(57)【要約】【課題】内部に冷却媒体を封入した中空構造のポペット弁において、さらなる冷却効率の向上が望まれている。【解決手段】軸部１１と、この軸部１１の基端からラッパ状に拡がる傘部１２とを有し、内部が中空となった本発明によるポペット弁１０は、末端部が軸部１１の末端側を向くようにポペット弁１０と同心状に配されて基端部がこのポペット弁１０の内壁に固定された円錐状のノズル２１と、ポペット弁１０の内部に封入された親水性の第１冷却媒体１９と、この第１冷却媒体１９と共にポペット弁１０の内部に封入され、ポペット弁１０の往復運動により当該第１冷却媒体１９とでエマルジョン状態を画成し得る疎水性の第２冷却媒体２０とを具える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸部と、この軸部の基端からラッパ状に拡がる傘部とを有し、内部が中空となったポペット弁であって、
末端部が前記軸部の末端側を向くようにポペット弁と同心状に配されて基端部がこのポペット弁の内壁に固定された円錐状のノズルと、
ポペット弁の内部に封入された第１冷却媒体と、
この第１冷却媒体と共にポペット弁の内部に封入され、ポヘット弁の往復運動により当該第１冷却媒体とでエマルジョン状態を画成し得る第２冷却媒体と
を具えたことを特徴とするポペット弁。
【請求項２】
前記ノズルの末端部の外径が前記軸部の内径よりも小さく設定され、かつその内径が０.１ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載のポペット弁。
【請求項３】
前記第１および第２冷却媒体の量がポペット弁の内部空間の容積よりも少なく設定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のポペット弁。
【請求項４】
第１冷却媒体が親水性であり、前記第２冷却媒体が疎水性であることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載のポペット弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細長い軸部と、この軸部の基端からラッパ状に拡がる傘部とを有し、内部が中空となったポペット弁に関し、特に内燃機関における吸排気弁として好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の燃焼室内で発生した熱は、その一部が吸排気弁から弁案内などを介してシリンダヘッド側へと放熱される。しかしながら、この放熱が速やかに行われず、吸排気弁の温度が過度に上昇すると、燃焼室内での燃料の燃焼状態が悪化してノッキングなどの異常燃焼を誘発し、ひいては内燃機関の熱効率や出力の低下を引き起こす可能性がある。
【０００３】
このような問題を解決すべく、冷却性能の向上を図った吸排気弁が特許文献１に開示されている。この吸排気弁は、細長い軸部と、この軸部の基端からラッパ状に拡がる傘部とを有し、内部が中空となったポペット弁であり、内部に冷却媒体を封入している。このポペット弁を往復運動させることにより、つまり吸排気ポートを開閉させることにより、内部の冷却媒体をシェイクしてミスト状にし、これによって傘部側から軸部側への熱の伝達を促進させるようにしている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−９７４９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載されたポペット弁においては、冷却媒体のミスト化を促進するためにノズル状の案内部材を内部に組み込んでいる。これにより、案内部材を冷却媒体が通過する際に冷却媒体の霧化が促進されるため、冷却に関してそれなりの効果を得ることが可能ではある。しかしながら、さらなる冷却効率の向上が望まれている。
【０００６】
本発明の目的は、特許文献１に開示されたようなポペット弁に対し、その冷却効率をさらに高めることができる新たなポペット弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によるポペット弁は、細長い軸部と、この軸部の基端からラッパ状に拡がる傘部とを有し、内部が中空となったポペット弁であって、末端部が前記軸部の末端側を向くようにポペット弁と同心状に配されて基端部がこのポペット弁の内壁に固定された円錐状のノズルと、このポペット弁の内部に封入された第１冷却媒体と、この第１冷却媒体と共にポペット弁の内部に封入され、ポペット弁の往復運動により当該第１冷却媒体とでエマルジョン状態を画成し得る第２冷却媒体とを具えたことを特徴とするものである。
【０００８】
本発明においては、ポペット弁の往復運動に伴ってノズルを通過する冷却媒体、特に一方の冷却媒体が微細なミスト状となり、他方の冷却媒体がこの一方の冷却媒体の微小粒子を取り囲む薄膜となったエマルジョン状態を画成する。微小粒子は流動性が高く、エマルジョン状態のためにポペット弁の内壁全体に付着しやすくなる。ポペット弁の内壁に付着した微小粒子は、ポペット弁自体の熱により一方の冷却媒体が熱膨張し、他方の冷却媒体の薄膜を破って蒸発する。この時、気化熱をポペット弁から奪ってこれを冷却することとなる。
【０００９】
本発明によるポペット弁において、傘部の先端面を画成するキャップの内壁にノズルの基端部を接合するか、あるいは軸部の内壁にノズルの基端部を接合することができる。
【００１０】
ノズルの末端部の外径が軸部の内径よりも小さく設定され、かつその内径が０.１mm以上であってよい。
【００１１】
第１および第２冷却媒体の量がポペット弁の内部空間の容積よりも少なく設定されていることが好ましい。
【００１２】
第１冷却媒体が親水性であり、第２冷却媒体が疎水性であってよい。より具体的には、第１冷却媒体が水の他にアルコールなどの液体を含むことができ、第２冷却媒体がエンジンオイルやガソリン，石油あるいは切削加工油などの鉱油や植物油の他に耐熱性に優れたシリコーンオイルなどの合成油を含むことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のポペット弁によると、一種類の冷却媒体だけを用いた従来のポペット弁よりもその冷却効率を高めることができる。
【００１４】
ノズルの末端部の外径が軸部の内径よりも小さく設定され、かつその内径が０.１mm以上の場合、ノズルを通過する冷却媒体がより微小なミスト状になり、ポペット弁の軸部の末端側へと容易に流動させることができる。このため、冷却効率をさらに向上させることが可能である。
【００１５】
第１および第２冷却媒体の量がポペット弁の内部空間の容積よりも少なく設定されている場合、冷却媒体のミスト化を促進させることができると共にこれをポペット弁の内壁全体に導いて冷却効率の向上を図ることができる。
【００１６】
第１冷却媒体が親水性であって第２冷却媒体が疎水性である場合、第１冷却媒体の微粒子を第２冷却媒体の薄膜で囲んだエマルジョン状態となり、第１冷却媒体が第２冷却媒体を介してポペット弁の内壁に付着しやすくなる。このため、ポペット弁の冷却効率をさらに高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明によるポペット弁を内燃機関の吸排気弁に応用した実施形態について、図１〜図３を参照しながら詳細に説明する。しかしながら、本発明はこれらの実施形態のみに限らず、必要に応じてこれらをさらに組み合わせたり、本発明の精神に帰属する他の任意の技術にも応用することができることに注意されたい。
【００１８】
第１の実施形態におけるポペット弁の断面構造を図１に示す。本実施形態のポペット弁１０は、細長い円筒状をなす軸部１１と、この軸部１１の基端からラッパ状に拡がる傘部１２とを有する。コッタ溝部１３を環状に形成した軸部１１の末端側にはプラグ１４が差し込まれ、シール溶接部１５によってプラグ１４が軸部１１に対し一体的に接合された状態となっている。同様に、傘部１２の先端には円板状をなすキャップ１６が嵌め込まれ、環状をなすシール溶接部１７によってキャップ１６が傘部１２に対し一体的に接合された状態となっている。つまり、プラグ１４によって軸部１１の末端が封止され、キャップ１６によって傘部１２の先端が封止されているため、ポペット弁１０の内部には外部に対して封止された密閉空間１８が画成されている。軸部１１および傘部１２は金属の一体部品として製造することが可能であるけれども、円筒状をなす軸部１１とラッパ状をなす傘部１２とを別々に製造し、これらをシール溶接して一体化したものであってもよい。
【００１９】
このポペット弁１０の密閉空間１８内には、親水性の第１冷却媒体１９と、この第１冷却媒体１９とでエマルジョン状態を画成し得る疎水性の第２冷却媒体２０とが封入されている。これら冷却媒体１９，２０は、相互に溶解し合ったり、あるいは化学反応を起こして変成したりしないようなものである必要がある。また、内燃機関の吸排気弁が一般的にさらされる２００〜３００℃程度で変質などが起こらないような冷却媒体１９，２０の組み合わせを用いることが好ましい。このような観点から、本実施形態においては第１冷却媒体１９として水を用いると共に第２冷却媒体２０としてシリコーンオイルを採用しているが、他の液体の組み合わせを用いることも当然可能である。密閉空間１８内に封入される第１冷却媒体１９および第２冷却媒体２０の量は、密閉空間１８の容積よりも少なくする必要があり、これらの割合も適宜変更可能である。一般的には、第１冷却媒体１９の量に対して第２冷却媒体２０の量を少なくする方が冷却効率を高めることができよう。
【００２０】
傘部１２の内側には、末端部が軸部１１の末端側を向くようにポペット弁１０と同心状に配されると共に基端部がポペット弁１０の内壁、本実施形態ではキャップ１６と傘部１２の末端部との間に保持された円錐状のノズル部材２１が固定されている。このノズル部材２１の末端部は、軸部１１の基端近傍にまで延在している。ノズル部材２１の末端部の内径は、ここを冷媒が通過する際にその霧化が促進されるように、０.１mm以上であることが好ましい。本実施形態では、ノズル部材２１によってその内周側が仕切られた状態となっている。しかしながら、このノズル部材２１の基端部に開口を形成し、ノズル部材２１と傘部１２との間の環状をなす空間に対してノズル部材２１の内周側（傘部１２の中心側）を連通させるようにしてもよい。
【００２１】
上述したように、本実施形態ではノズル部材２１の基端側の径を拡げてその外径をキャップ１６の外径とほぼ同じ寸法に設定している。このため、キャップ１６を傘部１２に接合する際に同時にノズル部材２１をキャップ１６と共に傘部１２に組み込むことができ、作業性を簡略化させることが可能である。しかしながら、キャップ１６に対するノズル部材２１の基端側の接触開始部分にてノズル部材２１を接合するようにしてもよく、この場合にはキャップ１６を傘部１２に接合する前に、予めノズル部材２１をキャップ１６に接合しておく必要がある。
【００２２】
このような構成のポペット弁１０が内燃機関の運転に伴って往復動を始めると、燃焼室からの熱が傘部１２のキャップ１６からポペット弁１０全体に伝わる。この場合、傘部１２に介在する冷却媒体１９，２０がキャップ１６から熱を奪い、キャップ１６の温度上昇を抑制する。さらに、ポペット弁１０の往復動に伴って密閉空間１８内に封止された第１および第２冷却媒体１９，２０が激しくシェイクされる。これに伴い、ノズル部材２１にて囲まれた円錐状の領域に介在する第１および第２冷却媒体１９，２０がノズル部材２１の先端を通って軸部１１の末端側へ流動する際に霧化することとなる。この場合、個々の第１冷却媒体１９の微粒子を第２冷却媒体２０の薄膜がそれぞれ覆うようなエマルジョン状態となり、これらが軸部１１の内壁に付着する。個々のエマルジョン粒子が約１００μｍ程度の大きさの場合、密閉空間１８全域に亙ってエマルジョン粒子が拡散しやすくなる。このため、１００μｍ程度のエマルジョン粒子が形成されるように、ノズル部材２１の末端部の内径や、キャップ１６からのノズル部材２１の突出長さ，冷却媒体１９，２０の量などを適宜設定することが好ましい。このようにしてエマルジョン粒子が密閉空間１８内に均一に拡散し、これが軸部１１を含むポペット弁１０の内壁に付着すると、ポペット弁１０自体の熱により個々の粒子を構成する第１却媒体が熱膨張し、第２冷却媒体２０の薄膜を破ってそれぞれ蒸発する。この時、気化熱をポペット弁１０から奪ってこれを冷却することとなる。
【００２３】
このようにして、ポペット弁１０のキャップ１６から燃焼室内の熱が奪われるため、燃焼温度の低下を期待することができ、ノッキングの発生を抑制して燃費および出力特性の向上を図ることができる。
【００２４】
理論的な推測によると、軸部１１の末端部分の温度が３００℃に達する中空構造ではない従来のポペット弁に対し、本実施形態の場合、２００℃以下に冷却することができる。ちなみに、引用文献１の場合には２５０℃程度にまで冷却することができ、本発明の方がより冷却効率に優れていることが理解されよう。このように、ポペット弁１０の冷却効率を高めることができるため、ポペット弁１０を構成する金属の熱的剛性を低減させることも可能となる。つまり、ポペット弁１０をさらに軽量化して慣性質量を低減させることができ、内燃機関の出力特性をさらに向上させることが可能となる。
【００２５】
上述した実施形態では、ノズル部材２１をキャップ１６と一体に傘部１２の内側に配したが、これを軸部１１に配することも可能である。このような本発明によるポペット弁１０の他の実施形態の主要部の構造を図２に示し、その矢視III部を抽出拡大して図３に示すが、先の実施形態と同じ機能の要素に対しては同じ符号を記すに止め、重複する説明を省略するものとする。
【００２６】
本実施形態におけるノズル部材２１は、軸部１１の基端側に差し込まれ、溶接部２２を介して軸部１１に一体的に接合されているが、軸部１１に圧入することによってこれを一体化させるようにしてもよい。ノズル部材２１の取り付け位置は、軸部１１の冷却が最も効率的となるような位置に設定すべきであることは言うまでもないが、一般的には傘部１２に近い軸部１１の基端側である。このノズル部材２１は、軸部１１の末端側に向けて先細りとなるテーパ状をなし、ポペット弁１０の往復運動に伴い、ここを傘部１２に収容された冷却媒体１９，２０が通過するようになっている。ノズル部材２１と軸部１２との間の環状の領域は、堰部２３が形成された状態となっており、ここに主として第２冷却媒体２０が軸部１１の内壁を伝って溜まるようになっている。
【００２７】
本実施形態では、ポペット弁１０の往復運動に伴い、傘部１２に介在する第１および第２冷却媒体１９，２０が激しくシェイクされ、ノズル部材２１の先端を通って軸部１１の末端側へ流動する際にこれらが霧化する。そして、個々の第１冷却媒体１９の微粒子を第２冷却媒体２０の薄膜がそれぞれ覆うようなエマルジョン状態となり、これらが軸部１１の内壁に付着する。ポペット弁１０自体の熱により第１却媒体が熱膨張し、第２冷却媒体２０の薄膜を破って蒸発する。この時、気化熱をポペット弁１０から奪ってこれを冷却することとなる。
【００２８】
なお、本発明はその特許請求の範囲に記載された事項のみから解釈されるべきものであり、上述した実施形態においても、本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が記載した事項以外に可能である。つまり、上述した実施形態におけるすべての事項は、本発明を限定するためのものではなく、本発明とは直接的に関係のないあらゆる構成を含め、その用途や目的などに応じて任意に変更し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明によるポペット弁の第１の実施形態の内部構造を表す断面図である。
【図２】本発明によるポペット弁の第２の実施形態の内部構造を表す断面図である。
【図３】図２中のIII−III矢視部の抽出拡大断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０  ポペット弁
１１  軸部
１２  傘部
１３  コッタ溝部
１４  プラグ
１５  シール溶接部
１６  キャップ
１７  シール溶接部
１８  密閉空間
１９  第１冷却媒体
２０  第２冷却媒体
２１  ノズル部材
２２  溶接部
２３  堰部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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