KR20230038564A - 내연 기관용 로터리 밸브들을 갖는 헤드 조립체 - Google Patents

Abstract

내연 기관용 실린더 헤드 조립체는 연소실을 규정하고 그것과 연통하는 적어도 하나의 개방부를 갖는 실린더 헤드; 적어도 하나의 포트; 적어도 하나의 개방부와 적어도 하나의 포트 사이에 배치된 적어도 하나의 회전 가능한 밸브 요소; 및 적어도 하나의 회전 가능한 밸브 요소와 실린더 헤드 사이에 배치된 적어도 하나의 시일 조립체―시일 조립체는 적어도 하나의 밸브 요소의 주변 표면에 순응하는 오목한 밀봉 면을 갖는 시일, 밀봉 면에 대향하여 배치된 래비린스 시일, 및 시일과 실린더 헤드 사이에 배치된 탄성 보조 시일을 포함함―;을 포함한다.

Description

내연 기관용 로터리 밸브들을 갖는 헤드 조립체

[0001] 본 발명은 일반적으로 내연 기관들에 관한 것으로, 특히 로터리 밸브(rotary valve)들을 사용하는 엔진들에 관한 것이다.

[0002] 내연 기관들은 잘 알려져 있으며 다양한 응용 분야들에서 사용되고 있다. 예를 들어, 내연 기관들은 자동차들, 농기구, 잔디 깎는 기계들 및 선박에 사용된다. 내연 기관들은 또한 2 행정 또는 4 행정과 스파크 점화(spark ignition) 또는 압축 점화와 같은 다양한 크기들과 구성들로 제공된다.

[0003] 전형적으로, 내연 기관들은 다수의 가동 부품들을 포함하고, 예를 들어, 이들은 흡기 및 배기 밸브들, 로커 아암(rocker arm)들, 스프링(spring)들, 캠샤프트(camshaft)들, 커넥팅 로드(connecting rod)들, 피스톤(piston)들 및 크랭크샤프트(crankshaft)를 포함한다. 다수의 가동 부품들을 갖는 문제들 중 하나는 고장의 위험이 증가하고[특히 밸브 트레인(valve train)에서] 마찰 손실들로 인해 효율성이 감소한다는 것이다. 특수 윤활제들과 코팅들이 마찰을 감소시키기 위해 사용될 수 있고 특정 합금들이 고장을 방지하기 위해 사용될 수 있다; 그러나, 이러한 개선들에도 불구하고, 고장의 위험과 마찰 손실들은 여전히 높다. 추가적으로, 밸브 트레인들이 고장난 경우, 파손된 밸브 트레인을 수리하는 것은 시간이 많이 걸리고 특수한 도구들을 필요로 할 수 있고, 따라서 현장에서 수리하는 것을 매우 어렵게 만들 수 있다.

[0004] 따라서, 낮은 마찰, 양호한 신뢰성 및 작은 개수의 부품들을 갖는 내연 기관용 밸브 트레인에 대한 필요성이 여전히 존재한다.

[0005] 이러한 필요성은 하나 이상의 회전 밸브 요소들을 갖는 헤드 조립체에 의해 해결된다.

[0006] 본 명세서에 설명된 기술의 일 양태에 따르면, 내연 기관용 실린더 헤드 조립체(cylinder head assembly)는: 연소실을 규정하고 그것과 연통하는 적어도 하나의 개방부(opening)를 갖는 실린더 헤드; 적어도 하나의 포트(port); 적어도 하나의 개방부와 적어도 하나의 포트 사이에 배치된 적어도 하나의 회전 가능한 밸브 요소(rotatable valve element); 및 적어도 하나의 회전 가능한 밸브 요소와 실린더 헤드 사이에 배치된 적어도 하나의 시일 조립체(seal assembly)를 포함하고, 시일 조립체는 적어도 하나의 밸브 요소의 주변 표면(peripheral surface)에 순응하는 오목한 밀봉 면(concave sealing face)을 갖는 시일(seal), 밀봉 면에 대향하여 배치된 래비린스 시일(labyrinth seal), 및 시일과 실린더 헤드 사이에 배치된 탄성 보조 시일(resilient secondary seal)을 포함한다.

[0007] 본 발명은 첨부된 도면들과 함께 취해진 다음의 설명을 참조하여 가장 잘 이해될 수 있다:
[0008] 도 1은 하나 이상의 회전 밸브들을 갖는 헤드 조립체를 포함하는 내연 기관의 개략적인 부분 단면도이다.
[0009] 도 2는 본 발명의 양태에 따른 내연 기관용 회전 밸브들을 갖는 헤드 조립체의 사시도이다.
[0010] 도 3은 도 2의 헤드의 대안적인 구성의 사시도이다.
[0011] 도 4는 도 2의 헤드 조립체의 분해도이다.
[0012] 도 5는 도 2의 헤드 조립체의 하부 섹션의 하부 사시도이다.
[0013] 도 6은 도 2의 헤드 조립체의 하부 섹션의 상부 사시도이다.
[0014] 도 7은 도 2의 헤드 조립체의 상부 섹션의 하부 사시도이다.
[0015] 도 8은 도 2의 헤드 조립체의 밸브 배럴(valve barrel)의 전방 사시도이다.
[0016] 도 9는 도 2의 헤드 조립체의 밸브 배럴의 후방 사시도이다.
[0017] 도 10은 상부 섹션이 제거된 도 2의 헤드 조립체의 사시도이다.
[0018] 도 11은 도 2의 헤드 조립체의 단부 시일의 전방 사시도이다.
[0019] 도 12는 도 2의 헤드 조립체의 단부 시일의 후방 사시도이다.
[0020] 도 13은 도 2의 헤드 조립체의 시일 조립체의 분해도이다.
[0021] 도 14는 도 2의 헤드 조립체의 시일 조립체의 분해도이다.
[0022] 도 15는 도 2의 헤드 조립체의 일부의 단면도이다.
[0023] 도 16은 본 발명의 대안적인 양태에 따른 내연 기관용 회전 밸브들을 갖는 헤드 조립체의 분해도이다.
[0024] 도 17은 도 16의 헤드 조립체의 중앙 섹션의 상부 사시도이다.
[0025] 도 18은 도 16의 헤드 조립체의 중앙 섹션의 하부 사시도이다.
[0026] 도 19는 도 16의 헤드 조립체의 하부 섹션의 상부 사시도이다.
[0027] 도 20은 도 16의 헤드 조립체의 하부 섹션의 하부 사시도이다.
[0028] 도 21은 도 16의 헤드 조립체의 시일 조립체들의 사시도이다.
[0029] 도 22는 도 16의 헤드 조립체의 내부 구성요소들의 분해도이다.
[0030] 도 23은 도 16의 헤드 조립체의 내부 구성요소들의 다른 분해도이다.
[0031] 도 24는 도 2의 헤드 조립체의 일부의 단면도이다.
[0032] 도 25는 도 15의 일부의 확대도이다.
[0033] 도 26은 대안적인 시일 조립체의 일부의 단면도이다.

[0034] 본 명세서에 설명된 개념들이 완전한 내연 기관으로 구현될 수 있거나, 또는 본 명세서에 설명된 실린더 헤드 조립체들이 기존 내연 기관에 개조 장착될 수 있거나, 또는 회전 밸브 조립체가 실린더 헤드 설계 내로 통합될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 이제, 동일한 참조 번호들이 다양한 도면들 전체에 걸쳐 동일한 요소들을 나타내는 도면들을 참조하면, 도 1은 본 발명의 양태에 따라 구성된 예시적인 내연 기관(10)을 예시한다.

[0035] 예시된 예는 단일 실린더, 4 행정 엔진이다. 그러나, 본 명세서에 설명된 원리들이 임의의 내연 기관, 예를 들어 오토 사이클(Otto cycle) 또는 디젤 사이클(Diesel cycle)과 같은 다양한 사이클들을 실행하는 엔진들, 또는 유체 유동 포트들을 개방 및 폐쇄하는 밸브들을 필요로 하는 유사한 기계들에 적용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.

[0036] 엔진은 엔진(10)의 다른 구성요소들에 대한 구조적 지지 및 장착 지점으로서 역할을 하는 블록(block)(12)을 포함한다. 블록(12)은 크랭크케이스(14)와 실린더 배럴(cylinder barrel)(16)을 포함한다. 일반적으로 원통형 실린더 보어(18)가 실린더 배럴(16) 내에 형성된다. 오프셋 크랭크핀(offset crankpin)(22)을 갖는 크랭크샤프트(20)는 적절한 베어링들에서 회전하기 위해 블록(12) 내에 장착된다. 피스톤(24)이 실린더 보어(18) 내에 배치되고, 피스톤(24)은 피스톤 로드(26)에 의해 크랭크핀(22)에 연결된다. 크랭크샤프트(20), 피스톤 로드(26) 및 피스톤(24)은 집합적으로 회전 조립체(28)를 규정한다. 작동 시, 실린더 보어(18) 내의 가스 압력은 피스톤(24)의 선형 운동을 일으키고, 회전 조립체(28)는 피스톤의 선형 운동을 크랭크샤프트(20)의 회전으로 변환하도록 알려진 방식으로 작동 가능하다.

[0037] 엔진은 실린더 배럴(16)에 부착된 실린더 헤드 조립체(30)를 포함한다. 실린더 헤드 조립체(30)는 일반적으로 실린더 보어(18)에 대응하여 그 내에 형성되고 이와 정렬된 오목한 연소실(32)을 갖는다. 연소실(32)은 실린더 보어(18)의 단부를 폐쇄한다. 집합적으로, 실린더 보어(18)와 연소실(32)은 실린더(34)를 형성한다.

[0038] 실린더 헤드 조립체(30)는 그 내에 형성된 흡기 포트(36)를 갖는다. 흡기 포트(36)는 연소실(32)로부터 실린더 헤드 조립체(30)의 외부 표면의 흡기 평면(38)까지 연장된다.

[0039] 실린더 헤드 조립체(30)는 본 명세서에서 "밸브 배럴"로 참조될 수 있는 하나 이상의 로터리 밸브 요소들을 포함하는 로터리 밸브 장치(40)를 포함한다. 참조 번호 42로 상징적으로 표현된 로터리 흡기 밸브 요소는 흡기 포트(36)를 가로질러 배치된다. 로터리 흡기 밸브 요소(42)의 제1 각도 배향에서, 유체 유동이 흡기 평면(38)과 연소실(32) 사이에서 허용되고, 로터리 흡기 밸브 요소(42)의 제2 각도 배향에서, 유체 유동이 흡기 평면(38)과 연소실(32) 사이에서 차단되도록 배열된다. 이하에서 상세히 설명되는 바와 같이, "로터리 밸브 요소"는 독립적인 회전 구성요소, 또는 다수의 밸브 요소들을 포함하는 회전 구성요소의 일부를 참조할 수 있다.

[0040] 실린더 헤드 조립체(30)는 또한 그 내에 형성된 배기 포트(44)를 포함한다. 배기 포트(44)는 연소실(32)로부터 실린더 헤드 조립체(30)의 외부 표면의 배기 평면(46)까지 연장된다.

[0041] 로터리 밸브 장치(40)는 또한 배기 포트(44)를 가로질러 배치된, 참조 번호 48로 상징적으로 표현된, 로터리 배기 밸브 요소를 포함한다. 로터리 배기 밸브 요소(48)의 제1 각도 배향에서, 배기 평면(46)과 연소실(32) 사이에 유체 유동이 허용되고, 로터리 배기 밸브 요소(48)의 제2 각도 배향에서, 유체 유동이 배기 평면(46)과 연소실(32) 사이에서 차단되도록 배열된다.

[0042] 엔진(10)은 유입되는 기류를 수용하고, 가솔린과 같은 가연성 연료를 기류 내로 계량하여 가연성 흡기 혼합물을 생성하고, 그리고 흡기 혼합물을 실린더(34)로 전달하도록 작동 가능한 연료 전달 시스템(50)을 포함한다.

[0043] 연료 전달 시스템(50)은 연속적인 유동 또는 간헐적인 유동일 수 있고, 연료 분사 지점은 개별 실린더(34) 또는 상류 위치에 있을 수 있다. 선택적으로, 연료 분사 지점은 일반적으로 "직접 분사"로 참조되는 구성인 실린더(34) 내에 있을 수 있으며, 이 경우 흡기 포트(36)는 공기만을 실린더(34) 내로 전달할 것이다. 알려진 유형들의 연료 전달 시스템들은 기화기들, 기계식 연료 분사 시스템들 및 전자식 연료 분사 시스템들을 포함한다. 예시된 특정 예는 기화기이다.

[0044] 엔진(10)은 흡기 혼합물을 점화시키기 위해 각각의 연소실(32)에 장착된 하나 이상의 스파크 플러그들(52)을 포함하는 점화 시스템을 포함한다. 코일 및 배전기를 갖는 종래의 케터링(Kettering) 점화 시스템, 또는 트리거 모듈(trigger module) 및 별도의 코일 또는 마그네토(magneto)를 갖는 직접 점화 시스템과 같은 적절한 점화 전원(54)이 제공된다. 점화 전원(54)은 예를 들어 리드(lead)(56)로 스파크 플러그(52)에 연결된다.

[0045] 도 2 내지 도 15는 실린더 헤드 조립체(30)를 예시한다. 실린더 헤드 조립체(30)는 엔진 블록(12)에 장착되고 작동 부품들을 둘러싸도록 구성된 하나 이상의 고정 구성요소들을 포함한다. 실린더 헤드 조립체(30)는 실린더 헤드(58)를 포함한다. 예시된 예에서, 실린더 헤드(58)는 볼트(도시되지 않음)로 상부 섹션(62)에 부착된 하부 섹션(60)으로 구성된다. 대안적으로, 실린더 헤드(58)는 단일 부품으로 만들어질 수 있다. 도 3은 실린더 헤드(58)의 하부 섹션(60)이 엔진 블록(12')의 실린더 배럴(16')과 일체로 만들어지는 선택적 구성을 도시한다. 선택적으로, 실린더 헤드(58)의 하부 섹션(60)은 개별 실린더 배럴(도시되지 않음)과 일체로 만들어질 수 있다. 또 다른 선택으로서, 실린더 헤드(58) 전체가 실린더 블록 또는 실린더 배럴과 일체로 만들어질 수 있다.

[0046] 이제 도 4를 참조하면, 하부 섹션(60)은 예를 들어 빌릿(billet)으로부터 주조 또는 기계 가공에 의해 형성될 수 있는 블록형 요소이다. 이는 연소실(32)(도 5 참조)을 포함하는 외부 표면(64) 및 대향하는 내부 표면(66)(도 6)을 포함한다. 내부 표면(66)에 인접하여, 하부 섹션(60)은 그 내에 형성된 반원통형 배럴 리세스(68)를 갖는다. 배럴 리세스(68)는 흡기 개방부(70) 및 배기 개방부(72)와 연통한다.

[0047] 배럴 리세스(68)는 흡기 개방부(70) 및 배기 개방부(72)를 둘러싸는 시일 리세스(74)를 포함한다. 시일 리세스(74) 내에서, 흡기 튜브 리셉터클(76)이 흡기 개방부(70)를 둘러싼다. 홈형 흡기 시일 시트(78)는 흡기 튜브 리셉터클(76)을 둘러싼다. 유사하게, 배기 튜브 리셉터클(80)이 배기 개방부(72)를 둘러싼다. 홈형 배기 시일 시트(82)는 배기 개방부(72)를 둘러싼다.

[0048] 상부 섹션(62)은 또한 빌릿으로부터 주조 또는 기계 가공에 의해 형성될 수 있는 블록형 요소이다. 이는 외부 표면(84)(도 4), 및 하부 섹션(60)의 내부 표면(66)과 정합하는 대향 내부 표면(86)(도 7)을 포함한다. 상술된 흡기 포트(36) 및 배기 포트(44)는 상부 섹션(62)의 일부로서 형성된다. 내부 표면(86)에 인접하여, 상부 섹션(62)은 그 내에 형성된 반원통형 배럴 리세스(88)를 갖는다. 배럴 리세스(88)는 흡기 포트(36) 및 배기 포트(44)와 연통한다.

[0049] 배럴 리세스(88)는 흡입 포트(36) 및 배기 포트(44)를 둘러싸는 시일 리세스(90)를 포함한다. 시일 리세스(90) 내부에서, 흡기 튜브 리셉터클(92)이 흡기 포트(36)를 둘러싼다. 홈형 흡기 시일 시트(94)는 흡기 튜브 리셉터클(92)을 둘러싼다. 유사하게, 배기 튜브 리셉터클(96)은 배기 포트(44)를 둘러싼다. 홈형 배기 시트(98)는 배기 포트(44)를 둘러싼다.

[0050] 조립될 때, 배럴 리세스들(68, 88)은 일반적으로 원통형인 배럴 보어를 협동식으로 규정한다.

[0051] 하부 섹션(60) 및 상부 섹션(62)은 본 명세서에서 밸브 배럴(또는 간단히 "배럴")(100)로 참조되는 로터리 밸브 요소를 수용한다. 도 8 및 도 9를 참조하면, 밸브 배럴(100)은 전방 및 후방 단부 면들(104, 106) 사이에서 연장되는 환형 주변 표면(102)을 갖는 대체로 원통형 요소이다. 흡기 개구부(aperture)(108)는 밸브 배럴(100)을 통해 횡방향으로 연장되어, 대향 측면들에서 주변 표면(102)과 연통한다. 일부 실시예들에서, 흡기 개구부(108)의 유동 단면적은 그 길이에 걸쳐 일정할 수 있다. 다른 반복(iteration)들에서는, 선택된 프로파일(profile)들이 밸브의 본체 내부의 개구부의 내부 형상에 사용될 수 있다. 예시된 예에서 흡기 개구부(108)는 2 개의 반원형 단부들에 의해 연결된 2 개의 평행한 측면들을 갖는 세장형 "레이스트랙(racetrack)" 단면 형상을 갖는다. 다각형, 타원형, 불규칙한 또는 일부 다른 선택된 형상과 같은 다른 단면 형상들이 사용될 수 있다.

[0052] 배기 개구부(110)가 밸브 배럴(100)을 통해 횡방향으로 연장하여, 대향 측면들에서 주변 표면(102)과 연통한다. 일부 실시예들에서, 배기 개구부(110)의 유동 단면적은 이의 길이에 걸쳐 일정할 수 있다. 다른 반복들에서는, 선택된 프로파일은 밸브의 본체 내 개구부의 내부 형상에 사용될 수 있다. 예시된 예에서, 배기 개구부(110)는 2 개의 반원형 단부들에 의해 연결된 2 개의 평행한 측면들을 갖는 가늘고 긴 "레이스트랙" 단면 형상을 갖는다. 다른 단면 형상들이 사용될 수 있다. 다른 실시예들에서, 배기 개구부(110)는, 평면도에서, 다각형, 타원형, 불규칙한 또는 일부 다른 선택된 형상과 같은 실린더 헤드 설계의 제약들에 맞도록 선택된 형상을 가질 수 있다.

[0053] 선택적으로, 개구부들(108, 110)과 주변 표면(102) 사이의 에지(edge)는 유동 특성들을 조작하고 그리고/또는 개구부들(108, 110)의 유효한 개방 및/또는 폐쇄 지점을 변경하기 위한 목적으로 경사(bevel), 모따기, 반경 또는 노치(notch)와 같은 프로파일을 가질 수 있다.

[0054] 개구부들(108, 110)의 측방향 치수(회전 축에 수직임), 밸브 배럴(100)의 직경 및 크랭크샤프트 속도에 대한 밸브 배럴(100)의 회전 속도는 모두 밸브 개방 시간 또는 "지속 시간"을 초래하고, 이러한 효과들은 서로 관련되어 있다. 이들 변수들은 밸브 배럴(100)을 특정 응용 분야에 맞게 조정하기 위해 조작될 수 있다.

[0055] 본 명세서에 설명된 개념들, 특히 밀봉 개념들은 밸브의 회전 축에 대해 전적으로 가로지르지 않는 유동 경로들을 포함하는 다른 유형들의 로터리 밸브들에 적용 가능하다. 예를 들어, 일부 알려진 유형들의 로터리 밸브들은 일 단부에 제공된 개방부를 거쳐 밸브 본체를 통한 유체 유동을 허용하도록 구성되며, 유동은 선택된 방향으로 밸브의 회전 축을 따라 이동하고, 배럴 밸브의 외부 표면 상의 선택된 위치에서 주변 개방부를 거쳐 엔진의 연소실과 유체 연통하고, 유동은 흡기 또는 배기 가스들에 대한 가스 교환 과정으로 작용한다.

[0056] 밸브 배럴(100)은 금속 합금 또는 세라믹(ceramic)과 같은 단단한 내마모성 재료로 만들어질 수 있다. 선택적으로, 탄소계 코팅들 또는 세라믹들과 같은 표면 처리들 또는 코팅들이 밸브 배럴(100)의 구성을 위해 선택된 기본 재료들에 적용될 수 있다. 재료 선택은 이하에서 더 자세히 설명된다. 하나의 비제한적인 예에서, 밸브 배럴(100)은 강철 합금으로 만들어진다.

[0057] 예시된 예에서, 시일 치형부(seal tooth)(112)로 참조되는 환형 플랜지가 주변 표면(102)으로부터 반경방향 외향으로 연장된다. 도 10에서 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이, 조립될 때, 시일 치형부(112)는 비접촉 회전 시일을 규정하는 실린더 헤드(58)에 형성된 원주방향 시일 홈(114)에 수용된다. 대안적으로, 시일 구성은 반전될 수 있는데, 즉 주변 표면(102)은 홈을 포함할 수 있고 실린더 헤드(58)는 시일 치형부를 포함할 수 있다.

[0058] 전방 스터브(stub) 샤프트(116)는 전방 단부 면(104)으로부터 연장되고, 후방 스터브 샤프트(118)는 후방 단부 면(106)으로부터 연장된다.

[0059] 도 4를 참조하면, 밸브 배럴(100)은 전방 스터브 샤프트(116)를 수용하는 전방 베어링(120) 및 후방 스터브 샤프트(118)를 수용하는 후방 베어링(122)에 의해 실린더 헤드(58)에서 회전하도록 장착된다. 일부 실시예들에서, 스터브 샤프트들은 제거될 수 있고, 베어링들은 밸브의 원형 둘레의 선택된 프로파일 또는 밸브의 내부에 제공된 리세스에 직접 장착될 수 있다. 다른 실시예들에서, 베어링들은 제거되고, 회전 배럴 밸브는 시일 요소들(146, 148)에 의해서만 지지된다.

[0060] 예시된 예에서, 베어링들(120, 122)은 중앙 보어들을 갖는 간단한 원통체들로서 개략적으로 도시되어 있다. 일반적으로, 밸브 배럴(100)을 지지하고 마찰을 감소시키는 모든 유형의 베어링이 사용될 수 있다. 적절한 유형들의 베어링들의 예들은 구름 요소 베어링들[예컨대, 볼(ball), 롤러(roller), 니들(needle)], 부싱(bushing)들, 정유압 베어링들 또는 유체역학 베어링들을 포함한다.

[0061] 전방 베어링(120)은 적절한 패스너(fastener)들(도시되지 않음)로 실린더 헤드(58)에 연결되는 전방 캡(cap)(124)에 장착된다. 후방 베어링(122)은 배럴 리세스(68)에 수용되는 후방 캡(126)에 장착된다.

[0062] 밸브 배럴(100)에는 전방 베어링(120)과 전방 단부 면(104) 사이에 끼워진 선택적인 전방 단부 시일(128)과 후방 베어링(122)과 후방 단부 면(106) 사이에 끼워진 선택적인 후방 단부 시일(130)이 제공된다.

[0063] 선택적인 단부 시일들(128, 130)의 구조는 도 11 및 도 12에 보다 상세히 도시되어 있다. 전방 단부 시일(128)은 예로서 도시되어 있고, 후방 단부 시일(130)은 동일할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 전방 단부 시일(128)은 일반적으로 전방 면(132), 후방 면(134) 및 밸브 배럴(100)의 외부 직경과 거의 동일한 외부 직경을 갖는 환형 외부 표면(136)을 갖는 디스크 형상이다. 시일 치형부(138)로 참조되는 환형 플랜지가 외부 표면(136)으로부터 반경방향 외향으로 연장된다. 도 10에서 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이, 조립될 때, 시일 치형부(138)는 실린더 헤드(58)에 형성된 원주방향 시일 홈(140)에 수용되어, 비접촉 회전 시일를 규정한다. 전방 단부 시일(128)의 중앙 구멍(142)은 전방 스터브 샤프트(116)를 수용한다. 중앙 구멍(142)을 둘러싸는 돌출 보스(boss)(144)가 형성된다. 보스(144)의 두께는, 조립될 때, 전방 단부 시일(128)이 전방 베어링(120)의 내부 레이스(inner race)와 밸브 배럴(100)의 전방 단부 면(104) 사이에, 축방향 간극이 존재하는 상태로, 클램핑되도록 선택된다. 이와 같이 조립되면, 전방 단부 시일(128)은 밸브 배럴(100)과 함께 회전한다.

[0064] 단부 시일들(128, 130)은 내마모성 및/또는 자가 윤활성(self-lubricating)인 재료로부터 만들어질 수 있다. 선택적으로, 탄소계 코팅들 또는 세라믹들과 같은 표면 처리들 또는 코팅들이 단부 시일들(128, 130)의 구성을 위해 선택된 기본 재료들에 제공될 수 있다. 하나의 비제한적 예시 재료는 선택적으로 결합제들 또는 첨가제들을 포함하는 소결된 흑연 형태의 탄소이다. 적합한 탄소 시일 재료들은 상업적으로 입수 가능하다.

[0065] 조립될 때, 밸브 배럴(100)은 배럴 리세스들(68 및 88)에 수용되고, 통상적인 패스너들(도시되지 않음)을 사용하여 함께 결합될 수 있는 하부 섹션(60)과 상부 섹션(62) 사이에 클램핑된다. 그러면 밸브 배럴(100)은 실린더 헤드 조립체(30) 내부에서 자유롭게 회전하게 된다. 도 10은 하부 섹션(60)에 설치된 밸브 배럴(100)을 도시한다.

[0066] 위에서 언급되고 도 7에 도시된 바와 같이, 상부 섹션(62)의 배럴 리세스(88)는 흡기 및 배기 포트들(36, 44)과 연통하고, 하부 섹션(60)의 배럴 리세스(68)는 흡기 및 배기 개방부들(70, 72)과 연통한다. 섹션들(60, 62) 각각은 시일 조립체(146, 148)를 각각 포함한다(도 4).

[0067] 하부 섹션(60)의 시일 조립체(146)는 도 13 내지 도 15를 참조하여 설명될 것이고, 이 설명은 시일 조립체들(146, 148) 둘 다에 적용 가능하다는 점이 이해될 것이다.

[0068] 시일 조립체(146)는 시일 리세스(74)에 수용되어 연소실(32)과 밸브 배럴(100) 사이의 누출을 감소시키거나 방지하도록 작동한다. 시일 조립체(146)는 슈(shoe)(152)에 수용된 시일(150)을 포함한다.

[0069] 시일 조립체(148)는 시일 리세스(90)(도 7 참조)에 수용되고 포트들(36, 44)과 밸브 배럴(100) 사이의 누출을 감소시키거나 방지하도록 작동한다. 시일 조립체(148)는 슈(152)에 수용된 시일(150)을 포함한다.

[0070] 시일(150)은 일반적으로 세장형 블록의 형상이고 밀봉 면(154), 대향하는 후방 면(156) 및 주변 면(158)을 포함한다(도 14 참조). 평면도에서 시일(150)은 2 개의 긴 측면들이 반원형 단부들에 의해 연결된 세장형 레이스트랙 형상을 갖는다. 다른 실시예들에서, 시일(150)은, 평면도에서, 다각형, 타원형, 불규칙한 또는 일부 다른 선택된 형상과 같은 다른 형상을 가질 수 있다. 밀봉 면(154)은 밸브 배럴(100)의 주변 표면(102)의 곡률과 일치하고 이에 순응하는 오목한 곡률을 갖는다. 세장형 흡기 통로(160)는 밀봉 면(154)으로부터 후방 면(156)까지 시일(150)을 통과한다. 세장형 배기 통로(162)는 밀봉 면(154)으로부터 후방 면(156)까지 시일(150)을 통과한다.

[0071] 시일(150)은 내마모성 및/또는 자가 윤활성인 재료로 만들어질 수 있다. 선택적으로, 탄소계 코팅들 또는 세라믹들과 같은 표면 처리들 또는 코팅들이 시일(150)의 구성을 위해 선택된 기본 재료들에 적용될 수 있다. 시일(150) 및 밸브 배럴(100)의 기본 재료, 및/또는 사용되는 임의의 코팅들은 회전 접촉에 대해 서로 적합한 특성들을 갖도록 선택된다. 일반적으로, 이는 낮은 마찰과 높은 내마모성의 어떤 조합을 필요로 한다. 이 회전 접촉 경계부를 위한 재료 쌍들의 비제한적인 예들은 금속/탄소, 금속/세라믹, 금속/청동, 세라믹/세라믹 또는 마모 코팅 금속/마모 코팅 금속을 포함한다.

[0072] 하나의 비제한적인 예로서, 밸브 배럴(100)이 강철 또는 다른 금속 합금인 경우, 시일(150)은 내마모성, 및 바람직하게는 자가 윤활성인 재료로 만들어질 수 있다. 내마모성, 자가 윤활성 재료의 일 예는 결합제들 또는 첨가제들을 선택적으로 포함하는 탄소의 소결된 흑연 형태이다. 적합한 탄소 시일 재료들은 상업적으로 입수 가능하다.

[0073] 슈(152)는 시일(150)의 후방 면(156) 및 주변 면(158)에 상보적인 내부 표면(164), 및 하부 섹션(60)의 시일 리세스(seal recess)(74)에 상보적인 외부 표면(166)을 갖는 인클로저(enclosure)이다. 슈(152)는 일 단부에서 시일(150)의 흡기 통로(160)의 형상 및 크기와 대체로 일치하고, 그 대향 단부에서 실린더 헤드(58) 내의 흡기 개방부(70)의 형상 및 크기와 대체로 일치하는 유동 영역을 갖는 개방 흡기 튜브(168)를 포함한다. 직립 보조 시일 플랜지(169)가 흡기 튜브(168)를 둘러싼다. 슈(152)는 또한 흡기 튜브(168)로부터 이격되어, 일 단부에서 시일(150)의 배기 통로(162)의 형상 및 크기와 대체로 일치하고, 그 대향 단부에서, 실린더 헤드(58)의 배기 개방부(72)의 형상 및 크기와 대체로 일치하는 유동 영역을 갖는 개방 배기 튜브(170)를 포함한다. 직립 보조 시일 플랜지(171)가 배기 튜브(170)를 둘러싼다. 슈(152)는 금속 합금과 같은 일반적으로 단단하고 내구성이 있는 재료로 만들어질 수 있다.

[0074] 흡기 튜브(168)는 흡기 튜브 리셉터클(76)의 단면 형상과 대체로 일치하는 단면 형상을 가질 수 있다. 도 15에서 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이, 흡기 튜브(168)는 흡기 튜브 리셉터클(76)과 신축 끼워맞춤(telescoping fit)을 형성한다.

[0075] 배기 튜브(170)는 배기 튜브 리셉터클(80)의 단면 형상과 대체로 일치하는 단면 형상을 가질 수 있다. 배기 튜브(170)는 배기 튜브 리셉터클(80)과 신축 끼워맞춤을 형성한다.

[0076] 보조 시일(172)은 흡기 시일 시트(78)에 배치되고 보조 시일 플랜지(169)는 이를 지지한다. 일부 실시예들에서, 보조 시일은 평면도에서 레이스트랙 형상이고 원형 또는 다각형 단면 형상을 가질 수 있다. 다른 실시예들에서, 보조 시일(172)은 평면도에서 다각형, 타원형, 불규칙한 또는 일부 다른 선택된 형상과 같은 형상을 가질 수 있다. 보조 시일(172)은 탄성 재료로 만들어질 수 있다. 예들은 금속들 또는 고무, 플라스틱 또는 엘라스토머(elastomer)와 같은 비금속 재료들을 포함한다.

[0077] 보조 시일(174)이 또한 배기 시일 시트(82)에 배치되고 보조 시일 플랜지(171)가 이를 지지한다. 보조 시일은, 평면도에서, 레이스트랙 형상이며 원형 또는 다각형 단면 형상을 가질 수 있다. 다른 실시예들에서, 보조 시일(174)은 평면도에서 다각형, 타원형, 불규칙한 또는 일부 다른 선택된 형상과 같은 실린더 헤드 설계의 제약들에 맞도록 선택된 형상을 가질 수 있다. 이는 탄성 재료로 만들어질 수 있다. 예들은 금속들 또는 고무, 플라스틱 또는 엘라스토머와 같은 비금속 재료들을 포함한다.

[0078] 도 15에 도시된 바와 같이, 보조 시일들(172, 174)은 시일 시트들(78, 82)에 대해 외향으로 시일(150)을 압박하여 밸브 배럴(100)의 주변 표면(102)과 접촉하게 한다. 보조 시일들(172, 174)은 예압을 제공하여 시일(150)을 정확한 조립 포지션에 유지하도록 의도된다.

[0079] 집합적으로, 흡기 튜브 리셉터클(76), 흡기 튜브(168), 보조 시일 플랜지(169) 및 흡기 시일 시트(78)는 "래비린스 시일(labyrinth seal)"을 규정한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이 용어 "래비린스 시일"은 두 위치들 사이의 직접적인 시선 누출 경로를 차단하는 벽들, 치형부들 또는 플랜지들과 같은 하나 이상의 구조적 요소들을 포함하는 밀봉 경계부를 참조한다. 도 25에서 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이, 슈(152)와 실린더 헤드(58) 사이의 작은 간극 "G" 간극은 슈(152)가 기능적 시일을 제공하기 위해 약간 "부유(float)"하는 것[그리고 밸브 배럴(100)과 밀봉 접촉을 유지하는 것]을 허용한다. 래비린스의 작은 공기 간극(G)은 가스들이 좁은 통로들(및 관련 경계 층)을 통해 연소실을 떠나는 것을 방지하고 탄성 보조측은 슈(152)를 실린더 헤드에 밀봉하는 최종 작업을 수행한다. 일 예에서, 간극(G)은 대략 0.08 mm (0.003 인치)일 수 있다.

[0080] 소량의 부유(floating) 이동은 밸브 배럴(100)과 시일(150) 사이의 밀봉 경계부가 개방되어(열 팽창, 진동, 일반 작동 등 동안) 누출을 일으키는 것을 방지한다. 래비린스 시일은 또한 연소 가스들에 대한 직접적인 노출로부터 탄성 보조 시일(172)을 보호하는 역할을 한다. 이러한 래비린스 시일 원리는 본 명세서에 설명된 모든 시일 슈들에 이용된다.

[0081] 위의 실시예들에서, 밀봉 조립체는 슈에 수용된 시일을 포함하는 것으로 설명되었다. 이는 밸브 배럴에 순응하고, 내마모성이고, 잠재적으로 자가 윤활성인 표면을 갖는 시일을 제공하는 동시에, 슈는 시일을 위한 구조적 지지를 제공하고 래비린스 시일의 작은 기계적 특징들을 규정하는 연성 구조를 포함한다. 대안적으로, 밀봉 표면 및 래비린스 시일은 일체형 구성요소의 일부로서 형성될 수 있다. 도 26은 오목한 밀봉 표면[밸브 배럴(100)에 대해 놓여 있음]과 래비린스 시일의 부분들을 규정하는 일체형 흡기 튜브(168') 및 보조 시일 플랜지(169')를 포함하는 예시적인 시일(150')을 예시한다. 이 구성의 경우 시일은 부서지지 않는 재료로 제조될 것이다. 적합한 재료의 비제한적 하나의 예는 오일 함침 청동이다.

[0082] 조립된 엔진에는, 크랭크샤프트(20)의 회전과 동기하여 밸브 배럴(100)을 회전시키기 위한 수단(도시되지 않음)이 제공된다. 밸브 배럴(100)은 벨트들, 샤프트들, 기어, 모터들 또는 기타 유사한 구동 장치에 의해 구동된다. 일반적으로, 이는 크랭크샤프트(20)의 회전 속도의 1/4 로 회전하게 될 것이다. 다른 실시예들에서, 이는 다른 선택된 회전 속도들로 회전될 수 있다. 입구 개구부와 배기 개구부의 개방 및 폐쇄의 정확한 순서는 사용된 특정 엔진 사이클에 따라 다를 것이다. 하나의 가능한 예는 통상적인 오토 사이클이다.

[0083] 도 16 내지 도 24는 상술된 실린더 헤드 조립체(30) 대신에 엔진(10)과 함께 사용될 수 있는 대안적인 실린더 헤드 조립체(230)를 예시한다.

[0084] 실린더 헤드 조립체(230)의 전체적인 작동 원리는 실린더 헤드 조립체(30)의 것과 동일하다. 주요 차이점들은 실린더 헤드 조립체(230)가 2 개의 밸브 배럴들과 3 개의 섹션들로 만들어진 실린더 헤드를 포함한다는 점이다.

[0085] 실린더 헤드 조립체(230)는 하부 섹션(260), 중앙 섹션(261) 및 상부 섹션(262)으로 구성된 실린더 헤드(258)를 포함한다.

[0086] 하부 섹션(260)은 예를 들어 빌릿으로부터 주조 또는 기계 가공에 의해 형성될 수 있는 블록형 요소이다. 이는 연소실(232)(도 20 참조)을 포함하는 외부 표면(264) 및 대향하는 내부 표면(266)을 포함한다. 흡기 개방부(270) 및 배기 개방부(272)는 하부 섹션(260)을 관통한다.

[0087] 내부 표면(266)은 흡기 개방부(270)를 둘러싸는 흡기 시일 리세스(274)를 포함한다. 흡기 시일 리세스(274) 내부에서, 흡기 튜브 리셉터클(276)이 흡기 개방부(270)를 둘러싼다. 홈형 흡기 시일 시트(278)가 흡기 튜브 리셉터클(276)을 둘러싼다.

[0088] 흡기 시일 조립체(346)(도 21)가 흡기 시일 리세스(274)에 수용된다. 이는 슈(352)에 수용되는, 흡기 통로(360)를 갖는 흡기 시일(350)을 포함한다. 슈(352)는 흡기 튜브 리셉터클(276)에 신축 끼워맞춤되는 흡기 튜브(368)(도 24)와, 흡기 튜브(368)를 둘러싸는 보조 시일 플랜지(369)를 포함한다. 흡기 시일 시트(278)에는 보조 흡기 시일(372)이 배치된다.

[0089] 시일(350)은 시일(150)에 대해 상술된 바와 같은 재료로 만들어질 수 있다.

[0090] 슈(352)는 금속 합금과 같은 일반적으로 단단하고, 내구성이 있는 재료로 만들어질 수 있다.

[0091] 유사하게, 내부 표면(266)은 배기 개방부(272)를 둘러싸는 배기 시일 리세스(275)를 포함한다. 배기 시일 리세스(275) 내부에서, 배기 튜브 리셉터클(277)이 배기 개방부(272)를 둘러싼다. 홈형 배기 시일 시트(282)가 배기 개방부(272)를 둘러싼다.

[0092] 배기 시일 조립체(345)가 배기 시일 리세스(275)에 수용된다. 이는 슈(353)에 수용되는, 흡기 통로(361)를 갖는 배기 시일(351)을 포함한다. 슈(353)는 배기 튜브 리셉터클(277)에 신축 끼워맞춤되는 배기 튜브(371)(도 24)와, 배기 튜브(371)를 둘러싸는 보조 시일 플랜지(373)를 포함한다. 보조 배기 시일(375)이 배기 시일 시트(282)에 배치된다.

[0093] 상부 섹션(262)은 또한 빌릿으로부터 주조 또는 기계 가공에 의해 형성될 수 있는 블록형 요소이다. 이는 외부 표면(284) 및 대향 내부 표면(286)(도 24)을 포함한다. 흡기 포트(236) 및 배기 포트(244)가 상부 섹션(262)의 일부로서 형성된다.

[0094] 하부 섹션(260)과 유사하게, 상부 섹션(262)은 흡기 시일 리세스(474), 흡기 튜브 리셉터클(476) 및 흡기 시일 시트(478), 및 흡기 시일(550) 및 슈(552), 흡기 튜브(568), 보조 시일 플랜지(571) 및 보조 흡기 시일(572)(도 24)을 포함하는 흡기 시일 조립체(546)(도 21)를 포함한다.

[0095] 상부 섹션(262)은 또한 배기 시일 리세스(475), 배기 튜브 리셉터클(477), 배기 시일 시트(479), 및 배기 시일(551) 및 슈(553), 배기 튜브(569), 보조 시일 플랜지(573) 및 보조 배기 시일(575)(도 24)을 포함하는 배기 시일 조립체(545)(도 21)를 포함한다.

[0096] 중앙 섹션(261)(도 17, 도 18)은 또한 빌릿으로부터 주조 또는 기계 가공에 의해 형성될 수 있는 블록형 요소이다. 이는 하부 섹션(260)의 내부 표면(266)과 정합하는 하부 표면(285) 및 상부 섹션(262)의 내부 표면(286)과 정합하는 대향하는 상부 표면(287)을 포함한다. 하부 표면(285)은 하부 섹션(260)의 흡기 시일 리세스(274)와 연통하는 하부 흡기 통로(580) 및 하부 섹션(260)의 흡기 시일 리세스(275)와 연통하는 하부 배기 통로(582)를 포함한다.

[0097] 상부 표면(287)은 상부 섹션(262)의 흡기 시일 리세스(474)와 연통하는 상부 흡기 통로(584) 및 상부 섹션(262)의 흡기 시일 리세스(475)와 연통하는 상부 배기 통로(586)를 포함한다.

[0098] 원통형 흡기 배럴 리세스(588)가 중앙 섹션(261)을 관통한다. 원통형 배기 배럴 리세스(590)가 흡기 배럴 리세스(588)에 평행하게 중앙 섹션(261)을 관통한다. 흡기 배럴 리세스(588)는 흡기 통로들(580, 584)에 대해 개방되고 배기 배럴 리세스(590)는 배기 통로들(582, 586)에 대해 개방된다.

[0099] 중앙 섹션(261)은 로터리 밸브 배럴들(또는 단순히 "배럴들")을 수용하고, 구체적으로, 도 16에 도시된 바와 같이, 흡기 밸브 배럴(300)은 흡기 배럴 리세스(588)에 배치되고 배기 밸브 배럴(301)은 배기 배럴 리세스(590)에 배치된다. 도 22를 참조하면, 각각의 밸브 배럴(300, 301)은 전방 및 후방 단부 면들 사이에서 연장하는 환형 주변 표면을 갖는 대체로 원통형 요소이다. 흡기 개구부(308)가 흡기 밸브 배럴(300)을 통해 횡방향으로 연장된다. 배기 개구부(310)가 배기 밸브 배럴(301)을 통해 횡방향으로 연장된다.

[0100] 선택적으로, 개구부들(308, 310)과 개개의 주변 표면들 사이의 에지는 유동 특성들을 조작하고 그리고/또는 개구부들(308, 310)의 유효 개방 및/또는 폐쇄 지점을 변경하기 위한 목적으로 경사, 모따기, 반경 또는 노치와 같은 프로파일을 가질 수 있다.

[0101] 밸브 배럴들(300, 301)은 밸브 배럴(100)에 대해 상술된 바와 같은 재료로 만들어질 수 있다.

[0102] 밸브 배럴들(300, 301)은 각각 전방 스터브 샤프트(316) 및 후방 스터브 샤프트(318)를 포함한다.

[0103] 밸브 배럴들(300, 301)은 전방 스터브 샤프트들(316)을 수용하는 전방 베어링들(320)(도 16) 및 후방 스터브 샤프트들(318)을 수용하는 후방 베어링들(322)에 의해 실린더 헤드(258)[특히 중앙 섹션(261)]에 회전을 위해 장착된다.

[0104] 전방 베어링들(320)은 적절한 패스너들(도시되지 않음)로 실린더 헤드(258)에 연결되는 전방 캡들(324)에 장착된다. 후방 베어링들(322)은 적절한 패스너들(도시되지 않음)로 실린더 헤드(258)에 연결된 후방 캡들(326)에 장착된다.

[0105] 밸브 배럴들(300, 301)에는 전방 베어링(320)과 밸브 배럴들(300, 301)의 전방 단부 면들 사이에 끼워진 선택적인 전방 단부 시일들(328)과, 후방 베어링들(322)과 밸브 배럴(300, 301)의 후방 단부 면들 사이에 끼워진 선택적인 후방 단부 시일들(330)이 제공된다.

[0106] 단부 시일들(328, 330)의 구성 및 재료들은 상술된 단부 시일들(128, 130)과 실질적으로 유사할 수 있다.

[0107] 상술된 장치는 종래 기술에 비해 몇 가지 장점들을 갖는다. 로터리 밸브 구조는 통상적인 포핏 밸브 트레인(poppet valvetrain)에 비해 현저히 낮은 부품들 개수 및 마찰 손실들을 갖는다. 로터리 밸브 구조는 또한 왕복 운동을 요구하지 않고 높은 엔진 속도들에서 작동하기 위해 높은 응력을 받는(highly-stressed) 밸브 스프링들에 의존하지 않기 때문에 통상적인 밸브 트레인보다 훨씬 더 신뢰할 수 있는 잠재력을 갖는다.

[0108] 더욱이, 본 명세서에 설명된 밀봉 조립체는 낮은 기계적 부하들 및 긴 구성요소 수명을 허용하면서 로터리 밸브 장치의 효과적인 밀봉을 제공할 것이다.

[0109] 본 발명이 완전한 엔진으로 구현될 수 있거나, 또는 본 명세서에 설명된 실린더 헤드 조립체들이 기존의 내연 기관에 개조 장착될 수 있거나, 또는 로터리 밸브 장치 및/또는 밀봉 조립체가 실린더 헤드 설계 내로 통합될 수 있다는 것이 이해될 것이다.

[0110] 전술한 내용은 회전 밸브 조립체를 갖는 엔진을 설명하였다. 본 명세서(첨부된 청구범위, 요약서 및 도면들을 포함함)에 개시된 특징들 전부 및/또는 개시된 임의의 방법 또는 공정의 모든 단계들은, 그러한 특징들 및/또는 단계들 중 적어도 일부가 상호 배타적인 조합들을 제외하고, 임의의 조합으로 조합될 수 있다.

[0111] 본 명세서(첨부된 청구범위, 요약서 및 도면들을 포함함)에 개시된 각각의 특징은, 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 동일하거나, 동등하거나 또는 유사한 용도를 제공하는 대체적인 특징들로 대체될 수 있다. 따라서, 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 개시된 각각의 특징은 동등하거나 유사한 특징들의 포괄적인 시리즈(generic series) 중 하나의 예일 뿐이다.

[0112] 본 발명은 전술한 실시예(들)의 세부 사항들로 제한되지 않는다. 본 발명은 본 명세서(첨부된 청구범위, 요약서 및 도면들을 포함함)에 개시된 특징들 중 임의의 신규한 하나 또는 임의의 신규한 조합으로, 또는 개시된 방법 또는 공정의 단계들 중 임의의 신규한 하나 또는 임의의 신규한 조합으로 확장된다.

Claims (24)

1. 내연 기관용 실린더 헤드 조립체(cylinder head assembly)로서:
   연소실을 규정하고 그것과 연통하는 적어도 하나의 개방부(opening)를 갖는 실린더 헤드(cylinder head);
   적어도 하나의 포트(port);
   상기 적어도 하나의 개방부와 상기 적어도 하나의 포트 사이에 배치된 적어도 하나의 회전 가능한 밸브 요소(valve element); 및
   상기 적어도 하나의 회전 가능한 밸브 요소와 상기 실린더 헤드 사이에 배치된 적어도 하나의 시일 조립체(seal assembly) ― 상기 시일 조립체는 상기 적어도 하나의 밸브 요소의 주변 표면에 순응하는 오목한 밀봉 면을 갖는 시일, 상기 밀봉 면에 대향하여 배치된 래비린스 시일(labyrinth seal), 및 상기 시일과 상기 실린더 헤드 사이에 배치된 탄성 보조 시일(resilient secondary seal)을 포함함 ―;를 포함하는,
   내연 기관용 실린더 헤드 조립체.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 시일은 내마모성 재료를 포함하는,
   내연 기관용 실린더 헤드 조립체.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 시일은 자가 윤활성 재료를 포함하는,
   내연 기관용 실린더 헤드 조립체.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 시일은 탄소를 포함하는,
   내연 기관용 실린더 헤드 조립체.
5. 제1 항에 있어서,
   상기 시일은 평면도에서 레이스트랙(racetrack) 형상이고, 천장 면과 대향하는 후방 면, 내부 주변 면 및 외부 주변 면을 포함하는,
   내연 기관용 실린더 헤드 조립체.
6. 제1 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 회전 가능한 밸브 요소는 금속 합금을 포함하는,
   내연 기관용 실린더 헤드 조립체.
7. 제1 항에 있어서,
   상기 시일 조립체는 래비린스 시일을 규정하는 슈(shoe) 내부에 배치된 밀봉 면을 규정하는 시일을 포함하는,
   내연 기관용 실린더 헤드 조립체.
8. 제7 항에 있어서,
   상기 슈는 금속 합금을 포함하는,
   내연 기관용 실린더 헤드 조립체.
9. 제1 항에 있어서,
   상기 보조 시일은 비금속 재료를 포함하는,
   내연 기관용 실린더 헤드 조립체.
10. 제7 항에 있어서,
    상기 시일은 개구부(aperture)를 포함하고; 그리고
    상기 슈는 상기 개구부와 유체 연통하는 튜브(tube)를 포함하는,
    내연 기관용 실린더 헤드 조립체.
11. 제10 항에 있어서,
    상기 슈는 보조 시일 플랜지(secondary seal flange)를 포함하고, 상기 보조 시일은 상기 보조 시일 플랜지와 상기 실린더 헤드의 시일 시트(seal seat) 사이에 위치 설정되는,
    내연 기관용 실린더 헤드 조립체.
12. 제1 항에 있어서,
    상기 실린더 헤드는 상부 섹션과 하부 섹션을 포함하고, 제1 및 제2 회전 가능한 밸브 요소들은 상기 상부 섹션과 상기 하부 섹션 사이에 배치되는,
    내연 기관용 실린더 헤드 조립체.
13. 제12 항에 있어서,
    상기 하부 섹션은 엔진의 실린더 배럴(cylinder barrel)과 일체로 형성되는,
    내연 기관용 실린더 헤드 조립체.
14. 제1 항에 있어서,
    상기 실린더 헤드는 엔진의 실린더 배럴과 일체로 형성되는,
    내연 기관용 실린더 헤드 조립체.
15. 제1 항에 있어서,
    상기 실린더 헤드는 하부 섹션, 중앙 섹션 및 상부 섹션을 포함하고, 상기 적어도 하나의 회전 가능한 밸브 요소는 상기 중앙 섹션 내에 배치되는,
    내연 기관용 실린더 헤드 조립체.
16. 제15 항에 있어서,
    상기 하부 섹션은 엔진의 실린더 배럴과 일체로 형성되는,
    내연 기관용 실린더 헤드 조립체.
17. 제1 항에 있어서,
    상기 실린더 헤드는 상기 연소실과 연통하는 흡기 개방부 및 배기 개방부를 포함하고;
    상기 실린더 헤드는 흡기 포트를 포함하고;
    상기 실린더 헤드는 배기 포트를 포함하고;
    제1 회전 가능한 밸브 요소가 상기 흡기 개방부와 상기 흡기 포트 사이에 배치되고; 그리고
    제2 회전 가능한 밸브 요소가 상기 배기 개방부와 상기 배기 포트 사이에 배치되고; 그리고
    상기 제1 및 제2 회전 가능한 밸브 요소들은 단일의 밸브 배럴(valve barrel)의 부분들인,
    내연 기관용 실린더 헤드 조립체.
18. 제17 항에 있어서,
    제1 시일 조립체가 상기 밸브 배럴과 상기 실린더 헤드의 흡기 및 배기 개방부들 사이에 위치 설정되는,
    내연 기관용 실린더 헤드 조립체.
19. 제18 항에 있어서,
    제2 시일 조립체가 상기 밸브 배럴과 상기 실린더 헤드의 입구 및 출구 포트들 사이에 위치 설정되는,
    내연 기관용 실린더 헤드 조립체.
20. 제17 항에 있어서,
    상기 밸브 배럴과 상기 실린더 헤드는 비-접촉 회전 시일을 협동식으로 규정하는,
    내연 기관용 실린더 헤드 조립체.
21. 제17 항에 있어서,
    상기 밸브 배럴은 전방 단부 면과 후방 단부 면 사이에서 연장하고;
    전방 단부 시일이 상기 전방 단부 면에 인접하여 배치되고, 실린더 헤드의 환형 시일 홈 내에 수용되는 환형 시일 치형부(annular seal tooth)를 포함하고; 그리고
    후방 단부 시일이 후방 단부 면에 인접하여 배치되고, 실린더 헤드의 환형 시일 홈 내에 수용되는 환형 시일 치형부를 포함하는,
    내연 기관용 실린더 헤드 조립체.
22. 제21 항에 있어서,
    상기 전방 단부 시일과 상기 후방 단부 시일은 소결된 흑연 형태의 탄소를 포함하는,
    내연 기관용 실린더 헤드 조립체.
23. 제1 항에 있어서,
    상기 실린더 헤드는 연소실과 연통하는 흡기 개방부 및 배기 개방부를 포함하고;
    상기 실린더 헤드는 흡기 포트를 포함하고;
    상기 실린더 헤드는 배기 포트를 포함하고;
    제1 회전 가능한 밸브 요소가 상기 흡기 개방부와 상기 흡기 포트 사이에 배치되고; 그리고
    제2 회전 가능한 밸브 요소가 상기 배기 개방부와 상기 배기 포트 사이에 배치되고; 그리고
    상기 제1 회전 가능한 밸브 요소는 실린더 헤드 내에서 회전하도록 장착된 흡기 밸브 배럴이고; 그리고
    상기 제2 회전 가능한 밸브 요소는 실린더 헤드 내에서 회전하도록 장착된 배기 밸브 배럴인,
    내연 기관용 실린더 헤드 조립체.
24. 제1 항에 있어서,
    엔진과 조합되고,
    상기 엔진은:
    실린더 보어를 규정하는 블록 ― 상기 실린더 보어는 상기 실린더 보어의 단부를 폐쇄함 ―;
    상기 블록에 회전하도록 장착된 크랭크샤프트;
    상기 실린더 보어에 배치된 피스톤; 및
    상기 피스톤과 상기 크랭크샤프트를 상호 연결하는 커넥팅 로드를 포함하는,
    내연 기관용 실린더 헤드 조립체.

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