JP4583407B2

JP4583407B2 - ４行程エンジンの排気弁冷却装置

Info

Publication number: JP4583407B2
Application number: JP2007130124A
Authority: JP
Inventors: 伊佐雄白柳; 洋介白柳
Original assignee: SGG R&D CO., LTD
Current assignee: SGG R&D CO., LTD
Priority date: 2007-05-16
Filing date: 2007-05-16
Publication date: 2010-11-17
Anticipated expiration: 2027-05-16
Also published as: JP2008286043A

Description

本発明は、主として、自動車に用いられる４行程エンジンの、ポペット形をした排気弁の冷却装置に関するものであり、特に、排気弁のステムを水冷するための装置に関する。

一般に、排気弁が開く排気行程では燃焼室から噴出してくる高熱の既燃ガスが激しくステムに当接して過熱させることが知られている。過熱した排気弁は吸入、圧縮、および膨張の排気弁が閉じた状態で進行する３行程が行われる間、排気に曝されていた弁体近傍のステムが弁ガイドの中へ退去しているので、ステムを支持する弁ガイドに吸熱されて冷却されて、ことなきを得ている。

一方、近年はエンジンの高速化に伴う動弁系の軽量化のため、ステムの直径が細く設計される傾向にあり、ステムの熱容量が小さくなっているので、ステムの過熱が顕在化しており、特に、ステムの弁体に近い部分の過熱が激しく、ステムが曲がる不具合の発生するおそれがあった。

従来、このような不具合を解消するため、ステムの弁体近傍のみ直径を増し、熱容量を大きくして過熱を避けることが行われるが、排気弁を軽量化しようとする技術の進化の妨げになった。

他方、排気弁を直接に冷却する技術として、排気弁のステムを通して弁体に至る通水路を設け、そこに冷却水を循環させて排気弁の弁体とステムとを同時に水冷する技術（特許文献１参照）や、燃焼室側から弁体へ向けて気流を噴射し、排気弁の弁体を空冷する技術（特許文献２参照）が提案されている。また、ステムの冷却を目的として、排気弁のステムを吸気通路の中に露出させて吸気によって冷却する技術（特許文献３参照）が提案されている。

しかしながら、車両用の排気弁の比較的細いステムに冷却水の通水路を設けることは、それ自体が加工困難で実用的でなかった。また、弁体へ直接に冷気を噴射して空冷する技術は、冷却される位置が弁体にとどまりステムの冷却には及ばなかった。さらに、ステムを吸気通路の中に露出させて冷却する構造は、給排気の通路構成を複雑にして通気抵抗を増すことになる不具合があった。
特開平７−２９３２１２号公報特開平９−１２５９６５号公報特開平９−１２５９６５号公報

解決しようとする問題点の一は、排気弁を水冷して過熱を防止することであり、問題点の二は、従来のように排気弁に冷却水を循環させるような難しい加工を要する構造でなく排気弁を水冷することである。また、問題点の三は排気弁を冷却するために要する水量を可及的に少量として、車両への搭載を容易にすることである。

本発明は、排気通路の燃焼室へ通じる弁口を閉じる弁体と、その弁体の中心部から軸方向にステムを突出させ、そのステムを弁ガイドによって摺動可能に支持したポペット形の排気弁を有する４行程エンジンにおいて、前記弁ガイドのガイド孔に、排気通路側の端部近傍に位置して内周溝を設け、内周溝と弁ステムとの間に送水源に通じる環状の水室を設けるとともに、前記水室より動弁室側の通水抵抗を水室より排気通路端部側の通水抵抗を少なく設定することを最も主要な特徴とする。

本発明に係る排気弁冷却装置は、排気弁のステムを弁ガイドの内面に形成した水室内を通過させ、濡らすだけの簡単な手法によって排気弁の過熱を阻止することができ、加工が容易で実施し易い。また、冷却はステムを濡らして、その気化潜熱によって放熱させるものであるから、少量の冷却水によって有効に冷却することができ、冷却水消費量が少なくて済み、車載する冷却水タンクを小さなものとすることができるほか、冷却水の補充が容易であるなどの利点がある。

以下、図面によって本願発明の一実施例を説明する。図１は頭上カム式の４行程ガソリンエンジンを示す断面図である。図中、１０はシリンダヘッドであり、その下面に燃焼室１２をなす凹部が形成されている。１４は燃焼室１２に開口する吸気通路、１６は排気通路であり、それぞれ吸気弁１５と排気弁１７によって開閉される。

前記両弁１５，１７は前記吸気通路１４と排気通路１６の燃焼室１２への開口部１４ａ、１６ａを開閉する弁体１５ａ、１７ａと、弁ガイド１８、１９によって摺動自在に支持されるステム１５ｂ、１７ｂとを有する。また、それらは弁ばね２０、２０によって閉じ方向に付勢されるとともに、その弁ばね２０、２０の弾力に抗して動弁カム軸２２により開閉される。２３、２３は油下がり防止用のシール部材である。なお、以上の構成は従来から慣用されているシリンダヘッド構造と大差がない。

２５は本願発明の実施のために準備された給水装置である。給水装置２５は少量の防錆材を混ぜた清水を蓄えるための水タンク２６を有する。その水タンク２６には前記排気弁１７を支持する弁ガイド１９に通じる給水路２９が接続されている。２７は給水路２９の途中に介装された給水ポンプ、２８は計量弁である。

よって、エンジンが運転されると、水タンク２６に蓄えられた清水が前記計量弁２８によって所定の流量に調節され、シリンダヘッド１０に穿設された給水路２９を通して排気弁１７側の弁ガイド１９へ送られる。

計量弁２８の動作はカム軸の回転に同期させることが望ましいが、非同期であっても類似した効果が得られる。また、通水量は消費されるガソリン量を目安としている。

前記排気弁１７側の弁ガイド１９は略筒状をなし、アルミ合金製のシリンダヘッド１０に圧入されている。弁ガイド１９の内面、すなわちガイド孔には、排気通路１６側の端部近傍に位置して排気弁１７のステムを囲む水室３０が設けられている。水室３０には前記給水路２９が連通する一方で、前記排気通路１６に通じる３個の小さな通水路３１、３１が設けられ、水室３０から弁ガイド１９の排気通路側の端部に通じる通水路をなしている。

通水路３１を弁側に設けるときは研削によって略三角平坦部３２を一部につけて通水路とし、弁が開いた時のみ開通するようにするのが効果的である。そのときは計量弁２８を省略することもある。
なお、通水路３１はこの態様で設けられずとも、水室３０から排気通路１６に至る間の弁ガイド１９の内径を僅かに大径に拡大することでも足りる。

よって、計量弁２８から水室３０へ冷却水が送られると、冷却水は水室３０を満たすとともに、小さな通水路３１、３１を通して弁ガイド１９内面の水室３０から排気通路１６に至る間に薄い水膜が形成され、前記排気弁１７は水室３０から排気通路１６に至る間で清水によって冷却される。

以上のように構成された実施例によれば、排気弁１７のステムが水室３０の中を通して排気通路１６内へ進退するので、水室３０に送られた清水は弁ガイド１９を冷却し弁ガイド１９によるステムの冷却を助長すると同時に、弁ガイド１９内を摺動するステムの表面に付着して排気通路１６内に移動し、そこで気化してステムの熱を吸引し冷却する。よって、排気弁１７の排気通路１６内へ露出する部分の過熱が防止されノッキングが少なくなる。

本願発明の一例を示すエンジンのシリンダヘッドの断面図である。その要部の拡大断面図である。図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。略三角平坦部を示す図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。

符号の説明

１０シリンダヘッド
１２燃焼室（凹部）
１４吸気通路
１５吸気弁
１６排気通路
１７排気弁
１８、１９弁ガイド
２０、２０弁ばね
２２動弁カム軸
２３、２３シール部材
２５給水装置
２６水タンク
２７給水ポンプ
２８計量弁
３０水室
３１水路
３２略三角平坦部

Claims

排気通路の燃焼室へ通じる弁口を閉じる弁体と、その弁体の中心部から軸方向にステムを突出させ、そのステムを弁ガイドによって摺動可能に支持したポペット形の排気弁を有する４行程エンジンにおいて、前記弁ガイドのガイド孔に、排気通路側の端部近傍に位置して内周溝を設け、内周溝と弁ステムとの間に送水源に通じる環状の水室を設けるとともに、前記水室より排気通路反対端部側の通水抵抗にくらべ水室より排気通路側端部の通水抵抗を少なく設定してなる排気弁冷却装置において、水室より排気通路側端部に通じる水路を弁ガイドに形成してなる排気弁冷却装置。
請求項１において、前記水室より排気通路反対端部側の通水抵抗にくらべ水室より排気通路側端部側の通気抵抗を少なく設定する手段として、弁ステムの一部に略三角平坦部を形成してなる排気弁冷却装置。
請求項２において、前記弁ステムの一部に形成された略三角平坦部は、排気弁が開いた時のみ排気通路に開通するよう設けた排気弁冷却装置。