(57)【要約】【課題】ステムシールへの熱伝達を抑制しながらもさらなる軽量化を図ることができる金属ナトリウム封入エンジンバルブを提供する。【解決手段】ステム部１１２及び傘部１１１を有してステム部１１２の内部に中空部を有すると共に当該中空部内に金属ナトリウム１０１を封入された金属ナトリウム封入エンジンバルブ１００において、ステム部１１２が、軸方向全長にわたって中空部１１２Ａａを形成されて傘部１１１に連なると共に中空部１１２Ａａ内に金属ナトリウム１０１を入れられる下側部材１１２Ａと、軸方向にわたって中空部１１２Ｂａを形成された上側部材１１２Ｂと、下側部材１１２Ａの中空部１１２Ａａと上側部材１１２Ｂの中空部１１２Ｂａとの間を遮断するように下側部材１１２Ａと上側部材１１２Ｂとの間に配設された遮断部材１１２Ｃとから構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステム部及び傘部を有して当該ステム部の内部に中空部を有すると共に当該中空部内に金属ナトリウムを封入された金属ナトリウム封入エンジンバルブにおいて、
前記ステム部が、
軸方向全長にわたって前記中空部を形成されて前記傘部に連なると共に当該中空部内に前記金属ナトリウムを入れられる下側部材と、
軸方向にわたって前記中空部を形成された上側部材と、
前記下側部材の前記中空部と前記上側部材の前記中空部との間を遮断するように当該下側部材と当該上側部材との間に配設された遮断部材と
から構成されていることを特徴とする金属ナトリウム封入エンジンバルブ。
【請求項２】
請求項１に記載の金属ナトリウム封入エンジンバルブにおいて、
前記傘部の底面と前記ステム部の前記上側部材の上端面との間の長さＬａに対して、前記傘部の底面と前記ステム部の前記遮断部材の前記下側部材と隣接する面との間の長さＬｃが、０．４〜０．７倍の範囲の大きさ（０．４Ｌａ≦Ｌｃ≦０．７Ｌａ）となるように設定されている
ことを特徴とする金属ナトリウム封入エンジンバルブ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の金属ナトリウム封入エンジンバルブにおいて、
エンジンのシリンダヘッドに取り付けられたバルブガイドに前記ステム部を支持されているときに、当該ステム部の前記遮断部材の前記下側部材と隣接する面が、当該バルブガイドの内側に常に位置するように設定されている
ことを特徴とする金属ナトリウム封入エンジンバルブ。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の金属ナトリウム封入エンジンバルブにおいて、
前記ステム部の前記遮断部材が、
前記下側部材の前記中空部に対向して当該中空部に嵌合する下側嵌合部と、
前記上側部材の前記中空部に対向して当該中空部に嵌合する上側嵌合部と
を備えていることを特徴とする金属ナトリウム封入エンジンバルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステム部及び傘部を有して当該ステム部の内部に中空部を有すると共に当該中空部内に金属ナトリウムを封入された金属ナトリウム封入エンジンバルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
ステム部及び傘部を有して当該ステム部の内部に中空部を有すると共に当該中空部内に金属ナトリウムを封入された従来の金属ナトリウム封入エンジンバルブを備えたエンジンの一例の要部の概略構成を図５に示す。
【０００３】
図５に示すように、エンジンのシリンダヘッド１に略水平方向に形成された排気ポート２の燃焼室３側には、当該排気ポート２と当該燃焼室３とを連通する排気口４を開閉する排気用のエンジンバルブ１０が配設されている。このエンジンバルブ１０は、シリンダヘッド１に配設されている直動式動弁機構２０に組み込まれている。この直動式動弁機構２０は、エンジンバルブ１０を往復移動させるバルブリフタ２２と、エンジン回転に応じて回転してエンジンバルブ１０を開弁させるカム２１とを備えている。
【０００４】
前記バルブリフタ２２は、前記エンジンバルブ１０のステム部１２に当接される突起部２３と、この突起部２３の上側にて前記カム２１に当接されてクリアランスを調整するシム２３ａと、シリンダヘッド１に圧入固定されて前記エンジンバルブ１０のステム部１２を軸方向に沿って摺動移動可能に支持するバルブガイド２４と、このバルブガイド２４の上端部と前記エンジンバルブ１０のステム部１２との間をシールする高分子材料からなるステムシール２５と、前記カム２１の押圧力に抗して前記エンジンバルブ１０を開弁させるバルブスプリング２６と、このバルブスプリング２６の上端及び下端に設けられたアッパシート２７及びロアシート２８と、前記エンジンバルブ１０のステム部１２とバルブスプリング２６等とを固定するバルブコッタ２９とを備えている。
【０００５】
前記エンジンバルブ１０は、前記排気口４を開閉する茸状をなす傘部１１と、前記バルブガイド２４に対して摺動移動可能に支持されて上記傘部１１に連なると共に上端を前記突起部２３に当接させた軸部分のステム部１２と、前記傘部１１の内部に形成された中空部１１ａと、前記傘部１１の前記中空部１１ａと前記ステム部１２の軸方向中程との間を連通させるように当該ステム部１２に形成された中空部１２ａと、前記傘部１１及び前記ステム部１２の前記中空部１１ａ，１２ａの内部に封入された金属ナトリウム１０１とを有している。なお、符号１３は前記バルブコッタ２９に係合されるコッタ溝部である。
【０００６】
このような、中空部１１ａ，１２ａに金属ナトリウム１０１を封入したエンジンバルブ１０を備えたエンジンにおいては、エンジンの回転に対応して直動式動弁機構２０の前記カム２１が回転して、バルブリフタ２２を介して前記エンジンバルブ１０を昇降移動（バルブリフト）させることにより、燃焼室３内の燃焼排ガスを当該燃焼室３の外部に排出するときに排気口４を開くように前記エンジンバルブ１０を下降させて当該燃焼排ガスを排気ポート２に送り出し、それ以外のときに排気口４を閉じるように前記エンジンバルブ１０を上昇させておくようになっている。
【０００７】
このとき、前記エンジンバルブ１０の前記中空部１１ａ，１２ａ内の高熱伝導率の金属ナトリウム１０１が、当該エンジンバルブ１０の上記昇降移動（バルブリフト）に伴って、当該中空部１１ａ，１２ａ内で振動流を生じ、高温の前記燃焼排ガスと接して高温となる傘部１１（約８００℃）の熱を、前記ステム部１２を介して前記バルブガイド２４に効率よく伝達させることにより（オシレーション熱輸送）、当該熱がシリンダヘッド１に効率よく伝達して、当該シリンダヘッド１に形成されている冷却液流通路内を流通する冷却液によって効率よく冷却できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−０３２４６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、エンジンバルブにおいては、燃費等の向上を図るため、可能な限り軽量化を図ることが強く求められている。このため、前述したような金属ナトリウム封入エンジンバルブにおいては、例えば、中空部をステム部の上端近傍にまで延設することが考えられる。しかしながら、このように中空部をステム部の上端近傍にまで延設すると、中空部の内部に封入されている金属ナトリウム１０１が前記振動流によって前記ステム部の上端側にまでオシレーション熱輸送して、当該ステム部から高分子材料からなる前記ステムシール２５に高温の熱を伝達してしまい、当該ステムシール２５の寿命を大きく低下させてしまう可能性がある。
【００１０】
このようなことから、本発明は、ステムシールへの熱伝達を抑制しながらもさらなる軽量化を図ることができる金属ナトリウム封入エンジン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】
【００１１】
前述した課題を解決するための、本発明に係る金属ナトリウム封入エンジンバルブは、ステム部及び傘部を有して当該ステム部の内部に中空部を有すると共に当該中空部内に金属ナトリウムを封入された金属ナトリウム封入エンジンバルブにおいて、前記ステム部が、軸方向全長にわたって前記中空部を形成されて前記傘部に連なると共に当該中空部内に前記金属ナトリウムを入れられる下側部材と、軸方向にわたって前記中空部を形成された上側部材と、前記下側部材の前記中空部と前記上側部材の前記中空部との間を遮断するように当該下側部材と当該上側部材との間に配設された遮断部材とから構成されていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る金属ナトリウム封入エンジンバルブは、上述した金属ナトリウム封入エンジンバルブにおいて、前記傘部の底面と前記ステム部の前記上側部材の上端面との間の長さＬａに対して、前記傘部の底面と前記ステム部の前記遮断部材の前記下側部材と隣接する面との間の長さＬｃが、０．４〜０．７倍の範囲の大きさ（０．４Ｌａ≦Ｌｃ≦０．７Ｌａ）となるように設定されていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る金属ナトリウム封入エンジンバルブは、上述した金属ナトリウム封入エンジンバルブにおいて、エンジンのシリンダヘッドに取り付けられたバルブガイドに前記ステム部を支持されているときに、当該ステム部の前記遮断部材の前記下側部材と隣接する面が、当該バルブガイドの内側に常に位置するように設定されていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る金属ナトリウム封入エンジンバルブは、上述した金属ナトリウム封入エンジンバルブにおいて、前記ステム部の前記遮断部材が、前記下側部材の前記中空部に対向して当該中空部に嵌合する下側嵌合部と、前記上側部材の前記中空部に対向して当該中空部に嵌合する上側嵌合部とを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る金属ナトリウム封入エンジンバルブによれば、上側部材に中空部を有していると同時に、下側部材の中空部と上側部材の中空部との間に遮断部材が介在しているため、昇降移動に伴って、金属ナトリウムが振動流を生じても、当該金属ナトリウムが上側部材の中空部内に流入してしまうことを防止でき、高温の燃焼排ガスと接して高温となる傘部の熱の大部分を、バルブガイドを介して外部に伝達できるようになることから、従来よりも軽量化を図りながらも、ステムシールに高温の熱が伝達することを大きく抑制して、ステムシールの寿命の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る金属ナトリウム封入エンジンバルブを備えたエンジンの主な実施形態の要部の概略構成図である。
【図２】図１の金属ナトリウム封入エンジンバルブの抽出拡大図である。
【図３】図２の金属ナトリウム封入エンジンバルブの分解図である。
【図４】本発明に係る金属ナトリウム封入エンジンバルブの他の実施形態の要部の抽出拡大断面図である。
【図５】従来の金属ナトリウム封入エンジンバルブを備えたエンジンの一例の要部の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明に係る金属ナトリウム封入エンジンバルブの実施形態を図面に基づいて以下に説明するが、本発明は図面に基づいて説明する以下の実施形態のみに限定されるものではない。
【００１８】
〈主な実施形態〉
本発明に係る金属ナトリウム封入エンジンバルブの主な実施形態を図１〜３に基づいて説明する。
【００１９】
図１に示すように、エンジンのシリンダヘッド１に略水平方向に形成された排気ポート２の燃焼室３側には、当該排気ポート２と当該燃焼室３とを連通する排気口４を開閉する排気用の本発明に係る金属ナトリウム封入エンジンバルブ１００が配設されている。この金属ナトリウム封入エンジンバルブ１００は、シリンダヘッド１に配設されている直動式動弁機構２０に組み込まれている。この直動式動弁機構２０は、上記金属ナトリウム封入エンジンバルブ１００を往復移動させるバルブリフタ２２と、エンジン回転に応じて回転して上記金属ナトリウム封入エンジンバルブ１００を開弁させるカム２１とを備えている。
【００２０】
前記バルブリフタ２２は、前記エンジンバルブ１００のステム部１１２に当接される突起部２３と、この突起部２３の上側にて前記カム２１に当接されてクリアランスを調整するシム２３ａと、前記シリンダヘッド１に圧入固定されて前記エンジンバルブ１００のステム部１１２を軸方向に沿って摺動移動可能に支持するバルブガイド２４と、このバルブガイド２４の上端部と前記エンジンバルブ１００のステム部１１２との間をシールする高分子材料からなるステムシール２５と、前記カム２１の押圧力に抗して前記エンジンバルブ１００を開弁させるバルブスプリング２６と、このバルブスプリング２６の上端及び下端に設けられたアッパシート２７及びロアシート２８と、前記エンジンバルブ１００のステム部１１２と前記バルブスプリング２６等とを固定するバルブコッタ２９とを備えている。
【００２１】
前記エンジンバルブ１００は、前記排気口４を開閉する茸状をなす傘部１１１と、前記バルブガイド２４に対して摺動移動可能に支持されて上記傘部１１１に連なる軸部分のステム部１１２とを備えている。なお、符号１１３は、前記バルブコッタ２９に係合するコッタ溝部である。
【００２２】
そして、図１，２に示すように、本実施形態に係る前記エンジンバルブ１００は、傘部１１１及びステム部１１２の内部に中空部を有すると共に当該中空部内に金属ナトリウム１０１を封入され、前記ステム部１１２が、軸方向全長にわたって中空部１１２Ａａを形成されて前記傘部１１１の中空部１１１ａと連通すると共に当該中空部１１１ａ，１１２Ａａ内に金属ナトリウム１０１を入れられる下側部材１１２Ａと、軸方向にわたって中空部１１２Ｂａを形成された上側部材１１２Ｂと、前記下側部材１１２Ａの前記中空部１１２Ａａと前記上側部材１１２Ｂの前記中空部１１２Ｂａとの間を遮断するように当該下側部材１１２Ａと当該上側部材１１２Ｂとの間に配設された遮断部材１１２Ｃとから構成されている。
【００２３】
さらに、上記エンジンバルブ１００は、前記傘部１１１の底面と前記ステム部１１２の前記上側部材１１２Ｂの上端面との間の長さＬａに対して、前記傘部１１１の底面と前記ステム部１１２の前記遮断部材１１２Ｃの前記下側部材１１２Ａと隣接する面との間の長さＬｃが、０．４〜０．７倍の範囲の大きさ（０．４Ｌａ≦Ｌｃ≦０．７Ｌａ）となるように設定されている。
【００２４】
つまり、上記エンジンバルブ１００は、エンジンのシリンダヘッド１に取り付けられたバルブガイド２４に前記ステム部１１２を支持されているときに、当該ステム部１１２の前記遮断部材１１２Ｃの前記下側部材１１２Ａと隣接する面が、当該バルブガイド２４の内側に常に位置するように設定されている、言い換えれば、上記エンジンバルブ１００は、開状態のときに、当該ステム部１１２の前記遮断部材１１２Ｃの前記下側部材１１２Ａと隣接する面が、当該バルブガイド２４の下端面よりも上方に位置し、閉状態のときに、当該ステム部１１２の前記遮断部材１１２Ｃの前記下側部材１１２Ａと隣接する面が、当該バルブガイド２４の上端面よりも下方に位置するように設定されているのである。
【００２５】
このような上記エンジンバルブ１００においては、例えば、円柱状の材料（例えば、耐熱鋼ＳＵＨ３５等）に対してポンチで中空部１１２Ａａを形成すると共に鍛造及び絞り加工を行うことにより、傘部１１１及び下側部材１１２Ａを一体的に形成して当該中空部１１２Ａａ内に金属ナトリウム１０１を注入する一方、棒状の材料（例えば、耐熱鋼ＳＵＨ３５等）に対してドリル加工して中空部１１２Ｂａを形成又は中空部１１２Ｂａを有するパイプ状の材料（例えば、耐熱鋼ＳＵＨ１１等）により、上側部材１１２Ｂを形成し、円板状の材料（例えば、耐熱鋼ＳＵＨ１１，ＳＵＨ３５等）からなる遮断部材１１２Ｃを介して上記下側部材１１２Ａと上記上側部材１１２Ｂとを摩擦溶接やレーザ溶接等で一体的に接合することにより、容易に製造することができる（図３参照）。
【００２６】
このような本実施形態に係る上記エンジンバルブ１００を備えたエンジンにおいては、エンジンの回転に対応して直動式動弁機構２０の前記カム２１が回転して、バルブリフタ２２を介して前記エンジンバルブ１００を昇降移動（バルブリフト）させることにより、燃焼室３内の燃焼排ガスを当該燃焼室３の外部に排出するときに排気口４を開くように前記エンジンバルブ１００を下降させて当該燃焼排ガスを排気ポート２に送り出し、それ以外のときに排気口４を閉じるように前記エンジンバルブ１００を上昇させておく。
【００２７】
このとき、上記エンジンバルブ１００の前記傘部１１１及び前記下側部材１１２Ａの中空部１１１ａ，１１２Ａａ内の高熱伝導率の金属ナトリウム１０１が、当該エンジンバルブ１００の上記昇降移動（バルブリフト）に伴って、当該中空部１１１ａ，１１２Ａａ内で振動流を生じ、高温の前記燃焼排ガスと接して高温となる傘部１１１（約８００℃）の熱を前記ステム部１１２を介して前記バルブガイド２４に効率よく伝達させることにより（オシレーション熱輸送）、当該熱がシリンダヘッド１に効率よく伝達して、当該シリンダヘッド１に形成されている冷却液流通路内を流通する冷却液によって効率よく冷却することができる。
【００２８】
ここで、上記エンジンバルブ１００は、前記上側部材１１２Ｂに中空部１１２Ｂａを有していると同時に、前記下側部材１１２Ａの前記中空部１１２Ａａと当該上側部材１１２Ｂの当該中空部１１２Ｂａとの間に前記遮断部材１１２Ｃが介在しているため、従来よりも軽量化を図ることができると共に、前記金属ナトリウム１０１が、当該エンジンバルブ１００の前記昇降移動に伴って上記振動流を生じても、前記上側部材１１２Ｂの前記中空部１１２Ｂａ内に流入してしまうことを防止でき、高温の前記燃焼排ガスと接して高温となる傘部１１１（約８００℃）の熱の大部分を、前記バルブガイド２４を介して当該エンジンバルブ１００の外部に伝達できるようになる。
【００２９】
このため、高分子材料からなる前記ステムシール２５に高温の熱が伝達することを大きく抑制することができ、当該ステムシール２５の寿命の低下を抑制することができる。
【００３０】
したがって、本実施形態に係る上記エンジンバルブ１００によれば、ステムシール２５への熱伝達を抑制しながらもさらなる軽量化を図ることができる。
【００３１】
〈他の実施形態〉
なお、前述した実施形態においては、円板状の遮断部材１１２Ｃを介して上記下側部材１１２Ａと上記上側部材１１２Ｂとを接合することにより、前記エンジンバルブ１００を製造するようにしたが、他の実施形態として、例えば、図４に示すように、前記下側部材１１２Ａの前記中空部１１２Ａａに対向して当該中空部１１２Ａａに嵌合する下側嵌合部２１２Ｃａと、前記上側部材１１２Ｂの前記中空部１１２Ｂａに対向して当該中空部１１２Ｂａに嵌合する上側嵌合部２１２Ｃｂとを対応する端面に有する円板型の遮断部材２１２Ｃを介して上記下側部材１１２Ａと上記上側部材１１２Ｂとを摩擦溶接やレーザ溶接等で一体的に接合することにより金属ナトリウム封入エンジンバルブ２００を製造するようにすれば、前記下側部材１１２Ａと前記上側部材１１２Ｂとの軸合わせを容易に行うことができるので、好ましい。
【００３２】
また、前述した実施形態においては、傘部１１１及びステム部１１２の両方の内部に中空部を有する金属ナトリウム封入エンジンバルブ１００について説明したが、本発明はこれに限らず、他の実施形態として、例えば、ステム部の内部のみに中空部を有する金属ナトリウム封入エンジンバルブのように、少なくともステム部の内部に中空部を有する金属ナトリウム封入エンジンバルブであれば、前述した実施形態の場合と同様な作用効果を得ることができる。
【００３３】
また、前述した実施形態においては、直動式動弁機構２０に組み込んだ場合について説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、ロッカアーム式の動弁機構に組み込む場合であっても、前述した実施形態の場合と同様な作用効果を得ることが当然にしてできる。
【００３４】
また、前述した実施形態においては、エンジンのシリンダヘッド１に形成された排気ポート２と燃焼室３とを連通する排気口４を開閉する排気用のエンジンバルブ１０として適用した場合について説明したが、他の実施形態として、例えば、エンジンのシリンダヘッドに形成された吸気ポートと燃焼室とを連通する吸気口を開閉する吸気用のエンジンバルブとして適用することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明に係る金属ナトリウム封入エンジンバルブは、従来よりも軽量化を図りながらも、ステムシールに高温の熱が伝達することを大きく抑制して、ステムシールの寿命の低下を抑制することができるので、自動車産業等において、極めて有益に利用することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１  シリンダヘッド
２  排気ポート
３  燃焼室
４  排気口
２０  直動式動弁機構
２１  カム
２２  バルブリフタ
２３  突起部
２３ａ  シム
２４  バルブガイド
２５  ステムシール
２６  バルブスプリング
２７  アッパシート
２８  ロアシート
２９  バルブコッタ
１００  金属ナトリウム封入エンジンバルブ
１０１  金属ナトリウム
１１１  傘部
１１１ａ  中空部
１１２  ステム部
１１２Ａ  下側部材
１１２Ａａ  中空部
１１２Ｂ  上側部材
１１２Ｂａ  中空部
１１２Ｃ  遮断部材
１１３  コッタ溝部
２００  金属ナトリウム封入エンジンバルブ
２１２Ｃ  遮断部材
２１２Ｃａ  下側嵌合部
２１２Ｃｂ  上側嵌合部
【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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