(57)【要約】【課題】エンジンの運転状態が変動して吸気の流動状態が大きく変化した場合であっても、着火寸前の燃焼室において均質な混合気分布を形成することによって、燃焼速度を向上させたロータリピストンエンジンを提供。【解決手段】吸気行程にある吸気作動室８内に、複数の噴孔１５ａから直接燃料を噴射する燃料噴射弁１５を備えたロータリピストンエンジン１である。複数の噴孔１５ａの一部が吸気ポート１１，１２，１３に向けて燃料を噴射し（吸気ポート噴射Ｓ１）、残りの噴孔１５ａがロータ２のフランク面２ａに凹設されているリセス２ｂ内の複数の小室１７ａ，１７ｂ，１７ｃ・・・１７ｈに向けて燃料を噴射する（リセス噴射Ｓ２）ように構成されている。【選択図】 図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気行程にある作動室内に複数の噴孔から直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備えたロータリピストンエンジンであって、ロータのフランク面にはリセスが凹設され、該リセスは複数の小室に分割され、
前記複数の噴孔のうち少なくとも一部の噴孔が、吸気行程にある前記作動室内に噴射される燃料が、前記小室の少なくとも一つの内壁に衝突するように設けられていることを特徴とするロータリピストンエンジン。
【請求項２】
前記小室の数と、吸気行程にある前記作動室内の前記小室に向けて燃料を噴射可能な噴孔の数とが同一に設定されていることを特徴とする請求項１記載のロータリピストンエンジン。
【請求項３】
前記燃料噴射弁に複数備えられた噴孔のうち、吸気行程にある前記作動室内の前記小室に向けて燃料を噴射可能な噴孔以外の噴孔は、吸気ポートへ向けて燃料を噴射可能に備えられていることを特徴とする請求項１又は２記載のロータリピストンエンジン。
【請求項４】
前記複数の小室は、前記リセス内にロータ幅方向及び軸方向に伸びるリブが配設されることによって、分割形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のロータリピストンエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直噴型のロータリピストンエンジンに関し、特に、燃焼速度を向上するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ロータリピストンエンジンにおいて、着火寸前の燃焼室の混合気分布が、トレーリング側でリッチ、リーディング側でリーンになり易いことが知られている。このような混合気分布では、ロータフランク面とロータハウジングとの間隔が狭いクエンチゾーンに比較的リッチな混合気が存在し、反対に点火プラグ近辺に比較的リーンな混合気が存在している為、燃焼不良になり易いという課題があった。
【０００３】
この課題に対して、点火時に点火プラグの近傍に燃料を集中させるようにして成層化燃焼を行うことによって、燃焼安定性を向上させたものが以前から提案されている。例えば、特許文献１では、ロータの回転に伴って吸気行程の後半から圧縮行程にかけてロータの回転方向に旋回するように発生する渦流の流れに沿うように燃料を噴射することによって、燃料噴霧を点火プラグ近傍に集中させるものを開示している。
【特許文献１】特開平６−２８８２４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
その一方で、これとは別の観点から、燃料噴射弁から噴射された燃料を吸気ポートから作動室内に導入される吸気流と衝突させて燃料と空気との攪拌を促進し、それにより着火寸前の燃焼室において均質な混合気分布を形成して、燃焼速度を向上させる試みも行われている。
【０００５】
ところが、この場合、ロータリピストンエンジンの吸気行程における作動室の吸気流動がエンジンの運転状態によって大きく変化するため、着火寸前の燃焼室において均質な混合気分布を形成する、という作用を安定して得ることは難しい。
【０００６】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エンジンの運転状態が変動して吸気の流動状態が大きく変化した場合であっても、着火寸前の燃焼室において均質な混合気分布を形成することによって、燃焼速度を向上させたロータリピストンエンジンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に関わる第一の構成は、吸気行程にある作動室内に複数の噴孔から直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備えたロータリピストンエンジンであって、ロータのフランク面にはリセスが凹設され、該リセスは複数の小室に分割され、前記複数の噴孔のうち少なくとも一部の噴孔が、吸気行程にある前記作動室内に噴射される燃料が、前記小室の少なくとも一つの内壁に衝突するように設けられているものである。
【０００８】
第一の構成では、吸気行程において小室に向けて噴射された燃料は、リセス内にトラップされる。そして、リセス内にトラップされた燃料は、圧縮行程後期に点火プラグにより点火されるまでの間に気化して、着火寸前の燃焼室の混合気分布を均質化する。従って、本構成によれば、エンジンの運転状態が変動し吸気流動が変化した場合であっても、着火寸前の燃焼室において均質な混合気分布を形成することによって燃焼速度を向上させることができる。
【０００９】
本発明に関わる第二の構成は、吸気行程にある前記作動室内の前記小室の数と、吸気行程にある前記作動室内の前記小室に向けて燃料を噴射可能な噴孔の数とが同一に設定されていることを特徴とするものである。
【００１０】
第二の構成では、吸気行程にある前記作動室内の小室の数と、吸気行程にある前記作動室内の前記小室に向けて燃料を噴射可能な噴孔の数とが同一に設定されている為、１つの小室に対して、小室に向けて燃料を噴射可能な噴孔のうちの１個の噴孔からの燃料噴射が可能となり、特定の小室に燃料が集中して液だまりになるのが抑制できると共に、複数の小室全体にわたって均一な燃料トラップができる。従って、本構成によれば、圧縮行程後期に点火プラグにより点火するまでの間の燃料気化が、上記の均一な燃料トラップによって促進されて着火寸前の燃焼室の混合気分布を均質化し、燃焼速度を向上させることができる。
【００１１】
本発明に関わる第三の構成は、前記燃料噴射弁に複数備えられた噴孔のうち、吸気行程にある前記作動室内の前記小室に向けて燃料を噴射可能な噴孔以外の噴孔は、吸気ポートへ向けて燃料を噴射可能に備えられていることを特徴とするものである。
【００１２】
第三の構成によれば、吸気ポートから吸気行程にある作動室内に導入される吸気に確実に燃料を衝突させることができる為、ロータハウジング等の壁面に燃料を付着させることなく、吸気と燃料との攪拌を促進することによって、燃焼速度を向上させることができる。
【００１３】
本発明に関わる第四の構成は、前記複数の小室は、前記リセス内にロータ幅方向及び軸方向に伸びるリブが配設されることによって、分割形成されていることを特徴とするものである。
【００１４】
第四の構成によれば、従来構造のリセス内にリブを配設するだけでよいので、本発明を適用した場合に発生するコストを最低限に抑えることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、エンジンの運転状態が変動して吸気の流動状態が大きく変化した場合であっても、着火寸前の燃焼室において均質な混合気分布を形成することによって、燃焼速度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、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。
【００１７】
（エンジン全体の構成）
図１及び図２に、本発明を適用したロータリピストンエンジン１（以下、単にエンジン１という）を示す。
【００１８】
図１に示すように、このエンジン１は、２つのロータ２，２を備えた２ロータタイプであり、２つのロータハウジング３，３が、インターミディエイトハウジング４をその間に挟んだ状態で、これらの両側からさらに２つのサイドハウジング５，５で挟み込むようにして一体化されている。尚、図１では、その右側の一部は切り欠いて内部を示すとともに、左側のサイドハウジング３も内部を示すために分離してある。また、図中の符号Ｘはエキセントリックシャフト６の軸心となる回転軸である。
【００１９】
そして、各ロータハウジング３，３の、平行トロコイド曲線で描かれるトロコイド内周面３ａ，３ａと、これらロータハウジング３，３を両側から挟むサイドハウジング５，５の内側面５ａ，５ａ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，４ａとで、図２に示すように、回転軸Ｘの方向から見て繭のような略楕円形状をしたロータ収容室７が２つ横並びに区画されており、これらロータ収容室７にそれぞれロータ２が１つずつ収容されている。各ロータ収容室７，７は、インターミディエイトハウジング４に対して対称状に配置されており、ロータ２の位置、位相が異なっている点を除けば構成は同じであるため、以下、１つのロータ収容室７について説明する。
【００２０】
ロータ２は、回転軸Ｘの方向から見て各辺の中央部が膨出する略三角形状をしたブロック体からなり、その外周には、各頂部間に３つの略長方形をしたフランク面２ａ，２ａ，２ａが備えられている。各フランク面２ａの中央部分には、その長軸方向に延びるリセス２ｂが形成されている。このリセス２ｂの具体的形状については後述する。
【００２１】
そして、ロータ２は、各頂部に図示しないシール部を有し、これらシール部がロータハウジング３のトロコイド内周面３ａに摺接しており、このロータハウジング３のトロコイド内周面３ａと、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と、ロータ２のフランク面２ａとで、ロータ収容室７の内部にそれぞれ３つの作動室８，８，８が区画形成されている。
【００２２】
また、ロータ２の内側には位相ギアが設けられている（図示せず）。すなわち、ロータ２の内側の内歯車（ロータギア）とサイドハウジング５側の外歯車（固定ギア）とが噛合するとともに、ロータ２は、インターミディエイトハウジング４及びサイドハウジング５を貫通するエキセントリックシャフト６に対して、遊星回転運動をするように支持されている。
【００２３】
すなわち、ロータ２の回転運動は内歯車と外歯車との噛み合いによって規定され、ロータ２は、３つのシール部が各々ロータハウジング３のトロコイド内周面３ａに摺接しつつ、エキセントリックシャフト６の偏心輪６ａの周りを自転しながら、回転軸Ｘの周りに自転と同方向に公転する（この自転、公転を含め、広い意味で単にロータの回転という）。そして、ロータ２が１回転する間に３つの作動室８，８，８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て、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。
【００２４】
より具体的に、図２において、ロータ２は矢印で示すように、時計回りに回転しており、回転軸Ｘを通るロータ収容室７の長軸Ｙを境に分けられるロータ収容室７の左側が概ね吸気及び排気行程の領域となり、右側が概ね圧縮及び膨張行程の領域となっている。
【００２５】
そして、左上側の作動室８に着目すると、これは吸気と噴射された燃料とで混合気を形成する吸気行程を示しており、この作動室８がロータ２の回転に連れて圧縮行程に移行すると、その内部にて混合気が圧縮される。その後、図の右側に示す作動室８のように圧縮行程の終盤から膨張行程にかけて所定のタイミングにて点火プラグ９，９により点火されて、燃焼・膨張行程が行われる。そして、最後に図の左下側の作動室８のような排気行程に至ると、燃焼ガスが排気ポート１０から排気された後、再び吸気行程に戻って各行程が繰り返されるようになっている。本発明は、上記各行程のうち、吸気行程を対象としているため、その吸気行程にある作動室８（以下、吸気作動室８という）について更に詳しく説明する。
【００２６】
吸気作動室８は、先に説明したようにロータ２の回転に伴ってロータ収容室７の長軸Ｙ方向の一端側（図２の上側）において形成されており、この吸気作動室８内に直接燃料を噴射するように燃料噴射弁１５が配設されている。
【００２７】
この吸気作動室８には、複数の吸気ポート１１，１２，１３が連通している。すなわち、吸気作動室８に面するインターミディエイトハウジング４の内側面４ａには、ロータ収容室７の外周側の短軸Ｚ寄りに第１吸気ポート１１が開口している。
また、図１に示すように、吸気作動室８に面するサイドハウジング５の内側面５ａには、第１吸気ポート１１に対向するように、そのロータ収容室７の外周側の短軸Ｚ寄りに第２吸気ポート１２及び第３吸気ポート１３が開口している。
【００２８】
そうして、例えば、エンジン１の低回転域では、第１吸気ポート１１のみから吸気され、吸気量が不足するようになると第２吸気ポート１２からも吸気され（中回転域）、更に吸気量が不足するようになると第３吸気ポート１３からも吸気されて（高回転域）、吸気量が変化しても最適な吸気流速を維持して、エンジン１の低負荷低回転から高負荷高回転までの全運転領域に渡って効率よく吸気できるようになっている。
【００２９】
ところが、このようにエンジン１の運転状態によって吸気量、吸気方向等が大きく変化すると、吸気作動室８内の流動状態も大きく変化することとなり、その変化に燃料噴射弁１５による燃料噴射のみで対応させるのは非常に困難である。
そこで、本発明に係る本実施形態では、リセス２ｂ内にリブ１６配設してリセス２ｂを複数の小室に分割（ここでは、８つ）し、燃料を複数の小室１７ａ，１７ｂ，１７ｃ・・・１７ｈ及び吸気ポート１１，１２，１３に向けて噴射可能な噴孔を燃料噴射弁１５に備えた構成としている。
【００３０】
（リセスの具体的形状）
図１及び図３に示すように、リセス２ｂ自体は、従来構造（ロータ回転方向両端とロータ軸方向の側面がロータフランク面に近づくほど広がる構造）と同様のものである。このリセス２ｂ内にロータ回転方向に１本、ロータ軸方向に３本のリブ１６を配設することによって、リセス２ｂが複数（ここでは、８つ）の小室１７ａ，１７ｂ，１７ｃ・・・１７ｈに分割されている。このとき、リブ１６は、各小室の形状及び容積がほぼ等しくなるようにリセス２ｂ内に配設されている。
【００３１】
（燃料噴射弁）
一方、燃料噴射弁１５は、先端部に燃料を噴射する複数の噴孔１５ａ，・・・を有するマルチホール型であり、本実施形態では、図４に示すように、１２個の噴孔１５ａがある。各噴孔１５ａは、それぞれ噴孔径（断面積）やその長さ、角度の設定によって噴霧量やその噴霧方向を調整できるようになっており、最適な燃料の噴射が行えるように、これら噴孔の噴射方向及び噴射位置に工夫が凝らされている。
【００３２】
（噴孔の噴射方向）
次に、各噴孔１５ａの噴射位置について説明する。図２に示すように、燃料噴射弁１５から噴射される燃料のうち一部の燃料が吸気ポート１１，１２，１３に、残りの燃料Ｓ２が複数ある小室１７ａ，１７ｂ，１７ｃ・・・１７ｈに向けて噴射可能に、各噴孔１５ａが燃料噴射弁に備えられている。
【００３３】
ここで、燃料噴射弁１５より吸気ポートに向けて噴射された燃料をまとめて吸気ポート噴射Ｓ１、リセス２ｂ内に複数ある小室１７ａ，１７ｂ，１７ｃ・・・１７ｈに向けて噴射された燃料をまとめてリセス噴射Ｓ２という（図２及び図４）。
【００３４】
図４は、燃料噴射弁１５の先端部を示したものである。燃料噴射弁１５には、噴孔が全部で１２個備えられており、吸気ポート噴射Ｓ１可能な噴孔１２ａが４個、リセス噴射Ｓ２可能な噴孔１２ａが８個の構成となっている。また、本実施形態において、リセス噴射Ｓ２可能な噴孔が８個に設定されているのは、小室の数と同一数にするためである。
【００３５】
（噴孔の噴射位置）
次に、吸気噴射Ｓ１とリセス噴射Ｓ２の噴射位置について説明する。本実施形態において、吸気ポート噴射Ｓ１の噴射位置は、エンジンの回転数の変化に合わせて変更している。
【００３６】
すなわち、エンジン１は、低回転域は第１吸気ポートのみから吸気され、中回転域では第２吸気ポート１２からも吸気されるようになり、高回転域では全吸気ポート１１，１２，１３の全てから吸気されるようになっている。
そのため、実際に吸気作動室８内に吸気している吸気ポート１１，１２，１３に向けて吸気ポート噴射Ｓ１を行なうようにしている（例えば、低回転域においては、第１吸気ポート１１に向けてのみ燃料噴射）。そうすることで、吸気ポート等に燃料が付着することなく、吸気ポート１１，１２，１３から吸気作動室８内に導入される空気に確実に燃料を衝突させることができる。
【００３７】
吸気噴射Ｓ１の噴射位置を上記のように設定することで、各吸気ポート１１，１２，１３から吸気行程にある作動室８内に導入される吸気に確実に燃料を衝突させることができる為、ロータハウジング等の壁面に燃料を付着させることなく、吸気と燃料との攪拌を促進することによって、燃焼速度を向上させることができる。
【００３８】
次に、リセス噴射Ｓ２の噴射位置について説明する。図５は、燃料噴射弁１５より複数の小室１７ａ，１７ｂ，１７ｃ・・・１７ｈに向けて、リセス噴射Ｓ２されているのを示した図である。
【００３９】
図５に示すように、燃料噴射弁１５より複数の小室１７ａ，１７ｂ，１７ｃ・・・１７ｈに向けて噴射される燃料は、１つの小室（例えば、１７ａ）に対して１個の噴孔１５ａからの燃料のみが噴射されている。こうすることで、特定の小室（例えば、１７ｂ）に燃料が集中して液だまりになるのを抑制でき、圧縮行程後期に点火プラグ９，９によって点火されるまでの間の燃料気化を促進できる。
【００４０】
また、本実施形態では、小室１７ａ，１７ｂ，１７ｃ・・・１７ｈの数と小室に向けて燃料を噴射可能な噴孔１５ａ数とが同一数に設定されているので、小リセス全体にわたって均一な燃料トラップをすることが可能である。
【００４１】
従って、リセス噴射Ｓ２の噴射位置を上記のように設定することによって、特定の小室(例えば、１７ｂ)に燃料が集中して液だまりになるのを抑制できると共に、複数の小室１７ａ，１７ｂ，１７ｃ・・・１７ｈ全体にわたって均一な燃料トラップができる。そして、圧縮行程後期に点火プラグ９,９により点火するまでの間の燃料気化が、上記の均一な燃料トラップによって促進されて着火寸前の燃焼室の混合気分布を均質化し、燃焼速度を向上させることができる。
【００４２】
以上説明したように、ロータリピストンエンジンに本発明を適用すれば、エンジンの運転状態が変動して吸気の流動状態が大きく変化した場合であっても、小室全体にわたって均一な燃料トラップできることによって、その後の燃料気化を促進して着火寸前の燃焼室の混合気分布を均質化できるので、燃焼速度を向上させることができる。
【００４３】
尚、本発明の構成は、前記実施形態のものに限定されることはなく、その他の種々の構成を包含する。例えば、リセス２ｂは、図４に示されるようなロータ回転方向及び軸方向端部の側面が、フランク面２ａの法線から角度を持つものではなく、図６に示されるように、法線を含むように構成することが出来る。さらに、小室１７ａ，１７ｂ・・・１７ｈを、図７に示されるように、リブ１６がロータ回転軸方向又はロータ回転軸方向から角度を持つように構成することも出来る。また、前記実施形態では、２ロータタイプのエンジン１を示したが、これに限るものではない。また、吸気ポートの数も３つに限られず、２つであってもよい。燃料噴射弁１５の複数の噴孔１５ａは、ロータ収容室７の長軸Ｙ線上、あるいはその近傍の、吸気ポート１１，１２，１３から離れた方に配設することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施形態に係るロータリピストンエンジンの概要を示す斜視図である。
【図２】同エンジンの要部の示す、一部を簡略化した断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係るロータの詳細を示した斜視図である。
【図４】インジェクタの噴孔の模式図である。
【図５】リセス噴射を示した模式図である。
【図６】本実施形態以外の実施形態に係るロータの詳細を示した斜視図である。
【図７】本実施形態以外の実施形態に係るロータの詳細を示した斜視図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  ロータリピストンエンジン
２  ロータ
２ａ  フランク面
２ｂ  リセス
３  ロータハウジング
４  インターミディエイトハウジング
５  サイドハウジング
７  ロータ収容室
８  作動室（吸気作動室）
１１  第１吸気ポート
１２  第２吸気ポート
１３  第３吸気ポート
１５  燃料噴射弁
１５ａ  噴孔  
１６  リブ
Ｘ  回転軸
Ｙ  長軸
Ｚ  短軸
【図１】
2010248981.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図５】
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