JP2022061473A - 内燃エンジンのバルブ用ガスケット - Google Patents

Abstract

【課題】シール部材のオイルリーク率の制御能力を向上する。【解決手段】ガスケット１は中心軸線Ａを有し、バルブステムと接触により協働するように適合された第１の部分２１と、前記ステムのスライド式のガイド要素と接触により協働するように構成された第２の部分２２とを有する半径方向内表面１８を有する、弾性変形可能な環状の封止要素１２と、環状の支持部材１３とを備え、環状の支持部材１３は、封止要素１２の少なくとも一部に同軸配置され、封止要素１２が支持部材１３とバルブとの間で半径方向に押圧されるようになっており、第２の部分２２は、周方向表面セクションと、複数の離散的なバンプ２２ｂを有し、バンプ２２ｂは、周方向表面セクションから片持ち梁状に突出することで、軸線Ａの周りに互いに角度的に間隔を置いて配置され半径方向内表面の不連続な起伏２２ｃを形成しているガイド要素と、使用時の接触により協働する。【選択図】図２

Description

（関連出願の相互参照）
本特許出願は、２０２０年９月１１日に出願されたイタリア特許出願第１０２０２０００００２１５９２号の優先権を主張するものであり、その開示内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。

本発明は、内燃エンジンのバルブ用のガスケットに関するものである。

１つ以上のシリンダを有するシリンダヘッドを含み、シリンダ内部で作業サイクルが実行され、シリンダが、エンジン自体のそれぞれの燃焼室と連通するように配置されている、車両用の内燃エンジンが知られている。さらに、前述のシリンダヘッドには、未燃焼燃料と空気の混合物を前記燃焼室に導入するように適合されたダクト（「吸気ダクト」）や、燃焼したガスを前記燃焼室から排出するように適合されたダクト（「排気ダクト」）と燃焼室を連通させるための適切なシートが形成されている。

各燃焼室からの流れと各燃焼室への流れは、前述のシートに作用する適切なバルブによって制御される。特に、各バルブは、エンジンのシリンダヘッドの空洞内に固定され、貫通シートを規定するガイド要素と、前記シート内で反対方向にスライド式に移動可能であり、一端に、相対する吸気または排気ダクトと対応する燃焼室との間の接続を閉じるためのカットオフ部を有するステムとを本質的に含む。

バルブのステムの反対側の端部は、相対的なガイド要素から軸方向に突出しており、相対的な制御装置、例えばカムシャフトからの作動力を受けるようになっている。

バルブのステムは、吸気ダクトまたは排気ダクトと、対応する燃焼室との間の接続部の閉鎖方向に、円筒形のらせん状のスプリングによって軸方向に負荷がかかっている。

特に、スプリングはバルブの周りに同軸に取り付けられており、エンジンのシリンダヘッドに形成された固定面と、制御装置と協働するステム自体の近傍または端部でバルブのステムに固定されたプレートとの間に軸方向に間置されている。

上述したタイプのバルブには、通常、エンジン内を循環する潤滑油用のシールガスケットが取り付けられている。このようなガスケットは、例えば特許文献１に開示されている最も一般的に知られている実施形態の１つでは、実質的に管状の形状を有し、金属材料で一体的に作られた支持部材または補強部材と、例えばゴムなどのエラストマー材料で作られ、支持部材とバルブとの間に間置された環状の封止要素とを備えている。

特に、封止要素は、バルブのステムと直接協働するように適合された第１の部分と、環状の半径方向内表面によって、前述の制御装置の使用時に面するガイド要素の部分の環状の半径方向外表面と協働するように適合された第２の部分とを含む。

上述のタイプのガスケットは、分配ゾーンから燃焼室に流れる潤滑油の量を制御するために、すべての内燃エンジンで広く使用されている。潤滑油が過剰に流れると、潤滑油自体の消費量が多くなるだけでなく、エンジン効率の低下や車両の触媒コンバータの性能低下を引き起こす。一方、潤滑油の流量が不足すると、バルブの摩耗や騒音が増加し、それに付随して局所的な温度ピークが存在することになる。これらの現象は、バルブの早期損傷の原因となり得、その結果、バルブのステムがガイド要素内で固定されてしまう。

既知のガスケットは、封止要素の第１部分が相対するバルブのステムと協働することで動的シールを可能にし、封止要素の第２の部分が相対するバルブのガイド要素に作用することで静的シールを可能にする。特に、静的シールは、燃焼室への潤滑油の漏れを防ぎ、同時にガスケットを所定の位置に保つために、ガイド要素にある程度の半径方向の圧縮を保証しなければならず、一方、動的シールは、ステムとガイド要素の間の結合部を潤滑するために必要な最小限のオイルフローを許容するように設計されている。

動的タイプシールは、バルブのステムと直接協働する封止要素の最小径部に、円周方向の接触線に沿って形成されている。

その代わりに、特許文献１から知られている解決策では、静的タイプのシールは、封止要素の半径方向内表面に形成され、ガスケットの軸に沿って互いに連続して配置された、半径方向の高さが減少した複数の環状の起伏によって形成されている。

本出願人は、上述した公知のタイプのガスケットを、相対するバルブのガイド要素上にガスケットの上方から外嵌し、その後、ガスケットとガイド要素を介してステムを挿入するようにして取り付けている間に、操作者による軸方向の推力の解放時に、ゴムの固有の特性により、封止要素が軸方向にわずかに上方に、すなわち、使用時に制御装置と協働するシステムの端部に向かって移動することが起こり得る（スプリングバックとして知られる現象）ことを確認したが、基本的には、ゴムは取り付け操作中に圧縮されて負荷がかかり、蓄積された弾性力をそれ自体の操作の終わりに解放する。

このわずかな軸方向の動きにより、ガスケットが最適な位置で動作せず、その結果、シール性が損なわれ、機能が不安定になる（ガスケットが規定位置でバルブにしっかりと固定されていない）ことがある。

特許文献２は、バルブのステムと直接協働するように適合された第１の部分と、それ自身の環状の半径方向内表面によって、ガイド要素の環状の半径方向外表面と協働するように適合された第２の部分とを含む、上述のタイプのバルブステムシール部材を開示している。

第２の部分に向かって進むことで、シール部材の第１の部分は、
‐第１の軸方向の高さに、使用時にバルブステムと干渉する環状のシール突起部と、
‐第２の軸方向の高さに、第１の軸方向の高さから間隔を空け、角度的に等間隔に配置された複数のバンプと、
‐第２の軸方向の高さから離れた第３の軸方向の高さに、バルブステムとの使用時の干渉を引き起こす方向に向かって傾斜した環状のエッジ部分と、
を含む。

バンプによって規定される最小直径は、環状シール突起および環状エッジ部分の最小直径よりも大きいため、バンプは、バルブステム上へのシール部材の動的なシールに寄与しないようになっている。

バンプの主な機能は、
‐封止部材の剛性を向上させることと、
‐バルブガイドの同心円誤差、バルブガイドのクリアランス、およびポート圧の変動に対するシール部材のオイルリーク率の制御能力を向上させることである。

欧州特許出願公開第１８９００５８号明細書 韓国登録特許第１０１３１４６８８号公報

本発明の目的は、簡単かつ費用対効果の高い方法で、上記特定の欠点を克服できる、内燃エンジンのバルブ用ガスケットを提供することである。

前述の目的は、請求項１およびそれに従属する請求項で定義される、内燃エンジンのバルブ用ガスケットに関する本発明によって達成される。

本発明をより良く理解するために、非限定的な例として、添付の図面を参照して、好ましい実施形態を以下に説明する。
本発明に従って製造され、内燃エンジンのバルブに取り付けられたガスケットの軸方向断面図である。 図１のガスケットの軸方向断面拡大図である。 図２のＩＩＩ‐ＩＩＩ線に沿った断面図である。 図２のＩＶ‐ＩＶ線に沿った断面図である。 図１のガスケットと、それが取り付けられているバルブの一部の軸方向断面拡大図である。

図１から５において、符号１は、それ自体既知である内燃エンジン３のバルブ２のための本発明におけるガスケットを指し、図１には、本発明の理解に必要なもののみ図示されている。

より具体的には、図１において、エンジン３は、シリンダヘッド５の部分４に限定して図示されており、このシリンダヘッド５の部分４は、既知の方法で燃焼室（図１には図示されていないが、図示のシリンダヘッド５の部分４の下に配置されている）を規定しており、この燃焼室内では、燃料に含まれる化学的エネルギーを圧力エネルギーに変換するために、燃料が、燃焼を持続させる空気の存在下で酸化されるようになっている。

燃焼室は、既知の方法で、それ自体の開口部から燃料と空気の混合物を受け入れ、別の開口部から燃焼プロセスの終わりに燃焼したガスと空気を排出する。

燃焼室からの流れと燃焼室への流れは、燃焼室の前述の開口部に作用する前述のタイプのそれぞれのバルブ２によって制御される。

以下の説明では、簡単にするため、１つの単一のバルブ２について言及するが、エンジン３で使用されるこのタイプの各バルブには、説明された同じ特性が存在することが理解される。

図１を参照すると、バルブ２は、シリンダヘッド５の部分４に形成された軸線Ａの貫通シート６に収容されており、通常は潤滑油を含んでいる。

バルブ２は、シート６の内側に締まりばめされた管状のガイド要素７と、ガイド要素７の内側で軸線Ａに沿って反対方向に沿ってスライド式に移動可能なステム８とを備えている。

より具体的には（図１および図５）、ステム８は、ガイド要素７の反対側から軸方向に突出しており、それ自体の軸方向の反対側端部には、燃焼室の相対的な開口部に流体密封的に係合するように設計されたカットオフ要素９と、それ自体既知であり、図１には破線で部分的にのみ図示されている、制御機構Ｍ（例えば、カウシャフト）からの作動力を受けるように適合された作動要素またはプレート１０とがそれぞれ設けられている。

プレート１０を備えたステム８の端部が突出しているガイド要素７の軸方向端部には、本発明による相対的なガスケット１が外嵌されており、ガイド要素７とステム８の両方を同軸的に取り囲んでいる。

バルブ２はさらに、図１に示すように、この図示の例ではヘリカルタイプであるスプリング１１（図１）を備えており、このスプリング１１は、互いに対向する軸方向端部において、プレート１０およびシリンダヘッド５の部分４の軸線Ａの環状の固定面４ａと協働する。

スプリング１１は、ステム８に弾性復元力を発生させるようになっており、プレート１０において制御機構との接触を常に維持するようになっている。

図１および図２を参照すると、ガスケット１は、取り付け状態で軸線Ａと一致する軸線に対して環状の形状を有している。

より具体的には、ガスケット１は、本質的に、環状の形状を有し、例えばゴムなどのエラストマー材料製の封止要素１２と、軸線Ａに対して半径方向に封止要素１２をガイド要素７およびバルブ２のステム８に押し付けるように、封止要素１２上に同軸上に配置された支持部材１３とを備えている。基本的に、封止要素１２は、支持部材１３とバルブ２との間に同軸上に配置されている。

封止要素１２は、軸線Ａに沿ってステム８のカットオフ要素９に向かって進み、ステム８とガイド要素７との間の結合部を潤滑するのに必要な最小限のオイルフローの通過を可能にするように適合された動的タイプシール１４を最初に規定し、その後、燃焼室に向かうオイルフローを防止するための静的タイプシール１５を規定する。

より具体的には（図２）、封止要素１２は、互いに対向する軸方向端部の２つの環状円盤状セクション１６、１７によって区切られ、また、部分的にステム８と協働し部分的にガイド要素７と協働してシール１４、１５を形成するよう適合された半径方向内表面１８によって区切られ、また、支持部材１３に結合し環状弾性カラー２０にも結合して半径方向内表面１８をステム８に押し付けるように適合された半径方向外表面１９によって区切られている。

セクション１６は、取り付けられた状態では、プレート１０に面し、ステム８によって横断され、セクション１７は、取り付けられた状態では、燃焼室に面し、内部でステム８がスライドするガイド要素７と接触する。

封止要素１２の半径方向内表面１８は、セクション１６に隣接する位置に、最小直径のセクション２１を有し、使用時に弾性カラー２０によってステム８に対して半径方向に押し付けられて、動的タイプシール（シール１４）の円周ラインを規定するように構成されており、このシールは、ステム８へのスライド式の結合により、最小のオイルフローの流出を可能にする。

封止要素１２の半径方向内表面１８はさらに、セクション１７に隣接する位置に、略円筒形の部分２２を備えており、静的タイプのシール（シール１５）の円筒形の領域を規定するように、ガイド要素７と接触により協働し、使用時に支持部材１３によってガイド要素７に対して半径方向に押し付けられるように構成されている。

有利には（図１、図２、図４および図５）、部分２２は、この図示のケースでは略円筒形の周方向表面セクション２２ａと、使用時にガイド要素７と接触により協働するように周方向表面セクション２２ａから片持ち梁状に突出する、この図のケースでは４つである、２つ以上の離散的なバンプ２２ｂを有し、バンプ２２ｂは、軸線Ａの周りに互いに等角度に間隔を置いて配置され、軸線Ａに沿った所定の軸方向位置で互いに環状に整列し、半径方向内表面１８の不連続な起伏２２ｃを形成する。

特に、バンプ２２ｂは、ガイド要素７の環状溝２３と使用時に係合するように構成されている（図１および図４）。

図２および図４に詳細に示されているように、各バンプ２２ｂは、隣接するバンプ２２ｂから空隙２２ｇによって角度的に分離されている。好ましくは、各バンプ２２ｂは、それぞれの空隙２２ｇの角度拡張範囲よりも大きい、軸線Ａに対する角度拡張範囲を有する。

図１、図２、図４および図５に詳細に示されているように、各バンプ２２ｂは、軸線Ａを通る平面での断面において、バンプ２２ｂのそれぞれのクレスト２２ｄを規定する丸みを帯びた頂点を有するＶ字型の構成を有している。

より具体的には、各バンプ２２ｂのクレスト２２ｄは、軸線Ａを基準にして、周面部２２ａの直径よりも小さい直径を有している。

さらに、各バンプ２２ｂは、クレスト２２ｄに対して軸方向に対向して配置され、クレスト２２ｄに向かって互いに収束する２つの側面２２ｅ、２２ｆを有する（図２、図４、図５）。

図２、図４および図５に示されるように、部分２２はさらに、バンプ２２ｂの軸方向に対向して配置され、それ自体がバンプ２２ｂによって軸方向に間隔を空けられた第１および第２の環状突起２４、２５を備えている。

封止要素１２の半径方向内表面１８はさらに、セクション２１と部分２２との間に配置されて、使用時にバルブ２のステム８と協働してガスシールリップ２７を片持ち梁状に担持するさらなる部分２６を備えている。

リップ２７は、使用時にセクション２１に向けられるガスによって発生する圧力とは反対の方向に減少する断面を有する、軸線Ａの実質的に円錐台状の形状を有し、この図示のケースでは、リップ２７は部分２２に向かって減少する断面を有している。

図１、図２および図５に示されるように、リップ２７は、より大きな断面を有する自身の側で、封止要素１２の半径方向内表面１８の部分２６に接続されている。このような接続は、リップ２７と封止要素１２の半径方向内表面１８との間に一種の仮想ヒンジを規定する。

封止要素１２の半径方向外表面１９は、セクション２１と半径方向内面１８の部分２６との間の軸方向に間置された位置に、以下でその機能を明らかにする凹部２８を規定しており、凹部２８は、半径方向外表面１９を、セクション１６に向かって延在する弾性カラー２０を収容する部分２９と、セクション１７に向かって延在し凹部２８とともに支持部材１３に結合するように適合された長尺部分３０とに分割する。

常に図１、図２および図５を参照すると、支持部材１３は、好ましくは金属材料製であり、軸線Ａに対して長尺の略円筒形のブシュで構成されている。特に、支持部材１３は、封止要素１２の半径方向外側表面１９の長尺部分３０と協働し、本質的に以下を含む。
‐軸線Ａに対して半径方向に延在し、使用時に封止要素１２の凹部２８に部分的に埋め込まれる、第１の環状円盤状端部３３と、
‐軸線Ａに向かってわずかに湾曲し、封止要素１２をそのセクション１７で軸方向に保持する第２の反対側端部３４と、
‐端部３３の半径方向外端から端部３４に向かって片持ち梁状に延在する第１の円筒部３５と、
‐端部３４から延在し、円筒部３５の外径および内径よりも小さい外径と内径を有し、円錐台状の形状を有する接続セクション３７によって円筒部３５に接続されている第２の円筒部３６。

基本的に、支持部材１３は、自身の端部３４から進み、その後、反対側の端部３３で封止要素１２の凹部２８の内側で半径方向に湾曲するように、軸線Ａに対して増加する半径方向バルクを有する。

本発明に従って製造されたガスケット１の特性を検討すると、それによって得られる利点が明らかになる。

特に、ガスケット１をバルブ２のガイド要素７に上から順に取り付けるステップでは、バンプ２２ｂがガイド要素７の溝２３に係合し、バンプ２２ｂの間に空隙２２ｇが存在するため、封止要素１２を構成するエラストマー材料は、取り付け中に弛緩することができ、ガスケット１の軸方向のスラストステップが完了すると、スプリングバック現象が緩和または制限されて、バルブ２のガイド要素７にガスケット１が固定される。

このようにして、ガスケット１をバルブ２のガイド要素７上の意図した位置に配置することが可能となり、保持力の向上と機能の安定性の向上がもたらされる。

最後に、特許請求の範囲によって定義された保護範囲から逸脱することなく、本明細書に記載および図示されたガスケット１に修正および変形が可能であることは明らかである。

１ ガスケット
２ バルブ
３ 内燃エンジン
６ シート
７ ガイド要素
８ ステム
９ カットオフ要素
１０ プレート
１１ スプリング
１２ 封止要素
１３ 支持部材
１４、１５ シール
１６、１７ 円盤状セクション
１８ 半径方向内表面
１９ 半径方向外表面
２０ 環状弾性カラー
２１ 第１の部分
２２ 第２の部分
２２ａ 周方向表面セクション
２２ｂ バンプ
２２ｃ 起伏
２２ｄ クレスト
２２ｇ 空隙
２２ｅ、２２ｆ 側面
２３ 環状溝
２４、２５ 第２の環状突起
２６、２９ 部分
２７ ガスシールリップ
２８ 凹部
３０ 長尺部分
３３ 第１の環状円盤状端部
３４ 第２の反対側端部
３５ 第１の円筒部
３６ 第２の円筒部
３７ 接続セクション

Claims (10)

1. 内燃エンジン（３）のバルブ（２）用のガスケット（１）であって、前記バルブ（２）は、貫通シート（６）を規定するガイド要素（７）と、前記シート（６）内でスライド式に移動可能なステム（８）とを備え、前記ガスケット（１）は、中心軸線（Ａ）を有し、さらに、
   ‐前記軸線（Ａ）に対して環状の形状を有し、前記バルブ（２）の外部に配置されて前記ガイド要素（７）および前記ステム（８）両方と協働するように適合された、弾性変形可能な封止要素（１２）と、
   ‐前記軸線（Ａ）に対して環状の形状を有し、前記封止要素（１２）の少なくとも一部に同軸配置された支持部材（１３）を備え、その結果、前記封止要素（１２）は、前記支持部材（１３）と前記バルブ（２）との間で半径方向に押圧されるようになっており、
   前記封止要素（１２）は、前記支持部材（１３）と少なくとも部分的に接触により協働する半径方向外表面（１９）と、半径方向内表面（１８）とによって区切られており、前記半径方向内表面（１８）は、使用時に前記ステム（８）と接触により協働して前記ステム（８）自体と動的タイプシール（１４）を形成するように構成された第１の部分（２１）と、使用時に前記支持部材（１３）によって前記ガイド要素（７）に対して半径方向に押し付けられ、前記ガイド要素（７）自体と静的タイプのシール（１５）を形成するように構成された第２の部分（２２）を有し、
   前記第２の部分（２２）が、周方向表面セクション（２２ａ）と、前記周方向表面セクション（２２ａ）から片持ち梁状に突出し、使用時に前記ガイド要素（７）と接触により協働する複数のバンプ（２２ｂ）とを有しており、
   前記バンプ（２２ｂ）は、前記軸線（Ａ）の周りに互いに角度的に間隔を置いて配置された離散的なバンプであり、前記軸線（Ａ）自体に沿った所定の軸方向位置で互いに環状に整列し、前記径方向内側表面（１８）の不連続な起伏（２２ｃ）を形成することを特徴とする、ガスケット。
2. 前記周方向表面セクション（２２ａ）は、略円筒形状を有している請求項１に記載のガスケット。
3. 前記バンプ（２２ｂ）は、互いに角度的に等間隔で配置されている、請求項１または２に記載のガスケット。
4. 各バンプ（２２ｂ）は、前記軸線（Ａ）を通る平面での断面において、前記バンプ（２２ｂ）自体のそれぞれのクレスト（２２ｄ）を規定する丸みを帯びた頂点を有するＶ字型の構成を有している、請求項１から３のいずれか１項に記載のガスケット。
5. 各前記バンプ（２２ｂ）の前記クレスト（２２ｄ）は、前記軸線（Ａ）を基準にして、前記周方向表面セクション（２２ａ）の直径よりも小さい直径を有する、請求項４に記載のガスケット。
6. 各前記バンプ（２２ｂ）は、前記クレスト（２２ｄ）に対して軸方向に対向する側に配置され、前記クレスト（２２ｄ）自体に向かって収束している２つの側面（２２ｅ、２２ｆ）を有する、請求項４または５に記載のガスケット。
7. 各前記バンプ（２２ｂ）は、隣接する前記バンプ（２２ｂ）から空隙（２２ｇ）によって角度的に分離されている請求項１から６のいずれか１項に記載のガスケット。
8. 各前記バンプ（２２ｂ）が、隣接する前記空隙（２２ｇ）の角度拡張範囲よりも大きい、前記軸線（Ａ）に対する角度拡張範囲を有する、請求項７に記載のガスケット。
9. 前記第２の部分（２２）が、前記バンプ（２２ｂ）の軸方向に対向する側に配置され、バンプ（２２ｂ）自体によって軸方向に間隔を空けられた第１および第２の環状突起（２４、２５）を備えている、請求項１から８のいずれか１項に記載のガスケット。
10. 前記バンプ（２２ｂ）が、使用時に前記ガイド要素（７）の環状溝（２３）に係合するように構成されている、請求項１から９のいずれか１項に記載のガスケット。

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