JP2010216567A - バルブステムシール - Google Patents

Abstract

【課題】製造の困難化を来たすことなく、内燃機関の高出力化に対応して機械的強度に優れた構造のバルブステムシール１を提供する。
【解決手段】シリンダヘッド２から突出したバルブガイド３の外周を包囲するように配置される取付リング１１と、この取付リング１１の一端に一体的に設けられて、バルブガイド３に挿通されバルブスプリング５で軸方向へ付勢されたバルブステム４の外周面に摺動可能に密接されるシールリップ１２と、取付リング１１の外周に配置されてバルブスプリング５によりシリンダヘッド２側へ押し付けられるばね受けリング１４とを備え、このばね受けリング１４は取付リング１１より剛性が高く、内径部が、取付リング１１の外周面に形成された係止溝１１ｃに係止され、この係止溝１１ｃにおけるシールリップ１２側の溝肩に、取付リング１１の内径より大径であると共にこのばね受けリング１４の内径部が軸方向へ通過するのを許容するための変形可能な突部１１ｅが形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の吸・排気バルブのバルブステムと、これを軸方向移動自在に支持するバルブガイドとの間を密封するバルブステムシールに関するものである。

内燃機関の吸・排気バルブのバルブステムと、これを軸方向移動自在に支持するバルブガイドとの間は、バルブステムシールによって密封されている。図５は、従来のバルブステムシールを設けた内燃機関のバルブを示す半断面図、図６は、従来のバルブステムシールを示す装着状態の半断面図である。

図５において、参照符号１０１はシリンダヘッド、１０２はシリンダヘッド１０１に形成された排気ポート、１０３は吸気ポート（又は排気ポート）１０２を開閉するバルブ、１０４はバルブ１０３から延びるバルブステム、１０５はシリンダヘッド１０１に貫設されてバルブステム１０４を軸方向移動自在に支持するバルブガイド、１０６はバルブステム１０４を介してバルブ１０３を閉弁方向へ付勢するバルブスプリング、１０７は、バルブステム１０４の上端に設けられたリフタ１０８に接触されると共に、カムシャフト１０７ａによって１回転する度に、バルブスプリング１０６の付勢力に抗してバルブ１０３を開弁方向へ押し下げるカムである。バルブガイド１０５には、バルブステムシール１１０が装着されている。

詳しくは、バルブステムシール１１０は、図６に示されるように、バルブガイド１０５の上部外周面に密嵌されるバルブガイドシール部１１１と、その上端から延在され、バルブステム１０４の外周面に摺動可能に密接されるシールリップ１１２と、バルブガイドシール部１１１に埋設された金属製の取付リング１１３とからなるものであって、バルブガイド１０５の上側に形成された油室Ｏ内のエンジンオイルが、バルブステム１０４とバルブガイド１０５との間の隙間Ｇから漏洩するのを抑制するものである。取付リング１１３の一端にはシリンダヘッド１０１に当接されるフランジ１１３ａが設けられている。

取付リング１１３に設けられたフランジ１１３ａは、バルブスプリング１０６の荷重を受ける受け座であると共に、このバルブスプリング１０６の荷重を利用してバルブステムシール１１０を固定する機能を有する。すなわちシリンダ内部の燃焼室側からバルブステム１０４とバルブガイド１０５との間の隙間Ｇを通じてシールリップ１１２の背後の空間Ｓに作用する圧力によって、バルブステムシール１１０がバルブガイド１０５からの抜け方向へ移動したり脱落したりするのを、フランジ１１３ａへのバルブスプリング１０６の押し付け力によって防止することができる。なお、図６と近似する構成のバルブステムシールとしては、例えば下記の特許文献に開示されたものがある。

特開２００５−２４９２００号公報 特開平０９−１７７５２２号公報

しかしながら、近年、内燃機関の高出力化に伴ってバルブスプリング１０６を高荷重にする傾向があり、図６や、上述の特許文献に示された従来のバルブステムシールでは、取付リング１１３に形成されたフランジ１１３ａは、プレス成形可能な軟質の金属板からなるため、強度不足が懸念される。そこで、強度不足を補うには、取付リング１１３に、剛性が高く硬質の金属材料を用いることが考えられるが、その場合、取付リング１１３の加工やプレス成形が困難あるいは不可能になる問題がある。

本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、製造の困難化を来たすことなく、内燃機関の高出力化に対応して機械的強度に優れた構造のバルブステムシールを提供することにある。

上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係るバルブステムシールは、シリンダヘッドから突出した筒状のバルブガイドの外周を包囲するように配置される取付リングと、この取付リングの一端に一体的に設けられて、前記バルブガイドに挿通されバルブスプリングで軸方向へ付勢されたバルブステムの外周面に摺動可能に密接されるシールリップと、前記取付リングの外周に配置されて前記バルブスプリングにより前記シリンダヘッド側へ押し付けられるばね受けリングとを備え、このばね受けリングは前記取付リングより剛性が高いものであって、内径部が、前記取付リングの外周面に形成された係止溝に係止され、この係止溝における前記シールリップ側の溝肩に、前記取付リングの内径より大径であると共にこのばね受けリングの内径部が軸方向へ通過するのを許容するための変形可能な突部が形成されたものである。前記突部は、取付リングにおけるシールリップ側の端部からばね受けリングを外挿して係止溝へ移動させる過程で、このばね受けリングの内径部と干渉することによって容易に変形して係止溝側への前記内径部の通過を許容し、係止溝にばね受けリングが係止された後は、その軸方向移動を制限するものである。

請求項２の発明に係るバルブステムシールは、請求項１に記載の構成において、突部が円周方向所定間隔で複数形成されたものである。

請求項１の発明に係るバルブステムシールによれば、ばね受けリングが取付リングとは別部材として製作されるため、取付リングより剛性が高いものとすることができ、このためバルブスプリングからの荷重に対する耐久性を向上させることができ、取付リングの係止溝に対するばね受けリングの組み込みも容易に行うことができる。

請求項２の発明に係るバルブステムシールによれば、請求項１の発明による効果に加え、ばね受けリングの組み込みを一層容易に行うことができる。

本発明に係るバルブステムシールの好ましい実施の形態を示す装着状態の半断面図である。 本発明に係るバルブステムシールの好ましい実施の形態において取付リングにばね受けリングを組み込む前の状態を示す半裁側面図である。 本発明に係るバルブステムシールの好ましい実施の形態において取付リングにばね受けリングを組み込む過程を示す半断面図である。 本発明に係るバルブステムシールの好ましい実施の形態において取付リングにばね受けリングを組み込んだ状態を示す半断面図である。 従来のバルブステムシールを設けた内燃機関のバルブを示す半断面図である。 従来のバルブステムシールを示す装着状態の半断面図である。

以下、本発明に係るバルブステムシールの好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

まず図１において、参照符号１は本発明に係るバルブステムシール、参照符号２は内燃機関のシリンダヘッド、参照符号３はシリンダヘッド２に貫設されると共に上部がシリンダヘッド２から突出した筒状の焼結金属からなるバルブガイド、参照符号４はバルブガイド３に挿通され下端に不図示のバルブが形成されたバルブステム、参照符号５はバルブステム４を介してバルブ（バルブステム４）をその軸方向における閉弁方向（図における上方）へ付勢するバルブスプリングである。

バルブステムシール１は、シリンダヘッド２から突出したバルブガイド３の外周を包囲するように配置される取付リング１１と、この取付リング１１の一端に一体的に設けられて、バルブステム４の外周面に摺動可能に密接されるシールリップ１２と、前記取付リング１１の内周面に設けられて前記バルブガイド３の外周面に密接されるバルブガイドシール部１３と、前記取付リング１１におけるシリンダヘッド２側の端部外周に係止されると共にバルブスプリング５により前記シリンダヘッド２側へ押し付けられるばね受けリング１４と、シールリップ１２の外周に装着されたガータスプリング１５とを備える。シールリップ１２及びバルブガイドシール部１３は互いに連続しており、ゴム状弾性材料（ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料）で金属製の取付リング１１に一体成形されたものである。

バルブステムシール１における取付リング１１は、金属のプレス成形など塑性加工により製作されたものであって、その軸方向長さは、シリンダヘッド２からのバルブガイド３の突出長さより長いものとなっている。そしてこの取付リング１１は、本体部１１ａと、その上端に屈曲形成された内向きフランジ部１１ｂとを有し、下端近傍の外周には、円周方向へ延びる係止溝１１ｃが形成されている。また、係止溝１１ｃにおけるシールリップ１２と反対側の溝肩は、取付リング１１のシリンダヘッド２側の端部に屈曲形成された外向きフランジ部１１ｄからなり、係止溝１１ｃにおけるシールリップ１２側の溝肩は突部１１ｅからなる。

バルブステムシール１におけるシールリップ１２は、その根元が取付リング１１の内向きフランジ部１１ｂを包み込むようにこの内向きフランジ部１１ｂに一体的に加硫接着され、そこから上方へ延びて、先端（上端）近傍の内径部が、バルブガイド３の上端開口から突出したバルブステム４の外周面に摺動可能に密接されるものである。

バルブステムシール１におけるバルブガイドシール部１３は、取付リング１１の本体部１１ａの内周面に一体的に加硫接着されており、バルブガイド３の外周面に適当な締め代をもって密接される複数のシール突条１３ａが円周方向へ連続して形成されている。

バルブステムシール１におけるばね受けリング１４は取付リング１１より硬質で剛性の高い金属材料によって座金状に製作されたものであって、内径部に被係止突部１４ａとその下側の段差状凹部１４ｂが円周方向へ連続して形成されており、前記被係止突部１４ａが、取付リング１１の係止溝１１ｃに係止されると共に、前記段差状凹部１４ｂに、取付リング１１の外向きフランジ部１１ｄが遊嵌されている。

ここで、取付リング１１における突部１１ｅから外向きフランジ部１１ｄにかけての部分は、図２に示されるように、複数のスリット１１ｆによって円周方向へ分離され、このため適当なばね性を有している。そして各突部１１ｅの外径は、ばね受けリング１４の被係止突部１４ａの内径より僅かに大径であるが、係止溝１１ｃと反対側（シールリップ１２側）を向いた面がなだらかな斜面１１ｇとなっており、突部１１ｅの外径部は、前記被係止突部１４ａの内径部が比較的小さな軸方向荷重で軸方向へ通過するのを許容する程度に弾性変形可能となっている。

ガータスプリング１５は、金属製のコイルスプリングを環状に繋げたものであって、図２にも示されるように、シールリップ１２における先端（上端）近傍の外周面に形成された環状溝１２ａに嵌着され、バルブステム４の外周面に対するシールリップ１２の緊迫力を補償するものである。

以上のように構成されたバルブステムシール１は、シールリップ１２及びバルブガイドシール部１３を一体成形した取付リング１１に、これとは別部材として製作したばね受けリング１４を組み込んだものである。

そして、取付リング１１へのばね受けリング１４の組み込みに際しては、図３に示されるように、取付リング１１におけるシールリップ１２側の端部からばね受けリング１４を外挿して係止溝１１ｃへ移動させる過程で、このばね受けリング１４の内径部の被係止突部１４ａが、取付リング１１に前記被係止突部１４ａの内径よりも僅かに大径に形成された突部１１ｅの外径部近傍と干渉する。しかしこの突部１１ｅから外向きフランジ部１１ｄにかけての部分は、複数のスリット１１ｆによって円周方向へ分離されているため、ばね受けリング１４に与えられる挿入方向の押し込み荷重による斜面１１ｇへの被係止突部１４ａの相対的な乗り上がりによって内径側へ容易に変形し、係止溝１１ｃ側への前記被係止突部１４ａの通過を許容する。したがって比較的軽い力でも、図４に示されるように、ばね受けリング１４が取付リング１１の係止溝１１ｃに係止される。

係止溝１１ｃにばね受けリング１４が係止された後は、その軸方向移動が係止溝１１ｃの溝肩をなす外向きフランジ部１１ｄ又は突部１１ｅとの干渉によって制限され、ばね受けリング１４の脱落が防止されるので、図１に示されるバルブへの装着前の段階での取り扱いを容易に行うことができる。

また、上記構成のバルブステムシール１は、図１に示される装着状態では、バルブガイドシール部１３が、シリンダヘッド２から突出したバルブガイド３の外周面に適当な締め代をもって密接されると共に、シールリップ１２が、バルブガイド３の上側でバルブステム４の外周面に摺動可能に密接されることによって、シリンダヘッド２の上側の油室から、エンジンオイルがバルブステム４の外周面とバルブガイド３の内周面との隙間Ｇへ漏れ出すのを抑制するものである。

そして、バルブステム４を閉弁方向（上方）へ付勢するバルブスプリング５によって、シリンダヘッド２へ押し付けられているばね受けリング１４は、内径の被係止突部１４ａが取付リング１１の係止溝１１ｃに係止されている。このため、例えばシリンダ内部の不図示の燃焼室側からバルブステム４とバルブガイド３との間の隙間Ｇを通じてシールリップ１２の背後の空間Ｓに導入された圧力によって、バルブステムシール１にバルブガイド３からの抜け方向への荷重が作用しても、取付リング１１の係止溝１１ｃにおけるシールリップ１２と反対側の溝肩（外向きフランジ部１１ｄ）がばね受けリング１４の被係止突部１４ａと干渉することによって抜け止めされ、言い換えれば、バルブステムシール１は、その取付リング１１がばね受けリング１４を介してバルブスプリング５により押えられる。したがって、バルブガイド３の外周面に対するバルブガイドシール部１３の締め代に依存することなく、バルブステムシール１の固定を確実に行うことができる。

しかも、ばね受けリング１４が、塑性加工により成形される取付リング１１とは別部材として製作されるため、取付リング１１より剛性が高い材質とすることができ、このためバルブスプリング５の荷重や、バルブステム４とバルブガイド３との間の隙間Ｇを通じてシールリップ１２の背後の空間Ｓに作用する圧力による抜け出し方向の荷重に対するばね受けリング１４の機械的強度を十分に高めることができる。

１ バルブステムシール
１１ 取付リング
１１ｃ 係止溝
１１ｄ 外向きフランジ部
１１ｅ 突部
１１ｆ スリット
１１ｇ 斜面
１２ シールリップ
１３ バルブガイドシール部
１４ ばね受けリング
１４ａ 被係止突部
２ シリンダヘッド
３ バルブガイド
４ バルブステム
５ バルブスプリング

Claims (2)

1. シリンダヘッドから突出した筒状のバルブガイドの外周を包囲するように配置される取付リングと、この取付リングの一端に一体的に設けられて、前記バルブガイドに挿通されバルブスプリングで軸方向へ付勢されたバルブステムの外周面に摺動可能に密接されるシールリップと、前記取付リングの外周に配置されて前記バルブスプリングにより前記シリンダヘッド側へ押し付けられるばね受けリングとを備え、このばね受けリングは前記取付リングより剛性が高いものであって、内径部が、前記取付リングの外周面に形成された係止溝に係止され、この係止溝における前記シールリップ側の溝肩に、前記取付リングの内径より大径であると共にこのばね受けリングの内径部が軸方向へ通過するのを許容するための変形可能な突部が形成されたことを特徴とするバルブステムシール。
2. 突部が円周方向所定間隔で複数形成されたことを特徴とする請求項１に記載のバルブステムシール。

Images