(57)【要約】【課題】燃料噴射タイミングを可及的に早期化して燃料の微粒化及び気化、霧化を促進しつつ、作動室内に均一な混合気を形成して燃焼させることができるロータリピストンエンジンの燃料噴射装置を提供する。【解決手段】インジェクタ１５を、排気ポート１０がロータ２により閉じられた直後における、吸気作動室８側に位置するロータ２頂部近傍で且つそのリーディング側に配設する。【選択図】図２
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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の燃料噴射装置であって、
前記作動室を区画するロータは、回転軸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で形成され、
前記燃料噴射弁は、排気行程にある作動室に面して開口する排気ポートが前記ロータにより閉じられた直後における、吸気行程の作動室側に位置する該ロータ頂部近傍で且つそのリーディング側に配設されていることを特徴とするロータリピストンエンジンの燃料噴射装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記燃料噴射弁による燃料噴射時期が、吸気行程にある作動室に面して開口する吸気ポートが開いた直後からその吸気側の作動室内の温度が所定値以上である期間内に設定されていることを特徴とするロータリピストンエンジンの燃料噴射装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記燃料噴射弁による燃料噴射時期が、吸気行程前半の吸気流速が所定値以上となる期間内に設定されていることを特徴とするロータリピストンエンジンの燃料噴射装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のうち何れか１項において、
前記燃料噴射弁は、燃料を広範囲に噴射可能な広角タイプの噴射口を有することを特徴とするロータリピストンエンジンの燃料噴射装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のうち何れか１項において、
前記燃料噴射弁よりもリーディング側には、前記作動室内にオイルを供給するオイル供給弁が配設されていることを特徴とするロータリピストンエンジンの燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、いわゆる直噴型のロータリピストンエンジンに関し、特に、その燃焼安定性を向上するための燃焼噴射技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、直噴型のロータリピストンエンジンにおいて、噴射した燃料が点火時に点火プラグの近傍に集中するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。そこでは、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している。そうすることで、安定した成層化燃焼を実現でき、作動室の内壁面への燃料の付着も軽減することができる。
【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】
【０００３】
ここで、直噴型のロータリピストンエンジンの燃料噴射装置では、作動室内に均一な混合気を形成して燃焼させるために、噴射した燃料を確実に気化、霧化させて均一に拡散させることが重要である。そのため、燃料噴射弁を吸気作動室のトレーリング側寄りの位置に配設して、噴射した燃料を気化、霧化させる時間をできる限り長く確保することが考えられる。
【０００４】
しかしながら、燃料噴射弁は作動室の内壁面に開口した筒孔内に配設されているため、この筒孔が吸気作動室のトレーリング側寄りの位置に開口していると、排気ポートが閉じる前にロータ頂部のアペックスシールと筒孔の周縁部との隙間からダイリューションガスが吸気作動室内に多量に吹き抜けてしまうおそれがある。このように、ダイリューションガスが吸気作動室内に供給されてしまうと、吸気ポートから吸気作動室内に本来供給すべき空気量が少なくなってしまう等、作動室内に均一な混合気を形成して燃焼させることが難しくなるおそれがある。
【０００５】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料噴射タイミングを可及的に早期化して燃料の微粒化及び気化、霧化を促進しつつ、作動室内に均一な混合気を形成して燃焼させることができるロータリピストンエンジンの燃料噴射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した目的を達成するため、本発明では、排気ポートが閉じた直後、比較的早期に燃料を噴射できる位置に燃料噴射弁を配設することで、燃料噴射タイミングを可及的に早期化できるようにした。
【０００７】
具体的に、本発明は、吸気行程にある作動室内に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の燃料噴射装置を対象とし、次のような解決手段を講じた。
【０００８】
すなわち、請求項１の発明は、前記作動室を区画するロータは、回転軸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で形成され、
前記燃料噴射弁は、排気行程にある作動室に面して開口する排気ポートが前記ロータにより閉じられた直後における、吸気行程の作動室側に位置する該ロータ頂部近傍で且つそのリーディング側に配設されていることを特徴とするものである。
【０００９】
この構成によれば、排気ポートがロータにより閉じられた直後における、吸気行程の作動室側に位置する該ロータ頂部近傍で且つそのリーディング側に燃料噴射弁が配設されているから、排気ポートが閉じる前に吸気作動室内にダイリューションガスが供給されてしまうことがなく、吸気ポートから吸気作動室内に必要な量のエアを供給して、作動室内に均一な混合気を形成して燃焼させることができる。
【００１０】
また、このような位置に燃料噴射弁を配設することで、燃料噴射タイミングを可及的に早期化できるから、噴射した燃料を気化、霧化させる時間をできる限り長く確保して、作動室内に均一に拡散させることができ、優れた燃焼性能を発揮するロータリピストンエンジンを実現することができる。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１において、
前記燃料噴射弁による燃料噴射時期が、吸気行程にある作動室に面して開口する吸気ポートが開いた直後からその吸気側の作動室内の温度が所定値以上である期間内に設定されていることを特徴とするものである。
【００１２】
この構成によれば、燃料噴射弁による燃料噴射時期を、吸気作動室内の温度が所定値以上である期間内に設定したから、排気行程で生じた排気熱を利用して、噴射した燃料の気化、霧化を促進することができる。すなわち、吸気ポートから吸気された空気で吸気作動室内の温度が低下する前に、燃料噴射弁により燃料を噴射するようにすれば、噴射された燃料は瞬時に気化、霧化されることとなり、作動室内に均一な混合気を形成する上で有利となる。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１において、
前記燃料噴射弁による燃料噴射時期が、吸気行程前半の吸気流速が所定値以上となる期間内に設定されていることを特徴とするものである。
【００１４】
この構成によれば、燃料噴射弁による燃料噴射時期を、吸気行程前半の吸気流速が所定値以上となる期間内に設定したから、吸気の運動エネルギーを効率良く利用して、燃料の拡散を促進できる。さらに、作動室が拡がっていくタイミングでの燃料噴射が可能となり、ロータハウジングの内壁面への燃料付着を抑制でき、燃料の均一拡散を安定して実現することができる。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項１乃至３のうち何れか１項において、
前記燃料噴射弁は、燃料を広範囲に噴射可能な広角タイプの噴射口を有することを特徴とするものである。
【００１６】
この構成によれば、燃料噴射弁の噴射口を広角タイプに形成したから、作動室が拡がっていくタイミングで燃料噴射を行えば、作動室の内壁面への燃料付着を抑制しつつ燃料噴霧角を広角化でき、噴射した燃料の気化、霧化をより一層促進することができる。具体的には、マルチホール型やピエゾインジェクションを用いて広角噴霧を実現することができる。
【００１７】
請求項５の発明は、請求項１乃至４のうち何れか１項において、
前記燃料噴射弁よりもリーディング側には、前記作動室内にオイルを供給するオイル供給弁が配設されていることを特徴とするものである。
【００１８】
この構成によれば、燃料噴射弁よりもリーディング側にオイル供給弁を配設したから、燃料を噴射した後で作動室内にオイルを供給することができ、噴射した燃料がオイルによって洗い流されてしまうことを抑制できる。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、本発明によれば、排気ポートが閉じる前に吸気作動室内にダイリューションガスが供給されてしまうことがなく、吸気ポートから吸気作動室内に必要な量のエアを供給して、作動室内に均一な混合気を形成して燃焼させることができる。さらに、燃料噴射タイミングを可及的に早期化できるから、噴射した燃料を気化、霧化させる時間をできる限り長く確保して、作動室内に均一に拡散させることができ、優れた燃焼性能を発揮するロータリピストンエンジンを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
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。なお、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。
【００２１】
（エンジンの全体構成）
図１及び図２に、本発明の燃料噴射装置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。
【００２２】
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。なお、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５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。
【００２３】
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。
【００２４】
前記ロータ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。
【００２５】
前記ロータ２の各頂部には、アペックスシール１６が設けられている。このアペックスシール１６は、ロータ２の厚み方向に延びていて、その厚さとほぼ同じ長さを持つ細長い部材で構成されている。アペックスシール１６は、ロータ２の各頂部に設けられたシール溝１７にスプリング１８を介して埋め込まれている。このスプリング１８は、アペックスシール１６を径方向外側に向かって押し出している。そして、各アペックスシール１６は、ロータ２の回転時は、遠心力によってロータハウジング３のトロコイド内周面３ａに押し付けられ、そのトロコイド内周面３ａを摺動する（つまり、接触しながら移動する）ようになっている。
【００２６】
これにより、ロータ２の各頂部とロータハウジング３のトロコイド内周面３ａとの間が封止され、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。
【００２７】
また、ロータ２の内側には図示しない位相ギアが設けられている。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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
そして、図４の左上側の作動室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４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４の下側の作動室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。本発明の燃料噴射装置は、前記各行程のうち、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）についてさらに詳しく説明する。
【００３１】
（燃料噴射装置の構成）
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インジェクタ１５（燃料噴射弁）が配設されている。このインジェクタ１５の配設位置に関しては後述する。
【００３２】
図１及び図２に示すように、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、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。
【００３３】
そして、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）、さら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わたって効率良く吸気できるようになっている。
【００３４】
前記インジェクタ１５は、図２に示すように、排気ポート１０がロータ２により閉じられた直後における、吸気作動室８側に位置するロータ２頂部近傍で且つそのリーディング側に配設されている。インジェクタ１５をこのような位置に配設すれば、排気ポート１０が閉じる前に吸気作動室８内にダイリューションガスが供給されてしまうことがなく、吸気ポート１１から吸気作動室８内に必要な量のエアを供給して、作動室８内に均一な混合気を形成して燃焼させることができる。さらに、吸気作動室８内に比較的早期に燃料を噴射することができるため、噴射した燃料を気化、霧化させる時間をできる限り長く確保して、作動室内に均一に拡散させることができ、優れた燃焼性能を発揮するロータリピストンエンジン１を実現することができる。
【００３５】
前記インジェクタ１５の噴射口は、燃料を広範囲に噴射可能な広角タイプに形成されている。具体的には、先端部に燃料を噴射する複数の噴孔（図示せず）が形成されたマルチホール型の噴射口を有している。ここで、各噴孔は、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。本実施形態では、インジェクタ１５の噴射方向は、燃料の噴霧がロータ２に衝突するように、回転するロータ２のフランク面２ａに凹むリセス２ｂを指向して燃料を噴射するように設定されている。
【００３６】
このように、インジェクタ１５の噴射口を広角タイプに形成して、吸気作動室８が拡がっていくタイミングで燃料噴射を行えば、作動室８の内壁面への燃料付着を抑制しつつ燃料噴霧角を広角化でき、噴射した燃料の気化、霧化をより一層促進することができる。
【００３７】
なお、このようなマルチホール型のインジェクタ１５の他にも、電圧をかけると伸張するピエゾ素子をバルブ制御に用いて応答性を高くしたピエゾインジェクタを使用することで、噴射期間を短くして噴霧粒子をさらに微粒化するようにしてもよい。
【００３８】
このロータリピストンエンジン１には、アペックスシール１６や図示しないサイドシール等によるガスシール部に対して、潤滑のためのオイル（エンジンオイル）を直接、供給する潤滑装置（図示せず）が設けられており、潤滑装置から送り出されたオイルが、ロータハウジング３のトロコイド内周面３ａに臨むオイル供給弁２５から吸気作動室８内に供給されるようになっている。
【００３９】
前記オイル供給弁２５は、インジェクタ１５よりもリーディング側で、且つロータハウジング３においてロータ幅方向（エンジン前後方向）の両側寄りと、ロータ幅方向の略中央とに各々配置されている。このように、インジェクタ１５よりもリーディング側にオイル供給弁２５を配設すれば、燃料を噴射した後で吸気作動室８内にオイルを供給することができ、噴射した燃料がオイルによって洗い流されてしまうことを抑制できる。
【００４０】
（燃料噴射時期について）
次に、インジェクタ１５から噴射した燃料を効率良く拡散させるための、インジェクタ１５の燃料噴射時期について説明する。この燃料噴射時期を設定するにあたっては、排気行程で生じた排気熱を利用して燃料の気化、霧化を促進させることを目的とするものと、吸気行程前半の吸気流速を利用して燃料の気化、霧化を促進させることを目的とするものとがあるため、以下、場合を分けて説明する。
【００４１】
まず、排気行程で生じた排気熱を利用する場合の燃料噴射時期について説明する。図３は、吸気作動室内の温度と燃料の噴射タイミングとの関係を示すグラフ図である。図３において、ＴＤＣ（Top Dead Center）は、ロータ２により排気ポート１０が閉じられて吸気作動室８の容積が最小となる状態（上死点）を示している。また、ＥＣ（Exhaust Close）は、ＴＤＣを基準としてロータ２が逆方向に６°戻った状態、すなわち、排気ポート１０が閉じた直後を示している。さらに、ＩＯ（Intake Open）は、ＴＤＣを基準としてロータ２が回転方向に６°回転した状態、すなわち、吸気ポート１１が開いた直後を示している。
【００４２】
そして、図３に示すように、インジェクタ１５による燃料噴射時期は、吸気ポート１１が開いた直後からその吸気作動室８内の温度が所定値以上である期間内に設定されている。すなわち、吸気ポート１１が開くと吸気作動室８内にエアが吸気され、吸気作動室８内の温度が急激に低下していくため、温度が所定値以上の期間内にインジェクタ１５から燃料を噴射するようにしている。
【００４３】
このようにすれば、排気行程で生じた排気熱を利用して、噴射した燃料の気化、霧化を促進することができる。すなわち、吸気ポート１１から吸気されたエアで吸気作動室８内の温度が所定値以下となる前に、インジェクタ１５により燃料を噴射するようにすれば、噴射された燃料は瞬時に気化、霧化されることとなり、作動室８内に均一な混合気を形成する上で有利となる。
【００４４】
次に、吸気行程前半の吸気流速を利用する場合の燃料噴射時期について説明する。この場合には、吸気による燃料の拡散性が最適となるように、燃料噴射時期が、吸気行程前半の吸気流速が所定値以上となる期間内に設定されている。換言すれば、吸気作動室８が、エキセン角で下死点後−１５０°（−１５０°ＡＢＤＣ（After Bottom Dead Center））となるタイミングを中心とした期間内に、燃料噴射時期が設定されている。
【００４５】
なお、ここでいうエキセン角とは、図４に仮想線で示すように、ロータ２の頂部が下端に位置し、吸気作動室８の容積が最大になる状態（下死点：ＢＤＣ）を基準（０°ＡＢＤＣ）とし、これに対するエキセントリックシャフト６の回転方向側への回転角であり、実線で示すように、ロータ２が逆方向に約８０°戻った状態が−１５０°ＡＢＤＣに相当している。
【００４６】
吸気行程における−２１０°〜−６０°ＡＢＤＣの範囲で、吸気作動室８内での吸気の運動エネルギーを比較した結果を図５のグラフに示す。このグラフに示すように、−１５０°ＡＢＤＣをピークに吸気の運動エネルギーが大きくて、吸気流速も大きく、激しい吸気流の流動が形成されていることが分かる。従って、吸気行程前半の−１５０°ＡＢＤＣを中心にして、−１７０°〜−１３０°ＡＢＤＣの範囲、さらに好ましくは−１６０°〜−１４０°ＡＢＤＣの期間内で燃料を噴射すれば、効率よく燃料を拡散させることができる。
【００４７】
このようにすれば、吸気の運動エネルギーを効率良く利用して、燃料の拡散を促進できる。さらに、吸気作動室８が拡がっていくタイミングでの燃料噴射が可能となり、ロータハウジング３の内壁面への燃料付着を抑制でき、燃料の均一拡散を安定して実現することができる。
【００４８】
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の燃料供給装置を適用すれば、排気ポート１０がロータ２により閉じられた直後における、吸気行程の作動室８側に位置するロータ２頂部近傍で且つそのリーディング側にインジェクタ１５が配設されているから、排気ポート１０が閉じる前に吸気作動室８内にダイリューションガスが供給されてしまうことがなく、吸気ポート１１から吸気作動室８内に必要な量のエアを供給して、作動室８内に均一な混合気を形成して燃焼させることができる。
【００４９】
また、このような位置にインジェクタ１５を配設することで、燃料噴射タイミングを可及的に早期化できるから、噴射した燃料を気化、霧化させる時間をできる限り長く確保して、作動室内に均一に拡散させることができ、優れた燃焼性能を発揮するロータリピストンエンジン１を実現することができる。
【００５０】
なお、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。すなわち、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。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
以上説明したように、本発明は、燃料噴射タイミングを可及的に早期化して燃料の微粒化及び気化、霧化を促進しつつ、作動室内に均一な混合気を形成して燃焼させることができるロータリピストンエンジンの燃料噴射装置を提供することができるという実用性の高い効果が得られることから、きわめて有用で産業上の利用可能性は高い。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【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】吸気作動室内の温度と燃料の噴射タイミングとの関係を示すグラフ図である。
【図４】吸気行程前半の吸気流速を利用する場合の燃料噴射時期を説明する図２相当図である。
【図５】吸気作動室における流動解析の結果を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００５３】
１  ロータリピストンエンジン
２  ロータ
３  ロータハウジング
７  ロータ収容室
８  作動室（吸気作動室）
１０  排気ポート
１１  吸気ポート
１５  インジェクタ（燃料噴射弁）
２５  オイル供給弁
Ｘ  回転軸
【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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