(57)【要約】  回転ライナを有するポペット弁回転スリーブ内燃エンジンのための改善されたシールシステム。流体力学的端面シールアセンブリは、一次シールリングに均一荷重を加えるばね予圧アセンブリを含む。二次シールは、一次シールリングとシリンダヘッドとの間に設けられる。流体力学的端面シール機能は、一次シールリングの合わせ面上、または回転ライナの環状面上に設けられる。流体力学的端面シール機能は、内側シールゾーンと、複数の流体力学的リフトパッドを有する外側ロードゾーンと、収束面を作成するダム機能とを含む。潤滑油は、回転ライナの環状面に提供され、潤滑油層は、一次シールリング合わせ面と回転ライナとの間で維持できる。【選択図】図２
2015515575.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポペット弁回転スリーブ内燃エンジンのための改善されたシールシステムにおいて、
前記エンジンは、前記エンジンの作動時に回転できる回転ライナと、シリンダヘッドとを備え、
前記改善されたシールシステムは、
合わせ面を備える一次シールリングと、
前記一次シールリングに均一荷重を加える予圧アセンブリと、
前記一次シールリングと前記シリンダヘッドとの間の二次シールとを備える
流体力学的端面シールアセンブリと、
前記一次シールリングの前記合わせ面の近傍に配置される前記回転ライナの環状面と、
前記一次シールリングの前記合わせ面上、または前記回転ライナの前記環状面上に設けられ、
内側シールゾーンと、
複数の流体力学的リフトパッドと、前記リフトパッドとともに収束面を作成するダム機能とを備える外側ロードゾーンとを備える
流体力学的端面シール機能と、
前記回転ライナの前記環状面に潤滑油を提供し、潤滑油層を前記面と前記回転ライナとの間に維持できる潤滑油供給手段とを備えることを特徴とする改善されたシールシステム。
【請求項２】
請求項１に記載の改善されたシールシステムにおいて、前記予圧アセンブリは、
ばねワッシャと、
ばね支点と、
ばねベースと
を備える機械的予圧アセンブリであることを特徴とする改善されたシールシステム。
【請求項３】
請求項２に記載の改善されたシールシステムにおいて、前記ばねワッシャは平らであるが、組立て時、円錐形状に変形することを特徴とする改善されたシールシステム。
【請求項４】
請求項２に記載の改善されたシールシステムにおいて、前記ばねワッシャおよび、組立て時、円錐形状に変形し難いことを特徴とする改善されたシールシステム。
【請求項６】
請求項５に記載の改善されたシールシステムにおいて、前記二次シールは、テフロンを材料であることを特徴とする改善されたシールシステム。
【請求項７】
請求項１に記載の改善されたシールシステムにおいて、前記一次シールリングは、黄銅材料であることを特徴とする改善されたシールシステム。
【請求項８】
請求項１に記載の改善されたシールシステムにおいて、前記一次シールリングは、ベリリウム銅材料であることを特徴とする改善されたシールシステム。
【請求項９】
請求項１に記載の改善されたシールシステムにおいて、前記流体力学的端面シール機能は、内側ダムをさらに備えることを特徴とする改善されたシールシステム。
【請求項１０】
請求項１に記載の改善されたシールシステムにおいて、前記流体力学的端面シール機能は、外側ダムをさらに備えることを特徴とする改善されたシールシステム。
【請求項１１】
請求項１に記載の改善されたシールシステムにおいて、前記流体力学的端面シール機能は、内側ダムと外側ダムとをさらに備えることを特徴とする改善されたシールシステム。
【請求項１２】
ポペット弁回転スリーブ内燃エンジンのための改善されたシールのための方法において、
前記エンジンは、前記エンジンの作動時に回転できる回転ライナと、シリンダヘッドとを備え、
前記方法は、
合わせ面を備える一次シールリング１と、
前記一次シールリングに均一荷重を加える予圧アセンブリと、
前記一次シールリングと前記シリンダヘッドとの間の二次シールとを備える
流体力学的端面シールアセンブリと、
前記一次シールリングの前記合わせ面の近傍に配置される前記回転ライナの環状面とを備える
改善されたシールシステムを有する回転ライナエンジンを提供するステップと、
前記一次シールリングの前記合わせ面上、または前記回転ライナの前記環状面上のいずれかの、
内側シールゾーンと、
複数の流体力学的リフトパッドと、
前記リフト機能が収束面を作成するダム機能とを備える外側ロードゾーンを備える
流体力学的端面シール機能を提供するステップと、
前記予圧アセンブリによって、前記一次シールリング上に予圧を発生させるステップと、
潤滑油層缶機能は、潤滑油のサイドリークを減少させ、したがって、ステップパッド機能の荷重支持を高め、スクイーズ膜潤滑の下にさらなる支持を提供する、前記回転ライナの前記環状面への潤滑を提供するステップと、
を含むことを特徴とする改善されたシールのための方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法において、与圧アセンブリを提供するステップが、ばねワッシャと、ばね支点と、ばねベースとを提供するステップをさらに含み、前記ばねワッシャが、前記ばねベースおよび前記一次シールリングの前記合わせ面に均一荷重を加える、ことを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法において、ワッシャを提供するステップが、平らなワッシャを提供するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載の方法において、ワッシャを提供するステップが、Ｂｅｌｌｖｉｌｌｅワッシャを提供するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１２に記載の方法において、ダム機能を提供するステップが、前記リフトパッドに対して外側ダムを提供するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１２に記載の方法において、ダム機能を提供するステップが、前記リフトパッドに対して内側ダムを提供するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１２に記載の方法において、ダム機能を提供するステップが、前記リフトパッドに対して内側ダムおよび外側ダムを提供するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本特許出願は、２０１２年４月４日に出願人によって出願された米国仮特許出願第６１／６２０，３９５号明細書に関連し、その出願日の利益を主張する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、内燃エンジンの回転シリンダライナとシリンダヘッドとの間の流体力学的端面シールのための方法および装置に関するものである。
【０００３】
本特許は、回転スリーブエンジン、別名、回転ライナエンジン（ＲＬＥ）のシリンダライナとシリンダヘッドとの間の改善されたシール方法および機構を説明する。従来のエンジンにおいては、シリンダヘッドと固定のシリンダとの間のシールは、一般的に、ヘッドとシリンダとの間でヘッドガスケットを圧縮することによって得られる。ＲＬＥは回転ライナを有するため、ブロックとライナとの間のシールの代替手段が必要とされる。
【０００４】
米国特許第６，２８９，８７２号明細書「Ｒｏｔａｔｉｎｇ  ｓｌｅｅｖｅ  ｅｎｇｉｎｅ」および米国特許第７，００４，１１９号明細書「Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｒｏｔａｔｉｎｇ  ｓｌｅｅｖｅ  ｅｎｇｉｎｅ  ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ  ｓｅａｌ」はどちらも出願人によるものであり、参照することによって組み込まれる。
【０００５】
従来技術による端面シール設計
図１は、米国特許第７，００４，１１９号明細書の従来技術によるＲＬＥ端面シールを示す。
【０００６】
図１の概略図は先行の設計の主要素を示し、その多くは本発明において維持される。維持される要素は、流体力学的ではなく静水学的な回転ライナスラスト軸受である。米国特許第７，００４，１１９号明細書でより完全に記載されるように、オイルジャンプシール６は、高圧油が供給される領域５を画定し、ライナフランジ上で上向きの軸方向力を発生させる。この特性により、ライナの底部における、高い耐性の流体力学的スラスト軸受の必要性は取り除かれる。この上向きの力は、一次シールリング上の下向きの予圧力よりわずかに高く、この差は、ヘッドインサートと回転ライナとの接触面によって形成されるスラスト軸受によって吸収される。
【０００７】
米国特許第７，００４，１１９号明細書によって記載されるように、先行の設計は、一次シールリング１の上面にも高圧油の領域を有する。この領域は、シール上の均一な予圧を保証する。たとえば、よくあるように、予圧を発生させるために多数のコイルばねを使用する場合、一次シールは非常に薄く、そして、良好なオイルコントールを行うために、少なくとも２００，０００Ｐａ（３０ｌｂ／ｉｎ２）の比較的高い予圧を必要とし、その結果、コイルばねが作用する領域にかかる荷重は過大になり、その他の領域の荷重は非常に小さくなる。荷重は、面上に均一に配置される流体力学的ステップパッドによって支持される。その結果、少数のパッドのみ荷重をかけられる（コイルばねの直下のもの）。別の選択肢は、非常に多くのコイルばねを使用することであるが、それは、設計を高価にし、組立てを高価にし、さらに間違いが起こりやすくなる（すなわち、コイルばねの位置を間違う可能性がある）。この事象を避けるために、図１の設計では、油圧によって発生する一次シール予圧を有し、それはシリンダヘッドを通る流路を経由して、オイルポンプによってヘッドインサート８に供給される。
【０００８】
しかし、この設計は、以下の問題を発生させる。米国特許第７，００４，１１９号明細書における「低負荷」の実施形態のように、１つのＯリング二次シールを使用する場合、Ｏリングを律動的に変形させる様々な圧力の性質によって油がシリンダに供給されることを、実験を通して見出した。そのため、２つの二次シールを使用する必要があり、１つはガス圧に対処する（非ポリマーを材料とする二次シールとして示される下部の）ものであり、１つは油圧に対処する４であった。これは、いくつかの問題を発生させる。第１に、２つのシールの間の空間を通気する必要があった。圧力がその領域に蓄積すると、シールのモーメントバランスに悪影響を与える可能性があるために、これは必要である（米国特許第７，００４，１１９号明細書、ＳＡＥ２００５−０１−１６５３、およびＤｉｍｉｔｒｉｏｓ  Ｄａｒｄａｌｉｓの博士論文「Ａ  Ｕｎｉｑｕｅ  Ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ  Ｆａｃｅ  Ｓｅａｌ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｒｏｔａｔｉｎｇ  Ｌｉｎｅｒ  Ｅｎｇｉｎｅ，  ａｎｄ  ｔｈｅ  Ｒｏｔａｔｉｎｇ  Ｌｉｎｅｒ  Ｅｎｇｉｎｅ  Ｆａｃｅ  Ｓｅａｌ  Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ  Ｃｏｄｅ」，  Ｐｈ．Ｄ．Ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ，  ＵＴ  Ａｕｓｔｉｎ  ２００３において詳細に記載される）。これは、冷却材空間、あるいは排気口または吸気口で通気することによって行うことができる。しかし、これらのどちらも、製造への適用が容易ではない。他の問題は、シール自体が軸方向に比較的長い必要があり、既存のシリンダヘッドにパッケージ化することがいくぶん面倒であるということである。第３の問題は、使用される複数のオイルシール、特に図１のＯリング２および３が、著しい軸方向および半径方向の荷重を発生させる可能性があり、非常に細かい力および端面シールのモーメントバランスに干渉する可能性があるということである。
【発明の概要】
【０００９】
回転ライナエンジンは、各シリンダがピストンおよびヘッドを有する複数のシリンダを備える。米国特許第６，２８９，８７２号明細書および米国特許第７，００４，１１９号明細書に、より詳細に記載されているように、エンジン摩擦はライナを回転させることによって低下し、そのため、ピストンリング摩擦は、大きく低下する。
【００１０】
一実施形態において、改善されたシールシステムは、一次シールリングの合わせ面と回転ライナの上部環状面との間の摩擦が、ダム機能を有する複数のリフトパッドを含む流体力学的端面シール機能によって低下する、流体力学的端面シールアセンブリを備える。ダム機能は、内側ダム、外側ダム、または内側ダムおよび外側ダムの両方を備えてもよい。一例において、流体力学的端面シール機能は、回転ライナ上部環状面上に設けられる。別の例において、流体力学的端面シール機能は、一次シールリングの合わせ面上に設けられる。流体力学的端面シール機能の製造方法は、エッチングまたはサンドブラストのためにリフトパッドを露出させるマスキングシムを設けるステップを含む。
【００１１】
一実施形態において、油圧による、一次シールリングの従来技術による油圧の予圧付与は、機械的ばねの予圧アセンブリによって置換される。一例において、機械的ばねの予圧アセンブリは、ばねワッシャと、ばね支点と、ばねベースとを備える。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、米国特許第７，００４，１１９号明細書の従来技術によるＲＬＥ端面シールを示す。
【図２】図２は、機械的予圧が、組立て時に円錐になる平らなワッシャを介する、端面シールの実施形態の断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、機械的予圧アセンブリを示す。
【図３】図３は、米国特許第７，００４，１１９号明細書の従来技術による端面シールの流体力学的ステップパッドの平面図である。
【図４】図４は、外側ダムを組み込んだ改善された流体力学的ステップパッドの平面図である。
【図５】図５は、回転ライナの硬質面上に浅いステップパッドを発生させるための製造方法の上部斜視図である。
【図６】図６は、複数のコイルばねを使用する、端面シール予圧の機械的予圧実施形態を示す。
【図７】図７は、改善された流体力学的ステップパッド組み込み外側ダムおよび内側ダムの平面図である。
【図８】図８は、改善された流体力学的ステップパッド組み込み内側ダムの平面図である。
【図９】図９は、機械的予圧が、組立て時により平らになるベルビルワッシャを介する、端面シールの実施形態の断面図である。
【図１０】図１０は、外側ダムを組み込んだ改善された流体力学的傾斜ステップパッドの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
改善された流体力学的端面シールアセンブリ
図２は、改善された改善された流体力学的端面シールアセンブリの実施形態を示す。
【００１４】
機械的予圧アセンブリ
本実施形態において、図１の一次シールリング１の上部における油圧による予圧の必要性は、除去される。詳細な有限要素解析により、油圧による予圧の除去が、いくつかの利点を提供することが示されている。それは、３つの二次シール（図１に示す２、３、および４）の必要性を低下させ、図２に示すように、それらの３つのシールを単一の二次シール４４に置換する。また、図１の内側の二次シール４と２との間の領域を通気する必要性は、除去される。最後に、（図１に示すように）Ｏリング２および３が発生させる可能性がある軸方向力、およびシール機能への干渉は、除去される。
【００１５】
改善された設計は、ヘッドインサートに油を供給するための、ヘッドのオイルパッセージの必要性も除去する。
【００１６】
図２および図２Ａの機械的予圧アセンブリ３０において、ばねワッシャ１０は、油圧なしで、より均一な予圧を付与するために使用される。本実施形態のばねワッシャ１０は、無負荷状態において平らである。組立て時、ばねワッシャは円錐形状に変形し、それにより、必要なばね荷重を提供する。
【００１７】
この例示的な機械的予圧アセンブリ３０において、円形ワイヤがヘッドインサートの溝に取り付けられて、ばね支点９の役割を果たし、ばねベース１１は組立て時、ばねワッシャ１０を弾性的に変形させ、その結果、予圧を発生させる。この例において、ばねベース１１は、２つの機能を有するリングでもある。第１に、ばねワッシャを平らな形状から示される円錐形状に変形させ、一次シールリング上に加えられる軸方向の荷重を発生させる。第２に、力の方向を正しい範囲に変更し、そのため、シールは、一次シールリングに作用する流体力学的荷重支持部の動きのもとで傾かない。
【００１８】
この設計により、薄くて弾力性のある一次シールリングの使用が可能となる。たとえば、ばねベースと一次シールリングとの間の接触があまりにも内側である場合、一次シールリングは「内側に」傾き、シールの内側縁が回転ライナの面に触れる可能性が高くなり、結果として、摩耗および摩擦が増加する。接触があまりに外側である場合、シールは、外側に接触し、同時にシールゾーンの膜厚は非常に大きくなり、オイルコントールおよびガスシールを悪化させる。接触の正しい範囲は、流体力学的パッドの設計によって決定される。
【００１９】
端面シールばねの設計における別の方法は、図９に示すように、ベルビルワッシャばねによるものがある（組立て時、円錐形状で始まり、ある程度平らになる）。
【００２０】
機械的予圧の第３の例は、図１１に示す、従来のコイルばねによるものである。本実施形態において、比較的多くのコイルばね３７が、集中荷重を最小にするために使用される。ばねベース１１が、端面シールの正しい範囲にばね荷重力を加えるために、依然として使用される。また、本実施形態の欠点は、比較的大きい軸方向の空間が必要であり、軸方向に、より厚いヘッドインサートを必要とすることである。
【００２１】
組立状態において、ばねのたわみが、構成要素の降伏強度を上回ることなく必要とする荷重を発生させるのに十分であることを確実にする必要がある。しかし、たわみは十分に大きくなくてはならず、そのため、ばね力はヘッドガスケットの圧縮にあまり敏感ではない。したがって、０．７５ｍｍ〜１．５ｍｍ程度の全たわみを必要とする。このように、ヘッドガスケットのばらつきのために、実際のたわみに０．０２５〜０．０７５ｍｍ（０．００１〜０．００３”）の誤差がある場合、力は大きな影響を受けない（ヘッドガスケットは冷却材およびオイルパッセージのみシールし、燃焼ガスは端面シールによってシールされることに注意する）。設計者が制御する変数は、ワッシャ厚さ、およびばね支点とばねベースによる外部の接触との間の半径方向の距離である。
【００２２】
読者は、ここで、荷重がシールリングの上面で円に沿って分布するのかどうか疑い得る。しかし、それは半径方向に沿って集中する。しかし、解析では、シールは比較的堅固で、長い半径方向に沿ったかなりのたわみに耐えることを示している。しかし、それは周方向に非常に弾力性がある。したがって、ばねベースと上部シールリングとの間の円形の接触パッチに沿ったばね荷重は適切に分布する。
【００２３】
これらのばね構成のさらなる利点は、従来のコイルばねと比較して軸方向のサイズを小さくできること、および、部品点数が減少するため組立てプロセスがより単純であることである。
【００２４】
本実施形態において、二次シール４４は、予圧のための金属ばねを有するテフロンを材料とするシールである。シールの当業者は商標名「ｖａｒｉｓｅａｌ」を認識するであろう。これは通常、静的および動的両方のシール用途で使用され（本ケースでは、これは静的用途である）、一般的に、内側の金属ばねによって付勢される、テフロンを材料とするＵキャップシールであり、圧力負荷がないとき、グランド表面と接触し続ける。本実施形態で使用される二次シールは、標準的なｖａｒｉｓｅａｌに非常に似ている。半径方向力および軸方向の摩擦力の両方がかなり減少するため、これはポリマーＯリングの改善である。
【００２５】
端面シールの潤滑
本実施形態は、端面シール接触面に油を供給する回転ライナ１４のフランジに、複数の給油孔１２を有する。
【００２６】
端面流体力学的機能の改善
本実施形態は、一次シールリング１上ではなく回転ライナ１４の環状面３２上に、すべての流体力学的油流れおよび流体力学的機能を設ける。それは、いくつかの利点を可能にする。第１に、一次シールリングは非常に弾力性があり、したがって、それに行われる機械加工によりゆがみを生じる可能性がある。しかし、回転ライナフランジは、ずっと堅固で、安定した構成要素である。また、それにより、より柔らかい材料から一次シールリングを製造することが可能となる。初期の摩耗は一次シールリングのより柔らかい材料の上で発生し、重要な機能は不変のままとなる。代わりの材料は、黄銅および銅を含む。一実施形態において、一次シールリングは、ベリリウム銅から作られる。この材料の特定の合金は、４０Ｒｃ程度の硬さを有することができるが、鋼の２倍以上の熱伝導率を有することができる。それにより、熱変形が非常に小さいことが保証される。また、新しいデザインは非常にうまくパッケージ化されており、既存のエンジンに無理なく取り付けることができる。
【００２７】
本実施形態において、改善点は、図３に示す従来技術による設計のステップパッド形状の変更である。
【００２８】
この従来技術による設計は、１つの主な制約を有する。米国特許第７，００４，１１９号明細書、ＳＡＥペーパー２００５−０１−１６５３、およびＤｉｍｉｔｒｉｏｓ  Ｄａｒｄａｌｉｓの博士論文「Ａ  Ｕｎｉｑｕｅ  Ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ  Ｆａｃｅ  Ｓｅａｌ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｒｏｔａｔｉｎｇ  Ｌｉｎｅｒ  Ｅｎｇｉｎｅ，  ａｎｄ  ｔｈｅ  Ｒｏｔａｔｉｎｇ  Ｌｉｎｅｒ  Ｅｎｇｉｎｅ  Ｆａｃｅ  Ｓｅａｌ  Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ  Ｃｏｄｅ」，  Ｐｈ．Ｄ．Ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ，  ＵＴ  Ａｕｓｔｉｎ  ２００３において詳細に記載されるように、スクイーズ膜は、シールのモーメントバランスにおける比較的大きい要因となる。それは、シールゾーン１８が、端面シールの内側縁上におけるスクイーズ膜の動きの発生を支配する傾向があるために起こるが、シールの荷重支持領域には、スクイーズ膜はほとんど発生しない（シールゾーンおよび荷重支持ゾーンの定義については、米国特許第７，００４，１１９号明細書を参照）。しかし、スクイーズ膜の要因は、シール設計者によって容易に制御できない。スクイーズ膜の要因は、エンジンスピード（すなわち、サイクルの高圧部の期間）およびエンジン負荷に大きく依存する。したがって、設計者は、すべての条件を満たす流体力学的機能設計およびシール断面を生み出そうとするが、ある場合（すなわち、高クランクシャフト速度の場合）には、スクイーズ膜の要因があまりに多い可能性があるということを知り、シールの内側部分を厚い膜厚（シール不良）にとどめることができるが、一方、シールの外側は非常に薄い膜厚（接触）を有することがある。設計者は、一次シールリングがガス圧に露出される横の領域を減らすことによって、この状態に対処しようとすることが可能であり、したがって、モーメントバランスが変わり、シールゾーンには、より負荷がかかる。しかし、それは他の作動条件を満たさないことがある。スクイーズ膜の条件が少ない異なる条件（低クランクシャフト速度）において、シールの内側は、過度に膜厚を解放し、接触する可能性がある。この新しい機能は、ＳＡＥペーパー２０１２−０１−１９６３でも詳細に説明されている。
【００２９】
図４は、例示的な「外側ダム」を組み込んだ改善された流体力学的端面シール機能を示す。本実施形態において、流体力学的外側ダム２０は、シールゾーン１８と同程度の、ダムの外側でのスクイーズ膜動きを発生させる。荷重支持ゾーン２９は、シールゾーンの外側の領域として画定される。また、スクイーズ膜の動きはシールのちょうど外側に作用するため、それは十分にモーメントバランスの一因となり、すべてのエンジン作動条件は、膜厚の優れた半径方向の分布で満たされる可能性がある。付随的な利点として、外側ダム２０はサイドリークを最小にして、シールの荷重支持ゾーンの荷重容量を増加させる。それにより、広くない回転ライナフランジの設計が可能となり、エンジンブロックの変更なしでの回転ライナ設計のパッケージ化、またはボアスペースの増加をより簡単にする。また、図４に、回転フランジ内のシールの外径の輪郭１９を示す。それは、ダムのごく一部が、回転ライナのスラスト軸受領域（ヘッドインサート８の面２７に配置される）のために使用されることを示し、それは一次シールリング１９の外径の外にあるフランジ部である。ダムのこの部分は、スラスト軸受の荷重容量も増加させ、回転ライナフランジをより小さくし、既存のエンジン設計に取り付けることも可能とする。
【００３０】
他の実施形態において、ダムはステップパッドの内側に伸長する可能性もある。
【００３１】
図１０は、外側ダム２０を組み込んだ改善された流体力学的傾斜ステップパッド４０の平面図である。
【００３２】
図７は、内側ダム２８ならびに外側ダムを有するステップパッド機能を示す。図８は、内側ダムだけを有するステップパッド機能を示す。
【００３３】
本実施形態において、流体力学的端面シール機能は、回転ライナ１４の上に設けられる。他の実施形態において、流体力学的端面シール機能は、一次シールリング１の合わせ面３４の上のその上に設けられる。
【００３４】
製造方法の改善
回転ライナは、ＲＬＥの製造において、最も重要な構成要素である。本実施形態において、回転ライナは、熱処理鋼合金で作られる。好ましくは、一連の熱処理を適用し、鋼の硬度を５５Ｒｃ程度に引き上げる。その部分は、最終的なサイズから約１．０ｍｍ（０．０４０”）大きい寸法に荒加工される。他の実施形態において、回転ライナは、この形状で成形され、キャスティングの一部としてフランジ穴を有することが可能でもよい。しかし、固定ライナ軸受およびフランジ上部に係合する回転ライナの外径は、垂直性が非常に優れている必要がある。それを達成するために、その部分は以下のように作られる。ライナの内径は、仕上げ加工されて、磨かれる（熱処理後）。その次に、ライナの外径および上面は、同じセットアップで、研磨または加工される。面上の研磨は、軸対称な方法で行われ、垂直性を変えない。
【００３５】
回転ライナ面のステップパッドは、非常に浅く（５マイクロメートルまたは２００マイクロインチ程度）、従来の機械加工法での加工は非常に難しい。また、困難の一部は、初期摩耗を最小にして、高度な磨きを維持するために、面の硬度が非常に高いという事実から生まれる。ステップパッドを製造する１つの比較的簡単な方法は、化学エッチングまたはサンドブラストによる方法である。そのようなアプローチは図５に示されており、図５は、シム２１が正確な形状で慎重に切削されて、適切な位置合わせで、ライナの面に取り付けられているところである。おそらく鋼または黄銅のシートメタルシム２１の部品は、エッチングされない／サンドブラストを掛けられない領域の形状に切削され、エッチングされる／サンドブラストを掛けられる面の領域を露出する。シム２１は、容易に着脱可能な（および、これがエッチングで行われる場合は防水の）接着剤で保持される。半径方向および環状の油溝が機械加工された後、ならびに予備研磨プロセスの後に、シムは取り付けられる。エッチングまたはサンドブラスト法の利点は、金属の非常に高い硬度にもかかわらず、材料のわずかな量を、曝露された領域でばらつきなく除去できることである。エッチングが材料を除去し過ぎた場合、ステップパッドの計測およびさらなる研磨により、深さを要求される深さとする。
【００３６】
上述の特定の実施形態および例は、例示的なものであって、限定するものではないことは理解されるべきである。種々の変形形態が当業者によって作成されてもよく、本発明の範囲は特許請求の範囲において規定される通りである。
【００３７】
以下の要素番号は、図を検討する際の便宜のために提供される。
【符号の説明】
【００３８】
回転ライナエンジン構成要素
１３  固定ライナ
７  ブロックの固定ライナの輪郭
１４  回転ライナ
１５  ピストン表面
８  シリンダヘッドインサート
端面２７スラスト軸受領域
回転ライナ駆動要素
２２  駆動歯車
２３  ９０度ギアボックス
２４  エクステンションシャフト
２５  補機プーリ
２６  駆動歯車カバー
シールシステム
３５  流体力学的端面シールアセンブリ
１  一次シールリング
３４  合わせ面
３０  予圧アセンブリ
９  ばね支点
１０  ばねワッシャ
１１  ばねベース
３７  ばね
４４  二次シール
従来技術による二次シールシステム
２  内側Ｏリング
３  外側Ｏリング
４  Ｕキャップ二次シール
３２  回転ライナ環状面
流体力学的端面シール機能
１７  ステップパッド
４０  傾斜ステップパッド
１８  内側シールゾーン
２９  外側ロードゾーン
ダム機能
２８  内側ダム
２０  外側ダム
潤滑油供給手段
１２  給油孔
５  高油圧の領域
６  オイルリップシール
流体力学的端面シール機能の製造方法
１６  ステップパッドの隆起部
１７  ステップパッドのエッチング（窪み）部
１９  一次シールリングの外径
２１  マスキングシム
【図１】
2015515575.tif 000003
【図２】
2015515575.tif 000004
【図２Ａ】
2015515575.tif 000005
【図３】
2015515575.tif 000006
【図４】
2015515575.tif 000007
【図５】
2015515575.tif 000008
【図６】
2015515575.tif 000009
【図７】
2015515575.tif 000010
【図８】
2015515575.tif 000011
【図９】
2015515575.tif 000012
【図１０】
2015515575.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成25年11月4日(2013.11.4)
【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】
ポペット弁回転スリーブ内燃エンジンのための改善されたシールシステムにおいて、
前記エンジンは、前記エンジンの作動時に回転できる回転ライナと、シリンダヘッドとを備え、
前記改善されたシールシステムは、
合わせ面を備える一次シールリングと、
前記一次シールリングに均一荷重を加える予圧アセンブリと、
前記一次シールリングと前記シリンダヘッドとの間の二次シールとを備える
流体力学的端面シールアセンブリと、
前記一次シールリングの前記合わせ面の近傍に配置される前記回転ライナの環状面と、
前記一次シールリングの前記合わせ面上、または前記回転ライナの前記環状面上に設けられ、
内側シールゾーンと、
複数の流体力学的傾斜パッドまたはステップパッドと、前記傾斜パッドまたはステップパッドが収束面を作成し、シリンダ圧変化率が高い場合に、前記傾斜パッドまたはステップパッドの性能を高めるダム機能とを備える外側ロードゾーンとを備える
流体力学的端面シール機能と、
前記回転ライナの前記環状面に潤滑油を提供し、潤滑油層を前記面と前記回転ライナとの間に維持できる潤滑油供給手段とを備える
ことを特徴とする改善されたシールシステム。
【請求項２】
請求項１に記載の改善されたシールシステムにおいて、前記予圧アセンブリは、
ばねワッシャと、
ばね支点と、
ばねベースと
を備える機械的予圧アセンブリであることを特徴とする改善されたシールシステム。
【請求項３】
請求項２に記載の改善されたシールシステムにおいて、前記ばねワッシャは平らであるが、組立て時、円錐形状に変形することを特徴とする改善されたシールシステム。
【請求項４】
請求項２に記載の改善されたシールシステムにおいて、前記ばねワッシャおよび、組立て時、円錐形状に変形し難いことを特徴とする改善されたシールシステム。
【請求項５】
請求項２に記載の改善されたシールシステムにおいて、前記二次シールは、単一のポリマーシールをさらに備えることを特徴とする改善されたシールシステム。
【請求項６】
請求項５に記載の改善されたシールシステムにおいて、前記二次シールは、テフロンを材料であることを特徴とする改善されたシールシステム。
【請求項７】
請求項１に記載の改善されたシールシステムにおいて、前記一次シールリングは、黄銅材料であることを特徴とする改善されたシールシステム。
【請求項８】
請求項１に記載の改善されたシールシステムにおいて、前記一次シールリングは、ベリリウム銅材料であることを特徴とする改善されたシールシステム。
【請求項９】
請求項１に記載の改善されたシールシステムにおいて、前記流体力学的端面シール機能は、内側ダムをさらに備えることを特徴とする改善されたシールシステム。
【請求項１０】
請求項１に記載の改善されたシールシステムにおいて、前記流体力学的端面シール機能は、外側ダムをさらに備えることを特徴とする改善されたシールシステム。
【請求項１１】
請求項１に記載の改善されたシールシステムにおいて、前記流体力学的端面シール機能は、内側ダムと外側ダムとをさらに備えることを特徴とする改善されたシールシステム。
【請求項１２】
ポペット弁回転スリーブ内燃エンジンのための改善されたシールのための方法において、
前記エンジンは、前記エンジンの作動時に回転できる回転ライナと、シリンダヘッドとを備え、
前記方法は、
合わせ面を備える一次シールリング１と、
前記一次シールリングに均一荷重を加える予圧アセンブリと、
前記一次シールリングと前記シリンダヘッドとの間の二次シールとを備える
流体力学的端面シールアセンブリと、
前記一次シールリングの前記合わせ面の近傍に配置される前記回転ライナの環状面とを備える
改善されたシールシステムを有する回転ライナエンジンを提供するステップと、
前記一次シールリングの前記合わせ面上、または前記回転ライナの前記環状面上のいずれかの、
内側シールゾーンと、
複数の流体力学的傾斜パッドまたはステップパッドと、前記傾斜パッドまたはステップパッドが収束面を作成し、シリンダ圧変化率が高い場合に、前記傾斜パッドまたはステップパッドの性能を高めるダム機能とを備える外側ロードゾーンとを備える、
流体力学的端面シール機能を提供するステップと、
前記予圧アセンブリによって、前記一次シールリング上に予圧を発生させるステップと、
潤滑油層を前記合わせ面と前記回転ライナ環状面との間に維持でき、前記ダム機能は、潤滑油のサイドリークを減少させ、したがって、ステップパッド機能の荷重支持を高め、スクイーズ膜潤滑の下にさらなる支持を提供する、前記回転ライナの前記環状面への潤滑を提供するステップと、
を含むことを特徴とする改善されたシールのための方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法において、与圧アセンブリを提供するステップが、ばねワッシャと、ばね支点と、ばねベースとを提供するステップをさらに含み、前記ばねワッシャが、前記ばねベースおよび前記一次シールリングの前記合わせ面に均一荷重を加える、ことを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法において、ワッシャを提供するステップが、平らなワッシャを提供するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載の方法において、ワッシャを提供するステップが、Ｂｅｌｌｖｉｌｌｅワッシャを提供するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１２に記載の方法において、ダム機能を提供するステップが、前記傾斜パッドまたはステップパッドに対して外側ダムを提供するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１２に記載の方法において、ダム機能を提供するステップが、前記ステップパッドに対して内側ダムを提供するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１２に記載の方法において、ダム機能を提供するステップが、前記傾斜パッドまたはステップパッドに対して内側ダムおよび外側ダムを提供するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【国際調査報告】
2015515575.tif 000014