JP2010242632A - 内燃機関用の排気用ポペットバルブ - Google Patents

Abstract

【課題】バルブ軸部のバルブガイド内周面に臨む領域全体をテーパ形状に構成し、バルブ軸部とバルブガイドが干渉しない排気用ポペットバルブの提供。
【解決手段】
バルブ軸部22にスカート状遷移領域28を介してバルブ傘部27が一体的に形成された排気バルブ20で、軸部22の円筒形状ガイド30との摺動領域全体を傘部27側に向け細いテーパ形状にした。傘部27側のバルブ・ガイド間の隙間S1は、軸部22が均一径の場合に比べて大きい分、排気ガスの熱で隙間S1が狭められても軸部22とガイド30は干渉しない。外側凸の変曲点（テーパ部の起点）がガイド30内になく、バルブ20摺動時、変曲点がガイド内周面と干渉せず、バルブ20がスムーズに摺動し、振動や騒音もなく、バルブ20も折損しない。相対摺動部で金属粉が発生せず、エンジンオイルが汚れたり、排気通路3が狭まることもない。
【選択図】図２

Description

本発明は、円筒形状のバルブガイドによって軸方向摺動可能に支持される部位であるバルブ軸部と、その外周縁に排気ポート側のバルブシートに対応する円錐形状のシート当接面が形成され、該排気ポートを開閉する部位であるバルブ傘部とが、スカート状遷移領域を介して一体的に形成された内燃機関の排気用ポペットバルブに係り、特に、バルブ軸部における、バルブ傘部側のバルブガイド開口端部内周面に臨む領域が、バルブ傘部側に向けて細くなるテーパ形状に構成された排気用ポペットバルブに関する。

自動車等の内燃機関用動弁機構を構成する排気用ポペットバルブは、円筒形状のバルブガイドによって摺動可能に案内される部位であるバルブ軸部と、排気ポートを開閉するべく作用する部位であるバルブ傘部とが、スカート状遷移領域を介して一体的に形成されている。そして、ポペットバルブは、図１に示すように、バルブ軸部がシリンダヘッドに固定されたバルブガイド内を貫通して、バルブ傘部側が排気通路を横切るように配設されており、カムシャフト（カム）の回転に同期して、バルブ（軸部）がバルブガイド内を軸方向に摺動動作することで、バルブ傘部外周の円錐形状のシート当接面が排気ポート周縁部のバルブシートに圧接して排気ポートを閉じる閉弁状態から、バルブ傘部（のシート当接面）がバルブシートから離間して排気ポートを開く開弁状態まで変化するように構成されている。

そして、動弁機構の構成上、バルブの軸方向の摺動動作には僅かな揺動を伴うことから、バルブが僅かに揺動してもバルブガイドに沿ってスムーズに摺動動作できるように、均一な外径のバルブ軸部と均一な内径のバルブガイド間には、所定のクリアランスが設けられ、クリアランスにはエンジンオイルが浸透している。

そして、バルブおよびバルブガイドは、いずれも高温度の排気ガスの熱の影響を受けて膨張するが、バルブガイドは、シリンダヘッドを介して放熱されるのに対し、バルブは、バルブガイドとの間にクリアランスがある分、バルブガイドやシリンダヘッドに放熱され難いため、バルブの方がバルブガイドよりも半径方向の熱膨張量が大きい。このため、特に、バルブ傘部が延出する側（排気ポートに近い側）のバルブガイド開口部におけるバルブ・ガイド間クリアランスが狭められることとなって、バルブが摺動動作する際に、バルブ軸部とバルブガイド開口端部内周面とが干渉して、バルブのスムーズな摺動動作が妨げられたり、干渉領域が磨耗して、バルブ・ガイド間クリアランスが拡大されて、振動や騒音が発生したり、バルブの折損に至るおそれもある。また、干渉により削られた金属粉は、エンジンオイルの寿命を低下させたり、排気通路内に焼結付着して排気通路を狭めるなどの不具合も考えられる。

そこで、下記特許文献１では、図６に示すように、バルブｂの軸部ｂ１におけるバルブガイドｃの開口端部（バルブ傘部ｂ２が延出している側のバルブガイドｃの開口端部）に臨む領域にテーパ部ｂ３を設けて、バルブガイドｃの開口端部におけるバルブ・ガイド間のクリアランスｓを予め拡大しておくことで、排気ガスの熱の影響によってバルブ・ガイド間クリアランスｓが狭められたとしても、バルブ軸部ｂ１とバルブガイドｃ開口端部との干渉が回避されて、上記問題が解消されるという構造が提案されている。

米国特許第５５９２９１３号

前記特許文献１では、バルブｂの軸部ｂ１にテーパ部ｂ３を設けることで、バルブ軸部ｂ１とバルブガイドｃ開口端部の干渉は、確かに回避される。しかし、バルブ軸部ｂ１の外径が均一な領域からテーパ部ｂ３に移行する、外側に凸の変曲点（テーパ部の起点）ｂ４がバルブガイドｃとの摺動領域内にあるため、バルブｂが摺動動作する際に、外側に凸の変曲点（テーパ部の起点）ｂ４がバルブガイドｃの内周面と干渉する。

このため、バルブのスムーズな摺動動作が妨げられたり、バルブ・ガイド間の干渉領域が磨耗して、バルブ・ガイド間クリアランスが拡大され、振動や騒音が発生したり、バルブの折損に至るおそれがあるとか、干渉領域で削られた金属粉が、エンジンオイルの寿命を低下させたり、排気通路内に焼結付着して排気通路を狭めるといった、前記した従来の種々の問題点は、実質的に改善されていない。

本発明は、前記従来技術の課題に鑑みて為されたものであり、その目的は、バルブ軸部におけるバルブガイドとの摺動領域全体をテーパ形状に構成することで、バルブの摺動動作時にバルブ軸部とバルブガイドが確実に干渉しない内燃機関用の排気用ポペットバルブを提供することにある。

前記目的を達成するために、請求項１に係る内燃機関用の排気用ポペットバルブにおいては、円筒形状のバルブガイドによって軸方向に摺動可能に支持される部位であるバルブ軸部と、その外周縁に排気ポート側のバルブシートに対応する円錐形状のシート当接面が形成され、該排気ポートを開閉する部位であるバルブ傘部とが、スカート状遷移領域を介して一体的に形成された内燃機関用の排気用ポペットバルブにおいて、
前記バルブ軸部における少なくとも前記バルブガイドとの摺動領域をバルブ傘部側に向けて細くなるテーパ形状に構成した。

（作用）バルブ軸部におけるバルブガイドとの摺動領域全体がバルブ傘部側に向けて細くなる（小径となる）テーパ形状に構成されているので、以下の作用が奏される。

第１には、バルブガイドの開口端部（バルブ傘部が延出している側のバルブガイド開口端部）内周面とバルブ軸部間のクリアランスは、バルブ軸部をテーパ形状に構成していない構造（バルブ軸部全長を均一径に構成している従来構造）よりも拡大されているので、排気ガスの熱の影響によってバルブ・ガイド間クリアランスが狭められたとしても、バルブ軸部とバルブガイド開口端部内周面との干渉が回避される。

第２には、バルブ軸部における均一な外径の領域からテーパ部に移行する外側に凸の変曲点（テーパ部の起点）がバルブガイドとの摺動領域外にある（変曲点がバルブガイドとの摺動領域内に無い）ので、バルブが摺動動作する際に、特許文献１のように、外側に凸の変曲点（テーパ部の起点）がバルブガイド内周面と干渉することは、あり得ない。

請求項２においては、請求項１に記載の内燃機関用の排気用ポペットバルブにおいて、前記バルブ軸部のテーパ部のテ―パ角θを、前記バルブ軸部の前記バルブガイドとの摺動領域（以下、摺動テーパ部という）の長さをＬ、摺動テーパ部の最小半径をｒ、バルブガイドの内半径をＲ、バルブ軸部の線膨張係数をα、バルブガイドの線膨張係数をβ、摺動テーパ部の最小半径位置の温度をｔ、摺動テーパ部の最小半径位置に対応するバルブガイドの温度をＴとして、ｒ（αｔ＋１）＜Ｒ（βＴ＋１）かつＬ・ｔａｎθ＜Ｒ−ｒという条件式を満足するように構成した。

(作用)動弁機構の駆動中におけるバルブおよびバルブガイドは、排気ポート（に近い）側では高温度の排気ガスの熱の影響を受けて熱膨張するが、その反対側では、排気ガスの熱の影響が少ないため、熱膨張を無視できる。このため、動弁機構が駆動していない状態で、バルブ・ガイド間クリアランスがバルブ軸方向に一定に構成されていると、動弁機構の駆動中のバルブ・ガイド間クリアランスは、排気ガスの熱の影響を受けて傘部延出側で狭められることになるが、請求項２では、バルブ軸部のバルブガイドとの摺動領域（テーパ部）のテーパ角θがｒ（αｔ＋１）＜Ｒ（βｔ＋１）かつＬ・ｔａｎθ＜Ｒ−ｒという条件式を満足するように構成されて、バルブ駆動時（排気ガスの熱の影響を受けてバルブおよびバルブガイドが熱膨張した状態）のバルブ・ガイド間クリアランスが長手方向に略一定となって、バルブは軸方向にスムーズに摺動できる。

請求項３においては、請求項１または２に記載の内燃機関用の排気用ポペットバルブにおいて、前記バルブを、耐熱性および靭性に優れた第１の素材で構成したバルブ軸部材と、前記第１の素材よりもさらに耐熱性に優れた第２の素材で構成した、前記スカート状遷移領域を含むバルブ傘部材とを接合一体化するように構成した。

（作用）バルブ全体を、ニッケルを含むオーステナイト系耐熱鋼等の靭性に優れた素材で構成した場合は、スカート状遷移領域を含むバルブ傘部における高温クリープ強度を高めるための後処理が必要となる。

一方、バルブ全体を、ニッケル基耐熱合金（例えば、ＮＣＦ８０Ａ，ＮＣＦ７５１）等の特に耐熱性（高温クリープ強度）に優れた素材で構成した場合は、熱間鍛造によるバルブ処理温度が高い分、製造工程が面倒である。また、鍛造終了後に、バルブ軸部における靭性を高めるための後処理が必要である。

然るに、請求項３では、閉弁方向に作用する復帰スプリングのばね力（軸方向引張力）やトルクの変動が作用し、軸方向引張応力や曲げ応力に対する強度が要求されるバルブ軸部は、ニッケルを含むオーステナイト系耐熱鋼等の靭性に優れた素材でバルブ軸部が構成されているので、耐久性（耐摩耗性）に優れる。一方、常に高温の排気ガスにさらされるスカート状遷移領域を含むバルブ傘部は、特に耐熱クリープ強度が要求される部位であるが、例えばニッケル基耐熱合金等の特に耐熱性（高温クリープ強度）に優れた素材で構成されているので、耐熱性に優れる。

請求項４においては、請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関用の排気用ポペットバルブにおいて、前記バルブ傘部が延出している側のバルブガイド開口端部内側に、バルブガイドの内周面を半径方向外側に拡大する拡径部を周設するように構成した。

（作用）バルブ傘部が延出している側のバルブガイド開口端部内側に設けられた拡径部（具体的な拡径部としては、段差部，テーパ面，円弧面等が考えられる。）が、バルブガイドの開口端部（バルブ傘部が延出している側のバルブガイド開口端部）近傍のバルブ・ガイド間クリアランスを拡大するので、バルブ軸部のテーパ部のテーパ角を小さくできる。

以上の説明から明らかなように請求項１によれば、排気ガスの熱の影響によってバルブ・ガイド間クリアランスが狭められたとしても、バルブ（バルブ軸部）がバルブガイド内周面に沿って摺動動作する際に、バルブ軸部とバルブガイド開口端部内周面との干渉は勿論、バルブ軸部とバルブガイド内周面全長域との干渉が確実に回避されるので、以下の効果が奏される。

第１には、排気バルブのスムーズな摺動動作が確保されて、排気ポートの正確な開閉動作が長期間にわたり保証される。

第２には、排気バルブの摺動動作時に、振動や騒音が発生したり、排気バルブが折損するおそれがない。

第３には、排気バルブとバルブガイド間の相対摺動部において金属粉が発生しないので、エンジンオイルの寿命が延びるとともに、排気通路が狭まる等の不具合がない。

請求項２によれば、バルブ・ガイド間クリアランスが長手方向に略一定となって、排気バルブのスムーズな摺動動作がいっそう確保されて、排気ポートの正確な開閉動作がより長期間にわたり保証される。

また、バルブ軸部のバルブガイドとの摺動領域（摺動テーパ部）の望ましいテーパ角を、摺動テーパ部の長さＬ、摺動テーパ部の最小半径ｒ、バルブガイドの内半径Ｒ、バルブ軸部の線膨張係数α、バルブガイドの線膨張係数β、摺動テーパ部の最小半径位置の温度ｔ、テーパ部の最小半径位置に対応するバルブガイドの温度Ｔから簡単に求めることができるので、バルブ軸部に形成するテーパ部の寸法設計が簡単となる。

請求項３によれば、スカート状遷移領域を含むバルブ傘部における耐熱性（高温クリープ強度）およびバルブ軸部における靭性の双方に優れた排気用ポペットバルブを提供できる。

請求項４によれば、バルブ軸部に設けるテーパ部のテーパ角を小さくできるので、それだけバルブ軸部のテーパ加工が容易である。

自動車用内燃機関の排気ポートを開閉させる動弁機構の断面図である。 本発明に係る排気用ポペットバルブの第１実施例を示す断面図である。 バルブ軸部に設けたテーパ部の詳細を説明する説明図である。 本発明に係る排気用ポペットバルブの第２実施例を示す断面図である。 本発明に係る排気用ポペットバルブの第３実施例を示す断面図である。 特許文献１の要部断面図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、内燃機関の排気ポートを開閉させる動弁機構の断面図、図２は、本発明に係る排気用ポペットバルブの第１実施例を示す断面図、図３は、バルブ軸部に設けたテーパ部の詳細を説明する説明図である。

図１において、自動車用エンジンの排気ポート４側の動弁機構１は、燃焼室６に開口する排気通路３の排気ポート４を開閉させる機構として構成されており、エンジンの回転に同期して回転駆動するカムシャフト１０に固定されたカム１２と、シリンダヘッド２に設けた排気通路３を横切るように上下方向に配設されて、排気ポート４を閉弁する方向にばね付勢された排気用ポペットバルブ（以下、排気バルブという）２０と、カム１２と排気バルブ２０の軸端部との間に揺動自在に配置されたロッカアーム１６と、ロッカアーム１６の支点となる位置に配置された油圧式ラッシュアジャスタ１８を備えて構成されている。

符号３０は、バルブ２０のバルブ軸部２２を摺動可能に支持する円筒形状のバルブガイドで、排気通路３と交差するようにシリンダヘッド２に設けた上下貫通孔２ａに嵌合固定されている。符号３４は、バルブ２０の軸端部に固定した円盤形状のリテーナで、このリテーナ３４と上下貫通孔２ａ周りの座面２ｂ間に、排気バルブ２０を上方向（閉弁方向）に付勢する圧縮コイルばね３６が介装されている。符号５は、排気ポート４の周縁部に設けられた円錐形状のバルブシートで、排気バルブ２０側のシート当接面２７ａがバルブシート５に圧接した状態で排気ポート４が閉口し、排気バルブ２０側のシート当接面２７ａがバルブシート５から離間した状態で排気ポート４が開口するように構成されている。

そして、エンジンの駆動に伴う駆動力によりカムシャフト１０（カム１２）が回転するが、カム１２の回転に応じてロッカアーム１６が油圧式ラッシュアジャスタ１８を支点として上下に揺動し、カム１２のロッカアーム１６を押すタイミングに合わせて（カム１２の回転に同期して）排気バルブ２０が上下に摺動して、排気ポート４を開閉動作させるようになっている。

次に、排気バルブ２０の構造を図２に基づいて詳細に説明する。

排気バルブ２０は、円筒形状のバルブガイド３０によって軸方向に摺動可能に支持される部位であるバルブ軸部２２と、排気ポート４側のバルブシート５に対応する円錐形状のシート当接面２７ａがその外周縁に形成されて、該排気ポート４を開閉させる部位であるバルブ傘部２７とが、スカート状遷移領域２８を介して一体的に形成された構造で、全体が耐熱性および靭性に優れたニッケルを含むオーステナイト系耐熱鋼で構成されている。一方、バルブガイド３０は、グラファイトを含む潤滑性に優れた焼結材で構成されている。

また、バルブガイド３０は、その内径が軸方向に一定の円筒形状に構成されているのに対し、バルブ軸部２２（バルブの傘部２７からスカート状遷移領域２８までの領域を除く領域）のバルブガイド３０との摺動領域（長さＬで示す）を含む長さＬ１で示す領域が、傘部２７側に向けて細くなるテーパ形状に構成されている。以下、この長さＬ１で示すテーパ形状の領域２２ｃをテーパ部という。

そして、バルブ軸部２２のテーパ部２２ｃのテーパ角θがｒ（αｔ＋１）＜Ｒ（βｔ＋１）かつＬ・ｔａｎθ＜Ｒ−ｒという条件式を満足する所定値に構成されて、バルブ駆動時（排気ガスの熱の影響を受けてバルブ２０およびバルブガイド３０が熱膨張した状態）のバルブ・ガイド間クリアランスＳがバルブガイド３０の軸方向にほぼ一定となって、バルブ２０が軸方向にスムーズに摺動できるように構成されている。

以下、排気バルブ２０のテーパ部２２ｃ（のテーパ角θ）を、図３に基づいて詳しく説明する。

動弁機構の駆動中におけるバルブ２０およびバルブガイド３０は、排気ポート４側では高温度の排気ガスの熱の影響を受けて熱膨張するが、排気ポート４側と反対側では、排気ガスの熱の影響が少ないため、熱膨張を無視できる。このため、動弁機構が駆動している状態（排気ガスの熱の影響を受けて狭められた状態）の排気ポート４側におけるバルブ・ガイド間クリアランスＳ１が０より大きく、排気ガスの熱の影響を無視できる排気ポート４側と反対側におけるバルブ・ガイド間クリアランスＳ２も０より大きければ、バルブ・ガイド間クリアランスＳはバルブ軸方向にほぼ一定となって、バルブ２０は軸方向にスムーズに摺動できると考えられる。

このためには、バルブ軸部２２をテーパ形状（テーパ角θ）に形成した場合に、排気ガスの熱の影響を受けて狭められた排気ポート４側におけるバルブ・ガイド間クリアランスＳ１、および排気ガスの熱の影響を無視できる排気ポート４側と反対側におけるバルブ・ガイド間クリアランスＳ２がそれぞれ正となる（０より大きくなる）テーパ角θを求めればよい。

すなわち、テーパ部２２ｃのうち、バルブガイド３０との摺動領域（摺動テーパ部２４）の長さをＬ、摺動テーパ部２３のテーパ角をθ、摺動テーパ部２４の最小半径をｒ、バルブガイド３０の内半径をＲ、排気バルブ２０（バルブ軸部２２）の線膨張係数をα、バルブガイド３０の線膨張係数をβする。そして、排気ガスの熱によって排気バルブ２０，バルブガイド３０の温度がそれぞれ上昇するが、摺動テーパ部２３の最小半径位置Ｐ１の上昇温度をｔ、バルブガイド３０における、テーパ部２２ｃ（摺動テーパ部２４）の最小半径位置Ｐ１に対応する位置Ｐ２の上昇温度をＴ（＜ｔ）とすると、バルブ２０の駆動時には、熱膨張によりＰ１→Ｐ１’、Ｐ２→Ｐ２’となる。即ち、摺動テーパ部２４の最小半径位置Ｐ１における半径ｒは、排気ガスの熱によって、Ｐ１’位置における半径ｒ’＝ｒ（１＋αｔ）となる。また、バルブガイド３０における摺動テーパ部２３の最小半径位置Ｐ１に対応する位置Ｐ２の内半径Ｒは、排気ガスの熱によって、Ｐ２’位置の内半径Ｒ’＝Ｒ（１＋βＴ）となる。したがって、摺動テーパ部２４の最小半径位置Ｐ１におけるクリアランスＳ１は、
Ｓ１＝Ｒ’−ｒ’＝Ｒ（１＋βＴ）−ｒ（１＋αｔ） ・・・（１）である。

一方、排気ポート４側と反対側（摺動テーパ部２４の最大半径位置Ｐ３およびバルブガイド３０のＰ３に対応する位置Ｐ４）におけるクリアランスＳ２への熱の影響は無視できるので、摺動テーパ部２３の最大半径位置Ｐ３におけるクリアランスＳ２は、
Ｓ２＝Ｒ−（ｒ＋Ｌ・ｔａｎθ） ・・・（２）である。

そして、Ｓ１，Ｓ２がいずれも正である（０より大きい）ためには、ｒ（αｔ＋１）＜Ｒ（βＴ＋１）かつＬ・ｔａｎθ＜Ｒ−ｒなる条件式（３）を満足することである。

また、バルブ軸部２２とバルブ傘部領域２３とは、所定長さの連続する円柱形状のストレート部２２ａ，２３ａを介して一体的に形成されている。
バルブ軸部２２は、リテーナ３４固定用の溝３４ａが形成された端部側のストレート部２２ｄ、バルブ傘部領域２３に向けて細くなるテーパの形成されたテーパ部２２ｃ、テーパ部２２ｃとストレート部２２ａ間に形成された逆テーパ部２２ｂで構成されている。

このように、本実施例では、バルブ軸部２２の少なくともバルブガイド３０との摺動領域（符号２４で示す摺動領域）がバルブ傘部２７側に向けて細くなる前記条件式（３）式を満足するテーパ形状（テーパ角θ）に構成されているので、以下の作用・効果が奏される。

第１には、バルブ傘部２７が延出している側のバルブ・ガイド間クリアランスＳ１は、バルブ軸部２２を均一径に構成している従来構造の場合のクリアランスと比べて大きいので、排気ガスの熱の影響によってバルブ・ガイド間クリアランスＳ１が狭められたとしても、バルブ軸部２２とバルブガイド３０開口端部内周面との干渉が回避され、排気バルブ２０のスムーズな摺動動作が確保されて、排気ポート４の正確な開閉動作が長期間にわたり保証される。

第２には、バルブ軸部２２における均一な外径の領域からテーパ部２４に移行する外側に凸の変曲点（テーパ部の起点）がバルブガイド３０との摺動領域外にある（変曲点がバルブガイド３０との摺動領域内に無い）ので、排気バルブ２０が摺動動作する際に、特許文献１のように、外側に凸の変曲点（テーパ部の起点）がバルブガイド３０内周面と干渉することがなく、排気バルブ２０の動作時に振動や騒音が発生したり、排気バルブ２０が折損するおそれがない。また、排気バルブ２０とバルブガイド３０間の相対摺動部において金属粉が発生しないので、エンジンオイルの寿命が延びるとともに、排気通路３が狭まる等の不具合もない。

図４は、本発明に係る排気用ポペットバルブの第２実施例を示す断面図である。

前記第１の実施例では、排気バルブ２０が単一の素材（ニッケルを含むオーステナイト系耐熱鋼）で構成されていたが、この第２の実施例では、排気バルブ２０Ａが、耐熱性および靭性に優れたニッケルを含むオーステナイト系耐熱鋼（線膨張係数α）からなるバルブ軸部材２２Ａと、耐熱性（耐高温クリープ強度）に特に優れたニッケル基耐熱合金（線膨張係数α１）からなる、スカート状遷移領域２８とバルブ傘部２７とを含む傘部領域構成部材２３Ａとが、軸方向に接合一体化されて構成されている。符号Ｘは、バルブ軸部材２２Ａと傘部領域構成部材２３Ａとの接合位置を示す。

即ち、閉弁方向に作用する復帰スプリング３６のばね力（軸方向引張力）やトルクの変動が作用し、軸方向引張応力や曲げ応力に対する強度が要求されるバルブ軸部２２Ａは、ニッケルを含むオーステナイト系耐熱鋼等の靭性に優れた素材（線膨張係数α）で構成されているので、耐久性（耐摩耗性）に優れる。一方、常に高温の排気ガスにさらされるスカート状遷移領域２８を含むバルブ傘部領域２３Ａは、特に耐熱クリープ強度が要求される部位であるが、例えばニッケル基耐熱合金等の特に耐熱性（高温クリープ強度）に優れた素材（線膨張係数α_１）で構成されているので、耐熱性に優れる。

そして、第１の実施例のように、バルブ２０全体が、ニッケルを含むオーステナイト系耐熱鋼等の靭性に優れた素材で構成されている場合は、スカート状遷移領域２８を含むバルブ傘部２７における高温クリープ強度を高めるための後処理が必要となるが、この第２の実施例では、バルブ軸部２２Ａおよびバルブ傘部領域２３Ａは、いずれもそれぞれの機能に対し望ましい特性をもつ金属で構成されているので、第１の実施例のように、バルブ傘部領域２３Ａにおける高温クリープ強度を高めるための後処理が不要である。

また、前記第１の実施例と同様、バルブ軸部（バルブ軸部材）２２Ａのテーパ部２２ｃ（摺動テーパ部２４）のテーパ角θが、ｒ（αｔ＋１）＜Ｒ（βＴ＋１）かつＬ・ｔａｎθ＜Ｒ−ｒなる条件式を満足する所定値に構成されており、バルブ軸部２２とバルブガイド３０開口端部内周面との干渉が回避されて、排気バルブ２０Ａのスムーズな摺動動作が確保されている。

また、この第２の実施例では、バルブ傘部２７が延出している側のバルブガイド３０の開口端部３０ａ内側に、バルブガイド３０の内周面を半径方向外側に拡大する拡径部である段差部３２が周設されている。

このため、バルブガイド開口端部３０ａ内側に設けられた段差部３２は、段差部３２を設けない構造に比べて、バルブ・ガイド間のクリアランスｓ１をいっそう拡大するので、排気ガスの熱の影響によってバルブ・ガイド間クリアランスＳ１が狭められたとしても、第１の実施例よりも、バルブ軸部２２とバルブガイド開口端部３０ａ内周面との干渉がいっそう回避される。

また、バルブガイド開口端部３０ａの内側に設けられた段差部３２がバルブ・ガイド間クリアランスＳ１を拡大する分、バルブ軸部２２Ａに設けるテーパ部２４のテーパ角θを小さくできるので、それだけバルブ軸部２２Ａのテーパ加工が容易となる。

また、バルブガイド３０の内周面を半径方向外側に拡大する拡径部としては、段差部３２に代えて、開口側ほど内径が大きいテーパ部や縦断面円弧部（内側に凸または内側に凹の環状円弧面）であってもよい。

その他は、前記した第１の実施例と同一であるので、同一の符号を付すことで、その重複した説明は省略する。

図５は、本発明に係る排気用ポペットバルブの第３実施例を示す断面図である。

前記した第１，第２の実施例では、排気バルブ２０，２０Ａがいずれも中実体で構成されているが、第３実施例では、排気バルブ２０Ｂが中空体で構成されている点に特徴がある。

即ち、下方に開口する中空体で構成した、耐熱性および靭性に優れたニッケルを含むオーステナイト系耐熱鋼等の素材（線膨張係数α）からなるバルブ軸部材２２Ｂと、同じく上方に開口する中空体で構成した、耐熱性（耐高温クリープ強度）に特に優れたニッケル基耐熱合金等の素材（線膨張係数α_１）からなる、バルブ軸部の一部を含むバルブ傘部領域構成部材２３Ｂとが、符号Ｘで示す位置で軸方向に接合一体化されて構成されている。バルブ２０Ｂの中空部内には、必要に応じてナトリウム等の冷媒が収容されている。

そして、バルブ軸部２２のテーパ部２２ｃ（摺動テーパ部２４）のテーパ角θが、ｒ（α_１ｔ＋１）＜Ｒ（βＴ＋１）かつＬ・ｔａｎθ＜Ｒ−ｒなる条件式を満足する所定値に構成されており、バルブ軸部２２とバルブガイド３０開口端部内周面との干渉が回避されて、排気バルブ２０Ｂのスムーズな摺動動作が確保されている。

その他は、前記した第１の実施例と同一であるので、同一の符号を付すことで、その重複した説明は省略する。

なお、前記した第１〜第３の実施例では、いずれもバルブ軸部２２のほぼ全長がテーパ形状に構成されているが、バルブ軸部２２の少なくともバルブガイド３０と摺動する領域をテーパ形状に構成すればよい。

また、前記の実施例では、カム１２と排気バルブ２０の軸端部とがロッカアーム１６を介して連結されているが、カム１２と排気バルブ２０の軸端部との間に直動型ラッシュアジャスタを介在させた構造であってもよい。

１ 動弁機構
２ シリンダヘッド
３ 排気通路
４ 排気ポート
５ バルブシート
６ 燃焼室
１０ カムシャフト
１２ カム
１６ ロッカアーム
１８ 油圧式ラッシュアジャスタ
２０，２０Ａ，２０Ｂ 排気用ポペットバルブ（排気バルブ）
２２ バルブ軸部
２２Ａ，２２Ｂ バルブ軸部材
２２ｃ テーパ部
２３ バルブ傘部領域
２３Ａ，２３Ｂ バルブ傘部領域構成部材
２４ 摺動テーパ部
２７ バルブ傘部
２７ａ シート当接面
２８ スカート状遷移領域
３０ バルブガイド
３６ 圧縮コイルばね
ｒ 摺動テーパ部最小半径
Ｌ 摺動テーパ部の長さ
θ 摺動テーパ部のテーパ角
Ｒ バルブガイドの内半径

Claims (4)

1. 円筒形状のバルブガイドによって軸方向に摺動可能に支持される部位であるバルブ軸部と、その外周縁に排気ポート側のバルブシートに対応する円錐形状のシート当接面が形成され、該排気ポートを開閉する部位であるバルブ傘部とが、スカート状遷移領域を介して一体的に形成された内燃機関用の排気用ポペットバルブにおいて、
   前記バルブ軸部における少なくとも前記バルブガイドとの摺動領域がバルブ傘部側に向けて細くなるテーパ形状に構成されたことを特徴とする内燃機関用の排気用ポペットバルブ。
2. 前記バルブのテーパ形状のテ―パ角θが、前記バルブ軸部の前記バルブガイドとの摺動領域（以下、摺動テーパ部という）の長さをＬ、摺動テーパ部の最小半径をｒ、バルブガイドの内半径をＲ、バルブ軸部の線膨張係数をα、バルブガイドの線膨張係数をβ、摺動テーパ部の最小半径位置の温度をｔ、摺動テーパ部の最小半径位置に対応するバルブガイドの温度をＴとして、ｒ（αｔ＋１）＜Ｒ（βＴ＋１）かつＬ・ｔａｎθ＜Ｒ−ｒという条件式を満足するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用の排気用ポペットバルブ。
3. 前記バルブは、耐熱性および靭性に優れた第１の素材で構成されたバルブ軸部材と、前記第１の素材よりもさらに耐熱性に優れた第２の素材で構成された、前記スカート状遷移領域を含むバルブ傘部材とが接合一体化されたことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関用の排気用ポペットバルブ。
4. 前記バルブ傘部が延出している側のバルブガイド開口端部内側には、バルブガイドの内周面を半径方向外側に拡大する拡径部が周設されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関用の排気用ポペットバルブ。

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