(57)【要約】【課題】エンジンの低負荷・低回転時にも、バルブフェースやバルブシートのデポジットの除去を十分に行うことが可能なエンジンバルブを提供する。【解決手段】エンジンのシリンダヘッド１に組み付けられる吸気バルブ１０は、バルブステム１１と、バルブステム１１の一端部に設けられた傘部１２とを備えている。シリンダヘッド１に設けられるバルブシート１７に着座するバルブフェース２０の少なくとも一部には、バルブフェース２０の周方向に傾斜する凹凸部２１が設けられている。凹凸部２１は、バルブフェース２０の周方向に沿って、複数の凹部２１ａおよび凸部２１ｂが交互に繰り返し設けられた構成となっている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンのシリンダヘッドに組み付けられるエンジンバルブであって、
前記シリンダヘッドに設けられるバルブシートに着座するバルブフェースの少なくとも一部には、周方向に傾斜する傾斜部が設けられていることを特徴とするエンジンバルブ。
【請求項２】
請求項１に記載のエンジンバルブにおいて、
前記傾斜部の外径側には、周方向に沿って延びる平坦部が設けられていることを特徴とするエンジンバルブ。
【請求項３】
請求項２に記載のエンジンバルブにおいて、
前記平坦部は、前記バルブフェースの外径側の部分の全周にわたって設けられていることを特徴とするエンジンバルブ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載のエンジンバルブにおいて、
前記傾斜部は、前記バルブフェースの周方向に沿って設けられた複数の凹凸であることを特徴とするエンジンバルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンのシリンダヘッドに組み付けられるエンジンバルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンでは、吸気バルブや排気バルブのエンジンバルブがシリンダヘッドに組み付けられ、エンジンバルブによって、吸気ポートや排気ポートと、燃焼室とが連通・遮断される。具体的には、バルブスプリングによってエンジンバルブが吸気ポートや排気ポートを閉鎖する方向に付勢されており、エンジンバルブの閉弁時には、吸気ポートや排気ポートと、燃焼室とが遮断される。一方、クランクシャフトに連動するカムシャフトの回転により、エンジンバルブがバルブスプリングの弾性力に抗して開弁されることで、吸気ポートや排気ポートと、燃焼室とが連通される。
【０００３】
エンジンバルブは、棒状のバルブステム（軸部）と、バルブステムの一端に設けられた傘部とを有する構成となっている。エンジンバルブは、シリンダヘッドに往復動可能に支持されており、エンジンバルブの閉弁時、傘部の周縁部のバルブフェース（着座面）が、シリンダヘッドに設けられたバルブシートに着座されるようになっている。
【０００４】
ところで、エンジンでは、長期間の運転にともなって燃料やオイルなどの変成物であるデポジットが発生し、そのデポジットがエンジンバルブのバルブフェースや、シリンダヘッドのバルブシートなどに堆積する可能性がある。従来では、そのようなデポジットを除去する技術として、エンジンバルブの傘部の表面に所定の間隔で半径方向に延びる複数の溝を設け、複数の溝に吸気行程の際に発生するスワールを衝突させることにより、エンジンバルブに回転力を与えることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開平０６−０３４１０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に記載された技術によれば、スワールによって発生する吸気バルブの周方向への回転力によって、バルブシートに対するバルブフェースの周方向の位置が少しずつ変更される。これにより、バルブフェースやバルブシートに付着したデポジットが除去され、バルブフェースやバルブシートへのデポジットの堆積が抑制される。しかし、スワールによる吸気バルブの回転力は、吸気量に応じて変動するため、エンジンの低負荷・低回転時、吸気バルブの回転力が不足して、バルブフェースやバルブシートのデポジットの除去を十分に行うことができない可能性がある。
【０００７】
本発明は、上述のような問題点に鑑みてなされたものであり、エンジンの低負荷・低回転時にも、バルブフェースやバルブシートのデポジットの除去を十分に行うことが可能なエンジンバルブ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】
【０００８】
本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。すなわち、本発明は、エンジンのシリンダヘッドに組み付けられるエンジンバルブであって、前記シリンダヘッドに設けられるバルブシートに着座するバルブフェースの少なくとも一部には、周方向に傾斜する傾斜部が設けられていることを特徴としている。ここで、前記傾斜部は、例えば、前記バルブフェースの周方向に沿って設けられた複数の凹凸とすることが可能である。
【０００９】
上記構成のエンジンバルブが組み付けられたエンジンにおいて、エンジンバルブのバルブフェースに設けられた傾斜部ではシリンダヘッドのバルブシートに対する着座性が、バルブフェースの傾斜部の設けられていない部分に比べて悪くなっている。このため、エンジンバルブの閉弁時、バルブフェースの傾斜部がバルブシートに着座した際、着座性のより良い位置に収まろうとする（移動しようとする）。このとき、バルブシートに対するバルブフェースの周方向の位置を変更させるような力、言い換えれば、エンジンバルブを周方向に回転させるような力が発生する。
【００１０】
このように、バルブフェースにバルブシートに対する着座性の悪い部分を設けることによって、バルブフェースがバルブシートに着座した際、エンジンバルブが周方向に強制的に回転される。このエンジンバルブの周方向への回転により、バルブフェースやバルブシートに付着したデポジットが除去され、バルブフェースやバルブシートへのデポジットの堆積が抑制される。上記構成によれば、エンジンバルブの周方向への回転力が、エンジンバルブが閉弁するたび、言い換えれば、バルブフェースがバルブシートに着座するたびに発生するので、エンジンの低負荷・低回転時にも、バルブフェースやバルブシートのデポジットの除去を十分に行うことができる。
【００１１】
本発明において、前記傾斜部の外径側には、周方向に沿って延びる平坦部が設けられていることが好ましい。この場合、前記平坦部は、前記バルブフェースの外径側の部分の全周にわたって設けられていることが好ましい。
【００１２】
上記構成によれば、エンジンバルブの閉弁時、平坦部により、バルブフェースがバルブシートに着座した際のシール性を確保することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、エンジンバルブの周方向への回転力が、バルブフェースのバルブシートへの着座のたびに発生するので、エンジンの低負荷・低回転時にも、バルブフェースやバルブシートのデポジットの除去を十分に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態に係る吸気バルブが組み付けられたエンジンのシリンダヘッドの概略構成を示す断面図である。
【図２】実施形態に係る吸気バルブの一例を示す側面図である。
【図３】図２のＸ１−Ｘ１断面図である。
【図４】吸気バルブのバルブフェースに設けられた凹凸部を示す斜視図である。
【図５】吸気バルブの変形例を示す図３相当図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明を具体化した実施形態について添付図面を参照しながら説明する。以下では、本発明のエンジンバルブを吸気バルブに適用した実施形態について説明する。
【００１６】
まず、実施形態に係る吸気バルブ１０が組み付けられたエンジンのシリンダヘッド１の概略構成について、図１を参照して説明する。
【００１７】
図１に示すように、シリンダヘッド１には、エンジンの動弁系（動弁装置）を構成する吸気カムシャフト４、排気カムシャフト（図示せず）、吸気バルブ１０、排気バルブ（図示せず）、バルブスプリング５、ロッカーアーム６、ラッシュアジャスタ７などが設けられている。シリンダヘッド１の下部には、エンジンの気筒数に応じた数の燃焼室２が形成されている。シリンダヘッド１には、吸気ポート３および排気ポート（図示せず）が、各気筒毎にそれぞれ形成されている。シリンダヘッド１には、各吸気ポート３および排気ポートに対応して、吸気バルブ１０および排気バルブが設けられている。なお、図１では、シリンダヘッド１の吸気側の部分を主に示しており、シリンダヘッド１の排気側の部分については図示していないが、シリンダヘッド１の排気側の部分は、シリンダヘッド１の吸気側の部分と略同様の構成となっている。以下では、シリンダヘッド１の排気側の部分についての説明は省略する。
【００１８】
吸気バルブ１０は、棒状のバルブステム（軸部）１１と、バルブステム１１の一端（図１では下端）に設けられた傘部１２とを有する構成となっている。吸気バルブ１０は、バルブステム１１の延びる方向（図１では上下方向）に沿って往復動可能にシリンダヘッド１に支持されている。バルブステム１１は、シリンダヘッド１に固定された中空のバルブガイド１３内に挿入されており、バルブガイド１３によって吸気バルブ１０の往復動作、言い換えれば、吸気バルブ１０の開閉動作が案内される。
【００１９】
バルブステム１１の他端部（図１では上端部）１１ａには、コッタ１４を介してリテーナ１５が装着されている。コッタ１４の内周面には、突部１４ａが形成されている。コッタ１４の突部１４ａがバルブステム１１の上端部１１ａの外周面に形成された環状の溝１１ｂに嵌合されることにより、リテーナ１５がバルブステム１１に固定されている。リテーナ１５の下面とシリンダヘッド１の内底面１ａとの間には、バルブスプリング５が圧縮状態で介装されている。バルブスプリング５によって、吸気バルブ１０が吸気ポート３を閉鎖する方向（図１では上方）に付勢されている。
【００２０】
また、吸気バルブ１０の上方には、吸気カム４ａを有する吸気カムシャフト４が設けられている。吸気カムシャフト４は、エンジンの出力軸であるクランクシャフト（図示せず）にタイミングチェーンなどを介して駆動連結されている。そして、クランクシャフトの回転がタイミングチェーンなどを介して吸気カムシャフト４に伝達されることによって、吸気カムシャフト４が矢印で示す方向に回転し、吸気バルブ１０が上下に駆動されるようになっている。
【００２１】
吸気バルブ１０のバルブステム１１の上端部１１ａと吸気カム４ａとの間には、ローラ６ａを有するロッカーアーム６が設けられている。ロッカーアーム６は、シリンダヘッド１に装着されたラッシュアジャスタ７によって揺動可能に支持されている。ラッシュアジャスタ７は、バルブクリアランスを自動的に適正な値に調整するもので、シリンダヘッド１に形成された装着穴１ｂに嵌合されている。
【００２２】
なお、ローラ６ａを備えたロッカーアーム６の代わりに、ローラ６ａを備えていないロッカーアーム６を用いる構成としてもよい。また、エンドピボット方式のロッカーアーム６の代わりに、センターピボット方式のロッカーアーム６を採用する構成としてもよい。また、ロッカーアーム６を介して吸気バルブ１０を押し下げるタイプのロッカーアーム式の動弁装置の代わりに、吸気カム４ａと吸気バルブ１０との間にバルブリフタを設け、吸気カム４ａによって直接、吸気バルブ１０を押し下げるタイプの直打式の動弁装置を採用してもよい。
【００２３】
吸気バルブ１０の傘部１２は、燃焼室２に臨むように設けられている。傘部１２の周縁部には、吸気バルブ１０の閉弁時にシリンダヘッド１に設けられたバルブシート１７に着座するバルブフェース２０が設けられている。すなわち、シリンダヘッド１の吸気ポート３の燃焼室２側の開口端には、円環状のバルブシート１７が圧入されている。傘部１２の周縁部のバルブフェース２０は、バルブシート１７の表面１７ａに着座する着座面となっている。
【００２４】
上記構成のエンジンの動弁装置では、吸気カムシャフト４の回転にともないロッカーアーム６が揺動支点部６ｂを中心として揺動する。これにともなって、ロッカーアーム６のバルブ当接部６ｃが吸気バルブ１０のバルブステム１１の上端部１１ａをバルブスプリング５の弾性力に抗して押圧することで、吸気バルブ１０が吸気ポート３を所定タイミングで開閉する。この吸気バルブ１０の開閉動作により、吸気ポート３と燃焼室２とが連通・遮断される。
【００２５】
具体的には、吸気カム４ａによる吸気バルブ１０への押し下げ力が解除されているとき、バルブスプリング５の弾性力によって、吸気バルブ１０が閉弁される。この吸気バルブ１０の閉弁時、吸気バルブ１０によって吸気ポート３と燃焼室２とが遮断される。このとき、吸気バルブ１０の傘部１２のバルブフェース２０が、シリンダヘッド１のバルブシート１７に着座することによって、燃焼室２内のガスシール性が確保されるようになっている。
【００２６】
一方、吸気カム４ａにより吸気バルブ１０が下方に押し下げられているとき、すなわち、エンジンの吸気行程のとき、バルブスプリング５の弾性力に抗して吸気バルブ１０が開弁される。この吸気バルブ１０の開弁時、吸気ポート３と燃焼室２とが連通される。このとき、吸気バルブ１０の傘部１２のバルブフェース２０が、シリンダヘッド１のバルブシート１７から離間することによって、吸気ポート３から燃焼室２への混合気の導入が可能となっている。
【００２７】
この実施形態では、シリンダヘッド１に設けられたバルブシート１７に着座する吸気バルブ１０のバルブフェース２０の少なくとも一部には、バルブフェース２０の周方向に傾斜する傾斜部が設けられていることを特徴としている。以下、この実施形態の特徴部分について、図１〜図４を参照して説明する。
【００２８】
図１〜図４に例示するように、バルブフェース２０は、吸気バルブ１０の傘部１２の周縁部に設けられており、平面視で、バルブステム１１の軸心１１ｃを中心として略円環状に形成されている。また、バルブフェース２０は、側面視で、傘部１２のバルブフェース２０よりも内径側の部分１２ａに比べ、外側に向かって下方に傾斜している。
【００２９】
バルブフェース２０には、凹凸部２１と、平坦部２２とが設けられている。凹凸部２１は、バルブフェース２０の周方向に傾斜する傾斜部分となっている。一方、平坦部２２は、バルブフェース２０の周方向に沿って延びる平坦な部分となっている。つまり、平坦部２２の表面２２ａは、平坦面に形成されているのに対し、凹凸部２１の表面は、平坦面ではなく、凹凸を有する面となっている。なお、バルブシート１７の表面１７ａは、全周が平坦面に形成されている。バルブフェース２０がバルブシート１７に着座する際、平坦部２２の表面２２ａがバルブシート１７の表面１７ａに当接されるようになっている。
【００３０】
凹凸部２１は、バルブフェース２０の全周のうち、吸気バルブ１０のバルブステム１１の軸心１１ｃを中心として略９０度の範囲に形成されており、残りの範囲に平坦部２２が形成されている。なお、バルブフェース２０に凹凸部２１を設ける範囲は、上記の範囲に限定されるものではない。
【００３１】
凹凸部２１には、複数の凹部２１ａおよび凸部２１ｂが設けられている。複数の凹部２１ａおよび凸部２１ｂは、バルブフェース２０の周方向に沿って交互に繰り返し設けられている。各凹部２１ａは、互いに同一形状で、平面視で、平坦部２２の表面２２ａよりも内径側に窪んだ部分となっている。各凸部２１ｂは、互いに同一形状で、平面視で、平坦部２２の表面２２ａよりも外径側に突出した部分となっている。凸部２１ｂの頂部は、吸気バルブ１０のシリンダヘッド１への組付状態で、側面視で、バルブシート１７の表面１７ａに平行に設けられている。なお、図３、図４では、凹凸部２１の凹部２１ａおよび凸部２１ｂをやや誇張して示しているが、凹凸部２１の高さ、この場合、凹部２１ａの底部から凸部２１ｂの頂部までの距離は、吸気バルブ１０の閉弁時に必要な燃焼室２内のガスシール性を確保可能な値に設定されている。
【００３２】
そして、上記構成のバルブフェース２０を有する吸気バルブ１０を適用したエンジンによれば、エンジンの低負荷・低回転時にも、バルブフェース２０やバルブシート１７のデポジットの除去を十分に行うことが可能となる。この点について以下に説明する。
【００３３】
吸気バルブ１０の閉弁時、シリンダヘッド１のバルブシート１７に吸気バルブ１０のバルブフェース２０が着座した際、吸気バルブ１０が周方向（図２のＲ１方向またはＲ２方向）に強制的に回転される。この理由は、バルブフェース２０の凹凸部２１では、平坦部２２に比べ、バルブシート１７に対する着座性が悪くなっている（いわゆる座りが悪くなっている）。つまり、バルブフェース２０の凹凸部２１ではバルブシート１７に対する着座性が比較的悪く、平坦部２２ではバルブシート１７に対する着座性が比較的良くなっている。そして、バルブフェース２０の凹凸部２１がバルブシート１７の表面１７ａに着座した際、着座性のより良い位置に収まろうとする（移動しようとする）。このとき、バルブシート１７に対するバルブフェース２０の周方向の位置を変更させるような力、言い換えれば、吸気バルブ１０を周方向に回転させるような力が発生する。
【００３４】
このように、バルブフェース２０に凹凸部２１のようなバルブシート１７に対する着座性の悪い部分を設けることによって、バルブフェース２０がバルブシート１７に着座した際、吸気バルブ１０が周方向に強制的に回転される。この吸気バルブ１０の周方向への回転により、バルブフェース２０やバルブシート１７に付着したデポジットが除去され、バルブフェース２０やバルブシート１７へのデポジットの堆積が抑制される。この実施形態では、吸気バルブ１０の周方向への回転力は、吸気バルブ１０が閉弁するたびに、言い換えれば、バルブフェース２０がバルブシート１７に着座するたびに発生するので、エンジンの低負荷・低回転時にも、バルブフェース２０やバルブシート１７のデポジットの除去を十分に行うことができる。
【００３５】
ここで、上述したような吸気バルブ１０の周方向への回転力は、バルブスプリング５の共振現象によっても発生され得る。このバルブスプリング５の共振現象は、エンジンの高回転数領域（例えば、３０００ｒｐｍ以上の回転数領域）で起きやすくなっている。しかし、エンジンの通常運転時にはバルブスプリング５の共振現象の起きやすい高回転数領域で運転されることは少なく、それよりも低い回転数領域で運転されることが多い。このため、エンジンの通常運転時には、バルブスプリング５の共振現象によって発生する吸気バルブ１０の周方向への回転力は僅かなものとなる。この実施形態によれば、バルブスプリング５の共振現象が起きにくくなるエンジンの通常運転時においても、バルブフェース２０がバルブシート１７に着座することによって、吸気バルブ１０の周方向への回転力が発生するので、バルブフェース２０やバルブシート１７のデポジットの除去を十分に行うことが可能になる。
【００３６】
−他の実施形態−
本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内および当該範囲と均等の範囲で包含されるすべての変形や応用が可能である。
【００３７】
上述した吸気バルブ１０のバルブフェース２０に設けた傾斜部（凹凸部２１）は一例であって、吸気バルブ１０のバルブフェース２０の少なくとも一部に傾斜部が設けられていればよい。また、上述した傾斜部の形状は一例であって、吸気バルブ１０の閉弁時に必要な燃焼室２内のガスシール性を確保可能な形状であれば、さまざまな形状に変更することが可能である。
【００３８】
吸気バルブ１０のバルブフェース２０に設ける傾斜部の変形例としては、例えば、図５に示すようなものがある。図５に示す変形例では、吸気バルブ１０のバルブフェース２０が、外径側の部分２３と内径側の部分２４とに分けられている。バルブフェース２０の外径側の部分２３の表面２３ａは、全周が平坦面に形成されている。バルブフェース２０がバルブシート１７に着座する際、外径側の部分２３の表面２３ａがバルブシート１７の表面１７ａに当接されるようになっている。
【００３９】
バルブフェース２０の内径側の部分２４には、凹凸部２５と、平坦部２６とが設けられている。凹凸部２５は、バルブフェース２０の周方向に傾斜する傾斜部分となっており、バルブフェース２０の周方向に沿って、複数の凹部２５ａおよび凸部２５ｂが交互に繰り返し設けられた構成となっている。凹凸部２５は、内径側の部分２４の全周のうち、吸気バルブ１０のバルブステム１１の軸心１１ｃを中心として略９０度の範囲に形成されており、残りの範囲に平坦部２６が形成されている。平坦部２６は、バルブフェース２０の周方向に沿って延びる平坦な部分となっている。バルブフェース２０がバルブシート１７に着座する際、平坦部２６の表面２６ａがバルブシート１７の表面１７ａに当接されるようになっている。なお、平坦部２６の表面２６ａを、外径側の部分２３の表面２３ａと同一の平面としてもよい。このように、内径側の部分２４の平坦部２６の表面２６ａは、平坦面となっているのに対し、凹凸部２５の表面は、凹凸を有する面となっている。
【００４０】
この変形例では、上記実施形態とは異なり、凹凸部２５は、バルブフェース２０の内径側の部分２４だけに設けられており、外径側の部分２３には設けられていない。このような構成のバルブフェース２０を有する吸気バルブ１０を適用したエンジンによれば、上記実施形態の場合と同様の効果が得られる。これに加え、バルブフェース２０の外径側の部分２３の全周が平坦部となっているので、吸気バルブ１０の閉弁時、バルブフェース２０の外径側の部分２３と、内径側の部分２４に設けられた平坦部２６とによって、バルブフェース２０がバルブシート１７に着座した際のシール性を確保することができる。なお、図５の変形例に代えて、バルブフェース２０の内径側の部分２４の全周を平坦部とし、バルブフェース２０の外径側の部分２３に凹凸部と平坦部とを設ける構成としてもよい。
【００４１】
以上では、エンジンのシリンダヘッドに組み付けられる吸気バルブに本発明を適用した例を挙げたが、シリンダヘッドに組み付けられる排気バルブに対しても同様に本発明を適用することが可能である。なお、吸気バルブおよび排気バルブのうち、両方のバルブに本発明を適用してもよいし、あるいは、一方のバルブだけに本発明を適用してもよい。
【００４２】
本発明のエンジンバルブは、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等、さまざまなエンジンの吸排気バルブに適用可能である。また、本発明のエンジンバルブは、直列型、Ｖ型、Ｗ型、水平対向型などのさまざまな型式のエンジンの吸排気バルブに適用可能である。さらに、本発明のエンジンバルブは、その用途が特に限定されるわけではなく、自動車用エンジン、航空機用エンジン、発電機用エンジン、その他産業機械用エンジンの吸排気バルブに適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、エンジンのシリンダヘッドに組み付けられる吸排気バルブとして利用することが可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１    シリンダヘッド
１０    吸気バルブ（エンジンバルブ）
１１    バルブステム（軸部）
１２    傘部
１７    バルブシート
１７ａ    表面
２０    バルブフェース
２１、２３    凹凸部（傾斜部）
２２、２４    平坦部
【図１】
2013227945.tif 000003
【図２】
2013227945.tif 000004
【図３】
2013227945.tif 000005
【図４】
2013227945.tif 000006
【図５】
2013227945.tif 000007