JP4691061B2 - ポペット弁の肉抜き構造 - Google Patents

Description

本発明は、主として二輪車を含む高性能な自動車エンジン用に好適な、軽量化されたポペット弁に関するものである。

一般に、エンジンの吸排気弁として使用されるポペット弁は、円錐状の弁面を有する傘状の弁体から、弁ガイドによって案内される丸棒状のステムに至る全体が、熱間鍛造法によって冶金的一体に製造されている。そのため、弁体はもちろんステムまで中実になっており、慣性重量が大きいので材料の経済性、および、燃料消費量削減の観点から改良が求められている。

他方、ポペット弁は排気弁として使用されるとき、過熱を防止するためにステムを中空にして、内部にナトリウムを封入したものが慣用される。そのようにステムを中空にすることは、結果的に軽量化に大きく寄与するので軽量化の手段としても使用が検討されている（特許文献１参照）。

しかし、従来から軽量化は専らステム部分に限られ、傘状をした弁体の部分には及んでおらず、研究はされているものの実用化されていない。弁体部分の軽量化の例として、主たるものはステムを中空にする過程で偶発的に弁体の軽量化が図られているものがある（特許文献１参照）。また、希少例であるが、ステムの周りに数個の扇形に肉抜きして、リブを残す形状のものが提案されている（特許文献２参照）。

しかしながら、前者は多工程を要する冷間鍛造法によって作られるもので、従来の鍛造加工による成形に適さず高価になった。また、後者は鍛造可能ではあっても、ステムと弁体の燃焼室に面した弁板部との結合部の剛性を高くできず、補強が容易でない不具合があった。
特開２００３−６５０１３号公報 特開２００３−３４３２１９号公報

解決しようとする問題点は、ステムと弁体との結合部分の剛性を低下させることなく、弁体部分の軽量化を図るとともに、ステムを中空に穿孔する場合にはその穿孔作業を容易に行い得るポペット弁の肉抜き構造を得ることにある。

本発明は、弁座へ着座する円錐状の弁面を設けた弁体と、その弁体の軸芯部から前記弁面の頂点方向へ向けて伸びるステムとを有し、前記弁体を外縁に弁面を形成した環状の弁部と、軸芯部に配置され燃焼室方向へ拡大する円錐状の筒体からなる根部、および、それら弁部と根部との間を、円板状をなす弁蓋部と軸芯方向へ向けて高さの増す複数の補強リブとによって連結するとともに、前記根部の小径端には環状の底部を設け、その底部中央からステム内へ通じる肉抜き孔の内部に収容したナトリウムを第２蓋で閉止し、かつ根部の大径側を円板状の第１蓋で閉止したことを特徴とする。

本発明に係るポペット弁は、弁体がステムの周りに配された数個の扇形凹部によって肉抜きされ、さらにステムの延長線上も大径の第１孔によって肉抜きされている。よって、弁体にはステムの延長上に肉がないので軽量化することができる。

しかも、筒体からなる根部の外面が、ステムから燃焼室方向へ向けて拡大しているから、ステムに連なる根部と弁部に連なる円板状の弁蓋部とが高い剛性をもって連結され、薄肉にして軽量化を図っても強度の低下がない利点がある。また、前記根部と弁蓋部とは鍛造の際に上下の型に挟圧されて組織が緻密になり機械的な強度を一層向上させることができる。

前記大径の第１孔はステムの延長線上に設けられているから、鍛造の際に金型によってステムの部分に肉抜き孔、あるいは後の機械加工の下孔となる孔を穿孔するのが容易で、軽量化によって製造が困難になることもない。

さらに、ステムに穿孔して中空弁とする場合に、第１孔と第２孔のそれぞれの開口部を鋼球、円板などで密封したから、前記第２孔にナトリウムなど流体状の伝熱部材を封入した場合にも、その伝熱部材を封入した第２蓋（鋼球）が第１蓋によって覆われ、燃焼室内へ露出しないから過早着火、あるいはノッキングなどの原因となる不具合がないなどの利点がある。

以下、本願発明に係る実施例を図面によって説明する。図１中、１０はエンジンの排気弁である。排気弁１０は図示してないエンジンの弁座へ着座する円錐状の弁面１２を設けた弁体１５と、その弁体１５の軸芯部から弁面１２の頂点方向へ向けて伸びる管状のステム２０からなる。

前記弁体１５は従来のポペット弁と同様な傘形の輪郭に作られており、ステム側に位置してステム２０の周りに略扇形をした６個の肉抜き凹部１４と、燃焼室側に位置して中心部に比較的大径の第１孔２５ａが形成されている点が相違している。すなわち、弁体１５は外縁に前記弁面１２を形成した環状の弁部１６と、燃焼室側が大径の円錐状の根部２１とが、弁部１６の燃焼室側を閉じる弁蓋部１８と補強リブ１９とによって連結された構造となっている。

前記根部２１は燃焼室側からステム側へ向けて内外径が減少する円錐状に作られており、大径側が前記弁蓋部１８の中央に開設された第１孔２５ａの開口部の周縁に連結され、小径側が前記ステム２０と連結されている。なお、根部２１の小径側には底部２３が設けられ、その底部２３の中心部からステム２０のストレート部２２へ向けて伸びる比較的小径で長い第２孔２５ｂが設けられている。

なお、前記比較的小径で長い第２孔２５ｂは図１の例では、内部にナトリウムを封入するための孔で、前記コッタ溝２４の近傍まで、ガンドリルによって穿孔され、図２の例では軽量化のための単純な肉抜き孔、あるいは前記ガンドリルのよる穿孔の下孔として用いられるものである。

かくて、弁体１５は６個の肉抜き凹部１４と大径の第１孔２５ａとによって、環状の弁部１６を除いて薄い板状に成形され軽量となっている。他方、根部２１の作用で弁部１６とステム２０との結合部に高い剛性が得られるほか、鍛造によって緻密な組織となっているので機械的な強度を損なうことなく軽量化が達成されている。

ステム２０は前記弁体１５の一部をなす勾配をもった筒状の根部２１と一体に鍛造され連結され、図示してない弁ガイドによって支持されるストレート部２２をなしている。ステム２０の端部近傍には、周知のコッタ溝２４が設けられ、戻しばね（図示してない）の弾力でステム２０を閉弁方向へ付勢している。２５は肉抜き孔であり、弁体１５の方向からステム２０の軸線と同芯に形成されている。

２６は前記第２孔２５ｂの開口部に圧入された第２蓋たる鋼球であり、２７は前記第１孔２５ａの開口部を覆って溶着されている円板状の第１蓋である。２３ａは前記鋼球２６の脱落を防止するべく第２孔２５ｂの周縁へ等分に３箇所が点溶接された痕跡である。 なお、鋼球はテーパ栓あるいは平板の溶接であっても密閉する蓋であればよい。

上記実施例に係る排気弁１０はステム２０のストレート部２２へ穿孔するべき肉抜き孔２５を弁体１５側から穿孔して形成するものであるにも拘らず、その肉抜き孔２５の入り口の部分が、弁体１５の大径の部分に位置することを利用して、肉抜き孔２５を大径の第１孔２５ａと小径の第２孔２５ｂとに分けることにより、小径の部分２５ｂの長さを短縮したので成形が容易となり、数工程に亘ってストレート部２２の穿孔を行う必要がなくなり、あるいはストレート部２２の太さを大きくすることなく成形を行うことができるようになった。

本発明に係るエンジン排気弁の縦断面図である。 図１中のＩＩ−ＩＩ断面図である。 他の実施例を示す図１相当の縦断面図である。

符号の説明

１０ 排気弁
１２ 弁面
１４ 扇形凹部
１５ 弁体
１６ 弁部
１８ 弁蓋部
１９ 補強リブ
２０ ステム
２１ 根部
２２ ストレート部
２２ａ 加締め加工の痕跡
２３ 底部
２３ａ 痕跡
２４ コッタ溝
２５ 肉抜き孔
２５ａ 第１孔
２５ｂ 第２孔
２６ 鋼球（第２蓋）
２７ 円板（第１蓋）

Claims (1)

1. 弁座へ着座する円錐状の弁面を設けた弁体と、その弁体の軸芯部から前記弁面の頂点方向へ向けて伸びるステムとを有し、前記弁体を外縁に弁面を形成した環状の弁部と、軸芯部に配置され燃焼室方向へ拡大する円錐状の筒体からなる根部、および、それら弁部と根部との間を、円板状をなす弁蓋部と軸芯方向へ向けて高さの増す複数の補強リブとによって連結するとともに、前記根部の小径端には環状の底部を設け、その底部中央からステム内へ通じる肉抜き孔の内部に収容したナトリウムを第２蓋で閉止し、かつ根部の大径側を円板状の第１蓋で閉止してなるポペット弁の肉抜き構造。

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