JP4471846B2 - 半球状燃焼室を有するロータリー弁エンジンのロータリー弁用弁シール機構の配置方法 - Google Patents

Description

本発明は燃料／空気の混合気をシリンダーに導入及び排気ガスを排出する球状ロータリー弁機構を有するピストン−シリンダー方式の内燃機関、特に半球状のシリンダーヘッド／燃焼室周りのロータリー弁機構用の弁及び弁シールの位置決めに関する。

出願人はピストン−シリンダー方式の内燃機関、特にきのこ弁、バネ、取付け部材及び関連するカムシャフトを含んで構成しているきのこ弁機構を、シリンダーに混合気を導入し、排気ガスを排出する球形ロータリー弁に置き換えることに注力してきた。出願人は米国特許第４，９８９，５７６号「内燃機関」、米国特許第４，９４４，２６１号「内燃機関用球形ロータリー弁機構」、米国特許第４，９５３，５２７号「内燃機関用球形ロータリー弁機構」、米国特許第４，９７６，２３２号「ロータリー弁エンジン用弁シール」、米国特許第４，９８９，５５８号「内燃機関用球形ロータリー弁機構」、米国特許第５，１０９，８１４号「球形ロータリー弁」、米国特許第５，３６１，７３９「ロータリー弁内燃機関に用いる球形ロータリー弁機構」及び米国特許第６，３０８，６７６Ｂ１号「ロータリー弁エンジン用冷却機構」の発明者である。以下、上記米国特許を詳細に説明したものとみなして、本発明について述べる。

本発明は弁及び弁シール並びに半球状のシリンダーヘッド／燃焼室に対する弁及び弁シールの位置決めに関するものである。

本発明はロータリー弁エンジン用の斬新且つ改良された弁、弁シール及びシリンダーヘッド／燃焼室の配置を提供することが目的の一つである。

更に、シリンダーヘッド／燃焼室が半球状であるロータリー弁エンジン用に斬新且つ改良された弁、弁シール及びシリンダーヘッド／燃焼室の配置を提供することも目的である。

ピストン−シリンダー方式の内燃機関に用いるロータリー弁機構の配置であって、シリンダーヘッド／燃焼室は半球状であり、シリンダーに燃料／空気の混合気を導入し、燃焼ガスを排出できるように、弁シールが半球状ヘッドに傾いて配置されている。

ピストン−シリンダー方式の内燃機関用の球形ロータリー弁の効用はカムシャフト及びきのこ弁並びにその関連部材を必要としないことにある。図５に示す球形ロータリー吸気弁は燃料／空気の混合気をシリンダー内に導入し、球形ロータリー排気弁は燃焼ガスを排出する。上記の球形ロータリー吸気弁、球形ロータリー排気弁及びそれに伴う弁シールの動作については、上記米国特許を詳細に述べており、本出願にも組み込んで説明する。

球形ロータリー吸気弁及び球形ロータリー排気弁の構造及び動作の変更及び改良並びに関連する弁シールの改良が上記特許に反映している。許可前の特許出願も弁シール及び弁自身の重要な改良を目指している。

本出願は、ガソリンエンジンの一種であるボアエンジン及びディーゼルエンジンに見られるシリンダーヘッド／燃焼室が半球状であるロータリー弁エンジン用の弁シール、球形ロータリー吸気弁及び球形ロータリー排気弁の位置決めにつき説明する。

図１は出願人の先行特許による球形弁機構の断面図であり、分割ヘッド機構の上半部１２及び下半部１４に囲まれているロータリー吸気弁１０を示す。分割ヘッド機構は内部でピストン１８が往復運動するシリンダー１６を有するエンジンブロックに固定されている。

上半部１２及び下半部１４を含んで構成している分割ヘッドは、内部にロータリー吸気弁１０を備えた円筒収納キャビティ２０を規定している。ロータリー吸気弁１０は、ロータリー吸気弁１０の中心に位置する開口部２４を貫通している軸２２上に配置されている。出願人の先行特許で詳細に述べているように、ロータリー吸気弁の球形の外周部２１上の開口部３０により混合気導入口２６とシリンダー１６が連結し、シリンダー１６への導入口３２へと重ね合わさるようになっている。

軸２２上の円筒収納キャビティ２０内において回転するロータリー吸気弁１０は、シリンダー１６への導入口３２の周りの円環状溝あるいは弁座３８に円環上に配置した弁シール３５と接触している。弁シール３５は、吸気行程中にロータリー吸気弁１０からシリンダー１６へと通過する燃料／空気の混合気が漏れないようにする役割を担い、更に弁シールはロータリー吸気弁１０と共に、シリンダー１６内における燃料／空気の混合気に確実に点火し且つ円筒収納キャビティ２０へと漏れないように圧縮行程中の気密を保つ役割を担っている。更に、排気工程中には弁シール３５はロータリー吸気弁１０と共に、排気ガスがロータリー排気弁を通って確実に排気されるように気密を保っている。

図２、３及び４は半球状のシリンダーヘッド／燃焼室への使用に適した弁シール３６の平面図、分解側面図及び側面図であり、図１に示すロータリー吸気弁に関連して示した。弁シール３６は、前記の出願人の先行特許に開示した球状ロータリー弁機構のロータリー排気弁との関係において同じ設計であり且つ同じ目的及び機能を有している。更に、シリンダー毎に少なくとも一つのロータリー吸気弁、ロータリー排気弁及びそれに対応する弁シールを備えている。

以下詳細に説明するが、弁シール３６は弁シール本体３７及びセラミック炭素製挿入潤滑リング５２を含んで構成している。弁シール３６を環状溝あるいは弁座３８に据えつけると、吸入口３２と同心となる開口部４０を中央部に有するようになる。環状溝あるいは弁座３８は半球状シリンダーヘッド／燃焼室の内面と平行な曲線としてもよい。更に、弁シール３６の底部環状表面４１は環状溝あるいは弁座３８に対応した曲面にしてもよい。弁本体３７の上部環状表面４２は開口部４０の中心に向かって内部に湾曲している。この湾曲部はロータリー吸気弁１０の球状の外周湾曲部２３に対応している。弁本体３７の上部環状表面４２は、内側の側壁４６、外側の側壁４８及び底面５０により規定される環状溝４４と共に形成されている。内側の側壁４６は底面５０と９０度の角度を形成する一方、外側の側壁４８は底面５０とは９０度以下の角度を形成している。環状溝４４はセラミック炭素製挿入潤滑リング５２を受けている。セラミック炭素製挿入潤滑リング５２はその上部表面５４が弁本体３７の上部表面４２の湾曲に一致するように環状溝４４内に位置決めされる。弁本体３７に挿入潤滑リング５２嵌合する際、弁本体３７が少々膨張するように加熱する。上記加熱の過程中にセラミック炭素製挿入潤滑リング５２を環状溝４４に挿入する。次いで弁本体３７を冷却する。環状溝の外側の側壁４８が内側の側壁４６方向へ９０度からやや傾いているので、セラミック炭素製挿入潤滑リング５２はこの「固定角度」により定位置に固定され、内燃機関の燃焼工程中に弁シール３６が高温に加熱されても確実にその位置に止まるようになっている。特に、弁シールを固定している内燃機関に天然ガスを用いる際には、天然ガスが通常のガソリン、ディーゼル燃料よりも高温のガスを生成するので、このことが重要となる。

弁シール３６の外側壁６０は段状になっており、弁シール３６の側壁６０と導入口周りの環状溝あるいは弁座３８との間を密閉するピストンリングのような機能を担う密閉リングあるいはブラストリング５８，５９を受け且つ位置決めする複数の環状リブ５６、５７が間隔をおいて形成されている。本実施例においては２つのリブ５６、５７及び２つの密閉リングあるいはブラストリング５８、５９を図示している。

弁シール３６の外側壁６０と開口部４０を規定している内側壁６２の間に複数の貫通孔６４が放射状に形成されており、シリンダーヘッドからのガスが弁シール３６の側壁６０を通過してブラストリング５９に連通するようになっている。この構造により、ピストンが圧縮工程中に上方へ移動する際に弁シール３６の密閉性と安定性を増すようになる。このような状況ではロータリー吸気弁１０は、その球状外周部２１が弁シール３６の開口部４０を閉じるように回転する。圧縮行程下のピストンはシリンダーヘッド内のガスを圧縮する。貫通孔６４は圧縮ガスがブラストリング５８を加圧し、ブラストリングが弁座３８の壁と接触する。

図５は、本発明による球状ロータリー弁機構の半球状シリンダーヘッド／燃焼室との関係を示す断面図である。大部分の構成要素は同一であるが、半球状シリンダーヘッド／燃焼室を収納できるように配置は異なっている。ロータリー吸気弁１０及びロータリー排気弁１１は分割ヘッド機構の上半部１２及び下半部１４に包まれている。分割ヘッド機構は内部でピストンが往復運動するシリンダー１６を有するエンジンブロックに固定されている。図の例ではシリンダーヘッド／燃焼室７０は半球状で分割ヘッドの下半部１４内に形成されている。分割ヘッドの上半部１２及び下半部１４を固定する際に、ロータリー吸気弁１０を内包している胴体収納キャビティ２０及びロータリー排気弁１１を内包している同様の胴体収納キャビティが形成される。ロータリー吸気弁１０及びロータリー排気弁１１のそれぞれが回転軸上に取付けるための開口部２４を有している。弁シール３６は弁座３８上に位置し、弁座３８は弁シール３６の下部の壁に嵌合するように環状表面を呈している。半球状シリンダーヘッド／燃焼室の導入口及び排出口は半球状シリンダーヘッド／燃焼室７０上に互いに１８０度の関係になるように配置するのが最適である。図５はこの関係を示し、ガスは球状ロータリー吸気弁１０の開口部から半球状シリンダーヘッド／燃焼室７０まで最短距離を移動し、半球状シリンダーヘッド／燃焼室７０から半球状シリンダーヘッド／燃焼室７０から排気するのに球状ロータリー排気弁１１へと最短距離を移動することになる。

球状ロータリー吸気弁への導管及び球状ロータリー排気弁からの導管は図示していないが、出願人の先行特許において十分に説明している。

半球状シリンダーヘッド／燃焼室７０に関しては、吸気導管及び排気導管を分割ヘッド機構の上半部１２内に配置できるように、場合によっては導入口及び排出口をずらして配置してもよい。導入口を１８０度の関係に配置するか、ずらして配置するいずれの場合においても球状ロータリー弁と弁シールの組み合わせにより、半球状シリンダーヘッド／燃焼室への燃料／空気の混合気の導入及び半球状シリンダーヘッド／燃焼室からの燃焼ガスの排出が可能となる。さらに、出願人の開発した一方式の弁シールに関して半球状シリンダーヘッド／燃焼室の配置を述べたが、出願人の先行特許に記載した他の方式の弁シールにも適用できる。

実施例に基き本発明を説明してきたが、本技術に対して通常の技量を有する者にとっては、本発明の趣旨の範囲を逸脱することなく改良あるいは変更できることは明らかである。従って、本発明は請求項の範囲及びそれと同等の範囲に限定している。

出願人の先行技術による球形ロータリー弁機構の配置を示す断面図。 本発明による弁シールの平面図 本発明による弁シールの側面分解図 本発明による弁シールの側面図 本発明による球状ロータリー弁と半球状燃焼室の弁シールとの関係を示す半球状シリンダーヘッド／燃焼室及び球状ロータリー弁機構の断面図

Claims (4)

1. ピストン−シリンダー方式の内燃機関に用いるロータリー弁機構の配置方法であって、シリンダー燃焼室が半球状であり、ロータリー弁機構は二分割型シリンダーヘッド内に配置され、前記シリンダーヘッドは複数のロータリー吸気弁およびロータリー排気弁を受ける複数の胴体状収納キャビティを規定し、前記ロータリー吸気弁及びロータリー排気弁は球状であり２つの平行な面によって規定される球の一部を有し、前記平行面は前記球状ロータリー吸気弁及びロータリー排気弁はそれぞれの中心の周りに対称の位置にあって球状周辺部及び平面端壁を規定し、前記ロータリー吸気弁及びロータリー排気弁は前記胴体収納キャビティ内の軸上に載置されてそれぞれが導入口及び排出口に気密を保って接触しており、前記ロータリー吸気弁及びロータリー排気弁はそれぞれを貫通する燃料−空気の混合気の導入・中断用の流路及びシリンダーから排ガスを排出する流路を有し、前記導入口及び排出口の前記ロータリー吸気弁及びロータリー排気弁それぞれの機密性は弁シール及び弁座によって保たれ、前記半球状燃焼室に対する弁配置は、
   互いに傾いた角度の関係にありそれぞれの弁座を規定する互いに傾いた角度の関係にある導入口及び排出口、
   異なった平面上の互いに傾いた角度にありそれぞれが前記胴体収納キャビティに連通して前記球状ロータリー吸気弁及びロータリー排気弁と接している前記導入口及び排出口のそれぞれに備えた導入口弁シール及び排出口弁シールを含んで構成し、且つ
   前記導入口弁シール及び前記排出口弁シールはそれぞれ環状に形成されていることを特徴とするロータリー弁機構の配置方法。
2. 前記導入口及び排出口並びに対応する導入口弁シール及び排出口弁シールは前記分割型シリンダーを上方から見た場合に直線状に配置され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の配置方法。
3. 前記導入口及び排出口並びに対応する導入口弁シール及び排出口弁シールは前記分割型シリンダーを上方から見た場合に直線状には配置されていないことを特徴とする請求項１記載のロータリー弁機構の配置方法。
4. 前記導入口弁シール及び排出口弁シールは二分割型のシリンダーヘッドの接合面に対して３０度傾斜して配置され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の配置方法。

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