(57)【要約】      （修正有）【課題】滑らかで力強い回転動力を得ることができる３サイクル気体燃料エンジンを提供する。【解決手段】気筒の内部に配設される３つのパワーロータ６が静止公転運動するロータリー式のスターリングサイクル機構において、ロータハウジング４の短軸方向一端側に点火プラグ２０と、上記短軸方向他端側に吸気ポート７と排気ポート８とが上記短軸を挟んで夫々配設され、上記長軸方向他端側に気体燃料を筒内に供給する燃料供給手段が直噴燃料供給手段で構成され、掃気用エア供給手段からのエア供給量を増減することにより、実際空燃比が運転状態に応じて変化する割合に制御する空燃比制御手段と、循環ダイリューションガスを吸気系の作動室のトレーリング部分に導入するダイリューションガス再循環機構と吸気の一部を排気系の作動室のトレーリング部分に偏在混入する吸気偏在機構と、筒内にメタリングオイルを効率よく潤滑するメタリング供給手段とを備えている。【選択図】図１
2013163995.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒の中央で回転可能に支持されるドラムロータの回転に同期して、姿勢が規制されつつ形成された３条の直溝に回転及び摺動可能に配設され、１２０°の位相差が保たれて静止公転運動する３つのパワーロータが、該直溝の内面とロータハウジングの内周面の双方に繰り替え摺動接触するロータリー式のスターリングサイクル機構において、  
該ロータハウジングの短軸方向一端側に点火プラグと、上記の短軸方向他端側に吸気ポートと排気ポートとが上記短軸を挟んで吸気系の作動室と排気系の作動室に臨んで夫々配設され、上記の長軸方向他端側に少なくとも一部が水素で構成された気体燃料を筒内に供給する燃料供給手段と、上記内周面に形成された４節稜線部に夫々付勢され、該ドラムロータの円柱曲面に摺動接触する仕切りシールと、該直溝の内面と該パワーロータの従動側に形成する湾曲側面との間に生起し、筒内の相対する方向に転移する閉じた変転空間が構成するダイリューションガス再循環機構と吸気偏在機構とが具備されていることを特徴とする３サイクル気体燃料エンジン。
【請求項２】
請求項１に記載された３サイクル気体燃料エンジンにおいて、
上記燃料供給手段が直噴燃料供給手段で構成され、掃気用エアの供給量を増減することにより、筒内への空気吸入量と気体燃料供給量の比率である空燃比を運転状態に応じて変化する割合に制御する空燃比制御手段を備えており、
理論空燃比よりもリーン側に設定される所定の境界空燃比よりリッチ側の空燃比領域では該直噴燃料供給手段から筒内に供給される気体燃料の割合を、ＮＯｘ発生率が最も高くなる最高ＮＯｘ空燃比領域と同様とする上記割合を１００％に設定する一方、境界空燃比よりリーン側の空燃比領域では空燃比が低負荷領域になる程上記割合を小さく設定する燃料供給特性制御手段が設けられていることを特徴とする３サイクル気体燃料エンジン。
【請求項３】
請求項１に記載された３サイクル気体燃料エンジンにおいて、
排気系の作動室にて生起し吸気系の作動室にて開放する転移する閉じた変転空間の内部に低負荷領域になる程掃気用エアの供給量を増量圧入する掃気用エア供給手段を備えてお
り、
該掃気用エア供給手段の掃気用エア供給通路の下流端が該側壁一側部の内面で該ドラムロータに形成する該直溝の底面と直立して平行する一側側面板に開孔された掃気用エア導入孔に臨んで開口され、掃気ガス排出路の上流部が該掃気用エア供給通路の下流端を内包接続し、下流端が該排気ポートに連通する排気通路の上流部に接続していることを特徴とする３サイクル気体燃料エンジン。
【請求項４】
請求項１に記載された３サイクル気体燃料エンジンにおいて、
筒内にメタリングオイルを供給するメタリングオイル供給手段を備えており、
該メタリングオイル供給手段のメタリングオイル供給通路の下流端が該側壁一側部の内面で該ドラムロータに面して開口され、該ドラムロータには一側側面板に形成されたメタリングオイル導入溝の深部に３つのメタリングオイル導入孔が開孔され、このメタリングオイル導入孔と円柱曲面及びパワーロータ摺動面に夫々開孔するメタリングオイル細孔とを連通する複数のメタリングオイル細洞を設けていることを特徴とする３サイクル気体燃料エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体燃料エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、自動車用エンジンの燃料としては、ガソリン等の常温で液体である炭化水素系燃料が従来より多用されている。しかしながら、ガソリン又は軽油を燃料とするこれまでのレシプロエンジンにおいては、ＣＯ2、ＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ等の種々の大気汚染物質が排出されるといった問題がある。そこで、近年、燃焼時にＣＯ2、ＣＯ及びＨＣが全く発生しない水素ガスを燃料とし、あるいは燃焼によるＣＯ2、ＣＯ及びＨＣの発生量が少ないメタンガス、エタンガス等を燃料とする気体燃料エンジンが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、かかる気体燃料エンジンにおいては、気体燃料の密度がガソリン等の液体燃料に比べて非常に小さいので、普通のガソリンエンジンのように吸気通路に燃料を供給して混合気を形成し、この混合気を燃焼室（レシプロエンジンの場合）あるいは作動室（ロータリピストンエンジンの場合）に供給するといった燃料供給手法いわゆる予混合燃料供給方式では、吸気充填効率を十分に高めることができず、エンジン出力の向上が十分には図られないといった問題がある。
【０００４】
そこで、気体燃料を直接燃焼室に供給できる燃料供給手段を設け、吸気行程終期から圧縮行程前期にかけて、すなわち燃焼室内に十分な空気が充填された後で燃焼室内に気体燃料を圧入し、充填効率を高めてエンジン出力の向上を図るようにしたいわゆる直噴燃料供給方式の気体燃料エンジンが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
また、エンジンの排気ガス中のＮＯｘを低減する技術として、排気系から吸気系に排気ガスの一部を還流することが行われているが、その一手法として、レシプロエンジンで吸                    気行程初期に還流排気ガスを導入し、燃焼室下部の点火プラグから離れた位置に排気ガスを偏在させてこの部分の混合気を加熱して気化、霧化を促進するとともに、局所的な不活性ガスの導入で混合気の燃焼温度の低下により有効にＮＯｘの発生を低減するようにした排気再循環装置が公知である（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
一般に、ロータリピストンエンジンにおいて、吸気系にダイリューションガスが持ち込まれると、吸気がそのダイリューションガスにより稀薄化されるため、特に、低負荷領域に燃焼性の悪化を招くという問題が生じる。このため、吸気系に持ち込まれるダイリューションガスの低減化について対策が講じられている。その一つとして、従来より、吸気ポートと排気ポートとの間の作動室に、ダイリューションガスを掃気するための掃気用のエアを供給するものが公知である。このものでは、掃気用エアの供給源から、別途、排気ポート側に開口する２次エア供給通路を設け、同じ供給源から２次エアも供給し、そして、この２次エア供給時に掃気側のエア圧を低下させることなく十分な掃気用エアを供給するために、掃気用エア供給通路の有効断面積を２次エア供給通路のそれよりも大きく設定している（例えば、特許文献４参照）。
【０００７】
また、充填効率の向上と燃費性能の向上とを図りつつ、ＮＯｘ発生量を低減することができる気体燃料エンジンが提案されている。このものでは、水素を燃料とするロータリーピストンエンジンであって、空気過剰率λが境界空気過剰率λ０（例えば、約１，５）よりリッチ側の領域では、圧縮行程初期に水素噴射ポートから各作動室に直接水素ガスが供給され、混合気の燃焼温度の過上昇が抑制されてＮＯｘ発生量が低減され、かつ充填効率が高められる。他方、空気過剰率λが境界空気過剰率λ０よりリーン側の領域では、水素ミキサを介して共通吸気通路に水素ガスが供給されて混合気が均質化され、混合気中に局所的にリッチな部分が生じるのが防止され、局所的な燃焼温度の過上昇が防止されてＮＯｘ発生量が低減されるとともに、熱効率が高められて燃費性能が高められるようにした気体燃料エンジンが公知である（特許文献５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特公平１−２３６５９号公報
【特許文献２】特公昭５８−１２４５８号公報参照
【特許文献３】特開昭６１−１９９６１号公報
【特許文献４】実公昭６２−８３４５号公報
【特許文献５】特開平６−２４１０７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来のロータリピストンエンジンにおいては、同じ作動室が排気行程から吸気行程にかけてまたがり、かつ吸気ポートの開作動時点に吸気行程の作動室がすでに容積増大途中にあるという特殊性があり、このため、上記従来のロータリピストンエンジンにおいても、ダイリューションガスの持ち込みを十分に阻止することはできないという問題を含んでいる。
【００１０】
また、従来の一般的なロータリピストンエンジンによると、摺動抵抗や放熱による熱効率等の関係で１気筒当りの出力向上には限界があり、燃費性能の改善が重要な課題となっている。そのためには点火プラグの近傍にリッチな混合気を偏在させて良好な着火性を確保しつつ、燃焼室全体の空燃比はリーンとする成層燃焼の技術が有効である。しかし、この成層燃焼の技術には、次のようなエミッション性の問題があり、大幅な燃費性能の改善を得ることが困難となっている。
【００１１】
すなわち、燃焼性を大幅に改善するには極端な空燃比のリーン化が必要となるが、このリーン化に伴って混合気が理論空燃比の領域を外れるため、排気ガス温度が極端に低下して触媒が酸化反応を行うための活性温度に達せず、未燃焼成分などの浄化を行う従来の三元触媒の使用ができない。したがって、リーン条件でも良好なＮＯｘ浄化が行える高性能の触媒が実用化されない限りはＮＯｘの浄化が不十分で排出量が多くなることから、エンジン燃焼でＮＯｘの発生量を抑制するようにしなければならない。そこで、本発明は上記事情に鑑み、最も有効にＮＯｘの発生を低減できるように、また、良好な着火性を確保するため、全負荷領域に成層燃焼による改善が行えるダイリューションガス再循環機構を筒                                                                                                                                                                          内に構成するものである。
【００１２】
ところで、従来のレシプロエンジンにおける直噴燃料供給方式では、燃焼室内で気体燃料と吸入空気とのミキシング時間が非常に短いので、良好な着火性を確保できづに熱効率が低下して燃費性能が悪くなるといった問題がある。
【００１３】
従い、一般のレシプロエンジンにおいては、吸気通路内の吸入空気中にガソリンを噴射する第１の燃料噴射弁と燃焼室内にガソリンを噴射する直噴燃料供給方式の第２の燃料噴射弁とを設け、運転状態に応じて使用する燃料噴射弁を使い分けるようにした燃焼技術が提案されている。（例えば、特開昭６１−２４４８２１号公報、特開昭６１−２５０３６４号公報、特開昭５６−１５１２１３号公報等参照）すなわち、生成される混合気の可燃範囲が狭いために、空燃比がリーンに設定される低負荷領域には混合気の着火性が悪くなる。そこで、低負荷領域においては、第２の燃料噴射弁から燃焼室内に燃料を噴射して点火プラグまわりに局所的にリッチな混合気を形成して（成層化）、混合気の着火性を高めるようにしている。他方、高負荷領域には第１の燃料噴射弁から吸気通路内の吸入空気中にガソリンを噴射して、ミキシング時間の確保によって混合気の均質化を促進し、熱効率を高めてエンジン出力の向上を図るようにしている。
【００１４】
そこで、かかるレシプロエンジンについての従来の知見に鑑みれば、気体燃料エンジンにおいても予混合燃料供給方式を用いれば熱効率が高められるものと考えられる。従い、新規の気体燃料エンジンに、予混合燃料供給方式と直噴燃料供給方式とを使い分けることによって、あるいは両者を併用することによって充填効率の向上と熱効率の向上とを両立させることができ、燃費性能を高めることが可能であると考えられる。
【００１５】
しかしながら、気体燃料エンジンにおいて予混合燃料供給方式を用いた場合、通常の燃焼状態では混合気の燃焼速度がかなり速くなり、このため燃焼温度が高くなるのでＮＯｘ発生量が増加するといった問題が生じる。したがって、新規の気体燃料エンジンに、予混合燃料供給方式と直噴燃料供給方式とを使い分け、あるいは併用しようとすれば、ＮＯｘ発生量の増加の防止あるいはＮＯｘ発生量の低減に十分留意する必要がある。            
【００１６】
本発明の３サイクル気体燃料エンジンの目的は、従来の構成が有していた問題を解決するものであり、全負荷領域に、掃気用エア供給量の増減によって、エミッション性が確保されたダイリューションガスを、圧縮空間のトレーリング部分に循環導入して、実際空燃比を運転状態に応じて変化する割合に制御する空燃比制御の容易化及び単純化を図る。また、燃料供給手段が直噴燃料供給手段で構成され、充填効率の向上と圧縮空間の劇的な形状変化による混合気の均質化とを実現させ、遠心分離により生じたリッチな混合気を点火プラグの周りに集合させてより稀薄側の領域での燃焼性を確保し、局所的に不活性ガスを点火プラグから離れた燃焼空間に偏在させる成層化の実現により、断熱圧縮燃焼が防止され、混合気全体としてはＮＯｘ発生率を低減し、熱効率すなわち燃費性能の大幅な改善を図る。又は、吸入した空気の一部を排気空間のトレーリング部分に偏在混入させ、掃気効率の改善を図って、遅行排気ガス中の未燃焼ガスを再燃焼させて燃焼温度の過上昇を抑制し、ＮＯｘ発生量を低減させる。しかも、構造の簡単なロータリー式のスターリングサイクル機構の利用により理想的な３サイクル化を実現させる。これらにより、地球環境に優しい極めて滑らかで力強い回転動力を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の目的を達成するために、第１の発明は、気筒の中央で回転可能に支持されるドラムロータの回転に同期して、姿勢が規制されつつ形成された３条の直溝に回転及び摺動可能に配設され、１２０°の位相差が保たれて静止公転運動する３つのパワーロータが、直溝の内面とロータハウジングの内周面の双方に繰り替え摺動接触するロータリー式のスターリングサイクル機構において、ロータハウジングの短軸方向一端側に点火プラグと、上記の短軸方向他端側に吸気ポートと排気ポートとが上記短軸を挟んで吸気系の作動室と排気系の作動室に臨んで夫々配設され、上記の長軸方向他端側に少なくとも一部が水素で構成された気体燃料を筒内に供給する燃料供給手段と、上記内周面に形成された４節稜線部に夫々付勢され、ドラムロータの円柱曲面に摺動接触する仕切りシールと、直溝の内面とパワーロータの従動側に形成する湾曲側面との間に生起し、筒内の相対する方向に転移する閉じた変転空間が構成するダイリューションガス再循環機構と吸気偏在機構とが具備されている３サイクル気体燃料エンジンが提供される。
【００１８】
第２の発明は、第１の発明にかかる３サイクル気体燃料エンジンにおいて、上記燃料供給手段が直噴燃料供給手段で構成され、掃気用エアの供給量を増減することにより、筒内への空気吸入量と気体燃料供給量の比率である空燃比を運転状態に応じて変化する割合に制御する空燃比制御手段を備えており、理論空燃比よりもリーン側に設定される所定の境界空燃比よりリッチ側の空燃比領域では直噴燃料供給手段から直接筒内に供給される気体燃料の割合を、ＮＯｘ発生率が最も高くなる最高ＮＯｘ空燃比領域と同様とする上記割合を１００％に設定する一方、境界空燃比よりリーン側の空燃比領域では空燃比が低負荷領域になる程上記割合を小さく設定する燃料供給特性制御手段が設けられている３サイクル気体燃料エンジンが提供される。
【００１９】
第３の発明は、第１の発明にかかる３サイクル気体燃料エンジンにおいて、排気系の作動室にて生起し吸気系の作動室にて開放する転移する閉じた変転空間の内部に低負荷領域になる程掃気用エアの供給量を増量圧入する掃気用エア供給手段を備えており、掃気用エア供給手段の掃気用エア供給通路の下流端が側壁一側部の内面でドラムロータに形成する直溝の底面と直立して平行する一側側面板に開孔された掃気用エア導入孔に臨んで開口され、掃気ガス排出路の上流部が掃気用エア供給通路の下流端を内包接続し、下流端が排気ポートに連通する排気通路の上流部に接続している３サイクル気体燃料エンジンが提供される。
【００２０】
第４の発明は、第１の発明にかかる３サイクル気体燃料エンジンにおいて、筒内にメタリングオイルを供給するメタリングオイル供給手段を備えており、メタリングオイル供給手段のメタリングオイル供給通路の下流端が側壁一側部の内面でドラムロータに面して開口され、ドラムロータには一側側面板に形成されたメタリングオイル導入溝の深部に３つのメタリングオイル導入孔が開孔され、このメタリングオイル導入孔と円柱曲面及びパワーロータ摺動面に夫々開孔するメタリングオイル細孔とを連通する複数のメタリングオイル細洞を設けている３サイクル気体燃料エンジンが提供される。
【００２１】
初めに、「ダイリューションガス再循環機構」の作用は、筒内に構成する転移する閉じ                                                                                
た変転空間が、膨張空間にて囲い込んだ既燃ガスの一部を圧縮空間のトレーリング部分に                                                                        
導入することによって、循環ダイリューションガスが吸気充填エアの一部として機能するとともに、生成された一部の混合気に加熱して、気化、霧化が促進され、遠心分離により生じたリッチな混合気を点火プラグの周りに集合させることにより、局所的に不活性ガスを点火プラグから離れた燃焼空間に偏在させる成層化が実現することから、低負荷領域
に、偏在部分で有効に作用にて比熱比が小さくなるため、偏在部分の断熱圧縮燃焼を防止しつつ燃焼温度を抑えて有効にＮＯｘの発生を抑制し、混合気全体としてはＮＯｘ発生率が低減され、熱効率すなわち燃費性能の改善を図ることができる。
【００２２】
次に、「吸気偏在機構」の作用は、筒内に構成する転移する閉じた変転空間が、吸気空間にて囲い込んだ吸気の一部を排気空間のトレーリング部分に偏在混入することにより、掃気効率の改善を図って、遅行排気ガス中の未燃焼ガスを再燃焼させるため、排気ガスの燃焼温度の過上昇を抑制しつつ有効にＮＯｘ発生量が低減される。これにより、三元触媒による排気ガス浄化装置を不要にし、省力化を図ることができる。
【００２３】
上記第１の課題解決手段による作用を説明する。すなわち、３つのパワーロータの作動によって、圧縮空間のトレーリング部分に循環ダイリューションガスの導入により、生成された混合気に加熱して、気化、霧化が促進され、充填効率を高めた圧縮空間の劇的な形状変化により均質化された混合気が生成され、遠心分離により生じたリッチな混合気を点火プラグの周りに集合させることにより、局所的に不活性ガスを点火プラグから離れた燃焼空間に偏在させる成層化により、成層燃焼を実現させるため、混合気全体としてはＮＯｘ発生率を低減し、熱効率すなわち燃費性能の大幅な改善を図る一方、吸気の一部を排気空間のトレーリング部分への偏在混入により、遅行排気ガス中の未燃焼ガスを再燃焼させるため、燃焼温度の過上昇を抑制しつつ有効にＮＯｘ発生量が低減される。そして、１２０°の位相差が保たれた３つのパワーロータが、出力軸一回転当り、３回もの爆発を繰り返す理想的な多サイクル化が実現される。これらによりエンジン出力が大幅に改善され、軽量・小型化及び省力化が実現し、地球環境に優しい極めて滑らかで力強い回転動力を提供することができる。
【００２４】
上記第２の課題解決手段による作用は、空燃比制御手段が、１つのエアポンプからの掃気用エアの供給量を増減することによって、実際空燃比を運転状態に応じて変化させることにより、境界空燃比よりリッチ側の空燃比領域及びＮＯｘ発生率が最も高くなる最高ＮＯｘ空燃比領域では燃料供給手段から直接筒内に供給される気体燃料の割合を１００％に制御することから、さらにリッチな混合気を点火プラグの周りに集合させるため、燃焼性を高めてエンジン出力が高められ、混合気全体としてはリーンな混合気によってＮＯｘの発生率が低減される一方、境界空燃比よりリーン側の空燃比領域では空燃比を低負荷領域になる程上記割合を小さく制御することから、リーンな混合気によってＮＯｘ発生率が低減され、熱効率すなわち燃費性能の大幅な改善を図ることができる。
【００２５】
上記第３の課題解決手段による作用は、掃気用エア供給手段から、転移する閉じた変転空間に低負荷領域になる程掃気用エアの供給量が増量圧入されることにより、ダイリューションガスにポンプ作用と攪拌とが加えられ、攪拌された掃気ガスが大気に向けて排出されることから、稀釈化と定量化とが図られた循環ダイリューションガスの吸気系への持込が低減されるため、低負荷領域に、エミッション性が確保されるとともに、局所的に不活性ガスを点火プラグから離れた燃焼空間に偏在させる成層化により、偏在部分の断熱圧縮燃焼を防止して燃焼温度を抑え、ＮＯｘの発生を抑制して、より稀薄側の空燃比での成層燃焼を実現させ、熱効率すなわち燃費性能の大幅な改善を図ることができる。
【００２６】
上記第４の課題解決手段による作用は、メタリングオイル供給手段から吐出されたメタリングオイルは、回転するドラムロータの一側側面板面に吹付けられて拡散し、メタリングオイル導入溝に導かれて流入した３つのメタリングオイル導入孔から複数のメタリングオイル細洞を通して、メタリングオイル細孔に向けて等しく遠心分散されることにより、ドラムロータの円柱曲面及び３つのパワーロータ摺動面に併せて供給されるため、筒内に効率よく潤滑させることができ、かつ、メタリングオイル供給経路の簡素化とドラムロータの有効利用とを図ることができる。
【発明の効果】
【００２７】
以上、説明した請求項１記載の発明によれば、筒内の相対方向に生起する転移する閉じ                                                                                た変転空間が、循環ダイリューションガスを圧縮空間のトレーリング部分に導入すること                                                                    により、混合気に加熱して、気化、霧化を促進し、遠心分離により生じたリッチな混合気                                                                    
を点火プラグの周り集合させることにより、成層燃焼を実現させて、断熱圧縮燃焼を防止しつつ燃焼温度を抑えてＮＯｘの発生率を低減し、燃費性能の大幅な改善が図られる。また、吸気の一部を排気空間のトレーリング部分への偏在混入により、遅行排気ガス中の未燃焼ガスを再燃焼させてＮＯｘ発生量が低減される。しかも、出力軸一回転中に３回もの爆発を繰り返す理想的な多サイクル化が実現されるため、軽量・小型化及び省力化が実現し、地球環境に優しい極めて滑らかで力強い回転動力が提供される。
【００２８】
請求項２記載の発明によれば、境界空燃比よりリッチ側の領域及びＮＯｘ発生率が最も高くなる最高ＮＯｘの領域では、点火プラグの周りに集合したさらにリッチな混合気から点火されるため、燃焼性を高めてエンジン出力が高められる。しかも、混合気全体としてはリーンな混合気により、燃焼温度が低下してＮＯｘ発生率が低減される一方、境界空燃比よりリーン側の空燃比領域では、リーンな混合気によって、燃焼温度が抑制されてＮＯｘ発生率が低減され、熱効率すなわち燃費性能の大幅な改善を図ることができ、かつ、空燃比制御の容易化及び単純化が図られる。
【００２９】
請求項３記載の発明によれば、転移する閉じた変転空間に掃気用エアの供給により、稀釈化と定量化とが図られた循環ダイリューションガスの吸気系への持込が低減するため、混合気の燃焼性を確保しつつ、局所的に不活性ガスを点火プラグから離れた燃焼空間に偏在させることにより、偏在部分の断熱圧縮燃焼を防止してＮＯｘの発生を抑制し、より稀薄側の空燃比での成層燃焼が可能となって燃費性能の大幅な改善が図られる。
【００３０】
請求項４記載の発明によれば、メタリングオイル供給手段から吐出されたメタリングオイルは、メタリングオイル導入溝に導かれて３つのメタリングオイル導入孔に流入し、メタリングオイル細孔に向けて等しく遠心分散されることにより、ドラムロータの円柱曲面やパワーロータ摺動面に併せて供給されるため、筒内に効率よく潤滑させることができ、かつ、メタリングオイル供給経路の簡素化とドラムロータの有効利用とが図られる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施例を示す３サイクル気体燃料エンジンを説明するための構成図。
【図２】第１実施例のロータハウジングの内周面形状を説明するための水平断面図。
【図３Ａ】３０°毎の回転角における膨張空間、圧縮空間、変転空間の生起状態を示す                                                                            状態図。
【図３Ｂ】３０°毎の回転角における膨張空間、圧縮空間、変転空間の生起状態を示す図３・Ａに続く状態図。
【図３Ｃ】３０°毎の回転角における膨張空間、圧縮空間、変転空間の生起状態を示す図３Ｂに続く状態図。
【図３Ｄ】３０°毎の回転角における膨張空間、圧縮空間、変転空間の生起状態を示す図３Ｃに続く状態図。
【図４】３つのパワーロータの出力軸回転角に対する筒内圧力の変化を示す特性図。
【図５】第１実施例の３つのパワーロータを配設するドラムロータ及びパワーロータ作動機構を内包する側壁他側の組付け関係を示す斜視図。
【図６】第３実施例の掃気用エア供給手段及び第４実施例のメタリングオイル供給手段を配設する側壁一側と吸気装置及び排気装置が接続するロータハウジングとの組付け関係を示す斜視図。
【図７】第１実施例の仕切りシールの組付け関係を示す斜視図。
【図８】第１実施例の吸気行程終了及び圧縮行程開始のタイミングと変転空間及び水素噴射弁の開閉タイミングとを示す図である。
【図９】第２実施例の境界空燃比の切り変えタイミングを示す図である。
【図１０】第２実施例のＥＣＵによる制御を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明は、本発明の趣旨の範囲内において、公知技術を付加したものも、本発明から公                                                                            知技術を除いたものも、本発明の範囲に含まれる。また、本発明の範囲は、以下の具体的な実施例に限定されるものではない。
【００３３】
本発明の実施例を詳述する前に、本機関の概略を説明する。
【００３４】
図１、５、６に示すように、１は本発明の燃料に気体燃料を使用する３サイクル気体燃料エンジンで、内周面４２の形状が米俵形に形成された筒状のロータハウジング４の設置側に側壁他側４１ｂが位置し、出力側に側壁一側４１ａが位置して気筒が構成される。この気筒の中央部に、円柱体であって、円柱曲面５６の三等分割方向に湾窟状に切り欠いた３条の直溝５３を形成させた３つのドラムロータ５が、回転可能に支持されている。しかも、直溝５３には軸心に平行な支持軸６１が係合する角柱体のパワーロータ６が回転及び摺動可能に夫々配設され、１２０°の位相差が保たれて図５に示すパワーロータ作動機構Ｑからその姿勢が規制され、静止公転運動（以降作動）するロータリー式のスターリングサイクル機構が構成される。
【００３５】
パワーロータ作動機構Ｑは、側壁他側４１ｂに設けた姿勢制御室４０に内包され、姿勢制御室４０の中央に突出された固定金座９４に基軸の親歯車９１が堅座され、その姿勢が固定された親歯車９１にスプライン回転軸９５に支承される遊星歯車９２が歯合し、３つの遊星歯車９２の外側に、１２０°の位相差が保たれて３つの孫歯車９３が夫々歯合しており、この孫歯車９３と親歯車９１とは、同一径のねじれ山歯歯車で構成される等速歯車列で組み合わされている。これにより、ドラムロータ５が時計回転方向に回転すると、支持軸６１を介して３つの孫歯車９３と直結する３つのパワーロータ６が、ドラムロータ５の回転速度と等しい速度で反時計回転方向に作動するものである。
【００３６】
気筒の内部においては、ドラムロータ５との間には短軸Ｘを挟んだ一側（図２の右側）に流動する作動ガスが流出入する排気系の作動室Ｒａが形成され、短軸Ｘを挟んだ他側（図２の左側）に流動する作動ガスが流出入する吸気系の作動室Ｒｂが形成されている。また、図５に示すドラムロータ５に形成された直溝５３にはパワーロータ６が回転及び摺動可能に配設されており、このパワーロータ６は、相対する湾曲側面６２ａ、６２ｂと短直側面６３ａ、６３ｂとが夫々接続する４つのコーナである交点ｐ１〜ｐ４にアペックスシール６０がそれぞれ付勢され、側面一側６５ａと側面他側６５ｂの双方が形成する稜線の内側に沿ってループ状のサイドシール６８がそれぞれ配設され、パワーロータ作動機構Ｑからその姿勢が規制されて作動することにより、直溝５３の内面５４とロータハウジン                                                                                            グ４の内周面４２の双方に繰り替え摺動接触することから、吸気系の作動室Ｒｂに全容積                                                                            が増大する吸気空間Ｄ及び全容積が減少する圧縮空間Ｅと、排気系の作動室Ｒａに全容積が増大する膨張空間Ｆ及び全容積が減少する排気空間Ｇとをそれぞれ、常に、併存させることができる（図３を参照）。 
【００３７】
これにより、パワーロータ６は、吸気系の作動室Ｒｂを作動するその従動側に生起した                                                                  吸気空間Ｄに大気から空気が吸入され、吸入された吸気は、吸気空間Ｄを引き継いだ遅れ                                                                  位相側に生起する圧縮空間Ｅに持ち込まれる。そして、図１に示すように、圧縮空間Ｅの中央部に燃料供給手段Ｋから気体燃料が供給される。すると、圧縮空間Ｅのリーディング部分に引き起された激的な形状変化によって、必要なミキシング状態が確立され、均質化された混合気が生成される。しかも、遠心分離により生じたリッチな混合気を点火プラグ２０の周りに集合させる成層化の実現により、このリッチな混合気から点火プラグ２０で点火される。そして、燃焼ガスは膨張を伴いその容量を拡大させ、パワーロータ６には排気系の作動室Ｒａに生起した膨張空間Ｆの全容積を増大させる膨張圧が加えられ、出力軸５５が接続するドラムロータ５を回転させる。さらに、膨張空間Ｆを引き継いだ排気空間Ｇが遅れ位相側に生起し、この排気空間Ｇに持込まれた排気ガスが大気に向けて排出されるといった吸入、圧縮、爆発・膨張及び排気の４プロセスが順次繰り返される。このようにして、１２０°の位相差が保たれた３つのパワーロータ６が夫々作動することにより、３回もの爆発を繰り返えす理想的な多サイクル化が実現される。
【００３８】
以下に、本発明の３サイクル気体燃料エンジン１の第１実施例を図１〜図８に基いて説明する。内周面４２が米俵型に形成された筒状のロータハウジング４と、このロータハウジング４の両壁部に位置する側壁一側４１ａと側壁他側４１ｂとで気筒が構成される。また、気筒は、その中央部で回転可能に支持されるドラムロータ５との間に、短軸Ｘを挟んだ一側に流動する作動ガスが流出入する排気系の作動室Ｒａが形成され、同じく他側に流動する作動ガスが流出入する吸気系の作動室Ｒｂが形成されている。
【００３９】
また、ドラムロータ５に形成される円柱曲面５６には、三等分割方向に３条の直溝５３が形成され、この３条の直溝５３に３つのパワーロータ６が回転及び摺動可能に夫々配設                                                                          されている。この３つのパワーロータ６は、姿勢制御室４０に内包されたパワーロータ作                                                                              動機構Ｑからその姿勢が規制され、ドラムロータ５の回転に同期して１２０°の位相差が                                                                            保たれて吸気系の作動室Ｒｂを作動する時、その従動側に全容積が増大する吸気空間Ｄ及                                                                            びその先導側に全容積が減少する圧縮空間Ｅと、排気系の作動室Ｒａを作動する時、その                                                                            従動側に全容積が増大する膨張空間Ｆ及びその先導側に全容積が減少する排気空間Ｇとを夫々、常に、併存させることができる。
【００４０】
詳述すると、図３に示すように、注目のパワーロータＡが吸気系の作動室Ｒｂを作動するその従動側にある空間が吸気空間Ｄで、その先導側にある空間が圧縮空間Ｅで、この圧縮空間Ｅの全容積が最小となる最終圧縮過程後に燃焼空間Ｉが生起する。この燃焼空間Ｉは点火・爆発に対応する空間であり、この燃焼空間Ｉを引き継ぐのが、排気系の作動室Ｒａを作動するパワーロータ６の従動側に生起する空間が膨張空間Ｆで、その先導側にある空間が排気空間Ｇとなる。また、ドラムロータ５に形成する直溝５３の内面５４とパワーロータ６の従動側の湾曲側面６２ａ（６２ｂ）との間には、吸気系（排気系）の作動室Ｒｂ（Ｒａ）にて生起し、排気系（吸気系）の作動室Ｒａ（Ｒｂ）にて開放する空間が転移する閉じた変転空間Ｈ（Ｈ）となる。
【００４１】
次に、仕切りシール４５について説明する。図２に示すロータハウジング４の短軸Ｘ方向一側と内周面４２との交点付近（短軸Ｘを挟んだ両側）に形成される稜線ｅ１、ｅ２の部位において、図３Ａの（ａ）に示す注目のパワーロータＡの先導側に生起している燃焼空間Ｉに対して、時計回転方向であるパワーロータＣの従動側に生起している膨張空間Ｆ或は反時計回転方向であるパワーロータＢの先導側に生起している圧縮空間Ｅと隣接する関係から、相対する作動空間間において、高温の作動ガスの低圧空間への移動（漏出）を防止する必要がある。また、上記の短軸Ｘ方向他側と内周面４２との交点付近に形成される稜線ｅ３、ｅ４の部位においては、ダイリューションガスの吸気系への持込みの低減を図る必要がある。
【００４２】
従って、図６に示すように、ロータハウジング４の内周面４２に形成される稜線ｅ１〜                                                                            
ｅ４部位に、回転方向に１５°程度に傾斜する仕切りシール溝４４（ａ、ｂ、ｃ、ｄ）が
夫々形成されている。この仕切りシール溝４４には、図７に示す厚板状の先行側シール部材（左側）と、先行側シール部材の頂部摺接面に対して、併設する厚板状の遅行側シール部材（右側）の頂部摺接面が上記ハウジング４側に控える段差を設けた仕切りシール４５が夫々付勢されている。
【００４３】
また、上記仕切りシール溝４４の内側である両壁面には、筒状の内周面４２に平行な深さを有するコの字形の右、左溝側バネ挿入溝４６ａ、４６ｂが形成され、仕切りシール４５の外側である両壁面には、頂部摺動面に平行な深さを有するコの字形の右、左シール側バネ挿入溝４７ａ，４７ｂが形成されており、仕切りシール４５が仕切りシール溝４４に挿入された状態で、右シール側バネ挿入溝４７ａと右溝側バネ挿入溝４６ａ、左溝側バネ挿入溝４６ｂと左シール側バネ挿入溝４７ｂとが拝み合わされて形成する右と左の角柱状の空間に、波形板バネ４８が夫々挿入される。
【００４４】
これにより、仕切りシール４５は、右と左の波形板バネ４８からの支持を受けて、仕切りシール溝４４（ａ，ｂ，ｃ）に夫々付勢され、その可動の範囲において、先行側シール部材の先頭部先端と遅行側シール部材の先頭部先端とが、ロータハウジング４の内周面４２からはみ出すことがない状態に置かれているため、ドラムロータ５の円柱曲面５６が、仕切りシール４５の先行側シール部材の頂部摺動面を押し下げつつ接触し、微小回転                                                                            後に、併設の遅行側シール部材の頂部摺動面中に摺動接触することができる。
【００４５】
また、仕切りシール４５は、図２に示すドラムロータ５に形成される円柱曲面５６の三等分割方向に軸芯に平行して湾窟状に切欠いた３つの直溝５３が設けられており、この直                                                                    
溝５３の内面５４と円柱曲面５６とが接続する先端点ｅ１０、ｅ１１の対が、３組が形成                                                                                されているので、仕切りシール４５との関係を、一例を挙げて動作を詳述する。初めに、                                                                            
上記の先端点ｅ１１は、仕切りシール４５（ｅ２）に接触する際に、パワーロータ６（ｐ                                                                            ２）に付勢されたアペックスシール６０が、摺動接触しているロータハウジング４の左上                                                                            内周面４２から離れる際に、上記（ｅ２）の先行側シール部材の頂部摺動面と直溝５３の内面５４とに接触して、三者同志の接触状態が保たれ、微小回転の後に、上記（ｅ２）の                                                                            先行側シール部材の頂部摺動面を押し下げつつ接触し、上記（ｅ２）の遅行側シール部材
の頂部摺動面中に摺動接触する。
【００４６】
継いて、上記の先端点ｅ１０が、仕切りシール４５（ｅ１）から離れる際に、パワーロータ６（ｐ１）に付勢されたアペックスシール６０は、摺動接触している直溝５３の内面５４と上記（ｅ１）の遅行側シール部材の頂部摺動面中とに接触し、三者同志の接触状態が保たれ、微小回転の後、直溝５３の内面５４から離れ、上記（ｅ１）の遅行側シール部材の頂部摺動面を押し下げつつ接触し、ロータハウジング４の右上内周面４２に摺動接触する。このように、相対する作動空間間が、常に、分離状態に置かれ、高温の作動ガスの低圧空間への漏出が防止される。尚、ロータハウジング４は、その全体がアルミ合金によって形成され、内周面４２や仕切りシール溝４４には、クロームメッキや鉄板の鋳ぐるみが施されている。
【００４７】
図１に示すように、単気筒の３サイクル気体燃料エンジン１においては、ロータハウジング４の短軸Ｘ方向他端側（図１の下側）で、短軸Ｘを挟んだ両側肉厚部分には、吸気系の作動室Ｒｂに吸気を吸入する吸気ポート７が常に開口し、排気系の作動室Ｒａから排気ガスを排出する排気ポート８が常に開口しており、吸気ポート７から容積増大中の吸気空間Ｄに空気が吸入され、上記の長軸Ｙ方向他端側（図１の左側）の肉厚部分には、気体燃料を直接筒内に供給する水素噴射弁１７が設けられ、吸気行程終期から圧縮行程前期にかけて吸気空間Ｄを引継いだ圧縮空間Ｅの中央部に水素ガスを噴射して混合気が形成され、この混合気にパワーロータ６で圧縮した上で、上記の短軸Ｘ方向一端側（図１の上側）の肉厚部分に設けられた点火プラグ２０で点火して燃焼させ、発生した排気ガスを排気ポート８から排出するといったプロセス繰り返すようになっている。これに伴って、パワーロータ６が作動をしてドラムロータ５が回転し、この回転力がエンジン１出力として取り出されるようになっている。
【００４８】
上記点火プラグ２０へは、イグナイタ３２から印加される電圧によってイグニッションコイル３３に惹起された高電圧が所定のタイミングで印加され、この高電圧によって点火プラグ２０の電極部に発生する火花により、点火プラグ２０の周りに集合したリッチ                                                                            な混合気から点火されるようになっている。
【００４９】
また、吸気ポート７には水素ガス燃焼用の空気を供給するための吸気装置Ｊが設けられており、この吸気装置Ｊには、上流端が大気に開口され下流端が、常に、開口する吸気ポート７に接続される吸気通路１０を設けている。この吸気通路１０には、空気の流れ方向にみて上流側から順に、吸入吸気中のダストを除去するエアクリーナ２２と、吸入吸気量を検出するエアフローセンサ２４と、吸入吸気温度を検出する温度センサ２５と、吸気負圧の有無を検出するブーストスイッチ２６と、吸気負圧を検出するブーストセンサ２３とが設けられている。
【００５０】
吸気装置Ｊには上流部に取付けられたエアークリーナ２２の下流から新気を導入する吸気通路１０と分配して、転移する閉じた変転空間（Ｈ）に新気を掃気用エアとして圧入するエアポンプ８５が接続されている。このエアポンプ８５は電動式エアポンプにより構成され、印加される電圧値に応じて掃気用エア供給量が変化するようになっており、上記電圧値は、コントロールユニット３（ＥＣＵ）に含まれた空燃比制御手段９７によって制御され、筒内への吸気吸入量と気体燃料供給量の比率である空燃比を運転状態に応じて変化させるようになっている。
【００５１】
また、排気通路９には排気ガス中のＯ２濃度を検出するＯ２センサ４９ａが設けられており、このＯ２センサ４９ａの出力はアンプ５０ａを介してコントロールユニット３に送られ、コントロールユニット３では、Ｏ２センサ４９ａの出力信号から混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）すなわち吸気系の作動室Ｒｂ内の混合気における空気と水素の比、ないしは空気過剰率（λ）が演算されるようになっている。  
【００５２】
そして、ロータハウジング４の長軸Ｙ方向他端側には、水素ガスを燃料として筒内に直接供給する燃料供給手段Ｋが設けられている。以下、この燃料供給手段Ｋを説明する。なお、本実施例では気体燃料として水素ガスを用いているが、気体燃料は水素ガスに限定されるものではなく、少なくとも一部が水素で構成される気体燃料（例えば、メタン、エタ
ン）であれば良い。この燃料供給手段Ｋは水素ガスの供給源として、水素を吸蔵し又は放出することができる水素吸蔵合金（メタルハイドライド）を備えたメタルハイドライドタ
ンク３８が設けられている。
【００５３】
上記水素吸蔵合金は、一般に用いられている普通のものであって、冷却しつつ水素ガスと接触させるとこの水素を体積で１／１０００程度に縮めた上で吸蔵する一方、加熱すると吸蔵されていた水素をかなり高い圧力を伴って放出するといった機能を有している。なお、水素吸蔵合金は水素を化合物の一部として固体状態で吸蔵しているため、メタルハイドイドタンク３８の圧力は低圧であり、安全性は非常に高くなっている。また、水素吸蔵合金は、水素の吸蔵と放出とを多数（例えば、１０００回）繰り返しても、その機能はほとんど低下しない。
【００５４】
図１に示すように、メタルハイドライドタンク３８から放出された水素ガスは、電磁弁３９が介設された第１水素供給通路１１ａを通して圧力調整器１４に送られ、ここで所定圧（例えば、５kg／cm２・Ｇ）に調整（減圧）されるようになっている。そして、圧力が調整された水素ガスは、さらに第２水素供給通路１１ｂを介してエンジン側に送られる。ここで、第２水素供給通路１１ｂには、リンク機構１８を介してアクセルぺタル１５                                                                            と連動して開閉される第１水素流量調整弁１２ａと、駆動回路３０を備えたスロットルアクチュエータ３１によって開閉駆動される第２水素流量調整弁１２ｂとが介設され、第２水素供給通路１１ｂには、３つの圧力センサ２９（ａ，ｂ，ｃ）と温度センサ２５とが設けられている。
【００５５】
ここで、第２水素流量調整弁１２ｂは、駆動回路３０を備えたスロットルアクチュエータ３１によって開閉駆動され、しかも、第２水素流量調整弁１２ｂに対してそのポジション（開度）を検出するポジションセンサ２８が設けられており、コントロールユニット３からの信号に従って、空燃比（空気過剰率λ）がアクセル開度とエンジン回転速度とに応じて設定される目標空燃比（目標空気過剰率）に追従するように、水素ガスの流量を制御するようになっている。なお、コントロールユニット３は、特許請求の範囲に記載された「空燃比制御手段」と「燃料供給特性制御手段」とが含まれ、当該機関１の総合的な制御装置である。このように、水素ガスの流量制御、すなわち空燃比制御は基本的には第２水素流量調整弁１２ｂによって行われ、この第２水素流量調整弁１２ｂがフェイルしたとき
等においては、第１水素流量調整弁１２ａによってバックアップされる。
【００５６】
第２水素流量調整弁１２ｂより下流側において第２水素供給通路１１ｂには電磁制御弁３７が介設され、この電磁制御弁３７のすぐ下流の第２水素供給通路１１ｂは、直噴用水素供給通路１３に接続さている。そして、直噴用水素供給通路１３の下流端は、吸気系の作動室Ｒｂの中央に面してロータハウジング４の内周面４２に開口する水素噴射開口１６に連通された水素噴射弁１７に接続している。この水素噴射弁１７は、吸気行程終期から圧縮行程前期にかけて所定のタイミングで噴射（圧入）される。この時、直噴用水素供給通路１３内の水素ガスが、水素噴射開口１６から圧縮空間Ｅの中央部に圧入される。尚、直噴用水素供給通路１３、水素噴射弁１７等からなる水素供給系統は、特許請求の範囲に記載された「直噴燃料供給手段」に相当する。
【００５７】
詳しくは図示していないが、水素噴射弁１７は、カムシャフト６８に取付けられたカム６９によって開閉されるようになっている。なお、カムシャフト６８は、タイミングベルト７０を介して出力軸５５によってこれと同期して回転駆動される。図８に、かかる吸気行程の開始終了タイミング（Ｖ１）及び圧縮行程の開始終了タイミング（Ｖ２）と、転移する閉じた変転空間Ｈ（Ｈ）の開閉タイミングＶ３（Ｖ３）と、水素噴射弁１７の開閉タイミング（Ｖ４）が示されている。
【００５８】
ここにおいて、図１に示すように、電磁制御弁３７は、コントロールユニット３から印加される信号に従って、バッテリ７２、キースイッチ７３、ディレータイマ７４、第１から第５リレーＬ１〜Ｌ５  等からなる電気回路を介して開閉駆動されるようになっている。より具体的には、電磁制御弁３７は、コントロールユニット３よって、空燃比（空気過剰率λ）に応じて開閉されるようになっている。
【００５９】
ここで、電磁制御弁３７が開かれたときには、第２水素供給通路１１ｂ内の水素ガス全て（１００％）が、直噴用水素供給通路１３を通して水素噴射弁１７から圧縮空間Ｅの中央部に圧入されるといった直噴燃料供給状態（以下、これを単に直噴という）となる。この場合、水素ガスは、吸気空間Ｄへの吸気の充填が終了する吸気行程終期から圧縮行程前
期にかけて所定のタイミングで圧入されるので吸気充填効率が高められ、エンジン出力が向上する。なお、電磁制御弁３７の開度を調節することによって、水素噴射弁１７からの水素供給量を任意に設定されるのはもちろんである。
【００６０】
そして、図１に示すコントロールユニット３によって、運転状態に応じて空燃比Ａ／Ｆないしは空気過剰率λが制御されるとともに、空燃比Ａ／Ｆないしは空気過剰率λに応じて水素噴射弁１７からの水素供給量、すなわち直噴による水素供給量が制御されるようになっている。なお、空気過剰率λ（空燃比Ａ／Ｆ）は、アクセル開度とエンジン回転速度とに応じて設定される。空気過剰率λはアクセル全開時にはエンジン出力を高めるため
に、エンジン回転速度にかかわりなくほぼ１，０（理論空燃比）に設定され（Ｈ１）、アクセル全閉時には燃費性能を高めるために、リーンリミット（空気過剰率λ＝２〜３）に設定される（Ｈ３）。ここで、リーンリミットとは、混合気の燃焼性やエンジン振動を良好に保持できるリーン側の限界値である。しかも、アクセル開度が全開と全閉との間にあるときには、アクセル開度とエンジン回転速度とに応じて、運転状態に応じた空燃比となるような特性で空気過剰率λが設定されている。
【００６１】
次に、図３Ｂの（ｆ）〜Ｃの（Ｉ）に示す「ダイリューションガス再循環機構」を説明する。一般に、燃焼におけるＮＯｘの発生量は、燃焼温度と強い相関があり、しかも、燃焼温度は着火点からの距離と非常に深い相関がある。つまり、着火点から発生する火炎
は、進行方向である未燃焼混合気部分を断熱圧縮しながら進むため、末端においては未燃焼混合気の温度が相当高まり、その結果、端末におけるＮＯｘ発生量は極大となる。そこで、着火点から遠い部位における比熱比を小さくすることにより、有効にＮＯｘ発生率が低減されるため、未燃焼となる部分に不活性ガスを導入することにする。
【００６２】
「ダイリューションガス再循環機構」は、直溝５３の内面５４とパワーロータ６の従動側の湾曲側面６２ｂとの間に転移する閉じた変転空間（Ｈ）が形成されることで、この変                                                                      
転空間（Ｈ）が、排気系の作動室Ｒａにて生起し吸気系の作動室Ｒｂにて開放することに                                                                        より、排気系の作動室Ｒａに生起している膨張空間Ｆ内の既燃ガスの一部を囲い込んで、                                                                            
吸気系の作動室Ｒｂに生起した圧縮空間Ｅのトレーリング部分に循環ダイリューションガ                                                                            
スを導入することから、吸気充填エアの一部として機能するとともに、その一部が生成さ                                                                            れた混合気に加熱して、気化、霧化を促進させる。
【００６３】
しかも、循環ダイリューションガス中にはＣＯ2、Ｈ2、Ｏ等の原子分子の存在によって                                                                          比熱比は下がり、しかも、ＣＯ2 のような分子量の大きな成分は慣性によって局在化した不活性ガスが生成されることから、低負荷領域に、パワーロータ６の作動によって、遠心分離により生じたリッチな混合気を点火プラグ２０の周りに集合させることにより、局所的に不活性ガスを点火プラグ２０から離れた燃焼空間Ｉに偏在させることから、偏在部分                                                                                                                                                        で有効に作用して比熱比が小さくなり、断熱圧縮を受けても燃焼温度の上昇が抑えられ、ＮＯｘの発生が抑制される。
【００６４】
以上のように、「ダイリューションガス再循環機構」は、既燃ガスの一部を吸気系に循環させる還流通路や制御弁等を必要とせず、また、タイミング制御も不要としているのは明らかです。尚、循環される循環量については、転移する閉じた変転空間（Ｈ）を形成する直溝５３の内面５４及びパワーロータ６が形成する湾曲側面６２ｂにより構成される形状により決定される。
【００６５】
以下、上記「ダイリューションガス再循環機構」の動作は、筒内に構成する転移する閉じた変転空間（Ｈ）が、膨張空間Ｆにて囲い込んだ既燃ガスの一部を圧縮空間Ｅのトレーリング部分に導入することによって、循環ダイリューションガスが吸気充填エアの一部として機能するとともに、生成された混合気に加熱して、気化、霧化が促進され、遠心分離により生じたリッチな混合気を点火プラグ２０の周りに集合させることにより、局所的に不活性ガスを点火プラグ２０から離れた燃焼空間Ｉに偏在させる成層化が実現することから、低負荷領域に、偏在部分で有効に作用にて比熱比が小さくなるため、偏在部分の断熱圧縮燃焼を防止しつつ燃焼温度を抑えて有効にＮＯｘの発生を抑制し、混合気全体としてはＮＯｘ発生率が低減され、熱効率すなわち燃費性能の改善を図ることができる。
【００６６】
次に、図３Ｄの（ｌ）〜Ａの（ｃ）に示す「吸気偏在機構」を説明する。一般のエンジンにおいては、燃焼室や作動空間の末端において、未燃焼混合気の温度が相当高まり、そ
の結果、端末におけるＮＯｘ発生量は極大となって、排気ガスとともに大気に排出され
る。そこで、遅行排気ガス中の未燃焼ガスを再燃焼させることにより、有効にＮＯｘ発生量が低減されるため、吸入した吸気の一部を排気空間Ｇのトレーリング部分に混入させる                                                                            ことにする。
【００６７】
「吸気偏在機構」は、直溝５３の内面５４とパワーロータ６の従動側の湾曲側面６２ａ                                                                            との間に転移する閉じた変転空間Ｈが形成されることから、この変転空間Ｈが、吸気系の作動室Ｒｂにて生起し排気系の作動室Ｒａにて開放することにより、吸気空間Ｄに吸入した吸気の一部を囲い込んで排気系の作動室Ｒａに生起した排気空間Ｇのトレーリング部分に偏在混入させることができる。
【００６８】
従って、転移する閉じた変転空間Ｈから排気空間Ｇのトレーリング部分に偏在混入される吸気の一部は、排気ガスの掃気とともに、遅行排気ガス中の未燃焼ガスを再燃焼させることにより、排気ガスの燃焼温度の過上昇を抑えて、有効にＮＯｘ発生量を低減させるため、三元触媒による排気ガス浄化装置を不要にすることができる。また、掃気効率の大幅な改善により、ダイリューションガスの吸気系への持込が確実に低減される。
【００６９】
以上のように、「吸気偏在機構」は、排気空間Ｇのトレーリング部分に吸気の一部を遍在させる通路や制御弁等を必要とせず、また、タイミング制御も不要としているのは明らかです。尚、遍在される遍在量については、転移する閉じた変転空間Ｈを形成する直溝５３の内面５４及びパワーロータ６が形成する湾曲側面６２ａとにより構成される形状によって決定される。
【００７０】
以下、上記「吸気偏在機構」の動作は、筒内に構成する転移する閉じた変転空間Ｈが、吸気空間Ｄにて囲い込んだ吸気の一部を排気空間Ｆのトレーリング部分に偏在混入することにより、掃気効率の改善を図って、遅行排気ガス中の未燃焼ガスを再燃焼させるため、                                                                            
排気ガスの燃焼温度の過上昇を抑制しつつ有効にＮＯｘ発生量が低減される。これによ
り、三元触媒による排気ガス浄化装置を不要にし、省力化を図ることができる。
【００７１】
以下、第１実施例の場合における吸入、圧縮、点火・膨張及び排気の４行程の形態を、                                                                            
図３Ａの（ａ）〜図３Ｄの（ｌ）に基づき説明する。
【００７２】
初めに点火・膨張過程から説明する。図３Ｄの（ｌ）〜図３Ａの（ｂ）に示すように、                                                                            
注目のパワーロータＡが吸気系から排気系へと作動する３３０°≦θ≦３０°の期間に、                                                                            
その先導側には燃焼空間Ｉが生起しており、遠心分離により生じたリッチな混合気が点火プラグ２０の周りに集合することにより、このリッチな混合気から点火プラグ２０が点火する。すると、燃焼ガスはその容量を拡大させる。継いて、図３Ａの（ｂ）〜図３Ｂの（ｆ）に示すように、排気系の作動室Ｒａには燃焼空間Ｉを引き継いだ膨張空間Ｆが生起し、３０°≦θ≦１５０°の期間に、注目のパワーロータＡは、その従動側の湾曲側面６２ｂに、膨張空間Ｆの全容積を増大させる膨張圧が加えられて作動する。
【００７３】
次に、膨張過程と並行する排気過程を説明する。図３Ａの（ｂ）〜Ｃの（ｇ）に示すように、注目のパワーロータＡは、排気系の作動室Ｒａを作動する３０°≦θ≦１８０°の期間に、その先導側にはパワーロータＣの従動側に生起していた膨張空間Ｆを引き継いだ排気空間Ｇが生起し、この排気空間Ｇには排気ガスが持込まれており、この排気ガスのトレーリング部分に転移した変転空間Ｈの開放によって吸気の一部が偏在混入される。そして、排気ポート８から大気に向けて排気ガスの強制排気が行われる。
【００７４】
継いて、吸入過程を説明する。図３Ｃの（ｇ）〜図３Ｄの（ｋ）に示すように、注目のパワーロータＡが吸気系の作動室Ｒｂを作動する１８０°≦θ≦３００°の期間に、その従動側には全容積を増大させる吸気空間Ｄが生起しており、減圧状態となった吸気空間Ｄに、エアークリーナ２２を通して吸気通路１０に空気が導入され、この吸気通路１０の下流端が接続する吸気ポート７から空気が吸入される。
【００７５】
次に、吸入過程と並行する圧縮過程を説明する。図３Ｃの（ｈ）〜図３Ｄの（ｌ）に示                                                                      
すように、注目のパワーロータＡが吸気系の作動室Ｒｂを作動する２１０°≦θ≦３３
０°の期間に、その先導側にパワーロータＣの従動側に生起していた吸気空間Ｄを引き継いだ圧縮空間Ｅが生起し、この圧縮空間Ｅの中央部に、燃料供給手段Ｋから気体燃料が供
給される。そして、転移した変転空間（Ｈ）の開放により生成された混合気のトレーリング部分に循環ダイリューションガスが導入され、さらに、圧縮空間Ｅに引き起された劇的な形状変化により、均質化された混合気が生成される。そして、遠心分離により生じたリッチな混合気が燃焼空間Ｉに持込まれる。
【００７６】
図３Ａの（ａ）の状態図に示す注目のパワーロータＡは、その先導側に燃焼空間Ｉが生                                                                            起し、遠心分離により生じたリッチな混合気が、点火プラグ２０の周りに集合しており、このリッチな混合気から点火される。このようにして、他のパワーロータＢ、Ｃも同様に１２０°の位相差が保たれてパワーロータＡ、Ｂ、Ｃが作動し、支承するドラムロータ５が回転駆動され、出力軸５５を介し、その回転力が外部に出力される。ここで、注目のパワーロータＡの従動側が、３０°≦θ≦１５０°の範囲で膨張空間Ｆとなり、パワーロータＢの従動側が、１５０°≦θ≦２７０°の範囲で膨張空間Ｆとなり、パワーロータＣの従動側が、２７０°≦θ≦３０°の範囲で膨張空間Ｆとなる。
【００７７】
また、膨張開始位相で見ると、回転角θ＝３０°（パワーロータＡの従動側）、回転角θ＝１５０°（パワーロータＢの従動側）、回転角θ＝２７０°（パワーロータＣの従動側）の１２０°毎の３位相となる。すなわち、１２０°の位相差が保たれて、出力軸５５一回転中に一連の動作（サイクル）が都合３回繰り返される。図３にはパワーロータＡ、Ｂ、Ｃの状態変化が、回転角θ＝３０°毎の筒内圧力の変化として示されている。
【００７８】
以下、上記構成の動作を説明する。第１の発明によれば、３つのパワーロータ６の作動によって、圧縮空間Ｅのトレーリング部分に循環ダイリューションガスの導入により、生成された混合気に加熱して、気化、霧化が促進され、充填効率を高めた圧縮空間Ｅの劇的な形状変化により均質化された混合気が生成され、遠心分離により生じたリッチな混合気を点火プラグ２０の周りに集合させることにより、局所的に不活性ガスを点火プラグ２０から離れた燃焼空間Ｉに偏在させる成層化により、成層燃焼を実現させるため、混合気全                                                                
体としてはＮＯｘ発生率を低減し、熱効率すなわち燃費性能の大幅な改善を図る一方、吸気の一部を排気空間Ｇのトレーリング部分への偏在混入により、遅行排気ガス中の未燃焼ガスを再燃焼させるため、燃焼温度の過上昇を抑制しつつ有効にＮＯｘ発生量が低減され
る。そして、１２０°の位相差が保たれたパワーロータＡ、Ｂ、Ｃが、出力軸５５一回転                                                                
当り、３回もの爆発を繰り返す理想的な多サイクル化が実現される。これらによりエンジ
ン出力が大幅に改善され、軽量・小型化及び省力化が実現し、地球環境に優しい極めて滑らかで力強い回転動力を提供することができる。
【００７９】
次に、本発明の第２実施例を図８〜１０に基いて説明する。この第２実施例は、第１実                                                                                施例と同様の構造の３サイクル気体燃料エンジン１に対し、掃気用エア供給時の空燃比制御手段９７を付加したものである。このため、第１実施例と同一部材には同一符号を付してその説明を省略し、第１実施例とは異なる上記空燃比制御手段９７の構成についてのみ以下に詳述する。
【００８０】
運転状態に応じた空燃比となるように、筒内への吸気吸入量と気体燃料供給量の比率である空燃比を掃気用エア供給量を増減することにより、実際空燃比を運転状態に応じて変化させる空燃比制御手段９７が設けられ、運転状態に応じた空燃比Ａ／Ｆないしは空気過剰率λが制御されるとともに、この空燃比Ａ／Ｆないしは空気過剰率λに応じて水素噴射弁１７からの水素供給量が制御されるようになっている。以下、かかる空燃比制御について説明する。尚、空燃比と空気過剰率とは実質的に同一の物性を示しているので、以下では便宜上、空燃比を空気過剰率で表現することにする。
【００８１】
図１において、Ｍは掃気用エア供給手段と吸気装置Ｊとを兼ね合わせたものとしての空燃比制御手段９７であり、吸気通路１０を通して本機関１に供給される一次エアの他に、掃気用エア供給手段Ｍから掃気用エアを併せて供給するものである。空燃比制御手段９７は、図示省略の回転数センサからのエンジン回転数（rpm）や例えばスロットルセンサからのエンジン負荷(AMF)が入力されており、これらの検出値に基いて、掃気用エア供給手段Ｍによる掃気用エア供給時制御が行われる。
【００８２】
空燃比制御手段９７は、エンジン回転数と負荷との関係で予め定められた掃気用エア供給時用燃料噴射量マップと、掃気用エア供給時用のエアポンプ８５の電圧値マップとが備えており、これらのマップに基き以下の制御が行われる。すなわち、掃気用エア供給時に
は、掃気用エア供給時用燃料噴射量マップから燃料噴射量を、電圧値マップからエアポンプ８５の電圧値を設定し、上記設定燃料噴射量を運転状態に応じて変化する割合に制御するようになっている。
【００８３】
以下、コントロールユニット３の空燃比制御手段９７及びバルブ制御器８４による具体的制御を図１０のフローチャートに基いて説明する。
【００８４】
まず、ステップＳ１でエンジン回転数、エンジン負荷、吸入空気及び実際空燃比などの検出値を入力し、次に、ステップＳ２で上記エンジン回転数およびエンジン負荷に基き現在の運転状態が起動状態（エア供給領域）にあるか否かを上記マップから判別し、否であればリターンし、起動状態が確認されれば、掃気用エア供給手段Ｍの制御バルブ８３の開度を制御してステップＳ３に進みステップＳ３〜Ｓ８の掃気用エア供給時制御を行う。
【００８５】
掃気用エア供給時制御の場合、ステップＳ３で掃気用エア供給用燃料噴射マップから現在の運転状態に対応する燃料噴射量Ｆａを設定し、この設定量Ｆａの燃料を水素噴射弁１                                                                                                                                                                                                                                    
７から噴射する。加えて、ステップＳ４で電圧値マップから現在の運転状態に対応する制                                                                    御電圧値Ｖａを設定し、この設定電圧によりエアポンプ８５の駆動力を制御する。
【００８６】
次に、ステップＳ５では設定される所定の境界空燃比よりリッチ側にあるか否かを判別    し、リッチ側であればリターンし、リッチ側でなければステップＳ６で空燃比がリッチ側                                                                        
にあるか否かの判別を行う。このステップＳ６で空燃比がリッチ側であればステップＳ７                                                                            に進み、このステップＳ７で上記制御電圧値Ｖａから所定の電圧補正量ΔＶを加えたもの                                                                            を制御電圧値Ｖａとし、この電圧値により上記エアポンプ８５の駆動力を制御した後、ス                                                                            テップＳ５に戻って実際空燃比が設定される割合にあるか否かの判別を繰り返す。逆に、上記ステップＳ６で空燃比がリーン側であればステップＳ８に進み、このステップＳ８で                                                                            その時の制御電圧値Ｖａに上記電圧補正量ΔＶを減じたものを制御電圧値Ｖａとし、この                                                                            電圧値により上記エアポンプ８５の駆動力を制御した後、ステップＳ５に戻って実際空燃比が設定される割合にあるか否かの判別を繰り返す。
【００８７】
上記フローチャート中、ステップＳ２がバルブ制御器８４を、ステップＳ３〜Ｓ８が空燃比制御手段９７を夫々構成する。
【００８８】
上記掃気用エア供給時制御に際し、掃気用エア供給手段Ｍによる掃気用エアの供給が、                                                                            １つのエアポンプ８５の電圧制御を行うだけで、実際空燃比を運転状態に応じて変化する                                                                            割合に制御することができるため、空燃比制御の容易化及び単純化を図ることができ、空燃比変動を比較的小さいものに抑えることができる。
【００８９】
この第２実施例の場合、エンジン出力及び燃費性能を良好に維持しつつＮＯｘ排出量を可能な限り低減するため、空気過剰率λが所定の境界空気過剰率λ０（境界空燃比）よりリッチ側の空燃比領域及びＮＯｘ発生率が最も高くなる最高ＮＯｘ空燃比領域では、気体燃料の割合が１００％に設定され、電磁制御弁３７を全開し、設定量の水素ガスを水素噴射弁１７から吸気系の作動室Ｒｂに直接供給する。他方、空気過剰率λが境界空気過剰率λ０よりもリーン側の空燃比領域では、空燃比が低負荷領域になる程気体燃料の割合が小さく設定され、電磁制御弁３７の開度を制御し、設定量の水素ガスを水素噴射弁１７から吸気系の作動室Ｒｂに直接供給するようになっている。
【００９０】
以下、上記構成の動作を説明する。第２の発明によれば、空燃比制御手段９７が、１つ                                                                  
のエアポンプ８５からの掃気用エアの供給量を増減することによって、実際空燃比を運転状態に応じて変化させることにより、境界空燃比よりリッチ側の空燃比領域及びＮＯｘ発生率が最も高くなる最高ＮＯｘ空燃比領域では水素噴射弁１７から直接筒内に供給される気体燃料の割合を１００％に制御することから、さらにリッチな混合気を点火プラグ２０の周りに集合させるため、燃焼性を高めてエンジン出力が高められ、混合気全体としては                                                              リーンな混合気によってＮＯｘの発生率が低減される一方、境界空燃比よりリーン側の空燃比領域では空燃比を低負荷領域になる程上記割合を小さく制御することから、リーンな混合気によってＮＯｘ発生率が低減され、熱効率すなわち燃費性能の大幅な改善を図ることができる。
【００９１】
継いて、本発明の第３実施例を図１、図３Ｂの（ｆ）〜３Ｃの（ｈ）、６に基いて説明
する。この第３実施例は、第１実施例と同様の構造の３サイクル気体燃料エンジン１に対して、掃気用エア供給手段Ｍを付加したものである。このため、第１実施例と同一部材には同一符号を付してその説明を省略し、第１実施例とは異なる上記掃気用エア供給手段Ｍの構成についてのみ以下に説明する。
【００９２】
図１においては、Ｍは掃気用エア供給手段で、エアークリーナ２２の下流から新気を導                                                                    入する吸気通路１０と分配して、転移する閉じた変転空間（Ｈ）に新気を掃気用エアとして圧入するエアポンプ８５が接続し、このエアポンプ８５の出口と側壁一側４１ａに開口する掃気用エア供給ポート８２とを連通する掃気用エア供給通路８１と、この掃気用エア供給通路８１には掃気用エア供給通路８１の開度を制御する制御バルブ８３が介装され、この制御バルブ８３の開度を制御するバルブ制御器８４がＥＣＵに含まれている。また、掃気ガスを大気に排出させる掃気ガス排出路８０の上流部が上記掃気用エア供給通路８１の下流端を中央部に収容接続し、下流端が排気ポート８に連通する排気通路９の上流部に接続している。 
【００９３】
上記掃気用エア供給通路８１の下流端の断面は円形であり、側壁他側４１ｂに固定され                                                                            た静止系において、回転角θ＝１８０°付近で側壁一側４１ａ部の内面に開口する楕円形                                                                            状の掃気用エア供給ポート８２の中央部に接続されている。なお、掃気用エア供給ポート                                                                                                                                              
８２は、楕円長軸Ｚ方向が上記短軸Ｘに対し直交方向に設けられるとともに、直溝５３の底面と直立して平行する一側側面板５１ａに開孔される楕円形状の掃気用エア導入孔５８に臨んで開口されている。従い、掃気用エア供給ポート８２は掃気用エア導入孔５８と回転軌跡上で重なり相通するよう設けられている。
【００９４】
また、掃気ガス排出路８０には掃気ガス中のＯ２濃度を検出するＯ２センサ４９ｂが設けられている。このＯ２センサ４９ｂの出力はアンプ５０ｂを介してコントロールユニット                                                                ３に送られ、コントロールユニット３では、Ｏ２センサ４９ｂの出力信号から掃気ガス中                                                                            の掃気用エアの比、すなわち、転移する閉じた変転空間（Ｈ）に囲い込まれたダイリューションガス中のＯ２濃度が演算されるようになっている。  
【００９５】
上記エアポンプ８５は電動式エアポンプにより構成され、印加される電圧値に応じて掃                                                                    気用エア供給量が変化するようになっている。そして、このエアポンプ８５は、制御バルブ８３の開度制御に併せて連動されるように、制御バルブ８３の開度はバルブ制御器８４から制御される。つまり、上記電圧値がコントロールユニット３（ＥＣＵ）に含まれた空燃比制御手段９７によって制御される。
【００９６】
上述したように、バルブ制御器８４はＥＣＵに備えられ、ＥＣＣ角の信号が入力されて                                                                        おり、負荷（AMF）とエンジン回転数（rpm）との関係で予め定められたマップに基き、エンジンの運転状態が所定の掃気用エア供給領域（全負荷領域）に、運転状態に応じて、低負荷領域になる程制御バルブ８３の開度を開制御して掃気用エアの供給量を増量するようになっている。すなわち、掃気用エア供給手段Ｍからは、転移する閉じた変転空間（Ｈ）が排気系の作動室Ｒａに生起するＥＣＣ角１５０°前からＥＣＣ角２１０°付近までの期間、つまり、掃気用エア供給ポート８２と掃気用エア導孔５８とが回転軌跡上で重なり相通する時期から隔離状態となる時期の期間内に、掃気用エア供給通路８１を通して、上記変転空間（Ｈ）内に掃気用エアが増量圧入される。
【００９７】
第３実施例の場合、掃気用エア供給手段Ｍから転移する閉じた変転空間（Ｈ）に圧入される掃気用エアの供給量によって、実際空燃比が運転状態に応じて変化するとともに、変                                                                
転空間（Ｈ）に囲い込まれたダイリューションガスにポンプ作用と攪拌とが加えられ、稀釈化と定量化とが行われる。そして、攪拌された掃気ガスは、楕円形状の掃気ガス排出路８０の上流部と掃気ガス排出路８０の中央部に収容接続する円形の掃気用エア供給通路８１の下流端との間に形成される相対する三日月形の隙間から流出し、掃気ガス排出路８０を通して、下流端が接続される排気ポート８に連通する排気通路９の上流部からサイレンサー２１を通して大気に排出される。
【００９８】
以下、上記構成の動作を説明する。第３の発明によれば、掃気用エア供給手段Ｍから、転移する閉じた変転空間（Ｈ）に低負荷領域になる程掃気用エアの供給量が増量圧入され                                                                
ることにより、ダイリューションガスにポンプ作用と攪拌とが加えられ、攪拌された掃気                                                                ガスが大気に向けて排出されることから、稀釈化と定量化とが図られた循環ダイリュー                                                                
ションガスの吸気系への持込が低減されるため、低負荷領域に、エミッション性が確保されるとともに、局所的に不活性ガスを点火プラグ２０から離れた燃焼空間Ｉに偏在させる                                                                成層化により、偏在部分の断熱圧縮燃焼を防止して燃焼温度を抑え、ＮＯｘの発生を抑制して、より稀薄側の空燃比での成層燃焼を実現させ、熱効率すなわち燃費性能の大幅な改善を図ることができる。
【００９９】
次に、本発明の第４実施例を図６に基いて説明する。この第４実施例は、第１実施例と同様の構造の３サイクル気体燃料エンジン１に対し、メタリングオイル供給手段Ｔを付加                                                                したものである。このため、第１実施例と同一部材には同一符号を付してその説明を省略                                                                し、第１実施例とは異なる上記メタリングオイル供給手段Ｔの構成についてのみ以下に説明する。
【０１００】
図６において、Ｔはメタリングオイル供給手段で、メタリングオイルポンプ８７と、このメタリングオイルポンプ８７により吐出されたメタリングオイルを送給するためのメタリングオイル供給通路８６とを備えており、このメタリングオイル供給通路８６の上流端が側壁他側４１ｂに設けた姿勢制御室４０の底部に挿入され、下流端が側壁一側４１ａ部の内面に開口するメタリングオイル供給ポート９０に接続されている。このメタリングオイル供給ポート９０は、ドラムロータ５の一側側面板５１ａに面して開口され、メタリン                                                                            グオイルが、接続する出力軸５５の近傍に吹付けられるように設けられている。
【０１０１】
上記メタリングポンプ８７は電動式メタリングオイルポンプにより構成され、印加される電圧値に応じてメタリングオイルの供給量が変化するようになっている。つまり、上記電圧値がコントロールユニット３（ＥＣＵ）に含まれた図示しないポンプ制御器によって制御される。
【０１０２】
また、図５に示すように、ドラムロータ５には、水平の断面形状が３葉の銀杏葉肉厚部が形成する狭隘部にメタリングオイル導入口７８が夫々開孔されており、このメタリングオイル導入口７８にオイル導入が容易に行われるよう、出力軸５５の近傍からメタリングオイル導入口７８に向かって、メタリングオイル導入溝７９が夫々設けられ、さらに、メ
タリングオイル導入口７８と円柱曲面５６及びパワーロータＡ、Ｂ、Ｃ摺動面に夫々開孔するメタリングオイル細孔８８とを連通する複数のメタリングオイル細洞８９が設けられている。
【０１０３】
この第４実施例の場合、メタリングオイルポンプ８７から吐出されたメタリングオイル                                                                            は、回転するドラムロータ５の一側側面板５１ａの側面に向けて、メタリングオイル供給                                                                            通路８６を通して吹付けられる。これにより、一側側面板５１ａの表面に拡散した状態のメタリングオイルは、メタリングオイル導入溝７９に導かれてメタリングオイル導入口７                                                                            ８に流入する。そして、メタリングオイル導入口７８に流入したメタリングオイルは、複                                                                            数のメタリングオイル細洞８９を通して遠心分散され、メタリングオイル細孔８８に併せて供給される。
【０１０４】
上記のメタリングオイル細孔８８に供給されたメタリングオイルは、ドラムロータ５の円柱曲面５６と円柱曲面５６に摺動接触する仕切りシール４５との潤滑と、パワーロータＡ、Ｂ、Ｃ摺動面である直溝５３の内面５４の潤滑やロータハウジング４の内周面４２の潤滑及び一側、他側側面板５１ａ、５１ｂの内面と側壁一側、他側４１ａ、４１ｂの内面との潤滑とを併せて行うことができる。
【０１０５】
以下、上記構成の動作を説明する。第４の発明によれば、メタリングオイル供給手段Ｔから吐出されたメタリングオイルは、回転するドラムロータ５の一側側面板面５１ａに吹付けられて拡散し、メタリングオイル導入溝に導かれて流入した３つのメタリングオイル導入孔７８から複数のメタリングオイル細洞８９を通して、メタリングオイル細孔８８に向けて等しく遠心分散されることにより、ドラムロータ５の円柱曲面５６及びパワーロータＡ、Ｂ、Ｃ摺動面に併せて供給されるため、筒内に効率よく潤滑させることができ、かつ、メタリングオイル供給経路の簡素化とドラムロータ５の有効利用とを図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
本発明は、気体燃料エンジンであり、ガソリンエンジン及びヂーゼルエンジンに対して                                                                                                                                                          
も、本発明は適用可能であるのはもちろんである。          
【符号の説明】
【０１０７】
１…３サイクル気体燃料エンジン              
４…ロータハウジング
５…ドラムロータ
６…パワーロータ
７…吸気ポート
８…排気ポート
２０…点火プラグ
５５…出力軸
Ｒａ、Ｒｂ…排気系、吸気系の作動室
Ｋ…燃料供給手段  
Ｍ…掃気用エア供給手段  
Ｔ…メタリングオイル供給手段  
Ｘ、Ｙ…ロータハウジングの短軸、長軸、
Ｚ…掃気用エア供給ポートの楕円長軸
【図１】
2013163995.tif 000003
【図２】
2013163995.tif 000004
【図３Ａ】
2013163995.tif 000005
【図３Ｂ】
2013163995.tif 000006
【図３Ｃ】
2013163995.tif 000007
【図３Ｄ】
2013163995.tif 000008
【図４】
2013163995.tif 000009
【図５】
2013163995.tif 000010
【図６】
2013163995.tif 000011
【図７】
2013163995.tif 000012
【図８】
2013163995.tif 000013
【図９】
2013163995.tif 000014
【図１０】
2013163995.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成24年2月13日(2012.2.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
2013163995.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成24年5月29日(2012.5.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒の中央で回転可能に支持されるドラムロータの回転に同期して、その姿勢が規制され、形成した３条の直溝に回転及び摺動可能に配設され、１２０°の位相差が保たれて静止系おける姿勢を変化させずに公転運動する３つのパワーロータが、該直溝の内面とロータハウジングの内周面の双方に繰り替え摺動接触するロータリ式のサイクル機構において、
燃料供給手段が直噴燃料供給手段で構成され、筒内への空気吸入量と気体燃料供給量の比率である空燃比を運転状態に応じて変化する割合に制御する空燃比制御手段を備えており、理論空燃比よりもリーン側に設定される所定の境界空燃比よりリッチ側の空燃比領域では、該直噴燃料供給手段から直接筒内に供給される気体燃料の割合を、ＮＯｘ発生率が最も高くなる最高ＮＯｘ空燃比領域と同様とする上記割合を１００％に設定する一方、境界空燃比よりリーン側の空燃比領域では、空燃比が低負荷領域になる程上記割合を小さく設定する燃料供給特性制御手段が設けられていることを特徴とする３サイクル気体燃料エンジン。
【請求項２】
請求項１に記載された３サイクル気体燃料エンジンにおいて、
筒内に、低負荷領域になる程掃気用エアの供給量を増量圧入する掃気用エア供給手段を備えており、
該掃気用エア供給手段の掃気用エア供給通路の下流端が該気筒の内面で該ドラムロータに形成する該直溝の底面と直立して平行する一側側面板に開孔された掃気用エア導入孔に臨んで開口され、掃気ガス排出路の上流部が該掃気用エア供給通路の下流端を内包接続し、下流端が該ロータハウジングに連通する排気通路の上流部に接続していることを特徴とする３サイクル気体燃料エンジン。
【請求項３】
請求項１に記載された３サイクル気体燃料エンジンにおいて、
筒内に、メタリングオイルを供給するメタリングオイル供給手段を備えており、
該メタリングオイル供給手段のメタリングオイル供給通路の下流端が該気筒の内面で該ドラムロータに面して開口され、該ドラムロータには一側側面板に形成されたメタリングオイル導入溝の深部にメタリングオイル導入孔が開孔され、該メタリングオイル導入孔と円柱曲面及びパワーロータ摺動面に夫々開孔するメタリングオイル細孔に連通する複数のメタリングオイル細洞を設けていることを特徴とする３サイクル気体燃料エンジン。
【手続補正書】
【提出日】平成24年5月29日(2012.5.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、気体燃料エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】  一般に、自動車用エンジンの燃料としては、ガソリン等の常温で液体である炭化水素系燃料が従来から多用されている。しかしながら、ガソリン又は軽油を燃料とするこれまでのレシプロエンジンにおいては、ＣＯ２、ＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ等の種々の大気汚染物質が排出されるといった問題がある。そこで、近年、燃焼時にＣＯ２、ＣＯ及びＨＣが全く発生しない水素ガスを燃料とし、あるいは燃焼によるＣＯ２、ＣＯ及びＨＣの発生量が少ないメタンガス、エタンガス等を燃料とする気体燃料エンジンが提案されている（例えば、特許文献１参照）。【０００３】  そこで、気体燃料を直接燃焼室に供給できる燃料供給手段を設け、吸気行程終期から圧縮行程前期にかけて、すなわち燃焼室内に十分な空気が充填された後で燃焼室内に気体燃料を圧入し、充填効率を高めてエンジン出力の向上を図るようにしたいわゆる直噴燃料供給方式の気体燃料エンジンが提案されている（例えば、特許文献２参照）。【０００４】  一般に、ロータリピストンエンジンにおいて、吸気系にダイリューションガスが持ち込まれると、吸気がそのダイリューションガスにより稀薄化されるため、特に、低負荷領域に燃焼性の悪化を招くという問題が生じる。このため、吸気系に持ち込まれるダイリューションガスの低減化について対策が講じられている。その一つとして、従来、吸気ポートと排気ポートとの間の作動室に、ダイリューションガスを掃気するための掃気用のエアを供給するものが公知である。このものでは、掃気用エアの供給源から、別途、排気ポート側に開口する２次エア供給通路を設け、同じ供給源から２次エアも供給し、そして、この２次エア供給時に掃気側のエア圧を低下させることなく十分な掃気用エアを供給するために、掃気用エア供給通路の有効断面積を２次エア供給通路のそれよりも大きく設定されている（例えば、特許文献３参照）。【０００５】  また、充填効率の向上と燃費性能の向上とを図りつつ、ＮＯｘ発生量を低減することができる気体燃料エンジンが提案されている。このものでは、水素を燃料とするロータリピストンエンジンであって、空気過剰率λが境界空気過剰率λ０（例えば、約１，５）よりリッチ側の領域では、圧縮行程初期に水素噴射ポートから各作動室に直接水素ガスを供給して、混合気の燃焼温度の過上昇が抑制されてＮＯｘ発生量が低減され、かつ充填効率が高められる。他方、空気過剰率λが境界空気過剰率λ０よりリーン側の領域では、水素ミキサを介して共通吸気通路に水素ガスが供給されて混合気を均質化して、混合気中に局所的にリッチな部分が生じるのが防止され、局所的な燃焼温度の過上昇が防止されてＮＯｘ発生量が低減されるとともに、熱効率が高められて燃費性能が高められるようにした気体燃料エンジンが公知である（特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特公平１−２３６５９号公報
【特許文献２】特公昭５８−１２４５８号公報参照
【特許文献３】実公昭６２−８３４５号公報
【特許文献４】特開平６−２４１０７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  従い、一般のレシプロエンジンにおいては、吸気通路内の吸入空気中にガソリンを噴射する第１の燃料噴射弁と燃焼室内にガソリンを噴射する直噴燃料供給方式の第２の燃料噴射弁とを設け、運転状態に応じて使用する燃料噴射弁を使い分けるようにした燃焼技術が提案されている。（例えば、特開昭６１−２４４８２１号公報、特開昭６１−２５０３６４号公報、特開昭５６−１５１２１３号公報等参照）すなわち、生成される混合気の可燃範囲が狭いために、空燃比がリーンに設定される低負荷領域には混合気の着火性が良くない。そこで、低負荷領域においては、第２の燃料噴射弁から燃焼室内に燃料を噴射して点火プラグまわりに局所的にリッチな混合気を形成して（成層化）、混合気の着火性を高めるようにしている。他方、高負荷領域には第１の燃料噴射弁から吸気通路内の吸入空気中にガソリンを噴射して、ミキシング時間の確保によって混合気の均質化を促進し、熱効率を高めてエンジン出力の向上を図るようにしている。【０００８】  しかしながら、気体燃料エンジンにおいて予混合燃料供給方式を用いた場合、通常の燃焼状態では混合気の燃焼速度がかなり速くなり、このため燃焼温度が高くなるのでＮＯｘ発生量が増加するといった問題が生じる。したがって、新規の気体燃料エンジンに、予混合燃料供給方式と直噴燃料供給方式とを使い分け、あるいは併用しようとすれば、ＮＯｘ発生量の増加の防止あるいはＮＯｘ発生量の低減に十分留意する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  上記の目的を達成するために、第１の発明は、気筒の中央で回転可能に支持されるドラムロータの回転に同期して、その姿勢が規制されつつ形成した３条の直溝に回転及び摺動可能に配設され、１２０°の位相差が保たれて静止系における姿勢を変化させずに公転運動する３つのパワーロータが、直溝の内面とロータハウジングの内周面の双方に繰り替え摺動接触するロータリ式のサイクル機構において、燃料供給手段が直噴燃料供給手段で構成され、筒内への空気吸入量と気体燃料供給量の比率である空燃比を運転状態に応じて変化する割合に制御する空燃比制御手段を備えており、理論空燃比よりもリーン側に設定される所定の境界空燃比よりリッチ側の空燃比領域では、直噴燃料供給手段から直接筒内に供給される気体燃料の割合を、ＮＯｘ発生率が最も高くなる最高ＮＯｘ空燃比領域と同様とする上記割合を１００％に設定する一方、境界空燃比よりリーン側の空燃比領域では空燃比が低負荷領域になる程上記割合を小さく設定する燃料供給特性制御手段が設けられている３サイクル気体燃料エンジンが提供される。【００１０】  第２の発明は、第１の発明にかかる３サイクル気体燃料エンジンにおいて、筒内に、低負荷領域になる程掃気用エアの供給量を増量圧入する掃気用エア供給手段を備えており、掃気用エア供給手段の掃気用エア供給通路の下流端が気筒の内面でドラムロータに形成する直溝の底面と直立して平行する一側側面板に開孔された掃気用エア導入孔に臨んで開口され、掃気ガス排出路の上流部が掃気用エア供給通路の下流端を内包接続し、下流端がロータハウジングに連通する排気通路の上流部に接続している３サイクル気体燃料エンジンが提供される。【００１１】  第３の発明は、第１の発明にかかる３サイクル気体燃料エンジンにおいて、筒内に、メタリングオイルを供給するメタリングオイル供給手段を備えており、メタリングオイル供給手段のメタリングオイル供給通路の下流端が気筒の内面でドラムロータに面して開口され、ドラムロータには一側側面板に形成されたメタリングオイル導入溝の深部にメタリングオイル導入孔が開孔され、メタリングオイル導入孔と円柱曲面及びパワーロータ摺動面に夫々開孔するメタリングオイル細孔に連通する複数のメタリングオイル細洞を設けている３サイクル気体燃料エンジンが提供される。
【発明の効果】
【００１２】  以上、説明した請求項１記載の発明によれば、境界空燃比よりリッチ側の領域及びＮＯｘ発生率が最も高くなる最高ＮＯｘの領域では、点火プラグの周りに集合したさらにリッチな混合気から点火されるため、燃焼性を高めてエンジン出力が高められる。しかも、混合気全体としてはリーンな混合気により、燃焼温度が低下してＮＯｘ発生率が低減される一方、境界空燃比よりリーン側の空燃比領域では、空燃比を低負荷領域になる程上記割合を小さく制御することから、リーンな混合気によって、燃焼温度が抑制されてＮＯｘ発生率が低減され、熱効率すなわち燃費性能の大幅な改善を図ることができる。【００１３】  請求項２記載の発明によれば、一つのエアポンプからの掃気用エアの供給により、希釈化と定量化とが図られた循環ダイリューションガスの吸気系への持込が低減するため、エミッション性を確保しつつ、局所的に不活性ガスを点火プラグから離れた燃焼空間に偏在させることにより、偏在部分の断熱圧縮燃焼を防止してＮＯｘの発生を抑制し、よりリーン側の空燃比での燃焼が可能となり、燃費性能の大幅な改善が図られる。且つ空燃比制御の容易化及び単純化を図ることができる。【００１４】  請求項３記載の発明によれば、メタリングオイルは、回転するドラムロータの一側側面板面に吹付けられて拡散し、メタリングオイル導入溝に導かれて流入した３つのメタリングオイル導入孔から複数のメタリングオイル細洞を通して、メタリングオイル細孔に向けて等しく遠心分散されることにより、ドラムロータの円柱曲面及びパワーロータＡ、Ｂ、Ｃ摺動面に併せて供給されるため、筒内に効率よく潤滑させることができ、かつ、メタリングオイル供給経路の簡素化とドラムロータの有効利用とを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例を示す３サイクル気体燃料エンジンを説明するための構成図。
【図２】３つのパワーロータを配設するドラムロータ及びパワーロータ作動機構を内包する側壁他側の組付け関係を示す斜視図。
【図３Ａ】３０°毎の回転角における膨張空間、圧縮空間、変転空間の生起状態を示す状態図。
【図３Ｂ】３０°毎の回転角における膨張空間、圧縮空間、変転空間の生起状態を示す図３・Ａに続く状態図。
【図３Ｃ】３０°毎の回転角における膨張空間、圧縮空間、変転空間の生起状態を示す図３Ｂに続く状態図。
【図３Ｄ】３０°毎の回転角における膨張空間、圧縮空間、変転空間の生起状態を示す図３Ｃに続く状態図。
【図４】第２実施例の掃気用エア供給手段及び第３実施例のメタリングオイル供給手段を配設する側壁一側と吸気装置及び排気装置が接続するロータハウジングとの組付け関係を示す斜視図。
【図５】第１実施例の吸気行程終了及び圧縮行程開始のタイミングと変転空間及び水素噴射弁の開閉タイミングとを示す図である。
【図６】第１実施例の境界空燃比の切り変えタイミングを示す図である。
【図７】第２実施例のＥＣＵによる制御を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】  本発明は、本発明の趣旨の範囲内において、公知技術を付加したものも、本発明から公知技術を除いたものも、本発明の範囲に含まれる。また、本発明の範囲は、以下の具体的な実施例に限定されるものではない。
【００１７】  図１〜３、５、６に示すように、１は本発明の燃料に気体燃料を使用する３サイクル気体燃料エンジンで、内周面４２の形状が米俵形に形成された筒状のロータハウジング４の設置側に側壁他側４１ｂが位置し出力側に側壁一側４１ａが位置して気筒が構成される。この気筒の中央部に、円柱体であって、円柱曲面５６の三等分割方向に湾窟状に切り欠いた３条の直溝５３を形成させた３つのドラムロータ５が、回転可能に支持されている。しかも、直溝５３には軸心に平行な支持軸６１が係合する角柱体のパワーロータ６が回転及び摺動可能に夫々配設され、１２０°の位相差が保たれてパワーロータ作動機構Ｑからその姿勢が規制され、静止系における姿勢を変化させずに公転運動するロータリ式のサイクル機構が構成される。
【００１８】  パワーロータ作動機構Ｑは、側壁他側４１ｂに設けた姿勢制御室４０に内包され、姿勢制御室４０の中央に突出された固定金座９４に基軸の親歯車９１が堅座され、その姿勢が固定された親歯車９１にスプライン回転軸９５に支承される遊星歯車９２が歯合し、３つの遊星歯車９２の外側に、１２０°の位相差が保たれて３つの孫歯車９３が夫々歯合しており、この孫歯車９３と親歯車９１とは、同一径のねじれ山歯歯車で構成される等速歯車列で組み合わされている。これにより、ドラムロータ５が時計回転方向に回転すると、支持軸６１を介して３つの孫歯車９３と直結する３つのパワーロータ６が、ドラムロータ５の回転速度と等しい速度で反時計回転方向に作動するものである。
【００１９】  以下に、本発明の３サイクル気体燃料エンジン１の第１実施例に基づいて説明する。内周面４２が米俵型に形成された筒状のロータハウジング４と、このロータハウジング４の両壁部に位置する側壁一側４１ａと側壁他側４１ｂとで気筒が構成される。また、気筒は、その中央部で回転可能に支持されるドラムロータ５との間に、短軸Ｘを挟んだ他側に流動する作動ガスが流出入する排気系の作動室Ｒａが形成され、同じく一側に流動する作動ガスが流出入する吸気系の作動室Ｒｂが形成されている。
【００２０】  詳述すると、図３に示すように、注目のパワーロータＡが吸気系の作動室Ｒｂを作動するその従動側にある空間が吸気空間Ｄで、その先導側にある空間が圧縮空間Ｅで、この圧縮空間Ｅの全容積が最小となる最終圧縮過程後に燃焼空間Ｉが生起する。この燃焼空間Ｉは点火・爆発に対応する空間であり、この燃焼空間Ｉを引き継ぐのが、排気系の作動室Ｒａを作動するパワーロータ６の従動側に生起する空間が膨張空間Ｆで、その先導側にある空間が排気空間Ｇとなる。また、ドラムロータ５に形成する直溝５３の内面とパワーロータ６の従動側の湾曲側面６２との間には、吸気系（排気系）の作動室Ｒｂ（Ｒａ）にて生起し、排気系（吸気系）の作動室Ｒａ（Ｒｂ）にて開放する空間が転移する閉じた変転空間Ｈ（Ｈ）となる。
【００２１】  図１に示すように、３サイクル気体燃料エンジン１においては、ロータハウジング４の短軸Ｘ方向他端側（図１の下側）で、短軸Ｘを挟んだ両側肉厚部分には、吸気系の作動室Ｒｂに吸気を吸入する吸気ポート７が常に開口し、排気系の作動室Ｒａから排気ガスを排出する排気ポート８が常に開口しており、吸気ポート７から容積増大中の吸気空間Ｄに空気が吸入され、上記の長軸Ｙ方向一端側（図１の左側）の肉厚部分には、気体燃料を直接筒内に供給する水素噴射弁１７が設けられ、吸気行程終期から圧縮行程前期にかけて吸気空間Ｄを引継いだ圧縮空間Ｅの中央部に水素ガスを噴射して混合気が形成されるようになっている。
【００２２】  また、吸気ポート７には水素ガス燃焼用の空気を供給するための吸気装置Ｊが設けられており、この吸気装置Ｊには、上流端が大気に開口され下流端が、常に、開口する吸気ポート７に接続される吸気通路１０を設けている。この吸気通路１０には、空気の流れ方向にみて上流側から順に、吸入吸気中のダストを除去するエアクリーナ２２と、吸入吸気量を検出するエアフローセンサ２４と、吸入吸気温度を検出する温度センサ２５と、吸気負圧の有無を検出するブーストスイッチ２６と、吸気負圧を検出するブーストセンサ２３とが設けられている。
【００２３】  吸気装置Ｊには上流部に取付けられたエアクリーナ２２の下流から新気を導入する吸気通路１０と分配して、転移する閉じた変転空間（Ｈ）に新気を掃気用エアとして圧入するエアポンプ８５が接続されている。このエアポンプ８５は電動式のエアポンプにより構成され、印加される電圧値に応じて掃気用エア供給量が変化するようになっており、上記電圧値は、コントロールユニット３（ＥＣＵ）に含まれた空燃比制御手段９７によって制御され、筒内への吸気吸入量と気体燃料供給量の比率である空燃比をエアポンプ８５から圧入される掃気用のエア供給量の制御により、運転状態に応じて変化させるようになっている。
【００２４】  また、排気ポート８に接続される排気通路９には、排気ガス中のＯ２濃度を検出するＯ２センサ４９ａが設けられており、このＯ２センサ４９ａの出力はアンプ５０ａを介してコントロールユニット３に送られ、コントロールユニット３では、Ｏ２センサ４９ａの出力信号から混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）すなわち吸気系の作動室Ｒｂ内の混合気における空気と水素の比、ないしは空気過剰率（λ）が演算されるようになっている。
【００２５】  そして、ロータハウジング４の長軸Ｙ方向一端側には、水素ガスを燃料として筒内に直接供給する燃料供給手段Ｋが設けられている。以下、この燃料供給手段Ｋを説明する。なお、本実施例では気体燃料として水素ガスを用いているが、気体燃料は水素ガスに限定しているものではなく、少なくとも一部が水素で構成される気体燃料（例えば、メタン、エタン）であれば良い。この燃料供給手段Ｋは水素ガスの供給源として、水素を吸蔵し又は放出することができる水素吸蔵合金（メタルハイドライド）を備えたメタルハイドライドタンク３８が設けられている。
【００２６】  上記水素吸蔵合金は、一般に用いられている普通のものであって、冷却しつつ水素ガスと接触させるとこの水素を体積で１／１０００程度に縮めた上で吸蔵する一方、加熱すると吸蔵されていた水素をかなり高い圧力を伴って放出するといった機能を有している。なお、水素吸蔵合金は水素を化合物の一部として固体状態で吸蔵しているため、メタルハイドイドタンク３８の圧力は低圧であり、安全性は非常に高くなっている。また、水素吸蔵合金は、水素の吸蔵と放出とを多数（例えば、１０００回）繰り返しても、その機能はほとんど低下しない。
【００２７】  図１に示すように、メタルハイドライドタンク３８から放出された水素ガスは、電磁弁３９が介設された第１水素供給通路１１ａを通して圧力調整器１４に送られ、ここで所定圧（例えば、５ｋｇ／ｃｍ２・Ｇ）に調整（減圧）されるようになっている。そして、圧力が調整された水素ガスは、さらに第２水素供給通路１１ｂを介してエンジン側に送られる。ここで、第２水素供給通路１１ｂには、リンク機構１８を介してアクセルペタル１５と連動して開閉される第１水素流量調整弁１２ａと、駆動回路３０を備えたスロットルアクチュエータ３１によって開閉駆動される第２水素流量調整弁１２ｂとが介設され、第２水素供給通路１１ｂには、３つの圧力センサ２９（ａ，ｂ，ｃ）と温度センサ２５とが設けられている。
【００２８】  ここで、第２水素流量調整弁１２ｂは、駆動回路３０を備えたスロットルアクチュエータ３１によって開閉駆動され、しかも、第２水素流量調整弁１２ｂに対してそのポジション（開度）を検出するポジションセンサが設けられ、コントロールユニット３（ＥＣＵ）からの信号に従って、空燃比（空気過剰率λ）がアクセル開度とエンジン回転速度とに応じて設定される目標空燃比（目標空気過剰率）に追従するように、水素ガスの流量を制御するようになっている。なお、ＥＣＵは、特許請求の範囲に記載された「空燃比制御手段」と「燃料供給特性制御手段」とが含まれ、当該機関１の総合的な制御装置である。以上のように、水素ガスの流量制御、すなわち空燃比制御は基本的には第２水素流量調整弁１２ｂによって行われ、この第２水素流量調整弁１２ｂがフェイルしたとき等においては、第１水素流量調整弁１２ａによってバックアップされる。
【００２９】  第２水素流量調整弁１２ｂより下流側において第２水素供給通路１１ｂには電磁制御弁３７が介設され、この電磁制御弁３７のすぐ下流の第２水素供給通路１１ｂは、直噴用水素供給通路１３に接続さている。そして、直噴用水素供給通路１３の下流端は、吸気系の作動室Ｒｂの中央に面してロータハウジング４の内周面４２に開口する水素噴射開口１６に連通された水素噴射弁１７に接続している。この水素噴射弁１７は、吸気行程終期から圧縮行程前期にかけて所定のタイミングで噴射（圧入）される。この時、直噴用水素供給通路１３内の水素ガスが、水素噴射開口１６から圧縮空間Ｅの中央部に圧入される。尚、直噴用水素供給通路１３、水素噴射弁１７等からなる水素供給系統は、特許請求の範囲に記載された「直噴燃料供給手段」に相当する。
【００３０】  詳しくは図示していないが、水素噴射弁１７は、カムシャフト６８に取付けられたカム６９によって開閉されるようになっている。なお、カムシャフト６８は、タイミングベルト７０を介して出力軸５５によってこれと同期して回転駆動される。図５に、かかる吸気行程の開始終了タイミング（Ｖ１）及び圧縮行程の開始終了タイミング（Ｖ２）と、転移する閉じた変転空間Ｈ（Ｈ）の開閉タイミングＶ３（Ｖ３）と、水素噴射弁１７の開閉タイミング（Ｖ４）が示されている。
【００３１】  ここにおいて、図１に示すように、電磁制御弁３７は、コントロールユニット３から印加される信号に従って、バッテリ７２、キースイッチ７３、ディレータイマ７４、第１から第５リレーＬ１〜Ｌ５等からなる電気回路を介して開閉駆動されるようになっている。より具体的には、電磁制御弁３７は、コントロールユニット３よって、空燃比（空気過剰率λ）に応じて開閉されるようになっている。
【００３２】  ここで、電磁制御弁３７が開かれたときには、第２水素供給通路１１ｂ内の水素ガス全て（１００％）が、直噴用水素供給通路１３を通して水素噴射弁１７から圧縮空間Ｅの中央部に圧入されるといった直噴燃料供給状態（以下、これを単に直噴という）となる。この場合、水素ガスは、吸気空間Ｄへの吸気の充填が終了する吸気行程終期から圧縮行程前期にかけて所定のタイミングで圧入されるので吸気充填効率が高められ、エンジン出力が向上する。なお、電磁制御弁３７の開度を調節することによって、水素噴射弁１７からの水素供給量を任意に設定されるのはもちろんである。
【００３３】  そして、図１に示すコントロールユニット３によって、運転状態に応じて空燃比Ａ／Ｆないしは空気過剰率λが制御されるとともに、空燃比Ａ／Ｆないしは空気過剰率λに応じて水素噴射弁１７からの水素供給量、すなわち直噴による水素供給量が制御されるようになっている。なお、空気過剰率λ（空燃比Ａ／Ｆ）は、アクセル開度とエンジン回転速度とに応じて設定される。空気過剰率λはアクセル全開時にはエンジン出力を高めるために、エンジン回転速度にかかわりなくほぼ１，０（理論空燃比）に設定され（Ｈ１）、アクセル全閉時には燃費性能を高めるために、リーンリミット（空気過剰率λ＝２〜３）に設定される（Ｈ３）。ここで、リーンリミットとは、混合気の燃焼性やエンジン振動を良好に保持できるリーン側の限界値である。しかも、アクセル開度が全開と全閉との間にあるときには、アクセル開度とエンジン回転速度とに応じて、運転状態に応じた空燃比となるような特性で空気過剰率λが設定されている。
【００３４】  この第１実施例の場合、エンジン出力及び燃費性能を良好に維持しつつＮＯｘ排出量を可能な限り低減するため、空気過剰率λが所定の境界空気過剰率λ０（境界空燃比）よりリッチ側の空燃比領域及びＮＯｘ発生率が最も高くなる最高ＮＯｘ空燃比領域では、気体燃料の割合が１００％に設定され、電磁制御弁３７を全開し、設定量の水素ガスを水素噴射弁１７から吸気系の作動室Ｒｂに直接供給する。又は、空気過剰率λが境界空気過剰率λ０よりもリーン側の空燃比領域では、空燃比が低負荷領域になる程気体燃料の割合が小さく設定され、電磁制御弁３７の開度を制御し、設定量の水素ガスを水素噴射弁１７から吸気系の作動室Ｒｂに直接供給するようになっている。
【００３５】  以下、上記構成の動作を説明する。第１の発明によれば、境界空燃比よりリッチ側の領域及びＮＯｘ発生率が最も高くなる最高ＮＯｘの領域では、点火プラグの周りに集合したさらにリッチな混合気から点火されるため、燃焼性を高めてエンジン出力が高められる。しかも、混合気全体としてはリーンな混合気により、燃焼温度が低下してＮＯｘ発生率が低減される一方、境界空燃比よりリーン側の空燃比領域では、空燃比を低負荷領域になる程上記割合を小さく制御することから、リーンな混合気によって、燃焼温度が抑制されてＮＯｘ発生率が低減され、熱効率すなわち燃費性能の大幅な改善を図ることができる。
【００３６】  次に、本発明の第２実施例を図１〜４、７に基づいて説明する。この第２実施例は、第１実施例と同様の構造の３サイクル気体燃料エンジン１に対して、掃気用エア供給手段Ｍを付加したものである。このため、第１実施例と同一部材には同一符号を付してその説明を省略し、第１実施例とは異なる上記掃気用エア供給手段Ｍの構成についてのみ以下に説明する。
【００３７】  図４においては、Ｍは掃気用エア供給手段で、エアクリーナ２２の下流から新気を導入する吸気通路１０と分配して、転移する閉じた変転空間（Ｈ）に新気を掃気用エアとして圧入するエアポンプ８５が接続し、このエアポンプ８５の出口と側壁一側４１ａに開口する掃気用エア供給ポート８２とを連通する掃気用エア供給通路８１と、この掃気用エア供給通路８１には掃気用エア供給通路８１の開度を制御する制御バルブ８３が介装され、この制御バルブ８３の開度を制御するバルブ制御器８４がＥＣＵに含まれている。また、掃気ガスを大気に排出させる掃気ガス排出路８０の上流部が上記掃気用エア供給通路８１の下流端を中央部に収容接続し、下流端が排気ポート８に連通する排気通路９の上流部に接続している。
【００３８】  上記掃気用エア供給通路８１の下流端の断面は円形であり、側壁他側４１ｂに固定された静止系において、回転角θ＝１８０°付近で側壁一側４１ａ部の内面に開口する楕円形状の掃気用エア供給ポート８２の中央部に接続されている。なお、掃気用エア供給ポート８２は、楕円長軸Ｚ方向が上記短軸Ｘに対し直交方向に設けられるとともに、直溝５３の底面と直立して平行する一側側面板５１ａに開孔している楕円形状の掃気用エア導入孔５８に臨んで開口されている。すなわち、図３Ｂの（ｆ）から図３Ｃの（ｈ）の期間、掃気用エア供給ポート８２は掃気用エア導入孔５８と回転軌跡上で重なり相通するよう設けられている。
【００３９】  また、掃気ガス排出路８０には掃気ガス中のＯ２濃度を検出するＯ２センサ４９ｂを設けている。このＯ２センサ４９ｂの出力はアンプ５０ｂを介してコントロールユニット３に送られ、コントロールユニット３では、Ｏ２センサ４９ｂの出力信号から掃気ガス中の掃気用エアの比、すなわち、転移する閉じた変転空間（Ｈ）に囲い込まれたダイリューションガス中の推定Ｏ２濃度が演算されるようになっている。
【００４０】  上記エアポンプ８５は電動式エアポンプにより構成され、印加される電圧値に応じて掃気用エア供給量が変化するようになっている。そして、このエアポンプ８５は、制御バルブ８３の開度制御に併せて連動されるように、制御バルブ８３の開度はバルブ制御器８４から制御される。つまり、上記電圧値がコントロールユニット３（ＥＣＵ）に含まれた空燃比制御手段９７によって制御される。
【００４１】  上述したように、バルブ制御器８４は、ＥＣＵに備えられており、ＥＣＣ角の信号が入力され、負荷（ＡＭＦ）とエンジン回転数（ｒｐｍ）との関係で予め定められたマップに基づいて、エンジンの運転状態が所定の掃気用エア供給領域（全負荷領域）に、運転状態に応じて、低負荷領域になる程制御バルブ８３の開度を開制御して掃気用エアの供給量を増量するようになっている。すなわち、掃気用エア供給手段Ｍからは、転移する閉じた変転空間（Ｈ）が排気系の作動室Ｒａに生起するＥＣＣ角１５０°前からＥＣＣ角２１０°付近までの期間、つまり、掃気用エア供給ポート８２と掃気用エア導入孔５８とが回転軌跡上で重なり相通する時期から隔離状態となる時期の期間内に、掃気用エア供給通路８１を通して、転移する閉じた変転空間Ｈに掃気用エアが圧入される。
【００４２】  空燃比制御手段９７は、エンジン回転数と負荷との関係で予め定められた掃気用エア供給時用燃料噴射量マップと、掃気用エア供給時用のエアポンプ８５の電圧値マップとが備えられており、これらのマップに基づき以下の制御が行われる。すなわち、掃気用エア供給時には、掃気用エア供給時用燃料噴射量マップから燃料噴射量を、電圧値マップからエアポンプ８５の電圧値を設定し、上記設定燃料噴射量を運転状態に応じて変化する割合に制御するようになっている。
【００４３】  以下、コントロールユニット３の空燃比制御手段９７及びバルブ制御器８４による具体的制御を図７のフローチャートに基づいて説明する。
【００４４】  まず、ステップＳ１でエンジン回転数、エンジン負荷、吸入空気及び実際空燃比などの検出値を入力し、次に、ステップＳ２で上記エンジン回転数およびエンジン負荷に基づき現在の運転状態が起動状態（エア供給領域）にあるか否かを上記マップから判別し、否であればリターンし、起動状態が確認されれば、掃気用エア供給手段Ｍの制御バルブ８３の開度を制御してステップＳ３に進みステップＳ３〜Ｓ８の掃気用エア供給時制御を行う。
【００４５】  掃気用エア供給時制御の場合、ステップＳ３で掃気用エア供給用燃料噴射マップから現在の運転状態に対応する燃料噴射量Ｆａを設定し、この設定量Ｆａの燃料を水素噴射弁１７から噴射する。加えて、ステップＳ４で電圧値マップから現在の運転状態に対応する制御電圧値Ｖａを設定し、この設定電圧によりエアポンプ８５の駆動力を制御する。
【００４６】  次に、ステップＳ５では設定される所定の境界空燃比よりリッチ側にあるか否かを判別し、リッチ側であればリターンし、リッチ側でなければステップＳ６で空燃比がリッチ側にあるか否かの判別を行う。このステップＳ６で空燃比がリッチ側であればステップＳ７に進み、このステップＳ７で上記制御電圧値Ｖａから所定の電圧補正量ΔＶを加えたものを制御電圧値Ｖａとし、この電圧値により上記エアポンプ８５の駆動力を制御した後、ステップＳ５に戻って実際空燃比が設定される割合にあるか否かの判別を繰り返す。逆に、上記ステップＳ６で空燃比がリーン側であればステップＳ８に進み、このステップＳ８でその時の制御電圧値Ｖａに上記電圧補正量ΔＶを減じたものを制御電圧値Ｖａとし、この電圧値により上記エアポンプ８５の駆動力を制御した後、ステップＳ５に戻って実際空燃比が設定される割合にあるか否かの判別を繰り返す。
【００４７】  上記フローテャート中、ステップＳ２がバルブ制御器８４を、ステップＳ３〜Ｓ８が空燃比制御手段９７を夫々構成する。
【００４８】  この第２実施例の場合、掃気用エア供給手段Ｍから転移する閉じた変転空間（Ｈ）に圧入される掃気用エアの供給量によって、実際空燃比が運転状態に応じて変化する割合に制御されるともに、上記変転空間（Ｈ）に囲い込まれたダイリューションガスにポンプ作用と攪拌とが加えられ、希釈化と定量化とが行われる。そして、攪拌された掃気ガスは、楕円形状の掃気ガス排出路８０の上流部と掃気ガス排出路８０の中央部に収容接続する円形の掃気用エア供給通路８１の下流端との間に形成される一対の三日月形の隙間から流出し、掃気ガス排出路８０を通して、下流端が接続される排気ポート８に連通する排気通路９の上流部からサイレンサー２１通して大気に排出される。
【００４９】  以下、上記構成の動作を説明する。第２の発明によれば、一つのエアポンプからの掃気用エアの供給により、希釈化と定量化とが図られた循環ダイリューションガスの吸気系への持込が低減するため、エミッション性を確保しつつ、局所的に不活性ガスを点火プラグから離れた燃焼空間に偏在させることにより、偏在部分の断熱圧縮燃焼を防止してＮＯｘの発生を抑制し、よりリーン側の空燃比での燃焼が可能となり、燃費性能の大幅な改善が図られる。且つ空燃比制御の容易化及び単純化を図ることができる。
【００５０】  継いて、本発明の第３実施例を図２、４に基づいて説明する。この第３実施例は、第１実施例と同様の構造の３サイクル気体燃料エンジン１に対し、メタリングオイル供給手段Ｔを付加したものである。このため、第１実施例と同一部材には同一符号を付してその説明を省略し、第１実施例とは異なる上記メタリングオイル供給手段Ｔの構成についてのみ以下に説明する。
【００５１】  図４において、Ｔはメタリングオイル供給手段で、メタリングオイルポンプ８７と、このメタリングオイルポンプ８７により吐出されたメタリングオイルを送給するためのメタリングオイル供給通路８６とを備えている。そして、メタリングオイル供給通路８６の上流端が側壁他側４１ｂに設けた姿勢制御室４０の底部に挿入され、下流端が側壁一側４１ａ部の内面に開口するメタリングオイル供給ポート９０に接続されており、このメタリングオイル供給ポート９０は、ドラムロータ５の一側側面板５１ａに面して開口され、メタリングオイルが、ドラムロータ５に接続する出力軸５５の近傍に吹付けられるように設けている。
【００５２】  上記メタリングポンプ８７は電動式メタリングオイルポンプにより構成され、印加される電圧値に応じてメタリングオイルの供給量が変化するようになっている。つまり、上記電圧値がコントロールユニット３（ＥＣＵ）に含まれた図示しないポンプ制御器によって制御される。
【００５３】  また、図２に示すように、ドラムロータ５には、水平の断面形状が３葉の銀杏葉が形成する狭隘な肉厚部にメタリングオイル導入口７８が夫々開孔されており、このメタリングオイル導入口７８にオイル導入が容易に行われるよう、出力軸５５の近傍からメタリングオイル導入口７８に向かって、メタリングオイル導入溝７９が夫々設けられ、さらに、メタリングオイル導入口７８と円柱曲面５６及びパワーロータＡ、Ｂ、Ｃ摺動面に夫々開孔するメタリングオイル細孔８８とを連通する複数のメタリングオイル細洞８９が設けられている。
【００５４】この第３実施例の場合、メタリングオイルポンプ８７から吐出されたメタリングオイルは、回転するドラムロータ５の一側側面板５１ａの表面に向けて、メタリングオイル供給通路８６を通して吹付けられる。これにより、一側側面板５１ａの表面に拡散した状態のメタリングオイルは、メタリングオイル導入溝７９に導かれてメタリングオイル導入口７８に流入する。そして、メタリングオイル導入口７８に流入したメタリングオイルは、複数のメタリングオイル細洞８９を通して遠心分散され、メタリングオイル細孔８８に併せて供給される。
【００５５】  上記のメタリングオイル細孔８８に供給されたメタリングオイルは、ドラムロータ５の円柱曲面５６とこの円柱曲面５６に摺動接触する仕切りシール４５との潤滑と、パワーロータＡ、Ｂ、Ｃ摺動面である直溝５３の内面５４の潤滑やロータハウジング４の内周面４２の潤滑及び一側、他側側面板５１ａ、５１ｂの内面と側壁一側、他側４１ａ、４１ｂの内面との潤滑とを併せて行うことができる。
【００５６】  以下、上記構成の動作を説明する。第３の発明によれば、メタリングオイルは、回転するドラムロータ５の一側側面板５１ａに吹付けられて拡散し、メタリングオイル導入溝７０に導かれて流入した３つのメタリングオイル導入孔７８から複数のメタリングオイル細洞８９を通して、メタリングオイル細孔８８に向けて等しく遠心分散されることにより、ドラムロータ５の円柱曲面５６及びパワーロータＡ、Ｂ、Ｃ摺動面に併せて供給されるため、筒内に効率よく潤滑させることができ、かつ、メタリングオイル供給経路の簡素化とドラムロータの有効利用とを図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】  本発明は、気体燃料エンジンであり、ガソリンエンジン及び３サイクルエンジンに対しても、本発明は適用可能であるのはもちろんである。
【符号の説明】
【００５８】１…３サイクル気体燃料エンジン
４…ロータハウジング
５…ドラムロータ
６…パワーロータ
７…吸気ポート
８…排気ポート
２０…点火プラグ
５５…出力軸
Ｒａ、Ｒｂ…排気系、吸気系の作動室
Ｋ…燃料供給手段
Ｍ…掃気用エア供給手段
Ｔ…メタリングオイル供給手段
Ｘ、Ｙ…ロータハウジングの短軸、長軸、
Ｚ…掃気用エア供給ポートの楕円長軸
【手続補正書】
【提出日】平成24年5月29日(2012.5.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2013163995.tif 000017
【図２】
2013163995.tif 000018
【図３Ａ】
2013163995.tif 000019
【図３Ｂ】
2013163995.tif 000020
【図３Ｃ】
2013163995.tif 000021
【図３Ｄ】
2013163995.tif 000022
【図４】
2013163995.tif 000023
【図５】
2013163995.tif 000024
【図６】
2013163995.tif 000025
【図７】
2013163995.tif 000026