JP4534989B2

JP4534989B2 - 中空吸排気バルブ冷却装置

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Publication number: JP4534989B2
Application number: JP2006000871A
Authority: JP
Inventors: 輝小川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-01-05
Filing date: 2006-01-05
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2026-01-05
Also published as: JP2007182789A

Description

本発明は、中空吸排気バルブ冷却装置に関するものである。特に、この発明は、中空吸排気バルブの内部に冷媒が封入された中空吸排気バルブ冷却装置に関するものである。

車両に搭載される内燃機関が有する吸排気バルブは、傘部と軸部とを有しているが、このうち傘部は燃焼室に面しているため、燃料が燃焼室で燃焼する際に、燃焼によって発生する熱が伝わり易くなっている。特に、近年の車両に搭載される内燃機関は、高出力化を図っているものも多く、このような高出力化を図った場合には、燃焼室で発生する熱も多いため、吸排気バルブの傘部に伝わる熱も多くなっている。そこで、従来の吸排気バルブでは、傘部に伝わる熱を逃がし易くしているものがある。

例えば、特許文献１では、吸排気バルブ内に中空部を設け、中空部内に冷媒となる圧粉体を封入している。内燃機関の運転時には、吸排気バルブは往復運動をするが、このように中空吸排気バルブ内に形成された中空部内に冷媒を封入することにより、冷媒は吸排気バルブの往復運動に伴って中空部内を往復運動する。これにより、内燃機関の運転時に燃焼室から傘部が受ける熱は冷媒に伝えられ、冷媒に伝えられた熱は冷媒が中空部内を往復運動することにより、軸部に伝えられる。これにより、傘部に伝えられた熱を逃がすことができ、傘部の温度が上昇し過ぎることを抑制することができた。

特開平５−１１３１１３号公報

ここで、冷間時の内燃機関の始動直後における運転時、即ち暖気運転時には、燃焼室の温度は低くなっており、この状態では良好な燃焼状態を得ることが困難であるため、暖気運転時には、燃焼室の温度を早急に上昇させるのが好ましい。しかしながら、上記のように、吸排気バルブ内に冷媒を封入することによって傘部の温度上昇を抑制した場合には、同時に燃焼室の温度も上昇し難くなってしまう。このため、暖気運転の時間が長くなる虞があり、良好ではない燃焼状態での運転時間が長時間になる虞があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、暖気運転の時間を短くすることのできる中空吸排気バルブ冷却装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明に係る中空吸排気バルブ冷却装置は、内燃機関に設けられ、且つ、軸部の一端に傘部を有すると共に前記軸部及び前記傘部の内部には中空部が形成されており、前記中空部には冷媒が封入される中空吸排気バルブと、前記内燃機関の運転時に前記中空吸排気バルブを往復運動させ、且つ、前記内燃機関の暖気運転時には前記中空吸排気バルブのリフト量を、前記内燃機関の通常運転時の前記中空吸排気バルブのリフト量よりも小さくする可変動弁機構と、を備えることを特徴とする。

この発明では、内燃機関の運転時に可変動弁機構によって中空吸排気バルブを往復運動させ、さらに、この中空吸排気バルブのリフト量を、内燃機関の通常運転時のリフト量よりも暖気運転時のリフト量の方が小さくなるようにする。この中空吸排気バルブの内部には冷媒が封入されているため、可変動弁機構によって当該中空吸排気バルブを往復運動させることにより冷媒は中空吸排気バルブ内を移動する。このため、上記のように暖気運転時のリフト量を通常運転時のリフト量よりも小さくすることにより、中空吸排気バルブ内における冷媒の移動量は、通常運転時よりも暖気運転時の方が小さくなる。また、中空吸排気バルブは、内燃機関に設けられている状態では、下端側に傘部が位置しているため、冷媒は通常、中空吸排気バルブの静止時には傘部側に位置しているが、内燃機関の暖気運転時と通常運転時とで中空吸排気バルブのリフト量を変えて、冷媒の移動量を通常運転時よりも暖気運転時の方が小さくなるようにすることにより、暖気運転時における冷媒は、通常運転時よりも傘部付近から離れ難くなる。この冷媒は、内燃機関の運転時に、傘部が燃焼室から受けた熱を受け、中空吸排気バルブ内を移動してこの熱を他の部分に伝える役割をしているが、このように暖気運転時の冷媒の移動量を小さくして冷媒が傘部付近から離れ難くすることにより、傘部の熱は冷媒を介して他の部分には伝わり難くなる。これにより、暖気運転時には、燃焼室の熱は他の部分に伝わり難くなり、燃焼室の温度を短時間で上昇させることができる。この結果、暖気運転の時間を短くすることができる。

また、この発明に係る中空吸排気バルブ冷却装置は、前記軸部の近傍には前記内燃機関内を循環する冷却水が流れる冷却水路が形成されており、前記可変動弁機構は、前記内燃機関の暖気運転時には、前記中空部のうちの、前記中空吸排気バルブの往復運動の方向において前記冷却水路が形成されている位置から前記傘部の内部までの間に前記冷媒が位置する前記リフト量で、前記中空吸排気バルブを往復運動させることを特徴とする。

この発明では、暖気運転時における中空吸排気バルブのリフト量が、中空部内の冷媒が往復運動時に冷却水路が形成されている位置付近から傘部の内部までの間で位置するリフト量となっているので、冷媒が傘部から受けた熱を冷却水路内の冷却水に伝え易くなる。この冷却水は、内燃機関が搭載される車両に設けられる車室ヒータの方向にも流れ、車室内に導入される空気と熱交換をすることにより車室内を暖める作用を兼ねている場合が多いが、暖気運転時に、冷媒が傘部から受けた熱は冷却水に伝わり易くなっているため、車室内の温度を早急に上昇させることができる。この結果、内燃機関が搭載される車両の暖房性能の向上を図ることができる。

また、この発明に係る中空吸排気バルブ冷却装置は、前記軸部の近傍には前記内燃機関内を循環するオイルが流れるオイル通路が形成されており、前記可変動弁機構は、前記内燃機関の暖気運転時には、前記中空部のうちの、前記中空吸排気バルブの往復運動の方向において前記オイル通路が形成されている位置から前記傘部の内部までの間に前記冷媒が位置する前記リフト量で、前記中空吸排気バルブを往復運動させることを特徴とする。

この発明では、暖気運転時における中空吸排気バルブのリフト量が、中空部内の冷媒が往復運動時にオイル通路が形成されている位置付近から傘部の内部までの間に位置するリフト量となっているので、冷媒が傘部から受けた熱をオイル通路内のオイルに伝え易くなる。このオイルは内燃機関内を循環し、内燃機関の作動部分の潤滑などを行なうが、暖気運転時に冷媒が傘部から受けた熱はオイルに伝わり易くなっているため、オイルの温度を早急に上昇させることができる。これにより、オイル粘度を早急に小さくすることができ、内燃機関の始動直後に、オイル粘度に起因するフリクションの低減を図ることができる。この結果、燃費の向上を図ることができる。

本発明に係る中空吸排気バルブ冷却装置は、暖気運転の時間を短くすることができる、という効果を奏する。

以下に、本発明に係る中空吸排気バルブ冷却装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。また、本発明に係る中空吸排気バルブ冷却装置が有する中空吸排気バルブは、吸気バルブと排気バルブとがあるが、以下の説明では、中空吸排気バルブの一例として排気バルブを有する中空吸排気バルブ冷却装置について説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る中空吸排気バルブ冷却装置を示す概略図である。同図に示す中空吸排気バルブ冷却装置１は、中空吸排気バルブとなる排気バルブ５と、バルブガイド３０と、可変動弁機構４０とを有しており、さらに、バルブガイド３０の可変動弁機構４０側には、オイルシール３５が設けられている。排気バルブ５は、当該中空吸排気バルブ冷却装置１が備えられる内燃機関（図示省略）の運転時に可変動弁機構４０によって往復運動をするように設けられており、排気バルブ５が往復運動をすることにより、シリンダヘッド２５に形成された排気通路（図示省略）を開閉するように設けられている。なお、図１は、排気バルブ５が排気通路を閉じている状態の中空吸排気バルブ冷却装置１を示している。また。可変動弁機構４０は、内燃機関の運転を制御するＥＣＵ（Electric Control Unit）（図示省略）から内燃機関の運転状況の情報を取り出し、この運転状況の情報より、後述する排気バルブ５のリフト量Ｄを変化させることができるように形成されている。

前記可変動弁機構４０は、前記内燃機関の運転時に回転し、回転カム４２が形成されたカムシャフト４１と、回転カム４２に接触する第１ローラ５２を有する第１介在部材５１と、当該第１介在部材５１と共に回動し、第１介在部材５１に対する相対的な角度を変化させることのできる第２介在部材５５と、を備えている。さらに、可変動弁機構４０は、第２介在部材５５に接触する第２ローラ６１を有すると共に揺動し、前記排気バルブ５を押圧するロッカーアーム６０と、前記ロッカーアーム６０の揺動の略支点となるピボット６５を有するピボット支持材６６と、を備えている。

前記カムシャフト４１に形成される回転カム４２は、円筒形の一部の形状からなるベース部４３と、前記ベース部４３から連続的に形成されると共に前記円筒形の径方向に突出するノーズ部４４とにより形成されている。このカムシャフト４１よりも排気バルブ５寄りでカムシャフト４１の近傍には、略円筒形の形状で形成された支持シャフト４５が、回転しないように設けられている。この支持シャフト４５の内側には、略円筒形の形状で形成されると共に円筒形の軸方向に移動可能に設けられたコントロールシャフト４６が配設されている。

第１介在部材５１及び第２介在部材５５は、支持シャフト４５の外周に、当該支持シャフト４５の軸方向には移動せず、且つ、当該支持シャフト４５の周方向には小角度で回動するように、支持シャフト４５に設けられている。また、これらの第１介在部材５１及び第２介在部材５５は、支持シャフト４５の径方向における中心を中心として、互いに相対する角度を変化させることができるように設けられており、第１介在部材５１と第２介在部材５５とが一体となって支持シャフト４５の周方向に小角度で回動するように設けられている。また、第１介在部材５１には、軸方向が支持シャフト４５の軸方向と平行な方向になる略円筒形の形状で形成された第１ローラ５２が、回動可能に設けられている。さらに、第１介在部材５１には、この第１ローラ５２の外周面が排気バルブ５方向から前記回転カム４２の外周面に接触するように、支持シャフト４５の径方向における中心を中心とした付勢力が与えられている。

前記第２介在部材５５には、排気バルブ５が位置している方向に円弧面部５６が設けられており、この円弧面部５６の排気バルブ５側の面は押圧部５７となっている。この押圧部５７は、排気バルブ５の方向に凸となる曲面である凸面部５８と、凹となる曲面である凹面部５９とが連続的に形成されている。このうち、凸面部５８は、曲率中心が支持シャフト４５の径方向における中心とほぼ一致している。前記ロッカーアーム６０は、この押圧部５７の排気バルブ５側に設けられている。また、ロッカーアーム６０には、軸方向が前記第１ローラ５２の軸方向と平行な方向になる略円筒形の形状で形成された第２ローラ６１が、回動可能に設けられている。また、ロッカーアーム６０は、前記カムシャフト４１の軸方向と直交する方向における両端部のうち、一方の端部が排気バルブ５に接触しており、他方の端部が前記ピボット６５に接触している。また、第２ローラ６１は、ロッカーアーム６０の前記両端部の中央付近に位置しており、前記押圧部５７側に突出するように設けられている。

また、排気バルブ５には軸部１５が設けられており、軸部１５の可変動弁機構４０側の端部である動弁機構側端部１７は、ロッカーアーム６０に接触している。このようにロッカーアーム６０に接触する排気バルブ５の軸部１５の周囲にはスプリング（図示省略）が配設されており、排気バルブ５には、このスプリングによって軸方向で、且つ、可変動弁機構４０方向に付勢力が与えられている。また、ロッカーアーム６０の排気バルブ５側の端部の反対側の端部はピボット６５に接触し、当該ピボット６５によって支持されている。このピボット６５は、ロッカーアーム６０に接触する部分の形状が、半球面形の形状になっている。このため、ロッカーアーム６０は、ピボット６５に支持されている部分が略支点となって揺動可能に設けられており、ピボット６５に支持されている側の端部と反対側の端部は、スプリングによって付勢力が与えられた排気バルブ５によって、前記押圧部５７の方向に付勢力が与えられている。また、このようにロッカーアーム６０は揺動可能に形成され、押圧部５７の方向に付勢力が与えられているので、押圧部５７側に突出した前記第２ローラ６１は、押圧部５７に接触している。

図２は、図１のＡ部詳細図である。前記排気バルブ５は、前記軸部１５と傘部１０を有している。このうち傘部１０は、軸部１５に軸方向において、可変動弁機構４０が設けられている方向と反対方向に位置しており、排気バルブ５が内燃機関に設けられている状態においては、傘部１０は排気バルブ５の下端側に位置している。また、当該傘部１０は、円錐形に近い形状で形成されており、円錐形の底面はバルブ面１１として形成されている。このバルブ面１１は、前記内燃機関の燃焼室（図示省略）に面している。また、軸部１５は、傘部１０の斜面１２側に位置しており、軸部１５の一方の端部が円錐形の頂部に接続され、軸方向が円錐形の高さ方向と平行な方向になる向きで形成されている。

前記軸部１５と前記傘部１０とには、内部に連続した空洞が形成されており、この空洞は中空部１８となっている。この中空部１８には、例えば金属ナトリウムなどからなる冷媒２０が封入されている。この冷媒２０は、少なくとも前記内燃機関の運転時には液体の状態になっており、排気バルブ５が静止している状態では、冷媒２０は中空部１８内における傘部１０の内部に位置している。

前記バルブガイド３０は、前記シリンダヘッド２５に固定されている。また、当該バルブガイド３０は、略円筒形の形状で軸部１５の周囲に設けられている。このバルブガイド３０の形状である円筒形の内側の孔の径は、軸部１５の径と同程度の径となっており、この孔に軸部１５は挿通されている。このため、この孔がバルブガイド接触部３１となって軸部１５に接触している。また、このようにバルブガイド接触部３１は軸部１５の径と同程度の径の孔の形状で形成され、軸部１５はこのバルブガイド接触部３１に挿通されているため、当該軸部１５はバルブガイド３０によって軸方向以外の方向の動きが規制されている。即ち、軸部１５は、バルブガイド３０によって摺動可能に支持されている。

前記オイルシール３５は、シリンダヘッド２５に固定された静止部品となっており、軸部１５の軸方向においてバルブガイド３０よりも可変動弁機構４０寄りの部分で軸部１５に接触している。このオイルシール３５には、軸部１５の径とほぼ同じ径の孔が形成されており、この孔に軸部１５は挿通されている。このため、この孔がオイルシール接触部３６となって軸部１５に接触している。また、このようにオイルシール接触部３６は、軸部１５の径と同程度の径の孔で形成されているため、オイルシール接触部３６は、所定の幅で軸部１５の周方向の全周に渡って接触している。また、このオイルシール３５は、ゴム系の材料で形成されており、このため弾力性を有しているので、オイルシール接触部３６は、ほとんど隙間が無い状態で軸部１５に接触している。これにより、オイルシール３５と軸部１５との間をシールすることができるので、軸部１５とバルブガイド３０との間に、シリンダヘッド２５内を流れるオイルが流れ込むことが抑制され、このオイルが排気バルブ５に沿って燃焼室方向に流れることが抑制される。

この実施例１に係る中空吸排気バルブ冷却装置１は、以上のごとき構成からなり、以下、その作用について説明する。当該中空吸排気バルブ冷却装置１が設けられる内燃機関を運転した際には、可変動弁機構４０が有するカムシャフト４１が回転し、カムシャフト４１に設けられている回転カム４２も回転する。前記第１介在部材５１には、第１ローラ５２の外周面が排気バルブ５方向から回転カム４２の外周面に接触するように付勢力が与えられており、回転カム４２の回転に伴って第１ローラ５２も回転しつつ第１ローラ５２は回転カム４２に接触し続ける。

また、回転カム４２は、ノーズ部４４を有しており、このノーズ部４４は、円筒形の一部の形状からなるベース部４３の径方向に突出している。このため回転カム４２が回転すると、ノーズ部４４が第１ローラ５２側に位置して第１ローラ５２と接触するごとに、当該第１ローラ５２は排気バルブ５の方向に押される。第１ローラ５２が押されると、第１介在部材５１は支持シャフト４５の周方向において、第１ローラ５２が排気バルブ５の方向に移動する方向に回動する。前記第２介在部材５５は、第１介在部材５１と一体に回動するように設けられているため、第１介在部材５１が回動すると、第２介在部材５５も回動する。第２介在部材５５が回動すると、第２介在部材５５において前記ロッカーアーム６０側に形成されている押圧部５７が、前記支持シャフト４５の径方向における中心を中心として回動しつつ、ロッカーアーム６０が有する第２ローラ６１を押圧する。

このように、押圧部５７が第２ローラ６１を押圧すると、第２ローラ６１が回動しつつ、ロッカーアーム６０において第２ローラ６１が設けられている部分は、排気バルブ５の方向に押される。これによりロッカーアーム６０は、当該ロッカーアーム６０が前記ピボット６５に支持されている部分を略支点として、ロッカーアーム６０において排気バルブ５の動弁機構側端部１７に接触している部分が排気バルブ５の方向に向かう方向に揺動する。この方向にロッカーアーム６０が揺動することにより、排気バルブ５は動弁機構側端部１７がロッカーアーム６０によって傘部１０の方向に押され、排気バルブ５は軸部１５の軸方向における傘部１０の方向に移動する。

この状態から、さらにカムシャフト４１が回転し、回転カム４２のベース部４３が第１ローラ５２に接触する位置まで回転をすると、第１介在部材５１は、上述したように当該第１介在部材５１に与えられている付勢力によって、第１ローラ５２がカムシャフト４１に近付く方向に回動する。第１介在部材５１が回動すると、第２介在部材５５も第１介在部材５１と一体となって回動する。第２介在部材５５がこのように回動すると、第２介在部材５５に形成された押圧部５７において第２ローラ６１と接触している部分は、第２ローラ６１から離れる方向に移動する。

この第２ローラ６１を有するロッカーアーム６０には、ピボット６５に支持されている側の端部と反対側の端部に、前記スプリングによって排気バルブ５を介して押圧部５７の方向に付勢力が与えられているため、ピボット６５に支持されている部分が略支点となって、第２ローラ６１が押圧部５７方向に移動する方向に揺動する。これにより、排気バルブ５は、軸部１５の軸方向における可変動弁機構４０の方向に移動する。これらのように、内燃機関の運転時にカムシャフト４１が回転し、ベース部４３とノーズ部４４とが形成された回転カム４２が回転することにより、排気バルブ５は軸方向における傘部１０の方向への移動と可変動弁機構４０の方向への移動を繰り返し、当該排気バルブ５は軸部１５の軸方向に往復運動をする。

また、この可変動弁機構４０は、往復運動をする排気バルブ５の移動量、即ち、排気バルブ５のリフト量Ｄ（図２参照）を変化させることができる。具体的には、第１介在部材５１と第２介在部材５５とが、上述したように支持シャフト４５の径方向における中心を中心として、互いに相対する角度を変化させることができるように設けられているため、これらの相対的な角度を変化させることにより、排気バルブ５のリフト量Ｄを変化させることができる。

第１介在部材５１と第２介在部材５５との相対する角度を変化させる場合には、支持シャフト４５の内側に設けられたコントロールシャフト４６を、当該コントロールシャフト４６の軸方向に移動させる。このコントロールシャフト４６は、第１介在部材５１と第２介在部材５５とを貫通するように設けられている。さらに、第１介在部材５１と第２介在部材５５との間には、コントロールシャフト４６を軸方向に移動させることにより、支持シャフト４５の径方向における中心を中心とした第１介在部材５１と第２介在部材５５との相対的な角度を変化させることのできる角度変化機構（図示省略）が設けられている。このため、コントロールシャフト４６を軸方向に移動させることにより、第１介在部材５１と第２介在部材５５との相対的な角度を変化させることができる。

また、このように形成された可変動弁機構４０で、排気バルブ５のリフト量Ｄを大きくする場合には、コントロールシャフト４６を軸方向に移動させ、第１介在部材５１が有する第１ローラ５２と第２介在部材５５に形成された押圧部５７の凹面部５９とが離れる方向に、第１介在部材５１と第２介在部材５５との相対的な角度を変化させる。

ここで、前記ロッカーアーム６０が有する第２ローラ６１は、第１介在部材５１が有する第１ローラ５２が回転カム４２のベース部４３に接触している状態においては、押圧部５７の凸面部５８に接触している。この凸面部５８は、曲率中心が支持シャフト４５の径方向における中心とほぼ一致しているため、第１介在部材５１に対する第２介在部材５５との相対的な角度を変化させた場合においても、凸面部５８に接触する第２ローラ６１と支持シャフト４５の径方向における中心との距離は変化しない。このため、第１ローラ５２が回転カム４２のベース部４３に接触している状態においては、排気バルブ５は往復運動の方向における可変動弁機構４０側に位置し、第１介在部材５１と第２介在部材５５との相対的な角度が変化した場合においても、排気バルブ５の位置は変化しない。

一方、上記のように第１ローラ５２と凹面部５９とが離れる方向に第１介在部材５１と第２介在部材５５との相対的な角度を変化させた場合において、カムシャフト４１が回転し、回転カム４２のノーズ部４４と第１ローラ５２とが接触した場合には、凹面部５９は第１ローラ５２からの距離が大きい状態で排気バルブ５の方向に移動する。また、前記第２ローラ６１は、第１ローラ５２が回転カム４２のノーズ部４４に接触している状態においては、この凹面部５９に接触する。このため、第２ローラ６１は押圧部５７の凹面部５９によって大きく押圧され、ロッカーアーム６０は、排気バルブ５側の端部が排気バルブ５の方向に移動する方向に、大きく揺動する。これにより、排気バルブ５は往復運動の方向において傘部１０の方向に大きく移動する。つまり、リフト量Ｄが大きくなる。

これに対し、排気バルブ５のリフト量Ｄを小さくする場合には、コントロールシャフト４６を軸方向に移動させ、第１介在部材５１が有する第１ローラ５２と第２介在部材５５に形成された押圧部５７の凹面部５９とが近付く方向に、第１介在部材５１と第２介在部材５５との相対的な角度を変化させる。このように、第１介在部材５１と第２介在部材５５との相対的な角度を変化させた場合でも、上述したように第１ローラ５２が回転カム４２のベース部４３に接触している状態においては、排気バルブ５は往復運動の方向における可変動弁機構４０側に位置し、排気バルブ５の位置は変化しない。

一方、この状態でカムシャフト４１が回転し、回転カム４２のノーズ部４４と第１ローラ５２とが接触した場合には、凹面部５９は第１ローラ５２からの距離が小さい状態で排気バルブ５の方向に移動する。このため、回転カム４２のノーズ部４４と第１ローラ５２とが接触した場合における凹面部５９の位置は、第１ローラ５２と凹面部５９とが離れる方向に第１介在部材５１と第２介在部材５５との相対的な角度を変化させた場合の凹面部５９の位置と比較して、カムシャフト４１寄りの方向、或いは排気バルブ５から離れる方向の位置となる。これにより、凹面部５９と接触する第２ローラ６１を有するロッカーアーム６０は、第１ローラ５２と凹面部５９とが離れる方向に第１介在部材５１と第２介在部材５５との相対的な角度を変化させた場合と比較して、揺動が小さくなる。従って、排気バルブ５は、往復運動の方向における傘部１０の方向への移動量が小さくなり、リフト量Ｄが小さくなる。

図３は、図２の排気バルブが移動した状態を示す図である。前記排気バルブ５は、内燃機関の運転時に排気通路を開閉するように設けられているが、排気通路の開閉は、可変動弁機構４０によって排気バルブ５が前記軸部１５の軸方向に往復運動することによって行なわれる。この排気バルブ５が、オイルシール３５が設けられている方向に移動（図２参照）すると排気通路は閉じられ、排気バルブ５が傘部１０の方向に移動（図３参照）すると排気通路は開かれる。

また、前記内燃機関を運転した際には、内燃機関の燃焼室に面しているバルブ面１１が、燃焼室内で燃料が燃焼することにより燃焼による熱を受ける。このバルブ面１１が受けた熱は、その一部が前記中空部１８内に封入された冷媒２０に伝えられる。中空部１８内の冷媒２０には、このように燃焼室からの熱が伝えられるが、この冷媒２０は、内燃機関の運転時における排気バルブ５の往復運動によって中空部１８を移動し、慣性によって排気バルブ５の動きとは異なる動きで中空部１８内を移動する。

このように、排気バルブ５は、内燃機関の運転時には燃焼室からの熱を受けながら可変動弁機構４０によって往復運動をするが、可変動弁機構４０は、排気バルブ５のリフト量Ｄを変化させることができるように設けられている。また、内燃機関の運転を制御する前記ＥＣＵは、内燃機関の運転状況に応じて可変動弁機構４０を制御しており、内燃機関の通常運転時の排気バルブ５のリフト量Ｄよりも、内燃機関の暖気運転時の排気バルブ５のリフト量Ｄの方が小さくなるように制御している。即ち、可変動弁機構４０は、内燃機関の通常運転時の排気バルブ５のリフト量Ｄよりも、内燃機関の暖気運転時の排気バルブ５のリフト量Ｄの方が小さくなるように設けられている。

ＥＣＵによる内燃機関の暖気運転時と通常運転時との判断は、内燃機関内を循環して内燃機関を冷却する冷却水（図示省略）の温度によって判断している。つまり、冷却水の経路には水温センサ（図示省略）が設けられており、内燃機関の運転時には水温センサによって冷却水の温度、即ち、水温を検出しているため、ＥＣＵは、この水温によって通常運転時と暖気運転時とを判断している。詳細には、ＥＣＵは、水温センサで検出した水温が所定の温度よりも低い状態での運転状態を暖気運転とし、水温がこの所定の温度よりも高い状態での運転状態を通常運転として可変動弁機構４０を制御している。なお、内燃機関の通常運転とは、内燃機関の各作動部分の温度が、当該作動部分の寸法が規定の適正な寸法となる温度範囲内となっている状態での運転状態であり、暖気運転とは、冷間時の内燃機関の始動直後など、各作動部分の温度が、通常運転時の温度範囲よりも低い状態での運転状態をいう。

内燃機関の通常運転時に、可変動弁機構４０によってリフト量Ｄが大きくなるように排気バルブ５を往復運動させた場合には、傘部１０のバルブ面１１から熱が伝えられ、温度が高くなった冷媒２０が排気バルブ５の往復運動によって中空部１８内を移動することにより、冷媒２０の熱が軸部１５に伝えられる。このように、軸部１５に熱を伝える冷媒２０は、冷媒２０が傘部１０方向から、動弁機構側端部１７（図１参照）の方向に移動する際に軸部１５に熱を伝えながら移動するため、軸部１５における傘部１０側の端部である傘部側端部１６側から温度が高くなっていく。

温度が高くなった冷媒２０が中空部１８を移動することにより温度が高くなった軸部１５には、バルブガイド３０が接触している。このため、軸部１５の熱は、バルブガイド接触部３１を伝わってバルブガイド３０に伝えられ、これにより、軸部１５の熱の一部は、バルブガイド３０に放熱され、バルブガイド３０から、当該バルブガイド３０が設けられるシリンダヘッド２５に放熱される。

一方、内燃機関の暖気運転時に、可変動弁機構４０によってリフト量Ｄが小さくなるように排気バルブ５を往復運動させた場合には、排気バルブ５の往復運動の方向における移動量が小さくなるのに伴い、中空部１８内の冷媒２０の移動量も小さくなる。このため、中空部１８内の冷媒２０は、中空部１８内における傘部１０の内部と、軸部１５内の中空部１８における傘部側端部１６付近との間で移動する、或いは、中空部１８内における傘部１０の内部のみで移動する。これにより、冷媒２０から軸部１５には熱が伝わり難くなる。このため、冷媒２０の熱は放熱し難くなるので、冷媒２０の温度は低下し難くなり、燃焼室からバルブ面１１が受けた熱は、冷媒２０に伝わり難くなる。従って、暖気運転時に燃焼室で発生した熱は、冷媒２０を介して放熱し難くなる。

図４は、実施例１に係る中空吸排気バルブ冷却装置が設けられた内燃機関の制御手順を示すフロー図である。前記中空吸排気バルブ冷却装置が設けられた内燃機関の制御手順を詳細に説明すると、まず、停止している状態の内燃機関を始動し、内燃機関の運転を開始させる（ステップＳＴ１）。次に、水温センサで、冷却水の温度である水温（Ｔ°）を検出する（ステップＳＴ２）。

次に、ＥＣＵで、水温センサで検出した水温（Ｔ°）が、通常運転時であるか暖気運転時であるかを判断する基準の温度、即ち、通常運転温度以上であるか否かを判断する（ステップＳＴ３）。このように、水温（Ｔ°）と通常運転温度とを比較し、水温（Ｔ°）が通常運転温度未満の場合、つまり、（Ｔ°＜通常運転温度）の場合には、暖気運転時であると判断してステップＳＴ４に移行する。また、水温（Ｔ°）が通常運転温度以上の場合、つまり、（Ｔ°≧通常運転温度）の場合には、通常運転時であると判断してステップＳＴ５に移行する。

水温センサで検出した水温より、内燃機関が暖気運転時であるとＥＣＵで判断した場合には、可変動弁機構４０によって排気バルブ５のリフト量Ｄを調整し、リフト量Ｄを小さくする（ステップＳＴ４）。暖気運転時には、このように中空吸排気バルブ冷却装置１は暖気運転時状態、つまり、排気バルブ５のリフト量Ｄが小さくなった状態となり、内燃機関は、この状態で運転し続け再び水温を検出する（ステップＳＴ２）。

一方、水温センサで検出した水温より、内燃機関が通常運転時であるとＥＣＵで判断した場合には、可変動弁機構４０によって排気バルブ５のリフト量Ｄを暖気運転時におけるリフト量Ｄよりも大きくし、通常運転時のリフト量Ｄにする（ステップＳＴ５）。通常運転時には、このように中空吸排気バルブ冷却装置１は通常運転時状態、つまり、排気バルブ５のリフト量Ｄが暖気運転時のリフト量よりも大きくなった状態になり、通常運転に適したリフト量Ｄとなって内燃機関は通常運転を続ける。

以上の中空吸排気バルブ冷却装置１は、内燃機関の運転時に可変動弁機構４０によって排気バルブ５を往復運動させており、また、排気バルブ５の内部には中空部１８が形成され、当該中空部１８には冷媒２０が封入されている。このため、内燃機関の運転時には、可変動弁機構４０によって排気バルブ５を往復運動させることにより、冷媒２０は排気バルブ５内を移動する。さらに、可変動弁機構４０で排気バルブ５のリフト量Ｄを、内燃機関の通常運転時のリフト量Ｄよりも暖気運転時のリフト量Ｄの方が小さくなるようにしている。これにより、排気バルブ５内における冷媒２０の移動量は、通常運転時よりも暖気運転時の方が小さくなる。

また、排気バルブ５は、内燃機関に設けられている状態では、下端側に傘部１０が位置しているため、排気バルブ５の静止時には、冷媒２０は中空部１８内の傘部１０側に位置しているが、内燃機関の暖気運転時と通常運転時とで排気バルブ５のリフト量Ｄを変えることにより、暖気運転時における冷媒２０は、通常運転時よりも傘部１０付近から離れ難くなる。つまり、排気バルブ５のリフト量Ｄを変化させて、冷媒２０の移動量を通常運転時よりも暖気運転時の方が小さくなるようにすることにより、暖気運転時における冷媒２０は、通常運転時よりも傘部１０付近から離れ難くなる。

この冷媒２０は、内燃機関の運転時に、傘部１０が燃焼室から受けた熱を受け、排気バルブ５内を移動してこの熱を他の部分に伝える役割を有しているが、暖気運転時の冷媒２０の移動量を小さくして冷媒２０が傘部１０付近から離れ難くすることにより、傘部１０の熱は冷媒２０を介してシリンダヘッド２５等に伝わり難くなる。これにより、暖気運転時には、燃焼室の熱は、シリンダヘッド２５等を伝わって放熱し難くなり、燃焼室の温度を短時間で上昇させることができる。この結果、暖気運転の時間を短くすることができる。

また、暖気運転時に従来の内燃機関と同様に、燃料を多く燃焼させて内燃機関全体の温度を早急に上昇させ、暖気運転の時間を短くするためにアイドリングの回転数を上昇させた場合には、暖気運転時における排気バルブ５のリフト量Ｄを小さくすることにより、より暖気運転の時間を短くすることができる。つまり、暖気運転時にアイドリングの回転数を上昇させ、燃料を多く燃焼させることにより燃焼室で発生した多くの熱が、冷媒２０を介してシリンダヘッド２５等に放熱することを低減でき、燃焼室の温度をより短時間で上昇させることができる。これにより、暖気運転の時間を短くすることができ、早急にアイドリング回転数を下げて通常運転時におけるアイドリング回転数にすることができる。この結果、暖気運転時における燃料の消費量の低減を図ることができ、燃費の向上を図ることができる。

この実施例２に係る中空吸排気バルブ冷却装置は、実施例１に係る中空吸排気バルブ冷却装置と略同様の構成であるが、バルブガイドの近傍に冷却水路を設けている点に特徴がある。他の構成は実施例１と同様なので、その説明を省略するとともに、同一の符号を付す。図５は、本発明の実施例２に係る中空吸排気バルブ冷却装置を示す概略図である。同図に示す中空吸排気バルブ冷却装置７０は、シリンダヘッド２５のバルブガイド３０の近傍に、内燃機関内を循環する冷却水７２が通る冷却水路７１が、孔状の通路の形状で形成されている。この冷却水路７１は、シリンダヘッド２５のバルブガイド３０の近傍においてバルブガイド３０から離間した状態でバルブガイド３０の周囲に形成されている。つまり、冷却水路７１は、バルブガイド３０に近接した状態でバルブガイド３０の周囲に形成されている。さらに、複数の気筒（図示省略）を有する内燃機関には排気バルブ５は複数設けられているが、冷却水路７１は、これらの複数の排気バルブ５の軸部１５の周囲に設けられた各バルブガイド３０の近傍に設けられている。また、各バルブガイド３０の近傍に設けられる冷却水路７１は、全て連続して形成されている。つまり、各バルブガイド３０の近傍に設けられる冷却水路７１は、全て連通している。

また、内燃機関は車両（図示省略）に搭載されており、当該車両には、車室内に車室ヒータ（図示省略）が配設されている。この車室ヒータは、運転中の内燃機関から熱を受けることによって温度が高くなった冷却水７２と車室内に導入される空気との間で熱交換を行ない、この熱交換によって車室内の温度を上昇させることができる構造となっている。このため、前記冷却水路７１内を通る冷却水７２の少なくとも一部は、車室ヒータの方向に流れ、車室ヒータで車室内に導入される空気との間で熱交換を行なうことができるように設けられている。

この実施例２に係る中空吸排気バルブ冷却装置７０は、以上のごとき構成からなり、以下、その作用について説明する。当該中空吸排気バルブ冷却装置７０が設けられる内燃機関を運転した際には、上述した冷却水７２が内燃機関内を循環し、この冷却水７２は、バルブガイド３０の近傍に形成される冷却水路７１内にも供給され、冷却水路７１内を流れる。

また、実施例２に係る中空吸排気バルブ冷却装置７０では、内燃機関の暖気運転時には、排気バルブ５は可変動弁機構４０（図１参照）によって往復運動のリフト量Ｄ（図２参照）が調整され、中空部１８内の冷媒２０が、中空部１８のうち、排気バルブ５の往復運動の方向において冷却水路７１が形成されている位置から傘部１０の内部までの間に位置するリフト量Ｄで、排気バルブ５は往復運動をする。つまり、内燃機関の暖気運転時には、中空部１８内を移動する冷媒２０が、排気バルブ５の往復運動の方向において冷却水路７１が形成されている位置から傘部１０の内部までの間で移動するリフト量Ｄで排気バルブ５は往復運動をする。

このように、中空部１８内を移動する冷媒２０が、排気バルブ５の往復運動の方向において冷却水路７１が形成されている位置から傘部１０の内部までの間に位置し、この間で移動することにより、冷媒２０は、傘部１０が燃焼室から伝えられた熱を、排気バルブ５の往復運動の方向において冷却水路７１が形成されている位置付近の軸部１５に伝えることができる。つまり、冷媒２０の熱が多くの部分に伝えられることを抑制し、軸部１５における上記の部分に集中して伝えることができる。さらに、冷媒２０から軸部１５に伝えられた熱は、その軸部１５の周囲に位置するバルブガイド３０に伝えられる。

また、シリンダヘッド２５に形成される前記冷却水路７１は、バルブガイド３０に近接しているため、排気バルブ５の往復運動の方向において冷却水路７１が形成されている位置付近に冷媒２０が位置した際に軸部１５やバルブガイド３０に伝えられた熱は、冷却水路７１内の冷却水７２に伝えられる。これにより、冷却水７２の温度は上昇し、この冷却水７２が車室ヒータの方向に流れることにより、車室ヒータで、車室内に導入される空気との間で熱交換を行ない、車室内の温度を上昇させる。

以上の中空吸排気バルブ冷却装置７０は、可変動弁機構４０によって暖気運転時の排気バルブ５のリフト量Ｄを調整し、暖気運転時における排気バルブ５のリフト量Ｄを、中空部１８内の冷媒２０が排気バルブ５の往復運動時に、当該往復運動の方向において冷却水路７１が形成されている位置付近と傘部１０の内部との間で移動するリフト量Ｄになるようにしている。これにより、暖気運転時に、傘部１０が燃焼室から受け、さらに冷媒２０が傘部１０から受けた熱を、冷却水路７１内の冷却水７２に伝え易くすることができる。これにより、暖気運転時に、冷却水７２の温度を早急に上昇させることができる。また、この冷却水７２は、前記車室ヒータの方向にも流れ、車室内に導入される空気と熱交換をすることによって車室内を暖めている。従って、暖気運転時に、冷却水７２の温度を早急に上昇させることにより、車室ヒータで車室内の温度も早急に上昇させることができる。この結果、内燃機関が搭載される車両の暖房性能の向上を図ることができる。

なお、実施例２に係る中空吸排気バルブ冷却装置７０は、バルブガイド３０の近傍に冷却水路７１を形成しているが、バルブガイド３０の近傍には内燃機関内を循環するオイルが流れるオイル通路（図示省略）を形成してもよい。このオイル通路は、実施例２に係る中空吸排気バルブ冷却装置７０に形成された冷却水路７１と同様に、孔状の通路の形状で形成し、シリンダヘッド２５のバルブガイド３０の近傍においてバルブガイド３０から離間した状態でバルブガイド３０の周囲に形成する。また、このように、バルブガイド３０の周囲にオイル通路を形成した場合でも、実施例２に係る中空吸排気バルブ冷却装置７０と同様に、内燃機関の暖気運転時には、可変動弁機構４０で排気バルブ５のリフト量Ｄを調整し、排気バルブ５の往復運動の方向においてオイル通路が形成されている位置から傘部１０の内部までの間に冷媒２０が位置するリフト量で、排気バルブ５を往復運動させる。

これにより、内燃機関の暖気運転時に、傘部１０を介して冷媒２０が受けた燃焼室からの熱を、排気バルブ５の往復運動の方向においてオイル通路が形成されている位置付近の軸部１５に集中して伝えることができ、さらに、この軸部１５の熱をバルブガイド３０及びシリンダヘッド２５を介してオイル通路内のオイルに伝え易くなる。オイル通路内のオイルは、内燃機関の作動部分の潤滑などを行なうが、暖気運転時に燃焼室で発生した熱がオイルに伝わり易くなっているので、オイルの温度を早急に上昇させることができる。これにより、内燃機関内を循環するオイルの粘度を早急に小さくすることができ、当該内燃機関の始動直後に、オイル粘度に起因する各作動部分の抵抗、即ち、フリクションの低減を図ることができる。この結果、燃費の向上を図ることができる。

また、上述した中空吸排気バルブ冷却装置１、７０では、ＥＣＵによって可変動弁機構４０を制御し、内燃機関の運転中に自動的に排気バルブ５のリフト量Ｄが変化するように形成されているが、排気バルブ５のリフト量Ｄを、内燃機関の運転中に任意で変化させることができるように設けられていてもよい。例えば、内燃機関の運転を操作する操作部（図示省略）によって内燃機関を操作して外部から排気バルブ５のリフト量Ｄを変化させることができるようにし、操作部を操作することによって、内燃機関の暖気運転時には、通常運転時よりもリフト量Ｄが小さくなるようにしてもよい。内燃機関の暖気運転時には、通常運転時よりも排気バルブ５のリフト量Ｄが小さくなるようになっていれば、排気バルブ５のリフト量Ｄの調整は、自動的に変化させても、操作部からの操作など任意で変化させてもよい。

また、可変動弁機構４０は、上述した形態や構造以外のものを用いてもよい。可変動弁機構は、内燃機関の運転中に自動的に、または任意で排気バルブ５のリフト量Ｄを変えることができるものであれば、上述した形態や構造以外のものでもよい。

また、上述した中空吸排気バルブ冷却装置１、７０では、中空吸排気バルブ冷却装置１、７０が有する中空吸排気バルブの一例として排気バルブ５を説明しているが、本発明に係る中空吸排気バルブ冷却装置１、７０が有する中空吸排気バルブは、排気バルブ５以外の中空吸排気バルブでもよく、吸気バルブでもよい。排気バルブ５以外の中空吸排気バルブでも、内燃機関の暖気運転時の中空吸排気バルブのリフト量Ｄを、通常運転時の中空吸排気バルブのリフト量Ｄよりも小さくなるようにすることにより、暖気運転の時間を短くすることができる。

以上のように、本発明に係る中空吸排気バルブ冷却装置は、可変動弁機構を有する中空吸排気バルブ冷却装置に有用であり、特に、中空吸排気バルブ内に熱伝導媒体が封入された中空部が形成されている場合に適している。

本発明の実施例１に係る中空吸排気バルブ冷却装置を示す概略図である。図１のＡ部詳細図である。図２の排気バルブが移動した状態を示す図である。実施例１に係る中空吸排気バルブ冷却装置が設けられた内燃機関の制御手順を示すフロー図である。本発明の実施例２に係る中空吸排気バルブ冷却装置を示す概略図である。

符号の説明

１、７０中空吸排気バルブ冷却装置
５排気バルブ
１０傘部
１１バルブ面
１２斜面
１５軸部
１６傘部側端部
１７動弁機構側端部
１８中空部
２０冷媒
２５シリンダヘッド
３０バルブガイド
３１バルブガイド接触部
４０可変動弁機構
４１カムシャフト
４２回転カム
４３ベース部
４４ノーズ部
４５支持シャフト
４６コントロールシャフト
５１第１介在部材
５２第１ローラ
５５第２介在部材
５６円弧面部
５７押圧部
５８凸面部
５９凹面部
６０ロッカーアーム
６１第２ローラ
６５ピボット
６６ピボット支持材
７１冷却水路
７２冷却水

Claims

内燃機関に設けられ、且つ、軸部の一端に傘部を有すると共に前記軸部及び前記傘部の内部には中空部が形成されており、前記中空部には冷媒が封入される中空吸排気バルブと、
前記内燃機関の運転時に前記中空吸排気バルブを往復運動させ、且つ、前記内燃機関の暖気運転時には前記中空吸排気バルブのリフト量を、前記内燃機関の通常運転時の前記中空吸排気バルブのリフト量よりも小さくする可変動弁機構と、
を備えることを特徴とする中空吸排気バルブ冷却装置。
前記軸部の近傍には前記内燃機関内を循環する冷却水が流れる冷却水路が形成されており、
前記可変動弁機構は、前記内燃機関の暖気運転時には、前記中空部のうちの、前記中空吸排気バルブの往復運動の方向において前記冷却水路が形成されている位置から前記傘部の内部までの間に前記冷媒が位置する前記リフト量で、前記中空吸排気バルブを往復運動させることを特徴とする請求項１に記載の中空吸排気バルブ冷却装置。
前記軸部の近傍には前記内燃機関内を循環するオイルが流れるオイル通路が形成されており、
前記可変動弁機構は、前記内燃機関の暖気運転時には、前記中空部のうちの、前記中空吸排気バルブの往復運動の方向において前記オイル通路が形成されている位置から前記傘部の内部までの間に前記冷媒が位置する前記リフト量で、前記中空吸排気バルブを往復運動させることを特徴とする請求項１に記載の中空吸排気バルブ冷却装置。