JPWO2019180806A1 - 排気用中空ポペットバルブ - Google Patents

Abstract

簡易な構造でエンジンの低中速回転時において傘中空バルブと同等またはそれ以上の冷却効果を発揮する排気用中空ポペットバルブの提供。先端に向かって増径する首部（３）と軸部（２）と傘部（４）を有し、傘部（４）から軸部（２）にかけて形成された中空部（９）に冷媒（１４）を装填された排気用中空ポペットバルブ（１）において、軸部（２）は、基端側の第１軸部（５）と、段差部（６）を介して第１軸部（５）に一体化されると共に首部（３）に一体化される第２軸部（７）を有し、中空部（９）は、第１軸部（５）の内側に形成される第１中空部（１０）と、第１中空部（１０）よりも大きく一定の内径（ｄ２）を有するように第２軸部（５）、首部（３）及び傘部（４）の内側に形成され、テーパー部または湾曲部を介して第１中空部（１０）に連続するように形成された第２中空部（１２）と、を備えるようにした。

Description

傘部から軸部の内側にかけて形成された中空部に冷媒を装填された排気用中空ポペットバルブに関する技術。

一般にエンジン用の軸中空バルブには、特許文献１に示すように軸部から傘部の内側にかけて一定の内径を有するように形成した中空部に冷媒を装填したものや、特許文献２に示すように傘部の内側に傘部の外形に倣うように形成した中空部を備えた傘中空バルブがある。

特開平５−１４１２１４号公報 特開２０１３−１５５６７６号公報

特許文献１のような軸中空バルブは、内径が一定であるためにバルブの軸方向運動に基づいて冷媒がバルブの軸方向に動きやすい反面、冷媒の装填量不足及び冷媒の熱伝達許容量の限界によってバルブから冷媒への熱伝達が不十分になり、十分な冷却効果を得られないおそれがある。

また、特許文献２のような傘中空バルブは、一定内径を有する中空部の先端に傘部の外形に倣うように形状の中空部を形成して中空部の容積を拡大したことで、冷媒の装填容量及び熱伝達許容量を増やしてエンジンの高速回転時に十分な冷却効果を得られる点で優れる反面、軸部に連続する傘部の内側に傘部の外形に倣った中空部を形成することには手間がかかるため、より簡易な形態で十分な冷却効果を得られる中空ポペットバルブが求められている。

特に近年は、エンジンを走行用の駆動源に用いずに走行用モーターに電源を供給する発電機のみに用いる場合があり、そのようなエンジンは、高速回転をせずに低中速回転のみで発電を行うため、高速回転時よりも低中速回転時に優れた冷却効果を発揮することで耐ノック性が向上し、燃費改善に繋がる排気用中空ポペットバルブが求められている。

上記課題に鑑み、本願発明は、簡易な構造でエンジンの低中速回転時において傘中空バルブと同等以上の冷却効果を発揮する排気用中空ポペットバルブを提供するものである。

先端に向かって増径する首部を介して一体化される軸部と傘部を有し、傘部から軸部にかけて形成された中空部に冷媒を装填された排気用中空ポペットバルブにおいて、前記軸部は、基端側の第１軸部と、段差部を介して第１軸部に一体化されると共に首部に一体化される第２軸部を有し、前記中空部は、第１軸部の内側に形成される第１中空部と、第１中空部よりも大きく一定の内径を有するように第２軸部、首部及び傘部の内側に形成され、テーパー部または湾曲部を介して第１中空部に接続するように形成された第２中空部と、を備えるようにした。

（作用）排気時の高温の燃焼室にさらされるバルブの第２軸部、首部及び傘部の強度が保持された状態で、第２軸部、首部及び傘部の内側に設けた第２中空部の容積が拡大して排気の高温にさらされる部位の冷媒装填量が増加して熱伝達の許容量が増加することで燃焼室から冷媒への熱伝達が円滑に行われ、バルブの高速振動時に一定内径を有する第２中空部内でバルブの軸方向に振られることで冷媒が第２中空部の内壁に残留しにくくなり、テーパー部または湾曲部を介して第１中空部との間の円滑な移動を促進される。

特許文献１のような冷媒入り中空バルブを使用したエンジンを低中速回転領域で動作させる場合、中空部内で傘部や首部近辺から熱を伝達された冷媒が、燃焼室内に直接さらされずに温度の低い軸端部（バルブ軸先端部２）の近傍領域に移動した際に融点以下に冷却されることによって中空部内の軸端部近傍領域に固着してしまい、バルブの熱引性を悪化させることがある。しかし、本願のエンジンバルブによれば、軸端部に近く燃焼室内にさらされない第１中空部の内径が第２中空部の内径よりも縮径されていることによって固着する冷媒の量が少なくなるため、低中速回転量域でのバルブの温度が低減される。

また、排気用中空ポペットバルブは、前記第２軸部を第１軸部よりも厚肉に形成することが望ましい。

（作用）第２軸部そのものの熱伝達の許容量が増加することで燃焼室から冷媒への熱伝達性が更に向上する。

第２中空部は、基端部から先端部にかけて内径の異なる複数の中空部を内径の小さいものから順に連続させた形状を有することが望ましい。

（作用）先端部に向かって増径する首部の外形に倣うように、より大きな内径の中空部が形成されて、第２中空部内の冷媒装填量が更に増加する。

内径の異なる前記複数の中空部は、それぞれテーパー部または湾曲部を介して連続するように形成されることが望ましい。

（作用）テーパー部または湾曲部により連続複数の中空部間で冷媒の円滑な移動が促進される。

排気用中空ポペットバルブは、前記傘部が、弁閉時にシリンダヘッドのシート部に当接するフェース部を有し、前記段差部の基端部からフェース部の先端部までの軸方向長さが、シリンダヘッドのバルブガイド開口部の最先端部からシート部の先端部までの軸方向長さよりも短く形成されることが望ましい。

（作用）排気時における中空ポペットバルブの開閉動作時に段差部及び第２軸部がシリンダヘッドのバルブガイド開口部に干渉しない。

本願の排気用中空ポペットバルブによれば、高温にさらされる部位の強度低下がなく、高温にさらされる部位の内側の冷媒装填量が増えたことで冷媒の熱伝達の許容量が増え、かつ傘部と軸部間の冷媒の移動効率が向上することと、第２中空部よりも第１中空部の内径を小さくして軸端部近くにおける冷媒の固着を低減させることにより、エンジンの低中速回転時において従来の傘中空バルブと同等以上の冷却効果を発揮しつつ、第２中空部の形状が内径一定のストレート孔であるために第２中空部を簡易に形成出来る。

本願の排気用中空ポペットバルブによれば、高温にさらされる部位を厚肉にすることで第２軸部そのものの熱伝達の許容量が増えて燃焼室から冷媒への熱伝達性が向上することでバルブによる冷却効果が更に向上する。

本願の排気用中空ポペットバルブによれば、内径の異なる複数のストレート孔が内径の小さな順に形成されるために第２中空部を容易に形成出来、高温にさらされる第２中空部の内側の冷媒装填量が更に増えたことで冷媒の熱伝達の許容量が更に増える。

本願の排気用中空ポペットバルブによれば、内径の異なる複数のストレート孔が内径の小さな順に形成されるために第２中空部を容易に形成出来、高温にさらされる第２中空部の内側の冷媒装填量が更に増えたことで冷媒の熱伝達の許容量が更に増えて、バルブの冷却効果が向上する。

本願の排気用中空ポペットバルブによれば、第２中空部内の冷媒の移動が促進されることで傘部と軸部間の冷媒の移動効率がさらに向上し、バルブの冷却効果が向上する。

本願の排気用中空ポペットバルブによれば、バルブの開閉動作時に段差部及び第２軸部をシリンダヘッドのバルブガイド開口部に干渉させることなく第２中空部の容積及び第２軸部の肉厚を大きく出来るため、燃焼室から冷媒への熱伝達性が更に向上する。

第１の実施形態に関する排気用中空ポペットバルブの軸方向断面図。 第１の実施形態における第２中空部の変形例を示す軸方向断面図。 第２の実施形態に関する排気用中空ポペットバルブの軸方向断面図。 シリンダヘッドに設置された第２の実施形態の排気用中空ポペットバルブの縦方向断面図。 第２の実施形態の排気用中空ポペットバルブ測温結果を示すグラフであり、（ａ）は、バルブ底面中央に関するグラフ、（ｂ）は、バルブ首部に関するグラフである。

図１により排気用中空ポペットバルブの第１の実施形態を説明する。図１においては、排気用中空ポペットバルブの傘部側を先端側とし、軸部側を基端側として説明する。

図１に示す第１の実施形態における排気用中空ポペットバルブ１は、高い耐熱性を有する耐熱合金等で形成された軸部２、首部３及び傘部４を有する。

軸部２は、第１軸部５、段差部６及び第２軸部７によって形成される。第２軸部７は、先端側から基端側に先窄まりで凸型の湾曲形状に形成された段差部６を介して第１軸部５に一体化され、第２軸部７の外径Ｄ２は、段差部６により全体として第１軸部５の外径Ｄ１よりも大きく形成される。首部３は、外径が先端に向かって徐々に増径する凹型湾曲形状に形成され、かつ第２軸部７の先端部７ａに滑らかに接続される。傘部４は、基端側から先端側に末広がりとなるテーパー状のフェース部８を外周に有し、フェース部８は、首部３の先端部３ａと接続する。尚、段差部６は、先端側から基端側に先窄まりのテーパー部として形成されても良い。

軸部２，首部３及び傘部４の内側の中心には、排気用中空ポペットバルブ１の中心軸線Ｏと同軸となる中空部９が形成される。中空部９は、第１中空部１０、湾曲部１１及び第２中空部１２によって形成される。第１中空部１０は、一定の内径を有するように軸部２の第１軸部５の内側に形成され、第２中空部１２は、第１中空部１０の内径ｄ１よりも大きく一定の内径ｄ２を有するように第２軸部７，首部３及び傘部４の内側にかけて形成される。

湾曲部１１は、先端部内径がｄ２、かつ基端部内径がｄ１となる先端側から基端部に先窄まりとなる凹型の湾曲形状を有し、第２中空部１２は、湾曲部１１を介して第１中空部１０に滑らかに接続される。第１中空部１０、湾曲部１１及び第２中空部１２は、排気用中空ポペットバルブ１の底面４ａ側から掘削加工等によって排気用中空ポペットバルブ１の中心軸線Ｏ周りに形成される。中空部９は、金属ナトリウム等の冷媒を装填された状態で耐熱合金等で形成されたキャップ１３を抵抗接合等で取り付けられることによって閉塞される。尚、湾曲部１１は、先端側から基端側に先窄まりとなるテーパー部として形成されても良い。

第１軸部５は、外径Ｄ１になるまで耐熱金属製の棒材の外周を切削すること等によって形成される。第１の実施形態においては、第１軸部５の肉厚ｔ１が、第２軸部７の肉厚ｔ２と一致するように形成されている。第２軸部７は、第１軸部５の第１中空部１０よりも内径の大きな第２中空部１２を内側に形成されても第１軸部５と同じ肉厚を有することにより、強度を保ちつつ冷媒１４の増量による熱伝達性の向上効果を発揮する。

第１の実施形態の排気用中空ポペットバルブ１によれば、エンジンの燃焼室及び排気通路の高温の排気ガスにさらされる第２軸部７、首部３及び傘部４の内側に設けた第２中空部１２の内径ｄ２を第１中空部１０の内径ｄ１よりも大きくし、高温にさらされる第２中空部１２の容積を拡大して冷媒１４の装填量を増加させ、熱伝達の許容量を増加させたことで燃焼室から冷媒１４への熱伝達が円滑に行われる。また、冷媒１４は、排気用中空ポペットバルブ１の高速振動時に一定の内径ｄ２を有する第２中空部１２の内側でバルブの中心軸線Ｏに沿って先後に振られることで第２中空部１２の内壁に残留しにくくなるため、基端側の第１軸部５に向かって先細りとなり、かつ接続点の内径が第１及び第２中空部（１０，１２）と一致するように形成された湾曲部１１を介して第１中空部１０との間の円滑な移動を促進される。

その結果、排気用中空ポペットバルブ１によれば、傘部４と軸部２との間の冷媒１４の移動効率が向上することにより、エンジンの低中速回転時において従来の傘中空バルブと同等以上の冷却効果を発揮しつつ、第２中空部１２の形状が一定の内径ｄ２を有するストレート孔であるために第２中空部１２を簡易に形成出来る。

尚、図２は、第１の実施形態に示す第２中空部１２の変形例を示すものである。第１の実施形態と同一の要素については、同一の符号を使用して説明を割愛する。図２の第２中空部１２’は、内径ｄ２の中空部Ａと、内径ｄ２１の中空部Ｂと、内径ｄ２２の中空部Ｃによって構成される。中空部Ａの内径ｄ２は、図１の第２中空部１２の内径と同一である。また、中空部Ｂは、首部３の内側に形成され、中空部３は、傘部４の内側に形成される。

図２に示すように中空部ＡからＣは、基端部から先端部にかけて内径の異なる複数の中空部を内径の小さいものから順に連続する形状を有するように形成され、かつエンジンバルブ１’の中心軸線Ｏ’周りに同軸となるように形成される。中空部ＡからＣは、各内径は、ｄ２＜ｄ２１＜ｄ２２となる。中空部ＡからＣは、図２に示すような凸型の湾曲部ａ１，ａ２やテーパー部（図示せず）を介して滑らかに接続されるように形成されることが望ましい。中空部ＡからＣの各接続部分は、ストレート孔としてもよいが、湾曲部やテーパー部を介して接続されることで中空部ＡからＣ間における冷媒の移動が促進される。

第２中空部１２’は、第１中空部１０及び湾曲部１１と共に中空部９’を形成し、中空部９’は、金属ナトリウム等の冷媒を装填された状態で耐熱合金等で形成されたキャップ１３’を抵抗接合等で取り付けられることによって閉塞される。本実施形態の排気用中空ポペットバルブ１’によれば、異なる内径ｄ２，ｄ２１，ｄ２２をそれぞれ有するストレート孔からなる中空部ＡからＣが内径の小さな順に形成されるために第２中空部１２’をバルブの先端側から容易に形成出来、高温にさらされる第２中空部１２’の内側の冷媒装填量が更に増えたことで冷媒１４の熱伝達の許容量が更に増えて、バルブの冷却効果が向上する。

尚、本変形例の第２中空部１２’は、一例として中空部ＡからＣまで３つに分けているが、第２中空部１２’は、２つに分けることでコストを低減させても良いし、逆に４つ以上に分けて更に首部や傘部に倣わせた形状とすることで第２中空部の内容積を増加させてもよい。

尚、図１及び図２に示す第１の実施形態における排気用中空ポペットバルブ１は、第１及び第２軸部（５，７）の肉厚がｔ１＝ｔ２となるように形成されているが、第２軸部７の肉厚ｔ２は、第１軸部５の肉厚ｔ１よりも厚肉に（つまりｔ２＞ｔ１となるように）形成することが望ましい。その場合、第２軸部７のそのものの熱伝達の許容量が増加することで燃焼室及び排気通路の排気ガスから冷媒１４への熱伝達性が更に向上することでバルブによる冷却効果が向上する。

次に図３及び図４により、排気用中空ポペットバルブの第２の実施形態を説明する。図３及び図４においても排気用中空ポペットバルブの傘部側を先端側とし、軸部側を基端側として説明する。

図３及び図４に示す第２の実施形態における排気用中空ポペットバルブ２１は、第１の実施形態の排気用中空ポペットバルブ１と同じ外形を有し、高い耐熱性を有する耐熱合金等で形成された軸部２２、首部２３及び傘部２４を有する。

軸部２２は、第１軸部２５、段差部２６及び第２軸部２７によって形成される。第１軸部２５は、内側に後述する第１中空部３０を有する本体部２５ａと、本体部２５ａと同じ外径Ｄ３を有するように形成されて排気用中空ポペットバルブ２１を形成する中実の軸端部２５ｂによって形成される。第２軸部２７は、先端側から基端側に先窄まりとなるテーパー状の段差部２６を介して第１軸部２５の本体部２５ａに一体化され、第２軸部２７の外径Ｄ４は、段差部２６により全体として第１軸部２５の外径Ｄ３よりも大きく形成される。尚、段差部２６は、先端側から基端側に先窄まりとなる凸曲面状の湾曲部として形成されても良い。

首部２３は、外径が先端に向かって徐々に増径する凹型湾曲形状に形成され、かつ第２軸部２７の先端部２７ａに滑らかに接続される。傘部２４は、基端側から先端側に末広がりとなるテーパー状のフェース部２８を外周に有し、フェース部２８は、首部２３の先端部２３ａと接続する。

軸部２２，首部２３及び傘部２４の内側の中心には、排気用中空ポペットバルブ２１の中心軸線Ｏ１と同軸となる中空部２９が形成される。中空部２９は、第１中空部３０、テーパー部３１及び第２中空部３２によって形成される。第１中空部３０は、一定の内径を有するように軸部２２の第１軸部２５の本体部２５ａの内側に形成され、第２中空部３２は、第１中空部３０の内径ｄ３よりも大きく一定の内径ｄ４を有するように第２軸部２７，首部２３及び傘部２４の内側にかけて形成される。尚、テーパー部３１は、先端側から基端側に先窄まりとなる凹曲面状の湾曲部として形成されても良い。

テーパー部３１は、先端部内径がｄ４、かつ基端部内径がｄ３となる先端側から基端部に先窄まりとなる形状を有し、第２中空部３２は、テーパー部３１を介して第１中空部３０に滑らかに接続される。第２中空部３２は、傘部２４と一体の底部３２ａによって底面２４ａ側に貫通しない有底円筒形状に形成される。

排気用中空ポペットバルブ２１は、第１中空部３０、テーパー部３１及び第２中空部３２は、首部２３及び傘部２４と同形の首部及び傘部とを有し、かつ本体部２５ａと第２軸部２７を合計した軸方向長さを有する中実ポペットバルブを形成し、内径ｄ４の円孔を前記中実ポペットバルブの基端部側から中心軸線Ｏ１周りに有底となるように形成し、形成された中空ポペットバルブの基端部側外周を絞り加工して内径ｄ４の円孔の基端部側にテーパー部３１を介して連結される内径ｄ３の円孔を形成して本体部２５ａ、第２軸部２７，第１中空部３０及び第２中空部３２を形成し、中空部２９に冷媒３４を装填し、最後に軸端部２５ｂを本体部２５ａの基端部２５ｃに抵抗接合等で軸接合すること等によって形成される。

また、第２の実施形態においては、第１軸部２５の肉厚ｔ３に比べて第２軸部２７の肉厚ｔ４を厚肉に（つまりｔ４＞ｔ３となるように）形成しているため、第２軸部２７のそのものの熱伝達の許容量が増加することで燃焼室から冷媒１４への熱伝達性が更に向上することでバルブによる冷却効果が向上する。第２軸部２７は、第１軸部２５の第１中空部３０よりも内径の大きな第２中空部３２を内側に形成され、更に第１軸部５よりも肉厚に形成されることにより、強度を保ちつつ熱伝達の許容量及び冷媒１４の増加による熱伝達性の向上効果を発揮する。尚、第２軸部２７は、第２軸部２７の肉厚ｔ４を第１軸部２５の肉厚ｔ３同一に形成してもよいが、第２軸部２７のそのものの熱伝達の許容量を増加させるために第１軸部よりも厚肉に形成されることが望ましい。

尚、第２の実施形態の排気用中空ポペットバルブ２１（及び第１の実施形態の排気用中空ポペットバルブ１においても同様）においては、第２中空部３２の基端部３２ｂを第２軸部２７の基端部２７ｂとバルブの中心軸線Ｏ１に沿った方向において面一になるように形成することが望ましい。このように形成した場合、第２中空部３２が、段差部２６の内側に食い込んで肉厚を薄くすることで段差部２６の強度を低下させること無く、排気ガスの高温にさらされる第２軸部２７の内側に最大限の容積を有するように形成されるため、バルブによる冷却効果が更に向上する。

第２の実施形態の排気用中空ポペットバルブ２１によれば、エンジンの燃焼室及び排気通路の高温の排気ガスにさらされる第２軸部２７、首部２３及び傘部２４の内側に設けた第２中空部３２の内径ｄ４を第１中空部３０の内径ｄ３よりも大きくし、高温にさらされる第２軸部２７の熱伝達の許容量を拡大しつつ第２中空部３２の容積を拡大して冷媒３４の装填量を増加させたことで後述する燃焼室４１及び排気通路４２の排気ガスから冷媒３４への熱伝達が円滑に行われる。また、冷媒３４は、排気用中空ポペットバルブ１の高速振動時に一定の内径ｄ４を有する第２中空部３２の内側でバルブの中心軸線Ｏ１に沿って先後に振られることで第２中空部３２の内壁に残留しにくくなるため、基端側の第１軸部２５に向かって先細りとなり、かつ接続点の内径が第１及び第２中空部（３０，３２）と一致するように形成されたテーパー部３１を介して第１中空部３０との間の円滑な移動を促進される。

その結果、排気用中空ポペットバルブ２１によれば、傘部２４と軸部２２との間の冷媒３４の移動効率が向上することにより、エンジンの低中速回転時において従来の傘中空バルブと同等以上の冷却効果を発揮しつつ、第２中空部３２の形状が一定の内径ｄ４を有するストレート孔であるために第２中空部３２を簡易に形成出来る。

尚、図４は、シリンダヘッド４０に設置され、排気に基づく開閉時に燃焼室４１と排気通路４２の間を進退する第２の実施形態の排気用中空ポペットバルブ２１を示している。シリンダヘッド４０には、バルブガイド４０ａと燃焼室４１に向かって開口する排気通路４２が設けられている。バルブガイド４０ａには、排気用中空ポペットバルブ２１の軸部２２が摺接するバルブ挿通孔４０ｂが設けられ、バルブ挿通孔４０ｂの先端は、排気通路４２に開口する。バルブ挿通孔４０ｂには、バルブスプリング４３によって閉弁方向（バルブの先端から基端方向）に付勢された排気用中空ポペットバルブ２１の軸部２２が保持されて先後に進退する。排気用中空ポペットバルブ２１は、開弁時において中心軸線Ｏ１に沿って先端方向にスライドし、閉弁時において傘部２４のフェース部２８がバルブスプリング４３の付勢力によって排気通路４２の開口周縁部に形成されたシリンダヘッド４０のシート部４４のシート面４４ａに当接するように形成される。

尚、図４に示す第２の実施形態の排気用中空ポペットバルブ２１においては、段差部２６の基端部２６ａからフェース部２８の先端部２８ａまでの中心軸線Ｏ１に沿った方向の長さＬ１が、シリンダヘッド４０のバルブガイド開口部４０ｃの最先端部４０ｄからシート部４４の先端部４４ｂまでの軸方向長さＬ２よりも短く形成されることが望ましく、図１及び図２に示す第１の実施形態の排気用中空ポペットバルブ１においては、段差部６の基端部６ａからフェース部８の先端部８ａまでの中心軸線Ｏに沿った方向の長さＬ３が、排気用中空ポペットバルブ１を図３のシリンダヘッド４０に設置したと仮定した場合におけるバルブガイド開口部４０ｃの最先端部４０ｄからシート部の先端部までの軸方向長さＬ２よりも短く形成されることが望ましい。

排気用中空ポペットバルブ（１，２１）をこのように形成した場合、段差部（６，２６）の基端部（６ａ，２６ａ）は、弁閉時においてシリンダヘッドのバルブガイド開口部の最先端部４０ｄよりも下に位置するため、排気時における中空ポペットバルブ（１，２１）の開閉動作時に段差部（６，２６）及び第２軸部（７，２７）がシリンダヘッド４０のバルブガイド開口部４０ｃに干渉しない。その結果、中空ポペットバルブ（１，２１）においては、第２中空部（１２，３２）の容積及び第２軸部（７，２７）の肉厚（ｔ２，ｔ４）を更に大きく出来るため、燃焼室から冷媒への熱伝達性が更に向上する。

図５（ａ）（ｂ）により、熱電対法によって測定した第２の実施形態の冷媒入り中空ポペットバルブ２１（図３を参照）を使用したエンジンの回転数に対するバルブの傘部２４の底面２４ａの中央と首部２３の温度を説明する。図５（ａ）は、バルブの底面２４ａの中央に関するグラフであり、図５（ｂ）は、バルブの首部２３に関するグラフである。各図の横軸はバルブの回転数（ｒｐｍ）、縦軸は温度（℃）を示し、三角のラインが特許文献２のような従来の冷媒入り傘中空バルブの温度を示し、四角のラインが第２の実施形態における冷媒入り中空バルブの温度を示すものである。

図５（ａ）によると本実施形態における冷媒入り中空バルブの傘部の底面温度は、エンジンの回転数が約３５００ｒｐｍのときに従来の冷媒入り傘中空バルブと同等の温度となる。また、本実施形態における中空バルブ底面温度は、エンジンが約３５００ｒｐｍを越えて高速回転すると、従来の傘中空バルブよりもやや高温になるが、エンジンが３５００ｒｐｍ以下の回転数で低中速回転をすると、従来の傘中空バルブよりも低く抑えられる。

また、図５（ｂ）によると本実施形態におけるエンジンバルブの首部温度は、エンジンの回転数が３０００ｒｐｍのときに従来の傘中空バルブと同等の温度となる。また、本実施形態におけるエンジンバルブの首部温度は、エンジンの回転数が約３０００ｒｐｍを越えて高速回転すると従来の傘中空バルブよりもやや高温になるが、エンジンが３０００ｒｐｍ以下の回転数で低中速回転をすると、本実施形態における中空バルブの底面温度は、従来の傘中空バルブよりも低く抑えられる。

このように、図５（ａ）（ｂ）の測定結果から従来の冷媒入り傘中空バルブは、エンジンの高速回転時に優れた冷却効果を発揮するが、本実施形態の排気用中空ポペットバルブは、エンジンの低中速回転時に傘中空バルブと同等以上の優れた冷却効果を発揮することで耐ノック性が向上し、燃費の改善に貢献するものと言える。

中空バルブの冷媒として一般的に使用される金属ナトリウムは、融点が９８℃である。エンジンが低中速回転する際の燃焼室から熱を受ける冷媒入り中空バルブは、高速回転時ほど高温にならないため、従来の中空バルブの中空部内に冷媒として装填された金属ナトリウムは、燃焼室にさらされる高温の傘部や首部の内側領域から燃焼室にさらされないために温度の低い軸端部の近傍領域に移動した際に融点以下に冷却されて軸端部の近傍領域に固着することで移動を阻害され、傘部及び首部から軸部へのバルブの熱引性を悪化させるおそれがある。しかし、本実施形態の冷媒入り中空バルブによれば、軸端部に近い第１中空部１０の内径が第２中空部１２の内径よりも小さく、仮に軸端部近傍領域に固着しても固着する冷媒の量が少なくなって熱引性の悪化が低減されるため、エンジンが低中速回転量域で動作していてもバルブの温度が低減されるものと考えられる。

そのため、本実施形態の排気用中空ポペットバルブは、電気自動車の駆動用モーターに使用される発電専用エンジンのような低中速回転領域でのみ動作するエンジンに使用されることで最も優れた冷却効果を発揮するものと言える。

１ 排気用中空ポペットバルブ
２ 軸部
３ 首部
４ 傘部
５ 第１軸部
６ 段差部
７ 第２軸部
８ フェース部
９ 中空部
１０ 第１中空部
１１ 湾曲部
１２ 第２中空部
１４ 冷媒
２１ 排気用中空ポペットバルブ
２２ 軸部
２３ 首部
２４ 傘部
２５ 第１軸部
２６ 段差部
２７ 第２軸部
２８ フェース部
２９ 中空部
３０ 第１中空部
３１ テーパー部
３２ 第２中空部
３４ 冷媒
４０ シリンダヘッド
４０ｃ バルブガイド開口部
４０ｄ 最先端部
４４ シート部
Ｌ１、Ｌ３ 段差部の基端部からフェース部の先端部までの軸方向長さ
Ｌ２ バルブガイド開口部の最先端部からフェース部の先端部までの軸方向長さ

Claims (5)

1. 先端に向かって増径する首部を介して一体化される軸部と傘部を有し、傘部から軸部にかけて形成された中空部に冷媒を装填された排気用中空ポペットバルブにおいて、
   前記軸部は、
   基端側の第１軸部と、段差部を介して第１軸部に一体化されると共に首部に一体化される第２軸部を有し、
   前記中空部は、
   第１軸部の内側に形成される第１中空部と、
   第１中空部よりも大きく一定の内径を有するように第２軸部、首部及び傘部の内側に形成され、テーパー部または湾曲部を介して第１中空部に連続するように形成された第２中空部と、を備えたことを特徴とする排気用中空ポペットバルブ。
2. 前記第２軸部は、第１軸部よりも厚肉に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の排気用中空ポペットバルブ。
3. 前記第２中空部は、基端部から先端部にかけて内径の異なる複数の中空部を内径の小さいものから順に連続させた形状を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の排気用中空ポペットバルブ。
4. 内径の異なる前記複数の中空部は、それぞれテーパー部または湾曲部を介して連続することを特徴とする、請求項３に記載の排気用中空ポペットバルブ。
5. 前記傘部は、弁閉時にシリンダヘッドのシート部に当接するフェース部を有し、
   前記段差部の基端部からフェース部の先端部までの軸方向長さが、シリンダヘッドのバルブガイド開口部の最先端部からシート部の先端部までの軸方向長さよりも短く形成されたことを特徴とする、請求項１から４のうちいずれかに記載の排気用中空ポペットバルブ。
   

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