JPS59108811A - 内燃機関の排気弁装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高温な雰囲気に晒される弁傘部側を冷却する
ためにヒートパイプが備えられた内燃機関の排気・弁装
置に係り、特に排気弁の作動を妨げることなく、円滑に
ヒートパイプの放熱側を冷却することができ、ヒートパ
イプの機能を十分に発揮させて排気弁の耐久性を向上さ
せることができる内燃機関の排気弁装置に関する。

内燃機関の排気弁、殊に弁傘部とこれに連続する弁軸部
は、燃焼室内で発生し排気系へ流出する高温な雰囲気（
燃焼ガス）に晒されるので、材料強度の劣化やバナジウ
ム腐食（５５０℃以上で発生する。）等の損傷を受は易
い。このような問題を解消するために、排気弁自体を冷
却することが考えられ、種々の冷却型排気弁の構造が案
出されている。しかし、冷却し過ぎると却って硫酸腐食
（略２２０℃程度で発生する。）を発生させるという問
題が起こってしまう。以上のことから、排気弁は、高温
な雰囲気に晒される弁傘部側を略り８０℃〜４４０℃程
度の温度域に冷却維持することが最適とされる。

本願発明者は、上述したごとき条件を勘案して先に実願
昭４８−９６５３１号において、排気弁内に冷媒を封入
したヒートパイプを内蔵し、過熱される弁傘部側に形成
した受熱端から弁軸部側に形成した放熱端へ熱輸送させ
、この放熱端に熱輸送量の増加に応じて水等の冷却材を
供給することによって排気弁を冷却するように構成しだ
「内燃機関の傘形弁」を提案して上記問題点を解消した
。

ところで、上記考案に係る排気弁を具体的な内燃機関に
適用するに際し、排気弁は、排気口に沿って形成された
弁座部に着座する弁傘部を往復移動させて排気口を開閉
すべく、軸方向に往復駆動されると共に、排気口の密閉
度を向上するために弁傘部を弁座部上に沿って回動すべ
く、軸周りに回転駆動されるため、そのような弁作、動
を妨げることなくヒートパイプの放熱側へ冷却材を供給
でき、ヒートパイプの機能を十分に発揮させることがで
きる構造の案出が要望されていた。

本発明は、上述したごとき事情に鑑みて創案されたもの
であり、その目的は、排気弁の作動を妨げることなく、
円滑にヒートパイプの放熱側を冷却することができ、ヒ
ートパイプの機能を十分に発揮させて排気弁の耐久性を
向上させることができる内燃機関の排気弁装置を提供す
るにある。

以下に、本発明の好適一実施例を添付図面に従って詳述
する。

第１図に示すごとく、１はシリンダヘッド２にその軸方
向に沿って往復移動自在に且つその軸周りに回転自在に
挿通された排気弁である。この排気弁１は、排気口３に
その周方向に沿って形成された弁座部４に着座する重機
に拡径された弁傘部５と、これに一体的に連設された軸
様の弁軸部６とから形成され、弁傘部５は、弁軸部６が
往復駆動されることにより排気口３から離間移動してこ
れを開閉すると共に、弁軸部６が回転駆動されることに
より弁座部４上に沿って回動して排気口３閉成時の密閉
度を高く確保するように構成される。

このように構成された排気弁１は、その内部が外形に沿
って中空に形成され、弁軸部６内方には、その軸方向に
沿って高温な雰囲気に晒されて加熱される弁傘部５側か
ら熱を回収しその熱を弁軸部６側で放熱するヒートパイ
プ７が設けられる。このヒートパイプ７は、その下端が
弁傘部５内に拡径されて形成された中空室８に臨んで開
放されると共にその反対側の弁軸部端部９側へ延長され
た上端がキャップ１０で閉成されたパイプ材１１により
、閉塞された一連の中空室様に区画形成され、更にその
内部に熱輸送用の水等の冷媒Ｃが封入されて構成される
。パイプ材１１は、キャップ１０が弁軸部端部９に嵌装
されて支持されると共に、その軸方向に沿って所定の間
隔を隔てて且つ径方向外方へ張シ出されて形成された環
状の上部取付壁１２及び下部取付−１３が、弁軸部内壁
１４に溶接乃至溶着されて固定される。殊に上部取付壁
１２は、弁軸部６内を軸方向に区画してヒートパイプ７
に、高温な雰囲気（排気ガス等）に晒される受熱端（弁
傘部側部分）Ｂと後述する冷却材Ｆによって冷却される
放熱端（弁軸部側部分）Ｄとを形成させると共に、放熱
端り側で後述する熱交換室１５の底壁を構成し、更に受
熱端Ｂ側で下部取付壁１３との間に空気等で中空断熱壁
１６を形成する機能を有する。即ち上記ヒートノ＜イブ
７は、上端から弁傘部５側へ向かって一連な放熱端りを
形成すると共に、上部取付壁１２よりも下方の弁傘部５
側に受熱端Ｂを形成する。そしてヒートノ＜イブ７内で
は、冷媒Ｃは液化状態で受熱端Ｂに滞留され、受熱端Ｂ
が高温な雰囲気に晒されて加熱されることで蒸気化して
放熱端りへ至りこの放熱端りで冷却されることで液滴化
して再び受熱端Ｂへ回収されるという冷却サイクルを繰
り返すように構成される。

なお、弁傘部５の中空室８には、その径方向に向かって
放射状に流通溝１７が形成されると共に周方向に沿って
環状に流通孔１８が形成され、冷媒Ｃを流通させて弁傘
部５全体、殊に弁座部４に着座する着座部１９を効率良
く冷却するように構成され、また傘表部２０には、その
強度を確保しつつ冷却表面積を増加させるだめに、多数
の凹部２１が形成される。

ところで本発明の特長とするところは、上述したごとき
ヒートパイプ７を有する排気弁１に、それ全体の往復移
動及び回動を妨げることなく円滑にヒートパイプ１の放
熱端りへ冷却材Ｆを供給できる装置を備えたことにある
。

図示するごとく、排気弁１の弁軸部６内には、その軸方
向に沿ってヒートパイプ７の放熱端りを囲繞しその内部
に上昇し７滞留する蒸気化した冷媒Ｃを冷却するだめの
熱交換室１５が形成される。

この熱交換室１５は、第１図及び第２図に示すごとく、
弁軸部６とその内方の放熱端りとの間に環状に形成され
、その底部が上記上部取付壁１２に区画されると共に、
他方頂部側には、弁軸部６をその径方向に貫通して形成
された２つの流口２２゜２２が相対向して設けられる。

まだ、この熱交換室１５内には、これを夫々の流口２２
．２２側に仕切って水等の冷却材Ｆの一連な流路を形成
するだめの仕切板２３が設けられる。この仕切板２３は
、弁軸部６と放熱端りとの間に、上記流口２２゜２２の
形成方向と交わる方向に形成され、その下端側で流口２
２．２２相互を連通ずるように構成される。

このように流口２２から流口２２に亘って一連な流路が
形成され、給排される冷却材Ｆによってヒートパイプ７
の放熱端りを冷却するだめの熱交換室１５を備えた弁軸
部６の外周側部には、その軸方向への往復動を許容する
と共に軸周りの回動を許容すべく軸支するだめの軸受部
を構成する弁箱２４が設けられる。この弁箱２４は、そ
の上端に形成されたフランジ部２５でシリンダヘッド２
等の固定側に固設される。この弁箱２４には、その内周
側部に弁軸部６と共に往復動し且つ回動する流口２２，
２２の移動範囲をカバーして熱交換室１５に冷却材Ｆを
給排するだめの環状の冷却材給排室２６が軸方向に沿っ
て形成される。この冷却材給排室２６には、その径方向
外方から相対向して固設され冷却材Ｆを供給するだめの
供給管２７と排出するだめの排出管２８とが接続される
。

また、この冷却水給排室２６には、冷却材Ｆの滞留を防
止して流通の方向性を維持すべく、その内部を供給管２
７側と排出管２８側とに仕切って区画する仕切壁２９が
設けられる。この仕切壁２９は、弁箱２４から径方向内
方の弁軸部６側に向かって突設され、これらの間には耐
熱性、耐摩耗性、耐腐食性を有する冷却材シール３０が
介設される。

従って、上記熱交換室１５の流口２２，２２は、その往
復動によっては冷却材給排室２６から離脱されることは
なく、まだその回動によって交互に択一的に供給管２７
若しくは排出管２８に連通されて冷却材Ｆが流通される
ことになる。

ところで、第１図に示すごとく、弁軸部端部９には、凹
状の受座３１が形成され、との受座３１には弁軸部６を
往復動させるだめに図示されない公知の油圧装置によっ
て上下動される油圧ブツシュロッド３２が挿着される。

また弁軸部６は、弁箱２４外方に設けられる図示されな
い公知の回転装置によって回動されるように構成される
。

なお、３３は、弁軸部６と弁箱２４との間からの冷却材
Ｆの漏出を防止するだめの耐熱性、耐摩耗性、耐腐食性
を有するシールリングである。

更に本実施例の排気弁装置にあっては、シールリング３
３が劣化した場合等において、冷却材Ｆがシリンダヘッ
ド２内方へ漏出するのを防止するだめの漏出防止装置３
４が備えられる。第３図及び第４図に基づいて詳述する
と、この漏出防止装置３４は、冷却材Ｆがシリンダヘッ
ド２内側へ漏出するのを防止すべく、供給される作動流
体圧で作動されるシール部３５と、漏出を検知する検知
部３６と、この検知部３６によって作動され、漏出が検
知されたことに応じて作動流体を供給して上記シール部
３５に圧を加えて作動させる作動部３７とから構成され
る。

シール部３５は、主に弁箱２４側から弁軸部６の周囲に
密着して冷却材Ｆの漏出を防止するための環状のシール
部材３８と、冷却材Ｆが漏出しないときシール部材３８
を径方向外方へ付勢して弁軸部６から離隔させるだめの
環状のエキスパンダスプリングや多孔質の弾性体（ウレ
タ′：／）等で構成されだ付勢部材３９とから構成され
る。シール部材３８は、第４図に示すごとく、その周方
向に対して斜方に切断分割され、夫々の分割片３８ａ相
互の間隙に多孔質の弾性体４０が介設されて形成され、
漏出に際して弁軸部６に密着するとき相互間隙が埋めら
れて密着すると共に、弁軸部６から離脱するときシール
部材３８自体全体の径が拡張されるように構成される。

このように構成されたシール部材３８は、これを作動す
べく作動流体圧を導入するだめに弁箱２４の内周側に弁
軸部６に臨んで形成された環状の王道入室４１内に設け
られる。また上記付勢部材３９は、シール部材３８に周
方向に沿って形成された溝部３８ｂ内に納められている
。更に、上記シール部材３日の外周側上端部には、王道
入室４１内に供給される作動流体圧で作動され王道入室
４１の上側壁に密着し漏出を防止する肉厚の薄い可動部
３８ｃを形成するだめの窪み部４２が周方向に沿って形
成される。

このように構成されたシール部３５には、作動部３７が
連結される。この作動部３７は、上記王道入室４１に圧
縮空気等の作動流体を供給するための圧源４３と、との
圧源４３と王道入室４１とを結ぶ管路４４と、この管路
４４の途中に設けられ検知部３６に作動制御されて管路
４４を開閉するための電磁弁等の緊急給気弁４５とから
構成され、漏出が検知されたとき作動流体を王道入室４
１へ供給するように構成される。

この作動部３γを制御する検知部３６は、冷却材給排室
２６下方のシールリング３３よりも更に下方で弁軸部６
の外周部に臨んで弁箱２４側に形成された環状の漏水貯
室４６と、これより漏水を引き上げる漏水通路４７と、
この漏水通路４７に設けられ水位が上昇したことで漏出
を検知する検知器４８とから構成される。

そして検知器４８は、漏出を検知したことに応じて上記
緊急給気弁４５を開成するように構成される。

即ち、本漏出防止装置３４は、シールリング３３を介し
て弁箱２４と弁軸部６との間に冷却材Ｆが漏出するのを
漏水貯室４６から漏水通路４７を上昇してくる水位で検
知した検知器４８が緊急給気弁４５を開成することで圧
源４３から作動流体が管路４４を介して王道入室４１内
に流入され、その導入圧でそれまで付勢部材３９や弾性
体４０によって拡張され弁軸部６から離隔されていたシ
ール部材３８が弁軸部６に密着することで漏出を防止す
るようになっている。

なお、第４図中４９は、王道入室４１底部に設けられた
ドレン抜孔である。

以上の構成の作用について述べる。

内燃機関７５−運転されると、排気弁１は、その弁軸部
６が回動されつつ往復動され排気口３を開閉して燃焼に
より発生した高温な雰囲気を燃焼室内から排気系へと流
出させる。この高温な雰囲気に晒され加熱される弁傘部
５側では、ヒートパイプ７の受熱端Ｂに滞留される冷媒
Ｃが加熱され、その熱を回収して蒸気化し、上昇して放
熱端りへと至って熱交換室１５内に流通する冷却材Ｆに
よって冷却されることになる。

ところで、これに際し弁軸部６は回動されつつ往復動さ
れている。本装置にあっては、固定されて設けられ冷却
材Ｆを給排する冷却材給排室２６と、作動される弁軸部
６との間に、弁軸部６の往復動並びに回動を許容して軸
支し相互間の動きを断つ軸受部たる弁箱２４を介設した
ことにより、排気弁１の作動を妨げることなく円滑に冷
却材Ｆを給排させることができる。即ち、供給管２７か
ら供給される冷却材Ｆは、排出管２８側から仕切られた
冷却材給排室２６に流入する。冷却材給排室２６に流入
した冷却材Ｆは、往復動し且つ回動する一方の流口２２
から熱交換室１５内に流入する。冷却材Ｆは、仕切板２
３に仕切られだ熱交換室１５内で放熱端りの一側部側を
冷却しつつ流下し、熱交換室１５底部で反転して反対側
の放熱端りを冷却しつつ上昇し、他方の流口２２から冷
却材給排室２６を介して排出管２８へ流出する。これに
際し、弁軸部６の回動により流口２２　、２２は交互に
供給管２γ側乃至排出管２８側と連通されるので、放熱
端りを均一に冷却することができる。

このように本装置は、排気弁１の作動を妨げる゛ことな
く冷却材Ｆを円滑にヒートパイプ７の放熱端りへ供給す
ることができるので、ヒートパイプ７の機能を十分に発
揮させることができ、排気弁１を所定温度域に維持して
強度劣化、バナジウム腐食、硫酸腐食等を抑えてその耐
久性を向上させることができる。

また、本実施例にあっては、冷却材の漏出を防止する漏
出防止装置３４を備えている。この装置３４は、通常の
場合にはシール部材３８が弁軸部６に接触していないの
で弁作動の負荷となることはなく、漏出を検知すること
によって密着して十分なシール機能を果たすことができ
、内燃機関の運転に支障が生ずるのを抑止することがで
きる。

なお、図示しないが、ヒートパイプを冷却するだめの熱
交換室構造としては種々のものが考えられる。例えば、
放熱端の外周側に螺旋状のフィンを設けても良い。また
、ヒートパイプは１本だけでなく、複数管（殊に放熱端
側）として冷却面積を増加させても良い。

以上要するに、本発明によれば以下のごとき優（１）排
気弁の弁軸部内に設けられヒートパイプの放熱端を冷却
するだめの熱交換室に冷却材を給排すべく固定的に設け
られる冷却材給排室と、往復動及び回動される弁軸部と
の間を、弁動作を断つべく弁軸部を軸支する軸受部たる
弁箱によって連結するように構成したので、排気弁の作
動を妨げることなく、円滑に且つ均一にヒートパイプの
放熱端を冷却することができる。

（２）従って、ヒートパイプにその機能を十分に発揮さ
せることができ、排気弁の耐久性を可及的に向上できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好適一実施例を示す側断面図、第２図
は第１図における■−■線矢視断面図、第３図は第１図
におけるＡ部拡大側断面図、第４図は第３図におけるＩ
Ｖ−ＩＶ線矢視断面図である。 図中、３は排気口、４は弁座部、５は弁傘部、６は弁軸
部、７はヒートパイプ、１５は熱交換室、２４は軸受部
として例示しだ弁箱、２６は冷却材給排室、Ｂはヒート
パイプの受熱端、Ｄはその放熱端、Ｆは冷却材である。 特許　出願人　石川島播磨重工業株式会社代理人弁理士
　　絹　谷　信　雄 ５５

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 排気口に形成された弁座部に着座する弁傘部と、該弁傘
   部を上記弁座部上に沿って回動させると共にこれより離
   間移動させて開閉作動させるだめの弁軸部とを有する内
   燃機関の排気弁において、上記弁軸部内にこれに沿って
   設けられ上記弁傘部に受熱端を形成すると共に上記弁軸
   部に放熱端を形成するヒートパイプと、上記弁軸部内に
   設けられ上記ヒートパイプの放熱端を囲繞してこれを冷
   却材により熱交換させるだめの熱交換室と、上記弁軸部
   の外周部に設けられ該弁軸部の軸方向の往復移動を許容
   すると共に周方向への回動を許容すべく固定側から軸支
   する軸受部と、該軸受部の内周部に設けられ上記熱交換
   室へ冷却材を給排するだめの冷却材給排室とを備えだこ
   とを特徴とする内燃機関の排気弁装置。