JPH0658046B2 - 往復ピストン機関のスリーブ端バルブ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 この発明は、流線の乱れが少なく流れ抵抗の小さい広い
開口面積がシリンダ軸と同軸の放射状に得られ、閉鎖時
の気密性も高い、往復ピストン機関用のバルブの構造に
関するもので、内燃機関、圧縮機、真空ポンプ等に利用
される分野のある物である。

（ロ）従来の技術 従来の内燃機関、圧縮機、真空ポンプ等では、第１図に
示すポペットバルブ（茸弁）(1)、第２図に示すプレー
トバルブ（板弁）(2)、が主として用いられ、内燃機関
では第３図に示すシリンダに開いたポート（穴）をピス
トンが開閉するピストンバルブ(3)も多く用いられる
が、その変形として第４図に示すシリンダのポートと可
動のスリーブのポートとが合ったりずれたりする事によ
り開閉するスリーブ（ポート）バルブ(4)、が英国ブリ
ストル社の航空エンジンに実用された例があり、従来ス
リーブバルブと言えばこれを指している。バルブの開閉
機能をはたす気孔を分類すると、ポペットバルブやプレ
ートバルブはポートに垂直に蓋をする弁蓋縦動リフト弁
であり、運動の軸に直角な端面が蓋をする面になってい
る端弁（エンド・バルブ）である。これに対しピストン
バルブやスリーブ（ポート）バルブは弁蓋横動スライド
弁であり、滑り面が蓋になっている弁である。リフト弁
は弁蓋を高速で往復し閉まる時開く時に衝撃があり磨耗
は有るが、圧力差によって弁蓋がポートの弁座に押しつ
けられるように使えば閉鎖時の気密性は高いので、高温
高圧のガスを扱う内燃機関に多く使われ特に排気弁に適
している。これに対し横に滑り動くスライド弁は閉鎖中
も連続的に動く為に衝撃は無いが、滑る為の油膜に隙間
が必要な為気密性は良く無いので、内燃機関の排気弁に
は本来適していないが、構造が簡単な為使われている。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 内燃機関の排気弁に多く用いられる第１図のポペットバ
ルブ(1)は高温ガスが流出する時弁蓋(5)の周縁で急に流
線(6)が曲げられる為この部分が過熱し易く、これの冷
却がバルブステム（弁軸）(7)を通じての熱伝導によっ
てしか行われないので、バルブ過熱事故の可能性は高
く、流れ抵抗も大きい欠点がある。もし過熱を防ぎ流れ
を良くする為にこの弁蓋をシリンダの外側から当てる形
としたら、圧力差によって弁蓋が弁座(8)から押し離さ
れる状態となり気密を保つのに非常に大きな力で抑える
必要があり、動弁機構の強さに無理がかかって実用性が
無いが、弁蓋の加熱される位置は変わって中央部にな
り、過熱しなくなる。

圧縮機や真空ポンプの吸入弁に用いられる場合の第２図
のプレートバルブ(2)はこれを閉鎖させるスプリングを
伴って居て空間を占め、ポンプ室の（ピストン上死点に
おける）最小容積を大きくし、圧縮比や排気比を低下さ
せる欠点がある。

（ニ）問題点を解決するための手段 内燃機関の排気弁として、第５図のように弁蓋に相当す
る部分(9)をシリンダ(10)の外側に固定して置き、シリ
ンダ側は可動のスリーブ(11)の端面に環状の底蓋(12)を
付け、その環の内径外側に弁座(13)を設け、スリーブを
シリンダ軸方向に動かして弁座(13)を固定弁蓋(9)に会
わせる事によってバルブを閉じ、離すと開くような、
（前記のスリーブポートバルブに対して）これをスリー
ブ端バルブ（スリーブエンドバルブ）と名付けるリフト
弁の構造を、前記の問題点を解決するための手段として
発明し提案する。

またこの構造は第６図のように圧縮機や真空ポンプの吸
入弁としても、プレートバルブの様にポンプ室のピスト
ン上死点における最小容積を増す事がなく、圧縮比、排
気比を出来るだけ高める構造として採用できる。

（ホ）作用 スリーブ端バルブを内燃機関の排気弁に使うと第５図左
半の様に燃焼室が高圧の時はスリーブの環状の底蓋部(1
2)に加わった圧力で、弁座(13)は固定弁蓋(9)に押しつ
けられ気密が保たれる。

バルブが開くと第５図右半の様に高温の排気ガスは弁座
(13)がジェットノズルの役をして固定弁蓋(9)に吹きつ
けられ、これの中央部が加熱されるが、これは固定され
た部分であるから冷却する事は構造的に容易である。流
れに対する抵抗も、ポペットバルブよりも少ない。また
弁蓋が燃焼室の外側にあるので、燃焼室を小さくして圧
縮比を上げるのが容易である。

また圧縮機や真空ポンプの吸入弁として使う時も、第６
図の様にスリーブの環状の底蓋面(12)に加わる圧力差に
よりプレートバルブと同じように自動開閉弁、一方向
弁、不還弁として作用する。

スリーブの運動に対し、その外径と内径でシリンダ及び
ピストンに対する摩擦があるが、ピストン運動による摩
擦力の方向は丁度スリーブ端バルブが開くべき時には開
く方向に、閉じるべき時には閉じる方向に、常に有利な
方向に作用する。

（ヘ）実施例 第５図はこの発明を内燃機関に実施した状態を示す。

第６図はこの発明を圧縮機又は真空ポンプに実施した状
態を示す。

（ト）発明の効果 この発明は以上に説明したように往復ピストン２サイク
ル内燃機関の排気弁として使用した場合最も効果があ
る。２サイクル内燃機関はクランク１回転２行程に１回
の爆発をする周期サイクルを繰り返すので、４サイクル
機関に比べて重量当たりの出力が大きく、構造が簡単に
出来る特長が有る。特にピストンポートバルブが使える
事はその特長の一つであるが、これを吸気弁排気弁の両
方に使った第７図のシュニューレ掃気方式の機関は小型
エンジンの大多数を占めている。しかしこの方式では排
気弁のバルブタイミングで弁の開き時間が必要以上に長
くなり吹き抜けが多くなり、掃気作用が微妙で残留排気
も残り易く、掃気効率が悪く燃料消費率も高い。排気弁
がスライドバルブである為気密が悪く過熱し易い、等の
欠点があり、経済性、耐久性を求める船舶用大型２サイ
クル内燃機関では第８図のように排気弁だけをシリンダ
ヘッドに移しポペットバルブとしてバルブタイミングを
最適に制御すると共に、ピストンポートバルブから掃気
を入れ一方向流れでポペットバルブから出すユニフロー
掃気方式を採って掃気効率を上げ燃料消費率を下げてい
る。また排気バルブタイミング制御により排気圧力を上
げられるので排気ターボチャージャーも使用出来、効率
が上がる。

しかしポペットバルブを駆動する為にはシリンダヘッド
上に駆動機構が必要である。またポペットバルブには前
記のように過熱し易く流れ抵抗が大きい欠点がある。こ
の問題点を解決するために、このポペットバルブをスリ
ーブ端バルブに置き換えると、船舶用機関のユニフロー
掃気方式の利点を取り欠点を無くした効果が有る。ポペ
ットバルブを動かす為にシリンダヘッドの上外側に張り
出した駆動機構が無くなり、スリーブ端バルブを駆動す
る機構はクランクケース側におさまるから、機関の外形
はコンパクトに纏まり、小型及び中型の車両用航空用船
舶用等の原動機として適当した物が得られる筈である。

圧縮機、真空ポンプ等についても圧縮比、排気比の大き
い効率の良い物が出来る。またスプリングで抑えた自動
弁を圧力差で開閉すると、吸入弁は１気圧以下の差圧し
か取れないからスプリングを弱くせねばならず、高速運
転に適さないが、ピストンとスリーブの摩擦力に依って
強制的にスリーブ端バルブが駆動されれば高速運転に耐
える物が出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図、第７図、第８図は往復ピストン機関に
従来使用されて来た各種バルブを示す。第５図と第６図
はスリーブ端バルブの実施例を示す。図の断面を示す斜
線の右上左下斜線は弁として動く部分を示し、左上右下
斜線は固定した部分を示す。矢印はガスや空気の流れを
示す場合、INは吸気EXは排気OUTは吐出、UNIはユニフロ
ー掃気を示す。ピストン運動を示す場合DOWNは下降UPは
上昇を示す。 第１図はポペットバルブ、第２図はプレートバルブ、第
３図はピストン（ポート）バルブ、第４図はスリーブ
（ポート）バルブを示す。第５図はスリーブ端バルブを
２サイクル内燃機関に適用した状態を示す。中心線の左
半は弁の閉じた状態、右半は開いた状態である。第６図
はスリーブ端バルブを圧縮機に適用した状態で左半は弁
開、右半は弁閉状態を示す。第７図は小型２サイクル内
燃機関に多いシュニューレ掃気方式のピストン（ポー
ト）バルブを示す。第８図は船舶用に多い２サイクルユ
ニフロー内燃機関を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】流体を移送するポンプ作用もする往復ピス
   トン機関において，そのシリンダの内径にピストンの全
   行程を案内するライナーを置き，これをシリンダに対し
   軸方向に滑り動く様にしたスリーブとし，そのスリーブ
   部材のヘッド側端面とシリンダヘッドとの間を開閉し
   て，ポンプ室に流入又は流出する流体の流れを制御する
   構造を特徴とするスリーブ端縦動ヘッドバルブ