JPH0230911A - ロータリーバルブ式内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、ロータリーバルブを有する内燃機関に係わ
り、混合ガスの燃焼室への封入を自動的に行う技術に関
するものである。

［従来の技術およびその課題］ 種々の技術文献で指摘されているように、従来の内燃機
関においては、騒音レベルの改善や回転数に関して技術
的限界があった。騒音レベルや回転数は、吸排気バルブ
の構成に左右されるところが大きく、この吸排気バルブ
の作動は、内燃機関の駆動に連動して行われる。また、
吸排気バルブは内燃機関の駆動に連動するため、その作
動は内燃機関の駆動に応じてｍ＊されかつ制御されるこ
とになる。この点については、オツトー機関やジーゼル
機関などについても同様である。

また、上記技術文献では、上記のような技術的限界を克
服し得る手段として、例えば従来のポペット弁の代わり
にロータリーバルブを用いた内燃機関が提案されている
。

この点について詳細に説明すると、従来のポペット弁は
往復運動を行う構成であり、スプリング等により復帰す
るようになっている。そして、内燃機関の必要な回転数
は、スプリング等の特性に依有するところが大きいにも
拘わらず、スプリング等には疲労限から来る寿命がある
。しかも、ポペット弁の往復運動によりその移動端にお
いて金属どうしが衝突し、この結果、騒音レベルが高く
なってしまうのである。

これに比べて、ロータリーバルブにおいては、高い回転
数を得ることができるとともに、騒音のレベルを極めて
小さくすることができる。すなわち、ロータリーバルブ
においては、スプリングによって弁を復帰させる必要が
なく、また、弁を閉塞する際の衝撃が生じないからであ
る。さらにロータリーバルブでは、混合ガスが流通する
ための流路の断面積を大きく設けることができるので、
エンジン効率を高めることができ、さらに、燃焼室の構
成を簡単にし、吸気ガスと排気ガスの流路を燃焼室に直
接開口させることができる。

しかしながら、ロータリーバルブを用いた内燃機関にお
いても未解決の種々の問題点がある。すなわち、ロータ
リーバルブでは、燃焼ガスが漏れないようにするための
シーリング手段が不充分であり、内燃機関を大量生産す
る場合には、満足できるシーリング性能を与えることは
さらに、困？難となる。

シーリング手段が充分か否かはエンジンが正常に作動す
るために欠かせない条件である。すなわち、燃焼室から
の圧力損失は出力の低下を来し、エンジン全体としての
性能を基準以下にしてしまうからである。しかしながら
、回転するロータリーバルブをエンジンのケースの中に
配置した構成でンーリングを完全にすることは、一般に
は困難である。これは、エンジンの内部は、あるサイク
ルをもって温かつ高圧となり、しかも、温度および圧力
の達する値は極めて高いからである。

このような問題点を解決することがいかに困難であるか
は、これまでの特許出願の明細書の記載から明らかであ
る。これらの提案のほとんどは、構造が複雑で多くの部
品を必要とし、たとえシーリング性能を改善し得たとし
ても内燃機関のコストが増加するという新たな問題点が
生じてしまうのである。

たとえば、ドイツ特許出願ＤＥ−Ｏ５３２４１７２２号
に開示されている技術では、互いに摺接する２つの面の
うちいずれか一方を硬化し、他方の面を一方の面よりも
軟らかくするとともに固体潤滑剤を設けることが提案さ
れている。ここで、硬化の方法については、焼入れやセ
ラミックスのコーティングなど種々の慣用手段が用いら
れる。

また、摺接部にブツシュを圧入したり焼き嵌めする手段
も採用される。また、固体潤滑剤の種類としては、カー
ボンや硫化モリブデンなどが採用される。しかしながら
、上記のような特別の処理を施すのでは製造工程および
部品点数が増加し、製造コストが割高になるのは明らか
である。

また、米国特許第４５１７９３８号には、ロータリーバ
ルブに複数のリングを嵌合させ、リングと軸受とを摺接
させるように構成した技術が開示されでいる。ここで、
この技術においては、摺接する部品に浸炭処理を施し、
かつ、その材料として熱膨張率が低くかつ熱変形しにく
い特殊合金を使用することを提案しているにとどまり、
シーリング性能を改善するための他の具体的な手段につ
いては何ら言及されていない。したがって、この技術で
も、製造コストの増加という問題点を解決するには至っ
ていないのである。

すなわち、これまでに提案されている種々の技術におい
ては、シーリング性能を向上させるために、いたずらに
部品点数を増やして製造コストを増加させるばかりでな
く、構造を複雑化して内燃機関の円滑な作動を損なう結
果を招来しているのである。

［発明の目的］ この発明は、上記事情に濫みてなされたもので、作動時
の騒音レベルを小さくし、かつ、回転数を高めるという
ロータリーバルブ式内燃機関本来の利点を有することは
勿論のこと、シーリング性能を大幅に向上させることが
できるとともに、構造が簡単でその組立てに際して特殊
な技能や装置を必要とせず、容易に大量生産することが
でき、さらに、部品点数を少なくして製造コストを低減
することができロータリーバルブ式内燃機関を提供する
ことを目的としている。

［課題を解決するための手段１ この発明のロータリーバルブ式内燃機関１ま、クランク
室を有するクランクケースと、このクランクケースに設
けられたヘッド部と、このヘッド部に設けられたロータ
ー部材とを具備している。そして、クランクケースには
クランク室から延在する少なくとも１つの凹部が設けら
れ、クランク室には、クランクケースの壁部に支持され
かつ軸線を凹部の軸線と直交させたクランクシャフトが
収納されている。壁部には、軸線がクランクシャフトの
軸線と平行な少なくとも一対の孔が凹部のクランク室と
反対側の端部位置に設けられている。

ヘッド部には、凹部に嵌合して一端部がクランク室に臨
むライナー部材がヘッド部と一体的に連結されるととも
に、内径が孔の内径とほぼ同一な筒部が孔と同一軸線上
に設けられている。また、ライナー部材の中空部には、
クランクシャフトに回転自在に連結されたピストンが摺
動自在に嵌合されて該ピストンのクランク室の反対位置
に燃焼室が構成されている。筒部は燃焼室に開口するポ
ートと吸排気ダクトに開口するポートに連通されテイル
。また、ヘッド部には、外部と燃焼室とに連通ずる少な
くとも１つの孔が設けられ、この孔には、燃焼室内に混
合ガスを注入しまたは燃焼室内の混合ガスに点火するプ
ラグ部材が挿入されている。

さらに、孔と筒部にローグ一部材が回転自在に嵌合され
ることによりヘッド部とクランクケースとが互いに連結
され、かつ、ローター部材は、クランクシャフトに接続
されることにより回転可能とされるとともに、その内部
に吸排気ポートに連通ずる通路を有している。

［作用１ 上記構成のロータリーパルプ式内燃機関にあっては、ヘ
ッド部とクランクケースとをローター部材によって互い
に連結しているから、シリンダヘッドボルトを一切必要
としない。また、ライナー部材をヘッド部と一体的に連
結し、かつ、ライナー部材の内部に燃焼室を構成してい
るから、燃焼室内がいかに高温高圧になっても極めて高
いシリング性能が得られる。

［実施例］ 以下、図面を参照しながら本発明の一実施例について説
明する。第１図〜第５図はこの発明のの一例を示すもの
で、これらの図に示す内燃機関は、クランクケース２と
、１または２以上のシリンダーを構成するライナー部材
８と、弁の本体であるローター部材１９とを有している
。クランクケース２内には、少なくとも１つの凹部３が
形成されている。凹部３は、好ましくは断面円形に形成
され、クランクケース２の下端部に形成されたクランク
室４から第１図中上方へ向けて延在している。クランク
室４には、クランクシャフト５が配置され、クランクシ
ャフト５は、クランクケース２の壁部６に回転自在に支
持されている。

クランクケース２の！！部６には、軸線を互いに一致さ
せた２つの孔７・７が凹部３の上端部位置に形成されて
いる（第１図および第４ａ図参照）。

孔７・７の軸線は上記クランクシャフト５の軸線と平行
になされている。クランクケース２と凹部３とは鋳造に
よって一体的に形成されるのが通常であるが、複数のク
ランクケースユニット２２を組み立てて構成し、各クラ
ンクケースユニット２２に凹部３とクランク室４および
孔７を別個に形成しても良い。この場合、各クランクケ
ースユニット２２の壁部６により、クランクシャフト５
を収納するためのクランク室４が構成される。ただし、
クランクケース２により穴３等を一体的に構成するほう
が構造が簡単であり、クランクケースユニット２２を組
み立てるよりも一体的に鋳造形成するほうが望ましい。

次に、クランクケース２の各凹部３には、ライナー部材
が嵌合されている。ライナー部材８は、凹部３の内部に
挿入することができ、かつ、凹部３との間に隙間が生じ
ないような寸法とされている。各ライナー部材８には、
軸線を上下方向へ向けた中空部１４が形成されている。

中空部１４の開口した下端部は、上記クランク室４に連
通し、上端部はヘッド部１０に連続している。このヘッ
ド部１０とライナー部材８とは鋳造によって一体的に形
成されている（第４ｂ図参照）。

また、中空部１４の内部には、ピストン９がその軸線方
向へ摺動自在に嵌合させられている。このピストン９は
、クランクシャフト５に回転自在に連結されている。そ
して、中空部１４と上記ヘッド部１０とによって燃焼室
２１が構成されている。ヘッド部１０には、中空部１４
の軸線と直交する方向へ延在する筒部１１がヘッド部Ｉ
Ｏを第１図中左右方向へ貫通するようにして形成されて
いる。筒部１１は、その内径が上記孔７の内径とほぼ同
一とされ、かつ、孔７の軸線と同一軸線上に配置されて
いる。また、筒部１１は、ポート１２を介して燃焼室２
１に連通させられ、さらに、ポート１３を介してｌまた
は２以上の吸排気ダクト１５に連通させられている。吸
排気ダクト１５は、ヘッド部１０の外部に開口させられ
ている。

１つのヘッド部１０に対する吸排気ダクト１５の実際の
数は、内燃機関の形式によって異なる。

たとえば、２サイクルエンジンでは１つの排気ダク）１
５ｂがあれば充分であり（第３図参照）、４サイクルエ
ンジンでは２つの吸気ダクト１５ａと２つの排気ダクト
１５ｂが必要となる。

なお、各ヘッド部１０には、燃焼室２１と外部とに連通
ずる少なくとも１つの孔１８が形成されている。この孔
１８には、燃焼室２１内の可燃混合物に点火をしたり、
燃焼室２１に可燃混合物を注入するための適当なプラグ
部材が挿入されるようになっている。

また、この実施例においては、ヘッド部１０の横方向の
寸法、すなわち、凹部３の軸線と直交する第２図に８け
る左右方向の長さは、クランクケース２の同方向の長さ
よりも長く設定されている。

これによって、ヘッド部１０の下端部がクランクケース
２の上端部に当接するまでライナー部材８を凹部３に挿
入しｔ；状態において、孔７と筒部１１との軸線とが互
いに一致するようになっている。

次に、筒部１１および孔７の内部には、弁の本体となる
ローター部材１９が相対回転自在に嵌合されている。ロ
ーター部材１９は円柱状に形成され、その外周面と筒部
１１および穴７の内周面と極めて高い精度で嵌まりあっ
ている。つまり、ローター部材１９は、筒部１１８よび
穴７に隙間なく嵌合することにより、ヘッド部１０およ
びライナー部材８とクランクケース２とを結合してそれ
らの間にがたが生じないようにしている。ただし、穴７
には、ローター部材１９を支持するための軸受３３が嵌
着されており、軸受３３の厚さに応じて穴７の内径と筒
部１１の内径には差が生じている。この軸受３３は、ク
ランクシャフト５を支持するためにクランクケース２の
一部６に嵌着された軸受３３ａと同様のものである。

次に、ローター部材１９の内部には、少なくとも１つの
通路２０が形成されている。この通路２０は、第２図に
示すように、ローター部材１９の姿勢に応じてポート１
２．１３を連通させるようになっている。なお、通路２
０はポート１２．１３の対ごとに形成され、１つの燃焼
室２１に対して２つずつ配置されている（説明の便宜上
、２つの通路には２Ｑａ、２０．ｂの符号を付しである
）。

通路２０は、ローター部材１９の直径方向へ向けて延在
して両側に開口している。一方、ポート１２．１３は、
ローター部材１９の中心に対する対称位置に配置されて
いる。ただし、このような配置に限定されるものではな
く、非対称位置に配置しても差し支えない。

また、ローター部材１９は、クランクシャフト５に機械
的に接続され、クランクシャフト５の回転が伝達される
ようになされている。たとえば、この実施例では、第１
図に示すように、クランクシャフト５の端部とローター
部材１９の端部とにタイミングベルト２６が巻回され、
クランクシャフト５の回転に合わせてローター部材１９
が回転するようになされている。この場合において、ク
ランクシャフト５とローター部材１９との回転比率は、
４ストロークエンジンの場合（第１図および第２図）に
は１：４．２ストロークエンジンの場合（第３図）には
１：２とされる。なお、この実施例では、クランクシャ
フト５とローター部材１９とをタイミングベルト２６に
よって接続しているが、その他、チェーンや歯車列など
の慣用手段を用いても良い。

上記構成の内燃機関１は、本発明を４ストロークエンジ
ンに適用した例であり、２ストロークエンジンに適用す
る場合には第３図に示す構成となる。この図に示す内燃
機関は、ライナー部材の下端部がクランクケースの軸線
方向中間部に位置している点、燃焼室２６がクランクケ
ースの側部にも配置されている点、および、ライナー部
材に複数の孔２７・・・が形成されている点が前記実施
例と異なっている。ここで、孔２７・・・は、ピストン
９がその下死点位置に来たときにピストン９の上端面よ
りも上に現れるようになっている。

なお、第１図ないし第３図に示す内燃機関に、周知の冷
却手段を施しても良い。たとえば、外表面にフィンを形
成したり、クーラントを循環させるための冷却ギヤラリ
−を取り付けても良い。前記実施例では、第２図に示す
ように、ヘッド部１０の内部に冷却ギヤラリ−１７が形
成されている。

また、ローター部材１９の内部にも冷却ギヤラリ−２４
が形成されている。さらに、第１図に示すように、クラ
ンクケース２の壁部６とライナー部材８との間にも空冷
あるいは水冷の冷却ジャケット２３が形成されている。

次に、上記構成の内燃機関の作用効果ついて説明する。

第５ａ図ないし第５ｅ図は、ピストン９の動きに対応し
たローター部材１９の位置をそれぞれ示すものである。

第５ａ図および第５ｂ図は混合ガスを燃焼室２１内に導
入する工程であり、第５ｃ図は混合ガスを圧縮して点火
する工程である。また、第５ｄ図は混合ガスが爆発した
後の工程であり、第５ｅ図は排気している工程である。

これらの図において、吸気ポート１２ｂおよび吸気用通
路２０ｂは実線で示しである。また、排気ポート１２ａ
および排気用通路２０ａは破線で示しである。また、吸
気ガスはダクト１５から燃焼室２１に導入され、排気ガ
スはダクト１５から排出される。

なお、この内燃機関は、通路２０ａ、２０ｂをローター
部材１９の直径線上に所定角度互いにずらして配置する
ことにより、吸気ポートと排気ポートとを時間的なずれ
を設けて正確に開閉するようになっている。また、４ス
トロークエンジンの場合のクランクシャフト５とロータ
ー部材１９との伝達比は１：４とされている。

上記構成の内燃機関では、ローター部材１９により弁を
構成しているから、ローター部材１９の単純な回転運動
によって弁の開閉が行われる。したがって、従来のポペ
ット弁式内燃機関では得ることのできない大きな回転数
を得ることができるとともに、騒音レベルを小さくする
ことができる。

また、作動に際してヘッド部１０の中で吸気ガスと排気
ガスが混じり合うようなことがない。

また、上記内燃機関では、ヘッド部１０とライナー部材
８とを一体的に構成し、ライナー部材８の内部に燃焼室
２１を構成しているため、シリンダーヘッドとクランク
ケースとを組み合わせＩ；従来の内燃機関に必要な多数
の部品が一切不要となる。たとえば、シリンダーヘッド
とクランクケースとの間に介在させるガスケット、シリ
ンダーへノドを固定するためのボルトなどを一切必要と
しない。したがって、部品点数が少なく非常に経済的で
あり、かつ、故障が少なくオーバーホールに要する費用
も割安になる。

さらに、従来のポペット弁式の内燃機関のように、タイ
ミングをとってポペット弁を往復運動をさせる機構が不
要となる。たとえば、ギヤ、カムシャフト、ロッカアー
ムおよびタペットなどの部品が不要となる。そして、ロ
ーター部材１９を回転させるだけの単純な構成とするこ
とができる。

またさらに、この内燃機関ではシーリング性能を大幅に
向上させることができる。すなわち、従来のロータリー
バルブ式内燃機関では、燃焼室の圧力によってシリンダ
ーヘッドとクランクケースとの接合部にすき間が生じて
ガス漏れすることが多かったが、上記内燃機関では、ヘ
ッド部１０とライナー部材８とが一体的に構成され、ラ
イ＋−部材８の内部に燃焼室２１を設けているから、燃
焼室２１内が極めて高温高圧となってもガス漏れは−切
土じない。また、燃焼室２１内の圧力により、ローター
部材１９が筒部１１の内周面に押し付けられ、この部分
からのガス漏れも防止される。

しかも、上記のような極めて簡単な構成によりシーリン
グ性能を向上、させることができるので、その組立てに
際して熟練を必要とせず、容易に大量生産することがで
きる。

［発明の効果］ 以上説明したようにこの発明のロータリーバルブ式内燃
機関においては、ヘッド部とライナー部材とを一体的に
構成し、ライナー部材の内部に燃焼室を構成しているの
で、燃焼室内が極めて高温高圧となってもガス漏れは生
じず、シーリング性能を大幅に向上させることができる
。また、極めて簡単な構造でシーリング性能を向上させ
ることができるので、製造コストが安く、その組立てに
際して熟練を必要とせず、容易に大量生産するこ２がで
きる。

また、シリンダーヘッドとクランクケースとを組み合わ
せた従来の内燃機関に必要なガスケットやボルトなどの
多数の部品を一切必要とせず、したがって、部品点数が
少なくさらに経済的であり、かつ、故障が少なくオーバ
ーホールに要する費用も割安になるなど、従来の内燃機
関にない優れた効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は本発明の一実施例を示す図であっ
て、第１図は４ストロークエンジンを示す横断面図、第
２図は第１図の■ｕ−■線断面図第３図は本発明を２ス
トロークエンジンに適用した場合の第１図に８ける■−
■線断面図、第４図はヘッド部を示す側断面図、第５ａ
図ないし第５ｅ　図ハ４ストロークエンジンにおいてピ
ストンが１往復するときのロータリーバルブの位置をそ
れぞれ示す側断面図である。 ２・・・・・・クランクケース、３・・・・・・凹部、
４・・・・・・クランク室、５・・・・・・クランクシ
ャフト、６・・・・・・壁部、７・・・・・・孔、８・
・・・・・ライナー部材、９・・・・・・ピストン、１
０・・・・・・ヘッド部、ｌ・・・・・・筒部、１２．
１３・・・・・・ポート、４・・・・・中空部、１５・
・・・・・吸排気ダクト、７．２４・・・・・・冷却ギ
ヤラリ−１８・・・・・・孔、９・・・・・・ローター
部材、２０・・・・・・通路、ｌ・・・・・・燃焼室、 ２・・・・・・クランクシャフトユニット、３・・・・
・・冷却ジャケット、 ６・・・・・・タイミングベルト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）クランク室（４）を有するクランクケース（２）
   と、このクランクケース（２）に設けられたヘッド部（
   １０）と、このヘッド部（１０）に設けられたローター
   部材（１９）とを具備してなり、上記クランクケース（
   ２）には上記クランク室（４）から延在する少なくとも
   １つの凹部（３）が設けられ、上記クランク室（４）に
   は、上記クランクケース（２）の壁部（６）に支持され
   かつ軸線を凹部（３）の軸線と直交させたクランクシャ
   フト（５）が収納され、上記壁部（６）には、軸線が上
   記クランクシャフト（５）の軸線と平行な少なくとも一
   対の孔（７）が上記凹部（３）のクランク室（４）と反
   対側の端部位置に設けられ、 上記ヘッド部（１０）には、凹部（３）に嵌合して一端
   部が上記クランク室（４）に臨むライナー部材（８）が
   ヘッド部（１０）と一体的に連結されるとともに、内径
   が上記孔（７）の内径とほぼ同一な筒部（１１）が孔（
   ７）と同一軸線上に設けられ、 上記ライナー部材（８）の中空部（１４）には、上記ク
   ランクシャフト（５）に回転自在に連結されたピストン
   （９）が摺動自在に嵌合されて該ピストン（９）のクラ
   ンク室（４）の反対位置に燃焼室（２１）が構成され、
   上記筒部（１１）は燃焼室（２１）に開口するポート（
   １２）と吸排気ダクト（１５）に開口するポート（１３
   ）に連通され、上記ヘッド部（１０）には、外部と燃焼
   室 （２１）とに連通する少なくとも１つの孔（１８）が設
   けられ、この孔（１８）には、上記燃焼室（２１）内に
   混合ガスを注入しまたは燃焼室（２１）内の混合ガスに
   点火するプラグ部材が挿入され、 上記孔（７）と筒部（１１）にローター部材（１９）が
   回転自在に嵌合されることによりヘッド部（１０）とク
   ランクケース（２）とが互いに連結され、かつ、上記ロ
   ーター部材（１９）は、クランクシャフト（５）に接続
   されることにより回転可能とされるとともに、その内部
   に吸排気ポート（１２、１３）に連通する通路（２０）
   を有することを特徴とするロータリーバルブ式内燃機関
   。 （２）前記クランクケース（２）は、１または２以上の
   クランクケースユニット（２２）を互いに組み付けて構
   成され、各ユニット（２２）は、クランク室（４）と、
   このクランク室（４）から延在する少なくとも１つの凹
   部（３）と、この凹部（３）の軸線に対して直角に配置
   され軸線が一致した少なくとも２つの孔（７）と、上記
   クランク室（４）に収納され各クランクケースユニット
   （２２）の壁部（６）を貫通して支持されたクランクシ
   ャフト（５）とを具備したことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項に記載のロータリーバルブ式内燃機関。 （３）前記孔（７）を一対とし、この孔（７）および前
   記筒部（１１）に嵌合される前記ローター部材（１９）
   を１つとし、かつ、前記通路（２０）をローター部材（
   １９）の直径線上に配置するとともに前記ポート（１２
   、１３）をローター部材（１９）の軸線を挟んで対称位
   置に配置したことを特徴とする特許請求の範囲第１項に
   記載のロータリーバルブ式内燃機関。 （４）前記ヘッド部（１０）の内部に、前記液体クーラ
   ントが流れる少なくとも１つの冷却ギャラリー（１７）
   を設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
   のロータリーバルブ式内燃機関。 （５）前記ライナー部材（８）と前記クランクケース（
   ２）の壁部（６）との間に、液体クーラントが流れるた
   めの冷却ジャケット（２３）を設けたことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載のロータリーバルブ式内燃
   機関。 （６）前記ローター部材（１９）の内部に、液体クーラ
   ントが流れるための冷却ギャラリー（２４）を設けたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のロータリ
   ーバルブ式内燃機関。 （７）前記ローター部材（１９）と多ランクシャフト（
   ５）とをタイミングベルト（２６）によって接続したこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のロータリ
   ーバルブ式内燃機関。 （８）前記ローター部材（１９）とクランクシャフト（
   ５）とを、チェーンによって接続したことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載のロータリーバルブ式内燃
   機関。 （９）前記ローター部材（１９）とクランクシャフト（
   ５）とを、歯車列によって接続したことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載のロータリーバルブ式内燃機
   関。 （１０）前記ライナー部材（８）を円筒状に構成し、前
   記クランクケース（２）の外表面に冷却フィンを設けた
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のロータ
   リーバルブ式内燃機関。