(57)【要約】【課題】閉じ渋りを抑制することが可能なバルブを提供することを課題とする。【解決手段】本発明は、内部に中空部を有する弁体と、前記弁体の先端に設けられた傘部と、前記弁体の基端側と前記傘部との間に設けられ、前記弁体の前記基端側よりも細い第１部分と、前記弁体の前記第１部分と前記傘部との間に設けられ、前記第１部分よりも肉厚の第２部分と、を具備するバルブである。本発明によれば、閉じ渋りを抑制することが可能なバルブを提供することが可能である。【選択図】図２
2018112087.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に中空部を有する弁体と、
前記弁体の先端に設けられた傘部と、
前記弁体の基端側と前記傘部との間に設けられ、前記弁体の前記基端側よりも細い第１部分と、
前記弁体の前記第１部分と前記傘部との間に設けられ、前記第１部分よりも肉厚の第２部分と、を具備するバルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はバルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関のバルブへのカーボンの固着を抑制するため、バルブに径の小さい部分であるカーボンリリーフを設けることがある（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−６５４５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
バルブの熱容量は断面積により決定されるため、径が小さくなり断面積も小さくなると熱容量が小さくなる。これにより、バルブの温度変化が大きくなり、熱膨張量が増大する。この結果、バルブの閉じ渋りが発生する。そこで、閉じ渋りを抑制することが可能なバルブ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】
【０００５】
上記目的は、内部に中空部を有する弁体と、前記弁体の先端に設けられた傘部と、前記弁体の基端側と前記傘部との間に設けられ、前記弁体の前記基端側よりも細い第１部分と、前記弁体の前記第１部分と前記傘部との間に設けられ、前記第１部分よりも肉厚の第２部分と、を具備するバルブによって達成できる。
【発明の効果】
【０００６】
閉じ渋りを抑制することが可能なバルブを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は内燃機関を例示する模式図である。
【図２】図２はバルブを例示する断面図である。
【図３】図３（ａ）はバルブの位置ごとの断面積を示す模式図である。図３（ｂ）は部品の変位量を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して本実施形態のバルブについて説明する。図１は内燃機関１００を例示する模式図である。内燃機関１００は例えば自動車などに搭載されるガソリンエンジンである。
【０００９】
図１に示すように、内燃機関１００のシリンダヘッド１０には吸気ポート１２および排気ポート１４が設けられている。吸気ポート１２および排気ポート１４それぞれにはバルブ２０が設けられている。バルブ２０の先端部は燃焼室１１側に位置し、基端側はロッカーアーム１８の一端に接触する。ロッカーアーム１８の他端はラッシュアジャスタ１６に接触する。ラッシュアジャスタ１６は例えば油圧式ラッシュアジャスタであり、ロッカーアーム１８を支持することで、ロッカーアーム１８とバルブ２０との間のクリアランスを調整する。ラッシュアジャスタ１６、ロッカーアーム１８およびバルブ２０は、吸気ポート１２および排気ポート１４に対応してそれぞれ２つ設けられている。
【００１０】
不図示のカムがロッカーアーム１８を押圧することで、バルブ２０は押し下げられ、吸気ポート１２および排気ポート１４が開く。このときラッシュアジャスタ１６はバルブ２０とは反対方向に上昇する。押し下げられたバルブ２０は、例えばシリンダヘッド１０に設けられた不図示のバネの弾性力により押し上げられ吸気ポート１２および排気ポート１４は閉じる。このときロッカーアーム１８はバルブ２０のリフト方向とは反対方向（図１の矢印Ａ１の方向）に沈み込む。
【００１１】
図２はバルブ２０を例示する断面図である。図２に示すように、バルブ２０の弁体２１には、先端側から基端側にかけて、傘部２２、軸部２３、カーボンリリーフ２６および軸部２４が設けられている。傘部２２により図１に示した吸気ポート１２および排気ポート１４が開閉され、開弁状態のとき傘部２２は燃焼室１１内に入る。軸部２４はシリンダヘッド１０内で摺動する。
【００１２】
図２に示すように、バルブ２０の傘部２２と軸部２４との間に、カーボンリリーフ２６および軸部２３（第２部分）が設けられている。カーボンリリーフ２６は、軸部２３と軸部２４との間に位置し、軸部２３および２４よりも直径の小さな小径部２６ａ（第１部分）を有する。カーボンリリーフ２６の下端２６ｂは、軸部２３よりも直径が縮小しはじめる位置である。カーボンリリーフ２６により、バルブ２０へのカーボンの付着および堆積が抑制される。
【００１３】
弁体２１の形状の変化は滑らかである。すなわち傘部２２と軸部２３との間、軸部２３とカーボンリリーフ２６との間、カーボンリリーフ２６と軸部２４との間は、それぞれ曲線で接続されている。言い換えれば、傘部２２と軸部２３との間、軸部２３とカーボンリリーフ２６との間、カーボンリリーフ２６と軸部２４との間において、急峻な段差ではなく、なだらかな斜面が形成される。
【００１４】
バルブ２０の弁体２１は例えば耐熱鋼（ＳＵＨ：Steel Use Heat Resisting）などの金属で形成されている。弁体２１の内部には軸部２３から軸部２４にかけて、円筒状の中空部２８が設けられている。中空部２８の中には弁体２１よりも熱伝導率の高い金属ナトリウムが封入されている。これによりバルブ２０の放熱性が向上し、またバルブ２０が軽量化される。
【００１５】
軸部２３において、中空部２８の内壁から弁体２１の外壁までの厚さはＴ１である。小径部２６ａにおいて、中空部２８の内壁から弁体２１の外壁までの厚さはＴ２であり、Ｔ１より小さい。すなわち、小径部２６ａは肉薄であり、軸部２３は肉厚である。また、弁体２１は小径部２６ａから傘部２２に向かうほど肉厚になる。
【００１６】
傘部２２の直径をＤ１、軸部２３の直径をＤ２、小径部２６ａの直径をＤ３、軸部２４の直径をＤ４、中空部２８の直径をＤ５とする。傘部２２は弁体２１のうち最も直径の大きい部分であり、Ｄ１はＤ２〜Ｄ５のいずれよりも大きい。小径部２６ａは弁体２１のうち最も直径の小さい部分であり、Ｄ３はＤ１、Ｄ２、およびＤ４よりも小さい。中空部２８の直径Ｄ５は小径部２６ａの直径Ｄ３よりも小さい。軸部２３の直径Ｄ２と軸部２４の直径Ｄ４とは等しくてもよいし、異なってもよい。中空部２８の下端からバルブ２０の下面までの長さＬ１は、中空部２８の直径Ｄ５より大きい。
【００１７】
軸部２３の断面積Ｓ１はπ（Ｄ２／２）２であり、小径部２６ａの断面積Ｓ２はπ（Ｄ３／２）２である。軸部２３の断面積Ｓ１は小径部２６ａの断面積Ｓ２より大きく、例えば２倍以上である。
【００１８】
図３（ａ）はバルブ２０の位置ごとの断面積を示す模式図である。横軸は位置、縦軸は断面積を示す。図３（ａ）に示すように、傘部２２から小径部２６ａにかけて断面積は小さくなる。下端２６ｂの断面積は軸部２３の断面積Ｓ１に等しく、小径部２６ａの断面積Ｓ２はＳ１の半分以下である。また傘部２２の断面積Ｓ３（＝π（Ｄ１／２）２）は小径部２６ａの断面積Ｓ２の１０倍程度である。
【００１９】
図３（ｂ）は部品の変位量を示す図である。横軸は内燃機関１００（エンジン）始動からの経過時間、縦軸は変位量を示す。図中の黒丸は第１実施形態、白丸は比較例それぞれにおけるバルブ２０の変位量を示す。バルブ２０の変位量とは、温度変化によるバルブ２０の延伸方向における熱膨張量である。比較例とは、軸部２３が小径部２６ａと同程度の直径を有する例である。また、図中の実線は閉弁時のラッシュアジャスタ１６の沈み込み量を示す。
【００２０】
図３（ｂ）に示すように、始動時からバルブの変位量は大きくなり、一定の値に近づく。第１実施形態における変位量は比較例よりも小さい。図３（ｂ）に破線の楕円で示した期間において、比較例における変位量はラッシュアジャスタ１６の沈み込み量より大きくなる。すなわち、バルブがラッシュアジャスタ１６の沈み込み量より大きく熱膨張する。このため、バルブのリフト量がゼロでも吸気ポートおよび排気ポートを閉じることができない、いわゆる閉じ渋りが発生する。一方、黒丸で示した第１実施形態では伸び量がラッシュアジャスタ１６の沈み込み量より小さい。すなわち第１実施形態によれば閉じ渋りの発生が抑制される。
【００２１】
比較例では直径が小さいため、バルブの熱容量が小さい。このため燃焼室１１の熱によりバルブの温度が上昇しやすく、温度変化に伴う熱膨張量も大きくなる。特に中空部があることでバルブは肉薄になり、熱容量は小さくなる。また、低燃費かつ高出力の内燃機関では、燃焼室１１が高温になり、バルブ先端も高温にさらされるため、熱膨張しやすい。したがって比較例では熱膨張量が大きくなる。閉じ渋りが発生すると、燃焼室からの未燃ガスの流出、失火、および不安定な燃焼による騒音、振動などが生じる恐れがある。特に冷間始動時には点火を遅角させることがあり、未燃ガスの流出、失火などが起きやすくなる。また、燃焼が適切に行われないため、許容回転数が低下する。
【００２２】
これに対し第１実施形態によれば、小径部２６ａと傘部２２との間に、小径部２６ａよりも肉厚の軸部２３が設けられている。このため、バルブ２０の熱容量が増大し、温度変化は小さくなる。この結果、図３（ｂ）に示したように、熱膨張量（伸び量）も小さくなり、閉じ渋りの発生が抑制される。したがって、燃焼室１１からの未燃ガスの流出、失火、および不安定な燃焼による騒音、振動なども抑制される。燃焼が適切に行われるため、許容回転数の低下が抑制される。
【００２３】
バルブ２０は中空部２８を有する。このため小径部２６ａ付近では肉薄であり、熱容量が小さくなる。一方、軸部２３から傘部２２にかけて弁体２１は肉厚であるため、熱容量が大きくなり、熱膨張量が小さくなる。バルブ２０の先端側に位置する傘部２２および軸部２３の熱容量が大きいため、バルブ２０の先端側に燃焼室１１の熱が伝達された場合でも、熱膨張量は小さく、閉じ渋りは効果的に抑制される。
【００２４】
図３（ａ）に示したように、軸部２３の断面積Ｓ１は小径部２６ａの断面積Ｓ２の２倍以上であることが好ましく、３倍以上などでもよい。また、中空部２８の下端からバルブ２０の下面までの長さＬ１は、中空部２８の直径Ｄ５より大きいことが好ましい。これによりバルブ２０の先端側の熱容量がより大きくなり、熱膨張量が小さくなり、閉じ渋りが効果的に抑制される。図２では中空部２８の下端が傘部２２近傍に位置するが、例えば軸部２３の途中など、より基端側に位置してもよい。長さＬ１が大きくなり、熱容量がさらに増大する。
【００２５】
中空部２８には金属ナトリウムが封入される。このためバルブ２０の軽量化および放熱性の向上が可能である。中空部２８に封入する物質は、バルブ２０の弁体２１の材質よりも熱伝導率の高いものであればよい。
【００２６】
弁体２１に小径部２６ａを含むカーボンリリーフ２６が設けられている。このため、バルブ２０へのカーボンの堆積が抑制され、バルブ２０の動作が円滑に行われる。また、弁体２１の形状の変化は滑らかである。すなわち傘部２２と軸部２３との間、軸部２３とカーボンリリーフ２６との間、カーボンリリーフ２６と軸部２４との間は、急峻な段差ではなく、緩やかな曲線で接続される。このため、温度変化により生じる応力の集中が抑制され、バルブ２０の破損が抑制される。また、段差を形成する場合よりもバルブ２０の軽量化が可能である。
【００２７】
第１実施形態は吸気ポート１２側のバルブ２０（吸気弁）、および排気ポート１４側のバルブ２０（排気弁）の少なくとも一方に適用すればよい。高温の排気が流れる排気ポート１４側のバルブ２０に適用することで、閉じ渋りを効果的に抑制することができる。また吸気ポート１２および排気ポート１４の両方におけるバルブ２０に適用することで、吸気過程および排気過程における閉じ渋りを抑制することができる。
【００２８】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００２９】
１０            シリンダヘッド
１２            吸気ポート
１４            排気ポート
１６            ラッシュアジャスタ
１８            ロッカーアーム
２０            バルブ
２１            弁体
２２            傘部
２３、２４      軸部
２６            カーボンリリーフ
２６ａ          小径部
２６ｂ          下端
２８            中空部
１００          内燃機関
【図１】
2018112087.tif 000003
【図２】
2018112087.tif 000004
【図３】
2018112087.tif 000005