(57)【要約】【課題】ロータリーヘッドバルブを有しながらも、高い気密性を達成可能で、点火プラグの縒れを回避可能な、内燃機関の吸排気構造を提供する。【解決手段】シリンダー３の天井部５に、吸気孔５ａ，排気孔５ｂ，及び着火孔５ｃを同一円周上に穿設し、天井部５の下方に回転可能に支承されるロータリーヘッドバルブ７には貫通孔７ａを穿設した。ロータリーヘッドバルブ７の上端面には、ロータリーヘッドバルブ７の回転軸を中心とし貫通孔７ａの外方を通る円周上に配設される第１シール部材８と、貫通孔７ａを囲繞する第２シール部材９とを設けた。第１シール部材８及び第２シール部材９の上端が天井部５に当接し、それによって高い気密性が達成される。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
シリンダーの天井部に、吸気ポートに連通する吸気孔，排気ポートに連通する排気孔，及び点火プラグを螺合する螺子孔に連通する着火孔が同一円周上に穿設され、
天井部の下方に回転可能に支承されるロータリーヘッドバルブに、該ロータリーヘッドバルブの角度位置によって吸気孔，排気孔，及び着火孔から選ばれる１つの穿孔と連通する貫通孔が穿設され、
ロータリーヘッドバルブの上端面には、ロータリーヘッドバルブの回転軸を中心とし貫通孔の外方を通る円周上に配設され、上端が天井部に当接する第１シール部材と、貫通孔を囲繞し上端が天井部に当接する第２シール部材とが設けられてなることを特徴とする内燃機関の吸排気構造。
【請求項２】
ロータリーヘッドバルブの中央から上方に突設されたシャフトが、天井部の中央に穿設された嵌合孔に回転自在に内嵌され、
ピストンに連動して回転するクランクシャフトに同軸に設けられた第１プーリー，シリンダーヘッド又はシリンダーブロックに回転自在に軸支されたプーリー軸，プーリー軸に同軸に設けられた第２プーリー及び傘歯車，第１プーリーと第２プーリーに架け渡された無端ベルト，並びに前記シャフトに同軸に設けられ傘歯車と噛合する従動傘歯車を具えてなることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸排気構造。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、内燃機関の吸排気構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
本考案の考案者は、ピストンエンジン用ロータリーヘッドバルブを提案した（例えば、特許文献１参照）。当該ロータリーヘッドバルブは、ピストン内燃機関のシリンダー上部に配置され、クランクシャフトに連動して回転する皿状形状の部材である。ロータリーヘッドバルブに穿設された穴は、内燃機関が吸入工程にある時にはシリンダーヘッドの吸気ポートと燃焼室とを連通し、同様に排気工程においてはシリンダーヘッドの排気ポートと燃焼室とを連通する。それによって、無用な振動を抑え静粛な動作を可能とし、吸排気効率を高める等の効果を奏する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５０−１４３９１４号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載のピストンエンジン用ロータリーヘッドバルブは、カムシャフトでバルブを開閉制御する一般的な４ストローク内燃機関に比べて、やや気密性に劣り燃焼効率が低い問題があった。
【０００５】
また、点火プラグが当該ロータリーヘッドバルブと共に回転する構成であるため、プラグコードが縒れる虞があった。
【０００６】
本考案は、上記問題点を解決する改良構造を提案するものである。即ち、本考案は、ロータリーヘッドバルブを有しながらも、高い気密性を達成可能で、かつ、点火プラグの縒れを回避可能な、内燃機関の吸排気構造を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する本考案の内燃機関の吸排気構造は、
シリンダーの天井部に、吸気ポートに連通する吸気孔，排気ポートに連通する排気孔，及び点火プラグを螺合する螺子孔に連通する着火孔が同一円周上に穿設され、
天井部の下方に回転可能に支承されるロータリーヘッドバルブに、該ロータリーヘッドバルブの角度位置によって吸気孔，排気孔，及び着火孔から選ばれる１つの穿孔と連通する貫通孔が穿設され、
ロータリーヘッドバルブの上端面には、ロータリーヘッドバルブの回転軸を中心とし貫通孔の外方を通る円周上に配設され、上端が天井部に当接する第１シール部材と、貫通孔を囲繞し上端が天井部に当接する第２シール部材とが設けられてなる。
【０００８】
また、
ロータリーヘッドバルブの中央から上方に突設されたシャフトが、天井部の中央に穿設された嵌合孔に回転自在に内嵌され、
ピストンに連動して回転するクランクシャフトに同軸に設けられた第１プーリー，シリンダーヘッド又はシリンダーブロックに回転自在に軸支されたプーリー軸，プーリー軸に同軸に設けられた第２プーリー及び傘歯車，第１プーリーと第２プーリーに架け渡された無端ベルト，並びに前記シャフトに同軸に設けられ傘歯車と噛合する従動傘歯車を具えてなる上記内燃機関の吸排気構造である。
【考案の効果】
【０００９】
本考案に係る第１シール部材は、吸気孔，排気孔，及び着火孔が燃焼室と常時連通することを防ぐ。一方、第２シール部材は、貫通孔が吸気孔，排気孔，及び着火孔の何れか１つの孔とのみ連通することを許容する。本考案の吸排気構造は、その高い気密性によって吸気と排気の混合を防止する構成であるから、高い燃焼効率を発揮する。また、混合気に着火する時のみ貫通孔と着火孔が連通する構成であり、それ以外の時には点火プラグは燃焼室から隔てられているから、燃焼室内の煤が点火プラグに付着する虞が低減される。
【００１０】
天井部に設けた螺子孔に点火プラグを螺合する構成であるから、ロータリーヘッドバルブが回転しても、プラグコードが縒れる虞が無い。
【００１１】
プーリー，歯車等を介して、ロータリーヘッドバルブがピストンに連動して回転する様に構成すると、内燃機関の各工程に適した角度位置に貫通孔を配置し、適切なタイミングで吸排気及び着火を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】天井部の一部を切り欠いて示す、本考案に係るシリンダー及びロータリーヘッドバルブの斜視図である。
【図２】本考案に係るシリンダーの上部付近を示す下方視断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面模式図である。
【考案を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本考案を実施するための形態を、図面を参照して詳細に説明するが、本考案はこれに限定されるものではない。また、４ストローク内燃機関を例に説明するが、本考案は、２ストローク内燃機関にも適用可能である。
【００１４】
本考案の内燃機関の吸排気構造は、図１乃至図３に示される様に、
シリンダー３の天井部５に、吸気ポート１ａに連通する吸気孔５ａ，排気ポート１ｂに連通する排気孔５ｂ，及び点火プラグ６を螺合する螺子孔１ｃに連通する着火孔５ｃが同一円周上に穿設され、
天井部５の下方に回転可能に支承されるロータリーヘッドバルブ７に、該ロータリーヘッドバルブ７の角度位置によって吸気孔５ａ，排気孔５ｂ，及び着火孔５ｃから選ばれる１つの穿孔と連通する貫通孔７ａが穿設され、
ロータリーヘッドバルブ７の上端面には、ロータリーヘッドバルブ７の回転軸を中心とし貫通孔７ａの外方を通る円周上に配設され、上端が天井部５に当接する第１シール部材８と、貫通孔７ａを囲繞し上端が天井部５に当接する第２シール部材９とが設けられてなる。
【００１５】
更に、本考案の内燃機関の吸排気構造は、
ロータリーヘッドバルブ７の中央から上方に突設されたシャフト１０が、天井部５の中央に穿設された嵌合孔５ｄに回転自在に内嵌され、
ピストン１１に連動して回転するクランクシャフト１３に同軸に設けられた第１プーリー１４，シリンダーヘッド１又はシリンダーブロック２に回転自在に軸支されたプーリー軸１５ａ，プーリー軸１５ａに同軸に設けられた第２プーリー１５及び傘歯車１７，第１プーリー１４と第２プーリー１５に架け渡された無端ベルト１６，並びに前記シャフト１０に同軸に設けられ傘歯車１７と噛合する従動傘歯車１８を具えてなる。
【００１６】
シリンダー３は、図３に示される様に、シリンダーブロック２に圧入されピストンリング１１ａと接するシリンダーライナー４と、中央が上方に隆起した上面視円形状の天井部５とを有する。天井部５は、上端面がシリンダーヘッド１に圧着されると共に、外周面をシリンダーライナー４の内周面に圧着されて設けられている。
【００１７】
天井部５には吸気孔５ａが穿設されていて、該吸気孔５ａを介して、シリンダーヘッド１の吸気ポート１ａとシリンダー３内部とが連通されている。図３においては吸気孔５ａと吸気ポート１ａの位置関係のみを示すが、天井部５には、同様にして、シリンダーヘッド１の排気ポート１ｂとシリンダー３内部とを連通する排気孔５ｂが穿設されている。また、シリンダーヘッド１には点火プラグ６を螺着するための螺子孔１ｃが穿設されており、天井部５の螺子孔１ｃに対応する位置には、螺子孔１ｃとシリンダー３内部とを連通する着火孔５ｃが穿設されている。吸気孔５ａ，排気孔５ｂ，及び着火孔５ｃは、それらの中心から天井部５の中央までの距離が相互に等しくなる位置に穿設されている。
【００１８】
ロータリーヘッドバルブ７は、図１乃至図３に示される様に、中央が上方にやや隆起した上面視円形の形状である。ロータリーヘッドバルブ７の上端面中央から上方に突出するシャフト１０が、ロータリーヘッドバルブ７と一体として作製されている。天井部５及びシリンダーヘッド１には、シリンダー３の軸心に相当する位置に嵌合孔１ｄ，５ｄが穿設されており、それら嵌合孔１ｄ，５ｄにシャフト１０を回転自在に内嵌して、ロータリーヘッドバルブ７は設けられている。
【００１９】
シャフト１０には、従動傘歯車１８が軸を等しくして嵌着され、スプリングワッシャー１８ａ及びナット１８ｂでシャフト１０に固定されている。従動傘歯車１８の下方には、スラストベアリング１９が、シャフト１０に外嵌着されて設けられている。スラストベアリング１９は、図３においては円錐ころ軸受として示されているが、必ずしもこれに限られず、例えばアンギュラ玉軸受であっても良い。スラストベアリング１９の下方には、圧縮ばね２０が、シャフト１０に巻装されて設けられている。圧縮ばね２０は、その下端がシリンダーヘッド１に、及びその上端がスラストベアリング１９にそれぞれ当接することにより、ロータリーヘッドバルブ７の位置低下を防いでいる。
【００２０】
図３に示される様に、クランクシャフト１３には、それと同軸に配置された第１プーリー１４が設けられている。一方、シリンダーヘッド１の一部から上方に延出された部分が穿孔され、当該穿孔に嵌着されたころ軸受１５ｂに、プーリー軸１５ａが回転自在に支承されている。プーリー軸１５ａには、第２プーリー１５及び傘歯車１７が、それぞれ同軸に設けられている。第１プーリー１４と第２プーリー１５には無端ベルト１６が架け渡され、傘歯車１７は従動傘歯車１８と噛合している。プーリー軸１５ａは、シリンダーヘッド１又はシリンダーブロック２に回転自在に支承されていれば良く、必ずしも図示される態様に限定されるものではない。ピストン１１が上下動すると、コネクティングロッド１２とクランクシャフト１３によって第１プーリー１４が回転し、その回転力が、無端ベルト１６，第２プーリー１５，傘歯車１７，及び従動傘歯車１８を介してシャフト１０（即ちロータリーヘッドバルブ７）に伝達される構成である。ピストン１１が２往復する間にロータリーヘッドバルブ７が１回転する様に、第１プーリー１４と第２プーリー１５の回転比、及び、傘歯車１７と従動傘歯車１８のギア比は設定されている。
【００２１】
ロータリーヘッドバルブ７には、貫通孔７ａが穿設されている。貫通孔７ａの中心からロータリーヘッドバルブ７中心までの距離は、吸気孔５ａ，排気孔５ｂ，及び着火孔５ｃの中心から天井部５中心までの各距離に等しくされているため、ロータリーヘッドバルブ７が１回転する間に、貫通孔７ａは、吸気孔５ａ，排気孔５ｂ，及び着火孔５ｃの何れの穿孔とも一度ずつ重なる。貫通孔７ａの形状は、必ずしも図示される台形状に限られず、例えば、円形，楕円形，または任意多角形であっても良い。また、図２においては、ロータリーヘッドバルブ７の中心から見て約４５度の角度範囲を占めるものとして図示するが、貫通孔７ａのサイズ及び位置は必ずしもこれに限定されず、吸気孔５ａ，排気孔５ｂ，及び着火孔５ｃの何れか１つの穿孔と重なった時に、当該穿孔の外周を全て含むことができる様に形成されていれば良い。貫通孔７ａのサイズを充分に大きくすると吸気ポート１ａ及び排気ポート１ｂが燃焼室と連通する時間が長くなるから、吸排気に際して燃焼室内の圧力が過大又は過小となることによる、ピストン１１やロータリーヘッドバルブ７への負荷が低減される。
【００２２】
ロータリーヘッドバルブ７の回転軸を中心とする円形に形成された第１シール部材８が、ロータリーヘッドバルブ７の外周端と貫通孔７ａとの間を通る位置に配設されている。第１シール部材８は、その下部がロータリーヘッドバルブ７の上端面に埋入されて固定されると共に、上部はロータリーヘッドバルブ７の上端面から上方に突出して天井部５に接している。第１シール部材８は、吸気孔５ａ（吸気ポート１ａ），排気孔５ｂ（排気ポート１ｂ），及び着火孔５ｃ（螺子孔１ｃ）が燃焼室と常時連通するのを防ぐ、隔壁としての機能を有する。
【００２３】
一方、貫通孔７ａの縁部に沿って、該貫通孔７ａを囲繞する第２シール部材９が設けられている。第２シール部材９は、第１シール部材８と同様に、その下部がロータリーヘッドバルブ７の上端面に埋入されて固定されると共に、上部はロータリーヘッドバルブ７の上端面から上方に突出して天井部５に接している。これにより、貫通孔７ａは、吸気孔５ａ（吸気ポート１ａ），排気孔５ｂ（排気ポート１ｂ），及び着火孔５ｃ（螺子孔１ｃ）から選ばれる１つの穿孔を、気密を保ちつつ燃焼室と連通することが可能である。
【００２４】
第１シール部材８，第２シール部材９，及び天井部５の材質は、それらシール部材８，９と天井部５の何れもが回転によって摩耗しない材質の組合せから選ばれる。斯様な組合せの一例として、第１シール部材８及び第２シール部材９の材質をアルミニウム，ニッケル，銅その他の金属をカーボン粉末焼結体中に含浸させた複合材とし、天井部５の材質を鋳鉄とすることが挙げられる。また、その逆の組合せも採用可能である。更に別の例として、シール部材８，９と天井部５を何れも鋳鉄で作製し、それらの相互接触する部分の少なくとも一方を硬質クロムで鍍金し、又は当該相互接触する部分の少なくとも一方に窒化クロム等の硬質皮膜を形成することが挙げられる。
【００２５】
図２において、Ｒはロータリーヘッドバルブ７の回転の向き、Ｔ１及びＴ２はピストン１１が上死点にある時の貫通孔７ａの中心の角度位置、Ｂ１及びＢ２はピストン１１が下死点にある時の貫通孔７ａの中心の角度位置をそれぞれ示している。換言すると、貫通孔７ａの中心は、吸入工程においてはＴ１−Ｂ１間に、圧縮工程においてはＢ１−Ｔ２間に、燃焼・膨張工程においてはＴ２−Ｂ２間に、排気工程においてはＢ２−Ｔ１間にそれぞれ位置する。吸気孔５ａはＴ１からＲの向きに４５度の角度位置を中心として、排気孔５ｂはＢ２からＲの向きに４５度の角度位置を中心として、着火孔５ｃはＴ２の角度位置を中心として、天井部５にそれぞれ穿設されている。これにより、吸排気及び着火が効率的に行われるが、これらの穿設位置は必ずしもこれに限定されず適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００２６】
１  シリンダーヘッド
１ａ  吸気ポート
１ｂ  排気ポート
１ｃ  螺子孔
１ｄ，５ｄ  嵌合孔
２  シリンダーブロック
３  シリンダー
４  シリンダーライナー
５  天井部
５ａ  吸気孔
５ｂ  排気孔
５ｃ  着火孔
６  点火プラグ
７  ロータリーヘッドバルブ
７ａ  貫通孔
８  第１シール部材
９  第２シール部材
１０  シャフト
１１  ピストン
１１ａ  ピストンリング
１２  コネクティングロッド
１３  クランクシャフト
１４  第１プーリー
１５  第２プーリー
１５ａ  プーリー軸
１５ｂ  ころ軸受
１６  無端ベルト
１７  傘歯車
１８  従動傘歯車
１８ａ  スプリングワッシャー
１８ｂ  ナット
１９  スラストベアリング
２０  圧縮ばね
【図１】
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【図２】
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【図３】
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