(57)【要約】【課題】  内燃機関の吸排気バルブの軽量化、コスト低減を図る。【解決手段】  軸部４４とこの軸部４４の端部に設けた傘部５１とからなり、内燃機関の燃焼室の天井に設けた吸気ポートを開閉するために、天井に開けたに軸部４４を移動自在に挿入するとともに、吸気ポート２６の開口部に設けた非円形状の吸気側バルブシートに、傘部５１に設けた非円形状のバルブシール面５２を密着可能とした吸気バルブ２８において、傘部５１の重心７１の位置を、軸部４４の軸線４４ｂにほぼ合致させた。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸部とこの軸部の端部に設けた傘部とからなり、内燃機関の燃焼室の天井に設けたポートを開閉するために、前記天井に開けたガイド穴に前記軸部を移動自在に挿入するとともに、前記ポートの開口部に設けた非円形状のバルブシートに、前記傘部に設けた非円形状のバルブシール面を密着可能とした吸排気バルブにおいて、
前記傘部の重心位置を、前記軸部の軸線にほぼ合致させたことを特徴とする内燃機関の吸排気バルブ。
【請求項２】
前記傘部の肉厚を不均一にしたことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の吸排気バルブ。
【請求項３】
前記軸部の軸線の位置を前記傘部に対して移動させたことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の吸排気バルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸排気バルブの改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の内燃機関の吸排気バルブとして、傘部を楕円形としたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特表２００３−５０９６１６公報
【０００３】
特許文献１の図１を以下の図１０で説明する。なお、図１０は特許文献１の図１の要部を抜き書きして簡略にしたものである。符号は振り直した。
図１０は従来の吸排気バルブを示すシリンダヘッドの断面図であり、シリンダヘッド１０１にダクト１０２を開けるとともにこのダクト１０２の途中にガイド１０３を設け、このガイド１０３にバルブ１０４のシャフト（軸部）１０６を移動自在に挿入するとともに、ダクト１０２の燃焼室側の開口にバルブ１０４の楕円形のヘッド（傘部）１０７を配置し、ロッカー１０８を駆動させることで、バルブ１０４のヘッド１０７でダクト１０２を開閉する構造が記載されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
バルブ１０４のヘッド１０７は楕円形であるため、ヘッド１０７の重心は、シャフト１０６の軸線から離れた位置にある。バルブ１０４がガイド１０３に沿って往復運動するときには、ヘッド１０７の重心に作用する慣性力によって、ヘッド１０７の付根部に曲げモーメントが発生する。ヘッド１０７の重心位置がシャフト１０６の軸線から大きく離れるほど、あるいは、エンジン回転数が高くなって往復運動の速度が大きくなるほど、大きな曲げモーメントが発生するから、この曲げモーメントに耐えるようにシャフト１０６の径を大きくしたり、ヘッド１０７自体、あるいはシャフト１０６とヘッド１０７との連結部を補強するような断面形状にしなければならず、重量増、コストアップを招く。
【０００５】
本発明の目的は、内燃機関の吸排気バルブの軽量化、コスト低減を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に係る発明は、軸部とこの軸部の端部に設けた傘部とからなり、内燃機関の燃焼室の天井に設けたポートを開閉するために、天井に開けたガイド穴に軸部を移動自在に挿入するとともに、ポートの開口部に設けた非円形状のバルブシートに、傘部に設けた非円形状のバルブシール面を密着可能とした吸排気バルブにおいて、傘部の重心位置を、軸部の軸線にほぼ合致させたことを特徴とする。
【０００７】
吸排気バルブの傘部の重心位置を、軸部の軸線にほぼ合致させることで、軸部の軸線から傘部の重心までの距離を小さくして、傘部の重心に作用する慣性力により傘部の付根部に発生する曲げモーメントを小さくする。曲げモーメントが小さくなれば、軸部を細く、傘部を薄くすることが可能になる。
【０００８】
請求項２に係る発明は、傘部の肉厚を不均一にしたことを特徴とする。
傘部における軸部の軸線から大きく突出する部分の肉厚を薄くし、傘部における軸部の軸線から小さく突出する部分の肉厚を大きくすれば、傘部の重心は軸部の軸線に近づく。
【０００９】
請求項３に係る発明は、軸部の軸線の位置を傘部に対して移動させたことを特徴とする。軸部の軸線を傘部のほぼ中央に移動させることで、軸部の軸線が傘部の重心に近づく。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に係る発明では、傘部の重心位置を軸部の軸線にほぼ合致させたので、非円形の吸排気バルブの傘部の重心に作用する慣性力により、吸排気バルブに発生する曲げモーメントを小さくすることができ、吸排気バルブの軸部の細軸化、傘部の薄肉化による吸排気バルブの軽量化、小型化を図ることができる。また、傘部、あるいは軸部と傘部との連結部を大きな曲げモーメントに耐え得るような複雑な形状にする必要もなく、コストを低減することができる。
【００１１】
請求項２に係る発明では、傘部の肉厚を不均一にしたので、例えば、傘部における軸部の軸線から大きく突出する部分の肉厚を薄くし、傘部における軸部の軸線から小さく突出する部分の肉厚を大きくすることで、傘部の重心位置を、軸部の軸線にほぼ合致させることができ、傘部の重心位置を軸部の軸線に、より確実に合わせることが可能になる。
【００１２】
請求項３に係る発明では、軸部の軸線の位置を傘部に対して移動させるので、軸部の軸線を傘部の中央に移動させることで傘部の重心位置を軸部の軸線に迅速に合わせることができる。従って、吸排気バルブの形状が変更になった場合でも早期に対応するのに有効な手段となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る吸排気バルブ（第１実施形態）を採用した内燃機関の断面図であり、内燃機関１０は、シリンダブロック１１と、このシリンダブロック１１に設けたシリンダボア１２に移動自在に挿入したピストン１３と、このピストン１３にピストンピン１４を介して連結したコンロッド１６と、シリンダブロック１１の下部に回転自在に取付けるとともにクランクピン１７でコンロッド１６をスイング自在に支持するクランクシャフト１８とを備える。
【００１４】
シリンダブロック１１は、上部に設けたシリンダ部２１と、このシリンダ部２１の下部に一体に設けたスカート部２３とからなり、上部にヘッドガスケット（不図示）を介してシリンダヘッド２４を取付けた部材である。
【００１５】
シリンダヘッド２４は、燃焼室２５に連通する吸気ポート２６及び排気ポート２７を備え、吸気ポート２６の入口を吸気バルブ２８で開閉し、排気ポート２７の入口を排気バルブ２９で開閉する。
【００１６】
ここで、３１はコンロッド１６の大端部１６ａとクランクピン１７との間に介在させた滑り軸受、３２はクランクシャフト１８に設けたカウンタウエイト、３３はスカート部２３とでクランクケースを形成するためにスカート部２３の下部に複数のボルト３４で取付けたアンダスカート部、３６はアンダスカート部３３の下部にアンダケース３７を介して複数のボルト３８で取付けたオイルパン、４１は吸気バルブ２８が閉じたときにこの吸気バルブ２８とでシール面を形成する吸気側バルブシート、４２は排気バルブ２９が閉じたときにこの排気バルブ２９とでシール面を形成する排気側バルブシート、４３は点火プラグである。
【００１７】
図２は本発明に係る吸排気バルブ（第１実施形態）を示す斜視図であり、燃焼室２５の天井に吸気バルブ２８（ここでは、２本の吸気バルブの符号を２８Ａ，２８Ｂとして区別した。）及び排気バルブ２９を配置したことを示す。
【００１８】
吸気バルブ２８は、円形断面の棒状とした軸部４４と、この軸部４４の先端に一体に設けた傘部５１とからなり、軸部４４の端部４４ａをカム（不図示）側から押圧することで傘部５１を燃焼室２５のピストン１３（図１参照）側へ移動させて吸気ポート２６（図１参照）を開き、また、縮んだバルブスプリング（不図示）の弾性力を軸部４４に作用させることで、傘部５１を燃焼室２５の天井側へ移動させ、吸気ポート２６を閉じる。
軸部４４は、端部４４ａの近傍に図示せぬ突部を備え、この突部をシリンダヘッド２４（図１参照）側に設けた溝で軸方向に案内することで、吸気バルブ２８の軸回りの回転を防ぐ。
傘部５１は、シール面を形成するために一側面５１ａ（軸部４４が延びる側の面である。）に環状のバルブシール面５２を形成した部分である。
【００１９】
排気バルブ２９は、円形断面の棒状とした軸部４７と、この軸部４７の先端に一体に設けた傘部５４とからなり、軸部４７の端部４７ａをカム（不図示）側から押圧することで傘部５４を燃焼室２５のピストン１３側へ移動させて前述の排気ポート２７（図１参照）を開き、また、縮んだバルブスプリング（不図示）の弾性力を軸部４７に作用させることで、傘部５４を燃焼室２５の天井側へ移動させ、排気ポート２７を閉じる。
【００２０】
軸部４７は、端部４７ａの近傍に図示せぬ突部を備え、この突部をシリンダヘッド２４側に設けた溝で軸方向に案内することで、排気バルブ２９の軸回りの回転を防ぐ。
傘部５４は、シール面を形成するために一側面５４ａ（軸部４７が延びる側の面である。）に環状のバルブシール面５５を形成した部分である。
【００２１】
図３は本発明に係る吸排気バルブ（第１実施形態）を示す平面図であり、吸気バルブ２８Ａ，２８Ｂは、クランクシャフト１８（図１参照）が延びる方向に平行に引いた直線５７に直交し且つシリンダボア１２の中心を通る直線５８に対して対称に配置した部材であり、それぞれ傘部５１をほぼ木の葉状、即ち非円形状とし、軸部４４を平面視で直線５８に平行に配置したものである。傘部５１のハッチングを施した部分がバルブシール面５２である。ここで、軸部４４の軸線を４４ｂとする。
【００２２】
排気バルブ２９は、傘部５４を直線５８に対して対称な非円形状に形成した部材であり、軸部４７を平面視で直線５８に一致させたものである。傘部５４のハッチングを施した部分がバルブシール面５５である。
【００２３】
図４は本発明に係るシリンダヘッドの燃焼室の天井を示す底面図（第１実施形態）であり、シリンダヘッド２４に設けた燃焼室２５（図１参照）の天井６１に、直線５８に対称に２つの吸気側バルブシート４１（ここで、２つの吸気側バルブシートを４１Ａ，４１Ｂとする。）を取付け、これらの吸気側バルブシート４１Ａ，４１Ｂに近接させて、天井６１に直線５８に対称な形状とした排気側バルブシート４２を取付けたことを示す。なお、吸気側バルブシート４１Ａ，４１Ｂのハッチングを施した部分がバルブシートシール面６２、排気側バルブシート４２のハッチングを施した部分がバルブシートシール面６３である。
【００２４】
天井６１の内面としての内壁面６５は、バルブシートシール面６２，６３の輪郭６２ａ，６３ａを含む凹状の曲面とした凹状面６６と、この凹状面６６の周囲に設けたほぼ平坦で環状としたスキッシュ面６７とからなる。
【００２５】
凹状面６６は、ほぼ中央に点火プラグ（不図示）を取付けるプラグ取付穴６８を開けた部分である。
スキッシュ面６７は、ピストン１３（図１参照）の冠部とでスキッシュ部を形成する部分であり、ピストン１３の圧縮行程の終わりで狭い隙間のスキッシュ部を形成し、このスキッシュ部内の混合気を押し出すことで燃焼室内の混合気を流動させて燃焼速度を増大させる。
【００２６】
図５（ａ），（ｂ）は本発明に係る吸排気バルブ（第１実施形態）を説明する説明図である。なお、図２に示した吸気バルブ２８と排気バルブ２９とは基本形状が同一であるため、以下では吸気バルブ２８についてのみ説明する。
（ａ）は図２の５矢視図であり、吸気バルブ２８の軸部４４の軸線４４ｂを白丸、吸気バルブ２８の傘部５１の重心７１を黒丸で示す。即ち、傘部の重心７１を、軸部４４の軸線４４ｂにほぼ合致させたことを示す。軸部４４の軸線４４ｂと傘部５１の重心７１との距離はＬ１であり、軸部４４の外径をＤとすると、距離Ｌ１は、外径Ｄの半分より小さい（即ち、Ｌ１＜０．５Ｄ）となる。
【００２７】
（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線断面図であり、傘部５１は、その肉厚を場所によって異ならせた、即ち、不均一とした部分である。例えば、軸部４４の軸線４４ｂから遠い部分では肉厚をｔ１とし、軸部４４の軸線４４ｂに近い部分では肉厚を肉厚ｔ１よりも大きいｔ２（ｔ２＞ｔ１）とすることで、傘部５１の重心７１を軸部４４の軸線４４ｂに近接させ、ほぼ合致させた。
【００２８】
図６（ａ），（ｂ）は本発明に係る吸排気バルブの別実施例（第２実施形態）を示す説明図である。
（ａ）は吸気バルブ８１の軸部８２の軸線８３に沿って見た図であり、軸線８３を白丸で示し、吸気バルブ８１の傘部８４の重心８６を黒丸で示す。
即ち、軸部８２の軸線８３の位置を傘部８４のほぼ中央に移動させて、傘部８４の重心８６を軸部８２の軸線８３に近接させ、ほぼ合致させた。軸部８２の軸線８３と傘部８４の重心８６との距離はＬ２であり、軸部８２の外径をＤとすると、距離Ｌ２は、外径Ｄの半分より小さく、ほぼゼロ（即ち、０．５Ｄ＞Ｌ２≒０）となる。
【００２９】
（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線断面図であり、軸部８２の軸線８３に対して傘部８４はほぼ対称となり、傘部８４の重心８６は軸部８２の軸線８３にほぼ合致する。
軸部８２の軸線８３を単純に傘部８４の図形上のほぼ中央に移動させるだけであるから、傘部８４の重心位置の設定が非常に簡単に且つ迅速に行える。
【００３０】
図７（ａ），（ｂ）は吸排気バルブの比較例を示す説明図である。
（ａ）は吸気バルブ１２１の軸部１２２の軸線１２３を白丸、吸気バルブ１２１の傘部１２４の重心１２６を黒丸で示す。軸部１２２の軸線１２３と傘部１２４の重心１２６との距離はＬ３であり、軸部１２２の外径をＤとすると、距離Ｌ３は、外径Ｄの半分より大きい（即ち、Ｌ３＞０．５Ｄ且つＬ３＞Ｌ１（図５（ａ）参照））。
【００３１】
（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線断面図であり、傘部１２４は、その肉厚ｔ３を各場所で同一とした部分である。従って、傘部１２４の軸部１２２の軸線１２３から大きく突出した部分の側に重心１２６が存在し、重心１２６は軸線１２３から大きく離れる。
【００３２】
図８（ａ），（ｂ）は吸排気バルブの作用を示す作用図である。
（ａ）に示す比較例（図７に示したものである。）において、吸気バルブ１２１がバルブガイド１２８にガイドされて往復運動をすると、重心１２６には慣性力Ｆ３が、例えば図の向きに作用する。軸部１２２の軸線１２３と重心１２６との距離はＬ３であるから、軸部１２２における傘部１２４の付根部には曲げモーメントＭ３として、Ｍ３＝Ｆ３・Ｌ３が作用する。
【００３３】
（ｂ）に示す実施例（図５に示したものである。）において、吸気バルブ２８がシリンダヘッドのガイド穴２４ａにガイドされて軸部４４の軸方向に往復運動をすると、傘部５１の重心７１には慣性力Ｆ１が、例えば図の向きに作用する。軸部４４の軸線４４ｂと傘部５１の重心７１との距離はＬ１であるから、軸部４４における傘部５１の付根部には曲げモーメントＭ１として、Ｍ１＝Ｆ１・Ｌ１が作用する。
【００３４】
以上の（ａ），（ｂ）において、Ｌ１＜Ｌ３であり、また、実施例の傘部５１は比較例の傘部１２４に対して軸部４４の軸線４４ｂから大きく突出している部分の肉厚を小さくしたものであるから、傘部５１の重量は傘部１２４の重量よりも小さいため、Ｆ１＜Ｆ３となるので、以上からＭ１＜Ｍ３となる。
【００３５】
比較例の吸気バルブ１２１は、大きな曲げモーメントＭ３に耐えうるように、例えば、軸部１２２を太くしたり、傘部１２４を厚くしたり、あるいは、軸部１２２と傘部１２４との連結部を補強のために形状変更等を行う必要がある。
【００３６】
実施例の吸気バルブ２８は、比較例の吸気バルブ１２１に対して、軸部４４を細軸にすることができ、また傘部５１自体、あるいは軸部４４と傘部５１との結合部の肉厚を更に小さくすることができて、吸気バルブ２８をより一層軽量にすることができる。
【００３７】
図９は本発明に係る吸排気バルブ（第３実施形態）を示す断面図であり、吸気バルブ９１は、軸部９２の軸線９３に傘部９４の重心９６をほぼ合致させ、更に、軸部９２に中空部９７を設けることで更なる軽量化を図ったものである。
【００３８】
このように、傘部９４の重心９６をほぼ軸部９２の軸線９３に合致させることによる傘部９４の軽量化と、軸部９２に中空部９７を形成することによる軸部９２の軽量化とによって、吸気バルブ９１を駆動するロッカシャフト、バルブスプリングへの負荷を軽減することができ、これらのロッカシャフト、バルブスプリングの軽量化をも図ることができ、内燃機関の高回転化を図ることができる。
【００３９】
以上の図１、図４及び図５で示したように、本発明は第１に、軸部４４とこの軸部４４の端部に設けた傘部５１とからなり、内燃機関１０の燃焼室２５の天井６１に設けたポートとしての吸気ポート２６を開閉するために、天井６１に開けたガイド穴２４ａ（図８（ｂ）参照）に軸部４４を移動自在に挿入するとともに、吸気ポート２６の開口部に設けた非円形状の吸気側バルブシート４１に、傘部５１に設けた非円形状のバルブシール面５２を密着可能とした吸気バルブ２８において、傘部５１の重心７１の位置を、軸部４４の軸線４４ｂにほぼ合致させたことを特徴とする。
【００４０】
傘部５１の重心７１の位置を軸部４４の軸線４４ｂにほぼ合致させたので、非円形の吸気バルブ２８の傘部５１の重心７１に作用する慣性力により、吸気バルブ２８に発生する曲げモーメントＭ１（図８（ｂ）参照）を小さくすることができ、吸気バルブ２８の軸部４４の細軸化、傘部５１の薄肉化による吸気バルブ２８の軽量化、小型化を図ることができる。また、傘部５１、あるいは軸部４４と傘部５１との連結部を大きな曲げモーメントに耐え得るような複雑な形状にする必要もなく、コストを低減することができる。
【００４１】
本発明は第２に、傘部５１の肉厚を不均一にしたことを特徴とする。
傘部５１の肉厚を不均一にしたので、例えば、傘部５１における軸部４４の軸線４４ｂから大きく突出する部分の肉厚ｔ１を薄くし、傘部５１における軸部４４の軸線４４ｂから小さく突出する部分の肉厚ｔ２を大きくすることで、傘部５１の重心７１の位置を、軸部４４の軸線４４ｂにほぼ合致させることができ、傘部５１の重心７１の位置を軸部４４の軸線４４ｂに、より確実に合わせることが可能になる。
【００４２】
本発明は第３に、図６に示したように、吸気バルブ８１の軸部８２の軸線８３の位置を傘部８４に対して移動させたことを特徴とする。
軸部８２の軸線８３の位置を傘部８４に対して移動させるので、軸部８２の軸線８３を傘部８４の中央に移動させることで傘部８４の重心８６の位置を軸部８２の軸線８３に迅速にほぼ合わせることができる。従って、吸気バルブ８１の形状が変更になった場合でも早期に対応するのに有効な手段となる。
【００４３】
尚、本実施形態では、図５（ｂ）に示したように、傘部５１の肉厚を徐々に変化させたが、これに限らず、部分的に凹部を設けたり、部分的に凸部を設けることで肉厚を変化させて不均一としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明の吸排気バルブは、内燃機関に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係る吸排気バルブ（第１実施形態）を採用した内燃機関の断面図である。
【図２】本発明に係る吸排気バルブ（第１実施形態）を示す斜視図である。
【図３】本発明に係る吸排気バルブ（第１実施形態）を示す平面図である。
【図４】本発明に係るシリンダヘッドの燃焼室の天井を示す底面図（第１実施形態）である。
【図５】本発明に係る吸排気バルブ（第１実施形態）を説明する説明図である。
【図６】本発明に係る吸排気バルブの別実施例（第２実施形態）を示す説明図である。
【図７】吸排気バルブの比較例を示す説明図である。
【図８】吸排気バルブの作用を示す作用図である。
【図９】本発明に係る吸排気バルブ（第３実施形態）を示す断面図である。
【図１０】従来の吸排気バルブを示すシリンダヘッドの断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０…内燃機関、２４ａ…ガイド穴、２５…燃焼室、２６，２７…ポート（吸気ポート、排気ポート）、２８，２９，８１，９１…吸排気バルブ、４１，４２…バルブシート（吸気側バルブシート、排気側バルブシート）、４４，４７，８２，９２…軸部、４４ｂ，４７ｂ，８３，９３…軸部の軸線、５１，５４，８４，９４…傘部、５２，５５…バルブシール面、６１…天井、７１，８６，９６…傘部の重心、ｔ１，ｔ２…傘部の肉厚。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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