JP2016098933A

JP2016098933A - バルブステムシール

Info

Publication number: JP2016098933A
Application number: JP2014237591A
Authority: JP
Inventors: 賢太郎小澤; Kentaro Ozawa
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2014-11-25
Filing date: 2014-11-25
Publication date: 2016-05-30

Abstract

【課題】背圧によるバルブステム１０４の外周面１０４ａに対する背圧リップ１３の摺動抵抗の増大を抑制することによってバルブステム１０４の作動性を良好に維持可能なバルブステムシール１を提供する。【解決手段】バルブガイド１０５の外周に装着される筒状基部１１と、この筒状基部１１の端部からバルブガイド１０５と反対側へ延び、バルブステム１０４の外周面１０４ａに摺動可能に密接されるシールリップ１２と、筒状基部１１の端部からバルブガイド１０５側へ延び、バルブステム１０４の外周面１０４ａに摺動可能に密接される背圧リップ１３を備えるバルブステムシール１において、背圧リップ１３を内周側から弾性的に支持する支持環１６が設けられ、この支持環１６は、背圧リップ１３に作用する背圧の上昇によって最も縮径された時の内径がその内周側に位置するバルブステム１０４の外径より大きい状態に維持されるものである。【選択図】図１

Description

本発明は、例えばエンジンの吸・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ステムガイドとの間を密封するバルブステムシールに関する。

自動車用エンジンの吸・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ステムガイドとの間は、バルブステムシールによって密封されている。図３は、バルブステムシールを設けたエンジンの排気バルブを示す断面図、図４は、従来のバルブステムシールを示す断面図である。

図３において、参照符号１０１はエンジンのシリンダヘッド、１０２はシリンダヘッド１０１に形成された排気ポート、１０３は排気ポート１０２を開閉する傘型のバルブ、１０４はバルブ１０３から延びるバルブステム、１０５はバルブステム１０４が挿通され、このバルブステム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、スプリング１０６を圧縮させながらリフタ１０８及びバルブステム１０４を介してバルブ１０３を開弁方向へ押し下げるカムである。バルブガイド１０５の上部には、バルブガイド１０５の上部の外周側に位置してシリンダヘッド１０１に形成された油室１０９内のエンジンオイルをシール対象とするバルブステムシール１１０が装着されている。

バルブステムシール１１０は、詳しくは図４に示すように、バルブガイド１０５の上部外周面に密嵌される筒状基部１１１と、その上端から延び、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、筒状基部１１１を補強する金属環１１３からなるものであって、油室１０９内のエンジンオイルが、バルブステム１０４の外周面とバルブガイド１０５の内周面との間の隙間δへ流入するのを制限するものである。言い換えれば、隙間δへ適量のエンジンオイルが流入するのを許容することによって、バルブステム１０４とバルブガイド１０５との間の潤滑を図っている。

近年、自動車用エンジンには、高出力化を図るために過給圧装置が装着され、あるいはトラック等の車両ではエネルギの有効利用を図るため、例えば長い坂を下る時の補助ブレーキとして排気ブレーキが装着されることがあるが、このような装置が動作しているときには、排気ポート１０２における排ガスの圧力が著しく上昇する。そして、この排ガス圧力がバルブステム１０４とバルブガイド１０５の間の隙間δを通じてバルブステムシール１１０のシールリップ１１２の内周面に背圧として負荷された場合、シールリップ１１２が拡径変形され、油室１０９からバルブステム１０４とバルブガイド１０５の隙間δ側へ通過するエンジンオイルの流量が大きく変化してしまうおそれがある。したがって、このような条件で使用されるバルブステムシール１１０には、シールリップ１１２の内周面に背圧が負荷されるのを防止するための背圧リップ１１４が設けられる。

特開平１０−２０５６２３号公報

しかしながら、バルブステムシール１１０に背圧リップ１１４を設けた場合は、バルブステム１０４とバルブガイド１０５の間の隙間δを通じて導入される背圧Ｐは、背圧リップ１１４の外周面に作用し、このためバルブステム１０４の外周面に対する背圧リップ１１４の締め付け力が増大し、バルブステム１０４の往復動に対する摺動抵抗が大きくなって、燃費の向上を阻害するおそれがある。

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、背圧によるバルブステムの外周面に対する背圧リップの摺動抵抗の増大を抑制することによってバルブステムの作動性を良好に維持可能なバルブステムシールを提供することにある。

本発明は、上述した目的を達成するため、以下の手段を採用した。
すなわち本発明に係るバルブステムシールは、バルブガイドの外周に装着される筒状基部と、この筒状基部の端部から前記バルブガイドと反対側へ延び、前記バルブガイドに挿通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、前記筒状基部の端部から前記バルブガイド側へ延び、前記バルブステムの外周面に摺動可能に密接される背圧リップを備えるバルブステムシールにおいて、前記背圧リップを内周側から弾性的に支持する支持環が設けられ、この支持環は、前記背圧リップに作用する背圧の上昇によって最も縮径された時の内径がその内周側に位置する前記バルブステムの外径より大きい状態に維持されるものであることを特徴とする（請求項１）。

上記構成において、シールリップは、バルブガイドと反対側からバルブステムの外周面とバルブガイドの内周面との間の隙間へのオイルの流量を制限するものであり、背圧リップは、バルブステムの外周面とバルブガイドの内周面との間の隙間を通じて負荷される背圧を遮断するものである。そして、背圧の上昇による背圧リップの縮径変形は、この背圧リップを内周側から弾性的に支持する支持環によって抑制されるので、バルブステムの往復動に対する背圧リップの摺動抵抗の増大が抑制され、また、支持環は、背圧リップに作用する背圧の上昇によって縮径されてもバルブステムの外周面と全周接触してバルブステムを締め付けることがないため、支持環とバルブステムの摺動による摺動抵抗の増大も生じない。

また、本発明は上記目的を達成するため更に以下の手段を採用してもよい。
すなわち上記構成のバルブステムシール（請求項１）において、支持環は、円周方向１か所で切断された形状であって円周方向両端が互いに離間対向した金属環からなることを特徴とする（請求項２）。

上記構成によれば、背圧リップの内周面への支持環の組み付け性に優れたものとすることができる。

本発明に係るバルブステムシールによれば、背圧によるバルブステムの外周面に対する背圧リップの摺動抵抗の増大を抑制し、バルブステムの作動性を良好に維持することができる。

本発明のバルブステムシールをバルブガイドと共に示す断面図である。本発明のバルブステムシールに用いられる支持環を軸心の延長方向から見た図である。バルブステムシールを設けたエンジンの排気バルブを示す断面図である。従来のバルブステムシールをバルブガイドと共に示す断面図である。

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１及び図２を参照して説明する。

図１において、バルブステムシール１以外の各部は先に説明した図３及び図４と同様であって、すなわち参照符号１０４はエンジンの不図示の排気ポートを開閉するバルブから延びるバルブステム、参照符号１０５はエンジンのシリンダヘッドを貫通して設けられ、バルブステム１０４を軸方向移動自在に支持する円筒状のバルブガイドで、バルブガイド１０５の下端は排気ポートに開口しており、バルブガイド１０５の上部外周側に存在する油室１０９内にはエンジンオイルが貯留されている。

バルブステムシール１は、筒状基部１１と、その上端から延びて、バルブステム１０４の外周面１０４ａに摺動可能に密接されるシールリップ１２及び背圧リップ１３と、筒状基部１１を補強する円筒状の金属環１４とを備える。筒状基部１１、シールリップ１２及び背圧リップ１３は互いに連続して形成されており、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）で金属環１４に一体成形されたものである。

バルブステムシール１における筒状基部１１は、内周面がバルブガイド１０５の上部外周面に適当なつぶし代をもって密接した状態で装着されるものであって、金属環１４の内周面に一体的に加硫接着されている。

シールリップ１２は、そのヒール１２ｂが金属環１４の上端に屈曲形成された内向き鍔部１４ａの内径端部近傍に加硫接着され、そこから上方（バルブガイド１０５と反対側）へ延びて、上端近傍の内周に形成されたリップ先端１２ａが、バルブガイド１０５に挿通されたバルブステム１０４の外周面１０４ａに摺動可能に密接されている。また、このシールリップ１２の外周には、バルブステム１０４に対する所定の緊迫力を付与するためのガータスプリング１５が円周方向の張力を与えられた状態で装着されている。

背圧リップ１３は、金属環１４の内向き鍔部１４ａの内径端部近傍から下方（バルブガイド１０５側）へ円錐筒状に延び、そのリップ先端１３ａが、バルブステム１０４の外周面１０４ａに摺動可能に密接されることによって、バルブガイド１０５の下方の排気ポートからバルブステム１０４とバルブガイド１０５の間の隙間δを通じてバルブガイド１０５と背圧リップ１３の間の空間に導入される排ガス圧力Ｐが、シールリップ１２に負荷されないように、これを遮断するものである。

背圧リップ１３の内周面、詳しくは金属環１４の内向き鍔部１４ａに接着された背圧リップ１３のヒール１３ｂとリップ先端１３ａの間の撓み変形可能な部分である腰部１３ｃの内周面には、背圧リップ１３を内周側から弾性的に支持する支持環１６が設けられている。
なお、支持環１６は、背圧（圧力）負荷時に、背圧リップの変形（接触幅増加）を抑制でき、かつ、バルブステム１０４の外周面と接触しない位置にあることが望ましい。したがって図１に示すように背圧リップ１３の付け根部分である腰部１３ｃの内周面に保持されている。

支持環１６は、図２に示すように円周方向１か所で切断された形状であって、円周方向両端１６ａ，１６ａが互いに離間対向した略Ｃ字形の金属環からなり、背圧リップ１３の腰部１３ｃの内周面に形成された円周溝１３ｄに保持されている。そしてこの支持環１６のばね定数は、背圧リップ１３に作用する背圧（排ガス圧力）Ｐの上昇によって最も縮径された時の内径が、その内周側に位置するバルブステム１０４の外径よりわずかに大きい状態に維持されるように設定されている。

以上のように構成された図示の実施の形態において、シールリップ１２は、油室１０９内のエンジンオイルが、バルブステム１０４の外周面１０４ａとバルブガイド１０５の内周面１０５ａとの間の隙間δへ流入するのを制限するものである。言い換えれば、隙間δへ適量のエンジンオイルが流入するのを許容することによって、バルブステム１０４とバルブガイド１０５との間の潤滑を図っている。

また、背圧リップ１３は、バルブステム１０４の外周面１０４ａとバルブガイド１０５の内周面１０５ａとの間の隙間δを通じてバルブガイド１０５と背圧リップ１３の間の空間に導入される排ガス圧力による背圧Ｐが、シールリップ１２の内周に負荷されることのないように、これを遮断するものである。そして、背圧Ｐの上昇による背圧リップ１３の縮径変形は、この背圧リップ１３の腰部１３ｃを内周側から弾性的に支持する支持環１６によって抑制されるので、バルブステム１０４の往復動に対する背圧リップ１３の摺動抵抗の増大が抑制される。

しかも、支持環１６のばね定数は、背圧リップ１３に作用する排ガス圧力による背圧Ｐの上昇によって最も縮径された時の内径が、その内周側に位置するバルブステム１０４の外径よりわずかに大きい状態に維持されるように設定されているため、背圧リップ１３に作用する背圧Ｐの上昇によって縮径されても、支持環１６の内径部がバルブステム１０４の外周面１０４ａと全周接触してバルブステム１０４を締め付けることがない。したがって支持環１６とバルブステム１０４の摺動による摺動抵抗の増大も生じない。

すなわち上述のように、背圧リップ１３に作用する背圧Ｐが上昇しても、背圧リップ１３の縮径変形による摺動抵抗の増大が抑制されると共に、支持環１６が縮径してバルブステム１０４と摺動することによる摺動抵抗の増大も防止されるので、バルブステム１０４の作動性を良好に維持することができ、燃費向上に対する要求を満足することができる。

なお、支持環１６は、円周方向両端１６ａ，１６ａが互いに当接するまで縮径された状態でもその内周側に位置するバルブステム１０４の外周面１０４ａよりわずかに大径となるようにしても良い。

このように構成すれば、背圧リップ１３を介して支持環１６が背圧Ｐによる縮径力を受けても、この支持環１６は、円周方向両端１６ａ，１６ａが互いに当接するまで縮径された後は、それ以上縮径されることがなく、すなわち支持環１６は、バルブステム１０４の外周面１０４ａと全周接触しないように縮径が制限されることから、支持環１６が縮径によってバルブステム１０４を締め付けることがない。したがってこの場合も、支持環１６とバルブステム１０４の摺動による摺動抵抗の増大が防止される。またこの場合、支持環１６のばね定数を上述と同様に設定したうえで、円周方向両端１６ａ，１６ａによって縮径を制限した構成としても良い。

１バルブステムシール
１１筒状基部
１２シールリップ
１３背圧リップ
１６支持環
１６ａ円周方向両端
１０４バルブステム
１０５バルブガイド

Claims

バルブガイドの外周に装着される筒状基部と、この筒状基部の端部から前記バルブガイドと反対側へ延び、前記バルブガイドに挿通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、前記筒状基部の端部から前記バルブガイド側へ延び、前記バルブステムの外周面に摺動可能に密接される背圧リップを備えるバルブステムシールにおいて、前記背圧リップを内周側から弾性的に支持する支持環が設けられ、この支持環は、前記背圧リップに作用する背圧の上昇によって最も縮径された時の内径がその内周側に位置する前記バルブステムの外径より大きい状態に維持されるものであることを特徴とするバルブステムシール。
支持環が、円周方向１か所で切断された形状であって円周方向両端が互いに離間対向した金属環からなる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。