(57)【要約】  スライド弁アセンブリは、流体不浸透性面に隣接する流体流通ポートを有する弁本体を含む。アクチュエータは、流体が弁アセンブリを通り、流体遮断位置に進むのを可能にし、流体不浸透性面は、流体遮断位置において、流体が弁アセンブリを通過するのを阻止する。第１および第２の封止アセンブリは、主シールリングと、主シールリングを囲む補助シールリングと、主シールリングを封止面に押しつけるスプリングとを含む。システム内の圧力が高くなると、この圧力は封止アセンブリ供給されて、封止関係を高めるように封止アセンブリを封止面に押しつける。カムと弁本体に取り付けられたカム従動子とは、封止システムと弁本体および弁ハウジングとの摩擦力に打ち勝って、弁アセンブリと弁アセンブリが使用されるシステムとの効率を高める。【選択図】図１Ａ
2013533410.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
システム内に圧力を含むエネルギ変換機関用の、往復ピストンを収容するシリンダに対して、流体媒体を導入および／または排出するためのスライド弁アセンブリであって、
弁空洞によって分離された第１の流体流通路および第２の流体流通路を有する弁ハウジングと
前記弁ハウジングの前記弁空洞に収容され、流体不浸透性面に隣接する流体流通ポートを有する弁本体と、
前記弁本体の前記流体流通ポートにより、前記弁ハウジングの前記第１の流体流通路と前記第２の流体流通路との間の流体流通関係が可能になる流体流通位置と、前記弁本体の前記流体不浸透性面が、前記弁ハウジングの前記第１の流体流通路と前記第２の流体流通路との間の流体流通関係を妨げる流体遮断位置とに、前記弁ハウジングの前記弁空洞内の前記弁本体を並進移動させるアクチュエータと、
を含み、
前記弁ハウジングおよび前記弁本体は、前記弁ハウジングの前記弁空洞内にある弁本体が、前記弁本体の前記流体流通位置と前記流体遮断位置との間で並進移動する間、前記弁本体を拘束するための協働面を有し、前記スライド弁アセンブリは、
前記弁本体と前記弁ハウジングとの間に第１の封止関係を形成するために、前記弁本体の前記流体不浸透性面内に配置された少なくとも第１の封止アセンブリをさらに含むことを特徴とするスライド弁アセンブリ。
【請求項２】
請求項１に記載のスライド弁アセンブリにおいて、前記第１の封止アセンブリは、前記システム内の圧力とつながり、前記第１の封止アセンブリの効果を高めるために、前記システム内の圧力を受けるように構成されることを特徴とするスライド弁アセンブリ。
【請求項３】
請求項１に記載のスライド弁アセンブリにおいて、前記第１の封止アセンブリは、前記弁本体のシール空洞内に配置され、少なくとも、前記弁本体が、前記弁ハウジングの前記弁空洞内で前記流体遮断位置にある場合で、かつ前記システム内の圧力が前記第１の封止アセンブリにかかる場合に、前記弁本体と前記弁ハウジングとの間に前記第１の封止関係を形成することを特徴とするスライド弁アセンブリ。
【請求項４】
請求項１に記載のスライド弁アセンブリにおいて、前記第１の封止アセンブリは、主シールリングと、前記主シールリングの周縁を囲む補助シールリングと、前記主シールリングを前記弁本体の前記シール空洞の壁に当てて担持するために、前記主シールリングと前記弁本体の前記シール空洞の前記壁との間に弾性力を加えるように配置された弾性部材とを含むことを特徴とするスライド弁アセンブリ。
【請求項５】
請求項４に記載のスライド弁アセンブリにおいて、前記第１の封止アセンブリは、円筒形状、Ｄ字形状、扁球形形状、および円形形状の変形型からなる群から選択される形状を有することを特徴とするスライド弁アセンブリ。
【請求項６】
請求項５に記載のスライド弁アセンブリにおいて、前記第１の封止アセンブリは円筒形状を有することを特徴とするスライド弁アセンブリ。
【請求項７】
請求項４に記載のスライド弁アセンブリにおいて、前記第１の封止アセンブリの前記補助シールリングは、前記弁本体の前記シール空洞に対して自由に移動できることを特徴とするスライド弁アセンブリ。
【請求項８】
請求項１に記載のスライド弁アセンブリにおいて、前記弁ハウジングと前記弁本体との間に第２の封止関係を形成するために、前記弁ハウジング内に配置された第２の封止アセンブリをさらに含むことを特徴とするスライド弁アセンブリ。
【請求項９】
請求項８に記載のスライド弁アセンブリにおいて、前記第２の封止アセンブリは、前記システム内の圧力とつながり、前記第２の封止アセンブリの効果を高めるために、前記システム内の圧力を受けるように構成されることを特徴とするスライド弁アセンブリ。
【請求項１０】
請求項８に記載のスライド弁アセンブリにおいて、前記第２の封止アセンブリは、前記弁ハウジングのシール空洞内に配置され、少なくとも、前記弁本体が、前記弁ハウジングの前記弁空洞内で前記流体遮断位置にある場合で、かつ前記システム内の圧力が前記第２の封止アセンブリにかかる場合に、前記弁本体と前記弁ハウジングとの間に前記第２の封止関係を形成することを特徴とするスライド弁アセンブリ。
【請求項１１】
請求項８に記載のスライド弁アセンブリにおいて、前記第２の封止アセンブリは、主シールリングと、前記主シールリングの周縁を囲む補助シールリングと、前記主シールリングを前記弁ハウジングの壁に当てて担持するために、前記主シールリングと前記弁ハウジングの前記シール空洞の前記壁との間に弾性力を加えるように配置された弾性部材とを含むことを特徴とするスライド弁アセンブリ。
【請求項１２】
請求項１１に記載のスライド弁アセンブリにおいて、前記第２の封止アセンブリは、円筒形状、Ｄ字形状、扁球形形状、および円形形状の変形型からなる群から選択される形状を有することを特徴とするスライド弁アセンブリ。
【請求項１３】
請求項１２に記載のスライド弁アセンブリにおいて、前記第２の封止アセンブリは円筒形状を有することを特徴とするスライド弁アセンブリ。
【請求項１４】
請求項１１に記載のスライド弁アセンブリにおいて、前記第２の封止アセンブリの前記補助シールリングは、前記弁ハウジングの前記シール空洞に対して自由に移動できることを特徴とするスライド弁アセンブリ。
【請求項１５】
請求項９に記載のスライド弁アセンブリにおいて、前記弁ハウジングは、前記弁ハウジングの前記シール空洞内の前記第２の封止アセンブリをさらに押しつけるために、前記第２の封止アセンブリにかかるシステム圧力が通過する通路を形成する少なくとも１つのチャネルをさらに含むことを特徴とするスライド弁アセンブリ。
【請求項１６】
請求項９に記載のスライド弁アセンブリにおいて、前記弁ハウジングは、第１の流体流通路を画定するキャップであって、前記弁ハウジングの前記シール空洞内の前記第２の封止アセンブリをさらに押しつけるために、前記第２の封止アセンブリにかかるシステム圧力が通過するための、前記第１の流体流通路に対して平行に延びる複数のチャネルを含むキャップをさらに含むことを特徴とするスライド弁アセンブリ。
【請求項１７】
請求項１に記載のスライド弁アセンブリにおいて、前記協働面は、前記スライド弁アセンブリがその遮断位置にある場合に、少なくとも第１の封止アセンブリの封止圧力を前記弁ハウジングから解放するための、前記アクチュエータに対応するカムおよびカム従動子を含むことを特徴とするスライド弁アセンブリ。
【請求項１８】
請求項１７に記載のスライド弁アセンブリにおいて、前記カム従動子は、前記弁本体の側面に取り付けられ、前記カムは、前記弁本体の側面に沿って配置され、前記カム従動子が係合するカム面を含むことを特徴とするスライド弁アセンブリ。
【請求項１９】
請求項１７に記載のスライド弁アセンブリにおいて、前記カム従動子は、前記弁本体の幅にわたる前部カム従動子と、前記弁本体の幅にわたって延びる後部カム従動子とを含み、前記カムは、前記弁ハウジング上のカム面を含み、そのカム面は前記カム従動子が係合することを特徴とするスライド弁アセンブリ。
【請求項２０】
圧力システム用の弁アセンブリであって、
少なくとも第１の流体流通路を有する弁ハウジングと、
流体不浸透性面に隣接する流体流通ポートを有する弁本体と、
前記弁本体の前記流体流通ポートにより、前記第１の流体流通路と前記弁本体の前記流体流通ポートとの間の流体流通関係が可能になる流体流通位置と、前記弁本体の前記流体不浸透性面が、前記第１の流体流通路と前記弁本体の前記流体流通ポートとの間の流体流通関係を妨げる流体遮断位置とに、前記弁本体を前記弁ハウジングに対して移動させるアクチュエータと、
前記弁本体と前記弁ハウジングとの間に第１の封止関係を形成するために、前記弁本体の前記流体不浸透性面内に配置された少なくとも第１の封止アセンブリと、
を含むことを特徴とする弁アセンブリ。
【請求項２１】
請求項２０に記載の弁アセンブリにおいて、前記第１の封止アセンブリは、前記システム内の圧力とつながり、前記第１の封止アセンブリの効果を高めるために、前記システム内の圧力を受けるように構成されることを特徴とする弁アセンブリ。
【請求項２２】
請求項２０に記載の弁アセンブリにおいて、前記第１の封止アセンブリは、前記弁本体のシール空洞内に配置され、少なくとも、前記弁本体が前記流体遮断位置にある場合で、かつ前記システム内の圧力が前記第１の封止アセンブリにかかる場合に、前記弁本体と前記弁ハウジングとの間に前記第１の封止関係を形成することを特徴とする弁アセンブリ。
【請求項２３】
請求項２０に記載の弁アセンブリにおいて、前記第１の封止アセンブリは、主シールリングと、前記主シールリングの周縁を囲む補助シールリングと、前記主シールリングを前記弁本体の前記シール空洞の壁に当てて担持するために、前記主シールリングと前記弁本体の前記シール空洞の前記壁との間に力を加えるように配置された弾性部材とを含むことを特徴とする弁アセンブリ。
【請求項２４】
請求項２３に記載の弁アセンブリにおいて、前記第１の封止アセンブリは、円筒形状、Ｄ字形状、扁球形形状、および円形形状の変形型からなる群から選択される形状を有することを特徴とする弁アセンブリ。
【請求項２５】
請求項２４に記載の弁アセンブリにおいて、前記第１の封止アセンブリは円筒形状を有することを特徴とする弁アセンブリ。
【請求項２６】
請求項２３に記載の弁アセンブリにおいて、前記第１の封止アセンブリの前記補助シールリングは、前記弁本体の前記シール空洞に対して自由に移動できることを特徴とする弁アセンブリ。
【請求項２７】
請求項２０に記載の弁アセンブリにおいて、前記弁ハウジングと前記弁本体との間に第２の封止関係を形成するために、前記弁ハウジング内に配置された第２の封止アセンブリをさらに含むことを特徴とする弁アセンブリ。
【請求項２８】
請求項２７に記載の弁アセンブリにおいて、前記第２の封止アセンブリは、前記システム内の圧力とつながり、前記第２の封止アセンブリの効果を高めるために、前記システム内の圧力を受けるように構成されることを特徴とする弁アセンブリ。
【請求項２９】
請求項２８に記載の弁アセンブリにおいて、前記第２の封止アセンブリは、前記弁ハウジングに配置され、少なくとも、前記弁本体が前記流体遮断位置にある場合で、かつ前記システム内の圧力が前記第２の封止アセンブリにかかる場合に、前記弁本体と前記弁ハウジングとの間に前記第２の封止関係を形成することを特徴とする弁アセンブリ。
【請求項３０】
請求項２７に記載の弁アセンブリにおいて、前記第２の封止アセンブリは、主シールリングと、前記主シールリングの周縁を囲む補助シールリングと、前記主シールリングを前記弁ハウジングの壁に当てて担持するために、前記シールリングと前記弁ハウジングの前記シール空洞の前記壁との間に弾性力を加えるように配置された弾性部材とを含むことを特徴とする弁アセンブリ。
【請求項３１】
請求項３０に記載の弁アセンブリにおいて、前記第２の封止アセンブリは、円筒形状、Ｄ字形状、扁球形形状、および円形形状の変形型からなる群から選択される形状を有することを特徴とする弁アセンブリ。
【請求項３２】
請求項３１に記載の弁アセンブリにおいて、前記第２の封止アセンブリは円筒形状を有することを特徴とする弁アセンブリ。
【請求項３３】
請求項３０に記載の弁アセンブリにおいて、前記第２の封止アセンブリの前記補助シールリングは、前記弁ハウジングの前記シール空洞に対して自由に移動できることを特徴とする弁アセンブリ。
【請求項３４】
請求項２８に記載の弁アセンブリにおいて、前記弁ハウジングは、前記弁ハウジングの前記シール空洞内の前記第２の封止アセンブリをさらに押しつけるために、前記第２の封止アセンブリにかかるシステム圧力が通過する通路を形成する少なくとも１つのチャネルをさらに含むことを特徴とする弁アセンブリ。
【請求項３５】
請求項２８に記載の弁アセンブリにおいて、前記弁ハウジングは、第１の流体流通路を画定するキャップであって、前記弁ハウジングの前記シール空洞内の前記第２の封止アセンブリをさらに押しつけるために、前記第２の封止アセンブリにかかるシステム圧力が通過するための、前記第１の流体流通路に対して平行に延びる複数のチャネルを含むキャップをさらに含むことを特徴とする弁アセンブリ。
【請求項３６】
弁本体および弁ハウジングを含む圧力システムで使用する封止アセンブリであって、
前記弁本体内に配置され、前記弁本体および前記弁ハウジングに関連する第１の封止アセンブリを含み、第１の封止アセンブリは、
主シールリングと、
前記主シールリングの周縁を囲む補助シールリングと、
前記主シールリングと前記圧力システムの第１の封止面との間に弾性力を加えるように配置された弾性部材と、
を含み、前記システム内の圧力は、前記システム内の圧力が高くなった場合に、前記第１の封止アセンブリの封止効果を高めるように前記第１の封止アセンブリに作用することを特徴とする封止アセンブリ。
【請求項３７】
請求項３６に記載の封止アセンブリにおいて、
前記弁ハウジング内に配置された第２の封止アセンブリをさらに含み、第２の封止アセンブリは、
主シールリングと、
前記主シールリングの周縁を囲む補助シールリングと、
前記主シールリングと前記圧力システムの第１の封止面との間に弾性力を加えるように配置された弾性部材と、
を含み、前記システム内の圧力は、前記システム内の圧力が高くなった場合に、前記第２の封止アセンブリの封止効果を高めるように前記第２の封止アセンブリに作用することを特徴とする封止アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力アクチュエータを含む圧力システム、例えば、エネルギ変換機関、例として、ディーゼルエンジン、スターリングサイクル機関、ミラーサイクル機関、オットーサイクル機関などの内燃機関または熱機関で使用するのに適した弁アセンブリに関する。より詳細には、本発明は、封止部品に関連する弁および本体に作用する摩擦、熱、および摩耗を抑制するように構成された、改良した封止システムを有する、圧力システムで使用するスライド弁アセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
現代の内燃機関のほとんどは、オットーサイクルとして公知の４行程動作シーケンスを利用する。オットーサイクルは、吸気弁が開き、空気および燃料からなる混合物がエンジンのシリンダに送られる吸気行程を含む。次いで、シリンダ内の圧力を高めるために、ピストンが燃料および空気の混合物を圧縮する圧縮行程が行われる。発動行程では、ピストンがシリンダの最高点に到達する直前に、スパークプラグから発生したスパークにより混合物が点火されて、ピストンをシリンダ内の下方に押しやる。次いで、排気行程で排気弁が開き、燃焼済みガスがシリンダの外に押し出される。４つの行程は、エンジンの動作中に連続して繰り返される。
【０００３】
オットーサイクルのプリンシパルに基づいて動作する内燃機関は、通常、各サイクル中に吸気および排気ポートを選択的に開閉するスプリング懸架式ポペット弁を利用する。ほとんどのエンジンでは、クランクシャフトがタイミングベルトまたはチェーンに連結され、次に、タイミングベルトまたはチェーンがカムシャフトに連結され、カムシャフトは、吸気および排気行程時にそれぞれ吸気弁および排気弁を開くように回転する。各弁に対応するスプリングは、他のサイクル時には弁を閉じている。
【０００４】
そのようなスプリング懸架式ポペット弁の使用にまつわる幾つかの欠点がある。１つの欠点は、各サイクル中に弁がシリンダの中に突出し、ピストンが、開いた弁に大きな力で接触し、エンジンにかなりの損傷をもたらす恐れがあるという特有の危険が存在することである。さらに、弁ヘッドがシリンダの中に突出しているために、弁タイミング事象が制限されることがある。
【０００５】
従来の内燃機関でポペット弁を使用することの別の欠点は、弁を閉じるのに比較的高剛性のスプリングが使用されることである。したがって、各サイクル中にスプリングの抵抗力に打ち勝って各弁を開くのに比較的強い力が必要とされ、エンジンの効率が低下する。さらに、スプリングによる高剛性の抵抗力のために、弁タイミング事象が制限されることがある。例えば、従来のポペット弁および高剛性スプリングが採用された場合、吸気弁および排気弁がともに開いた短い期間が存在するのが一般的である。この重複した期間中に、未燃焼の炭化水素分子が次のサイクルにわたって燃焼室に残ることがあり、それにより、動的圧縮に悪影響を及ぼし、エンジン効率を低下させる。
【０００６】
従来のポペット弁の使用にまつわるさらに別の欠点は、オリフィスに障害物がある結果として、すなわち、ポペット弁の一部がオリフィスを通ってシリンダの中に突出するために、エネルギが失われることである。さらに、吸気ポートからシリンダに入る流れが、ポペット弁のヘッド部、すなわち、閉じた状態でオリフィスを封止する弁の部分に接触した場合にその流れが乱れる。吸気弁のヘッド部により、シリンダ内に乱流および空所が発生することがあり、それによって、エンジンの効率が低下する。さらに、排気弁のヘッド部が、排気行程中にシリンダの中に突出すると、燃焼済みのガスがシリンダから効率的に流れ出ることができず、燃焼能力がさらに低下する。
【０００７】
従来のポペット弁にまつわる複数の欠点を解決するために、内燃機関と併用することができる様々なスライド弁構造が開発されてきた。スライド弁アセンブリの主要な利点の１つは、実質的に妨げられない流路を有することができることである。具体的には、従来のポペット弁が採用されず、したがって、吸気ポートまたは排気ポートを通る流路を妨害しないので、スライド弁は、空気流のシリンダに入る能力を大幅に高める可能性がある。さらに、従来のポペット弁と併用される高剛性スプリングをなくすことができるので、スライド弁アセンブリは、機械負荷を低減することができる。
【０００８】
スライド弁アセンブリの中には、回転ディスク、シリンダ、スリーブ、およびその他の回転楕円体回転機構を有するものがある。そのような公知のスライド弁は、吸気および排気行程時に、それらの開孔がシリンダと重なるようにタイミングを合わせることができる。しかし、スライド弁は連続的にシールと接触するため、これらの公知のスライド弁には、高い温度と極端に大きな摩擦がかかることがあり、その結果、弁および関連する封止機構が受ける摩耗の速度が速くなる。
【０００９】
さらに、そのようなスライド弁アセンブリは通常、開孔の大きさが固定される、すなわち、シリンダと位置を合わされる開孔の大きさは、弁が並進または移動する、すなわち、回転ではなくて平面内を前後に移動するときに変えることができない。相応して、ポート開孔を比較的大きくするために、燃料消費および排出ガスが増えることがあり、結果として、低いエンジン回転数において、特に、アイドリング状態時に、エンジン性能に悪影響を及ぼすガス速度の低下をもたらす。
【００１０】
スライド弁アセンブリの例は、米国特許第１，７２２，８７３号明細書、同第１，９２２，６７８号明細書、同第２，０７４，４８７号明細書、および同第５，６９４，８９０号明細書に開示されている。
【００１１】
先行技術のスライド弁システムの一部にまつわる他の欠点は、多数のシールを採用する封止システムの複雑さである。きわめて少数の部品を採用するスライド弁システム用の効果的な封止システムを提供することが望ましい。
【００１２】
したがって、圧力システム、例として、例えば、内燃機関などのエネルギ変換機関に容易に組み込まれるように構成されたスライド弁アセンブリを提供することが必要である。
【００１３】
弁本体および関連する封止部品に作用する摩擦、熱、および摩耗を低減するように構成されたスライド弁アセンブリを提供することがさらに必要である。
【００１４】
エネルギ変換機関に付属する弁および／またはピストンシリンダアセンブリの燃焼室を効果的に封止するように構成された、改良した封止システムを有する、あるいは圧力システムに付属する弁および／または圧力チャンバを効果的に封止するように構成された、改良した封止システムを有するスライド弁アセンブリを提供することがさらに必要である。
【発明の概要】
【００１５】
本発明はこれらの必要性を満たした。本発明は、エネルギ変換機関、例えば、内燃機関用の、往復ピストンを収容する燃焼室またはシリンダに対して、流体媒体を導入および／または排出するためのスライド弁アセンブリを提供する。スライド弁アセンブリは、弁空洞によって分離された第１の流体流通路および第２の流体流通路を有する弁ハウジングと、弁ハウジングの弁空洞に収容され、流体不浸透性面に隣接する流体流通ポートを有する弁本体と、弁本体の流体流通ポートにより、弁ハウジングの第１の流体流通路と第２の流体流通路との間の流体流通関係が可能になる流体流通位置、および弁本体の流体不浸透性面が、弁ハウジングの第１の流体流通路と第２の流体流通路との間の流体流通関係を妨げる流体遮断位置に、弁ハウジングの弁空洞内の弁本体を並進移動させるアクチュエータと、弁ハウジングの弁空洞内の弁本体が、弁本体の流体流通位置と流体遮断位置との間で並進移動する間、弁本体を拘束するための弁本体および弁ハウジング上の協働面と、弁本体と弁ハウジングとの間に封止関係を形成するために、弁本体の流体不浸透性面内に配置された第１の封止アセンブリを含む封止システムとを含み、前記第１の封止アセンブリは、システム内の圧力とつながり、システム内の圧力を受けるように構成され、それによって、第１の封止アセンブリの効果が高まる。封止システムはまた、弁ハウジングと弁本体との間に第２の封止関係を形成するために、弁ハウジング内に配置された第２の封止アセンブリを含む。
【００１６】
第１の封止アセンブリおよび第２の封止アセンブリは、主シールリングと、主シールリングの周縁を囲む補助シールリングと、主シールリングをそのそれぞれの封止面に当てて担持するために、主シールリングとそのそれぞれの封止面との間に弾性力を加えるように配置された、例えば、テンションスプリングなどの弾性部材とを含む。第１の封止アセンブリに関して、封止面は弁本体のシール空洞の壁を含むことができ、一方、第２の封止アセンブリに関しては、封止面は、弁ハウジングのシール空洞の壁を含むことができる。
【００１７】
第１の封止アセンブリ、第２の封止アセンブリ、およびその主シールリングは、例えば、円筒状または非円筒状、例として、扁球形およびＤ字形などの多数の形状の１つを有することができ、補助シールリングは、そのそれぞれのシール空洞内で主シールリングに対して自由に移動可能である。
【００１８】
弁ハウジングはまた、上側弁ハウジングの環状部材内に取り付けられたキャップを有する。このキャップは、弁ハウジング内に配置された少なくとも第２の封止アセンブリに圧力を供給して、弁ハウジングの封止面に対する封止効果を高めるために、システム内に流体媒体および／または圧力用の流路をそれぞれが形成する複数の平行ポートまたはチャネルを含むことができる。シリンダの燃焼室内の高圧を封止アセンブリに送るためのポートまたはチャネルをこのように配置することは、この第２のアセンブリの封止効果を高めるように作用する。これらのポートがない場合、システム内の圧力は、第１および／または第２の封止リングを含むシール空洞内に移動して、第１および／または第２の封止アセンブリの主シールリングおよび補助シールリングを第１および／または第２の封止アセンブリを含むシール空洞の１つまたは複数の封止面に押しつけて、または圧接して、第１および／または第２の封止アセンブリの主シールリングおよび補助シールリングを弁本体または弁ハウジングの１つまたは複数の封止面に押しつける、またはさらに圧接する。
【００１９】
協働面は、弁本体アクチュエータに対応する１つまたは複数のカムおよびカム従動子を含むことができる。カムおよびカム従動子のこれらの協働面は、弁アセンブリを開閉するための、弁ハウジング内での並進移動中に弁本体を拘束するように機能することができる。カムは、ハウジング内で弁本体の両側に、または弁本体自体の中に配置された面を有することができ、従動子は、カム面と係合するように弁本体の側面に取り付けられる。カム面は水平であってよいし、または傾斜部分を有してもよい。カム面が傾斜部分を有する場合、従動子は、弁本体の並進移動中に上昇して、弁本体を弁ハウジングから離れる方向に持ち上げ、それにより、弁本体を弁ハウジングから効果的に分離させ、ひいては、少なくとも第１の封止アセンブリを弁ハウジングの下側部分から遠ざける。
【００２０】
さらなる実施形態は、弁本体の幅に沿って取り付けられた前部カム従動子および後部カム従動子を含み、これらのカム従動子は、スライド弁アセンブリの封止システムの接触面および／または封止面間の摩擦を小さくするために、弁ハウジングのカム面と協働する。
【００２１】
有利にも、弁本体は、アクチュエータによる、弁ハウジングに対する弁本体の並進移動または揺動中に、直線カムおよびカム従動子によって弁ハウジングの封止面から強制的に遠ざけられるので、従来のスライド弁と比較して、弁、弁本体、および関連する封止部品に作用する摩擦、熱、および摩耗を大幅に低減することができる。
【００２２】
弁本体は、実質的に弁ハウジングの弁空洞または穴内に配置される。弁本体は、カムシャフトおよびクランクシャフトの回転のタイミングに基づいて、カムおよびアクチュエータシステムにより、弁ハウジング内で並進または揺動するように構成され、それにより、弁本体の流路と内燃機関のシリンダとの間の流体連通を選択的に可能にするか、または阻止する。具体的には、弁本体の第１の方向の並進移動により、流体連通が可能になり、一方、弁本体の反対方向の並進移動により、シリンダとの流体連通が阻止される。弁アセンブリのこの後者の位置または閉じた位置において、システム内の圧力、例えば、シリンダ圧力と、弾性部材、例えば、１つまたは複数の封止アセンブリのスプリングとが圧力システムの封止を効果的にする。
【００２３】
弁本体を並進移動させるのに様々なタイプのアクチュエータを使用することができる。例えば、カムシャフト、ソレノイド、ロッカアーム、チェーン、ギヤ、ベルト、および油圧式、空気式、電気式アクチュエータ、ならびに／または他の手段を採用して、弁本体に並進移動をさせることができる。このように、本発明はさらに、特に、弁を並進移動させるのに従来の機構のみに依存する先行技術のスライド弁アセンブリと比較して、採用され得る様々なタイプのアクチュエータに対してかなり融通を利かすことができる。そのような設計の融通性により、弁本体の並進移動のほかに、例えば、本明細書において下記に概略的に説明するように、可変開孔径およびタイミング事象の実現など様々な利点がもたらされる。
【００２４】
従来の内燃機関で使用される場合、本発明の第１のスライド弁アセンブリは吸気弁として採用され、本発明の第２のスライド弁アセンブリは排気弁として採用される。
【００２５】
本発明の弁アセンブリはまた、様々な圧力システムで効果的に使用することができる。弁アセンブリは、例えば、スライド弁アセンブリ、回転弁アセンブリ、半回転弁アセンブリ、または揺動弁アセンブリなどの多数の弁アセンブリの任意の１つとすることができる。
【００２６】
したがって、本発明の目的は、エネルギ変換機関または熱機関などの圧力システム、例えば、内燃機関で使用する、改良した封止システムを含む弁アセンブリを提供することである。
【００２７】
本発明のさらなる目的は、封止部品に関連する弁および本体に作用する摩擦、熱、および摩耗を低減するように構成された、改良した封止システムを有するスライド弁アセンブリなどの弁アセンブリを提供することである。
【００２８】
本発明のさらに別の目的は、システムの圧力が上昇したときに、圧力により、シールが封止面に圧接され、それにより封止システムの効果が高まるような改良した封止システムを有するスライド弁アセンブリなどの弁アセンブリを提供することである。
【００２９】
本発明のさらに別の目的は、様々な手段を使用して駆動することができ、それにより、より高い設計融通性をもたらすスライド弁アセンブリなどの弁アセンブリを提供することである。
【００３０】
添付の図面を考慮して読むことで、本発明のこれらのおよび他の利点および目的が、より深く認識および理解される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１Ａ】図１Ａは、標準的な内燃機関の吸気行程時に、吸気弁および排気弁として使用される、本発明によるスライド弁アセンブリの部分的に切り取った斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、標準的な燃焼機関の圧縮または発動行程時に、吸気弁および排気弁として使用される、本発明によるスライド弁アセンブリの部分的に切り取った斜視図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、標準的な内燃機関の排気行程時に、吸気弁および排気弁として使用される、本発明によるスライド弁アセンブリの部分的に切り取った斜視図である。
【図２】図２は、本発明のスライド弁アセンブリの分解斜視図である。
【図３】図３は、加圧ガスが、圧縮シリンダに関連する本発明のスライド弁アセンブリの弁本体内の、封止アセンブリを収容するシール空洞に流入するときの加圧ガスの経路を示す概略的な拡大断面図である。
【図４】図４は、標準的な内燃機関の斜視図であり、シリンダヘッドがエンジンブロックに組み込まれ、本発明のスライド弁アセンブリを吸気弁および排気弁として組み込みつつある。
【図５】図５は、本発明の１つまたは複数のスライド弁アセンブリを組み込むことができる内燃機関用の構造の立断面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、図５の内燃機関の吸気行程時に、吸気弁および排気弁として使用される、本発明によるスライド弁アセンブリの部分的に切り取った斜視図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図５の内燃機関の排気行程時に、吸気弁および排気弁として使用される、本発明によるスライド弁アセンブリの部分的に切り取った斜視図である。
【図７】図７は、本発明の教示によるスライド弁アセンブリのさらなる実施形態の斜視図である。
【図８】図８は、図７のスライド弁アセンブリの底面図である。
【図９】図９は、図７のスライド弁アセンブリの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明の改良した封止システムを含む弁アセンブリは、圧力アクチュエータを含んでよいし、または含まなくてもよい圧力システム、例えば、エネルギ変換機関、例として、ディーゼルエンジン、スターリングサイクル機関、ミラーサイクル機関、オットーサイクル機関などの内燃機関または熱機関で使用するスライド弁アセンブリ、回転弁アセンブリ、半回転弁アセンブリ、または揺動弁アセンブリとすることができる。
【００３３】
図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃおよび図２を参照して、本発明のスライド弁アセンブリ３０、１３０は、標準的な内燃機関において吸気弁および／または排気弁として使用することができる。好ましい実施形態では、吸気弁および排気弁の構成は実質的に同一である。それに応じて、図１Ａ〜１Ｃでは、本発明の吸気弁は吸気弁３０として全体的に示され、一方、排気弁は排気弁１３０として全体的に示されるが、各弁は、図２のスライド弁アセンブリ３０に準じて提供されるのが好ましい。図１Ａ〜図１Ｃでは、吸気弁３０および排気弁１３０は、本発明のスライド弁アセンブリ内の封止システムの位置がより明確に分かるように、明確化目的で破断されている。
【００３４】
図１Ａ〜１Ｃにおいて、標準的な内燃機関３１は、シリンダ３３、燃焼室３５、およびピストン３７を含み、ピストン３７は、当業者に公知の態様で、連接棒（図示せず）を介してクランクシャフトに連結される。吸気弁３０および排気弁１３０は、シリンダヘッド４３の頂上またはヘッド４３内に配置された独立したモジュール部品として設けられてよいし、あるいは、吸気弁３０および排気弁１３０は、図４に示すように、単一ユニットとしてシリンダヘッド４３内に形成されてもよい。弁アセンブリ３０、１３０は、それらのコンパクトな特徴のために、エンジンブロック４３と一体化することができ、したがって、分離可能なシリンダヘッドの必要性がなくなる。単体ヘッド／ブロック構成には幾つかの利点がある。例えば、ヘッドボルトをなくすか、またはヘッドボルトの数量を減らすことができる。エンジンブロックは、より強度が高く、かつより頑丈に構築することができる。ヘッドガスケットおよび取り付け用のハードウェアをなくすことができ、したがって、保守のために保守対象物に容易に接触すること、すなわち、容易なサービスおよびアクセスを可能にし、ひいては、製造および保守のコストを削減することができる。
【００３５】
図２は、内燃機関で使用する、本発明の１つのスライド弁アセンブリを示しており、本明細書で上記したように、スライド弁アセンブリ３０、１３０は、吸気弁３０および排気弁１３０として使用することができる。したがって、本発明の２つのスライド弁アセンブリがシリンダ３３に対して設けられている。スライド弁アセンブリ３０、１３０は、上側弁ハウジング４５および下側弁ハウジング４７で構成される弁ハウジングと、弁ハウジングに収容される弁本体４９と、主シールリング５３、補助シールリング５５、および弾性部材またはスプリング５７を含む封止アセンブリ５１、ならびに主シールリング５９ａ、補助シールリング５９ｂ、および弾性部材またはスプリング５９ｃを含む封止アセンブリ５９を含む封止システムとを有する。図２に示すように、下側弁ハウジング４７は、シリンダ３３の燃焼室３５上に広がる単一プレートである。また、図２に示すように、各スライド弁アセンブリ３０、１３０用の上側弁ハウジング４５は、下側弁ハウジングプレート４７の全長の約半分である。上側弁ハウジング４５は、溶接などの適切な手段を通じて下側弁ハウジングプレート４７に固定して連結される。下側弁ハウジングプレート４７およびシリンダ３３は、下側弁ハウジングプレート４７の開孔４７ａおよびシリンダ３３の開孔３３ａに受け入れられる、ねじなどの留め具（図示せず）によって互いに連結される。
【００３６】
引き続き図２を参照して、スライド弁アセンブリ３０、１３０は、弁駆動ロッド６１、直線カム６３、６５、および弁本体４９の側面４９ａ、４９ｂに取り付けられるローラベアリングまたはカム従動子６７、６９、７１、７３をさらに含む。直線カム６３は、カム従動子６７、６９がそれぞれ係合する協働カム面６３ａ、６３ｂを有し、直線カム６５は、カム従動子７１、７３が係合する協働カム面６５ａ、６５ｂを有する。カム従動子６７、６９、７１、７３は、弁本体４９が弁ハウジング内でアクチュエータロッド６１の駆動によって並進または揺動する場合に、カム面６３ａ、６３ｂ、６５ａ、６５ｂに接して移動する。アクチュエータロッド６１は、弁本体４９の開孔４９ｃに受け入れられ、保持ピン７４によって保持される。当然のことながら、弁駆動ロッド６１を保持ピン７４によって開孔４９ｃ内に配置することは、弁ハウジング内での弁本体４９の移動時に、駆動ロッド６１が、弁本体４９に対して自由に移動する、またはトグル式に動作することができるということである。このトグルとしての機能は、直線カム６３、６５および従動子６７、６９、７１、７３が使用されるときに、特に、カム６３、６５のカム面６３ａ、６３ｂ、６５ａ、６５ｂが傾斜している場合に特に重要になる。
【００３７】
図２にさらに示すように、弁本体４９は、開口または流体流通ポート７５を有し、上側弁ハウジング４５は、開口または第１の流体流通路７９を有し、下側弁ハウジングプレート４７は、開口または第２の流体流通路７７を有する。上側弁ハウジング４５は、第１の流体流通路７９を画定するキャップ４５ｂを受け入れる環状部材４５ａを有する。上側弁ハウジング４５はまた、弁本体４９が上側弁ハウジング４５内に組み込まれる場合に、カム６３、６５をそれぞれ受け入れる２つのチャネル４５ｃ、４５ｄを含む。
【００３８】
標準的な内燃機関に属する図１Ａ、図１Ｂ、および図１Ｃに最もよく示すように、キャップ４５ｂは、上側弁ハウジング４５の環状部材４５ａ内に取り付けられ、封止アセンブリ５１を保持するためのシール空洞４５ｅを形成しており、封止アセンブリ５１は、図２に最もよく示されている。同様に図１Ａ、図１Ｂ、および図１Ｃに示すように、弁本体４９は、弁本体４９の流体流通ポート７５に隣接する、または並列する下側流体不浸透性面４９ｄを有する。弁本体４９は、封止アセンブリ５９を保持するためのシール空洞４９ｅをさらに含み、封止アセンブリ５９は図２に最もよく示されている。
【００３９】
下側弁ハウジングプレート４７、上側弁ハウジング４５、および弁本体４９が図１Ａ、図１Ｂ、および図３Ｃに示すように組み立てられると、弁本体４９の流体流通ポート７５、上側弁ハウジング４５の第１の流体流通路７９、および下側弁ハウジングプレート４７の第２の流体流通路７７は、弁本体４９の流体流通ポート７５が流路７９、７７と一列に整列した場合に、協働してスライド弁アセンブリ３０を開く。スライド弁アセンブリ３０のポート７５と流路７７、７９のこの一列整列は、スライド弁アセンブリ３０の流体流通位置、または開いた位置であると称される。
【００４０】
反対に、弁本体４９の流体流通ポート７５が、上側弁ハウジング４５および下側弁ハウジングプレート４７のそれぞれ第１の流体流通路７９および第２の流通路７７と一列に整列しない場合、スライド弁アセンブリ３０は遮断位置または閉じた位置にある。スライド弁アセンブリ３０のこの遮断位置または閉じた位置は、本明細書では、スライド弁アセンブリ３０の流体遮断位置または閉じた位置であると称される。さらに、上側弁ハウジング４５、下側弁ハウジングプレート４７、および弁本体４９が、図１Ａ、図１Ｂ、および図１Ｃに示すように組み立てられると、本明細書で上記したように、封止アセンブリ５１は、上側弁ハウジング４５の陥凹部分またはシール空洞４５ｅに受け入れられ、封止アセンブリ５９は、弁本体４９の下側流体不浸透性面４９ｄの陥凹部分またはシール空洞４９ｅに受け入れられる。
【００４１】
図１Ａの標準的な内燃機関の場合、吸気弁３０がその流体流通位置またはその吸気行程位置にあるとして示されており、吸気弁３０が開き、空気および燃料の混合物がシリンダ３３に送られて、ピストン３７を矢印で示すように下方に押している。スライド弁アセンブリ３０のこの吸気行程の場合、排気弁１３０は、その流体遮断位置または閉じた位置にあり、弁本体４９は、上側弁ハウジング４５の流体流通路７９および下側弁ハウジングプレート４７の流体流通路７７を完全に遮断している。この例では、ならびに吸気弁３０および排気弁１３０の両方に関して、弁本体４９のシール空洞４９ｅ内の封止アセンブリ５９は主シールになり、上側弁ハウジング４５内の封止アセンブリ５１は、一般的に「エプロンシール」と呼ばれる補助シールになる。また、図３に示す例では、燃焼室３５内の圧力が上昇し、矢印で示すように、加圧された空気またはガスが、弁本体４９のシール空洞４９ｅに流入し、封止アセンブリ５９、特に第２の封止リング５９ｂに作用して、両方の弁スライドアセンブリ３０、１３０に対する封止アセンブリ５９の効果を高めるように、封止アセンブリ５９をシール空洞４９ｅの壁面に押しつける。さらに明らかなように、空気および燃料の混合物は、スライド弁アセンブリ３０の吸気行程時に燃焼室３５に送られ、そのそれぞれの封止アセンブリ５１、５９において、特に、弁本体４９内の封止アセンブリ５９の強化された性能と、図３に示すように、封止アセンブリ５９に作用する圧力とにより、排気弁アセンブリ１３０から漏出するのを阻止される。
【００４２】
さらに当然のことながら、図３を参照して、封止アセンブリ５９は、図１Ａ〜２を参照して本明細書で上記したものと同様に構築される。すなわち、図３の封止アセンブリ５９は、主シールリング５９ａ、主シールリング５９ａの周縁を囲んで配置された補助シールリング５９ｂ、および弾性部材５９ｃを含む。図３では、圧力がチャンバ３５から移動する経路をより明瞭に示すために、明瞭化目的で弾性部材５９ｃが示されていない。
【００４３】
図１Ｂは、標準的な内燃機関３１の圧縮行程または発動行程を示している。示すように、吸気弁３０および排気弁１３０はともに閉じている。この圧縮行程では、ピストン３７が空気および燃料を圧縮してシリンダ３３内の圧力を上げる。ピストン３７がシリンダ３３の最高点に到達する前に、スパークが混合物に点火して、ピストン３７が、矢印で示すように、その発動行程においてシリンダ３３内で下方に押される。この場合も同様に、各スライド弁アセンブリ３０、１３０の封止アセンブリ５９は主シールとして機能し、上側弁ハウジング４５内の封止アセンブリ５１は、補助シールまたは「エプロンシール」として機能する。この場合も同様に、シリンダ３３内の圧力は、図３に示すように、シール空洞４９ｅに移動して、両方のスライド弁アセンブリ３０、１３０に対する封止アセンブリ５９の性能を高めるために、封止アセンブリ５９をシール空洞４９ｅの壁に押しつける。
【００４４】
図１Ｃは、標準的な内燃機関３１の排気行程を示している。示すように、吸気弁３０は閉じ、一方、排気弁１３０は開いている。ピストン３７のこの排気行程では、燃焼済みガスが、排気弁１３０を通ってシリンダ３３から押し出される。排気弁１３０のこの開いた位置では、流体流通ポート７５は、上側弁ハウジング４５の第１の流体流通路７９、および下側弁ハウジングプレート４７の第２の流体流通路７７と一列に整列している。この場合も同様に、シリンダ３３内の圧力は、図３に示すように、弁本体４９のシール空洞４９ｅに移動して、吸気弁３０および排気弁１３０の両方の封止アセンブリ５９の性能を高める。排気弁１３０の場合、封止アセンブリ５９の向上した性能は、燃焼済みガスを上側弁ハウジング４５の第１の流体流通路７９から送り出す助けとなる。
【００４５】
引き続き図１Ａ、図１Ｂ、および図１Ｃを参照して、封止アセンブリ５１が組み立てられるときに、補助シールリング５５が、主シールリング５３の周縁を囲んで配置され、主シールリング５３の周縁は、補助シールリング５５を受け入れる（図２に参照数字５３ａで示す）外側溝を有する。本明細書で上記したように、封止アセンブリ５１は、上側弁ハウジング４５の陥凹溝またはシール空洞４５ｅに収容される。少なくとも補助シールリング５５がシール空洞４５ｅ内を自由に移動できるように、シール空洞４５ｅ内に十分な隙間が設けられるのが好ましい。フープスプリングの形態の弾性部材５７は、シール空洞４５ｅ内に配置されて、主シールリング５３を上側弁ハウジング４５内のシール空洞４５ｅの壁に当てて担持するように、主シールリング５３とシール空洞４５ｅの壁との間に弾性力を加える。スプリングアセンブリ５１の弾性部材５７は、円筒形状を有するように示されているが、当然のことながら、弾性部材５７は、他の形状、例えば、非円筒形状、例として、扁球形形状、Ｄ字形状、または円形形状の変形型を有することができる。主シールリング５３および補助シールリング５５は分割リングであるのが好ましく、弾性部材５７に対応する形状を有することができるのも当然のことである。同様に当然のことながら、封止アセンブリ５１の主シールリング５３、補助シールリング５５、および弾性部材５７は、他の形状、例えば、非円筒形状、例として、扁球形形状、Ｄ字形状、または円形形状の変形型を有することができる。
【００４６】
引き続き図１Ａ、図１Ｂ、および図１Ｃを参照して、封止アセンブリ５９を組み立てる際に、補助シールリング５９ｂが、主シールリング５９ａの周縁を囲んで配置され、主シールリング５９ａの周縁は、補助シールリング５９ｂを受け入れる（図２に参照数字５９ｄで示す）外側溝を有する。封止アセンブリ５９は、弁本体４９の陥凹溝またはシール空洞４９ｅに収容される。少なくとも補助シールリング４９ｂがシール空洞４９ｅ内を自由に移動できるように、シール空洞４９ｅに十分な隙間が設けられるのが好ましい。フープスプリングの形態の弾性部材５９ｃは、シール空洞４９ｅ内に配置されて、主シールリング５９ａを弁本体４９内のシール空洞４９ｅの壁に当てて担持するように、主シールリング５９ａとシール空洞４９ｅの壁との間に弾性力を加える。スプリングアセンブリ５９の弾性部材５９ｃは、円筒形状を有するように示されているが、当然のことながら、弾性部材５９ｃは、他の形状、例えば、非円筒形状、例として、扁球形形状、Ｄ字形状、または円形形状の変形型を有することができる。主シールリング５９ａおよび補助シールリング５９ｂは分割リングであるのが好ましいことも当然のことである。同様に当然のことながら、主シールリング５９ａおよび補助シールリング５９ｂは弾性部材５９ｃに対応する他の形状を有することができる。同様に当然のことながら、封止アセンブリ５９の主シールリング５９ａ、補助シールリング５９ｂ、および弾性部材５９ｃは、他の形状、例えば、非円筒形状、例として、扁球形形状、Ｄ字形状、または円形形状の変形型を有することができる。
【００４７】
図４は、内燃機関７８内の吸気弁３０および排気弁１３０の例を示しており、シリンダヘッド４３が、ピストン３７を収容するエンジンブロックに組み込まれている。単体ヘッドブロック概念のこの考え方は、例えば、ヘッドボルトおよび／またはヘッドガスケットなどのエンジン部品の点数を減らし、ひいては、エンジンブロックをより強化し、製造コストを削減するなどの幾つかの利点を有する。さらなる利点は、サービスおよび／または交換のための、モジュール式弁機構へのアクセスが容易になることである。
【００４８】
図５は、米国特許出願公開第２００７／０２８９５６２Ａ１号明細書に開示されたものと同様であり得る内燃機関で使用される、本発明のスライド弁アセンブリを示している。図５では、エンジン８１は、燃焼室８４の両端とつながる圧縮シリンダ８２および膨張シリンダ８３を有し、往復ピストン８５、８６は、容積可変の圧縮チャンバを形成する２つのシリンダ内にある。ピストン８５、８６は、シリンダ内において上死点（ＴＤＣ）位置と下死点（ＢＤＣ）位置との間で連携して動作するために、連接棒８８、８９によってクランクシャフト８７に連結されており、ピストン８５、８６のそれぞれは、クランクシャフト８７の各回転時に、１つは上り行程、１つは下り行程を行う。圧縮シリンダ８２は、吸気管９０および吸気弁９１を介して外気を受け入れ、出口弁９２を介して燃焼室８４の入り口端とつながる。燃料は、燃料噴射装置９３または他の適切な燃料注入口から燃焼室８４に噴射され、その燃料は、燃焼室８４で圧縮シリンダ８２からの空気と混合される。混合物は燃焼室８４で燃焼および膨張し、膨張したガスは燃焼室８４の出口端から入り口弁９５を通って膨張シリンダ８３に流入する。排気ガスは、膨張シリンダ８３から出口弁または排気弁９６を通り、排気管９７を通って放出される。
【００４９】
図５の吸気弁９１、出口弁９２、入り口弁９５、および排気弁９６は、図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、および図２を参照して説明したものと同様な本発明のスライド弁アセンブリとすることができる。この例では、吸気弁９１、出口弁９２、および排気弁９６は、図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、および図２を参照して上記に説明したものと同様な上側弁ハウジング４５を有するのが好ましく、キャップ４５ｂは、これらの図で示したように構成され、図５の圧縮シリンダ８２内の圧力は主に封止アセンブリ５１に作用し、この封止アセンブリ５１を主シールにし、封止アセンブリ５９を補助シールまたはエプロンシールにする。図５、図６Ａ、および図６Ｂを参照すると、膨張ガスは、燃焼室８４から膨張シリンダ８３の入り口弁９５に流入するので、スライド弁アセンブリ９５の上側弁ハウジング９８（図６Ａおよび図６Ｂ）は、図６Ａおよび図６Ｂに示すような構成を有し、図５の燃焼室８４からの膨張ガスは、吸気スライド弁アセンブリ９５の上側弁ハウジング９８内に収容された封止アセンブリ５１に作用する。
【００５０】
図６Ａは、下向きの矢印で示すように、図５のエンジン８１の膨張シリンダ８３および往復ピストン８６の吸気行程を示し、図６Ｂは、上向きの矢印で示すように、図５の往復ピストン８６および膨張シリンダ８３の排気行程を示している。図６Ａでは、スライド弁アセンブリ９５は開いており、流体流通路９８ｃ、７７および弁本体４９の流体流通ポート７５は一列に整列している。図６Ａでは、スライド弁アセンブリ９６は閉じており、流体流通路９９ｃ、７７および弁本体４９の流体流通ポート７５は一列に整列していない。図６Ｂは、図５の往復ピストン８６および膨張シリンダ８３の排気行程を示しており、スライド弁アセンブリ９５は閉じており、一方、スライド弁アセンブリ９６は開いている。
【００５１】
特に、図６Ａおよび図６Ｂを参照すると、吸気スライド弁アセンブリ９５は、環状部材９８ａを有する上側弁ハウジング９８と、環状部材９８ａに取り付けられ、第１の流体流通路９８ｃを有するキャップ９８ｂと、封止アセンブリ５１を保持するシール空洞９８ｄとを含む。当然のことながら、上側弁ハウジング９５は、図２のカム６３、６５と同様なカム、およびカム従動子６７、６９、７１、７３をさらに含み、カム従動子６７は図６Ａに示されている。さらに、スライド弁アセンブリ９５は、封止アセンブリ５９を有する弁本体４９および下側弁ハウジング４７をさらに含む。スライド弁アセンブリ９５に関して、上側弁ハウジング９８、封止アセンブリ５１、弁本体４９、弁本体４９内の封止アセンブリ５９、および弁ハウジング４７は、図１Ａ〜２に示すものと同様に構築されている。一方、相違点は、キャップ９８ｂが少なくとも６つのポートまたはチャネル９８ｅを有することであり、そのうちの４つが図６Ａおよび図６Ｂに示されている。これらのポート９８ｅは、キャップ９８ｂの第１の流体流通路９８ｃに対して平行に延びている。特に、図６Ａを参照して、図５の燃焼室８４からの膨張ガスはポート９８ｅに入って、封止アセンブリ５１の性能を高めるように封止アセンブリ５１に作用する。この例では、封止アセンブリ５１が主シールになり、一方、弁本体４９のシールアセンブリ５９が、システムの第２のシールまたは「エプロンシール」になる。
【００５２】
特に、図６Ａ、および図６Ｂを参照すると、図５の排気スライド弁アセンブリ９６は、環状部材９９ａと環状部材９９ａに取り付けられたキャップ９９ｂとを有する上側弁ハウジング９９と、キャップ９９ｂ内の第１の流体流通路９９ｃと、環状部材９９ａ内に形成されたシール空洞９９ｄと、上側弁ハウジング９９の環状部材９９ａに保持された封止アセンブリ５１とを含む。この場合も、弁本体４９、封止アセンブリ５１、および弁本体４９内の封止アセンブリ５９を有する排気スライド弁アセンブリ９９は、図５のスライド弁アセンブリ９１、９２と同様に構築され、さらには、図１Ａ〜２のスライド弁アセンブリ３０、１３０と同様に構築されている。すなわち、図６Ａおよび図６Ｂの膨張シリンダ８３内の圧力は、主に排気スライド弁アセンブリ９６の封止アセンブリ５９に作用して、それにより、排気スライド弁アセンブリ９６の封止アセンブリ５９を主シールにし、排気スライド弁アセンブリ９６の封止アセンブリ５１を補助シールまたは「エプロンシール」にする。
【００５３】
図２を参照すると、弁アセンブリ３０、１３０はまた、カム従動子６７、６９、７１、７３の面と協働する面を有するカム６３、６５を含む。これらの協働面は、構成が実際に１つまたは複数の機能を実行するように設計された駆動ロッド６１に対応している。例えば、カム６３、６５およびカム従動子６７、６９、７１、７３は、駆動ロッド６１による、弁ハウジング内での弁本体４９の揺動時に、１）弁アセンブリ３０、１３０を開閉するための、弁ハウジング内での弁本体４９の並進移動中に弁本体４９を拘束し、２）弁アセンブリ３０、１３０が閉じた位置または遮断位置にある場合に下側弁ハウジングまたはプレート４７の上部封止面にかかる封止アセンブリ５９の封止圧力を解放するように働く。カム６３、６５は、ハウジング内で弁本体４９の両側４９ａ、４９ｂに配置された面を含み、従動子６７、６９、７１、７３は、カム面と係合するように弁本体の側面４９ａ、４９ｂに回転可能に取り付けられるのが好ましい。カム面は水平であってよいし、または傾斜部分を有してもよい。カム面が傾斜部分を有する場合、弁本体４９の並進移動時に、カム従動子６７、６９、７１、７３は、弁本体４９を弁ハウジングから離れる方向に持ち上げ、それにより、弁本体４９を弁ハウジングから効果的に隔て、ひいては、少なくとも封止アセンブリ５９を下側弁ハウジングプレート４７から間隔を置いて配置する。弁本体４９および封止アセンブリ５９の下側弁ハウジング４７から遠ざかる移動により、封止アセンブリ５９がまだ弁本体４９の流体不浸透性面４９ａと係合しているとしても、本来なら２つの封止面間に存在し得る摩擦が小さくなる。直線カム６３、６５およびカム従動子６７、６９、７１、７３は、封止アセンブリ５９を有する弁本体４９を封止面から傾斜させ、封止リングアセンブリ５９と封止面との間の接触を断ち、それにより、２つの面間の摩擦を小さくし、また、弁本体４９と封止アセンブリ５１との間の摩擦接触をなくし、それにより、本発明のスライド弁アセンブリのより効果的な開閉を可能にする。
【００５４】
特に、図１Ａ〜１Ｃを参照すると、本発明のスライド弁アセンブリの封止システムの封止アセンブリ５１、５９は、少なくとも半径方向にスライド弁アセンブリ３０、１３０を封止するように構成されている。有利にも、封止アセンブリ５１、５９は、これまでの公知のスライド弁アセンブリと比較して、採用している封止部品が比較的少ない。さらに、封止アセンブリ５１、５９の特性、およびそのそれぞれのスライド弁アセンブリ内の封止アセンブリ５１、５９の位置により、スライド弁アセンブリ３０、１３０の封止効果がさらに改善されることが予測されると考えられる。
【００５５】
当業者には明らかなように、図１Ａ〜１Ｃに示すエンジンの動作中に、駆動ロッド６１を駆動して吸気弁３０および排気弁１３０の動作を制御する様々な手段を採用することができる。例えば、カムシャフト、ソレノイド、ロッカアーム、チェーン、ギヤ、ベルト、および油圧式、空気式、電気式アクチュエータ、ならびに／または他の手段を採用して、アクチュエータ６１により、弁本体４９に並進移動をさせるができる。
【００５６】
再度図１Ａ〜１Ｃを参照して、エンジン３１の動作は、本発明のスライド吸気弁３０およびスライド排気弁１３０と併用した場合に、２００５年１２月２０日に登録された米国特許第６，９７６，４６２Ｂ２号明細書に開示したものと同様とすることができ、この特許の教示は、参照によりその全体を本明細書に援用される。この特許では、吸気弁２０および排気弁１２０が、スライド弁アセンブリではなくて半回転弁アセンブリである。図１Ａ〜１Ｃに示す本発明のエンジン３１およびスライド弁アセンブリ３０、１３０は、４行程オットーサイクルの環境で示されるが、本発明のスライド弁アセンブリ３０、１３０は、２工程サイクルなどの他のサイクルで動作するエンジンに採用できることが当業者には明らかであろう。
【００５７】
図７、図８、および図９は、本発明のスライド弁アセンブリの弁本体のさらなる実施形態を示している。この実施形態では、弁本体１００は、両方が実質的に弁本体１００の幅にわたって延びる前部カム従動子１０１および後部カム従動子１０３を含む。さらに、弁本体１００は、流体流通路１０５と、図１Ａ〜２を参照して上記したものと同様な弁ハウジング内で弁本体１００に並進移動をさせるアクチュエータロッド１０７とを含む。弁本体１００は、その下側面１１１に封止アセンブリ１０９をさらに含み、封止アセンブリ１０９は、図１Ａ〜２の封止アセンブリ５９のものと同様に構築され、同様に機能する。弁本体１００は、本明細書で上記したものと同様な弁ハウジング内で動作し、流体流通ポート１０５は、弁ハウジングの第１の流体流通路および第２の流体流通路と一列に整列し、また、整列から外れる。特に、図９に示すように、前部カム従動子１０１および後部カム従動子１０３は、それぞれカム面１１２、１１４と協働して、弁ハウジング内で弁本体１００を上下させ、接触面間の摩擦力を小さくし、封止アセンブリ１０９の寿命を延ばし、弁が効果的に開閉するのを可能にする。カム面１１２、１１４は水平な輪郭を有することもできる。
【００５８】
本発明のスライド弁アセンブリの封止アセンブリ５１、５９、１０９は動的シールである、すなわち、圧力で動作するシールと見なすことができる。動的シールの利点は、比較的狭い領域が動的表面と接触し、それにより、摩擦が小さくなり、その結果、エンジンの寿命が長くなり、特に、エンジンの高回転数時の封止が改善される。燃焼ガスの圧力がない場合、本発明の封止アセンブリ５１、５９、１０９は、そのそれぞれの弾性部材またはテンションスプリングから連続的な荷重を受けて封止線を形成する。システム圧力が大きくなると、これらの封止アセンブリ５１、５９、１０９は、システム内の増大した圧力によって封止面に押しつけられ、それにより、シールの効果を維持および／または改善する。
【００５９】
上記から、封止アセンブリ５９は、通常燃焼室とつながっており、圧力がシステム内で高くなり、この高くなった圧力が封止アセンブリ５９に作用して、封止の効果を高めることがさらに分かる。一方、図６Ａおよび図６Ｂでは、圧力は燃焼室８４からキャップ９８ｂのポートまたはチャネル９８ｅに向けられ、封止アセンブリ５１にかかる。上側弁ハウジングに取り付けられたキャップは取り外し可能であり、圧力が上側弁ハウジングに対してかかるか、または下側弁ハウジングに対してかかるかに応じて交換可能であるのは明らかである。すなわち、システム内の圧力が図６Ａおよび図６Ｂの燃焼室８４から得られる場合、圧力を直接封止アセンブリ５１に供給するチャネル９８ｅを有するキャップ９８ｂを上側弁ハウジング９８に設けることができ、一方、システム内の圧力が図５の圧縮シリンダ８２から得られる場合、図１Ａ〜１Ｃの上側弁ハウジング４５のキャップ４５ｂなどの、チャネルのないキャップを上側弁ハウジングに設けることができる。
【００６０】
本明細書で上記に説明したように、本発明の弁アセンブリが、エネルギ変換機関で使用するスライド弁アセンブリに関して開示されたが、本発明の弁アセンブリは、様々な用途、特に、本発明の封止アセンブリを効果的に動作させる圧力システムで使用される回転弁アセンブリ、半回転弁アセンブリ、揺動弁アセンブリ、または他の任意のタイプの弁アセンブリとすることができるのも当然のことである。
【００６１】
本発明が、様々な図の実施形態と関連して説明されたが、当然のことながら、他の同様の実施形態を使用することができるし、または本発明から逸脱することなく、本発明の同じ機能を実行するために、説明した実施形態に対して修正および追加を行うこともできる。したがって、本発明は、任意の単一の実施形態に限定されるべきではなくて、むしろ添付の特許請求の範囲の記載に従った広さおよび範囲にあると解釈すべきである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年12月26日(2012.12.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
システム内に圧力を含むエネルギ変換機関用の、往復ピストンを収容するシリンダに対して、流体媒体を導入および／または排出するためのスライド弁アセンブリであって、
弁空洞によって分離された第１の流体流通路および第２の流体流通路を有する弁ハウジングと
前記弁ハウジングの前記弁空洞に収容され、流体不浸透性面に隣接する流体流通ポートを有する弁本体と、
前記弁本体の前記流体流通ポートにより、前記弁ハウジングの前記第１の流体流通路と前記第２の流体流通路との間の流体流通関係が可能になる流体流通位置と、前記弁本体の前記流体不浸透性面が、前記弁ハウジングの前記第１の流体流通路と前記第２の流体流通路との間の流体流通関係を妨げる流体遮断位置とに、前記弁ハウジングの前記弁空洞内の前記弁本体を並進移動させるアクチュエータと、
を含み、
前記弁ハウジングおよび前記弁本体は、前記弁ハウジングの前記弁空洞内にある弁本体が、前記弁本体の前記流体流通位置と前記流体遮断位置との間で並進移動する間、前記弁本体を拘束するための協働面を有し、前記スライド弁アセンブリは、
前記弁本体と前記弁ハウジングとの間に第１の封止関係を形成するために、前記弁本体の前記流体不浸透性面内に配置された少なくとも第１の封止アセンブリをさらに含むことを特徴とするスライド弁アセンブリ。
【請求項２】
請求項１に記載のスライド弁アセンブリにおいて、前記第１の封止アセンブリは、前記システム内の圧力とつながり、前記第１の封止アセンブリの効果を高めるために、前記システム内の圧力を受けるように構成されることを特徴とするスライド弁アセンブリ。
【請求項３】
請求項１に記載のスライド弁アセンブリにおいて、前記第１の封止アセンブリは、前記弁本体のシール空洞内に配置され、少なくとも、前記弁本体が、前記弁ハウジングの前記弁空洞内で前記流体遮断位置にある場合で、かつ前記システム内の圧力が前記第１の封止アセンブリにかかる場合に、前記弁本体と前記弁ハウジングとの間に前記第１の封止関係を形成することを特徴とするスライド弁アセンブリ。
【請求項４】
請求項１に記載のスライド弁アセンブリにおいて、前記第１の封止アセンブリは、主シールリングと、前記主シールリングの周縁を囲む補助シールリングと、前記主シールリングを前記弁本体の前記シール空洞の壁に当てて担持するために、前記主シールリングと前記弁本体の前記シール空洞の前記壁との間に弾性力を加えるように配置された弾性部材とを含むことを特徴とするスライド弁アセンブリ。
【請求項５】
請求項４に記載のスライド弁アセンブリにおいて、前記第１の封止アセンブリは、円筒形状、Ｄ字形状、扁球形形状、および円形形状の変形型からなる群から選択される形状を有することを特徴とするスライド弁アセンブリ。
【請求項６】
請求項５に記載のスライド弁アセンブリにおいて、前記第１の封止アセンブリは円筒形状を有することを特徴とするスライド弁アセンブリ。
【請求項７】
請求項４に記載のスライド弁アセンブリにおいて、前記第１の封止アセンブリの前記補助シールリングは、前記弁本体の前記シール空洞に対して自由に移動できることを特徴とするスライド弁アセンブリ。
【請求項８】
請求項１に記載のスライド弁アセンブリにおいて、前記弁ハウジングと前記弁本体との間に第２の封止関係を形成するために、前記弁ハウジング内に配置された第２の封止アセンブリをさらに含むことを特徴とするスライド弁アセンブリ。
【請求項９】
請求項８に記載のスライド弁アセンブリにおいて、前記第２の封止アセンブリは、前記システム内の圧力とつながり、前記第２の封止アセンブリの効果を高めるために、前記システム内の圧力を受けるように構成されることを特徴とするスライド弁アセンブリ。
【請求項１０】
請求項８に記載のスライド弁アセンブリにおいて、前記第２の封止アセンブリは、前記弁ハウジングのシール空洞内に配置され、少なくとも、前記弁本体が、前記弁ハウジングの前記弁空洞内で前記流体遮断位置にある場合で、かつ前記システム内の圧力が前記第２の封止アセンブリにかかる場合に、前記弁本体と前記弁ハウジングとの間に前記第２の封止関係を形成することを特徴とするスライド弁アセンブリ。
【請求項１１】
請求項８に記載のスライド弁アセンブリにおいて、前記第２の封止アセンブリは、主シールリングと、前記主シールリングの周縁を囲む補助シールリングと、前記主シールリングを前記弁ハウジングの壁に当てて担持するために、前記主シールリングと前記弁ハウジングの前記シール空洞の前記壁との間に弾性力を加えるように配置された弾性部材とを含むことを特徴とするスライド弁アセンブリ。
【請求項１２】
請求項１１に記載のスライド弁アセンブリにおいて、前記第２の封止アセンブリは、円筒形状、Ｄ字形状、扁球形形状、および円形形状の変形型からなる群から選択される形状を有することを特徴とするスライド弁アセンブリ。
【請求項１３】
請求項１２に記載のスライド弁アセンブリにおいて、前記第２の封止アセンブリは円筒形状を有することを特徴とするスライド弁アセンブリ。
【請求項１４】
請求項１１に記載のスライド弁アセンブリにおいて、前記第２の封止アセンブリの前記補助シールリングは、前記弁ハウジングの前記シール空洞に対して自由に移動できることを特徴とするスライド弁アセンブリ。
【請求項１５】
請求項９に記載のスライド弁アセンブリにおいて、前記弁ハウジングは、前記弁ハウジングの前記シール空洞内の前記第２の封止アセンブリをさらに押しつけるために、前記第２の封止アセンブリにかかるシステム圧力が通過する通路を形成する少なくとも１つのチャネルをさらに含むことを特徴とするスライド弁アセンブリ。
【請求項１６】
請求項９に記載のスライド弁アセンブリにおいて、前記弁ハウジングは、第１の流体流通路を画定するキャップであって、前記弁ハウジングの前記シール空洞内の前記第２の封止アセンブリをさらに押しつけるために、前記第２の封止アセンブリにかかるシステム圧力が通過するための、前記第１の流体流通路に対して平行に延びる複数のチャネルを含むキャップをさらに含むことを特徴とするスライド弁アセンブリ。
【請求項１７】
請求項１に記載のスライド弁アセンブリにおいて、前記協働面は、前記スライド弁アセンブリがその遮断位置にある場合に、少なくとも第１の封止アセンブリの封止圧力を前記弁ハウジングから解放するための、前記アクチュエータに対応するカムおよびカム従動子を含むことを特徴とするスライド弁アセンブリ。
【請求項１８】
請求項１７に記載のスライド弁アセンブリにおいて、前記カム従動子は、前記弁本体の側面に取り付けられ、前記カムは、前記弁本体の側面に沿って配置され、前記カム従動子が係合するカム面を含むことを特徴とするスライド弁アセンブリ。
【請求項１９】
請求項１７に記載のスライド弁アセンブリにおいて、前記カム従動子は、前記弁本体の幅にわたる前部カム従動子と、前記弁本体の幅にわたって延びる後部カム従動子とを含み、前記カムは、前記弁ハウジング上のカム面を含み、そのカム面は前記カム従動子が係合することを特徴とするスライド弁アセンブリ。