JP6083398B2

JP6083398B2 - バルブ回転装置

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Publication number: JP6083398B2
Application number: JP2014032021A
Authority: JP
Inventors: 勝間田　正司; 正司勝間田; 原田　健一; 健一原田; 杉山　敏久; 敏久杉山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-02-21
Filing date: 2014-02-21
Publication date: 2017-02-22
Anticipated expiration: 2034-02-21
Also published as: WO2015125456A1; CN106030056B; CN106030056A; US10107148B2; JP2015158140A; US20170058724A1; EP3108127A1

Description

本発明は、バルブ回転装置に関する。

内燃機関が備える吸気バルブや排気バルブは、バルブヘッドに形成されたバルブとバルブシートとの間にデポジットを噛み込むことがある。デポジットの噛み込みは、シリンダー内の圧縮抜けの原因となり、失火等の不具合を起こす可能性がある。バルブとバルブシートとの間に噛み込まれるデポジットの除去対策として、バルブを回転させてデポジットを噛み潰すことが提案されており、このような提案に適用可能であるバルブローテータが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−２７０３１４号公報

ところで、バルブとバルブシートとの間に噛み込まれるデポジットを噛み潰す場合、バルブが閉弁するタイミングでバルブを回転させるとより効果的にデポジットを噛み潰すことができる。
しかしながら、特許文献１に開示されたバルブローテータは、バルブをその軸線回りに強制的に回転させるものではあるが、その回転は、バルブを開弁するタイミングとなっており、デポジットを噛み潰す効果は高くない。

そこで、本明細書開示のバルブ回転装置は、バルブが回転するタイミングをバルブの閉弁するタイミングと同期させることを課題とする。

かかる課題を解決するために、本明細書に開示されたバルブ回転装置は、内燃機関に装着されるバルブを回転させるバルブ回転装置であって、前記内燃機関が備えるシリンダヘッドに対する回転動作が規制された状態で前記バルブのバルブステムの周囲に拡がるように配置される第１シート部材と、前記第１シート部材と対向配置され、前記第１シート部材に対し回転自在とされるとともに、前記バルブを開弁させる荷重を受ける第２シート部材と、前記第２シート部材が受けた前記バルブを開弁させる荷重を、前記第２シート部材の前記バルブステム回り方向の回転力に変換する力変換機構と、前記バルブが開弁し、前記バルブを開弁させる荷重により前記力変換機構を介して前記第２シート部材が回転したときに弾性エネルギーを蓄積するとともに、前記バルブが閉弁状態に向かい、前記バルブを開弁させる荷重が減少するときに前記弾性エネルギーによる復元力により前記第２シート部材を回転させる弾性体と、を備え、前記第２シート部材が回転することにより前記バルブを回転させる。これにより、バルブが回転するタイミングをバルブの閉弁するタイミングと同期させることができる。

前記第１シート部材は、前記内燃機関の前記シリンダヘッド側に配置され、前記第２シート部材は、前記第１シート部材とバルブスプリングとの間に配置されて前記バルブスプリングとともに回転するようにしてもよい。すなわち、バルブ回転装置をシリンダヘッドに近い側に配置するようにしてもよい。

または、前記第２シート部材は、バルブリテーナ側に配置され、前記バルブリテーナとともに回転し、前記第１シート部材は、前記第２シート部材とバルブスプリングとの間に配置されるようにしてもよい。すなわち、バルブ回転装置をバルブリテーナに近い側に配置するようにしてもよい。

本明細書に開示されたバルブ回転装置は、前記バルブを開弁させる荷重により前記力変換機構を介して回転する前記第２シート部材の最大回転量を規定するストッパ部を備えるようにしてもよい。

さらに、前記弾性体は、一端側を前記第２シート部材に接続し、他端側を前記第１シート部材又は前記内燃機関が備えるシリンダヘッドに接続したゼンマイスプリング又は、一端側を前記第２シート部材に接続し、他端側を前記第１シート部材又は前記内燃機関が備える前記シリンダヘッドに接続したコイルスプリングとすることができる。

前記力変換機構は、前記第１シート部材から前記第２シート部材に向かって延びる第１突起部と、前記第２シート部材から前記第１シート部材に向かって延びる第２突起部とを備え、前記第１突起部と前記第２突起部の少なくとも一方に傾斜面を形成し、前記傾斜面において、前記第１突起部と前記第２突起部とを滑動可能に接触させ、前記第１シート部材と前記第２シート部材との間の距離の変化に伴って前記第２シート部材を前記第１シート部材に対して回転させるようにしてもよい。

前記力変換機構は、前記力変換機構は、前記第１シート部材と前記第２シート部材との間に挟持され、前記第１シート部材と前記第２シート部材との間の距離の変化により前記第２シート部材の周方向に沿う方向の寸法を変化させる寸法変化部材を含み、前記寸法変化部材の寸法変化に伴って前記第２シート部材を前記第１シート部材に対して回転させるようにしてもよい。

本明細書開示のバルブ回転装置によれば、バルブが回転するタイミングをバルブの閉弁するタイミングと同期させることができる。

図１は第１実施形態のバルブ回転装置を備えた内燃機関の一部を模式的に示す説明図である。図２は第２シート部材及びバルブスプリングを取り去った状態の図１におけるＡ−Ａ線断面図である。図３（Ａ）、（Ｂ）は図２におけるＸ視の一部を示す説明図であり、（Ａ）は閉弁状態を示し、（Ｂ）は開弁状態を示す図面である。図４は第２突起部の先端を拡大して示す説明図である。図５は第２実施形態のバルブ回転装置を示す説明図である。図６（Ａ）、（Ｂ）は図５におけるＸ視の一部を示す説明図であり、（Ａ）は閉弁状態を示し、（Ｂ）は開弁状態を示す図面である。図７（Ａ）、（Ｂ）は第３実施形態のバルブ回転装置の一部を示し、（Ａ）は閉弁状態を示し、（Ｂ）は開弁状態を示す図面である。図８（Ａ）、（Ｂ）は第４実施形態のバルブ回転装置の一部を示し、（Ａ）は閉弁状態を示し、（Ｂ）は開弁状態を示す図面である。図９（Ａ）、（Ｂ）は第５実施形態のバルブ回転装置の一部を示し、（Ａ）は閉弁状態を示し、（Ｂ）は開弁状態を示す図面である。図１０（Ａ）、（Ｂ）は第６実施形態のバルブ回転装置の一部を示し、（Ａ）は閉弁状態を示し、（Ｂ）は開弁状態を示す図面である。図１１は第７実施形態のバルブ回転装置を示す説明図である。図１２（Ａ）、（Ｂ）は第８実施形態のバルブ回転装置の一部を示し、（Ａ）は閉弁状態を示し、（Ｂ）は開弁状態を示す図面である。図１３（Ａ）、（Ｂ）は第８実施形態の変形例のバルブ回転装置の一部を示し、（Ａ）は閉弁状態を示し、（Ｂ）は開弁状態を示す図面である。図１４は第９実施形態のバルブ回転装置を装着したバルブ及びバルブリテーナの周辺を示す図面である。図１５（Ａ）、（Ｂ）は第９実施形態のバルブ回転装置の一部を示し、（Ａ）は閉弁状態を示し、（Ｂ）は開弁状態を示す図面である。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては細部が省略されて描かれている場合もある。

（第１実施形態）
まず、第１実施形態のバルブ回転装置１０について、図１乃至図４を参照しつつ説明する。図１は、第１実施形態のバルブ回転装置１０を備えた内燃機関１００の一部を模式的に示す説明図である。図２は第２シート部材１２及びバルブスプリング６を取り去った状態の図１におけるＡ−Ａ線断面図である。図３（Ａ）、（Ｂ）は図２におけるＸ視の一部を示す説明図であり、（Ａ）は閉弁状態を示し、（Ｂ）は開弁状態を示す図面である。図４は第２突起部１２ａの先端を拡大して示す説明図である。

バルブ１は、吸気バルブ及び排気バルブとして内燃機関１００に装着される。具体的に、バルブ１は、内燃機関１００のシリンダヘッド１０１に設けられたバルブガイドボス部１０１ａに支持されたバルブガイド７を介してシリンダヘッド１０１に装着されている。バルブガイド７には、オイルシール７ａが装着されている。バルブ１は、バルブステム２の先端側にバルブヘッド３を備えており、バルブステム２がバルブガイド７に摺動自在に支持されている。バルブヘッド３には、バルブフェース３ａが形成されている。バルブフェース３ａは、ポート出口に設けられたバルブシート１０２と接触し、バルブ１を閉弁状態とする。バルブフェース３ａとバルブシート１０２との間には、デポジットが噛み込まれることがある。本実施形態のバルブ回転装置１０は、バルブフェース３ａとバルブシート１０２との間に噛み込まれたデポジットを噛み潰す。

バルブ１の基端側、すなわち、バルブヘッド３と反対側の端部には、コッタ４を用いて取り付けられたバルブリテーナ５が装着されている。バルブリテーナ５と後に詳述する第２シート部材１２との間にはバルブスプリング６が挟持されている。ここで、コッタ４は、バルブステム２に対し、滑りが生じないように装着されている。また、バルブスプリング６は、バルブリテーナ５と第２シート部材１２との間隔を押し広げる向きの弾性力を発揮するようにセットされ、バルブスプリング６は、コッタ４の外周面とバルブリテーナ５の内周面とを密着させる弾性力を発揮している。バルブスプリング６とバルブリテーナ５もバルブスプリング６が発揮する弾性力により、一体化した状態となっている。これにより、バルブ１とバルブスプリング６とがともに回転する状態とされている。

本実施形態のバルブ回転装置１０は、このようにシリンダヘッド１０１に装着されたバルブ１をバルブスプリング６とともに回転させるものである。この点で、本実施形態のバルブ回転装置１０は、コッタとバルブステムとの摩擦力が弱く、バルブがバルブスプリングとは別個に自由に回転することができる、いわゆる、フリーバルブとは異なるものである。

バルブ１をバルブスプリング６とともに回転させるバルブ回転装置１０は、第１シート部材１１、第２シート部材１２を備える。本実施形態のバルブ回転装置１０における第１シート部材１１は、内燃機関のシリンダヘッド１０１側に配置されている。また、第２シート部材１２は、第１シート部材１１とバルブスプリング６との間に配置されてバルブスプリング６とともに回転する。

第１シート部材１１は、内燃機関が備えるシリンダヘッド１０１に対する回転動作が規制された状態でバルブ１のバルブステム２の周囲に拡がるように配置される部材である。具体的に、第１シート部材１１は、シリンダヘッド１０１のバルブガイドボス部１０１ａの周囲に環状に設けられた凹部１０１ｂ内に固定された状態で配置されている。これにより、第１シート部材１１は、シリンダヘッド１０１に対する回転動作が規制された状態とされている。第２シート部材１２は、第１シート部材１１と対向配置され、第１シート部材１１に対し回転自在とされるとともに、バルブ１を開弁させる荷重を受ける。バルブ１を開弁させる荷重は、バルブスプリング６を通じて第２シート部材１２に作用する。すなわち、本実施形態のバルブ回転装置１０における第２シート部材１２は、バルブスプリング６と接触し、スプリングシートとしても機能する。第２シート部材１２は、バルブスプリング６とともに回転することができ、ひいては、バルブ１とともに回転する。

第１シート部材１１の第２シート部材１２と対向する面には第２シート部材１２に向かって延びる第１突起部１１ａが設けられている。第２シート部材１２の第１シート部材１１と対向する面には第１シート部材１１に向かって延びる第２突起部１２ａが設けられている。第１突起部１１ａと第２突起部１２ａとの組み合わせは、第２シート部材１２が受けたバルブ１を開弁させる荷重を、第２シート部材１２のバルブステム２回り方向、すなわち、周方向の回転力に変換する力変換機構として機能する。図３（Ａ）、（Ｂ）を参照すると、第１突起部１１ａは、頂面１１ａ１と傾斜面１１ａ２を備え、傾斜面１１ａ２に第２突起部１２ａの先端部１２ａ１が滑動可能に接触している。図４を参照すると、第２突起部１２ａの先端部１２ａ１は、下端側に凸状となるように湾曲処理されている。これにより、第２突起部１２ａの先端部１２ａ１は、傾斜面１１ａ２と線接触することとなり、摩擦が軽減されて、滑らかに傾斜面１１ａ２上を滑動することができる。バルブ１の状態に応じて、第１シート部材１１と第２シート部材１２との距離は変化する。すなわち、バルブ１が開弁状態となるとき、バルブスプリング６が縮み、第２シート部材１２が押されて第１シート部材１１と第２シート部材１２との距離は縮まる。一方、バルブ１が閉弁状態に向かうことにより、後に詳述するゼンマイスプリング１３が蓄える弾性エネルギーによる復元力により第１シート部材１１と第２シート部材１２との距離は広がる。バルブ回転装置１０は、このような第１シート部材１１と第２シート部材との距離の変化に伴って、第２シート部材１２を第１シート部材１１に対して回転させる。

バルブ回転装置１０は、弾性体の一例であるゼンマイスプリング１３を備える。ゼンマイスプリング１３は、バルブ１が開弁し、バルブ１を開弁させる荷重により第１突起部１１ａと第２突起部１２ａとの組み合わせを介して第２シート部材１２が回転したときに弾性エネルギーを蓄積する。そして、ゼンマイスプリング１３は、バルブ１が閉弁状態に向かい、バルブ１を開弁させる荷重が減少するときに蓄えた弾性エネルギーによる復元力により第２シート部材１２を回転させる。

ゼンマイスプリング１３は、一端側に鍔状部１３ａを備え、この鍔状部１３ａを第２突起部１２ａに接触させて第２シート部材１２に接続された状態となっている。また、ゼンマイスプリング１３は、他端側に係止部１３ｂを備え、これをシリンダヘッド１０１に固定してシリンダヘッド１０１に接続された状態となっている。

図３（Ａ）、（Ｂ）を参照すると、バルブ１が開弁するときに矢示Ｚ１で示すように第２シート部材１２に荷重がかかると、第２突起部１２ａが傾斜面１１ａ２に沿って下降する。これに伴って、第２シート部材１２は、矢示Ｙ１で示す方向に回転する。このとき、ゼンマイスプリング１３が押されることにより、ゼンマイスプリング１３は、弾性エネルギーを蓄積する。そして、バルブ１が閉弁状態に向かい、矢示Ｚ２で示すようにバルブ１を開弁させる力が減少すると、ゼンマイスプリング１３が蓄えた弾性エネルギーによる復元力により矢示Ｙ２で示す方向に第２シート部材１２を回転させる。第２シート部材１２が回転すると、これに伴って、バルブスプリング６、バルブリテーナ５、コッタ４及びバルブ１が矢示Ｙ２で示す方向に回転する。このように、本実施形態のバルブ回転装置１０は、バルブ１が閉弁状態に向かうときにバルブ１が回転する。これにより、バルブ１を回転させながらバルブシート１０２とバルブフェース３ａとの間でデポジットを噛み潰すことができる。すなわち、バルブシート１０２とバルブフェース３ａとの間隔を狭めながらバルブフェース３ａが回転するので、デポジットは恰も磨り潰されるような作用を受け、効果的に噛み潰される。

本実施形態のバルブ回転装置１０では、第１突起部１１ａがストッパ部として機能する。すなわち、第１突起部１１ａは、バルブ１を開弁させる荷重により第２突起部１２ａを介して回転する第２シート部材１２の最大回転量を規定する。第２シート部材１２がバルブ１を開弁させる荷重によりバルブスプリング６を介して押圧され、第１シート部材１１に接近すると、第１突起部１１ａの頂面１１ａ１が第２シート部材１２に接触する。頂面１１ａ１が第２シート部材１２に接触すると、第２シート部材１２はそれ以上の下降が規制され、同時に矢示Ｙ１方向への回転も規制される。第２シート部材１２の回転量は、第２シート部材１２の下降量と相関性を有する。このため、第１突起部１１ａをストッパ部として機能させ、第２シート部材１２の下降量を規定することにより、第２シート部材１２の最大回転量を規定することができる。第２シート部材１２の回転量が規定されると、バルブ１の最大回転量が規定される。このようにバルブ１の最大回転量を規定することにより、バルブフェース３ａとバルブシート１０２との間の過度の摩擦（異常摩耗）を抑制することができる。ストッパ部として機能する第１突起部１１ａの高さは、必要とされるバルブの最大回転量に応じて適宜変更することができる。

以上のように、本実施形態のバルブ回転装置１０によれば、バルブ１が回転するタイミングをバルブ１の閉弁するタイミングと同期させることができ、効果的にデポジットを噛み潰すことができる。また、本実施形態のバルブ回転装置１０によれば、内燃機関１００の回転数にかかわらず、バルブシート１０２とバルブフェース３ａとの間でデポジットを噛み潰すことができる。また、バルブ１の回転量は、自由に回転することがなく、ゼンマイスプリング１３の圧縮量や第２シート部材１２の最大回転量によって規定される回転量となるため、バルブシート１０２の異常摩耗を抑制することができる。

（第２実施形態）
つぎに、図５及び図６（Ａ）、（Ｂ）を参照しつつ、第２実施形態のバルブ回転装置２０について説明する。図５は第２実施形態のバルブ回転装置２０を示す説明図である。図６（Ａ）、（Ｂ）は図５におけるＸ視の一部を示す説明図であり、（Ａ）は閉弁状態を示し、（Ｂ）は開弁状態を示す図面である。第２実施形態のバルブ回転装置２０が第１実施形態のバルブ回転装置１０と異なる点は、力変換機構の構成である。バルブ回転装置１０では、第１突起部１１ａと第２突起部１２ａとの組み合わせが力変換機構として機能していた。これに対し、第２実施形態のバルブ回転装置２０では、第１シート部材２１に設けられた第１突起部１１ａ、第２シート部材２２に設けられた第２突起部２２ａ及び屈曲スプリング２３の組み合わせが力変換機構として機能している。以下、第１実施形態との相違点を中心に説明し、第１実施形態と共通する構成要素には、図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。

第１シート部材２１は、第１実施形態の第１シート部材１１と同様に、シリンダヘッド１０１に対する回転動作が規制された状態でバルブ１のバルブステム２の周囲に拡がるように配置されている。第１シート部材２１の第２シート部材２２と対向する面には第２シート部材２２に向かって延びる第１突起部２１ａが設けられている。第２シート部材２２の第１シート部材２１と対向する面には第１シート部材２１に向かって延びる第２突起部２２ａが設けられている。第２シート部材２２には、第１実施形態と同様にゼンマイスプリング１３が接続されている。

図５、図６（Ａ）、（Ｂ）を参照すると、屈曲スプリング２３は、板材を屈曲させてスプリングとして機能するように成形したものであり、上端部２３ａ、屈曲頂部２３ｂ及び下端部２３ｃを備える。屈曲スプリング２３は、第１シート部材２１と第２シート部材２２との間に挟持され、第１シート部材２１と第２シート部材２２との間の距離の変化により第２シート部材２２の周方向に沿う方向の寸法を変化させる寸法変化部材の一例である。屈曲スプリング２３は、第１シート部材２１と第２シート部材２２との間に挟持されている。具体的に、屈曲スプリング２３は、上端部２３ａを第２シート部材２２に接触させ、下端部２３ｃを第１シート部材２１の第１突起部２１ａに係合させて第１シート部材２１と第２シート部材２２との間に挟持されている。屈曲頂部２３ｂは、第２突起部２２ａに接触させた状態とされている。図６（Ａ）を参照すると、閉弁状態のとき、すなわち、バルブ１を開弁させる荷重がかかっていないとき、屈曲スプリング２３の第２シート部材２２の周方向に沿う方向の寸法は、Ｌ１である。この状態から、第２シート部材２２にバルブ１を開弁させる荷重がかかり、第１シート部材２１と第２シート部材２２とが接近すると、屈曲スプリング２３の第２シート部材２２の周方向に沿う方向の寸法はＬ２となる。ここで、Ｌ１＜Ｌ２である。この寸法Ｌ１と寸法Ｌ２との差分だけ、ゼンマイスプリング１３が押され、弾性エネルギーが蓄積される。

すなわち、バルブ１が開弁するときに矢示Ｚ１で示すように第２シート部材２２に荷重がかかると、屈曲スプリング２３の寸法Ｌ１が寸法Ｌ２に変化し、第２シート部材２２が矢示Ｙ１で示す方向に回転する。このとき、ゼンマイスプリング１３が押されることにより、ゼンマイスプリング１３は、弾性エネルギーを蓄積する。そして、バルブ１が閉弁状態に向かい、矢示Ｚ２で示すようにバルブ１を開弁させる力が減少すると、ゼンマイスプリング１３が蓄えた弾性エネルギーによる復元力により矢示Ｙ２で示す方向に第２シート部材２２を回転させる。第２シート部材２２が回転すると、これに伴って、バルブスプリング６、バルブリテーナ５、コッタ４及びバルブ１が矢示Ｙ２で示す方向に回転する。このように、第２実施形態のバルブ回転装置２０も第１実施形態のバルブ回転装置１０と同様にバルブ１を回転させながらバルブシート１０２とバルブフェース３ａとの間でデポジットを噛み潰すことができる。

なお、第２実施形態においては、第２突起部２２ａがストッパ部として機能している。すなわち、第１シート部材２１と第２シート部材２２とが接近したときに、第２突起部２２ａが第１シート部材２１に接触することで、第２シート部材２２の最大回転量が規定されている。

（第３実施形態）
つぎに、図７（Ａ）、（Ｂ）を参照しつつ、第３実施形態のバルブ回転装置３０について説明する。図７（Ａ）、（Ｂ）は第３実施形態のバルブ回転装置３０の一部を示し、（Ａ）は閉弁状態を示し、（Ｂ）は開弁状態を示す図面である。第３実施形態のバルブ回転装置３０が第２実施形態のバルブ回転装置２０と異なる点は、第３実施形態のバルブ回転装置３０では、ストッパ部に相当する部分を備えない点である。すなわち、第３実施形態のバルブ回転装置３０は、第２突起部２２ａに相当する部分を備えていない。以下、第２実施形態との相違点を中心に説明し、第２実施形態と共通する構成要素には、図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。

図７（Ａ）を参照すると、バルブ１を開弁させる荷重がかかっておらず、閉弁状態となっているときの第１シート部材２１と第２シート部材３２との距離は、第２実施形態と比較して広くなっている。これは、図７（Ｂ）に示すように最大荷重がかかり、第２シート部材３２が最も下降した状態であっても、第１シート部材２１と第２シート部材３２とが、ゼンマイスプリング１３と干渉しないようにするためである。このため、屈曲スプリング３３の寸法も第２実施形態の屈曲スプリング２３と比較して大きくなっている。また、バルブ回転装置３０は、第２突起部２２ａに相当する部分を備えていないことから、これに代えて、棒状部材３４を備えている。第２実施形態において第２突起部２２ａは、ゼンマイスプリング１３との接続部となっており、ゼンマイスプリング１３は、第２突起部２２ａを介して押されていた。また、ゼンマイスプリング１３が復元力により第２シート部材２２を回転させる際も第２シート部材２２は、第２突起部２２ａを介してゼンマイスプリング１３に押されていた。これに対し、第３実施形態のバルブ回転装置３０では、棒状部材３４を介してゼンマイスプリング１３と第２シート部材２２との間の力の伝達が行われる。棒状部材３４は、ゼンマイスプリング１３の鍔状部１３ａに立設されている。棒状部材３４は、第２シート部材２２に設けられた貫通孔を貫通することで棒状部材３４と係合された状態となっている。

このように、第２突起部２２ａを棒状部材３４に代えたバルブ回転装置３０も、第２実施形態のバルブ回転装置２０と同様にバルブ１を回転させ、バルブシート１０２とバルブフェース３ａとの間でデポジットを噛み潰すことができる。

（第４実施形態）
つぎに、図８（Ａ）、（Ｂ）を参照しつつ、第４実施形態のバルブ回転装置４０について説明する。図８（Ａ）、（Ｂ）は第４実施形態のバルブ回転装置４０の一部を示し、（Ａ）は閉弁状態を示し、（Ｂ）は開弁状態を示す図面である。第４実施形態のバルブ回転装置４０が第２実施形態のバルブ回転装置２０と異なる点は、力変換機構の構成である。バルブ回転装置２０では、第１シート部材２１に設けられた第１突起部１１ａ、第２シート部材２２に設けられた第２突起部２２ａ及び屈曲スプリング２３の組み合わせが力変換機構として機能している。これに対し、バルブ回転装置４０では、屈曲スプリング２３に代えて、カム部材４３が採用されている。以下、第２実施形態との相違点を中心に説明し、第２実施形態と共通する構成要素には、図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。

第２実施形態の屈曲スプリング２３は、寸法変化部材の一例として採用されており、第４実施形態では、これに代えてカム部材４３を採用している。カム部材４３は、いずれも略半円形状を有する頂部４３ａと底部４３ｂとを備える。頂部４３ａと底部４３ｂの径を比較すると、底部４３ｂの方が大径となっている。このようなカム部材４３は、第１シート部材２１と第２シート部材２２との間に挟持されている。具体的に、カム部材４３は、底部４３ｂが、第１シート部材２１と第１突起部２１ａとに接し、頂部４３ａが、第２シート部材２２と第２突起部２２ａとに接するように第１シート部材２１と第２シート部材２２との間に挟持されている。図８（Ａ）を参照すると、閉弁状態のとき、すなわち、バルブ１を開弁させる荷重がかかっていないとき、カム部材４３の第２シート部材２２の周方向に沿う方向の寸法は、Ｌ１である。この状態から、第２シート部材２２にバルブ１を開弁させる荷重がかかり、第１シート部材２１と第２シート部材２２とが接近すると、カム部材４３の第２シート部材２２の周方向に沿う方向の寸法はＬ２となる。ここで、Ｌ１＜Ｌ２である。この寸法Ｌ１と寸法Ｌ２との差分だけ、ゼンマイスプリング１３が押され、弾性エネルギーが蓄積される。

すなわち、バルブ１が開弁するときに矢示Ｚ１で示すように第２シート部材２２に荷重がかかると、カム部材４３の寸法Ｌ１が寸法Ｌ２に変化し、第２シート部材２２が矢示Ｙ１で示す方向に回転する。このとき、ゼンマイスプリング１３が押されることにより、ゼンマイスプリング１３は、弾性エネルギーを蓄積する。そして、バルブ１が閉弁状態に向かい、矢示Ｚ２で示すようにバルブ１を開弁させる力が減少すると、ゼンマイスプリング１３が蓄えた弾性エネルギーによる復元力により矢示Ｙ２で示す方向に第２シート部材２２を回転させる。第２シート部材２２が回転すると、これに伴って、バルブスプリング６、バルブリテーナ５、コッタ４及びバルブ１が矢示Ｙ２で示す方向に回転する。このように、第４実施形態のバルブ回転装置４０も第２実施形態のバルブ回転装置２０と同様にバルブ１を回転させながらバルブシート１０２とバルブフェース３ａとの間でデポジットを噛み潰すことができる。

（第５実施形態）
つぎに、図９（Ａ）、（Ｂ）を参照しつつ、第５実施形態のバルブ回転装置５０について説明する。図９（Ａ）、（Ｂ）は第５実施形態のバルブ回転装置５０の一部を示し、（Ａ）は閉弁状態を示し、（Ｂ）は開弁状態を示す図面である。第５実施形態のバルブ回転装置５０が第４実施形態のバルブ回転装置４０と異なる点は、寸法変化部材としてカム部材４３に代えて屈曲カム部材５３を採用した点である。

屈曲カム部材５３は、長尺部５３ａ、屈曲部５３ｂ及び短尺部５３ｃを備える。このような屈曲カム部材５３は、第１シート部材２１と第２シート部材２２との間に挟持されている。具体的に、短尺部５３ｃの端部が、第１突起部２１ａとに接し、屈曲部５３ｂが、第１シート部材２１に接している。長尺部５３ａが第２シート部材２２と第２突起部２２ａとに接している。屈曲カム部材５３は、このようにして第１シート部材２１と第２シート部材２２との間に挟持されている。図９（Ａ）を参照すると、閉弁状態のとき、すなわち、バルブ１を開弁させる荷重がかかっていないとき、屈曲カム部材５３の第２シート部材２２の周方向に沿う方向の寸法は、Ｌ１である。この状態から、第２シート部材２２にバルブ１を開弁させる荷重がかかり、第１シート部材２１と第２シート部材２２とが接近すると、屈曲カム部材５３の第２シート部材２２の周方向に沿う方向の寸法はＬ２となる。ここで、Ｌ１＜Ｌ２である。この寸法Ｌ１と寸法Ｌ２との差分だけ、ゼンマイスプリング１３が押され、弾性エネルギーが蓄積される。

すなわち、バルブ１が開弁するときに矢示Ｚ１で示すように第２シート部材２２に荷重がかかると、屈曲カム部材５３の寸法Ｌ１が寸法Ｌ２に変化し、第２シート部材２２が矢示Ｙ１で示す方向に回転する。このとき、ゼンマイスプリング１３が押されることにより、ゼンマイスプリング１３は、弾性エネルギーを蓄積する。そして、バルブ１が閉弁状態に向かい、矢示Ｚ２で示すようにバルブ１を開弁させる力が減少すると、ゼンマイスプリング１３が蓄えた弾性エネルギーによる復元力により矢示Ｙ２で示す方向に第２シート部材２２を回転させる。第２シート部材２２が回転すると、これに伴って、バルブスプリング６、バルブリテーナ５、コッタ４及びバルブ１が矢示Ｙ２で示す方向に回転する。このように、第５実施形態のバルブ回転装置５０も第４実施形態のバルブ回転装置４０と同様にバルブ１を回転させながらバルブシート１０２とバルブフェース３ａとの間でデポジットを噛み潰すことができる。

（第６実施形態）
つぎに、図１０（Ａ）、（Ｂ）を参照しつつ、第６実施形態のバルブ回転装置６０について説明する。図１０（Ａ）、（Ｂ）は第６実施形態のバルブ回転装置６０の一部を示し、（Ａ）は閉弁状態を示し、（Ｂ）は開弁状態を示す図面である。第６実施形態のバルブ回転装置６０が第２実施形態のバルブ回転装置２０と異なる点は、寸法変化部材として屈曲スプリング２３に代えて球状部材６３を採用した点である。

球状部材６３は、弾性を有するゴム材によって球状に形成された部材であり、圧縮することにより、圧縮力の方向と異なる方向の寸法が拡大する。このような球状部材６３は、第１シート部材２１と第２シート部材２２との間に挟持されている。具体的に、第１シート部材２１、第１突起部２１ａ、第２シート部材２２及び第２突起部２２ａに囲まれた領域に収容されている。図１０（Ａ）を参照すると、閉弁状態のとき、すなわち、バルブ１を開弁させる荷重がかかっていないとき、球状部材６３の第２シート部材２２の周方向に沿う方向の寸法は、Ｌ１である。この状態から、第２シート部材２２にバルブ１を開弁させる荷重がかかり、第１シート部材２１と第２シート部材２２とが接近すると、球状部材６３の第２シート部材２２の周方向に沿う方向の寸法はＬ２となる。ここで、Ｌ１＜Ｌ２である。この寸法Ｌ１と寸法Ｌ２との差分だけ、ゼンマイスプリング１３が押され、弾性エネルギーが蓄積される。

すなわち、バルブ１が開弁するときに矢示Ｚ１で示すように第２シート部材２２に荷重がかかると、球状部材６３の寸法Ｌ１が寸法Ｌ２に変化し、第２シート部材２２が矢示Ｙ１で示す方向に回転する。このとき、ゼンマイスプリング１３が押されることにより、ゼンマイスプリング１３は、弾性エネルギーを蓄積する。そして、バルブ１が閉弁状態に向かい、矢示Ｚ２で示すようにバルブ１を開弁させる力が減少すると、ゼンマイスプリング１３が蓄えた弾性エネルギーによる復元力により矢示Ｙ２で示す方向に第２シート部材２２を回転させる。第２シート部材２２が回転すると、これに伴って、バルブスプリング６、バルブリテーナ５、コッタ４及びバルブ１が矢示Ｙ２で示す方向に回転する。このように、第６実施形態のバルブ回転装置６０も第２実施形態のバルブ回転装置２０と同様にバルブ１を回転させながらバルブシート１０２とバルブフェース３ａとの間でデポジットを噛み潰すことができる。

（第７実施形態）
つぎに、図１１を参照しつつ、第７実施形態のバルブ回転装置７０について説明する。図１１は第７実施形態のバルブ回転装置７０を示す説明図である。図１１が示す状態は、第１実施形態における図２に対応する。第７実施形態のバルブ回転装置７０が他の実施形態と異なるのは、他の実施形態におけるゼンマイスプリング１３に代えて、ゼンマイスプリング７３を採用している点である。ゼンマイスプリング７３は、ゼンマイスプリング１３と同様に一端部に鍔状部７３ａを備え、その鍔状部７３ａを介して第２シート部材１２が備える第２突起部１２ａに接続されている。ただし、他端側の係止部７３ｂが第１突起部１１ａに係止され、第１シート部材１１に接続されている。

ゼンマイスプリング７３をこのように設置しても、第１実施形態のバルブ回転装置１０、その他のバルブ回転装置２０等と同様にバルブ１を回転させながらバルブシート１０２とバルブフェース３ａとの間でデポジットを噛み潰すことができる。

（第８実施形態）
つぎに、図１２（Ａ）、（Ｂ）及び図１３（Ａ）、（Ｂ）を参照しつつ、第８実施形態のバルブ回転装置８０、８１について説明する。図１２（Ａ）、（Ｂ）は第８実施形態のバルブ回転装置８０の一部を示し、（Ａ）は閉弁状態を示し、（Ｂ）は開弁状態を示す図面である。図１３（Ａ）、（Ｂ）は第８実施形態の変形例のバルブ回転装置８１の一部を示し、（Ａ）は閉弁状態を示し、（Ｂ）は開弁状態を示す図面である。

第８実施形態のバルブ回転装置８０が第１実施形態のバルブ回転装置１０や、その他のバルブ回転装置２０等と異なる点は、バルブ回転装置８０が、弾性体に相当するゼンマイスプリング１３、７３に代えて、コイルスプリング８３を採用している点である。

コイルスプリング８３は、一端を第２シート部材２２から延びる第２突起部２２ａに取り付け、他端を第１シート部材２１から延びる取付部２１ｂに取り付けることによって第１シート部材２１と第２シート部材２２との間に設置されている。このようなコイルスプリング８３も、ゼンマイスプリング１３、７３と同様に弾性エネルギーを蓄積し、その弾性エネルギーを復元力として第２シート部材２２を回転させることができる。これにより、バルブ回転装置８０は、他の実施形態のバルブ回転装置１０等と同様にバルブ１を回転させながらバルブシート１０２とバルブフェース３ａとの間でデポジットを噛み潰すことができる。

なお、コイルスプリング８３は、図１３（Ａ）、（Ｂ）に示すバルブ回転装置８１のように、他端をバルブガイドボス部１０１ａに設けた取付部１０１ａ１に取り付けてもよい。バルブ回転装置８１の基本的な動作は、他のバルブ回転装置と共通するため、その詳細な説明は省略する。

（第９実施形態）
つぎに、図１４及び図１５（Ａ）、（Ｂ）を参照しつつ、第９実施形態のバルブ回転装置９０について説明する。図１４は第９実施形態のバルブ回転装置９０を装着したバルブ１及びバルブリテーナ５の周辺を示す図面である。図１５（Ａ）、（Ｂ）は第９実施形態のバルブ回転装置９０の一部を示し、（Ａ）は閉弁状態を示し、（Ｂ）は開弁状態を示す図面である。

第１実施形態から第８実施形態のバルブ回転装置は、いずれも、シリンダヘッド１０１に近い側に設置されていた。これに対し、第９実施形態のバルブ回転装置９０は、バルブリテーナ５側に設置されている。第２シート部材９２は、バルブリテーナ５側に配置され、バルブリテーナ５とともに回転する。環状ケース部材９１に含まれる底板部９１ｂは、第２シート部材９２とバルブスプリング６との間に配置されている。

以下、バルブ回転装置９０について、より詳細に説明する。バルブ回転装置９０は、内周側壁部９１ａ、底板部９１ｂ及び外周側壁部９１ｃを備える環状ケース部材９１と、第２シート部材９２を備える。環状ケース部材９１は、上面側が開放されており、この上面側に第２シート部材９２を載置している。環状ケース部材９１の底板部９１ｂは、第１シート部材に対応する部分となる。
底板部９１ｂは、内燃機関が備えるシリンダヘッド１０１に対する回転動作が規制された状態でバルブ１のバルブステム２の周囲に拡がるように配置される部材である。具体的に、底板部９１ｂは、シリンダヘッド１０１との間でバルブスプリング６を挟持するように配置され、シリンダヘッド１０１に対する回転動作は規制された状態とされている。一方、第２シート部材９２は、環状ケース部材９１に対して回転可能とされるとともに、バルブリテーナ５と接触した状態で設置されている。底板部９１ｂには、バルブスプリング６が当接する。底板部９１ｂには、環状ケース部材９１の内側に向かって延びる第１突起部９１ｂ１が設けられている。この第１突起部９１ｂ１は、第２実施形態における第１突起部２１ａに相当する。第２シート部材９２には、環状ケース部材９１の内側に向かって延びる第２突起部９２ａが設けられている。この第２突起部９２ａは、第２実施形態における第２突起部２２ａに相当する。第１突起部９１ｂ１と第２突起部９２ａとの間には、第２実施形態と同様に屈曲スプリング２３が挟持されている。また、第２突起部９２ａには、ゼンマイスプリング７３の鍔状部７３ａが接触し、ゼンマイスプリング７３が第２シート部材９２と接続した状態となっている。ゼンマイスプリング７３の他端に設けられた係止部７３ｂは、第１突起部９１ｂ１に係止されている。

このようなバルブ回転装置９０では、バルブ１にバルブ１を開弁させる荷重が加わると、その荷重がバルブリテーナ５を介して第２シート部材９２に伝達される。これにより、第２シート部材９２と底板部９１ｂとの距離が縮まり、屈曲スプリング２３が縮められる。この結果、ゼンマイスプリング７３が押され、ゼンマイスプリング７３に弾性エネルギーが蓄えられる。そして、バルブ１が閉弁状態に向かうと、ゼンマイスプリング７３が蓄えた弾性エネルギーによる復元力で第２シート部材９２が回転する。このとき、バルブリテーナ５は、第２シート部材９２との摩擦力により、第２シート部材９２とともに回転する。この結果、コッタ４によりバルブリテーナ５と一体化しているバルブ１も回転することができる。

このように、第９実施形態のバルブ回転装置９０も、他のバルブ回転装置と同様に、バルブ１が回転するタイミングをバルブ１の閉弁するタイミングと同期させることができ、効果的にデポジットを噛み潰すことができる。

上記実施形態は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。

１バルブ
２バルブステム
３バルブヘッド
３ａバルブフェース
４コッタ
５バルブリテーナ
６バルブスプリング
１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、８１、９０バルブ回転装置
１１、２１第１シート部材
１１ａ、２１ａ第１突起部
１１ａ２傾斜面
１２、２２第２シート部材
１２ａ、２２ａ第２突起部
１３、７３ゼンマイスプリング（弾性体）
２３、３３屈曲スプリング
４３カム部材
５３屈曲カム部材
６３球状部材
８３コイルスプリング
９１環状ケース部材
９１ａ内周側壁部
９１ｂ底板部
９１ｂ１第１突起部
１００内燃機関
１０１シリンダヘッド
１０１ａバルブガイドボス部
１０１ｂ凹部
１０２バルブシート

Claims

内燃機関に装着されるバルブを回転させるバルブ回転装置であって、
前記内燃機関が備えるシリンダヘッドに対する回転動作が規制された状態で前記バルブのバルブステムの周囲に拡がるように配置される第１シート部材と、
前記第１シート部材と対向配置され、前記第１シート部材に対し回転自在とされるとともに、前記バルブを開弁させる荷重を受ける第２シート部材と、
前記第２シート部材が受けた前記バルブを開弁させる荷重を、前記第２シート部材の前記バルブステム回り方向の回転力に変換する力変換機構と、
前記バルブが開弁し、前記バルブを開弁させる荷重により前記力変換機構を介して前記第２シート部材が回転したときに弾性エネルギーを蓄積するとともに、前記バルブが閉弁状態に向かい、前記バルブを開弁させる荷重が減少するときに前記弾性エネルギーによる復元力により前記第２シート部材を回転させる弾性体と、
を備え、
前記第２シート部材が回転することにより前記バルブを回転させるバルブ回転装置。
前記第１シート部材は、前記内燃機関の前記シリンダヘッド側に配置され、前記第２シート部材は、前記第１シート部材とバルブスプリングとの間に配置されて前記バルブスプリングとともに回転する請求項１に記載のバルブ回転装置。
前記第２シート部材は、バルブリテーナ側に配置され、前記バルブリテーナとともに回転し、前記第１シート部材は、前記第２シート部材とバルブスプリングとの間に配置された請求項１に記載のバルブ回転装置。
前記バルブを開弁させる荷重により前記力変換機構を介して回転する前記第２シート部材の最大回転量を規定するストッパ部を備える請求項１乃至３のいずれか一項に記載のバルブ回転装置。
前記弾性体は、一端側を前記第２シート部材に接続し、他端側を前記第１シート部材又は前記内燃機関が備えるシリンダヘッドに接続したゼンマイスプリング又は、一端側を前記第２シート部材に接続し、他端側を前記第１シート部材又は前記内燃機関が備える前記シリンダヘッドに接続したコイルスプリングである請求項１乃至４のいずれか一項に記載のバルブ回転装置。
前記力変換機構は、前記第１シート部材から前記第２シート部材に向かって延びる第１突起部と、前記第２シート部材から前記第１シート部材に向かって延びる第２突起部とを備え、前記第１突起部と前記第２突起部の少なくとも一方に傾斜面を形成し、前記傾斜面において、前記第１突起部と前記第２突起部とを滑動可能に接触させ、前記第１シート部材と前記第２シート部材との間の距離の変化に伴って前記第２シート部材を前記第１シート部材に対して回転させる請求項１乃至５のいずれか一項に記載のバルブ回転装置。
前記力変換機構は、前記第１シート部材と前記第２シート部材との間に挟持され、前記第１シート部材と前記第２シート部材との間の距離の変化により前記第２シート部材の周方向に沿う方向の寸法を変化させる寸法変化部材を含み、前記寸法変化部材の寸法変化に伴って前記第２シート部材を前記第１シート部材に対して回転させる請求項１乃至５のいずれか一項に記載のバルブ回転装置。