JPH08114107A - 内燃機関の機関弁シート構造 - Google Patents

内燃機関の機関弁シート構造

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JPH08114107A
JPH08114107A JP25065494A JP25065494A JPH08114107A JP H08114107 A JPH08114107 A JP H08114107A JP 25065494 A JP25065494 A JP 25065494A JP 25065494 A JP25065494 A JP 25065494A JP H08114107 A JPH08114107 A JP H08114107A
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JP
Japan
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seat
cylinder head
internal combustion
combustion engine
linear expansion
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JP25065494A
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English (en)
Inventor
Hideo Kobayashi
日出夫 小林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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Publication of JPH08114107A publication Critical patent/JPH08114107A/ja
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 内燃機関の運転状態において内燃機関の運転
状態において機関弁とシートとの間に隙間の生じること
を防止し、機関弁あるいはシートの溶損を抑制すること
の可能な内燃機関の機関弁シート構造を提供する。 【構成】 排気弁16のシリンダヘッド11との接触部
にはシート17および環状部材18が挿入されている。
そしてシリンダヘッド、シートおよび環状部材の線膨張
係数αH 、αS 、αA が、 αS < αH < αA を満足するように材質を選択する。従って環状部材はシ
ートおよびシリンダヘッドより大きく膨張し、シートあ
るいはシリンダヘッドとの間に隙間の生じることが抑制
され、シートあるいは排気弁の放熱が妨げられることが
ない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の機関弁シート
構造に関わり、特に高温時においても伝熱特性の悪化す
ることのない機関弁シート構造に関する。
【0002】
【従来の技術】内燃機関機関弁には吸気弁と排気弁とが
あり、吸気弁は吸気行程において開弁し気筒に燃料と空
気の混合気体を供給するために使用され、排気弁は排気
行程において開弁し燃焼後の排気を排出するために使用
される。一方圧縮行程において気筒内の混合気が漏洩す
ることを防止するために、機関弁とシリンダヘッドとの
間をシールを確実に行うことが必要となる。
【0003】従って機関弁とシリンダヘッドの接触面と
の間を確実にシールし、シリンダヘッドの磨耗を抑制す
るためにシリンダヘッドにシートを挿入することが一般
的であり、磨耗性に優れたセラミックス製のシートを挿
入したシート構造が提案されている。しかしながらセラ
ッミクスの線熱膨張係数はシリンダヘッドを構成する金
属材料(例えばアルミニウム)の線熱膨張係数よりも小
であるため、内燃機関が運転状態となり内燃機関の温度
が上昇した場合にはセラミックス製のシートとシリンダ
ヘッドとの結合力が低下し、シール性が低下するだけで
なくシートが脱落するおそれがある。
【0004】上記課題を解決するために、セラミックス
製のシートの外周に線膨張係数がセラミックスよりも大
でありシリンダヘッドを構成する金属材料よりも小であ
る金属部材を一体的に形成したシート構造が既に提案さ
れている(特開昭62−107216公報参照)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、機関
弁、特に排気弁は高温の排気に曝され弁体自体が高温と
なるが、セラミックス製シート、金属部材、シリンダヘ
ッドの順に線膨張係数を大とすると、内燃機関の運転状
態においてシートと金属部材、金属部材とシリンダヘッ
ドとの間に隙間が生じ機関弁あるいはシートの放熱が悪
化し、機関弁あるいはシートの溶損するおそれを回避す
ることができない。
【0006】本発明は上記課題に鑑みなされたものであ
って、内燃機関の運転状態においてシリンダヘッドとシ
ートとの間に隙間の生じることを防止し、機関弁あるい
はシートの溶損を抑制することの可能な内燃機関の機関
弁シート構造を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】第1の発明にかかる内燃
機関の機関弁シート構造は、線膨張係数がシリンダヘッ
ドを構成する材料の線膨張係数より小であるシートと、
線膨張係数がシリンダヘッドを構成する材料の線膨張係
数より大でありシートの外周とシリンダヘッドとの間に
挿入される環状部材と、から構成される。
【0008】第2の発明にかかる内燃機関の機関弁シー
ト構造は、線膨張係数がシリンダヘッドを構成する材料
の線膨張係数より小である円環状のシートと、シートの
内壁の高さ方向の少なくとも一部がシリンダヘッドの一
部として形成された環状部分もしくは線膨張係数がシリ
ンダヘッドを構成する材料の線膨張係数より大である環
状部材と接する。
【0009】第3の発明にかかる内燃機関の機関弁シー
ト構造は、線膨張係数がシリンダヘッドを構成する材料
の線膨張係数より小でありシリンダヘッドへの挿入面の
外側端部に内側端部よりも高さの高い挿入部を有する環
状シートを具備する。第4の発明にかかる内燃機関の機
関弁シート構造は、線膨張係数がシリンダヘッドを構成
する材料の線膨張係数より大でありシートの挿入部の内
側に挿入される環状部材をさらに具備する。
【0010】第5の発明にかかる内燃機関の機関弁シー
ト構造は、線膨張係数がシリンダヘッドを構成する材料
の線膨張係数より小であり機関弁の傘部の一部分と接触
するシートと、機関弁の傘部のシートとの接触部分以外
の部分とは内燃機関の冷態時において接触せず線膨張係
数がシートを構成する材料の線膨張係数より大である環
状部位をシートとシリンダヘッドとの間に有する。
【0011】第6の発明にかかる内燃機関の機関弁シー
ト構造は、線膨張係数がシリンダヘッドを構成する材料
の線膨張係数より小でありシリンダヘッドへの挿入面が
挿入方向に向かって徐々に減少するテーパに形成される
環状シートを具備する。
【0012】
【作用】第1の発明にかかる内燃機関の機関弁シート構
造にあっては、内燃機関の高温時に環状部材がシートお
よびシリンダヘッドより大きく膨張し、シートおよびシ
リンダヘッドとの間に隙間の生じることが防止される。
第2の発明にかかる内燃機関の機関弁シート構造にあっ
ては、シート内周のすくなくとも一部がシートより線膨
張係数の大きいシリンダヘッドの一部として形成された
環状部分もしくは線膨張係数がシリンダヘッドを構成す
る材料の線膨張係数より大である環状部材によって、内
燃機関の高温時にシート半径方向に押圧されシートと部
材との間に隙間の生じることが防止される。
【0013】第3の発明にかかる内燃機関の機関弁シー
ト構造にあっては、内燃機関の高温時にシートの外側端
部の内側のシリンダヘッドがシートより大きく膨張し、
シートとの間に隙間の生じることおよびシートが抜け落
ちるが防止される。第4の発明にかかる内燃機関の機関
弁シート構造にあっては、内燃機関の高温時にシートの
外側端部の内側に挿入される環状部材がシートより大き
く膨張し、シートとの間に隙間の生じることおよびシー
トが抜け落ちるが防止される。
【0014】第5の発明にかかる内燃機関の機関弁シー
ト構造にあっては、内燃機関の高温時に、シリンダヘッ
ドのシート内側部分あるいは環状部材がシートより大き
く膨張しシートとの間に隙間の生じることが防止される
とともに機関弁と接触して機関弁の放熱量が増加する。
第6の発明にかかる内燃機関の機関弁シート構造にあっ
ては、内燃機関の高温時にシートがシリンダヘッド内に
入り込み、シリンダヘッドとの間に隙間の生じることが
防止される。
【0015】
【実施例】図1は機関弁の構造を説明するためのシリン
ダヘッドの断面図であって、いわゆるダブルオーバーヘ
ッドカムの場合を示す。即ちシリンダヘッド11を貫通
して吸気管12と気筒13との間に吸気弁14が、排気
管15と気筒13との間に排気弁16が設置されてい
る。
【0016】吸気弁14あるいは排気弁16とシリンダ
ヘッド11間のシールを確実にし、かつ例えばアルミニ
ウムで製造されるシリンダヘッド11の磨耗を抑制する
ためにシリンダヘッド11にシート17が挿入される。
【0017】第1実施例 図2は第1実施例の排気弁16近傍の部分拡大断面図で
あって、シリンダヘッド11とシート17との間に環状
部材18が挿入される。ここでシリンダヘッド11の線
膨張係数をαH としたとき、シート17および環状部材
18の材料をそれぞれの線膨張係数αS およびαA が次
式を満足するように選択する。
【0018】αS < αH < αA シリンダヘッド11はアルミニウム(線膨張係数 2
3.6×10-6/K)で製造されることが一般的である
ため、シート17の材料としては耐磨耗性、加工性、経
済性等を考慮して鉄合金(線膨張係数 約11.7×1
-6/K)とすることが適当である。
【0019】さらに環状部材18の材料としては、亜鉛
(線膨張係数 39.7×10-6/K)、カドミウム
(線膨張係数 29.8×10-6/K)、鉛(線膨張係
数 29.3×10-6/K)、ジュラルミン(線膨張係
数 27.3×10-6/K)を使用することが可能であ
るが、加工性、経済性等を考慮して亜鉛が最適である。
第1実施例においては、内燃機関の温度が上昇すると環
状部材18が最も大きく熱膨張し、シート17と環状部
材18との間あるいは環状部材18とシリンダヘッド1
1との間に隙間が発生することがなく、排気弁16ある
いはシート17の放熱の熱抵抗が増加することがない。
【0020】第2実施例 図3から図5は第2実施例の排気弁16近傍の部分拡大
断面図であって、シート17のシリンダヘッド11への
挿入面に外周に沿った挿入部171が形成される。挿入
部171の内側は図3に示すように垂直としても、図4
に示すように斜めとしても、さらに図5に示すように曲
線としてもよい。
【0021】なおシートの材料は、その線膨張係数αS
がシリンダヘッド11を構成する材料の線膨張係数αH
より小であるもの(例えば鉄合金)を選択する。即ち、 αS < αH とする。
【0022】第2実施例においては、内燃機関の温度が
上昇するとシート17の挿入部171の内側の部分が大
きく膨張し、シート17とシリンダヘッド11との間に
隙間が発生することが抑制されるとともに、シート17
が脱落することを防止する。
【0023】第3実施例 図6から図8は第3実施例の排気弁16近傍の部分拡大
断面図であって、シート17のシリンダヘッド11への
挿入面に外周に沿った挿入部171が形成されるととも
に、挿入部171の内側に環状部材18が配置される。
挿入部171の内側の環状部材18との接触面は図6に
示すように垂直としても、図7に示すように斜めとして
も、さらに図8に示すように曲線としてもよい。
【0024】シート17の材料および環状部材18の材
料は、それぞれの線膨張係数αS およびαA がシリンダ
ヘッド11を構成する材料の線膨張係数αH と以下の関
係を満足するものを選択する。 αS < αH < αA 即ちシート17の材料は鉄合金、環状部材18の材料は
亜鉛とすることがよい。
【0025】第3実施例においては、内燃機関の温度が
上昇するとシート17の挿入部171の内側に挿入され
た環状部材18が大きく膨張し、シート17とシリンダ
ヘッド11との間に隙間が発生することが抑制されると
ともに、シート17が脱落することを防止する。
【0026】第4実施例 図9および図10は第4実施例の排気弁16近傍の部分
拡大断面図であって、シート17は排気弁16の傘部1
61の周囲でのみ接触する。なお傘部161の内側は、
図9に示す実施例においてはシリンダヘッド11と、図
10に示す実施例においては環状部材18と対向してい
る。
【0027】そして内燃機関の冷態時においては、排気
弁16はシート17と接触するが、シリンダヘッド11
あるいは環状部材18とは接触せずわずかな隙間を有し
ている。さらにシート17の材料および環状部材18の
材料は、それぞれの線膨張係数αS およびαA がシリン
ダヘッド11を構成する材料の線膨張係数αH と以下の
関係を満足するものを選択する。
【0028】αS < αH < αA 即ちシート17の材料は鉄合金、環状部材18の材料は
亜鉛とすることがよい。従って内燃機関が運転により高
温となるとシート17内側のシリンダヘッド11あるい
は環状部材18がシートの半径方向に大きく膨張し、シ
ート17とシリンダヘッド11との間およびシート17
と環状部材18との間に隙間が生じることを防止する。
【0029】さらにシート17内側のシリンダヘッド1
1あるいは環状部材18の縦方向の膨張によりシリンダ
ヘッド11あるいは環状部材18が排気弁16の傘部1
61と接触し、シール性が向上するだけでなく排気弁の
放熱量が増加する。
【0030】第5実施例 図11は第5実施例の排気弁16近傍の部分拡大断面図
であって、シート17のシリンダヘッドへの挿入面17
2が挿入方向に向かって徐々に減少するテーパに形成さ
れる。そしてシート17の線膨張係数αS はシリンダヘ
ッドを構成する材料の線膨張係数αH より小に選定す
る。
【0031】即ち、 αS < αH とする。従って内燃機関が運転状態となったときには、
シート17とシリンダヘッド11との線膨張係数の差に
より相対的にシート17がシリンダヘッド11の中に入
り込み、シート17とシリンダヘッド11との間に隙間
の発生することを防止する。
【0032】なお図11に示すようにシート17の上面
とシリンダヘッドとの間に環状部材18を配置してもよ
い。この場合環状部材18の線膨張係数αA はシリンダ
ヘッド11を構成する材料の線膨張係数αH より小とす
る。即ち、 αH > αA とし、シリンダヘッド11がアルミニウム製であれば、
環状部材18の材料としては鉄合金が適当である。
【0033】環状部材18を配置することによりシート
17の上面において隙間の発生することを確実に防止す
ることができるとともに、シート17がシリンダヘッド
11内に過度に入り込むことも防止できる。
【0034】
【発明の効果】第1の発明にかかる内燃機関の機関弁シ
ート構造によれば、内燃機関の高温時に環状部材がシー
トおよびシリンダヘッドより大きく膨張するため、シー
トおよびシリンダヘッドとの間に隙間の生じることを防
止することが可能となる。第2の発明にかかる内燃機関
の機関弁シート構造によれば、内燃機関の高温時にシー
ト内周のすくなくとも一部がシートより線膨張係数の大
きい部材によってシート半径方向に押圧されシートと部
材との間に隙間の生じることを防止すること、およびシ
ートの脱落を防止することが可能となる。
【0035】第3の発明にかかる内燃機関の機関弁シー
ト構造によれば、内燃機関の高温時にシートの外側端部
の内側のシリンダヘッドがシートより大きく膨張するた
め、シートとの間に隙間の生じることおよびシートが抜
け落ちるを防止することが可能となる。第4の発明にか
かる内燃機関の機関弁シート構造によれば、内燃機関の
高温時にシートの外側端部の内側に挿入される環状部材
がシートより大きく膨張するため、シートとの間に隙間
の生じることおよびシートが抜け落ちるを防止すること
が可能となる。
【0036】第5の発明にかかる内燃機関の機関弁シー
ト構造によれば、内燃機関の高温時にシリンダヘッドの
シート内側部分あるいは環状部材がシートより大きく膨
張するため、シートとの間に隙間の生じることを防止す
ることが可能となるとともに機関弁と接触するため機関
弁の放熱量を増加することが可能となる。第6の発明に
かかる内燃機関の機関弁シート構造によれば、内燃機関
の高温時にシートがシリンダヘッド内に入り込むため、
シリンダヘッドとの間に隙間が生じることを防止するこ
とが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】シリンダヘッドの断面図である。
【図2】第1実施例の排気弁近傍の部分拡大断面図であ
る。
【図3】第2実施例の排気弁近傍の部分拡大断面図(1
/3)である。
【図4】第2実施例の排気弁近傍の部分拡大断面図(2
/3)である。
【図5】第2実施例の排気弁近傍の部分拡大断面図(3
/3)である。
【図6】第3実施例の排気弁近傍の部分拡大断面図(1
/3)である。
【図7】第3実施例の排気弁近傍の部分拡大断面図(2
/3)である。
【図8】第3実施例の排気弁近傍の部分拡大断面図(3
/3)である。
【図9】第4実施例の排気弁近傍の部分拡大断面図(1
/2)である。
【図10】第4実施例の排気弁近傍の部分拡大断面図
(2/2)である。
【図11】第5実施例の排気弁近傍の部分拡大断面図で
ある。
【符号の説明】
11…シリンダヘッド 16…排気弁 17…シート 18…環状部材

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 線膨張係数がシリンダヘッドを構成する
    材料の線膨張係数より小である円環状のシートと、 線膨張係数がシリンダヘッドを構成する材料の線膨張係
    数より大であり、前記シートの外周とシリンダヘッドと
    の間に挿入される環状部材と、から構成される内燃機関
    の機関弁シート構造。
  2. 【請求項2】 線膨張係数がシリンダヘッドを構成する
    材料の線膨張係数より小である円環状のシートと、 前記シートの内壁の高さ方向の少なくとも一部がシリン
    ダヘッドの一部として形成された環状部分もしくは線膨
    張係数がシリンダヘッドを構成する材料の線膨張係数よ
    り大である環状部材と接する内燃機関の機関弁シート構
    造。
  3. 【請求項3】 線膨張係数がシリンダヘッドを構成する
    材料の線膨張係数より小であり、シリンダヘッドへの挿
    入面の外側端部に内側端部よりも高さの高い挿入部を有
    する環状シートを具備する内燃機関の機関弁のシート構
    造。
  4. 【請求項4】 線膨張係数がシリンダヘッドを構成する
    材料の線膨張係数より大であり、前記シートの挿入部の
    内側に挿入される環状部材をさらに具備する請求項2に
    記載の内燃機関の機関弁のシート構造。
  5. 【請求項5】 線膨張係数がシリンダヘッドを構成する
    材料の線膨張係数より小であり、機関弁の傘部の一部分
    と接触するシートと、 機関弁の傘部の前記シートとの接触部分以外の部分とは
    内燃機関の冷態時において接触せず、線膨張係数がシー
    トを構成する材料の線膨張係数より大である環状部材を
    前記シートとシリンダヘッドとの間に有する内燃機関の
    機関弁のシート構造。
  6. 【請求項6】 線膨張係数がシリンダヘッドを構成する
    材料の線膨張係数より小であり、シリンダヘッドへの挿
    入面が挿入方向に向かって徐々に減少するテーパに形成
    される環状シートを具備する内燃機関の機関弁のシート
    構造。
JP25065494A 1994-10-17 1994-10-17 内燃機関の機関弁シート構造 Pending JPH08114107A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111089004A (zh) * 2018-10-24 2020-05-01 马勒国际有限公司 在内燃机的气缸盖上安装气门座环的方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111089004A (zh) * 2018-10-24 2020-05-01 马勒国际有限公司 在内燃机的气缸盖上安装气门座环的方法

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