JPH05500997A - 内燃機関用の改良された吸気弁 - 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】 内燃機関用の改良された吸気弁 本発明は内燃機関用の改良された吸気弁に関し、かつさらに特定すると、慣用の 弁棒および頭部と、燃料混合物の流れを機関のシリンダヘッドとシリンダプロ・ ツクとの間の開口部を通して集中させてそれによりその流れの速度を増大させる ための弁棒と頭部との間の中間遷移領域とを有するこのような弁に関する。

慣用の内燃機関は対応したシリンダ内に複数個の移動可能なピストンを収容する ための機関プロ・ツク、すなわち、シリンダブロックを含む。各々のシリンダの 一端部は、機関ヘッド、すなわち、シリンダへ・ソドを通して燃料通路と接続さ れた開口部を有し、そして吸気弁が開口部を閉ざす一つの位置と、開口部から隔 置された第二位置との間に移動せしめられる。慣用の吸気弁は、開口部に対して 既知の態様でシールされるサイズを存する弁頭部と、弁頭部から弁ガイドを通し て燃料通路内に延びる円筒形の弁棒とを有している。弁棒は開放位置と閉鎖位置 との間を移動するときに弁ガイドを通して摺動するようになっており、そして機 関には、機関の運転サイクルのうちの適切な一つのサイクルの間に燃料を機関プ ロ・ツクに流入可能にするために弁を既知の態様で移動させる装置か設けられて いる。

いかなる内燃機関においても、最小の時間内に最大量の燃料混合物を機関ブロッ ク中に流入させることが望ましい。弁をより長期間開くことは、追加の時間か必 要であるので、効果的な解決方法ではなく、さらに、弁頭部とシリンダ開口部と の間のスペースを増大することもまた、弁を余分の距離移動させるために追加の 時間が必要になるので、効果的な解決方法ではない。過去に、人々はシリンダ中 に流入する燃料の流れを増大させるために多くの解決方法を提案してきた。例え ば、本発明の譲渡人に譲渡されたウォレン　モスラー（Ｗａｒｒｅｎ　Ｍｏ５ｌ ｅｒ）の名前で１９８８年１０月２５日に許可された「内燃機関吸気弁」と題す る米国特許第４．７７９，５８４号明細書には、弁頭部の下流側の部分に空気動 力学的な設計を有する吸気弁が開示されている。ここで使用している弁頭部に対 する「下流側」という用語は、シリンダヘッド装置に着座する弁頭部の下方の部 分を意味し、一方［上流側ｊは弁座部分の上方の弁頭部を意味する。

多くのその他の人々もまた弁頭部の上流側部分の改造を行うことを提案してきた 。例えば、ダーク・パステンホッフ（Ｄｉｒｋ　Ｂａ５ｔｅｎｈｏｆ）の名前で １９７３年９月１１日に許可された「そらせ板を備えた内燃機関吸気弁」と題す る米国特許第３，７５７．７５７号明細書には、燃料の流れの乱流を増大させる ために、弁頭部の上流側に、そらせ板が設けられている。その他の人々は、燃料 の流速を増大させると共に、燃料および空気をより良好に混合させるために付加 的な乱流を発生させる目的のために、エッチ・ダブリュー・キムポール（Ｈ，Ｗ 、　Ｋｉｍｂａｌｌ　）の名前で１’９６３年５月２１日に許可された「内燃機 関用弁」と題する米国特許第３，０９０．３７０号ならびにエル・イー・エドワ ーズ（Ｌ、　Ｅ、　Ｅｄｗａｒｄｓ　）の名前で１９３０年３月１８日に許可さ れた「機関用弁」と題する米国特許第１，７５０．９９５号の各明細書に示され ているように、弁頭部の上流側にフィンまたはリブを設けている。流入する燃料 の量を増大させる別の試みがアール・エッチ・スリー（Ｒ、Ｈ、５ｌｅｅ）の名 前で１９８３年９月７日に発行された「内燃機関用弁の形態」と題する英国特許 出願第２．ｌ１５．４８６Ａ号明細書に記載されており、この英国特許出願にお いては、乱流を減少させることにより燃料の流量を増大させるために、弁棒と頭 部との間の遷移領域を増大させることが提案された。

一連の特許は弁棒と頭部との間に円滑な遷移領域を形成することが望ましいとい う一般的に容認された先行技術の教旨を無視したように思われる弁を開示してい る。

これらの特許は、一般的に、弁棒が弁頭部に取り付けられる箇所にリップを設け た二つ（またはそれ以上）の部材からなる弁構造を包含している。このような構 造は、例えば、ワイ・サトウ（Ｙ、　５ａｔｏ）その他の名前で１９８９年６月 １３日に許可された「内燃機関に使用されるセラミック弁支持構体」と題する米 国特許第４．８３８．２１８号、ワイ・ニシャマ（Ｙ、　ＮｉＮ１５ｈｉｙａ　 ）その他の名前て１９８９年５月３０日に許可された「往復動機関用複合弁およ びその製造方法」と題する米国特許第４．８３４．０３６号、ケイ・ハシモト（ Ｋ−Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ　）その他の名前で１９７８年２月１４日に許可された 「ポペット弁」と題する米国特許第４．０７３，４７４号、ジー・アール・リッ チ（Ｇ、　’Ｒ，，Ｒｉｃｈ）の名前で１９３６年４月１４日に許可された［複 合金属で製造された物品」と題する米国特許第２．０３７，３４０号、エム・ジ エイ・ボイル（Ｍ、Ｊ。

Ｂｏｙｌｅ　）の名前で１９３１年９月２２日に許可された「弁およびその製造 方法」と題する米国特許第１，８２４．３２２号、ダブりニー・エッチ・スパイ キ（Ｗ、　Ｈ，５ｐｉｒｅ　）その他の名前で１９３０年６月２４日に許可され た「弁」と題する米国特許第１．７６７、４０９号、ジー・アール・リッチ（Ｇ 　、　Ｒ、Ｒｉｃｈ）の名前で１９２７年１０月１１日に許可された「弁タペッ トおよび類似の物品」と題する米国特許第１，６４４．７９３号、エイ・ブレー ナ−（Ａ、Ｇｒｅｉｎｅｒ　）その他の名前で１９２４年９月２日に許可された 「弁」と題する米国特許第１．５０６．９００号、エム・エム・ウィルコックス （Ｍ、　Ｍ、　Ｗｉｌｃｏｘ）の名前で１９２６年５月４日に許可された「ポペ ット弁」と題する米国特許第１．５８３．４３２号ならびにジエイ・ダブリュ・ スミス（Ｊ、　Ｗ、　Ｓｍ１ｔｈ　）その他の名前で１９１１年３月２８日に許 可された「弁」と題する米国特許第９８７，７５７号の各明細書に示されている 。

アール・エル・エラジー（Ｒ，Ｌ、　Ｅｌｌｅｒｙ）の名前で１９１７年１２月 １８日に許可された「弁」と題する米国特許再発行第１４．４１２号（１９１５ 年６月１日に許可された米国特許第１．１４１．８７０号に基づく）明細書には 、弁棒を逃出する高温のガスにより損傷しないように補強するために弁棒を球根 状に拡大した排気弁が開示されている。

本発明の一つの局面によれば、内燃機関用吸気弁であって、前記機関内のガイド 内で軸線方向に移動するサイズを存する全般的に円筒形の弁棒と、前記弁棒が前 記ガイド内を移動するときに開放位置と閉鎖位置との間に移動せしめられる頭部 とを存する吸気弁において、前記弁棒と前記頭部との間に半径方向に不規則な中 間遷移部分を備えた点で改良された内燃機関用吸気弁が提供される。

本発明の好ましい一実施例を特に添付図面について以下に説明する。

第１図は慣用の内燃機関の燃料通路内に配置された本発明の改良された弁を示し た図、 第２図は該機関の改良された弁の拡大図、第３図は第２図を３−３線に沿って裁 った横断面図、第４図は本発明の改良された弁の別の実施例を示した図、そして 第５図は改良された弁および燃料通路を示した図である。

さて、第１図を参照すると、本発明により製造された改良された吸気弁１０を示 しである。吸気弁１ｏはシリンダヘッド１２とシリンダブロック１４との間に配 置された状態で示しである。シリンダヘッド１２がシリンダブロック１４の上方 に取り付けられてシリンダ１６を構成している。シリンダ１６は内燃機関内に慣 用の態様で作動する往復動ピストン（図示せず）を収容している。

シリンダヘッド１２は空気および燃料の混合物が燃料系統（図示せず）、例えば 、気化器または電子式燃料噴射器からシリンダ１６中に流れるときに通過させる ための燃料通路１８を含む。吸気弁１ｏは、シリンダヘッド１２に構成された弁 ガイド２０を通して摺動し、そして慣用の往復動カム調時機構（図示せず）によ り上下動せしめられる。吸気弁１０が実線で例示したように下側位置にあるとき に、シリンダ１６に至るシリンダヘッド１２とシリンダブロック１４との間の開 口部が生ずる。その逆に、吸気弁１０がダッシュ線で例示したように上側位置に あるときに、開口部２２は弁１ｏの平坦部２４とシリンダヘッド１２の底部に配 置された対応した弁座２６との間の密封により閉ざされる。

いかなる内燃機関においても、設計上の一つの目的は、吸気弁ＩＯかシリンダヘ ッド１２から離れて移動するときに所定時間内に可能な限り多量の燃料を送入す ることである。別の一つの設計上の目的は、一般的には、吸気弁ＩＯかシリンダ ヘッド１２から離れて移動せしめられる時間を可能な限り短くすることである。

これらの目的の両方を達成する一つの方法は開口部２２を通しての燃料の移動速 度を増大させることである。

吸気弁ＩＯは抜弁かシリンダヘッド１２から移動せしめられるときに開口部２２ を通して移動する燃料の速度を増大させるように設計されている。吸気弁ｌＯは ステンレススチールのような材料から製造された単一の部材からなっているが、 三つの別個の領域を含むものとして考えてもよい。最も上側の領域は抜弁が使用 される機関に基づいた慣用の半径、長さおよび設計の円筒形の形状を有する弁棒 の領域２８である。例えば、弁棒領域２８の半径は、該弁棒を弁ガイド２０を通 して容易に摺動させることができるように選択され、そして弁棒領域の長さは適 切な調時カム機構を該弁棒の最上端部に既知の態様で固定することができるよう に選択されている。吸気弁１０の最も下側の領域は、同様に抜弁が使用される機 関に基づいた慣用の直径および設計を有する頭部領域３０である。頭部領域３０ および弁棒領域２８の両方は共通の軸線３４を存している。頭部領域３０は、さ らに、円筒形の上側領域３８から平坦部２４まで延びる直径拡大領域３６を含む 。

慣用の弁においては、上側頭部領域の直径および弁棒の直径は同じである。この 構成は、以下に説明するように、上側頭部領域３８が弁棒２６の直径よりも大き く、そしてこれらの領域の間に中間遷移領域３２が配置された弁１０の場合には あてはまらない。弁棒２６の直径と上側頭部領域３８の直径との差異は、例えば 、１．１　ｍｍ（０，０４４インチ）である。中間遷移領域３２は、第１図に示 したダッシュ線から理解されるように、弁１ｏが平坦部２４が弁座２６と接触し たシールされた状態にあるときに、弁ガイド２０の底部の完全に下方に配置され る。さらに、中間遷移領域３２は、第１図に示した実線から理解されるように、 弁１０が開放位置にあるときに燃料の流路内に直接に配置される。

さて、第２図および第３図を参照すると、中間遷移領域３２の拡大図を示しであ る。中間遷移領域３２は、一定の長さＬにわたって直径か増大している。この直 径の増大は弁棒２８の直径から頭部３ｏの上側部分３８の直径までほぼ１．３ｍ ｍ　（０，０５０インチ）ないし１．５　ｍｍ（０，０６０インチ）とすること ができる。それに加えて、中間遷移領域３２は弁１ｏの底部からほぼ２５．４ｍ ｍ（１インチ）の距離に配置することができる。中間遷移領域３２は、第２図に 角度Ａで示したように、弁１ｏの軸線３４に対してほぼ４５．５°ないし５０． ５°の角度でわん曲しており、弁棒２８と中間遷移領域３２との間の曲線の勾配 は中間遷移領域３２と頭部３ｏとの間の曲線の勾配よりもはるかにゆるやかにな っている。上記のサイズおよび角度は一例にすぎず、中間遷移領域３２に対する 多くのその他のサイズまたは角度を使用することができる。例えば、中間遷移領 域の平均の角度は２０．５°ないし３０．５°程度に小さくすることができる。

さらに、本発明により製造された各々の弁の前記の種々のサイズは、該吸気弁が 使用されるように意図された各々の異なる機関に対して特定して個々に設計され ねばならないであろう。

中間遷移領域３２は、前項に記載の形状以外に、僅かな偏位量を有するように形 成され、すなわち、中間遷移領域３２の軸線３４′が弁棒２８または頭部３０の 軸線３４′と共軸をなしていない。これは弁棒と頭部との間に遷移領域を有する 複数の部分からなる弁を開示した前記米国特許に示されている従来技術の同様な 構造の弁と対比して改良された弁１０により得られる利点をもたらす最後の特徴 である。この偏位量は、０．０５　ｍｍ　（０，００２インチ）ないし０．１３ ｍｍ（０，００５インチ）程度に小さくすべきであり、かつ中間遷移領域３２の 両端部と弁棒２８と頭部３０との間に円滑な遷移を維持すべきである。

したがって、弁棒２８の直径ｄ１と中間遷移領域３２の上端部における直径ｄｌ ′とは長さが等しいが、僅かな角度だけ相互に偏位している。同様に、弁棒２８ の直径ｄ２と中間遷移領域３２の下端部における直径ｄ２’　とは長さが等しい か、同じ僅かな角度だけ相互に偏位している。この偏位置は半径ｒｌと半径ｒｌ ’との長さの差か偏位量と等しい第３図から最良に理解することができる。この 偏位量は弁１０の中心軸線３４と中間遷移領域３２の中心軸線３４′との差異に 起因している。したかって、中間遷移領域３２は半径方向に不規則であるという ことかできる。

第４図を参照すると、改良された弁４４の中間遷移領域３８の別の実施例を示し である。弁４４の場合には、弁棒２８から中間遷移領域３８の起点に向かって共 軸をなす内方テーパ４６を示しである。テーパ４６は弁４４か第１図に実線で示 したように完全に延長せしめられたときに弁ガイド２０から出た位置に起点を有 し、そして非共軸の中間遷移領域３８よりも僅か上方の位置まで延びることがで きる。例えば、弁棒２８は８．７　ｍｍ　（１１／３２インチ）の直径を有する ことができ、そして中間遷移領域３８の起点における直径は７．９　ｍｍ　（５ ／１６インチ）とすることができる。

再び、第１図を参照すると、半径方向に不規則な中間遷移領域３２が流れる燃料 混合物の通路内に配置されるように該中間遷移部分を有する弁１０がシリンダヘ ッド１２内に配置されたときに、軸線３４および３４′が共軸をなさない関係に あるために、僅少量の付加的な乱流が形成される。中間遷移領域３２を適切に設 計することにより、乱流を開口部２２中に、そして特に開口部２２の遠い部分４ ０中に効果的に集中させることができる。

この付加的な乱流を開口部２０の部分４０中に集中させることにより、燃料混合 物の速度の増大が部分４０において発生する。部分４０か燃料混合物の大部分が 少なくとも流入する開口部２２の部分であるので、燃料混合物の速度の増大によ り所定時間内にシリンダ室１６に流入する燃料の量が増大する。

さて、第１図および第５図を参照すると、もしも通路１８の床上にそらせ柱４２ か形成されれば、燃料の流入の付加的な改良か得られることが判明した。そらせ 柱４２は通路１８の底部上を流れる燃料混合物を弁１０の中心から僅か離れて開 口部２２に向かう方向にそらせるように設計されている。このように構成するこ とにより、流れる燃料混合物の総合的な速度を増大させることができる。

通路１８の底部上を流れる燃料の部分は、全般的に、弁頭部３０のより広い部分 によりさえぎられ、そしてそらせ柱４２は流れる燃料混合物を単に弁頭部３０の まわりにそして開口部２２に向かって向は直す作用をする。

その結果、しばしば低揚程と呼ばれる弁１０とシリンダヘッド１２との間のより 小さい移動により、より多量の燃料が開口部２２を通過する。換言すると、そら せ柱４２は、高揚程による乱れをひき起こすことなく、低速度の燃料を低揚程に おいて向は直すことによりいかなるポートにおける流れをも改良する。

そらせ柱４２および半径方向に不規則な中間遷移領域３２の組合わせは、内燃機 関を運転する場合に総体的（こより低い揚程を使用可能にし、それにより弁１０ を開閉するために必要な時間が短くなる。勿論、改良された結果を得るために、 勿論、そらせ柱４２および中間遷移領域３２のうちのいずれか一方のみを使用す ることができよう。例えば、慣用のゼネラル・モータース社の２．５リットル機 関に配置された（この明細書に記載したように半径方向に不規則な中間遷移領域 ３２を育する）弁１０により行なったテストにより、６．４ｍｍ　（０，２５イ ンチ）までの低揚程に対して１５％までの流量の増大か得られ、そして６．４１ １１［＋１　（０，２５インチ）ないし１１．４ｍｍ（０，４５インチ）のより 高い揚程に対して１５％までの流量の増大が得られた。そらせ柱４２を付設する ことにより、流量の増大は低揚程に対して１０％、そしてより高い揚程に対して ３％であった。

国際調査報告 要　約　書 内燃機関（１２および１４）用の弁（１０）は、弁棒（２８）および頭部（３０ ）を有し、頭部（３０）は心棒（２８）および該頭部の上側部分に対して異なる 直径を有している。弁棒（２８）と上側頭部（３８）との間に配置された半径方 向に不規則な領域（３２）は僅かな偏位量を有するように整列せしめられ、すな わち、中間遷移領域（３２）の軸線は弁棒（２８）および頭部（３０）の軸線に 対して共軸をなしていない。中間遷移領域（３２）は弁（ｌＯ）か閉ざされたと きに弁ガイド（２０）の下方に位置しかつ弁（１０）が開いたときに燃料混合物 の通路内に位置するように弁（ｌＯ）に設けられている。

半径方向に不規則な領域（３２）は燃料混合物を開いた弁頭部（３０）とシリン ダヘッド（１４）との間の開口部４０中に集中させ、それにより開口部（２０） を通しての燃料の速度を増す付加的な乱流を発生する。そのほかに燃料通路（１ ８）内のそらせ柱（４２）が燃料を弁頭部（３０）の広い部分（３６）のまわり にそらせる。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．内燃機関（１２および１４）用吸気弁（１０）であって、前記内燃機関（１ ２および１４）内のガイド（２０）内で軸線方向に移動するサイズを有する全般 的に円筒形の弁棒（２８）と、前記弁棒（２８）が前記ガイド（２０）内を移動 するときに開放位置と閉鎖位置との間に移動せしめられる頭部（３０）とを有す る吸気弁において、前記弁棒（２８）と前記頭部（３０）との間に半径方向に不 規則な中間遷移領域（３２）を備えていることを特徴とする内燃機関用吸気弁。
2. ２．請求の範囲第１項に記載の発明であって、前記機関（１２および１４）が流 路（１８）を含み、流路（１８）を通して燃料が機関ブロック（１４）中に流れ 、前記弁（１０）が前記通路（１８）を通して流れる前記燃料に対してある角度 をなして移動する発明において、前記中間遷移領域（３２）が前記通路（１８） 内に配置されるように構成されていることを特徴とする発明。
3. ３．請求の範囲第１項または第２項に記載の発明において、前記の半径方向に不 規則な中間遷移領域（３２）が０．０５ｍｍ（２／１０００インチ）ないし０． １３ｍｍ（５／１０００インチ）の偏位量を含むことを特徴とする発明。
4. ４．請求の範囲第１項または第２項に記載の発明において、前記中間遷移領域（ ３２）が前記弁棒（２８）および頭部（３０）と共軸をなさないことを特徴とす る発明。