JPS63105213A - 内燃機関の回転開閉型球状吸排気弁のシ−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】 Ｌ１上立且皿次１ 本発明は、往復動べ１４サイクル内燃機関において、茸
状吸排気弁を用いず、吸排気通路に対し直角方向の軸を
中心として回転可能に吸排気弁を吸排気通路に介装し、
この吸排気弁の回転によって吸排気通路を開閉する吸排
気系のシール構造に関するものである。

正釆及逝 通常の内燃機関に用いられる茸状吸刊気弁では、この弁
部通路面積は弁径と弁揚程が大きい程広くなるが、弁径
はシリンダ半径で制限され、また弁揚程は弁の往復運動
による衝撃等によって成る値に制限されるので、弁部通
路を広くして高速運転状態における吸入、排出効率を大
巾に高めることが困難である。

これを改善するために、吸排気通路に対し直角方向の軸
を中心として一方向または往復方向へ吸１月気弁を吸排
気通路に回転自在に介装したものが従来から存在し、こ
の吸排気系では、吸排気弁が吸排気通路壁部に対し相対
的に常に摺接しているために、実開昭５５−１９５３号
公報に記載されているように、吸排気通路壁部と吸排気
弁とを密封するシール構造が必要である。

が　゛しようと　るｒ 実開昭５５−１９５３丹公報記載のシール構造において
は、第１図ないし第３図に図示するように、吸排気弁０
１に接触するシール材０２と吸排気弁通路壁部０３とに
弾発部材０４を介装し、この弾発部材０４のバネ力と燃
焼ガス圧力とによってシール材０２を吸排気弁０１に圧
接させ、吸排気弁通路壁部０３と吸排気弁０１とを密封
していた。

ところが、弾発部材０４はシール材０２および吸排気弁
通路壁部０３に対し線接触し、あるいは第３図に図示さ
れるように弾発部材０４の厚み相当分で接触しているた
め、密封性が悪く、またこの接触部分に大きな接触圧力
が働いて摩耗し易く、しかも弾発部材０４の弯曲部０４
ａには、この弯曲部０４ａから弾発部材０４の接触部０
４ｂ迄の距離にその接触力を掛けた曲げＩ−メントが集
中してかかるので、弾発部材０４にへたつが生じ易くな
って耐久性が低かった。

Ｗするだ　の−ｒよび 本発明はこのような難点を克服した回転開閉型球状吸排
気弁のシール構造の改良に係り、内燃機関の吸排気通路
に球状吸排気弁が回転可能に介装されて、該吸排気通路
が該球状吸排気弁の回転にＪ二って開開される吸排気系
において、前記吸排気通路を形成する通路壁部と前記球
状吸排気弁とに、内周部が欠除された断面Ｃ型のリング
状弾光材とリング状シール材を順次介装し、該断面Ｃ型
リング状弾発材に接触するリング状シールの接触面を該
断面Ｃ型リング状弾発材の横断面外径と略同一の径の曲
面に形成することにより、該断面Ｃ型リング状弾発部材
のバネ力とこの弾発部材の内面に動く燃焼ガス圧力とで
、前記リング状シール材が吸排気弁に圧接されるととも
に前記断面Ｃ型リング状弾発部材が吸排気通路壁部に圧
接され吸排気通路壁部と吸排気弁とが密封される。

尖ＪＬＪ 以下第４図ないし第８図に図示された本発明の一実施例
について説明する。

図示されない自動二輪車に搭載されるエンジン１は、１
気筒４サイクルガソリンエンジンで、エンジン１゛のク
ランクケース２には、クランクシャフト６が回転自在に
枢支され、シリンダブロック３に摺動自在に嵌装された
ピストン７はコネクティングロッド８を介してクランク
シャフト６に連結されており、ピストン７の往復動によ
ってクランクシャフト６はへ方向へ回転駆動されるよう
になっている。

またシリンダヘッド４とヘッドカバー５には２本の吸気
通路９と２本の排気通路１０がそれぞれ形成され、各吸
気通路９にはそれぞれ別個にキャブレター１１が連続さ
れ、排気通路１０にもそれぞれ排気管１２が接続されて
いる。

さらに吸気通路９、排気通路１０には、その長手方向と
直角な方向を中心として揺動可能に球状吸気弁１３、球
状排気弁１４がそれぞれ嵌装され、ヘッドカバー５と球
状吸気弁１３、球状排気弁１４との間にアッパーシール
材１５が介装されるとともに、シリンダヘッド４と球状
吸気弁１３、球状排気弁１４との間に、シム１６、断面
Ｃ型リング状弾発材１７、ロアシール材１８が介装され
、シム１Ｇの上面とロアシール材１８の弾発材接触面と
は、断面Ｃ型リング状弾発材１７の横断面外径と略同一
径の曲面に形成されている。

しかして球状吸気弁１３、球状排気弁１４は線膨張率が
２．８Ｘ　１０’　（１／℃）の窒化硅素（Ｓ第３図４
）のセラミックス製でその外径は３０ｔｎｍであり、ア
ッパーシール材１５、ロアシール材１８は線膨張率が１
１．２Ｘ　１０−６　（１／℃）のＪＩＳ　ＦＣＤ　５
５ＩＡで、その球状吸気弁１３、球状排気弁１４との接
触曲面の径は３０．１姻であり、球状吸気弁１３、球状
排気弁１４には吸気通路９、排気通路１０と同一の断面
形状をした通路１３ａ、１４ａが形成されている。

また左右の各球状吸気弁１３の相対する端面には半径方
向に指向した切欠き１３ｂが形成され、この隣接する１
対の切欠き１３ｂ１．：係合する連結片１９の基部１９
ａが形成され、′＆結内円板２０は、連結片１９の頂部
１９ｂが相互に直交して遊嵌しうる十字溝２０ａが形成
されており、隣接する１対の球状吸気弁１３の切欠き１
３ｂに連結片１９の基部１９ａを係合さぜるとともに、
連結片１９の頂部１９ｂを相互に直交させた状態で）π
結円板２０の十字溝２０ａに係合させれば、喰追い軸接
手が構成されて、隣接する１対の球状吸気弁１３は相互
にぞの回転中心がずれても、一方の球状吸気弁１３より
他方の球状吸気弁１３に回転トルクが円滑に伝達される
ようになっている（なお球状排気弁１４にも球状吸気弁
１３と同様な喰違い軸接手が構成されている）。

さらに一方の球状吸気弁１３、球状排気弁１４の他端面
には突条１３ｃ、　１４ｃが形成されるとともに、弁駆
動軸２２．２３の内端面にも突条２２ａ、２３ａが形成
され、前記連結円板２０と同様に連結円板２１に十字１
２１ａが形成され、この突条１３ｃ、　１４ｃ、突条２
２ａ、２３ａが直交した状態で連結円板２１の十字溝２
１ａに嵌合されることにより、球状吸気弁１３、球状排
気弁１４は連結円板２１を介して弁駆動ｌＮ１２２、弁
部ｌＪ軸２３に連結され、この弁駆動軸２２、弁駆動軸
２３に吸気弁ドリブンギヤ２４、排気弁ドリブンギヤ２
５が一体に嵌着されている。

さらにまたクランクシャフト６にクランクギヤ２６が一
体に嵌着され、クランクギヤ２６はクランクケース２に
枢支されているクランクギヤ２６の２倍のＶｊＪ数のア
イドルギヤ２１に噛合され、このアイドルギヤ２７ど一
体のアイドルギヤ２８はドライブ１°Ｖ２９を介して１
対のカムギヤ３０．３１に連結され、このカムギヤ３０
．３１にそれぞれカム３２．３３が一体に取イ・１けら
れており、クランクシャフト６がクランクギヤ２６とと
もにへ方向へ回転すると、アイドルギヤ２７．２ｇはＢ
方向、ドライブギヤ２９はへ方向、カムギヤ３０．３１
、カム３２．３３はＢ方向へ回転駆動されるようになっ
ている。

しかもシリンダヘッド４には、カム３２．３３と接触し
て揺動されるカムフォロワー３４．３５が枢支され、こ
のカムフォロワー３４．３５に吸気弁ドライブギヤ３６
、排気弁ドライブギヤ３１が一体に形成されており、こ
の吸気弁ドライブギヤ３６、排気弁ドライブギヤ３７は
吸気弁ドリブンギヤ２４、排気弁ドリブンギヤ２５にそ
れぞれ噛合されている。

またヘッドカバー５とカムフォロワー３４．３５とには
リターンスプリング３８が介装されており、リターンス
プリング３８のバネ力によってカムフォロワー３４．３
５はカム３２．３３に常時圧接されるようになっている
。

第４図ないし第８図に図示の実滴例は前記したように構
成されているので、図示されないスタータ七−夕により
クランクシャフト６がへ方向へ回転されると、カムギヤ
３０．３１およびカム３２．３３はクランクシャフト６
の半分の回転数で８方向へ回転駆動され、このカム３２
．３３に接するカムフォロワー３４．３５はクランクシ
ャツｌ−６が２回転する毎に１回上下へ揺動駆動され、
吸気弁ドリブンギヤ２４、排気かドリブンギヤ２５、弁
＠　ＪＦＪＪ軸２２．２３、球状吸気弁１３、球状排気
弁１４はその都度９０°揺動回転駆動され、吸気通路９
，１０は開閉され、かくして所要の吸入、圧縮、膨張、
排気の４行程が繰返され、エンジン１は運転状態となる
。

さらに球状吸気弁１３、球状排気弁１４は間欠的に揺動
運動されるために、耳状吸排気弁のような振動が生じ難
くなる。

ざらにまたロアシール材１８は新面Ｃをリング状弾発材
１７のバネ力と断面Ｃ型リング状弾発材１７の内周面に
動く燃焼ガス圧力とにＪ：り球状吸気弁１３、球状排気
弁１４に押付けられ、アッパーシール材１５と球状吸気
弁１３、球状排気弁１４とにも押圧力が作用するため、
吸気通路９、排気通路１０と球状吸気弁１３、球状排気
弁１４との気密性が高い。

しかも断面Ｃ型リング状弾発材１７の表面の横断面は略
円形に近い形状であり、またシム１６の上面およびロア
シール材１８の弾発材当接部下面は断面Ｃ型リング状弾
発材１７と同一径の曲面に形成されているため、断面Ｃ
型リング状弾発材１７の表面がシム１６およびロアシー
ル材１８に広い面積に亘って略均−に密接して確実な密
封が可能となり、局部的な摩耗と応力の集中が阻止され
て耐久性が大巾に向上する。

また２対の球状吸気弁１３、球状排気弁１４はそれぞれ
連結片１９．２０よりなる喰違い軸接手を介して相互に
連結されているため、各球状吸気弁１３、球状排気弁１
４はアッパーシール材１５、ロアシール材１８に無理な
く密接できる。

さらにエンジン１の運転状態では球状吸気弁１３、球状
排気弁１４はアッパーシール材１５、ロアシール０１８
に比べて高温に加熱されて大きく膨張するが、予め球状
吸気弁１３、球状排気弁１４の゛ト径をアッパーシール
材１５、ロアシール材１８にお（プるシール面の半径よ
りも小径に設定しく第９図参照）、またアッパーシール
材１５、ロアシール４４１８に用いられるＪＩＳ　ＦＣ
Ｄ　５５の熱膨張係数よりも小さな熱膨張係数の窒化硅
素（Ｓ工ｓ　Ｎ４　）のセラミックスを球状吸気弁１３
、球状排気弁１４に用いたので、エンジン１の運転状態
では、球状吸気弁１３、球状排気弁１４の外径とアッパ
ーシール材１５、ロアシール材１８の弾発材当接曲面の
径とは第１０図に図示されるように同一または同′−に
近い状態となり、運転状態では第１１図に図示されるよ
うなかじり現象を起すことなく、良好な密封性と耐久性
が得られる。

ｌ且立皇課 このように本発明においては、断面Ｃ型リング状弾発材
に接触するリング状シール材の接触面を、該断面Ｃ型リ
ング状弾発材の外径と略同一の径の曲面に形成したため
、両弾発材とシール材とは広い範囲に亘って密接して、
密封性が良く、しかもこの接触部分に触く接触圧力が比
較的小さくなって摩耗しにくい。

また本発明では、断面Ｃ型リング状弾発材にはその周面
に亘って曲げモーメントが略均−に分散されるため、断
面Ｃ型リング状弾発材はへたりにくくなって耐久性が高
い。

さらに本発明においては、断面Ｃ型リング状弾発材とリ
ング状シール材との間に、燃焼ガス中の炭素粒子等が浸
入しても、なめらかで狭い間隙の中で微細化されて、密
封の阻害原因とならない。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は従来の内燃機関の回転開閉型吸排
気弁のシール構造をそれぞれ図示した要部拡大横断面図
、第４図は本発明に係る回転開閉型球状吸排気弁のシー
ルｆｉ造の一実施例を備えた自動二輪車用１気筒４サイ
クルガソリンエンジンの縦断左側面図、第５図はそのエ
ンジンの要部縦断右側面図、第６図は第５図のＶｌ−Ｖ
ｌ線に沿って截断した断面図、第７図はその要部分解斜
視図、第８図は第４図の要部拡大縦断側面図、第９図な
いし第１１図は運転停止状態および運転状態における球
状吸排気弁とロアシール材との接触状態を図示した説明
図である。 １・・・エンジン、２・・・クランクケース、３・・・
シリングブロック、４・・・シリンダヘッド、５・・・
ヘッドカバー、６・・・クランクシャフト、７・・・ピ
ストン、８・・・コネクティングロッド、９・・・吸気
通路、１０・・・排気通路、１１・・・キャブレター、
１２・・・排気管、１３・・・球状吸気弁、１４・・・
球状排気弁、１５・・・アッパーシール材、１Ｇ・・・
シム、１１・・・断面Ｃ型リング状弾発材、１８・・・
ロアシール材、１９・・・連結片、２０．２１・・・連
結円板、２２、２３・・・弁部！ＪＪ　＠、２４・・・
吸気弁ドリブンギＡ７．２５・・・排気弁ドリブンギＶ
１２６・・・クランクギヤ、２７゜２８・・・アイドル
ギヤ、２９・・・ドライブギヤ、３０．３１・・・カム
ギヤ、３２．３３・・・カム、３４．３５・・・カムフ
ォロワー、３６・・・吸気弁ドライブギヤ、３７・・・
排気弁ドライブギヤ、３８・・・リターンスプリング。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 内燃機関の吸排気通路に球状吸排気弁が回転可能に介装
   されて、該吸排気通路が該球状吸排気弁の回転によつて
   開閉される吸排気系において、前記吸排気通路を形成す
   る通路壁部と前記球状吸排気弁とに、内周部が欠除され
   た断面Ｃ型のリング状弾発材とリング状シール材が順次
   介装され、該断面Ｃ型リング状弾発材に接触するリング
   状シールの接触面は該断面Ｃ型リング状弾発材の横断面
   外径と略同一の径の曲面に形成されたことを特徴とする
   内燃機関の回転開閉型球状吸排気弁のシール構造。