(57)【要約】【課題】小型で簡素化したバルブ構造で低振動かつ低騒音でエンジンの出力効率を向上させた４サイクルエンジンを提供する。【解決手段】シャフト４の回転に伴って吸気用ロータリバルブ２２及び排気用ロータリバルブ２３が回転し、吸気用分岐溝２２ｂ，２２ｃがいずれかのケース吸気溝１ｂ，１ｃを介して燃焼室２０と連通し、排気用分岐溝２２３ｂ，２３ｃいずれかのケース排気溝２３ｂ，２３ｃを介して燃焼室２０と連通することで各燃焼室２０において吸気動作と排気動作が繰り返し行われる。【選択図】図２
2012041914.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室において吸気、圧縮、爆発、排気工程を繰り返す四サイクルエンジンであって、
シャフトを回転可能に軸支するとともに燃焼室に連通する吸気孔が形成された第一ケース体と、
前記シャフトを回転可能に軸支するとともに燃焼室に連通する排気孔が形成された第二ケース体と、
前記第一ケース体と第二ケース体を組み合わせて前記シャフトを中心に回転するクランク軸に連繋する一対の両頭ピストンが往復動するシリンダ及びシリンダヘッドが四方に組み付けられるケース本体と、
前記第一ケース体に前記シャフトと同心配置されて回転可能に組み付けられ、当該シャフトから駆動伝達されて回転駆動される吸気用ロータリバルブと、
前記第二ケース体に前記シャフトと同心配置されて回転可能に組み付けられ、当該シャフトから駆動伝達されて回転駆動される排気用ロータリバルブと、
前記吸気用ロータリバルブ及び排気用ロータリバルブの外壁面に沿って周回して各々形成され、前記吸気孔に常時連通する吸気用周溝と前記排気孔に常時連通する排気用周溝と、
前記吸気用周溝及び排気用周溝より枝分かれして各々形成された吸気用分岐溝及び排気用分岐溝と、
前記第一ケース体に組み付けられる吸気用ロータリバルブの収納部内壁面であって前記吸気用分岐溝と重なり合う位置に周方向に所定範囲で対向配置された前記燃焼室と各々連通するように形成されたケース吸気溝と、前記第二ケース体に収納される排気用ロータリバルブの収納部内壁面であって前記排気用分岐溝と重なり合う位置に周方向に所定範囲で対向配置された前記燃焼室と各々連通するように形成されたケース排気溝と、を備え、
前記シャフトの回転に伴って前記吸気用ロータリバルブ及び排気用ロータリバルブが回転し、前記吸気用分岐溝がいずれかの前記ケース吸気溝を介して燃焼室と連通し、前記排気用分岐溝がいずれかの前記ケース排気溝を介して燃焼室と連通することで各燃焼室において吸気動作と排気動作が繰り返し行われることを特徴とする四サイクルエンジン。
【請求項２】
前記シャフトの回転にともなって交差して配置された第一，第二両頭ピストンは内サイクロイドの原理によってシリンダ内を直線往復運動し、前記シャフトの一回転に対して（１／２）回転する前記吸気用ロータリバルブ及び排気用ロータリバルブを所定のタイミングで開閉して吸気動作と排気動作が繰り返される請求項１記載の四サイクルエンジン。
【請求項３】
前記吸気用ロータリバルブ及び排気用ロータリバルブの内周面には内歯車が各々形成されており、前記第一，第二ケース体に軸支された従動歯車が前記シャフトに固定された固定歯車と内歯車に各々噛み合うことで前記吸気用ロータリバルブと排気用ロータリバルブが回転駆動される請求項１又は請求項２記載の四サイクルエンジン。
【請求項４】
前記吸気用分岐溝と前記排気用分岐溝とは軸方向に平面視して４５°位相がずれた位置に形成されている請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の四サイクルエンジン。
【請求項５】
前記第一クランク軸の両軸端部には、第一，第二バランスウェイトが嵌め込みにより一体に組み付けられ、当該第一，第二のバランスウェイトの一方に前記シャフトが一体に形成されている請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の四サイクルエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、四サイクルエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
四サイクルエンジンは、クランク軸が１回転する間にピストンが上死点と下死点との間を２往復する間に燃焼室内に気液混合ガスを吸入、圧縮、爆発、排気する工程を繰り返す。燃焼室に気液混合ガスを吸入する吸気路はカム軸に回転可能に設けられたカムによって吸入バルブが開閉制御され、燃焼室から排気する排気路は、カム軸に回転可能に設けられたカムによって排気バルブが開閉制御されるようになっている（特許文献１参照）。
【０００３】
また、燃焼室の頂点付近に設けられる吸気口と排気口とにロータリバルブを設けてその左右両側にプラグを設けて燃焼速度を速めた四サイクルエンジンも提案されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１２１９２０号公報
【特許文献２】特開平７−３３２０４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した四サイクルエンジンにおいては、シャフトの回転によってクランク軸に連繋するピストン組が２往復運動する間に燃焼室内に気液混合ガスを吸入、圧縮、爆発、排気する工程を繰り返すレシプロ駆動が採用されているため、シリンダ内のピストン組の往復運動によるエネルギー損失が発生してエンジンの出力効率が低下し易い。具体的には、燃焼室の爆発によるピストン組の機械振動による騒音が発生する等の課題がある。また、吸気バルブ及び排気バルブがシャフト（入出力軸）の回転数に対して１／２の回転数に設定されたカム軸によってバルブ開閉動作が行われることによっても同様な機械的振動や騒音が発生し易い。
【０００６】
また、エンジン本体に対して吸気路及び排気路を個別に形成して吸気バルブ及び排気バルブを一対一で設ける必要があるため、部品点数が多く組み付けスペースを要することからエンジン構造が複雑で大型化し易い。
また、ロータリバルブを各燃焼室の頂点付近に吸気口と排気口に応じて設ける場合、ロータリバルブの設置面積が嵩むため、エンジンの小型化を図ることが困難である。
【０００７】
本発明の目的は、小型で簡素化したバルブ構造で低振動かつ低騒音でエンジンの出力効率を向上させた四サイクルエンジンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため本発明は次の構成を有する。
燃焼室において吸気、圧縮、爆発、排気工程を繰り返す四サイクルエンジンであって、シャフトを回転可能に軸支するとともに燃焼室に連通する吸気孔が形成された第一ケース体と、前記シャフトを回転可能に軸支するとともに燃焼室に連通する排気孔が形成された第二ケース体と、前記第一ケース体と第二ケース体を組み合わせて前記シャフトを中心に回転するクランク軸に連繋する一対の両頭ピストンが往復動するシリンダ及びシリンダヘッドが四方に組み付けられるケース本体と、前記第一ケース体に前記シャフトと同心配置されて回転可能に組み付けられ、当該シャフトから駆動伝達されて回転駆動される吸気用ロータリバルブと、前記第二ケース体に前記シャフトと同心配置されて回転可能に組み付けられ、当該シャフトから駆動伝達されて回転駆動される排気用ロータリバルブと、前記吸気用ロータリバルブ及び排気用ロータリバルブの外壁面に沿って周回して各々形成され、前記吸気孔に常時連通する吸気用周溝と前記排気孔に常時連通する排気用周溝と、前記吸気用周溝及び排気用周溝より枝分かれして各々形成された吸気用分岐溝及び排気用分岐溝と、前記第一ケース体に組み付けられる吸気用ロータリバルブの収納部内壁面であって前記吸気用分岐溝と重なり合う位置に周方向に所定範囲で対向配置された前記燃焼室と各々連通するように形成されたケース吸気溝と、前記第二ケース体に収納される排気用ロータリバルブの収納部内壁面であって前記排気用分岐溝と重なり合う位置に周方向に所定範囲で対向配置された前記燃焼室と各々連通するように形成されたケース排気溝と、を備え、前記シャフトの回転に伴って前記吸気用ロータリバルブ及び排気用ロータリバルブが回転し、前記吸気用分岐溝がいずれかの前記ケース吸気溝を介して燃焼室と連通し、前記排気用分岐溝がいずれかの前記ケース排気溝を介して燃焼室と連通することで各燃焼室において吸気動作と排気動作が繰り返し行われることを特徴とする。
【０００９】
前記シャフトの回転にともなって交差して配置された第一，第二両頭ピストンは内サイクロイドの原理によってシリンダ内を直線往復運動し、前記シャフトの一回転に対して（１／２）回転する前記吸気用ロータリバルブ及び排気用ロータリバルブを所定のタイミングで開閉して吸気動作と排気動作が繰り返されることを特徴とする。
【００１０】
前記吸気用ロータリバルブ及び排気用ロータリバルブの内周面には内歯車が各々形成されており、前記第一，第二ケース体に軸支された従動歯車が前記シャフトに固定された固定歯車と内歯車に各々噛み合うことで前記吸気用ロータリバルブと排気用ロータリバルブが回転駆動されることを特徴とする。
【００１１】
前記吸気用分岐溝と前記排気用分岐溝とは軸方向に平面視して４５°位相がずれた位置に形成されていることを特徴とする。
【００１２】
前記第一クランク軸の両軸端部には、第一，第二バランスウェイトが嵌め込みにより一体に組み付けられ、当該第一，第二のバランスウェイトの一方に前記シャフトが一体に形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る四サイクルエンジンを用いれば、シャフトの回転に伴って該シャフトを軸支する第一，第二ケース体に同心配置された吸気用ロータリバルブ及び排気用ロータリバルブが回転し、吸気用ロータリバルブに形成された吸気用分岐溝がいずれかのケース吸気溝と重なり合う範囲で吸気孔と燃焼室が連通して吸気動作が行われ、排気用ロータリバルブに形成された排気用分岐溝がいずれかのケース排気溝と重なり合う範囲で排気孔と燃焼室が連通することで排気動作が繰り返し行われる。よって、シャフトを中心としたエンジン構成部品の回転運動によって小型で簡素化したバルブ構造を通じて吸気動作及び排気動作を実現でき、しかも低振動かつ低騒音を実現することでエンジンの出力効率を向上できる四サイクルエンジンを提供することができる。
【００１４】
シャフトの回転にともなって交差して配置された第一，第二両頭ピストンは内サイクロイドの原理によってシリンダ内を往復運動し、シャフトの１回転に対して（１／２）回転する吸気用ロータリバルブ及び排気用ロータリバルブを所定のタイミングで開閉して吸気動作と排気動作が繰り返されるので、エンジンの構成部品はシャフトを中心とした回転部により構成されているため振動を低減することで機械的な損失が少なくエンジン出力効率を高めることができ、しかもダンパー等の防振構造を簡略化することができる。
【００１５】
吸気用ロータリバルブ及び排気用ロータリバルブの内周面には内歯車が各々形成されており、第一，第二ケース体に軸支された従動歯車がシャフトに固定された固定歯車と内歯車に各々噛み合うことで吸気用ロータリバルブと排気用ロータリバルブとが回転駆動される。即ち、内歯車と固定歯車との歯数比が２対１で形成されることにより、コンパクトな駆動伝達機構によりバルブ開閉動作を実現できる。
【００１６】
吸気用ロータリバルブに形成された吸気用分岐溝と排気用ロータリバルブに形成された排気用分岐溝とは軸方向に平面視して４５°位相がずれた位置に形成されていると、４５°で交差して配置された第一，第二両頭ピストンの両側に形成される４つの燃焼室において、各燃焼室内に気液混合ガスを吸入、圧縮、爆発、排気する工程をバランスよく繰り返すことができる。
【００１７】
第一クランク軸の両軸端部には、第一，第二バランスウェイトが嵌め込みにより一体に組み付けられ、当該第一，第二のバランスウェイトの一方にシャフトが一体に形成されているので、通常のクランク機構を構成するクランク軸やクランクアームなどの機構部品に比べて部品点数が少なく機構的に簡略化されたクランク機構を実現することができるうえに、エンジン構成部品間の回転バランスがとり易いので、低振動かつ低騒音でエネルギーロスの少ない四サイクルエンジンを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】四サイクルエンジンの要部の斜視図である。
【図２】図１のエンジンの垂直断面斜視図である。
【図３】第一ケース体側から見た吸気路の透視図、第一，第二ケース体の側面から見た吸気路及び排気路の透視図、第二ケース体側から見た排気路の透視図である。
【図４】シャフトからロータリバルブへの駆動伝達機構を示す組図及び部品図である。
【図５】第一ケース体の吸気路及び第二ケース体の排気路及び吸気用ロータリバルブの吸気用周溝と排気用ロータリバルブの排気用周溝の軸方向透視図である。
【図６】吸気用ロータリバルブの斜視図である。
【図７】第二ケース体の斜視図である。
【図８】ピストン複合体の分解斜視図である。
【図９】四サイクルエンジンの分解斜視図である。
【図１０】ロータリバルブの回転角度が０°〜２７０°の燃焼サイクルの状態説明図である。
【図１１】ロータリバルブの回転角度が３６０°〜６３０°の燃焼サイクルの状態説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための一実施形態について添付図面に基づいて詳細に説明する。先ず、図１乃至図９を参照して四サイクルエンジンの一例について説明する。四サイクルエンジンは通常の着火式のエンジン、四サイクル焼玉エンジン、四サイクルディーゼルエンジンなどを想定している。また、エンジンの特徴に直接関係しない気液混合器（キャブレター）、マフラー、放熱構造（冷却フィン、冷却液を用いた水冷装置、ファンを備えた空冷装置等）、潤滑油（エンジンオイル）構造については、図示は省略するものとする。
【００２０】
また、以下に説明する四サイクルエンジンは、前提としてシャフトを回転させると、当該シャフトを中心に半径ｒの回転円に沿って第一クランク軸が回転し、当該第一クランク軸を中心に偏芯筒体が回転する。このとき第一クランク軸に嵌め込まれた第一筒体の両側に延設された第二筒体の中心である第二仮想クランク軸の回転軌跡（内サイクロイド）に沿って第二筒体に交差して組み付けられた両頭ピストンがシャフトを中心とする半径２ｒの同心円（転がり円）の径方向に直線往復運動を行なう原理を応用して成り立っている。以下の説明ではシャフトが形成されている向きを上方として説明する。
【００２１】
図１において、第一ケース体１と第二ケース体２とで構成されるケース本体３にシャフト４（出力軸）が回転可能に軸支されている。第一ケース体１と第二ケース体２とは、ボルト３ａにより四隅をねじ嵌合させて一体に組み付けられている。このケース本体３内には、図２に示すように、第一クランク軸５を中心に回転可能な偏芯筒体６と該偏芯筒体６に軸受を介して組み付けられた第一両頭ピストン８及び第二両頭ピストン７（以下、これらを「ピストン複合体Ｐ」という；）が回転可能に収容されている。以下、具体的に説明する。
【００２２】
図２において、第一クランク軸５は、シャフト４の軸芯に対して偏芯して連結される。本実施形態では、シャフト４は、第一バランスウェイト９と一体に形成されている。尚、第二バランスウェイト１０側にもシャフトが形成されていてもよい。第一，第二バランスウェイト９，１０は第一クランク軸５の両軸端部に各々挿入してピン１１ａ，１１ｂを嵌め込み、ねじ１２ａ，１２ｂを嵌め込んで組み付けられる（図８参照）。
【００２３】
図２において、第一バランスウェイト９に一体形成されたシャフト４は第一軸受１３ａにより回転可能に軸支されており、第二バランスウェイト１０に形成されたシャフト４と同軸状に形成された軸部１０ａは第二軸受１３ｂにより回転可能に軸支されている。第一，第二バランスウェイト９，１０は、例えば扇型などのブロック形状をしており（図８参照）、後述するようにシャフト４を中心として組み付けられる第一クランク軸５及びピストン複合体Ｐを含む回転部品間の回転バランスを取るために設けられている。
【００２４】
このように、第一，第二バランスウェイト９，１０の少なくとも一方にシャフト４が一体に形成されていると部品点数が少ないうえに、シャフト４と第一クランク軸５を結ぶ第一仮想クランクアームの長さを例えば第一，第二バランスウェイト９，１０の回転半径ｒにより調整して、シャフト４を中心として第一クランク軸５を軸方向及び径方向にコンパクトに組み付けることができる。
【００２５】
また、図８に示すように、偏芯筒体６は、第一クランク軸５の軸芯に対して各々ｒだけ偏芯した複数の第二仮想クランク軸１４ａ，１４ｂを有する。本実施形態では、交差して組み付けられる第一，第二両頭ピストン８，７が２組であるため、第二仮想クランク軸１４ａ，１４ｂは第一クランク軸５を中心として１８０度位相がずれた位置に形成されている。
【００２６】
図２に示すように、第一，第二両頭ピストン８，７が互いに交差して第一クランク軸５を中心に回転する偏芯筒体６に組み付けられている。具体的には、偏芯筒体６は、回転中心となる第一クランク軸５が挿通する第一筒体６ａと、該第一筒体６ａの軸芯方向両側に第二筒体６ｂが各々連続して形成されている。第一筒体６ａには第一クランク軸５が嵌め込まれており、偏芯筒体６の回転中心となっている。また、第二筒体６ｂの軸芯は、第一クランク軸５（第一筒体６ａ）の軸芯に対して偏芯した第二仮想クランク軸１４ａ，１４ｂと一致するようになっている（図８参照）。
【００２７】
図２に示すように、偏芯筒体６の内周側軸受保持部には内側軸受１５ａ，１５ｂが保持されており、外周側軸受保持部には外側軸受１６ａ，１６ｂが各々保持されている。内側軸受１５ａ，１５ｂは第一のクランク軸５を回転可能に軸支している。また、第一，第二両頭ピストン８，７は外側軸受１６ａ，１６ｂを介して第二筒体６ｂに第二仮想クランク軸１４ａ，１４ｂと軸直角方向に交差して嵌め込まれたまま回転可能に支持されている。即ち、第一，第二両頭ピストン８，７は、偏芯筒体６の第二筒体６ｂに第二仮想クランク軸１４ａ，１４ｂと軸直角方向に交差（直交）して重なり合って組み付けられている。
【００２８】
これにより、第一クランク軸５と第二仮想クランク軸１４ａ，１４ｂを結ぶ第二仮想クランクアームの長さを第二筒体６ｂの回転半径ｒにより調整して、第一クランク軸５を中心として偏芯筒体６を含むピストン複合体Ｐを軸方向及び径方向にコンパクトに組み付けることができる。
【００２９】
また、図２において、第一，第二両頭ピストン８，７の長手方向両端部には第一ピストンヘッド部８ａ（図示せず），第二ピストンヘッド部７ａが各々形成されている。第一ピストンヘッド部８ａ，第二ピストンヘッド部７ａの外周面には、複数のリング溝８ｂ（図示せず），７ｂが各々形成されている。各リング溝８ｂ，７ｂには、ピストンリング（シール材）８ｃ（図示せず），７ｃが嵌め込まれている。
【００３０】
図１に示すように、ケース本体３の側面開口部（４か所）にはシリンダ１７が各々組み付けられ、シリンダ開口部をシリンダヘッド１８で各々閉止するように組み付けられる。シリンダ１７及びシリンダヘッド１８は、ケース本体３に対して固定ボルト１９によって組み付けられている。
【００３１】
図２において、第一ピストンヘッド部８ａ（図示せず），第二ピストンヘッド部７ａとシリンダ１７及びシリンダヘッド１８に囲まれて燃焼室２０が４か所に形成されている。第一ピストンヘッド部８ａ，第二ピストンヘッド部７ａは、シリンダ１７の内壁面に沿って、ピストンリング８ｃ（図示せず），７ｃが摺動する。これにより、燃焼室２０の気密性が保たれたまま第一，第二両頭ピストン８，７が往復動するようになっている。各シリンダヘッド１８には、燃焼室２０に連通する吸気孔２１ａ排気孔２１ｂが各々形成されている。また、各シリンダヘッド１８の中央部には、点火プラグ（若しくはグロープラグ）３０が各燃焼室２０に対応して各々設けられている。燃焼室２０が圧縮燃焼空気（気液混合体）で満たされた状態で点火プラグ３０を点火すると爆発が生じるようになっている。
【００３２】
図２において、第一ケース体１には吸気用ロータリバルブ２２が、第二ケース体２には排気用ロータリバルブ２３がシャフト４と同心配置されて当該シャフト４から駆動伝達されて各々回転可能に組み付けられている。
【００３３】
図６において、吸気用ロータリバルブ２２の外壁面には吸気孔２１ａに常時連通する吸気用周溝２２ａが周回して形成されている（図５（ｂ）参照）。また、排気用ロータリバルブ２３の外壁面には排気孔２１ｂに常時連通する排気用周溝２３ａが周回して形成されている（図５（ｅ）参照）。
【００３４】
図４に示すように吸気用周溝２２ａには軸方向と平行方向に逆向きに枝分かれして各々形成された吸気用分岐溝２２ｂ，２２ｃが各々形成されている。また、排気用周溝２３ａには、軸方向と平行方向に逆向きに枝分かれして各々形成され排気用分岐溝２３ｂ，２３ｃが各々形成されている。
【００３５】
また、図６に示すように吸気用ロータリバルブ２２及び排気用ロータリバルブ２３の内周面には内歯車２２ｄ，２３ｄが各々形成されている。図２に示すように、第一ケース体１には軸ピン１ａ（固定ピン）がシャフト４と平行に２箇所に嵌め込まれている。軸ピン１ａには従動歯車２４が各々回転可能に軸支されている。また、第二ケース体２には軸ピン２ａ（固定ピン）がシャフト４と平行に２箇所に嵌め込まれている。軸ピン２ａには従動歯車２５が各々回転可能に軸支されている。尚、従動歯車２４，２５は２箇所に限らず１箇所或いは３箇所以上に設けても良い。
【００３６】
図４において、従動歯車２４は、シャフト４に固定された固定歯車２６と内歯車２２ｄに各々噛み合うことで吸気用ロータリバルブ２２が回転駆動されるようになっている。尚、図４は吸気用ロータリバルブ２２及び排気用ロータリバルブ２３の回転角度方向の位置関係は任意に表示されている。
また、従動歯車２５は、軸部１０ａに固定された固定歯車２７と内歯車２３ｄに各々噛み合うことで排気用ロータリバルブ２３が回転駆動されるようになっている。内歯車２２ｄと固定歯車２６及び内歯車２３ｄと固定歯車２７の歯数比（歯車比）は２対１となるように各々形成されている。よって、シャフト４が２回転して内歯車２２ｄ，２３ｄが１回転するように組み付けられている。尚、本実施形態では、固定歯車２６は、第一バランスウェイト９に設けられたシャフト４を中心として一体に形成され、固定歯車２７は第二バランスウェイト１０に設けられた軸部１０ａを中心として一体に形成されている。
【００３７】
図３（ａ）（ｂ）において、第一ケース体１に収納される吸気用ロータリバルブ２２の収納部内壁面であって吸気用分岐溝２２ｂと重なり合う位置にケース吸気溝１ｂ，吸気用分岐溝２２ｃと重なり合う位置にケース吸気溝１ｃが周方向に所定範囲で９０°の位相差を設けて形成されている。ケース吸気溝１ｂ，１ｃは９０°以下の角度範囲で周方向に２箇所に形成されている。一方のケース吸気溝１ｂ，１ｃの周方向一端（１ｂ１）から仕切り部を介して他方のケース吸気溝１ｂ，１ｃの端部（１ｂ２）までの周長は、吸気用分岐溝２２ｂ，２２ｃを含めて合計で中心角が９０°となるように各ケース吸気溝１ｂ，１ｃが各々形成されている（図３（ａ）参照）。
【００３８】
また、ケース吸気溝１ｂは対向配置された燃焼室２０ｂと燃焼室２０ｄに連通し、ケース吸気溝１ｃは対向配置された燃焼室２０ａと燃焼室２０ｃに連通形成されている（図３（ａ）参照）。図３（ｂ）において、吸気用ロータリバルブ２２の吸気用周溝２２ａは、第一ケース体１の連通孔１ｄ、シリンダ１７の連通孔１７ａ、シリンダヘッド１８の連通孔１８ａを介して吸気孔２１ａに連通している（図５（ｂ）参照）。また、ケース吸気溝１ｂはシリンダ１７の連通孔１７ｃ、シリンダ１７とシリンダヘッド１８との境界部に形成された連通孔１８ｃを通じて例えば燃焼室２０ｂ，２０ｄに連通している（図５（ａ）参照）。ケース吸気溝１ｃは、シリンダ１７の連通孔１７ｂ、シリンダ１７とシリンダヘッド１８との境界部に形成された連通孔１８ｂを通じて例えば燃焼室２０ｄ，２０ｃと連通している（図５（ｃ）参照）。尚、図３（ｂ）の右半図は９０°展開表示したものであり（括弧付符号部分参照）、吸気用ロータリバルブ２２及び排気用ロータリバルブ２３の各分岐溝の回転位置は任意に表示されている。
【００３９】
図３（ｂ）（ｃ）において、第二ケース体２に収納される排気用ロータリバルブ２３の収納部内壁面であって排気用分岐溝２３ｂと重なり合う位置にケース排気溝２ｂ，排気用分岐溝２３ｃと重なり合う位置にケース排気溝２ｃが周方向に所定範囲で９０°の位相差を設けて形成されている（図７参照）。ケース排気溝２ｂ，２ｃは９０°以下の角度範囲で周方向に２箇所に形成されている。一方のケース排気溝２ｂ，２ｃの周方向一端（２ｂ１）から仕切り部を介して他方のケース排気溝２ｂ，２ｃの端部（２ｂ２）までの周長は、排気用分岐溝２３ｂ，２３ｃを含めて合計で中心角が９０°となるように各ケース排気溝２ｂ，２ｃが各々形成されている（図３（ｃ）参照）。
【００４０】
また、ケース排気溝２ｂは対向配置された燃焼室２０ａと燃焼室２０ｃに連通し、ケース排気溝２ｃは対向配置された燃焼室２０ｂと燃焼室２０ｄに連通するように形成されている（図３（ｃ）参照）。図３（ｂ）において、排気用ロータリバルブ２３の排気用周溝２３ａは、第二ケース体２の連通孔２ｄ、シリンダ１７の連通孔１７ｄ、シリンダヘッド１８の連通孔１８ｄを介して排気孔２１ｂに連通している（図５（ｅ）参照）。また、ケース排気溝２ｂはシリンダ１７の連通孔１７ｅ、シリンダ１７とシリンダヘッド１８との境界部に形成された連通孔１８ｅを通じて例えば燃焼室２０ａ，２０ｃと連通している（図５（ｆ）参照）。ケース吸気溝２ｃはシリンダ１７の連通孔１７ｆ、シリンダ１７とシリンダヘッド１８との境界部に形成された連通孔１８ｆを通じて例えば燃焼室２０ｂ，２０ｄと連通している（図５（ｄ）参照）。
【００４１】
シャフト４の回転に伴って吸気用ロータリバルブ２２及び排気用ロータリバルブ２３が回転するにしたがって吸気用分岐溝２２ｂ，２２ｃがいずれかのケース吸気溝１ｂ，１ｃを介して燃焼室２０と連通し、排気用分岐溝２３ｂ，２３ｃがいずれかのケース排気溝２ｂ，２ｃを介して燃焼室２０と連通することで各燃焼室２０において吸気動作と排気動作が繰り返し行われる。
【００４２】
シャフト４の回転にともなって交差して配置された第一，第二両頭ピストン８，７は内サイクロイドの原理によってシリンダ１７内を往復運動し、シャフト４の１回転に対して（１／２）回転する吸気用ロータリバルブ２２及び排気用ロータリバルブ２３を所定のタイミングで開閉して吸気動作と排気動作が繰り返される。
【００４３】
図３（ａ）（ｃ）において吸気用ロータリバルブ２２に形成された吸気用分岐溝２２ｂと、排気用ロータリバルブ２３に形成された排気用分岐溝２３ｃとは軸方向に平面視して４５°位相がずれた位置に形成されている。
【００４４】
また、図５（ａ）〜（ｃ）において、ケース吸気溝１ｂとケース吸気溝１ｃとは、軸方向に吸気用周溝２２ａを介して互いに離間した位置に形成されており、第一ケース体１の吸気用ロータリバルブ収納部の内壁面に周方向に９０°位相をずらして形成されている。
また、図５（ｄ）〜（ｆ）において、ケース排気溝２ｂとケース排気溝２ｃとは、軸方向に排気用周溝２３ａを介して互いに離間した位置に形成されており、第二ケース体２の排気用ロータリバルブ収納部２ｅの内壁面に周方向に９０°位相をずらして形成されている（図７参照）。
【００４５】
次に四サイクルエンジンの組立構成の一例について図８及び図９を参照して説明する。
先ず、図８を参照して、ピストン複合体Ｐの組み立て構成例について説明する。
偏芯筒体６に内側軸受１５ａ，１５ｂ及び外側軸受１６ａ，１６ｂを組み付ける（図２参照）。次いで、内側軸受１５ａ，１５ｂが組み付けられた第一筒体６ａの中心孔に第一クランク軸５を嵌め込む（図２参照）。また、第一，第二両頭ピストン８，７を第二筒体６ｂに外側軸受１６ａ，１６ｂを介して交差するように嵌め込む。
【００４６】
また、第一クランク軸５の両端部に第一，第二バランスウェイト９，１０を嵌め込んで、ピン１１ａ，１１ｂを連通するピン孔に嵌め込み、ボルト１２ａ，１２ｂを連通するボルト孔に締め付けて第一，第二バランスウェイト９，１０を第一クランク軸５に一体に組み付ける。また、シャフト４に固定歯車２６と隣接して第一軸受１３ａを同軸状に嵌め込み、軸部１０ａ（図示せず）に固定歯車２７と隣接して第二軸受１３ｂを同軸状に嵌め込んでピストン複合体Ｐを組み立てる。
【００４７】
次に、図９において、第一ケース体１に軸ピン１ａを中心として従動歯車２４を固定歯車２６と噛み合うように嵌め込み、一対の従動歯車２４と内歯車２２ｄが噛み合うように吸気用ロータリバルブ２２をバルブ収納部へ収納して組み付ける。
また、第二ケース体２に軸ピン２ａを中心として従動歯車２５を固定歯車２７（図示せず）と噛み合うように嵌め込み、一対の従動歯車２５と内歯車２３ｄが噛み合うように排気用ロータリバルブ２３をバルブ収納部へ収納して組み付ける。
【００４８】
そして、ピストン複合体Ｐ（図２参照）を第一ケース体１と第二ケース体２とで軸方向に重ね合わせて形成されるケース本体３（図１参照）内に収容する。次いで、四隅に設けられた貫通孔１ｆとボルト孔２ｆを位置合わせして重ね合わせた状態で、ボルト３ａを嵌め込んでケース本体３（図１参照）が組み立てられる。尚、吸気用ロータリバルブ２２及び排気用ロータリバルブ２３は、第一，第二バランスウェイト９，１０と一体に形成されたフランジ部９ｂ，１０ｂによりバルブ収納部において軸方向に位置決めされて組み付けられている。最後に、ケース本体３の側面（４面）に形成される開口部に第一ガスケット２８を介してシリンダ１７を嵌め込み、シリンダ１７に第二ガスケット２９を介してシリンダヘッド１８を重ね合わせて、これらに固定ボルト１９を貫通して嵌め込みケース本体３（第一ケース体１及び第二ケース体２）の貫通孔１ｆ，ボルト孔２ｆにねじ嵌合することで四サイクルエンジンが組み立てられる。
【００４９】
上述のように組み立てられた四サイクルエンジンは、シャフト４の回転に伴って該シャフト４を軸支する第一，第二ケース体１，２に同心配置された吸気用ロータリバルブ２２及び排気用ロータリバルブ２３が回転し、吸気用ロータリバルブ２２に形成された吸気用分岐溝２２ｂ，２２ｃがいずれかのケース吸気溝１ｂと重なり合う範囲で吸気孔２１ａと燃焼室２０が連通して吸気動作が行われ、排気用ロータリバルブ２３に形成された排気用分岐溝２３ｂ，２３ｃがいずれかのケース排気溝２ｂと重なり合う範囲で排気孔２１ｂと燃焼室２０が連通することで排気動作が繰り返し行われる。よって、シャフト４を中心としたエンジン構成部品の回転運動によって小型で簡素化したバルブ構造を通じて吸排気動作を実現でき、しかも内サイクロイドの原理を応用した回転運動により低振動かつ低騒音を実現することでエンジンの出力効率を向上できる四サイクルエンジンを提供することができる。また、回転による振動を低減することで、第一，第二両頭ピストン８，７は従来のレシプロタイプに比べて第一，第二ピストンヘッド部８ａ，７ａの往復運動による機械的な損失を防いでエネルギー変換効率を高めることができ、しかもダンパー等の防振構造を簡略化することができる。
【００５０】
ここで、四サイクルエンジンの燃焼サイクルの一例について図１０及び図１１を参照して説明する。図１０はロータリバルブの回転角度が０°〜２７０°の燃焼サイクルの状態説明図、図１１はロータリバルブの回転角度が３６０°〜６３０°の燃焼サイクルの状態説明図である。図１０、図１１においてシャフト４は時計回り方向に回転し各ロータリバルブは反時計回り方向に回転するものとし、上段は吸気側ロータリバルブ２２の回転位置、下段は排気側ロータリバルブ２３の回転位置を示す。また、図１０及び図１１は、いずれもケース本体３を軸方向に一方向から上視した状態図であり、第一，第二ケース体１，２に設けられたケース吸気溝１ｂ，１ｃとケース排気溝２ｂ，２ｃが重なり合う位置となるため、説明上外側にはみ出した位置に表記して説明している。また、第一両頭ピストン８を実線で、第二両頭ピストン７を破線で区別して表記してあり、ケース吸気溝１ｂ，１ｃと吸気用分岐溝２２ｂ，２２ｃ、ケース吸気溝２ｂ，２ｃ、排気用分岐溝２３ｂ，２３ｃの違いを実線と破線で表記してある。また、ケース吸気溝１ｂ，１ｃとケース排気溝２ｂ，２ｃの外周側の連通路Ａ〜Ｄは中央部の円内に示す縦横に対応する燃焼室２０ａ〜２０ｄに通じているものとする。
【００５１】
図１０（ａ）において、第一両頭ピストン８は上端位置にあり、第二両頭ピストン７は中立位置にある。燃焼室２０ｂには吸気用分岐溝２２ｂとケース吸気溝１ｂが接続したままであるため吸気動作が継続し、燃焼室２０ｄでは排気が遮断されたまま圧縮動作が継続している。
吸気用ロータリバルブ２２及び排気用ロータリバルブ２３がさらに反時計回り方向に回転し吸気用分岐溝２２ｃがケース吸気溝１ｃと接続すると、燃焼室２０ａに吸気動作が開始され、排気用分岐溝２３ｃがケース吸気溝２ｃと接続すると反対側の燃焼室２０ｃでは排気動作が開始される。（燃焼室２０ａ；圧縮動作完了⇒爆発、燃焼室２０ｂ；吸気中、燃焼室２０ｃ；吸気動作完了、燃焼室２０ｄ；圧縮中）
【００５２】
図１０（ｂ）はシャフト４が図１０（ａ）の状態から９０°だけ時計回り方向に回転（吸気用ロータリバルブ２２及び排気用ロータリバルブ２３は反時計回り方向に４５°回転）した状態を示す。第一両頭ピストン８が中間位置へ移動し第二両頭ピストン７が右端位置にある。
吸気用分岐溝２２ｃがケース吸気溝１ｃと接続したままであるため、燃焼室２０ａへの吸気動作が継続し、排気用分岐溝２３ｃがケース吸気溝２ｃと接続したままであるため、反対側の燃焼室２０ｃでは排気動作が継続される。また、吸気用分岐溝２２ｂと排気用分岐溝２３ｂは遮断されるため、燃焼室２０ｂの吸気動作と燃焼室２０ｄの圧縮動作が完了する。このとき、燃焼室２０ｄにおいて爆発が発生する。（燃焼室２０ａ；吸気中、燃焼室２０ｂ；吸気完了、燃焼室２０ｃ；排気中、燃焼室２０ｄ；圧縮完了⇒爆発）
【００５３】
図１０（ｃ）はシャフト４が図１０（ａ）の状態から１８０°だけ時計回り方向に回転（吸気用ロータリバルブ２２及び排気用ロータリバルブ２３は反時計回り方向に９０°回転）した状態を示す。第一両頭ピストン８は下端位置へ移動し、第二両頭ピストン７は中立位置へ移動する。
吸気用分岐溝２２ｂ，２２ｃは遮断され、燃焼室２０ａの吸気動作及び燃焼室２０ｃの排気動作が完了する。吸気用分岐溝２２ｃがケース吸気溝１ｃと接続すると燃焼室２０ｃへの吸気動作が開始される。
排気用分岐溝２３ｃ，２３ｂが遮断されたまま燃焼室２０ｄで爆発が継続し、燃焼室２０ｂでは圧縮が行われる。（燃焼室２０ａ；吸気完了、燃焼室２０ｂ；圧縮中、燃焼室２０ｃ；排気完了、燃焼室２０ｄ；爆発中）
【００５４】
図１０（ｄ）はシャフト４が図１０（ａ）の状態から２７０°だけ時計回り方向に回転（吸気用ロータリバルブ２２及び排気用ロータリバルブ２３は反時計回り方向に１３５°回転）した状態を示す。第一両頭ピストン８は中立位置へ移動し、第二両頭ピストン７は左端位置へ移動する。
吸気用分岐溝２２ｃがケース吸気溝１ｃと接続したままであるため燃焼室２０ｃへの吸気動作が継続し、吸気用分岐溝２２ｂが遮断されたままのため燃焼室２０ａの圧縮動作が継続する。また、排気用分岐溝２３ｃは遮断されたまま燃焼室２０ｂの圧縮動作が完了する。更に回転が進むと排気用分岐溝２３ｂがケース排気溝２ｂと接続し、燃焼室２０ｄでは排気動作が開始される。（燃焼室２０ａ；圧縮中、燃焼室２０ｂ；圧縮動作完了⇒爆発、燃焼室２０ｃ；吸気中、燃焼室２０ｄ；爆発完了⇒排気開始）
【００５５】
図１１（ａ）はシャフト４が図１０（ａ）の状態から３６０°だけ時計回り方向に回転（吸気用ロータリバルブ２２及び排気用ロータリバルブ２３は反時計回り方向に１８０°回転）した状態を示す。第一両頭ピストン８は上端位置へ移動し、第二両頭ピストン７は中立位置へ移動する。
吸気用分岐溝２２ｂが遮断されたまま燃焼室２０ａの圧縮動作が完了し、吸気用分岐溝２２ｃとケース吸引溝１ｃとが遮断されるため、燃焼室２０ｃへの吸気動作が完了する。また、排気用分岐溝２３ｃは遮断されたまま燃焼室２０ｂで爆発が継続し、排気用分岐溝２３ｂがケース排気溝２ｂと接続したままであるため、燃焼室２０ｄで排気動作が継続する。（燃焼室２０ａ；圧縮動作完了⇒爆発、燃焼室２０ｂ；爆発中、燃焼室２０ｃ；吸気完了⇒圧縮開始、燃焼室２０ｄ；排気中）
【００５６】
図１１（ｂ）はシャフト４が図１０（ａ）の状態から４５０°だけ時計回り方向に回転（吸気用ロータリバルブ２２及び排気用ロータリバルブ２３は反時計回り方向に２２５°回転）した状態を示す。第一両頭ピストン８は中立位置へ移動し、第二両頭ピストン７は右端位置へ移動する。
燃焼室２０ａで爆発が継続し、吸気用分岐溝２２ｃは遮断されたまま燃焼室２０ｃでは圧縮動作が行われる。更に回転が進み、排気用分岐溝２３ｂがケース排気溝２ｂと接続すると、燃焼室２０ｂでは排気動作が開始される。また、吸気用分岐溝２２ｂがケース吸気溝１ｂと接続すると、燃焼室２０ｄへの吸気動作が開始される。（燃焼室２０ａ；爆発中、燃焼室２０ｂ；爆発完了⇒排気開始、燃焼室２０ｃ；圧縮中、燃焼室２０ｄ；排気完了⇒吸気開始）
【００５７】
図１１（ｃ）はシャフト４が図１０（ａ）の状態から５４０°だけ時計回り方向に回転（吸気用ロータリバルブ２２及び排気用ロータリバルブ２３は反時計回り方向に２７０°回転）した状態を示す。第一両頭ピストン８は下端位置へ移動し、第二両頭ピストン７は中立位置へ移動する。
燃焼室２０ｃの圧縮動作が完了し、吸気用分岐溝２２ｂがケース吸気溝１ｂと接続したまま燃焼室２０ｄへ吸気動作が継続される。また、排気用分岐溝２３ｂはケース排気溝２ｂと接続するため、燃焼室２０ｂでは排気動作が継続される。更に回転が進み、排気用分岐溝２３ｃがケース排気溝２ｃと接続されると、燃焼室２０ａでは排気動作が開始される。（燃焼室２０ａ；爆発完了⇒排気開始、燃焼室２０ｂ；排気中、燃焼室２０ｃ；圧縮動作完了⇒爆発、燃焼室２０ｄ；吸気中）
【００５８】
図１１（ｄ）はシャフト４が図１０（ａ）の状態から６３０°だけ時計回り方向に回転（吸気用ロータリバルブ２２及び排気用ロータリバルブ２３は反時計回り方向に３１５°回転）した状態を示す。第一両頭ピストン８は中立位置へ移動し、第二両頭ピストン７は左端位置へ移動する。
燃焼室２０ｃで爆発が継続し、排気用分岐溝２３ｃがケース排気溝２ｂと接続したまま燃焼室２０ａより排気が継続される。また、吸気用分岐溝２２ｂが遮断されて燃焼室２０ｄへの吸気動作が完了し、排気用分岐溝２３ｂが遮断されて燃焼室２０ｂからの排気動作が完了する。更に回転が進むと排気が遮断されたまま燃焼室２０ｄで圧縮動作が開始され、吸気用分岐溝２２ｂがケース吸気溝１ｂと接続するので燃焼室２０ｂに吸気動作が開始される。（燃焼室２０ａ；排気中、燃焼室２０ｂ；排気動作完了⇒吸気動作開始、燃焼室２０ｃ；爆発中、燃焼室２０ｄ；吸気動作完了⇒圧縮動作開始）
【００５９】
シャフト４が図１０（ａ）の状態から７２０°だけ時計回り方向に回転（吸気用ロータリバルブ２２及び排気用ロータリバルブ２３は反時計回り方向に３６０°回転）すると図１０（ａ）の状態に戻る。第一両頭ピストン８は上端位置へ移動し、第二両頭ピストン７は中立位置へ移動する。
このとき、吸気用分岐溝２２ｂとケース吸気溝１ｂが接続したままであるため燃焼室２０ｂに吸気動作が継続し、燃焼室２０ｄでは排気用分岐溝２３ｂが遮断されたまま圧縮動作が継続する。
以下、同様の燃焼サイクルが繰り返し行われる。
【００６０】
尚、ケース吸気溝１ｂ，１ｃと吸気用分岐溝２２ｂ，２２ｃとの接続順や接続位置、ケース排気溝２ｂ，２ｃと排気用分岐溝２３ｂ，２３ｃとの接続順や接続位置は適宜変更することが可能である。
【００６１】
以上説明したように、吸気用ロータリバルブ２２に形成された吸気用分岐溝２２ｂ，２２ｃと排気用ロータリバルブ２３に形成された排気用分岐溝２３ｂ，２３ｃとは軸方向に平面視して９０°位相がずれた位置に形成されていると、９０°で交差して配置された両頭ピストンの両側に形成される各燃焼室２０ａ〜２０ｄにおいて、燃焼室内に気液混合ガスを吸気、圧縮、爆発、排気する工程を繰り返すことができる。
【００６２】
第一クランク軸５の両軸端部には、第一，第二バランスウェイト９，１０が嵌め込みにより一体に組み付けられ、当該第一，第二のバランスウェイト９，１０の一方にシャフト４が一体に形成されているので、通常のクランク機構を構成するクランク軸やクランクアームなどの機構部品に比べて部品点数が少なく機構的に簡略化されたクランク機構を実現することができるうえに、吸排用バルブ作動用のカムシャフトやバルブ動作用の往復動アームや往復動バルブがないのでエンジン構成部品間の回転バランスがとり易く、低振動かつ低騒音でエネルギーロスの少ない四サイクルエンジンを提供できる。
【符号の説明】
【００６３】
Ｐ  ピストン複合体
１  第一ケース体
１ａ，２ａ  軸ピン
１ｂ，１ｃ  ケース吸気溝
１ｄ，２ｄ，１７ａ，１７ｄ，１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ  連通孔
１ｆ  貫通孔
２  第二ケース体
２ｂ，２ｃ  ケース排気溝
２ｅ  排気用ロータリバルブ収納部
２ｆ  ボルト孔
３  ケース本体
３ａ  ボルト
４  シャフト
５  第一クランク軸
６  偏芯筒体
６ａ  第一筒体
６ｂ  第二筒体
７  第二両頭ピストン
７ａ  第二ピストンヘッド部
７ｂ，８ｂ  リング溝
７ｃ，８ｃ  ピストンリング
８  第一両頭ピストン
８ａ  第一ピストンヘッド部
９  第一バランスウェイト
９ｂ，１０ｂ  フランジ部
１０  第二バランスウェイト
１０ａ  軸部
１１ａ，１１ｂ  ピン
１２ａ，１２ｂ  ねじ
１３ａ  第一軸受
１３ｂ  第二軸受
１４ａ，１４ｂ  第二仮想クランク軸
１５ａ，１５ｂ  内側軸受
１６ａ，１６ｂ  外側軸受
１７  シリンダ
１８  シリンダヘッド
１９  固定ボルト
２０  燃焼室
２１ａ  吸気孔
２１ｂ  排気孔
２２  吸気用ロータリバルブ
２３  排気用ロータリバルブ
２２ａ  吸気用周溝
２３ａ  排気用周溝
２２ｂ，２２ｃ  吸気用分岐溝
２３ｂ，２３ｃ  排気用分岐溝
２２ｄ，２３ｄ  内歯車
２４，２５  従動歯車
２６，２７  固定歯車
２８  第一ガスケット
２９  第二ガスケット
３０  点火プラグ（グロープラグ）
【図１】
2012041914.tif 000003
【図２】
2012041914.tif 000004
【図３】
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【図４】
2012041914.tif 000006
【図５】
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【図６】
2012041914.tif 000008
【図７】
2012041914.tif 000009
【図８】
2012041914.tif 000010
【図９】
2012041914.tif 000011
【図１０】
2012041914.tif 000012
【図１１】
2012041914.tif 000013