JP2000297617A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】大量内部ＥＧＲにより燃費向上及び排気性能向
上を図ることができる簡単な構成の回転バルブ体を有す
るバルブシステムを備えた内燃機関を提供する。 【解決手段】排気行程にて、排気バルブ体２５の排気通
路３２が排気ポート２０に連通して燃焼室１６内の排気
ガスが排出される。排気行程の途中に、吸気バルブ体２
４の吸気通路３１が吸気ポート１９に連通し、排気ガス
が吸気ポート１９側にも押し出される。吸入行程にて、
吸気バルブ体２４の吸気通路３０が吸気ポート１９に連
通すると、燃焼室１６内に混合ガスとともに、先の排気
行程で吸気ポート１９側に押し出された排気ガスが燃焼
室１６内に吸入される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関に係り、詳
しくは吸気・排気を行うバルブシステムを改良した内燃
機関に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、空気／燃料の混合気を圧縮し点火
プラグにより着火する往復動内燃機関においては、一般
に、吸気ポートから燃料と空気との混合ガスを燃焼室内
に取り込み、この燃焼室内で混合ガスを燃焼させてピス
トンを上下動させ、この燃焼により生じる排気ガスを排
気通路へ排出するピストンクランク機構と、前記吸気ポ
ートを連通・遮断する吸気バルブと前記排気ポートを連
通・遮断する排気バルブとを有するバルブシステムとを
備える構成である。このバルブシステムは、前記ピスト
ンクランク機構のシリンダヘッド側に配設されるカムシ
ャフトを回転させ、このカムの回転により、下端にきの
こ形状（ポペット）部分を形成されると共に上端にバル
ブリフタを取付けられた吸気バルブ及び排気バルブを出
没自在に駆動させて開閉させる構成である。この吸気バ
ルブ及び排気バルブはバルブリフタを介して、バルブス
プリングにより常時閉状態となるような弾性力が付勢さ
れている。

【０００３】このように構成された従来の内燃機関は、
クランクシャフトの回転がタイミングベルト又はタイミ
ングチェーン等を介してカムシャフトに伝達される。こ
のカムシャフトの回転によりカムが所定の周期でバルブ
リフタを押圧する。

【０００４】燃焼室内へ混合ガスを吸入する場合には、
カムがバルブリフタをバルブスプリングの押圧力に抗し
て押圧し、吸気バルブを燃焼室の吸入口から離反させて
開放状態とする。この吸入口の開放と共に、燃焼室内を
ピストンが降下することから、吸気ポートから混合ガス
が燃焼室内に強制的に吸入される。この混合ガスの吸入
後は、カムが押圧力を減少させ、バルブスプリングの押
圧力によりバルブリフタを介して吸気バルブが引き出さ
れ、吸入口を閉塞する。

【０００５】こうして燃焼室吸入口が閉塞された後、ピ
ストンの上昇による圧縮行程、さらに点火プラグの点火
による混合ガスの燃焼行程が実行され、この燃焼行程に
より燃焼室内に排気ガスが発生する。排気行程におい
て、カムがバルブリフタをバルブスプリングの押圧力に
抗して押圧し、排気バルブを燃焼室の排出口から離反さ
せて開放状態とする。この排出口の開放と共に、燃焼室
内のピストンが上昇することから、燃焼室内の排気ガス
が排気ポート側へ強制的に排出されることとなる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように構成された
内燃機関の排気ガス性状を改善するために、排気ガスの
一部を吸気に還流する排気ガス再循環法（以下ＥＧＲと
記す。）は公知である。排気ガスが正圧、吸気が負圧で
あることを利用し、ＥＧＲ弁を有する再循環経路を介し
て排気ガスを還流することが一般的である。ところが、
ＥＧＲ弁及び再循環経路が必要であるため、構成が複雑
になることは避けることができない。

【０００７】このために、排気バルブ用のカムに排気バ
ルブの寸開を可能とする補助カム片を設け、吸入行程に
おいて排気バルブを補助カム片によって寸開させること
により、排気行程において排気ポートに排出された排気
ガスを燃焼室内に引き込む、いわゆる内部ＥＧＲが提案
されている。

【０００８】しかし、内燃機関を高負荷で運転中にＥＧ
Ｒを行うと、内燃機関の出力が低下するため、この出力
低下を抑制するために補助カム片のリフト量は制限され
る。逆に補助カム片のリフト量を小さく設定すると、内
部ＥＧＲ量が少なくなり、排気ガス性状が悪化すること
を避けることができない。

【０００９】この課題を解決するとともに、補助カム片
の作動タイミングを調整することの可能な動弁装置が特
開平７−１８０５１５号公報において提案されている。
この動弁装置は、中空の外軸上に排気弁駆動用の排気カ
ムを設置し、排気カムの周上に形成した窓孔内に補助カ
ム片を支点によって変位可能に設置するとともに、外軸
内に付勢し、外軸の中空部内に回転可能に設置される内
軸には補助カム片を外軸外に変位させる位相調整カムを
設け、内燃機関の運転状態に応じて内軸を回転させて補
助カム片の変位量を調整するようにしている。

【００１０】しかしながら、この動弁装置においては、
カム形状によって排気バルブの通常の開閉作動及び寸開
動作を行わせる構成であるため、カム形状が複雑になる
とともに、補助カム片を設置するための窓孔を研削する
ことは難しい。また、バルブリフタに対して摺動する排
気カムに窓孔を形成しているので、耐久性が低下する。

【００１１】なお、内部ＥＧＲを行う別の装置として、
特開平７−２２４６２６号公報には、単一の気筒に対し
てプライマリ吸気ポート及びセカンダリ吸気ポートを設
け、セカンダリ吸気ポートの吸気弁がプライマリ吸気ポ
ートの吸気弁に対して早開き、かつ早閉じになるように
制御し、特定の運転領域でセカンダリ吸気ポートの吸気
弁の開弁時期を排気弁の閉弁時期とオーバーラップさせ
るようにしたエンジンの制御装置が提案されている。

【００１２】また、ポペット状バルブとは異なるバルブ
システムを備えた内燃機関として、特開平１０−２８０
９２２号公報には、吸気管並びに燃焼室吸入口の間、及
び排気管並びに燃焼室排出口の間に一部を開口状態とす
る一又は複数の連通部が形成される断面略円筒形状の回
動連通体を回動自在に介装し、回動連通体の連通部が、
燃焼室吸入口及び燃焼室排出口への連通を開始するタイ
ミングを吸気管及び排気管側への連通を開始するタイミ
ングよりも早くし、燃焼室吸入口及び燃焼室排出口への
連通の終了のタイミングを吸気管及び排気管側への連通
を開始するタイミングよりも遅らせるように開口し、燃
焼室に対する充填効率を高めるようにした内燃機関が提
案されている。

【００１３】本発明は、こうした実情に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、大量内部ＥＧＲにより燃費
向上及び排気性能向上を図ることができる簡単な構成の
回転バルブ体を有するバルブシステムを備えた内燃機関
を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、燃焼室への吸気を行うための吸気ポートと、燃焼室
から排気ガスの排気を行うための排気ポートと、前記吸
気ポート及び排気ポートをそれぞれ所定のタイミングで
連通・遮断して吸気及び排気を行うバルブシステムとを
備える内燃機関において、前記バルブシステムは、前記
吸気ポート上及び排気ポート上に円柱状の回転バルブ体
を回転可能に設け、該回転バルブ体にはその回転に伴っ
て前記吸気ポートに連通可能な第１吸気通路及び排気ポ
ートに連通可能な排気通路を形成するとともに、該回転
バルブ体の回転方向の前方に前記吸気ポートに連通可能
な第２吸気通路を形成し、前記回転バルブ体の第１吸気
通路及び排気通路は、第１吸気通路と吸気ポートとが連
通を開始するタイミングを、排気通路と排気ポートとが
連通を終了するタイミングよりも早めるように形成され
るとともに、第２吸気通路は、排気通路と排気ポートと
の連通期間中の一部において吸気ポートと連通・遮断す
るように形成されていることを要旨とする。

【００１５】この構成によれば、回転バルブ体の回転に
よって排気通路が排気ポートに連通する排気行程中に第
２吸気通路が吸気ポートに連通・遮断されるので、高温
の排気ガスが第２吸気通路を介して吸気ポートに排出さ
れる。そして、回転バルブ体が回転されて第１吸気通路
が吸気ポートに連通する吸入行程において先の排気行程
で吸気ポートに排出された排気ガスが燃焼室内に還流さ
れるので、燃焼室内の混合ガスの燃料の霧化が促進さ
れ、燃費が向上されるとともに、排気性能が向上され
る。

【００１６】請求項２に記載の発明は、燃焼室への吸気
を行うための吸気ポートと、燃焼室から排気ガスの排気
を行うための排気ポートと、前記吸気ポート及び排気ポ
ートをそれぞれ所定のタイミングで連通・遮断して吸気
及び排気を行うバルブシステムとを備える内燃機関にお
いて、前記バルブシステムは、前記吸気ポート上及び排
気ポート上に円柱状の回転バルブ体を回転可能に設け、
該回転バルブ体にはその回転に伴って前記吸気ポートに
連通可能な吸気通路及び排気ポートに連通可能な第１排
気通路を形成するとともに、該回転バルブ体の回転方向
の後方に前記排気ポートに連通可能な第２排気通路を形
成し、前記回転バルブ体の吸気通路及び第１排気通路
は、吸気通路と吸気ポートとが連通を開始するタイミン
グを、第１排気通路と排気ポートとが連通を終了するタ
イミングよりも早めるように形成されるとともに、第２
排気通路は、吸気通路と吸気ポートとの連通期間中の一
部において排気ポートと連通・遮断するように形成され
ていることを要旨とする。

【００１７】この構成によれば、回転バルブ体の回転に
よって吸気通路が吸気ポートに連通する吸入行程中に第
２排気通路が排気ポートに連通・遮断され、先の排気行
程で排気ポートに排出された高温の排気ガスが燃焼室内
に還流される。そのため、燃焼室内の混合ガスの燃料の
霧化が促進され、燃費が向上されるとともに、排気性能
が向上される。

【００１８】請求項３に記載の発明は、請求項１及び２
のいずれかに記載の内燃機関において、前記回転バルブ
体は、その軸線方向において、前記第２吸気通路又は第
２排気通路が、前記吸気ポート又は排気ポートに連通可
能な作用位置と、前記吸気ポート又は排気ポートに連通
不能な退避位置とに位置切り替え可能に設けられている
ことを要旨とする。

【００１９】この構成によれば、内燃機関の運転状態に
応じて回転バルブ体が軸線方向に移動されて、第２吸気
通路又は第２排気通路が吸気ポート又は排気ポートに連
通不能な退避位置に位置が切り替えられると、内部ＥＧ
Ｒが行われなくなる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した種々の
実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、各実
施形態において重複説明を避けるため、各実施形態にお
いて同様の構成については同一の符号を付してその説明
を一部省略する。

【００２１】（第１実施形態）第１実施形態を図１〜図
４に従って詳細に説明する。図１に示すように、内燃機
関としてのエンジン１１は直列４気筒のガソリンエンジ
ンである。本エンジン１１は、シリンダブロック１２内
に形成されたシリンダ１３と、そのシリンダ１３内を軸
線方向に往復移動するピストン１５と、シリンダ１３及
びシリンダヘッド１４とピストン１５の上面とによって
区画形成される燃焼室１６と、エンジン１１の出力軸で
あるクランクシャフト１７と、ピストン１５の往復運動
をクランクシャフト１７の回転運動に変換するコネクテ
ィングロッド１８とを備えている。

【００２２】シリンダヘッド１４には、各燃焼室１６と
連通する吸気ポート１９及び排気ポート２０が燃焼室１
６を挟んでほぼ対称に設けられている。吸気ポート１９
にはインテークマニホールド２１が接続されている。ま
た、インテークマニホールド２１におけるシリンダヘッ
ド１４側の端部には、吸気ポート１９へ燃料を噴射供給
するための燃料噴射弁２２が設けられている。排気ポー
ト２０にはエキゾーストマニホールド２３が接続されて
いる。

【００２３】シリンダヘッド１４には吸気ポート１９及
び排気ポート２０とそれぞれ直交するように回転バルブ
体としての円柱状の吸気バルブ体２４及び排気バルブ体
２５が回転可能に設けられている。図２に示すように、
吸気バルブ体２４及び排気バルブ体２５の一端部にはそ
れぞれタイミングプーリ２６，２７が固定されており、
タイミングベルト２８（又はタイミングチェーン）を介
して上記クランクシャフト１７と駆動連結されている。
従って、図１において、クランクシャフト１７が時計方
向に回転することにより、吸気バルブ体２４及び排気バ
ルブ体２５は時計方向に回転されるようになっている。
吸気バルブ体２４及び排気バルブ体２５はクランクシャ
フト１７が２回転する間に半回転するようになってい
る。

【００２４】吸気バルブ体２４にはその回転に伴って前
記吸気ポート１９に連通可能な第１吸気通路３０及び第
２吸気通路３１が、同バルブ体２４の軸線と直交するよ
うに形成されている。図２に示すように、第１吸気通路
３０及び第２吸気通路３１は吸気バルブ体２４の軸線に
直交する同一平面内に形成されている。第２吸気通路３
１は吸気バルブ体２４の回転方向において第１吸気通路
３０の前方に形成されており、第１及び第２吸気通路３
０，３１は前記吸気ポート１９に対して同時には連通し
ない位置に形成されている。

【００２５】排気バルブ体２５にはその回転に伴って前
記排気ポート２０に連通可能な排気通路３２が、同バル
ブ体２５の軸線と直交するように形成されている。第１
吸気通路３０及び排気通路３２は、第１吸気通路３０と
吸気ポート１９とが連通を開始するタイミングを、排気
通路３２と排気ポート２０とが連通を終了するタイミン
グよりも早めるように形成されている。また、第２吸気
通路３１は、排気通路３２と排気ポート２０との連通期
間中の後半の一部において吸気ポート１９と連通・遮断
するように形成されている。

【００２６】また、シリンダヘッド１４には、燃焼室１
６内に吸入された混合ガスに点火するための点火プラグ
３３が設けられている。こうした構造を有するエンジン
１１にあっては、その動力を得るために、上記燃焼室１
６内において、吸入、圧縮、燃焼・膨張、排気の４行程
が順次繰り返し行われる。クランクシャフト１７が回転
するとその回転はタイミングベルト２８を介してタイミ
ングプーリ２６，２７に伝達され、吸気バルブ体２４及
び排気バルブ体２５が図３（ａ），（ｂ）に矢印Ａで示
すように回転する。図３（ａ）は排気行程の吸気バルブ
体及び排気バルブ体の状態を示し、図３（ｂ）は吸入行
程の吸気バルブ体及び排気バルブ体の状態を示す。図４
は排気行程及び吸入行程における吸気バルブ体及び排気
バルブ体の開口面積を示す。

【００２７】図３（ｂ）に示すように、吸入行程におい
て、クランクシャフト１７の回転によりピストン１５が
下降するとともに、吸気バルブ体２４の第１吸気通路３
０が吸気ポート１９に一致して連通状態となる。このと
き、第２吸気通路３１は吸気ポート１９から遮断されて
いる。排気バルブ体２５の排気通路３２は排気ポート２
０から遮断されている。従って、ピストン１５の下降に
よって燃焼室１６内には負圧が発生し、燃料噴射弁２２
から噴射された燃料とインテークマニホールド２１から
吸入された空気との混合ガスが、吸気ポート１９及び第
１吸気通路３０を通って燃焼室１６内に矢印Ｂに示すよ
うに吸入される。

【００２８】吸入行程の後、ピストン１５が上昇して圧
縮行程が実行される。圧縮行程において、吸気バルブ体
２４の第１及び第２吸気通路３０，３１は吸気ポート１
９から遮断されるとともに、排気バルブ２５の排気通路
３２は排気ポート２０から遮断されている。ピストン１
５が下死点から上動すると、燃焼室１６の容積は小さく
なり、同燃焼室１６内に充満した混合ガスが圧縮され
る。

【００２９】続く燃焼・膨張行程において、吸気バルブ
体２４の第１及び第２吸気通路３０，３１は吸気ポート
１９から遮断されるとともに、排気バルブ２５の排気通
路３２は排気ポート２０から遮断されている。点火プラ
グ３３から所定の点火時期にて火花が発火され、圧縮さ
れた混合ガスに点火される。これにより燃焼室１６内の
混合ガスは爆発し、同混合ガスの燃焼膨張によってピス
トン１５が下死点方向に押し下げられ、エンジン１１に
動力が付与される。

【００３０】図３（ａ）に示すように、排気行程におい
て、クランクシャフト１７の回転によりピストン１５が
上昇するとともに、排気バルブ体２５の排気通路３２が
排気ポート２０に一致して連通状態となる。従って、燃
焼室１６内の高温の排気ガスが排気ポート２０及び排気
通路３２を通って矢印Ｃに示すように排出される。排気
バルブ体２５はさらに回転し、排気通路３２が排気ポー
ト２０から遮断されると、排気行程が終了する。

【００３１】この排気行程の中間において、吸気バルブ
体２４の第２吸気通路３１が吸気ポート１９に連通状態
となる。そのため、燃焼室１６内の高温の排気ガスは第
２吸気通路３１を通って矢印Ｄに示すように吸気ポート
１９側にも押し出される。第２吸気通路３１と吸気ポー
ト１９との連通は、排気行程の終了前に終了する。

【００３２】従って、排気行程に続く吸入行程におい
て、図３（ｂ）に示すように、吸気バルブ体２４の第１
吸気通路３０が吸気ポート１９に一致して連通状態にな
ると、混合ガスが第１吸気通路３０を通って燃焼室１６
内に矢印Ｂに示すように吸入されるとともに、先の排気
行程で吸気ポート１９側に押し出された高温の排気ガス
が燃焼室１６内に還流されることとなる。この高温の排
気ガスによって燃焼室１６内に吸入された混合ガスの燃
料の霧化が促進される。従って、圧縮行程に続く燃焼・
膨張行程において良好な燃焼が得られ、燃費が向上され
るとともに、炭化水素（ＨＣ）ガス等の発生量が低減さ
れ、排気性能が向上される。

【００３３】従って、本実施形態によれば、以下の効果
を得ることができる。 ・ 本実施形態では、第１吸気通路３０及び第２吸気通
路３１を形成した吸気バルブ体２４及び排気通路３２を
形成した排気バルブ体２５を回転させるという簡単な構
成によって、吸気ポート１９及び排気ポート２０の連通
・遮断することができ、エンジン１１におけるバルブシ
ステムの小型化及び簡素化を図ることができる。

【００３４】・ 本実施形態では、排気行程中に、吸気
バルブ体２４の第２吸気通路３１を吸気ポート１９に連
通させて高温の排気ガスを吸気ポート１９に排出させ、
吸入行程において吸気バルブ体２４の第１吸気通路３０
を吸気ポート１９に連通させて先の排気行程において排
出された排気ガスを燃焼室１６内に還流させるようにし
た。そのため、従来のポペット型バルブを備えた動弁装
置で生じる問題を一切生じさせることなく、簡単な構成
のバルブシステムにて、大量の内部ＥＧＲを行うことが
でき、よって燃費向上を図り排気性能を向上することが
できるとともに、エンジン１１のトルク変動を低減する
ことができる。

【００３５】（第２実施形態）図５は第２実施形態のエ
ンジンの一部を示す。本エンジン３５は、シリンダヘッ
ド１４に回転可能に設けられた回転バルブ体としての吸
気バルブ体３６の構成が第１実施形態の吸気バルブ体２
４の構成と異なっている。

【００３６】すなわち、吸気バルブ体３６には矢印Ａ方
向への回転に伴って吸気ポート１９に連通可能な第１吸
気通路３７及び第２吸気通路３８が、同バルブ体３６の
軸線と直交するように形成されている。しかし、第１吸
気通路３７及び第２吸気通路３８は吸気バルブ体３６の
軸線に直交する同一平面内に形成されておらず、吸気バ
ルブ体３６の軸線方向に変位して形成されている。

【００３７】このような吸気バルブ体３６を用いる場合
には、吸気バルブ体３６に摺接する吸気ポート１９の開
口部を、第１吸気通路３７及び第２吸気通路３８の両外
端部間にわたる形状にすればよい。

【００３８】本実施形態のエンジン３５において、吸気
バルブ体３６は前記吸気バルブ体２４と同様に作用し、
第１実施形態と同様の効果を得ることができる。 （第３実施形態）第３実施形態を図６，図７に従って詳
細に説明する。

【００３９】図６は本実施形態のエンジン４０を示し、
本エンジン４０は、シリンダヘッド１４に回転可能に設
けられた回転バルブ体としての吸気バルブ体４１及び排
気バルブ体４２の構成が第１実施形態の吸気バルブ体２
４及び排気バルブ体２５の構成と異なっている。

【００４０】吸気バルブ体４１及び排気バルブ体４２は
図示しないタイミングプーリ、タイミングベルトを介し
てクランクシャフトと駆動連結されており、図６におい
て、吸気バルブ体４１及び排気バルブ体４２は矢印Ａで
示すように時計方向に回転されるようになっている。吸
気バルブ体４１及び排気バルブ体４２もクランクシャフ
トが２回転する間に半回転するようになっている。

【００４１】吸気バルブ体４１にはその回転に伴って吸
気ポート１９に連通可能な吸気通路４３が、同バルブ体
４１の軸線と直交するように形成されている。排気バル
ブ体４２にはその回転に伴って排気ポート２０に連通可
能な第１排気通路４４及び第２排気通路４５が、同バル
ブ体４２の軸線と直交するように形成されている。第１
排気通路４４及び第２排気通路４５は排気バルブ体４２
の軸線に直交する同一平面内に形成されている。第２排
気通路４５は排気バルブ体４２の回転方向において第１
排気通路４４の後方に形成されており、第１及び第２排
気通路４４，４５は前記排気ポート２０に対して同時に
は連通しない位置に形成されている。

【００４２】吸気通路４３及び第１排気通路４４は、吸
気通路４３と吸気ポート１９とが連通を開始するタイミ
ングを、第１排気通路４４と排気ポート２０とが連通を
終了するタイミングよりも早めるように形成されてい
る。また、第２排気通路４５は、吸気通路４３と吸気ポ
ート１９との連通期間中の後半の一部において排気ポー
ト２０と連通・遮断するように形成されている。

【００４３】こうした構造を有するエンジン４０にあっ
ては、その動力を得るために、上記燃焼室１６内におい
て、吸入、圧縮、燃焼・膨張、排気の４行程が順次繰り
返し行われる。クランクシャフトが回転するとその回転
はタイミングベルト及びタイミングプーリを介して伝達
され、吸気バルブ体４１及び排気バルブ体４２が図６
（ａ），（ｂ）に矢印Ａで示すように回転する。図６
（ａ）は排気行程の吸気バルブ体及び排気バルブ体の状
態を示し、図６（ｂ）は吸入行程の吸気バルブ体及び排
気バルブ体の状態を示す。図７は排気行程及び吸入行程
における吸気バルブ体及び排気バルブ体の開口面積を示
す。

【００４４】図６（ａ）に示すように、排気行程におい
て、クランクシャフトの回転によりピストンが上昇する
とともに、排気バルブ体４２の第１排気通路４４が排気
ポート２０に一致して連通状態となる。このとき、第２
排気通路４５は排気ポート２０との連通を開始していな
い。吸気バルブ体４１の吸気通路４３は吸気ポート１９
との連通を開始していない。従って、燃焼室１６内の高
温の排気ガスは第１排気通路４４及び排気ポート２０を
通って矢印Ｃに示すように排出される。排気バルブ体４
２はさらに回転し、第１排気通路４４が排気ポート２０
から遮断されると、排気行程が終了する。

【００４５】図６（ｂ）に示すように、吸入行程におい
て、クランクシャフトの回転によりピストンが下降する
とともに、吸気バルブ体４１の吸気通路４３が吸気ポー
ト１９に一致して連通状態となる。このとき、排気バル
ブ体４２の第１及び第２の排気通路４４，４５は排気ポ
ート２０から遮断されている。従って、ピストンの下降
によって燃焼室１６内には負圧が発生し、燃料と空気と
の混合ガスが、吸気ポート１９及び吸気通路４３を通っ
て燃焼室１６内に矢印Ｂに示すように吸入される。

【００４６】この吸入行程の中間において、排気バルブ
体４２の第２排気通路４５が排気ポート２０に連通状態
となる。そのため、先の排気行程で排気ポート２０に排
出された高温の排気ガスが第２排気通路４５を通って矢
印Ｅに示すように燃焼室１６内に還流されることとな
る。この高温の排気ガスによって燃焼室１６内に吸入さ
れた混合ガスの燃料の霧化が促進される。第２排気通路
４５と排気ポート２０との連通は、吸入行程の終了前に
終了する。

【００４７】吸入行程の後、ピストンが上昇して圧縮行
程が実行される。圧縮行程において、吸気バルブ体４１
の吸気通路４３は吸気ポート１９から遮断されるととも
に、排気バルブ４２の第１及び第２排気通路４４，４５
は排気ポート２０から遮断されている。ピストンが下死
点から上動すると、燃焼室１６の容積は小さくなり、同
燃焼室１６内に充満した混合ガスが圧縮される。

【００４８】続く燃焼・膨張行程において、吸気バルブ
体４１の吸気通路４３は吸気ポート１９から遮断される
とともに、排気バルブ４２の第１及び第２排気通路４
４，４５は排気ポート２０から遮断されている。点火プ
ラグ３３から所定の点火時期にて火花が発火され、圧縮
された混合ガスに点火される。これにより燃焼室１６内
の混合ガスは爆発し、同混合ガスの燃焼膨張によってピ
ストンが下死点方向に押し下げられ、エンジン４０に動
力が付与される。燃焼室１６内の混合ガスの燃料は吸入
行程において還流された高温の排気ガスによって霧化さ
れているので、混合ガスの良好な燃焼が得られ、燃費が
向上されるとともに、炭化水素（ＨＣ）ガス等の発生量
が低減され、排気性能が向上される。

【００４９】従って、本実施形態によれば、以下の効果
を得ることができる。 ・ 本実施形態では、吸気通路４３を形成した吸気バル
ブ体４１及び第１排気通路４４及び第２排気通路４５を
形成した排気バルブ体４２を回転させるという簡単な構
成によって、吸気ポート１９及び排気ポート２０の連通
・遮断することができ、エンジン４０におけるバルブシ
ステムの小型化及び簡素化を図ることができる。

【００５０】・ 本実施形態では、吸入行程中に、排気
バルブ体４２の第２排気通路４５を排気ポート２０に連
通させて先の排気行程において排出された排気ガスを燃
焼室１６内に還流させるようにした。そのため、従来の
ポペット型バルブを備えた動弁装置で生じる問題を一切
生じさせることなく、簡単な構成のバルブシステムに
て、大量の内部ＥＧＲを行うことができ、よって燃費向
上を図り排気性能を向上することができるとともに、エ
ンジン４０のトルク変動を低減することができる。

【００５１】（第４実施形態）第４実施形態を図８，図
９に従って詳細に説明する。図８は本実施形態のエンジ
ン５０の概略平断面図である。本エンジン５０は、シリ
ンダヘッド１４に回転可能に設けられた吸気バルブ体２
４を軸線方向において位置切り替えする制御手段を設け
た点において第１実施形態のエンジン１１の構成と異な
っている。

【００５２】本実施形態において、吸気バルブ体２４は
シリンダヘッド１４に対して回転可能に支持されるとと
もに、同バルブ体２４の軸線方向へ移動可能に設けられ
ている。排気バルブ体２５はシリンダヘッド１４に対し
て回転可能に支持されているが、同バルブ体２５の軸線
方向には移動不可能に設けられている。

【００５３】図９に示すように、本実施形態において、
吸気バルブ体２４に形成された第２吸気通路３１の開口
部の軸線方向の寸法は吸気ポート１９の寸法よりも若干
小さく形成されており、第１吸気通路３０の開口部の軸
線方向寸法は第２吸気通路３１の開口部の軸線方向寸法
のほぼ２倍に設定されている。

【００５４】そして、吸気バルブ体２４は同バルブ体２
４の軸線方向において実線で示す作用位置と、鎖線で示
す退避位置とに位置を切り替え可能に設けられている。
吸気バルブ体２４が実線で示す作用位置に配置された状
態では、第１及び第２吸気通路３０，３１は吸気ポート
１９に対応する。そのため、同バルブ体２４の矢印Ａ方
向への回転に伴って第２吸気通路３１及び第１吸気通路
３０が順次吸気ポート１９に連通・遮断可能である。逆
に、吸気バルブ体２４が鎖線で示す退避位置に配置され
た状態では、第１吸気通路３０は吸気ポート１９に対応
するが、第２吸気通路３１は吸気ポート１９から外れ
る。そのため、同バルブ体２４の矢印Ａ方向への回転に
伴って第１吸気通路３０は吸気ポート１９に連通・遮断
可能であるが、第２吸気通路３１は吸気ポート１９に連
通不能となる。

【００５５】吸気バルブ体２４の一端部に設けられたタ
イミングプーリ５１は、吸気バルブ体２４に対して相対
回動不能であるが、同バルブ体２４の軸線方向において
相対移動可能に設けられている。吸気バルブ体２４及び
排気バルブ体２５はタイミングプーリ５１，２７及びタ
イミングベルト２８（又はタイミングチェーン）を介し
てクランクシャフトと駆動連結されており、クランクシ
ャフトの回転に伴って吸気バルブ体２４及び排気バルブ
体２５は時計方向に回転される。

【００５６】また、吸気バルブ体２４の他端部にはスラ
スト軸受け５２を介して同吸気バルブ体２４の軸線方向
の位置を切り替える制御手段としてのアクチュエータ５
３が配設されている。このアクチュエータ５３は油圧に
よって駆動され、その近傍には同アクチュエータ５３を
駆動するオイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）５９が配
設されている。ＯＣＶ５９はエンジン５０を制御するエ
ンジンコントローラによって、エンジン５０の運転状
態、例えばエンジンの負荷状態に基づいて制御される。

【００５７】アクチュエータ５３のハウジング５４内に
はピストン５５が摺動可能に収容され、ハウジング５４
内にはピストン５５の両側に第１圧力室５６及び第２圧
力室５７が形成されている。ピストン５５に固着された
ピストンロッド５５Ａは第２圧力室５７側からハウジン
グ５４外に突出され、同ロッド５５Ａの先端に前記スラ
スト軸受け５２が設けられている。第１圧力室５６及び
第２圧力室５７には前記ＯＣＶ５９によって油圧が与え
られるようになっている。第２圧力室５７内にはピスト
ン５４とハウジング５４の内面との間にバネ５８が介在
されており、同バネ５８はピストンロッド５５Ａが没入
する方向にピストン５４を付勢している。

【００５８】従って、ＯＣＶ５９によって第２圧力室５
７に油圧が与えられるとともに、第１圧力室５６に油圧
が与えられない状態では、ピストン５５は第１圧力室５
６側に移動してピストンロッド５５Ａが没入する。この
ため、吸気バルブ体２４は図９に実線で示すように、第
１及び第２吸気通路３０，３１が吸気ポート１９に連通
可能な作用位置に配置される。

【００５９】逆に、ＯＣＶ５９によって第１圧力室５６
に油圧が与えられるとともに、第２圧力室５７に油圧が
与えられない状態では、ピストン５５はバネ５８の付勢
力に抗して第２圧力室５７側に移動してピストンロッド
５５Ａが突出する。このため、吸気バルブ体２４は図９
に鎖線で示すように、第２吸気通路３１が吸気ポート１
９に連通不能な退避位置に配置される。

【００６０】従って、本実施形態によれば、第１実施形
態の効果に加えて、吸気バルブ体２４を退避位置に移動
させることにより、第２吸気通路３１を吸気ポート１９
に連通不能にすることができ、エンジン５０の所望の運
転状態に応じて内部ＥＧＲを行わなくすることができ
る。

【００６１】（第５実施形態）第５実施形態を図１０に
従って詳細に説明する。本実施形態のエンジン６０は、
シリンダヘッド１４に回転可能に設けられた回転バルブ
体としての円柱状の吸気バルブ体６１及び排気バルブ体
６２の構成が第１実施形態の吸気バルブ体２４及び排気
バルブ体２５の構成と異なっている。

【００６２】すなわち、シリンダヘッド１４に形成され
た吸気ポート１９は吸気バルブ体６１の両側において屈
曲されており、排気ポート２０は排気バルブ６２の両側
において屈曲している。排気バルブ体６１及び排気バル
ブ体６２は図示しないタイミングプーリ、タイミングベ
ルトを介してクランクシャフトと駆動連結されており、
図１０において、吸気バルブ体６１及び排気バルブ体６
２は矢印Ａで示すように時計方向に回転されるようにな
っている。吸気バルブ体６１及び排気バルブ体６２はク
ランクシャフトが２回転する間に１回転するようになっ
ている。

【００６３】吸気バルブ体６１にはその回転に伴って前
記吸気ポート１９に連通可能な第１吸気通路６３及び第
２吸気通路６４が形成されている。第１吸気通路６３及
び第２吸気通路６４は吸気バルブ体６１の軸線に直交す
る同一平面内に形成されるとともに、同バルブ体６１の
中央部付近にて屈曲されている。第２吸気通路６４は吸
気バルブ体６１の回転方向において第１吸気通路６３の
前方に形成されており、第１及び第２吸気通路６３，６
４は前記吸気ポート１９に対して同時には連通しない位
置に形成されている。

【００６４】排気バルブ体６２にはその回転に伴って前
記排気ポート２０に連通可能な排気通路６５が同バルブ
体６２の軸線と直交するように形成され、排気通路６５
は排気バルブ体６２の中央部付近にて屈曲されている。

【００６５】第１吸気通路６３及び排気通路６５は、第
１吸気通路６３と吸気ポート１９とが連通を開始するタ
イミングを、排気通路６５と排気ポート２０とが連通を
終了するタイミングよりも早めるように形成されてい
る。また、第２吸気通路６４は、排気通路６５と排気ポ
ート２０との連通期間中の後半の一部において吸気ポー
ト１９と連通・遮断するように形成されている。

【００６６】こうした構造を有するエンジン６０におい
ても、その動力を得るために、上記燃焼室１６内におい
て、吸入、圧縮、燃焼・膨張、排気の４行程が順次繰り
返し行われる。クランクシャフトが回転するとその回転
はタイミングベルト及びタイミングプーリを介して伝達
され、吸気バルブ体６１及び排気バルブ体６２が図１０
（ａ），（ｂ）に矢印Ａで示すように回転する。なお、
吸気バルブ体６１及び排気バルブ体６２はクランクシャ
フトが２回転する間に１回転する。図１０（ａ）は排気
行程の吸気バルブ体及び排気バルブ体の状態を示し、図
１０（ｂ）は吸入行程の吸気バルブ体及び排気バルブ体
の状態を示す。

【００６７】本実施形態において、吸気バルブ体６１及
び排気バルブ体６２は第１実施形態の吸気バルブ体２４
及び排気バルブ体２５と同様に作用する。そのため、本
実施形態のエンジン６０においても、第１実施形態のエ
ンジン１１と同様の効果を得ることができる。

【００６８】なお、実施の形態は次のように変更しても
よい。 （１）第１実施形態において、排気バルブ体２５に替え
て、第３実施形態の排気バルブ体４２を用いてもよい。
このようにすれば、内部ＥＧＲ量をより増加することが
できる。

【００６９】（２）第３実施形態における排気バルブ体
４２の第１排気通路４４，４５を排気バルブ体４２の軸
線に直交する同一平面内に形成せず、排気バルブ体４２
の軸線方向に変位して形成してもよい。このような排気
バルブ体４２を用いる場合には、排気バルブ体４２に摺
接する排気ポート２０の開口部を、第１排気通路４４及
び第２排気通路４５の両外端部間にわたる形状にすれば
よい。

【００７０】（３）第３実施形態における排気バルブ体
４２を、その軸線方向において、第２排気通路４５が排
気ポート２０に連通可能な作用位置と、排気ポート２０
に連通不能な退避位置とに位置切り替え可能に設けると
ともに、第４実施形態におけるアクチュエータ５３を設
けて排気バルブ体４２を作用位置と退避位置とに切り替
えるようにしてもよい。このようにすれば、内燃機関の
所望の運転状態に応じて内部ＥＧＲを行わなくすること
ができる。

【００７１】（４）第４実施形態において、排気バルブ
体２５に替えて、第３実施形態の排気バルブ体４２を用
いるとともに、この排気バルブ体４２を、その軸線方向
において、第２排気通路４５が排気ポート２０に連通可
能な作用位置と、排気ポート２０に連通不能な退避位置
とに位置切り替え可能に設ける。そして、アクチュエー
タ５３によって排気バルブ体４２を作用位置と退避位置
とに切り替えるようにしてもよい。この場合、吸気バル
ブ２４及び排気バルブ体４２に対応してそれぞれアクチ
ュエータ５３を設けてもよいし、吸気バルブ２４及び排
気バルブ体４２に対して共通のアクチュエータ５３を設
けてもよい。

【００７２】（５）第５実施形態において、吸気バルブ
体６１の第２吸気通路６４を省略するとともに、排気バ
ルブ体６２に対して排気通路６５の後方に第２排気通路
を形成してもよい。

【００７３】（６）第５実施形態において、排気バルブ
体６２に替えて、第１及び第２排気通路を備えた排気バ
ルブ体を用いてもよい。このようにすれば、内部ＥＧＲ
量をより増加することができる。

【００７４】（７）上記第１〜第３実施形態及び上記
（１）〜（６）ではポート噴射エンジンに具体化した
が、燃焼室１６内に燃料を噴射するようにした直噴エン
ジンに具体化してもよい。

【００７５】（８）上記第１〜第３実施形態及び上記
（１）〜（７）ではガソリンエンジンのバルブシステム
に具体化したが、ディーゼルエンジンのバルブシステム
に具体化してもよい。

【００７６】次に、上記各実施形態から把握できる他の
技術的思想を、以下に記載する。 （イ） 燃焼室への吸気を行うための吸気ポートと、燃
焼室から排気ガスの排気を行うための排気ポートと、前
記吸気ポート及び排気ポートをそれぞれ所定のタイミン
グで連通・遮断して吸気及び排気を制御するバルブシス
テムとを備える内燃機関において、前記バルブシステム
は、前記吸気ポート上及び排気ポート上に円柱状の回転
バルブ体を回転可能に設け、該回転バルブ体にはその回
転に伴って前記吸気ポートに連通可能な第１吸気通路及
び排気ポートに連通可能な第１排気通路形成し、該回転
バルブ体の回転方向の前方に前記吸気ポートに連通可能
な第２吸気通路を形成するとともに、該回転バルブ体の
回転方向の後方に前記排気ポートに連通可能な第２排気
通路を形成し、前記回転バルブ体の第１吸気通路及び第
１排気通路は、第１吸気通路と吸気ポートとが連通を開
始するタイミングを、第１排気通路と排気ポートとが連
通を終了するタイミングよりも早めるように形成され、
第２吸気通路は、第１排気通路と排気ポートとの連通期
間中の一部において吸気ポートと連通・遮断し、第２排
気通路は、第１吸気通路と吸気ポートとの連通期間中の
一部において排気ポートと連通・遮断するように形成さ
れている内燃機関。

【００７７】（ロ） 上記（イ）に記載の内燃機関にお
いて、前記回転バルブ体は、軸方向に移動自在に配設さ
れ、前記第２吸気通路又は第２排気通路が、前記吸気ポ
ート又は排気ポートに連通可能な作用位置と、前記吸気
ポート又は排気ポートに連通不能な退避位置とに位置切
替可能に設けられている内燃機関。

【００７８】

【発明の効果】請求項１又は２に記載の発明によれば、
簡単な構成の回転バルブ体を有するバルブシステムによ
って大量内部ＥＧＲを行って燃費向上及び排気性能向上
を図ることができる。

【００７９】請求項３に記載の発明によれば、請求項１
又は２に記載の発明の効果に加えて、回転バルブ体を退
避位置に切り替えることにより、内燃機関の所望の運転
状態に応じて内部ＥＧＲの実行をなくすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態のエンジンを示す概略断面図。

【図２】同じくシリンダヘッドにおける平断面図。

【図３】（ａ）排気行程の吸気バルブ体及び排気バルブ
体の状態を示す断面図、（ｂ）吸入行程の吸気バルブ体
及び排気バルブ体の状態を示す断面図。

【図４】排気行程及び吸入行程における吸気バルブ体及
び排気バルブ体の開口面積を示す説明図。

【図５】（ａ）第２実施形態のエンジンを示す部分断面
図、（ｂ）同じく吸気バルブ体を示す部分平面図。

【図６】（ａ）第３実施形態のエンジンの排気行程の吸
気バルブ体及び排気バルブ体の状態を示す断面図、
（ｂ）同じく吸入行程の吸気バルブ体及び排気バルブ体
の状態を示す断面図。

【図７】排気行程及び吸入行程における吸気バルブ体及
び排気バルブ体の開口面積を示す説明図。

【図８】第４実施形態のエンジンのシリンダヘッドにお
ける平断面図。

【図９】同じく吸気バルブ体を示す部分平面図。

【図１０】（ａ）第５実施形態のエンジンの排気行程の
吸気バルブ体及び排気バルブ体の状態を示す断面図、
（ｂ）同じく吸入行程の吸気バルブ体及び排気バルブ体
の状態を示す断面図。

【符号の説明】

１６…燃焼室、１９…吸気ポート、２０…排気ポート、
２４，３６，４１，６１…回転バルブ体としての吸気バ
ルブ体、２５，４２，６２…回転バルブ体としての排気
バルブ体、３０，３７，６３…第１吸気通路、３１，３
８，６４…第２吸気通路、３２…排気通路、４３…吸気
通路、４４…第１排気通路、４５…第２排気通路。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０Ｑ ５８０ ５８０Ｃ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼室への吸気を行うための吸気ポート
   と、燃焼室から排気ガスの排気を行うための排気ポート
   と、前記吸気ポート及び排気ポートをそれぞれ所定のタ
   イミングで連通・遮断して吸気及び排気を行うバルブシ
   ステムとを備える内燃機関において、 前記バルブシステムは、前記吸気ポート上及び排気ポー
   ト上に円柱状の回転バルブ体を回転可能に設け、該回転
   バルブ体にはその回転に伴って前記吸気ポートに連通可
   能な第１吸気通路及び排気ポートに連通可能な排気通路
   を形成するとともに、該回転バルブ体の回転方向の前方
   に前記吸気ポートに連通可能な第２吸気通路を形成し、 前記回転バルブ体の第１吸気通路及び排気通路は、第１
   吸気通路と吸気ポートとが連通を開始するタイミング
   を、排気通路と排気ポートとが連通を終了するタイミン
   グよりも早めるように形成されるとともに、第２吸気通
   路は、排気通路と排気ポートとの連通期間中の一部にお
   いて吸気ポートと連通・遮断するように形成されている
   内燃機関。
2. 【請求項２】 燃焼室への吸気を行うための吸気ポート
   と、燃焼室から排気ガスの排気を行うための排気ポート
   と、前記吸気ポート及び排気ポートをそれぞれ所定のタ
   イミングで連通・遮断して吸気及び排気を行うバルブシ
   ステムとを備える内燃機関において、 前記バルブシステムは、前記吸気ポート上及び排気ポー
   ト上に円柱状の回転バルブ体を回転可能に設け、該回転
   バルブ体にはその回転に伴って前記吸気ポートに連通可
   能な吸気通路及び排気ポートに連通可能な第１排気通路
   を形成するとともに、該回転バルブ体の回転方向の後方
   に前記排気ポートに連通可能な第２排気通路を形成し、 前記回転バルブ体の吸気通路及び第１排気通路は、吸気
   通路と吸気ポートとが連通を開始するタイミングを、第
   １排気通路と排気ポートとが連通を終了するタイミング
   よりも早めるように形成されるとともに、第２排気通路
   は、吸気通路と吸気ポートとの連通期間中の一部におい
   て排気ポートと連通・遮断するように形成されている内
   燃機関。
3. 【請求項３】 請求項１及び２のいずれかに記載の内燃
   機関において、 前記回転バルブ体は、その軸線方向において、前記第２
   吸気通路又は第２排気通路が、前記吸気ポート又は排気
   ポートに連通可能な作用位置と、前記吸気ポート又は排
   気ポートに連通不能な退避位置とに位置切り替え可能に
   設けられている内燃機関。