JPH05505007A - ロータリーピストン機械用シール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ロータリーピストン機械用シール 本発明は、ロータリーピストン機械に関し、より詳しくは、そのような機械の動 作室を封止することに関する。本発明は、ロータリーピストンポンプならびにガ ス圧機械に適用可能であるが、特に、ロータリーピストンエンジンにおける圧縮 ガスの封止にふされしいものであり、ここでは、この使用に関して説明する。た たし、他のロータリーピストン機械を排除する意図はない。

ロータリーピストンエンジンには普通、ピストンの径方向の周辺部回りの圧縮ガ スの漏れを制御するラジアルシールと、ピストンの軸方向の面回りの圧縮ガスの 漏れを制御するアキシャルシールとが設けられている。

ロータリーエンジンシールの漏れは、主に、ロータリーピストン式内燃機関と往 復ピストン式内燃機関との間の測定性能差を招き、ラジアルシールとそれに対応 する摩擦面が早く摩耗することがロータリーエンジンにおける問題となっていた 。公知のロータリーピストンエンノンにおける漏れの２／３〜３／４がラジアル シールからのものであり、残りはピストンの軸方向の側面回りからのものである ことは明らかにされている。また、シール漏れの減少がエンジン性能を十分改善 することも知られている。

ロータリーピストンエンジンにおいて、ラジアルシールは、シールの封止面と、 ピストンあるいはハウジングの摩擦面との間での最適のシール接触を維持するた めに、径方向に移動可能でなければならない。このことは、ラジアルシールが、 その取り付は凹部に締まりばめされてはならないことを意味している。したがっ て、ラジアルシールの主な漏れの部分の１つは、シールの軸方向端部の回りであ る。同様に、アキシャルシールをピストンのラジアル周面のすぐ横に設けること は普通適当ではない。その結果圧縮ガスの漏れが、アキシャルシールとラジアル シールとの間のピストンの軸方向側面の回りで生じるかもしれない。

本発明の目的は、ラジアルシールがピストンよりはハウジングの方に取り付けら れるタイプのロータリーピストン機械における漏れを軽減することにある。

本発明の第１の面によれば、ケーシングと、外側包絡線を持つトロコイド型の周 囲動作面を有すると共に、対向した側壁の間で上記ケーシングに偏心回転可能に 搭載されているピストンとを備え、上記ケーシングは上記トロコイドの外側包絡 線に略一致する協働動作面を有すると共に、上記協働動作面の凸状屈曲部におけ る凹部に、上記ピストンの周囲動作面を横切って延びるシール面を有するラジア ルシールを取り付けており、また、上記ラジアルシールは複数のシール部材を備 え、これらのシール部材は、−緒になって上記シール面を形成すると共に、上記 ピストンの周囲動作面の方へ偏倚させられ、中間シール部材は弾性的に偏倚させ ろれると共にくさび形状になされて、上記中間シール部材の弾性偏倚動作の下で 、対向する中間シール部材のくさび面が隣接の７一ル部材と協働して、両端部シ ール部材を付勢して上記凹部のそれぞれの端面にシール接触させるようにしたロ ータリーピストン機械か提供される。

本発明の上記第１の面によれば、上記くさび形の中間シール部材は、ピストンの 周囲動作面方向への弾性偏倚によって作用して、上記ランアルシールをこのう／ アルノールか取り付けられている凹部己　のそれぞれの端部にシール接触させる 。

直前の２つの段落に定義されたロータリーピストン機械は、上記μ　ピストンあ るいは各ピストンのために、上記ケーシングの協働動作面に２つ以上の凸状屈曲 部を持ち、各凸状屈曲部にランアルシールを持つことができる。そのようなラジ アルシールの各々は、本発明）　の上記第１の面によるのが都合がよい。

上記中間シール部材以外のシール部材は、上記凹部の適当なくさび面によって、 ピストンの周囲動作面の方へ偏倚させることができる。しかし、シール部材のす べてがピストンの方へ弾性的に偏倚させられるのか都合がよい。

上記弾性偏倚は、たとえば、上記凹部内のラジアルシール後方の流体圧あるいは ばね手段の両方あるいは一方によってなされることができる。この弾性偏倚は、 中間シール部材以外のシール部材に直接作用して、上記対向した端部シール部材 を軸方同外側に付勢して上記凹部の両端面に接触させ、これによって上記中間／ −シル部材動作を補助してもよい。

上記くさび形の中間シール部材はピストンの周囲動作面への方向に細くなってお り、好ましくは、この中間シール部材の両くさび面は径方向に対して傾斜し、こ れによって中間シール部材以外のシール部材の偏倚を助けてピストンの周囲動作 面に接触させる。傾斜くさび面の径方向に対する傾斜角は約ｌ°〜４５°の範囲 にあり、好ましくは５〜２０”である。そして、上記２つのくさび面の傾斜角は 等しいのが好都合である。

上記中間シール部材は、上記ラジアルシールの全シール面のうちほんの小さな部 分だけ、たとえば０．１〜１０％、を備えることができる。したがって、この中 間シール部材のシール面の軸方向の長さは、ラジアルシールが新しいときには１ 關より小さい。この中間シール部材は、残りのシール部材の材料よりも幾分柔ら かい材料で形成するのが便利である。もしこの中間シール部材が残りのシール部 材よりも柔らかく、ラジアルシールが新しいときに、シール面部分を形成する中 間シール部材の端部が残りのシール部材よりもピストンの周囲動作面の方へわず かに突出しているならば、それは早く摩耗して残りのソール部材のシール面のレ ヘルにまで摩耗してしまうたろう。上記シール部材はすへて、鋳鉄と黒鉛との複 合材料あるいはセラミックのような既知の材料によって形成することができる。

一実施例においては、ラジアルシールにはシール部材が３つたけ、すなわち、上 記中間シール部材と両端の端部シール部材があるので、この中間シール部材の両 くさび面は直接両端の端部シール部材と協働する。

凹部内のシール部材の構成は、隣接した燃焼室からの加圧燃焼ガスがこれらのシ ール部材に作用して、それらをピストンの周囲動作面の方へ偏倚させるようなも のであるのが、都合がよい。ある実施例においては、これらのシール部材は、上 記隣接した燃焼室に面した側に少なくとも１つの溝を持ち、上記シール部材の径 方向後方の凹部にスペースが設けられている。これにより、加圧ガスは、上記シ ール部材のシール面に隣接した上記凹部の開放端からこの凹部に収容され、上記 シール部材と隣接した凹部側壁の間を通って上記溝へ、それから、上記／−ル部 材後方の上記スペースへと入る。この加圧ガスはこれらの／−小部材を付勢して 、シール部材を上記凹部の対向側壁にシール係合させる。ラジアルシールが２つ の燃焼室（各側に１つ）に連通している場合、少なくとも１つの溝を７一ル部材 の各側に設けることができる。

本発明の上記第１の面と共に、あるいはそれとは独立して使用することができる 本発明の第２の面によると、ケーシングと、外側包絡線を持つトロコイド型の周 囲動作面を有すると共に、対向した側壁の間で上記ケーシングに偏心回転可能に 搭載されているピストンとを備え、上記ケーシングは協働動作面を持ち、この協 働動作面は上記トロコイドの外側包絡線に略一致し、上記ピストンは周辺アキシ ャルシールを持ち、この周辺アキシャルシールは上記周囲動作面に近接して各側 壁の回りを延びると共に、上記ケーシングの隣接側壁にシール接触しており、上 記ケーシングは、上記協働動作面の凸状屈曲部に、上記ピストンの周囲動作面を 横切って延びるシール面を持つラジアルシールを有し、また、サイドシール手段 が、上記ラジアルシールに隣接した上記ケーシングの両側壁の少なくとも１つか ら突出すると共に、弾性的に偏倚させられてピストンの対応側壁に７−ル接触し て、上記ラジアルシールと対応周辺アキシャルシールとの間のギヤノブを少なく とも殆んどシールするロータリーピストン機械が提供される。

本発明のこの第２の面により、上記環状のアキシャルシールと上記ヒストンの軸 方向側のラジアルシールとの間のいかなるラジアルギャップも上記サイドシール 手段によって少な（とも殆んどシールされると共に、ピストンの揺れは上記サイ ドシール手段の弾性偏倚によって吸収されることができる。

好ましくは、直前の２つの段落に記載されたようなサイドシール手段は、上記ケ ーシングの対向側壁の各々に設けられ、上記ピストンに両側で係合する。ケーシ ングは、上記あるいは各ピストンのために、それぞれの屈曲部に２つ以上のラジ アルシールを持つことができ、そのような各ラジアルシールはそれと連合する１ 対のサイド／−ル手段を持っているのか好ましい。

上記サイドシール手段を弾性偏倚させてピストンと７−ル接触させることは、た とえば、ばね手段と流体圧の両方あるいは一方によって行なうことができる。好 ましい実施例では、サイドシール手段は圧縮ばねによって弾性偏倚させられるが 、このサイド／−ル手段は、隣接の燃焼室内の圧縮カスの圧力によっても偏倚さ せられる。この隣接燃焼室は、上記ラジアルノール後方の燃焼カスを収納するス ペースから延びている通路によってサイドシール手段に連通させることができる 。この代わりに、機械の中で圧縮された他の流体によって流体圧を提供してもよ い。

上記サイドシール手段のピストンとの係合部分は、大体、その表面の一部がピス トンの周囲動作面とラジアルシールの先端に接すると共に、その表面の別の部分 が周辺アキシャルシールの隣接面に接した状態で位置決めされるのか都合がよい 。

上記サイドシール手段のピストンとの接触部分は、好ましくは、上記ラジアルシ ールの隣接部分の材料よりも柔らかい材料で形成して、サイドシール手段か弾性 偏倚してピストンとシール接触するのをう／アルシールの上記隣接部分が妨げる 可能性を軽減する。ランアルノールの上記隣接部分は、たとえば、セラミ、り、 あるいは、鋳鉄と黒鉛の複合材料から作ることかできる。この場合、上記サイド シール手段のピストンとの接触部分は、たとえば、青銅鉛で作ることができる。

上記サイドシール手段は、ハウジングの燃焼室側にわずかにずらせて、たとえば 、ラジアルシールの軸方向中心面から上記燃焼スペース側へ約１０’〜２１°ず らせて置くことができる。このような配置は、ハウジングの一端のみに燃焼スペ ースを有するエンジンに適したものである。ハウジングの各端に燃焼スペースを 有するエンジンにおいては、上記１つのサイドシール手段をラジアルシールの中 心線上に置くか、あるいはその代わりに、２つのサイドシール手段を、各々がそ れぞれの燃焼室の方へ上述したように偏るように配置することもできる。好まし くは、上記構成において、上記サイドシール手段のピストンとの接触部分は環状 の断面を有するが、２つの燃焼室用の代替構成においては、その断面はほぼ腎臓 形状であってプランジャーは上記ラジアルシールの軸方向中心面上に中心が置か れると共に、上記腎臓形状断面の部分円状の両端部は上記中心面のそれぞれの側 へ延びている。

本発明の上記第１および第２の面は、特に、しがしながら、本質的にではないが 、ピストンが、外側包絡線を持っ１１の生成円によって定義され、ピストンの周 囲動作面とケーシングの協働動作面の両方あるいは一方が、数学的に正確なトロ コイドと実質上等距離にあるエビトロコイド型のトロコイド設計のロータワーピ ストン機械に使用可能である。そして、本発明の上記第１および第２の面を、こ のようなエンジンに関して、非制限的な方法で、さらに説明する。

発明の各面に係るロータリーピストンエンジンの一実施例を、単なる例として、 添付の図面を参照して説明する。添付の図面におい図１はロータリピストン機械 の模式的描写を通じての軸方向断面図。

図２は図１の２−２線部分断面図： 図３はラジアルおよびサイドシール手段を示したマルチ−ピストン式ロークリピ ストンの部分の軸方向断面図：図４は１つのラジアルシールおよび１つのサイド シールを詳細に示した、図３の拡大部分図。

図５はラジアルシールがただ１つの燃焼室と連通している構成を示した、図４の Ａ−Ａ線断面図。

図６は２つの燃焼室を有する構成のための提案を示した点以外は図５に示した部 分と同様の図： 図７は２つの燃焼室を有する構成のための別の提案を示した点以外は図５に示し た部分と同様の図である。

図１および図２において、ロータリーピストン機械１０はクランクシャフト１４ を有するハウジング１２を備えている。上記クランクシャフト１４は、軸１５の 回りに回転できるように、軸方向に間隔をおいて設けられた滑り軸受１６．１８ に支持されている。上記ハウジング１２はモジュール形で、第１のモジュール２ ０と、第２ノモ／ニール２２と、そして、上記軸受１６．１８がそれぞれ取り付 けられている端部モノニール２４，２６を備えている。

上記クランクシャフト１４は段付きクランクピン２Ｂを持っている。このクラン クピン２８は、相対的に大径の第１の部分３０と、相対的に小径の第２の部分３ ２を備えている。上記第２の部分３２は上記第１の部分３０とクランクウェブ３ ４との間に延びている。

上記クランクピン２８は、クランク／ヤフト１４の軸１５に対して偏心距離ａを 有する軸２９を有する。

上記クランクピン２８の大径部分３０は、上記ハウジング１２の第１のモジュー ル２０内でロータリーピストン３６を支持している。

上記ヒストン３６は軸受３８を介して上記クランクピン部分３０に回転可能に搭 載されている。上記ピストン３６は、図２に鎖線によって模式的に示されている ように、本質的にカージオイド形（心臓形）である。したがって、ピストンは、 外側包絡線によって定まるｌ。

１の生成円を有するエビトロコイド型のものである。このピストンは周囲動作面 の屈曲のない側４０を備えているが、この側は屈曲部を持っていてもよい。

上記ピストン３６は、回転するクランク／ヤフト１４の回りを動作容積４４の中 で回転する。この動作容積４４は、ハウジング１２のモジュール２０によって周 囲が、そしてハウジング１２のモジュール２２．２４によって両側が定まる。モ ジュール２０はピストンのための協働動作面４６を定める。この協働動作面４６ は、上記偏心回転可能なカージオイド形のピストン３６の外側包絡線にほぼ一致 する。上記ピストン３６の外周部３７は数学的に正確なトロコイドに大体一致す ると共に、上記協働動作面４６もそれに応じた形状をしている。ピストン３６は 、クランクピン２８の回りを回転するとき、対向したラジアルシール４８にずっ と接触している。各ラジアルシール４８は上記ハウジングのモジュール２０内の 凹部内で、上記協働動作面４６のそれぞれの屈曲部に取り付けられている。

上記ピストン３６と協働動作面４６の上述の形状は、ピストンがクランクシャフ トの２倍の角速度で、しかし、反対方向に、クランクンヤフ１−１４上を回転す ることを要求する。要求される同期動作は、直接および間接駆動機構を備えた種 々の装置によって達成することができるが、図示のように、偏心部材機構によっ て達成できる。

この偏心部材機構は、この機械および一部変更されたこのような機械の他の特徴 と共に、「ロータリーピストン機械」と題された我々の同時係属出願の要旨を備 えている。上記同時係属出願の開示内容は参考用にこの中に組み込まれている。

偏心部材機構はピストン３６に直接接続された偏心アセンブリー５０を備えてい る。この偏心アセンブリー５ｏは、軸方向に離れると共に角度的にずれた１対の 偏心部材５２．５４を備えている。これら１対の偏心部材５２．５４は、それぞ れの軸上に、ピストン３６と共に駆動軸１４の回りに回転するように、取り付け られている。

上記偏心部材５２．５４の各々は、クランクピン２８がクランクシャフトの軸１ ５から偏心しているのと同じ距離ａだけクランクピンの軸２９から離れている軸 を有する。したがって、偏心部材５４は軸４２を持つと同時に、偏心部材５２は 上記クランク７ヤフトの軸１５上にある。上記偏心アセンブリー５０をピストン の軸方向直ぐ隣に配設して、主軸受１６．１８の間の軸方向距離か最小になるよ うにしている。偏心部材に関して用いている「軸方向に離れ」という用語は、そ れらが径方向に並んでいないということを単に意味しているにすぎない。これら の偏心部材は、軸方向直く隣にあってもよいし、図示の如くわずかに離れていて もよい。

偏心部材５２は第１のガイドブロック５６に回転可能に収容される。このガイド ブロック５６は、ハウジングのモジュール２２内の対向したガイド面５８によっ て、水平方向（図１および図２）に直線的に往復動させられる。偏心部材５４は 対応するガイドプロッタ６０に回転可能に収容される。このガイドブロック６０ は、ハウジング１２のモジュール２６内の対向したガイド面６２（図１に１つの み示す）によって、垂直方向（図１および図２）に直線的に往復動させられる。

それらはそれぞれのモジニールに設けられているので、対向ガイド面５８．６２ は簡単に所望通りに加工することができる。

上記ガイドブロック５６．６０はそれぞれの道にそって直線的に往復動できる。

なぜならば、連合する偏心部材が、上記クランクピン２８の軸２９からクランク ピンの偏心路［ａたけ離れたところにある軸の回りに回転させられるからである 。上記カイトブロック５６、６０か、協働動作面４６を定めるピストンの外側包 絡線の長軸および短軸に沿って直線的に往復道することは必要はないが、図２に 示すように好ましいことである。というのは、それはピストンの位置決めにおけ る最高精度、偏心アセンブリー５０からクランクシャフトへの最大支持量を提供 し、最もコンパクトなエンジンとなることができるからである。ガイドブロック ５６．６０が互いに直角に往復動する必要もない。

図１および図２のロータリーピストン機械１０が組み立てられるには、クランク シャフト１４がクランクピンの小径部分３２の一端あるいは他端で２つの部分に 分離可能でなければならないか、あるいは、偏心アセンブリー５０がピストン３ ６から分離可能であって、軸にほぼ平行に分かれなければならないことは理解で きるであろう。

便宜上、上記ロータリーピストン機械のための口は図１．２には示されていない が、この機械１０は、ポンプや内燃機関あるいは気圧エンジンなどのような被駆 動あるいは駆動機械として用いられるようすることは簡単にできる。

上記偏心アセンブリー５０はクランクピン２８の小径部分３２に回転できるよう に搭載される。これは、段付クランクビンを用いない場合よりもモーターを径方 向にコンパクトにできる。しかしながら、段付クランクピンを用いない場合には 、偏心アセンブリーをピストン３６と一体にでき、しかも、偏心アセンブリーを ピストンのすぐ隣に置くことによって軸方向にコンパクトにでき、これによって クランク７ヤフトの軸受１６と１８の離間を最小にすることができるという利点 がある。

図１および図２は、シングルピストン式ロータリーピストン機械を模式的に示し ている。このロータリーピストン機械では、ピストンはｌ：１の生成円と外側包 絡線を有するエビトロコイド型のものである。図２は、ケーゾングの協働動作面 における２つの凸状屈曲部の場所を詳細に示している。そこにはラジアルシール ４８が配置されると共に、本発明の第２の面に従えば、それに隣接してサイドシ ール手段か設けられるであろう。

ピストンが１１の生成円と外側包絡線を有するエビトロコイド型のものであるシ ングルピストン式ロータリーピストンエンジンおよび各ピストンが１・１の生成 円と外側包絡線を有するエビトロコイド型のものであるマルチピストン式ロータ リーピストンエンジンの別の実施例は、「ロータリーピストン機械Ｊと題された 上述の我々の同時係属出願にずっと詳細に説明されているか、それらはすべて、 ピストンが所望の同期動作をするために、図１，２について説明した偏心部材機 構を備えている。

図３はマルチピストン式ロータリーピストンエンジン１６０部分の離間して置か れたラジアルノール４８のアセンブリーを通る軸方向断面図である。このロータ リーピストンエンジン１６０は上述ノ同時係属出願に詳細に説明されており、便 宜上、その動作およびアセンブリー５０については、動作容積のシールに適用可 能である部分について以外は、ここでは改めて詳細に説明しない。

このエンジン１６０は動作原理が図１，２のロータリーピストン機械１０と同様 であり、便宜上、同じあるいは同様の部分については、同し参照番号に記号“” を付けるものとする。

図３，４に関して、ハウジング１２”はモジュール構造のもので、ワンピースの クランクシャフト１４゛は、中間モジュール１６６にボルト止めされたそれぞれ の軸受座１６４を介して滑り軸受１６２に支持されている。上記クランクシャフ ト１４′は複数のスロー（ｔｈｒｏｗ）を有する。これらのスローは１８０ｏず れており、図３には示していない。各スローは、相対的に大径の第１部分３０″ と相対的に小径の第２部分３２′とを有する段付クランクビン２８′によって定 まる。

各ピストン３６°は、動作容積４４°内において、偏心逆回転できるよう軸受３ ８”を介して上記クランクビンの第１部分３０“に搭載される。上記動作容積４ ４“はカージオイド形のピストン３６゛の外側包絡線にほぼ一致している。この 動作容積４４′は、ケーシング１２′の連合第１モジユール２０″によって、ピ ストンの周囲動作面３７′と協働する動作面４６°に、境界が定められる。

各偏心アセンブリー５０’は、固定リング１６８を介して、連合するピストン３ ６′にボルト止めされる。それは上記固定リング１６８に螺合されるとともに、 軸受１７０を介して上記第２のクランクビン部分３２°上に、ピストンと共に偏 心回転するよう支持されている。ずれた偏心部材５２’、　５４’はそれぞれの ガイドプロ、り５６°、６０゛内に回転可能に収容される。このガイドプロ、り ５６゛。

６０“は、それぞれ、対向したガイド面封５８″、６２″によって、それぞれに 対して垂直に、直線的に往復動させられる。ガイド面５８″はケーシング１２° のそれぞれのモジュール２２′に形成され、ガイド面６２′は隣接した中間モジ ュール１６６に形成される。

内側で各ピストン３６′が偏心して回転する上記動作容積４４′の両側壁１７２ ．１７４はそれぞれ隣接モジュール２２゛と隣接モジュール１６６（ピストンと 連合する偏心部材５４′のためのガイド面６２°が定まる中間モジュール１６６ ではない）によって定まる。

図１．２に関して説明したように、はぼカージオイド形の各ピストン３６′は、 クランクシャフト１４の回りの回転の間、２箇所で、つまり、上記カーンオイド の外側包絡線の両層曲部で、動作容積４４°を決定するそれぞれのモジュール２ ０”の協働動作面４６°に常にシール接触しており、ラジアルシール４８′かこ れらの箇所に設けられて、このシール接触を提供している。したかって、はぼカ ージオイド形の各ピストン３６゛は、協働モジュール２０’内のそれぞれの凹部 １７６に設けられたその２つのラジアルシール４８″と協働したのである。さら に、各ラジアルシール４８″はその両サイドシールアセンブリー１７８と協働し たのである。

上記ラジアルシール４８°はすべて同一であり、上記サイドシールアセンブリー １７８もすべて同一である。そして、図４は図３の拡大部分で、ラジアルシール ４８′の１つと、１つの完全なサイドシールアセンブリー１７８を示している。

ピストン３６′はその周囲すべてに、−直線状の断面を有する周囲動作面３７” を有し、また、上記ラジアルシール４８゛は動作容積４４°の中へ突出すると共 に、対応するシール面１８０を有する。このシール面１８０は、隣接モジュール １６６と２２’の間で、上記ハウジングのモジュール２０’内の動作容積４４° のほぼ全幅に亘って延ひる。このことは／−ルアセンブリ−によって確実に行な われる。このシールアセンブリーは、くさび形状の中間７一ル部材１８６が間に 入った１対の外側端部シール部材１８２，１８４を備えている。上記シール部材 １８２．１８４，１８６の各々は、図５〜７に示すように、狭いほぼ矩形の断面 を有し、これら１列に並んだシール部材１８２，１８４，１８６はモジュール２ ０゛内の対応して狭い凹部１７６に収容される。

この凹部１７６は、両側が隣接モジュール２２’、１６６に開放されている。ラ ジアルシール４８′のシール面１８０は、図５〜７にも示されているように、好 ましくは断面凸状である。

端部シール部材１８２，１８４は互いに対向する傾斜した内側端面１８８，１９ ０を持っている。その傾斜角は、中間シール部材１８６のそれぞれのくさび面１ ９２．１９４のテーバに対応している。

各内側端面１Ｂ８，１９０の径方向に対する傾斜角αは、たとえば１〜４５°の 範囲内とすることができるが、好ましくは、図示の如く約１０〜１２°の範囲内 にあり、互いに等しい。上記部材１８２゜１８４によって定まるシール面１８０ の長さは、少なくともシールが新しいときは、シール面でのこれらの部材間の間 隔か最小、たとえば１ｍｍ、になるようなものである。上記端部部材１８２，１ ８４によって形成されていない７一ル面１８０の部分は、くさび形状の中間部材 １８６によって形成される。

板ばね１９６は、上記シール部材１８２，１８４，１８６とハウジングのモジュ ール２０゛との間の上記凹部１７６の閉そく端部１９８内に収容されており、端 部シール部材１８２，１８４上の対向する肩部２００の間を延びる。上記板ばね は、凹部の閉塞端１９８にあるハウジングモジニール２０°とくさび形状の中間 部材１８６の両方に係合して、これら部材のすべてを付勢してピストン３６′の 周囲動作面３７°に係合させると同時に、端部シール部材１８２，１８４を横方 向に付勢してそれぞれの隣接モジュール１６６．２２’にシール係合させるよう な形をしている。

端部シール部材１８２，１８４の対句する肩部２００への板ばね１９６の作用が これらの部材をモジュール１６６．２２’によって定まる凹部１７６の両端の方 へ幾分偏倚させるけれとも、主な横方向の偏倚は、くさび形の中間シール部材１ ８６かピストンの周囲動作面３７′側へ弾性偏倚することによるもので、くさび 面１９２，１９４が上記端部シール部材１８２，１８４を付勢して上記凹部１７ ６の両端にシール接触させる。したがって、連続するシール面１８０は上記端部 および中間７一ル部材に沿って維持される。

モジュール１６６．２２’によって定まる凹部１７６の両端はそれぞれの径方向 の面に延びる。この径方向の面はクランクシャフト１４゛の回転軸１５′とピス トンの周囲動作面３７°に垂直である。上記端部シール部材１８２，１８４のシ ール端面２０２，２０４は上記凹部の両端に平行、したがって、ラジアルシール ４８”のシール面１８０に垂直でもある。上記シール端面２０２，２０４はそれ ぞれラジアルシール面１８０に直交して、動作室４４″全部に亘ってシールを提 供する。

上記シール部材１８２．１８４．１８６は、既知のシール材料、たとえば回転楕 円体の黒鉛を含む鋳鉄あるいは適当なセラミ、りあるいは焼結材料から作ること かできるか、くさび形の中間部材１８６は、主／−ル面１８０から突出している いかなる部分も、たとえばその／−ルが新しいときに、ピストンの周囲動作面３ ７゛に擦れることによって摩耗して正しい形になるよう、端部シール部材１８２ ゜１８４よりも耐摩耗性が低いのが好ましい。

ピストン３６′は、その回転の間、僅かに振れがちであるかもしれない。そして 、振れるとき、それは、シール面１８０を摺動するであろうが、端部シール部材 を持ち上げて凹部の両端とのシール接触をなくさせるようなことはない。

シール部材１８２．１８４は、ハウジングモジュール２０’の隣接燃焼室（図示 せず）に面した側に（あるいは、１つの）・ウジングモジニールの中に２つの燃 焼室がある場合には、図６，７に示すようにシール部材の両側に）溝を有して、 燃焼ガスが隣接凹部の壁２０７（図５）と上記シール部材のその側との間を通過 することによって、燃焼室からのガスの圧力が上記シール部材後方の上記凹部１ ７６の閉塞端部１９８に迅速に結集するのを容易にする。隣接燃焼室への方向は 図５に矢印Ｘによって示されている。上記閉塞端部１９８における圧力の集結は 上記／−ル部材をピストン面３７°に対して偏倚させるとともに、中間シール部 材１８６のくさび効果によって、隣接モジニール２２°、１６６によって定まる 凹部１７６の両端に対しても偏倚させて、シール効果を向上させる。この加圧効 果は間欠性で、動作室４４゛での燃焼と共に生じる。

通路２０８は隣接ケーシングモジニール１６６．２２’の各々ヲ上記凹部の閉塞 端部１９８から両側のサイドシールアセンブリー１７８まで延びて、燃焼ガス圧 によってそれらのシールを付勢してピストンのそれぞれの側壁と一層良好に係合 させる。

図４において、連合サイドシールアセンブリー１７８の１つのみが完全に示され ているが、２つの対向するシールアセンブリー１７８は互いの鏡像なので、便宜 上１つのみについて詳細に説明する。

ピストン３６′は既知のデザインの周辺サイドシール２１０を有する。この周辺 サイドシール２１０は、ピストンの側壁にある外側環状溝２１２に設けられて、 それぞれのモジュール２２’、１６６によって定まる動作室４４の隣接側壁に係 合する。各周辺サイドシール２１０は２つのシール部材２１４，２１６を備えて いる。これらの７一ル部材は連合する溝２１２の中で環状溝形状の支持部材２１ ８上に並んで支持されている。この支持部材２１８は、上記溝内で上記支持部材 の溝に入れられた波ばね２２０によって上記シール部材を軸方向外側に偏倚させ て上記動作室の側壁と係合させる。

上記シール部材２１４．２１６は鋳鉄によって形成することができ、上記支持部 材２１８は高温エラストマーあるいは、たとえば、ステンレス鋼によって作るこ とができる。

上記周辺サイドシール２１０は、燃焼ガスが、ピストン３６′の側面の回りで、 上記あるいは各燃焼室から反対側の動作室４４°の低圧側に漏れるのを防ぐため のものである。この目的のためには、上記あるいは各燃焼室はピストンの周囲動 作面３７゛に近接して置かれていることから、上記周辺サイドシール２１０はで きるだけ上記周囲動作面に近付けてピストンの側壁に設けるべきである。しかし ながら、実際面での理由により、周辺サイドシール２１０はピストンの周囲動作 面かられずかに後退している必要かある。これか、周辺サイドシール２１０とう ／アルシール４８°の間でピストンの側壁に沿って燃焼カスを漏らすことになる 。上記サイトン−ルアセンブリ−１７８はこの漏れを軽減するように設計されて いる。

各サイドシールアセンブリー１７８はプランジャー２２２を備えている。このプ ランジャー２２２は偏倚させられて、周辺サイドシール２１０とラジアルシール ４８′との間でピストン３６”のそれぞれの側壁に接触している。このプランジ ャーは既知のシール材料、この既知のシール材料にはラジアルシール部材１８２ ，１８４，１８６の上記材料が含まれる、によって形成することができるが、上 記ラジアルシールの端部シール部材１８２，１８４の材料よりも柔らかい材料で 形成するのが望ましい。プランジャーは、それぞれのモジュール２２′あるいは １６６内の通路２２４の中を延び、この通路は、このモジュールの端から端まで 、クランクシャフト１４°の回転軸１５゛に平行に階段状に延びている。ピスト ン３６゛の隣で、通路２２４はプランジャー２２２に押込ばめを提供し、それか ら、○リングシール２２８を据えるために２２６で段かつけられている。

ピストン３６′から離れていくと、上記通路２２４は再び段がつけられていて、 エンドプレート２３０を収容している。上記プランジャー２２２はこのエンドプ レート２３０を突き抜けて突出している。

通路２２４はそのところからメインチャンバー２３２に通じる。このメインチャ ンバー２３２は内側にねじ切りしである。上記ラジアルシール４８′後方の凹部 の閉塞端部１９８からの通路２０８は上記エンドプレート２３０に近接したとこ ろでメインチャンバー２３２に通じている。プランジャー２２２はこのチャンバ ー２３２内に突出し、その側でフランジ部材２３４に摩擦によって係合する。プ ランジャーはこのフランジ部材から分離することができる。上記フランジ部材は 圧縮ばね２３６のための座を提供する。このばねの他端は、外側にねじ切りしで ある中空の植込ポル）２４０の盲端（ブラインド・エンド）２３８に当接してい る。植込ボルト２４０は上記メインチャンバー２３２の内側ねじに螺合して上記 ばね２３６を圧縮し、プランジャー２２２を偏倚させてピストンの側壁に係合さ せる。上記植込ボルト２４０は６角形のヘッドを有する。このヘッドは図３には 明瞭に示されているが、図４では図をわかりやすいものにするために部分的に省 略している。

上記ピストン３６′がハウジングモジュール２０゛内で振動するとき、上記サイ ドシールアセンブリー１７８が出たり入ったりして、ピストンの横の動きを補償 する。周辺サイドシール２１０も、ピストンのいかなる横の動きにも順応する傾 向にある。上述したように上記ラジアルシール４８′後方の凹部１７６の閉塞端 部１９８に圧力が集結するので、増大した圧力は通路２０８に沿って上記通路２ ２４のメインチャンバー２３２および植込ボルト２４０の中空部へと送られる。

植込ボルトの中空部では、増大した圧力かプランジャーのフランジ部材２３４に かかり、プランジャーのピストン側壁への偏倚を増大させる。

上記サイドシールアセンブリー１７８を所定の箇所に固定するために植込ホルト ２４０にアクセスするのは、各モジュール２２′または１６６のプランジャー２ ２２の出ている側とは反対の側からできることは、特に図３から理解できる。上 記動作室４４゛にピストン３６″がなければ、ブランツヤ−２２２をフラン７部 材２３４から切り離し、通路２２４内を動作室４４′内へ引き抜くことによって 、プランジャー２２２を取り外して交換することかできる。

図５について言えば、プランジャー２２２は断面が円筒状であり、少なくとも大 体において、その外周面の一部がピストンの周囲動作面３７′およびラジアルシ ール４８′の対応するシール１１８０に正接すると共に、その面の別の部分が周 辺サイドシール２１０の隣接面に正接する状態で位置決めされて、ラジアルシー ル４８′と周辺サイドシール２１０の開のギャップをふさぐ。プランジャー２２ ２は、殊に、前記状々の同時係属出願で説明しているような双燃焼室構造に対し ては、ラジアルシール４８°の中央面２４２に沿って延びる軸を有することがで きる。理想的には、単一燃焼室構造においては、図８に示すように、プランジャ ー２２２はハウジングモジュール２０′の燃焼室側（Ｘ）に僅かに偏らせてて設 けられ、最高圧力か動作室４４°内に生じると同時に最大シール効果を奏する。

これは通常、ラジアルシール４８°の中央面２４２からＸ方向にある燃焼室側へ およそ１０’〜２１°のところで起こる。選択された偏りは２４４に示されてい る。

図５において、ピストン３６゛と周辺サイドシール２１０の対応部分は輪郭線の みで示されており、破線２４６は、ピストンか動作室４４′の回りを動くときの 周囲動作面３７°の道を描いている。

ピストンの周囲動作面３７゛も動作容積４４゛の協働動作面４６゜も実際は真の トロコイドを形成しないが、真のトロコイドが部分的に２４８で示されている。

矢印２５０は、真のトロコイド２４８からハウジングモジュール２０′の内側包 絡線までの等距離として認められるものを示している。上記内側包絡線は協働動 作面４６′に対応している。また、矢印２５２は真のトロコイド２４８からピス トンの包絡線までの等距離として認められるものを示している。上記ピストンの 包絡線はピストンの周囲動作面３７゛の道２４６に対応している。

上記ラジアルシール４８°のシール面１８０は中央先端部２５４を有する。この 中央先端部２５４は弧状で、真のトロコイド２４８とう／アルシールの中央面２ ４２との交差点上に中心かくるアール部を持つ。角度βは上記中央面２４２から の上記先端部アール部の角度端を決定するもので、上部プツトセンターにおける ピストン面部分の接面に対する法線に応じて、普通約１０〜２１％の範囲内にあ る。ピストン３６′の上記上部デッドセンタ一つまり端の位置では、シール４８ ′上の上記先端部のアールは、ピストン包絡線までの真のトロコイドの等距離２ ５２に等しい。

上記中央先端部２５４の外側では、上記／−ル面１８０の形状はピストンの周囲 動作面３７′に大体対応している。

図６に示す双燃焼室構造のための代わりの実施例においては、それぞれプランジ ャー２２２を組み込んだ２つのサイドシールアセンブリー１７８、あるいは、別 々にあるいは一緒にばねで偏倚させることができる２つのプランジャー２２２を 組み込んだ１つのサイドシールアセンブリー１７８を、上記２つのプランジャー がそれぞれ、上述したように、連合する燃焼室側ヘオフセットされた状態で、ピ ストン３６゛の各側に隣接して設けることができる。図６に見ることができるよ うに、ラジアルシール４８゛はシール部材の両側に溝２０６を有する。

ハウジングモジュール２０°のそれぞれの端部に２つの燃焼室を持つエンジンに おいて、さらに効率的な、しかしながら、製造費か僅かに高いサイドシールアセ ンブリーのプランジャー２２２の形態が図７に示されている。この場合、プラン ジャーの断面は、殆んと腎臓形で、２つのほぼ半円状の端部２５６と、上記真の トロコイド２４８とピストン包絡線との間の距離２５２に等しい半径の凹部２５ ８と、上記真のトロコイド２４８と周辺サイドシール２１０の径方向外側の縁と の間の距離に等しい半径の凸部２６０とを備える。

上記腎臓形のプランジャー２２２はラジアルシール４８”の中央面２４２を横切 って延びている。したがって、プランジャーの上記はぼ半円状の端部２５６は、 図６について説明した２つの個別のプランジャー２２２に本質的に対応している 。プランジャー２２２のこの形状は、上記ピストンの周囲動作面３７′と周辺サ イドシール２１０との間で、ピストン３６′と隣接ハウジングモジュール２２′ 。

１６６の側壁との間のキヤ、ブを効果的にシールする。ブランンヤー２２２のこ の形状によって、このギャップはピストンのすべての位置で、最高圧力が動作室 ４４′にかかると同時に、／−ルされる。

プランジャー２２２は好ましくはラジアルノール４８゛の隣接部よりも柔らかい 青銅鉛で形成されるので、ラジアルシールがエンジンの使用に伴って摩耗すると き、ピストン側壁と隣接ハウジングモジュール１６６または２２′間のギヤツブ の上にあるシール４８′の端部が同じ速さで摩耗しなければ、上記ラジアルシー ルの端部はプランジャー２２２の材料の中へ埋まり込み、これにより、確実にラ ジアルシール４８′によってピストンの周囲動作面３７゛を連続して効果的にシ ールする。

上記サイドシールアセンブリー１７８は、ワンピースからなるシール部材を含め て多くの異なる形態のラジアルシールと共に使用アきることは簡単に理解できよ う。

当業者であれば、ここに記載された発明は、明記したちの以外に、変形や修正す ることができることは分かるであろう。この発明は、この発明の精神と範囲に入 るそのような変形や修正をすべて含むものであることは理解されるへきである。

国際調査報告 Ｉｎ＋１＋ｎｓ＋ｌｅｅ＠ｌＡｏｃａｔｌａｓｗｅＰｃｔ／Ｍ１９０１０Ｇ４Ｎ ＵＳ４０１２１８０　ＣＡ　１０３６５６３　（ＩＥ　２６５５６７０　（ｍ　 １５３６３１７ＵＳ３８８５８９８　ｔＥ　２１１０＋１１７　ＦＲ２１２９４ ４６ｙｍＵ田ｎ侃、　ｍｏｌ！１ｒＴｃｓ匹しにν四匹Δ区四（９虻π■功ＧＢ 　１２３４５４５　１！　１１ｉ１０５０４０　Ｐｍ　２０２１５２６　ｕｓ　 ３６６］８フ７ＥＸ）ＣＦ入曙征Ｘ

Claims (30)

【特許請求の範囲】
1. １．ケーシングと；外側包絡線を持つトロコイド型の周囲動作面を有すると共に 、対向した側壁の間で上記ケーシングに偏心回転可能に搭載されているピストン とを備え、上記ケーシングは、上記トロコイドの外側包絡線に略一致する協働動 作面を有すると共に、上記協働動作面の凸状屈曲部における凹部に、上記ピスト ンの周囲動作面を横切って延びるシール面を有するラジアルシールを取り付けて おり、また、上記ラジアルシールは複数のシール部材を備え、これらのシール部 材は、一緒になって上記シール面を形成すると共に、上記ピストンの周囲動作面 の方へ偏倚させられ、中間シール部材は弾性的に偏倚させられると共にくさび形 状になされて、上記中間シール部材の弾性偏倚動作の下で、この中間シール部材 の対向くさび面が隣接のシール部材と協働して、両端部シール部材を付勢して上 記凹部のそれぞれの端面にシール接触させるようにしたロータリーピストン機械 。
2. ２．請求項１記載のロータリーピストン機械において、上記協働動作面は２つ以 上の凸状屈曲部を持ち、また、ラジアルシールが各凸状屈曲部における各凹部に 取り付けられているロータリーピストン機械。
3. ３．請求項１記載のロータリーピストン機械において、上記シール部材の全部が 上記ピストンの方へ弾性的に偏倚させられるロータリーピストン機械。
4. ４．請求項１記載のロータリーピストン機械において、上記シール部材は弾性的 に偏倚されて上記凹部の両端面に係合するロータリーピストン機械。
5. ５．請求項１記載のロータリーピストン機械において、上記弾性偏倚は上記凹部 の中のラジアルシール後方の流体圧力によって得られるロータリーピストン機械 。
6. ６．請求項５記載のロータリーピストン機械において、上記シール部材の上記凹 部内における位置は、上記ピストンと上記協働動作面との間におけるケーシング 内の流体圧力がこの凹部に入って、上記シール部材を付勢してこのピストンの周 囲動作面に接触させるようなものであるロータリーピストン機械。
7. ７．請求項１記載のロータリーピストン機械において、上記弾性偏倚はばね手段 によって行なわれるロータリーピストン機械。
8. ８．請求項７記載のロータリーピストン機械において、上記ばね手段は板ばねか らなるロータリーピストン機械。
9. ９．請求項１記載のロータリーピストン機械において、上記中間シール部材の対 向くさび面は半径方向に傾斜しているロータリーピストン機械。
10. １０．請求項９記載のロータリーピストン機械において、上記中間シール部材以 外のシール部材の、上記対向くさび面と協働する面は、対応して傾斜しているロ ータリーピストン機械。
11. １１．請求項９記載のロータリーピストン機械において、上記対向くさび面は等 しくかつ反対方向に傾斜しているロータリーピストン機械。
12. １２．請求項９記載のロータリーピストン機械において、上記対向くさび面の各 々の半径方向に対する傾斜角は１〜４５°の範囲にあり、好ましくは、約１０〜 １２°であるロータリーピストン機械。
13. １３．請求項１記載のロータリーピストン機械において、上記中間シール部材は 上記シール面の長さの０．１〜１０％を備えるロータリーピストン機械。
14. １４．請求項１記載のロータリーピストン機械において、上記中間シール部材は 残りのシール部材よりも耐摩耗性が低いロータリーピストン機械。
15. １５．請求項１記載のロータリーピストン機械において、上記中間シール部材の 対向くさび面は上記端部シール部材と直接協働するロータリーピストン機械。
16. １６．請求項１記載のロータリーピストン機械において、上記ケーシングはモジ ュール構造であって、上記ピストンは、上記凹部も設けられている第１のモジュ ール内で回転可能で、この凹部は上記第１のモジュールにおいて軸方向に端部が 開放されており、また、この凹部の端面は隣接モジュールによって定まるロータ リーピストン機械。
17. １７．ケーシングと：外側包絡線を持つトロコイド型の周囲動作面を有すると共 に、対向した側壁の間で上記ケーシングに偏心回転可能に搭載されているピスト ンとを備え、上記ケーシングは協働動作面を持ち、この協働動作面は上記トロコ イドの外側包絡線に略一致し、上記ピストンは周辺アキシャルシールを持ち、こ の周辺アキシャルシールは上記周囲動作面に近接して各側壁の回りを延びると共 に、上記ケーシングの隣接側壁にシール接触しており、上記ケーシングは、上記 協働動作面の凸状屈曲部に、上記ピストンの周囲動作面を横切って延びるシール 面を持つラジアルシールを有し、また、サイドシール手段が、上記ラジアルシー ルに隣接した上記ケーシングの両側壁の少なくとも１つから突出すると共に、弾 性的に偏倚させられてピストンの対応側壁にシール接触して、上記ラジアルシー ルと各周辺アキシャルシールとの間のギャップを少なくとも殆んどシールするロ ータリーピストン機械。
18. １８．請求項１７記載のロータリーピストン機械において、サイドシール手段が 上記ケーシングのそれぞれの側壁から突出すると共に、弾性偏倚させられて上記 ピストンのそれぞれの側壁とシール接触するロータリーピストン機械。
19. １９．請求項１７記載のロータリーピストン機械において、上記弾性偏倚はばね 手段によって行なわれるロータリーピストン機械。
20. ２０．請求項１９記載のロータリーピストン機械において、上記ばね手段は螺旋 ばねからなるロータリーピストン機械。
21. ２１．請求項１７記載のロータリーピストン機械において、上記弾性偏倚の少な くとも一部は流体圧力によって供給されるロータリーピストン機械。
22. ２２．請求項２１記載のロータリーピストン機械において、通路が、上記サイド シール手段と上記ラジアルシールが収容されている上記ケーシングの凹部との間 の連絡を供給し、上記流体圧力は、上記凹部で増大し、上記通路によって上記サ イドシール手段と連絡されるロータリーピストン機械。
23. ２３．請求項１７記載のロータリーピストン機械において、上記ケーシングはモ ジュール構造であって、上記ピストンとラジアルシールは第１のモジュールに設 けられ、上記サイドシール手段は隣接モジュールに取り付けられているロータリ ーピストン機械。
24. ２４．請求項１７記載のロータリーピストン機械において、上記サイドシール手 段のピストンとの係合部分は、大体、その表面の一部がこのピストンの周囲動作 面と上記ラジアルシールの先端に接すると共に、その表面の別の部分が上記周辺 アキシャルシールの隣接面に接した状態で位置決めされているロータリーピスト ン機械。
25. ２５．請求項１７記載のロータリーピストン機械において、上記サイドシール手 段のピストンとの接触部分は、上記ラジアルシールの隣接部分の材料よりも柔ら かい材料で形成されているロータリーピストン機械。
26. ２６．請求項１７記載のロータリーピストン機械において、燃焼室が上記協働動 作面に設けられ、上記サイドシール手段は、上記ラジアルシールの軸方向中心面 からこの燃焼室側へ角度的に偏っているロータリーピストン機械。
27. ２７．請求項２６記載のロータリーピストン機械において、上記角度の偏りは１ ０〜２１°の範囲にあるロータリーピストン機械。
28. ２８．請求項１７記載のロータリーピストン機械において、２つの対向した燃焼 室が上記協働動作面に設けられており、また、２つの弾性偏倚させられたサイド シール手段が設けられており、各サイドシール手段は上記ラジアルシールの軸方 向中心面からそれぞれの燃焼室側へ角度的に偏っているロータリーピストン機械 。
29. ２９．請求項１７記載のロータリーピストン機械において、２つの対向した燃焼 室が上記協働動作面に設けられており、上記サイドシール手段のピストンとの接 触部分の断面はほぼ腎臓形状であって、上記部分は上記ラジアルシールの軸方向 中心面上に中心が置かれると共に、上記腎臓形状断面の部分円状の両端部は上記 中心面のそれぞれの側へ延びているロータリーピストン機械。
30. ３０．請求項１７記載のロータリーピストン機械において、上記ラジアルシール は請求項１に係るものであるロータリーピストン機械。