JPH04187805A - 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〕 この発明は自動車等の内燃機関に関するものである。

〔従来の技術〕

第１２図は従来の内燃機関側断面図、第１３図から第１
６図は内燃機関の代表である４サイクルレシプロエンジ
ンの動作を説明する断面図である。

第１２図において、（７）はピストン、（８）はコネク
ティングロッド、（９）はスパークプラグ、（１０）は
インテークマニホールド、（１１）はエキゾーストマニ
ホールド、（２）はインテークバルブで、吸気のコント
ロールをする。開閉はピストン（７）の往復直線運動を
コネクティングロッド（８）を介して接合しているクラ
ンシャフトによって回転運動に変え、この回転をカムシ
ャフト（１ａ）に伝達させインテークカム（５）を駆動
させて行う。

（４）はインテークカム（５）の形状に沿って確実にイ
ンテークバルブ（２）の開閉を行うためのバルブスプリ
ングである。

エキゾースト側も同様で、（３）はエキゾーストバルブ
、（６）はカムシャフト（ｌａ）に形成しているエキゾ
ーストカムで、エキゾーストバルブ（３）の開閉を制御
する。（４）はバルブスプリングである。

次に動作について説明する。

第１３図から第１６図までは内燃機関の代表である４サ
イクルレシプロエンジンの動作を説明した動作図である
。

第１３図は吸入工程を示した図で、ピストン（７）が上
昇し、上死点に達する直前にインテークマニホールド（
１０）から新しい混合気を吸入するためにインテークバ
ルブ（２）を開く。このタイミングの制御はピストン（
７）の往復直線運動をコネクティングロッド（８）を介
して接合しているクランクシャフトによって回転運動に
変え、この回転をカムシャフト（１ａ）にチェーン（１
７）等により伝達させ、インテークカム（５）を駆動さ
せて行う。インテークバルブ（２）の開閉の時間、タイ
ミング、リフト量はインテークカム（５）の形状で制御
する。インテークバルブ（２）が確実にインテークカム
（５）の形状に従って動作するようにバルブスプリング
（４）を使用する。ピストン（７）が上死点から下降し
て下死点に到達した時に、インテークバルブ（２）を閉
じるようにする。これで混合気の吸入は完了する。

第１４図は圧縮工程を示した図で、混合気の吸入が完了
しピストンか下死点から上死点まで上昇する過程が圧縮
工程であり、吸入した混合気の体積を１７８〜１／ｌＯ
に圧縮する。

この圧縮工程ではインテークバルブ（２）、エギゾース
トバルブ（３）は閉じた状態にするよう、インテークカ
ム（５）、エキゾーストカム（６）で制御する。

第１５図は爆発工程を示した図で、圧縮工程の完了する
ピストンが上死点に達する直前に、スパークプラグ（９
）によって混合気に着火する。この燃焼によりて、圧縮
した混合気の体積か急激に膨弓長し、ピストン（７）を
押し下げこれがエンジンパワーとなる。このピストンの
直線運動をコネクティングロッド（８）とクランクシャ
フトによって回転運動に変える。この爆発工程ではイン
テークバルブ（２）エギゾーストバルブ（３）は閉じた
状態にするよう、インテークカム（５）、エキゾースト
カム（６）で制御する。

第１６図は排気工程を示した図で、ピストン（７）が混
合気の燃焼による膨張によって押し下げられ、下死点に
達する直前にエギゾーストバルブ（３）を開き、排気を
行いピストン（７）が上昇し、排気が完了する。上死点
に達したところで、エギゾーストバルブ（３）を閉じる
ように、ピストン（７）の直線運動をコネクティングロ
ッド（８）とクランクシャフトによって回転運動に変え
、チェーン（１７）等により、カムシャフト（１ａ）に
伝達し、カムシャフト（１ａ）に形成したエキゾースト
カム（６）によって制御する。

ピストン（７）が上死点に達したところで排気が完了し
、これで内燃機関の代表である４サイクルレシプロエン
ジンの吸入、圧縮、爆発、排気の全工程が完了し、以後
はこれを繰り返し行う。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の内燃機関は以上のように構成されていたので、吸
・排気バルブの往復運動によるバルブやバルブを開閉す
るためのばねやカムそれぞれの慣性重量、またバルブを
開閉するためのばねの固有振動と、エンジンの高回転に
よる強制振動の共振のためのサージングの発生等のため
エンジン回転数を上げると、エンジンのピストンの動き
とバルブの開閉のタイミングが合わなくなり、高回転化
かできず、また、シリンダーヘッド部分の部品数が多く
、小型化ができないという問題点かあった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、エンジンの低回転から高回転まで、インテー
クマニホールド及びエキゾーストマニホールドをピスト
ンの動きに合わせて精度良く開閉することができるとと
もに、エンジン構成部品を減らし小型化することができ
る内燃機関を得ることを目的とする。

（課題を解決するための手段） この発明に係る内燃機関は、クランクシャフトからベル
ト及びチェーンで回転動作するカムシャフトに、燃料ガ
ス及び排気ガスが通ることができる通路を設け、カム、
バルブ、スプリングを介することなく直接シリンダーに
接続するとともに、インテークマニホールド及びエキゾ
ーストマニホールドを通路を設けたシャフトに直接接続
したものである。

〔作用〕

この発明における内燃機関は、従来カムシャフトだった
ものに、燃料カス及び排気ガスが通ることかできる通路
を設け、マニホールド及びシリンダーに直接接続して回
転できる構造にすることにより、カムシャフトの回転が
直接マニホールドとシリンダー間の開閉になる。このカ
ムシャフトの回転はベルト及びチェーンでクランクシャ
フトと回転ギア等で接続されており、このシャフトとシ
リンダーの間に介するものを無くしたことにより、マニ
ホールドとシリンダー間の開閉タイミングと内燃機関の
４サイクル工程とのずれを最小にすることができ、内燃
機関が高回転になっても、精度良く開閉でき、エンジン
パワーカーブが低回転域から高回転域までスムーズにの
び、より高回転化できる。

また、シャフトとシリンダー及びマニホールドの直接接
続の構造にしたため、従来あったカム。

スプリング、バルブが必要でなくなり、エンジン構成部
品を減らすことができコストダウンが可能となり、また
、エンジンの小型化ができる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図において、（１ｂ）はクランクシャフトの回転をギア
及びチェーンで伝達して回転するインテークシャフト、
　　（ｌｃ）はクランクシャフトの回転をギア、チェー
ン等を介して回転するエキゾーストシャフトで、これら
のシャフト（１ｂ）（ＩＣ）には各々、燃料混合ガスが
通ることができる（１６）通気孔と爆発した燃料が通る
ことができる（１６）通気孔が設けられている。（１２
）はシリンダー、（７）はシリンダー（１２）の内側で
上下運動を行うピストン、（８）はピストン（７）の上
下運動をクランクシャフトに伝えるコネクティングロッ
ド、（９）はスパークプラグ、（ｌＯ）は燃料と空気の
混合ガスをインテークシャフト（ｌｂ）に送るインテー
クマニホールド、　　（１１）はエキゾーストシャフト
（ｌｃ）からきたガスを排気するエキゾーストマニホー
ルド、（１３）はシャフト（Ｉｂ）　、　　（ｌｃ）を
支え、摩擦を低減し、ガスのリークを防止するベアリン
グ、（１４）はシャフト（ｌｂ）　　（ｌｃ）とベアリ
ング（１３）の透゛き間をＯに調節するスプリングであ
る。

第２図において、（１５ａ　）　、　　（１５ｂ　）　
、　　（１５ｃ）、（１５ｄ）はシャフト（１，ｂ）　
、　、（ｌｃ）の円周の一部分で、通気孔（１６）にお
いて、長さの短い方を通気孔の幅、長い方を通気孔の長
さとしである。

第３図は本実施例の内燃機関の上部から見た透視図を簡
略化したもので、図において、インテークシャフト（ｌ
ｂ）、エキゾーストシャフト（ｌｃ）、通気孔（１６）
　、ピストン（７）、チェーン（１７）との位置関係を
示したものであり、この場合、３気筒分を描いである。

第４図はシャフト（ｌｂ）　、　　（ｌｃ）を支えるベ
アリング（１３）　、スプリング（１４）を示したもの
で、この場合スプリング（１４）は第３図に示したピス
トン（７）に影響を及ぼさないように、シリンダー（１
２）の中には設けず、シリンダーとシリンダーの間に設
けである。

従来あったインテークカム（５）、エキゾーストカム（
６）、バルブスプリング（４）、インテークバルブ（２
）、エキゾーストバルブ（３）か不用になるため、その
分エンジンの小型化がはかれる。

第゛５図から第８図は本実施例のエンジンの吸入、圧縮
、爆発、排気の動作を示す断面図で、次に動作について
説明する。インテークマニホール１”（１０）から燃料
ガスと空気の混合気がインテークシャフト（ｌｂ）の通
気孔（１６）の中に充填され、しかしシリンダー側では
通気孔（１６）はまだ閉じている。ピストン（７）が上
昇し、上死点に達する直前にインテークシャフト（１ｂ
）の通気孔（１６）がシリンダー側に開き始める。この
タイミングの制御はピストン（７）の往復直線運動をコ
ネクティングロッド（８）を介して、接合しているクラ
ンクシャフトによって回転運動に変え、この回転をギア
比で２分の１回転にし、インテークシャフト（ｌｂ）及
びエキゾーストシャフト（ｌｃ）にチェーン（１７）等
により伝達させて回転させ、ピストン（７）が上死点か
ら下死点に到達した時に、インテークシャフト（１ｂ）
の通気孔（１６）を閉じるようにする。これで混合気の
吸入は完了する（第５図）。

次にピストン（７）が下死点から上死点まで上昇するこ
とにより、吸入した混合気を１７８〜１／１２に圧縮す
る。この圧縮工程ではインテークシャフト（ｌｂ）　、
エキゾーストシャフト（１ｃ）により、インテークマニ
ホールド（１０）及びエキゾーストマニホールド（１１
）は閉じた状態になるように、インテークシャフト（１
ｂ）及びエキゾーストシャフト（ｌｃ）の通気孔（１６
）の角度を調節しである（第６図）。

次に、ピストン（７）が上死点に達する直前にスパーク
プラグ（９）によって混合気に着火する。この燃焼によ
り圧縮した混合気の体積が急激に膨張し、ピストン（７
）を押し下げエンジンパワーとなる。この爆発工程では
インテークシャフト（ｌｂ）、エキゾーストシャフト（
Ｉｃ）の回転角により、インテークマニホールド及びエ
キゾーストマニホールドは閉じている（第７図）。

次に、ピストン（７）か混合気の燃焼による膨張によフ
て押し下げられ、下死点に達する前にエキゾーストシャ
フト（ＩＣ）の通気孔（１６）がシリンダー側に開き始
め、ピストン（７）が上昇し、エキゾーストシャフト（
ｌｃ）の通気孔（１６）からエキゾーストマニホールド
（１１）へ排気する。ピストン（７）が上死点に達した
ところて、エキゾーストシャフト（ｌｃ）の通気孔（１
６）は、シリンダー側で閉じた状態になる（第８図）。

以後はこれらの繰り返しである。

この時、使われるシャフト（ｌｂ）　　（］ｌｃの構造
を説明する。第２図（ａ）（ｂ）に示すのかシャフトの
断面図と側面図である。シャフトの断面図（ａ）より、
通気孔（１６）の幅がシャフト円周の長さの１６分の１
の幅であり、その通気孔（１６）の人口はシャフト直径
の２０分の１から５分の１の円孔で丸められ、ベアリン
グ（１３）との摩擦及び衝撃の低減化をはかっている。

また通気孔（１６）の長さはシリンダー（１２）の内径
以下である。

シャフトが仮に左回りで回る時、インテークシャフト（
１ｂ）の場合、（１５ａ）は吸入工程、（１５ｂ）は圧
縮工程、（１５ｃ）は爆発工程、（１５ｄ）は排気工程
でシリンダー（１２）に向いている。エキゾーストシャ
フト（ｌｃ）の場合、（１５ａ）は排気工程、（１５ｂ
　）は吸入工程、（１５ｃ）は圧縮工程、（１５ｄ）は
爆発工程でシリンダー（１２）に向くようにする。また
、この場合、シリンダーヘッドの吸入口及び排気口の幅
は、シャフト（ｌｂ）　、　　（ｌｃ）の通気孔（１６
）の幅と同じでなくてよく、１．０〜１．５倍の間で幅
を調節されている。

また、シャフト（ｌｂ）　　（ｌｃ）のシャフト円周の
２分の１で４サイクルが完了することができ、このため
シャフト回転数は内燃機関回転数の半分でよい。

なお、上記実施例ではベアリング（１３）　、スプリン
グ（１４）が１本のシャフト（ｌｂ）　、　　（１０に
対して２基設けられている場合を示したが、第９図に示
すようにシャフト１本に対して３基設けてもよい。これ
により、より安定に確実にシャフト（Ｉｂ）　　（Ｉｃ
）を支えることかできる。

また、第９図に示すように、シャフト（ｌｂ）。

（１ｃ）をシリンダー（１２）側に下げることにより、
通気孔（１６）をより吸入、排気工程中に水平に近くす
ることにより、混合気の吸・排気効率を上げてもよい。

また、第２図の実施例では（ｌｂ）　、　　（ｌｃ）の
シャフト円周長さの１６分の１の幅の通気孔（１６）を
設けた場合を示したが、この通気孔を第１０図に示すよ
うにシャフト円周長さの８分の１の幅でもよい。この場
合、通気孔はシャフト断面の中心を通らないようにする
。これにより、より幅の広い通気孔が得られる。また通
気孔幅はシャフト円周長さの２分の１でもよい。この場
合、シリンダーの人口、出口の大きさで通気孔の幅が制
限されるが、シャフトの加工がし易くなる。

また、第１１図に示すように、シャフトの中を中空にし
てもよい。これにより、軽量化がはがれる。

また、ターボチャージャー及びスーパーチャージャーに
より、混合気を加圧してインテークマニホールド（１０
）に混合気を送って、さらに吸入効率を高めてもよい。

また、吸排気効率を変えるためシャフト（ｌｂ）　、　
　（ｌｃ）の径が違ってもよい。

また、コストダウンのため、ベアリング（１３）　、ス
プリング（１４）を省いてもよい。

また、スパークプラグ（９）は垂直にシリンダーの中心
に立っていなくてもよく、インテーク側及びエキゾース
ト側に傾いて及び偏って付いていても良い。

また、インテークマニホールドに燃料混合気流人量を調
節する可変弁を付けて、インテークシャフトに流入する
量を調節してトルク向上してもよい。

（発明の効果〕 以上のようにこの発明によれば、カムシャフトに混合気
が通ることができる通気孔を設け、これを直接シリンダ
ーに取付け、バルブの変わりにした構成にしたので、内
燃機関が低回転から高回転まで効率良く燃料ガスを吸・
排気でき、また、内燃機関の小型化、軽量化ができ、さ
らに部品数が減った公安価にできる内燃機関が得られる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例である内燃機関の断面側面
図、第２図（ａ）（ｂ）は第１図のインテークシャフト
及びエキゾーストシャフトの拡大断面図および側面図、
第３図は第１図のシャフト部分の上面図、第４図（ａ）
（ｂ）は第１図のシャフトを支えるベアリング、スプリ
ングの拡大断面図および側面図、第５図から第８図は第
１図の内燃機関の吸入工程（第５図）、圧縮工程（第６
図）、爆発工程（第７図）、排気工程（第８図）の動作
を示すそわぞれ断面側面図、第９図はこの発明の他の実
施例を示す内燃機関の断面側面図、第１０図、第１１図
はこの発明の他の実施例を示すインテークシャフト及び
エキゾーストシャフトの断面図、第１２図は従来の内燃
機関の断面図、第１３図から第１６図は従来の内燃機関
の吸入工程（第１３図）、圧縮工程（第１４図）、爆発
工程（第１５図）、排気工程（第１６図）の動作を示す
それぞれ断面側面図である。 図において、（１ｂ）はインテークシャフト、（ｌｃ）
はエキゾーストシャフト、（７）はピストン、（８）は
コネクティングロッド、（９）はスパークプラグ、（１
０）はインテークマニホールド、（１１）はエキゾース
トマニホールド、（１２）はシリンダー、（１３）はベ
アリング、（１４）はスプリング、（１５ａ　）　、　
　（１５ｂ　）　、　　（’１５ｃ　）　、　　（１５
ｄ）はシャフト円周部分、（１６）はシャフトの通気孔
、（１７）はチェーンを示す。 なお、図中同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. シャフトは１本以上あり、通気孔を複数個設けられ、回
   転することによりガスを供給及び排気するマニホールド
   とシリンダーの間の開閉を行うことを特徴とする内燃機
   関。