(57)【要約】【課題】４サイクルエンジンの吸気、排気システムにおいて、従来のカムシャフトと傘型バルブに変わる低フリクションで吸排気効率に優れた低コスト、高出力、低騒音、低燃費のバルブシステム。【解決手段】シリンダーヘッド内に各気筒ごとに吸気側、排気側それぞれに一個又は複数個位置し、クランクシャフト軸の４分の１の速度で駆動される貫通した穴（３）を有する、外周が球状のバルブ（１）であって、負圧や加圧によって進角することを特徴とするバルブシステム。【選択図】図１
2011033015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
４サイクルエンジンの各気筒ごとに、吸気側と排気側それぞれに位置し、密閉性向上のため外周を球状とした、貫通した穴を有するバルブであって、クランクシャフトの４分の１の速度で回転することを特徴とするバルブ。
【請求項２】
請求項１記載のバルブであって、省スペース化と通路面積の拡大を目的として、密閉性に影響の無い外側部分を切り落とした形とし、さらに同じものをもう一つ一体化した形とすることで、２ヶ所の貫通穴を持つことを特徴とするバルブ。
【請求項３】
請求項２記載のバルブであって、開き始めの通路面積の増大を目的として、進行方向に向かってシャフトと独立した進角幅を持つことを特徴とするバルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、主に自動車又はバイク等に使用される、全ての４サイクルエンジンの、吸気び排気のシステムと形状に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来、特に自動車、バイク等に使用されるエンジンは、４サイクルが主流であり近年では省燃費、排気浄化の為の技術が盛んに開発、実用化されている。しかしながら、１００年前と変わらず傘型バルブ（別名ポペットバルブ）の開閉による吸気、排気システムを用いている。【０００３】  傘型バルブを用いる場合に完全に解決できない問題として、バルブを駆動させる為に生じるフリクションロスが発生すること。具体的には、バルブ本体が上下動することによる慣性質量があること。及び、バルブを密閉またはサージングを防ぐ目的で使用されるスプリングなどの張力を持つ弾性部材を用いることによる抵抗力がある事。及び、バルブを駆動するためにロッカーアーム本体とそれに付随してコッターピンやリテーナなど、バルブと一体で上下動することによる慣性質量がある事。高回転時には慣性質量の増大により、抵抗が増加し、サージングを起こして吸・排気のバランスを崩し、回転が頭打ちになる。別の問題としては、吸気・排気ポート内にバルブガイドや、バルブ本体が存在する為に吸気・排気の抵抗となり、本来得られる出力を低下させている。また、複数の部品が高圧力で接触する為、メカニカルノイズが発生する。【０００４】  なお、本願発明に類似する公知技術として次の特許文献１を挙げることができる。【０００５】
【特許文献１】  特開２００７−２５５４０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  上述の如く、従来技術においては、傘型バルブは課題が多く、永年に渡り改良が加えられ高性能化が進んでいるが、傘型バルブを使用している限り、完全にこの問題を解決することは難しい。【０００７】このため、フリクションロスや充填効率よりも燃焼効率が優先されるようになり、傘型バルブの欠点については、必要悪のような認識を持っているのが現状である。【０００８】  本発明は、このような点に鑑みて成されたものであり、その目的は、カムシャフトや傘型バルブ、バルブスプリング等の特にフリクションロスの原因となる部品を廃し、それらに変わるものとしてシャフトと結合した回転するバルブとすることで、低コストで、フリクションロスの低減、充填効率のアップを行い、出力や燃費を向上させることが出来るようにすることにある。
【課題を解決するための出段】
【０００９】  上述の目的を達成する本発明のバルブは、貫通した穴を有する球状のバルブであって、回転によって遮断と貫通を繰り返す事により、バルブとしての機能を持たせた事を特徴とする。
【００１０】  前記バルブは、シリンダーヘッド内の燃焼室上側に、吸気側，排気側共に位置し、従来のカムシャフトと同じくクランク軸より、チェーン等によって駆動されるが、回転速度は、従来のクランク軸の２分の１に対し、本発明は４分の１である。
【００１１】  球体の大きさ、穴の大きさを変える事により、従来の傘型バルブの要素であるバルブ径と、カムシャフトの要素であるバルブ開度を任意に設定できる。
【発明の効果】
【００１２】  以上説明したように本発明によれば、シリンダーヘッド内にバルブシャフトを内蔵し、クランクシャフト軸よりチェーン等によって駆動され、クランク軸の４分の１の速度で回転し、４サイクルエンジンとしての吸気、排気のシステムを回転運動として行うものであり、従来のスプリングによる上下動をなくし、フリクションロスの低下に極めて有効である。又、傘型バルブをなくした事により、吸気がよりスムーズになり、充填効率のアップに極めて有効である。さらに、部品点数の削減により、コストダウンやエンジンのコンパクト化にも極めて有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】  以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。【００１４】  図１〜図３は本発明の第１の実施の形態に係り、図１はその組み込まれたエンジンの一例の断面図であり、図２はその正面図、図３はその外観斜視図である。【００１５】  図１に示すようにバルブ（１）は、吸気側と排気側にそれぞれに位置し、吸気ポート（１０）または排気ポート（１１）を遮断する形で組み込まれる。【００１６】  図２、図３に示すように、球状の鉄あるいはアルミ合金などの耐熱、耐摩耗性に優れた材質の物に貫通した穴（３）を中心線（１３）にそって設け、さらに中心線（１３）に対して直角に求めた中心線を軸に回転するものである。バルブ（１）はシャフト（２）によって支持され、シャフト（２）は、ホルダーによってシリンダーヘッドに取り付けられる。【００１７】  バルブ（１）は、クランク軸が１回転すると４分の１回転するように設定し、４サイクルエンジンの吸入、圧縮、爆発、排気の４行程を２分の１回転で終了する。吸気側、排気側ともにそれぞれに設定した角度だけ通路が開き、吸入、排気を行う。それ以外の行程では、外周面によって遮断、密閉される。【００１８】  バルブ（１）は、一つの気筒につき、吸気側と排気側にそれぞれ最低一つずつ必要であるが、その数に制限はない。【００１９】  バルブの開口部の形については特定するものではないが、低コストを重視する場合は真円が最も加工しやすいと考えるが、今後の研究によって様々な形による効果が期待できる。【００２０】  バルブの通路の形についても特定するものではないが、低コストを重視する場合は直線的に両端に通じるのが最も加工しやすいと考えるが、今後の研究によって様々な形による効果が期待できる。【００２１】  図４〜図５は本発明の第２の実施の形態に係り、図４はその正面図、図５はその外観斜視図である。【００２２】  バルブの外形は密閉性を重視し球形となっているが、実際に密閉と関係するのは燃焼室（１２）に面する部分だけなので、図４、図５に示すように両端を切り落とした樽形とすることで、よりコンパクトにでき、条件によっては、一つの気筒につき吸気、排気共にバルブの貫通穴を二か所ずつ設けることが可能である。【００２３】  図６〜図７は本発明の第３の実施の形態に係るバルブとシャフトの結合部の一例の外観斜視図、図８はその断面図である。【００２４】  図６、図７に示すようにバルブ本体のシャフトと結合する部分の窪みに二か所の凸部（１４）を設け、シャフト（２）の結合部には二か所の凹部（１５）を設ける。【００２５】  図８に示すように、バルブ本体の凸部（１４）はシャフト凹部（１５）より小さくし、相方を結合した場合に最大でそのバルブに設定した作動角分（１６）だけシャフト（２）と独立して進角できる幅を設ける。それにより吸気開始時の負圧、又は排気開始時の加圧によって自発的にバルブ（１）が進角する事で、吸気及び排気開始時の通路面積を増大する事が可能であり、更なる充填効率の向上が図れる。【００２６】  上記結合部は、シャフトと独立してバルブが進角する事を目的とするので、形状については、これに限定されるものでは無い。【００２７】  さらにバルブとシャフトを動かす為に負圧や加圧に頼らず現在実用化されている技術の応用により、電気的又は油圧により任意の角度で動かす事も可能である。【００２８】  さらに密閉性を強化する為、ベリリウム合金などの熱伝導性や耐摩耗性にすぐれた材質のシールリング（４）を各ポートの上下に、各バルブを挟むように、設置する。【００２９】  以上、本発明の実施の形態及び実施例を説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではない。傘型バルブを使用するすべての機械について利用可能なものである。
【産業上の利用可能性】
【００３０】  本発明は、主に４サイクルエンジンを製造、販売する産業分野で利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】  本発明の第１の実施の形態に係るバルブを組み込んだエンジンの縦断面図である。
【図２】  本発明の第１の実施の形態に係るバルブの正面図である。
【図３】  図２のバルブの外観斜視図である。
【図４】  本発明の第２の実施の形態に係るバルブの正面図である。
【図５】  図４のバルブの外観斜視図である。
【図６】  本発明の第２の実施の形態に係るバルブ本体の、シャフトとの結合部の外観斜視図である。
【図７】  本発明の第２の実施の形態に係るシャフト本体の、バルブとの結合部の外観斜視図である。
【図８】  図６のバルブと図７のシャフトとの、結合部の縦断面図である。
【図９】  図１のエンジンの、各行程におけるバルブの作用を示した略図である。
【符号の説明】
【００３２】１ａ    吸気バルブ
１ｂ    排気バルブ
２      シャフト
３      貫通穴
４ａ    上側シールリング
４ｂ    下側シールリング
５      シリンダーヘッドブロック上
６      シリンダーヘッドブロック下
７      シリンダーブロック
８      ピストン
９      点火プラグ
１０    吸気ポート
１１    排気ポート
１２    燃焼室
１３    中心線
１４    バルブのシャフト結合部の凸部
１５    シャフトのバルブ結合部の凹部
１６    作動角
【図１】
2011033015.tif 000003
【図２】
2011033015.tif 000004
【図３】
2011033015.tif 000005
【図４】
2011033015.tif 000006
【図５】
2011033015.tif 000007
【図６】
2011033015.tif 000008
【図７】
2011033015.tif 000009
【図８】
2011033015.tif 000010
【図９】
2011033015.tif 000011