JPH0614002Y2 - Seal for valve stem - Google Patents

Seal for valve stem

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JPH0614002Y2
JPH0614002Y2 JP1987034171U JP3417187U JPH0614002Y2 JP H0614002 Y2 JPH0614002 Y2 JP H0614002Y2 JP 1987034171 U JP1987034171 U JP 1987034171U JP 3417187 U JP3417187 U JP 3417187U JP H0614002 Y2 JPH0614002 Y2 JP H0614002Y2
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JP
Japan
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stem
lip
seal
oil
amount
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JP1987034171U
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新一 大林
寿夫 三木
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光洋シカゴローハイド株式会社
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  • Sealing With Elastic Sealing Lips (AREA)

Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本考案は、4サイクルエンジンの吸排気弁のバルブガイ
ド部に装着されるシールに係り、詳しくはそのリップ部
分の構造に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial Application Field> The present invention relates to a seal attached to a valve guide portion of an intake / exhaust valve of a four-cycle engine, and more particularly to a structure of a lip portion thereof.

〈従来の技術〉 エンジンの吸排気弁のバルブガイド部には、ステムの摺
動を円滑に行なわせるため、常に一定量の潤滑油を供給
する必要がある。今仮に、この潤滑油の供給が切れる
と、バルブガイド部で焼き付きが生じ、反対に、潤滑油
の供給量が多すぎると、オイル消費量が増大するばかり
か、ステム等にカーボンが付着し、吸排気動作に支障を
きたす。
<Prior Art> It is necessary to constantly supply a certain amount of lubricating oil to a valve guide portion of an intake / exhaust valve of an engine in order to smoothly slide the stem. Now, if the supply of this lubricating oil is cut off, seizure will occur in the valve guide portion. Conversely, if the amount of lubricating oil supplied is too large, not only will the oil consumption increase, but carbon will adhere to the stem, etc., It interferes with intake and exhaust operation.

そのため、一般には、吸排気弁のバルブガイド部にシー
ルが装着され、このシールにより、バルブの外側からバ
ルブガイド部に対して少量のオイルリーク(オイル漏
れ)を生じさせて、バルブガイド部に潤滑油を供給する
ようにしている。
Therefore, in general, a seal is attached to the valve guide part of the intake / exhaust valve, and this seal causes a small amount of oil leakage (oil leakage) from the outside of the valve to the valve guide part to lubricate the valve guide part. I try to supply oil.

第3図は、シールを設けたバルブガイド部の断面図であ
る。同図中、符号1はバルブ本体、2はスプリング、3
はスプリングリテーナ、4はステムである。ステム4は
筒状のバルブガイド5により、シリンダのハウジング6
に摺動自在に支持されており、このバルブガイド5にシ
ール7が装着されている。
FIG. 3 is a sectional view of a valve guide portion provided with a seal. In the figure, reference numeral 1 is a valve body, 2 is a spring, 3
Is a spring retainer, and 4 is a stem. The stem 4 is made up of a cylindrical valve guide 5 and a cylinder housing 6
The valve guide 5 has a seal 7 attached thereto.

シール7は、芯金8と、コイルばねで構成された締め付
けリング9と、弾性材料のシール本体10とからなる。
そして、シール本体10は、第4図(A)もしくは(B)に拡
大して示すように、芯金8によりステムガイド5の外周
に嵌着する嵌着部10aと、芯金8の軸方向外方で締め付
けリング9の締め付けによりステム4に弾接するリップ
10bとからなる。
The seal 7 includes a cored bar 8, a tightening ring 9 composed of a coil spring, and a seal body 10 made of an elastic material.
As shown in FIG. 4 (A) or (B) in an enlarged manner, the seal body 10 includes a fitting portion 10a fitted to the outer periphery of the stem guide 5 by a core metal 8 and an axial direction of the core metal 8. Lip that makes elastic contact with stem 4 by tightening tightening ring 9 on the outside
It consists of 10b.

〈考案が解決しようとする問題点〉 ところで、従来のこの種シールでは、第4図(A)に示す
通り、ステム4との間でオイルリークが生じるように、
リップ10bの先端部10cに丸みをつけ、内側接触角αを外
側接触角βより大きく設定している。
<Problems to be solved by the invention> By the way, in the conventional seal of this type, as shown in FIG.
The tip 10c of the lip 10b is rounded so that the inner contact angle α is set larger than the outer contact angle β.

流体潤滑逆理論によれば、一様速度vに対する単位時間
当たりのオイルリーク量Qは、次式(1)で表わされる。
According to the fluid lubrication inverse theory, the oil leak amount Q per unit time with respect to the uniform velocity v is expressed by the following equation (1).

Q=πDHa・v/2-πDHb・v/2……(1) ここで、Dはステムの外径、vはステム速度、Haはステ
ムが油側からステムガイド側に動く時の油膜厚さ、Hbは
ステムがステムガイド側から油側へ動く時の油膜厚さで
あり、各油膜厚さHa,Hbは、次式(2),(3)で表わされる。
Q = πDHa ・ v / 2-πDHb ・ v / 2 (1) where D is the outer diameter of the stem, v is the stem speed, and Ha is the oil film thickness when the stem moves from the oil side to the stem guide side. , Hb is the oil film thickness when the stem moves from the stem guide side to the oil side, and each oil film thickness Ha, Hb is expressed by the following equations (2), (3).

この(2)(3)式で、μはオイルの粘性係数、pはリップの
接触圧力、|dp/dx|maxAは、油側の最大接触圧力勾配、|
dp/dx|maxBは、ステムガイド側の最大接触圧力勾配であ
る。
In equations (2) and (3), μ is the viscosity coefficient of oil, p is the contact pressure of the lip, | dp / dx | maxA is the maximum contact pressure gradient on the oil side, and |
dp / dx | maxB is the maximum contact pressure gradient on the stem guide side.

上記の各式から、|dp/dx|maxA<|dp/dx|maxBとなるよう
にリップ形状を設計すれば、オイルリーク量QがQ>0
となり、オイルリークが生じることが分かる。従来のシ
ールでは、前記したように、リップの先端に丸みをつ
け、内側接触角αを外側接触角βより大きくすることに
より、|dp/dx|maxA<|dp/dx|maxBとなる接触圧力分布を
実現している。
From the above equations, if the lip shape is designed so that | dp / dx | maxA <| dp / dx | maxB, the oil leak amount Q becomes Q> 0.
It can be seen that an oil leak occurs. In the conventional seal, as mentioned above, by rounding the tip of the lip and making the inner contact angle α larger than the outer contact angle β, the contact pressure that gives | dp / dx | maxA <| dp / dx | maxB. The distribution is realized.

しかし、この場合のオイルリーク量Qの速度特性は、上
記の式から、 で表わされ、オイルリーク量Qは、ステム速度vが増加
するに伴なって指数関数的に増加し、高速域で過大とな
る欠点を有する。
However, the speed characteristic of the oil leak amount Q in this case is The oil leak amount Q increases exponentially as the stem speed v increases, and has a drawback that it becomes excessive in the high speed range.

このように、オイルリーク量を速度に依存する油膜厚さ
で制御する従来のシールでは、エンジンの低速回転時に
は、必要量のオイルリークが生じるが、高速回転時に
は、バルブの開閉回数の増大に応じて、オイルリーク量
が必要以上に増大し、そのため、ステム4等にカーボン
が付着する、といった不都合が生じる。
In this way, with the conventional seal that controls the oil leak amount by the oil film thickness that depends on the speed, a required amount of oil leak occurs when the engine rotates at a low speed, but at the time when the engine rotates at a high speed, the number of times the valve is opened and closed increases. As a result, the amount of oil leak increases more than necessary, which causes inconvenience that carbon adheres to the stem 4 and the like.

このようなオイルリークの増大に対しては、第4図(B)
に示すように、リップ10bの先端部を尖鋭に成形すると
ともに、その外側接触角βを内側接触角αより大に設定
することによって、対処することができる。この構成に
よれば、上述の潤滑理論において、|dp/dx|maxA>|dp/d
x|maxB、つまりQ≦0になりやすく、オイルを完全に密
封する場合が生じるので、バルブステム用のシールとし
て用いるには不向きである。
For such an increase in oil leak, see Fig. 4 (B).
This can be dealt with by sharply forming the tip of the lip 10b and setting the outer contact angle β thereof to be larger than the inner contact angle α as shown in FIG. According to this configuration, in the above-mentioned lubrication theory, | dp / dx | maxA> | dp / d
Since x | maxB, that is, Q ≦ 0 is likely to occur and the oil may be completely sealed, it is not suitable for use as a seal for a valve stem.

本考案は、上述の問題点に鑑みてなされたものであっ
て、エンジンの回転速度の遅速に関係なく、一往復で常
に一定量の潤滑油をバルブガイド部に供給しうるシール
を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and provides a seal that can always supply a constant amount of lubricating oil to a valve guide portion in one reciprocation regardless of the slow speed of the engine. With the goal.

〈問題点を解決するための手段〉 本考案は、上記の目的を達成するために、芯金によりス
テムガイドに嵌着される嵌着部と、締め付けリングの締
め付けによりステムに弾接するリップとを有するバルブ
ステム用シールにおいて、前記リップの形状を外側接触
角が内側接触角より大きい密封型とし、このリップの少
なくとも先端部に多数の硬質粒体を埋設したものであ
る。
<Means for Solving the Problems> In order to achieve the above object, the present invention has a fitting portion fitted to a stem guide by a core metal and a lip elastically contacting the stem by tightening a tightening ring. In the valve stem seal, the lip has a shape in which the outer contact angle is larger than the inner contact angle, and a large number of hard particles are embedded in at least the tip portion of the lip.

〈作用〉 上記の構成によれば、リップの初期摩耗で、リップの先
端部に埋設されている硬質の粒体が表面に現われる。こ
の硬質の粒体は、リップの摩耗を防止し、エンジンの高
速回転時も、リップ先端部の接触幅をほぼ一定に保つ。
リップ先端の接触部は、硬質粒体の存在で不連続接触と
なり、接触部には物理的な微小通路が形成される。リッ
プの形状が密封型であるため、オイルリーク量は、流体
力学的な油膜厚さで与えられるのではなく、微小通路を
通過する流量で与えられることになる。
<Operation> According to the above configuration, the initial wear of the lip causes the hard particles embedded in the tip of the lip to appear on the surface. The hard granules prevent wear of the lip and keep the contact width of the tip of the lip almost constant even when the engine rotates at high speed.
The contact portion at the tip of the lip becomes a discontinuous contact due to the presence of the hard particles, and a physical minute passage is formed in the contact portion. Since the lip shape is a sealed type, the oil leak amount is given not by the hydrodynamic oil film thickness, but by the flow rate passing through the minute passage.

この場合、オイルリーク量Qは、Aをオイル通路の断面
積、vをステム速度とすれば、次式で表わされる。
In this case, the oil leak amount Q is expressed by the following equation, where A is the cross-sectional area of the oil passage and v is the stem speed.

Q=Av……(5) ところで、オイル通路の断面積Aは、ステム速度vが増
加すれば、減少する特性を有している。つまり、ステム
速度vの増加に伴なって、単位時間当たりの摺動摩擦熱
が増加し、その結果、摺動部の温度が上昇する。この摺
動部の温度上昇により、接触部の弾性材料(ゴム)は変
形しやすくなり、締め付けリングを構成するコイルばね
とゴムと微小通路との均衡が崩れ、オイル通路の断面積
が小さくなる。そのため、オイル通路の断面積は、ステ
ム速度の減少関数となる。
Q = Av (5) By the way, the cross-sectional area A of the oil passage has a characteristic of decreasing as the stem speed v increases. That is, the sliding frictional heat per unit time increases as the stem speed v increases, and as a result, the temperature of the sliding portion rises. Due to the temperature rise of the sliding portion, the elastic material (rubber) of the contact portion is easily deformed, the balance between the coil spring forming the tightening ring, the rubber and the minute passage is lost, and the cross-sectional area of the oil passage is reduced. Therefore, the cross-sectional area of the oil passage is a decreasing function of the stem speed.

したがって、本考案のシールのオイルリーク量の速度特
性は、 Qαvα(ただし、0<α<1)……(6) で表わされる。その速度特性を、従来のシールのオイル
リーク量の速度特性とともに、第5図の特性図に示し
た。
Therefore, the rate characteristics of the oil leakage amount of the present invention seals, Qarufav alpha (However, 0 <alpha <1) is represented by ... (6). The speed characteristic is shown in the characteristic diagram of FIG. 5 together with the speed characteristic of the oil leak amount of the conventional seal.

上記特性図からも明らかなように、本考案のシールで
は、エンジンの高速回転時においても、オイルリーク量
が増大せず、低速回転時と同様の少ないオイルリーク量
に抑えらえる。
As is clear from the above characteristic diagram, the seal of the present invention does not increase the oil leak amount even when the engine rotates at high speed, and suppresses the oil leak amount as small as when rotating at low speed.

〈実施例〉 以下、本考案を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。
<Embodiment> Hereinafter, the present invention will be described in detail based on an embodiment shown in the drawings.

第1図は本考案の一実施例に係るバルブステム用シール
の断面図、第2図はその要部の拡大断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a valve stem seal according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged sectional view of a main part thereof.

この実施例のシールは、従来のこの種シールと同様の基
本構成を有するものであって、芯金11と、コイルばね
で構成された締め付けリング12と、弾性材料のシール
本体13とからなり、シール本体13は、芯金11によ
りステムガイドの外周に嵌着する嵌着部13aと、芯金1
1の軸方向外方で締め付けリング12の締め付けにより
ステムに弾接するリップ13bとからなる。
The seal of this embodiment has the same basic structure as a conventional seal of this kind, and includes a core metal 11, a tightening ring 12 formed of a coil spring, and a seal body 13 made of an elastic material. The seal body 13 includes a fitting portion 13a fitted to the outer periphery of the stem guide by the core metal 11, and the core metal 1.
1 outwardly in the axial direction, and a lip 13b elastically contacting the stem by tightening the tightening ring 12.

この実施例のシールが従来例と異なる点は、リップ13
の構成材料にある。すなわち、リップ13は、フッ素ゴ
ムのような耐熱性ゴムで構成され、その配合物中には、
ガラスもしくはその他の無機材料からなる硬質の粒体1
4,…が多数混合されている。粒体14がガラスの小球
である場合、その径を1〜200μmとし、配合量を3〜3
0重量%とするのが適当である。
The seal of this embodiment is different from the conventional example in that the lip 13
It is in the constituent material. That is, the lip 13 is made of a heat resistant rubber such as fluororubber, and in the composition thereof,
Hard granules 1 made of glass or other inorganic materials
Many are mixed. When the granules 14 are glass spheres, the diameter is 1 to 200 μm, and the compounding amount is 3 to 3
It is suitable to be 0% by weight.

リップ13bの先端部は尖鋭に形成するが、ステムが挿入
すれば、尖鋭なリップ先端は弾性変形し、ステム周面に
対して所要の接触幅Wを有するように接触し、かつ、そ
の幅方向の外側の接触角βが内側の接触角αよりも大
(β>α)に設定されている。
Although the tip of the lip 13b is formed to be sharp, when the stem is inserted, the sharp tip of the lip is elastically deformed and comes into contact with the peripheral surface of the stem so as to have a required contact width W, and in the width direction thereof. The outer contact angle β is set to be larger than the inner contact angle α (β> α).

上記の構成のリップ15は、バルブガイド部に取り付け
られる。その取り付け状態は、第3図に示した従来例の
場合と同様である。
The lip 15 having the above structure is attached to the valve guide portion. The mounting state is the same as in the case of the conventional example shown in FIG.

ここで、バルブステムが開閉動作を開始すると、リップ
13bの先端部が初期摩耗することによって、リップ13b内
部の硬質の粒体14,…が表面に現われ、こののちは、
この粒体14,…がステムに摺接することになるので、
ステム表面との間に微小間隔の通路が形成され、微量の
オイルリークが生じる。また、粒体14は、摩耗防止効
果があるので、エンジンの高速回転時も、リップ13b先
端部の接触幅Wをほぼ一定に保つため、オイルリーク量
が増大しない。
Now, when the valve stem begins to open and close, the lip
Due to the initial wear of the tip portion of 13b, the hard granules 14, ... Inside the lip 13b appear on the surface.
Since these granules 14 ... come into sliding contact with the stem,
A passage with a minute interval is formed between the stem surface and a small amount of oil leak. Further, since the granules 14 have the effect of preventing wear, the contact width W of the tip portion of the lip 13b is kept substantially constant even when the engine is rotating at high speed, so that the amount of oil leak does not increase.

一方、リップ13bの先端部の外側接触角βが内側接触角
αより大となっているから、オイルの移動に方向性が生
じ、この移動の方向性に伴なう封止効果により、オイル
リーク量が過大になることが抑制される。
On the other hand, since the outer contact angle β of the tip of the lip 13b is larger than the inner contact angle α, the oil movement has a directional property, and the sealing effect accompanying the directional property of the oil causes an oil leak. An excessive amount is suppressed.

なお、硬質の粒体14は、少なくともリップ13bの先端
部に埋設されておればよい。
It should be noted that the hard particles 14 need only be embedded in at least the tip of the lip 13b.

〈考案の効果〉 以上のように、本考案によれば、リップの先端部に埋設
されている硬質の粒体がリップ表面に現われてステムに
摺接することになるので、ステム表面との間に微小間隔
の通路が確保され、その結果、微量のオイルリークが生
じる。
<Effect of the Invention> As described above, according to the present invention, the hard particles embedded in the tip of the lip appear on the lip surface and come into sliding contact with the stem. The passage of minute intervals is secured, and as a result, a small amount of oil leak occurs.

本考案の場合、オイルリーク量は、ステム速度とともに
増大する流体力学的な油膜厚さに依存せず、逆に速度と
ともに減少する硬質粒体による微小通路の断面積によっ
て決定されるため、エンジンの高速回転域においても、
オイルリーク量が増大せず、エンジンの回転の遅速にか
かわらず、オイルリーク量がほぼ一定に保たれる。
In the case of the present invention, the amount of oil leakage does not depend on the hydrodynamic oil film thickness that increases with the speed of the stem, but conversely is determined by the cross-sectional area of the minute passage of hard particles that decreases with the speed. Even in the high-speed rotation range,
The amount of oil leak does not increase, and the amount of oil leak is kept substantially constant regardless of the slow speed of engine rotation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本考案の一実施例に係るバルブステム用シール
の断面図、第2図はその要部の拡大断面図、第3図はシ
ールを備えたバルブステムの断面図、第4図(A)(B)はい
ずれも従来のシールの要部の拡大断面図、第5図は本考
案シールおよび従来例のそれぞれオイルリーク量の速度
特性を示す特性図である。 11……芯金、12……締め付けリング、13……シー
ル本体、13a……嵌着部、13b……リップ、14……硬質
粒体。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a valve stem seal according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of an essential part thereof, FIG. 3 is a cross-sectional view of a valve stem having a seal, and FIG. 3A and 3B are enlarged cross-sectional views of the main part of the conventional seal, and FIG. 5 is a characteristic diagram showing the speed characteristics of the oil leak amount of the seal of the present invention and the conventional example, respectively. 11 ... core metal, 12 ... tightening ring, 13 ... seal body, 13a ... fitting part, 13b ... lip, 14 ... hard particles.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 【請求項1】芯金によりステムガイドに嵌着される嵌着
部と、締め付けリングの締め付けによりステムに弾接す
るリップとを有するバルブステム用シールにおいて、 前記リップの形状を外側接触角が内側接触角より大きい
密封型とし、このリップの少なくとも先端部に多数の硬
質粒体を埋設したことを特徴とするバルブステム用シー
ル。
1. A valve stem seal having a fitting portion fitted to a stem guide by a core metal and a lip elastically contacting the stem by tightening a tightening ring, wherein the outer contact angle is the inner contact of the lip shape. A seal for a valve stem, characterized in that it is a sealed type larger than a corner, and a large number of hard particles are embedded in at least the tip of this lip.
JP1987034171U 1987-03-09 1987-03-09 Seal for valve stem Expired - Lifetime JPH0614002Y2 (en)

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