JPS62132081A - 強制開閉式バルブ駆動機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、エンジン等におけるバルブの駆動を、バルブ
戻しのためのスプリングを使わずに行うバルブ駆動機構
に関するものである。

４サイクル・エンジンは、吸気、排気を別サイクルで行
なえ、圧縮比も２サイクル・エンジンに較べて容易に高
くできるので、燃料効率は良い。

しかし、昨今、２サイクル・エンジンは可変ボートや可
変排気管、オイルの最適量吐出等の技術により、燃料効
率は大幅に改善されて来ている。構造のシンプルさ、軽
量さ、バルブ駆動ロスもないこと、同排気量での出力は
４サイクル・エンジンを上まわること等により、車体に
組み込まれ、同じ仕事をする時、４サイクル・エンジン
以上の燃費を得ることも不可能ではないと思われる。

４サイクル・エンジンの効率をより改善するためには、
バルブ駆動のための馬力ロスの存在が大きな難点となっ
ている。すなわち、従来のバルブ駆動には、バルブ戻し
のためのスプリングが必要であり、スプリング力に打ち
勝ってバルブを押し下げねばならないからである。

これは低速運転時の全馬力ロスのうちの大きな割合を占
め、スムーズな回転に支障を与える。このバルブ、スプ
リングの弊害を除くために、次のような強制開閉式のバ
ルブ駆動機構が考えられている。

（１）バルブを開くためのカムと、そのカムとは逆のプ
ロフィールを持つ閉じるためのカムの２本のカムシャフ
トを用いて強制的にバルブの駆動を行う機構。

（２）カムを囲むカムの長径に等しい輪にバルブを固定
し、カムの凸部がバルブ方向にある時はバルブを押し下
げ、凸部が反対方向にある時はバルブを押し上げる機構
。

（１）では、２種１組のカムを設けるために、エンジン
をコンパクトにできず、重量も増す。

（２）では、凸部が他の方向にある間もその輪をカム面
に接しておくために、やはり戻しスプリングが存在する
他に、バルブ駆動の構造がカムを囲む形であるため、往
復運動体の質量と形が必然的に大きくなってしまう。

本発明は、バルブ戻し用のスプリングを廃し、しかも（
１）と（２）に示したバルブ駆動機構の欠点を除き、コ
ンパクトで構造の比較的簡単な強制開閉式のバルブ駆動
を目的としたものである。

本発明の原理を第１図により説明する。

１はバルブ、２はバルブの可動方向を決めるものとして
のバルブ・ガイド、４は、バルブの動きを規定する下方
への振れを有する軌道で、図では左から右へ移動してい
ることを示している。３は、軌道をなぞってその振れを
バルブに伝えるために軌道に嵌合する部品（以後、駆動
子と称すことにする）であり、バルブ１に結合されてい
る。軌道４の振れ方向はバルブの可動方向と一致してい
る。

ここで、軌道４の駆動子が接っする位置が（Ａ）である
時、軌道をなぞる駆動子は軌道と共に上にあり、バルブ
も上がり、閉じた状態である。

そして、軌道が右に移動し、軌道の下に振れている位置
（Ｂ）に駆動子が接っする時、駆動子の可動方向は上下
方向に制限されているために、軌道の移動方向には関せ
ず、軌道の下方向への振れの動きにだけ駆動子は動き、
バルブは下がり開いた状態となる。更に軌道が右に移動
し、（Ｃ）の位置では再びバルブは閉じられる。この動
作を繰り返すことでバルブの強制開閉駆動は行われる。

第２図は、回転する円筒上に帯状の突起により連続した
軌道を設け、その突起に合致する形の滑り面を持つ駆動
子を、軌道の上下面をはさむようにして取付けた実施例
である。

駆動子３には、それが必要以上に回転したり傾いたりし
ないように保持するガイド（以後、駆動子ガイドと称す
ることにする）３Ａで支えられている。（この駆動子ガ
イドは、図を見にくくするので以後の図面上では省略し
ている。）（また、バルブ・ガイドも同様の理由で省略
する。）駆動子とバルブは結合されており、バルブ・ガ
イド２と駆動子ガイド３Ａとによって可動方向は上下に
制限されている。軌道の設けてある円筒（以後、軌道を
設けた運動体を軌道体、また軌道の設けてある面を軌道
面と称することにする）には、４サイクル・エンジン用
に、円周の約１／４が下方向への振れを持つ軌道４が設
けてある。駆動子の滑り面は丸みを持ち軌道とは常に線
状の接触を持つ。軌道の帯の厚さは、常に駆動子の滑り
面の間隔と等しくなるように軌道の屈曲部で薄くされて
いる。

ここで、軌道体が回転すると、軌道４をはさむ駆動子３
は軌道を滑り、その上下への振れにのみ追従し、振れの
大きさだけバルブを上下動させる。

エンジンのクランク２回転に軌道体を１回転させること
で、これを吸気や排気バルブとして動作させることがで
きる。

第３図は、エンドレスのベルト上に突起による軌道を複
数設け、しかも各軌道に複数個の駆動子を組み合わせた
実施例である。

帯状の突起によりなる軌道を上下から車輪ではさむ形の
駆動子３であり、任意の振れを持つ軌道４の線運動を車
輪の回転で受け渡し、軌道の振れの上下動のみバルブに
伝えるのは第２図の実施例と同様である。なお、軌道４
の厚みは一定であるが、駆動子からみての屈曲部での厚
みの変化は車輪に柔軟性を与えて吸収している。また、
軌道の移動方向に直角ではなくとも、振れの運動を受け
取れるので、バルブはベルト面には平行ながら若干傾け
て取り付けている。

第４図は、円筒の内面に溝による軌道を設け、駆動子を
円筒内側に置いた実施例である。

半円の断面を持つ溝で内周に軌道が設けられた筒が回転
し、この溝に合致する半球状の突起の滑り面を持つ駆動
子が組み合わされている。動作は前の実施例と同様であ
る。

第５図は、駆動子にロッカー・アームを使用した実施例
である。

回転する円筒上に断面が半円の溝よりなる軌道を設け、
ロッカー・アームの一端に半球の窪みを設け、両者の径
に一致するボール・ベアリングをこれに挿入し、軌道の
振れをロッカー・アームに伝えられるようにしている。

ロッカー・アームの他端には、弾性を持つ板をバルブ保
持のために取り付けてあり、バルブ・ステム部に設けた
２つのつばの間に差し込んでいる。これにより、ロッカ
ー・アームの円動運動とバルブの線運動とのずれや、バ
ルブ・クリアランスの変化や誤差を吸収する。駆動子３
がロッカー・アームシャフト５を中心に円運動をするが
軌道体４４がその動きに沿った球面の逆形状の軌道面を
持つ円筒であるため、駆動子３と軌道体４４とは常に接
触を保っている。

この実施例では、ロッカー・アーム・シャフト５が駆動
子ガイドの役割をする。

第６図は、球状燃焼室へ本発明を応用したー実施例であ
る。

軌道体４４の回転軸から任意の傾斜角を持った面に軌道
を設け、４つのバルブがシリンダ・ヘッド上に球を囲む
形になる位置にそれぞれの駆動子を設置している。駆動
子と軌道の関係は、第５図の実施例のようにベアリング
を介したものであり、駆動子は軌道面に面がその面に合
致するカーブを持った小片であり、駆動子はバルブと接
合されている。

このように、軌道面の角度によって、回転軸の方向に関
わらずバルブの方向は自由に選べるので、２本のシャフ
トは平行で良く、補器も要さない。

第７図は、円盤状の軌道に、スイング・アームの駆動子
を組み合わせた実施例である。

スイング・アーム側部に円柱状の突起を設け、円盤状の
、断面が直方形の溝よりなる軌道４をトレースする。こ
の場合の軌道の振れは半径方向への振れであり、これを
スイング・アームによる駆動子が受け、バルブを駆動す
る。駆動子３とバルブ１の接点は第５図と同様である。

第８図は、回転する円盤面に溝による軌道を設け、滑り
面を持った駆動子を組み合わせた実施例である。

軌道は直方形の断面の溝によりなり、半径方向への振れ
を持ち、駆動子はこの溝に合致する突起を有し、第８Ａ
図に示すように、その上面（Ｉ）は溝の内周壁の最大曲
率に略等しく、下面（ＩＩ）は外周壁の内周壁の最大曲
率に略等しく、滑り面の接触圧力の集中を最小にしてい
る。また、軌道面に接する面（ＩＩＩ）も滑り面として
いる。

駆動子は、回転する軌道から半径方向への振れを受け取
り、バルブを上下動させる。バルブ１のステム部にはつ
ばを設けてあり、このつばの上下からある程度圧縮され
たコイル・スプリングを介して、バルブは駆動子に保持
されている。上下のスプリングはバネ定数が異なり、共
振を防いでいる。これにより、バルブ・クリアランスの
変化等を吸収し、またバルブを閉じた時にある程度の圧
力でバルブ穴を塞ぎ、また、バルブを自由回転できる状
態にしている。コイル・スプリングのかわりにウェーブ
・ワッシャーや、コニカル・スプリング・ワッシャー、
トーション・スプリング、あるいは弾性体等でもかまわ
ない。

第９図は、往復運動する板に穴による軌道を設け、その
穴を通して２本のバルブを駆動する実態例である。

軌道体４４の往復運動はクランク式で行っているが図で
は省略している。

ここで、往復運動の起点を前後にずらせるようにすれば
、バルブを開いている期間とバルブ・リフト量を可変に
できる。第９Ａ図には、軌道をトレースする区間を（１
）、（２）、（３）とずらした場合と、そのバルブの動
作を示す。右の太線は、軌道体４４が往復する間のバル
ブの動きを表している。（１）の期間では軌道の振れの
最大までバルブが駆動され、逆に（３）の期間ではバル
ブ・リフト量、開期間とも最小、あるいは全く開かなく
なることも可能である。（２）はその中間である。往復
する板を、回転する円筒に変えても同様である。

このように、エンジンの運転状態に合わせてバルブの動
きを変更することで、エンジンの効率の向上が可能であ
る。

以上のように、本発明によれば、従来のようにバルブ戻
し用のスプリングに打ち勝ってバルブを動かす必用がな
いため、馬力ロスは低減され、よりなめらかな回転が可
能になるので、アイドリング回転も従来より低くできる
ため、燃費は改善される。また、回転をなめらかにでき
る分、フライ・ホイールの軽量化がはかれ、エンジンの
ピック・アップも向上する。

従来のように、バルブ・ステムにスプリングをかぶせ、
その上にカムを置くという構造から、例えば、バルブ・
ステムの横に、軌道を設けた円筒を置くという形に改め
ることで、大柄にならざるを得なかった４サイクル・エ
ンジンのヘッド部が大幅に低く、コンパクトにまとめら
れる可能性が与えられることになる。

往復質量は、従来よりもステム長を短くしたバルブと駆
動子に限ることもでき、バルブ戻し用のスプリングの共
振を考えなくとも良く、従来のカム駆動と較べ、より自
由度のあるカーブでバルブを駆動できるので、エンジン
の高速運転にも適す。

その上、軌道体の回転軸とバルブの位置関係が自由に選
べるので、エンジンを球状燃費室とするのも容易である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は斜視図による本発明の原理の説明図。 第２図〜第６図は実施例の斜視図。 第７図は実施例の側面図。 第８図は実施例の斜視図と側面の断面図。 第８Ａ図は第８図の部分拡大のカット図。 第９図は実施例の斜視図。第９Ａ図は説明図。 １＝バルブ ２＝バルブ・ガイド ３＝駆動子　　　３Ａ＝駆動子ガイド ４＝軌道 ４４＝軌道体 ５＝ロッカー・アーム・シャフト ６＝スイング・アーム・シャフト 白矢印＝運動の方向を示す

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （イ）回転または回動する運動体、あるいは線運動体や
   往復運動体上に、その運動方向とは交差する方向への振
   れを、バルブの作動に必要な距離だけ有する、溝や穴も
   しくは突起によりなる軌道を設ける。 （ロ）軌道に嵌合できる接触部を持つ、バルブもしくは
   バルブの駆動に介在する部品を、その可動方向が軌道の
   振れ方向の少くとも一成分と一致するように軌道に組み
   合わせる。 以上の構成により、バルブの強制開閉を行うことを特徴
   とするバルブ駆動機構。