JP2006233815A - 内燃機関の動弁機構 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、弁体がステムに対して可動自在に連結された吸気弁および／または排気弁において、弁体を特定の方向へ安定して傾斜させることが可能な技術を提供することを課題とする。
【解決手段】 本発明は、ステム６０と弁体６１が別体で形成され且つ弁体６１がステム６０に対して可動自在に連結された動弁機構において、ステム６０と弁体６１の連結位置を弁体６１の重心６３からオフセットさせることにより、弁体６１が開閉動作する際に発生する慣性力を利用して弁体６１を常に一定方向へ可動させるようにしたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の動弁機構に関する。

内燃機関の動弁機構としては、吸気弁のステムと弁体（弁傘部）が別体で形成され、それらステムと弁体が互いに可動自在に連結されたものが知られている（たとえば、特許文献１を参照）。
実開昭６３−４８９２１号公報 特開平１１−２２４２８号公報 特開平８−１４０１４号公報

ところで、上記した従来の技術は、吸気弁の開閉動作時にステムに対して弁体を傾斜させることにより燃焼室内にスワール流を発生させようとするものであるが、弁体の傾斜方向は周囲の気流や吸気弁の開閉運動に依存した成り行き任せであるため、弁体の傾斜方向が所望の方向とならない場合がある。このような場合には、燃焼室内に所望のスワール流を生成することが困難になる可能性がある。

また、弁体が所望の方向と異なった方向へ傾斜すると、ピストンとの干渉も懸念される。これに対して、ピストンにバルブリセスを設けることが考えられるが、弁体が傾斜し得る全ての方向に対応可能なバルブリセスがピストンに設けられると、ピストンの形状が複雑になる上、バルブリセスが設けられる領域が拡大するため、製造コストの高騰や燃焼室形状の悪化を招く可能性がある。

本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、弁体がステムに対して可動自在に連結された吸気弁および／または排気弁において、弁体を特定の方向へ安定して傾斜させることが可能な技術を提供することにある。

本発明は、上記した課題を解決するために、ステムと弁体が別体で形成され且つ弁体がステムに対して可動自在に連結された吸気弁および／または排気弁において、弁体の可動方向を規制することにより、弁体の可動方向が周囲の影響を受けることなく一定の方向となるようにしたことを特徴とする。

弁体の可動方向が一定の方向になると、開閉動作時における弁体の傾斜方向も一定方向に定まるようになる。その結果、本発明が吸気弁に適用された場合には、気流の指向方向が特定されるため、所望の気流を生成することが容易となる。本発明が排気弁に適用された場合には、燃焼室内のガスが排気ポート内へ流れ込み易いように排気弁の傾斜方向を規定することもできる。また、ピストンにバルブリセスを設ける場合であっても、ピストンの形状が複雑とならず且つバルブリセスの領域が過剰に広くなることもなくなる。

本発明において、弁体の可動方向を規制する方法としては、弁体におけるステムの連結位置と弁体の重心位置を異ならせる方法を例示することができる。吸気弁および／または排気弁の開閉動作時には、弁体に対して開閉動作方向（加速方向）と逆向きの慣性力が作用する。その際、弁体の重心に作用する慣性力は、弁体の他の部位より大きくなる。

この結果、開閉動作時の弁体は、ステムとの連結位置を基準に重心側の部位が開閉動作方向と逆方向へ傾くようになる。すなわち、開弁動作時は弁体の重心側がステムの連結位置を基準にして閉弁側へ傾き、閉弁動作時は弁体の重心側がステムの連結位置を基準にして開弁側へ傾くようになる。

従って、弁体におけるステムの連結位置と弁体の重心位置を異ならせることにより、開閉動作時における弁体の可動方向（傾斜方向）が特定方向に規制されるようになる。

本発明において、弁体の可動方向を規制する他の方法としては、バルブシート近傍のシリンダヘッドと弁体の一部とを磁化する方法を例示することができる。この方法によれば、弁体がバルブシートから離座すると、弁体の磁化された部位（以下、磁化部と記す）がバルブシート近傍のシリンダヘッドに吸引される。その結果、開閉動作時の弁体は、ステムとの連結位置を基準に磁化部位が閉弁側へ傾くように動作する。

従って、バルブシート近傍のシリンダヘッドと弁体の一部とを磁化することにより、開閉動作時における弁体の可動方向（傾斜方向）が特定方向に規制されるようになる。

本発明において、弁体の可動方向を規制する他の方法としては、弁体に２本のステムを可動自在に連結し、それら２本のステムのストローク量を相違させる方法を例示することができる。

この方法によれば、弁体が開閉動作する際に２本のステムのストローク量が相違するため、弁体においてストローク量が長いステムの連結位置よりストローク量が短いステムの連結位置寄りの部位が閉弁方向に傾くようになる。すなわち、弁体は、ストローク量が短い連結位置側からストローク量が長い連結位置側へ傾斜するようになる。

従って、弁体に２本のステムを可動自在に連結するとともにそれらのステムのストローク量を相違させることにより、開閉動作時における弁体の可動方向（傾斜方向）が特定方向に規制されるようになる。

本発明において、弁体の可動範囲を制限する制限手段を更に備えるようにしてもよい。本発明が吸気弁に適用される場合において、弁体の傾斜角度が大きくなると気筒内へ流入する吸気量が多くなり易く気流の指向性が低下し易くなるが、逆に弁体の傾斜角度が小さくなると気筒内へ流入する吸気量が少なくなり易く気流の指向性が高くなり易い。このため、弁体の最大傾斜量（最大傾斜角度）が吸気量と気流の指向性を両立し得る範囲内に制限されることが好ましい。

更に、弁体が上記した可動範囲の最小可動位置（弁体がバルブシートに着座した時の傾斜角度）および／または最大可動位置で前記弁体を保持する保持手段を備えるようにしてもよい。開閉動作時において弁体が最大可動位置（最大傾斜角度）に到達すると、弁体の可動が停止して弁体の傾斜角度が最大傾斜角度に保持されるようになるため、弁体が最大傾斜角度を維持する時間を長くすることができる。その結果、開閉動作中の比較的長い期間において所望の指向方向へ向かう気流を生成することができる。

弁体がバルブシートに着座する際には弁体が勢いよくバルブシートに衝突するため、その反発力により弁体が揺動してしまう場合がある。そのような場合には、吸気ポートや排気ポートが速やかに閉弁されなくなる可能性がある。これに対し、保持手段が弁体を最小可動位置に保持するようになると、弁体がバルブシートに着座した際の揺動が抑制され、吸気ポートや排気ポートが速やかに閉弁されるようになる。

尚、弁体が開閉動作を開始した後（弁体がバルブシートから離座した後）は該弁体が速やかに特定方向へ傾斜することが望ましいとともに、弁体が最大可動位置に到達した時点からバルブシートに接触するまでの期間は弁体が最大可動位置に維持されることが望ましい。

そこで、保持手段は、最小可動位置における保持力が最大可動位置における保持力より小さくなるように構成されてもよい。詳細には、保持手段は、最小可動位置における保持力が開閉動作中に弁体を傾斜させようとする力より小さく、且つ最大可動位置における保持力が開閉動作中に弁体を傾斜させようとする力（または最大可動位置から最小可動位置へ復帰させようとする力）より大きくなるように構成されればよい。

本発明において、弁体の周縁部、すなわち弁体においてバルブシートと接触する部位が周方向に回転自在に構成されるようにしてもよい。このような構成によれば、弁体においてバルブシートと接触する部位が適当に回転するため、弁体とバルブシートの接触部位が相互に異なるようになるため、弁体及びバルブシートの偏摩耗やシール性の低下を抑制することが可能となる。

本発明にかかる内燃機関の動弁機構によれば、弁体の可動方向が一定となるため、開閉動作時における弁体の傾斜方向が周囲の状況等に依らず一定方向に安定する。その結果、本発明が吸気弁に適用された場合には燃焼室内に所望の指向方向へ流れる気流を生成することができ、本発明が排気弁に適用された場合には燃焼室内の既燃ガスを効率的に排気することができる。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。

先ず、本発明の第１の実施例について図１〜図３に基づいて説明する。尚、本実施例では、本発明を内燃機関の吸気弁に適用した例について説明する。

図１は、本実施例における動弁機構の構成を示す断面図である。図１において、内燃機関のシリンダヘッド１には、吸気ポート２と排気ポート３が形成されている。吸気ポート２の開口端にはバルブシート４が設けられている。

シリンダヘッド１には筒状のバルブガイド５が埋設され、該バルブガイド５の先端が吸気ポート２内に露出している。前記バルブガイド５には、吸気弁６のステム６０が軸方向へ摺動自在に挿入されている。

ステム６０の先端には、弁体（バルブボディ）５１が可動自在に取り付けられている。詳細には、ステム６０の先端と弁体６１は、ステム６０に直交する軸６２を介して互いに回動自在に連結されている。その際、弁体６１におけるステム６０の連結位置（軸６２の位置）は、弁体６１の重心６３からオフセットされている（図１に示す例では、弁体６１の重心６３は、軸６２を基準にして排気ポート３と反対側にオフセットされている）。

ステム６０の基端には、バルブリフタ７が結合されている。バルブリフタ７は、バルブスプリング１０の付勢力によってカムシャフト８のカム９に押し付けられている。

尚、上記した各部材の寸法や配置は、バルブリフタ７がカム９のベース円部と当接している時に弁体６１がバルブシート４に着座するように設計されるものとする。

以下、本実施例の作用及び効果について図２及び図３に基づいて説明する。図２は吸気弁６が開弁動作している時（すなわち、吸気弁６が開弁方向へ移動している時）の弁体６１の挙動を示す図であり、図３は吸気弁６が閉弁動作している時（すなわち、吸気弁６が閉弁方向へ移動している時）の弁体６１の挙動を示す図である。

先ず、カムシャフト８が回転してカム９のノーズ部がバルブリフタ７を押圧すると、図２に示すように、ステム６０が開弁方向（図２中の矢印ＶＯ）へ移動する。ステム６０が開弁方向へ移動すると、弁体６１がバルブシート４から離座して開弁方向へ移動する。

弁体６１が開弁方向へ移動すると、該弁体６１には開弁方向の加速度が働くとともに、加速度とは逆向き（閉弁方向）の慣性力が働く。その際、弁体６１の重心６３に作用する慣性力が弁体６１の他の部位に比べ最も大きくなる。

弁体６１が開弁方向へ移動している時に、図２中の矢印Ｆで示すように弁体６１の重心６３に大きな慣性力が作用すると、弁体６１が排気ポート３側へ傾斜するようになる。すなわち、本実施例では、弁体６１の重心６３が軸６２の位置からオフセットされているため、重心６３に開弁方向の慣性力が働くと重心６３側の部位が軸６２を中心に閉弁方向へ回転するとともに重心６３と反対側の部位が軸６２を中心に開弁方向へ回転する。その結果、吸気弁６が開弁動作する際には、弁体６１が排気ポート３側へ傾斜するようになる。

一般に内燃機関の吸排気弁が開閉動作する際の加速度は非常に高いため、重心６３に作用する慣性力は筒内圧や気流等が弁体６１へ及ぼす力に比べて十分に大きくなる。依って、吸気弁６の開弁動作時（弁体６１が開弁方向へ移動する時）には、弁体６１が常に排気ポート３側へ傾斜するようになる。

弁体６１が傾斜しながら開弁すると、吸気ポート２から流出する吸気が弁体６１の傾斜方向へ指向する。このため、上記したように弁体６１が常に一定方向へ傾斜するようになると、吸気ポート２から流出する吸気も一定方向へ指向するようになる。従って、弁体６１の傾斜方向が所望の方向となるようにステム６０や弁体６１の取り付けが行われれば、燃焼室内に所望の気流（例えば、タンブル流やスワール流）を生起させることが可能となる。

但し、本実施例の吸気弁６が従来のポペットバルブのように周方向の回転を許容されると、その回転によって弁体６１の傾斜方向が変化してしまうため、ステム６０の周方向への回転を規制することが好ましい。

ステム６０の周方向への回転を規制する方法としては、従来より種々の方法が提案されているが、例えば、ステム６０の外周面とバルブガイドの内周面の何れか一方に軸方向へ延在する凹条溝を形成するとともに他方に前記凹条溝と嵌合する凸条突起を形成する方法、或いは、ステム６０とステム６０の横断面形状を真円以外の形状（例えば、楕円形や多角形）とする方法等を例示することができる。

次に、吸気弁６のリフト量が最大リフトに達した後は、図３に示すように、ステム６０及び弁体６１が閉弁方向（図３中の矢印ＶＣ）へ移動する。弁体６１が開弁方向へ移動すると、該弁体６１の重心６３には前述した開弁動作時とは逆向き（図３中の矢印Ｆ２）の慣性力が働く。

弁体６１の重心６３に大きな慣性力が作用すると、弁体６１はバルブシート４に対して傾斜した状態から平行な状態へ戻るようになる。すなわち、弁体６１における重心６３側
の部位が軸６２を中心に開弁方向へ回転するとともに重心６３と反対側の部位が軸６２を中心に閉弁方向へ回転する。

その結果、吸気弁６の閉弁動作時には、常に弁体６１がバルブシート４と平行な状態へ戻るべく回転することになる。これにより、弁体６１がバルブシート４に着座する際には該弁体６１とバルブシート４が略平行となるため、弁体６１とバルブシート４の偏当たりを緩和することが可能になるとともに吸気ポート２を速やかに閉じることが可能となる。

以上述べた実施例によれば、ステム６０と弁体６１の連結位置（軸６２の位置）を弁体６１の重心６３からオフセットさせることにより、本発明にかかる規制手段を実現することが可能となる。その結果、吸気弁６の開閉動作時には、弁体６１が常に特定方向へ傾斜するようになる。依って、吸気ポート２から流入する吸気に対して特定方向の指向性を付与することが可能となる。

また、本実施例によれば、吸気弁６等に部材や可動部等を新たに追加することなく弁体６１の傾斜方向を規制することができるため、慣性質量の増加やフリクションロスの増加を招くことがないという利点もある。

尚、本実施例の動弁機構が排気弁に適用された場合には、燃焼室内の既燃ガスが排気ポート３へ流入し易いように排気弁の傾斜方向を設定することで排気効率の向上を図ることもできる。更に、排気弁は高い筒内圧に抗して開弁させる必要があるが、排気弁の開弁動作時に弁体が傾斜させられると弁体の前方投影面積が小さくなるため、排気弁の開弁動作に要する駆動力を低減することができる。その結果、内燃機関の出力や燃費を向上させることが可能となる。

次に、本発明の第２の実施例について図４〜図６に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。

本実施例と第１の実施例との差違は、第１の実施例ではステム６０と弁体６１の連結位置を弁体６１の重心６３からオフセットさせることにより弁体６１の可動方向を規制するのに対し、本実施例ではバルブシート４近傍のシリンダヘッド１と弁体６１の一部とを磁化することにより弁体６１の可動方向を規制する点にある。

図４は、本実施例における動弁機構を示す断面図である。図４において、吸気ポート２の開口端近傍、言い換えればバルブシート４近傍のシリンダヘッド１には、励磁電流が印加された時に磁力（図４に示す例ではＮ極の磁力）を発生する電磁力発生装置１１が埋設されている。その際、バルブシート４、および／またはバルブシート４周囲のシリンダヘッド１は磁性体で形成されるものとする。

一方、弁体６１は、軸６２を基準にして排気ポート３側の部位６１ａとその反対側の部位６１ｂ（以下、部位６１ａを第１部位６１ａと称し、部位６１ｂを第２部位６１ｂと称する）が各々異なる極性に磁化されている。本実施例では、図５に示すように、軸６２の軸線を境に第１部位６１ａがＮ極に磁化され、第２部位６１ｂがＳ極に磁化されている。

尚、第１部位６１ａ及び第２部位６１ｂの全面が各々磁化されるようにしてもよいが、第１部位６１ａ及び第２部位６１ｂの周縁部近傍のみが磁化されるようにしてもよい。また、本実施例では、弁体６１とステム６０の連結位置（軸６２の位置）が弁体６１の重心６３からオフセットされていなくともよい。

このように構成された動弁機構では、吸気弁６が開弁動作を開始する時から閉弁動作を終了（弁体６１がバルブシート４に着座）するまでの期間（以下、開閉動作期間と称する）において電磁力発生装置１１が通電される。電磁力発生装置１１が通電されると、該電磁力発生装置１１がＮ極の磁力を発生する。電磁力発生装置１１がＮ極の磁力を発生すると、バルブシート４および／またはバルブシート４周囲のシリンダヘッド１がＮ極に磁化される。

バルブシート４および／またはバルブシート４周囲のシリンダヘッド１がＮ極に磁化されると、弁体６１の第１部位６１ａとバルブシート４（および／またはシリンダヘッド１）との間に互いに反発する磁力が発生すると同時に第２部位６１ｂとバルブシート４（および／またはシリンダヘッド１）との間に互いに吸引する磁力が発生する。これにより、第１部位６１ａが開弁方向へ回転するとともに第２部位６１ｂが閉弁方向へ回転する。その結果、図６に示すように、吸気弁６の開閉期間中は弁体６１が常に排気ポート３側へ傾斜するようになる。

また、弁体６１が着座する際には、第２部位６１ｂがバルブシート４と接触することによって第１部位６１ａが閉弁方向へ回転するため、弁体６１がバルブシート４と平行な状態に復帰しつつバルブシート４に着座するようになる。

以上述べた実施例によれば、バルブシート４近傍のシリンダヘッド１に電磁力発生装置１１を埋設するとともに弁体６１を磁化することにより、本発明にかかる規制手段を実現することが可能となる。依って、前述した第１の実施例と同様の効果を得ることが可能となる。

更に、本実施例の動弁機構は、吸気弁６の開弁動作中に加えて閉弁動作中も弁体６１を排気ポート３側へ傾斜させることができるため、気流の指向性を一層高めることが可能となり、以て気流のスワール比やタンブル比を高めることが容易となる。

次に、本発明の第３の実施例について図７〜図８に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。

本実施例と第１の実施例との差違は、第１の実施例ではステム６０と弁体６１の連結位置を弁体６１の重心６３からオフセットさせることにより弁体６１の可動方向を規制するのに対し、本実施例では弁体６１に２本のステムを可動自在に連結するとともにそれら２本のステムのストローク量を相違させることにより弁体６１の可動方向を規制する点にある。

図７は、本実施例における動弁機構の構成を示す断面図である。図７において、バルブガイド５には、第１ステム６０ａと第２ステム６０ｂが平行に且つ軸方向へ摺動自在に挿入されている。尚、図７に示す例では、第１ステム６０ａが第２ステム６０ｂより排気ポート３側に配置されている。

第１ステム６０ａの先端は、該第１ステム６０ａに直交する第１軸６２を介して弁体６１と回転自在に連結されている。第２ステム６０ｂの先端は、該第２ステム６０ｂに直交する第２軸６２を介して弁体６１と回転自在に連結されている。尚、第１軸６２と第２軸６２は互いに平行になるように配置される。

第１ステム６０ａと第２ステム６０ｂは、第１バルブスプリング１０ａと第２バルブスプリング１０ｂによってそれぞれ閉弁方向へ付勢されている。第１ステム６０ａと第２ス
テム６０ｂの基端は、ロッカーアーム１２の裏面に当接している。ロッカーアーム１２は、ロッカーシャフト１３に揺動自在に支持されている。

尚、ロッカーシャフト１３は、第１ステム６０ａの基端よりも第２ステム６０ｂの基端に近い位置に配置され、第２ステム６０ｂの基端とロッカーアーム１２との当接位置が第１ステム６０ａの基端とロッカーアーム１２との当接位置よりもロッカーシャフト１３寄りとなるようになっている。すなわち、第１ステム６０ａの基端が第２ステム６０ｂの基端よりもロッカーアーム１２の先端寄りに当接するように、ロッカーシャフト１３が配置されている。

ロッカーアーム１２の表面は、カムシャフト８に設けられたカム９に当接している。

尚、上記した各部材の寸法や配置は、ロッカーアーム１２の表面がカム９のベース円部に当接している時に、弁体６１がバルブシート４に着座するように設計されるものとする。

このように構成された動弁機構では、カムシャフト８が回転してカム９のノーズ部がロッカーアーム１２を揺動させると、ロッカーアーム１２の裏面が第１ステム６０ａ及び第２ステム６０ｂの基端を開弁方向へ押し下げるようになる。

第１ステム６０ａの基端は第２ステム６０ｂの基端に比べてロッカーアーム１２の先端寄りに当接しているため、第１ステム６０ａの開弁方向への移動量（ストローク量）は第２ステム６０ｂのストローク量よりも多くなる。その結果、図８に示すように、吸気弁６の開弁動作時には弁体６１が常に排気ポート３側へ傾斜するようになる。

以上述べた実施例によれば、弁体６１に２本のステム６０ａ、６０ｂを回転自在に連結するとともに２本のステム６０ａ、６０ｂのストローク量を相違させることにより、本発明にかかる規制手段を実現することが可能となる。依って、前述した第１の実施例と同様の効果を得ることが可能となる。

更に、本実施例の動弁機構によれば、２本のステム６０ａ、６０ｂのストローク量差によって弁体６１の傾斜量（傾斜角度）も規制することができるため、上記したストローク量差を調整することにより弁体６１の傾斜角度を気流の生成に適した角度とすることが可能となる。また、２本のステム６０ａ、６０ｂが弁体６１の傾斜角度を規制することにより、着座時の弁体６１を常に水平状態（バルブシート４と平行な状態）とすることもできる。

次に、本発明の第４の実施例について図９〜図１０に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。

本実施例と第１の実施例との差違は、第１の実施例ではステム６０と弁体６１の連結位置を弁体６１の重心６３からオフセットさせることにより弁体６１の可動方向を規制するのに対し、本実施例ではシリンダヘッド１に突設されたストッパにより弁体６１の可動方向を規制する点にある。

図９は、本実施例における動弁機構の構成を断面図である。図９において、吸気ポート２の開口端近傍のシリンダヘッド１には、ストッパアーム１４が突設されている。図９に示す例では、ストッパアーム１４は、吸気ポート２を基準にして排気ポート３と反対側の
シリンダヘッド１にストッパアーム１４が突設されている。このストッパアーム１４の先端部は、吸気弁６が開閉動作する際に弁体６１が通る軌道内へ僅かに突出し、その突出部分が吸気ポート２の開口端面に向かって半球状に形成されている。

尚、本実施例では、弁体６１とステム６０の連結位置（軸６２の位置）が弁体６１の重心６３からオフセットされていなくともよい。

このように構成された動弁機構において吸気弁６が開弁動作すると、図１０に示すように、弁体６１の一部がストッパアーム１４の先端部と当接する。弁体６１の一部がストッパアーム１４の先端部に当接した状態からステム６０が更に開弁方向へ移動すると、弁体６１において軸６２より排気ポート３側に位置する部位（軸６２を基準にして前記当接部位と反対側に位置する部位）が開弁方向へ回転する。その結果、吸気弁６の開弁動作時には弁体６１が常に排気ポート３側へ傾斜するようになる。

以上述べた実施例によれば、シリンダヘッド１にストッパアーム１４を設けることにより、本発明にかかる規制手段を実現することが可能となる。依って、前述した第１の実施例と同様の効果を得ることが可能となる。

更に、本実施例の動弁機構によれば、ストッパアーム１４が弁体６１の傾斜量（傾斜角度）も規制することができるため、ストッパアーム１４の寸法を調整することにより弁体６１の傾斜角度を気流の生成に適した角度とすることが可能となる。

次に、本発明の第５の実施例について図１１〜図１２に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。

本実施例と第１の実施例との差違は、第１の実施例ではステム６０と弁体６１の連結位置を弁体６１の重心６３からオフセットさせることにより弁体６１の可動方向を規制するのに対し、本実施例では弁体６１を一定方向へ付勢する部材を設けることにより弁体６１の可動方向を規制する点にある。

図１１は、本実施例における動弁機構の構成を示す断面図である。図１１において、軸６２には、弁体６１を該軸６２回りの一方向へ付勢する巻きバネ１５が固定されている。図１１の例では、巻きバネ１５の先端が弁体６１においてステム６０の軸線（言い換えれば、ステム６０の軸線と平行且つ軸６２の中心を通る仮想直線）より排気ポート３側の部位と当接しているため、弁体６１が右回りに付勢されることになる。

尚、巻きバネ１５の付勢力はバルブスプリング１０の付勢力に比して十分に小さく設定される。これは、巻きバネ１５の付勢力がバルブスプリング１０の付勢力より大きくなると、巻きバネ１５の付勢力によって弁体６１の一部がバルブシート４から離座してしまう可能性があるからである。

また、本実施例では、弁体６１とステム６０の連結位置（軸６２の位置）が弁体６１の重心６３からオフセットされていなくともよい。

このように構成された動弁機構では、吸気弁６の開閉動作期間中は、弁体６１が巻きバネ１５の付勢力によって弁体６１が右回りに回転する。その結果、図１２に示すように、吸気弁６の開閉動作期間中は、弁体６１が常に排気ポート３側へ傾斜するようになる。

以上述べた実施例によれば、弁体６１を軸６２回りの一方向へ付勢する巻きバネ１５を設けることにより、本発明にかかる規制手段を実現することが可能となる。依って、前述した第１の実施例と同様の効果を得ることが可能となる。

次に、本発明の第６の実施例について図１３に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。

本実施例と第１の実施例との差違は、第１の実施例では弁体６１の傾斜方向のみを規制するのに対し、本実施例では弁体６１の傾斜方向に加え傾斜量（傾斜角度）も規制する点にある。

図１３は、本実施例における動弁機構の構成を断面図である。図１３において、弁体６１には、該弁体６１がバルブシート４と平行な状態になった時にステム６０と当接する第１ストッパ１７と、該弁体６１が所望の最大傾斜角度となった時にステム６０と当接する第２ストッパ１８とが突設されている。

このように構成された動弁機構では、吸気弁６が開弁動作すると、弁体６１の重心６３に作用する慣性力によって弁体６１が排気ポート３側へ傾斜する。そして、弁体６１の傾斜角度が所望の最大傾斜角度に達すると、第２ストッパ１８がステム６０に当接して弁体６１の傾斜を規制する。この結果、吸気弁６の開弁動作中に弁体６１が所望の最大傾斜角度より大きくなることがなくなる。従って、吸気弁６の開弁動作中における弁体６１の傾斜角度は、燃焼室内へ流入する吸気量を確保しつつ気流の指向性を高めることができる範囲内に制限されるようになる。

一方、吸気弁６が閉弁動作すると、弁体６１の重心６３に開弁動作時と反対向きの慣性力が作用するため、弁体６１が傾斜状態から平行状態へ戻るべく回転する。そして、弁体６１が平行状態に復帰すると、第１ストッパ１７がステム６０に当接して弁体６１の回転を規制する。この結果、吸気弁６の閉弁動作中に弁体６１が平行状態を超えて過剰に回転（開弁動作時とは逆方向へ傾斜）することがなくなる。従って、吸気弁６がバルブシート４に着座する時の姿勢を安定させることが可能となる。

上記したような構成は、前述した第１の実施例の構成に加え、第２、第４、第５の実施例の構成にも好適に適用することができる。

ところで、第１ストッパ１７や第２ストッパ１８がステム６０と勢いよく衝突すると、第１ストッパ１７や第２ストッパ１８がステム６０に跳ね返って弁体６１の姿勢が不安定となることも想定される。

これに対し、図１５及び図１６に示すように、第１ストッパ１７がステム６０と当接する位置、及び、第２ストッパ１８がステム６０と当接する位置において弁体６１の姿勢を保持する保持機構が設けられるようにしてもよい。

具体的には、ステム６０の摺動面に円柱状の収納孔１９を設けるとともに、該収納孔１９内にコイルスプリング２０とボール２０を底部から順に挿入する。一方、弁体６１の摺動面において、第１ストッパ１７がステム６０に当接する時に前記凹部と対向する位置、及び第２ストッパ１８がステム６０に当接する時に前記凹部と対向する位置に、第１凹部２１及び第２凹部２２をそれぞれ設ける。

このような保持機構が設けられると、第１ストッパ１７がステム６０と当接した時（弁
体６１がバルブシート４と平行になった時）には、図１５に示すように、ボール２０がコイルスプリング２０の付勢力を受けて第１凹部２１に嵌合するようになるため、第１ストッパ１７の跳ね返りが防止されるとともに弁体６１を平行状態に保持することが可能となる。その結果、着座時における弁体６１の姿勢はバルブシート４と平行になるため、弁体６１がバルブシート４と衝突して跳ね返ることも抑制することができる。依って、弁体６１が吸気ポート２を速やかに閉じることが可能となる。

一方、第２ステム６０ｂがステム６０と当接した時（弁体６１の傾斜角度が最大傾斜角度となった時）には、図１６に示すように、ボール２０がコイルスプリング２０の付勢力を受けて第２凹部２２に嵌合するようになるため、第２ストッパ１８の跳ね返りが防止されるとともに弁体６１を最大傾斜角度に保持することが可能となる。このように弁体６１が最大傾斜角度で保持されるようになると、吸気弁６の閉弁動作時においても弁体６１が最大傾斜角度を保つことができるため、気流の指向性を一層高めることが可能となり、以て気流のスワール比やタンブル比を高めることが容易となる。

尚、第１凹部２１及び第２凹部２２の形状及び寸法は、第２凹部２２に比べて第１凹部２１の方がボール２０の保持力が小さくなるように設定されるようにしてもよい。弁体６１の重心６３に作用する慣性力に比べて第１凹部２１の保持力が大きく設定されると、吸気弁６の開弁動作時に弁体６１が傾斜しなくなる。一方、弁体６１の重心６３に作用する慣性力に比べて第２凹部２２の保持力が小さく設定されると、吸気弁６の閉弁動作時に弁体６１を最大傾斜角度に保持することが困難となる。

そこで、第１凹部２１の保持力が慣性力より小さく設定されると同時に第２凹部２２の保持力が慣性力より大きく設定されると、吸気弁６の開弁動作時に弁体６１が速やかに傾斜し易くなるとともに、吸気弁６の閉弁動作時に弁体６１が最大傾斜角度に保持され易くなる。

次に、本発明にかかる内燃機関の動弁機構の第７の実施例について図１７に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。

本実施例と第１の実施例との差違は、第１の実施例では弁体６１の周縁部が周方向へ回転しないのに対し、本実施例では弁体６１の周縁部が周方向に回転自在に構成される点にある。

図１７は、弁体６１の構成を示す縦断面図である。図１７において、弁体６１は、ステム６０との連結部位６００と周縁部（弁傘部）６１０との２つの部材に分割され、これら連結部位６００と周縁部６１０がリング状のローラ６２０を介して連結されている。

このような構成によれば、弁体６１の周縁部６１０がステム６０及び連結部位６００とは独立して周方向へ回転自在となる。周縁部６１０が周方向に回転自在になると、弁体６１とバルブシート４の相互の接触位置が適当に変化するため、弁体６１とバルブシート４の偏当たりや接触圧力分布の不均一等に起因したシール性の低下や偏摩耗を抑制することが可能となる。

本実施例の構成は、第１の実施例に加え、第２〜第６の構成と組み合わせることが可能である。但し、本実施例の構成が第２の実施例と組み合わされる場合には、周縁部６１０を磁化せずに連結部位６００を磁化するようにする。

実施例１における動弁機構の構成を示す断面図である。 実施例１において開弁動作時の弁体の挙動を示す図である。 実施例１において閉弁動作時の弁体の挙動を示す図である。 実施例２における動弁機構の構成を示す断面図である。 実施例２における弁体の構成を示す平面図である。 実施例２において開閉動作期間中の弁体の挙動を示す図である。 実施例３における動弁機構の構成を示す断面図である。 実施例３において開弁動作時の弁体の挙動を示す図である。 実施例４における動弁機構の構成を示す断面図である。 実施例４において開弁動作時の弁体の挙動を示す図である。 実施例５における動弁機構の構成を示す図である。 実施例５において開閉動作期間中の弁体の挙動を示す図である。 実施例６における動弁機構の構成を示す断面図である。 実施例６において開弁動作時の弁体の挙動を示す図である。 吸気弁が閉弁状態にある時のステムと弁体の連結部位の状態を示す断面図である。 吸気弁の弁体が最大傾斜角度となった時のステムと弁体の連結部位の状態を示す図である。 実施例７における弁体の構成を示す断面図である。

符号の説明

１・・・・・シリンダヘッド
２・・・・・吸気ポート
４・・・・・バルブシート
６・・・・・吸気弁
１１・・・・電磁力発生装置
１２・・・・ロッカーアーム
１３・・・・ロッカーシャフト
１４・・・・ストッパアーム
１５・・・・巻きバネ
１７・・・・第１ストッパ
１８・・・・第２ストッパ
１９・・・・収納孔
２０・・・・コイルスプリング
２１・・・・第１凹部
２２・・・・第２凹部
６０・・・・ステム
６０ａ・・・第１ステム
６０ｂ・・・第２ステム
６１・・・・弁体
６２・・・・軸
６３・・・・重心
６００・・・連結部位
６１０・・・周縁部

Claims (8)

1. ステムと弁体が別体で形成され且つ弁体がステムに対して可動自在に連結された吸気弁および／または排気弁において、弁体の可動方向を規制する規制手段を備えたことを特徴とする内燃機関の動弁機構。
2. 請求項１において、前記規制手段は、前記弁体における前記ステムの連結位置と該弁体の重心位置が異なるように前記弁体と前記ステムを連結することにより、前記弁体の可動方向を規制することを特徴とする内燃機関の動弁機構。
3. 請求項１において、前記規制手段は、バルブシート近傍のシリンダヘッドと前記弁体の一部とを磁化することにより、前記弁体の可動方向を規制することを特徴とする内燃機関の動弁機構。
4. 請求項１において、前記規制手段は、前記弁体に２本のステムを可動自在に連結し、それら２本のステムのストローク量を相違させることにより、前記弁体の可動方向を規制することを特徴とする内燃機関の動弁機構。
5. 請求項１〜４の何れか一において、前記弁体の可動範囲を制限する制限手段を更に備えることを特徴とする内燃機関の動弁機構。
6. 請求項５において、前記可動範囲の最小可動位置および／または最大可動位置に前記弁体を保持する保持手段を更に備えることを特徴とする内燃機関の動弁機構。
7. 請求項６において、前記最小可動位置は前記弁体がバルブシートに着座した時の位置であり、
   前記保持手段は、前記最大可動位置における保持力を前記最小可動位置における保持力よりも大きくすることを特徴とする内燃機関の動弁機構。
8. 請求項１〜７の何れか一において、前記弁体の周縁部が周方向に回転自在であることを特徴とする内燃機関の動弁機構。

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