KR100189172B1 - 내연기관용 구형회전밸브 조립체 - Google Patents

내연기관용 구형회전밸브 조립체 Download PDF

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Abstract

내연 엔진에 사용되는 회전 밸브조립체는 독립된 샤프트상에 장착되는 회전 흡입밸브 및 회전 배기밸브를 수용하는 2개의 실린더헤드를 포함하며, 상기 밸브는 크랭크 샤프트의 1/4 속도로 작동되며, 회전 흡입밸브 및 회전 배기 밸브 각각은 실린더로 연료/공기 혼합물의 유입 및 차단시키기 위한 그리고 실린더로부터 연소된 가스의 배출 및 차단시키기 위한 2개의 통로를 가지며, 회전 밸브조립체의 윤활은 개별적인 샤프트 각각에 있는 종방향 도관을 통해 적하 공급되고 그리고 개별적인 샤프트 각각에 있는 반경 방향의 도관은 실린더헤드 내에 축을 지지하는 베어링 수단과 연결된다.

Description

내연 기관용 구형 회전 밸브 조립체
제1도는 본 발명의 구형 회전 밸브 조립체의 분해도.
제2도는 흡입 밸브 및 샤프트 조립체의 부분 절단 평면도.
제3도는 구형 회전 밸브 조립체용 베어링 수단의 측단면도.
제4도는 이 베어링 수단의 단부 도면.
제5도는 회전 밸브 조립체용 샤프트 상에 장치된 베어링 수단의 단부 도면.
제6도는 구형 흡입 밸브의 정면도.
제7도는 구형 흡입 밸브를 제6도에 도시된 평면 8-8을 따라 취한 측단면도.
제8도는 구형 흡입 밸브의 측면도.
제9도는 구형 배기 밸브의 측면도.
제10도는 제9도의 평면 9-9을 따라 취한 구형 배기 밸브의 정면도.
제11도는 구형 배기 밸브의 사시도.
제12도는 구형 회전 밸브 조립체용 기어 기구의 개략도.
제13도는 연료/공기 혼합물이 유입되는 동안 구형 흡입 밸브와 구형 밸브의 관계를 도시하는 구형 밸브 조립체의 단면도.
제14도는 연소된 가스의 배기중 구형 흡입 밸브 및 구형 배기 밸브 사이의 관계를 도시하는 회전 밸브 조립체의 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
12 : 하부 헤드부 14 : 엔진 블럭
16 : 상부 헤드부 18 : 구형 흡입 밸브 조립체
20 : 구형 배기 밸브 조립체 24 : 구형 흡입 밸브
26 : 구형 배기 밸브 32 : 실린더
33 : 피스톤 34 : 샤프트
본 발명은 피스톤 및 실린더형 내연 기관에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실린더 안으로 연료 및 공기 혼합물을 유입시키고 그리고 배기 가스를 배출시키기 위한 구형 회전 밸브 조립체에 관한 것이다. 본 발명의 개선점은 다중 포트를 구비한 구형 회전 밸브 및 밸브 샤프트를 위한 독립적 적하(滴下) 윤활 방식(independent drip feed lubrication)에 있다.
피스톤 및 실린더형 내연 기관에 있어서, 엔진의 각 실린더의 연소 싸이클을 위해 연료 및 공기 혼합물을 실린더에 충전하고 그리고 실린더의 배기 싸이클시 배기 가스를 통기 또는 배출시키는 것이 필요하다. 종래의 피스톤 및 실린더형 엔진에 있어서, 이러한 과정은 실린더 하나당 매분 수 천번 일어난다. 종래의 내연 기관에 있어서, 캠 샤프트의 회전은 흡입 행정중에 스프링 장착된 밸브를 회전시켜 기화기(carburator)로부터 실린더 및 연소실로 연료 및 공기 혼합물이 유동되도록한다. 이 캠 샤프트는 실린더의 압축 및 연소 행정중에 흡입 밸브를 폐쇄시키고 그리고 이 캠샤프트는 압축 및 연소가 일어난 후 실린더의 배기를 위해 스프링 장착된 또다른 밸브와 배기 밸브를 개방시킨다. 이러한 배기 가스는 실린더로부터 배기되어 배기 다기관으로 들어간다.
스프링 장착된 밸브를 갖춘 종래의 내연 기관을 효율적으로 작동시키는데 연관된 하드웨어는 스프링, 코더, 가이드, 로커 샤프트 및 밸브 자체와 같은 요소를 포함하며, 상기 밸브는 통상적으로 실린더 헤드에 배치됨에 있어서, 그 밸브기구가 가스의 유입, 배출 또는 배기를 위해 실린더 안으로 하향 경사진 상태에서 실질적으로 수직 위치에서 정상 조작된다.
엔진의 회전이 증가함에 따라, 밸브의 개폐가 더욱 빈번해지며, 엔진에 심각한 손상을 입힐 수 있는 피스톤과 개발 밸브 사이의 돌발적인 접촉이 방지되도록 하기 위해 타이밍 및 공차가 중요해지게 된다. 전술한 하드웨어 및 조작에 있어서, 각각의 실린더는 전술한 연관 하드웨어에 하나의 배기 밸브 및 하나의 흡입 밸브를 가지는 것이 정상이다, 현재 많은 내연 기관은 다중 밸브 시스템으로 발전되었고, 이 시스템 각각은 연관 하드웨어 및 다중 캠 샤프트를 갖추고 있다.
표준적인 내연 기관에 있어서, 캠 샤프트는 타이밍 벨트 또는 체인 수단을 통해 크랭크 샤프트에 의해 회전된다. 이러한 캠 샤프트와 이 캠 샤프트에 위해 작동되는 관련 밸브의 작동은 여러 요소의 작동에 따른 마찰에 의해 엔진 효율의 저하 가능성을 제공한다. 본 발명은 스프링 장착된 밸브와 이와 연관된 하드웨어를 필요로 하지 않고, 간단히 말하자면, 캠 샤프트를 확대시켜 실린더 각각에 설치될 수 있는 구형 회전 밸브를 제공하는 신규한 밸브 수단에 관한 것이다. 이것은 가동부의 부품 점수를 감소시킴으로써, 엔진 작동시에 발생되는 바찰을 감소시켜 엔진 효율을 증진시킨다. 또한, 심각한 엔진 손상을 유발시키는 피스톤과 개방 밸브와의 접촉 가능성을 제거한다.
본 발명은 실린더당 구형 회전 흡입 밸브 및 구형 회전 배기 밸브를 포함하는 단일 샤프트의 용례에 적용 가능하다. 본 출원인의 계류중인 출원인 출원 번호 제270,027호 및 제409,037호에는 밸브 기구가 크랭크 샤프트 속도의 반으로 조작되는 구성이 개시되어 있다. 본 발명은 구형 회전 흡입 밸브가 제1 샤프트상에 장치되고 그리고 구형 회전 배기 밸브가 제2 샤프트상에 장치되는 다중 샤프트 구조에 적용될 수 있으며, 이때 상기 샤프트들은 대체로 평행하게 정렬되고 그리고 크랭크 샤프트와 각 밸브 사이에서 기어 결합되어, 구형 회전 밸브의 흡입 및 배기 작용에 따라 크랭크 샤프트에 대해 정상 회전 속도의 절반 또는 1/4 또는 1/8 속도가 제공된다. 이 시스템의 윤활은 지지 샤프트를 통해 구형 회전 밸브 베어링에 적하 윤활 방식으로 수행된다.
본 발명의 목적은 스프링 장치된 밸브를 필요로 하지 않는 내연 기관용의 신규하고 특징적인 구조의 밸브 기구를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 엔진 효율을 향상시키는 내연 기관용의 신규하고 특징적인 구조의 밸브 기구를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 내연 기관에 의해 발생되는 마찰을 감소시켜 엔진 효율을 증진시키는 내연 기관용의 신규하고 특징적인 구조의 밸브 기구를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 가동부의 개수가 적고 그에 따라 엔진이 높은 회전 속도(rpm)로 작동되도록 하는 신규하고 특징적인 구조의 밸브 기구를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 크랭크 샤프트보다 낮은 회전 속도(rpm)로 작동되는 내연 기관용의 신규하고 특징적인 구조의 밸브 기구를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 연료 분사되고 그리고 기화되는 내연 기관에 사용될 수 있는 신규하고 특징적인 구조의 내연 기관용 밸브 기구를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 가압 윤활 방식을 필요로 하지 않는 내연 기관용의 신규하고 특징적인 구조의 밸브 기구를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 밸브 기구가 다중 샤프트 구조이고 흡입 밸브 및 배기 밸브가 분리된 방식의 신규하고 특징적인 구조의 내연 기관용 밸브 기구를 제공하는 것이다.
내연 기관에 사용되는 개선된 형태의 본 발명의 회전 밸브 조립체는 독립된 샤프트에 장치된 회전 흡입 밸브 및 회전 배기 밸브를 수용하는 2-부품식 실린더 헤드를 포함하며, 크랭크 샤프트의 1/4 속도로 작동되며, 회전 흡입 밸브 및 배기 밸브 각각은 실린더로 연료/공기 혼합물을 유입 및 유입 중단시키고 그리고 실린더로부터 연소된 가스를 배출 및 배출 중단시키기 위한 2개의 통로를 가진다. 회전 밸브 조립체의 윤활은 실린더 헤드내에 샤프트를 지지하는 베어링 수단에 장치된 각 샤프트의 종방향 도관 및 반경 방향 도관을 통해 적하(drip feed) 방식으로 공급되는 것에 의해 이루어진다.
제1도를 참조하면, 구형 회전 밸브 조립체가 분해 상태로 도시되어 있으며, 이 조립체는 엔진 블럭(14)에 고정된 하부 분리 헤드부(12)와 그 하부 분리 헤드부(12)에 고정된 상부 분리 헤드부(16)를 구비하는 분리 헤드부를 구비한다. 분리 헤드부 조립체(12),(16)는 드럼을 수용하는 공동(22)내에 구형 회전 흡입 밸브 조립체(18)와 회전 배기 밸브 조립체(20)를 수용하도록 설계되어 있다. 제1도에서 상세하게 도시되는 것처럼, 하부 분리 헤드부(12)는 구형 흡입 밸브 조립체(18) 및 구형 배기 밸브 조립체(20)를 위한 드럼 수용 공동(22)의 절반부를 포함하고 그리고 상부 분리 헤드부(16)는 각각의 구형 흡입 밸브 조립체(18)와 구형 배기 밸브 조립체(20)를 위한 드럼 수용 공동(22)의 나머지 절반부를 포함하여, 하부 분리 헤드부(12)와 상부 분리 헤드부(16)가 고정될 때 구형 흡입 밸브 조립체(18)와 구형 배기 밸브 조립체(20)는 구형 흡입 밸브(24) 및 구형 배기 밸브(26)가 각각의 드럼 수용 공동(22) 내에 담겨지도록 배치된다.
또한, 하부 분리 헤드부(12)와 상부 분리 헤드부(16)의 종방향 단부는 이하에서 설명되는 구형 흡입 밸브 조립체(18)와 구형 배기 밸브 조립체(20)를 위한 기어 기구를 수용하는 공동(28),(30)을 포함한다. 실린더(32)와 그 실린더내의 피스톤(33)은 엔진 블럭(14)에 배치된다.
제2도에서는 하부 분리 헤드부(12)에 배치된 부분적으로 잘린 구형 흡입 밸브 조립체(18)가 평면도로 도시되며, 여기에는 엔진 블럭(14)에 있는 실린더(32) 각각과 연관된 하나의 구형 흡입 밸브(24)가 있다. 구형 흡입 밸브(24)는 샤프트(34)에 장착되어 있고, 인접한 구형 흡입 밸브(24) 사이의 샤프트(34)에는 베어링이 장착되어 있다. 베어링 수단(36)은 샤프트(34)와 접촉되어 있는 다수의 니들 롤러 베어링(40)을 원주 방향 내측에 보유하고 있는 원통형 베어링 하우징(38)을 구비하며, 샤프트(34)는 니들 롤러 베어링(40)상에서 회전되어진다. 베어링 수단(36)은 드런 수용 공동(22) 사이에 위치하며, 또, 인접한 드럼 수용 공동(22) 사이로 연장하는 원통형 공동(42)내에서 하부 분리 헤드부(12)와 상부 분리 헤드부(16) 사이에 위치한다.
구형 회전 흡입 밸브(24)는 샤프트(34)에 고정되어 그 샤프트(34)와 함께 회전한다. 제3,4,5도는 베어링 수단(36)의 샤프트(34)의 단면도 및 후면도이다. 샤프트(34)의 종축선 방향에는 베어링 수단(36)의 윤활을 위한 도관(46)이 형성되어 있다. 이 경우, 급유 펌프는 샤프트(34)의 종단부에서 도관(46)으로 오일을 공급하고, 오일은 도관(46)을 통해 진행한다. 도관(46)에는 베어링 수단(36)과 일치하게 배치된 횡방향 도관(48)이 구비되어 있으며, 오일은 도관(46)으로부터 횡방향 도관(48)을 통해 니들 롤러 베어링(4)으로 전달된다. 과잉의 오일은 종방향 도관(46)을 통해 오일통으로 반송된다. 이 경우, 오일은 니들 롤러 베어링(40)에 필요한 만큼의 오일을 공급하는 적하 윤활 방식으로 니들 롤러 베어링(40)에 공급된다. 따라서, 오일은 후술하는 밀봉 기구로 인하여 윤활을 필요로 하지 않는 구형의 회전 흡입 밸브와 구형의 회전 배기 밸브로부터 격리된다. 베어링 수단(36)의 각 단부에는 한쌍의 밀봉부(50)가 설치된다. 하나의 밀봉부(5)는 구형 배기 밸브(26)나 구형 흡입 밸브(24) 중 어느쪽으로도 대략 접촉하고, 다른 하나의 밀봉부는 리세스립(52)과 접촉하여 밀봉부를 적소에 유지시킨다.
제6도는 구형 흡입 밸브(24)의 정면도이고, 제7도는 제6도의 평면 8-8을 따라 취한 구형 흡입 밸브(24)의 절제 측면도이고, 제8도는 구형 흡입 밸브(24)의 사시도이다. 구형 흡입 밸브(24)는 구형 외주부(60)와 평측벽(62),(64)에 의해 형성된다. 구형 흡입 밸브(24)의 중앙에는 구형 흡입 밸브 조립체(18)의 샤프트(34)상에 구형 흡입 밸브(24)를 장착하기 위한 구멍(66)이 형성되어 있다. 이 구멍(66)은 샤프트(34)에 대해 스플라인 방식으로 결합되는 스플라인 구성을 가지거나 또는 다른 종래의 수단에 의해 설치될 수 있다. 그러나, 구형 흡입 밸브(24)의 샤프트(34)로의 장착 방법은 다를 수 있고, 사실 잠금 키 방식의 기구를 사용하여 구형 흡입 밸브(24)를 샤프트(34)에 장착할 수 있다.
평측벽(64)의 내측에는 환형의 U-형 공동부 또는 도넛(doughnut) 형태의 공동부(68)가 배치되어 있다. 이 공동부(68)는 평측벽(64)으로부터 대략 평측벽(62)의 깊이까지 연장되어 있다.
구형 흡입 밸브(24)의 구형 외주부(60)상에는 두개의 구멍(70)이 서로 180°의 각도로 배치되어 있다. 이 구명(70)은 외주부(60)로부터 환형의 U-형 공동부 또는 도넛형 공동부(68)까지 연결되는 통로를 형성한다. 이 경우, 외주부(60)의 2개의 구멍(70)을 가진 구형 흡입 밸브(24)는 구형 흡입 밸브(24)가 엔진의 크랭크 샤프트의 1/4의 속도로 작동되도록 설계되어 있다. 구형 흡입 밸브(24)상의 단일 구명(70)은 구형 흡입 밸브(24)가 후술하는 적정 기어비(gear ratio)하에서 엔진 크랭크 샤프트의 1/2 속도로 작동되도록 한다. 구형 흡입 밸브(24)의 외주부(60)상에 있는 구멍(70)은 실린더에 연료/공기 혼합물을 충진시키기 위해 이하에서 설명되는 것처럼 유입 포트와 연속 회전 정렬되게 놓여진다.
구형 흡입 밸브(24)의 평측벽(62)은 이 구형 흡입 밸브(24)에 바로 인접하는 샤프트(34)상에 배치된 세어링 수단(36)의 밀봉부(50)와 접촉됨을 알아야 한다. 이와 같은 베어링 수단(36)은 제1도에 도시되는 것처럼 샤프트(34)를 따른 구형 흡입 밸브(24) 각각의 평측벽(62)에 바로 인접하게 배치될 것이다.
제9도, 제10도 및 제11도에서는 구형 배기 밸브(26)의 측변도, 구형 배기 밸브(26)의 정면도 및 사시도가 도시된다. 구형 배기 밸브(26)는 단면을 가로지르는 평측벽(82),(84)을 갖춘 구형 외주부(80)를 가지며, 구형 배기 밸브(26)를 통해 중심에는 구형 배기 밸브(26)를 샤프트(34)상에 장착하기 위한 구멍(86)이 배치된다. 또, 구멍(86)은 스플라인 구성을 취할 수 있지만, 배기 구형 밸브(26)가 샤프트와 함께 회전될 수 있도록 다른 구성을 취할 수 있다.
구형 배기 밸브(26)는 그 사이로 2개의 배기 도관(88),(88A)이 형성되어 있으며, 배기 도관(88),(88A)은 배기 구형 밸브(26)의 구형 외주부상에 있는 구멍(90),(90A)에 의해 형성된다. 제2구멍(92),(92A)은 구형 배기 밸브(26)의 평측벽(84)상에 배치되어 있다. 상기 구멍(90),(90A)은 배기 가스의 배출을 위해 실린더의 유출 포트와 연속 회전 정렬되도록 배열된다. 즉, 구형 배기 밸브(26)가 이하에서 설명되는 기어비에서 엔진의 크랭크 샤프트의 1/4 속도로 회전될 수 있도록 상기 구멍(90)(90A)은 약 180°이격되어 배치된다.
제12도는 크랭크 샤프트에 대해 1/4 속도로 동작하도록 한 구형 회전 밸브 조립체용 구동 장치 및 기어 기구에 대한 개략도이다. 크랭크 샤프트 구동 기어(100)는 벨트 구동 장치 또는 체인 구동 장치에 의해 아이들러 기어(102)와 연동된다. 아이들러 기어(102)는 구형 흡입 밸브 조립체(18)상에, 특히 구형 흡입 밸브(24)를 지지하는 샤프트(34)상에 장착된다. 그러나, 아이들러 기어(102)는 샤프트(34)를 구동 또는 회전시키지 않는다. 아이들러 기어(102)는 구형 흡입 밸브 조립체(18)의 샤프트(34)의 동일 종방향 단부상에 장착된 구동 기어(104)와 연동한다. 기어(104)는 구형 배기 밸브 조립체(20)의 샤프트(34)상에 장착된 구동 기어(106)와 연동한다. 구동 기어(106)는 구형 배기 밸브 조립체(20)의 샤프트(34)에 고정되어 그 배기 밸브를 회전하도록 샤프트(34)를 구동하거나 회전시킨다. 구형 배기 밸브 조립체(20)의 샤프트(34)상의 반대편 종방향 단부 상에는 구형 흡입 밸브 조립체(18)의 반대편 종방향 단부상에 장착된 동일한 구동 기어(110)와 연동하는 구동 기어(108)가 장착된다. 구동 기어(108)는 구동 기어(110)와 연동하여, 구형 흡입 밸브 조립체(18)의 샤프트(34)로 하여금 회전을 일으키게 하여 그 구형 흡입 밸브(24)를 구동 또는 회전시킨다.
따라서, 구동 조립체는 다음의 경로를 따른다. 크랭크 샤프트 기어(100)는 구동 기어(104)를 구동하는 아이들러 기어(102)와 연동하며, 상기 구동 기어(104)는 회전 배기 밸브 조립체의 샤프트(34)를 회전시키는 기어(106)와, 구형 흡입 밸브 조립체(18) 상에서 그 조립체의 샤프트(34)의 회전을 야기하여 결국 구형 흡입 밸브(24)를 회전시키는 기어(110)의 구동을 야기하는 구형 배기 밸브 조립체의 기어(108)를 차례로 구동시킨다.
이러한 1/4 속도 조립체에 대한 기어비는 다음과 같다. 구동 기어 대 아이들러 기어(102)는 1:2, 아이들러 기어(102) 대 구동 기어(104)는 2:1, 구동 기어(104) 대 구동 기어(106)는 1:2 및 구동 기어(108) 대 구동 기어(110)는 1:1.
이 1/4 속도 조립체의 실시예에서, 구형 흡입 밸브(24)는 실린더에 대해 유입 포트와 일치하는 2개의 구멍을 그 밸브의 구형 외주부상에 구비한다. 구형 배기 밸브(26)는 그를 관통하는 2개의 통로를 구비하며, 그 각각의 통로에는 가스의 배출을 위해 실린더의 유출 포트와 맞춰지는 구멍이 구형 배기 밸브(26)의 구형 외주부상에 형성되어 있다.
제13도는 연료/공기 혼합물이 실린더(32)로 유입될 때, 구형 흡입 밸브(24)와 배기 밸브(26)의 관계를 도시하는 회전 밸브 조립체의 단면도이다. 구형 흡입 밸브(24) 및 배기 밸브(26)는 샤프트(34)에 설치된 드럼 수용 공동(22)내에 위치된 것으로 도시되어 있다. 구형 흡입 밸브(24)의 U-형 또는 도넛형 공동(68)은 연료/공기 혼합물을 그 공동(68)으로 연속적으로 유입시키는 엔진 유입 포트(120)와 연통한다. 연료/공기 혼합물은 기화기에 의해 유입되기 이전에, 또는 연료 분사기 수단을 구형 흡입 밸브(24) 바로 앞에 위치시키는 것에 의해 혼합되어 진다. 이러한 구성에서, U-형 또는 도넛형 공동(68)에는 연료/공기 혼합물이 연속으로 채워진다. 제13도에서 엔진 유입 포트(120)는 분리 헤드 조립체의 하부에 위치한 것으로 도시되어 있다. 엔진 유입 포트(120)의 위치 설정은 연료/공기 혼합물이 예를 들어 기화기 또는 연료 분사에 의해 혼합되는 방법에 따른 선택의 문제이다. 엔진 유입 포트(120)는 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 한도내에서 분리 헤드 조립체의 상부에 놓여질 수 있다. 제13도에서 도시되는 것처럼 구형 흡입 밸브는 드럼 수용 공동(22)내에서 샤프트(34) 주위로 회전되고 그리고 실린더 유입 포트(124) 주위의 원주 방향으로 배치된 환형 밀봉링(122)과 접촉된다.
구형 배기 밸브(26)는 실린더 유출 포트(126) 둘레의 원주방향으로 배치된 환형의 밀봉링 수단(124)과 접촉된 상태로 샤프트(34)상에서 유사하게 설치된다. 제13도에서 도시되는 것처럼 구형 배기 밸브(26)는 이 밸브(26)의 외주부(80)에 의해 밀봉된 유출 포트(126)에 대해 폐쇄된 위치에 있으며, 구형 흡입 밸브(24)는 유입 포트(124)에 정합되어 실린더(32)와 연결되는 원주 방향으로 배치된 상기 밸브(24)의 2개의 구멍중 하나와 개방된 위치에 있다. 따라서, 연료/공기 혼합물은 엔진 유입 포트(120)에 의해 분리 헤드부로 유입되고, 구형 흡입 밸브(24)내의 U-형 공동 또는 도넛형 공동(68)과 그리고 구형 흡입 밸브(24)상의 외주부 구멍을 거쳐 실린더(32) 안으로 유입되어 진다. 실린더(32)는 구멍(70)이 유입 포트(124)와 정합되어 있는 동안 연료/공기 혼합물로 채워진다. 피스톤(33)은 실린더가 완전히 혼합물로 채워졌을 때 실린더(32)내의 최하부 위치에 놓여진다. 이 시점에서 구형 흡입 밸브(24)상의 구멍(70)은 유입 포트(124)와의 정합 상태가 개지게 되고, 이에 따라 유입 포트(124)는 밀봉된다. 유입 포트(124) 및 유출 포트(126)가 각기 밀봉되는 동안 피스톤(33)은 연료/공기 혼합물을 압축시키기 위해 상승되기 시작하며, 유출 포트(126)에 배치된 점화 플러그(13)에 의해 점화가 이루어진다. 피스톤(33)은 실린더내에서 아래로 이동하며, 그후에 배기 가스의 배출을 위해 상승 행정이 시작된다.
제14도는 구형 흡입 밸브(24)가 유입 포트(124)와 폐쇄 위치를 그대로 유지하고 있지만, 구형 배기 밸브(26)는 이동을 통해 그 밸브의 외주부 구멍(90)이 실린더 유출 포트(126)와 일치되도록 하여 배기 도관(88)을 통해 유출 포트(132)로 배기 가스가 배출될 수 있게 된 상태를 도시한다. 가스의 배출이 완료되면, 배기 도관(88)은 유출 포트(126)와의 정합 산태로부터 이동되며 구형 흡입 밸브(24)의 외주부(60)상의 제2 유입 포트(70)는 연료/공기 혼합물을 재유입시키기 위해 유입 포트(124)와 일치되게 이동된다.
이러한 구성에서, 구형 흡입 밸브(24)와 구형 배기 밸브(26)는 각각의 밸브 내에 2개의 유입 구멍 및 2개의 배기 도관을 갖춘 바에 따라, 크랭크 샤프트의 1/4 속도로 이동된다. 이와같은 1/4 속도 기구를 위한 기어 장치는 제12도에서 도시된다.
밸브 조립체가 1/4 속도로 조작되도록 엔진을 작동시킬 수 있는 능력은 밸브 기구상에 마모도를 낮추고, 작동 온도를 감소시키며, 또 보수 유지상의 문제점을 감소시킨다.
구형 흡입 밸브(24) 및 구형 배기 밸브(26)는 샤프트(34)와 함께 회전되며, 이 샤프트(34)는 베어링 수단(36)에 의해 지지된다. 이 베어링 수단은 이미 설명한 적하 윤활 방식의 시스템에 의해 윤활된다. 드럼 수용 공동(22)내의 구형 흡입 밸브(24) 및 구동 배기 밸브(26)는 밀봉 링(122)과 접촉되며, 상기 밀봉 링(122)은 실린더 유입 포트 및 실리더 유출 포트 주위에 환형으로 배치된다. 밀봉 링(122)은 구형 흡입 밸브(24)와 구형 배기 밸브(26) 각각의 외주부(60),(80)의 형상을 따른 호형면을 가진다.
출원인에 의한 종래의 출원에서 기술되는 것과 같은 밀봉 링(122)은 압축 및 폭발 행정 중에 각각의 밸브를 밀봉시킨다.
본원에 개시된 구성을 통해, 회전 배기 밸브와 회전 흡입 밸브 각각에 있는 2개의 흡입 도관을 활용하고, 또 회전 흡입 밸브와 회전 배기 밸브를 별도의 샤프트상에 설치하는 것에 의해, 크랭크 샤프트의 회전에 대해 1/4의 속도의 밸브 기구가 얻어졌다. 하나의 샤프트는 크랭크 샤프트에 연동되어 구동되며, 이 샤프트는 그후 아이들러 구동 기어를 통해 대향된 샤프트를 회전시키며, 그 대향된 샤프트는 그후에 대향된 종방향 단부로부터 제1 샤프트를 회전시킨다.
본 발명의 회전 흡입 밸브 및 회전 배기 밸브는 드럼 수용 공동내에서 밀봉부에 대해 기밀성 있게 밀봉 접촉된다. 윤활이 필요한 곳은 회전 흡입 밸브, 회전 배기 밸브 및 샤프트를 지지하는 베어링 표면이다. 이러한 베어링 표면은 회전 흡입 밸브 및 회전 배기 밸브 각각의 근처에 배치되고 그리고 베어링 표면의 단부에서 밀봉된다. 베어링 표면의 윤활은 적하 공급(drip feed) 시스템에 의해 행해지며, 이 시스템에서 오일통으로부터 공급되는 오일은 샤프트(34)내의 종방향 도관 아래로 통과되고 그리고 샤프트(34)에 있는 횡방향 도관에 의해 베어링 수단내의 니들 베어링으로 진행된다. 과잉의 윤활유는 샤프트(34)에 있는 종방향 도관을 통과하여 오일통으로 회수된다.
당업자라면 엔진 크기에 따른 회전 흡입 밸브 및 회전 배기 밸브의 크기 증가는 연료/공기 혼합물의 유입 또는 연료/공기 혼합물의 배출을 위한 또다른 도관의 사용을 허용하며, 따라서 크랭크 샤프트 보다 낮은 속도로 상기 밸브들을 회전시키는 것이 허용됨을 알 것이다.
또, 본 발명의 장치는 예시적인 실시예를 통해 기술 되었으며, 많은 변형례가 있을 수 있음은 당업자에게 있어 분명하며, 본 발명은 개량례와 변경례를 포괄하도록 의도된 것이다. 그러므로, 본 발명은 청구범위와 그 등가물에 의해서만 한정되도록 의도된 것이다.

Claims (18)

  1. 피스톤 및 실린더형 내연 기관에 사용되는 구형 회전 밸브 조립체로서, 내연 기관에 고정 가능하며, 상부 및 하부 실린더 헤드부로 이루어지며, 상기 상부 및 하부 실린더 헤드부는 상기 내연 기관에 고정시, 그 내연 기관의 실린더에 대하여 반경 방향으로 정렬되는 2개의 제1 및 제2 공동을 형성하며, 상기 제1 공동은 반경 방향으로 정렬된 다수의 회전 흡입 밸브를 수용하는 다수의 제1 드럼 수용 공동을 형성하며, 상기 제2 공동은 반경 방향으로 정렬된 다수의 회전 배기 밸브를 수용하는 다수의 제2 드럼 수용 공동을 형성하며, 상기 하부 실린더 헤드부와 상기 다수의 제1 드럼 수용 공동은 상기 실린더와 연통하는 유입 포트를 구비하며, 상기 하부 실리더 헤드부와 상기 제2 드럼 수용 공동은 상기 실린더와 연통하는 유출 포트를 구비하고 있는, 그러한 분리 가능한 2-부품식 실린더 헤드부와; 상기 유입 및 유출 포트에 연관되게 설치되는 밀봉 수단과; 상기 제1 드럼 수용 공동과 상기 회전 흡입 밸브를 통해 연료/공기 혼합물이 상기 실린더 안으로 유입되게 하는 제1 통로 및, 상기 제2 드럼 수용 공동과 상기 회전 배기 밸브를 통해 배기 가스가 상기 실린더로부터 유출되는 제2 통로와; 상기 내연 기관의 상기 실린더에 대해 반경 방향으로 정렬된 상기 제1 공동내의 베어링 표면상에 지지되고, 상기 회전 흡입 밸브가 설치되는 제1 샤프트 수단과; 반경 방향으로 정렬된 상기 제2 공동내의 베어링 표면상에 지지되고, 다수의 회전 배기 밸브가 설치되는 제2 샤프트 수단을 포함하 고; 상기 회전 흡입 밸브와 배기 밸브 각각에는 구체에 2개의 평행한 평면이 형성되어 있는 구형 구간을 구비하며, 상기 2개의 평행한 평면은 상기 구체의 중심에 대하여 대칭으로 배치되어 구형 외주부와 평면형 단부벽을 형성하며, 상기 회전 흡입 밸브는 상기 제1 샤프트 수단위에 설치되어 상기 다수의 드럼 수용 공동내의 상기 유입 포트에 대해 기밀성 있게 밀봉 접촉되며, 상기 회전 배기 밸브 각각은 상기 제2 샤프트 수단상에 설치되어 상기 다수의 드럼 수용 공동에서 상기 유입 포트 및 유출 포트에 대해 기밀성 있게 밀봉 접촉되며, 상기 회전 흡입 밸브는 연료/공기 혼합물을 상기 엔진으로 유입 또는 유입 중단시키는 다수의 통로를 구비하며, 상기 회전 배기 밸브는 상기 엔진으로부터 상기 배기 가스를 배출 또는 배출 중단시키는 다수의 통로를 구비하며, 상기 샤프트 수단, 상기 회전 흡입 밸브 및 회전 배기 밸브는 각각의 상기 회전 흡입 밸브 및 상기 회전 배기 밸브를 관통하는 통로의 개수에 대응하여 상기 엔진의 작동 싸이클에 대응하는 속도로 회전되는 것을 특징으로 하는 구형 회전 밸브 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 샤프트 수단과 제2 샤프트 수단을 지지하는 베어링 표면은 회전 흡입 밸브 및 회전 배기 밸브 근처에 배치되는 니들 베어링 챔버를 구비하며, 이 챔버는 이것의 각 단부에서 밀봉되며, 상기 챔버내에 배치된 니들 베어링은 제1 샤프트 수단과 제2 샤프트 수단의 외주와 밀착되며, 상기 니들 베어링은 제1 및 제2 샤프트 수단에 있는 종방향 도관을 통해 유입되는 윤활유 수단에 의해 윤활되며, 상기 샤프트 수단은 종방향 도관으로부터 베어링 표면으로 일치되어 연통되는 반경 방향의 도관을 가지는 것을 특징으로 하는 구형 회전 밸브 조립체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 샤프트 수단과 제2 샤프트 수단 및 회전 흡입 밸브와 회전 배기 밸브는 크랭크 샤프트의 1/4 속도로 회전되며, 상기 제2 샤프트 수단상의 구동 기어는 제1 샤프트 수단을 회전시키기 위해 상기 제1 샤프트 수단상의 구동 기어와 연동되며, 상기 제1 샤프트 수단은 그 대향된 종방향 단부에서 제2 샤프트 수단을 회전시키는 것을 특징으로하는 구형 회전 밸브 조립체.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제2 샤프트 수단상의 아이들러 기어는 크랭크 샤프트에 커플링되며, 상기 크랭크 샤프트에 대한 아이들러 기어비는 2:1 이며, 상기 아이들러 기어는 제2 샤프트 수단상의 구동 기어에 커플링되며, 그 커플링 비는 2:1이며, 상기 제2 샤프트 수단상의 구동 기어는 제1 샤프트 수단상의 구동 기어에 커플링되며, 그 커플링 비는 1:2이며, 상기 제1 샤프트 수단상의 구동 기어는 대향된 종방향 단부에 장착되는 제2 구동 기어를 갖추며, 대향된 구동기어는 제2 샤프트 수단에 커플링되며, 그 커플링 비는 1:1인 것을 특징으로 하는 구형 회전 밸브 조립체.
  5. 제3항에 있어서, 상기 제1 샤프트 수단상의 아이들러 기어는 크랭크 샤프트에 커플링되고, 상기 크랭크 샤프테에 대한 아이들러 기어비는 2:1 이며, 상기 아이들러 기어는 제1 샤프트 수단상의 구동 기어에 커플링되며, 그 커플링 비는 2:1이며, 상기 제1 샤프트 수단상의 구동 기어는 제2 샤프트 수단상의 구동 기어에 커플링되며, 그 커플링 비는 1:2이며, 상기 제2 샤프트 수단상의 구동 기어는 대향된 종방향 단부에 장착되는 제1 구동 기어를 갖추며, 상기 대향된 구동기어는 제1 샤프트 수단에 커플링되며, 그 커플링 비는 1:1인 것을 특징으로하는 구형 회전 밸브 조립체.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 드럼 수용 공동내의 상기 회전 흡입 밸브는 연료/공기 혼합물의 유입을 위해 상기 제1 통로와 연속적으로 접촉되는 하나의 평면형 측벽상에 오목한 도넛형 공동을 구비하며, 상기 회전 흡입 밸브는 연료/공기 혼합물의 유입을 위해 상기 실린더의 유입 포트와 연속 회전 정렬되도록 상기 오목한 도넛형 공동과 연통되게 상기 흡입 밸브의 구형 외주부상에 180°로 이격 배치된 2개의 구멍을 구비하며, 상기 회전 흡입 밸브는 크랭크 샤프트의 1/4 속도로 회전되는 것을 특징으로하는 구형 회전 밸브 조립체.
  7. 제6항에 있어서, 상기 오목한 도넛형 공동은 U-형 단면인 것을 특징으로하는 구형 회전 밸브 조립체.
  8. 제6항에 있어서, 상기 회전 흡입 밸브의 외주부에 있는 구멍은 원형 단면인 것을 특징으로하는 구형 회전 밸브 조립체.
  9. 제6항에 있어서, 상기 회전 흡입 밸브는 그 중심상에 평면형 측벽 사이로 연장하는 샤프트 수용 구멍이 형성되어 있는 것을 특징으로하는 구형 회전 밸브 조립체.
  10. 제6항에 있어서, 상기 외주부상의 구멍에 대한 단면 가장자리는 상기 구형의 단부벽에 대해 만곡된 것을 특징으로하는 구형 회전 밸브 조립체.
  11. 제6항에 있어서, 상기 회전 흡입 밸브의 평면형 측벽은 드럼 본체의 중심에 대해 대칭 배치되는 것을 특징으로하는 구형 회전 밸브 조립체.
  12. 제6항에 있어서, 상기 회전 흡입 밸브의 상기 구형의 단부벽 상에 있는 구멍은 중심에 배치되는 것을 특징으로하는 구형 회전 밸브 조립체.
  13. 제6항에 있어서, 상기 구형 회전 밸브 조립체에 사용되는 상기 회전 배기 밸브는 구체의 중심 주위에 배치된 구체의 2개의 평행한 평면형 측벽에 의해 형성되어 구형의 단부벽을 형성하는 구형 구간의 드럼 본체를 구비하며, 상기 드럼 본체에는 샤프트 수용 구멍이 형성되며, 상기 구형의 단부벽에 있는 구멍 사이로 연장하는 2개의 도관이 형성되며, 상기 구멍은 상기 평면형 측벽 중 하나에 있는 각 구멍에 대해 180°이격되어 배치되는 것을 특징으로하는 구형 회전 밸브 조립체.
  14. 제13항에 있어서, 상기 회전 배기 밸브의 상기 단부벽에 있는 구멍은 원형 단면인 것을 특징으로하는 구형 회전 밸브 조립체.
  15. 제13항에 있어서, 상기 회전 배기 밸브에 있는 샤프트 수용 구멍은 상기 평면형 측벽 사이로 연장하는 중심상에 종방향으로 형성되는 것을 특징으로하는 구형 회전 밸브 조립체.
  16. 제13항에 있어서, 상기 구형의 단부벽상에 배치된 상기 구멍에 대한 단면 가장자리는 둥근 것을 특징으로하는 구형 회전 밸브 조립체.
  17. 제13항에 있어서, 상기 회전 배기 밸브의 평면형 측벽은 드럼 본체의 중심에 대해 대칭 배치되는 것을 특징으로 하는 구형 회전 밸브 조립체.
  18. 제13항에 있어서, 상기 회전 배기 밸브의 상기 구형의 단부벽 상에 있는 구멍은 중심에 배치되는 것을 특징으로하는 구형 회전 밸브 조립체.
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