JPH0968014A

JPH0968014A - 内燃機関のロータリ弁装置

Info

Publication number: JPH0968014A
Application number: JP28427495A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Kitamura; 修一北村
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-08-30
Filing date: 1995-08-30
Publication date: 1997-03-11

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】騒音や振動を減らすと共に弁クリアランスの
再調整等の手間を省き、高速域でも弁の作動が確実なロ
ータリ弁装置を提供すること。【解決手段】互いに向かい合う状態に配置された円錐
面状又は曲面状の回転摺動面１０，１１を有するロータ
リ弁９をシリンダーヘッド４に備える。各々の回転摺動
面１０，１１は軸内部に向かって交わり部を持つ如く形
成されている。吸気を通す吸気側シール手段Ｓと排気を
通す排気側シール手段Ｓ′を燃焼室３側に備える。機関
主軸と同期するロータリ弁９の回転に従って弁内吸気通
路１２が吸気側シール手段Ｓに連絡する事によって吸気
をシリンダー１内に導入し、弁内排気通路１３が排気側
シール手段Ｓ′に連絡する事によってシリンダー１内の
排気を排出する構成とする。以上により吸気・圧縮・燃
焼・排気の各行程を行なわせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は吸気と排気作用を行なう
内燃機関のロータリ弁装置に係わり、往復運動部分を廃
して各部の運動を純粋な回転運動としたものに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に吸気に排気作用を行なう内燃機関
の弁装置としてはポペット弁が用いられ、弁はカムによ
り開かれると共にバネの力により閉じられる様になって
いる。従って、弁等の往復慣性力がバネの反発力を上廻
る事は許されない。又、高温の燃焼ガスと接する弁の熱
膨張による作動不良を避ける為、弁とこれを駆動する部
分（ロッカーアーム、タペットなど）との間には若干の
弁クリアランスが与えられている。従来はこの様な構造
の為、高速回転域では弁のジャンプやバランス等の不具
合を起し易く、騒音や振動が大きく、弁座が摩耗すると
弁クリアランスの再調整が必要となるなどの欠点があっ
た。

【０００３】

【発明が解決する問題点】本発明の目的は、従来の弁装
置を構成するカムやロッカーアーム、バネ等を廃し、ポ
ペット弁などの往復運動部を除去する事によって騒音や
振動を減らすと共に弁クリアランスの再調整の手間を省
き、高速回転域でも弁の作動が確実なロータリ弁装置を
提供する事である。

【０００４】

【問題点を解決する為の手段】本発明は従来の欠点を解
決する為、互いに向かい合う状態に配置された円錐面状
又は曲面状の回転摺動面を有するロータリ弁をシリンダ
ーヘッドに備え、かつ軸にしっかりと剛性的に固定され
た各々の回転摺動面は軸内部に向かって交わり部を持つ
如く形成されており、更に吸気を通す吸気側シール手段
と排気を通す排気側シール手段とを燃焼室側に備え、一
方の回転摺動面には吸気側シール手段を密着させると共
に他方の回転摺動面には排気側シール手段を密着させて
シール作用を行なわせ、機関の主軸と同期するロータリ
弁の回転に従ってロータリ弁に形成された弁内吸気通路
が吸気側シール手段に連絡する事によって吸気をシリン
ダー内に導入し、弁内排気通路が排気側シール手段に連
絡する事によってシリンダー内の排気を排出する構成と
し、かくして吸気・圧縮・燃焼・排気の各行程を行なう
様にしたのである。

【０００５】

【作用】シリンダーヘッドに備えられたロータリ弁は互
いに向かい合う状態に配置された円錐面状又は曲面状の
回転摺動面を有しており、一方の回転摺動面には吸気側
シール手段を、他方の回転摺動面には排気側シール手段
を各々密着させて燃焼室内圧力をシールする様にする。
吸気作用は吸気側シール手段にロータリ弁に形成された
弁内吸気通路が連絡する事によって行なわれ、排気作用
は排気側シール手段にロータリ弁に形成された弁内排気
通路が連絡する事によって行なわれる。ロータリ弁は機
関の主軸と同期して駆動され、全体が純粋な回転運動を
行ない、往復運動する部品同志が互いに叩き合う事がな
い為、騒音、振動が小さく、高速域でも弁作動が確実で
ある。

【０００６】

【実施例】図１（イ）は本発明による内燃機関のロータ
リ弁装置の一実施例で、シリンダーヘッド４に備えられ
たロータリ弁９は互いに向かい合う状態に配置された回
転摺動面１０，１１（図では円錐面状）を有しており、
軸にしっかりと剛性的に固定された各々の回転摺動面１
０，１１は軸内部に向かって交わり部を持つ如く形成さ
れている。この場合、回転摺動面１０，１１が図６の如
く軸外部に向かって交わり部を持つ如く形成されている
と、燃焼室形状は思わしくなく、燃焼は悪化する。１は
シリンダー、２はピストンで、ロータリ弁９は機関の主
軸（クランク軸）により例えばチェーン、スプロケット
５を介して駆動され、機関の主軸と同期して回転する。
６、７はロータリ弁９を支持する軸受で、オイルシール
を備え、ノズル８から噴射される油によりロータリ弁９
を冷却する様にしている。ロータリ弁９の外壁面とこれ
を囲むシリンダーヘッド４の内壁面との間には若干のギ
ャップを与えて非接触とするのが良い。尚、シリンダー
ヘッド４はロータリ弁９の組み付けの関係上、Ａ−Ａ′
線で分割されている。燃焼室３側には吸気を通す吸気側
シール手段Ｓと排気を通す排気側シール手段Ｓ′とが備
えられ、前者を回転摺動面１０に密着させると共に後者
を回転摺動面１１に密着させる事によって燃焼室内圧力
をシールしており、ロータリ弁９に形成された弁内吸気
通路１２が吸気側シール手段Ｓに連絡する事によってシ
リンダー１内に吸気を導入し、ロータリ弁９に形成され
た弁内排気通路１３が排気側シール手段Ｓ′に連絡する
事によってシリンダー１内の排気を排出する様に構成し
てある。弁内吸気通路１２内へは例えば気化器からの燃
料と空気との混合された吸気が供給される。又、弁内排
気通路１３は図示しないシリンダーヘッド４に形成され
た排気通路へ連絡している。かくして吸気・圧縮・燃焼
・排気の各行程を行なうのである。次に吸気側シール手
段Ｓ（排気側シール手段Ｓ′）は合い口のないシール体
１４（１４′）とシールリング１５（１５′）とこれら
を回転摺動面１０（１１）に抑圧するバネ１６（１
６′）とにより構成されており、吸気側シール手段Ｓ、
排気側シール手段Ｓ′の軸方向遊びを僅かにすれば、燃
焼室内圧力上昇により容易に回転摺動面１０，１１に密
着するから、バネ１６（１６′）は不要である。シール
リング１５（１５′）は図１（ロ）又は（ハ）の如く特
殊な合い口形状を有する密閉型合い口のものを使用する
事が好ましく、その外周は機械加工された対応壁面（図
５（ロ）の嵌合部２４に相当）に張り付いている。又、
シール体１４（１４′）は回転摺動面１０（１１）の面
振れ等に正しく追随して密着する必要がある為、その外
周には機械加工された対応壁面との間に僅かなギャップ
が与えられている。吸気側シール手段Ｓについては図２
（イ）の如くシール体１４とダイアフラムシール２０と
を用い、ダイアフラムシール２０自身の弾性力によりシ
ール体１４を回転摺動面１０に密着させてシールしても
良く、図２（ロ）の如くシール体１４の外周にシールリ
ング２１を嵌め込み、回転摺動面１０に密着させてシー
ルしても良い。又、図２（ハ）の如く強度、即ち肉厚を
十分に確保しながらガス圧によりシール体１４が回転摺
動面１０に押し付けられる押圧力を減らすにはシール体
１４に面取りを施こす事が考えられる（面取りに相当す
る分だけシール体１４の有効受圧面積が減少する故）。
以上は排気側シール手段Ｓ′についても同様である。高
温の排ガスが通る排気側シール手段Ｓ′については図２
（ニ）の如く排気が通る通路の外側に配置して熱害を防
ぐ様にする事も考えられる。尚、シール体１４には図２
（ホ）の如く鍔２２を形成しておいても良い（シール体
１４′も同様である）。本発明においては吸気側、排気
側シール手段Ｓ、Ｓ′の外径を互いに等しくして、ロー
タリ弁９にスラストを発生させない事が望ましい。以上
の吸気側、排気側シール手段Ｓ、Ｓ′の材質について
は、Ａｌ合金や銅合金などの熱伝導率の高いものを使用
すれば各部の温度は下り、高圧縮比を採用できる。次に
図１（イ）に戻って、吸気側シール手段Ｓが密着する回
転摺動面１０にはシール板１７（図１（ニ）も参照）が
バネにより押圧されており、その役目は弁内吸気通路１
２内を流れてくる液状燃料がロータリ弁９の回転によっ
て外部へ飛散しない様にする為であり、回転摺動面１０
をシリンダーヘッド４の対応壁面に直接密着させれば
（バネ等により密着させる）不要となるものである。こ
の場合、シール板１７をロータリ弁９に軸方向から嵌め
込める構成ならば問題はないが、嵌め込み不可の場合は
図１（ホ）の如く分割型とする事が望ましい。即ち、シ
リンダーヘッド４のＡ−Ａ′線より上半部を予め外して
おき、吸気側、排気側シール手段Ｓ、Ｓ′、更にはシー
ル板１７の下半部を組み込んだ後にロータリ弁９を組み
付け、次いでシール板１７の上半部を下半部に合わせれ
ば嵌め込み可能となるのである。１８はシール体１４が
嵌り込む穴である。シール体１４とシール板１７とを一
体構造としたものを図１（ヘ）に示す。これらのシール
板１７においては摩擦を減少させる為、表面にテフロン
等の摩擦係数の小さな固体潤滑剤をコーティングしてお
く事が望ましい。吸気側シール手段Ｓやシール板１７の
ロータリ弁９との間の潤滑は弁内吸気通路１２を流れて
くる燃料に対して一定又は負荷に応じた可変比率で混入
した潤滑油により行なわれるが、排気側シール手段Ｓ′
とロータリ弁９との間の潤滑は図示しないメータリング
ポンプにより圧送されてくる潤滑油を図１（ト）の如く
溝１９に供給して、自身の遠心力により行なう様にする
と良い。ところで弁内排気通路１３内は高温の排気が流
れ、ロータリ弁９の熱変形を最小限に抑える必要があ
り、従って図３（イ）の如く弁内排気通路１３の内壁と
の間に断熱空気層を有するライナー２３を備える事が望
ましい。図ではライナー２３は自身に断熱空気層を有す
るものであり、鋳造時にはライナー２３を鋳ぐるむ様に
する。本発明においてはロータリ弁９は機関主軸１／２
又は１／４に減速して駆動されるか、後者の場合のロー
タリ弁９を図３（ロ）に示す。ここで回転摺動面１０，
１１上における弁内吸気通路１２又は弁内排気通路１３
の各開口部を機械加工する際を考えると、工具とこれを
支持する軸を含む回転体（二点鎖線示）が回転摺動面１
１（弁内挿気通路１３の開口部の機械加工の場合は、回
転摺動面１０）に接触する事なく機械加工できる程度に
回転摺動面１０，１１を傾斜させておく事が望ましい、
回転摺動面１０，１１が軸心に対して垂直に近いものは
前記機械加工が困難となるからである。機関主軸の１／
２に減速して駆動する場合も、同様である。図４は単気
筒機関における本発明の各種実施例を示し、先ず図４
（イ）は互いに向かい合う状態に配置された回転摺動面
１０，１１を曲面状（例えば球面状）としたもので、も
ちろん回転摺動面１０，１１は軸内部に向かって交わり
部を持つ如く形成されている。回転摺動面１０，１１が
球面状の時のシール体１４（１４′）を図４（ロ）に示
すが、軸方向幅ｈを小さくして柔軟性を増し、密着性を
向上させる事ができる。図４（ハ）は図１（イ）におけ
る弁内排気通路１３がロータリ弁９の外周面ではなく端
面へ連絡する様にしたもので、図４（ニ）は弁内排気通
路１３が軸方向へ排気を流出させる軸流式を採用したも
のである。図４（ニ）では弁内吸気通路１２はロータリ
弁９の外周面から連絡してきている。

【０００７】４気筒機関への本発明の適用例を図５
（イ）に示し、図では軸内を仕切って二分し、吸気を両
端より流入させているが、各々に燃料供給装置を接続さ
せる事ができるから、一端より流入させる場合よりも燃
料の分配上からは有利である。ロータリ弁９を冷却する
必要がある場合は、図５（ハ）の如く軸内の通路内面に
スリーブ２６を挿入・固定し、その外周に形成された冷
却空間２７に水、油等の冷却液を流す様に構成する。と
ころで回転摺動面１０，１１を軸心に対してどの程度傾
斜させるかであるが、図５（ロ）の如くシリンダーヘッ
ド４（詳しくはＡ−Ａ′線より下半部）における吸気
側、排気側シール手段Ｓ、Ｓ′が嵌り込む嵌合部２４を
機械加工する際、工具とこれを支持する軸を含めた回転
体２５がシリンダーヘッド４のどの部分にも接触せず機
械加工できる程度に回転摺動面１０，１１を傾斜させる
のが良い（通常は回転体２５は矢印で指示した部分が最
も接触し易い）。回転摺動面１０，１１が軸心に対して
垂直に近いものは、前記嵌合部２４の機械加工が困難と
なるからである。互いに向かい合う状態に配置された円
錐面状又は曲面状の回転摺動面を有するロータリ弁を各
気筒毎に独立的に備えた本発明の実施例を図５（ニ）に
示す。又、ロータリ弁の備え方として図５（ホ）の如く
軸心がシリンダーの軸心と平行となる様にする事も考え
られる。次に図５（ヘ）において気化器等から供給され
た吸気はリード弁２８を介してクランク室内に吸入さ
れ、ピストン２の下降行程でリード弁２９、更にロータ
リ弁９を介してシリンダー１内に導入され、ピストン２
の運動に伴なって圧縮・点火・燃焼の後にロータリ弁９
を介して燃焼ガスが排出される様になっている。ピスト
ンが２往復する間に吸気はクランク室内へは２回、シリ
ンダー１内へは１回導入されるから、その差によって過
給が行なわれる。従来、この様なクランク室圧縮型過給
機関ではポペット弁によりその作用が行なわれており、
その欠点を克服する為、本発明によるロータリ弁９を使
用したものである。尚、吸気側、排気側シール手段は省
略して描いてある（図５（ニ）、（ホ）も同様であ
る）。

【０００８】

【発明の効果】従来のものはポペット弁などの往復運動
部品を有する弁装置であり、ポペット弁の熱膨張による
作動不良を避ける弁クリアランスが必要であった。本発
明ではロータリ弁装置全体が純粋な回転運動を行なう
為、高速域でも弁の作動が確実で高速回転が可能であ
り、従来の弁クリアランスに相当するものがない為、そ
の再調整などの手間が省けて保守が容易であり、騒音・
振動も小さくなる利点がある。又、本発明によるロータ
リ弁装置では回転摺動面１０，１１が適度に傾斜してい
る為、第１に燃焼室３における吸気や排気の流れが円滑
であり、第２に図５（ロ）で説明した様に吸気側、排気
側シール手段Ｓ、Ｓ′が嵌り込む嵌合部２４の機械加工
も容易であり、第３にロータリ弁９に働らくラジアル荷
重は回転摺動面１０，１１の傾斜角に相当する分力とし
て現われてくる為、従来のロータリ弁（円筒型）に比し
摩擦損失は少ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による内燃機関のロータリ弁装置及び主
要部品の図である。

【図２】吸気側、排気側シール手段の図である。

【図３】ロータリ弁の図である。

【図４】本発明による内燃機関のロータリ弁装置の各種
実施態様の図である。

【図５】本発明による内燃機関のロータリ弁装置の各種
実施態様の図である。

【図６】本発明と対比する参考の為の図である。

【符号の説明】

１はシリンダー、２はピストン、３は燃焼室、４はシリ
ンダーヘッド、５はスプロケット、６・７は軸受、８は
ノズル、９はロータリ弁、１０・１１は回転摺動面、１
２は弁内吸気通路、１３は弁内排気通路、１４・１４′
はシール体、１５・１５′はシールリング、１６・１
６′はバネ、Ｓは吸気側シール手段、Ｓ′は排気側シー
ル手段、１７はシール板、１８はシール体が嵌り込む
穴、１９は溝、２０はダイアフラムシール、２１はシー
ルリング、２２は鍔、２３はライナー、２４は嵌合部、
２５は回転体、２６はスリーブ、２７は冷却空間、２８
・２９はリード弁である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに向かい合う状態に配置された円錐
面状又は曲面状の回転摺動面を有するロータリ弁をシリ
ンダーヘッドに備え、かつ各々の回転摺動面は軸にしっ
かりと剛性的に固定されると共に各々の回転摺動面は軸
内部に向かって交わり部を持つ如く形成されており、更
に吸気を通す吸気側シール手段と排気を通す排気側シー
ル手段とを燃焼室側に備え、前記回転摺動面の内の一方
の回転摺動面には吸気側シール手段を密着させると共に
他方の回転摺動面には排気側シール手段を密着させて燃
焼室内圧力をシールし、機関の主軸と同期して回転する
ロータリ弁の回転に従ってロータリ弁に形成された弁内
吸気通路の前記吸気側シール手段に連絡する事によって
吸気をシリンダー内に導入し、ロータリ弁に形成された
弁内排気通路が前記排気側シール手段に連絡する事によ
ってシリンダー内の排気を排出する構成とし、かくして
吸気・圧縮・燃焼・排気の各工程を行なう事を特徴とす
る内燃機関のロータリ弁装置。
【請求項２】シリンダーヘッドにおける吸気側、排気
側シール手段が嵌り込む嵌合部部を機械加工するに当
り、工具とこれを支持する軸を含めた回転体がシリンダ
ーヘッドのどの部分にも接触せず機械加工できる程度に
回転摺動面を傾斜させた請求項１記載の内燃機関のロー
タリ弁装置。
【請求項３】回転摺動面上における弁内吸気通路又は
弁内排気通路の各開口部を機械加工するに当り、工具と
これを支持する軸を含む回転体が回転摺動面に接触する
事なく機械加工できる程度に回転摺動面を傾斜させた請
求項１又は２記載の内燃機関のロータリ弁装置。