JP2698812B2

JP2698812B2 - 回転式球状バルブ装置

Info

Publication number: JP2698812B2
Application number: JP1118839A
Authority: JP
Inventors: ジェー．コートジョージ
Original assignee: ジョージジェー，コート
Priority date: 1988-11-14
Filing date: 1989-05-15
Publication date: 1998-01-19
Anticipated expiration: 2013-01-19
Also published as: CA1329781C; EP0369099A1; HK35894A; KR950003061B1; KR900008147A; JPH02136503A; US4953527A; EP0369099B1; ES2038356T3; GR3007284T3; DE68904878T2; AU615997B2; AU3222889A; DE68904878D1; ATE85671T1

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、ピストンおよびシリンダより成る方式の
内燃機関に関し、特に、燃料と空気との混合気をシリン
ダに導入すると共に排気ガスを排出させるための球状回
転バルブ装置に関する。

〔従来の技術〕

元来、ピストンおよびシリンダより成る方式の内燃機
関においては、爆発行程に先立って燃料・空気混合気
（以下「混合気」と称する）のシリンダへの充填、なら
びに排気行程における排気ガスの排出とを、各シリンダ
毎に実行させる必要がある。従来のピストン・シリンダ
方式の内燃機関においては、吸入行程において、カム軸
の回転運動に応じてバネ付勢された弁を開放させ、混合
気を気化器からシリンダおよび燃焼室へ流入させる。シ
リンダの圧縮および燃焼行程においては、カム軸は吸気
弁を閉鎖せしめ、同時にこのカム軸は、他の弾圧弁すな
わち排気弁を開放させ、圧縮および燃焼行程が生起され
たあとに、シリンダを空虚にする。この排気ガスはシリ
ンダから排出されて排気マニホルドに進入する。

弾性部材によって付勢された弁を有する方式の従来の
内燃機関を効率よく動作させるためのハードウェアは、
スプリング、コッタ、案内部材、揺動シャフトおよび開
閉弁自体等の、通常シリンダ頭部内に位置する各部材で
あって、通常、ほぼ鉛直位置において動作し、シリンダ
を開閉し、シリンダ内部に昇降することにより、混合気
を吸入し、廃気を排出させるのである。

機関の回転速度が増大するのに伴なって、弁の開閉動
作は一層頻繁に反復されるので、ピストンと開閉弁との
偶発的な接触を防止してエンジンに重大な損傷を与えな
いようにするために、タイミングおよび許容差を厳しく
する必要がある。前述のハードウェアおよび動作に関し
ては、各シリンダ毎に通常１個の排気弁と１個の吸気弁
とが前記ハードウェアに付随して設けられる。しかし、
現在多くの内燃機関は、次第に多数弁方式に移行する傾
向にあり、その各々の弁にハードウェアと多数のカム軸
が付随することになる。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記従来の内燃機関においては、カム軸は、タイミン
グベルトまたはチェーンを介して、クランク軸によって
回転駆動される。このカム軸および、カム軸によって作
動される開閉弁は、各種の機械的要素によって生ずる摩
擦力のために、エンジン効率を低下させる要因となると
いう問題点があった。

この発明は、このような問題点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、バネ付勢された開閉
弁、およびこれに付随するハードウェアを不要とする新
規な開閉弁を提供しようとするものであり、換言すれ
ば、カム軸を大型にして、各シリンダに供給する球状の
回転動作弁を提供しようとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、この発明によるピストン
・シリンダ方式の内燃機関用の球状回転式バルブ装置
は、空洞腔を有する２個の部材より成る着脱自在の分割
形シリンダヘッドを備えることにより、シリンダ頭部と
径方向対称お有する１個の空腔を形成し、この空腔は、
内燃機関の各シリンダ１基に対して、第１と第２の球状
ドラムが収納される区画に分割され、その各球状ドラム
は、１つの球に交差する２つの平行平面によって画定さ
れた球面状部分を備え、この平行平面は球の中心に関し
て対称の位置にあり、この平行平面と球面部との間の交
差部は丸味を有し、吸気側球状ドラムは、その片方の平
面には円環状空腔を有すると共に、球面状外周面上には
円環状空腔に連通する１個の開口部を有し、この吸気側
球状ドラムは、シリンダヘッドを経由して燃料空気混合
気を導入するための流通路と連通し、混合気は球状ドラ
ム内の円環状空腔に流入し、ドラムの球面状周辺上の開
口部がシリンダヘッドへ通ずる吸気ポートと一致する毎
に、混合気はシリンダヘッドに流入し、前記球面状周辺
上の開口部が吸気ポートと一致しない面は、混合気はシ
リンダヘッドから封断され、他方、排気球状ドラムは、
ドラムの球面状周辺上に１個の開口部を有して、シリン
ダの排気ポートと整合し、この排気球状ドラムは、前記
球状周辺部の開口部と連通して、球状ドラムの平行側壁
面に第２の開口部を有し、シリンダからの排気ガスは、
前記球状排気ドラムを通じてシリンダから排出されたの
ち、排気マニホルドに流入する、という構成より成るも
のである。

〔作用〕

この発明によれば、多くの可動部材の数を減少させる
ことによって内燃機関の動作に伴なう摩擦を低減し、機
関の効率を向上せしめることができ、また、ピストンが
開孔したバルブに接触したり、これによって機関に重大
な損傷を与える可能性は回避される。また、従来手動で
回動することが困難であったカム軸を、手動で容易に回
動することが可能となる。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例につき、図面を参照して説明
すると、第１図から第３図までは球状回転バルブ装置の
吸気球状ドラム10が図示され、このドラム10は、円弧状
の球面状外周面12と、平担な側壁面14と、平坦面16とに
よる外周形状を備える。平坦側壁面14と平坦壁面16とは
互いに平行で、球面状外周面12と交差する各縁端部は、
丸味を持って外周面12と接合されている。球面状外周面
12から円弧状に延長すれば、第２図の断側面図から明ら
かなとおり、１つの仮想的な真円が形成される。一方の
側壁面16から内方に向って中央位置に、平坦側壁面16か
ら他の平坦面にきわめて接近するＵ形環状空腔18が形成
されている。このＵ形空腔18の底奥端と開口端とは、丸
味を取って円滑に加工されているのが好適である。吸気
側球状ドラム10の中心を貫通して、一方の側壁面16から
他方の側壁面14に達する中央孔20が穿設され、中央孔20
は吸入ドラム10を貫通してその中心線上に位置する。こ
の中央孔20は、吸気ドラム10を回転軸22に取付ける手段
であり、吸気ドラム10の回転動作につき以下に説明す
る。この実施例においては、中央孔20と軸22とはその長
さ方向に歯が刻まれているが、以後に説明するような取
付方法が適切である。

球面状外周面12を連通し、環状空腔18と連通して、開
口部24が形成され、この孔24は円形断面を有し、球状吸
気ドラム10が回転する間に、シリンダの吸気ポートと連
通するようになっている。開口部24の周辺エッジと、そ
れと球面状外周面12との接合線部は、何れも滑らかな半
径に加工されている方がよい。

第４図は、排気用吸気ドラム30の側面図で、以下第５
図と第６図は、それぞれ正面断面図および斜視図であ
る。この排気用ドラム30は、円弧状球面状外周面32と、
この外周面32に交差する平行平面側壁面34、36とを備
え、その交差部は通常円滑に加工される。その中心線を
貫通して、一方の平面側壁から他方の側壁に及ぶ中心貫
通孔38が穿設され、このドラム30は回転軸22に取付けら
れ、この軸22によって回動される。

この排気用球状ドラム30を貫通して排気通路40が形成
され、この通路40の第１の排出孔42は、ほぼ円形断面を
有すると共に、排気ドラム30の球面状外周面32上に開口
し、他方、第２の排出孔44は、ドラム30の一方の平坦面
34上に開口している。排出孔42はシリンダの排気ポート
と揃うように設計され、第２の排出孔44は、排気マニホ
ルドと揃うように設計され、排出孔42と44との間の通路
は、シリンダから排気ガスを排出させるための手段とな
る。

球状回転バルブという技術思想は、押し杆式バルブと
それに伴なうハードウェアの必要性を除去すること、並
びに、駆動行程においてシリンダを充填せしめると共
に、排気行程においてシリンダから排出させるための手
段を提供することにある。以下図面について更に説明す
るとおり、吸気用球状ドラム10は、気化器（キャビュレ
ター）からの燃料空気混合気と常時連通状態にあるＵ字
形円環状空腔18を有し、回転に応じて流入孔24が、シリ
ンダヘッドの下半体110内の吸気孔108と整合した際に
は、円環状空腔18に入った燃料空気混合気がシリンダ内
へ導入されるが、整合していない間は、球面状外周面12
は、シリンダの吸気ポートを密閉する作用を果たす。次
にシリンダの排気行程に関しては、排気用球状ドラム30
の球面状外周面32は、その第１の排出孔42がシリンダヘ
ッドの下部半体110内の排気孔109と整合する迄は、シリ
ンダの排気ポートに対して密封状態を維持する。次に、
ピストンの排気運動によって、排気ガスを排出させ、こ
れを第１の排出孔42および内部流路40を通じて、第２の
排出孔44を通じ、排気マニホルドに流入せしめる。

吸気用球状ドラム10の開口部24、および排気用球状ド
ラム30の第１の排出孔42の位置設定は、シリンダ内部に
おけるピストンの駆動行程と排気行程、および内燃機関
のタイミング要件を考慮に入れて行われることは言うま
でもない。

第７図は、吸気用球状ドラムに関して、シリンダ、シ
リンダヘッドおよび内部ピストンとの関係を明示する断
面図である。シリンダとピストンおよびその周辺機構
は、従来の内燃機関と大差はない。機関本体100には、
その内部のシリンダ空腔内に、クランク軸103に固設さ
れて空腔102内に往復動するピストン104が配設されてい
る。シリンダ空腔自体は、複数個の閉鎖流路106で包囲
され、流通する冷却媒体によって機関が適温に維持され
るようにされている。シリンダヘッドを除去すれば、シ
リンダ空腔とその内部のピストンを観察することができ
る。この発明による内燃機関の頭部は分割構造のシリン
ダヘッドであって、その第１の下部半体110は、機関本
体100に固定されると共に、シリンダ102への吸気孔108
を有する。この吸気孔108は、上下方向の平行２平面の
交差によって形成される半球状のドラム収納空腔107内
であり、収納空腔107によって吸気用球状ドラム10の位
置が規定されている。さらに、分割構造の上部半体112
にも、平行２平面によって画定された半球状のドラム収
納空腔113が形成され、吸気用ドラム10の上部半分を収
納する空腔が形成される。シリンダヘッドの上部および
下部の各半体112,110が、通常のボルトで機関本体に固
定されると、吸気用球状ドラム10は、分割構造の２個の
ヘッド半体によって形成される空腔内に回転可能に閉入
される。第９図と第10図は、分割構造のヘッド部と回転
ドラムとの関係を明示する斜視図で、Ｕ字状即ち円環状
の空腔18は、吸気管114に連通される際に、燃料空気混
合気をＵ字状空腔18に流入させることができる。吸気用
球状ドラム10の回転中における気密性を良好ならしめる
ために、シリンダ空腔への吸気孔108の周囲には、密閉
手段116が配設されている。また、下部半体110と上部半
体112には、冷却媒体を流通させるための複数個の内部
流通路106が内設されている。さらに、潤滑用の適切な
滑油流通路も配設することができる。

前記第７図は、特に吸気用球状ドラム10に関して詳細
に図示したものである。この吸気用ドラム10の背後に接
近して排気用ドラム30が位置しており、これらの動作を
ピストンとの関連において以下に詳説する。

吸気用ドラム10のＵ字状円滑空腔18は、吸気管114を
経由して流入する燃料空気混合気によって連続的に充填
される。但し、回転に伴って流入孔24が吸気孔108に会
合する際のみに、混合気はシリンダ空腔102内へ吸入さ
れる。密閉機構116は、吸気用ドラム10の球面状外周面1
2に圧接されることによって気密密閉作用を形成し、混
合気を円環状空腔18から吸気孔108を通じてシリンダ空
腔へと確実に吸入させる作用を果たす。通常動作におい
ては、この導入作用は、吸気行程においてピストン104
の下降運動に伴って生起され、シリンダに混合気を充填
させるのである。開口部24が吸気孔108と整合しなくな
ると、開口部24は閉鎖状態となり、吸気用ドラム10の外
周面12は、吸気孔108を閉鎖して、ピストン104の駆動行
程と混合気点火が可能なるような状態に移行せしめる。
吸気用ドラム10は回転軸22によって回動され、単軸形機
関においては、この回転軸22に、吸気用ドラムと排気用
ドラムを１対とした複数対のドラム群が順次に隣接して
固設され、その各対のドラムは、シリンダ空腔102に対
応して配設されている。回転軸22は、タイミングチェイ
ンその他類似の機構により、ピストン104が取付けられ
ているクランク軸と回転連結されている。これにより、
吸気孔108の開閉の時期を確実ならしめている。

第８図は、シリンダ、ヘッド、および吸気と排気マニ
ホルドを含む断面図で、特に排気用球状ドラム30の動作
を図示するものである。

第８図中にも、シリンダ空腔102を有する内燃機関本
体100と、シリンダ空腔102内を上下動するピストン104
が図示されている。下部および上部のシリンダヘッド11
0、112は本体100に固設され、特に排気用球状ドラム30
が図示されている。このドラム30は、前記吸気ドラム10
と類似のドラム収納空腔107、113の内部の下部ヘッド半
体110と上部ヘッド半体112の内部に回転可能に位置し、
シリンダ空腔102に通じる排気孔109に連通されている。
排気行程においては、ピストン104はその駆動行程、即
ちシリンダ内部で燃料混合気を圧縮し点火する行程を終
了している。この駆動行程は、吸気用球状ドラム10と排
気ドラム30の球面状外周辺が、吸気孔108と排気孔109の
各々に必要な密閉を与えることによって完成される。燃
料混合気に点火されると、ピストン104をシリンダ空腔1
02内で下方に降下させ、次いでピストン104は、排気行
程において上昇し始める。回転軸22によって排気ドラム
30が回転すると、クランク軸とのタイミング関連におい
て、回転によって第１の排出孔42を排気孔109の位置に
対面させる。このようにして、流通路は、排気ドラム30
を通過して、シリンダヘッドの頂部の排気孔109から排
気ドラム30の球面状外周面32上の第１の排出孔42に通じ
て形成される。次に内部通路40を経由して、側壁面上の
第２の排出孔44に到り、さらに排気管120を通過し、排
気ガスは大気中に排出される。排気ドラム30はさらに回
転を続け、第１の排気孔42は排気孔109との対面位置か
ら外れて、ピストン104がほぼ頂点まで上昇した頃には
シリンダ空腔102を閉鎖し、この位置で、吸気用ドラム1
0の開口部24が吸気孔108と揃う状態となり、新しい燃料
混合気が導入される。

排気ドラム30は、吸気ドラム10に使用されるのと同様
な密閉手段116と当接し、以下にこれを説明する。

第９図は、回転軸22に取付けられて、４気筒機関に使
用される回転式球状バルブ装置の斜視図であり、各シリ
ンダに関して、吸気ドラム10と排気ドラム30とより成る
各対間の関係を図示したものである。次に第10図は、分
離構造ヘッドの下部半体110内に位置する回転式球状バ
ルブの、１個のシリンダについての斜視図である。第９
図と第10図とにより、分離形ヘッド内に回転式バルブを
配設した構造における、吸気バルブ10と排気バルブ30と
の関係が明確に図示されている。複数個の開口部118
は、ヘッドの下部半体110と上部半体112とを機関本体に
固定させるための手段即ちボルトを挿通するためのもの
である。回転軸22の一端に配設された歯車121は、タイ
ミングチェインまたはベルトを介して機関のクランク軸
と連結され、回転式バルブ機構の回転を、シリンダ内の
ピストンの運動と同期させるようにされている。ここ
で、Ｖ−８形の機関が使用される場合には、シリンダの
各列毎に、一組ずつの回転式バルブ群が付属する構成と
なる。さらに６シリンダ方式の場合には、２個のシリン
ダの追加に応じて、吸気ドラム10と排気ドラム30より成
る２対のドラム対が追加されることになる。また後述の
実施例における如く、吸気ドラム10群を一方の回転軸上
に、排気ドラム30の一群を他方の回転軸上に配設する構
成も可能であり、いわゆるツインシャフトエンジンと称
せられる機関の利点と効率とを活用させることができ
る。回転軸22および吸気・排気用の各ドラム10、30は、
分離形ヘッド内において、多くの軸受面130に支持され
る。球状ドラム10と30とは、ドラム収納空腔107と113と
同様に仕上げ加工され、球状ドラムと空腔との間の許容
差は約1000分の１インチに加工される。回転軸22と球状
ドラム構成とが分割形ヘッド内に配設されると、回転軸
22の軸受面130および球状ドラム10と30の各々は、密閉
手段116の部分においてのみ、互いに接触しており、以
下各々の密封構造について説明する。

第11図は、分割形ヘッド構造の下部部材110内におけ
る密閉手段116の第１の実施例の斜視図で、第12図は、
密閉手段116の断面図である。下部部材110には、シリン
ダ空腔102と連通する部分を仕上げ加工された吸気孔108
と排気孔109とが配設され、この吸気孔108と排気孔109
の周面に、環状に加工された条溝140が形成され、その
断面は、逆Ｌ字状となっている。密封手段116はこの条
溝に装着され、密閉手段116は、凹陥状の環状部材142よ
り成り、その上面114は、分割形ヘッドと下部部材110内
部の空室の球面形状に適合する形に凹面状に形成されて
いて、吸気用球状ドラム10または排気球状ドラム30の環
状の球面状外周面に適合するようにされている。

密閉部材142の下部は、環状条溝140の形状に適合する
ように、環状垂下突部146と倚肩部148とを有する形状と
なっている。傘形環状に形成された弾性部材150は、垂
下突部146と倚肩部148との下部に挿設され、密封部材14
2に弾接されることにより、吸気球状ドラム10と排気球
状ドラム30の球面状外周面に対して緊密な接触が保たれ
る。この環状弾性部材150により、密閉部材142の上面14
4と、吸気および排気ドラムの外周球状面との間に緊密
な接触が保持される。弾性部材150によって生ずる上向
き圧力は、通常約１から５オンズで、気密接触を確実に
する。

密閉部材142の上表面144は、吸気・排気各ドラム10、
30の球状外周面の曲率に応じる程度の曲率を与えられて
いて、確実な密封が維持される。上部表面144には、１
個または２個以上の溝143を設けて、さらに密着を良好
にすることができる。

第13図は、環状部材の第２の実施例の分解斜視図で、
第14図は、その断面図である。この実施例においては、
密封機構は分割形ヘッド構成体の下部部材110中に設け
られている。この下部部材110の吸気孔108および排気孔
109の周囲に、複数個の環状条溝150……が形成され、こ
の条溝150内に環状の密閉部材152が配設される。その下
部に挿設された傘形または波形の環状弾性部材154によ
り、密閉部材152に上向きの弾性圧力が印加せられ、吸
気および排気用ドラム10、30に対する接触が維持され
る。密封部材152の側壁は、ドラム収納空腔107に対して
垂直な環状条溝150に対して適合するように、一定の傾
斜を付与されている。さらに、密閉部材152の中心線を
延長したとき、吸気または排気ドラム10、30の中心線と
に交差するように位置決めされている。

第15図は、環状密閉部材の第３の実施例の分解斜視
図、第16図はその断面図である。密閉手段116は、前記
同様に、分解形ヘッド構成体の下部部材110の吸気孔お
るいは排気孔の周囲の環状条溝160の内に配設されてい
る。密閉環体162の上部表面164は、ドラム収納空腔の内
面形状に適合して、吸気用ドラム10または排気用ドラム
30と接触を保つような環状面として形成されている。密
閉部材162の下端168には、圧力環170を収納するための
環状溝166が形成され、さらに波形または傘形弾性体172
が挿設されている。密閉部材162の下端168の周囲には、
さらに１対の傘形または波形の弾性部材174が配設さ
れ、密閉部材162に対して上向きの圧力を印加して、上
部表面164が吸気ドラム10または排気ドラム30と接触を
保つようにされている。上部表面164には、１個または
２個以上の条溝を設けて、吸気ドラム10または排気ドラ
ム30との気密接触をさらに良好ならしめることができ
る。

この発明による吸気用球状ドラムおよび排気ドラムは
１個の回転軸22に装着されているが、この回転軸22は縦
溝付きの軸であって、分割形シリンダヘッドに対する軸
受面に接触させるために、スライド可能な軸受面に対し
て一定の間隔を設けたものである。これらの吸気および
排気ドラム10、30は、他の方法によって回転軸22に取付
ける構造を採用しても差支えない。なお、この実施例
は、吸気ドラム10と排気ドラム30のすべてが単一軸22に
装着されたものであるが、多軸構造を採用することもで
きる。この場合には、分割形シリンダヘッドのドラム収
納空腔内において、吸気ドラム10のすべては第１の回転
軸に、排気ドラム30のすべては第２の回転軸に、それぞ
れ装着される。球状バルブの動作は前記実施例と同一で
ある。但し、排気ドラムは吸気ドラムとは別個の回転軸
上で回転するが、吸気孔は燃料混合気を吸気ドラム10に
導入し、排気管によって排気ドラム30からの排気ガスを
排出させるように改めて設計すればよいわけである。

次に４サイクル機関について説明する。吸気ドラム10
の開口部24の個数を多くし、また、排気ドラム30の排気
流路の個数を増し、クランク軸とピストンの上下動に比
して回転軸22と球状ドラムの回転数を低減すれば、１シ
リンダ毎に複数個の吸気および排気バルブを有する複数
バルブ機関の機能を、この発明によって実現することが
できる。この場合は、回転軸22の回転数を等差数列的に
低減させ、毎分回転数を下げてクランク軸よりも低減で
回転させるようにして、機関に加わる摩耗や損傷を少く
することができる。以上の何れの実施例も、この発明お
よびその技術思想の範囲から逸脱しないことは言うまで
もない。

以上、この発明の好適な実施例につき記述し説明した
が、この発明は単にこれらの実施例に限定されるもので
はなく、当業者にとって当然この発明の範囲およびその
技術思想に含まれると見なされるように変形例であれ
ば、いずれもこの発明の特許請求の範囲に属すること勿
論である。

〔発明の効果〕

この発明は、以上説明したように構成されているの
で、従来のような弾性付勢されたバルブを必要とするこ
とがなく、内燃機関の内部に発生する摩擦を低減させる
ことにより、機関の効率を高めることができる。

また、可動部材の部品点数を少くすることができるの
で毎分回転数を十分に高めることができる。

特に、この発明のバルブ構成は、４行程、８行程ある
いは16行程の、ストレートヘッド形構成あるいはＶ字状
構成の内燃機関に対しても適用することができ、また、
燃料噴射方式あるいは気化器方式の何れの内燃機関に対
しても適用を可能とする利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の吸気用球状ドラムの正面図、第２図
は吸気用ドラムの側面図、第３図は吸気用ドラムの斜視
図、第４図は排気用球状ドラムの側面図、第５図はその
正面図、第６図はその斜視図、第７図はシリンダと吸気
用球状ドラムの断正面図、第８図はシリンダと排気用球
状ドラムの断正面図、第９図は回転式球状バルブ装置と
分割構成ヘッドの分解斜視図、第10図は単一シリンダに
おける吸気用球状ドラムと排気用球状ドラムの分解斜視
図、第11図は環状密閉部材の第１の実施例の分解斜視
図、第12図は第11図の断面図、第13図は環状密閉部材の
第２の実施例の分解斜視図、第14図は第13図の実施例の
断面図、第15図は環状密閉部材の第３の実施例の分解斜
視図、第16図は第15図の実施例の断面図である。 10……第１の球状ドラム（吸気用球状ドラム）、12……
球面状外周面、14,16……平坦側面、18……円環状空
腔、20……中央孔、22……回転軸、24……開口部（流入
孔）、30……第２の球状ドラム（排気用球状ドラム）、
32……球面状外周面、34,36……平坦側面、40……内部
流路、42……開口部（第１の排出孔）、44……開口部
（第２の排出孔）、100……内燃機関本体、102……シリ
ンダ空腔、104……ピストン、107……ドラム収納空腔、
108……吸気孔、109……排気孔、110……下部ヘッド、1
12……上部ヘッド、114……流通路（吸気管）、116……
密閉手段、120……流通路（排気管）、130……軸受面、
140……環状条溝、144,164……上部表面、142,152,162
……環状密閉部材、150,174……押圧手段（傘形弾性部
材）、154,172……押圧手段（波形弾性部材）

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関に固設された着脱自在の２部材構
造より成るシリンダヘッドと、密閉手段と、燃料空気混
合気をシリンダに導入させるための第１の流通路と、排
気ガスを排出させるための第２の流通路と、回転軸とを
備えた回転式球状バルブ装置であって、前記着脱自在の
２部材構造のシリンダヘッドは上部および下部シリンダ
ヘッドより成り、この上部および下部シリンダヘッド部
分は、前記内燃機関に固設された際に、内燃機関の各シ
リンダに対して径方向に整列する１個の空腔を形成し、
この空腔は内燃機関のシリンダの各１個毎に、第１のド
ラム収納空腔と第２のドラム収納空腔とを形成し、前記
下部シリンダヘッド区画および第１のドラム収納空腔
は、前記シリンダと連通する１個の吸気孔を備え、前記
シリンダヘッド区画とドラムを収納する第２の空腔は、
前記シリンダと連通する１個の排気孔を備え、前記密閉
手段は、前記吸気孔および排気孔に付随して配設され、
前記第１のドラム収納空腔を経由して燃料空気混合気を
シリンダヘッド内部に誘導する第１の流通路と、第２の
ドラム収納区画を経由して排気ガスをシリンダから排出
するための第２の流通路とを備え、前記回転軸は、前記
着脱自在の２部材構造のシリンダヘッドの前記空腔内の
軸受面に支承され、またこの回転軸は、その軸に第１の
ドラムを前記第１のドラム収納空腔に位置せしめると共
に、第２のドラムを前記第２のドラム収納空腔に位置せ
しめ、この第１と第２のドラムの各々は同一径の球を２
個の同一幅の平行平面によって画定して形成された球面
状部を備え、前記平行側面は、球の中心に対して対称に
位置せられ、また、この平行側面と球面状部とが丸みを
もって接続されることにより、ドラムは、球面状面部を
外周面とし、２個の平行側面を両端面として成る形状に
形成され、前記回転軸は、空腔内の支承軸受面を気密接
触状態に占有し、個々の前記ドラムは、前記ドラム収納
空腔内にあってかつ、前記下部シリンダヘッド区画内の
吸気孔および排気孔と気密接触状態に保たれると共に、
相互には隔離されており、第１のドラムは、前記球面状
部の内部には一方の平行側面に開口した円環状空腔が形
成され、第１の流通路を開閉させることにより燃料空気
混合気を内燃機関を導入させ、第２のドラムは、第２の
流通路を開閉させることによって排気ガスを内燃機関か
ら排出せしめ、この際前記回転軸および第１と第２のド
ラムは、内燃機関の動作サイクルとの一定の関係を有す
る速度で回転することにより、回転軸の回転動作に応じ
て、第１のドラムは、前記シリンダの吸気孔および第１
の流通路とに順次に接触して、一定量の燃料空気混合気
をシリンダ内へ搬入させると共に、第２のドラムがシリ
ンダの排気孔および第２の流通路と接触することによ
り、回転軸の回転動作に応じて一定量の排気ガスをシリ
ンダから順次に排出させるように構成されて成ることを
特徴とするピストン・シリンダ方式の内燃機関用の回転
式球状バルブ装置。
【請求項２】前記第１のドラム収納空腔内部の第１のド
ラムは、その平行側面の一方に面して第１流通路と連続
的に接触する円環状空腔を有することにより、燃料空気
混合気を導入し、前記第１のドラムは、その球面状外周
面上に前記円環状空腔と連通する少なくとも１個の開口
部を有することにより、シリンダの吸気孔と順次に会合
せしめて燃料空気混合気を導入することを特徴とする請
求項１記載の回転式球状バルブ装置。
【請求項３】前記第２のドラムは、その球面状外周面上
に、少くとも１個の開口部を備え、回転に応じてこの開
口部がシリンダの前記排気孔と順次に会合し、前記第２
のドラムを貫通する１個の内部流路は、この第２のドラ
ムの平坦側面上の少くとも１個の第２の開口部と連通し
て、前記第２の流通路と順次に会合し、第２のドラム中
にある前記排出流路は、シリンダの前記排気孔と順次会
合し、他方前記第２の流通路は、排気ガスをシリンダか
ら排出させることを特徴とする請求項１記載の回転式球
状バルブ装置。
【請求項４】前記回転軸および第１のドラム回転に応
じ、ピストンの吸気工程中において、前記回転軸および
第１のドラムの回転動作によってシリンダ中に燃料混合
気が充填され、次の吸気工程に達するまでは、前記球面
状外周面と密閉手段とによってシリンダの吸気孔が気密
封鎖状態に保持され、排気工程においては、前記第２の
ドラムがシリンダからの圧縮された排気ガスを受入れ、
次の排気工程に再び到達するまでは、前記球面状外周面
と密閉手段とによってシリンダの排気孔が気密封鎖状態
に保持されることを特徴とする請求項１記載の回転式球
状バルブ装置。
【請求項５】前記ドラム収納空腔内における第１のドラ
ムと第２のドラムとの気密封鎖接触が、ドラム収納空腔
内におけるシリンダの吸気孔および排気孔との各々と会
合するそれぞれ１個の環状密封部材であり、この環状密
封部材が、ドラム収納空腔内の吸気孔と排気孔との各々
の環状条溝内に配設され、この環状密閉部材の下方の環
状条溝内部には、この密閉部材を上方に押圧する手段を
備え、これによって前記ドラムの球面状外周面に対して
気密接触が保持されることを特徴とする請求項１記載の
回転式球状バルブ装置。
【請求項６】前記ドラムの球面状外周面に対して気密接
触を保持させる押圧手段が、環状密閉部材の下方の条溝
内に配設された波形または傘形スプリングの形式の弾性
部材より成ることを特徴とする請求項５記載の回転式球
状バルブ装置。
【請求項７】環状密閉部材の上部表面が凹状をなすこと
により、前記ドラムの球面状外周面の曲率に適合して気
密封止を果たすことを特徴とする請求項５記載の回転式
球状バルブ装置。
【請求項８】前記回転軸が、着脱可能な２部材形シリン
ダヘッドの空腔内の軸受面に支承された単一軸または回
転体よりなり、この単一軸または回転体上に第１のドラ
ムおよび第２のドラムを装着したことを特徴とする請求
項１記載の回転式球状バルブ装置。
【請求項９】前記回転軸が、２部材形シリンダヘッド内
に軸平行に配設された第１と第２の回転軸より成り、第
１の回転軸には、第１のドラム収納空腔内の第１のドラ
ム群が取付けられて、燃料空気混合気を機関内に導入
し、第２の回転軸には、第２のドラム収納空腔内の第２
のドラム群が取付けられて、排気ガスをシリンダから逐
次排出させることを特徴とする請求項１記載の回転式球
状バルブ装置。
【請求項１０】第１のドラムの球面状外周面には１個の
開口部を備え、機関の回転の２分の１の回転数を有する
ことを特徴とする請求項１または２記載の回転式球状バ
ルブ装置。
【請求項１１】第１のドラムの球面状外周面に複数個の
開口部を備えることにより、流通路の個数の等差数列に
基いて、第１のドラムが、機関よりも遅い回転速度で回
転することに時間的に規制されることを特徴とする請求
項１または２記載の回転式球状バルブ装置。
【請求項１２】第２のドラムが、球面状外周面上の第１
の開口部から平坦側面上の第２の開口部に到って穿設さ
れた単一通路を備えることにより、第２のドラムを内燃
機関の２分の１の回転速度で回転させることを特徴とす
る請求項１または３記載の回転式球状バルブ装置。
【請求項１３】第２のドラムには、その球面状外周面上
の第１の開口部から平坦側面上の第２の開口部に到って
穿設された複数個の流通路を備えることにより、流通路
の個数の等差数列に基いて、内燃機関よりも遅い回転数
で第２のドラムが回転するように時間的に規制されるこ
とを特徴とする請求項１または３記載の回転式球状バル
ブ装置。