JPS633124B2 - - Google Patents

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、燃焼室内で発生した排気系へ流出す
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。）等の損傷を受け易い。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、冷却し過ぎると却つて硫酸腐食
（略220℃程度で発生する。）を発生させるという
問題が起こつてしまう。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℃
〜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つ
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
つ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つて回動すべく、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
つて詳述する。

第１図に示すごとく、１はシリンダヘツド２に
その軸方向に沿つ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３にその周方向に沿つて形成さ
れた弁座部４に着座する傘様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が回動駆動される
ことにより弁座部４上に沿つて回動して排気口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
外形に沿つて中空に形成され、弁軸部６内方に
は、その軸方向に沿つ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
された上端がキヤツプ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、その
軸方向に沿つ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１
２及び下部取付壁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）Ａと後述する冷却材Ｆによ
つ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
１５の底壁を構成し、更に受熱端Ａ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。即ち上記ヒートパイプ７は、上
端から弁傘部５側へ向かつて一連な放熱端Ｂを形
成すると共に、上部取付壁１２に囲繞されて強度
高く保持され段違いに拡径された拡径部１７を介
してそれよりも下方の弁傘部５側に受熱端Ａを形
成する。そしてヒートパイプ７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５の中空室８には、その径方向に
向かつて放射状に流通溝１８が形成されると共に
周方向に沿つて環状に流通孔１９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２０を効率良く冷却するように構
成され、また傘表部２１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
２２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７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６内には、
その軸方向に沿つてヒートパイプ７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１５が形成される。
この熱交換室１５は、弁軸部内壁１４と放熱端Ｂ
との間に筒体状に形成され、その底部は上記上部
取付壁１２に区画されると共に、頂部には弁軸部
端部９が開放されて開口部２３が形成される。

この熱交換室１５には、その開口部２３を閉成
すべく上端部が蓋体２４で閉塞された中空筒体状
の入れ子管２５が設けられる。この入れ子管２５
は、弁軸部端部９から外方へ延出される上端部
が、後述する供給通路２６及び排出通路２７を介
して固定側２８に支持され、回動が制止されて所
定位置に固定される。他方、入れ子管２５の下端
部は排気弁１の往復ストローク長よりも深く熱交
換室１５内へ挿入される。そしてこの入れ子管２
５は、その外周壁で弁軸部内壁１４に摺接され、
自ら動作することなく、弁軸部６の軸方向への往
復移動を許容すると共に軸周りの回動を許容する
ように構成される。また入れ子管２５の外周壁に
は、弁軸部内壁１４との摺接面から冷却材Ｆが漏
出するのを防止するための耐熱性、耐摩耗性、耐
腐食性を有するＯリング２９が適宜装着される。

この入れ子管２５の径方向内方には、熱交換室
１５内を区画して水蒸気、空気、潤滑油等の冷却
材Ｆの流路を形成するために、放熱端Ｂをその軸
方向に沿つて囲繞する管状の仕切壁３０が設けら
れる。この仕切壁３０は、その上端が蓋体２４に
接合されて閉成されると共に、垂下された下端が
開放され、その内側から外側に亘つて一連な流路
３１を形成する。この流路３１には、熱交換室１
５内へ冷却材Ｆを供給するために、管体で成る供
給通路２６及び排出通路２７が連設される。具体
的には、これら供給通路２６及び排出通路２７
は、入れ子管２５の上端部を閉塞する蓋体２４に
形成された供給口３２及び排気口３３に固体的に
嵌装され、入れ子管２５の介在によつて弁軸部６
の回動及び往復動に関係なく冷却材Ｆを給排でき
るように構成される。

これら供給通路２６及び排出通路２７には、夫
夫逆止弁３４，３５が介設される。これら逆止弁
３４，３５は弁軸部６が往復動するときに熱交換
室１５内が膨脹収縮されて生ずるポンプ作用によ
り冷却材Ｆが逆流するのを防止して冷却材Ｆの給
排を一方向に維持すると共に、そのポンプ作用に
よつて積極的に熱交換室１５へ冷却材Ｆを給排さ
せ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９には、こ
れに螺着された環状部材６上に軸方向に沿つて蓋
体２４等を被う押え金具３７が設けられる。この
押え金具３７は、環状部材３６との間にボールベ
アリング３８が介設され相互回転が断たれると共
に、その上端部に凹状の受座３９を有し、この受
座３９には、弁軸部６を往復動させるために図示
されない公知の油圧装置によつて上下動される油
圧プツシユロツド４０が挿入される。従つて、内
燃機関の回転に同期して排気行程時に下方向へ駆
動される油圧プツシユロツド４０の作動力は、軸
方向に沿つて押え金具３７、ボールベアリング３
８、及び環状部材３６を介して弁軸部端部９へ伝
達されることになる。また弁軸部６は、図示され
ない公知の回転装置によつて直接回動されるが、
その回動は上記ボールベアリング３８によつて押
え金具３７側には及ばないように構成される。こ
の押え金具３７には、第１図及び第２図に示すご
とく、上記供給通路２６及び排出通路２７を緩や
かに貫通させて案内するための貫通孔４１が、往
復動方向に沿つて長孔状に形成される。

往復駆動される押え金具３７の径方向外方に
は、弁軸部端部９側全体を被うハウジング４２が
設けられる。このハウジング４２は、その基端が
シリンダヘツド２に固設されると共に、その頂部
先端が押え金具３７の上端部を径方向から囲繞す
るように形成され、これら間には、押え金具３７
のその往復動方向に沿つて刻設された溝４３にキ
ー部材として機能するボールベアリング４４が介
設されて押え金具３７の往復動のみを許容しその
回動を制止するように構成される。

また、このハウジング４２は、供給通路２６及
び排出通路２７を支持しつつ貫通させ、これらを
介して入れ子管２５をシリンダヘツド２側から所
定位置の固定的に支持し且つその回転を制止する
固定側２８を構成する。

なお、４５は供給通路２６及び排出通路２７が
ハウジング４２を貫通する部分に設けられ、弁軸
部６の作動による振動を緩衝するための防振ゴム
である。また、４６は弁軸部端部９から環状部材
３６に亘つて環状に設けられ、冷却材Ｆがこれら
と入れ子管２５との摺接部から漏出するのを防止
するための耐熱、耐摩耗、耐腐食を有する防水ゴ
ムである。また、４７は空気抜き孔、４８は弁箱
である。また、上記供給通路２６及び排出通路２
７は、図示されない熱交換器等を介して循環系路
を構成する。更に、弁軸部６は図示されない公知
の空気バネ、油圧シリンダ等によつて上方へ復帰
され排気口３を閉成するように構成される。

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
至つて熱交換室１５内に流通する冷却材Ｆによつ
て冷却されることになる。

熱交換室１５には、供給通路２６から冷却材Ｆ
が供給される。冷却材Ｆは、供給口３２から仕切
壁３０内方に流下し、直ちにヒートパイプ７の放
熱端Ｂを冷却する。放熱端Ｂから受熱しつつこれ
と仕切壁３０との間を流下する冷却材Ｆは、熱交
換室１５底部で反転し、爾後仕切壁３０の外側と
弁軸部内壁１４、更には入れ子管２５を介して排
出口３３へと至り、排出通路２７へと流出する。

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。本装置にあつては、冷却材
Ｆを給排する供給通路２６及び排出通路２７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その動きを断つ入れ子管２
５を介設したことにより、排気弁１の作動を妨げ
ることなく固定的に設けられた供給通路２６及び
排出通路２７から円滑に冷却材Ｆを給排すること
ができる。また周辺構造として、本実施例にあつ
ては、排気弁１を往復動すべく駆動される押え金
具３７と、弁軸部端部９に一体的に設けられた環
状部材３６との間にボールベアリング３８を介設
しているので、弁軸部６の回動が供給通路２６及
び排出通路２７を貫通させる押え金具３７に伝達
されることはない。また、押え金具３７は、キー
部材たるボールベアリング４４を介してハウジン
グ４２にその回動が制止され、且つ弁軸部６を往
復作動すべく駆動されるも、上記供給通路２６及
び排出通路２７が貫通される貫通孔４１がその往
復動方向に沿つて長孔状に形成されるため、その
作動が妨げられることはない。

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
Ｂ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。

また本装置にあつては、入れ子管２５が弁軸部
６の往復動を許容することにより熱交換室１５を
膨脹収縮させてポンプ作用を発揮させることがで
き、能率良く冷却材Ｆを給排することができる。

以上要する。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たヒートパイプ
の放熱端を冷却するための熱交換室の冷却材を
給排すべく固定的に設けられる供給通路及び排
出通路と、回動及び往復動される弁軸部との間
を、弁動作を断つ入れ子管によつて連結するよ
うに構成したので、排気弁の作動を妨げること
なく、円滑にヒートパイプの放熱端を冷却する
ことができる。

(2) 従つて、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) 供給通路及び排出通路に介設した逆止弁によ
り、入れ子管と弁軸部の相対移動による熱交換
室の膨脹収縮に基くポンプ作用を積極的に利用
して能率良く冷却材を給排させることができ
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図はその要部拡大正面図である。 図中、３は排気口、４は弁座部、５は弁傘部、
６は弁軸部、９はその端部、７はヒートパイプ、
１５は熱交換室、２３はその開口部、２５は入れ
子管、２６は供給通路、、２７は排出通路、２８
は固定側、３４，３５は逆止弁、Ａはヒートパイ
プの受熱端、Ｂはその放熱端、Ｆは冷却材であ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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つて回動させる
   と共にこれより離間移動させて開閉作動させるた
   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つて設けられ上記弁
   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、上記弁軸部端部に
   開口部を有し、弁軸部に沿つ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ための熱交換
   室と、該熱交換室の上記開口部を閉じ、上記弁軸
   部の軸方向の往復移動を許容すると共に周方向の
   回動を許容するように固定側から支持された入れ
   子管と、該入れ子管に設けられ上記熱交換室内に
   冷却材を供給するための供給通路と排出するため
   の排出通路と、これら通路にそれぞれ設けられ上
   記弁軸部が往復移動したときに膨脹収縮される上
   記熱交換室から冷却材を給排させるための逆止弁
   とを備えたことを特徴とする内燃機関の排気弁装
   置。