JPH0459445B2 - - Google Patents

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に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却材と熱交
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却
水を固定側から昇降運動及び回転運動をする排気
弁本体に供給循環さるせるため、冷却水漏れを生
じやすいという欠点があると共に、排気弁本体が
ポンプの作用をして冷却水の円滑な流れを阻害し
やすかつた。そのため、冷却水の流量調節による
排気弁本体における弁傘部の正確な温度制御が困
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
にあつてはこのような問題はないが、温度制御が
増々困難なものとなつていた。

そこで、本発明は上記従来技術の欠点を解消す
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
ができる内燃機関の排気弁装置を提供することに
ある。

上記目的を達成するために本発明に係る内燃機
関の排気弁装置は、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、一
次冷却材が充填された冷却材室と、上記弁軸部内
にこれに沿つて形成され、上端が開放されると共
に下端が上記冷却材室と連通された冷却材気化室
と、基端部が固定側に支持され、先端部が上記冷
却材気化室内にその上端開放口から気密に挿入さ
れた気化冷却材案内管と、該気化冷却材案内管の
基端部に設けられ、気化冷却材を二次冷却材と熱
交換させて凝縮させる熱交換部とを備えたことを
特徴としている。

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ツ
ド２にその排気口３を開閉す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とからなつてい
る。シリンダヘツド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を挾んだ排気口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
う上記弁傘部５がシリンダ内側から着座されてい
る。

排気弁本体１の内部は外形に沿つて中空に形成
され、弁傘部５内には一次冷却材たる冷却水を充
填するための冷却材室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
端が上記冷却材室８に連通された冷却材気化室９
が形成され、加熱された冷却材室から上昇した気
化冷却材（蒸気）を収容するようになつている。
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きに奪う気化熱によつて冷
却されるのであり、この気化冷却材たる蒸気は後
述する如く排気弁本体１外へ導出されて二次冷却
材との熱交換により凝縮液化され、再び冷却材室
８に返流されるようになつている。

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に着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はシリンダヘツド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ボー
ルベアリング１３を介してドーム状の弁軸押え１
４が支持され、この弁軸押え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
ツト１５が圧接されている。即ち、排気弁本体１
は油圧タペツト１５と空気バネ１０との連動によ
つて排気口３を開閉すべく往復駆動されるように
なつている。係る排気弁本体１は排気通路６内に
位置した弁軸部４にこれを排気によつて回転させ
るための回転羽根（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つて排気口３に
対する着座時の密着性の向上を図つている。

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の一端（下端）である先端部は開放さ
れ、他端（上端）である基端部にはこれと直交す
るようにヘツダー管１７が連通接続されており、
その開放端１６ａが冷却材気化室９内に挿入され
ている。排気弁本体１の昇降動と回転とを許容し
つつ冷却材気化室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図に示す如く開放
口９ａの内壁には多孔質ゴム製のシールリング１
８が取付座１９を介して設けられ、このシールリ
ング１８より下方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。

上記ヘツダー管１７はシリンダヘツド２上に上
記弁軸押え１４を挾む如く設けられた固定枠２１
に緩衝材２２を介して水平に掛け渡されている。
また、ヘツダー管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は一端が上記ヘツダー管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
冷却水を導入するための給水口２６と排出するた
めの排水口２７とが形成されている。また、給水
口２６には、冷却材気化室９内における蒸気の温
度又は圧力の検出値に基いて冷却水供給量を制御
する流量制御弁２８が設けられ、これにより冷却
材気化室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つている。尚、蒸気温度を
検出する熱電対又は蒸気圧を検出する圧力計は、
案内管１６を介して冷却材気化室９内に導入され
ている（図示省略）。第１図において、２９はヘ
ツダー管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が回転しつつ昇降動している弁動
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内の冷却水が昇温し、その気
化時に熱を奪つて弁傘部５を冷却する。そして、
この気化した蒸気は冷却材気化室９内を上昇して
案内管１６、ヘツダー管１７を経て熱交換部２３
の凝縮管２４内に至り、ここで水封室２５内の冷
却水と熱交換されて凝縮液化する。液化した冷却
水はヘツダー管１７、案内管１６を流下して冷却
材室８内に返流され、再び気化するというサイク
ルを繰り返すことになる。そして、このように一
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、過冷却による硫
酸腐食を発生することはない。また、一次冷却材
と二次冷却材との熱交換を排気弁本体１外の固定
側で行つているため、二次冷却材漏れを生じる虞
れはなく、仮に二次冷却材漏れを生じたとしても
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の動きは二次冷却材の流れ
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。したがつて、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、一次冷却材の封入量は事前に更生実験に
よつて決めることができ、またその補充の時期は
検出温度乃至圧力によつて知ることができ、ヘツ
ダー管１７に設けた一次冷却材補充部３０から一
次冷却材を容易に補充することができる。

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の温度制御を行つたが、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にお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、下端がヘツダー管
１７に接続された凝縮管３１の上端は空気室３２
に接続され、凝縮管３１内には空気室３２側とヘ
ツダー管１７側とを仕切るピストン３３が空気室
３２側からばね３４によつて昇降自在に吊下げら
れている。また、凝縮管３１の外周部には二次冷
却材たる冷却水を循環させる水室３５が形成さ
れ、この水室３５には給水口２６及び排水口２７
を介して冷却水が流量一定で給排されるようにな
つている。上記空気室３２には圧搾空気供給管３
６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する制御
弁３７が設けられている。しかして、空気室３２
内の圧力をヘツダー管１７側の蒸気圧にバランス
させておくと、一次冷却材側の温度上昇により蒸
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間の接触面積を増
大させる。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図に示す熱交換器２３は、上端が閉
塞され下端がヘツダー管１７に接続された凝縮管
３８を調圧室３９で覆い、この調圧室３９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４０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つて加圧空気層
４１の圧力を調節する圧力調整弁４２が設けら
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。したがつて、蒸気圧乃至蒸気温度
が上昇すると、凝縮管３８を介した一次冷却材側
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
空気が膨張して昇圧することがあるので、これを
圧力計４３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
力を検出し、熱交換部における一次冷却材側蒸気
と二次冷却材との間に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ツト、空気
ばねに限られるものでなく、第５図に示す如く油
圧タペツトの代りに通常のロツカーアーム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。先端部が二又に分岐し
たロツカーアーム４４を用いてコイルばね４５の
ばね受け４６上に圧接させるようにすれば、弁軸
押えを不要化してその部分に熱交換部２３を設け
ることができ、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材を排気弁
本体の固定側へ導出して二次冷却材と熱交換さ
せるようにしたので、排気弁本体の動きにより
二次冷却材の流れを阻害されることがなく、二
次冷却材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等による一
次冷却材の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がきると共
に、仮に二次冷却材漏れを生じたとしても、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することはない。

(3) 一次冷却材と二次冷却材を介して弁傘部を冷
却す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せることがない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る内燃機関の排気弁装置の
一実施例を示す縦断面図、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
つ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は冷却材気化室、１６は気化
冷却材案内管、２３は熱交換部である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 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、一次冷却材が充填
   された冷却材室と、上記弁軸部内にこれに沿つて
   形成され、上端が開放されると共に下端が上記冷
   却材室と連通された冷却材気化室と、基端部が固
   定側に支持され、先端部が上記冷却材気化室内に
   その上端開放口から気密に挿入された気化冷却材
   案内管と、該気化冷却材案内管の基端部に設けら
   れ、気化冷却材を二次冷却材と熱交換させて凝縮
   させる熱交換部とを備えたことを特徴とする内燃
   機関の排気弁装置。