(57)【要約】内燃機関用の軸流ロータリーバルブのシール装置であって、浮動ガスシールのアレイ、および随意のオイルシール装置を有するシール装置。浮動シールのアレイは、シリンダヘッド（１０）の孔（１１）における窓（１５）を包囲し、この窓（１５）を経てバルブ（１）のポート（２，３）が燃焼室（３１）に連通する。浮動シールのアレイは、シリンダヘッドの孔に形成した溝（１８，１９）に収容した軸線方向シール(１６)周方向シール（１７）を有し、周方向シールを軸線方向シールの端部間で軸線方向に離して配置する。
2008511777.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
を有するを備えた内燃機関のためのロータリーバルブ組立体であって、
円筒状部分、およびこの円筒状部分における開口として終端する吸気ポートおよび排気ポートを有する軸流ロータリー式のバルブと、
このバルブが、軸線の周りに回転する孔を有するシリンダヘッドであって、前記ロータリーバルブが前記円筒状部分と前記孔との間で所定の小さいクリアランスを有して軸線の周りに回転するようにしたシリンダヘッドと、
前記孔を燃焼室に連通させるほぼ矩形断面形状の窓であって、前記バルブが回転するとき前記開口と周期的に連通する該窓と、
前記孔に前記バルブを支承する軸受手段と、
前記窓を包囲する浮動シールのアレイと、および
前記円筒状部分に対して前記浮動シールのアレイを予荷重の下に圧着させる押圧偏倚手段と
を備え、
前記浮動シールのアレイは、前記窓の互いに対向する側辺に隣接する少なくとも２個の互いに離れた細長い軸線方向シール、および前記窓の両側の端部に隣接する少なくとも２個の互いに離れる円弧状の周方向シールを備え、前記各軸線方向シールを前記孔に形成した軸線方向に延在する対応の軸線方向溝に収納し、前記各周方向シールを前記孔に形成した周方向に延在する周方向溝に収納した、
該ロータリーバルブ組立体において、
前記周方向シールを、前記軸線方向シールの端部間で軸線方向に配置したことを特徴とするロータリーバルブ組立体。
【請求項２】
請求項１に記載のロータリーバルブ組立体において、
前記周方向シールを前記軸線方向シールの周方向内側側面間に小さいクリアランスを有して延在させたロータリーバルブ組立体。
【請求項３】
請求項１に記載のロータリーバルブ組立体において、
前記軸線方向溝を前記周方向溝より深くしたロータリーバルブ組立体。
【請求項４】
請求項１に記載のロータリーバルブ組立体において、
前記押圧偏倚手段は、少なくとも１個の前記軸線方向シールの端部に配置した少なくとも１個のスプリングを備え、
このスプリングは、前記軸線方向シールとほぼ同一の周方向幅を有し、前記軸線方向シールの底面とこれに対応の前記軸線方向溝の底面との間における空間に存在させ、
前記スプリングは、燃焼ガスが前記軸線方向シールの端部を通って前記軸線方向シールの底面とこれに対応する前記軸線方向溝の底面との間で流れるのをブロックする構成としたロータリーバルブ組立体。
【請求項５】
請求項４に記載のロータリーバルブ組立体において、
前記スプリングは、前記軸線方向シールの端部に対して軸線方向にほぼ整列する閉鎖端部と、前記アキシャルシールの中央へこの閉鎖端部から前記軸線方向シールの中間部分に向かって軸線方向に突出する第１および第２の脚とを備え、前記第１の脚を前記軸線方向シールの底面に接触させ、前記第２の脚を対応する前記軸線方向溝の底面に接触させる構成としたロータリーバルブ組立体。
【請求項６】
請求項５に記載のロータリーバルブ組立体において、
前記第１の脚を前記第２の脚より短くしたロータリーバルブ組立体。
【請求項７】
請求項４に記載のロータリーバルブ組立体において、
前記スプリングを前記軸線方向シールと一体に形成したロータリーバルブ組立体。
【請求項８】
請求項１に記載のロータリーバルブ組立体において、
各前記軸線方向シールと前記周方向溝よりも軸線方向外側の軸線方向溝との間に、最小の側方クリアランスを設けたロータリーバルブ組立体。
【請求項９】
請求項１に記載のロータリーバルブ組立体において、
前記軸線方向シールを、前記軸線に指向するよう傾けて形成したロータリーバルブ組立体。
【請求項１０】
請求項１に記載のロータリーバルブ組立体において、
前記軸線方向溝を端部閉鎖溝とし、各前記軸線方向シールの端部とこれに対応する軸線方向溝の端部との間に最小限のクリアランスを設けたロータリーバルブ組立体。
【請求項１１】
請求項１０に記載のロータリーバルブ組立体において、
少なくとも１個の前記軸線方向シールにおける少なくとも一方の端部と、これに対応する軸線方向溝の隣接する端部との間にあるクリアランスを、可撓性部材によって埋め合わせ、この可撓性部材により前記クリアランスを通過する燃焼ガスの流れをブロックする構成としたロータリーバルブ組立体。
【請求項１２】
請求項１に記載のロータリーバルブ組立体において、
少なくとも１個の前記軸線方向シールの少なくとも一方の端部における下面に窪みを形成し、この窪みに可撓性シール素子を配置し、対応する前記軸線方向溝の側面間の空間を埋める構成としたロータリーバルブ組立体。
【請求項１３】
請求項１に記載のロータリーバルブ組立体において、
少なくとも１個の前記周方向溝を、少なくとも一つの前記軸線方向溝の周方向最外側を通過して周方向に延長させ、
前記軸線方向溝に収納した前記軸線方向シールは、前記周方向溝の底面が前記軸線方向溝の周方向最外側の側面に交差する部分をカバーする構成としたロータリーバルブ組立体。
【請求項１４】
請求項１に記載のロータリーバルブ組立体において、
前記孔は、前記軸線方向溝の端部に位置する少なくとも１個の半径方向段差部を有し、
前記半径方向段差部の深さを前記軸線方向溝の深さと少なくとも等しくし、
前記軸線方向溝の前記端部を前記半径方向段差部に衝合するスリーブによって閉鎖する構成としたロータリーバルブ組立体。
【請求項１５】
請求項１に記載のロータリーバルブ組立体において、
前記窓の各端部に、２個の前記周方向シールを設けたロータリーバルブ組立体。
【請求項１６】
請求項１に記載のロータリーバルブ組立体において、
前記バルブは、前記円筒状部分の両側の端部から半径方向内方に延在する第１および第２のバルブシートを有し、
前記円筒状部分を、前記軸線方向シールの端部を越えて僅かな距離にわたり軸線方向に延在させ、
前記ロータリーバルブ組立体は、さらに、第１および第２のシールリングを備え、これらシールリングは前記孔を可撓的にシールし、かつそれに対応する前記第１および第２のバルブシートに対して軸方向内方に圧着する構成としたロータリーバルブ組立体。
【請求項１７】
請求項１６に記載のロータリーバルブ組立体において、
少なくとも２個の前記軸線方向シールは、前縁軸線方向シールおよび後縁軸線方向シールを備え、
前記後縁軸線方向シールを前記前縁軸線方向シールより短くしたロータリーバルブ組立体。
【請求項１８】
請求項１６に記載のロータリーバルブ組立体において、
前記孔は、前記周方向シールの軸線方向外側であり、前記シールリングの軸線方向内方であり、また前記軸線方向シール間における周方向に位置する、少なくとも１個の通気孔を有する構成としたロータリーバルブ組立体。
【請求項１９】
請求項１８に記載のロータリーバルブ組立体において、
前記通気孔をリザーバに連通させる構成としたロータリーバルブ組立体。
【請求項２０】
請求項１８に記載のロータリーバルブ組立体において、
前記通気孔を前記吸気ポートに連通させる構成としたロータリーバルブ組立体。
【請求項２１】
請求項１６に記載のロータリーバルブ組立体において、
少なくとも１個の前記軸線方向シールにおける少なくとも一方の端部であり、前記周方向シールの軸線方向外側におけるシール面の一部、および前記端部にすぐ隣接する前記孔の領域の双方を、半径方向に切除したロータリーバルブ組立体。
【請求項２２】
請求項１６に記載のロータリーバルブ組立体において、
前記バルブシールリングを、前記バルブシールリングと前記孔との間に配置したＯリングによって可撓的にシールしたロータリーバルブ組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータリーバルブの内燃機関のためのガスおよびオイルシール構成に関するものであり、とくに、バルブ周縁の開口として終端する１個以上のポートを収容する軸流ロータリー式のバルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、とくに、ロータリーバルブ組立体に適合する内燃機関の吸排気量を最大にするために、長い窓（すなわち、軸線方向に測った窓長がシリンダボア直径の５０％以上となる）を有する、軸流ロータリー式のバルブ装置に関する。最大給排気量は最近のエンジンにおいて優先順位の高い検討事項であり、製造業者は燃料消費量および排ガス規制上の理由から最小エンジンから最大出力を得ることを探求している。
【０００３】
軸流ロータリーバルブの回転中、バルブ周縁の開口は、直接燃焼室に通ずるシリンダヘッドにおける同様の窓に周期的に連通するように構成する。開口と窓との間の整列は、バルブから燃焼室に、または、燃焼室からバルブにガスを通過させることを可能にする。圧縮および燃焼行程中、バルブ周縁は、燃焼室の窓をブロック（封鎖）する。このバルブは、バルブの中央における円筒状部分（バルブ周縁に開口が位置する）の両側に配置した軸受によって、支持するのが一般的である。バルブおよびその軸受は、シリンダヘッドの孔に収納し、常に孔に対して小さい半径方向クリアランスを維持して、円筒状部分が確実に回転できるようにする。
【０００４】
多くのロータリーバルブの構成が提唱されてきたが、いずれも商業的な成功を得ていない。成功しない主要な要因のうちの一つは、満足のいくガスおよびオイルシール構成を設計することができないことである。
【０００５】
米国特許第４，０３６，１８４号（グエンサー特許）、および米国特許第４，８５２，５３２号（ビショップ特許）は、ロータリーバルブを収容するシリンダヘッド孔と、浮動シールのアレイを使用するガスシール構成との間における小さい所定クリアランスを保って回転するロータリーバルブ構成を記載している。４個以上の個別のシール素子を有するシール装置は、窓の周囲で浮動シール格子を形成する。シール素子は、バルブの円筒状部分の周面に圧着する。円筒状部分は、概して浮動シールアレイの軸線方向端部から短い距離だけ突出する。
【０００６】
このような浮動シールアレイの機能は、これらのシールの外面によって形成される長方形範囲内に高圧ガスを閉じ込めることである。このシール装置の有効性は、個々のシール素子が交差ポイントにおけるゾーンをシールする能力に依存する。衝合するシールは、互いに独立にして自由に移動できなければならないので（熱膨張及び製造公差に対処するために）、各交差ポイントに常に小さなクリアランスが存在する。組立体につきこのような交差ポイントは少なくとも４個あるので、漏出ギャップの合計は、潜在的に大きい。米国特許第５，５２６，７８０号（ウォリス特許）は、特別なシール構成の漏出面積を定量化する手段として、「全実効漏出面積（total effective leakage area／ＴＥＬＡ）」の概念を紹介した。
【０００７】
米国特許第４，０３６、１８４号（グエンサー特許）および米国特許第４，８５２，５３２号（ビショップ特許）に記載のシール装置は、双方とも、シールパックから過剰な漏出ゆえに満足には機能してない。この漏れは極めて大きいため、これらの構成を用いたエンジンが従来の始動電動機で使用されることはありそうにない。作動しているエンジンからの漏れは極めて多く、効率は容認できないほど低いものであり、排出物も容認できないほど多い。
【０００８】
米国特許第４，０３６，１８４号（グエンサー特許）及び米国特許第４，８５２，５３２号（ビショップ特許）に記載の構成は、同様の方法で高圧ガスをシールするものであるが、過剰な漏出の原因は双方の構成とも、同一原因である。圧縮および燃焼中、シリンダ内の高圧ガスは、周方向シールを軸線方向シールの端部から離れる方向に押しやり、高圧ガスが逃げてしまう「Ｌ」字状のクリアランスキャビティを生ずる。「Ｌ」字状のクリアランスの側辺は、周方向シール（米国特許第４，０３６，１８４号の用語では「端部シール」）の軸線方向最内側の側面と、これに対応する周方向シール溝（米国特許第４，０３６，１８４号の用語では「ノッチ」）の軸線方向最内側の側面との間に生ずる。「Ｌ」字状のクリアランスの底辺は、周方向シールの底面とこれに対応する周方向シール溝の底面との間で生ずる。
【０００９】
高圧燃焼ガスは「Ｌ」字状のクリアランスを満たし、周方向シールの両側の端部に向かって軸線方向に直交する方向に流動する。成形された隙間容積が軸線方向シール（米国特許第４，０３６，１８４号の用語では「側方シール」）の外側で周方向に位置する「Ｌ」字状のクリアランスに閉じ込められるガスは、バルブの周縁とバルブを収容する孔との間における、大気圧かまたは大気圧に近い環境であるクリアランスに排出し得る。米国特許第４，０３６，１８４号（グエンサー特許）及び米国特許第４，８５２，５３２号（ビショップ特許）において、このガスは、周方向シールの軸線方向最内側の側面とこの周方向シールを収容する周方向シール溝の軸線方向最内側の側面との間から排出される。米国特許第４，０３６，１８４号（グエンサー特許）の場合では、ガスは、さらに周方向シールの端部と周方向シール溝の隣接する端壁との間に排出される。この排出が起こり得る４個のコーナーが存在するため、全漏出面積は極めて大きい。軸線方向シールの外側に位置する周方向シールからの排出を制御する特別な対策（このような対策は未だ開示されていない）がなければ、漏出はいかなる最新のエンジンにとって容認できないほど高い。
【００１０】
これらのシールの問題は、米国特許第５，５２６，７８０号（ウォリス特許）において認識され、取り組みが行われた。このウォリス特許によると、ＴＥＬＡが米国特許第４，８５２，５３２号（ビショップ特許）に記載のシール構成の１／３０のオーダーとなるシール構成を記載している。米国特許第５，５２６，７８０号（ウォリス特許）のシール構成での代表的なＴＥＬＡは、通常のピストンリングの漏出面積より少ない０．０２ｍｍ2 であった。
【００１１】
米国特許第５，５２６，７８０号（ウォリス特許）に記載の構成はガスの漏出問題に十分対処しているが、それには、さらに付加的な２個のシール素子を必要とし、また、他の問題も有していることが分かっている。とくに、この構成は、組み立てが困難であり、過剰な隙間容積を有し、このことは、とくに、小さいシリンダ容積を有するエンジンの燃焼室容積に対して測った場合に言える。バルブの周縁にリングシールを取り付けることは、そうしない場合に比べて直径が一層大きくならざるを得ない。さらに、バルブ周縁における開口の各端部に設けるリングシールは、リングシールリングとバルブとの間に大きなシール領域を有する。これらのシール領域は、全燃焼圧を受ける。したがって、摩擦駆動損失が高い。最後に、このシール構成は、組み立てが極めて困難であり、すなわち、内側の部分的なリングシールを、組み立て中に整列させておき、これら内側の部分的シールリングの内端を、軸線方向シールの各端部に設けた小さい突起の外側に着座しておかなければならないからである。突起とこれらの内側の部分的リングシールにおける内側端部との間における必要とされるクリアランスが小さければ小さいほど、組み立て中の適正整列は極めて困難であり、大量生産に適さない。
【００１２】
米国特許第５，５２６，７８０号（ウォリス特許）に記載の構成に関連した隙間容積の問題は十分に考慮されたにもかかわらず、小さいシリンダ容積のエンジンでは、依然として隙間容積が依然として大きく、エンジン性能に悪影響を及ぼすことが、次第に明らかになってきた。これらの隙間容積に侵入した燃料／空気混合物は、通常の燃焼プロセス中で燃焼することができず、この結果、エンジンの燃料消費率および性能が低下し、高い排出物を生むことになる。点火プラグから離れた隙間容積は、とくに不利益をもたらし、これはすなわち、膨張する火炎フロントが、未燃焼ガスをこれらの隙間容積に押し込み、急激に増大するシリンダ圧力が隙間容積中の未燃ガスの濃度を急速に上昇させることになるからである。したがって、隙間容積に溜まる未燃焼ガスの質量分率は、隙間容積の容積分率よりはるかに大きくなる。
【００１３】
本発明によるシール構成と、米国特許第５，５２６，７８０号（ウォリス特許）に記載のシール構成の特徴は、高圧シリンダガスを使用してシール素子に作用させることである。したがって、シールに必要な圧力が大きくなるほど、シールとバルブとの間、およびシールとこのシールに対応するシール溝におけるシール面との間に加わる閉鎖力が大きくなる。これは、シール溝においてシール素子を包囲する領域に高圧ガスが流入できるようにすることによってのみ達成される。空気／燃料混合物は、通常の燃焼プロセス中、これらの領域において燃焼することができないので、このガスが占める体積は、隙間容積である。
【００１４】
米国特許第５，５２６，７８０号（ウォリス特許）の過度の隙間容積は、２つの問題点の結果である。第１に、外側のリングシールはバルブの全周縁にわたり存在し、内側のリングシールはバルブの全周縁の約７５％にわたり延在する。この結果、バルブ内におけるこれらシールとその整合溝のとの間、およびリングシール自体間に、大きな隙間容積を生ずる点である。この問題は、隙間容積が点火プラグから大きな距離離れた位置に存在し、したがって、この領域を満たす混合気の密度が高く、しかも主に未燃焼ガスからなる混合気で満たされる状況によって、悪化する。第２に、リングシールを、軸線方向シールの端部に配置し、窓の軸線方向端部とリングシールとの間に長いキャビティが残存する点である。これらの２つの問題は、結果として低い性能および高排出物をもたらす、容認できないほど大きい隙間容積を生ずる。
【００１５】
このように、従来技術では、ロータリーバルブとこのロータリーバルブを収容する孔との間にクリアランスを有して作動するロータリーバルブをシールするのに提唱された、少なくとも３種類のガスシール構成がある。これらの解決策のうち、米国特許第４，０３６，１８４号（グエンサー特許）および米国特許第４，８５２，５３２号（ビショップ特許）の２つは、適切なシールを行えない。第３の解決策である米国特許５，５２６，７８０号（ウォリス特許）はシールの問題には対応しているが、他の問題を誘発する。
【００１６】
成功するガスシール構成は、６個の基準を好ましくは満たさなければならない。第１に、それは、最小限の漏出で高圧燃焼ガスをシールしなければならない。この漏出は「ブローバイ」と称される。ブローバイは、世界中の排ガスの法律によって厳しく規制されている未燃焼炭化水素を含む。第２に、成功するガスシール装置は、隙間容積が最小でなければならない。第３に、ブローバイガスが、ＨＣ（炭化水素）排ガス排出物として排気ポートに放出されるのを防止できる構成でなければなければならない。第４に、ガスシール素子が、エンジンの摩擦損失を最小限にするために、ロータリーバルブに対して最小抵抗を生じなければならない。第５に、組立体は、大量生産環境でより簡単に組み立てができなければならない。最後に、組立体は、大量生産環境で経済的に製造できなければならない。従来の構成は、いずれも、これら全ての基準の解決を提供するものではない。
【００１７】
本発明は、シレンダヘッドの窓を包囲するアキシャル軸線方向シールおよび周方向シールのアレイを利用する。この装置に最も近い従来技術は、米国特許第４，０３６，１８４号（グエンサー特許）および米国特許第４，８５２，５３２号（ビショップ特許）で見られる。双方の特許とも、上述したように、シールパックからの過度の漏出が欠点である。米国特許第４，０３６，１８４号（グエンサー特許）は、層状給気半径方向流ロータリーバルブエンジンに関するもので、窓を包囲する４個のシール素子のアレイに関するものである。米国特許第４，８５２，５３２号（ビショップ特許）は軸流ロータリーバルブエンジンに関するもので、窓を包囲する４個のシール素子のアレイに関するものである。
【００１８】
米国特許第４，０３６，１８４号（グエンサー特許）に記載のタイプの半径方向流ロータリーバルブは、シリンダにつき単一のロータリーバルブを有し、バルブの周縁に開口して互いに軸線方向にオフセットしている吸気口および排気口を必要とする。これは、明らかに周縁に開口する吸気口および排気口の軸線方向開口長さを制限する。これのことは、バルブがエンジン回転速度の１／４で回転するという事項とあいまって、極めて制限された給排気量にならざるを得ないことを意味する。
【００１９】
本発明は、とくに、エンジン回転速度の１／２で回転する軸流ロータリーバルブを目的とする。これらの構成において、バルブ周縁の開口は、軸線方向にオーバーラップし、周方向にオフセットして配置する。したがって、開口は、極めて長くとれる（代表的には、シリンダボア径の８０％以上の大きさにできる）。これらのより大きな開口は、バルブがエンジン回転速度の１／２で回転するという事項とあいまって、シリンダにつき単一の半径方向流バルブによって得られるものよりも、装置の給排気量がはるかに大きくなる。
【００２０】
バルブ周縁に長い開口を形成できる能力は、シリンダにつき単一の半径方向流ロータリーバルブを使用している構成には存在しない、軸流ロータリーバルブ上の設計制約条件をもたらす。米国特許第４，０３６，１８４号（グエンサー特許）に記載のタイプの半径方向流バルブとは異なり、軸流装置が軸線方向シールを支持することができる唯一の場所は、バルブ周縁での開口の軸線方向端部の外方である。シリンダにつき単一の半径方向流バルブを使用している装置においては、バルブ周縁にある開口の外側の軸線方向端部外方には軸線方向シールを支持するのに僅かな要件しかなく、これはすなわち、軸線方向シールを支持するために、隣接する開口間にバルブ直径全体の「ブリッジ」があるからである。したがって、米国特許第４，０３６，１８４号（グエンサー特許）に記載の半径方向流ロータリーバルブにおいては、周方向シールは、隙間容積に悪影響を与えることなく、隣接する窓に近接配置できる。
【００２１】
米国特許第５，５２６，７８０号（ウォリス特許）および米国特許第４，８５２，５３２号（ビショップ特許）に記載のタイプの軸流ロータリーバルブ構成においては、それらがバルブの周縁上に充分な軸受領域を有するようにするために、単一の長い開口にわたる軸線方向シールを、窓の端部を越えて軸線方向に若干の距離だけ突出させなければならない。軸線方向シールの軸線方向外側に、周方向シールを配置することは、窓の軸線方向端部と周方向シールとの間に大きな隙間容積を生ずることになる。この隙間容積が点火プラグと離れているならば、それは主に、この隙間容積に未燃焼ガスが充満し、隙間容積によって生じる問題をさらに悪化させる。
【００２２】
米国特許第４，０３６，１８４号（グエンサー特許）においては、半径方向に大きくそれゆえに比較的剛性が高い周方向シールと比較して、軸線方向シールは半径方向に小さく、それゆえに、比較的可撓性を有する。このグエンサー特許に説明はないが、これらの素子の相対的な寸法及び剛性はおそらくシール機能と関連があると思われる。しかし、この構成はうまく機能しないであろう。
【００２３】
米国特許第４，０３６，１８４号（グエンサー特許）に記載のタイプの周方向シールでは、ロータリーバルブの面に適合できないほど剛性が高く、納得できるものではない。熱的および機械的な負荷が、作動中、バルブの表面を変形させる。バルブ表面の変形した形状に十分適合できるほど可撓性を有していなければ、静的には完全に適合したシールでさえ、作動中、バルブ周縁に対してシールしないであろう。このことは、シール頂面を経ての漏出およびシール機構の不安定化という結果になることは不可避であろう。バルブと周方向シールの整合面との間に高圧ガスが存在することは、結果として、シールをバルブ表面に接触するよう押し付けるよりむしろ、バルブ表面から離れる方向に押し離すことになるであろう。この結果、周方向シールのシール面にわたり大きな漏出を生ずるであろう。
【００２４】
可撓性のある軸線方向シールは、連続的な波形スプリングによって、バルブ周縁に対して圧着する。このスプリング装置は、バルブ周縁の開口に向けて軸線方向シールを屈曲させるよう作用し、したがって、潜在的にそれらが開口の閉鎖端部に衝突したり、シールを破損したりする可能性がある。このため、軸線方向シールは適切な剛性を有、このような不都合が生じないことを確実にするようにスプリング装置を適切に設計しなければならない。従来技術の構成においては、周方向シール（シールできるように、バルブ周縁の面に適合しなければならない）が、軸線方向シール（剛性を有していなければならない）と比較して、半径方向により深い断面形状になるという、矛盾がある。
【００２５】
米国特許第４，０３６，１８４号（グエンサー特許）に記載のシリンダにつき単一の半径方向流ロータリーバルブを使用している構成の場合においては、ロータリーバルブの軸線方向に沿って配置された３個の個別の開口を有しており（軸線方向に互いに離れている）、軸線方向シールの剛性に対する要求は明らかに少ない。また一方で、この構成は、わずかな吸排気量しか有しない。米国特許第４，０３６，１８４号（グエンサー特許）は、予燃焼室を中央位置に配置できるため、ツインバルブ構成が好ましいと記載している。米国特許第４，０３６，１８４号（グエンサー特許）に記載のシリンダにつき２個のロータリーバルブ（すなわち吸気および排気のための個別のバルブ）を有する半径方向流装置は、バルブに長い開口を使用でき、この吸排気問題に部分的に対処できるが、米国特許第４，０３６，１８４号（グエンサー特許）に記載のような軸線方向シール構成ではうまく機能しないであろう。ツインバルブ装置は、吸排気量を改善するために、利用可能な開口（および窓）の長さを最大限にすること（しかし、このことは記載されていない）が想定される。この構成は、深さを増やすことにより、軸線方向シールの剛性を大幅に向上させることによってのみ機能するようなる。ツインバルブ構成は、２個のシールアレイを設ける（ＴＥＬＡ及び隙間容積が２倍になる）ことになるため、さらなる隙間容積及び漏出の問題を生ずる。深い軸線方向シールがない場合、波形スプリングは、単に、バルブ周縁の開口に軸線方向シールを押し付けるだけであり、それは開口の閉鎖端部に対して衝撃を与えることになる。類似した状況は、米国特許第５，５２６，７８０号（ウォリス特許）および米国特許第４，８５２，５３２号（ビショップ特許）に記載のタイプの軸流ロータリーバルブ構成においても存在する。
【００２６】
長い窓を用いたいかなる構成でも、軸線方向シール素子の半径方向深さおよび剛性は、周方向シールの半径方向深さおよび剛性よりも、はるかに大きくなければならない。このような構成は、米国特許第４，８５２，５３２号（ビショップ特許）に記載されている。
【００２７】
過度の剛性の問題に加えて、米国特許第４，０３６，１８４号（グエンサー特許）に記載の周方向シールには、他の問題もある。シールが大きいことによって、周方向シールのまわりに過度な隙間容積が生じるのである。米国特許第４，８５２，５３２号（ビショップ特許）の場合において、周方向シールが長いことによって、結果として半径方向には短いという事実にもかかわらず、シールの周りに過度の隙間容積が生ずる結果となる。
【００２８】
米国特許第４，０３６，１８４号（グエンサー特許）および米国特許第４，８５２，５３２号（ビショップ特許）のいずれも、シールパックからの漏出が排気装置に入り込み、排気問題を引き起こすのを防ぐのに満足な手段を有していない。今日、ほとんどのエンジンからの排出物が厳しく規制されている。米国特許第４，０３６，１８４号（グエンサー特許）および米国特許第４，８５２，５３２号（ビショップ特許）の双方において、シール素子を通過する漏出は吸気口および排気口へ送られる。後縁軸線方向シールの周方向外側の漏出は、エンジンの中へと戻されて害をおよぼすことなく再利用される吸気口（米国特許第４，８５３，５３２号の図７を参照）に達する。前縁軸線方向シールでの周方向外側の漏出は、未燃焼の炭化水素として排気装置から排出される排気口に達する。漏出は軸線方向シールの周方向端部の外側における周方向シールの両端から起こるので、全漏出量のほぼ半分は排気口に達し、半分は吸気口に達する。このようなエンジンは、排出物の観点から容認できない。
【００２９】
米国特許第４，０３６，１８４号（グエンサー特許）の場合、周方向シールがシリンダヘッド内の端部閉鎖溝（米国特許第４，０３６，１８４号の用語では「ノッチ」）に収容しなければならない。これら端部閉鎖溝を形成するための、大量生産方法は知られていない。放電加工によって製造することはできるが、これには処理が緩慢であり、これらの溝の深さが深いゆえに、さらに処理に一層の時間がかかる。米国特許第４，８５２，５３２号（ビショップ特許）の場合では、周方向シールはハウジング全周にわたり延在し、したがって、製造するのが容易な周方向溝に収容する。しかし、この特徴は隙間容積の問題の原因となる。
【００３０】
最後に、これら従来技術の構成は、大量生産の状況で組み立てるのが困難である。ロータリーバルブを組み立て、または、ヘッド組立体（装着したシールを含む）が移送される間、個々のシール素子を、それらの引っ込んだ位置に個別に保持しなければならない。マルチシリンダヘッド組立体においては、すべてのシールを装着し、個別に保持してから、このサブ組立体を移送してバルブをヘッドに組み込まなければならない。
【００３１】
ガスシール装置を必要とすることの他に、軸流ロータリーバルブでは、通常オイルシール装置も必要とする。ロータリーバルブを支持する軸は、一般的にオイルで潤滑する。ほとんどの場合、バルブは、バルブを経てポンプ送給されるオイルで冷却されもする。成功し得るオイルシール装置は、２つの基準を満たさなければならない。第１に、オイルシール装置は、バルブ中央における円筒状部分に向かって、オイルが軸線方向内方に漏出するのを防止し、また、潤滑系統に向かってブローバイガスが軸線方向外方に移動するのを防止しなければならない。第２に、オイルシール装置は、ガスシール素子との組み合わせで作用し、排出物問題を生じない位置の領域にブローバイガスを通過させるようにしなければならない。米国特許第４，０３６，１８４号（グエンサー特許）は、この点に関して言及していない。
【００３２】
米国特許第４，８５２，５３２号（ビショップ特許）は、ガスシールおよびオイルシールの双方の機能を有する素子として、周方向シールを使用している。このような構成は、満足のいくオイルシールとして機能しないことが分かっている。吸気行程中、シリンダ内の負圧は、周方向シール素子を軸線方向内方に引き寄せ、そのシール溝の軸線方向内方の壁に圧着させる。これにより、周方向シールの軸線方向外方の側面とシール溝の軸線方向に最外側の壁との間にギャップを開かせる。オイル圧およびシリンダ負圧によって動かされるオイルは、このときこのギャップに侵入し、周方向シールの下側の容積部分に堆積してしまう。圧縮行程中、周方向シールは、軸線方向外方に押しやられ、シール溝の軸線方向外側の壁に押し付けられ、したがって周方向シールの軸線方向内側の側面とシール溝の軸線方向内側の壁との間にギャップを開かせる。シリンダからの高圧ガスは、周方向シールの下側にキャビティに入りこみ、このオイルを吸気ポートおよび排気ポートへの漏出として吹き飛ばす。
【００３３】
米国特許第５，５０９，３８６号（ウォリス氏らの特許）は、オイルシールに影響を及ぼすようガスシールおよび面シールに影響を及ぼす浮動シールのアレイを使用するガス及びオイルシール構成を記載している。シールの浮動アレイを、２個の軸線方向シールおよび４個のリングシールにより構成する。軸線方向シールは負担されるシリンダヘッドの孔に形成した溝に配置し、リングシールはバルブに形成した溝に配置する。オイルシールは、リングシールの軸線方向外方に位置する非回転環状部材によって影響を受ける。この構成では、リングシールを通過して漏出するブローバイガスは、バルブの外径とシリンダヘッドにおける孔との間で半径方向に形成され、また、リングシールと非回転環状部材との間で軸線方向にに形成される環状キャビティに溜まる。非回転環状部材は、環状キャビティの圧力増加の結果として、「吹き出す（ブローオフ）」するよう、またブローバイガスをオイル装置に排出するよう設計する。実際には、これらのブローバイガスには、未燃焼燃料を含んでおり、この未燃焼燃料が時間をかけてオイル装置に排出されるとき、オイルを重度に汚し、その潤滑特性を悪化させる。潤滑オイル装置への未燃焼燃料の連続的な排出によって、長期間にわたり、潤滑装置内のオイル量が増加する要因となる。
【００３４】
この問題を改善する方法が米国特許第５，５０９，３８６号（ウォリス特許）において記載されているが、非回転環状部材が半径方向に配置された面に吹き出す頻度を単に減らしただけであるため、全体的には効果がない。唯一の効果的な解決法は、非回転環状部材全体を通過するブローバイの排出を排除することである。この問題を克服する一つの解決法が記載されているが、ロータリーバルブ組立体につき２個の圧力逃がしバルブおよび付加的に配管を追加するという構造上の複雑化の問題を生ずる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３５】
本発明は、従来技術の少なくともいくつかの問題を改善するロータリーバルブ組立体のシール装置を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００３６】
本発明は、を有するを備えた内燃機関のためのロータリーバルブ組立体であって、円筒状部分、およびこの円筒状部分における開口として終端する吸気ポートおよび排気ポートを有する軸流ロータリー式のバルブと、このバルブが、軸線の周りに回転する孔を有するシリンダヘッドであって、前記ロータリーバルブが前記円筒状部分と前記孔との間で所定の小さいクリアランスを有して軸線の周りに回転するようにしたシリンダヘッドと、前記孔を燃焼室に連通させるほぼ矩形断面形状の窓であって、前記バルブが回転するとき前記開口と周期的に連通する該窓と、前記孔に前記バルブを支承する軸受手段と、前記窓を包囲する浮動シールのアレイと、および前記円筒状部分に対して浮動シールのアレイを予荷重を加えて圧着させる押圧偏倚手段とを備え、前記浮動シールのアレイは、前記窓の互いに対向する側辺に隣接する少なくとも２個の互いに離れた細長い軸線方向シール、および前記窓の両側の端部に隣接する少なくとも２個の互いに離れる円弧状の周方向シールを備え、前記各軸線方向シールを前記孔に形成した軸線方向に延在する対応の軸線方向溝に収納し、前記各周方向シールを前記孔に形成した周方向に延在する周方向溝に収納した、該ロータリーバルブ組立体において、前記周方向シールを、前記軸線方向シールの端部間で軸線方向に配置したことを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
好ましくは、周方向シールを前記軸線方向シールの周方向内側側面間に小さいクリアランスを有して延在させる。好ましくは、軸線方向溝を前記周方向溝より深くする。
【００３８】
好ましくは、押圧偏倚手段は、少なくとも１個の前記軸線方向シールの端部に配置した少なくとも１個のスプリングを備え、このスプリングは、前記軸線方向シールとほぼ同一の周方向幅を有し、前記軸線方向シールの底面とこれに対応の前記軸線方向溝の底面との間における空間に存在させ、前記スプリングは、燃焼ガスが前記軸線方向シールの端部を通って前記軸線方向シールの底面とこれに対応する前記軸線方向溝の底面との間で流れるのをブロックする構成とする。
【００３９】
好ましくは、スプリングは、前記軸線方向シールの端部に対して軸線方向にほぼ整列する閉鎖端部と、前記アキシャルシールの中央へこの閉鎖端部から前記軸線方向シールの中間部分に向かって軸線方向に突出する第１および第２の脚とを備え、前記第１の脚を前記軸線方向シールの底面に接触させ、前記第２の脚を対応する前記軸線方向溝の底面に接触させる構成とする。好ましくは、第１の脚を前記第２の脚より短くする。
【００４０】
好ましい実施例においては、スプリングを前記軸線方向シールと一体に形成する。
【００４１】
好ましくは、る軸線方向シールと前記周方向溝よりも軸線方向外側の軸線方向溝との間に、最小の側方クリアランスを設ける。軸線方向シールを、前記軸線に指向するよう傾けて形成する。
【００４２】
好ましくは、軸線方向溝を端部閉鎖溝とし、各前記軸線方向シールの端部とこれに対応する軸線方向溝の端部との間に最小限のクリアランスを設ける。
【００４３】
好ましい実施例では、少なくとも１個の前記軸線方向シールにおける少なくとも一方の端部と、これに対応する軸線方向溝の隣接する端部との間にあるクリアランスを、可撓性部材によって埋め合わせ、この可撓性部材により前記クリアランスを通過する燃焼ガスの流れをブロックする構成とする。
【００４４】
他の好ましい実施例として、少なくとも１個の前記軸線方向シールの少なくとも一方の端部における下面に窪みを形成し、この窪みに可撓性シール素子を配置し、対応する前記軸線方向溝の側面間の空間を埋める構成とする。
【００４５】
好ましくは、少なくとも１個の前記周方向溝を、少なくとも一つの前記軸線方向溝の周方向最外側を通過して周方向に延長させ、前記軸線方向溝に収納した前記軸線方向シールは、前記周方向溝の底面が前記軸線方向溝の周方向最外側の側面に交差する部分をカバーする構成とする。
【００４６】
好ましくは、前記孔は、前記軸線方向溝の端部に位置する少なくとも１個の半径方向段差部を有し、前記半径方向段差部の深さを前記軸線方向溝の深さと少なくとも等しくし、前記軸線方向溝の前記端部を前記半径方向段差部に衝合するスリーブによって閉鎖する構成とする。
【００４７】
好ましくは、窓の各端部に、２個の前記周方向シールを設ける。
【００４８】
好ましくは、前記バルブは、前記円筒状部分の両側の端部から半径方向内方に延在する第１および第２のバルブシートを有し、前記円筒状部分を、前記軸線方向シールの端部を越えて僅かな距離にわたり軸線方向に延在させ、前記ロータリーバルブ組立体は、さらに、第１および第２のシールリングを備え、これらシールリングは前記孔を可撓的にシールし、かつそれに対応する前記第１および第２のバルブシートに対して軸方向内方に圧着する構成とする。
【００４９】
好ましくは、少なくとも２個の前記軸線方向シールは、前縁軸線方向シールおよび後縁軸線方向シールを備え、前記後縁軸線方向シールを前記前縁軸線方向シールより短くする。
【００５０】
好ましくは、前記孔は、前記周方向シールの軸線方向外側であり、前記シールリングの軸線方向内方であり、また前記軸線方向シール間における周方向に位置する、少なくとも１個の通気孔を有する構成とする。
【００５１】
好ましい実施例では、前記通気孔をリザーバに連通させる構成とする。他の好ましい例として、前記通気孔を前記吸気ポートに連通させる構成とする。
【００５２】
他の好ましい例として、少なくとも１個の前記軸線方向シールにおける少なくとも一方の端部であり、前記周方向シールの軸線方向外側におけるシール面の一部、および前記端部にすぐ隣接する前記孔の領域の双方を、半径方向に切除する。
【００５３】
好ましくは、前記バルブシールリングを、前記バルブシールリングと前記孔との間に配置したＯリングによって可撓的にシールする。
【実施例】
【００５４】
図１は、バルブ１およびシリンダヘッド１０を有するロータリーバルブ組立体を示す。バルブ１は、吸気ポート２および排気ポート３を有する。バルブ１の外面は、中央に一定直径の円筒状部分４を有する。吸気ポート２は、円筒状部分４における吸気開口７で終端する。排気ポート３は、円筒状部分４における排気開口８で終端する。排気開口８は、軸線方向には吸気開口７とオーバーラップし、周方向には吸気開口７に対してオフセットする。バルブ１は、シリンダヘッド１０の軸線２９の周りに回転するよう、軸受９によって支持する。円筒状部分４とシリンダヘッド１０の孔１１との間に、小さい運動クリアランスを維持して、軸受９によってバルブ１が軸線２９の周りに回転できる。
【００５５】
シリンダヘッド１０を、シリンダブロック１４の頂部に取り付ける。ピストン１２は、シリンダブロック１４に形成するシリンダ１３内で往復運動する。バルブ１が回転するにつれて、吸気開口７および排気開口８は周期的にシリンダヘッド１０の窓１５に連通し、燃焼室３１とバルブ１との間で流体が通過できる。
【００５６】
図２は、窓１５を包囲する浮動シールのアレイを示し、この浮動シールは、シリンダヘッド１０における軸線方向溝18および周方向溝１９にそれぞれ収容する、軸線方向シール１６および周方向シール１７を有する。窓１５は、側壁３２および端壁３３を有する矩形形状である。軸線方向シール１６は、軸線２９に対してほぼ平行で、窓の側壁３２から離れて位置する。周方向シール１７は、軸線２９に対してほぼ直交する対応平面上に位置し、窓１５のそれぞれに隣接する両側の端壁３３から離れて位置する。周方向シール１７は、軸線方向シール１６の端部３４間で、軸線方向に離して配列する。円筒状部分４は、浮動シールのアレイに対して摺動する。圧縮ストロークおよび燃焼ストロークの間、燃料／空気混合物および燃焼室３１内の高圧燃焼ガスが、円筒状部分４とシリンダヘッド１０の孔１１との間に存在する小さい運動クリアランスから漏洩するのを、軸線方向シール１６（円周方向に）および周方向シール１７（軸線方向に）によって、防止する。このシール構成により、周方向シール１７が窓１５の端壁３３の近傍に配置し、隙間容積を最小にするのを確実にする。
【００５７】
図３は、図２と同様の図であるが、シール１６および１７を収容する溝の詳細を示すため、シール１６および１７を取り外した状態を示す。軸線方向溝１８は、行き止まり端部として終端し、周方向溝１９は窓１５に最も近い側の軸線方向溝１８の側面２４で終端する。
【００５８】
図４は、浮動シールのアレイを示し、このアレイの種々のシール素子の空間における相対配置状況を示す斜視図である。軸線方向シール１６は、矩形断面であり、周方向の幅より深い半径方向の深さを有する。軸線方向シール１６は、各軸線方向シール１６の両側の端部で、スプリング２１によってバルブ１の円筒状部分４に圧着する。各スプリング２１は、Ｕ字状半径方向部を有し、Ｕ字状の閉じた端部を軸線方向シール１６の対応する端部に対して軸線方向にほぼ整列させ、Ｕ字状の２個の脚４１，４２を軸線方向シール１６の対応する中間部分に向かって閉じた端部から軸線方向に突出させる。上側の脚４１を、対応の軸線方向シール１６の底面５に接触させ、下側の脚４２を、対応の軸線方向溝１８の底面６に接触させる。スプリング２１の周方向の幅を、軸線方向シール１６にほぼ等しくする。スプリング２１は、スプリング２１と軸線方向シール１６と間の作用線が、バルブ１の開口７，８における軸線方向端部の近傍、または外側に位置するように設計する。図５に示すように、スプリング２１のそれぞれは、各軸線方向シール１６の底面５と軸線方向溝１８の底面６と間のクリアランスを填隙する。スプリング２１の形状および位置は、スプリング２１によって、高圧ガスが、軸線方向シール１６の底面５と軸線方向溝１８の底面６との間（軸線方向シール１６に流入し、軸線方向シール１６の端部を通過し、軸線方向シール１６の端部と軸線方向溝１８の隣接端部との間のクリアランスに流入するのを阻止するよう構成する。図示の実施例では、スプリング２１および軸線方向シール１６は、個別の構成部材とする。しかし、図示しない他の実施例においては、スプリング２１を軸線方向シール１６に一体形成することができる。例えば、これら一体スプリングは、下側の脚４２に類似した単独の脚を有し、軸線方向シール１６の端部における底面５からほぼ軸線方向に延在する。
【００５９】
図の実施例では、スプリング２１および軸線方向シール１６は、別々の構成要素である。しかし、図示しない実施例において、スプリング２１を軸線方向シール１６に一体形成することもできる。例えば、これらの一体スプリングを、下側の脚４２と同様の単に１個の脚としてもよく、軸線方向シール１６の端の底面５からほぼ軸線方向に延在させてもよい。
【００６０】
軸線方向シール１６は、対応する軸線方向溝１８内で軸線方向シール１６の信頼性高い自由な半径方向移動ができるよう、それらそれぞれの軸線方向溝18内での最小端部クリアランス、および最小側方クリアランスを設けるよう設計する。周方向シール１７間の領域内で窓１５に最も近い軸線方向シール１６の側面３６は、軸線方向シール１６の側面３６と軸線方向溝１８の周方向最内側の側面２４との間を通る高温高圧燃焼ガスにさらされる。各軸線方向シール１６のこの部分にはカーボン蓄積が不可避であり、また、側方クリアランスは、軸線方向溝１８内で軸線方向シール１６が噛み付きを生じて動かなくなることのないように、この蓄積に対処するのに十分な大きさでなければならない。周方向シール１７の軸線方向外側における軸線方向シール１６の部分は、他の部分よりも相当低温となり、他の部分と同じようなカーボン蓄積を受けない。軸線方向シール１６のこの部分とこれに対応する軸線方向溝１８との間における側方クリアランスは、この側方クリアランスが浮動シールアレイのＴＥＬＡに直接影響するので、ほとんどの場合、減少する。
【００６１】
このように、軸線方向シールは、周方向溝の軸方向外側領域で軸線方向溝に、最小限の側方クリアランスを必要とする。アキシャル軸線方向シールと周方向溝の軸線方向外側における軸線方向溝との間にある側方クリアランスの記述において、「最小限の側方クリアランス」とは、エンジン寿命にわたり軸線方向溝においてシールが半径方向に自由に移動可能となる最小クリアランスプラス必須シール幅と溝の製造公差との間のクリアランス範囲として定義する。このクリアランスは、代表的には、０．０１ｍｍとすることができる。軸線方向シール１６の側面３６を、周方向溝１９の軸線方向外側における軸線方向溝１８の周方向最も内側の側面２４に対して極めて接近させることは、これらクリアランスを通過する漏出流が大きな粘性流損失を受けやすいことを意味する
【００６２】
軸線方向シール１６の底面５の輪郭は、スプリング２１を収容するために、両端を切り欠いて対応すに軸線方向溝１８の底面６の輪郭に適合させる。隙間容積を減少するために、軸線方向シール１６の底面５および軸線方向溝１８の底面６との間の設計クリアランスは最小限に維持し、全ての動作条件および組み立て条件下でポジティブなクリアランスが維持されるようにする。円筒状部分４に接触する各アキシャル軸線方向シール１６の上面は、摺動するバルブ1の円筒状部分４に正確に適応するために、平坦もしくは凹状円弧形状にすることができる。
【００６３】
周方向シール１７は、横ほぼ矩形断面とする。周方向シール１７の上側シール面３７は円弧状とし、この周方向シールが摺動するバルブ１の円筒状部分４よりも直径を僅かに小さくする。周方向シール１７の半径方向深さは、この周方向シールがバルブ１の円筒状部分４の表面に適合するのを確実にし、また周方向シール１７の周りにおける隙間容積を最小限にすることを確実にするために、相当小さくする。周方向シール１７は、スプリング２２によって、バルブ１の円筒状部分４に圧着する。スプリング２２は、代表的には、周方向シール１７の（軸線方向に測った）幅と合致する幅を有する平坦な矩形断面のばね鋼により構成する。各周方向溝１９内における周方向シール１７の側方クリアランスおよび半径方向クリアランスが、軸線方向シール１６につき説明したのと同様にする。周方向シール１７の端面２３および軸線方向シール１６の側面３６との間における端部クリアランスは、軸線方向シール１６および周方向シール１７が自由に移動でき、また、全ての作動条件下でバルブ１の円筒状部分４との接触を維持できる最小限のクリアランスにする。軸線方向シール１６および周方向シール１７は、スチール製とすることができる。
【００６４】
図５は、周方向溝１９の中心におけるシールアレイの拡大部分断面図である。軸線方向溝１８は、周方向溝１９より深い。軸線方向シール１６はバルブ１の軸線２９に向かって傾斜し、好ましくは図１２に示すように、軸２９に対して半径方向に指向するよう設ける。組み立て中は、周方向シール１７およびこれら周方向シールに対応するスプリング２２を、周方向溝１９の底面に向かって圧縮する。つぎに、軸線方向シール１６を、軸線方向溝１８に取り付ける。この後ｍ周方向シール１７を釈放すると、弾発的に拡開して軸線方向シール１６の側面に圧着し、これら軸線方向シール１６をロックする。これによって、シリンダヘッド１０の孔１１に容易に取り付けることができるようになり、このとき、シールアレイがそれらに対応する溝から外れるのを防ぐよう、シールを物理的に抑止する必要がなくなる。これは、大量生産のために設計した全てのロータリーバルブ用シールアレイにとって好適である。シール１６，１７を、対応の溝１８，１９に組み付け、上述の機構によってシリンダヘッド１０の所定位置にロックし、また、バルブ１をシリンダヘッド１０の孔１１に組み込むまで「安定した」状態にしておくことができる。シリンダヘッド１０へのバルブ１の組み込み（シリンダヘッド１０にはシール１６，１７を予め組み付けてあるとして）は、バルブ１の一方の端部にテーパー付きスリーブを嵌合し、その後シール１６，１７の頂面に沿って、バルブ１をシリンダヘッド１０の孔１１に押し込むことによって、容易に行うことができる。
【００６５】
作動中、軸線方向シール１６および周方向シール１７は、そのそれぞれのスプリング２１および２２によって、バルブ１の円筒状部分４に圧着する。圧縮および燃焼行程中、高圧ガスは、窓１５に対向する軸線方向シール１６および周方向シール１７の表面と、対応の溝１８，１９の隣接する側面との間に流入し、各シール１６，１７の底面に進入し、この底面に溜まり、この溜まったガスの圧力が、シール１６，１７をシリンダ１３の圧力に比例した力とともに、バルブ１の円筒状部分４に押し付ける。
【００６６】
上述したように、浮動シールのアレイが小さいＴＥＬＡであることは、重要である。図６は、このシールアレイからの漏出に関する問題を検討するのを容易にするものであり、シールアレイにおける一つのコーナー部分の斜視図である。究極的には、浮動シールアレイからの全ての漏出は、バルブ１の円筒状部分４とシリンダヘッド１０の孔１１との間で発生するガス流にならなければならない。シール１６，１７を有するこの実施例における浮動シールのアレイにおいて、この漏出が起こりうる３個の箇所がある。それは、第１に、軸線方向溝１８の端部から（本明細書中おいて「タイプＡの漏出」と称する）、第２に、周方向シール１７の外側の領域における軸線方向溝１８の周方向最内側の側面２４から（本明細書中おいて「タイプＢの漏出」と称する）、第３に、周方向シール１７の端面２３とこれに対応する軸線方向シール１６との間に存在するクリアランスから（本明細書中おいて「タイプＣの漏出」と称する）から漏出する。
【００６７】
よりよく本発明を理解するために、各対応するシールおよび溝の代表的な寸法およびそれら互いのクリアランスの実施例を考慮すると有用である。これらの寸法は、関連する漏出面積の算出を可能にする。以下の寸法およびクリアランスを、本明細書中での漏出面積に関する以下の議論に適用する。
【００６８】
軸線方向シール１６：長さ＝９０ｍｍ、周方向幅＝２ｍｍ、半径方向深さ＝４ｍｍ、軸線方向シール１６の底面５と作動位置での軸線方向溝１８の底面６との間におけるクリアランス＝０．３０ｍｍ、周方向溝１７の軸線方向外側領域における軸線方向溝１８内での軸線方向シール１６の側方クリアランス＝０．０１ｍｍ、軸線方向溝内における軸線方向シールの端部クリアランス＝０．０５ｍｍ（各端部で冷間時）、０．１０ｍｍ（各端部で熱間時）。
【００６９】
周方向シール１７：軸線方向幅＝３．０ｍｍ、周方向シール１７の端面２３と隣接する軸線方向シール１６との間におけるクリアランス＝０．１０ｍｍ（各端部）、周方向シール１７の下面と作動位置での周方向溝１９との間におけるクリアランス＝０．３０ｍｍ、周方向溝１９を通過する軸線方向溝１８のオーバーラップ量＝２．５ｍｍ。
【００７０】
シリンダヘッド１０：円筒状部分４とシリンダヘッド１０の孔１１との間における半径方向クリアランス＝０．１０ｍｍ。
【００７１】
タイプＡ，Ｂ，Ｃの漏出は全て、を円筒状部分とシリンダヘッド１０の孔１１との間における領域に流入する高圧排気ガスである。タイプＡの漏出は、概して４×（２×０．１０）＝０．８ｍｍ２ （「４」は、シールアレイ１６，１７の４個のコーナーを考慮している）の漏洩面積（円筒状部分４と孔１１との間）を有する。タイプＢの漏出は、概して４×（２．５０×０．１）＝１．０ｍｍ２の漏洩面積を有する。タイプＣの漏出は、概して４×（０．１０×０．１０）＝０．０４ｍｍ２ の漏洩面積を有する。タイプＣの漏出は比較的小さく、タイプＢの漏出と同じ領域で漏出するため、それは無視できる。
概して、「タイプＡおよびＢの漏出」面積は、従って、１．８ｍｍ２ である。
【００７２】
しかし、１．８ｍｍ２ のこのタイプＡおよびＢの漏出面積は、（ウォリス氏の）米国特許第５，５２６，７８０号（ウォリス特許）に記載の従来技術におけるシールシステムのＴＥＬＡと比較して、極めて大きい。この大きさの漏出面積は、いかなる最新の内燃機関においても容認できない。この例において、直接または間接的にタイプＡおよびＢの漏出をもたらすこれらの流れの面積を制御することによって、この課題を本発明がどのように対処しているかについて示す。
【００７３】
タイプＡの漏出は、軸線方向シール１６の下側（流れＤ）から、軸線方向シール１６の端部と軸方向溝１８の端部との間を上昇する（流れＥ）流れのガスによって、主に供給される。軸線方向シール１６の下側における主な供給面積は、４×（２×０．３０）＝２．４ｍｍ2 である。軸線方向シール１６の端部と軸線方向溝１８の端部との間における主な供給面積は、４×（２×０．０５）＝０．４ｍｍ2 である。
【００７４】
代表的には、ハウジングはアルミニウムから、軸線方向シールはスチールから形成する。従って、組立体が動作温度に達する頃までには、軸線方向シール１６と軸線方向溝１８との熱膨張差が、シール端部とシール溝の端部との間におけるクリアランスを０．１ｍｍ（または各端部で０．０５ｍｍ）だけ増やすと算出することは容易である。この熱膨張差は、供給領域を効果的に２倍にし、０．８ｍｍ２ 以上にもなる。この場合、供給面積は、タイプＡの漏出面積に等しい。したがって、タイプＡまたはタイプＥの漏出面積は、シールパックの細部に依存する制御漏出面積である。
【００７５】
タイプＢの漏出は、軸線方向シール１６の内側側面３６と軸線方向溝１８の隣接する周方向最内側側面２４との間を流れる漏出（流れＦ）によって供給される。周方向溝１９の軸線方向最外側の側面に対する軸線方向溝１８の交差によって形成される端縁２５で、この流れ面積は、代表的には、４×（４×０．０１）＝０．１６ｍｍ2 となる。この漏出が端縁２５を通り過ぎた後、タイプＢの漏出域に到達するためには上方へ進行しなければならない。この面積は、代表的には、４×（２．５×０．０１）＝０．１ｍｍ2 である。この供給面積はタイプＢの漏出面積よりはるかに小さいので、効果的に漏出面積を制御するのはこの供給面積である。従って、上述のシールアレイのジオメトリ（配置形態）は、０．８ｍｍ２ ＋０．１ｍｍ２ ＝０．９ｍｍ２ のＴＥＬＡを有する。
【００７６】
この実施例では、軸線方向シール１６の底面５と周方向シール１７の外側もしくは隣接する軸線方向溝18の底面6との間に存在するクリアランスを効果的に埋めるスプリング２１を導入する。これは、タイプＡの漏出領域を供給する軸線方向シール１６の下側における、漏出流れＤを効果的にブロックする。この状況において、タイプＡの漏出は、軸線方向シール１６の内側側面３６と軸線方向溝１８の隣接する周方向最内側の側面２４との間における漏出流れＦによって供給されるだけである。このように、タイプＡおよびタイプＢの漏出は、同じソースから供給されている。したがって、ＴＥＬＡは０．１６ｍｍ２ もしくはこれらのスプリング21のない構成の１８％となる。この漏出流れは大きな粘性損失を受け、したがって、算出されたＴＥＬＡは有効漏出面積を相当過大表示していることになる。
【００７７】
より効率的な設計は、軸線方向シールの端部クリアランスを、上述のスプリング構成に関連させて、最小限にすることによって得られる。この明細書において、「最小端部クリアランス」とは、エンジンの耐用寿命にわたりシールが軸線方向溝内で半径方向に自由に移動できるようにしする最小クリアランスと、このクリアランスに必須シール寸法に溝の製造公差を加えた値との間のクリアランス範囲として定義される。
【００７８】
スプリング２１の正確な配置位置は、スプリングおよび周方向溝１９の詳細に依存する。スプリング２１は、流れＥをもたらす軸線方向シール１６の底面５および軸線方向溝１８の底面６との間における領域に流入する全ての流れＨ（周方向シール１７の底面および周方向溝１９の底面との間）をブロックする形状および位置でなければならない。
【００７９】
スプリング２１は、軸線方向シール１６とほぼ同一の周方向幅を有するものとし、流れＤの全てが流れＥを供給することがないよう確実にブロックしなければならない。各スプリング２１およびそれに対応する軸線方向シール１６との間の作用線は、バルブ１における開口７，８の軸線方向端部の近傍もしくは外側に作用し、バルブ１の回転中、内部半径方向に軸線方向シール１６を開口７，８に向けて半径方向内方に押しやる大きな力が軸線方向シール１６に作用しないことを確実にする。
【００８０】
本発明による周方向シール17の周縁は、米国特許第５，５２６，７８０号（ウォリス特許）に記載の従来技術構成における周方向シールのほぼ１／４である。周方向シール１７の下側における隙間容積は、同様の割合で減少している。米国特許第５，５２６，７８０号（ウォリス特許）において使われている２個の周方向シールの代わりに、単に１個の周方向シール１７だけが窓１５の各軸線方向端部に必要であるので、その周方向シール溝の周方向シールと関連する隙間容積は、潜在的には、更に半分にされ得る。周方向シール素子と関連する隙間容積は、米国特許第５，５２６，７８０号（ウォリス特許）に記載の構成における隙間容積の１／８となり得る。
【００８１】
必要なシールの周縁寸法および個数での減少は、シールのジオメトリ（配置形態）と相まって、これらのシールに関連する回転摩擦損失、ひいては、孔１１において回転する際のバルブ１と関連する摩擦に直接的な影響を及ぼす。本発明の周方向シール１７に関連する摩擦損失は、米国特許第５，５２６，７８０号（ウォリス特許）に記載の環状シール装置における摩擦損失の１／８未満となることが分かった。
【００８２】
図７は、本発明によるロータリーバルブ組立体の第２実施例における軸線方向溝１８の一方の端部における中心での部分断面図であり、代案としてのスプリング設計の詳細を示す。スプリング２１ｃは、上側の脚４１ｃが下側の脚４２ｃより短いという点で、上述の実施例におけるスプリングとは異なる。スプリング２１ｃは、開口７，８の近傍もしくは外側で軸線方向シール１６上のスプリングの作用線を維持するとともに、また、スプリングで許容可能な応力レベルを維持して、許容可能なスプリング運動を最大にする効果がある。短い上側の脚４１ｃは、開口７，８の外側で、半径方向荷重を軸線方向シール１６に加える。より長い下側の脚４２ｃは、十分なスプリング力が全ての作動状態で、軸線方向シール１６に加えるのを確実にするために必要な半径方向運動をもたらす。
【００８３】
上述の通り、スプリング２１の機能は、軸線方向シール１６の底面５と軸線方向溝１８との間における燃焼ガスが、軸線方向シール１６の端部３４と隣接する軸線方向溝１８の端部との間における領域に流入するのをブロックすることにある。しかし、この流れのブロックは、他の機構、例えば、図８に示す他の軸線方向シール装置によって行うことができる。軸線方向シール１６ｈの端部に、アーム５６の形式の可撓性部材を設け、このアーム５６は軸線方向外方にばね変位し、軸線方向溝１８に組み付けるときに、アーム５６が軸線方向溝１８の端部に予荷重を加えて圧着し、軸線方向シール１６ｈの下側における流れがＥタイプ漏出領域に達するのをブロックする。
【００８４】
ＴＥＬＡの更なる減少が必要である場合、他の可撓性素子をスプリング２１の上方に導入することができる。図９に示す本発明による第３実施例では、上述の位置でスプリング２１の上方で、このスプリング２１接触する位置に円筒状シール２８の形式とした可撓性素子を設ける。円筒状シール２８は、軸線方向シール１６ｃの端部における底面に形成した窪みに配置する。円筒状シール２８は、軸線方向溝１８の幅に近似する幅を有し、エラストマー材料、例えばゴムにより形成する。組み立ての際に、円筒状シール２８は、軸線方向溝１８における周方向最内側の側面２４と周方向最外側の側面２０との間にわたって延在する。円筒状シール２８は、タイプＡおよびＢの漏出領域を供給するタイプＦの漏出領域をブロックする。円筒状シール２８の最上部と軸線方向シール１６ｃの最上部との間が１ｍｍである場合、供給面積は、ほぼ４×（１×０．０１）＝０．０４ｍｍ2 に減少する。この構成のＴＥＬＡは、この場合０．０４ｍｍ２ であるか、もしくは従来のピストンリングのＴＥＬＡより少ない。上述のように、流れＦによって生じる大きな粘性損失は、有効漏出面積の過大表示であることを意味する。
【００８５】
円筒状シール２８は、高温燃焼ガスの流れをブロックするにもかかわらず、満足のいく動作をする。これらのガスは、点火プラグからの距離および低ＴＥＬＡである結果として円筒状シール２８を通過する流速が低いために、比較的冷えている。燃焼が始まり、シリンダ圧が上昇し始めると、未燃焼ガス（比較的冷たい）は円筒状シール２８が位置する領域に押し込まれる。この冷ガス（このような限られた空間では燃焼できない）は高温燃焼ガスに対して絶縁層として作用し、円筒状シール２８がそれ以外の過酷な状況でも作用することができる所以である。
【００８６】
図１０および１１は、本発明によるロータリーバルブ組立体の第４実施例の断面斜視図である。図１０および１１は、それぞれ、図２および３と同様の図であるが、軸線方向溝および周方向シール溝の製造に大量生産機械加工技術を適用できるようにした変更を加えてある点が異なっている。上述の図２および３に関して述べたシール溝は、一般に大量生産と関係しない技術を必要とする正方形端部を有する溝である。概して、これらの正方形端部を有する溝は、時間も費用もかかるＥＤＭ（electro discharge machining）を使用して製造する。
【００８７】
孔１１ａは、シリンダヘッド１０の両端で段差を設ける。この半径方向段差は軸線方向溝１８ａの深さより深い。したがって、軸線方向溝１８ａは、孔１１ａの最小直径部分（すなわち非段差部）を軸線方向に貫通ブローチング加工することによって、迅速にかつ経済的に製造できる。軸線方向溝１８ａを形成した後、管状スリーブ２６を孔１１ａの段差部に嵌合する。スリーブ２６は孔１１ａにおけるしまり嵌めであり、それらの軸線方向最内側の側面２７は軸線方向溝１８ａの端部に衝合し、軸線方向溝１８ａを閉鎖端部溝にする。
【００８８】
図１０および１１において、周方向溝１９ａは軸線方向溝１８ａの周方向最外側の側面２０（窓１５から遠い方の溝１９ａの側面）を通過して周方向に延在する。これによって、周方向溝１９ａを、軸線２９とほぼ平行な回転軸線を有する回転フライス盤（ミリングカッタ）を使用して機械加工することができる。軸線方向溝１８ａの外側で周方向に形成する周方向溝１９ａの部分は、以下に周方向シール溝の延長部分30と称する
【００８９】
図１２は、周方向溝１９ａにおける断面図である。周方向シール溝の延長部分３０は軸線方向シール１６の底面５おける窓１５から遠い方の軸線方向溝１８ａの側面２０に交差し、軸線方向シール１６はシール溝の延長部分３０の交差部分を側面２０でカバーする。したがって、軸線方向溝１８ａの側面２０に対するガス圧力を取り込む軸線方向シール１６は、高圧ガスが周方向シール溝の延長部分３０に送り込まれるのを防ぐシールを形成する。これにかかわりなく、周方向シール溝の延長部分３０は、軸線方向シール１６にできる限り接近して孔１１ａに「ウォッシュアウト（洗い出し）」するように設計されていなければならず、周方向溝１９ａを作るために用いるフライス盤の実寸と整合していなければならない。
【００９０】
図１３は、本発明によるロータリーバルブ組立体の第５実施例における断面図を示す。図１３のシールアレイは図２に示すのと同様であるが、窓１５の各端部に、２個の周方向シール１７およびこの周方向シールに対応する周方向溝１９を設け、合計４個の周方向シール１７を設けた点が異なる。全ての周方向シール１７は、軸線方向シール１６の両側の端部３４間に依然として軸線方向に位置する。追加した周方向シール１７は、ピストンの第２（実際には第３の）圧縮リングのシール性レベルと同様に、本発明の特定用途におけるシール性レベルを向上する。
【００９１】
図１４，１５および１６は、本発明によるロータリーバルブ組立体の第６実施例を示す。この実施例は、図１に示す第１実施例と同様のガスシールアレイを有するが、２個のバルブシールリング４５、Ｏ（オー）リング４９、バルブシート４６および面シールスプリング４７から成る面シール装置を追加した点で異なる。
【００９２】
バルブ１の中央における円筒状部分４は、ガスシール機能を実行する浮動シールアレイの軸線方向端部を通過して短い距離だけ軸線方向に突出する。バルブ１は、バルブシート４６を形成している中央の円筒状部分４の両側に半径方向内方を向かう段差を付けて２個の半径方向面を形成し、これら半径方向面は中央の円筒状部分４から半径方向内方に延在してバルブシート４６を形成する。バルブシールリング４５は、環状形状であり、面シールスプリング４７によって各対応のバルブシート４６に対して軸線方向内方に圧着する。面シールスプリング４７は、波形形状とし、バルブシールリング４５の軸線方向外側の側面に作用する。バルブシールリング４５は、Ｏリング４９（それぞれ孔１１における対応の周方向溝に配置する）によって、孔１１を可撓的にシールする。Ｏリング４９は、シールリング４５の軸線方向移動を依然として可能にしつつ、シールリング４５の外径部分をシールする。代案として、Ｏリング４９は、バルブシールリング４５の外径部分に収納し、孔１１をシールすることもできる。
【００９３】
バルブシールリング４５における軸線方向内方の側面とバルブシート４６との間に形成される面シールは、潤滑油が円筒状部分４に侵入するのを防ぎ、シールアレイからの吹き出し（ブローバイ）ガスが油に向かって放出することを防ぐ。
【００９４】
上述のように、本発明によるガスシール装置はＴＥＬＡが低いが、シールアレイを通過する少量の漏出が依然として存在する。結局の所、浮動シールアレイを通過する全ての漏出は、バルブ１の円筒状部分４とシリンダヘッド１０における孔１１との間で発生するガス流にならなければならない。米国特許第５，５２６，７８０号（ウォリス特許）とは異なり、ブローバイガスは、非回転環状部材に半径方向に配置されたシール面を吹きつけることなく配置された場所から、漏出キャビティ５０（図１５参照）に放出される。従って、ブローバイガスの未燃焼ガスは、もはやエンジンオイルに放出されず、従って、エンジンオイルを汚染することはない。
【００９５】
図６につき説明したガス漏出タイプＡ，Ｂ，およびＣは、半径方向には円筒状部分４と孔１１との間で区切られ、軸線方向には周方向シール１７と隣接するバルブシールリング４５との間で区切られ、また周方向には軸線方向シール１６の周方向外側の側面２０間で区切られる、漏出キャビティ５０に排出される。漏出キャビティ５０に溜まるブローバイガスは、軸線方向シール１６の軸線方向端部とバルブシールリング４５との間に生ずる流路を経て漏出キャビティ５０から排出できる。これらの流路の流れ領域は、バルブシート４６からバルブシールリング４５を離座させるに十分な圧力が漏出キャビティ５０に溜まることなく、漏出キャビティ５０からブローバイガスを逃がすことができるのに十分でなければならない。このことは、バルブシールリング４５の小さい部分だけが加圧され、離座した場合に傾動しまう米国特許第５，５２６，７８０号（ウォリス特許）に記載の面シール装置とは異なり、重要な点である。この傾動する点はエンジンオイルに原燃料が漏出するだけでなく、エンジンオイルが中央の円筒状部分４に漏出することを許容することにもなる。
【００９６】
漏出キャビティ５０からの排気されたガスは、この後、円筒状部分４と孔１１との間のクリアランスを経て、吸気口７または排気口８に移動できる。排気ガスは排気口８よりむしろ吸気口７を通って処理されることが好ましい。吸気口７を通過するガスは吸気口２に入り、その後、後続の吸入行程中にシリンダ内に戻されて、ムダなく再利用される。一方で、排気口８を通過するガスにおける未燃焼炭化水素は、排気装置において燃焼されるか、燃焼されない場合もある。燃焼されない場合には、未燃焼炭化水素は、エンジン排出物（エミッション）に関与する。
【００９７】
図１７に示す本発明による第７実施例は、この課題に対処する。軸線方向シール１６ａおよび１６ｂが異なる長さを有することを除いては、図１７に示すロータリーバルブ組立体は図１４，１５および１６に示す本発明による第６実施例と同様である。
【００９８】
矢印５１は、バルブ１（この図には示していない）が回転する方向を示す。窓１５に開口するとき、吸気口７および排気口８が最初に軸線方向シール１６ａを通過しなければならない点で、軸線方向シール１６ａは「前縁」軸線方向シールとして定義される。同様に、軸線方向シール１６ｂは、「後縁」軸線方向シールとして定義される。この実施例において、前縁軸線方向シール１６ａは、後縁軸線方向シール１６ｂよりも長い。前縁軸線方向シール１６ａの端部とバルブシールリング４５との間における軸線方向ギャップは最小である。したがって、漏出キャビティ５０から漏れ出るガスは、主に後縁軸線方向シール１６ｂの端部とバルブシールリング４５との間における軸線方向ギャップを経て、流れるだけである。圧縮行程および燃焼行程の間、後縁軸線方向シール１６ｂの端部から漏れ出るブローバイガスは、後縁軸線方向シール１６ｂに隣接する吸気口７に直接漏れ出る漏れ出る。
【００９９】
図１８は、本発明によるロータリーバルブ組立体の第８実施例の断面図を示す。図１８に示すロータリーバルブ組立体は、ロータリーバルブ組立体の全長が最小でなければならない状況のための代案としての通気経路を設ける点を除いて、図１４，１５および１６に示す本発明の第６実施例と同様である。最小限の全長にするために、軸線方向シール１６ｆの端部とバルブシールリング４５との間における軸線方向ギャップを最低限に維持し、したがって、代案としての通気経路が漏出キャビティ５０を通気するのに必要となる。軸線方向シール１６ｆの端部の近傍におけるシール表面は、軸線方向に周方向シール１７の外方で、リリーフ段部５２によって半径方向に切除する。孔１１は、さらに、リリーフ段部５２に対して軸線方向に整列するリリーフ溝５３によって、各段部５２にすぐ隣接する範囲において半径方向に切除する。リリーフ溝５３は、製造容易にするためにほぼ円弧状にし、軸線方向溝１８の両側の側面も切除する。リリーフ段部５２およびリリーフ溝５３の組み合せは、漏出キャビティ５０を通気するための経路をなす。用途に応じて、前縁軸線方向シールおよび後縁軸線方向シールの双方を切除する、または、後縁軸線方向シールのみを、切除することができる。第７実施例で述べたように、後縁軸線方向シールのみ切除することは、吸気口７にのみ放出する効果を与える。
【０１００】
図１９は、本発明によるロータリーバルブ組立体の第９実施例における断面図を示す。図１９に示すロータリーバルブ組立体は、２個の異なる通気方法以外の点で、図１４，１５および１６に示す本発明による第６実施例と同様である。この実施例において、軸線方向シール１６の端部とシールリング４５との間における軸線方向ギャップを最小限に維持し、漏出キャビティ５０ａ，５０ｂがこれらギャップから通気するのをほぼ防止する。第１の方法では、孔１１における通気孔５４ａは、漏出キャビティ５０ａを通気する。通気孔５４ａは、図示しない配管でエンジンの吸気マニホルドに接続する。したがって、漏出キャビティ５０ａは吸気ポート２に連通して、漏出キャビティ５０ａのいかなるブローバイガスもシリンダ内に戻して再利用される。第２の方法において、孔１１の通気孔５４ｂは、漏出キャビティ５０ｂを通気する。通気孔５４ｂは、適当な容積を有するリザーバ５５に接続する。リザーバ５５は、シリンダヘッド１０または外部部分に組み込むことができる。リザーバ５５は、漏出キャビティ５０ｂの過剰な圧力増加を防ぐキャパシタ（コンデンサ）として作用し、このキャパシタがない場合には、バルブシールリング４５を離座させることが起こり得る。圧縮行程および燃焼行程中、ブローバイガスはリザーバ５５を満たし、その後の吸入行程中、リザーバ５５内のブローバイガスは、漏出キャビティ５０ｂおよびシールアレイを経てシリンダにガスを逆流する。サイクルの間、リザーバ５５は、さらに、軸線方向シール１６とバルブシールリング４５の端部３４との間の小さい軸線方向ギャップを経て、より少ない量のガスを排出する。第１または第２の方法は、シールアレイの一方または双方の端部を通気するのに使用することもできる。
【０１０１】
図２０は、本発明によるロータリーバルブ組立体における第１０実施例による断面図を示す。図２０に示すロータリーバルブ組立体は、図１３に示す本発明の第５実施例と同様に、シールアレイの各端部にそれぞれ２個の周方向シールを設ける点を除いて、図１４，１５および１６に示す本発明の第６の実施例と同様である。ピストンの第２圧縮リングのシール性レベル向上と同様に、追加した周方向シール１７は、本発明の所定用途でのシール性レベルを改善する。この構成において、漏出キャビティ５０に達するブローバイガスの量は、著しく減少し、上述したのと同様に処理される。
【０１０２】
本発明は、３個の重要な要素がある。その第一は、シールアレイおよび個々のシール素子のジオメトリ（配置形態）である。軸線方向シール１６の端部から軸線方向に内側に周方向シール１７を配置することにより、以下に説明するように、米国特許第４，０３６，１８４号（グエンサー特許）および米国特許第４，８５２，５３２号（ビショップ特許）に記載のシール装置における、以下に示すいくつかの課題に対処するものである。
【０１０３】
第１に、周方向シール１７の小さい半径方向断面によって、米国特許第４，０３６，１８４号（グエンサー特許）に記載のシール装置と比較して、これらシール周辺の隙間容積を激減し、優れたシールを円筒状部分４の外側に形成できる。周方向シール１７の小さな周方向長さによって、米国特許第４，８５２，５３２号（ビショップ特許）に記載のシール装置と比較して、シール周辺で隙間容積が激減する。窓１５の端部にすぐ隣接させて周方向シール１７を配置することによって、窓１５と周方向シール１７との間における隙間容積が相当減少する。
【０１０４】
第２に、軸線方向シール１６間に周方向シール１７を配置することによって、追加する第２の周方向シール１７またはバルブシールリング４５と組み合わせて溜め込むことができる漏出キャビティ５０に漏出ガスを排出し、また、漏出ガスの大部分が排気ポート３に達して、炭化水素排ガスとして排出されることがないよう対処できる。
【０１０５】
第３に、内向きに傾斜した１対の軸線方向シール１６間に周方向シール１７を配置することによって、シールパックが自己ロックでき、このように組立工程を大幅に簡素化できる。
【０１０６】
最後に、シールアレイは、大量生産できる溝１８，１９の組み合せに収納できる点である。これは、明らかに米国特許第４，０３６，１８４号（グエンサー特許）にはない。
【０１０７】
本発明のシールジオメトリ（配置形態）は、過度な隙間容積、高いバルブ摩擦、増加したバルブ直径および極めて複雑な組立体となる米国特許第５，５２６，７８０号（ウォリス特許）に記載のシール装置の課題を解決する。
【０１０８】
本発明における第二の重要な要素は、米国特許第４，０３６，１８４号（グエンサー特許）および米国特許第４，８５２，５３２号（ビショップ特許）での漏出に関する課題を解決するように設計した付加的なシールの細部である。軸線方向シールの底面５と軸線方向シール溝の底６との間でガスが流れるのをブロックするよう、軸線方向シール１６の下側にスプリング２１を配置することによって、主な漏出経路（漏出タイプＤ→Ｅ→Ａ）を除去する。周方向シール１７の外側における軸線方向溝１８内の軸線方向シール１６の側方クリアランスを制御することによって、他の主な漏出経路（漏出タイプＦ→Ｂ）からの漏出を制御する。正味の効果として、ＴＥＬＡの大幅な減少が得られる。種々の構成の細部によって、本発明のＴＥＬＡは、米国特許第４，０３６，１８４号（グエンサー）および米国特許第４，８５２，５３２号（ビショップ特許）における従来技術構成の１／２０以下にすることができる。
【０１０９】
本発明における第三の重要な特徴は、ガスシール素子と組み合わせて作用し、漏出ガスの動きを制御し、また、円筒状部分４へのオイルの進入を防ぐオイルシール装置の導入である。
【０１１０】
本明細書において使用する単語である「備える」は、「含む」もしくは「有する」という包括的な意味で使用しており、「〜のみから成る」というような排他的な意味では使用していない。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】本発明による内燃機関用ロータリーバルブ組立体の第１実施例の縦断面図である。
【図２】シリンダに対してロータリーバルブ側から見た、図１のロータリーバルブ組立体のシレンダヘッドを、ロータリーバルブの側からシリンダの方向に見て、シリンダヘッドに取り付ける軸線方向シールおよび周方向シールのアレイを示す断面図であり、分かり易くするため、シールアレイ以外は、全てのロータリーバルブの構成部材を取り外した状態の断面斜視図である。
【図３】図２と同様の図であり、それぞれのシール溝の詳細を示すため、シールアレイを取り外した断面斜視図である。
【図４】図２のシールアレイの図であり、主要な素子が作動位置に配置した状態を示す斜視図である。
【図５】図２のシールアレイの、周方向シール溝の中心に沿って示した拡大断面図である。
【図６】図２のシールアレイをシール溝孔に設置した状態を示し、ＴＥＬアークを計算するときに考慮しなければならない、種々の漏洩経路を示すシールアレイの１個のコーナーにおける斜視図である。
【図７】本発明のロータリーバルブ組立体の第２実施例である軸線方向溝の一方の端部における中心に沿う断面であって、他の実施例であるスプリングの詳細を示す部分断面図である。
【図８】代案実施例である軸線方向シールの斜視図である。
【図９】本発明によるロータリーバルブ組立体の第３実施例におけるシールアレイの説明図である。
【図１０】本発明によるロータリーバルブ組立体の第４実施例における断面斜視図である。
【図１１】本発明によるロータリーバルブ組立体の第４実施例におけるシール溝を示す断面斜視図をである。
【図１２】周方向シールの溝が軸線方向シールの溝を通過して周方向に延在するとき、シールアレイの詳細を示す図１０および図１１の周方向シール溝の中心に沿う部分断面図である。
【図１３】本発明によるロータリーバルブ組立体の第５実施例における断面斜視図である。
【図１４】本発明によるオイルシール装置を組み込んだ内燃機関用ロータリーバルブ組立体の第６実施例の縦断面図である。
【図１５】図１４のロータリーバルブ組立体を、ロータリーバルブ側からシリンダの方向に見た、シリンダヘッドによる断面図であり、分かり易くするため、シールおよび軸受以外の全てのロータリーバルブ構成要素を取り外した状態の断面斜視図である。
【図１６】作動位置に置かれた図１４および図１５のガスシール素子およびオイルシール素子の斜視図である。
【図１７】本発明によるロータリーバルブ組立体の第７実施例における断面斜視図である。
【図１８】本発明によるロータリーバルブ組立体の第８実施例における断面斜視図である。
【図１９】本発明によるロータリーバルブ組立体の第９実施例における断面斜視図である。
【図２０】本発明にかかるロータリーバルブ組立体の第１０実施例における断面斜視図である。
【図１】
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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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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