JP2015206316A - 内燃機関のバルブガイド構造 - Google Patents

Abstract

【課題】バルブガイドの曲げ剛性を確保しつつ、バルブガイドから冷却水へ好適に放熱することができる内燃機関のバルブガイド構造を提供する。【解決手段】ヘッド冷却液通路９が形成されたシリンダヘッド３と、外面の一部がヘッド冷却液通路９に臨むようにシリンダヘッド３に取り付けられ、吸気バルブ１０又は排気バルブ１１を摺動可能に支持する略円筒形状のバルブガイド１２とを有する内燃機関Ｅのバルブガイド構造において、バルブガイド１２のヘッド冷却液通路９に臨む外周部分に複数の凹部１２ｄを周方向に並べて形成し、互いに隣接する凹部１２ｄによって形成されるリブ１２ｅをバルブガイド１２の軸方向に延在させる。【選択図】図３

Description

本発明は、バルブガイドがその外面の一部を冷却液通路に臨ませるように機関本体に取り付けられる内燃機関のバルブガイド構造に関する。

内燃機関の吸排気バルブには、弁体である傘部と傘部を移動させる軸体であるステムとを有するポペットバルブが一般的に用いられている。吸排気バルブは、燃焼ガスに晒される燃焼室側の燃焼面（ヘッド表面又は傘表ともいう）から熱を受けるため高温になりやすい。特に排気バルブは、傘裏やステムが排気ポートに配置されて排気に晒されるため、吸気バルブよりも高温になる。

吸排気バルブが高温になると燃焼室内の混合気が自己着火しやすくなり、ノッキングが発生しやすくなる。そこで、ノッキングの発生防止を目的として、排気バルブの軸部を摺動可能に支持するバルブガイドをシリンダヘッド内の冷却水通路に臨むように配置する構成が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１記載の発明では更に、バルブガイドとシリンダヘッドとのシール性を向上させるために、シリンダヘッドのガイド挿入孔に、動弁室側の大径部、排気ポートに連通する小径部、及び冷却水通路よりも排気ポート側で大径部と小径部とを接続するテーパ部とを形成し、かつバルブガイドの外周部にも大径部及び小径部を形成するとともに、冷却水通路に臨む部分に細径部と細径部の下端でテーパ部に圧接される圧接部とを形成している。

実開平５−５４０７号公報

ところで、シリンダヘッドにおいては、排気ポートの周辺部が高温になり、冷却水通路の周辺部や動弁機構の潤滑油で冷却される上面近傍は比較的低温になる。そのため、シリンダヘッドの上面から排気ポートに到るように設置されるバルブガイドには、シリンダヘッドの熱膨張差による曲げ力が加わる。しかしながら、特許文献１記載の構造では、バルブガイドの細径部の断面係数が低くなるため、曲げ剛性が不足する虞があり、曲げ剛性を確保するためには細径部を大きく縮径することができない。

他方、ステムからバルブガイドの内面に伝達した熱は、バルブガイド内を放射状に伝導してバルブガイドの外面から冷却水に伝達される。バルブガイドの外径が大きい場合、冷却水と接触するバルブガイドの表面積は大きくなるが、バルブガイド内の熱伝導距離が長くなるためにバルブガイドの外面温度が低くなり、バルブガイドから冷却水への放熱量が小さくなる。したがって、特許文献１記載の構造において、曲げ剛性確保のために細径部の厚みが大きくなると、バルブガイドから冷却水への放熱量が低下するという問題があった。

また、特許文献１記載の構造においては、バルブガイドの軸線に対して交差する方向に流れる冷却水に接する細径部の表面積が細径部の直径によって定まる一定値となり、細径部の外面に冷却水に乱れを生じさせるような部分もないため、バルブガイドから冷却水への好適な放熱もなされない。

本発明は、このような背景に鑑み、バルブガイドの曲げ剛性を確保しつつ、バルブガイドから冷却水へ好適に放熱することができる内燃機関のバルブガイド構造を提供することを課題とする。

このような課題を解決するために、本発明は、内燃機関（Ｅ）のバルブガイド構造において、冷却液通路（９）が形成された機関本体（３）と、外面の一部が前記冷却液通路に臨むように前記機関本体に取り付けられ、機関弁（１０、１１）を摺動可能に支持する略円筒形状のバルブガイド（１２）と、前記バルブガイドの前記冷却液通路に臨む外周部分に周方向に並ぶように形成された複数の凹部（１２ｄ）と、互いに隣接する凹部よって前記バルブガイドの軸方向に延びるように形成されたリブ（１２ｅ）とを有する構成とする。

この構成によれば、バルブガイドの軸方向に延びるリブが形成されるように複数の凹部が形成されることにより、バルブガイドの断面係数の低下を抑制して曲げ剛性を確保しつつ、凹部においてバルブガイドの厚みを小さく（熱伝導距離を短く）してバルブガイドから冷却水への放熱量を大きくすることができる。また、バルブガイドの冷却液通路に臨む外周部分にリブ及び凹部が形成されることにより、冷却液に接するバルブガイドの表面積が大きくなり、リブが冷却液の流れに対して交差する方向に延びることにより、冷却液に乱流が発生するため、これらによってもバルブガイドから冷却水への放熱量を大きくできる。

また、上記の発明において、冷却液の流れ方向に直交し、かつ前記バルブガイドの中心（１２Ｘ）を通るように前記バルブガイドを二分する仮想平面（ＶＳ）に対して前記冷却液の上流側に、前記リブが少なくとも２つ形成されている構成とすることができる。

この構成によれば、冷却液の上流側に形成された２つのリブ間の凹部に衝突した冷却液が乱流を発生させるため、バルブガイドから冷却液への熱伝達率が高くなり、バルブガイドから冷却水への放熱量を大きくすることができる。

また、上記の発明において、前記凹部の幅（Ｗ１）が前記凹部の深さ（Ｄ）よりも大きい構成とすることができる。

この構成によれば、凹部に冷却液が進入しやすくなるため、乱流が発生しやすくなってバルブガイドから冷却液への熱伝達率が高くなり、バルブガイドから冷却水への放熱量を大きくすることができる。

また、上記の発明において、前記凹部が、前記バルブガイドの径方向に延びる一対の側壁面（３２）を有し、当該側壁面と前記バルブガイドの外周面（１２ａ）との接続部が稜線（３４）を形成する構成とすることができる。

この構成によれば、凹部に進入して層流を形成する冷却液が稜線で剥離するため、乱流が発生しやすくなってバルブガイドから冷却液への熱伝達率が高くなり、バルブガイドから冷却水への放熱量を大きくすることができる。

このように本発明によれば、バルブガイドの曲げ剛性を確保しつつ、バルブガイドから冷却水へ好適に放熱することができる内燃機関のバルブガイド構造を提供することができる。

第１実施形態に係る内燃機関の要部断面図 図１に示すバルブガイドの正面図 図２中のIII−III断面図 第１実施形態に係るバルブガイドの効果を説明するための図 第１実施形態に係るバルブガイドの効果を説明するための比較例を示す図 第１実施形態に係るバルブガイドの効果を示すグラフ 第２実施形態に係るバルブガイドの正面図 図５中のVI−VI断面図 第２実施形態に係るバルブガイドの効果を示すグラフ 変形例に係るバルブガイドの正面図

以下、図面を参照して、本発明に係る内燃機関Ｅのバルブガイド構造について、いくつかの実施形態を挙げて詳細に説明する。以下では、内燃機関Ｅが自動車に搭載された状態を基準として図１に示す上下の方向に従って説明する。

≪第１実施形態≫
図１に示すように、内燃機関Ｅは、直列多気筒の自動車用ガソリンエンジンであり、図示しないピストンが収容される複数のシリンダ１を備えたシリンダブロック２と、シリンダブロック２の上端面２ａに接合する下端面３ａをもってシリンダブロック２に締結されたシリンダヘッド３と、シリンダヘッド３の上部に締結されたヘッドカバー４とを備えている。

シリンダ１は、それぞれ略上下方向に延在し、互いに平行かつ一列となるようにシリンダブロック２に形成されている。以下、列設された複数のシリンダ１の配列方向をシリンダ列方向という。各シリンダ１は、上端がシリンダブロック２の上端面２ａに開口し、下端がシリンダブロック２の下部に形成されたクランク室（図示しない）に開口している。シリンダブロック２のシリンダ１の側部には、各シリンダ１の側周部を一体に囲むようにブロック冷却液通路５が形成されている。ブロック冷却液通路５のシリンダ列方向に延在する部分は、各シリンダ１の側周部に沿うように湾曲しており、ブロック冷却液通路５の上端は、シリンダブロック２の上端面２ａに開口している。ブロック冷却液通路５は、冷却水やオイル、冷媒などの冷却液を流通させるべく、シリンダブロック２の成型時に砂型などによって空洞として形成される。

シリンダヘッド３の下端面３ａの各シリンダ１に対向する部分には、曲面状の窪みである燃焼室凹部３ｂが形成されている。各燃焼室凹部３ｂは、各シリンダ１のピストンよりも上方の部分と共に燃焼室６を画成する。また、シリンダヘッド３の内部には、一端がシリンダ列方向に沿う一側面に開口する一方、二股に分岐した２つの他端が各燃焼室凹部３ｂの壁面に開口する複数の吸気通路７と、一端がシリンダヘッド３のシリンダ列方向に沿う他側面に開口する一方、分岐した他端が２つずつ各燃焼室凹部３ｂの壁面に開口する排気通路８とが形成されている。燃焼室凹部３ｂを基準として吸気通路７が設けられた側を吸気側、排気通路８が設けられた側を排気側とする。また、シリンダヘッド３には、燃焼室凹部３ｂの壁面及びシリンダヘッド３の上面に開口するように図示しない点火プラグ挿入孔が形成され、この点火プラグ挿入孔に点火プラグが挿入される。

シリンダヘッド３の内部には、燃焼室６内や排気通路８内の燃焼ガスからの熱伝搬による温度上昇を抑制するために、燃焼室凹部３ｂ、吸気通路７及び排気通路８の周辺にヘッド冷却液通路９（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ，９ｅ等）が形成されている。ヘッド冷却液通路９も、冷却水やオイル、冷媒などの冷却液を流通させるべく、シリンダヘッド３の成型時に砂型などによって空洞として形成される。

ヘッド冷却液通路９は、主冷却液通路９ａ、上排気側冷却液通路９ｂ、下排気側冷却液通路９ｃ、図示しない排気側連結通路、上吸気側冷却液通路９ｄ、下吸気側冷却液通路９ｅ、及び図示しない吸気側連結通路等を有している。主冷却液通路９ａは、複数の燃焼室凹部３ｂの上方近傍を通過するようにシリンダヘッド３のシリンダ列方向（長手方向）に延在している。上排気側冷却液通路９ｂ及び下排気側冷却液通路９ｃは、排気通路８を上下から互いに挟み合うように配置され、それぞれシリンダヘッド３の長手方向に延在している。排気側連結通路は、主冷却液通路９ａと上排気側冷却液通路９ｂ及び下排気側冷却液通路９ｃとを連通する。上吸気側冷却液通路９ｄ及び下吸気側冷却液通路９ｅは、吸気通路７を上下から互いに挟み合うように配置され、それぞれシリンダヘッド３の長手方向に延在している。吸気側連結通路は、主冷却液通路９ａと上吸気側冷却液通路９ｄ及び下吸気側冷却液通路９ｅとを連通する。主冷却液通路９ａ、上排気側冷却液通路９ｂ、下排気側冷却液通路９ｃ、上吸気側冷却液通路９ｄ及び下吸気側冷却液通路９ｅでは、冷却液がシリンダ列方向に流通する。

シリンダヘッド３には、各吸気通路７及び排気通路８を開閉する吸気バルブ１０及び排気バルブ１１が設けられている。吸気バルブ１０及び排気バルブ１１はそれぞれ、シリンダヘッド３に嵌合されたバルブガイド１２、１２によって摺動可能に支持され、各吸気通路７及び排気通路８を横切るように配置された棒状のステム１０ａ、１１ａと、ステム１０ａ、１１ａの下端に一体に形成され、各吸気通路７及び排気通路８と燃焼室凹部３ｂとの接続部分に設けられた円環状のバルブシート１３、１３に着座する弁体である傘部１０ｂ、１１ｂとを有するポペットバルブである。傘部１０ｂ、１１ｂの外周部分には、バルブシート１３、１３に当接する円錐台形のバルブフェース１０ｃ、１１ｃ（シール面）が形成されている。

バルブガイド１２は、グラファイトを含む潤滑性に優れた焼結材により略円筒形状に形成されている。バルブガイド１２は、シリンダヘッド３の吸気側及び排気側の上面からそれぞれ上吸気側冷却液通路９ｄ及び上排気側冷却液通路９ｂを通過して吸気通路７及び排気通路８に連通するように形成された円形断面の貫通孔３ｃに圧入されることによってシリンダヘッド３に嵌合される。つまり、バルブガイド１２は、それぞれ外面の一部が上吸気側冷却液通路９ｄ又は上排気側冷却液通路９ｂに臨むようにシリンダヘッド３に取り付けられ、吸気バルブ１０又は排気バルブ１１を摺動可能に支持する。

本実施形態では、吸気バルブ１０は耐熱性のステンレス鋼によって中実に形成されている。排気バルブ１１は、同じくステンレス鋼によって、傘部１１ｂからステム１１ａに到る空洞部１１ｄが内部に形成された中空構造とされている。この空洞部１１ｄは、排気バルブ１１が開弁位置にあるときに上排気側冷却液通路９ｂと重なる位置まで上方に延びている。空洞部１１ｄの内部には熱伝導率の高い冷媒が封入され、冷媒が傘部１１ｂで燃焼ガスから受け取った熱をステム１１ａの特に上排気側冷却液通路９ｂと重なる部分で放出することで、排気バルブ１１が効果的に冷却される。冷媒としては例えばナトリウムを用いることができる。なお、空洞部１１ｄは、少なくとも排気バルブ１１が閉弁位置にあるときに上排気側冷却液通路９ｂと重なる位置まで上方に延びていることが好ましい。

吸気バルブ１０及び排気バルブ１１の上端近傍にはそれぞれ円盤形状のリテーナ１４、１４が固定されており、各リテーナ１４とシリンダヘッド３の上面との間には圧縮コイルばね１５、１５が介装されている。これにより、吸気バルブ１０及び排気バルブ１１は、常時上向き（閉弁方向）に付勢されて傘部１０ｂ、１１ｂがバルブシート１３、１３に着座し、吸気通路７及び排気通路８の燃焼室６側の端部を閉塞する。吸気バルブ１０及び排気バルブ１１に対して設けられたバルブガイド１２、リテーナ１４及び圧縮コイルばね１５は、それぞれ共通部材とされている。これらの吸気通路７、排気通路８、吸気バルブ１０、排気バルブ１１、バルブガイド１２、１２、バルブシート１３、１３、リテーナ１４、１４及び圧縮コイルばね１５、１５により、燃焼室６への吸気及び燃焼室６からの排気が可能な吸排気装置１６が構成される。

シリンダヘッド３とヘッドカバー４との間に画成された動弁室１７には、吸気バルブ１０及び排気バルブ１１を開弁駆動する動弁機構１８が収容されている。動弁機構１８は、シリンダヘッド３に支持されたカムシャフト１９及びロッカシャフト２０、ロッカシャフト２０により揺動可能に支持された吸気ロッカアーム２１及び排気ロッカアーム２２等を備えた公知の構成を有している。吸気ロッカアーム２１及び排気ロッカアーム２２は、それぞれカムに当接する一端及び吸気バルブ１０及び排気バルブ１１のステムエンドに当接する他端を有している。

カムシャフト１９が図示しない動力伝達機構を介してクランクシャフトの２分の１の回転速度をもって回転駆動されると、ローラを介してカムに転接する吸気ロッカアーム２１及び排気ロッカアーム２２がそれぞれ所定のタイミングで揺動する。これにより、吸気バルブ１０及び排気バルブ１１が圧縮コイルばね１５の付勢力に抗して下向き（開弁方向）に駆動されて傘部１０ｂ、１１ｂがバルブシート１３、１３から離間することで、吸気通路７及び排気通路８が開放されて燃焼室６と連通する。

次に、図２及び図３を参照して、バルブガイド１２について詳細に説明する。ここでは排気側のバルブガイド１２を取り上げて説明するが、吸気側のバルブガイド１２も同様の構成を有し、同様の作用効果を奏する。

図示するように、バルブガイド１２は、外周面１２ａと内周面１２ｂとが同心状に配置され、外周面１２ａの上下端に形成された面取り部１２ｃ及び後述する凹部１２ｄを除く部分の厚さＴ１が一定とされた略円筒形状とされている。バルブガイド１２の上排気側冷却液通路９ｂに望む外周部分には、複数（本実施形態では６つ）の凹部１２ｄが周方向に並ぶように形成されている。凹部１２ｄは、正面視（図２）で概ね矩形を呈する同一形状に形成され、周方向に等間隔に配置されている。このような凹部１２ｄが形成されることにより、バルブガイド１２の外周部分における互いに隣接する２つの凹部１２ｄ間には、バルブガイド１２の軸方向と平行に延びるリブ１２ｅが複数本（本実施形態では６本）形成される。リブ１２ｅも凹部１２ｄと同様にすべてが同一形状となっている。

凹部１２ｄ及びリブ１２ｅの長さＬ（バルブガイド１２の軸方向長さ）は、バルブガイド１２が通過する部分の上排気側冷却液通路９ｂの高さＨよりも大きくされている。凹部１２ｄ及びリブ１２ｅは、上端及び下端が上排気側冷却液通路９ｂの外側（図１の貫通孔３ｃ内）に位置するように配置される。図３に示すように、凹部１２ｄは、概ねバルブガイド１２の径方向に延びる一対の側壁面３１、３１と、バルブガイド１２の１２Ｘから一対の側壁面３１、３１の中央に向けて伸ばした仮想線ＶＬに直交する方向に延びる底壁面３２と、底壁面３２と各側壁面３１とを接続する一対の湾曲面３３、３３とにより構成される。したがって、凹部１２ｄの両端部では、外周面１２ａと側壁面３１との接続部が概ね９０度の挟み角を有する稜線３４を形成し、リブ１２ｅの先端両側縁がエッジ状となっている。

凹部１２ｄの深さＤ（バルブガイド１２の外周面１２ａから最も深い部分の深さ）は、バルブガイド１２の厚さＴ１の半分以下とされている。したがって、凹部１２ｄが形成されたことで最も薄くなる部分のバルブガイド１２の厚さＴ２は、凹部１２ｄの深さＤ以上となっている。一方、凹部１２ｄの幅Ｗ１（バルブガイド１２の外周面１２ａ上の幅）は、リブ１２ｅの幅Ｗ２（同面上の幅）よりも大きく、かつ凹部１２ｄの深さＤ（同面から最も深い部分の深さ）よりも大きくされている。

そしてバルブガイド１２は、図３に白抜き矢印で示す冷却液流れ方向（すなわちシリンダ列方向）に対して凹部１２ｄが対向する向きでシリンダヘッド３に取り付けられる。したがって、冷却液の流れ方向に直交しかつバルブガイド１２の１２Ｘを通るようにバルブガイド１２を二分する仮想平面ＶＳに対して冷却液の上流側には、仮想平面ＶＳ上に配置されるリブ１２ｅを除いて２つのリブ１２ｅが形成される。

次に、このように構成されたバルブガイド１２の作用効果について、図４〜図６を参照しながら説明する。ここでは、図４に示すように、バルブガイド１２の外周面１２ａにおける動弁室１７に露出する部分及び端面（以下、両者を合わせてステムエンド面１２ｆと呼ぶ）の平均温度と、バルブガイド１２の内周面１２ｂ（全面）の平均温度とを、図５に示す比較例１〜４と対比して、図６のグラフに示す。

図５に示すように、比較例１は、本実施形態のバルブガイド１２と同一の外径及び内径を有し（つまり厚さＴ１を有し）、外周面に何ら凹凸が形成されないバルブガイド（以下、ベースバルブガイド１０１という）を、上排気側冷却液通路９ｂに露出しないようにシリンダヘッド３の壁で覆った水冷化なしの場合である。比較例２は、ベースバルブガイド１０１を、本実施形態と同様に上排気側冷却液通路９ｂに臨むようにシリンダヘッド３に取り付けて水冷化した場合である。比較例３は、水冷化に加え、ベースバルブガイド１０１の上排気側冷却液通路９ｂに臨む部分の全体に、本実施形態の図３の断面と同一の断面係数（弱軸方向での断面係数）となる細軸部１０２を設けた（細軸化した）場合である。比較例４は、水冷化及び細軸化に加え、細軸部１０２にフィン状の突起１０３を形成して凹凸形状にした場合である。なお、比較例４の細軸部１０２における断面係数が最も小さくなる部分の断面形状は、比較例３と同一であり、この部分ではそれぞれのバルブガイドの厚さＴｃは、リブ１２ｅを有しないために本実施形態のバルブガイド１２の凹部１２ｄにおける厚さＴ２よりも大きくなっている。

図６に示すように、水冷化した比較例２では、水冷化なしの比較例１に比べ、ステムエンド面１２ｆの平均温度及び内周面１２ｂの平均温度はともに低くなる。これは、比較例１ではバルブガイド１２の熱がシリンダヘッド３を伝導した後に冷却液に放出されるのに対し、比較例２ではバルブガイド１２の熱が冷却液に直接放出されるためである。

水冷化及び細軸化した比較例３では、水冷化だけの比較例２に比べ、ステムエンド面１２ｆの平均温度及び内周面１２ｂの平均温度はともに低くなる。これは、比較例３では、冷却液に接触するバルブガイドの表面積が比較例２に比べて小さくなるものの、細軸部１０２における径方向の熱伝導距離が比較例２に比べて短くなり、熱伝導距離の短縮による冷却性能の増大効果の方が表面積の縮小による冷却性能の低減効果よりも大きいためである。

水冷化、細軸化及び凹凸形状にした比較例４では、水冷化及び細軸化だけの比較例３に比べ、ステムエンド面１２ｆの平均温度及び内周面１２ｂの平均温度はともに低くなる。これは、突起１０３部分ではバルブガイドの径方向の熱伝導距離が比較例３に比べて長くなるものの、この部分の熱伝導距離の増大による冷却性能の低減効果よりも、薄く形成された突起１０３による冷却液との接触面積拡大によってもたらされる冷却性能の増大効果の方が大きいためである。

これに対し、本実施形態に係る６つの凹部１２ｄ及び６本のリブ１２ｅが形成されたバルブガイド１２では、ステムエンド面１２ｆの平均温度は、比較例４に比べて若干高くなるものの比較例１〜３に比べれば低くなり、内周面１２ｂの平均温度は全ての比較例１〜４に比べて大幅に低くなる。これは、リブ１２ｅが軸方向に延在することにより、排気通路８側からステムエンド面１２ｆ側へ熱が伝わりやすくなる一方で、凹部１２ｄにおける厚さＴ２が比較例４の厚さＴｃよりも薄くなることや、リブ１２ｅによってバルブガイド１２の表面積が大きくなること、冷却液に乱流が発生することによってバルブガイド１２から冷却液への熱伝達率が大きくなること等によるものである。

つまり、比較例４では、突起１０３が冷却液の流れ方向に延在していることから、細軸部１０２の周囲の冷却液には乱流が発生せず、細軸部１０２との接触部分で冷却液が層流を形成する。これに対して本実施形態に係るバルブガイド１２では、冷却液が凹部１２ｄに衝突して層流を形成するが、速度境界層が凹部１２ｄのエッジ状端縁でバルブガイド１２の表面から剥離して乱流を発生させ、速度境界層の影響を受ける温度境界層もバルブガイド１２の表面から剥離することにより、バルブガイド１２の表面に低温の冷却液が接することになり、バルブガイド１２から冷却液への熱伝達率が大きくなる。

また、リブ１２ｅが軸方向に延在することにより、同じ断面係数となるように細軸化した比較例３や比較例４に比べてバルブガイド１２を軽量化することが可能になっている。言い換えれば、同じ質量となるように細軸化したものよりも断面係数を大きくして高い曲げ剛性を確保することができる。

このように、実施形態に係るバルブガイド１２では、冷却液通路に臨む外周部分に複数の凹部１２ｄが形成されるとともに、互いに隣接する凹部１２ｄによってバルブガイド１２の軸方向に延びるリブ１２ｅが形成されることにより、バルブガイド１２の断面係数及び曲げ剛性を低下させることなく、凹部１２ｄにおけるバルブガイド１２の厚みが小さく（熱伝導距離が短く）なってバルブガイド１２から冷却水への放熱量が大きくなる。また、バルブガイド１２の冷却液通路に臨む外周部分にリブ１２ｅ及び凹部１２ｄが形成されることにより、冷却液に接するバルブガイド１２の表面積が大きくなり、リブ１２ｅが冷却液の流れに対して交差する方向に延びることにより、冷却液に乱流が発生するため、これらによってもバルブガイド１２から冷却水への放熱量が大きくなる。

また、本実施形態では、冷却液の流れ方向に直交しかつバルブガイド１２の１２Ｘを通る仮想平面ＶＳに対して冷却液の上流側に、仮想平面ＶＳ上のものを除いてリブ１２ｅが２つ形成されたことにより、冷却液の上流側に形成された２つのリブ１２ｅ間の凹部１２ｄが冷却液に乱流を発生させるため、バルブガイド１２から冷却液への熱伝達率が高くなり、バルブガイド１２から冷却水への放熱量が大きくなる。

また、凹部１２ｄの幅Ｗ１が凹部１２ｄの深さＤよりも大きいことにより、冷却液が凹部１２ｄに進入しやすく、凹部１２ｄの側壁面３１とバルブガイド１２の外周面１２ａとの接続部が稜線３４を形成することにより、凹部１２ｄに進入して層流を形成する冷却液が稜線３４で剥離しやすくなる。これによっても、冷却液に乱流が発生しやすくなって、バルブガイド１２から冷却液への熱伝達率が高くなる。

≪第２実施形態≫
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第１実施形態と同一の部材や部位には同一の符号を付し、重複する説明は説明する。本実施形態では、バルブガイド１２の内燃機関Ｅに対する取付構造は第１実施形態と同一とされており、バルブガイド１２の形状が第１実施形態と異なる。

図７及び図８に示すように、本実施形態では、バルブガイド１２の上排気側冷却液通路９ｂに望む外周部分に４つの凹部１２ｄが周方向に並べて形成されている。したがって、バルブガイド１２の外周部分には、４本のリブ１２ｅが形成される。バルブガイド１２は、外径及び内径が第１実施形態と同一で、凹部１２ｄが形成された部分（図８）の断面係数が第１実施形態と同一とされている。凹部１２ｄの深さＤは第１実施形態よりも深くなり、凹部１２ｄにおける厚さＴ２は第１実施形態の厚さＴ２及び比較例３、４の厚さＴｃよりも小さくなっている。また、第１実施形態と同様、凹部１２ｄの幅Ｗ１は、リブ１２ｅの幅Ｗ２よりも大きく、かつ凹部１２ｄの深さＤよりも大きくされている。

バルブガイド１２は、図８に白抜き矢印で示す冷却液流れ方向に対して凹部１２ｄが対向する向きでシリンダヘッド３に取り付けられる。したがって、仮想平面ＶＳ上にはリブ１２ｅは配置されず、仮想平面ＶＳに対して冷却液の上流側に２つのリブ１２ｅが形成される。

本実施形態のバルブガイド１２によれば、図９に示すように、ステムエンド面１２ｆの平均温度は、第１実施形態と同様に比較例４に比べて若干高くなるものの、比較例３と同等になり、内周面１２ｂの平均温度は全ての比較例１〜４に比べて大きく大幅に低くなる。これは、第１実施形態で述べた理由と同じ理由によるものである。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態では、一例として自動車用の内燃機関Ｅにバルブガイド構造を適用しているが、鉄道車両や船舶、航空機等にも広く適用することができる。

また、凹部１２ｄ及びリブ１２ｅの形状が異なる２つの実施形態を示してバルブガイド１２について説明したが、凹部１２ｄ及びリブ１２ｅの形態はこれに限られることなく適宜変更可能である。例えば、図１０に示すように、バルブガイド１２の外周部に凹部１２ｄ間にリブ１２ｅが７本以上（図示例は１２本）形成される形態や、５本形成される形態、３本や２本形成される形態としてもよい。ただし、バルブガイド１２の曲げ剛性を確保するためには、リブ１２ｅを４本以上形成することが好ましく、リブ１２ｅを等間隔に４本形成した場合には、仮想平面ＶＳ上にリブ１２ｅを配置せずに、仮想平面ＶＳに対して冷却液の上流側に２本のリブ１２ｅを配置することが好ましい。

また上記実施形態では、凹部１２ｄを等間隔に配置して全てのリブ１２ｅを同形状にしているが、凹部１２ｄの幅Ｗ１を異ならせたり、リブ１２ｅの幅Ｗ２を異ならせたり、リブ１２ｅを不均等に配置したりしてもよい。更に上記実施形態では、リブ１２ｅがバルブガイド１２の軸方向と平行に延びるように凹部１２ｄを形成しているが、リブ１２ｅはバルブガイド１２の軸方向と平行に延びる必要はなく、バルブガイド１２の軸方向に対して傾斜していてもよい。

この他、各部材や部位の具体的構成や配置、数量、角度、素材等、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。一方、上記実施形態に示した各構成要素は必ずしも全てが必須ではなく、適宜選択することができる。

３ シリンダヘッド（機関本体）
９ ヘッド冷却液通路
９ｂ 上排気側冷却液通路
１０ 吸気バルブ（機関弁）
１１ 排気バルブ（機関弁）
１２ バルブガイド
１２ａ 外周面
１２ｅ リブ
１２Ｘ バルブガイドの中心
３１ 側壁面
３４ 稜線
Ｅ 内燃機関
ＶＳ 仮想平面
Ｗ１ 凹部１２ｄの幅
Ｗ２ リブ１２ｅの幅
Ｄ 凹部１２ｄの深さ

Claims (4)

1. 冷却液通路が形成された内燃機関の機関本体と、
   外面の一部が前記冷却液通路に臨むように前記機関本体に取り付けられ、機関弁を摺動可能に支持する略円筒形状のバルブガイドと、
   前記バルブガイドの前記冷却液通路に臨む外周部分に周方向に並ぶように形成された複数の凹部と、
   互いに隣接する凹部によって前記バルブガイドの軸方向に延びるように形成されたリブと
   を有することを特徴とする内燃機関のバルブガイド構造。
2. 冷却液の流れ方向に直交し、かつ前記バルブガイドの中心を通るように前記バルブガイドを二分する仮想平面に対して前記冷却液の上流側に、前記リブが少なくとも２つ形成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のバルブガイド構造。
3. 前記凹部の幅が前記凹部の深さよりも大きいことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関のバルブガイド構造。
4. 前記凹部が、前記バルブガイドの径方向に延びる一対の側壁面を有し、当該側壁面と前記バルブガイドの外周面との接続部が稜線を形成することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関のバルブガイド構造。

Images