(57)【要約】【課題】不活性成分を多量に含んだ難燃性ガスの燃焼安定性を高めることのできる、ロータリーピストンエンジンを得る。【解決手段】外周面にリセス２０が形成されたロータ５を備え、リセス２０は、ロータ５の回転方向のトレーリング側に位置する第１凹部２１と、第１凹部２１に連続して形成されてロータ５の回転方向のリーディング側に位置する第２凹部２２とで、なり、第１凹部２１の、ロータ５の周方向に直交する断面積が、第２凹部２２の、ロータ５の周方向に直交する断面積よりも、小さいことを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面にリセスが形成されたロータを備え、
前記リセスは、前記ロータの回転方向のトレーリング側に位置する第１凹部と、該第１凹部に連続して形成されて前記ロータの回転方向のリーディング側に位置する第２凹部とで、なり、
前記第１凹部の、前記ロータの周方向に直交する断面積が、前記第２凹部の、前記ロータの周方向に直交する断面積よりも、小さいことを特徴とするロータリーピストンエンジン。
【請求項２】
前記第１凹部の前記ロータの幅方向の寸法が、前記第２凹部の同方向の寸法よりも小さいことを特徴とする、
請求項１に記載のロータリーピストンエンジン。
【請求項３】
前記第１凹部の深さが、前記第２凹部の深さよりも浅いことを特徴とする、
請求項１に記載のロータリーピストンエンジン。
【請求項４】
前記ロータを回転自在に収容するロータハウジングには、前記ロータが上死点に位置するときの前記第１凹部に対応して位置するトレーリング側点火栓と、前記ロータが上死点に位置するときの前記第２凹部に対応して位置するリーディング側点火栓と、が配置されていることを特徴とする、
請求項１〜３のいずれか１つに記載のロータリーピストンエンジン。
【請求項５】
前記リーディング側点火栓が、前記ロータの幅方向に複数並列されていることを特徴とする、
請求項４に記載のロータリーピストンエンジン。
【請求項６】
前記第１凹部に連続して形成されたガイド溝を備え、
前記ガイド溝は、前記第１凹部の側部からトレーディング側に向かって斜めに伸びるように複数形成されていることを特徴とする、
請求項１〜５のいずれか１つに記載のロータリーピストンエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータリーピストンエンジンに関し、特に、難燃性ガス（発酵メタンガス、シンガス、アンモニアガスなど）を燃焼させるのに適した、ロータリーピストンエンジンの燃焼室構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境問題や化石燃料の消費を削減し、環境負荷の低減と循環型社会の形成を目指して、再生可能なエネルギであるバイオ燃料の利用が注目されている。バイオ燃料として、例えば、家畜の糞尿や食品廃棄物などから生成される発酵メタンガスが知られている。しかしながら、発酵メタンガスには、一般的に４０〜６０％程度もの多量の二酸化炭素が含まれており、二酸化炭素が不活性成分として作用するので、エンジンの燃料として用いた場合、良好な燃焼安定性が得られない。
【０００３】
ここで、メタンガスを主成分とする圧縮天然ガス（Compressed Natural Gas：以下、ＣＮＧと称する）燃料を用いて、同燃料中の二酸化炭素濃度を増大させたときの、エンジンの燃焼安定性（Coefficient of Variation：以下、ＣＯＶと称する）を計測した結果を図１１に示す。ここで、ＣＯＶとは、図示平均有効圧の燃焼サイクル毎のバラツキを算出したものであり、ＣＯＶが低いほど燃焼が安定していることを示し、高いほど燃焼が不安定であることを示している。図１１中にＣＯＶの目標ラインを示している。ＣＯＶがこの目標ラインを超過するほど、燃焼が不安定となり、エンジン出力が安定しないので、例えば、一定出力が要求される発電機としてのエンジンに利用することはできない。
【０００４】
図１１中に鎖線で示されるように、一般的なレシプロエンジンでは、二酸化炭素濃度が２０％を超えると燃焼安定性が著しく悪化してＣＯＶの目標ラインを超過する。このため、発酵メタンガスを利用するには、二酸化炭素を一定レベル以下に取り除く必要がある。しかしながら、発酵メタンガスから二酸化炭素を取り除くには多大なエネルギを必要とし、このためコストが嵩むことになる。この結果、中小規模の工場などにおいては、採算面から、発酵メタンガスをレシプロエンジンの燃料とすることは、あまり行われておらず、すなわち、発酵メタンガスがエネルギとして有効活用されていない。
【０００５】
ところで、本願の発明者は、ロータリーピストンエンジンは、良好な燃焼安定性を保ちつつ運転可能な二酸化炭素濃度の許容限度が、レシプロエンジンよりも高いことを見出した。図１１に実線で示されるように、ロータリーピストンエンジンでは、ＣＮＧ燃料中の二酸化炭素濃度の許容限度は５０％程度であり、レシプロエンジンの２０％程度よりも高い。これは、ロータリーピストンエンジンの膨張行程はクランク角度で通常２７０°程度であって、レシプロエンジンの膨張行程がクランク角度で１８０°程度であるのに比して１．５倍程度長く、このため、上死点以降の燃焼室の体積は緩やかに膨張するので、燃焼室内の圧力は急激に低下しないためである。
【０００６】
つまり、ロータリーピストンエンジンは、レシプロエンジンに比して、上死点以降の燃焼を長く維持しやすく、所謂、後燃えを生じさせやすいので、燃焼安定性が高いエンジンである。よって、本願の発明者は、ロータリーピストンエンジンの燃料として、発酵メタンガスや、バイオガスなどの難燃性ガスを有効に活用することを考案した。
【０００７】
しかしながら、発酵メタンガスにおける二酸化炭素の含有量は、発酵メタンガスの生成環境によって大きく異なり、上述したように５０％を超える場合もあり得る。発酵メタンガス中の二酸化炭素の含有量が５０％を超えると、ロータリーピストンエンジンであっても、燃焼安定性が著しく悪化するため、安定した運転が困難である。すなわち、不活性成分を多量に含んだ難燃性ガスを燃料として用いることに課題がある。
【０００８】
不活性成分としての二酸化炭素を含んだ難燃性ガスをエンジンの燃料として利用する先行技術として例えば、特許文献１には、レシプロエンジンにおいて、ＣＮＧ燃料中に含まれる二酸化炭素濃度を推定し、推定した二酸化炭素濃度に応じて、点火時期や空燃比を制御することが開示されている。また、特許文献２には、ロータリーピストンエンジンにおいて、ロータ面のリセス部に設けた乱流生成用の突起により、混合気に乱流を生成させて、混合気のミキシングおよび拡散を促進して、燃焼遅れを抑制可能なロータリーピストンエンジンが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１１−２１４５６８号
【特許文献２】特開２０１３−０５００４０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１のものでは、点火条件や空燃比などを変更して機関性能の低下を抑制するものに過ぎず、燃焼そのものを改良するものでなく、ましてや、不活性成分としての二酸化炭素の含有量の許容限度を拡大できるものではない。つまり、二酸化炭素を多量に含んだＣＮＧ燃料のような難燃性ガスをそのまま燃料として用いることは困難である。また、特許文献２のものは、燃焼速度の速い水素ガスを対象とするものであり、燃焼速度の遅い、不活性成分を含んだ難燃性ガスの燃焼安定性を向上できるものではない。
【００１１】
この発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、不活性成分を多量に含んだ難燃性ガスであっても、燃焼安定性を高めることのできる、ロータリーピストンエンジンを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解決するため、本願発明は次のように構成したことを特徴とする。
【００１３】
本願の請求項１に記載の発明は、外周面にリセスが形成されたロータを備え、前記リセスは、前記ロータの回転方向のトレーリング側に位置する第１凹部と、該第１凹部に連続して形成されて前記ロータの回転方向のリーディング側に位置する第２凹部とで、なり、前記第１凹部の、前記ロータの周方向に直交する断面積が、前記第２凹部の、前記ロータの周方向に直交する断面積よりも、小さいことを特徴とする。
【００１４】
また、請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載の発明において、前記第１凹部の前記ロータの幅方向の寸法が、前記第２凹部の同方向の寸法よりも小さいことを特徴とする。
【００１５】
また、請求項３に記載の発明は、前記請求項１に記載の発明において、前記第１凹部の深さが、前記第２凹部の深さよりも浅いことを特徴とする。
【００１６】
また、請求項４に記載の発明は、前記請求項１〜３のいずれか１つに記載の発明において、前記ロータを回転自在に収容するロータハウジングには、前記ロータが上死点に位置するときの前記第１凹部に対応させてトレーリング側点火栓が配置され、前記ロータが上死点に位置するときの前記第２凹部に対応させてリーディング側点火栓が配置されていることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項５に記載の発明は、前記請求項４に記載の発明において、前記リーディング側点火栓が、前記ロータの幅方向に複数並列されていることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項６に記載の発明は、前記請求項１〜５のいずれか１つに記載の発明において、前記第１凹部に連続して形成されたガイド溝を備え、前記ガイド溝は、前記第１凹部の側部からトレーディング側に向かって斜めに伸びるように複数形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
前記の構成により、本願各請求項の発明によれば、次の効果が得られる。
【００２０】
まず、請求項１に記載の発明によれば、上死点を超えて回転するロータにより作動室のリーディング側の容積拡大に伴って発生するトレーリング側からリーディング側への混合気の流動に、リセスの断面積が変化する第１凹部から第２凹部への接続部において乱流を生成させやすい。これにより、混合気のミキシングおよび拡散が促進されて混合気の燃焼速度が向上し、初期燃焼を活性化できる。そして、活性化された初期燃焼の燃焼領域に、トレーリング側の混合気を、リセスを通じて生成されるスキッシュ流によって確実に供給することで、初期燃焼に続けて第２段目の燃焼としての拡散燃焼を発生させることができる。
【００２１】
また、初期燃焼の燃焼速度が向上することで、スキッシュ流の流速が最大となる前に初期燃焼を活性化させやすく、スキッシュ流を、活性化された第１段目の初期燃焼の燃焼領域に供給しやすい。しかも、第１凹部の断面積を第２凹部の断面積より小さく構成することで第１、第２凹部の容積差を拡大でき、この結果、ロータの回転に伴う第１、第２凹部内の圧力差を効果的に生じさせて第１凹部から第２凹部へ向かうスキッシュ流をさらに強めることができる。これにより、第２段目の拡散燃焼をより安定して行うことができる。
【００２２】
すなわち、第１段目の初期燃焼と、第２段目の拡散燃焼とからなる、二段燃焼を安定して行うことができ、混合気の燃焼安定性を高めることができる。これにより、不活性成分を多量に含んだ難燃性ガスであっても燃焼安定性を高めることができる。
【００２３】
また、請求項２に記載の発明によれば、第１凹部と第２凹部との間に、幅方向の寸法が急に拡大する角部が形成され、該角部において、第１凹部から第２凹部へ供給される混合気に乱流を生成させやすく、請求項１に記載の発明を好適に実施できる。しかも、第２凹部の幅を第１凹部の幅より大きく構成することで、第２凹部に供給された混合気を幅方向に拡散させやすく、初期燃焼におけるロータの幅方向への火炎伝播を促進できる。さらに、第２段目の拡散燃焼もロータの幅方向に亘って安定して燃焼させることができる。よって、難燃性ガスの燃焼安定性をさらに高めることができる。
【００２４】
また、請求項３に記載の発明によれば、第１凹部と第２凹部との間に、深さ方向の寸法が急に変化する段部が形成され、該段部において、第１凹部から第２凹部へ供給される混合気に乱流を生成させやすく、請求項１に記載の発明を好適に実施できる。
【００２５】
また、請求項４に記載の発明によれば、リーディング側点火栓により、第２凹部内の第１凹部との接続部に生成した混合気の乱流に、火花を供給して初期燃焼を安定して行うことができる。また、ロータリーピストンエンジンでは、リーディング側への混合気の流動のためトレーリング側への火炎伝播はし難い。しかしながら、トレーリング側点火栓を設けることで、リーディング側点火栓よりもトレーリング側に在る混合気にも火花を供給して燃焼させることができる。これにより、未燃ガスの生成を抑制できると共に、燃焼速度を高めて、初期燃焼の燃焼安定性を高めることができる。
【００２６】
また、請求項５に記載の発明によれば、ロータの幅方向に複数並列されたリーディング側の点火栓により、第２凹部内の第１凹部との接続部に生成した混合気の乱流に、ロータの幅方向に亘って火花を供給できる。これにより、初期燃焼のロータの幅方向への火炎伝播の成長を促進して、幅方向に亘る燃焼領域を形成できるので、第２段目の拡散燃焼をロータの幅方向に亘って安定して発生させることができる。よって、難燃性ガスの燃焼安定性をさらに向上させることができる。
【００２７】
また、請求項６に記載の発明によれば、ガイド溝によって、第１凹部の側方の混合気を効率的に、第１凹部内へ供給できる。これにより、第１凹部から第２凹部へのスキッシュ流をさらに強めることができ、第２段目の拡散燃焼をより効率的に燃焼させることができる。しかも、燃焼室内の未燃ガスを効果的に、第２段目の拡散燃焼に供給できるので、未燃ガスの生成を抑制して、混合気の燃焼安定性をさらに高めることができる。すなわち、難燃性ガスの燃焼安定性をさらに高めることができる。
【００２８】
すなわち、本発明によるロータリーピストンエンジンによれば、燃焼安定性を高めることができ、不活性成分を多量に含んだ難燃性ガスを燃料とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】第１の実施形態に係るロータリーピストンエンジンの概略構成を示す斜視図である。
【図２】図１のＡ矢視によるロータリーピストンエンジンの正面図である。
【図３】図２のＢ矢視によるロータの側面図である。
【図４】図３のIＶ−IＶ断面図である。
【図５】図３のＶ−Ｖ断面図である。
【図６】二酸化炭素濃度が５５％である難燃性ガスを燃料とした場合の、熱発生率のクランク角度毎の推移を示すグラフである。
【図７】二酸化炭素濃度と燃焼安定性との関係を示すグラフである。
【図８】第２の実施形態に係る、図３と同様のロータの側面図である。
【図９】第３の実施形態に係る、図３と同様のロータの側面図である。
【図１０】図９のＸ−Ｘ断面図である。
【図１１】従来例のエンジンにおける、二酸化炭素濃度と燃焼安定性との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
［第１の実施形態］
（エンジン１の全体構成）
以下、図１、図２を参照しながら、第１の実施形態に係るエンジン１の全体構成について説明する。図１は第１の実施形態に係るエンジン１の概略構成を示す斜視図であり、図２は図１のＡ矢視によるエンジン１の正面図である。なお、図１において、内部を示すために、フロント側（図１中右側）のロータハウジング３およびサイドハウジング４の一部切り欠いて示すと共に、リア側（図１中左側）のサイドハウジング４を分離して示している。また、図２において、サイドハウジング４を除いて示している。
【００３１】
図１に示されるように、エンジン１は、２ロータ型のロータリーピストンエンジンであって、インターミディエイトハウジング２を挟んだ両側にそれぞれ、ロータハウジング３と、サイドハウジング４と、が順に積層され、一体化されることにより構成されている。ロータハウジング３には、ロータハウジング３内を、それぞれ３つの作動室３０に区画する略三角形状のロータ５が回転自在に収容されている。ロータ５の外周面には、リセス２０がそれぞれ形成されている。
【００３２】
図２に示されるように、このロータ５がエキセントリックシャフト６を中心に回転方向Ｘに偏芯回転することにより、各作動室３０の容積が変化して、吸気工程、圧縮工程、膨張工程、排気工程が順に行われる。また、インターミディエイトハウジング２およびサイドハウジング４（図１参照）には、吸気行程の作動室３１を臨む吸気ポート１１と、排気行程の作動室３２を臨む排気ポート１２とが、それぞれ形成されている。
【００３３】
略上死点に位置するロータ５により形成された作動室３３を臨む位置には、トレーリング側点火栓７ａとリーディング側点火栓７ｂとが設けられている。さらに、ロータハウジング３には、吸気行程から圧縮行程にかけて作動室３０に開口する位置に、難燃性ガスを作動室３０に噴射するためのインジェクタ８が設けられている。このインジェクタ８は、図外のガスタンクから燃料供給通路を介して、難燃性ガスが供給されるように構成されている。
【００３４】
（リセス２０）
次に、図３〜図５を参照しながら、リセス２０について説明する。図３は図２のＢ矢視によるロータ５の側面図であり、トレーリング側点火栓７ａおよびリーディング側点火栓７ｂを鎖線で示している。図４は図３のIＶ−IＶ断面図でありロータ５の回転軸に垂直な横断面図を示し、図５は図３のＶ−Ｖ断面図でありロータ５の縦断面図を示す。また、図３〜図５において、比較例としての従来構造のリセス２００を鎖線で示している。
【００３５】
説明の都合上、ロータ５の回転軸方向をロータ５の幅方向とし、該幅方向に垂直なロータ５の外周面に沿った方向をロータ５の周方向とし、該周方向におけるロータ５の回転方向の進み側をリーディング側、遅れ側をトレーリング側と、称する。
【００３６】
図３に示されるように、リセス２０は、各作動室（燃焼室）の圧縮比を調整し、且つ、トレーリング側からリーディング側へのスキッシュ流を生成するために、ロータ５の外周面それぞれに設けられており、トレーリング側に形成された第１凹部２１と、第１凹部２１に連続してリーディング側に形成された第２凹部２２と、から構成されている。
【００３７】
第１凹部２１は、図３に示す側面図で、ロータ５の幅方向の略中央部に配置されており、幅２１ａに比して周方向長さ２１ｂが長い、略矩形状の形態を有している。図４に示されるように、第１凹部２１は、深さ２１ｃに形成されている。第１凹部２１は、従来構造のリセス２００に比して、幅２１ａが小さく（図３参照）、且つ、深さ２１ｃが浅く（図４参照）形成されている。
【００３８】
第２凹部２２は、図３に示す側面図で、ロータ５の幅方向の略中央部に配置されており、リーディング側に頂点を有し、且つ、トレーリング側に矩形部を有した、略五角形状の形態を有している。図４に示されるように、第２凹部２２は、深さ２２ｃに形成されている。第２凹部２２は、従来構造のリセス２００と比して、幅２２ａが大きく（図３参照）、且つ、深さ２２ｃが深く（図４参照）形成されている。
【００３９】
すなわち、第１凹部２１は、第２凹部２２に比して、幅が小さく、深さが浅く形成されている。このため、図５に示されるように、第１凹部２１の縦断面積は第２凹部の同断面積より小さく構成されている。換言すると、第１凹部２１の縦断面積は従来構造のリセス２００の同断面積よりも小さく、第２凹部２２の縦断面積は従来構造のリセス２００の同断面積よりも大きく構成されている。
【００４０】
第１凹部２１の縦断面積を従来構造のリセス２００の同断面積より小さくしつつ、第２凹部２２の縦断面積を従来構造のリセス２００の同断面積より大きく構成することで、第１凹部２１に形成されるスキッシュ流の流路と、第２凹部２２に形成されるスキッシュ流の流路の断面積差を拡大できる。これにより、上死点を超えて回転するロータにより作動室のリーディング側の容積拡大に伴って発生するトレーリング側からリーディング側への混合気の流動、すなわち、第１凹部２１から第２凹部２２へのスキッシュ流を、従来構造のリセス２００に比して強めることができる。
【００４１】
第１凹部２１と第２凹部２２との接続部には、リセス２０の幅方向の寸法が急に拡大する角部２３と、深さが急に拡大する段部２４と、が形成されている。図３、図４に示されるように、角部２３および段部２４は、好ましくは、Ｒ面取り加工がなされておらず、角が尖った状態の、鋭角状態に形成されている。
【００４２】
このように第１凹部２１と第２凹部２２との接続部を構成することで、リセス２０内における第１凹部２１から第２凹部２２へのスキッシュ流の流路を、角部２３および段部２４において急激に変化させることができ、角部２３および段部２４を通過するスキッシュ流に乱流を生成させやすい。また、第１、第２凹部２１、２２の他の隅部にはＲ加工ながされており、第１、第２凹部２１、２２内の混合気の流動を滑らかにして、隅部への混合気の滞留を防止して、未燃燃料のリセス２０内の残留が防止されている。
【００４３】
（トレーリング側、リーディング側点火栓７ａ、７ｂ）
ロータハウジング３には、ロータ５が上死点に位置するときの第１凹部２１に対応させてトレーリング側点火栓７ａが配置され、ロータ５が上死点に位置するときの第２凹部２２に対応させてリーディング側点火栓７ｂが配置されている。好ましくは、リーディング側点火栓７ｂは、第２凹部２２内における、第１凹部２１との接続部近傍の、混合気の乱流生成位置に対応して配置されている。
【００４４】
（エンジン１の作動）
本実施形態に係るエンジン１の作動について、図２を参照しながら説明する。上述したように、ロータ５がエキセントリックシャフト６を中心にＸ方向に偏芯回転することにより、各作動室３０の容積が変化し、吸気工程、圧縮工程、膨張工程、排気工程が順に行われるようになっている。以下に各行程について説明する。
【００４５】
図２において、左上の作動室３１は吸気行程である。吸気行程では、ロータ５の回転に伴って作動室３１の容積が拡大して、吸気ポート１１を介して作動室３１に空気が吸い込まれる。その後、ロータ５がさらに回転すると、作動室３１の容積は拡大から縮小に転じ、圧縮行程に移行する。圧縮行程において、吸い込まれた空気とインジェクタ８から噴射された難燃性ガスとが混合されて混合気が形成される。
【００４６】
ロータ５がさらに回転してロータ５が上死点に位置すると、図２中右側に示されるように作動室３３へと圧縮され、該作動室３３内において混合気は最も圧縮された状態となる。そして、圧縮された状態の混合気は、トレーリング側点火栓７ａおよびリーディング側点火栓７ｂにより点火されて、膨張行程へと移行する。
【００４７】
ところで、ロータリーピストンエンジンでは、圧縮行程から膨張行程において、ロータ５の回転に起因して作動室３０のリーディング側の容積拡大に伴って、リーディング側へ向かう混合気の流動が生成する。本実施形態では、第１凹部２１と第２凹部２２とからなるリセス２０を設けているので、リセス２０に沿って、つまり第１凹部２１から第２凹部２２に向けて混合気のスキッシュ流が生成される。
【００４８】
このとき、第１凹部２１と第２凹部２２との接続部には、上述したように角部２３（図４参照）および段部２４（図４参照）が形成されているので、上述したように該接続部を通過するスキッシュ流に乱流が生成される。この結果、混合気のミキシングおよび拡散が促進されて混合気の燃焼速度が向上し、混合気の初期燃焼が活性化される。また、リーディング側への強いスキッシュ流のため、初期燃焼における火炎伝播はリーディング側への成長が促進される。
【００４９】
次に、ロータ５のさらなる回転に伴って、トレーリング側の混合気がスキッシュ流によりリーディング側に送られる。この結果、初期燃焼による燃焼領域に、トレーリング側からのスキッシュ流が効率的に供給されて、第２段目の燃焼としての拡散燃焼が発生する。本実施形態では、第１凹部２１の断面積を通常のリセス２００の断面積よりも小さく構成しているので、より強いスキッシュ流を生成させることができる。
【００５０】
しかも、リセス２０を第１凹部２１と第２凹部２２とに分けて、リーディング側に位置する第２凹部２２を、トレーディング側に位置する第１凹部２１よりも大きく構成することで、ロータ５の回転に伴う、第１凹部２１内の圧力と第２凹部２２内の圧力との差を拡大させやすく、これにより第１凹部２１から第２凹部２２へ向かうスキッシュ流をより一層強めることができる。これにより、第２段目の拡散燃焼をより安定させることができる。さらに、第２凹部２２の幅２２ａは、第１凹部２１の幅２１ａよりも大きいので、第１凹部２１と第２凹部２２との接合部で生じた混合気の乱流の、幅方向への拡散を促進し、これにより、初期燃焼における火炎伝播のロータ５の幅方向への成長を促進して、燃焼安定性を高めることができる。
【００５１】
また、第１段目の初期燃焼を第２凹部２２の幅方向に成長させることで、第１凹部２１の両側方からリーディング側に供給されるスキッシュ流も、第１段目の初期燃焼による燃焼領域に効果的に供給することができ、第２段目の拡散燃焼を好適に実現できる。
【００５２】
本実施形態に係るリセス２０と、比較例として従来のリセス２００とを、二酸化炭素を含んだＣＮＧを用いて評価した結果を図６、図７に示す。図６はクランク角度に対する熱発生率（ｄＱ／ｄθ）を示すグラフであって、二酸化炭素濃度が５５％であるＣＮＧでの解析結果を示す。図７は二酸化炭素濃度とＣＯＶとの関係を算出した解析結果を示すグラフである。図６、図７において、それぞれ、実線でリセス２０による場合を示し、破線でリセス２００による場合を示す。
【００５３】
まず、図６を参照して、従来のリセス２００では、熱発生率のピークが１つしか見られず、第１段目の初期燃焼と第２段目の拡散燃焼との境界が見られない。これは、二酸化炭素の含有量が多いために燃焼速度が遅くなり、第１段目の初期燃焼が遅れ、第２段目の拡散燃焼と統合されていることを示している。さらに、第１段目の初期燃焼が遅れることで、初期燃焼のピークよりも前に、流速がピークとなったスキッシュ流が供給されることになる。この結果、スキッシュ流を効果的に燃料領域に供給できず、第２弾目の拡散燃焼が緩慢となっていることを示している。つまり、従来構造のリセス２００では、第１段目の初期燃焼が遅れ、このため、第２段目の拡散燃焼が緩慢となるため、燃焼安定性は悪い。
【００５４】
一方、本実施形態に係るリセス２０では、熱発生率のピークが、２つ見られる。上述したようにリセス２０により初期燃焼が活性化されて、第１段目の初期燃焼のピークがスキッシュ流の流速のピーク位置よりも早いタイミングで発生し、初期燃焼による燃焼領域に、スキッシュ流が効率的に供給される。よって、第２段目の拡散燃焼が安定して行われる。つまり、本実施形態に係るリセス２０では、第１段目の初期燃焼を活性化させることができると共に、第２段目の拡散燃焼を安定して行うことができ、燃焼安定性は良い。
【００５５】
次に、図７を参照して、従来のリセス２００では、二酸化炭素の含有量が５０％より多くなるとＣＯＶが目標ラインを超過するが、本実施形態に係るリセス２０では、二酸化炭素の含有量が５０％を超えても、ＣＯＶは急激に悪化することはなく、目標ラインを超過しない。つまり、本発明に係るロータリーピストンエンジンでは、不活性成分を多量に含んだ難燃性ガスの燃焼安定性が向上している。
【００５６】
以上説明した本実施形態に係るエンジン１によれば、以下の効果を発揮できる。
【００５７】
（１）上死点を超えて回転するロータ５の回転により作動室のリーディング側の容積拡大に伴って発生するトレーリング側からリーディング側への混合気の流動に、リセス２０の断面積が変化する第１凹部２１から第２凹部２２への接続部において乱流を生成させやすい。これにより、混合気のミキシングおよび拡散が促進されて混合気の燃焼速度が向上し、初期燃焼を活性化できる。そして、活性化された初期燃焼の燃焼領域に、トレーリング側の混合気を、リセス２０を通じて生成されるスキッシュ流によって確実に供給することで、初期燃焼に続けて第２段目の燃焼としての拡散燃焼を安定して発生させることができる。
【００５８】
（２）初期燃焼の燃焼速度が向上することで、スキッシュ流の流速が最大となる前に初期燃焼を活性化させやすく、スキッシュ流を、活性化された第１段目の初期燃焼の燃焼領域に供給しやすい。しかも、第１凹部２１の断面積を第２凹部２２の断面積より小さく構成することで、第１、第２凹部２１、２２の容積差を拡大でき、この結果、ロータ５の回転に伴う第１、第２凹部２１、２２内の圧力差を効果的に生じさせて第１凹部２１から第２凹部２２へ向かうスキッシュ流をさらに強めることができる。これにより、第２段目の拡散燃焼をより安定して行うことができる。
【００５９】
（３）第１段目の初期燃焼と、第２段目の拡散燃焼とからなる、二段燃焼を安定して生じさせることができ、混合気の燃焼安定性を高めることができる。これにより、不活性成分を多量に含んだ難燃性ガスであっても、燃焼安定性を高めることができる。
【００６０】
（４）第１凹部２１と第２凹部２２との間に、幅方向の寸法が急に拡大する角部２３が形成され、該角部２３において、第１凹部２１から第２凹部２２へ供給される混合気に乱流を生成させやすい。しかも、第２凹部２２の幅を第１凹部２１の幅より大きく構成することで、第２凹部２２に供給された混合気を幅方向に拡散させやすく、初期燃焼におけるロータ５の幅方向への火炎伝播を促進できる。さらに、第２段目の拡散燃焼もロータ５の幅方向に亘って安定して燃焼させることができる。よって、不活性成分を多量に含んだ難燃性ガスの燃焼安定性をさらに高めることができる。
【００６１】
（４）第１凹部２１と第２凹部２２との間に、深さ方向の寸法が急に変化する段部２４が形成され、該段部２４において、第１凹部２１から第２凹部２２へ供給される混合気に乱流を生成させやすい。これにより、上述したように、不活性成分を多量に含んだ難燃性ガスの燃焼安定性をさらに高めることができる。
【００６２】
（５）リーディング側点火栓７ｂにより、第２凹部内２２の第１凹部２１との接続部に生成した混合気の乱流に、火花を供給して初期燃焼を安定して行うことができる。また、ロータリーピストンエンジンでは、リーディング側への混合気の流動のためトレーリング側への火炎伝播はし難い。しかしながら、トレーリング側点火栓７ａを設けることで、リーディング側点火栓７ｂよりもトレーリング側に在る混合気にも火花を供給して燃焼させることができる。これにより、未燃ガスの生成を抑制できると共に、燃焼速度を高めて、初期燃焼の燃焼安定性を高めることができる。
【００６３】
［第２の実施形態］
図８に、第２の実施形態に係るロータ５０の図３と同様の側面図を示す。図８に示されるように、第２の実施形態は、リーディング側点火栓７ｂが幅方向に複数並列されていることが、第１の実施形態とは異なる。第２の実施形態では、リーディング側点火栓７ｂが幅方向に２つ並ぶように並列するようにロータハウジング３に配置されている。その他の構成は、第１の実施形態と同じである。
【００６４】
第２の実施形態によれば、ロータ５の幅方向に複数並列されたリーディング側点火栓７ｂ、７ｂにより、第２凹部２２内の第１凹部２１との接続部に生成した混合気の乱流に、ロータ５の幅方向に亘って火花を供給できる。これにより、初期燃焼のロータ５の幅方向への火炎伝播の成長を促進して、幅方向に亘る燃焼領域を形成できるので、第２段目の拡散燃焼をロータ５の幅方向に亘って安定して発生させることができる。よって、不活性成分を多量に含んだ難燃性ガスの燃焼安定性をさらに向上させることができる。
【００６５】
［第３の実施形態］
図９に、第３の実施形態に係るロータ５０の図３と同様の側面図を示し、図１０に図９のＸ−Ｘ断面を示す。図９に示されるように、第３の実施形態は、第１凹部２１の側部に連続して、トレーディング側へ向かって斜めに伸びる複数のガイド溝２５が形成されていることが、第１の実施形態とは異なり、その他は第１の実施形態と同じである。図１０に示されるように、ガイド溝２５は、第１凹部２１と略同じ深さに形成されている。
【００６６】
第３の実施形態によれば、ガイド溝２５によって、第１凹部２１の側方の混合気を効率的に、第１凹部２１内へ供給できる。これにより、第１凹部２１から第２凹部２２へのスキッシュ流をさらに強めることができ、第２段目の拡散燃焼をより効率的に燃焼させることができる。しかも、燃焼室内の未燃ガスを効果的に、第２段目の拡散燃焼に供給できるので、未燃ガスの生成を抑制して、混合気の燃焼安定性をさらに高めることができる。すなわち、難燃性ガスの燃焼安定性をさらに高めることができる。
【００６７】
［その他の実施形態］
上述した実施形態では、難燃性ガスとして、不活性成分としての二酸化炭素を含んだＣＮＧガスを例として説明したが、これに限らず、シンガスやアンモニアガスなどを採用できるほか、ＥＧＲガスを大量に含んだガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンにも適用することができる。すなわち、燃焼させることが困難な難燃性ガスを燃料とするエンジンに適用できる。
【００６８】
また、上記の実施形態では、インジェクタ８により作動室３０に難燃性ガスを直接に噴射する場合を例として説明したが、これに限らず、吸気ポート１１または吸気ポート１１につながる吸気管（図示しない）に燃料を噴射するようにインジェクタ８を適宜レイアウトしてもよい。
【００６９】
なお、本発明は、以上の実施形態に示すものに限らず、特許請求の範囲に記載された本発明の精神および範囲から逸脱することなく、各種変形および変更を行うことも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
以上のように、本発明によれば、燃焼安定性を高めることができ、難燃性ガスを燃料として使用できるので、この種のエンジンの製造技術分野において好適に実施される可能性がある。
【符号の説明】
【００７１】
１      エンジン
２      インターミディエイトハウジング
３      ロータハウジング
４      サイドハウジング
５      ロータ
６      エキセントリックシャフト
７ａ    トレーディング側点火栓
７ｂ    リーディング側点火栓
８      インジェクタ
１１    吸気ポート
１２    排気ポート
２０    リセス
２１    第１凹部
２２    第２凹部
２３    角部
２４    段部
２５    ガイド溝
３０    作動室
２００  従来構造のリセス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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