(57)【要約】【課題】構造が簡単でコスト高にならず、十分な冷却能力があり、信頼性のあるバルブ冷却装置を提供すること。【解決手段】バルブ２０の開閉動作に伴って、バルブリフタ２３とバルブリフタ保持部１６との間を潤滑する潤滑油を冷却用オイルとしてバルブ２０内の中空部２６に供給する一方、該中空部２６から潤滑油を排出するように、潤滑油をバルブ２０内部で循環させてバルブ２０を冷却する。バルブ２０を開いたときには、バルブリフタ保持部１６に設けたオイル溜まり１７、供給溝１８からバルブリフタ２３に設けた供給・排出通路２７の周溝部分２７ａ、貫通穴部分２７ｂ及軸穴部分２７ｃを介してバルブステム２２の中空部２６に潤滑油を供給する。バルブ２０を閉じたときには、中空部２６から軸穴部分２７ｃ、貫通穴部分２７ｂを介して周溝部分２７ａから潤滑油をバルブ２０の外に排出する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カムにより駆動されて、エンジンの燃焼室に連結された吸気・排気通路を開閉するバルブを冷却用オイルによって冷却する冷却装置であって、
前記バルブのバルブステムの内部に、前記バルブのバルブステムエンドからバルブヘッドに延びる中空部を設け、
前記バルブステムエンドに前記カムにより駆動されるバルブリフタを設け、該バルブリフタに、前記中空部に冷却用オイルを供給し、該中空部から該冷却用オイルを排出する供給・排出通路を設け、
前記バルブリフタをスライド及び回転可能に保持するエンジンのシリンダヘッドに配置したバルブリフタ保持部に、前記供給・排出通路を介して前記中空部に前記冷却用オイルを供給する供給通路を設けて構成され、
前記カムにより駆動されて前記バルブリフタが前記バルブリフタ保持部内でスライドすることにより、前記供給通路から前記供給・排出通路を介して前記中空部に前記冷却用オイルを供給し、また前記供給・排出通路を介して前記中空部から前記冷却用オイルを前記バルブの外部に排出することを特徴とするバルブの冷却装置。
【請求項２】
請求項１に記載のバルブの冷却装置において、
前記冷却用オイルは、前記バルブリフタと前記バルブリフタ保持部との間を潤滑する、潤滑油であることを特徴とするバルブの冷却装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のバルブの冷却装置において、
前記冷却用オイルの前記中空部への供給と前記中空部からの排出は、
前記カムにより駆動されて前記バルブヘッドが前記吸気・排気通路を開いたとき、前記バルブリフタが前記バルブリフタ保持部内を一方向にスライドして前記供給通路を開き且つ該供給通路を前記供給・排出通路と連通させて、前記中空部に前記冷却用オイルを供給し、前記バルブヘッドが前記吸気・排気通路を閉じたとき、前記バルブリフタが前記バルブリフタ保持部内を他方向にスライドして前記供給通路を閉じ且つ前記供給・排出通路を前記バルブリフタ保持部から突出させて、該供給・排出通路を介して前記中空部内の前記冷却用オイルを前記バルブの外部に排出することを特徴とするバルブの冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの燃焼室に接続された吸気・排気通路を開閉するバルブを冷却する冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの燃焼室に混合気を供給する吸気通路を開閉する吸気バルブや、燃焼室から燃焼ガスを外部に排出する排気通路を開閉する排気バルブは、常に高温にさらされることから、バルブを熱的損傷から保護するために冷却する必要があり、従来から種々の冷却手段が提案されている。例えば、バルブのバルブステム内部を中空にして、この中空部内に熱伝導性のよい金属ナトリウムを封入した、内部冷却型バルブが知られている。このバルブによれば、運転中、金属ナトリウムが液化し、バルブの開閉運動により揺動して、バルブヘッドの熱をバルブステムに伝えて放出することにより、特に高温にさらされるバルブヘッドの温度を低下させて保護している。
【０００３】
上記バルブでは、空気や水と激しく反応する金属ナトリウムを封入しているため、エンジンを廃棄する際、バルブから封入されている金属ナトリウムを抜き出す必要があり、廃棄にコストがかかる問題をはらんでいる。また、バルブヘッドからバルブステムに伝導された熱はバルブステムを支持するシリンダヘッドのバルブガイドに伝わって逃げるだけであり、バルブの温度を下げる効果はそれ程大きくはない。
【０００４】
そこで、最近では、金属ナトリウムの代わりに冷却用のオイルを使用し、このオイルをバルブステムからバルブヘッドに供給する一方、バルブヘッドからバルブステムに戻し、バルブの外部に排出するように、オイルをバルブステムの内部で循環させてバルブヘッドを冷却するタイプの冷却装置が提案されている。
【０００５】
例えば、バルブステムに、その軸心にオイル流入通路を設ける一方、該軸心を中心とした円周上に周方向に適宜間隔をおいてオイル流出通路を複数設けて、エンジンの運転時にシリンダヘッドのオイル供給通路からバルブリフタの環状溝などを介してオイル流入通路にオイルを供給して、該オイルをバルブヘッドのオイル溜まりに導く一方、該オイル溜まりからオイル流出通路を介してバルブの外部に排出するように構成したものが提案されている（特許文献１参照）。
【０００６】
また、オイルの代わりに冷却水を利用し、この冷却水をバルブステムの軸心に設けた貫通穴から供給連通穴を介してバルブヘッドに設けた冷却室に供給する一方、該冷却室から戻り連通穴を介して凹部及び開口部からバルブの外部に排出するように構成したものも提案されている（特許文献２参照）。
【０００７】
さらに、オイルをバルブ内に供給するのに、回転するカムに連動してバルブを駆動するロッカーアームを介してバルブに供給するものも提案されている（特許文献３参照）。これによれば、ロッカーアームにオイル通路を設けて、該オイル通路からバルブステムの端面の軸心に設けた流入穴を介してバルブステムの端部（バルブステムエンド）にオイルを供給し、該バルブステムの端部からバルブヘッドに延びる冷却通路を介してバルブヘッドにオイルを流し、このオイルをバルブヘッドから再び冷却通路を介してバルブステムの端部側に流し、該端部付近に設けた流出穴を介してバルブの外部にオイルを排出するように構成している。
【０００８】
【特許文献１】特開平５−１６３９１０号公報
【特許文献２】実開昭６２−１０２１１号公報
【特許文献３】特開平５−２０２７４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した前２者（特許文献１，２）のバルブ冷却装置では、バルブステムに、オイル又は冷却水をバルブヘッドに導く通路と、バルブヘッドからオイル又は冷却水をバルブの外部に導く排出通路とを設けているので、バルブステム内部の構造が複雑となり、バルブの製造に手間がかかり、このためコスト高となる問題がある。
【００１０】
また、後者（特許文献３）のバルブ冷却装置では、ロッカーアームを介してバルブステム内部にオイルを供給しているため、ロッカーアームの揺動時でもロッカーアームのオイル通路とバルブステムの冷却通路とが常時連通してオイルが供給できるようにする必要があり、ロッカーアームとバルブステムとの接触部分の構造に高精度の加工が要求され、このためコスト高となる。また、加工精度によってはオイルがロッカーアームとバルブステムとの接触部分で漏洩してロッカーアームからバルブステムにオイルが十分供給されない問題がある。さらに、ロッカーアームからはオイルを供給するのみで、オイルの排出はバルブステム内部に新たに供給されたオイルにより押し出すことにより行っており、バルブステム内部でのオイルの循環がスムーズに行われないおそれがある。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、構造が簡単でコスト高にならず、十分な冷却能力があり、信頼性のあるバルブ冷却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】
【００１２】
上記目的を達成する本発明の請求項１に記載のバルブの冷却装置は、カムにより駆動されて、エンジンの燃焼室に連結された吸気・排気通路を開閉するバルブを冷却オイルにより冷却する冷却装置であって、前記バルブのバルブステムの内部に、前記バルブのバルブステムエンドからバルブヘッドに延びる中空部を設け、前記バルブステムエンドに前記カムにより駆動されるバルブリフタ（バルブフォロア）を設け、該バルブリフタに、前記中空部に冷却用オイルを供給し、該中空部から冷却用オイルを排出する供給・排出通路を設け、前記バルブリフタをスライド及び回転可能に保持するエンジンのシリンダヘッドに配置したバルブリフタ保持部に、前記供給・排出通路を介して前記中空部に前記冷却用オイルを供給する供給通路を設けて構成され、前記カムにより駆動されて前記バルブリフタが前記バルブリフタ保持部内でスライドすることにより、前記供給通路から前記供給・排出通路を介して前記中空部に前記冷却用オイルを供給し、また前記供給・排出通路を介して前記中空部から前記冷却用オイルを前記バルブの外部に排出することを特徴とする（図１及び図２参照）。
【００１３】
前記冷却用オイルとしては、例えば、前記バルブリフタと前記バルブリフタ保持部との間を潤滑する、潤滑油が使用される（請求項２）。
【００１４】
また、前記冷却用オイルの前記中空部への供給と前記中空部からの排出は、前記カムにより駆動されて前記バルブヘッドが前記吸気・排気通路を開いたとき、前記バルブリフタが前記バルブリフタ保持部内を一方向にスライドして前記供給通路を開き且つ該供給通路を前記供給・排出通路と連通させて、前記中空部に前記冷却用オイルを供給し（図１又は図４（Ａ）参照）、前記バルブヘッドが前記吸気・排気通路を閉じたとき、前記バルブリフタが前記バルブリフタ保持部内を他方向にスライドして前記供給通路を閉じ且つ前記供給・排出通路を前記バルブリフタ保持部から突出させて、該供給・排出通路を介して前記中空部内の前記冷却用オイルを前記バルブの外部に排出する（図２又は図４（Ｃ）参照）ように構成している（請求項３）。すなわち、バルブリフタとバルブリフタ保持部を供給通路の開閉バルブとして機能させ、吸気・排気通路の開閉動作に合わせて冷却用オイルをバルブステムの中空部に供給し、また中空部から冷却用オイルを排出するようにして、常に新しい冷却用オイルをバルブ内に循環させるようにしている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のバルブの冷却装置によれば、常に新しい冷却用オイルをバルブステムの中空部内で循環させているので、アルカリ金属（ナトリウム金属）を封入したタイプの冷却装置に比して温度低減効果が大きく、ノッキングが発生し難く、ノック限界をより向上させること（点火時期をより早めること）が可能となる。また、冷却用オイルをバルブステム内に循環させる中空部は１つであり、そしてこの中空部への冷却用オイルの供給と中空部からの冷却用オイルの排出は、バルブリフタに設けた供給・排出通路の１箇所で行っており、構造が極めて簡単で、製造が容易であり、このため製造コストを低く抑えることが可能となる。さらに、バルブリフタとバルブリフタ保持部とでバルブの役目を果たし、冷却用オイルの供給と排出を制御することが出来る。
【００１６】
また、冷却用オイルとしてバルブリフタとバルブリフタ保持部との間を潤滑する、潤滑油を使用する場合にあっては、冷却用にオイルを特別に準備しなくても済む。
【００１７】
また、冷却用オイルの供給と排出をバルブによる吸気・排気通路の開閉動作に連動させて、吸気・排気通路の開放時（特に燃焼室からの高温の燃焼ガスにバルブが曝される時）に冷却用オイルを供給してバルブを冷却し、冷却をそれ程必要としない吸気・排気通路の閉鎖時にバルブの冷却に使用した冷却用オイルを排出するようにした場合にあっては、常時冷却オイルを循環させてバルブを冷却する場合に比して冷却用オイルは必要最小限の量で済み、また必要最小限の冷却用オイルの量でも所定の冷却能力を確保することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下本発明のバルブの冷却装置の実施形態について図１乃至図４を参照して説明する。
【００１９】
先ず、本実施態様のバルブの冷却装置が適用されるバルブの概要について説明する。図１，図２に示すように、エンジンの燃焼室１０内に混合気を供給する吸気通路１１の吸気口部と、燃焼室１０から燃焼ガス（排気ガス）を排気通路１２に排出する該排気通路１２の排気口部にそれぞれバルブ（吸気・排気バルブ）２０が配置される。これらバルブ２０は、エンジンのシリンダヘッド１３に配置されたカム１４ａとカムシャフト１４ｂとからなるカム装置１４により直接駆動されて吸気通路１１の吸気口部と排気通路１２の排気口部をそれぞれ開閉するもので、吸気通路１１の吸気口部や排気通路１２の排気口部を開閉するバルブヘッド２１と、該バルブヘッド２１が一端に連設されたバルブステム２２と、該バルブステム２２のバルブステムエンドに配置されたバルブリフタ２３とを備える。バルブステム２２は、その中間部がエンジンのシリンダヘッド１３に配置されたバルブステムガイド１５によりスライド自在に支持される。また、バルブリフタ２３は、エンジンのシリンダヘッド１３に配置されたバルブリフタ保持部１６内にスライド且つ回転可能に嵌合され、カム１４により直接駆動されて該バルブリフタ保持部１６内で軸線方向にスライドする。バルブステム２２のバルブステムエンド付近にはリテーナ２４が配置され、該リテーナ２４とシリンダヘッド１３との間にはバルブ２０（バルブリフタ２３）をカム１４ａ側に常時付勢するバルブスプリング２５が配置される。
【００２０】
次に、上述したバルブ２０を冷却する冷却装置について説明する。この冷却装置は、バルブ２０の開閉動作に伴って、バルブリフタ２３とバルブリフタ保持部１６との間を潤滑する潤滑油を冷却用オイルとしてバルブ２０内部に供給する一方、バルブ２０内部から冷却用オイルを排出するように、冷却用オイルをバルブ２０内部で循環させて、バルブ２０を冷却するようにしており、中空部２６、供給・排出通路２７、オイル溜まり１７、供給溝１８等から構成される。
【００２１】
具体的には、図１，図２に示すように、バルブステム２２は、中空状で、その内部にバルブヘッド２１とバルブリフタ２３との間で軸線方向に延びる、上述した中空部２６が形成される。この中空部２６は、バルブヘッド２１側ではその内径が大きく、バルブリフタ２３側ではその内径が小さく設定される。また、中空部２６は、バルブステムエンドで開口している。
【００２２】
また、バルブリフタ２３には、その頭部に中空部２６と連通する、上述した供給・排出通路２７が形成される。この供給・排出通路２７は、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、バルブリフタ２３の頭部外周面に形成した周溝部分２７ａと、該周溝部分２７ａの位置でバルブリフタ２３の頭部を径方向に貫通して延びる、互いに直交し且つ周溝部分２５とそれぞれ連通する２本の貫通穴部分２７ｂと、バルブリフタ２３の頭部中央で軸方向に延び且つその一端が２本の貫通穴部分２７ｂとそれらの交差部で連通する軸穴部分２７ｃとから構成される。軸穴部分２７ｃは、その他端が開口し、この開口部を介して軸心が中空部２６の軸心と一致した状態で中空部２６のバルブステムエンド開口端と連通する。
【００２３】
また、バルブリフタ保持部１６には、冷却用オイルとなる潤滑油を一時的に溜めておくための、上述したオイル溜まり１７と、バルブリフタ２３が嵌合する内周面においてバルブリフタ２３の周溝部分２７ａと連通する、上述した供給通路としての供給溝１８が設けられる。オイル溜まり１７は、図示しない潤滑油タンク、ポンプ等を介して潤滑油が供給される。供給溝１８は、バルブリフタ保持部１６の内周面全周において軸線方向に所定長さにわたって設けられる。詳しくは、供給溝１８は、バルブリフタ２３の頭部がカム１４ａに押されることに伴ってバルブリフタ２３がバルブリフタ保持部１６内を進入する方向にスライドして、バルブヘッド２１が排気通路１２の排気口部や吸気通路１１の吸気口部を開いたとき、バルブリフタ２３の周溝部分２７ａと連通するように設定される（図１及び図４（Ａ）参照）。また、供給溝１８は、バルブリフタ２３からカム１４ａが逃げてバルブスプリング２５によりバルブリフタ２３がバルブリフタ保持部１６内から脱出する方向にスライドして、バルブヘッド２１が排気通路１２の排気口部や吸気通路１１の吸気口部を閉じる過程で、バルブリフタ２３の周溝部分２７ａとの連通を遮断するように設定される（図４（Ｂ）参照）。
【００２４】
バルブヘッド２１が排気通路１２の排気口部や吸気通路１１の吸気口部を閉じたとき、バルブリフタ２３の頭部は、バルブリフタ保持部１６から外に突出し（図２及び図４（Ｃ）参照）、該頭部の周溝部分２７ａは、バルブリフタ保持部１６から解放されてシリンダヘッド１３内の空間に露呈する。したがって、慣性によりバルブステムエンド側に流れた中空部２６内の冷却用オイルとしての潤滑油は、軸穴部分２７ｃ、貫通穴部分２７ｂを介して周溝部分２７ａからシリンダヘッド１３内の空間に排出される。周溝部分２７ａから排出された潤滑油は、シリンダヘッド１３内の図示しないオイルパンに回収される。
【００２５】
次に、上記冷却装置の作用について説明する。エンジンの運転時、カム装置１４のカム１４ａによってバルブ２０のバルブリフタ２３が直接駆動され、バルブヘッド２１が燃焼室１０に連通する吸気通路１１の吸気口部や排気通路１２の排気口部を開閉する。バルブヘッド２１が吸気通路１１の吸気口部や排気通路１２の排気口部を開いたとき、図１及び図４（Ａ）に示すように、カム１４ａに押されてバルブリフタ２３がバルブリフタ保持部１６内を進入方向にスライドして周溝部分２７ａが供給溝１８の箇所に位置し、これら周溝部分２７ａと供給溝１８とは連通状態となり、オイル溜まり１７内の潤滑油が、供給溝１８から周溝部分２７ａ、貫通穴部分２７ｂ及び軸穴部分２７ｃを介して中空部２６内に供給される。中空部２６内に供給された潤滑油は、その慣性によりバルブヘッド２１側に流れ、特に燃焼室１０から排気通路１２に流れ込む高温の燃焼ガスに曝されるバルブヘッド２１から熱を奪う。これによりバルブヘッド２１は冷却される。そして、バルブヘッド２１が吸気通路１１の吸気口部や排気通路１２の排気口部を閉じる過程で、図４（Ｂ）に示すように、カム１４ａがバルブリフタ２３の頭部から逃げる一方、バルブスプリング２５によりバルブリフタ２３がバルブリフタ保持部１６内を該バルブリフタ保持部１６から抜け出る方向にスライドすると、周溝部分２７ａは供給溝１８から外れて、周溝部分２７ａと供給溝１８との連通が遮断され、潤滑油の供給が停止する。この後、バルブヘッド２１が吸気通路１１の吸気口部や排気通路１２の排気口部を閉じると、図２及び図４（Ｃ）に示すように、バルブスプリング２５によりバルブリフタ２３の頭部がバルブリフタ保持部１６から突出して、周溝部分２７ａがバルブリフタ保持部１６から解放されてシリンダヘッド１３内の空間に露呈する。このとき、バルブヘッド２１から熱を奪い、慣性によりバルブステムエンド側に流れた潤滑油は、中空部２６から軸穴部分２７ｃ、貫通穴部分２７ｂ及び周溝部分２７ａを介してシリンダヘッド１３内の空間に排出され、この後、シリンダヘッド１３内の図示しないオイルパンに回収されて、再びオイル溜まり１７に送られる。
【００２６】
上述したように本実施態様の冷却装置によれば、バルブステム２２内の中空部２６は１本で、また潤滑油の供給・排出口は周溝部分２７ａの一箇所だけであり、構造が極めて簡単で、製造・組立が容易で、製造コストを低廉化することが出来る他に、バルブリフタ２３とバルブリフタ保持部１６が、バルブ２０（バルブヘッド２１）による吸気通路１１の吸気口部や排気通路１２の排気口部の開閉動作に連動して、供給溝１８と周溝部分２７ａとの連通、遮断（冷却用オイルとしての潤滑油の供給、供給停止、排出）を制御する制御バルブとしての機能を果たすため、潤滑油の供給、供給停止、排出のための専用の制御バルブを装備する必要がなく、このため装置を複雑化したり、部品点数が増加したりせず、よって製造コスト高にならずに済み、また信頼性が高く、メンテナンスが容易である。
【００２７】
また、潤滑油を常時流して冷却する方式とは異なり、エンジンの運転に連動して、バルブ２０（バルブヘッド２１）の冷却が必要なとき（特に燃焼室１０から排気通路１２に燃焼ガスを排出してバルブヘッド２１が該燃焼ガスに曝されるとき）にバルブ２０の中空部２６内に潤滑油を供給するようにしているので、潤滑油の量は必要最小限で済む。常時潤滑油を流して冷却する場合にあっては、冷却が一番必要なとき（バルブヘッド２１が高温の燃焼ガスに曝されるとき）に合わせて潤滑油の流量を設定し、この流量の潤滑油を、常時バルブ２０を含む冷却装置の循環路内に流す必要があるため、全体として多量の潤滑油が必要となるが、このような多量の潤滑油を必要としない。換言すると、必要最小限の潤滑油量でも常時多量の潤滑油を循環させる場合と同じ冷却能力を持たせることが可能となる。また、多量の潤滑油を、常時、バルブ２０を含む冷却装置の循環路内に流すための特別な装置を必要としない。
【００２８】
また、排気通路１２を開閉するバルブ２０は、バルブステムエンド側がバルブヘッド２１よりも下方に位置しているので、図２及び図４（Ｃ）に示すように、排気通路１２の閉鎖時において中空部２６から潤滑油を排出する際、この排出をスムーズに行うことが可能となる。
【００２９】
本発明のバルブの冷却装置の一実施態様を図１乃至図４を参照して説明したが、本発明はこの実施態様に示すものに限定されるものではなく、特許請求の範囲内において種々変更することが可能である。
【００３０】
例えば、バルブリフタ２３に２本の貫通穴部分２７ｂと１本の軸穴部分２７ｃを設けた場合を示したが、チューニングにより貫通穴部分２７ｂや軸穴部分２７ｃの本数を変更する場合がある。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明のバルブの冷却装置の一実施態様を示す、バルブリフト時の断面図である。
【図２】本発明のバルブの冷却装置の一実施態様を示す、バルブ閉鎖時の断面図である。
【図３】図１，図２中の供給・排出通路を備えたバルブリフタを示しており、（Ａ）はバルブリフタの拡大平面図、（Ｂ）は同拡大縦断面図である。
【図４】バルブの冷却装置の動作説明断面図で、（Ａ）はバルブリフト時の説明断面図、（Ｂ）はバルブ閉鎖途中の説明断面図、（Ｃ）はバルブ閉鎖時の説明断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０        燃焼室
１１        吸気通路
１２        排気通路
１３        シリンダヘッド
１４        カム装置
１５        バルブステムガイド
１６        バルブリフタ保持部
１７        オイル溜まり
１８        供給通路（供給溝）
２０        バルブ
２１        バルブヘッド
２２        バルブステム
２３        バルブリフタ
２４        リテーナ
２５        バルブスプリング
２６        中空部
２７        供給・排出通路
２７ａ      周溝部分
２７ｂ      貫通穴部分
２７ｃ      軸穴部分
【図１】
2006266130.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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