JP7431257B2 - プレートバルブ４ストロークヘッド - Google Patents

Description

本出願は、２０２０年６月３日に米国特許商標庁に出願された国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２０／３５８７７の国内移行出願であり、国際出願は２０１９年６月３日に米国特許商標庁に出願された米国仮特許出願第６２／８５６，４０２号の利益を主張したものであり、その開示全体を参照により本明細書に組み込む。

例示的な実施形態と一致する装置及び方法は、少なくとも１つのプレートを使用して燃焼室の充填及び排出を制御する、内燃エンジン用のヘッドに関する。

４ストローク内燃機関は、燃焼室を充填して空にするために、ほぼ独占的にポペット型の吸気及び排気バルブを使用する。バルブの開閉タイミングは、通常、カムによって制御される。カムは、ストローク／クランク位置に応じてバルブを開閉する。

ポペットバルブの使用は４ストロークエンジンにおいてほぼ普遍的であるが、この構成にはいくつかの設計上の制限がある。バルブ機構の複雑さは長い間設計上の課題であり、ポペットバルブは、エンジンが適切かつ確実に作動するために非常に正確に制御されなければならない往復動部品である。

ポペットバルブ自体も信頼性の高い設計となっている。しかし、エンジンの回転数（ｒｐｍ）が増加するにつれて、バルブ機構の部品を含む往復動部品の総重量が重要になる。エンジン回転数が高いほど負荷が高くなり、信頼性が低下する。このため、より軽量で強度の高い材料が必要となり、コストが増大する。

典型的なポペットバルブは、ばねによって閉じられた状態に保持され、エンジン設計に応じていくつかの方法のうちの１つによって押し開かれる。最終的には、カムを使用してバルブを押し開くと、ばねは、開く方向に移動するバルブ及びバルブトレインの往復動部品の慣性を克服し、バルブを閉じることができるようにカムプロファイルに従うのに十分な強度である必要がある。しかし、エンジン回転数が増加すると、慣性が増加し、より強いばねが必要となる。これにより、バルブ及びバルブトレイン内の他の構成部品に大きな負荷がかかり、負荷を処理するためにより重い構成部品が必要となる。これらの増大した負荷を克服するために使用されるエネルギーは、エンジンからの使用可能な出力を減少させる。

例示的な実施形態は、少なくとも上記の問題及び／又は不利な点及び上記以外の他の不利な点に対処する。また、例示的な実施形態は、上述の欠点を克服することを必要とせず、上述のいかなる問題も克服することができなくてもよい。

１つ以上の例示的な実施形態は、
燃焼室がシリンダの壁及び取り付け部分によって画定されるように、シリンダの端部に取り付けられるように構成された取り付け部分と、
燃焼室に連通する第１の端部と燃焼室に対向する第２の端部から延びる吸気ポートと、
燃焼室に連通する第１の端部と燃焼室に対向する第２の端部から延びる排気ポートと、
固体部分と少なくとも１つの開口部とを含む第１のプレートであって、前記第１のプレートの前記固体部分が前記吸気ポートの前記第１の端部と前記吸気ポートの前記第２の端部との間で前記吸気ポートを閉塞する第１の位置と、前記第１のプレートの前記開口部が前記吸気ポートの前記第１の端部と前記吸気ポートの前記第２の端部との間でガスを通過させる第２の位置と、の間で前記第１のプレートが移動可能である、第１のプレートと、
固体部分と少なくとも１つの開口部とを含む第２のプレートであって、前記第２のプレートの前記固体部分が前記排気ポートの前記第１の端部と前記排気ポートの前記第２の端部との間で前記排気ポートを閉塞する第１の位置と、前記第２のプレートの前記開口部が前記排気ポートの前記第１の端部と前記排気ポートの前記第２の端部との間でガスを通過させる第２の位置と、の間で移動可能である、第２のプレートと、
を含むエンジンヘッドを提供してもよい。

上記及び／又は他の態様及び利点は、以下の添付図面と併せて実施例の以下の説明から明らかになり、より容易に理解されるであろう。

図１Ａ及び１Ｂは、例示的な実施形態によるエンジンの平面図及び断面図である。

図２Ａ、２Ｂ、及び２Ｃは、それぞれ、例示的な実施形態による吸気ロータシステムの平面図、断面図、及び斜視図である。

図３Ａ、３Ｂ、及び３Ｃは、それぞれ、例示的な実施形態による排気ロータシステムの平面図、断面図、及び斜視図である。

図４は、例示的な実施形態によるプレートシステムの分解図である。

図５Ａ及び５Ｂは、開放位置における図４のプレートシステムの平面図及び断面図である。

図６Ａ及び６Ｂは、閉塞位置における図４のプレートシステムの平面図及び断面図である。

図７Ａは、例示的な実施形態によるプレートを駆動するように構成されたアセンブリである。

図７Ｂは、図７Ａの例示的実施形態によるタイミングベルトである。

図８Ａ、８Ｂ、８Ｃは、例示的な実施形態に係るギヤケースの平面図、断面図、及び斜視図である。及び

図９Ａは断面図であり、図９Ｂ及び９Ｃは、例示的な実施形態に係る可変タイミングユニットの斜視図である。

以下、添付図面に例示された実施形態の例を詳細に参照する。ここで、同号は、全体を通して同様の要素を参照する。この点に関して、例示的な実施形態は異なる形態を有することができ、本明細書に記載される説明に限定されるものと解釈することはできない。

本明細書で使用される場合、用語「含む(include)」、「含む(including)」、「含む(comprise)」、及び／又は「含む(comprising)」は、記載された特徴、整数(integers)、ステップ、操作、要素、及び／又は構成要素の存在を特定するが、１つ又は複数の他の特徴、整数、ステップ、操作、要素、構成要素、及び／又はそれらのグループの存在や追加を排除するものではないことが理解されるであろう。

本明細書では、「第１」、「第２」、「第３」などの用語を使用して、様々な要素、構成要素、領域、層及び／又はセクションを記載してもよいが、これらの要素、構成要素、領域、層及び／又はセクションは、これらの用語によって限定されないことがさらに理解されよう。これらの用語は、１つの要素、構成要素、領域、層又はセクションを別の要素、構成要素、領域、層又はセクションと区別するためにのみ使用される。

本明細書中で使用される場合、用語「及び／又は」は、関連して掲載されたアイテムの１つ以上の任意の及び全ての組み合わせを含む。要素のリストの前の「少なくとも１つ」などの表現は、要素のリスト全体が変更され、リストの個々の要素は変更されません。また、本明細書に記載された「ユニット」、「－ｅｒ（－ｏｒ）」、「モジュール」等の用語は、少なくとも１つの機能又は動作を実行するための要素を指し、ハードウェア、ソフトウェア、又はハードウェアとソフトウェアの組み合わせで実装されてもよい。

特定のシステムコンポーネントを指すために、さまざまな用語が使用される。異なる事業者が異なる名前でコンポーネントを参照する場合がある。本書面は、名前は異なるが機能が同一である構成要素を区別することを意図しない。

これらの例示的な実施形態が関係する技術分野の当業者にとって明らかなこれらの例示的な実施形態の事項は、ここでは詳細に説明しないだろう。

１つ以上の例示的な実施形態は、シリンダボア内に少なくとも１つの往復ピストンを使用する内燃４ストロークエンジン用のヘッドを提供する。図１Ａ及び１Ｂは、例示的な実施形態によるエンジン１００を示す。図１Ａは、エンジン１００の平面図であり、図１Ｂは、図１ＡのＡ－Ａ線に沿ったエンジン１００の断面図である。ヘッド２００は、シリンダ５０の端部を覆うように取り付けられ、ピストン５３とヘッド２００との間に燃焼室５５を形成する。ヘッド２００の一部は、燃焼室５５と連通しており、所望の燃焼室形状及び／又は所望の圧縮比を達成するために任意の形状をとることができる。ボルト及び／又はナット付きスタッドを使用して、ヘッド２００を取り付け、シリンダ５０とヘッド２００との間をシールする。シリンダ５０とヘッド２００との間のシールを達成するために、機械加工された表面を使用することができる。しかし、この手段は限定的であると考えるべきではなく、当業者に理解されるように、ガスケット、Ｏリング、又は他のいずれかの手段を使用してシールを達成することができる。あるいは、シリンダ５０及びヘッド２００は一体であってもよい。

ヘッド２００内には、吸気ポート２２０ａと排気ポート２２０ｂの少なくとも二つのポートが収容されている。吸気ポート２２０ａ及び排気ポート２２０ｂは、いずれも一端が燃焼室５５に連通し、他端が外気に連通している。

図２Ａ、２Ｂ、及び２Ｃは、例示的な実施形態による吸気ロータシステムを示す。図２Ａは、吸気ロータシステムの平面図であり、図２Ｂは、図２ＡのＡ－Ａ線に沿った吸気ロータシステムの断面図である。図２Ｃは、吸気ロータシステムの斜視図である。ヘッド２００の少なくとも一つのポートは、エンジンの燃焼のために燃焼室５５を空気で満たすために使用される吸気ポート２２０ａである。吸気系（図示せず）は、一端が外気と連通し、他端が吸気ポート２２０ａと連通しており、吸気系には、例えば、エアフィルタリングシステム、キャブレータ、燃料噴射スロットルボディ、ターボチャージャ、ブロワ、吸気マニホールドなどが含まれている。燃料噴射器は、燃焼のための燃料を加えるために使用されるものであって、吸気システム内に含まれるか、又は燃焼室５５内に直接噴射する。このリストは、燃焼室５５内で所望の燃料／空気混合物を達成するために使用される吸気システム構成及び可能な方法をすべて含むものとはみなされず、例示的な実施形態は、ここにリストされたものに限定されない。

図３Ａ、３Ｂ、及び３Ｃは、例示的な実施形態による排気ロータシステムを示す。図３Ａは、排気ロータシステムの平面図であり、図３Ｂは、図３ＡのＡ－Ａ線に沿った排気ロータシステムの断面図を示す。図３Ｃは、排気ロータシステムの斜視図である。ヘッド２００の少なくとも一つのポートは、燃焼室５５から燃焼ガスを除去するために使用される排気ポート２２０ｂである。排気システム（図示せず）は、一端で排気ポート２２０ｂと連通し、ガスをエンジン／排気ポートから遠ざけるために使用され得る。反対側の端部において、排気システムは外気と連通していてもよい。排気システムは、排出制御構成部品及び／又は騒音制御構成部品を含むことができる。当業者であれば、排気システム構成のこの説明は単なる例であり、限定するものではないことを理解するであろう。

図１Ａ、１Ｂ、２Ａ－２Ｃ、及び３Ａ－３Ｃに示すように、各ポート２２０ａ／２２０ｂと共に、プレート２５０ａ／２５０ｂは、交差点でポート２２０ａ／２２０ｂを通るガスの流れにほぼ垂直な角度で対応するポートと交差するように配置される。プレート２５０ａ／２５０ｂは、対応するポート２２０ａ／２２０ｂを開放して燃焼室５５と外気とを連通させるか、あるいは閉塞して燃焼室５５を外気から密閉するように移動できるように設計されている。プレート２５０ａ／２５０ｂは、例えば、図１Ａ、１Ｂ、２Ａ－２Ｃ、及び３Ａ－３Ｃに示すように、実質的に平坦な部分を有してもよく、軸線上で回転可能であってもよく、又はスライド及び往復動（図４、５Ａ、５Ｂ、６Ａ、及び６Ｂ参照）し、或いは、回転及び往復動が可能であってもよい。プレート２５０ａ／２５０ｂは、平坦である必要はなく、強度及び剛性を高めるために湾曲していてもよい。なお、プレート２５０ａ／２５０ｂの厚さや形状はこれに限定されるものではなく、ポート２２０ａ／２２０ｂを開閉可能な任意の厚さや形状を用いることができる。

プレート２５０ａ／２５０ｂは、アルミニウムで作られ、ニッケルと炭化ケイ素のメッキであるニカシル（登録商標）のような硬質表面めっきで被覆されてもよい。代替的に、プレート２５０ａ／２５０ｂは、当業者に理解されるように、種々の他の金属、炭素繊維、他の複合材料、又は他の材料、材料の組み合わせ、及び／又は表面処理のうちの一つ以上から作製されてもよい。

プレート２５０ａ／２５０ｂは、ポート２２０ａ／２２０ｂとプレート２５０ａ／２５０ｂとの交点で、ポート２２０ａ／２２０ｂとほぼ平行なシャフト２５５ａ／２５５ｂ上で回転することができる。シャフト２５５ａ／２５５ｂとプレート２５０ａ／２５０ｂとは一体であってもよく、又はプレート２５０ａ／２５０ｂはシャフト２５５ａ／２５５ｂに固定されていてもよい。プレート２５０ａ／２５０ｂが回転のためのシャフト２５５ａ／２５５ｂを有するように構築するために、任意の構築方法を使用することができる。プレートの開口部２６０ａ／２６０ｂは、プレート２５０ａ／２５０ｂが回転し、開口部２６０ａ／２６０ｂがポート２２０ａ／２２０ｂと位置合わせされたときに、ポート２２０ａ／２２０ｂを開口させることができる。

軸受２５６ａ／２５６ｂは、プレートシャフト２５５ａ／２５５ｂを支持し、プレート２５０ａ／２５０ｂが回転するときの摩擦及び摩耗を低減するために使用されてもよく、ラジアル及び／又はスラスト軸受であってもよい。軸受は、当業者に理解されるように、ボール軸受、ローラー軸受、ブロンズ軸受、又は任意の他のタイプの軸受であってもよい。

図２Ｂ及び３Ｂに示すように、油路２５７ａ／２５７ｂに設けられた油は、軸受２５６ａ／２５６ｂの摩耗を低減し、プレート２５０ａ／２５０ｂの冷却を補助するために使用することができる。

シール２５８ａ／２５８ｂ及び２３１は、油に曝されるように設計された領域内で、及びポート２２０ａ／２２０ｂ及び／又は燃焼室５５の外に油を保持するために使用することができる。

図４は、例示的な実施形態による、直線方向にスライド可能なプレート２５０ｃを含むプレートシステムの別の実施形態の分解図を示す。図５Ａは、開位置における図４のプレートシステムの平面図を示し、図５Ｂは、線Ｃ－Ｃに沿った図５Ａのプレートシステムの断面図を示す。図６Ａは、閉塞位置における図４のプレートシステムの平面図を示し、図６Ｂは、線Ａ－Ａに沿った図６Ａのプレートシステムの断面図を示す。図示のように、プレート２５０ｃは、直線運動で移動することで、対応するポート２２０ａ／２２０ｂを開閉するギロチンのように動作する。アクチュエータ２７１は、プレート２５０ｃのスライド運動を制御するために、例えば、図４に示すように、ピン２７２によってプレート２５０ｃに取り付けられてもよい。あるいは、プレート２５０ｃを往復回転移動させてもよい。

シール装置は、ポートが閉じられたときに、プレート２５０ｃの燃焼室側のポート２２０ａ／２２０ｂに露出するプレート２５０ｃと、ポートを囲むヘッドとの間にシールを提供することができる。シール装置は、圧縮及びパワーストローク中の適切なタイミングに、ポート２２０ａ／２２０ｂからシリンダ５０内の燃焼室５５を効果的にシールすることができる。図４に示すように、シール装置は、ヘッド内の吸気又は排気ポート２２０ａ／２２０ｂを取り囲む圧縮リング２７３を備えることができる。ヘッドは、ポート２２０ａ／２２０ｂを囲むリング溝２７４を有することができる。リング溝は、リング２７３を位置決めし、溝２７４内でリング２７３が回転するのを防止するピン（図示せず）を任意に含んでもよい。リング２７３は、リング溝２７４に正確に嵌合する連続リングであってもよい。リング２７３は、燃焼室５５からリング溝２７４内に漏れるあらゆる圧力がリング２７３を外側に押圧してリング溝２７４側にシールを提供することを可能にする分割リングであってもよい。リング溝２７４の底部とリング２７３の底部との間に波状のバネ（図示せず）を用いてもよい。これにより、バネは、リング２７３に圧力を加えて、リング２７３をプレート２５０ｃと接触させたままにし、プレート２５０ｃがリング２７３のシール面を移動する際に、リング２７３のシール面とプレート２５０ｃとの間の圧力を維持することができる。リング２７３をリング溝２７４の側面に押し付ける燃焼圧力は、リング２７３をプレート２５０ｃに押し付けることもでき、プレート２５０ｃとリング２７３との間のシールを補助する。

複数のリングを使用して、各ポートでシールを達成することができる。リングは円形であってもよく、それぞれが円形のリング溝に嵌合する。しかしながら、リング及び溝の形状は、異なる形状のポートを可能にするために任意の形状とすることができる。リングの構造に使用される材料は、鋳鉄、炭素、グラファイト、鋼、合金、又は当業者に理解されるように、ピストン圧縮リングでの使用に適した様々な他の材料のいずれかであってよい。

図１Ａ、１Ｂ、２Ａ－２Ｃ、及び３Ａ－３Ｃに示すように回転プレート２５０ａ／２５０ｂを含む例示的な実施形態に戻り、例示的な実施形態によれば、エンジンクランクシャフトの回転運動を用いて、プレート２５０ａ／２５０ｂを駆動し、ポート２２０ａ／２２０ｂの開閉タイミングを決定づける。

図７Ａは、クランクシャフトがプレートを駆動するために使用されるアセンブリの例示的な実施形態を示す。ギヤ４２０、一つ又は複数のシャフト４３０、及び／又は一つ又は複数のベルト（図示せず）及びプーリ４４０、３４０ａ、及び３４０ｂ、及び／又はチェーン及びスプロケット（図示せず）は、プレート２５０ａ／２５０ｂをその軸線上で回転させるためにクランクシャフトの回転運動を変換するために使用されてもよい。なお、プレート２５０ａ／２５０ｂの駆動源及びタイミングは、クランクシャフトに限定されるものではなく、プレートの移動及びタイミングを制御する別の方法を用いてもよい。他の方法の１つの非限定的な例は、プレートの移動及びタイミングを制御するための電磁アクチュエータであってもよい。プレート２５０ａ／２５０ｂは、クランク軸速度の半分で回転して、各プレート内の単一の切欠部２６０ａ／２６０ｂが、クランクの１回転おきに対応するポート２２０ａ／２２０ｂを開くことを可能にする。

図７Ｂは、歯付きタイミングベルトを示す。例示的な実施形態によれば、タイミングベルト４４１は、プーリ４４０、３４０ａ、３４０ｂの周囲に配置され、したがって、プーリ３４０ａ、３４０ｂを使用して、回転プレート２５０ａ／２５０ｂを駆動することができる。吸気又は排気イベントの持続時間は、プレート２５０ａ／２５０ｂの開口２６０ａ／２６０ｂの寸法によって制御することができる。しかしながら、ベルト駆動プレートの１つの利点は、駆動プーリと被駆動プーリとの間、及び／又は被駆動プーリと被駆動プーリとの間に、単一又は一連のベルトテンショナ（図９Ａ―９Ｃ参照）を使用できることである。この移動は、単独であっても一緒であっても、プレート２５０ａ／２５０ｂの開口２６０ａ／２６０ｂの中心線をクランク位置に対して前進又は後退させることができる。テンショナの動きは、アクチュエータ４５１（図９Ｃ）を用いて電子的に、又は機械的に制御することができ、所定のｒｐｍ、負荷、又は効率のための最適なバルブタイミングを可能にするために、エンジンの動作中に制御することができる。テンショナは、移動可能な軸上で回転する軸受を含むことができ、軸受はベルト４４１に直接又は間接的に接触することができる。プーリ３４０ａ及び３４０ｂは、それぞれプレートシャフト２５５ａ及び２５５ｂにピン止めされてもよく、複数の位置を使用して段階的な調整を提供してもよい。あるいは、スプラインシャフト及びプーリ（図示せず）を使用して調整することもできる。スロット内の取り付けネジを使用して、プーリ３４０ａ／３４０ｂとプレート２５０ａ／２５０ｂとの間の回転調節を可能にしてもよい。任意の方法を用いてプーリをプレートシャフトに取り付け、それらの間の段階的な回転調整を可能にすることができることを理解されたい。

パワーストローク中の高い燃焼室圧力は、燃焼室５５と連通するプレート２５０ａ／２５０ｂの部分に極端な圧力を生じさせる。圧力は、プレート２５０ａ／２５０ｂを、ヘッド２００及びシール装置、例えば、リング２７３及びリング溝２７４から離れるように偏向させることができる。シール装置を使用して、燃焼室５５と連通する側とは反対側のプレート２５０ａ／２５０ｂの側と、プレート２５０ａ／２５０ｂを囲むバルブカバーとの間の領域を効果的にシールすることができる。通路は、プレート２５０ａ／２５０ｂの一方の端部で燃焼室と連通していてもよく、プレートの反対側の効果的にシールされた領域と連通していてもよい。これにより、燃焼室５５内の圧力が上昇するにつれて、プレート２５０ａ／２５０ｂの両側のシールされた領域内の圧力が等しくなるため、プレート２５０ａ／２５０ｂの側方負荷を低減することができる。

あるいは、燃焼室５５内の圧力に抗して、ポート２２０ａ／２２０ｂの領域でプレート２５０ａ／２５０ｂを支持するように軸受を配置してもよい。これは、燃焼室５５内の圧力によるプレート２５０ａ／２５０ｂの撓みを停止又は制限するためにプレート２５０ａ／２５０ｂと接触するボール軸受又はローラ軸受、テフロン（登録商標）軸受面、又は他の任意の設計又は材料であってよい。

図７に示すように、ヘッド２００は、座ぐり２９１ａ及び２９１ｂ、又は各プレート２５０ａ／２５０ｂを受け入れてプレートの回転を可能にする領域を有することができる。座ぐり２９１ａ及び２９１ｂ内のポート２２０ａ／２２０ｂは、プレート２５０ａ／２５０ｂが座ぐり２９１ａ及び２９１ｂ内に配置され、開口２６０ａ／２６０ｂがポート２２０ａ／２２０ｂと合わないように回転したときに閉じられる。シャフト２５５ａ／２５５ｂは、カウンタボア２９１ａ／２９１ｂの中央領域に配置され、カウンタボア２９１ａ／２９１ｂに垂直であり、プレート２５０ａ／２５０ｂが回転するための軸として使用される。あるいは、座ぐり２９１ａ／２９１ｂの中央領域に軸受を含み、プレート２５０ａ／２５０ｂのシャフト２５５ａ／２５５ｂが軸受上で回転してもよい。

プレート２５０ａ／２５０ｂのシャフト２５５ａ／２５５ｂは、プレート２５０ａ／２５０ｂの平坦なシール面に対して実質的に垂直であってもよい。プレート２５０ａ／２５０ｂのシール面には、硬質の表面材がメッキされていてもよい。めっきは、ニカシル又は他の材料であってもよい。プレート２５０ａ／２５０ｂは、シール面がヘッド２００に面している状態で、ヘッド２００内の座ぐり２９１ａ／２９１ｂ内で回転することができる。

シャフト２５５ａ／２５５ｂは、シール面を超えて延在してもよく、カウンタボア２９１ａ／２９１ｂのベース内のアキシャル軸受２３１内で回転する軸受領域を有してもよい。油供給路は、圧油を軸受に供給することができる。専用の油通路内に油を収容するために、シール２３２を軸受の両側に配置することができる。シールは、テフロン又は熱に耐える他の適切な材料であってもよい。シールは、バイトン製リップシールであってもよいが、これに限定されない。

プレート２５０ａ／２５０ｂは、プレートのシール面と反対側に補強構造を有してもよい。スラストローラ軸受２３３（図１Ｂ参照）を使用して、回転プレート２５０ａ／２５０ｂに対するシリンダ燃焼の上向きの力を支えることができる。シャフト２５５ａ／２５５ｂは、シール面から離れて延びてもよく、アキシャル軸受内で回転する軸受領域を有してもよい。

スラスト板は、ローラスラスト軸受の軸受面を提供するために、ロータカバーの上方でロータシャフトに締結され、ヘッドに向かう方向のスラスト荷重に耐えることができる。

シールは、専用のオイル通路内にオイルを収容するために、軸受のいずれかの側、又は軸受の組み合わせに配置されてもよい。このようなシールは、テフロン又は他の材料であってもよく、例えばバイトンリップシールであってもよい。シールは、ロータシャフトに直接接触してもよいし、ロータシャフトに配置されたスリーブに接触してもよい。Ｏリングを使用して、スリーブとロータシャフトとの間をシールすることができる。

ヘッド２００は、内部に一つ以上のスパークプラグ（図示せず）を含むことができ、その結果、スパーク電極は燃焼室５５と連通し、空気／燃料混合物に点火してパワーストロークを開始する。

ヘッド２００は、外面の周りに冷却フィン２９６を有することができる。燃焼室５５内で発生した熱は、ヘッド２００の材料を通して伝導され、フィン２９６の上を流れる空気によって冷却されるフィン２９６から拡散される。あるいは、ヘッド及び／又はバルブカバーの内部及び／又は周囲に、ラジエータ／冷却システム内を循環する液体冷媒を含む通路（図示せず）があってもよい。プレート２５０ａ／２５０ｂは、液体冷却剤がプレート２５０ａ／２５０ｂに接触することを可能にするシャフト２５５内の通路２５６を含むことができる。あるいは、ファン又は当業者に理解される他の方法を使用して、ヘッド２００を冷却してもよい。

ヘッド２００は、アルミニウムで作られ、鋳造されてもよく、又は固体材料から機械加工されてもよい。しかしながら、アルミニウムに関するこの記載は限定するものではなく、４ストロークヘッドに適した任意の材料、構造、又は製造プロセスを使用することができる。

ロータカバー２５１は、図１Ｂに示すように、プレート２５０ａ／２５０ｂを包囲するために使用することができ、プレート２５０ａ／２５０ｂの非燃焼室側のヘッド２００内にポート２２０ａ／２２０ｂの連続部を形成し、排気又は吸気システムが適切なポート２２０ａ／２２０ｂに接続される領域を形成することができる。ロータカバー２５１は、シャフト２５５ａ及び２５５ｂの整列を維持するために一つ以上の軸受を含むことができ、軸受を潤滑する潤滑油を含むシールを含むことができる。

ロータカバー２５１は、その外面の周りに冷却フィン（図示せず）を含むことができる。燃焼室５５で発生した熱は、ヘッド２００及びバルブカバーの材料を介して伝導され、それらの上を流れる空気によって冷却される冷却フィンを介して拡散される。あるいは、ヘッド２００及び／又はロータカバーの内部及び／又は周囲に通路があってもよく、ラジエータ／冷却システム内を循環する液体冷媒を含むラジエータ／冷却システム（図示せず）と連通していてもよい。あるいは、ファン又は当業者に理解される他の方法を使用して、ロータカバーを冷却してもよい。

例示的な実施形態によれば、駆動軸４３０の回転は、プレート２５０ａ／２５０ｂの駆動及び回転のタイミングに使用される。図８Ａ，８Ｂ，８Ｃは、例示的な実施形態に係るギヤケース４００を示す。図８Ａはギヤケース４００の平面図、図８Ｂは図８ＡのＣ－Ｃ断面図である。図８Ｃは、ギヤケース４００の斜視図である。

例示的な実施形態によれば、チェーン及びスプロケット４１０を使用して、クランクシャフトの回転運動を一組のマイタギヤに伝達することができ、マイタギヤ４２０は、回転軸を、クランクシャフトの軸に対して垂直又はほぼ垂直に変更することができる。

プレート２５０ａ／２５０ｂは、適切なポートタイミングを提供するために、クランクシャフト速度の半分で回転させることができる。

クランクシャフトの回転速度は、クランクシャフトに取り付けられたスプロケット（例えば、スプロケット４１０）と、一組のマイタギヤ４２０を駆動する入力シャフト４１２とのギヤ比によって半分に低減することができる。チェーンのテンションを調整する装置があるかもしれません。

マイタギヤ比は１対１であってもよい。ロータ駆動軸４３０は、シリンダ５０に対して垂直又はほぼ垂直に回転することができる。ロータ駆動軸４３０には、歯付きプーリ４４０が取り付けられている。キー４４２及びキー溝を使用して、ロータ駆動軸４３０に対するプーリ４４０の回転を防止することができる。あるいは、スプライン（図示せず）又は他の方法を用いて、プーリ４４０がロータ駆動軸４３０に対して回転するのを防止してもよい。歯付きタイミングベルト４４１は、回転プレート２５０ａ及び２５０ｂに接続されたプーリ３４０ａ及び３４０ｂをタイミングよく駆動するために使用することができる。

あるいは、マイタギヤ４２０は、クランクシャフトによって直接駆動されてもよく、ロータ駆動軸４３０の回転をクランクシャフトの回転の半分に減少させる比を有してもよい。あるいは、ロータ駆動軸４３０は、クランク軸から直接駆動され、クランク軸と同じ速度で回転するマイタギヤ４２０を有することができ、一つ以上のプーリ及びタイミングベルト４４１、又は他の適切な方法を使用して、プレート２５０ａ及び２５０ｂをクランク軸速度の半分で減少させることができる。

代替的に、プレート２５０ａ及び２５０ｂは、プレート２５０ａ及び２５０ｂに固定されたチェーン及びスプロケット（図示せず）によってタイミングよく駆動されてもよい。

クランクシャフト速度の半分でプレートをタイミングよく回転させるものとして、ギヤ比及び駆動方法の多くの組み合わせを使用することができることを理解されたい。

エンジン性能は、部分的に、プレート２５０ａ／２５０ｂの開口部２６０ａ及び２６０ｂによるポート２２０ａ／２２０ｂの開閉のようなイベントのタイミングに依存する。最適なタイミングはエンジン回転数によって異なる。

例示的な実施形態の態様によれば、タイミングベルト４４１の張力を調整するために、二つのアイドラプーリと、調整可能なアームと、調整機構とを備えるベルトテンショナを使用することができる（図７Ａ及び７Ｂ参照）。

図９Ａ、９Ｂ、９Ｃは、例示的な実施形態に係る可変タイミングユニットを示す。図９Ａは、可変タイミングユニットの断面図を示し、図９Ａは、可変タイミングユニットの断面図を示す。９Ｂ及び９Ｃは、可変タイミングユニットの異なる斜視図を示す。プーリ３４０ａ，３４０ｂのそれぞれについて、対応するアイドラプーリ４４５ａ／４４５ｂを、軸線上で回転するアーム４４６ａ／４４６ｂに取り付けることができる。アイドラプーリ４４５ａ／４４５ｂは、対応するアームが回転する軸に平行な軸上で、軸受上で回転することができる。二つのアームは同じ軸線上で回転することができ、各アーム４４６ａ／４４６ｂは、アーム４４６ａ／４４６ｂが回転する軸線から同じ距離に取り付けられたアイドラプーリ４４５ａ／４４５ｂに取り付けられることができる。アーム４４６ａ及び４４６ｂの互いに対する角度は、調節可能な長さのロッド４５０によって調節することができる。アーム４４６ａ及び４４６ｂの回転軸線は、プーリ３４０ａ及び３４０ｂの軸線と同一であってもよいし、ロータ駆動プーリ４４０の軸線と同一であってもよい。アーム４４６ａ及び４４６ｂは、プーリ４４５ａ及び４４５ｂがベルト４４１の外側（図７Ａ及び７Ｂ参照）に接触するように取り付けられ、アーム４４６ａ及び４４６ｂ間の角度が小さくなるとベルト張力が大きくなるようにしてもよい。

ベルト張力が適正であれば、アーム４４６ａ及び４４６ｂ間の角度をロックすることができる。したがって、このロックされた調節装置は、アイドラプーリ４４５ａ及び４４５ｂ及びアーム４４６ａ及び４４６ｂとともに、プーリ４４０，３４０ａ及び３４０ｂと同じ軸線上で回転する可変タイミング装置として機能する。可変タイミングユニットの回転は、ベルト４４１の一方の脚の撓みを増加させ、ベルト４４１の対向する脚の撓みを減少させる。可変タイミングユニットと軸を共有するプーリ４４０，３４０ｂ，３４０ｃと他のプーリ４４０，３４０ｂ，３４０ｃとの関係は、移動方向に応じて進退する。

可変タイミングユニットは、可変タイミングユニット及び固定マウントに固定された調整可能なロッドによって回転され、手動で調整され得る。

例示的な実施形態の一態様によれば、可変タイミングユニットは、前進位置又は後退位置にあるばね（図示せず）によって保持されてもよい。エンジン回転数が増加するにつれて、回転重量に対する遠心力を使用して、可変タイミングユニットをバネに抗して移動させ、可変タイミングユニットの軸を共有するプーリ４４０、３４０ａ又は３４０ｂの位置を、同じベルト４４１によって駆動される他のプーリ４４０、３４０ａ又は３４０ｂと比較して前進又は後退させることができる。

可変タイミングユニット制御のさらに別の例は、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）によって制御される電磁アクチュエータを使用して、特定のｒｐｍに対してバルブイベントのタイミングを正確に前進又は後退させることができる。

ヘッド２００は、燃焼室５５を形成するためにシリンダ５０の端部に取り付けられてもよく、ヘッドボルトによって適所に保持されてもよい。ヘッド２００とシリンダ５０との間の界面は、ヘッドガスケットによってシールすることができる。

シリンダ５０、ヘッド２００、ロータカバー２５１、及びプレート２５０ａ及び２５０ｂは、エンジン駆動ポンプ（図示せず）によってポンプで圧送される液体冷媒によって冷却されてもよい。

冷却剤は、シリンダ５０のボアの壁を囲む冷却通路（図示せず）を通って循環することができる。ヘッドガスケットは、シリンダ５０のボアの壁を囲む冷却通路と、ヘッド及び／又はヘッド２００の一部の内部及び／又は周囲の冷却通路との間の連通を可能にする孔を内部に有してもよい。

シャフト２５５ａ及び２５５ｂは、それぞれ、冷却通路２５６ａ／２５６ｂを含むシャフト２５５ａ／２５５ｂを有することができる。冷却通路２５６ａ／２５６ｂは、一端がシリンダ内の冷却通路と連通していてもよく、また冷却媒体を冷却ラジエータに戻す通路（図示せず）と連通していてもよい。

ロータカバー２５１は、一端においてヘッド及び／又はヘッドの部分の内部及び／又は周囲の冷却通路と連通し、かつ冷却媒体を冷却ラジエータに戻すことができる通路と連通した冷却通路をその中に含むことができる。

ヘッド、ロータカバー及びロータの内部及び／又は周囲の冷却剤通路を通して冷却剤を供給及び循環させるために、任意の手段を使用することができることを理解されたい。冷却剤は、任意に、最初にシリンダを通過してもよい。

ヘッドガスケットは、シリンダ５０内の圧油供給路とヘッド２００内の油路とを連通する孔を有していてもよい。ヘッド２００内の油路は、圧油をヘッド２００内の軸受に供給することができる。

複数の吸気及び複数の排気ロータプレートがあってもよい。

ロータプレートが閉じる前にシリンダ５０内の圧力が吸気ポート２２０ａ内の圧力よりも大きい場合には、燃焼室から５５のガスが吸気ポート２２０ａに再流入するのを防止するために、吸気ポート内に一方向リードバルブを設けることができる。

本明細書に記載される例示的な実施形態は、説明的な意味でのみ考慮され、限定の目的では考慮されないことが理解されよう。各例示的実施形態内の特徴又は態様の説明は、他の例示的実施形態内の他の同様の特徴又は態様について利用可能であると考えられ得る。

例示的な実施形態を図を参照して説明したが、当業者には、以下の特許請求の範囲によって定義される精神及び範囲から逸脱することなく、様々な形態及び詳細の変更を行うことができることが理解されよう。

Claims (17)

1. 取り付け部分であって、燃焼室がシリンダの壁及び前記取り付け部分によって画定されるように、前記シリンダの端部に取り付けられるように構成された前記取り付け部分と、
   各々が前記燃焼室に連通する吸気ポート及び排気ポートと、
   開口部を有する第１のプレートであって、前記第１のプレートが前記吸気ポートを閉塞する第１の閉位置と、前記第１のプレートの前記開口部が前記吸気ポートにおけるガスの通過を許容する第１の開位置と、の間で移動可能な前記第１のプレートと、
   開口部を有する第２のプレートであって、前記第２のプレートが前記排気ポートを閉塞する第２の閉位置と、前記第２のプレートの前記開口部が前記排気ポートにおけるガスの通過を許容する第２の開位置と、の間で移動可能な前記第２のプレートと、
   を含み、
   前記第１のプレート及び前記第２のプレートは、第１のシャフト及び第２のシャフトの周りでそれぞれ回転可能であり、
   前記第１のプレート及び前記第２のプレートは、液体冷却剤が前記第１のプレート及び前記第２のプレートのそれぞれに接触可能となるように前記第１のシャフト及び前記第２のシャフトにそれぞれ形成された通路を含む、
   エンジンヘッド。
2. 請求項１に記載のエンジンヘッドであって、
   前記第１のプレートは、前記第１のプレートの上方に延びる上部と、前記第１のプレートの下方に延びる下部と、を含む前記第１のシャフトの周りで回転可能であり、
   前記第２のプレートは、前記第２のプレートの上方に延びる上部と、前記第２のプレートの下方に延びる下部と、を含む前記第２のシャフトの周りで回転可能である、
   エンジンヘッド。
3. 請求項２に記載のエンジンヘッドであって、
   更に、
   前記第１のプレートと前記燃焼室の間をシールする第１のシール装置と、
   前記第２のプレートと前記燃焼室の間をシールする第２のシール装置と、
   を含む、
   エンジンヘッド。
4. 請求項３に記載のエンジンヘッドであって、
   前記第１のシール装置は、前記吸気ポートを囲む第１のリング溝に配置された第１の圧縮リングを含み、
   前記第２のシール装置は、前記排気ポートを囲む第２のリング溝に配置された第２の圧縮リングを含む、
   エンジンヘッド。
5. 請求項４に記載のエンジンヘッドであって、
   前記第１のシール装置は、更に、前記第１のリング溝の底部と前記第１の圧縮リングの間に配置された第１のバネを含み、これにより、前記第１の圧縮リングと前記第１のプレートの間に圧力を付与し、
   前記第２のシール装置は、更に、前記第２のリング溝の底部と前記第２の圧縮リングの間に配置された第２のバネを含み、これにより、前記第２の圧縮リングと前記第２のプレートの間に圧力を付与する、
   エンジンヘッド。
6. 請求項３に記載のエンジンヘッドであって、
   更に、
   前記燃焼室の圧力に抗って前記第１のプレートを支持するように構成された第１の軸受と、
   前記燃焼室の圧力に抗って前記第２のプレートを支持するように構成された第２の軸受と、
   を含む、
   エンジンヘッド。
7. 請求項６に記載のエンジンヘッドであって、
   前記第１の軸受と前記第２の軸受は、それぞれ、ボール軸受、ローラ軸受、及び、軸受面の少なくとも１つを含む、
   エンジンヘッド。
8. 請求項６に記載のエンジンヘッドであって、
   更に、
   前記第１のプレートを受け入れるように構成された第１のザグリであって、前記第１のシャフトが前記第１の軸受上で回転するように前記第１の軸受が前記第１のザグリ内に配置された、前記第１のザグリと、
   前記第２のプレートを受け入れるように構成された第２のザグリであって、前記第２のシャフトが前記第２の軸受上で回転するように前記第２の軸受が前記第２のザグリ内に配置された、前記第２のザグリと、
   を含む、
   エンジンヘッド。
9. 請求項２に記載のエンジンヘッドであって、
   更に、
   前記第１のシャフト及び前記第２のシャフトを駆動するタイミングベルトを含む、
   エンジンヘッド。
10. 請求項１に記載のエンジンヘッドであって、
    更に、
    前記第１のプレート及び前記第２のプレートを支持するために配置された複数の軸受を含む、
    エンジンヘッド。
11. 請求項１０に記載のエンジンヘッドであって、
    更に、
    前記エンジンヘッド内において、前記複数の軸受に圧油を供給するように構成された少なくとも１つの油路を含む、
    エンジンヘッド。
12. 請求項１に記載のエンジンヘッドであって、
    前記第１のプレートの下面と前記第２のプレートの下面は、何れも、電気メッキされている、
    エンジンヘッド。
13. 請求項１２に記載のエンジンヘッドであって、
    前記第１のプレートの前記下面の電気メッキと、前記第２のプレートの前記下面の電気メッキは、何れも、ニッケル及び炭化ケイ素のメッキを含む、
    エンジンヘッド。
14. 請求項１に記載のエンジンヘッドであって、
    更に、
    ドライブシャフトと、
    前記ドライブシャフトと機能上結合し、前記第１のプレート及び前記第２のプレートの運動を駆動するように構成されたタイミングベルトと、
    を含む、
    エンジンヘッド。
15. 請求項１に記載のエンジンヘッドであって、
    更に、
    上端が前記第１のプレートと前記第２のプレートと機能上結合することで、前記第１のプレート及び前記第２のプレートの運動を駆動するように構成されたドライブシャフトを含み、
    前記ドライブシャフトは、下端が少なくとも１つの第２のギヤに機能上結合した第１のギヤを含むことで、前記少なくとも１つの第２のギヤによって駆動される、
    エンジンヘッド。
16. 請求項１に記載のエンジンヘッドであって、
    更に、
    上端が前記第１のプレートと前記第２のプレートと機能上結合することで、前記第１のプレート及び前記第２のプレートの運動を駆動するように構成されたドライブシャフトと、
    前記ドライブシャフトに対して実質的に直角に延びる入力シャフトと、
    を含み、
    前記ドライブシャフトは、下端が前記入力シャフトと機能上結合することで、前記入力シャフトによって駆動させる、
    エンジンヘッド。
17. 取り付け部分であって、燃焼室がシリンダの壁及び前記取り付け部分によって画定されるように、前記シリンダの端部に取り付けられるように構成された前記取り付け部分と、
    各々が前記燃焼室に連通する吸気ポート及び排気ポートと、
    吸気ロータシステムと、
    排気ロータシステムと、
    を含む、エンジンヘッドであって、
    前記吸気ロータシステムは、開口部を有する第１のプレートと、前記第１のプレートに固定された第１のシャフトと、を含み、
    前記吸気ロータシステムは、前記第１のプレートと前記第１のシャフトの両方によって構成されており、第１の軸受内で回転可能であり、
    前記吸気ロータシステムは、前記第１のプレートが前記吸気ポートを閉塞する第１の閉位置と、前記第１のプレートの前記開口部が前記吸気ポートにおけるガスの通過を許容する第１の開位置と、の間で回転可能であり、
    前記排気ロータシステムは、開口部を有する第２のプレートと、前記第２のプレートに固定された第２のシャフトと、を含み、
    前記排気ロータシステムは、前記第２のプレートと前記第２のシャフトの両方によって構成されており、第２の軸受内で回転可能であり、
    前記排気ロータシステムは、前記第２のプレートが前記排気ポートを閉塞する第２の閉位置と、前記第２のプレートの前記開口部が前記排気ポートにおけるガスの通過を許容する第２の開位置と、の間で回転可能である、
    エンジンヘッド。

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