JP2005517861A - ロータリー弁機構用弁シール - Google Patents

Abstract

球形外周面を有するロータリー吸気弁及び排気弁を備えた内燃機関に用いるロータリー弁機構用のセラミック製弁シールであって、該弁シールは吸気口あるいは排気口を囲む二分割構造であり、ロータリー弁の外周面に接するように設計した上面を有し、前記弁シールと弁間の気密性を増すように前記弁シールに圧縮ガスによりさらに圧力を及ぼすための前記二分割構造が通気路を形成している。

Description

本発明は燃料／空気の混合物をシリンダーに導入及び排気ガスを排出するためのロータリー弁機構を有するピストン−シリンダー型内燃機関に関するもので、特に前記ロータリー弁機構の弁シールに関する。

出願人はピストン−シリンダー型内燃機関用のロータリー弁機構の設計に関するアメリカ合衆国特許、４，９８９，５５８、４，９８９，５７６、４，９４４，２６１、４，９７６，２３２、５，３６１，７３９、４，９５３，５２７及び５，１０９，８１４号を有しており、本出願の参考文献とする。これらの特許は、エンジンの一分当りの速度の１／２あるいは１／４で作動する単一あるいは二つの開口部を有する単一あるいは二つのシャフトに設置したロータリー吸気弁及びロータリー排気弁を有する球形ロータリー弁機構に関するものである。上記、特許４，９７６，２３２号はロータリー吸気弁及びロータリー排気弁に接している球形ロータリー弁機構にシールを配置したシーリング手段を示している。この従来のシールは、セラミック複合材を埋め込んだ上面に環状溝を有する金属製の接触リングで構成されており、セラミック複合材の表面は弁の球形表面に接している。本発明の長所及び背景は先行特許に述べられている。

本発明は燃料／空気の混合物の導入及び排ガスの排出の際に、より気密に保つため、ロータリー吸気弁及びロータリー排気弁と共に用いる改良シールを目指すものである。本発明による改良シールは、圧縮工程においてロータリー吸気弁及びロータリー排気弁と気密性を実現するように燃料／空気の混合物の圧縮及び膨張を利用して、改良シールを提供できるように設計した。

改良シールは、エンジンの出力及び排気工程の気密を保つ嵌め合いを実現し、弁の球形表面が金属同士の接触とならないように、弁と共動可能なセラミック複合材で調整した。

本発明の目的は、セラミック複合材のみで製造した内燃機関のロータリー弁機構用の斬新で無比な改良シールを提供することである。

本発明の別の目的は、エンジン効率を向上させる内燃機関のロータリー弁機構用の斬新で無比な改良シールを提供することである。

更に、内燃機関内の摩擦を減少させるロータリー弁機構用の斬新で無比な改良シールを提供することも本発明の目的である。

外部潤滑を必要とせず、より簡単に製造可能なロータリー弁機構用の斬新で無比な改良シールを提供することも本発明の目的の一つである。

ロータリー吸気弁及びロータリー排気弁を有する内燃機関に用いるロータリー弁機構用の弁シールであって、該シールはシリンダーの吸入あるいは排出口の周りに配置した受けリングを有し、該受けリングは内設した取り外し可能な接触リングを有し、該接触リングは前記受けリングと前記接触リングの間の斜めバネにより偏心して取り付けられ、該接触リングはその周りに配置した複数のブラストリングを有し、該受けリングと接触リングがブラストリングに作用する圧縮気体の通路を形成し、該接触リングは内燃機関が作動中に気密性を保つため吸気弁あるいは排気弁の外周面に接触する上部曲面を有し、該接触リングはセラミック複合材製であることを特徴としている。

以下、図面を引用して本発明を説明する。

図１は、分割ヘッド機構の上半部１２及び下半部１４に囲まれたロータリー吸気弁１０との詳細な関係を示す球形ロータリー弁機構の末端断面図である。分割ヘッド機構は、内部をピストン１８が往復するシリンダー１６を有するエンジンブロックに取り付けられている。

分割ヘッド機構は、ロータリー吸気弁１０を配置しているドラム収納キャビティ２０を形成する上半部１２及び下半部１４を含んで構成されている。ロータリー吸気弁１０の中心に位置する開口部２４を貫通するシャフト２２上にロータリー吸気弁１０が配置されている。前記の先行技術において述べたように、ロータリー吸気弁１０は、シリンダー１６への吸入口３２に対して絶えず位置が変化しているロータリー弁１０の外周部２１に配置した開口部３０により燃料／空気吸入口２６及びシリンダー１６の間を連結している。

ドラム収納キャビティ２０内でシャフト２２上を回転するロータリー吸気弁１０はシリンダー１６への吸入口３２の周りの環状溝３８に環状に配置した弁シール３６と接触している。ロータリー吸気弁１０はドラム収納キャビティ２０の壁には接触していない。弁シール３６は吸気工程中にロータリー吸気弁１０からシリンダー１６への燃料／空気の混合物が漏れないよう及び圧縮工程中にロータリー吸気弁１０をシールしてシリンダー１６内で燃料／空気の混合物が確実に点火し、その点火がドラム収納キャビティ２０へと移動しないようにしている。更に、弁シール３６は排気工程中に排ガスがロータリー排気弁を通って排出されるようにロータリー吸気弁１０をシールする。

図１に示すように、ここで述べた弁シール３６の記載はロータリー吸気弁１０と関連づけて行った。弁シール３６は出願中の特許に開示し、図６に示す球形ロータリー弁機構のロータリー排気弁と同じ設計で、同じ目的及び機能を有している。

図５の分解図に示すように、弁シール３６は二つの主要な部材を含んで構成されている。吸入口３２の周りに円周状に配置した分割ヘッド機構の下半部１４内の環状溝３８で受けるように下部の受けリング４０を配置している。下部の受けリング４０は外周壁４２及び吸入口３２と一致している開口部４６を形成する内周壁４４を有している。内周壁４４及び外周壁４２は平面状の円板４８により固定され、環状の受け溝５０を形成している。環状の受け溝５０は上部の弁シールリング５２を受けるようになっている。

上部の弁シールリング５２は下部の受けリング４０の開口部４６と同心に配置した開口部５４を有している。上部の弁シールリング５２の外壁５３は後述するブラストリング６２を受ける環状溝６０を形成するように、上面５６から下面５８へと内側に向かっている。上部の弁シールリング５２は下部の受けリング４０の環状溝５０内に嵌合するように設計されている。上部の弁シールリング５２はセラミック複合材製である。

図２及び図３はセラミック複合材製の上部の弁シールリング５２の上面図及び断面図である。

セラミック複合材リング５２はロータリー吸気弁１０の外周面に接している。上面５６の曲面はロータリー吸気弁１０の外周面２１の曲面と緊密に接するように、ロータリー吸気弁１０の外周面に合致するように形成されている。

上部の弁シールリング５２の下方の環状受け溝５０内に配置した環状斜角バネ７０により、セラミック複合材リング５２とロータリー吸気弁１０の周面との接触が保たれる。１〜４オンスの圧力で上部の弁シールリング５２を上方へと押すようになっている。このように、環状受け溝５０内の単一の斜角バネあるいは複数の環状斜角バネにより上記圧力を得ることが可能である。

図５の弁シールの分解図及び図４の弁シールの断面図からわかるように、上部の弁シールリング５２は環状溝６０及びピストンに対するピストンリングと同様に機能するブラストリング６２の周りに配置している。

ブラストリング６２は弁シール３６とロータリー吸気弁１０及びロータリー排気弁の外周面の間の気密性を更に高めている。シリンダー及び環状溝５０内のガスはブラストリング６２の下で圧力が増大する。ブラストリング６２は外周壁４２との間でシールを形成してガスの漏出を防ぎ、且つ上部の弁シールリング５２への上向きの力を及ぼすことによって、炭素製のインサートリング６４とロータリー吸気弁１０の外周面２１の気密性を高めている。ロータリー排気弁に対応する弁シール３６でも同様の相互作用が起こると考えられる（図６参照）。吸気及び排気工程中のインサートリング６４は環状溝５０内に配置した斜角バネによりロータリー排気弁と接触を保っている。

燃焼あるいは出力工程中の上方への圧力はシリンダー中及び吸入口３２のガスの圧縮および上部の弁シールリング５２と下部の受けリング４０との間の通気路６３により上部の弁シールリング５２へ伝達され、ガスが上部の弁シール５２の下部に位置する環状受け溝５０へと膨張するが、下部の受けリング４０の外周面４２と接触しているブラストリング６２により漏出しないようになっている。これにより、上部の弁シールリング５２とロータリー弁の外周面を接触させている斜角バネ７０に更に圧力を加えることになる。弁シール３６と図１に示す吸気弁及び図６に示す排気弁との間にも同じ機能が発生する。

弁シール３６を配置することによりロータリー吸気弁あるいはロータリー排気弁との緊密な接触が得られ、実際のところ、この弁シールのみがドラム収納キャビティ内で回転するロータリー吸気弁あるいはロータリー排気弁と接触し、連動している。これにより、エンジン内の機械部品の点数を大幅に減らし、そのことにより、エンジンの作動中の摩擦が減ぜられる。

弁シール３６の固有の設計により、上部の弁シールリング５２が下部の受けリング４０内で回転し、弁シールが均一に磨耗するようになる。

本発明を好適な実施例に基づいて説明したが、当業者にとっては修正を施すことは明らかであり、すべての改造及び変形も本願に含むものである。従って、本発明は明らかに請求項及びそれと同等のものによってのみ限定される。

球形ロータリー吸気弁とシリンダー、ピストン及び弁シールの関係を示す球形ロータリー弁機構の断面図 弁シールリングを示す上面図 弁シールリングを示す側断面図 分割ヘッドに配置した弁シールを示す側断面図 弁シールを示す分解図 球形ロータリー排気弁とシリンダー、ピストン及び弁シールの関係を示す球形ロータリー弁機構の断面図

Claims (5)

1. ピストン−シリンダー型内燃機関に用いられるロータリー弁機構用の弁シールであって、前記ロータリー弁機構は二分割シリンダーヘッド内に配置し、前記シリンダーヘッドは複数のロータリー吸気弁及び排気弁を受ける複数のドラム収納キャビティを形成し、前記ロータリー吸気弁及びロータリー排気弁は球の２つの平行な面によって形成される球形部分を有し、前記平行面は前記球の中心に対して対称に配置して球形の外周及び面状の末端壁を形成し、前記ロータリー吸気弁及び前記ロータリー排気弁は前記ドラム収納キャビティ内においてシャフト上に設置されてそれぞれが気密を保つように吸気口及び排気口に接触しており、前記ロータリー吸気弁及び前記ロータリー排気弁はそれぞれを貫通している燃料／空気の混合物を内燃機関へと導入及び中断するための通気路及び内燃機関から排気ガスを排出する通気路を有し、前記ロータリー吸気弁及びロータリー排気弁がそれぞれ前記吸気口及び排気口に接触して該弁シールにより気密を保っており、
   環状の受け溝を有する実質的に円形断面であって、前記吸気口あるいは排気口周りの前記シリンダーヘッドに嵌合されており、前記吸気口あるいは排気口に一致する貫通した開口部を有する受けリング、
   前記受けリングの環状受け溝内に取り外し可能に配置し、前記吸気弁あるいは排気弁の球形外周面に合致する上曲面を有し、前記受けリングの開口部及び前記吸気口あるいは排気口に一致する貫通した開口部を有するセラミック複合材製接触リング、
   前記受けリングの環状受け溝に配置し、前記接触リングの下方に配置した前記接触リングに上方の圧力を及ぼす偏心バネ手段、
   前記接触リングの周りに配置し、前記環状溝の外壁に接しているシール手段及び、
   前記吸気口あるいは排気口と前記接触リングに配置した前記シール手段との間を連結する通気路を含んで構成することを特徴とするロータリー弁機構用弁シール。
2. 前記接触リングに配置した前記シール手段は前記接触リングの周りに取り外し可能に配置した一つ以上のブラストリングを含んで構成し、該ブラストリングは前記受けリングの前記環状溝の外壁に緊密に接触していることを特徴とする請求項１記載のロータリー弁機構用弁シール。
3. 前記環状受け溝に設置し、前記接触リングの下方に設置した前記バネ手段は、前記接触リングを前記ロータリー吸気弁あるいは前記ロータリー排気弁の周面に合致するように前記接触リングに上方の圧力を及ぼす一つ以上の斜角バネを含んで構成することを特徴とする請求項１記載のロータリー弁機構用弁シール。
4. 前記バネ手段は１〜４オンスの圧力を前記接触リングに及ぼすことを特徴とする請求項１記載のロータリー弁機構用弁シール。
5. 前記受けリング内に取り外し可能に配置した前記接触リングは前記受けリング内において回転可能であることを特徴とする請求項１記載のロータリー弁機構用弁シール。

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