(57)【要約】【課題】内燃機関において、ガス交換時の吸・排気弁の抵抗を減少させる技術を提供する。【解決手段】傘部６１および軸部６２からなる吸気弁６および／または排気弁を備え、軸部６２の少なくとも一部を一定の曲率半径Ｒで曲げる。これにより、ポート４の開口部の中心軸方向と異なる方向に傘部６１を移動させる。ガス交換時のガスが傘部６１に当たるときの角度が変更され、さらには、ポート４の開口部の延長線上から傘部６１がずれるので、傘部６１による抵抗が減少される。【選択図】図１
2006183560.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
傘部および軸部からなる吸気弁および／または排気弁を備え、
前記軸部の少なくとも一部が一定の曲率半径で曲げられていることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記軸部の一定の曲率半径で曲げられている箇所において該軸部を摺動可能に保持するバルブガイドをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記傘部と前記軸部とは所定の角度で結合されることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記吸気弁および／または排気弁が閉弁したときに前記傘部が着座するバルブシートをさらに備え、該バルブシートの内径は、前記傘部が移動する軌跡と干渉しないように少なくとも一部が拡大されていることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の内燃機関。
【請求項５】
前記吸気弁および／または排気弁のリフト量を変更可能な可変動弁機構をさらに備え、前記可変動弁機構により前記吸気弁および／または排気弁のリフト量を変更することにより、気筒内でのスワールの強さおよび／または向きを調整することを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の内燃機関。
【請求項６】
前記軸部を前記バルブシートに着座させるときに付勢するバルブスプリングをさらに備え、前記バルブスプリングの内部には、前記軸部の一定の曲率半径で曲げられている箇所が通され、前記バルブスプリングのコイル中心軸が、前記軸部の一定の曲率半径で曲げられている箇所と同じ方向に曲げられていることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
バルブガイドをバルブの進退方向と略直交する方向に揺動可能に支持し、吸気弁の開弁時にバルブガイドを所定角度回動させることにより、吸気通路の開口中心に対して吸気弁の傘部の中心を偏倚させて特定方向の開口面積を増大させて、スワールを発生させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平１１−２２４２８号公報
【特許文献２】特開平１０−２３８３２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、吸・排気弁に用いられているポペット弁は、安定して高い気密性が得られる反面、ポート内を流れるガスの流れと直交するように備えられているため、内燃機関のガス交換時の抵抗が大きい。そのため、ガス流量の低下を避けることができず、またポンプ損失が大きくなり、燃費の低下を招くおそれがあった。
【０００４】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関において、ガス交換時の吸排気弁の抵抗を減少させる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を達成するために本発明による内燃機関は、
傘部および軸部からなる吸気弁および／または排気弁を備え、
前記軸部の少なくとも一部が一定の曲率半径で曲げられていることを特徴とする。
【０００６】
前記吸気弁および／または排気弁は、軸部に力を加えることにより、該軸部と結合している傘部が移動して、開弁若しくは閉弁する。そして、軸部の少なくとも一部が一定の曲率半径で曲げられていることにより、軸部に加える力の方向と別の方向に傘部を移動させることができる。これにより、ポート開口部の中心軸方向と異なる方向に傘部を移動させることができ、ポート開口部の中心軸方向に対する傘部の角度を順次変更させることができる。さらに、ガス交換時のガスが傘部に当たるときの角度が変更されるので、傘部による抵抗を減少させることができる。また、ポート開口部の延長線上から傘部がずれるので、通路面積が拡大され、傘部による抵抗を減少させることができる。
【０００７】
本発明においては、前記軸部の一定の曲率半径で曲げられている箇所において該軸部を摺動可能に保持するバルブガイドをさらに備えることができる。
【０００８】
すなわち、バルブガイドの中心軸は、軸部と同じ曲率半径で曲げられている。これにより、バルブガイドに沿って軸部が移動でき、傘部の移動軌跡は軸部と同じ一定の曲率半径となる。そして、従来のように、軸部の中心軸方向に直線的に傘部が移動するのではなく、一定の曲率を描きつつ移動するので、吸気の流入方向および／または排気の流出方向に対する傘部の角度が変化し、吸気および／または排気に対する傘部の抵抗を低減することができる。そして、軸部およびバルブガイドの曲率半径を変更することにより、開弁時のポート開口部と傘部との位置関係や、吸気および／または排気に対する傘部の角度を変更することができる。これらを変更することにより、スワールの方向や強さを変えることができる。
【０００９】
本発明においては、前記傘部と前記軸部とは所定の角度で結合されることができる。
【００１０】
ここで、傘部の中心軸と軸部の中心軸とを平行とせずに所定の角度を持たせると、開弁時の吸気の流入方向および／または排気の流出方向に対する傘部の角度が変更され、吸気および／または排気に対する傘部の抵抗を低減することができる。また、スワールの方向や強さを変更することができる。そして、内燃機関に必要とされる傘部の抵抗、およびスワールの方向や強さに基づいて、前記所定の角度を設定することができる。
【００１１】
本発明においては、前記吸気弁および／または排気弁が閉弁したときに前記傘部が着座するバルブシートをさらに備え、該バルブシートの内径は、前記傘部が移動する軌跡と干渉しないように少なくとも一部が拡大されていてもよい。
【００１２】
このように、バルブシートの内径の少なくとも一部を拡大させることにより、傘部が一定の曲率を描きながら移動する際に、該バルブシートと傘部とが干渉することを防止できる。
【００１３】
本発明においては、前記吸気弁および／または排気弁のリフト量を変更可能な可変動弁機構をさらに備え、前記可変動弁機構により前記吸気弁および／または排気弁のリフト量を変更することにより、気筒内でのスワールの強さおよび／または向きを調整することができる。
【００１４】
すなわち、吸気弁および／または排気弁のリフト量が変わると、吸気の流入方向および／または排気の流出方向に対する傘部の角度が変わり、吸気の流入方向や流入速度および／または排気の流出方向や流出速度が変わる。そのため、吸気弁および／または排気弁のリフト量を調整することにより、吸気の流入方向や流入速度および／または排気の流出方向や流出速度を変更することができ、スワールの強さおよび／または向きを変更することが可能となる。
【００１５】
本発明においては、前記軸部を前記バルブシートに着座させるときに付勢するバルブスプリングをさらに備え、前記バルブスプリングの内部には、前記軸部の一定の曲率半径で曲げられている箇所が通され、前記バルブスプリングのコイル中心軸が、前記軸部の一定の曲率半径で曲げられている箇所と同じ方向に曲げられていてもよい。
【００１６】
このように、軸部の曲率に合わせてバルブスプリングを曲げることにより、バルブスプリングの付勢力が均一に傘部にかかり、閉弁時の気密性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る内燃機関では、ガス交換時の吸排気弁の抵抗を減少させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に係る内燃機関の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１は、本実施例に係る内燃機関１の概略構成を示す図である。
【００２０】
内燃機関１は、シリンダヘッド２およびシリンダブロック３を備えて構成されている。シリンダヘッド２には、吸気ポート４が形成されている。また、シリンダブロック３には、シリンダ５が形成されている。そして、吸気ポート４は、シリンダ５に通じている。
【００２１】
吸気ポート４のシリンダ５への開口部には、吸気弁６が備えられている。吸気弁６は、傘部６１および軸部６２を備えて構成されている。軸部６２は、その中心軸が一定の曲率半径Ｒとなるように形成されている。また、傘部６１の端部は、シリンダ５内に臨み、該端部は吸気ポート４の断面積よりも大きな断面積を持っている。
【００２２】
シリンダヘッド２には、軸部６２を摺動可能に保持するバルブガイド７が取り付けられている。このバルブガイド７内を軸部６２が進退する。軸部６２の端部には、円盤状のリテーナ１１が固定されている。そして、コイル内部に軸部６２を通すようにバルブスプリング８が取り付けられている。バルブスプリング８の一端は、リテーナ１１と接触し、他端はシリンダヘッド２に接触している。バルブスプリング８は、伸長することによりリテーナ１１を押して軸部６２を図１の右方向に回転移動させて、吸気弁６を閉弁させる。
【００２３】
そして、シリンダヘッド２には、軸部６２の端部に接触し、該軸部を図１の左方向に回転移動させるカム９が取り付けられている。また、吸気ポート４のシリンダ５への開口部におけるシリンダヘッド２には、バルブシート１０が圧入されている。このバルブシート１０は、傘部６１がシリンダヘッド２に着座するときに該傘部６１が接触する部材であり、吸気弁６の閉弁時に気密性を向上させるために取り付けられている。
【００２４】
ここで、図２は、吸気弁６の開弁時の状態を表した図である。カム９が回転することにより、バルブスプリング８を縮めつつ軸部６２が移動させられ、吸気弁６が開弁される。これにより、傘部６１とバルブシート１０との間に隙間ができる。この隙間を空気が通過してシリンダ５内に空気が流入する。
【００２５】
そして、本実施例においては、軸部６２が一定の曲率半径Ｒとなるように形成されているので、傘部６１とバルブシート１０との隙間の大きさが均一でない。すなわち、傘部６１は一定の曲率を描いて移動するので、傘部６１上の各点における移動距離が各点毎に異なる。図２においては、軸部６２の曲率中心から離れた点ほど移動距離が長く、傘部６１とバルブシート１０との隙間が大きくなっている。この各点における隙間の大きさは、軸部６２の曲率半径Ｒを変更することにより変えることができ、また、軸部６２と傘部６１との結合角度を変更することにより変えることもできる。
【００２６】
例えば、図３は、軸部６２の曲率半径Ｒを変えたときの吸気弁６の移動状態を示した図である。図３（Ａ）は、曲率半径Ｒが大きい（曲率が小さい）ときの場合を示し、図３（Ｂ）は、曲率半径Ｒが小さい（曲率が大きい）ときの場合を示している。
【００２７】
軸部６２の一定の曲率中心から離れている箇所における、傘部６１とバルブシート１０との隙間Ｘは、図３（Ａ）の場合よりも図３（Ｂ）の場合のほうが大きい。また、軸部６２の一定の曲率中心に近い箇所における、傘部６１とバルブシート１０との隙間Ｙは、図３（Ａ）の場合よりも図３（Ｂ）の場合のほうが小さい。さらに、傘部６１の中心部の横方向への移動量Ｚは、図３（Ａ）の場合よりも図３（Ｂ）の場合のほうが大きい。そして、傘部６１の傾きＤの変化量は、図３（Ａ）の場合よりも図３（Ｂ）の場合のほうが大きい。
【００２８】
このように、曲率半径Ｒが小さい（曲率が大きい）ほど、傘部６１の吸気ポート４の開口部に対する横方向へのずれが大きくなり、傘部６１とバルブシート１０との隙間の一番大きな所と小さい所との差が大きくなる。
【００２９】
また、軸部６２の移動量が同じとしても、曲率半径Ｒが小さい（曲率が大きい）ほど、傘部６１の流入空気の進行方向に対する角度変化が大きい。
【００３０】
また、図４は、傘部６１と軸部６２との結合角度を変えたときの吸気弁６の移動状態を示した図である。図４（Ａ）は、軸部６２が傘部６１にほぼ直角に結合されているときの場合を示し、図４（Ｂ）は、軸部６２が傘部６１に対して浅い角度で結合されているときの場合を示している。
【００３１】
軸部６２の一定の曲率中心から離れている箇所における、傘部６１とバルブシート１０との隙間Ｘは、図４（Ａ）の場合よりも図４（Ｂ）の場合のほうが小さい。また、軸部６２の一定の曲率中心に近い箇所における、傘部６１とバルブシート１０との隙間Ｙは、図４（Ａ）の場合よりも図４（Ｂ）の場合のほうが小さい。さらに、傘部６１の中心部の横方向への移動量Ｚは、図４（Ａ）の場合よりも図４（Ｂ）の場合のほうが大きい。
【００３２】
このように、軸部６２の傘部６１に対する結合角度が浅くなるほど、傘部６１の吸気ポート４の開口部に対する横方向へのずれが大きくなり、傘部６１とバルブシート１０との隙間の一番大きな所と小さい所との差が大きくなる。
【００３３】
ここで、図３および図４に示したように、傘部６１の中心部の横方向への移動量Ｚが大きくなるほど、傘部６１の吸気ポート４開口部における投影面積が小さくなり、流入空気が当たる面積が小さくなるので、シリンダ５内へ空気が流入するときの抵抗が小さくなる。また、傘部６１の傾きＤの変化量が大きいほど、傘部６１の吸気ポート４開口部における投影面積が小さくなり、流入空気が当たる面積が小さくなるので、シリンダ５内へ空気が流入するときの抵抗が小さくなる。
【００３４】
さらに、傘部６１の傾きＤが異なると、スワールの強さ（回転速度）も異なり、シリンダ５内に流入するときに傘部６１に当たった空気の流れる方向や量も異なる。
【００３５】
以上のことから、内燃機関１の設計時に該内燃機関１の用途や使用状態を考慮して、軸部６２の曲率半径Ｒおよび軸部６２と傘部６１との結合角度を設定すれは、適切なスワールの強さを得ることができるとともに吸気抵抗を減少することができる。
【００３６】
なお、本実施例においては、傘部６１が一定の曲率を描きつつ移動するので、従来のバルブシートでは、傘部６１の移動途中に該傘部６１とバルブシート１０とが干渉するおそれがある。そこで、本実施例においては、図５に示すようにバルブシートの形状を従来のものと異ならせていてもよい。
【００３７】
図５は、本実施例によるバルブシート１０の断面形状図であり、実線が本実施例によるものを示し、破線が従来のものを示している。
【００３８】
従来のバルブシートは、吸気弁が直線的にしか移動しなかったため、傘部が着座した状態から吸気弁が開弁時しても該傘部とバルブシートとが干渉することがなかった。そのため、バルブシートの内周下側は、傘部が着座したときの該傘部の形状に合わせて形成されていた。
【００３９】
一方、本実施例においては、傘部６１が移動している途中で該傘部６１とバルブシート１０が干渉しないように、バルブシート１０の内周下側の内周径を拡大している。なお、バルブシート１０の内周下側の形状を拡大するのは、傘部６１が移動する方向のみでよいので、少なくとも軸部６２の曲率中心に近いバルブシート１０の半周に亘って内周下側の内周径を拡大すればよい。また、吸気弁６の閉弁時の気密性を確保するため、バルブシート１０の形状は、吸気弁６の閉弁時に傘部６１とバルブシート１０とが可及的に垂直に接触するように形成する。
【００４０】
なお、本実施例においては吸気弁６を例に挙げて説明したが、排気弁であっても同様に適用することができる。排気弁の場合には、排気が流出する際の空気の流れ方向を傘部の位置や角度により変更して、スワールの強さや向きを調整することができる。以下に説明する実施例においても同様に適用することができる。
【００４１】
以上説明したように、本実施例によれば、シリンダ５に空気が流入するときの抵抗を減少させることができる。また、軸部６２の曲率半径Ｒにより、スワールの強さやシリンダ５内の空気の進行方向を予め設定することができる。
【実施例２】
【００４２】
本実施例においては、軸部６２が一定曲率部６２０と直線部６２１を備えて構成されている点で実施例１と異なる。その他ハードウェアについては、実施例１と共通なので説明を省略する。
【００４３】
図６は、本実施例による吸気弁６の開弁時における傘部６１の移動位置を示した図である。図６に示す吸気弁６は、一定の曲率半径Ｒで曲げられた一定曲率部６２０において、摺動可能に保持されている。そして、一定曲率部６２０と傘部６１とは、中心軸が直線である直線部６２１を介して結合されている。なお、図６に示した一定曲率部６２０の曲率半径Ｒと、図４（Ａ）に示した軸部６２の曲率半径Ｒと、が等しい場合について以下説明する。
【００４４】
軸部６２の一定の曲率中心から離れている箇所における、傘部６１とバルブシート１０との隙間Ｘは、図４（Ａ）の場合よりも図６の場合のほうが小さい。また、軸部６２の一定の曲率中心に近い箇所における、傘部６１とバルブシート１０との隙間Ｙは、図４（Ａ）の場合よりも図６の場合のほうが小さい。さらに、傘部６１の中心部の横方向への移動量Ｚは、図４（Ａ）の場合よりも図６の場合のほうが大きい。
【００４５】
このように、直線部６２１の長さが長くなるほど、傘部６１の吸気ポート４の開口部に対する横方向へのずれが大きくなる。
【００４６】
したがって、一定曲率部６２０の曲率半径Ｒが同じでも、直線部６２１の長さを変えることにより、吸気ポート４の開口部に対する傘部６１の投影面積を変えることができる。これにより、シリンダ５内に吸気が流入するときの抵抗を調整することができ、スワールの強さや向きを調整することもできる。さらに、実施例１で説明したように、一定曲率部６２０の曲率半径Ｒを変更することや、直線部６２１と傘部６１との結合角度を併せて調整することにより、吸気抵抗およびスワールの強さ、向きの調整幅を拡大することができる。
【実施例３】
【００４７】
本実施例においては、１シリンダ当たり２つの吸気弁６を備えた内燃機関１について説明する。その他ハードウェアについては、実施例１と共通なので説明を省略する。
【００４８】
図７は、本実施例による内燃機関１の概略構成を示した図である。図７（Ａ）は、上面視、図７（Ｂ）は、側面視である。矢印は、吸気の進行方向を示している。２つの吸気弁６は、開弁時の吸気ポート４に対する傘部６１の角度がそれぞれ異なる。このように、傘部６１の角度をそれぞれ異ならせることにより、各吸気ポート４からシリンダ５内へ流入する空気の進行方向を調整することができ、それぞれの吸気ポートからシリンダ５内に流入した空気が干渉することを抑制できる。これにより、異なる吸気ポート４からシリンダ５内に流入する空気により層状のスワールを発生させることができる。また、各吸気ポート４からシリンダ５内に流入する空気の進行方向を同一とすることにより、スワールを強
くすることができる。
【００４９】
排気弁についても同様に、傘部６１を同一方向に傾けることにより、スワールを強くすることができる。
【実施例４】
【００５０】
本実施例においては、バルブスプリング８の形状が実施例１と異なる。その他ハードウェアについては、実施例１と共通なので説明を省略する。
【００５１】
図８は、本実施例によるバルブスプリング８の形状を表した図である。
【００５２】
バルブスプリング８のコイル中心軸が、一定の曲率半径Ｒとなっている軸部６２の中心軸と等しくなるように、該バルブスプリング８が形成されている。すなわち、本実施例によるバルブスプリング８は、軸部６２の曲率中心側でピッチがより小さくなっている。
【００５３】
このように形成されたバルブスプリング８を備えることにより、軸部６２が一定の曲率半径Ｒで曲げられていたとしても、傘部６１をバルブシート１０へ均一な力で押し付けることができる。そのため、吸気弁６の閉弁時の気密性を向上させることができる。
【実施例５】
【００５４】
本実施例においては、吸気側カムおよび排気側カムの作用角を変更可能な可変動弁機構１００を備えている点で実施例１と異なる。
【００５５】
図９は、本実施例による内燃機関１の概略構成を表す図である。
【００５６】
本実施例による内燃機関１は、例えば特開２００１−２６３０１５号公報に記載されているような、吸気側カムおよび排気側カムの作用角を変更可能な可変動弁機構１００を備えている。その他、ハードウェアについては、実施例１と共通なので説明を省略する。
【００５７】
ここで、前記実施例１で説明したように、傘部６１の中心部の横方向への移動量Ｚが大きくなるほど、傘部６１の吸気ポート４開口部における投影面積が小さくなり、流入空気が当たる面積が小さくなるので、シリンダ５内へ空気が流入するときの抵抗が小さくなる。また、傘部６１の傾きＤの変化量が大きいほど、傘部６１の吸気ポート４開口部における投影面積が小さくなり、流入空気が当たる面積が小さくなるので、シリンダ５内へ空気が流入するときの抵抗が小さくなる。
【００５８】
さらに、傘部６１の傾きＤが異なると、スワールの強さ（回転速度）も異なり、シリンダ５内に流入するときに傘部６１に当たった空気の流れる方向や量も異なる。
【００５９】
そして、可変動弁機構１００により吸気弁６のリフト量を変更すると、傘部６１の中心部の横方向への移動量Ｚおよび傘部６１の傾きＤが変化するため、シリンダ５内へ空気が流入するときの抵抗、スワールの強さや向きが変化する。そのため、内燃機関１の回転数や負荷等の運転状態に応じて吸気弁６のリフト量を変更することにより、その運転状態における適正な吸気抵抗やスワールの強さ、向きを得ることができる。内燃機関１の運転状態と吸気弁６のリフト量との関係は予め実験等により求めてマップ化しておく。そして、内燃機関１の運転状態を検出して該マップに代入することにより、吸気弁６のリフト量を得ることができる。
【００６０】
以上のことから、内燃機関１の設計時に該内燃機関１の用途や使用状態を考慮して、軸部６２の曲率半径Ｒおよび軸部６２と傘部６１との結合角度、さらには吸・排気弁のリフ
ト量を設定すれは、適切なスワールの強さを得ることができるとともに吸気抵抗を減少することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】実施例１に係る内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】実施例１に係る吸気弁の開弁時の状態を表した図である。
【図３】軸部の曲率半径Ｒを変えたときの吸気弁の移動状態を示した図である。図３（Ａ）は、曲率半径Ｒが大きい（曲率が小さい）ときの場合を示し、図３（Ｂ）は、曲率半径Ｒが小さい（曲率が大きい）ときの場合を示している。
【図４】傘部と軸部との接続角度を変えたときの吸気弁の移動状態を示した図である。図４（Ａ）は、軸部が傘部にほぼ直角に接続されているときの場合を示し、図４（Ｂ）は、軸部が傘部に対して浅い角度で接続されているときの場合を示している。
【図５】実施例１によるバルブシートの断面形状図である。
【図６】実施例２による吸気弁の開弁時における傘部の移動位置を示した図である。
【図７】実施例３による内燃機関の概略構成を示した図である。図７（Ａ）は、上面視、図７（Ｂ）は、側面視である。
【図８】実施例４によるバルブスプリングの形状を表した図である。
【図９】実施例５に係る内燃機関の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１     内燃機関
２     シリンダヘッド
３     シリンダブロック
４     吸気ポート
５     シリンダ
６     吸気弁
７     バルブガイド
８     バルブスプリング
９     カム
１０   バルブシート
１１   リテーナ
６１   傘部
６２   軸部
６２０ 一定曲率部
６２１ 直線部
【図１】
2006183560.tif 000003
【図２】
2006183560.tif 000004
【図３】
2006183560.tif 000005
【図４】
2006183560.tif 000006
【図５】
2006183560.tif 000007
【図６】
2006183560.tif 000008
【図７】
2006183560.tif 000009
【図８】
2006183560.tif 000010
【図９】
2006183560.tif 000011