具有覆蓋菌形氣門的傘形部的底面的部件的活塞式發動機的製作方法

2023-06-02 21:30:46

專利名稱：具有覆蓋菌形氣門的傘形部的底面的部件的活塞式發動機的製作方法
技術領域：
本發明涉及具有覆蓋菌形氣門的傘形部的底面的部件的活塞式發動機。該部件在燃燒室向主氣缸的外側擴張時，佔據面向設置在主氣缸的外側的所述菌形氣門的所述底面的燃燒室的空間。
背景技術：
在高速旋轉時，四衝程發動機的進氣阻力和排氣阻力的量增加。該發動機的進氣凸輪的提升量在進氣門的開啟時初期比開啟期間中期以後的提升量極端減少。在發動機的高速旋轉時，開啟期間初期的時間變短。其結果是，限制進氣的流入量。其結果是，在進氣門的開啟時初期，氣缸內的壓力低於活塞的背側的壓力。在該狀態下，活塞沿與對活塞施加壓力的方向相反的方向持續下降。因此，負的工作量增加。因此，進氣阻力產生的損失量增加，轉矩下降。圖14表示山海堂發行的雜誌《內燃機》1995年11月號No. 434的90頁所記載的發動機的性能。關於圖14，在比最大轉矩值Ll · L2速度高的旋轉速度域中，在轉矩曲線的頂點時四衝程發動機的轉矩比Ll · L2下降。四衝程發動機的排氣凸輪的提升量，在從排氣門的開啟時到排氣衝程的下死點時為止的開啟期間初期，比開啟期間中期以後的提升量極端減少。其結果是，在高速旋轉時， 下死點時的氣缸內壓力變高。其結果是，在下死點時之後不久的排氣衝程時，排氣阻力產生的損失量增加。圖15表示專利文獻1的側置氣門式發動機。該發動機的由號碼127表示的主燃燒室向氣缸的外側擴張。在專利文獻1中，通過縮小進氣門與排氣門的間隔而緊湊地形成
燃燒室。然而，主燃燒室的容積增加了設有側置氣門的壁面與其相對面所夾持的空間的量。側置氣門的提升量越大，該空間的容積就越增加。因此，側置氣門式的燃燒室無法形成高壓縮比。其結果是，效率下降。圖17表示專利文獻3所記載的側置氣門式發動機。在圖17的引導孔的面向燃燒室的一端與用於進氣門的氣門座之間存在有燃燒室空間。而且，在圖17中，在從氣缸中心軸觀察容積可變部件的方向時，燃燒室比容積可變部件117向外側擴張。該擴張的部分使燃燒室容積增加。引導孔由號碼118表示。進氣門由號碼113表示。容積可變部件由號碼117表示。 燃燒室由號碼127表示。在專利文獻3的側置氣門式內燃機中，在氣缸外周的側方設置有一組進氣門和排氣門。因此，與在面向活塞上表面的燃燒室壁面上設置四個氣門的發動機相比，專利文獻3 的側置氣門式內燃機的一組進氣門和排氣門的面積之和小。在專利文獻3的側置氣門式內燃機中，在進氣門關閉期間，容積可變部件的突出到燃燒室中的部分被燃燒氣體加熱而高溫化。
活塞式發動機間歇性地燃燒。因此，在活塞式發動機中，燃燒室的內壁面由於進氣而被冷卻。因此，在火花點火發動機中，在燃燒室的內壁面上形成有混合氣的消焰層(激冷區)。該消焰層防止高熱向燃燒室的內壁流入。在排氣菌形氣門打開時，排氣菌形氣門的傘形部的底面和面向氣體通路的傘形部的上表面一起與燃燒氣體相接觸。如此，排氣菌形氣門的溫度升高。在活塞為高負荷時，難以在排氣菌形氣門的傘形部的底面形成混合氣的消焰層。因此，沿所述的底面的混合氣層自燃。在自燃的混合氣量增加時，所述的底面以外的面向燃燒室的內壁面的消焰層被破壞。 即，產生爆震。圖16表示專利文獻2的發動機。在使用專利文獻2所記載的第三形態的滑動閥作為排氣門時，在排氣衝程開始時，滑動閥的第一壓縮環的上表面和下表面暴露在燃燒氣體中。第一壓縮環由號碼108表示。因此，通過燃燒氣體將所述第一壓縮環加熱到潤滑油的燃燒溫度以上。所述第一壓縮環燒結。專利文獻2的發動機在主氣缸的外側形成有副氣缸。若活塞的衝程的長度比活塞的直徑長，則燃燒氣體的變換效率提高，但高速旋轉時的進氣效率下降。進氣效率的下降會使高速旋轉時的轉矩下降。相反地，若活塞的衝程的長度比活塞的直徑短，則高速旋轉時的進氣效率提高，但燃燒氣體的變換效率下降。因此，以往的火花點火式發動機無法同時實現活塞的長衝程化和高速旋轉時的轉矩的增加這兩者。此外，關於現有例子的附圖中所描繪的參照號碼，刪除不需要的號碼，變更必要的號碼。專利文獻1 日本特開 2000_282814 (P2000_282814A)專利文獻2 日本特願2008-120801，特許登記號碼4230529專利文獻3 日本特開2001-355470

發明內容
本發明的第一目的是提高活塞式發動機的壓縮比，該活塞式發動機在向主氣缸的外側擴張的燃燒室的壁面上設置有氣門。本發明的第二目的是使排氣門為低溫。本發明的第三目的是提高活塞式發動機的燃料利用率。以下，說明本發明的第一形態的活塞式發動機的結構。本發明的活塞式發動機具有氣缸蓋、氣缸體、主氣缸、活塞、副氣缸、頂置氣門、菌形氣門、覆蓋所述菌形氣門的傘形部的底面的部件。所述活塞在所述主氣缸內進行往復運動。所述燃燒室形成在所述活塞與所述氣缸蓋之間。所述燃燒室向所述主氣缸的外側擴張。所述燃燒室的內壁面包含第一部分和第二部分。所述第一部分是面向所述活塞上表面的內壁面的部分。所述第二部分是向所述主氣缸的外側擴張的內壁面的部分。所述副氣缸設置在所述主氣缸的外側。在所述內壁面的所述第二部分設置有菌形氣門。所述菌形氣門具有驅動所述菌形氣門的軸部的第二驅動裝置。在所述菌形氣門打開時，氣體通過所述菌形氣門與用於所述菌形氣門的第二氣門座之間。
所述部件在所述副氣缸內進行往復運動，所述部件具有筒狀側面。所述菌形氣門位於所述第二氣門座與所述部件之間。設置有用於使所述第二氣門座、所述菌形氣門及所述部件緊貼的機構。所述菌形氣門和所述部件的一體形成與使所述部件朝所述第二氣門座移動的裝置的組合是所述機構的一個，將所述部件朝所述第二氣門座按壓的裝置的設置是所述機構的另一個。與所述部件相接地設置的第三彈簧、與所述部件相接地設置的氣壓裝置、與所述部件相接地設置的液壓裝置、與所述菌形氣門的軸部相接地設置的第二彈簧中的一個，是使所述部件朝所述第二氣門座移動的所述裝置。與所述部件相接地設置的第三彈簧、與所述部件相接地設置的氣壓裝置、與所述部件相接地設置的液壓裝置中的一個是將所述部件朝所述第二氣門座按壓的所述裝置。環。
通過所述第二驅動裝置和所述機構，一體地驅動所述菌形氣門和所述部件。 在夾持於所述副氣缸的內壁與所述部件的所述筒狀側面之間的位置設置有壓縮
所述部件位於與所述菌形氣門的所述底面相接的位置。
所述頂置氣門設置於所述內壁面的所述第一部分。所述頂置氣門具有第一彈簧和驅動裝置。在所述頂置氣門打開時，所述氣體通過所述頂置氣門與用於所述頂置氣門的第一氣門座之間。所述氣體是流入所述燃燒室的進氣和從所述燃燒室流出的燃燒氣體中的任一個。在所述頂置氣門與所述菌形氣門的和中至少包含一組進氣門和排氣門。所述頂置氣門的數目與所述菌形氣門的數目的和的數目為三個以上。以下，僅說明本發明的第二形態的結構與第一形態的不同點。所述副氣缸的一端設置在與所述第二氣門座相鄰的位置。通過在所述副氣缸的所述中心軸上與連接所述主氣缸的中心軸和所述副氣缸的中心軸的直線正交的直線，將所述部件的所述筒狀側面的與所述菌形氣門相鄰的部分的整周劃分成兩個半周。所述兩個半周是距所述主氣缸的所述中心軸的距離近的第一半周和距所述主氣缸的所述中心軸的距離遠的第二半周。與所述菌形氣門相鄰的所述部件的所述筒狀側面劃分成二個半周面。所述兩個半周面是具有所述第一半周的第一半周面和具有所述第二半周的第二半周面。面向所述第二半周面，形成所述副氣缸的與所述第二氣門座相鄰的部分。位於向所述主氣缸的外側擴張的所述燃燒室外側的固定的壁與面向所述第二半周面的所述副氣缸的內周面相接地形成。在所述副氣缸的所述一端附近設置所述副氣缸的開口部。所述開口部面向所述第
一半周面。在所述第二氣門座與所述發動機的外部空間之間設置第一氣體通路。設置有在所述菌形氣門打開期間以短距離連接所述主氣缸內空間和所述第一氣體通路的第二氣體通路，在所述第二氣體通路中包含所述開口部。第二形態的活塞式發動機與專利文獻3所示的發動機相比，氣門蓋7的筒狀側面的施加有燃燒氣體的熱量的部分的面積減少，該發動機的熱損失量減少。因此，在第二形態中實現第三目的。以下，僅說明本發明的第三形態的結構與第一形態的不同點。第一形態和第二形態的發動機的所述活塞的衝程的長度未設定成小於所述活塞的直徑。第三形態的活塞式發動機與短衝程化的發動機相比，燃燒氣體的變換效率提高。 而且，改善了長衝程發動機的高速旋轉的進氣效率的低下。其結果是，能夠同時實現變換效率的提高和高速時的轉矩的增加這兩者。因此，在第三形態中實現第三目的。本發明的三個形態的活塞式發動機是火花點火式發動機或壓縮燃燒式發動機，火花點火式發動機是兩衝程式或四衝程式。若本發明的發動機是火花點火式，則點火火花塞能夠設置在燃燒室的壁面的任意位置。三個形態的發動機的所述燃燒室的容積，減少相當於所述部件的上部突出到如下的燃燒室內空間中的容積，該燃燒室內空間應該與假設不存在所述部件時關閉的所述菌形氣門相接。因此，所述發動機的所述燃燒室能夠形成為高壓縮比。因此，能夠實現第一目的。而且，與僅在主氣缸的內側設置頂置氣門的發動機相比，三個形態的發動機的進氣 排氣門的和的面積增加。因此，高速旋轉時的進氣·排氣阻力的量減少。從而，能夠增加本發明的發動機的輸出。


圖1是說明第一實施方式的圖。圖2是說明第一實施方式的圖。是菌形氣門打開時的圖。圖3是說明第一實施方式的圖。圖4是第一實施方式的要素的代替的圖。圖5是第一實施方式的要素的代替的圖。圖6是第一實施方式的要素的代替的圖。圖7是第一實施方式的要素的代替的圖。圖8是說明第二實施方式的圖。圖9是說明第二實施方式的圖。圖10是改良第一至第五實施方式的實施例的圖。圖11是改良第一至第五實施方式的實施例的圖。圖12是改良第一至第五實施方式的實施例的圖。圖13是改良第一至第五實施方式的實施例的圖。圖14是3RZ-FE發動機與22R-E發動機的輸出和轉矩的圖。圖15是日本專利公開號碼2000-282814的燃燒室的圖。圖16是日本專利申請號碼2008-120801的第三形態的發動機的圖。圖17是日本專利公開號碼2001-355470的第二圖。符號說明1…主氣紅2…設置在主氣缸外側的菌形氣門3…菌形氣門的底面
4…副氣缸5…氣缸蓋6…氣缸體7…氣門蓋8…氣門蓋的面向燃燒室內的空間的上表面9…壓縮環10…副氣缸的上端11…氣體通路12…彈簧13…氣門蓋的上表面的與菌形氣門的底面未相接的部分14…側置氣門15···從向主氣缸外側擴張的燃燒室內空間減去氣門蓋突出的部分的燃燒室空間16…菌形氣門的氣門座17…排氣菌形氣門18…副氣缸的開口部19…液壓裝置20…進氣菌形氣門21…連接主氣缸的內周與副氣缸的開口部的通路22…油環23…上部壓縮環M…下部壓縮環25…頂置氣門26…活塞27…燃燒室28…凸輪四…頂置氣門的彈簧30···與菌形氣門相接的凸輪31…與第四氣門的上部的部分相接的第二彈簧32…電磁式的驅動裝置33…作為進氣菌形氣門使用的頂置氣門34…設置在主氣缸外側的排氣菌形氣門35…具有距主氣缸的中心軸的距離遠的第二半周的氣門蓋的筒狀側面的第二半周面36…面向第二半周面的副氣缸的與所述菌形氣門相鄰的部分的外周面37…主氣缸的中心軸38…在副氣缸的中心軸上與連接主氣缸的中心軸和副氣缸的中心軸的三點劃線正交的直線39…將主氣缸的中心軸和副氣缸的中心軸連結的三點劃線40…具有距主氣缸的中心軸的距離近的第一半周的氣門蓋的筒狀側面的第一半周面41…向氣門蓋的與菌形氣門相鄰的部分的背面噴射油的噴射閥108…設置在現有例的副氣缸中的第一壓縮環113…現有例的進氣門117…現有例的容積可變部件118…與副氣缸同樣的現有例的引導孔127…現有例的燃燒室
具體實施例方式下面，說明第一實施方式。第一實施方式相當於第一形態。圖1和圖2所示的活塞式發動機具有氣缸蓋5、氣缸體6、主氣缸1、活塞沈、副氣缸4、頂置氣門25A和25B、菌形氣門2。活塞沈在主氣缸1內往復運動。燃燒室27形成在氣缸蓋5與活塞沈之間。燃燒室27進一步向主氣缸1的外側擴張。燃燒室27的內壁面包含第一部分和第二部分。第一部分是面向活塞26的上表面的內壁面的部分。第二部分是向主氣缸1的外側擴張的內壁面的部分。燃燒室27能夠向主氣缸1的外側的右側和主氣缸1的外側的左側這雙方擴張。副氣缸4設置於主氣缸1的外側的氣缸體6中。頂置氣門25A和25B設置在面向活塞沈的上表面的所述第一部分上。在頂置氣門25打開時，氣體通過頂置氣門25A、25B與用於頂置氣門25A、25B的氣門座之間。頂置氣門25A和25B具有彈簧29A和^B。頂置氣門25A和25B作為推動頂置氣門25A和25B的第一驅動裝置而具有凸輪28A和^B。若頂置氣門25A被選擇作為進氣門且頂置氣門25B被選擇作為排氣門，則在活塞 26的吸入衝程期間，頂置氣門25A被凸輪28A打開，在活塞沈的排氣衝程期間，頂置氣門 25B被凸輪28B打開。用於頂置氣門25A的凸輪28A和用於頂置氣門25B的凸輪28B能夠由電磁式裝置或液壓式裝置代替。菌形氣門2設置在向主氣缸1的外側擴張的所述第二部分上。在所述第二部分上能夠設置多個菌形氣門2。菌形氣門2的底面3是菌形氣門2的傘形部的底面。在菌形氣門2的傘形部的上表面的外周，設置當菌形氣門2關閉時與用於菌形氣門2的第二氣門座 16緊貼的面。菌形氣門2具有與菌形氣門2相接的凸輪30。 在菌形氣門2打開時，進氣或排氣氣體通過菌形氣門2與第二氣門座16之間。即， 菌形氣門2能用作為進氣菌形氣門或排氣菌形氣門。在菌形氣門2用作為進氣門時，在活塞沈的吸入衝程期間，菌形氣門2由凸輪30 打開。在菌形氣門2用作為排氣門時，在活塞沈的排氣衝程期間，菌形氣門2由凸輪30 打開。對菌形氣門2進行推動的第二驅動部包含凸輪30。
用於菌形氣門2的凸輪30能夠由電磁式裝置或液壓式裝置代替。下面，說明三個進氣門和排氣門的設置例。三個設置例關於頂置氣門25A、25B和菌形氣門2。三個設置例所示的情況在專利文獻3中未示出。在三個設置例中，頂置氣門的數目與菌形氣門的數目的和的數目為三個以上。在第一例中，在所述第二部分上設置多個排氣菌形氣門，設置在所述第二部分上的菌形氣門僅限定為排氣菌形氣門。該要素在專利文獻3中未示出。在所述第一部分上至少設置一個進氣頂置氣門。因此，在第一例中，與專利文獻1和專利文獻3的發動機相比，能夠增加設置在所述第二部分上的排氣菌形氣門的數目和面積。在排氣菌形氣門打開時，通過後述的氣門蓋7的上表面8覆蓋底面3，排氣菌形氣門的底面3與燃燒氣體不相接。如此，與專利文獻1的排氣菌形氣門相比，排氣菌形氣門的溫度未升高。僅能夠使設置在所述第二部分上的排氣菌形氣門成為低溫。因此，該發動機能夠實現第二目的的一部分。壓縮環9的上表面和下表面未暴露在燃燒氣體中。因此，與使用專利文獻2所記載的第三形態的滑動閥作為排氣門的情況相比，壓縮環9的溫度未升高。在第一例中，與專利文獻3的排氣菌形氣門相比，通過設置於所述第二部分的一個排氣菌形氣門的燃燒氣體量減少，多個排氣菌形氣門的最高溫度下降。因此，與專利文獻 3相比，第一例的耐爆震性提高。下面，說明第二例。在所述第二部分設置多個進氣菌形氣門，設置在所述第二部分的菌形氣門僅限定為進氣菌形氣門。該要素在專利文獻3中未表示。在所述第一部分上至少設置一個排氣頂置氣門。因此，在第二例中，與專利文獻1和專利文獻3的發動機相比，能夠增加進氣菌形氣門的數目和面積。使用圖3說明第三例。在燃燒室27的內壁面的所述第一部分上設置一個以上的任意數目的頂置氣門， 設置在所述第一部分上的全部的頂置氣門都是進氣菌形氣門33。並且，在向主氣缸1的外側擴張的第二部分上設置排氣菌形氣門34。根據與第一例的排氣菌形氣門的溫度的說明相同的理由，能夠限制排氣菌形氣門34的溫度的上升。排氣菌形氣門34不使進氣的填充率下降。因此，該發動機完全能夠實現第二目的。進氣菌形氣門33的溫度不升高。根據該設定，在燃燒室的壁面上不存在比現有技術的欄中記載的排氣菌形氣門高溫的部分。因此，在活塞為高負荷時在燃燒室的全部的壁面上形成混合氣的消焰層。其結果是，與專利文獻1和專利文獻3的發動機相比，火花點火式發動機的耐爆震性提高。如此，能夠增加該發動機的壓縮比，從而該發動機的熱效率提高。因此，該發動機能夠實現第三目的。活塞發動機若具有一組進氣門和排氣門則能夠進行運轉。因此，若頂置氣門與菌形氣門2的和中包含至少一組進氣門和排氣門，則在第一實施方式中，一組進氣門和排氣門以外的氣門選定為進氣門和排氣門中的任一個，能夠進行運轉。 頂置氣門的數目及菌形氣門的數目的和的數目為三個以上。
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以上說明了頂置氣門為25A和25B這兩個的情形，但若頂置氣門的數目及菌形氣門的數目的和的數目為三個以上，則頂置氣門的數目可以為一個以上的任意數目。而且，若頂置氣門的數目及菌形氣門的數目的和的數目為三個以上，則與上述的三個例子不同，能夠變更進氣門或排氣門的設定。第一實施方式的活塞發動機具有氣門蓋7。氣門蓋7在副氣缸4內進行往復運動。氣門蓋7是覆蓋菌形氣門2的底面3的部件。氣門蓋7是自身的上部向燃燒室27的內部空間突出的部件。氣門蓋7具有筒狀側面、上表面及背面。所述筒狀側面的下部面向副氣缸4的內壁面。氣門蓋7和菌形氣門2由對菌形氣門2進行推動的凸輪30驅動。凸輪30是第二驅動部。菌形氣門2的軸部的中心軸的延長與副氣缸4的中心軸設定為一致或大致平行。 因此，在通過凸輪30推動菌形氣門2時，氣門蓋7與菌形氣門2 —起移動，氣門蓋7的下部在副氣缸4內移動。因此，用於菌形氣門2的凸輪30也作為推動氣門蓋7的驅動裝置起作用。在菌形氣門2的氣門座16與副氣缸4的上端10之間形成有空間。上端10面向燃燒室27內的空間。在氣門蓋7的筒狀側面上設置有壓縮環9用的環槽。在該環槽中設有壓縮環9。 該要素在專利文獻3中未表示。在菌形氣門2關閉時，壓縮環9夾持在副氣缸4的內壁與所述環槽之間。由於在菌形氣門2關閉時壓縮環9夾持設置在副氣缸4的內壁與氣門蓋7的筒狀側面之間，所以由壓縮環9密封燃燒室27，以使燃燒氣體不通過氣門蓋7與副氣缸4的內壁之間的間隙而從燃燒室27內的空間向副氣缸4內的不存在氣門蓋7的空間流失。為了使氣門蓋7的上表面8與菌形氣門2的底面3緊貼，與氣門蓋7的背面相接地設置用於氣門蓋7的彈簧12。在彈簧12的作用下，氣門蓋7被按壓於菌形氣門2的底面。因此，通過凸輪30和彈簧12，一體地驅動氣門蓋7和菌形氣門2。彈簧12是用於使第二氣門座、菌形氣門2和氣門蓋7緊貼的機構中的一個。彈簧12是將氣門蓋7朝第二氣門座16按壓的裝置。彈簧12起到和與菌形氣門2相接地設置的氣門彈簧相同的作用。與菌形氣門2 相接的氣門彈簧在圖1所示的實施例中未設置。因此，通過設置用於氣門蓋7的彈簧12，能夠省略與菌形氣門2相接地設置的彈簧的設置。即，與菌形氣門2的軸部相接地設置的彈簧的設置不是必須。當然，也可以增設與菌形氣門2的軸部相接地設置的彈簧。在活塞為燃燒衝程期間，燃燒氣體通過氣門蓋7的筒狀側面與副氣缸4的內壁之間的間隙而流入環槽。該流入的燃燒氣體沿一個方向流動。如此，對彈簧12進行壓縮的方向的力施加於壓縮環9。如此，燃燒氣體按壓氣門蓋7。因此，彈簧12的強度需要超過施加給壓縮環9的燃燒氣體壓力。氣門蓋7在菌形氣門2關閉時未被驅動。因此，在活塞為燃燒衝程時，氣門蓋7不移動。從而，氣門蓋7難以發生燒結。在圖1中，氣門蓋7的上表面8與菌形氣門2的底面3緊貼的狀態作為在氣門蓋7與菌形氣門2的邊界描繪的實線而進行表示。在圖1中，從表示兩者緊貼的狀態的實線描繪二根引出線。二根引出線是符號8的引出線和符號3的引出線。所述實線表示氣門蓋7 的上表面8和菌形氣門2的底面3。因此，將二根引出線分別向相反方向描繪。在氣門蓋7的上表面8與菌形氣門2的底面3緊貼時，燃燒氣體不會侵入到氣門蓋7與菌形氣門2的底面3之間。氣門蓋7的上表面8的尺寸和菌形氣門2的底面3的尺寸優選相等。在這種情況下，燃燒氣體壓力不會作用於氣門蓋7的上表面8。此外，在氣門蓋7的上表面8大於菌形氣門2的底面3時，燃燒氣體壓力作用於氣門蓋7的上表面8。菌形氣門2在活塞沈的燃燒衝程期間關閉。氣門蓋7位於與菌形氣門2的底面 3相接的位置。如此，氣門蓋7的上部實際上佔據向主氣缸1的外側擴張的如下的燃燒室內空間的大部分，該燃燒室應該與假設氣門蓋7不存在時關閉的菌形氣門2的底面3相接。 其結果是，燃燒室27的容積減少氣門蓋7的上部向燃燒室內突出的容積。如此，與專利文獻1的發動機相比，燃燒室27的壓縮比升高。因此，該發動機能夠實現第一目的。關於圖2，在通過凸輪30對菌形氣門2進行推動時，氣門蓋7與菌形氣門2 —起移動。在菌形氣門2被推動為最大時，氣門蓋7的大部分位於副氣缸4內。在菌形氣門2打開時，面向活塞上表面的燃燒室27與發動機的外部空間連接。在第一實施方式中，菌形氣門2設置在向主氣缸1的外側擴張的燃燒室27的第一部分的壁面上。而且，頂置氣門的數目與菌形氣門的數目的和的數目為三個以上。因此，與主氣缸的外側不具有菌形氣門的現有例子相比，第一實施方式的發動機的進氣門與排氣門的面積的總計增加。在第一實施方式中，頂置氣門25A和25B面向活塞的上表面進行設置。 因此，與側置氣門式的專利文獻3相比，第一實施方式的發動機的進氣門和排氣門的面積的總計增加。因此，在發動機高速旋轉時，第一實施方式的發動機的進氣和排氣的效率比現有例子增加。該效果在專利文獻1和專利文獻3中未表示。在專利文獻3中沒有關於側置氣門式的進氣門和排氣門的面積的增加的記載。在專利文獻2中，記載有並列設置頂置氣門和滑動閥的情況。然而，該記載與第一實施方式不同。第二至第五實施方式是第一實施方式的要素的替代。在這些實施方式中，能夠實現第一目的。在這些實施方式中，僅說明與第一實施方式的不同點。下面說明第二實施方式。關於圖4，副氣缸4設置於氣缸蓋5。在這種情況下，與菌形氣門2相接的氣體通路設置於氣缸體。設置在氣缸外側的菌形氣門2是側氣門。下面說明第三實施方式。關於圖5，取代彈簧12，使用氣壓裝置或液壓裝置19或電磁式的裝置或電氣式的裝置。這些裝置將氣門蓋7的上表面8向菌形氣門2的底面按壓。這些裝置和第三彈簧12 是將氣門蓋7朝氣門座16按壓的裝置。在圖5中，燃燒氣體的壓力施加給壓縮環9，將氣門蓋壓下。使得在該壓下力的作用下氣門蓋與菌形氣門的底面未被隔開。包含液壓裝置19在內的上述裝置以該壓下力以上的力使氣門蓋朝向菌形氣門2的氣門座16的方向。下面說明第四實施方式。關於圖6，菌形氣門2和氣門蓋7—體形成。在圖6中，由點劃線表示菌形氣門2與氣門蓋7的假想的接合面。實際上，點劃線表示的接合面並不存在。關於圖6，在未設置按壓氣門蓋7的第三彈簧12時，與菌形氣門2的軸部相接的第二彈簧31代替第三彈簧12發揮作用。第二彈簧31拉拽菌形氣門2。因此，可以省略彈簧 12的設置。另外，由於設置第三彈簧12，因此可以省略與菌形氣門2的軸部相接的第二彈簧 31的設置。下面說明第五實施方式。關於圖7，壓縮環9用的環槽設置在副氣缸4的內壁。並且，在該環槽中設置有壓縮環9。為了使壓縮環9密封燃燒氣體，在菌形氣門2關閉時，壓縮環9必須位於夾在氣門蓋7的筒狀側面與副氣缸4的內壁之間的位置。在氣門蓋7的筒狀側面上未形成環槽。因此，在該發動機中，施加給壓縮環9的燃燒氣體的力不會將氣門蓋7向下方按壓。因此，在圖7所示的發動機中，能夠使用比圖1所示的發動機的彈簧弱的彈簧。以下所示的第六至第十實施方式是第一至第五實施方式之外的實施方式。第六至第十實施方式改良了第一至第五實施方式。第六至第十實施方式在專利文獻1和專利文獻3中未記載。第八至第十實施方式和第六實施方式在專利文獻2中未記載。下面使用圖8和圖9說明第六實施方式。第六實施方式相當於第二形態。副氣缸4的一端10設置在與用於菌形氣門2的第二氣門座16相鄰的位置。與副氣缸4的菌形氣門2相鄰的部分和面向壓縮環9的副氣缸4的部分一體形成，或形成為氣缸蓋的一部分。在菌形氣門2打開時，菌形氣門2的傘形部位於副氣缸4的內側。通過在副氣缸4的中心軸上與連接主氣缸1的中心軸37和副氣缸4的中心軸的三點劃線39正交的四點劃線38，將氣門蓋7的所述筒狀側面的與菌形氣門2相鄰的部分的整周劃分成兩個半周。所述兩個半周是距主氣缸1的中心軸37的距離近的第一半周和距主氣缸1的中心軸37的距離遠的第二半周。與菌形氣門2相鄰的氣門蓋7的所述筒狀側面被劃分成兩個半周面。所述兩個半周面是具有所述第一半周的第一半周面40和具有所述第二半周的第二半周面35。面向第二半周面35，形成與副氣缸4的第二氣門座相鄰的部分。該部分作為由符號號碼4表示的副氣缸描繪在圖9中。位於向主氣缸1外側擴張的燃燒室外側的固定壁與面向第二半周面35的副氣缸 4的內周面相接地形成。在與面向壓縮環9的副氣缸4的部分一體地形成如下的部分、即副氣缸4的與菌形氣門2相鄰的部分時，與面向第二半周面35的副氣缸4的外周面36相接地形成的固定壁、和面向第二半周面35的副氣缸4，是位於向主氣缸1外側擴張的燃燒室外側的固定壁。在副氣缸4的一端10附近設置副氣缸4的開口部18。開口部18面向第一半周面 40。在用於菌形氣門2的第二氣門座16與發動機的外部空間之間設置第一氣體通路 11。設置在菌形氣門2打開期間以短距離將主氣缸1內空間和第一氣體通路11連接的第二氣體通路21。在第二氣體通路21中包含開口部18。在圖9中，開口部18由雙點劃線表示。第二氣體通路21包含在由所述第二部分包圍的燃燒室空間中。能夠在向主氣缸1的外側擴張的所述第二部分上設置多對氣門蓋7、副氣缸4以及開口部18。在第六實施方式中，與專利文獻1和專利文獻3所示的發動機相比，向主氣缸1的外側擴張的燃燒室的容積減少，壓縮比升高。在燃燒衝程和膨脹衝程期間，燃燒氣體的熱量施加給氣門蓋7的上部的筒狀側面的一部分。在燃燒衝程和膨脹衝程期間，在從主氣缸1的中心軸朝向副氣缸4的中心軸的方向上，燃燒氣體的壓力施加給氣門蓋7的筒狀側面的與菌形氣門2相鄰的部分。如此，在將氣門蓋7的筒狀側面的與菌形氣門2相鄰的部分分為兩個半周面部分時，第二半周面35被按壓在具有外周面36的副氣缸4的一部分上而與其緊貼。具有外周面36的副氣缸4的一部分面向第二半周面35。燃燒氣體不會流入緊貼的兩面之間。燃燒氣體的熱量不會流入緊貼的兩面。如此，在第六實施方式中，與專利文獻3所示的發動機相比，燃燒氣體的熱量施加給氣門蓋7的筒狀側面的部分的面積減少，該發動機的熱損失量減少。緊貼的面積越大，筒狀側面的溫度越下降。因此，與專利文獻3所示的發動機相比，燃料利用率提高，耐爆震性也提高。下面說明第七實施方式。第七實施方式相當於第三形態。在現有技術的欄中記載有與同時實現燃燒氣體的變換效率的提高和高速旋轉時的轉矩的增加這兩者相關的問題。該問題能夠通過以下的設定解決。從第一實施方式到第六實施方式所示的發動機的活塞的衝程的長度不設定為小於活塞的直徑。即，能夠使所述發動機的活塞的衝程的長度與主活塞的直徑大致相同或大於主活塞的直徑。根據該情況，與短衝程化的發動機相比，能夠提高燃燒氣體的變換效率。而且，能夠改善長衝程發動機的高速旋轉的進氣效率的下降。其結果是，能夠同時實現變換效率的提高和高速時的轉矩的增加這兩者。因此，能夠實現第三目的。說明使用圖10的第八實施方式。氣門蓋7的與菌形氣門2相鄰的部分在燃燒衝程時被燃燒氣體加熱。在火花點火式發動機中，燃燒室內的高熱部發生爆震。在活塞式發動機中，燃燒室內的高熱部使進氣的填充率下降。
為了解決該問題，在從第一實施方式到第七實施方式所示的發動機中設置噴射閥 41。該噴射閥41朝氣門蓋7的與菌形氣門2相鄰的部分的背面噴射油。與所述的背面相接地設置彈簧12。如此，氣門蓋7的筒狀側面的與菌形氣門2相鄰的部分的溫度下降。如此，難以產生爆震。如此，能夠較高地設定壓縮比，提高熱效率。因此，能夠實現第三目的。另外，進氣的填充率不下降。下面說明第九實施方式。在圖11所示的發動機中，在除第四實施方式之外的全部的實施方式中添加以下設定。氣門蓋7的與菌形氣門2相接的面形成為凸型的曲面，菌形氣門2的與氣門蓋7 相接的面形成為凹型的曲面。這兩個曲面的曲率一致。在圖1所示的發動機中，在燃燒室內壓力急劇增加時，氣門蓋7的與菌形氣門2相鄰的部分被向與活塞26相反的一側按壓。並且，使氣門蓋7的與菌形氣門2相鄰的上部變形。菌形氣門2的底面3不變形。此時，在圖11所示的發動機中，在上述兩個曲面之間不產生間隙。上述兩個曲面緊貼的狀態表示為實線。在燃燒室內壓力急劇增加時，圖11的兩個曲面不隔離。下面說明第十實施方式。關於圖7所示的發動機，若將油向副氣缸4的內壁供給，則因毛細管現象和氣門蓋 7的移動，油將侵入到氣門蓋7的筒狀側面與副氣缸4的內壁之間的間隙。在吸入衝程期間，侵入到所述間隙中的油被燃燒室吸入。如此，油的消耗量增加。對此，如圖12所示，在氣門蓋7的筒狀側面上設置有油環22時，能夠限制油的消耗量。然而，設置在副氣缸4的內壁上的壓縮環9不移動。因此，壓縮環9不使油移動。因此，在圖12所示的情況下，設置於燃燒室的附近的壓縮環9的潤滑不足。該問題通過添加以下的設定來解決。如圖13所示，設置於燃燒室27的附近的上部壓縮環23設置在副氣缸4的內壁， 下部壓縮環M設置在氣門蓋7的筒狀側面。上部壓縮環23設置在下部壓縮環M與燃燒室27之間。菌形氣門2關閉時的下部壓縮環M的上端位於與上部壓縮環23的下端相鄰的位置。下部壓縮環M設置在油環22與上部壓縮環23之間。油環22設置在所述部件的筒狀側面。在氣門蓋7移動時，下部壓縮環M也移動。移動的下部壓縮環M使被油環22除去而殘留的油向上部壓縮環23的下端移動。如此，潤滑上部壓縮環23。在凸輪將氣門蓋7驅動為最大時的下部壓縮環M的位置與菌形氣門2關閉時的油環22的位置之間設置有油的噴出口。如此，下部壓縮環M使移動的油量增加。
權利要求
1.一種活塞式發動機，其特徵在於，具有下述結構，燃燒室形成在活塞與氣缸蓋之間， 所述燃燒室向主氣缸的外側擴張，所述燃燒室的內壁面包含第一部分和第二部分，所述第一部分是面向設置在所述主氣缸內的活塞的上表面的內壁面的部分，所述第二部分是向所述主氣缸的外側擴張的內壁面的部分，副氣缸設置在所述主氣缸的外側，在所述第二部分設置有菌形氣門，所述菌形氣門具有驅動所述菌形氣門的軸部的第二驅動裝置，在所述菌形氣門打開時，氣體通過所述菌形氣門與用於所述菌形氣門的第二氣門座之間，設置有覆蓋所述菌形氣門的傘形部的底面的部件，所述部件在所述副氣缸內進行往復運動，所述部件具有筒狀側面，所述傘形部位於所述第二氣門座與所述部件之間，設置有用於使所述第二氣門座、所述傘形部以及所述部件緊貼的機構，通過所述第二驅動裝置和所述機構一體地驅動所述菌形氣門和所述部件，在夾持在所述副氣缸的內壁與所述部件的所述筒狀側面之間的位置上設置壓縮環，所述部件位於與所述菌形氣門的所述底面相接的位置，在具備以上各要素的活塞式發動機中，頂置氣門設置在所述第一部分上，在所述頂置氣門打開時，所述氣體通過所述頂置氣門與用於所述頂置氣門的第一氣門座之間，所述頂置氣門具有第一彈簧和第一驅動裝置， 在所述頂置氣門與所述菌形氣門的和中至少包含一組進氣門和排氣門， 所述頂置氣門的數目與所述菌形氣門的數目的和的數目為三個以上。
2.一種活塞式發動機，其特徵在於，具有下述結構，燃燒室形成在活塞與氣缸蓋之間， 所述燃燒室向主氣缸的外側擴張，所述燃燒室的內壁面包含第一部分和第二部分，所述第一部分是面向設置在所述主氣缸內的活塞的上表面的內壁面的部分，所述第二部分是向所述主氣缸的外側擴張的內壁面的部分，副氣缸設置在所述主氣缸的外側，在所述第二部分設置有菌形氣門，所述菌形氣門具有驅動所述菌形氣門的軸部的第二驅動裝置，設置有覆蓋所述菌形氣門的傘形部的底面的部件，所述部件在所述副氣缸內進行往復運動，所述部件具有筒狀側面，所述傘形部位於用於所述菌形氣門的第二氣門座與所述部件之間，設置有用於使所述第二氣門座、所述傘形部以及所述部件緊貼的機構，通過所述第二驅動裝置和所述機構一體地驅動所述菌形氣門和所述部件，在夾持於所述副氣缸的內壁與所述部件的所述筒狀側面之間的位置上設置有壓縮環，所述部件位於與所述菌形氣門的所述底面相接的位置，在具備以上各要素的活塞式發動機中，頂置氣門設置在所述第一部分上，在所述頂置氣門打開時，所述氣體通過所述頂置氣門與用於所述頂置氣門的第一氣門座之間，所述頂置氣門具有第一彈簧和第一驅動裝置， 在所述頂置氣門與所述菌形氣門的和中至少包含一組進氣門和排氣門， 在所述第二部分上設置有多個排氣菌形氣門，設置在所述第二部分上的全部的所述菌形氣門限定為排氣菌形氣門，在所述第一部分上至少設置有一個進氣頂置氣門。
3.根據權利要求1所述的活塞式發動機，其特徵在於，在所述第二部分上設置有多個進氣菌形氣門，設置在所述第二部分上的所述菌形氣門限定為進氣菌形氣門，在所述第一部分上至少設置有一個排氣頂置氣門。
4.一種活塞式發動機，其特徵在於，具有下述結構，燃燒室形成在活塞與氣缸蓋之間， 所述燃燒室向主氣缸的外側擴張，所述燃燒室的內壁面包含第一部分和第二部分，所述第一部分是面向設置在所述主氣缸內的活塞的上表面的內壁面的部分，所述第二部分是向所述主氣缸的外側擴張的內壁面的部分，副氣缸設置在所述主氣缸的外側，在所述第二部分上設置有菌形氣門，所述菌形氣門具有驅動所述菌形氣門的軸部的第二驅動裝置，在所述菌形氣門打開時，氣體通過所述菌形氣門與用於所述菌形氣門的第二氣門座之間，設置有覆蓋所述菌形氣門的傘形部的底面的部件，所述部件在所述副氣缸內進行往復運動，所述部件具有筒狀側面，所述傘形部位於用於所述菌形氣門的所述第二氣門座與所述部件之間，設置有用於使所述第二氣門座、所述傘形部以及所述部件緊貼的機構，通過所述第二驅動裝置和所述機構一體地驅動所述菌形氣門和所述部件，在夾持於所述副氣缸的內壁與所述部件的所述筒狀側面之間的位置上設置有壓縮環，所述部件位於與所述菌形氣門的所述底面相接的位置，在具備以上各要素的活塞式發動機中，在所述第一部分上設置有一個以上的任意數目的頂置氣門，設置在所述第一部分上的全部的所述頂置氣門為進氣頂置氣門，所述頂置氣門具有第一彈簧和第一驅動裝置，所述頂置氣門的數目與所述菌形氣門的數目的和的數目為三個以上，在所述第二部分上設置有排氣菌形氣門。
5.根據權利要求1 4所述的活塞式發動機，其特徵在於，所述副氣缸的一端設置在與所述第二氣門座相鄰的位置，通過在所述副氣缸的所述中心軸上與連接所述主氣缸的中心軸和所述副氣缸的中心軸的直線正交的直線，將所述部件的所述筒狀側面的與所述菌形氣門相鄰的部分的整周劃分成兩個半周，所述兩個半周是距所述主氣缸的所述中心軸的距離近的第一半周和距所述主氣缸的所述中心軸的距離遠的第二半周，所述部件的所述筒狀側面的與所述菌形氣門相鄰的所述部分劃分成二個半周面， 所述兩個半周面是具有所述第一半周的第一半周面和具有所述第二半周的第二半周面向所述第二半周面，形成所述副氣缸的與所述第二氣門座相鄰的部分， 位於向所述主氣缸的外側擴張的所述燃燒室的外側的固定的壁與面向所述第二半周面的所述副氣缸的內周面相接地形成，在所述副氣缸的所述一端附近設置有所述副氣缸的開口部，所述開口部面向所述第一半周面，在所述第二氣門座與所述發動機的外部空間之間設置有第一氣體通路， 設置有在所述菌形氣門打開期間以短距離連接所述主氣缸內空間和所述第一氣體通路的第二氣體通路，在所述第二氣體通路中包含所述開口部。
6.根據權利要求1 5所述的活塞式發動機，其特徵在於， 所述發動機的所述活塞的衝程的長度未設定為小於所述活塞的直徑。
7.根據權利要求1 5所述的活塞式發動機，其特徵在於，增設朝所述部件的與所述菌形氣門相鄰的部分的背面噴射油的噴射閥，與所述的背面相接地設置第三彈簧。
8.根據權利要求1、2和4所述的活塞式發動機，其特徵在於，在所述副氣缸中設置用於所述壓縮環的槽， 在所述槽中設置有所述壓縮環。
9.根據權利要求1和5所述的活塞式發動機，其特徵在於，所述部件的與所述菌形氣門相接的面形成為凸型的曲面，所述菌形氣門的與所述部件相接的面形成為凹型的曲面，所述兩個曲面的曲率一致， 不使所述部件與所述菌形氣門一體化， 所述部件與所述菌形氣門的所述傘形部位於相接的位置。
10.根據權利要求1和5所述的活塞式發動機，其特徵在於，上部壓縮環設置在所述副氣缸的內壁，所述上部壓縮環設置在所述燃燒室的附近， 下部壓縮環設置在所述部件的筒狀側面， 在所述下部壓縮環與所述燃燒室之間設置有所述上部壓縮環， 所述菌形氣門關閉時的所述下部壓縮環的上端位於與所述上部壓縮環的下端相鄰的位置，油環設置在所述部件的所述筒狀側面，在所述油環與所述上部壓縮環之間設置有所述下部壓縮環。
11.根據權利要求1和5所述的活塞式發動機，其特徵在於， 將所述部件朝所述第二氣門座按壓的裝置是所述機構，作為將所述部件朝所述第二氣門座按壓的所述裝置，使用與所述部件相接地設置的第三彈簧，所述第三彈簧不面向所述燃燒室內的空間。
全文摘要
本發明提高在向主氣缸外側擴張的燃燒室部分上設置有菌形氣門的發動機的壓縮比，並使排氣菌形氣門處於低溫狀態。氣門罩(7)具有筒狀側面和上表面(8)。在所述筒狀側面和副氣缸(4)的內壁的任一方上設置有壓縮環(9)。設置有使菌形氣門(2)的底面(3)與氣門罩(7)的上表面(8)緊貼的機構。在菌形氣門(2)關閉時，氣門罩(7)的上部佔據面向底面(3)的燃燒室內空間的大部分。對菌形氣門(2)進行推動時，氣門罩(7)與菌形氣門(2)一起移動。在頂置氣門(25A、25B)與菌形氣門(2)的和中至少包含一組進氣門和排氣門，頂置氣門(25A、25B)的數目與菌形氣門(2)的數目的和的數目為三個以上。
文檔編號F02B23/00GK102216586SQ201080003207
公開日2011年10月12日 申請日期2010年1月17日 優先權日2009年10月21日
發明者矢尾板康仁 申請人:矢尾板康仁