JPH0614002Y2

JPH0614002Y2 - バルブステム用シ−ル

Info

Publication number: JPH0614002Y2
Application number: JP1987034171U
Authority: JP
Inventors: 新一大林; 寿夫三木
Original assignee: 光洋シカゴローハイド株式会社
Priority date: 1987-03-09
Filing date: 1987-03-09
Publication date: 1994-04-13
Anticipated expiration: 2002-03-09
Also published as: JPS63141811U

Description

【考案の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉本考案は、４サイクルエンジンの吸排気弁のバルブガイ
ド部に装着されるシールに係り、詳しくはそのリップ部
分の構造に関する。

〈従来の技術〉エンジンの吸排気弁のバルブガイド部には、ステムの摺
動を円滑に行なわせるため、常に一定量の潤滑油を供給
する必要がある。今仮に、この潤滑油の供給が切れる
と、バルブガイド部で焼き付きが生じ、反対に、潤滑油
の供給量が多すぎると、オイル消費量が増大するばかり
か、ステム等にカーボンが付着し、吸排気動作に支障を
きたす。

そのため、一般には、吸排気弁のバルブガイド部にシー
ルが装着され、このシールにより、バルブの外側からバ
ルブガイド部に対して少量のオイルリーク（オイル漏
れ）を生じさせて、バルブガイド部に潤滑油を供給する
ようにしている。

第３図は、シールを設けたバルブガイド部の断面図であ
る。同図中、符号１はバルブ本体、２はスプリング、３
はスプリングリテーナ、４はステムである。ステム４は
筒状のバルブガイド５により、シリンダのハウジング６
に摺動自在に支持されており、このバルブガイド５にシ
ール７が装着されている。

シール７は、芯金８と、コイルばねで構成された締め付
けリング９と、弾性材料のシール本体１０とからなる。
そして、シール本体１０は、第４図(A)もしくは(B)に拡
大して示すように、芯金８によりステムガイド５の外周
に嵌着する嵌着部10aと、芯金８の軸方向外方で締め付
けリング９の締め付けによりステム４に弾接するリップ
10bとからなる。

〈考案が解決しようとする問題点〉ところで、従来のこの種シールでは、第４図(A)に示す
通り、ステム４との間でオイルリークが生じるように、
リップ10bの先端部10cに丸みをつけ、内側接触角αを外
側接触角βより大きく設定している。

流体潤滑逆理論によれば、一様速度ｖに対する単位時間
当たりのオイルリーク量Ｑは、次式(1)で表わされる。

Ｑ＝πDHa・v/2-πDHb・v/2……(1) ここで、Ｄはステムの外径、ｖはステム速度、Haはステ
ムが油側からステムガイド側に動く時の油膜厚さ、Hbは
ステムがステムガイド側から油側へ動く時の油膜厚さで
あり、各油膜厚さHa,Hbは、次式(2),(3)で表わされる。

この(2)(3)式で、μはオイルの粘性係数、ｐはリップの
接触圧力、|dp/dx|maxAは、油側の最大接触圧力勾配、|
dp/dx|maxBは、ステムガイド側の最大接触圧力勾配であ
る。

しかし、この場合のオイルリーク量Ｑの速度特性は、上
記の式から、で表わされ、オイルリーク量Ｑは、ステム速度ｖが増加
するに伴なって指数関数的に増加し、高速域で過大とな
る欠点を有する。

このように、オイルリーク量を速度に依存する油膜厚さ
で制御する従来のシールでは、エンジンの低速回転時に
は、必要量のオイルリークが生じるが、高速回転時に
は、バルブの開閉回数の増大に応じて、オイルリーク量
が必要以上に増大し、そのため、ステム４等にカーボン
が付着する、といった不都合が生じる。

このようなオイルリークの増大に対しては、第４図(B)
に示すように、リップ10bの先端部を尖鋭に成形すると
ともに、その外側接触角βを内側接触角αより大に設定
することによって、対処することができる。この構成に
よれば、上述の潤滑理論において、|dp/dx|maxA＞|dp/d
x|maxB、つまりＱ≦０になりやすく、オイルを完全に密
封する場合が生じるので、バルブステム用のシールとし
て用いるには不向きである。

本考案は、上述の問題点に鑑みてなされたものであっ
て、エンジンの回転速度の遅速に関係なく、一往復で常
に一定量の潤滑油をバルブガイド部に供給しうるシール
を提供することを目的とする。

〈問題点を解決するための手段〉本考案は、上記の目的を達成するために、芯金によりス
テムガイドに嵌着される嵌着部と、締め付けリングの締
め付けによりステムに弾接するリップとを有するバルブ
ステム用シールにおいて、前記リップの形状を外側接触
角が内側接触角より大きい密封型とし、このリップの少
なくとも先端部に多数の硬質粒体を埋設したものであ
る。

〈作用〉上記の構成によれば、リップの初期摩耗で、リップの先
端部に埋設されている硬質の粒体が表面に現われる。こ
の硬質の粒体は、リップの摩耗を防止し、エンジンの高
速回転時も、リップ先端部の接触幅をほぼ一定に保つ。
リップ先端の接触部は、硬質粒体の存在で不連続接触と
なり、接触部には物理的な微小通路が形成される。リッ
プの形状が密封型であるため、オイルリーク量は、流体
力学的な油膜厚さで与えられるのではなく、微小通路を
通過する流量で与えられることになる。

この場合、オイルリーク量Ｑは、Ａをオイル通路の断面
積、ｖをステム速度とすれば、次式で表わされる。

Ｑ＝Ａｖ……(5) ところで、オイル通路の断面積Ａは、ステム速度ｖが増
加すれば、減少する特性を有している。つまり、ステム
速度ｖの増加に伴なって、単位時間当たりの摺動摩擦熱
が増加し、その結果、摺動部の温度が上昇する。この摺
動部の温度上昇により、接触部の弾性材料（ゴム）は変
形しやすくなり、締め付けリングを構成するコイルばね
とゴムと微小通路との均衡が崩れ、オイル通路の断面積
が小さくなる。そのため、オイル通路の断面積は、ステ
ム速度の減少関数となる。

したがって、本考案のシールのオイルリーク量の速度特
性は、Ｑαｖ^α（ただし、０＜α＜１）……(6) で表わされる。その速度特性を、従来のシールのオイル
リーク量の速度特性とともに、第５図の特性図に示し
た。

上記特性図からも明らかなように、本考案のシールで
は、エンジンの高速回転時においても、オイルリーク量
が増大せず、低速回転時と同様の少ないオイルリーク量
に抑えらえる。

〈実施例〉以下、本考案を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。

第１図は本考案の一実施例に係るバルブステム用シール
の断面図、第２図はその要部の拡大断面図である。

この実施例のシールは、従来のこの種シールと同様の基
本構成を有するものであって、芯金１１と、コイルばね
で構成された締め付けリング１２と、弾性材料のシール
本体１３とからなり、シール本体１３は、芯金１１によ
りステムガイドの外周に嵌着する嵌着部13aと、芯金１
１の軸方向外方で締め付けリング１２の締め付けにより
ステムに弾接するリップ13bとからなる。

この実施例のシールが従来例と異なる点は、リップ１３
の構成材料にある。すなわち、リップ１３は、フッ素ゴ
ムのような耐熱性ゴムで構成され、その配合物中には、
ガラスもしくはその他の無機材料からなる硬質の粒体１
４，…が多数混合されている。粒体１４がガラスの小球
である場合、その径を１〜200μｍとし、配合量を３〜3
0重量％とするのが適当である。

リップ13bの先端部は尖鋭に形成するが、ステムが挿入
すれば、尖鋭なリップ先端は弾性変形し、ステム周面に
対して所要の接触幅Ｗを有するように接触し、かつ、そ
の幅方向の外側の接触角βが内側の接触角αよりも大
（β＞α）に設定されている。

上記の構成のリップ１５は、バルブガイド部に取り付け
られる。その取り付け状態は、第３図に示した従来例の
場合と同様である。

ここで、バルブステムが開閉動作を開始すると、リップ
13bの先端部が初期摩耗することによって、リップ13b内
部の硬質の粒体１４，…が表面に現われ、こののちは、
この粒体１４，…がステムに摺接することになるので、
ステム表面との間に微小間隔の通路が形成され、微量の
オイルリークが生じる。また、粒体１４は、摩耗防止効
果があるので、エンジンの高速回転時も、リップ13b先
端部の接触幅Ｗをほぼ一定に保つため、オイルリーク量
が増大しない。

一方、リップ13bの先端部の外側接触角βが内側接触角
αより大となっているから、オイルの移動に方向性が生
じ、この移動の方向性に伴なう封止効果により、オイル
リーク量が過大になることが抑制される。

なお、硬質の粒体１４は、少なくともリップ13bの先端
部に埋設されておればよい。

〈考案の効果〉以上のように、本考案によれば、リップの先端部に埋設
されている硬質の粒体がリップ表面に現われてステムに
摺接することになるので、ステム表面との間に微小間隔
の通路が確保され、その結果、微量のオイルリークが生
じる。

本考案の場合、オイルリーク量は、ステム速度とともに
増大する流体力学的な油膜厚さに依存せず、逆に速度と
ともに減少する硬質粒体による微小通路の断面積によっ
て決定されるため、エンジンの高速回転域においても、
オイルリーク量が増大せず、エンジンの回転の遅速にか
かわらず、オイルリーク量がほぼ一定に保たれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例に係るバルブステム用シール
の断面図、第２図はその要部の拡大断面図、第３図はシ
ールを備えたバルブステムの断面図、第４図(A)(B)はい
ずれも従来のシールの要部の拡大断面図、第５図は本考
案シールおよび従来例のそれぞれオイルリーク量の速度
特性を示す特性図である。１１……芯金、１２……締め付けリング、１３……シー
ル本体、13a……嵌着部、13b……リップ、１４……硬質
粒体。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】芯金によりステムガイドに嵌着される嵌着
部と、締め付けリングの締め付けによりステムに弾接す
るリップとを有するバルブステム用シールにおいて、前記リップの形状を外側接触角が内側接触角より大きい
密封型とし、このリップの少なくとも先端部に多数の硬
質粒体を埋設したことを特徴とするバルブステム用シー
ル。