outer circumferential surface of the
ロータ2の回転に伴って、ロータ2の外周面のT側がインジェクタ21に近づいてくる。従って、燃料噴射終了時のT側傾斜噴孔22(1),22(2)からの燃料噴霧もロータ2の外周面に衝突するようになる。しかし、ロータ2の回転が進むに従って、当該燃料噴霧のロータ2の外周面に対する入射角が小さくなっていくから、その燃料噴霧が反射されて作動室8のT側の隅にいく量は少ない。
As the
従って、以上のようなインジェクタ21の配置、噴孔22(1)~22(6)の噴射方向及びペネトレーションによれば、混合気が燃焼室のL側に集まり易くなる。そのため、主燃焼においてL側への火炎伝播によって混合気の多くが燃焼する。T側に未燃混合気が残る量が少なくなるため、すなわち、膨張行程においてT側からL側に押し出される未燃混合気が少なくなるため、二段燃焼の程度が軽微になる。よって、冷却損失及び排気損失を少なくなる。
Therefore, according to the arrangement of the
ここに、燃料噴射開始時期を吸気行程下死点前60゜から吸気行程下死点後60゜にわたる範囲に設定し、インジェクタ21の先端を、長軸Yを基準ラインとして、軸心Xを中心とする角度でロータ2の回転方向に-10゜から+20゜の範囲に配置しているということは、要するに、インジェクタ21をロータ2のL側凹部7aからの距離が遠くならない位置に設定しているということである。このような位置設定において、インジェクタ21の中心軸Aを、ロータ2が作動室8の一つを吸気行程下死点に位置づけた姿勢にあると想定したときのL側凹部7aの後部に指向させている。従って、混合気を燃焼室のL側に集め易くなるものである。
Here, the fuel injection start timing is set in a range from 60 degrees before the bottom dead center of the intake stroke to 60 degrees after the bottom dead center of the intake stroke, and the tip of the
インジェクタ21の燃料噴射開始時期を吸気行程下死点前60゜から吸気行程下死点後60゜にわたる範囲に設定しているのは、これよりも噴射開始時期が早くなると、点火時点までに未燃混合気が燃焼室のT側にまで広がって二段燃焼の抑制に不利になり、噴射開始時期が遅いと、噴射終了する頃に燃焼室のT側に向けて噴射される燃料が多くなり、二段燃焼の抑制に不利になるためである。
The reason why the fuel injection start timing of the
好ましいのは、燃料噴射開始時期を吸気行程下死点から吸気行程下死点後60゜にわたる範囲に設定し、インジェクタ21は、長軸Yよりもロータ2の回転方向の前方に配置することである。これにより、燃料噴霧をL側凹部7aに到達させ易くなる。この場合、インジェクタ21はその中心軸Aが長軸Yと平行になるように設けることが好ましい。
It is preferable to set the fuel injection start timing in a range from the bottom dead center of the intake stroke to 60 degrees after the bottom dead center of the intake stroke, and to arrange the
図11に示すように、インジェクタ21がL側凹部7aを指向するように、その中心軸Aを長軸Yに対して傾斜させるようにしてもよい。特に、インジェクタ21の先端位置を上記-10゜から+20゜にわたる範囲におけるロータ2の回転方向におけるT側寄りに設けるときには、当該中心軸Aの傾斜によって混合気を燃焼室のリーディング側に集め易くなる。
As shown in FIG. 11, the central axis A of the
また、インジェクタ21の中心軸Aよりロータ2の回転方向の前方への燃料噴射量(L側傾斜噴孔22(5),22(6)による噴射量)が該回転方向の後方への燃料噴射量(T側傾斜噴孔22(1),22(2)による噴射量)よりも多くなっているから、混合気を燃焼室のL側に集め易くなる。
Furthermore, the amount of fuel injected forward in the rotational direction of the
T側傾斜噴孔22(1),22(2)は、そのペネトレーションをL側傾斜噴孔22(5),22(6)のペネトレーションよりも短くすることによって、燃料噴射開始時期において、燃料噴霧がロータ2の外周面に到達(衝突)しないようにしている。インジェクタ21から噴射される燃料の霧化、空気との混合を図りつつ、L側傾斜噴孔22(5),22(6)からの燃料噴霧がロータ2の外周面(特にL側凹部7a)に確実に到達し、T側傾斜噴孔22(1),22(2)からの燃料噴霧がロータ2の外周面に到達しないようにする観点から、T側傾斜噴孔22(1),22(2)のペネトレーションは、L側傾斜噴孔22(5),22(6)のペネトレーションの8/10以上6/10以下とすることが好ましい。
By making the penetration of the T-side inclined nozzle holes 22(1), 22(2) shorter than that of the L-side inclined nozzle holes 22(5), 22(6), the fuel spray is prevented at the fuel injection start timing. is prevented from reaching (colliding with) the outer circumferential surface of the
1 ロータリエンジン
2 ロータ
2a 外周面
3 ロータハウジング
3a トロコイド内周面
6 エキセントリックシャフト
7 リセス
7a L側凹部
7b T側凹部
8 作動室(燃焼室)
21 インジェクタ
22 噴孔
1
21
Claims (3)
上記ロータハウジングの両側に配置されて、該ロータハウジングと共にロータ収容室を形成するサイドハウジングと、
上記ロータ収容室内に収容されてエキセントリックシャフトに支持され、該ロータ収容室内に3つの作動室を区画するとともに、回転によって各作動室を周方向に移動させながら、各作動室において吸気、圧縮、膨張及び排気の各行程を順に行なわせる略三角形状のロータと、
上記ロータハウジングに設けられた、上記作動室に燃料を噴射するインジェクタとを備え、
上記インジェクタの燃料噴射開始時期は吸気行程下死点前60゜から吸気行程下死点後60゜にわたる範囲に設定され、
上記インジェクタは、上記ロータハウジングの長軸を基準ラインとして、上記エキセントリックシャフトの軸心を中心とする角度で上記ロータの回転方向に-10゜から+20゜にわたる範囲に配置され、
上記インジェクタは、該インジェクタの中心軸に対して、燃料が上記ロータの回転方向の前方に向かって噴射するように燃料噴射方向が傾斜したリーディング側傾斜噴孔と、燃料が上記ロータの回転方向の手前側を向かって噴射するように燃料噴射方向が傾斜したトレーリング側傾斜噴孔とを備え、
上記トレーリング側傾斜噴孔から噴射される燃料のペネトレーションは上記リーディング側傾斜噴孔から噴射される燃料のペネトレーションよりも短いことを特徴とするロータリエンジン。 a rotor housing having a substantially elliptical inner trochoidal surface;
side housings disposed on both sides of the rotor housing and forming a rotor housing chamber together with the rotor housing;
It is housed in the rotor housing chamber and is supported by an eccentric shaft, and divides the rotor housing chamber into three working chambers, and each working chamber is moved in the circumferential direction by rotation, and air intake, compression, and expansion are carried out in each working chamber. and a substantially triangular rotor that sequentially performs each exhaust stroke;
an injector provided in the rotor housing that injects fuel into the working chamber,
The fuel injection start timing of the injector is set in a range from 60° before the bottom dead center of the intake stroke to 60° after the bottom dead center of the intake stroke,
The injector is arranged at an angle ranging from −10° to +20° in the rotational direction of the rotor, with the long axis of the rotor housing as a reference line and the axis of the eccentric shaft as the center;
The injector has a leading side inclined nozzle hole whose fuel injection direction is inclined so that the fuel is injected forward in the rotational direction of the rotor with respect to the central axis of the injector, Equipped with a trailing side inclined injection hole in which the fuel injection direction is inclined so as to inject toward the near side,
A rotary engine characterized in that the penetration of fuel injected from the trailing-side inclined injection hole is shorter than the penetration of fuel injected from the leading-side inclined injection hole.
上記インジェクタは、上記リーディング側傾斜噴孔として、上記トレーリング側傾斜噴孔よりも、上記インジェクタの中心軸と燃料噴射方向とがなす噴射角が大きい噴孔を備えていることを特徴とするロータリエンジン。 In claim 1,
The injector is a rotary injector, characterized in that the leading side inclined injection hole is provided with an injection hole having a larger injection angle between the central axis of the injector and the fuel injection direction than the trailing side inclined injection hole. engine.
上記インジェクタは、上記ロータの回転方向の前方を指向するように、該インジェクタの中心軸が上記ロータハウジングの長軸に対して傾斜していることを特徴とするロータリエンジン。 In claim 1 or claim 2,
A rotary engine characterized in that the central axis of the injector is inclined with respect to the long axis of the rotor housing so that the injector is oriented forward in the rotational direction of the rotor.
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