JP6243401B2 - 回転スリーブエンジン流体力学的シールのための改善された方法および装置 - Google Patents
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Description
本特許出願は、2012年4月4日に出願人によって出願された米国仮特許出願第61/620,395号明細書に関連し、その出願日の利益を主張する。
図1は、米国特許第7,004,119号明細書の従来技術によるRLE端面シールを示す。
図2は、改善された改善された流体力学的端面シールアセンブリの実施形態を示す。
本実施形態において、図1の一次シールリング1の上部における油圧による予圧の必要性は、除去される。詳細な有限要素解析により、油圧による予圧の除去が、いくつかの利点を提供することが示されている。それは、3つの二次シール(図1に示す2、3、および4)の必要性を低下させ、図2に示すように、それらの3つのシールを単一の二次シール44に置換する。また、図1の内側の二次シール4と2との間の領域を通気する必要性は、除去される。最後に、(図1に示すように)Oリング2および3が発生させる可能性がある軸方向力、およびシール機能への干渉は、除去される。
本実施形態は、端面シール接触面に油を供給する回転ライナ14のフランジに、複数の給油孔12を有する。
本実施形態は、一次シールリング1上ではなく回転ライナ14の環状面32上に、すべての流体力学的油流れおよび流体力学的機能を設ける。それは、いくつかの利点を可能にする。第1に、一次シールリングは非常に弾力性があり、したがって、それに行われる機械加工によりゆがみを生じる可能性がある。しかし、回転ライナフランジは、ずっと堅固で、安定した構成要素である。また、それにより、より柔らかい材料から一次シールリングを製造することが可能となる。初期の摩耗は一次シールリングのより柔らかい材料の上で発生し、重要な機能は不変のままとなる。代わりの材料は、黄銅および銅を含む。一実施形態において、一次シールリングは、ベリリウム銅から作られる。この材料の特定の合金は、40Rc程度の硬さを有することができるが、鋼の2倍以上の熱伝導率を有することができる。それにより、熱変形が非常に小さいことが保証される。また、新しいデザインは非常にうまくパッケージ化されており、既存のエンジンに無理なく取り付けることができる。
回転ライナは、RLEの製造において、最も重要な構成要素である。本実施形態において、回転ライナは、熱処理鋼合金で作られる。好ましくは、一連の熱処理を適用し、鋼の硬度を55Rc程度に引き上げる。その部分は、最終的なサイズから約1.0mm(0.040”)大きい寸法に荒加工される。他の実施形態において、回転ライナは、この形状で成形され、キャスティングの一部としてフランジ穴を有することが可能でもよい。しかし、固定ライナ軸受およびフランジ上部に係合する回転ライナの外径は、垂直性が非常に優れている必要がある。それを達成するために、その部分は以下のように作られる。ライナの内径は、仕上げ加工されて、磨かれる(熱処理後)。その次に、ライナの外径および上面は、同じセットアップで、研磨または加工される。面上の研磨は、軸対称な方法で行われ、垂直性を変えない。
13 固定ライナ
7 ブロックの固定ライナの輪郭
14 回転ライナ
15 ピストン表面
8 シリンダヘッドインサート
端面27スラスト軸受領域
回転ライナ駆動要素
22 駆動歯車
23 90度ギアボックス
24 エクステンションシャフト
25 補機プーリ
26 駆動歯車カバー
シールシステム
35 流体力学的端面シールアセンブリ
1 一次シールリング
34 合わせ面
30 予圧アセンブリ
9 ばね支点
10 ばねワッシャ
11 ばねベース
37 ばね
44 二次シール
従来技術による二次シールシステム
2 内側Oリング
3 外側Oリング
4 Uキャップ二次シール
32 回転ライナ環状面
流体力学的端面シール機能
17 ステップパッド
40 傾斜ステップパッド
18 内側シールゾーン
29 外側ロードゾーン
ダム機能
28 内側ダム
20 外側ダム
潤滑油供給手段
12 給油孔
5 高油圧の領域
6 オイルリップシール
流体力学的端面シール機能の製造方法
16 ステップパッドの隆起部
17 ステップパッドのエッチング(窪み)部
19 一次シールリングの外径
21 マスキングシム
Claims (18)
- ポペット弁回転スリーブ内燃エンジンのための改善されたシールシステムにおいて、
前記エンジンは、前記エンジンの作動時に回転できる回転ライナと、シリンダヘッドとを備え、
前記改善されたシールシステムは、
合わせ面を備える一次シールリングと、
前記一次シールリングに均一荷重を加える予圧アセンブリと、
前記一次シールリングと前記シリンダヘッドとの間の二次シールとを備える
流体力学的端面シールアセンブリと、
前記一次シールリングの前記合わせ面の近傍に配置される前記回転ライナの環状面と、
前記一次シールリングの前記合わせ面上、または前記回転ライナの前記環状面上に設けられ、
内側シールゾーンと、
複数の流体力学的傾斜ステップパッドまたはステップパッドと、ダム機能とを備え、前記傾斜ステップパッドまたはステップパッドが収束面を作成する、外側ロードゾーンとを備える
流体力学的端面シール機能と、
前記回転ライナの前記環状面に潤滑油を提供し、潤滑油層を前記環状面と前記回転ライナとの間に維持できる潤滑油供給手段とを備え、
前記ダム機能が、外側ダムと内側ダムのうちの少なくとも一方を含む
ことを特徴とする改善されたシールシステム。 - 請求項1に記載の改善されたシールシステムにおいて、前記予圧アセンブリは、
ばねワッシャと、
ばね支点と、
ばねベースと
を備える機械的予圧アセンブリであることを特徴とする改善されたシールシステム。 - 請求項2に記載の改善されたシールシステムにおいて、前記ばねワッシャは平らであるが、組立て時、円錐形状に変形することを特徴とする改善されたシールシステム。
- 請求項2に記載の改善されたシールシステムにおいて、前記ばねワッシャは、組立て時、円錐形状に変形し難いことを特徴とする改善されたシールシステム。
- 請求項2に記載の改善されたシールシステムにおいて、前記二次シールは、単一のポリマーシールをさらに備えることを特徴とする改善されたシールシステム。
- 請求項5に記載の改善されたシールシステムにおいて、前記二次シールは、テフロン材料であることを特徴とする改善されたシールシステム。
- 請求項1に記載の改善されたシールシステムにおいて、前記一次シールリングは、黄銅材料であることを特徴とする改善されたシールシステム。
- 請求項1に記載の改善されたシールシステムにおいて、前記一次シールリングは、ベリリウム銅材料であることを特徴とする改善されたシールシステム。
- 請求項1に記載の改善されたシールシステムにおいて、前記ダム機能は、内側ダムを備えることを特徴とする改善されたシールシステム。
- 請求項1に記載の改善されたシールシステムにおいて、前記ダム機能は、外側ダムを備えることを特徴とする改善されたシールシステム。
- 請求項1に記載の改善されたシールシステムにおいて、前記ダム機能は、内側ダムと外側ダムとを備えることを特徴とする改善されたシールシステム。
- ポペット弁回転スリーブ内燃エンジンのための改善されたシールのための方法において、
前記エンジンは、前記エンジンの作動時に回転できる回転ライナと、シリンダヘッドとを備え、
前記方法は、
合わせ面を備える一次シールリング1と、
前記一次シールリングに均一荷重を加える予圧アセンブリと、
前記一次シールリングと前記シリンダヘッドとの間の二次シールとを備える
流体力学的端面シールアセンブリと、
前記一次シールリングの前記合わせ面の近傍に配置される前記回転ライナの環状面とを備える
改善されたシールシステムを有する回転ライナエンジンを提供するステップと、
前記一次シールリングの前記合わせ面上、または前記回転ライナの前記環状面上のいずれかの、
内側シールゾーンと、
収束面を作成する複数の流体力学的傾斜ステップパッドまたはステップパッドと、ダム機能とを備える外側ロードゾーンとを備える、
流体力学的端面シール機能を提供するステップと、
前記予圧アセンブリによって、前記一次シールリング上に予圧を発生させるステップと、
潤滑油層を前記合わせ面と前記回転ライナ環状面との間に維持でき、前記ダム機能は、潤滑油のサイドリークを減少させ、したがって、ステップパッド機能の荷重支持を高め、スクイーズ膜潤滑の下にさらなる支持を提供する、前記回転ライナの前記環状面への潤滑を提供するステップと、
を含み、
前記ダム機能が、外側ダムと内側ダムのうちの少なくとも一方を含む
ことを特徴とする改善されたシールのための方法。 - 請求項12に記載の方法において、予圧アセンブリを提供するステップが、ばねワッシャと、ばね支点と、ばねベースとを提供するステップをさらに含み、前記ばねワッシャが、前記ばねベースおよび前記一次シールリングの前記合わせ面に均一荷重を加える、ことを特徴とする方法。
- 請求項13に記載の方法において、ワッシャを提供するステップが、平らなワッシャを提供するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
- 請求項13に記載の方法において、ワッシャを提供するステップが、Bellvilleワッシャを提供するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
- 請求項12に記載の方法において、前記ダム機能が、外側ダムを含むことを特徴とする方法。
- 請求項12に記載の方法において、前記ダム機能が、内側ダムを含むことを特徴とする方法。
- 請求項12に記載の方法において、前記ダム機能が、内側ダムおよび外側ダムを含むことを特徴とする方法。
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