JPS59108813A - 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】 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だめに、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
度を向上するだ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（区示せず）
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た弁傘部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　ｍｉＩ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
目、つ径方向外方へ張り出されて形成された環状の十部
取伺壁１０及び下部取付壁１１が、弁τＩ’ｌ１１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よりも下
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Ｉ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１８には、その
強度を確保しつつ冷却表面積を増加させるために、多数
の凹部１９が形成される。

ところで本発明の特長とするところは、上述しだごとき
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を冷却するための熱
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、その頂部及び底部には、弁軸部
５をその径方向から貫通して夫々供給口２０及び排出口
２１が形成される。排出口２１は直接シリンダヘッド内
へ連通されると共に、供給口２０は、弁軸部５０周方向
に沿って環状に形成され熱交換室１３内へ潤滑油等の冷
却材Ｆを供給するだめの冷却材供給路２２に連通される
。

この冷却材供給路２２は、弁軸部５に螺着された第１の
環状部材２３と、この第１の環状部材２３よりも更に弁
軸部５の径方向外方へ拡径され供給口２０の下方で　め
られて弁軸部５に螺着された′第２の環状部材２４との
間に形成され、更にこれら環状部材２３．２４相互の上
端部が開放されて形成された環状の案内路２５を有して
いる。

この案内路２５には、相対向する環状部材２３゜２４相
互から径方向に和文わるように張り出されて刷子２６が
配設される。これら刷子２６は、弁軸部５が往復動され
る慣性で冷却材Ｆが冷却材供給路２２から飛散するのを
防止するように構成される。

このように構成された冷却材供給路２２の上方には、こ
れを閉じるべく蓋体２７が設けられる。

この蓋体２７は、弁軸部５と共に回動される環状部材２
３．２４との間にボールベアリング２８を介設され、相
互回転が断たれている。この蓋体２７には、上記案内路
２５に合致させて挿通孔２９が形成され、との挿通孔２
９には固定側３０に固設された冷却材Ｆを供給するだめ
の冷却材供給管３１が緩やかに挿通される。

この冷却材供給管３１は、上記挿通孔２９を介して弁軸
部５の往復ストローク長よりも深く冷却材供給路２２に
挿入される。そしてこの冷却材供給管３１は、弁軸部５
が往復動するとき、案内路２５や挿通孔２９を介して出
入すると共に、弁軸部５がその軸周りに回動するとき、
蓋体２７を係止しつつ案内路２５内に案内されるように
構成される。換言すれば、この冷却材供給管３１は、周
方向に沿って形成された案内路２５内に往復ストローク
長よりも深ぐ挿入されることで弁軸部５の作動を許容す
るように構成される。

ところで、図示するごとく、弁軸部端部８には、凹状の
受座３２が形成され、との受座３２には弁軸部５を下方
へ作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３３が挿着される。

また弁軸部５は図示されない公知の空気バネ、油圧シリ
ンダ等によって」三方へ復帰されることになる。他方弁
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、３４は油圧ブツシュロッド３３と蓋体２７との間
に設けられ、単に環状部材２３．２４上に載っているだ
けの蓋体２７を押えておくためのコイルスプリングであ
る。この蓋体２７は、刷子２６の存在により、その設備
の有無はいずれでも良い。

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シ
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。

熱交換室１３には、固定側３０の冷却材供給管３１から
冷却材Ｆが供給される。冷却材Ｆは、供給管３１から冷
却材供給路２２内に流入し、更に供給口２０を介して熱
交換室１３内に流入する。

熱交換室１３内に流入した冷却材Ｆは、ヒートバイブロ
の放熱端Ｂを冷却しつつ流下し、底部の排出口２１から
シリンダヘッド内へ排出される。

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、弁軸部５の軸周りに環状
の案内路２５を有し、且つ冷却材供給管３１を往復スト
ローク長よりも深く挿入できる冷却材供給路２２により
、固定側３０の冷却材供給管３１と作動される弁軸部５
とを連結するように構成しだので、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。殊に本実施例にあっては、弁
作動に伴って冷却材供給路２２から冷却材Ｆが飛散する
のを、冷却材供給管３１に付き添う刷子２６によって防
止でき、蓋体２７等を省略させて部品点数を削減できる
と共に、冷却材Ｆとして潤滑油を用いることにより、堅
牢なシール構造も必要でなく製作上有利に構成できる。

このように本装置は排気弁１の作動を妨げることなくｌ
争却材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、ヒートバイブ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２図乃至第３図には、上記実施例の変形例が示
されている。

第２図に示すものは、上記冷却材供給路２２を弁軸部５
内に形成して構成したものである。

第３図に示すものは、上記冷却材供給路２２を構成する
環状部材３５を固定側３０に固設し、この環状部材３５
に弁軸部５を軸支させその往復動並びに回動を許容させ
るように構成したものである。冷却材供給路２２は、供
給口２０の移動範囲をカバーすべく環状で且つ軸方向に
沿って往復ストローク長よりも長く形成される。

これら変形実施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り、更に構造を簡単化できる。

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）排気弁の弁軸部内に形成されヒートパイプの放熱
端を？’＋却するための熱交換室に冷却材を供給すべく
固定側に設けられた冷却材供給管と、回動及び往復動さ
れる弁軸部との間を、弁作動を断つ冷却材供給路によっ
て連結するようにし友ので、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
。

（３）構造が簡単で製造性・実用性が共に高い。

【図面の簡単な説明】

ｇＩ図は本発明の好適一実施例を示す側断面図、第２図
は本発明の変形実施例を示す側断面図、第：３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、６はヒートパイプ、１３は熱交換室、２２は？４＞
却材供給路、３１は冷却材供給管、Ａはヒートパイプの
受熱端、Ｂはその放熱端である。 −（ ６

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とれを冷
   却材により熱交換させるだめの熱交換室と、上記弁軸部
   の周方向に沿って形成され上記熱交換室内に冷却材を供
   給するだめの冷却材供給路と、該冷却材供給路内に固定
   側から冷却材を供給するために挿入され上記弁軸部の周
   方向の回動と軸方向の往復移動を許容するように設けら
   れた冷却材供給管とを備えたことを特徴とする内燃機関
   の排気弁装置。