JPS6011607A - セラミツク製バルブ構造 - Google Patents
セラミツク製バルブ構造Info
- Publication number
- JPS6011607A JPS6011607A JP11715983A JP11715983A JPS6011607A JP S6011607 A JPS6011607 A JP S6011607A JP 11715983 A JP11715983 A JP 11715983A JP 11715983 A JP11715983 A JP 11715983A JP S6011607 A JPS6011607 A JP S6011607A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- valve
- ceramic
- seal
- cylinder head
- ring
- Prior art date
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- Pending
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F7/00—Casings, e.g. crankcases or frames
- F02F7/0085—Materials for constructing engines or their parts
- F02F7/0087—Ceramic materials
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
- F01L3/00—Lift-valve, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces; Parts or accessories thereof
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Lift Valve (AREA)
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。
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、内燃機関のセラミック製バルブ構造に関する
もので、とくにバルブ、シールリング、シリンダヘッド
下部をセラミックで構成した耐熱性にすぐれた燃焼室と
、セラミックを使用した個所に衝撃荷重が加わらないよ
うにしたガスシール機構とに関するものである。
もので、とくにバルブ、シールリング、シリンダヘッド
下部をセラミックで構成した耐熱性にすぐれた燃焼室と
、セラミックを使用した個所に衝撃荷重が加わらないよ
うにしたガスシール機構とに関するものである。
セラミックは、耐熱性、断熱性、低熱膨張性、Ｉ ＱＱ
耐摩耗性、耐蝕性などが金属に比べすぐれている。たと
えば、耐熱性に関しては耐熱鋼の９００′Ｃに対し、代
表的な高強度セラミックである窒化珪素は１４００”Ｃ
となる。このセラミックをピストンやライナなどに適用
して耐熱性にすぐれた燃焼室を形成し、高温燃焼による
メリットを追及する研究が試みられている。この場合、
燃焼室内温度が非常に高くなるため、バルブなどの関連
部品についても耐熱設計にする必要がある。通常の水冷
形エンジンでは、バルブとバルブシートは熱負荷が比較
的大きいので耐熱鋼を使用している。しかし、断熱形エ
ンジンでは、バルブ傘部の温度が耐熱鋼の限界温度９０
０’ Ｃを越えるため。熱負荷増大に伴なうシート当り
面の摩耗によるガスの吹抜けや、バルブの高温疲労破壊
などの熱的トラブルが発生する。そこで、この問題に対
処するためバルブやバルブシートにもセラミックを適用
することが検討されている。ところが、セラミックはも
ろくこわれやすい欠点があるため、衝撃荷重の２− 加わるこれらの部品をセラミックに置き変えるのは困難
であり、構造面からの検討が必要である。
えば、耐熱性に関しては耐熱鋼の９００′Ｃに対し、代
表的な高強度セラミックである窒化珪素は１４００”Ｃ
となる。このセラミックをピストンやライナなどに適用
して耐熱性にすぐれた燃焼室を形成し、高温燃焼による
メリットを追及する研究が試みられている。この場合、
燃焼室内温度が非常に高くなるため、バルブなどの関連
部品についても耐熱設計にする必要がある。通常の水冷
形エンジンでは、バルブとバルブシートは熱負荷が比較
的大きいので耐熱鋼を使用している。しかし、断熱形エ
ンジンでは、バルブ傘部の温度が耐熱鋼の限界温度９０
０’ Ｃを越えるため。熱負荷増大に伴なうシート当り
面の摩耗によるガスの吹抜けや、バルブの高温疲労破壊
などの熱的トラブルが発生する。そこで、この問題に対
処するためバルブやバルブシートにもセラミックを適用
することが検討されている。ところが、セラミックはも
ろくこわれやすい欠点があるため、衝撃荷重の２− 加わるこれらの部品をセラミックに置き変えるのは困難
であり、構造面からの検討が必要である。
本発明は、これらの問題を解消するため、セラミックの
特性を考慮し、バルブシートとの衝撃による荷重が加わ
らないようにしたバルブ構造を提供することを目的とす
るものである。
特性を考慮し、バルブシートとの衝撃による荷重が加わ
らないようにしたバルブ構造を提供することを目的とす
るものである。
この目的を達成するために、本発明のバルブ構造は、セ
ラミックの耐熱性、断熱性、耐蝕性を生かした耐熱形の
バルブ構造をとるとともに、耐摩耗性を利用することに
よってバルブとシールリング間の摺動面でガスシールす
る機構をとっている。さらに、具体的には、発明のセラ
ミック製バルブ構造は、高温の燃焼ガスにさらされるバ
ルブ傘部をセラミックで形成し、金属製のステム部と結
合する方式となっている。また、従来のバルブフェース
とバルブシートとの当り面を密着させるガスシール機構
では、両者に衝撃荷重が加わるため、セラミックの使用
が難かしい。そこで、本発明では従来のバルブシートを
なくシ、かわりに分割型のセラミック製シールリングを
設け、バルブ傘部の外周面とシールリングの内周面とを
摺動させてガスシールする方式を採用している。
ラミックの耐熱性、断熱性、耐蝕性を生かした耐熱形の
バルブ構造をとるとともに、耐摩耗性を利用することに
よってバルブとシールリング間の摺動面でガスシールす
る機構をとっている。さらに、具体的には、発明のセラ
ミック製バルブ構造は、高温の燃焼ガスにさらされるバ
ルブ傘部をセラミックで形成し、金属製のステム部と結
合する方式となっている。また、従来のバルブフェース
とバルブシートとの当り面を密着させるガスシール機構
では、両者に衝撃荷重が加わるため、セラミックの使用
が難かしい。そこで、本発明では従来のバルブシートを
なくシ、かわりに分割型のセラミック製シールリングを
設け、バルブ傘部の外周面とシールリングの内周面とを
摺動させてガスシールする方式を採用している。
上記のような構成とすることによりセラミック製のバル
ブ傘部およびシールリングに衝撃荷重がかかることが防
止され、かつシールリングが傘部に押しつけられるので
確実なシールが得られる。
ブ傘部およびシールリングに衝撃荷重がかかることが防
止され、かつシールリングが傘部に押しつけられるので
確実なシールが得られる。
以下に、本発明のセラミック製バルブ構造の望ましい実
施例を図面を参照して説明する。
施例を図面を参照して説明する。
第１図は本考案のバルブ機構を組み込んだエンジンのシ
リンダヘッド周りの断面を示している。図中、１はシリ
ンダヘッド本体で該シリンダヘッド本体１には吸気ボー
トおよび排気ポートとが形成されている。２はそのボー
トを示している。シリンダヘッド１の下面にはセラミッ
ク製のシリンダヘッド下面プレート３が沿設されている
。
リンダヘッド周りの断面を示している。図中、１はシリ
ンダヘッド本体で該シリンダヘッド本体１には吸気ボー
トおよび排気ポートとが形成されている。２はそのボー
トを示している。シリンダヘッド１の下面にはセラミッ
ク製のシリンダヘッド下面プレート３が沿設されている
。
シリンダヘッド下面プレート３にはボート２３−
に対応する位置に段付形状のシールリング挿入穴４と、
シールリング挿入穴４の外周方向に放射状に延びた複数
個のスプリング挿入溝５が設けられている。シールリン
グ挿入穴４には分割構造のセラミック製シールリング６
が挿入されており、シールリングの外周面６１を押し付
けるようにスプリング７がスプリング挿入溝５に挿入さ
れている。シールリング６の内周面６２には吸気バルブ
または排気バルブが往復動自在に嵌装されている。８は
吸気バルブまたは排気バルブを示している。
シールリング挿入穴４の外周方向に放射状に延びた複数
個のスプリング挿入溝５が設けられている。シールリン
グ挿入穴４には分割構造のセラミック製シールリング６
が挿入されており、シールリングの外周面６１を押し付
けるようにスプリング７がスプリング挿入溝５に挿入さ
れている。シールリング６の内周面６２には吸気バルブ
または排気バルブが往復動自在に嵌装されている。８は
吸気バルブまたは排気バルブを示している。
バルブ８はシリンダヘッド本体１を貫通して上方向に延
びている。シリンダヘッド本体１には、バルブ８の貫通
部の上部に凹部９が形成されている。また、バルブ８の
上端には、バルブリフタ１０が圧入などにより固定され
ている。
びている。シリンダヘッド本体１には、バルブ８の貫通
部の上部に凹部９が形成されている。また、バルブ８の
上端には、バルブリフタ１０が圧入などにより固定され
ている。
バルブリフタ１０の下部は半径方向に膨出しており、こ
の膨出部１０１は前記凹部９内に開動可能に収められて
いる。
の膨出部１０１は前記凹部９内に開動可能に収められて
いる。
シリンダヘッド本体１の上端には金属性のシ４−
リングヘッド上面プレート１１が配設されている。そし
て、バルブリフタ１０の上端部はシリンダヘッド上面プ
レート１１に穿設されている孔１２を摺動自在に挿通し
て上方に突出しており、上端でカム１３に摺接する。バ
ルブリフタ１０の膨出部１０１は、その上面でシリンダ
ヘッド上面１１に当接し、その当接部には衝撃緩衝用の
スプリング、たとえば波形スプリング１４が介装されて
いる。
て、バルブリフタ１０の上端部はシリンダヘッド上面プ
レート１１に穿設されている孔１２を摺動自在に挿通し
て上方に突出しており、上端でカム１３に摺接する。バ
ルブリフタ１０の膨出部１０１は、その上面でシリンダ
ヘッド上面１１に当接し、その当接部には衝撃緩衝用の
スプリング、たとえば波形スプリング１４が介装されて
いる。
バルブ８はバルブステムガイド１５内を摺動する。バル
ブ８の上端近傍には、コツタ１６を介してリテーナ１７
が取付けられている。そして、凹部９の底面とリテーナ
１７間にバルブスプリング１８が介装されることにより
、バルブ８は上方に付勢されている。
ブ８の上端近傍には、コツタ１６を介してリテーナ１７
が取付けられている。そして、凹部９の底面とリテーナ
１７間にバルブスプリング１８が介装されることにより
、バルブ８は上方に付勢されている。
バルブ８は、傘部８ａとステム部８ｂとが削材で構成さ
れている。すなわち、傘部８ａはセラミック製で、ステ
ム部８ｂは金属性であり、両者はステム部８ｂの下端で
連結されている。
れている。すなわち、傘部８ａはセラミック製で、ステ
ム部８ｂは金属性であり、両者はステム部８ｂの下端で
連結されている。
バルブ８の傘部８ａの背面には、すなわち傘部８ａの燃
焼室１８と反対側の面には、ガイド１９が形成されてい
る。ガイド１９は複数枚の板状物から成り、傘部８ａと
一体に形成されており、セラミック類となっている。ガ
イド１９の板状物は傘部８ａの円周方向に間隔をおいて
配設されており、板状物の間には吸気または排気のガス
通路が形成されている。そして、バルブ８が開いたとき
にこのガス通路を通って吸気または排気が流れる。吸気
バルブ８のガイド１９の板状物は、第２図に示すように
、傘部８ａの半径方向に捩られており、吸気ポート２を
通って燃焼室１８に吸気が吸い込まれるときに、吸気に
スワールを与える。
焼室１８と反対側の面には、ガイド１９が形成されてい
る。ガイド１９は複数枚の板状物から成り、傘部８ａと
一体に形成されており、セラミック類となっている。ガ
イド１９の板状物は傘部８ａの円周方向に間隔をおいて
配設されており、板状物の間には吸気または排気のガス
通路が形成されている。そして、バルブ８が開いたとき
にこのガス通路を通って吸気または排気が流れる。吸気
バルブ８のガイド１９の板状物は、第２図に示すように
、傘部８ａの半径方向に捩られており、吸気ポート２を
通って燃焼室１８に吸気が吸い込まれるときに、吸気に
スワールを与える。
第２図は、シリンダヘッド下部の分解斜視状態を示して
おり、該図に従って組み付は順序を以下に述べる。シー
ルリング６は分割構造（第２図では２分割）になってお
り、それらを円形に組み合せて、シリンダヘッド下面プ
レート３に設けられている段付形状のシールリング挿入
穴４に挿入する。それに、シールリング６の外周面６１
を押すためのスプリング７（第２図では２個）を、シリ
ンダヘッド下面プレート３に設けられているスプリング
挿入溝５に挿入する。
おり、該図に従って組み付は順序を以下に述べる。シー
ルリング６は分割構造（第２図では２分割）になってお
り、それらを円形に組み合せて、シリンダヘッド下面プ
レート３に設けられている段付形状のシールリング挿入
穴４に挿入する。それに、シールリング６の外周面６１
を押すためのスプリング７（第２図では２個）を、シリ
ンダヘッド下面プレート３に設けられているスプリング
挿入溝５に挿入する。
続いて、シールリング６とスプリング７が組み込まれた
シリンダヘッド下面プレート３を、ボルト等（図示せず
）によってシリンダヘッド本体１（第１図参照）に結合
する。その後、バルブ８をシリンダヘッド下面プレート
の下方向からシールリング６の内周面６２に挿入してシ
リンダヘッド本体１に装着する。
シリンダヘッド下面プレート３を、ボルト等（図示せず
）によってシリンダヘッド本体１（第１図参照）に結合
する。その後、バルブ８をシリンダヘッド下面プレート
の下方向からシールリング６の内周面６２に挿入してシ
リンダヘッド本体１に装着する。
つぎに、本発明のセラミック製バルブ構造における作用
を第１図および第３図に従って説明する。第３図は、吸
入もしくは排気行程におけるバルブ機構の作動状態を示
す。カム１３の回転に伴なって、カムのノーズ部１３ａ
がバルブリフタ１０、バルブ８、バルブスプリング１８
を押し下げる。すると、バルブ８の傘部８ａ外周面がシ
ールリング６の内周面６２を摺動しながら離れるので、
バルブ８が開いた状態になり、ガスの吸入と排気が行な
われる。
を第１図および第３図に従って説明する。第３図は、吸
入もしくは排気行程におけるバルブ機構の作動状態を示
す。カム１３の回転に伴なって、カムのノーズ部１３ａ
がバルブリフタ１０、バルブ８、バルブスプリング１８
を押し下げる。すると、バルブ８の傘部８ａ外周面がシ
ールリング６の内周面６２を摺動しながら離れるので、
バルブ８が開いた状態になり、ガスの吸入と排気が行な
われる。
７−
圧縮行程と膨張行程における、吸気と排気側の両方のバ
ルブ機構の作動状態は第１図に示されている。そこでは
、カム１３の回転に伴なって、カム１３のノーズ部１３
ａがバルブリフタ１０から離れていくと、バルブスプリ
ング１８の力によってバルブリフタ１ｏ１バルブ８が押
し上げられる。その後、波形スプリング１４がシリンダ
ヘッド上面プレート１１の下部受圧面に接触して、衝撃
荷重を緩衝させ、バルブリフタ１０の端面がシリンダヘ
ッド上面プレート１１の下部受圧面に当ったところでバ
ルブ８の運動が停止する。そして、バルブ８の傘部８ａ
外周面とシールリング６の内周面６２とがスプリング７
によって密接した状態になるので、圧力もれが防止され
、燃焼室１８内のガスシールが行なわれる。
ルブ機構の作動状態は第１図に示されている。そこでは
、カム１３の回転に伴なって、カム１３のノーズ部１３
ａがバルブリフタ１０から離れていくと、バルブスプリ
ング１８の力によってバルブリフタ１ｏ１バルブ８が押
し上げられる。その後、波形スプリング１４がシリンダ
ヘッド上面プレート１１の下部受圧面に接触して、衝撃
荷重を緩衝させ、バルブリフタ１０の端面がシリンダヘ
ッド上面プレート１１の下部受圧面に当ったところでバ
ルブ８の運動が停止する。そして、バルブ８の傘部８ａ
外周面とシールリング６の内周面６２とがスプリング７
によって密接した状態になるので、圧力もれが防止され
、燃焼室１８内のガスシールが行なわれる。
なお、バルブ８のおもて面に加わるガス圧力は、バルブ
リフタ１０の端面と接触しているシリンダヘッド上面プ
レート１１の下部受圧面で支持され、また、シールリン
グ６のおもて面に８− 加わるガス圧力は、シリンダヘッド下面プレート３と接
触しているシリンダヘッド本体１の下部受圧面で支持さ
れる。以上のような機構によって、セラミックでつくら
れたバルブ８ａ、シールリング６、シリンダヘッド下面
プレート３に衝撃荷重を加えることなくガスシールする
ことができる。
リフタ１０の端面と接触しているシリンダヘッド上面プ
レート１１の下部受圧面で支持され、また、シールリン
グ６のおもて面に８− 加わるガス圧力は、シリンダヘッド下面プレート３と接
触しているシリンダヘッド本体１の下部受圧面で支持さ
れる。以上のような機構によって、セラミックでつくら
れたバルブ８ａ、シールリング６、シリンダヘッド下面
プレート３に衝撃荷重を加えることなくガスシールする
ことができる。
したがって、本発明によるときは、セラミックでつくら
れたバルブ傘部、シールリング、シリンダヘッド下面プ
レートに衝撃荷重を加えることなくガスシールすること
ができるため、耐熱性、断熱性、耐蝕性、耐摩耗性にす
ぐれた燃焼室およびバルブ構造が得られる。また、シー
ルリングがバルブ傘部に押しつけられるので、シール性
も良好である。また、バルブの耐熱性が向上するため、
高負荷運転が可能になり、出力や燃費が向上する。さら
に、高温燃焼が可能になるため、燃料の着火性が向上し
、燃焼改善（粗悪燃料の燃焼、低エミツション）が可能
になる等の種々の効果が得られる。
れたバルブ傘部、シールリング、シリンダヘッド下面プ
レートに衝撃荷重を加えることなくガスシールすること
ができるため、耐熱性、断熱性、耐蝕性、耐摩耗性にす
ぐれた燃焼室およびバルブ構造が得られる。また、シー
ルリングがバルブ傘部に押しつけられるので、シール性
も良好である。また、バルブの耐熱性が向上するため、
高負荷運転が可能になり、出力や燃費が向上する。さら
に、高温燃焼が可能になるため、燃料の着火性が向上し
、燃焼改善（粗悪燃料の燃焼、低エミツション）が可能
になる等の種々の効果が得られる。
第１図は本発明の一実施例に係るセラミック製バルブ構
造の断面図、 第２図は第１図の一部をとり出して示した分解斜視図、 第３回は第１図のバルブ構造の吸入行程もしくけ排気行
程におけるバルブ構造の作動状態図、である。 １・・・・・・シリンダヘッド本体 ２・・・・・・ポート ３・・・・・・シリンダヘッド下面プレート４・・・・
・・シールリング挿入穴 ５・・・・・・スプリング挿入溝 ６・・・・・・セラミック製シールリング７・・・・・
・スプリング ８・・・・・・吸気バルブまたは排気バルブ９・・・・
・・凹部 １０・・・・・・バルブリフタ １１・・・・・・シリンダヘッド上面プレート１２・・
・・・・孔 １３・・・・・・カム １４・・・・・・スプリング １５−・・・・・バルブステムガイド １６・・・・・・コック １７・・・・・・リテーナ １８・・・・・・燃焼室 １つ・・・・・・ガイド １１− １２−
造の断面図、 第２図は第１図の一部をとり出して示した分解斜視図、 第３回は第１図のバルブ構造の吸入行程もしくけ排気行
程におけるバルブ構造の作動状態図、である。 １・・・・・・シリンダヘッド本体 ２・・・・・・ポート ３・・・・・・シリンダヘッド下面プレート４・・・・
・・シールリング挿入穴 ５・・・・・・スプリング挿入溝 ６・・・・・・セラミック製シールリング７・・・・・
・スプリング ８・・・・・・吸気バルブまたは排気バルブ９・・・・
・・凹部 １０・・・・・・バルブリフタ １１・・・・・・シリンダヘッド上面プレート１２・・
・・・・孔 １３・・・・・・カム １４・・・・・・スプリング １５−・・・・・バルブステムガイド １６・・・・・・コック １７・・・・・・リテーナ １８・・・・・・燃焼室 １つ・・・・・・ガイド １１− １２−
Claims (1)
- （１） 背面にガイドを有するバルブ傘部と燃焼室に臨
むシリンダヘッド下部をセラミックから構成し、ボート
の燃焼室への開口部に周方向に分割されたセラミック製
のシールリングを設けて該シールリングを内方にばね付
勢し、バルブ傘部とシールリングとの摺動面をガスシー
ル面としたことを特徴とするセラミック製バルブ構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11715983A JPS6011607A (ja) | 1983-06-30 | 1983-06-30 | セラミツク製バルブ構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11715983A JPS6011607A (ja) | 1983-06-30 | 1983-06-30 | セラミツク製バルブ構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6011607A true JPS6011607A (ja) | 1985-01-21 |
Family
ID=14704911
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11715983A Pending JPS6011607A (ja) | 1983-06-30 | 1983-06-30 | セラミツク製バルブ構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6011607A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0198371U (ja) * | 1987-12-22 | 1989-06-30 | ||
| US6325607B1 (en) | 1998-04-30 | 2001-12-04 | Dai Nippon Printing Co., Ltd. | Process and apparatus for effecting injection-molded-in foil decoration |
-
1983
- 1983-06-30 JP JP11715983A patent/JPS6011607A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0198371U (ja) * | 1987-12-22 | 1989-06-30 | ||
| US6325607B1 (en) | 1998-04-30 | 2001-12-04 | Dai Nippon Printing Co., Ltd. | Process and apparatus for effecting injection-molded-in foil decoration |
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