JPS6251707A - 内燃機関の摺動弁のシ−ル構造 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は内燃機関の摺動弁のシール構造に関する。

（従来技術及びその問題点） 一般的な内燃機関の動弁系に使用されているポペットバ
ルブ（茸弁）は、そのシール性の良好なことから現在は
とんどの内燃機関に採用されている。しかしながら、ポ
ペットバルブは内燃機関のより以上の性能向上を図る場
合、燃焼室中に焼けた吸、排気弁が突出し、爆発（デト
ネーション）や早期点火（プレイグニツシヨン）の発生
を助長すること、弁軸、弁傘が開口中に存在するために
通気抵抗となり吸、排気効率を損なうこと、弁軸。

弁傘を有するために吸、排気通路は弁の近傍で彎曲され
吸、排気効率を損なうこと、弁軸により往復運動するた
めに運動方向に長いスペースを必要としエンジンが大型
化すること及び弁の開閉は往復運動により成されるため
にシーテイング時（閉弁時）に衝撃音を発生する等の不
具合がある。

そこで、ポペットバルブの欠点を解消するために、従来
からスリーブ弁や回転弁が数多く提案されており、特に
、球弁、円筒弁、円錐弁、円盤弁等の摺動弁（回転弁）
が研究されている。

一般にこの摺動弁は、駆動車や被駆動車等を介してピス
トンに連結される回転軸に直接軸支される構造であるた
め、燃焼室の爆発荷重がこの軸部にかかり、そのため該
軸部の材質の剛性を高めたり、補強構造としなければな
らず、更に、加工誤差や公差等による部品相互間のずれ
によってクリアランスが生じた場合、そこから燃焼ガス
が漏れる等の問題があった。

（発明の目的） 本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、簡単な構造
でシール性の良好な内燃機関の摺動弁のシール構造を提
供することを目的とする。

（発明の概要） 上記目的を達成するために本発明においては、内燃機関
の燃焼室に臨む開口端が同心状の段差部をなして縮径す
る吸、排気通路に配設され、該通路を開閉する摺動面を
有する摺動弁体と、該吸。

排気通路内且つ該摺動弁体の該燃焼室側及び反燃焼室側
に夫々配設され、該摺動弁体に摺接するシート部材と、
該燃焼室側のシート部材の開口端と該通路の段差部との
間に縮設され該摺動弁体に該シート部材を押圧する弾撥
部材とを備える内燃機関の摺動弁のシール構造において
、該反燃焼室側のシート部材を剛性を有する耐熱部材で
形成し、該燃焼室側のシート部材を弾性を有する耐熱部
材で形成した構成とするものである。

（発明の実施例） 以下本発明の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。

第１図は本発明に係る摺動弁のシール構造を適用した内
燃エンジンの要部を示し、内燃エンジン１のシリンダブ
ロック２にはシリンダヘッド３゜４が載置固定され、こ
れらのシリンダヘッド３゜４には、ピストン５の上端面
とシリンダヘッド３の凹部３ａとにより画成される燃焼
室６に開口し、その開口端が同心状に段差部をなして縮
径する２つの排気通路７．７’（第２図）及び吸気通路
８゜８′が設けられ、これらの排気通路７，７′及び吸
気通路８，８′の燃焼室６側開ロ端に摺動弁例えば回転
弁１０及び２０が配設される。

摺動弁１０は例えば２連の球弁で、第３図に示すように
排気通路７に配設される弁座（シート部材）１１，１２
、弁体１３、シールスプリング（弾撥部材）１４及びス
リーブ１９から成る第１の摺動弁１０ａ、排気通路７′
に配設される弁座１１’　、１２’　、弁体１３′、シ
ールスプリング１４′及びスリーブ１９′から成る第２
の摺動弁１０ｂ及び弁体１３と１３′とを連結する連結
部材１７、弁体１３と後述の動弁機構３０の回転軸３４
とを連結する連結部材１８等により構成される。

第１の摺動弁１０ａは、シリンダヘッド４の前記排気通
路７を形成し、燃焼室６に臨む開口端が同心的に段差部
をなして縮径する孔４ａの所定箇所に内嵌されており、
該孔４ａ内には、一端面が反燃焼室側の弁座１２の上端
面と当接してスリーブ１９が内嵌固定され、燃焼室６側
の弁座１１の下端面と孔４ａの段差部との間にはシール
スプリング１４が縮設されている。前記各弁座１１，１
２は夫々円盤状をなし、対向する各一端面には所定の曲
率半径をなす球面状の弁座面１１ａ、１２ａが窪んで設
けられ、中央には排気通路７の内径と同径の孔が穿設さ
れている。この弁座１２は例えばセラミックスのような
耐熱性且つ剛性のある部材で形成されたりジッドシール
となっており、燃焼室６側の弁座１１は耐熱性且つ弾性
を有する例えばテフロン化合物等の合成樹脂部材から成
るエラスティックシールとなっている。

なお、スリーブ１９も耐熱性且つ剛性のある例えばステ
ンレス等の部材から成る。

弁体１３は球体状をなし、その半径は前記弁座面１１ａ
、１２ａの曲率半径と同一に設定され、その外周面１３
ａは各弁座面１１ａ、１２ａに密着するようになされて
いる。この弁体１３の軸心には直径方向に排気通路７の
内径と同径の孔１３ｂが穿設されている。この弁体１３
の孔１３ｂの軸心に対する直径上両側壁１３ｃ、１３ｄ
は切欠かれて互いに平行な平面をなし、各側壁１３ｃ、
１３ｄには直径上に凹溝１３ｅ、１３ｆが設けられ、こ
れらの凹溝１３ｅと１３ｆとは９０°の回転角をなして
配置されている。

シールスプリング１４は２つの環状の板ばね１４ａ、１
４ｂから成る断面略Ｖ字形を呈するリング状をなし且つ
吸気圧に抗するばね力を有し、吸気行程時においても前
記弁体１３が燃焼室６側へ吸引されないような強さに設
定されている。そして、排気通路７に燃焼室６側からシ
ールスプリング↓４、弁座１１．弁体１３及び弁座１２
の順に配置され、弁体１３はシールスプリング１４のば
ね力によりその周面１３ａが各弁座１１，１２の弁座面
１１ａ、１２ａに回転可能に摺接される。

ここで、弁座１１が弾性部材で形成され且つ弁座１２が
剛性部材で形成されるため、シールスプリング１４のば
ね力による押上げ力により、弁体１３の外周面１３ａは
弁座１２の弁座面１２ａに対しては回転可能に押圧摺接
され、一方弁座１１の弁座面１１ａに対しては、弁座１
１の弾性によりクリアランス等が吸収されて良好なシー
ル性を確保して回転可能に押圧摺接される。

第１の摺動弁１０ａは、弁体１３の周面１３ａが排気通
路７を閉塞しているときには閉弁され、弁体１３の孔１
３ｂが排気通路７と連通しているときには開弁される。

そして第１の摺動弁１０ａは弁体１３が９０′回転する
毎に閉弁と開弁とが交互に行われる。

第２の摺動弁１０ｂも第１の摺動弁１０ａと同様に構成
される。これらの２つの弁体１３と１３′とは図示のよ
うに略同軸上に配置され、弁体１３の側壁１３ｄと弁体
１３′の側壁１３′　ｃとが所定の間隔で離隔対向し、
これら両者は連結部材１７により連結される。

連結部材１７は弁体１３の側壁１３ｃ（又は１３ｄ）の
端面と同径の円板で１両端面には夫々直径上に凸条１７
ａ、１７ｂが突設されている。これらの凸条１７ａと１
７ｂとは９０１の回転角をなして配置され、且つ各凸条
１７ａ、１７ｂは弁体１３゜１３′の凹溝１３ｆ、１３
’　ｅと嵌合するように設定されている。この連結部材
１７は第３＠に示すように弁体１３と１３′との間に介
在され、一方の凸条１７ａが弁体１３の凹溝１３ｆに、
他方の凸条１７ｂが弁体１３′の凹溝１３′　ｅ嵌合し
、これらの両弁体１３と１３′とをオルダム結合する。

このオルダム結合により弁体１３と１３′とは３次元的
に互いに自由度を有して連結され、弁体１３，１３’　
と各弁座１１．　Ｆ２．１１’　、　１２’との密着性
が向上すると共にこれらの弁体１３゜１３′の回転が円
滑となる。

連結部材１８も連結部材１７と同様に形成され、一方の
凸条１８ａが後述する動弁機構３０（第４図）の回転軸
３４の端面の直径上に設けられた凹溝３４ａに嵌合し、
他方の凸条１８ｂが弁体１３の凹溝１３ｅに嵌合する。

このようにして２連の摺動弁１０が構成される。

吸気通路８，８′に配設される２連の摺動弁２゜も前記
摺動弁１０と同様に構成される。

第４図は動弁＊ＳＶの一例を示し、この動弁機構３０は
例えばゼネバストップ機構で構成され、シリンダヘッド
３（第１図）に回転可能に軸支される主軸３１の一端に
はスプロケット３２が固着され、該スプロケット３２は
チェーン３８を介してクランク軸の一端に固着されたス
プロケット（共に図示せず）に連結される。スプロケッ
ト３２と前記クランク軸のスプロケットとは歯数比が２
＝１をなし、主軸３１は前記クランク軸の２回転に対し
て１回転する。主軸３１の他端には駆動車３３が固着さ
れ、該駆動車３３の一端面周縁には同−円周上且つ所定
箇所に開弁用ピン３３ａ及び閉弁用ピン３３ｂが植設さ
れ、他端面周縁には同−円周上且つ所定箇所に開弁用ピ
ン３３ｃ及び閉弁用ピン３３ｄが植設されている。

回転軸３４．３６は夫々シリンダヘッド３に回転可能に
軸支され、各一端には被駆動車３５．３７が固着されて
いる。被駆動車３５．３７には夫々周方向に沿って９０
°の等間隔で配置される半径方向の溝３５ａ、３７ａが
４箇所設けられている。

駆動車３３のピン３３ａ、３３ｂはその回転に伴ない順
次被駆動車３５の合溝３５’　ａに係合し、ピン３３ｃ
、３３ｄは被駆動車３７の合溝３７ａに順次係合する。

回転軸３４の他端面には第３図に示すように直径上に凹
溝３４ａが設けられており、この凹溝３４ａが連結部材
１８の凸条１８ａに嵌合する。弁体１３と回転軸３４と
は連結部材１８を介してオルダム結合され、弁体１３と
回転軸３４とは３次元的に自由度を有して連結され、当
該弁体１３の弁座１１，１２との密着性の向上及び弁体
１３の回転が円滑となる。回転軸３６の他端も回転軸３
４と同様に図示しない連結部材を介して摺動弁２０の一
方の弁体に連結される。

以下作動を説明する。

クランク軸の回転に伴い動弁機構３０の主軸３１が第４
図に示すように時計方向に回転し、駆動車３３のピン３
３ａが被駆動車３５の所定の溝３５ａに係合してから抜
は出す迄の間に当該被駆動車３５を反時計方向に９０°
回転させる。これに伴い摺動弁１０の弁体１３，１３’
　が反時計方向に９０’回転される。、該摺動弁１０は
ピン３３ａが溝３５ａに係合した時から開弁動作が開始
され、抜は出した時に完全に開弁される。駆動車３３が
更に回転し、ピン３３ｂが被駆動車３５の次の溝３５ａ
に係合してから抜は出す迄の間に当該被駆動車３５を反
時計方向に９０°回転させ、これに伴い弁体１３．１３
’も反時計方向に９０°回転される。

摺動弁１０はピン３３ｂが溝３５ａに係合した時から閉
弁動作が開始され、抜は出した時に完全に閉弁される。

そして、摺動弁１０は前記開弁が開始されてから閉弁が
開始されるまでの期間に一定区間だけ完全に開弁した状
態に停止される。

駆動車３３が更に回転してピン３３ａが被駆動車３５の
次の溝３５ａに嵌合してから抜は出す迄の間に当該被駆
動車３５を更に反時計方向に９０゜回転させ、これに伴
ない摺動弁１０が再び開弁される。そして、該摺動弁１
０は前記閉弁が開始された時から開弁が開始される迄の
閉弁期間のある区間完全に閉弁された状態に停止される
。このようにして駆動車３３が時計方向に回転すると、
被駆動車３５は間歇的に反時計方向に回転し、これに伴
い摺動弁１０が開、閉制御され、且つ開、閲される期間
の所定区間完全に開弁、閉弁された状態に停止される。

そして、回転軸３４は主軸３１の２回転に対して１回転
する。摺動弁２０も摺動弁１０と同様に開、閉制御され
、且つ開、閉される期間の所定区間完全に開弁、閉弁さ
れた状態に停止される。

これらの摺動弁１０と２０とは所定のタイミングで開、
閉制御され、吸気行程時には摺動弁２０が開弁且つ摺動
弁１０が閉弁され、圧縮・爆発行程時には摺動弁３−０
，２０ともに閉弁され、排気行程時には摺動弁１０が開
弁且つ摺動弁２０が閉弁され、吸、排気行程の吸気、排
気効率が高められるようになっている。

この爆発行程時において、面摺動弁１０，２０ともに上
方向（反燃焼室方向）の爆発荷重がかかるが、弁座１２
（リジッドシール）及びスリーブ１９は剛性部材で形成
され、且つスリーブ１９はシリンダヘッド３に固設され
ているために弁体１３は弁座１２に圧接され、これに伴
い両者間のクリアランスが零となり、従って燃焼ガスが
漏出するおそれがない。また、エラスティックシール部
材である弁座１１の弾性によって、弁体１３と弁座１１
との間に加工誤差や公差等によるクリアランスがある場
合でも、それを吸収することができるため、シール性が
常に確保される。摺動弁２０も摺動弁１０と同様に形成
されているため、上述と同様の働きをなす。

第５図は本発明に係るシールスプリングの第２実施例を
示し、断面が略Ｍ型のリング状をなすシールスプリング
４０を使用した例である。この場合、シールスプリング
４０の両端面４０ａ、４０ｂが全面に亘って夫々前記弁
座１１の下端面と通路７の燃焼室６側開ロ端の段差部の
対向端面とに夫々面接触をするため、弁座１１への押上
げ力が均等になるという効果がある。

なお、本実施例においては動弁機構としてゼネバストッ
プ機構を使用した場合について記述したが、これに限る
ものではなくカム式の勘弁機構を適用しても良いことは
勿論である。

また１本実施例においては摺動弁の駆動方法としてクラ
ンク軸の回転により直接駆動するチエーンタイプのもの
を記述したが、これに限るものではなく、他にクランク
軸の回転を電気的に検出してステップモータを駆動する
等の電気的な駆動方法を用いてもよい。

（発明の効果） 以上詳述した如く本発明によれば、内燃機関の燃焼室に
臨む開口端が同心状の段差部をなして縮径する吸、排気
通路に配設され、該通路を開閉する摺動面を有する摺動
弁体と、該吸、排気通路内且つ該摺動弁体の該燃焼室側
及び反燃焼室側に夫々配設され、該摺動弁体に摺接する
シート部材と、該燃焼室側のシート部材の開口端と該通
路の段差部との間に縮設され該摺動弁体に該シート部材
を押圧する弾撥部材とを備える内燃機関の摺動弁のシー
ル構造において、該反燃焼室側のシート部材を剛性を有
する耐熱部材で形成し、該燃焼室側のシート部材を弾性
を有する耐熱部材で形成したので、簡単な構造でシール
性の良好な摺動弁のシール構造を提供することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るシール構造を適用した内燃エンジ
ンの一実施例を示す要部断面図、第２図は第１図に示す
エンジンの燃焼室の端面図、第３図は第１図の矢線■−
■断面図、第４図は動弁機構の一実施例を示す概略構成
図、第５図は本発明に適用されるシールスプリングの第
２実施例を示す要部断面図である。 １・・・エンジン、２・・・シリンダブロック、３，４
・・・シリンダヘッド、６・・・燃焼室、１０．２０・
・・摺動弁＋　１１．１１’・・・燃焼室側シート部材
、１２゜１２′・・・反燃焼室側シート部材、１３，１
３’・・・摺動弁体、１４．１４’　、４０・・・シー
ルスプリング（弾撥部材）、１７．１８・・・連結部材
、３０・・・動弁機構、３３・・・駆動車、３５．３７
・・・被駆動車。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、内燃機関の燃焼室に臨む開口端が同心状の段差部を
   なして縮径する吸、排気通路に配設され、該通路を開閉
   する摺動面を有する摺動弁体と、該吸、排気通路内且つ
   該摺動弁体の該燃焼室側及び反燃焼室側に夫々配設され
   、該摺動弁体に摺接するシート部材と、該燃焼室側のシ
   ート部材の開口端と該通路の段差部との間に縮設され該
   摺動弁体に該シート部材を押圧する弾撥部材とを備える
   内燃機関の摺動弁のシール構造において、該反燃焼室側
   のシート部材を剛性を有する耐熱部材で形成し、該燃焼
   室側のシート部材を弾性を有する耐熱部材で形成したこ
   とを特徴とする内燃機関の摺動弁のシール構造。