JPH08312314A - 内燃ピストン機関における給排気弁装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 部品点数が少なく、構造を簡素化と、振動及
び作動音の減少化を図ることのできる内燃ピストン機関
における給排気弁装置を提供する。 【構成】 シリンダ４内にクランク軸２０と連動するピ
ストン１８を往復動可能に配設し、シリンダヘッド５に
吸気通路７及び排気通路８を備えた内燃ピストン機関に
おいて、前記シリンダヘッド５に、前記吸気通路７及び
排気通路８をそれぞれ横切って当該シリンダヘッド５を
貫通する円筒状の吸気側弁室１１及び排気側弁室１２を
並設し、両弁室１１，１２には、それぞれ前記吸気通路
７及び排気通路８と連通可能な弁口１３ａ，１４ａを有
する吸気側回転弁体１３及び排気側回転弁体１４をそれ
ぞれ回転可能に貫通させ、両回転弁体１３，１４を前記
クランク軸２０に連動手段を介して連動連結してなるこ
と。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガソリン機関等の内燃
ピストン機関における吸排気弁装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】内燃ピストン機関は、概ね、シリンダ
と、シリンダ内で往復動するピストンと、ピストンの往
復運動を回転運動に変換するクランク機構と、シリンダ
燃焼室への混合ガスの吸入及び排出をそれぞれ定期的に
行わせる給排気弁装置とによって構成される。しかし
て、従来の給排気弁装置は、シリンダのヘッド部に設け
られた吸気通路及び排気通路をそれぞれ開閉する往復動
型の弁体、両弁体を開閉するための開閉機構とからな
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の給排気弁装置
は、往復動型の弁体を採用し、この弁体を開閉する開閉
機構が、カム軸、タペット、押し棒、弁てこ、弁ばね等
によって構成されるため、部品点数が多く、構造が非常
に複雑化する上に、作動時に激しい振動や騒音を伴うと
いった問題がある。

【０００４】本発明は、上記の課題に鑑みてなされたも
ので、部品点数が少なく、構造の簡素化と、振動及び作
動音の減少化を図ることのできる内燃ピストン機関にお
ける給排気弁装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
給排気弁装置は、シリンダ４内にクランク軸２０と連動
するピストン１８を往復動可能に配設し、シリンダヘッ
ド５に吸気通路７及び排気通路８を備えた内燃ピストン
機関において、前記シリンダヘッド５に、前記吸気通路
７及び排気通路８をそれぞれ横切って当該シリンダヘッ
ド５を貫通する円筒状の吸気側弁室１１及び排気側弁室
１２を並設し、両弁室１１，１２には、それぞれ前記吸
気通路７及び排気通路８と連通可能な弁口１３ａ，１４
ａを有する吸気側回転弁体１３及び排気側回転弁体１４
をそれぞれ回転可能に貫通させ、両回転弁体１３，１４
を前記クランク軸２０に連動手段を介して連動連結して
なることを特徴とする。

【０００６】請求項２は、請求項１に記載の内燃ピスト
ン機関における給排気弁装置にいて、前記連動手段が、
吸気側回転弁体１３及び排気側回転弁体１４にそれぞれ
設けたプーリー２３，２４と、クランク軸２０に設けた
プーリー２５と、これらのプーリー２３，２４，２５に
掛張されるタイミングべルト２６とからなることを特徴
とする。

【０００７】請求項３は、請求項１または２に記載の内
燃ピストン機関における給排気弁装置にいて、前記吸気
側回転弁体１３及び排気側回転弁体１４がそれぞれ外周
面に耐熱性及び耐摩耗性の気密シール材１５を備えてい
ることを特徴とする。

【０００８】

【作用】請求項１に係る給排気弁装置にあっては、吸気
側回転弁体１３及び排気側回転弁体１４の弁口１３ａ，
１４ａ相互の位置関係、及び両弁体１３，１４とクラン
ク軸２０との回転比を、それぞれ内燃ピストン機関の作
動サイクルに応じて適宜に設定しておけば、クランク軸
２０の回転に伴い吸気側回転弁体１３及び排気側回転弁
体１４がそれぞれ回転して、双方の弁口１３ａ，１４ａ
を介して吸気通路７及び排気通路８を開閉し、それによ
って吸気と排気とをそれぞれ定期的に行わせることがで
きる。しかして、この給排気弁装置は、複雑且つ多部品
からなる従来の給排気弁装置とは異なり、実質的に、吸
気側回転弁体１３と排気側回転弁体１４との２つの回転
弁体によって構成されるから、構造が極めて簡素化さ
れ、作動中に振動及び作動音を発生することが殆どなく
なる。

【０００９】請求項２に係る給排気弁装置にあっては、
連動手段を、吸気側回転弁体１３及び排気側回転弁体１
４に設けたプーリー２３，２４と、クランク軸２０に設
けたプーリー２５と、これらのプーリー２３，２４，２
５に掛張されるタイミングべルト２６とで構成すること
によって、両回転弁体１３，１４とクランク軸２０との
連動を正確且つ滑らかに行わせることができる。

【００１０】請求項３に係る給排気弁装置にあっては、
吸気側回転弁体１３及び排気側回転弁体１４のそれぞれ
の外周面に耐熱性及び耐摩耗性の気密シール材１５を備
えることによって、各弁室１１，１２の内周面に対する
各弁体１３，１４の密着性の向上と摩擦熱の減少化を図
ることができる。

【００１１】

【実施例】実施例について図面を参照して説明すると、
図１は、４サイクル式の４シリンダ型ガソリン機関を例
示したもので、図２〜図６にその内部構造を示してい
る。このガソリン機関は、それぞれピストン摺動室２を
有する４つのシリンダ４が並設されたシリンダブロック
１と、このシリンダブロック１の上部に連設されたシリ
ンダヘッド５と、シリンダブロック１の下部に連設され
ていてクランク室３ａを有するクランクケース３とを備
えている。シリンダヘッド５には各シリンダ４ごとに、
ピストン摺動室２の燃焼室６に通じる吸気通路７及び排
気通路８が設けられ、各シリンダ４の吸気通路７には吸
気マニホルド９の各吸気管９ａが、また排気通路８には
排気マニホルド１０の各排気管１０ａがそれぞれ接続さ
れている。図４の（Ａ）は吸気通路７の断面形状を示
し、（Ｂ）は排気通路８の断面形状を示す。尚、シリン
ダブロック１とシリンダヘッド５とクランクケース３と
は、実際にはそれぞれ別体に形成されるものであるが、
図面上では図示を簡略化するために一体のものとしてい
る。

【００１２】シリンダヘッド５には、前記各吸気通路７
及び排気通路８をそれぞれ直交方向に横切って当該シリ
ンダヘッド５を貫通する吸気側弁室１１及び排気側弁室
１２が並設され、これらの両弁室１１，１２には、それ
ぞれ各吸気通路７及び排気通路８と連通可能な弁口１３
ａ，１４ａを有する円柱状の吸気側回転弁体１３及び排
気側回転弁体１４がそれぞれ気密状態で回転可能に貫通
せしめられている。各回転弁体１３，１４の弁口１３
ａ，１４ａは、図２にも示すように、当該回転弁体１
３，１４を直径方向に貫通するように設けられ、その断
面形状は、吸気通路７及び排気通路８の断面形状に対応
する矩形状に形成される。尚、図２は吸気側回転弁体１
３の弁口１３ａのみを示しているが、排気側回転弁体１
４の弁口１４ａも吸気側回転弁体１３の弁口１３ａと全
く同様である。

【００１３】また、吸気側回転弁体１３及び排気側回転
弁体１４にはそれぞれの外周面に、耐熱性及び耐摩耗性
を有する材料、例えばカーボン材からなる気密シール材
１５が周方向所要間隔おきに装着されている。このシー
ル材によって各弁体１３，１４と弁室１１、１２内周面
との密着性を維持できると共に、回転時に生ずる摩擦熱
を軽減することができる。このシール材１５は、図５に
示すように、各弁体１３，１４の外周面にその長手方向
に条設された凹溝１６にばね部材１７を介して嵌装さ
れ、このばね部材１７の付勢力で円筒状弁室１１，１２
の内周面に弾接されるようになっている。尚、このシー
ル材１５の先端面は図示のように断面円弧状に形成して
ある。

【００１４】各シリンダ４内のピストン１８は、クラン
クケース３に軸架されたクランク軸２０のクランク腕２
１にコンロッド１９を介して連結されている。図６は、
シリンダブロック１に配設された４つのシリンダ４の各
ピストン１８の位置関係を示したもので、これらシリン
ダ４の点火順序は、例えば同図の左から順に爆発、圧
縮、排気、吸気位置となっている。尚、図１及び図３に
おいて２２は、点火プラグを示す。

【００１５】また図１に示すように、シリンダヘッド５
の一端から突出した吸気側回転弁体１３及び排気側回転
弁体１４のそれぞれの端部には、それぞれ同一径のタイ
ミングプーリー２３，２４が取付けられ、またシリンダ
ブロック１の一端から突出したクランク軸２０の端部に
は、上記各タイミングプーリー２３，２４の径の４分の
１の径を有するタイミングプーリー２５が取付けられ、
これらタイミングプーリー２３，２４，２５にタイミン
グベルト２６が掛張され、しかして吸気側回転弁体１３
及び排気側回転弁体１４は、クランク軸２０によって同
じ方向に回転駆動されると共に、このクランク軸２０が
４回転するごとに各回転弁体１３，１４が１回転するよ
うになっている。

【００１６】次に、上記のような吸気側回転弁体１３及
び排気側回転弁体１４を有する給排気弁装置の作動状態
を、１つのシリンダ４について、図７の（Ａ）〜（Ｄ）
及び図８の（Ａ）〜（Ｄ）に従って説明する。

【００１７】先ず図７の（Ａ）は、ピストン１８が上死
点にあって、４サイクルの排気工程が完了した時点を示
し、このとき吸気側回転弁体１３の弁口１３ａは吸気通
路７と連通する直前の閉鎖状態にあり、また排気側回転
弁体１４の弁口１４ａは排気通路８との連通を終えた直
後の閉鎖状態にある。斯かる状態から、クランク軸２０
が図中矢印で示す時計回りに回転するに伴いピストン１
８が下降して吸気工程に入ると同時に、このクランク軸
２０の回転に伴い各弁体１３，１４がクランク軸２０に
対し１対４の回転比で回転しつつ、吸気側回転弁体１３
の弁口１３ａが徐々に吸気通路７と連通して開弁状態と
なり、この吸気通路７からの混合ガスが燃焼室６内へ吸
い込まれてゆく。クランク軸２０が図７（Ａ）の図示位
置から（Ｂ）の図示位置まで９０度回転した時点で、そ
の弁口１３ａが吸気通路７と合致して、最大限開弁した
状態となる。

【００１８】クランク軸２０が図７（Ｂ）の図示位置か
ら（Ｃ）の図示位置まで更に９０度回転して、ピストン
１８が下死点に達した時点で、吸気工程が完了する。こ
のとき吸気側回転弁体１３は、吸気通路７を閉鎖した状
態にあり、排気側回転弁体１４はもちろん排気通路８を
閉鎖したままである。ピストン１８がこの下死点から上
昇するに伴い圧縮工程が開始され、クランク軸２０が
（Ｃ）の図示位置から９０度回転した状態、つまり圧縮
工程の中間位置を図７（Ｄ）に示す。

【００１９】ピストン１８が上死点に近づくに従って燃
焼室６内の混合気の圧力が増し、しかしてピストン１８
が上死点に達して混合気の圧力が最大限高まった時点、
即ち圧縮工程が完了する直前に、点火プラグ２２により
燃焼室６内の混合ガスに点火されて、混合ガスが爆発す
ることになるが、図８（Ａ）はこの圧縮工程の完了時の
状態を示す。このとき、両回転弁体１３，１４は、弁口
１３ａ，１４ａが吸気通路７及び排気通路８に対しそれ
ぞれ殆ど直交する位置、つまり弁口１３ａ，１４ａが吸
気通路７及び排気通路８から十分離れた位置にあって、
吸気通路７及び排気通路８をそれぞれ最も良好に閉鎖し
た状態にある。

【００２０】このように吸気通路７及び排気通路８が吸
気側回転弁体１３及び排気側回転弁体１４によってそれ
ぞれ完全に閉鎖された状態で、点火プラグ２２による点
火によって混合気が爆発し、図８の（Ｂ）に示すような
爆発工程に入る。この（Ｂ）は、ピストン１８が上死点
から下死点に至る中間にある爆発工程の中間位置を示
し、同図の（Ｃ）はピストン１８が下死点に達した爆発
工程完了位置を示している。これらの図から明らかなよ
うに上記いずれの位置でも、吸気通路７及び排気通路８
は吸気側回転弁体１３及び排気側回転弁体１４により閉
鎖されている。

【００２１】図８の（Ｃ）に示すように、爆発工程完了
時点では、排気側回転弁体１４の弁口１４ａは排気通路
８と連通する直前の閉鎖状態にあるが、ピストン１８が
図８（Ｂ）に示す下死点から上昇を開始して排気工程に
移るに伴い、上記弁口１４ａが徐々に排気通路８と連通
して開弁し、燃焼室６内の排気ガスがこの弁口１４ａを
介して排気通路８から排出される。しかして、クランク
軸２０が図８（Ｃ）の位置から９０度回転して、同図
（Ｄ）に示すような排気工程の中間で上記弁口１４ａが
排気通路８と合致して最大限開弁した状態となり、図７
の（Ａ）に示すような排気工程の完了時点までに燃焼室
６内の排気ガスが完全に排出され、その後引き続き吸気
工程に入る。以降、上述した図７（Ａ）〜（Ｄ）及び図
８（Ａ）〜（Ｄ）に示すような一連の動作が繰り返され
ることになる。

【００２２】以上、１つのシリンダ４に関する吸気、圧
縮、爆発及び排気の４工程について説明したが、４つの
シリンダ４相互では、図６に例示するような関係とな
る。また、この実施例では４つのシリンダを備えたガソ
リン機関について例示したが、シリンダの数は任意とす
ることができる。また、ガソリン機関に限らずディーゼ
ル機関にも本発明給排気弁装置の適用が可能である。

【００２３】

【発明の効果】本発明の請求項１に係る給排気弁装置
は、構造が複雑で多部品からなる従来の給排気弁装置と
は異なり、実質的に、吸気側回転弁体と排気側回転弁体
との２つの回転弁体によって構成されるから、構造の著
しい簡素化を図ることができて、製作コストを大幅に低
減することができると共に、作動中における振動及び作
動音の発生を殆どなくすることができる。

【００２４】請求項２に係る給排気弁装置によれば、連
動手段を、吸気側回転弁体及び排気側回転弁体にそれぞ
れ設けたプーリーと、クランク軸に設けたプーリーと、
これらのプーリーに掛張されるタイミングべルトとで構
成することによって、両回転弁体とクランク軸との連動
を正確且つ滑らかに行わせることができる。

【００２５】請求項３に係る給排気弁装置によれば、吸
気側回転弁体及び排気側回転弁体のそれぞれの外周面に
耐熱性及び耐摩耗性の気密シール材を備えることによっ
て、各弁室の内周面に対する各弁体の気密性の向上と摩
擦熱の減少化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る内燃ピストン機関の外観を示す
斜視図である。

【図２】 回転弁体を示す一部断面斜視図である。

【図３】 図１に示す内燃ピストン機関の縦断面図であ
る。

【図４】 （Ａ）は吸気通路の断面図であり、（Ｂ）は
排気通路の断面図である。

【図５】 回転弁体に設けた気密シール材を示す断面説
明図である。

【図６】 図１に示す内燃ピストン機関の全体概略配置
図である。

【図７】 （Ａ）〜（Ｄ）は給排気弁装置の作動状態の
説明図である。

【図８】 （Ａ）〜（Ｄ）は図７に引き続き給排気弁装
置の作動状態の説明図である。

【符号の説明】

１ シリンダブロック ２ ピストン摺動室 ３ クランクケース ３ａ クランク室 ４ シリンダ ５ シリンダヘッド ６ 燃焼室 ７ 吸気通路 ８ 排気通路 ９ 吸気マニホルド ９ａ 吸気管 １０ 排気マニホルド １０ａ 排気管 １１ 吸気側弁室 １２ 排気側弁室 １３ 吸気側回転弁体 １３ａ 弁口 １４ 排気側回転弁体 １４ａ 弁口 １５ 気密シール材 １８ ピストン １９ コンロッド ２０ クランク軸 ２１ クランク腕 ２２ 点火プラグ ２３ プーリー ２４ プーリー ２５ プーリー ２６ タイミングベルト

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダ内にクランク軸と連動するピス
   トンを往復動可能に配設し、シリンダヘッドに吸気通路
   及び排気通路を備えた内燃ピストン機関において、前記
   シリンダヘッドに、前記吸気通路及び排気通路をそれぞ
   れ横切って当該シリンダヘッドを貫通する円筒状の吸気
   側弁室及び排気側弁室を並設し、両弁室には、それぞれ
   前記吸気通路及び排気通路と連通可能な弁口を有する吸
   気側回転弁体及び排気側回転弁体をそれぞれ回転可能に
   貫通させ、両回転弁体を前記クランク軸に連動手段を介
   して連動連結してなる給排気弁装置。
2. 【請求項２】 前記連動手段は、吸気側回転弁体及び排
   気側回転弁体にそれぞれ設けたプーリーと、クランク軸
   に設けたプーリーと、これらのタイミングプーリーに掛
   張されるタイミングべルトとからなる請求項１に記載の
   内燃ピストン機関における給排気弁装置。
3. 【請求項３】 前記吸気側回転弁体及び排気側回転弁体
   は、それぞれ外周面に耐熱性及び耐摩耗性の気密シール
   材を備えてなる請求項１または２に記載の内燃ピストン
   機関における給排気弁装置。