JPH0913973A

JPH0913973A - スリーブ端排気弁を具えた内燃機関

Info

Publication number: JPH0913973A
Application number: JP7186630A
Authority: JP
Inventors: Takao Takakusa; 孝夫高草
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-06-30
Filing date: 1995-06-30
Publication date: 1997-01-14

Abstract

(57)【要約】【目的】高速で自動的に開閉するスリーブ端バルブを具
えたユニフロー式エンジンを実現すること。【構成】ユニフロー式エンジンの排気口が、可動式スリ
ーブの上端に設けた弁座と、固定弁蓋により構成され、
弁座を乗せたスリーブは、燃焼排気ガスの圧力で作動す
るアクチュエイター（作動筒３）を用いた機構で自動的
に駆動される。カムによる機械的駆動を使わず、高速運
転で良好な掃気を実現する。シリンダヘッドの中央に点
火プラグと排気口とを同軸に配置することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】２サイクル往復動ピストン式内燃
機関においては、シリンダ内で燃焼が起こった後、その
排気ガスを新気により掃気（スカヴェンジ）し、同時に
新気がシリンダ（燃焼室）に充填される。この場合の掃
気方式には、ａ．横断掃気方式，ｂ．ループ掃気方式
（シニューレ掃気方式を含む）及びｃ．ユニフロー掃気
方式の３方式がある（日本機械学会編、機械工学便覧Ｂ
７内燃機関、新版（昭和５９年４月刊）Ｂ７−１７頁参
照）。横断掃気方式とループ掃気方式においては、一般
に、掃気ポート、排気ポート共に、シリンダ壁に開口
し、ピストンで開閉されるピストンバルブであり、これ
によりガスの流れが制御される。ユニフロー掃気方式に
おいては、掃気ポートだけがピストンバルブであり、排
気弁は、シリンダ頭についている茸弁（ポペットバル
ブ）で、クランク軸の回転に連動して機械的に駆動され
るものが普通である。この方式は、燃焼ガスの流れる方
向が単一方向（ユニフロー）である為、他の掃気方式に
比べて排気が新気と混合するすることが少なく、掃気効
率、給気効率共に良好である（同資料の図２８参照）。

【０００２】本発明は、このような特徴をもつ２サイク
ルのユニフロー式内燃機関（以下単にユニフローエンジ
ン又は更に略してエンジンという）の改良、特にその排
気弁回りの改良に関するものである。主な改良対象に
は、排気口構造、弁駆動機構、排気ガスの流線、ヘッド
の配置が含まれる。

【０００３】

【従来の技術】従来、普通に用いられているユニフロー
エンジンにおいては、茸弁式排気弁がシリンダ頭の中心
にあり、その弁座は傘形の弁蓋の上側に位置しているた
めに、掃気の時に新気によって押し出される排気は、中
心にある弁の傘に邪魔され、それを回り込むような流路
をとって上昇しなければならない。排気ガスのこのよう
な流れは、傘形の弁蓋を強烈に加熱するが、このような
可動式弁蓋は、大型フィンにより強力に冷却することが
できない。そして、傘形の弁蓋を回り込む流れは、弁蓋
の直下には排気のコア（芯）を残し、掃気効率の低下を
招く。また弁の傘が中心にあるため、ディーゼル機関の
噴射ノズルやガソリン機関の点火プラグを中心に１個つ
けることができない。噴射ノズルや点火プラグは、燃焼
の対称性を保つ為に、複数個を排気弁の周囲に対称に配
置せねばならない。また、この場合燃焼を均一にするた
め、燃焼室内の燃焼ガスをシリンダ軸のまわりに旋回
（スワール）させるが、このために掃気する新気に旋回
の速度をつけて吹き込むとその遠心力のために残留する
前記の排気コアは、ますます生成し易くなる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ユニフローエンジンに
係るこのような問題を解決する目的で、本発明者が先に
発明した往復ピストン機関のスリーブ端バルブ（特公平
６−５８０４６）を用いることができる。

【０００５】スリーブ端バルブを用いたエンジン（図２
参照）においては、シリンダ本体の中で往復運動するピ
ストンを案内するライナーの円筒を、シリンダ本体の中
で軸方向に滑り動けるようにしたスリーブ１とし、その
上端に弁座６を設け、スリーブ１とそれに付いた弁座６
とを動かして、運動しないシリンダ本体の中心に固定し
た弁蓋７との間を開閉し、排気弁とする。

【０００６】スリーブ１、弁座６及び弁蓋７を含めた機
構全体をスリーブ端バルブと呼び、従来の茸弁式排気弁
と同様に、クランク軸又はこれと同速の軸に固定されて
回転するカムにより機械的に駆動することができる。図
２のエンジンに示されている駆動機構は、その一例であ
る。

【０００７】一般に、排気弁は高温高圧の燃焼ガスを閉
じ込めて漏らさないために、内部圧によってバルブが閉
まる自閉式（セルフシーリング）構造を採っており、排
気弁を開く時点においてもかなりな排気圧が残っていて
閉める力となり、これにさからってバルブを開く為には
力がいる。またスリーブ端バルブも茸弁と同じく弁ばね
によって閉まる方向の力が常時加えられているので、バ
ルブを開く時には弁ばねに打ち勝つ力も必要である。

【０００８】しかも、スリーブ端バルブにおいては、開
閉往復運動するバルブ部分の質量が、茸弁よりも何倍か
大きい。したがって、特にスリーブ端バルブを高速で開
閉駆動する必要があるエンジンにおいては、強度と剛性
を充分に大きく設計せねばならず、カムのような機械力
による駆動方式によっては、駆動機構の大型化が、エン
ジンの重量と容積の増加を来たし、実用性を失う恐れが
ある。

【０００９】もっとも、排気弁を開く時期にはピストン
が下降運動中であるので、ピストン及びピストンリング
とスリーブとの摩擦力は、スリーブ端バルブを開く方向
の力として働き、バルブを開くのに必要な力を軽減す
る。しかし、前記バルブを閉める方向の力の合計の方が
大きいから、バルブの開閉を機械力で高速に駆動しよう
とすれば、非常に大きい荷重の慣性抵抗に打ち勝たねば
ならないという事情は、本質的には変らない。一方、排
気バルブを閉める場合は、弁ばねによる閉める力が常時
かかっているのを助ければ良いので、実用的な問題は起
こりにくい。

【００１０】本発明の課題は、適切なタイミングで自動
的に開閉するスリーブ端バルブを具えたユニフローエン
ジンを提供することである。自動的とは、カム機構等の
付加的な機械力によらないで作動するという意味であ
る。

【００１１】本発明が提供するものは、また、従来の茸
弁式ユニフローエンジンにおいては実現していなかっ
た、下記の課題を解決する自動開閉スリーブ端式排気弁
付ユニフローエンジンである．排気弁回りのガス流が良好で、残留排気コアができにく
く、掃気効率がよいこと排気弁回りの冷却が容易であること噴射ノズル又は点火プラグと排気弁とをシリンダヘッド
中央に同軸に配置すること１個の噴射ノズル又は点火プラグと１個の排気弁とによ
り均一な燃焼を実現すること。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明が、スリーブ端バ
ルブを適切なタイミングで自動的に開閉するために用い
た手段は、排気ガス圧を利用した作動筒（アクチュエー
ター）を要素とした駆動機構である。この駆動機構を用
いることにより、スリーブ端の排気弁を開閉するタイミ
ングにおいて、カム機構等の付加的な機械力を全く利用
することなく、質量の比較的大きい往復運動部分を高速
に駆動させることができる。

【００１３】以下、駆動機構を含めたスリーブ端バルブ
の構造を図１に示す実施例について説明する．図１（シ
リンダ部の断面図、クランク室は省略）のユニフローエ
ンジンにおいて、シリンダ１０本体の中で往復運動する
ピストン１１の全行程を案内するライナーの円筒を、シ
リンダ本体の中で軸方向に滑り動けるようにしたスリー
ブ１をなし、掃気ポート５が設けられたスリーブ１の上
端に弁座６を設け、スリーブ及びそれと一体になって動
く弁座の運動により、運動しないシリンダ本体の中心に
固定した弁蓋７との間を開閉して排気弁を構成すること
は、特公平６−５８０４６記載のスリーブ端バルブの構
造と同様である。スリーブ１は、例えば焼き入れ研磨し
た鋼管で作られ、そのシリンダヘッドに向いた上端に、
耐熱鋼製の弁座６を電子ビーム溶接等の歪みの少ない方
法で溶接する。

【００１４】本発明のエンジンにおいては、スリーブ１
に開いた掃気ポート５に隣接する上側の位置に、スリー
ブの外側に張り出したフランジピストン２を設ける。フ
ランジピストン２は、シリンダ１０本体とスリーブとの
間に設けられた天井１３付き作動筒３の内径に滑り嵌合
し、下側から弁ばね９によって上向きに支えられてい
る。したがって、スリーブ１の可動範囲は、弁ばね９で
押し上げられて排気弁が閉じている位置（上位置、図１
左半分）と、フランジピストン２が押し下げられて弁ば
ね９が最小の長さにまで縮みきった位置（下位置、図１
右半分）の間である。往復運動する距離はせいぜい１０
ミリ前後と短いのが普通である。スリーブのフランジピ
ストンに隣接する上側の位置には連通孔（作動筒ポート
４）が設けられ、この孔の位置は、スリーブが上位置に
あるときに、前記作動筒の天井１３付近にあり、ピスト
ン１１がこの孔よりも下がった時にポート４が開いて、
シリンダ内（燃焼室１２）と作動筒空間３とを連通し、
燃焼室内の圧力のかかった排気の一部を作動筒に送るス
ライド弁として作用する。

【００１５】フランジピストンの上下に開く作動筒ポー
ト４と掃気ポート５とは、通常、図示した如く複数個の
比較的小さい孔を、全周に中心に向け軸対称の位置に放
射状に設ける。このようにすることにより、ピストンの
溝にあるピストンリングの廻り止めは不要になり、掃気
の速度が互いに衝突して打ち消して圧力となり、掃気
（新気）はシリンダ軸方向に層状に移動して排気と混じ
らず排気を押し出し、層状掃気で掃気効率を良くする。
掃気のスワール（旋回流）は必要がない。燃焼を助ける
のはスワールではなく、本当は細かいタービュレンス
（渦流）である。比較的小さい隣り同志の掃気ポートか
らその中間のシリンダ壁の両側に大体同じ速度の掃気が
吹き出すと、気流の中に置いた邪魔物の後ろに出来る所
謂カルマン渦の原理で、シリンダ軸に垂直の面内でター
ビュレンスが発生し、この渦流は掃気（新気）が圧縮さ
れ燃焼を始めるまで残り、混合気を均一に燃焼させる。

【００１６】図１では、作動筒ポート４の下端と掃気ポ
ート５の上端とが、いずれもフランジピストン２に殆ど
接しているが、その位置は、排気、掃気のタイミングを
取る必要に応じて設計されるべきことは言うまでもな
い。排気弁の開閉タイミングは、掃気弁タイミングに対
し適当な先行とオーバーラップ（重なり）を持ち掃気効
率が最良になるように設計される。

【００１７】本発明のエンジンにおいて、スリーブ１の
上端に、通常の場合環状の蓋部１６を介して排気弁の弁
座６が設けられ、これと対向する弁蓋７は、運動しない
シリンダ本体の中心に固定されている。バルブ作用をす
る弁座６と弁蓋７との接触部は、通常のリフトバルブの
場合と同様に環状円錐面をなすが、茸式排気弁における
可動弁蓋の上面と固定弁座の下面での接触と異なり、固
定弁蓋の下面と可動弁座の上面の接触である。この配置
と円錐面の向きが相俟って、排気ガスは排気弁の外側を
回り込む動きをせずに、スムーズな流線を作って排出さ
れ、中心部に排気ガスのコア（芯）ができにくい。図１
では、頂角が１２０度をなす円錐面を示しているが、こ
れを小さくすれば（例：９０度）締め付けの力が大きく
なる。

【００１８】高圧高温の燃焼ガス排気ガスにさらされる
接触部は、耐熱金属を用い、工作精度を出来るだけ高め
るほか、爆発するガス自身の圧力がリフト弁自体を閉め
つける自閉式の構造とするのがよい。また、弁座と弁蓋
の接触線の幅を狭く接触面圧を大きくして金属の弾性変
形や一部の塑性変形を起こさせて密着させ高温高圧ガス
の気密を図る。

【００１９】弁蓋７の中心部には噴射ノズル又は点火プ
ラグ８を置くことができ、スリーブ上端の１個の排気弁
と同軸に配置された１個の噴射ノズル又は点火プラグと
いう構成をとることができる。弁蓋７は固定されている
ので、大きなフィン等を具えて強力に空冷することがで
きるし、ジャケットを設けて水冷することも容易であ
る。

【００２０】

【作用】本発明の作用を図１に示す実施例について説明
する。図１において、アからカ迄の記号は、ピストン１
１の上端の位置を指示し、以下単に行程アというように
記して、サイクルの中の位置を示す。

【００２１】図１左半分の行程ア（ピストン上死点）の
付近で圧縮された混合気は点火されて爆発し、膨脹行程
が始まる。行程イまでピストンが下がると、作動筒ポー
ト４が開き、まだ圧力のかかっている燃焼室内の排気の
一部が作動筒３に送られる。長さ方向を作動筒の天井１
３とフランジピストン２の上面とによって、また半径方
向をスリーブ１の外面と作動筒３の内面とによって仕切
られた作動筒空間では、作動筒ポート４により連通した
燃焼室１２内の排気の圧力をフランジピストンが受け、
この力とクランク軸の回転力との和が弁ばね９及び内圧
による自閉力の和に抗して、スリーブ１とその端面に設
けられた弁座６を下げるように駆動し、シリンダの外側
に設けられた固定弁蓋７との間に排気口を開く。内圧に
よる自閉力は、スリーブ１と弁座６をつなぐ環状の蓋部
１６の面積にかかる内圧により生じているので、一般に
フランジピストン２の面積は、前記環状蓋部１６の面積
よりも大きく取る。スリーブ１が下がる際に、弁ばね９
は圧縮され、その反力が、行程エと行程オの間でスリー
ブを復帰させ、排気弁を閉める時の原動力となる。

【００２２】このようにして、スリーブ１が上位置から
下位置に押し下げられた状態を、図１右半分の行程ウに
示している。スリーブ１は、弁ばね９が最も圧縮された
状態になった下位置よりも下がることはできないが、ピ
ストン１１はクランクの回転と共に更に下がり、開きつ
つある掃気ポート５からクランク室１５で予圧された新
気が吹き出し、スリーブ１の上端に開いている排気口
（６，７の間）に向って一方向で流れ（ユニフロー掃気
行程）、遂には下死点付近に至る（行程エ）。

【００２３】ピストン１は、クランク軸の回転により上
昇に転じ、既に圧力がクランク室１３側よりも低下して
いる作動筒空間３は、フランジピストン２を下から押し
上げる弁ばね９の力に抵抗しないので、スリーブ１はピ
ストン１１と共に上昇して上位置に来て、スリーブ端の
排気口（６，７間）が閉じて掃気行程を終了する（図１
左半分の行程オ）。スリーブが上位置に来た後は、ピス
トン１１だけが更に上昇して、掃気ポート５を閉じ（行
程カ）、圧縮行程に入る。作動筒ポート４は圧縮行程の
始めに閉じる。上死点付近まで圧縮されて行程アに戻
り、サイクルが完成し、エンジンはこのサイクルを繰り
返して運転する。

【００２４】このように、ここに設置されたスリーブ端
排気弁は、カムのような機械力による付帯的な駆動装置
を設ける必要がなく、ピストンの作動位置により内部の
ガス圧を利用して弁開時期を制御し、排気弁を開かせる
一種の自動弁（オートマチックバルブ）である。そし
て、作動筒３（アクチュエイター）に滑り嵌合し、ポー
ト４から伝えられる燃焼排気ガスの圧力を受けたフラン
ジピストン２で押し下げられ、弁ばね９の反発力で復帰
するスリーブ１からなる一連の要素は、排気ガスによる
自動弁の駆動機構を構成する。

【００２５】このように、本発明においては、ユニフロ
ー式エンジンの排気口が、可動式スリーブの上端に設け
た弁座と、固定弁蓋により構成され、弁座を乗せたスリ
ーブは、燃焼排気ガスの圧力で作動するアクチュエイタ
ー（作動筒３）を用いた機構で自動的に駆動される。カ
ムによる機械的駆動を使わず、高速運転で良好な掃気を
実現する。シリンダヘッドの中央に点火プラグと排気口
とを同軸に配置することができる。

【００２６】

【各請求項の説明】このように、本発明は、シリンダの
内面にあってピストンの全行程を案内するライナーがシ
リンダの軸方向に滑り動くスリーブ１をなし、スリーブ
の外側にはフランジピストン２が張り出し、該フランジ
ピストンはシリンダ本体とスリーブとの間に設けられた
天井付き作動筒３の内径に滑り嵌合し、かつ下側から弁
ばね９によって上向きに支えられ、スリーブ１のフラン
ジピストン２に隣接する上側には、作動筒３に通じるポ
ート４が、同じく隣接する下側には、クランク室１５か
ら通じる掃気ポート５が設けられ、スリーブの上端に設
けた弁座６と、シリンダヘッドに設けた固定弁蓋７とが
対向接触して排気口を構成することを特徴とする２サイ
クルユニフロー式内燃機関である。

【００２７】これを作用面に着目して把握すれば、シリ
ンダとピストンとの間で軸方向に滑り動くスリーブ１、
スリーブの外側に張り出したフランジピストン２、その
上下に開いた作動筒ポート４及び掃気ポート５、フラン
ジピストンが滑り嵌合する天井付き作動筒３、下側から
フランジピストンを押し上げる弁ばね９、スリーブ１の
上端面に環状の蓋部１６を介して設けられた弁座６、弁
座と対向してシリンダヘッドに設けられた固定弁蓋７を
具えた２サイクルユニフロー式往復動ピストン式内燃機
関であって、２種のポート４及び５は、排気弁を開くべ
き位置イにピストンが下がって来た時に、作動筒ポート
４が燃焼室１２と天井付き作動筒３の空間とを連通し、
排気ガスの圧力により、フランジピストン２、スリーブ
１及び弁座６を押し下げて排気口を開き、掃気弁を開く
べき位置ウにピストンが更に下がって来た時にクランク
室１５と燃焼室とを連通する掃気ポート５が開くような
位置にあることを特徴とする２サイクルユニフロー式内
燃機関である。

【００２８】また、自動的に開閉する排気弁回りのガス
流に着目して発明を把握すれば、排気ガス作動筒３、ポ
ート４、フランジピストン２及び弁ばね９とからなる機
構により駆動される可動スリーブ１上端の弁座６の上面
と、運動しないシリンダヘッドの中心に固定されている
弁蓋７の下面とが、環状円錐面によりバルブ作用をする
ように接触して排気口を構成することを特徴とする２サ
イクルユニフロー式内燃機関である。

【００２９】更に、噴射ノズル又は点火プラグ８と排気
弁との配置に着目して発明を把握すれば、中心に噴射ノ
ズル又は点火プラグ８を具え、運動しないシリンダヘッ
ドの中央に固定された弁蓋７と、排気ガス作動筒３、ポ
ート４、フランジピストン２及び弁ばね９とからなる機
構により駆動される可動スリーブ１上端の弁座とで、シ
リンダヘッド中央にノズル又はプラグと同軸に配置され
た排気口を構成することを特徴とする２サイクルユニフ
ロー式内燃機関である。

【００３０】

【実施例】図１は、本発明を火花点火ガソリン機関に実
施した実施例である。この例では、シリンダ本体に固定
された弁蓋７の中心に点火プラグ８があるが、ディーゼ
ル機関の場合はこの位置に噴射ノズルがある。エンジン
を構成する要素の構造とそれらがエンジンとして動作す
る場合の作用については、先に詳細に説明したが、この
実施例のエンジンで具体化されている技術思想は次の通
りである。

【００３１】シリンダ１０の内面にあってピストン１１
の全行程を案内するライナーがシリンダの軸方向に滑り
動くスリーブ１をなし、スリーブの外側にはフランジピ
ストン２が張り出し、該フランジピストン２はシリンダ
本体とスリーブとの間に設けられた天井付き作動筒３の
内径に滑り嵌合し、かつ下側から弁ばね９によって上向
きに支えられ、スリーブ１のフランジピストン２に隣接
する上側には、作動筒３に通じるポート４が、同じく隣
接する下側には、クランク室１５から通じる掃気ポート
５が設けられ、かかる機構により駆動される可動スリー
ブ１の上端に環状の蓋部１６を介して設けた弁座６の上
面と、中心に噴射ノズル又は点火プラグ８を具え、運動
しないシリンダヘッドの中央に固定された弁蓋７の下面
とが対向して、環状円錐面接触部により、シリンダヘッ
ド中央にノズル又はプラグと同軸に配置された排気口を
構成し、２種のポート４及び５は、排気弁を開くべき位
置イにピストンが下がって来た時に、作動筒ポート４が
燃焼室１２と天井付き作動筒３の空間とを連通し、排気
ガスの圧力により、フランジピストン２、スリーブ１及
び弁座６を押し下げて排気口を開き、掃気弁を開くべき
位置ウにピストンが更に下がって来た時にクランク室１
５と燃焼室とを連通する掃気ポート５が開くような位置
にあることを特徴とする２サイクルユニフロー式内燃機
関。

【００３２】図２は、純機械的な力で駆動されるスリー
ブ端バルブを具えたエンジンの比較例である。この例で
は、クランク軸１４に固定したカム１７により駆動され
るカムフォロワーアーム１８から、カウンターシャフト
１９を介して２本の弁開閉アーム２０が、両側からスリ
ーブ端バルブのスカート部を引き下げる。

【００３３】

【発明の効果】本発明により、カム機構等の付加的な機
械力によらず、適切なタイミングで自動的に開閉するス
リーブ端バルブを具えたユニフローエンジンが実現し
た。ユニフローエンジンの排気弁としてスリーブ端バル
ブを用いると、茸弁を用いた従来のエンジンに比べてよ
り優れた掃気効率等の効果が得られる。しかし、弁の運
動する部分の質量が大きいことが、特に高速回転の場合
に、純機械的な排気弁の開閉機構によるスリーブ端排気
弁エンジンの実用化を阻んできた。本発明は、フランジ
ピストンに燃焼ガス圧を加えるアクチュエーター（作動
筒）を構成要素とすることにより、高速回転のスリーブ
端排気弁ユニフローエンジンを実現した。

【００３４】本発明においては、弁座と弁蓋との接触部
が、排気ガス圧駆動される可動弁座の上面、固定弁蓋の
下面であり、弁が開いた時の排気ガスの流れは、燃焼室
中心部から外周上部へと、接触部のテーパー方向と一致
するスムーズな流線となり排出され、掃気効率が良い。

【００３５】従来の茸式排気弁においては、可動弁蓋の
上面、固定弁座の下面での接触であるために、排気ガス
は傘部（弁蓋に相当）の正面に垂直に衝突し、傘部の周
縁を小さい回転半径で急激に廻り込み軸部の側に流れ
る。中心部に排気ガスのコア（芯）ができやすく、また
過熱されやすい弁の中央部が可動部であったので冷却に
問題があった。茸弁の傘部の特に周縁部は、エンジンの
中でも最も過熱される部分であるが、その熱流は傘の中
心の方に流れ弁軸に集中し、ここで油膜を介して摩擦摺
動する弁案内に移る。このように伝熱材料の断面の肉厚
は次第に小さくなるので温度は上がり、潤滑油は焼けて
炭化し油滓となり、弁案内の出口はラッパ状に拡がる磨
耗をする。熱が弁案内が嵌合しているシリンダヘッドに
伝えられ冷却されるまでの伝熱経路は長く、茸弁は最も
冷却のしにくい部品であった。本発明の構成をとること
により、これらの難点も解消した。なお、本発明に用い
る排気弁がリフト式であり、油膜切れにより焼き付きや
すいスライド弁の欠点を持たないことは言うまでもな
い。

【００３６】本発明において、排気ガスにより自動的に
開閉運動するのはスリーブ上端の弁座の側であり、弁蓋
はシリンダヘッドに固定されているので、噴射ノズルや
点火プラグを中央に配置することができ、水冷又は空冷
による冷却も容易である。本発明は、シリンダヘッドの
中央に、１個の排気弁と１個の噴射ノズル又は点火プラ
グを同軸に配置した最も単純な構成をとることができ
る。中心に点火プラグ（または噴射ノズル）を具えた燃
焼室の形は小さく纏まっており、最も高温になる中心に
点火すれば火炎が伝燔する距離は一様で短く末端デトネ
ーションも起こらない。排気時には高温の排気ガスに吹
きつけられて最も過熱する部品であるので、耐熱鋼で作
り、これを支持するアルミ合金製のシリンダヘッドに密
着させてその裏側から空冷または水冷で十分に冷却する
ことが出来る。シリンダヘッドは運動しないので冷却は
容易である。運動する部分で一番加熱されるのは弁座の
内径であるが、この熱は弁座の周囲の壁を伝導してスリ
ーブに到り、ここで油膜を介して摩擦摺動するシリンダ
本体に伝えられる。熱流を伝導する材料の断面の肉厚は
次第に大きくなり、熱容量も大きくなるので摺動部分の
温度は下がり、潤滑油の高温による変質の問題は起りに
くい。

【００３７】茸弁では、例えば点火プラグを中央に配置
すれば、排気弁はその周囲に複数個を配置して、バラン
ス良く燃焼させる等の手段をとる必要があり、排気弁を
中にすれば点火プラグが複数になった。また、茸弁にお
いては、シリンダヘッドの弁座と、弁蓋の運動を案内す
る弁案内との軸芯は一致していなければならないが、そ
の関係位置は複雑な形のシリンダヘッド鋳物で立体的に
決められているので、鋳物の温度が上がると均一でない
熱変形によって弁座と弁案内との軸芯が狂って来る。弁
座と弁蓋（傘部）との当たりが全周一様でなくなり、当
たりの弱い所からガス漏れし吹き抜け過熱に発展する。
これに対し、本発明で用いられるスリーブ端バルブで
は、弁座と弁蓋は共にシリンダの軸上にあり、弁案内に
相当するのはシリンダそのものであるから、弁座と弁蓋
の軸芯は熱変形しても殆ど狂わない。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明を火花点火ガソリン機関に実施
したエンジンのシリンダ部の断面図である。中心線の左
半は、スリーブ端排気弁が閉じている状態（上位置）
を、中心線の右半は排気弁が開いている状態（下位置）
を示す。それぞれの図について、複数のピストン位置
（符号の説明参照）を示す。クランク室の大部分は、省
略して図示する。

【図２】図２は、カムにより機械的に開閉するスリーブ
端排気弁を用いたエンジンのシリンダ部断面図である。

【符号の説明】

１スリーブ２フランジピストン３作動筒４作動筒ポート５掃気ポート６弁座７弁蓋８点火プラグ９弁ばね１０シリンダ１１ピストン１２燃焼室１３作動筒の天井１４クランク軸１５クランク室１６環状蓋部１７カム１８カムフォロワー
アーム１９カウンターシャフト２０弁開閉アームア〜カピストン位置（上端を示す）ア上死点付近イ作動筒天井付近ウ掃気ポート開口前エ下死点付近オ掃気ポート閉鎖前カ掃気ポート閉鎖後Ａ−Ｂ断面（左半分）スリーブ横断面（掃気ポート位
置）（右半分）スリーブ横断面（作動筒ポート位置）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリンダ１０の内面にあってピストン１１
の全行程を案内するライナーがシリンダの軸方向に滑り
動くスリーブ１をなし、スリーブの外側にはフランジピ
ストン２が張り出し、該フランジピストン２はシリンダ
本体とスリーブとの間に設けられた天井付き作動筒３の
内径に滑り嵌合し、かつ下側から弁ばね９によって上向
きに支えられ、スリーブ１のフランジピストン２に隣接
する上側には、作動筒３に通じるポート４が、同じく隣
接する下側には、クランク室１５から通じる掃気ポート
５が設けられ、スリーブの上端に設けた弁座６と、シリ
ンダヘッドに設けた固定弁蓋７とが対向接触して排気口
を構成することを特徴とする２サイクルユニフロー式内
燃機関
【請求項２】シリンダ１０とピストン１１との間で軸方
向に滑り動くスリーブ１、スリーブ１の外側に張り出し
たフランジピストン２、その上下に開いた作動筒ポート
４及び掃気ポート５、フランジピストンが滑り嵌合する
天井付き作動筒３、下側からフランジピストン２を押し
上げる弁ばね９、スリーブ１の上端面に環状の蓋部１６
を介して設けられた弁座６、弁座と対向してシリンダヘ
ッドに設けられた固定弁蓋７を具えた２サイクルユニフ
ロー式往復動ピストン式内燃機関であって、２種のポー
ト４及び５は、排気弁を開くべき位置イにピストンが下
がって来た時に、作動筒ポート４が燃焼室１２と天井付
き作動筒３の空間とを連通し、排気ガスの圧力により、
フランジピストン２、スリーブ１及び弁座６を押し下げ
て排気口を開き、掃気弁を開くべき位置ウにピストンが
更に下がって来た時にクランク室１５と燃焼室とを連通
する掃気ポート５が開くような位置にあることを特徴と
する２サイクルユニフロー式内燃機関。
【請求項３】排気ガス作動筒３、ポート４、フランジピ
ストン２及び弁ばね９とからなる機構により駆動される
可動スリーブ１上端の弁座６の上面と、運動しないシリ
ンダヘッドの中心に固定されている弁蓋７の下面とが、
環状円錐面によりバルブ作用をするように接触して排気
口を構成することを特徴とする２サイクルユニフロー式
内燃機関。
【請求項４】中心に噴射ノズル又は点火プラグ８を具
え、運動しないシリンダヘッドの中央に固定された弁蓋
７と、排気ガス作動筒３、ポート４、フランジピストン
２及び弁ばね９とからなる機構により駆動される可動ス
リーブ１上端の弁座とで、シリンダヘッド中央にノズル
又はプラグと同軸に配置された排気口を構成することを
特徴とする２サイクルユニフロー式内燃機関。
【請求項５】シリンダ１０の内面にあってピストン１１
の全行程を案内するライナーがシリンダの軸方向に滑り
動くスリーブ１をなし、スリーブの外側にはフランジピ
ストン２が張り出し、該フランジピストン２はシリンダ
本体とスリーブとの間に設けられた天井付き作動筒３の
内径に滑り嵌合し、かつ下側から弁ばね９によって上向
きに支えられ、スリーブ１のフランジピストン２に隣接
する上側には、作動筒３に通じるポート４が、同じく隣
接する下側には、クランク室１５から通じる掃気ポート
５が設けられ、かかる機構により駆動される可動スリー
ブ１の上端に環状の蓋部１６を介して設けた弁座６の上
面と、中心に噴射ノズル又は点火プラグ８を具え、運動
しないシリンダヘッドの中央に固定された弁蓋７の下面
とが対向して、環状円錐面接触部により、シリンダヘッ
ド中央にノズル又はプラグと同軸に配置された排気口を
構成し、２種のポート４及び５は、排気弁を開くべき位
置イにピストンが下がって来た時に、作動筒ポート４が
燃焼室１２と天井付き作動筒３の空間とを連通し、排気
ガスの圧力により、フランジピストン２、スリーブ１及
び弁座６を押し下げて排気口を開き、掃気弁を開くべき
位置ウにピストンが更に下がって来た時にクランク室１
５と燃焼室とを連通する掃気ポート５が開くような位置
にあることを特徴とする２サイクルユニフロー式内燃機
関。