(57)【要約】      （修正有）【課題】ピストン部に副燃焼室を形成し、ハウジング側に圧縮ガス導入機構と燃焼ガス噴出機構を設けた回転型内燃機関であって、圧縮比を変更可能で、且つ、圧縮上死点状態を保持する期間を変更可能な回転型内燃機関を提供する。【解決手段】回転型内燃機関Ｅは、出力軸１と、ロータ２と、ハウジング３と、ハウジング又はハウジングとロータ内に形成された環状作動室４と、ロータに設けられて環状作動室内を回転するピストン部７と、環状作動室を仕切る複数の可動仕切部材５，６と、吸入作動室４ａと圧力作動室と燃焼作動室４ｃと排気作動室４ｄと、ピストン部に形成した副燃焼室２０であってピストン部の頂部に開口する開口部２０ａを有する副燃焼室と、ハウジングに設けられて圧縮作動室の圧縮混合気を副燃焼室に導入する圧縮ガス導入機構６２と、ハウジングに設けられて副燃焼室の燃焼ガスを燃焼作動室に噴出させる燃焼ガス噴出機構７２とを備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力軸と、この出力軸に固定されたロータと、このロータを回転可能に支持するハウジングと、このハウジング又はハウジングとロータ内に形成された環状作動室と、この環状作動室を横断的にガス密に仕切るように前記ハウジングの複数部位に可動に設けられた複数の可動仕切部材と、前記ロータに設けられ前記環状作動室を横断的にガス密に仕切るピストン部とを備え、前記環状作動室内を回転する前記ピストン部と前記複数の可動仕切部材により前記環状作動室内に吸入作動室と圧縮作動室と燃焼作動室と排気作動室とを形成可能にした回転型内燃機関において、
前記圧縮作動室から圧縮混合気又は圧縮空気を導入して点火する為の副燃焼室であって前記ピストン部のうちの前記環状作動室の内壁面に常時面接触している頂部に開口する開口部を有する副燃焼室が前記ピストン部の内部に形成され、
第１の可動仕切部材に対してロータ回転方向トレーリング側に前記圧縮作動室が形成されると共にリーディング側に前記燃焼作動室が形成され、
前記圧縮作動室又は燃焼作動室が特定作動室である場合に、前記環状作動室の前記内壁面を形成する内壁面形成壁部のうちの前記特定作動室の少なくとも一部の内壁面形成壁部部分に前記副燃焼室の前記開口部の移動軌跡に対向するように形成された円弧溝と、前記円弧溝に沿って移動可動に前記円弧溝に装着されたシャッター部材とを有し、且つ出力軸の回転位相に関連付けた設定期間に前記円弧溝を介して前記副燃焼室を前記特定作動室に連通させる連通機構が設けられたことを特徴とする回転型内燃機関。
【請求項２】
前記吸入作動室に連通する吸入ポートと、前記排気作動室に連通する排気ポートと、燃焼用空気に燃料を供給する燃料供給手段とが設けられ、
前記副燃焼室内の圧縮混合気に点火プラグ又は圧縮点火により点火する点火手段が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の回転型内燃機関。
【請求項３】
前記圧縮作動室が前記特定作動室である場合、前記円弧溝が第１円弧溝であり、前記シャッター部材が第１シャッター部材であり、前記設定期間が圧縮行程の第１所定期間であり、前記連通機構が前記圧縮作動室の圧縮混合気又は圧縮空気を前記開口部から前記副燃焼室に導入させる圧縮ガス導入機構であることを特徴とする請求項２に記載の回転型内燃機関。
【請求項４】
前記燃焼作動室が前記特定作動室である場合、前記円弧溝が第２円弧溝であり、前記シャッター部材が第２シャッター部材であり、前記設定期間が燃焼行程の第２所定期間であり、前記連通機構が前記副燃焼室内の高圧燃焼ガスを前記開口部から前記燃焼作動室に噴出させる燃焼ガス噴出機構であることを特徴とする請求項２に記載の回転型内燃機関。
【請求項５】
前記第１所定期間の終了タイミングは、前記ピストン部の頂部が前記第１の可動仕切部材に対向するタイミングであることを特徴とする請求項３に記載の回転型内燃機関。
【請求項６】
前記第２所定期間の開始タイミングは、前記ピストン部の頂部が前記第１の可動仕切部材に対向してから前記出力軸が所定角度回転したタイミングであり、
前記出力軸が前記所定角度回転する間は前記副燃焼室の開口部が閉塞されて圧縮上死点状態が保持されることを特徴とする請求項４に記載の回転型内燃機関。
【請求項７】
前記圧縮ガス導入機構は、前記第１円弧溝と、前記第１シャッター部材と、前記第１シャッター部材の外周部に形成された複数の第１ラック歯と、前記第１ラック歯に噛合された第１ピニオンと、この第１ピニオンを回転駆動する第１電動モータと、前記出力軸の回転位相信号に基づいて第１電動モータを制御する第１制御手段とを備えていることを特徴とする請求項３に記載の回転型内燃機関。
【請求項８】
前記燃焼ガス噴出機構は、前記第２円弧溝と、前記第２シャッター部材と、前記第２シャッター部材の外周部に形成された複数の第２ラック歯と、前記第２ラック歯に噛合された第２ピニオンと、この第２ピニオンを回転駆動する第２電動モータと、前記出力軸の回転位相信号に基づいて第２電動モータを制御する第２制御手段とを備えていることを特徴とする請求項４に記載の回転型内燃機関。
【請求項９】
前記第１制御手段は、圧縮行程の前記第１所定期間に、前記副燃焼室が前記第１円弧溝と前記第１シャッター部材を介して前記圧縮作動室に連通し且つ前記吸入作動室に連通しないように前記第１電動モータを介して前記第１シャッター部材の移動位置を制御することを特徴とする請求項７に記載の回転型内燃機関。
【請求項１０】
前記第１制御手段は、前記第１所定期間中又は第１所定期間の前に、前記第１円弧溝と前記第１シャッター部材を介して、前記吸入作動室と前記圧縮作動室を連通させて圧縮混合気又は圧縮空気の一部を吸入作動室へリークさせるリーク量を制御することにより、圧縮比を所定の最大圧縮比以下の範囲で変更可能に構成されたことを特徴とする請求項９に記載の回転型内燃機関。
【請求項１１】
前記第２制御手段は、燃焼行程の前記第２所定期間に、前記副燃焼室が前記第２円弧溝と前記第２シャッター部材を介して前記燃焼作動室に連通し且つ前記排気作動室に連通しないように、前記第２電動モータを介して前記第２シャッター部材の移動位置を制御することを特徴とする請求項８に記載の回転型内燃機関。
【請求項１２】
前記環状作動室の断面形状は、円形又は前記出力軸の軸心方向と平行な長軸を有する長円形であることを特徴とする請求項１に記載の回転型内燃機関。
【請求項１３】
前記圧縮ガス導入機構は、前記第１シャッター部材を前記第１円弧溝に沿って移動駆動可能な第１のリニアモータ機構を有することを特徴とする請求項３に記載の回転型内燃機関。
【請求項１４】
前記燃焼ガス噴出機構は、前記第２シャッター部材を前記第２円弧溝に沿って移動駆動可能な第２のリニアモータ機構を有することを特徴とする請求項４に記載の回転型内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転型内燃機関（回転ピストン型内燃機関）に関し、特にロータのピストン部に形成した副燃焼室と、この副燃焼室に圧縮混合気又は圧縮空気を導入する圧縮ガス導入機構と、副燃焼室内の高圧燃焼ガスを燃焼作動室に噴出する燃焼ガス噴出機構を有し、制御技術を介して圧縮比を変更可能とし且つ圧縮上死点状態を保持する期間を変更可能にした回転型内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転型内燃機関の場合、回転するピストン部の受圧面積をＡ、燃焼ガス圧をＰ、ピストン部の出力軸軸心からの半径をＲとすると、出力トルクＴは、Ｔ＝Ａ×Ｐ×Ｒとなる。
往復動内燃機関の場合、ピストン受圧面積をＡo、燃焼ガス圧をＰo、クランク半径をＲo 、クランクアームのピストン軸心に対するクランク角をθとすると、出力トルクＴoは、Ｔo≒Ａo×Ｐo×Ｒo×Sinθとなる。
【０００３】
往復動内燃機関の場合、上記のようにSinθを掛ける分だけ出力トルクが小さくなり、出力特性を高めるには限界がある。しかも、吸入、圧縮、燃焼(爆発)、排気の１サイクルを行うのにクランク軸が２回転する必要がある。
【０００４】
回転型内燃機関では、出力トルクに上記のSinθを掛ける必要がなく、回転ピストンの半径Ｒも適切な大きさに設定できるため、出力トルクＴを高めることができる。しかも、
吸入、圧縮、燃焼、排気の１サイクルを出力軸の１回転で行うことができるため、内燃機関を小型化可能であり、回転数を低く設定可能であり、燃焼行程の長さを出力軸半回転以上の長さに設定可能であり、燃焼性能を確保できるものと推定される。
【０００５】
しかも、運転回転数を低めに設定する場合には吸入行程と排気行程の時間も長く設定でき、吸気損失や排気損失を低減することができる。クランク機構を省略でき且つ動弁機構も省略化又は簡単化できるため摩擦損失も改善できる余地がある。
【０００６】
回転型内燃機関は、上記のような可能性（ポテンシャル）を有するため、従来から多数の技術者により種々の回転型内燃機関が提案されてきた。
【０００７】
この種の内燃機関は、ハウジングと、ロータと、ロータに形成されたピストン部であって燃焼ガス圧を受圧する受圧面を有するピストン部と、このピストン部が回転移動する環状作動室と、ハウジングに可動に装着された複数の可動仕切部材であってピストン部と協働して環状作動室内に吸入作動室と、圧縮作動室と、燃焼作動室と排気作動室とを形成する複数の可動仕切部材と、吸気ポート及び排気ポート等を有する。
【０００８】
前記のピストン部の受圧面は、必ずしも、ピストン部の回転方向と直交する面である必要はなく、回転方向に対して鋭角的に交差する傾斜面であっても、トルク発生に影響を及ぼさない。しかし、一部の内燃機関では、ピストン部の受圧面をピストン部の回転方向と実質的に直交する面に形成している（特許文献１，２）。この構成では、ピストン部が可動仕切部材を通過した際に、可動仕切部材が受圧面に追従できず、ジャンピングが生じ、仕切り機能が損なわれる。
【０００９】
一部の内燃機関では、圧縮作動室で圧縮した圧縮空気を配管により外部のタンクに貯留しておき、圧縮空気をそのタンクから配管により燃焼作動室に供給する（特許文献１）。
この構成では、圧縮空気の熱エネルギ損失と圧力損失が多くなるため、出力性能を高める上で不利である。また、２つの気筒を設け、隣の気筒で発生させた圧縮空気を導入通路を介して燃焼作動室に導入する例もあるが、この構成では、内燃機関の構造が複雑化し、圧縮空気の圧力損失も多くなるため好ましくない。
【００１０】
一部の内燃機関では、環状作動室の付近のハウジング内に副燃焼室を形成し、圧縮空気を導入通路により副燃焼室に導入し、燃焼ガスを副燃焼室から噴出通路により燃焼作動室へ噴出させる（特許文献３，４）。この構成では、圧縮空気及び燃焼ガスの導入通路や噴出通路や弁機構内での圧力損失が多くなるうえ、複雑な弁機構及び動弁機構が必要となる場合がある（特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第２，４０９，１４１号公報
【特許文献２】米国特許第２，７４４，５０５号公報
【特許文献３】特開平３−２８６１４５号公報
【特許文献４】米国特許第７，７９３，６３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
回転型内燃機関において、圧縮作動室で圧縮した圧縮混合気又は圧縮空気を副燃焼室に一旦収容して点火後に燃焼ガスを燃焼作動室に噴出せる構成が公知である。ピストン部は圧縮作動室と燃焼作動室の両方に近い位置にあることから、ピストン部に副燃焼室を形成することを着想した場合、その副燃焼室には圧縮混合気を導入する導入通路と弁機構と、燃焼ガスを副燃焼室から燃焼作動室に噴出させる噴出通路と弁機構とを設ける必要がある。
【００１３】
しかし、ピストン部に上記の導入通路と弁機構と噴出通路と弁機構とを設けるスペースを確保することも容易ではなく、常時回転するピストン部に２組の弁機構とそれらを駆動する動弁機構を組み込むことは到底不可能である。それ故、ピストン部に副燃焼室を形成することは提案されていない。
【００１４】
このように、回転型内燃機関の場合、圧縮作動室で圧縮された圧縮混合気又は圧縮空気を導入する副燃焼室の構造、この副燃焼室に圧縮混合気又は圧縮空気を導入する導入通路とその弁機構、副燃焼室内の高圧燃焼ガスを燃焼作動室へ噴出させる噴出通路とその弁機構の構造等は、技術的に非常に難しい課題であるため、今日まで実用に耐えるようなものは提案されていない。
【００１５】
本発明の目的は、ピストン部に副燃焼室とピストン部の頂部に開口する副燃焼室の開口部を形成し、ハウジング側に圧縮ガス導入機構と燃焼ガス噴出機構を設けた回転型内燃機関、圧縮比を変更可能な回転型内燃機関、圧縮上死点状態を保持する期間を変更可能な回転型内燃機関を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
請求項１の回転型内燃機関は、出力軸と、この出力軸に固定されたロータと、このロータを回転可能に支持するハウジングと、このハウジング又はハウジングとロータ内に形成された環状作動室と、この環状作動室を横断的にガス密に仕切るように前記ハウジングの複数部位に可動に設けられた複数の可動仕切部材と、前記ロータに設けられ前記環状作動室を横断的にガス密に仕切るピストン部とを備え、前記環状作動室内を回転する前記ピストン部と前記複数の可動仕切部材により前記環状作動室内に吸入作動室と圧縮作動室と燃焼作動室と排気作動室とを形成可能にした回転型内燃機関において、
前記圧縮作動室から圧縮混合気又は圧縮空気を導入して点火する為の副燃焼室であって前記ピストン部のうちの前記環状作動室の内壁面に常時面接触している頂部に開口する開口部を有する副燃焼室が前記ピストン部の内部に形成され、
第１の可動仕切部材に対してロータ回転方向トレーリング側に前記圧縮作動室が形成されると共にリーディング側に前記燃焼作動室が形成され、
前記圧縮作動室又は燃焼作動室が特定作動室である場合に、前記環状作動室の内壁面を形成する内壁面形成壁部のうちの前記特定作動室の少なくとも一部の内壁面形成壁部部分に前記副燃焼室の前記開口部の移動軌跡に対向するように形成された円弧溝と、前記円弧溝に沿って移動可動に前記円弧溝に装着されたシャッター部材とを有し、且つ出力軸の回転位相に関連付けた設定期間に前記円弧溝を介して前記副燃焼室を前記特定作動室に連通させる連通機構が設けられたことを特徴としている。
【００１７】
上記の構成によれば、円弧溝は前記特定作動室の一部の内壁面部分に前記副燃焼室の前記開口部の移動軌跡に対向するように形成され、シャッター部材は前記円弧溝に沿って移動可動に前記円弧溝に装着されている。出力軸の回転位相に関連付けた設定期間に前記円弧溝を介して前記副燃焼室を前記特定作動室に連通させる連通機構が設けられているため、前記副燃焼室を前記特定作動室に連通させる通路の長さを非常に短くすることができる。それ故、圧縮混合気を副燃焼室に導入したり、高圧燃焼ガスを燃焼作動室に噴出させる際の圧力損失を僅少にし、圧縮混合気や高圧燃焼ガスの通路内への残留量を僅少にすることができる。
【００１８】
請求項２の形態では、請求項１において、前記吸入作動室に連通する吸入ポートと、前記排気作動室に連通する排気ポートと、燃焼用空気に燃料を供給する燃料供給手段とが設けられ、前記副燃焼室内の圧縮混合気に点火プラグ又は圧縮点火により点火する点火手段が設けられた。燃焼用空気が吸入ポートから吸入作動室に吸入され、排気作動室内の燃焼後の排気が排気ポートから排出される。
【００１９】
請求項３の形態では、請求項２において、前記圧縮作動室が前記特定作動室である場合、前記円弧溝が第１円弧溝であり、前記シャッター部材が第１シャッター部材であり、前記設定期間が圧縮行程の第１所定期間であり、前記連通機構が前記圧縮作動室の圧縮混合気又は圧縮空気を前記開口部から前記副燃焼室に導入させる圧縮ガス導入機構である。前記圧縮ガス導入機構により、圧縮作動室の圧縮混合気を副燃焼室の開口部から前記副燃焼室に導入させる。
【００２０】
請求項４の形態では、請求項２において、前記燃焼作動室が前記特定作動室である場合、前記円弧溝が第２円弧溝であり、前記シャッター部材が第２シャッター部材であり、前記設定期間が燃焼行程の第２所定期間であり、前記連通機構が前記副燃焼室内の高圧燃焼ガスを前記開口部から前記燃焼作動室に噴出させる燃焼ガス噴出機構である。前記燃焼ガス噴出機構により副燃焼室内の高圧燃焼ガスを開口部から前記燃焼作動室に噴出させることができる。
【００２１】
請求項５の形態では、請求項３において、前記第１所定期間の終了タイミングは、前記ピストン部の頂部が前記第１の可動仕切部材に対向するタイミングである。
【００２２】
請求項６の形態では、請求項４において、前記第２所定期間の開始タイミングは、前記ピストン部の頂部が前記第１の可動仕切部材に対向してから前記出力軸が所定角度回転したタイミングであり、前記出力軸が前記所定角度回転する間は前記副燃焼室の開口部が閉塞されて圧縮上死点状態が保持される。
【００２３】
上記のように、出力軸が所定角度回転する間は副燃焼室の開口部が閉塞されて圧縮上死点状態が保持されるため、副燃焼室内での燃焼を促進し、その後の燃焼作動室内での燃焼性能を高めることができる。例えば、寒冷地や寒冷時には前記所定角度を大きくしてもよく、空燃比の大きなリーン混合気を採用する場合には、前記所定角度を大きくしてもよい。
【００２４】
請求項７の形態では、請求項３において、前記圧縮ガス導入機構は、前記第１円弧溝と、前記第２シャッター部材と、前記第１シャッター部材の外周部に形成された複数の第１ラック歯と、前記第１ラック歯に噛合された第１ピニオンと、この第１ピニオンを回転駆動する第１電動モータと、前記出力軸の回転位相信号に基づいて第１電動モータを制御する第１制御手段とを備えている。
第１制御手段により第１電動モータと第１ピニオンを介して、出力軸の回転位相に関連付けて第１シャッター部材を往方向と復方向へ移動駆動することができる。
【００２５】
請求項８の形態では、請求項４において、前記燃焼ガス噴出機構は、前記第２円弧溝と、前記第２シャッター部材と、前記第２シャッター部材の外周部に形成された複数の第２ラック歯と、前記第２ラック歯に噛合された第２ピニオンと、この第２ピニオンを回転駆動する第２電動モータと、前記出力軸の回転位相信号に基づいて第２電動モータを制御する第２制御手段とを備えている。
第２制御手段により第２サーボモータと第２ピニオンを介して、出力軸の回転位相に関連付けて第２シャッター部材を往方向と復方向へ移動駆動することができる。
【００２６】
請求項９の形態では、請求項７において、前記第１制御手段は、圧縮行程の第１所定期間に、前記副燃焼室が前記第１円弧溝と前記第１シャッター部材を介して前記圧縮作動室に連通し且つ前記吸入作動室に連通しないように前記第１電動モータを介して前記第１シャッター部材の移動位置を制御する。
上記の構成により、圧縮作動室内に圧縮された圧縮混合気又は圧縮空気のほぼ全量を副燃焼室に導入させることができる。
【００２７】
請求項１０の形態では、請求項９において、前記第１制御手段は、前記第１所定期間中又は第１所定期間の前に、前記第１円弧溝と前記第１シャッター部材を介して、前記吸入作動室と前記圧縮作動室を連通させて圧縮混合気又は圧縮空気の一部を吸入作動室へリークさせるリーク量を制御することにより、圧縮比を所定の最大圧縮比以下の範囲で変更可能に構成された。
【００２８】
上記の構成により、圧縮作動室と副燃焼室の容積は所定の最大圧縮比を実現可能に設定しておき、必要に応じて所定の最大圧縮比以下の範囲で圧縮比を変更可能である。例えば、内燃機関がオーバーヒートした時は圧縮比を小さく変更してノッキングの防止を図ることができる。外気温度や空燃比に応じて圧縮比を適宜変更することもできる。
【００２９】
請求項１１の形態では、請求項８において、前記第２制御手段は、燃焼行程の前記第２所定期間に、前記副燃焼室が前記第２円弧溝と前記第２シャッター部材を介して前記燃焼作動室に連通し且つ前記排気作動室に連通しないように、前記第２電動モータを介して前記第２シャッター部材の移動位置を制御する。
上記の構成により、副燃焼室内の高圧燃焼ガスのほぼ全量を燃焼作動室へ噴出させることができる。
【００３０】
請求項１２の形態では、請求項１において、前記環状作動室の断面形状は、円形又は前記出力軸の軸心方向と平行な長軸を有する長円形である。
【００３１】
請求項１３の形態では、請求項３において、前記圧縮ガス導入機構は、前記第１シャッター部材を前記第１円弧溝に沿って移動駆動可能な第１のリニアモータ機構を有する。
リニアモータ機構はコンパクトに構成でき、応答性に優れる。
【００３２】
請求項１４の形態では、請求項４において、前記燃焼ガス噴出機構は、前記第２シャッター部材を前記第２円弧溝に沿って移動駆動可能な第２のリニアモータ機構を有する。
リニアモータ機構はコンパクトに構成でき、応答性に優れる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明は、上記のような種々の作用、効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態に係る回転型内燃機関の縦断面図である。
【図２】上記内燃機関の縦断面図である。
【図３】出力軸の軸心を含む鉛直面で切った上記内燃機関の縦断面図である。
【図４】図１の要部拡大図である。
【図５】図１のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】図１のVI−VI線断面図である。
【図７】図４のVII−VII線断面図である。
【図８】図４のVIII−VIII線断面図である。
【図９】第１可動仕切部材の縦断面図である。
【図１０】副燃焼室の位置とシャッター部材の位置との関係を示す説明図である。
【図１１】変更例１のリニアモータ機構の構成図である。
【図１２】変更例２の副燃焼室の断面形状を示す部分縦断面図である。
【図１３】変更例２の副燃焼室の断面形状を示す部分縦断面図である。
【図１４】変更例２の副燃焼室の断面形状を示す部分縦断面図である。
【図１５】変更例６の回転型内燃機関の要部縦断面図である。
【図１６】変更例７の回転型内燃機関の要部縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本発明を実施するための形態について図面に基づいて説明する。
本発明の回転型内燃機関（回転ピストン型内燃機関）を以下の説明では、単に「エンジン」という。
【００３６】
図１〜図３に示すように、このエンジンＥは、出力軸１と、この出力軸１に固定されたロータ２と、このロータ２を収容するハウジング３と、ハウジング３内に形成された環状作動室４と、この環状作動室４を横断的にガス密に仕切るようにハウジング３の複数部位に可動に設けられた複数の可動仕切部材(第１，第２の仕切部材５，６)と、ロータ２に設けられ且つ環状作動室４を横断的にガス密に仕切るピストン部７とを備え、環状作動室４内を回転するピストン部７と複数の可動仕切部材５，６により環状作動室４内に吸入作動室４ａと圧縮作動室４ｂと燃焼作動室４ｃと排気作動室４ｄを形成可能に構成されている。
【００３７】
ハウジング３には、吸入作動室４ａに空気を吸入する吸気ポート８と、排気作動室４ｄから排気を排出する排気ポート９が形成されている。吸入作動室４ａ内の吸入空気又は圧縮作動室４ｂ内の圧縮空気に燃料を噴射するインジェクタ１０がハウジング３に装着されている。但し、吸気ポート８から吸入する前に吸気系内の空気に燃料を噴射してもよい。また、必要に応じて燃焼作動室４ｃ内の燃焼中の燃焼ガスに燃料を噴射するインジェクタ１２を追加的に設けてもよい。
尚、上記のインジェクタ１０の代わりに、副燃焼室２０に燃料を噴射するインジェクタを設ける場合もある。それ故、以下、圧縮混合気又は圧縮空気と記載する。
【００３８】
図１において、ロータ２が矢印Ａの方へ回転しているとき、吸気ポート８に連なる吸入作動室４ａは燃焼用空気を吸入中であり、吸入作動室４ａ内の空気に燃料が噴射されて混合気となる。圧縮作動室４ｂは混合気を圧縮中であり、排気作動室４ｄは排気中である。尚、圧縮作動室４ｂ内に圧縮された圧縮混合気又は圧縮空気は後述する副燃焼室２０に充填され、ピストン部７の頂部７ｂが第１の可動仕切部材５に達すると圧縮上死点状態となり、副燃焼室２０内の圧縮混合気に点火プラグ１４から点火される。
【００３９】
図２において、吸入作動室４ａは吸入完了状態であり、燃焼作動室４ｃでは燃焼ガスが爆発的に膨張中であり、排気作動室４ｄから排気ポート９及び排気管１３へ排気中である。尚、吸気ポート８に連なる吸気管１１にはスロットル弁（図示略）が装着されている。エンジンＥはスタータ（図示略）を有すると共にハウジング３の下端部を支持する支持脚１５を有する。
【００４０】
鋼製の出力軸１の軸心Ｘとロータ２の軸心と環状作動室４の軸心は同軸であり、ハウジング３は、軸心Ｘと直交する分割面３ａで２分割され、分割面に薄いガスケットを挟着した状態で、複数のボルト１６により締め付けられている。
【００４１】
ハウジング３は例えばアルミニウム合金製の円形の厚板状の部材であり、ハウジング３の内部には、軸心Ｘから半径Ｒ０の位置に断面円形のドーナツ形の環状作動室４が形成されている。尚、上記の半径Ｒ０と、環状作動室４の直径ｄは、エンジンＥの排気量に応じて適宜設定されている。但し、ハウジング３のうちの環状作動室４の内壁面４ｆを形成する内壁面形成壁部４ｗは、例えば鋳鉄製のシリンダライナ１７で構成されている。但し、シリンダライナ１７は図３にだけ図示し、その他は図示省略する。ハウジング３内には、冷却水を流通させるウォータジャケット１８が形成されている。
【００４２】
ロータ２は、出力軸１に固着された軸心Ｘと直交状のディスク部２ａと、このディスク部２ａの外周端の一部に固着されたピストン部７であってロータ２が回転するとき環状作動室４内をガス密に仕切りながら回転するピストン部７とを有する。ディスク部２ａは鋼、鋳鉄、アルミニウム合金等の材料で製作してもよく、ピストン部７は鋼やダクタイル鋳鉄等で製作してもよい。以下の説明において、ロータ回転方向（矢印Ａ)を基準として「リーディング側」と「トレーリング側」を定義する。
【００４３】
ディスク部２ａは、所定の板厚を有する円板状部材であり、ピストン部７はディスク部２ａと一体形成してもよく、別体に形成してディスク部２ａに結合してもよい。
ピストン部７は環状作動室４を横断的ガス密に仕切る仕切壁部７ａであって円形断面の仕切壁部７ａを有する。ピストン部７の仕切壁部７ａは、環状作動室４の内壁面４ｆに常時面接触している頂部７ｂを有する。
ピストン部７のリーディング側の傾斜面２１は、リーディング側へ移行する程軸心Ｘ側へ移行するように緩傾斜している。この傾斜面２１は軸心Ｘと平行に形成され、この傾斜面２１に第１，第２の可動仕切部材５，６の先端が当接した場合には傾斜面２１との間をガス密に仕切る。
【００４４】
ピストン部７のトレーリング側の傾斜面２２は、トレーリング側へ移行する程軸心Ｘ側へ移行するように傾斜している。この傾斜面２２は軸心Ｘと平行に形成され、この傾斜面２２に第１，第２の可動仕切部材５，６の先端が当接した場合には傾斜面２２との間をガス密に仕切る。傾斜面２１の傾斜角は傾斜面２２の傾斜角よりも小さく形成されている。
【００４５】
ピストン部７の内部には、圧縮作動室４ｂから圧縮混合気又は圧縮空気を導入して点火する為のほぼ卵形の副燃焼室２０が形成され、副燃焼室２０の長軸の方向は軸心Ｘに対して半径方向に向けられ、この副燃焼室２０はピストン部７の頂部７ｂ（仕切壁部７ａの頂部）に開口する開口部２０ａを有する。尚、副燃焼室２０の軸心Ｘに対する内径側部分はほぼ半球形であり、外径側に向って徐々に小径になる形状である。副燃焼室２０の容積は、吸入作動室４ａに吸入した混合気を所定の最大圧縮比（例えば、１６）に圧縮可能な容積に設定されている。副燃焼室２０の長軸の方向は、開口部２０ａに対して半球部がリーディング側に位置するように傾けてもよい。また、副燃焼室２０の形状はほぼ卵形の形状に限るものではない。また、開口部２０ａは図示のものより大きく形成してもよい。尚、副燃焼室２０を１次燃焼室とすると、燃焼作動室４ｃが２次燃焼室に相当する。
【００４６】
図１〜図４に示すように、この開口部２０ａのリーディング側近傍とトレーリング側近傍において、仕切壁部７ａには略環状のリング溝２３とそのリング溝２３に装着されたピストンリング２４が設けられている。ピストン部７の内部には、副燃焼室２０内の圧縮混合気に点火する点火プラグ１４が装着されている。ピストン部７の内部には副燃焼室２０の周辺部を冷却する為のウォータジャケット２５が形成され、このウォータジャケット２５はハウジング３内のウォータジャケット１８に接続されている。
【００４７】
図３に示すように、出力軸１はハウジング３を貫通しており、出力軸１とロータ２をハウジング３に回転可能に支持するため、ハウジング３と出力軸１の間にはニードルベアリング２６及びボールベアリング２７が装着され、ハウジング３とロータ２のディスク部２ａの間にもニードルベアリング２８とシール部材２９が装着されている。
【００４８】
環状作動室４内のガス圧によりハウジング３の分割面３ａが軸心Ｘ方向へ開くのを防止するため、ハウジング３の外周近傍部は軸心Ｘと平行な複数のボルト１６により締め付けられ、ハウジング３の両側において出力軸１にナット部材３０とロックナット３１が螺合されている。ハウジング３とナット部材３０の間にはニードルベアリング３２が装着されている。
【００４９】
次に、ベアリング２６〜２８やピストンリング２４にオイル（潤滑油）を供給するオイル供給系の１例について説明する。出力軸１にロータリージョイント３３が装着され、このロータリージョイント３３から延びるオイル通路３４が出力軸１とロータ２内に形成され、ベアリング２６〜２８と、ピストン部７のリング溝２３にオイルを供給可能に形成されている。尚、ロータリージョイント３３はオイル供給源に接続されている。
【００５０】
尚、前記ロータリージョイント３３を省略し、ハウジング３に形成したオイル導入口に連なるオイル導入通路をハウジング３内に形成し、そのオイル導入通路からベアリング２６〜２８やリング溝２３にオイルを供給するように構成してもよい。
【００５１】
前記ピストン部７の内部に装着した点火プラグ１４に点火用駆動パルスを供給するため、出力軸１にはロータリーコネクタ３５が装着され、そのロータリーコネクタ３５から延びる通電用ハーネス３６が出力軸１とロータ２内に導設されて点火プラグ１４に接続されている。前記ロータリーコネクタ３５はエンジンＥの制御ユニット４０に接続されている。
【００５２】
次に、第１仕切機構４１について説明する。
図１、図２に示すように、ハウジング３の頂部には、第１の可動仕切部材５を含む第１仕切機構４１であって環状作動室４を横断的にガス密に仕切る第１仕切機構４１が設けられている。第１の可動仕切部材５は所定の板厚を有する板状部材で、この第１の可動仕切部材５はハウジング３に半径方向向きに形成された摺動孔４２にガス密に摺動自在に装着されている。図８に示すように、摺動孔４２の幅は環状作動室４の幅よりも少し大きく、摺動孔４２の下端は、第１の可動仕切部材５がロータ２のディスク部２ａの外周面に当接可能に形成されている（図３参照）。
【００５３】
第１の可動仕切部材５は、図９に示すように、強度確保の為の鋼製の箱状のコア部材  ４３と、このコア部材４３の外表面を覆う焼結金属製の表層部材４４とで構成してもよい。上記の焼結金属は低摩擦且つ多孔質のものでオイルを浸透可能なものである。第１の可動仕切部材５の先端部に湾曲状の摺動部５ａが形成され、内部に凹部５ｂが形成され、コア部材４３には凹部５ｂ内のオイルを表層部材４４に浸透させる為の複数の小孔４５が形成されている。第１の可動仕切部材５の途中部にはシール部材４６が装着されている。尚、第１の可動仕切部材５の上記の構造は一例であり、この構造に限るものではない。
【００５４】
第１の可動仕切部材５の外側においてハウジング３に箱部材４７が固着され、この箱部材４７の内部にはエア室４８が形成され、箱部材４７の近くには加圧エアが充填されたアキュムレータ４９が設けられ、このアキュムレータ４９はエア室４８に接続され、エア室４８には第１の可動仕切部材５に圧縮混合気の圧力や燃焼ガス圧が作用しても摺動部５ａがロータ２から離隔しないように付勢する加圧エアが導入されている。第１の可動仕切部材５は加圧エアを受圧してロータ２の方へ弾性的に付勢され、摺動部５ａがロータ２のピストン部７又はディスク部２ａに常時当接している。
【００５５】
箱部材４７にはオイル供給管４１ａが接続され、オイル供給管４１ａからオイルがエア室４８内に供給され、そのオイルが凹部５ｂに流入して表層部材４４に浸透して第１の可動仕切部材５の摺動面を潤滑する。尚、前記加圧エアの代わりに又は加圧エアと共に圧縮スプリングにより第１の可動仕切部材５を付勢することもできる。
【００５６】
次に、第２仕切機構５０について説明する。
図１、図２に示すように、ハウジング３の下部の左側部には、第２の可動仕切部材６を含む第２仕切機構５０であって環状作動室４を横断的にガス密に仕切る第２仕切機構５０が設けられている。第２仕切機構５０は、第１仕切機構４１に対して例えば角度αだけトレーリング側に配置されており、図示の角度αは例えば１３５°である。角度αは上記の角度に限定されず、例えば、９０〜１８０°の範囲の何れかの角度に設定可能である。
【００５７】
第２の可動仕切部材６は第１の可動仕切部材５と同様の部材であり、この第２の可動仕切部材６はハウジング３に半径方向向きに形成された摺動孔５１にガス密に摺動自在に装着されている。第２の可動仕切部材６の先端部に湾曲状の摺動部６ａが形成されると共に内部に凹部６ｂが形成され、凹部６ｂの下端部は閉塞部材５２で閉塞されている。第２の可動仕切部材６の途中部にはシール部材５３が装着されている。
【００５８】
第２の可動仕切部材６の外側においてハウジング３に箱部材５４が固着され、この箱部材５４の内部にはエア室５５が形成され、箱部材５４の近くには加圧エアが充填されたアキュムレータ５６が設けられ、このアキュムレータ５６はエア室５５に接続され、エア室５６に加圧エアが導入されている。第２の可動仕切部材６は加圧エアを受圧してロータ２の方へ弾性的に付勢されている。
【００５９】
箱部材５４にはオイル供給管５０ａが接続され、オイル供給管５０ａから凹部６ｂにオイルを供給するオイル通路５７が形成され、オイル供給管５０ａから凹部６ｂにオイルが供給され、そのオイルが表層部材に浸透して第２の可動仕切部材６の摺動面を潤滑するように構成されている。尚、前記加圧エアの代わりに又は加圧エアと共に圧縮スプリングにより第２の可動仕切部材６を付勢することもできる。
【００６０】
図１、図２、図４に示すように、このエンジンＥには、圧縮作動室４ｂ又は燃焼作動室４ｃが特定作動室１００である場合に、環状作動室４の内壁面４ｆを形成する内壁面形成壁部４ｗのうちの特定作動室１００の少なくとも一部の内壁面形成壁部部分に、副燃焼室２０の開口部２０ａの移動軌跡に対向するように形成された円弧溝１０１と、円弧溝１０１に沿って移動可動に円弧溝１０１に装着された円弧状のシャッター部材１０２とを有し、且つ出力軸１の回転位相に関連付けた設定期間に円弧溝１０１を介して副燃焼室２０を特定作動室１００に連通させる連通機構１０３が設けられている。
【００６１】
図１、図２、図４に示すように、圧縮作動室４ｂが特定作動室１００である場合、円弧溝１０１が第１円弧溝６０であり、シャッター部材１０２が第１シャッター部材６１であり、設定期間が圧縮行程の後期の第１所定期間（図１０の期間Ｐ２参照）であり、連通機構１０３が圧縮作動室４ｂ内の圧縮混合気又は圧縮空気を第１円弧溝６０を介して副燃焼室２０の開口部２０ａから副燃焼室２０に導入させる圧縮ガス導入機構６２である。第１所定期間Ｐ２の終了タイミングは、ピストン部７の頂部７ｂが第１の可動仕切部材５に対向するタイミングである。
【００６２】
第１円弧溝６０は、第１の可動仕切部材５の側面からトレーリング側へ開角β（例えば、約９０°）の範囲に軸心Ｘを中心とする円弧状に形成され、第１シャッター部材６１は開角γ（例えば、約５０°）の長さを有するものである。但し、上記の開角β，γの値は一例であり、これらの値に限定されるものではない。
【００６３】
圧縮ガス導入機構６２は、第１円弧溝６０と、第１シャッター部材６１と、第１シャッター部材６１の外周部に形成された複数の第１ラック歯６３と、第１ラック歯６３に噛合された第１ピニオン６４と、この第１ピニオン６４をカップリング６５ａを介して回転駆動する第１電動モータ６５と、出力軸１の回転位相信号に基づいて第１電動モータ６５を制御する第１制御手段６６とを備えている。尚、第１電動モータ６５としてサーボモータやステッピングモータを採用することができる。尚、第１制御手段６６は、エンジンＥを制御する制御ユニット４０で構成されている。前記第１円弧溝６０にオイルを供給するオイル供給管３８がハウジング３に接続されている。
【００６４】
図５、図６に示すように、第１円弧溝６０と第１シャッター部材６１は、十文字形の断面を有する。第１円弧溝６０は、副燃焼室２０の開口部２０ａよりも僅かに広幅の開口溝６０ａと、この開口溝６０ａに連なる横溝６０ｂと、横溝６０ｂに連なるラック通過溝６０ｃを有する。第１シャッター部材６１は、開口溝６０ａに可動に装着されて開口溝６０ａを塞ぐ閉塞部６１ａと、横溝６０ｂに装着された横板部６１ｂと、この横板部６１ｂから外側へ突出するラック形成部６１ｃを一体的に形成したものである。閉塞部６１ａの先端面は環状作動室４の内壁面４ｆに連続する曲面に形成され、横板部６１ｂは閉塞部６１ａの先端部が環状作動室４内へ突出しないように規制している。
【００６５】
第１シャッター部材６１は、横溝６０ｂと横板部６１ｂで案内されて周方向に移動可能に第１円弧溝６０に装着されている。尚、横板部６１ｂの内周側部分にはシール部材６１ｓが装着され、横板部６１ｂの外周側部分６１ｄは低摩擦材料で構成されている。但し、低摩擦材料に代えてニードルベアリングを装着してもよい。また、第１シャッター部材６１は耐熱性に優れる合金鋼で構成することが望ましい。図７に示すように、第１円弧溝６０  のリーディング側端部には、横板部６１ｂの先端部を係止するストッパ部６７が内壁面形成壁部４ｗに形成されている。
【００６６】
第１制御手段６６は、出力軸１に装着されたロータリエンコーダから回転位相信号を受信し、この回転位相信号に基づいて第１電動モータ６５を制御し、圧縮行程の後期の第１所定期間に、副燃焼室２０が第１円弧溝６０と第１シャッター部材６１を介して圧縮作動室４ｂに連通し且つ吸入作動室４ａに連通しないように第１電動モータ６５を介して第１シャッター部材６１の移動位置を制御する。
【００６７】
次に、圧縮ガス導入機構６２により圧縮混合気又は圧縮空気を副燃焼室２０に充填する制御について説明する。図１０において、領域Ｐ１〜Ｐ５は、回転するピストン部７及び副燃焼室２０にとっては期間に相当するものであるので、以下、期間Ｐ１〜Ｐ５として説明する。
副燃焼室２０が期間Ｐ１にあるときは、第１シャッター部材６１は原点位置を保持し、副燃焼室２０の開口部２０ａが第１シャッター部材６１で閉塞されている。
【００６８】
期間Ｐ２は圧縮行程の後期における第１所定期間に相当し、期間Ｐ２の開角θ１は例えば５０°である。但し、５０°に限定されるものではない。副燃焼室２０が期間Ｐ２にあるときは、第１シャッター部材６１のリーディング側端部が副燃焼室２０の開口部２０ａより僅かにトレーリング側に位置するように、第１シャッター部材６１はピストン部７と同期してリーディング側へ移動するように制御される。この期間Ｐ２においては副燃焼室２０の開口部２０ａが開放されて副燃焼室２０が圧縮作動室４ｂに連通され且つ副燃焼室２０は吸入作動室４ａには連通されない。期間Ｐ２の終了時点には第１シャッター部材６１が最大限リーディング側へ移行する（図７参照）。
【００６９】
こうして、期間Ｐ２において、圧縮作動室４ｂ内の圧縮混合気又は圧縮空気の略全量が第１円弧溝６０から副燃焼室２０内へ導入される。尚、前記の期間Ｐ２を経て、ピストン部７が第２仕切機構５０に到達する頃までに第１シャッター部材６１を原点位置へ復帰させる。
【００７０】
以上説明したように、圧縮作動室４ｂに連通した第１円弧溝６０から副燃焼室２０へ圧縮混合気又は圧縮空気を導入するため、副燃焼室２０を圧縮作動室４ｂに連通させる通路の長さを非常に短くし、通路面積も確保できるため、圧縮混合気又は圧縮空気を副燃焼室２０に導入する際の圧力損失を僅少にし、エンジンＥの出力性能を確保することができる。しかも、上記の通路内には圧縮混合気又は圧縮空気が殆ど残留しないので有利である。
【００７１】
次に、前記圧縮ガス導入機構６２により圧縮比を変更する制御について説明する。
第１制御手段６６は、期間Ｐ２の間又は期間Ｐ２の前に、第１円弧溝６０と第１シャッター部材６１を介して、吸入作動室４ａと圧縮作動室４ｂを連通させて圧縮混合気又は圧縮空気の一部を吸入作動室４ａへリークさせるリーク量を制御することにより、圧縮比を所定の最大圧縮比（例えば、１６）以下の範囲（例えば、圧縮比１３〜１６）で変更可能に構成されている。
【００７２】
圧縮混合気又は圧縮空気の一部を吸入作動室４ａへリークさせる場合、第１シャッター部材６１のリーディング側端部をピストン部７の頂部７ｂよりも小距離だけトレーリング側に位置させることによりリークさせることができ、リークさせるタイミング（このタイミングに応じて圧縮混合気のガス圧が決まる）とリークさせる期間（時間）の長さと、リーク通路の通路断面積に応じてリーク量が決まるため、リーク量を制御することができる。
【００７３】
以上説明したように、圧縮比を変更することができるので、例えば、エンジンＥの暖機前や寒冷時や空燃比が大きい場合には圧縮比を大きくしたり、エンジンＥがオーバーヒートした時は圧縮比を小さくしてノッキングを防止したりすることができる。このように外気温度やエンジンＥの温度や空燃比等のエンジンＥの運転状態に応じて圧縮比を適宜変更することができる。
【００７４】
図１、図２に示すように、前記燃焼作動室４ｃが特定作動室１００である場合、円弧溝１０１が第２円弧溝７０であり、シャッター部材１０２が第２シャッター部材７１であり、設定期間が燃焼行程の前期の第２所定期間（図１０の期間Ｐ４）であり、連通機構１０３が副燃焼室２０内の高圧燃焼ガスを開口部２０ａから燃焼作動室４ｃに噴出させる燃焼ガス噴出機構７２である。図２に示すように、第２円弧溝７０は、第１の可動仕切部材５の側面からリーディング側へ開角δ（例えば、１８７°）の範囲に軸心Ｘを中心とする円弧状に形成され、第２シャッター部材７１は開角ε（例えば、９８°）の長さを有するものである。但し、上記δ、εの値は一例であり、これらの値に限定されるものではない。
【００７５】
図１０に示すように、前記第２所定期間（図１０の期間Ｐ４）の開始タイミングは、ピストン部７の頂部７ｂが第１の可動仕切部材５に対向してから出力軸１が所定角度θ２回転したタイミングであり、出力軸１が前記所定角度θ２回転する間は副燃焼室２０の開口部２０ａが第２シャッター部材７１により閉塞されて圧縮上死点状態（最大圧縮状態）が保持される。但し、上記の所定角度θ２は一定とは限らず、エンジンＥの運転状態に応じて変更することができる。
【００７６】
燃焼ガス噴出機構７２は、第２円弧溝７０と、第２シャッター部材７１と、第２シャッター部材７１の外周部に形成された複数の第２ラック歯７３と、第２ラック歯７３に噛合された第２ピニオン７４と、この第２ピニオン７４を回転駆動する第２電動モータ７５と、出力軸１の回転位相信号に基づいて第２電動モータ７５を制御する第２制御手段７６とを備えている。尚、第２電動モータ７５として、サーボモータやステッピングモータを採用することができる。尚、第１，第２円弧溝６０，７０は同様の構造であり、第１，第２シャッター部材６１，７１は同様の構造である。
【００７７】
尚、第２制御手段７６はエンジンを制御する制御ユニット４０で構成されている。前記第２円弧溝７０にオイルを供給するオイル供給管３９もハウジング３に接続されている。第２シャッター部材７１と第２ピニオン７４と第２電動モータ７５の関係は図５と同様であり、第２円弧溝７０の断面形状は、第１円弧溝６０の断面形状と同様であり、第２シャッター部材７１の断面形状は第１シャッター部材６１の断面形状と同様であるので、これらについての説明は省略する。
【００７８】
前記第２制御手段７６は、第１制御手段６６と同様に、出力軸１に装着されたロータリエンコーダからの回転位相信号を受信し、この回転位相信号に基づいて第２電動モータ７５を制御し、燃焼行程の前期の第２所定期間（図１０の期間Ｐ４）に、副燃焼室２０が第２円弧溝７０と第２シャッター部材７１を介して燃焼作動室４ｃに連通し且つ排気作動室４ｄに連通しないように、第２電動モータ７５を介して第２シャッター部材７１の移動位置を制御する。
【００７９】
次に、燃焼ガス噴出機構７２を介して、高圧燃焼ガスを副燃焼室２０に閉じ込めて圧縮上死点状態を保持する制御について説明する。ピストン部７の頂部７ｂが第１の可動仕切部材５に到達する前の第２シャッター部材７１の原点位置は、図１に実線で図示する位置である。
【００８０】
図１０に示すように、副燃焼室２０が期間Ｐ３に移行する直前に点火プラグ１４により点火される。副燃焼室２０が期間Ｐ３（開角θ２は例えば３０°である）にあるとき、第２シャッター部材７１により副燃焼室２０の開口部２０ａは閉塞状態に保持される。但し、このとき、第２シャッター部材７１のトレーリング側端部を開口部２０ａよりもトレーリング側近傍に位置させた状態で、第２シャッター部材７１をピストン部７と同期してリーディング側へ移動させることが望ましい。期間Ｐ３の終了時の第２シャッター部材７１の位置切換えの応答性を高める為である。
【００８１】
以上説明したように、期間Ｐ３において副燃焼室２０の開口部２０ａを閉塞状態に保持し、副燃焼室２０内を圧縮上死点状態に保持することで火炎の伝播を促進し、燃焼性能を高めることができる。上記の期間Ｐ３の長さは、第２電動モータ７５の制御を介して変更可能である。エンジンＥの暖機前や寒冷時、空燃比が大きい場合等には、期間Ｐ３の長さを大きくし、エンジンＥがオーバーヒート状態のときには、期間Ｐ３の長さを短くすることもできる。こうして、エンジンＥの出力性能と汎用性を高めることができる。
【００８２】
次に、燃焼ガス噴出機構７２により高圧燃焼ガスを副燃焼室２０から燃焼作動室４ｃに噴出させる制御について説明する。
図１０に示すように、期間Ｐ４は、燃焼行程の前期の第２所定期間に相当し、この期間Ｐ４の開角θ３は例えば６５°である。但し、６５°に限定されるものではない。期間Ｐ４においては、第２シャッター部材７１のトレーリング側端部を副燃焼室２０の開口部２０ａより僅かにリーディング側に位置させて副燃焼室２０を燃焼作動室４ｃに連通させ且つ副燃焼室２０が排気作動室４ｄに連通しないように保持した状態で、第２シャッター部材７１をピストン部７と同期してリーディング側へ移動させる。
【００８３】
こうして、副燃焼室２０内の高圧燃焼ガスの略全量を燃焼作動室４ｃへ噴出させ、燃焼作動室４ｃ内の燃焼ガスのガス圧をピストン部７のトレーリング側に受圧させ、回転トルクを発生させる。尚、このとき、燃焼ガス圧をＰとし、ピストン部７の断面積をＳとすると、ピストン部７から出力軸１に作用するトルクＴはＴ＝Ｐ×Ｓ×Ｒ０となる。尚、Ｒ０は環状作動室４の軸心Ｘからの半径であり（図１参照）、ピストン部７のトレーリング側傾斜面２２の傾斜角はトルクＴに影響を及ぼさない。
【００８４】
以上説明したように、燃焼作動室４ｃに連通する第２円弧溝７０を介して副燃焼室２０内の高圧燃焼ガスのほぼ全量を燃焼作動室４ｃへ噴出させるので、副燃焼室２０を燃焼作動室４ｃに連通させる通路の長さを非常に短くし、通路面積も確保できるので、副燃焼室２０内の高圧燃焼ガスを燃焼作動室４ｃへ噴出させる際の圧力損失を僅少にし、エンジンＥの出力性能を確保することができる。しかも、期間Ｐ４の長さを十分大きくしてあるため、上記の通路内には高圧燃焼ガスが殆ど残留しないので有利である。
【００８５】
期間Ｐ４が経過すると、第２シャッター部材７１のリーディング側端部が第２円弧溝７０のリーディング側端部に達し、期間Ｐ５においては副燃焼室２０の開口部２０ａが第２シャッター部材７１で閉塞された状態になり、その期間Ｐ５の経過後は開口部２０ａは燃焼行程が終了するまで、環状作動室４の内壁面４ｆで閉塞される。
尚、期間Ｐ４の終了までに副燃焼室２０内の燃焼ガスのほぼ全量が燃焼作動室４ｃに噴出するため、この期間Ｐ４の終了後に副燃焼室２０内に残る残留ガスの量は僅少であると推定される。
【００８６】
次に、前記実施形態を変更する例について説明する。
１）変更例１
前記圧縮ガス導入機構６２において、第１シャッター部材６１を第１円弧溝６０に沿って移動駆動する機構に第１のリニアモータ機構を採用することができる。
図１１に示すように、この第１のリニアモータ機構８０は、鋼製のシャッター部材８１とリニアモータ８２とを有する。円弧状のシャッター部材８１(第１シャッター部材６１)は、前記第１シャッター部材６１において複数のラック歯６３の代わりに、矩形パルス状の複数の歯８１ａを形成したものである。
【００８７】
リニアモータ８２は、磁性体製の固定子部材８３に形成した３つの第１〜第３固定子鉄心８４ａ〜８４ｃと、これら第１〜第３固定子鉄心８４ａ〜８４ｃに巻き付けたコイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３と、これらコイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３に駆動パルスを供給する駆動部８５とを備えている。固定子部材８３と駆動部８５は前記ハウジング３に固定されている。第１〜第３固定子鉄心８４ａ〜８４ｃは同形状のものであり、第１〜第３固定子鉄心８４ａ〜８４ｃは夫々シャッター部材８１の複数の歯８１ａに接近させた３つの固定歯８６であって、３つの歯８１ａに対向可能な３つの固定歯８６を有する。
【００８８】
シャッター部材８１の複数の歯８１ａのピッチをピッチｐとした場合に、第１〜第３固定子鉄心８４ａ〜８４ｃにおける３つの固定歯８６のピッチはピッチｐに等しい。しかし、第１固定子鉄心８４ａの３の固定歯８６を図示のようにシャッター部材８１の３つの歯８１ａに対向させた状態において、第２固定子鉄心８４ｂの３つの固定歯８６は、シャッター部材８１の歯８１ａに対してズレ量ａ（但し、ａ＝ｐ／３）だけトレーリング側（図１１における左方）へずらした位置にあり、第３固定子鉄心８４ｃの３つの固定歯８６は、シャッター部材８１の歯８１ａに対してズレ量ｂ（但し、ｂ＝２ｐ／３）だけトレーリング側へずらした位置にある。
【００８９】
図示の状態において、駆動部８５からコイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３の各々にコイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３の順に駆動パルスを供給するのを繰り返すと、シャッター部材８１はトレーリング側へ移動駆動される。上記とは逆に、コイルＣ３，Ｃ２，Ｃ１の順に駆動パルスを供給するのを繰り返すと、シャッター部材８１はリーディング側へ移動駆動される。尚、シャッター部材８１の１ステップの移動量はｐ／３である。
【００９０】
こうして、シャッター部材８１を高速でトレーリング側とリーディング側へ移動駆動することができる。上記の駆動部８５はエンジンＥの制御ユニット４０によって出力軸１の回転位相信号に基づいて制御される。
以上の第１のリニアモータ機構８０を変更する例として、第１円弧溝６０の長さを前記図１０の期間Ｐ１の終期と期間Ｐ２に対応する長さに設定し、シャッター部材８１の長さを例えば約１０ｃｍの長さに設定し、上記の第１円弧溝６０の全長に亙るリニアモータを設ける場合には、シャッター部材８１の位置を自由に制御することができるため、前記実施形態の圧縮ガス導入機構６２と同様に作動させることができる。
尚、前記の第１のリニアモータ機構は一例に過ぎず、種々のリニアモータ機構を採用することができる。また、リニアモータ機構以外のアクチュエータでシャッター部材を移動駆動することも可能である。
【００９１】
上記の例は、圧縮ガス導入機構６２に第１のリニアモータ機構８０を採用した例であるが、燃焼ガス噴出機構７２にも上記の第１のリニアモータ機構８０と同様の第２のリニアモータ機構８０Ａ（図示略）を採用することができる。
上記の第２のリニアモータ機構８０Ａを変更する例として、第２円弧溝７０の長さを図１０の期間Ｐ３と期間Ｐ４に対応する長さに設定し、シャッター部材８１の長さを副燃焼室２０の開口部２０ａを閉塞できる長さ（例えば、約１０ｃｍ）に設定し、上記の第２円弧溝７０の全長に亙るリニアモータを設ける場合には、シャッター部材８１の位置を自由に制御することができるため、前記実施形態の燃焼ガス噴出機構７２と同様に作動させることができる。  尚、この場合、第２円弧溝７０の長さを拡大することで期間Ｐ４の長さを拡大可能である。リニアモータ機構は小型の構造であるうえ、摩耗する部品もないから耐久性に優れる。
【００９２】
２）変更例２
前記実施形態における環状作動室４の断面形状は円形であるが、種々の断面形状を採用することができる。図１２に示すように、軸心Ｘの方向に長軸を有する長円形の断面形状の環状作動室４Ａをハウジング３に形成し、その環状作動室４Ａの内壁面形成壁部４ｗに断面十文字状の円弧溝９０を形成し、ロータ２のディスク部２ａの外周面が環状作動室４Ａの内周面に一致するように形成する。
【００９３】
図１３に示すような断面形状の環状作動室４Ｂも採用可能である。尚、ハウジング３、ロータ２のディスク部２ａ、断面十文字状の円弧溝９１も図示してある。このように環状作動室４Ｂの外周面側を幅方向の中央部に向って外側へ膨らませるのは、圧縮作動室４ｂの圧縮混合気又は圧縮空気を副燃焼室２０に導入し易くする為である。
【００９４】
図１４に示すように、断面ほぼ矩形状の環状作動室４Ｃも採用可能である。尚、ハウジング３、ロータ２のディスク部２ａ、断面十文字状の円弧溝９２も図示してある。このように環状作動室４Ｃの外周面側を幅方向の中央部に向って外側へ膨らませるのは、圧縮作動室４ｂの圧縮混合気又は圧縮空気を副燃焼室２０に導入し易くする為である。
【００９５】
３）変更例３
前記実施形態ではロータ２のピストン部７のリーディング側傾斜面２１とトレーリング側傾斜面２２と頂部７ｂをピストン部７の外周側に形成した。この構造に代えて、ロータ２のピストン部７のリーディング側傾斜面とトレーリング側傾斜面と頂部をピストン部７の側面部に形成してもよい。上記の側面部とは軸心Ｘと直交する面とほぼ平行な面である。
但し、このピストン部７に対応するように圧縮ガス導入機構６２や燃焼ガス噴出機構７２を形成するものとする。
【００９６】
４）変更例４
前記実施形態のエンジンＥでは点火プラグ１４で点火するように構成したが、点火プラグ１４を省略し、圧縮点火により点火するエンジンにも本発明を適用することができる。
ディーゼルエンジンの場合には、前記インジェクタ１０の代わりに、副燃焼室２０に燃料を噴射するインジェクタを設け、必要に応じてグロープラグも副燃焼室２０に設けるものとする。また、ガソリンエンジンの場合でも、前記インジェクタ１０の代わりに、副燃焼室２０に燃料を噴射するインジェクタを設けてもよい。
尚、圧縮比を変更可能であるので、点火プラグ１４による点火式エンジンと圧縮点火式エンジンの両方の機能を有するエンジンとすることもできる。
【００９７】
５）変更例５
環状作動室４の半径Ｒ０が大きい中型又は大型のエンジンでは、１つのロータ２に複数のピストン部７を設けることも可能である。尚、舶用エンジン等の大型のエンジンでは、１つの気筒に２組よりも多い仕切機構と、複数のピストン部７と、複数の吸気ポート８及び複数の排気ポート９を設けることも可能である。
【００９８】
６）変更例６
図１５に示すエンジンＥＡにおいては、断面円形の環状作動室１１０がハウジング１１１とロータ１１２内に形成される。環状作動室１１０の内周側半分(内径側半分)はロータ１１２内に形成され、環状作動室１１０の外周側半分（外径側半分）はハウジング１１１内に形成される。ロータ１１２は、出力軸１１６に外嵌された筒部１１３とディスク部１１４と環状部１１５とを一体形成したものであり、筒部１１３は出力軸１１６に固定されている。環状部１１５は、軸心Ｘ方向の厚さが大きく形成され、環状部１１５の外周側部分に環状作動室１１０の内周側半分が形成されている。
【００９９】
このロータ１１２には環状作動室１１０を横断状にガス密に仕切るピストン部１１７が形成され、このピストン部１１７には副燃焼室１１８が形成され、副燃焼室１１８の開口部１１８ａは、ピストン部１１７の頂部に開口されている。
ハウジング１１１は、出力軸１１６の軸心Ｘと直交する分割面１１１ａで２分割され、複数のボルト１１９により締めつけて連結されている。ハウジング１１１には環状部１１５を嵌合させる嵌合凹部１２０が形成され、この嵌合凹部１２０から外周側に張り出すように環状作動室１１０の外周側半分が形成されている。
【０１００】
ハウジング１１１の内周側部分にはロータ１１２の環状部１１５を低摩擦で支持するニードルベアリング１２１が装着され、このニードルベアリング１２１の内周側にはシール部材１２２が装着され、環状部１１５の外周面を低摩擦で支持するボールベアリング１２３及び／又はシール部材がハウジング１１１に装着されている。
【０１０１】
環状作動室１１０を横断状にガス密に仕切る為の仕切機構であって、前記第１，第２仕切機構４１，５０と同様の仕切機構が設けられているが、可動仕切部材１２４の形状は、図示のように第１，第２の可動仕切部材５，６ と異なっている。
可動仕切部材１２４の下端側部分は環状作動室１１０の内周側半分と同形状の半円形部分に形成され、この半円形部分よりも上側に形成された１対の被ガイド部１２４ａは、ハウジング１１１の１対のガイド溝（図示略）でガイドされる。
【０１０２】
ピストン部１１７のリーディング側傾斜面とトレーリング側傾斜面には、可動仕切部材１２４の半円部が部分的に係合して当接する断面が部分円形の係合溝であってピストン部１１７の頂部から徐々に深さが大きくなる係合溝（図示略）が形成されている。ロータ１１２及びハウジング１１１にはウォータジャケット(図示略)が形成され、そこに冷却水が供給される。このエンジンＥＡにおいても、前記圧縮ガス導入機構６２及び燃焼ガス噴出機構７２と同様のものが設けられるが、ここでは図示省略している。
【０１０３】
このエンジンＥＡにおいては、環状作動室１１０の内周側半分に作用するガス圧は厚肉の環状部１１５で支持され、環状作動室１１０の外周側半分に作用するガス圧は複数のボルト１１９により支持される。このエンジンＥＡにおいては、ハウジング１１１の構造を簡単化し、小型化することができ、エンジンＥＡの信頼性を高めることができる。
【０１０４】
７）変更例７
図１６に示すエンジンＥＢにおいては、環状作動室１３０はハウジング１３１とロータ  １３２内に形成される。この環状作動室１３０の断面形状は正方形状であるが、環状作動室１３０と可動仕切部材１３３とピストン部１３４以外の構造は、図１６のエンジンと同様であるので、同様の部材に同一符号を付して説明を省略する。環状作動室１３０を横断状にガス密に仕切るピストン部１３４には、副燃焼室１１８が形成されている。ピストン部１３４のリーディング側傾斜面とトレーリング側傾斜面は、軸心Ｘと平行な傾斜面であり、可動仕切部材１３３は長方形の板状の部材である。
【０１０５】
環状作動室１３０を横断状にガス密に仕切る為の仕切機構であって、前記第１，第２仕切機構４１，５０と同様の仕切機構が設けられているが、可動仕切部材１３３のみ図示してある。可動仕切部材１３３の下端部分には環状作動室１３０の内周側半分と同形状の長方形部分が形成され、この長方形部分よりも上側に形成された１対の被ガイド部１１３ａがハウジングのガイド溝（図示略）でガイドされる。このエンジンＥＢにおいては、環状作動室１３０の内周側半分に作用するガス圧は厚肉の環状部１３５で支持され、環状作動室１３０の外周側半分に作用するガス圧は複数のボルト１１９により支持される。このエンジンＥＢにおいては、ハウジング１３１の構造を簡単化し、小型化することができ、エンジンＥＢの信頼性を高めることができる。
【０１０６】
８）変更例８
前記円弧溝１０１とシャッター部材１０２の断面形状及びサイズは一例に過ぎず、種々の断面形状及びサイズのものを採用することができる。また、シャッター部材として、リジットなチェーン構造で屈曲可能なシャッター部材を採用することもできる。
【０１０７】
９）前記実施形態は一例に過ぎず、当業者であれば本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施形態に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態をも包含するものである。
【符号の説明】
【０１０８】
Ｅ    回転型内燃機関（エンジン）
１    出力軸
２    ロータ
３    ハウジング
４    環状作動室
４ａ  吸入作動室
４ｂ  圧縮作動室
４ｃ  燃焼作動室
４ｄ  排気作動室
４ｆ  内壁面
４ｗ  内壁面形成壁部
５，６    第１，第２の可動仕切部材
７    ピストン部
７ａ  仕切壁部
７ｂ  頂部
８    吸入ポート
９    排気ポート
１０    インジェクタ
１４    点火プラグ
２０    副燃焼室
２０ａ    開口部
４０      制御ユニット
６０    第１円弧溝
６１    第１シャッター部材
６２    圧縮ガス導入機構
Ｐ２    第１所定期間
６３    第１ラック歯
６４    第１ピニオン
６５    第１電動モータ
６６    第１制御手段
７０    第２円弧溝
７１    第２シャッター部材
７２    燃焼ガス噴出機構
Ｐ４    第２所定期間
７３    第２ラック歯
７４    第２ピニオン
７５    第２電動モータ
７６    第２制御手段
８０    リニアモータ機構
１００    特定作動室
１０１    円弧溝
１０２    シャッター部材
１０３    連通機構
【図１】
2020008016.tif 000003
【図２】
2020008016.tif 000004
【図３】
2020008016.tif 000005
【図４】
2020008016.tif 000006
【図５】
2020008016.tif 000007
【図６】
2020008016.tif 000008
【図７】
2020008016.tif 000009
【図８】
2020008016.tif 000010
【図９】
2020008016.tif 000011
【図１０】
2020008016.tif 000012
【図１１】
2020008016.tif 000013
【図１２】
2020008016.tif 000014
【図１３】
2020008016.tif 000015
【図１４】
2020008016.tif 000016
【図１５】
2020008016.tif 000017
【図１６】
2020008016.tif 000018