(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のバルブステムとバルブガイドを封止するバルブシール組立体であって、
第１の端部を有するシェルと、
前記シェルと密封状態で接触する弾性のシール要素とを備え、
前記シール要素が前記第１の端部に隣接して前記シェルの軸線方向外方に配置されたリップを備え、
前記リップが、バルブステムと密封状態で接触するようにされかつバルブステムに対して第１の鋭角でバルブステムから前記シェルに向かって延び、更にバルブステムに対して第２の鋭角でバルブステムより、前記シェルから離れる方向に延び、
前記第１の鋭角が前記第２の鋭角よりも大きい角度であり、
前記リップは、前記ガイド内で運動するバルブステムのいずれの部分も前記リップと接触しないように、バルブステムを密封する、ことを特徴とするバルブシール組立体。
【請求項２】
請求項１に記載のバルブシール組立体において、前記シェルが前記シェルの第１の端部に半径方向内側に延在する保持壁を備え、前記保持壁が縁部を有する開口を備え、前記シール要素が前記開口内に配設されていることを特徴とするバルブシール組立体。
【請求項３】
請求項２に記載のバルブシール組立体において、前記シール要素が前記保持壁の前記縁部と係合する切欠きを備えていることを特徴とするバルブシール組立体。
【請求項４】
請求項１ないし３の何れか一項に記載のバルブシール組立体において、前記リップをバルブステムに押し付ける前記シール要素の周りに配設されたリング状のばねを更に備えることを特徴とするバルブシール組立体。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れか一項に記載のバルブシール組立体において、前記第１の鋭角が３０度と９０度の間にあり、かつ前記第２の鋭角が１０度と６０度の間にあることを特徴とするバルブシール組立体。
【請求項６】
請求項１ないし５の何れか一項に記載のバルブシール組立体において、前記シェルが略円筒形であることを特徴とするバルブシール組立体。
【請求項７】
請求項１ないし６の何れか一項に記載のバルブシール組立体において、前記シェルが、前記エンジンハウジングに押し付けて密封する外側側面を備えることを特徴とするバルブシール組立体。
【請求項８】
請求項１ないし７の何れか一項に記載のバルブシール組立体において、前記シェルが前記エンジンハウジングの座グリ孔の内側側面に押し付けて密封する外側側面を備えることを特徴とするバルブシール組立体。
【請求項９】
請求項１ないし８の何れか一項に記載のバルブシール組立体において、前記シェルが、前記内燃機関の燃焼室に接近したバルブガイドの端部の近傍に配置されるのに適している、バルブシール組立体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はバルブシール組立体、特定すれば、潤滑液が内燃機関の燃焼室へ入るのを防止するバルブシール組立体に関する。
【０００２】
【従来技術】
多数の国の政府は、小型内燃機関から排出される排気物質の量を低減することを製造業者に要求している。内燃機関の製造業者はそれ故に排気物質レベルを低減する新たな方法を常に開発している。
【０００３】
好ましくない排出物質源の一つは、内燃機関内のバルブステム及びバルブガイドを潤滑する液体（典型的には慣用的なモーターオイル）が内燃機関（以下、エンジンと呼ぶ）から逸脱するときに発生する。多くのエンジンでは、潤滑液はバルブシールを通り、吸気バルブガイド及び排気バルブガイドを介して逸脱し、その後バルブポートを通って吸気及び排気マニホールドへ入る。
【０００４】
不要な排気物質のレベルは、潤滑液が排気バルブガイドから逸脱したときに増加する。それは、潤滑液が残りの排気物質と共にエンジンから排出されるからである。不要な排気物質のレベルはまた、潤滑液が吸気バルブガイドを通ったときにも増加する。吸気バルブガイドを通って逸脱した潤滑液は燃焼室に入る。潤滑液はこのような条件では容易に燃焼しないから完全には燃焼せず、その結果、潤滑液はエンジンから排気物質として放出される。炭素付着すなわちカーボンデポジットもまた燃焼室の内面に加えて吸気バルブヘッド上及びその周囲に形成される。これらのデポジットは燃焼室に送られる空気／燃料混合体内に含まれるいくらかの炭化水素を吸収する。炭化水素はエンジンの圧縮行程の間にデポジット内に吸収され、吸収された炭化水素は燃焼しない。吸収された炭化水素は次に排気行程の間に開放され、好ましくない排出レベルの増大を生じる。
【０００５】
バルブシール組立体はオーバーヘッドバルブ形態を有するエンジンのシリンダヘッド及びサイドバルブ形態を有するエンジンのエンジンブロックに通常は組み込まれている。バルブシール組立体は燃焼室から最も遠いバルブガイドの端部に通常は配置されている。慣用的なバルブシール組立体はバルブステムに対して押し圧される弾性のシール要素を備えていて潤滑液の大部分がシール要素を通過するのを阻止する。
【０００６】
バルブシール組立体はバルブガイド挿入部の突出部分の上方に取り付けられている。慣用的なバルブシール組立体はまた座ぐり孔に挿入される。バルブシール組立体は典型的に、座ぐり孔の底面と係合して封止する底面を備えている。座ぐり孔の底面は、バルブシール組立体を十分に封止することができるほど十分滑らかに仕上げられていない。それは座ぐり孔の底面を形成するために使用する切削工具に鋸歯状のカッターがあるためである。
【０００７】
公知のバルブシール組立体を使用する上での一つの欠点は、シール要素のリップ部の構成である。慣用的なリップは幾らかの潤滑液が漏洩するのを許容する構成となっている。それはシール組立体が燃焼室から最も遠いバルブガイドの端部に配置されているからである。バルブシール組立体は幾らかの潤滑液がシール要素又はバルブステムを通って漏洩するのを許容しなければならず、バルブガイドは潤滑液を受け入れない。一旦潤滑液がバルブガイドに入ると、潤滑液はバルブポートに達するまで、バルブステム及びバルブガイドの長手方向に沿って移動する。前述のとおり、潤滑駅がバルブポートを通過するとき、好ましくない排気物質のレベルが増加する。
【０００８】
公知のバルブシール組立体の別の欠点は、シール要素がバルブガイドに接近しすぎて位置決めされていることである。エンジンの作動中に、バルブのバルブステムは、バルブガイド内で往復運動するときに切り掻き及びバリにより損傷を受ける。切り掻き及びバリはシール要素のリップを横切って前後に移動する。リップが損傷するとバルブシール組立体の作動寿命及び効率が低下する。
【０００９】
【発明の概要】
本発明は、エンジンのバルブステムおよびバルブガイドの潤滑に使用される液体がエンジンの燃焼室に入るのを阻止する、バルブシール組立体に具体化される。バルブシール組立体はエンジンハウジングと封止可能に係合する外面を有する。バルブシール組立体はまた、改良されたシールリップを有する弾性のシール要素を備えている。改良されたシールリップはバルブステムと封止可能に係合して潤滑液がシールリップを通過して逸脱するのを阻止する。シールリップはまた、バルブガイドに対して位置決めされていて、シール要素の作動寿命と効率を延長する。本発明のバルブシール組立体はシェル及び弾性のシール要素を備えている。シェルは、その第１の端部から内側に延在する保持壁を備えるのが望ましい。弾性のシール要素は保持壁の開口部の中に配設されていて、シール要素の切り掻きが保持壁の開口部の縁部と係合することが望ましい。シェルは円筒形のシェルであることが望ましい。シール要素は更にバルブステムと封止可能に係合する改良されたシールリップを備えている。シールリップは上記第１の端部に隣接するシェルの軸線方向外方に配置されている。シールリップはバルブステムから（ｉ）バルブステムに対して３０°と９０°の間の角度でシェルに向かって延在し、かつ（ｉｉ）バルブステムに対して１０°と６０°の間の角度でシェルから離れるように延在することが望ましい。リング状のばねがシール要素の回りに配設置されていてバルブステムに対してシールリップを押圧する。
【００１０】
本発明は、バルブシール組立体を潤滑液のエンジンハウジングからの逸出を阻止する装置の一部とすることができる、別の特徴を有する。この装置はバルブシール組立体、エンジンハウジング、及びエンジンハウジング内のバルブステムの回りに配設されたガイドを備えている。このガイドはバルブステムの長手方向軸線に沿ってバルブステムの往復運動を案内する。バルブシール組立体は、燃焼室に接近した、バルブガイドの端部付近に配置されるのが望ましい。バルブシール組立体を燃焼室に接近したバルブガイドの端部付近に配置することにより、潤滑液がバルブポートに入るのを阻止するにもかかわらず、バルブステムとバルブガイドの十分な潤滑を可能にする。
【００１１】
バルブシール組立体はまた、エンジンハウジングを封止するようにされた外側面を有するシェルを備えている。外側面はエンジンハウジングの機械加工面（即ち、滑らかな面）に圧入することにより封止されるのが好ましい。それ以上に好ましいことは、エンジンハウジングの機械加工された面が、エンジンハウジング内に加工された座ぐり孔の内側側面であることである。座ぐり孔の内側側面は公知の切削技術で加工されたとき略滑らかになる。この略滑らかな内側側面は、シェルが座ぐり孔に圧入又は配置されたときシェルの外側側面と共に効果的なシールをもたらす。
【００１２】
本発明の別の特徴は、バルブシール組立体のシールリップの位置に関係する。シールリップはバルブステムと密封状態で係合しかつ、ガイド内で往復運動するバルブステムの相当部分がリップに接触しないように位置決めされる。このような方法でシール要素のリップを配置することにより、バルブガイド内での往復運動の結果損傷している可能性のあるバルブステムのかなりの部分によって、シールリップが損傷を受けることが阻止される。バルブステムの損傷していない部分（即ち滑らかな部分）のみがシールリップと接触するため、シール要素の損傷の量は最小限にされる。シールリップに対する損傷を最小限にすることにより予想される作動寿命及びシール要素の効果を増大する。
【００１３】
本発明の別の特徴は、以下の詳細な説明を参照することにより当業者には明らかとなるであろう。本発明の幾つかの特徴を詳細に説明する前に、本発明は本出願において記載した適用例に限定されるものではないことが理解されるべきである。本発明は単一で又は組み合わせて他の形態とすることも可能である。更に、ここで使用される用語は説明の目的に使用されるものであり、限定するものではないことを理解するべきである。
【００１４】
【発明の実施形態】
図1は、エンジンの側面を一部断面で表した図である。図1において、エンジン１０はエンジンハウジング12内に着座された吸気バルブ１１を有する。バルブ１１は吸気バルブ又は排気バルブのいずれかでもよい。エンジン１０は更に燃焼室１６に隣接して配置されたスパークプラグ１４を備えている。燃焼室１６はバルブポート２６と流体的に連通しており、バルブポート２６は吸気マニホールド２０と流体的に連通している。
【００１５】
バルブ１１はバルブステム３０とバルブヘッド１８とを備えている。バルブヘッド１８はバルブポート２６内に略接近して位置決めされた状態で示されている。
【００１６】
図1に図示されたエンジンの作動中に、燃料と空気の混合体が吸気マニホールド２０を介してバルブポート２６を通り燃焼室１６に引き込まれる。吸気及び排気バルブがそれぞれのバルブポートに略接近して位置決めされたとき、燃料と空気の混合体が燃焼室16内でスパークプラグ１４により点火される。燃焼室１６内で生じる燃焼は往復ピストンに動力を供給し、当業者には公知であるがここでは記載しない手段でクランクシャフト２３を回転するこよによりカムシャフト２２が駆動される。カムシャフト２２の強制回転によりバルブ１１がエンジンハウジング12内で軸線方向に往復運動される。バルブ１１は、燃焼が行われる閉鎖位置と開放位置との間で往復運動する。排気バルブが開放したとき、燃焼後燃焼室16内に滞留している排気物質が排気バルブポートを介して流出し、排気マニホールドに入る。
【００１７】
バルブ11はエンジンハウジング１２のバルブガイド28内に配置されている。バルブガイド２８はバルブ11の長手方向軸線２７に沿ってバルブステム３０の往復運動を案内する。典型的に慣用のモターオイルである液体はバルブガイド２８内で使用されてバルブステム３０とバルブガイド２８の間の摩擦を低減する。ここで使用される用語「エンジンハウジング」とは往復運動する構成要素及び回転する構成要素を包囲するエンジンの部分を意味し、少なくとも、クランクケース、シリンダボア、シリンダヘッド、及び既に述べたバルブガイド２８を意味する。
【００１８】
本発明は、潤滑液が燃焼室１６へ入るのを阻止するために使用されるバルブシール組立体４０に関する。バルブシール組立体４０は、燃焼室１６に接近した、バルブガイド２８の近傍若しくは端部に配置されるのが望ましい。
【００１９】
図2は図1の2−2線から見た拡大断面図である。図2において、バルブシール組立体４０はより詳細に図示されている。バルブシール組立体４０はシェル４６と密封状態で係合するシール要素４４を備えている。リング状のばね４２がシール要素４４の周りに配設されていて、シール要素４２をバルブステム30に当てて封止するのを容易にするように圧縮力を付加する。
【００２０】
シェル４６はエンジンハウジング１２内に機械加工された座ぐり孔５０内に押圧されるのが望ましい。シェル４６が座ぐり孔５０内に押圧されたとき、シェル４６の外面４８が座ぐり孔５０の内側側面５４と密封状態で接触する。
【００２１】
図3ないし図5は図1及び図2のバルブシール組立体の断面図を示す。バルブシール組立体４０のシェル４６は内側に向けて延在する保持壁５６を備えている。保持壁５６はシール要素４４を支持する。シール要素４４はシェル４６に直接成型されるか、若しくは図３及び図４に示されているように、保持壁５６の開口部に嵌合された切り欠き部５８を備えていてもよい。
【００２２】
シール要素４４は更にバルブステム３０と密封状態で接触するシールリップ５２を備えている。シールリップ５２は保持壁５６に隣接してシェル４６の軸線方向外側に配置されている。シールリップ５２は、バルブステム３０に対して角度Ｙで、シェル４６に向かってバルブステム３０から伸びている。角度Ｙは３０度と９０度の間であることが望ましい。シルリップ５２はまた、バルブステム３０に対して角度Ｘでシェルから離れる方向にバルブステム３０から伸びている。角度Ｘは１０度と６０度の間であることが望ましい。角度Ｙは角度Ｘよりも大きくして、潤滑液がシールリップ５２を通ってバルブポート２６に入るのを阻止するようにする。
【００２３】
前述の通り、また図３及び図４に明確に図示されているように、本発明はシール要素４４の周りに配設されたリング状のばね４２を備えている。リング状のばね４２は、シールリップ５２に極めて近接して配置されていて、リング状のばね４２によりシールリップ５２に作用する圧縮力を増加することが好ましい。追加された圧縮力によりシールリップ５２とバルブステム３０の間の封止的な係合が改善される。
【００２４】
シェル４６は略円筒形（図５）であって、シェル４６が座ぐり孔５０に圧入されたとき、座ぐり孔５０の内側側面５４に対して押し当てて外面４８の封止を容易にすることが望ましいが、シェル４６は他の形状であってもよい。図３及び図４に最も明確に図示されているように、面取りされた縁部６０が座ぐり孔５０の入口に形成されていて、バルブシール組立体４０の座ぐり孔５０への挿入を容易にする。それに加えて、シェル４６はまた面取りされた縁部６１も備えていて、バルブシール組立体４０の挿入を更に容易にする。
【００２５】
前に説明したとおり、内燃エンジン１０の作動中に、バルブ１１はバルブ１１の長手方向軸線２７に沿ってバルブガイド２８内で往復運動する。往復運動の長さ、即ちストロークは、図３及び図４に寸法Ｂとして示されている。シールリップ５２は、バルブガイド２８内で往復運動するバルブステム３０の何れの部分もシールリップ５２と接触しないように配置されていることが望ましい。図３及び図４に最も明確に示されているように、バルブステム３０のストローク寸法Ｂとして図３及び４に示す部分（即ち、ストローク部分）５１はシールリップ５２を横切って往復運動し、バルブガイド２８と接触しない。ストローク部分５１の何れの部分もバルブガイド２８と接触しないことが望ましいが、本発明のバルブシール組立体４０は、本発明の範囲から離れることなく、シールリップ５２を横切って往復運動するストローク部分５１の内の短い部分もまたバルブガイド２８内で往復運動するように構成されていてもよい。当業者には本発明の代替形態は明白であり、それらは本発明の範疇に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  側部バルブ形式のエンジンの一部を断面で表した側面図である。
【図２】  図１の２−２線から見た図１のエンジンの拡大断面図である。
【図３】  バルブが略閉鎖した状態を表した、図２の３−３線に沿って切取った図２及び３のバルブシール組立体の断面図である。
【図４】  バルブが略開放した状態を表した、図３に示されたものと同様の断面図である。
【図５】  図３の５−５線に沿って切取った図１ないし４のバルブシール組立体の横断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図４】
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