(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンの上下往復運動がコンロッドによって伝達されてクランク軸を回転させることによって回転動力を発生させるシリンダーブロックと、
前記シリンダーブロックの上部に結合され、一側には第１吸・排気バルブによって開閉される第１吸・排気マニホールドが連結され、他側には第２吸・排気バルブによって開閉される第２吸・排気マニホールドが連結されるシリンダーヘッドと、
前記シリンダーヘッドの上側に配列され、前記クランク軸の回転に連動されて回転され、前記第１吸・排気バルブを駆動させる第１吸・排気カムが結合される第１カム軸と、
前記シリンダーヘッドの上側に配列され、前記クランク軸の回転に連動されて回転され、前記第２吸・排気バルブを駆動させる第２吸・排気カムが結合される第２カム軸と、
前記シリンダーヘッドの上側に配列され、前記第２カム軸の回転に連動されて回転される第３カム軸と、
前記第１吸・排気マニホールドに設置されて、混合気体または空気の吸気と燃焼ガスの排気の中の何れか一つを選択的に調節する第１吸・排気調節手段と、
前記第２吸・排気マニホールドに設置されて、混合気体または空気の吸気と燃焼ガスの排気の中の何れか一つを選択的に調節する第２吸・排気調節手段と、
前記第１吸・排気マニホールド及び第２吸・排気マニホールドと連通して設置され、燃焼ガスの排気通路を構成する排気連結管とを含み、
前記第１吸・排気調節手段と前記第２吸・排気調節手段の吸気及び排気動作は共通の単一カム軸である前記第３カム軸と連動して発生することを特徴する４ストローク内燃機関の吸・排気装置。
【請求項２】
前記第１カム軸と前記第２カム軸は、前記クランク軸に固定される第１スプロケットと、前記第１カム軸に固定される第２スプロケットと、前記第２カム軸に固定される第３スプロケットと、前記スプロケットを連結する伝動チェーンを含む第１伝動手段とによって、前記クランク軸の回転に連動されて回転されることを特徴とする請求項１に記載の４ストローク内燃機関の吸・排気装置。
【請求項３】
前記第１スプロケットの２回転当たり前記第２スプロケット及び第３スプロケットが１回転することによって前記第１カム軸と前記第２カム軸は前記クランク軸の２回転当たり１回転するように前記クランク軸の回転に連動されることを特徴とする請求項２に記載の４ストローク内燃機関の吸・排気装置。
【請求項４】
前記第３カム軸は、前記第２カム軸に固定される第１ギアと、前記第３カム軸に固定され、前記第１ギアに噛み合う第２ギアとからなる第２伝動手段によって、前記第２カム軸の回転に連動されて回転されることを特徴とする請求項１に記載の４ストローク内燃機関の吸・排気装置。
【請求項５】
前記第１ギアの１回転当たり前記第２ギアが１回転することによって、前記第３カム軸は前記第２伝動手段によって前記第２カム軸の１回転当たり１回転するように前記第２カム軸の回転に連動されることを特徴とする請求項４に記載の４ストローク内燃機関の吸・排気装置。
【請求項６】
前記吸・排気調節手段は、前記排気連結管の内周面に両端が密着して支持され、回転方向に応じて前記吸・排気マニホールドと前記排気連結管を選択的に連通させる連通管と、前記連通管を前記排気連結管の半径方向に回転させるアクチュエーターとを含むことを特徴とする請求項１に記載の４ストローク内燃機関の吸・排気装置。
【請求項７】
前記アクチュエーターは、前記連通管の外周面の中間部を貫通して固定される回転軸と、前記回転軸に固定されるスパーギアと、前記第３カム軸に挿入される吸・排気調節カムに一端が接するように弾性バイアスされて前記第３カム軸の回転に沿って線形移動される吸・排気調節ロッドと、前記吸・排気調節ロッドの他端に一体に形成され、前記スパーギアに噛み合うラックギアとを含むことを特徴とする請求項６に記載の４ストローク内燃機関の吸・排気装置。
【請求項８】
前記連通管の両端には曲面板形状のスカートが前記連通管と一体に形成され、前記スカートは前記排気連結管の内周面に密着して支持されることを特徴とする請求項６に記載の４ストローク内燃機関の吸・排気装置。
【請求項９】
前記吸・排気調節カムの内周面の一側にカム突起が突出して形成され、前記第３カム軸の外周面には前記カム突起に対応される段差が円周方向に形成されて前記吸・排気調節カムが前記第３カム軸の回転に連動されることを特徴とする請求項７に記載の４ストローク内燃機関の吸・排気装置。
【請求項１０】
前記カム突起と前記段差との間の所定角度の区間には空間が形成され、前記空間が形成された所定角度だけ前記吸・排気調節カムが前記第３カム軸上で自在に回転できることを特徴とする請求項９に記載の４ストローク内燃機関の吸・排気装置。
【請求項１１】
前記第１吸・排気カム、第２吸・排気カム、吸・排気調節カムの中の少なくとも一つは扇形であることを特徴とする請求項１乃至請求項１０の中の何れか一項に記載の４ストローク内燃機関の吸・排気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は吸・排気装置に関し、特に４ストローク内燃機関で吸・排気効率を向上させることができる４ストローク内燃機関の吸・排気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、内燃機関は混合気体または空気を吸気、圧縮、点火または燃料噴射による爆発及び排気からなる４ストロークを繰り返しながら、クランク軸を回転させて動力を発生させるもので、爆発ストロークによってピストンが下降するに従って、コンロッドに連結されたクランク軸が動力を受けて回転し、その後、排気−吸気−圧縮ストロークはクランク軸の慣性回転によってピストンが昇降しながら行われる。
【０００３】
従来、吸気效率と排気效率を高めるために、吸・排気バルブの直径を拡大したり、数を増やすなど多様な方法が考案された。
【０００４】
ところが、このような方法によれば、４ストローク内燃機関のメカニズムが複雑に構成されるとともに、シリンダーの直径は初期設計段階で決定され、また吸気マニホールドと排気マニホールドは互いに独立に構成されて、吸気と排気専用に使用されているので、それぞれの吸・排気口の大きさの制限によって吸・排気バルブの直径を拡大したり、数を増やすには限界がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は４ストローク内燃機関の吸・排気效率を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前述した本発明の目的は、ピストンの上下往復運動がコンロッドによって伝達されて、クランク軸を回転させることによって回転動力を発生させるシリンダーブロックと、シリンダーブロックの上部に結合され、一側には第１吸・排気バルブによって開閉される第１吸・排気マニホールドが連結され、他側には第２吸・排気バルブによって開閉される第２吸・排気マニホールドが連結されるシリンダーヘッドと、シリンダーヘッドの上側に配列され、クランク軸の回転に連動されて回転され、第１吸・排気バルブを駆動させる第１吸・排気カムが結合される第１カム軸と、シリンダーヘッドの上側に配列され、クランク軸の回転に連動されて回転され、第２吸・排気バルブを駆動させる第２吸・排気カムが結合される第２カム軸と、シリンダーヘッドの上側に配列され、第２カム軸の回転に連動されて回転される第３カム軸と、第１吸・排気マニホールドに設置されて、混合気体または空気の吸気または燃焼ガスの排気の中の何れか一つを選択的に調節する第１吸・排気調節手段と、第２吸・排気マニホールドに設置されて、混合気体または空気の吸気または燃焼ガスの排気の中の何れか一つを選択的に調節する第２吸・排気調節手段と、第１吸・排気マニホールド及び第２吸・排気マニホールドと連通するように設置されて、燃焼ガスの排気通路を構成する排気連結管とを含み、第１吸・排気調節手段と第２吸・排気調節手段の吸気及び排気動作は共通の単一カム軸である第３カム軸と連動して発生する４ストローク内燃機関の吸・排気装置を提供することによって達成される。
【０００７】
本発明の好ましい一実施形態によれば、第１カム軸と第２カム軸は、クランク軸に固定される第１スプロケットと、第１カム軸に固定される第２スプロケットと、第２カム軸に固定される第３スプロケットと、スプロケットを連結する伝動チェーンとを含む第１伝動手段によって、クランク軸の回転に連動されて回転される。
【０００８】
本発明の好ましい一実施形態によれば、第１スプロケットの２回転当たり第２スプロケット及び第３スプロケットが１回転することによって、第１カム軸と第２カム軸はクランク軸の２回転当たり１回転するようにクランク軸の回転に連動される。
【０００９】
本発明の好ましい特徴によれば、第３カム軸は、第２カム軸に固定される第１ギアと、第３カム軸に固定され、第１ギアに噛み合う第２ギアとからなる第２伝動手段によって、第２カム軸の回転に連動されて回転される。
【００１０】
本発明の好ましい特徴によれば、第１ギアの１回転当たり第２ギアが１回転することによって、第３カム軸は第２伝動手段によって第２カム軸の１回転当たり１回転するように第２カム軸の回転に連動される。
【００１１】
本発明の好ましい特徴によれば、吸・排気調節手段は、排気連結管の内周面に両端が密着して支持され、回転方向に沿って吸・排気マニホールドと排気連結管を選択的に連通させる連通管と、連通管を排気連結管の半径方向に回転させるアクチュエーターとを含む。
【００１２】
本発明の好ましい特徴によれば、アクチュエーターは、連通管の外周面の中間部を貫通して固定される回転軸と、回転軸に固定されるスパーギアと、第３カム軸に挿入結合される吸・排気調節カムに一端が接するように弾性バイアスされて、第３カム軸の回転によって線形移動される吸・排気調節ロッドと、吸・排気調節ロッドの他端に一体に形成され、スパーギアに噛み合うラックギアとを含む。
【００１３】
本発明の好ましい特徴によれば、連通管の両端には曲面板形状のスカートが連通管と一体に形成され、スカートは排気連結管の内周面に密着して支持される。
【００１４】
本発明の好ましい特徴によれば、吸・排気調節カムの内周面の一側にカム突起が突出して形成され、第３カム軸の外周面にはカム突起に対応される段差が円周方向に形成されて吸・排気調節カムが第３カム軸の回転に連動される。
【００１５】
本発明の好ましい特徴によれば、カム突起と段差との間の所定角度の区間には空間が形成され、空間が形成された所定角度だけ吸・排気調節カムが第３カム軸上で自在に回転できる。
【００１６】
本発明の好ましい特徴によれば、第１吸・排気カム、第２吸・排気カム、吸・排気調節カムの中の少なくとも一つは扇形でもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明による４ストローク内燃機関の吸・排気装置によれば、吸気ストロークで従来の吸気マニホールドと排気マニホールドを吸入口とし、吸気バルブと排気バルブを全部開放することによって、吸気ストロークでのシリンダー内の負圧を減少して、クランク軸の慣性回転力を保全し、同時に、吸気效率を改善して空気または混合気体の吸入密度を高めることができる。
【００１８】
一方、排気ストロークでは、従来の吸気マニホールドと排気マニホールドを排気口とし、吸気バルブと排気バルブを全部開放することによって、排気ストロークでの排気圧を減少して、クランク軸の慣性回転力を保全し、同時に、排気效率を改善して燃焼ガスの排気效果を向上させることができ、従来の高温高圧の燃焼ガスが排気マニホールドを通じて排出されながら発生される騷音を低減させることができる。
【００１９】
また、本発明による４ストローク内燃機関の吸・排気装置は、クランク軸の回転に連動される比較的に簡単な機械的構成であるので、信頼性が向上される效果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態による４ストローク内燃機関の吸・排気装置の斜視図である。
【図２】図１の裏方向で見た斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態による第１伝動手段と排気連結管を示す斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態による第１伝動手段と排気連結管を示す斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態による第２伝動手段と吸・排気調節カムを示す斜視図である。
【図６】本発明の一実施形態による第２伝動手段と吸・排気調節カムを示す斜視図である。
【図７】本発明の一実施形態による第１吸・排気調節手段と第２吸・排気調節手段の動作状態図である。
【図８】本発明の一実施形態による第１吸・排気調節手段と第２吸・排気調節手段の動作状態図である。
【図９】本発明の一実施形態による吸・排気装置が装着された４ストローク内燃機関のストローク図である。
【図１０】本発明の一実施形態による吸・排気装置が装着された４ストローク内燃機関のストローク図である。
【図１１】本発明の一実施形態による吸・排気装置が装着された４ストローク内燃機関のストローク図である。
【図１２】本発明の一実施形態による吸・排気装置が装着された４ストローク内燃機関のストローク図である。
【図１３】本発明の一実施形態による吸・排気装置が装着された４ストローク内燃機関のストローク図である。
【図１４】本発明の一実施形態による吸・排気装置が装着された４ストローク内燃機関のストローク図である。
【図１５】本発明の一実施形態による吸・排気装置が装着された４ストローク内燃機関のストローク図である。
【図１６】本発明の一実施形態による吸・排気装置が装着された４ストローク内燃機関のストローク図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳しく説明する。
【００２２】
図１は本発明の一実施形態による４ストローク内燃機関の吸・排気装置の斜視図であり、図２は図１の裏方向で見た斜視図であり、図３及び図４は本発明の一実施形態による第１伝動手段と排気連結管を示す斜視図であり、図５及び図６は本発明の一実施形態による第２伝動手段と吸・排気調節カムを示す斜視図であり、図７及び図８は本発明の一実施形態による第１吸・排気調節手段と第２吸・排気調節手段の動作状態図であり、図９乃至図１６は本発明の一実施形態による吸・排気装置が装着された４ストローク内燃機関のストローク図である。
【００２３】
本発明の一実施形態による４ストローク内燃機関の吸・排気装置１は、図１乃至図１６に示したように、ピストン１１の上下往復運動がコンロッド１２によって伝達されてクランク軸１４を回転させることによって回転動力を発生させるシリンダーブロック１０と、シリンダーブロック１０の上部に結合され、一側には第１吸・排気バルブ２１によって開閉される第１吸・排気マニホールド２２が連結され、他側には第２吸・排気バルブ２３によって開閉される第２吸・排気マニホールド２４が連結されるシリンダーヘッド２０と、シリンダーヘッド２０の上側に配列され、クランク軸１４の回転に連動されて回転され、第１吸・排気バルブ２１を駆動させる第１吸・排気カム３１が結合される第１カム軸３０と、シリンダーヘッド２０の上側に配列され、クランク軸１４の回転に連動されて回転され、第２吸・排気バルブ２３を駆動させる第２吸・排気カム４１が結合される第２カム軸４０と、シリンダーヘッド２０の上側に配列され、第２カム軸４０の回転に連動されて回転される第３カム軸５０と、第１吸・排気マニホールド２２に設置されて混合気体または空気の吸気と燃焼ガスの排気の中の何れか一つを選択的に調節する第１吸・排気調節手段６０と、第２吸・排気マニホールド２４に設置されて混合気体または空気の吸気と燃焼ガスの排気の中の何れか一つを選択的に調節する第２吸・排気調節手段７０と、第１吸・排気マニホールド２２及び第２吸・排気マニホールド２４と連通するように設置されて燃焼ガスの排気通路を構成する排気連結管８０とを含む。
【００２４】
ここで、シリンダーブロック１０は燃料が燃焼される空間を形成するとともに、ピストン１１の上下往復運動をガイドするもので、シリンダーブロック１０の内部にはピストン１１が上下往復運動可能に結合され、ピストン１１の下部にはコンロッド１２の一端が連結され、このコンロッド１２の他端にはクランク１３の一側が連結され、クランク１３の中心にはシリンダーブロック１０に回動可能に結合されるクランク軸１４が一体に結合されることによって、ピストン１１の上下往復運動がコンロッド１２によって伝達されてクランク軸１４を回転させることで回転動力を発生させる。
【００２５】
前述したシリンダーブロック１０の上部にはシリンダーヘッド２０が結合され、このシリンダーヘッド２０はシリンダーブロック１０の上部を気密的に閉鎖するとともに、燃料の燃焼のために混合気体または空気を供給して燃焼ガスを排気させる役割を果たし、その一側には第１吸・排気バルブ２１によって開閉されながら混合気体または空気をシリンダーブロック１０の内部に吸気させたり、燃焼ガスをシリンダーブロック１０の外部に排気させる第１吸・排気マニホールド２２が連結され、他側には第２吸・排気バルブ２３によって開閉されながら混合気体または空気をシリンダーブロック１０の内部に吸気させたり、燃焼ガスをシリンダーブロック１０の外部に排気させる第２吸・排気マニホールド２４が連結され、その中央には内部に吸気された混合気体が圧縮される場合に、人為的に花火を散らして点火できる点火プラグ（図示省略）が備えられたり（ガソリンエンジンの場合）または、内部に吸気された空気が圧縮される場合に、燃料を噴射して爆発が起きるようにする燃料噴射口（図示省略）が備えられる（ディーゼルエンジンの場合）。
【００２６】
即ち、従来には吸気マニホールドと排気マニホールドがそれぞれ独立に構成されて、空気または混合気体の吸気及び燃焼ガスの排気の中の一つにのみ専用されたが、本発明の一実施形態によれば、第１吸・排気マニホールド２２及び第２吸・排気マニホールド２４は吸気と排気兼用に使用され、吸気ストロークの時には、第１吸・排気マニホールド２２及び第２吸・排気マニホールド２４を通じて空気または混合気体の吸気が行われ、排気ストロークの時には第１吸・排気マニホールド２２及び第２吸・排気マニホールド２４を通じて燃焼ガスの排気が行われる。
【００２７】
この時、第１吸・排気マニホールド２２と第２吸・排気マニホールド２４は吸気及び排気效率を増大させるために、二つが互いに隣接してそれぞれ一対に形成されることが好ましく、この場合、図１及び図２に示したように、第１吸・排気バルブ２１と第２吸・排気バルブ２３もそれぞれ一対に形成され、第１吸・排気カム３１と第２吸・排気カム４１なども一対に形成される。
【００２８】
前述したシリンダーヘッド２０の上側には第１カム軸３０が配列され、この第１カム軸３０はクランク軸１４の回転に連動されて回転されるもので、第１カム軸３０には第１カム軸３０とともに回転しながら、第１吸・排気バルブ２１を押して第１吸・排気マニホールド２２を開放させることによって、混合気体または空気の吸気ストロークまたは燃焼ガスの排気ストロークが起きるようにする第１吸・排気カム３１が結合される。
【００２９】
前述したシリンダーヘッド２０の上側には第２カム軸４０が第１カム軸３０と並んで配列され、該第２カム軸４０はクランク軸１４の回転に連動されて回転されるもので、第２カム軸４０にはクランク軸１４とともに一体に回転されながら、第２吸・排気バルブ２３を押して第２吸・排気マニホールド２４を開放させることによって、混合気体または空気の吸気ストロークまたは燃焼ガスの排気ストロークが起きるようにする第２吸・排気カム４１が結合される。
【００３０】
前述した第１カム軸３０と第２カム軸４０は第１伝動手段１１０によってクランク軸１４の回転に連動されて回転し、第１伝動手段１１０は、図３及び図４に示したように、クランク軸１４に固定される第１スプロケット１１１と、第１カム軸３０に固定される第２スプロケット１１２と、第２カム軸４０に固定される第３スプロケット１１３と、該スプロケット１１１〜１１３を連結する伝動チェーン１１４とを含む。
【００３１】
ここで、第１カム軸３０は、クランク軸１４の２回転によって行われる全４ストローク間、混合気体または空気の吸気ストロークと燃焼ガスの排気ストロークがそれぞれ１回ずつ４ストロークの間隔で発生できるように、第１スプロケット１１１の２回転当たり第２スプロケット１１２が１回転することによって、クランク軸１４の２回転当たり１回転するように、クランク軸１４の回転に連動される。
【００３２】
第２カム軸４０もクランク軸１４の２回転によって行われる全４ストロークの間、混合気体または空気の吸気ストロークと燃焼ガスの排気ストロークがそれぞれ１回ずつ４ストロークの間隔で発生できるように、第１スプロケット１１１の２回転当たり第３スプロケット１１３が１回転するによって、クランク軸１４の２回転当たり１回転するように、クランク軸１４の回転に連動される。
【００３３】
従って、第１吸・排気カム３１によって第１吸・排気バルブ２１が開放されて、混合気体または空気の吸気ストロークが行われる時、同時に第２吸・排気カム４１によって第２吸・排気バルブ２３が開放されて、混合気体または空気の吸気ストロークが行われ、その後、３ストロークの間隔にして第１吸・排気カム３１によって第１吸・排気バルブ２１が開放されて、燃焼ガスの排気ストロークが行われる時、同時に第２吸・排気カム４１によって第２吸・排気バルブ２３が開放されて燃焼ガスの排気ストロークが行われる。
【００３４】
この時、排気ストロークの後、継いで再び第１吸・排気カム３１及び第２吸・排気カム４１によって混合気体または空気の吸気ストロークが行われるが、第１吸・排気カム３１及び第２吸・排気カム４１が排気ストロークと吸気ストロークの二つのストロークにかけて、第１吸・排気バルブ２１及び第２吸・排気バルブ２３の一端を押し続けて開放状態を保持するようにするために、第１吸・排気カム３１及び第２吸・排気カム４１のローブは所定角度を有する扇形に形成することが好ましい。
【００３５】
一方、図３及び図４において、矢印は冷たい空気が排気連結管８０に流入されるのと排気ガスが排気連結管８０から排出される様子を示す。
【００３６】
前述したシリンダーヘッド２０の上側には第３カム軸５０が配列され、該第３カム軸５０は第２カム軸４０の回転に連動されて回転されながら後述される第１吸・排気調節手段６０と第２吸・排気調節手段７０の作動を制御するためのもので、第３カム軸５０上に結合される一対の吸・排気調節カム５１によって第１吸・排気調節手段６０及び第２吸・排気調節手段７０が作動されながら空気または混合気体の吸入と燃焼ガスの排気を選択する。
【００３７】
この時、第１カム軸３０と第２カム軸４０との間に位置される第３カム軸５０は、シリンダーヘッド２０の真中に点火プラグまたは燃料噴射口の設置が可能になるように、シリンダーヘッド２０の真中から一側に偏って配列されることが好ましい。
【００３８】
また、第３カム軸５０は第２伝動手段１２０によって第２カム軸４０の回転に連動されて回転され、該第２伝動手段１２０は、図５及び図６に示したように、第２カム軸４０に固定される第１ギア１２１と、第３カム軸５０に固定され、第１ギア１２１に噛み合う第２ギア１２２とを含む。
【００３９】
同時に、第３カム軸５０はクランク軸１４の２回転によって行われる全４ストロークの間１回転することによって、第１吸・排気調節手段６０及び第２吸・排気調節手段７０が１回のみ作動できるように、第１ギア１２１と第２ギア１２２が１：１のギア比を有することによって、第１ギア１２１の１回転当たり第２ギア１２２が１回転することによって、第２伝動手段１２０によって第２カム軸４０の１回転当たり１回転するように第２カム軸４０の回転に連動される。
【００４０】
前述した第１吸・排気マニホールド２２及び第２吸・排気マニホールド２４は、排気連結管８０を貫通して設置され、該排気連結管８０は第１吸・排気マニホールド２２及び第２吸・排気マニホールド２４を通じてシリンダーブロック１０の内部に吸気された混合気体または空気が圧縮ストロークと爆発ストロークを経って燃焼ガスで排気される場合に通す管路であり、図１、図７及び図８に示したように、第１吸・排気マニホールドの一端２２ａ及び第２吸・排気マニホールドの一端２４ａに第１連通孔６３ａによって排気連結管８０の一側がそれぞれ連通され、第１吸・排気マニホールドの他端２２ｂ及び第２吸・排気マニホールドの他端２４ｂには第２連通孔６３ｂによって排気連結管８０の他側がそれぞれ連通され、排気連結管８０の内では後述する連通管６１によって第１吸・排気マニホールドの一端２２ａ及び第２吸・排気マニホールドの一端２４ａと第１吸・排気マニホールドの他端２２ｂ及び第２吸・排気マニホールドの他端２４ｂが連結される。
【００４１】
排気連結管８０に第１吸・排気マニホールド２２及び第２吸・排気マニホールド２４が連結される部分にはそれぞれ第１吸・排気調節手段６０及び第２吸・排気調節手段７０が設置され、第１吸・排気調節手段６０及び第２吸・排気調節手段７０は第１吸・排気マニホールド２２及び第２吸・排気マニホールド２４から排気連結管８０に管路を選択的に変更することによって、吸気ストロークでは、混合気体または空気がシリンダーブロック１０の内に吸気されるように、図７に示したように、連通管６１が第１吸・排気マニホールドの一端２２ａ及び第２吸・排気マニホールドの一端２４ａと第１吸・排気マニホールドの他端２２ｂ及び第２吸・排気マニホールドの他端２４ｂを連通させ、排気ストロークでは、図８に示したように、連通管６１が第１吸・排気マニホールドの一端２２ａ及び第２吸・排気マニホールドの一端２４ａと排気連結管８０を連通させて、燃焼ガスが排気連結管８０を通じて排出されるようにするもので、排気連結管８０の内で排気連結管８０の半径方向に回転可能に設置される連通管６１と、該連通管６１を回転させるアクチュエーター６４とを含む。
【００４２】
ここで、排気連結管８０は連通管６１が回転できるように支持台の役割を果たし、排気ガスはこの排気連結管８０の一端にファン駆動ベルト２００によってクランク軸１４と連結された排気ファン（図示省略）によって排出され、この時、連通管６１は外部から吸い込まれた冷たい空気によって冷却される。この排気ファンはクランク軸１４が回転する限り回転し続けるので持続的に連通管６１を冷却させて、第１吸・排気マニホールド２２及び第２吸・排気マニホールド２４を通じて吸入される空気または混合気体の温度の上昇によって吸気效率が低下されることを防止する。
【００４３】
また、第１吸・排気調節手段６０及び第２吸・排気調節手段７０の作動においては、気密が保持されることが相当重要であり、このために連通管６１の両端は排気連結管８０の内周面の両側に密着された状態で回転されることが好ましく、従って連通管６１の両端に連通管６１と一体に形成され、排気連結管８０の内周面に密着して支持される曲面板形状のスカート６２が備えられる。
【００４４】
この時、図１４乃至図１６に示したように、排気ストロークの時、連通管６１が回転して第１連通孔６３ａが開放され、第１吸・排気マニホールド２２及び第２吸・排気マニホールド２４と排気連結管８０が連通された場合、排気ガスが全て排気連結管８０を通じて排出できるように、第２連通孔６３ｂは閉鎖状態に保持される必要がある。
【００４５】
従って、連通管６１が回転して第１連通孔６３ａが開放されても、第２連通孔６３ｂは第１吸・排気マニホールドの他端２２ｂ及び第２吸・排気マニホールドの他端２４ｂ側のスカート６２ｂによって閉鎖状態が保持されるように、第１吸・排気マニホールドの他端２２ｂ及び第２吸・排気マニホールドの他端２４ｂ側のスカート６２ｂの長さを適切に形成させることが好ましく、第１吸・排気マニホールドの他端２２ｂ及び第２吸・排気マニホールドの他端２４ｂ側のスカート６２ｂの弦の長さが第２連通孔６３ｂの直径と同一であったり、やや大きく形成されることが好ましい。
【００４６】
連通管６１を両方向に回転させるアクチュエーター６４は、図２に示すように、連通管６１の外周面の中間部を貫通して固定される回転軸６４ａと、該回転軸６４ａに結合して固定されるスパーギア６４ｂと、第３カム軸５０に結合される一対の吸・排気調節カム５１に一端が接するように、例えばコイルスプリング６５などによって弾性バイアースされて、第３カム軸５０の回転に沿って線形移動される吸・排気調節ロッド６４ｃと、吸・排気調節ロッド６４ｃの他端に一体に形成され、スパーギア６４ｂに噛み合うラックギア６４ｄとを含む。
【００４７】
従って、第３カム軸５０が回転すると、第３カム軸５０に結合された吸・排気調節カム５１が回転することになり、これによって吸・排気調節カム５１に密着された吸・排気調節ロッド６４ｃが線形移動されると、その端部に形成されたラックギア６４ｄも一体に線形移動され、このようなラックギア６４ｄの線形移動によって連通管６１の回転軸６４ａに固定されるスパーギア６４ｂが両方向に交互的に回転されて連通管６１が排気連結管８０の内で回転されながら、吸気ストロークでは、第１吸・排気マニホールドの一端２２ａ及び第２吸・排気マニホールドの一端２４ａと第１吸・排気マニホールドの他端２２ｂ及び第２吸・排気マニホールドの他端２４ｂを連通させて、混合気体または空気がシリンダーブロック１０の内に吸気され、排気ストロークでは、第１吸・排気マニホールドの一端２２ａ及び第２吸・排気マニホールドの一端２４ａと排気連結管８０が連通されて、燃焼ガスが排気連結管８０を通じて排出される。
【００４８】
ここで、吸・排気調節カム５１の作動は、排気ストロークの全体に亘って、第１吸・排気調節手段６０及び第２吸・排気調節手段７０によって第１吸・排気マニホールド２２及び第２吸・排気マニホールド２４と排気連結管８０が連通された状態を保持させ、排気ストロークの終了、吸気ストローク直前には瞬間的に連通管６１を回転させて第１吸・排気マニホールドの一端２２ａ及び第２吸・排気マニホールドの一端２４ａと第１吸・排気マニホールドの他端２２ｂ及び第２吸・排気マニホールドの他端２４ｂを連通させ、第１吸・排気マニホールド２２及び第２吸・排気マニホールド２４を通じて空気または混合気体がシリンダーブロック１０内に吸入される。
【００４９】
このために、図５及び図６に示したように、第３カム軸５０が挿入される吸・排気調節カム５１の内周面の一側にカム突起５１ａを突出して形成させ、第３カム軸５０の外周面にはカム突起５１ａに対応される段差５０ａを円周方向に形成させ、第３カム軸５０の回転の時、第３カム軸５０の段差５０ａがカム突起５１ａを押して吸・排気調節カム５１が第３カム軸５０の回転に連動して回転するようにする一方、円周方向に形成される段差５０ａの所定角度の区間に空間５２を形成させ、所定角度の区間内では吸・排気調節カム５１が第３カム軸５０の回転に関係なく自在に回転できるようにする。
【００５０】
また、吸・排気調節ロッド６４ｃの上端と接触して作動力を伝達する吸・排気調節カム５１のローブは所定角度の扇形に形成させ、連通管６１の回転の後、第１吸・排気マニホールド２２及び第２吸・排気マニホールド２４と排気連結管８０の連通が最大限に長く保持されるようにし、第１吸・排気マニホールドの一端２２ａ及び第２吸・排気マニホールドの一端２４ａと第１吸・排気マニホールドの他端２２ｂ及び第２吸・排気マニホールドの他端２４ｂが連通されるように連通管６１が回転される動作は急速に行われるようにすることが好ましい。
【００５１】
即ち、吸・排気調節カム５１は扇形のローブによって十分なバルブリフト量を確保した状態で、吸気ストロークの直前まで吸・排気調節ロッド６４ｃの上端を押し、吸・排気調節カム５１のローブと吸・排気調節ロッド６４ｃの上端の接触が終わる次第、コイルスプリング６５の強い弾性回復力を受けて急速に回転しながら第１吸・排気マニホールドの一端２２ａ及び第２吸・排気マニホールドの一端２４ａと第１吸・排気マニホールドの他端２２ｂ及び第２吸・排気マニホールドの他端２４ｂが連通されるようにすることが好ましい。
【００５２】
この時、吸・排気調節カム５１の急速な回転は、吸・排気調節カム５１の側面がコイルスプリング６５の強い弾性回復力を受ける瞬間、吸・排気調節カム５１が第３カム軸５０の段差５０ａの間に所定角度に形成された空間５２に沿ってカム突起５１ａが急速に回転しながら行われる。
【００５３】
以下、本発明の一実施形態による４ストローク内燃機関の吸・排気装置１の作動をそれぞれのストローク別で詳しく説明する。
【００５４】
４ストローク内燃機関は、図９乃至図１６に示すように、混合気体または空気がシリンダーブロック１０の内部に吸気される吸気ストロークと、吸気ストロークによってシリンダーブロック１０の内部に吸気された混合気体または空気をピストン１１の上昇を通じて圧縮させる圧縮ストロークと、圧縮ストロークによって圧縮された混合気体を点火プラグで火点させたり、または圧縮ストロークによって圧縮された空気に燃料を噴射して爆発的な燃焼を起こす爆発ストロークと、爆発ストロークによって燃焼された燃焼ガスをシリンダーブロック１０から排気させる排気ストロークを行いながら動力を発生させる。
【００５５】
本発明の一実施形態による４ストローク内燃機関の吸・排気装置１において、第１吸・排気バルブ２１及び第２吸・排気バルブ２３は、全４ストロークの中、排気ストロークと吸気ストロークでは開放された状態に保持され、圧縮ストロークと爆発ストロークでは閉鎖された状態に保持される。
【００５６】
また、第１吸・排気調節手段６０及び第２吸・排気調節手段７０は、全４ストロークの中、排気ストロークを除いた大部分において、連通管６１が第１吸・排気マニホールドの一端２２ａ及び第２吸・排気マニホールドの一端２４ａと第１吸・排気マニホールドの他端２２ｂ及び第２吸・排気マニホールドの他端２４ｂを連通させる状態に保持され、排気ストロークでは、連通管６１が第１吸・排気マニホールドの一端２２ａ及び第２吸・排気マニホールドの一端２４ａと排気連結管８０を互いに連通させることを明確にする。
【００５７】
図９及び図１０には吸気ストロークが図示され、この吸気ストロークの間、クランク軸１４は０度から１８０度に回転され、第１伝動手段１１０によってクランク軸１４に連動される第１カム軸３０と第２カム軸４０は０度から９０度に回転され、第２伝動手段１２０によって第２カム軸４０に連動される第３カム軸５０は０度から９０度に回転される。
【００５８】
クランク軸１４が０度から１８０度に回転される間、第１カム軸３０に一体に結合された第１吸・排気カム３１が第１吸・排気バルブ２１を下方に押して第１吸・排気マニホールド２２が開放され、第２カム軸４０に一体に結合された第２吸・排気カム４１が第２吸・排気バルブ２３を下方に押して第２吸・排気マニホールド２４が開放されることによって、混合気体または空気がシリンダーブロック１０の内部に吸気可能になり、ピストン１１が上死点から下死点に移動されながら混合気体または空気がシリンダーブロック１０の内部に吸気される。クランク軸１４が１８０度に回転されて、ピストン１１が下死点に到逹すると、第１吸・排気バルブ２１及び第２吸・排気バルブ２３は、再び原位置されながら第１吸・排気マニホールド２２及び第２吸・排気マニホールド２４は閉鎖され、吸気ストロークが完了される。
【００５９】
図１１及び図１２には圧縮ストロークが図示され、この圧縮ストロークの間、クランク軸１４は１８０度から３６０度に回転され、第１伝動手段１１０によってクランク軸１４に連動される第１カム軸３０と第２カム軸４０は９０度から１８０度に回転され、第２伝動手段１２０によって第２カム軸４０に連動される第３カム軸５０は９０度から１８０度に回転される。
【００６０】
クランク軸１４が１８０度から３６０度に回転される間、第１吸・排気バルブ２１及び第２吸・排気バルブ２３は閉められた状態に保持され、第１吸・排気マニホールド２２及び第２吸・排気マニホールド２４が閉鎖された状態に保持され、ピストン１１は下死点から上死点に移動しながらシリンダーブロック１０の内部に吸気された混合気体または空気を圧縮する。
【００６１】
図１３及び図１４には爆発ストロークが図示され、この爆発ストロークの間、クランク軸１４は３６０度から５４０度に回転され、第１伝動手段１１０によってクランク軸１４に連動される第１カム軸３０と第２カム軸４０は１８０度から２７０度に回転され、第２伝動手段１２０によって第２カム軸４０に連動される第３カム軸５０は１８０度から２７０度に回転される。
【００６２】
クランク軸１４が３６０度に回転した時に、点火プラグによって花火が散らされたり、または燃料噴射口によって燃料が噴射され、これによって圧縮された混合気体または空気が爆発的に燃焼されながらピストン１１を下方に押し、この力がコンロッド１２を経ってクランク１３に伝達されることによって、クランク軸１４を回転させる原動力になり、結局、ピストン１１はクランク軸１４が３６０度から５４０度に回転される間上死点から下死点に移動される。
【００６３】
クランク軸１４が３６０度から５４０度に回転される間、第１吸・排気バルブ２１及び第２吸・排気バルブ２３は閉められた状態に保持されて、第１吸・排気マニホールド２２及び第２吸・排気マニホールド２４が閉鎖された状態に保持される。
【００６４】
図１５及び図１６には排気ストロークが図示され、この排気ストロークの間、クランク軸１４は５４０度から７２０度に回転され、第１伝動手段１１０によってクランク軸１４に連動される第１カム軸３０と第２カム軸４０は２７０度から３６０度に回転され、第２伝動手段１２０によって第２カム軸４０に連動される第３カム軸５０は２７０度から３６０度に回転される。
【００６５】
クランク軸１４が５４０度から７２０度に回転される間、第１吸・排気カム３１と第２吸・排気カム４１はそれぞれ第１吸・排気バルブ２１と第２吸・排気バルブ２３を下方に押し、第１吸・排気マニホールド２２及び第２吸・排気マニホールド２４が開放されることによって、燃焼ガスがシリンダーブロック１０から排気可能になり、ピストン１１は下死点から上死点に移動されながら燃焼ガスを押して排気させる。
【００６６】
一方、排気ストロークの時、第３カム軸５０に結合された一対の吸・排気調節カム５１によって、吸・排気調節ロッド６４ｃが線形移動されながら、連通管６１が回動され、その結果、連通管６１は第１連通孔６３ａによって第１吸・排気マニホールドの一端２２ａ及び第２吸・排気マニホールドの一端２４ａと排気連結管８０を互いに連通させる状態に保持され、この時、第２連通孔はスカート６２ｂによって閉鎖された状態である。
【００６７】
従って、排気ストロークによってシリンダーブロック１０から排気された燃焼ガスは、第１吸・排気マニホールドの他端２２ｂ及び第２吸・排気マニホールドの他端２４ｂを通じて排気されるのではなく、排気連結管８０を通じて排出され、この時、排気連結管８０の一側にはファン駆動ベルト２００によってクランク軸１４に連動されて回転するように、排気ファン（図示省略）が設置され、この排気ファンの回転によって燃焼ガスは排気連結管８０を通じて外部に排出される。
【００６８】
これによって、従来の高温高圧の燃焼ガスが排気マニホールドを通じて迅速に排出されながら発生される騷音が低減される效果を奏する。
【００６９】
クランク軸１４が７２０度に回転されると吸・排気調節ロッド６４ｃは再び原位置されながら連通管６１が回転して、再び第１吸・排気マニホールドの一端２２ａ及び第２吸・排気マニホールドの一端２４ａと第１吸・排気マニホールドの他端２２ｂ及び第２吸・排気マニホールドの他端２４ｂを連通させ、排気ストロークが完了される。
【００７０】
即ち、吸・排気調節カム５１が回転している途中、吸・排気調節カム５１のローブと吸・排気調節ロッド６４ｃの上端との接触が終了すると、コイルスプリング６５の強い弾性回復力を受けて吸・排気調節カム５１が急速に回転しながら吸・排気調節ロッド６４ｃが急速に線形移動し、連通管６１も急速に回転して第１吸・排気マニホールドの一端２２ａ及び第２吸・排気マニホールドの一端２４ａと第１吸・排気マニホールドの他端２２ｂ及び第２吸・排気マニホールドの他端２４ｂを連通させる。
【００７１】
この時、吸・排気調節カム５１の急速な回転は、吸・排気調節カム５１の側面がコイルスプリング６５の強い弾性回復力を受ける瞬間、吸・排気調節カム５１が第３カム軸５０の段差５０ａとの間に所定角度に形成された空間５２に沿ってカム突起５１ａが急速に回転しながら行われる。
【００７２】
一方、第１吸・排気カム３１及び第２吸・排気カム４１のローブが扇形に形成されて、排気ストロークから吸気ストロークまで続いて第１吸・排気バルブ２１及び第２吸・排気バルブ２３を押すことによって、第１吸・排気バルブ２１及び第２吸・排気バルブ２３は排気ストロークから吸気ストロークが完了するまで開放状態に保持される。
【００７３】
従って、吸気ストロークでは、第１吸・排気マニホールドの一端２２ａ及び第２吸・排気マニホールドの一端２４ａと第１吸・排気マニホールドの他端２２ｂ及び第２吸・排気マニホールドの他端２４ｂが連通された状態で空気または混合気体がシリンダーブロック１０の内部に吸入され、排気ストロークでは、第１吸・排気マニホールドの一端２２ａ及び第２吸・排気マニホールドの一端２４ａと排気連結管８０を通じて燃焼ガスが外部に排出される。
【００７４】
本発明は記載された実施形態に限定されるのではなく、本発明の思想及び範囲を逸脱しないで多様に修正及び変形できることは、当該技術分野において、通常の知識を有する者にとって自明である。即ち、そういう変形例または修正例は本発明の特許請求の範囲に属すると理解すべきである。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明による４ストローク内燃機関の吸・排気装置が自動車を含む内燃機関に適用される場合、吸気ストロークで従来の吸気マニホールドと排気マニホールドを吸入口とし、吸気バルブと排気バルブを全部開放することによって、吸気ストロークでのシリンダー内の負圧を減少してクランク軸の慣性回転力を保全し、同時に、吸気效率を改善して空気または混合気体の吸入密度を高めることができ、排気ストロークでは、従来の吸気マニホールドと排気マニホールドを排気口とし、吸気バルブと排気バルブを全部開放することによって、排気ストロークでの排気圧を減少してクランク軸の慣性回転力を保全し、同時に、排気效率を改善して燃焼ガスの排気效果を向上させることができ、従来高温高圧の燃焼ガスが排気マニホールドを通じて排出されながら発生される騒音を低減させることができ、クランク軸の回転に連動される比較的に簡単な機械構成であるので、信頼性が向上される。
【図１】
0005405565.tif 000002
【図２】
0005405565.tif 000003
【図３】
0005405565.tif 000004
【図４】
0005405565.tif 000005
【図５】
0005405565.tif 000006
【図６】
0005405565.tif 000007
【図７】
0005405565.tif 000008
【図８】
0005405565.tif 000009
【図９】
0005405565.tif 000010
【図１０】
0005405565.tif 000011
【図１１】
0005405565.tif 000012
【図１２】
0005405565.tif 000013
【図１３】
0005405565.tif 000014
【図１４】
0005405565.tif 000015
【図１５】
0005405565.tif 000016
【図１６】
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