(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リフト弁をもつ弁装置を備えた４サイクル内燃エンジンのシリンダヘッドにおいて、シリンダ（２）のヘッド（１）に配置された、弁（17）および／または滑り弁（18）を備えた少なくとも１つの吸気導管（15）と、少なくとも１つの排気導管（16）もしくは弁又は滑り弁（19）を備えた少なくとも１つの排気導管（16）と、をもち、前記シリンダヘッド（１）の前記排気導管（16）は、各シリンダヘッドの排気管に、排気枝管として連通接続され、前記シリンダ（２）は、単一の主導管（３）に接合し、前記主導管（３）は、シリンダ（２）への開口（４）が断面環状であり、その軸線（５）はシリンダ（２）の主軸線（６）の方向に置かれており、主導管（３）の開口（４）は内部弁座（８）と外部弁座（９）を備え、こうした弁座の閉鎖位置には、前記シリンダ（２）内の単一リフト弁（７）のリング弁板（12）が形成され、リフト弁（７）は少なくとも１つの軸部（11）を備え、前記内部弁座（８）の近傍には、点火プラグおよび／または噴射ノズル（21）が配置された前記４サイクル内燃エンジンのヘッドであって、
前記シリンダ（２）の主軸線（６）に垂直な面における、前記リング弁板（12）の内側と外側の通気領域では、前記シリンダヘッドは、前記リング弁板（12）の外側と内側の通気領域の総和を、前記開口（４）の断面サイズに相当するようにし、同時に、前記リング弁板（12）の前記内側の通気領域と前記リング弁板（12）の前記外側の通気領域との比率を、前記リング弁板（12）の内径dv1と外径dv2の比率に相当するようにしたことを特徴とする４サイクル内燃エンジンのシリンダヘッド。
【請求項２】
前記リフト弁（７）は、閉鎖位置では、単一の平坦または円錐面上に配置されている内部弁座（８）と外部弁座（９）の密閉面（10）に配置されることになることを特徴とする請求項１に記載の前記シリンダヘッド。
【請求項３】
前記リフト弁（７）は、前記主導管（３）の軸線（５）に置かれた１つの軸部（11）を備えており、前記軸部（11）は少なくとも１つの架橋部材（13）によりリング弁板に接続され、内燃エンジンのヘッド（１）に個々の密閉部（14）が施されることを特徴とする請求項１又は２に記載のシリンダヘッド。
【請求項４】
前記リフト弁（７）は前記主導管（３）の開口（４）に置かれた２つの軸部（11）により装着され、前記軸部（11）は180度の角度で配置されたリング弁板（12）上に置かれており、ヘッド（１）内のすべての軸部（11）が互いに１列に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のシリンダヘッド。
【請求項５】
内燃エンジンヘッド（１）の吸気導管（15）内の弁（17）は、自動式かつ逆上式弁構造に構成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のシリンダヘッド。
【請求項６】
前記主導管（３）の開口（４）には燃料を前記シリンダ（２）の空間内に直接送る低圧燃料噴出用噴射器（21）があることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のシリンダヘッド。
【請求項７】
前記排気導管は前記ヘッド（１）に関して前記吸気導管（15）の反対側で終端するが、前記吸気導管（15）の軸線および／または排気導管（16）の軸線が前記シリンダ（２）の軸線（６）を横切らないことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のシリンダヘッド。
【請求項８】
前記吸気導管（15）と排気導管（16）が前記ヘッド（１）の一方の側で終端するが、前記吸気導管（15）の軸線および／または前記排気導管（16）の軸線が前記シリンダ（２）の軸線（６）を横切らないことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のシリンダヘッド。
【請求項９】
前記各シリンダ（２）の前記排気分岐管は、排出器継ぎ目と連通接続されていることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のシリンダヘッド。
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、各シリンダ用にリフト弁をもつ弁装置機構を備えた４サイクルピストン内燃エンジンのシリンダヘッドに関わり、具体的には、シリンダヘッドの導管及び弁装置要素の構成に関する。
従来の技術
現在の技術水準では、４サイクルエンジンの弁構成として最適なものは、リフト弁であるのは明白である。これまで、エンジンヘッドの最良の弁構成は複数弁構成、たいていは４弁構成であった。この弁構成では、ヘッド面に吸気弁や排気弁がある。導管内や弁の周囲の通路はエンジンの特性に大きな影響を及ぼす。現段階の４サイクルエンジンでは、吸排気弁の２つをもつシリンダヘッドが通気路容量の限界であり、これ以上の飛躍的な増加は望めない。
シリンダヘッドの表面に、シリンダから吸排気共通の主導管を配置する考えは、以前から知られていた。この構成では、理論的には、シリンダヘッドの通気路の容量はかなり増加する。主導管の断面は、最高でシリンダ断面の40％に相当する場合がある。しかし、これにより問題がいくつか発生する。たとえば、吸排気導管という他の弁構成要素が必要になり、主導管に接着すると容量が大きくなり、共通のリフト弁には大きなストロークが必要となる。スパークプラグやジェット噴射ノズルを配置すれば、問題が発生する。しかし、主な問題は、ヘッドの主導管や弁のまわりの通気路の空力特性である。シリンダの吸排気用の主導管とリフト弁を設計すると、問題がいくつか発生し、これまでの設計では最終的な特性は、一般には、最新の複数弁シリンダヘッドより低下している。
発明の要約
上記の欠点は、かなりの程度、本発明によるリフト弁をもつ弁構造の４サイクルシリンダヘッドを利用すると解決される。その内容は、少なくとも１つの吸気導管と少なくとも１つの排気導管が単一の主導管に結合され、吸気導管は弁及び／又は滑り弁を備えている。主導管のシリンダへの開口は環状であり、その軸線は、シリンダの主軸線方向に向けられている。主導管の開口は、内部弁座と外部弁座を備えている。その内部の閉鎖位置に、シリンダの単一リフト弁のリング弁板がある。リフト弁は少なくとも１つの弁軸部を備え、前記内部弁座の近傍には、点火プラグおよび／または噴射ノズルが配置されている。また、シリンダヘッドの前記排気導管は、各シリンダの排気管に、排気枝管として連通接続され、前記排気導管には、弁又は滑り弁を備えてもよい。
開口の通気断面のサイズは、リング板の周囲および内部の通気領域の総和と同等になるのが好ましい。同時に、リング弁板の内径dv1と外径dv2の比は、リング弁板内の通気領域とリング弁板の外の通気領域の比に等しくなるのが好ましい。この場合、通気領域はシリンダ軸線に垂直な面にある。
内部弁座と外部弁座の密閉面は、単一の平坦または円錐面に配置するのが好ましい。リフト弁は、導管軸線上に弁軸部を１つだけ備えることができる。この場合、弁軸部は少なくとも１つの架橋部材によりリング弁板に接続されており、内燃エンジンヘッド中で個々にシールされている。リフト弁は、主導管の開口に置かれた２つの軸部でも構成できる。この場合、それらの軸部は、リング弁板上に180度の角度で配置されている。すべての軸部を一列に並べることもできる。１つのカム軸でこれらの軸部を動かすのが有利である。
内燃エンジン吸気部分では、ひだ状逆止弁または回転滑り弁を配置することができる。内燃エンジン排気導管には、他の滑り弁または他の分配要素を適用できる。
主導管の開口には、シリンダ空間に直接燃料を送る低圧燃料噴射器を配置するのが好ましい。ヘッドには、外部弁座からシリンダ壁への形状変遷を保護するカラーを備えるのが望ましい。このカラーは、ヘッドのガスケットの一部で形成する。
吸気導管は、排気導管とシリンダヘッドと同じ側またはその反対側で終わる。吸気および排気導管は、平行に延びて、乱流効果を生じさせる。
本発明によると、シリンダヘッドには、流れ断面の大きい単一主導管が適切に配置されている。この主導管は、吸気導管と排気導管に分けられる。主導管は環状形でありリフト弁のリング弁板も同様の形状なので、望ましくない乱流を最少に抑えて、主導管断面とリフト弁の均一なバイパスを有効に利用できるようになる。リフト弁の形状と寸法は、外部及び内部周辺部の十分に大きな流れ断面も保護する。こうしたことはすべて、シリンダヘッドのパラメータをかなり押し上げることになる。これにより、効率が高まり、回転が速くなり、内燃エンジンの出力を高めることができる。
この主導管の開口の形状は、シリンダへの十分なガスの吸入を維持しながら、シリンダ軸線の周りの吸入されたガスを希望どおり乱流させるように吸気導管および主導管を形造ることになる。これは、効率を高め、燃焼が環境保護に貢献する。
リフト弁の形状とその位置により、その燃焼室が好ましく形造られることになり、スパークプラグまたは噴出ノズルが適切な位置に配置される。
リフト弁と弁座の熱負荷の観点からは、リフト弁がシリンダへの排気および吸入を実行させるのが望ましい。本発明によるシリンダヘッドを装着した４サイクルエンジンの吸気および排気システムは、排気ハブの終端で主導管の内部の完全な掃気をしなければならないことを考えて設計される必要がある。このため、特に大気圧で装填されたエンジンに問題が発生する。これらのエンジンでは、吸気導管にひだ状逆止弁を使用し、排気マニフォルドに分岐部の噴出部を使用するのが有益なようである。主導管の掃気は、リフト弁、弁座および他の部分など露出したシリンダヘッド部分が冷却されるという利点をもたらす。
噴射器は、リフト弁が開いて現われた空間をとおして燃料を直接シリンダに送る。この構成では、燃料がシリンダヘッドの導管壁に付着物を形成しないので環境保護の視点から有益である。
内部および外部弁座の密閉面が同一面にある場合には、密閉面を含むヘッド全体を１つの位置に押しつけることが可能である。カラーは、弁座とシリンダ壁の間の好ましい形状変化を形成させるよりもヘッドを密閉するのに貢献する場合がある。
本発明のシリンダヘッドは、最新のシリンダヘッド設計において現在使用されていない要素を含む解決法となる。こうした要素すべては技術的に解決できる。４サイクル燃料エンジンの他の開発がもたらす利益、中でも将来への期待があるので、開発にまつわる経費と努力が補償されることになる。
【図面の簡単な説明】
本発明によるシリンダヘッドは、以下の図面で示された実施例によりより詳細に説明されることになる。
図１は、本発明による主導管および２つの軸部を備えたリフト弁をもつシリンダヘッド部の断面図であり、市販のリフト弁、主導管およびエンジンシリンダの主な寸法が示されている。
図２は、図１の底面図である。
図３は、図１に示すリフト弁と弁座の細部を示す拡大図である。
図４は、主導管と一方の軸部に備えられたリフト弁をもつシリンダヘッドの一部を示す断面図である。
図５は、図４の底面図である。
図６は、吸気兼排出導管内に回転滑り弁を備えた本発明による４サイクルエンジンのシリンダヘッドの断面図である。
図７は、図６のシリンダヘッドの底面図である。
図８は、吸気導管内にひだ状逆止弁を備え排出導管内に回転滑り弁を備えた４サイクルエンジンのシリンダヘッドを示す断面図である。
図９は、吸気導管にひだ状逆止弁を備えシリンダヘッドの排出口に一部が接合した排出マニフォルドを備えた４サイクルエンジンのシリンダヘッドを示す断面図である。
図10は、導管が左右対象に置かれたシリンダヘッドの底面図であり、シリンダヘッドからの排出導管口が吸気導管の反対側にある。
図11は、排出導管の反対側に向かって平行に延びる吸気導管を備えたシリンダヘッドの底面図である。
図12は、シリンダヘッドの同じ側に向かって延びる吸気および排出導管を備えたシリンダヘッド部分の底面図である。
発明の詳細な説明
図１に示すように、シリンダ２のヘッド１内にリフト弁７をもつ弁装置を装備した４サイクル内燃エンジンのシリンダ２のモデルヘッド１は主導管３を形成している。主導管３は、シリンダ２内につながるその開口が環状断面である。開口４の軸線５は、シリンダ２の他の軸線６上に置かれている。主導管３の開口４内には、内部弁座８と外部弁座９が置かれており、そうした弁の密閉面10は同一面になっている。内部弁座８と外部弁座９が閉じていると、シリンダ２内のリフト弁７にリング弁板12が形成される。このリフト弁７は、この開口４を通って延びる２つの軸部11を備えており、これらの軸部11はリング弁板12上に180度の角度に配置されている。図１は、開口４、リング弁７およびシリンダ２の主な寸法も示している。d1とd2については、以下の有効誘導式で十分正確な値が得られる。
0003626493.tif 000002
ただし、Ｄは所与の値で、寸法ｘは適切に選択された値でなければならない。Ｄはシリンダ２の直径である。d1は主導管３の環部の内径であり、d2は主導管３の外径である。dv1は環状板12の内径であり、dv2は環状板12の外径である。外部弁座９の密閉面10の機能が図３に示してある。
図４に示すヘッド１の他の構成では、内部弁座８と外部弁座９の密閉面10が１つの円錐面上に配置されるように構成されている。リフト弁７は開口４の軸線５とシリンダ２の別の軸線６上に配置された１つの軸部11を装備している。この軸部11は、３つの架橋部材13によりリング弁板12に接合されており、密閉部14を備えている。
図６に示すように、シリンダヘッド１の機能は図１に示す機能に基づいている。主導管３は、吸気導管15と排出導管16に分岐される。吸気導管15は回転滑り弁18を備えている。この弁18の回転はクランク軸の回転の1/4に相当する。排出導管16は他の回転滑り弁19を備えている。弁19の回転はエンジンの回転の1/4に相当する。
図８に示すシリンダヘッド１の機能は、回転滑り弁18をひだ状逆止弁17に交換してあることだけが図６に示す以前の機能とは異なっている。
図９に示すシリンダヘッド１の機能は、図６に示す機能に基づいている。本図では、回転滑り弁18はひだ状逆止弁17と置換され、排出導管16から回転滑り弁19全部が取り出されている。密閉面10は１つの円錐面上にある。
これまでに示したどの機能でも、図10、11または12に示すシリンダ２のヘッド１に吸気15と排気16を配置できる。図10に示す機能では、左右対象に吸気導管15並びに排気導管16が備えられており、吸気導管15はヘッド１に関して排気導管16の反対側につながっている。図11に示す機能は、乱流効果を実行するために平行に出ている吸気導管15だけが図10に示す機能と異なっている。
図12に示す機能では、吸気導管15と排気導管16がシリンダ２のヘッドの同じ側につながっており、両導管とも平行に出ている。
シリンダ２のヘッド１内のリフト弁７が、シリンダ２に至る主導管３の開口４の開閉を行う。
排出サイクルの始めに、リフト弁７が開く。主導管３では、吸気導管は回転滑り弁18または逆止弁17により閉じる。排出導管16内には、すでに十分開いた他の回転滑り弁19がある。回転滑り弁18と他の回転滑り弁19の回転はエンジン軸回転の1/4に相当する。シリンダ２から排出導管16への排出ガスが流れ始める。排出サイクルの終わりでは、リフト弁７は開いたままであったり閉じていたりする。吸気導管15では、回転滑り弁18または逆止弁17は開いた状態になっている。その後に、吸気導管15からの清潔な空気により主導管３内部空間を掃気する。その後に、リフト弁７を開けたり開いた状態で続けてシリンダ２を満たすことで排気導管16内の他の回転滑り弁19を閉じる。他の活動は現在の４サイクルエンジンの手順と同じである。エンジンを正確に機能させるには、排出サイクルの終わりでヘッド１内の主導管３内全体を掃気しなければならない。この視点から考えると、ひだ状逆止弁17を使用するのが有益である。というのは、この弁17は自動的に開いて迅速に最大流断面となるからである。排気導管16内の他の回転滑り弁19をシリンダ２のヘッド１から取り外したり、主導管３の空間を清潔にするために排気ガスの慣性を十分に活用することもできる。この目的のため、各エンジンシリンダ２の排気分岐管の噴出器継ぎ目を用いて排出導管を有効に構成する必要がある。過給エンジンでは、主導管３を効果的に掃気するのはたいした問題ではない。
産業適用可能性
本発明に記載されたシリンダヘッドはほとんどの４サイクルエンジンで使用できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図９】
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【図１１】
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【図１２】
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