JPS63289204A

JPS63289204A - 内燃機関の吸排気構造

Info

Publication number: JPS63289204A
Application number: JP62122584A
Authority: JP
Inventors: ▲高▼橋　元幸; Motoyuki Takahashi; Shuhei Mizuhara; 水原　修平
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 1987-05-21
Filing date: 1987-05-21
Publication date: 1988-11-25
Anticipated expiration: 2011-02-21
Also published as: JPH0816443B2

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】〔発明の技術分野〕本発明は内燃機関、特に４サイクル内燃機関の吸排気弁
構造を簡単にすると共に、吸排気に伴う通路抵抗を減少
させた内燃機関に関する。

〔従来技術〕

従来の内燃機関はシリンダヘッドの吸気通路と排気通路
に傘型の吸気弁と排気弁をそれぞれ配置し、これらの独
立して作動させて吸排気行程を形成する方式が採用され
ている。また、内燃機関の高速化、高出力化に伴って吸
排気時間を短縮し、吸排気抵抗を減少させるために、吸
気弁と排気弁をそれぞれ２個づつ設けた、いわゆる４バ
ルブ式のものが開発され、かなり効果を得ている。

しかし、前記内燃機関においては、吸気弁は吸気専用に
、排気弁は排気専用に使用されるものであり、次の問題
点がある。

（１）　　吸排気弁部における通路面積が小さいため、
シリンダへの吸気流入時、あるいはシリンダから排気流
出時に大きな圧力損失が生じ、これがいわゆるポンプ仕
事損失になって現れ、機関の効率を低下させている。

（２）従来の吸排気方式の内燃機関においては排気弁は
排気専用に使用されているために、吸排気弁がオーバー
ラツプした際に、吸気による掃気作用が行なわれるにも
かかわらず、排気弁の有効な冷却が行なえず、常に排気
弁が高温ガスにさらされていると云う問題がある。

排気弁が常に高温に曝されていると云うことは、排気弁
のシール性と耐久性を低下させることになる。

（３）また、４バルブ式の装置は、シリンダヘッド部の
構造と、バルブ系統の装置が著しく複雑化し、部品自体
に高精度のものを必要とすると云う問題もある。

〔発明の目的〕

本発明は、前記従来の吸気弁と排気弁をそれぞれシリン
ダヘッドに設けた内燃機関の有する問題点を解消するた
めに得られたものであって、弁で開閉される吸気口ある
いは排気口を大きく開口することによって抵抗が少ない
状態で速やかに吸気と排気を行なってポンプ仕事損失を
極力減少させて効率を向上させた内燃機関を提供するも
のである。

別の目的は、排気弁が常に高温に曝されることがなく、
排気弁のシール性と耐久性にすぐれた内燃機関を提供す
るものである。

更に別の目的は、弁の駆動機構が簡単で故障が少ない内
燃機関を提供するものである。

〔発明の概要〕

前記目的を達成するための本発明は、燃焼室の頂部を開
閉する１個の傘状の主弁と、前記主弁により開閉される
切替え室と、前記切替え室に連絡し、前記主弁を囲み燃
焼室に近（配置した渦巻状の吸気路と前記吸気路に隣接
して配置した排気路とをそれぞれ形成し、前記吸排気路
を交互に開閉する１個の円筒状の吸排気管制弁を有する
ことを特徴とする内燃機関の吸排気構造である。

即ち、本発明はシリンダヘッドの中央部に１個の傘型の
主弁が設けられており、この主弁は従来の内燃機関にお
ける吸気弁と排気弁の両方の役目をするものである。

そして吸気と排気を切換えるための弁として前記主弁を
周回して吸排気管制弁が設けられている。この吸排気管
制弁は円筒状に形成され、その円筒部の表面でスライド
してシールし、円筒部の両端部に接当部、即ち弁部を形
成し、この吸排気管制弁に対して下方の位置に吸気通路
が開口され、上方の位置に排気通路が二段に開口されて
いる。

そして円筒状の管制弁が下方に着座した場合には主弁の
上部の室と排気通路が連通し、また、上方に着座した場
合には主弁の上部の室と吸気通路が連通ずるように構成
されているものである。

従って、円筒状の吸排気管制弁はあたかもシリンダ内を
ピストンが往復運動するように往復して吸気通路と排気
通路を交互に開閉することができる。

また、主弁と吸排気管制弁とはシリンダ装置によって油
圧で駆動されるか、機械式に駆動される。

本発明の内燃機関によれば、１個の主弁で燃焼室が開閉
され、この主弁を周回して設けた吸排気管制弁が燃焼室
より遠ざかることによって大きく開口して流体抵抗を最
少にした吸気通路を形成し、主弁の周囲より新気を渦巻
き状に流入させる。また、円筒状の吸排気管制弁が吸気
通路を閉止すると排気路が煙突状に開口させることにな
り、排気抵抗を最少にして排気させることができる。

１個の主弁を使用するので、吸気及び排気を効率的に行
うことができるように燃焼室に対する配置が容易となり
、吸排気経路を簡易化することが可能である。

〔実　施　例〕

次に図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は４サイクルの内燃機関の要部を示す断面図、第
２図は第１図における吸排気管制弁と渦巻状の吸気通路
とを示す断面図である。

ピストン１をシリンダ内に摺動自在に収容したシリンダ
ブロック２の上部にシリンダヘッド３が設けられ、この
シリンダヘッド３の中央部に傘型の主弁４と、この主弁
４を囲んで吸排気管制弁５が設けられている。そして吸
排気管制弁５の上下運動する範囲の下方に吸気口６に連
通ずる通路と上方に排気ロアに連通ずる通路とがそれぞ
れ設けられている。そして前記２本の通路が合体してい
る個所、即ち主弁４の背面に切換室３ａが構成されてい
る。

吸排気管制弁５は、円筒状の弁部５ａと、この弁部５ａ
の内方に放射状に延びる２ないし３枚の板状の支持部５
ｂと、この支持部５ｂの端部に設けられた円筒状の軸部
５ｃと、この軸部５ｃの端部に張り出して設けられたピ
ストン部５ｄより構成されている。切換室３ａの中間部
には案内面３ｂ、上下には弁座３ｃ、　３ｄがそれぞれ
形成されており、円筒状の弁部５ａは軸部５ｃで案内さ
れ、弁部５ａの上下に設は接当部は弁座３ｃ、３ｄに交
互に着座して吸気通路と排気通路とを交互に開閉する。

従って、吸排気管制弁５が第１図のように下降した状態
では弁部５ａの下端部に形成されている接当部が弁座３
ｃに着座して排気ロアに通ずる排気路を開口し、上昇し
た状態では弁部５ａの上端部に形成されている接当部が
弁座３ｄに着座して吸気口６に通ずる吸気路を開口する
ことになる。

前記吸排気管制弁５の軸部５ｃは円筒状に形成され、そ
の内面で主弁４の弁軸４ａを摺動自在に支持しており、
前記軸部５ｃは主弁４の軸受として機能している。

そして、シリンダへラド３の上部には前記主弁４と吸排
気管制弁５とを作動させるためのシリンダ装置８が設け
られている。このシリンダ装置８の下部には、吸排気管
制弁５の軸部５ｃの端部に形成されたピストン部５ｄが
収容されている。また、主弁４の軸部４ａにはピストン
４ｂが固定され、このピストン４ｂと前記ピストン部５
ｂの間には空気バネ９が形成され、これによって吸排気
管制弁５を常時弁座３ｃ側に移動させるような力を与え
ている。なお、空気バネ９には所定の圧力の圧縮空気が
供給されている。更に、前記シリンダ装置８の上端には
前記弁軸４ａをプランジャとするプランジャ装置８ａが
形成されている。

吸排気管制弁５と主弁４は本実施例においては油圧駆動
であり、吸排気管制弁５のピストン部５ｄはカム１０で
作動するプランジャ１１で発生する高圧の油圧を配管１
２を経由して供給される油圧で作動する。また、また、
主弁４を作動する油圧は、カム１３で作動するプランジ
ャ１４で発生する高圧の油圧を配管１５を経由して供給
される。

次に、本発明にかかる内燃機関の動作について説明する
。

第３図は４サイクルの各行程を示す図であって、ｆａ１
図は〔膨張行程〕を示すものであって、排気行程の始ま
る前に、吸排気管制弁５を操作して吸気口６に通ずる吸
気路を閉じ、排気路を開いた状態となる。

ｆｂ１図は前記（ａ）図の状態より、主弁４を開いて〔
排気行程〕を開始した状態を示している。

ｆＣ１図は吸排気管制弁５を上昇させて排気路を閉じ、
吸気路を開くことにより〔排気行程〕を完了し、〔吸気
行程〕を開始した状態を示している。

ｆｄ１図は主弁４を閉じて〔吸気行程〕を完了した状態
を示しており、次にピストンを上昇させて圧縮行程に移
行し、その後前記ｉａ１図の状態となる。

第４図は吸気あるいは排気の通路面積とクランク角との
関係を示す図であって、横軸上に第３図は（ａ）〜（ｄ
）の各行程の位置を示している。

前記第４図において、曲線（ア）は吸気路の開口面積変
化、曲線（イ）は排気路の開口面積変化、（つ）は主弁
の弁面積変化をそれぞれ示している。

そして図中の斜線の面積（１）は有効排気弁通路面積を
、斜線の面積（オ）は吸気有効通路面積をそれぞれ示し
ている。

第５図は過給機を装備した本発明に係る内燃機関のシリ
ンダ内の圧力〜容積線図を示し、第６図は吸気弁と排気
弁とが独立した従来の内燃機関のシリンダ内圧力〜容積
線図を示すものである。

前記第５図及び第６図において、ループの右−左移動の
部分はピストンに対して（−）の仕事、左−右移動の部
分は（＋）の仕事を示しており、ループに囲まれた面積
が排気ガス回収エネルギを意味している。

さて、第５図の本発明においては、第６図の従来例と同
様な給排気圧力差にもかかわらず、ループ内の面積が増
大している。

このことは、過給機での排気ガス回収エネルギを殆ど損
失なく、直接動力として取り出しており、それだけ機関
の効率が増加していることが分かる。

〔発明の効果〕

本発明にかかる内燃機関の吸排気構造は、燃焼室の頂部
を開閉する１個の傘状の主弁と、前記主弁により開閉さ
れる切替え室と、前記切替え室に連絡し、前記主弁を囲
み燃焼室に近く配置した渦巻状の吸気路と前記吸気路に
隣接して配置した排気路とをそれぞれ形成し、前記吸排
気路を交互に開閉する１個の円筒状の吸排気管制弁から
構成されており、次の効果を奏することができる。

（１１主弁１個で吸気弁と排気弁の機能を果しているの
で、大型の主弁を使用することができ、第５図と第６図
で対比したように過給機で得られた排気ガス回収エネル
ギを殆ど損失なく直接動力として取り出しており、逆に
言えば、ポンプ仕事損失がないので、それだけ機関の効
率が向上する。

（２）主弁が吸気弁と排気弁とを兼用しているので排気
行程において主弁が加熱されても、吸気行程において確
実に吸気と接触して冷却されるので主弁のシール性と耐
久性が向上する。

（３）主弁が設けられている切換室に吸排気管制弁を設
けて吸気路と排気路とを交互に切換えているので、弁構
造及び、この弁を駆動する機構が簡略化される。

（４）燃焼室の頂部に設けた弁が１個ですむために、吸
気経路の設計が容易となり、最適のスワールを発生させ
ることができる構造とすることが容易にできる。

（５）　　シリンダヘッド部の構造が単純化されるので
、信顛性の高い内燃機関を安価に提供することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る内燃機関のシリンダヘッド部の縦
断面図、第２図は吸排気管制弁部の吸気通路（切換室）
の横断面図である。第３図は主弁と吸排気管制弁の動きの説明図、第４図は
シリンダの吸排気通路面積の経時変化を示す図である。第５図は本発明に係る過給機付内燃機関のシリンダ内圧
力〜容積線図、第６図は従来の過給機付内燃機関の同様
な図である。１・・・ピストン、２・・・シリンダブロック、３・・
・シリンダヘッド、３ａ・・・切換室、３ｂ・・・案内
面、３　ｃ　＋３ｄ・・・弁座、４・・・主弁、４ａ・
・・軸部、４ｂ・・・ピストン、５・・・吸排気管制弁
、５ａ・・・弁部、５ｂ・・・支持部、５Ｃ・・・軸部
、５ｄ・・・ピストン部、６・・・吸気口、７・・・排
気口、８・・・シリンダ装置、８ａ・・・プランジャ装
置、９・・・空気バネ、１０・・・カム、１１・・・プ
ランジャ、１２・・・配管、１３・・・カム、１４・・
・プランジャ、１５・・・配管。

Claims

【特許請求の範囲】

燃焼室の頂部を開閉する１個の傘状の主弁と、前記主弁
により開閉される切替え室と、前記切替え室に連絡し、
前記主弁を囲み燃焼室に近く配置した渦巻状の吸気路と
前記吸気路に隣接して配置した排気路とをそれぞれ形成
し、前記吸排気路を交互に開閉する１個の円筒状の吸排
気管制弁を有することを特徴とする内燃機関の吸排気構
造。