(57)【要約】【課題】バルブに備わるバルブヘッドの温度を効率よく調整し易く、バルブヘッドの温度調整性能に優れるバルブ構造を提供する。【解決手段】バルブ構造１は、バルブヘッド２１とバルブステム２２とを有するバルブ２と、バルブ２の温度を調整する流体が供給される凹部３と、バルブステム２２のステムエンド側に接続されて排気ポート１１を開く際のバルブヘッド２１の変位に伴って凹部３内を加圧するリテーナ４とを備える。バルブ２は、凹部３内の加圧により凹部３内の流体が流通する往路２３１及び復路２３３を有する流通路２３と、バルブステム２２のリテーナ４よりもバルブヘッド２１側及びステムエンド側に開口する流入口２４及び流出口２５とを有する。往路２３１は、流入する流体をバルブステム２２からバルブヘッド２１に流通させ、復路２３３は、往路２３１を流通した流体をバルブヘッド２１からバルブステム２２へ流通させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッドの吸排気ポートを開閉するバルブヘッドと、前記バルブヘッドを支持するバルブステムとを有するバルブと、
前記シリンダヘッドに形成され、前記バルブステムが挿通される底部と、前記バルブステムの周囲を囲む周壁部とを有し、前記バルブの温度を調整する流体が供給される凹部と、
前記バルブステムの前記バルブヘッドとは反対側に接続され、前記吸排気ポートを開く際の前記バルブヘッドの変位に伴って前記凹部内を加圧するリテーナとを備え、
前記バルブは、
その内部に形成されて、前記凹部内の加圧により前記凹部内の前記流体が流通する流通路と、
前記バルブステムの前記リテーナよりも前記バルブヘッド側に開口し、前記流体を前記流通路に流入させる流入口と、
前記バルブステムの前記リテーナよりも前記バルブヘッドの反対側に開口し、前記流通路の前記流体を流出させる流出口とを有し、
前記流通路は、
前記流入口から流入する前記流体を前記バルブステムから前記バルブヘッドに流通させる往路と、
前記往路を流通した前記流体を前記バルブヘッドから前記バルブステムへ流通させて前記流出口から流出させる復路とを有するバルブ構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バルブ構造に関する。特に、バルブに備わるバルブヘッドの温度を効率よく調整し易く、バルブヘッドの温度調整性能に優れるバルブ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの燃焼室への吸気や燃焼室からの排気を行うバルブの温度を調整する構造として、特許文献１の中空排気バルブ冷却構造や特許文献２の内燃機関のシリンダヘッドが知られている。これらの文献の技術は、バルブのバルブステムからバルブヘッドに亘って形成される内部空間に熱伝導性の高い媒体を封入している。この媒体は、シリンダヘッドの吸排気ポートの開閉時に、バルブステムの軸方向に沿うバルブの往復運動に伴ってバルブヘッドとバルブステムとの間で移動する。媒体が移動することで、燃焼室での燃焼により加熱されたバルブヘッドの熱が媒体を介してバルブステムに伝達されて放熱される。この放熱は、シリンダヘッドに固定されてバルブステムの外周が摺接するバルブガイドが、特許文献１では、その外側からオイルを吹き付けられて冷却されること、特許文献２では、ウォータージャケットに流入する冷媒に接して冷却されることで行われている。また、特許文献２では、バルブガイドがヒータに接して加熱されることで、バルブステムに熱を伝達し、媒体を介してバルブヘッドを加熱している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−０３２３０６号公報
【特許文献２】特開２００６−１２５２７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１や特許文献２では、バルブヘッドの温度の調整は、バルブ内部に封入された媒体とバルブの外側で冷却又は加熱されるバルブガイドとでバルブステムを介して熱交換することで行っている。そのため、バルブの温度の調整が効率的ではなく、バルブの温度調整性能を向上させ難い。
【０００５】
本発明の目的の一つは、バルブに備わるバルブヘッドの温度を効率よく調整し易く、バルブヘッドの温度調整性能に優れるバルブ構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係るバルブ構造は、
シリンダヘッドの吸排気ポートを開閉するバルブヘッドと、前記バルブヘッドを支持するバルブステムとを有するバルブと、
前記シリンダヘッドに形成され、前記バルブステムが挿通される底部と、前記バルブステムの周囲を囲む周壁部とを有し、前記バルブの温度を調整する流体が供給される凹部と、
前記バルブステムの前記バルブヘッドとは反対側に接続され、前記吸排気ポートを開く際の前記バルブヘッドの変位に伴って前記凹部内を加圧するリテーナとを備え、
前記バルブは、
その内部に形成されて、前記凹部内の加圧により前記凹部内の前記流体が流通する流通路と、
前記バルブステムの前記リテーナよりも前記バルブヘッド側に開口し、前記流体を前記流通路に流入させる流入口と、
前記バルブステムの前記リテーナよりも前記バルブヘッドの反対側に開口し、前記流通路の前記流体を流出させる流出口とを有し、
前記流通路は、
前記流入口から流入する前記流体を前記バルブステムから前記バルブヘッドに流通させる往路と、
前記往路を流通した前記流体を前記バルブヘッドから前記バルブステムへ流通させて前記流出口から流出させる復路とを有する。
【発明の効果】
【０００７】
上記バルブ構造は、バルブヘッドの上記変位によるリテーナの凹部内の加圧を利用して凹部内の流体をバルブ内に流通させられるため、バルブヘッドの温度を効率よく調整し易く、バルブヘッドの温度調整性能に優れる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態１に係るバルブ構造の概略を示し、排気ポートが閉じられた状態を示す断面図である。
【図２】実施形態１に係るバルブ構造の概略を示し、排気ポートが開かれた状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明のバルブ構造の実施形態を、図１、図２を参照しつつ以下に説明する。図中の同一符号は同一名称物を示す。
【００１０】
《実施形態１》
〔バルブ構造〕
実施形態１に係るバルブ構造１は、エンジン（レシプロエンジン）の燃焼室への吸気や燃焼室からの排気を行うバルブ２と、エンジンのシリンダヘッド１０に形成されてバルブ２の温度を調整する流体が供給される凹部３と、バルブ２に接続されるリテーナ４とを備える。このバルブ構造１の特徴の一つは、吸排気の際のバルブ２の移動に連動してリテーナ４が凹部３内を加圧することで、凹部３内の流体をバルブ２の内部に流通させて外部に流出させる点にある。以下、各構成を詳細に説明する。図１、図２では、排気ポート１１側のバルブ構造１を例に示している。吸気ポート側のバルブ構造は、図示は省略しているが、排気ポート１１側のバルブ構造１と同様の構成とすることができる。
【００１１】
［バルブ］
バルブ２は、排気ポート１１を開閉するバルブヘッド２１と、バルブヘッド２１を支持するバルブステム２２とを有する。バルブ２の内部には、凹部３内の流体が流通する流通路２３が形成され、バルブステム２２には、流通路２３の流入口２４及び流出口２５が開口している。バルブ２の材質は、例えば、耐熱鋼などが挙げられる。
【００１２】
（バルブヘッド・バルブステム）
バルブヘッド２１は、燃焼室の一部を形成するもので、その形状は、ここでは円錐台状としている。バルブステム２２は、外形が円形状の長尺材で、シリンダヘッド１０の凹部３の底部３１に挿通されている。バルブステム２２の外周には、シリンダヘッド１０に固定されてバルブステム２２を摺動可能に支持するバルブガイド（図示略）が設けられる。バルブステム２２のバルブヘッド２１とは反対側（ステムエンド側）には、後述のリテーナ４を接続するための嵌め込み溝（図示略）が形成されている。リテーナ４がバルブステム２２からそのステムエンド側に抜けないように、この嵌め込み溝に図示しない半割り型のコッター（くさび）を介してリテーナ４を接続している。
【００１３】
バルブ２は、後述のバルブスプリング５の付勢力がリテーナ４に作用することで、バルブステム２２の軸方向に沿ってステムエンド側に付勢されている（図１）。即ち、常時は、バルブヘッド２１が排気ポート１１を閉鎖している。バルブヘッド２１による排気ポート１１の開放は、カムシャフト（図示略）の回転に伴ってカム（図示略）がバルブ２をバルブスプリング５の付勢力に抗ってバルブステム２２の軸方向に沿ってバルブヘッド２１側に移動させることで行われる（図２）。この開放方式は、カムがバルブ２を直接押すことで移動させる直動式と、ロッカーアーム（図示略）を介してバルブ２を移動させる、即ち、カムがロッカーアームを押し、ロッカーアームがバルブ２を押すことで移動させるロッカーアーム式とが挙げられる。ここでは、開放方式は、ロッカーアーム式としている。一方、バルブヘッド２１による排気ポート１１の閉鎖は、カムによるバルブ２のバルブヘッド２１側への押圧が解除された際、バルブスプリング５の付勢力によりバルブ２をステムエンド側に移動させることで行われる（図１）。
【００１４】
（流通路・流入口・流出口）
流通路２３は、凹部３内の流体が流通する。流体がバルブ２の内部の流通路２３を流通することで、バルブヘッド２１（バルブ２）の温度が調整される。バルブヘッド２１の温度を調整することで、燃焼室の温度を適切な温度範囲に保ち易く、ノッキングの発生を抑制したり、エンジンの始動性を向上させることができる。流体は、代表的には、潤滑油（エンジンオイル）が挙げられ、その他、空気でもよいし、潤滑油と空気の両方（オイルミストを含む）でもよい。熱伝達性を考慮すれば、液体が含まれている流体、即ち、液体又は気液混合体が好ましい。潤滑油は、オイルポンプにより凹部３を含むステムエンド周辺に供給される。バルブヘッド２１を冷却する場合、冷却した流体を利用し、バルブヘッド２１を暖める場合、加熱した流体を利用する。流体の冷却には、例えば流体が潤滑油の場合、オイルパンが利用でき、流体の加熱には、例えばヒータが利用できる。ここでは、冷却した流体を利用してバルブヘッド２１を冷却する。流体の流通は、リテーナ４による凹部３内の加圧によって行われる。詳しくは、後述する。
【００１５】
流通路２３は、流入口２４から流入する凹部３内の流体をバルブステム２２からバルブヘッド２１に流通させる往路２３１と、往路２３１を流通した流体をバルブヘッド２１からバルブステム２２へ流通させて流出口２５から流出させる復路２３３とを有する。往路２３１と復路２３３とは、往路２３１から復路２３３へ折り返す折り返し路２３２を介して連通しており、その折り返し路２３２は、バルブヘッド２１内に形成されている。流入口２４は、バルブステム２２のうち、リテーナ４よりもバルブヘッド２１側で、かつバルブ２がバルブヘッド２１側へ移動した際、凹部３内に位置する箇所に開口している。流出口２５は、バルブステム２２のうち、リテーナ４よりもステムエンド側に開口している。
【００１６】
往路２３１と復路２３３の数は、適宜選択でき、それぞれ単数でもよいし複数でもよい。往路２３１と復路２３３の数は、同一でもよいし異なっていてもよい。例えば、往路２３１が複数の場合、折り返し路２３２と復路２３３とを往路２３１と同数として、各往路２３１と各復路２３３とを各折り返し路２３２で連通させてもよいし、折り返し路２３２と復路２３３とをそれぞれ１つとし、全往路２３１を折り返し路２３２で合流させて復路２３３と連通させてもよい。
【００１７】
ここでは、往路２３１は、バルブステム２２の外周側に形成される２つのＬ字路で構成され、復路２３３は、バルブステム２２の中央に形成される１つのＴ字路で構成されている。流入口２４と流出口２５はそれぞれ２つずつ開口している。各Ｌ字路は、流入口２４からバルブステム２２の径方向に沿って延びる横路と、横路に連通してバルブステム２２の長手方向に沿って直線状にバルブヘッド２１まで延びる縦路とで構成される。Ｔ字路は、往路２３１同士の間でバルブステム２２の長手方向に沿ってバルブヘッド２１からステムエンド近傍まで延びる縦路と、縦路の出口で二股に分岐し、バルブステム２２の径方向に延びてそれぞれ流出口２５に繋がる横路とで構成される。往路２３１の２つのＬ字路は、折り返し路２３２で合流して復路２３３の縦路に連通している。この折り返し路２３２の空間形状は、バルブヘッド２１の形状に沿った円錐台状としている。
【００１８】
バルブ２の製造は、例えば、バルブヘッド２１とバルブステム２２とを個々に作製し、両者を一体化することで行える。バルブヘッド２１の作製は、次のようにして行える。円錐台状の柱状ブロック材を準備し、円錐台の上面に穴あけ加工を施して、輪郭形状が円柱状の凹部を形成する。続いて、凹部の底に向かうに連れて凹部の内径が大きくなるように凹部の内側面に切削加工を施す。そうして、輪郭形状が円錐台状の折り返し路２３２を形成する。一方、バルブステム２２の作製は、次のようにして行える。長尺な円柱状の棒材を準備し、一端側（バルブヘッド２１側）の端面に穴あけ加工を施して往路２３１及び復路２３３の縦路を形成する。復路２３３の縦路は、往路２３１の縦路よりもステムエンド側に長く延びている。続いて、棒材におけるリテーナ４の接続箇所よりも一端側の側面に、往路２３１の縦路に繋がるように穴あけ加工を施して、流入口２４と横路とを形成する。また、棒材におけるリテーナ４の接続箇所よりも他端側（ステムエンド側）の側面に、復路２３３の縦路に繋がる貫通孔を形成するように穴あけ加工を施し、流出口２５と復路２３３の横路とを形成する。バルブステム２２におけるリテーナ４の嵌め込み溝は、切削加工などで形成できる。バルブヘッド２１とバルブステム２２との一体化は、例えば、溶接やねじ結合などで行える。
【００１９】
［凹部］
凹部３は、シリンダヘッド１０に形成され、バルブヘッド２１（バルブ２）の温度を調整する流体が供給される。この凹部３は、バルブステム２２が挿通される底部３１と、バルブステム２２の周囲を囲む周壁部３２とを有する。この凹部３内には、バルブスプリング５が収納されている。流体が潤滑油の場合、オイルポンプにより潤滑油が連続して供給されて、凹部３内が潤滑油で略満たされていてもよい。凹部３の輪郭形状は、その深さ方向に一様な径を有する円柱状である。凹部３の深さ（周壁部３２の高さ）は、排気ポート１１が閉状態のとき（図１）、リテーナ４により凹部３内が圧縮されず、流体が供給される程度の深さ（高さ）であり、排気ポート１１が開状態のとき（図２）、リテーナ４により凹部３内が圧縮される程度の深さ（高さ）とすることが挙げられる。凹部３の直径は、周壁部３２とリテーナ４との間の間隔が、リテーナ４により凹部３内を十分に加圧できて、かつカムによりバルブ２を駆動する負荷が過度に大きくならない適当な間隔となる長さとすることが好ましい。
【００２０】
［リテーナ］
リテーナ４は、バルブステム２２のステムエンド側に接続されて、排気ポート１１を開く際のバルブヘッド２１の変位（バルブ２のバルブステム２２の軸方向に沿うバルブヘッド２１側への移動）に伴って、凹部３内を加圧する。その加圧により、凹部３内の流体がバルブ２の流入口２４からバルブ２内に流入されての流通路２３を流通し、流通路２３内の流体が流出口２５からバルブ２外に流出される。リテーナ４の形状は、凹部３の断面形状に適合した形状であればよく、ここでは円板状である。リテーナ４の外径は、上述した凹部３の直径と同様、リテーナ４と周壁部３２との間の間隔が適当な間隔となる長さとすることが好ましい。リテーナ４の材質は、例えば、機械構造用炭素鋼などが挙げられる。
【００２１】
リテーナ４は、バルブスプリング５のステムエンド側への付勢力を受ける。リテーナ４へのバルブスプリング５の付勢力により、バルブ２をバルブステム２２の軸方向に沿ってステムエンド側に付勢する。バルブスプリング５は、バルブステム２２の外周を囲むようにバルブステム２２と同心状に配置されており、その一端側がリテーナ４に当て止めされ、その他端側が凹部３の底部３１に当て止めされている。
【００２２】
［流体の流通動作］
バルブ構造１における流体の流通動作を説明する。図２中の細矢印は、流体の流れを示す。
【００２３】
バルブヘッド２１が排気ポート１１を閉鎖しているとき、凹部３が開口していて凹部３内に流体が供給される（図１）。カムの回転によりロッカーアームがバルブステム２２のステムエンドをバルブヘッド２１側へ押圧すると、リテーナ４が凹部３内を加圧する（図２）。この加圧により、凹部３内に位置する流入口２４と凹部３外に位置する流出口２５とで圧力差が生じて、凹部３内が高圧、凹部３外が低圧となる。そのため、凹部３内の流体は、流入口２４からバルブ２内に流入する。流入した流体は、往路２３１を通ってバルブステム２２からバルブヘッド２１に送られる。バルブヘッド２１に送られた流体は、折り返し路２３２で折り返されて復路２３３へ送られる。この流体は、往路２３１から復路２３３へ折り返す過程（折り返し路２３２を流通する過程）で、バルブヘッド２１の熱が伝達される。熱が伝達された流体は、復路２３３を通ってバルブヘッド２１からバルブステム２２に送られ、流出口２５からバルブ２外へ排出される。流体が潤滑油の場合、バルブ２外へ排出された流体は、オイルパン（図示略）に戻されて冷却され、オイルポンプで凹部３内に循環される。こうして、バルブヘッド２１を冷却して、バルブ２（バルブヘッド２１）の温度を調整する。
【００２４】
〔作用効果〕
上述した実施形態１のバルブ構造１は、冷却した流体を常時供給しつつ、バルブ２のバルブヘッド２１側への移動によるリテーナ４の凹部３内の加圧を利用して、凹部３内の流体をバルブ２内に流通させることができる。そのため、バルブヘッド２１を効率良く冷却し易く、バルブヘッド２１の温度が過度に高くなることを効果的に抑制し易い。このように、バルブヘッド２１の冷却性能に優れるため、バルブヘッド２１の温度を適切な温度範囲に調整し易い。従って、燃焼室内の温度を適切な温度範囲に調整し易く、ノッキングを抑制し易い。また、バルブ２の内部に複数の往路２３１と復路２３３が形成されていることで、バルブ２の軽量化を図れる。
【００２５】
《変形例１》
変形例１のバルブ構造は、バルブヘッドによる排気ポートの上記開放形式を直動式とした点が実施形態１のバルブ構造１と相違する。このバルブ構造は、実施形態１のバルブ構造１に更にバルブとカムとの接触面積を確保するためのリフターを備える。以下の説明は、相違点を中心に行ない、同様の構成及び同様の効果はその説明を省略する。
【００２６】
リフターは、ステムエンドに取り付けられてステムエンド及びリテーナを覆う天板部と、天板部の周縁部に形成され、排気ポートを開く際のバルブヘッドの変位に伴って、リテーナと共に凹部内を加圧する側壁部とを有する。
【００２７】
天板部は、カムが直接接触する。そのため、リフターを備えることでカムがステムエンドに直接接触することを防止でき、ステムエンドの摩耗を防止できる。天板部の形状は、円板状である。天板部の直径は、リテーナの直径よりも大きくて、上述の凹部の直径などと同様、天板部と凹部の周壁部との間の間隔が適当な間隔となる長さとすることが好ましい。天板部と側壁部とリテーナとの間には、流出口から排出された流体が供給される空間が形成され、天板部には、その空間からリフター外に貫通する貫通孔が形成されている。この貫通孔が、流出口から流出した流体を上記空間からリフター外に排出する。
【００２８】
側壁部は、リテーナと凹部の周壁部との間に介在され、リテーナの側面に連結されると共にバルブステム及びバルブスプリングの周囲を囲む内周面と、凹部の周壁部に対向する外周面とを有する。側壁部の内周面とリテーナとの間は、隙間がなく密閉されている。そのため、バルブのバルブヘッド側への移動により、側壁部とリテーナとで凹部内を加圧でき、その際、天板部とリテーナとの間に凹部内の流体が流入しない上に、流出口から流出された流体が凹部内に戻ることを防止できる。
【００２９】
《変形例２》
変形例２のバルブ構造は、バルブの往路の縦路が、復路の縦路の外周を囲む１本の円筒孔である点が実施形態１のバルブ構造１と相違する。このバルブの製造は、次のようにして行える。まず、バルブステムの外側筒状部とバルブヘッドとが一連に形成された三角フラスコ形状の第一部材と、復路の縦路の大半が形成された内側筒状部と、復路の縦路の残部と復路の横路とが形成されてステムエンドを構成する後端部とを有する第二部材とを個々に作製する。第一筒部材の作製は、バルブヘッドの底面と同外径の有底筒状部材を準備し、深絞り加工を複数回施すことで行える。第二部材は、バルブステムと同外径で短尺の太円柱状部と、太円柱状部よりも径が細くて長尺の細円柱状部とが同軸上で一連に形成された柱状部材を準備する。この細円柱状部の外径は、外側筒状部の内径よりも細い。この柱状部材のうち、細円柱状部の端面に穴あけ加工を施して、太円柱状部側に延びる復路の縦路を形成する。続いて、太円柱状部の側面に、復路の縦路に繋がる貫通孔を形成するように穴あけ加工を施し、流出口と復路の横路とを形成する。第一部材と第二部材とを作製後、第二部材の内側筒状部を第一部材の外側筒状部内に収納し、両部材を一体化する。この一体化は、実施形態１と同様、溶接やねじ結合などで行える。一体化後、外側筒状部と内側筒状部との間に形成される円筒状の空隙が往路の縦路となる。両部材の一体化後、外側筒状部のステムエンド側に穴あけ加工を施して、流入口及び往路の横路を形成する。この流入口及び往路の横路の形成は、第一部材を作製後、第一部材と第二部材との一体化の前に行ってもよい。そうすれば、穴あけ加工で内側筒状部が損傷することを防止できる。
【００３０】
本発明は、これらの例示に限定されず、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。例えば、バルブを加熱するために、加熱した流体を利用してもよい。流体の加熱は、例えばヒータを利用できる。加熱した流体をバルブ内に流通させることで、エンジンの始動時などにバルブを介して燃焼室の温度を上昇させることができる。それにより、エンジンの始動性を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明のバルブ構造は、自動車のエンジンの吸排気バルブの構造に好適に利用できる。
【符号の説明】
【００３２】
１  バルブ構造
２  バルブ
２１  バルブヘッド
２２  バルブステム
２３  流通路
２３１  往路
２３２  折り返し路
２３３  復路
２４  流入口
２５  流出口
３  凹部
３１  底部
３２  周壁部
４  リテーナ
５  バルブスプリング
１０  シリンダヘッド
１１  排気ポート
【図１】
2018105151.tif 000003
【図２】
2018105151.tif 000004