(57)【要約】【課題】シリンダヘッドの小型化が可能で、且つガス漏れが生じない４サイクルエンジンを提供する。【解決手段】シリンダボア壁８と燃焼室９の天井壁１０を連結したシリンダスリーブ７を回転可能にエンジン本体１に配置し、天井壁１０の外側面に沿うようにエンジン本体１に形成された外側天井壁２９には吸気口２４及び排気口２５を開口し、吸気口シール３１及び排気口シール３２を天井壁１０と外側天井壁２９の間に配置し、クランク軸６の駆動側ベベルギヤ２６とシリンダスリーブ７側の被駆動側ベベルギヤ２７によりクランク軸６の２回転中にシリンダスリーブ７を１回転させて天井壁１０の連通穴１３を吸気口２４及び排気口２５に連続し、シリンダスリーブ７をシリンダボアの軸線方向に移動可能として天井壁１０を外側天井壁２９に押し付けるコイルスプリング２７をシリンダスリーブ７と被駆動側ベベルギヤ２７の間に配置する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランク軸と同期してシリンダボアの軸線周りに回転する回転体により吸排気を行う４サイクルエンジンにおいて、
シリンダボアの軸線周りに回転可能にエンジン本体内に配置されシリンダボア壁と燃焼室の球面形状の天井壁とを一体に連結したシリンダスリーブと、
前記エンジン本体に形成され前記シリンダスリーブの天井壁の外側面に沿う球面形状の外側天井壁と、
前記外側天井壁に開口され吸気ポートの下流端部に位置する吸気口及び排気ポートの上流端部に位置する排気口と、
前記シリンダスリーブに形成され前記吸気口及び排気口を燃焼室に連通する連通穴と、
前記天井壁と外側天井壁との間に配置されて前記連通穴及び吸気口及び排気口からのガス漏れを防止するシール部材と、
前記シリンダスリーブがシリンダボアの軸線方向に移動可能な状態で連結されクランク軸が２回転する間に前記シリンダスリーブを１回転させて前記連通穴を所定のタイミングで前記吸気口及び排気口に連続させる駆動機構と、
前記シリンダスリーブと駆動機構との間に配置され前記天井壁を外側天井壁に押し付ける方向にシリンダスリーブを移動する押圧部材とを備えたことを特徴とする４サイクルエンジン。
【請求項２】
前記駆動機構は、
前記クランク軸側に配置される駆動側ベベルギヤと、
前記駆動側ベベルギヤと噛み合い前記シリンダスリーブに連結される被駆動側ベベルギヤとを備えて構成され、
前記押圧部材を前記被駆動側ベベルギヤとシリンダスリーブとの間に配置したことを特徴とする請求項１に記載の４サイクルエンジン。
【請求項３】
前記押圧部材がコイルスプリングであることを特徴とする請求項２に記載の４サイクルエンジン。
【請求項４】
前記エンジン本体はエンジンオイルによって前記外側天井壁及びシリンダボア壁を冷却することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の４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、車両などに用いられる４サイクルエンジンに関し、特にバルブステムを有するステム型のバルブを用いずに吸排気を行う４サイクルエンジンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
４サイクルエンジンにおいて、ステム型のバルブを用いずに吸排気を行うことができれば、ステム型バルブを駆動するための動弁機構、例えばカムシャフトなどを省略することができ、シリンダヘッド周りの構成を簡素化できる。このような４サイクルエンジンとしては、例えば下記特許文献１に記載されるものがある。この特許文献１に記載の４サイクルエンジンでは、シリンダが二重構造となっており、シリンダボアを構成する内側スリーブを外側シリンダに対して回転可能とし、クランク軸に取付けたベベルギヤによって内側スリーブをクランク軸の１／２の回転速度で回転させる。内側スリーブの燃焼室上方の当該内側スリーブと一体の円柱部には連通路が形成されており、この連通路が内側スリーブの回転に伴って吸気ポート及び排気ポートを所定のタイミングで燃焼室に連続し、吸排気が行われる。
【０００３】
しかしながら、この引用文献１に記載される４サイクルエンジンでは、燃焼室の上方に円柱部が設けられているため、シリンダヘッドの小型化が制限される。これに対し、下記特許文献２に記載される４サイクルエンジンでは、燃焼室の天井壁に吸気口及び排気口を形成し、天井壁と吸気ポート及び排気ポートの間に回転式ディスクを介在し、回転式ディスクには連通穴を形成し、その回転式ディスクをギヤやチェーン或いはベルトによってクランクシャフトの１／２の回転速度で回転する。回転ディスクに設けられた連通穴は所定のタイミングで吸気口と吸気ポートを連続し、また所定のタイミングで排気口と排気ポートを連続し、吸排気が行われる。この特許文献２に記載の４サイクルエンジンでは、燃焼室の上方に介在される所謂ロータリバルブが回転式ディスクであるため、更なるシリンダヘッドの小型化が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００５−５１５３５７号公報
【特許文献２】特開２００１−１８２５１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記特許文献２のエンジンでは、吸気口及び排気口と回転式ディスクとの間、或いは回転式ディスクと吸気ポート及び排気ポートの間にシール構造がなく、また吸気口及び排気口と回転式ディスク、或いは回転ディスクと吸気ポート及び排気ポートを互いに押し付ける構造もないので、吸気口及び排気口と回転式ディスク、或いは回転式ディスクと吸気ポート及び排気ポートの隙間からガス漏れの生じる可能性がある。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、シリンダヘッドの小型化が可能で、且つガス漏れが生じない４サイクルエンジンを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、発明の実施態様は、クランク軸と同期してシリンダボアの軸線周りに回転する回転体により吸排気を行う４サイクルエンジンにおいて、シリンダボアの軸線周りに回転可能にエンジン本体内に配置されシリンダボア壁と燃焼室の球面形状の天井壁とを一体に連結したシリンダスリーブと、前記エンジン本体に形成され前記シリンダスリーブの天井壁の外側面に沿う球面形状の外側天井壁と、前記外側天井壁に開口され吸気ポートの下流端部に位置する吸気口及び排気ポートの上流端部に位置する排気口と、前記シリンダスリーブに形成され前記吸気口及び排気口を燃焼室に連通する連通穴と、前記天井壁と外側天井壁との間に配置されて前記連通穴及び吸気口及び排気口からのガス漏れを防止するシール部材と、前記シリンダスリーブがシリンダボアの軸線方向に移動可能な状態で連結されクランク軸が２回転する間に前記シリンダスリーブを１回転させて前記連通穴を所定のタイミングで前記吸気口及び排気口に連続させる駆動機構と、前記シリンダスリーブと駆動機構との間に配置され前記天井壁を外側天井壁に押し付ける方向にシリンダスリーブを移動する押圧部材とを備えたことを特徴とする４サイクルエンジンである。
【０００７】
また、前記駆動機構は、前記クランク軸側に配置される駆動側ベベルギヤと、前記駆動側ベベルギヤと噛み合い前記シリンダスリーブに連結される被駆動側ベベルギヤとを備えて構成され、前記押圧部材を前記被駆動側ベベルギヤとシリンダスリーブとの間に配置したことを特徴とする４サイクルエンジンである。
【０００８】
また、前記押圧部材がコイルスプリングであることを特徴とする４サイクルエンジンである。
また、前記エンジン本体はエンジンオイルによって前記外側天井壁及びシリンダボア壁を冷却することを特徴とする４サイクルエンジンである。
【発明の効果】
【０００９】
而して、発明の実施態様によれば、クランク軸と同期してシリンダボアの軸線周りに回転する回転体により吸排気を行う場合に、シリンダボア壁と燃焼室の球面形状の天井壁とを一体に連結したシリンダスリーブをシリンダボアの軸線周りに回転可能にエンジン本体に配置し、シリンダスリーブの天井壁の外側面に沿う球面形状の外側天井壁をエンジン本体に形成し、吸気ポートの下流端部に位置する吸気口及び排気ポートの上流端部に位置する排気口を外側天井壁に開口し、吸気口及び排気口を燃焼室に連続する連通穴をシリンダスリーブの天井壁に形成し、連通穴及び吸気口及び排気口からのガス漏れを防止するシール部材を天井壁と外側天井壁との間に配置し、クランク軸が２回転する間にシリンダスリーブを１回転させて連通穴を所定のタイミングで吸気口及び排気口に連続させる駆動機構にシリンダスリーブをシリンダボアの軸線方向に移動可能な状態で連結し、天井壁を外側天井壁に押し付ける方向にシリンダスリーブを移動する押圧部材をシリンダスリーブと駆動機構との間に配置した。これにより、シリンダスリーブの天井壁とエンジン本体の外側天井壁との間からのガス漏れを防止してエンジンの運転性を向上することができると共に、シリンダヘッドの小型化が可能となる。
【００１０】
また、クランク軸側に配置される駆動側ベベルギヤと、駆動側ベベルギヤと噛み合いシリンダスリーブに連結される被駆動側ベベルギヤとで駆動機構を構成し、押圧部材を被駆動側ベベルギヤとシリンダスリーブとの間に配置したことにより、被駆動ベベルギヤを駆動ベベルギヤに押し付けることができ、バックラッシュによるギヤの噛み合い時の騒音を低減でき、エンジンの運転性を向上することができる。
【００１１】
また、押圧部材をコイルスプリングで構成したことにより、シリンダスリーブの天井壁をエンジン本体の外側天井壁に押し付ける押し付け力、或いは被駆動ベベルギヤを駆動ベベルギヤに押し付ける押し付け力を適正な大きさに調整することが容易となり、エンジンの運転性を向上することができる。
また、エンジン本体はエンジンオイルによって外側天井壁及びシリンダボア壁を冷却することにより、エンジン本体に対してシリンダスリーブが回転する構造であっても、冷却通路のシール構造を簡素化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の４サイクルエンジンの一実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１の４サイクルエンジンの内部構造図である。
【図３】図１の４サイクルエンジンの縦断面図である。
【図４】図１のシリンダスリーブの詳細図である。
【図５】図１のエンジン本体の詳細図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、本発明の４サイクルエンジン一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態の４サイクルエンジンの外観を示す斜視図、図２は、図１の４サイクルエンジンの内部構造図、図３は、図１の４サイクルエンジンの縦断面図である。また、図４は、図１のシリンダスリーブの詳細図であり、図４ａは平面図、図４ｂは正面図、図４ｃは縦断面図である。また、図５は、図１のエンジン本体の詳細図であり、図５ａは正面図、図５ｂは底面図、図５ｃは縦断面図である。本実施形態の４サイクルエンジンは、例えば自動二輪車や四輪自動車といった車両や、発電機などの機器に搭載される並列２気筒エンジンであり、種々の向きに搭載される場合があるが、凡そ図１のように搭載されるので、この図１の上方をエンジンの上方と定義する。
【００１４】
本実施形態の４サイクルエンジンは、クランク軸と同期してシリンダボアの軸線周りに回転する回転体により吸排気を行うものであり、一般的に称呼されるシリンダヘッド２とシリンダ３が一体化されてエンジン本体１となっている。２気筒エンジンを構成するための２つのエンジン本体１はアッパクランクケース（クランクケース上半部）４の上方に搭載され、アッパクランクケース４の下方にはロアクランクケース（クランクケース下半部）５が取付けられ、アッパクランクケース４とロアクランクケース５の間にクランク軸６が配置されている。なお、図中の符号２１は、図示しない点火プラグが装着される点火プラグ穴であり、エンジン本体１から後述するシリンダスリーブ７まで貫通している。
【００１５】
本実施形態では、エンジン本体１のシリンダ３は二重構造になっており、実質的にシリンダボア壁８を構成するのは、エンジン本体１とは個別のシリンダスリーブ７である。シリンダスリーブ７のシリンダボア壁８の上方には燃焼室９の天井壁１０が一体に形成され、天井壁１０には、後段に詳述するように、燃焼室９（シリンダボア）を吸気ポート１１の下流端部に位置する吸気口２４又は排気ポート１２の上流端部に位置する排気口２５に連続するための連通穴１３が形成されている。天井壁１０は球面形状である。
【００１６】
なお、エンジン本体１には、シリンダスリーブ７の燃焼室９の天井壁１０に沿う球面形状の外側天井壁２９が形成されており、この外側天井壁２９に吸気ポート１１の下流端部に位置する吸気口２４及び排気ポート１２の上流端部に位置する排気口２５が開口している。また、シリンダスリーブ７は、ベアリング１４を介してエンジン本体１のシリンダ３内にシリンダボアの軸線周りに回転自在に支持されている。また、燃焼室９の側方では、シリンダスリーブ７とエンジン本体１の間にシールリング１６が配置されている。
【００１７】
また、図中の符号２２はエンジン本体１のシリンダヘッド２内に形成された空室状態のヘッド冷却ジャケット、符号２３はシリンダスリーブ７とエンジン本体１のシリンダ３の間に形成された空室状態のシリンダ冷却ジャケットであり、共に図示しないオイルクーラーで冷却されたエンジンオイルが供給されてシリンダヘッド２やシリンダ３、シリンダスリーブ７、つまり外側天井壁２９やシリンダボア壁８を冷却する。なお、ヘッド冷却ジャケット２２とシリンダ冷却ジャケット２３は冷却連絡路３０で連続されている。
【００１８】
各シリンダスリーブ７のシリンダボア内にはピストン１５が収納されている。ピストン１５は、クランク軸６のクランクピン１７とコネクティングロッド（コンロッド）１８で連結されている。クランク軸６は、クランクジャーナル１９がベアリングメタル２０を介してアッパクランクケース４及びロアクランクケース５に回転自在に支持されている。周知のように、燃焼室１０内の混合気の燃焼・爆発に伴ってピストン１５がシリンダボア内を往復すると、その往復運動がクランク軸６の回転運動として取り出される。
【００１９】
本実施形態では、前述したように、シリンダスリーブ７の天井壁１０に形成された連通穴１３で燃焼室９と吸気ポート１１の下流端部に位置する吸気口２４（図５参照）を連続したり、燃焼室９と排気ポート１２の上流端部に位置する排気口２５（図５参照）を連続したりするため、このシリンダスリーブ７をクランク軸６の１／２の回転速度で回転する必要がある。そこで、本実施形態では、クランク軸６の両端部に駆動側ベベルギヤ２６を取付ける。一方、シリンダスリーブ７の下端部には、シリンダボアより大径の円筒状のスカート部７ａを一体に延長形成し、このスカート部７ａの下端部外周に、駆動側ベベルギヤ２６と噛み合う被駆動側ベベルギヤ２７を取付け、被駆動側ベベルギヤ２７と駆動側ベベルギヤ２６を噛み合わせる。被駆動側ベベルギヤ２７と駆動側ベベルギヤ２６のギヤ比は２である。
【００２０】
また、本実施形態では、スカート部７ａの下端部外周に、歯筋が上下方向、即ちシリンダボアの軸線方向のスプライン又はセレーションを形成し、被駆動側ベベルギヤ２７の内周には、それらに噛み合うスプライン又はセレーションを形成し、両者を噛み合わせることにより被駆動側ベベルギヤ２７が上下方向、即ちシリンダボアの軸線方向に移動可能としている。そして、この被駆動側ベベルギヤ２７の上端部と前記スカート部７ａの上端部に形成されたフランジ部７ｂとの間に押圧部材としてのコイルスプリング２８を介在している。これにより、シリンダスリーブ７は、燃焼室９の天井壁１０がエンジン本体１の外側天井壁２９に押し付けられるように移動され、同時に被駆動側ベベルギヤ２７が駆動側ベベルギヤ２６に押し付けられる。
【００２１】
図５ｂには、吸気口２４と排気口２５の詳細を示す。なお、前記天井壁１０に設けられる１つの連通穴１３をシリンダボア軸周りに回転して燃焼室９と吸気ポート１１の下流端部に位置する吸気口２４又は排気ポート１２の上流端部に位置する排気口２５を適正なタイミングで開閉するには、例えばシリンダボア軸を中心とする相対的な角度が連通孔１３の回転方向に沿って凡そ２７０度離れた領域に吸気口２４と排気口２５を配置する必要がある。
【００２２】
また、本実施形態では、吸気口２４のシリンダスリーブ７側端面、即ち燃焼室９の天井壁１０と対向する端面には吸気口シール（シール部材）３１が取付けられ、排気口２５のシリンダスリーブ７側端面、即ち燃焼室９の天井壁１０と対向する端面には排気口シール（シール部材）３２が取付けられている。これら吸気口シール３１及び排気口シール３２は、例えば比較的硬質な薄いリング状金属板で構成され、シリンダスリーブ７の天井壁１０に形成されている連通穴１３よりも大径である。この吸気口シール３１及び排気口シール３２は、シリンダスリーブ７の天井壁１０と所謂摺り合わせを行って十分な密着性が確保される。本実施形態では、コイルスプリング１０によってシリンダスリーブ７の天井壁１０が外側天井壁２９に押し付けられているため、吸気口シール３１及び排気口シール３２はシリンダスリーブ７の天井壁１０に常時密着し、連通穴１３が吸気口２４又は排気口２５を燃焼室９に連続してもガス漏れが発生することがない。
【００２３】
このように本実施形態の４サイクルエンジンでは、クランク軸と同期してシリンダボアの軸線周りに回転する回転体により吸排気を行う場合に、シリンダボア壁８と燃焼室９の球面形状の天井壁１０とを一体に連結したシリンダスリーブ７をシリンダボアの軸線周りに回転可能にエンジン本体１に配置し、シリンダスリーブ７の天井壁１０の外側面に沿う球面形状の外側天井壁２９をエンジン本体１に形成し、吸気ポート１１の下流端部に位置する吸気口２４及び排気ポート１２の上流端部に位置する排気口２５を外側天井壁２９に開口し、吸気口２４及び排気口２５を燃焼室９に連通する連通穴２４をシリンダスリーブ７の天井壁１０に形成し、連通穴１３及び吸気口２４及び排気口２５からのガス漏れを防止する吸気口シール３１及び排気口シール３２（シール部材）を天井壁１０と外側天井壁２９との間に配置し、クランク軸６が２回転する間にシリンダスリーブ７を１回転させて連通穴１３を所定のタイミングで吸気口２４及び排気口２５に連続させる駆動機構にシリンダスリーブ７をシリンダボアの軸線方向に移動可能な状態で連結し、天井壁１０を外側天井壁２９に押し付ける方向にシリンダスリーブ７を移動するコイルスプリング（押圧部材）２８をシリンダスリーブ７と駆動機構との間に配置した。これにより、シリンダスリーブ７の天井壁１０とエンジン本体１の外側天井壁２９との間からのガス漏れを防止してエンジンの運転性を向上することができると共に、シリンダヘッドの小型化が可能となる。
【００２４】
また、クランク軸６側に配置される駆動側ベベルギヤ２６と、駆動側ベベルギヤ２６と噛み合いシリンダスリーブ７に連結される被駆動側ベベルギヤ２７とで駆動機構を構成し、コイルスプリング（押圧部材）２８を被駆動側ベベルギヤ２７とシリンダスリーブ７との間に配置したことにより、被駆動ベベルギヤ２７を駆動ベベルギヤ２６に押し付けることができ、バックラッシュによるギヤの噛み合い時の騒音を低減でき、エンジンの運転性を向上することができる。
【００２５】
また、押圧部材をコイルスプリング２８で構成したことにより、シリンダスリーブ７の天井壁１０をエンジン本体１の外側天井壁２９に押し付ける押し付け力、或いは被駆動ベベルギヤ２７を駆動ベベルギヤ２６に押し付ける押し付け力を適正な大きさに調整することが容易となり、エンジンの運転性を向上することができる。
また、エンジン本体１はエンジンオイルによって外側天井壁２９及びシリンダボア壁８を冷却することにより、エンジン本体１に対してシリンダスリーブ７が回転する構造であっても、冷却通路のシール構造を簡素化できる。
【００２６】
なお、連通穴１３及び吸気口２４及び排気口２５からのガス漏れを防止するシール部材の配置位置は吸気口２４及び排気口２５に限らず、例えば連通穴１３側に配置してもよいし、連通穴１３及び吸気口２４及び排気口２５の双方に配置してもよい。要するに、連通穴１３及び吸気口２４及び排気口２５からのガス漏れを防止するシール部材は、天井壁１０と外側天井壁２９との間に配置されればよい。
【００２７】
また、エンジン本体１の形態も前記に限定されるものではなく、例えば一般的なエンジンブロックのように、複数のシリンダやアッパクランクケースが一体化されたものなども同様に適用することができる。
【符号の説明】
【００２８】
１はエンジン本体
２はシリンダヘッド
３はシリンダ
４はアッパクランクケース（クランクケース上半部）
５はロアクランクケース（クランクケース下半部）
６はクランク軸
７はシリンダスリーブ
８はシリンダボア壁
９は燃焼室
１０は天井壁
１１は吸気ポート
１２は排気ポート
１３は連通穴
１４はベアリング
１５はピストン
１６はシールリング
１７はクランクピン
１８はコネクティングロッド（コンロッド）
１９はクランクジャーナル
２０はベアリングメタル
２１は点火プラグ穴
２２はヘッド冷却ジャケット
２３はシリンダ冷却ジャケット
２４は吸気口
２５は排気口
２６は駆動側ベベルギヤ
２７は被駆動側ベベルギヤ
２８はコイルスプリング
２９は外側天井壁
３０は冷却連絡路
３１は吸気口シール
３２は排気口シール
【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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