(57)【要約】【課題】バルブ傘部の熱をバルブ軸側に効率良く熱輸送してエンジンバルブの冷却性を高め、エンジンの寿命と信頼性を向上させるとともに、エンジンバルブの製造コストを低減させ、かつ使用済みのエンジンバルブの処理を容易にする。【解決手段】バルブ傘部７Ａｂから延びるバルブ軸７Ａａの内部に、軸方向に延在する中空部２１Ａが設けられ、該中空部２１Ａに熱輸送媒体２３が封入されるエンジンバルブ７Ａであって、前記熱輸送媒体２３を、その熱輸送能力、即ちバルブ傘部７Ａｂの底面とバルブ軸７Ａａの軸端部との間に一定の温度差を与えた時に、バルブ傘部７Ａｂの底面からバルブ軸７Ａａの軸端部に輸送される熱量が３×１０１０（Ｊ＊ｓ０．５）／（Ｋ＊ｍ４）以上となる物質、例えば鉛とビスマスとを重量比で４５％対５５％の混合比で混合した低融点合金としたことを特徴とする。【選択図】図２
2011179390.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブ傘部から延びるバルブ軸の内部に、軸方向に延在する中空部が設けられ、該中空部に熱輸送媒体が封入されるエンジンバルブにおいて、前記熱輸送媒体を、その熱輸送能力、即ち前記バルブ傘部の底面と前記バルブ軸の軸端部との間に一定の温度差を加え、かつエンジンのカムによりバルブが軸方向に振動する場合に、前記バルブ傘部の底面から前記バルブ軸の軸端部に輸送される熱量が３×１０１０（Ｊ＊ｓ０．５）／（Ｋ＊ｍ４）以上となる物質としたことを特徴とするエンジンバルブ。
【請求項２】
前記熱輸送媒体は、鉛とビスマスとを重量比で４５％対５５％の混合比で混合した低融点合金であることを特徴とする請求項１に記載のエンジンバルブ。
【請求項３】
前記中空部は、その内周方向に凹凸を有し、かつ軸方向に沿って断面形状が一定であることを特徴とする請求項１または２に記載のエンジンバルブ。
【請求項４】
前記中空部の内部に、該中空部の内部表面積を増大させる表面積増大部を設けたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のエンジンバルブ。
【請求項５】
前記中空部の内部に、前記熱輸送媒体と共に棒状の摺動部材を軸方向に摺動可能に挿入し、該摺動部材の摺動ストロークを、前記エンジンバルブの開閉ストロークよりも大きくしたことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のエンジンバルブ。
【請求項６】
前記中空部の内周面と前記摺動部材の外周面との間の平均間隙が、前記熱輸送媒体が形成する速度境界層の厚さよりも小さくなるように前記摺動部材の外径を設定したことを特徴とする請求項５に記載のエンジンバルブ。
【請求項７】
請求項１〜６の何れかに記載のエンジンバルブを用いたことを特徴とするエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バルブ軸の軸方向に沿う中空部を有し、この中空部に熱輸送媒体を封入することにより、バルブ傘部に受けた熱をバルブ軸側に積極的に熱輸送するようにしたエンジンバルブおよびこれを用いたエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
レシプロエンジンのバルブ、特に温度上昇の著しい排気バルブにおいて、バルブ軸の中心部に、軸方向に延在する中空部を形成し、この中空部に熱輸送媒体としてナトリウムを封入したナトリウム封入バルブが知られている（例えば特許文献１，２参照。このようなナトリウム封入バルブでは、エンジン作動時に燃焼ガスの熱を受けて排気バルブの温度が上昇すると、中空部の内部でナトリウムが溶融し、排気バルブの開閉運動に応じて発生する慣性力によって中空部内を長手方向に沿って流動する。このため、高い熱負荷を受けるバルブ傘部の熱がナトリウムによってバルブ軸側に熱輸送され、バルブ傘部等が冷却される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１３８６４８号公報
【特許文献２】特開２００８−２７４７７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、昨今ではエンジン高出力化の動向により、エンジンの排気量、圧縮比、ターボブースト圧等が増大され、エンジンがより高速化、高出力化されており、その結果として燃焼ガスの温度が以前より高まってきているため、これまでのナトリウム封入バルブでは充分にバルブを冷却できない懸念が出てきた。バルブ冷却が不充分であると、エンジンバルブ首軸部が過熱し、エンジンの寿命が縮まるばかりか、最悪の場合にはバルブが破損するケースがある。
【０００５】
また、ナトリウムは禁水性物質であるため、取り扱いが困難であることから、エンジンバルブの製造コストを上昇させる原因となり、さらには使用済みのエンジンバルブを廃棄する際の処理も困難なものにしていた。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、バルブ傘部の熱をバルブ軸側に効率良く熱輸送してエンジンバルブの冷却性を高め、エンジンの寿命と信頼性を向上させるとともに、エンジンバルブの製造コストを低減させ、かつ使用済みのエンジンバルブの処理を容易にすることができるエンジンバルブおよびこれを用いたエンジン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】
上記課題を解決するために、本発明は、以下の手段を採用する。
即ち、本発明の第１の態様に係るエンジンバルブは、バルブ傘部から延びるバルブ軸の内部に、軸方向に延在する中空部が設けられ、該中空部に熱輸送媒体が封入されるエンジンバルブにおいて、前記熱輸送媒体を、その熱輸送能力、即ち前記バルブ傘部の底面と前記バルブ軸の軸端部との間に一定の温度差を加え、かつエンジンのカムによりバルブが軸方向に振動する場合に、前記バルブ傘部の底面から前記バルブ軸の軸端部に輸送される熱量が３×１０１０（Ｊ＊ｓ０．５）／（Ｋ＊ｍ４）以上となる物質としたことを特徴とする。
【０００８】
上記構成とした場合、従来のナトリウムでは熱輸送能力が２．７６×１０１０（Ｊ＊ｓ０．５）／（Ｋ＊ｍ４）程度であったため、熱輸送能力が改善され、バルブ傘部の熱をバルブ軸側に効率良く熱輸送して冷却性を高めることができる。
【０００９】
また、本発明の第２の態様に係るエンジンバルブは、前記第１の態様において、前記熱輸送媒体が、鉛とビスマスとを重量比で４５％対５５％の混合比で混合した低融点合金であることを特徴とする。
【００１０】
上記構成によれば、上記低融点合金の熱輸送能力が３．５５×１０１０（Ｊ＊ｓ０．５）／（Ｋ＊ｍ４）であるため、従来のナトリウムの１．３倍近い熱輸送能力となり、エンジンバルブの冷却性を飛躍的に高めることができる。しかも、低融点合金は取り扱いが容易であるため、エンジンバルブの製造コストを低減させるとともに、使用済みのエンジンバルブの処理を容易にすることができる。
【００１１】
また、本発明の第３の態様に係るエンジンバルブは、前記第１または第２の態様において、前記中空部は、その内周方向に凹凸を有し、かつ軸方向に沿って断面形状が一定であることを特徴とする。
【００１２】
上記構成によれば、エンジンバルブの中空部内に封入された熱輸送媒体が、広い面積でエンジンバルブに接触することができるため、この接触面積が増大した分だけ熱輸送量が増大する。このため、エンジンバルブの冷却効率を向上させることができる。
【００１３】
また、本発明の第４の態様に係るエンジンバルブは、前記第１〜第３の何れかの態様において、前記中空部の内部に、該中空部の内部表面積を増大させる表面積増大部を設けたことを特徴とする。
【００１４】
上記構成によれば、第３の態様と同様に、熱輸送媒体が広い面積でエンジンバルブに接触することができるため、エンジンバルブの冷却効率を向上させることができる。
【００１５】
また、本発明の第５の態様に係るエンジンバルブは、前記第１〜第４の何れかの態様において、前記中空部の内部に、前記熱輸送媒体と共に棒状の摺動部材を軸方向に摺動可能に挿入し、該摺動部材の摺動ストロークを、前記エンジンバルブの開閉ストロークよりも大きくしたことを特徴とする。
【００１６】
上記構成によれば、中空部の内周面と、棒状の摺動部材の外周面との間の間隙に熱輸送媒体が流れ込み、摺動部材が中空部の内部をエンジンバルブの開閉ストロークよりも大きい摺動ストロークで軸方向に摺動することによって、熱輸送媒体が中空部の内周面と摺動部材の外周面との間を、摺動部材を設けない場合よりも速い速度で流動する。このため、摺動部材を設けない場合よりも熱輸送媒体の熱抵抗を減少させて熱輸送効率を向上させ、エンジンバルブの冷却効率を格段に向上させることができる。
【００１７】
また、本発明の第６の態様に係るエンジンバルブは、前記第５の態様において、前記中空部の内周面と前記摺動部材の外周面との間の平均間隙が、前記熱輸送媒体が形成する速度境界層の厚さよりも小さくなるように前記摺動部材の外径を設定したことを特徴とする。
【００１８】
上記構成によれば、熱輸送媒体の熱抵抗が最小限にして、熱輸送媒体の熱輸送効率を最大限に向上させ、エンジンバルブの冷却効率を高めることができる。
【００１９】
また、本発明に係るエンジンは、前記第１〜第６の何れかの態様のエンジンバルブを用いたことを特徴とする。これにより、エンジンバルブの耐久性が向上し、エンジンの信頼性を高めることができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上のように、本発明に係るエンジンバルブおよびこれを用いたエンジンによれば、エンジンバルブの中空部にナトリウムよりも熱輸送能力の高い熱輸送媒体が封入され、さらにこの熱輸送媒体の熱輸送効率を最大限に引き出すことができるため、バルブ傘部の熱をバルブ軸側に効率良く熱輸送してエンジンバルブの冷却性を高め、エンジンの寿命と信頼性を向上させるとともに、エンジンバルブの製造コストを低減させ、かつ使用済みのエンジンバルブの処理を容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係るエンジンバルブを適用し得るエンジンの一例を示す縦断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る排気バルブの縦断面図である。
【図３】図２に示す排気バルブのIII-III線に沿う横断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る排気バルブの縦断面図である。
【図５】図４に示す排気バルブのV-V線に沿う断面によって中空部の断面形状例を示す横断面図である。
【図６】図４に示す排気バルブの中空部の別な断面形状例を示す横断面図である。
【図７】図４に示す排気バルブの中空部の別な断面形状例を示す横断面図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係る排気バルブの縦断面図である。
【図９】図８に示す排気バルブのIX-IX線に沿う横断面図である。
【図１０】本発明の第４実施形態に係る排気バルブの縦断面図である。
【図１１】図１０に示す排気バルブのXI-XI線に沿う横断面図である。
【図１２】図１０に示す排気バルブの別な断面形状例を示す横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、本発明に係るエンジンバルブの複数の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係るエンジンバルブを適用し得るエンジンの一例を示す縦断面図である。このエンジンは、吸気側および排気側それぞれのエンジンバルブの上にカムシャフトが設けられた周知のＤＯＨＣ形式のエンジンである。この図１では、排気側のエンジンバルブである排気バルブと、排気カムシャフト付近が示されている。
【００２３】
このエンジン１は、アルミニウム製、または鋳鉄製のシリンダーヘッド２の下面に燃焼室３が形成され、シリンダーヘッド２の一側面から内部側に延びる排気ポート４が下方に湾曲して燃焼室３に通じている。排気ポート４の燃焼室３側の開口部には耐熱および耐摩耗性を兼ね備えた焼結材料でなるバルブシート５が圧入されている。
【００２４】
シリンダーヘッド２には、排気ポート４の湾曲部の接線方向に沿って筒状のバルブガイド６が圧入されている。バルブガイド６は焼結材料で形成され、このバルブガイド６に排気バルブ７が支持されている。図２にも示すように、排気バルブ７は、直径一定な円柱状のバルブ軸７ａと、このバルブ軸７ａの下端が径方向に拡開された形状のバルブ傘部７ｂとを備えた一体構造であり、バルブ軸７ａの部分がバルブガイド６の内径部に、密に、かつ摺動自在に挿入されている。
【００２５】
排気バルブ７は、実線で示す閉弁位置Ｃと、想像線で示す開弁位置Ｏとの間を、開閉ストロークＳ分だけ摺動する。排気バルブ７は、バルブスプリング９とバルブリテーナ１０ならびに一対のバルブコッタ１１によって閉弁位置Ｃ側に常時付勢されている。この排気バルブ７を開弁させるロッカーアーム１３は、その一端に設けられたピボット部１３ａが、シリンダーヘッド２に装填されたラッシュアジャスタ１４の球面状の頂部に回動自在に嵌合され、他端に設けられたタペット部１３ｂが、排気バルブ７のバルブ軸７Ａａ上端に相対摺動自在に載置されている。
【００２６】
さらに、シリンダーヘッド２の上面位置にカムシャフト１５が軸支され、このカムシャフト１５に形成された排気カム１５ａが、ロッカーアーム１３の中間部に設けられたカムフォロア１３ｃを押圧するようになっている。なお、ラッシュアジャスタ１４は油圧通路１７から油圧を供給されて伸長し、カムフォロア１３ｃと排気カム１５ａとの間隙を最小にする。
【００２７】
カムシャフト１５が回転すると、排気カム１５ａがカムフォロア１３ｃを押し下げ、ロッカーアーム１３のタペット部１３ｂが排気バルブ７のバルブ軸７ａを押し下げるため、排気バルブ７が閉弁位置Ｃから開弁位置Ｏまで押し下げられる。これにより、燃焼室３内で燃焼した燃焼ガスが排気ポート４から排気される。
【００２８】
排気バルブ７のバルブ傘部７ｂには、６００℃〜１０００℃程の高温となる燃焼ガスからの高い熱負荷と、バルブ閉弁時にバルブシート５に衝突する際の強い衝撃荷重とが加わる。その結果、バルブ傘部７ｂとバルブシート５との接触面が摩耗してエンジン１の寿命が縮まるとともに、バルブ傘部７ｂが過熱して材料の熱疲労が発生し、最悪の場合にはバルブ傘部７ｂが折損するといったトラブルが発生する。
【００２９】
このため、バルブ傘部７ｂに加わる熱をバルブ軸７ａ側に輸送して熱負荷を軽減するためと、排気バルブ７を軽量化するために、バルブ傘部７ｂからバルブ軸７ａにかけて、その内部に、軸方向に延在する中空部が設けられ、この中空部に熱輸送媒体が封入されている。エンジン１の作動時には、排気バルブ７が閉弁位置Ｃと開弁位置Ｏとの間を高速で往復することにより、中空部に封入された熱輸送媒体が軸方向に流動し、高温なバルブ傘部７ｂの熱が熱輸送媒体を介してバルブ軸７ａ側に輸送され、冷却される。
【００３０】
以下に、排気バルブ７の中空部に熱輸送媒体を封入した複数の実施形態について、図２〜図１２を参照しながら説明する。
【００３１】
〔第１実施形態〕
図２は、本発明の第１実施形態に係る排気バルブ７Ａの縦断面図であり、図３は、図２に示す排気バルブ７ＡのIII-III線に沿う横断面図である。
【００３２】
この排気バルブ７Ａでは、そのバルブ傘部７Ａｂからバルブ軸７Ａａにかけて中空部２１Ａが形成されている。この中空部２１Ａの横断面形状は真円形であり、バルブ軸７Ａａの軸心に対して同心状に形成されている。また、中空部２１Ａの下端部分は、バルブ傘部７Ａｂの内部で径方向に拡径されている。
【００３３】
そして、この中空部２１Ａに、一定の空隙を残して熱輸送媒体（熱媒）２３が封入されている。熱輸送媒体２３の封入量は、中空部２１Ａの容積の６０％〜７０％程度とされ、残る部分には空気またはガス等が封入される。
【００３４】
ここで、バルブ軸７Ａａの壁面厚さｔは、少なくとも０．２ｍｍ以上必要である。その理由は、熱輸送媒体２３を用いて排気バルブ７Ａの熱をバルブ軸７Ａａに輸送する際には、中空部２１Ａに充填された熱輸送媒体２３が、排気バルブ７Ａの軸方向への振動に伴って中空部２１Ａの内部を軸方向に往復流動し、バルブ傘部７Ａｂ側に流れた際には高温化したバルブ傘部７Ａｂの熱を受熱し、温度の低いバルブ軸７Ａａに流れた際には熱をバルブ軸７Ａａ側に受熱させる現象であるため、熱を受熱する側であるバルブ軸７Ａａの壁面厚さｔが０．２ｍｍ以下であると受熱量が制限されてしまうためである。
【００３５】
熱輸送媒体２３としては、その熱輸送能力が、３×１０１０（Ｊ＊ｓ０．５）／（Ｋ＊ｍ４）以上となる物質であることが好ましい。この熱輸送能力とは、バルブ傘部７Ａｂの底面とバルブ軸７Ａａの軸端部との間に一定の温度差が加わり、かつエンジン１の排気カム１５ａにより排気バルブ７Ａが軸方向に振動する場合に、バルブ傘部７Ａｂの底面からバルブ軸７Ａａの軸端部への熱輸送能力に関わる熱輸送媒体２３の物性値の寄与を示す関係式である次式より求まる。
【００３６】
熱輸送能力＝（λ＊ｃ＊ρ）０．５／ν
【００３７】
ここで、λは熱伝導率〔Ｗ／ｍＫ〕、ｃは比熱〔Ｊ／ｋｇＫ〕、ρは密度〔ｋｇ／ｍ３〕、νは動粘度〔ｍ２／ｓ〕である。
【００３８】
そして、本実施形態では、熱輸送媒体２３として、鉛とビスマスとを重量比で４５％対５５％の混合比で混合した低融点合金（Pb45-Bi55wt%）、通称ウッドメタルを用いている。
【００３９】
発表済みの論文（高原、他、VS  Tech  95  振動・音響新技術シンポジウム、セッション2  108、“管内振動流場における熱輸送現象の解析”1995年6月29日発表）によれば、熱を輸送する管材（ここではバルブ軸７Ａａ）に封入する熱輸送媒体と、管材の相対振動流による伝熱に関して、熱抵抗は液相の速度境界層と温度境界層厚さが支配的となり、ここでは速度境界層厚さは熱輸送媒体の動粘度νにほぼ反比例、温度境界層厚さは、各々熱伝導率λ、比熱ｃ、密度ρの０．５乗にほぼ比例する。
【００４０】
そこで、本願発明者らは、種々の封入可能流体に関し、その物性値から熱輸送能力を概算した結果、表１に示すように、従来から熱輸送媒体としてエンジンバルブに封入されていたナトリウムに比べ、低融点合金（通称ウッドメタル）は熱輸送能力が１．３倍程度上回ることが判明した。
【００４１】
【表１】
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【００４２】
このように、低融点合金はナトリウムよりも熱輸送能力が高いため、排気バルブ７Ａの中空部２１Ａに低融点合金を封入することにより、ナトリウムを封入した場合に比べて、バルブ傘部７Ａｂの熱をバルブ軸７Ａａ側に効率良く輸送し、排気バルブ７Ａの冷却性を格段に高めて摩耗や破損を防止し、エンジン１の耐久性（寿命）と信頼性を向上させることができる。
【００４３】
しかも、低融点合金はナトリウムよりも取り扱いが容易であるため、排気バルブ７Ａの製造コストを低減させるとともに、使用済みの排気バルブ７Ａの処理を容易に行うことができる。
【００４４】
〔第２実施形態〕
図４は、本発明の第２実施形態に係る排気バルブ７Ｂの縦断面図であり、図５〜図７は、図４に示す排気バルブ７ＢのV-V線に沿う横断面図である。この排気バルブ７Ｂでは、そのバルブ傘部７Ｂｂからバルブ軸７Ｂａにかけて中空部２１Ｂが形成されている。この中空部２１Ｂの内部には、第１実施形態における排気バルブ７Ａと同様に、一定の空隙を残して低融点合金、または他の材質による熱輸送媒体２３が封入される。
【００４５】
排気バルブ７Ｂに封入された熱輸送媒体２３が熱により液相状となった場合のバルブ軸方向への熱輸送現象は、主として中空部２１Ｂの内壁面と熱輸送媒体２３との熱伝達の繰り返しによるものであるため、伝熱促進のためには中空部２１Ｂの内壁面と熱輸送媒体２３との接触面積を拡大することが有効である。そのため、本発明では、中空部２１Ｂの内周方向に凹凸形状を形成し、この凹凸形状が熱輸送媒体２３の軸方向への流れを阻害しないように、軸方向に沿って横断面形状が一定となるようにした。
【００４６】
具体的には、図５に示す凹凸形状Ｘのような星形（ギヤ形）や、図６に示す凹凸形状Ｙのようなウェーブ形（トロコイド曲線形）、あるいは図７に示す凹凸形状Ｚのようなスプライン形の凹凸形状が考えられる。このような凹凸形状Ｘ〜Ｚを中空部２１Ｂの内壁面に形成することにより、中空部２１Ｂの内部表面積が拡大し、熱輸送媒体２３が広い面積で中空部２１Ｂの内壁面に接触することができるため、面積の拡大率にほぼ比例して熱輸送量を増大させることができる。
【００４７】
また、このような凹凸形状Ｘ〜Ｚを形成することにより、バルブ軸７Ｂａの曲げ剛性を向上させて、排気バルブ７Ｂの強度向上、あるいは軽量化を図ることができる。なお、熱輸送媒体２３と中空部２１Ｂの内壁面との熱伝達効率は、中空部２１Ｂの内壁面近傍に形成される熱輸送媒体２３の速度境界層と温度境界層とに依存する。よって、これらの境界層よりも凹凸形状Ｘ〜Ｚの周方向の凹凸ピッチを小さくしてしまうと、凹凸形状の凹部において境界層が形成されなくなり、理論的には凸部の高さまで境界層が厚くなって熱伝達効率が低下してしまう。したがって、凹凸形状Ｘ〜Ｚの周方向の凹凸ピッチは境界層厚さよりも大きくする必要がある。また、同様の理由により、凹凸形状Ｘのような星状（ギヤ状）の凹凸形状とする場合には、その凹部のＶ字角度が鋭角にならないように、好ましくは６０度以上の広角度とすることが好ましい。
【００４８】
〔第３実施形態〕
図８は、本発明の第３実施形態に係る排気バルブ７Ｃの縦断面図であり、図９は、図８に示す排気バルブ７ＣのIX-IX線に沿う横断面図である。この排気バルブ７Ｃでは、そのバルブ傘部７Ｃｂからバルブ軸７Ｃａにかけて中空部２１Ｃが形成されており、この中空部２１Ｃの内部に、一定の空隙を残して低融点合金、または他の材質による熱輸送媒体２３が封入される。
【００４９】
中空部２１Ｃの内部には、内管部材２５が４枚の板状（リブ状）の連結部材２６によって同軸的に固設されている。この内管部材２５と連結部材２６は、中空部２１Ｃの内部表面積を増大させる表面積増大部となるものである。内管部材２５は、二重以上の複筒状に設けてもよい。また、連結部材２６の形状や数量は適宜定められる。例えば連結部材２６を棒状にしてもよい。しかし、連結部材２６はできるだけ広い表面積を有する形状にすることが好ましい。
【００５０】
内管部材２５の長さＬ１は、中空部２１Ｃの長さＬ２よりも短く、内管部材２５の上下両端は中空部２１Ｃの内部に開口し、中空部２１Ｃの内部に封入された熱輸送媒体２３が内管部材２５の両端開口部から内管部材２５の内部に自由に出入りすることができる。
【００５１】
この構成によれば、第２実施形態の場合と同等以上に、中空部２１Ｃの内部表面積が大幅に拡大し、熱輸送媒体２３が広い面積で中空部２１Ｃの内面に接触することができるため、排気バルブ７Ｃの冷却効率を多大に向上させることができる。
【００５２】
〔第４実施形態〕
図１０は、本発明の第４実施形態に係る排気バルブ７Ｄの縦断面図であり、図１１は、図１０に示す排気バルブ７ＤのXI-XI線に沿う横断面図である。この排気バルブ７Ｄでは、そのバルブ傘部７Ｄｂからバルブ軸７Ｄａにかけて中空部２１Ｄが形成されている。この中空部２１Ｄの形状は、図３に示す中空部２１Ａと同じく真円形である。
【００５３】
中空部２１Ｄの内部には、低融点合金、または他の材質による熱輸送媒体２３と共に、固体状かつ丸棒状の摺動部材２８が軸方向に摺動可能に挿入されている。この摺動部材２８の外径は、中空部２１Ｄの内径よりも僅かに小さい。具体的には、中空部２１Ｄの内周面と摺動部材２８の外周面との間の平均間隙が、熱輸送媒体２３の形成する速度境界層の厚さよりも小さくなるように摺動部材２８の外径が設定されている。
【００５４】
また、中空部２１Ｄの内部における摺動部材２８の摺動ストロークは、排気バルブ７Ｄの開閉ストロークＳ（図１参照）よりも大きくされている。つまり、中空部２１Ｄの長さＬ３から、摺動部材２８の長さＬ４を差し引いた残りの長さ（Ｌ３−Ｌ４）が摺動部材２８の摺動ストロークとなるが、この（Ｌ３−Ｌ４）が開閉ストロークＳよりも大きくなるように、Ｌ３とＬ４の長さが設定されている。
【００５５】
本構成において、エンジン１が作動し、排気バルブ７Ｄが開閉すると、摺動部材２８の摺動ストロークが排気バルブ７Ｄの開閉ストロークＳよりも大きいことから、排気バルブ７Ｄの開閉時に摺動部材２８がその慣性効果で中空部２１Ｄの内部で相対摺動する。このため、中空部２１Ｄに封入された熱輸送媒体２３が、中空部２１Ｄの内壁面と、摺動部材２８の外周面との間の狭い空隙を高速で軸方向に流動する。
【００５６】
前述した第１〜第３実施形態のように、排気バルブ７Ａ，７Ｂ，７Ｃの中空部２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃに、一定の空隙を残して熱輸送媒体２３を封入する効果は、排気バルブ７Ａ，７Ｂ，７Ｃと熱輸送媒体２３とが相対振動するときに、熱輸送媒体２３の速度境界層および温度境界層が薄くなることによって中空部２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃの内壁面と熱輸送媒体２３との間で熱伝達が促進され、その振動の繰り返しの果、バルブ軸方向の熱輸送能力も促進されることによる。
【００５７】
したがって、この第４実施形態のように、中空部２１Ｄの内部に、熱輸送媒体２３と共に摺動部材２８を軸方向に摺動可能に挿入し、中空部２１Ｄの内周面と摺動部材２８の外周面との間の平均間隙が、前記熱輸送媒体２３が形成する速度境界層の厚さよりも小さくなるようにした場合、中空部２１Ｄの内周面と、摺動部材２８の外周面との間の間隙に熱輸送媒体２３が流れ込み、摺動部材２８が中空部２１Ｄの内部を排気バルブ７Ｄの開閉ストロークＳよりも大きい摺動ストロークで軸方向に摺動することによって、熱輸送媒体２３が中空部２１Ｄの内周面と摺動部材２８の外周面との間を、摺動部材２８を設けない場合よりも速い速度で流動する。このため、摺動部材２８を設けない場合よりも熱輸送媒体２３の熱抵抗を最小限に減少させて熱輸送効率を最大限に向上させ、排気バルブ７Ｄの冷却効率を格段に向上させることができる。
【００５８】
なお、摺動部材２８の密度を、熱輸送媒体２３の密度よりも大きくする程（例えば摺動部材２８の材質を銅、熱輸送媒体２３の材質をナトリウムとした場合等）、排気バルブ７Ｄの摺動時における加減速時に、摺動部材２８と熱輸送媒体２３とが相対的に慣性力の差で中空部２１Ｄを軸方向に入れ替わる動きが大きく（速く）なり、摺動部材２８の排気バルブ７Ｄに対する相対振幅を大きくでき、伝熱作用を促進して冷却効率を向上させることができる。
【００５９】
また、中空部２１Ｄと摺動部材２８の横断面形状は、必ずしも真円形でなくてもよい。例えば、図１２に示すように、中空部２１Ｄと摺動部材２８の横断面形状を星形（ギヤ形）にしたり、ウェーブ形やスプライン形等にしてもよい。このようにすれば、中空部２１Ｄの内壁面と摺動部材２８の外周面とが相対する面積が大きくなるため、熱輸送媒体２３による伝熱作用をより促進して冷却効率を一層向上させることができる。
【００６０】
なお、本発明は、上述した第１〜第４の実施形態の態様のみに限定されないことは言うまでもなく、第１〜第４実施形態の各構成を適宜組み合わせる等、特許請求の範囲を逸脱しない程度の変更を加えることが考えられる。
【符号の説明】
【００６１】
１  エンジン
７，７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ  排気バルブ（エンジンバルブ）
７ａ，７Ａａ，７Ｂａ，７Ｃａ，７Ｄａ  バルブ軸
７ｂ，７Ａｂ，７Ｂｂ，７Ｃｂ，７Ｄｂ  バルブ傘部
１５ａ  排気カム（カム）
２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ  中空部
２３  熱輸送媒体
２５  内管部材（表面積増大部）
２６  連結部材（表面積増大部）
２８  摺動部材
Ｌ３−Ｌ４  摺動部材の摺動ストローク
Ｓ  エンジンバルブの開閉ストローク
Ｘ，Ｙ，Ｚ  凹凸形状
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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