JP2965956B1 - 燃焼室回転型エンジン - Google Patents

燃焼室回転型エンジン

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JP2965956B1 JP11413298A JP11413298A JP2965956B1 JP 2965956 B1 JP2965956 B1 JP 2965956B1 JP 11413298 A JP11413298 A JP 11413298A JP 11413298 A JP11413298 A JP 11413298A JP 2965956 B1 JP2965956 B1 JP 2965956B1
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Abstract

【要約】 【目的】 従来の吸・排気弁を使用することなくより効
率的で静粛な給気と掃気を行なう。 【構成】 ピストン12との間に殆ど空間23を設けな
い第1の面21と、ピストン12との間で燃焼室24を
形成する第2の面22とを有する回転シリンダヘッド2
0をシリンダ上部に設け、上記シリンダヘッド20をク
ランク軸14に同期回転可能とし、第1の面21から第
2の面22へ移行する過程で燃焼室24へ新気を導入
し、吸入行程から爆発行程までの間に第2の面22から
燃焼室24へ燃料を供給し、圧縮、爆発行程ののちピス
トン14の排気上死点までの間に排気ガスを第1の面2
2側から外部へ排出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリンダ内に往復
運動可能に設けられたピストンを有し、上記ピストンの
往復運動を回転運動に変換する構成を持つ内燃機関にお
ける燃焼室回転型エンジンに関するものである。
【0002】
【従来の技術】この種の内燃機関では、シリンダ内に混
合気を供給し、爆発により生じた排気をシリンダ外へ排
出するために、吸気弁と排気弁とが使用されてきた。こ
の吸・排気弁作用をシリンダ上で行うため、弁の開閉タ
イミングをクランク軸の回転と同期させる機構が必要と
なり、その要素には高い精度が要求される反面、カム等
の当たり音が不可避のため静粛性に欠ける等の問題を抱
えていることはよく知られている。
【0003】しかしながら2サイクルエンジンでロータ
リーバルブが使われていたり、常開の開口をピストンで
開閉する構造が一部に見られる以外には、上記の弁の構
造が一般的であるといって良い。関連技術には特開平7
−332042号に見られる発明がある。同発明は、ロ
ータリーバルブと称する回転式の弁を有しているが、弁
そのものは残存しており、部品、点数は事実上変わらな
い。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前記の点に着
目されてなされたものであり、その課題は、従来の内燃
機関に必須不可欠とされていた弁を使用することなく、
シリンダ内への新気の導入と排気の導出とを実施できる
ようにする点にある。
【0005】また本発明の他の課題は、吸気と排気に必
要とされる部品点数を減少することが可能なエンジンを
提供することである。
【0006】さらに本発明は完璧な吸気と排気を実現す
ることにより高出力、高トルクを達成し得る、静粛なエ
ンジンを提供することを他の課題とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】前記課題等を解決するた
め、本発明は、排気上死点及びその付近にてピストン上
面との間に空間を殆ど介在させない複数の第1の面と、
圧縮上死点でシリンダを閉塞する位置にてピストン上面
との間に燃焼室を形成する複数の第2の面とを有する回
転シリンダヘッドを具備し、回転シリンダヘッドをシリ
ンダ上部に回転可能に設けると共に、同ヘッドをクラン
ク軸と同期回転可能とし、回転シリンダヘッドが回転し
て第1の面から第2の面へ移行する過程にて燃焼室へ新
気を導入し、吸入行程から爆発行程までの間に、上記
2の面に形成された燃料噴射口から燃焼室へ燃料を供給
し、圧縮、爆発行程ののちピストンの排気上死点までの
間に排気ガスを第1の面とピストンとの間から外部へ排
出するという手段を講じたものである。
【0008】上記構成中、シリンダを閉塞、とはシリン
ダの上端の開口が第2の面によって閉じられるというこ
とである。この閉塞状態は爆発行程のために不可欠であ
る。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明のエンジン10は、シリン
ダ11内にて往復運動可能に設けられたピストン12を
有し、上記ピストン12の往復運動を回転運動に変換す
る構成を持ったタイプの内燃機関に属する。
【0010】本発明のエンジン10も、ピストン12の
往復運動に伴なう吸入−圧縮−爆発−排気の各行程を繰
り返し、ピストン12とコネクティングロッド13を介
して連結されたクランク軸14を用いて回転運動を取り
出す点において、在来の往復機関と共通のものである。
故に、本発明のエンジン10を4サイクルガソリンとし
て運転できることは勿論、ディーゼルエンジン等として
運転することも可能である。
【0011】こうした往復内燃機関において、本発明で
は、排気上死点またはその付近にて(図8参照)、ピス
トン上面との間に空間23を殆んど介在させない第1の
面21と、圧縮上死点(図5参照)シリンダを閉塞する
位置にて、ピストン上面との間に燃焼室24を形成する
第2の面22とを有する、回転シリンダヘッド20をシ
リンダ上部に設ける。回転シリンダヘッド20は、クラ
ンク軸14と同期して回転可能に構成される。
【0012】回転シリンダヘッド20はシリンダ11の
上方に位置してそこで回転する。その回転周面にシリン
ダ11の開口を閉塞可能な前記第1面の21と、第2の
面22とが交互に設けられる。第1の面21はピストン
上面との間に殆んど空間23を設けないために、回転周
面に沿った凸円弧状に形成することができる。これに対
して第2の面22はピストン12と抵触しなければどの
ような形状であっても良い。但し、第2の面22とピス
トン12の上面との間の容積は圧縮比との関係で決めら
れる。
【0013】回転シリンダヘッド20には、シール手段
25が設けられる。シール手段25はシリンダ11の開
口端部との間、及びヘッドケーシング26との間等にお
いてシール効果を得ることが目的である。シリンダヘッ
ド20の回転方向の前後に位置するシリンダ11の開口
端部等の箇所には吸気口27と排気口28とが設けられ
る。吸気口27と排気口28は第1の面21によって閉
塞可能であり、第1の面21から第2の面22へ変わる
途中及び第2の面22から第1の面21へ変わる途中
で、夫々空間23或いは燃焼室24に通じ、吸気、排気
を可能とする。図3、図6等参照。
【0014】燃焼室24へ燃料を供給するための燃料噴
射口29は第2の面22に形成される。当該燃料噴射口
29は回転シリンダヘッド20の回転軸上に位置する燃
料供給管3から燃料の供給を受ける。燃料供給管3
の壁面には燃料分配口32が開口しており、当該分配口
32は前記燃料噴射口29と一致したときに燃料を燃焼
室24へ供給可能とする。
【0015】回転するシリンダヘッド20を通じて、そ
の一部である第2の面22がシリンダ11上端へ移動し
てきた時点で燃料を燃焼室24へ供給可能とするため
に、シリンダヘッド20と燃焼供給管30の回転を、ク
ランク軸の回転と同期させる。これらシリンダヘッド2
0と燃料供給管30の回転速度等は、4サイクルである
か、2サイクルであるか、或いはガソリンまたはディー
ゼルであるか等、エンジンの形態に応じて設定する。
【0016】図示の実施例は4サイクルガソリンエンジ
ンに関するものであり、シリンダヘッド20は60度毎
に第1の面21と第2の面22とを交互に有しており、
60度ずつ回転する。この場合第2の面に通ずる燃料噴
射口29は120度間隔で放射状に設けられる。中心の
燃料供給管30はクランクシャフト2回転に1回転に減
速されて回転する。
【0017】120度間隔の燃料噴射口29がシリンダ
方向を向いたときにのみ燃料供給管30の分配口N1と
一致して燃料を噴射させるために、シリンダ方向の開口
N2を有する制御管31が、燃料供給管30と回転シリ
ンダヘッド20との間に固定的に配置される。
【0018】クランク軸14と回転シリンダヘッド20
及び燃料供給管30との間の回転は同期機構32によっ
て制御される。当該機構32はクランク軸14に取り付
けた減速ギヤ33と、タイミングカム34を有するタイ
ミングギヤ35と、各ギヤ33、35を連繋するタイミ
ングベルト36及びタイミングカム34によって定角度
回転させられるカム輪37とを有する。
【0019】カム輪37は係合子38を6個有し、回転
シリンダヘッド20を60度ずつ回転させる。カム輪3
7は回転シリンダヘッド20を連動手段40を介して駆
動するが、カム輪37の回転量は、クランク軸14の1
回転につき60度で良いから減速比は6分の1になる。
【0020】連動手段40は、カム輪37と一体回転可
能な駆動カム41と、回転シリンダヘッド20と一体回
転可能な従動カム42と、両側のカム41、42の複数
のカム面に係合可能な複数個のカムピン43と、カムピ
ン43を駆動カム41に押し付けるばね手段44とを有
する。駆動カム41の回転によりカム面45に押される
と、カムピン43は本体に保持されつつ、軸方向へ移動
し、カムピン43の他端は、従動カム42のカム面46
を押して従動カム42を中心軸周りに回転させる。上記
従動カム42の回転中心軸は回転シリンダヘッド20の
軸と一致しており、これにより回転シリンダヘッド20
はカム輪37と同期回転する。
【0021】他方、クランク軸14の2回転で1回転す
る、燃料供給管30はタイミングギヤ35から取り出し
た、クランク軸14の2分の1の回転速度で回転する。
そのためタイミングギヤ35の回転軸と燃料供給管30
とは適当なギヤ比で連繋して動作する。
【0022】点火手段47が必要な場合、当該手段47
はシリンダ11の上部に燃焼室24に臨んで設けられ
る。点火手段47としてはガソリン機関に通常に用いら
れている点火プラグを使用することができる。ほかに電
子点火用電極により例えば数万ボルトの放電火花による
点火方式をとることができる。点火手段47は複数、特
に後者の場合には数箇所等間隔に設けるのが望ましい。
【0023】各図中、48はヘッドケーシング26内の
ヘッド収容室、49はシリンダ11及び上記ケーシング
26に設けられた冷却水循環路、を夫々示す。なお、図
1以外には単気筒分しか表されていないけれども、単気
筒機関も多気筒機関も構成、作用は同様のことである。
【0024】本発明に係るエンジンの作動形態を図3〜
図8を参照して説明する。図3は、吸入行程下死点直前
の状態を示す。この状態では、シリンダ11の開口端は
第2の面22により閉じかかっているが、未だ完全な閉
塞にはならず、吸気口27は開いていてエアが吸入され
る状態にある。燃料噴射口29は燃料供給管30の分配
口N1及び制御管31の開口N2とほぼ重なっているの
で、その間に燃料が噴射される。しかし、燃料を燃焼室
24へ噴射するタイミングはガソリンとディーゼルとで
は同じではない。ガソリンエンジンの場合、燃料は燃料
供給管内には高圧で圧送されるが、この段階に到って燃
料噴射口29と燃料供給管30及びそれらの間の制御管
31が通じ、高圧燃料を燃焼室24に噴射する。ディー
ゼルエンジンの場合は、圧縮上死点で燃料を噴射して良
い。
【0025】図4は、前行程で吸入された混合気に対す
る圧縮行程上死点直前の状態を示す。回転シリンダヘッ
ド20は第2の面22でシリンダ開口部を閉塞してお
り、燃焼室24内の圧力は次第に高まる。
【0026】図5は圧縮行程上死点で爆発行程でもあ
る。
【0027】爆発によりピストン12は下降を開始する
が、回転シリンダヘッド20はシリンダ上端開口を閉塞
した状態を維持し、ピストン12が上昇に転ずると排気
口27が徐々に開く。図5から図6にかけての状態であ
る。
【0028】図7は爆発下死点から、ピストン12が上
昇を開始し、排気口27が開いて排気が開始された状態
を示す。この排気行程の最後では、ピストン12が排気
上死点へ到り、ピストン12上面と第1の面21との間
は、円弧形状が一致して、殆ど容積零(0)の空間とな
る。図8参照。以上の行程をまとめると別表1のように
なる。
【0029】
【表1】
【0030】
【発明の効果】本発明は以上の如く構成されかつ作用す
るものであるから、従来の内燃機関に必須不可欠とされ
ていた吸気弁及び排気弁等の開閉弁を使用することな
く、シリンダ燃焼室への新規の導入と排気の導出とを確
実に実施することができるという効果を奏する。また本
発明は弁とその開閉のための部品点数の削減と弁の開閉
に伴う騒音の減少という課題を達成することができる。
本発明により、完璧な吸気と排気を実現することにより
開閉弁式に比較して、より高出力、高トルクを得ること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る燃焼室回転型エンジンの内部構造
を示す断面説明図。
【図2】クランク軸と回転シリンダヘッド等との回転の
同期機構のための正面説明図。
【図3】吸入行程下死点直前の状態を示す行程図。
【図4】圧縮行程上死点直前の状態を示す行程図。
【図5】圧縮行程上死点直後の爆発位置を示す行程図。
【図6】爆発下死点位置を示す行程図。
【図7】爆発下死点直後の排気行程口開始状態を示す行
程図。
【図8】排気上死点を過ぎ掃気を完全に終了し、吸入行
程開始段階に入った状態の行程図。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−78509(JP,A) 特開 昭61−229909(JP,A) 特開 平7−293214(JP,A) 特開 平8−218828(JP,A) 特開 平9−151754(JP,A) 実開 昭60−171910(JP,U) 特公 昭57−30971(JP,B2) 特公 平4−51647(JP,B2) 特表 昭58−501190(JP,A) 米国特許3945364(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F02B 75/40 F01L 7/02 F01L 7/12 F02B 75/04 WPI(DIALOG)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリンダ内に往復運動可能に設けられた
    ピストンを有し、上記ピストンの往復運動を回転運動に
    変換する構成を持つ内燃機関において、排気上死点及び
    その付近にてピストン上面との間に空間を殆ど介在させ
    ない複数の第1の面と、圧縮上死点でシリンダを閉塞す
    る位置にてピストン上面との間に燃焼室を形成する複数
    第2の面とを有する回転シリンダヘッドを具備し、回
    転シリンダヘッドをシリンダ上部に回転可能に設けると
    共に、同ヘッドをクランク軸と同期回転可能とし、回転
    シリンダヘッドが回転して第1の面から第2の面へ移行
    する過程にて燃焼室へ新気を導入し、吸入行程から爆発
    行程までの間に、上記第2の面に形成された燃料噴射口
    から燃焼室へ燃料を供給し、圧縮、爆発行程ののちピス
    トンの排気上死点までの間に排気ガスを第1の面とピス
    トンとの間から外部へ排出するように構成された燃焼室
    回転型エンジン。
  2. 【請求項2】 第1の面はピストン上面との間に殆んど
    空間を設けないために、回転周面に沿った凸円弧状に形
    成された請求項1記載の燃焼室回転型エンジン。
  3. 【請求項3】 回転シリンダヘッドとシリンダの開口端
    部との間、及びヘッドケーシングとの間等におけるシー
    ルのためにシール手段が設けられた請求項1記載の燃焼
    室回転型エンジン。
  4. 【請求項4】 シリンダヘッドの回転方向の前後に位置
    するシリンダの開口端部等の箇所に吸気口と排気口とが
    設けられ、吸気口と排気口は第1の面によって閉塞可能
    であり、第1の面から第2の面へ変わる途中及び第2の
    面から第1の面へ変わる途中で、夫々空間或いは燃焼室
    に通じる請求項1記載の燃焼室回転型エンジン。
  5. 【請求項5】 燃料を燃焼室へ供給するため、回転シリ
    ンダヘッドに設けられた燃料噴射口がシリンダ方向を向
    いたときにのみ燃料供給管の分配口と一致して燃料を噴
    射させるために、シリンダ方向の開口を有する制御管
    が、燃料供給管と回転シリンダヘッドとの間に固定的に
    配置される請求項1記載の燃焼室回転型エンジン。
JP11413298A 1998-04-09 1998-04-09 燃焼室回転型エンジン Expired - Fee Related JP2965956B1 (ja)

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