JP6029742B2 - Hollow poppet valve - Google Patents
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Description
ポペットバルブの傘部から軸部にかけて形成された中空部に冷却材が装填された中空ポペットバルブに係り、特に、バルブ傘部の大径中空部とバルブ軸部の小径中空部が連通する中空ポペットバルブに関する。 The present invention relates to a hollow poppet valve in which a coolant is charged in a hollow portion formed from an umbrella portion to a shaft portion of the poppet valve, and in particular, a hollow poppet in which a large-diameter hollow portion of the valve umbrella portion and a small-diameter hollow portion of the valve shaft portion communicate with each other. Regarding valves.
下記特許文献1、2等には、軸端部に傘部を一体的に形成したポペットバルブの傘部から軸部にかけて中空部が形成され、バルブの母材よりも熱伝導率の高い冷却材(例えば、金属ナトリウム、融点約98℃)が不活性ガスとともに中空部に装填された中空ポペットバルブが記載されている。
In the following
バルブの中空部は、傘部内から軸部内に延びており、それだけ多くの量の冷却材を中空部に装填できるので、バルブの熱伝導性(以下、バルブの熱引き効果という)を高めることができる。 Since the hollow portion of the valve extends from the inside of the umbrella portion into the shaft portion, and so much coolant can be loaded into the hollow portion, the thermal conductivity of the valve (hereinafter referred to as the heat extraction effect of the valve) can be improved. it can.
即ち、エンジンの駆動によって燃焼室は高温になるが、燃焼室の温度が高すぎると、ノッキングが発生して所定のエンジン出力が得られず、燃費の悪化(エンジンの性能の低下)につながる。そこで、燃焼室の温度を下げるために、燃焼室で発生する熱をバルブを介して積極的に熱伝導させる方法(バルブの熱引き効果を上げる方法)として、冷却材を不活性ガスとともに中空部に装填した種々の中空バルブが提案されている。 That is, although the combustion chamber becomes hot due to the driving of the engine, if the temperature of the combustion chamber is too high, knocking occurs and a predetermined engine output cannot be obtained, leading to deterioration of fuel consumption (deterioration of engine performance). Therefore, as a method of actively conducting heat generated in the combustion chamber through the valve in order to lower the temperature of the combustion chamber (a method for increasing the heat-sucking effect of the valve), the coolant is hollowed together with the inert gas. Various hollow valves loaded in the box have been proposed.
従来の冷媒入り中空ポペットバルブ(特許文献1,2)では、傘部内の円盤状大径中空部と軸部内の直線状小径中空部間の連通部が滑らかな曲線領域(内径が徐々に変わる遷移領域)で構成されているが、この連通部が滑らかに連続する形状であることで、バルブの開閉動作(バルブの軸方向への往復動作)の際に冷却材(液体)が封入ガスとともに大径中空部と小径中空部間をスムーズに移動できて、バルブの熱引き効果が上がると考えられている。
In the conventional hollow poppet valve with refrigerant (
然るに、従来技術(特許文献1,2)では、バルブの開閉動作に合わせて大径中空部と小径中空部間で冷却材(液体)がスムーズに移動できることから、中空部内の冷却材(液体)は、上層部,中層部,下層部が攪拌されることなく互いに上下関係を保持したままの状態で軸方向に移動している。
However, in the prior art (
このため、熱源に近い側の冷却材下層部における熱が冷却材中層部,上層部に積極的に伝達されず、熱引き効果(熱伝導性)が十分に発揮されない、という問題があった。 For this reason, there is a problem that heat in the lower layer portion of the coolant close to the heat source is not positively transmitted to the middle layer portion and the upper layer portion of the coolant, and the heat drawing effect (thermal conductivity) is not sufficiently exhibited.
これに対し、特許文献3では、バルブ軸部内の小径中空部がバルブ傘部内の円盤形状(円柱形状)の大径中空部の天井面に直交して連通する構造で、バルブが軸方向に往復動作する際の冷却材に作用する慣性力に起因して、大径中空部の外周面に沿って上方に向かう冷却材の流れが発生し、大径中空部内の冷却材に縦方向内回りの旋回流(以下、この縦方向の旋回流をタンブル流という)が形成されて、冷却材が攪拌されるので、バルブの熱引き効果が上がる、と推定される。
On the other hand, in
しかし、特許文献3では、大径中空部の外周面(傘部外殻の凹部の内周面)が円筒形であるため、バルブが軸方向に往復動作する際に発生する、大径中空部の外周面に沿って上方に向かう冷却材の流れは、非常に弱い。
However, in
即ち、発明者が検討したところ、例えば、自動車の加減速時やコーナリング時には、バルブ中空部内の冷却材に作用する慣性力の作用方向は上下方向とは異なる種々の方向となるので、バルブが軸方向に往復動作する際に、大径中空部内の外周面の全周にわたって上方に向かう冷却材の流れが必ず発生するとは限らない。 That is, the inventors have examined that, for example, during acceleration / deceleration or cornering of an automobile, the direction of the inertial force acting on the coolant in the hollow portion of the valve is different from the vertical direction. When the reciprocating operation is performed in the direction, the coolant flow does not necessarily occur upward over the entire outer periphery of the large-diameter hollow portion.
しかも、軸荷重が伝達されるバルブ軸端部と軸荷重伝達部材(例えば、ロッカアーム式動弁機構では、ロッカアーム、直動式動弁機構では、タペット)との摺接面に発生する回転摩擦トルクの大きさによっては、バルブが周方向に回転しつつ軸方向に上下動する場合もあり、そのような場合は、バルブが軸方向に往復動作する際に、大径中空部の外周面に沿って周方向に向かう流れも発生し、その分、大径中空部の外周面に沿って上方に向かう冷却材の流れが弱くなる。 Moreover, the rotational friction torque generated on the sliding contact surface between the valve shaft end portion to which the shaft load is transmitted and the shaft load transmission member (for example, a rocker arm in the rocker arm type valve mechanism, or a tappet in the direct acting type valve mechanism). Depending on the size of the valve, the valve may move up and down in the axial direction while rotating in the circumferential direction. In such a case, when the valve reciprocates in the axial direction, it follows the outer circumferential surface of the large-diameter hollow portion. Accordingly, a flow in the circumferential direction is also generated, and accordingly, the flow of the coolant upward is weakened along the outer peripheral surface of the large-diameter hollow portion.
このように、特許文献3では、バルブが軸方向に往復動作する際に、大径中空部内の冷却材に内回りのタンブル流がスムーズに形成されるとは限らず、冷却材が十分に攪拌されず、バルブの熱引き効果を大きく改善することはできない。
As described above, in
そこで、発明者は、大径中空部の外周面を画成する傘部外殻の凹部の内周面に周方向等間隔に縦リブを設けて、バルブが軸方向に往復動作する際に、大径中空部外周面に沿った上方に向かう冷却材の流れの発生を助長してやれば、大径中空部内の冷却材において内回りのタンブル流の形成が促進される、と考えた。 Therefore, the inventor provided vertical ribs at equal intervals in the circumferential direction on the inner circumferential surface of the concave portion of the umbrella outer shell that defines the outer circumferential surface of the large-diameter hollow portion, and when the valve reciprocates in the axial direction, It was considered that the formation of an inner tumble flow was promoted in the coolant in the large-diameter hollow portion if the generation of the coolant flowing upward along the outer peripheral surface of the large-diameter hollow portion was promoted.
本発明は、前記した従来技術の問題点および発明者の知見に基づいてなされたもので、その目的は、大径中空部を画成する傘部外殻の凹部の内周面に縦リブを設けて、大径中空部の底面側から外周面に沿って上方に向かう冷却材の流れの発生を助長することで、内回りのタンブル流の形成が促進されて、バルブの熱引き効果(熱伝導性)を大きく改善できる中空ポペットバルブを提供することにある。 The present invention has been made on the basis of the problems of the prior art described above and the knowledge of the inventor. The purpose of the present invention is to provide vertical ribs on the inner peripheral surface of the concave portion of the umbrella outer shell that defines the large-diameter hollow portion. By providing it and facilitating the generation of coolant flow upward from the bottom surface side of the large-diameter hollow portion along the outer peripheral surface, the formation of the inner tumble flow is promoted, and the heat drawing effect of the valve (heat conduction) It is an object of the present invention to provide a hollow poppet valve that can greatly improve the performance.
前記目的を達成するために、本発明(請求項1)に係る中空ポペットバルブにおいては、軸端部に傘部を一体的に形成したポペットバルブの傘部から軸部にかけて中空部が形成され、前記中空部に不活性ガスとともに冷却材が装填された中空ポペットバルブにおいて、
前記バルブ傘部内には、円盤形状の大径中空部が設けられ、前記バルブ軸部内に設けられた直線状の小径中空部が前記円盤形状の大径中空部の天井面に直交するように連通して、前記バルブが軸方向に往復動作する際、少なくとも前記大径中空部内の冷却材に前記バルブの中心軸線周りに縦方向内回りのタンブル流が形成される中空ポペットバルブであって、
前記大径中空部を、該大径中空部の天井側全体を画成する凹部を形成した傘部外殻と、前記凹部の開口側に溶接して該大径中空部の底面を画成するキャップで構成し、
前記傘部外殻の内周面には、周方向等間隔に縦リブを設けるように構成した。In order to achieve the object, in the hollow poppet valve according to the present invention (Claim 1), the hollow portion is formed from the umbrella portion of the poppet valve integrally formed at the shaft end portion to the shaft portion, In a hollow poppet valve in which a coolant is loaded with an inert gas in the hollow portion,
A disc-shaped large-diameter hollow portion is provided in the valve umbrella portion, and a linear small-diameter hollow portion provided in the valve shaft portion communicates perpendicularly to a ceiling surface of the disc-shaped large-diameter hollow portion. And, when the valve reciprocates in the axial direction, a hollow poppet valve in which a tumble flow around the central axis of the valve is formed at least in the coolant in the large-diameter hollow portion,
The large-diameter hollow portion is welded to the outer shell of the umbrella portion formed with a recess that defines the entire ceiling side of the large-diameter hollow portion, and the bottom surface of the large-diameter hollow portion is defined by welding to the opening side of the recess. Composed of caps,
Longitudinal ribs were provided at equal intervals in the circumferential direction on the inner circumferential surface of the umbrella outer shell.
(作用)バルブが閉弁状態から開弁状態に移行する際(バルブが下降する際)には、図3(a)に示すように、中空部内の冷却材(液体)には慣性力が上向きに作用する。そして、大径中空部中央部の冷却材に作用する慣性力(上向き)が大径中空部周辺領域の冷却材に作用する慣性力よりも大きいため、大径中空部内の冷却材が連通部を介して小径中空部に移動しようとする。しかし、連通部には庇状の環状段差部が形成されているため、換言すれば、大径中空部の天井面(大径中空部における小径中空部の開口周縁部)がバルブの中心軸線に対し略直交する平面で構成されているため、冷却材は、連通部が滑らかな形状で形成されている従来の中空バルブのようにスムーズに小径中空部に移動できない。 (Operation) When the valve shifts from the closed state to the open state (when the valve descends), as shown in FIG. 3 (a), the inertial force is directed upward in the coolant (liquid) in the hollow portion. Act on. And since the inertial force (upward) acting on the coolant in the central part of the large-diameter hollow part is larger than the inertial force acting on the coolant in the peripheral area of the large-diameter hollow part, the coolant in the large-diameter hollow part It tries to move to the small-diameter hollow part via. However, since the communication portion is formed with a bowl-shaped annular step portion, in other words, the ceiling surface of the large-diameter hollow portion (the opening peripheral edge of the small-diameter hollow portion in the large-diameter hollow portion) is in the central axis of the valve. On the other hand, since it is composed of a plane that is substantially orthogonal, the coolant cannot smoothly move to the small-diameter hollow portion like a conventional hollow valve in which the communicating portion is formed in a smooth shape.
即ち、大径中空部内の冷却材には、上向きの慣性力が作用することで、図4(a)に示すように、環状段差部(大径中空部の天井面)に沿って連通部の中心(半径方向内側)に向かう流れF1,F2が発生する。そして、環状段差部に沿って連通部の中心(半径方向内側)に向かう流れF2同士が互いに衝突して、連通部においては、大径中空部底面側に向かう流れF3と、小径中空部S2の上方に向かう流れF4が発生する。連通部において、大径中空部底面側に向かう流れF3は、大径中空部底面に沿って半径方向外方から大径中空部天井面側に回り込み、再び、大径中空部の天井面に沿って連通部の中心(半径方向内側)に向かう流れF1,F2となる。一方、連通部において、小径中空部の上方に向かう流れF4,F5は、図4(a)に示すような乱流となる。 That is, an upward inertial force acts on the coolant in the large-diameter hollow portion, and as shown in FIG. 4 (a), the communication portion along the annular stepped portion (the ceiling surface of the large-diameter hollow portion). Flows F1 and F2 toward the center (radially inside) are generated. Then, the flows F2 heading toward the center (radially inner side) of the communication portion along the annular stepped portion collide with each other, and in the communication portion, the flow F3 toward the bottom surface side of the large-diameter hollow portion and the small-diameter hollow portion S2 An upward flow F4 is generated. In the communicating portion, the flow F3 toward the bottom surface side of the large-diameter hollow portion wraps around the bottom surface of the large-diameter hollow portion from the outside in the radial direction along the bottom surface of the large-diameter hollow portion, and again along the ceiling surface of the large-diameter hollow portion. Thus, the flows F1 and F2 are directed toward the center (radially inward) of the communication portion. On the other hand, in the communicating portion, the flows F4 and F5 directed upward of the small-diameter hollow portion are turbulent as shown in FIG.
このように、大径中空部内の冷却材には、矢印F1→F2→F3→F1に示すように、バルブの中心軸線の周りに内回りのタンブル流が形成され、小径中空部の冷却材では、F4,F5に示すような乱流が発生する。 In this way, in the coolant in the large-diameter hollow portion, as shown by arrows F1 → F2 → F3 → F1, an inward tumble flow is formed around the central axis of the valve. Turbulence as shown by F4 and F5 occurs.
一方、バルブが開弁状態から閉弁状態に移行する際(バルブが上昇する際)は、図3(b)に示すように、中空部内の冷却材には慣性力が下向きに作用する。そして、大径中空部中央部の冷却材に作用する慣性力(下向き)が大径中空部周辺領域の冷却材に作用する慣性力よりも大きいため、図4(b)に示すように、大径中空部内の冷却材には、大径中空部の中央部から底面に沿って半径方向外方に向かう流れF6が発生し、同時に、小径中空部においても連通部を通って下方に向かう流れ(乱流)F7が発生する。大径中空部の底面に沿った流れF6は、大径中空部の外方から天井面側に回りこみ、大径中空部S1の天井面に沿った流れF8となり、大径中空部の中央部において下方に向かう流れF6,F7に合流する。 On the other hand, when the valve transitions from the open state to the closed state (when the valve is raised), as shown in FIG. 3B, the inertial force acts downward on the coolant in the hollow portion. Since the inertial force (downward) acting on the coolant in the central portion of the large-diameter hollow portion is larger than the inertial force acting on the coolant in the peripheral region of the large-diameter hollow portion, as shown in FIG. In the coolant in the diameter hollow portion, a flow F6 directed radially outward from the center portion of the large diameter hollow portion along the bottom surface is generated, and at the same time, the flow toward the lower side through the communicating portion also in the small diameter hollow portion ( Turbulence) F7 occurs. The flow F6 along the bottom surface of the large-diameter hollow portion flows from the outside of the large-diameter hollow portion to the ceiling surface side to become a flow F8 along the ceiling surface of the large-diameter hollow portion S1, and the central portion of the large-diameter hollow portion , Merges with downward flows F6 and F7.
即ち、大径中空部の冷却材には、矢印F6→F8→F6に示すように、バルブの中心軸線の周りに内回りの渦流(以下、タンブル流という)が形成され、小径中空部内の冷却材には、矢印F7に示すような乱流が発生する。 That is, as shown by arrows F6 → F8 → F6, an inward vortex flow (hereinafter referred to as a tumble flow) is formed in the coolant in the large-diameter hollow portion, and the coolant in the small-diameter hollow portion is formed. , A turbulent flow as shown by an arrow F7 occurs.
このように、バルブが開閉動作することで、バルブの大径中空部内の冷却材には、タンブル流や乱流も形成されて、冷却材の上層部、中層部、下層部が積極的に攪拌されるため、バルブの熱引き効果(熱伝導性)が著しく改善される。 As described above, when the valve opens and closes, tumble flow and turbulent flow are also formed in the coolant in the large-diameter hollow portion of the valve, and the upper, middle, and lower layers of the coolant are actively stirred. Therefore, the heat pulling effect (thermal conductivity) of the valve is remarkably improved.
前記したように、バルブが軸方向に往復動作する際、中空部内の冷却材は作用する慣性力により中空部内を上下方向に移動し、そのときの大径中空部内の冷却材には、大径中空部の底面側から外周面に沿って上方に向かう流れが発生することで、バルブの中心軸線周りに内回りのタンブル流が形成される。特に、自動車の加減速走行時やコーナリング走行時のように、中空部内の冷却材に上下方向以外の方向に慣性力が作用したり、あるいは、軸荷重が伝達されるバルブ軸端部と軸荷重伝達部材(例えば、ロッカアームやタペット)との摺接面に発生する回転摩擦トルクによって、バルブが周方向に回転しつつ軸方向に上下動する場合においても、バルブの軸方向への往復動作に伴って作用する慣性力で移動しようとする冷却材は、傘部外殻の内周面に設けられている縦リブによって、周方向への移動が抑制されるので、大径中空部の底面側から外周面に沿って上方に向かう冷却材の流れが確実に発生する。 As described above, when the valve reciprocates in the axial direction, the coolant in the hollow portion moves up and down in the hollow portion due to the inertial force that acts, and the coolant in the large-diameter hollow portion at that time has a large diameter. By generating a flow upward from the bottom surface side of the hollow portion along the outer peripheral surface, an inward tumble flow is formed around the central axis of the valve. Especially when the vehicle is accelerating / decelerating or cornering, inertia force acts on the coolant in the hollow part in a direction other than the vertical direction, or the shaft end and the shaft load to which the axial load is transmitted. Even when the valve moves up and down in the axial direction while rotating in the circumferential direction due to rotational friction torque generated on the sliding contact surface with the transmission member (for example, rocker arm or tappet), the valve reciprocates in the axial direction. Since the coolant that tries to move with the inertial force acting on the inner surface of the umbrella outer shell is restrained from moving in the circumferential direction by the vertical ribs provided on the inner peripheral surface of the umbrella outer shell, A coolant flowing upward along the outer peripheral surface is reliably generated.
さらに、大径中空部の外周全域で発生した上方に向かう流れは、縦リブによって大径中空部の天井面に向けて縦方向に案内されるので、バルブの中心軸線周りの全周において内回りのタンブル流が形成される。 Furthermore, since the upward flow generated in the entire outer periphery of the large-diameter hollow portion is guided in the vertical direction by the vertical ribs toward the ceiling surface of the large-diameter hollow portion, the inner flow is in the entire periphery around the central axis of the valve. A tumble flow is formed.
また、バルブ傘部内の大径中空部外周面(傘部外殻の凹部の内周面)に設けられた縦リブによって、バルブ傘部の剛性強度が増す分、バルブ傘部(傘部外殻)を薄肉にして大径中空部の容積を増加する(バルブ傘部内の冷却材の装填量が増す)ことで、バルブ傘部における熱伝達効率が上がる。 In addition, the vertical rib provided on the outer peripheral surface of the large-diameter hollow portion in the valve umbrella (the inner peripheral surface of the concave portion of the umbrella outer shell) increases the rigidity of the valve umbrella. ) Is increased in thickness to increase the volume of the large-diameter hollow portion (the amount of coolant loaded in the valve umbrella portion is increased), thereby increasing the heat transfer efficiency in the valve umbrella portion.
また、バルブ傘部内の大径中空部外周面(傘部外殻の凹部の内周面)に設けられた縦リブによって、傘部外殻の冷却材との接触面積が増える分、バルブ傘部における熱伝達効率が上がる。 In addition, the vertical rib provided on the outer peripheral surface of the large-diameter hollow portion in the valve umbrella portion (the inner peripheral surface of the concave portion of the umbrella outer shell) increases the contact area of the umbrella outer shell with the coolant, thereby increasing the valve umbrella portion. Increases heat transfer efficiency.
なお、バルブ傘部内の大径中空部外周面(傘部外殻の凹部の内周面)に設ける縦リブの数に比例して、大径中空部の底面側から外周面(傘部外殻の凹部の内周面)に沿って上方に導かれる冷却材の流れの数が増えるとともに、バルブ傘部の剛性強度も上がり、冷却材との接触面積も増えるので、縦リブの数は多いほど望ましい。 In addition, in proportion to the number of vertical ribs provided on the outer peripheral surface of the large-diameter hollow portion in the valve umbrella portion (inner peripheral surface of the concave portion of the outer shell of the umbrella portion), the outer peripheral surface (umbrella outer shell) from the bottom side of the large-diameter hollow portion As the number of coolant flows guided upward along the inner peripheral surface of the concave portion of the recess increases, the rigidity of the valve umbrella increases, and the contact area with the coolant also increases. desirable.
一方、縦リブの数が多すぎると、隣接する縦リブ間の間隔が狭く、大径中空部の底面側から外周面(傘部外殻の凹部の内周面)に沿って上方に導かれる冷却材の流路抵抗が増えるとともに、縦リブの加工も面倒になるので、多すぎるのも問題で、周方向等分4箇所〜16箇所に設けることが望ましい。 On the other hand, when there are too many vertical ribs, the interval between adjacent vertical ribs is narrow, leading upward from the bottom surface side of the large-diameter hollow portion along the outer peripheral surface (the inner peripheral surface of the concave portion of the umbrella outer shell). Since the flow path resistance of the coolant increases and the processing of the vertical ribs becomes troublesome, it is also a problem that there are too many, and it is desirable to provide them at 4 to 16 locations equally in the circumferential direction.
請求項2においては、請求項1に記載の中空ポペットバルブにおいて、前記凹部の内周面に、前記縦リブで挟まれた水平断面円弧状の縦溝を周方向に連続して設けるように構成した。 According to a second aspect of the present invention, in the hollow poppet valve according to the first aspect, a vertical groove having an arc-shaped horizontal section sandwiched between the vertical ribs is continuously provided in the circumferential direction on the inner peripheral surface of the recess. did.
(作用)水平断面円弧状の縦溝は、水平断面コの字状の縦溝に比べて、溝側面と溝底面のなす角度が大きい分、冷却材の縦方向上方に向かう流れがスムーズとなる。 (Operation) The vertical groove with the horizontal cross-section arc shape has a larger angle between the groove side surface and the groove bottom surface than the vertical groove with the U-shaped horizontal cross section, and the flow of the coolant upward in the vertical direction becomes smoother. .
即ち、大径中空部外周面(傘部外殻の凹部の内周面)の全周に設けられている縦溝によって、大径中空部の底面側から外周面(傘部外殻の凹部の内周面)に沿って縦方向上方に向かう冷却材の流れが、大径中空部の全周においてスムーズに形成されるので、タンブル流による大径中空部内の冷却材の攪拌がいっそう促進される。 That is, the outer circumferential surface (recess of the concave portion of the umbrella outer shell) is formed from the bottom surface side of the large diameter hollow portion by the longitudinal grooves provided on the entire circumference of the outer peripheral surface of the large hollow portion (the inner peripheral surface of the concave portion of the umbrella outer shell). Since the coolant flow toward the upper side in the vertical direction along the inner peripheral surface is smoothly formed in the entire circumference of the large-diameter hollow portion, the stirring of the coolant in the large-diameter hollow portion by the tumble flow is further promoted. .
請求項3においては、請求項1または2に記載の中空ポペットバルブにおいて、前記大径中空部を、前記バルブ傘部の外形に略倣うテーパ形状の外周面を備えた円錐台形状に構成した。 According to a third aspect of the present invention, in the hollow poppet valve according to the first or second aspect, the large-diameter hollow portion is formed in a truncated cone shape having a tapered outer peripheral surface that substantially follows the outer shape of the valve umbrella portion.
(作用)大径中空部の円形の天井面(円錐台の上面)と大径中空部の外周面(円錐台の外周面)が鈍角をなすので、バルブが開閉動作する際に、大径中空部の半径方向外方から大径中空部の外周面および天井面に沿って連通部に向かう冷却材の流れ(図4(a)のF1,F2および図4(b)のF8)がスムーズとなる分、大径中空部内の冷却材にタンブル流が形成され易い。 (Operation) Since the circular ceiling surface of the large-diameter hollow part (upper surface of the truncated cone) and the outer peripheral surface of the large-diameter hollow part (the outer peripheral surface of the truncated cone) form an obtuse angle, The coolant flow (F1, F2 in FIG. 4 (a) and F8 in FIG. 4 (b)) from the outside in the radial direction toward the communicating portion along the outer peripheral surface and ceiling surface of the large-diameter hollow portion is smooth. Therefore, a tumble flow is likely to be formed in the coolant in the large-diameter hollow portion.
本願発明(請求項1)に係る中空ポペットバルブによれば、バルブが軸方向に往復動作する際に、大径中空部の全周において上方に向かう流れが確実に発生し、バルブの中心軸線周り全周に内回りのタンブル流が形成されて、大径中空部内の冷却材の攪拌が促進されるので、バルブの熱引き効果(熱伝導性)が改善されて、エンジンの性能が向上する。 According to the hollow poppet valve according to the present invention (Claim 1), when the valve reciprocates in the axial direction, an upward flow is surely generated in the entire circumference of the large-diameter hollow portion, and the valve is around the central axis of the valve. An inward tumble flow is formed around the entire circumference and the stirring of the coolant in the large-diameter hollow portion is promoted, so that the heat-drawing effect (thermal conductivity) of the valve is improved and the performance of the engine is improved.
また、バルブ傘部の剛性強度が増す分、バルブ傘部(傘部外殻)を薄肉にして大径中空部の容積(バルブ傘部内の冷却材の装填量)を増加することで、バルブ傘部における熱伝達効率が上がり、バルブの熱引き効果をいっそう高めることができる。 In addition, by increasing the rigidity of the valve umbrella part, the valve umbrella part (umbrella outer shell) is thinned and the volume of the large-diameter hollow part (the amount of coolant loaded in the valve umbrella part) is increased. The heat transfer efficiency in the section is increased, and the heat-sucking effect of the valve can be further enhanced.
また、傘部外殻の冷却材との接触面積が増える分、バルブ傘部における熱伝達効率が上がり、バルブの熱引き効果をいっそう高めることができる。 In addition, the heat transfer efficiency in the valve umbrella is increased by increasing the contact area of the umbrella outer shell with the coolant, and the heat extraction effect of the valve can be further enhanced.
請求項2に係る中空ポペットバルブによれば、バルブが軸方向に往復動作する際に、大径中空部の全周において上方に向かう流れがスムーズに発生し、内回りのタンブル流による大径中空部内の冷却材の攪拌がいっそう促進されるので、バルブの熱引き効果(熱伝導性)が確実に改善されて、エンジンの性能がいっそう向上する。
According to the hollow poppet valve according to
請求項3に係る中空ポペットバルブによれば、バルブが開閉動作する際に、大径中空部内の冷却材にタンブル流が発生し易いので、バルブの熱引き効果(熱伝導性)がいっそう改善されて、エンジンの性能がさらに向上する。 According to the hollow poppet valve of the third aspect, since the tumble flow is likely to occur in the coolant in the large-diameter hollow portion when the valve opens and closes, the heat drawing effect (thermal conductivity) of the valve is further improved. The engine performance is further improved.
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described based on examples.
図1〜図5は、本発明の第1の実施例である内燃機関用の中空ポペットバルブを示す。 1 to 5 show a hollow poppet valve for an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention.
これらの図において、符号10は、真っ直ぐに延びる軸部12の一端側に、外径が徐々に大きくなるR形状のフィレット部13を介して、傘部14が一体的に形成された耐熱合金製の中空ポペットバルブで、傘部14の外周には、テーパ形状のフェース部16が設けられている。
In these drawings,
詳しくは、円筒形状の軸部12aの一端側に傘部外殻14aが一体的に形成されたバルブ中間品である軸一体型シェル(以下、単にシェルという)11と、軸部12aに軸接された軸端部材12bと、傘部外殻14aの円錐台形状の凹部14bにおける開口内周14cに溶接された円盤形状のキャップ18とによって、傘部14から軸部12にかけて中空部Sが設けられた中空ポペットバルブ10が構成され、中空部Sには、金属ナトリウム等の冷却材19がアルゴンガスなどの不活性ガスとともに装填されている。
Specifically, a shaft-integrated shell (hereinafter simply referred to as a shell) 11 that is a valve intermediate product in which an umbrella
冷却材19の装填量は、多い方が熱引き効果に優れるものの、所定量以上では熱引き効果としての差が僅かとなるため、費用対効果(冷却材19が多ければ、コストもかかること)を考慮して、例えば、中空部Sの容積の約1/2〜約4/5の量が装填されていればよい。
Although a larger amount of the
なお、図1における符号2はシリンダヘッド、符号6は燃焼室4から延びる排気通路、排気通路6の燃焼室4への開口周縁部には、バルブ10のフェース部16が当接できるテーパ面8aを備えた円環状のバルブシート8が設けられている。符号3は、シリンダヘッド2に設けられたバルブ挿通孔で、バルブ挿通孔3の内周面は、バルブ10の軸部12が摺接するバルブガイド3aで構成されている。符号9は、バルブ10を閉弁方向に付勢するバルブスプリング、符号12cは、バルブ軸端部に設けたコッタ溝である。
In FIG. 1,
また、バルブ10内の中空部Sは、バルブ傘部14内に設けられた円錐台形状の大径中空部S1と、バルブ軸部12内に設けられた直線状(棒状)の小径中空部S2とが直交するように連通する構造で、大径中空部S1の円形天井面(傘部外殻14aの円錐台形状の凹部14bの円形底面)14b1は、バルブ10の中心軸線Lに対し直交する平面で構成されている。
The hollow portion S in the
即ち、大径中空部S1における小径中空部S2との連通部Pには、先行文献1,2のような滑らかな形状に代えて、大径中空部S1側から見て庇状の環状段差部15が形成されており、この環状段差部15の大径中空部S1に臨む側(面)14b1がバルブ10の中心軸線Lに対し直交する平面で構成されている。換言すれば、小径中空部S1の開口周縁部(傘部外殻14aの円錐台形状の凹部14bの円形底面)14b1と、小径中空部S1の内周面によって、庇状の環状段差部15が画成されている。
That is, the communicating portion P with the small-diameter hollow portion S2 in the large-diameter hollow portion S1 has a bowl-shaped annular step portion as viewed from the large-diameter hollow portion S1 instead of the smooth shape as in the
このため、バルブ10が開閉動作する際に、大径中空部S1内の冷却材19には、後で詳しく説明するが、図4(a),(b)の矢印F1→F2→F3;矢印F6→F8に示すように、内回りのタンブル流が形成され、同時に、小径中空部S2内の大径中空部S1近傍の冷却材19には、矢印F4,F5,F7に示すように、乱流が発生して、中空部S内の冷却材19の下層部,中層部,上層部が積極的に攪拌されることとなって、バルブ10における熱引き効果(熱伝導性)が大幅に改善されている。
For this reason, when the
特に、本実施例では、大径中空部S1の円形の天井面(凹部14bの円形の底面)14b1とその傾斜外周面(傾斜内周面)14b2が鈍角をなすので、バルブ10が開閉動作する際に、大径中空部S1の半径方向外方から大径中空部S1の傾斜外周面14b2および天井面14b1に沿って連通部Pに向かう冷却材19の流れ(図4(a)のF1,F2および図4(b)のF8)の発生がスムーズとなって、大径中空部S2内の冷却材19に形成される内回りのタンブル流が活発になるので、中空部S内の冷却材19の攪拌がそれだけ促進されて、バルブ10における熱引き効果(熱伝導性)が著しく改善されることになる。
In particular, in this embodiment, the circular ceiling surface (circular bottom surface of the
また、大径中空部S1の外周面を構成する傘部外殻14aの凹部14bの内周面14b2には、図2に拡大して示すように、周方向等ピッチで水平断面円弧状の縦溝20が連続して形成されている。そして、周方向に隣接する縦溝20,20によって画成された縦リブ21が、バルブ10が軸方向に往復動作する際に、大径中空部S1の外周面に沿った上方に向かう冷却材19の流れの発生を助長して、大径中空部S1内の冷却材19に内回りのタンブル流の形成されることを促進する。
Further, on the inner peripheral surface 14b2 of the
即ち、自動車の加減速走行時やコーナリング走行時のように、種々の方向の慣性力が中空部S内の冷却材19に作用したとしても、あるいは、軸荷重が伝達されるバルブ軸端部と軸荷重伝達部材(例えば、ロッカアーム式動弁機構では、ロッカアーム、直動式動弁機構では、タペット)との摺接面に発生する回転摩擦トルクによって、バルブ10が周方向に回転しつつ軸方向に上下動する場合においても、バルブ10の軸方向への往復動作に伴って作用する慣性力で移動しようとする冷却材19は、傘部外殻14aの内周面14b2に設けられている縦リブ21によって、周方向への移動が抑制されるので、大径中空部S1の底面側から傾斜外周面14b2に沿って上方に向かう冷却材19の流れが確実に発生する。
That is, even when an inertial force in various directions acts on the
さらに、大径中空部S1の外周全域で発生した上方に向かう流れは、水平断面円弧状の縦溝20によって天井面14b1に向けて縦方向にスムーズに案内されるので、バルブ10の中心軸線L周りの全周において内回りのタンブル流が確実に形成される。この結果、大径中空部S1内の冷却材19の下層部,中層部,上層部がより積極的に攪拌されることとなって、バルブ10における熱引き効果(熱伝導性)がさらに大幅に改善されている。
Further, since the upward flow generated in the entire outer periphery of the large-diameter hollow portion S1 is smoothly guided in the vertical direction toward the ceiling surface 14b1 by the
また、バルブ軸部12内の小径中空部S2は、バルブ軸端部寄りの、内径が比較的大きい小径中空部S21と、バルブ傘部14寄りの、内径が比較的小さい小径中空部S22で構成されて、小径中空部S21と小径中空部S22間には、円環状の段差部17が形成されるとともに、段差部17を越えた位置まで冷却材19が装填されている。
The small-diameter hollow portion S2 in the
このため、バルブ10が開閉動作する際に作用する慣性力によって、冷却材19が小径中空部S2を上下に移動する際に、図4(a),(b)の矢印F9,F10に示すように、円環状の段差部17近傍に乱流が形成され、小径中空部S2内の冷却材19の攪拌が促進されて、それだけバルブ10における熱引き効果(熱伝導性)がさらに改善されている。
Therefore, when the
次に、バルブ10が開閉動作する際の冷却材の動きを、図3,4に基づいて詳しく説明する。
Next, the movement of the coolant when the
バルブ10が閉弁状態から開弁状態に移行する際(バルブ10が下降する際)は、図3(a)に示すように、中空部S内の冷却材(液体)19に慣性力が上向きに作用する。そして、大径中空部S1中央部の冷却材19に作用する慣性力(上向き)が大径中空部S1周辺領域の冷却材19に作用する慣性力よりも大きいため、大径中空部S1内の冷却材19が連通部Pを介して小径中空部S2に移動しようとする。しかし、連通部Pには庇状の環状段差部15が形成されているため、連通部が滑らかな形状に形成されている、先行文献に示す従来の中空バルブのようにスムーズに小径中空部S2側に移動できない。
When the
即ち、大径中空部S1内の冷却材19には、上向きの慣性力が作用することで、図4(a)に示すように、円環状の段差部15(大径中空部S1の天井面14b1)に沿って連通部Pの中心(半径方向内側)に向かう流れF1,F2が発生する。特に、傘部外殻14aの凹部14bの内周面14b2に周方向等間隔に設けられている縦溝20(縦リブ21)によって、周方向への冷却材19の移動が抑制されるので、大径中空部S1の底面側から外周面に沿って上方に向かう冷却材19の流れF1が確実に発生する。
That is, an upward inertia force acts on the
そして、環状段差部15に沿って連通部Pの中心(半径方向内側)に向かう流れF2同士が互いに衝突して、連通部Pにおいては、大径中空部S1底面側に向かう流れF3と、小径中空部S2の上方に向かう流れF4が発生する。
Then, the flows F2 toward the center (radially inner side) of the communication portion P along the annular stepped
連通部Pにおいて、大径中空部S1底面側に向かう流れF3は、大径中空部S1底面に沿って半径方向外方から縦溝20(縦リブ21)に案内されて、大径中空部S1天井面14b1に回り込み、再び、大径中空部S1の天井面14b1に沿って連通部Pの中心(半径方向内側)に向かう流れF1,F2となる。一方、連通部Pにおいて、小径中空部S2の上方に向かう流れF4,F5は、図4(a)に示すような乱流となる。 In the communication portion P, the flow F3 toward the bottom surface side of the large-diameter hollow portion S1 is guided to the vertical groove 20 (vertical rib 21) from the outside in the radial direction along the bottom surface of the large-diameter hollow portion S1, and the large-diameter hollow portion S1. The air flows around the ceiling surface 14b1, and again becomes flows F1 and F2 toward the center (radially inner side) of the communication portion P along the ceiling surface 14b1 of the large-diameter hollow portion S1. On the other hand, in the communication portion P, the flows F4 and F5 directed upward of the small-diameter hollow portion S2 are turbulent as shown in FIG.
このように、バルブ10が閉弁状態から開弁状態に移行する際(バルブ10が下降する際)は、大径中空部S1内の冷却材19には、矢印F1→F2→F3→F1に示すように、バルブ10の中心軸線Lの周りに内回りのタンブル流が形成され、小径中空部S2内の冷却材19には、F4,F5に示すような乱流が発生する。
Thus, when the
さらには、バルブ10が閉弁状態から開弁状態に移行する際(バルブ10が下降する際)は、小径中空部S2内の冷却材19は、上向きに作用する慣性力により、小径中空部S2内を上方に移動するが、内径の小さいバルブ傘部14寄りの小径中空部S22から内径の大きいバルブ軸端部寄りの小径中空部S21に移動する際に、図4(a)に示すように、段差部17の下流側(図4(a)の上方)で乱流F9が発生する。
Furthermore, when the
一方、バルブ10が開弁状態から閉弁状態に移行する際(バルブ10が上昇する際)は、図4(b)に示すように、中空部S内の冷却材19には慣性力が下向きに作用する。そして、大径中空部S1中央部の冷却材19に作用する慣性力(下向き)が大径中空部S1周辺領域の冷却材19に作用する慣性力よりも大きいため、図4(b)に示すように、大径中空部S1内の冷却材19には、大径中空部S1の中央部から底面に沿って半径方向外方に向かう流れF6が発生し、同時に、小径中空部S2においても連通部Pを通って下方に向かう流れ(乱流)F7が発生する。大径中空部S1の底面に沿った流れF6は、大径中空部S1の外方から縦溝20(縦リブ21)に案内されて天井面14b1側に回りこみ、大径中空部S1の天井面14b1に沿った流れF8となり、大径中空部S1の中央部(連通部P)において下方に向かう流れF6,F7に合流する。
On the other hand, when the
即ち、大径中空部S1内の冷却材19には、矢印F6→F8→F6に示すように、バルブ10の中心軸線Lの周りに内回りのタンブル流が形成され、小径中空部S2内の冷却材19には、矢印F7に示すような乱流が発生する。
That is, as shown by arrows F6 → F8 → F6, an inner tumble flow is formed around the central axis L of the
さらには、バルブ10が開弁状態から閉弁状態に移行する際(バルブ10が上昇する際)は、開弁動作によって小径中空部S2内上方にいったん移動した冷却材(液体)19に慣性力が下向きに作用するため、冷却材19は小径中空部S2内を下方に移動するが、内径の大きいバルブ軸端部寄りの小径中空部S21から内径の小さいバルブ傘部寄りの小径中空部S22に移動する際に、図4(b)に示すように、段差部17の下流側(図4(b)の下方)で乱流F10が形成される。
Furthermore, when the
このようにして、バルブ10の開閉動作の際に、中空部S内の冷却材19には、矢印F1→F2→F3;F6→F8で示すタンブル流や、矢印F4,F5,F7,F9,F10で示す乱流が形成されて、中空部S内の冷却材19の下層部,中層部,上層部が積極的に攪拌されることとなって、バルブ10における熱引き効果(熱伝導性)が大幅に改善されている。
In this way, during the opening and closing operation of the
また、小径中空部S内の段差部17は、図1に示すように、バルブガイド3の排気通路6に臨む側の端部3bに略対応する位置に設けられて、内径の大きい軸端部寄り小径中空部S21を軸方向に長く形成することで、バルブ10の耐久性を低下させることなく、バルブ軸部12の冷却材19との接触面積が増えて、バルブ軸部12の熱伝達効率が上がり、小径中空部S21形成壁が薄肉となって、バルブ10も軽量となる。即ち、小径中空部S内の段差部17は、図1の仮想線に示すように、バルブ10が開弁(下降)しきった状態で、排気通路6内とならない所定位置(バルブ軸部12における薄肉の小径中空部S21形成壁が排気通路6内の熱の影響を受け難い所定位置)に設けられている。図1の符号17Xは、バルブ10が開弁(下降)しきった状態での段差部17の位置を示す。
Further, as shown in FIG. 1, the stepped
詳しくは、金属の疲労強度は高温になるほど低下するため、常に排気通路6内にあって高熱にさらされる部位である、バルブ軸部12におけるバルブ傘部14寄りの領域は、疲労強度の低下に耐え得る程度の肉厚に形成する必要がある。一方、熱源から離れ、しかも常にバルブガイド3aに摺接する部位である、バルブ軸部12における軸端部寄りの領域は、冷却材19を介して燃焼室4や排気通路6の熱が伝達されるものの、伝達された熱はバルブガイド3aを介して直ちにシリンダヘッド2に放熱されるため、バルブ傘部14寄りの領域ほどの高温となることがない。
Specifically, since the fatigue strength of the metal decreases as the temperature increases, the region near the
即ち、バルブ軸部12における軸端部寄り領域は、バルブ傘部14寄りの領域よりも疲労強度が低下しないため、薄肉に形成(小径中空部S21の内径を大きく形成)しても、強度的(疲労により折損する等の耐久性)には問題がない。
That is, since the fatigue strength does not decrease in the region near the shaft end portion in the
そこで、本実施例では、小径中空部S21の内径を大きく形成して、第1には、小径中空部S2全体の表面積(冷却材19との接触面積)を増やすことで、バルブ軸部12における熱伝達効率が高められている。第2には、小径中空部S2全体の容積を増やすことで、バルブ10の総重量が軽減されている。
Therefore, in the present embodiment, the inner diameter of the small-diameter hollow portion S21 is increased, and first, the surface area of the entire small-diameter hollow portion S2 (contact area with the coolant 19) is increased, so that the
また、バルブの軸端部材12bは、シェル11ほど耐熱性が要求されないため、シェル11の材料よりも耐熱性の低い廉価材を用いることで、バルブ10を安価に提供できる。
Further, since the
次に、中空ポペットバルブ10の製造工程を、図5に基づいて説明する。
Next, the manufacturing process of the
まず、図5(a)に示すように、熱間鍛造工程により、円錐台形状の凹部14bを設けた傘部外殻14aと軸部12aとを一体的に形成したシェル11を成形する。なお、シェル11(傘部外殻14a)を成形する際に、傘部外殻14aにおける凹部14bの底面14b1は、軸部12a(シェル11の中心軸線L)に対し直交する平面に形成され、傘部外殻14aにおける凹部14bの内周面14b2には、周方向に連続する縦溝20(縦リブ21)が形成される。
First, as shown in FIG. 5A, a
熱間鍛造工程としては、金型を順次取り替える押し出し鍛造で、耐熱鋼製ブロックからシェル11を製造する押し出し鍛造、またはアップセッタで耐熱鋼製棒材の端部に球状部を据え込んだ後に、金型を用いてシェル11(の傘部外殻14a)を鍛造する据え込み鍛造のいずれであってもよい。なお、熱間鍛造工程において、シェル11の傘部外殻14aと軸部12aとの間には、R形状フィレット部13が形成され、傘部外殻14aの外周面には、テーパ形状フェース部16が形成される。
As a hot forging process, after forging a spherical part at the end of a heat-resistant steel bar with an extruding forging to manufacture the
次に、図5(b)に示すように、傘部外殻14aの凹部14bが上向きとなるようにシェル11を配置し、傘部外殻14aの凹部14bの底面14b1から軸部12にかけて傘部寄り小径中空部S22に相当する孔14eをドリル加工により穿設する(孔穿設工程)。
Next, as shown in FIG. 5 (b), the
孔穿設工程により、大径中空部S1を構成する傘部外殻14aの凹部14bと、小径中空部S22に相当する軸部12a側の孔14eが連通することで、凹部14bと孔14eの連通部には、凹部14b側から見て庇状の環状段差部15が形成される。
By the hole drilling step, the
次に、図5(c)に示すように、シェル11の軸端部側から、軸端部寄り小径中空部S21に相当する孔14fをドリル加工により穿設する(孔穿設工程)。
Next, as shown in FIG. 5C, a
次に、図5(d)に示すように、シェル11の軸端部に軸端部材12bを軸接する(軸端部材軸接工程)。
Next, as shown in FIG. 5D, the
次に、図5(e)に示すように、シェル11の傘部外殻14aの凹部14bの孔14eに冷却材(固体)19を所定量充填する(冷却材装填工程)。
Next, as shown in FIG. 5 (e), a predetermined amount of coolant (solid) 19 is filled in the
最後に、図5(f)に示すように、アルゴンガス雰囲気下で、シェル11の傘部外殻14aの凹部14bの開口内周14cにキャップ18を溶接(例えば、抵抗溶接)して、バルブ10の中空部Sを密閉する(中空部密閉工程)。なお、キャップ18の溶接は、抵抗溶接に代えて、電子ビーム溶接やレーザー溶接等を採用してもよい。
Finally, as shown in FIG. 5 (f), a
図6、7は、本発明の第2の実施例である中空ポペットバルブを示す。 6 and 7 show a hollow poppet valve according to a second embodiment of the present invention.
前記した第1の実施例の中空ポペットバルブ10では、バルブ傘部14内の大径中空部S1が円錐台形状に形成されているのに対し、この第2の実施例の中空ポペットバルブ10Aでは、バルブ傘部14内の大径中空部S1’が先行特許文献3と同様、高さの低い円柱形状に形成されている。
In the
そして、大径中空部S1’を画成する傘部外殻14a’の凹部14b’の内周面14b2’には、水平断面円弧状の縦溝20’(縦リブ21’)が周方向等ピッチに連続して形成されている。
A
そして、傘部外殻14a’の円柱形状凹部14bの開口部14c’には、キャップ18が溶接されることで、中空部S’が密閉され、中空部S’には、金属ナトリウム等の冷却材19がアルゴンガスなどの不活性ガスとともに装填されている。
Then, the
その他は、前記した第1の実施例の中空ポペットバルブ10と同一であり、同一の符号を付すことで、その重複した説明は省略する。
Others are the same as those of the
即ち、この中空ポペットバルブ10Aにおいても、前記した第1の実施例の中空ポペットバルブ10と同様、バルブ10Aの開閉動作(上下方向の動作)に伴って、中空部S’内の冷却材19は慣性力により中空部S’内を上下方向に移動し、そのときの大径中空部S1’内の冷却材19には、大径中空部S1’の底面側から外周面に沿って上方に向かう流れが発生することで、バルブ10Aの中心軸線L’周りに内回りのタンブル流が形成される。
That is, also in the
特に、大径中空部S1’を画成する傘部外殻14a’の凹部14b’の内周面14b2’に水平断面円弧状の縦溝20’(縦リブ21’)が周方向等ピッチに連続して形成されていることで、バルブ10Aが軸方向に往復動作する際に、大径中空部S1’の外周面(凹部14b’の内周面14b2’)に沿った上方に向かう冷却材19の流れの発生が助長されて、大径中空部S1’内の冷却材19において内回りのタンブル流の形成が促進されるので、中空部S’内全体の冷却材19による熱伝達が活発となって、バルブ10Aの熱引き効果が高められている。
In particular,
図8、9は、本発明の第3の実施例である中空ポペットバルブを示す。 8 and 9 show a hollow poppet valve according to a third embodiment of the present invention.
前記した第1,第2の実施例の中空ポペットバルブ10,10Aでは、バルブ軸部12内の小径中空部S2が、バルブ軸端部寄りの内径が大きい小径中空部S21と、バルブ傘部14寄りの内径が小さい小径中空部S22で構成されて、小径中空部S2の長手方向の途中に段差部17が形成されているのに対し、本実施例の中空ポペットバルブ10Bでは、軸部12内の小径中空部S2”が長手方向に一定の内径に形成されている。
In the
その他は、前記した第1の実施例の中空ポペットバルブ10と同一であり、同一の符号を付すことで、その重複した説明は省略する。
Others are the same as those of the
即ち、第1,第2の実施例の中空ポペットバルブ10,10Aでは、小径中空部S2内に設けられた段差部17によって、小径中空部S2内の冷却材19が攪拌されるのに対し、本実施例の中空ポペットバルブ10Bでは、そのような作用(段差部17による冷却材19の攪拌作用)がないが、前記した第1の実施例の中空ポペットバルブ10と同様、バルブ10Bが軸方向に往復動作する際に、大径中空部S1の傾斜する外周面(凹部の内周面)14b2に沿った上方に向かう冷却材19の流れの発生が助長されて、大径中空部S1内の冷却材19において内回りのタンブル流の形成が促進されるので、中空部S”内全体の冷却材19による熱伝達が活発となって、バルブ10Bの熱引き効果が高められている。
That is, in the
また、中空ポペットバルブ10Bの製造工程を図9に示すが、バルブ軸部12内の小径中空部S2”に段差部を設けないため、小径中空部S2”に相当する孔を穿設する孔穿設工程が1工程で済み、しかも軸端部材を軸接する軸接工程も不要となるなど、製造工程が簡潔となっている。
FIG. 9 shows a manufacturing process of the
まず、図9(a)に示すように、熱間鍛造により、円錐台形状の凹部14bを設けた傘部外殻14aと軸部12とを一体的に形成したシェル11’を成形する。シェル11’(傘部外殻14a)の成形と同時に、傘部外殻14aにおける凹部14bの内周面14b1には、周方向に連続する縦溝20(縦リブ21)が形成される。
First, as shown in FIG. 9A, a shell 11 'in which an umbrella
次に、図9(b)に示すように、傘部外殻14aの凹部14bの底面14b1から軸部12にかけて、小径中空部S2”に相当する孔14e’をドリル加工により穿設する(孔穿設工程)。
Next, as shown in FIG. 9B, a
次に、図9(c)に示すように、シェル11’の傘部外殻14aの凹部14bの孔14e’に冷却材(固体)19を所定量挿入する(冷却材装填工程)。
Next, as shown in FIG. 9C, a predetermined amount of coolant (solid) 19 is inserted into the
最後に、図9(d)に示すように、アルゴンガス雰囲気下で、シェル11’の傘部外殻14aの凹部14bの開口内周14cにキャップ18を溶接(例えば、抵抗溶接)して、バルブ10の中空部Sを密閉する(中空部密閉工程)。
Finally, as shown in FIG. 9 (d), under an argon gas atmosphere, a
10,10A,10B 中空ポペットバルブ
11,11’ 傘部外殻と軸部を一体的に形成したシェル
12 バルブ軸部
12a 軸部
14 バルブ傘部
14a,14a’ 傘部外殻
14b,14b’ 傘部外殻の凹部
14b1 大径中空部の円形の天井面
14b2,14b2’ 傘部外殻の凹部内周面
14c,14c’ 傘部外殻の凹部の開口部
15 大径中空部の天井面における小径中空部の開口周縁部である庇状の環状段差部
17 円環状の段差部
20,20’ 縦溝
21,21’ 縦リブ
L,L’ バルブの中心軸線
S,S’S” 中空部
S1 円錐台形状の大径中空部
S1’ 円柱形状の大径中空部
S2,S2’ 直線状の小径中空部
P 連通部
18 キャップ
19 冷却材
S21 軸端部寄り小径中空部
S22 傘部寄り小径中空部
F1→F2→F3;F6→F8タンブル流
F4,F5,F7 乱流
F9,F10 乱流10, 10A, 10B
Claims (3)
前記バルブ傘部内には、円盤形状の大径中空部が設けられ、前記バルブ軸部内に設けられた直線状の小径中空部が前記円盤形状の大径中空部の天井面に直交するように連通して、前記バルブが軸方向に往復動作する際、少なくとも前記大径中空部内の冷却材に前記バルブの中心軸線周りに縦方向内回りのタンブル流が形成される中空ポペットバルブであって、
前記大径中空部は、該大径中空部の天井側全体を画成する凹部が形成された傘部外殻と、前記凹部の開口側に溶接されて該大径中空部の底面を画成するキャップで構成され、
前記凹部の内周面には、周方向等間隔に縦リブが設けられたことを特徴とする中空ポペットバルブ。In a hollow poppet valve in which a hollow portion is formed from an umbrella portion to a shaft portion of a poppet valve in which an umbrella portion is integrally formed at a shaft end portion, and a coolant is loaded together with an inert gas in the hollow portion,
A disc-shaped large-diameter hollow portion is provided in the valve umbrella portion, and a linear small-diameter hollow portion provided in the valve shaft portion communicates perpendicularly to a ceiling surface of the disc-shaped large-diameter hollow portion. And, when the valve reciprocates in the axial direction, a hollow poppet valve in which a tumble flow around the central axis of the valve is formed at least in the coolant in the large-diameter hollow portion,
The large-diameter hollow part includes an umbrella outer shell formed with a recess that defines the entire ceiling side of the large-diameter hollow part, and a bottom surface of the large-diameter hollow part that is welded to the opening side of the recess. Consists of a cap to
A hollow poppet valve characterized in that longitudinal ribs are provided at equal intervals in the circumferential direction on the inner peripheral surface of the recess.
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US2218983A (en) * | 1937-10-14 | 1940-10-22 | Eaton Mfg Co | Valve structure |
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Patent Citations (3)
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US2218983A (en) * | 1937-10-14 | 1940-10-22 | Eaton Mfg Co | Valve structure |
US2280758A (en) * | 1941-03-07 | 1942-04-21 | Eaton Mfg Co | Hollow valve structure |
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