(57)【要約】  軸流式ロータリーバルブ（１）がその内部で回転するボアを有するシリンダヘッド（１０）を具える内燃エンジン用の軸流式ロータリーバルブ（１）である。バルブは、円筒状の中央部（４）と、中央部の周面内の開口部（７，８）で終端する吸気ポート及び排気ポート（２，３）と、を有し、開口部は、ボア内の窓部（１５）を介して燃焼室（２３）と周期的に連通する。中央部とボアとの間の隙間は、窓部の反対側に離間する、少なくとも二つの軸方向シール（１６ａ，１６ｂ）を具える、浮動シールの配列によってシールされている。このアセンブリは、窓部の外側であって、軸方向シールから円周方向に離間して配置された少なくとも一つの浮動の軸方向に延在するマスキングシール（５）をさらに具える。
2008511782.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の中央部と、前記中央部の周面内の吸気開口部及び排気開口部でそれぞれ終端する吸気ポート及び排気ポートと、を有するバルブと、
ボアであり、その内部で前記バルブが前記ボアと前記中央部との間に所定の隙間をもって軸線の周りを回転するボア、及び、燃焼室と連通する前記ボア内の窓部を有し、前記開口部は、前記バルブが前記軸線の周りを回転するとき、前記窓部と周期的に連通するシリンダヘッドと、
前記軸線に対して実質的に平行であり、前記窓部の対向する側面に隣接し、それぞれが前記ボア内のスロット部内に位置され前記中央部に対して付勢される、第一及び第二の浮動の細長い軸方向シールと、を具える内燃エンジン用のロータリーバルブアセンブリにおいて、
少なくとも一つの浮動の細長い軸方向マスキングシールが、前記ボア内の盲端スロット部内に位置されるとともに前記中央部に対して付勢されており、
前記マスキングシールは、前記軸線に対して実質的に平行であり、前記窓部の円周方向の外側に、前記第一及び第二の軸方向シールのそれぞれから円周方向に離間して配置されおり、
前記吸気及び排気開口部の軸方向の周縁は、前記マスキングシールの軸方向の端部間にあることを特徴とするロータリーバルブアセンブリ。
【請求項２】
前記ロータリーバルブアセンブリは、前記窓部の両端の軸方向外側に配置された第一及び第二の円周方向シールを具え、それぞれの前記円周方向シールは、少なくとも前記マスキングシールを越えて、前記バルブの周りを円周方向に延び、前記マスキングシールは、前記第一及び第二の円周方向シールの軸方向の間に配置されている、請求項２に記載のロータリーバルブアセンブリ。
【請求項３】
それぞれの前記円周方向シールは、少なくとも前記第一軸方向シールから前記第二軸方向シールまで、前記バルブの周りを円周方向に延びる、請求項２に記載のロータリーバルブアセンブリ。
【請求項４】
前記第一及び第二の円周方向シールは、環状シールリングである、請求項３に記載のロータリーバルブアセンブリ。
【請求項５】
前記第一及び第二の円周方向シールは、前記中央部の両端部から半径方向内側にそれぞれ延びる、第一及び第二のラジアル面に対して軸方向内側に付勢されている、請求項４に記載のロータリーバルブアセンブリ。
【請求項６】
前記第一及び第二の円周方向シールは、内周シール要素である、請求項３に記載のロータリーバルブアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃エンジンに用いられるロータリーバルブアセンブリ用のポートシールに関するものである。特にこのポートシール装置は、バルブの周面内の開口部で終端する吸気及び排気ポートが同一バルブ内に組み込まれ、バルブを収容するボアに対して小さな隙間をもって回転する、軸流式のロータリーバルブに適応可能である。
【背景技術】
【０００２】
軸流式ロータリーバルブが回転する間、バルブの周面内の開口部は、燃焼室内に直接開口する、シリンダヘッドのボア内の同様の窓部と周期的に連通するように配置されている。開口部と窓部との位置が一致することにより、バルブから燃焼室へ、及びその逆も同様にガスの通過が可能となる。ガスの圧縮及び燃焼が行われるサイクル部分の間、バルブの周面は、窓部を遮断する。ガスシールシステムは、このサイクル部分の間に高圧ガスが漏れるのを妨げる。
【０００３】
一般にバルブは、バルブの周面内の開口部が位置する、バルブの中央部の両側に位置するベアリングによって支持されている。バルブ及びそのベアリングは、中央部が、ボアに対して常に小さな半径方向隙間を保ちつつ回転できるようにシリンダヘッド内のボア内に収容されている。
【０００４】
ベアリングは、オイルにより潤滑され、場合によっては、バルブを介して送り込まれたオイルによりバルブも冷却される。オイルシールシステムは、バルブの中央部の周面とバルブを収容するボアとの間のエリア内にオイルが移動するのを妨げる。
【０００５】
今まで多くのロータリーバルブ装置が提案されているが、商業的な成功を収めているものはない。この不成功の主要な要因の一つは、満足のゆくガスシール装置の開発への失敗である。
【０００６】
シリンダヘッドボアに対して所定の小さな隙間をもって回転するロータリーバルブは、バルブの熱的及び機械的な歪みの問題を解決するため開発がなされていたが、この問題は２０世紀の大部分にわたってロータリーバルブの開発を悩ます原因となっている。これらのうち最初の解決策の一つは、米国特許第４，８５２，５３２号明細書（ビシップ）内に見られ、その中でバルブは、シリンダヘッドボアに対して小さな隙間をもって回転するよう設計され、燃焼室は、シリンダヘッド内の窓部の周りに配置された浮動シールの列によってシールされている。
【０００７】
バルブの周面とシリンダヘッドボアとの間の小さな隙間の存在により、バルブの周面をボアに接触させずに小量の熱的及び機械的歪みが可能となった。しかしながら、吸気及び排気ポートの双方を同一バルブ内に有するバルブにおいて、これは、これらポートが相互に物理的にシールされないということを意味する。
【０００８】
これらの装置においては、排気ポートから吸気ポートへ向かう排気ガスの流れ又は吸気ポートから排気ポートへ向かう吸気ガスの流れのどちらかである、両ポート間のガスの流れを制御する必要がある。吸気ポートと排気ポートの間のガスの流れは、バルブとシリンダヘッドボアとの間の半径方向の間隙を小さくすることによって制御される。この小さな隙間と、吸気ポートと排気ポートの間の小さな圧力差との組み合わせによってそれら両ポート間のガスの流れは制限される。大抵の場合、排気ポート内の圧力は、吸気ポート内の圧力よりも大きく、従って、排気ポートから吸気ポート内への漏れが大部分を占める。このシール装置は、最小の熱的及び物理的な歪みを有するバルブの使用を必要とする。より小さい歪みは、必要とする半径方向の間隙をより小さくし、吸気ポートと排気ポートの間のシール性をより向上させる。
【０００９】
場合によっては、両ポート間の限られた量のガスの流れは許容される。大抵のエンジンにおいては、排気ポートから吸気ポートへの少量の流れは、重大な問題とはならず、単に、排気の制限、すなわち内部ｅｇｒ（排気再循環）として頻繁に用いられる工程に貢献するだけである。しかしながら、場合によっては、例えば高性能エンジンの場合は、排気ポートと吸気ポートの間の漏れがたとえ少量であっても、この漏れがエンジンの出力を低減させるという問題となる。
【００１０】
排気及び吸気ポート内の圧力は、エンジンサイクルの期間を通して一定ではない。これらポート内の圧力は、エンジンサイクルの間、周期的に大きく変動する。例えば、或るエンジンにおいては、排気が開放されてすぐに、排気ポートの圧力は、１００ｋＰａ（１ｂａｒ）を越える大気圧以上に急速に上昇する。このサイクルの後期では、その圧力は、大気圧以下に下がることがある。フルスロットルの高性能エンジンにおいて排気バルブが閉鎖しているとき、排気ポート内の圧力は、圧力波が排気開口部と排気管の端との間を横切るとき、正弦的に変化する。
【００１１】
吸気ポートにおいて、圧力は、吸気工程の初期では低くなり、バルブが閉鎖されるポイントに近い吸気工程の後期では大気圧以上に上昇する。吸気ポートが閉鎖されるとき、吸気ポート内の圧力は、圧力波が吸気開口部と吸気管の端との間を横切るとき、正弦的に変化する。結果として、吸気ポートと排気ポートの圧力差は、エンジンサイクルを通して、周期的に高速で変動することになる。
【００１２】
その他の場合、例えは、アイドル状態で使用される生産エンジンにおいては、排気ポート及び吸気ポート間の漏れの量が多過ぎることがあり、逆にエンジンの円滑なアイドル運転に影響を与える。スロットル開口部を有するアイドル状態の生産エンジンにおいては、吸気ポート内の圧力は、ほぼ全エンジンサイクルにわたって、かなり低圧、典型的には、大気圧より５０ｋＰａ（０．５ｂａｒ）以上低く（−５０ｋＰａ（−０．５ｂａｒ）ゲージ）維持される。アイドル状態の低いエンジン速度は、比較的長期間に亘って、排気がブリッジ部を渡って吸気ポート内へ漏れこむことを意味する。大きな圧力差と、漏れに有効な長い時間との組み合わせは、場合によっては、過剰量の排気ガスが吸気システム内に漏れこむことを意味する。
【００１３】
この発明の目的は、一方のポートから他方のポートへのガスの流れを最小化するメカニズムを提供することであり、特に、それら両ポート間の圧力差が大きく、またエンジンの運転に問題を引き起こす流れを生じさせる、それらサイクル部分の間において、そのガスの流れを最小化するメカニズムを提供することである。
【００１４】
これによる問題が起こる典型例が、フルスロットル下の高性能エンジンである。なぜなら、これらエンジンの性質から、それらは大きな半径方向の隙間を必要とし、従って、両ポート間の逆圧力降下の影響をより受け易くなる。フルスロットル運転の下では、排気ポートが最初に開放された後すぐに、排気ポート内の圧力は、１００ｋＰａゲージ（１ｂａｒゲージ）を大幅に上回る圧力に急速に上昇する。米国特許第４，８５２，５３２号明細書（ビシップ）内に記載されているような装置では、これは、排気を吸気ポート内に押し込み、性能の間接的な損失をもたらす。排気圧力が大気圧以下に低下するサイクルの後期では、吸気ポートへの排気ガスの移行はもはや問題ではない。
【００１５】
別の問題が閉スロットル状態下で運転されるエンジンで起こる。吸気ストロークの間、シリンダ及び吸気ポートの双方は、かなり低圧にまで引き下げられる。これが、吸気及び排気ポート間のブリッジ部が後行軸方向シール上を通過した後に起こる場合、バルブを収容するボア及びブリッジ部間に存在する隙間を介して、シリンダ、吸気ポート及び排気ポート間は直接連通される。排気は、両ポート間のこの大きい圧力降下によって推進され、ブリッジ部を渡って吸気ポート内に流れ込む。
【００１６】
この発明は、窓部の周りに配置される浮動シールの配列から構成されるガスシールシステム、及びオイルシール装置とともに稼働するよう設計されており、これら双方は、同一出願人によって同日に出願された発明の名称が「ロータリーバルブのガス及びオイルシール」である豪州仮特許出願第２００４９０４９８０号の優先権を主張する同時係属中のＰＣＴ国際出願内で開示されている。また一方で、この発明は、米国特許第５，５０９，３６６号明細書（ウォリス  他）内で開示されているシール列のような浮動シールの列を有する他のガスシール装置とともに稼働するよう適応し得るものである。
【００１７】
最も近い既知の従来技術は、米国特許第５，９４１，２０６号（スミス  他）である。この特許は、この発明とは異なるクラスのロータリーバルブに適用される。しかしながら、この特許は、この発明が取り組む問題と同一の問題、すなわちバルブを収容するシリンダボアに対して隙間が保たれたロータリーバルブ内の、両ポート間の漏れの問題を解決することを目的としている。そこでは、ロータリーバルブ内に軸方向延在シールを嵌め込むとともに、それらをバルブを収容するシリンダヘッドボアに対して装着することによってこの問題の解決を試みている。この装置において、軸方向延在シールは、両ポート間に配置されており、従って、両ポート間の圧力差に関係なく、両ポート間の、円周方向へのかなりのガス移動は直接妨げられる。しかしながら、以下に説明する理由から、それは、両ポート間のガス移動の防止を失敗させ、しかもなお悪いことに、それは、シリンダからポート内に燃焼ガスをポート内に漏れ込ませ、その工程において燃焼室の適正なシールを失敗させる。さらには、開示されたタイプの装置は、以下に示すような幾つかの他の問題をも有する。
【００１８】
第一に、シールシステムについて考察する。燃焼の間、隣接する一組の軸方向延在シールと円周方向シールとの間に閉じ込められた高い圧力は、円周方向シールを、円周方向シールを収容する溝の軸方向外側の面に対して軸方向外側へ押し付ける。高圧のガスは、溝の軸方向内側の面と円周方向シールとの間及びそこから円周方向シールの下部に延びる間の隙間内に追い込まれる。円周方向の溝と円周方向シールとの間に形成されたＬ字状の隙間容積に在るこの高圧ガスは、このＬ字状の隙間容積の全円周を自由に満たすことができる。このＬ字状の隙間容積内の高圧ガスは、窓部を跨ぐ二つの軸方向延在シールの円周方向外側の、円周周り全ての位置の軸方向内側から自由に抜け出ることができる。たとえどんなに円周方向シールとその溝との間の隙間を小さくしようと配慮しても、軸方向延在シール外側の円周面が長いことから、漏れ範囲は非常に大きい。さらに悪いことに、軸方向延在シールの下部に追い込まれた高圧ガスは、Ｌ字状の隙間容積内に直接放出され得る。このＬ字状の隙間容積内の高圧の燃焼ガスは、ポート内に放出される。初期の軸流式ロータリーバルブ装置は、同様の問題に直面しており、これは、米国特許５，５２６，７８０号明細書（ウォリス）内で対処されている。さらには、両ポート内のガスは、同じメカニズムによって両ポート内に漏れ得る。
【００１９】
第二に、ロータリーバルブの軸方向延在シールを収容することにより、バルブの径は不必要に増大する。バルブ径は、スパークプラグを配置し得る位置を決定するに際して主要な要因となることから、ロータリーバルブエンジンにとって重大な問題である。バルブ径がより大きくなれば、スパークプラグをシリンダの中心内の理論的に最適な位置からさらに遠くに配置しなければならなくなる。米国特許第５，９５１，２０６号明細書（スミス
他）内のエンジンは、この問題を明確に示している。そのエンジンは、シリンダボアと同様の径を持つバルブを有し、スパークプラグはバルブの下方に、シリンダの中央からかなり離れて配置されている。この装置は、バルブがクランクシャフトに対して平行であり、またスパークプラグが、シリンダ間というよりもエンジンの外側に沿って配置し得るものであるから、マルチシリンダのエンジンに適用可能である。しかしながら、それは、シリンダ毎に一つのバルブがあり、バルブの軸がクランクシャフトの軸に対しておおむね垂直である、この発明の軸流式ロータリーバルブには適用し得ない。これらの装置では、スパークプラグは、シリンダ間に配置されていなけれなならない。
【００２０】
第三に、軸方向シールは、バルブと一緒に固定窓部に対して回転する。従って、窓部の側面からシールまでの距離は、バルブの回転とともに変化する。シールが窓部の直近に隣接していないときは、過剰なクレビス容積が存在することとなり、性能及び燃費に対して不利な影響を与えることになる。クレビス容積の問題は、米国特許第５，５２６，７８０号明細書（ウォリス）内で対処されている。さらには、一部の軸方向延在シールは、燃焼工程の間、燃焼室を通過しなければならず、そのシールは不必要な高温及び熱流に曝される。
【００２１】
最後に、軸方向シールは、バルブとともに回転することから、それらはシリンダヘッドボアをシールするとともにそれを擦る。従って、摩耗及びスカフィングを妨げるためシリンダヘッドボアを硬くしなければならない。これによりヘッド部を製作し得る材料の種類は明確に制限される。最も一般的には、シリンダヘッドは、アルミニウムから製作されている。仮にこの材料を用いる場合には、高価かつ複雑な硬い被膜を付加しなければならない。または、米国特許第５，９４１，２０６号明細書（スミス  他）の開示によれば、複雑さ及びコストを増大させる、追加のスリーブをヘッド部に嵌めこまなければならない。
【特許文献１】米国特許第４，８５２，５３２号明細書
【特許文献２】豪州仮特許出願２００４９０４９８０号明細書
【特許文献３】米国特許第５，５０９，３８６号明細書
【特許文献４】米国特許第５，９４１，２０６号明細書
【特許文献５】米国特許５，５２６，７８０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
この発明は、上述した従来技術に関する不具合の一つ又はそれ以上の改善を図るものである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
この発明は、円筒状の中央部と、前記中央部の周面内の吸気開口部及び排気開口部でそれぞれ終端する吸気ポート及び排気ポートと、を有するバルブと、ボアであり、その内部で前記バルブが前記ボアと前記中央部との間に所定の隙間をもって軸線の周りを回転するボア、及び、燃焼室と連通する前記ボア内の窓部を有し、前記開口部は、前記バルブが前記軸線の周りを回転するとき、前記窓部と周期的に連通するシリンダヘッドと、前記軸線に対して実質的に平行であり、前記窓部の対向する側面に隣接し、それぞれが前記ボア内のスロット部内に位置され前記中央部に対して付勢される、第一及び第二の浮動の細長い軸方向シールと、を具える内燃エンジン用のロータリーバルブアセンブリにおいて、少なくとも一つの浮動の細長い軸方向マスキングシールが、前記ボア内の盲端スロット部内に位置されるとともに前記中央部に対して付勢されており、前記マスキングシールは、前記軸線に対して実質的に平行であり、前記窓部の円周方向の外側に、前記第一及び第二の軸方向シールのそれぞれから円周方向に離間して配置されおり、前記吸気及び排気開口部の軸方向の周縁は、前記マスキングシールの軸方向の端部間にあることを特徴とするロータリーバルブアセンブリで構成される。
【００２４】
前記ロータリーバルブアセンブリは、前記窓部の両端の軸方向外側に配置された第一及び第二の円周方向シールを具え、それぞれの前記円周方向シールは、少なくとも前記マスキングシールを越えて、前記バルブの周りを円周方向に延び、前記マスキングシールは、前記第一及び第二の円周方向シールの軸方向の間に配置されていることが好ましい。さらに、それぞれの前記円周方向シールは、少なくとも前記第一軸方向シールから前記第二軸方向シールまで、前記バルブの周りを円周方向に延びることが好ましい。
【００２５】
好適な一実施形態において、前記第一及び第二の円周方向シールは、環状シールリングである。さらに、前記第一及び第二の円周方向シールは、前記中央部の両端部から半径方向内側にそれぞれ延びる、第一及び第二のラジアル面に対して軸方向内側に付勢されていることが好ましい。
【００２６】
他の好適な実施形態において、前記第一及び第二の円周方向シールは、内周シール要素であることが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１に、バルブ１及びシリンダヘッド１０を具えるロータリーバルブエンジンアセンブリを示す。このバルブ１は、吸気ポート２及び排気ポート３を有する。バルブ１は、円筒状の中央部４を有する。吸気ポート２は、中央部４の周面内の吸気開口部７で終端する。排気ポート３は、中央部４の周面内の排気開口部８で終端する。排気開口部８は、吸気開口部７と軸方向にオーバーラップするとともに、吸気開口部７に対して円周方向にオフセットされている。バルブ１は、ベアリング９によって支持されており、シリンダヘッド１０内の軸線２５周りに回転する。ベアリング９は、バルブ１が、中央部４とシリンダヘッド１０のボア１１との間に小さな運転隙間を保ちつつ軸線２５周りに回転することを可能にする。
【００２８】
バルブ１の中央部４は、ガスシール機能を発揮する浮動シールの配列の軸方向の端部を軸方向に小さく超えて延びる。バルブ１には、中央部４の両側に半径方向内向きの段が付けられてラジアル面が形成されている。これらラジアル面は、面シールスプリング１９から予備荷重を受けるバルブシールリング１８に対するバルブシート６を形成する。バルブシールリング１８は、環状の形状を有し、Ｏリング２０を用いることによって、ボアに対してスライド可能にシールされている。バルブシート６、バルブシールリング１８、Ｏリング２０及び面シールスプリング１９を組み合わせることで面シール装置を構成し、ベアリング９から中央部４の周面とボア１１との間の隙間内へのオイルの漏出を妨げる。マスキングシール５は、シリンダヘッド１０のボア１１内の盲端スロット部２４（図２参照）内に収容されている。
【００２９】
シリンダヘッド１０は、シリンダブロック１４の上部に搭載されている。ピストン１２は、シリンダブロック１５内に形成されたシリンダ１３内を往復運動する。バルブ１が回転するとき、吸気開口部７及び排気開口部８は、シリンダヘッド１０内の窓部１５と周期的に連通し、燃焼室２３とバルブ１との間で流体を通過させる。
【００３０】
図２は、シリンダヘッド１０内のスロット部内に収容された、先行軸方向シール１６ａ、後行軸方向シール１６ｂ及び円周方向シール１７を具える、窓部１５を包囲する浮動シールの配列を示している。窓部１５は、長方形である。軸方向シール１６ａ，１６ｂは、軸線２５に対して実質的に平行であり、かつ窓部１５を挟んで離間している。円周方向シール１７は、軸線２５に対して実質的に垂直な平面内にそれぞれ位置し、かつ窓部１５の両端部を挟んで離間している。軸方向シール１６ａ，１６ｂ及び円周方向シール１７は、中央部４に対して付勢されている。圧縮及び燃焼ストロークの間、軸方向シール１６ａ，１６ｂ及び円周方向シール１７は、空気／燃焼混合ガス及び燃焼室２３内の高圧の燃焼ガスが、中央部４の周面とシリンダヘッド１０のボア１１との間に存在する小さな運転隙間を通って（円周方向に及び軸方向に）漏れるのを妨げる。バルブシールリング１８は、軸方向シール１６ａ，１６ｂの両端部から軸方向外側に少し離れて位置する。
【００３１】
浮動シールの配列１６ａ，１６ｂ，１７及びバルブシールリング１８は、同一出願人によって同日に出願された発明の名称が「ロータリーバルブのガス及びオイルシール」である豪州仮特許出願第２００４９０４９８０号の優先権を主張する同時係属中のＰＣＴ国際出願内で開示されているものと同様である。
【００３２】
マスキングシール５は、バルブシールリング１８の軸方向内側の面との間に小さな隙間をもって軸方向に延びる。マスキングシール５は、中央部４の周面に対して付勢されている。マスキングシール５は、ブリッジ部２７（図４参照）と接触するとき、自身の有する第一のシール機能を発揮する。ブリッジ部２７は、吸気ポート２及び排気ポート３間を渡る、中央部４の周面の一部である。マスキングシール５は、軸方向シール１６ａ，１６ｂから円周方向に離れて位置する。
【００３３】
この用途において、「円周方向に離れて」とは、以下のように定義される。図４に示すように、バルブ軸線２５周りに先行軸方向シール１６ａの円周方向の外縁とマスキングシール５の円周方向の外縁との間を計測してなる角度αが、バルブ１上にブリッジ部２７を形成する、隣接する両ポート縁間の最小角度βの０．９倍よりも大きいとき、マスキングシール５は、軸方向シール１６ａから円周方向に離れると考えられる。
【００３４】
仮にマスキングシール５が０．９βよりも近くに位置した場合、軸方向シール１６ａ及びマスキングシール５の双方は、ブリッジ部２７に同時に接触することになる。ブリッジ部を横切る流れを妨げるには一つのシールのみしか必要とされないので、間隔を０．９βよりも近くすることは、機能的に必要とされるよりも多くのマスキングシールが用いられることを意味する。これは、逆にコスト及び部品を加算させる。
【００３５】
図３は、相互に離間して位置する種々のシール要素を示す、シール要素配列の概略図である。軸方向シール１６ａ，１６ｂは、各軸方向シール１６ａ，１６ｂの各端部のスプリング２１によって、バルブ１の中央部４に対して付勢されている。マスキングシール５は、スプリング２６によって、バルブ１の中央部４に対して付勢されている。バルブシールリング１８は、面シールスプリング１９によってバルブシート６に対して付勢されており、かつ軸方向シール１６ａ，１６ｂ及びマスキングシール５の端部に隣接して位置している。バルブシールリング１８の軸方向内側の面と軸方向シール１６ａ，１６ｂ及びマスキングシール５の端部との間には、軸方向に小さな隙間がある。円周方向シール１７は、スプリング２２を用いることによって、中央部４に対して付勢されている。
【００３６】
図４は、排気ストローク初期における、シリンダ１３の中央を通る、バルブ１の軸線２５に垂直な断面を示している。シリンダ１３内の高圧のガスは、排気ポート３内に放出されその圧力は急激に上昇する。マスキングシール５は、ブリッジ部に対して予備荷重を受ける。マスキングシール５は、排気ポート３内の圧力が高い排気ストローク部分の間、マスキングシール５がブリッジ部２７を支持するよう、シリンダヘッドボア１１内に円周方向に配置されている。このバルブ位置において、マスキングシール５は、排気ポート３から吸気ポート２内へ円周方向に排気が漏れるのを妨げる。極小量の排気ガスは、マスキングシール５の両端部とそれに隣接するバルブシールリング１８との間を通って排気ポート３から吸気ポート２内へ漏れ込み得る。
【００３７】
マスキングシール５は、マスキングシール５がブリッジ部に接触するサイクル部分の間にのみ有効となることは明確である。バルブ１が、ブリッジ部２７がマスキングシール５に接触しない位置にまで回転した後も排気ポート３内の圧力が高いままであって、排気が吸気ポート内に漏れ込むの妨げたい場合は、付加的なマスキングシール５を、既存のマスキングシール５に対してバルブ１の回転方向内にオフセットさせて、アセンブリに追加する必要がある。
【００３８】
図４に示す装置において、マスキングシール５は、ブリッジ部２７が、先行軸方向シール１６ａ又は後行軸方向シール１６ｂの何れかに接触している間に、又はブリッジ部が軸方向シール１６ａ及び１６ｂ間に位置するときに、ブリッジ部２７を横切る意図しない漏れを妨げることは必要ではない。この状態は、サイクル時間のおおよそ３０％以上起こる。従って、マスキングシールを有していない装置においては、両ポート間の意図しない漏れは、サイクル時間のおおよそ７０％以上起こり得る。一つのマスキングシール５の存在は、ブリッジ部２７がマスキングシール５に接触するサイクル時間の割合であるこの時間を、サイクル時間のおおよそ１１％減少させる。より幅の広い（すなわち、角度βがより大きい）ブリッジ部を有する生産エンジンにおいて、この減少は、最高値としてサイクル時間の１５％である（すなわち、意図しない漏れが起こり得るサイクル時間の割合は、５５％まで減少する）。
【００３９】
仮に、エンジンを低速のアイドル状態で運転するときに、排気ポートと吸気ポートと間の漏れが過度に大きい特殊なエンジン設計においては、単に付加的なマスキングシールを追加し、漏れを可能にするサイクル時間の割合を減少させることによって、その漏れをさらに減少させることが可能である。一つのマスキングシールを有する一般的な生産エンジンにおいては、上述したように、意図しない漏れは、サイクル時間のおおよそ５５％以上起こり得る。二つのマスキングシールを有するエンジンの場合、これは、サイクル時間のおおよそ４０％まで減少し、また三つのマスキングシールを有するエンジンの場合、これは、さらに２５％まで減少する。一般に、許容水準まで漏れを減少するには、二つのマスキングシールで十分である。アイドル状態における漏れの制御を目的としてマスキングシールを追加する場合、それらが、両ポート間で圧力降下が最大となるフルスロットル状態で、ブリッジ部を横切る漏れ流れの制御において最大の効率を有するよう、それらを配置することが望ましい。
【００４０】
いくつかのマスキングシールを、ブリッジ部２７が常にマスキングシール５の一つに接触するようシリンダヘッドボア１１の周辺に配置した場合、両ポート２，３間の漏れは発生しないことは明確である（マスキングシール５の端部周りに起こる微小な漏れを除く）。しかしながら、この解決法は、コストを押し上げるとともにバルブアセンブリとの摩擦損失を増大させる過剰数のマスキングシール５を不必要に用いることになる。従って、両ポート２，３間の圧力降下が大きい場合、及び生じたガス流れがエンジンの運転に悪影響を及ぼす場合にのみマスキングシール５を配置する。大抵のエンジンにとっては、典型的に一つ又は二つのみのマスキングシール５が必要である。
【００４１】
図５は、二つのマスキングシール５及び５ａを有するこの発明の第二の実施形態を示している。このエンジンは、吸気ストロークの間が示されている。吸気ストロークの初期の間、シリンダ１３内の圧力は、大気圧より低く引き下げられる。特定のエンジン、特に高性能エンジンにおいて、排気波は、エンジンサイクルのこの時点で、排気ポート３内の圧力を大気圧より相当大きく増大させる。マスキングシール５ａは、排気ガスが吸気ポート２を介してシリンダ１３内に押し込まれるのを妨げる。
【００４２】
図６は、この発明の第三の実施形態を示している。これは、マスキングシール５を有する、米国特許第５，５２６，７８０号明細書（ウォリス）内で開示されているものと同様の浮動シールの配列の概略的なレイアウト図である。この浮動シールの配列は、軸方向通路１６ａ，１６ｂ、内周シール要素２８及び外周シール要素２９を具える。マスキングシール５は、小さな隙間をもって、内周シール要素２８の内側の面との間を軸方向に渡る。マスキングシール５及び内周シール要素２８は、上述の第一実施形態のマスキングシール５及びバルブシールリング１８と同様に作動する。
【００４３】
本明細書において、「具える（comprising）」とは、「含む（including）」又は「有する（having）」の包括的意味で用いられており、「のみからなる（consisting only of）」の排他的意味では用いられていない。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】この発明に従うロータリーバルブアセンブリの第一の実施形態の内燃エンジンの断面図である。
【図２】図４のII−II線の等角断面図であり、軸方向シール、円周方向シール、マスキングシール及びバルブシールリングの配列を示すものである。明瞭化のため、シール配列、マスキングシール、バルブシールリング及び面シールスプリングを除いて、全てのロータリーバルブ構成要素が取り除かれている。
【図３】それぞれの作動位置に配列された、図１のエンジンのガスシール配列、マスキングシール及びバルブシールリングの概略図である。
【図４】図１のIV−IV方向の断面図である。
【図５】この発明に従うロータリーバルブアセンブリの第二の実施形態を示すものである。エンジンが吸気ストロークの位置にあることを除いて、図４と同じ断面図である。
【図６】この発明に従うロータリーバルブアセンブリの第三の実施形態のガスシール配列及びマスキングシールの概略図であり、ガスシール配列は、米国特許第５，５２６，７８０号明細書（ウォリス）内で開示されているものと同様である。
【図１】
2008511782.tif 000003
【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６】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年5月11日(2007.5.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
【明細書】
この発明は、窓部の周りに配置される浮動シールの配列から構成されるガスシールシステム、及びオイルシール装置とともに稼働するよう設計されており、これら双方は、同一出願人によって同日に出願された発明の名称が「ロータリーバルブのガス及びオイルシール」である豪州仮特許出願第２００４９０４９８０号の優先権を主張する同時係属中のＰＣＴ国際出願内で開示されている。また一方で、この発明は、米国特許第５，５０９，３８６号明細書（ウォリス  他）内で開示されているシール列のような浮動シールの列を有する他のガスシール装置とともに稼働するよう適応し得るものである。
【国際調査報告】
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