JPS63302115A - 内燃機関の弁装置 - 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〕 この発明は、ガソリン機関、ディーゼル機関等の内思機
関（ピストン機関）、特に４サイクル機関において、シ
リンダ内への吸気並びにシリンダからの排気をピストン
の昇降運動と所定のタイミングで行なう弁装置に関する
。

〔従来の技術〕

この種の弁装置に使用される弁としては、きのこ弁（ポ
ペット弁）、スリーブ弁、回転弁などがあるが、現在製
作されている弁装置は殆どがきのこ弁を使用したもので
ある。このきのこ弁を使用した弁装置は１周知の通り、
シリンダヘッドに円形の吸気口及び排気口を開設してそ
れら吸気口及び排気口に弁座を形設し、きのこ弁を上下
動させて各弁座にきのこ弁の弁がさをそれぞれ接離させ
ることにより、吸気口または排気口を開閉するようにし
ている。そして、きのこ弁の上下動は、弁棒上端のタペ
ット及びカム等からなるカム機構と、きのこ弁の弁がさ
を弁座方向へ付勢する弁ばねとで行ない、きのこ弁の弁
がさを弁座から離間させるのはカム機構の押圧力により
、当接させるのは弁ばねの付勢力によっている。また、
カムの駆動は、クランクシャフトの回転力をカムシャフ
トにタイミングベルト及びプーリでベルト伝動したりチ
ェーン及びスプロケットで鎖伝動したりしてカムシャフ
トを回転させることにより行なわれる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、きのこ弁を使用した弁装置においては、上述
したように、きのこ弁の弁がさを弁座から離間させる、
すなわち吸気弁または排気弁を開くのはカム機構の駆動
によるのであるが、きのこ弁の弁がさを弁座に当接させ
る。すなわち吸気弁または排気弁を閉めるのは弁ばねの
復元力によっている。このように従来の弁装置において
は、外部から積極的に弁を駆動制御して吸・排気弁の閉
塞動作が行なわれるのではなく、弁ばねの復元動作に追
従して吸・排気弁の閉塞動作が行なわれることから１例
えば高回転域などにおいて弁の閉塞動作に遅れが出て所
定のバルブタイミングからのずれを生じ、シリンダ内に
一旦吸入した新気（混合気）の一部が吸気弁を通し逆流
して吐き出されたり、或いはシリンダ外へ一旦排出した
残留気の一部が排気弁を通し逆流して流れ込んだりして
吸・排気効率が悪くなることも考えられる。また、シリ
ンダヘッドに開設される吸気口及び排気口は共に円形で
あるため、その開口面積を大きくしようとしても設計上
の制約があることから、吸・排気効率を高めるのにも一
定の限界がある。また、吸気口及び排気口の面積を大き
くとるために、１つのシリンダに各二対の吸・排気口を
開設して４個の弁を配設した弁装置も製作されているが
、それだけ機構、構造が複雑化する。その他、きのこ弁
を用いた弁装置が本質的に抱えている問題として、弁が
シリンダ内に入り込むことからシリンダヘッドや燃焼室
の設計に当たってはそれの制約を受け、弁の打撃部によ
り音が発生し、複雑なカム機構、弁機構のため重量が大
きく。

部品点数も多くなり、製作、メンテナンスも難しい、と
いったことがある。

この発明は、従来の、きのこ弁を用いた弁装置における
上記詣問題点に鑑みてなされたものであり、弁の開閉動
作を完全に外部から駆動制御することができ、また吸気
口及び排気口の面積を大きくとることができ、しかも弁
は常にシリンダ外で動作し、打撃部が無くて、機構、構
造も簡単である、内燃機関の弁装置を提供することを技
術的課題とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、上記課題を達成するため、従来の弁装置に
おけるきのこ弁やカム機構などといった構成要素を一切
用いずに弁装置を構成した。

すなわち、この発明に係る内燃機関の弁装置は、横置き
円筒形状をなし円周部においてシリンダブロック上部の
燃焼室に開口した一対の円筒ハウジングをシリンダヘッ
ドに点火プラグを挾んで平行に形設し、その一方の円筒
ハウジングに。

その内径より僅かに小さい外径を有した円筒形状をなし
円周部に吸気ポートが穿設された回転吸気弁を１円筒ハ
ウジングの内周面と回転吸気弁の外周面との気密を保ち
ながら滑動して回転できるよう嵌挿し、他方の円筒ハウ
ジングに。

同じくその内径より僅かに小さい外径を有した円筒形状
をなし円周部に排気ボートが穿設された回転排気弁を、
円筒ハウジングの内周面と回転排気弁の外周面との気密
を保ちながら滑動して回転できるよう嵌挿するとともに
、前記回転吸気弁及び回転排気弁の各一端部をそれぞれ
ロータリジヨイントを介して吸気管及び排気管に流路接
続し、前記回転吸気弁及び回転排気弁をそれぞれピスト
ンの昇降運動にタイミングを合。

わせで回転させる弁回転駆動手段を設けて構成されてい
る。

〔作　　用〕

上記のように構成されたこの発明の、内燃機関の弁装置
においては、回転吸気弁及び回転排気弁が、弁回転駆動
手段によりピストンの昇降運動にタイミングを合わせて
それぞれ駆動させられて、シリンダヘッドに形設された
各円筒ハウジング内で回転運動を行なう、そして、吸気
行程においては１回転吸気弁の吸気ポートが円筒ハウジ
ングの、燃焼室に開口した吸気口に位置することにより
、混合気（ディーゼル機関における場合は空気）が吸気
管からロータリジヨイントを通って回転吸気弁の円筒内
に流入し、吸気ポートからシリンダ内へ吸い込まれる。

この際、回転排気弁の吸気ポートは円筒ハウジングの内
周壁面によって閉塞された状態である。

吸気行程から圧縮行程へ移行すると９回転吸気弁が回転
変位しその吸気ポートも円筒ハウジングの内周壁面によ
って閉塞され、続いて行なわれる爆発行程の間も回転吸
気弁及び回転排気弁の各ボートは各円筒ハウジングの内
周壁面によって閉塞されている。そして、排気行程に移
ると１回転吸気弁の吸気ポートは依然として円筒ハウジ
ングの内周壁面で閉塞された状態であるが１回転排気弁
の排気ポートは回転変位して円筒ハウジングの、燃焼室
に開口した排気口に位置するようになり、燃焼済みの残
留気がシリンダから排気ポートを通って回転排気弁の円
筒内へ流入し、ロータリジヨイントを通って排気管に吐
き出される。この排気行程が終わると再び上記した吸気
行程に移行する。このように、この発明の弁装置におい
ては、シリンダヘッドに形設された一対の円筒ハウジン
グ内でそれぞれ回転吸気弁及び回転排気弁を、それらを
外部がら駆動して回転させてやることにより吸気と排気
とが行なわれる。そして、シリンダヘッドに開設される
吸気口及び排気口は、各円筒ハウジングの長手方向に沿
って矩形状に形成されるものであるから、その各面積を
大きくとることができる・、また、この弁装置は、゛打
撃部が無く、構造も極めて簡単である。

〔実施例〕

以下１図面を参照しながらこの発明の好適な実施例につ
いて説明する。

図はこの発明の１実施例を示し、第１図はこの弁装置を
使用した内燃機関の一部を示す、第３図の１−１’縦断
面図、第２ＷＩは同じく内燃機関の全体を示す外観斜視
図、第３図は同じく平面図である。内燃機関の基本構成
及び基本動作は従来周知のものと同様であるので、その
詳細な説明は省略するが１図において、１はシリンダ、
２はピストン、３は連接棒、４はクランク軸プーリ、５
は冷却フィン（この実施例は空冷の場合である）、６は
シリンダブロック、７はピストンリング、８は点火プラ
グである。また、９はシリンダヘッドであり、シリンダ
ブロック６の上部の、ピストン２の頂面とシリンダヘッ
ド９とで挟まれる空間が燃焼室１０であるが、この内燃
機関にあっては、シリンダヘッド９の構造が従来のもの
と全く相違している。すなわち、この内燃機関のシリン
ダヘッド９には１両端が開口した円筒形状の円筒ハウジ
ング１２と、一端が開口し他端が閉塞した同じく円筒形
状の円筒ハウジング１４とが水平方向に、点火プラグ８
を挟んで互いに平行に形設されている。そして、各円筒
ハウジング１２．１４の円周部の下方側が燃焼室１０に
開口して１円筒ハウジング１２．１４の長手方向に沿っ
た矩形状の大きな吸気口１６及び排気口１８が形成され
ている。その一方の円筒ハウジング１２には、その内径
より僅かに小さい外径の円筒形状の回転吸気弁２０が円
筒ハウジング１２内で滑動して回転できるよう嵌挿され
ており１円筒ハウジング１２の内周面と回転吸気弁２０
の外周面との間には、それら両面間での気密を保持する
ためのシール機構（図示せず）が介装されている。この
回転吸気弁２０には、その円周部に矩形状の吸気ポート
２２が穿設されている。

そして、回転吸気弁２０の一端部は、その円筒内部通路
がロータリジヨイント（図示せず）を介して吸気管２４
に流路接続しており、かつその外周部がタイミングプー
リ２６に一体的に連結固着されている０図中、２８は気
化器の絞り弁である。

また、タイミングプーリ２６とクランク軸プーリ４との
間にはタイミングベルト３ｏが掛は渡されている。〒方
１回転吸気弁２ｏの他端部は、その円筒内部通路が閉塞
されており、かつその外周部がタイミングギヤ３２に一
体的に連結固着されている。また、他方の円筒ハウジン
グ１４にも同様に、その内径より僅かに小さい外径の円
筒形状の回転排気弁３４が円筒ハウジング１４内で滑動
して回転できるよう嵌挿されており、円筒ハウジング１
４の内周面と回転排気弁３４の外周面との間には、それ
ら両面間での気密を保持するためのシール機構（図示せ
ず）が介装されている。

この回転排気弁３４にも、その円周部に矩形状の排気ポ
ート３６が穿設されているが、この回転排気弁３４は、
その排気ポート３６が上記した回転吸気弁２０の吸気ポ
ート２２と１８０＠の関係角度位置になるようにセツテ
ィングされている。そして１回転排気弁３４の一端部は
、その円筒内部通路がロータクジ１インド（図示せず）
を介して排気管３８に流路接続しており、かつその外周
部がタイミングギヤ４０に一体的に連結固着されており
、タイミングギヤ４０は回転吸気弁２０に連結固着さ九
ているタイミングギヤ３２と噛合している。

次に、上記した弁装置における動作を説明する。シリン
ダ１内でピストン２が昇降運動すると、その運動が連接
棒３を介しクランク軸に伝動されてクランク軸プーリ４
が回転させられる。

このクランク軸プーリ４の回転運動がタイミングベルト
３０を経てタイミングプーリ２６に伝動され、タイミン
グブー１Ｊ２６に連結固着された回転吸気弁２０が円筒
ハウジング１２内で回転運動を行ない、さらにその回転
運動がタイミングギヤ３２．４０を介し回転排気弁３４
に伝動されて回転排気弁３４が円筒ハウジング１４内で
回転運動を行なう。

このようにしてピストン２の昇降運動にタイミングを合
わせて回転吸気弁２０及び回転排気弁３４がそれぞれ駆
動させられるが、この際ピストン２が上下に２往復する
間に回転吸気弁２０及び回転排気弁３４がそれぞれ１回
転するように、クランク軸プーリ４及びタイミングプー
リ２６のそれぞれの径が決められる。そして、吸気行程
においては、回転吸気弁２０の吸気ポート２２が円筒ハ
ウジング１２の吸気口１６に位置する（第１図に示した
状態）ことにより、混合気が吸気管２４からロータクジ
１インドを通って回転吸気弁２０の円筒内に流入し、吸
気ポート２２からシリンダ１内へ吸い込まれる。この際
、第１図に示すように。

回転排気弁３４の吸気ポート３６は円筒ハウジング１４
の内周壁面によって閉塞された状態にある。

吸気行程から圧縮行程へ移行すると１回転吸気弁２０が
回転変位しその吸気ポート２２も円筒ハウジング１２の
内周壁面によって閉塞される。そして、続いて行なわれ
る爆発行程の間も５回転吸気弁２０の吸気ポート２２並
びに回転排気弁３４の排気ポート３６はそれぞれ円筒ハ
ウジング１２．１４の各内周壁面によって閉塞された状
態にある０次に排気行程に移ると、回転吸気弁２０の吸
気ポート２２は依然として円筒ハウジング１２の内周壁
面で閉塞された状態にあるが、回転排気弁３４の排気ポ
ート３６は回転変位して円筒ハウジング１４の排気口１
８に位置するようになり、燃焼済みの残留気がシリンダ
１から排気ポート３６を通って回転排気弁３４の円筒内
へ流入し、ロータリジヨイントを通って排気管３８に吐
き出される。この排気行程が終わると再び上記した吸気
行程に移行する。

この発明の弁装置は１例として上述したような構成を有
するが、この発明の範囲は上記説明並びに図面の内容に
よって限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲
で種々の変形例を包含し得る０例えば１回転吸気弁及び
回転排気弁に吸気ポート及び排気ポートをそれぞれ２個
対向させて穿設するようにしてもよく、その場合には回
転吸・排気弁の回転速度を１個のときの半分にすること
ができる。また、回転吸気弁と回転排気弁とをギヤ機構
により機械的に連結して回転吸気弁の回転運動を回転排
気弁に伝動するのではなく１回転排気弁にも回転吸気弁
と同様にタイミングプーリを連結固着して、それら両タ
イミングプーリにタイミングベルトを掛は渡して回転排
気弁も直接的に回転運動させるようにしてもよい、また
、クランク軸から回転力を取り出して回転吸・排気弁を
回転させる方式によらずに、サーボモータを別設してそ
のサーボモータをマイコン制御することによりピストン
の昇降運動とタイミングを合わせて回転吸排気弁を駆動
するようにしてもよい、さらに、この発明は、ガソリン
機関に限らずディーゼル機関等にも適用することができ
るし、また多気筒内燃機関にも適用することができ、そ
の場合には回転吸・排気弁を構成する円筒を延設して一
対の円筒で複数の回転吸・排気弁を構成するようにすれ
ばよい。

（発明の効果〕 この発明は以上説明したように構成されかつ作用するの
で、この発明の弁装置を内燃機関に使用するときは、弁
の開閉動作を完全に外部から駆動制御することができ、
また吸気口及び排気口の面積を大きくとることができる
ので、吸・排気効率を一段と向上させることができる。

また、弁は常にシリンダヘッドの円筒ハウジング内で動
作しシリンダ内に入り込むことがないので、シリンダヘ
ッドや燃焼室の設計に当たってはそれだけ自由度が増す
ことになる。さらに、この弁装置にヰ打撃部が無いので
、エンジン音・　　が小さい、しかも、従来の弁装置に
比べると機構、構造が遥かに簡単であるので、重量が小
さく、部品点数も少なくなり、製作やメンテナンスも容
易である。この発明は、以上のような数々の利点を持っ
た内燃機関の弁装置を提供し得たものである。

４＠面の簡単な説明 図はこの発明の１実施例を示し、第１１！ｌはこの弁装
置を使用した内１［１関の一部を示す、第３図のＴ−１
’縦新面図、第２図は同じく内燃機関の全体を示す外観
斜視図、第３図は同じく平面図である。

１・・・シリンダ、　　　　　２・・・ピストン、３・
・・連接棒、　　　　　　４・・・クランク軸プーリ。

６・・・シリンダブロック、８・・・点火プラグ。

９・・・シリンダヘッド、　ｌＯ・・・燃焼室、１２、
１４・・・円筒ハウジング、 １６・・・吸気口、　　　　　１８・・・排気口。

２０・・・回転吸気弁、　　　２２・・・吸気ポート。

２４・・・吸気管、　　　　　２６・・・タイミングプ
ーリ、３０・・・タイミングベルト、 ３２．４０・・・タイミングギヤ、 ３４・・・回転排気弁、３６・・・排気ポート。

３８・・・排気管。

第１図 第２図 玉２ 第３図 騙

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　横置き円筒形状をなし円周部においてシリンダブロッ
   ク上部の燃焼室に開口した一対の円筒ハウジングをシリ
   ンダヘッドに点火プラグを挟んで平行に形設し、その一
   方の円筒ハウジングに、その内径より僅かに小さい外径
   を有した円筒形状をなし円周部に吸気ポートが穿設され
   た回転吸気弁を、円筒ハウジングの内周面と回転吸気弁
   の外周面との気密を保ちながら滑動して回転できるよう
   嵌挿し、他方の円筒ハウジングに、同じくその内径より
   僅かに小さい外径を有した円筒形状をなし円周部に排気
   ポートが穿設された回転排気弁を、円筒ハウジングの内
   周面と回転排気弁の外周面との気密を保ちながら滑動し
   て回転できるよう嵌挿するとともに、前記回転吸気弁及
   び回転排気弁の各一端部をそれぞれロータリジョイント
   を介して吸気管及び排気管に流路接続し、前記回転吸気
   弁及び回転排気弁をそれぞれピストンの昇降運動にタイ
   ミングを合わせて回転させる弁回転駆動手段を設けてな
   る、内燃機関の弁装置。