JP2014009595A - 内燃機関のバルブ支持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却水通路を貫通するバルブステムガイドと、これを支持するシリンダヘッドとの間のシール性を向上させることができると共に、バルブステムガイドの位置ずれを防止することができる内燃機関のバルブ支持構造を提供する。
【解決手段】シリンダヘッド１１に冷却水通路１３を貫通するように形成される排気側ガイド挿入孔３２と、このガイド挿入孔３２に挿入される排気側バルブステムガイド５２とを備え、排気側ガイド挿入孔３２は、大径孔部６１と、冷却水通路１３に連通する中径孔部６２と、小径孔部６３とを有し、排気側バルブステムガイド５２は、大径軸部７１と、冷却水通路１３内に露出する中径軸部７２と、小径軸部７３とを有し、中径孔部６２の面取り部６２ａと係合角部８１との間のシール剤溜まり部９１、及び、小径孔部６３の面取り部６３ａと係合角部８２との間のシール剤溜まり部９２に、シール剤Ｓを入れる。
【選択図】図２

Description

本発明は、バルブを摺動可能に支持するガイド部材の冷却性を向上させるようにした内燃機関のバルブ支持構造に関する。

一般に、車両等に搭載される内燃機関では、吸気用及び排気用の各バルブを開閉可能に支持する際に、そのバルブのステム部を、シリンダヘッドに設けられたバルブステムガイドによって摺動可能に支持するようにしている。このとき、バルブは、その傘部が燃焼室と対接するように支持されているため、機関駆動時において、常に高温に晒されてしまい、熱的に厳しい状況に置かれることになる。

燃焼により高温に保持されたバルブ内部の熱は、バルブステムガイドを介して、シリンダヘッドに伝達されることになるが、近年、シリンダヘッド内の冷却水通路をバルブステムガイドに可能な限り近づけるようにして、バルブや、これを支持するバルブステムガイドの冷却性を向上させるようにしたバルブ支持構造が提供されている。そして、このような、内燃機関のバルブ支持構造は、例えば、特許文献１，２に開示されている。

特開平５−５４０７号公報 実開平１−６６４０６号公報

ここで、上記従来の内燃機関のバルブ支持構造においては、バルブステムガイドを、冷却水通路に貫通させた状態で、シリンダヘッドに支持するようにしている。しかしながら、このようなバルブ支持構造を採用すると、シリンダヘッドとバルブステムガイドとの間のシール性が低下するおそれがある。

また、従来のバルブ支持構造においては、バルブステムガイドが冷却水通路を貫通する分、シリンダヘッドとバルブステムガイドとの間の接触面積が小さくなってしまう。これにより、シリンダヘッドのバルブステムガイドに対する保持力が低下してしまうため、そのバルブステムガイドが下方に向けて位置ずれを起こすおそれがある。

従って、本発明は上記課題を解決するものであって、冷却水通路を貫通するバルブステムガイドと、これを支持するシリンダヘッドとの間のシール性を向上させることができると共に、バルブステムガイドの位置ずれを防止することができる内燃機関のバルブ支持構造を提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係る内燃機関のバルブ支持構造は、
内燃機関のシリンダヘッド内に形成される冷却水通路と、
前記シリンダヘッドに前記冷却水通路を貫通するように形成されるガイド挿入孔と、
前記ガイド挿入孔に挿入され、バルブのステム部をその中心孔内に摺動可能に支持するバルブステムガイドとを備え、
前記ガイド挿入孔は、
前記冷却水通路に連通する中径孔部と、
前記中径孔部よりも大径に形成され、前記中径孔部の上端に接続し、且つ、前記冷却水通路の上方に配置される大径孔部、及び、前記中径孔部よりも小径に形成され、前記中径孔部の下端に接続し、且つ、前記冷却水通路の下方に配置される小径孔部のうち、少なくともいずれか一方の孔部とを有し、
前記バルブステムガイドは、
前記中径孔部内に挿入され、外周面の一部が前記冷却水通路内に露出する中径軸部と、
前記中径軸部よりも大径に形成され、前記大径孔部内に挿入される大径軸部、及び、前記中径軸部よりも小径に形成され、前記小径孔部内に挿入される小径軸部のうち、少なくともいずれか一方の軸部とを有し、
前記中径孔部の上端角部に形成される中径面取り部と、前記大径軸部と前記中径軸部とにより形成される第１係合角部との間における環状の第１隙間、及び、前記小径孔部の上端角部に形成される小径面取り部と、前記中径軸部と前記小径軸部とにより形成される第２係合角部との間における環状の第２隙間に、シール剤を入れる
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係る内燃機関のバルブ支持構造は、
前記第１係合角部に形成される第１凹部と、
前記第２係合角部に形成される第２凹部とを備える
ことを特徴とする。

従って、本発明に係る内燃機関のバルブ支持構造によれば、ガイド挿入孔とバルブステムガイドとの間で、シール剤を滞溜させることができると共に、ガイド挿入孔とバルブステムガイドとを互いに係合させることができる。これにより、バルブステムガイドとシリンダヘッドとの間のシール性を向上させることができると共に、バルブステムガイドの下方への位置ずれを防止することができる。

本発明の一実施例に係る内燃機関のバルブ支持構造を示した縦断面図である。 図１における排気側の要部拡大図である。 排気側バルブステムガイドの係合角部に環状溝を形成したときの詳細図である。 排気側バルブステムガイドの外周面を凹凸状に形成したときの詳細図である。

以下、本発明に係る内燃機関のバルブ支持構造について、図面を用いて詳細に説明する。

図１に示すように、自動車等のエンジン（内燃機関）１の上部には、シリンダヘッド１１が設けられている。シリンダヘッド１１内には、燃焼室１２が形成されており、この燃焼室１２の上部には、吸気ポート２１及び排気ポート３１が接続されている。そして、吸気ポート２１の吸気孔２１ａには、環状の吸気側バルブシート４１が設けられると共に、排気ポート３１の排気孔３１ａには、環状の排気側バルブシート５１が設けられている。

また、シリンダヘッド１１内には、複数の冷却水通路１３，１４，１５が形成されており、これら冷却水通路１３，１４，１５内には、エンジン１を冷却するための冷却水Ｗが循環している。このとき、冷却水通路１３は、吸気ポート２１及び排気ポート３１の上方に配置されており、吸気ポート２１と排気ポート３１との間から排気ポート３１に沿うように形成されている。一方、冷却水通路１４は、吸気ポート２１の下方に配置されており、冷却水通路１５は、排気ポート３１の下方に配置されている。

更に、シリンダヘッド１１における吸気ポート２１の上部には、吸気側ガイド挿入孔２２が、その吸気ポート２１に連通するように形成されている。そして、吸気側ガイド挿入孔２２内には、円筒状の吸気側バルブステムガイド４２が挿入されており、この吸気側バルブステムガイド４２内には、吸気バルブ４３が摺動可能に支持されている。

吸気バルブ４３は、上端（基端）側に配置されるステム部４３ａと、下端（先端）側に配置される傘部４３ｂとから構成されている。ステム部４３ａは、吸気側バルブステムガイド４２の中心孔４２ａ内に摺動可能に支持されるものであって、傘部４３ｂは、そのステム部４３ａの摺動に伴って、吸気側バルブシート４１に対して着脱可能となっている。即ち、吸気側動弁機構（図示省略）を駆動させることにより、吸気バルブ４３が摺動するため、当該吸気バルブ４３の吸気孔２１ａに対する開閉動作が行われる。

一方、シリンダヘッド１１における排気ポート３１の上部には、排気側ガイド挿入孔３２が、冷却水通路１３を貫通した状態で、その排気ポート３１に連通するように形成されている。そして、排気側ガイド挿入孔３２内には、円筒状の排気側バルブステムガイド５２が挿入されており、この排気側バルブステムガイド５２内には、排気バルブ５３が摺動可能に支持されている。

排気バルブ５３は、上端（基端）側に配置されるステム部５３ａと、下端（先端）側に配置される傘部５３ｂとから構成されている。ステム部５３ａは、排気側バルブステムガイド５２の中心孔５２ａ内に摺動可能に支持されるものであって、傘部５３ｂは、そのステム部５３ａの摺動に伴って、排気側バルブシート５１に対して着脱可能となっている。即ち、排気側動弁機構（図示省略）を駆動させることにより、排気バルブ５３が摺動するため、当該排気バルブ５３の排気孔３１ａに対する開閉動作が行われる。

ここで、図２に示すように、排気側ガイド挿入孔３２は、大径孔部６１、中径孔部６２、及び、小径孔部６３を有しており、これら大径孔部６１、中径孔部６２、及び、小径孔部６３は、排気側ガイド挿入孔３２の上端側からその下端側に向けて、順に配置されている。

大径孔部６１は、冷却水通路１３よりも上方に配置されている。また、中径孔部６２は、大径孔部６１よりも小径に形成されており、大径孔部６１の下端と接続し、且つ、冷却水通路１３の上部に配置されている。更に、小径孔部６３は、中径孔部６２よりも小径に形成されており、中径孔部６２の下端と接続し、且つ、冷却水通路１３の下部に配置されている。

即ち、中径孔部６２は、冷却水通路１３の上部に連通する一方、小径孔部６３は、冷却水通路１３の下部に連通している。これにより、排気側ガイド挿入孔３２は、２つの段差部を、冷却水通路１３を上下方向両側から挟むように有する、段付きガイド孔となっている。

そして、中径孔部６２の上端角部には、面取り部（中径面取り部）６２ａが形成されており、小径孔部６３の上端角部には、面取り部（小径面取り部）６３ａが形成されている。

一方、排気側バルブステムガイド５２は、大径軸部７１、中径軸部７２、及び、小径軸部７３を有しており、これら大径軸部７１、中径軸部７２、及び、小径軸部７３は、排気側バルブステムガイド５２の上端側からその下端側に向けて、順に配置されている。

大径軸部７１は、大径孔部６１内に挿入されている。また、中径軸部７２は、大径軸部７１よりも小径に形成されており、中径孔部６２内に挿入されている。更に、小径軸部７３は、中径軸部７２よりも小径に形成されており、小径孔部６３内に挿入されている。

即ち、中径軸部７２は、その外周面の一部が、中径孔部６２と小径孔部６３との間において、冷却水通路１３内に露出している。これにより、排気側バルブステムガイド５２は、２つの段差部における中間部を冷却水通路１３ａ内に配置させた、段付き軸部材となっている。

そして、大径軸部７１と中径軸部７２とにより形成される係合角部（第１係合角部）８１は、中径孔部６２の上端角部と係合している。これにより、係合角部８１と面取り部６２ａとの間には、隙間となる環状のシール剤溜まり部（第１隙間）９１が形成されることになり、このシール剤溜まり部９１内には、シール剤Ｓが充満している。

また、中径軸部７２と小径軸部７３とにより形成される係合角部（第２係合角部）８２は、小径孔部６３の上端角部と係合している。これにより、係合角部８２と面取り部６３ａとの間には、隙間となる環状のシール剤溜まり部（第２隙間）９２が形成されることになり、このシール剤溜まり部９２内には、シール剤Ｓが充満している。

従って、エンジン１の駆動時における吸気バルブ４３及び排気バルブ５３は、燃焼室１２内の燃焼によって発生した火炎により、高温に保持されることになるが、この高温に保持された吸気バルブ４３内部及び排気バルブ５３内部の熱は、その燃焼室１２に対接する傘部４３ｂ，５３ｂから、ステム部４３ａ，５３ａに伝達された後、バルブステムガイド４２，５２及びシリンダヘッド１１を介して、冷却水通路１３，１４，１５内の冷却水Ｗに吸収される。

そして、吸気バルブ４３は、吸気ポート２１により吸気された混合気によって、多少にも冷却されることになるが、排気バルブ５３は、その吸気バルブ４３に比べて、終始高温に晒らされて、熱的に厳しい状況に置かれている。しかしながら、排気バルブ５３は、冷却水通路１３内を貫通する排気側バルブステムガイド５２によって支持されているため、その分、その冷却性は向上されている。

このとき、排気側バルブステムガイド５２が冷却水通路１３内を貫通していても、この冷却水通路１３を上下方向両側から挟むように、シール剤Ｓが充満したシール剤溜まり部９１，９２を設けることにより、排気側ガイド挿入孔３２（シリンダヘッド１１）と排気側バルブステムガイド５２との間への冷却水Ｗの浸入を、防止することができる。

また、シール剤溜まり部９１，９２を設ける際に、中径孔部６２及び小径孔部６３に、面取り部６２ａ，６３ａを形成しているので、シール剤Ｓを容易に塗布することができるだけでなく、シール剤Ｓを、シール剤溜まり部９１，９２内に常に滞溜させることができる。

更に、排気側バルブステムガイド５２を冷却水通路１３内に貫通させた分、排気側ガイド挿入孔３２（シリンダヘッド１１）と排気側バルブステムガイド５２との間の接触面積が少なくなってしまう。しかしながら、排気側ガイド挿入孔３２における中径孔部６２及び小径孔部６３の各上端角部と、排気側バルブステムガイド５２の係合角部８１，８２とを係合させることにより、排気側ガイド挿入孔３２（シリンダヘッド１１）の排気側バルブステムガイド５２に対する保持力を増大させることができる。これにより、エンジン１の振動や排気バルブ５３の摺動等によって、排気側バルブステムガイド５２が下方へずれることを防止することができる。

なお、図３に示すように、排気側バルブステムガイド５２の係合角部８１及び係合角部８２に、環状溝（第１凹部）８３及び環状溝（第２凹部）８４を形成するようにしても構わない。これら環状８３，８４は、係合角部８１及び係合角部８２の周方向に沿うように形成されており、面取り部６２ａ，６３ａと対接している。これにより、シール剤溜まり部９１，９２の容量を大きくすることができるので、シール剤Ｓの貯溜量を増やすことができる。この結果、更なるシール性の向上を図ることができる。

また、図４に示すように、排気側バルブステムガイド５２において、冷却水通路１３内に露出した中径軸部７２の外周面７２ａを、凹凸状に形成しても構わない。これにより、中径軸部７２の冷却水Ｗとの接触面積を増加させることができるので、更に、排気側バルブステムガイド５２の冷却性を向上させることができる。

そして、上述した実施形態では、排気側ガイド挿入孔３２を、大径孔部６１、中径孔部６２、及び、小径孔部６３から構成すると共に、排気側バルブステムガイド５２を、大径軸部７１、中径軸部７２、及び、小径軸部７３とから構成するようにしているが、大径孔部６１及び大径軸部７１と、小径孔部６３及び小径軸部７３とのうち、少なくとも、いずれか一方の組を備えるバルブ支持構造としても構わない。

また、上述した実施形態では、本願発明に係る内燃機関のバルブ支持構造を、排気バルブ５３の支持構造に適用しているが、吸気バルブ４２の支持構造に適用することも可能である。このとき、吸気バルブ４２及び排気バルブ５３は、金属ナトリウムを内部に封入した中空バルブであっても構わない。

本発明に係る内燃機関のバルブ支持構造は、バルブに対する熱負荷が高くなる高出力内燃機関のバルブ支持構造に適用可能である。

１ エンジン
１１ シリンダヘッド
１３ 冷却水通路
３２ 排気側ガイド挿入孔
５２ 排気側バルブステムガイド
５３ 排気バルブ
６１ 大径孔部
６２ 中径孔部
６２ａ 面取り部
６３ 小径孔部
６３ａ 面取り部
７１ 大径軸部
７２ 中径軸部
７３ 小径軸部
８１，８２ 係合角部
８３，８４ 環状溝
９１，９２ シール剤溜まり部
Ｗ 冷却水
Ｓ シール剤

Claims (2)

1. 内燃機関のシリンダヘッド内に形成される冷却水通路と、
   前記シリンダヘッドに前記冷却水通路を貫通するように形成されるガイド挿入孔と、
   前記ガイド挿入孔に挿入され、バルブのステム部をその中心孔内に摺動可能に支持するバルブステムガイドとを備え、
   前記ガイド挿入孔は、
   前記冷却水通路に連通する中径孔部と、
   前記中径孔部よりも大径に形成され、前記中径孔部の上端に接続し、且つ、前記冷却水通路の上方に配置される大径孔部、及び、前記中径孔部よりも小径に形成され、前記中径孔部の下端に接続し、且つ、前記冷却水通路の下方に配置される小径孔部のうち、少なくともいずれか一方の孔部とを有し、
   前記バルブステムガイドは、
   前記中径孔部内に挿入され、外周面の一部が前記冷却水通路内に露出する中径軸部と、
   前記中径軸部よりも大径に形成され、前記大径孔部内に挿入される大径軸部、及び、前記中径軸部よりも小径に形成され、前記小径孔部内に挿入される小径軸部のうち、少なくともいずれか一方の軸部とを有し、
   前記中径孔部の上端角部に形成される中径面取り部と、前記大径軸部と前記中径軸部とにより形成される第１係合角部との間における環状の第１隙間、及び、前記小径孔部の上端角部に形成される小径面取り部と、前記中径軸部と前記小径軸部とにより形成される第２係合角部との間における環状の第２隙間に、シール剤を入れる
   ことを特徴とする内燃機関のバルブ支持構造。
2. 請求項１に記載の内燃機関のバルブ支持構造において、
   前記第１係合角部に形成される第１凹部と、
   前記第２係合角部に形成される第２凹部とを備える
   ことを特徴とする内燃機関のバルブ支持構造。

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