JPH0324374A - ロータリー弁装置 - Google Patents
ロータリー弁装置Info
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- JPH0324374A JPH0324374A JP15589489A JP15589489A JPH0324374A JP H0324374 A JPH0324374 A JP H0324374A JP 15589489 A JP15589489 A JP 15589489A JP 15589489 A JP15589489 A JP 15589489A JP H0324374 A JPH0324374 A JP H0324374A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明はロータリー弁装置に係り、特にガソリン機関や
ディーゼル機関等の内燃機関の吸排気弁に好適なロータ
リー弁装置に関する。
ディーゼル機関等の内燃機関の吸排気弁に好適なロータ
リー弁装置に関する。
現在、4サイクルガソリン機関の吸排気弁としては茸弁
(poppet valve)が一般的に使用されて
いる.この茸弁は密閉性、潤滑性に優れており、かつ装
置としての信頼性も高いため、実用に耐える吸排気弁装
置として広く普及し、自動車用機関の主流をなしている
.然しこの茸弁は弁体を揚げ下げする往復運動により吸
排気を行う構戒であるため、機関の高速化には必ずしも
適当な装置ではない。この隘路を解決するためカムシャ
フト型の弁装置が提案され、現在乗用車エンジンの主流
となろうとしている。然しこの弁装置でも限界があり、
機関の回転数が一定限度を超すと機関の効率が急激に低
下したり、極端な場合には機関の破壊等壊滅的な結果が
生じることになる。
(poppet valve)が一般的に使用されて
いる.この茸弁は密閉性、潤滑性に優れており、かつ装
置としての信頼性も高いため、実用に耐える吸排気弁装
置として広く普及し、自動車用機関の主流をなしている
.然しこの茸弁は弁体を揚げ下げする往復運動により吸
排気を行う構戒であるため、機関の高速化には必ずしも
適当な装置ではない。この隘路を解決するためカムシャ
フト型の弁装置が提案され、現在乗用車エンジンの主流
となろうとしている。然しこの弁装置でも限界があり、
機関の回転数が一定限度を超すと機関の効率が急激に低
下したり、極端な場合には機関の破壊等壊滅的な結果が
生じることになる。
即ち、このカムシャフト型の弁装置では弁機構全体が比
較的剛性の低い弾性系でできているため、この系の有す
る固有振動数のうち何れか一つでもカムが与える強制力
の調和或分の一つと同調すると、系全体の作動順序が不
規則となり、所謂「ジャンピング」と称する現象を呈す
ることになる。
較的剛性の低い弾性系でできているため、この系の有す
る固有振動数のうち何れか一つでもカムが与える強制力
の調和或分の一つと同調すると、系全体の作動順序が不
規則となり、所謂「ジャンピング」と称する現象を呈す
ることになる。
さらに弁に一定の強制力を与えているバルブスプリング
も正常な運動から外れた波打ち現象(サージング)を呈
することになる。このような状態に至った機関は、騒音
が高くなり、かつ弁の開閉タイξングが狂い、機関の出
力は急激に低下してしまう。
も正常な運動から外れた波打ち現象(サージング)を呈
することになる。このような状態に至った機関は、騒音
が高くなり、かつ弁の開閉タイξングが狂い、機関の出
力は急激に低下してしまう。
このように茸弁を用いた弁装置では、その機構上、機関
の高速化が進むにつれて問題点が露呈してくる.このた
め現在に至るまでに、茸弁とは作動の異なる各種の弁装
置が提案され、かつ試作されているが、主として信頼性
の欠如を理由としてこれら各種の弁装置の開発は全て失
敗し、茸弁に代わって現在実用化している弁装置は皆無
であるのが実情である. ここで、現在までに提案されている4サイクル機間の吸
排気弁装置の種類を分類すると以下のとおりとなる。
の高速化が進むにつれて問題点が露呈してくる.このた
め現在に至るまでに、茸弁とは作動の異なる各種の弁装
置が提案され、かつ試作されているが、主として信頼性
の欠如を理由としてこれら各種の弁装置の開発は全て失
敗し、茸弁に代わって現在実用化している弁装置は皆無
であるのが実情である. ここで、現在までに提案されている4サイクル機間の吸
排気弁装置の種類を分類すると以下のとおりとなる。
先ず、弁体を揚げ下げすることにより開閉する揚弁式と
、弁体を滑らすことにより開閉動作を行う滑り弁弐とに
分類され、このうち揚弁弐弁装置としては前記茸弁が分
類される。一方滑り弁式弁装置としては、弁体が往復運
動を行うスリーブ弁と、弁体が回転運動を行うロータリ
ー弁に分類される. 〔発明が解決しようとする課題〕 以上の弁の分類のうち、先ず揚弁式では前述の如き利点
を有するものの、機関の高速化には不向きであり、更に
弁体の作動機構が複雑であること、機関の騒音が大きい
こと、耐ノック性が低いこと等の問題がある。
、弁体を滑らすことにより開閉動作を行う滑り弁弐とに
分類され、このうち揚弁弐弁装置としては前記茸弁が分
類される。一方滑り弁式弁装置としては、弁体が往復運
動を行うスリーブ弁と、弁体が回転運動を行うロータリ
ー弁に分類される. 〔発明が解決しようとする課題〕 以上の弁の分類のうち、先ず揚弁式では前述の如き利点
を有するものの、機関の高速化には不向きであり、更に
弁体の作動機構が複雑であること、機関の騒音が大きい
こと、耐ノック性が低いこと等の問題がある。
また滑り弁の一つであるスリーブ弁は耐ノック性が向上
し、かつ弁体の作動機構も茸弁よりは簡素化できるもの
の、弁の作動形態が往復運動であるため機関の高速化に
は限界がある等の問題があり、その他機関の騒音等の点
でも必ずしも満足できるものではない。
し、かつ弁体の作動機構も茸弁よりは簡素化できるもの
の、弁の作動形態が往復運動であるため機関の高速化に
は限界がある等の問題があり、その他機関の騒音等の点
でも必ずしも満足できるものではない。
次にロータリー弁は、通気孔を形或した摺動面に対して
弁体が等速回転運動を行うことにより、吸気通路、排気
通路の開閉を行うようにしているため、機関の高速化に
は最も適した弁作動形態であるといえる。また機関の騒
音も少なく、しかも弁装置全体の構造も簡素化すること
ができる。更にまた、茸弁に比較して単位時間当たりの
吸・排気口開口面積を大きくとれるため、時間当たりの
吸気量を大きく設定することができる等の利点を有する
。
弁体が等速回転運動を行うことにより、吸気通路、排気
通路の開閉を行うようにしているため、機関の高速化に
は最も適した弁作動形態であるといえる。また機関の騒
音も少なく、しかも弁装置全体の構造も簡素化すること
ができる。更にまた、茸弁に比較して単位時間当たりの
吸・排気口開口面積を大きくとれるため、時間当たりの
吸気量を大きく設定することができる等の利点を有する
。
このようにロータリー弁は多くの利点を有するにも係わ
らず・、現在に至るも実用化されていないのは次のよう
な理由によるのと考えられる。
らず・、現在に至るも実用化されていないのは次のよう
な理由によるのと考えられる。
即ち、ロータリー弁は後述するように回転部分の形状や
構造に基づいて、または流動する空気や排気ガスの通路
の構成に基づいて複数の種類に分けることが可能である
が、何れの種類のロータリー弁でもほぼ共通して、(i
)気密性が悪い、(ii)従って気密性を高めるために
摺動面に対してロータを圧接し、このため摺動摩擦抵抗
が大きくなる等の欠点が指摘されている。
構造に基づいて、または流動する空気や排気ガスの通路
の構成に基づいて複数の種類に分けることが可能である
が、何れの種類のロータリー弁でもほぼ共通して、(i
)気密性が悪い、(ii)従って気密性を高めるために
摺動面に対してロータを圧接し、このため摺動摩擦抵抗
が大きくなる等の欠点が指摘されている。
第1l図及び第12図はミネルバのロータリー弁として
知られている切欠き型のロータリー弁の構造を示す。図
中、符号50は弁体であるロータを示し、このロータの
側壁(円周面)には切欠き5 1 a, 5 l b,
5 1 cが形成してある。図示の位置では切欠き5
1cが燃焼室52を閉止した状態となっており、排気が
終了し、さらに弁体50がA方向に回転することにより
切欠き51cが吸気通路53と連通して吸気を行おうと
している状態を示す.さらに弁体の回転により吸気通路
53と燃焼室52とは遮断され、この状態で燃焼室で燃
焼が行われ、さらに弁体が回転することにより切欠き5
lbを介して燃焼室52と排気通路54とが接続して排
気を行う。
知られている切欠き型のロータリー弁の構造を示す。図
中、符号50は弁体であるロータを示し、このロータの
側壁(円周面)には切欠き5 1 a, 5 l b,
5 1 cが形成してある。図示の位置では切欠き5
1cが燃焼室52を閉止した状態となっており、排気が
終了し、さらに弁体50がA方向に回転することにより
切欠き51cが吸気通路53と連通して吸気を行おうと
している状態を示す.さらに弁体の回転により吸気通路
53と燃焼室52とは遮断され、この状態で燃焼室で燃
焼が行われ、さらに弁体が回転することにより切欠き5
lbを介して燃焼室52と排気通路54とが接続して排
気を行う。
第12図はこの構戒の弁装置における気密性保持機構を
示す。56は螺子55等の調整手段により作動するくさ
び部材であり、このくさび部材56を図の右方向に移動
させることにより押さえ片57を弁体50側に圧接する
。これにより弁体50はハウジング側の摺動面55a,
55bに強く圧接され、ごの摺動面に形成された排気口
や燃焼室上部を密閉するようになっている。
示す。56は螺子55等の調整手段により作動するくさ
び部材であり、このくさび部材56を図の右方向に移動
させることにより押さえ片57を弁体50側に圧接する
。これにより弁体50はハウジング側の摺動面55a,
55bに強く圧接され、ごの摺動面に形成された排気口
や燃焼室上部を密閉するようになっている。
この方式による気密性の保持は、弁体と摺動面との接触
面積を比較的大きく設定することと、この摺動面に対す
る弁体の接触圧力を大きくすることにより成り立つもの
であって、弁体の回転に対する抵抗が大きく、潤滑にも
問題を生じ、ロータリー弁の利点を大幅に削ぐ結果とな
っている。
面積を比較的大きく設定することと、この摺動面に対す
る弁体の接触圧力を大きくすることにより成り立つもの
であって、弁体の回転に対する抵抗が大きく、潤滑にも
問題を生じ、ロータリー弁の利点を大幅に削ぐ結果とな
っている。
即ち、以上の構或では気密性と摩擦抵抗とはほぼ裏腹の
関係になり、摩擦抵抗を低減しようとすると気密性が低
下し、反対に気密性を高めようとすると油膜による粘性
抵抗増加により、摩擦抵抗が増大するという問題がある
. 更に、当然のことながらロータの接触圧は内燃機関の最
大負荷時にもシール性が確保されるように設定され、か
つその接触圧は固定化されているため、特にロータが定
速回転している内燃機関の低負荷時において大きな抵抗
を発生することになる。
関係になり、摩擦抵抗を低減しようとすると気密性が低
下し、反対に気密性を高めようとすると油膜による粘性
抵抗増加により、摩擦抵抗が増大するという問題がある
. 更に、当然のことながらロータの接触圧は内燃機関の最
大負荷時にもシール性が確保されるように設定され、か
つその接触圧は固定化されているため、特にロータが定
速回転している内燃機関の低負荷時において大きな抵抗
を発生することになる。
また吸気通路と排気通路が近接するため吸気が加熱され
て体積効率が低下するという問題もある.結局ロータリ
ー弁装置における最大の問題は気密性の保持であり、よ
り具体的には摩擦抵抗を増大することなく装置としての
気密性を向上させることにあり、この技術的課題が達成
されればロータリー弁の実用化を達戒することができる
。
て体積効率が低下するという問題もある.結局ロータリ
ー弁装置における最大の問題は気密性の保持であり、よ
り具体的には摩擦抵抗を増大することなく装置としての
気密性を向上させることにあり、この技術的課題が達成
されればロータリー弁の実用化を達戒することができる
。
本発明は以上の技術的課題に鑑み構成したものであり、
回転駆動する弁体(以下「ロータ」と称する)に一個所
または複数個所形成した切欠き部分(切欠き型ロータリ
ー弁の場合)や、吸気口や排気口として機能とする開口
部(軸流式ロータリー弁の場合)を囲むように、ロータ
軸心方向および円周方向にシール材を配置してこれら切
欠きゃ開口を独立にシールし、かつロータとハウジング
との間には隙間を形成してロータの円滑な回転を保証す
る。また各シール材のハウジング接触面積は気密性を保
持し得る範囲で極力小さく形或することにより摩擦抵抗
の増大を最小限に押さえるように構或してある。
回転駆動する弁体(以下「ロータ」と称する)に一個所
または複数個所形成した切欠き部分(切欠き型ロータリ
ー弁の場合)や、吸気口や排気口として機能とする開口
部(軸流式ロータリー弁の場合)を囲むように、ロータ
軸心方向および円周方向にシール材を配置してこれら切
欠きゃ開口を独立にシールし、かつロータとハウジング
との間には隙間を形成してロータの円滑な回転を保証す
る。また各シール材のハウジング接触面積は気密性を保
持し得る範囲で極力小さく形或することにより摩擦抵抗
の増大を最小限に押さえるように構或してある。
ロータの軸心方向に形成したシール材は、ロータの円周
方向に対するシールを行い、ロータの円周方向に配置し
たシール材はロータの軸心方向に対するシールを行う。
方向に対するシールを行い、ロータの円周方向に配置し
たシール材はロータの軸心方向に対するシールを行う。
これら両シール材によりロータに形成した切欠きゃ開口
を各々独立にシールして弁の作動を正確に行い、かつロ
ータ表面積の多くの部分を摺動面に対して強力に押しつ
けることによりシールを行う圧接機構を無くすことによ
ってロータの摩擦抵抗を低減する。
を各々独立にシールして弁の作動を正確に行い、かつロ
ータ表面積の多くの部分を摺動面に対して強力に押しつ
けることによりシールを行う圧接機構を無くすことによ
ってロータの摩擦抵抗を低減する。
以下本発明の構或を図面を参考に具体的に説明する。
第1図ないし第5図は本発明の第1の構成を示す。なお
この構或のロータリー弁は前記従来型の切欠き式とは別
の軸流式であるため、まずこの形式の弁装置の概略を第
6図を用いて説明する。
この構或のロータリー弁は前記従来型の切欠き式とは別
の軸流式であるため、まずこの形式の弁装置の概略を第
6図を用いて説明する。
図中符号1は弁本体を構戒するロータであり、エンジン
の回転軸と接続することにより軸心Sを中心として回転
するようになっている。2はロータ1の摺動面である側
壁部に形成した吸気ボートであり、ロータ内に形成して
ある吸気通路3と接続している。また4は同様にロータ
の側壁部に形成した排気ボートであり、やはりロータl
内に形成してある排気通路6と接続している.ロータl
が回転することによりこれら吸気ボート2、排気ボート
4およびこれらボートを形成していないロータ側壁面が
順次燃焼室5と接続することにより、吸気通路3側から
の吸気、圧縮、爆発、および燃焼室5からの排気を順次
行うことになる。
の回転軸と接続することにより軸心Sを中心として回転
するようになっている。2はロータ1の摺動面である側
壁部に形成した吸気ボートであり、ロータ内に形成して
ある吸気通路3と接続している。また4は同様にロータ
の側壁部に形成した排気ボートであり、やはりロータl
内に形成してある排気通路6と接続している.ロータl
が回転することによりこれら吸気ボート2、排気ボート
4およびこれらボートを形成していないロータ側壁面が
順次燃焼室5と接続することにより、吸気通路3側から
の吸気、圧縮、爆発、および燃焼室5からの排気を順次
行うことになる。
次に第1図および第2図により本発明の構戒を説明する
。
。
先ず図示のロータリー弁装置は第6図にその気体流路の
概念を示す如く、軸流弐のロータリー弁装置である。
概念を示す如く、軸流弐のロータリー弁装置である。
ロータlは吸気ボート2及び排気ボート4を開口形成し
てあるロータ本体1aと、このロータ本体1aの両端に
形成してある支持軸部1bとを一体的に構或することよ
り形成してある。この支持軸部1bは機関のハウジング
7側に固定してある軸受8により軸支され、回転軸9を
中心としてロータl全体が回転するようになっている。
てあるロータ本体1aと、このロータ本体1aの両端に
形成してある支持軸部1bとを一体的に構或することよ
り形成してある。この支持軸部1bは機関のハウジング
7側に固定してある軸受8により軸支され、回転軸9を
中心としてロータl全体が回転するようになっている。
なお、ロータ全体の回転を円滑にするためロータlを収
納したハウジング内面7aと、ロータ1の外周面との間
には僅かではあるが一定の隙間が形成してある。
納したハウジング内面7aと、ロータ1の外周面との間
には僅かではあるが一定の隙間が形成してある。
IOはこのロータ1に取り付けたスブロケットであって
、動力伝達手段であるチェーン11を介して機関の回転
軸と接続し、機関の回転数に対応してロータが回転する
ようになっている.この場合、ロータリー弁装置の装着
対象が4サイクノレエンジンであれば、このロータ1の
回転はクランク軸の回転数の1/2となるように設定さ
れる。
、動力伝達手段であるチェーン11を介して機関の回転
軸と接続し、機関の回転数に対応してロータが回転する
ようになっている.この場合、ロータリー弁装置の装着
対象が4サイクノレエンジンであれば、このロータ1の
回転はクランク軸の回転数の1/2となるように設定さ
れる。
12a、12bは潤滑油の注入部、13a、13b(第
2図参照)は点火プラグや燃焼室内圧力測定センサ等の
取り付け部、14はピストンである。なお、潤滑油の注
入部12a、12bの形成位置は図示の位置に限るもの
ではない。
2図参照)は点火プラグや燃焼室内圧力測定センサ等の
取り付け部、14はピストンである。なお、潤滑油の注
入部12a、12bの形成位置は図示の位置に限るもの
ではない。
次に以上に示したロータのシールの構造について説明す
る。
る。
第3図はロータのうち中央のロータ本体1aの部分を示
す。
す。
ロータ本体1aの側壁部円周方向において、この側壁部
は(a)吸気ボート2を形成してある部分、(b)排気
ボート4を形成してある部分、及び(C)開口部を形成
していない盲部の3つの部分に分けられ、これらの3つ
の部分を気密に分割するようにシール部材を形或配置す
る。具体的には次のとおりである。
は(a)吸気ボート2を形成してある部分、(b)排気
ボート4を形成してある部分、及び(C)開口部を形成
していない盲部の3つの部分に分けられ、これらの3つ
の部分を気密に分割するようにシール部材を形或配置す
る。具体的には次のとおりである。
符号14a、14b、14c、14dはロータ本体1a
の円周方向に嵌挿した環状のシール材(以下「リングシ
ール」と称する)である。このうちリングシール14a
と14bが、また14cと14dが各々対をなし、前記
吸気ボート2、排気ボート4およびポート無形成の盲部
を含む部分を中心として取り付けてあり、これらの部分
をロータ本体軸心方向に対してシールするようになって
いる。このリングシール14a〜14dはピストンリン
グとほぼ同様の構造及び材料にまり形或できる。但し、
ピストンリングが接触面に対してリングの軸方向に対し
て摺動するのに対し、このリングシールはロータリー弁
の機構上、リングの周方向に摺動することになる。なお
、図示の場合、リングシールは合計4本使用した構或と
なっているが、2本もしくは6本等、シール性と摩擦抵
抗との兼ね合いにおいてその使用本数は適宜選定するこ
とができる。
の円周方向に嵌挿した環状のシール材(以下「リングシ
ール」と称する)である。このうちリングシール14a
と14bが、また14cと14dが各々対をなし、前記
吸気ボート2、排気ボート4およびポート無形成の盲部
を含む部分を中心として取り付けてあり、これらの部分
をロータ本体軸心方向に対してシールするようになって
いる。このリングシール14a〜14dはピストンリン
グとほぼ同様の構造及び材料にまり形或できる。但し、
ピストンリングが接触面に対してリングの軸方向に対し
て摺動するのに対し、このリングシールはロータリー弁
の機構上、リングの周方向に摺動することになる。なお
、図示の場合、リングシールは合計4本使用した構或と
なっているが、2本もしくは6本等、シール性と摩擦抵
抗との兼ね合いにおいてその使用本数は適宜選定するこ
とができる。
次に符号15は前記リングシール14bと14Cとの間
において、ロータ本体軸心方向に形成配置した直線状の
シール材(以下「ラジアルシール」と称する)である。
において、ロータ本体軸心方向に形成配置した直線状の
シール材(以下「ラジアルシール」と称する)である。
このラジアルシール15はロータ本体円周方向に対して
ほぼ等しい間隔を以て3本取り付けられる。これにより
ロータ本体は、吸気ボート2を中心とした部分、排気ボ
ート3を中心とした部分、および開口部を形或していな
い盲部の3つの部分に区画され、かつ各々がシールされ
る。
ほぼ等しい間隔を以て3本取り付けられる。これにより
ロータ本体は、吸気ボート2を中心とした部分、排気ボ
ート3を中心とした部分、および開口部を形或していな
い盲部の3つの部分に区画され、かつ各々がシールされ
る。
このように構成することによりロータ1をハウジング内
に装着した際に、ハウジングのロータ収納部壁面と、前
記リングシール14a〜14d及びこのラジアルシール
l5との保合によりロータ本体1aには3つの密閉空間
が区画形成されることになる。
に装着した際に、ハウジングのロータ収納部壁面と、前
記リングシール14a〜14d及びこのラジアルシール
l5との保合によりロータ本体1aには3つの密閉空間
が区画形成されることになる。
なお、図示しないが、リングシールと吸気、排気の各ボ
ートとの間にラビリンスを形或して、非接触式のラビリ
ンスシールを構成し、シール性をさらに高めるようにす
ることも可能である.第4図及び第5図はラジアルシー
ルの形状及び取り付け構造を示す。
ートとの間にラビリンスを形或して、非接触式のラビリ
ンスシールを構成し、シール性をさらに高めるようにす
ることも可能である.第4図及び第5図はラジアルシー
ルの形状及び取り付け構造を示す。
ラジアルシールI5の断面形状のうち、摺動部の断面形
状は略円形に形成してあり、ラジアルシール15とその
摺動面との間に良好な油膜が形或できるようになってい
る。このラジアルシールl5はロータ本体1aに形成し
てある溝1c(第5図参照)内に収納配置される。この
場合、溝1cの底部とラジアルシール15との間には板
バネ16を介在配置させ、この板バネ16の弾発により
ラジアルシールl5の上端部をハウジング7のロータ収
納空間壁面7aに接触させる。なお、ラジアルシール1
5の上端部は断面が略半円に形成してあるため、ラジア
ルシール15全体としては前記ロータ収納空間壁面7a
に対しては線接触もしくはこれに近い状態で接触するこ
とになる。
状は略円形に形成してあり、ラジアルシール15とその
摺動面との間に良好な油膜が形或できるようになってい
る。このラジアルシールl5はロータ本体1aに形成し
てある溝1c(第5図参照)内に収納配置される。この
場合、溝1cの底部とラジアルシール15との間には板
バネ16を介在配置させ、この板バネ16の弾発により
ラジアルシールl5の上端部をハウジング7のロータ収
納空間壁面7aに接触させる。なお、ラジアルシール1
5の上端部は断面が略半円に形成してあるため、ラジア
ルシール15全体としては前記ロータ収納空間壁面7a
に対しては線接触もしくはこれに近い状態で接触するこ
とになる。
次にラジアルシール15とロータ側の7141cとの間
にはシールを行う加圧空間側、即ち、第5図においてラ
ジアルシール15の右側の空間部分に隙間25を形成し
ておく。このようにしておくと、シールを行う側の空間
の加圧気体が隙間25を経てラジアルシール15の下面
に流入し、ロータの回転による遠心力、及び板バネの押
圧力と共同して、ラジアルシールl5上端をロータ収納
空間壁[7aに押圧する。この押圧力は、ロータの回転
数に対応して発生する遠心力と、加圧気体の圧力に対応
するため、内燃機関高負荷時の高いシール性を確保した
い時にシール性が特に向上し、低回転時等、機関低負荷
時にはラジアルシールが不必要に高い圧接力をもって摺
動面に接触しないようになっている。因に内燃機関の低
回転時にはロータの回転による慣性が減少するため、ロ
ータの圧接力が一定であると、摺動抵抗は相対的に大き
くなる。
にはシールを行う加圧空間側、即ち、第5図においてラ
ジアルシール15の右側の空間部分に隙間25を形成し
ておく。このようにしておくと、シールを行う側の空間
の加圧気体が隙間25を経てラジアルシール15の下面
に流入し、ロータの回転による遠心力、及び板バネの押
圧力と共同して、ラジアルシールl5上端をロータ収納
空間壁[7aに押圧する。この押圧力は、ロータの回転
数に対応して発生する遠心力と、加圧気体の圧力に対応
するため、内燃機関高負荷時の高いシール性を確保した
い時にシール性が特に向上し、低回転時等、機関低負荷
時にはラジアルシールが不必要に高い圧接力をもって摺
動面に接触しないようになっている。因に内燃機関の低
回転時にはロータの回転による慣性が減少するため、ロ
ータの圧接力が一定であると、摺動抵抗は相対的に大き
くなる。
なお、内燃機関の運転状態によっては、この加圧空間側
が一時的に負圧となる場合があるが、このような状態を
考慮して、負圧状態でもラジアルシールが摺動面に対し
て効果的に接触するよう板バネの弾性を設定しておく。
が一時的に負圧となる場合があるが、このような状態を
考慮して、負圧状態でもラジアルシールが摺動面に対し
て効果的に接触するよう板バネの弾性を設定しておく。
ラジアルシールl5の構或材料としては自己潤滑性の高
い炭素系材料や、摺動部を中心として焼き入れを行った
金属材料等が利用可能である。また、ラジアルシール1
5のうち摺動面に接触する部分の形状は断面が前述の如
く略円周状等となるようにしておけば、摺動面とラジア
ルシールとの間に良好な油膜が形成され、効果的なシー
ルを行うことができる。
い炭素系材料や、摺動部を中心として焼き入れを行った
金属材料等が利用可能である。また、ラジアルシール1
5のうち摺動面に接触する部分の形状は断面が前述の如
く略円周状等となるようにしておけば、摺動面とラジア
ルシールとの間に良好な油膜が形成され、効果的なシー
ルを行うことができる。
以上のようにシール部を構或することにより、リングシ
ール14a〜14d及びラジアルシール15はロータの
回転に伴ってハウジング7の内壁面7aを摺動し、この
間ロータの各区画のうち円周方向の圧力に対してはラジ
アルシールl5が、ロータ軸心方向に対する圧力に対し
てはリングシ−/Izl4a〜14dがシールを行うこ
とによりロータリー弁の弁体として作動することとにな
る。
ール14a〜14d及びラジアルシール15はロータの
回転に伴ってハウジング7の内壁面7aを摺動し、この
間ロータの各区画のうち円周方向の圧力に対してはラジ
アルシールl5が、ロータ軸心方向に対する圧力に対し
てはリングシ−/Izl4a〜14dがシールを行うこ
とによりロータリー弁の弁体として作動することとにな
る。
なおこの場合、ハウジング内壁面7aに対するラジアル
シール15の摺動面積は、このラジアルシールの全長に
等しい部分であって、摺動面積としては大きいが、前述
のようにラジアルシールl5とハウジング内壁面7aと
は線接触となっているので、ラジアルシールとハウジン
グ内面との間に形成される油膜の粘性抵抗等が少なく、
従ってロ一夕回転時にこのラジアルシールl5の摺動が
大きな抵抗となることはない。
シール15の摺動面積は、このラジアルシールの全長に
等しい部分であって、摺動面積としては大きいが、前述
のようにラジアルシールl5とハウジング内壁面7aと
は線接触となっているので、ラジアルシールとハウジン
グ内面との間に形成される油膜の粘性抵抗等が少なく、
従ってロ一夕回転時にこのラジアルシールl5の摺動が
大きな抵抗となることはない。
第7図乃至第10図は第2の構成を示す。
この構成は前記構或のリングシールに代えてロータ本体
1aの両端面部において、このロータ円周方向に対てシ
ール材を配置し、かつこれらシール材とロータ本体両端
に配置した部材とにより各区画をシールするようにして
ある。
1aの両端面部において、このロータ円周方向に対てシ
ール材を配置し、かつこれらシール材とロータ本体両端
に配置した部材とにより各区画をシールするようにして
ある。
先ず主として第8図(A)〜(C)を用いてシール材の
配置状態及びその構造を説明する。
配置状態及びその構造を説明する。
l7は前述のラジアルシールl5と同様の構或及び材料
からなるラジアルシールであるが、このラジアルシール
の場合には、全長がロータ本体laの全長とほぼ等しく
形成してあり、従ってラジアルシール17の両端はロー
タ本体1aの両端に各々位置するようになっている。1
8はロータ本体1aの端面に対し、その端面形状にほぼ
対応するよう環状に嵌挿配置したシール部材(以下「サ
イドシール」と称する)である。このサイドシールは、
同様にロータ本体1aの端面にその端部が位置する3本
のラジアルシール17により3分割された状態に形成し
てあり、その各々が各ラジアルシール端部の間に介在位
置するようにしてロータ本体1aの端面に固定される。
からなるラジアルシールであるが、このラジアルシール
の場合には、全長がロータ本体laの全長とほぼ等しく
形成してあり、従ってラジアルシール17の両端はロー
タ本体1aの両端に各々位置するようになっている。1
8はロータ本体1aの端面に対し、その端面形状にほぼ
対応するよう環状に嵌挿配置したシール部材(以下「サ
イドシール」と称する)である。このサイドシールは、
同様にロータ本体1aの端面にその端部が位置する3本
のラジアルシール17により3分割された状態に形成し
てあり、その各々が各ラジアルシール端部の間に介在位
置するようにしてロータ本体1aの端面に固定される。
このサイドシールl8はロータ端部に形成した溝部1d
(第9図参照)に配置される。この場合サイドシール1
8と溝部1d底面との間にはウエーブスプリング20を
配置しておく。
(第9図参照)に配置される。この場合サイドシール1
8と溝部1d底面との間にはウエーブスプリング20を
配置しておく。
なお、図示の如く、サイドシール1日の場合には、摺動
面に対する部分の形状が前述のラジアルシールとは相違
する。即ち、ラジアルシールの場合、摺動面接触部が摺
動面に対して線接触するよう、その断面形状が略円周状
に形成してあるのに対して、サイドシール1日の場合に
はやや平坦に形或することにより摺動面に対してこのサ
イドシール18が面接触するようにし、シール性を確保
するようにしてある。
面に対する部分の形状が前述のラジアルシールとは相違
する。即ち、ラジアルシールの場合、摺動面接触部が摺
動面に対して線接触するよう、その断面形状が略円周状
に形成してあるのに対して、サイドシール1日の場合に
はやや平坦に形或することにより摺動面に対してこのサ
イドシール18が面接触するようにし、シール性を確保
するようにしてある。
次に各サイドシール18をロータ端部に装着した場合に
、第8図に示すようにサイドシールの曲率半径をロータ
とは相違させて全体形状が例えば略おむすび型となるよ
うにする等して、摺動面であるサイドプレート23に対
する摺動面積をやや広くとるような形状とし、サイドプ
レート23の特定部分のみが摩耗するのを防止するよう
にしている。なお、サイドシールl8と摺動面とは面接
触となっているが、排気ボート等から遠いロータ本体端
部では、前記ラジアルシール設置部に比較して圧力もや
や低くなっているため、シールの接触圧も低く設定でき
、従って面接触することによってこのラジアルシールの
摺動抵抗が大きくなる虞れはない。
、第8図に示すようにサイドシールの曲率半径をロータ
とは相違させて全体形状が例えば略おむすび型となるよ
うにする等して、摺動面であるサイドプレート23に対
する摺動面積をやや広くとるような形状とし、サイドプ
レート23の特定部分のみが摩耗するのを防止するよう
にしている。なお、サイドシールl8と摺動面とは面接
触となっているが、排気ボート等から遠いロータ本体端
部では、前記ラジアルシール設置部に比較して圧力もや
や低くなっているため、シールの接触圧も低く設定でき
、従って面接触することによってこのラジアルシールの
摺動抵抗が大きくなる虞れはない。
19はこれらラジアルシール17端部とサイドシール1
8との接続部におけるシールを行うコーナーシールであ
って、サイドシール18と嵌合する溝19aを切り欠い
た形の略円筒形に形成してあり、ロータ1の端部に形或
した溝部22に対して嵌挿配置してある(第10図参照
)。なお、この場合、コーナーシール19と溝部22の
底面との間にも弾性体としてラジアルシールスプリング
21を配置する。
8との接続部におけるシールを行うコーナーシールであ
って、サイドシール18と嵌合する溝19aを切り欠い
た形の略円筒形に形成してあり、ロータ1の端部に形或
した溝部22に対して嵌挿配置してある(第10図参照
)。なお、この場合、コーナーシール19と溝部22の
底面との間にも弾性体としてラジアルシールスプリング
21を配置する。
23はハウジング7側に固定したサイドプレートであっ
て、ロータ本体1aの両端部に位置するラジアルシール
l7端部、サイドシールl8およびコーナシール19は
全てこのサイドプレート23に接触し、これらシール部
材とサイドプレート23との保合によりロータ本体の軸
方向に対するシールを行うようにする。この場合サイド
シールl8下部に配置したウエーブスプリング20及び
コーナーシール19下部に配置したコーナーシールスプ
リング2lの弾発力により各シール部材は前記サイドプ
レート23に良好に接触し、高いシール性を保持するこ
とになる。
て、ロータ本体1aの両端部に位置するラジアルシール
l7端部、サイドシールl8およびコーナシール19は
全てこのサイドプレート23に接触し、これらシール部
材とサイドプレート23との保合によりロータ本体の軸
方向に対するシールを行うようにする。この場合サイド
シールl8下部に配置したウエーブスプリング20及び
コーナーシール19下部に配置したコーナーシールスプ
リング2lの弾発力により各シール部材は前記サイドプ
レート23に良好に接触し、高いシール性を保持するこ
とになる。
また第9図に示すようにサイドシール18と溝部1dと
の間では、加圧気体の位置する空間部、即ちサイドシー
ル■8の外周側に隙間24を形或するようにしておけば
加圧気体がこの隙間24からサイドシール下部に入り、
第5図に示したラジアルシール15の場合と同様、加圧
気体の押圧力により良好なシールが望める。またこの隙
間により、ロータの熱膨張によって溝部1dが狭まって
もサイドシールが溝に挟まれる事態は防止され、サイド
シールの運動が拘束されることはないのでシール性が低
下したり、シールが不可能になる等の事態は発生しない
。
の間では、加圧気体の位置する空間部、即ちサイドシー
ル■8の外周側に隙間24を形或するようにしておけば
加圧気体がこの隙間24からサイドシール下部に入り、
第5図に示したラジアルシール15の場合と同様、加圧
気体の押圧力により良好なシールが望める。またこの隙
間により、ロータの熱膨張によって溝部1dが狭まって
もサイドシールが溝に挟まれる事態は防止され、サイド
シールの運動が拘束されることはないのでシール性が低
下したり、シールが不可能になる等の事態は発生しない
。
このように形或した各シール部材によりロータ本体の円
周方向のシールはサイドシール18、コーナーシール1
9およびラジアルシールl7端部が保合連接し、かつこ
れらシール材がサイドプレート23に接触摺動すること
により行われ、またロータ本体円周方向のシールはラジ
アルシール17により行われる。
周方向のシールはサイドシール18、コーナーシール1
9およびラジアルシールl7端部が保合連接し、かつこ
れらシール材がサイドプレート23に接触摺動すること
により行われ、またロータ本体円周方向のシールはラジ
アルシール17により行われる。
以上に示す第2の構戒はロータリーエンジのシールとも
共通点を有するが、ロータリーエンジンのロータ頂部の
軌跡がトロコイド曲線を威し、ロータ回転中に慣性の影
響を複雑に受けるのに対して、本発明のロータリー弁で
はロータは等速円運動を行い、従って慣性の影響も単純
であるため、ロータリーエンジンに比較して幅広い材料
をシール材として利用することが可能である.またロー
タリーエンジン開発時には大きな問題となった/’%ウ
ジング内面の波状摩耗(チャターマーク)が、ロータを
収納するハウジング内面に生じる等の虞れもない。
共通点を有するが、ロータリーエンジンのロータ頂部の
軌跡がトロコイド曲線を威し、ロータ回転中に慣性の影
響を複雑に受けるのに対して、本発明のロータリー弁で
はロータは等速円運動を行い、従って慣性の影響も単純
であるため、ロータリーエンジンに比較して幅広い材料
をシール材として利用することが可能である.またロー
タリーエンジン開発時には大きな問題となった/’%ウ
ジング内面の波状摩耗(チャターマーク)が、ロータを
収納するハウジング内面に生じる等の虞れもない。
第13図はロータにおける吸気側と排気側の断熱構造の
一例を示す。
一例を示す。
吸気通路3と排気通路6と間に形成した隔壁60に対し
ては、断熱材61からなる断熱層が形成してあり、これ
により排気通路6側の熱が吸気側に伝達されるのを極力
阻止するようにしてある。
ては、断熱材61からなる断熱層が形成してあり、これ
により排気通路6側の熱が吸気側に伝達されるのを極力
阻止するようにしてある。
なお、断熱材に代えて、この断熱材配置部を空隙とし、
この空隙部に冷却用の空気を通過させる等して断熱を図
ってもよい。このようにして断熱を図ることにより、吸
気の温度上昇を可能な限り低減し、以て充填効率の低下
を防止する。なお、以上の断熱部の形成は、隔壁形成部
を基準として、吸気側ロータ部と排気側ロータ部とを別
個に形成し、これら各ロータ部を付き合わせ接続して一
体的なロータを形或する際に断熱材をサンドイツチさせ
たり、またはこの部分に冷却用空隙を形或する等の方法
により達威される。
この空隙部に冷却用の空気を通過させる等して断熱を図
ってもよい。このようにして断熱を図ることにより、吸
気の温度上昇を可能な限り低減し、以て充填効率の低下
を防止する。なお、以上の断熱部の形成は、隔壁形成部
を基準として、吸気側ロータ部と排気側ロータ部とを別
個に形成し、これら各ロータ部を付き合わせ接続して一
体的なロータを形或する際に断熱材をサンドイツチさせ
たり、またはこの部分に冷却用空隙を形或する等の方法
により達威される。
以上、本発明の構或を軸流式ロータリー弁を例に説明し
たが、切欠き型のロータリー弁の場合でも、切欠き部を
中心として前記シール材を配置することにより、軸流式
ロータリー弁の場合と全く同様に効果的なシールが可能
であることは当然である。
たが、切欠き型のロータリー弁の場合でも、切欠き部を
中心として前記シール材を配置することにより、軸流式
ロータリー弁の場合と全く同様に効果的なシールが可能
であることは当然である。
またミ弁装置の装着対象を、主として4サイクルガソリ
ン機関を例に説明したが、もとより本装置の利用対象は
これに限定するものではない。例えば2サイクルガソリ
ン機関、ディーゼル機関等各種の内燃機械に対して利用
可能である.〔効果〕 本発明は以上にその構成を具体的に説明したように、回
転駆動するロータに一個所または複数個所形成した切欠
き部分(切欠き型ロータリー弁の場合)や、吸気口や排
気口として機能とする開口部(軸流式ロータリー弁の場
合)を囲むように、ロータ軸心方向および円周方向にシ
ール材を配置し、これによって切欠きゃ開口を各々独立
にシールし、かつ各シール材のハウジング接触面積およ
び接触圧力は、気密性を保持するため良好な油膜形成が
できる範囲で極力小さく形成するように構成したので、
摩擦抵抗を低く押さえながら高い気密性を保持すること
が可能となり、ロータリー弁の特徴である機関の高速化
、高効率化を達成することが可能となる。
ン機関を例に説明したが、もとより本装置の利用対象は
これに限定するものではない。例えば2サイクルガソリ
ン機関、ディーゼル機関等各種の内燃機械に対して利用
可能である.〔効果〕 本発明は以上にその構成を具体的に説明したように、回
転駆動するロータに一個所または複数個所形成した切欠
き部分(切欠き型ロータリー弁の場合)や、吸気口や排
気口として機能とする開口部(軸流式ロータリー弁の場
合)を囲むように、ロータ軸心方向および円周方向にシ
ール材を配置し、これによって切欠きゃ開口を各々独立
にシールし、かつ各シール材のハウジング接触面積およ
び接触圧力は、気密性を保持するため良好な油膜形成が
できる範囲で極力小さく形成するように構成したので、
摩擦抵抗を低く押さえながら高い気密性を保持すること
が可能となり、ロータリー弁の特徴である機関の高速化
、高効率化を達成することが可能となる。
また、特に高いシール性を要求されるラジアルシールの
構或にあっては、ロータの回転数、シールすべき空間部
の内部圧力に対応して摺動面に対する圧接力が自動的に
調整されるため、内燃機関の負荷変動に対応して過不足
なく、常時最適なシールを行うことができる。
構或にあっては、ロータの回転数、シールすべき空間部
の内部圧力に対応して摺動面に対する圧接力が自動的に
調整されるため、内燃機関の負荷変動に対応して過不足
なく、常時最適なシールを行うことができる。
第1図は本発明の第1の構或を示すロータリー弁装置の
側面図、第2図は第1図のI−1線による断面図、第3
図は第1の構或のシール材を取り付けたロータ本体の斜
視図、第4図はラジアルシールと板バネの斜視図、第5
図はラジアルシールとハウジング内面との接触状態を示
すラジアルシール装着部の断面図、第6図は軸流式ロー
タリー弁の概念を示すロータリー弁装置の概念図、第7
図は第2の構成を示すロータリー弁装置の部分図、第8
図(A)は第7図に示すロータリー弁装置のロータ本体
の斜視部分図、同(B)はサイドシールとウエーブスプ
リングの斜視図、同(C)はコーナーシールとコーナー
シールスプリングの斜視図、第9図は第8図(A)の■
一■線による断面図、第10図は同■一■線による断面
図、第11図はξネルバ型ロータリー弁装置の断面図、
第12図は第11図に示すロータリー弁装置のシール方
法を示すロータ部断面図、第13図は吸気側と排気側と
の間の断熱構造を示す軸流式ロータリー弁の概念図であ
る。 1・・・ロータ 1a・・・ロータ零体2・・・吸気
ポート 3・・・吸気通路4・・・排気ボート 5・・・燃焼室 6・・・排気通路7・・・ハウジ
ング 9・・・ロータ回転軸 14a、14b..14c、14d−−−・リングシー
ル 18・・ 19・・ 23・・ 60・・ 61・・ ■ 5、 17 ・ ・ サイドシール コーナーシール サイドプレート 隔壁 断熱材
側面図、第2図は第1図のI−1線による断面図、第3
図は第1の構或のシール材を取り付けたロータ本体の斜
視図、第4図はラジアルシールと板バネの斜視図、第5
図はラジアルシールとハウジング内面との接触状態を示
すラジアルシール装着部の断面図、第6図は軸流式ロー
タリー弁の概念を示すロータリー弁装置の概念図、第7
図は第2の構成を示すロータリー弁装置の部分図、第8
図(A)は第7図に示すロータリー弁装置のロータ本体
の斜視部分図、同(B)はサイドシールとウエーブスプ
リングの斜視図、同(C)はコーナーシールとコーナー
シールスプリングの斜視図、第9図は第8図(A)の■
一■線による断面図、第10図は同■一■線による断面
図、第11図はξネルバ型ロータリー弁装置の断面図、
第12図は第11図に示すロータリー弁装置のシール方
法を示すロータ部断面図、第13図は吸気側と排気側と
の間の断熱構造を示す軸流式ロータリー弁の概念図であ
る。 1・・・ロータ 1a・・・ロータ零体2・・・吸気
ポート 3・・・吸気通路4・・・排気ボート 5・・・燃焼室 6・・・排気通路7・・・ハウジ
ング 9・・・ロータ回転軸 14a、14b..14c、14d−−−・リングシー
ル 18・・ 19・・ 23・・ 60・・ 61・・ ■ 5、 17 ・ ・ サイドシール コーナーシール サイドプレート 隔壁 断熱材
Claims (5)
- (1)外周壁に切欠きまたは開口部を形成したロータを
燃焼室に近接配置し、このロータの回転により吸気およ
び排気を行う弁装置において、ロータ本体の円周方向及
び軸心方向に対してシール材を配置することにより、ロ
ータを収納するハウジングに対してロータの円滑な回転
を許容する空隙を保持しながら前記切欠きまたは開口の
各々を独立してシールするように構成したことを特徴と
するロータリー弁装置。 - (2)前記シール材を、前記切欠きまたは開口を介して
ロータ本体円周方向に対して各々配置したリングシール
と、これらリングシールの間に介在配置し、かつ切欠き
または開口をそれぞれ区画するラジアルシールとしたこ
とを特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載のロータ
リー弁装置。 - (3)前記シール材を、ロータ本体の軸心方向全長にわ
たって位置しかつ切欠きまたは開口を区画するように配
置した複数のラジアルシールと、ロータ本体端部円周方
向に配置したサイドシールと、ラジアルシール端部とサ
イドシールとの接続部に配置したコーナーシールとし、
これらラジアルシール端部、サイドシール及びコーナー
シールはサイドプレートに接触摺動するように構成した
ことを特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載のロー
タリー弁装置。 - (4)シール材と、このシール材を収納するロータ側溝
部との間において、シールすべき加圧空間側に連通する
隙間を形成し、弾性部材の弾発力に加えて、この隙間を
介して加えられる加圧空間側の圧力によりシール材が摺
動面側に押圧されるようにし、以て摺動面に対するシー
ル材の圧接力が前記加圧空間内の圧力に対応するように
したことを特徴とする特許請求の範囲第(1)項乃至第
(3)項記載のロータリー弁装置。 - (5)吸気側通路と排気側通路とを区画する隔壁部に断
熱材を配置し、または空隙を形成する等してこの隔壁を
断熱構造とすることによって、排気側の熱による吸気温
度の上昇によって吸入空気の充填効率が低下するのを防
止するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第(
1)項乃至第(4)項記載のロータリー弁装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1155894A JPH0751889B2 (ja) | 1989-06-20 | 1989-06-20 | ロータリー弁装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1155894A JPH0751889B2 (ja) | 1989-06-20 | 1989-06-20 | ロータリー弁装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0324374A true JPH0324374A (ja) | 1991-02-01 |
JPH0751889B2 JPH0751889B2 (ja) | 1995-06-05 |
Family
ID=15615829
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1155894A Expired - Fee Related JPH0751889B2 (ja) | 1989-06-20 | 1989-06-20 | ロータリー弁装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0751889B2 (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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- 1989-06-20 JP JP1155894A patent/JPH0751889B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JPH0751889B2 (ja) | 1995-06-05 |
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