JPS59108812A - 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２８０　’Ｃ〜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
しだ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た
「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ずべ
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（図示せず）
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
回動自在に挿通された排気弁である。この排気弁１は、
排気口２にその周方向に沿って形成された弁座部３に着
座する重機に拡径されだ弁傘部４と、これに一体的に連
設された軸様の弁軸部５とから形成され、弁傘部４は、
弁軸部５が往復駆動されることにより排気口２から離間
移動してこれを開閉すると共に、弁軸部５が回転駆動さ
れることにより弁座部３上に沿って回動して排気口２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５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４側か
ら熱を回収しその熱を弁軸部５側で放熱するヒートバイ
ブロが設けられる。このヒートバイブロは、その下端が
弁傘部４内に拡径されて形成された中空室７に臨んで開
放されると共にその反対側の弁軸部端部８側へ延長され
た上端が閉成されたパイプ材９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９は、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り出されて形成された環状の上部取
付壁１０及び下部取付壁１１が、弁軸部内壁１２に溶接
乃至溶着されて固定される。

殊に上部取付壁１０は、弁軸部５内を軸方向に区画して
ヒートバイブロに、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）Ａ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）Ｂとを形成させ
ると共に、放熱端Ｂ側で後述する熱交換室１３の底壁を
構成し、更に受熱端Ａ側で下部取付壁１１との間に空気
等で中空断熱壁１４を形成する機能を有する。即ち上記
ヒートバイブロは、上端から弁傘部４側へ向かって一連
な放熱端Ｂを形成すると共に、上部取付壁１０よシも下
方の弁傘部４側に受熱端Ａを形成する。そしてヒートバ
イブロ内では、冷媒Ｃは液化状態で受熱端Ａに滞留され
、受熱端Ａ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Ｂへ至りこの放熱端Ｂで冷却されるこ
とで液滴化して再び受熱端Ａ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４の中空室７には、その径方向に向かって
放射状に流通溝１５が形成されると共に周方向に沿って
環状に流通孔１６が形成され、冷媒Ｃを流通させて弁傘
部４全体、殊に弁座部３に着座する着座部１７を効率良
く冷却するように構成され、また傘表部１９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２０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
ヒートバイブロを有する排気弁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バイブロの放
熱端Ｂ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５内には、その軸
方向に沿ってヒートバイブロの放熱端Ｂを囲繞しその内
部に上昇し滞留する蒸気化した冷媒Ｃを冷却するだめの
熱交換室１３が形成される。

この熱交換室１３は、弁軸部５とその内方の放熱端Ｂと
の間に環状に形成され、その頂部には弁軸部端部８の軸
芯部りを貫通して冷却材供給口２２が形成されると共に
、底部には弁軸部５をその径方向から貫通してシリンダ
ヘッド内へ直接開放される冷却材排出口２３が形成され
る。また、この熱交換室１３内には、放熱端Ｂからその
径方向外方へ張り出され放熱面積を増大させるだめのフ
ィン２４が設けられる。

このように構成された熱交換室１３の冷却材供給口２２
には、固定側２５に固設され潤滑油等の冷却材Ｆを熱交
換室１３内へ供給するための冷却材供給管２６が相互の
摺動可能に挿入される。即ち、固定側２５を構成する冷
却材供給管２６は、第１図及び第２図に示すごとく、弁
軸部端部８の軸芯部りで且つ弁軸部５の往復ストローク
長よりも深く挿入され、弁軸部５の軸方向への往復動を
許容すると共に軸回りの回動を許容するように構成され
る。

ところで以上のように構成された弁軸部５は、図示する
ごとき公知の往復動装置２７によって作動される。弁軸
部５を挾み込むように設けられ油圧ブツシュロッド（図
示せず）によって下方向へ駆動されるロッカーアーム２
８が、弁軸部５を囲繞して設けられたスラスト軸受２９
を介して弁軸部５に嵌着された受は金具３０を下方向へ
作動することにより弁軸部５は下方向へ作動されること
になる。まだ、弁軸部５の上方向への作動は、弁軸部５
の外周側に螺着され径方向外方へ張り出されたリテーナ
３１に図示されない空気バネの付勢力が上方向に作用さ
れて達成される。また弁軸部５は、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、３２は、２分割された受は金具３０を弁軸部５に
環状に嵌着させるために螺着されるボルトである。

以上の構成の作用について述べる。

内燃機関が運転されると、排気弁１は、その弁軸部５が
回動されつつ往復動され排気口２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４側
では、ヒートバイブロの受熱端Ａ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
Ｂへと至って熱交換室１３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５は回動されつつ往復動さ
れている。本装置にあっては、固定側２５を構成し冷却
材Ｆを供給するだめの冷却材供給管２６と、作動される
弁軸部５との間を、弁軸部端部８の軸芯部りに沿って形
成され且つ冷却材供給管２６を弁軸部５の往復ストロー
ク長よりも深く摺動自在に挿通させる冷却材供給口２２
を介して連結したことにより、排気弁１の往復動並びに
回動を妨げることなく円滑に潤滑油等の冷却材Ｆを給排
させることができる。即ち、冷却材供給管２６から供給
される冷却材Ｆは、弁作動に関係なく冷却材供給口２２
から流入し、直ちに放熱端Ｂを冷却しつつフィン２４に
沿って流下し下方の冷却材排出口２３からシリンダヘッ
ド内へ流出することになる。殊に本実施例にあっては、
放熱端Ｂにフィン２４を設けたことにより、より効率良
く冷却することができる。また、冷却材Ｆとして潤滑油
を用いることにより、堅牢なシール構造は必要でなく、
給排出経路を簡単化でき製作上も有利である。

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を円滑にヒートバイブロの放熱端Ｂへ供給するこ
とができるので、ヒート・シイプロ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。

なお、第３図〜第５図には、上記実施例の変形例が示さ
れている。これら変形例は、上記実施例をヒートパイプ
が弁軸部内力に収納された内装型と言うならば、ヒート
パイプが露出された外装型とも言うべきものである。

第３図及び第４図に示すごとく、排気弁１はその弁軸部
端部８が放熱端Ｂを構成するヒートツクイブ６によって
形成される。このヒートバイブロの径方向外方には、所
定の間隔を隔てて管状のガイド筒３３が設けられ、これ
ら間には、放熱面積を増大させると共に放熱端Ｂにガイ
ド筒３３を支持させるだめのフィン３４が放射状に配設
される。

熱交換室１３は、これらヒートバイブロの放熱端Ｂとガ
イド筒３３との間に形成され、まだ冷却材供給口２２及
び冷却材排出口２３は、ガイド筒３３の上下開放端によ
って形成される。この実施例は、冷却材Ｆを多量に流下
させて十分な冷却を施しだい場合に有効である。

なお、２８はロッカーアームであり、２９はスラスト軸
受である。

第５図に示すものは、上記フィン３４を螺旋状に形成し
た場合でちる。これは、冷却材供給口２２から流入され
る冷却材Ｆを螺旋運動させながら熱交換させるもので中
程度の冷却を施したい場合に適している。

これら両者には、排気弁１の往復運動に干渉しガいよう
に図示されない上方に固設された固定側の冷却材供給管
等から冷却材Ｆが供給されることになる。

これら変形例にあっても上記実施例と同様な効果を奏す
ることは勿論であるが、更に上記実施例との対比から以
上のような長所がある。

（ｉ）　　弁軸部自体に冷却材流通用の開口部を形成す
る必要がないので強度高く構成できる。

（１１）上記実施例のごとく開口部を形成することは強
度上開口断面積が制限されて冷却材流量が規制されるが
、変形実施例ではより十分且つ任意に冷却材流量を設定
でき冷却効果を制御することができる。

（ｉｉｉｌ　　構造をより簡略化でき、製造性が高い。

以上要するに、本発明によれば以下のごとき優れた効果
を発揮する。

（１）排気弁の弁軸部端部の軸芯部に、ヒートパイプの
放熱端を冷却すべく弁軸部に形成された熱交換室と、冷
却材を供給する固定側との間を相互作動を断つ冷却材供
給口を形成し、これを介して冷却材を供給するように構
成したので、排気弁の作動を妨げることなく、円滑にヒ
ートノくイブの放熱端を冷却することができる。

（２）従って、ヒート・＜イブ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」二で
きる。

（３）構造が簡第で製造性・実用性が共に高い。

【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
はその平面図、第３図は本発明の変形実施例を示す側断
面図、第４図は第３図における■−■線矢視断面図、第
５図は他の変形実施例を示す側断面図である。 図中、２は排気口、３は弁座部、４は弁傘部、５は弁軸
部、８はその端部、６はヒートノ＜イブ、１３は熱交換
室、２２は冷却材供給口、２５゜２６は固定側及びその
冷却材供給管、Ａはヒートパイプの受熱端、Ｂはその放
熱端、Ｄは弁軸部の軸芯部、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 第２図 第４図

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、上記弁軸部端部の
   軸芯部に固定側から冷却材が供給される冷却材供給口を
   有し、弁軸部に沿って上記ヒートパイプの放熱端を囲繞
   してこれを冷却するだめの熱交換室とを備えたことを特
   徴とする内燃機関の排気弁装置。