JPH0364604A - ２ストロークエンジンにおける動弁装置 - 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〕 本発明は、２ストロークエンジンにおける勘弁装置に係
り、特に、排気弁の熱負荷を軽減しうるようにした装置
に関する。

〔従来の技術〕

２ストローク（サイクル）エンジンは、出力向上が容易
で、かつ構造が簡単で小型軽量化が図れる反面、掃気効
率を向上させるのが困難であること、特にガソリンエン
ジンにおいて、燃料消費が多く、かつ排気ガス対策が難
しいことなどの欠点を有している。

これらの問題を解決するものとして、吸排気弁を備える
動弁機構と、燃料噴射装置、および掃気ポンプ（ルーツ
ブロワ）等とを組合わせて、最適な性能が得られるよう
にした２ストロークエンジンがある。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記した排気弁を備える２ストロークエンジンにおいて
は、排気弁は、クランク軸１回転ごとに１回作動するた
め、４ストロークエンジンに比較して熱負荷が大きく高
温となり易い。

その結果、弁の一部がヒートスポットとなって、早期着
火やノッキング等の異常燃焼を発生させ、性能が低下す
る。

また、弁が焼損したり、強度の低下により切損したりす
る恐れもある。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので
、排気弁の冷却性を高めて熱負荷を軽減し、もって、耐
久性及び信頼性の高い２ストロークエンジンにおける動
弁装置を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、請求項（１）の発明は。

複数の排気弁を互いに独立して開弁させる大小２種類の
カムノーズを外周縁に備える複数のカムを、カムシャフ
トに対して、少なくとも１個のカムの大きい方のカムノ
ーズと他の少なくとも１個のカムの小さい方のカムノー
ズとの位相がほぼ同一となるようにして装着することに
より、膨脹行程終了直後のブローダウン排気時において
、少なくとも１個の排気弁が大きい方のカムノーズによ
り開弁され、かつ小さい方のカムノーズに対応する少な
くとも１個の排気弁が閉じられ、その後の掃気行程にお
いて、少なくとも２個の排気弁が大小のカムノーズによ
りそれぞれ開かれるようにしたことを特徴としている。

請求項（２）の発明は、複数の排気弁を互いに独立して
開弁させる大小２種類のカムノーズを外周縁に備える複
数のカムを、カムシャフトに対して、少なくとも１個の
カムの大きい方のカムノーズが他の少なくとも１個のカ
ムの小さい方のカムノーズよりわずかに先行するような
位相として装着することにより、膨脹行程終了直後のブ
ローダウン排気時において、少なくとも１個の排気弁が
大きい方のカムノーズにより開弁され、かつ小さい方の
カムノーズに対応する少なくとも１個の排気弁が閉じら
れ、その後の掃気行程において、少なくとも２個の排気
弁が大小のカムノーズによりそれぞれ開かれるようにし
たことを特徴ととしている。

請求項（３）の発明は、複数の排気弁を互いに独立して
開弁させるカムノーズを外周縁に備える複数のカムを、
カムシャフトに対して、前記カムノーズの位相をわずか
だけ異ならせて装着することにより、膨脹行程終了直後
のブローダウン排気時において、少なくとも１個の排気
弁が閉じ、かつ残りの少なくともｌ個の排気弁が開かれ
、その後の掃気行程において、少なくとも２個の排気弁
がそれぞれ開かれるようにしたことを特徴としている。

また、請求項（４）の発明は、複数の排気弁を互いに独
立して開弁させるカムノーズを外周縁に備える複数のカ
ムを、カムシャフトに対して、前記カムノーズの位相を
クランク軸の１回転に対応するサイクル分だけずらせて
装着することにより、少なくとも１個の排気弁が開いて
いるとき、残りの少なくとも１個の排気弁が閉じるよう
にしたことを特徴としている。

〔作　　用〕

請求項（１）乃至（３）の発明によると、膨脹行程終了
直後の高温の燃焼ガスが排出されるブローダウン排気時
には、少なくとも１個の排気弁が開き、他の少なくとも
１個の排気弁は閉じ、弁座に着座しているので、その閉
じている方の排気弁の着座による冷却性が高まり、熱負
荷は軽減される。

なお、ブローダウン排気時に開く排気弁は、クランク軸
の１回転ごとに順次交代するように、各カムにおけるカ
ムノーズの配置を適宜定めておくのがよい。

請求項（４）の発明によると、１個の排気弁が開いて、
燃焼ガスを排気しているとき、他の上側の排気弁は閉じ
、弁座に着座しているので１着座による冷却時間が長く
なり、冷却性が高まり、熱負荷は大幅に軽減される。

〔実　施　例〕

以下、本発明の実施例を、図面に基づいて説明する。

第工図は、請求項（１）及び（２）記載の発明の実施例
（第工実施例）を備えた２ストロークエンジンを示し、
（１）は、シリンダブロック（２）内を上下動するピス
トン、（３）は、シリンダヘッド（４）に設けた吸気ボ
ート（５）を開閉するポペット型の吸気弁、（６）は、
シリンダヘッド（４）に摺動自在に嵌合されるとともに
、吸気弁（３）の軸端部に上方より遊嵌された、下端が
開口するバルブリフタ（タペット）、（７）は、シリン
ダヘッド（４）と、吸気弁（３）の軸端部に係止したリ
テーナ（図示時）との間に縮設されたバルブスプリング
、（８）は、燃焼室内に燃料を噴射するためのインジェ
クタである。

前記吸気ボート（５）には、吸気管（９）を介して、例
えばルーツブロワ等の掃気ポンプ（１０）により圧縮空
気が供給されるようになっている。

バルブリフタ（６）の上方には、吸気弁（３）駆動用の
カム（１１）を備える吸気弁用のカムシャフト（１２）
が、クランク軸（１３）に連係されたタイミングギヤ、
タイミングチェーン（いずれも図示時）等により、クラ
ンク軸（１３）と同期して回転しうるようにして設けら
れている。

これにより、吸気弁（３）は、クランク軸（１３）が１
回転する毎に１回作動させられる。

なお、吸気弁（３）は、互いに同期して作動しうるよう
にして、前後方向に２本配設してもよい。

（１４ａ）　（１４ｂ）は、第２図に示すように、１気
筒当り２本を前後方向に並べて、かつ吸気弁（３）に対
してＶ字形をなすように傾斜させて配設されたポペット
型の第１、第２排気弁で、シリンダヘッド（４）に設け
られた各排気ボート（１５）を開閉しうるようになって
いる。

（１６）及び（１７）は、前記吸気弁（３）に装着した
のと同様のバルブリフタ及びバルブスプリングである。

バルブリフタ（１６）の上方には、第２図示のように、
各第１．第２排気弁（１４ａ）　（１４ｂ）を独立して
駆動する第１及び第２のカム（１８）　（１９）を備え
る排気弁用のカムシャフト（２０）が１図示しないタイ
ミングギヤ及びタイミングチェーン等を介して、クラン
ク軸（１３）　２回転に対して１回回転しうるように配
設されている・ 第１及び第２のカム（１８）（１９）は、それぞれプロ
フィールの大きい第１のカムノーズ（Ｌ８ａ）　（１’
ｌａ）と、これより円周方向に１８０°位相をずらせた
、若干プロフィールの小さい第２のカムノーズ（１８ｂ
）　（１９ｂ）とを備え、かつそれら第Ｉのカムノーズ
（１８ａ）（１９ａ）同士、及び第２のカムノーズ（ｔ
ａｂ）　（１９ｂ）同士の位相を、互いに１８０°相対
的に異ならせである。

このようにすると、第３図（Ａ）に示すように、第１の
カム（１８）における第Ｉのガムノーズ（１８ａ）によ
り、第１排気弁（１４ａ）が大きく（高リフトで）作動
させられているとき、第２排気弁（１４ｂ）は、第２の
カム（１９）による第２のカムノーズ（１９ｂ）により
小さく（低リフトで）作動させられる。

ついで、クランクシャフト（１３）が１回転し、カムシ
ャフト（２０）が半回転すると、（Ｂ）図に示すように
、上記とは反対に第１排気弁（１４ａ）は、第１のカム
（１８）の第２のカムノーズ（１８ｂ）により小さく、
かつ第２！１１’気弁（１４ｂ）は、第２のカム（１９
）の第１のカムノーズ（１９ａ）により大きく作動させ
られる。

なお、第１のカム（１８）の第１のカムノーズ（１８ａ
）と第２のカム（１９）の第２のカムノーズ（１９ｂ）
との位相、及び第２のカム（１９）の第１のカムノーズ
（１９ａ）と第１のカム（１８）の第２のカムノーズ（
１８ｂ）との位相は、互いに同一としてもよいが、プロ
フィールの大きい方の第１のカムノーズ（１８ａ）（１
９ａ）が第２のカムノーズ（１９ｂ）　（１８ｂ）より
若干先行するような関係とするのがよい。

次に、上記実施例の作用について説明する。

第４図は、ピストン変位に対する吸排弁の開度、すなわ
ちバルブタイミングを示し、（ａ）は、吸気弁（３）の
リフト曲線、（ｂ）は、第１排気弁のリフトｔｕｂ線、
（Ｃ）は、第２排気弁のリフト曲線である。

膨脹行程（ｄ）の終了直後、すなわち上死点後１２０ａ
前後において、第１のカム（１８）の第１のカムノーズ
（１８ａ）により第１排気弁（１４ａ）が開き始めると
、ブローダウン排気（ｅ）が行なわれ、高温、高圧の燃
焼ガスの一部が排出される。このブローダウン排気（ｅ
）のときには、吸気弁（３）及び第２排気弁（１４ｂ）
はまだ閉じられている。

下死点近傍において、吸気弁（３）及び第２排気弁（１
４ｂ）がほぼ同時に開弁されると、シリンダ内に、掃気
ポンプ（１０）より圧縮空気が送り込まれて掃気（ｆ）
が始まり、燃焼ガスは、ともに開いている第１．第２排
気弁（１４ａ）　（１４ｂ）を通って速やかに排出され
る。

掃気行程が終了してシリンダ内のガス交換が終わると、
第２排気弁（１４ｂ）が若干早く、ついで吸気弁（３）
と第１排気弁（１４ａ）とがほぼ同時に閉じて、圧縮行
程（ｇ）に移行する。

この圧縮行程（ｇ）において、インジェクタ（８）より
燃料を所定のタイミングで噴射すると、上死点付近で火
花点火又は圧縮着火により爆発し、クランクシャフト（
１３）が１回転して再び膨脹行程（ｄ）となり、次のサ
イクルが開始される。

このサイクルでは、上記と反対に、第１排気弁（Ｌ４ａ
）は低リフトで、かつ第２排気弁（１４ｂ）は高リフト
で作動させられるため、ブローダウン排気（ｅ）及び掃
気（ｆ）は、第２排気弁（１４ｂ）が主となり、第１排
気弁（１４ａ）は補助的な作用をなす。

以上の説明から明らかなように、上記実施例においては
、高温、高圧の燃焼ガスが排出されるブローダウン排気
のときには、いずれか一方の排気弁は閉し、圧縮空気が
供給される掃気行程のときに開くようになっているため
、弁の冷却性が向上して熱負荷は軽減され、かつ掃排気
効率を高めうる。

また、第１及び第２排気弁＜１４ａ）　（１４ｂ）が、
大きく開弁させられるタイミングはｌサイクルおきであ
るため、実質的に各排気弁（１４ａ）　（１４ｂ）の着
座している時間が延び、熱負荷の軽減につながる。

なお、第１のカムノーズ（１８ａ）と第２のカムノーズ
（１９ｂ）との位相、及び第１のカムノーズ（１９ａ）
と第２のカムノーズ（１８ｂ）との位相を同一とした場
合は、各排気弁のリフト曲線（ｂ）（ｃ）は、（ｂ′）
（Ｃ′）のように若干変更されるが、作用及び効果は、
上述のものとほぼ同一である。

次に、請求項（４）記載の発明の実施例（第２実施例）
を、第５図及び第６図を参照して説明する。

この実施例は一第５図示のように、排気弁用カムシャフ
ト（２０）に設けた第１及び第２のカム（２Ｉ）（２２
）を、互いに位相を１８０＠異ならせたプロフィールの
大きい第Ｉのノーズ（２１ａ）　（２２ａ）のみとし、
上記第工実施例のような、プロフィールの小さい第２の
ノーズを廃止したものであ゛る。

このようにすると、第６図（Ａ）に示すように、第１の
カム（２１）により第１排気弁（１４ａ）が作動させら
れているとき、第２排気弁（１４ｂ）は閉じるようにな
る。

ついで、カムシャフト（２０）が半回転（クランク軸は
１回転）すると、（Ｂ）図に示すように、第王排気弁（
１４ａ）は閉じて、第２排気弁（１４ｂ）が第２のカム
（２２）により開弁させられる。

これにより、第１及び第２排気弁（１４ａ）　（１４ｂ
）は、ｌサイクルおきに、すなわちクランク軸が２回転
する毎に１回交互に作動し、各排気弁（１４ａ）　（１
４ｂ）の着座時間は大幅に延びる。

その結果、各排気弁（１４ａ）　（１４ｂ）の冷却性は
高まり、熱負荷が半減される。

第７図及び第８図は、請求項（３）記載の発明の実施例
（第３実施例）を示す。

第３実施例においては、第１のカム（２３）における第
１のカムノーズ（２３ａ）と第２のカムノーズ（２３ｂ
）、及び第２のカム（２４）における第１のカムノーズ
（２４ａ）と第２のカムノーズ（２４ｂ）を、すべて同
形同寸のプロフィールとし、かつ第１のカム（２３）の
第１のカムノーズ（２３ａ）が第２のカム（２４）の第
１のカムノーズ（２４ａ）より、また第２のカム（２４
）の第２のカムノーズ（２４ｂ）が第１のカム（２３）
の第２のカムノーズ（２３ｂ）より、それぞれわずかだ
け先行するように、各カムノーズ（２３ａ）　（２３ｂ
）　（２４ａ）（ｚ＋ｂ）の位相をずらせることにより
、第８図に示すリフト曲線（ｈ）（ｉ）（（ｈ）は、第
１のカム（２３）により開閉させられる第１排気弁のリ
フト曲線、（ｉ）は、第２のカム（２４）により開閉さ
せられる第２排気弁のリフト曲線である）のように、彫
版行程（ｄ）の終了直後のブローダウン排気（ｅ）時に
は、第１排気弁は開き、第２排気弁は閉じ、それに続く
掃気（ｆ）時には、第１排気弁と第２排気弁とがともに
開き、次のブローダウン排気（ｅ）時には、第２排気弁
は開き、第１排気弁は閉じ、それに続く掃気（ｆ）時に
は、第１排気弁と第２排気弁とがともに開き、以後この
関係がくり返すようにしである。

その他の作用及び効果は、第１実施例のものとほぼ同様
である。

以上の実施例においては、説明を簡略化するため、いず
れも排気弁の数を２個とし、かつカムシャフトが、クラ
ンク軸の２回転につき１回転するようにしであるが、排
気弁の数を３個以上としたり、又はクランク軸が３回以
上回転することによリカムシャフトが１回転するように
し、かつその分各カムのカムノーズの数を増加したりし
てもよい。

すなわち、排気弁の数をＮ個とし、カムシャフトをクラ
ンク軸の工回転に対し１／Ｎｘ　（ｘは１以上の整数）
回転するようにした場合、各カムのカムノーズの数をＮ
ｘ個とし、各カムの相互間の位相を３６０”／Ｎｘずつ
ずらしてカムシャフトに装着することにより、上記第Ｉ
実施例から第３実施例のものと同様の作用及び効果をも
たらすことができる。

例えば、第９図に示す第４実施例のように、排気弁の数
（Ｎ）を２個（Ｎ＝２）とし、かつ倍数（ｘ）を２（ｘ
＝２）とした場合、各排気弁を開閉させる第１のカム（
２５）と第２のカム（２６）とに、それぞれ大小２種類
のカムノーズ（２５ａ）　（２５ｂ）　（２６ａ）　（
２６ｂ）を２個ずつ、合計４個を、３６０”／２　Ｘ　
２＝９０＠ずつの間隔でそれぞれ設け、かつ第１のカム
（２５）と第２のカム（２６）とを、クランク軸の１回
転に対し１／２　Ｘ　２＝１／４回転するようにしたカ
ムシャフト（２７）に、相互間の位相を３６０°／２　
Ｘ　２＝９０’だけずらして装着することにより、第１
実施例のものとほぼ同様の作用及び効果をもたらすこと
ができる。

第１０図に示す第５実施例は、排気弁の数（Ｎ）を２個
（Ｎ＝２）とし、かつ倍数（ｘ）を３（ｘ＝３）とした
場合である。この場合は、第１のカム（２８）と第２の
カム（２９）とに、それぞれ大小２種類のカムノーズ（
２８ａ）　（２８ｂ）　（２９ａ）　（２９ｂ）を３個
ずつ、合計６個を、３６０°／２　Ｘ　３＝６０＠ずつ
の間隔でそれぞれ設け、かつ第１のカム（２８）と第２
のカム（２９）とを、クランク軸の１回転に対し１／２
　Ｘ　３＝１／６回転するようにしたカムシャフト（３
０）に、相互間の位相を３６０°／２　Ｘ　３＝６０°
だけずらして装着しである。

このようにしても、第１実施例のものと同様の作用及び
効果を奏することができる。

第１１図に示す第６実施例は、排気弁の数（Ｎ）を３個
（Ｎ＝３）とし、かつ倍数（ｘ）を１（ｘ＝１）とした
場合である。

この場合は、第１乃至第３のカム（３１）　（３２）　
（３３）のそれぞれに、１個の大寸のカムノーズ（３１
ａ）（３２ａ）（３３ａ）と、２個の小寸のカムノーズ
（３１ｂ）　（３２ｂ）　（３３ｂ）とを、それぞれ３
６０°／３　Ｘ　１＝Ｌ２０°の間隔で設け、かつ各カ
ム（３１）　（３２）　（３３）を、クランク軸の工回
転番こ対し１／３　Ｘ　１＝１／３回転するようにした
カムシャフト（３４）に、相互間の位相を３６０°／３
　Ｘ　１＝１２０”ずつそれぞれずらして装着しである
。

この第６実施例においては、ブローダウン排気時に、１
個の排気弁が開き、２個の排気弁Ｉよ閉じ、また１個の
排気弁に関しては、３回のブローダウン排気時に１回だ
けしか開かないので、第１実施例のものより冷却性能を
より向上しうる利点がある。

なお、第２実施例及び第３実施例に関しても、第■実施
例に対する第４〜第６実施例のような変形が可能である
。

さらに１本発明は、上記のような直動式の動弁機構を備
える２ストロークエンジンに限定されるものではなく、
ロッカーアーム式又はブツシュロッド式等の動弁機構を
備えるエンジンにも適用しうる。

また、吸気弁は、シリンダ側壁に設けた吸気孔とピスト
ンスカート部の位置関係で弁作用を行なわせるピストン
弁、又はばね板を利用したリード弁（逆止弁）であって
もよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、排気弁の熱負荷が軽減されるため、弁
の焼損や切損等の事故の発生する恐れはなく、耐久性及
び信頼性の高い動弁装置を提供しうる・ また、早期着火やノッキング等の異常燃焼が防止される
ので、エンジン性能を高めうる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、第１実施例を備えた２ストロークエンジンの
要部の縦断正面図、 第２図は、同じく排気弁とカムとの連係状態を示す斜視
図、 第３図（Ａ）（Ｂ）は、同じく排気弁の作動状態を示す
説明図、 第４図は、同じくピストン変位と吸気弁及び排気弁のバ
ルブタイミングとの関係を示す説明図、第５図は、第２
実施例における排気弁とカムとの連係状態を示す斜視図
、 第６図（Ａ）（Ｂ）は、同じく排気弁の作動状態を示す
説明図。 第７図は、第３実施例の要部を示す縦断正面図、第８図
は、第３実施例の排気弁のリフト曲線を示す説明図。 第９図（Ａ）（Ｂ）は、第４実施例の第１のカム及び第
２のカムをそれぞれ示す縦断正面図。 第１０図（Ａ）（Ｂ）は、第５実施例の第１のカム及び
第２のカムをそれぞれ示す縦断正面図。 第Ｕ図（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、第６実施例の第１のカム
、第２のカム及び第３のカムをそれぞれ示す縦断正面図
である。 （１）ピストン　　　　　　　　（２）シリンダブロッ
ク（３）吸気弁　　　　　　　　　（４）シリンダヘッ
ド（５）吸気ボート　　　　　　　（６）（１６）バル
ブリフタ（７）（１７）バルブスプリング　　（８）イ
ンジェクタ（９）吸気管　　　　　　　　　（１０）掃
気ポンプ（１１）カム　　　　　　　　　　（１２）吸
気弁用のカムシャフト（１３）クランク軸　　　　　　
　（１４ａ）第１排気弁（１４ｂ）第２排気弁 （１８）第１のカム （１８ａ）　（１９ａ）第１のカムノーズ（２０）排気
弁用のカムシャフト （２２）第２のカム （２３）　（２５）　（２８）　（３１）第１のカム（
２３ａ）　（２４ａ）第１のカムノーズ（２７）　（３
０）　（３４）カムシャフトへ（１５〉排気ポート （１９）第２のカム （１８ｂ）　（１９ｂ）第２のカムノーズ（２１）第１
のカム （２１ａ）　（２２ａ）第１のカムノーズ（２４）　（
２６）　（２９）　（３２）第２のカム（２３ｂ）　（
２４ｂ）第２のカムノーズ（３３）第３のカム

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の排気弁を互いに独立して開弁させる大小２
   種類のカムノーズを外周縁に備える複数のカムを、カム
   シャフトに対して、少なくとも１個のカムの大きい方の
   カムノーズと他の少なくとも１個のカムの小さい方のカ
   ムノーズとの位相がほぼ同一となるようにして装着する
   ことにより、膨脹行程終了直後のブローダウン排気時に
   おいて、少なくとも１個の排気弁が大きい方のカムノー
   ズにより開弁され、かつ小さい方のカムノーズに対応す
   る少なくとも１個の排気弁が閉じられ、その後の掃気行
   程において、少なくとも２個の排気弁が大小のカムノー
   ズによりそれぞれ開かれるようにしたことを特徴とする
   ２ストロークエンジンにおける動弁装置。
2. （２）複数の排気弁を互いに独立して開弁させる大小２
   種類のカムノーズを外周縁に備える複数のカムを、カム
   シャフトに対して、少なくとも１個のカムの大きい方の
   カムノーズが他の少なくとも１個のカムの小さい方のカ
   ムノーズよりわずかに先行するような位相として装着す
   ることにより、膨脹行程終了直後のブローダウン排気時
   において、少なくとも１個の排気弁が大きい方のカムノ
   ーズにより開弁され、かつ小さい方のカムノーズに対応
   する少なくとも１個の排気弁が閉じられ、その後の掃気
   行程において、少なくとも２個の排気弁が大小のカムノ
   ーズによりそれぞれ開かれるようにしたことを特徴とす
   る２ストロークエンジンにおける動弁装置。
3. （３）複数の排気弁を互いに独立して開弁させるカムノ
   ーズを外周縁に備える複数のカムを、カムシャフトに対
   して、前記カムノーズの位相をわずかだけ異ならせて装
   着することにより、膨脹行程終了直後のブローダウン排
   気時において、少なくとも１個の排気弁が閉じ、かつ残
   りの少なくとも１個の排気弁が開かれ、その後の掃気行
   程において、少なくとも２個の排気弁がそれぞれ開かれ
   るようにしたことを特徴とする２ストロークエンジンに
   おける動弁装置。
4. （４）複数の排気弁を互いに独立して開弁させるカムノ
   ーズを外周縁に備える複数のカムを、カムシャフトに対
   して、前記カムノーズの位相をクランク軸の１回転に対
   応するサイクル分だけずらせて装着することにより、少
   なくとも１個の排気弁が開いているとき、残りの少なく
   とも１個の排気弁が閉じるようにしたことを特徴とする
   ２ストロークエンジンにおける動弁装置。