JPH02301607A - 回転式スリーブバルブ内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、内燃機関に関する。更に詳しくは、燃料の
吸気、排気のための回転式スリーブ弁機構を有する内燃
機関において、排気効率を良くするためにピストンを対
向して配置したタイプの回転式スリーブバルブ内燃機関
に関する。

［従来技術］ ピストンが往復動するタイプの内燃機間は、燃料と空気
との混合ガスを吸気弁からシリンダ室に吸入し、シリン
ダ室で爆発燃焼後、排気弁から燃焼ガスを排出する。こ
の給排気のための弁機構は、きのこ弁機構、スリーブ弁
機構、回転弁機構の３つに大別される。きのこ弁機構は
、内燃機関に広く用いられており、通常弁装置と駆動装
置とで構成されている。弁装置には、弁の開閉を制御す
るカムと、カムの運動を伝達する伝達機構と、弁の開閉
運動に変換する開閉機構とがある。この駆動装置は、ク
ランク軸の回転と同期してカム軸を駆動する機構である
。

現在用いられているきのこ弁装置は、機関の性能特性、
燃焼室形状、サービス性、製造価格などにより商業的に
は数種類の機構が採用されている。主に汎用機関に用い
られている側弁式と、自動車用機関などに用いられてい
る頭上弁式とに大別される。また、駆動装置には、歯車
駆動、チェーン駆動、歯付ベルト駆動の各方式がある。

スリーブ弁機構は、シリンダ内面にスリーブをはめ、こ
のスリーブを上下運動または回転駆動させて吸・排気口
を開閉するものである。

回転弁は、吸排気通路または燃焼室の一部に回転子を設
け、この回転子を回転させて吸・排気口と連通させる機
構である。スリーブ弁の中の回転スリーブ弁は、スリー
ブを回転させて吸・排気口を開閉するものであり、例え
ば、登録実用新案公報第３６８２３７号、実公昭２５−
５７０４号公報などに記載されている。これらスリーブ
バルブを用いたものは、弁孔面積を大きくとれるので吸
排気のための通気効率が良い、弁機構が比較的簡単であ
る、騒音が少ないなどの特長を有している： しかし、スリーブとシリンダブロック間の気密性の保持
、回転接触面の潤滑の困難性、摩擦損失などの点から特
殊用途以外は現在は実用化されていない。

［発明が解決しようとする課題］ 前記したスリーブバルブタイプの内燃機関は、過去の技
術であり開発当時のシール技術レベルでは、ガス漏れ防
止、潤滑技術が不完全で圧縮比をあまり上げられないと
いう問題があった。また、スリーブバルブ内燃機関は、
排気効率が良いことが知られている。しかし、完全に排
気ガスを排出できるものではない。

この発明の目的は、排気効率を向上させた回転式スリー
ブバルブ内燃機関の構造を提供することにある。

この発明の更に他の目的は、回転式スリーブバルブのシ
ール効果を向上させた対向ピストン型回転式スリーブバ
ルブ内燃機関を提供することにある。。

［前記課題を解決するための手段］ 前記課題を解決するために次のような手段を採る。

第１の手段はシリンダブロックと、ロータリシリンダバ
ルブと、対向する二つのピストンと、クランク軸などと
からなるスリーブバルブ内燃機関において、 ａ、前記シリンダブロックは混合ガスおよび排気ガスを
吸入、排出するための吸入孔と排気孔とを有し、 ｂ、前記ロータリシリンダバルブは前記シリンダブロッ
ク内で回転自在に支持され中心に円筒空間を有し、かつ Ｃ０前記ロータリシリンダバルブには開口部を有し、か
つ ｄ、ロータリシリンダバルブの一端には歯車を有し、 ｅ、前記ロータリシリンダバルブ内には前記開口部を挟
んで対向して摺動自在に挿入した前記二つのピストンと
、 ｆ、前記一方のピストンに連結し前記連接棒に回転自在
に設けたクランク軸と、 ｇ、前記他方のピストンは、前記一方のピストン方向に
スプリングを介在させて移動自在に対向させ、 ｈ、前記クランク軸に設けられ前記歯車とかみ合うクラ
ンクギアとからなることを特徴とする回転式スリーブバ
ルブ内燃機関である。

前記吸入孔と前記排気孔をシールするために前記開口部
の周囲を環状にシールリングを配置すると良い。

前記他方のピストンは前記シリンダブロックに前記ロー
タリシリンダバルブの軸線方向の移動のみ許容できるよ
うに固定しても良い。

前記他方のピストンは前記ロータリシリンダバルブに前
記ロータリシリンダバルブの軸線方向の移動を許容でき
るように固定しても良い。

前記他方のピストンが前記スプリングに抗して一定間隔
以上に移動できなくすると良い。

更に、前記ロータリシリンダバルブの外周にウォーター
ポンプまたはフィンを設けても良い。

［作　用］ スタータでクランク軸を回転駆動させる。ピストンが下
死点に向けて移動するとき、すなわち上部ピストンに対
して遠くなる方向に移動するとき、ロータリシリンダバ
ルブの開口部と吸入孔とが一致し、この開口部から混合
ガスを吸入する。

このとき、クランク軸のクランクギアはロータリシリン
ダバルブの一端を駆動しているので、開口部と吸入孔が
一致するようにタイミングが調節されている。ピストン
が再び上死点に向かう、すなわち上部ピストンに接近し
て混合ガスを圧縮する。

このとき、わずかに上部ピストンは、圧縮ガスのガス圧
により後退し、スプリングを圧縮する。

ピストンが上死点到達直前に、点火プラグが圧縮した混
合ガスに点火し、ピストンが上死点に到達後燃焼・膨張
させる。ピストンは、燃焼ガスに押されて移動し、クラ
ンク軸を駆動する。同時に上部ピストンは、爆発力によ
り一旦後退するが、元の位置に戻る。再びピストンが上
昇し、開口部と排気孔とが連通して排ガスを排気孔から
エンジン外部へ排気する。ピストンと上部ピストンの隙
間はほとんどないので大部分の排ガスは排出される。以
後この動作を繰り返す。

［第１実施例］ 以下、この発明の実施例を図面にしたがって説明する。

第１図に示すものは、回転式シリンダバルブを設けた実
施例である。シリンダブロック１は、内部が空洞の円筒
状のケースであり、通常のエンジン材料である鋳物材料
で作られている。シリンダブロック１の下端には、クラ
ンクケース２が設けである。クランクケース２は、゛ク
ランク軸２０を内蔵するものである。シリンダブロック
１の内部には、円筒状のロータリシリンダバルブ３が回
転自在に挿入しである。

ロータリシリンダバルブ３の一端には、ベベルギア４が
一体に連結されている。ベベルギア４は、ロータリシリ
ンダバルブ３と別体で作り歯切り加工後、組立てて作る
方法でも良い、ロータリシリンダバルブ３の中央部には
、内部からみればだ円で出口は円形の形状の開口部５が
設けである（第２図）、ロータリシリンダバルブ３の外
周には、複数の羽根６が半径方向に一体に設けである０
羽根６は、冷却水を循環させるためのポンプの羽根に相
当し、ロータリシリンダバルブ３の回転軸線に対してリ
ード角を有している。

シリンダブロック１には、吸入孔１０、排気孔が設けで
ある。吸入孔１０、排気孔の開口位置は、エンジンの吸
入、圧縮、膨張、排気のサイクルに合致するように、開
口部５の動きと同期するように設けである。ロータリシ
リンダバルブ３とシリンダブロック１との間は、空洞に
なっていて、この空洞部はロータリシリンダバルブ３を
冷却する冷却室８である。この冷却室８には、冷却水を
入れてロータリシリンダバルブ３の外周を冷却する。

更に、ロータリシリンダバルブ３の両端は、ベアリング
って回転自在に支持されている。ベアリングっけ、耐熱
、耐腐食性のある材質を選び、スラスト方向の荷重に耐
えうるベアリングを用いる。クランク軸２０には、中央
にビン２１を挟んで両端に腕部２２．２２と、この腕部
２２には、更にビン２１と偏心してジャーナル部２３を
有している。ジャーナル部２３は、クランクケース２内
にベアリング２４によって支持されている。

クランク軸２０の一端には、クランクギア２６が一体ま
たは別体に設けである。クランクギア２６は、ベベルギ
アでありロータリシリンダ３の一端のベベルギア４にか
み合っているのでロータリシリンダバルブ３を駆動する
。クランクギア２６と、ベベルギア４の歯数比は、１：
２である。クランクギア２６が２回転に対し、ベベルギ
ア４が１回転である。

クランク軸２０のビン２１には、連接棒３０の一端が回
転自在に設けである。連接棒３０の他端には、ピストン
ピン３１が挿入されており、ピストンピン３１の両端は
ピストン３２に固定しである。ピストン３２は、従来か
ら公知の４サイクルエンジンに使用されている構造であ
り、その詳細な説明は省略する。ピストン３２の外周の
溝は、圧力リング３３．３３、オイルリング３４がそれ
ぞれはめ込んである。

第２図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）、（ｄ）に示す図は、ロ
ータリシリンダバルブ４の開口部５のシールリング４０
の構造、形状を示す。第２図（ａ）は、ロータリシリン
ダバルブ４の開口部５を軸線に垂直な方向に切断した断
面図である。第２図（ｂ）は、第２図（ａ）の矢印すの
方向、すなわち内孔からみた図である。第２図（Ｃ）は
、第２図（ａ＞の矢印Ｃ１すなわち外側からみた図であ
る。第２図（ｄ）は、第２図（Ｃ）のｄ−ｄ断面図であ
る。

開口部５は、図で理解されるようにロータリシリンダバ
ルブ３の内孔部は長だ円形状をしていて、出口は円形の
形をしている。内孔部を円形にすると、ピストン３２の
移動方向の開口部５が大きくなり、結果として圧縮比が
低下する。すなわち、ピストン３２のピストンリング３
３は、開口部５を越えて圧縮すると、ガス漏れが生じる
ためである。

ロータリシリンダバルブ３の外周面１９でかつ開口部５
の円周位置には、シールリング４０が配置しである。シ
ールリング４０は、円環状の形であり、かつロータリシ
リンダバルブ４の外周面１９に沿うように円筒曲面を有
している。外周面１９の開口部５の円周には、リング溝
４１が形成しである。リング溝４１には、シールリング
４０が挿入しである。リング溝４１は、オイル供給路４
２と連通している。

一方、オイルリング溝４２は、オイル排出路４３と連通
している。オイル供給路４２、オイル排出路４３は、ロ
ータリシリンダバルブ４の軸線方向に穴が設けてあり、
クランクケース２内に通じている。クランクケース２内
には、エンジンオイルが満たされており、クランク軸２
０が常にかく伴している。エンジンオイルは、ロータリ
シリンダバルブ４が回転することによりオイル取入口４
４からオイルが供給され、リング溝４１を満たした余剰
のオイルは、オイル排出路４３を通してクランクケース
２に戻される。なお、オイル取入口４４は、オイルを取
り入れやすくするためロータリシリンダバルブ３の接続
方向を向いている（第３図）。

一方、シールリング４０は、断面がぼぼ矩形をしたもの
であり、外周の所定間隔ごとにオイル貫通孔４５を有し
ている。オイル貫通孔４５は、リング溝４１の底面から
オイルをシールリング４０の外表面に浸み出すようにし
たものである。表面に浸み出てオイルは、シールリング
４ｏの表面に設けたオイル溝を満たす。シールリング４
ｏの底面には、同様にオイル溝が設けてあり、オイル貫
通孔４５間をオイルが流れるように構成されている。

また、リング溝４１の底面とシールリング４０の底面と
の間には、波状に変形した板バネ４６が挿入してあり、
常にシールリング４ｏを外側に押し出している。シール
リング４ｏは、ロータリシリンダバルブ４の内周壁面に
押されて気密を保持する。

ロータリシリンダバルブ４の上部には、上部ピストン５
０が挿入されている。上部ピストン５゜は、円筒状の形
をしたものであり、一端に閉じて他端は開放している。

上部ピストン５０の外周には、ピストンリング５１．５
１、オイルリング５２が挿入しである。ピストンリング
５１．５１は、ロータリシリンダバルブ３と上部ピスト
ン５０との間の気密を保持するためのものである。

上部ピストン５０の端面５３の中央部には、プラグネジ
穴５４が形成しである。プラグネジ穴５４には、点火プ
ラグ７０が取り付けである。上部ピストン５０の中心部
には、点火プラグ７０を収納するためのプラグ収納穴５
５が一体に形成しである。上部ピストン５０の上端は、
フランジ５６が形成しである。フランジ５６には、等角
度位置に複数の円形の案内孔５７が明けである。案内孔
５７には、案内ビン５８が摺動自在に挿入しである。上
部ピストン５０は、案内ビン５８内を摺動自在に案内さ
れながら移動できる。

案内ビン５８の一端は、円板プレート５９内に固定して
あり、他端は円板プレート６０に固定しである６円板プ
レート５９と円板プレート６０との間には、ワッシャ６
１が介在させである。このワッシャ６１は、円板プレー
ト５９と円板プレート６０の間の間隔を調節するための
ものである。

ボルト６２は、円板プレート６０、ワッシャ６１を共に
締結する０円板プレート５９は、シリンダブロック１に
ボルト６３により固定されている。

円板プレート６０の中心部には、ワッシャ６４を介して
スプリング受６５がボルトにより固定しである。スプリ
ング受６５と上部ピストン５０の内端面６７との間には
、コイルスプリング６６が介在させである。したがって
、上部ピストン５０は、コイルスプリング６６の圧縮力
でピストン３２側に常時押されている。ワッシャ６４は
、コイルスプリング６６の強さを調節するものである。

第４図に示すものは、シリンダブロック１に設けた吸入
孔１０の形状を示す展開図である。排気孔１５、吸入孔
１０以下の高さく図示上）は、開口部５の直径とほぼ同
一の大きさである。排気孔１５、吸入孔１０の円周方向
の両側には、吸入孔ｌＯと直径が同じ半円形の半円突部
１１が突き出た形状を有している。半円突部１１と半円
突部１１との問は、橋部１２で連結されている。この橋
部１２は、シールリング４０の脱落を防止するものひで
ある。最初に円形の開口部５の環状で半円周にわたって
吸入孔１０と連通ずるので吸入効率が良い、排気孔（図
示せず）は同様の形状をしており、説明は省略する。

作−一動一 以上の構造を有しているエンジンは、次のように作動す
る。スタータ（図示せず）でどちらのクランク軸２０を
回転駆動させる。ピストン３２が下死点に向けて移動す
ると、開口部５と吸入孔１０とが一致し、この開口部５
から混合ガスを吸気する。混合ガスＡは、公知の気化器
（図示せず）から供給させる。この吸気サイクルの吸気
量は、開口部５と吸入孔１０との重なりの中間で最大量
となり、重なりが終わりに近づくにつれて減少し、重な
りが終わったときに吸気も終わる（第４図）。

このとき、クランク軸２０のクランクギア２６は、ロー
タリシリンダバルブ３を駆動しているので、開口部５と
吸入孔１０が一致するようにタイミングが調節されてい
る。ピストン３２は再び上死点に向かう、すなわち混合
ガスＡを圧縮する。

この圧縮により上部ピストン５０も若干移動する。すな
わち、コイルスプリング６６が圧縮される。

フランジ５６は、ビン５８に案内されて円板プレー１−
６０のストッパ面６７に突き当なるまで距離！たけ移動
する。この移動距離は、コイルスプリング６６のバネ強
さと圧縮圧力とバランスした位置で決まる。したがって
、上部ピストン５０のフランジ５６は、距離！たけ移動
するとは限らず、最大移動して距Ｎ！たけである。コイ
ルスプリング６６のバネ圧は、エンジンの効率から決定
される圧縮比により決定する。ピストン３２が上死点到
達直前に、開口部５が点火プラグ７０の位置に位置し、
圧縮した混合ガスに点火し、ピストン３２が上死点に到
達後燃焼・膨張させる。

ピストン３２は、燃焼ガスに押されて移動し、連接棒３
０、ビン２１を介してクランク軸２０を駆動する。この
とき、同時に一旦上部ピストン５０は、爆発燃焼したガ
スに押されてコイルスプリング６６を圧縮しているが上
部ピストン５０は、圧縮前の位置に戻る。爆発燃焼した
ガスは、急激にピストン３２を押すことなく、平均化し
た力をピストン３２に与える。再びピストン３２が上昇
し、開口部５と排気孔１５とが連通して排ガスを排気孔
１５からエンジン外部へ排気する。この排気工程中の上
部ピストン５０とピストン３２との間の隙間はきわめて
小さいので、排ガスはほとんど完全に排出される。以後
この動作を繰り返す。

［第２実施例］ 第５図に示す図は、第２実施例を示す断面図である。前
記実施例では、上部ピストン５０は固定されており、ロ
ータリシリンダバルブ３とは相対回転している。この第
２実施例は、ロータリシリンダバルブ３と上部ピストン
５０とを一体にして回転させたものである。シリンダブ
ロック１の上部には、プレート８０がボルト８１により
固定しである。プレート８０の中央には、取付穴８３が
形成しである。取付穴８３には、外周にねじ中心は中空
のねじ筒８４が挿入しである。このねじ筒８４には、ロ
ックナツト８５．８５がねじ込んであり、プレート８０
にねじ筒８４を固定してｔ）る。ねじ筒８４の下端には
、フランジ８６が一体に形成しである。

上部ピストン５０とフランジ８６との間には、コイルス
プリング８７、スラストベアリング８８が介在しである
。したがって、ロータリシリンダバルブ３と上部ピスト
ン５０は、一体になって回転する。ねじ筒８４、コイル
スプリング８７は、フレート８０に固定されており回転
はしない。点火プラグ７０は、従来と同様のものである
が、上部ピストン５０と共に回転するものである。この
ため、点火プラグと点火コイルとの電線の連結継手８９
が設けである。この実施例は、上部ピストン５０とロー
タリシリンダバルブ３との間が相対回転しないので上部
ピストン５０とロータリシリンダバルブ３との間の気密
が保持しやすい。

［他の実施例］ 前記した実施例の点火プラグ７０は、上部ピストン５０
に固定するものであった。点火プラグ７０は、必ずしも
上部ピストン５０に固定しなくても良い。第６図に示す
断面図は、シリンダプロ・７り１の側面に設けた例であ
る。圧縮行程サイクル中に、ロータリシリンダバルブ３
の開口部５が点火プラグ７０が位置するように点火プラ
グ７０をシリンダブロック７１に設けたものである。エ
ンジンのヘッド構造が簡素化する効果がある。

第７図（ａ）、（ｂ）に示すものは、ロータリシリンダ
バルブ３の他の実施例を示すものである。前記実施例の
ロータリシリンダバルブ３のシールリング４０は、一本
であった。この実施例は、シールリング４０を設けた例
である。シールリング４０を二重に設けたので、シール
性能が良い。また、この実施例のオイル供給路４２は、
ロータリシリンダバルブ３の中心軸線に対してθ１傾い
て明けられている。

オイル取入口４４から入ったオイルは、ロータリシリン
ダバルブ３の回転による遠心力により上部に上昇し、シ
ールリング４０にオイルを供給した後、オイル排出路４
３から排出される。オイル排出路４３もロータリシリン
ダバルブ３の軸線に前記角度θｌとは逆方向の角度θ２
だけ傾いている。したがって、遠心力により分力が傾き
排出がスムースになる。なお、この説明では、シールリ
ング４０へのオイルの供給のみを説明したが、上部ピス
トン５０のオイルリング５２など他の必要な部分にも同
様にオイルを供給する。

前記した実施例のクランクギア２６とロータリシリンダ
バルブ３のベベルギア４の歯数比は、１：２である。す
なわち、クランクギア２６が２回転に対し、ベベルギア
４が１回転である。４サイクルエンジンであるから、４
サイクル毎にロータリシリンダバルブ３が１回転するこ
とになる。しかし、吸入孔１０、排気孔、点火プラグ７
０を１個でなく１８０度反対側にもう１個設けると、４
：１の割合でロータリシリンダバルブ３を回転させても
、４サイクルエンジンは成立する。

これは、ロータリシリンダバルブ３と、ベベルギア４の
歯車の端数比を変えて実現しても良いし、もう一段歯車
を介在させて減速させても良い、ガスシールが難しいロ
ータリシリンダバルブ３の回転数を減少させるので、前
記実施例に比べてガスの漏出を少なくできる。また、回
転摩擦損失も前記実施例のものより少なくできる。なお
、これらの技術は、特許第１３５５６３号（昭和１５年
）、実公昭２５−５７０４号公報など公知の技術である
。

前記実施例のロータリシリンダバルブ３の開口部５のシ
ールリング４０は、ロータリシリンダバルブ３自身に設
けた。前記説明がら理解できるように、シールリング４
０は、ロータリシリンダブロック３とシリンダブロック
１間のガスの漏出を防ぐためのものである。この機能を
達成するものであれば、シールリング４ｏは、シリンダ
ブロック１またはロータリシリンダバルブ３内のどちら
に設けても良い、また、シールリングの形状、本数は、
前記実施例に限定されるものではなく、内燃機関に使用
されている公知のいがなるものでも良い。

［発明の効果］ 以上詳記したように、この発明は、対向してこのピスト
ンを設けたので、排気サイクルでの排気効率が良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は対向ピストン型回転式スリーブバルブ内燃機関
の実施例を示す断面図、第２図（ａ＞、（ｂ）、（Ｃ）
、（ｄ）は開口部のガスシール機構の配置を示す図、第
３図はロータリシリンダバルブのオイル取入口の断面図
、第４′図は排気孔、吸入孔の形状を示す展開図、第５
図は第２実施例を示す断面図、第６図は点火プラグを側
面に設けた他の実施例を示す断面図、第７図（ａ）、（
ｂ）はロータリシリンダバルブの他の実施例を示す図で
ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、シリンダブロックと、ロータリシリンダバルブと、
   対向する二つのピストンと、クランク軸などとからなる
   スリーブバルブ内燃機関において、 ａ、前記シリンダブロックは混合ガスおよび排気ガスを
   吸入、排出するための吸入孔と排気孔とを有し、 ｂ、前記ロータリシリンダバルブは前記シリンダブロッ
   ク内で回転自在に支持され中心に円筒空間を有し、かつ ｃ、前記ロータリシリンダバルブには開口部を有し、か
   つ ｄ、ロータリシリンダバルブの一端には歯車を有し、 ｅ、前記ロータリシリンダバルブ内には前記開口部を挟
   んで対向して摺動自在に挿入した前記二つのピストンと
   、 ｆ、前記一方のピストンに連結し前記連接棒に回転自在
   に設けたクランク軸と、 ｇ、前記他方のピストンは、前記一方のピストン方向に
   スプリングを介在させて移動自在に対向させ、 ｈ、前記クランク軸に設けられ前記歯車とかみ合うクラ
   ンクギアとからなることを特徴とする回転式スリーブバ
   ルブ内燃機関。 ２、請求項１において、前記吸入孔と前記排気孔をシー
   ルするために前記開口部の周囲を環状にシールリングを
   配置したことを特徴とする回転式スリーブバルブ内燃機
   関。 ３、請求項１または２において、前記他方のピストンは
   前記シリンダブロックに前記ロータリシリンダバルブの
   軸線方向の移動のみ許容できるように固定したことを特
   徴とする回転式スリーブバルブ内燃機関。 ４、請求項１または２において、前記他方のピストンは
   前記ロータリシリンダバルブに前記ロータリシリンダバ
   ルブの軸線方向の移動を許容できるように固定したこと
   を特徴とする回転式スリーブバルブ内燃機関。 ５、請求項１、２、３、４から選択される１項において
   、前記他方のピストンが前記スプリングに抗して一定間
   隔以上に移動できないことを特徴とする回転式スリーブ
   バルブ内燃機関。 ６、請求項１、２、３、４、５から選択される１項にお
   いて、前記ロータリシリンダバルブの外周にウォーター
   ポンプまたはフィンを設けたことを特徴とする回転式ス
   リーブバルブ内燃機関。