JP2021060024A - 内燃機関の吸気通路構造 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の燃焼温度をインテークバルブのバルブヘッドに受熱した蓄熱が、バルブヘッドから他の部材に逃げるのを簡単な伝熱遮断構成により抑制して、吸気通路の燃料気化の促進を図る。【解決手段】バルブステム２０、円盤傘形状のバルブヘッド２２とを有するインテークバルブ１８を備え、インテークバルブ１８の軸方向移動によりバルブヘッド２２における円盤傘形状の外周面２４がバルブシートのバルブ座面２６と着座離反して燃焼室１６への吸気通路１２の開閉を行う内燃機関の吸気通路構造であって、内燃機関１０の吸気通路１２のバルブ座面２６と着座離反するインテークバルブ１８のバルブヘッド２２における円盤傘形状の外周面２４を形成する径方向外方位置の外周側部位３２の内部にヘッド中空部３０が形成されている。【選択図】図１

Description

本明細書に開示の技術は、内燃機関の吸気通路構造に関する。詳細には、インテークバルブやそのバルブ座面個所に伝熱遮断構成としての中空部を設ける、内燃機関の吸気通路構造に関する。

自動車等車両には、動力源として内燃機関（エンジン）を備える。内燃機関は霧化した燃料を吸気通路を介して燃焼室に供給して、燃焼させることにより、動力を発生させる。
内燃機関の吸気通路と燃焼室の間にはインテークバルブが配設されており、インテークバルブにより吸気通路と燃焼室の間を開閉する構成としている。

インテークバルブは、棒軸形状のバルブステムと、バルブステムの軸方向の一端に一体的に形成される円盤傘形状のバルブヘッドとを備えて形成される。そして、インテークバルブのバルブステムの軸方向移動により、インテークバルブのバルブヘッドにおける円盤傘形状の外周面が内燃機関の吸気通路のバルブ座面と着座離反して、燃焼室への吸気通路の開閉を行う構成となっている。

ところで、内燃機関の低温状態におけるエミッションの改善や燃費の向上を図ることが、従来から内燃機関の課題とされている。このため、低温状態、特に低温始動状態においてインテークバルブのバルブヘッドや吸気通路のバルブ座面に燃料が付着するのを防ぐための各種提案がなされている。例えば、下記特許文献１に示す特開平８−２４０１０７号公報に開示される技術がある。

その内容は、内燃機関の吸気通路と燃焼室との間の開閉を行うインテークバルブに関する。インテークバルブはバルブステムとバルブヘッドとを備え、バルブステムに中空室が形成されて、この中空室を通じてガス状の媒体がバルブヘッド部分に供給される構成となっている。詳細には、ガス状の媒体がバルブステムに設けられた流入開口を介して中空室に流入し、バルブヘッドの流出開口から流出する構成となっている。そして、流出開口はバルブヘッドにおける、内燃機関の燃焼室と逆の側の裏面に設けられている。これにより、低温状態においてバルブヘッドにガス状の媒体が供給されて、燃料が付着するのが防がれる。その結果、バルブヘッド近傍の吸気通路の燃料気化の促進が図られる。

特開平８−２４０１０７号公報

上述した提案の技術においては、特に、低温状態時において、インテークバルブのバルブヘッドや吸気通路のバルブ座面に燃料が付着するのを防ぐことができ、燃料気化の促進を図ることはできる。しかし、そのための構造が、ガス状の媒体を用いるなどのため、複雑で大掛かりとなってしまう不都合がある。

而して、本明細書に開示の技術が解決しようとする課題は、上述した点に鑑みて創案されたものであって、内燃機関の低温始動後において、内燃機関の燃焼温度をインテークバルブのバルブヘッドに受熱した蓄熱が、バルブヘッドから当該バルブヘッドと接触状態となるバルブ座面を通じてシリンダヘッドに伝熱して逃げるのを、簡単な伝熱遮断構成により抑制することにより、バルブヘッドにおける燃焼室側とは反対側の裏側温度を高め、吸気通路の燃料気化の促進を図ることにある。

上記課題を解決するために、本明細書に開示の内燃機関の吸気通路構造は、次の手段をとる。

第１の手段は、棒軸形状のバルブステムと、前記バルブステムの軸方向の一端に一体的に形成される円盤傘形状のバルブヘッドとを有するインテークバルブを備え、前記インテークバルブの軸方向移動により前記バルブヘッドにおける円盤傘形状の外周面が内燃機関の吸気通路のバルブ座面と着座離反して燃焼室への吸気通路の開閉を行う内燃機関の吸気通路構造であって、前記内燃機関の吸気通路のバルブ座面と着座離反する前記インテークバルブの前記バルブヘッドにおける円盤傘形状の外周面を形成する径方向外方位置の外周側部位の内部にヘッド中空部が形成されている、内燃機関の吸気通路構造である。

上記第１の手段によれば、伝熱遮断構成として、インテークバルブのバルブヘッドにおける円盤傘形状の径方向外方位置の外周側部位の内部にヘッド中空部が形成される。これにより、内燃機関の燃焼室の燃焼温度を受熱したバルブヘッドの熱は、径方向外方位置に形成されたヘッド中空部により、吸気通路のバルブ座面に伝熱されるのが遮断されて、バルブ座面を通じてシリンダヘッドへの伝熱放熱が抑制される。その結果、バルブヘッドの昇温の促進が図られて、当該バルブヘッドの昇温された熱により、燃料が付着するのが抑制される。その結果、吸気通路の燃料気化を促進させることができて、低温状態、特に低温始動時のエミッションの改善や燃費の向上を図ることができる。

第２の手段は、棒軸形状のバルブステムと、前記バルブステムの軸方向の一端に一体的に形成される円盤傘形状のバルブヘッドとを有するインテークバルブを備え、前記インテークバルブの軸方向移動により前記バルブヘッドにおける円盤傘形状の外周面が内燃機関の吸気通路のバルブ座面と着座離反して燃焼室への吸気通路の開閉を行う内燃機関の吸気通路構造であって、前記内燃機関の吸気通路のバルブ座面は、吸気通路を形成する本体部材とは別体のバルブシートで形成されており、前記バルブシートに形成されるバルブ座面より内部にシート中空部が形成されている、内燃機関の吸気通路構造である。

上記第２の手段によれば、バルブ座面が形成されるバルブシートの内部にシート中空部が形成される。これにより、内燃機関の燃焼室の燃焼温度を受熱したバルブヘッドの熱は、バルブシートに形成されたシート中空部により、バルブシートに伝播されるのが遮蔽されて、バルブヘッドからバルブシートへの放熱伝播が抑制される。その結果、上述した第１の手段と実質的に同様の作用効果をなす。

第３の手段は、第１の手段における前記バルブヘッドの外周側部位の内部に形成されるヘッド中空部、又は第２の手段における前記バルブシートに形成される前記シート中空部は、無端円環状の空間部形状である、内燃機関の吸気通路構造である。。

上記第３の手段によれば、バルブヘッドの外周側部位に形成されるヘッド中空部、およびバルブシートに形成されるシート中空部は、無端円環状の空間部形状に形成される。この無端円環状の空間部形状により、円形状の全周に亘って伝熱されるのが確実に遮断される。その結果、上述した第１の手段及び第２の手段の作用効果が、一層顕著に行われる。

第４の手段は、上述した第１の手段又は第１の手段を引用する第３の手段の内燃機関の吸気通路構造であって、前記バルブヘッドにおける前記燃焼室に面する側を当該バルブヘッドの傘表側とし、反対側の面を傘裏側として、前記ヘッド中空部が形成される位置のバルブヘッドの肉厚は、傘表側の肉厚（ｔ１）が傘裏側の肉厚（ｔ２）よりも薄く（ｔ１＜ｔ２）形成されている、内燃機関の吸気通路構造である。

上記第４の手段によれば、バルブヘッドのヘッド中空部が形成される位置における肉厚は、傘裏側より傘表側の方が薄く形成される。これにより、内燃機関の燃焼室からバルブヘッドの傘表側に受熱された熱のバルブヘッドからバルブ座面への伝熱が効果的に抑制される。したがって、傘表側に受熱した熱は傘裏側に伝熱されて、傘裏側から吸気通路の吸気燃料を加熱し、気化の促進が図られる。

第５の手段は、上述した第１の手段、第１の手段を引用する第３の手段、又は第４の手段の内燃機関の吸気通路構造であって、前記バルブヘッドにおける前記燃焼室に面する側の面形状は、前記ヘッド中空部より径方向内周側の位置において中央部が凹んだ円形の凹形状に形成されている、内燃機関の吸気通路構造である。

上記第５の手段によれば、バルブヘッドにおける燃焼室に面する側の面形状が中央部が凹んだ円形の凹形状に形成される。これにより、バルブヘッドの熱容量の低減を図ることができると共に、受熱面積の拡大が図られる。その結果、傘表側から傘裏側への伝熱の効率が上がる。

第６の手段は、上述した第１の手段〜第５の手段のいずれかの手段の内燃機関の吸気通路構造であって、前記インテークバルブにおける前記バルブステムの内部に、ステム中空部が軸状に形成されている、内燃機関の吸気通路構造である。

上記第６の手段によれば、インテークバルブのバルブステムの内部にステム中空部が形成される。これにより、バルブステムにおけるステム中空部が形成された部位よりバルブヘッドから離反する方向の部位への熱の伝熱が遮断される。その結果、バルブヘッドの昇温が促進される。

第７の手段は、上述した第６の手段の内燃機関の吸気通路構造であって、前記バルブステムの内部に形成される軸状のステム中空部の前記バルブヘッド側の端部のステム中空部形状は、前記バルブヘッド側の中心に向けてステム中空部の断面容積が減少する形状とされている、内燃機関の吸気通路構造である。

上記第７の手段によれば、前記バルブステムに形成されるステム中空部のバルブヘッド側の端部形状は、バルブヘッド側の中心に向けて中空部の断面容積が減少する形状とされる。これにより、バルブヘッドの熱容量を低減することができて、傘表側から傘裏側への伝熱の早期化、及び均一化を図ることができる。

第８の手段は、上述した第６の手段又は第７の手段の内燃機関の吸気通路構造であって、前記インテークバルブにおける前記バルブステムは、前記吸気通路に配設されるステムガイドにより軸方向に移動可能に保持される構成とされており、前記バルブステムの内部に形成されるステム中空部の形成位置は、前記ステムガイドにより保持される位置より前記バルブヘッド寄りの位置とされている、内燃機関の吸気通路構造である。

上記第８の手段によれば、バルブステムに形成されるステム中空部の形成位置は、ステムガイドにより保持される位置よりバルブヘッド寄りの位置とされる。これにより、バルブステムからステムガイドへの伝熱を確実に遮蔽することができる。また、当該構成においては、バルブステムのステム中空部が形成される部位は比較的高温となる。しかし、高温となる中空部の箇所とステムガイドとの摺動が避けられる構成となっているので、焼き付きが防止される。

第９の手段は、上述した第１の手段〜第８の手段のいずれかの手段の内燃機関の吸気通路構造であって、前記ヘッド中空部、シート中空部、ステム中空部には外部に通じる呼吸孔が形成されている、内燃機関の吸気通路構造である。

上記第９の手段によれば、ヘッド中空部、シート中空部、ステム中空部には外部に通じる呼吸孔が形成される。これにより、各中空部が閉鎖構造で形成される場合における、各中空部内の気体の熱膨張による圧力弊害を抑制することができる。

本明細書に開示の内燃機関の吸気通路構造によれば、内燃機関の燃焼温度をインテークバルブのバルブヘッドに受熱した蓄熱が、バルブヘッドから当該バルブヘッドと接触状態となるバルブ座面を通じてシリンダヘッドに伝熱して逃げるのを、簡単な伝熱遮断構成により抑制して、バルブヘッドにおける燃焼室側とは反対側の裏側温度を高め、吸気通路の燃料気化の促進を図ることができる。

内燃機関の吸気通路構造の第１実施形態を示す断面図である。 図１のII―II線断面図である。 図２に示すバルブヘッドに形成されるヘッド中空部の配設形状の変形例を、図２に対応させて示す断面図である。 バルブヘッドの外周側部位の内部に形成されるヘッド中空部個所を拡大図示して示す断面図である。 図４に示すヘッド中空部形状の変形例を示す断面図である。 インテークバルブの変形例を示す断面図である。 内燃機関の吸気通路構造の第２実施形態を示す断面図である。 第２実施形態におけるシート中空部の第１変形例を示す断面図である。 第２実施形態におけるシート中空部の第２変形例を示す断面図である。 第２実施形態の変形例を示し、図７の第２実施形態の基本構成に対比して示す実搭載状態の断面図である。 図１０に示す第２実施形態の変形例におけるシート中空部の配設形態を示す断面図である。

以下、本発明を実施するための実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態にかかる吸気通路構造を有する内燃機関は、自動車等車両に備えられる。なお、各図の説明において、上下方向、左右方向等の方向表示説明は、特に指定しない限り、当該図示状態における方向を示す。したがって、自動車等車両への搭載状態の方向を示すものではない。

＜第１実施形態＞（内燃機関１０の吸気通路１２の基本的構成）
先ず、第１実施形態について説明する。第１実施形態の基本構成は図１に示される。図１に示すように、内燃機関１０の吸気通路１２は、内燃機関１０を構成するシリンダヘッド１４に、吸入空気及び気化燃料を供給する通路として形成される。通常、吸気通路１２の上流部には、シリンダヘッド１４に接続して配管される吸気管（不図示）が接続されて配設されており、この吸気管経路に吸気弁が備えられて、吸気弁の開閉により吸入空気量及び燃料を制御して、内燃機関の発生動力を制御する構成となっている。

シリンダヘッド１４に形成される吸気通路１２は、内燃機関１０の燃焼室１６に開口して配置される構成となっている。図１には燃焼室１６のみが示されているが、この燃焼室１６は、内燃機関１０のシリンダ本体ブロックに形成されるシリンダの上部に配置される構成となっている。そして、吸気通路１２が燃焼室１６に開口する境界部にはインテークバルブ１８が設置される。

（インテークバルブ１８）
図１に示すように、インテークバルブ１８は、バルブステム２０とバルブヘッド２２とから成る。バルブステム２０は棒軸形状であり、その軸の一端、図１ではバルブステム２０の下端にバルブヘッド２２が一体的に形成されている。バルブヘッド２２は所定の肉厚を有する円盤傘形状に形成されている。所定の肉厚とは、バルブヘッド２２の外周面２４が吸気通路１２の開口端部に形成されるバルブ座面２６と接触して、インテークバルブ１８の着座離反作用をなすことができる厚みである。

（バルブステム２０）
図１に示すように、バルブステム２０はステムガイド２８に支持されて、シリンダヘッド１４に配置される。ステムガイド２８は円筒体形状として配置されており、バルブステム２０を軸方向に摺動移動可能に支持する。なお、ステムガイド２８とバルブステム２０との配置関係は、図１で見て、バルブステム２０の軸方向中央部位置より上方位置にステムガイド２８が配置されており、ステムガイド２８が吸気通路１２の通路を阻害しない配置構成とされている。すなわち、ステムガイド２８はインテークバルブ１８のバルブヘッド２２と離反した配置関係とされている。

図１に示すように、吸気通路１２の燃焼室１６への開口端部はバルブ座面２６が形成されており、このバルブ座面２６にバルブヘッド２２の外周面２４が接触離反する。接触離反はバルブステム２０のステムガイド２８に対する軸方向移動により行われる。図１で見て、バルブステム２０の下降移動によりバルブヘッド２２も下降し、バルブヘッド２２はバルブ座面２６から離反し、開弁状態となる。バルブステム２０の上昇移動によりバルブヘッド２２も上昇し、バルブヘッド２２はバルブ座面２６に接触し、閉弁状態となる。なお、インテークバルブ１８の下降上昇移動は、内燃機関に備えられる周知のカム機構により行われる。

（バルブヘッド２２）
円盤傘形状に形成されたバルブヘッド２２は、燃焼室１６に面する側の傘表側２２Ａと、傘表側２２Ａと反対側の傘裏側２２Ｂとを有して構成される。図１の実施形態では、傘表側２２Ａの面形状は平面形状とされている。傘裏側２２Ｂの形状は円盤形状の外周側部位３２の外周面２４から中心部に位置するバルブステム２０に向けて、図１に示す断面形状で見て、上昇する湾曲形状の傘形状に形成されている。

バルブヘッド２２の外周面２４は、傘表側２２Ａの面と傘裏側２２Ｂの面との外周側部位３２を連結する面として形成されており、前述もしたように、吸気通路１２のバルブ座面２６に接触離反することができる形状として、バルブ座面２６に対向して配置されている。図１の実施形態では、外周面２４の形状は、図１の断面形状で見て、上方に向けて径が縮小する傾斜面形状として形成されている。

（ヘッド中空部３０）
以上、内燃機関の吸気通路構造の基本構成について説明したが、次に、第１実施形態が特徴とする構成のヘッド中空部３０について説明する。ヘッド中空部３０はバルブヘッド２２から他の部材への伝熱を遮断する伝熱遮断構成として配設される。本実施形態では、バルブヘッド２２からバルブ座面２６が形成されるシリンダヘッド１４への伝熱を遮断する伝熱遮断構成として配設される。図１に示すように、ヘッド中空部３０は円盤傘形状のバルブヘッド２２の径方向外方位置の外周側部位３２の内部に埋設された形態として配設される。なお、外周側部位３２の径方向外面が前述したバルブヘッド２２の外周面２４となっており、シリンダヘッド１４の吸気通路１２に形成されるバルブ座面２６に対向した形態の配置となっている。

図２は図１のII―II線断面図を示し、円盤形状のバルブヘッド２２に対するヘッド中空部３０の配設形態を示す。第１実施形態のヘッド中空部３０は、図２に示すように、バルブヘッド２２の円盤形状に対して無端円環状に配設されて形成されている。なお、図３はヘッド中空部３０の配設形態の変形例を示す。図３に示す変形例は、ヘッド中空部３０を複数の中空部３０Ａを円環状に配列した形態である。このように複数の中空部３０Ａを断続的に配設する場合には、バルブヘッド２２の強度上の点からは有利であるが、後述する伝熱遮断構成の点からは不利となる。したがって、どのような構成をとるかは諸条件によって決められる。

図４は図１のヘッド中空部３０が形成されたバルブヘッド２２の外周側部位３２箇所を拡大図示したものである。図４に良く示されるように、ヘッド中空部３０の縦断面形状は変形の台形形状に形成されている。この変形の台形形状を、図４の図示状態に基づいて、以下に説明する。台形の下辺３０ａの幅をｔ４とし、上辺３０ｂの幅をｔ３とすると、ｔ４＞ｔ３となっている。下辺３０ａと上辺３０ｂを接続する右辺３０ｃは略垂直に形成されており、左辺３０ｄは下辺３０ａから上辺３０ｂに向けて右方向に傾斜する形状として形成されている。そして、左辺３０ｄの傾斜形状は、バルブヘッド２２の外周側部位３２の外周面２４の傾斜形状と平行な傾斜形状として形成されている。したがって、図４に示される形態においては、ヘッド中空部３０の左辺３０ｄと外周面２４との間の容積は比較的小容積となっている。なお、図４では、下辺３０ａの左端から外周面２４までの長さはｔ７で示されている。

図５は図４に対比して示すヘッド中空部３０の変形例である。図５のヘッド中空部３０の形状は、図５で見て、長方形状が上下方向に配設されたものである。その下辺３０ａの幅、上辺３０ｂの幅は、図４に示す変形の台形における上辺３０ｂの幅ｔ３と同じとされている。したがって、図５に示す形態においては、ヘッド中空部３０の左辺３０ｄと外周面２４との間の容積は図４に比べ大きな容積となっている。なお、図５では、下辺３０ａの左端から外周面２４の下端までの長さはｔ６で示されている。

なお、本実施形態では、バルブヘッド２２の外周側部位３２におけるヘッド中空部３０が形成した箇所における肉厚は次のようになっている。図１において、当該箇所における傘表側２２Ａの肉厚をｔ１とし、傘裏側２２Ｂの肉厚をｔ２とすると、ｔ１＜ｔ２として形成されている。すなわち、ヘッド中空部３０が形成された位置におけるバルブヘッド２２の肉厚は、傘表側２２Ａの肉厚が傘裏側２２Ｂの肉厚よりも薄く形成されている。このｔ１とｔ２の比は、ｔ１：ｔ２＝１：２とすることが好ましい。例えば、ｔ１は０．５ｍｍ、ｔ２は１．０ｍｍで形成される。

なお、本実施形態では、傘裏側２２Ｂの厚みｔ２と、図４に示すヘッド中空部３０の左辺３０ｄと外周面２４との間の厚みは略同じとされている。

（ステム中空部３４）
次に、インテークバルブ１８のバルブステム２０に形成されるステム中空部３４について説明する。図１に示すように、ステム中空部３４はバルブステム２０の内部に軸状の空間部形状として配設されている。本実施形態では、バルブステム２０におけるステム中空部３４の形成位置は、図１で見て、バルブステム２０の長手方向の下方位置とされている。詳細には、バルブヘッド２２の傘裏側２２Ｂの位置とステムガイド２８の下端部位置との間に配設されている。すなわち、ステム中空部３４の上端部３４Ａ位置は、バルブステム２０がステムガイド２８により保持される位置よりバルブヘッド２２寄りの位置とされている。

本実施形態では、バルブステム２０は、軸方向の中間位置Ｙで分割されて形成されており、溶接により一体的に接合されて構成されている。そして、ステム中空部３４はこの中間位置Ｙから下方位置に配設されている。これにより、ステム中空部３４の軸方向空間部の形成を容易としている。

本実施形態では、ステム中空部３４のバルブヘッド２２寄りの下端部３４Ｂ形状は、バルブヘッド２２側の中心に向けてステム中空部３４の断面容積が減少する形状として形成されている。図１に示す形態ではテーパ形状空間３４Ｃとして形成されている。

（呼吸孔３６）
本実施形態では、バルブヘッド２２に形成されるヘッド中空部３０、及びバルブステム２０に形成されるステム中空部３４には、外部に通じる呼吸孔３６が形成される。バルブヘッド２２に形成されるヘッド中空部３０に形成される呼吸孔３６は、バルブヘッド２２の傘裏側２２Ｂに向けた開口として形成されている。バルブステム２０に形成されるステム中空部３４に形成される呼吸孔３６は、図１で見て、ステム中空部３４の上端部３４Ａの位置に形成されており、吸気通路１２に開口して形成されている。

なお、図３に示されるヘッド中空部３０の中空部３０Ａへの呼吸孔３６の形成は、個々の中空部３０Ａの空間部容積が大きい場合には設けるのが好ましいが、空間部容積が小さい場合には、設ける必要性は乏しい。これは、空間部容積による熱膨張の大きさの違いによる。

（第１実施形態の作用効果）
次に、上述の構成よりなる第１実施形態の作用効果を、図１に基づいて説明する。内燃機関１０が始動されると、シリンダ本体ブロックの燃焼室１６の燃焼熱によりインテークバルブ１８のバルブヘッド２２は加熱されて蓄熱される。詳細には、バルブヘッド２２の傘表側２２Ａから加熱される。

バルブヘッド２２の傘表側２２Ａの熱は、図１のバルブヘッド２２の個所に矢印で示すように、傘裏側２２Ｂに伝熱される。このとき、従来の構成（ヘッド中空部３０のない構成）によれば、バルブヘッド２２の外周側部位３２の外周面２４から、吸気通路１２を形成するシリンダヘッド１４に形成されるバルブ座面２６を通じて伝熱される作用が行われる。しかし、本実施形態においては、バルブヘッド２２の外周側部位３２にはヘッド中空部３０が伝熱遮断構成として配置されているので、バルブヘッド２２からシリンダヘッド１４への伝熱が遮断されて抑制される。

その結果、バルブヘッド２２における傘表側２２Ａから傘裏側２２Ｂへの伝熱が、矢印で示すように効率的に行われる。これにより、バルブヘッド２２が全体として蓄熱されて昇温が図られると共に、この昇温された蓄熱により傘裏側２２Ｂから吸気通路１２への放熱作用が行われる。これにより、低温状態、特に、低温始動時の吸気通路１２に供給されてくる吸気燃料の付着が防がれて、燃料気化の促進が図られる。その結果、エミッションの改善や燃費の向上を図ることができる。

（ステム中空部３４の作用効果）
上記の本実施形態の作用効果は、上記した本実施形態においては、次の構成としていることにより顕著に行われる。先ず、バルブステム２０にステム中空部３４が形成されていることにより、バルブヘッド２２からバルブステム２０を通じて行われる伝熱が遮断されて抑制される構成となっている。これにより、図１のバルブヘッド２２の傘裏側２２Ｂに破線枠Ｍで示す個所の昇温の促進が図られる。

（ステム中空部３４のテーパ形状空間３４Ｃの作用効果）
特に、本実施形態においては、ステム中空部３４のバルブヘッド２２側の下端部３４Ｂの形状が、テーパ形状空間３４Ｃとされており、ステム中空部３４の断面容積が減少する形状とされている。これにより、バルブヘッド２２の熱容量を低減することができて、傘表側２２Ａから傘裏側２２Ｂへの伝熱の早期化、及び均一化を図ることができる。

（無端円環状のヘッド中空部３０の作用効果）
本実施形態のヘッド中空部３０は、図２に示されるように、無端円環状の空間部形状に形成される。これにより、バルブヘッド２２からバルブ座面２６を通じてシリンダヘッド１４への伝熱の遮断が、円盤傘形状のバルブヘッド２２の外周側部位３２の全周に亘って行われる。このため、図３に示すヘッド中空部３０が断続的に形成される場合に比べ、熱伝達の遮断が確実に行われる。その結果、バルブヘッド２２の昇温作用がより効果的に行われる。

（変形台形形状のヘッド中空部３０の作用効果）
次に、本実施形態のヘッド中空部３０の縦断面形状は、図４に示す上述した変形台形形状とされている。この図４に示す作用効果を図５に示す長方形状のヘッド中空部３０の場合に対比して説明する。図４の変形台形形状の下辺３０ａの長さｔ４は、図５に示す長方形状の下辺３０ａの長さｔ３より長く形成されている。ｔ４＞ｔ３とされている。熱は長い経路の方が逃げにくいので、ｔ４＞ｔ３であることによりバルブヘッド２２の傘表側２２Ａにおける中心部から外周面２４方向への熱の逃げ作用が抑制される。

（ヘッド中空部３０が形成される位置の傘表側２２Ａと傘裏側２２Ｂの肉厚の相違による作用効果）
更に、図１に示すように、本実施形態においては、ヘッド中空部３０が形成される個所のバルブヘッド２２の肉厚は、傘表側２２Ａの肉厚ｔ１が傘裏側２２Ｂの肉厚ｔ２より薄く形成されている。ｔ１＜ｔ２とされている。この構成によれば、燃焼室１６の燃焼熱により高温とされるバルブヘッド２２における傘表側２２Ａの熱の外周面２４方向への熱の逃げ通路が狭く、熱の逃げが抑制される。その結果、傘裏側２２Ｂへの熱の伝熱が良好に行われ、バルブヘッド２２の昇温が効率よく行われる。

また、傘表側２２Ａの厚みｔ１が薄くされることにより、この傘表側２２Ａを傘裏側２２Ｂとは別部材で形成して、その間にヘッド中空部３０の空間部を形成する場合に、傘表側２２Ａの部材を傘裏側２２Ｂの部材に、レーザ溶接により容易に一体化して構成することができる。

なお、傘表側２２Ａを別部材で形成するのは、ヘッド中空部３０を円環状に形成する円環状の径方向の幅をわずか広くした幅範囲とするのが良い。傘表側２２Ａ全面を別部材形成とすると、傘表側２２Ａと傘裏側２２Ｂとの間に形成される微妙な隙間により、傘表側２２Ａから傘裏側２２Ｂへの熱伝達が悪くなるためである。

（呼吸孔３６の作用効果）
本実施形態においては、ヘッド中空部３０及びステム中空部３４に呼吸孔３６が形成されている。これにより、呼吸孔３６が形成されない閉鎖空間の空間部で形成された場合に生じる空間部内の気体の熱膨張による弊害を防止することができる。

（インテークバルブ１８の変形例）
次に、第１実施形態におけるインテークバルブ１８の変形例について説明する。インテークバルブ１８の変形例は図６に示される。なお、当該変形例の説明において、図１に示す実施形態のインテークバルブ１８と実質的に同じ部位には、同じ符号を付して示し、その詳細説明を省略する。図６に示す変形例のインテークバルブ１８は、バルブヘッド２２における傘表側２２Ａの形状と、バルブステム２０の内部に形成されるステム中空部３４の下端部３４Ｂの形状が異なっている。

先ず、この変形例におけるバルブヘッド２２における傘表側２２Ａの形状は、傘形状の外周側部位３２に形成されるヘッド中空部３０より径方向内周側の位置において、中央部が凹んだ円形の凹形状３８に形成されている。凹形状３８の円形の中心位置は、バルブステム２０の軸中心位置と一致している。この傘表側２２Ａの凹形状３８により、バルブヘッド２２の熱容量の低減が図られると共に、燃焼室１６からの受熱面積の拡大が図られて、傘表側２２Ａから傘裏側２２Ｂへの伝熱の効率が上がり、バルブヘッド２２の昇温作用が効果的に行われる。

次に、この変形例におけるバルブステム２０の内部に形成されるステム中空部３４の下端部３４Ｂの、断面容積を減少させる空間形状は、円弧形状空間３４Ｄで形成されている。この円弧形状空間３４Ｄの場合も、図１に示すテーパ形状空間３４Ｃと空間形状は異なるが、同様の作用効果をなす。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態は図７に示される。図７は第１実施形態の図１に対比して図示したものである。したがって、図１に示す第１実施形態と実質的に同じ部位個所には、同じ符号を付して示し、その詳細説明を省略する。第２実施形態の特徴とする構成は、伝熱遮断構成をバルブ座面２６を形成するバルブシート４０に設定した点である。

図７に示すように、バルブシート４０は吸気通路１２におけるバルブ座面２６が形成される位置において、シリンダヘッド１４の本体部材とは別体として形成されており、シリンダヘッド１４の一部を構成している。したがって、バルブシート４０は吸気通路１２の燃焼室１６への開口端部に、円環状に配設されて形成される。

図７に示す実施形態では、バルブシート４０は、図７に示す断面で見て、バルブ座面２６の形成個所を除き、四角形状に形成されている。そして、このバルブシート４０におけるバルブ座面２６より内部にシート中空部４２が形成されている。シート中空部４２は、図７で見て、四角形状のバルブシート４０の上辺から縦方向（上下方向）に空間部（スリット）が形成された縦型配置の形態として配置されている。そして、シート中空部４２の空間部の上端はシリンダヘッド１４により閉鎖された形態、すなわち埋設された形態として配設されている。したがって、シート中空部４２はバルブヘッド２２の外周面２４の近傍位置に配設される。

本実施形態においても、シート中空部４２は無端円環形状に形成されている。したがって、シート中空部４２が形成されるバルブシート４０も無端円環形状のブロック体として形成されている。なお、シート中空部４２は第１実施形態における図２に示すヘッド中空部の場合と同様に、断続的に配置された円環状に形成してもよい。また、呼吸孔３６も必要に応じて設定してもよい。

（シート中空部４２の変形例）
次に、本実施形態におけるバルブシート４０に形成されるシート中空部４２の変形例を、図８及び図９により説明する。図８は第１変形例を示す。図８に示す第１変形例は、シート中空部４２の配置形態を、図８で見て、横型配置としたものである。この横型配置のシート中空部４２は、シリンダヘッド１４の燃焼室１６に面する側に沿った配置とされている。

図９は第２変形例を示す。図９に示す第２変形例は、シート中空部４２の配置形態を、図７に示す縦側配置と図８に示す横型配置とを組み合わせた形態である。そして、第１変形例及び第２変形例の形態においても、図７に示す形態と同様の作用効果をなす。

（第２実施形態の変形例）
図１０及び図１１は第２実施形態の変形例を示す。第２実施形態の変形例は、内燃機関の吸気通路構造の実搭載状態における、バルブシート４０に形成されるシート中空部４２の配置構成に関する。図１０は図７の第２実施形態の基本構成に対比して図示したものである。したがって、図７に示す基本構成と同じ部位個所には、同じ符号を付して示し、その詳細説明を省略する。当該変形例の特徴とする構成は、バルブシート４０に形成されるシート中空部４２の配設形態である。

図１０に示すように、通常の実搭載状態では、インテークバルブ１８のバルブヘッド２２は水平方向に対して所定の角度を以て、すなわち傾斜して配置される。この変形例では、図１０で見て、バルブヘッド２２が右上がり傾斜に配置されている。したがって、バルブヘッド２２に対応して配設されるバルブシート４０も傾斜して配設され、この変形例では、図１０で見て、バルブシート４０も右上がり傾斜に配置されている。

図１１は、バルブシート４０に形成されるシート中空部４２の配設形態を示す。この変形例のシート中空部４２は、円環形状に形成されたバルブシート４０の内部に円環状に配設されて形成されており、複数個のシート中空部４２Ａにより形成されている。図１１に示す変形例では等間隔に配設された４個のシート中空部４２Ａにより形成されている。そして、４個のシート中空部４２Ａの周方向の端部間は、内周側４０Ａと外周側４０Ｂとが補強リブ４４が形成されて連結される構成となっている。したがって、本変形例では、補強リブ４４は周方向の４カ所に等間隔に配置されて構成されている。

そして、本変形例における補強リブ４４の配設位置は、図１０におけるバルブシート４０の実搭載状態における最下端位置には配設されない配置構成とされている。図１０においてインテークバルブ１８の傾斜した配設状態が中心軸線Ｙ１で示されており、図１１における中心軸線Ｘ１は、図１０の図示状態の中心軸線Ｙ１に対して直交して配設されるバルブシート４０の軸線である。したがって、図１１における左側位置Ｘ１Ｌが実搭載状態ではバルブシート４０の最下方位置となり、右側位置Ｘ１Ｈがバルブシート４０の最上方位置となる。そして、本変形例では、実搭載におけるバルブシート４０の最下方部位置には補強リブ４４が配置されない構成となっている。すなわち、補強リブ４４はバルブシート４０の最下方部位置以外に配設される構成となっている。

本変形例において、バルブシート４０の最下部位置に補強リブ４４を配設しない構成とするのは、次の理由による。内燃機関の低温始動直後は、燃料霧化が悪く、ウエット状態の燃料が吸気通路１２に存在する。すると、インテークバルブ１８の閉弁時に、吸気通路１２の燃焼室１６への開口端部の最下部、すなわちバルブシート４０の最下方部位置に燃料が溜まる。したがって、燃料が溜まる位置に補強リブ４４があると、バルブヘッド２２及びバルブシート４０の熱が、補強リブ４４を介して熱が逃げやすくなり、温度が下がるためである。

（第２実施形態の作用効果）
上記の第２実施形態の構成においても、上述した第１実施形態と同様の作用効果がなされる。すなわち、バルブヘッド２２の外周面２４からのバルブ座面２６及びシリンダヘッド１４への伝熱作用は、バルブ座面２６の内部に形成されたシート中空部４２により遮断されて抑制される。その結果、第２実施形態においても、バルブヘッド２２における傘表側２２Ａから傘裏側２２Ｂへの伝熱が効率よく行われて、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、この第２実施形態におけるバルブヘッド２２の傘裏側２２Ｂの昇熱範囲は、図７の傘裏側に破線で示す範囲Ｎであり、第１実施形態よりも広範囲となっている。すなわち、第１実施形態におけるヘッド中空部３０の位置も効果的に昇熱させることができる。

［他の実施形態］
本明細書に開示の技術は、上記した実施形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。

例えば、第１実施形態のバルブヘッド２２に形成するヘッド中空部３０と、第２実施形態のバルブシート４０に形成するシート中空部４２は、併設する構成であってもよい。

また、各実施形態においてバルブステム２０に形成したステム中空部３４は、必ずしも形成する必要はないが、形成することによりバルブヘッド２２の昇温効果を高めることができる。

また、各実施形態おけるヘッド中空部３０、ステム中空部３４、シート中空部４２に形成される呼吸孔３６は、必要に応じて設定すればよい。呼吸孔３６は、各中空部３０、３４、４２の空間部の閉鎖容積が大きい場合に形成するのがよい。空間部の閉鎖容積が小さい場合には、熱膨張も影響は少ないことから、設ける必要性が少ない。また、各中空部３０，３４、４２の空間部が真空で形成される場合には、熱膨張が無いことから、設ける必要がない。

また、第１実施形態では、ヘッド中空部３０が形成される位置における傘表側２２Ａの厚みを傘裏側２２Ｂの厚みより薄く形成した。かかる構成を採ることにより上掲で示した効果を得ることができるが、同じ厚みや、逆の厚み形態であっても、所定の作用効果は達成できる。

１０ 内燃機関
１２ 吸気通路
１４ シリンダヘッド
１６ 燃焼室
１８ インテークバルブ
２０ バルブステム
２２ バルブヘッド
２２Ａ 傘表側
２２Ｂ 傘裏側
２４ 外周面
２６ バルブ座面
２８ ステムガイド
３０ ヘッド中空部
３２ 外周側部位
３４ ステム中空部
３４Ａ 上端部
３４Ｂ 下端部
３４Ｃ テーパ形状空間
３４Ｄ 円弧形状空間
３６ 呼吸孔
３８ 凹形状
４０ バルブシート
４０Ａ 内周側
４０Ｂ 外周側
４２ シート中空部
４４ 補強リブ

Claims (9)

1. 棒軸形状のバルブステムと、前記バルブステムの軸方向の一端に一体的に形成される円盤傘形状のバルブヘッドとを有するインテークバルブを備え、前記インテークバルブの軸方向移動により前記バルブヘッドにおける円盤傘形状の外周面が内燃機関の吸気通路のバルブ座面と着座離反して燃焼室への吸気通路の開閉を行う内燃機関の吸気通路構造であって、
   前記内燃機関の吸気通路のバルブ座面と着座離反する前記インテークバルブの前記バルブヘッドにおける円盤傘形状の外周面を形成する径方向外方位置の外周側部位の内部にヘッド中空部が形成されている、内燃機関の吸気通路構造。
2. 棒軸形状のバルブステムと、前記バルブステムの軸方向の一端に一体的に形成される円盤傘形状のバルブヘッドとを有するインテークバルブを備え、前記インテークバルブの軸方向移動により前記バルブヘッドにおける円盤傘形状の外周面が内燃機関の吸気通路のバルブ座面と着座離反して燃焼室への吸気通路の開閉を行う内燃機関の吸気通路構造であって、
   前記内燃機関の吸気通路のバルブ座面は、吸気通路に配設されるバルブシートに形成されており、
   前記バルブシートに形成されるバルブ座面より内部にシート中空部が形成されている、内燃機関の吸気通路構造。
3. 請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の吸気通路構造であって、
   請求項１における前記バルブヘッドの外周側部位の内部に形成される前記ヘッド中空部、又は請求項２における前記バルブシートに形成される前記シート中空部は、無端円環状の空間部形状である、内燃機関の吸気通路構造。
4. 請求項１又は請求項１を引用する請求項３に記載の内燃機関の吸気通路構造であって、
   前記バルブヘッドにおける前記燃焼室に面する側を当該バルブヘッドの傘表側とし、反対側の面を傘裏側として、前記ヘッド中空部が形成される位置のバルブヘッドの肉厚は、傘表側の肉厚（ｔ１）が傘裏側の肉厚（ｔ２）よりも薄く（ｔ１＜ｔ２）形成されている、内燃機関の吸気通路構造。
5. 請求項１、請求項１を引用する請求項３、又は請求項４に記載の内燃機関の吸気通路構造であって、
   前記バルブヘッドにおける前記燃焼室に面する側の面形状は、前記ヘッド中空部より径方向内周側の位置において中央部が凹んだ円形の凹形状に形成されている、内燃機関の吸気通路構造。
6. 請求項１〜請求項５のいずれかの請求項に記載の内燃機関の吸気通路構造であって、
   前記インテークバルブにおける前記バルブステムの内部に、ステム中空部が軸状に形成されている、内燃機関の吸気通路構造。
7. 請求項６に記載の内燃機関の吸気通路構造であって、
   前記バルブステムの内部に形成される軸状のステム中空部の前記バルブヘッド側の端部のステム中空部形状は、前記バルブヘッド側の中心に向けてステム中空部の断面容積が減少する形状とされている、内燃機関の吸気通路構造。
8. 請求項６又は請求項７に記載の内燃機関の吸気通路構造であって、
   前記インテークバルブにおける前記バルブステムは、前記吸気通路に配設されるステムガイドにより軸方向に移動可能に保持される構成とされており、
   前記バルブステムの内部に形成されるステム中空部の形成位置は、前記ステムガイドにより保持される位置より前記バルブヘッド寄りの位置とされている、内燃機関の吸気通路構造。
9. 請求項１〜請求項８のいずれかの請求項に記載の内燃機関の吸気通路構造であって、
   前記ヘッド中空部、シート中空部、ステム中空部には外部に通じる呼吸孔が形成されている、内燃機関の吸気通路構造。

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