JPH0451647B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、内燃機関、特に往復動機関に関す
る。

〔従来の技術〕

従来、ガス交換過程用回転制御要素がシリンダ
軸線に垂直な回転軸を有してシリンダブロツクと
シリンダカバーとの間に配置してあり、２本の回
転軸上に延びた穿孔ピン間に制御要素が該ピンと
固定結合された制御体を有し、シリンダヘツド内
に制御体とピンとを同一形状で取囲んだ相手面が
設けてあり、各ピンを軸方向ガス通路が貫通し、
該通路が制御体内に配置された曲管状ガス通路に
それぞれ移行し、後者が制御体の表面にポートと
なつて注ぎ、クランク軸から制御要素へと回転運
動を伝達する手段が設けてある内燃機関がある。

かかる制御要素は、２つの曲管状ガス通路を設
けた円筒体がピン間にあることから、クロス
（Cross）式ロール回転弁の名称で知られている。
ロールの支承は分割したシリンダヘツド内で行わ
れる。シリンダはコイルばねでロールの下面に押
圧され、ロールのガス通路内で給気及び排気の
90゜転向が起きる。給気は軸方向に流入し、排気
は軸方向に流出する。クランク室とピストン面と
の間の反発力は、シリンダの外でシリンダの軸延
長線上でシリンダヘツドの上シエルに作用するヨ
ークにより案内される。そのことからロール表面
と上シエルとの間に面圧が生じる。表面間にシー
ル用油膜が設けてある。

別のベール（Baer）式ロール回転弁は未分割
シリンダヘツド内でやはり滑り軸受式にロール表
面とロール相手軸受との間で油膜により案内され
ている。ロール内のガス通路は直径方向に配置し
てある。冷却のため空気又は水がロールを軸方向
に貫流する可動シリンダ底面が多層鋼膜を頼りに
燃焼室を密封し、ロールを押圧する。これから帰
結する面圧はまず小さなバイアスを、従つて吸気
工程時十分な密封を保証する。こうして燃焼圧が
所要の加圧上昇を引き起こす。

通常の往復動するきのこ弁に代わるものとして
構成された別の回転弁も数多く知られている。き
のこ弁は技術的信頼性を最大限補償し、外観形状
が単純で、燃焼圧が発生すると燃焼室を概ね問題
なく密封し、内燃機関を最適化して構造上比較的
良好に格納できるのであるが、しかしきのこ弁に
よるガス交換制御は流体技術的過程の最適化、特
に開口挙動（通路断面積）、及び燃焼室の最適化
を妨げる。それ故往復動するきのこ弁に代わるこ
とのできる回転弁を開発する試みが沢山なされ
た。なぜなら回転弁は構造が単純で、良好な開口
挙動を保証するからである。

周知の回転弁制御系では不均一に動く回転弁と
均一に動く回転弁とが区別される。不均一に動く
回転弁は発生する機械的及び熱技術的負荷が高す
ぎ、それ故使用不能であつた。

均一に動く回転弁はクランク軸によより駆動さ
れ、比例回転挙動を有する。それ故これは動荷重
を受けない。回転対称な各種形状の制御体を有す
る設計が作成された。

いわゆるボール回転弁制御系が星形機関用とし
て開発された（スクレナ（Skleenar）型）。機関
の支持体に属する固定制御リングとは対照的にシ
リンダ星形配列の行う運動は制御リング内に配置
された吸込通路及び吐出し通路を制御し、そして
圧縮区間、点火区間及び仕事区間を介しシリンダ
ヘツドを搬送するのに利用される。比較的細い制
御リングは内面が球状に実施してある。シリンダ
の有するブシユは密封のため遠心力及び燃焼圧の
作用でこの環状面に当接する。密封ブシユの端面
は球体の円筒部分に相当する。この球体要素の故
にこの弁はボール回転弁と呼ばれている。封止面
の特殊形状により、ブシユは軸方向摺動の外シリ
ンダ軸線を中心に自由回転を行うことができる。
これによりシリンダブシユは理想的密封鏡面が形
成されるまで弁環状面を自動的に研磨する。異物
が封止面に達すると異物はブシユの回転により搬
出される。シールブシユの内部は給気渦生成にと
つて好ましいピストンシリンダ底部間の空間が密
封室及び燃焼室となつている。内容積と表面積と
の比が好ましく、理想的燃焼室に近づく。ピスト
ンリングを有するシリンダネツクを密封する軽金
属製シールブシユは、新気と排気とが交互は貫流
するので、温度が比較的低く、その強さを維持す
る。固定制御リングが大きな温度差とそれに作用
する外力とにより理想的球形状と一致しない場合
でも球状面の密封はなお良好である。この場合ブ
シユ及びシユーが軸方向に適宜に摺動して補償が
行われる。封止面の研磨は流れが例えば異物に衝
突する場合でも継続する自動的過程である。

この形式の主な欠点はそれが星形機関の場合に
のみ適用できることにある。

アプフエルベツク（Apfelbeck）の提案は転動
支承されたロール回転弁に球状転動路を装備して
シリンダヘツドの上に配置することを内容とす
る。シール体の回転を得るためシール体は多少偏
心に設けるべきである。この弁は水で洗浄するこ
とができる。この提案でもつて平すべり弁形式
（円板）の場合蓋板で弁が摩擦する欠点とこれに
より油の消費量が高まるのを避けねばならない。
この提案は実現されなかつた。アプフエルベツク
の提案は、ロールを半径方向に通るガス通路を有
し、ロールを冷却材が軸方向に貫流可能となつた
ベール式ロール回転弁の実施態様に等しい。更に
このロールは隆起した球欠を有し、その環状球面
がロール転動路を形成し、シーリングに作用し、
シーリングは偏心支承により必然的に回転する。

ガス交換用回転弁の解決策が多数提出され、ま
た回転弁はきのこ弁に比べ多くの利点をもたらす
ことができたが、これまで回転弁がきのこ弁を真
に駆逐することはなかつた。或る、又は別の回転
弁を使用することは技術的に可能であるが、しか
しこの使用が問題となり得ないほどに内燃機関の
構造をかなり変更する必要が生じる。最適に設計
され互いに調整され特にきのこ弁制御系の設計と
調和した内燃機関の残りの構成要素を変更しそし
て回転弁制御系に適合させることは経済的に見合
うことではない。クランク機構、ケーシング、ガ
ス交換制御系等の集成体はすべて相互に調整して
あるで、ガス交換制御系の機能様式を根本的に変
更する試みは従来すべて失敗に終わつた。内燃機
関集成体のかかる革新は従来、内燃機関の構想全
体の変更を要求した。

回転弁の設計はすべて、きのこ弁の設計と同様
にシリンダ燃焼室の空間形状に影響する。燃焼室
はあまり分割すべきでなく、その表面積はできる
だけ小さく迎えるべきである。これをきのこ弁設
計で最適に解決することはできない。スパークプ
ラグの位置も重要である。きのこ弁の場合、周知
の回転弁の場合でも、スパークプラグはシリンダ
ボアの軸線を中心に半径約20mm以内に設けるべき
である。

回転制御系において密封は重要である。追求さ
れるシール要素は製造許容差が小さくかつ僅かの
部品で作製することができそして動作時自己運動
によりできるだけ正確に回転弁と重なり合うもの
である。周知の回転弁設計は複雑な密封を要求す
る。このことが、回転弁制御系が従来何故導入さ
れなかつたかの第２の理由である。

〔発明の解決しようとする問題点〕

先行技術の上記分析から、回転弁制御系が技術
的に実現可能であることがわかる。密封及び設計
についての知識は存在しており、機関の組立に何
ら制限を加える必要もない。ガス交換品質の点で
回転弁制御系は形式如何を問わず、きのこ弁制御
系に比べ明らかな利点をもたらす。最新の自動車
内燃機関構造で要請される通路断面積に照らし、
回転弁制御系の制御要素は、既存の機関構想の設
計にかかる制御系を使用することをもはや許さな
い形状及び寸法を有する。並列機関の場合回転弁
の寸法がシリンダ間隔、従つて機関の構造寸法を
決定する。現在の回転弁構想ではシリンダ間の距
離を少なくとも30％拡大することが必要であり、
それ故周知の回転弁設計は今日の技術水準及び機
関小型化要請の下では不利である。

この発明の目的は、簡単に製造することがで
き、ごく単純なシール要素を必要とし、燃焼室の
最適設計を可能とし、特に通常構造の並列機関用
としてきのこ弁設計の代わりに使用することので
きる回転弁を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に基づきこの目的は、直列に配置された
シリンダと少なくとも１個のガス交換過程用球状
回転スライド弁２０とを有し、該スライド弁がシ
リンダ軸線に垂直な回転軸を有してシリンダブロ
ツクとシリンダカバーとの間に配置してあり、２
本の回転軸上に延びた２つの軸受ジヤーナル間に
前記スライド弁が該軸受ジヤーナルと固定結合さ
れた球状制御体を有し、各軸受ジヤーナルを軸方
向ガス通路が貫通し、該ガス通路が制御体内に配
置された曲管状ガス通路にそれぞれ移行し、該曲
管状ガス通路が制御体の表面に開口をもつて出現
し、クランク軸から前記球状回転スライド弁へと
回転運動を伝達する手段が設けてある内燃機関で
あつて、前記球状回転スライド弁の前記制御体
が、２つの半球形の鉢形状部分からなり、これら
の部分は気密に接合されこれら部分の相対向した
側面の中心に管状の各軸受ジヤーナルが接続して
あり、赤道上に配置された継ぎ目で部分は中空の
球体を補完し、ガス通路の一端が中空球体の表面
で各開口に確実に接続され、他端は軸受ジヤーナ
ルに接続され、ガス通路の外面と軸受ジヤーナル
の内面とにより各冷却通路を形成するようにガス
出口側又はガス出口側及び入口側の各他端が関連
する管状軸受ジヤーナルを同軸に通ることを特徴
とする内燃機関により達成される。

ガス交換を制御する回転弁に本発明により、そ
のジヤーナルを貫通する制御通路を有する充実球
体を装備することにより、燃焼室を簡単にかつ確
実な動作で密封しそしてガス交換系用制御部材を
直接冷却する可能性を切り開く機能的に確実な回
転弁系が創出される。第１ジヤーナルと第１制御
通路との間で冷却通路に流入した冷却材はボール
回転弁の内部を貫流することができ、次に冷却材
は例えば冷却通路を介し反対側の第２ジヤーナル
と第２制御通路との間から流出することができ
る。冷却通路は単に球体内及びガス出口側のジヤ
ーナル内に設けるのが望ましい。ごく正確に製造
可能な中空球面に−必要なら−動作信頼性の高い
シールストリツプを簡単に挿入することができ、
外部点火機関の場合燃焼室内に通常の規模を超え
る圧縮を達成することができ、ボール回転弁の丸
天井形状は高い圧縮力を吸収するのに格別適して
いる。ボール回転弁はジヤーナルに取付けたリン
グギヤを介し駆動されるので、クランク軸からボ
ール回転弁へと回転運動の伝達が格別簡単であ
り、カム制御式きのこ弁の場合のようにばね力を
克服することも不均一な加速を発生することもな
い。回転弁の回転軸を支えるフランジ部を介しシ
リンダヘツドカバーをシリンダブロツクと結合し
て回転弁に充実球形状を適用すると、製造技術的
に簡単にそれぞれ燃焼室内のガスをきれいに燃焼
させる意味で燃焼室の比較的自由な設計と、従つ
て最適化が可能となる。球形状の回転弁を使用す
る結果、それに対応した半球状の端面を有するピ
ストンは、ピストンスカートの内周面に設けられ
た適当な補強ひれにより、特別の熱荷重を受けて
発生する熱膨張にもかかわらずピストンがシリン
ダ内で動かなくなるのが防がれるよう嵌合してあ
る。これは、本発明による構成を適用する内燃機
関が対向配列に類似した２つの相対向したシリン
ダブロツクを有し、シリンダ内を滑動するピスト
ンがクランクループを介し互いに剛性結合してあ
る場合特に有利である。最後に本発明により構成
したボール回転弁、特に制御通路の横断面形状状
の構成は、きのこ弁制御式ガス交換の内燃機関と
比較して開口断面積と時間断面積との比が最適と
なる。中空球状を使用してスパークプラグを中空
球体の特に中心に格納できることからも、別の利
点が生じる。

〔実施例〕

この発明を以下図示実施例に基づき説明する。

全体に符号１０を付記し第１図に単に一部を示
した内燃機関はシリンダブロツク１１、シリンダ
ヘツド１２の一部をなすシリンダカバー１３、両
者間に回転自在に支承された球状回転スライド
弁、すなわちボール回転弁２０、そしてピストン
ロツド１６に固着されたピストン１７を含む。

シリンダブロツク１１を支えるクランク室は見
易くする意味で図示省略してあり、従つてそれに
付属して同軸上で対向したシリンダブロツクとシ
リンダヘツド及び付属のピストンとピストンロツ
ドも省略してある。つまり２つのシリンダブロツ
クは対向形機関の形式に配置してあり、それらの
ピストンは剛性ピストンロツドの未端と結合して
あり、ピストンロツドはやはり図示省略したクラ
ンクループを介しピストンの往復運動を回転運動
に変える。

既に触れたように第１図では単に、端面側のね
じ１９を介しピストンロツド１６の一端と結合さ
れたピストン１７が示してある。

シリンダカバー１３は第１，２図が示すように
締付ねじ２２ａを介し着脱自在にシリンダブロツ
ク１１と直接結合してある。シリンダカバー１３
は、軸受ジヤーナル４３，４４を支承する入口範
囲を除く内面に半球形又は丸天井状の相手面２５
を有し、シリンダブロツク１１は軸受ジヤーナル
４３，４４を支承する入口範囲及びシリンダボア
の範囲を除きシリンダボア２６の上端範囲の内縁
にやはり丸天井状の相手面２７を有する。シリン
ダブロツク１１内に冷却通路２３が設けてある。
フランジキヤツプ２１，２２は、シリンダヘツド
カバー１３をシリンダブロツク１１と結合した
後、別々に横から螺着され（ねじ２２ｂ）、ボー
ル回転弁の支承に関し及び燃焼過程時の圧縮力に
関し支持機能を発揮しない。フランジキヤツプは
シリンダカバー１３とシリンダブロツク１１との
間に配置された回転弁の支承箇所をそれぞれ覆つ
ている。

同様にピストン１７は端面２８が球殻切片状に
構成してあり、該端面に半径方向溝２９が刻設し
てあり、シリンダブロツクに半径方向にねじ込ん
だスパークプラグ３０の電極がこの溝内に突出す
る（第２図参照）。溝２９に付属してピストンス
カート内に冷却ひれ３１（第２ａ図）が設けてあ
る。シリンダカバーの球面又は半球面及びシリン
ダブロツクの球面又は半球面に付属してシールス
トリツプ３３，３４が設けてあり、そのうちシー
ルストリツプ３３は環状に構成してある。

ピストンは第２ｂ〜２ｅ図が示すように端面２
８を回転対称に、つまり平らな面２８ｃ、環状縁
を有する半球面２８ｄ、及び環状縁を有する円錐
台形面２８ｅとして構成することもできる。この
場合スパークプラグ３０ａは第２ｂ図の配列に従
つてピストン上死点より上方に配置してある。

第４図を基にボール回転弁２０の実施態様の空
間形状を以下説明する。このボール回転弁２０は
球状の制御体１５を有する。この制御体１５は２
つの互いに気密に溶接された半球鉢状部分４０，
４１からなり、該部分の相対向した側の中心に各
１つの管状ジヤーナル４３，４４が溶接してあ
る。赤道上に配置された分離継目３９で補足し合
つて中空球体をなした部分４０，４１を２つの曲
管状制御通路４６ｂ，４７ｂが第１，２，２ａ，
２ｂ，４図に示すように例えば126゜の制御角度−
この制御角度は、制御時間及び交差角度がそれに
依存しているので、各機関形式に調整してある。
−で貫通し、一端４８，４９は部分４０，４１の
ポート５０，５１に形状嵌合式に注ぎ、他端５
３，５４は管状ジヤーナル４３，４４に同軸で通
してあり、それぞれ制御通路の外周面とジヤーナ
ル内周面とにより制限された冷却通路５６，５７
が発生する（第１図も参照）。特に第１，４図が
示すように制御通路４６，４７はポート５０，５
１、つまり燃焼室−シリンダボア２６−に注いだ
範囲が概ね長方形であり、また管状ジヤーナル４
３，４４、つまり吸込管５８及び吐出し管５９に
注いだ制御通路範囲はガス交換制御系用に好適な
開口断面積・時間断面積比を得るため横断面が円
形に構成してある。このことは第５図の線図が以
下なお説明するように示している。

ジヤーナル４３は球体に背向した遊端に半径方
向リング６０、ジヤーナル４４は対応する末端に
半径方向リング６１を有し、該リングがそれぞれ
制御通路４６，４７の当該末端と気密に溶接して
ある。これらの末端４８，４９はやはり部分４
０，４１のポーナ５０，５１に気密に溶接してあ
る。

ジヤーナル４３は更にその外周面に環状フラン
ジ状の半径方向外方に延びた環状突起６３を有
し、該突起に固着されたリングギヤ６４は半径方
向に延びた歯を有する（第１図参照）。軸受開口
８１の外に配置されたこの突起を介し図示省略し
た仕方でボール回転弁２０はやはり図示省略した
駆動軸により均一に駆動される。他方のジヤーナ
ル４４も外周面に環状フランジ状の半径方向に延
びた環状突起６５を有する。突起６５は軸受開口
７９の外に配置され、すべり輪又は類似物でもつ
てシリンダカバー１３の端面及びシリンダブロツ
ク１１の端面に当接する。駆動部は、前記リング
ギア６４と、このリングギア６４と噛み合い駆動
軸に固定されるはすば歯車から構成することがで
き、これにより回転弁は、駆動部がフランジ輪６
５を端面に引き寄せるよう設計してあるので、軸
方向で固定されている。両ジヤーナルを複数個の
穴６７，６８が半径方向で貫通し、冷却通路５
６，５７はこれらの穴を介して冷却材供給路７１
及び冷却材排出路７２と連絡している（第１図参
照）。

ジヤーナル４３，４４の端面に付属してそれぞ
れ周知のメカニカルシール７５，７６が周知の如
く設けてある。同様にリングギヤフランジ６３及
びフランジ６５に付属してメカニカルシール７
７，７８が設けてある。これらのシールはフラン
ジキヤツプ２１，２２の対応する凹部内で支承さ
れている。

第１図から更にわかるようにボール回転弁２０
はジヤーナル４３，４４により円筒形軸受穴７
９，８１内で支承されている。ボール回転弁を組
み立てることができるよう軸受穴はそれぞれ半分
がシリンダブロツク１１内、半分がシリンダカバ
ー１３内にある。既に触れたようにシリンダカバ
ー１３はシリンダブロツク１１で保持され、両者
を結合するフランジキヤツプ２１，２２は、シー
ル部、軸受部及び駆動部を受容するための回転対
称又は階段環状凹部、例えば８３，８４とを備え
る。

ボール回転弁２０はシリンダブロツク１１及び
シリンダカバー１３の軸線受穴７９，８１内で軸
受胴８８，８９を間挿して回転自在に支承してあ
る。メカニカルシール７５〜７８はガス供給路、
冷却材供給路、潤滑油供給路間を確実に密封す
る。

運転中、ボール回転弁２０は図示省略した駆動
軸により、リングギヤ６４と係合したやはり図示
省略した伝達要素を介し矢印９１の方向に均一に
駆動され、制御通路４６，４７を介しまずガス入
口５８が、そして注入された混合気の圧縮及び点
火後にガス出口５９が燃焼室、つまりシリンダボ
ア２６と結ばれる。第１図ではガス入口が燃焼室
と連絡することになるボール回転弁の回転位置が
認められ、第２図に示すボール回転弁の回転位置
では注入された混合気の点火及び燃焼が行われ
る。最後に第２ａ図に示すようにボール回転弁の
回転位置がガス交換位置にあるときピストン１７
は上死位置にある。

第２ｂ図に示した変形実施態様ではシリンダカ
バーを２部分構成とし、半球形カバー上部９２と
半球形カバー下部９３ととに分割し、一部図示し
たシリンダブロツク１１ａと共に図示省略した方
法で気密に螺着してある。カバー下部９３は側面
を適宜に階段状にした傾斜ねじ穴９４を有し、こ
れにスパークプラグ３０ａがねじ込んである。ス
パークプラグ３０ａは点火電極がピストン１７の
端面２８ｂとボール回転弁２０との間でシリンダ
穴２６より上にある燃焼室９５ａ内に突出してい
る。この実施態様ではボール回転弁とシリンダヘ
ツドとの間でカバー下部９３の半球環状面内に単
に１個のシールリング３３ａが設けてある。更に
ピストン１７の端面に溝２９が設けてない。むし
ろこの端面は付加的ひれ３１−第２ａ図参照−も
省いて第２ｃ−２ｅ図に示すように構成すること
ができる。

上述のボール回転弁は開口断面積及び時間断面
積に関し通常の２弁機関及び通常の４弁機関を凌
駕していることが第５，６図から容易にわかる。
パーセントで表現するならその開口挙動は、シリ
ンタボアがそれぞれ同一であるとして、相当する
２弁機関の場合より108〜226％良好である。

弁開口断面図積の理論的最大値は周知の如くシ
リンダボア断面積、つまりこの場合φ＝79.5mmで
あるので4960mm²である。しかし弁を介しその都度
開口されるのは部分断面積にすぎない。選定した
個々の機関形式のシリンダボア断面積と個々の弁
断面積との間の比は次の通りである。

弁開口断面積 シリンダボア断面積 ２弁機関 731mm²／4960mm²＝0.15 ４弁機関 790mm²／4960mm²＝0.16 ボール回転弁機関 920mm²／4960mm²＝0.19 即ちボール回転弁は、上記のことが証明してい
るように、その構造故に、特定のシリンダボアを
有する所定の機関において別の弁制御系より大き
な弁開口断面積を達成することができる。

容易に理解できることであるが、上述のボール
回転弁は４サイクル機関でも２サイクル機関でも
ガス通路を適当に変更して使用することができ
る。

ボール回転弁は単数又は冒頭述べたように複数
の部材として構成し、各適用範囲の要請に応じて
金属材料、セラミツク材料、或いは複合材料から
構成することができる。

ボール回転弁は更に単シリンダ機関又は多シリ
ンダ機関の部品とすることができる。つまりその
適用範囲は上述の形式に限られてはいない。また
ピストン及びシリンダカバーは選定する燃焼室構
成の各要求条件に応じて発明思想から逸脱するこ
となく別の実施態様が可能である。特に注目すべ
きこととしてこのボール回転弁は残りの部材を変
更することなく直列形機関にも適用可能である。
その際、各シリンダの上にボール回転弁が配置さ
れ、その回転軸線はシリンダの整列方向を横切
る。全高はきのこ弁の場合より低くすることがで
きる。更に燃焼室は最適値に近い空間形状に構成
することができる。シールは半球面２７内に配置
してあるので、単純なリング３３，３３ａ，３３
ｂから構成するだけでよい。従つてごく単純なシ
ール要素となる。複雑な形状のシールリングもシ
ールスリーブも必要でない。球体の支承が、例え
ば円筒面を有する周知のロール回転弁の場合のよ
うにボール表面で行われるのでなくジヤーナルで
行われるようになつたことは大きな進歩である。
しかもボール表面と半球面２５，２７との間には
油膜を充填する必要のない隙間を設けることがで
きる。

本発明によるボール回転弁の改良実施態様を第
７，８図が示す。空間形状が１〜６図の実施態様
と同じである限りそれらの部材には同じ符号が付
けてある。

第７，８図に示す実施態様は第２ｂ図のものと
同様に２部分からなるシリンダカバー１３を有す
る。シールリング３３ｂはシリンダカバー下部９
３の半球面２７に刻設した環状溝９７に嵌入して
ある。シールリングは炭素又は黒鉛製リングから
なり、ボール表面に当接し、ばね要素１００でも
つて環状溝９７の底で支持された金属リング９９
内でしつかり支承されている。ボール回転弁２０
は例えば適当なセラミツク材料から製造してあ
り、単に片側、つまりガス出口側に冷却通路５７
を有する。冷却通路はガス通路４７を取り囲み、
ボールの残つた空洞に挿入してある。従つて冷却
通路５７はジヤーナル４４内でガス通路４７を取
り囲んだ環状円筒室とボールの残つた空洞とによ
り形成される。この冷却通路配列でもつてボール
回転弁の最適冷却が達成される。ガス入口側でジ
ヤーナル４３とガス通路４６とがユニツトをなし
ている。つまり冷却材用に特別に環状円筒通路が
設けてない。

本発明のこの実施態様ではボール回転弁の軸方
向支承がスラスト軸受１０１により保証される。
スラスト軸受は片側が歯車６４ａに当接し、反対
側はフランジキヤツプ２１の環状エツジ１０３を
押圧する。ボール回転弁に駆動力を伝達するはす
ば歯車１０２はそのピツチがボール回転弁をキヤ
ツプエツジ１０３に押圧する。

ロータリシヤフトリツプシール１０４とメカニ
カルシール１０５がボール回転弁のジヤーナル表
面を軸受面に対し密封する。更に、冷却通路５７
内に冷却材を圧送するポンピングホイール１０６
がフランジキヤツプ２２内でジヤーナル４４に配
置してある。更にシリンダヘツドカバー部に別の
冷却通路１０７が設けてあり、回転弁体だけでな
くシリンダヘツド全体も最適に冷却することがで
きる。

第７図においてボール表面と半球面２５，２７
との間に認められる隙間１０８は本発明によるボ
ール回転弁の場合に設けることができ、油を充填
する必要がない。この自由隙間１０８によりボー
ル回転弁は格別低摩擦で回転する。この隙間１０
８を設けることは本発明による回転弁で初めて可
能となつたが、それはボール回転弁の支持部がジ
ヤーナル４３，４４に移され、弁体表面又はボー
ル表面が弁の支持には必要でなくなつたからであ
る。隙間１０８を介し半球面２７の範囲でシリン
ダから溝９７へと圧力が達してシールリング３３
ｂを矢印１０９（第８図）の方向にボール表面に
押圧することができる。

通路４６，４７の壁体部分に至るまでの中空球
体全体が冷却通路５７に寄与することが第８図か
らわかる。

本発明の別の実施態様によれば、ボールの中心
を通る平面範囲においてガス通路４６，４７の曲
管部の外壁間に距離がとつてある。この空洞にス
パークプラグ１１０は直径線上で挿入される。従
つて本発明によればスパークプラグ１１０は均一
な角速度で回転する弁体内に配置してある。

本発明によるスパークプラグ配列は接地電極を
有する導電性スパークプラグ挿入リング１１１を
有し、その内部にはまず絶縁体１１４、そしてそ
の中に中心電極１１２が配置してある。この挿入
リング１１１はボールに直径径線上で挿通された
金属筒１１５にねじ込んであり、金属筒は金属製
ボールの各出口１１６で球殻と気密に溶接してあ
る。筒１１５内の軸方向又は中心に、電気絶縁材
料からなるスリーブ１１８に埋封された点火線１
１７がある。点火線１１７は挿入物１１１とは反
対側の末端が球体表面の箇所ですべりシユー（図
示省略）となつて成端し、他端は中心電極１１２
と接触している。

シリンダヘツド上部１３，９２にねじで点火電
流伝達部１１９がねじ込んである。これはやはり
中央の点火線とそれを取り囲んだ絶縁体とケーシ
ング１２０とからなる。ケーシング１２０は、交
差上死点においてボール回転弁体を180゜回すこと
によりスパークプラグ挿入物１１１が可視となり
シリンダヘツドを取り外すことなく交換できるよ
う寸法設計してある。

点火電流伝達部１１９に市販の点火装置１２１
を接続することができる。

回転回路なボール弁２０から静止部材１１，１
１ａ，１３，９２へと支障なく通電しそしてこれ
をすべり軸受８８，８９を介し（すべり軸受の油
膜の）電気抵抗を高めるだけで可能とするため、
フランジリング６５又はフランジリング６３にス
リツプリング１２３が配置してある（第１図）。
静止側に固着されたブラシ１２２が、電動機の整
流子の場合と同様に、所要の通電を可能とする。

本発明によるスパークプラグ配列により、スパ
ークプラグを燃焼室９５の最適箇所、例えばシリ
ンダ軸線上で点火室の上側境界面の中心に位置調
整する可能性が生じる。燃焼室は何らの悪影響も
受けることなくスパークプラグ支承部の取付空間
により形成することができる。燃焼過程の最適化
が可能である。ボール内のスパークプラグ部分は
冷やすことができる。燃焼室の周囲はスパークプ
ラグ取付部が存在していないので立体形状の点で
比較的単純に構成し、最適に冷やすことができ
る。

本発明によるスパークプラグ配列は別の回転
体、例えばロールの場合にも設けることができ、
ボール内の配列に限られてはいない。但しそこに
格納するのが特に望ましい。

制御体としてボールを使用すると、予想せざる
利点が得られる。単純な部材を使用することがで
き、製造コストが低下する。ボール回転弁の回転
対称な部材は局部的に材料が堆積することがな
く、温度変化や様々な熱負荷を受けても制御体に
ゆがみを生じることはない。ボール回転弁の立体
形状は同一形状にとどまる。ボール表面を押圧す
るシールリングは制御体が寸法変化を受けないの
で様々な材料、例えばセラミツクから構成するこ
とができる。シールリングは僅かに傾いて支承さ
れているので中心点のまわりを回転し、そのこと
により長期にわたつて密封効果を保証することが
できる。

このボール回転弁ではボール表面がシールリン
グのシールエツジにのみ当接するので付加的給油
を省くことができる。しかもボール表面とシリン
ダヘツドの相手面との間には約0.2〜0.08mmの隙
間が設けてある。制御体とシールリングは例えば
セラミツク材料から構成することができる。或い
は、金属製ボールを例えばプラズマ溶射によりセ
ラミツク材料で被覆することもできる。給油が必
要でないことからこの実施態様が可能である。

本発明によるボール回転弁配列は部材の立体形
状が単純であることから最適に冷却することがで
きる。材料堆積部は存在しない。このことはセラ
ミツク材料から部品を製造する上で好都合であ
る。圧縮過程時に圧縮力を導入する上でボールは
丸天井形状の故に極めて都合が良い。球形状の製
造は円筒形状状に比べ極めて簡単で問題もない。

ジヤーナルはさしたる温度変化を受けず、従つ
て熱の作用で立体形状が変化することもないの
で、ボール回転弁をジヤーナルで支承することが
可能である。この理由から、軸受の給油も問題が
ない。

しかし特に強調すべきこととして、ボールの空
洞内にスパークプラグを取付けた場合、それ以上
の最適化があり得ないほどの燃焼室構造を保証す
ることができる。その結果、極めて高い機関出力
を達成することができる。点火はシリンダ軸線上
で行うことができ、これにより火炎フロントは円
形となる。シリンダの側壁リングが円形であるこ
とから火炎フロントはあらゆる箇所で同時に成端
する。

燃焼室は、特にピストン表面が半球形に構成さ
れ且つ半球形状の半径がボールの半径に適合して
ある場合、ごく小さくすることができる。

側壁リングも回転弁のボールも適当な冷却材で
強力に冷やすことができ、燃焼室の壁が冷たいこ
とから別の利点が生じる。更に、弁機関とは異な
り、高温の排気弁が存在しない。燃焼室内に高温
箇所が存在しないことにより著しく高い圧縮比、
従つてより高い機関出力を達成することができ
る。

本発明によるボール回転弁において初めてスパ
ークプラグは制御体内に配置される。それ故スパ
ークプラグは燃焼室の中心に配置することができ
る。スパークプラグが強力に冷やされることによ
り、それが燃焼室内の高温箇所となることもな
い。スパークプラグはごく短時間燃焼空間内にあ
り、その意味でも実質的に加熱されることはな
い。

シールリングは回転弁の回転軸線と平行な平面
から傾倒し、球切片の周長の違いにより回転弁の
ボール・シールリンダ間のシールエツジに相対速
度差を発生し、従つて回転軸線を中心としてパツ
キンを回転１１９させることができる。こうして
パツキンの寿命及び封止能力が高まる。

シールリングは更に回転弁ボール支承部に近い
範囲で回転弁ボールに様々なばね力を加えること
ができる。このばね力は回転弁はボール・シール
リング間のシールエツジに周辺力の差を引き起こ
し、従つて回転軸を中心にシールの回転１１９を
引き起こす。このこともやはりシールの寿命及び
封止能力を高める。

内燃機関は火花点火機関、デイーゼル機関又は
ガス機関として実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はガス交換制御に役立つ本発明による回
転弁を有する内燃機関のシリンダヘツドの断面図
であり、回転弁は吸込位置にある。第２図は第１
図の−線に沿つた断面図であり、回転弁は点
火位置にある。第２ａ図は第２図に相当する断面
図であり、回転弁はガス交換位置にある−ガス吸
込路と吐出し路とがピストン位置上死点で交差。
第２ｂ図は変形構成したピストンを有する第２図
に相当する断面図。第２ｃ〜２ｅ図はピストンの
各種変形構成。第３図は第１図に示す内燃機関の
シリンダヘツド平面図。第４図は回転弁及び制御
エツジを一部断面で示す拡大斜視図。第５図は本
発明によるボール回転弁を有する機関のクランク
角度に依存した開口断面積を２弁時間系又は４弁
制御系を有する機関と比較して示す線図。第６図
は吸込用に各種ガス交換系を有する４サイクル機
関の開口断面積、時間断面積とそれに対応した参
照係数を示す表。第７図はボール回転弁の別の実
施態様の断面図。第８図は第７図の球体を一部断
面図で示す斜視図。 １０……内燃機関、１１……シリンダ、シリン
ダブロツク、１３……シリンダカバー、１５……
制御体、２０……ボール回転弁、２５，２７……
相手面、４３，４４……軸受ジヤーナル、４６，
４７……ガス通路、９０……回転軸線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 直列に配置されたシリンダと少なくとも１個
   のガス交換過程用球状回転スライド弁２０とを有
   し、該スライド弁２０がシリンダ軸線に垂直な回
   転軸を有してシリンダブロツク１１とシリンダカ
   バー１３との間に配置してあり、２本の回転軸上
   に延びた２つの軸受ジヤーナル４３，４４間に前
   記スライド弁２０が該軸受ジヤーナル４３，４４
   と固定結合された球状制御体１５を有し、各軸受
   ジヤーナル４３，４４を軸方向ガス通路４６ａ，
   ４７ａが貫通し、該ガス通路４６ａ，４７ａが制
   御体１５内に配置された曲管状ガス通路４６ｂ，
   ４７ｂにそれぞれ移行し、該曲管状ガス通路４６
   ｂ，４７ｂが制御体１５の表面に開口をもつて出
   現し、クランク軸から前記球状回転スライド弁２
   ０へと回転運動を伝達する手段が設けてある内燃
   機関であつて、前記球状回転スライド弁２０の前
   記制御体１５が、２つの半球形の鉢形状部分４
   ０，４１からなり、これらの部分４０，４１は気
   密に接合されこれら部分の相対向した側面の中心
   に管状の各軸受ジヤーナル４３，４４が接続して
   あり、赤道上に配置された継ぎ目３９で部分４
   ０，４１は中空の球体を補完し、ガス通路４６，
   ４７の一端４８，４９が中空球体の表面で各開口
   ５０，５１に確実に接続され、他端５３，５４は
   軸受ジヤーナル４３，４４に接続され、ガス通路
   の外面と軸受ジヤーナルの内面とにより各冷却通
   路５６，５７を形成するようにガス出口側又はガ
   ス出口側及びガス入口側の各他端５３，５４が関
   連する管状軸受ジヤーナル４３，４４を同軸に通
   ることを特徴とする内燃機関。 ２ ガス通路４６とこれに関連する軸受ジヤーナ
   ル４３とがガス入口側で構成ユニツトを形成する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   内燃機関。 ３ 半球形の鉢形状部分４０，４１、軸受ジヤー
   ナル４３，４４、及び曲管状ガス通路が互に溶接
   されることを特徴とする特許請求の範囲第１項又
   は第２項に記載の内燃機関。 ４ ジヤーナル４３，４４が軸受ジヤーナルとし
   て構成してシリンダヘツド内で支承してあり、制
   御体１５を囲む半球形の相手面２５，２７がシリ
   ンダヘツドに配設され、好ましくは軸線の周りを
   回転可能であり、球状制御体１５の表面に当接し
   て外部空間からシリンダ１１の燃焼室９５を密封
   するシールリング３３，３３ａ，３３ｂがシリン
   ダに隣接する半球面２７に支持されることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項から第３項のいずれ
   か１項に記載の内燃機関。 ５ シリンダヘツドがシリンダ軸線に垂直に２つ
   に分割され、分割線が球状回転スライド弁２０の
   回転軸線９０を通ることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項から第４項のいずれか１項に記載の内
   燃機関。 ６ 軸受ジヤーナル４３，４４を支承する入口範
   囲を除きシリンダヘツド内のシリンダカバー側に
   半球形又は球状に曲折した相手面２５が備り、ま
   た軸受ジヤーナル４３，４４を支承する入口範囲
   及びシリンダボアの入口範囲を除きシリンダヘツ
   ド１２内のシリンダボア側に球状に曲折した相手
   面２７が備ることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項から第５項のいずれか１項に記載の内燃機
   関。 ７ 冷却通路２３がシリンダブロツク１１内に設
   けてあることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   から第６項のいずれか１項に記載の内燃機関。 ８ シリンダカバー１３とシリンダブロツク１１
   の間に配置された球状回転スライド弁２０用支承
   箇所を覆うフランジキヤツプ２１，２２がシリン
   ダヘツド１２に設けてあることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項から第７項のいずれか１項に記
   載の内燃機関。 ９ ピストン１７が球状の鉢の１部として形成さ
   れた端面２８を有することを特徴とする特許請求
   の範囲第１項から第８項のいずれか１項に記載の
   内燃機関。 １０ ピストン１７の端面２８内に半径方向溝２
   ９が設けてあり、シリンダブロツク１１に半径方
   向でねじ込まれたスパークプラグ３０の電極がこ
   の溝内に突出することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項から第９項のいずれか１項に記載の内燃
   機関。 １１ 前記溝２９に付属して冷却ひれ３１がピス
   トンスカート内に設けてあることを特徴とする特
   許請求の範囲第１０項に記載の内燃機関。 １２ 球状制御体１５の中心から両側に等距離を
   おいて各１個のシールリング切片３４が球状曲折
   面２５，２７の溝内で支承され、シールリング切
   片３４が球状回転スライド弁２０の回転軸線９０
   に垂直に延びてシールリング３３の平面に垂直に
   突接していることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項から第１１項のいずれか１項に記載の内燃機
   関。 １３ ピストン１７の端面２８が回転対称に構成
   してあることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   から第１２項のいずれか１項に記載の内燃機関。 １４ 開口（５０及び５１）に接続するガス通路
   （４６及び４７）の範囲の横断面が概ね長方形、
   そして管状軸受ジヤーナル（４３及び４４）に通
   されたガス通路の範囲の横断面が円形に構成して
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項から
   第１３項のいずれか１項に記載の内燃機関。 １５ 軸受ジヤーナル４３が制御体に背向した遊
   端に半径方向リング６０、そして軸受ジヤーナル
   ４４が当該末端に半径方向リング６１を有し、こ
   れらの末端に制御通路４６，４７の付属する末端
   がそれぞれ気密に溶接してあり、これらの末端
   （４８及び４９）がやはり部分４０，４１の開口
   ５０，５１内で気密に溶接してあることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項から第１４項のいずれ
   か１項に記載の内燃機関。 １６ 軸受ジヤーナル４３が外周面に環状フラン
   ジ状の半径方向外方に延びた環状突起６３を有
   し、半径方向に延びた歯を有する歯付リング６４
   が前記突起に個着してあり、前記突起が軸受穴８
   １の外に配置されて駆動手段と結合してあり、他
   方軸受ジヤーナル４４が外周面に環状フランジ状
   の半径方向に延びた環状突起６５を有し、該突起
   ６５が軸受穴７９の外に配置され、そしてすべり
   輪又は類似物でもつて駆動部によりシリンダカバ
   ー１３の端面及びシリンダブロツク１１の端面に
   当接することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   から第１５項のいずれか１項に記載の内燃機関。 １７ 両軸受ジヤーナル４３，４４を少なくとも
   １個の穴（６７又は６８）が半径方向で貫通し、
   この穴を介し冷却通路５６，５７が冷却材供給路
   ７１及び冷却材排出路７２と連絡していることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項から第１６項の
   いずれか１項に記載の内燃機関。 １８ フランジキヤツプ２１，２２がすべり輪シ
   ール７５，７６，７７，７８を支えていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項から第１７項の
   いずれか１項に記載の内燃機関。 １９ 球状回転スライド弁２０が軸受ジヤーナル
   ４３，４４により円筒形軸受穴７９，８１内で支
   承され、該軸受穴は望ましくはそれぞれ半分がシ
   リンダブロツク１１内、半分がシリンダカバー１
   ３内に設けてあることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項から第１８項のいずれか１項に記載の内
   燃機関。 ２０ シリンダカバー１３が２部分構成であり、
   球状丸天井のカバー上部９２と球状丸天井リング
   状のカバー下部９３とを有することを特徴とする
   特許請求の範囲第１項から第１９項のいずれか１
   項に記載の内燃機関。 ２１ カバー下部９３が側面に傾斜したねじ穴９
   ４を有し、該ねじ穴にスパークプラグ３０ａがね
   じ込んであり、その点火電極がピストン１７の端
   面２８ｂと球状回転スライド弁２０との間でシリ
   ンダボア２６より上方にある燃焼室９５ａ内に突
   出していることを特徴とする特許請求の範囲第２
   ０項に記載の内燃機関。 ２２ 制御体１５の球状表面と球状曲折面２５，
   ２７との間に〓間１０８が油膜なしに設けてある
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項から第２
   １項のいずれか１項に記載の内燃機関。 ２３ シリンダカバー下部９３の丸天井面２７
   に、好ましくはシリンダ軸線に対し傾けて環状溝
   ９７を設け、これにシールリング３３ｂが嵌入し
   てあることを特徴とする特許請求の範囲第１項か
   ら第２２項のいずれか１項に記載の内燃機関。 ２４ シールリング３３ｂが良好なすべり性を有
   する耐熱材料からなり、球状表面とシリンダ軸線
   に対し斜に配置された環状溝９７とに当接するよ
   う支持体９９内に嵌入してあり、ばね要素１００
   を介し支持され、そして自己の軸線を中心に回転
   可能であることを特徴とする特許請求の範囲第２
   ３項に記載の内燃機関。 ２５ 球状回転スライド弁２０がセラミツク材料
   からなることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   から第２４項のいずれか１項に記載の内燃機関。 ２６ 球状制御体が金属からなり、セラミツク材
   料で、特にプラズマ溶射により被覆されることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項から第２４項の
   いずれか１項に記載の内燃機関。 ２７ 片側が歯車６４ａに当接しそして反対側が
   フランジキヤツプ２１の環状エツジ１０３を押圧
   するスラスト軸受１０１により球状回転スライド
   弁２０の軸方向での支持が保証されることを特徴
   とする特許請求の範囲第２３項から第２６項のい
   ずれか１項に記載の内燃機関。 ２８ 球状回転スライド弁２０の駆動力がはすば
   歯車１０２を介し伝達され、そのピツチが球状回
   転スライド弁をキヤツプエツジ１０３に押圧する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２７項に記載
   の内燃機関。 ２９ ポンプホイール１０６がフランジキヤツプ
   ２２内で軸受ジヤーナル４４に配置され、冷却通
   路５７内に冷却材を圧送することを特徴とする特
   許請求の範囲第２３項から第２８項のいずれか１
   項に記載の内燃機関。 ３０ 均一な角速度で回転する制御体内にスパー
   クプラグが配置してあることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項から第２９項のいずれか１項に記
   載の内燃機関。 ３１ スパークプラグが均一な角速度で回転する
   制御体内に配置してあり、球の中心を通る平面範
   囲において曲管状ガス通路４６ｂ，４７ｂの外壁
   間に間隔を置いて中間室が形成してあり、該中間
   室にスパークプラグ１１０が直径線上で嵌入して
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項から
   第３０項のいずれか１項に記載の内燃機関。 ３２ スパークプラグ配列が接地電極１１３を有
   する導電性スパークプラグ挿入リング１１１を有
   し、その内室内にまず絶縁体１１４、そしてその
   中に中心電極１１２が配置してあり、挿入リング
   １１１が球に直径線上で挿入した金属管１１５に
   ねじ込んであり、該金属管が金属製球の各出口１
   １６で球状鉢と気密に溶接してあり、管１１５内
   に軸方向でかつ中心に点火線１１７があり、該点
   火線が電気絶縁材料からなるスリーブ１１８内に
   埋封してあり、点火線１１７が挿入リング１１１
   とは反対側で制御体の表面でスライドシユーとな
   つて成端し、他端側が中心電極１１２と接触して
   いることを特徴とする特許請求の範囲第３１項に
   記載の内燃機関。 ３３ 中央の点火線とその周囲の絶縁体とケーシ
   ング１２０とからなる点火電流伝達部１１９がね
   じ付きシリンダヘツド上部１３，９２にねじ込ん
   であることを特徴とする特許請求の範囲第３２項
   に記載の内燃機関。 ３４ 球状回転スライド弁２０から静止部材１
   １，１１ａ，１３，９２へとフランジリング６５
   又はフランジリング６３にスリツプリング１２３
   が配置してあり、スリツプリング１２３に対向し
   てブラシ１２２が静止側に固着して設けてあるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第３２項又は第３
   ３項に記載の内燃機関。 ３５ スパークプラグが上死点の間燃焼室９５の
   中心でその上側鏡面に配置してあることを特徴と
   する特許請求の範囲第２３項から第３４項のいず
   れか１項に記載の内燃機関。 ３６ スパークプラグが制御体１５の冷却室内に
   配置してあることを特徴とする特許請求の範囲第
   ３０項から第３５項のいずれか１項に記載の内燃
   機関。 ３７ 内燃機関が複数のシリンダを有し、各シリ
   ンダの上に球状回転スライド弁２０が配置してあ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項から第
   ３６項のいずれか１項に記載の内燃機関。 ３８ シリンダが直列に配置してあり、球状回転
   スライド弁２０の回転軸線がシリンダの整列方向
   を横切ることを特徴とする特許請求の範囲第３７
   項に記載の内燃機関。 ３９ 球状回転スライド弁２０の回転軸がシリン
   ダ軸線に垂直であることを特徴とする特許請求の
   範囲第３８項に記載の内燃機関。