CN105189948B - 空心提升阀 - Google Patents

Abstract

提供一种通过随着阀的开闭动作而在阀伞部内的大径空心部的冷却材料中形成的涡流对空心部内的冷却材料进行搅拌、从而提高热散逸效果的空心提升阀。一种从在轴端部上一体地形成有伞部(14)的提升阀的伞部(14)到轴部(12)形成空心部(S)、在空心部(S)中与惰性气体一起装填有冷却材料(19)的空心提升阀(10)，在伞部(14)内的大径空心部(S1)的底面或顶面上设有涡流形成用的凸部(20、30)。随着阀(10)的开闭动作，在空心部(S1)内的冷却材料(19)中形成涡流(F20、F30)，在周向上对空心部(S1)内的冷却材料(19)进行搅拌，提高阀(10)的热散逸效果。

Description

空心提升阀

技术领域

本发明涉及在从提升阀的伞部朝向轴部形成的空心部中装填有冷却材料的空心提升阀，特别涉及伞部的大径空心部与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，记载有从在轴端部一体地形成有伞部的提升阀的伞部到轴部形成有空心部、将热传导率比阀的母材高的冷却材料(例如金属钠，熔点约98℃)与惰性气体一起装填在空心部中的空心提升阀。

阀的空心部从伞部内延伸到轴部内，由于相应地能够将许多量的冷却材装填到空心部中，所以能够提高阀的热传导性(以下称作阀的热散逸效果)。

即，燃烧室通过发动机的驱动成为高温，但如果燃烧室的温度过高，则会发生爆燃而不能得到规定的发动机输出，带来燃耗的恶化(发动机的性能的下降)。所以，为了降低燃烧室的温度，作为使在燃烧室中产生的热经由阀积极地热传导的方法(提高阀的热散逸效果的方法)，提出了将冷却材料与惰性气体一起装填到空心部中的各种空心阀。

专利文献1：WO2010/041337

专利文献2：日本特开2011－179328

发明内容

在以往的装有冷媒的空心提升阀中，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间的连通部由平滑的曲线区域(内径逐渐变化的过渡区域)构成，但由于该连通部是平滑地连续的形状，在阀的开闭动作(阀的向轴向的往复动作)时，冷却材料(液体)能够与封入气体一起在大径空心部与小径空心部间顺畅地移动，可以想到阀的热散逸效果会提高。

然而，在现有技术中，由于冷却材料(液体)能够配合阀的开闭动作在大径空心部与小径空心部间顺畅地移动，所以空心部内的冷却材料(液体)的上层部、中层部、下层部不被搅拌，在相互保持着上下关系不变的状态下在轴向上移动。

因此可知，距热源较近侧的冷却材料下层部的热没有被积极地向冷却材料中层部、上层部传递，没有充分发挥热散逸效果(热传导性)。

所以，发明人想到，利用在阀的开闭动作(轴向的往复动作)时作用于冷却材料的惯性力，在大径空心部内的冷却材料中形成水平方向的回旋流(以下将水平方向的回旋流称作涡流)。

即，可以想到，在阀的开闭动作(轴向的往复动作)时，空心部内的冷却材料通过惯性力在上下方向上移动，但例如如果在大径空心部的底面上设置具备涡流形成用的倾斜面(在周向上对被惯性力向下方推压的冷却材料进行引导的倾斜面)的凸部，则随着阀的开闭动作、特别是闭阀动作，大径空心部内的冷却材料被向涡流形成用的倾斜面推压，沿着该倾斜面发生朝向周向的流动，在冷却材料的下层部形成涡流，冷却材料被搅拌，热散逸效果提高。

本发明是鉴于上述现有技术的问题及发明人的认识而做出的，其目的是提供一种通过随着阀的开闭动作而在伞部内的大径空心部的冷却材料中形成的涡流将空心部内的冷却材料搅拌而改善热散逸效果的空心提升阀。

为了达到上述目的，在有关本发明(技术方案1)的空心提升阀中，一种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有空心部，在上述空心部中，与惰性气体一起装填有冷却材料的空心提升阀，构成为，

上述空心部具备上述伞部内的大径空心部、和连通到该大径空心部的中央部的上述轴部内的直线状的小径空心部；

在上述大径空心部的底面及顶面上，在周向上大致等间隔地设有具备朝向周向倾斜的倾斜面的涡流形成用的凸部，随着上述阀的开闭动作，在上述大径空心部内的冷却材料中绕上述阀的中心轴线形成涡流。

(作用)通过随着阀的开闭动作(轴向的往复动作)而在空心部内的冷却材料上作用惯性力，冷却材料在空心部内沿轴向移动。并且，当阀从闭阀状态向开阀状态转变时(阀下降时)，如图4(a)所示，在空心部内的冷却材料(液体)作用朝上的惯性力，冷却材料(液体)朝向大径空心部的顶面移动，在大径空心部的顶面上设有涡流形成用的凸部的情况下，如图3所示，通过冷却材料被该凸部的倾斜面推压而发生沿着该倾斜面的流动(朝向作为倾斜面倾斜的方向的周向的流动)F32，在大径空心部内的冷却材料的上层部形成涡流F30。

另一方面，当阀从开阀状态向闭阀状态转变时(阀上升时)，如图4(b)所示，在空心部内的冷却材料(液体)作用朝下的惯性力，冷却材料(液体)朝向大径空心部的底面移动，在大径空心部的底面上设有涡流形成用的凸部的情况下，如图3所示，通过冷却材料被该凸部的倾斜面推压而发生沿着该倾斜面的流动(朝向作为倾斜面倾斜的方向的周向的流动)F22，在大径空心部内的冷却材料的下层部形成涡流F20。

这样，随着阀的开闭动作(轴向的往复动作)，在大径空心部内的冷却材料的上层部及下层部形成涡流，对大径空心部内的冷却材料的上层部及下层部进行积极地搅拌，利用大径空心部内的冷却材料进行的热传递变得活跃。

详细地讲，如果重复阀的开闭动作(轴向的往复动作)，则空心部内的冷却材料成为与惰性气体的混合状态，在大径空心部内，通过随着阀的开闭动作形成的涡流而在周向上旋转，在小径空心部内也如被大径空心部内的冷却材料牵引那样在向同向旋转。并且，由于作用于大径空心部内的冷却材料的离心力比作用于小径空心部内的冷却材料的离心力大，所以如图2所示，小径空心部内的冷却材料与惰性气体一起一边朝向压力相对较低的大径空心部形成漩涡F40一边被吸入。

结果，第1，冷却材料从小径空心部向大径空心部流入，促进空心部内的冷却材料的搅拌。

第2，小径空心部内的冷却材料的液面水平(最高点)相对地上升，冷却材料与小径空心部形成壁的接触面积增加，提高了轴部的热传递效率。

此外，在技术方案1所记载的空心提升阀中，构成为，使上述底面侧的凸部的倾斜面的倾斜方向和上述顶面侧的凸部的倾斜面的倾斜方向，在从上述空心部的中央向上下两个相反的方向观察时为上下相反的朝向。

(作用)大径空心部内的冷却材料通过随着阀的开闭动作形成的涡流在周向上旋转，但由于在阀下降时在冷却材料的上层部形成的涡流与在阀上升时在冷却材料的下层部形成的涡流的周向的朝向分别相同，所以随着阀的开闭动作(轴向的往复动作)，将大径空心部内的冷却材料整体向同方向积极地搅拌，利用大径空心部内的冷却材料进行的热传递变得更加活跃。

详细地讲，大径空心部内的冷却材料通过由阀的下降动作形成的涡流在周向上旋转，通过由阀的上升动作形成的涡流而向周向的旋转被加速，即，在空心部内的冷却材料存在旋转的趋势，所以小径空心部内的冷却材料与惰性气体一起一边朝向压力相对较低的大径空心部形成漩涡一边被可靠地吸入。

因此，第1，冷却材料从小径空心部向大径空心部可靠地流入，空心部内的冷却材料的搅拌被进一步促进。

第2，小径空心部内的冷却材料的液面水平(最上点)相对地进一步上升，冷却材料与小径空心部形成壁的接触面积进一步增加，轴部的热传递效率进一步提高。

在技术方案2中，在技术方案1所记载的空心提升阀中，构成为，设于上述大径空心部的底面及顶面的上述涡流形成用的凸部从上述大径空心部的外周面分别离开规定距离地设置，在该涡流形成用的凸部的外周分别形成沿着大径空心部的外周面的圆环状的流路，并且上述凸部的倾斜面朝向上述流路而分别倾斜。

(作用)随着阀的开闭动作(轴向的往复动作)发生的、沿着涡流形成用的凸部的倾斜面的流动(朝向作为倾斜面倾斜的方向的周向的流动)不会与在周向上相邻的涡流形成用的凸部干渉，而是被沿着大径空心部的外周面的圆环状的流路引导，在大径空心部内的冷却材料的下层部或上层部顺畅地形成异能者大径空心部的外周面的涡流。

另外，大径空心部的底面通常由接合在划分成大径空心部的顶面及外周面的伞部外壳的凹部(的开口侧内周面)上的圆盘形状的帽构成，但容易通过锻造、切削、熔接等将涡流形成用的凸部一体化到与伞部外壳分体的帽上。

在技术方案3中，在技术方案1或2所记载的空心提升阀中，构成为，上述大径空心部构成为具备大致仿形于上述伞部的外形的锥形状的外周面的圆锥台形状，并且设在上述轴部内的小径空心部以与上述圆锥台形状的大径空心部的顶面大致正交的方式连通，随着上述阀的开闭动作，至少在上述大径空心部内的冷却材料中绕上述阀的中心轴线形成滚流。

(作用)空心部内的冷却材料随着阀的开闭动作(轴向的往复动作)而通过惯性力在空心部内沿轴向移动，但通过将大径空心部形成为大致圆锥台形状，通过冷却材料的移动在大径空心部内发生压力差，在大径空心部内的冷却材料中形成滚流。

详细地讲，当阀从闭阀状态向开阀状态转变时(阀下降时)，如图4(a)所示，在直线状的小径空心部内，冷却材料整体通过惯性力顺畅地向上方移动，而由于在与大径空心部的连通部形成有房檐状的环状台阶部15，所以在连通部的附近发生紊流F4(参照图5(a))。另一方面，在大径空心部内中，如图4(a)所示，由于作用于靠大径空心部中央的冷却材料的惯性力(朝上)比作用于大径空心部周边区域的冷却材料的惯性力大，所以如图5(a)所示，发生从靠大径空心部中央沿着顶面朝向半径方向外侧的流动F1。此时，在大径空心部的底面侧，通过靠大径空心部中央的冷却材料向上方移动，靠中央的区域成为负压，发生从半径方向外侧朝向内侧的流动F3，随之，发生沿着大径空心部的锥形状外周面朝向下方的流动F2。

即，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外环的回旋流(以下称作外环的滚流)T1。

此外，当阀从开阀状态向闭阀状态转变时(阀上升时)，如图4(b)所示，空心部内的冷却材料(液体)通过惯性力向下方移动。在小径空心部内，当阀从闭阀状态向开阀状态转变时移动到上方的冷却材料整体顺畅地向下方移动，但在与大径空心部的连通部发生紊流F5。另一方面，在大径空心部内，如图4(b)所示，由于作用于靠大径空心部中央的冷却材料的惯性力(朝下)比作用于大径空心部周边区域的冷却材料的惯性力大，所以如图5(b)所示，发生从靠大径空心部中央沿着底面朝向半径方向外侧的流动F6。此时，在大径空心部的顶面侧，通过靠大径空心部中央的冷却材料向下方移动，靠中央的区域成为负压，发生从半径方向外侧朝向内侧的流动F8，随之，发生沿着大径空心部的锥形状外周面朝向上方的流动F7。

即，在大径空心部的冷却材料中，如箭头F6→F7→F8→F6所示，绕阀的中心轴线形成纵向内旋的回旋流(以下称作内旋的滚流)T2。

这样，随着阀的开闭动作，在阀的大径空心部内的冷却材料中，除了形成图2、图3所示那样的涡流F20、F30以外，还形成图5(a)、图5(b)所示那样的滚流T1、T2，将冷却材料的上层部、中层部、下层部更积极地搅拌，所以阀的热散逸效果(热传导性)被显著地改善。

根据有关本发明的空心提升阀，随着阀的开闭动作(轴向的往复动作)，在大径空心部内形成涡流，与大径空心部内的冷却材料一起，小径空心部内的冷却材料也在周向上旋转而被搅拌，所以利用空心部内的冷却材料进行的热传递变得活跃，阀的热散逸效果(热传导性)改善，发动机的性能提高。

此外，随着阀的开闭动作(轴向的往复动作)，在大径空心部内形成有趋势的涡流，小径空心部内的冷却材料也与大径空心部内的冷却材料一起在周向上趋势较大地旋转而被搅拌，所以由空心部内的冷却材料进行的热传递变得更加活跃，阀的热散逸效果(热传导性)被进一步改善，发动机的性能进一步提高。

根据有关技术方案2的空心提升阀，在大径空心部内的冷却材料的下层部或上层部中，顺畅地形成沿着大径空心部的外周面的涡流，大径空心部内的冷却材料的搅拌被可靠地促进，所以由空心部内的冷却材料进行的热传递变得更活跃，阀的热散逸效果(热传导性)被可靠地改善，发动机的性能提高。

根据有关技术方案3的空心提升阀，随着阀的开闭动作，在大径空心部内的冷却材料中，除了涡流以外也形成滚流，所以空心部内的冷却材料整体被更积极地搅拌，所以由空心部内的冷却材料进行的热传递变得更加活跃，阀的热散逸效果(热传导性)被进一步改善，发动机的性能进一步提高。

附图说明

图1是作为本发明的第1实施例的空心提升阀的纵剖视图。

图2(a)是该空心提升阀的主要部分放大纵剖视图，图2(b)是伞部的水平剖视图(沿着图2所示的线II－II的剖视图)。

图3是伞部的放大分解立体图，是表示设在大径空心部的底面及顶面上的涡流形成用的凸部的立体图。

图4是表示该空心提升阀进行开闭动作(在轴向上往复动作)时的作用于空心部内的冷却材料的惯性力的图，图4(a)是表示阀的开阀动作(下降动作)时的作用于冷却材料的惯性力的剖视图，图4(b)是表示阀的闭阀动作(上升动作)时的作用于冷却材料的惯性力的剖视图。

图5是表示该空心提升阀进行开闭动作(在轴向上往复动作)时的空心部内的冷却材料的运动的图，图5(a)是表示阀从闭阀状态向开阀状态转变时的冷却材料的运动的图，图5(b)是表示阀从开阀状态向闭阀状态转变时的冷却材料的运动的图。

图6是表示该空心提升阀的制造工序的图，图6(a)表示对作为阀中间品的壳体进行锻造的热锻造工序，图6(b)表示在轴部上穿设相当于靠伞部的小径空心部的孔的孔穿设工序，图6(c)表示穿设相当于靠轴端部的小径空心部的孔的孔穿设工序，图6(d)表示对轴端部件进行轴接的轴接工序，图6(e)表示向小径空心部填充冷却材料的冷却材料装填工序，图6(f)表示在伞部外壳的凹部(大径空心部)的开口侧内周面上接合帽的工序(大径空心部密闭工序)。

图7是作为本发明的第2实施例的空心提升阀的纵剖视图。

图8是作为本发明的第3实施例的空心提升阀的纵剖视图。

图9是表示该空心提升阀的制造工序的图，图9(a)表示对作为阀中间品的壳体进行锻造的热锻造工序，图9(b)表示穿设相当于小径空心部的孔的孔穿设工序，图9(c)表示向小径空心部填充冷却材料的冷却材料装填工序，图9(d)表示在伞部外壳的凹部(大径空心部)的开口侧内周面上接合帽的工序(大径空心部密闭工序)。

图10是表示设在大径空心部的底面侧(帽背面侧)的涡流形成用的凸部的另一实施例的立体图。

具体实施方式

接着，基于实施例说明本发明的实施方式。

图1～图6表示作为本发明的第1实施例的内燃机用的空心提升阀。

在这些图中，附图标记10是在笔直地延伸的轴部12的一端侧经由外径逐渐变大的R形状的圆角部13一体地形成有伞部14的耐热合金制的空心提升阀，在伞部14的外周，设有锥形状的外表部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的作为阀中间品的轴一体型壳体(以下单称作壳体)11(参照图1、图6)、轴接在壳体11的轴部12a上的轴端部件12b、和接合在壳体11的伞部外壳14a的圆锥台形状的凹部14b的开口部14c上的圆盘形状的帽18，构成从伞部14到轴部12设有空心部S的空心提升阀10，在空心部S中，与氩气等的惰性气体一起装填有金属钠等的冷却材料19。冷却材料19的装填量较多的话热散逸效果优良，但在规定量以上时，作为热散逸效果的差变得很小，所以考虑性价比(冷却材料19越多则也越花费成本)，例如只要装填空心部S的容积的约1/2～约4/5的量就可以。

另外，图1中的附图标记2是缸盖，附图标记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的开口周缘部上，设有具备阀10的外表部16抵接的锥面8a的圆环状的阀座8。附图标记3是设在缸盖2上的阀插通孔，阀插通孔3的内周面由阀10的轴部12滑动接触的阀引导体3a构成。附图标记9是将阀10向闭阀方向(图1上方)施力的阀弹簧，附图标记12c是设在阀轴端部上的销槽(日文：コッタ溝)。

此外，作为暴露在燃烧室4或排气通路6的高温气体中的部位的壳体11及帽18由耐热钢构成，相对于此，虽然被要求机械强度但不被要求如壳体11及帽18那样的耐热性的轴端部件12b由普通的钢材构成。

接着，对在阀10开闭动作时在大径空心部S1内的冷却材料19中形成滚流(纵向的回旋流)的构造进行说明。

阀10内的空心部S是设在伞部14内的圆锥台形状的大径空心部S1与设在轴部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，作为大径空心部S1的圆形顶面(作为小径空心部S2的开口周缘部的伞部外壳14a的圆锥台形状的凹部14b的底面)14b1由相对于阀10的中心轴线L正交的平面构成。

即，在大径空心部S1的与小径空心部S2的连通部P，代替现有文献1、2那样的平滑的形状，从大径空心部S1侧观察形成有房檐状的环状台阶部15，该环状台阶部15的面向大径空心部S1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，由小径空心部S2的开口周缘部(伞部外壳14a的圆锥台形状的凹部14b的底面)14b1和小径空心部S2的内周面划分成房檐状的环状台阶部15。

这样，在大径空心部S1被形成为圆锥台形状的阀10中，如后面详细说明，在阀10开闭动作(轴向的往复动作)时，空心部S内的冷却材料19通过作用的惯性力在空心部S内沿轴向移动。并且，在大径空心部S1中，由于冷却材料19沿轴向移动而在大径空心部S1内发生压力差，在大径空心部S1内的冷却材料19中，形成图5(a)、图5(b)的箭头F1→F2→F3；F6→F7→F8所示那样的滚流T1、T2，在小径空心部S2内的冷却材料19中，在连通部P的附近形成紊流F4、F5。

即，在阀10的开闭动作时，通过在空心部S内整体的冷却材料19中形成的滚流T1、T2及紊流F4、F5将空心部S内的冷却材料19的下层部、中层部、上层部积极地搅拌，阀10中的热散逸效果(热传导性)被大幅改善。

特别是，在实施例中，由于大径空心部S1的圆形的顶面(圆锥台的上表面)14b1和其外周面(圆锥台的外周面)14b2成钝角，所以在阀10的开闭动作时，从大径空心部S1的顶面沿着外周面14b2的流动F1→F2及从大径空心部S1的外周面14b2沿着顶面的流动F7→F8的发生变得顺畅，在大径空心部S1内的冷却材料19中形成的滚流T1、T2相应地变得活跃，空心部S内的冷却材料19的搅拌相应地被促进，阀10中的热散逸效果(热传导性)被显著地改善。

接着，对在阀10开闭动作时在大径空心部S1内的冷却材料19中形成涡流(水平方向的回旋流)的构造进行说明。

在构成大径空心部S1的底面的帽18的背侧及作为大径空心部S1的顶面(圆锥台的上表面)的小径空心部S2的开口周缘部14b1上，如图2、图3所示，在周向上以大致等间隔分别三个三个相邻地设有具备朝向周向倾斜的倾斜面22、32的涡流形成用的凸部20、30。

即，如图2、3所示，在大径空心部S1的底面中央，设有具备相对于周向顺时针倾斜的倾斜面22的涡流形成用的凸部20，另一方面，在大径空心部S1的顶面上，以将与小径空心部S2的连通部P包围的方式，设有具备从下往上看时相对于周向逆时针倾斜的倾斜面32的涡流形成用的凸部30。

这样，在大径空心部S1的底面及顶面上设有涡流形成用的凸部20、30的阀10中，在后面详细说明，当阀10进行开闭动作(轴向的往复动作)时，空心部S内的冷却材料19通过作用的惯性力在空心部S内沿轴向移动。

并且，在大径空心部S1内，通过将冷却材料(液体)19向涡流形成用的凸部20、30的倾斜面22、32推压，如图2、图3所示，发生沿着倾斜面22、32的流动F22、F32，这些流动F22、F32汇集，在大径空心部S1内的冷却材料19的下层部、上层部形成涡流动F20、F30。结果，将大径空心部S1内的冷却材料19在周向上搅拌，阀10中的热散逸效果(热传导性)被大幅地改善。

特别是，在本实施例中，第1，由于设在大径空心部S1的底面上的涡流形成用的凸部20的倾斜面22和设在顶面(圆锥台的上表面)14b1上的涡流形成用的凸部30的倾斜面32在从空心部S的中央向上下两个相反的方向观察时向上下相反的方向倾斜，所以在大径空心部S1的冷却材料19的下层部及上层部，形成顺时针的涡流F20、F30。

因此，大径空心部S1内的冷却材料19整体被向顺时针搅拌，利用空心部S内的冷却材料19进行的热传递进一步活跃化，阀10的热散逸效果(热传导性)被大幅改善。

详细地讲，如果重复阀10的开闭动作(轴向的往复动作)，则空心部S内的冷却材料19成为与惰性气体混合的混合状态，在大径空心部S1内，通过随着阀10的开闭动作形成的涡流F20、F30向周向顺时针旋转，在小径空心部S2内也以被大径空心部S1内的冷却材料19牵引的方式向周向顺时针旋转。特别是，对于大径空心部S1内的冷却材料19，由于由通过阀10的下降动作形成的涡流F30带来的向周向的旋转被由通过阀10的上升动作形成的涡流F20带来的向周向的旋转加速，所以空心部S内的冷却材料19存在旋转的趋势。并且，由于作用于大径空心部S1内的冷却材料19的离心力比作用于小径空心部S2内的冷却材料19的离心力大，所以如图2所示，小径空心部S2内的冷却材料19与惰性气体一起一边形成漩涡F40一边被朝向压力相对低的大径空心部S1吸入。

结果，冷却材料19从小径空心部S2向大径空心部S1流入，促进空心部S内的冷却材料19的搅拌。

此外，小径空心部S2内的冷却材料19的液面水平(最高点)通过在小径空心部S2内形成漩涡F40、液面中央部凹陷而相对地上升，冷却材料19与小径空心部S2形成壁的接触面积增加，轴部12中的热传递效率被提高。

第2，如图2、图3所示，涡流形成用的凸部20、30从大径空心部S1的外周面14b2离开规定距离而设置，在大径空心部S1内的凸部20、30的外周上，分别形成有沿着大径空心部S1的外周面14b2的圆环状的流路24、34。并且，各凸部20、30从相对于大径空心部S1的底面及顶面最具有台阶的圆弧状的背面壁20a、30a(参照图2、图3)朝向周向外侧延伸出倾斜面22、32。特别是，如图2(b)所示，大径空心部S1的底面侧的凸部20的倾斜面22沿着相邻的凸部20的圆弧状的背面壁20a朝向凸部20外侧的圆环状的流路24延伸。

因此，当阀10下降时，大径空心部S1内的冷却材料19被向涡流形成用的凸部30(的倾斜面32)推压，发生沿着倾斜面32的流动F32，但沿着该倾斜面32的流动F32被向与下游侧相邻的凸部30的圆弧状的靠背面壁30a外侧引导，由于主要被沿着大径空心部S1的外周面14b2的圆环状的流路34引导，所以在大径空心部S1的冷却材料19的上层部，顺畅地形成沿着大径空心部S1的外周面14b2(圆环状的流路34)的涡流F30。此外，由于沿着倾斜面32的流动F32的一部分被向靠圆弧状的背面壁30a内侧引导，从而被向与小径空心部S2的连通部引导，所以在大径空心部S1的与小径空心部S2的连通部P也形成涡流F31。

另一方面，当阀10上升时，大径空心部S1内的冷却材料19被涡流形成用的凸部20(的倾斜面22)推压，发生沿着倾斜面22的流动F22，但由于沿着该倾斜面22的流动F22被与下游侧相邻的凸部20的背面壁20a引导，被沿着大径空心部S1的外周面14b2的圆环状的流路24引导，所以在大径空心部S1的冷却材料19的下层部，顺畅地形成沿着大径空心部S1的外周面14b2(圆环状的流路24)的涡流F20。

这样，大径空心部S1内的涡流F20、F30的形成较顺畅，大径空心部S1及小径空心部S2内的冷却材料19的旋转的趋势相应地较强，从小径空心部S2向大径空心部S1流入的冷却材料19也较多，空心部S内的冷却材料19的搅拌被可靠地促进，并且小径空心部S2内的冷却材料19的液面水平(最高点)的相对的上升也变大，冷却材料19与小径空心部S2形成壁的接触面积的增加，从而可靠地提高轴部12的热传递效率。

接着，对在阀10开闭动作时在小径空心部S2内的冷却材料19中形成紊流F9、F10(参照图5(a)、图5(b))的构造进行说明。

小径空心部S2由内径d1相对较大的靠阀轴端部的小径空心部S21和内径d2相对较小(d2<d1)的靠伞部14的小径空心部S22构成，在小径空心部S21、S22间形成圆环状的台阶部17，并且冷却材料19被装填到越过台阶部17的位置。

因此，在阀10开闭动作时，小径空心部S2内的冷却材料19通过作用的惯性力在上下方向上移动，但如图5(a)、图5(b)所示，在台阶部17附近的冷却材料19的移动方向下游侧发生紊流F9、F10。

接着，基于图2、图3、图4、图5详细地说明阀10开闭动作时的空心部S内的冷却材料19的运动。

当阀10从闭阀状态向开阀状态转变时(阀10下降时)，如图4(a)所示，在空心部S1、S2内的冷却材料(液体)19上作用朝上的惯性力，在空心部S1、S2中，冷却材料(液体)19向上方移动。

但是，由于在大径空心部S1的与小径空心部S2的连通部P形成有房檐状的环状台阶部15，所以大径空心部S1内的冷却材料19不能如连通部P被形成为平滑的形状的现有文献1、2(以往的空心阀)那样顺畅地向小径空心部S2侧移动。因此，在小径空心部S2的连通部P的附近，如图5(a)所示那样发生紊流F4。

此外，在小径空心部S2内的冷却材料19中，当从内径较小的靠伞部14的小径空心部S22向内径较大的靠阀轴端部的小径空心部S21移动时，如图5(a)所示，在台阶部17的下游侧发生紊流F9。

另一方面，在大径空心部S1内，如图4(a)所示，由于作用于靠大径空心部S1中央的冷却材料19的惯性力(朝上)比作用于大径空心部S1周边区域的冷却材料19的惯性力大，所以如图5(a)所示，在大径空心部S1内的冷却材料19中，发生从靠大径空心部S1中央沿着顶面朝向半径方向外侧的流动F1。此时，在大径空心部S1的底面侧，由于靠大径空心部S1中央的冷却材料19向上方移动，从而靠中央的区域成为负压，发生从半径方向外侧朝向内侧的流动F3，随之，发生沿着大径空心部S1的锥形状外周面14b2朝向下方的流动F2。

即，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形成外旋的滚流T1。

此外，当阀10从闭阀状态向开阀状态转变时(阀10下降时)，如图3、图5(a)所示，通过朝向大径空心部S1的顶面移动的冷却材料(液体)19被设在大径空心部S1的顶面上的涡流形成用的凸部30(的倾斜面32)推压而发生沿着该倾斜面32的流动(朝向作为倾斜面32的倾斜的方向的周向的流动)F32，在大径空心部S1内的冷却材料19的上层部形成涡流F30。

由此，大径空心部S1内的冷却材料19向周向顺时针旋转，如被该旋转牵拉那样，小径空心部S2内的冷却材料19也向相同方向旋转，由于作用于冷却材料19的离心力较大，所以如图2所示，小径空心部S2内的冷却材料19与惰性气体一起一边朝向压力相对较低的大径空心部S1形成漩涡F40一边被吸入。

此外，当阀10从开阀状态向闭阀状态转变时(阀10上升时)，如图4(b)所示，在对空心部S1、S2内的冷却材料(液体)19作用朝下的惯性力，在空心部S1、S2中，冷却材料(液体)19向下方移动。

在小径空心部S2内，当阀10从闭阀状态转变为开阀状态时移动到上方的冷却材料19整体顺畅地向下方移动，但当从内径较大的靠阀轴端部的小径空心部S21向内径较小的靠伞部14的小径空心部S22移动时，如图5(b)所示，在台阶部17的下游侧发生紊流F10。进而，在与大径空心部S1的连通部P也发生紊流F5。

另一方面，在大径空心部S1内，如图4(b)所示，由于作用于靠大径空心部S1中央的冷却材料19的惯性力(朝下)比作用于大径空心部S1周边区域的冷却材料19的惯性力大，所以如图5(b)所示，在大径空心部S1内的冷却材料19中，发生从靠大径空心部S1中央沿着底面朝向半径方向外侧的流动F6。此时，在大径空心部S1的顶面侧，由于靠大径空心部S1中央的冷却材料19向下方移动，从而靠中央的区域成为负压，发生从半径方向外侧朝向内侧的流动F8，随之，发生沿着大径空心部S1的锥形状外周面14b2朝向上方的流动F7。

即，在大径空心部S1的冷却材料19中，如箭头F6→F7→F8→F6所示，绕阀10的中心轴线L形成内旋的滚流T2。

此外，当阀10从开阀状态向闭阀状态转变时(阀10上升时)，如图3、图5(b)所示，通过朝向大径空心部S1的底面移动的冷却材料(液体)19被设在大径空心部S1的底面上的涡流形成用的凸部20(的倾斜面22)推压而发生沿着该倾斜面22的流动(朝向作为倾斜面22倾斜的方向的周向的流动)F22，在大径空心部S1内的冷却材料19的下层部形成涡流F20。

由此，大径空心部S1内的冷却材料19向周向顺时针旋转，如被该旋转牵拉那样，小径空心部S2内的冷却材料19也向相同方向旋转，由于作用于冷却材料19的离心力较大，所以如图2所示，小径空心部S2内的冷却材料19与惰性气体一起一边朝向压力相对较低的大径空心部S1形成漩涡F40一边被吸入。

这样，随着阀10的开闭动作(上下方向的往复动作)，在大径空心部S1内的冷却材料19中，形成滚流T2、T3并且也形成涡流F20、F30，大径空心部S1内的冷却材料19整体被积极地搅拌，利用空心部S内的冷却材料19进行的热传递变得活跃。

详细地讲，通过随着阀10的开闭动作(上下方向的往复动作)在大径空心部S1中形成的涡流F20、F30，在大径空心部S1及小径空心部S2中将冷却材料19顺时针地搅拌，并且通过在小径空心部S2中发生的漩涡F40使冷却材料19从小径空心部S2向大径空心部S1流入，进而，随着阀10的开闭动作(上下方向的往复动作)，交替地重复大径空心部S1的冷却材料19的纵向外旋(阀10的下降时)的搅拌和纵向内旋(阀上升时)的搅拌，利用空心部S内的冷却材料19进行的热传递变得活跃。

此外，如图1所示，小径空心部S2内的台阶部17设在与阀引导体3的面向排气通路6侧的端部3b大致对应的位置，通过在轴向上将内径较大的靠轴端部的小径空心部S21形成得较长，能够不使阀10的耐久性下降而提高通过与冷却材料19的接触面积的增加带来的轴部12中的热传递效率，并且实现了由小径空心部S21形成壁的薄壁化带来的阀10的轻量化。

即，小径空心部S2内的台阶部17在阀10完全开阀(下降)的状态(参照图1的虚拟线)下处于不为排气通路6内的规定位置(阀插通孔3内的上下方向规定位置)，设定为轴部12的薄壁的小径空心部S21形成壁不受排气通路6内的热的影响。图1的附图标记17X表示阀10完全开阀(下降)的状态下的台阶部17的位置。

详细地讲，越成为高温，金属的疲劳强度越下降，所以作为总是处于排气通路6内而暴露在高热下的部位的轴部12中的靠伞部14的区域需要形成为能够承受疲劳强度的下降的程度的壁厚(减小内径d2)。另一方面，作为从热源远离并且总是与阀引导体3a滑动接触的部位的轴部12中的靠轴端部的区域虽然经由冷却材料19被传递燃烧室4或排气通路6的热，但由于被传递的热经由阀引导体3a被直接向缸盖2放热，所以不会成为如靠伞部14的区域那样的高温，所以能够相应地形成为薄壁。

即，由于轴部12中的靠轴端部的区域的疲劳强度不比靠伞部14的区域的疲劳强度下降，所以即使形成为薄壁(将小径空心部S21的内径形成得较大)，在强度(因疲劳而折损等的耐久性)上没有问题。

所以，在本实施例中，将小径空心部S21的内径形成得较大，第1，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)，提高了轴部12中的热传递效率。第2，通过增加小径空心部S2整体的容积，阀10的总重量减轻。

此外，阀的轴端部件12b由于不被要求如壳体11那样的耐热性，所以通过使用耐热性低于壳体11的材料的便宜材料，能够便宜地提供阀10。

接着，基于图6说明空心提升阀10的制造工序。

首先，如图6(a)所示，通过热锻造工序，将一体地形成了设有圆锥台形状的凹部14b的伞部外壳14a和轴部12a的作为阀中间品的壳体11成形。另外，在将壳体11(伞部外壳14a)成形时，伞部外壳14a上的凹部14b的底面14b1形成为相对于轴部12a(壳体11的中心轴线L)正交的平面，并且在该底面14b1上，在周向上大致等间隔地以圆环状相邻形成涡流形成用的凸部30。

作为热锻造工序，可以是依次替换模具的挤压锻造、从耐热钢制块锻造壳体11(在其伞部外壳14a的凹部14b上锻造涡流形成用的凸部30)的挤压锻造、或在用镦锻机将球状部植入到耐热钢制棒材的端部中之后使用模具将壳体11的伞部外壳14a(在其凹部14b上锻造涡流形成用的凸部30)的植入锻造的任意一种。另外，在热锻造工序中，在壳体11的伞部外壳14a与轴部12a之间形成R形状圆角部13，在伞部外壳14a的外周面上形成锥形状外表部16。

接着，如图6(b)所示，以伞部外壳14a的凹部14b朝上的方式配置壳体11，从伞部外壳14a的凹部14b的底面14b1到轴部12a通过钻削加工穿设相当于小径空心部S22的孔14e(孔穿设工序)。

通过孔穿设工序使构成大径空心部S1的伞部外壳14a的凹部14b与构成小径空心部S22的轴部12a侧的孔14e连通，从而在凹部14b与孔14e的连通部形成从凹部14b侧观察为房檐状的环状台阶部15。

接着，如图6(c)所示，从壳体11的轴端部侧通过钻削加工穿设相当于靠轴端部的小径空心部S21的孔14f，形成小径空心部S2内的台阶部17(孔穿设工序)。

接着，图6(d)所示，将壳体11的轴端部与轴端部件12b进行轴接(轴端部件轴接工序)。

接着，如图6(e)所示，向壳体11的伞部外壳14a的凹部14b的孔14e填充规定量的冷却材料(固体)19(冷却材料装填工序)。

最后，如图6(f)所示，在氩气环境下，在壳体11的伞部外壳14a的凹部14b的开口侧内周面14c上，接合(例如电阻接合)在其背侧一体化有涡流形成用的凸部20的帽18，将阀10的空心部S密闭(空心部密闭工序)。另外，为了在帽18的背侧将凸部20一体化，可以用锻造、切削、铜焊、熔接等的以往周知的方法简单地一体化。此外，帽18的接合也可以代替电阻接合而采用电子束熔接或激光熔接等。

图7表示作为本发明的第2实施例的空心提升阀。

在上述第1实施例的空心提升阀10中，伞部14内的大径空心部S1形成为圆锥台形状，并且轴部12内的直线状的小径空心部S2以与大径空心部S1的圆形的顶面14b1正交的方式连通，但在该第2实施例的空心提升阀10A中，与现有专利文献1、2同样，轴部12内的小径空心部S2的纵断面经由平滑的曲线区域(内径逐渐变化的过渡区域)X连通到伞部14内的大致圆锥形状的大径空心部S1’，构成空心部S’。

另外，附图标记14a’表示设有相当于大径空心部S1’的凹部14b’的伞部外壳，附图标记14b2’表示圆锥形状的大径空心部S1’的外周面。

此外，在上述第1实施例的空心提升阀10中，在大径空心部S1的底面(帽18的背侧)及顶面上设有涡流形成用的凸部20、30，但在该第2实施例的空心提升阀10A中，仅在大径空心部S1’的底面侧(帽18的背侧)设置涡流形成用的凸部20，当阀10A从开阀状态向闭阀状态转变时(阀10A上升时)，在大径空心部S1’内的冷却材料19的下层部，绕阀的中心轴线L’形成涡流F20’。

其他与上述第1实施例的空心提升阀10相同，通过赋予相同的附图标记，省略其重复的说明。

即，在该空心提升阀10A中，与上述第1实施例的空心提升阀10同样，在阀10A的开闭动作(轴向的往复动作)时，特别在阀10A上升时，在大径空心部S1’内的冷却材料19中发生沿着涡流形成用的凸部20的倾斜面22的流动，该流动集中于涡流形成用的凸部20外侧的圆环状的流路24’，形成沿着大径空心部S1’的外周面14b2’的涡流F20’，该涡流F20’对大径空心部S1’内的冷却材料19的下层部进行搅拌，由此，利用空心部S’内的冷却材料19带来的热传递变得活跃，由此改善了阀10A的热散逸效果。

图8、图9表示作为本发明的第3实施例的空心提升阀。

在上述第1、第2实施例的空心提升阀10、10A中，轴部12内的小径空心部S2由靠阀轴端部的内径较大的小径空心部S21和靠伞部的内径较小的小径空心部S22构成，在小径空心部S2的长度方向的中途形成有台阶部17，相对于此，在本实施例的空心提升阀10B中，轴部12内的小径空心部S2’在长度方向上形成为一定的内径。

其他与上述第1实施例的空心提升阀10相同，通过赋予相同的附图标记，省略其重复的说明。

即，在第1、第2实施例的空心提升阀10、10A中，在阀10、10A的开闭动作时，通过设在小径空心部S2内的台阶部17对小径空心部S2内的冷却材料19进行搅拌，相对于此，在本实施例的空心提升阀10B中，没有这样的作用(由台阶部17带来的冷却材料19的搅拌作用)，但在阀10B的开闭动作时，在大径空心部S1内的冷却材料19中，与上述第1实施例的空心提升阀10的情况同样，在阀的中心轴线L”周围，除了滚流T1、T2(参照图5)以外还形成涡流F20、F30(参照图2、图3)，并且在小径空心部S2’内的冷却材料19中发生紊流F4、F5及漩涡F40(参照图5)，所以空心部S”内的冷却材料19整体被积极地搅拌，阀10B的热散逸效果(热传导性)大幅地改善。

此外，在图9中表示空心提升阀10B的制造工序，但由于在轴部12内的小径空心部S2’中没有设置台阶部，所以穿设相当于小径空心部S2’的孔14e’的孔穿设工序为1个工序就足够，并且也不需要对轴端部件进行轴接的轴接工序等，阀的制造工序变得简洁。

为了制造空心提升阀10B，首先，如图9(a)所示，通过热锻造工序，将一体地形成了设有圆锥台形状的凹部14b的伞部外壳14a和轴部12的壳体11’成形。与壳体11’(伞部外壳14a)的成形同时，在伞部外壳14a上的凹部14b的底面14b1上，在周向上大致等间隔以圆环状地相邻形成涡流形成用的凸部30。

接着，如图9(b)所示，从伞部外壳14a的凹部14b的底面14b1到轴部12，通过钻削加工穿设相当于小径空心部S2’的孔14e’(孔穿设工序)。

接着，如图9(c)所示，向在壳体11’的伞部外壳14a的凹部14b上开口的孔14e’中插入规定量的冷却材料(固体)19(冷却材料装填工序)。

最后，如图9(d)所示，在氩气环境下，在壳体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)在背侧一体化有涡流形成用的凸部20的帽18，将阀10B的空心部S”(参照图8)密闭(空心部密闭工序)。

图10是表示设在伞部内的大径空心部的底面(帽背面侧)上的涡流形成用的凸部的另一实施例的立体图。

在上述第1～第3实施例中，设在构成大径空心部S1、S1’的底面的帽18的背侧的涡流形成用的凸部20形成为具备从最有台阶的圆弧状的背面壁20a朝向周向倾斜的倾斜面22的俯视环绕叶片形状，但图10所示的涡流形成用的凸部120是具备从最有台阶的背面壁120a朝向周向倾斜的倾斜面122的侧视三角形－俯视矩形状，设在周向等间隔的4个部位。

另外，在上述实施例中表示的涡流形成用的凸部20、120、30具备朝向周向倾斜的涡流形成用的倾斜面22、32、122，并构成为，通过冷却材料19在随着阀的开闭动作(轴向的往复动作)而移动时被涡流形成用的倾斜面22、32、122推压，从而发生沿着该倾斜面22、32、122朝向大径空心部的周向的冷却材料的流动，但涡流形成用的凸部只要是能够随着阀的开闭动作在大径空心部内的冷却材料中形成涡流，则并不限定于上述凸部20、120、30。

附图标记说明

2 缸盖

3a 阀引导体

4 燃烧室

6 排气通路

10、10A、10B 空心提升阀

11、11’ 一体地形成有伞部外壳和轴部的壳体

12 轴部

12a 轴部

14 伞部

14a、14a’ 伞部外壳

14b 圆锥台形状的凹部

14b’ 圆锥形状的凹部

14b1 大径空心部的圆形的顶面

14b2、14b2’ 伞部外壳的凹部内周面(大径空心部的外周面)

15 大径空心部的顶面中的作为小径空心部的开口周缘部的房檐状的环状台阶部

17 小径空心部内的台阶部

18 帽

19 冷却材料

20、30、120 涡流形成用的凸部

22、32、122 涡流形成用的倾斜面

L，L’，L” 阀的中心轴线

S、S’、S” 空心部

S1 圆锥台形状的大径空心部

S1’ 圆锥形状的大径空心部

P 连通部

S2、S2’ 直线状的小径空心部

S21 靠轴端部的小径空心部

S22 靠伞部的小径空心部

F20、F20’、F30、F31 涡流

F40 在小径空心部内发生的漩涡

T1、T2 滚流

F4、F5 紊流

F9、F10 紊流

Claims (3)

1.一种空心提升阀，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有空心部，在上述空心部中，与惰性气体一起装填有冷却材料，其特征在于，

上述空心部具备上述伞部内的大径空心部、和连通到该大径空心部的中央部的上述轴部内的直线状的小径空心部；

在上述大径空心部的底面及顶面上，在周向大致等间隔地设有具备朝向周向倾斜的倾斜面的涡流形成用的凸部，

使上述底面侧的凸部的倾斜面的倾斜方向和上述顶面侧的凸部的倾斜面的倾斜方向，在从上述空心部的中央向上下两个相反的方向观察时为上下相反的朝向，

当上述阀在轴向上往复动作时，在上述大径空心部内的冷却材料中，绕上述阀的中心轴线形成涡流。

2.如权利要求1所述的空心提升阀，其特征在于，

分别设于上述大径空心部的底面及顶面的上述涡流形成用的凸部从上述大径空心部的外周面分别离开规定距离地设置，在该涡流形成用的凸部的外周分别形成沿着大径空心部的外周面的圆环状的流路，并且上述凸部的倾斜面朝向上述流路而分别倾斜。

3.如权利要求1或2所述的空心提升阀，其特征在于，

上述大径空心部构成为具备大致仿形于上述伞部的外形的锥形状的外周面的圆锥台形状，并且设在上述轴部内的小径空心部以与上述圆锥台形状的大径空心部的顶面大致正交的方式连通，随着上述阀的开闭动作，至少在上述大径空心部内的冷却材料中绕上述阀的中心轴线形成滚流。