JPH0536965Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は、セラミツクスで作製されているセ
ラミツクバルブの脱落防止装置に関する。

〔従来の技術〕

近年、エンジンの出力特性を更に高めるために
その高速回転化が一層追求されるようになつてき
た。このためカムシヤフトの高速回転に対してエ
ンジンのバルブが十分に追従するようにバルブに
対してより高い応答性が要求されている。

バルブの応答を改善するには、主として、バル
ブ自体の軽量化を図るか、或いはバルブスプリン
グの高強度化を図るかのいずれかの方法がとられ
る。そこで、バルブ自体の軽量化を図るという観
点から軽量材料を採用するとすれば、特に、排気
バルブに関しては優れた耐熱性が要求されること
も考慮すると、耐熱性に富んだセラミツク材料が
エンジンのバルブ材料として好適である。

しかし、一般に、セラミツクスは衝撃に弱いと
いう欠点を有しているため、特に傘部のバルブシ
ートへの着座面やバルブステム部の端部がバルブ
の開閉時に外力を受けて破損、折損等を起こすこ
とがある。このため、セラミツクバルブの実用化
のためには、これらの部分に対して破損防止対策
を講じる必要がある。

従来、エンジン用のセラミツクバルブとして
は、例えば、実開昭62−40209号公報に示されて
いるような内燃機関の吸排気弁がある。該内燃機
関の吸排気弁は、きのこ状傘部と弁軸とからな
り、少なくとも傘部がセラミツクスから成る吸排
気弁において、シリンダヘツドに取り付けられた
バルブシートに接触する傘部のシート面の、傘部
頭頂の傘厚部と連なる周縁に0.2mm以上のアール
を付したものである。

〔考案が解決しようとする問題点〕

しかしながら、前掲実開昭62−40209号公報に
開示されているセラミツクバルブについては、バ
ルブシートと接触する傘部のシート面の傘部頭頂
の傘厚部と連なる周縁に0.2mm以上のアールを付
したものであるが、バルブ全体の強度を考慮した
ものではなく、またバルブステムが折損等を起こ
した場合の対策を講じたものではない。

従つて、エンジンの調整の誤り、使用の誤り等
によつてバルブに過大な応力が作用した場合に、
セラミツクバルブは破損或いは折損し、それが原
因でエンジンの大破に至る危険性があるという問
題点を有している。

ところで、カムプロフイル設定において、バル
ブ重量は重要なフアクタであるが、吸排気バルブ
を窒化珪素（Si₃N₄）等のセラミツク材料で作製
した場合に、バルブ自体を軽量化することによつ
てバルブを駆動するカムプロフイルを変更するこ
とが可能となり、吸入効率の向上即ち出力向上、
及びバウンス回転数の向上が図れる。

しかしながら、バルブをセラミツク材料で製作
した場合に、エンジンの調整の誤り、使用の誤り
等によつてバルブに過大な応力が作用した場合
に、セラミツクバルブは破損或いは折損し、それ
が原因でエンジンの大破に至る危険性を有してい
る。

即ち、第２図を参照して、吸排気バルブについ
て考察すると、バルブシートが偏当たりしたり、
カーボン等が堆積して吸排気バルブに曲げ力がか
かる場合に、曲げモーメントＭは次のようにな
る。即ち、 Ｍ＝・Ｆ （但し、はバルブフエースの半径、Ｆはバル
ブフエースに掛かる力である。） このようにして、曲げモーメントＭがバルブス
テムに作用するため、バルブガイドのポート側端
部に位置する部位（第１図の符号Ａの部分）のバ
ルブステムに最も大きな曲げ力即ち最大応力が発
生し、その部位（第１図の符号Ａの部分）でバル
ブステムは折損或いは破損するという危険性を有
している。

そこで、たとえセラミツクバルブが折損したと
しても、セラミツクバルブの折損部分が脱落し、
該折損部分がピストン、シリンダ等のエンジン部
品に損傷等の影響を及ぼさないようなバルブ構造
が要望される。

そこで、この考案の目的は、上記の問題点を解
決することであり、セラミツクバルブに対して衝
撃荷重、曲げ荷重等が掛かつて大きな応力が作用
して折損の可能性があるバルブステム領域でバル
ブステムが折損或いは破損したとしても、折損し
たバルブがピストンヘツド上即ちシリンダ内に脱
落することを防止し、エンジンが大破しないよう
に被害を最小限に止めることができるセラミツク
バルブの脱落防止装置を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

この考案は、上記の目的を達成するために、次
のように構成されている。即ち、この考案は、ポ
ートを形成したシリンダヘツドに配置したバルブ
ガイド内を摺動往復運動して前記ポートを開閉す
るセラミツクから成るセラミツクバルブを有し、
前記セラミツクバルブのバルブステムの折損可能
性のある前記ポート側バルブガイド端部より下方
に位置する前記バルブステムの外周部にバルブ係
止手段を備えていることを特徴とするセラミツク
バルブの脱落防止装置に関する。

また、このセラミツクバルブの脱落防止装置に
おいて、前記バルブ係止手段は前記バルブガイド
に固定した脱落防止ストツパ及び前記脱落防止ス
トツパと係止可能で且つ前記バルブステムに固定
したリングから構成されているものである。

或いは、このセラミツクバルブの脱落防止装置
において、前記バルブ係止手段は前記バルブステ
ムの外周部に焼嵌め等で固定した外周套管で構成
されているものである。

〔作用〕

この考案によるセラミツクバルブの脱落防止装
置は、以上のように構成されており、次のように
作用する。即ち、このセラミツクバルブの脱落防
止装置は、バルブのバルブステムの折損可能性の
あるポート側バルブガイド端部より下方に位置す
る前記バルブステムの外周部にバルブ係止手段が
設けられているので、バルブに衝撃荷重、熱衝
撃、曲げ荷重等が作用してバルブステムが折損し
た場合に、折損した下方に位置するバルブステム
は前記バルブ係止手段によつて支持され脱落する
ことがない。

詳しくは、前記バルブ係止手段を、バルブガイ
ドに取り付けた脱落防止ストツパと前記バルブス
テムに固定したリングとで構成した場合には、折
損した前記バルブステムに固定した前記リングが
前記脱落防止ストツパに係止して折損した方の前
記バルブステムは支持される。

或いは、前記バルブ係止手段を、前記バルブス
テムの外周部に焼嵌め等で固定した外周套管で構
成した場合には、前記バルブステムが折損した時
に、折損した前記バルブステムが上方に位置する
前記バルブステムから離脱することなく前記外周
套管に堅固に支持される。

〔実施例〕

以下、図面を参照して、この考案によるセラミ
ツクバルブの脱落防止装置の実施例について詳述
する。このセラミツクバルブの脱落防止装置は、
例えば、エンジンの調整の誤り、使用の誤り等に
よつてバルブに過大な応力が作用した場合に、窒
化珪素等のセラミツク材料から成るセラミツクバ
ルブが破損或いは折損することがあるが、たとえ
セラミツクバルブが折損したとしても、エンジン
の他の部品に影響を及ぼさないようにして被害を
最小限に止めるものである。

第１図は、窒化珪素等のセラミツク材料から成
るセラミツクバルブ１をエンジンに使用した場合
のセラミツクバルブの脱落防止装置についての２
つの実施例、即ち、第１図の右半分と左半分とは
別の実施例をそれぞれ示したものである。

まず、第１図の左半分に示されているこの考案
による実施例であるセラミツクバルブの脱落防止
装置１０について説明する。

この実施例では、吸排気のためのポートを形成
したシリンダヘツド１５にはバルブガイド６が配
置され、セラミツクバルブ１がバルブガイド６内
を摺動往復運動してポートを開閉作動するもので
ある。セラミツクバルブ１は、バルブ作動をする
時に、バルブヘツド２のバルブフエース７がバル
ブシート１２に当接した時に、バルブガイド６の
端部が位置する部分Ａに最も大きな曲げ力即ち最
大応力が発生する。

従つて、セラミツクバルブ１が折損或いは破損
する部位は、該最大応力発生部分Ａが一番可能性
がある。そこで、セラミツクバルブ１であるバル
ブステム３の該最大応力発生部分Ａ即ちセラミツ
クバルブ１のバルブステム３の折損可能性のある
ポート側バルブガイド６端部より下方に位置する
バルブステム３の外周部に、リング９を焼嵌め等
によつて固定する。

更に、両端に係止部１７を備えた脱落防止スト
ツパ８の一端をバルブガイド６に固定し、脱落防
止ストツパ８の他端を自由端に構成する。しか
も、脱落防止ストツパ８の自由端に設けた係止部
１７の内径は、セラミツクバルブ１に固着したリ
ング９の外径よりも小さく形成されている。

従つて、たとえセラミツクバルブ１が折損或い
は破損して落下するような現象があつたとして
も、脱落防止ストツパ８の係止部１７がセラミツ
クバルブ１に固着したリング９と係止して折損し
たセラミツクバルブ１をそれ以上落下させること
がなく、脱落防止ストツパ８が折損或いは破損し
た方のバルブステム３を直ちに且つ確実に支持
し、従つて、折損或いは破損したバルブステム３
がエンジンのシリンダ１６内或いはピストンヘツ
ド上に落下するようなことがない。

また、この実施例では、ピストン１３について
は、ピストン１３が上死点に位置する時、吸排気
バルブ即ちセラミツクバルブ１が折損して図の鎖
線の位置にある時、或いはセラミツクバルブ１の
吸排気バルブがフルリフトした時に、ピストンヘ
ツド頂面とセラミツクバルブ１との干渉が無いよ
うに、ピストンヘツドを凹ませて逃げ部１４が形
成されている。

このセラミツクバルブの脱落防止装置１０は、
上記のように構成されているので、セラミツクバ
ルブ１が最大応力発生部分Ａでたとえ折損或いは
破損したとしても、リング９が脱落防止ストツパ
８の係止部１７に係止して、弁かさ即ちバルブヘ
ツド２は鎖線で示す位置より下方に脱落すること
はない。従つて、エンジンが大破するようなこと
はなく、被害を最小限に止めることができる。

次に、第１図の右半分に示されているこの考案
による別の実施例であるセラミツクバルブの脱落
防止装置２０について説明する。ここで、上記の
セラミツクバルブの脱落防止装置１０の部品と同
一の部品については同一の符号を付してそれらの
説明を省略する。

セラミツクバルブ１は、バルブ作動をする時
に、上記と同様に、バルブフエース７がバルブシ
ート１２に当接した時に、バルブガイド６の端部
が位置した部分Ａに最も大きな曲げ力即ち最大応
力が発生する。従つて、セラミツクバルブ１が折
損或いは破損するのは、該最大応力発生部分Ａが
一番可能性がある。

そこで、セラミツクバルブ１であるバルブステ
ム３の該最大応力発生部分Ａの付近に対して、バ
ルブステム３の外周部にフエルニコ（Fe−Co−
Niの合金）、インコネル（Ni合金）等の低熱膨張
係数の金属等から成る外周套管１１を焼嵌めによ
つて巻き付けて固定する。バルブステム３の外周
に巻き付けた外周套管１１の機能によつて、バル
ブステム３が最大応力発生部分Ａで折損或いは破
損したとしても、折損したセラミツクバルブ１は
分離することがなく、折損したバルブステム３は
外周套管１１によつて堅固に且つ確実に保持され
る。従つて、折損或いは破損したバルブヘツド２
が外周套管から脱落するようなことはなく、シリ
ンダ１６内或いはピストンヘツド上に落下するこ
とがなく、エンジンを破損するようなことがな
く、被害を最小限に止めることができる。

〔考案の効果〕

この考案によるセラミツクバルブの脱落防止装
置は、以上のように構成されているので、次のよ
うな効果を有する。即ち、このセラミツクバルブ
の脱落防止装置は、バルブのバルブステムの折損
可能性のあるポート側バルブガイド端部より下方
に位置する前記バルブステムの外周部にバルブ係
止手段が設けられているので、たとえバルブに衝
撃荷重、熱衝撃、曲げ荷重等が作用して前記バル
ブステムが折損したとしても、折損した下方に位
置する前記バルブステムは前記バルブ係止手段に
よつて支持され脱落することがない。

従つて、折損或いは破損した前記バルブステム
がシリンダ或いはピストンヘツド上に脱落するこ
とがなく、エンジンを大破するようなことがな
く、被害を最小限に止めることができ、しかも安
全上極めて好ましいものである。

また、前記バルブステムが折損したかどうかは
エンジンが作動しているか否かで直ちに分かるの
で、その場合にはエンジンを停止してバルブを取
り換えればよい。

詳しくは、前記バルブ係止手段をバルブガイド
に取付けた脱落防止ストツパ及び前記脱落防止ス
トツパと係止可能で且つ前記バルブステムに固定
したリングから構成した場合には、折損した前記
バルブステムに固定された前記リングが前記脱落
防止ストツパに係止して折損した方の前記バルブ
ステムは確実に且つ直ちに支持され、脱落するこ
とがない。

また、前記バルブ係止手段が前記バルブステム
の外周部に焼嵌めで固定した外周套管である場合
には、前記バルブステムがたとえ折損したとして
も、折損した前記バルブステムが上方に位置する
前記バルブステムから離れることなく、前記外周
套管によつて堅固に支持されたままの状態である
ので、上記と同様に折損した前記バルブステムが
脱落するようなことはない。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案によるセラミツクバルブの脱
落防止装置の実施例を示す断面図、及び第２図は
バルブの原理を説明するための説明図である。 １……セラミツクバルブ、３……バルブステ
ム、６……バルブガイド、８……脱落防止ストツ
パ、９……リング、１０，２０……セラミツクバ
ルブの脱落防止装置、１１……外周套管、１７…
…係止部。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) ポートを形成したシリンダヘツドに配置した
   バルブガイド内を摺動往復運動して前記ポート
   を開閉するセラミツクスから成るセラミツクバ
   ルブを有し、前記セラミツクバルブのバルブス
   テムの折損可能性のある前記ポート側バルブガ
   イド端部より下方に位置する前記バルブステム
   の外周部にバルブ係止手段を備えていることを
   特徴とするセラミツクバルブの脱落防止装置。 (2) 前記バルブ係止手段は前記バルブガイドに固
   定した脱落防止ストツパ及び前記脱落防止スト
   ツパと係止可能で且つ前記バルブステムに固定
   したリングから構成されていることを特徴とす
   る実用新案登録請求の範囲第１項に記載のセラ
   ミツクバルブの脱落防止装置。 (3) 前記バルブ係止手段は前記バルブステムの外
   周部に焼嵌め等で固定した外周套管で構成され
   ていることを特徴とする実用新案登録請求の範
   囲第１項に記載のセラミツクバルブの脱落防止
   装置。