特開 2024-25673 ロータリーピストンエンジン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024025673

(43)【公開日】2024-02-26

(54)【発明の名称】ロータリーピストンエンジン

(51)【国際特許分類】

   F02B 55/10 20060101AFI20240216BHJP

【ＦＩ】

F02B55/10

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023113660

(22)【出願日】2023-07-11

(31)【優先権主張番号】10 2022 120 394.8

(32)【優先日】2022-08-12

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(71)【出願人】

【識別番号】523263430

【氏名又は名称】ビンケルマン バンケル ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100092624

【弁理士】

【氏名又は名称】鶴田 準一

(74)【代理人】

【識別番号】100114018

【弁理士】

【氏名又は名称】南山 知広

(74)【代理人】

【識別番号】100153729

【弁理士】

【氏名又は名称】森本 有一

(74)【代理人】

【識別番号】100211177

【弁理士】

【氏名又は名称】赤木 啓二

(72)【発明者】

【氏名】ボルフガング バイヤー

(57)【要約】      （修正有）

【課題】熱負荷を最小限に抑え、効率的な熱放散を確実にするのに適切な冷却媒体を提供すること。
【解決手段】ケーシング１は回転するロータリーピストンを囲むケーシング壁１１０を有する中央ケーシング部１１を備え、前記中央ケーシング部１１は第１のカバー部１２及び第２のカバー部１３によって両側が覆われて閉鎖ケーシング内部１４を形成し、前記中央ケーシング部１１は内側冷却チャネル１１１を備え、前記第１のカバー部１２は第１の外側冷却チャネル１２１を備え、前記第２のカバー部１３は入口を介して冷却媒体が流れ込む第２の外側冷却チャネル１３１を備え、冷却媒体は出口を介して前記第２の外側冷却チャネル１３１から流出し、前記入口は可変量の冷却剤を内側冷却チャネル１１１に供給し、かつ第１の外側冷却チャネル１２１及び第２の外側冷却チャネル１３１にそれぞれ供給するように構成された計量要素４を備える、ロータリーピストンエンジン。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ケーシング（１）と、前記ケーシング内で回転するロータリーピストンとを有するロータリーピストンエンジンであって、
前記ケーシング（１）は前記ロータリーピストンを取り囲むケーシング壁（１１０）を備えた中央ケーシング部（１１）を備え、
前記中央ケーシング部（１１）は閉鎖ケーシング内部（１４）を形成するために、対向する側で第１のカバー部（１２）および第２のカバー部（１３）によって覆われ、前記中央ケーシング部（１１）は内側冷却チャネル（１１１）を備え、
前記第１のカバー部（１２）は第１の外側冷却チャネル（１２１）を備え、前記第２のカバー部（１３）は、第２の外側冷却チャネル（１３１）であって、入口（２）を介して冷却媒体が流入し出口（３）を介して冷却媒体が流出する第２の外側冷却チャネル（１３１）を備え、
前記入口は内側冷却チャネル（１１１）およびそれぞれ第１の外側冷却チャネル（１２１）に可変量）および第２の外側冷却チャネル（１３１）を含む、ロータリーピストンエンジン（１）。

【請求項2】

前記計量要素（４）は、前記内側冷却チャネル（１１１）、前記第１の外側冷却チャネル（１２１）および前記第２の外側冷却チャネル（１３１）に供給される冷却媒体の量が前記出口（３）における前記冷却チャネルからの冷却媒体の温度差が５％未満であるように選択されるように設計される、請求項１に記載のロータリーピストンエンジン（１）。

【請求項3】

前記計量要素（４）は、前記内側冷却チャネル（１１１）に供給される冷却媒体の量と、前記第１の外側冷却チャネル（１２１）および前記第２の外側冷却チャネル（１３１）に供給される冷却媒体の量とが、５％未満の範囲内の偏差を有するように設計される、請求項１または２に記載のロータリーピストンエンジン（１）。

【請求項4】

前記第１の外側冷却チャネル（１２１）および前記第２の外側冷却チャネル（１３１）に供給される冷却媒体の量が同一である、請求項１～３のいずれか一項に記載のロータリーピストンエンジン（１）。

【請求項5】

内側冷却チャネル（１１１）に供給される冷却媒体の量が、供給される冷却媒体の量の６５％～７５％の範囲、特に供給される冷却媒体の量の５％～１５％の範囲である、請求項１～４のいずれか一項に記載のロータリーピストンエンジン（１）。

【請求項6】

前記計量要素（４）は、計量スリーブ（４１）を含む、請求項１～５のいずれか一項に記載のロータリーピストンエンジン（１）。

【請求項7】

前記計量スリーブ（４１）は、前記入口（２）に挿入可能に設計されている、請求項６に記載のロータリーピストンエンジン（１）。

【請求項8】

前記計量スリーブ（４１）は、前記第１の外側冷却チャネル（１２１）に冷却媒体を供給するための第１の開口部（４１１）と、前記内側冷却チャネル（１１１）に冷却媒体を供給するための第２の開口部（４１２、４１５）と、前記第２の外側冷却チャネル（１３１）に冷却媒体を供給するための第３の開口部（４１３）とを備える、請求項６または７に記載のロータリーピストンエンジン（１）。

【請求項9】

前記計量スリーブ（４１）が、冷却媒体を前記内側冷却チャネル（１１１）に供給するための２つの第２の開口部（４１５）を備える、請求項１～８のいずれか一項に記載のロータリーピストンエンジン（１）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、独立請求項に記載のロータリーピストンエンジンに関する。

【0002】

本発明は、ヴァンケル型ロータリーピストンエンジン（Wankel rotary piston engines）などの内燃機関の４ストローク原理に従って動作するロータリーピストンエンジンの技術分野に関する。

【背景技術】

【0003】

ロータリーピストンエンジンでは、三角形のロータリーピストンがケーシング内で回転する。（アーチ形三角形の）ロータリーピストンは３つの平坦な円形状アークからなり、回転しながら二重アーチ形ケーシング壁に常に接触する。ケーシングは入口および出口と、１つまたは複数のスパークプラグとを含み、入口、出口、およびスパークプラグは、所定の位置にあるロータリーピストンがそれぞれの室容積を入口、出口、およびスパークプラグで分離するように別々に配置される。

【0004】

入口及び出口は燃焼室から物理的に分離されているので、ヴァンケル型エンジンは水素によって駆動されるのに非常に適している。水素が燃料として使用される場合、不都合な形状の燃焼室による不完全燃焼の欠点さえも、排出される未燃焼燃料が環境に無害であるため、重要ではない。自動車の駆動システムの化石燃料からの転換の過程で、燃料としての水素の使用がますます関心を集めている。

【0005】

熱応力の観点から、ロータリーピストンエンジンでは動力行程が常に同じ点で行われることが問題であり、このことが、空間的および時間的に定常状態のホットゾーンおよびコールドゾーンを有する定常状態の温度分布が生成される理由である。ロータリーピストンエンジンは出口に向かうスパークプラグのケーシング領域で最も高い温度を示し、入口の後ろにあるスパークプラグに向かう領域で最も低い温度を示す。ロータリーピストンエンジンの場合、吸気行程中に燃焼室が吸気混合物によって冷却される往復ピストンエンジンの場合とは異なり、冷却混合物は、スパークプラグと出口との間の領域を通過することはない。これは、ロータリーピストンエンジンのケーシングに及ぼされる非常に不均一な熱負荷につながる。特に高い負荷は、回転毎に点火が行われるという事実から生じ、その結果、往復４ストロークエンジンと比較して、対応して高い熱負荷を伴う高い点火シーケンスが生じる。

【0006】

熱を放散するために、半径方向冷却水案内システムが知られており、ケーシングは、冷却剤が流れる冷却チャネルを有するロータリーピストンのロータリ方向に逆らって（ホットアーク内の）セクションに設けられる。ケーシングの側部を冷却剤で冷却することも知られている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明の目的は熱負荷を最小限に抑え、特に、効率的な熱放散を確実にするのに適切な冷却媒体を提供することである。

【0008】

本発明は、ケーシングと、ケーシング内で回転するロータリーピストンとを有するロータリーピストンエンジンを包含する。ケーシングは、回転するロータリーピストンを囲むケーシング壁を有する中央ケーシング部を含む。中央ケーシング部は閉鎖ケーシング内部を形成するために、反対側で第１のカバー部および第２のカバー部によって覆われる。中央ケーシング部は内側冷却チャネルを含み、第１のカバー部は第１の外側冷却チャネルを含み、第２のカバー部は第２の外側冷却チャネルを含み、第２の外側冷却チャネル内に、入口を介して冷却媒体が流れ、出口を介して冷却媒体から冷却媒体が流れ出る。入口は可変量の冷却剤を内側冷却チャネルに、かつそれぞれ第１の外側冷却チャネルおよび第２の外側冷却チャネルに供給するように構成された計量要素を含む。冷却媒体を内側冷却チャネルおよび２つの外側冷却チャネルに具体的に供給する冷却媒体用の入口に計量要素を設けることによって、例えば、ロータリーエンジンの動作中に中央ケーシングおよび２つのカバー部に異なる量の熱が発生することを考慮に入れた効率的な冷却を実現することができる。

【0009】

有利な技術的態様によれば、計量要素は、内側冷却チャネル、第１の外側冷却チャネルおよび第２の外側冷却チャネルに供給される冷却媒体の量が出口における冷却チャネルからの冷却媒体の温度差が５％未満となるように選択されるように構成される。計量要素は指定された最小温度差を下回らないように、冷却媒体を適切に計量するためのサイズおよび形状を有することができる。

【0010】

好ましくは計量要素が内側冷却チャネルに供給される冷却媒体の量と、第１の外側冷却チャネルおよび第２の外側冷却チャネルに供給される冷却媒体の量とが、５％未満の範囲内の偏差を有するように設計される。

【0011】

有利には、第１の外側冷却チャネルおよび第２の外側冷却チャネルに供給される冷却媒体の量は同一である。

【0012】

特に好ましくは、内側冷却チャネルに供給される冷却媒体の量が供給される冷却媒体の量の６５％～７５％（５％～１５％）の範囲である。実際には、これらの体積流量が全てのケーシング部品において発生した熱の良好な放散をもたらしている。

【0013】

有利な態様によれば、計量要素は、計量スリーブを備える。計量スリーブは例えば、冷却媒体のための供給ホースを取り付けることができ、それぞれの冷却チャネルに通じる開口部を有する金属スリーブであり、開口部は、所望の流量に適合する断面の寸法とすることができる。

【0014】

特に有利には、計量スリーブが入口に挿入可能であるようなサイズ及び形状である。

【0015】

有利には、計量スリーブが冷却媒体を第１の外側冷却チャネルに供給するための第１の開口部と、冷却媒体を内側冷却チャネルに供給するための第２の開口部と、冷却媒体を第２の外側冷却チャネルに供給するための第３の開口部とを備える。開口部は、冷却チャネルごとに数およびサイズが異なり得る。

【0016】

有利には、計量スリーブが冷却媒体を内側冷却チャネルに供給するための２つの第２の開口部を備える。

【0017】

本発明は、図面に示された実施例を参照して以下にさらに説明される。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の例示的な実施形態による、中央ケーシング部と、計量要素を備えた第１のおよび第２のカバー部とを備えるケーシングを備えたロータリーピストンエンジンの部分断面図を示す。

【図2】図２は、図１のロータリーピストンエンジンの中央ケーシング部の更なる断面図である。

【図3】図３は、図１のロータリーピストンエンジンのケーシングカバー部の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

図１は、本発明の例示的な実施形態による、中央ケーシング部１１と、第１のカバー部１２と、第２のカバー部１３とを備えるケーシング１を備えたロータリーピストンエンジンの部分垂直断面図（回転ロータリーピストンなし）である。

【0020】

図示のケーシング１は、回転するロータリーピストンを囲むケーシング壁１１０を有する中央ケーシング部１１を有する。中央ケーシング部１１は、第１のカバー部１２（側部）によって左辺が閉じられている。中央ケーシング部１１は、第２のカバー部１３（側部）によって右辺が覆われている。このようにして、公知のヴァンケル型エンジンに従ってロータリーピストンが走行する閉鎖ケーシング内部１４が形成される。

【0021】

中央ケーシング部１１は、上部に示される内側冷却チャネル１１１（センターにリブを有する）を有する。破線部分はスパークプラグが通過する領域において、断面を一定に保つために、スパークプラグ及び出口チャネルの領域における横方向の広がりである。

【0022】

第１のカバー部１２は、第１の外側冷却チャネル１２１を有する。第２のカバー部１３は、第２の外側冷却チャネル１３１を有する。

【0023】

下側領域には、計量スリーブ４１の形態の計量要素４が示されている。冷却媒体は計量スリーブ４１を通って、入口２を介して冷却チャネルに流れ込み、出口３を介して再び冷却チャネルから流れ出て、例えば、冷却器に導かれる。

【0024】

計量スリーブ４１は内側冷却チャネル１１１に、かつそれぞれ第１の外側冷却チャネル１２１および第２の外側冷却チャネル１３１に、可変量の冷却剤を供給するように、対応する形状の開口部を備えて形成される。

【0025】

計量スリーブ４１は、入口２に挿入可能であるような大きさ及び形状である。

【0026】

計量スリーブ４１は、第１の外側冷却チャネル１２１に冷却媒体を供給するための第１の開口部４１１と、内側冷却チャネル１１１に冷却媒体を供給するための第２の開口部４１２、４１５と、第２の外側冷却チャネル１３１に冷却媒体を供給するための第３の開口部４１３とを有する。

【0027】

計量スリーブ４１は、内側冷却チャネル１１１に冷却媒体を供給するための２つの第２の開口部４１２、４１５を有する。

【0028】

計量要素４は（計量孔４１１、４１２、４１５、４１３の）形状や大きさに関して寸法決めされ、内側冷却チャネル１１１、第１の外側冷却チャネル１２１、および第２の外側冷却チャネル１３１に供給される冷却媒体の量はセンサ要素（図示せず）を介して測定される出口３における冷却チャネルからの冷却媒体の温度差が５％未満、特に１％～３％の範囲になるように選択される。

【0029】

計量要素４は内側冷却チャネル１１１に供給される冷却媒体の量と、第１の外側冷却チャネル１２１および第２の外側冷却チャネル１３１に供給される冷却媒体の量とが、５％未満の範囲、特に１％～３％の範囲の偏差を有するように、形状や大きさに関して寸法決めされる。

【0030】

有利には、第１の外側冷却チャネル１２１および第２の外側冷却チャネル１３１に供給される冷却媒体の量が内側冷却チャネル１１１に存在する量と同一であり、異なる。

【0031】

内側冷却チャネル１１１に供給される冷却媒体の量は、供給される冷却媒体の量の６５％～７５％（５％～１５％）の範囲であってもよい。

【0032】

図２は、図１のロータリーピストンエンジンからの中央ケーシング部１１の別の断面図を示す。

【0033】

内側冷却チャネル１１１は、増大した熱ストレスにさらされるケーシングの一部の上を延びる。冷却媒体はロータリーピストンの回転方向に対して反時計回りに、底部の入口２から上面の出口３に流れる。

【0034】

スパークプラグ５および出口チャネルの領域において、内側冷却チャネル１１１は、断面が一定のままであるように外側に広げられる。

【0035】

図３は図１のロータリーピストンエンジンからのケーシングカバー部１２、１３の断面図を示し、図２の中央ケーシング部に接続することができる。この図では第１の外側冷却チャネル１２１を有する第１のカバー部１２と、第２の外側冷却チャネル１３１を有する第２のカバー部１３とは互いに鏡像であるため、例示することができる。

【0036】

第１の外側冷却チャネル１２１および第２の外側冷却チャネル１３１は３つの直線孔からなり、その結果、ケーシングのホットアークを覆う下方に湾曲した冷却チャネルが生じる。ストレートボアは、製造のための特に便利な解決策である。

【図1】

【図2】

【図3】