JP2009024680A - 内燃機関用中空バルブ - Google Patents

Abstract

【課題】冷却効果を高めること
【解決手段】軸部Ｖｓと、この軸部Ｖｓの一端に設けた傘部Ｖｈと、この傘部Ｖｈから軸部Ｖｓまでの間で内部にて連通する密閉された中空部４と、この中空部４内に封入された冷媒５と、その中空部４内に当該中空部４を軸部Ｖｓ及び傘部Ｖｈの軸線方向と略平行に区切る間仕切り壁６と、を備え、この間仕切り壁６における傘部Ｖｈの貯留冷媒５よりも上方に当該間仕切り壁６で区切られた２つの空間Ｒ１，Ｒ２を連通させる第１及び第２の冷媒通路６ａ，６ｂを形成すること。
【選択図】 図２

Description

本発明は、内燃機関における吸排気の動弁機構に用いられる内燃機関用中空バルブに関する。

内燃機関における吸排気の動弁機構には、吸気ポートと燃焼室又は排気ポートと燃焼室との間を夫々に連通又は遮断させるバルブが配設されている。一般に、このバルブは、傘部と軸部とに大別され、その軸部の軸線方向への往復運動によって吸気ポートと燃焼室又は排気ポートと燃焼室との間における連通又は遮断の状態を作り出す。

ここで、このバルブの傘部、特に燃焼室の壁面の一部を成す部分は、燃焼室の燃焼ガスに曝されるので、燃焼によって発生した熱が伝達され易くなっている。特に、近年においては、内燃機関の高出力化のみならず、燃料消費量や排気ガス中の有害物質（炭化水素等）の低減を図るべく行われる燃焼形態によって燃焼室の発熱量が高くなっていく傾向にあり、その傘部に伝わる熱が多くなっている。

そこで、従来、その傘部に伝わる熱を逃がし易くしたバルブが存在している。例えば、下記の特許文献１には、傘部からステム（軸部）まで繋がる密閉された中空部内に冷却媒体（冷媒）が封入されたバルブ本体と、その中空部内の冷却媒体を傘部側からステム側に方向付ける案内ノズルが形成された案内部材と、を有する内燃機関用中空バルブが開示されている。つまり、この特許文献１の内燃機関用中空バルブは、その冷却媒体をステム側に向けて案内ノズルから勢いよく移動させることで傘部の熱をステムへと伝えるものである。

また、下記の特許文献２には、バルブ本体の中空部内にその中空部と同等の形状で且つその中空部の内壁面に対して間隔が空けられた筒状の仕切り壁を有する内燃機関用中空バルブが開示されている。この内燃機関用中空バルブにおいては、傘部で気化した冷却冷媒が仕切り壁の内側を通ってステムへと伝わり、そのステムの上部で凝縮して液化した冷却冷媒がバルブ本体の中空部と仕切り壁の間の環状の空間を通って傘部に戻る。つまり、この内燃機関用中空バルブは、気化した冷却冷媒と液化した冷却冷媒の流路を別々にすることで冷却冷媒の還流を円滑にして、冷却冷媒による傘部の冷却効果を高めている。

特開２００６−９７４９９号公報 実開昭６０−８７３１３号公報

しかしながら、内燃機関には多用な型式が存在するが、どの様な型式の内燃機関であっても、その殆どにおいては、内燃機関用中空バルブの軸線方向と重力方向との一致は見受けられないので、中空部内における傘部、軸部の夫々の壁面にて冷媒が均一に接するとは限らず、その夫々が均等に冷却されない可能性がある。例えば、所謂直列の内燃機関は、一般的に傾斜させて車輌に搭載されるので、内燃機関用中空バルブの軸線方向と重力方向とが一致している可能性が低い。また、所謂Ｖ型（水平対向も含む）の内燃機関は、バンク角が設けられているので、同じく内燃機関用中空バルブの軸線方向と重力方向とが一致する可能性が低い。更に、そもそも、内燃機関用中空バルブは、一般的にペントルーフ型等の如く燃焼室の形状によって傾斜させて内燃機関に搭載されるので、その軸線方向と重力方向とが一致していない。

従って、従来の内燃機関用中空バルブにおいては、例えば、中空部内における傘部の或る一部分では冷媒に熱が伝えられてその熱を軸部等の伝熱対象へと逃がすことができたとしても、他の部分では冷媒が壁面に触れることができずにそこの熱を奪えなくなっている、ということも考えられ、これによって、特に冷却の必要とされる傘部の冷却効果に斑が出てしまう可能性がある。これと同様のことは、上述した特許文献１や特許文献２の内燃機関用中空バルブについても言える。尚、かかる不都合を改善すべく冷媒（一般に金属ナトリウム）の封入量を増加させてもよいが、その冷媒の殆どはバルブの運動方向とは逆方向へと移動するものであり、また、その増加に伴ってバルブの慣性力が増大するので、内燃機関用中空バルブの円滑な往復運動を阻害してしまう虞がある。

そこで、本発明は、かかる従来例の有する不都合を改善し、冷却効果の高い内燃機関用中空バルブを提供することを、その目的とする。

上記目的を達成する為、請求項１記載の発明では、軸部と、この軸部の一端に設けた傘部と、この傘部から軸部までの間で内部にて連通する密閉された中空部と、この中空部内に封入された冷媒と、を備えた内燃機関用中空バルブにおいて、その中空部内に当該中空部を軸部及び傘部の軸線方向と略平行に区切る間仕切り壁を設け、この間仕切り壁における傘部の貯留冷媒よりも上方に当該間仕切り壁で区切られた２つの空間を連通させる冷媒通路を少なくとも１つ形成している。

この請求項１記載の内燃機関用中空バルブにおいては、その往復運動の際に、傘部から熱を奪った冷媒が間仕切り壁に沿って軸部側へと移動するようになるので、その傘部の熱が軸部を介して放熱される。また、この内燃機関用中空バルブにおいては、例えば内燃機関用中空バルブが傾倒している状態で車輌に搭載されている場合、その往復運動に伴って一方の空間の冷媒が冷媒通路を介して他方の空間へと移る。この場合の内燃機関用中空バルブにおいては、車輌搭載状態で下側の空間に冷媒が貯留され易いので、その下側の空間の冷媒が冷媒通路を介して車輌搭載状態で上側に位置している空間に移動するようになる。これが為、この内燃機関用中空バルブにおいては、冷媒の不足しがちな上側の空間の傘部においても下側の空間から供給された冷媒によって熱を奪うことができ、傘部の斑の無い冷却が可能になる。

また、上記目的を達成する為、請求項２記載の発明では、上記請求項１記載の内燃機関用中空バルブにおいて、傘部の貯留冷媒を間仕切り壁で区切られた２つの空間で行き来させることの可能な冷媒循環通路が当該間仕切り壁に新たに形成されている。

この請求項２記載の内燃機関用中空バルブにおいては、車輌搭載状態で上側に移った冷媒が冷媒循環通路を介して再び車輌搭載状態で下側の空間に戻される。つまり、この内燃機関用中空バルブにおいては、冷媒を２つの空間の間で還流させることができるようになり、傘部の斑の無い冷却が可能になる。

また、上記目的を達成する為、請求項３記載の発明では、上記請求項１又は２に記載の内燃機関用中空バルブにおいて、一方の空間の冷媒を冷媒通路へと案内させる冷媒案内部を設けている。

この請求項３記載の内燃機関用中空バルブにおいては、その一方の空間（車輌搭載状態で下側の空間）の冷媒を逃がすことなく冷媒通路に導いて他方の空間（車輌搭載状態で上側の空間）に移すことができるので、その他方の空間における傘部の冷却を適切に行うことができるようになる。

また、上記目的を達成する為、請求項４記載の発明では、上記請求項１，２又は３に記載の内燃機関用中空バルブにおいて、２つの空間の内、車輌搭載状態で下側にくる空間の容積を車輌搭載状態で上側に位置する空間よりも大きくしている。

この請求項４記載の内燃機関用中空バルブにおいては、その車輌搭載状態で下側の空間で傘部Ｖｈ全体の広範囲の熱を奪い取ることができるようになる。一方、車輌搭載状態で上側に位置する空間においては、容積が小さいことから直ぐに冷媒で満たされるので、この空間における傘部の冷却性能が上がる。

本発明に係る内燃機関用中空バルブは、２つの空間の間で冷媒を移動させることによって、最も高温になる傘部を斑無く冷却させて冷却効果を高めることができる。特に、この内燃機関用中空バルブは、冷媒循環通路も有する場合、間仕切り壁と冷媒通路によって一方の空間の冷媒を他方の空間へと移動させ、その他方の空間の冷媒を冷媒循環通路によって一方の空間に戻させるので、つまり冷媒を２つの空間の間で還流させるので、高い冷却効果を得ることができる。

以下に、本発明に係る内燃機関用中空バルブの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。尚、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

本発明に係る内燃機関用中空バルブの実施例１を図１から図４に基づいて説明する。

図１の符号１０Ａは、本実施例１の内燃機関用中空バルブを示す。この本実施例１の内燃機関用中空バルブ１０Ａは、図示しない内燃機関における吸気や排気の動弁機構（バルブリフター１０１等からなる機構）に用いられるものであり、その内燃機関の燃焼室ＣＣと吸気ポートＰの間（又は燃焼室ＣＣと排気ポートＰの間）を軸線方向に往復運動することで連通又は遮断させるものである。

先ず、本実施例１の内燃機関用中空バルブ１０Ａは、軸部（所謂バルブステム）Ｖｓとこの軸部Ｖｓの端部に設けた傘部Ｖｈとに大別され、これらが、両端の開口された筒状のバルブ主体１と、このバルブ主体１の一端の開口を閉塞する第１閉塞部材（以下、「上部キャップ」という。）２と、そのバルブ主体１の他端の開口を閉塞する第２閉塞部材（以下、「下部キャップ」という。）３と、によって構成される。

そのバルブ主体１は、両端が開口された円筒状の円筒部１ａと、上底の開口と下底の開口とを繋ぐ内方の空間を有する略円錐台状に形成された円錐台部１ｂと、を有しており、その円筒部１ａの一方の開口端と円錐台部１ｂの上底側の開口端とを合わせた形で一体的に成形されている。その円錐台部１ｂにおける内方の空間は、外郭形状と略同等の円錐台に近い形状に形成されている。従って、このバルブ主体１においては、その円筒部１ａにおける円柱状の空間と円錐台部１ｂにおける略円錐台状の空間とを繋げた形状の中空部４が形成されている。つまり、このバルブ主体１においては、その中空部４が外郭形状と略同等の形状になっている。

ここで、このバルブ主体１においては、その円筒部１ａが軸部Ｖｓの主たる部分を成しており、この円筒部１ａの残りの開口端（即ち、円錐台部１ｂとは反対側の開口端）に上部キャップ２が配設されている。つまり、ここで例示する内燃機関用中空バルブ１０Ａの軸部Ｖｓは、このバルブ主体１の円筒部１ａと上部キャップ２とで構成される。例えば、その上部キャップ２は、その円筒部１ａに対して溶接等の手法を用いて一体化され、これにより、このバルブ主体１の円筒部１ａ側の開口端を閉塞させる。

また、このバルブ主体１においては、その円錐台部１ｂが傘部Ｖｈの主たる部分を成しており、この円錐台部１ｂの残りの開口端（即ち、下底側の開口端）に下部キャップ３が配設されている。つまり、ここで例示する内燃機関用中空バルブ１０Ａの傘部Ｖｈは、このバルブ主体１の円錐台部１ｂと下部キャップ３とで構成される。例えば、その下部キャップ３は、図１に示す如く、ポート（吸気ポート又は排気ポートを指す）Ｐと燃焼室ＣＣとの間が遮断状態にあるときの燃焼室ＣＣの壁面の一部を成している燃焼室壁面３ａと、中空部４の壁面の一部を成している中空部壁面３ｂと、が各々対向状態で形成された壁面部位になっている。そして、この下部キャップ３は、その中空部壁面３ｂを内側にして円錐台部１ｂに溶接等の手法を用いて一体化され、これにより、このバルブ主体１における円錐台部１ｂ側の開口端を閉塞させる。

このように形成されている内燃機関用中空バルブ１０Ａは、動弁機構の作用により軸部Ｖｓの軸線方向に往復運動する。例えば、この内燃機関用中空バルブ１０Ａは、図示しないカムやロッカーアームの動作によりバルブリフター１０１を介して押下される。そして、これに伴って、この内燃機関用中空バルブ１０Ａは、傘部Ｖｈの傾斜面がポート（吸気ポート又は排気ポートを指す）Ｐと燃焼室ＣＣとの間の境界部分（つまり、図１に示す環状のバルブシート１０２）から離間し、その二者の間を連通させる。

一方、ここでは、その内燃機関用中空バルブ１０Ａの押下動作に連動して、上部キャップ２に固定された環状のリテーナ１０３が弾性部材（弦巻バネ）１０４を例えばシリンダヘッド１０５との間で圧縮している。従って、この内燃機関用中空バルブ１０Ａには、カム等の動作に応じて弾性部材１０４の弾発力がリテーナ１０３を介して作用するようになる。これが為、この内燃機関用中空バルブ１０Ａは、押下動作とは逆方向に移動させられて、傘部Ｖｈの傾斜面がバルブシート１０２に当設し、その二者の間を遮断させる。

この内燃機関用中空バルブ１０Ａは、その軸部Ｖｓが円筒状のバルブステムガイド１０６に包まれており、このバルブステムガイド１０６によって往復運動が円滑に案内される。

更に、この内燃機関用中空バルブ１０Ａには、燃焼室ＣＣから伝達された熱（特に、下部キャップ３等の燃焼ガスに曝されている部分の熱）を逃がす冷却手段が用意されている。

本実施例１においては、その冷却手段として、先ず中空部４の中に金属ナトリウムやナトリウムとカリウムの合金（ＮａＫ）等の冷媒５が封入されている。尚、少なくとも内燃機関が運転されているときには、その冷媒５が金属ナトリウムやナトリウムとカリウムの合金であれば融点を超えて液状になっている。この冷媒５は、内燃機関用中空バルブ１０Ａの往復運動に伴って揺すられ、その中空部４の中で流動させられる。そして、自身よりも高温の中空部４の壁面に接した冷媒５は、その壁面から熱を奪い、往復運動が繰り返される度に更に流動して自身よりも低温の中空部４の壁面に接した際にその壁面へと熱を渡す。例えば、この内燃機関用中空バルブ１０Ａにおいては、最も高温になり易い傘部Ｖｈの熱が冷媒５に受熱され、この冷媒５が内燃機関用中空バルブ１０Ａの往復運動に伴い軸部Ｖｓへと移動することによって、傘部Ｖｈから受け取った熱が冷媒５から軸部Ｖｓに伝えられ、その傘部Ｖｈの冷却が行われる。

ここで、先に説明したように多量の冷媒５を封入してしまうと円滑な往復運動が阻害される可能性があるので、この内燃機関用中空バルブ１０Ａは、できる限り少量の冷媒５で効率の良い傘部Ｖｈの冷却効果を得たい。これが為、本実施例１の内燃機関用中空バルブ１０Ａにおいては、その冷媒５を高温部分から低温部分へと案内する案内部材を中空部４内に配設している。この案内部材は、傘部Ｖｈから熱を受け取った冷媒５を軸部Ｖｓの中でもより低温の部分へと往復運動によって導くものである。つまり、軸部Ｖｓは傘部Ｖｈから遠くなるほど低温になっているので、この案内部材には、案内部材が無ければ届かなかった軸部Ｖｓの低温部分へと冷媒５を送り届けさせ、傘部Ｖｈの冷却効果を高めさせる。

また、同じく先に説明したように、内燃機関用中空バルブ１０Ａは、重力方向に対して傾倒させた状態で車輌に搭載されることが一般的である。これが為、その案内部材としては、例えば、軸部Ｖｓ及び傘部Ｖｈの軸線方向と略平行に中空部４の中へと配置した板状の部材であって、その部材の平面に沿って冷媒５を案内する図１及び図２に示す間仕切り壁６が考えられる。この間仕切り壁６は、その平面を車輌搭載時に重力方向と所定の角度（内燃機関用中空バルブ１０Ａの重力方向に対する搭載角度）を以て交差させるべく配置して、内燃機関用中空バルブ１０Ａが往復運動しているときに冷媒５が平面に当たるようにする。具体的に、ここで例示する間仕切り壁６は、中空部４を軸部Ｖｓ及び傘部Ｖｈの軸線方向と略平行に区切る間仕切りであって、下部キャップ３の中空部壁面３ｂから上部キャップ２に向けて立設された中空部４と同等の形状のものである。本実施例１においては、軸部Ｖｓのバルブステムガイド１０６で支持されている部分（ここでは、その下端側）まで上端を延設した間仕切り壁６とする。つまり、この間仕切り壁６は、少なくともかかる部分とその上方にまで冷媒５を案内できるように形成している。これが為、冷媒５から軸部Ｖｓへと伝わった熱は、バルブステムガイド１０６を介して効率良く放熱される。

ところで、内燃機関用中空バルブ１０Ａは、車輌搭載時の傾斜によって、前述したが如く傘部Ｖｈにおいて冷媒５が熱を奪い易い場所と奪い難い場所が出来てしまい、つまり傘部Ｖｈに冷却性の良い場所と悪い場所とが存在し、冷却斑を生じさせてしまう。特に、上述したような間仕切り壁６が中空部４内に配設されている場合には、その間仕切り壁６が冷媒５の中空部４内での攪拌の妨げとなり、また、間仕切り壁６で区切られた一方の空間（車輌搭載時における上方側の空間）に冷媒５を滞留させる可能性もあるので、傘部Ｖｈの冷却斑を更に拡げてしまう虞がある。

そこで、本実施例１の間仕切り壁６は、上述した案内部材としての機能を保ちつつ、更に傘部Ｖｈの冷却斑を防ぐことができるように構成する。

例えば、本実施例１においては、その間仕切り壁６における傘部Ｖｈの貯留冷媒５よりも上方に当該間仕切り壁６で区切られた図２に示す２つの空間Ｒ１，Ｒ２を連通させる少なくとも１つの通路（以下、「冷媒通路」という。）を形成する。ここでは、図１及び図２に示す第１及び第２の冷媒通路６ａ，６ｂが軸部Ｖｓ及び傘部Ｖｈの軸線方向に間隔を空けて形成されている。

尚、その貯留冷媒５とは、内燃機関用中空バルブ１０Ａが停止しているときに傘部Ｖｈに貯留されている冷媒５のことをいい、図３に示す車輌搭載時の状態でのものを指す。従って、この貯留冷媒５よりも上方とは、その車輌搭載時における貯留冷媒５の上面よりも上方（上部キャップ２側）のことをいう。

ここで、その第１及び第２の冷媒通路６ａ，６ｂは、図３の矢印Ｃに示す如く、内燃機関用中空バルブ１０Ａの往復運動によって傘部Ｖｈ側から間仕切り壁６の平面を伝わってきた冷媒５を取り込んで、その冷媒５を一方の空間Ｒ１から他方の空間Ｒ２に送り出す機能を為す。つまり、その一方の空間Ｒ１において平面に沿って流れてきた冷媒５は、第１及び第２の冷媒通路６ａ，６ｂを介して他方の空間Ｒ２に流れ込む。従って、その冷媒５は、その空間Ｒ１における軸部Ｖｓの内壁面を介して放熱され、そして、第１及び第２の冷媒通路６ａ，６ｂを介して流入した空間Ｒ２における軸部Ｖｓの内壁面を介して更に放熱される。特に、本実施例１においては第１冷媒通路６ａがバルブステムガイド１０６の近くに配置されているので、この第１冷媒通路６ａを介して受け渡しされた冷媒５の熱は、空間Ｒ２における軸部Ｖｓの内壁面を介してバルブステムガイド１０６に伝わって効率良く放熱される。

また、その一方の空間Ｒ１において平面に沿って流れてきた冷媒５については、図３の矢印Ｃに示す如く間仕切り壁６の上端を飛び越えて他方の空間Ｒ２へと流入するものもあり、この冷媒５の熱も空間Ｒ２側の軸部Ｖｓの内壁面から放熱される。

このように、本実施例１の内燃機関用中空バルブ１０Ａにおいては、その往復運動に伴って冷却性の良い空間Ｒ１から冷却性の悪い空間Ｒ２に冷媒５が移動する。本実施例１においては、その空間Ｒ２に流入した冷媒５を再び空間Ｒ１へと戻すべく、つまり往復運動に伴って空間Ｒ１と空間Ｒ２との間で冷媒５を循環させるべく、間仕切り壁６の下端近傍（下部キャップ３の中空部壁面３ｂ側）に２つの空間Ｒ１，Ｒ２を連通させる少なくとも１つの通路（以下、「冷媒循環通路」という。）を形成する。ここでは、図１及び図２に示す１つの冷媒循環通路６ｃが形成されている。この冷媒循環通路６ｃは、そのような冷媒５の循環機能だけでなく、夫々の空間Ｒ１，Ｒ２の貯留冷媒５の圧力の均衡が崩れたときに（即ち、夫々の空間Ｒ１，Ｒ２の貯留冷媒５の上面の高さが異なるときに）、その夫々の空間Ｒ１，Ｒ２の間で冷媒５を行き来させて圧力の均衡を図る為にも利用される。

以上示した如く、本実施例１の内燃機関用中空バルブ１０Ａにおいては、その往復運動が行われているときに、車輌搭載状態にて下側に位置する空間Ｒ１内の冷媒５が間仕切り壁６の平面に沿って上方へと移動する。その移動の際の冷媒５は、空間Ｒ１の傘部Ｖｈから受熱した熱の全部又は一部を空間Ｒ１における軸部Ｖｓの内壁面からバルブステムガイド１０６等へと放熱する。そして、その平面を伝っている冷媒５は、その一部が間仕切り壁６の第１及び第２の冷媒通路６ａ，６ｂを介して車輌搭載状態にて上側の空間Ｒ２へと移る一方、その残りが間仕切り壁６の上端よりも上に飛び散る。その飛び散った冷媒５は、軸部Ｖｓで放熱を行った後、その一部が間仕切り壁６の上端を飛び越えて空間Ｒ２へと流入すると共に、その残りが空間Ｒ１へと戻る。

ここで、空間Ｒ２に流れ出た冷媒５は、その熱を空間Ｒ２における軸部Ｖｓの内壁面からバルブステムガイド１０６等へと放熱しながらその空間Ｒ２の傘部Ｖｈに落ちていく。そして、その空間Ｒ２の傘部Ｖｈの冷媒５は、内燃機関用中空バルブ１０Ａの往復運動に伴い揺すられて空間Ｒ２の傘部Ｖｈの熱を奪い取り、冷媒循環通路６ｃを介して空間Ｒ１に戻される。その空間Ｒ１に戻った冷媒は、この空間Ｒ１の傘部Ｖｈの熱を奪って、再び軸部Ｖｓへの放熱を行いながら間仕切り壁６の平面に沿って上方へと移動する。以降、内燃機関用中空バルブ１０Ａの往復運動が続く限り、その受熱と放熱が繰り返される。

このように、本実施例１の内燃機関用中空バルブ１０Ａは、冷媒５を中空部４の中で間仕切り壁６を中心にして還流させ、その中空部４の全体に冷媒５が行き渡るようにしているので、最も高温になり易い傘部Ｖｈの熱を斑無く外に放出させることができるようになる。つまり、この内燃機関用中空バルブ１０Ａは、その間仕切り壁６と当該間仕切り壁６の第１及び第２の冷媒通路６ａ，６ｂ並びに冷媒循環通路６ｃとによって、冷却効果が高められている。

従って、本実施例１の内燃機関用中空バルブ１０Ａは、自身の耐久性やバルブシート１０２の耐久性、燃焼室ＣＣの気密性、開弁時期や閉弁時期の精度の向上を図ることができる。これが為、この内燃機関用中空バルブ１０Ａは、燃焼室ＣＣの空気過剰率（即ち、空燃比であり、特に理論空燃比）の指令値に対する精度向上、筒内圧の高圧化を図ることができ、高出力化や低燃費化が可能になる。また、この内燃機関用中空バルブ１０Ａは、耐熱性や耐久性が従来よりも低い低コストの材料で自身やバルブシート１０２を形成しても十分に耐熱性や耐久性を確保することができるので、自身やその周辺部品の低コスト化が可能になる。更に、この内燃機関用中空バルブ１０Ａは、傘部Ｖｈ（特に、下部キャップ３の燃焼室壁面３ａ等の如く燃焼室ＣＣの壁面を成している部分）を従来と比して斑無く大幅に冷却することができるので、ノッキングを従来よりも抑えることができるようになる。従って、この内燃機関用中空バルブ１０Ａは、そのノッキングの抑制効果に伴う点火時期の進角化が可能になり、出力性能の向上を図ることができる。また更に、この内燃機関用中空バルブ１０Ａにおいては、下部キャップ３の中央部分に間仕切り壁６を設けているので、その間仕切り壁６が下部キャップ３への応力集中を緩和することができる。従って、この内燃機関用中空バルブ１０Ａは、その下部キャップ３の肉厚を薄くしても耐久性を確保することができ、軽量化が可能になるので、バルブステムガイド１０６等による摩擦損失が軽減され、慣性等による往復運動の追従性が良好になる。

ところで、上述した本実施例１においては、上端が軸部Ｖｓのバルブステムガイド１０６の支持部まで延設された間仕切り壁６を有する内燃機関用中空バルブ１０Ａについて例示した。しかしながら、その上端については更に上方へと延設してもよく、これにより、傘部Ｖｈの熱をより効果的に軸部Ｖｓへと逃がすことができる。例えば、かかる内燃機関用中空バルブを図４に示す。この図４の符号１０Ｂは、そのような冷却効果を更に高めた内燃機関用中空バルブを示している。

この内燃機関用中空バルブ１０Ｂは、上述した内燃機関用中空バルブ１０Ａにおいて間仕切り壁６を図４の間仕切り壁１６へと置き換えたものである。また、その間仕切り壁１６とは、上述した間仕切り壁６の上端を上部キャップ２の下面にまで延設したものであり、上記のものとは異なり中空部４を空間Ｒ１と空間Ｒ２とに完全に二分する。ここでは、この間仕切り壁１６には、その上端近傍から下方に複数個の冷媒通路（ここでは、第１から第６の冷媒通路１６ａ〜１６ｆ）を形成すると共に、下端近傍に冷媒循環通路１６ｇを形成する。

そのように構成した内燃機関用中空バルブ１０Ｂにおいては、その往復運動が行われているときに、車輌搭載状態にて下側に位置する空間Ｒ１内の冷媒５が間仕切り壁１６の平面に沿って上部キャップ２まで移動する。その移動の際の冷媒５は、空間Ｒ１の傘部Ｖｈから受熱した熱の全部又は一部を空間Ｒ１における軸部Ｖｓ全体の内壁面からバルブステムガイド１０６等へと放熱すると共に、上部キャップ２を介してバルブリフター１０１やリテーナ１０３等へと放熱する。つまり、この内燃機関用中空バルブ１０Ｂは、その空間Ｒ１において上述した内燃機関用中空バルブ１０Ａよりも多くの熱が外に放熱される。

また、その移動の際、平面を伝っている冷媒５は、その一部が間仕切り壁１６の第１から第６の冷媒通路１６ａ〜１６ｆを介して車輌搭載状態にて上側の空間Ｒ２へと移る。そして、その空間Ｒ２に流れ出た冷媒５は、その熱を空間Ｒ２における軸部Ｖｓ全体の内壁面からバルブステムガイド１０６等へと放熱しながらその空間Ｒ２の傘部Ｖｈに落ちていく。つまり、この内燃機関用中空バルブ１０Ｂは、その空間Ｒ２においても上述した内燃機関用中空バルブ１０Ａよりも多くの熱が外に放熱される。

その空間Ｒ２の傘部Ｖｈの冷媒５は、上述した内燃機関用中空バルブ１０Ａと同様に、内燃機関用中空バルブ１０Ｂの往復運動に伴い揺すられて空間Ｒ２の傘部Ｖｈの熱を奪い取り、冷媒循環通路１６ｇを介して空間Ｒ１に戻される。以降、この内燃機関用中空バルブ１０Ｂにおいては、その往復運動が続く限り上述した受熱と放熱が繰り返される。

このように、この内燃機関用中空バルブ１０Ｂは、上端が上部キャップ２まで延設され、更にそれに合わせてより多くの冷媒通路が形成された間仕切り壁１６を備えているので、上述した内燃機関用中空バルブ１０Ａよりも冷却効果を高めることができ、これに伴う上記の内燃機関用中空バルブ１０Ａにて示した内燃機関の高出力化やノッキングの抑制効果等の種々の効果の更なる向上を図ることができる。

次に、本発明に係る内燃機関用中空バルブの実施例２を図５及び図６に基づいて説明する。

図５及び図６の符号１０Ｃは、本実施例２の内燃機関用中空バルブを示す。この本実施例２の内燃機関用中空バルブ１０Ｃは、前述した実施例１の内燃機関用中空バルブ１０Ａにおいて間仕切り壁６を図５及び図６に示す間仕切り壁２６へと置き換えたものである。

具体的に、本実施例２の間仕切り壁２６は、実施例１の間仕切り壁６と略同等の形状に成形し、その間仕切り壁６の第１及び第２の冷媒通路６ａ，６ｂ並びに冷媒循環通路６ｃと同等の配置及び形状の第１及び第２の冷媒通路２６ａ，２６ｂ並びに冷媒循環通路２６ｃを略同じ位置に形成したものである。また、本実施例２の間仕切り壁２６には、その空間Ｒ１側の平面に沿って下側（下部キャップ３側）から移動してきた冷媒５を捕まえて第１及び第２の冷媒通路２６ａ，２６ｂに案内する第１及び第２の冷媒案内部２７ａ，２７ｂが設けられている。つまり、本実施例２の間仕切り壁２６は、実施例１の間仕切り壁６に第１及び第２の冷媒案内部２７ａ，２７ｂを設けたものである。

その第１冷媒案内部２７ａは、間仕切り壁２６の空間Ｒ１側の平面上における第１冷媒通路２６ａの上側（上部キャップ２側）から立設された壁面部であり、その下面（下部キャップ３側の壁面）が第１冷媒通路２６ａの壁面と面一になるよう成形されている。一方、第２冷媒案内部２７ｂは、間仕切り壁２６の空間Ｒ１側の平面上における第２冷媒通路２６ｂの上側（上部キャップ２側）から立設された壁面部であり、その下面（下部キャップ３側の壁面）が第２冷媒通路２６ｂの壁面と面一になるよう成形されている。

ここで、本実施例２においては、第１及び第２の冷媒通路２６ａ，２６ｂが円柱状に形成されている。これが為、本実施例１の第１及び第２の冷媒案内部２７ａ，２７ｂは、その第１及び第２の冷媒通路２６ａ，２６ｂの形状に夫々合わせて円弧状に成形する。

このような構成とした本実施例２の内燃機関用中空バルブ１０Ｃにおいては、その往復運動に伴って空間Ｒ１における傘部Ｖｈの冷媒５が間仕切り壁２６の平面を伝ってきた際に、その冷媒５の一部を第１冷媒案内部２７ａや第２冷媒案内部２７ｂが捉えて第１冷媒通路２６ａや第２冷媒通路２６ｂへと導き入れる。つまり、この内燃機関用中空バルブ１０Ｃにおいては、冷媒５の空間Ｒ１から空間Ｒ２への移動量を実施例１の内燃機関用中空バルブ１０Ａよりも増やすことができる。これが為、この内燃機関用中空バルブ１０Ｃは、その増加分の冷媒５の熱についても空間Ｒ２における軸部Ｖｓの内壁面を介して外に放熱させることができるので、実施例１のものに対して冷却効果を更に高めることができる。

ところで、この内燃機関用中空バルブ１０Ｃにおいても、間仕切り壁２６の上端を飛び越えて空間Ｒ２へと移った冷媒５や第１及び第２の冷媒通路２６ａ，２６ｂを介して空間Ｒ２へと移った冷媒５は、車輌搭載状態にて傾斜している間仕切り壁２６の空間Ｒ２側の平面に沿って下へと落ちていく。従って、その間仕切り壁２６の上端を飛び越えて空間Ｒ２へと移った冷媒５の一部は、その空間Ｒ２側の平面から第１冷媒通路２６ａや第２冷媒通路２６ｂに入ってしまう可能性がある。また、第１冷媒通路２６ａを介して空間Ｒ２へと移った冷媒５の一部については、その空間Ｒ２側の平面から第２冷媒通路２６ｂに入ってしまう可能性がある。そして、そのように一旦空間Ｒ２に移った平面上の冷媒５が第１冷媒通路２６ａや第２冷媒通路２６ｂへと入り込んでしまう状況下においては、その冷媒５が空間Ｒ１側からその第１冷媒通路２６ａや第２冷媒通路２６ｂに流入してきた冷媒５を押し戻し、再び空間Ｒ１における傘部Ｖｈへと逆流させてしまう虞がある。つまり、ここでは、冷媒５のＲ１側からＲ２側への円滑な還流が阻害される虞があるので、傘部Ｖｈの空間Ｒ２側の冷却性能の低下によって冷却斑を生じさせてしまう可能性がある。

そこで、本実施例２においては、間仕切り壁２６の空間Ｒ２側の平面に、第１及び第２の冷媒通路２６ａ，２６ｂへの冷媒５の流入を防いで下の傘部Ｖｈへと案内する図６に示す第３及び第４の冷媒案内部２８ａ，２８ｂを設ける。

その第３冷媒案内部２８ａは、間仕切り壁２６の空間Ｒ２側の平面上における第１冷媒通路２６ａの上側（上部キャップ２側）から立設された壁面部であり、その上面（上部キャップ２側の壁面）が冷媒５の第１冷媒通路２６ａへの流入を防ぐことの可能な形状に成形されている。例えば、ここでは、間仕切り壁２６を中心にして反対側の上述した第１冷媒案内部２７ａと同等の形状に成形する。つまり、本実施例２の第３冷媒案内部２８ａは、第１冷媒案内部２７ａと同様に円弧状に成形されており、その上面において冷媒５を弧状の両端に導いて第１冷媒通路２６ａへの流入を回避している。

一方、第４冷媒案内部２８ｂは、間仕切り壁２６の空間Ｒ２側の平面上における第２冷媒通路２６ｂの上側（上部キャップ２側）から立設された壁面部であり、その上面（上部キャップ２側の壁面）が冷媒５の第２冷媒通路２６ｂへの流入を防ぐことの可能な形状に成形されている。ここでは、第３冷媒案内部２８ａと同様に、間仕切り壁２６を中心にして反対側の上述した第２冷媒案内部２７ｂと同等の形状に成形する。従って、本実施例２の第４冷媒案内部２８ｂは、その円弧状の上面において冷媒５を両端に導いて第２冷媒通路２６ｂへの流入を回避する。

以上示した如く、本実施例２の内燃機関用中空バルブ１０Ｃにおいても、その往復運動が行われているときに、車輌搭載状態にて下側に位置する空間Ｒ１内の冷媒５は、間仕切り壁２６の平面に沿って上方へと移動する。その冷媒５は、移動の際、空間Ｒ１の傘部Ｖｈから受熱した熱の全部又は一部を空間Ｒ１における軸部Ｖｓの内壁面からバルブステムガイド１０６等へと放熱する。そして、その平面を伝っている冷媒５は、その一部が間仕切り壁２６の第１冷媒案内部２７ａや第２冷媒案内部２７ｂで捉えられて第１冷媒通路２６ａや第２冷媒通路２６ｂへと導き入れられ、車輌搭載状態にて上側の空間Ｒ２へと移る。一方、その残りの冷媒５は、間仕切り壁２６の上端よりも上に飛び散る。その飛び散った冷媒５は、軸部Ｖｓで放熱を行った後、その一部が間仕切り壁２６の上端を飛び越えて空間Ｒ２へと流入すると共に、その残りが空間Ｒ１へと戻る。

ここで、空間Ｒ２へと流れ出た冷媒５は、第３及び第４の冷媒案内部２８ａ，２８ｂによって第１及び第２の冷媒通路２６ａ，２６ｂへと流れ入ることなくその空間Ｒ２の傘部Ｖｈに落ちる。従って、第１及び第２の冷媒案内部２７ａ，２７ｂによって多量に空間Ｒ２へと導かれた冷媒５は、実施例１の内燃機関用中空バルブ１０Ａよりも多くの熱を空間Ｒ２における軸部Ｖｓの内壁面からバルブステムガイド１０６等へと放熱しながら空間Ｒ２の傘部Ｖｈに落ちていく。その空間Ｒ２の傘部Ｖｈの冷媒５は、実施例１の内燃機関用中空バルブ１０Ａと同様に、内燃機関用中空バルブ１０Ｃの往復運動に伴い揺すられて空間Ｒ２の傘部Ｖｈの熱を奪い取り、冷媒循環通路２６ｃを介して空間Ｒ１に戻される。以降、この内燃機関用中空バルブ１０Ｃにおいては、その往復運動が続く限り上述した受熱と放熱が繰り返される。

このように、本実施例２の内燃機関用中空バルブ１０Ｃは、冷媒５を中空部４の中で間仕切り壁２６を中心にして適切に還流させ、その中空部４の全体に冷媒５が効率良く行き渡るようにしているので、最も高温になり易い傘部Ｖｈの熱を斑無く外に放出させることができるようになる。従って、本実施例２の内燃機関用中空バルブ１０Ｃは、自身の耐久性やバルブシート１０２の耐久性、燃焼室ＣＣの気密性、開弁時期や閉弁時期の精度の向上を実施例１よりも適切に図ることができる。これが為、この内燃機関用中空バルブ１０Ｃは、より効果的に高出力化や低燃費化、低コスト化、ノッキングの抑制、軽量化を図ることができる。

また、本実施例２の内燃機関用中空バルブ１０Ｃは、空間Ｒ１から空間Ｒ２への冷媒５の移動量を増やして冷却効果を高めることができるので、その冷媒５の封入量を減らしたとしても適切な冷却効果を確保することができる。つまり、冷媒５の封入量が多すぎた場合には冷媒５の粘性によって攪拌度合いが低下して冷却性能が落ちるので、その点では、冷却効果を得る為に冷媒５の封入量を減らすことが望ましい。その反面、封入量の減少は、受熱量を低下させ、また、冷却斑を拡大させてしまう可能性もある。しかしながら、この内燃機関用中空バルブ１０Ｃは、冷媒５の移動量の増加によって冷却効果を高めているので、冷媒５の封入量を減らすことが可能になる。そして、この内燃機関用中空バルブ１０Ｃは、冷媒５の封入量の減少によって軽量化が可能になり、慣性等による往復運動の追従性が良好になる。

尚、本実施例２においては実施例１の内燃機関用中空バルブ１０Ａを基にした内燃機関用中空バルブ１０Ｃを例示したが、この内燃機関用中空バルブ１０Ｃは、同じく実施例１の内燃機関用中空バルブ１０Ｂを基にしてもよい。つまり、かかる内燃機関用中空バルブ１０Ｃにおいては、図示しないが間仕切り壁１６の夫々の平面における第１から第６の冷媒通路１６ａ〜１６ｆの上側に各々冷媒案内部を設け、空間Ｒ１側の冷媒案内部に第１から第６の冷媒通路１６ａ〜１６ｆへと冷媒５を案内させると共に、空間Ｒ２側の冷媒案内部に第１から第６の冷媒通路１６ａ〜１６ｆへの冷媒５の逆流を回避させる。これにより、かかる内燃機関用中空バルブ１０Ｃは、内燃機関用中空バルブ１０Ｂよりも冷却効果が高まる。

次に、本発明に係る内燃機関用中空バルブの実施例３を図７に基づいて説明する。

図７の符号１０Ｄは、本実施例３の内燃機関用中空バルブを示す。この本実施例３の内燃機関用中空バルブ１０Ｄは、前述した実施例１の内燃機関用中空バルブ１０Ａにおいて間仕切り壁６を図７に示す間仕切り壁３６へと置き換えたものである。

具体的に、本実施例３の間仕切り壁３６は、実施例１の間仕切り壁６の第１及び第２の冷媒通路６ａ，６ｂよりも下側（下部キャップ３側）を折り曲げて空間Ｒ１と空間Ｒ２に容積差を付けたものであり、その第１及び第２の冷媒通路６ａ，６ｂと同等の配置及び形状の第１及び第２の冷媒通路３６ａ，３６ｂが形成されている。また、この間仕切り壁３６においては、その折り曲げられた下側部分に冷媒循環通路６ｃと同様の冷媒循環通路３６ｃを形成する。

ここで、本実施例３においては、車輌搭載状態にて下側の空間Ｒ１の容積が上側に位置する空間Ｒ２よりも大きくなるように間仕切り壁３６を折り曲げる。例えば、その間仕切り壁３６の空間Ｒ２側への折り曲げ角θは、図７に示す如く、車輌搭載状態における重力方向に対する内燃機関用中空バルブ１０Ｄの傾斜角θと略同等にする。

空間Ｒ１においては、その容積を空間Ｒ２よりも大きくすることによって、傘部Ｖｈの全ての内部表面積の大半を占め、且つ、冷媒５の貯留量が増えるので、傘部Ｖｈ全体の広範囲の熱を奪い取ることができるようになる。一方、空間Ｒ２においては、容積が小さいことから直ぐに冷媒５で満たされるので、この空間Ｒ２における傘部Ｖｈの冷却性能が上がる。つまり、この空間Ｒ２においては、少量の冷媒５でも傘部Ｖｈを冷却することができる。そして、この空間Ｒ２の傘部Ｖｈで熱を奪った冷媒５の多くは、少量であるが為に、往復運動に伴って実施例１の内燃機関用中空バルブ１０Ａよりも素早く冷媒循環通路３６ｃを介して空間Ｒ１へと戻されるようになる。その際、その空間Ｒ２には第１及び第２の冷媒通路３６ａ，３６ｂ等を介して新たな冷媒５が送られてくるので、この空間Ｒ２における傘部Ｖｈが順次冷却されていく。また、傘部Ｖｈ全体の燃焼室ＣＣからの受熱量は略同じであり、空間Ｒ１，Ｒ２において夫々略同量の熱を冷媒５に放熱するが、量の多い空間Ｒ１の冷媒５の方が低温になるので、空間Ｒ２から空間Ｒ１へと戻った冷媒５は、空間Ｒ１の多量の冷媒５に熱を奪われつつ往復運動に伴って還流していく。

以上示した如く、この内燃機関用中空バルブ１０Ｄは、空間Ｒ１と空間Ｒ２との間に上記の如き容積差を付けることによって、傘部Ｖｈの冷却効果を実施例１の内燃機関用中空バルブ１０Ａよりも高めることができる。従って、本実施例３の内燃機関用中空バルブ１０Ｄは、最も高温になり易い傘部Ｖｈの熱を斑無く且つ効率良く外に放出させることができるようになるので、自身の耐久性やバルブシート１０２の耐久性、燃焼室ＣＣの気密性、開弁時期や閉弁時期の精度の向上を実施例１よりも適切に図ることができる。これが為、この内燃機関用中空バルブ１０Ｄは、より効果的に高出力化や低燃費化、低コスト化、ノッキングの抑制、軽量化を図ることができるようになる。

ところで、本実施例３の間仕切り壁３６は、その上端側を実施例１の間仕切り壁１６の様に延設してもよく、これにより、その実施例１の間仕切り壁１６以上の冷却効果を得ることができるようになる。また、この間仕切り壁３６は、実施例２の間仕切り壁２６の如き第１及び第２の冷媒案内部２７ａ，２７ｂや第３及び第４の冷媒案内部２８ａ，２８ｂを設けてもよく、これにより、その実施例２の間仕切り壁２６以上の冷却効果を得ることができるようになる。

以上のように、本発明に係る内燃機関用中空バルブは、冷却性、特に傘部の冷却性を向上させる技術に有用である。

本発明に係る内燃機関用中空バルブの実施例１の構成を示すバルブ主体の中心軸で切った断面図である。 図１のＸ−Ｘ線で切った実施例１の内燃機関用中空バルブの断面図である。 実施例１の内燃機関用中空バルブの車輌搭載状態を表した図であって、冷媒の還流経路について示すものである。 本発明に係る内燃機関用中空バルブの実施例１の他の構成を示すバルブ主体の中心軸で切った断面図である。 本発明に係る内燃機関用中空バルブの実施例２の構成を示す図であって、そのバルブ主体の内部の間仕切り壁について示すものである。 図５のＹ−Ｙ線で切った実施例２の内燃機関用中空バルブの断面図である。 本発明に係る内燃機関用中空バルブの実施例３の構成を示すバルブ主体の中心軸で切った断面図であって、車輌搭載状態を示すものである。

符号の説明

１ バルブ主体
１ａ 円筒部
１ｂ 円錐台部
２ 上部キャップ
３ 下部キャップ
３ａ 燃焼室壁面
３ｂ 中空部壁面
４ 中空部
５ 冷媒
６，１６，２６，３６ 間仕切り壁
６ａ，１６ａ，２６ａ，３６ａ 第１冷媒通路
６ｂ，１６ｂ，２６ｂ，３６ｂ 第２冷媒通路
６ｃ，１６ｇ，２６ｃ，３６ｃ 冷媒循環通路
１６ｃ 第３冷媒通路
１６ｄ 第４冷媒通路
１６ｅ 第５冷媒通路
１６ｆ 第６冷媒通路
２７ａ 第１冷媒案内部
２７ｂ 第２冷媒案内部
２８ａ 第３冷媒案内部
２８ｂ 第４冷媒案内部
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ 内燃機関用中空バルブ
１０１ バルブリフター
１０２ バルブシート
１０３ リテーナ
１０４ 弾性部材
１０５ シリンダヘッド
１０６ バルブステムガイド
ＣＣ 燃焼室
Ｐ ポート（吸気ポート、排気ポート）
Ｒ１ 空間
Ｒ２ 空間
Ｖｈ 傘部
Ｖｓ 軸部

Claims (4)

1. 軸部と、該軸部の一端に設けた傘部と、該傘部から前記軸部までの間で内部にて連通する密閉された中空部と、該中空部内に封入された冷媒と、を備えた内燃機関用中空バルブにおいて、
   前記中空部内に当該中空部を前記軸部及び傘部の軸線方向と略平行に区切る間仕切り壁を設け、該間仕切り壁における前記傘部の貯留冷媒よりも上方に当該間仕切り壁で区切られた２つの空間を連通させる冷媒通路を少なくとも１つ形成したことを特徴とする内燃機関用中空バルブ。
2. 前記傘部の貯留冷媒を前記間仕切り壁で区切られた２つの空間で行き来させることの可能な冷媒循環通路を当該間仕切り壁に新たに形成したことを特徴とする請求項１記載の内燃機関用中空バルブ。
3. 一方の空間の冷媒を前記冷媒通路へと案内させる冷媒案内部を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関用中空バルブ。
4. 前記２つの空間の内、車輌搭載状態で下側にくる空間の容積を車輌搭載状態で上側に位置する空間よりも大きくしたことを特徴とする請求項１，２又は３に記載の内燃機関用中空バルブ。

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