JP2012097627A - Metallic-sodium-filled engine valve - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ステム部及び傘部を有して当該ステム部の内部に中空部を有すると共に当該中空部内に金属ナトリウムを封入された金属ナトリウム封入エンジンバルブに関する。 The present invention relates to a metallic sodium-enclosed engine valve having a stem portion and an umbrella portion, having a hollow portion inside the stem portion, and having metallic sodium sealed in the hollow portion.
ステム部及び傘部を有して当該ステム部の内部に中空部を有すると共に当該中空部内に金属ナトリウムを封入された従来の金属ナトリウム封入エンジンバルブを備えたエンジンの一例の要部の概略構成を図5に示す。 A schematic configuration of a main part of an example of an engine including a conventional metal sodium-enclosed engine valve having a stem portion and an umbrella portion and having a hollow portion inside the stem portion and metal sodium is enclosed in the hollow portion. As shown in FIG.
図5に示すように、エンジンのシリンダヘッド1に略水平方向に形成された排気ポート2の燃焼室3側には、当該排気ポート2と当該燃焼室3とを連通する排気口4を開閉する排気用のエンジンバルブ10が配設されている。このエンジンバルブ10は、シリンダヘッド1に配設されている直動式動弁機構20に組み込まれている。この直動式動弁機構20は、エンジンバルブ10を往復移動させるバルブリフタ22と、エンジン回転に応じて回転してエンジンバルブ10を開弁させるカム21とを備えている。
As shown in FIG. 5, an
前記バルブリフタ22は、前記エンジンバルブ10のステム部12に当接される突起部23と、この突起部23の上側にて前記カム21に当接されてクリアランスを調整するシム23aと、シリンダヘッド1に圧入固定されて前記エンジンバルブ10のステム部12を軸方向に沿って摺動移動可能に支持するバルブガイド24と、このバルブガイド24の上端部と前記エンジンバルブ10のステム部12との間をシールする高分子材料からなるステムシール25と、前記カム21の押圧力に抗して前記エンジンバルブ10を開弁させるバルブスプリング26と、このバルブスプリング26の上端及び下端に設けられたアッパシート27及びロアシート28と、前記エンジンバルブ10のステム部12とバルブスプリング26等とを固定するバルブコッタ29とを備えている。
The
前記エンジンバルブ10は、前記排気口4を開閉する茸状をなす傘部11と、前記バルブガイド24に対して摺動移動可能に支持されて上記傘部11に連なると共に上端を前記突起部23に当接させた軸部分のステム部12と、前記傘部11の内部に形成された中空部11aと、前記傘部11の前記中空部11aと前記ステム部12の軸方向中程との間を連通させるように当該ステム部12に形成された中空部12aと、前記傘部11及び前記ステム部12の前記中空部11a,12aの内部に封入された金属ナトリウム101とを有している。なお、符号13は前記バルブコッタ29に係合されるコッタ溝部である。
The
このような、中空部11a,12aに金属ナトリウム101を封入したエンジンバルブ10を備えたエンジンにおいては、エンジンの回転に対応して直動式動弁機構20の前記カム21が回転して、バルブリフタ22を介して前記エンジンバルブ10を昇降移動(バルブリフト)させることにより、燃焼室3内の燃焼排ガスを当該燃焼室3の外部に排出するときに排気口4を開くように前記エンジンバルブ10を下降させて当該燃焼排ガスを排気ポート2に送り出し、それ以外のときに排気口4を閉じるように前記エンジンバルブ10を上昇させておくようになっている。
In such an engine having the
このとき、前記エンジンバルブ10の前記中空部11a,12a内の高熱伝導率の金属ナトリウム101が、当該エンジンバルブ10の上記昇降移動(バルブリフト)に伴って、当該中空部11a,12a内で振動流を生じ、高温の前記燃焼排ガスと接して高温となる傘部11(約800℃)の熱を、前記ステム部12を介して前記バルブガイド24に効率よく伝達させることにより(オシレーション熱輸送)、当該熱がシリンダヘッド1に効率よく伝達して、当該シリンダヘッド1に形成されている冷却液流通路内を流通する冷却液によって効率よく冷却できる。
At this time, the
ところで、エンジンバルブにおいては、燃費等の向上を図るため、可能な限り軽量化を図ることが強く求められている。このため、前述したような金属ナトリウム封入エンジンバルブにおいては、例えば、中空部をステム部の上端近傍にまで延設することが考えられる。しかしながら、このように中空部をステム部の上端近傍にまで延設すると、中空部の内部に封入されている金属ナトリウム101が前記振動流によって前記ステム部の上端側にまでオシレーション熱輸送して、当該ステム部から高分子材料からなる前記ステムシール25に高温の熱を伝達してしまい、当該ステムシール25の寿命を大きく低下させてしまう可能性がある。
By the way, in an engine valve, in order to improve fuel consumption and the like, it is strongly demanded to reduce the weight as much as possible. For this reason, in the metallic sodium-enclosed engine valve as described above, for example, it is conceivable to extend the hollow portion to the vicinity of the upper end of the stem portion. However, when the hollow portion is extended to the vicinity of the upper end of the stem portion in this way, the
このようなことから、本発明は、ステムシールへの熱伝達を抑制しながらもさらなる軽量化を図ることができる金属ナトリウム封入エンジンバルブを提供することを目的とする。 In view of the above, an object of the present invention is to provide a metal sodium-enclosed engine valve that can achieve further weight reduction while suppressing heat transfer to the stem seal.
前述した課題を解決するための、本発明に係る金属ナトリウム封入エンジンバルブは、ステム部及び傘部を有して当該ステム部の内部に中空部を有すると共に当該中空部内に金属ナトリウムを封入された金属ナトリウム封入エンジンバルブにおいて、前記ステム部が、軸方向全長にわたって前記中空部を形成されて前記傘部に連なると共に当該中空部内に前記金属ナトリウムを入れられる下側部材と、軸方向にわたって前記中空部を形成された上側部材と、前記下側部材の前記中空部と前記上側部材の前記中空部との間を遮断するように当該下側部材と当該上側部材との間に配設された遮断部材とから構成されていることを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, a metal sodium-enclosed engine valve according to the present invention has a stem portion and an umbrella portion, and has a hollow portion inside the stem portion, and metal sodium is enclosed in the hollow portion. In the metallic sodium-enclosed engine valve, the stem part is formed with the hollow part over the entire length in the axial direction and is connected to the umbrella part, and the hollow part extends in the axial direction with the lower member into which the metallic sodium can be placed. And a blocking member disposed between the lower member and the upper member so as to block between the hollow portion of the lower member and the hollow portion of the upper member. It is comprised from these.
また、本発明に係る金属ナトリウム封入エンジンバルブは、上述した金属ナトリウム封入エンジンバルブにおいて、前記傘部の底面と前記ステム部の前記上側部材の上端面との間の長さLaに対して、前記傘部の底面と前記ステム部の前記遮断部材の前記下側部材と隣接する面との間の長さLcが、0.4〜0.7倍の範囲の大きさ(0.4La≦Lc≦0.7La)となるように設定されていることを特徴とする。 Further, the metal sodium-enclosed engine valve according to the present invention is the above-described metal sodium-enclosed engine valve, with respect to the length La between the bottom surface of the umbrella portion and the upper end surface of the upper member of the stem portion, The length Lc between the bottom surface of the umbrella portion and the surface adjacent to the lower member of the blocking member of the stem portion is a size in a range of 0.4 to 0.7 times (0.4 La ≦ Lc ≦ 0.7 La).
また、本発明に係る金属ナトリウム封入エンジンバルブは、上述した金属ナトリウム封入エンジンバルブにおいて、エンジンのシリンダヘッドに取り付けられたバルブガイドに前記ステム部を支持されているときに、当該ステム部の前記遮断部材の前記下側部材と隣接する面が、当該バルブガイドの内側に常に位置するように設定されていることを特徴とする。 Further, the metal sodium sealed engine valve according to the present invention is the above-described metal sodium sealed engine valve, wherein when the stem portion is supported by a valve guide attached to a cylinder head of the engine, the blocking of the stem portion is performed. A surface of the member adjacent to the lower member is set so as to be always located inside the valve guide.
また、本発明に係る金属ナトリウム封入エンジンバルブは、上述した金属ナトリウム封入エンジンバルブにおいて、前記ステム部の前記遮断部材が、前記下側部材の前記中空部に対向して当該中空部に嵌合する下側嵌合部と、前記上側部材の前記中空部に対向して当該中空部に嵌合する上側嵌合部とを備えていることを特徴とする。 Further, the metal sodium sealed engine valve according to the present invention is the above-described metal sodium sealed engine valve, wherein the blocking member of the stem portion is fitted into the hollow portion so as to face the hollow portion of the lower member. It has a lower fitting part and an upper fitting part fitted to the hollow part facing the hollow part of the upper member.
本発明に係る金属ナトリウム封入エンジンバルブによれば、上側部材に中空部を有していると同時に、下側部材の中空部と上側部材の中空部との間に遮断部材が介在しているため、昇降移動に伴って、金属ナトリウムが振動流を生じても、当該金属ナトリウムが上側部材の中空部内に流入してしまうことを防止でき、高温の燃焼排ガスと接して高温となる傘部の熱の大部分を、バルブガイドを介して外部に伝達できるようになることから、従来よりも軽量化を図りながらも、ステムシールに高温の熱が伝達することを大きく抑制して、ステムシールの寿命の低下を抑制することができる。 According to the metallic sodium-enclosed engine valve according to the present invention, since the upper member has the hollow portion, the blocking member is interposed between the hollow portion of the lower member and the hollow portion of the upper member. Even if metallic sodium generates an oscillating flow with the up-and-down movement, the metallic sodium can be prevented from flowing into the hollow portion of the upper member, and the heat of the umbrella portion that becomes high temperature in contact with the high-temperature combustion exhaust gas. Most of the heat can be transmitted to the outside via the valve guide, so the heat of the stem seal can be greatly suppressed by reducing the high temperature heat while reducing the weight of the stem seal. Can be suppressed.
本発明に係る金属ナトリウム封入エンジンバルブの実施形態を図面に基づいて以下に説明するが、本発明は図面に基づいて説明する以下の実施形態のみに限定されるものではない。 Embodiments of a metal sodium filled engine valve according to the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to only the following embodiments described with reference to the drawings.
〈主な実施形態〉
本発明に係る金属ナトリウム封入エンジンバルブの主な実施形態を図1〜3に基づいて説明する。
<Main embodiment>
A main embodiment of a metallic sodium filled engine valve according to the present invention will be described with reference to FIGS.
図1に示すように、エンジンのシリンダヘッド1に略水平方向に形成された排気ポート2の燃焼室3側には、当該排気ポート2と当該燃焼室3とを連通する排気口4を開閉する排気用の本発明に係る金属ナトリウム封入エンジンバルブ100が配設されている。この金属ナトリウム封入エンジンバルブ100は、シリンダヘッド1に配設されている直動式動弁機構20に組み込まれている。この直動式動弁機構20は、上記金属ナトリウム封入エンジンバルブ100を往復移動させるバルブリフタ22と、エンジン回転に応じて回転して上記金属ナトリウム封入エンジンバルブ100を開弁させるカム21とを備えている。
As shown in FIG. 1, an
前記バルブリフタ22は、前記エンジンバルブ100のステム部112に当接される突起部23と、この突起部23の上側にて前記カム21に当接されてクリアランスを調整するシム23aと、前記シリンダヘッド1に圧入固定されて前記エンジンバルブ100のステム部112を軸方向に沿って摺動移動可能に支持するバルブガイド24と、このバルブガイド24の上端部と前記エンジンバルブ100のステム部112との間をシールする高分子材料からなるステムシール25と、前記カム21の押圧力に抗して前記エンジンバルブ100を開弁させるバルブスプリング26と、このバルブスプリング26の上端及び下端に設けられたアッパシート27及びロアシート28と、前記エンジンバルブ100のステム部112と前記バルブスプリング26等とを固定するバルブコッタ29とを備えている。
The
前記エンジンバルブ100は、前記排気口4を開閉する茸状をなす傘部111と、前記バルブガイド24に対して摺動移動可能に支持されて上記傘部111に連なる軸部分のステム部112とを備えている。なお、符号113は、前記バルブコッタ29に係合するコッタ溝部である。
The
そして、図1,2に示すように、本実施形態に係る前記エンジンバルブ100は、傘部111及びステム部112の内部に中空部を有すると共に当該中空部内に金属ナトリウム101を封入され、前記ステム部112が、軸方向全長にわたって中空部112Aaを形成されて前記傘部111の中空部111aと連通すると共に当該中空部111a,112Aa内に金属ナトリウム101を入れられる下側部材112Aと、軸方向にわたって中空部112Baを形成された上側部材112Bと、前記下側部材112Aの前記中空部112Aaと前記上側部材112Bの前記中空部112Baとの間を遮断するように当該下側部材112Aと当該上側部材112Bとの間に配設された遮断部材112Cとから構成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
さらに、上記エンジンバルブ100は、前記傘部111の底面と前記ステム部112の前記上側部材112Bの上端面との間の長さLaに対して、前記傘部111の底面と前記ステム部112の前記遮断部材112Cの前記下側部材112Aと隣接する面との間の長さLcが、0.4〜0.7倍の範囲の大きさ(0.4La≦Lc≦0.7La)となるように設定されている。
Further, the
つまり、上記エンジンバルブ100は、エンジンのシリンダヘッド1に取り付けられたバルブガイド24に前記ステム部112を支持されているときに、当該ステム部112の前記遮断部材112Cの前記下側部材112Aと隣接する面が、当該バルブガイド24の内側に常に位置するように設定されている、言い換えれば、上記エンジンバルブ100は、開状態のときに、当該ステム部112の前記遮断部材112Cの前記下側部材112Aと隣接する面が、当該バルブガイド24の下端面よりも上方に位置し、閉状態のときに、当該ステム部112の前記遮断部材112Cの前記下側部材112Aと隣接する面が、当該バルブガイド24の上端面よりも下方に位置するように設定されているのである。
In other words, the
このような上記エンジンバルブ100においては、例えば、円柱状の材料(例えば、耐熱鋼SUH35等)に対してポンチで中空部112Aaを形成すると共に鍛造及び絞り加工を行うことにより、傘部111及び下側部材112Aを一体的に形成して当該中空部112Aa内に金属ナトリウム101を注入する一方、棒状の材料(例えば、耐熱鋼SUH35等)に対してドリル加工して中空部112Baを形成又は中空部112Baを有するパイプ状の材料(例えば、耐熱鋼SUH11等)により、上側部材112Bを形成し、円板状の材料(例えば、耐熱鋼SUH11,SUH35等)からなる遮断部材112Cを介して上記下側部材112Aと上記上側部材112Bとを摩擦溶接やレーザ溶接等で一体的に接合することにより、容易に製造することができる(図3参照)。
In such an
このような本実施形態に係る上記エンジンバルブ100を備えたエンジンにおいては、エンジンの回転に対応して直動式動弁機構20の前記カム21が回転して、バルブリフタ22を介して前記エンジンバルブ100を昇降移動(バルブリフト)させることにより、燃焼室3内の燃焼排ガスを当該燃焼室3の外部に排出するときに排気口4を開くように前記エンジンバルブ100を下降させて当該燃焼排ガスを排気ポート2に送り出し、それ以外のときに排気口4を閉じるように前記エンジンバルブ100を上昇させておく。
In the engine provided with the
このとき、上記エンジンバルブ100の前記傘部111及び前記下側部材112Aの中空部111a,112Aa内の高熱伝導率の金属ナトリウム101が、当該エンジンバルブ100の上記昇降移動(バルブリフト)に伴って、当該中空部111a,112Aa内で振動流を生じ、高温の前記燃焼排ガスと接して高温となる傘部111(約800℃)の熱を前記ステム部112を介して前記バルブガイド24に効率よく伝達させることにより(オシレーション熱輸送)、当該熱がシリンダヘッド1に効率よく伝達して、当該シリンダヘッド1に形成されている冷却液流通路内を流通する冷却液によって効率よく冷却することができる。
At this time, the
ここで、上記エンジンバルブ100は、前記上側部材112Bに中空部112Baを有していると同時に、前記下側部材112Aの前記中空部112Aaと当該上側部材112Bの当該中空部112Baとの間に前記遮断部材112Cが介在しているため、従来よりも軽量化を図ることができると共に、前記金属ナトリウム101が、当該エンジンバルブ100の前記昇降移動に伴って上記振動流を生じても、前記上側部材112Bの前記中空部112Ba内に流入してしまうことを防止でき、高温の前記燃焼排ガスと接して高温となる傘部111(約800℃)の熱の大部分を、前記バルブガイド24を介して当該エンジンバルブ100の外部に伝達できるようになる。
Here, the
このため、高分子材料からなる前記ステムシール25に高温の熱が伝達することを大きく抑制することができ、当該ステムシール25の寿命の低下を抑制することができる。
For this reason, it is possible to largely suppress the transfer of high-temperature heat to the
したがって、本実施形態に係る上記エンジンバルブ100によれば、ステムシール25への熱伝達を抑制しながらもさらなる軽量化を図ることができる。
Therefore, according to the
〈他の実施形態〉
なお、前述した実施形態においては、円板状の遮断部材112Cを介して上記下側部材112Aと上記上側部材112Bとを接合することにより、前記エンジンバルブ100を製造するようにしたが、他の実施形態として、例えば、図4に示すように、前記下側部材112Aの前記中空部112Aaに対向して当該中空部112Aaに嵌合する下側嵌合部212Caと、前記上側部材112Bの前記中空部112Baに対向して当該中空部112Baに嵌合する上側嵌合部212Cbとを対応する端面に有する円板型の遮断部材212Cを介して上記下側部材112Aと上記上側部材112Bとを摩擦溶接やレーザ溶接等で一体的に接合することにより金属ナトリウム封入エンジンバルブ200を製造するようにすれば、前記下側部材112Aと前記上側部材112Bとの軸合わせを容易に行うことができるので、好ましい。
<Other embodiments>
In the above-described embodiment, the
また、前述した実施形態においては、傘部111及びステム部112の両方の内部に中空部を有する金属ナトリウム封入エンジンバルブ100について説明したが、本発明はこれに限らず、他の実施形態として、例えば、ステム部の内部のみに中空部を有する金属ナトリウム封入エンジンバルブのように、少なくともステム部の内部に中空部を有する金属ナトリウム封入エンジンバルブであれば、前述した実施形態の場合と同様な作用効果を得ることができる。
Further, in the above-described embodiment, the metal sodium-enclosed
また、前述した実施形態においては、直動式動弁機構20に組み込んだ場合について説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、ロッカアーム式の動弁機構に組み込む場合であっても、前述した実施形態の場合と同様な作用効果を得ることが当然にしてできる。
Further, in the above-described embodiment, the case where it is incorporated in the direct
また、前述した実施形態においては、エンジンのシリンダヘッド1に形成された排気ポート2と燃焼室3とを連通する排気口4を開閉する排気用のエンジンバルブ10として適用した場合について説明したが、他の実施形態として、例えば、エンジンのシリンダヘッドに形成された吸気ポートと燃焼室とを連通する吸気口を開閉する吸気用のエンジンバルブとして適用することも可能である。
Further, in the above-described embodiment, the case where the present invention is applied as the
本発明に係る金属ナトリウム封入エンジンバルブは、従来よりも軽量化を図りながらも、ステムシールに高温の熱が伝達することを大きく抑制して、ステムシールの寿命の低下を抑制することができるので、自動車産業等において、極めて有益に利用することができる。 The metal sodium-enclosed engine valve according to the present invention can suppress the reduction in the life of the stem seal by largely suppressing the transfer of high-temperature heat to the stem seal while reducing the weight of the engine valve. It can be used extremely beneficially in the automobile industry and the like.
1 シリンダヘッド
2 排気ポート
3 燃焼室
4 排気口
20 直動式動弁機構
21 カム
22 バルブリフタ
23 突起部
23a シム
24 バルブガイド
25 ステムシール
26 バルブスプリング
27 アッパシート
28 ロアシート
29 バルブコッタ
100 金属ナトリウム封入エンジンバルブ
101 金属ナトリウム
111 傘部
111a 中空部
112 ステム部
112A 下側部材
112Aa 中空部
112B 上側部材
112Ba 中空部
112C 遮断部材
113 コッタ溝部
200 金属ナトリウム封入エンジンバルブ
212C 遮断部材
212Ca 下側嵌合部
212Cb 上側嵌合部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記ステム部が、
軸方向全長にわたって前記中空部を形成されて前記傘部に連なると共に当該中空部内に前記金属ナトリウムを入れられる下側部材と、
軸方向にわたって前記中空部を形成された上側部材と、
前記下側部材の前記中空部と前記上側部材の前記中空部との間を遮断するように当該下側部材と当該上側部材との間に配設された遮断部材と
から構成されていることを特徴とする金属ナトリウム封入エンジンバルブ。 In a metal sodium sealed engine valve having a stem portion and an umbrella portion and having a hollow portion inside the stem portion and metal sodium sealed in the hollow portion,
The stem portion is
A lower member which is formed over the entire axial length and is connected to the umbrella portion and into which the metallic sodium is put in the hollow portion;
An upper member formed with the hollow portion in the axial direction;
A blocking member disposed between the lower member and the upper member so as to block between the hollow portion of the lower member and the hollow portion of the upper member. Features a metallic sodium filled engine valve.
前記傘部の底面と前記ステム部の前記上側部材の上端面との間の長さLaに対して、前記傘部の底面と前記ステム部の前記遮断部材の前記下側部材と隣接する面との間の長さLcが、0.4〜0.7倍の範囲の大きさ(0.4La≦Lc≦0.7La)となるように設定されている
ことを特徴とする金属ナトリウム封入エンジンバルブ。 The metallic sodium filled engine valve according to claim 1,
With respect to the length La between the bottom surface of the umbrella portion and the upper end surface of the upper member of the stem portion, the bottom surface of the umbrella portion and the surface adjacent to the lower member of the blocking member of the stem portion; The length Lc is set to a size in the range of 0.4 to 0.7 times (0.4La ≦ Lc ≦ 0.7La). .
エンジンのシリンダヘッドに取り付けられたバルブガイドに前記ステム部を支持されているときに、当該ステム部の前記遮断部材の前記下側部材と隣接する面が、当該バルブガイドの内側に常に位置するように設定されている
ことを特徴とする金属ナトリウム封入エンジンバルブ。 In the metal sodium filled engine valve according to claim 1 or 2,
When the stem portion is supported by a valve guide attached to a cylinder head of an engine, the surface of the stem portion adjacent to the lower member of the blocking member is always located inside the valve guide. Metal sodium filled engine valve characterized by being set to.
前記ステム部の前記遮断部材が、
前記下側部材の前記中空部に対向して当該中空部に嵌合する下側嵌合部と、
前記上側部材の前記中空部に対向して当該中空部に嵌合する上側嵌合部と
を備えていることを特徴とする金属ナトリウム封入エンジンバルブ。
The metallic sodium-enclosed engine valve according to any one of claims 1 to 3,
The blocking member of the stem portion is
A lower fitting part that fits into the hollow part facing the hollow part of the lower member;
A metal sodium-enclosed engine valve, comprising: an upper fitting portion that fits into the hollow portion so as to face the hollow portion of the upper member.
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