JPS6047808A - 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】 本発明は内燃機関の排気弁装置に係り、特に、高温に晒
される弁傘部側を冷却すべく排気弁本体内に封入された
一次冷却材の発生蒸気を排気弁本体外へ導出して二次冷
却材と熱交換させるようにした新規な内燃機関の排気弁
装置に関する。

内燃機関の排気弁装置としては、排気弁本体の弁傘部内
に外部から冷却材（冷却水）を導入循環させて弁傘部を
直接冷却する方式と、予め弁傘部内に一次冷却材を封入
しておき、これを排気弁本体内において外部から導入し
た二次冷ノ、１１祠ど熱交換させて弁傘部を間接冷却す
る方式とが一般に知られている。

しかしながら、いずれの方式も冷却材たる冷１．１１水
を固定側から昇降運動及び回転運動をする杖気弁本体に
供給循環さるせるため、冷ム［］水泥れを生じやすいと
いう欠点があると共に、１ノ１気弁本体がポンプの作用
をして冷却水の円滑な流れを■害しやすかった。そのた
め、冷却水の流ｆｌｌｉ　ＫＩＶ’　１ｌｉｊによる排
気弁本体における弁傘部の正確な温度側ｉ１１が困難で
あり、特に、直接冷却方式の場合には冷却過多による硫
酸腐食を発生させ易く、間接冷却方式にあってはこのよ
うな問題はないが、温Ｔα制御が増々困難なものとなっ
ていた。

そこで、本発明は上記従来技術の欠点を解消づべく案出
されたものであり、その目的は硫酸：腐食を発生させな
い間接冷却方式でありながら、二次冷却材の流れの阻害
や漏れを生じることがなく、しかも二次冷却材の流量調
節による正確な温度制御等を可能とし、耐久性を著しく
向上させることかで・きる内燃機関の排気弁装置を提供
することにある。

本発明は上記目的を達成するために、排気弁本体の弁傘
部内に一次冷却材を充填するための冷却材室を形成する
と共に弁軸部内にその上端を開放し且つ下端を冷却材室
に連通させＩ〔冷却材気化室を形成し、この冷）ｄｌ　
４Ｊ気化室から気化冷却４Ｊ案内管を介して排気弁本体
外へ気化冷加材を導出して二次冷却材ど熱交換させるよ
うにしたものである。

以下に本発明の好適実施例を添付図面に基づいて詳述す
る。

第１図において、１は内燃機関のシリンダヘッド２にそ
の排気口３を開閉づべく設けられた排気弁本体であり、
この排気弁本体１は弁軸部４とその一端に一体形成され
た弁傘部５とからなっている。シリンダヘッド２には排
気口３から外部へ通じる排気通路６が形成されると共に
、この排気通路６を挾んだり１気口３の対向壁には上記
弁軸部４を昇降動及び回転自在に挿通させるための軸孔
７が形成され、排気口３には、これを開閉自在に覆う」
二記弁傘部５がシリンタ内側から着座されている。

排気弁本体１の内部は外形に沿って中空に形成され、弁
傘部５内には一次冷却材たる冷７（］水を充填するだめ
の冷却÷Ａ室８が形成されている。また、弁軸部４内に
は上端が外部に開放され且つ下端が上記冷ム［］材苗室
に連通された冷却材気化室９か形成され、加熱された冷
却材室から上背した気化冷却材（蒸気）を収容するよう
になっている。高温雰囲気に晒された弁傘部５は、冷却
材室８内の冷却水が気化するとぎに奪う気化熱によって
冷ノ」］されるのであり、この気化冷却材たる蒸気は後
述Ｊる如く排気弁本体１外へ導出されて二次冷７ＪＩ月
との熱交換により凝縮液化され、再び冷Ｍｌ拐室８に返
流されるようになっている。

上記軸孔７の外壁部と弁軸部４の上端部との間には弁傘
部５を排気口３に＠座させるべく弁軸部４を上方へ付勢
するための空気ばね１０が介設されている。この空気ば
ね１０ばシリンダヘッド２側に固定され圧搾空気が供給
される空気ばねシリンダ１１と、弁軸部４側に固定され
、空気バネシリンダ１１に対して伸縮及び回転自在に嵌
合された空気ばね本体１２とから主に構成されている。

空気ばね本体１２上にはその回転を許容するポールベア
リグ１３を介してドーム状の弁軸部え１４が支持され、
この弁軸部え１４上には弁傘部５を排気口３から離間開
放させるべく空気ばね１０の付勢力に抗して弁軸部４を
押し下げる油圧タペット１５が圧接されている。即ち、
排気弁本体１は油圧タペツ１〜１５と空気バネ１０との
連動によって排気口３を開閉すべく往復駆動されるよう
になっている。係る排気弁本体１は排気通路６内に位置
した弁軸部４にこれを排気によって回転させるだめの回
転羽根（図示せず）を有し、これにより弁傘部５を回転
させることによって排気口３に対する着座時の密着性の
向上を図っている。

そして、冷却材気化室９内の蒸気を外部へ導出して凝縮
する手段として、冷却材気化室９内にはその上端開放口
９ａを閉塞しつつ固定側より気化冷却材案内管１６が挿
入されている。この案内管１６は一端が開放され他端が
これど直交Ｊるヘッダー管１７に連通接続されており、
その間成端１６ａが冷却材気化室９内に挿入されている
。Ｉｎｌｎｌ水弁本体１降動と回転とを許容しつつ冷Ｉ
ＪＩ祠気化室９の開放口９ａと案内管１６との間をシー
ルするために、第２図に示づ如く開放口９ａの内壁には
多孔質ゴム製のシールリング１８が取イ」座１９を介し
て設りられ、このシールリング１８よりＴｈの内壁には
蒸気がシールリング１８に接触しないようその上昇を阻
止するためのラビリンス壁２０が所定の範囲で形成され
ている。

上記ヘッダー管１７はシリンダヘッド２上に上記弁軸部
え１４を挾む如く設けられた固定枠２１に緩衝材２２を
介して水平に掛り渡されている。

また、ヘッダー管１７の一端は閉塞され、他端には蒸気
を二次冷却材たる冷却水と熱交換させて凝縮させる熱交
換部２３が形成されている。こ、の熱交換部２３は一端
が上記ヘッダー管１７に接続されて起立され他端が互い
に連通接続された凝縮管２４と、これら凝縮管２４を収
容した水封室２５とからなり、この水封室２５には二次
冷却材たる冷却水を導入（るための給水口２６と排出す
るための排水口２７とが形成され“Ｃいる。また、給水
口２６には、冷却材気化室９内における上記の温度又は
圧力の検出値に暴いて冷却水供給量を制御リーる流量制
御弁２８が設（プられ、これにより冷却月見化室９内に
おける蒸気の温度又は圧力を一定に制御して排気弁本体
１の弁傘部５の温度を一定に維持できるようになってい
る。尚、蒸気湿度を検出する熱雷対又は蒸気圧を検出す
る圧力泪は、案内管１６を介して冷却材気化室９内に導
入され−Ｃいる（図示省略）。第１図において、２９は
ヘッダー管７との干渉を避けるために弁軸押え１４に形
成された長孔である。

次に実施例の作用を述べる。

排気弁本体１が回転しっつ臂降動している弁動状態にお
いて、弁傘部５が排気ガスにより加熱されると、冷却材
室８内の冷却水が昇湿し、その気化時に熱を奪って弁傘
部５を冷却する。そして、この気化した蒸気は冷却月気
化挙９内を上昇しで案内管１６、ヘッダー管１７を経Ｃ
熱交換δＩｔ　２３の凝縮管２４内に至り、ここで水生
４卒２５内の冷却水と熱交換されて凝縮液化する。液化
した冷ム１１水はヘッダー管１７、案内色・１６を流下
して冷却材室８内に返流され、再び気化Ｊ−るというリ
イクルを繰り返すことになる。そして、このように−次
冷却材と二次冷却材を介して弁傘部５を間接的に冷却す
るようにしているため、過冷部にｊ、る硫酸腐食を発生
覆ることはない。また、−次冷却材と二次冷却材との熱
交換を排気弁本体１外の固定側で行っているため、二次
冷却材漏れを生じる虞れはなく、仮に二次冷ノＪＩ拐漏
れを生じノことしてもシリンダ内に流入することがなく
、二次被害を生じることはない。

更に、排気弁本体１の動ぎは二次冷却オオの流れに何ら
影響を与えないため、熱交換が安定してでき、流量制御
弁２８による二次冷却材の流量制御により一次冷却材側
の温度又は圧力を一定に維持して、排気弁本体１の弁傘
部５の温度を一定に制御することができる。したがって
、弁傘部のバナジウム腐食等の熱劣化を防止することが
でき、耐久性を著しく向上させることができる。上記排
気弁本体１は上端が開放された形状であるため、製作が
容易であり、コストダウンが図れる。

また、−次冷却材の封入量は事前に更生実験によって決
めることができ、またその補充の時期は検出温１褒乃至
圧力によって知ることができ、ヘッダー管１７に設けた
一次冷却材補充部３ｏがら一次冷却材を容易に補充づる
ことがで゛ぎる。

尚、前記実施例では二次冷却材の流量制御により排気弁
本体１の温度制御を行ったが、これに限定されるもので
なく、第３図あるいは第４図に示す如く熱交換部２３に
Ｊ＝３ける一次冷却材と二次冷却材との間の接触面積を
変えることにより排気弁本体１の温度制御を行うように
してもよい。即ち第３図のものにおいては、下端がヘッ
ダー管１７に接続された凝縮管３１の上端は空気￥３２
に接続され、凝縮管３１内には空気室３２側とヘングー
管１７側とを仕切るピストン３３が空気’ｚ’５　’３
２側からばね３４によって臂降自在に吊下げられている
。また、凝縮管３１の外周部には二次冷７．＋１４Ｊた
る冷却水を循環させる水室３５が形成され、この水室３
５には給水口２６及び排水１」２７を介して冷却水が流
量一定で給排されるようになっている。上記空気室３２
には圧搾空気供給管３（うが接続され、この供給管３６
には空気室３２内の圧力を検出してこの圧力を一定に制
御りる制御弁３７が設けられている。しかしで、空気室
３２内の圧力をヘッダー管１７側の蒸気圧にバランスさ
け（おくと、−次冷却材側の温度上界により蒸気圧が設
定圧を超えた場合、ピストン３３が空気室３２側へ移動
して、凝縮管３１を介した一次冷却材側の蒸気と二次冷
却材との閂の接触面積を増大ざＵる。これにより、蒸気
が多く冷却されるので、蒸気圧が減少して設定圧に維持
されることにより、その結果、排気弁本体〈特に弁傘部
〉の温度が一定に維持されることになる。

一方、第４図に示す熱交換部２３は、上端が閉塞され下
端がヘッダー管１７に接続された凝縮管３８を調圧室３
９で覆い、この調圧室３つ内に二次冷却材の水冷層４０
とその高さ調節を行う加圧空気層４１とを形成してなり
、水冷層／１．０には一定圧の冷却水が給水口２６と排
水口２７により給排されている。また、調圧室３９には
冷却材気化室９内の蒸気の圧力又は温度によって加圧空
気層４１の圧力を調節する圧力調整弁４２が設（プられ
、蒸気圧乃至蒸気温度が上昇した場合、加圧空気層４１
内を減圧して水冷層４０の高さを上げ、逆の場合には水
冷層４０の高さを下げるように設定されている。したが
ってく蒸気圧乃至蒸気温度が上がすると、凝縮管３８を
介した一次冷却祠側の蒸気と二次冷却材たる冷却水との
間の接触面積が増大して蒸気圧を低めるという具合に、
蒸気圧を一定に維持することができ、これにより排気弁
本体１の温度を一定に維持することができる。尚、蒸気
温度の影響を受けた加圧空気層４１内の空気が膨圧して
昇圧することがあるので、これを圧力８４４３で検出し
て加圧空気層４１内の圧力を補正するようにしてもよい
。

上述したように一時冷却材側蒸気の温度乃至圧ノコを検
出し、熱交換部におりる一時冷却材側蒸気と二次冷却材
との間の接触面積を変えて排気弁本体１の温度制御を行
うので、敏感で正確な温度制御を達成し得る。

排気弁本体１の駆動方式は油圧タペット、空気ばねに限
られるものでなく、第５図に示づ如く油圧タペツ１〜の
代りに通常のロッカーアーム４４を、空気ばねの代りに
コイルばね４５をそれぞれ用いるようにしてもよい。先
端部が：又に分岐したＩ」−カーアーム４４を用いてコ
イルばね４５のは゛ね受け４６上に圧接させるようにす
れば、弁軸部えを不要化してその部分に熱交換部２３を
設（プることかでき、構造の簡素化が図れる。

以上要するに本発明によれば次の如き優れた効果を発揮
する。

（１）　弁傘部を冷却すべく排気弁本体内に封入された
一次冷却材の受熱による気化冷却側を排気弁本体外の固
定側へ導出して二次冷Ｍｌ材と熱交換させるようにした
ので、排気弁本体の動きにより二次冷却材の流れが阻害
されることをかなく、二次冷、却拐漏れを生じる虞れも
ない。

（２）　このため、二次冷却材の流量調節による正確な
温度制御等が可能であり、装置の耐久性を著しく向上さ
せることかできると共に、仮に二次冷却利潤れを生じた
としも、シリンダ内に流入することがないので、エンジ
ン停止等の二次被害を発生ずることはない。

（３）　−次冷却材と二次冷却材を介して弁傘部を冷却
覆る間接冷却方式であることから、過冷却による硫酸腐
食を発生さゼることがない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る内燃機関のυ１気弁装置の一実施
例を示づ縦断面図、第２図は同要部拡大断面図、第３図
、第４図は熱交換部のそれぞれ異なった変形例を示す断
面図、第５図は弁駆動部の変形例を示す部分断面図であ
る。 図中、１は排気弁本体、３は排気口、４は弁軸部、５は
弁傘部、９は冷ＩＩ拐気化苗、１Ｇは気化冷却（Ａ案内
管、２３は熱交換部である。 特許出願人　石川島播磨重工業株式会礼代理人弁理士　
絹　谷　信　Ａ１［ 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 昇降自在に支持された弁軸部の下端に排気口を開閉する
   弁傘部を有する排気弁本体と、該排気弁本体の弁傘部内
   に形成され、−次冷却材が充填された冷却材室と、上記
   弁軸部内にその上端を開放させると共↓こ、下端を上記
   冷却材室に連通させて形成された冷却材気化室内 材気化室内にその上端開放口を閉塞しつつ固定側より挿
   入され、基端部に気化冷却材を凝縮させるべく熱交換す
   る熱交換部を右する気化冷却材案内管とを備えたことを
   特徴とする内燃機関の排気弁装置。