JPH0534483B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は内燃機関の動弁装置に関する。

（従来技術とその問題点） 一般的な内燃機関の動弁系に使用されているポ
ペツトバルブ（茸弁）は、そのシール性の良好な
ことから現在殆どの内燃機関に採用されている。
しかしながら、ポペツトバルブは内燃機関のより
以上の性能向上を図る場合、燃焼室中に焼けた排
気弁が顔を出し、爆発（デトネーシヨン）や早期
点火（プレイグニツシヨン）の発生を助長するこ
と、弁軸、弁傘が開口中に存在するために通気抵
抗となり吸排気効率を損なうこと、弁軸、弁傘を
有するために吸排気通路は弁の近傍で彎曲され吸
排気効率を損なうこと、弁軸により往復運動する
ために運動方向に長いスペースを必要としエンジ
ンが大型化すること及び弁の開閉は往復運動によ
り成されるためにシーテイング時（閉弁時）に衝
撃音を発する等の不具合がある。

そこで、ポペツトバルブの欠点を解除するため
に、従来からスリーブ弁や回転弁が数多く提案さ
れており、特に、球弁、円筒弁、円錐弁、円盤弁
等の回転弁（摺動弁）が研究されている。

しかしながら、現在迄に提案されている回転弁
（摺動弁）のシステムは、往復運動を避けるべく
その全てが連続的に回転運動を与えられ、爆発時
もその爆発力を受けながら弁体が回転運動する構
造であるために、フリクシヨンの増大と、シール
の不完全との相反する条件を両立させることが出
来ないこと、及び前記システムの構造上、吸気時
及び排気時においても弁体が回転し続ける為に有
効な開口時間が得られず、得るためには開口部を
タイミングに合わせて広げる必要があり、このよ
うに開口部の形状に変化を与えると、吸排気ポー
トに広がり損失が生じて吸、排気効率を損なうこ
ととなる等の問題があり、実用化が妨げられてい
る。

（発明の目的） 本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、摺
動弁（回転弁）の弁体を開弁時不動（停止）、爆
発時不動（停止）とすることにより、開弁時の単
位時間当たりの開口面積の増大、爆発時のシール
性の向上及びフリクシヨンの低減を図ることを目
的とする。

（発明の概要） 上記目的を達成するために本発明においては、
内燃機関の燃焼室に連通する吸、排気通路に夫々
各別に配設され、これらの各通路を開閉する摺動
面を有する摺動弁と、該各摺動弁の各摺動面を該
機関のピストンの動きに連動して往復動させて
夫々所定期間づつ開、閉すると共に、各開、閉期
間において夫々所定区間だけ弁の動きを停止させ
る間歇機能を有する動弁機構とを備えた内燃機関
の動弁装置を提供するものである。

（発明の実施例） 以下本発明の一実施例を添付図面に基づいて詳
述する。

第１図は本発明に係る動弁装置を適用した内燃
エンジンの概略構造を示し、エンジン１のクラン
ク軸２にはコンロツド３を介してピストン４が連
結され、このピストン４の上端面とシリンダヘツ
ド５（第２図、第３図）との間に画成される燃焼
室６（第２図、第３図）の上部に連通する吸気通
路７、排気通路８の前記燃焼室６の開口端には
夫々吸気用摺動弁１０、排気用摺動弁２０が配設
され、これらの各摺動弁１０，２０はクランク軸
２により駆動される後述する動弁機構３０に連結
される。吸、排気通路７，８はシリンダ中心線に
対して夫々両側に所定のポート角θづつ傾斜して
設けられている。

摺動弁１０，２０は例えば球弁で、摺動弁１０
は第１図及び第２図に示すように、弁座１１，１
２、弁体１３、シールスプリング１４等で構成さ
れる。この摺動弁１０の弁座１１，１２は夫々円
盤状をなし対向する各一端面には所定の曲率半径
をなす球面状の弁座面１１ａ，１２ａが窪んで設
けられ、中央には吸気通路７の内径と同径の孔１
１ｂ，１２ｂが穿設されている。これらの各弁座
１１，１２は耐熱性、耐摩耗性に優れた例えばセ
ラミツク部材で形成される。弁体１３は球体をな
し、その半径は前記弁座面１１ａ，１２ａの曲率
半径と同一に設定され、その外周面１３ａは各弁
座面１１ａ，１２ａに密着するようになされてい
る。該弁体１３には孔１３ｂが穿設されており、
この孔１３は吸気通路７と同径をなし、当該弁体
１３の中心を通り、所定の曲率半径で彎曲し、両
端が夫々外周面１３ａの所定箇所に開口する円弧
状をなしている。この弁体１３も耐熱性及び耐摩
耗径に優れた金属部材例えばステンレス部材で形
成される。

弁体１３の外径（直径）と孔１３ｂの内径との
関係はシール性、フリクシヨン、出力性能等に対
して最適な値に設定される。

摺動弁１０は第２図に示すようにシリンダヘツ
ド５内且つ吸気通路７の燃焼室６側開口端に、シ
ールスプリング１４、弁座１１、弁体１３及び弁
座１２の順に配設され、シリンダヘツド５に螺着
されるカバー９により固定される。この装着状態
において、弁体１３の外周面１３ａはシールスプ
リング１４のばね力により弁座１１，１２の各弁
座面１１ａ，１２ａに回転可能に摺接する。弁体
１３の孔１３ｂが吸気通路７と直交したときに当
該通路７が完全に閉塞され、一致したときに通路
７が完全に開口される。

摺動弁２０も摺動弁１０と全く同様に構成さ
れ、前記シリンダヘツド５内且つ排気通路８の燃
焼室６側開口端に配設される。

動弁機構３０の吸気用カム軸３１、排気用カム
軸３２は夫々シリンダヘツド５に回転可能に軸支
され、各一端には夫々スプロケツト３３，３４及
びカム３５，３６が固着される。これらの各スプ
ロケツト３３，３４とクランク軸２に固着された
スプロケツト３７との間にはチエーン３８が掛回
される。回転軸４０，４１は夫々シリンダヘツド
５に回転可能に軸支され、各一端には夫々略Ｌ字
状をなすアーム４２，４３が固着される。回転軸
４４，４５は前記シリンダヘツド５に回転可能に
軸支され、各一端には夫々ギヤ４６，４７が固着
され、各他端には夫々摺動弁１０，２０の各弁体
１３，２３が固着される。

アーム４２，４３の各一端４２ａ，４３ａは扇
形に広がつて円弧状をなし、その周面には夫々歯
が刻設されて変形歯車をなし、夫々前記各歯車４
６，４７に噛合し、各他端４２ｂ，４３ｂは夫々
リターンスプリング４８，４９によりカム３５，
３６の各カム面に圧接する。軸４４，４５は夫々
弁体１３，２３に各孔１３ｂ，２３ｂと直交する
方向に固着される。

カム３５のカム面は第４図に示すように形成さ
れ、カム軸３１の所定の回転角αに対する区間
P₁〜P₂のカム面３５ａは半径ｒの円弧をなし、
このカム面３５ａに連設されカム軸３１の所定の
回転角βに対する区間P₂〜P₃のカム面３５ｂは
曲率半径が半径ｒから後述する半径Ｒ（＞ｒ）ま
で連続的に変化する円弧をなし、カム面３５ｂに
連設されカム面３５ａの反対側に位置しカム軸３
１の所定の回転角γに対する区間P₃〜P₄のカム
面３５ｃはカム面３５ａの半径ｒよりも大きい所
定の半径Ｒ（＞ｒ）の円弧をなし、カム面３５ｃ
に連設されカム面３５ｂの反対側に位置しカム軸
３１の前記回転角βに対する区間P₄〜P₁のカム
面３５ｄもカム面３５ｂと同様にその曲率半径が
前記半径Ｒからｒまで連続的に変化する円弧をな
している。カム３６のカム面もカム３５のカム面
と同様に形成されている。これらの２つのカム３
５と３６とは所定の回転位相角をなして各軸３
１，３２に固着されている。

また、吸、排気通路７，８にポート角θを持た
せることにより、弁体中心に対し通路（ポート）
を自由に配することができ、レイアウトの自由度
があり、コンパクトな設計が可能となる。

以下作動を説明する。

第１図に示すようにクランク軸２が矢印Ｃで示
す時計方向に回転すると、これに伴いカム軸３
１，３２も時計方向に回転する。尚、カム軸３
１，３２の各スプロケツト３３，３４とクランク
軸２のスプロケツト３７との歯数比は２：１に設
定されており、クランク軸２の２回転に対して各
カム軸３１，３２が夫々１回転する。アーム４２
の他端４２ｂがカム３５のカム面３５ａに当接し
ている間、当該アーム４２はリターンスプリング
４８のばね力により第５図示すように時計方向に
最大位置まで回動され且つ当該位置に保持され、
これに応じて摺動弁１０の弁体１３は第２図に示
すように吸気通路７を完全に閉塞した状態で停止
される。即ち、摺動弁１０はアーム４２の他端４
２ｂがカム面３５ａに当接する区間P₁〜P₂の間
吸気通路７を全閉した状態で停止される。

カム３５が回転し、アーム４２の他端４２ｂが
カム面３５ａの終点P₂を過ぎてカム面３５ｂに
当接すると、当接アーム４２がリターンスプリン
グ４８のばね力に抗して反時計方向（第６図の矢
印CC方向）に回動され、これに伴いアーム４２
の一端４２ａの歯と噛合する歯車４６を介して軸
４４が時計方向に回動される。弁体１３はこの軸
４４と共に時計方向に回動し、これに伴い吸気通
路７が徐々に開口される。アーム４２の他端４２
ｂがカム面３５ｂの終点P₃に達すると第３図に
示すように弁体１３の孔１３ｂが吸気通路７と完
全に一致し、その開口面積が最大となる。カム軸
３１の回転に伴いアーム４２の他端４２ｂは点
P₃の位置からカム面３５ｃに当接し、第６図に
示すようにこのカム面３５ｃに当接している間軸
４４の回動が停止され弁体１３が停止する。アー
ム４２の他端４２ｂがカム面３５ｃの終点P₄に
達するまでの間弁体１３が前記開弁位置に停止さ
れる。即ち、摺動弁１０はアーム４２の他端４２
ｂがカム面３５ｃに当接する区間P₃〜P₄の間吸
気通路７を全開にした状態で停止される。この結
果、吸入効率が大幅に向上する。

アーム４２の他端４２ｂがカム面３５ｃの終点
P₄を過ぎてカム面３５ｄに当接すると、カム３
５の回転に伴い当該アーム４２がリターンスプリ
ング４８のばね力により時計方向に回動し、軸４
４が反時計方向に回動する。弁体１３はこの軸４
４と共に反時計方向に回動して徐々に閉弁され、
これに伴い吸気通路７が徐々に閉塞される。そし
て、アーム４２の他端４２ｂがカム面３５ｄの終
点P₁に達すると再び弁体が第２図に示すように
完全に閉弁され、吸気通路７が完全に閉塞され
る。このように、カム軸３１の１回転の間に、ア
ーム４２が揺動し、これに伴い弁体１３が揺動間
歇駆動されて摺動弁１０が開、閉制御され、且つ
開弁期間及び閉弁期間の所定区間の間、弁体１３
の動きが停止され、開弁位置及び閉弁位置に保持
される。

摺動弁２０も摺動弁１０と同様に作動し、且つ
これらの摺動弁１０と２０とはクランク軸２の所
定の回転角だけ位相がずれて作動する。そして、
エンジンの吸気行程時には摺動弁１０が所定区間
全開位置で停止すると共に摺動弁２０が閉弁状態
にあり、爆発行程時にはこれらの両方の摺動弁１
０，２０が共に全閉位置で停止し、排気行程時に
は摺動弁１０が閉弁状態にあり且つ摺動弁２０が
所定区間全開位置に停止する。この結果、エンジ
ン１の吸、排気効率が大幅に向上すると共に、爆
発時における摺動弁１０，２０のフリクシヨンが
低減し且つシール性が向上する。

第７図はクランク角と摺動弁の開口面積との関
係を示す特性図で、曲線は弁体が連続的に回転
する従来の摺動弁の特性を、曲線は本発明に係
る弁体が間歇的に回転する摺動弁の特性を示し、
これらの特性曲線，から明らかなように本発
明の動弁装置によれば、排気効率が約２倍程度向
上する。

また、第８図は通路（ポート）径を同一にした
場合のクランク角と、ポペツト弁及び摺動弁の開
口面積との関係を示す特性図で、曲線はポペツ
ト弁の特性を、曲線は本発明に係る摺動弁の特
性を示す。これらの特性曲線，から明らかな
ように、本発明の動弁装置はポペツト弁に比して
吸、排気効率が約２倍程度向上する。

尚、本実施例においては摺動弁として球弁を使
用した場合について記述したが、これに限るもの
ではなく他の例えば円筒弁、円錐弁、円盤弁等に
も適用し得ることは勿論である。また必ずしも
吸、排気通路７，８にポート角θを設ける必要は
ない。

又、本実施例においては摺動弁の駆動方法とし
てクランク軸の回転より直接駆動するチエーンタ
イプのものを記述したが、これに限るものではな
く、他のクランク軸の回転を電気的にひろうステ
ツプモーター等の電気的な駆動方法を用いてもよ
い。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、内燃機関
の燃焼室に連通する吸、排気通路に夫々各別に配
設され、これらの各通路を開閉する摺動面を有す
る摺動弁と、該各摺動弁の各摺動面を該機関のピ
ストンの動きに連動して往復動させて夫々所定期
間づつ開、閉すると共に、各開、閉期間において
夫々所定区間だけ弁の動きを停止させる間歇機能
を有する動弁機構とを備えたので、開弁時の開口
面積を増大することができ、これに伴い吸、排気
効率の向上が図られ、エンジンの出力が向上す
る。更に弁体のフリンクシヨンの低下及びシール
性の向上が図られ、更に前記動弁機構として一般
的駆動方式であるカム機構を応用することができ
るため、信頼性、生産性の向上を図ることができ
る等の優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る動弁装置を適用した内燃
エンジンの一実施例を示す概略構成図、第２図は
第１図に示す動弁装置の摺動弁の閉弁状態を示す
断面図、第３図は第２図に示す摺動弁の開弁状態
を示す断面図、第４図は第１図に示す動弁機構の
カムの一実施例を示す平面図、第５図及び第６図
は第４図のカムとアームとの関係を示す図、第７
図及び第８図はクランク角対摺動弁の開口面積の
関係を示す特性図である。 １…エンジン、２…クランク軸、７…吸気通
路、８…排気通路、１０，２０…摺動弁、１１，
１２，２１，２２…弁座、１３，２３…弁体、３
０，５０…動弁機構、３５，３６…カム、４２，
４３…アーム。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 内燃機関の燃焼室に連通する吸、排気通路に
   夫々各別に配設され、これらの各通路を開閉する
   摺動面を有する摺動弁と、該各摺動弁の各摺動面
   を該機関のピストンの動きに連動して往復動させ
   て夫々所定期間づつ開、閉すると共に、各開、閉
   期間において夫々所定区間だけ弁の動きを停止さ
   せる間歇機能を有する動弁機構とを備えたことを
   特徴とする内燃機関の動弁装置。