(57)【要約】【課題】コストアップを抑えつつエンジン仕様の変更に応じることができるようにする。【解決手段】シリンダ（３〜６）の上方に区画される燃焼室（１２〜１５）と、上方よりこの燃焼室（１２〜１５）に開口する吸気ポート（１６〜１９）と、同じく上方よりこの燃焼室（１２〜１５）に開口する排気ポート（２０〜２３）とを備えるエンジンの吸排気装置において、前記吸気ポート（１６〜１９）を開閉する回転式ディスクバルブ（３１〜３４）と前記排気ポート（２０〜２３）を開閉する回転式ディスクバルブ（３５〜３８）とを別々に設ける。【選択図】    図２
2004211562.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダの上方に区画される燃焼室と、
上方よりこの燃焼室に開口する吸気ポートと、
同じく上方よりこの燃焼室に開口する排気ポートと
を備えるエンジンの吸排気装置において、
前記吸気ポートを開閉する回転式ディスクバルブと前記排気ポートを開閉する回転式ディスクバルブとを別々に設ける
ことを特徴とするエンジンの吸排気装置。
【請求項２】
前記吸気ポートと前記排気ポートがそれぞれ２つである場合に、これら２つの吸気ポートと２つの排気ポートをポート毎に開閉する４つの回転式ディスクバルブを備えることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの吸排気装置。
【請求項３】
前記４つの回転式ディスクバルブは前記シリンダの中心軸に直交する平面内を回転することを特徴とする請求項２に記載のエンジンの吸排気装置。
【請求項４】
前記４つの回転式ディスクバルブを同一の形状に形成し、前記シリンダ中心軸に直交する同一の平面内を回転させることを特徴とする請求項３に記載のエンジンの吸排気装置。
【請求項５】
前記４つの回転式ディスクバルブの駆動を各回転式ディスクバルブの外周に設けた歯の噛み合わせにより行わせることを特徴とする請求項４に記載のエンジンの吸排気装置。
【請求項６】
隣り合う気筒間でも前記回転式ディスクバルブの外周に設けた歯の噛み合わせにより行わせることを特徴とする請求項５に記載のエンジンの吸排気装置。
【請求項７】
エンジンからのバルブ駆動力を基準となる気筒の回転式ディスクバルブのみに伝達することを特徴とする請求項６に記載のエンジンの吸排気装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンの吸排気装置、特に回転式ディスクバルブを備えるものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃焼室への吸気及び燃焼室からの排気を共に１枚の回転式ディスクバルブで実現するものがある（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１８２５１２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来装置では、１枚の回転式ディスクバルブが回転中心を中心にして９０度ずつ、それぞれ吸気行程ゾーン、圧縮行程ゾーン、膨張行程ゾーン、排気行程ゾーンの４つに区分けされ、吸気行程ゾーンと排気行程ゾーンとにそれぞれバルブ孔を穿っている。すなわち、ディスクバルブが回転して吸気行程ゾーンのバルブ孔と吸気ポートが重なるときに空気がシリンダへと流入し、さらにディスクバルブが回転して吸気行程ゾーンのバルブ孔と吸気ポートの重なりがなくなると、吸気ポートとシリンダとの連通が遮断される。同様にして、ディスクバルブが回転して排気行程ゾーンのバルブ孔と排気ポートが重なるときに燃焼室内のガスが排気ポートへと流出し、さらにディスクバルブが回転して排気行程ゾーンのバルブ孔と排気ポートの重なりがなくなると、排気ポートとシリンダとの連通が遮断される。
【０００５】
このように１枚のディスクバルブで吸排気のすべてを賄うようにした従来装置によれば、エンジン仕様の変更に伴う吸排気バルブの開閉タイミングやポート有効開口面積の変更に対してディスクバルブをそっくり交換する必要があり、コストアップになる。
【０００６】
特に、ペントルーフ型の燃焼室と、燃焼室の天井中央に位置する点火プラグとを備えるエンジンに適用される場合には、ディスクバルブの回転中心と点火プラグの軸心とが重複するため、ディスクバルブの駆動軸を中空円筒状に形成し、この中空円筒状の駆動軸の中に点火プラグを納めることになっており、構造がそれだけ複雑化する。エンジン仕様の変更に伴うとはいえ、構造の複雑なディスクバルブをそっくり交換することはさらにコストアップに結びつく。
【０００７】
そこで本発明は、コストアップを抑えつつ、エンジン仕様の変更に応じることができるエンジンの吸排気装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、シリンダの上方に区画される燃焼室と、上方よりこの燃焼室に開口する吸気ポートと、同じく上方よりこの燃焼室に開口する排気ポートとを備えるエンジンの吸排気装置において、前記吸気ポートを開閉する回転式ディスクバルブと前記排気ポートを開閉する回転式ディスクバルブとを別々に設ける。
【０００９】
【発明の効果】
本発明によれば、吸気ポートを開閉するディスクバルブと、排気ポートを開閉するディスクバルブとが別体であるため、エンジン仕様の変更に伴う吸排気の開閉タイミングやポート有効開口面積の変更に対して、従来装置よりコストアップの上昇を抑制できる。
【００１０】
これは次の理由による。
【００１１】
理由１：たとえば吸気の開閉タイミングや吸気ポート有効開口面積の変更に対しては吸気ポートを開閉する回転式ディスクバルブのみの交換で済み、また排気の開閉タイミングや排気ポート有効開口面積の変更に対しては排気ポートを開閉する回転式ディスクバルブのみの交換で済むため。これに対して、従来装置では吸排気の一方の開閉タイミングやポート有効開口面積に変更がなくても、ディスクバルブをそっくり交換しなければならない。
【００１２】
理由２：吸気ポートを開閉する回転式ディスクバルブと排気ポートを開閉する回転式ディスクバルブとを別々に設けるのであれば、各ディスクバルブの回転中心を点火プラグ位置と重複しない位置にすることができ、これによりディスクバルブの形状は簡単なものでよくなるため。これに対して、従来装置では、特に燃焼室の天井中央に点火プラグを備えるエンジンに適用される場合には、ディスクバルブの回転中心と点火プラグの軸心とが重複するため、ディスクバルブの駆動軸を中空円筒状に形成し、この中空円筒状の駆動軸の中に点火プラグを納めることにしたのでは構造がそれだけ複雑化する。
【００１３】
理由１と２を考え併せると、本発明のほうが部品点数は従来装置より増えるものの構成の簡単さよりコストアップの上昇は従来装置より抑制できると思われる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１〜図３は、本発明の一実施形態の回転式ディスクバルブ（以下、単に「ディスクバルブ」という。）を適用した多気筒エンジン（例えば４気筒エンジン）の概略構成を説明する図で、詳細には図１はディスクバルブとクランクシャフトとの位置関係の概略をほぼ前方２気筒分についてのみ主に示す説明図、図２は１つの気筒で代表させて正面から見たエンジンの説明図、図３は図１を上から見たディスクバルブの説明図である。
【００１６】
エンジンは直列エンジンの場合で示しており、直列エンジン１では、シリンダブロック２に上下方向に中心軸を有するシリンダ３、４、５、６が等間隔で一列に配置され、各シリンダ３〜６をピストン７、８、９、１０が上下方向に往復運動する。ただし、前方よりＮｏ．１気筒、Ｎｏ．２気筒、Ｎｏ．３気筒、Ｎｏ．４気筒とすると、図１、図３においては後ろ２つの気筒を省略している。
【００１７】
シリンダヘッド１１に区画される燃焼室１２、１３、１４、１５には図２にも示すように、燃焼室の天井中央に燃焼室に臨んで点火プラグ５１、５２、５３、５４が設けられ、左斜め上方より右斜め下方に向けて吸気ポート１６、１７、１８、１９が、また右斜め上方より左斜め下方に向けて排気ポート２０、２１、２２、２３が開口する。
【００１８】
吸気ポートの燃焼室への開口部には吸気用ディスクバルブ３１（３１ａ、３１ｂ）、３２（３２ａ、３２ｂ）、３３（３３ａ、３３ｂ）、３４（３４ａ、３４ｂ）を、また排気ポートの燃焼室への開口部には排気用ディスクバルブ３５（３５ａ、３５ｂ）、３６（３６ａ、３６ｂ）、３７（３７ａ、３７ｂ）、３８（３８ａ、３８ｂ）を備える。
【００１９】
この場合、吸気ポート１６〜１９、排気ポート２０〜２３はいずれも先端が２つに分岐される、いわゆるサイアミーズドポートであるため、これら２つの吸気ポートと２つの排気ポートを各ポート毎に開閉する２つの吸気用ディスクバルブと２つの排気用ディスクバルブとを備えている。この様子を図３に示しており、最前列（図では最も下）に位置するＮｏ．１気筒のシリンダ中心軸の周りにＮｏ．１気筒の２つの吸気用ディスクバルブ３１ａ、３１ｂとＮｏ．１気筒の２つの排気用ディスクバルブ３５ａ、３５ｂが、その後ろに位置するＮｏ．２気筒のシリンダ中心軸の周りにもＮｏ．２気筒の２つの吸気用ディスクバルブ３２ａ、３２ｂとＮｏ．２気筒の２つの排気用ディスクバルブ３６ａ、３６ｂが配置されている。Ｎｏ．３気筒、Ｎｏ．４気筒についても同様である。すなわち、１気筒当たり２つの吸気用ディスクバルブと２つの排気用ディスクバルブとは同一形状かつディスク状に形成され、図３にも示すようにシリンダ中心軸（図１ではＮｏ．１気筒のシリンダ中心軸をＸ１で、Ｎｏ．２気筒のシリンダ中心軸をＸ２で示している）を中心として点対称に配置され、かつ全気筒すべてのディスクバルブがシリンダ中心軸に直交する一つの平面内に配置され、各ディスクバルブの外周に形成される歯６１と歯６１の噛み合わせを介してすべてのディスクバルブが同時に回転するようになっている。このため、各ディスクバルブの回転中心はシリンダ中心軸上にある点火プラグ５１〜５４とは離れた位置にあり、点火プラグ５１〜５４と干渉することはない。
【００２０】
ディスクバルブはすべてピストンの動きと連動させて駆動する必要があり、クランクシャフト４５により駆動される。すなわち、図１にも示したように最前列の吸気用ディスクバルブ３１ａの外周に形成されている歯６１と噛み合う歯４１ａがバルブ駆動ギヤ４１にも設けられており、このバルブ駆動ギヤ４１はバルブ駆動軸４２、ハイポイドギヤ４３、４４を介してクランクシャフト４５により駆動されるようになっている。なお、ピストン７〜１０とコネクティングロッド２４、２５、２６、２７を介して連結されるクランクシャフト４５はピストン７〜１０が上下の往復運動をするとき回転運動を行うことはいうまでもない。
【００２１】
この場合に、４サイクルエンジンではクランクシャフトの２回転毎、つまりクランク角７２０℃毎に吸入−圧縮−膨張−排気の４つの作動を行う必要があるので、各ディスクバルブはクランク角７２０℃毎に１回転するように、バルブ駆動ギヤ４１、ハイポイドギヤ４３、４４の各歯数が設定されている。
【００２２】
この点、従来装置と同様であり、各ディスクバルブは回転中心を中心にして９０度ずつ、それぞれ吸気行程ゾーン、圧縮行程ゾーン、膨張行程ゾーン、排気行程ゾーンの４つに区分けされるのであり、吸気用ディスクバルブには吸気行程ゾーンに、排気用ディスクバルブには排気行程ゾーンにそれぞれバルブ孔を穿つ必要がある。
【００２３】
このため、吸気用ディスクバルブが回転したとき吸気行程ゾーンにおいて吸気ポートと重複する位置に、また排気用ディスクバルブが回転したとき排気行程ゾーンにおいて排気ポートと重複する位置にそれぞれバルブ孔が穿設される。これをＮｏ．１気筒についてだけ示すと、図３のように一対の吸気用ディスクバルブ３１ａ、３１ｂには吸気行程ゾーンにそれぞれ１つずつのバルブ孔４６ａ、４６ｂが穿たれ、ちょうど吸気ポート１６とシリンダ３（燃焼室１２）とを連通させている（つまりＮｏ．１気筒は吸気行程にある）。一方、一対の排気用ディスクバルブ３５ａ、３５ｂには排気行程ゾーンにそれぞれ１つずつのバルブ孔４７ａ、４７ｂが穿たれ、このとき排気ポート２０とシリンダ３との連通は遮断されている。
【００２４】
こうしたディスクバルブによれば、吸気用ディスクバルブのバルブ孔４６ａ、４６ｂが吸気ポート１６と重複しているときに、そのバルブ孔４６ａ、４６ｂを通して吸気ポート１６より空気がシリンダ３へと流入し、吸気用ディスクバルブのバルブ孔４６ａ、４６ｂが吸気ポート１６と重複していないとき、吸気ポート１６とシリンダ３との連通が遮断される。このため、吸気用ディスクバルブのバルブ孔４６ａ、４６ｂのいずれかが吸気ポート１６との重複を開始するタイミングが吸気用ディスクバルブの開時期であり、バルブ孔４６ａ、４６ｂのすべてが吸気ポート１６との重複を終了するタイミングが吸気用ディスクバルブの閉時期となる。同様にして、排気用ディスクバルブのバルブ孔４７ａ、４７ｂのいずれかが排気ポート２０との重複を開始するタイミングが排気用ディスクバルブの開時期であり、バルブ孔４７ａ、４７ｂのすべてが排気ポート２０との重複を終了するタイミングが排気用ディスクバルブの閉時期となる。
【００２５】
ここで、本実施形態の作用・効果を説明する。
【００２６】
本実施形態（請求項２に記載の発明）によれば、吸気用ディスクバルブ３１〜３４と、排気用ディスクバルブ３５〜３８とが別体であるため、エンジン仕様の変更に伴う吸排気の開閉タイミングやポート有効開口面積の変更に対して、従来装置よりコストアップの上昇を抑制できる。
【００２７】
これは次の理由による。
【００２８】
理由１：たとえば吸気の開閉タイミングや吸気ポート有効開口面積の変更に対しては吸気用ディスクバルブ３１〜３４のみの交換で済み、また排気の開閉タイミングや排気ポート有効開口面積の変更に対しては排気用ディスクバルブ３５〜３８のみの交換で済むため。これに対して、従来装置では吸排気の一方の開閉タイミングやポート有効開口面積に変更がなくても、ディスクバルブをそっくり交換しなければならない。
【００２９】
理由２：吸気用ディスクバルブ３１〜３４と排気用ディスクバルブ３５〜３８とを別々に設けるのであれば、各ディスクバルブの回転中心を点火プラグ５１〜５４と重複しない位置にすることができ（図３参照）、これによりディスクバルブの形状は簡単なものでよくなるため。これに対して、従来装置では、特に燃焼室の天井中央に点火プラグを備えるエンジンに適用される場合には、ディスクバルブの回転中心と点火プラグの軸心とが重複するため、ディスクバルブの駆動軸を中空円筒状に形成し、この中空円筒状の駆動軸の中に点火プラグを納めることにしたのでは構造がそれだけ複雑化する。
【００３０】
理由１と２を考え併せると、本発明のほうが部品点数は従来装置より増えるものの構成の簡単さよりコストアップの上昇は従来装置より抑制できると思われる。
【００３１】
本実施形態のディスクバルブによっても、傘状の吸排気バルブを備える通常のエンジン（以下「通常エンジン」という。）と同様に吸排気が行えることはもちろんである。これを次に項を分けて説明する。
〈１〉吸排気の各ポート径を、通常エンジンにおけると同様に変更できる。
【００３２】
通常エンジンにおける吸排気の各ポートは次の理由により吸気ポート径と排気ポート径の比がほぼ５：４の割合となっている。
【００３３】
理由１）排気は高温・高圧であるため、吸気に対し小径化できる。
【００３４】
理由２）排気ポートが大きすぎると（特に低回転時）、吸排気のオーバーラップ時に吸気の吹き抜けが起きる。
【００３５】
このように吸気ポート径のほうを排気ポート径より大きくするには、本実施形態では、次のようにすればよい。
【００３６】
図３に示したように吸気用ディスクバルブの２つのバルブ孔４６ａ、４６ｂがほぼ同じ孔面積となるように、また排気用ディスクバルブの２つのバルブ孔４７ａ、４７ｂもほぼ同じ孔面積となるように穿設している場合には、吸気用ディスクバルブのバルブ孔４６ａ、４６ｂのほうの径を排気用ディスクバルブのバルブ孔４７ａ、４７ｂの径よりも大きくすることで実現できる。このときの吸排気ポートの有効開口面積の特性を図５実線で示す。図５実線のように排気ポート有効開口面積の最大値よりも、吸気ポート有効開口面積の最大値のほうを大きくできている。
【００３７】
なお、図５縦軸のポート有効開口面積とは、図４に示したようにポート（吸気ポート１６）とバルブ孔（４６ａ、４６ｂ）とが重複している部分（斜線で示す）の面積のことである。
〈２〉バルブタイミング及びオーバーラップの自由度が通常エンジンと同様に大きい。
【００３８】
吸気用と排気用が別々のディスクバルブとなるため、吸排気の各ポートの開閉タイミング及び開き期間をエンジン仕様に合わせて変更できる。そのため、エンジン仕様に応じた出力特性を出すことが容易となる。
【００３９】
例えば、図４において吸気用ディスクバルブ３１ａ、３１ｂのバルブ孔４６ａ、４６ｂが図示の位置にあるとき図５実線に示す吸気特性が得られているとする。一方の吸気用ディスクバルブ３１ａは図４において時計方向に、他方の吸気用ディスクバルブ３１ｂは反時計方向にそれぞれ回転するので、バルブ孔４６ａ、４６ｂを共に回転方向に対して進めた位置に設けることで、図５破線に示す吸気特性が得られ、この逆にバルブ孔４６ａ、４６ｂを共に回転方向に対して遅れる位置に設けることで、図５一点鎖線に示す吸気特性が得られる。
【００４０】
吸気用ディスクバルブについて図５破線は図５実線よりも進角し、オーバーラップ量が拡大したことを、図５一点鎖線は図５実線よりも遅角し、オーバーラップ量が減少したことを意味するので、バルブ孔４６ａ、４６ｂの回転方向位置（つまり位相）によりバルブタイミングと吸排気のオーバーラップ期間とを自在に設定できる。図示しないが、排気用ディスクバルブについても同様である。
〈３〉シリンダ内に４サイクルツインカムエンジン（通常エンジン）と同様にタンブル流を形成し易い。
【００４１】
本実施形態では、２つの吸気ポートに対してそれぞれ専用の吸気用ディスクバルブがあるので、２つのバルブ孔が同時に吸気ポートと重複するように２つのバルブ孔の回転方向位置を設定することで、同時に２つの吸気用ディスクバルブが開かれる。これによりシリンダ中心軸を中心とする回転方向のガス流動（スワール）が抑えられ、シリンダ軸に直行する軸を中心とする回転方向のガス流動（タンブル）を起こしやすい（図６参照）。そのためいわゆるエアガイド式の成層燃焼を行うエンジンへの適用が可能である。これに対して、吸気用ディスクバルブが１つである場合には図７（参考例）に示したようにスワールとなり易い。
〈４〉ディスクバルブ駆動機構が簡素である。
【００４２】
エンジンからのディスクバルブの駆動力をＮｏ．１気筒の吸気用ディスクバルブのみに伝達し、Ｎｏ．１気筒の排気用ディスクバルブだけでなく、その他の気筒のすべてのディスクバルブについても各ディスクバルブの外周に設けた歯と歯の噛み合わせを介して順次伝達する構造としているので（図１、図３参照）、Ｎｏ．２気筒以降にディスクバルブ駆動機構を持たせなくても良い。そのため構造容易化、部品点数削減、軽量化を達成できる。
【００４３】
実施形態では、１気筒当たり吸気ポートと排気ポートが各２つある場合で説明したが、１気筒当たり吸気ポートと排気ポートが各１つずつである場合にも適用がある（請求項１に記載の発明）。
【図面の簡単な説明】
【図１】ディスクバルブとクランクシャフトとの位置関係の概略をほぼ２気筒分についてのみ主に示す一実施形態の説明図。
【図２】１つの気筒で代表させて正面から見た説明図。
【図３】図１を上から見たディスクバルブの説明図。
【図４】同じく図１を上から見たディスクバルブの説明図。
【図５】本実施形態のポート有効開口面積の特性図。
【図６】タンブルの生成を示す説明図。
【図７】参考例のスワールの生成を示す説明図。
【符号の説明】
１  エンジン
３〜６  シリンダ
１２〜１５  燃焼室
１６〜１９  吸気ポート
２０〜２３  排気ポート
３１〜３４  吸気用ディスクバルブ（回転式ディスクバルブ）
３５〜３８  排気用ディスクバルブ（回転式ディスクバルブ）
【図１】
2004211562.tif 000003
【図２】
2004211562.tif 000004
【図３】
2004211562.tif 000005
【図４】
2004211562.tif 000006
【図５】
2004211562.tif 000007
【図６】
2004211562.tif 000008
【図７】
2004211562.tif 000009