JP6817964B2

JP6817964B2 - シール装置、モジュラー式ロータリーバルブ装置およびエンジン

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Inventors: バセレニューク，ダリック; バセレニューク，ダビッド
Original assignee: バズテックエンジンベンチャー，エルエルシー
Priority date: 2015-01-29
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Publication date: 2021-01-20
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Description

本発明は、一般的に内燃エンジンに関し、より具体的にはロータリーバルブを使用したエンジンに関する。

内燃エンジンは周知されており、様々な応用に使用されている。例えば内燃エンジンは自動車、農機具、芝刈り機および船舶に使用される。また、内燃エンジンは、例えば２ストロークまたは４ストローク、点火または圧縮などの様々なサイズおよび構成からなる。

典型的には、内燃エンジン（図１）は多数の可動部品を含み、例えば、吸気および排気バルブ、ロッカーアーム、ばね、カムシャフト、連結ロッド、ピストン、およびクランクシャフトを含む。多数の可動部品を有することに関する問題の１つは、不具合が発生するリスクが高まること（特にバルブトレイン）、および、摩擦損失による効率性低下である。摩擦を低減するために特殊な潤滑油およびコーティングが使用され、不具合を防ぐために特定の合金が使用される場合がある。しかし、これらの強化を以てしても、不具合のリスクおよび摩擦損失のリスクは依然として高いままである。

したがって、低摩擦、高い信頼性、および少数の部品による内燃エンジンのためのバルブトレインの必要性がいまだ残っている。

この課題が本発明によって解消され、本発明は、アパーチャ（開口部）を有する一対のモジュラー式ロータリーバルブシャフトが組み込まれ、当該モジュラー式ロータリーバルブシャフトが内燃エンジンの吸気ポートおよび排気ポートを開閉する働きをするバルブトレインを提供する。

本発明の１つの態様によると、モジュラー式ロータリーバルブ装置は、バルブシャフトを定めるように、互いに連結されるとともに端部間で軸に沿って配置された複数の別々のバルブバレルを含み、各バルブバレルは前端面および後端面の間に延在する環状周囲面、および、反対側の周囲面と連通するように横向きに貫通して延在するアパーチャを有する。

本発明の別の態様によると、モジュラー式ロータリーバルブ装置は、シリンダヘッド内で回転するために取り付けられた上記のバルブシャフトを含み、シリンダヘッドは互いにつながっている吸気開放部（ｏｐｅｎｉｎｇ）および排気開放部を有する少なくとも１つの内燃エンジン、吸気ポート、および排気ポートを含み、バルブバレルの１つが吸気開放部と吸気ポートの間に配置され、バルブバレルの１つが排気開放部と排気ポートの間に配置されている。

本発明の別の態様によると、モジュラー式ロータリーバルブ装置は、シリンダヘッド内で並んで回転するために取り付けられた第１及び第２のバルブシャフトを含み、シリンダヘッドは、そこに連通する吸気開放部および排気開放部を有する少なくとも１つの内燃室、吸気ポートおよび排気ポートを含み、第１のバルブシャフトの１つのバルブバレルが吸気開放部と吸気ポートの間に配置され、第２のバルブシャフトの１つのバルブバレルが排気開放部と排気ポートの間に配置される。

本発明の別の態様によると、モジュラー式ロータリーバルブ装置の組み立て方法は、分離した複数のバルブバレルの選択された角度方向を決定するステップであって、各バルブバレルは前端面および後端面の間に延在する環状周囲面、および、反対側の周囲面と連通するように横向きに貫通して延在するアパーチャを含む、ステップと、選択された角度方向にある各バルブバレルによってバルブシャフトを定めるように、端部間で軸に沿って配置された状態でバルブバレルを互いに連結するステップを含む。

本発明の別の態様によると、シール装置は、開放部および開放部周囲に形成されたシールスロットを画定するシリンダヘッドと、シーリング面、反対の背面、内周面および外周面を含むレーストラック形状の本体を備え、スロット内に配置されるシールと、シールをシールスロットに対して外側方向に付勢するように、シール下部のシールスロットに配置された少なくとも１つのばねを含む。

本発明の別の態様によると、シリンダヘッドは、ガス圧がシールスロットに対して外側方向にシールを押し出すように、シールスロットおよびシールの背面とつながったガスポートを含む。

本発明は、以下の説明と付属の図面を共に参照することにより、もっとも理解されよう。

図１は従来技術の内燃エンジンの概略的断面図である。

図２は本発明の態様に従って構成された内燃エンジンの概略的透視図である。

図３は図１の内燃エンジンの断面図である。

図４は図２に示されたシリンダヘッドアセンブリの分解透視図である。

図５は図４のシリンダヘッドアセンブリの下方セクションの底部平面図である。

図６は図４のシリンダヘッドアセンブリの上方セクションの底部平面図である。

図７はバルブシャフトアセンブリの分解透視図である。

図８はバルブバレルの正面図である。

図９はバルブバレルの後面図である。

図１０は図４のシリンダヘッドアセンブリの一部の断面図であり、そこに据え付けられたバルブシャフトアセンブリを示している。

図１１は図４のシリンダヘッドアセンブリの上面図であり、バルブシャフトが据え付けられている。

図１２は図４のシリンダヘッドアセンブリの一部の分解透視図であり、第１の実施形態を示している。

図１３は図１２の線１３−１３に沿った図である。

図１４は本発明の態様に従って構成されたシールの上面図である。

図１５は図１４のシールの側面図である。

図１６は図１４のシールの正面図である。

図１７は本発明の態様に従って構成されたシールばねの側面図である。

図１８は図１７のシールの正面図である。

図１９は図４のシリンダヘッドアセンブリの一部の分解透視図であり、第２の実施形態を示している。

図２０は図１９の線２０−２０に沿った図である。

図２１は本発明の態様に従って構成されたシールシューの上面図である。

図２２は図２１の線２２−２２に沿った図である。

図２３は駆動アセンブリの正面図である。

図２４は駆動アセンブリの後面図である。

図２５は吸気行程中の、作動状態のエンジンの一部の概略図である。

図２６は圧縮行程中の、作動状態のエンジンの一部の概略図である。

図２７は動力行程中の、作動状態のエンジンの一部の概略図である。

図２８は排気行程中の、作動状態のエンジンの一部の概略図である。

同一符号は種々の図面を通じて同一の要素を意味する。図２および３は本発明の態様に従って構成された例示の内燃エンジン１０を図示している。

図示される例はＶ型構造の８気筒エンジン１０であり、一般に「Ｖ８」と呼ばれ、互いに９０°の角度がついた４気筒セットのバンクを２つ含んでいる。ただし、当然のことながら、本発明の原則は、例えばオットーサイクルまたはディーゼルサイクルなどの様々なサイクルで動作するエンジン、または流体流動ポートを開閉するバルブを必要とする同様の機構など、あらゆる内燃エンジンに適用される。

エンジンは、構造支持体として、およびエンジン１０の他の部品の取付け位置として機能するブロック１２を含む。一般に、筒状シリンダ穴１４がブロック１２内に形成される。上記のとおり、シリンダ穴が、４つのシリンダ穴１４がそれぞれ付された２つの長手方向のシリンダバンク１６に配置される。オフセットクランクピン２０を有するクランクシャフト１８が、適切な軸受（ベアリング）で回転するようにブロック１２に取り付けられている。ピストン２２が各シリンダ穴１４に配置され、各ピストン２２はピストンロッド２４でクランクピン２０の１つに連結される。クランクシャフト１８、ピストンロッド２４およびピストン２２は、集合的に回転アセンブリ２６を定める。作動時、シリンダ穴１４のガス圧はピストン２２の直線運動を発生させ、回転アセンブリ２６は周知の方法でピストンの直線運動をクランクシャフトの回転に変換する働きをする。

エンジンは、各シリンダバンク１６に取り付けられた１つのシリンダヘッドアセンブリ２８を含む。シリンダヘッドアセンブリ２８は、一般に、各シリンダ穴１４に一致するとともに各シリンダ穴１４に対して整合（整列、位置合わせ）されるように形成された凹状燃焼室３０を有する。各シリンダ穴１４および対応する燃焼室３０は集合的にシリンダ３２を定める。

シリンダヘッドアセンブリ２８には複数の吸気ポート３４が形成されている。各吸気ポート３４は、シリンダヘッドアセンブリ２８の外面において、１つの燃焼室３０から吸気平面３６に向かって延びている。以下に詳述されるように、吸気バルブバレル３８は、各吸気ポート３４と交差するように配置され、そこを貫通する吸気アパーチャ４０を含んでいる。吸気バルブバレル３８の第１の角度方向（配向角度）において、吸気平面３６と燃焼室３０との間で流体流動が許容され、吸気バルブバレル３８の第２の角度方向において、吸気平面３６と燃焼室３０との間で流体流動がブロックされるように、吸気ポート３４、吸気バルブバレル３８および吸気アパーチャ４０が配置される。

シリンダヘッドアセンブリ２８はそこに形成された複数の排気ポート４２をも含む。各排気ポート４２は、シリンダヘッドアセンブリ２８の外面において、燃焼室３０の１つから排気平面４４に延びている。以下に詳述されるように、排気バルブバレル４６は、各排気ポート４２に交差するように配置され、そこを貫通する排気アパーチャ４８を含んでいる。排気バルブバレル４６の第１の角度方向において、排気平面４４と燃焼室３０との間で流体流動が許容され、排気バルブバレル４６の第２の角度方向において、排気平面４４と燃焼室３０の間で流体流動がブロックされるように、排気ポート４２、排気バルブバレル４６および排気アパーチャ４８が配置される。

エンジン１０は、流入する空気流を受容し、可燃性の吸気混合物を生成するために空気流に流入する例えばガソリンのような炭化水素燃料を測定し、吸気混合物をシリンダ３２に供給する働きをする燃料供給システム５０を含む。

燃料供給システム５０は連続流または間欠流であってもよい。また、燃料噴射点は個々のシリンダ３２または上流位置であってもよい。燃料噴射点は任意でシリンダ３２内部であってもよく、構造は一般に「直接噴射（ｄｉｒｅｃｔｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）」と呼ばれ、この場合、吸気ポート３４は空気のみをシリンダ３２に供給する。周知のタイプの燃料供給システムは、キャブレータ、機械式燃料噴射システム、および電子式燃料噴射システムを含む。図示されている具体例は各吸気ポート３４に連結された１つの吸気ランナー５２を備えた電子式噴射システムである。

エンジン１０は、各燃焼室３０に取り付けられた、吸気混合物に点火するための１つ以上のスパークプラグ５４を備える点火システムを含む。コイルおよびディストリビュータを備えた従来のケタリング点火システムや、トリガーモジュールおよび多重らせんを備えた直接点火システムのような適切な点火動力源が提供される。点火動力源は、例えばリード線５６でスパークプラグ５４と連結される。

図４はシリンダヘッドアセンブリ２８の１つの分解図である。シリンダヘッドアセンブリ２８は、シリンダバンク１６に取り付けられ、作動部分を包囲するように構成された１つ以上の固定部品を含む。シリンダヘッドアセンブリ２８はシリンダヘッド５７を含む。図示されている例では、シリンダヘッド５７は、上方セクション（分割片）６０にボルトで取り付けられた下方セクション５８で構成されている。あるいは、シリンダヘッド５７が単体のブロックから作られていてもよい。

下方セクション（分割片）５８は、ビレットから鋳造または機械加工によって形成されうるブロック状要素である。下方セクション５８は燃焼室３０（図５参照）および反対側の内面６４を包含する外面６２を含む。内面６４に隣接して、下方セクション５８は、そこに形成され、長軸線（ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｌｉｎｅ）に配置された複数の半円筒形吸気バレル凹部６６を有する。各吸気バレル凹部６６は吸気開放部６８と連通する。複数の半円筒形軸受凹部７０は吸気バレル凹部６６と交互に配置されてもよい。また、下方セクション５８には複数の半円筒形排気バレル凹部７２が形成され、長軸線に配置される。各排気バレル凹部７２は排気開放部７４（図３参照）に連通している。複数の半円筒形軸受凹部７０は排気バレル凹部７２と交互に配置されてもよい。

上方セクション６０も、ビレットから鋳造または機械加工によって形成されうるブロック状要素である。上方セクション６０は、外面７６および下方セクション５８の内面６４と結合する反対側の内面７８を含む。上記の吸気ポート３４は上方セクション６０の一部として形成される。内面７８に隣接して、上方セクション６０はそこに形成され、長軸線に配置された複数の半円筒形吸気バレル凹部６９を有する（図６参照）。各吸気バレル凹部６９は吸気ポート３４の１つと連通する。複数の半円筒形軸受凹部７０が排気バレル凹部６９と交互に配置されてもよい。また、下方セクション５８は、そこに形成され、長軸線に配置された複数の半円筒形排気バレル凹部７１を有する。各排気バレル凹部７１は排気ポート４２の１つに連通している。複数の半円筒形軸受凹部７０が排気バレル凹部７１と交互に配置されてもよい。

シリンダヘッド５７の全部又は一部の流体冷却のための対策が組み込まれる。図示の例では、上方セクション６０は、内面７８と外面７６の間に配置された空洞の内部室（図示されず）を含む。一連の冷却剤注入孔７７（図６）が内面７８に形成され、内部室とつながっている。冷却剤アウトレット（排出口）７９（図４）が外面７６に形成されている。作動時、水または不凍剤が混合された水などの適切な流体冷却剤が、下方セクション５８の内面６４上の対応する冷却材移動孔８１を通って冷却材注入孔７７へと供給される。冷却剤は熱を吸収しながら内部室を通って循環し、次いで冷却材アウトレット７９を通過する。冷却剤は、例えば従来のラジエータ（図示されず）を使用して冷却され、および再利用のために再循環されてもよい。

下方セクション５８および上方セクション６０は、吸気バルブシャフト８０Ａおよび排気バルブシャフト８０Ｂを受容する。バルブシャフト８０Ａおよび８０Ｂは、全般に構造が同様であり、吸気バルブシャフト８０はわずかに規模が大きい。吸気バルブシャフト８０Ａの構造が以下に詳述されるが、当該詳述はバルブシャフト８０Ａおよび８０Ｂの両方に適用されることが理解されよう。

図示の例は吸気バルブシャフト８０Ａおよび排気バルブシャフト８０Ｂを含んでいるが、当然のことながら、ここに説明されるモジュラー式バルブシャフトの構造は、吸気および排気バルブバレルを有する単体のバルブシャフトに適用されてもよく、または、吸気および排気アパーチャをそこに有するバルブバレルに適用されてもよい。

図７を参照すると、吸気バルブシャフト８０Ａは、軸８２に沿って配置された複数の吸気バルブバレル３８を含む。各吸気バルブバレル３８は、前端面８６および後端面８８の間に延在する環状周囲面８４を備えた略筒状の要素である。吸気アパーチャ９０は吸気バルブバレル３８を横向きに貫通して延在し、反対側の周囲面８４とつながっている。アパーチャ９０の通水断面はその長さにわたって一定である。図示の例では、吸気アパーチャ９０は「レーストラック（競技場）」の断面形状をしており、２つの半円形端部に接続された２つの平行な辺を備えている。他の断面形状が使用されてもよい。

吸気アパーチャ９０の（軸８２に対して直角な）横方向の寸法、吸気バルブバレル３８の直径、およびクランクシャフト速度に対する吸気バルブシャフト８０Ａの回転速度は、すべてバルブ開放時間、すなわち「継続時間」に影響し、これらの影響は相互に関係している。これは、排気バルブバレル４６にも当てはまる。吸気バルブシャフト８０Ａおよび／または廃棄バルブシャフト８０Ｂを特定の応用に適用させるために、これらの変数が操作されてもよい。例えば、吸気バルブバレル３８の直径は排気バルブバレル４６の直径と異なっていてもよい。ある非限定的な例示において、吸気バルブバレル３８の直径の排気バルブバレル４６の直径に対する割合は、約１：１から約４：１であってもよい。

吸気バルブバレル３８は、金属合金またはセラミックのような、硬質な耐摩擦性材料でできていてもよい。摩擦性状を改善するために、セラミックまたはカーバイドのような摩擦被覆が、吸気バルブバレル３８、具体的には周囲面８４の全体または一部に塗布されてもよい。

前端面８６と後端面の間に延在する長手方向孔９２または他の開放部が、吸気バルブバレル３８に任意で形成されてもよい。これらの孔９２は、平衡を目的として吸気バルブバレル３８の質量を減少させるために、および／または冷却用気流を提供するために使用されてもよい。

筒状の前方スタブシャフト９４は前端面８６から延伸し、筒状の後方スタブシャフト９６は後端面８８から延伸する。

スタブシャフト９４、９６は、隣接する２つの吸気バルブバレル３８の間でトルクを移動し、それらの間の特定の角度関係を維持するための、嵌合の機械的位置合わせ機構（ｍａｔｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｃａｌａｌｉｇｎｍｅｎｔｆｅａｔｕｒｅｓ）を含む。例えば、前方スタブシャフト９４は軸方向ピン９８のリング部（図８参照）を含んでもよく、後方スタブシャフトは対応する駆動孔１００（図９参照）のリング部を含んでもよい。吸気バルブシャフト８０Ａは、各吸気バルブバレル３８の軸方向ピン９８を、隣接する吸気バルブバレル３８の駆動孔１００に挿入することによって、モジュラー形式で「組み立て」可能である。当然のことながら、各吸気バルブバレル３８の吸気アパーチャ９０は、エンジン１０のシリンダ点火順序に依存した特定の角度方向を有していなければならない。上記の機械的位置合わせ機構は、任意の吸気バルブバレル３８が、吸気バルブシャフト内の任意の位置で使用されうるように構成されてもよい。すなわち、機械的位置合わせ機構は複数の角度位置合わせを提供でき、あるいはその代わりに、機械的位置合わせ機構はただ１つの角度位置合わせとなるように構成されてもよい。この場合、各吸気バルブバレル３８が吸気バルブシャフト８０Ａ内の特定の位置に配置される必要があるだろう。

バルブスタブシャフト９４、９６は、締結具、機械的インターロック、または溶接や構造用接着剤といった接着方法を使用して、任意で互いに連結されうる。あるいは、バルブシャフト８０は、個々の吸気バルブバレル３８から組み立てられる代わりに、単体の一体成形部品として製造されることもできる。

図７および１０に見られるように、吸気バルブシャフト８０Ａには複数の軸受１０２が備え付けられている。図示の例では、軸受は単純なシリンダである。軸受はすべり軸受またはブッシングで構成されてもよい。さらに、軸受は自己潤滑性材料でできていてもよいし、または流体力学的軸受で構成され、圧油供給を備えていてもよい。あるいは、回転要素軸受が使用されてもよい。吸気バルブシャフト３８が組み立てられる場合に、軸受１０２がスタブシャフト９４および９６上に据え付けられ、次いで下方セクション５８および上方セクション６０の軸受凹部７０に据え付けられてもよい。あるいは、軸受１０２は完全な環状部品の代わりにスプリットシェル（貝殻）形状として備わっていてもよい。

組み立てされると、吸気バルブシャフト８０Ａおよび排気バルブシャフト８０Ｂが軸受凹部７０およびバレル凹部６６、７２に受容されて、下方セクション５８と上方セクション６０の間に固定される。これらは従来の締結具（図示されず）を使用して共に連結されてもよい。そして、吸気バルブシャフト８０Ａおよび排気バルブシャフト８０Ｂは、シリンダヘッドアセンブリ２８内で自由に回転可能である。図１１は、下方セクション５８に据え付けられたバルブシャフト８０Ａおよび８０Ｂを示している。

上記のとおり、各吸気バレル凹部６６が吸気開放部６８と連通しており、各排気バレル凹部７２が排気開放部７４と連通している。これらの開放部の各々がシーリングアセンブリを組み込んでいる。吸気開放部６８のうちの１つにある単体のシーリングアセンブリが図１２から１８を参照して全般的に説明されている。この説明は、すべてのシーリングアセンブリ、および吸気および排気の両方に適用可能であるという理解に基づいている。

シールスロット１０４が吸気開放部６８の周囲に形成される。シール１０６がシールスロット１０４に受容され、シリンダ３２と吸気バルブバレル３８の間の漏出を低減または防止するように働く。

図１４から１６にはシール（封止体）１０６がより詳細に示されている。シール１０６は全般に細長のリング状であり、シーリング面１０８、その反対の背面１１０、内周面１１２および外周面１１４を含み、正面図では、シールはレーストラック形状をしており、２つの半円形端部に接続された２つの平行な辺を備えている。内周面１１２と外周面１１４との間で計測されるシールの幅「Ｗ」は、シールスロット１０４の対応する幅よりもわずかに小さくなるように選択され、そうすることでシールがシールスロット１０４に対して摺動できる。図１６に見られるように、シーリング面１０８は、吸気バルブバレル３８の周囲面８４の屈曲に一致する凹曲度を有する。シール１０６の厚さ「Ｔ」は、シール面１０８と背面１１０の間で計測され、レーストラック形状の辺に沿って一定の厚さであり、半円端部部分ではより薄い厚さになるように、テーパー状になる。

シール１０６は金属合金またはセラミックのような、硬質な耐摩擦性材料でできていてもよい。摩擦性状を改善するために、セラミックまたはカーバイドのような摩擦被覆が、シール１０６の全体または一部に塗布されてもよい。

一対のシールばね１１６がシール１０６下方のシールスロット１０４に配置される。図１７および１８に示されているように、シールばね１１６は細長形状であり、ばね鋼の一対のストリップ（一片）１１８でできていてもよい。各々には１つ以上の波形または起伏１２０が形成されている。ストリップ１１８は各々がろう付けまたは他の適切な接着方法で付着されてもよい。図１３に見られるように、シールばね１１６はシールスロット１０４に対して外側方向にシール１０６を押し出し、吸気バルブバレル３８の周囲面８４に接触させる。シールばね１１６はシール１０６にあらかじめ負荷をかけ、正しいアセンブリ位置にシール１０６を保持することが意図されているが、シール１０６に根本的な駆動力を与えることはない。

さらに図１３に見られるように、吸気開放部６８は、シールスロット１０４と連通した１つ以上の小型のガスポート１２１を有する。作動中、シリンダ３２内の上昇するガス圧は、ガスポート１２１へと通過し、シール１０６の後面１１０に衝突し、シール１０６のシーリング面１０８を押圧して吸気バルブバレル３８の周囲面８４に接触させる駆動力を与える。上記はシーリング面１０８と周囲面８４の間の流体漏出に抵抗する。シリンダ３２内の圧力が低下すると、シール１０６に対して作用する力も低下する。上記は、シール１０６に対する大きな力が必要な場合にのみ印加され、シール１０６と吸気バルブバレル３８の間の滑り摩擦力および摩耗を大幅に低減する「一時的な（ｔｉｍｅｄ）」シーリング効果をもたらす。

上記シールスロット１０４は下方セクション５８に直接的に機械加工されてもよい。ただし、図１９から２２に見られるように、下方セクション５８は、吸気開放部６８の周囲に形成されたポケット１２２を任意で有してもよい。シュー１２４はポケット１２２で受容され、例えば締結具、締まりばめ、またはろう付けや溶接などの接着工程を使用してそのなかに固定される。シュー１２４は、上記のように、吸気バレル凹部６６の一部を画定し、シールスロット１０４、シール１０６およびシールばね１１６が備わった外部面１２６を有する。シール１０６の機能は上記と同一である。

組み立てされたエンジンにおいて、駆動アセンブリ１２８（図７）が、プーリ（滑車）１３０およびカプラ（結合器）１３２を含む各々のバルブシャフト８０に提供される。カプラ１３２は、図２３に見られるスロットのような機械的位置合わせ機構１３４を含み、カプラ１３２は、上記の軸方向ピン９８のようなバルブシャフト８０の機械的位置合わせ機構と嵌合するように形成され、そのような寸法に形成される。

プーリ１３０は駆動ベルト、チェーンまたは同様の伝達要素と係合するように構成される。図示されている例では、プーリ１３０はその外周に歯１３６を有し、従来の歯付き駆動ベルトと係合するように構成される。

駆動アセンブリ１２８は調整可能である。より具体的には、プーリと機械的位置合わせ機構１３４の相対的な角度位置は可変である。図７および２４に示される例において、プーリ１３０はスロット１４０を貫通するボルト１３８によってカプラ１３２に取り付けられる。ボルト１３８が緩められ、プーリが選択された方向に回転し、さらにボルトが再度締め付けられる。この調整により、バルブシャフト８０が、エンジン１０の動作特性を調整するように変更されることが可能になる。

図２に示されているように、１つの駆動アセンブリ１２８が各バルブシャフト８０に備えられてもよい。第１の駆動ベルト１４４は、１つのシリンダバンク１６の２つの駆動アセンブリ１２８を遊びプーリ１４６に連結し、第２の駆動ベルト１４８が遊びプーリ１４６をエンジン１０のクランクプーリ１５０に連結する。クランクプーリ１５０、遊びプーリ１４６および駆動アセンブリ１２８は、各バルブシャフト８０がクランクシャフト１８の回転速度の１／４の速度で回転するように、換言すると、駆動構成により４：１で減速させるように形成される。図示されている例において、第２の駆動ベルト１４８は、遊びプーリ１４６をクランクシャフトに２：１の駆動比で連結し（すなわち、遊びプーリ１４６はクランクシャフトの速度の半分の速度で運動する）、第１の駆動ベルト１４４は、駆動アセンブリ１２８を遊びプール１４６に２：１の駆動比で連結する（すなわち、駆動アセンブリは遊びプーリの速度の半分の速度で運動する）。１つ以上の駆動アセンブリ１２８が、例えば電子制御ユニット（図示されず）による制御下にあって、バルブシャフト８０のプーリ１３０に対する角度関係を変更するのに効果的な周知のタイプの能動的調整機構（図示されず）を任意で組み込んでいてもよい。このタイプの装置は一般に「カム位相器（ｃａｍｐｈａｓｅｒ）」と呼ばれている。この装置は、クランクシャフト１８に対する、１つまたは両方のバルブシャフト８０Ａおよび８０Ｂの角度方向または位相を能動的に制御することに使用されてもよい。この機能は、作動中のエンジン１０の動作特性を能動的に制御することに便利である。ディーゼルサイクルエンジンにおいて、この機能は、ブレーキが所望されるときに、吸気バルブシャフト８０Ａを選択的に促進させることで圧縮ブレーキの機能を果たすために使用されてもよい。

エンジン１０の動作が、エンジン１０の単体シリンダ３２を概略的に描写している図２５から２８を参照して説明される。上記のように、吸気バルブシャフト８０Ａおよび排気バルブシャフト８０Ｂは、ベルトまたは他の適切な駆動装置によって駆動され、クランクシャフト１８の１／４の回転速度で回転する。従来のオットーサイクルを使用したエンジン１０の４ストローク（行程）中に、吸気バルブシャフト８０Ａおよび排気シャフト８０Ｂは連続して回転し、吸気ポート３４および排気ポート４２に対して適切な位置にアパーチャ４０および４８のそれぞれを配置する。図示されているように、吸気行程（図２５）の間、吸気バルブシャフト８０Ａの吸気アパーチャ４０が吸気ポート３４に対して実質的に整合（整列、位置合わせ）され、空気が燃焼室３０に入る。排出バルブシャフト８０Ｂの排出アパーチャ４８は、排出バルブシャフト８０Ｂが排出ポート４２を閉鎖して、空気またはガスが排気ポート４２を通って燃焼室から漏出するのを防ぐように配置される。圧縮行程の間（図２６）、吸気バルブシャフト８０Ａのアパーチャ４０および排気バルブシャフト８０Ｂのアパーチャ４８は、いずれも回転して給気ポート３４および排気ポート４２を閉鎖する。動力行程の間（図２７）、吸気バルブシャフト８０Ａのアパーチャ４０および排気バルブシャフト８０Ｂのアパーチャ４８は、吸気ポート３４および排気ポート４２を閉鎖し続ける。最後に、排気行程の間（図２８）、吸気バルブシャフト８０Ａが吸気ポート３４を閉鎖し続け、排気バルブシャフト８０Ｂが排気アパーチャ４８を排気ポート４２と実質的に位置合わせすることによって、排気ポート４２が開放されるように配置される。このサイクルは継続される。この行程の間、従来のポペット弁エンジンにおけるバルブオーバーラップと同様に、バルブシャフト８０Ａおよび８０Ｂの開放部のオーバーラップが存在してもよい。例えば、吸気ポート３４は、吸気ポート３４および排気ポート４２の両方がある一定の時間、開いた状態になるように、排気ポート４２が閉鎖し始めると開き始める。このオーバーラップが、吸気混合物によるシリンダ３２の充填を加速するのに有効になりうる。上記のとおり、アパーチャ４０および４８の角度分離は、バルブ事象のタイミングおよびオーバーラップの程度を変更するために調整されてもよい。

上記の装置は先行技術に対していくつかの優位点を有している。回転バルブ構造は、従来のポペットバルブトレインと比較して、極めて少ない部品数および摩擦損失を有する。また、回転バルブ構造は往復運動を必要とせず、高エンジン速度での動作のための高圧力下のバルブばねに依存していないことから、従来のバルブトレインよりもはるかに信頼性が高い潜在力を有している。

さらに、ここに説明されるシーリングアセンブリは低い機械的負荷および長い要素寿命を可能にしつつ、回転バルブ装置の効果的なシーリングを提供するであろう。

当然のことながら、本発明は完結したエンジンとして実施されてもよい。または、ここに説明されるシリンダヘッドアセンブリは、既存の内燃エンジンに改良されてもよい。または、回転バルブ装置および／またはシーリングアセンブリはシリンダヘッド設計に組み込まれてもよい。

前述は回転バルブ装置、回転バルブ装置のためのシール装置、および回転バルブ装置を備えたエンジンについて説明してきた。この明細書（付随する請求項、要約および図面を含む）に開示されるすべての特徴、および／または開示されているあらゆる方法または工程のすべてのステップは、かかる特徴および／またはステップの少なくともいくつかが互いに矛盾する組み合わせを除き、あらゆる組み合わせに組み合されてもよい。

本明細書（添付の請求項、要約および図面を含む）内で開示されている各特徴は、明示的に言及されていない限り、同一、同等、または同様の目的に適う別の特徴によって差し替えられてもよい。よって、明示的に言及されていない限り、開示される各特徴は同等または同様の特徴の包括的な一組の、単なる１つの例に過ぎない。

本発明は先述の実施形態の詳細に限定されない。本発明は、本明細書で開示された特徴のうち、あらゆる新規の１つまたはあらゆる新規の組合せにまで及ぶものであり、または、開示されたあらゆる方法または工程のステップの、あらゆる新規の１つまたはあらゆる新規の組み合わせに及ぶ。
（付記）
本発明は、以下の形態を取り得る。
［形態１］
開放部および前記開放部周囲に形成されたシールスロットを定めるシリンダヘッドと、
シーリング面、反対の背面、内周面および外周面を有するレーストラック形状の本体を備え、前記スロット内に配置されるシールと、
前記シールを前記シールスロットに対して外側方向に付勢するように、前記シール下部の前記シールスロットに配置された少なくとも１つのばねと、を含むことを特徴とするシール装置。
［形態２］
前記シリンダヘッドは、ガス圧が前記シールスロットに対して外側方向に前記シールを付勢することを許容するように、前記シールスロットおよび前記シールの背面に連通するガスポートを含むことを特徴とする形態１に記載の装置。

Claims

バルブシャフトを定めるように、互いに結合されるとともに端部間で軸に沿って配置された複数の分離したバルブバレルを備え、前記各バルブバレルは前端面と後端面の間に延在する環状周囲面、および、反対側の周囲面と連通するように横向きに貫通して延在するアパーチャを有し、軸方向に隣接する前記バルブバレルの間では、前記アパーチャが、エンジンのシリンダ点火順序に異存した特定の角度関係に配置され、
前記各バルブバレルは、前記前端面から延伸し、第１の機械的位置合わせ機構を含む前方スタブシャフトと、前記後端面から延伸し、第２の機械的位置合わせ機構を含む後方スタブシャフトと、を含み、
軸方向に隣接する前記バルブバレルの前記第１及び第２の機械的位置合わせ機構は、隣接する前記バルブバレルの間の特定の角度関係を維持するように互いに係合し、
前記第１及び第２の機械的位置合わせ機構は、隣接する前記バルブバレルが複数の所定の角度方向に組み立てられることを許容するように構成され、前記特定の角度関係は前記複数の所定の角度方向のうちの１つから選択され、
一方の前記機械的位置合わせ機構は、１つの前記スタブシャフトから延伸する複数のピンのリング部を備え、他方の前記機械的位置合わせ機構は、反対側の前記スタブシャフトに形成された複数の孔のリング部を備え、前記前方スタブシャフトおよび前記後方スタブシャフト上に軸受けが据付けられていることを特徴とするモジュラー式ロータリーバルブ装置。
前記各バルブバレルには、冷却用気流を提供するために前記前端面と前記後端面との間に延在する長手方向孔が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の装置
シリンダヘッド内で回転するために取り付けられた請求項１に記載のバルブシャフトを含み、前記シリンダヘッドは、
そこに連通する吸気開放部および排気開放部を有する少なくとも１つの燃焼室と、
吸気ポートと、
排気ポートと、を含み、
前記バルブバレルの１つが前記吸気開放部と前記吸気ポートとの間に配置され、前記バルブバレルの１つが前記排気開放部と前記排気ポートとの間に配置されていることを特徴とするモジュラー式ロータリーバルブ装置。
シリンダヘッド内で並んで回転するために取り付けられた請求項１に記載の第１及び第２のバルブシャフトを含み、前記シリンダヘッドは、
そこに連通する吸気開放部および排気開放部を有する少なくとも１つの燃焼室と、
吸気ポートと、
排気ポートと、を含み、
前記バルブバレルの１つが前記吸気開放部と前記吸気ポートとの間に配置され、前記バルブバレルの１つが前記排気開放部と前記排気ポートとの間に配置されていることを特徴とするモジュラー式ロータリーバルブ装置。
前記シリンダヘッドは複数のバルブバレル凹部を含み、前記各バルブバレル凹部は１つのバルブバレルを受容することを特徴とする請求項３に記載の装置。
前記シリンダヘッドは上方セクションおよび下方セクションを有し、各セクションはそこに形成されたバルブバレル凹部および軸受凹部を含み、前記上方セクションの前記バルブバレル凹部は前記下方セクションの対応するバルブバレル凹部に対して整合されることを特徴とする請求項３に記載の装置。
シリンダ穴を定めるブロックと、
回転するために前記ブロックに取り付けられたクランクシャフトと、
前記シリンダ穴に配置されるピストンと、
前記ピストンを前記クランクシャフトに相互連結する連結ロッドと、
請求項３に記載のモジュラー式ロータリーバルブ装置を備え、前記シリンダヘッドは前記ブロックに結合され、前記燃焼室は前記シリンダ穴に対して整合されることを特徴とするエンジン。
シリンダ穴を定めるブロックと、
回転するために前記ブロックに取り付けられたクランクシャフトと、
前記シリンダ穴に配置されるピストンと、
前記ピストンを前記クランクシャフトに相互連結する連結ロッドと、
請求項４に記載のモジュラー式ロータリーバルブ装置を備え、前記シリンダヘッドが前記ブロックに結合され、前記燃焼室が前記シリンダ穴に対して整合されることを特徴とするエンジン。
前記第１のバルブシャフトの前記バルブバレルは第１の直径を有し、前記第２のバルブシャフトの前記バルブバレルは第２の直径を有し、前記第１の直径は前記第２の直径よりも大きいことを特徴とする請求項８に記載のエンジン。
前記第１の直径の前記第２の直径に対する割合は約４：１から１：１であることを特徴とする請求項９に記載のエンジン。
前記第１のバルブシャフトおよび前記第２のバルブシャフトは、前記クランクシャフトの回転速度の１／４で回転するように、前記クランクシャフトに相互連結されることを特徴とする請求項８に記載のエンジン。
前記クランクシャフトに連結されたクランクプーリと、
２：１の駆動比で第１の駆動ベルトによって前記クランクシャフトに連結された遊びプーリと、
各バルブシャフトに連結されたプーリを含む駆動アセンブリと、
２：１の駆動比で前記駆動アセンブリを前記遊びプーリに連結する第２の駆動ベルトと、をさらに備えることを特徴とする請求項８に記載のエンジン。
前記駆動アセンブリはプーリおよびカプラを含み、前記プーリおよび前記カプラの相対的な角度位置が可変であることを特徴とする請求項１２に記載のエンジン。
モジュラー式ロータリーバルブ装置を組み立てる方法であって、
分離した複数のバルブバレルの選択された角度方向を決定するステップであって、各バルブバレルは前端面と後端面との間に延在する環状周囲面、反対側の周囲面と連通するように横向きに貫通して延在するアパーチャ、前記前端面から延伸する前方スタブシャフト、および、前記後端面から延伸する後方スタブシャフトを含む、ステップと、
前記各バルブバレルが前記選択された角度方向にある状態でバルブシャフトを定めるように、前記バルブバレルを端部間で軸に沿って配置して互いに連結するステップであって、軸方向に隣接するバルブバレルの間では、前記アパーチャが、エンジンのシリンダ点火順序に異存した特定の角度関係に配置される、ステップと、を含み、
前記バルブバレルを互いに連結するステップは、隣接するバルブバレルの機械的位置合わせ機構を係合することを含み、
前記機械的位置合わせ機構は、隣接する前記バルブバレルが複数の所定の角度方向に組み立てられることを許容するように構成され、前記特定の角度関係は前記複数の所定の角度方向のうちの１つから選択され、
一方の前記機械的位置合わせ機構は、１つの前記スタブシャフトから延伸する複数のピンのリング部を備え、他方の前記機械的位置合わせ機構は、反対側の前記スタブシャフトに形成された複数の孔のリング部を備え、前記前方スタブシャフトおよび前記後方スタブシャフト上に軸受けが据付けられることを特徴とするモジュラー式ロータリーバルブ装置を組み立てる方法。
前記各バルブバレルには、冷却用気流を提供するために前記前端面と前記後端面との間に延在する長手方向孔が設けられていることを特徴とする請求項１４に記載の方法。