(57)【要約】【課題】エネルギー効率が高く、高速の開閉にも対応でき、しかも、耐久性に優れたバルブ装置を提供する。【解決手段】本発明は、内燃機関の燃焼室内に収容されて外部に連通する連通孔を開閉しうる弁部と該弁部から燃焼室外方に延在するステム部とを有する内部が中空とされた中空バルブと、前記ステム部に固定されたバネ受け部材と、該バネ受け部材を介して前記弁部が前記連通孔を閉塞する閉方向へ前記中空バルブを付勢するバネ部材と、前記中空バルブを開閉方向へ往復動させうる往復動部材とを備え、前記中空バルブの開閉方向への往復動により、前記弁部による前記連通孔の開閉が繰り返されるように構成されてなるバルブ装置であって、前記往復動部材と前記ステム部との間には、前記ステム部を押圧するための前記往復動部材からの押圧力を前記バネ受け部材に伝達する仲介部材が介装されてなることを特徴とするバルブ装置を提供する。【選択図】　図１
2004100617.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室内に収容されて外部に連通する連通孔を開閉しうる弁部と該弁部から前記燃焼室外方に延在するステム部とを有し、内部が中空とされた中空バルブと、
前記ステム部に固定されたバネ受け部材と、
該バネ受け部材を介して前記弁部が前記連通孔を閉塞する閉方向へ前記中空バルブを付勢するバネ部材と、
前記弁部が前記連通孔を開放する開方向へ前記ステム部を押圧することにより前記中空バルブを開方向へ移動させ且つ前記バネ部材の付勢力により閉方向に移動させることで、前記中空バルブを開閉方向へ往復動させうる往復動部材とを備え、
前記中空バルブの開閉方向への往復動により、前記弁部による前記連通孔の開閉が行われるように構成されてなるバルブ装置であって、
前記往復動部材と前記ステム部との間には、前記ステム部を押圧するための前記往復動部材からの押圧力を前記バネ受け部材に伝達する仲介部材が介装されてなることを特徴とするバルブ装置。
【請求項２】
前記仲介部材と前記ステム部の先端面との間には、空隙が形成されてなる請求項１記載のバルブ装置。
【請求項３】
前記ステム部の前記バネ受け部材が固定された部分に於ける内側には、補強材が充填されてなる請求項１又は２記載のバルブ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内部が中空とされた中空バルブを備え、該バルブを往復動させることにより、内燃機関の燃焼室の吸気又は排気又はその双方を行うバルブ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、自動車のエンジン等の内燃機関に備えられるバルブ装置として、以下のものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
即ち、内燃機関の燃焼室内に収容されて外部に連通する連通孔を開閉しうる弁部と該弁部から燃焼室外方に延在するステム部（弁棒）とを有し、内部が中空とされた中空バルブと、
前記ステム部に固定されたバネ受け部材と、
該バネ受け部材を介して前記弁部が前記連通孔を閉塞する閉方向へ前記中空バルブを付勢するコイルバネと、
前記弁部が前記連通孔を開放する開方向及び閉塞する閉方向へ前記中空バルブを往復動させる往復動部材とを備えてなるものである。
このバルブ装置は、図６に示すように、カム１０１等の往復動部材がリフター１０２を介してステム部１０３の先端面１０３ａを押圧することによりバルブ１０５が開方向Ｘへ移動し、更に、移動したバルブ１０５がコイルバネ１０６の付勢力（加重）により閉方向Ｙへ移動することにより、開方向及び閉方向への往復動が行われ、該往復動が繰り返されることにより、弁部１０４による連通孔の開閉が繰り返し行われるように構成されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−２０５３２０号公報（図１、図８）
【０００４】
ところで、この種のバルブ装置は、高速（通常１分間に数千回）で開閉が繰り返されるものであり、バルブ等の往復動する部材（以下、動弁系部材という場合がある）に、大きな加速度を与える必要があるところ、必要とされる加速度を与える為には、動弁系部材の総質量と必要とされる加速度との積よりもコイルバネ等のバネ部材の付勢力の大きいことが必要とされている。
しかしながら、高速の開閉に対応すべく、バネ部材の付勢力を強大なものとすると、往復動部材がステム部を押圧してバルブを移動させる操作において、大きなエネルギーが必要となり、エネルギー効率（燃費）が極めて低下するという問題がある。
従って、従来より、この種のバルブ装置に於いては、動弁系部材の軽量化が開発の中心となっている。
【０００５】
そして、従来より、この動弁系部材の軽量化を目的として、内部が中空に形成された中空バルブが提案されている。
斯かる中空バルブによれば、内部が中空である分、バルブを軽量とすることができ、バネの付勢力を強大なものとする必要が無いことから、エネルギー効率が高く、高速の開閉にも対応しうるものとなる。
【０００６】
しかしながら、中空バルブを用いた場合には、度重なる往復動部材によるステム部先端面への押圧により、ステム部先端面に穴が空き、バルブ装置の耐久性が低下するという問題が発生する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、エネルギー効率が高く、高速の開閉にも対応できるものとなりえ、しかも、耐久性に優れたバルブ装置を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決すべく、本発明は、内燃機関の燃焼室内に収容されて外部に連通する連通孔を開閉しうる弁部と該弁部から燃焼室外方に延在するステム部とを有し、内部が中空とされた中空バルブと、
前記ステム部に固定されたバネ受け部材と、
該バネ受け部材を介して前記弁部が前記連通孔を閉塞する閉方向へ前記中空バルブを付勢するバネ部材と、
前記弁部が前記連通孔を開放する開方向へ前記ステム部を押圧することにより前記中空バルブを開方向へ移動させ且つ前記バネ部材の付勢力により閉方向に移動させることで、前記中空バルブを開閉方向へ往復動させうる往復動部材とを備え、
前記中空バルブの開閉方向への往復動により、前記弁部による前記連通孔の開閉が繰り返されるように構成されてなるバルブ装置であって、
前記往復動部材と前記ステム部との間には、前記ステム部を押圧するための前記往復動部材からの押圧力を前記バネ受け部材に伝達する仲介部材が介装されてなることを特徴とするバルブ装置を提供する。
【０００９】
斯かるバルブ装置に於いては、中空バルブにより動弁系部材の全体質量を低減でき、バネの付勢力を強大なものとする必要もないことから、エネルギー効率が高く、高速の開閉にも対応できるものとなりうる。
しかも、仲介部材により、往復動部材によるステム部先端面の押圧力を緩和でき又は無くすことができるので、ステム部先端面に穴が空く虞も低減され、耐久性に優れたものとなる。
特に、前記仲介部材と前記ステム部の先端面との間に、空隙が形成されてなれば、ステム部先端面への往復動部材による押圧が完全に防止されることから、ステム部先端面に穴が空く虞もより一層低減され、耐久性に極めて優れたものとなる。
【００１０】
また、本発明に於いては、前記ステム部の前記バネ受け部材が固定された部分に於ける内側には、補強材が充填されてなるものが好ましい。
斯かる構成に於いては、往復動部材による押圧力がバネ受け部材に伝達されることとなり、バネ受け部材の固定された部分に往復動部材の応力が集中することになるが、斯かる部分の内側に補強材が充填されてなるので、ステム部のバネ受け部材の固定された部分が破損する虞も低減する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１２】
図１は、本実施形態のバルブ装置及び該バルブ装置が備えられた内燃機関（エンジン）の一部を示す模式断面図である。
図１に示す内燃機関は、該内燃機関の基体を成す内燃機関本体２０に、中空筒状の燃焼室２１が形成されて構成されている。
前記燃焼室２１には、上部において、燃焼室２１の外部に連通し燃料ガスを吸気する吸気連通孔２２と、燃焼後のガスを排出する排気連通孔２２とが備えられている。
【００１３】
本実施形態のバルブ装置は、図１に示すように、内燃機関の燃焼室２１内に収容されて連通孔２２を開閉しうる弁部２と該弁部２から燃焼室２１の外部に延在するステム部３とを有する内部が中空の中空バルブ１と、前記ステム部３に固定されたバネ受け部材５と、該バネ受け部材５を介して弁部２が連通孔２２を閉塞する閉方向Ｙへ前記中空バルブ１を付勢するバネ部材たるコイルバネ８と、弁部２が連通孔２２を開放する開方向Ｘ及び閉塞する閉方向Ｙへ前記中空バルブ１を往復動させる往復動部材１２とを備えて構成されてなり、前記中空バルブ１の開閉方向ＸＹへの往復動により、前記弁部２による前記連通孔２２の開閉が行われるように構成されてなる。
この往復動部材１２は、ステム部３を押圧することにより前記中空バルブ１を開方向Ｘへ移動させ、次いで、前記コイルバネ８の付勢力により閉方向Ｙに移動させることで、前記中空バルブ１を開閉方向ＸＹへ往復動させうるように構成されてなる。
【００１４】
前記中空バルブ１は、吸気連通孔２２及び排気連通孔２２毎にそれぞれ１個ずつ備えられている。
図２は、本実施形態のバルブ装置を示す概略断面図である。
図１、図２に示すように、前記中空バルブ１の弁部２は、末広がりに拡径する円盤状に形成され、対応する連通孔２２を閉塞しうるように、該連通孔２２の孔径よりも径大に形成されている。
前記ステム部３は、上述の如く、弁部２の中心から連通孔２２を通り燃焼室２１外方に直線状に延在するように構成されている。
前記弁部２とステム部３とは、外郭が鉄鋼で形成され且つ内部が中空とされてなり、内側には空気のみが存在する状態となっている。尚、弁部２の底側には、燃焼室２１内のガスが中空の内部へ侵入することを防止すべく、キャップ２ａが溶接等により装着され、中空の内部が完全に密封されてなる。
この中空バルブ１は、例えば、円形の鉄鋼板の中心部を一方向に押し延ばす絞り加工によって所定の形状に成形することにより、弁部２とステム部３とが一体成形されて構成されている。
【００１５】
図３は、図２の要部Ａの拡大図である。
図２、３に示すように、前記ステム部３の先端部には、周側面が径方向内方に凹入し且つバネ受け部材５が固定される取付凹部３ａが形成されている。
【００１６】
図３に示すように、前記バネ受け部材５は、内周側に配された一対のコッター５ａ、５ａと外側に配されたリテーナ５ｂとを備えて構成されている。
前記一対のコッター５ａ、５ａは、対を成すことにより、筒状体を形成するように構成され、更に、該筒状体の内周面に、内包に突出し且つステム部３の取付凹部に嵌合する取付凸部５ａ１が形成されるように構成されている。
また、この一対のコッター５ａ、５ａは、形成される筒状体の内径がステム部３の外径よりも僅かに小さくなるように構成され、更に、ステム部３に固定した際にステム部３の基端方向Ｘ（即ち、コイルバネ８の付勢力に対向する方向）に向けて外径が縮径するテーパー状となるように構成されている。
【００１７】
前記リテーナ５ｂは、筒状に形成されてなり、ステム部３に固定した際にステム部３の基端方向Ｘ（即ち、コイルバネ８の付勢力に対向する方向）に向けて内径が縮径し且つ前記一対のコッター５ａ、５ａによって形成された筒状体の外周に外嵌するテーパー状の内周を備えて形成されてなる。また、該リテーナ５ｂの外周側には、前記コイルバネ８の端部を固定するバネ座部５ｂ１が形成されてなる。
【００１８】
前記一対のコッター５ａ、５ａは、筒状体を成し且つ取付凸部５ａ１が取付凹部３ａに嵌合した状態で前記ステム部３の先端部に外嵌され、更に、外側から前記リテーナ５ｂが外嵌装着されることによりステム部３の先端部に固定されている。このとき、リテーナ５ｂがコイルバネ８によりステム部３先端向き（図に於いては上向き）の付勢力を受け、リテーナ５ｂのテーパー状の内周とコッター５ａ、５ａの筒状体とがより強固に嵌合すると共に、リテーナ５ｂの内周によりコッター５ａ、５ａの筒状体が縮径する方向の応力を受けることから、リテーナ５ｂとコッター５ａ、５ａとステム部３の先端部とが一体となって強固に固定されたものとなっている。
【００１９】
前記コイルバネ８は、前記ステム部３に外挿され、該ステム部３と同軸上に配置され、両端部が、それぞれ内燃機関本体に設けられたバネ座部２４とリテーナ５ｂのバネ座部５ｂ１とに固定されている。
このコイルバネ８は、圧縮された状態で配置されており、弁部２が連通孔２２を開放した開状態と閉塞した閉状態の何れにおいても、付勢力を発揮する状態とされている。
【００２０】
図１、図２に示すように、前記ステム部３と前記往復動部材１２との間には、リフター６が介装されている。そして、このリフター６は、往復動部材１２から受ける押圧力を中空バルブ１に伝達すると共に、中空バルブ１と共に開閉方向ＸＹに往復動するようになっている。
このリフター６は、円盤状の上端部６ａと該上端部６ａの周縁から下方に延びる筒状部６ｂとを有して全体として筒状に形成されてなり、該筒状部６ｂとステム部３とが同軸状となるように配置されている。このリフター６は、内燃機関本体２０の所定位置に備えられた円柱状の空洞部２３内に、筒状部６ｂの外周面が該空洞部２３の内周面と摺接し且つ前記空洞部２３に対して摺動自在となるように配置されている。
前記リフター６の上端部６ａには、下面側において、下方へ円柱状に凸出し且つ往復動部材１２から受ける押圧力を中空バルブ１に伝達する押圧凸部６ａ１が備えられている。
【００２１】
本実施形態のバルブ装置は、更に、往復動部材１２とステム部３との間、詳しくは、リフター６とステム部３との間にて、往復動部材１２からのステム部を押圧するための押圧力をバネ受け部材５に伝達し、バネ受け部材５を介してステム部３に伝達する仲介部材たるインナーシム１０を備えている。
このインナーシム１０は、図２、３に示すように、前記押圧凸部６ａ１に接合している円盤状の基盤部１０ａと該基盤部１０ａの周縁部から下方に延在しコッター５ａ、５ａに当接して、前記押圧力をコッター５ａ、５ａに伝達する筒状のステム押圧部１０ｂとを備えている。
このインナーシム１０は、基盤部１０ａとステム部３先端部との間において、空隙Ｃを形成するように構成されている。
【００２２】
前記往復動部材１２は、内燃機関の回転数の１／２の回転速度で回転するカムシャフト１２ｂと、該カムシャフト１２ｂに取り付けられた卵形のカム１２ａとを備えて構成され、所定のタイミングで中空バルブ１を往復動させて、連通孔２２を開閉しうるように構成されている。
詳しくは、所定のタイミングでカム１２ａがリフター６を押圧すると、この押圧力がインナーシム１０を介してバネ受け部材５に伝達され、更にバネ受け部材５を介してステム部３に伝達されることから、ステム部３がカム１２ａに押圧されることとなり、中空バルブ１は、開方向Ｘへ移動することとなる。更に、カム１２ａの回転に伴って、開方向Ｘへ移動した中空バルブ１は、コイルバネ８の付勢力により閉方向Ｙに移動することとなる。そして、この操作が繰り返されることにより、中空バルブ１が往復動することとなり、この中空バルブ１の往復動により、弁部２が連通孔２２を開閉することとなる。
【００２３】
本実施形態に於いては、仲介部材たるインナーシム１０とステム部３の先端部との間に空隙Ｃが形成されてなるので、往復動部材１２による押圧力がステム部３の先端部に作用することが防止され、ステム部３の先端面３ｂに穴の空くことが防止される。
【００２４】
尚、本実施形態に於いては、仲介部材たるインナーシム１０とステム部３の先端部との間に空隙Ｃが形成されたが、空隙Ｃが形成されない場合であっても本発明の意図する範囲内である。
斯かる場合であっても、ステム部３先端面３ｂに作用する押圧力を緩和することができ、該先端面３ｂに穴の空く虞が低減する。
【００２５】
また、本実施形態に於いては、押圧力をバネ受け部材５に伝達する仲介部材１０として、上記の如きインナーシム１０が採用されたが、本発明に於いては、往復動部材１２とステム部３との間に介装され、前記往復動部材１２からの押圧力を前記バネ受け部材５に伝達するものであれば、上記インナーシム１０に限定されるものではない。
例えば、図４に示すように、上端部６ａの下面側に於いて下方に延在しバネ受け部材５に押圧力を伝達しうる延在部１０ｃを備えたリフター６を、仲介部材１０として備える場合であって本発明の意図する範囲内である。
【００２６】
更に、本実施形態において、仲介部材１０は、コッター５ａ、５ａに当接して、前記押圧力を該コッター５ａ、５ａに伝達するように構成されたが、本発明に於いては、リテーナ５ｂに当接して、押圧力をリテーナ５ｂに伝達する構成であってもよい。
但し、コッター５ａ、５ａに伝達するように構成されてなれば、コッター５ａ、５ａはリテーナ５ｂと強固に嵌合する方向に力を受けるため、リテーナ５ｂに伝達するように構成した場合の如く、リテーナ５ｂがコッター５ａ、５ａから脱抜する虞が低減する。
【００２７】
また、本実施形態に於いて、前記バネ受け部材５は、コッター５ａ、５ａとリテーナ５ｂで構成されたが、本発明に於いては、単一部材から構成されてなる場合であってもよい。
【００２８】
更に、本実施形態においては、バネ部材としてコイルバネ８が採用されたが、バネ部材として板バネ、エアバネ等を採用する場合であっても本発明の意図する範囲内である。
【００２９】
また、本実施形態に於いては、中空バルブ１として、内部には空気のみが存在するものが採用されたが、例えば、図５に示すように、ステム部３のバネ受け部材５が固定される部分（本実施形態に於いては取付凹部３ａ）の内側に、ステム部３の外郭をなす材料（本実施形態に於いては鉄鋼）よりも軽量な樹脂、木材チップ等の補強材１６が充填されていてもよい。
斯かる構成によれば、中実のものよりも比較的軽量で且つステム部３のバネ受け部材５の固定された部分に応力が集中しても、該部分が破損する虞も少ないものとなる。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係るバルブ装置は、エネルギー効率が高く、高速の開閉にも対応できるものとなりえ、しかも、耐久性に優れるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態のバルブ装置及び該バルブ装置が備えられた内燃機関の一部を示す模式断面図。
【図２】同実施形態のバルブ装置を示す概略断面図。
【図３】図２の要部拡大図。
【図４】他の実施形態の仲介部材を示す要部拡大概略断面図。
【図５】他の実施形態の中空バルブを示す断面図。
【図６】従来のバルブ装置を示す概略断面図。
【符号の説明】
１・・・中空バルブ、２・・・弁部、３・・・ステム部、５・・・バネ受け部材、８・・・コイルバネ（バネ部材）、１０・・・仲介部材、１２・・・往復動部材
Ｘ・・・開方向、Ｙ・・・閉方向
【図１】
2004100617.tif 000003
【図２】
2004100617.tif 000004
【図３】
2004100617.tif 000005
【図４】
2004100617.tif 000006
【図５】
2004100617.tif 000007
【図６】
2004100617.tif 000008