JP2022158063A - バルブステムシール構造 - Google Patents

Abstract

【課題】切り欠きを設けた多孔質焼結体のバルブガイドを用いる場合でも、生産性を悪化させずに潤滑油室側にガスが流出することを防止することができる、バルブステムシール構造を提供する。【解決手段】バルブステムシール構造は、バルブガイド５０とステムシール１０とを備えている。バルブガイド５０はバルブガイド５０の外周面よりも窪んだ切り欠き部５２を有し、切り欠き部５２はバルブガイド５０の長さ方向において潤滑油室７０側に設けられている。ステムシール１０は、補強部材２０と補強部材２０と一体に設けられたゴム状弾性部材３０とを有している。ゴム状弾性部材３０は、切り欠き部よりも潤滑油室７０側に位置する第１シール部３４と、切り欠き部５２よりもポート８０側に位置する第２シール部３６とを有している。【選択図】図１

Description

本開示は、バルブステムシール構造に関し、より詳しくはバルブガイドとステムシールとを備えたバルブステムシール構造に関する。

ガソリンエンジンおよびディーゼルエンジンなどの内燃機関の吸気ポートおよび排気ポートには、それぞれ吸気バルブおよび排気バルブが配置される。給気バルブおよび排気バルブはバルブヘッドからエンジンの潤滑油室側に延びるバルブステムを有している。バルブステムは軸線方向に往復運動可能にバルブガイドに保持される。

バルブガイドの潤滑油室側にはステムシールが設けられる。ステムシールはバルブステムとバルブガイドとの間に流入する潤滑油の量を制御する。これによりバルブステムとバルブガイドを適切に潤滑することができる。また、ステムシールはバルブステムとバルブガイドの間隙を通過したポート内のガスが潤滑油室側に漏れることを防ぐ。

特許文献１（国際公開第２０１７／０９９０４５号）、特許文献２（特開２０１９－１４３６８４号公報）および特許文献３（実開昭６０－３２０６号公報）には、バルブガイドとステムシールとを備えたバルブステムシール構造が開示されている。

国際公開第２０１７／０９９０４５号 特開２０１９－１４３６８４号公報 実開昭６０－３２０６号公報

バルブガイドをシリンダーヘッドに組み付ける際の方向を判別するために、バルブガイドの潤滑油室側に切り欠きを設けたバルブガイドがある。切り欠きは筒状のバルブガイドの外周面を周回する溝として形成される。

切り欠きは、ステムシールをバルブガイドに固定する際にも用いられる場合がある。たとえば図４に示すように、ステムシール１１０に、バルブガイド１５０の切り欠き１５２に嵌合する固定リブ１１２を設ける。固定リブ１１２が切り欠き１５２に嵌合することで、ステムシール１１０がバルブガイド１５０から図４の上方に外れることを防止する。

多孔質焼結体で構成したバルブガイドが知られている。バルブガイドを多孔質焼結体で構成することで、微量の潤滑油をバルブガイドに含浸させることができる。バルブガイドに含まれる潤滑油により、バルブガイドとバルブステムとの間の潤滑がより良好なものとなる。

ここで、多孔質焼結体で構成したバルブガイドは、潤滑油を含浸することができる一方、多孔質焼結体の細孔を介してポート側のガスを通過させてしまうという問題がある。ポート側のガスが通過することを防ぐためにバルブガイドの外周面にはガス封止のための処理がなされている。このガス封止はたとえばバルブガイドの外周面に研削処理を行ない、外周面に露出した細孔を塞いでいる。ガス封止することによりバルブガイドの外周面からガスが流出することを防ぐことができる。

多孔質焼結体で構成したバルブガイドに切り欠きを設ける場合には、バルブガイドのガス封止の処理がなされたバルブガイドの外周面を切削することとなる。溝を切削により形成した場合には、溝の内壁面には細孔が露出してしまう。溝の内壁面に露出した細孔からのガスの流出を防ぐためには、この細孔を塞ぐ封孔処理がさらに必要となる。封孔処理としてはたとえば溝の内壁面にショットブラストを行なうことが考えられる。ショットブラストとは粒体を加工物に衝突させて加工物の表面を加工する処理である。

溝の内壁面にショットブラストなどの封孔処理を行なう場合には、新たな工程が追加されることとなり生産性が悪化する。

本開示は、上記課題を解決するためになされたものであり、切り欠きを設けた多孔質焼結体のバルブガイドを用いる場合でも、生産性を悪化させずに潤滑油室側にガスが流出することを防止することができる、バルブステムシール構造を提供することにある。

この開示に基づいたバルブステムシール構造は、バルブステムが内部を貫通し潤滑油室とポートとの間に配置されるバルブガイドと、上記バルブガイドの上記潤滑油室側に設けられたステムシールとを備えている。上記バルブガイドは筒状に形成され少なくとも外周面がガス封止された多孔質焼結体であり、上記バルブステムが貫通する長手方向に延びる貫通孔と、上記バルブガイドの外周面よりも窪んだ切り欠き部とを有し、上記切り欠き部は上記バルブガイドの長さ方向において上記潤滑油室側に設けられている。上記ステムシールは、筒状の本体部を有する補強部材と、上記補強部材と一体に設けられたゴム状弾性部材とを有している。上記ゴム状弾性部材は、上記切り欠き部よりも上記潤滑油室側に位置し上記バルブガイドの上記外周面に向かって上記補強部材の上記本体部の内周側に突出し、上記バルブガイドの上記外周面に接触する第１シール部と、上記切り欠き部よりも上記ポート側に位置し上記バルブガイドの上記外周面に向かって上記補強部材の上記本体部の内周側に突出し、上記バルブガイドの上記外周面に接触する第２シール部とを有している。

上記バルブステムシール構造において、上記補強部材は、上記本体部の上記ポート側端部に連続し、上記本体部から外周方向に向かって延在するスプリングシート部をさらに有している。

上記バルブステムシール構造において、上記ゴム状弾性部材は上記切り欠き部に嵌合する固定用突起部をさらに有している。

上記バルブステムシール構造において、上記切り欠き部の長さ方向の中心は、上記バルブガイドの長さ方向において上記第２シール部よりも上記第１シール部に近い。

上記バルブステムシール構造において、上記ゴム状弾性部材は、上記第２シール部よりも上記ポート側に位置し上記バルブガイドの上記外周面に向かって上記補強部材の上記本体部から突出し、上記バルブガイドの上記外周面に接触する第３シール部をさらに有している。上記第３シール部は、上記ステムシールの全長の上記ポート側から１／３の位置よりも上記潤滑油室側に位置している。

本開示に係るバルブステムシール構造によると、切り欠きを設けた多孔質焼結体のバルブガイドを用いる場合でも生産性を悪化させずに潤滑油室側にガスが流出することを防止することができるバルブステムシール構造を提供することができる。

実施の形態１におけるバルブステムシール構造を示す縦断面図である。 実施の形態１におけるバルブステムシール構造を示す、一部を拡大した縦断面図である。 実施の形態２におけるバルブステムシール構造を示す縦断面図である。 従来のバルブステムシール構造を示す縦断面図である。

以下、本開示に基づいた各実施の形態におけるバルブステムシール構造について、図を参照しながら説明する。なお、各実施の形態において、同一または相当箇所については同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。

（実施の形態１）
以下、本開示に係る実施の形態１について、図１および図２を参照して説明する。図１は、本実施の形態におけるバルブステムシール構造を示す縦断面図である。図２は、バルブステムシール構造を示す、一部を拡大した縦断面図である。

本開示に係るバルブステムシール構造が適用される内燃機関は、シリンダーヘッド９０を備える。シリンダーヘッド９０は、図示しないシリンダーの上方に配置されている。シリンダーの内部には図示しないピストンが往復運動可能に配置されている。シリンダーヘッド９０には、図示しない吸気ポートと排気ポートが設けられている。吸気ポートと排気ポートには、それぞれ吸気バルブと排気バルブが設けられている。本開示に係るバルブステムシール構造は、吸気バルブのバルブステムと排気バルブのバルブステムの両方に適用することができる。

本実施の形態に係るバルブステムシール構造は、バルブステム６０が内部を貫通し潤滑油室７０とポート８０との間に配置されるバルブガイド５０と、バルブガイド５０の潤滑油室７０側に設けられたステムシール１０とを備えている。

バルブガイド５０は円筒状に形成されている。バルブガイド５０は多孔質焼結体で構成されている。焼結体とは粉末状の金属を、金属の融点よりも低い温度で焼き固めた部材である。金属の融点よりも低い温度で焼き固めることで、焼結体の内部には相互に連続した細孔（空隙）が形成される。

本実施の形態のバルブガイド５０においては、少なくとも外周面がガス封止されている。ガス封止はたとえば焼結体からなるバルブガイドの表面を研削することにより行なわれる。研削砥石によりバルブガイド５０の表面を研削する際に、バルブガイド５０の表面に露出する細孔を塞ぐことができる。

バルブガイド５０はエンジンの潤滑油室７０とポート８０との間に配置される。バルブガイド５０の外周面には、切り欠き５２が設けられている。切り欠き５２はバルブガイド５０の長さ方向の潤滑油室７０側に設けられている。切り欠き５２はバルブガイド５０の潤滑油室７０側の端部の近傍に設けられている。

切り欠き５２は本実施の形態ではバルブガイド５０の外周を周回する溝である。切り欠き５２が溝であると、バルブガイド５０の長手方向を回転中心軸として回転させながら切削することで容易に切り欠き部５２を形成することができる。切り欠き５２は、断面が矩形の溝として形成されている。

切り欠き５２を構成する溝の断面は、矩形以外の形状でもよい。溝の断面形状は、たとえば台形、三角形などでもよい。また、生産性は劣るが切り欠き５２をバルブガイド５０の外周面を周回する溝以外で構成することもできる。たとえば、バルブガイド５０の外周面に断続的に設けられた窪みでもよい。

切り欠き５２の内壁面には封孔処理は行なわない。したがって、バルブガイド５０を製造する際に封孔処理のために工程が増加することはない。切り欠き部５２には封孔処理はされていないので、切り欠き５２の内壁面からポートのガスが流出する可能性がある。しかし、後述するステムシール１０により、ガスが潤滑油室７０側に流出することを防止することができる。

切り欠き５２は潤滑油室７０側に設けられている。バルブガイド５０をシリンダーヘッド９０に組み付ける際に切り欠き５２を目印にすることができるので、組み付け方向を誤ることを防止することができる。バルブガイド５０はシリンダーヘッド９０に保持されている。バルブガイド５０の下端はシリンダーヘッド９０に設けられた孔に嵌合している。バルブガイド５０の組み付け作業時は、バルブガイド５０の切り欠き部５２が設けられた端部側を保持して、反対側の端部をシリンダーヘッド９０の孔に挿入する。

バルブガイド５０の内部には貫通孔５４が設けられている。貫通孔５４は円筒状である。貫通孔５４の内部にはバルブステム６０が貫通する。バルブステム６０は円柱状である。バルブステム６０のポート８０側の端部には、図示しないバルブヘッドが設けられている。バルブステム６０は、バルブガイド５０にバルブステム６０の軸線方向に往復運動可能に保持されている。バルブガイド５０の貫通孔５４の内周面とバルブステム６０の外周面とは互いに摺動する。

バルブガイド５０が多孔質焼結体で形成されているので、バルブガイド５０には潤滑油室７０に貯留された潤滑油が含浸される。この潤滑油により相互に摺動するバルブガイド５０とバルブステム６０との潤滑を好適に行なうことができる。

バルブガイド５０の潤滑油室７０側にはステムシール１０が設けられている。ステムシール１０はバルブステム６０とバルブガイドと５０の間に流入する潤滑油の量を制御する。これによりバルブステム６０とバルブガイド５０を適切に潤滑することができる。また、ステムシール１０はバルブステム６０とバルブガイド５０との間からポート８０内のガスが潤滑油室７０側に漏れることを防ぐ。

ステムシール１０は、筒状の本体部２２を有する補強部材２０と、補強部材２０と一体に設けられたゴム状弾性部材３０とを有している。ゴム状弾性部材３０は、加硫成形により補強部材２０と一体に構成されている。

補強部材２０は、筒状の本体部２２のポート８０側端部から外周方向に向かって延在するスプリングシート部２４を有している。ステムシール１０の外側にはコイルスプリング６５が設けられている。コイルスプリング６５は、バルブステム６０およびバルブヘッドからなるバルブを、ポート８０から潤滑油室７０に向かう方向に付勢している。

コイルスプリング６５のシリンダーヘッド９０側の端部は、反力としてシリンダーヘッド９０に向かう付勢力をスプリングシート部２４に与える。スプリングシート部２４はコイルスプリング６５の反力によりシリンダーヘッド９０に向けて付勢される。コイルスプリング６５によりステムシール１０をシリンダーヘッド９０に押圧することができる。コイルスプリング６５に押圧されてステムシール１０はシリンダーヘッド９０に固定される。

補強部材２０は、筒状の本体部２２の潤滑油室７０側端部から内周方向に向かって延在する内フランジ部２６を有している。

ゴム状弾性部材３０はたとえばエラストマーで構成されている。ゴム状弾性部材３０は大径部３２と、小径部４２とを有している。大径部３２はバルブガイド５０の径方向外側に配置される。小径部４２はバルブステム６０の径方向外側に配置される。補強部材２０の内フランジ部２６の先端側に、ゴム状弾性部材３０の小径部４２が位置している。小径部４２は、内フランジ部２６に保持されている。大径部３２と小径部４２は、いずれも補強部材２０に保持されており、相互に連続している。

ゴム状弾性部材３０の小径部４２の内周側はバルブステム６０の外周面に接している。小径部４２の内周面には、第１リップ４４、第２リップ４６および第３リップ４８が設けられている。第１リップ４４、第２リップ４６および第３リップ４８はバルブステム６０の外周面に沿って延在し、バルブステム６０の外周面に接触している。小径部４２の第１リップ４４、第２リップ４６および第３リップ４８以外の内周面はバルブステム６０の外周面に接触していない。

第１リップ４４は、バルブステム６０とバルブガイド５０との隙間からの背圧による第３リップ４８の過剰な変形を防ぐ。第３リップ４８は、主に潤滑油室７０の潤滑油が過剰にバルブガイド５０に流入することを防ぐ。第２リップ４６は、ステムシール１０をバルブガイド５０に組み付けた状態において、第１リップ４４と第３リップ４８がバルブステム６０に均一な接触圧で接触することを助ける。

小径部４２の外周面には係合溝４３が設けられている。係合溝４３は小径部４２の外周面を周回している。係合溝４３にはガータースプリング６７が設けられている。ガータースプリング６７は円環状に形成された周方向に伸縮するバネである。ガータースプリング６７は小径部４２を内径方向に付勢する。ガータースプリング６７により小径部４２の特に第３リップ４８がバルブステム６０に圧接される。

ゴム状弾性部材３０の大径部３２の内周面には、第１シール部３４、第２シール部３６および第３シール部３８が設けられている。第１シール部３４、第２シール部３６および第３シール部３８はバルブガイド５０の外周面に沿って延在し、バルブガイド５０の外周面に接触している。大径部３２の第１シール部３４、第２シール部３６および第３シール部３８以外の内周面はバルブガイド５０の外周面に接触していない。

第１シール部３４は、バルブガイド５０の外周面に向かって大径部３２の内周面から突出している。第１シール部３４は、補強部材２０の本体部２２の内周側に位置している。第１シール部３４は、切り欠き部５２よりも潤滑油室７０側（ポート８０とは反対の側）に位置している。

第２シール部３６は、バルブガイド５０の外周面に向かって大径部３２の内周面から突出している。第２シール部３６は、補強部材２０の本体部２２の内周側に位置している。第２シール部３６は、切り欠き部５２よりもポート８０側に位置している。

第３シール部３８は、バルブガイド５０の外周面に向かって大径部３２の内周面から突出している。第３シール部３８は、補強部材２０の本体部２２の内周側に位置している。第３シール部３８は、第２シール部３６よりもポート８０側に位置している。

切り欠き部５２は、第１シール部３４と第２シール部３６との間に位置している。切り欠き部５２の内壁面は封孔処理をしていないので、切り欠き部５２からガスが流出する可能性がある。第１シール部３４および第２シール部３６によってこれらの間は封止されているので、切り欠き部５２から流出したガスが潤滑油室７０側に流出することはない。また、切り欠き部５２から流出したガスは第１シール部３４および第２シール部３６によって堰き止められるので、バルブガイド５０とバルブステム６０との摺動部分に流入することもない。これによりバルブガイド５０とバルブステム６０とが固着することを防止することができる。

切り欠き部５２の長さ方向の中心（図１における上下方向の中心）は、バルブガイド５０の長さ方向において、第２シール部３６よりも第１シール部３４に近い。言い換えると、図１に示す、第１シール部３４の中心と切り欠き部５２の中心との距離Ａは、切り欠き部５２の中心と第２シール部３６の中心との距離Ｂよりも小さい。

第３シール部３８を設けたことにより、ステムシール１０のバルブガイド５０に対する傾きを抑制することができる。第３シール部３８は、ステムシール１０の全長Ｌのポート８０側から１／３の位置よりも潤滑油室７０側に位置している。言い換えると、図１に示す、ステムシール１０の全長のポート８０側から第３シール部３８までの距離Ｃは、ステムシール１０の全長Ｌの１／３よりも大きい。これによりステムシール１０の全長Ｌの少なくとも１／３の長さにわたってポート８０側から比較的内径が大きい部分が形成される。この比較的内径が大きい部分をバルブガイド５０に仮差し込みすることができるので、ステムシール１０とバルブガイド５０との組立てが容易となる。

本実施の形態のバルブステムシール構造は上記のとおりの構造を有している。バルブガイド５０を多孔質焼結体で構成することで細孔に潤滑油を保持することができる。細孔に保持された潤滑油によりバルブステム６０とバルブガイド５０との間の潤滑を好適に行なうことができる。また、バルブガイド５０が多孔質焼結体で構成されていることから切り欠き部５２から、ポート８０からのガスが流出する可能性があるが、切り欠き部５２を挟むように第１シール部３４と第２シール部３６とが設けられているので、これらによりシールすることで潤滑油室７０側およびバルブガイド５０とバルブステム６０との摺動部にガスが流出することを防止することができる。このように、本実施の形態のバルブステムシール構造によると、切り欠き５２を設けた多孔質焼結体のバルブガイド５０を用いる場合でも生産性を悪化させずに潤滑油室７０側およびバルブガイド５０とバルブステム６０との摺動部にガスが流出することを防止することができる。

（実施の形態２）
次に実施の形態２について、図３を参照して説明する。図３は実施の形態２におけるバルブステムシール構造を示す縦断面図である。

本実施の形態のバルブステムシール構造においては、実施の形態１とは異なり、ゴム状弾性部材３０の大径部３２には切り欠き部５２に嵌合する固定用突起部４１が設けられている。固定用突起部４１の断面形状は、切り欠き部５２を構成する溝の断面形状と略同一である。固定用突起部４１は、大径部３２および補強部材２０と一体に設けられている。固定用突起部４１が切り欠き部５２に嵌合することにより、ステムシール１０をバルブガイド５０に固定することができる。

本実施の形態のステムシール１０においては、第２シール部３６のポート８０側近傍で大径部３２および補強部材２０は途切れている。したがって、実施の形態１でステムシール１０に設けられていた第３シール部３８およびスプリングシート部２４は設けられていない。実施の形態２においては、ステムシール１０とは別体のスプリングシート６９が設けられている。

本実施の形態のバルブステムシール構造においても、切り欠き部５２を挟むように第１シール部３４と第２シール部３６とが設けられている。これらによりシールすることで潤滑油室７０側およびバルブガイド５０とバルブステム６０との摺動部にガスが流出することを防止することができる。その他の構造および作用効果については実施の形態１と同様である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０，１１０ ステムシール、２０ 補強部材、２２ 本体部、２４ スプリングシート部、２６ 内フランジ部、３０ ゴム状弾性部材、３２ 大径部、３４ 第１シール部、３６ 第２シール部、３８ 第３シール部、４１ 固定用突起部、４２ 小径部、４３ 係合溝、４４ 第１リップ、４６ 第２リップ、４８ 第３リップ、５０，１５０ バルブガイド、５２ 切り欠き部、５４ 貫通孔、６０ バルブステム、６５ コイルスプリング、６７ ガータースプリング、６９ スプリングシート、７０ 潤滑油室、８０ ポート、９０ シリンダーヘッド、１１２ 固定リブ。

Claims (5)

1. バルブステムが内部を貫通し潤滑油室とポートとの間に配置されるバルブガイドと、前記バルブガイドの前記潤滑油室側に設けられたステムシールとを備えたバルブステムシール構造であって、
   前記バルブガイドは筒状に形成され少なくとも外周面がガス封止された多孔質焼結体であり、前記バルブステムが貫通する長手方向に延びる貫通孔と、前記バルブガイドの外周面よりも窪んだ切り欠き部とを有し、前記切り欠き部は前記バルブガイドの長さ方向において前記潤滑油室側に設けられており、
   前記ステムシールは、筒状の本体部を有する補強部材と、前記補強部材と一体に設けられたゴム状弾性部材とを有し、
   前記ゴム状弾性部材は、前記切り欠き部よりも前記潤滑油室側に位置し前記バルブガイドの前記外周面に向かって前記補強部材の前記本体部の内周側に突出し、前記バルブガイドの前記外周面に接触する第１シール部と、前記切り欠き部よりも前記ポート側に位置し前記バルブガイドの前記外周面に向かって前記補強部材の前記本体部の内周側に突出し、前記バルブガイドの前記外周面に接触する第２シール部とを有する、バルブステムシール構造。
2. 前記補強部材は、前記本体部の前記ポート側端部に連続し、前記本体部から外周方向に向かって延在するスプリングシート部をさらに有する、請求項１に記載のバルブステムシール構造。
3. 前記ゴム状弾性部材は前記切り欠き部に嵌合する固定用突起部をさらに有する、請求項１または請求項２に記載のバルブステムシール構造。
4. 前記切り欠き部の長さ方向の中心は、前記バルブガイドの長さ方向において前記第２シール部よりも前記第１シール部に近い、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のバルブステムシール構造。
5. 前記ゴム状弾性部材は、前記第２シール部よりも前記ポート側に位置し前記バルブガイドの前記外周面に向かって前記補強部材の前記本体部から突出し、前記バルブガイドの前記外周面に接触する第３シール部をさらに有し、
   前記第３シール部は、前記ステムシールの全長の前記ポート側から１／３の位置よりも前記潤滑油室側に位置している、請求項１、請求項２または請求項４に記載のバルブステムシール構造。

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