JPH02252909A - 対向ピストン型回転式スリーブバルブ内燃機関 - 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、内燃機関に関する。更に詳しくは、燃料の
吸気、排気のための回転式スリーブ弁機構を有する内燃
機関において、ピストンを対向して配置したタイプの対
向ピストン型回転式スリーブバルブ内燃機関に関する。

［従来技術］ ピストンが往復動するタイプの内燃機関は、燃料と空気
との混合ガスを吸気弁からシリンダ室に吸入し、シリン
ダ室で爆発燃焼後、排気弁から燃焼ガスを排出する。こ
の給排気のための弁機構は、きのこ弁機構、スリーブ弁
機構、回転弁機構の３つに大別される。きのこ弁機構は
、内燃機関に広く用いられており、通常弁装置と駆動装
置とで構成されている。弁装置には、弁の開閉を制御す
るカムと、カムの運動を伝達する伝達機構と、弁の開閉
運動に変換する開閉機構とがある。この駆動装置は、ク
ランク軸の回転と同期してカム軸を駆動する機構である
。

現在のきのこ弁装置は、機関の性能特性、燃焼室形状、
サービス性、製造価格などにより商業的には数種類の機
構が採用されている。主に汎用機関に用いられている側
弁式と、自動車用機関などに用いられている頭上弁式と
に大別される。また、駆動装置には、歯車駆動、チェー
ン駆動、歯付ベルト駆動の各方式がある。スリーブ弁機
構は、シリンダ内面にスリーブをはめ、このスリーブを
上下運動または回転駆動させて吸・排気口を開閉するも
のである。

回転弁は、吸排気通路または燃焼室の一部に回転子を設
け、この回転子を回転させて吸・排気口と連通させ機構
である。スリーブ弁の中の回転スリーブ弁は、スリーブ
を回転させて吸・排気口を開閉するものであり、例えば
、登録実用新案公報第３６８２３７号、実公昭２５−５
７０４号公報などに記載されている。これらスリーブバ
ルブを用いたものは、弁孔面積を大きくとれるので吸排
気のための通気効率が良い、弁機構が比較的簡単である
、騒音が少ないなどの特長を有している。

しかし、スリーブとシリンダブロック間の気密性の保持
、回転接触面の潤滑の困難性、摩擦損失などの点から特
殊用途以外は現在は実用化されていない。

［発明が解決しようとする課題］ 前記したスリーブバルブタイプは、いずれも１個のピス
トンを有するタイプであり、圧縮比を向上させるには限
界がある。−最に内燃機関は、圧縮比を上げると機関効
率が向上することか知られている。また、前記したスリ
ーブバルブタイプの内燃機関は、過去の技術であり開発
当時のシール技術レベルでは、ガス漏れ防止、潤滑技術
が不完全で圧縮比をあまり上げられないという問題があ
った。

この発明の目的は、小さい容量のシリンダブロックで圧
縮比を上げることができる対向ピストン型回転式スリー
ブバルブ内燃機関を提供することにある。

この発明の他の目的は、給排気効率の高い対向ピストン
型回転式スリーブバルブ内燃機関を提供することにある
。

この発明の更に他の目的は、回転式スリーブバルブ内燃
機関において、スリーブバルブのシール効果を向上させ
た対向ピストン型回転式スリーブバルブ内燃機関を提供
することにある。

［前記課題を解決するための手段］ 前記課題を解決するために次のような手段を採る。

シリンダブロックと、ロータリシリンダバルブと、二つ
のピストンと、二つのクランク軸などとからなるスリー
ブバルブ内燃機関において、ａ、前記シリンダブロック
は混合ガスおよび排気ガスを吸入、排出するための吸入
孔と排気孔とを有し、 ｂ、前記ロータリシリンダバルブは前記シリンダブロッ
ク内で回転自在に支持され中心に円筒空間を有し、かつ Ｃ９前記ロータリシリンダバルブの中間位置には開口部
を有し、かつ ｄ、ロータリシリンダバルブの両端には歯車を有し、 ｅ、前記ロータリシリンダバルブ内には前記開口部を挾
んで対向して摺動自在に挿入した前記二つのピストンと
、 ｆ、前記二つのピストンに連結した前記二つの連結棒に
回転自在に設けた前記二つのクランク軸と、 ｇ、前記二つのクランク軸に設けられ前記歯車とかみ合
うクランクギアとからなることを特徴とする対向ピスト
ン型回転式スリーブバルブ内燃機関である。

前記シリンダブロックと前記ロータリシリンダバルブと
の間をガスシールするためにこの間にシールリングを介
在させ、かつ前記吸入孔と前記排気孔をシールするため
に前記開口部の周囲を環状にシールリングを配置すると
なお効果的である。

し作用］ スタータでクランク軸を回転駆動させる。両ピストンが
下死点に向けて移動するとき、すなわち互いに遠くなる
方向に移動するとき、ロータリシリンダバルブの開口部
と吸入孔とが一致し、この開口部から混合ガスを吸入す
る。

このとき、クランク軸のクランクギアはロータリシリン
ダバルブの両端を駆動しているので、開口部と吸入孔が
一致するようにタイミングが調節されている。両方のピ
ストンは再び上死点に向かう、すなわち互いに接近して
混合ガスを圧縮する。両ピストンが上死点到達直前に、
開口部が点火プラグの位置に位置し、圧縮した混合ガス
に点火し、ピスシトンが上死点に到達後燃焼・膨張させ
る。

ピストンは、燃焼ガスに押されて移動し、クランク軸を
駆動する。再び両ピストンが上昇し、開口部と排気孔と
が連通して排ガスを排気孔からエンジン外部へ排気する
。以後この動作を繰り返す。

［実施例］ 以下、この発明の実施例を図面にしたがって説明する。

第１図に示すものは、１つの回転式シリンダバルブ内に
対向して２個のピストンを設けた実施例である。シリン
ダブロック１は、内部が空洞の円筒状のケースであり、
通常のエンジン材料である鋳物材料で作られている。シ
リンダブロック１の両端には、クランクケース２がボル
ト３で着脱自在に設けである。クランクケース２は、ク
ランク軸２０を内蔵するものである。

本例のクランクケース２は、シリンダブロック１と別体
に作られているが、公知のシリンダブロックのように一
体に鋳造して製作しても良い。

シリンダブロック１の内部には、円筒状のロータリシリ
ンダバルブ４が回転自在に挿入しである。

ロータリシリンダバルブ４の両端には、ベベルギア５．
５が一体に設けである。ただし、ベベルギア５．５は、
別体で作り歯切り加工後、組立てて作る方法でも良い。

ロータリシリンダバルブ４の中央部には、だ円の形状の
開口部６が設けである。

シリンダブロック１には、吸入孔７、排気孔８が設けで
ある。吸入孔７．排気孔８の開口位置は、エンジンの吸
入、圧縮、膨張、排気のサイクルに合致するように、開
口部６と同期するように設けである。シリンダブロック
１の内周面で吸入孔７、排気孔８を挾んで上下には、平
行に２段にシールリングを配置したガスシール機構９．
９が設けである。このガスシール機構９．９は、圧縮し
た混合ガスが漏れないように厳密にシールするものであ
り、可能な限り高温、高圧に耐えかつ耐摩耗性があるも
のが望ましい。第２図は、第１図の■部分のガスシール
機構９の拡大図である。

シールリング１０は、円環状のテーパフェース形と呼ば
れるシールであり、先端がテーパになっている。シール
リング１０の側面の溝部にはＯリング１２が挿入されて
いる。シールリング１０と０リング１２は、シリンダブ
ロック１内のリング７ｓｌｌ内に挿入されている。リン
グ満１１の底面には、波状の板ばね１３が挿入してあり
、常にシールリング１０を底面から押してロータリシリ
ンダバルブ４の外周面１９側に押している。

ロータリシリンダバルブ４とシリンダブロック１との間
は、空洞になっていて、この空洞部はロータリシリンダ
バルブ４を冷却する冷却室１６である。この冷却室１６
には、冷却水を入れてロータリシリンダバルブ４の外周
を冷却する。更に、ロータリシリンダバルブ４の上下端
には、シリンダブロック１との間に０リング１７．１７
が設けである。このＯリング１７．１７は、主に冷却水
の漏れを防ぐためのものである。なお、この例では、０
リング１７．１７であるが他の周知のシーリング手段で
も良い。

ガスシール機構９．９間のシリンダブロックには、点火
プラグ１４がねじ込んである。点火プラグ１４は、開口
部６を通して、混合ガスに点火するものである。更に、
ロータリシリンダバルブ４の両端は、ベアリング１８で
回転自在に支持されている。ベアリング１８は、耐熱、
耐腐食性のある材質を選び、スラスト方向の荷重に耐え
うるベアリングを用いる。クランク軸２０．２０の両端
には、クランクケース２にベアリング２３によって支持
されている。

クランク軸２０．２０の一端には、クランクギア２２が
一体または別体に設けである。クランクギア２２．２２
は、ベベルギアでありロータリシリンダ４の両端のベベ
ルギア５．５にかみ合っている。クランクギア２２．２
２は、動力を出力すると共に同時にロータリシリンダバ
ルブ４を駆動する。クランクギア２２．２２と、ベベル
ギア５．５の歯数比は、１：２である。クランクギア２
２．２２が２回転に対し、ベベルギア５．５が１回転で
ある。

クランク軸２０のビン２１には、連接棒２４の一端が回
転自在に設けである。連接棒２４の他端には、ピストン
ピン２５が挿入されており、ピストンピン２５の両端は
ピストン２６に固定しである。ピストン２６は、従来か
ら公知の４サイクルエンジンに使用されている構造であ
り、その詳細な説明は省略する。ピストン２６の外周の
溝は、圧力リング２７．２７、オイルリング２８がそれ
ぞれはめ込んである。

第３図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）、（ｄ）に示す図は、ロ
ータリシリンダバルブ４の開口部６、開口部６のシール
リング３０の構造、形状を示す。

第３図（ａ）は、ロータリシリンダバルブ４の開口部６
を軸線に垂直な方向に切断した図である。

第３図（ｂ）は、第３図（ａ）の矢印すの方向、すなわ
ち内孔からみた図である。第３図（Ｃ）は、第３図（ａ
）の矢印ｃ、すなわち外側からみた図である。第３図（
ｄ）は、第３図（ｃ）のｄｄ断面図である。

開口部６は、図で理解されるようにロータリシリンダバ
ルブ４の内孔部は長だ円形状をしていて、出口は円形の
形をしている。内孔部を円形にすると、ピストン２６の
移動方向の開口部６が大きくなり、結果として圧縮比が
低下する。すなわち、ピストン２６のピストンリング２
７は、開口部６を越えて圧縮すると、ガス漏れが生じる
ためである。

ロータリシリンダバルブ４の外周面１９開口部６の円周
位置には、シールリング３０が配置しである。シールリ
ング３０は、円環状の形であり、かつロータリシリンダ
バルブ４の外周面１９に沿うように円筒曲面を有してい
る。外周面１９の開口部６の円周には、リング溝３１が
形成しである。リング溝３１にシールリング３０が挿入
しである。リング溝３１は、オイル供給路３２と連通し
ている。

一方、オイルリング溝３２は、オイル排出路３３と連通
している。オイル供給路３２、オイル排出路３３は、ロ
ータリシリンダバルブ４の軸線方向に穴が設けてあり、
クランクケース２内に通じている。クランクケース２内
には、エンジンオイルが満たされており、ロータリシリ
ンダバルブ４が回転することによりオイル取入口３４か
らオイルが供給され、リング溝３１を満たした余剰のオ
イルは、オイル排出路３３を通してクランクケース２に
戻される。なお、オイル取入口３４は、オイルを取り入
れやすくするためロータリシリンダバルブ４の接続方向
を向いている。

一方、オイルリング３０は、断面がぼぼ矩形をしたもの
であり、外周の所定間隔ごとにオイル貫通孔３５を有し
ている。オイル貫通孔３５は、リング溝３１の底面から
オイルをシールリング３０の外表面に浸み出すようにし
たものである。表面に浸み出てオイルは、シールリング
３０の表面に設けたオイル溝を満たす。シールリング３
０の底面には、同様にオイル溝が設けてあり、オイル貫
通孔３５間をオイルが流れるように構成されている。

また、リング溝３１の底面とシールリング３０の底面と
の間には、板バネ３６が挿入してあり、常にシールリン
グ３０を外側に押し出している。

シールリング３０は、ロータリシリンダバルブ４の内周
壁面に押されて気密を保持する。

第４図に示すものは、シリンダブロック１に設けた吸入
孔７の形状を示す展開図である。吸入孔７の以下高さ（
図示上）は、開口部６の直径とほぼ同一の大きさである
。吸入孔７の円周方向の両側には、開口部６と直径が同
じ半円形の半円突部３７が突き出た形状を有している。

最初に円形の開口部６の環状で半円周にわたって吸入孔
７と連通ずるので吸入効率が良い。排気孔は同様の形状
をしており、説明は省略する。

１−１　　゛ 以上の構造を有しているエンジンは、次のように作動す
る。第５図は第１図■−■切断した断面の略図を示し、
この図と第１図を中心に説明する。スタータ（図示せず
）でどちらのクランク軸２０を回転駆動させる。両ピス
トン２６が下死点に向けて移動するとき、すなわち互い
に遠くなる方向に移動するとき、開口部６と吸入孔７と
が一致し、この開口部６から混合ガスを吸気する。混合
ガスＡは、公知の気化器（図示せず）から供給させる。

この吸気サイクルの吸気量は、開口部６と吸入孔７との
重なりの中間で最大量となり、重なりが終わりに近づく
につれて減少し、重なりが終わったときに吸気も終わる
。

このとき、クランク軸２０のクランクギア２２．２２は
ロータリシリンダバルブ４の両端を駆動しているので、
開口部６と吸入孔７が一致するようにタイミングが調節
されている。両方のピストン２６．２６は再び上死点に
向かう、すなわち互いに接近して混合ガスを圧縮する。

両ピストン２６．２６が上死点到達直前に、開口部６が
点火プラグ１４の位置に位置し、圧縮した混合ガスに点
火し、ピスシトン２６．２６が上死点に到達後燃焼・膨
張させる。

ピストン２６．２６は、燃焼ガスに押されて移動し、ク
ランク軸２０を駆動する。再び両ピストン２６．２６が
上昇し、開口部６と排気孔８とが連通して排ガスを排気
孔８からエンジン外部へ排気する。以後この動作を繰り
返す。

この実施例は、圧縮比が１ピストンタイプより約２倍近
い圧縮比がとれるので、高性能のエンジンが実現できる
。また、この実施例は、吸排気系のバルブ類が不要とな
って外形が大幅に小さくなり、大形乗用自動車（バス）
やジーゼル自動車などのように床下に取付ける場合また
は小形船舶のエンジンルームに取付ける場合など比較的
細長い容積をとれる場合に有利となる。

［他の実施例］ 前記した実施例のクランクギア２２．２２とロータリシ
リンダバルブ４の両端のベベルギア５、・５の歯数比は
、１：２である。すなわち、クランクギア２２．２２が
２回転に対し、ベベルギア５．５が１回転である。４サ
イクルエンジンであるから、４サイクル毎にロークリシ
リンダバルブ４が１回転することになる。しかし、吸入
孔７、排気孔８、点火プラグ１４を１個でなく１８０度
反対側にもう１個設けると、４：１の割合でロータリシ
リンダバルブ４を回転させても、４サイクルエンジンは
成立する。

これは、ロータリシリンダバルブ４と、ベベルギア５．
５の歯車の端数比を変えて実現しても良いし、もう−段
歯車を介在させて減速させても良い。ガスシールが難し
いロータリシリンダバルブ４の回転数を減少させるので
、前記実施例に比べてガスの漏出を少なくできる。また
、回転摩擦損失も前記実施例のものより少なくできる。

なお、対向ピストン型ではないがこれらの技術は、特許
第１３５５６３号（昭和１５年）、実公昭２５−５７０
４号公報など公知の技術である。

前記実施例のシールリングは、シリンダブロック１に挿
入して設けた。また、ロータリシリンダバルブ４の開口
部のシールリング３０は、ロータリシリンダバルブ４自
身に設けた。しかし、前記説明から理解できるように、
シールリング１０、３０は、ロータリシリンダブロック
４とシリンダブロック１間のガスの漏出を防ぐためのも
のである。したがって、この機能を達成するものであれ
ば、シールリング１０．３０は、シリンダブロック１ま
なはロータリシリンダバルブ４内のどちらに設けても良
い。また、シールリングの形状、本数は、前記実施例に
限定されるものではなく、内燃機関に使用されている公
知のいかなるものでも良い。

更に、前記実施例のシールリング１０は、潤滑のための
オイルを供給していないが、必要に応じて、オイルポン
プ、自然給油などで供給しても良い。

［発明の効果］ 以上詳記したように、この発明は、２ピストン有して、
いるのに、１つの吸・排気系のバルブで済み、かつその
バルブの構造もスリーブバルブを採用したので簡単であ
る。また、圧縮比も高くできるので、効率の良い運転が
可能になった。

【図面の簡単な説明】

第１図は対向ピストン型回転式スリーブバルブ内燃機関
の実施例を示す断面図、第２図は第１図の■部の拡大図
、第３図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）、（ｄ）は開口部のガ
スシールの配置を示す図、第４図は吸入孔の形状を示す
展開図、第５図はロータリシリンダバルブの作動原理を
示す図である。 １・・・シリンダブロック、２・・・クランクケース、
４・・・ロータリシリンダバルブ、６・・・開口部、７
・・・吸入孔、８・・・排気孔、９・・・ガスシール機
構、１０・・・シールリング、２０・・・クランク軸、
２４・・・連接棒特許出願人　大　島　建　設株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、シリンダブロックと、ロータリシリンダバルブと、
   二つのピストンと、二つのクランク軸などとからなるス
   リーブバルブ内燃機関において、ａ、前記シリンダブロ
   ックは混合ガスおよび排気ガスを吸入、排出するための
   吸入孔と排気孔とを有し、 ｂ、前記ロータリシリンダバルブは前記シリンダブロッ
   ク内で回転自在に支持され中心に円筒空間を有し、かつ ｃ、前記ロータリシリンダバルブの中間位置には開口部
   を有し、かつ ｄ、ロータリシリンダバルブの両端には歯車を有し、 ｅ、前記ロータリシリンダバルブ内には前記開口部を挾
   んで対向して摺動自在に挿入した前記二つのピストンと
   、 ｆ、前記二つのピストンに連結した前記二つの連結棒に
   回転自在に設けた前記二つのクランク軸と、 ｇ、前記二つのクランク軸に設けられ前記歯車とかみ合
   うクランクギアとからなることを特徴とする対向ピスト
   ン型回転式スリーブバルブ内燃機関。 ２、請求項１において、前記シリンダブロックと前記ロ
   ータリシリンダバルブとの間をガスシールするためにこ
   の間にシールリングを介在させ、かつ前記吸入孔と前記
   排気孔をシールするために前記開口部の周囲を環状にシ
   ールリングを配置したことを特徴とする対向ピストン型
   回転式スリーブバルブ内燃機関。