JP2007211665A - 内燃機関の吸排気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の吸入空気量を増加させることにある。
【解決手段】シリンダ軸線に対して複数の吸気バルブ４３Ａ，４３Ｂ及び排気バルブ４６を放射状に配置した内燃機関において、複数の吸気バルブ４３Ａ，４３Ｂ、詳しくは、外側バルブ５４Ａ，５４Ｂ、内側バルブ５５Ａ，５５Ｂをそれぞれ異なったバルブタイミング、異なったリフト量で開閉制御することで複数の吸気バルブ４３Ａ，４３Ｂの干渉を防止する第１カム、第２カムを設けた。
【選択図】図９

Description

本発明は、内燃機関の吸排気装置の改良に関するものである。

従来の内燃機関の吸排気装置として、シリンダの中心軸線上の点を中心に吸排気弁を放射状に配置したものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開昭５９−３７２１３号公報

特許文献１の第１図及び第２図に示される通り、２本の吸気弁３，３及び２本の排気弁４，４は、吸気弁３，３及び排気弁４，４のそれぞれの弁杆３ａ，３ａ，４ａ，４ａがシリンダ５の中心軸線上の点Ａを中心にして放射状になるようにシリンダヘッド１に配置される。

例えば、２本の吸気弁３，３は、所定のバルブ挟み角でシリンダヘッド１に取付けられるため、２本の吸気弁３，３を同時に開く場合には、吸気弁３，３が干渉しないように傘部の外径やリフト量が制限され、吸入空気量の増加が難しい。
本発明の目的は、内燃機関の吸入空気量を増加させることにある。

請求項１に係る発明は、シリンダ軸に対して複数の吸気バルブ及び排気バルブを放射状に配置した内燃機関において、複数の吸気バルブをそれぞれ異なったバルブタイミング、異なったリフト量で開閉制御することで複数の吸気バルブの干渉を防止するバルブ開閉制御装置を設けたことを特徴とする。

作用として、バルブ開閉制御装置により、複数の吸気バルブをそれぞれ異なったバルブタイミング、異なったリフト量で開閉させるため、複数の吸気バルブを放射状に配置してもそれらの吸気バルブが干渉しにくい。従って、吸気バルブのリフト量を大きし、バルブ挟み角も大きくすることが可能になり、吸気バルブの傘部の外径も大きくすることが可能になる。

請求項２に係る発明は、吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方を、その傘部が非円形となるようにしたことを特徴とする。
作用として、吸気バルブ及び排気バルブの一方の傘部が非円形であるため、吸入通路面積が大きくなる。

請求項３に係る発明は、吸気バルブ及び排気バルブをそれぞれ、軸方向に貫通する内側バルブ穴を開けた外側バルブと、内側バルブ穴に移動自在に挿入した内側バルブとからなる二重バルブとし、外側バルブに吸排気ポートと燃焼室とを連通させるとともに内側バルブで開閉される内側通路を形成し、これらの外側バルブ及び内側バルブの開閉をバルブ開閉制御装置で制御することを特徴とする。

作用として、吸気バルブ及び排気バルブをそれぞれ外側バルブ及び内側バルブからなる二重バルブとすることで、例えば、ピストンの上死点付近で、各外側バルブを閉じたまま、各内側バルブを開けることにより、吸入した新気により燃焼室内に残留した残留ガスを掃気することが可能になる。内側バルブは傘部の外形が小さいから、ピストン頂部と干渉しにくい。

請求項１に係る発明では、複数の吸気バルブをそれぞれ異なったバルブタイミング、異なったリフト量で開閉制御することで複数の吸気バルブの干渉を防止するバルブ開閉制御装置を設けたので、各吸気バルブの干渉を防止することができ、バルブリフト量を大きくすることができる。また、バルブ挟み角を大きくすることができ、バルブ径を大きくすることができる。以上より、吸気バルブの開口面積を大きくすることができ、吸入空気量を増やすことができて、内燃機関出力を向上させることができる。

更に、バルブ挟み角を大きくすることで、吸気バルブが開いたときに、吸気バルブと燃焼室壁との距離を大きくすることができ、吸気バルブの有効開口面積が大きくなって、より一層の吸入空気量増加を図ることができる。

請求項２に係る発明では、吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方を、その傘部が非円形となるようにしたので、開口面積をより大きくすることができ、更なる吸入空気量増加を図ることができる。

請求項３に係る発明では、吸気バルブ及び排気バルブをそれぞれ、軸方向に貫通する内側バルブ穴を開けた外側バルブと、内側バルブ穴に移動自在に挿入した内側バルブとからなる二重バルブとし、外側バルブに吸排気ポートと燃焼室とを連通させるとともに内側バルブで開閉される内側通路を形成し、これらの外側バルブ及び内側バルブの開閉をバルブ開閉制御装置で制御するので、ピストンの上死点付近で、外側バルブを閉じたまま、内側バルブを開けたときに、吸入した新気により燃焼室内に残留した残留ガスを掃気することができる。

また、傘部の外形が小さい内側バルブはピストン頂部と干渉しにくいため、リフト量を大きくすることができ、新気の流入量を増やすことができて、掃気をより確実に行うことができ、エンジン出力を向上させることができる。

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装置を備えた内燃機関の断面図（第１実施形態）であり、内燃機関１０は、例えば、第１シリンダとしての左シリンダ部１２と、第２シリンダとしての右シリンダ部１４とからなり、左シリンダ部１２と右シリンダ部１４との間にクランクシャフト１６及びカムシャフト１７を回転自在に取付けたＯＨＶ２気筒水平対向型のものである。
左シリンダ部１２と右シリンダ部１４とは基本構造が同一であり、以下では右シリンダ部１４についてのみ説明する。

右シリンダ部１４は、シリンダブロック２１と、このシリンダブロック２１の端部に取付けたシリンダヘッド２２と、このシリンダヘッド２２の一端部側の開口を覆うヘッドカバー２３とを備える。

シリンダブロック２１は、アルミニウム合金製であり、穴部２５に鋳鉄製のシリンダライナ２６を鋳込んだ部材である。なお、２７は穴部２５とシリンダライナ２６との間に形成したウォータジャケット、２８はシリンダライナ２６の中心を通るシリンダ軸線である。

クランクシャフト１６は、クランクピン３１にベアリング３２を介してコネクティングロッド３３の大端部３３ａを連結した部材である。
コネクティングロッド３３は、小端部３３ｂにピストン３４の内側連結部３４ａを連結した部材であり、小端部３３ｂと内側連結部３４ａは球面滑り軸受３６を構成する。
ピストン３４は、シリンダライナ２６に移動自在に挿入した部材である。

シリンダヘッド２２は、ヘッド本体３８と、ピストン３４の頂面３４ｂとで燃焼室４０を形成する凹状の燃焼室壁３８ａと、この燃焼室壁３８ａから外壁３８ｂ，３８ｃ（一方の符号３８ｃのみ示す。）にそれぞれ延ばした吸気ポート３８ｄ及び排気ポート３８ｅと、吸気ポート３８ｄの燃焼室４０への出口を開閉するためにヘッド本体３８にバルブガイド４２を介して往復動自在に取付けた吸気バルブ４３と、排気ポート３８ｅの燃焼室４０からの入口を開閉するためにヘッド本体３８にバルブガイド４４を介して往復動自在に取付けた排気バルブ４６とを備える。なお、４５は吸気側のバルブシート、４７は排気側のバルブシート、４９は吸気管、５０は排気管である。
上記した燃焼室壁３８ａ、外壁３８ｂ，３８ｃ、吸気ポート３８ｄ及び排気ポート３８ｅはヘッド本体３８に形成したものである。

吸気バルブ４３は、吸気側動弁機構４８により往復動し、排気バルブ４６は、排気側動弁機構（不図示）により往復動する部材である。排気側動弁機構は、基本構造が吸気側動弁機構４８と同一であり、説明は省略する。

図２は本発明に係る吸排気バルブの配置を示す図（第１実施形態）であり、図１に示したシリンダ軸線２８（この図ではシリンダ軸線２８を黒丸で示す。）の延びる方向から見た図である。（図１はこの図の１−１線に沿った断面図である。）
一対の吸気バルブ４３，４３及び排気バルブ４６は、各バルブの軸線５１，５１，５２がシリンダ軸線２８を通るように放射状に配置したものである。

吸気バルブ４３は、外側バルブ５４と、この外側バルブ５４の内側に移動自在に挿入した内側バルブ５５とからなる。
外側バルブ５４は、軸部５７と、この軸部５７の先端に一体に設けた傘部５８とからなり、傘部５８に複数の通気口５９を開けたものである。傘部５８は外形を非円形とした部分である。
内側バルブ５５は、軸部６２と、この軸部６２の先端に一体に設けた傘部６３とからなり、傘部６３の外形を非円形としたものである。

排気バルブ４６は、外側バルブ６５と、この外側バルブ６５の内側に移動自在に挿入した内側バルブ６６とからなる。
外側バルブ６５は、軸部６８と、この軸部６８の先端に一体に設けた傘部７１とからなり、傘部７１に複数の通気口７２を開けたものである。傘部７１は外形を非円形とした部分である。
内側バルブ６６は、軸部７４と、この軸部７４の先端に一体に設けた傘部７５とからなり、傘部７５の外形を非円形としたものである。

図３は本発明に係る吸気バルブ及び吸気側動弁機構を示す断面図（第１実施形態）である。
吸気バルブ４３の外側バルブ５４は、内側バルブ５５を移動自在に挿入するために軸部５７を貫通させた内側バルブ穴５４ａと、内側バルブ５５の傘部６３を収納する傘部収納部５４ｂと、傘部５８の上面５８ａ側及び傘部収納部５４ｂのそれぞれを連通するように開けた複数の通気口５９とを形成し、軸部５７に２枚のフランジ７１，７２を距離を隔てて取付けた部品であり、上記した傘部収納部５４ｂ及び複数の通気口５９は、内側バルブ５５で開閉される内側通路６０を構成するものである。なお、５４ｃはバルブシート４５（図１参照）と密着させるために外側バルブ５４の傘部５８の外周に形成したバルブフェイス、５４ｄは外側バルブ５４の傘部５８の底面に形成したバルブ側シートである。

内側バルブ５５は、軸部６２に２枚のフランジ７３，７４を距離を隔てて取付けたものである。なお、５５ａは外側バルブ５４のバルブ側シート５４ｄに密着させるために内側バルブ５５の傘部６３の外周に形成したバルブフェイスである。

吸気側動弁機構４８は、シリンダブロック２１に取付けたカム側ロッカシャフト８１と、カムシャフト１７に設けた第１カム８２で駆動させるためにカム側ロッカシャフト８１にスイング自在に取付けたカム側第１ロッカアーム８３と、このカム側第１ロッカアーム８３に一端をスイング自在に連結した筒状の第１プッシュロッド８４と、ヘッド本体３８に取付けたバルブ側ロッカシャフト８６と、第１プッシュロッド８４の他端にスイング自在に連結するとともにバルブ側ロッカシャフト８６にスイング自在に取付け且つ先端部８７ａを外側バルブ５４のフランジ７１，７２間に配置したバルブ側第１ロッカアーム８７と、カムシャフト１７に設けた第２カム９２で駆動させるためにカム側ロッカシャフト８１にスイング自在に取付けたカム側第２ロッカアーム９３と、このカム側第２ロッカアーム９３に一端をスイング自在に連結した棒状の第２プッシュロッド９４と、この第２プッシュロッド９４の他端にスイング自在に連結するとともにバルブ側ロッカシャフト８６にスイング自在に取付け且つ先端部９７ａを内側バルブ５５のフランジ７３，７４間に配置したバルブ側第２ロッカアーム９７と、フランジ７２，７３間に配置した圧縮コイルばね９８とからなる。

第１カム８２及び第２カム９２は、外側バルブ５４及び内側バルブ５５の後述するバルブタイミング特性を満たす形状に形成したものである。
カム側第１ロッカアーム８３は、湾曲した部品であり、一端に第１カム８２と摺動するフォロア１０１を取付け、他端にアジャストボルト１０２をねじ込んだ突出部８３ａを設け、中間部に貫通穴８３ｂを開け、この貫通穴８３ｂに球面の一部を構成する凹状球面８３ｃを形成したものである。なお、１０３，１０４はアジャストボルト１０２用のロックナットである。

第１プッシュロッド８４は、一端に球面の一部を構成する凸状球面８４ａを備え、他端に球面の一部を構成する凸状球面８４ｂを備え、凸状球面８４ａとカム側第１ロッカアーム８３の凹状球面８３ｃとが滑り自在に嵌合する。これらの凹状球面８３ｃ及び凸状球面８４ａは球面滑り軸受１０６を構成する部分である。

バルブ側第１ロッカアーム８７は、中間部に貫通穴８７ｂを開け、この貫通穴８７ｂに球面の一部を構成する凹状球面８７ｃを形成した部品である。
上記したバルブ側第１ロッカアーム８７の凹状球面８７ｃと第１プッシュロッド８４の凸状球面８４ｂとは滑り自在に嵌合する。これらの凹状球面８７ｃ及び凸状球面８４ｂは球面滑り軸受１０７を構成する部分である。

カム側第２ロッカアーム９３は、先端にフォロア１１１を取付けた第１アーム９３ａと、先端部に凹状球面９３ｂを形成した第２アーム９３ｃと、カム側第１ロッカアーム８３の突出部８３ａと対向するように延ばした突出部９３ｄとからなる。

第２プッシュロッド９４は、各端部に細軸部９４ａ，９４ｂを備え、これらの細軸部９４ａ，９４ｂの先端にそれぞれ球体部９４ｃ，９４ｄを形成した部品であり、球体部９４ｃとカム側第２ロッカアーム９３の凹状球面９３ｂとが滑り自在に嵌合する。これらの凹状球面９３ｂ及び球体部９４ｃは球面滑り軸受１１３を構成する部分である。

カム側第２ロッカアーム９７は、中間部に膨出部９７ｂを形成し、この膨出部９７ｂに球面の一部を構成する凹状球面９７ｃを形成し、この凹状球面９７ｃと第２プッシュロッド９４の球体部９４ｄとが滑り自在に嵌合する。凹状球面９７ｃ及び球体部９４ｄは球面滑り軸受１１４を構成する部分である。

アジャストボルト１０２は、その先端部１０２ａとカム側第２ロッカアーム９３の突出部９３ｄとの距離を調整するものであり、突出部９３ｄとアジャストボルト１０２の先端部１０２ａとが当たるまでの角度を変更可能とした。

第２カム９２によってカム側第２ロッカアーム９３が時計回りにスイングし、第２プッシュロッド９４、バルブ側第２ロッカアーム９７を介して内側バルブ５５が開き始め、次いで、突出部９３ｄがアジャストボルト１０２の先端部１０２ａに当たることで、カム側第１ロッカアーム８３がカム側第２ロッカアーム９３と共にスイングし始め、第１プッシュロッド８４、バルブ側第１ロッカアーム８７を介して外側バルブ５４が開き始める。従って、アジャストボルト１０２は、外側バルブ５４の開弁時期を調整する部品である。

また、第１カム８２によってカム側第１ロッカアーム８３が反時計回りにスイングし、第１プッシュロッド８４、バルブ側第１ロッカアーム８７を介して外側バルブ５４が閉じ始め、次いで、アジャストボルト１０２の先端部１０２ａが突出部９３ｄに当たることで、カム側第２ロッカアーム９３がカム側第１ロッカアーム８３と共にスイングし始め、第２プッシュロッド９４、バルブ側第２ロッカアーム９７を介して内側バルブ５５が閉じ始める。従って、アジャストボルト１０２は、内側バルブ５５の閉弁時期を調整する部品でもある。

図４（ａ），（ｂ）は本発明に係る吸排気バルブのバルブタイミング特性を示す説明図（第１実施形態）である。
（ａ）はバルブタイミング特性を示すグラフであり、縦軸は吸排気バルブの各外側バルブ及び各内側バルブのリフト量、横軸はクランク角（単位は°）を表す。リフト量は、外側バルブについては、バルブシートを基準とし、内側バルブについては、外側バルブを基準とする。
例えば、排気バルブの内側バルブは、−１８０°で開き、クランク角ｃ１で閉じる。
排気バルブの外側バルブは、クランク角−ｃ２で開き、上死点で閉じる。
吸気バルブの内側バルブは、クランク角−ｃ３で開き、１８０°で閉じる。
吸気バルブの外側バルブは、上死点で開き、クランク角ｃ４で閉じる。

このように、排気バルブの外側バルブと内側バルブはほぼ同時に開閉し、排気バルブの外側バルブと内側バルブもほぼ同時に開閉し、吸排気バルブの各外側バルブは、上死点付近ではオーバーラップせず、吸排気バルブの各内側バルブは、上死点付近でのみオーバーラップして開く。

（ｂ）は、（ａ）のグラフを基にして、吸排気バルブの各内側バルブのリフト量を、外側バルブと同じくバルブシートからのリフト量に書き換えたものである。
即ち、吸排気バルブの各内側バルブは、吸排気バルブの各外側バルブよりもリフト量が大きい。

図５（ａ），（ｂ）は本発明に係る吸排気バルブのバルブタイミング特性での開閉状態を示す断面図（第１実施形態）である。
（ａ）は図４（ａ），（ｂ）のグラフにおけるクランク角ｃ５での吸気バルブ４３の開閉状態を示す図であり、外側バルブ５４がバルブシート４５からリフトし、内側バルブ５５が外側バルブ５４からリフトして、外側通路１２０（バルブシート４５と外側バルブ５４との間の通路である。）及び内側通路６０の両方を開けた状態を示す。

これにより、吸気バルブ４３の有効開口面積をより大きくすることができ、吸入空気量を増すことができ、エンジン出力を高めることができる。
また、排気バルブ４６（図１参照）も、外側バルブ６５（図１参照）と内側バルブ６６（図１参照）とを同時に開けることで、排気抵抗を低減することができる。

（ｂ）は図４（ａ），（ｂ）のグラフにおけるＴＤＣでの吸気バルブ４３及び排気バルブ４６の開閉状態を示す図であり、吸気バルブ４３の外側バルブ５４がバルブシート４５に着座し、外側バルブ５４から内側バルブ５５がリフトして、内側通路６０を開け、同様に、排気バルブ４６の外側バルブ６５がバルブシート４７に着座し、外側バルブ６５から内側バルブ６６がリフトして、内側通路６０を開けた状態を示す。
図中の３４ｃは燃焼室壁３８ａの周縁に設けた凹状のテーパ壁３８ｆに近接させることでスキッシュを発生させるためにピストン３４の頂面３４ｂの周縁に設けた環状のテーパ部である。

この結果、実線の矢印で示すように、混合気が吸気ポート３８ｄから内側通路６０を通って燃焼室４０に流入し、また、破線の矢印で示すように、燃焼後に燃焼室４０内に残留していた残留ガスが内側通路６０を通って排気ポート３８ｅに流出する。

このように、排気行程終了時の上死点付近で内側バルブ５５，６６のみ開けることで、内側バルブ５５，６６のリフト量をピストンの３４の頂面３４ｂに干渉させることなしに大きくすることができ、吸入する混合気量及び排気する残留ガス量を多くすることができ、掃気をより確実に行うことができる。更に、ピストン３４の頂面３４ｂにバルブリセスを設ける必要がないため、ピストン３４のスキッシュエリアとなるテーパ部３４ｃの面積を大きくすることができ、スキッシュをより効果的に発生させることができる。

以上の図１〜図５に示したように、本発明は、シリンダヘッド２２に、燃焼室４０に通じる吸気ポート３８ｄ及び排気ポート３８ｅをそれぞれ開閉する吸気バルブ４３及び排気バルブ４６を設けた内燃機関１０において、吸気バルブ４３を、軸方向に貫通する内側バルブ穴５４ａを開けた外側バルブ５４と、内側バルブ穴５４ａに移動自在に挿入した内側バルブ５５とからなる二重バルブとし、排気バルブ４６を、軸方向に貫通する内側バルブ穴５４ａを開けた外側バルブ６５と、内側バルブ穴５４ａに移動自在に挿入した内側バルブ６６とからなる二重バルブとし、外側バルブ５４，６５に、吸排気ポート３８ｄ，３８ｅと燃焼室４０とを連通させるとともに内側バルブ５５，６６で開閉される内側通路６０を形成し、これらの外側バルブ５４，６５及び内側バルブ５５，６６の開閉を制御するバルブタイミング制御装置としての第１カム８２及び第２カム９２を備え、これらの第１カム８２及び第２カム９２により、少なくとも掃気時に、吸排気バルブ４３，４６の各外側バルブ５４，６５を同時に閉じる非オーバーラップ状態にするとともに、吸排気バルブ４３，４６の各内側バルブ５５，６６を同時に開くオーバーラップ状態にすることを特徴とする。

これにより、高回転領域における上死点付近での掃気をより確実に行うことができるとともに、ピストン３４の頂面３４ｂのバルブリセスを無くしてスキッシュエリアとしてのテーパ部３４ｃを増大することができ、エンジン出力性能及び燃焼効率の向上を図ることができる。

以上に述べた吸気側動弁機構４８の作用を以下の図６〜図８で説明する。なお、第１カム８２、第２カム９２、吸気バルブ４３及び吸気動弁機構４８については簡略して示した。
図６（ａ），（ｂ）は本発明に係る吸気側動弁機構の作用を示す第１作用図（第１実施形態）である。
（ａ）は、吸気側動弁機構４８を、カムシャフト１７と、このカムシャフト１７の第１カム８２に駆動されるカム側第１ロッカアーム８３と、このカム側第１ロッカアーム８３に一端を連結した第１プッシュロッド８４と、この第１プッシュロッド８４の他端に連結したバルブ側第１ロッカアーム８７と、カムシャフト１７の第２カム９２で駆動されるカム側第２ロッカアーム９３と、このカム側第２ロッカアーム９３に一端を連結した第２プッシュロッド９４と、この第２プッシュロッド９４の他端に連結したバルブ側第２ロッカアーム９７と、外側バルブ５４及び内側バルブ５５のそれぞれの間に介在させた圧縮コイルばね９８とで構成し、吸気バルブ４３の外側バルブ５４及び内側バルブ５５を共に閉じたことを示す。

（ｂ）において、矢印Ａで示すように、第２カム９２からカム側第２ロッカアーム９３に入力があると、カム側第２ロッカアーム９３は、矢印Ｂで示すように、第２ロッカシャフト８１を中心にしてスイングする。

この結果、第２プッシュロッド９４が、矢印Ｃで示すように移動し、バルブ側第２ロッカアーム９７が、矢印Ｄで示すようにバルブ側ロッカシャフト８６を中心にしてスイングし、内側バルブ５５が、矢印Ｅで示すように移動して内側通路６０を開く。

図７（ａ），（ｂ）は本発明に係る吸気側動弁機構の作用を示す第２作用図（第１実施形態）である。
（ａ）において、第２カム９２からの更なる入力により、カム側第２ロッカアーム９３が更に矢印Ｆで示すようにスイングすると、カム側第２ロッカアーム９３の突出部９３ｄがアジャストボルト（不図示）を介してカム側第１ロッカアーム８３の突出部８３ａを押すため、カム側第１ロッカアーム８３が矢印Ｇで示すようにスイングする。

この結果、第１プッシュロッド８４が、矢印Ｈで示すように移動し、バルブ側第１ロッカアーム８７が、矢印Ｊで示すようにバルブ側ロッカシャフト８６を中心にしてスイングし、外側バルブ５４が、矢印Ｋで示すように移動して外側通路１２０を開く。外側バルブ５４が開く間、内側バルブ５５も更に開く。
このときの外側バルブ５４及び内側バルブ５５のバルブシートを基準としたリフト量はそれぞれＬ１，Ｌ２となる。

（ｂ）において、矢印Ｍで示すように、第１カム８２からカム側第１ロッカアーム８３に入力があると、カム側第１ロッカアーム８３は、矢印Ｎで示すように、第１ロッカシャフト８１を中心にしてスイングする。

この結果、第１プッシュロッド８４が、矢印Ｐで示すように移動し、バルブ側第１ロッカアーム８７が、矢印Ｑで示すようにバルブ側ロッカシャフト８６を中心にしてスイングし、外側バルブ５４が、矢印Ｒで示すように移動して内外側通路１２０を閉じる。

カム側第１ロッカアーム８３がスイングしている間に、突出部８３ａが突出部９３ｄを押してカム側第２ロッカアーム９３を矢印Ｓで示すようにスイングさせる。この結果、第２プッシュロッド９４が、矢印Ｔで示すように移動し、バルブ側第２ロッカアーム９７が、矢印Ｕで示すようにバルブ側ロッカシャフト８６を中心にしてスイングし、内側バルブ５５が、矢印Ｖで示すように移動する。

図８は本発明に係る吸気側動弁機構の作用を示す第３作用図（第１実施形態）である。
第２カム９２がカム側第２ロッカアーム９３に対して矢印Ｗで示すように次第に後退していくと、圧縮コイルばね９８の弾性力（白抜き矢印Ｘの向きに作用する。）によって、カム側第２ロッカアーム９３が矢印Ｙで示すようにスイングし、第２プッシュロッド９４が矢印Ｚで示すように移動し、バルブ側第２ロッカアーム９７が矢印ＡＡで示すようにスイングし、内側バルブ５５は矢印ＢＢで示すように移動して内側通路６０を閉じる。

以上の図６〜図８に示したように、カムシャフト１７の回転によって、第２カム９２によりまず内側バルブ５５が開き、次いで外側バルブ５４が開く。そして、今度は第１カム８２によって外側バルブ５４が閉じ、次いで、第１カム８２及び圧縮コイルばね９８によって内側バルブ５５が閉じる。

以上の図１、図２、図３及び図５に示したように、本発明は、シリンダヘッド２２に、燃焼室４０に通じる吸気ポート３８ｄ及び排気ポート３８ｅをそれぞれ開閉する吸気バルブ４３及び排気バルブ４６を設けた内燃機関１０において、吸気バルブ４３を、軸方向に貫通する内側バルブ穴５４ａを開けた外側バルブ５４と、内側バルブ穴５４ａに移動自在に挿入した内側バルブ５５とからなる二重バルブとし、排気バルブ４６を、軸方向に貫通する内側バルブ穴５４ａを開けた外側バルブ６５と、内側バルブ穴５４ａに移動自在に挿入した内側バルブ６６とからなる二重バルブとし、外側バルブ５４，６５に、吸排気ポート３８ｄ，３８ｅと燃焼室４０とを連通させるとともに内側バルブ５５，６６で開閉される内側通路６０を形成し、これらの外側バルブ５４，６５及び内側バルブ５５，６６の開閉を制御するバルブタイミング制御装置としての第１カム８２及び第２カム９２を備え、第１カム８２及び第２カム９２により、排気行程で排気バルブ４６の外側バルブ６５及び内側バルブ６６をそれぞれ開け、吸気行程で吸気バルブ４３の外側バルブ５４及び内側バルブ５５をそれぞれ開けることを特徴とする。
これにより、吸排気バルブの有効開口面積を大きくすることができ、吸入空気量を増やすことができ、エンジン出力を向上させることができる。

図９は本発明に係る吸気バルブ及び吸気側動弁機構を示す断面図（第２実施形態）であり、図３に示した第１実施形態と同一構成については同一符号を付け、詳細説明は省略する。
吸気側動弁機構１３０は、外側バルブ５４及び内側バルブ５５を強制的に開閉する機構であり、カム側ロッカシャフト８１と、第１カム１３１、第２カム１３２、第３カム１３３及び第４カム１３４からなるカムシャフト１３５のうちの第１カム１３１に当てた第１開弁用アーム１３７及び第２カム１３２に当てた第１閉弁用アーム１３８を備えるとともにカム側ロッカシャフト８１にスイング自在に取付けたカム側第１ロッカアーム１４３と、このカム側第１ロッカアーム１４３に一端をスイング自在に連結した筒状の第１プッシュロッド８４と、バルブ側ロッカシャフト８６と、バルブ側第１ロッカアーム８７と、第３カム１３３に当てた第２開弁用アーム１４１及び第４カム１３４に当てた第２閉弁用アーム１４２を備えるとともにカム側ロッカシャフト８１にスイング自在に取付けたカム側第２ロッカアーム１５３と、このカム側第２ロッカアーム１５３に一端をスイング自在に連結した棒状の第２プッシュロッド９４と、バルブ側第２ロッカアーム９７とからなる。

カム側第１ロッカアーム１４３は、ほぼＣ字形状に湾曲した部品であり、第１開弁用アーム１３７の先端に第１カム１３１と摺動するフォロア１４５を備え、第１閉弁用アーム１３８の先端に第２カム１３２と摺動するフォロア１４６を備え、第１閉弁用アーム１３８の中間部に貫通穴８３ｂを開け、この貫通穴８３ｂに球面の一部を構成する凹状球面８３ｃを形成したものである。

第１カム１３１〜第４カム１３４は、外側バルブ５４及び内側バルブ５５の図１０で示すバルブタイミング特性を満たす形状に形成したものである。

カム側第２ロッカアーム１５３は、ほぼＣ字形状に湾曲した部品であり、第２開弁用アーム１４１の先端に第３カム１３３と摺動するフォロア１４７を備え、第２閉弁用アーム１４２の先端に第４カム１３４と摺動するフォロア１４８を備え、第２閉弁用アーム１４２の中間部に凹状球面９３ｂを形成したものである。

図１０は本発明に係る吸排気バルブのバルブタイミング特性（第２実施形態）を示すグラフであり、縦軸は吸排気バルブの各外側バルブ及び各内側バルブのリフト量、横軸はクランク角（単位は°）を表す。リフト量は、外側バルブについては、バルブシートを基準とし、内側バルブについては、外側バルブを基準とする。
例えば、排気バルブの外側バルブは、−１８０°で開き、上死点で閉じる。
排気バルブの内側バルブは、クランク角−ｃ６で開き、クランク角ｃ７で閉じる。
吸気バルブの外側バルブは、上死点で開き、１８０°で閉じる。
吸気バルブの内側バルブは、クランク角−ｃ８で開き、クランク角ｃ９で閉じる。
このように、吸排気バルブの各外側バルブは、上死点付近ではオーバーラップせず、吸排気バルブの各内側バルブは、上死点付近でのみオーバーラップして開く。
このバルブタイミング特性における上死点での吸気バルブ４３及び排気バルブ４６の開閉状態は、図５（ｂ）に示したのと同様である。

図１１（ａ），（ｂ）は本発明に係る吸気バルブのバルブタイミング特性（第３実施形態）を示す説明図である。
（ａ）はバルブタイミング特性を示すグラフであり、縦軸は吸気バルブの各外側バルブのリフト量、横軸はクランク角（単位は°）を表す。リフト量は、バルブシートを基準とする。
例えば、一対の外側バルブのうち、一方の外側バルブ（これを第１外側バルブとする。）は、上死点で開き、１８０°で閉じる。
一対の外側バルブのうち、他方の外側バルブ（これを第２外側バルブとする。）は、クランク角ｃ１０で開き、クランク角ｃ１１で閉じる。
このように、第１外側バルブは、第２外側バルブに対して早く開き、遅く閉じる。

（ｂ）は（ａ）における外側バルブを備える一対の吸気バルブのクランク角ｃ１２での開閉を示す図である。
即ち、一対の吸気バルブを第１吸気バルブ４３Ａと第２吸気バルブ４３Ｂ（第１吸気バルブ４３Ａ及び第２吸気バルブ４３Ｂは、吸気バルブ４３と同一構造である。）とし、第１吸気バルブ４３Ａを第１外側バルブ５４Ａと第１内側バルブ５５Ａとから構成し、第２吸気バルブ４３Ｂを第２外側バルブ５４Ｂと第２内側バルブ５５Ｂとから構成する。なお、θは第１吸気バルブ４３Ａと第２吸気バルブ４３Ｂとのバルブ挟み角である。

第１吸気バルブ４３Ａの第１外側バルブ５４Ａは、第２吸気バルブ４３Ｂの第２外側バルブ５４Ｂよりも早く開き、リフト量が大きい。このように、第１外側バルブ５４Ａと外側バルブ５４Ｂとのバルブタイミングを異ならせることで、第１外側バルブ５４Ａ及び第２外側バルブ５４Ｂの外形が大きくとも、第１外側バルブ５４Ａと第２外側バルブ５４Ｂとを干渉しないように重ねて第１外側バルブ５４Ａ及び外側バルブ５４Ｂのそれぞれの有効開口面積を大きくすることができる。更に、第１内側バルブ５５Ａ及び第２内側バルブ５５Ｂも開けることで、より一層有効開口面積を大きくすることができる。

また、リフト量を大きくしても各吸気バルブ４３Ａ，４３Ｂが干渉しないため、バルブ挟み角θを大きくすることができ、これによって、吸気バルブ４３Ａ，４３Ｂ、詳しくは外側バルブ５４Ａ，５４Ｂ、内側バルブ５５Ａ，５５Ｂのそれぞれの傘部の外形を大きくすることが可能になり、更に有効開口面積を大きくすることができる。

以上の図１、図２及び図９に示したように、本発明は、シリンダ軸線２８に対して複数の吸気バルブ４３Ａ，４３Ｂ及び排気バルブ４６を放射状に配置した内燃機関１０において、複数の吸気バルブ４３Ａ，４３Ｂ、詳しくは、外側バルブ５４Ａ，５４Ｂ、内側バルブ５５Ａ，５５Ｂをそれぞれ異なったバルブタイミング、異なったリフト量で開閉制御することで複数の吸気バルブ４３Ａ，４３Ｂの干渉を防止するバルブ開閉制御手段としての第１カム８２、第２カム９２を設けたことを特徴とする。

これにより、各吸気バルブ４３Ａ，４３Ｂの干渉を防止することができ、バルブリフト量を大きくすることができる。また、バルブ挟み角θを大きくすることができ、傘部外形を大きくすることができる。以上より、吸気バルブ４３Ａ，４３Ｂの開口面積を大きくすることができ、吸入空気量を増やすことができて、内燃機関出力を向上させることができる。

更に、バルブ挟み角θを大きくすることで、吸気バルブ４３Ａ，４３Ｂが開いたときに、吸気バルブ４３Ａ，４３Ｂと燃焼室壁との距離を大きくすることができ、吸気バルブ４３Ａ，４３Ｂの有効開口面積が大きくなって、より一層の吸入空気量増加を図ることができる。

また、吸気バルブ４３及び排気バルブ４６の少なくとも一方を、その傘部５８，６３，７１，７５が非円形となるようにしたことを特徴とする。
これにより、開口面積をより大きくすることができ、更なる吸入空気量増加を図ることができる。

以上の図３、図６〜図８に示したように、本発明は、カムシャフト１７の回転をプッシュロッド８４，９４及びロッカアーム８７，９７を介して吸気バルブ４３の開閉動作に変換するＯＨＶ型内燃機関１０（図１参照）の吸気側動弁機構４８において、吸気バルブ４３を、軸方向に貫通する内側バルブ穴５４ａを開けた外側バルブ５４と、内側バルブ穴５４ａに移動自在に挿入した内側バルブ５５とからなる二重バルブとし、外側バルブ５４に吸排気ポート３８ｄ，３８ｅと燃焼室４０とを連通させるとともに内側バルブ５５で開閉される内側通路６０を形成し、吸気側動弁機構４８に、外側バルブ５４を開閉するためにカムシャフト１７に設けた外側バルブ用カムとしての第１カム８２に当てるとともに第１ロッカシャフトとしてのカム側ロッカシャフト８１でスイング自在に支持した外側バルブ用第１ロッカアームとしてのカム側第１ロッカアーム８３と、このカム側第１ロッカアーム８３に一端を連結した外側バルブ用プッシュロッドとしての第１プッシュロッド８４と、この第１プッシュロッド８４の他端に連結するとともに第２ロッカシャフトとしてのバルブ側ロッカシャフト８６でスイング自在に支持し且つ外側バルブ５４に連結した外側バルブ用第２ロッカアームとしてのバルブ側第１ロッカアーム８７と、内側バルブ５５を開閉するためにカムシャフト１７に設けた内側バルブ用カムとしての第２カム９２に当てるとともにカム側ロッカシャフト８１でスイング自在に支持した内側バルブ用第１ロッカアームとしてのカム側第２ロッカアーム９３と、このカム側第２ロッカアーム９３に一端を連結した内側バルブ用プッシュロッドとしての第２プッシュロッド９４と、この第２プッシュロッド９４の他端に連結するとともにバルブ側ロッカシャフト８６でスイング自在に支持し且つ内側バルブ５５に連結した内側バルブ用第２ロッカアームとしてのバルブ側第２ロッカアーム９７とを備え、カム側第１ロッカアーム８３及びカム側第２ロッカアーム９３に、一方が第１カム８２又は第２カム９２に駆動されたときに他方を押して駆動する駆動アームとしての突出部８３ａ，９３ｄをそれぞれ形成し、第１プッシュロッド８４及び第２プッシュロッド９４の一方を筒状に形成し、この筒状のプッシュロッド８４の内側に第１プッシュロッド８４及び第２プッシュロッド９４の他方を配置することで２本のプッシュロッド８４，９４をほぼ同軸に配置し、内側バルブ５５を開閉するときには、突出部８３ａ，９３ｄを介して外側バルブ５４側を駆動し、外側バルブ５４を開閉するときには、突出部８３ａ，９３ｄを介して内側バルブ５５側を駆動することを特徴とする。
これにより、外側バルブ５４及び内側バルブ５５の両方を同時に開くことができ、吸入空気量を増やすことができて、内燃機関出力を向上させることができる。

また、本発明は、外側バルブ５４と内側バルブ５５との間に、外側バルブ５４に対して内側バルブ５５を強制的に閉じるスプリングとしての圧縮コイルばね９８を介在させたことを特徴とする。
これにより、外側バルブ５４に対して内側バルブ５５を圧縮コイルばね９８で確実に閉じることができ、シール性を確保することができる。

図１２は本発明に係る外側バルブと内側バルブとの間に弾性力を発生させる機構を示す平面図（第４実施形態）であり、図３に示した圧縮コイルばね９８に代えて、カム側第１ロッカアーム８３とカム側第２ロッカアーム９３との間にねじりコイルばね１６１を介在させたことを示す。

詳しくは、カム側第１ロッカアーム８３の一端に設けた小径部１６７とカム側第２ロッカアーム９３の一端に設けた小径部１６８とを隣接させるように、カム側第１ロッカアーム８３及びカム側第２ロッカアーム９３をカム側ロッカシャフト８１にスイング自在に取付け、小径部１６７，１６８にねじりコイルばね１６１を嵌めるとともに、ねじりコイルばね１６１の一端に設けた折曲げ部１６１ａを突出部８３ａに掛け、ねじりコイルばね１６１の他端に設けた折曲げ部１６１ｂを突出部９３ｄに掛ける。これにより、突出部８３ａと突出部９３ｄとは、ねじりコイルばね１６１によって離れるように付勢される。

尚、本実施形態では、図９（ａ），（ｂ）に示したように、吸気バルブ４３Ａ，４３Ｂを二重バルブとし、これらの吸気バルブ４３Ａ，４３Ｂのバルブタイミング及びバルブリフト量を異ならせたが、これに限らず、吸気バルブ及び排気バルブを単バルブとし、これらのバルブタイミング及びバルブリフト量を異ならせてもよい。
また、バルブタイミング及びバルブリフト量の一方のみ異ならせてもよい。

本発明は、二輪車、四輪車等搭載する内燃機関に好適である。

本発明に係る吸排気装置を備えた内燃機関の断面図（第１実施形態）である。 本発明に係る吸排気バルブの配置を示す図（第１実施形態）である。 本発明に係る吸気バルブ及び吸気側動弁機構を示す断面図（第１実施形態）である。 本発明に係る吸排気バルブのバルブタイミング特性を示す説明図（第１実施形態）である。 本発明に係る吸排気バルブのバルブタイミング特性での開閉状態を示す断面図（第１実施形態）である。 本発明に係る吸気側動弁機構の作用を示す第１作用図（第１実施形態）である。 本発明に係る吸気側動弁機構の作用を示す第２作用図（第１実施形態）である。 本発明に係る吸気側動弁機構の作用を示す第３作用図（第１実施形態）である。 本発明に係る吸気バルブ及び吸気側動弁機構を示す断面図（第２実施形態）である。 本発明に係る吸排気バルブのバルブタイミング特性（第２実施形態）を示すグラフである。 本発明に係る吸気バルブのバルブタイミング特性（第３実施形態）を示す説明図である。 本発明に係る外側バルブと内側バルブとの間に弾性力を発生させる機構を示す平面図（第４実施形態）である。

符号の説明

１０…内燃機関、２８…シリンダ軸（シリンダ軸線）、３８ｄ…吸気ポート、３８ｅ…排気ポート、４０…燃焼室、４３，４３Ａ，４３Ｂ…吸気バルブ、４６…排気バルブ、５４，５４Ａ，５４Ｂ…外側バルブ、５４ａ…内側バルブ穴、５５，５５Ａ，５５Ｂ…内側バルブ、５８，６３，７１，７５…傘部、６０…内側通路、８２，９２…バルブ開閉制御装置（第１カム、第２カム）。

Claims (3)

1. シリンダ軸に対して複数の吸気バルブ及び排気バルブを放射状に配置した内燃機関において、
   前記複数の吸気バルブをそれぞれ異なったバルブタイミング、異なったリフト量で開閉制御することで前記複数の吸気バルブの干渉を防止するバルブ開閉制御装置を設けたことを特徴とする内燃機関の吸排気装置。
2. 前記吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方は、その傘部が非円形であることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の吸排気装置。
3. 前記吸気バルブ及び排気バルブはそれぞれ、軸方向に貫通する内側バルブ穴を開けた外側バルブと、前記内側バルブ穴に移動自在に挿入した内側バルブとからなる二重バルブであり、
   前記外側バルブに前記吸排気ポートと前記燃焼室とを連通させるとともに前記内側バルブで開閉される内側通路を形成し、
   これらの外側バルブ及び内側バルブの開閉を前記バルブ開閉制御装置で制御することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の吸排気装置。

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