特許 7047736 内燃機関のシール構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-03-28

(45)【発行日】2022-04-05

(54)【発明の名称】内燃機関のシール構造

(51)【国際特許分類】

   F02B 53/00 20060101AFI20220329BHJP

   F01C 19/02 20060101ALI20220329BHJP

   F16J 15/06 20060101ALI20220329BHJP

【ＦＩ】

F02B53/00 C

F01C19/02 A

F16J15/06 B

F16J15/06 H

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2018230119

(22)【出願日】2018-12-07

(65)【公開番号】P2020090951

(43)【公開日】2020-06-11

【審査請求日】2021-03-19

(73)【特許権者】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】岩橋 卓央

【審査官】齊藤 彬

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２００７／１３２０６９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－０５５５８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】実公昭４７－０１８１６３（ＪＰ，Ｙ１）

【文献】米国特許第５４０６９１６（ＵＳ，Ａ）

【文献】英国特許出願公開第１１８７０５２（ＧＢ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｂ ５３／００

Ｆ０１Ｃ １９／０２

Ｆ１６Ｊ １５／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ハウジングと、前記ハウジング内に回転可能に支持される第１ピストン部材と、前記ハウジング内に回転可能に支持される第２ピストン部材と、を含み、前記ハウジング、前記第１ピストン部材および前記第２ピストン部材によって燃料を燃焼させるための燃焼室が形成される、内燃機関において、前記燃焼室内の気密を保つシール構造であって、
前記第１ピストン部材は、環状の第１回転体と、前記燃焼室の周方向の壁面を構成する第１壁面部材とを有し、
前記第２ピストン部材は、前記第１回転体に対して軸方向に隣り合って配置された環状の第２回転体と、前記燃焼室の周方向の壁面を構成する第２壁面部材とを有し、前記第２回転体は前記第１回転体に対向する対向面を有し、
前記第１壁面部材は、前記第２ピストン部材の前記対向面に対向する第一辺と、前記ハウジングに対向する第二辺と、前記第一辺と前記第二辺とが交わる角部とを有し、
前記シール構造は、
前記第一辺に保持され、前記第２ピストン部材に接触する、第１メインピースと第１サイドピースとを有する長手方向に分割された、第１アペックスシールと、
前記第二辺に保持され、前記ハウジングに接触する、第２メインピースと第２サイドピースとを有する長手方向に分割された、前記第１アペックスシールとは別部材の第２アペックスシールとを有し、
前記第１メインピースおよび前記第２メインピースが前記角部側に配置されている、内燃機関のシール構造。

【請求項2】

前記第２メインピースは、前記ハウジングに接触する摺動面と、前記摺動面の反対側の反対面とを有し、
前記第１メインピースは、前記反対面に当接する、請求項１に記載のシール構造。

【請求項3】

前記第２メインピースが当接し、前記第２ピストン部材と前記ハウジングとの間をシールする、第１外周シールと、
前記第２サイドピースが当接し、前記第１ピストン部材と前記ハウジングとの間をシールする、第２外周シールとを備える、請求項１または２に記載のシール構造。

【請求項4】

前記燃焼室の内周部をシールする合せ面シールをさらに備える、請求項１～３のいずれか１項に記載のシール構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、内燃機関のシール構造に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、回転軸と共に回転可能に設置された第１ロータおよび第２ロータを備えるロータリエンジンにおいて、第１ロータおよび第２ロータそれぞれの基部の間の気密性を保つリング状のシール材が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

【0003】

また従来、バンケル型ロータリエンジンのロータとハウジングとの間をアペックスシールでシールする構成が提案されている（たとえば、特許文献２および３参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開平６－２５５９号公報

【文献】特公平５－７５２５号公報

【文献】特開２０１６－１０９０６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

回転可能な２つのピストン部材で燃焼室を構成する内燃機関では、ピストン部材とハウジングとの間のシールに加えて、組み合わせた２つのピストン部材間のシールが必要となる。燃焼室の壁面を構成する部材が角部を有する形状の場合、ピストン部材間の必要シール距離が物によってばらつくため、上記各文献に記載のシール構造を適用しても対応することができず、シール性は良くない。

【0006】

本開示では、燃焼室のシール性能を向上できるシール構造が提供される。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示に従うと、内燃機関の燃焼室内の気密を保つシール構造が提供される。内燃機関は、ハウジングと、ハウジング内に回転可能に支持される第１ピストン部材と、ハウジング内に回転可能に支持される第２ピストン部材と、を含んでいる。ハウジング、第１ピストン部材および第２ピストン部材によって、燃料を燃焼させるための燃焼室が形成される。第１ピストン部材は、環状の第１回転体と、燃焼室の周方向の壁面を構成する第１壁面部材とを有している。第２ピストン部材は、環状の第２回転体と、燃焼室の周方向の壁面を構成する第２壁面部材とを有している。第２回転体は、第１回転体に対して軸方向に隣り合って配置されている。第２回転体は、第１回転体に対向する対向面を有している。第１壁面部材は、第２ピストン部材の対向面に対向する第一辺と、ハウジングに対向する第二辺と、第一辺と第二辺とが交わる角部とを有している。シール構造は、第１アペックスシールと、第１アペックスシールとは別部材の第２アペックスシールとを有している。第１アペックスシールは、第一辺に保持されており、第２ピストン部材に接触している。第１アペックスシールは、第１メインピースと第１サイドピースとを有する長手方向に分割された構造を有している。第２アペックスシールは、第二辺に保持されており、ハウジングに接触している。第２アペックスシールは、第２メインピースと第２サイドピースとを有する長手方向に分割された構造を有している。

【0008】

長手方向に分割された第１アペックスシールと、長手方向に分割された第２アペックスシールとを、それぞれ別部材として構成し、第１アペックスシールと第２アペックスシールとを組み合わせてシール構造を形成する。２つのピストン部材間の必要シール距離が物によってばらついたとしても、アペックスシールの長さが変化して追従することができ、これにより、燃焼室のシール性能を向上することができる。

【0009】

上記のシール構造において、第１アペックスシールでは、第１メインピースが第１壁面部材の角部側に配置されており、第２アペックスシールでは、第２メインピースが第１壁面部材の角部側に配置されている。第１メインピースおよび第２メインピースが角部をシールする構造とすることにより、角部のシール性能を向上することができる。

【0010】

上記のシール構造において、第２メインピースは、ハウジングに接触する摺動面と、摺動面の反対側の反対面とを有している。第１メインピースは、反対面に当接している。これにより、第１メインピースと第２メインピースとが角部をシールする構造を確実に実現することができる。

【0011】

上記のシール構造は、第２メインピースが当接し、第２ピストン部材とハウジングとの間をシールする、第１外周シールと、第２サイドピースが当接し、第１ピストン部材とハウジングとの間をシールする、第２外周シールとを備えている。これにより、シール性をさらに向上することができる。

【0012】

上記のシール構造は、燃焼室の内周部をシールする合せ面シールをさらに備えている。これにより、シール性をさらに向上することができる。

【発明の効果】

【0013】

本開示に係るシール構造に従えば、燃焼室のシール性能を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】実施形態の内燃機関の構成を示す斜視図である。

【図2】エンジン内部に設けられるピストン部材の構成の一例を示す図である。

【図3】燃焼室およびエンジンの動作を説明するための模式図である。

【図4】第１ピストン部材および第２ピストン部材の断面図である。

【図5】シール構造を拡大して示す断面図である。

【図6】第１ピストン部材とハウジングとの間のシール発生力を示す模式図である。

【図7】第１および第２ピストン部材間のシール発生力を示す模式図である。

【図8】第２実施形態における第１ピストン部材の斜視図である。

【図9】第２実施形態におけるシール構造の模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図面を参照しつつ、実施形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号が付されている。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。

【0016】

［第１実施形態］
＜エンジン２の概略構成＞
図１は、実施形態の内燃機関の構成を示す斜視図である。実施形態の内燃機関は、回転ピストン型のエンジン２である。エンジン２の燃料には、たとえば、ガスやガソリンや軽油等が用いられる。エンジン２は、ハウジング４と、吸気管６と、排気管８と、インジェクタ１０と、スロットルモータ１４と、第１出力軸１６と、第２出力軸１８とを含む。

【0017】

吸気管６の一方端は、ハウジング４の吸気ポート（図示せず）に接続される。吸気管６の他方端には、たとえば、エアクリーナ（図示せず）が接続される。エアクリーナは、エンジン２の外部から吸入される空気から異物を除去する。エンジン２の作動中において、吸気管６には、エアクリーナから吸入された空気が流通する。吸気管６を流通する空気は、ハウジング４の吸気ポートに流通する。

【0018】

吸気管６には、吸気管６を流通する空気の流量を制限するスロットルバルブが設けられている。スロットルモータ１４は、スロットルバルブの開度を調整する。

【0019】

インジェクタ１０は、吸気管６のスロットルバルブよりも上流側に設けられ、燃料（たとえば、ガス）を吸気管６内に噴射する。噴射された燃料は、吸気管６内で空気と混合されてハウジング４の吸気ポートに流通する。

【0020】

ハウジング４の外周部分は、図１に示すように円筒形状によって形成されており、その内周部分も円筒形状に形成されている。ハウジング４は、その内部に、第１出力軸１６に接続される第１ピストン部材と、第２出力軸１８に接続される第２ピストン部材とを収納する。

【0021】

排気管８の一方端は、ハウジング４の排気ポート（図示せず）に接続される。排気管８の他方端には、たとえば、排気処理装置（図示せず）が接続される。エンジン２の作動中において、ハウジング４内での燃焼により生じた排気は、ハウジング４の排気ポートから排気管８に流通する。排気管に流通する排気は、排気処理装置によって浄化されて、エンジン２の外部に排出される。

【0022】

第１出力軸１６および第２出力軸１８は、いずれもハウジング４内での燃料の燃焼によって回転する。第１出力軸１６および第２出力軸１８は、たとえば、モータジェネレータ（図示せず）の回転軸に接続される。このモータジェネレータは、たとえば、三相交流回転電機である。

【0023】

＜エンジン２の内部構造＞
図２は、エンジン２内部に設けられるピストン部材の構成の一例を示す図である。図２を参照して、エンジン２の内部構造の一例について説明する。

【0024】

図２に示すように、ハウジング４内には、第１ピストン部材２４と、第２ピストン部材２８とが組み合わされて収納される。第１ピストン部材２４は、第１回転体２４ａと、第１壁面部材２４ｂとを含む。第２ピストン部材２８は、第２回転体２８ａと、第２壁面部材２８ｂとを含む。

【0025】

第１ピストン部材２４と、第２ピストン部材２８とは、ハウジング４によって回転可能に支持されている。第１回転体２４ａと第２回転体２８ａとは、各々環状の形状を有している。第１回転体２４ａと第２回転体２８ａとは、図２中に一点鎖線で図示される回転中心軸ＡＸが一致している。第１回転体２４ａと第２回転体２８ａとは、回転中心軸ＡＸを中心に回転可能である。第１回転体２４ａと第２回転体２８ａとは、第１回転体２４ａの一方の端面と第２回転体２８ａの一方の端面とが軸方向に対向するように設けられている。第１回転体２４ａと第２回転体２８ａとは、軸方向に隣り合って配置されている。

【0026】

なお本明細書中の説明では、回転中心軸ＡＸと平行な方向を軸方向と称し、回転中心軸ＡＸを中心とする円周に沿う方向を周方向と称し、回転中心軸ＡＸと直交する方向を径方向と称する。径方向において、回転中心軸ＡＸに近い側を内側と称し、回転中心軸ＡＸから離れる側を外側と称する。

【0027】

第１回転体２４ａは、その回転中心軸ＡＸを含む断面に斜面部分２４ｃを有するように形成される。第２回転体２８ａは、その回転中心軸ＡＸを含む断面に斜面部分２８ｃを有するように形成される。これにより、第１回転体２４ａと第２回転体２８ａとが組み合わされた状態において、第１回転体２４ａと第２回転体２８ａとの間には、Ｖ字形状の断面を有する凹部が周方向に形成される。第１回転体２４ａの斜面部分２４ｃは、第２回転体２８ａに対向している。第２回転体２８ａの斜面部分２８ｃは、第１回転体２４ａに対向している。斜面部分２８ｃは、実施形態における対向面に相当する。

【0028】

第１壁面部材２４ｂは、第１回転体２４ａの斜面部分２４ｃから、径方向外側に向けて延在し、第２回転体２８ａの斜面部分２８ｃに向けて軸方向に延在するように、設けられている。第１壁面部材２４ｂは、２つの三角形の板状部材によって構成される。第１壁面部材２４ｂの２つの三角形の板状部材は、回転中心軸ＡＸについて互いに対称となる位置に配置されている。

【0029】

第２壁面部材２８ｂは、第２回転体２８ａの斜面部分２８ｃから、径方向外側に向けて延在し、第１回転体２４ａの斜面部分２４ｃに向けて軸方向に延在するように、設けられている。第２壁面部材２８ｂは、上述の第１壁面部材２４ｂを構成する板状部材と同形状となる、２つの三角形の板状部材によって構成される。第２壁面部材２８ｂの２つの三角形の板状部材は、回転中心軸ＡＸについて互いに対称となる位置に配置されている。図２には、第２壁面部材２８ｂの２つの板状部材のうちの一方のみが図示されている。

【0030】

第１壁面部材２４ｂおよび第２壁面部材２８ｂの三角形の板状部材は、いずれも、第１ピストン部材２４と第２ピストン部材２８がハウジング４に収納されている状態において第１回転体２４ａと第２回転体２８ａとの間のＶ字形状の凹部とハウジング４の内周面とによって形成される三角形の断面形状に合致するように、形成される。

【0031】

第１壁面部材２４ｂは、三角形の一辺を構成する第一辺２４ｂ１と、三角形の一辺を構成する第二辺２４ｂ２と、第一辺２４ｂ１と第二辺２４ｂ２とが交わる角部２４ｂ３とを有する、角型の形状を有している。第１壁面部材２４ｂの第一辺２４ｂ１は、第２回転体２８ａの斜面部分２８ｃに対向している。第１壁面部材２４ｂの第二辺２４ｂ２は、ハウジング４の内周面に対向している。第１壁面部材２４ｂは、三角形の他の一辺において、第１回転体２４ａの斜面部分２４ｃに固定されている。

【0032】

第２壁面部材２８ｂは、第１壁面部材２４ｂと同様の角型の形状を有している。第２壁面部材２８ｂの三角形の一辺は、第１回転体２４ａの斜面部分２４ｃに対向している。第２壁面部材２８ｂの三角形の一辺は、ハウジング４の内周面に対向している。第２壁面部材２８ｂは、三角形の他の一辺において、第２回転体２８ａの斜面部分２８ｃに固定されている。

【0033】

第１回転体２４ａには、回転中心が一致するように第１出力軸１６が接続される。第１回転体２４ａとハウジング４との間には、ワンウェイクラッチ２２が設けられる。ワンウェイクラッチ２２は、第１回転体２４ａのハウジング４内における予め定められた回転方向へのみ回転を許容し、予め定められた回転方向とは逆方向への回転を抑制する。

【0034】

第２回転体２８ａには、回転中心が一致するように第２出力軸１８が接続される。第２回転体２８ａとハウジング４との間には、ワンウェイクラッチ２６が設けられる。ワンウェイクラッチ２６は、第２回転体２８ａのハウジング４内における予め定められた回転方向へのみ回転を許容し、予め定められた回転方向とは逆方向への回転を抑制する。

【0035】

第１壁面部材２４ｂは、アペックスシール８０を保持している。第２壁面部材２８ｂは、アペックスシール８０を保持している。第２回転体２８ａは、円環状の外周シール９６を保持している。第１回転体２４ａは、円環状の外周シール９７を保持している。第１回転体２４ａと第２回転体２８ａとの間に、合せ面シール４０が設けられている。これらシールの詳細については後述する。

【0036】

＜燃焼室＞
図３は、燃焼室Ａ～Ｄおよびエンジン２の動作を説明するための模式図である。図３には、ハウジング４の中央部分（たとえば、第１回転体２４ａと第２回転体２８ａとの当接部分）における、回転中心軸ＡＸに直交する断面が模式的に示される。図３に示すように、ハウジング４内には、ハウジング４、第１ピストン部材２４および第２ピストン部材２８によって、燃料を燃焼させるための４つの燃焼室Ａ～Ｄが形成される。

【0037】

燃焼室Ａ～Ｄは、各々、ハウジング４の内周面と、第１ピストン部材２４の第１壁面部材２４ｂおよび斜面部分２４ｃと、第２ピストン部材２８の第２壁面部材２８ｂおよび斜面部分２８ｃとによって、規定されている。第１壁面部材２４ｂおよび第２壁面部材２８ｂは、燃焼室Ａ～Ｄの周方向の壁面を構成している。周方向に隣り合う２つの燃焼室は、第１壁面部材２４ｂおよび第２壁面部材２８ｂによって仕切られている。

【0038】

図２に示されるワンウェイクラッチ２２，２６は、図３においては、第１ピストン部材２４と第２ピストン部材２８との反時計回りの回転を抑制し、時計回りの回転を許容する。

【0039】

図３に示される燃焼室Ａでは、圧縮された空気と燃料との混合気が自着火によって着火する膨張行程となる。すなわち、燃焼室Ａで燃料が燃焼すると、第１ピストン部材２４の反時計回りの移動がワンウェイクラッチ２２によって抑制されるため、第１ピストン部材２４の回転位置が維持されつつ、第２ピストン部材２８のみが破線矢印の方向に回転し、燃焼室Ａ内の気体の膨張とともに燃焼室Ａの容積が増加する。

【0040】

図３に示される燃焼室Ｂでは、膨張した排気が排気管８から排出される排気行程となる。すなわち、燃焼室Ａでの燃料の燃焼によって、第２ピストン部材２８が破線矢印の方向に回転すると、第１ピストン部材２４の回転位置が維持されるため、燃焼室Ｂの容積が減少する。このとき、燃焼室Ｂは、排気管８と連通している。そのため、燃焼室Ｂ内の排気は、燃焼室Ｂの容積の減少とともに、排気管８に排出されていく。

【0041】

図３に示される燃焼室Ｃでは、吸気管６から空気と燃料との混合気が吸入される吸気行程となる。すなわち、燃焼室Ａでの燃料の燃焼によって、第２ピストン部材２８が破線矢印の方向に回転すると、第１ピストン部材２４の回転位置が維持されるため、燃焼室Ｃの容積が増加する。このとき、燃焼室Ｃは、第２ピストン部材２８が破線矢印の方向に回転する途中で、吸気管６と連通する。そのため、燃焼室Ｃの容積の増加とともに、吸気管６から混合気が燃焼室Ｃ内に吸入される。

【0042】

図３に示される燃焼室Ｄでは、吸気管６から吸入された混合気が圧縮される圧縮行程となる。すなわち、燃焼室Ａでの燃料の燃焼によって、第２ピストン部材２８が破線矢印の方向に回転すると、第１ピストン部材２４の回転位置が維持されるため、燃焼室Ｄの容積が減少する。このとき、燃焼室Ｄは、吸気管６および排気管８のいずれにも連通していないため、燃焼室Ｄの容積の減少によって燃焼室Ｄ内の混合気が圧縮される。

【0043】

そして、燃焼室Ｄ内の圧力が上昇することによって第１ピストン部材２４に時計回りの力が作用すると、第１ピストン部材２４が回転し、第１ピストン部材２４と第２ピストン部材２８との位置関係が入れ替わることとなる。

【0044】

このようにして、燃焼室Ａ～Ｄのうちのいずれかで燃焼する毎に、第１ピストン部材２４と第２ピストン部材２８とが交互に回転することによって、エンジン２が動作する。

【0045】

＜シール構造＞
以下、燃焼室Ａ～Ｄ内の気密を保つためのシール構造について説明する。図４は、第１ピストン部材２４および第２ピストン部材２８の断面図である。図４には、図２に示す回転中心軸ＡＸを含み第１ピストン部材２４の第１壁面部材２４ｂを通る、第１ピストン部材２４および第２ピストン部材２８の断面が図示されている。図４においては、図中の左右方向が軸方向である。

【0046】

第１ピストン部材２４と第２ピストン部材２８とは、軸方向に並んで配置されている。第１ピストン部材２４と第２ピストン部材２８とは、軸受１００を介して連結されており、互いに相対回転可能に構成されている。第１ピストン部材２４には、潤滑油路２４１が形成されている。第２ピストン部材２８には、潤滑油路２８１が形成されている。潤滑油路２４１と潤滑油路２８１とは連通している。

【0047】

図４に示されるように、燃焼室Ａ～Ｄを気密にシールするためのシール構造は、アペックスシール５０，８０と、合せ面シール４０と、コーナーシール６０と、外周シール９６，９７を備えている。

【0048】

アペックスシール５０は、第１ピストン部材２４の第１壁面部材２４ｂに保持されている。第１壁面部材２４ｂには収容溝２４５が形成されており、収容溝２４５内にアペックスシール５０が収容されている。収容溝２４５は、第１壁面部材２４ｂの、第２ピストン部材２８の斜面部分２８ｃに対向する縁、すなわち図２に示される第１壁面部材２４ｂの第一辺２４ｂ１に、形成されている。アペックスシール５０は、第１壁面部材２４ｂの第一辺２４ｂ１に保持されている。アペックスシール５０は、実施形態における第１アペックスシールに相当する。

【0049】

アペックスシール８０は、アペックスシール５０とは別部材として設けられている。アペックスシール８０は、第１ピストン部材２４の第１壁面部材２４ｂに保持されている。第１壁面部材２４ｂには収容溝２４８が形成されており、収容溝２４８内にアペックスシール８０が収容されている。収容溝２４８は、第１壁面部材２４ｂの、ハウジング４の内周面に対向する外周縁、すなわち図２に示される第１壁面部材２４ｂの第二辺２４ｂ２に、形成されている。アペックスシール８０は、第１壁面部材２４ｂの第二辺２４ｂ２に保持されている。アペックスシール８０は、実施形態における第２アペックスシールに相当する。

【0050】

合せ面シール４０は、図２に示されるように、環状の形状を有している。合せ面シール４０は、図４に示されるように、第２ピストン部材２８の斜面部分２８ｃよりも径方向の内側に配置されている。合せ面シール４０は、第１壁面部材２４ｂよりも径方向の内側に配置されている。したがって合せ面シール４０は、燃焼室Ａ～Ｄよりも径方向の内側に配置されており、燃焼室Ａ～Ｄの内周部をシールしている。合せ面シール４０は、燃焼室Ａ～Ｄから内周側へのガスの漏れを抑制している。

【0051】

合せ面シール４０は、第１ピストン部材２４に保持されている。第１ピストン部材２４には環状溝が形成されており、この環状溝内に合せ面シール４０が収容されている。合せ面シール４０は、第２ピストン部材２８に密着している。第１ピストン部材２４と第２ピストン部材２８との相対回転に伴い、合せ面シール４０は第２ピストン部材２８に対して摺動する。

【0052】

コーナーシール６０は、合せ面シール４０とアペックスシール５０との交差部に配置されている。第１ピストン部材２４には、第１壁面部材２４ｂの径方向内側の端部に収容凹部が形成されており、この収容凹部内にコーナーシール６０が収容されている。したがってコーナーシール６０は、第１壁面部材２４ｂの径方向内側の端部において、第１ピストン部材２４に保持されている。収容凹部の底面にはばね部材７３が設けられており、ばね部材７３はコーナーシール６０を収容凹部の外側へ向けて付勢している。

【0053】

コーナーシール６０は、シール面６１を有している。シール面６１は、第２ピストン部材２８に接触している。第１ピストン部材２４と第２ピストン部材２８との相対回転に伴い、シール面６１は第２ピストン部材に対して摺動する。ばね部材７３がコーナーシール６０を付勢していることにより、シール面６１の第２ピストン部材２８への密着性が確保されている。

【0054】

コーナーシール６０には、シール面６１の一部分が窪んだ凹部が形成されている。この凹部内に合せ面シール４０の一部が配置されて、合せ面シール４０はコーナーシール６０と係合している。コーナーシール６０の径方向外側の表面に、スリット状の差込部が形成されている。この差込部にアペックスシール５０が差し込まれて、アペックスシール５０はコーナーシール６０と係合している。コーナーシール６０は、アペックスシール５０と合せ面シール４０とを接続して、シールの切れ目を発生させないようにしている。

【0055】

図５は、シール構造を拡大して示す断面図である。図５に示されるように、アペックスシール５０は、その長手方向端部において、当該長手方向に対して傾斜する傾斜面によって、メインピース５１とサイドピース５２とに分割されている。アペックスシール５０は、メインピース５１とサイドピース５２とを有する、長手方向に分割された構造を有している。メインピース５１は、実施形態における第１メインピースに相当する。サイドピース５２は、実施形態における第１サイドピースに相当する。

【0056】

アペックスシール５０の長手方向におけるサイドピース５２の長さは、メインピース５１の長さに比べてかなり短い。径方向（図５においては図中の上下方向）において、メインピース５１が外側に配置され、サイドピース５２が内側に配置されている。第１壁面部材２４ｂの角部２４ｂ３には、サイドピース５２ではなく、メインピース５１が配置されている。

【0057】

メインピース５１とサイドピース５２とに対して収容溝２４５の底側に、弓型形状のスプリング部５３，５４が設置されている。スプリング部５３，５４は、メインピース５１とサイドピース５２とを、収容溝２４５の外側へ向けて、すなわち第２ピストン部材２８へ向けて付勢している。これによりメインピース５１とサイドピース５２とは、第２ピストン部材２８、より具体的には第２回転体２８ａの斜面部分２８ｃに接触している。スプリング部５３，５４はまた、メインピース５１とサイドピース５２とを、その長手方向の両端に向けて付勢している。

【0058】

アペックスシール８０は、その長手方向端部において、当該長手方向に対して傾斜する傾斜面によって、メインピース８１とサイドピース８２とに分割されている。アペックスシール８０は、メインピース８１とサイドピース８２とを有する、長手方向に分割された構造を有している。メインピース８１は、実施形態における第２メインピースに相当する。サイドピース８２は、実施形態における第２サイドピースに相当する。

【0059】

アペックスシール８０の長手方向におけるサイドピース８２の長さは、メインピース８１の長さに比べてかなり短い。軸方向（図５においては図中の左右方向）において、メインピース８１が第２ピストン部材２８に近く配置され、サイドピース８２が第２ピストン部材２８から離れて配置されている。第１壁面部材２４ｂの角部２４ｂ３には、サイドピース８２ではなく、メインピース８１が配置されている。

【0060】

メインピース８１とサイドピース８２とに対して収容溝２４８の底側に、弓型形状のスプリング部８３，８４が設置されている。スプリング部８３，８４は、メインピース８１とサイドピース８２とを、収容溝２４８の外側へ向けて、すなわちハウジング４へ向けて付勢している。これによりメインピース８１とサイドピース８２とは、ハウジング４の内周面に接触している。スプリング部８３，８４はまた、メインピース８１とサイドピース８２とを、その長手方向の両端に向けて付勢している。

【0061】

メインピース８１は、ハウジング４に接触する摺動面８１ｓ１と、摺動面８１ｓ１の反対側の反対面８１ｓ２とを有している。メインピース５１の、サイドピース５２に対向しない側の端部が、メインピース８１の反対面８１ｓ２に当接している。これにより、第１壁面部材２４ｂの角部２４ｂ３が、メインピース５１およびメインピース８１によってシールされることになる。

【0062】

アペックスシールのメインピースとサイドピースとの配置の向きは、必ずしも上記内容に限定されない。たとえば、アペックスシール５０とアペックスシール８０との合わせ部側、すなわち第１壁面部材２４ｂの角部２４ｂ３側に、サイドピースを配置しても良い。

【0063】

外周シール９６は、図２に示されるように、環状の形状を有している。図４，５に示されるように、外周シール９６は、第２ピストン部材２８に保持されている。メインピース８１の、サイドピース８２に対向しない側の端部が、外周シール９６に当接している。外周シール９６は、アペックスシール８０に接触し、第２ピストン部材２８に接触し、かつ、ハウジング４の内周面に接触している。外周シール９６は、第２ピストン部材２８とハウジング４との間をシールしている。外周シール９６は、実施形態の第１外周シールに相当する。

【0064】

外周シール９７は、図２に示されるように、環状の形状を有している。図４，５に示されるように、外周シール９７は、第１ピストン部材２４に保持されている。サイドピース８２が、外周シール９７に当接している。外周シール９７は、アペックスシール８０に接触し、第１ピストン部材２４に接触し、かつ、ハウジング４の内周面に接触している。外周シール９７は、第１ピストン部材２４とハウジング４との間をシールしている。外周シール９７は、実施形態の第２外周シールに相当する。

【0065】

図６は、第１ピストン部材２４とハウジング４との間のシール発生力を示す模式図である。上述した通り、スプリング部８３，８４がメインピース８１およびサイドピース５２に付勢力を作用する。スプリング部８４の付勢力によって、メインピース８１にシール発生力Ｆ１が作用する。シール発生力Ｆ１は、外周シール９６を第２ピストン部材２８に押し付けるように作用する。このようにして、第２ピストン部材２８とハウジング４との間の隙間が、外周シール９６によって確実にシールされる。

【0066】

スプリング部８３，８４の付勢力によって、メインピース８１にシール発生力Ｆ２が作用する。シール発生力Ｆ２は、メインピース８１をハウジング４に押し付けるように作用する。スプリング部８４の付勢力によって、サイドピース８２にシール発生力Ｆ３，Ｆ４が作用する。シール発生力Ｆ３は、サイドピース８２をメインピース８１に押し付けるように作用する。シール発生力Ｆ４は、外周シール９７を第１ピストン部材２４に押し付けるように作用する。このようにして、第１ピストン部材２４とハウジング４との間の隙間が、アペックスシール８０および外周シール９７によって確実にシールされる。

【0067】

図７は、第１ピストン部材２４および第２ピストン部材２８の間のシール発生力を示す模式図である。上述した通り、スプリング部５３，５４がメインピース５１およびサイドピース５２に付勢力を作用する。スプリング部５３，５４の付勢力によって、メインピース５１にシール発生力Ｆ５，Ｆ６が作用する。シール発生力Ｆ５は、メインピース５１をメインピース８１の反対面８１ｓ２に押し付けるように作用する。シール発生力Ｆ６は、メインピース５１を第２ピストン部材２８に押し付けるように作用する。

【0068】

スプリング部５４の付勢力によって、サイドピース５２にシール発生力Ｆ７，Ｆ８が作用する。シール発生力Ｆ７は、サイドピース５２をメインピース５１に押し付けるように作用する。シール発生力Ｆ８は、サイドピース５２をコーナーシール６０に押し付けるように作用する。このようにして、第１ピストン部材２４と第２ピストン部材２８との間の隙間が、アペックスシール５０によって確実にシールされる。

【0069】

＜作用および効果＞
以上説明した実施形態のシール構造では、図５に示されるように、第１ピストン部材２４の角型の第１壁面部材２４ｂに、アペックスシール５０，８０が保持されている。アペックスシール５０は、第２ピストン部材２８に接触して、第１ピストン部材２４と第２ピストン部材２８との間をシールする。アペックスシール８０は、ハウジング４に接触して、第１ピストン部材２４とハウジング４との間をシールする。アペックスシール５０とアペックスシール８０とは、別部材として構成されており、各々が長手方向に分割されている。このようなアペックスシール５０とアペックスシール８０とを組み合わせてシール構造を形成することで、ハウジング４、第１ピストン部材２４、および第２ピストン部材２８の寸法ばらつきおよび相対動きにより発生する隙間を吸収できるので、燃焼室Ａ～Ｄのシール性能を向上することができる。

【0070】

実施形態のシール構造によって燃焼室Ａ～Ｄが気密にシールされるので、燃焼室Ａ～Ｄからの気体の漏れを低減できる。したがって、エンジン２の燃焼効率および排気性能の向上が可能であり、エンジン２の性能向上を達成することができる。

【0071】

図５に示されるように、第１壁面部材２４ｂの角部２４ｂ３を、アペックスシール５０のメインピース５１とアペックスシール８０のメインピース８１とがシールしている。このようにすれば、角部２４ｂ３のシール性能を向上することができる。また、アペックスシール８０のスプリング部８４の形状の設計を容易にできる。

【0072】

図５に示されるように、アペックスシール５０のメインピース５１が、アペックスシール８０のメインピース８１の反対面８１ｓ２に当接している。これにより、メインピース５１およびメインピース８１が角部２４ｂ３をシールする構造を確実に実現することができる。

【0073】

図５に示されるように、ピストン部材とハウジング４との間をシールする外周シール９６，９７が設けられている。これにより、シール性をさらに向上することができる。

【0074】

図４に示されるように、燃焼室Ａ～Ｄの内周部をシールする合せ面シール４０が設けられている。これにより、シール性をさらに向上することができる。

【0075】

［第２実施形態］
図８は、第２実施形態における第１ピストン部材２４の斜視図である。第１壁面部材２４ｂおよび第２壁面部材２８ｂは、第一実施形態で説明した三角形の板状形状に限られない。第１壁面部材２４ｂおよび第２壁面部材２８ｂは、たとえば図８に示されるように、四角形の板状形状を有してもよい。図８に示される第１壁面部材２４ｂは、ハウジング４に対向する第二辺２４ｂ２と、第２ピストン部材２８の第２回転体２８ａに対向する第一辺２４ｂ１および第三辺２４ｂ４とを有している。第１壁面部材２４ｂは、第一辺２４ｂ１と第二辺２４ｂ２とが交わる角部２４ｂ３と、第一辺２４ｂ１と第三辺２４ｂ４とが交わる角部２４ｂ５とを有している。

【0076】

代替的には、第１壁面部材２４ｂは、第一辺２４ｂ１と第二辺２４ｂ２とが交わる角部２４ｂ３を有する、任意の角型の形状を有してもよい。

【0077】

図９は、第２実施形態におけるシール構造の模式図である。なお図９では、各アペックスシールのスプリング部は図示を省略されている。図９に示されるシール構造は、第１実施形態と同様に、第一辺２４ｂ１に保持され第２ピストン部材２８に接触するアペックスシール５０と、第二辺２４ｂ２に保持されハウジング４に接触するアペックスシール８０とを備えている。シール構造はさらに、第３のアペックスシール１３０を備えている。アペックスシール１３０は、第１壁面部材２４ｂの第三辺２４ｂ４に保持されている。第１壁面部材２４ｂの第三辺２４ｂ４には収容溝が形成されており、この収容溝内にアペックスシール１３０が収容されている。

【0078】

アペックスシール１３０は、メインピース１３１とサイドピース１３２とに分割されている。軸方向（図９においては図中の左右方向）において、メインピース１３１が第２ピストン部材２８に近く配置され、サイドピース１３２が第２ピストン部材２８から離れて配置されている。角部２４ｂ５には、メインピース１３１が配置されている。メインピース１３１は、第２ピストン部材２８に接触している。スプリング部の付勢力によって、メインピース１３１を第２ピストン部材２８に押し付けるシール発生力が作用し、サイドピース１３２をメインピース１３１および第１ピストン部材２４に押し付けるシール発生力が作用する。

【0079】

図９に示されるアペックスシール５０は、第１実施形態で説明したメインピース５１およびサイドピース５２に加えて、サイドピース５２が設けられている長手方向端部とは逆側の長手方向端部に、サイドピース５５を備えている。サイドピース５２はアペックスシール１３０に当接し、サイドピース５５はアペックスシール８０に当接している。

【0080】

このような構成を備えている第２実施形態のシール構造によって、第１ピストン部材２４と第２ピストン部材２８との間の隙間を確実にシールすることができる。なおアペックスシール５０は、サイドピース５５を有しない第１実施形態と同じ構造であっても構わない。

【0081】

第２実施形態では、第１壁面部材２４ｂは、周方向に並ぶ２組のシール構造を保持している。第１実施形態のように第１壁面部材２４ｂが１組のシール構造を保持する構成としてもよく、第２実施形態のように第１壁面部材２４ｂが複数組のシール構造を保持する構成としてもよい。

【0082】

以上のように実施形態について説明を行なったが、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0083】

２ エンジン、４ ハウジング、２４ 第１ピストン部材、２４ａ 第１回転体、２４ｂ 第１壁面部材、２４ｂ１ 第一辺、２４ｂ２ 第二辺、２４ｂ３，２４ｂ５ 角部、２４ｂ４ 第三辺、２４ｃ，２８ｃ 斜面部分、２８ 第２ピストン部材、２８ａ 第２回転体、２８ｂ 第２壁面部材、４０ 合せ面シール、５０，８０，１３０ アペックスシール、５１，８１，１３１ メインピース、５２，５５，８２，１３２ サイドピース、５３，５４，８３，８４ スプリング部、６０ コーナーシール、６１ シール面、７３ ばね部材、８１ｓ１ 摺動面、８１ｓ２ 反対面、９６，９７ 外周シール、２４５，２４８ 収容溝、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ 燃焼室、ＡＸ 回転中心軸、Ｆ１～Ｆ８ シール発生力。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】