JPH08501612A - 内燃機関のための弁と弁調時 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 排出弁装置（３０）は選択的に、シリンダー（２０）の頭部壁の周りに円周状に位置する排出多岐管（４２）を、ピストン（２１）の部分を妨げることなく覆う。排出弁装置は、シリンダーの頭部から空気が径方向に逃げるのを選択的に防ぐように構成されたシリンダー内面の環状部分（２２ｂ）を有している。排出多岐管（４２）は、排出弁装置（３０）が垂直なギロチン型の動きをしながら持ち上げられることによって、開閉する。また、導入弁装置（５０）がシリンダー頭部（２６）に設けられており、環状あるいは洗浄器形をしている。両方の弁の調時は、単一のバネ（１００）と、導入・排出ギアのようなプラナー調時ベアリング（７０、１１０）とによって、容易に行われる。導入調時ベアリング（７０）と排出調時ベアリング（１１０）とのそれぞれには、他方のベアリングに面するように、カム面が設けられている。導入調時ベアリング（７０）と排出調時ベアリングとは、それぞれのローラータペット（７２、１１２）によって追従される。この弁開閉と調時により、燃焼チャンバー（２１ａ）の設計の柔軟性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】内燃機関のための弁と弁調時 背景 １．産業上の利用分野 本発明は、内燃機関のシリンダーのための弁と弁調時に関するものである。 ２．従来の技術 弁穴の開閉は、弁穴の大きさと同様に、４ストローク内燃機関において考慮す べき重要事項である。 ４弁頭は、伝統的に、弁筒の片側に２つの吸い込み口または取り入れ弁を備え 、他の側に２つの排出弁を備えている。この弁の配置を変える試みがなされてい る。例えば、それぞれを対角線状に交差するように配置するものがある。このよ うに、弁の配置を変えることによって、容積の効率を向上させ、互いの妨害を低 減し、ある程度の熱力学的な利点が得られるとしている。 一般に、各シリンダーに４つの弁を設けることが、最大量の空気の取り入れを 最適化するといわれている。しかしながら、この４弁式が最高のものであるとす る説に対して、最近、問題点を提起する技術者もいる。例えば、ヤマハは、５弁 式のＦＺ７５０弁頭を開発した。Alejandro De Tommasoは、９０mmの円周の中に 、３つの吸い込み弁と３つの排出弁とを有する６弁頭を開発した。 従来の多重弁式では、実際には弁頭本体のうちの少ししか、燃焼混合物の導入 に用いられていない。それは特に、弁頭が排出弁を（妨害しないように）有する 必要があるからである。 また、排出弁は、シリンダーの中に突き出しており、それにより、排出ガスの 流出を妨害する傾向がある。さらに、排出弁（弁軸も含む）は排出ガスが逃げる ときに高熱にさらされる。 シリンダー頭部の弁をなくす試み（例えば「騎士」エンジン）は成功していな い。このような試みとしては、例えば、径方向で導入・排出口を選択的に開閉す るために、シリンダー内部でスリーブ管（軸さや）を往復運動させるものがある 。 したがって、本発明の目的は、内燃機関において、容積効率を向上させ、燃料 の消費を改良する弁配置を提供することにある。 本発明の利点は、本発明の弁配置を制御する、可変で効率的な調時システムが 得られることにある。 要約 本発明は、４ストローク内燃機関に関するものであり、単一の導入弁と単一の 排出弁とを有する。これらの各弁は、代表的な４弁シリンダーの弁の２倍の大き さとなっている。また、本発明には、弁の駆動動作に対してカム突出部を有する ただひとつのバネと２つのベアリング的なギアを備えた調時システムも含まれて いる。 排出弁は、排出弁装置の一部を成し、ピストンの部分を妨害せずにシリンダー の頭部の壁の付近の周囲に設けられた排出口を選択的に覆う。排出弁装置は、シ リンダーの頭部から径方向に空気が逃げるのを選択的に妨げるように形成された 、シリンダー内部の環状部位を備えている。排出口は、排出弁装置（３０）を垂 直なギロチン型の動作によって持ち上げることによって開閉される。 導入弁は、取り入れ弁装置に含まれており、シリンダー頭部に設けられている 。取り入れ弁装置は、環状または洗浄器型をしている。この環状の導入弁は、燃 焼混合物の導入のためにシリンダー頭部の中に、単一の大きな開口部を有してい る。 これら２つの弁のタイミングは、単一のバネと、導入・排出ギアのようなプラ ナー調時ベアリングとによって容易に行われる。導入調時ベアリングと排出調時 ベアリングとのそれぞれの上には、お互い、他方に面するように、カム面が設置 されている。導入調時ベアリングと排出調時ベアリングとは、それぞれ、ローラ ータペットによって追従される。弁開閉と調時は、燃焼チャンバーの設計の柔軟 性を広げる。 このように、導入・排出調時システムの動作は、互いに逆になるにもかかわら ず、両システムは、共通のバイアスバネと共通の可変駆動軸とを分かち合う。 図面の簡単な説明 本発明の前述その他の目的、特徴、効果は、後述する好適な実施例の、参照部 材が様々な角度から同じ部分について参照する図面に示されたより詳細な説明か ら明らかになるであろう。図面は必ずしも同じ縮尺でなく、本発明の趣旨を示す ために強調されている。 図１は、本発明の一実施例の排出弁装置の部分破断・部分破砕正面図である。 図２は、本発明の一実施例に関してそれとともに用いられる排出弁装置とタイ ミング調節システムとを示す内燃機関の正面断面図である。 図３は、図２の実施例のエンジンの側面断面図である。 図４は、図２の４−４線に沿った断面図である。 図５は、図２の５−５線に沿った断面図である。 図６は、図２の６−６線に沿った断面図である。 図７は、図３の７−７線に沿った断面図である。 図８は、本発明の実施例に係る導入弁装置の部分正面図である。 図９は、本発明の実施例に係る排出弁装置とシリンダー内面の等大の正面図で ある。 図１０は、本発明の実施例に係る排出弁装置に含まれるシールの等大の正面図 である。 図１１は、図１の実施例の排出弁装置のある部位の詳細な拡大断面図である。 実施例の詳細な説明 図１は、内燃機関としてのシリンダー装置２０を示している。シリンダー装置 ２０は、主シリンダー軸２３を有するシリンダー内面２２を備えている。シリン ダー内面２２は、２つの部分によって構成されている。すなわち、下部内面部分 ２２ａと、上部内面部分２２ｂである。シリンダー内面部分２２ａは、エンジン ブロック２５の中に適切な大きさに形成された穴２４に配置されている。シリン ダー内面部分２２ｂについては後ほど詳述する。 エンジンブロック２５は、エンジン頭部２６と対になっている。穴２４の上部 の内周端部は円周状に凹部となっており、環状シール２８を受けている。環状シ ール２８の頭部の内面は、図１１に示すように、約４５度のような角度で傾斜し ている。環状シール２８は、穴２４に突き出す下部の縁を有し、シリンダー内面 部分２２ａの軸の頭部を覆っている。 シリンダー内面２２は、図１には示されていないが、図２および図３に部材２ １として示されている、シリンダー内面の内部で慣習的な方法で往復運動するピ ストンを有している。点火プラグ２９は、頭部２６のプラグ溝２９Ａの中にねじ 込まれている。プラグ２９の点火端部は、ピストン２１（図２・図３参照）のス クイッシュバンド２１ｂの間に設けられた環状の燃焼チャンバー２１ａの中に入 っている。 構造：排出弁装置 図１および図９に示すように、シリンダー装置２０はさらに、排出弁装置３０ を含んでいる。排出弁装置３０は、排出弁環状部材としても知られている、シリ ンダー内面部分２２ｂを備えている。図９に詳しく示すように、この排出弁環状 部材は、下部排出環３２と上部排出環３３とを有している。これらの環３２・環 ３３は、軸２３の中央に位置している。下部環３２は、シリンダー内面下部部分 ２２ａの内径・外径とそれぞれほぼ等しい内径と外径とを有している。上部環部 位３３は下部環３２よりも小さい内径を有しており、それにより、以下に説明す るように、シール機能を容易にする張り出し棚３４を形成する。 図示された実施例において、上部排出環状部分３３は、軸端部に形成された（ 望ましくは、はんだ付けされた）３つの弁軸４０…を有している。弁軸４０…は 、軸２３と１２０度の角度を持って形成されている。なお、図示された弁軸４０ の数値より少ないあるいは多い値も採用することができることが、他の実施例で 明らかになろう。 続いて説明されるように、排出弁装置３０は軸２３に平行に（図１において上 下方向に）往復運動する。排出ストロークの間、内面部分２２ｂはシール２８の 上方へ持ち上げられ、これによって、排出ガスを、排出路、すなわち、エンジン ブロック２５と頭部２６とに形成された多枝管４２…を通って径方向へ逃がすこ とができる。他のストロークの間、シリンダー内面部分２２ｂはシール２８の上 に強固に乗っており、排出多岐管４２…を塞いでいる。 図１１は、他のものの間で、排出弁装置３０のシーリングの詳細であり、シリ ンダー内面２２を適切に覆うものとして前述した環状シール２８を示している。 さらに、環状シール２８に加えて、図１１は、アクセス環４４と、魚尾状のシー ル４６とを示している。 アクセス環４４は、シリンダーの直上のシリンダー頭部の周辺部位にねじ込ん で固定されている。組み立てや修理の際には、アクセス環４４をはずせは、排出 弁装置３０の装着・脱着が容易に行える。 シール４６は、図１０の断面図に部分的に示すように、上から見ると環状であ が、横断面では涙の形をしている。シール４６の外周端部には、小さい径方向の 切れ目であるノッチ４７があり、これは、弾力性を高めている。シール４６は、 高温下ではなく、通常の鋼鉄から生成することができる。 図１１に示すように、シール４６の内周端部はアクセス環４４と頭部２６との 間に位置している。シール４６の外周端部は、垂直方向には柔軟性があるが、排 出上部環状部分３３に設けられた棚４４によって垂直方向に制限されている。 シール４６の形は、頭部２６とブロック２５の残りとの間に正確に接続するこ とができないので、高さが可変な気密密閉を可能にしている。頭部とブロックと の接続が完全でない場合、排出弁装置３０は高く配置されすぎて（シール４６に よる効果がなく）ガスが逃げてしまう。しかしながら、シール４６が設けられて いるので、部分のひずみによる垂直な振幅が、頭部とブロックとの結合の許容誤 差範囲内の振幅よりも高くなる。 それゆえ、排出弁装置３０は、シリンダー装置２０の最も高い部分と、シリン ダーの壁に沿ってのみ設けられている。このようにして、排出弁装置３０は、ピ ストン環に関する面を妨げることがないようになっている。軸２３の周りに３６ ０度にわたって開口する排出弁装置３０を設けていることにより、排出領域に、 望ましい程度に広い導入穴に相当する領域が、排出領域をシリンダー内で望まし くない程度に深く伸長することによってピストンと環構造とを妨げる恐れを増大 させることなく、（例えば軸２３に沿って）設けられている。図示された実施例 においては、シリンダー装置２０はほぼ９０ｍｍの口径を持っているが、（軸２ ３上に突き出た）排出弁装置３０の開口部によって形成される裂け目は約１０ｍ ｍしかない。 ここで、本発明の排出弁装置３０は、従来の排出弁の大きな欠点を解決する。 従来の排出弁は、シリンダーの内部に向かって開口し、それに従って、燃焼ガス の流出と対抗し、弁軸をさらに熱してしまう。これに対して、本発明の排出弁装 置３０は、開口したときに、シリンダーの内部へ突き出ない。そして、弁軸を暴 露させないので、排出ガスを熱してしまうことがない。それゆえ、過早点火の危 険が実質的に軽減される。 本発明の排出弁装置３０は、この排出の裂け目を防ぐような位置に配置されて いる。したがって、シリンダー装置２０から排出ガスが逃げる程度にまで暴露し ない。また、排出ガスの流れを邪魔しない。排出弁装置３０によって吸収される 全ての熱は、軸４０とその低いほうの（冷却水に近い）端を通して消失されるよ になっている。 さらに、本発明の排出弁装置３０においては、導入の間、すべての排出多岐管 ４２…が開口し、その凹部がシリンダーの効果的な容積効率を増大させる。従来 の、シリンダー頭部上で排出弁を動作させる弁装置は、ピストンの近くでの限ら れた排出弁開口しか許していなかった。しかしながら、本発明の排出弁装置３０ では、ピストンに近いことは問題とならない。したがって、排出多岐管４２…が 完全に開口することにより、ピストンによる取り込みを約１．５増大させるほど の取り込みが可能になる。 構造：導入装置 図示はしないが、図１の実施例のシリンダ装置２０は、内面２２の上と、プラ グ２９の周辺の頭部２６とに、１つかそれ以上の導入弁を有している。導入弁の 数と位置は、本発明の排出弁装置３０の操作を理解する上では重要ではない。１ つの導入弁を有する現在の望ましい実施例が、例えば、図２・図３に示されてい る。 図２、図３および図７は、図１の排出弁装置３０の操作を調節する調時システ ムの実施例を示している。さらに、図２および図３は、（図８同様、）燃焼ガス を導入路５２を通して燃焼チャンバー２１ａに導くための導入弁装置５０を示し ている。 導入弁装置５０は、シリンダー軸２３と同心円状で平坦な弁環部材５４を有し ている。それゆえ、環部材は、点火プラグ２９とも同心円状である。環部材５４ は、シリンダーの屋根の表面積の半分にほぼ等しい表面積を有している。有利な 点として、単一の環部材５４が、４弁式の従来の配置のほぼ２倍の流域面積を有 している。そして、従来の２弁式のほぼ２．５倍の流域面積を有している。 環部材５４の頭部端部は、環状シール５６・５８に対向するように傾斜して配 置されている。シール５６を図８に、シール５６・５８を図２に、それぞれ示す 。 導入弁環部材５０は、環５０の、軸の頭部面の上に、上方に伸びる３つの軸６ ０…を有している（例えば、シリンダー軸２３に平行な方向に伸びている）。導 入弁軸６０は、軸２３の周りに１２０度間隔で設けられており、環５０の軸上の 頭部表面に完全にはんだ付けされている。 構造：調時システム 図２、３、７の実施例の調時システムは、導入調時システムと排出調時システ ムとを含んでいる。導入調時システムは、導入調時ギア７０、２つの導入ローラ ー７２、および、導入弁軸６０の頭部が接続されている導入調時系を有している 。 導入調時ギア７０は、円盤状のベアリングであり（「ギア」と「ベアリング」 は、この素子に用いられる場合には交換可能である）、シリンダー軸２３に垂直 な面に配置されている。ギア７０は、その中心が軸２３上にある。ギア７０は、 プラグ溝２９Ａを形作る頭部の壁部分の周りに（ベアリングを介するなどして） 回転可能である。ギア７０は、その外周に、ギア歯７４…を有している。 その軸上の下側表面７６の上では、導入調時ギア７０が、３つの環状表面部分 を有しており、内面部７６ａ、外面部７６ｂ、中間面部７６ｃ（図２参照）を有 している。外面部７６ｂは、肩８０の上に配置されており、逆に、肩８０は、頭 部支持面８２上に配置されている（図２参照）。中間面部７６ｃの一部は、ロー ラー７２が乗る位置に対向する集積カム面を形成している。このカム面は丸い突 出部７８を有している（図３参照）。 導入ローラー７２は、シリンダー軸２３の周りに１８０度間隔で形成されてい る。２つの導入ローラー７２のそれぞれは、ローラーピン８４の近辺に同心円状 に形成されている。各ローラーピン８４の、近いほうの端部は、ローラー柱８６ に据え付けられている。各ローラー柱８６は、頭部支持面８８の上に設けられて いる。ローラー柱８６と導入ローラー７２の中間には、ガイドローラー９０が設 けられている。 各ローラーピン８４の遠いほうの端部は、往復運動する環状のリング９４とか み合っている。リング９４は、導入系の一部として機能する。リング９４は、シ リンダー軸２３と平行な方向に、シリンダー軸２３と同心円状に、頭部の壁２６ の近辺で往復運動する。頭部において、リング９４は、はんだ付けか他の方法で 固定された、対応する２つのローラーピン８４を有している。 リング９４の下側の面は、３点、すなわち、その外周近傍で導入弁軸６０の上 側の端部で接合されている。リング９４の下側の面は、弁軸６０と頭部の壁２６ の中間の径において、ばね１００と結合している。バネ１００は、プラグ溝２９ Ａを形作る頭部の壁２６の近傍に、それと同心円状に形成されている。バネ１０ ０の強度は、６５ｋｇ程度の残りであれば、排出弁をシールするのに十分である 。排出弁と取り込み弁との間に存在する交差域での荷重は、バネ１００は、実現 可能な最大圧力を越えないようになっている。そしてこの場合、弁は両方とも部 分的に開き、２つの荷重の和が、各排出弁または取り込み弁の最大荷重に等しい かそれより低くなければならない。 排出調時副システムは、排出調時ギア１１０（図３参照）、３つの排出ローラ ー１１２、および、排出弁軸４０の頭部が接続される排出調時系を有している。 排出調時ギア１１０は環状のベアリングであり（「ギア」と「ベアリング」は、 この素子に用いられる場合には交換可能である）、シリンダー軸２３に垂直な面 に配置されている。ギア１１０は、エンジン頭部２６によって形成された支持面 １１４の上で（内周のベアリングを介するなどして）回転する。ギア７０は、そ の外周にギア歯を有している。その外周において、ギア１１０の上側の面には、 その上に丸い突出部１１６のようなカム突出部を有するカム面が設けられている （図３参照）。 図３に示すように、排出ローラー１１２はギア１１０の上面に外周によって形 成されたカム面の上に配置されている。２つの排出ローラー１１２のそれぞれは 、ローラーピン１２０の外端部の中央に回転可能に配設されている。各ローラー ピン１２０の内端部は板１２２に据え付けられている。板１２２の低いほうの面 は軸２３に垂直な面内にある。板１２２は、その外端部が三角形を形作っている 。板１２２は、その中心に向かって厚くなり、中央に、（プラグ溝２９Ａを形作 る頭部壁２６の部分に適合する）開口部を有している。 その頭部の内端部で、板１２２はバネ１００を支持しており、また、バネ１０ ０の底部を、多くが、はんだ付けその他でそれに対向して据えつけられる。板１ ２２の頭部は、バネの底部を載せるための環状の溝を有することもできる。した がって、排出ローラー１１２が突出部１１６によって上方に持ち上げられた後、 バネ１００が、板１２２とローラー１１２とを下方へ運ぶための反動力を与える 。 三角形の板１２２と各排出ローラー１１２との間で、各ローラーピン１２０は 案内ローラー１２６とクランプ１２８とを運ぶ（図３、７参照）。クランプ１２ ８は、その下に配置された各排出弁軸４０の上端部を受け取る。 案内ローラー１２６は、上方に配置された一対の案内壁１２７によって制限さ れる。図３に示すように、空隙案内壁は直角三角形形状をしている。導入ローラ ー７０のようなものに対する案内ローラー９０は、案内壁１２９によって制限さ れる（図７参照）。 図３はさらに、調時システムの駆動手段を示している。特に、この駆動手段は 、駆動軸１５２を有する駆動軸装置１５０を備えている。駆動軸１５２は、シリ ンダー軸２３に平行だが、その側面に置換されている。駆動軸装置１５０は、３ つの駆動軸部、すなわち、低いほうの部分１５０ａ、中間部分１５０ｂ、そして 上方部分１５０ｃを備えている。各部分は中央のスプライン１５３を受け取るた めの軸径を有している。スプライン１５３は２つのらせん状にねじ山を付けた部 分を有している。すなわち、その底部にスプライン部分１５３ａを、その頭部に 部分１５３ｂをそれぞれ有している。 駆動軸部分１５０ｂは、その上に径方向に設けられた歯付きのギア１５４を有 し、その周囲の歯網目が導入ギア７０に設けられた歯７４とかみ合っている。同 様に、駆動軸部分１５０ｃは、その上に径方向に設けられた歯付きのギア１５６ を有し、その周囲の歯網目が排出ギア１１０に設けられた歯７４とかみ合ってい る。 その底部では、図３に示すように、駆動軸装置１５０は、交差軸ギア１６０と かみ合う駆動軸ギア１５８を有している。図３にも示すように、交差軸ギア１６ ０は、頭部２６のもうひとつの側に対する、対応する駆動軸ギア１６２ともかみ 合っている。＊ その頭部では、駆動軸装置１５０は、かみ合うあるいは接続ハンドル１６６を 有するボールベアリング１６４を有している。ハンドル１６６は、図示しない回 転駆動装置に機械的に結合されており、その回転駆動装置は、モーターＲＰＭと その他のパラメーターに関して制御されている。検知されたＲＰＭとその他のパ ラメーターに関して、回転駆動装置は回転しながらスプライン１５３を置換する 。それによって、スプライン１５３は、すべての必要事項を考慮して、ギア１５ ４、１５６の位置を調整する。ギア１５４、１５６の調整によって、導入ギア７ ０と排出ギア１１０が、ＲＰＭに依存しながらそれぞれ調整される。 頭部２６には導入調時ギア７０のための油流路１７０が設けられている。同様 に、頭部２６には排出調時ギア１１０のための油流路１７２が設けられている。 これらの油流路は、示された特別な型のベアリングと共にのみ用いられ、代わり にローラーベアリングが採用されるような場合には用いられない。 このように、本発明の調時システムは、２つのギア７０、１１０を有しており 、それらは、シリンダー軸２３の周りに回転する一方、空隙をおいて配置された 平行な平面上に（シリンダー軸２３に垂直に）配置されている。互いに対向する ギア７０、１１０の面は、弁の開閉の時期を調整するために駆動するカム面を形 成する。両弁装置３０、５０は、シリンダー軸２３と角度を成すのではなく、平 行に移動する。 図３は、シリンダー装置を調整する調時システムの部分を示している。シリン ダーが従来のように横に配置され、中間にかみ合うギアによって普通に駆動する ことが分かる。 図７に示すように、頭部２６とブロック２５とを守るためにスクリュー１８０ が設けられている。また、頭部２６に接触するカバーとして、スクリュー穴１８ ２が設けられている。 ここでは詳細に説明しないが、本発明の内燃機関は、当該技術の当業者によく 知られた従来のその他の特徴を有している。例えば、エンジンブロック２５とエ ンジン頭部２６とには、冷却液体の循環路が設けられている。同様に、シリンダ ー内面２２は、その中に、往復運動するピストンを有している。 操作：導入弁装置 操作時において、導入弁装置５０はエンジンの取り込みストロークの間開いて いる。また、導入弁装置５０と排出弁装置とは、エンジンの圧縮と燃焼の両スト ロークの間には閉じている。そして、エンジンの排出ストロークの間には、導入 弁装置５０は閉じ、排出弁装置３０は開いている。上記したように、導入弁装置 ５０と排出弁装置３０とのタイミングは、以下により詳しく説明するように、ギ ア７０、１１０に設けられたカム面によってそれぞれ制御されている。 導入弁装置５０の駆動のタイミングは、導入調時ギア７０の下側の内面部７６ ａに設けられたカム面によって制御される。すなわち、導入ローラー７２は内面 部７６ａのカム面に追従する。導入弁装置５０が導入路５２とシリンダー装置２ ０の内部との間に流体の行き来を許したとき（すなわち取り込みストロークの間 ）、内面部７６ａのカム面にある突出部７８によって導入ローラー７２が下がる （すなわち、シリンダー装置２０のほうへ、軸２３と平行な方向に沿って移動す る）。導入ローラー７２は、下げられると、環状リング９４を押し下げ、リング ９４は弁軸６０とそれから平坦弁環状部材５４とを押し下げる。そのため、弁環 状部材５４はシール５６、５８から離れ、導入路５２から燃焼チャンバー２１ａ の中へ導入流体が入るのを許すようになる。 導入弁装置５０が、導入路５２と燃焼チャンバー２１ａとの間に流体の行き来 を許したとき（すなわち、圧縮・燃焼ストロークの期間）、導入ローラー７２は 突出部の上になく、内面部材７６ａの平坦な部分に位置するようになる。これに よって、図２に示すように、弁軸６０が上昇し、弁環状部材５４がシール５６、 ５８と対向して位置するようになる。 これと似た逆の方式では、排出弁装置３０の駆動時期が排出調時ギア１１０の 頭部の外周に設けられたカム面によって制御される。すなわち、排出ローラー１ １２ギア１１０の外周に追従する。排出弁装置３０が、排出路５２と燃焼チャン バー２１ａとの間の流体の行き来を許したとき（すなわち排出ストロークの間） 、ギア１１０の外周の突出部が排出ローラー１１２を上昇させる（すなわち、シ リンダー装置２０から離れるほうへ、軸２３と平行な方向に沿って移動する）。 排出ローラー１１２が上昇すると、排出系が引き上げられ、排出系は弁軸４０と それからシリンダー内面部２２ｂとを中へ引き上げる。そのため、内面部分２２ ｂが、シリンダー内面２２ａとそれに適合するシール２８から離れる方向へ、ギ ロチン式に往復運動する。このように、シリンダー内面部２２ｂはシール２８か ら離れ、シリンダー装置２０から排出多岐管４２の中へ、径方向にほぼ３６０度 にわたって排出流体が逃げるのを許すようになる。 一方、排出弁装置３０は、排出路５２とシリンダー装置２０との間で流体の行 き来を許すとき（すなわち、圧縮・燃焼ストロークの期間）、排出ローラー１１ ２は、上昇した突出部の上にはなく、ギア１１０の外周の平坦な部分に位置する ようになる。これによって、図３に示すように、弁軸４０が下がり、シリンダー 内面部材２２ｂがシール２８に対向するように位置する。 本発明の排出弁環状部材は、ほぼ１１ｍｍの高さしかなく（中央軸２３から突 き出ている）、シリンダーストロークの５０％以下であり、好ましくはシリンダ ーストロークの２０％以下である。 尚、発明の詳細な説明の項においてなした具体的な実施態様、または実施例は 、あくまでも、本発明の技術的内容を明らかにするものであって、そのような具 体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発明の精神と範囲内 で、いろいろと変更して実施することができるものである。 導入 前述したように、あるひとつの円周のなかに環を内接させる場合、６つの環で は主要なエリアをカバーできない。４つの環を内接させれば、それよりももっと 広いスペースを占めることができる。５個では、さらに広いスペースとなる。 シリンダーの排出は、頭部弁を通して行われるのではなく、別の所を通り、別 の方法で行われる。そして、導入から最大の通過面積を得るために、排出灯を用 いることもできる。５弁式では良好な通過面積を得るが、密閉と空気取り込みの 流動性とによる問題のため、弁の開口はシリンダー内部へ向かって行われる。そ して、弁によって覆われる非常に広大な面が役立たなくなる。これは、同じ面の 一部が、空気と燃焼の取り込みとの障害物となるからであり、すべての弁の総面 積が、シリンダー屋根頭部の面積の半分よりも大きくすることができないからで ある。あるいは、もし通過面積の他の半分を占めたら、通過面積は直接に比例し て引下げられてしまうであろう。 上記理由により、３つの弁により容易に妨げられうる表面を、４、５、あるい は６つの弁を用いてカバーすることは不要である。しかしながら、３つの弁を用 いても、弁の円周がそれ自身とシリンダー壁とに接するような領域で起こる妨害 の問題が残る。そこで、最良の解決策としては、その台に接触する面を著しく引 き下げられるという利点を有する、単一の中央弁による策が考えられる。事実、 ある穴に対しては、弁の重なる端部は失われた通過面を示している。 単一弁の解決策を採用すると、点火プラグに機能的に適合させる問題が残る。 そして、２つのプラグに対して十分な近さを得ることができないので、解決策と しては、大きな弁に著しい変化を付けるという策が考えられる。そこでは、軸を なくして小さな径を持つ３つのものによって置換するというよりも、プラグのた めの穴の周りで弁にはんだ付けするよりも、大きな穴を弁の中央部に設けねばな らない。この新しい「環状の」弁もまた、シリンダー屋根の面積の半分にほぼ等 しい面を持たねばならない。そこで、プラグ用の穴の面に等しい量だけ表面を増 大させ、その表面を通って混合物が自由に入ってくるようにするといった方法で 、外径を広げることができる。この場合でも、プラグ端と弁との間の接触面は、 外部の面に加えられるが３つの弁より少なく測定する、失われた面を表している 。さらに、もしプラグのまわりの空隙がプラグ自身の周りの水の流れを許すだけ の広さを認めないならば、必要と考えられるだけ、（同じ面を覆う）「環状の」 弁をさらに広くすることができる。この特別な入口弁は、４弁式と比較して２倍 の通過面積を形成し、旧式の２弁式と比較して２．５倍の通過面積を形成する。 この、微小機械を製造する能力は、今や、無限大の許容誤差の水準に達するので 、内部端でも外部端でも、弁の２つの端を、相互に妨げることなくそれぞれの配 置場所に適合させることが可能である。なおこのとき、配置台は、普通の材料か らなる。 次に、すべての意図・目的が可能な上述の導入をするために、排出がどのよう にされるかを説明する。 排出 まず最初に自然に考えることとしては、もし穴頭部が導入によって占められて いる場合に、どこから排出ガスが出てくるのかということであろう。 本計画の考え方に関連して、適度に広大な穴面で実際に自由な排出がこのよう な寛容な導入に対応しなければならない。 ピストン環に関する面を妨害しないようにするために、除外によって、排出ガ ス用の開口部が、シリンダー壁と、チャンバーのもっとも高い部分に沿ってのみ 見いだされうる。それゆえ、それらは排出穴の下になければならない。もし排出 穴に導入穴に釣り合う面積を与える場合、ある問題がある。すなわち、１つまた はそれ以上の側面の窓の大きさが、実際に、高さの点で無視できず、スカートの 底部で環を持ったピストンを利用する必要がある。これでは機能的でない。すな わち、このとき、外部へ開けて径方向の弁を駆動する必要があるので、弁の密閉 の問題がある。 その解決策は、限られた高さであるがシリンダーの最も高い部分の周りじゅう を回る穴をひとつだけ設けることである。このようにして、導入穴の場合と現実 に等しい、シリンダーが１００ｍｍの大きな口径を持っていた場合には亀裂が１ １ｍｍしかない通路面積を得ることができる。このようにして、この環は、（圧 縮比やチャンバーとスクイッシュバンドとの形に従って）ピストンの頭部の下で スプラインを１０ｍｍかそれより少ないような自然な配置を取ることができる。 チャンバーを開閉するために、穴は、明らかにシリンダー内の（表６）頭部から チャンバーやまたその逆方向に、ギロチン式に上下する特別な弁を有している。 以下の点は注意が必要である。すなわち、弁の密閉は、内側に向かって折り曲 げられ、頭部に設けられた端の上にある弁の端を有する頭部において、確実に行 われなければならない。このとき、ある特別な部分が、その形と垂直な弾力性に より、必要な密閉性を保証している。 この片を作るためには、かなり高温でも弾力性を保持する種類の材料を選ぶ必 要がある。たとえ、それが頭部の端によって内部的に保護されていても、燃焼ガ スが達してしまう。図３、表６に示すように、頭部と、ブロックの残りとの間で 正確に接続し、弁を頭部の一部にすることができるので、その形は、弁に対し、 高さの可変な気密性を保証するものでなければならない。それゆえ、もし接続が 完全でなければ、弁は、置かれるべき上部の台位置よりも高くなる。そして、頭 部がエンジンの残りからあまり高く持ち上げられすぎ、弁の低い部分から逃がす ことができる場合には、弁はもはや密閉されなくなり、また、上方の台に対向し てすでにノックされているので全スプラインを閉じることができなくなる。 上述の部分を用いて、この部分のひずみの垂直振幅が頭部とブロックとの結合 部の許容誤差の振幅よりも高いことを考慮して、これらのような問題点を除去す ることができる。これらの許容誤差は、多重シリンドリカルヘッドの場合よりも 大きい。どの場合でも、この部分が、あまり高くない振動をする必要があるとと もに、この部分は、小さな機械的な努力を生まなければならない。そして、この 部分は、ある限定された厚みを持つことが可能であり、外周に小さい適切な部分 を持つことにより、この部分に５ｋｇ以上の重みを加える必要を生じさせること なく、必要な弾力性を有することができる。それは、シリンダーに等しい径を持 った大きな弁と考えられるので、弁の下部は、気密密閉の特別の問題がない。そ れゆえ、端部が弁軸に対して３０〜４５度をなして接触するように傾斜する、伝 統的な弁の場合と同様な結合部が形成される。 弁の押し下げは、後述するように、特別に配されたバネによって確実になされ る。逃げやすいシリンダー内圧に打ち勝つためには、６５ｋｇの残りのバネ強度 があれは十分である（Flat Fire 1000の２つの排出バネより劣る）。 事実、０：０４０が、シリンダーとピストンとの間、弁と頭部との間での結合 の普通の許容誤差であるとき、１００ｍｍシリンダーの密閉面が０；０４０あた り３１；４ｍｍで与えられる。このため、２００ｋｇ／ｃｍ（最も力の強いもの のひとつであるホンダＲＡ１６８ターボは、１６７ｋｇ／ｃｍの制限がある）の 最大内圧の点を考慮すれば、３１；４ｍｍにほぼ等しい密閉を受けやすい領域が 得られる。極端な場合では、密閉強度は、バネの６５ｋｇに抗して、５０ｋｇよ り確かに小さく、弾力のある部分を押し下げるためにさらに５ｋｇを消費する。 もちろん、弁とパイプとの間の接触面は、伝統的な弁配置の面と同様の材料で 覆われる。同様に、部分の弁と接触する上方位置が保護される。すでに述べたよ うに、持ち上げる量は１１ｍｍより高くする必要はない。分配カムは、通常です でに試された大きさである。普通の排出弁は、シリンダーの内部に向かって開口 し、それらに打ち勝った後で軸を破壊し続ける通常の排出ガスの流出に抗すると いう非常に重大な欠点がある。達する温度は、吸収弁に比較して非常に高い。（ 図７） もっと抵抗性のある効果な材料（クロム板鋼鉄、シリコン鋼鉄、ニッケルクロ ムを高率に含むアクチニウム）を使う必要がある。また、窪んだ弁のような複雑 な部品や、特に、頭部から軸への熱行き来を向上させる、金属ナトリウムやリチ ウムや、カリウム塩で満たされた部品を作る必要が生じることがよくある。これ らすべての問題は、ガスを排除するための新しいシステムに対しては問題となら ない。 実際に、ガス消失時間の大半に対して、「ギロチン」弁が、排出の亀裂を覆う 配置において十分に保護される。それゆえ、排出ガスに暴露されず、流れが妨げ られない。それが閉じられたときに、ピストンで発生するようなすべての熱は、 軸と、冷却水の近くの低い端とによって容易に吸収される。分配を支持する機能 の他に、排出ガスをブロック側のほうへ、それからそれぞれの排出多岐管へと送 る作業は、シリンダーの間の（強くて十分冷却された）分離壁の所に残される。 このようにして、ガスの出し入れが容易になる。 軸の位置に関しては若干の制限があるが、表４に示されるようなシリンダーの 分離壁を傾けることによって、この制限を除去することができる。 弁タイミングの調節 取り込み弁の３つの軸の頭部がもし相互に釣り合い、非常に大きければ、その ３つの軸において、プラグが挿入されうるアルミニウムシリンダーが中にあるバ ネの、上方の支持底部が固定される。バネは、３つの軸の中にあり、低い支持底 部として、頭部にある適切な形の小さなボウルを有している。弁の開口は、上方 の支持底部が押し下げられたときに起こる。 正しく正確な動作を行うためには、圧力が、環状底の対向する縁において同時 に加えられなければならない２つの箇所を有する必要がある。そこでは、その上 で荷重の低いものが、頭部カバーに属して回転の間に適切な加速・減速でタペッ トを押す２つの背骨を（低い側で、ローラーと直接接触して）示す推力ボールベ アリングの回転によって賦課される、ローラータペットを加えることが有用であ る。 ２つの背骨は、事実、外側に窪んだ、駆動軸からギアを通じての動作を受け取 る、ベアリングの低いほうの部分の平面に設けられた平坦な通常のカムの偏心機 構である。同様に、それは、接触する可能性のあるチャンバーの取り込み弁のベ アリングの歯とかみ合っている。 ベアリングの大きさと（駆動軸の回転の半分に等しい）回転速度のために、非 常に長いカムの開発が可能である。プラグを含んだシリンダーの外側で動作する バネの内側のガラスが、弁軸の望ましくない振動を防止する。同様に、排出弁は 、頭部にあって弁軸を外部から包むベアリングの３つの背骨によって調節される 。このとき背骨は、周囲がより大きいので、２つの場合よりも３つのローラーに 対して作用する。ローラーは、背骨がローラーに作用して、（それと同時に）ロ ーラーを持ち上げると「ギロチン」の軸足とともに固定される。そして全ての弁 が持ち上げられ、このようにして排出環状割れ目を開ける。一方、閉じる必要の あるときには、弁の端に固定された３つの軸が弁を押す。これが起こるのは、３ つの軸が、排出相の間は、残りで部分的に、排出弁としても使用できる、取り込 み弁のバネを支持する小さな低い支持ボウルに属しているからである。排出弁と 吸収弁との間で交差する点での荷重において、バネは、この構成によって実現さ れる最大圧力をけっして越えず、注意すべきは、弁はどちらも部分的に開き、２ つの荷重の合計は、各排出・取り込み弁の最大荷重より低いか等しくなければな らないことである。 排出においても、通常重なった重さを支持できるローラータペットや、非常に 小さな仰角により、非常に強い加速度での持ち上げる方式を用いることができる 。 これは、すでに説明したベアリングの著しい大きさによって可能となるもので ある。そのとき、バネの小さな支持ボウルに両弁の軸を接続させる６つの腕に、 小さくて好ましいものによって駆動されるローラーを加えることが有益である。 これは、背骨がローラータペットを攻撃するときに望ましくない軸ねじれを避け るということである。 両弁の軸が通常より短く薄く、厚いけれども単一のバネが用いられているので 、腕を採用せず釣り合わない分配装置によって、軽量化することができる。しか しながら、弁が大きいと、あまり軽量化することはできないと思われる。このよ うな理由により、すでに述べたようにローラータペットや非常に小さな仰角によ って補助されても、持ち上げる方式の正確な計画が研究されなければならない。 しかしながら、通常より速い回転速度の可能性を考慮しなければならない。事実 、このようにして作製されたプロペラは、今まで考えられなかった回転速度に達 している。これは、吸い込みの際の抵抗性よりも、受け身の抵抗性によって制限 されているからである。したがって、バネさえも重要になる。そのバネのコイル の数や部位の選択は、共鳴によって破損が起こらないように注意して考慮されね ばならない。様々な推力ベアリングの支持台に結合する流路をいくつか設けるこ とによって、分配と推力ベアリングとを確実に滑らかにすることができる。そこ で、上方のベアリングから油が落ちることによって、確実にローラーに油がささ れる。それぞれの低いベアリングの各側において、過剰な、あるいはベアリング のギアによって乳化される油を適切に除去するため、低いほうの底に対して２つ の接続部が形成されている。頭部と底部との間の接続は、もちろん、様々なシリ ンダーの分離壁を通る。 最終考察 おそらく競走用のエンジンからはもっと容易に、そして可変な導入物を持たな いプロペラにおいても、その特有の効果により、このような分配を採用すること は有益である。すなわち、その特有の効果とは、事実、ピストンがそのT.D.C.に おいて、充填度を高めるために排出パイプに存在する窪みを用いる機会を与える ときでさえ、排出弁を完全に開いた状態に保つことができることである。言い換 えれば、過剰なガス消費や重量の増大やターボコンプレッサーの典型的な複雑さ のような欠点のない、ある種の原料過剰エンジンである。取り込み多岐管にとど まる必要のない空気の固まりがあとに残るような燃焼残渣を最も完全に排除する ことができるとともに、容積的な出力に役立つ低温や、ほとんど二次的に力を増 大する一層大きなピストンを用いる可能性を（「ギロチン」の熱的利点とともに ）与えるようなチャンバーの温度を有することができると考えられる。注入によ る摩擦（特に高速時においては受動的な摩擦よりも重要）の軽減について述べた ことを全て加えれば、トルクや力を著しく増大させることができると考えられる 。 もし、騒音や振動を消して高速を達成するために、分配の様々なベアリングを 設定するブロックを少ししか伸長しないでおくことができ、大きなバネとカムと を正確に設定することが実行されるのであれば、完全に平坦な燃焼チャンバーを 、より良いうず巻きのための著しいスクイッシュバンドとともに達成することが できる。（De Tomasoは、頭部の冷却に問題を有していたが、６弁式の重要性を 示した。）そこで、経済的効果のために設定されるエンジンの製造計画において は、興味ある倹約と汚染軽減効果とが得られると考えられる。もうひとつの興味 ある利点は、様々な速度でトルクを増大させるように、弁移動のタイミングの様 々な方式（表２）を簡単に実現できるということである。ＦＩＡＴTrifluxに対 して行われているように、４シリンダーに対して二重タービンを採用することも できる。 （ターボエンジンに対しては一層大きな効率で）流体を排出することができる 。すなわち、より軽い冷却系を用いることができる。頭部の高さや幅が著しく低 減され、バリセンタや重量の点で有利である。よりよく吹き付けを行うために、 ひとつでなく、シリンダーごとに２つの注入器を用いることができる。ピストン において排出弁の粉砕のおそれをなくすことができる。頭部を開けることなく排 出割れ目を通してもう一度チャンバーを調べることができる。今日では、新しい 技術がこの分野で生き残る唯一の方法である。迅速に発射するエンジンの点から C.A.D.やC.A.M.コンピュータによって与えられる現実のすべての可能性によって 、行うべき段階を記述することがこのエンジンを作製することであるということ がさらに促進される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ Ｆ０２Ｆ 1/42 Ｂ 9429−3Ｇ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，Ｈ Ｕ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＵ，ＭＧ，ＭＮ ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ， ＳＤ，ＳＥ，ＳＫ，ＵＡ，ＵＳ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 特徴と効果とが請求される発明の実施例は、以下のように定義される： １．内燃機関の燃焼シリンダーとともに用いられる弁であって、 上記弁は、 内燃チャンバーを有する流体流通経路を選択的に行き来させ、燃焼チャンバー の中央軸に平行な方向に往復運動し、それによって、流体流通経路と燃焼チャン バーとを選択的に行き来させる環状部材を有する。 ２．クレーム１の装置であって、 上記環状部材には複数の軸が形成され、その軸は、燃焼チャンバーの中央軸に 平行な方向に伸び、燃焼チャンバーの中央軸から角度を持って方向付けられてい る。 ３．クレーム１または２の装置であって、 上記環状部材の内周面が、燃焼ストロークの間、燃焼チャンバーの円周部位を 、少なくとも部分的に決定するように動作する。 ４．クレーム１、２または３の装置であって、 上記弁は排出弁であって、 上記環状部材は、閉じた位置にある場合には、環状部材が閉じた位置にない場 合に排出ガスが燃焼チャンバーからほぼ径方向かつ燃焼チャンバーの軸にほぼ垂 直な方向へ逃げる際に通る排出経路を、覆うように方向付けられている。 ５．内燃機関の燃焼シリンダーとともに用いられる弁であって、 排出弁は、燃焼チャンバーから径方向の排出経路を選択的に閉じるための環状 部材を有している。 ６．クレーム５の装置であって、 上記環状部材には少なくともひとつの軸が設けられており、 燃焼チャンバーの中央軸に平行な方向に環状部材を往復運動させるためにその 軸を通して往復運動が環状部材に伝えられ、それによって排出経路と燃焼チャン バーとが選択的に行き来される。 ７．内燃機関の燃焼チャンバーに関する排出弁と導入弁との駆動を調節する弁 調時システムであって、 調時システムは、導入調時ギアと排出調時ギアとを有し、 導入調時ギアと排出調時ギアとは、 燃焼チャンバーの中央軸に平行な軸の周りに回転可能であり、 燃焼シリンダーの中央軸に垂直に、間隙をおいて置かれた互いに平行な平面に 存在しており、 また、導入調時ギアと排出調時ギアとのそれぞれには、他方のギアに対向する カム面が設けられ、 導入調時ギアのカム面は、導入弁の駆動を調節するために動作し、 排出調時ギアのカム面は、排出弁の駆動を調節するために動作する。 ８．クレーム７の装置であって、 弁調時システムはさらに、少なくともひとつの導入ローラーと少なくともひと つの排出ローラーとを有し、 導入ローラーは、導入調時ギアのカム面に追従し、 排出ローラーは、排出調時ギアのカム面に追従し、 導入ローラーは、導入系を通じて導入弁に接続され、 排出ローラーは、排出系を通じて排出弁に接続されている。 ９．クレーム８の装置であって、 排出弁は、燃焼チャンバーからの排出経路を選択的に閉じるための環状部材を 有し、 上記環状部材には少なくとも一つの軸が設けられており、 燃焼チャンバーの中央軸に平行な方向に環状部材を往復運動させるためにその 軸を通して排出系を通って往復運動が環状部材に伝えられ、それによって排出経 路と燃焼チャンバーとが選択的に行き来される。 １０．クレーム８または９の装置であって、 導入弁は、燃焼チャンバーからの導入経路を選択的に閉じるための環状部材を 有し、 上記環状部材には少なくとも一つの軸が設けられており、 燃焼チャンバーの中央軸に平行な方向に環状部材を往復運動させるためにその 軸を通して導入系を通って往復運動が環状部材に伝えられ、それによって導入経 路と燃焼チャンバーとが選択的に伝達される。 １１．内燃機関のためのシリンダーであって、 上記シリンダーは、中央軸を中心として置かれた２つの部分を持つシリンダー 内面を有し、 上記シリンダー内面は、位置の固定された下部の内面部分と、往復運動する上 部の内面部分とを有し、 上部の内面部分は、円周の径方向の排出口を選択的に開閉するために、中央軸 に平行な方向に往復運動する。