CN104685168A - 空心提升阀 - Google Patents

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Abstract

一种空心提升阀，通过使阀伞部内的大径空心部的底面侧外周缘部扩径而与阀面部接近，不降低空心阀的耐久性地改善吸热效果。空心提升阀(10)，从在轴部的一端侧一体地形成了伞部(14)的提升阀的伞部(14)到轴部(12)形成了空心部(S)，将冷却材料(19)和惰性气体一起装填在了空心部(S)，将伞部(14)内的大径空心部(S1)的底面侧外周缘部(S1a)向半径方向外方扩径成了法兰状。空心部(S1)内的冷却材料(19)的量增加，进而，冷却材料(19)和阀面部之间的距离被缩短，阀伞部(14)的吸热效果上升。空心部(S1)的扩径了的底面侧外周缘部(S1a)是法兰状，阀伞部(14)整体不成为薄壁，不影响阀(10)的耐久性。

Description

空心提升阀
技术领域
本发明涉及在从提升阀的伞部到轴部形成的空心部装填了冷却材料的空心提升阀，特别是，涉及阀伞部的大径空心部和阀轴部的小径空心部连通的空心提升阀。
背景技术
在下述专利文献1、2等中，记载了如下的空心提升阀：从在轴端部一体地形成了伞部的提升阀的伞部到轴部形成了空心部，与阀的母材相比热传导率高的冷却材料(例如，金属钠，熔点约98℃)与惰性气体一起被装填在空心部。
由于阀的空心部从伞部内向轴部内延伸，与其相应地，能在空心部装填多量的冷却材料，所以能提高阀的热传导性(以下称为阀的吸热效果)。
即，通过发动机的驱动，燃烧室成为高温，但如果燃烧室的温度过高，则产生爆震而不能得到规定的发动机输出，导致燃料费用的恶化(发动机的性能的下降)。因此，为了降低燃烧室的温度，作为使在燃烧室中产生的热经阀积极地进行热传导的方法(提高阀的吸热效果的方法)，将冷却材料与惰性气体一起装填在空心部的各种各样的空心阀已被提出。
而且，在以往(专利文献1、2)，伞部内的圆盘状大径空心部和轴部内的直线状小径空心部之间的连通部由光滑的曲线区域(内径渐渐地变化的过渡区域)构成，但被认为是因为此连通部是光滑地连续的形状，所以在阀的开闭动作(阀的向轴向的往复动作)时冷却材料(液体)能与封入气体一起在大径空心部和小径空心部之间顺利地移动，阀的吸热效果上升。
然而，因为大径空心部和小径空心部之间的连通部是平滑地连续的形状，所以与阀的开闭动作一致地在大径空心部和小径空心部之间冷却材料(液体)能顺利地移动，但空心部内的冷却材料(液体)，在上层部、中层部、下层部不会被搅拌地相互保持上下关系不变的状态下在轴向移动。
因此，可知与热源接近的一侧的冷却材料下层部中的热不积极地传递给冷却材料中层部、上层部，不能充分地发挥吸热效果(热传导性)。
因此，在专利文献3中，提出了如下的发明：使阀轴部内的直线状小径空心部与阀伞部内的圆锥台形状的大径空心部的顶棚面以大致正交的方式连通，抑制冷却材料的从大径空心部向小径空心部的顺利的移动，在阀的开闭动作(阀的向轴向的往复动作)时，产生从圆锥台形状的大径空心部的外周面沿着顶棚面朝向半径方向内侧的冷却材料的流动，由此，在大径空心部内的冷却材料中绕阀的中心轴线形成纵向的回旋流(以下，将此纵向的回旋流称为翻滚流)，空心部内的冷却材料被积极地搅拌，阀的吸热效果(热传导性)被改善。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:WO2010/041337
专利文献2:日本特开2011-179328
专利文献3:PCT/JP2012/075452(2012年10月2日申请)
发明内容
发明所要解决的课题
在专利文献3的空心阀中，为了进一步提高吸热效果，只要增大空心部的容积(将阀薄壁化)，增多冷却材料的装填量即可，但因为阀的耐久性降低，所以在薄壁化上存在界限。
即，阀伞部，在燃烧室、排气通路中暴露在高温的燃烧气体中而成为高温，但热经空心部内的冷却材料向阀整体传递，经阀轴部进行滑动接触的阀导向件、在闭阀时阀伞部(的面部)抵接的阀片向汽缸头放热。特别是，可以认为阀伞部的热的大半经阀片向汽缸头放热。
因此，为了提高阀的吸热效果，如何效率良好地使阀伞部的热传递给阀片是重要的，因此，希望缩短从阀伞部中的大径空心部内的冷却材料到阀面部之间的阀母材中的热传递路径(距离)。作为用于这样做的一个对策，只要将大径空心部整体增大即可，但因为暴露在高温下，使耐热强度降低的阀伞部整体薄壁化，导致阀的耐久性的下降，所以无论如何也不可能的。
因此，发明者认为，因为如果仅将大径空心部的底面侧外周缘部向半径方向外方扩径成法兰状，则大径空心部内的冷却材料和阀面部之间的阀母材中的热传递路径(距离)变短，热传递效率上升，所以既提高吸热效果，阀伞部的耐久性也不会降低。
另外，关于“将大径空心部的底面侧外周缘部向半径方向外方扩径成法兰状”这样的关系到发明者的认识的构造，被图示在上述的专利文献3的附图(例如图1、3)中。但是，因为关系到本发明者的认识的结构的适用范围，不被限定于专利文献3的发明(将阀轴部内的小径空心部连通的阀伞部内的大径空心部形成为大致圆锥台形状，在阀的开闭动作(阀的向轴向的往复动作)时，在大径空心部内的冷却材料中形成翻滚流这样的构造)，也能广泛适用于包含在先专利文献1、2等在内的以往公知的空心阀，所以，此次，是达到了主张基于在先专利文献3的优先权的日本专利申请。
本发明是基于上述的以往技术的问题及发明者的上述的认识而做出的发明，其目的在于提供一种通过将阀伞部内的大径空心部的底面侧外周缘部向外方扩径，能够不会给阀的耐久性带来影响地改善阀的吸热效果(热传导性)的空心提升阀。
为了解决课题的手段
为了达到上述目的，本发明(技术方案1)的空心提升阀，是从在轴部的一端侧一体地形成了伞部的提升阀的伞部到轴部形成了空心部，将冷却材料和惰性气体一起装填在了上述空心部的空心提升阀，其中，以如下的方式构成：
在上述阀伞部内设置了大致圆盘形状的大径空心部，该大径空心部是设置在上述阀轴部内的直线状的小径空心部连通的大径空心部，并且上述大径空心部的底面侧外周缘部向半径方向外方扩径成法兰状。
(作用)阀伞部的热的大半，经大径空心部内的冷却材料向阀母材(伞部形成壁)传递，从阀面部向汽缸头放热，但由于大径空心部的底面侧外周缘部被向半径方向外方扩径，所以第一，与大径空心部内的冷却材料的装填量增加的量相应地，阀伞部中的热传递效率上升。
第二，大径空心部(内的冷却材料)和阀面部之间的阀母材(伞部形成壁)中的热传递路径仅缩短与大径空心部的底面侧外周缘部的扩径宽度(扩径长度)相当的量，与其相应地，阀伞部中的热传递效率上升。
另外，因为大径空心部的扩径了的底面侧外周缘部被形成为法兰状，阀伞部形成壁整体不是被进行薄壁化的结构，所以没有阀伞部的刚性强度、弯曲强度降低的危险。
在技术方案2中，是在技术方案1记载的空心提升阀中，以如下的方式构成：上述大径空心部被形成为具备大致模仿上述阀伞部的外形的圆锥形状的外周面的大致圆锥台形状，上述小径空心部与该大径空心部的圆形顶棚面以正交的方式连通，当阀在轴向往复动作时，至少在该大径空心部内的冷却材料中绕上述阀的中心轴线地形成纵向的回旋流。
(作用)在阀从闭阀状态向开阀状态转移时(阀下降时)，如图3(a)所示，惯性力向上作用在空心部内的冷却材料(液体)上。而且，因为作用在大径空心部中央部的冷却材料上的惯性力(向上)比作用在大径空心部周边区域的冷却材料上的惯性力大，所以大径空心部内的冷却材料欲经连通部向小径空心部移动。但是，因为在连通部形成了帽檐状的环状台阶部，换言之，因为大径空心部的顶棚面(大径空心部中的小径空心部的开口周缘部)由相对于阀的中心轴线大致正交的平面构成，所以冷却材料不能像由连通部光滑的形状形成的以往(在先专利文献1、2)的空心阀的那样顺利地向小径空心部移动。
因此，如图4(a)所示，虽然在连通部P中稍微产生朝向小径空心部S2的流动F4、F5，但是沿着圆环状的台阶部(大径空心部的顶棚面)产生朝向半径方向外侧的流动F1。此时，在大径空心部的底面侧，通过大径空心部中央部的冷却材料向上方移动，大径空心部中央部的底面侧成为负压，产生从半径方向外侧朝向内侧的流动F3，与此相伴，产生沿着大径空心部的倾斜外周面朝向下方的流动F2。
这样，在大径空心部内的冷却材料中，如箭头F1→F2→F3→F1所示，绕阀的中心轴线形成纵向转外圈的回旋流(以下称为转外圈的翻滚流)，在小径空心部内的冷却材料中，产生如F4、F5所示的那样的紊流。
另一方面，在阀从开阀状态向闭阀状态转移时(阀上升时)，如图3(b)所示，惯性力作用向下在空心部内的冷却材料上。而且，因为作用在大径空心部中央部的冷却材料上的惯性力(向下)比作用在大径空心部周边区域的冷却材料上的惯性力大，所以如图4(b)所示，在大径空心部内的冷却材料中，产生从大径空心部的中央部沿着底面朝向半径方向外方的流动F6，同时，在小径空心部中也通过连通部产生朝向下方的流动(紊流)F7。沿着大径空心部的底面的流动F6，从大径空心部的外方沿着圆锥状外周面向顶棚面侧转入，成为沿着大径空心部S1的顶棚面的流动F8，并在大径空心部的中央部与朝向下方的流动F6、F7合流。
即，在大径空心部的冷却材料中，如箭头F6→F8→F6所示，绕阀的中心轴线地形成了纵向转里圈的回旋流(以下称为转里圈的翻滚流)，在小径空心部内的冷却材料中，产生如箭头F7所示的那样的紊流。
这样，因为通过阀进行开闭动作，在阀的大径空心部内的冷却材料中，形成如图4所示的那样的翻滚流、紊流，空心部内整体的冷却材料的上层部、中层部、下层部被积极地搅拌，所以阀的吸热效果(热传导性)被显著地改善。
在技术方案3中，是在技术方案2记载的空心提升阀中，以如下的方式构成：上述大径空心部的扩径了的底面侧外周缘部的顶棚面被形成为圆锥状，在扩径了的该底面侧外周缘部也引导上述翻滚流的一部分。
(作用)因为在阀的开闭动作时，在大径空心部内的冷却材料中形成的翻滚流的一部分也被向大径空心部的扩径了的底面侧外周缘部引导，大径空心部的扩径了的底面侧外周缘部内的冷却材料也被搅拌，所以阀的吸热效果(热传导性)被进一步改善。
在技术方案4中，是在技术方案2或者3记载的空心提升阀中，以如下的方式构成：上述大径空心部，由其圆形的顶棚面相对于大致圆锥台的上面向上述阀的轴部侧偏置规定距离的带阶梯的大致圆锥台形状构成。
(作用)在技术方案2或者3中，由于大致圆锥台形状的大径空心部的圆形顶棚面由平面构成，所以在锻造工序中使用的模具前端部的推压成形面成为平面，与将模具前端部的推压成形面加工成规定的曲面、圆锥面的情况相比，模具的加工确实是容易的。
但是，仅由锻造工序将大径空心部的顶棚面(大致圆锥台形状的上面)成形为高精度的平面是困难的，在锻造工序中使用的模具前端部的推压成形面的磨损也是激烈的。
然而，在技术方案4中，由于以如下的方式构成：将大径空心部的圆形的顶棚面设置在相对于大致圆锥台形状的上面向阀的轴部侧仅偏置规定距离(例如，为了将由锻造工序成形的伞部外壳内侧的大致圆锥台形状凹部的球面状底面切削加工成相对于阀的中心轴线正交的平面所需要的距离)的位置(将大径空心部形成为带阶梯的大致圆锥台形状)，所以例如，通过对在锻造工序中使用的模具前端部(的推压成形面)倒圆，模具难以磨损，因为在锻造后由切削加工成形大径空心部的圆形的顶棚面，所以对在锻造工序中使用的模具前端部(的推压成形面)的加工精度的要求也被缓和，模具的加工变得更容易，大径空心部的圆形的顶棚面(平面)的加工精度也上升。
在技术方案5中，是在技术方案1～4的任一项记载的空心提升阀中，以如下的方式构成：上述靠近阀轴端部的小径空心部的内径与上述靠近阀伞部的小径空心部的内径相比被形成得大，在上述小径空心部内的轴向规定位置设置圆环状的台阶部，并且装填了上述冷却材料直到越过上述台阶部的位置。
(作用)当阀从闭阀状态向开阀状态转移时(阀下降时)，在小径空心部内的冷却材料(液体)从内径小的靠近阀伞部的小径空心部向内径大的靠近阀轴端部的小径空心部移动时，如图4(a)所示，在台阶部的下游侧形成紊流F9，小径空心部内的冷却材料被搅拌。
另一方面，在阀从开阀状态向闭阀状态转移时(阀上升时)，通过开阀动作在小径空心部内向上方一旦移动了的冷却材料(液体)，在从内径大的靠近阀轴端部的小径空心部向内径小的靠近阀伞部的小径空心部移动时，如图4(b)所示，在圆环状的台阶部的下游侧形成紊流F10，小径空心部内的冷却材料被搅拌。
这样，由于伴随着阀的开闭动作(上下方向的往复动作)，当冷却材料在小径空心部内在轴向移动时在台阶部的附近产生紊流，由此，小径空心部内的冷却材料被搅拌，所以阀轴部中的吸热效果(热传导性)进一步提高。
在技术方案6中，是在技术方案5记载的空心提升阀中，以如下的方式构成：上述小径空心部内的台阶部，以如下的方式构成：在将上述阀配设在向发动机的燃烧室开口的排气通路或者吸气通路上时，被设置在不成为上述排气通路或者吸气通路内的规定位置。
(作用)因为金属的疲劳强，温度越高越降低，通常作为位于排气通路(或者吸气通路)内暴露在高热中的部位的阀轴部中的靠近阀伞部的区域，需要形成为能耐疲劳强度的下降的程度的壁厚。另一方面，作为从热源离开而且通常与阀导向件滑动接触的部位的阀轴部中的靠近轴端部的区域，因为虽然经冷却材料传递燃烧室、排气通路(或者吸气通路)的热，但是传递的热经阀导向件立即向汽缸头放热，所以靠近阀伞部的区域不会成为多高的温度。因此，阀轴部中的靠近轴端部的区域，因为与靠近阀伞部的区域相比疲劳强度不下降，所以即使形成薄壁(将小径空心部的内径形成得大)，在强度(因疲劳而折损等的耐久性)上也没有问题。
另外，如果增大靠近轴端部的小径空心部的内径，则小径空心部整体的表面积(与冷却材料的接触表面积)增加，阀轴部中的热传递效率上升，小径空心部整体的容积增加，由此，能够减轻阀的总重量。另外，通过增加冷却材料的装填量，阀轴部的吸热效果(热传导性)也上升。而且，小径空心部内的台阶部越靠近阀伞部，阀的吸热效果越高。
因此，希望小径空心部内的台阶部，在阀开阀到极限的状态下，设置在至少不成为排气通路或者吸气通路内的规定位置(例如，和与阀导向件的排气通路或者吸气通路面对的一侧的端部大致对应的位置)。
发明的效果
根据本申请发明(技术方案1)的空心提升阀，由于大径空心部内的冷却材料的装填量增加，并且大径空心部(内的冷却材料)和阀面部之间的阀母材(伞部形成壁)中的热传递路径被缩短，所以阀伞部中的热传递效率上升，阀的吸热效果(热传导性)被改善，发动机的性能提高。
另外，因为阀面部附近的一部分成为薄壁，但阀伞部形成壁整体不是被进行薄壁化的结构，所以阀伞部的刚性强度、弯曲强度不会下降，阀的耐久性也不会下降。
根据技术方案2的空心提升阀，由于在阀的开闭动作时，在大径空心部内的冷却材料中形成纵向的回旋流，空心部内整体的冷却材料的上层部、中层部、下层部被积极地搅拌，所以由空心部内整体的冷却材料进行的热传递变得活跃，阀的吸热效果(热传导性)被显著地改善，发动机的性能进一步提高。
根据技术方案3的空心提升阀，由于在阀的开闭动作时，在大径空心部内的冷却材料中形成纵向的回旋流，空心部内整体的冷却材料的上层部、中层部、下层部被更积极地搅拌，所以由空心部内整体的冷却材料进行的热传递变得更活跃，阀的吸热效果(热传导性)被进一步改善，发动机的性能更进一步提高。
根据技术方案4的空心提升阀，由于在加工大径空心部时一定的加工精度被保证，所以制造的各阀中的吸热效果(热传导性)的均匀化成为可能。
根据技术方案5的空心提升阀，由于伴随着阀的开闭动作(上下方向的动作)，小径空心部内的冷却材料整体也被积极地搅拌，所以能提供吸热效果(热传导性)更进一步优良的空心提升阀。
根据技术方案6的空心提升阀，由于在不对阀的耐久性带来影响的范围内增大阀轴部中的靠近轴端部的小径空心部的内径，并且使小径空心部内的台阶部的位置成为下方，所以阀轴部的吸热效果(热传导性)被进一步改善，并且阀总重量被减轻，发动机的性能更进一步提高。
附图说明
图1是作为本发明的第一实施例的空心提升阀的纵向剖视图。
图2是该阀的主要部分纵向剖视图。
图3是表示该空心提升阀在轴向往复动作时的作用在空心部内的冷却材料上的惯性力的图，(a)是表示开阀动作(下降动作)时的作用在冷却材料上的惯性力的剖视图，(b)是表示闭阀动作(上升动作)时的作用在冷却材料上的惯性力的剖视图。
图4是放大表示该空心提升阀开闭动作(在轴向往复动作)时的空心部内的冷却材料的运动的图，(a)是表示从闭阀状态向开阀状态转移时的冷却材料的运动的图，(b)是表示从开阀状态向闭阀状态转移时的冷却材料的运动的图。
图5是表示该空心提升阀的制造工序的图，(a)表示锻造作为阀中间产品的壳体的热锻造工序，(b)表示在壳体的伞部外壳的凹部的开口侧形成盖卡合用的内周面及圆环状台阶部的切削工序和在伞部外壳的球面状的凹部底面上形成圆形的平面的切削工序，(c)表示在壳体的伞部外壳的凹部底面上贯穿设置与靠近伞部的小径空心部相当的孔的孔贯穿设置工序，(d)表示贯穿设置与靠近轴端部的小径空心部相当的孔的孔贯穿设置工序，(e)表示将轴端构件进行轴接的轴接工序，(F)表示在小径空心部充填冷却材料的冷却材料装填工序，(g)表示在伞部外壳的凹部的开口侧内周面上接合盖的工序(空心部密闭工序)。
图6是作为本发明的第二实施例的空心提升阀的纵向剖视图。
图7是作为本发明的第三实施例的空心提升阀的纵向剖视图。
具体实施方式
为了实施发明的方式
下面，基于实施例说明本发明的实施方式。
图1～图5表示作为本发明的第一实施例的内燃机用的空心提升阀。
在这些图中，符号10是在笔直地延伸的轴部12的一端侧，经外径渐渐地变大的R形状的圆角部13，一体地形成了伞部14的耐热合金制的空心提升阀，在伞部14的外周，设置了圆锥形状的面部16。
详细地讲，由在圆筒形状的轴部12a的一端侧一体地形成了伞部外壳14a的作为阀中间产品的轴一体型壳体(以下简单地称为壳体)11、与轴部12a进行了轴接的轴端构件12b和与伞部外壳14a的大致圆锥台形状的凹部14b中的开口侧内周面14c接合了的圆盘形状的盖18，构成了从伞部14到轴部12设置了空心部S的空心提升阀10，在空心部S，一起装填了金属钠等冷却材料19和氩气体等惰性气体。
空心部S中的冷却材料19的装填量，因为虽然多的是在吸热效果上优良，但是如果在规定量以上，则作为吸热效果的差别是微小的，所以考虑费用相对效果(如果冷却材料19多，则也花费成本)，例如，只要装填空心部S的容积的约1/2～约4/5的量即可。
另外，图1中的符号2是汽缸头，符号6是从燃烧室4延伸的排气通路，在排气通路6的向燃烧室4的开口周缘部，设置了具备能抵接阀10的面部16的圆锥面8a的圆环状的阀片8。符号3是设置在汽缸头2上的阀穿插孔，阀穿插孔3的内周面由阀10的轴部12进行滑动接触的阀导向件3a构成。符号9是将阀10向闭阀方向加载的阀弹簧，符号12c是设置在阀轴端部的栓槽。
另外，阀10内的空心部S是设置在阀伞部14内的大致圆锥台形状的大径空心部S1和设置在阀轴部12内的直线状(棒状)的小径空心部S2以正交的方式连通的构造，大径空心部S1的底面侧外周缘部S1a，如图2所示，沿着阀伞表18a向半径方向外方扩径成法兰状。即，在伞部外壳14a的大致圆锥台形状的凹部14b中的开口侧，设置了能卡合盖18的内周面14c和相对于该内周面14c大致正交的圆环形状的台阶部14b3，由该内周面14c、台阶部14b3和盖18的里面，划分成了作为法兰状的空心部的大径空心部S1的扩径了的底面侧外周缘部S1a。换言之，在大径空心部S1的底面侧，设置了与大径空心部S1连通的法兰状的空心部S1a。
因此，第一，大径空心部S1的容积仅增加相当于法兰状的空心部S1a的容积，大径空心部S1中的冷却材料19的装填量增加，阀伞部14中的热传递效率上升。
第二，大径空心部S1(内的冷却材料19)和阀面部16之间的阀母材(阀伞部14a形成壁)中的热传递路径仅缩短法兰状的空心部S1a的宽度W，与此相应地阀伞部14中的热传递效率上升。
另外，因为法兰状的空心部S1a是扁平的，伞部外壳14a整体不是被进行薄壁化的结构，所以没有阀伞部14的刚性强度、弯曲强度降低的危险。
另外，阀轴部12内的直线状(棒状)的小径空心部S2连通的大致圆锥台形状的大径空心部S1的圆形顶棚面(伞部外壳14a的大致圆锥台形状的凹部14b的圆形底面)14b1，如图2所示，由相对于阀10的中心轴线L正交的平面构成。
详细地讲，大径空心部S1，具备纵截面稍微向外侧弯曲成圆弧状的裙状的倾斜外周面14b2，在由倾斜外周面14b2的上缘特定的顶棚面14b’1向上方仅偏置了规定量H的位置形成了大径空心部S1的圆形的顶棚面14b1。即，大径空心部S1被形成为顶棚面14b1向上方仅偏置了规定量H的带阶梯的大致圆锥台形状。另外，大径空心部S1的圆形的顶棚面14b1的偏置量H，例如，如后述的那样，是为了在由壳体11的锻造工序成形(参照图5(a))的伞部外壳14a的球面状凹部(的底面14b’)切削加工相对于阀10的中心轴线L正交的平面14b1所需要的规定距离。
这样，在大径空心部S1中的与小径空心部S2的连通部P，代替在先文献1、2的那样的光滑的形状，从大径空心部S1侧观看形成了帽檐状的环状台阶部15，与此环状台阶部15的大径空心部S1面对的一侧(面)14b1由相对于阀10的中心轴线L正交的平面构成。换言之，由大径空心部S1的开口周缘部(伞部外壳14a的大致圆锥台形状的凹部14b的圆形底面)14b1和小径空心部S1的内周面划分成了帽檐状的环状台阶部15。
因此，在阀10进行开闭动作时，在大径空心部S1内的冷却材料19中，在后面详细地进行说明，但如图4(a)、(b)的箭头F1→F2→F3；箭头F6→F8所示，形成了翻滚流，同时，在小径空心部S2内的大径空心部S1附近的冷却材料19中，如箭头F4、F5、F7所示，产生紊流，空心部S内的冷却材料19的下层部、中层部、上层部被积极地搅拌，阀10中的吸热效果(热传导性)被大幅度地改善。
特别是，在本实施例中，由于大径空心部S1的圆形的顶棚面(凹部14b的圆形的底面)14b1和其倾斜外周面14b2构成钝角，所以在阀10进行开闭动作时，从大径空心部S1的半径方向外方沿着大径空心部S1的倾斜外周面14b2及顶棚面14b1朝向连通部P的冷却材料19的流动(图4(a)的F2及图4(b)的F8)的产生变得顺利，在大径空心部S2内的冷却材料19中形成的翻滚流变得活跃，所以空心部S内的冷却材料19的搅拌与其相应地被促进，阀10中的吸热效果(热传导性)被显著地改善。
另外，阀轴部12内的小径空心部S2，由靠近阀轴端部的内径d1比较大的小径空心部S21和靠近阀伞部14的内径d2比较小的小径空心部S22构成，在小径空心部S21和小径空心部S22之间，形成圆环状的台阶部17，并且装填了冷却材料19直到越过了台阶部17的位置。
因此，当冷却材料19在由阀10进行开闭动作时作用的惯性力在小径空心部S2内上下地移动时，如图4(a)、(b)的箭头F9、F10所示，在圆环状的台阶部17附近形成了紊流，小径空心部S2内的冷却材料19的搅拌被促进，与其相应地，阀10中的吸热效果(热传导性)被进一步改善。
下面，基于图3、4详细地说明阀10开闭动作时的冷却材料的运动。
在阀10从闭阀状态向开阀状态转移时(阀10下降时)，如图3(a)所示，惯性力朝上地作用在空心部S内的冷却材料(液体)19上。而且，因为作用在大径空心部S1中央部的冷却材料19上的惯性力(朝上)比作用在大径空心部S1周边区域的冷却材料19上的惯性力大，所以大径空心部S1内的冷却材料19欲经连通部P向小径空心部S2移动。但是，因为在连通部P形成了帽檐状的环状台阶部15，所以不能如连通部被形成为光滑的形状的在先文献所示的以往的空心阀的那样顺利地向小径空心部S2侧移动。
因此，如图4(a)所示，虽然在连通部P中稍微产生朝向小径空心部S2的流动F4、F5，但是产生沿着圆环状的台阶部15(大径空心部S1的顶棚面14b1)朝向半径方向外侧流动F1。此时，在大径空心部S1的底面侧，通过大径空心部S1中央部的冷却材料19向上方移动，大径空心部S1中央部的底面侧成为负压，产生从半径方向外侧朝向内侧的流动F3，与此相伴，产生沿着大径空心部S1的倾斜外周面14b2朝向下方的流动F2。
这样，在阀10从闭阀状态向开阀状态转移时(阀10下降时)，在大径空心部S1内的冷却材料19中，如箭头F1→F2→F3→F1所示，绕阀10的中心轴线L形成转外圈的翻滚流，在小径空心部S2内的冷却材料19中，产生如F4、F5所示的那样的紊流。
进而，在阀10从闭阀状态向开阀状态转移时(阀10下降时)，小径空心部S2内的冷却材料19，由向上作用的惯性力，在小径空心部S2内向上方移动，但从内径小的靠近阀伞部14的小径空心部S22向内径大的靠近阀轴端部的小径空心部S21移动时，如图4(a)所示，在台阶部17的下游侧(图4(a)的上方)产生紊流F9。
另一方面，在阀10从开阀状态向闭阀状态转移时(阀10上升时)，如图3(b)所示，惯性力向下作用在空心部S内的冷却材料19上。而且，因为作用在大径空心部S1中央部的冷却材料19上的惯性力(向下)比作用在大径空心部S1周边区域的冷却材料19上的惯性力大，所以如图4(b)所示，在大径空心部S1内的冷却材料19中，产生沿着大径空心部S1中央部的底面朝向半径方向外方的流动F6，同时，在小径空心部S2中也产生通过连通部P朝向下方的流动(紊流)F7。沿着大径空心部S1的底面的流动F6，从大径空心部S1的外方沿着倾斜外周面14b2向顶棚面14b1侧转入，成为沿着大径空心部S1的顶棚面14b1的流动F8，并在大径空心部S1的中央部(连通部P)合流成朝向下方的流动F6、F7。
即，在大径空心部S1内的冷却材料19中，如箭头F6→F8→F6所示，绕阀10的中心轴线L形成了转里圈的翻滚流，在小径空心部S2内的冷却材料19中，产生如箭头F7所示的那样的紊流。
进而，在阀10从开阀状态向闭阀状态转移时(阀10上升时)，因为惯性力向下作用在通过开阀动作在小径空心部S2内向上方一旦移动了的冷却材料(液体)19上，所以冷却材料19在小径空心部S2内向下方移动，但在从内径大的靠近阀轴端部的小径空心部S21向内径小的靠近阀伞部的小径空心部S22移动时，如图4(b)所示，在台阶部17的下游侧(图4(b)的下方)产生紊流F10。
这样，在阀10的开闭动作时，在空心部S内的冷却材料19中，形成由箭头F1→F2→F3；F6→F8所示的翻滚流、由箭头F4、F5、F7、F9、F10所示的紊流，空心部S内的冷却材料19的下层部、中层部、上层部被积极地搅拌，阀10中的吸热效果(热传导性)被大幅度地改善。
另外，小径空心部S2内的台阶部17，如图1所示，通过设置在和与阀导向件3的排气通路6面对的一侧的一端部3b大致对应的位置上，将内径大的靠近轴端部的小径空心部S21在轴向形成得长，不会使阀10的耐久性下降，与阀轴部12的冷却材料19的接触面积增加，阀轴部12的热传递效率上升，形成小径空心部S21的壁成为薄壁，阀10也成为轻量。即，小径空心部S2内的台阶部17，如图1的假想线所示，在阀10开阀(下降)到极限的状态下，被设置在不在排气通路6内的规定位置(阀轴部12中的薄壁的小径空心部S21形成壁难以受到排气通路6内的热的影响的规定位置)上。图1的符号17X，表示阀10开阀(下降)到极限的状态下的台阶部17的位置。
详细地讲，因为金属的疲劳强度，温度越高越降低，所以通常作为位于排气通路6内暴露在高热中的部位的阀轴部12中的靠近阀伞部14的区域，需要形成为能耐疲劳强度的下降的程度的壁厚。另一方面，作为从热源离开而且通常与阀导向件3a滑动接触的部位的阀轴部12中的靠近轴端部的区域，因为虽然经冷却材料19传递燃烧室4、排气通路6的热，但是传递的热经阀导向件3a立即向汽缸头2放热，所以靠近阀伞部14的区域不会成为多高的温度。
即，因为阀轴部12中的靠近轴端部的区域，与靠近阀伞部14的区域相比疲劳强度不下降，所以即使形成为薄壁(将小径空心部S21的内径形成得大)，在强度(因疲劳而折损等的耐久性)上也没有问题。
因此，在本实施例中，将小径空心部S21的内径形成得大，第一，通过增加小径空心部S2整体的表面积(与冷却材料19的接触面积)，提高了阀轴部12中的热传递效率。第二，通过增加小径空心部S2整体的容积，减轻了阀10的总重量。
另外，因为阀的轴端构件12b不像壳体11的那样要求耐热性，所以通过使用耐热性比壳体11的材料低的廉价材料，能够廉价地提供阀10。
接着，基于图5说明空心提升阀10的制造工序。
首先，如图5(a)所示，通过热锻造工序，成形壳体11，该壳体11一体地形成了伞部外壳14a和轴部12a，该伞部外壳14a设置了大致圆锥台形状的球面状凹部14b’。另外，在成形壳体11(伞部外壳14a)时，成形伞部外壳14a中的凹部14b’。凹部14b’被成形为球面状，该球面状成为带阶梯的大致圆锥台形状的凹部14b的原形。
作为热锻造工序，可以是通过顺次更换模具的挤压锻造，从耐热钢制块制造壳体11的挤压锻造，或者在由镦锻机在耐热钢制棒材的一端部镦锻了球状部之后，使用模具锻造壳体11(的伞部外壳14a)的镦锻锻造中的任一种。另外，在热锻造工序中，在壳体11的伞部外壳14a和轴部12a之间，形成R形状圆角部13，在伞部外壳14a的外周面上，形成圆锥形状面部16。
接着，如图5(b)所示，进行在伞部外壳14a的凹部14b’的开口侧形成盖卡合用的内周面14c，形成与大径空心部S1的法兰状空心部S1a的顶棚面相当的圆环形状的台阶部14b3的切削工序；和将伞部外壳14a的凹部(的球面状的底面)14b’仅切削规定量H，形成相对于阀10的中心轴线L正交的平面(大径空心部S1的圆形的顶棚面)14b1的切削工序。
接着，如图5(c)所示，以伞部外壳14a的凹部14b成为向上的方式配置壳体11，通过钻头加工，从伞部外壳14a的凹部14b的底面14b1到轴部12贯穿设置与靠近伞部的小径空心部S22相当的孔14e(孔贯穿设置工序)。由孔贯穿设置工序，构成大径空心部S1的伞部外壳14a的凹部14b和与小径空心部S22相当的轴部12a侧的孔14e连通，由此，在凹部14b和孔14e的连通部，从凹部14b侧观看，形成帽檐状的环状台阶部15。
接着，如图5(d)所示，从壳体11的轴端部侧，通过钻头加工，贯穿设置与靠近轴端部的小径空心部S21相当的孔14f，在小径空心部S2内形成台阶部17(孔贯穿设置工序)。
接着，如图5(e)所示，将轴端构件12b与壳体11的轴端部进行轴接(轴端构件轴接工序)。
接着，如图5(f)所示，在壳体11的伞部外壳14a的凹部14b的孔14e内充填规定量的冷却材料(固体)19(冷却材料装填工序)。
最后，如图5(g)所示，在氩气体环境下，将盖18与壳体11的伞部外壳14a的凹部14b的开口侧内周面14c接合(例如，电阻接合)(空心部密闭工序)。阀10的空心部S，由盖18密闭，并且在大径空心部S1的底面侧形成法兰状空心部S1a。另外，盖18的接合，也可以代替电阻接合而采用电子束焊接、激光焊接等。
这样，在空心提升阀10中，由于以如下的方式构成：将由相对于阀10的中心轴线L正交的平面构成的大径空心部S1的圆形的顶棚面14b1(帽檐状的环状台阶部15)，设置在将由纵截面稍微弯曲成圆弧状的裙状的倾斜外周面14b2的上缘特定的顶棚面14b’1向上方仅偏置了规定量H的位置，所以起到以下的效果。
例如，因为将在图5(a)所示的锻造工序中使用的模具构成为前端呈球状地鼓出的大致圆锥台形状，所以模具的推压成形部难以磨损。另外，因为在锻造工序后，由切削加工形成大径空心部S1的圆形的顶棚面14b1，所以对在锻造工序中使用的模具的推压成形部的加工精度的要求也被缓和，模具的加工变得更容易，并且大径空心部S1的圆形的顶棚面14b1的加工精度也上升。
此结果，在加工大径空心部S1时能保证一定的加工精度，能将制造的各阀10的优良的吸热效果(热传导性)均匀化。
图6是作为本发明的第二实施例的空心提升阀的纵向剖视图。
在上述的作为第一实施例的空心提升阀10中，阀伞部14内的大径空心部S1被形成为带阶梯的大致圆锥台形状，与此相对，在作为此第二实施例的空心提升阀10A中，伞部14内的大径空心部S’1被形成为具备圆锥形状外周面14b2的大致圆锥台形状。
另外，大径空心部S1’底面侧的法兰状空心部S’1a，是与第一实施例的阀10中的法兰状空心部S1a相比被进行了扩径的构造，大径空心部S’1(内的冷却材料19)和阀面部16之间的阀母材(伞部形成壁)中的热传递路径被进一步缩短，与第一实施例的阀10相比进一步提高了阀伞部14中的热传递效率。
另外，壳体11’的伞部外壳14a’(的凹部14b’)的开口侧内周面14c’，与第一实施例的伞部外壳14a(的凹部14b)的开口侧内周面14c相比被形成得大，并且构成法兰状空心部S’1a的顶棚面的圆环形状的台阶部14b’3被形成为圆锥状，在阀10A的开闭动作时，在大径空心部S1’内的冷却材料19中形成的翻滚流的一部分，如图6箭头所示，也被向法兰状空心部S’1a内引导，由此，与第一实施例的阀10相比，提高了阀的吸热效果(热传导性)。
另外，在上述的第一实施例的阀10中，阀轴部12内的小径空心部S2由靠近阀伞部的内径小的小径空心部S21和靠近阀轴端部的内径大的小径空心部S21构成，但在空心提升阀10A中，阀轴部12内的小径空心部S2由在轴向一定的内径形成。
此外，由于与上述的第一实施例相同，所以通过赋予相同的符号，其重复的说明省略。
图7是作为本发明的第三实施例的空心提升阀的纵向剖视图。
在上述的第一、第二实施例的空心提升阀10、10A中，阀伞部14内的大径空心部S1、S’1分别被形成为带阶梯的大致圆锥台形状、大致圆锥台形状，与此相对，在此第三实施例的空心提升阀10B中，阀伞部14内的大径空心部S”1被形成为高度低的圆柱形状(圆盘形状)。
在壳体11”的伞部外壳14a”(的圆柱形状凹部14b”)的开口侧，设置盖18卡合用的内周面14c”及圆环形状的台阶部14b”3，通过将盖18与伞部外壳14a”的开口侧内周面14c’接合，空心部S”被密闭，金属钠等冷却材料19和氩气体等惰性气体一起被装填在了空心部S”内，。
另外，在大径空心部S”1的底面侧，如图7所示，形成了与第一实施例的阀10的法兰状空心部S1a相同形状的法兰状空心部S”1a。
其他与上述的第一实施例的空心提升阀10相同，通过赋予相同的符号，其重复的说明省略。
另外，在上述的实施例的阀10、10A、10B中，以如下的方式构成：冷却材料19与惰性气体一起被装填在空心部内，当阀在轴向往复动作时，至少在大径空心部内的冷却材料中绕阀的中心轴线地形成了翻滚流，冷却材料被积极地搅拌，但因为空心部内的冷却材料的装填量多，所以不言而喻，本发明也能适用于当阀在轴向往复动作时，在大径空心部内的冷却材料中几乎被形成翻滚流的构造的空心提升阀。
符号的说明：
10、10A、10B：空心提升阀
11、11’、11”：一体地形成了伞部外壳和轴部的壳体
12：阀轴部
12a：轴部
12b：轴端构件
14：阀伞部
14a、14a’、14a”：伞部外壳
14b、14b’、14b”：伞部外壳的凹部
14b1、14b’1、14b”1：大径空心部的圆形的顶棚面
14b2、14b2’：大径空心部的倾斜外周面
14c、14c’、14c”：伞部外壳的凹部的开口侧内周面
15：作为大径空心部的顶棚面中的小径空心部的开口周缘部的帽檐状的环状台阶部
17：小径空心部内的圆环状的台阶部
18：盖
19：冷却材料
L、L’、L”：阀的中心轴线
S、S’、S”：空心部
S1、S’1、S”1：大径空心部
S2、S’2、S”2：小径空心部
P：连通部
S21：靠近轴端部的小径空心部
S22：靠近伞部的小径空心部
F1→F2→F3；F6→F8：翻滚流
F4、F5、F7：紊流
F9、F10：紊流。

Claims (6)

1.一种空心提升阀，是从在轴部的一端侧一体地形成了伞部的提升阀的伞部到轴部形成了空心部，将冷却材料和惰性气体一起装填在了上述空心部的空心提升阀，其特征在于，
在上述阀伞部内设置了大致圆盘形状的大径空心部，该大径空心部是设置在上述阀轴部内的直线状的小径空心部连通的大径空心部，并且上述大径空心部的底面侧外周缘部向半径方向外方扩径成法兰状。
2.如权利要求1记载的空心提升阀，其特征在于，
上述大径空心部被形成为具备大致模仿上述阀伞部的外形的圆锥形状的外周面的大致圆锥台形状，上述小径空心部与该大径空心部的圆形顶棚面以正交的方式连通，当阀在轴向往复动作时，至少在该大径空心部内的冷却材料中绕上述阀的中心轴线地形成纵向的回旋流。
3.如权利要求2记载的空心提升阀，其特征在于，
以如下的方式构成：上述大径空心部的扩径了的底面侧外周缘部的顶棚面被形成为圆锥状，在扩径了的该底面侧外周缘部也引导上述翻滚流的一部分。
4.如权利要求2或者3记载的空心提升阀，其特征在于，
上述大径空心部，由其圆形的顶棚面相对于大致圆锥台的上面向上述阀的轴部侧偏置规定距离的带阶梯的大致圆锥台形状构成。
5.如权利要求1～4的任一项记载的空心提升阀，其特征在于，
上述靠近阀轴端部的小径空心部的内径与上述靠近阀伞部的小径空心部的内径相比被形成得大，在上述小径空心部内的轴向规定位置设置圆环状的台阶部，并且装填了上述冷却材料直到越过上述台阶部的位置。
6.如权利要求5记载的空心提升阀，其特征在于，
上述小径空心部内的台阶部，以如下的方式构成：在将上述阀配设在向发动机的燃烧室开口的排气通路或者吸气通路上时，被设置在不成为上述排气通路或者吸气通路内的规定位置。
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