(57)【要約】内燃機関における内部冷却された吸気又は排気バルブ（４）は、バルブディスク（６）と、バルブステム（８）と、バルブステム（８）及びバルブディスク（６）内のキャビティ（10）とを備える。キャビティ（10）内には、冷却剤（12）が配置されると共に、冷却剤（12）のための少なくとも１個のガイドベーン（14，16）が設けられている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関用の内部冷却バルブ（４）であって、
・バルブディスク（６）と、
・バルブステム（８）と、
・前記バルブステム（８）及び前記バルブディスク（６）内のキャビティ（10）と、
・前記キャビティ（10）内に配置された冷却剤（12）と、
を備える内部冷却バルブにおいて、
前記キャビティ（10）内に、前記冷却剤（12）のための少なくとも１個のガイドベーン（14，16）が設けられていることを特徴とする内部冷却バルブ。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関用の内部冷却バルブ（４）であって、前記冷却剤（12）が、ナトリウムである内部冷却バルブ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の内燃機関用の内部冷却バルブ（４）であって、前記バルブが、少なくとも二部分で構成されると共に、リッド（20）で閉鎖されたバルブディスク表面（22）を備える内部冷却バルブ。
【請求項４】
請求項３に記載の内燃機関用の内部冷却バルブ（４）であって、前記リッド（20）に、冷却剤（12）のための少なくとも１個のガイドベーン（14，16）が設けられていることを特徴とする内部冷却バルブ。
【請求項５】
請求項４に記載の内燃機関用の内部冷却バルブ（４）であって、前記リッド（20）が、少なくとも２個のガイドベーン（14，16）を有し、該少なくとも２個のガイドベーンが、前記リッド（20）の中央部から外方に向けて対称的かつらせん状に延在していることを特徴とする内部冷却バルブ。
【請求項６】
請求項３〜５の何れか一項に記載の内燃機関用の内部冷却バルブ（４）であって、前記リッド（20）が、その中央部に円錐状構造（26）を有し、これにより前記冷却剤（12）が前記ガイドベーン（14，16）上に導かれることを特徴とする内部冷却バルブ。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか一項に記載の内燃機関用の内部冷却バルブ（４）であって、前記少なくとも１個のガイドベーン（14，16）が、三角形状の断面を有することを特徴とする内部冷却バルブ。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか一項に記載の内燃機関用の内部冷却バルブ（４）であって、前記少なくとも１個のガイドベーン（14，16）の高さが、前記冷却剤（12）のための前記キャビティ（10）における高さの半分よりも小さいことを特徴とする内部冷却バルブ。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の内燃機関用の内部冷却バルブ（４）であって、前記少なくとも１個のガイドベーン（14，16）の一側が、ディスク表面に向けて延在していることを特徴とする内部冷却バルブ。
【請求項１０】
請求項１〜９の何れか一項に記載の内燃機関用の内部冷却バルブ（４）であって、前記少なくとも１個のガイドベーン（16）が、前記ステム内でらせん状に延在していることを特徴とする内部冷却バルブ。
【請求項１１】
請求項１０に記載の内燃機関用の内部冷却バルブ（４）であって、前記少なくとも１個のらせん状ガイドベーン（16）が、三角形状の断面を有することを特徴とする内部冷却バルブ。
【請求項１２】
請求項１１に記載の内燃機関用の内部冷却バルブ（４）であって、前記少なくとも１個のらせん状ガイドベーン（16）における一側面が、前記少なくとも１個のらせん状ガイドベーン（16）における他側面よりも面積が６倍大きいことを特徴とする内部冷却バルブ。
【請求項１３】
請求項１〜１２の何れか一項に記載の内燃機関用の内部冷却バルブ（４）であって、前記バルブステム（８）が、複数の部分で構成され、前記バルブステム（８）の少なくとも一部分（28）が、貫通孔を有することを特徴とする内部冷却バルブ。
【請求項１４】
請求項３〜１３の何れか一項に記載の内燃機関用の内部冷却バルブ（４）であって、前記リッド（20）に、少なくとも１つの逃がし溝（34）が付加的に設けられ、該少なくとも１つの逃がし溝（34）により、前記バルブディスク表面（22）の開口（18）と前記リッド（20）との間の接合部に作用する負荷が軽減されることを特徴とする内部冷却バルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関における冷却バルブに関し、より具体的には、内燃機関におけるナトリウム冷却される吸気又は排気バルブに関する。本発明に係るバルブには、その内部におけるナトリウム充填剤の移動を制御し又はナトリウム充填剤の移動に影響を及ぼすためのガイドベーンが設けられている。
【背景技術】
【０００２】
内部がナトリウム冷却された排気バルブは、遅くとも1935年以来知られている。
【０００３】
ナトリウム冷却及びその効果は従来技術で周知されており、近年の技術開発は、ナトリウム冷却されたバルブをよりコスト効率良くするために、主としてバルブディスク領域における冷却剤の容積増加と、簡略化された製造方法に関連してきた。
【０００４】
しかしながら、特に排気バルブの冷却又は冷却特性を更に改善する必要性が依然としてある。更に、可及的に大きな排気ガス温度においても確実に機能すると共に、最大限に冷却された中空バルブを提供する必要性がある。
【発明の概要】
【０００５】
本発明によれば、内燃機関用の冷却又は内部冷却バルブ或いは吸気又は排気バルブが提供される。本発明に係るバルブは、バルブディスクと、バルブステムと、バルブステム及びバルブディスク内のキャビティを備える。バルブは更に、キャビティ内に配置された冷却剤を備える。キャビティには、冷却剤のための少なくとも１個のガイドベーンが設けられる。冷却剤は、キャビティを部分的にのみ充填し、キャビティ内で移動することができる。本発明において、ガイドベーンは、バルブの軸線方向における冷却剤の上下運動を、バルブ軸線周りの回転移動に変えるよう配置される。バルブ軸線は、バルブの外側輪郭における対称軸線に対応している。
【０００６】
このように、本発明は、キャビティ内に取り付けられたガイドベーン又は乱流ベーンを備える中空バルブに関する。本発明の構成により、バルブ材料又はバルブディスクと冷却剤又はアルミニウム充填剤との間で最大限の熱伝導が実現される。
【０００７】
本発明は、一方では、キャビティ内部表面を拡大させること、他方では、液体の冷却剤又はアルミニウム充填物に関して乱流又は循環流を発生させることに基づいている。
【０００８】
本発明の例示的な実施形態において、冷却剤としてはナトリウムが使用されるが、融点が十分に小さい他の土類金属又は合金を使用してもよい。
【０００９】
バルブの他の例示的な実施形態において、バルブは、少なくとも二部分で構成され、バルブディスク表面にリッドで閉鎖される開口を備える。リッドは、溶接により、バルブディスク表面に接続される。リッドは、レーザー溶接、電子ビーム溶接、抵抗溶接又は摩擦溶接により、ディスクに材料結合させることができる。
【００１０】
本発明の他の例示的な実施形態において、リッドには、冷却剤のための少なくとも１個のガイドベーンが設けられる。少なくとも１個のガイドベーンは、リッド上に取り付けられ、取り付け後にバルブ本体におけるキャビティ内に位置している。少なくとも１個のガイドベーンは、中空ステムから流動する冷却剤がバルブ軸線周りで回転流に変わるよう形成される。この点は、ガイドベーンにおいて、接線方向に延びる傾斜面により実現することができる。好適には、180°以下の回転対称性を実現するため、２個以上のガイドベーンが使用される。これにより、バルブの構造を対称的なものとすることが可能である。
【００１１】
この実施形態において、中空ステム及び中空ヘッドを備える中空バルブ又は内部冷却バルブは、回転対称的な乱流ベーン又はガイドベーンがキャビティのバルブ端面に取り付けられるよう構成される。この場合、ブレード又はガイドベーンの個数は、少なくとも１個とする。ガイドベーンは、バルブ鋼で構成可能であると共に、キャビティのバルブ端面と一体的に構成可能である。ガイドベーンは、バルブ軸線に沿って互いに接続することができる。ガイドベーンは、バルブ軸線領域において最大の高さを有し、半径方向外方に向けて高さが低下するよう構成することができる。ガイドベーンは、半径方向外方に向けて湾曲させることにより、液体ナトリウム充填物を旋回運動又は回転流に変えることができる。ガイドベーンの配置は、タービンの場合と同様に配置することができ、特にタービンにおける遠心式圧縮機に類似するよう配置することができる。
【００１２】
ガイドベーンは、作動温度にて液体状態で存在するナトリウム充填物に関して特定の移動を生じさせるものである。この場合、ナトリウムは、各バルブストローク時に内部バルブにおけるより大きな表面に亘って流動し、従って各バルブストローク時に内部バルブにおけるより大きな表面の熱量を取り去ることができる。
【００１３】
バルブディスク表面に溶接されると共に、ガイドベーンを有するリッドは、製造コスト、従ってバルブコストを可及的に安価にするため、従来の方法で鍛造可能に構成するのが理想的である。
【００１４】
本発明の他の例示的な実施形態において、リッドは、少なくとも２個のガイドベーンを有し、これら少なくとも２個のガイドベーンは、リッドの中央部から外方に向けて対称的かつらせん状に延在している。この場合、対称的とは、バルブ長手方向軸線に対して回転対称的又は軸線対称的と理解される。この場合、軸線対称的とは、バルブ軸線に対して垂直な各平面において、各平面とバルブ軸線との交点周りで点対称的であると理解される。ガイドベーンの個数は、2〜12個とすることができるが、ガイドベーンの個数を奇数としてもよい。ガイドベーンが奇数個の場合、好適には、回転対称的ではあるが点対称的ではない。リッド上のガイドベーンは、下方に向けて流動する冷却剤の場合のみ、即ちバルブディスク方向に向けて流動する冷却剤の場合のみバルブ軸線周りで回転流を生じる。
【００１５】
本発明のバルブの更なる例示的な実施形態において、リッドは、その中央部にピラミッド状構造部又は円錐構造部を有し、これにより冷却剤がガイドベーン上に導かれる。同様に、フラム双曲面等の二次元的な湾曲面を有する円錐構造部を使用することができる。フラム双曲面に類似する構造部により、ナトリウムの衝突時にリッドの接合部における負荷が軽減されるため、バルブの寿命を延ばすことができる。フラム双曲面は、下方に向けて流動するナトリウムがリッドに対して、従ってリッドの接合部に対して及ぼす衝突力を回避するための放射状円錐部の一例に過ぎない。
【００１６】
本発明のバルブの更なる例示的な実施形態において、ガイドベーンは、三角形状の断面を有する。三角形状の断面の構成に応じて、ガイドベーンは、一側においては傾斜面のように形成され、他側においては壁のように形成されるため、一方向に循環流を生じさせることができる。この場合、回転流を生じるナトリウムは、傾斜面により更に流動することができるため、ガイドベーンで冷却剤の更なる流動が妨げられることはない。
【００１７】
実施形態に応じて、ガイドベーンは、バルブ軸線に対して傾斜させることができるが、この場合、製造コストの増加が生じる。
【００１８】
本発明の更なる例示的な実施形態において、少なくとも１個のガイドベーンにおける一側は、ディスク表面に対して垂直に延びている。同様に、ガイドベーン全体を傾斜させ、回転流をより効果的に生じさせることもできる。
【００１９】
本発明の更なる実施形態において、少なくとも１個のガイドベーンは、ステム内でらせん状に延びている。この構成においては、やはり回転流又は循環流を生じさせるために、バルブにおける比較的大きな長さを有する中空ステムが利用される。この場合、ガイドベーンは、ステム内で１個以上の長いらせん状部として形成される。この構成において、ガイドベーンは、銃器におけるバレルの溝に類似するように形成される。引き抜き加工によるこのタイプのガイドベーンは、バルブが閉鎖位置に位置している場合でも、循環流の維持を可能とする傾斜面付きのガイドベーンを構成するのに特に適している。ステムは、管から形成することができる。この場合、ブローチを使用することにより、管内にガイドベーンが形成される。従って、新技術を開発するためのコストをかけることなく、バルブステム内部に１個以上のガイドベーンを設けることができる。
【００２０】
本発明の他の例示的な実施形態において、少なくとも１個のらせん状ガイドベーンは、三角形状の断面を有する。三角形状の断面が極めて平坦であれば、液体ナトリウムを、上方移動時又は下方移動時にのみ回転流に変わるようにすることが可能である。ナトリウムが逆方向に移動する場合、ナトリウムは、回転流が妨げられたり又は逆方向への回転流が生じたりすることなく、ガイドベーンの裏面として機能する平坦な傾斜面を介して移動することができる。これにより、高回転速度時に、バルブ又はバルブステム内部におけるキャビティの冷却剤に関して一定の回転流が得られる。
【００２１】
本発明の更なる例示的な実施形態において、少なくとも１個のらせん状ガイドベーンにおける一側面は、少なくとも１個のらせん状ガイドベーンにおける他側面よりも面積が６倍大きいものとする。この構成は、極めて平坦な側面と、極めて急峻な側面を有するガイドベーンに関する。この構成は、ベーンの裏側が内周の全部又は半分に亘って延びるよう実現することができる。このタイプのベーンは、裏側がらせん状の断面を有する。
【００２２】
本発明の更なる例示的な実施形態において、バルブステムは、複数の部分で構成される。この場合、バルブステムにおける少なくとも一部分は、貫通孔を有する。この構成であれば、複雑な鋳型を必要とすることなく、特にバルブステム内にらせん状ガイドベーンを形成することが可能である。貫通孔を有するバルブステム部分は、銃器におけるバレル内に溝を設けるのと同じ手段で形成することができる。貫通孔が設けられたバルブステム部分を有する構成であれば、従来技術により、バルブステム内にらせん状ガイドベーンを形成することができる。
【００２３】
本発明の更なる実施形態において、内燃機関用の内部冷却バルブにおけるリッドには、バルブディスク表面の開口及びリッド間における接合部に作用する負荷を軽減する少なくとも１つの逃がし溝が付加的に設けられる。逃がし溝は、接合部近傍において、リッド上の内側及び／又は外側で延びている。逃がし溝により、リッドの材料強度が低下すると共にリッドの弾性が高まるため、リッド及びバルブディスク間における接合部に作用する負荷が軽減される。これにより、ガイドベーンに起因して可撓性が低下するリッドをより弾性的に構成することができるため、リッドが負荷された場合に力の一部のみが接合部に直接に伝達される。逃がし溝により、負荷の一部が吸収されるため、接合部に作用する負荷が軽減され、従って内部冷却バルブの寿命を延ばすことができる。好適には、リッドにおける弾性を最大化するため、２つの逃がし溝が内側及び外側に１つずつ設けられる。逃がし溝の配置により、一種の波形部が生じるため、リッドの中央部及びエッジ間を弾性的に接続することが可能となる。リッドが内方又は外方に向けて撓む場合、逃がし溝により接合部に作用する負荷が軽減されるため、接合部の損傷を遅延又は回避することができる。リッド及びバルブディスクは、レーザー溶接、電子ビーム溶接、抵抗溶接又は摩擦溶接で接合することができる。逃がし溝を設けなければ、リッドの撓みに際して、接合部に対してより大きな引張り負荷、即ち両側でクランプされた基板にほぼ対応する負荷が発生する。この場合、接合部における変形が小さくても大きな引張り応力が生じる。
【００２４】
以下、本発明を例示的な実施形態に基づいて詳述する。各図は、単なる略図に過ぎない。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】従来技術における内部冷却バルブを示す説明図である。
【図２】リッド上に配置された冷却剤用のガイドベーンを備える、本発明に係る内部冷却バルブを示す説明図である。
【図３】ステム内に配置された冷却剤用のガイドベーンを備える、本発明に係る内部冷却バルブを示す説明図である。
【図４】図２のバルブディスクを示す部分断面図である。
【図４Ａ】図４のリッドにおけるガイドベーンを示す平面図である。
【図４Ｂ】図４Ａのリッドを示す部分断面図である。
【図５Ａ】リッドの更なる実施形態におけるガイドベーンを示す平面図である。
【図５Ｂ】図５Ａのリッドを示す部分断面図である。
【図６Ａ】リッドの他の実施形態におけるガイドベーンを示す平面図である。
【図６Ｂ】図６Ａのリッドを示す部分断面図である。
【図７Ａ】逃がし溝を有するリッドの実施形態を示す説明図である。
【図７Ｂ】逃がし溝を有するリッドの実施形態を示す説明図である。
【図７Ｃ】逃がし溝を有するリッドの実施形態を示す説明図である。
【図７Ｄ】逃がし溝を有するリッドの実施形態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
明細書及び図面の両方においては、同一又は類似の構成要素或いは要素を表すのに、同一又は類似の参照符号を使用する。説明を過度に長くしないよう、１つの図で既に記載した要素については、他の図で省略するものとする。
【００２７】
図１は、下端部でバルブディスク６に終端するバルブステム８を備える従来技術における内部冷却バルブ２を示す。この場合、バルブステム８は、上端部、即ちステム端部36で終端しており、またバルブは一般的にステム端部36で制御される。バルブ内部には、冷却剤12が充填されたキャビティ10が設けられている。冷却剤としては通常、内燃機関の作動温度にて液体状態で存在するナトリウムが使用される。通常はキャビティの全部ではなく、バルブ内におけるキャビティの2/3〜3/4だけがナトリウムで充填される。ナトリウムは、内燃機関の作動時にバルブステム８内又はキャビティ10内で上下に移動することにより、バルブディスク６の熱を冷却バルブステム８方向に向けて伝導する（シェイキング冷却）。この場合、ナトリウムは、バルブ２が開閉する度にその内部で移動する。バルブ内のキャビティ10は、バルブディスク６のバルブディスク表面22に開口18を設けることにより形成される。即ち、キャビティ10は、開口18を介して、バルブディスク６内及びバルブステム８内に形成される。同様に、バルブステム端部を穿孔することによりキャビティの少なくとも一部を形成し、例えば、摩擦溶接により接続されたバルブステム端部でキャビティを閉鎖することも可能である。ナトリウムは、リッドを溶接した後、例えばバルブステムの孔を介して充填することができる。そのバルブステムの孔は、バルブに取り付けられると共に溶接されたバルブステム端部で閉鎖することができる。また、ナトリウム冷却剤12を充填した後、リッド20で開口18を閉鎖してもよい。この場合、リッドは、レーザー溶接、電子ビーム溶接又は抵抗溶接により、バルブディスクに接合される。図示の構成において、バルブディスク裏面24及びバルブステム上端部は接合部を有さず、バルブディスクはバルブステムと一体製造することができる。また、バルブステム及びバルブディスク又はバルブヘッドを互いに溶接シーム、例えば、摩擦溶接で互いに接続することが可能である。更に、ステム又はバルブステムの孔を介してバルブのキャビティを充填し、次いで孔を閉鎖することも可能である。これに加えて、リッドを摩擦溶接でバルブディスクに固定することも可能である。
【００２８】
図２は、冷却剤12用のガイドベーンを備える本発明に係る内部冷却バルブ４を示す。図１の構成同様、冷却剤は、キャビティ10内に配置されている。開口18を閉鎖するリッド20は、円錐構造部26を有する。円錐構造部26は、ステムからバルブディスク６方向に向けて移動する冷却剤を、外半径方向に向けてそらすために使用される。この場合、円錐構造部により、リッドに対する冷却剤の衝突力又は衝撃力が低減可能であり、従ってリッド20及びバルブディスク６間の接合部における負荷が軽減され、バルブの長寿命化が図られる。
【００２９】
円錐構造部26のエッジには、外方に向けて流動する冷却剤を（バルブステム８の中心を通る）バルブ軸線周りで回転流に変えるガイドベーン14が配置されている。これにより、冷却剤12及びバルブディスク６間で熱伝導がより効果的に実現される。バルブが再び閉鎖すると、冷却剤12がバルブステム８方向に逆流し、バルブガイド領域でシリンダヘッドにより冷却される。回転流は、冷却剤がステム端部方向に向けて移動するときにも維持されるのが理想的である。これにより、ステム上部領域でも冷却がより効果的に実現される。
【００３０】
図３は、ステム内における冷却剤用のガイドベーンを備える本発明に係る内部冷却バルブを示す。図示の実施形態において、中空ステム内には、らせん状ガイドベーン16が周方向に設けられている。この場合、ガイドベーンは、アルキメディアンスクリューのように機能し、下方に向けて流動する冷却剤をバルブ軸線周りにおける回転流に変える。らせん状ガイドベーンは、急峻な側面及び平坦な側面を有するため、ステム端部方向に向けて流動する冷却剤に影響を及ぼすことはない。更に、ステムの構造を対称的にするため、対称的に配置された２個のガイドベーンが使用される。
【００３１】
同様に、らせん状ガイドベーンは、ステム端部方向に向けて流動する冷却剤が回転流に変わるよう構成してもよい。この場合、ガイドベーン形状は、下方に向けて流動する冷却剤に可及的に影響を及ぼさないよう選択するのが好適である。
【００３２】
図示の実施形態においては、破線で表すように、らせん状ガイドベーンは、円錐構造部26及び／又は更なるガイドベーン14を有するリッドと組み合わせてもよい。この場合、冷却剤の回転流は、上方への移動のみならず下方への移動の両方において発生させるか又は維持することができる。
【００３３】
図３に示すバルブは、二部分で構成されたステムを備え、バルブの一部分28には、完成したバルブにおけるキャビティ10として機能する貫通孔30が設けられている。貫通孔を設ければ、ステム内部にガイドベーンを設けるのが特に容易である。即ち、貫通孔の場合、複雑な方法ステップを実施する必要性なく、ブローチを使用してバルブステム内部に構造部を形成することができる。
【００３４】
また、ガイドベーンは、引き抜き加工で形成することも可能である。この場合、バルブステム内を通過するよういわゆる引き抜きナイフが引き抜かれる。その際、クランプ状態のステムか又は引き抜きロッドをナイフと共に回転させることにより、らせん状部分が形成される。引き抜きの場合、バルブステムへの加工でガイドベーンが形成されるまでに複数回の作業ステップが必要である。ガイドベーンが形成された後、ラッピング加工を施すことでガイドベーンを平坦化することができる。
【００３５】
更に、らせん状ガイドベーンは、ボタン状金属部品を使用するボタン引き抜き加工で形成することも可能である。この場合、いわゆる「ボタン」と称される金属部品は、その外側にキャビティ又はガイドベーンとは真逆のプロファイルを有しており、バルブステム内を通過するよう引き抜かれる。ボタン引き抜き加工の場合、複数回の作業ステップが必要である。また、作業ステップ後にバルブステムの歪みを取り除く必要性が生じる場合がある。
【００３６】
これに加えて、らせん状ガイドベーンは、バルブステムへの打ち付け加工で形成することも可能である。この場合、バルブステムのブランクには、引き抜き加工の場合よりも大きな貫通孔が設けられ、その貫通孔の表面が付加的にホーニング加工される。次いで、高強度であると共に、ガイドベーンの負のプロファイルを有するマンドレルがバルブステム内に導入される。その後、バルブステムのブランクの外部に配置された鍛造ハンマーにより、ガイドベーンがステム内部に形成されるまで材料が圧縮される。この鍛造ハンマー加工においては、正確で滑らかで更には耐性を有する表面がステム内部で形成されるため、更なる後処理を施す必要はない。
【００３７】
らせん状ガイドベーンが形成された後、バルブステムは、図１及び図２に示すように、上端部をステム端部で閉鎖し、下端部をリッドで閉鎖することができる。これにより、冷却剤は、バルブディスク領域のみならずステム領域の両方において回転流を生じることが可能となる。
【００３８】
図４は、図２のバルブディスクの部分断面図を示す。図４の左側に、バルブディスクの断面が明示されている。リッド20は、円錐構造部26が隆起した平面ディスクとして形成されている。円錐構造部26は、リッド20のエッジ方向に向けてガイドベーン14に移行している。円錐構造部26は、図４が断面図であることにより、ガイドベーン14と明確に区別されていない。
【００３９】
図4Aは、図４のリッドにおけるガイドベーンの平面図を示す。この場合、中央部から外方に向けて延びると共に、時計回り方向に湾曲したガイドベーン14が合計で８個配置されている。この構造部に向けて上方から流動する流体、例えば、液体ナトリウムは、その構造部により時計回り方向への回転流に変わる。同様に、ガイドベーンを他の方向、即ち反時計回り方向に整列させることも可能である。
【００４０】
図4Bは、図4Aにおけるリッドにおいて、２個のガイドベーン間を通る断面線に沿う部分断面図を示す。図4Bにおいては、下方に向けて流動するナトリウムを、側方方向からバルブディスク又はリッド20のエッジ外方に向けて導く円錐構造部の形状がより明瞭に表されている。各ガイドベーン14は湾曲しているため、ナトリウムは、外方に向けて直線的に移動するのではなく、ガイドベーンにより時計回り方向にそれるよう移動する。これにより、キャビティ内部に対する冷却剤の接触をより効果的にする循環流又は回転流が生じる。このように、冷却剤は、熱を熱伝導に起因して伝導できるのみならず冷却剤の移動に起因して伝導することも可能であり、従って熱伝導全体がより改善される。
【００４１】
図5Aは、リッドの更なる実施形態におけるガイドベーンの平面図を示す。この場合、リッドは、傾斜したガイドベーン14を有し、ターボ圧縮機におけるホイールのベーンと同様に配置されている。このように、ベーン形状に応じて、より大きな回転流を生じさせることができる。
【００４２】
図5Bは、図5Aにおけるリッドの部分断面図を示す。この場合、回転流をより効果的に生じさせるために、ガイドベーンがどのように傾斜しているかが明示されている。
【００４３】
図6Aは、リッドの更なる実施形態におけるガイドベーンの平面図を示す。図示の実施形態において、ガイドベーン14は、実質的に半径方向に延びている。この場合、回転流は、ガイドベーン14の一側が傾斜し、従って半径方向外方に向けて流動する冷却剤を時計回り方向に変えることで生じる。図示の実施形態におけるガイドベーン形状及び対応のリッドは、ドロップ鍛造で特に容易に製造することができる。
【００４４】
図6Bは、図6Aにおけるリッドの部分断面図を示す。この場合、ガイドベーンの傾斜側が明示されている。ガイドベーンの略三角形状は、半径方向への湾曲形状と組み合わせてもよい。
【００４５】
図7A〜図7Dは、逃がし溝を有するリッドの実施形態を示す。
【００４６】
図7Aは、図6A又は図6Bにおけるガイドベーンを有するリッド20の平面図を示す。図示の実施形態において、リッド20の一部にのみガイドベーン14が設けられ、ガイドベーン14周りに外側エッジが形成されている。外側エッジ領域の内側及び外側には、逃がし溝34が１つずつ設けられている。これら逃がし溝34の正確な位置は、図7Bにより明瞭に表されている。
【００４７】
図7Bは、図7Aにおけるリッド20の断面図を示す。この場合、リッド20に２つの逃がし溝34が設けられている。一方の逃がし溝は、バルブディスク側又はリッドの外側に位置し、他方の逃がし溝34は、内部冷却バルブのキャビティ側に位置するよう配置されている。両方の逃がし溝34は、リッド20のエッジ領域における材料強度を低下させる。逃がし溝により、リッド20は、そのエッジが接合部で固定されていたとしても、より容易に撓むことが可能となる。燃焼室内の圧力上昇又はバルブ内の温度差に起因してリッドが僅かに撓むと、てこの法則により、リッド及びバルブディスク間の接合部に遥かに大きな力が作用する。この力は、リッド及びバルブディスク間のレーザー溶接シーム、電子溶接シーム又は抵抗溶接シームに過負荷をかけて破壊するのに十分な大きさを有する場合がある。リッドのエッジ領域には、逃がし溝を設けることでより大きな弾性を持たせることができる。リッドが内方に向けて撓んだ場合、エッジ領域が撓み可能であり、エッジの接合部における負荷を大幅に軽減することができる。逃がし溝の深さ及び幅に応じて、接合部に対する負荷の大きさを調整することができる。ガイドベーンのおかげでリッド20が極めて安定的で曲げ剛性を有していたとしても、リッドは、冷却剤に起因して比較的大きな熱応力を受ける。この熱応力による負荷も、逃がし溝を設けることにより、エッジの接合部において軽減することができる。
【００４８】
図7Cの実施形態において、逃がし溝34は、リッド20の外側に１つのみ設けられている。図7Dの実施形態において、逃がし溝34は、リッド20の内側に１つのみ設けられている。図7C及び図7Dにおいては、全ての図を１ページに収めるために、円錐構造部26の先端がそれぞれ省略されていることに留意されたい。
【００４９】
言うまでもなく、複数の逃がし溝を内側及び外側の両方に設け、これによりリッド20のエッジにおける弾性を高めることが可能である。また、各図における個々の特徴は、更なる実施形態を構成するために互いに組み合わせることができる。従って、例えば、リッドのガイドベーンをバルブステム内のらせん状ガイドベーンと組み合わせることができる。同様に、バルブステム内のらせん状ガイドベーンを、逃がし溝34が設けられたリッドと組み合わせることも可能である。更に、バルブステム端部方向に向けて上方移動する冷却剤をバルブ軸線周りで回転流に変えるガイドベーンを、バルブステム内に配置することもできる。これに加えて、ステム端部近傍における回転流に対して可能な限り影響を及ぼさないよう、バルブステム上端部の前でらせん状ガイドベーンが終端する構成とすることも可能である。
【符号の説明】
【００５０】
２     従来技術における内部冷却バルブ
４     本発明に係る内部冷却バルブ
６     バルブディスク
８     バルブステム
10     キャビティ
12     冷却剤
14     冷却剤用のガイドベーン
16     冷却剤用のらせん状ガイドベーン
18     開口
20     リッド
22     バルブディスク表面
24     バルブディスク裏面
26     円錐状構造部
28     貫通孔を有するバルブ部分
30     貫通孔
32     接合部
34     逃がし溝
36     ステム端部
【図１】
2018532064.tif 000003
【図２】
2018532064.tif 000004
【図３】
2018532064.tif 000005
【図４】
2018532064.tif 000006
【図４Ａ−４Ｂ】
2018532064.tif 000007
【図５Ａ】
2018532064.tif 000008
【図５Ｂ】
2018532064.tif 000009
【図６Ａ】
2018532064.tif 000010
【図６Ｂ】
2018532064.tif 000011
【図７Ａ】
2018532064.tif 000012
【図７Ｂ】
2018532064.tif 000013
【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年1月26日(2017.1.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関用の内部冷却バルブ（４）であって、
・バルブディスク（６）と、
・バルブステム（８）と、
・前記バルブステム（８）及び前記バルブディスク（６）内のキャビティ（10）と、
・前記キャビティ（10）内に配置された冷却剤（12）と、
を備え、前記キャビティ（10）内に、前記冷却剤（12）のための少なくとも１個のガイドベーン（14，16）が設けられている内部冷却バルブにおいて、
前記少なくとも１個のガイドベーン（14，16）が、三角形状の断面を有することを特徴とする内部冷却バルブ。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関用の内部冷却バルブ（４）であって、前記冷却剤（12）が、ナトリウムである内部冷却バルブ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の内燃機関用の内部冷却バルブ（４）であって、前記バルブが、少なくとも二部分で構成されると共に、リッド（20）で閉鎖されたバルブディスク表面（22）を備える内部冷却バルブ。
【請求項４】
請求項３に記載の内燃機関用の内部冷却バルブ（４）であって、前記リッド（20）に、冷却剤（12）のための少なくとも１個のガイドベーン（14，16）が設けられていることを特徴とする内部冷却バルブ。
【請求項５】
請求項４に記載の内燃機関用の内部冷却バルブ（４）であって、前記リッド（20）が、少なくとも２個のガイドベーン（14，16）を有し、該少なくとも２個のガイドベーンが、前記リッド（20）の中央部から外方に向けて対称的かつらせん状に延在していることを特徴とする内部冷却バルブ。
【請求項６】
請求項３〜５の何れか一項に記載の内燃機関用の内部冷却バルブ（４）であって、前記リッド（20）が、その中央部に円錐状構造（26）を有し、これにより前記冷却剤（12）が前記ガイドベーン（14，16）上に導かれることを特徴とする内部冷却バルブ。 
【請求項７】
請求項１〜6の何れか一項に記載の内燃機関用の内部冷却バルブ（４）であって、前記少なくとも１個のガイドベーン（14，16）の高さが、前記冷却剤（12）のための前記キャビティ（10）における高さの半分よりも小さいことを特徴とする内部冷却バルブ。
【請求項８】
請求項1又は6に記載の内燃機関用の内部冷却バルブ（４）であって、前記少なくとも１個のガイドベーン（14，16）の一側が、ディスク表面に向けて延在していることを特徴とする内部冷却バルブ。
【請求項９】
請求項１〜8の何れか一項に記載の内燃機関用の内部冷却バルブ（４）であって、前記少なくとも１個のガイドベーン（16）が、前記ステム内でらせん状に延在していることを特徴とする内部冷却バルブ。
【請求項１０】
請求項９に記載の内燃機関用の内部冷却バルブ（４）であって、前記少なくとも１個のらせん状ガイドベーン（16）における一側面が、前記少なくとも１個のらせん状ガイドベーン（16）における他側面よりも面積が６倍大きいことを特徴とする内部冷却バルブ。
【請求項１１】
請求項１〜１０の何れか一項に記載の内燃機関用の内部冷却バルブ（４）であって、前記バルブステム（８）が、複数の部分で構成されていることを特徴とする内部冷却バルブ。
【請求項１２】
請求項１〜１１の何れか一項に記載の内燃機関用の内部冷却バルブ（４）であって、前記リッド（20）に、少なくとも１つの逃がし溝（34）が付加的に設けられ、該少なくとも１つの逃がし溝（34）により、前記バルブディスク表面（22）の開口（18）と前記リッド（20）との間の接合部に作用する負荷が軽減されることを特徴とする内部冷却バルブ。
【国際調査報告】
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