JP2008274779A - Intake-exhaust valve and valve mechanism - Google Patents

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昭彦 広岡
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an intake-exhaust valve capable of minimizing a variation in a diameter of a shaft part by the temperature, by enabling effective cooling. <P>SOLUTION: This intake-exhaust valve has an intake-exhaust valve body 46 having the shaft part 46a and a shade part 46b, forming an inside space 45 inside the shaft part 46a and the shade part 46b and sealing a heat conduction medium (such as sodium) in the inside space 45, and an orifice member 54 arranged in a state of partitioning the inside of the inside space 45 into a lower side space and an upper side space and having an orifice hole 54a limiting the movement of the heat conduction medium between both spaces. A diameter of the orifice hole 54a changes in response to the temperature of the intake-exhaust valve body 46. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は吸排気バルブ及びバルブ機構に関し、特に内部に熱伝導媒体が封入される中空部を有する吸排気バルブ及び該吸排気バルブを備えるバルブ機構に関する。   The present invention relates to an intake / exhaust valve and a valve mechanism, and more particularly to an intake / exhaust valve having a hollow portion in which a heat conduction medium is enclosed and a valve mechanism including the intake / exhaust valve.

一般的に、内燃機関のシリンダヘッドには、燃焼室、燃焼室に対して気体を供給するための吸気口、燃焼室内の気体を排出する排気口などが形成されており、吸気口と排気口とは、吸気バルブ及び排気バルブ(以下、これらを纏めて「吸排気バルブ」とも呼ぶ)のそれぞれにより開閉される。この吸排気バルブは、軸部(ステム部)と、このステム部の一端部に設けられた傘部とを有しており、傘部が燃焼室に面した状態となっている。このため、燃焼室内で燃料が燃焼すると、その際に発生した熱が吸排気バルブの傘部に伝達し易い構成となっている。この熱の影響でバルブの傘部の温度が過度に上昇すると、例えば燃焼状態が悪化し、ノッキングやプレイグニッションのような異常燃焼が誘発され、ひいては熱効率の低下や出力の低下が引き起こされる場合がある。特に、近年の内燃機関は、従来の内燃機関と比較して出力が向上しているため、これに伴い発熱量も増大している。   Generally, a cylinder head of an internal combustion engine is formed with a combustion chamber, an intake port for supplying gas to the combustion chamber, an exhaust port for discharging gas in the combustion chamber, and the like. Is opened and closed by each of an intake valve and an exhaust valve (hereinafter collectively referred to as “intake and exhaust valves”). The intake / exhaust valve has a shaft portion (stem portion) and an umbrella portion provided at one end portion of the stem portion, and the umbrella portion faces the combustion chamber. For this reason, when fuel burns in the combustion chamber, the heat generated at that time is easily transmitted to the umbrella portion of the intake / exhaust valve. If the temperature of the valve umbrella rises excessively under the influence of this heat, for example, the combustion state deteriorates, and abnormal combustion such as knocking and pre-ignition is induced, which may result in a decrease in thermal efficiency and a decrease in output. is there. In particular, recent internal combustion engines have improved output compared to conventional internal combustion engines, and accordingly, the amount of heat generated has also increased.

そこで、近年においては、上記熱の影響を回避するために、傘部に伝達した熱を、傘部に接触するバルブシートや、吸排気バルブに接触又は近接して配置されるバルブガイド及びオイルシールなどを介して、シリンダヘッド内に存在する冷却水へ放熱する技術が採用されている。また、最近においては、バルブ内部に冷却媒体を封入する中空部を形成し、バルブの開閉動作により冷却媒体を中空部内で躍動飛散させて、傘部側からステム部側への熱の伝達を促進させる技術も提案されている。更に、中空バルブの効率的な冷却を図るための技術(例えば、特許文献1、2等参照)や、オイルシールの熱劣化を抑制する技術(例えば、特許文献3参照)なども開示されている。   Therefore, in recent years, in order to avoid the influence of the heat, a valve guide and an oil seal that are arranged in contact with or in proximity to a valve seat that contacts the umbrella part, or an intake / exhaust valve, the heat transmitted to the umbrella part. The technique of radiating heat to the cooling water existing in the cylinder head is employed. Recently, a hollow part that encloses the cooling medium is formed inside the valve, and the cooling medium is splattered in the hollow part by the opening and closing operation of the valve, facilitating the transfer of heat from the umbrella part side to the stem part side. Techniques for making them have also been proposed. Furthermore, a technique for efficiently cooling the hollow valve (for example, see Patent Documents 1 and 2, etc.), a technique for suppressing thermal deterioration of the oil seal (for example, see Patent Document 3), and the like are also disclosed. .

特開2006−097498号公報JP 2006-097498 A 特開平8−210112号公報JP-A-8-210112 特開2006−249996号公報JP 2006-249996 A

しかしながら、特許文献1及び特許文献2に記載の技術は、バルブの効率的な冷却を図ることができるものの、バルブの温度が低いとき(例えば、内燃機関が暖機運転しているとき)であっても、温度が高いときと同様の冷却が行われてしまうため、バルブが過冷却状態となるおそれがある。この過冷却状態では、バルブが過度に収縮するため、バルブとバルブガイドとの間のクリアランスが広がり、結果的に、バルブの摺動方向に交差する方向に関する移動範囲が増大する。このような場合にバルブとバルブガイドとが接触すると、バルブガイドの磨耗が大きくなる可能性が高い。   However, the techniques described in Patent Document 1 and Patent Document 2 can achieve efficient cooling of the valve, but are performed when the temperature of the valve is low (for example, when the internal combustion engine is warming up). However, since the same cooling as when the temperature is high is performed, the valve may be in an overcooled state. In this supercooled state, the valve contracts excessively, so that the clearance between the valve and the valve guide is widened. As a result, the movement range in the direction intersecting the sliding direction of the valve is increased. In such a case, when the valve and the valve guide come into contact with each other, there is a high possibility that the wear of the valve guide will increase.

また、過冷却状態では、バルブとオイルシールとの間のクリアランスも広がるため、この状態でバルブとオイルシールとが接触すると、上記と同様、オイルシールの磨耗が大きくなるおそれがある。また、バルブとオイルシールとの間のクリアランスが広がることで、オイル下がりが増大し、オイル消費量が増加してしまうおそれもある。   Further, in the supercooled state, the clearance between the valve and the oil seal is also widened. Therefore, when the valve and the oil seal are in contact with each other in this state, the wear of the oil seal may be increased as described above. Further, since the clearance between the valve and the oil seal is widened, there is a possibility that the oil drop will increase and the oil consumption will increase.

また、特許文献3に記載の技術は、オイルシールが接触する部分を断熱部とすることにより、オイルシールの熱劣化を抑制するものであるが、バルブとオイルシールとの間のクリアランスの変化や、接触によるオイルシールの磨耗までは考慮されていない。   In addition, the technique described in Patent Document 3 suppresses thermal deterioration of the oil seal by using a heat insulating portion as a part where the oil seal contacts. However, the change in clearance between the valve and the oil seal Even the oil seal wear due to contact is not considered.

そこで本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、効果的な冷却が可能で、温度による軸部の径の変動を極力抑制することが可能な吸排気バルブを提供することを目的とする。また、磨耗等の影響を極力受けることなく長期にわたって使用することが可能なバルブ機構を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide an intake / exhaust valve capable of effective cooling and capable of suppressing the variation of the diameter of the shaft portion due to temperature as much as possible. To do. It is another object of the present invention to provide a valve mechanism that can be used for a long time without being affected by wear or the like as much as possible.

上記課題を解決するために、本発明の吸排気バルブは、軸部と、該軸部の一端に設けられた傘部とを有するとともに、前記軸部及び前記傘部の内部に中空部が形成され、前記中空部内に熱伝導媒体が封入される吸排気バルブ本体と、前記中空部内部を前記一端側の空間と前記他端側の空間とに仕切る状態で設けられ、前記一端側の空間と他端側の空間との間の前記熱伝導媒体の移動を制限する絞り穴を有する絞り部材と、を備え、前記絞り穴の径は、前記吸排気バルブ本体の温度に応じて変化することを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, an intake / exhaust valve according to the present invention includes a shaft portion and an umbrella portion provided at one end of the shaft portion, and a hollow portion is formed inside the shaft portion and the umbrella portion. An intake / exhaust valve main body in which a heat transfer medium is enclosed in the hollow portion, and a state in which the inside of the hollow portion is partitioned into the space on the one end side and the space on the other end side, and the space on the one end side, A throttle member having a throttle hole that restricts movement of the heat transfer medium between the other end side space, and the diameter of the throttle hole changes according to the temperature of the intake and exhaust valve body Features.

これによれば、絞り穴の径が吸排気バルブ本体の温度に応じて変化することから、吸排気バルブ本体の温度が高いときに、絞り穴の径を大きくして、一端側の空間と他端側の空間との間の熱伝導媒体の移動を促進させることで、吸排気バルブ本体の冷却を効果的に行う。また、吸排気バルブ本体の温度が低いときには、絞り穴の径を小さくして、一端側の空間と他端側の空間との間の熱伝導媒体の移動を制限することで、吸排気バルブ本体の過冷却を極力抑制する。これにより、吸排気バルブ本体の温度に応じた効果的な冷却が可能となるので、温度による軸部の径の変動を極力抑制することが可能となる。   According to this, since the diameter of the throttle hole changes according to the temperature of the intake / exhaust valve main body, when the temperature of the intake / exhaust valve main body is high, the diameter of the throttle hole is increased so that the one end side space and the other The intake / exhaust valve main body is effectively cooled by promoting the movement of the heat transfer medium between the end-side spaces. In addition, when the temperature of the intake / exhaust valve body is low, the diameter of the throttle hole is reduced to restrict the movement of the heat transfer medium between the space on one end side and the space on the other end side, thereby Suppresses overcooling as much as possible. As a result, effective cooling according to the temperature of the intake / exhaust valve main body is possible, and therefore, variation in the diameter of the shaft portion due to temperature can be suppressed as much as possible.

この場合において、前記絞り穴の径は、前記吸排気バルブ本体の温度変化による前記軸部の径の変化に応じて、変化することとしても良い。   In this case, the diameter of the throttle hole may be changed according to a change in the diameter of the shaft portion due to a temperature change of the intake / exhaust valve main body.

また、前記絞り部材は、弾性収縮体から成ることとしても良い。この場合、前記絞り部材は、断面略C字状の略円筒状部材であることとしても良い。   The diaphragm member may be made of an elastic contraction body. In this case, the diaphragm member may be a substantially cylindrical member having a substantially C-shaped cross section.

また、本発明のバルブ機構は、本発明に係る吸排気バルブと、前記吸排気バルブを前記軸部において摺動可能に支持するバルブガイドと、を備えることを特徴としている。   The valve mechanism according to the present invention includes the intake / exhaust valve according to the present invention, and a valve guide that supports the intake / exhaust valve slidably on the shaft portion.

これによれば、吸排気バルブ本体の温度による軸部の径の変動を極力抑制することが可能な吸排気バルブを備えているので、吸排気バルブとバルブガイドとの間のクリアランスの変動も極力抑制することが可能となる。これにより、磨耗等の影響を極力受けることなく長期にわたる使用が可能となる。   According to this, since the intake / exhaust valve that can suppress the variation of the shaft diameter due to the temperature of the intake / exhaust valve body as much as possible is provided, the variation in the clearance between the intake / exhaust valve and the valve guide is also minimized. It becomes possible to suppress. As a result, it can be used for a long time without being affected by wear and the like as much as possible.

この場合において、前記絞り部材の前記中空部内における位置は、前記吸排気バルブが摺動する間、前記絞り部材が前記バルブガイドよりも常に前記一端側に位置する位置であることとしても良い。また、前記バルブガイドの前記軸部と対向する部分全体が、前記吸排気バルブが摺動する間、前記絞り部材の少なくとも一部と前記軸部を介して対向することとしても良い。   In this case, the position of the throttle member in the hollow portion may be a position where the throttle member is always located on the one end side with respect to the valve guide while the intake / exhaust valve slides. The entire portion of the valve guide that faces the shaft portion may face at least a part of the throttle member via the shaft portion while the intake / exhaust valve slides.

また、本発明では、前記バルブガイドに対する位置関係が固定とされ、前記吸排気バルブの前記軸部が挿入される挿入孔を有し、前記軸部と前記挿入孔との間のクリアランスに応じて、前記軸部の前記他端側から前記一端側への流体の移動を制限するシール部材を更に備えることとしても良い。   Further, in the present invention, the positional relationship with respect to the valve guide is fixed, the insertion portion has an insertion hole into which the shaft portion of the intake / exhaust valve is inserted, and according to the clearance between the shaft portion and the insertion hole. Further, a seal member that restricts movement of fluid from the other end side of the shaft portion to the one end side may be further provided.

本発明によれば、効果的な冷却が可能で、温度による軸部の径の変動を極力抑制することが可能な吸排気バルブを提供することができる。また、本発明によれば、磨耗等の影響を極力受けることなく長期にわたって使用することが可能なバルブ機構を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide an intake / exhaust valve capable of effective cooling and capable of suppressing fluctuations in the diameter of the shaft portion due to temperature as much as possible. Further, according to the present invention, it is possible to provide a valve mechanism that can be used over a long period of time without being affected by wear or the like as much as possible.

以下、本発明を実施するための最良の形態を図1〜図5(c)に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 5C.

図1には、内燃機関におけるシリンダヘッド12の部分構成図が示されている。この図1に示されるように、シリンダヘッド12内部には、燃焼室22と、燃焼室22に対して連通状態とされ、燃焼室22内に吸気を導入するための吸気ポート24とが形成されている。また、シリンダヘッド12には、吸気ポート24と燃焼室22との間を、連通状態又は非連通状態にするための吸気バルブ機構30が配設されている。なお、図示は省略されているが、シリンダヘッド12内部には、燃焼室22に対して連通状態とされ、燃焼室22内で燃焼したガスを排気するための排気ポートも形成されており、シリンダヘッド12には、排気ポートと燃焼室22との間を連通状態又は非連通状態にするための排気バルブ機構が配設されている。   FIG. 1 shows a partial configuration diagram of a cylinder head 12 in an internal combustion engine. As shown in FIG. 1, a combustion chamber 22 and an intake port 24 for introducing intake air into the combustion chamber 22 are formed in the cylinder head 12 so as to communicate with the combustion chamber 22. ing. Further, the cylinder head 12 is provided with an intake valve mechanism 30 for bringing the intake port 24 and the combustion chamber 22 into communication or non-communication. Although not shown in the figure, the cylinder head 12 is in communication with the combustion chamber 22 and is also provided with an exhaust port for exhausting the gas burned in the combustion chamber 22. The head 12 is provided with an exhaust valve mechanism for bringing the exhaust port and the combustion chamber 22 into communication or non-communication.

吸気バルブ機構30は、直動式の動弁機構であり、図1の上下方向に往復移動可能な吸気バルブ32と、吸気バルブ32を往復移動可能な状態で支持するバルブガイド34と、バルブガイド34に固定されたオイルシール36と、吸気バルブ32が挿通状態とされた圧縮コイルバネから成るバルブスプリング38と、吸気バルブ32の上端部に当接し、カムシャフト42の回転軸を中心として回転するカム44と、を備えている。このうち、バルブガイド34、オイルシール36、及びバルブスプリング38の下端部が、シリンダヘッド12側に固定されている。また、吸気ポート24の燃焼室22側の端部には、バルブシート58が設けられている。このバルブシート58の下端側は、吸気バルブ32が図1の状態にある場合において、吸気バルブ32と常時接触するようになっている。   The intake valve mechanism 30 is a direct-acting valve mechanism, and includes an intake valve 32 that can reciprocate vertically in FIG. 1, a valve guide 34 that supports the intake valve 32 in a reciprocable state, and a valve guide. 34, an oil seal 36 fixed to 34, a valve spring 38 made of a compression coil spring in which the intake valve 32 is inserted, and a cam that contacts the upper end of the intake valve 32 and rotates about the rotation axis of the cam shaft 42 44. Among these, the lower end portions of the valve guide 34, the oil seal 36, and the valve spring 38 are fixed to the cylinder head 12 side. A valve seat 58 is provided at the end of the intake port 24 on the combustion chamber 22 side. The lower end side of the valve seat 58 is always in contact with the intake valve 32 when the intake valve 32 is in the state shown in FIG.

吸気バルブ32は、図2に示されるように、円筒状の形状を有する軸部46aとこの軸部46aの下端部に設けられたロート状の傘部46bとを有するバルブ本体46と、軸部46aの上端部の開口を閉塞する上部キャップ部48と、傘部46bの下端部の開口を閉塞する下部キャップ部52と、これらバルブ本体46、上部キャップ部48及び下部キャップ部52により構成される内部空間(中空部)45内部を仕切る状態で設けられた絞り部材54と、を備えている。バルブ本体46は、例えば耐熱鋼(シルクロム鋼(SUH3))などを材料としている。また、バルブ本体46と、上部キャップ部48及び下部キャップ部52それぞれとは、例えばレーザー溶接、ロウ付け等の接合技術により接合されている。また、内部空間45内には、熱伝導媒体としてのナトリウム(Na)が封入されている(図1参照)。このナトリウムは、少なくとも内燃機関の運転時には液体の状態となり、その体積は、例えば、内部空間45の容積の50〜70%程度とされている。   As shown in FIG. 2, the intake valve 32 includes a valve body 46 having a shaft portion 46a having a cylindrical shape and a funnel-shaped umbrella portion 46b provided at a lower end portion of the shaft portion 46a, and a shaft portion. The upper cap part 48 which closes the opening of the upper end part of 46a, the lower cap part 52 which obstruct | occludes the opening of the lower end part of the umbrella part 46b, and these valve bodies 46, the upper cap part 48, and the lower cap part 52 are comprised. And a diaphragm member 54 provided in a state of partitioning the interior space (hollow part) 45. The valve body 46 is made of, for example, heat resistant steel (silchrome steel (SUH3)). Further, the valve main body 46 and each of the upper cap portion 48 and the lower cap portion 52 are joined by a joining technique such as laser welding or brazing. Further, sodium (Na) as a heat conduction medium is sealed in the internal space 45 (see FIG. 1). This sodium is in a liquid state at least during operation of the internal combustion engine, and its volume is, for example, about 50 to 70% of the volume of the internal space 45.

なお、熱伝導媒体としては、ナトリウムに限らず、熱により溶融して液体となるその他の金属(カリウム(K)など)を採用することとしても良い。また、窒化アルミニウム(AlN)などの熱により溶融しないセラミックスや金属の微粉末を採用することとしても良い。   Note that the heat conduction medium is not limited to sodium, and other metals (potassium (K) or the like) that are melted by heat to become a liquid may be employed. Moreover, it is good also as employ | adopting the ceramics and metal fine powder which do not fuse | melt with heat, such as aluminum nitride (AlN).

絞り部材54は、例えば、弾性収縮部材(例えば、バネ鋼)を材料とし、図2及び図2のA−A線断面図である図3を総合すると分かるように、断面略C字状の形状を有する略円筒状部材から構成されている。すなわち、絞り部材54には、長手方向に沿って、絞り穴54aと、切り欠き部54bとが形成された状態となっている。この絞り部材54は、バルブ本体46の軸部46a内部に圧入された状態で固定されている。この絞り部材54の固定位置は、吸気バルブ32が摺動する際に吸気バルブ32がバルブガイド34に対して最も下方に位置する状態を示す図4(a)と、最も上方に位置する状態を示す図4(b)とから分かるように、吸気バルブ32がバルブガイド34に対して摺動する間、絞り部材54の上端部がバルブガイド34の下端部よりも常に下側となる位置とされている。この絞り部材54は、その上方の空間と下方の空間との間におけるナトリウムの移動を、絞り穴54aの径の大きさに応じて制限する。   The throttle member 54 is made of, for example, an elastic contraction member (for example, spring steel), and has a substantially C-shaped cross section as can be understood from FIG. 3 which is a cross-sectional view taken along line AA in FIGS. It is comprised from the substantially cylindrical member which has. That is, the throttle member 54 is formed with a throttle hole 54a and a notch 54b along the longitudinal direction. The throttle member 54 is fixed in a state of being press-fitted into the shaft portion 46 a of the valve body 46. The throttle member 54 is fixed at the uppermost position shown in FIG. 4A showing the state where the intake valve 32 is located at the lowest position with respect to the valve guide 34 when the intake valve 32 slides. As shown in FIG. 4B, the upper end portion of the throttle member 54 is always positioned below the lower end portion of the valve guide 34 while the intake valve 32 slides relative to the valve guide 34. ing. The throttle member 54 limits the movement of sodium between the space above and below the space according to the size of the diameter of the throttle hole 54a.

図1に戻り、バルブガイド34は、吸気バルブ32よりも熱伝導率の高い材料(例えばアルミニウムなど)により形成された略円筒状の部材であり、その軸に沿って形成されたガイド穴34aに対し、吸気バルブ32(軸部46a)が挿入された状態となっている。バルブガイド34の内周面と軸部46aの外周面との間には所定のクリアランスが形成されており、バルブガイド34により、吸気バルブ32の軸方向(長手方向)以外の方向に関する動きが規制されている。本実施形態においては、このクリアランスが内燃機関の暖機終了時点で最適となるように、ガイド穴34aの径と軸部46aの径との関係が設定されているものとする。   Returning to FIG. 1, the valve guide 34 is a substantially cylindrical member made of a material (for example, aluminum) having a higher thermal conductivity than the intake valve 32, and is inserted into a guide hole 34 a formed along the axis thereof. On the other hand, the intake valve 32 (shaft portion 46a) is inserted. A predetermined clearance is formed between the inner peripheral surface of the valve guide 34 and the outer peripheral surface of the shaft portion 46a, and the valve guide 34 restricts movement of the intake valve 32 in a direction other than the axial direction (longitudinal direction). Has been. In the present embodiment, it is assumed that the relationship between the diameter of the guide hole 34a and the diameter of the shaft portion 46a is set so that this clearance is optimal at the end of warm-up of the internal combustion engine.

オイルシール36は、シリンダヘッド12内を潤滑するオイルが吸気バルブ32を伝わって燃焼室22内に流入するのを防止するための部材であり、その上部には、軸部46aとほぼ同一径を有する孔部36aが形成されている。このオイルシール36の孔部36aと吸気バルブ32(軸部46a)との間には、微小なクリアランスが形成されており、このクリアランスにオイルの一部がわずかに供給されることで、オイルシール36に対する吸気バルブ32の摺動を潤滑に行うことが可能である。   The oil seal 36 is a member for preventing oil that lubricates the cylinder head 12 from flowing through the intake valve 32 and flowing into the combustion chamber 22, and has an upper portion having substantially the same diameter as the shaft portion 46a. A hole 36a is formed. A minute clearance is formed between the hole 36a of the oil seal 36 and the intake valve 32 (shaft portion 46a), and a small amount of oil is supplied to the clearance, whereby the oil seal It is possible to slide the intake valve 32 with respect to 36 for lubrication.

バルブスプリング38は、吸気バルブ32(軸部46a)の上端部近傍にバルブコッタ62を介して設けられたアッパシート64と、シリンダヘッド12の一部に設けられたロアシート66とを連結する状態で設けられ、吸気バルブ32に対して上向きの付勢力を常時付与している。   The valve spring 38 is provided in a state in which an upper seat 64 provided near the upper end of the intake valve 32 (shaft portion 46a) via a valve cotter 62 and a lower seat 66 provided on a part of the cylinder head 12 are connected. Thus, an upward biasing force is always applied to the intake valve 32.

カム44は、不図示の回転駆動機構によりカムシャフト42を介して回転駆動される。このカム44の回転により、吸気バルブ32の上端部(上部キャップ部48)に対してバルブスプリング38による付勢力に抗した力(下向きの力)が作用され、カム44による下向きの力と、バルブスプリング38による上向きの力とのバランスにより、吸気バルブ32が上下動する。なお、本実施形態では、吸気バルブ32の中心軸AX(紙面内上下方向)とカム巾(紙面に対する直交方向の幅)の中心とは紙面直交方向に関してオフセットされているため、吸気バルブ32は、上記中心軸AX回りに回転しながら上下動する。したがって、吸気バルブ32の傘部46bの、バルブシート58と接触する位置は、カムの回転に応じて変更されることになる。   The cam 44 is rotationally driven via the cam shaft 42 by a rotation drive mechanism (not shown). The rotation of the cam 44 applies a force (downward force) against the urging force of the valve spring 38 to the upper end portion (upper cap portion 48) of the intake valve 32, and the downward force generated by the cam 44 and the valve The intake valve 32 moves up and down due to the balance with the upward force by the spring 38. In the present embodiment, since the center of the central axis AX (upper and lower direction in the drawing) of the intake valve 32 and the center of the cam width (width in the direction perpendicular to the drawing) are offset with respect to the direction orthogonal to the drawing, It moves up and down while rotating around the central axis AX. Accordingly, the position of the umbrella portion 46b of the intake valve 32 that contacts the valve seat 58 is changed according to the rotation of the cam.

上記のように構成される吸気バルブ機構30では、吸気バルブ32が図1の状態(図4(b)の状態と同一であり、バルブガイド34に対して最も上側に位置する状態)にある場合に、吸気ポート24と燃焼室22との間が非連通状態(閉状態)に設定される。また、カム44の回転に伴って、吸気バルブ32が図1の状態よりも下方に移動することで、吸気ポート24と燃焼室22との間が連通状態(開状態)に設定される。本実施形態では、この閉状態と開状態とが一定周期で切り替わるように、吸気バルブ32が上下に往復移動(及び、軸回りの回転移動)されるため、この移動に伴って、内部空間45内部のナトリウムが撹拌(シェーキング)される。この場合、ナトリウムは、絞り部材54の上側の空間と下側の空間との間を、絞り穴54aを介して移動する。したがって、燃焼室22に面している吸気バルブ32の下端面(下部キャップ部52の下面)に燃焼室22内で発生した熱が伝導した場合、ナトリウムの温度が、下部キャップ部52の熱によって高くなるが、ナトリウムは、上記撹拌(シェーキング)の際に、軸部46aに熱を伝えながら移動する。このようにして温度が高くなった軸部46aには、軸部46aよりも熱伝導率の高い材料からなるバルブガイド34が近接しているため、軸部46aの熱はバルブガイド34に伝わり、軸部46aの熱がバルブガイド34に放熱されることになる(以下、この動作を「冷却動作」と呼ぶものとする)。   In the intake valve mechanism 30 configured as described above, the intake valve 32 is in the state shown in FIG. 1 (the state that is the same as the state shown in FIG. 4B and is located on the uppermost side with respect to the valve guide 34). In addition, the intake port 24 and the combustion chamber 22 are set in a non-communication state (closed state). Further, as the cam 44 rotates, the intake valve 32 moves downward from the state of FIG. 1, so that the communication state (open state) is set between the intake port 24 and the combustion chamber 22. In the present embodiment, the intake valve 32 is reciprocated up and down (and rotated around the axis) so that the closed state and the open state are switched at a constant cycle. The internal sodium is agitated (shaking). In this case, sodium moves between the upper space and the lower space of the throttle member 54 via the throttle hole 54a. Therefore, when the heat generated in the combustion chamber 22 is conducted to the lower end surface (the lower surface of the lower cap portion 52) of the intake valve 32 facing the combustion chamber 22, the temperature of sodium is caused by the heat of the lower cap portion 52. However, the sodium moves while transferring heat to the shaft portion 46a during the stirring (shaking). Since the valve guide 34 made of a material having a higher thermal conductivity than the shaft portion 46a is close to the shaft portion 46a whose temperature is increased in this way, the heat of the shaft portion 46a is transmitted to the valve guide 34, The heat of the shaft portion 46a is radiated to the valve guide 34 (hereinafter, this operation is referred to as “cooling operation”).

次に、内部空間45内に設けられた絞り部材54の作用について、図5(a)〜図5(c)に基づいて説明する。図5(a)には、軸部46aの温度が所定の基準温度(ここでは、例えば内燃機関の暖機運転が終了した時点における温度であるものとする)にある場合の、絞り穴54aの径と軸部46a及びバルブガイド34の間のクリアランスとの関係が模式的に示されている。また、図5(b)には、図5(a)の状態よりも軸部46aが高温である場合の関係が示され、図5(c)には、図5(a)の状態よりも軸部46aが低温である場合の関係が示されている。   Next, the effect | action of the aperture member 54 provided in the internal space 45 is demonstrated based on Fig.5 (a)-FIG.5 (c). FIG. 5A shows the throttle hole 54a when the temperature of the shaft portion 46a is at a predetermined reference temperature (here, for example, the temperature at the time when the warm-up operation of the internal combustion engine is finished). The relationship between the diameter and the clearance between the shaft portion 46a and the valve guide 34 is schematically shown. FIG. 5B shows the relationship when the shaft portion 46a is hotter than the state of FIG. 5A, and FIG. 5C shows the state of FIG. The relationship when the shaft portion 46a is at a low temperature is shown.

このうち、図5(b)の状態(軸部46aの温度が基準温度よりも高い状態)では、図5(a)と比較するとわかるように、軸部46aが熱膨張して半径方向に伸張する。この伸張に伴って、軸部46a内に圧入されている絞り部材54も弾性力により外側に広がろうとするため、絞り穴54aの径も拡大する(R1→R2)。これにより、絞り穴54aを介したナトリウムの移動が促進されるため、図5(b)の状態では、図5(a)の状態より上記冷却動作が促進される。 Among these, in the state of FIG. 5B (the temperature of the shaft portion 46a is higher than the reference temperature), the shaft portion 46a expands in the radial direction due to thermal expansion, as can be seen from FIG. 5A. To do. Along with this expansion, the throttle member 54 press-fitted into the shaft portion 46a also tends to spread outward due to the elastic force, so that the diameter of the throttle hole 54a also increases (R 1 → R 2 ). Thereby, since the movement of sodium through the throttle hole 54a is promoted, the cooling operation is promoted in the state of FIG. 5B than in the state of FIG.

一方、図5(c)の状態(軸部46aの温度が基準温度よりも低い状態)では、図5(a)と比較するとわかるように、軸部46aが半径方向に収縮する。この収縮に伴って、軸部46a内に圧入されている絞り部材54も内側に狭まろうとするため、絞り穴54aの径も縮小する(R1→R3)。これにより、絞り穴54aを介したナトリウムの移動が抑制されるため、図5(c)の状態では、上記冷却動作が抑制され、軸部46a(更に詳しくは、軸部46aの絞り部材54よりも上側の部分)の過冷却が抑制されることになる。 On the other hand, in the state of FIG. 5C (the state where the temperature of the shaft portion 46a is lower than the reference temperature), the shaft portion 46a contracts in the radial direction as can be seen from the comparison with FIG. With this contraction, the diameter of the throttle hole 54a is also reduced (R 1 → R 3 ) because the throttle member 54 press-fitted into the shaft portion 46a tends to narrow inward. As a result, the movement of sodium through the throttle hole 54a is suppressed. Therefore, in the state of FIG. 5C, the cooling operation is suppressed, and the shaft portion 46a (more specifically, from the throttle member 54 of the shaft portion 46a). Also, the supercooling of the upper part) is suppressed.

すなわち、本実施形態では、絞り部材54を内部空間45内に設けることにより、特別な制御なしに、絞り穴54aの径を変化させることができ、これにより、温度に応じた適切な冷却動作を実現することが可能である。   That is, in the present embodiment, by providing the throttle member 54 in the internal space 45, the diameter of the throttle hole 54a can be changed without special control, thereby performing an appropriate cooling operation according to the temperature. It is possible to realize.

このため、例えば内燃機関が暖機中にある場合のように、バルブ本体46の温度が低い場合(図5(c)参照)であっても、軸部46aが過冷却されないので、軸部46aの外周面とバルブガイド34の内周面との間のクリアランス(C3)が基準温度時のクリアランス(C1)と比べて極端に大きくなることが無く、バルブ本体46の軸方向(紙面内上下方向)に交差する方向に関する移動範囲を小さく維持することができる。これにより、バルブ本体46とバルブガイド34とが接触した場合における磨耗を小さく維持することができる。 For this reason, for example, even when the temperature of the valve body 46 is low (see FIG. 5C), such as when the internal combustion engine is warming up, the shaft portion 46a is not supercooled. The clearance (C 3 ) between the outer peripheral surface of the valve guide 34 and the inner peripheral surface of the valve guide 34 does not become extremely large compared to the clearance (C 1 ) at the reference temperature, and the axial direction of the valve main body 46 (in the paper surface) The movement range in the direction intersecting the (vertical direction) can be kept small. Thereby, the wear when the valve main body 46 and the valve guide 34 come into contact with each other can be kept small.

また、例えば内燃機関が通常の動作を行っている場合のように、バルブ本体46の温度が高い場合(図5(b)参照)であっても、軸部46aの効果的な冷却動作が行われるため、軸部46aの外周面とバルブガイド34の内周面との間のクリアランス(C2)が基準温度時のクリアランス(C1)と比べて極端に小さくなることが無い。 Further, even when the temperature of the valve body 46 is high (see FIG. 5B), for example, when the internal combustion engine is performing a normal operation, an effective cooling operation of the shaft portion 46a is performed. Therefore, the clearance (C 2 ) between the outer peripheral surface of the shaft portion 46a and the inner peripheral surface of the valve guide 34 does not become extremely small compared to the clearance (C 1 ) at the reference temperature.

なお、上記では、バルブ本体46(軸部46a)とバルブガイド34(ガイド穴34a)と間のクリアランスについて説明したが、バルブ本体46(軸部46a)とオイルシール36(孔部36a)との間のクリアランスについても、上記と同様である。すなわち、軸部46aとオイルシール36(孔部36a)との間のクリアランスも所定範囲のクリアランス(暖機運転終了後のクリアランスを含む一定範囲のクリアランス)に維持することができるので、オイルシール36の磨耗を極力抑制することができる。また、この場合は、オイルシール36と軸部46aとの間の緊迫力の低下に起因するオイル下がりを極力抑制することもできる。   In the above description, the clearance between the valve main body 46 (shaft portion 46a) and the valve guide 34 (guide hole 34a) has been described. However, the clearance between the valve main body 46 (shaft portion 46a) and the oil seal 36 (hole portion 36a). The clearance between them is the same as described above. That is, the clearance between the shaft portion 46a and the oil seal 36 (hole portion 36a) can also be maintained within a predetermined range of clearance (a constant range of clearance including the clearance after completion of the warm-up operation). Can be suppressed as much as possible. In this case, it is also possible to suppress as much as possible the oil drop caused by the decrease in the tightening force between the oil seal 36 and the shaft portion 46a.

以上、詳細に説明したように、本実施形態の吸気バルブ32によると、バルブ本体46の温度が高いときには、絞り穴54aの径が大きくなり、絞り部材54の上側の空間と下側の空間との間の熱伝導媒体(ナトリウム)の移動が促進されるので、バルブ本体46の冷却動作を効果的に行うことができる。また、バルブ本体46の温度が低いときには、絞り穴54aの径が小さくなり、上側の空間と下側の空間との間の熱伝導媒体(ナトリウム)の移動が抑制されるので、バルブ本体46の過冷却が効果的に抑制される。したがって、特別な制御等を行うことなく、バルブ本体46の温度に応じた適切な冷却を行うことができるので、バルブ本体46の軸部46aの径を所定範囲の径(例えば、暖機運転終了後の径を含む一定範囲の径)に維持することができる。また、バルブ本体46の冷却により、燃焼状態が良好となるので、ノッキングやプレイグニッションのような異常燃焼を抑制し、ひいては熱効率の向上や出力の向上を図ることが可能である。   As described above in detail, according to the intake valve 32 of the present embodiment, when the temperature of the valve body 46 is high, the diameter of the throttle hole 54a increases, and the upper space and the lower space of the throttle member 54 Since the movement of the heat conduction medium (sodium) between the two is promoted, the valve body 46 can be cooled effectively. Further, when the temperature of the valve body 46 is low, the diameter of the throttle hole 54a is reduced, and movement of the heat conduction medium (sodium) between the upper space and the lower space is suppressed. Supercooling is effectively suppressed. Accordingly, appropriate cooling according to the temperature of the valve main body 46 can be performed without performing special control or the like, so that the diameter of the shaft portion 46a of the valve main body 46 falls within a predetermined range (for example, the end of the warm-up operation). A certain range of diameters including the later diameter). In addition, since the combustion state is improved by cooling the valve body 46, abnormal combustion such as knocking or pre-ignition can be suppressed, and as a result, thermal efficiency and output can be improved.

また、本実施形態の吸気バルブ機構30によると、バルブ本体46の温度及び軸部46aの径が所定範囲に維持された吸気バルブ32を備えていることから、軸部46aとバルブガイド34との間のクリアランス、及び軸部46aとオイルシール36との間のクリアランスを適切な範囲に維持することができる。これにより、バルブガイド34やオイルシール36の磨耗を抑制することができるので、これらの部材を長寿命とすることが可能である。また、軸部46aとオイルシール36との間のクリアランスが適切な範囲に維持されることで、オイル下がりを抑制することができ、オイル消費を低減することが可能となる。   Further, according to the intake valve mechanism 30 of the present embodiment, since the intake valve 32 in which the temperature of the valve main body 46 and the diameter of the shaft portion 46a are maintained within a predetermined range is provided, the connection between the shaft portion 46a and the valve guide 34 is provided. The clearance between the shaft portion 46a and the oil seal 36 can be maintained within an appropriate range. Thereby, since wear of the valve guide 34 and the oil seal 36 can be suppressed, these members can have a long life. In addition, since the clearance between the shaft portion 46a and the oil seal 36 is maintained within an appropriate range, it is possible to suppress oil drop and reduce oil consumption.

また、本実施形態の吸気バルブ機構30によると、絞り部材54の内部空間45内における位置が、吸気バルブ32が摺動する間、絞り部材54がバルブガイド34よりも下側に常に位置する位置に設定されているので、軸部46aとバルブガイド34との間のクリアランスをその全域にわたってほぼ均一に保持することが可能となる。   Further, according to the intake valve mechanism 30 of the present embodiment, the position of the throttle member 54 in the internal space 45 is a position where the throttle member 54 is always positioned below the valve guide 34 while the intake valve 32 slides. Therefore, the clearance between the shaft portion 46a and the valve guide 34 can be maintained substantially uniformly throughout the entire area.

なお、上記実施形態では、本発明の吸排気バルブが吸気バルブ32に適用され、本発明のバルブ機構が吸気バルブ機構30に適用された場合について説明したが、これに限られるものではなく、本発明の吸排気バルブを不図示の排気バルブに適用するとともに、本発明のバルブ機構を不図示の排気バルブ機構に適用することとしても良い。なお、排気バルブ機構を構成するバルブ本体の材料としては、例えば21−4N鋼(SUH35)が挙げられる。   In the above embodiment, the case where the intake / exhaust valve of the present invention is applied to the intake valve 32 and the valve mechanism of the present invention is applied to the intake valve mechanism 30 has been described, but the present invention is not limited to this. The intake / exhaust valve of the present invention may be applied to an exhaust valve (not shown), and the valve mechanism of the present invention may be applied to an exhaust valve mechanism (not shown). In addition, as a material of the valve main body which comprises an exhaust valve mechanism, 21-4N steel (SUH35) is mentioned, for example.

なお、上記実施形態では、バルブ本体46がバルブガイド34に対して最も下方に位置する場合(図4(a))、及びバルブ本体46がバルブガイド34に対して最も上方に位置する場合(図4(b))のいずれにおいても、絞り部材54の上端部がバルブガイド34の下端部よりも上側に位置しないような配置で、バルブ本体46内に固定された場合について説明したが、本発明がこれに限られるものではなく、例えば、図6(a)、図6(b)に示されるような絞り部材54’を採用することも可能である。この場合、バルブ本体46がバルブガイド34に対して最も下方に位置する場合(図6(a))、及びバルブ本体46がバルブガイド34に対して最も上方に位置する場合(図6(b))のいずれにおいても、バルブガイド34の内周面全体と、絞り部材54’の外周面の少なくとも一部とが、軸部46aを介して常に対向するような構成とされている。このような絞り部材54’を採用しても、上記実施形態と同様、軸部46aとバルブガイド34との間のクリアランスを全域にわたって均一に保持することが可能となる。   In the above-described embodiment, the valve body 46 is positioned at the lowest position with respect to the valve guide 34 (FIG. 4A), and the valve body 46 is positioned at the highest position with respect to the valve guide 34 (FIG. 4). 4 (b)), the description has been given of the case where the upper end portion of the throttle member 54 is fixed in the valve main body 46 so as not to be positioned above the lower end portion of the valve guide 34. However, the present invention is not limited to this, and for example, a diaphragm member 54 ′ as shown in FIGS. 6A and 6B may be employed. In this case, when the valve body 46 is positioned at the lowest position with respect to the valve guide 34 (FIG. 6A), and when the valve body 46 is positioned at the highest position with respect to the valve guide 34 (FIG. 6B). In any case, the entire inner peripheral surface of the valve guide 34 and at least a part of the outer peripheral surface of the throttle member 54 'are always opposed to each other via the shaft portion 46a. Even when such a throttle member 54 ′ is employed, the clearance between the shaft portion 46 a and the valve guide 34 can be uniformly maintained over the entire area, as in the above embodiment.

なお、上記実施形態では、絞り部材54が断面略C字状の形状を有する場合について説明したが、これに限られるものではなく、軸部46aの温度に応じて、絞り穴の径を変化させることができるものであれば、その形状は問わない。また、上記実施形態では、絞り部材54が略円筒形状である場合について説明したが、これに限らず、略リング状の形状を有していても良い。   In the above embodiment, the case where the throttle member 54 has a substantially C-shaped cross section has been described. However, the present invention is not limited to this, and the diameter of the throttle hole is changed according to the temperature of the shaft portion 46a. The shape is not limited as long as it can be used. Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where the aperture | diaphragm | squeeze member 54 was substantially cylindrical shape, you may have not only this but a substantially ring shape.

また、上記実施形態では、絞り部材54を内部空間45内に1つのみ設ける場合について説明したが、これに限られるものではなく、絞り部材54を2つ以上設けることとしても良い。   Moreover, although the case where only one throttle member 54 is provided in the internal space 45 has been described in the above embodiment, the present invention is not limited to this, and two or more throttle members 54 may be provided.

また、上記実施形態では、軸部46aの径の変化に伴って、絞り部材54の絞り穴54aが変化する場合について説明したが、これに限られるものではなく、温度変化に応じて絞り穴54aの径を能動的に変化させる機構を設けることとしても良い。要は、軸部46aの温度変化に応じて絞り穴の径が変化するものであればその構成はいかなるものであっても良い。   Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where the aperture hole 54a of the aperture | diaphragm | squeeze member 54 changed with the change of the diameter of the axial part 46a, it is not restricted to this, The aperture hole 54a according to a temperature change. It is also possible to provide a mechanism for actively changing the diameter. In short, any configuration may be used as long as the diameter of the throttle hole changes according to the temperature change of the shaft portion 46a.

なお、上述した実施形態は本発明の好適な実施形態である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形実施が可能である。   The embodiment described above is a preferred embodiment of the present invention. However, the present invention is not limited to this, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

吸気バルブ機構を含む内燃機関のシリンダヘッドの部分構成図である。It is a partial block diagram of a cylinder head of an internal combustion engine including an intake valve mechanism. 吸気バルブを取り出して示す図である。It is a figure which takes out and shows an intake valve. 図2のA−A線断面図である。It is the sectional view on the AA line of FIG. 吸気バルブとバルブガイドとの相対移動範囲を示す図である。It is a figure which shows the relative movement range of an intake valve and a valve guide. 絞り穴の径と、軸部及びバルブガイドの間のクリアランスとの関係を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the relationship between the diameter of an aperture hole, and the clearance between a shaft part and a valve guide. 吸気バルブの変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of an intake valve.

符号の説明Explanation of symbols

30 吸気バルブ機構
32 吸気バルブ
34 バルブガイド
36 オイルシール
45 内部空間
46 バルブ本体
46a 軸部
46b 傘部
54 絞り部材
54a 絞り穴
Reference Signs List 30 Intake valve mechanism 32 Intake valve 34 Valve guide 36 Oil seal 45 Internal space 46 Valve body 46a Shaft portion 46b Umbrella portion 54 Throttle member 54a Throttle hole

Claims (8)

軸部と、該軸部の一端に設けられた傘部とを有するとともに、前記軸部及び前記傘部の内部に中空部が形成され、前記中空部内に熱伝導媒体が封入される吸排気バルブ本体と、
前記中空部内部を前記一端側の空間と他端側の空間とに仕切る状態で設けられ、前記一端側の空間と前記他端側の空間との間の前記熱伝導媒体の移動を制限する絞り穴を有する絞り部材と、を備え、
前記絞り穴の径は、前記吸排気バルブ本体の温度に応じて変化することを特徴とする吸排気バルブ。
An intake / exhaust valve having a shaft portion and an umbrella portion provided at one end of the shaft portion, a hollow portion is formed in the shaft portion and the umbrella portion, and a heat conduction medium is enclosed in the hollow portion The body,
A throttle that is provided in a state of partitioning the inside of the hollow portion into a space on the one end side and a space on the other end side, and restricts movement of the heat transfer medium between the space on the one end side and the space on the other end side. A throttle member having a hole,
An intake / exhaust valve according to claim 1, wherein the diameter of the throttle hole changes according to the temperature of the intake / exhaust valve body.
前記絞り穴の径は、前記吸排気バルブ本体の温度変化による前記軸部の径の変化に応じて、変化することを特徴とする請求項1に記載の吸排気バルブ。 2. The intake / exhaust valve according to claim 1, wherein the diameter of the throttle hole changes according to a change in the diameter of the shaft portion due to a temperature change of the intake / exhaust valve main body. 前記絞り部材は、弾性収縮体から成ることを特徴とする請求項1又は2に記載の吸排気バルブ。 The intake / exhaust valve according to claim 1, wherein the throttle member is made of an elastic contraction body. 前記絞り部材は、断面略C字状の略円筒状部材であることを特徴とする請求項3に記載の吸排気バルブ。 The intake / exhaust valve according to claim 3, wherein the throttle member is a substantially cylindrical member having a substantially C-shaped cross section. 請求項1〜4のいずれか一項に記載の吸排気バルブと、
前記吸排気バルブを前記軸部において摺動可能に支持するバルブガイドと、を備えるバルブ機構。
The intake / exhaust valve according to any one of claims 1 to 4,
And a valve guide that slidably supports the intake / exhaust valve on the shaft portion.
前記絞り部材の前記中空部内における位置は、前記吸排気バルブが摺動する間、前記絞り部材が前記バルブガイドよりも常に前記一端側に位置する位置であることを特徴とする請求項5に記載のバルブ機構。 6. The position of the throttle member in the hollow portion is a position where the throttle member is always located on the one end side with respect to the valve guide while the intake / exhaust valve slides. Valve mechanism. 前記バルブガイドの前記軸部と対向する部分全体が、前記吸排気バルブが摺動する間、前記絞り部材の少なくとも一部と前記軸部を介して対向することを特徴とする請求項5に記載のバルブ機構。 The whole portion of the valve guide that faces the shaft portion is opposed to at least a part of the throttle member via the shaft portion while the intake / exhaust valve slides. Valve mechanism. 前記バルブガイドに対する位置関係が固定とされ、前記吸排気バルブの前記軸部が挿入される挿入孔を有し、前記軸部と前記挿入孔との間のクリアランスに応じて、前記軸部の前記他端側から前記一端側への流体の移動を制限するシール部材を更に備えることを特徴とする請求項5〜7のいずれか一項に記載のバルブ機構。 The positional relationship with respect to the valve guide is fixed, and has an insertion hole into which the shaft portion of the intake / exhaust valve is inserted, and according to the clearance between the shaft portion and the insertion hole, the shaft portion The valve mechanism according to claim 5, further comprising a seal member that restricts movement of fluid from the other end side to the one end side.
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