JPH11508663A - シリンダヘッドの構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、少なくても一つのシリンダ（４）を備えた内燃機関のシリンダヘッド装置（２）に関する。シリンダヘッドは、各シリンダに対して吸気弁（７）を備えた吸気通路（６）を、また点火栓（１０）とともに排気弁（９）を備えた排気通路（８）を有している。本発明によると、シリンダヘッド（２）には、各シリンダ（４）に対して、燃焼室（５）に連通した小室（１５）が形成されている。小室（１５）には、小室（１５）と燃焼室（５）との間の連通を弁手段（１１）が遮断する第１位置と、小室（１５）が燃焼室（５）と自由に連通する第２位置との間で変位移動される弁手段（１１）が設けられている。弁手段（１１）には、更に弁手段（１１）を貫ぬいて伸び且つその端部で燃焼室（５）又は小室（１５）内に突出した点火栓（１０）のホルダーが形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】 シリンダヘッドの構造 本発明は、少なくても１つのシリンダを備えた内燃機関のシリンダヘッド装置 に関する。機関の各シリンダに対して、燃焼室がシリンダ壁とシリンダ内のピス トン端面と共にシリンダヘッドによって形成されている。各シリンダのシリンダ ヘッドは、第１に、吸気通路と燃焼室との間の連通を制御するために吸気弁を備 えた少なくても１つの吸気通路と、第２に、燃焼室と排出通路との間の連通を制 御するために排気弁を備えた少なくても１つの排気室と、第３に、少なくても１ つの点火栓とから構成されている。 上記タイプのシリンダヘッドは、例えば自動車等に使用するために製造される 殆ど全部の内燃機関に使用されている。弁は通常、エンジンにおけるガス交換を 制御するのに非常に効果のあるポペット弁又はディスク弁の形となっている。 内燃機関の設計において、エンジンの効率を高めるのが普遍的な目標となって いる。効率を高めることで、燃料消費を低減し、エンジン排気中の有害発散物の 割合いを低減することができ、例えば、自動車において変化する運転条件の下で のエンジン作動に対して、エンジンを現状の運転条件により適合できるようにす るのが目標である。これを達成するために、エンジンシリンダにおける圧縮比を 変えたり、燃料供給と点火のシステムを変えたり、また弁開閉タイミングを変え ることが提案されてきた。これらの工程は、それぞれ単独、又はいろいろな組み 合わせで実施することができる。 エンジンシリンダにおいて圧縮比を変えるのは、エンジンを各種の運転条件に 適合させる有効手段であり、それによって効率向上を達成する。運転中にエンジ ン圧縮比を変える各種の装置が以前から知られているが、これら公知装置の或る ものは、複雑な設計であり、従って製造や保守に費用がかかるものであり、他方 、他の公知設計では満足のいく結果が事実上得られていない。従って、各種の運 転条件に適合させるために運転中に内燃機関の圧縮比を変える簡単な装置が必要 とされている。 本発明は、従って燃焼室のシリンダヘッド装置を達成しようとするもので、当 該装置は、簡単で信頼性の高い状態で運転中にエンジンシリンダの圧縮比を変え ることができるようにするものである。このことは、本発明に従って、請求項１ の特徴的文節に開示されているそのような特徴を備えた装置によって達成される 。 本発明に係る装置の有利な実施例は、請求の範囲の従属項に定義されている。 本発明は、或る一定の構成部品を省いた状態で燃焼室の上部を部分的に切欠い た概略図を示している添付図面を参照にして以下に詳細に説明される。 図１〜５は、いろいろな位置におけるシリンダヘッドとエンジンの上部の各種 の構成部品の対応断面図を示しており、 図６ａ〜ｉは、燃焼室から見たように本発明に係るシリンダヘッドの各種の考 えられ得る変形例を極端に簡略化した形で示している。 図１〜５は、エンジンブロック１とシリンダヘッド２とを備えた燃焼室の一部 分を示している。シリンダ４内で往復動できるピストン３の一部も示されている 。シリンダ４の壁は、シリンダ４を向いたシリンダヘッド２の面とピストン３の 端面と共に燃焼室５を形成している。シリンダヘッド２には、更に吸気通路６も 形成されており、そこには吸気通路６と燃焼室５との間の連通を制御するために 吸気弁７が設けられている。更に、シリンダヘッド２には、燃焼室５と排気通路 ８との間の連通を制御する排気弁９を備えた排気通路８も在る。更に、電極端部 が少なくても部分的に燃焼室５内に突入するように、点火栓１０がシリンダヘッ ド２に取り付けられている。 図面で見受けられるように、点火栓１０は、以下により詳細に説明されている ように弁手段としての働きをするスリーブ１１内に捩じ込まれている。図１は、 燃焼室５に最も近くなるようにスリーブ１１に配置されたシールエレメント１２ が、接触面１３でシリンダヘッド２の座１４に対して当接している第１位置のス リーブ１１を示している。これで、シリンダヘッド２に形成され且つ図１に示さ れた状態でスリーブ１１が貫き通ってい る小室１５と燃焼室５との間にシールを与えている。 図２は、燃焼室５から遠い小室１５の端部でシリンダヘッド２の第２座１７に 対して第２接触面１６でシールエレメント１２が接触している第２位置のスリー ブ１１を示している。これは、この状態で小室１５は燃焼室５と自由に連通して おり、事実上その一部分となっていることを意味している。従って、スリーブ１ １を図１に示された第１位置と図２に示された第２位置との間で移動することで 、エンジンを異なった運転条件に適合させるように、エンジンに２つの異なった 圧縮比を与えることができる。 弁手段、又はスリーブ１１をそれら２つの位置の間で移動させるために、作動 シリンダ１８がスリーブ１１と同軸にシリンダヘッド２に搭載されている。スリ ーブ１１には、作動ピストン１９が固定されている。作動ピストン１９は、作動 シリンダ１８内で変位移動でき、シリンダ壁に対してシールされている。作動シ リンダ１８には、以下により詳細に説明する目的にかなうように固定された中間 壁も設けられている。スリーブ１１は、中間壁２０を貫いて通って伸びている。 ２つの圧力媒体通路２１、２２が作動ピストン１９の両側で作動シリンダ１８ 内に開口している。それら圧力媒体通路２１、２２の一方又は他方を介して作動 シリンダ１８に圧力媒体を供給することで、作動ピストン１９は、それと共にス リーブ１１も、その２つの位置の間で変位移動される。圧力媒体通路２１、２２ は、圧力媒体源と、圧力媒体通路２１、２２を行き来する圧力媒体流を制御する のに必要な弁とを備えた圧力媒体系（図示されていない）に、ここでは詳しくは 示されていない或る状態で接続されている。 図１と２は、シリンダヘッド２の弁座２３に対して閉鎖された吸気弁７を示し ている。弁座２３は、燃焼室５から遠い第２小室２４の端部に配置されている。 第２小室は、この状態で燃焼室５の一部分を構成している。弁７は、カム軸２５ と、タペット２７によって弁７を作動するカム突出部２６とによって従来と同様 に作動される。弁スプリング２８は、座２３に対する閉鎖位置に向かって弁７を 付勢している。図３は、カム軸２５の突出部２６によって作動された開放位置の 弁７を示している。ここで第２小 室２４が吸気通路６の拡張部を構成し、その結果吸気弁７の周りの流れがマイナ スの作用を受けないことも明らかである。 図４と５には、燃焼室５と第２小室２４との間の連結部に位置するシリンダヘ ッド２の座３０に対して接触面２９で弁７が当接している別の位置の吸気弁７が 示されている。座３０と接触する位置へ弁７を移動させるために、ここではより 詳細に図示されてはいない状態でシリンダヘッド２に搭載された軸３２に揺れ腕 ３１が揺動可能に搭載されている。揺れ腕３１の一方の腕３３は、タペット２７ を作動し、他方で他方の腕３４が第２作動ピストン３５によって作動されており 、そのピストン３５は、第１作動ピストン１９に対して中間弁２０の反対側で作 動シリンダ１８内に変位移動可能に設けられている。そこで、第２作動ピストン ３５は、リングピストンの形となっており、スリーブ１１は第２作動ピストン３ ５の少なくても一部分を貫いて伸びている。中間壁２０から遠いその端部で、作 動シリンダ１８は、第２作動ピストン３５が貫いて伸びている開口を備えた端壁 ３６によってシールされている。 ２つの圧力媒体通路３７、３８は、中間壁２０と端壁３６との間のスペースに おいて第２作動ピストン３５の両側で作動シリンダ１８内に開口している。圧力 媒体を圧力媒体通路３７又は３８に各々供給することで、揺れ腕３１がタペット ２７に作用しない図１〜３に示された位置と揺れ腕３１の腕３３がタペット２７ を介して吸気弁７を座３０に接触させるように押し込む図４及び５に示された位 置との間で第２作動ピストン３７は、作動シリンダ１８内で変位移動される。圧 力媒体通路３７、３８は、圧力媒体通路を各々行き来する圧力媒体流を制御する ために必要とされる弁と圧力媒体源とを備えた圧力媒体系（図示されていない） に接続されている。 吸気弁７が弁座２３に対して正規の吸気弁として作動できるようにするか、又 は吸気弁７を座３０に対して閉鎖状態に維持するかのいずれかによって、エンジ ンのシリンダ４における２つの異なった圧縮比を達成することが可能となる。吸 気弁７が座３０に対して閉鎖状態に保持される時には、勿論、シリンダ４用に少 なくても一つの他の吸気弁がなければならない。勿論、吸気弁７に代わって又は それに付加して、対応目的に応じて排気弁 を使用することも考えられ、即ち、排気弁が吸気弁７に対して上述したように小 室内で作業できるようにすることもできる。 小室１５やスリーブ１１のような弁手段又は弁スリーブを備えた結合／分離可 能な小室と、弁７を供えた小室２４のように弁を備えた少なくても一つの他の小 室とを使うことで、各種の運転条件に適合するようにエンジンの圧縮比を高くす るように変えることは、小室を適当に寸法決めすることで可能となる。幾つかの 在り得る実施例を図解するために、図６は、非常に概略的な形の９つの異なった 実施例を図示している。Ｉは、在来型の吸気弁及び排気弁を示し、他方IIは、点 火栓１０を備えたスリーブ１１に対応した点火栓付きスリーブの形の弁手段を示 し、IIIは、弁７と小室２４に対応した小室付き弁を示している。しかし、弁III は勿論、吸気又は排気のいずれかの弁であることに気付くべきである。図６に示 された実施例は、単なる例であって全ての考え得る変形例を全て提供しようとす るものではないことも気付くべきである。 本発明は、上で説明された例に限定されるものではなく、むしろ、次の特許の 請求の範囲の技術的範囲以内で変更が行われるものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｐ 13/00 ３０１ Ｆ０２Ｐ 13/00 ３０１Ｃ ３０３ ３０３Ｚ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，Ｉ Ｌ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．機関の各シリンダ（４）に対して、燃焼室（５）がシリンダ壁（２）とシ リンダ内のピストン（３）の端面と共にシリンダヘッド（２）によって形成され ており、各シリンダ（４）のシリンダヘッド（２）が、第１に吸気通路（６）と 燃焼室（５）との間の連通を制御するために吸気弁（７）を備えた少なくても１ つの吸気通路（６）と、第２に燃焼室（５）と吸気通路（６）との間の連通を制 御するために排気弁（９）を備えた少なくても１つの排気通路（８）と、第３に 少なくても１つの点火栓（１０）とから構成されている少なくても一つのシリン ダ（４）を備えた内燃機関のシリンダヘッド（２）の装置において、各シリンダ （４）のシリンダヘッド（２）には、燃焼室（５）と連通している小室（１５） が造られており、また各小室（１５）には、小室（１５）と燃焼室（５）との間 の連通を弁手段（１１）が遮断する第１位置と、小室（１５）が燃焼室（５）と 自由に連通する第２位置との間で変位移動可能な弁手段（１１）が設けられてお り、また弁手段（１１）には、弁手段（１１）を貫ぬいて伸び且つその端部で燃 焼室（５）又は小室（１５）内に突出した点火栓（１０）のホルダーが形成され ていることを特徴とする少なくても一つのシリンダを備えた内燃機関のシリンダ ヘッド装置。 ２．弁手段は、点火栓（１０）が取り付けられているスリーブ（１１）として 形成されており、スリーブ（１１）は、スリーブ（１１）から半径方向に拡がり 且つスリーブ（１１）がその第１位置に在る時にシリンダヘッド（２）の座（１ ４）と協同する接触面（１３）を有したシールエレメント（１２）を燃焼室に隣 接したその端部に備えており、上記座は、小室（１５）と燃焼室（５）との間に 設けられていることを特徴とする請求項１に記載の装置。 ３．シールエレメント（１２）は、燃焼室（５）に隣接したスリーブ（１１） の端部に配置された基本的に半径方向外側を向いたフランジであることを特徴と する請求項２に記載の装置。 ４．作動手段（１８、１９、２１、２２）は、その２つの位置の間で弁 手段（１１）を変位移動させるためにシリンダヘッド（２）に設けられているこ とを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の装置。 ５．作動手段は、弁手段（１１）に固定された作動ピストン（１９）から構成 され、上記作動ピストン（１９）は、シリンダヘッド（２）の作動シリンダ（１ ８）内で変位移動可能となっており、圧力媒体通路（２１；２２）は、作動ピス トン（１９）の一方側で作動シリンダ（１８）内に開口していることを特徴とす る請求項４に記載の装置。 ６．第２圧力媒体通路（２２；２１）は、第１圧力媒体通路（２１；２２）に 対して作動ピストン（１９）の反対側で作動シリンダ（１８）内に開口している ことを特徴とする請求項５に記載の装置。 ７．各シリンダ（４）の吸気弁（７）及び／若しくは排気弁は、シリンダヘッ ド（２）に配置されて吸気通路（６）又は排気通路の拡張部分から構成された第 ２小室（２４）に配置されており、また第２小室（２４）に配置された弁（７） は、吸気通路（７）又は排気通路と燃焼室（５）との間の連通を制御する為に燃 焼室（５）から遠い第２小室（２４）の端部の弁座（２３）と協同し、また第２ 小室（２４）に配置された弁（７）は、第２小室（２４）と燃焼室（５）との間 に配置された第２座（３０）とシール接触するように作動機構（３５、３１、２ ７）によって作動されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載 の装置。 ８．作動機構は、第１に第１作動ピストン（１９）が配置されている作動シリ ンダ（１８）の部分から硬い中間壁（２０）によって隔離された作動シリンダ（ １８）の第２部分に配置された第２作動ピストン（３５）と、第２に第２小室（ ２４）内の弁（７）に第２作動ピストン（３５）の運動を伝達する揺れ腕（３１ ）とから構成されていることを特徴とする請求項７に記載の装置。 ９．第３圧力媒体通路（３７；３８）は、第２作動ピストン（３５）の一方側 で作動シリンダ（１８）内に開口していることを特徴とする請求項８に記載の装 置。 １０．第４圧力媒体通路（３８；３７）は、第３圧力媒体通路（３７；３８） に対して第２作動ピストン（３５）の反対側で作動シリンダ（１８） 内に開口していることを特徴とする請求項９に記載の装置。 １１．各圧力媒体通路（２１、２２、３７、３８）は、圧力媒体源と、各圧力 媒体通路を行き来する圧力媒体流を制御する一つ以上の弁とが設けられている圧 力媒体系に連通されていることを特徴とする請求項５から１０のいずれか一つに 記載の装置。