JP2006194122A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関において、ガス交換時の吸排気弁の抵抗を減少させる技術を提供する。
【解決手段】傘部６１および軸部６２からなる吸気弁６および／または排気弁と、軸部６２の中心軸を中心として該軸部６２を回転させる回転機構５０と、を備え、傘部６１と軸部６１とを所定の角度Ｄで結合する。吸気弁６および／または排気弁が開弁するに従い、傘部６１が回転するので、ポート４開口部に対する傘部６１の投影面積が減少し、通路面積が拡大される。
【選択図】図５

Description

本発明は、内燃機関に関する。

吸気弁の軸部と傘部とが所定の角度を持って結合されることにより、開弁時の開口面積を増大させると共に、スワールを強くさせる技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
実開平３−１７１０５号公報 実開昭５９−１３５３３５号公報 実開昭６３−１５４７０６号公報

しかし、軸部と傘部とに持たせる角度には内燃機関の構造上限度があり、軸部と傘部とに所定の角度を持たせて結合しただけでは、開弁時になお傘部が吸気の流入を阻害する。そのため、ガス流量の低下を避けることができず、またポンプ損失が大きくなり、燃費の低下を招くおそれがあった。そのため、内燃機関のガス交換時の抵抗をより小さくすることが望まれる。

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関において、ガス交換時の吸排気弁の抵抗を減少させる技術を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために本発明による内燃機関は、
傘部および軸部からなる吸気弁および／または排気弁と、
前記軸部の中心軸を中心として該軸部を回転させる回転機構と、
を備え、
前記傘部と前記軸部とが所定の角度で結合されることを特徴とする。

前記吸気弁および／または排気弁は、軸部の軸方向に力を加えることにより、該軸部と結合している傘部が移動して、開弁若しくは閉弁する。

また、前記傘部と前記軸部とは所定の角度で結合されている。そして、前記軸部の中心軸と、ポート開口部の中心軸とが平行でなければ、ポート開口部の中心軸方向と異なる方向に傘部を移動させることができ、ガス交換時に傘部に当たるガスの量が減少し、ガス交換時の吸排気弁の抵抗を減少させることができる。

このような吸気弁および／または排気弁の開弁時に、回転機構により吸気弁および／または排気弁を回転させると、ポート開口部に対する傘部の角度が変化する。すなわち、吸気弁および／または排気弁が開弁するに従い、傘部が回転するので、ポート開口部に対する傘部の投影面積が減少し、通路面積が拡大される。これにより、傘部による抵抗を減少させることができる。

本発明においては、前記吸気弁および／または排気弁のリフト量を変更可能な可変動弁機構をさらに備え、内燃機関の運転状態に基づいて前記可変動弁機構は前記吸気弁および／または排気弁のリフト量を変更することができる。

すなわち、吸気弁および／または排気弁のリフト量が変わると、吸気の流入方向および／または排気の流出方向に対する傘部の角度が変わり、吸気の流入方向や流入速度および／または排気の流出方向や流出速度が変わる。そのため、吸気弁および／または排気弁のリフト量を調整することにより、吸気の流入方向や流入速度および／または排気の流出方向や流出速度を変更することができ、スワールの強さおよび／または向きを変更することが可能となる。また、吸気弁および／または排気弁のリフト量を変更することにより、傘部による抵抗を変更することが可能となる。

本発明においては、内燃機関の運転状態に基づいて前記回転機構は軸部の回転角度を変更することができる。

すなわち、軸部の回転角度が変わると、吸気の流入方向および／または排気の流出方向に対する傘部の角度が変わり、吸気の流入方向や流入速度および／または排気の流出方向や流出速度が変わる。そのため、吸気弁および／または排気弁のリフト量を調整することにより、吸気の流入方向や流入速度および／または排気の流出方向や流出速度を変更することができ、スワールの強さおよび／または向きを変更することが可能となる。また、吸気弁および／または排気弁の回転角度を変更することにより、傘部による抵抗を変更することが可能となる。

本発明に係る内燃機関では、ガス交換時の吸排気弁の抵抗を減少させることができる。

以下、本発明に係る内燃機関の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。

図１は、本実施例に係る内燃機関１の概略構成を示す図である。

内燃機関１は、シリンダヘッド２およびシリンダブロック３を備えて構成されている。シリンダヘッド２には、吸気ポート４が形成されている。また、シリンダブロック３には、シリンダ５が形成されている。そして、吸気ポート４は、シリンダ５内に通じている。

吸気ポート４のシリンダ５への開口部には、吸気弁６が備えられている。吸気弁６は、傘部６１および軸部６２を備えて構成されている。また、傘部６１の端部は、吸気弁６の閉弁時にシリンダ５内に臨み、該端部は吸気ポート４の断面積よりも大きな断面積を持っている。そして、傘部６１のシリンダ５内に臨む面（以下、シリンダ向面６１０という。）に対して軸部６２が所定の角度Ｄで結合されている。

シリンダヘッド２には、軸部６２を保持するバルブガイド７が取り付けられている。このバルブガイド７内を軸部６２が進退する。軸部６２の端部には、円盤状のリテーナ１１が固定されている。そして、コイル内部に軸部６２を通すようにバルブスプリング８が取り付けられている。バルブスプリング８の一端は、リテーナ１１と接触し、他端はシリンダヘッド２に接触している。バルブスプリング８は、伸長することによりリテーナ１１を押して軸部６２をシリンダ５から離れる方向（図１の左上方向）に移動させて、吸気弁６を閉弁させる。

そして、シリンダヘッド２には、軸部６２の端部に接触し、該軸部を図１の左方向に回転移動させるカム９が取り付けられている。また、吸気ポート４のシリンダ５への開口部におけるシリンダヘッド２には、バルブシート１０が圧入されている。

ここで、図２は、吸気弁６の開弁時の状態を横から見たときの図である。また、図３は、吸気弁６の開弁時の状態を上から見たときの図である。カム９が回転することにより、バルブスプリング８を縮めつつ軸部６２が移動させられ、吸気弁６が開弁される。これにより、傘部６１とバルブシート１０との間に隙間ができる。この隙間を空気が通過してシリンダ５内に空気が流入する。図３では、吸気の流れを矢印で示している。特に、吸気ポート４からシリンダ５内に流入するときの吸気の流れを白抜き矢印で示している。

そして、本実施例においては、傘部６１と軸部６２とが所定の角度Ｄを持って形成され、さらに軸部６２は吸気ポート４の開口部の中心軸に対して角度を持って設置されているので、吸気弁６の開弁時に傘部６１が吸気ポート４の開口部に対して横方向に移動する。

そして、軸部６２の傘部６１に対する結合角度が浅くなるほど、傘部６１の吸気ポート４の開口部に対する横方向へのずれが大きくなり、吸気ポート４の開口部に対する傘部６１の投影面積が小さくなる。

このように、傘部６１の中心部の横方向への移動量が大きくなるほど、傘部６１の吸気ポート４開口部における投影面積が小さくなり、傘部６１において流入空気が当たる面積が小さくなるので、シリンダ５内へ空気が流入するときの抵抗が小さくなる。

また、吸気ポート４からシリンダ５に吸気が流入する際には、抵抗の少ない部分、すなわち傘部６１が横方向にずれて傘部６１とバルブシート１０との間の隙間が大きくなった箇所に多くの吸気が流れるので、スワールを発生させることができる。そして、傘部６１の傾きＤが異なると、スワールの強さ（回転速度）も異なり、シリンダ５内に流入するときに傘部６１に当たった空気の流れる方向や量も異なる。

以上のことから、内燃機関１の設計時に該内燃機関１の用途や使用状態を考慮して、軸部６２と傘部６１との結合角度を設定すれは、適正なスワールの強さを得ることができるとともに吸気抵抗を減少することができる。

また、吸気ポート４からシリンダ５内に流入するガスの方向が、吸気ポート近傍のシリンダ５の接線と平行となるように傘部６の移動方向を設定しておけば、吸気をシリンダ５の壁面に沿って流すことができ、スワールの強さを向上させることもできる。

なお、本実施例においては吸気弁６を例に挙げて説明したが、排気弁であっても同様に適用することができる。排気弁の場合には、排気が流出する際の空気の流れ方向を傘部の位置や角度により変更して、スワールの強さや向きを調整することができる。以下に説明する実施例においても同様に適用することができる。

以上説明したように、本実施例によれば、シリンダ５に空気が流入するときの抵抗を減少させることができ、適正なスワールを発生させることもできる。

本実施例においては、シリンダヘッド２に、軸部６２を該軸部６２の中心軸を中心に回転させる回転機構５０を備えている点で実施例１と異なる。

ここで、図４は、本実施例による回転機構５０の概略構成を表す図である。

回転機構５０は、シリンダヘッド２側に設置された螺旋状の面１１０と、この螺旋状の面１１０の中心軸を通る軸部６２と、軸部６２の中心軸に対して直角に突出し且つ螺旋状の面１１０上を摺動する突起６３と、からなる。そして、軸部６２の進退と共に突起６３
が螺旋状の面１１０に沿って進むことにより、軸部６２を回転させる。

また、回転機構５０は、軸部６２に雄ねじを形成し、バルブガイド７に軸部６２の雄ねじと螺合する雌ねじを形成することにより、軸部６２の進退と共に軸部６２をねじにより回転させるようにしてもよい。

次に、図５は、回転機構５０により吸気弁６が回転されつつ開弁されたときの状態を横から見た図である。また、図６は、回転機構５０により吸気弁６が回転されつつ開弁されたときの状態を上から見た図である。図６では、吸気の流れを矢印で示している。特に、吸気ポート４からシリンダ５内に流入するときの吸気の流れを白抜き矢印で示している。

実施例１と同様に、傘部６１のシリンダ向面６１０に対して軸部６２が所定の角度Ｄで結合されているので、吸気弁６の開弁と共に、傘部６１は吸気ポート４の開口部に対して横方向にずれる。そのため、吸気ポート４の開口部に対する傘部６１の投影面積が減少する。そして、本実施例では、さらに回転機構５０により吸気弁６が回転させられる。傘部６１と軸部６２とが所定の角度Ｄで結合されているので、吸気ポート４開口部の中心軸に対する傘部６１のシリンダ向面６１０の角度が吸気弁６の回転と共に小さくなる。そして、軸部６２が９０度回転すると、傘部６１のシリンダ向面６１０は吸気ポート４開口部の中心軸と平行となり、傘部６１の吸気ポート４の開口部に対する投影面積が最小となる。

このように、本実施例によれば吸気ポート４の開口部に対する傘部６１の投影面積をさらに減少させることができる。

また、吸気弁６の回転角度を可変として、該吸気弁６の回転角度を調整することにより、スワールの強さや向き、さらにはシリンダ５内に流入する空気量を調整することができる。例えば、内燃機関１の運転状態に応じた吸気弁６の回転角度を予め実験等により求めてマップ化しておき、該マップに内燃機関１の運転状態を代入して吸気弁６の回転角度を得ることができる。

また、吸気ポート４からシリンダ５内に流入するガスの方向が、吸気ポート近傍のシリンダ５の接線と平行となるように傘部６の移動方向および回転角度を設定しておけば、吸気をシリンダ５の壁面に沿って流すことができ、スワールの強さを向上させることもできる。

ここで、図７は、回転角度を可変とした回転機構５０の概略構成図である。実線は回転角度が最大のとき、破線は回転角度が最小のときの螺旋状の面１１０を示している。軸部６２に対する螺旋状の面１１０の角度を変えることにより、軸部６２の軸方向の移動距離に対する回転角度を変更している。これにより、吸気弁６の最大リフト時における該吸気弁６の回転角度を変更することができる。

本実施例においては、吸気側カムおよび排気側カムのリフト量および／または作用角を変更可能な可変動弁機構１００を備えている点で実施例１および２と異なる。

ここで、図８は、本実施例に係る内燃機関１の概略構成を表す図である。

本実施例による内燃機関１は、例えば特開２００１−２６３０１５号公報に記載されているような、吸気側カムおよび排気側カムのリフト量および／または作用角を変更可能な可変動弁機構１００を備えている。その他、ハードウェアについては、実施例１若しくは２と共通なので説明を省略する。

ここで、前記実施例１若しくは２で説明したように、傘部６１の中心部の横方向への移動量が大きくなるほど、若しくは吸気弁６の回転角度が９０度に近づくほど、傘部６１の吸気ポート４開口部における投影面積が小さくなり、流入空気が当たる面積が小さくなるので、シリンダ５内へ空気が流入するときの抵抗が小さくなる。

さらに、吸気弁６の回転角度が異なると、スワールの強さ（回転速度）も異なり、また、シリンダ５内に流入するときに傘部６１に当たった空気の流れる方向や量も異なる。

そして、可変動弁機構１００により吸気弁６のリフト量および／または作用角を変更すると、傘部６１の中心部の横方向への移動量が変化するため、シリンダ５内へ空気が流入するときの抵抗、スワールの強さや向きが変化する。そのため、内燃機関１の回転数や負荷等の運転状態に応じて吸気弁６のリフト量および／または作用角を変更することにより、その運転状態における適正な吸気抵抗やスワールの強さ、向きを得ることができる。内燃機関１の運転状態と吸気弁６のリフト量および／または作用角との関係は予め実験等により求めてマップ化しておく。そして、内燃機関１の運転状態を検出して該マップに代入することにより、吸気弁６のリフト量および／または作用角を得ることができる。

以上のことから、内燃機関１の設計時に該内燃機関１の用途や使用状態を考慮して、軸部６２と傘部６１との結合角度、吸気弁６の回転角度、吸・排気弁のリフト量および／または作用角を設定すれは、適正なスワールの強さを得ることができるとともに吸気抵抗を減少することができる。

本実施例においては、１シリンダ当たり２つの吸気弁６を備えた内燃機関１について説明する。その他ハードウェアについては、実施例２若しくは３と共通なので説明を省略する。

図９は、本実施例に係る内燃機関１の概略構成を示した図である。

２つの吸気弁６は、開弁時の回転角度がそれぞれ異なる。このように、傘部６１の回転角度をそれぞれ異ならせることにより、各吸気ポート４からシリンダ５内へ流入する空気の進行方向を調整することができ、それぞれの吸気ポートからシリンダ５内に流入した空気が干渉することを抑制できる。

例えば、シリンダ５の上方向から見たときに、それぞれの吸気ポート４から流入するガスが、吸気ポート近傍のシリンダ５の接線と平行となるように調整する。そして、シリンダ５の横方向から見たときに、一方の吸気ポート４から流入するガスが水平に近い方向を向くように調整し、他方の吸気ポート４から流入するガスが、一方の吸気ポート４から流入するガスの下側を流れるように調整する。

これにより、異なる吸気ポート４からシリンダ５内に流入する空気により層状のスワールを発生させることができる。また、各吸気ポート４からシリンダ５内に流入する空気の進行方向を同一とすることにより、スワールをより強くすることができる。

それぞれの吸気弁６の回転角度と内燃機関１の運転状態との関係は、予め実験等により求めてマップ化しておく。このマップに内燃機関１の運転状態を代入してそれぞれの吸気弁６の回転角度を得る。

排気弁についても同様に、開弁時の回転角度を異ならせることにより、スワールを強く
することができる。

さらに、吸気側カムおよび排気側カムのリフト量および／または作用角を変更して、スワールの強さや向きを調整するようにしてもよい。

実施例１に係る内燃機関の概略構成を示す図である。 実施例１に係る吸気弁の開弁時の状態を横から見たときの図である。 実施例１に係る吸気弁の開弁時の状態を上から見たときの図である。 実施例２による回転機構の概略構成を表す図である。 回転機構により吸気弁が回転されつつ開弁されたときの状態を横から見た図である。 回転機構により吸気弁が回転されつつ開弁されたときの状態を上から見た図である。 回転角度を可変とした回転機構の概略構成図である。 実施例３に係る内燃機関の概略構成を表す図である。 実施例４に係る内燃機関の概略構成を示した図である。

符号の説明

１ 内燃機関
２ シリンダヘッド
３ シリンダブロック
４ 吸気ポート
５ シリンダ
６ 吸気弁
７ バルブガイド
８ バルブスプリング
９ カム
１０ バルブシート
１１ リテーナ
５０ 回転機構
６１ 傘部
６２ 軸部
６３ 突起
１００ 可変動弁機構
１１０ 螺旋状の面
６１０ シリンダ向面

Claims (3)

1. 傘部および軸部からなる吸気弁および／または排気弁と、
   前記軸部の中心軸を中心として該軸部を回転させる回転機構と、
   を備え、
   前記傘部と前記軸部とが所定の角度で結合されることを特徴とする内燃機関。
2. 前記吸気弁および／または排気弁のリフト量を変更可能な可変動弁機構をさらに備え、内燃機関の運転状態に基づいて前記可変動弁機構は前記吸気弁および／または排気弁のリフト量を変更することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 内燃機関の運転状態に基づいて前記回転機構は軸部の回転角度を変更することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関。

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