(57)【要約】【課題】より確実に中空バルブの冷却を行うことのできる内燃機関の吸排気バルブ装置を提供すること。【解決手段】排気バルブ２７を、ヒートパイプ効果を有する中空バルブ２５として形成する。また、バルブガイド２３の近傍には、バルブガイド２３を介して排気バルブ２７のバルブステム２８の温度を検出する温度センサ４０を設け、さらに、バルブステム２８にオイルを噴射するオイルジェット５３を設ける。このため、内燃機関１の運転中にバルブステム２８の温度が上昇し、排気バルブ２７内でドライアウトが発生する可能性のある温度になった場合には、オイルジェット５３からオイルをバルブステム２８に向けて噴射することができる。これにより、バルブステム２８の温度は下がるので、排気バルブ２７はヒートパイプ効果を維持できる。この結果、より確実に中空バルブ２５である排気バルブ２７の冷却を行うことができる。【選択図】        図１
2006242078.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブステムの一端に燃焼室の一部を構成する傘部を有すると共に少なくとも前記バルブステム内には中空部が形成されており、且つ、前記中空部には冷媒が封入され、当該冷媒が内燃機関の運転状態に応じて還流する中空バルブが備えられた内燃機関の吸排気バルブ装置であって、
前記中空バルブの温度を検出するバルブ温度検出手段と、
前記バルブ温度検出手段で検出した温度が所定温度より高い場合に中空バルブを冷却するバルブ冷却手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の吸排気バルブ装置。
【請求項２】
前記バルブ冷却手段は、第１冷却手段と第２冷却手段とを有しており、
前記第２冷却手段は、前記バルブステム、或いは前記バルブステムを摺動可能に支持するバルブガイドの少なくともいずれか一方を冷却し、
前記第１冷却手段は、少なくとも前記バルブ温度検出手段で検出した温度が所定温度より高い場合には前記第２冷却手段を冷却することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸排気バルブ装置。
【請求項３】
前記第２冷却手段は、内部に第２冷却手段用冷媒が封入されており、当該第２冷却手段用冷媒は、前記第２冷却手段の温度に応じて還流することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の吸排気バルブ装置。
【請求項４】
前記燃焼室には点火プラグが設けられており、
前記バルブ温度検出手段で検出した前記中空バルブの温度より前記中空バルブの温度変化率を検出するバルブ温度変化率判定手段を備え、
前記バルブ温度変化率判定手段は、前記中空バルブの温度が所定の低下率以上の低下率で低下した場合には、前記点火プラグの点火時期を遅角することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の吸排気バルブ装置。
【請求項５】
前記バルブ温度検出手段で検出した前記中空バルブの温度より前記中空バルブの温度変化率を検出するバルブ温度変化率判定手段を備え、
前記バルブ温度変化率判定手段は、前記中空バルブの温度が所定の低下率以上の低下率で低下した場合には、前記燃焼室内に取り込まれる燃料と空気との空燃比をリッチ方向に変化させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の吸排気バルブ装置。
【請求項６】
前記バルブ温度検出手段で検出した前記中空バルブの温度より前記中空バルブの温度変化率を検出するバルブ温度変化率判定手段を備え、
前記バルブ温度変化率判定手段は、前記中空バルブの温度が所定の低下率以上の低下率で低下した場合には、バルブオーバーラップ期間を増やすことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の吸排気バルブ装置。
【請求項７】
前記バルブ冷却手段の冷却性能を調整する冷却性能調整手段をさらに備え、
前記内燃機関の運転状態に応じて前記冷却性能調整手段で前記バルブ冷却手段の冷却性能を調整することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の内燃機関の吸排気バルブ装置。
【請求項８】
前記内燃機関の負荷を検出する負荷検出手段をさらに備え、
前記負荷検出手段で検出した前記内燃機関の負荷に応じて前記冷却性能調整手段で前記バルブ冷却手段の冷却性能を調整することを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の吸排気バルブ装置。
【請求項９】
前記燃焼室内での燃料の燃焼時のノッキングを検出するノック検出手段をさらに備え、
前記ノック検出手段によって前記燃焼室内でのノッキングが検出された場合に、前記中空バルブを冷却することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の内燃機関の吸排気バルブ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸排気バルブ装置に関するものである。特に、この発明は、より確実に中空バルブの冷却を行うことのできる内燃機関の吸排気バルブ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の内燃機関の吸排気バルブ装置には、吸気ポート或いは排気ポートと燃焼室との連通を行う傘部を有する中空バルブが設けられているが、前記傘部は燃焼室の一部を構成しているため、燃焼室内で燃料が燃焼した際に、燃焼によって発生する熱を受け易い。このため、従来の中空バルブでは、この熱をバルブステムの方向に伝えるため、バルブステムや傘部の内部に中空部を形成し、この中空部に、内燃機関の運転時には液体になる冷媒を封入しているものがある。これにより、内燃機関の吸排気バルブ装置の作動時に中空バルブが往復運動をすることにより、中空部内の冷媒が中空部内を流動するので、冷媒を介して傘部の熱はバルブステムに伝えられる。
【０００３】
しかし、内燃機関の運転時における発熱量が多い場合には中空バルブの傘部が受ける熱量も多くなるが、冷媒が流動することによる熱の移動には限界があるため、前記傘部が受ける熱量が、冷媒の流動によってバルブステムの方向に伝えられる熱量よりも多くなると、傘部の温度が大幅に上昇してしまう虞がある。このように、冷媒の流動による冷却のみでは中空バルブの傘部の冷却が困難になり、傘部の温度が上昇し過ぎると、この熱によって破損してしまう虞がある。そこで、従来の内燃機関の吸排気バルブ装置では、中空バルブの傘部を、冷媒の流動以外の方法によっても冷却しているものがある。例えば、特許文献１では、中空部内の非凝縮性ガスを除去し、中空バルブがヒートパイプ効果を有するように設けられている。つまり、傘部が加熱された際には、その熱によって冷媒が加熱されて冷媒は蒸発し、蒸発した冷媒はバルブステムで放熱することによって液体に戻り、再び傘部の熱を吸収する。即ち、冷媒が還流することにより、冷媒による傘部の冷却性能を飛躍的に向上させることができ、傘部の温度が高くなり過ぎることを抑制していた。
【０００４】
【特許文献１】特開平４−１３６４０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、近年の内燃機関では、性能の向上によって発熱量がさらに大きくなっている。このため、中空バルブを、ヒートパイプ効果を有するように形成し、冷媒が蒸発することによって傘部の熱を冷媒で吸熱するようにした場合に、冷媒の蒸発によって傘部から奪う熱の量よりも、燃料の燃焼によって傘部が受ける熱の量の方が多くなる場合がある。この場合、冷媒による傘部の冷却が傘部の温度上昇に追いつかず、蒸発した冷媒が液体となって再び傘部に戻らなくなる現象、いわゆるドライアウト現象が生じる虞がある。このように、ドライアウト現象が発生すると、冷媒による傘部の冷却は困難になるため、傘部の温度は上昇し続け、この熱によって傘部が破損する虞があった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、より確実に中空バルブの冷却を行うことのできる内燃機関の吸排気バルブ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明に係る内燃機関の吸排気バルブ装置は、バルブステムの一端に燃焼室の一部を構成する傘部を有すると共に少なくとも前記バルブステム内には中空部が形成されており、且つ、前記中空部には冷媒が封入され、当該冷媒が内燃機関の運転状態に応じて還流する中空バルブが備えられた内燃機関の吸排気バルブ装置であって、前記中空バルブの温度を検出するバルブ温度検出手段と、前記バルブ温度検出手段で検出した温度が所定温度より高い場合に中空バルブを冷却するバルブ冷却手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
この発明では、バルブ温度検出手段でバルブステムの温度を検出し、この温度が所定温度より高い場合にはバルブ冷却手段で中空バルブを冷却している。これにより、内燃機関の運転時に中空バルブの温度が上昇し過ぎることによって中空部内の冷媒の還流が追いつかなくなることを抑制できる。つまり、この中空バルブは冷媒が還流することによりヒートパイプ効果を有するが、燃焼室内での燃料の燃焼により中空バルブの温度が上昇して当該中空バルブがヒートパイプとして作動した場合、中空部内の傘部側に位置する冷媒は温度が上昇した傘部の熱を吸収して傘部を冷却し、液体の状態の冷媒が蒸発して気体に変化する。この気体の冷媒が中空部内のバルブステム側で放熱して再び液体に戻り、中空部内の傘部側に戻って再び傘部を冷却するが、中空バルブの温度が上昇し過ぎると冷媒が液体に戻ることが出来なくなる、即ち、ドライアウトが発生する。このため、バルブ温度検出手段でバルブステムの温度を検出し、この温度が所定温度より高い場合にはバルブ冷却手段で中空バルブを冷却することにより、気体の状態の冷媒を液体に戻すことができる。これにより、より確実に液体の冷媒によって、温度が上昇した中空バルブの傘部側の熱を吸熱して冷却することができる。この結果、より確実に中空バルブの冷却を行うことができる。
【０００９】
また、この発明に係る内燃機関の吸排気バルブ装置は、前記バルブ冷却手段は、第１冷却手段と第２冷却手段とを有しており、前記第２冷却手段は、前記バルブステム、或いは前記バルブステムを摺動可能に支持するバルブガイドの少なくともいずれか一方を冷却し、前記第１冷却手段は、少なくとも前記バルブ温度検出手段で検出した温度が所定温度より高い場合には前記第２冷却手段を冷却することを特徴とする。
【００１０】
この発明では、第２冷却手段がバルブステム、或いはバルブガイドの少なくともいずれか一方を冷却しているので、第２冷却手段で中空バルブを冷却することができる。さらに、少なくともバルブ温度検出手段で検出した中空バルブの温度が所定温度より高い場合には第１冷却手段が第２冷却手段を冷却するので、この場合、第２冷却手段の冷却性能を上げて中空バルブを冷却できる。この結果、より確実に中空バルブの冷却を行うことができる。
【００１１】
また、この発明に係る内燃機関の吸排気バルブ装置は、前記第２冷却手段は、内部に第２冷却手段用冷媒が封入されており、当該第２冷却手段用冷媒は、前記第２冷却手段の温度に応じて還流することを特徴とする。
【００１２】
この発明では、第２冷却手段の内部に第２冷却手段用冷媒が封入されており、第２冷却手段用冷媒は、当該第２冷却手段の温度に応じて還流するので、第２冷却手段はヒートパイプ効果を有している。このため、中空バルブの中空部内でドライアウトが発生した場合に第２冷却手段がヒートパイプとして作動するようにすることにより、より確実にドライアウトを抑制できる。つまり、中空バルブのドライアウトの発生時に第２冷却手段の冷却効率が向上することにより、より確実に冷媒のドライアウトを抑制できる。この結果、より確実に中空バルブの冷却を行うことができる。また、このように第２冷却手段の冷却効率を変化させることにより、中空バルブ内でのドライアウトを抑制する場合に、第２冷却手段をヒートパイプ構造にすることにより、簡素な構造で容易に第２冷却手段の冷却効率を変化させることができる。この結果、より確実に中空バルブの冷却を行う際の構造を簡素化できる。
【００１３】
また、この発明に係る内燃機関の吸排気バルブ装置は、前記燃焼室には点火プラグが設けられており、前記バルブ温度検出手段で検出した前記中空バルブの温度より前記中空バルブの温度変化率を検出するバルブ温度変化率判定手段を備え、前記バルブ温度変化率判定手段は、前記中空バルブの温度が所定の低下率以上の低下率で低下した場合には、前記点火プラグの点火時期を遅角することを特徴とする。
【００１４】
この発明では、中空バルブの温度変化率を検出し、中空バルブの温度が所定の低下率以上の低下率で低下した場合には、点火プラグの点火時期を遅角することによりノッキングを抑制している。つまり、中空バルブの中空部内でドライアウトが発生した場合には、傘部からバルブステムの方向に移動する冷媒が低減するので、バルブステムの温度が低下する。このため、中空バルブが有するバルブステムの温度変化率を検出し、バルブステムの温度の低下率が所定の低下率以上の場合には、中空部内でドライアウトが発生していると判断することができる。また、前記中空部内でドライアウトが発生した場合には、中空バルブの傘部の温度は急激に上昇する。このように傘部の温度が上昇した場合には、この部分をヒートスポットとして燃焼室内でノッキングが発生する虞があるため、前記中空部内でドライアウトが発生していると判断された場合には、点火プラグの点火時期を遅角してノッキングを抑制する。この結果、ノッキングが発生する前に点火時期を遅角できるので、より確実にノッキングを抑制できる。
【００１５】
また、この発明に係る内燃機関の吸排気バルブ装置は、前記バルブ温度検出手段で検出した前記中空バルブの温度より前記中空バルブの温度変化率を検出するバルブ温度変化率判定手段を備え、前記バルブ温度変化率判定手段は、前記中空バルブの温度が所定の低下率以上の低下率で低下した場合には、前記燃焼室内に取り込まれる燃料と空気との空燃比をリッチ方向に変化させることを特徴とする。
【００１６】
この発明では、上記と同様に、中空バルブの温度変化率を検出し、中空バルブの温度が所定の低下率以上の低下率で低下した場合には、燃焼室内に取り込まれる燃料と空気との空燃比をリッチ方向に変化させてノッキングを抑制できる。この結果、ノッキングが発生する前に空燃比をリッチ方向に変化させることができるので、より確実にノッキングを抑制できる。
【００１７】
また、この発明に係る内燃機関の吸排気バルブ装置は、前記バルブ温度検出手段で検出した前記中空バルブの温度より前記中空バルブの温度変化率を検出するバルブ温度変化率判定手段を備え、前記バルブ温度変化率判定手段は、前記中空バルブの温度が所定の低下率以上の低下率で低下した場合には、バルブオーバーラップ期間を増やすことを特徴とする。
【００１８】
この発明では、上記と同様に、中空バルブの温度変化率を検出し、中空バルブの温度が所定の低下率以上の低下率で低下した場合には、吸気バルブと排気バルブとのバルブオーバーラップ期間を増やしている。これにより、排気バルブが中空バルブとなっている場合の中空部内でのドライアウトの発生を抑制できる。つまり、中空バルブの温度変化率を検出し、排気バルブの中空部内でドライアウトが発生したと判断された場合には、バルブオーバーラップ期間を増やすことにより、吸気ポートからの新気を排気ポート側に流し、この新気によって排気バルブを冷却できる。従って、上述したバルブ冷却手段のみでなく、この新気によっても排気バルブを冷却でき、より確実にドライアウトの発生を抑制できる。この結果、より確実に中空バルブの冷却を行うことができる。
【００１９】
また、この発明に係る内燃機関の吸排気バルブ装置は、前記バルブ冷却手段の冷却性能を調整する冷却性能調整手段をさらに備え、前記内燃機関の運転状態に応じて前記冷却性能調整手段で前記バルブ冷却手段の冷却性能を調整することを特徴とする。
【００２０】
この発明では、バルブ冷却手段の冷却性能を調整する冷却性能調整手段が設けられており、この冷却性能調整手段でバルブ冷却手段の冷却性能を切り替えることにより、バルブ冷却手段による中空バルブに対する冷却性能を調整することができる。このように、中空バルブに対する冷却性能を調整することにより、中空バルブをあまり冷却しないでよい場合に、必要以上に中空バルブが冷却されることを抑制できる。つまり、中空バルブの傘部の温度が低過ぎると、燃料の燃焼効率が低減するため、中空バルブは必要以上に冷却しない方がよい。例えば、負荷があまり高くないときなどノッキングが発生する可能性が低い状態では、中空バルブは、熱によって傘部が破損しない程度の高温を維持している方がよい。従って、冷却性能調整手段でバルブ冷却手段の冷却性能を調整することにより、中空バルブの温度が低くなり過ぎることを抑制でき、燃焼効率の低下を抑制できる。この結果、内燃機関の運転効率の向上を図ることができる。
【００２１】
また、この発明に係る内燃機関の吸排気バルブ装置は、前記内燃機関の負荷を検出する負荷検出手段をさらに備え、前記負荷検出手段で検出した前記内燃機関の負荷に応じて前記冷却性能調整手段で前記バルブ冷却手段の冷却性能を調整することを特徴とする。
【００２２】
この発明では、負荷検出手段で内燃機関の運転時の負荷を検出し、この負荷の検出結果に応じてバルブ冷却手段の冷却性能を調整している。内燃機関の負荷が高負荷以外の場合にはノッキングが発生する可能性が小さく、また、中空バルブは冷却すると冷却損失が高くなるため、ノッキングが発生する可能性が小さい場合には、中空バルブは冷却し過ぎない方がよい。従って、内燃機関の負荷を検出して、内燃機関運転時の負荷が高負荷以外の場合に、冷却性能調整手段でバルブ冷却手段の冷却性能を調整することにより、中空バルブの温度が低くなり過ぎることを抑制でき、冷却損失が高くなることによる燃焼効率の低下を抑制できる。この結果、内燃機関の運転効率の向上を図ることができる。
【００２３】
また、この発明に係る内燃機関の吸排気バルブ装置は、前記燃焼室内での燃料の燃焼時のノッキングを検出するノック検出手段をさらに備え、前記ノック検出手段によって前記燃焼室内でのノッキングが検出された場合に、前記中空バルブを冷却することを特徴とする。
【００２４】
この発明では、ノック検出手段を設けて燃料の燃焼時のノッキングを検出し、ノッキングが発生した場合には、バルブ冷却手段で中空バルブを冷却している。ノッキングは燃焼室にヒートスポットが発生した場合に生じ易く、また、ヒートスポットが発生した場合には、燃焼室の温度は全体的に高くなっている傾向にある。そこで、ノッキングが発生した場合に中空バルブを冷却することにより、ヒートスポットを発生し難くすることができ、また、傘部がヒートスポットなっている場合には、より確実にヒートスポットを除去できる。この結果、より確実にノッキングを抑制できる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明にかかる内燃機関の吸排気バルブ装置は、より確実に中空バルブの冷却を行うことができる、という効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に、本発明にかかる内燃機関の吸排気バルブ装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例１】
【００２７】
図１は、本発明の実施例１に係る内燃機関の吸排気バルブ装置を備える内燃機関の一部断面図である。同図に示す内燃機関１は、複数の気筒を有しており、各気筒は、内部に燃焼室１１が形成されたシリンダヘッド５及びシリンダブロック６を有している。また、シリンダブロック６の内部にはピストン１０が配設されており、シリンダヘッド５には、燃焼室１１に連通している吸気ポート７及び排気ポート８が形成されている。このシリンダヘッド５は、シリンダブロック６の、当該シリンダブロック６におけるピストン１０が上死点に向かう方向側の端部に、ガスケット（図示省略）を介して固定されている。
【００２８】
また、前記シリンダヘッド５には、点火プラグ９と吸排気バルブ装置２０とが設けられている。この吸排気バルブ装置２０は、吸気バルブ２６と排気バルブ２７とを有しており、吸気バルブ２６は、前記吸気ポート７と燃焼室１１とを連通または遮断するように設けられており、排気バルブ２７は、排気ポート８と燃焼室１１とを連通または遮断するように設けられている。また、前記点火プラグ９は、吸気バルブ２６と排気バルブ２７との間に設けられており、さらに、高電圧をかけた際に放電する点火部（図示所略）を有し、この点火部が燃焼室１１内に位置するように設けられている。
【００２９】
前記吸気バルブ２６及び排気バルブ２７は、共にバルブステム２８及び傘部２９を有している。傘部２９は、円錐形に近い形状で形成されており、円錐形の底面はバルブ面３０として形成されている。バルブステム２８は、傘部２９におけるバルブ面３０側の反対側に位置している。このように形成される吸気バルブ２６及び排気バルブ２７は、バルブ面３０が前記燃焼室１１側に位置する向きでシリンダヘッド５に配設されており、また、傘部２９は、燃焼室１１の一部を構成している。
【００３０】
このように形成される吸気バルブ２６及び排気バルブ２７のバルブステム２８の周囲には、シリンダヘッド５に固定されると共にバルブステム２８を摺動可能に支持し、バルブステム２８に接触したバルブガイド２３が設けられている。このバルブガイド２３は、略円筒形の形状で形成されており、バルブステム２８は、この円筒形の内側を挿通することにより、バルブガイド２３に支持されている。
【００３１】
また、バルブステム２８の傘部２９側の端部の反対側の端部の周囲には、スプリング２２が設けられており、さらに、このスプリング２２の周囲には、一端が閉止された略円筒形の形状で形成されたリフター２１が配設されている。このリフター２１は、閉止されている部分が、吸気バルブ２６及び排気バルブ２７における傘部の反対側に位置する向きで、スプリング２２を覆うように配設されている。また、スプリング２２は、バルブステム２８の軸方向に伸縮可能に形成されており、吸気バルブ２６及び排気バルブ２７に対して、それぞれの傘部２９が吸気ポート７或いは排気ポート８と燃焼室１１とを遮蔽する方向に付勢力を与えている。また、リフター２１における閉止している側の端部周辺にはカム１２が位置している。このカム１２は吸気バルブ２６及び排気バルブ２７の双方に位置しており、また、吸気バルブ２６側及び排気バルブ２７側の双方において複数がカムシャフト（図示省略）と一体となって形成されている。このようにカムシャフトと一体に形成されたカム１２は、カムシャフトの回転に伴って回転する。また、前記リフター２１は、このカムの外周面部分に接触している。
【００３２】
また、当該内燃機関１には、摺動部分を潤滑したり温度が高い部分を冷却したりするオイルを送り出すオイルポンプ７１が設けられており、このオイルポンプ７１に接続され、各部にオイルを供給するオイル経路７０が設けられているが、さらに、このオイル経路７０には、補助冷却オイルポンプ６０が接続されている。この補助冷却オイルポンプ６０の周囲には、補助冷却オイルポンプ用冷却水通路６２が設けられており、この補助冷却オイルポンプ用冷却水通路６２には、補助冷却用冷却水バルブ６１が接続されている。また、補助冷却オイルポンプ６０には、補助冷却経路５０が接続されており、補助冷却経路５０は、シリンダヘッド５に形成される補助冷却オイル通路５１に接続されている。また、これらの補助冷却オイルポンプ６０及び補助冷却用冷却水バルブ６１は、当該内燃機関１が搭載される車両（図示省略）に備えられているＥＣＵ（Electric Control Unit）８０に接続されている。
【００３３】
シリンダヘッド５に設けられている補助冷却オイル通路５１は、複数設けられる各気筒に渡って位置するように設けられている。また、補助冷却オイル通路５１には、補助冷却オイルパイプ５２が接続されており、さらに、補助冷却オイルパイプ５２の端部のうち、補助冷却オイル通路５１に接続されている側の端部の反対側の端部には、バルブ冷却手段となるオイルジェット５３が設けられている。このオイルジェット５３は、補助冷却オイルパイプ５２に供給されたオイルを排気バルブ２７方向に噴射できるようになっており、詳しくは、排気バルブ２７のバルブステム２８の方向に噴射できるようになっている。
【００３４】
また、前記バルブガイド２３の近傍には、バルブガイド２３の温度を検出するバルブ温度検出手段となる温度センサ４０が設けられており、前記燃焼室１１の近傍には、燃料の燃焼時にノッキングを検出するノック検出手段となるノックセンサ４５が設けられている。これらの温度センサ４０及びノックセンサ４５は、前記ＥＣＵ８０に接続されている。
【００３５】
図２は、図１に示した排気バルブの断面図である。前記排気バルブ２７は、中空バルブ２５として設けられており、バルブステム２８の内側から傘部２９の内側にかけて連続して形成された空洞である中空部３１が形成されている。この中空部３１内は真空、或いは真空に近い状態になっており、また、中空部３１内には冷媒３５が封入されている。
【００３６】
図３は、図１に示したＥＣＵの説明図である。前記ＥＣＵ８０には、記憶部８１及び処理部８２が設けられている。前記記憶部８１には、本発明に係る内燃機関１の吸排気バルブ装置２０を制御するコンピュータプログラムが格納されている。この記憶部８１は、ハードディスク装置や光磁気ディスク装置、又はフラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ（ＣＤ−ＲＯＭ等のような読み出しのみが可能な記憶媒体）や、ＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性のメモリ、あるいはこれらの組み合わせにより構成することができる。また、当該ＥＣＵ８０には入力回路８５及び出力回路８６が設けられており、前記温度センサ４０及びノックセンサ４５は入力回路８５に接続され、補助冷却オイルポンプ６０及び補助冷却用冷却水バルブ６１は出力回路８６に接続されている。これらの入力回路８５及び出力回路８６は、前記記憶部８１及び処理部８２に接続されている。
【００３７】
前記処理部８２は、メモリ８３及びＣＰＵ（Central Processing Unit）８４により構成されている。当該内燃機関１の運転時にオイルジェット５３から排気バルブ２７のバルブステム２８に噴射するオイルの量は、前記温度センサ４０やノックセンサ４５で検出した検出結果に基づいて、処理部８２が前記コンピュータプログラムを当該処理部８２に組み込まれたメモリ８３に読み込んで演算する。その際に処理部８２は、適宜記憶部８１へ演算途中の数値を格納し、また格納した数値を取り出して演算を実行する。なお、このように内燃機関１の吸排気バルブ装置２０を制御する場合には、前記コンピュータプログラムの代わりに、ＥＣＵ８０とは異なる専用のハードウェアによって制御してもよい。
【００３８】
この実施例１に係る内燃機関１の吸排気バルブ装置２０は、以上のごとき構成からなり、以下、その作用について説明する。前記内燃機関１の運転は、前記ピストン１０が前記シリンダブロック６内で往復運動を繰り返すことにより、吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程を繰り返して運転する。各行程の概略は、吸気行程では、排気バルブ２７は閉じ、吸気バルブ２６を開いて吸気ポート７から燃焼室１１内に燃料と空気との混合気を取り入れ、圧縮行程では吸気バルブ２６も閉じて燃焼室１１内に取り入れた混合気を圧縮する。燃焼行程では、点火プラグ９に高電圧の電流を印加し、点火プラグ９の点火部に放電を発生させることにより、圧縮した混合気を点火し、混合気中の燃料を燃焼させる。排気行程では排気バルブ２７を開いて、燃焼後の排気ガスを排気ポート８の方向に排出する。
【００３９】
また、これらの吸気バルブ２６及び排気バルブ２７の作動は、スプリング２２によって吸気ポート７或いは排気ポート８と燃焼室１１とを遮蔽する方向に付勢力が与えられている吸気バルブ２６や排気バルブ２７が、カム１２に押されて吸気ポート７或いは排気ポート８と燃焼室１１とを連通することによって行われる。つまり、双方のバルブは共にスプリング２２によってカム１２の方向に付勢力が与えられているが、カム１２と一体に形成されているカムシャフトが回転することにより、カム１２の外周面に接触しているリフター２１がカム１２の形状に追従して動き、リフター２１と共に吸気バルブ２６や排気バルブ２７が往復運動をする。これにより、吸気ポート７や排気ポート８は開いたり閉じたりする。
【００４０】
また、前記燃焼室１１内では、燃焼行程時に燃料が燃焼するため、燃焼時の火炎に面する吸気バルブ２６及び排気バルブ２７のバルブ面３０は、その火炎によって温度が上昇し、傘部２９全体の温度が上昇する。特に、排気バルブ２７は、燃焼後の高温の排気ガスが通る排気ポート８側に位置しているため、吸気バルブ２６と比較して、さらに高温になる。このように高温になった排気バルブ２７の傘部２９の熱は、その内側の中空部３１内に封入されている冷媒３５に伝えられる。この冷媒３５は、内燃機関１運転時の負荷が比較的低い状態のときにおける排気バルブ２７の温度では、液体の状態になっている。内燃機関１の運転時には、排気バルブ２７は上記のように往復運動をするため、冷媒３５もこの往復運動によって中空部３１内を移動する。このように冷媒３５が中空部３１内を移動する際に、冷媒３５が傘部２９で受けた熱は、冷媒３５がバルブステム２８の方向に移動した際にバルブステム２８に伝えられる。さらに、バルブステム２８に伝えられた熱は、当該バルブステム２８に接触しているバルブガイド２３に伝えられ、排気バルブ２７の熱はバルブガイド２３に放熱される。
【００４１】
内燃機関１運転時の負荷が比較的小さい場合には、排気バルブ２７の中空部３１内の冷媒３５は上記のように液体となっているが、内燃機関１運転時の負荷が高くなり、燃料の燃焼によって排気バルブ２７が受ける熱が増大して排気バルブ２７の傘部２９の温度がさらに高くなった場合には、冷媒３５の温度も高くなり、冷媒３５は蒸発して気体になる。このように、液体の冷媒３５が熱を吸収することにより気体になる際には、冷媒３５が液体のまま熱を吸収するよりも、より多くの熱を吸収する。このため、温度が高くなった傘部２９の熱は冷媒３５で吸収され、傘部２９の温度は低下する。
【００４２】
一方、気体となった冷媒３５は、排気バルブ２７のバルブステム２８の方向に移動する。バルブステム２８は、バルブガイド２３と接触しているため、冷媒３５から受けた熱を上記のようにバルブガイド２３に放熱することができ、温度が高温になり過ぎ難くなっている。このため、バルブステム２８の方向に移動した気体の冷媒３５は、バルブステム２８に熱を放熱する。つまり、バルブステム２８を介して冷媒３５の熱はバルブガイド２３に放熱される。このように、気体の冷媒３５の熱がバルブステム２８に放熱すると、冷媒３５は液体に戻る。液体に戻った冷媒３５は、再び傘部２９の方向に移動し、傘部２９の熱を吸収し、蒸発して気体になってバルブステム２８の方向に移動する。これらを繰り返し、冷媒３５が還流することにより、燃料の燃焼により高くなった傘部２９の温度は低下する。つまり、排気バルブ２７の温度が所定の温度以上になると、冷媒３５は還流するので当該排気バルブ２７はヒートパイプとして作動し、傘部２９からバルブステム２８方向への熱伝達率が向上する。このため、排気バルブ２７の温度が所定の温度以上になった場合には、排気バルブ２７のヒートパイプ効果によって、傘部２９の温度は低下する。
【００４３】
内燃機関１運転時の負荷がさらに高くなると、排気バルブ２７が受ける熱は、さらに増大する。排気バルブ２７が受ける熱が増大すると、傘部２９の熱を吸収し、気体となってバルブステム２８の方向に移動する冷媒３５の量が増加する。このようにバルブステム２８の方向に移動する冷媒３５の量が増加すると、バルブステム２８がバルブガイド２３を介して放熱する熱量よりも、冷媒３５がバルブステム２８に放熱する熱量の方が増加する。このため、バルブステム２８及びバルブガイド２３の双方の温度は高くなる。ここで、このバルブガイド２３の近傍には、温度センサ４０が設けられており、バルブガイド２３の温度は、この温度センサ４０によって検出される。この温度センサ４０はＥＣＵ８０に接続されており、検出されたバルブガイド２３の温度はＥＣＵ８０に伝達される。温度センサ４０は、このようにバルブガイド２３の近傍に設けられてバルブガイド２３の温度を測定しているが、このバルブガイド２３は、間接的に排気バルブ２７の温度を検出している。つまり、バルブガイド２３は、排気バルブ２７のバルブステム２８に接触しているので、当該バルブステム２８の温度変化に応じて変化する。これにより、温度センサ４０は、バルブガイド２３を介して、間接的に排気バルブ２７のバルブステム２８の温度を検出している。
【００４４】
このため、ＥＣＵ８０では、温度センサ４０で検出した温度が所定の温度以上の場合には、バルブステム２８或いは排気バルブ２７の温度がヒートパイプ作動範囲以上の温度であると判断し、排気バルブ２７の補助冷却が行われる。補助冷却をする際には、ＥＣＵ８０は補助冷却オイルポンプ６０を作動させる。補助冷却オイルポンプ６０が作動すると、オイル経路７０を流れるオイルの一部が補助冷却経路５０を通って補助冷却オイル通路５１に供給される。また、ＥＣＵ８０は、この補助冷却オイルポンプ６０の作動と同時に、補助冷却用冷却水バルブ６１を開く。補助冷却用冷却水バルブ６１が開かれると、運転時の当該内燃機関１を冷却する冷却水が、補助冷却オイルポンプ６０の周囲に設けられた補助冷却オイルポンプ用冷却水通路６２を流れ、冷却水との熱交換によって補助冷却オイルポンプ６０内を流れるオイルが冷却される。このため、補助冷却経路５０を通って補助冷却オイル通路５１に供給されるオイルは、冷却水によって冷却されたオイルが供給される。さらに、補助冷却オイル通路５１に供給されたオイルは、補助冷却オイルパイプ５２を通り、その先端に設けられたオイルジェット５３からバルブステム２８の方向に噴射される。
【００４５】
オイルジェット５３から噴射されたオイルは、上記の冷却水によって冷却されており、このオイルがバルブステム２８に噴射されることにより、バルブステム２８の温度は下がる。これにより、排気バルブ２７は補助冷却が行われる。バルブステム２８の温度が下がると、排気バルブ２７の中空部３１内で気体になっている冷媒３５は、バルブステム２８に対して放熱できるので再び液体に戻り、傘部２９の方向に移動する。つまり、オイルジェット５３からオイルが噴射されることにより、排気バルブ２７はヒートパイプ作動範囲内の温度に戻り、ヒートパイプ効果によって傘部２９の温度を下げる。
【００４６】
図４は、内燃機関の負荷に対する熱輸送量を示す図である。図５は、内燃機関の負荷に対するバルブ温度を示す図である。このように、内燃機関１運転時の負荷が高くなるに従って、排気バルブ２７の傘部２９が燃料の燃焼時の火炎から受ける熱の量は増大し、排気バルブ２７の温度は上昇する。排気バルブ２７の温度が、当該排気バルブ２７がヒートパイプとして作動する温度未満の場合、つまり、温度センサ４０で検出した温度Ｔ1が、排気バルブ２７がヒートパイプとして作動する温度の下限温度であるヒートパイプ作動下限温度Ｔ2よりも低い場合には、中空部３１内の冷媒３５は液体のまま傘部２９からバルブステム２８の方向に熱を伝える。また、排気バルブ２７の温度が高くなり、温度センサ４０で検出した温度Ｔ1が、ヒートパイプ作動下限温度Ｔ2と、排気バルブ２７がヒートパイプとして作動する温度の上限温度であるヒートパイプ作動上限温度Ｔ3との間の場合には、ヒートパイプ効果によって傘部２９からバルブステム２８に伝える熱量は増加する。さらに、温度センサ４０で検出した温度Ｔ1が、ヒートパイプ作動上限温度Ｔ3よりも高くなる場合には、オイルジェット５３からバルブステム２８にオイルを噴射してバルブステム２８を補助冷却することにより、排気バルブ２７の温度はヒートパイプ作動上限温度Ｔ3とヒートパイプ作動下限温度Ｔ2との間の温度を持続する。これにより、排気バルブ２７はヒートパイプ効果が維持されるので、排気バルブ２７の傘部２９が多くの熱を受けた場合でも、傘部２９からバルブステム２８方向への輸送熱量は増加する。
【００４７】
このように、バルブステム２８の温度が高くなった場合にはオイルジェット５３でバルブステム２８にオイルを噴射して補助冷却を行う場合における傘部２９からバルブステム２８の方向への輸送熱量である補助冷却時輸送熱量９１は、内燃機関１運転時の負荷が高くなるに従って増加し続ける（図４）。また、このように補助冷却を行うことにより、内燃機関１の負荷が高くなった場合でも輸送熱量は増加し続けるので、その際のバルブステム２８の温度である補助冷却時バルブ温度９５は、ヒートパイプ作動上限温度Ｔ3とヒートパイプ作動下限温度Ｔ2との間で維持される（図５）。
【００４８】
これに対し、排気バルブ２７の補助冷却を行わない場合には、バルブステム２８の温度がヒートパイプ作動上限温度Ｔ3以上になると、気体になった冷媒３５が液体に戻らなくなる、つまり、ドライアウトが発生する。ドライアウトが発生すると、冷媒３５によって傘部２９からバルブステム２８の方向へ伝えられる熱量が激減する。このため、補助冷却を行わない場合の、傘部２９からバルブステム２８の方向への輸送熱量である非補助冷却時輸送熱量９２は、内燃機関１運転時の負荷が低いうちは、負荷が高くなるに従って増加し続けるが、さらに負荷が高くなり、ドライアウトが発生した時点で激減する（図４）。また、このように排気バルブ２７の補助冷却を行わない場合には、内燃機関１の負荷が高くなった際には輸送熱量は激減するので、その際のバルブステム２８の温度である非補助冷却時バルブ温度９６は、内燃機関１の負荷が高くなり、傘部２９が多くの熱を受けるに従って増加する（図５）。
【００４９】
以上の内燃機関１の吸排気バルブ装置２０は、温度センサ４０でバルブガイド２３の温度を検出し、間接的に排気バルブ２７のバルブステム２８の温度を検出し、検出したバルブステム２８の温度Ｔ1がヒートパイプ作動上限温度Ｔ3よりも高い場合には、ＥＣＵ８０が補助冷却オイルポンプ６０を作動させ、オイルジェット５３からバルブステム２８にオイルを噴射している。これにより、バルブステム２８は補助冷却され、温度が低下するので、排気バルブ２７の温度が高くなり過ぎることに起因する、中空部３１内に封入された冷媒３５のドライアウトの発生を抑制することができる。この結果、より確実に中空バルブ２５である排気バルブ２７の冷却を行うことができる。
【００５０】
また、排気バルブ２７がヒートパイプ効果を有することにより、燃料の燃焼によって排気バルブ２７のバルブ面３０が多くの熱を受ける場合でも、冷媒３５によって傘部２９からバルブステム２８の方向に輸送される熱量が増加するので、排気バルブ２７が高温になり過ぎることに起因する当該排気バルブ２７の損傷を抑制できる。この結果、排気バルブ２７の耐久性を向上させることができる。
【００５１】
また、排気バルブ２７がヒートパイプ効果を有することにより、内燃機関１運転時の負荷が増大し、排気バルブ２７に伝えられる熱量が増加しても排気バルブ２７は破損し難くなっているので、内燃機関１を、大きな負荷で運転することができる。この結果、内燃機関１の性能の向上を図ることができる。
【００５２】
また、前記補助冷却オイルポンプ６０の周囲には、補助冷却オイルポンプ用冷却水通路６２が設けられており、補助冷却オイルポンプ６０の作動時には補助冷却用冷却水バルブ６１を開いて、補助冷却オイルポンプ６０によって補助冷却経路５０に送り出されるオイルの冷却を行っている。これにより、オイルジェット５３でバルブステム２８に向かって噴射するオイルの温度を下げることができるので、高温になったバルブステム２８の温度を、より確実に下げることができる。この結果、より確実にドライアウトの発生を抑制でき、より確実に排気バルブ２７の冷却を行うことができる。
【実施例２】
【００５３】
この内燃機関の吸排気バルブ装置は、実施例１に係る内燃機関の吸排気バルブ装置と略同様の構成であるが、バルブガイドにバルブガイド冷却部を設けている点に特徴がある。他の構成は実施例１と同様なので、その説明を省略するとともに、同一の符号を付す。図６は、本発明の実施例２に係る内燃機関の吸排気バルブ装置の要部詳細図である。同図に示す内燃機関１の吸排気バルブ装置２０のバルブガイド１００には、第２冷却手段となるバルブガイド冷却部１０１が設けられている。このバルブガイド冷却部１０１は、略円筒形の両端が閉止された中空構造になっており、内部は真空、或いは真空に近い状態になっている。また、このバルブガイド冷却部１０１の内部には、第２冷却手段用冷媒となるバルブガイド冷却部用冷媒（図示省略）が封入されている。このバルブガイド冷却部用冷媒は、排気バルブ２７に封入されている冷媒３５と同程度、或いは、若干低めの温度で液体から気体になる。このため、バルブガイド冷却部１０１は、排気バルブ２７と同程度、或いは、若干低めの温度領域でヒートパイプ効果を有している。バルブガイド冷却部１０１は、このようにヒートパイプ効果を有する形態で、バルブガイド１００に螺合されている。
【００５４】
また、当該バルブガイド冷却部１０１におけるバルブガイド１００に螺合されている側の端部と反対側の端部には、放熱フィン１０２が設けられている。この放熱フィン１０２は、板厚の薄い複数の板が間隔を開けて、当該バルブガイド冷却部１０１の形状である円筒形の外周面に固定されることにより形成されている。さらに、オイルジェット５３は第１冷却手段として設けられており、放熱フィン１０２の方向にオイルを噴射できる向きで配置されている。
【００５５】
この実施例２に係る内燃機関１の吸排気バルブ装置２０は、以上のごとき構成からなり、以下、その作用について説明する。この実施例２に係る内燃機関１の吸排気バルブ装置２０では、内燃機関１の運転時にはオイルジェット５３から常にオイルをバルブガイド冷却部１０１に向けて噴射し、バルブガイド冷却部１０１を補助冷却する。この状態で内燃機関１を運転すると、負荷が低い場合には、排気バルブ２７の温度はあまり高くならないので、バルブガイド１００に設けられているバルブガイド冷却部１０１の温度もあまり高くならない。このため、バルブガイド冷却部１０１内のバルブガイド冷却部用冷媒は液体の状態を維持し、バルブガイド冷却部１０１におけるバルブガイド１００側から放熱フィン１０２側への熱伝達率は低い状態となり、バルブガイド冷却部１０１の冷却効率は低くなる。
【００５６】
内燃機関１運転時の負荷が高くなると、排気バルブ２７のバルブステム２８の温度は上昇し、これに伴いバルブガイド１００の温度も上昇する。バルブガイド１００の温度が上昇すると、バルブガイド冷却部１０１内の冷媒はバルブガイド１００の熱を吸収して気体になり、当該バルブガイド冷却部１０１におけるバルブガイド１００側から放熱フィン１０２側に移動する。放熱フィン１０２には、オイルジェット５３によってオイルが吹き付けられているため、このオイルによって放熱フィン１０２の熱は吸収され、放熱フィン１０２側に移動したバルブガイド冷却部用冷媒の熱も吸収される。このように、バルブガイド冷却部用冷媒から熱が奪われることにより、バルブガイド冷却部用冷媒は気体から液体に変化し、液体になったバルブガイド冷却部用冷媒は再びバルブガイド冷却部１０１におけるバルブガイド１００側に移動する。
【００５７】
このようにバルブガイド冷却部用冷媒は還流し、これらの作用を繰り返すことにより、バルブガイド１００から吸収する熱量を増加させることができる。つまり、バルブガイド冷却部１０１は、バルブガイド冷却部用冷媒の還流によるヒートパイプ効果によってバルブガイド１００から吸収する熱量を増加させる。このように、排気バルブ２７のバルブステム２８の温度が高くなり、バルブガイド１００の温度が高くなった場合には、バルブガイド冷却部１０１がヒートパイプとして作動するので、バルブガイド冷却部１０１におけるバルブガイド１００側から放熱フィン１０２側への熱伝達率が向上して、バルブステム２８の多くの熱はバルブガイド冷却部１０１に放熱される。このため、バルブガイド冷却部１０１の冷却効率は向上する。換言すると、バルブガイド冷却部用冷媒は、バルブガイド冷却部１０１の温度に応じて還流し、バルブガイド冷却部１０１の温度が高くなるとバルブガイド冷却部用冷媒が還流するので、バルブガイド冷却部１０１の冷却効率が向上する。
【００５８】
以上の内燃機関１の吸排気バルブ装置２０は、バルブガイド１００に、温度によって冷却効率が変化するバルブガイド冷却部１０１を設けている。このため、内燃機関１運転時の負荷が高くなることによってバルブステム２８の温度が上昇してドライアウトが発生するような温度になり、これに伴ってバルブガイド冷却部１０１の温度も上昇した場合には、バルブガイド冷却部用冷媒が還流することにより、バルブガイド冷却部１０１の冷却効率が向上する。これにより、内燃機関１運転時の負荷が高くなることによって増加したバルブステム２８の熱のうち、バルブガイド１００を介してバルブガイド冷却部１０１によって放熱される熱量が増加する。従って、バルブステム２８の温度が上昇した場合でも、バルブガイド１００に設けたバルブガイド冷却部１０１の冷却効率が向上するので、バルブステム２８の熱はバルブガイド冷却部１０１で放熱され、排気バルブ２７内でのドライアウトの発生を、より確実に抑制できる。この結果、より確実に中空バルブ２５である排気バルブ２７の冷却を行うことができる。
【００５９】
また、バルブガイド冷却部１０１がヒートパイプ効果を有するように形成することにより、容易にバルブガイド冷却部１０１の冷却効率を変化させることができる。これにより、排気バルブ２７のバルブステム２８の温度が低い場合にはバルブガイド冷却部１０１がヒートパイプとして作動しないようにして冷却効率を低下させ、排気バルブ２７のバルブステム２８の温度が高い場合にはバルブガイド冷却部１０１がヒートパイプとして作動するようにして冷却効率を向上させることにより、バルブステム２８の温度が上昇した場合に、より多くの熱をバルブガイド冷却部１０１で放熱することができる。従って、温度によって冷却効率が変化するバルブガイド冷却部１０１の構造を簡素化できる。この結果、より確実に排気バルブ２７の冷却を行う際の構造を簡素化できる。
【００６０】
図７は、実施例１の変形例に係る内燃機関の吸排気バルブ装置を備える内燃機関の負荷に対するバルブ温度を示す図である。図８は、実施例１の変形例に係る内燃機関の吸排気バルブ装置を備える内燃機関の負荷に対する熱輸送量を示す図である。なお、実施例１の内燃機関１の吸排気バルブ装置２０では、温度センサ４０で検出したバルブガイド２３の温度Ｔ1が、ヒートパイプ作動上限温度Ｔ3よりも高い場合には、オイルジェット５３でバルブステム２８にオイルを噴射して補助冷却を行なっているが、このような場合においても補助冷却を行なわない場合があってもよい。例えば、内燃機関１運転時の負荷が中負荷〜高負荷の場合には、燃料の燃焼によって多くの熱が発生し、排気バルブ２７には、当該排気バルブ２７内でドライアウトが発生するような熱量が伝達されるが、一方で、内燃機関１運転時の負荷が中負荷の場合には、ノッキングは発生し難くなっている。また、排気バルブ２７のバルブ面３０など燃料が燃焼する空間に面している部分の温度が低下し過ぎると、冷却損失が大きくなり過ぎる虞がある。このため、内燃機関１運転時の負荷が中負荷でノッキングが発生してない状態においては、温度センサ４０で検出したバルブガイド２３の温度Ｔ1が、ヒートパイプ作動上限温度Ｔ3よりも高くなった場合でも、補助冷却をせずに排気バルブ２７内でドライアウトを発生させてもよい。
【００６１】
具体的には、ＥＣＵ８０内の記憶部８１に格納されたコンピュータプログラムによって、ＥＣＵ８０に、オイルジェット５３の冷却性能を調整する冷却性能調整手段と、当該内燃機関１の負荷を検出する負荷検出手段の機能を持たせる。これによりＥＣＵ８０は、内燃機関１の運転時に、当該内燃機関１に設けられるスロットル開度を検出するスロットルセンサ（図示省略）など各種センサを通じて、内燃機関１の負荷を検出することができる。また、ＥＣＵ８０には、ノックセンサ４５が接続しているので、ノッキングの発生を検出することができる。
【００６２】
このため、内燃機関１の運転時に、ＥＣＵ８０が当該内燃機関１運転時の負荷が中負荷であると判断し、また、ノッキングが検出されないと、ＥＣＵ８０はオイルジェット５３による補助冷却の冷却性能を調整する。その調整方法は、オイルジェット５３の作動（ＯＮ）と非作動（ＯＦＦ）とを切り替えることによって行なう。つまり、オイルジェット５３からのオイルの噴射と、噴射の停止とを切り替える。排気バルブ２７の温度が上昇している際に、オイルの噴射を停止すると、補助冷却の調整時の排気バルブ２７の温度である補助冷却調整時バルブ温度１１２（図７）は上昇し、ヒートパイプ作動上限温度Ｔ3を超えて排気バルブ２７内にドライアウトが発生する。この状態で、オイルジェット５３からオイルを噴射すると、補助冷却調整時バルブ温度１１２は下降し、ヒートパイプ作動上限温度Ｔ3以下になって、排気バルブ２７の温度は、ヒートパイプの作動範囲内の温度になる。このように、補助冷却のＯＮとＯＦＦとを繰り返す、つまり、補助冷却を間欠的に行なうと、補助冷却調整時バルブ温度１１２はヒートパイプ作動上限温度Ｔ3をまたいで温度が上下し、補助冷却のＯＮとＯＦＦとの状態を示す線である補助冷却状態線１１１に合わせて、補助冷却調整時バルブ温度１１２は上下する（図７）。
【００６３】
また、このように内燃機関１運転時の負荷が中負荷で、ノッキングが発生していない場合に補助冷却の冷却性能を調整することにより、この場合の排気バルブ２７の傘部２９からバルブステム２８の方向への輸送熱量である補助冷却調整時輸送熱量１２１は、内燃機関１運転時の負荷が中負荷の範囲では高くならない（図８）。一方、内燃機関１運転時の負荷が中負荷でノッキングが発生していない状態でも補助冷却性能を調整しない場合、つまり、オイルジェット５３からオイルをバルブステム２８に噴射し続ける場合には、その際の排気バルブ２７の温度である補助冷却非調整時バルブ温度１１３は、ヒートパイプ作動下限温度Ｔ2とヒートパイプ作動上限温度Ｔ3との間の温度を維持し続ける（図７）。このため、排気バルブ２７はヒートパイプ効果を維持し続けるため、この場合の排気バルブ２７の傘部２９からバルブステム２８の方向への輸送熱量である補助冷却非調整時輸送熱量１２２は、内燃機関１運転時の負荷が中負荷で、排気バルブ２７の温度がヒートパイプの作動範囲の場合には高くなる（図８）。
【００６４】
従って、内燃機関１運転時の負荷が中負荷で、ノッキングが発生していない場合には、補助冷却の作動を調整し、補助冷却の性能を調整することにより、補助冷却性能を調整しなかった場合と比較して、排気バルブ２７の傘部２９からバルブステム２８方向への輸送熱量が低減するので、バルブ面３０の温度が低くなり過ぎることが抑制される。これにより、必要以上に排気バルブ２７を冷却しないので、冷却損失を低減でき、燃焼効率の低下を抑制できる。この結果、内燃機関１の運転効率の向上を図ることができる。
【００６５】
また、上記のように内燃機関１運転時の負荷を検出してノッキングの発生を抑制する場合、補助冷却の性能の調整は、内燃機関１運転時の負荷やノッキングの有無のみで行なうのではなく、温度センサ４０で検出した温度に基づいて行なってもよい。つまり、排気バルブ２７の温度は、内燃機関１運転時の負荷の変化に応じて瞬時に変化するのでなく、ある程度の時間における全体的な負荷の大きさによって変化する。このため、例えば、一時的に高負荷になったが、バルブステム２８の温度はそれ程上昇していない場合には、ノッキングが発生する可能性が低いため、補助冷却の性能を調整して冷却損失を低減する。また、長時間の高負荷が続いたのち、低負荷になったが、バルブステム２８は高温を維持し続けている場合には、ノッキングが発生する虞があるため、連続的に補助冷却を行い、排気バルブ２７の温度を下げることによりノッキングを抑制する。この結果、ノッキングの抑制と内燃機関の運転効率を向上とを、より確実に両立することができる。
【００６６】
また、補助冷却の冷却性能の調整は、オイルジェット５３からのオイルの噴射を間欠的に行なうのではなく、オイルジェット５３から噴射するオイルの量を調整したり、補助冷却用冷却水バルブ６１を調整して補助冷却オイルポンプ用冷却水通路６２内を流れる冷却水の量を調整することにより、オイルジェット５３から噴射するオイルの温度を調整したりしてもよい。これらの手段によっても、必要以上に排気バルブ２７を冷却しないようにすることができ、冷却損失を低減して燃焼効率の低下を抑制できる。この結果、内燃機関１の運転効率の向上を図ることができる。
【００６７】
また、実施例１に係る内燃機関１の吸排気バルブ装置２０では、バルブステム２８の温度を検出するために、バルブガイド２３の近傍に温度センサ４０を設けてバルブガイド２３の温度を検出することにより、当該バルブガイド２３に接触しているバルブステム２８の温度を間接的に検出しているが、バルブステム２８の温度を直接検出してもよい。また、バルブステム２８の温度は、内燃機関１に設けられた各種センサで当該内燃機関１の運転状況を検出し、これにより予測してもよい。また、バルブステム２８の補助冷却は、オイルジェット５３がバルブステム２８にオイルを噴射して行なっているが、補助冷却は、これ以外の方法で行なってもよい。例えば、バルブガイド２３にオイルギャラリーを設け、この部分に冷却されたオイルを循環させることにより、バルブステム２８の補助冷却を行なってもよい。
【００６８】
また、実施例１に係る内燃機関１の吸排気バルブ装置２０では、排気バルブ２７内でのドライアウトの発生時に、補助冷却を行なうのみであるが、さらに、ノッキングの対策を行なってもよい。例えば、ＥＣＵ８０内の記憶部８１に格納されたコンピュータプログラムによって、ＥＣＵ８０に、温度センサ４０で検出した排気バルブ２７のバルブステム２８の温度より、当該バルブステム２８の温度変化率を検出するバルブ温度変化率判定手段の機能を持たせる。これによりＥＣＵ８０は、バルブステム２８の温度変化率を検出することができる。また、排気バルブ２７の温度が上昇して排気バルブ２７内でドライアウトが発生すると、傘部２９からバルブステム２８方向への輸送熱量は激減する（図４参照）。このため、バルブステム２８の温度は低下するので、バルブ温度変化率判定手段の機能を有するＥＣＵ８０が、排気バルブ２７のバルブステム２８の温度が所定の低下率以上の低下率で低下したと判断した場合には、ノッキング対策として点火プラグ９の点火時期を遅角する。
【００６９】
つまり、温度センサ４０で検出するバルブステム２８の温度が低下し続けた場合には、排気バルブ２７内でドライアウトが発生していると予想される。排気バルブ２７内でドライアウトが発生すると、排気バルブ２７の傘部２９が急激に高温になる場合があり、この場合、排気バルブ２７の傘部２９をヒートスポットとしてノッキングが発生する虞がある。このため、バルブステム２８の温度の低下率によってドライアウトの発生を判断することにより、排気バルブ２７のドライアウトを早期に察知することができ、バルブステム２８の温度が所定の低下率以上の低下率で低下したと判断した場合に点火プラグ９の点火時期を遅角することにより、前記傘部２９がヒートスポットとなるノッキングの発生を抑制できる。この結果、ノッキングが発生する前に点火時期を遅角できるので、より確実にノッキングを抑制できる。
【００７０】
なお、排気バルブ２７内のドライアウトの発生は、バルブステム２８の温度の低下率によって判断するのではなく、バルブステム２８の温度と内燃機関１運転時の負荷との兼ね合いで判断してもよい。例えば、高負荷運転の継続時に急激にバルブステム２８の温度が低下した場合には、排気バルブ２７内でドライアウトが発生している可能性があるので、これによりドライアウトが発生していると判断し、上記のように点火時期を遅角してもよい。
【００７１】
また、ノッキングの発生を抑制する場合には、点火時期を遅角する以外の方法でもよく、例えば、燃焼室１１内に取り込まれる燃料と空気との空燃比をリッチ方向に変化させてもよい。バルブステム２８の温度でノッキングの発生を判断して空燃比を変化させることにより、ノッキングが発生する前に空燃比をリッチ方向に変化させることができるので、より確実にノッキングを抑制できる。
【００７２】
また、バルブステム２８の温度の低下率によって排気バルブ２７内にドライアウトが発生していると判断した場合には、吸気バルブ２６と排気バルブ２７とのオーバーラップ期間を増やしてもよい。これにより、吸気ポート７からの新気が排気ポート８側に流れ易くなり、この新気によって排気バルブ２７を冷却することができる。従って、オイルジェット５３による補助冷却のみでなく、吸気ポート７からの新気によっても排気バルブ２７を冷却でき、より確実に排気バルブ２７内でのドライアウトの発生を抑制できる。この結果、より確実に排気バルブ２７の冷却を行うことができる。
【００７３】
また、ノックセンサ４５でノッキングが検出された場合には、温度センサ４０で検出した温度に関わらず、排気バルブ２７を補助冷却で冷却してもよい。ノッキングは燃焼室１１にヒートスポットが発生した場合に生じ易く、また、ヒートスポットが発生した場合には、燃焼室１１の温度は全体的に高くなっている傾向にある。そこで、ノッキングが発生した場合に排気バルブ２７を冷却することにより、ヒートスポットを発生し難くすることができ、また、傘部２９がヒートスポットなっている場合には、より確実にヒートスポットを除去できる。この結果、より確実にノッキングを抑制できる。
【００７４】
また、上述した内燃機関１の吸排気バルブ装置２０では、排気バルブ２７のみが中空バルブ２５となってヒートパイプ効果を有しているが、吸気バルブ２６も中空バルブ２５となってヒートパイプ効果を有していてもよい。内燃機関１運転時の負荷が高負荷になった場合、吸気バルブ２６も高温になってノッキングなどの原因になる可能性があるため、吸気バルブ２６を中空バルブ２５にして上述した各制御を行なうことにより、より確実に吸気バルブ２６の冷却することができる。この結果、より確実に中空バルブ２５の冷却を行うことができる。
【００７５】
図９は、本発明に係る内燃機関の吸排気バルブ装置の制御のフロー図である。なお、本発明に係る内燃機関１の吸排気バルブ装置２０には、上述した各機能を盛り込んでもよい。この場合、まず、温度センサ４０によってバルブガイド２３を介してバルブステム温度Ｔ1を検出する（ステップＳＴ１）。次に、検出したバルブステム温度Ｔ1が、ヒートパイプ作動範囲（ヒートパイプ作動下限温度Ｔ2〜ヒートパイプ作動上限温度Ｔ3）内であるかを判断する（ステップＳＴ２）。バルブステム温度Ｔ1がヒートパイプ作動範囲内の温度である場合には、次に、ノックセンサ４５によってノッキングを検出し、ノッキングが発生しているか否かを判断する（ステップＳＴ３）。ノッキングが発生している場合には、オイルジェット５３によってオイルをバルブステム２８に噴射し続ける、つまり、補助冷却を常時実施する（ステップＳＴ４）。また、ステップＳＴ３の判断で、ノッキングは発生してないと判断された場合には、補助冷却を間欠実施する（ステップＳＴ５）。
【００７６】
次に、バルブステム２８の温度の低下率より、ドライアウトが発生しているかを判断する（ステップＳＴ６）。この判断により、ドライアウトは発生していないと判断された場合には、この制御フローは終了して、再びステップＳＴ１に戻る。バルブステム２８の温度の低下率より、ドライアウトが発生していると予測される場合には、補助冷却を常時実施し、さらに、負荷の低減や点火時期を遅角するなど、ノッキング防止策を行なう（ステップＳＴ８）。
【００７７】
また、上記のステップＳＴ２の判断、つまり、検出したバルブステム温度Ｔ1が、ヒートパイプ作動範囲内であるかを判断した場合に、バルブステム温度Ｔ1がヒートパイプ作動範囲内の温度ではないと判断された場合には、（Ｔ1＜Ｔ2）または（Ｔ1＞Ｔ3）のいずれであるかを判断する（ステップＳＴ７）。この判断により（Ｔ1＞Ｔ3）であると判断された場合には、上記のステップＳＴ８に移行する、つまり、補助冷却を常時実施すると共に、負荷の低減や点火時期を遅角するなど、ノッキング防止策を行なう（ステップＳＴ８）。また、ステップＳＴ７の判断により（Ｔ1＜Ｔ2）であると判断された場合には、補助冷却を停止し（ステップＳＴ９）、この制御フローは終了して、再びステップＳＴ１に戻る。この制御フローで本発明に係る内燃機関１の吸排気バルブ装置２０を制御することにより、排気バルブ２７などの中空バルブ２５のドライアウトを効果的に抑制できるので、より確実に中空バルブ２５の冷却を行なうことができ、また、より確実のノッキングを抑制できる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
以上のように、本発明にかかる内燃機関の吸排気バルブ装置は、中空バルブを有する内燃機関に有用であり、特に、運転時に高負荷になる内燃機関に適している。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の実施例１に係る内燃機関の吸排気バルブ装置を備える内燃機関の一部断面図である。
【図２】図１に示した排気バルブの断面図である。
【図３】図１に示したＥＣＵの説明図である。
【図４】内燃機関の負荷に対する熱輸送量を示す図である。
【図５】内燃機関の負荷に対するバルブ温度を示す図である。
【図６】本発明の実施例２に係る内燃機関の吸排気バルブ装置の要部詳細図である。
【図７】実施例１の変形例に係る内燃機関の吸排気バルブ装置を備える内燃機関の負荷に対するバルブ温度を示す図である。
【図８】実施例１の変形例に係る内燃機関の吸排気バルブ装置を備える内燃機関の負荷に対する熱輸送量を示す図である。
【図９】本発明に係る内燃機関の吸排気バルブ装置の制御のフロー図である。
【符号の説明】
【００８０】
１  内燃機関
５  シリンダヘッド
６  シリンダブロック
７  吸気ポート
８  排気ポート
９  点火プラグ
１０  ピストン
１１  燃焼室
１２  カム
２０  吸排気バルブ装置
２１  リフター
２２  スプリング
２３  バルブガイド
２５  中空バルブ
２６  吸気バルブ
２７  排気バルブ
２８  バルブステム
２９  傘部
３０  バルブ面
３１  中空部
３５  冷媒
４０  温度センサ
４５  ノックセンサ
５０  補助冷却経路
５１  補助冷却オイル通路
５２  補助冷却オイルパイプ
５３  オイルジェット
６０  補助冷却オイルポンプ
６１  補助冷却用冷却水バルブ
６２  補助冷却オイルポンプ用冷却水通路
７０  オイル経路
７１  オイルポンプ
８０  ＥＣＵ
８１  記憶部
８２  処理部
８３  メモリ
８４  ＣＰＵ
８５  入力回路
８６  出力回路
９１  補助冷却時輸送熱量
９２  非補助冷却時輸送熱量
９５  補助冷却時バルブ温度
９６  非補助冷却時バルブ温度
１００  バルブガイド
１０１  バルブガイド冷却部
１０２  放熱フィン
１１１  補助冷却状態線
１１２  補助冷却調整時バルブ温度
１１３  補助冷却非調整時バルブ温度
１２１  補助冷却調整時輸送熱量
１２２  補助冷却非調整時輸送熱量
【図１】
2006242078.tif 000003
【図２】
2006242078.tif 000004
【図３】
2006242078.tif 000005
【図４】
2006242078.tif 000006
【図５】
2006242078.tif 000007
【図６】
2006242078.tif 000008
【図７】
2006242078.tif 000009
【図８】
2006242078.tif 000010
【図９】
2006242078.tif 000011