JP2006291716A - Intake and exhaust valve for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の吸排気バルブの改良に関するものである。 The present invention relates to an improvement of an intake / exhaust valve of an internal combustion engine.
従来の内燃機関の吸排気バルブとして、傘部を楕円形としたものが知られている(例えば、特許文献1参照。)。
特許文献1の図1を以下の図10で説明する。なお、図10は特許文献1の図1の要部を抜き書きして簡略にしたものである。符号は振り直した。
図10は従来の吸排気バルブを示すシリンダヘッドの断面図であり、シリンダヘッド101にダクト102を開けるとともにこのダクト102の途中にガイド103を設け、このガイド103にバルブ104のシャフト(軸部)106を移動自在に挿入するとともに、ダクト102の燃焼室側の開口にバルブ104の楕円形のヘッド(傘部)107を配置し、ロッカー108を駆動させることで、バルブ104のヘッド107でダクト102を開閉する構造が記載されている。
FIG. 1 of Patent Document 1 will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a simplified illustration of the main part of FIG. The code was re-assigned.
FIG. 10 is a cross-sectional view of a cylinder head showing a conventional intake / exhaust valve. A
バルブ104のヘッド107は楕円形であるため、ヘッド107の重心は、シャフト106の軸線から離れた位置にある。バルブ104がガイド103に沿って往復運動するときには、ヘッド107の重心に作用する慣性力によって、ヘッド107の付根部に曲げモーメントが発生する。ヘッド107の重心位置がシャフト106の軸線から大きく離れるほど、あるいは、エンジン回転数が高くなって往復運動の速度が大きくなるほど、大きな曲げモーメントが発生するから、この曲げモーメントに耐えるようにシャフト106の径を大きくしたり、ヘッド107自体、あるいはシャフト106とヘッド107との連結部を補強するような断面形状にしなければならず、重量増、コストアップを招く。
Since the
本発明の目的は、内燃機関の吸排気バルブの軽量化、コスト低減を図ることにある。 An object of the present invention is to reduce the weight and cost of an intake / exhaust valve of an internal combustion engine.
請求項1に係る発明は、軸部とこの軸部の端部に設けた傘部とからなり、内燃機関の燃焼室の天井に設けたポートを開閉するために、天井に開けたガイド穴に軸部を移動自在に挿入するとともに、ポートの開口部に設けた非円形状のバルブシートに、傘部に設けた非円形状のバルブシール面を密着可能とした吸排気バルブにおいて、傘部の重心位置を、軸部の軸線にほぼ合致させたことを特徴とする。 The invention according to claim 1 includes a shaft portion and an umbrella portion provided at an end portion of the shaft portion, and a guide hole opened in the ceiling for opening and closing a port provided in the ceiling of the combustion chamber of the internal combustion engine. In the intake / exhaust valve in which the shaft portion is movably inserted and the non-circular valve seal surface provided in the umbrella portion can be in close contact with the non-circular valve seat provided in the opening portion of the port. The center of gravity position is substantially matched with the axis of the shaft portion.
吸排気バルブの傘部の重心位置を、軸部の軸線にほぼ合致させることで、軸部の軸線から傘部の重心までの距離を小さくして、傘部の重心に作用する慣性力により傘部の付根部に発生する曲げモーメントを小さくする。曲げモーメントが小さくなれば、軸部を細く、傘部を薄くすることが可能になる。 The center of gravity of the umbrella part of the intake / exhaust valve is substantially matched to the axis of the shaft part, so that the distance from the axis of the shaft part to the center of gravity of the umbrella part is reduced, and the umbrella acts by the inertial force acting on the center of gravity of the umbrella part. Reduce the bending moment generated at the root of the part. If the bending moment is reduced, it is possible to make the shaft portion thinner and the umbrella portion thinner.
請求項2に係る発明は、傘部の肉厚を不均一にしたことを特徴とする。
傘部における軸部の軸線から大きく突出する部分の肉厚を薄くし、傘部における軸部の軸線から小さく突出する部分の肉厚を大きくすれば、傘部の重心は軸部の軸線に近づく。
The invention according to claim 2 is characterized in that the thickness of the umbrella portion is made non-uniform.
If the thickness of the portion of the umbrella that protrudes greatly from the axis of the shaft is reduced and the thickness of the portion of the umbrella that protrudes slightly from the axis of the shaft is increased, the center of gravity of the umbrella approaches the axis of the shaft. .
請求項3に係る発明は、軸部の軸線の位置を傘部に対して移動させたことを特徴とする。軸部の軸線を傘部のほぼ中央に移動させることで、軸部の軸線が傘部の重心に近づく。 The invention according to claim 3 is characterized in that the position of the axis of the shaft portion is moved relative to the umbrella portion. By moving the axis of the shaft part to substantially the center of the umbrella part, the axis of the shaft part approaches the center of gravity of the umbrella part.
請求項1に係る発明では、傘部の重心位置を軸部の軸線にほぼ合致させたので、非円形の吸排気バルブの傘部の重心に作用する慣性力により、吸排気バルブに発生する曲げモーメントを小さくすることができ、吸排気バルブの軸部の細軸化、傘部の薄肉化による吸排気バルブの軽量化、小型化を図ることができる。また、傘部、あるいは軸部と傘部との連結部を大きな曲げモーメントに耐え得るような複雑な形状にする必要もなく、コストを低減することができる。 In the invention according to claim 1, since the center of gravity position of the umbrella portion is substantially matched with the axis of the shaft portion, the bending generated in the intake and exhaust valves due to the inertial force acting on the center of gravity of the umbrella portion of the non-circular intake and exhaust valve. The moment can be reduced, and the shaft portion of the intake / exhaust valve can be made thinner, and the intake / exhaust valve can be reduced in weight and size by reducing the thickness of the umbrella portion. Moreover, it is not necessary to make the umbrella part or the connecting part between the shaft part and the umbrella part into a complicated shape that can withstand a large bending moment, and the cost can be reduced.
請求項2に係る発明では、傘部の肉厚を不均一にしたので、例えば、傘部における軸部の軸線から大きく突出する部分の肉厚を薄くし、傘部における軸部の軸線から小さく突出する部分の肉厚を大きくすることで、傘部の重心位置を、軸部の軸線にほぼ合致させることができ、傘部の重心位置を軸部の軸線に、より確実に合わせることが可能になる。 In the invention according to claim 2, since the thickness of the umbrella portion is made non-uniform, for example, the thickness of the portion that greatly protrudes from the axis of the shaft portion in the umbrella portion is reduced, and the thickness of the umbrella portion is decreased from the axis of the shaft portion. By increasing the wall thickness of the protruding part, the center of gravity of the umbrella can be almost matched with the axis of the shaft, and the center of gravity of the umbrella can be more reliably aligned with the axis of the shaft. become.
請求項3に係る発明では、軸部の軸線の位置を傘部に対して移動させるので、軸部の軸線を傘部の中央に移動させることで傘部の重心位置を軸部の軸線に迅速に合わせることができる。従って、吸排気バルブの形状が変更になった場合でも早期に対応するのに有効な手段となる。 In the invention according to claim 3, since the position of the axis of the shaft portion is moved with respect to the umbrella portion, the center of gravity of the umbrella portion is quickly moved to the axis of the shaft portion by moving the axis of the shaft portion to the center of the umbrella portion. Can be adapted to Therefore, even when the shape of the intake / exhaust valve is changed, it is an effective means for quickly responding.
本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図1は本発明に係る吸排気バルブ(第1実施形態)を採用した内燃機関の断面図であり、内燃機関10は、シリンダブロック11と、このシリンダブロック11に設けたシリンダボア12に移動自在に挿入したピストン13と、このピストン13にピストンピン14を介して連結したコンロッド16と、シリンダブロック11の下部に回転自在に取付けるとともにクランクピン17でコンロッド16をスイング自在に支持するクランクシャフト18とを備える。
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. The drawings are viewed in the direction of the reference numerals.
FIG. 1 is a cross-sectional view of an internal combustion engine employing an intake / exhaust valve according to the present invention (first embodiment). The
シリンダブロック11は、上部に設けたシリンダ部21と、このシリンダ部21の下部に一体に設けたスカート部23とからなり、上部にヘッドガスケット(不図示)を介してシリンダヘッド24を取付けた部材である。
The
シリンダヘッド24は、燃焼室25に連通する吸気ポート26及び排気ポート27を備え、吸気ポート26の入口を吸気バルブ28で開閉し、排気ポート27の入口を排気バルブ29で開閉する。
The
ここで、31はコンロッド16の大端部16aとクランクピン17との間に介在させた滑り軸受、32はクランクシャフト18に設けたカウンタウエイト、33はスカート部23とでクランクケースを形成するためにスカート部23の下部に複数のボルト34で取付けたアンダスカート部、36はアンダスカート部33の下部にアンダケース37を介して複数のボルト38で取付けたオイルパン、41は吸気バルブ28が閉じたときにこの吸気バルブ28とでシール面を形成する吸気側バルブシート、42は排気バルブ29が閉じたときにこの排気バルブ29とでシール面を形成する排気側バルブシート、43は点火プラグである。
Here, 31 is a sliding bearing interposed between the
図2は本発明に係る吸排気バルブ(第1実施形態)を示す斜視図であり、燃焼室25の天井に吸気バルブ28(ここでは、2本の吸気バルブの符号を28A,28Bとして区別した。)及び排気バルブ29を配置したことを示す。
FIG. 2 is a perspective view showing an intake / exhaust valve (first embodiment) according to the present invention, and an intake valve 28 (here, the reference numerals of the two intake valves are identified as 28A and 28B) on the ceiling of the
吸気バルブ28は、円形断面の棒状とした軸部44と、この軸部44の先端に一体に設けた傘部51とからなり、軸部44の端部44aをカム(不図示)側から押圧することで傘部51を燃焼室25のピストン13(図1参照)側へ移動させて吸気ポート26(図1参照)を開き、また、縮んだバルブスプリング(不図示)の弾性力を軸部44に作用させることで、傘部51を燃焼室25の天井側へ移動させ、吸気ポート26を閉じる。
軸部44は、端部44aの近傍に図示せぬ突部を備え、この突部をシリンダヘッド24(図1参照)側に設けた溝で軸方向に案内することで、吸気バルブ28の軸回りの回転を防ぐ。
傘部51は、シール面を形成するために一側面51a(軸部44が延びる側の面である。)に環状のバルブシール面52を形成した部分である。
The
The
The
排気バルブ29は、円形断面の棒状とした軸部47と、この軸部47の先端に一体に設けた傘部54とからなり、軸部47の端部47aをカム(不図示)側から押圧することで傘部54を燃焼室25のピストン13側へ移動させて前述の排気ポート27(図1参照)を開き、また、縮んだバルブスプリング(不図示)の弾性力を軸部47に作用させることで、傘部54を燃焼室25の天井側へ移動させ、排気ポート27を閉じる。
The
軸部47は、端部47aの近傍に図示せぬ突部を備え、この突部をシリンダヘッド24側に設けた溝で軸方向に案内することで、排気バルブ29の軸回りの回転を防ぐ。
傘部54は、シール面を形成するために一側面54a(軸部47が延びる側の面である。)に環状のバルブシール面55を形成した部分である。
The
The
図3は本発明に係る吸排気バルブ(第1実施形態)を示す平面図であり、吸気バルブ28A,28Bは、クランクシャフト18(図1参照)が延びる方向に平行に引いた直線57に直交し且つシリンダボア12の中心を通る直線58に対して対称に配置した部材であり、それぞれ傘部51をほぼ木の葉状、即ち非円形状とし、軸部44を平面視で直線58に平行に配置したものである。傘部51のハッチングを施した部分がバルブシール面52である。ここで、軸部44の軸線を44bとする。
FIG. 3 is a plan view showing an intake / exhaust valve (first embodiment) according to the present invention. The
排気バルブ29は、傘部54を直線58に対して対称な非円形状に形成した部材であり、軸部47を平面視で直線58に一致させたものである。傘部54のハッチングを施した部分がバルブシール面55である。
The
図4は本発明に係るシリンダヘッドの燃焼室の天井を示す底面図(第1実施形態)であり、シリンダヘッド24に設けた燃焼室25(図1参照)の天井61に、直線58に対称に2つの吸気側バルブシート41(ここで、2つの吸気側バルブシートを41A,41Bとする。)を取付け、これらの吸気側バルブシート41A,41Bに近接させて、天井61に直線58に対称な形状とした排気側バルブシート42を取付けたことを示す。なお、吸気側バルブシート41A,41Bのハッチングを施した部分がバルブシートシール面62、排気側バルブシート42のハッチングを施した部分がバルブシートシール面63である。
FIG. 4 is a bottom view (first embodiment) showing the ceiling of the combustion chamber of the cylinder head according to the present invention. The
天井61の内面としての内壁面65は、バルブシートシール面62,63の輪郭62a,63aを含む凹状の曲面とした凹状面66と、この凹状面66の周囲に設けたほぼ平坦で環状としたスキッシュ面67とからなる。
An
凹状面66は、ほぼ中央に点火プラグ(不図示)を取付けるプラグ取付穴68を開けた部分である。
スキッシュ面67は、ピストン13(図1参照)の冠部とでスキッシュ部を形成する部分であり、ピストン13の圧縮行程の終わりで狭い隙間のスキッシュ部を形成し、このスキッシュ部内の混合気を押し出すことで燃焼室内の混合気を流動させて燃焼速度を増大させる。
The
The
図5(a),(b)は本発明に係る吸排気バルブ(第1実施形態)を説明する説明図である。なお、図2に示した吸気バルブ28と排気バルブ29とは基本形状が同一であるため、以下では吸気バルブ28についてのみ説明する。
(a)は図2の5矢視図であり、吸気バルブ28の軸部44の軸線44bを白丸、吸気バルブ28の傘部51の重心71を黒丸で示す。即ち、傘部の重心71を、軸部44の軸線44bにほぼ合致させたことを示す。軸部44の軸線44bと傘部51の重心71との距離はL1であり、軸部44の外径をDとすると、距離L1は、外径Dの半分より小さい(即ち、L1<0.5D)となる。
5 (a) and 5 (b) are explanatory views for explaining the intake / exhaust valve (first embodiment) according to the present invention. Since the
2A is a view taken in the direction of the
(b)は(a)のb−b線断面図であり、傘部51は、その肉厚を場所によって異ならせた、即ち、不均一とした部分である。例えば、軸部44の軸線44bから遠い部分では肉厚をt1とし、軸部44の軸線44bに近い部分では肉厚を肉厚t1よりも大きいt2(t2>t1)とすることで、傘部51の重心71を軸部44の軸線44bに近接させ、ほぼ合致させた。
(B) is a sectional view taken along the line bb of (a), and the
図6(a),(b)は本発明に係る吸排気バルブの別実施例(第2実施形態)を示す説明図である。
(a)は吸気バルブ81の軸部82の軸線83に沿って見た図であり、軸線83を白丸で示し、吸気バルブ81の傘部84の重心86を黒丸で示す。
即ち、軸部82の軸線83の位置を傘部84のほぼ中央に移動させて、傘部84の重心86を軸部82の軸線83に近接させ、ほぼ合致させた。軸部82の軸線83と傘部84の重心86との距離はL2であり、軸部82の外径をDとすると、距離L2は、外径Dの半分より小さく、ほぼゼロ(即ち、0.5D>L2≒0)となる。
FIGS. 6A and 6B are explanatory views showing another example (second embodiment) of the intake and exhaust valves according to the present invention.
(A) is the figure seen along the
That is, the position of the
(b)は(a)のb−b線断面図であり、軸部82の軸線83に対して傘部84はほぼ対称となり、傘部84の重心86は軸部82の軸線83にほぼ合致する。
軸部82の軸線83を単純に傘部84の図形上のほぼ中央に移動させるだけであるから、傘部84の重心位置の設定が非常に簡単に且つ迅速に行える。
(B) is a sectional view taken along the line bb of (a). The
Since the
図7(a),(b)は吸排気バルブの比較例を示す説明図である。
(a)は吸気バルブ121の軸部122の軸線123を白丸、吸気バルブ121の傘部124の重心126を黒丸で示す。軸部122の軸線123と傘部124の重心126との距離はL3であり、軸部122の外径をDとすると、距離L3は、外径Dの半分より大きい(即ち、L3>0.5D且つL3>L1(図5(a)参照))。
7A and 7B are explanatory views showing a comparative example of intake and exhaust valves.
(A) shows the
(b)は(a)のb−b線断面図であり、傘部124は、その肉厚t3を各場所で同一とした部分である。従って、傘部124の軸部122の軸線123から大きく突出した部分の側に重心126が存在し、重心126は軸線123から大きく離れる。
(B) is a bb line sectional view of (a), and
図8(a),(b)は吸排気バルブの作用を示す作用図である。
(a)に示す比較例(図7に示したものである。)において、吸気バルブ121がバルブガイド128にガイドされて往復運動をすると、重心126には慣性力F3が、例えば図の向きに作用する。軸部122の軸線123と重心126との距離はL3であるから、軸部122における傘部124の付根部には曲げモーメントM3として、M3=F3・L3が作用する。
8A and 8B are operation diagrams showing the operation of the intake and exhaust valves.
In the comparative example shown in FIG. 7A (as shown in FIG. 7), when the
(b)に示す実施例(図5に示したものである。)において、吸気バルブ28がシリンダヘッドのガイド穴24aにガイドされて軸部44の軸方向に往復運動をすると、傘部51の重心71には慣性力F1が、例えば図の向きに作用する。軸部44の軸線44bと傘部51の重心71との距離はL1であるから、軸部44における傘部51の付根部には曲げモーメントM1として、M1=F1・L1が作用する。
In the embodiment shown in FIG. 5B (shown in FIG. 5), when the
以上の(a),(b)において、L1<L3であり、また、実施例の傘部51は比較例の傘部124に対して軸部44の軸線44bから大きく突出している部分の肉厚を小さくしたものであるから、傘部51の重量は傘部124の重量よりも小さいため、F1<F3となるので、以上からM1<M3となる。
In the above (a) and (b), L1 <L3, and the thickness of the portion of the
比較例の吸気バルブ121は、大きな曲げモーメントM3に耐えうるように、例えば、軸部122を太くしたり、傘部124を厚くしたり、あるいは、軸部122と傘部124との連結部を補強のために形状変更等を行う必要がある。
In the
実施例の吸気バルブ28は、比較例の吸気バルブ121に対して、軸部44を細軸にすることができ、また傘部51自体、あるいは軸部44と傘部51との結合部の肉厚を更に小さくすることができて、吸気バルブ28をより一層軽量にすることができる。
In the
図9は本発明に係る吸排気バルブ(第3実施形態)を示す断面図であり、吸気バルブ91は、軸部92の軸線93に傘部94の重心96をほぼ合致させ、更に、軸部92に中空部97を設けることで更なる軽量化を図ったものである。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing an intake / exhaust valve (third embodiment) according to the present invention. The
このように、傘部94の重心96をほぼ軸部92の軸線93に合致させることによる傘部94の軽量化と、軸部92に中空部97を形成することによる軸部92の軽量化とによって、吸気バルブ91を駆動するロッカシャフト、バルブスプリングへの負荷を軽減することができ、これらのロッカシャフト、バルブスプリングの軽量化をも図ることができ、内燃機関の高回転化を図ることができる。
In this way, the weight of the
以上の図1、図4及び図5で示したように、本発明は第1に、軸部44とこの軸部44の端部に設けた傘部51とからなり、内燃機関10の燃焼室25の天井61に設けたポートとしての吸気ポート26を開閉するために、天井61に開けたガイド穴24a(図8(b)参照)に軸部44を移動自在に挿入するとともに、吸気ポート26の開口部に設けた非円形状の吸気側バルブシート41に、傘部51に設けた非円形状のバルブシール面52を密着可能とした吸気バルブ28において、傘部51の重心71の位置を、軸部44の軸線44bにほぼ合致させたことを特徴とする。
As shown in FIGS. 1, 4, and 5, the present invention first includes the
傘部51の重心71の位置を軸部44の軸線44bにほぼ合致させたので、非円形の吸気バルブ28の傘部51の重心71に作用する慣性力により、吸気バルブ28に発生する曲げモーメントM1(図8(b)参照)を小さくすることができ、吸気バルブ28の軸部44の細軸化、傘部51の薄肉化による吸気バルブ28の軽量化、小型化を図ることができる。また、傘部51、あるいは軸部44と傘部51との連結部を大きな曲げモーメントに耐え得るような複雑な形状にする必要もなく、コストを低減することができる。
Since the position of the center of
本発明は第2に、傘部51の肉厚を不均一にしたことを特徴とする。
傘部51の肉厚を不均一にしたので、例えば、傘部51における軸部44の軸線44bから大きく突出する部分の肉厚t1を薄くし、傘部51における軸部44の軸線44bから小さく突出する部分の肉厚t2を大きくすることで、傘部51の重心71の位置を、軸部44の軸線44bにほぼ合致させることができ、傘部51の重心71の位置を軸部44の軸線44bに、より確実に合わせることが可能になる。
Secondly, the present invention is characterized in that the thickness of the
Since the thickness of the
本発明は第3に、図6に示したように、吸気バルブ81の軸部82の軸線83の位置を傘部84に対して移動させたことを特徴とする。
軸部82の軸線83の位置を傘部84に対して移動させるので、軸部82の軸線83を傘部84の中央に移動させることで傘部84の重心86の位置を軸部82の軸線83に迅速にほぼ合わせることができる。従って、吸気バルブ81の形状が変更になった場合でも早期に対応するのに有効な手段となる。
Third, the present invention is characterized in that the position of the
Since the position of the
尚、本実施形態では、図5(b)に示したように、傘部51の肉厚を徐々に変化させたが、これに限らず、部分的に凹部を設けたり、部分的に凸部を設けることで肉厚を変化させて不均一としてもよい。
In addition, in this embodiment, as shown in FIG.5 (b), although the thickness of the
本発明の吸排気バルブは、内燃機関に好適である。 The intake / exhaust valve of the present invention is suitable for an internal combustion engine.
10…内燃機関、24a…ガイド穴、25…燃焼室、26,27…ポート(吸気ポート、排気ポート)、28,29,81,91…吸排気バルブ、41,42…バルブシート(吸気側バルブシート、排気側バルブシート)、44,47,82,92…軸部、44b,47b,83,93…軸部の軸線、51,54,84,94…傘部、52,55…バルブシール面、61…天井、71,86,96…傘部の重心、t1,t2…傘部の肉厚。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記傘部の重心位置を、前記軸部の軸線にほぼ合致させたことを特徴とする内燃機関の吸排気バルブ。 A shaft portion and an umbrella portion provided at the end of the shaft portion, and the shaft portion can be freely moved in a guide hole opened in the ceiling to open and close a port provided in the ceiling of the combustion chamber of the internal combustion engine. In the intake / exhaust valve that can be inserted into the non-circular valve seat provided in the opening of the port, and the non-circular valve seal surface provided in the umbrella portion can be closely attached,
An intake / exhaust valve for an internal combustion engine, wherein the position of the center of gravity of the umbrella portion is substantially matched with the axis of the shaft portion.
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