JPWO2014125843A1 - ポペットバルブ - Google Patents

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Abstract

ポペットバルブは、傘部(11)と同傘部(11)から延びる軸部(10)とを備える。この傘部(11)の傘裏面(13)の少なくとも一部は断熱空間(21)を隔ててカバー(14)により覆われている。カバー(14)と傘部(11)との間には傘部(11)よりも熱伝導率の低いゴム(18)を介してカバー(14)を傘部(11)に支持する支持部が配設されている。

Description

本発明は、内燃機関の吸気ポートや排気ポートを開閉するポペットバルブに関する。
内燃機関には、吸気ポートを開閉する吸気バルブや、排気ポートを開閉する排気バルブといったポペットバルブが設けられている。これらバルブは燃焼室の熱により高温となるため、同バルブに燃料やオイルが付着すると、その揮発成分が気化してデポジットが生成される。そして、こうしたデポジットがポペットバルブの傘部に堆積すると、例えば燃焼室に流入する吸気の量が減少したり、燃焼室から排気が流出される際の流動抵抗が増加したりする。そこで、特許文献1に記載のポペットバルブでは、傘部の傘裏面を覆うカバーを設けて同傘裏面に燃料やオイルが付着することを抑制している。また、このカバーとポペットバルブとの間に断熱空間を設けることにより、ポペットバルブからカバーに伝達される熱量を減少させてカバーの温度が上昇することを抑制している。これにより、カバーへのデポジットの堆積を抑制するようにしている。
特表2004−512455号公報
上記特許文献1に記載のポペットバルブでは、カバーが支持部によって傘部に支持されているが、傘部と接触する支持部を通じて傘部の熱がカバーに伝達されてしまう。このため、カバーの温度上昇を十分に抑制することができない。
本発明の目的は、カバーの温度上昇を効果的に抑制して同カバーのデポジット堆積量を低減することのできるポペットバルブを提供することにある。
上記課題を解決するポペットバルブは、基端及び先端を有するとともに、前記先端に設けられ、傘裏面を有する傘部と、前記傘部から前記基端に向かって延びる軸部とを備える。ポペットバルブはさらに、前記傘裏面の少なくとも一部を断熱空間を隔てて覆うカバーと、前記カバーと前記傘部との間に設けられ、同傘部よりも熱伝導率の低い断熱部材を介して前記カバーを前記傘部に支持する支持部と、を備える。
上記構成では、カバーが傘部よりも熱伝導率が低い部材を介して支持されるため、傘部からカバーに伝達される熱量を減少させて、カバーの温度上昇を効果的に抑制することができる。したがって、カバーの表面に付着した燃料やオイルの揮発成分の気化を抑えて、カバーのデポジット堆積量を低減することができるようになる。
また、上記課題を解決するポペットバルブは、基端及び先端を有するバルブ本体であって、前記先端に設けられて傘裏面を有する傘部と、前記傘部から前記基端に向かって延びる軸部と、を含むバルブ本体を備える。ポペットバルブはさらに、前記傘裏面及び前記軸部を含む領域の少なくとも一部を断熱空間を隔てて覆うカバーと、前記カバーと前記バルブ本体との間に設けられ、同バルブ本体よりも熱伝導率の低い断熱部材を介して前記カバーを支持する支持部と、を備える。
上記構成では、カバーがバルブ本体よりも熱伝導率が低い部材を介して支持されるため、バルブ本体からカバーに伝達される熱量を減少させて、カバーの温度上昇を効果的に抑制することができる。したがって、カバーの表面に付着した燃料やオイルの揮発成分の気化を抑えて、カバーのデポジット堆積量を低減することができるようになる。
また、断熱部材をカバーとは異なる材料によって形成すれば、断熱部材とカバーとの接合部分には異種材料による界面が形成されるため、同界面を通過してカバーに伝達される熱量を減少させることができ、カバーの温度上昇を更に抑えることができる。
また、上記支持部をポペットバルブ(又はバルブ本体)の基端寄り及び先端寄りにそれぞれ位置するカバーの両端部に配設することとすれば、カバーをポペットバルブに組み付けた際の安定性が向上する。
また、上記支持部をカバーにおける前記先端寄りの端部に配設する場合には、上記支持部を傘部の周方向に間隔を隔てて複数配設することが好ましい。
上記構成によれば、断熱空間に流入した燃料やオイルを、ポペットバルブ(又はバルブ本体)の先端寄りに位置するカバーの端部において、周方向に隣り合う支持部の間から外部に排出することができる。このため、断熱空間に燃料やオイルが滞留してデポジットが生成されることを抑制できる。
一方で、上記支持部がカバーにおける前記基端寄りの端部に位置する場合において、同支持部を傘部又は軸部の周方向全周に亘って配設することとすれば、例えば軸部の表面を伝って燃料やオイルが断熱空間に流入することが抑制される。このため、断熱空間に燃料やオイルが滞留してデポジットが生成されることを抑制できる。
また、上記課題を解決するためのポペットバルブは、基端及び先端を有するとともに、前記先端に設けられ、傘裏面を有する傘部と、前記傘部から前記基端に向かって延びる軸部と、を備える。ポペットバルブはさらに、前記傘裏面及び前記軸部を断熱空間を隔てて覆うカバーであって、前記基端寄りの部分が前記軸部に直接固定されるカバーと、前記カバーにおける前記先端寄りの部分に設けられ、前記傘部よりも熱伝導率の低い断熱部材を介して前記カバーを前記傘部に支持する支持部と、を備える。
上記構成では、カバーが傘部よりも熱伝導率が低い部材を介して支持されるため、傘部からカバーに伝達される熱量を減少させて、カバーの温度上昇を効果的に抑制することができる。また、ポペットバルブの基端寄りに位置するカバーの部分が、例えばかしめや溶接等によって軸部に直接固定されるため、カバーがポペットバルブに対し安定して支持されるようになる。したがって、カバーの表面に付着した燃料やオイルの揮発成分の気化を抑えて、カバーのデポジット堆積量を低減することができるようになる。
また、こうしたポペットバルブでは、上記支持部を傘部の周方向に間隔を隔てて複数配設することが好ましい。
上記構成によれば、断熱空間に流入した燃料やオイルを、ポペットバルブの先端寄りに位置するカバーの端部において、周方向に隣り合う支持部の間から外部に排出することができる。このため、断熱空間に燃料やオイルが滞留してデポジットが生成されることを抑制できる。
また、上記ポペットバルブでは、ポペットバルブの基端寄りに位置するカバーの部分を軸部の周方向全周に亘って当接した状態で同軸部に固定することが好ましい。
上記構成によれば、軸部の表面を伝って燃料やオイルが断熱空間に流入することが抑制される。このため、断熱空間に燃料やオイルが滞留してデポジットが生成されることを抑制できる。
また、上記支持部は、傘部又は軸部とカバーとのうちの一方から他方に向けて突出する凸部と、前記他方に形成されて凸部と嵌合する凹部とを含むこととするのが望ましい。
上記構成によれば、傘部又は軸部とカバーとのうちの一方に設けられた凸部を他方に設けられた凹部に嵌合させることにより、傘裏面の所望の位置にカバーを組み付けることができる。このため、カバーとポペットバルブとの組み付けが容易になる。
また、上記ポペットバルブが吸気バルブである場合には、断熱部材がカバーに覆われた被覆部と同カバーから露出した露出部とを含むことが好ましい。
上記構成によれば、吸気行程中に吸気が燃焼室に流入する際に、露出部が吸気と接触して冷却されるため、断熱部材の温度上昇を抑えてその耐久性を向上させることができる。
また、カバーの表面と露出部の表面とが面一であることとすれば、カバーの表面に沿って流れる吸気がカバーの表面と露出部の表面との接続部分で剥離することを抑制できる。このため、吸気バルブの周囲を通過して燃焼室に流れ込む吸気の流動抵抗を減少させることができ、カバーを設けることに伴う吸気効率の低下を抑制できる。
また、支持部をポペットバルブの先端寄りに位置するカバーの端部に配設し、露出部の表面と傘部の弁座当接面とが面一であることが望ましい。
上記構成によれば、露出部の表面に沿って流れる吸気が露出部の表面と傘部の弁座当接面との接続部分で剥離することを抑制することができる。このため、吸気バルブの周囲を通過して燃焼室に流れ込む吸気の流動抵抗を減少させることができ、カバーを設けることに伴う吸気効率の低下を抑制できる。また、こうした構成では、更にカバーの表面と露出部の表面とが面一であることが好ましい。この構成によれば、カバーの表面、露出部の表面、弁座当接面に沿って吸気が円滑に流れるようになるため、吸気の流れ方向が急に変化することがない。このため、吸気バルブの周囲を通過して燃焼室に流れ込む吸気の流動抵抗を減少させることができ、カバーを設けることに伴う吸気効率の低下を一層抑制できる。
また、支持部の断熱部材を弾性材料によって形成すれば、ポペットバルブがシリンダーヘッドに着座した際の衝撃が支持部を介してカバーに伝達されることを抑制することができる。また、カバーやポペットバルブに形状誤差が存在していても、断熱部材が弾性変形することにより形状誤差を吸収し、両者を安定して組み付けることができる。
また、撓みにくい材料によって断熱部材を構成する場合であっても、断熱部材を弾性変形可能な形状とすることで、同断熱部材を弾性材料によって構成した場合と同様の効果を得ることができる。
例えば、断熱部材を、軸部の周方向に延びる環形状を有し、同周方向に沿った断面形状が波形である構成とし、同断熱部材をポペットバルブの先端寄りに位置するカバーの端部と傘裏面とにより挟持するようにしてもよい。
上記構成では、波の上下方向に押圧されたときの断熱部材の弾性変形量が大きいため、カバーやポペットバルブに形状誤差が存在していても、断熱部材が弾性変形することにより形状誤差を吸収し、両者を安定して組み付けることができる。
また、こうした断熱部材では、その周方向における一部が分断されていることが望ましい。
上記構成によれば、断熱部材における分断部分の隙間が拡がることにより、断熱部材の弾性変形量が更に大きくなるため、カバーやポペットバルブの形状誤差が大きい場合であっても両者を安定して組み付けることができるようになる。
また、上記ポペットバルブでは、断熱部材を多孔質材料によって形成するようにしてもよい。こうした場合には、断熱部材において、断熱空間に近接する内側部分の気孔率よりも外側部分の気孔率を低くすることが好ましい。
断熱部材を多孔質材料により形成した場合には、気孔率を高くすることにより断熱部材の断熱性を向上させることができる。一方で、こうして気孔率を高くすると、燃料やオイルが断熱部材の内部に侵入しやすくなる。そして、このように燃料やオイルが断熱部材の内部に浸入すると断熱部材の断熱性が低下することがある。
上記構成では、断熱部材を多孔質材料によって形成するとともに、断熱空間に近接する内側部分の気孔率よりも外側部分の気孔率を低くしている。すなわち、燃料やオイルが付着しやすい外側部分の気孔率を相対的に低くすることで同部分をより密な組成としている。このため、燃料やオイルが断熱部材の内部に侵入しにくくなり、こうした燃料やオイルの浸入に起因する断熱性の低下を抑制できる。
ポペットバルブの断面図。 図1の2−2線に沿う断面図。 図1の3−3線に沿う断面図。 ポペットバルブの断面図。 ポペットバルブの断面図。 (a)、(b)はポペットバルブの斜視図。 (a)、(b)はポペットバルブの傘部の拡大図。 ポペットバルブの断面図。 図8の9−9線に沿う断面図。 ポペットバルブの断面図。 ポペットバルブの断面図。 ポペットバルブの断面図。 カバーの上端部を拡大した断面図。 (a)、(b)はカバーの上端部を拡大した断面図。 カバーの上端部を拡大した断面図。 カバーの上端部を拡大した断面図。 カバーの下端部を拡大した断面図。 カバーの下端部を拡大した断面図。 カバーの下端部を拡大した断面図。 カバーの下端部を拡大した断面図。 カバーの下端部を拡大した断面図。 カバーの上端部を拡大した断面図。 ポペットバルブの断面図。 ポペットバルブの断面図。
(第1の実施形態)
以下、ポペットバルブを内燃機関の吸気バルブとして具体化した第1の実施形態について、図1〜図3を参照して説明する。
図1に示すように、吸気バルブは、軸部10と、同軸部10の下端に接続された傘部11とを有するバルブ本体を備えている。傘部11は、軸部10の軸方向と直交する横断面が略円形であり、弁頭面12に近づくほど拡径されている。この吸気バルブ(バルブ本体)は、例えば鉄によって形成されている。なお、以下の説明では、吸気バルブ(バルブ本体)において、傘部11が設けられた端部を先端とし、その先端とは反対側の端部を基端とする。よって、軸部10は吸気バルブ(バルブ本体)の先端に設けられた傘部11から吸気バルブ(バルブ本体)の基端に向かって延びている。
吸気バルブには、傘部11の傘裏面13を覆う略円筒状のカバー14が設けられている。カバー14は、例えばアルミウムにより形成され、傘裏面13の形状に沿うように先端に近づくほど拡径されている。
カバー14は、吸気バルブ(バルブ本体)の基端寄りに位置する上端部15と、吸気バルブ(バルブ本体)の先端寄りに位置する下端部16とを有する。これらの端部15,16の内周面にはゴム17,18が例えば加硫接着によりそれぞれ固定されている。より詳細には、カバー14の上端部15には、その内周面の全周に亘って延びる環状のゴム17が接着されており、カバー14の下端部16には、その内周面の周方向に所定の間隔を隔てて複数のゴム18が接着されている。これらゴム17,18は、その熱伝導率がバルブ本体、すなわち軸部10及び傘部11よりも低い耐熱性のゴムである。
一方、軸部10においてカバー14の上端部15と対向する部分には、その周方向全周に亘って延びる環状の凹部である溝19が設けられている。また、傘部11においてカバー14の下端部16と対向する部分には、その周方向に所定の間隔を隔てて複数の凹部20が設けられている。そして、ゴム17が溝19に嵌合するとともにゴム18が凹部20に嵌合することにより、カバー14が傘裏面13から所定の間隔を隔てた状態で軸部10及び傘部11に支持されている。すなわち、ゴム18及び凹部20は、カバー14を傘部11(バルブ本体)に支持する支持部として機能し、ゴム17及び溝19は、カバー14を軸部10(バルブ本体)に支持する支持部として機能する。そしてこれにより、カバー14と傘裏面13との間には断熱空間21が設けられている。
図2に示すように、カバー14が吸気バルブ(バルブ本体)に組み付けられると、断熱空間21の上端、すなわちカバー14の上端部15と軸部10との間がゴム17によって封止された状態となる。一方、図3に示すように、断熱空間21の下端、すなわちカバー14の下端部16と傘部11との間には、周方向に所定の間隔で隙間22が設けられる。
次に、こうした構成を備える吸気バルブの作用について説明する。
本実施形態の吸気バルブでは、カバー14が軸部10及び傘部11(バルブ本体)よりも熱伝導率が低い耐熱性のゴム17,18を介して軸部10及び傘部11(バルブ本体)に支持されているため、軸部10及び傘部11からカバー14に伝達される熱量が減少するようになる。
以上説明した第1の実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
(1)カバー14が軸部10及び傘部11よりも熱伝導率が低いゴム17,18を介して支持されるため、軸部10及び傘部11からカバー14に伝達される熱量を減少させて、カバー14の温度上昇を効果的に抑制することができる。したがって、カバー14の表面に付着した燃料やオイルの揮発成分の気化を抑えて、カバー14のデポジット堆積量を低減することができるようになる。
(2)断熱部材としてゴム17,18を用いたため、ゴム17,18とカバー14との接合部分には異種材料による界面が形成され、同界面を通過してカバー14に伝達される熱量を減少させることができる。したがって、カバー14の温度上昇を更に抑えることができる。
(3)支持部をカバー14の両端部15,16にそれぞれ配設したため、カバー14をバルブ本体に組み付けた際の安定性が向上する。
(4)カバー14の下端部16に位置する支持部を傘部11の周方向に間隔を隔てて複数配設したため、バルブ本体とカバー14との間の断熱空間21に流入した燃料やオイルをカバー14の下端部16において周方向に隣り合う支持部の間の隙間22から外部に排出することができる。このため、断熱空間21に燃料やオイルが滞留してデポジットが生成されることを抑制できる。
(5)カバー14の上端部15に位置する支持部を傘部11の周方向全周に亘って配設し、カバー14の上端部15と軸部10との間をゴム17によって封止するようにしたため、例えば軸部10の表面を伝って燃料やオイルが断熱空間21に流入することが抑制される。このため、断熱空間21に燃料やオイルが滞留してデポジットが生成されることを抑制できる。
(6)支持部は、カバー14に接着され軸部10及び傘部11に向けて突出する凸部であるゴム17,18と、軸部10及び傘部11に形成されてゴム17,18と嵌合する溝19及び凹部20とを含んでいるため、これらを嵌合させることにより、傘裏面13の所望の位置にカバー14を組み付けることができる。このため、カバー14とバルブ本体との組み付けが容易になる。
(7)断熱部材として弾性材料であるゴム17,18を用いたため、吸気バルブがシリンダーヘッドに着座した際の衝撃が支持部を介してカバー14に伝達されることを抑制することができる。また、カバー14や傘部11、並びに軸部10に形状誤差が存在していても、ゴム17,18が弾性変形することにより形状誤差を吸収し、これらを安定して組み付けることができる。さらに、カバー14とゴム17との間及び軸部10とゴム17との間のシール性を向上させることができる。このため、例えば軸部10の表面を伝って燃料やオイルが断熱空間21に流入することが更に抑制され、断熱空間21に燃料やオイルが滞留してデポジットが生成されることも抑制できる。
(第2の実施形態)
以下、ポペットバルブの第2の実施形態について、図4を参照して説明する。なお、第1の実施形態と同様の構成については、共通の符号を付してその詳細な説明は省略する。
図4に示すように、吸気バルブに設けられたカバー14には、その上端部15の内周面の周方向全周に亘って延びる耐熱性のゴム17が例えば加硫接着によって固定されている。また、カバー14の下端部16には、その周方向に所定の間隔を隔てて傘部11に向かって突出する複数の突出部23が設けられている。
一方、軸部10においてカバー14の上端部15と対向する部分には、その周方向全周に亘って延びる溝19が設けられている。また、傘部11においてカバー14の突出部23と対向する部分には、その周方向に所定の間隔を隔てて複数の凹部24が設けられている。凹部24の内周面は、例えばセラミック製の遮熱層を有する遮熱皮膜(TBC:Thermal Barrier Coating)25によって覆われている。そして、これらの凹部24とカバー14の突出部23とが嵌合することで、カバー14の下端部16が傘部11に支持されている。すなわち、カバー14の突出部23は、遮熱皮膜25を介して傘部11の凹部24と嵌合している。また、カバー14に固定されたゴム17と軸部10に設けられた溝19とが嵌合することで、カバー14の上端部15が軸部10に支持されている。すなわち、この実施形態では、突出部23、凹部24、及び遮熱皮膜25は、カバー14を傘部11に支持する支持部として機能し、ゴム17及び溝19は、カバー14を軸部10に支持する支持部として機能する。
以上説明した第2の実施形態によっても、第1の実施形態と同様の効果が得られる。
(第3の実施形態)
以下、ポペットバルブの第3の実施形態について、図5を参照して説明する。本実施形態では、カバー14の上端部15をかしめることによって同カバー14を軸部10に固定している点や、カバー14の下端部16に設けられた支持部の構成が上記各実施形態と異なっている。なお、上記各実施形態と同様の構成については、共通の符号を付してその詳細な説明は省略する。
図5に示すように、吸気バルブに設けられたカバー14は、その上端部15が軸部10に対してかしめられ、同軸部10にその周方向全周に亘って当接した状態で直接固定されている。また、傘部11の傘裏面13には、その周方向に所定の間隔を隔てて耐熱性のゴム26が例えば加硫接着によって固定されている。ゴム26には段差部27が設けられ、段差部27にはカバー14の下端部16が突き当てられている。そして、この状態でカバー14とゴム26とが接着されている。したがって、カバー14の下端部16は、ゴム26によって傘部11に支持されている。
また、ゴム26は、カバー14に覆われた被覆部28と同カバー14から露出した露出部29とを有している。なお、露出部29とは、カバー14の延伸方向においてカバー14から外側に突出した部分である。段差部27の高さ寸法はカバー14の厚さと略同一である。このため、ゴム26とカバー14とが接着された状態では、ゴム26の露出部29の表面及びカバー14の表面が面一である。また、ゴム26の露出部29の表面及び弁座当接面30も面一である。したがって、ゴム26の露出部29の表面及びカバー14の表面及び傘部11の弁座当接面30が互いに面一である。すなわち、露出部29の表面及びカバー14の表面及び弁座当接面30が同一平面上にある。
次に、こうした構成を備える吸気バルブの作用について説明する。
本実施形態の吸気バルブでは、ゴム26にはカバー14から露出した露出部29が設けられているため、吸気行程中に吸気が燃焼室に流入する際に露出部29に吸気が接触して、ゴム26が冷却されるようになる。
また、カバー14の表面及び露出部29の表面及び傘部11の弁座当接面30が互いに面一であるため、カバー14の表面に沿って流れる吸気がカバー14の表面と露出部29の表面との接続部分で剥離することや、露出部29の表面に沿って流れる吸気が露出部29の表面と傘部11の弁座当接面30との接続部分で剥離することが抑制される。このため、カバー14の表面、露出部29の表面、弁座当接面30に沿って吸気が円滑に流れるようになり、吸気の流れ方向が急に変化することがない。
また、カバー14の上端部15は、軸部10に対してかしめられ、軸部10にその周方向全周に亘って当接した状態で直接固定されているため、軸部10の表面を伝って燃料やオイルが断熱空間21に流入することが抑制される。
以上説明した第3の実施形態によれば、上記(1)〜(4)、及び(7)と同様の効果に加え、更に以下の効果が得られるようになる。
(8)カバー14の上端部15を軸部10の周方向全周に亘って当接した状態で同軸部10に直接固定するようにしたため、例えば軸部10の表面を伝って燃料やオイルが断熱空間21に流入することが抑制される。このため、断熱空間21に燃料やオイルが滞留してデポジットが生成されることを抑制できる。
(9)ゴム26にカバー14から露出した露出部29を設け、同露出部29を吸気と接触させることで冷却するようにした。このため、ゴム26の温度上昇を抑えて耐久性を向上させることができる。
(10)カバー14の表面と露出部29の表面とが面一であるため、吸気バルブの周囲を通過して燃焼室に流れ込む吸気の流動抵抗を減少させることができ、カバー14を設けることに伴う吸気効率の低下を抑制できる。
(11)露出部29の表面と傘部11の弁座当接面30とが面一であるため、吸気バルブの周囲を流れる吸気の流動抵抗を減少させることができ、吸気効率の低下を一層抑制できる。
(12)カバー14の表面及び露出部29の表面及び傘部11の弁座当接面30が互いに面一であるため、カバー14の表面、露出部29の表面、弁座当接面30に沿って流れる吸気の流れ方向が急に変化することがない。このため、吸気バルブの周囲を通過して燃焼室に流れ込む吸気の流動抵抗を減少させることができ、カバー14を設けることに伴う吸気効率の低下を一層抑制できる。
(第4の実施形態)
以下、ポペットバルブの第4の実施形態について、図6及び図7を参照して説明する。本実施形態では、カバー14の下端部16に設けられた断熱部材の構成が上記第3の実施形態と異なっている。なお、第3の実施形態と同様の構成については、共通の符号を付してその詳細な説明は省略する。
図6(a)に示すように、カバー14と傘部11との間には、断熱部材31が設けられている。断熱部材31は、例えばセラミックや樹脂等の撓みにくい材料からなり、軸部10の周方向に延びる環形状を有している。断熱部材31の軸部10の周方向に沿った断面形状は波形であり、同断熱部材31の周方向における一部は分断されている。この断熱部材31は、例えば次のようにしてバルブ本体に組み付けることができる。すなわち、図6(a)に示すように、断熱部材31を傘部11とカバー14との間に配設する。そして、図6(b)に示すように、断熱部材31を傘部11の傘裏面13に押しつけるようにしてカバー14を上方から被せる。断熱部材31は、こうして波の上下方向に押圧されると弾性変形する。そして断熱部材31が弾性変形した状態でカバー14の上端部15を軸部10に対してかしめて、カバー14と軸部10とを固定する。これにより、カバー14の下端部16の裏面と傘裏面13とにより周方向の全周に亘って断熱部材31が挟持される。
次に、本実施形態の作用について説明する。
カバーやバルブ本体を製造するときには形状誤差が生じるため、バルブ本体にカバーを組み付けた際のカバーと傘部との隙間の大きさは周方向において部分的に異なる場合がある。こうした場合に、撓みにくい材料によって断熱部材を形成し、同断熱部材を介してカバーを傘部に固定しようとしても、周方向全周に亘って断熱部材を傘部及びカバーにより挟持できなくなり、カバーを安定して固定することができなくなるおそれがある。
本実施形態では、断熱部材31の周方向における断面形状を波形にしているため、波の上下方向に押圧されたときに断熱部材31が弾性変形する。このため、図7(a)及び(b)に示すように、カバー14や傘部11の形状誤差によってこれらの隙間の大きさLが変化したとしても、断熱部材31が弾性変形することによりこうした変化が吸収される。すなわち、図7(b)に示すように、断熱部材31の上部31a及び下部31bがそれぞれカバー14及び傘部11に、その全周に亘って接触するようになる。
また、断熱部材31はその周方向における一部が分断されているため、断熱部材31における分断部分の隙間が拡がることにより、断熱部材31の弾性変形量が更に大きくなる。
以上説明した第4の実施形態によれば、上記(1)〜(4)、及び(8)と同様の効果に加え、更に以下の効果が得られるようになる。
(13)断熱部材31を環形状にし、周方向に沿った断面形状を波形とした。そして、この断熱部材31をカバー14の下端部16の裏面と傘裏面13とによって波の上下方向から挟持するようにした。このため、カバー14を断熱部材31を介して傘部11に組み付けたときに、断熱部材31が弾性変形し、カバー14やバルブ本体の形状誤差が吸収される。その結果、カバー14をバルブ本体に安定して組み付けることができるようになる。
(14)断熱部材31はその周方向における一部が分断されているため、断熱部材31の弾性変形量が更に大きくなる。このため、カバー14やバルブ本体の形状誤差が大きい場合であっても両者を安定して組み付けることができるようになる。
(第5の実施形態)
以下、ポペットバルブの第5の実施形態について、図8及び図9を参照して説明する。本実施形態では、カバー14の下端部16に設けられた断熱部材の構成が上記第3の実施形態と異なっている。なお、上記第3の実施形態と同様の構成については、共通の符号を付してその詳細な説明は省略する。
図8に示すように、吸気バルブに設けられたカバー14の下端部16と傘部11との間には、その周方向の全周に亘って断熱部材32が設けられている。図9に示すように、断熱部材32は環形状を有し、多孔質金属によって形成されている。断熱部材32は、断熱空間21に近接する内周側の部分(内側部分)の気孔率よりも外周側の部分(外側部分)の気孔率が低い。
次に、本実施形態の作用について説明する。
断熱部材を多孔質金属により形成した場合には、気孔率を高くすることにより断熱部材の断熱性を向上させることができる。一方で、断熱部材の気孔率を高くすると、燃料やオイルが断熱部材の内部に侵入しやすくなる。このように燃料やオイルが断熱部材の内部に浸入すると気孔が燃料やオイルによって満たされた状態となるため、断熱部材の断熱性が低下することがある。
この点、本実施形態では、断熱部材32を多孔質金属によって形成するとともに、断熱空間21に近接する内側部分の気孔率よりも外側部分の気孔率を低くしている。すなわち、燃料やオイルが付着する外側部分の気孔率を相対的に低くすることで同外側部分をより密な組成としている。このため、燃料やオイルが断熱部材32の内部に侵入しにくくなり、こうした燃料やオイルの浸入に起因する断熱性の低下が抑制される。
以上説明した第5の実施形態によれば、上記(1)〜(4)、及び(8)と同様の効果に加え、更に以下の効果が得られるようになる。
(15)断熱部材32を多孔質金属によって形成するとともに、断熱空間21に近接する内側部分の気孔率よりも外側部分の気孔率を低くしたため、断熱部材32の内部に燃料やオイルが浸入することに起因する断熱性の低下を抑制できる。
(その他の実施形態)
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。また、上記各実施形態及び以下の変更例を適宜組み合わせて実施することもできる。
・第1の実施形態では、カバー14に凸部であるゴム17,18を固定して傘部11に溝19,凹部20を設けるようにした。これに代えて、図10に示す構成を採用するようにしてもよい。この構成では、カバー14の上端部15の内周面に周方向に延びる溝33を全周に亘って若しくは部分的に設ける。また、カバー14の下端部16の内周面に周方向に所定の間隔を隔てて複数の凹部34を設ける。そして、軸部10及び傘部11に例えば加硫接着によって固定されたゴム17,18をそれぞれ上記溝33、凹部34に嵌合させる。また、図11に示すように、カバー14に溝33と複数の凹部34とを設け、吸気バルブに溝19と複数の凹部20とを設けて、溝19,33にゴム17を嵌合し、凹部20,34にゴム18をそれぞれ嵌合することでカバー14を傘部11に組み付けるようにしてもよい。なお、上記図10及び図11に示す構成では、カバー14の上端部15及び下端部16の両方における支持構成を変更する例を示したが、上端部15及び下端部16のいずれか一方についてのみ上記構成を採用するようにしてもよい。また、第2の実施形態において、カバー14の上端部15における支持構成に図10や図11に示す構成を採用することもできる。こうした構成によっても、上記(1)〜(7)と同様の効果を得ることはできる。
・第1の実施形態では、カバー14の下端部16の内周面においてその周方向に所定の間隔を隔てて複数のゴム18を配設するようにした。こうした構成に代えて、カバー14の下端部16の内周面においてその周方向の全周に亘って延びる環状のゴムを配設し、断熱空間21の下端部を封止するようにしてもよい。なお、こうした場合には、傘部11に設けられた複数の凹部20に代えて、例えば周方向の全周に亘って延びる溝を設け、その溝に環状のゴムを嵌合させることが好ましい。こうした構成によっても上記(1)〜(3)、及び(5)〜(7)と同様の効果を得ることはできる。
・第2の実施形態では、カバー14の上端部15にゴム17を固定するとともに軸部10に同ゴム17が嵌合する溝19を設けるようにしたが、軸部10にゴム17を固定し、カバー14の上端部15の内周面に周方向に延びる溝を全周に亘って若しくは部分的に設け、その溝にゴム17を嵌合させるようにしてもよい。
・第2の実施形態では、カバー14の下端部16に突出部23を設けて傘部11に凹部24を設けるようにしたが、傘部11に突出部23を設けて同突出部23と嵌合する凹部をカバー14に設けるようにしてもよい。なお、こうした場合には、カバー14の下端部16に設けられた凹部の内周面を遮熱皮膜25によって覆うようにすることが好ましい。こうした構成によっても、上記(1)〜(7)と同様の効果を得ることはできる。
・第2の実施形態では、カバー14の下端部16においてその周方向に所定の間隔を隔てて複数の突出部23を設けるようにしたが、カバー14の下端部16の内周面においてその周方向全周に亘って延びる環状の突出部を設けるようにしてもよい。なお、こうした場合には、傘部11に配設された複数の凹部24に代えて、例えば周方向全周に亘って延びる溝を設け、その溝に環状の突出部を嵌合させることが好ましい。また、この溝の内周面は環状の遮熱皮膜によって覆われていることが好ましい。こうした構成によっても上記(1)〜(3)、及び(5)〜(7)と同様の効果を得ることはできる。
・第2の実施形態は、例えば図12に示すように変更してもよい。なお、図12において第2の実施形態と同様の構成については、共通の符号を付してその詳細な説明は省略する。
図12に示すように、吸気バルブのカバー14には、その下端部16に複数の突出部23が設けられている。また、傘部11の傘裏面13において突出部23と対向する部分は遮熱皮膜25によって覆われている。そして、この遮熱皮膜25と突出部23とが接着剤等によって接着されている。
こうした構成によっても、上記(1)〜(4)と同様の効果を得ることはできる。
なお、こうした構成において、軸部10に環状の溝19を設ける代わりに同軸部10におけるカバー14の上端部15と対向する部分を環状の遮熱皮膜によって覆い、同遮熱皮膜をカバー14の上端部15の内周面に接着するようにしてもよい。
・第1及び第2の実施形態では、傘部11よりも熱伝導率の低い断熱部材としてゴム17,18を用いたが、セラミックや樹脂等他の断熱部材を用いてもよい。こうした構成によっても上記(1)〜(6)と同様の効果を得ることはできる。
・第1及び第2の実施形態では、カバー14の上端部15の内周面にゴム17を配設するようにしたが、断熱空間21の上端が封止できるのであればこうした構成を例えば図13〜図15に示すように変更してもよい。なお、図13〜図15はカバー14の上端部15を拡大した断面図であり、同図13〜図15において各実施形態と同様の構成については、共通の符号を付してその詳細な説明は省略する。
図13に示す例では、カバー14の上端部15に、カバー14の先端を覆うようにリング状のゴム35が固定されている。ゴム35の内径は軸部10の外径よりも若干小さい。そのため、リング状のゴム35の孔36に軸部10が挿入されると、ゴム35の内周面と軸部10とが弾性力の作用によって密着する。
また、図14(a)、(b)に示す例では、カバー14の上端部15は、軸部10から離間する方向(径方向外側)に屈曲している。この上端部15の上面にはリング状のゴム37が固定されている。ゴム37の内径は、軸部10の外径よりも小さい。図14(b)に示すように、軸部10にはその全周に亘って延びる溝38が設けられている。そして、リング状のゴム37の孔39に軸部10が挿入されると、ゴム37の内周側が弾性変形し、ゴム37の内周縁部が軸部10の溝38と嵌合する。その結果、断熱空間21の上端が封止された状態でカバー14が軸部10に組み付けられる。
また、図15に示すように、こうした構成において軸部10の溝38を省略するようにしてもよい。すなわち、ゴム37の弾性変形によって生じる反力によってゴム37と軸部10とを密着させるようにしてもよい。
こうした構成によれば、ゴム35,37により断熱空間21の上端が封止されるため、上記(1)〜(5)と同様の効果を得ることができる。
・第1及び第2の実施形態では、カバー14の上端部15がゴム17を介して軸部10に支持されるようにしたが、軸部10の温度がそれほど高くならない場合には、図16に示すように、カバー14の上端部15を軸部10の全周に亘って直接固定するようにしてもよい。この際、例えばカバー14の上端部15をかしめて軸部10に固定してもよいし、溶接によりカバー14の上端部15を軸部10に固定してもよい。こうした構成によっても、吸気バルブにおいて温度の高い傘部11にゴム18や遮熱皮膜25を介してカバー14が支持されるため、上記(1)〜(5)と同様の効果を得ることはできる。
・第1及び第2の実施形態では、カバー14の上端部15の内周面においてその周方向全周に亘って延びる環状のゴム17を配設するようにしたが、カバー14の上端部15においてその周方向に間隔を隔てて複数のゴムを配設するようにしてもよい。こうした構成によっても上記(1)〜(4)と同様の効果を得ることはできる。
・第1及び第2の実施形態では、ゴムを介してカバー14をバルブ本体(軸部10及び傘部11)に支持する支持部をカバー14の両端部15,16にそれぞれ配設する構成を示したが、カバー14の両端部15,16以外の部分にこうした支持部を配設するようにしてもよい。こうした構成によっても、上記(1)及び(2)と同様の効果を得ることはできる。
・第3の実施形態は、例えば図17〜図21のように変更してもよい。なお、図17〜図21はカバー14の下端部16を拡大した断面図であり、同図17〜図21において第3の実施形態と同様の構成については、共通の符号を付してその詳細な説明は省略する。
図17に示す例では、カバー14を支持するゴム40に傘部11に向けて突出する凸部41が形成され、傘部11に同凸部41と嵌合する凹部42が形成されている。そして、これら凸部41及び凹部42が嵌合することにより、ゴム40が傘部11に固定されている。
こうした構成によれば、更にゴム40と傘部11との組み付けを容易にすることができるようになる。なお、傘部11にゴム40に向けて突出する凸部を設けて、ゴム40に同凸部と嵌合する凹部を形成した場合であっても、同様の効果を得ることができる。
また、図18に示す例では、第3の実施形態と同様、カバー14がゴム43を介して傘裏面13に支持されているが、ゴム43の露出部44の表面とカバー14の表面とが面一になっていない。こうした構成によっても、上記(1)〜(4)、(7)〜(9)、及び(11)と同様の効果を得ることはできる。
また、図19に示す例では、ゴム45の露出部46の表面が傘部11の弁座当接面30と面一になっていない。こうした構成によっても、上記(1)〜(4)、及び(7)〜(10)と同様の効果を得ることはできる。
また、図20及び図21に示すように、ゴム47,49の露出部48,50とカバー14の表面及び傘部11の弁座当接面30とが面一になっていなくてもよい。こうした構成によっても、上記(1)〜(4)、及び(7)〜(9)と同様の効果を得ることはできる。
なお、図17〜図21に示す例では、断熱部材としてのゴム40,43,45,47に変えて、セラミックや樹脂等からなる断熱部材を用いて同様の構成とすることもできる。
・第3の実施形態では、傘部11の傘裏面13においてその周方向に所定の間隔を隔てて複数のゴム26を配設するようしたが、傘部11の周方向の全周に亘って環状のゴムを配設し、断熱空間21の下端部を封止するようにしてもよい。こうした構成によっても上記(1)〜(3)、及び(7)〜(11)と同様の効果を得ることはできる。
・第3の実施形態では、カバー14の上端部15を軸部10に対してかしめることにより、同カバー14を軸部10に直接固定するようにしていたが、溶接等の他の方法を用いてカバー14を軸部10に直接固定するようにしてもよい。
・第3の実施形態では、カバー14の上端部15を軸部10に直接固定していたが、例えば図22に示すように変更してもよい。
図22に示す例では、カバー14の上端部15が環状のゴム51を介して軸部10に固定されている。ゴム51には段差部52が設けられ、この段差部52にカバー14の上端部15が固定されている。段差部52の高さ寸法はカバー14の厚さと略同一であり、ゴム51とカバー14とが固定された状態では、ゴム51の露出部53の表面とカバー14の表面とが面一となっている。
こうした構成によれば、吸気バルブの軸部10に沿って流れる吸気が露出部53の表面とカバー14の表面との接続部分で剥離することが抑制され、吸気効率の低下を更に抑制できるようになる。なお、図22に示す例において、ゴム51に変えて、セラミックや樹脂等からなる断熱部材を用いるようにしてもよい。
・第3の実施形態では、カバー14の上端部15を軸部10の周方向全周に亘って当接した状態で同軸部10に固定するようにしていたが、カバー14の上端部15を軸部10の周方向に間隔を隔てて複数箇所で当接した状態で軸部10に固定するようにしてもよい。
・第4の実施形態では、断熱部材31を環形状とし、その周方向に沿った断面形状を波形とすることで弾性を付与するようにしたが、こうした弾性を付与するために例えば図23及び図24に示す形状の断熱部材を採用してもよい。なお、図23及び図24において第4の実施形態と同様の構成については、共通の符号を付してその詳細な説明は省略する。
図23に示すように、断熱部材54は、カバー14の下端部16と傘部11との間に狭持されている。断熱部材54は、例えばセラミックや樹脂等の撓みにくい材料からなり、傘部11の周方向に延びる環形状を有している。断熱部材54において傘部11に対向する面には、窪み55が設けられている。なお、これら傘部11、断熱部材54、カバー14は上記第4の実施形態と同様の方法によって組み付けられている。
こうした構成では、断熱部材54に窪み55が設けられているため、カバー14によって断熱部材54が傘裏面13に押しつけられると、断熱部材54が弾性変形し、傘部11やカバー14の形状誤差が吸収される。したがって、こうした構成によっても、上述した第4の実施形態の同様の効果を得ることができる。
また、図24に示すように、断熱部材56は、傘部11の周方向に延びる環形状を有し、断熱空間21に向かって突出する凸部57を有している。断熱部材56には、この凸部57によって段差部58が形成され、この段差部58にカバー14が固定されている。なお、断熱部材56は、例えばセラミックや樹脂等の撓みにくい材料からなる。これら傘部11、断熱部材56、カバー14は上記第4の実施形態と同様の方法によって組み付けられている。
こうした構成では、断熱部材56を介して傘部11にカバー14を組み付ける際に、凸部57が弾性変形してカバー14や傘部11の形状誤差を吸収する。このため、こうした構成によっても、上述した第4の実施形態の同様の効果を得ることができる。
なお、図23及び図24示した例では、断熱部材54,56を環形状とし、傘部11の周方向の全周に亘って断熱部材54,56を設けるようにしていたが、周方向に所定の間隔を隔てて複数の断熱部材を配設するようにしてもよい。こうした場合には、予め傘部11及びカバー14の一方に断熱部材を固定し、その後に傘部11及びカバー14の他方を組み付けるようにすることが好ましい。
・第4の実施形態では、カバー14の上端部15を軸部10の周方向全周に亘って当接した状態で同軸部10に固定するようにしていたが、カバー14の上端部15を軸部10の周方向に間隔を隔てて複数箇所で当接した状態で軸部10に固定するようにしてもよい。
・第5の実施形態では、多孔質材料として多孔質金属を用いた例を説明したが、多孔質材料であれば、セラミックや樹脂など他の材料を用いるようにしてもよい。
・上記各実施形態では、傘部11の傘裏面13及び軸部10を断熱空間21を隔ててカバー14により覆う構成を例示したが、軸部10のみをカバーによって覆う構成を採用することもできる。こうした場合でもカバーを軸部よりも熱伝導率が低い部材を介して支持することとすれば、バルブ本体からカバーに伝達される熱量を減少させて、カバーの温度上昇を効果的に抑制することができる。したがって、カバーの表面に付着した燃料やオイルの揮発成分の気化を抑えて、カバーのデポジット堆積量を低減することができるようになる。
・各実施形態において、カバー14の表面にデポジット抑制処理剤を塗布すれば、カバー14へのデポジットの堆積をより抑制できる。そしてこうした場合においては、カバー14の温度の上昇が抑制されることでデポジット抑制処理剤の熱負荷が軽減されるため、デポジット抑制処理剤の耐久性を向上させることができるようになる。
・上記各実施形態及び上記変形例において、断熱部材を吸気により冷却するためにその一部をカバーから露出させる構成以外の構成については、排気バルブに適用することもできる。
10…軸部、11…傘部、12…弁頭面、13…傘裏面、14…カバー、15…上端部、16…下端部、17,18,26,35,37,40,43,45,47,49,51…ゴム、19,33…溝、20,24,34…凹部、21…断熱空間、22…隙間、23…突出部、25…遮熱皮膜、27,52,58…段差部、28…被覆部、29,44,46,48,50,53…露出部、30…弁座当接面、31,32,54,56…断熱部材、31a…上部、31b…下部、36,39…孔、38…溝、41…凸部、42…凹部、55…窪み、57…凸部。
なお、図17〜図21に示す例では、断熱部材としてのゴム40,43,45,47,49に変えて、セラミックや樹脂等からなる断熱部材を用いて同様の構成とすることもできる。
なお、図23及び図24示した例では、断熱部材54,56を環形状とし、傘部11の周方向の全周に亘って断熱部材54,56を設けるようにしていたが、周方向に所定の間隔を隔てて複数の断熱部材を配設するようにしてもよい。こうした場合には、予め傘部11及びカバー14の一方に断熱部材を固定し、その後に傘部11及びカバー14の他方を組み付けるようにすることが好ましい。

Claims (18)

  1. 基端及び先端を有するポペットバルブであって、
    前記先端に設けられ、傘裏面を有する傘部と、
    前記傘部から前記基端に向かって延びる軸部と、
    前記傘裏面の少なくとも一部を断熱空間を隔てて覆うカバーと、
    前記カバーと前記傘部との間に設けられ、同傘部よりも熱伝導率の低い断熱部材を介して前記カバーを前記傘部に支持する支持部と、
    を備えるポペットバルブ。
  2. 基端及び先端を有するバルブ本体であって、前記先端に設けられて傘裏面を有する傘部と、前記傘部から前記基端に向かって延びる軸部と、を含むバルブ本体と、
    前記傘裏面及び前記軸部を含む領域の少なくとも一部を断熱空間を隔てて覆うカバーと、
    前記カバーと前記バルブ本体との間に設けられ、同バルブ本体よりも熱伝導率の低い断熱部材を介して前記カバーを支持する支持部と、
    を備えるポペットバルブ。
  3. 前記断熱部材は前記カバーとは異なる材料からなる
    請求項1または請求項2に記載のポペットバルブ。
  4. 前記支持部は前記カバーにおける前記基端寄りの端部及び前記先端寄りの端部にそれぞれ配設される
    請求項1〜3のいずれか一項に記載のポペットバルブ。
  5. 前記支持部は前記カバーにおける前記先端寄りの端部に位置し、前記傘部の周方向に間隔を隔てて複数配設される
    請求項1〜3のいずれか一項に記載のポペットバルブ。
  6. 前記支持部は前記カバーにおける前記基端寄りの端部に位置し、前記傘部又は前記軸部の周方向全周に亘って配設される
    請求項1〜3のいずれか一項に記載のポペットバルブ。
  7. 基端及び先端を有するポペットバルブであって、
    前記先端に設けられ、傘裏面を有する傘部と、
    前記傘部から前記基端に向かって延びる軸部と、
    前記傘裏面及び前記軸部を断熱空間を隔てて覆うカバーであって、前記基端寄りの部分が前記軸部に直接固定されるカバーと、
    前記カバーにおける前記先端寄りの部分に設けられ、前記傘部よりも熱伝導率の低い断熱部材を介して前記カバーを前記傘部に支持する支持部と、
    を備えるポペットバルブ。
  8. 前記支持部は前記傘部の周方向に間隔を隔てて複数配設される
    請求項7に記載のポペットバルブ。
  9. 前記カバーにおける前記基端寄りの部分は前記軸部の周方向全周に亘って当接した状態で同軸部に固定される
    請求項7又は8に記載のポペットバルブ。
  10. 前記支持部は、前記傘部又は前記軸部と前記カバーとのうちの一方から他方に向けて突出する凸部と、前記他方に形成されて前記凸部と嵌合する凹部とを含む
    請求項1〜9のいずれか一項に記載のポペットバルブ。
  11. 前記ポペットバルブは吸気バルブであり、
    前記断熱部材は、前記カバーに覆われた被覆部と同カバーから露出した露出部とを含む
    請求項1〜10のいずれか一項に記載のポペットバルブ。
  12. 前記カバーの表面と前記露出部の表面とが面一である
    請求項11に記載のポペットバルブ。
  13. 前記支持部は前記カバーにおける前記先端寄りの端部に位置し、前記露出部の表面と前記傘部の弁座当接面とが面一である
    請求項11又は12に記載のポペットバルブ。
  14. 前記断熱部材は弾性材料からなる
    請求項1〜13のいずれか一項に記載のポペットバルブ。
  15. 前記断熱部材は弾性変形可能な形状を有する
    請求項1〜14のいずれか一項に記載のポペットバルブ。
  16. 前記断熱部材は、前記軸部の周方向に延びる環形状を有し、同周方向に沿った断面形状が波形であり、前記カバーにおける前記先端寄りの端部と前記傘裏面とにより挟持される
    請求項1〜4及び7のいずれか一項に記載のポペットバルブ。
  17. 前記断熱部材はその周方向における一部が分断されている
    請求項16に記載のポペットバルブ。
  18. 前記断熱部材は多孔質材料からなり、同断熱部材は前記断熱空間に近接する内側部分及びそれとは反対側の外側部分を有し、内側部分の気孔率よりも外側部分の気孔率が低い
    請求項1〜17のいずれか一項に記載のポペットバルブ。
JP2015500156A 2013-02-15 2014-01-07 ポペットバルブ Active JP6070816B2 (ja)

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