ロータリーエンジンの特徴的構成部品ロータリーエンジンの可能性④

2020/04/20
Motor Fan illustrated編集部

シール類を装着する前のローター本体。レシプロエンジンではピストンとコンロッドにあたる。RENESISでは従来より14％の軽量化をはかり、許容回転を10000rpmまで引き上げた（市販エンジンは8500rpm）。

ロータリーエンジンの部品構成はレシプロエンジンのそれとは大きく異なる。
ここでマツダ13B-RENESISを例に、その特徴的な構成部品を見てみよう。

TEXT:近田　茂（Shigeru CHIKATA）
PHOTO:瀬谷正弘(Masahiro SEYA)

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13B-RENESISのローターリセス、つまりレシプロエンジンでいう燃焼室。その形状と位置はエンジンの燃焼特性に大きな影響を与えるため、エンジンの出力特性、燃費性能、排出ガスなどの要求に合わせて注意深い選定が必要。

13B-RENESISと最初期の10Aとのローター幅とローターリセス形状の比較。13BRENESISの方がローター幅が広く（レシプロエンジンではビッグボア化に相当）、ローターリセスも火炎伝播状態の可視化技術が反映されていることがわかる。

これまでに量産されたロータリーエンジンにおけるローターの厚み（ローターハウジング幅）は10Aと13Aの60mm、12Aの70mm、そして13Bの80mm。以上の3タイプしか存在しない。ローター外周のやや湾曲した3面それぞれで燃焼エネルギーが得られ、偏心回転運動を繰り返しながらもスムーズに強力な軸回転力が生み出せる。燃焼面の表面積が広い特徴をもち、良い／悪い両方の特質を持っているが、レシプロよりも小さな排気量で大きな馬力を稼ぎ出せる。

各部シール類

構造が単純な半面、シールはレシプロエンジンより複雑。ローター横のサイドシールはレシプロエンジンの圧力リングに相当。ローターの3つの頂部に配置されるアペックスシールは隣接する各作動室間の気密を保つと共に、ペリフェラルポート排気の場合は吸／排気バルブの役回りも兼ねる。コーナーシールはアペックスシールとサイドシールのつなぎの部分の気密を保つ。オイルシールはレシプロのそれと働きは変わらないが、その設定は非常に難しい。

アペックスシールとコーナーシール装着状態のアップ（写真は説明のためにアペックスシールの突出が実際より大きい）。アペックスシールはシール底部にセットされたシールスプリングの力とガス圧によってハウジング内周面に押し付けられ、シール側面に働くガス圧でシール溝の一方に押し付けられる。アペックスシールとサイドシールのつなぎ部分の気密を保つコーナーシールはガス圧によって押し広げられることがあるため、弾力性を持たせた形状となっている。

ロータリーエンジンの完成には各種シーリング技術を究めたことが貢献した。レシプロよりもシール部分が多く、その長さも長くなる。ブロックの熱変形もあって、各部の気密や耐久信頼性を保つのが非常に難しいわけだ。悪魔の爪痕と言われたアペックスシールのチャターマークを始め、数々の困難に直面したマツダは、各部に独自技術を投入し成功へと導いた。サプライヤーである日本ピストンリングや日本オイルシールの努力があったことも見逃せないだろう。

ローターハウジング

ロータリーエンジンの点火プラグはアペックスシールの回転を妨害せぬよう、ハウジング内周面から突出しないように設定する必要があるため、ハウジングには点火プラグと作動室をつなぐ連通孔が開けられている。

繭型のローターハウジング。この中をおむすび型ローターが回るわけだが、ローターが偏心回転運動をする時、ローター頂点の回転軌跡がこの形状になると考えた方が理解しやすいだろう。燃焼時の面積が広いので、火炎伝播を促進するためツインプラグが採用されている。4サイクルエンジンのようにバルブや同開閉機構を持たないロータリーはハウジング周上のスペースは大きく、実験やレース用では3プラグを開発した例もある。

排気ポート

サイドハウジングはレシプロエンジンでいうシリンダーヘッドに相当する。13B-RENESISでは吸気、排気ともサイドポート式のため、サイドハウジングに2つの孔が開いているのが特徴。ちなみに上が吸気孔、下が排気孔。

10Aは排気がペリフェラルポート式のため、写真のようにローターハウジングに排気孔が開けられている。

RX-8に搭載された、新世代ロータリーであるRENESISの革新ポイントは、排気孔位置をペリフェラルポートからサイドポートに変更したことにある。ローターハウジング周上から側面に移設することで、吸排気タイミングのオーバーラップを解消。各ポートの大型化（吸気側30％増し、排気側は倍のポート面積）や膨張行程を長くとれることも相まって高出力と低燃費化を実現している。またスキッシュサイドに残る未燃焼ガスが排出せず、再燃焼に回るのも特徴だ。

エキセントリックシャフト

クランクシャフトの役割を果たしている重要な部品がこれだ。固定ギヤの周りで偏心回転運動をするローターの動きを駆動軸として回転運動に変換する装置である。レシプロのマルチエンジンと比較すると非常に短い。位相も小さく剛性面で有利なので、支持部も少なくてすむ。フリクションロスは小さく、振動面でも有利となるメリットは大きい。もちろん3ローターや4ローターになれば、長く連結する難しさが生じてくるわけだ。

2008年4月に発行されたMotor Fan illustrated Vol.19「ロータリー・エンジン基礎知識とその未来」より

次回は、「仮想敵ポルシェに勝つために FC3S（2代目マツダ・サバンナRX7）のパッケージング」をお送ります。お楽しみに！