JPH052805B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は弁に関するもので、さら詳しくはロー
タリバルブに関するものである。

更に、本発明はレシプロ燃焼機関、詳しくは内
燃機関のロータリバルブに関するものである。

特に内燃ピストン機関に採用された弁について
みると、公知のロータリバルブは、構造の簡易
さ、製造コスト、オイル消費、耐久性そして頑丈
さの点で従来の弁の利点を備えていなかつたため
に、広く受け入れられなかつた。

１つのロータリバルブの構成がミラーの米国特
許第985618号に開示されている。このミラーの特
許は、エンジンのヘツドと一体に形成され、回転
弁を収容する弁ハウジングを有し、回転弁が燃焼
室に連なるポートとほぼ同軸状の環状のシールリ
ングを介して燃焼室に連なるロータリバルブを開
示する。更に詳しくはミラーの特許はこの環状の
シール部材及びその形状に関するもので、燃焼圧
力の下ではシール部材は回転弁と密封的に接触す
るように強制される。ロータリバルブは、また、
両方ともワールの特許である米国特許第1347978
号、及び1573922号に開示される。ワールの早い
方の特許は、回転弁を収容する円筒形の内部表面
を持つブツシユを支持するため分割ハウジングを
有するロータリバルブ組立体に開示している。こ
のスリーブは内部表面に対して偏心した円筒形の
外部表面を有する。前記弁組立体、即ちロータリ
バルブ組立体はスリーブ及びハウジングの１部を
通つて延びるポートによつて燃焼室と連通する。
前記分割ハウジングがシリンダの上に組付けられ
エンジンのヘツドを構成している点に特に注意す
べきである。ワールの第２の特許は彼の早い方の
特許に示される装置の変形であつて、更に詳しく
は、スリーブを回転弁と密封的に接触するよう片
寄せる手段について述べている。クロスの米国特
許第1887997号もまたロータリバルブの構成に関
するもので、特に燃焼室から出るポートを取り囲
み回転弁と密封的に係合する環状のシール部材に
関するものである。この環状のシール部材は燃焼
室から延びるポートとほぼ共通軸状となつてい
る。米国特許第2048134は、回転弁が２つの部分
から成るハウジングに支持され、ハウジングは回
転弁に係合するようスプリングで偏り力を受ける
ロータリバルブの構成について述べる。環状のシ
ール部材が燃焼室から出るポートを取り囲み、ま
た、回転弁に密封的に係合する。クロスの米国特
許第1997113号はクロスの先行特許第1887997号の
改良であつて、特に、燃焼室から出るポートを取
り囲み回転弁に密封的に係合する環状シール部材
に関するものである。この環状シール部材は燃焼
室から出るポートとほぼ共通軸状であることが再
度指摘される。米国特許第2158386号は、中空の
ハウジングを有しその中にハウジングに対して離
れた関係で支持されるスリーブが収容されている
ロータリバルブ組立体を開示する。そのスリーブ
には回転弁を収容する円筒形の通路が形成され、
そのスリーブはシリンダヘツドに取付けられる。
更に詳しくは、この特許はスリーブが２つの部品
から構成され２つの部品が共にスプリングによつ
て弾性的に偏り力を受けているスリーブの構成方
法について述べている。チンマーマンの米国特許
第2853980号及び3871340号は、回転弁を収容する
円筒形の通路を持つたロータリバルブの構成がエ
ンジンのヘツドと共に述べられ、そこでは回転弁
の弾性的な支持装置がヘツドと一体に形成され、
更に、そのロータリバルブ構成では燃焼室に通じ
るポートを取り囲んだ環状のシール部材が含まれ
ている。この環状シール部材はポートとほぼ共通
軸状で回転弁に係合する。クロスの米国特許第
3990423号では、２つの部品から成りその１つは
エンジンのシリンダを形成するハウジング内に支
持された回転弁を有するロータリバルブの構成が
述べられる。２つの部品からなるハウジングはポ
ートによつて燃焼室と連通される回転弁に対しス
プリング装置により共に偏り力を受ける。環状の
シール部材がポートの回りに置かれ、回転弁に密
封的に係合する。これらの公知のロータリバルブ
は、大部分のロータリバルブの欠点である、一般
的に製造費用が高く耐久性及び頑丈さが欠ける点
及びオイルを大量に消費し回転弁の潤滑に使用す
るオイルが比較的自由にエンジンの燃焼室に入る
という事実の点で、又は外部のオイル制御装置を
要するという点で苦しんでいた。

本発明の目的は上述の欠点を克服あるいは実質
的に改良することである。

該目的を達成するため、本発明は、シリンダヘ
ツドに回転支持される回転弁の外周面に摺接する
回転弁シールを、２つの外側荷重支持領域とその
間の１つの内側領域とで構成し、外側荷重支持領
域を内側領域から分離する潤滑用オイル制御溝内
に該溝に対して交差するように小片を配し、この
小片のせき止め機能により該溝内の潤滑用オイル
を外部へ排出する基本的手段を採用する。尚、外
側荷重支持領域に潤滑用オイルのフイルムを作
り、エンジンシリンダ内の作動ガスの圧力により
発生するスラストを担持する。

本発明の好ましい実施例を添付図に基づいて説
明する。

これから述べる本発明の実施例では、回転弁と
エンジンのシリンダヘツドあるいはブロツクとを
密封しながら連結する２つの部品から成るシール
装置を採用することによつて、従来のロータリバ
ルブにおける前述したような多くの欠点を克服す
ることを現実化できたことにおいて改良されたロ
ータリバルブが提供される。この例では、回転弁
に係合する第１のシール装置が用いられ、更にシ
ール装置とエンジンのシリンダヘツドあるいはブ
ロツクとを連結するため弾性シールが用いられ
る。これは密封的な接触を維持しながら回転弁の
移動を許容する。そのような組合せの一つの特別
な利点は従来の弁組立体よりも複雑性がかなり減
少することである。

第１図ないし第３図において、エンジンブロツ
ク４９の上に組み付けられたシリンダヘツド１１
との関連でロータリバルブ組立体１０が概略的に
描かれている。シリンダヘツド１１は、協働する
ピストン１２及びシリンダ１３との組合せで燃焼
室１４を形成する。ロータリバルブ組立体１０
は、回転弁１５を含み、該回転弁は軸線方向に延
びる通路１６及び１７を有し、該通路１６，１７
は回転弁１５の長手方向に延びる周面で終わり、
そこに２つの回転弁ポート４３及び４４が形成さ
れる。回転弁ポート４３及び４４は、燃焼室１４
から延びるヘツドポート１９に交互に連通するよ
う、回転弁１５の軸線の回りに角度的に離されて
いる。通路１６及び１７は、燃焼室１４への燃料
の流れを、また、燃焼室１４からの膨張した排気
ガスの流れを制御する。ロータリバルブ組立体１
０の作動中、回転弁１５は、たとえば、クランク
シヤツトの回転運動と連動する機械手段により、
その長手方向軸線の回りを回転するので、通路１
６及び１７は、ピストン１２の運動と時間的に同
期して、交互に燃焼室１４と連通状態とされる。

ロータリバルブ組立体１０は、更に、第３図に
部品に分解された端面図で示されるシール組立体
２０を含む。シール組立体２０は第１ハウジング
部材としての底部部材２１と第２ハウジング部材
としての上部部材２２とからなる分割ハウジング
２３である浮動ハウジングを含んでおり、底部部
材２１は上部部材２２と協働して、ほぼ円筒形の
回転弁１５を回転可能に収容するほぼ円形の中空
部２６を形成する。また、底部部材２１と上部部
材２２は協働して立方体を形成し、その端面は間
隙５１だけ離れる。分割ハウジング２３はさらに
ボルト２４を含み；それはスプリング２５と組合
されて支持部材としての底部部材２１と上部部材
２２とを一緒に固定し、それらを回転弁１５の方
に片寄られる。底部部材２１には燃焼室１４から
延びるヘツドポート１９が形成される。円形の中
空部２６には、底部部材２１及び上部部材２２の
ほぼ円筒形の内周面２８，２９に支持されるスリ
ーブ形状をしていて分離された回転弁シール２７
が置かれている。底部部材２１及び上部部材２２
は一緒にスプリング２５によつて合わされている
ので、回転弁シール２７は、回転弁１５の円筒形
の外面と一致するほぼ円筒形の輪郭を形成するよ
うに偏らされる。シール組立体２０は燃焼室１４
内に燃焼ガスを留めるための密封体として作用す
る。

回転弁シール２７の末端部３０は協働してほぼ
弓形の溝３２を形成し、その溝３２の中には、オ
イルが溝３２に沿つて移行するのを防ぐため溝の
周囲の面と一致するよう、せき部材、例えばエラ
ストマーのような柔軟な材料から成るシール小片
３１が置かれる。第５図及び第７図にも描かれて
いるシール小片３１は、第５図にも示される弾性
板形のスプリング３３によつて溝３２内に係合す
るように偏らされる。しかし、スプリング３３は
コイルスプリングの形をとらせることもできる。
回転弁シール２７は、スプリングで押された分割
ハウジング２３及びシール小片３１と協働して、
使用材料の熱膨張率の差異を補償することによ
り、回転弁１５がシール組立体２０の材料と異な
つた材料から造られることを可能とする。その上
に、回転弁シール２７は、スプリングで押された
分割ハウジング２３との組合せで、ロータリバル
ブ弁組立体１０のさらされる温度状態の変動に起
因した、回転弁１５とシール組立体２０の膨張の
相違を補償する。特に第７図を参照すれば、シー
ル小片３１は、溝３２の表面４７と密封的に、か
つ、摺動係合するシール小片３１の柔軟部分であ
るところの円形断面の端部４６を有していること
が分かるであろう。その上に、シール小片３１は
回転弁１５に摺動係合し、シール小片３１をオイ
ルが通過するのを防止する作用を行う。シール小
片３１は、また、せき止めとして作用することに
より、オイル制御溝３８からのオイルを排出する
通路３９にオイルを強制的に押しやる。

回転弁１５はベアリング３４で支えられ、回転
弁シール２７は回転弁１５の表面に密封的に係合
する。よつて、回転弁シール２７は回転弁１５の
回りの効果的な密封を形成し、オイルの燃焼室１
４への流れを防止し、また、通路１６及び１７を
通つて出入りが可能である以外には、ロータリバ
ルブ組立体１０を通過するガスの流れを防ぐよう
にする。このことは、ヘツドポート１９の近傍の
領域において、回転弁１５の表面と回転弁シール
２７の内部表面とに加えられる圧力によつて達成
される。この圧力はまず始めに底部部材２１の平
らな表面４８に加えられ、それの内周面２８に伝
達され、次いで回転弁シール２７の外部表面に伝
達される。

燃焼室１４内のガスの圧力に大体比例するこの
圧力は、次のものによつて作りだされる； (a) 表面４８に作用する燃焼圧力で発生する、底
部部材２１の下方部分を通じて伝達される力
（第４図参照） (b) 弾性シール３６の変形、そして (c) スプリング２５によつて加えられた予荷重力 分割ハウジング２３はシリンダヘツド１１内に
設けられ燃焼室１４から延びる空所４５内に置か
れる。分割ハウジング２３はその周辺に間隙３５
を有しており、シリンダヘツド１１に関して自己
位置合わせ及びシール組立体２０の移動を可能と
する。分割ハウジング２３は、長手方向に亘つて
ほぼＶ形の断面形状を形成した弾性シール３６に
よつて、シリンダヘツド１１と密封的に係合す
る。弾性シール３６は、シリンダヘツド１１と底
部部材２１との間の密封的な接触を保ちながら底
部部材２１と上部部材２２が揺動すること、及
び、熱膨張に基づく間隙の変化を可能とする。

使用時には弾性シール３６は弾性的に変形し、
縁部はシリンダヘツド１１及び底部部材２１に係
合するよう偏らされる。高圧状態の下では、縁部
は外側に押しやられシリンダヘツド１１と底部部
材２１との密封的な接触が強まる。好ましくは、
弾性シール３６は、内側端部に向かつて先細とな
つた縁部を有する耐熱合金鋼の単一の粗材によつ
て機械加工されるべきである。シリンダヘツド１
１と底部部材２１との間に比較的小さい径の弾性
シール３６を備えることによつて、燃焼室１４に
さらされる底部部材２１の表面４８を減少させる
ことにより、燃焼ガスにより回転弁１５に加えら
れる力を減らすことができる。

さて、回転弁シール２７が平面図面で図示され
た第６図では、説明の容易化のため、回転弁シー
ル２７は平面化されている。回転弁シール２７
は、オイルを荷重支持面に分配する２つのオイル
ポート３７を含む。回転弁シール２７には燃焼室
１４と通路１６及び１７との間を連通させるため
の通路１８が形成される。その上に、回転弁シー
ル２７には２つのオイル制御溝３８が備えられ、
潤滑された荷重支持領域５２から燃焼室１４ある
いは回転弁ポート４３及び４４にさらされる回転
弁シール２７の内側領域へのオイルの移行を阻止
する。回転弁シール２７は、また、分割ハウジン
グ２３を支持し、それをその位置に保持するため
の２つの荷重支持領域５２を備える。

オイル制御溝３８とオイル制御溝３８からのオ
イルの排出のための通路３９が連通する。オイル
は、第２図に図示されたオイル通路４０によつて
オイルポート３７に供給される。対のオイルポー
ト３７は、回転弁シール２７の外表面の両側に形
成され、通路３７′によつて互いに連通する（第
６，７図参照）。該通路３７′は潤滑用オイル制御
溝３８に連通するのでオイルポート３７に供給さ
れた潤滑用オイルは通路３７′と溝３８を介して
外側荷重支持領域５２に入り、潤滑用オイルのフ
イルムを作る。勿論、オイルポート３７から直接
外側荷重支持領域にオイルを送るようにしてもよ
い。その上、回転弁シール２７には、回転弁シー
ル２７の回転を防止するため位置決めの細棒４２
を収容する凹所４１が備えられよう。

オイル制御溝３８が潤滑された荷重支持領域５
２と回転弁ポート４３及び４４及びヘツドポート
１９とにさらされる内側領域５５との間の障壁と
して作用することが理解されるべきである。さら
に、特定すれば流体力学的に潤滑され且つエンジ
ンシリンダ内の作動ガスの圧力により発生するス
ラストを担持するため十分な潤滑用オイルのフイ
ルムを有する荷重支持領域５２からの側方への漏
洩物はオイル制御溝３８に入り、回転弁１５の回
転によつて、その排出用の通路３９に送られる。

回転弁１５の冷却は、ロータリバルブ組立体１
０を通過するように、更に特に、分割ハウジング
２３の側方を通過するように水を流させる水ジヤ
ケツトにより達成される。

水ジヤケツトからの水の漏れを防ぐため、分割
ハウジング２３の外部表面と密封的に接触するシ
ールが備えられるべきであろう。この特定の冷却
系統はロータリバルブ組立体１０からの迅速な熱
の除去と分散を可能とするであろう。

ロータリバルブ組立体１０の冷却は、周囲空気
媒体への放射及び伝導により熱を発散させる複数
のフインによつても達成することができる。

さらにこの特定の系統はロータリバルブ組立体
１０からの熱の迅速な発散を行わせる。さらに特
別には、フインは上部部材２２と一体に形成され
るべきであり、しかし、底部部材２１もフインを
備えることができよう。

回転弁１５からの熱の伝導は、回転弁シール２
７と回転弁１５との間の接触面積、そして次いで
回転弁シール２７と底部部材２１及び上部部材２
２との間の接触面積並びにシール組立体２０の立
方体形状によつて増加させられることが理解され
るべきである。底部部材２１及び上部部材２２の
間の熱伝達は、大きな接触面積と底部部材２１及
び上部部材２２の間の接触圧力によつて増加させ
られる。この接触力はシール部材の底部部材２１
及び上部部材２２の垂直方向に向きあう面の間の
圧力差に起因する。さらに、燃焼室１４にさらさ
れるシール組立体２０の表面４８が減少すると、
燃焼室１４中の熱へのさらされ方に対応してシー
ル組立体２０により吸収される熱も同様に減る。
表面４８は、シリンダ１３の上方で半径方向内方
に突出する縁部分５０をシリンダヘツド１１に備
えることによつて減らされる。シール組立体２０
への熱の吸収は、底部部材２１のヘツドポート１
９の長さを減少することによつて、更に減らされ
る。ヘツドポート１９の短縮は、シール組立体２
０の分割ハウジング構造を弾性シール３６との組
合せによつて可能となる。熱伝達を助けるために
底部部材２１と上部部材２２の間の接触面積を増
すよう底部部材２１と上部部材２２は長く延びた
側部５３と５４を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は内燃機関の燃焼室に組合わされたロー
タリバルブ組立体の概略的な側面断面図；第２図
は第１図における弁組立体の概略的な正面断面
図；第３図は、第１図の弁における回転弁に対す
るシール組立体の、部品に分解された概略的な端
面断面図；第４図は、燃焼室からみた第３図のシ
ール組立体の概略的な底部図面；第５図は、第１
図の組立体で使用されるシール組立体の概略的な
側面図；第６図は、第３図のシール組立体で使用
される分離シールの概略的な平面展開図面；第７
図は、第５図のシール組立体の一部分の概略的な
側面断面図である。 １０…ロータリバルブ組立体、１１…シリンダ
ヘツド、１２…ピストン、１３…シリンダ、１４
…燃焼室、１５…回転弁、１６，１７…通路、２
０…シール組立体、２１…底部部材（シール部
材）、２２…上部部材（シール部材）、２３…ハウ
ジング、２７…回転弁シール、３１…シール小
片、３２…溝、３３…スプリング、５３…荷重支
持領域。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ シリンダと、該シリンダ内を往復動するピス
   トン１２と、燃焼室を形成するシリンダヘツド
   と、前記シリンダヘツド１１に回転支持される円
   筒状の回転弁１５と、該回転弁１５はその円筒外
   周面に開口する少なくとも１つの回転弁ポート４
   ３，４４を有し、さらに、前記ピストン１２の運
   動に時間的に同期して前記回転弁１５を回転させ
   る機械的手段と、および前記回転弁１５の外周面
   と密封状に摺動接触する円筒形の回転弁シール２
   ７を有し且つ前記シリンダ内に配されるシール組
   立体２０とを具備し、 該シール組立体２０は、前記回転弁１５の回転
   弁ポート４３，４４と前記燃焼室１４との間の連
   通路を形成するヘツドポート１９付きの分割ハウ
   ジンゲ２３を有し、 前記円筒形の回転弁シール２７が２つの外側荷
   重支持領域５２と該外側荷重支持領域の間に位置
   する１つの内側領域５５とからなる３つの円筒領
   域からなり、該内側領域５５の軸方向長さの範囲
   内に、前記回転弁１５の通路１６，１７に通じる
   前記回転弁ポート４３，４４と前記シール組立体
   のヘツドポート１９とを連通させる通路１８が位
   置し、 前記外側荷重支持領域５２に潤滑用オイルが供
   給され且つエンジンシリンダ内の作動ガスの圧力
   により発生するスラストを担持するため潤滑用オ
   イルの十分なフイルムを有し、 前記外側荷重支持領域５２から前記内側領域へ
   の潤滑用オイルの流れを阻止するシール装置が、
   前記外側荷重支持領域５２を前記内側領域から分
   離する対の潤滑用オイル制御溝３８と、各前記潤
   滑用オイル制御溝内に該溝に対して交差するよう
   に配され且つ潤滑剤用オイルに対するせき止め機
   能を有する小片３１と、および前記小片のせき止
   め機能により前記潤滑用オイル溝内の潤滑用オイ
   ルを外部へ導く排出通路３９を有することを特徴
   とするロータリバルブ装置。 ２ 前記シール組立体の前記分割ハウジングが底
   部部材２１と、上部部材２２とを含んでおり、前
   記底部・上部部材が協働して前記回転弁シール２
   ７を収容する内側円周面を形成することを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載のロータリバル
   ブ装置。