JPH0374507A

JPH0374507A - 内燃機関におけるバルブ装置

Info

Publication number: JPH0374507A
Application number: JP20985289A
Authority: JP
Inventors: Susumu Mizutani; 水谷　進
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-08-14
Filing date: 1989-08-14
Publication date: 1991-03-29

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、自動車用エンジン（ガソリンエンジンの他
、ディーゼルエンジンも含む）等の内燃機関における吸
排気用のパルプ装置に関するものである。

（従来の技術）この種の内燃機関の一例を第７図に示す。第７図は自動
車用４サイクルエンジンのうち、ＯＨＣと呼ばれるタイ
プのエンジンにおけるバルブ周辺を拡大して示すもので
ある。同図に示すように、シリンダヘッド５０には混合
気を吸入するためのインテークバルブ（吸気弁）５１ε
、排ガスを排出するためのエキゾーストバルブ（排気弁
）５２とが各シリンダ室５３毎に１本ずつ組込まれてい
る。これらバルブ５１．５２は、従来よりポペットバル
ブが使用されることが殆どである。このバルブ５１．５
２の駆動方式については、従来より種々の方式が考案さ
れてきた。第７図のものはいわゆるスイングアーム式と
呼ばれる方式によってバルブ５１．５２を開閉するよう
にした例である。

簡単に説明すると、シリンダヘッド５ｏの上部にクラン
クシャフトと連動して回転するカム軸５４を配置してお
き、揺動可能に支持されたアーム５５をカム５６が押し
下げることによって、所定のタイミングでバルブ５１．
５２を作動するようにしたものである。−例として挙げ
たスイングア−ム式はバルブリフトを大きくすることが
容易であることから、吸気・排気の効率を高める場合に
よく使用されてきた。

（発明が解決しようとする課８）しかしながら、上記のスイングアーム式のものに限らず
、ポペットバルブを上下動させることによってバルブ動
作をさせる形式のものには、次のような改良すべき点が
ある。

■前述したカム軸５４に対してはクランクシャフトから
タイミングプーリ、タイミングベルト等を介して駆動力
が伝達されるようになっているが、タイミングベルトが
経時的に劣化して切断した場合、切断時のタイミングに
よっては、第７図に示すように、下がった状！！（開放
状態）で動かなくなったバルブ５１にピストン５７がぶ
つかり、両者が干渉し合う結果、ピストン５７やバルブ
５１゜５２あるいはその周辺の部材が損傷する事態が生
じる。こうした場合、損傷したバルブ等を交換するにし
てもシリンダヘッドを取り外さなければならない等、修
理作業は工程数も多く極めて煩わしい。

この問題を回避するためには、ピストンの上死点位置を
低めに設定したりあるいはピストンヘッドの上面に凹み
を形成する等によって両者の干渉を回避するようにすれ
ば良いが、単にこうしたのでは高い圧縮比を設定するこ
とができなくなってしまう等の問題がある。

■バルブを開閉させるための機構がカム軸５４、カム５
６、アーム５５さらには戻しばね５８といったように構
成部材が多く、全体としての構成が複雑となっている。

このため組付は性も悪く、またコストアップにもつなが
る。

■構成部材が多いことから騒音発生源も多く、またカム
５６の打音であるとか、あるいは上下動による開閉形式
であることから、バルブ装置としての騒音が大きくなり
、エンジンの静粛性を阻害する。

本発明はこうした問題点を解消することができるバルブ
装置を提供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段）上記の目的を達成するために、本発明バルブ装置はシリ
ンダ室に通じる吸気ポートあるいは排気ポートをそれぞ
れ所定のタイミングで開閉するバルブを備えた内燃機関
において、バルブに回転弁を使用することとしたのであ
る。

そして、このバルブを前記シリンダ室の外側でかつ前記
両ポート部分に対しそれぞれそのバルブシャフト回りに
回転可能に組付けるようにし、かつバルブの一部に所定
タイミングで前記吸気あるいは排気ポートと連通してこ
れらポートを開放可能なバルブポートを形式したのであ
る。

（作用）機関が駆動してバルブがバルブシャフト回りに回転する
と、バルブの一部に形成されたバルブポートが所定のタ
イミングでもって吸気あるいは排気ポートにそれぞれ連
通してこれらポートを通して混合気の吸入あるいは排ガ
スの排出を行う。

（実施例）以下、本発明を具体化した実施例を図面にしたかって詳
細に説明する。

気筒数が４である４サイクルエンジンの概略を示す第２
図において、１〜１はピストンであり、シリンダブロッ
ク２内の各シリンダ室１３にそれぞれ昇降可能に組込ま
れている。各ピストン１のコンロッドはクランクシャフ
ト４のクランクビン部分にそれぞれ接続されている。そ
して、クランクシャフト４の後端には回転むらを防止す
るためのフライホイール５が、前端側にはその周面に歯
が刻まれたクランクシャフトタイミングプーリ６がそれ
ぞれ嵌着されている。

一方、第１図に示すように、シリンダブロック２の上面
に組付けられるシリンダヘッド７の上面には各シリンダ
室１３に対応して点火プラグ８が縦向きに装着されてい
る。また、シリンダヘッド７の内部には吸気路９および
排気路１０が各シリンダ室１３毎に区画形成されている
。各吸気路９および排気路１０の一端側には、第３図に
示すように、吸気ポート１１および排気ポート１２がそ
れぞれほぼ方形の溝形状に開口して各シリンダ室１３に
通じている。ただし、本例では第３図に示すように、吸
気効率を高める目的で、吸気ポート１２の方が広幅に形
成されており、これに伴って第１図に示すように、吸気
側のロータリバルブ１９ａの方が大きめとなっている。

さて、吸気路９および排気路１０における吸気ポート１
１．および排気ポート１２寄りには後述するロータリバ
ルブ１９ａ　〜１９ａ、１９ｂ〜１９ｂを有する一対の
バルブシャフト１４ａ、１４ｂが平行に設けられている
。すなわち、両バルブシャフト１４ａ、１４ｂは一方が
吸気用１４ａとして他方が排気用１４ｂとして、それぞ
れ各気筒間を水平に貫くようにして平行に設けられてい
る。

両バルブシャフト１４ａ、１４ｂは、第４図に示すよう
に、シリンダヘッド７内において各気筒間にそれぞれ介
在された軸受２８によってそれぞれ回転可能に支持され
ている。そして、両バルブシャフト１４ａ、１４ｂの前
端側はそれぞれシリンダヘッド７から外部へ突き出ると
ともに、それぞれの軸端には周面に歯が刻まれたタイミ
ングプーリ１５ａ、１５ｂがそれぞれ嵌着されている。

そして、両タイミングプーリ１５ａ、１５ｂと前述した
クランクシャフトタイミングプーリ６との間には、テン
ションプーリ１６，１７を介して歯付きのタイミングベ
ルト１８が掛は渡されており、これにより両バルブシャ
フト１４ａ、１４ｂはクランクシャフト４と連動して駆
動されることになる。但し、４サイクルエンジンである
ことから、両タイミングプーリ１５ａ、１５ｂの歯数は
クランクシャフトタイミングプーリ６の２倍の歯数に設
定されている。

また、両バルブシャフト１４ａ、１４ｂには各吸気ポー
ト１１および排気ポート１２に対応してこれらを開閉す
るためのロータリバルブ（回転弁）１９ａ　〜１９ａ、
１９ｂ　〜１９ｂがそれぞれ取付けられている。また、
各ロータリバルブ１９ａ。

１９ｂは、第４図に示すように、吸気ポート１１あるい
は排気ポート１２と反対側において吸・排気路９．１０
内に形成された支持壁２５によって支持されており、爆
発燃焼時の衝撃に抗することができるようになっている
。

各ロータリバルブ１９ａ、１９ｂは第３図に示すように
、周面２０の一部がバルブポート２１ａ。

ｂとして開口する外形Ｃ字型をなしており、その周面２
０の幅は両ポート１１．１２の溝幅とほぼ等しく設定さ
れて吸気ポート１１、排気ポート１２を密閉できるよう
になっている。また、バルブポート２１ａ、ｂの開口長
さは吸気ポート１１、排気ポート１２の溝長さとほぼ等
しく設定されており、ポート１１．１２と整合した状態
ではこれらポート１１．１２を全開状態にすることがで
きるが、不整合の状態ではポート１１．１２は周面２０
の一部が嵌まり込むことによって密閉されるようになっ
ている。さらに、各ロータリバルブ１９ａ、１９ｂはバ
ルブシャフト１４ａ、１４ｂをほぼその中心位置に配置
した状態で同シャフト１４ａ、１４ｂに接続されている
。すなわち、シール面２０側とシャフト１４ａ、１４ｂ
とを接続する接続面２２はシール面２０よりやや薄肉に
形成され、かつこの接続面２２はバルブポート２１寄り
の部分が大きく除肉されバルブシャフト１４ａ。

１４ｂをそのほぼ半周分露出させている。このように、
所定の強度を維持しながら最大限に接続面２２を除肉す
ることにより、吸気・排気効率の向上が図られている。

但し、各ロータリバルブ１９ａ、１９ｂにおけるバルブ
ポート２１の配置は各シリンダ室１３の点火順序や吸・
排気のタイミングにしたがって定められている。また本
例においては、排気側のロータリバルブ１９ｂの回転方
向は第１図における時計回りに設定されているが、これ
は当該バルブ１９ｂのバルブポート２１ｂを下側、すな
わちウォータジャケット２６を有するシリンダブロック
２側から開くようにすることで、排ガスの熱を有効に逃
がすことができるようにするためである。

さらに、第３図に示すように、上記した各支持壁２５の
内部にはウォータジャケット２６と連通する水路２７が
形成されて、バルブ１９ａ、１９ｂを冷却するようにし
ている。

本実施例は上記のように溝底されたものであるため、ク
ランクシャフト４が回転するとタイミングベルト１８を
介して両バルブシャフト１４ａ。

１４ｂが等速で回転する。これに伴って各ロータリバル
ブ１９ａ、１９ｂが共転し、それぞれ所定のタイミング
でバルブポート２１が吸気あるいは排気ポート１１．１
２と連通する。したがって、吸入行程の場合であれば、
吸気側６−クリバルブ１９ａのバルブポート２１ａが吸
気ポート１１と連通しているため、吸気路９に流れ込ん
だ混合気は吸気ポート１１を経てシリンダ室１３へ吸入
される。この場合、前述したように、バルブポート２１
ａ付近は大きく除肉されていることから、混合気の流れ
は円滑なものとなっている。

逆に、排気行程の場合であれば、排気側のロータリバル
ブ１９ｂのバルブポート２１ｂが排気ポート１２と連通
しており、吸入の場合とは逆の順序を経て、排ガスの排
出が行われることになる。

以下に本例の効果を列挙する。

■経時的劣化に伴ってタイミングベルト１８が切断する
ような事態が生じてもピストン１とバルブ１９ａ、１９
ｂとが干渉するようなことはなく、これらおよびその周
辺の部材の損傷が未然に回避できる。

■従来と異なり、バルブ１９ａ、１９ｂが上下動による
形式でないため、ピストンの上死点位置を可及的上位に
設定することができ、これによって圧縮比を高めること
ができ、燃費の向上が実現できる。

■ロータリバルブを使用したことによって、従来に比し
て部品点数が減少し、構成を簡素なものとすることがで
きる。また、部品点数の減少によってエンジンの軽量化
が実現でき、さらにメカニカルロスが少なくなってエン
ジンの出力ロスを抑えることが期待できる。

■また、バルブ１９ａ、１９ｂは回転によって開閉する
形式であるため、従来の上下運動によって開閉する形式
に比べて静粛性に優れる。また、■で述べたようにバル
ブ機構が簡素であることから、機構全体として生じる騒
音を小さくすることができる。

■従来の方式がバルブ機構を構成する部材を高さ方向に
組付けてゆくものであることから、エンジン全体の高さ
が高くなっていたのに対し、本例によれば高さ方向への
組付けがない分、エンジンの高さを減少させることがで
きるため、ボンネットラインを低くすることができる。

これによってデザイン上の自由度を増すとともに、騒音
源の位置を低めて騒音低減にも寄与することができる。

第５図および第６図は本発明の第２実施例を示すもので
あり、第２実施例では各ロータリバルブ２３ａ、２３ｂ
　（回転弁）のそれぞれにバルブシャフト２４ａ、２４
ｂを対応させて、各バルブ２３ａ、２３ｂをバルブシャ
フト２４　ａ、２４ｂ回りに回転させることによって吸
・排気の両ポート１１．１２を開閉するようにしたもの
である。すなわち、各バルブ２３ａ、２３ｂのバルブシ
ャフト２４　ａ、２４　ｂをシリンダヘッド７の外側に
配置するとともに、バルブ２３ａ、２３ｂの一部がシリ
ンダヘッド７内にシール性を確保した状態で入り込んで
、吸・排気路９．１０をそれぞれ隙間なく閉止できるよ
うにしている。また、各バルブ２３ａ、２３ｂは第５図
に示すように、吸・排気ポート１１．１２を全開できる
だけの角度範囲に亘って切り欠いてバルブボー）２５ａ
、２５ｂとしてあり、所定のタイミングで両ポート１１
，１２を開放するようになっている。

このように構成された第２実施例ではバルブ２３ａ、２
３ｂの一部が燃焼室の外へ出ているため、熱の放散性に
優れるという利点がある。他の構成は第１実施例と同様
であり、もって第１実施例とほぼ同様の作用効果を発揮
することができる。

なお、いずれの実施例においてもディーゼルエンジンへ
の適用は可能であり、またバルブ機構の形式についても
これらに限定されるべきものではない。さらに、吸気・
排気側ポート１１．１２は方形の溝形状に限らず、円形
のものであっても良い。

（発明の効果）本発明の効果は次のようである。

タイミングベルトが切断した場合にもバルブとピストン
との干渉を未然に回避することができ、また高圧縮化が
可能であるため、低燃費が実現できる。

また、バルブ機構を構成する部材数が少なく、機構の簡
素化およびコストの低減が図れる。

さらに、バルブに回転弁を採用しているため、従来より
も高い静粛性が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１実施例に係るバルブ装置を組込んだ状態を
示す側断面図、第２図はバルブの駆動機構を概略的に示
す斜視図、第３図はバルブの斜視図、第４図はバルブ部
分を概略的に示す正断面図、第５図は第２実施例に係る
バルブ装置を概略的に示す断面図、第６図は同バルブの
平断面図、第７図は従来のバルブ装置を示す断面図であ
る。１１・・・吸気ポート１２・・・排気ポート１３・・・シリンダ室１９　ａ　、　　ｂ　、　　２３　ａ　、　　ｂ−・・
回転弁１・・・吸気ポート２・・・排気ポート３・・・シリンダ室９ａ、ｂ、２３ａ。・・・回転弁１９ａ（１９ｂ）

Claims

【特許請求の範囲】シリンダ室に通じる吸気ポートあるいは排気ポートをそ
れぞれ所定のタイミングで開閉するバルブを備えた内燃
機関において、前記バルブは対応する前記ポート部に対しそれぞれその
バルブシャフト回りに回転可能に組付けられ、かつその
一部には所定タイミングで前記吸気あるいは排気ポート
と連通してこれらポートを開放可能なバルブポートが開
口する回転弁としたことを特徴とする内燃機関における
バルブ装置。