内燃機関用中空バルブ
【課題】冷却性を良好にすること
【解決手段】軸部Ｖｓと、この軸部Ｖｓの一端に設けた傘部Ｖｈと、この傘部Ｖｈから軸部Ｖｈまでの間で内部にて連通する密閉された中空部４と、この中空部４内に封入された冷媒５と、を備えた内燃機関用中空バルブ１０Ａにおいて、その傘部Ｖｈは、内燃機関の燃焼室ＣＣの壁面の一部を成す燃焼室壁面３ａと中空部４の壁面の一部を成す中空部壁面３ｂとが形成された壁面部位（下部キャップ３）を有し、この壁面部位と少なくとも冷媒５又は軸部Ｖｓの内の何れか一方の伝熱対象との間で高い熱伝導を行う高熱伝導部材６Ａを中空部壁面３ｂに対して少なくとも１つ配設すること。
【解決手段】軸部Ｖｓと、この軸部Ｖｓの一端に設けた傘部Ｖｈと、この傘部Ｖｈから軸部Ｖｈまでの間で内部にて連通する密閉された中空部４と、この中空部４内に封入された冷媒５と、を備えた内燃機関用中空バルブ１０Ａにおいて、その傘部Ｖｈは、内燃機関の燃焼室ＣＣの壁面の一部を成す燃焼室壁面３ａと中空部４の壁面の一部を成す中空部壁面３ｂとが形成された壁面部位（下部キャップ３）を有し、この壁面部位と少なくとも冷媒５又は軸部Ｖｓの内の何れか一方の伝熱対象との間で高い熱伝導を行う高熱伝導部材６Ａを中空部壁面３ｂに対して少なくとも１つ配設すること。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関における吸排気の動弁機構に用いられる内燃機関用中空バルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関における吸排気の動弁機構には、吸気ポートと燃焼室又は排気ポートと燃焼室との間を夫々に連通又は遮断させるバルブが配設されている。一般に、このバルブは、傘部と軸部とに大別され、その軸部の軸線方向への往復運動によって吸気ポートと燃焼室又は排気ポートと燃焼室との間における連通又は遮断の状態を作り出す。
【０００３】
ここで、このバルブの傘部、特に燃焼室の壁面の一部を成す部分は、燃焼室の燃焼ガスに曝されるので、燃焼によって発生した熱が伝達され易くなっている。特に、近年においては、内燃機関の高出力化のみならず、燃料消費量や排気ガス中の有害物質（炭化水素等）の低減を図るべく行われる燃焼形態によって燃焼室の発熱量が高くなっていく傾向にあり、その傘部に伝わる熱が多くなっている。
【０００４】
そこで、従来、その傘部に伝わる熱を逃がし易くしたバルブが存在している。例えば、下記の特許文献１には、傘部から軸部まで繋がる密閉された中空部をバルブに形成し、その中空部内に熱伝導媒体となる圧粉体が封入された内燃機関用中空バルブが開示されている。この内燃機関用中空バルブにおいては、中空部内が熱伝導媒体で埋め尽くされていないので、その熱伝導媒体がバルブの往復運動に伴い中空部内で揺すられて傘部から軸部までの間を流動する。従って、この内燃機関用中空バルブにおいては、燃焼室から伝達された傘部の熱をその熱伝導媒体が軸部に伝えて逃がすことができ、その傘部の過度の温度上昇を抑えることができる。
【０００５】
尚、下記の特許文献２には、内燃機関用中空バルブとは無縁な半導体装置の放熱基材に関するものではあるが、母材に対して垂直方向に当該母材よりも熱伝導率の高いロッド（炭素繊維強化複合材料、炭素基金属複合材料や高熱伝導性金属材料等の内の少なくとも一方からなるもの）を埋め込んで良好な熱伝導特性を得ようとする技術について記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平５−１１３１１３号公報
【特許文献２】特開２００３−１８８３２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、内燃機関には多用な型式が存在するが、どの様な型式の内燃機関であっても、その殆どにおいては、内燃機関用中空バルブの軸線方向と重力方向との一致は見受けられないので、中空部内における傘部、軸部の夫々の壁面にて熱伝導媒体（冷媒）が均一に接するとは限らず、その夫々が均等に冷却されない可能性がある。例えば、所謂直列の内燃機関は、一般的に傾斜させて車輌に搭載されるので、内燃機関用中空バルブの軸線方向と重力方向とが一致している可能性が低い。また、所謂Ｖ型（水平対向も含む）の内燃機関は、バンク角が設けられているので、同じく内燃機関用中空バルブの軸線方向と重力方向とが一致する可能性が低い。更に、そもそも、内燃機関用中空バルブは、一般的に傾斜させて内燃機関に搭載されるので、その軸線方向と重力方向とが一致していない。
【０００８】
つまり、従来の内燃機関用中空バルブにおいては、例えば、中空部内における傘部の或る一部分では熱伝導媒体に熱が伝えられてその熱を軸部等の伝熱対象へと逃がすことができたとしても、他の部分では熱伝導媒体が壁面に触れることができずにそこの熱を奪えなくなっている、ということも考えられ、これによって、特に冷却の必要とされる傘部の冷却効果に斑が出てしまう可能性がある。尚、かかる不都合を改善すべく熱伝導媒体（一般に金属ナトリウム）の封入量を増加させてもよいが、その熱伝導媒体の殆どはバルブの運動方向とは逆方向へと移動するものであり、また、その増加に伴ってバルブの慣性力が増大するので、内燃機関用中空バルブの円滑な往復運動を阻害してしまう虞がある。
【０００９】
そこで、本発明は、かかる従来例の有する不都合を改善し、冷却性の良好な内燃機関用中空バルブを提供することを、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成する為、請求項１記載の発明では、軸部と、この軸部の一端に設けた傘部と、この傘部から軸部までの間で内部にて連通する密閉された中空部と、この中空部内に封入された冷媒と、を備えた内燃機関用中空バルブにおいて、その傘部は、内燃機関の燃焼室の壁面の一部を成す燃焼室壁面と中空部の壁面の一部を成す中空部壁面とが形成された壁面部位を有し、この壁面部位と少なくとも冷媒又は軸部の内の何れか一方の伝熱対象との間で高い熱伝導を行う高熱伝導部材を中空部壁面に対して少なくとも１つ配設している。
【００１１】
この請求項１記載の内燃機関用中空バルブにおいては、壁面部位の熱が高熱伝導部材によって奪われるので、その壁面部位の冷却を図ることができる。また、その高熱伝導部材が奪った熱は、冷媒等の伝熱対象に伝えられるので、その伝熱対象から最終的にシリンダヘッドへと伝わる。このようなことから、この内燃機関用中空バルブは、最も高温になり易い傘部を効率良く冷却することができる。
【００１２】
また、上記目的を達成する為、請求項２記載の発明では、上記請求項１記載の内燃機関用中空バルブにおいて、中空部壁面に接触させた一端と伝熱対象に接触させた他端との間で熱伝導の方向性を有する高熱伝導部材を用意している。例えば、この種の高熱伝導部材としては、請求項３記載の発明の如く炭素繊維強化金属が考えられる。
【００１３】
この請求項２又は３に記載の内燃機関用中空バルブにおいては、壁面部位の熱を所望の伝熱対象へと確実に伝えることができるようになる。
【００１４】
また、上記目的を達成する為、請求項４記載の発明では、上記請求項１，２又は３に記載の内燃機関用中空バルブにおいて、壁面部位の熱を冷媒に対して伝えることの可能な高熱伝導部材を軸部の軸線方向と略同一方向に突出させて凸部が形成されるよう複数配設している。
【００１５】
この請求項４記載の内燃機関用中空バルブにおいては、往復運動に伴い凸部にて跳ね上げられた冷媒が軸部の上側にまで届けられるので、その冷媒が高熱伝導部材から奪った熱が軸部の上側に伝えられる。従って、この内燃機関用中空バルブは、特に傘部の高い冷却効果を得ることができるようになる。
【００１６】
また、上記目的を達成する為、請求項５記載の発明では、上記請求項１，２又は３に記載の内燃機関用中空バルブにおいて、中空部壁面と軸部における傘部とは反対の他端寄りの壁面との間で熱伝導が行われるように高熱伝導部材を配設している。
【００１７】
この請求項５記載の内燃機関用中空バルブにおいては、自身が傾倒して配置されていようがいまいが、また、バルブリフト量が小さくて冷媒が大きく跳ね上がらないときであっても、必ず壁面部位の熱が直接軸部における他端寄りの壁面に伝達されるので、その壁面部位の冷却を確実に行うことができる。
【００１８】
また、上記目的を達成する為、請求項６記載の発明では、上記請求項１から５の内の何れか１つに記載の内燃機関用中空バルブにおいて、中空部壁面の中央部分と伝熱対象との間で熱伝導が行われるように配設し、且つ、中空部壁面の周縁部分と中空部内における傘部のバルブシート近傍との間で熱伝導が行われるように高熱伝導部材を配設している。
【００１９】
この請求項６記載の内燃機関用中空バルブにおいては、壁面部位の熱が伝達先を伝熱対象（冷媒や軸部）だけでなく、傘部のバルブシート近傍にも伝わるようにしている。従って、例えば、吸入空気の温度上昇が起きてしまうので軸部の温度を上げたくないときには、バルブシート近傍へと放熱量が多めになるよう高熱伝導部材を配設し、吸入空気の温度上昇が抑えられるようにする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る内燃機関用中空バルブは、高熱伝導部材自身の放熱性が高く、また、この高熱伝導部材から伝熱対象に熱が伝えられるので、特に傘部において良好な冷却性を確保することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、本発明に係る内燃機関用中空バルブの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。尚、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００２２】
本発明に係る内燃機関用中空バルブの実施例１を図１及び図２に基づいて説明する。
【００２３】
図１の符号１０Ａは、本実施例１の内燃機関用中空バルブを示す。この本実施例１の内燃機関用中空バルブ１０Ａは、図示しない内燃機関における吸気や排気の動弁機構（バルブリフター１０１等からなる機構）に用いられるものであり、その内燃機関の燃焼室ＣＣと吸気ポートＰの間（又は燃焼室ＣＣと排気ポートＰの間）を軸線方向に往復運動することで連通又は遮断させるものである。
【００２４】
先ず、本実施例１の内燃機関用中空バルブ１０Ａは、軸部（所謂バルブステム）Ｖｓとこの軸部Ｖｓの端部に設けた傘部Ｖｈとに大別され、これらが、両端の開口された筒状のバルブ主体１と、このバルブ主体１の一端の開口を閉塞する第１閉塞部材（以下、「上部キャップ」という。）２と、そのバルブ主体１の他端の開口を閉塞する第２閉塞部材（以下、「下部キャップ」という。）３と、によって構成される。
【００２５】
そのバルブ主体１は、両端が開口された円筒状の円筒部１ａと、上底の開口と下底の開口とを繋ぐ内方の空間を有する略円錐台状に形成された円錐台部１ｂと、を有しており、その円筒部１ａの一方の開口端と円錐台部１ｂの上底側の開口端とを合わせた形で一体的に成形されている。その円錐台部１ｂにおける内方の空間は、外郭形状と略同等の円錐台に近い形状に形成されている。従って、このバルブ主体１においては、その円筒部１ａにおける円柱状の空間と円錐台部１ｂにおける略円錐台状の空間とを繋げた形状の中空部４が形成されている。つまり、このバルブ主体１においては、その中空部４が外郭形状と略同等の形状になっている。
【００２６】
ここで、このバルブ主体１においては、その円筒部１ａが軸部Ｖｓの主たる部分を成しており、この円筒部１ａの残りの開口端（即ち、円錐台部１ｂとは反対側の開口端）に上部キャップ２が配設されている。つまり、ここで例示する内燃機関用中空バルブ１０Ａの軸部Ｖｓは、このバルブ主体１の円筒部１ａと上部キャップ２とで構成される。例えば、その上部キャップ２は、その円筒部１ａに対して溶接等の手法を用いて一体化され、これにより、このバルブ主体１の円筒部１ａ側の開口端を閉塞させる。
【００２７】
また、このバルブ主体１においては、その円錐台部１ｂが傘部Ｖｈの主たる部分を成しており、この円錐台部１ｂの残りの開口端（即ち、下底側の開口端）に下部キャップ３が配設されている。つまり、ここで例示する内燃機関用中空バルブ１０Ａの傘部Ｖｈは、このバルブ主体１の円錐台部１ｂと下部キャップ３とで構成される。例えば、その下部キャップ３は、ポート（吸気ポート又は排気ポートを指す）Ｐと燃焼室ＣＣとの間が遮断状態にあるときの燃焼室ＣＣの壁面の一部を成している図１に示す燃焼室壁面３ａと、中空部４の壁面の一部を成している図２に示す中空部壁面３ｂと、が各々対向状態で形成された壁面部位になっている。そして、この下部キャップ３は、その中空部壁面３ｂを内側にして円錐台部１ｂに溶接等の手法を用いて一体化され、これにより、このバルブ主体１における円錐台部１ｂ側の開口端を閉塞させる。
【００２８】
このように形成されている内燃機関用中空バルブ１０Ａは、動弁機構の作用により軸部Ｖｓの軸線方向に往復運動する。例えば、この内燃機関用中空バルブ１０Ａは、図示しないカムやロッカーアームの動作によりバルブリフター１０１を介して押下される。そして、これに伴って、この内燃機関用中空バルブ１０Ａは、傘部Ｖｈの傾斜面がポート（吸気ポート又は排気ポートを指す）Ｐと燃焼室ＣＣとの間の境界部分（つまり、図１に示す環状のバルブシート１０２）から離間し、その二者の間を連通させる。
【００２９】
一方、ここでは、その内燃機関用中空バルブ１０Ａの押下動作に連動して、上部キャップ２に固定された環状のリテーナ１０３が弾性部材（弦巻バネ）１０４を例えばシリンダヘッド１０５との間で圧縮している。従って、この内燃機関用中空バルブ１０Ａには、カム等の動作に応じて弾性部材１０４の弾発力がリテーナ１０３を介して作用するようになる。これが為、この内燃機関用中空バルブ１０Ａは、押下動作とは逆方向に移動させられて、傘部Ｖｈの傾斜面がバルブシート１０２に当設し、その二者の間を遮断させる。
【００３０】
この内燃機関用中空バルブ１０Ａは、その軸部Ｖｓが円筒状のバルブステムガイド１０６に包まれており、このバルブステムガイド１０６によって往復運動が円滑に案内される。
【００３１】
更に、この内燃機関用中空バルブ１０Ａには、燃焼室ＣＣから伝達された熱（特に、下部キャップ３等の燃焼ガスに曝されている部分の熱）を逃がす冷却手段が用意されている。
【００３２】
本実施例１においては、その冷却手段として、先ず中空部４の中に金属ナトリウム等の冷媒５が封入されている。尚、少なくとも内燃機関が運転されているときには、冷媒５が金属ナトリウムであれば融点を超えて液状になっている。この冷媒５は、内燃機関用中空バルブ１０Ａの往復運動に伴って揺すられ、その中空部４の中で流動させられる。そして、自身よりも高温の中空部４の壁面に接した冷媒５は、その壁面から熱を奪い、往復運動が繰り返される度に更に流動して自身よりも低温の中空部４の壁面に接した際にその壁面へと熱を渡す。例えば、この内燃機関用中空バルブ１０Ａにおいては、最も高温になり易い傘部Ｖｈの熱が冷媒５に受熱され、この冷媒５が内燃機関用中空バルブ１０Ａの往復運動に伴い軸部Ｖｓへと移動することによって、傘部Ｖｈから受け取った熱が冷媒５から軸部Ｖｓに伝えられ、その傘部Ｖｈの冷却が行われる。
【００３３】
また、本実施例１においては、別の冷却手段として、熱伝導率が高く且つ熱伝導の方向性を有する高熱伝導部材６Ａを下部キャップ３の中空部壁面３ｂに少なくとも１つ配設する。例えば、この種の高熱伝導部材６Ａとしては、炭素繊維強化金属（ＣＦＲＭ：Ｃｏｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｍｅｔａｌｓ）の利用が可能である。つまり、この炭素繊維強化金属とは母材に金属を用いると共に強化材に炭素繊維を用いたものであり、その両端にて母材の金属を露出させることによって、この高熱伝導部材６Ａは、その一端の金属の露出面から他端の金属の露出面の間で高温側から低温側へと熱の伝達が可能になる。
【００３４】
本実施例１においては、略同等の長さで小径（例えば、凡そ１０μｍ程度）の直線状に成形した高熱伝導部材６Ａを図１や図２に示す如く円形の中空部壁面３ｂの全体を覆い尽くすように複数本配置する。尚、その図２においては夫々の高熱伝導部材６Ａの間に明確な隙間が出来ているが、その隙間は図示の便宜上のものである。これら各高熱伝導部材６Ａは、その一端を中空部壁面３ｂに金属メッキ等の手法を用いて接着し、下部キャップ３との間の伝熱効率が妨げられないようにしておく。
【００３５】
このように、本実施例１の内燃機関用中空バルブ１０Ａにおいては、複数本の高熱伝導部材６Ａを下部キャップ３の中空部壁面３ｂの全体に立設しているので、その下部キャップ３の熱が全ての高熱伝導部材６Ａに奪われ、その下部キャップ３の冷却を行うことができる。また、この内燃機関用中空バルブ１０Ａにおいては、その熱が夫々の高熱伝導部材６Ａの自由端（即ち、中空部壁面３ｂとは反対側の他端）に接した冷媒５へと伝達される。
【００３６】
そして、この内燃機関用中空バルブ１０Ａにおいては、その夫々の高熱伝導部材６Ａが伝熱対象たる冷媒５を底上げした状態となり、高熱伝導部材６Ａが配備されていないものと同じ冷媒５の封入量であれば、内燃機関用中空バルブ１０Ａが傾倒して配設されていたとしても、その往復運動によって冷媒５がより確実に軸部Ｖｓの上部側（バルブリフター１０１側）へと届くようになる。これが為、その冷媒５が高熱伝導部材６Ａから受け取った熱（つまり、下部キャップ３の熱）の殆どは、軸部Ｖｓ｛バルブ主体１の円筒部１ａや上部キャップ２の下面（即ち、中空部４の壁面を成す面）｝へと伝わり、この軸部Ｖｓからバルブステムガイド１０６、バルブリフター１０１やカム等を介してシリンダヘッド１０５に放熱される。従って、本実施例１の内燃機関用中空バルブ１０Ａは、効率良く下部キャップ３の冷却を行うことができるので、これによりバルブシート１０２やこれに当接する傘部Ｖｈのバルブフェイス面の温度上昇を効果的に抑えることができ、更にそのバルブシート１０２やバルブフェイス面の摩耗を抑えて耐久性や燃焼室ＣＣの気密性の向上を図ることができる。
【００３７】
他方、高熱伝導部材６Ａが配備されていない内燃機関用中空バルブにて十分に冷却効果を得ることができていた場合には、高熱伝導部材６Ａを配備して本実施例１の内燃機関用中空バルブ１０Ａとすることによって冷媒５の封入量を減らすことができ、往復運動する際の慣性マスを低減することができる。従って、この場合の本実施例１の内燃機関用中空バルブ１０Ａは、応答性良く軽快に往復運動することができ、開弁時期や閉弁時期の精度を高めることができる。
【００３８】
以上示した如く、本実施例１の内燃機関用中空バルブ１０Ａは、最も高温になり易い傘部Ｖｈの効果的な冷却が可能になり、これにより、自身の耐久性やバルブシート１０２の耐久性、燃焼室ＣＣの気密性、開弁時期や閉弁時期の精度の向上を図ることができる。これが為、この内燃機関用中空バルブ１０Ａは、燃焼室ＣＣの空気過剰率（即ち、空燃比であり、特に理論空燃比）の指令値に対する精度向上、筒内圧の高圧化を図ることができ、高出力化や低燃費化が可能になる。また、この内燃機関用中空バルブ１０Ａは、耐熱性や耐久性が従来よりも低い低コストの材料で自身やバルブシート１０２を形成しても十分に耐熱性や耐久性を確保することができるので、自身やその周辺部品の低コスト化が可能になる。更に、この内燃機関用中空バルブ１０Ａは、傘部Ｖｈ（特に、下部キャップ３の燃焼室壁面３ａ等の如く燃焼室ＣＣの壁面を成している部分）を従来と比して大幅に冷却することができるので、ノッキングを従来よりも抑えることができるようになる。従って、この内燃機関用中空バルブ１０Ａは、そのノッキングの抑制効果に伴う点火時期の進角化が可能になり、出力性能の向上を図ることができる。
【００３９】
ここで、本実施例１の内燃機関用中空バルブ１０Ａにおいては、配設する高熱伝導部材６Ａの本数を増減させることによって傘部Ｖｈの冷却度合いを調節することができる。従って、この内燃機関用中空バルブ１０Ａを高熱に曝され易い排気側に適用する場合には、吸気側に適用する場合よりも多く高熱伝導部材６Ａを配置して、十分な冷却効果を確保することができるようにすればよい。そして、本実施例１の内燃機関用中空バルブ１０Ａは、このように高熱伝導部材６Ａの本数を調節するのみで冷却度合いを変えることができるので、排気側と吸気側とで全ての部品の共通化が可能になり、低コストで排気バルブと吸気バルブを製造することができるようになる。
【実施例２】
【００４０】
次に、本発明に係る内燃機関用中空バルブの実施例２を図３に基づいて説明する。この図３は、バルブ主体１の中心軸に沿って切った断面図であり、その中心軸を中心に３６０度あらゆる角度で切っても同じ形状を表している。
【００４１】
図３の符号１０Ｂは、本実施例２の内燃機関用中空バルブを示す。この本実施例２の内燃機関用中空バルブ１０Ｂは、前述した実施例１の内燃機関用中空バルブ１０Ａにおいて複数本の高熱伝導部材６Ａを図３に示す複数本の高熱伝導部材６Ｂへと置き換えたものである。
【００４２】
具体的に、本実施例２の夫々の高熱伝導部材６Ｂは、実施例１の各高熱伝導部材６Ａにおいて中央部分を中空部４の内方に向けて突出させた形に配置する。つまり、本実施例２においては、例えば、下部キャップ３の中空部壁面３ｂにおける周縁部分には実施例１と略同じ長さ及び直径の直線状の高熱伝導部材６Ｂを複数本環状に配置し、その周縁部分よりも内側には凸部７が成されるよう周縁部分よりも長い高熱伝導部材６Ｂを複数本配置している。
【００４３】
ここで、本実施例２の凸部７は、内燃機関用中空バルブ１０Ｂの中心軸に向かうにつれて徐々に高さが増していくよう外側から段々と長さを長く成形した高熱伝導部材６Ｂが配置されている。
【００４４】
このように、本実施例２の内燃機関用中空バルブ１０Ｂにおいては、中央部分を盛り上げた形に高熱伝導部材６Ｂが配設されているので、言い換えるならば、円錐台状に近い空間に合わせて中央部分の高熱伝導部材６Ｂの長さを周囲よりも長くしているので、凸部７にて実施例１よりも下部キャップ３からの熱が奪われ易くなる。また、この内燃機関用中空バルブ１０Ｂにおいては、往復運動の最中にその凸部７に接した伝熱対象たる冷媒５を実施例１のときよりも高く跳ね上げることができ、更に確実に冷媒５が軸部Ｖｓの上部側（バルブリフター１０１側）へと届くようになる。従って、この内燃機関用中空バルブ１０Ｂは、実施例１の内燃機関用中空バルブ１０Ａよりも高い冷却効果を発揮することができる。
【００４５】
更に、実施例１の内燃機関用中空バルブ１０Ａにて十分に冷却効果を得ることができていた場合には、本実施例２の如く凸部７を設けることによって冷媒５の封入量を減らすことができ、往復運動する際の慣性マスを実施例１よりも低減することができる。
【００４６】
以上示した如く、本実施例２の内燃機関用中空バルブ１０Ｂは、最も高温になり易い傘部Ｖｈをより効果的に冷却させることが可能になり、これにより、自身の耐久性やバルブシート１０２の耐久性、燃焼室ＣＣの気密性、開弁時期や閉弁時期の精度の更なる向上を図ることができる。これが為、この内燃機関用中空バルブ１０Ｂは、燃焼室ＣＣの空気過剰率（即ち、空燃比であり、特に理論空燃比）の指令値に対する更なる精度向上、筒内圧の更なる高圧化を図ることができ、より効果的な高出力化や低燃費化を可能にする。また、この内燃機関用中空バルブ１０Ｂは、実施例１と同じく、耐熱性や耐久性が従来よりも低い低コストの材料で自身やバルブシート１０２を形成しても十分に耐熱性や耐久性を確保することができるので、自身やその周辺部品の低コスト化が可能になる。更に、この内燃機関用中空バルブ１０Ｂは、実施例１と同様に、傘部Ｖｈ（特に、下部キャップ３の燃焼室壁面３ａ等の如く燃焼室ＣＣの壁面を成している部分）を従来と比して大幅に冷却することができ、ノッキングを従来よりも抑えることができるので、点火時期の進角化が可能になり、出力性能の向上を図ることができる。
【００４７】
ここで、本実施例２の内燃機関用中空バルブ１０Ｂにおいても、実施例１のときと同様に、配設する高熱伝導部材６Ｂの本数を増減させることによって傘部Ｖｈの冷却度合いを調節することができる。従って、この内燃機関用中空バルブ１０Ｂを高熱に曝され易い排気側に適用する場合には、吸気側に適用する場合よりも多く高熱伝導部材６Ｂを配置して、十分な冷却効果を確保することができるようにすればよい。そして、本実施例２の内燃機関用中空バルブ１０Ｂは、このように高熱伝導部材６Ｂの本数を調節するのみで冷却度合いを変えることができるので、排気側と吸気側とで殆どの部品の共通化が可能になり、低コストで排気バルブと吸気バルブを製造することができるようになる。
【００４８】
また、上述した本実施例２の内燃機関用中空バルブ１０Ｂにて十分に冷却効果を得ることができる場合には、周縁部分の高熱伝導部材６Ｂを取り外し、中央部分（つまり、凸部７）の高熱伝導部材６Ｂのみで構成してもよく、このようにしても同様の効果を奏することができる。かかる場合、傘部Ｖｈの冷却効果が高い中空部壁面３ｂの全体に高熱伝導部材６Ｂを配置したものを排気バルブとして製造し、これよりも傘部Ｖｈの冷却効果が低い中央部分の高熱伝導部材６Ｂのみのものを吸気バルブとして製造してもよい。
【実施例３】
【００４９】
次に、本発明に係る内燃機関用中空バルブの実施例３を図４に基づいて説明する。この図４は、バルブ主体１の中心軸に沿って切った断面図であり、その中心軸を中心に３６０度あらゆる角度で切っても同じ形状を表している。
【００５０】
図４の符号１０Ｃは、本実施例３の内燃機関用中空バルブを示す。この本実施例３の内燃機関用中空バルブ１０Ｃは、前述した実施例１の内燃機関用中空バルブ１０Ａにおいて複数本の高熱伝導部材６Ａを図４に示す複数本の高熱伝導部材６Ｃへと置き換えたものである。
【００５１】
具体的に、本実施例３の夫々の高熱伝導部材６Ｃは、実施例１の各高熱伝導部材６Ａにおいて中央部分を上部キャップ２まで延設したものであり、換言すれば、実施例２の凸部７の中心部分を上部キャップ２まで延ばしたものとも言える。つまり、本実施例３においては、例えば、下部キャップ３の中空部壁面３ｂにおける周縁部分には実施例１と略同じ長さ及び直径の直線状の高熱伝導部材６Ｃを複数本環状に配置し、その周縁部分よりも内側には一端を上部キャップ２の下面（即ち、中空部４の壁面を成す面）に当接させた高熱伝導部材６Ｃを複数本配置している。その高熱伝導部材６Ｃと上部キャップ２との間は、下部キャップ３との間と同様に金属メッキ等の手法を用いて接着する。
【００５２】
このように、本実施例３の内燃機関用中空バルブ１０Ｃにおいては、下部キャップ３の中空部壁面３ｂと上部キャップ２の下面との間が高熱伝導部材６Ｃの両端で繋がれているので、その下部キャップ３から奪った熱を直接伝熱対象たる上部キャップ２の下面まで確実に伝達させることができ、その伝えられてきた熱をバルブリフター１０１やバルブステムガイド１０６等を介してシリンダヘッド１０５に放熱させることができる。また、この内燃機関用中空バルブ１０Ｃにおいては、中央部分の高熱伝導部材６Ｃの長さを伸ばしているので放熱効果が高くなる。尚、ここで例示している内燃機関用中空バルブ１０Ｃにおいては、その中空部壁面３ｂにおける周縁部分の高熱伝導部材６Ｃから熱を伝達された伝熱対象たる冷媒５が往復運動に伴い軸部Ｖｓへと届けられる。従って、この本実施例３の内燃機関用中空バルブ１０Ｃは、自身が傾倒して配置されていようがいまいが、また、バルブリフト量が小さくて冷媒５が大きく跳ね上がらないときであっても、必ず下部キャップ３の熱が軸部Ｖｓの上部側（上部キャップ２の下面）へと伝達されるようになっているので、その下部キャップ３の冷却を確実に行うことができる。
【００５３】
以上示した如く、本実施例３の内燃機関用中空バルブ１０Ｃは、最も高温になり易い傘部Ｖｈをより効果的に冷却させることが可能になり、これにより、自身の耐久性やバルブシート１０２の耐久性、燃焼室ＣＣの気密性、開弁時期や閉弁時期の精度の更なる向上を図ることができる。これが為、この内燃機関用中空バルブ１０Ｃは、燃焼室ＣＣの空気過剰率（即ち、空燃比であり、特に理論空燃比）の指令値に対する更なる精度向上、筒内圧の更なる高圧化を図ることができ、より効果的な高出力化や低燃費化を可能にする。また、この内燃機関用中空バルブ１０Ｃは、実施例１と同じく、耐熱性や耐久性が従来よりも低い低コストの材料で自身やバルブシート１０２を形成しても十分に耐熱性や耐久性を確保することができるので、自身やその周辺部品の低コスト化が可能になる。更に、この内燃機関用中空バルブ１０Ｃは、実施例１と同様に、傘部Ｖｈ（特に、下部キャップ３の燃焼室壁面３ａ等の如く燃焼室ＣＣの壁面を成している部分）を従来と比して大幅に冷却することができ、ノッキングを従来よりも抑えることができるので、点火時期の進角化が可能になり、出力性能の向上を図ることができる。
【００５４】
ここで、本実施例３の内燃機関用中空バルブ１０Ｃにおいても、実施例１のときと同様に、配設する高熱伝導部材６Ｃの本数を増減させることによって傘部Ｖｈの冷却度合いを調節することができる。従って、この内燃機関用中空バルブ１０Ｃを高熱に曝され易い排気側に適用する場合には、吸気側に適用する場合よりも多く高熱伝導部材６Ｃを配置して、十分な冷却効果を確保することができるようにすればよい。そして、本実施例３の内燃機関用中空バルブ１０Ｃは、このように高熱伝導部材６Ｃの本数を調節するのみで冷却度合いを変えることができるので、排気側と吸気側とで殆どの部品の共通化が可能になり、低コストで排気バルブと吸気バルブを製造することができるようになる。
【００５５】
また、上述した本実施例２の内燃機関用中空バルブ１０Ｂにて十分に冷却効果を得ることができる場合には、周縁部分の高熱伝導部材６Ｂを取り外し、中央部分（つまり、凸部７）の高熱伝導部材６Ｂのみで構成してもよく、このようにしても同様の効果を奏することができる。かかる場合、傘部Ｖｈの冷却効果が高い中空部壁面３ｂの全体に高熱伝導部材６Ｂを配置したものを排気バルブとして製造し、これよりも傘部Ｖｈの冷却効果が低い中央部分の高熱伝導部材６Ｂのみのものを吸気バルブとして製造してもよい。
【００５６】
また、上述した本実施例３の内燃機関用中空バルブ１０Ｃにて十分に冷却効果を得ることができる場合には、周縁部分の高熱伝導部材６Ｃを取り外し、中央部分の高熱伝導部材６Ｃ（つまり、下部キャップ３の中空部壁面３ｂと上部キャップ２の下面とを繋ぐもの）のみで構成してもよく、このようにしても同様の効果を奏することができる。そして、この場合には、所望の冷却効果を得ることができるのであれば、必ずしも中空部４の中に冷媒５を封入しなくてもよく、これにより更なる慣性マスの低減が可能になるので、より応答性良く軽快に内燃機関用中空バルブ１０Ｃを往復運動させることができるようになる。例えば、かかる場合、傘部Ｖｈの冷却効果が高い中空部壁面３ｂの全体に高熱伝導部材６Ｃを配置したものを排気バルブとして製造し、これよりも傘部Ｖｈの冷却効果が低い中央部分の高熱伝導部材６Ｃのみのものを吸気バルブとして製造してもよい。また、冷媒５を封入したものを排気バルブとして製造し、冷媒５の無いものを吸気バルブとして製造してもよい。
【実施例４】
【００５７】
次に、本発明に係る内燃機関用中空バルブの実施例４を図５及び図６に基づいて説明する。
【００５８】
図５の符号１０Ｄは、本実施例４の内燃機関用中空バルブを示す。この本実施例４の内燃機関用中空バルブ１０Ｄは、前述した実施例１の内燃機関用中空バルブ１０Ａにおいて複数本の高熱伝導部材６Ａを図５及び図６に示す複数本の高熱伝導部材６Ｄ1，６Ｄ2へと置き換えたものである。
【００５９】
具体的に、本実施例４においては、実施例１の各高熱伝導部材６Ａにおける周縁部分の夫々の自由端を中空部４における傘部Ｖｈのバルブフェイス面近傍の壁面に接触させたものである。つまり、本実施例４においては、例えば、図６に示す如く、下部キャップ３の中空部壁面３ｂにおける中央部分には実施例１と略同じ長さ及び直径の直線状の高熱伝導部材６Ｄ1を複数本円形状に配置し、その周縁部分には中空部壁面３ｂとバルブフェイス面近傍の壁面とを両端で繋ぐ高熱伝導部材６Ｄ2を複数本放射状に配置している。尚、その図６においては夫々の高熱伝導部材６Ｄ1，６Ｄ2の間に明確な隙間が出来ているが、その隙間は図示の便宜上のものである。その高熱伝導部材６Ｄ2とバルブフェイス面近傍の壁面との間は、下部キャップ３との間と同様に金属メッキ等の手法を用いて接着する。
【００６０】
このように、本実施例４の内燃機関用中空バルブ１０Ｄにおいては、下部キャップ３の中空部壁面３ｂの周縁部分とバルブフェイス面近傍の壁面との間が高熱伝導部材６Ｄ2の両端で繋がれているので、その下部キャップ３から奪った熱を伝熱対象たるバルブフェイス面近傍の壁面からバルブシート１０２を介してシリンダヘッド１０５に放熱させることができる。尚、ここで例示している内燃機関用中空バルブ１０Ｄにおいては、その中空部壁面３ｂにおける中央部分の高熱伝導部材６Ｄ1から熱を伝達された伝熱対象たる冷媒５が往復運動に伴い軸部Ｖｓの上部側へと届けられる。つまり、この本実施例４の内燃機関用中空バルブ１０Ｄは、下部キャップ３の熱を軸部Ｖｓ側とバルブシート１０２とに分けて放熱することができる。そして、このように構成したとしても、本実施例４の内燃機関用中空バルブ１０Ｄは、実施例１と同様に下部キャップ３の冷却を確実に行うことができる。
【００６１】
ところで、この内燃機関用中空バルブ１０Ｄが排気側に適用される場合には、排気行程の如くその全体が高温の排気ガスに曝されることがあるので、吸気側へ適用する場合よりも大きな冷却効果が必要とされる。一方、この内燃機関用中空バルブ１０Ｄが吸気側に適用される場合には、常に吸入空気の接している軸部Ｖｓへと多量に放熱すると、その吸入空気の温度が上昇して燃焼室ＣＣでの体積効率が悪化してしまうので、熱効率の低下が生じる可能性がある。
【００６２】
従って、この内燃機関用中空バルブ１０Ｄを高い冷却性が求められる排気側に適用する場合には、軸部Ｖｓよりもバルブフェイス面近傍の壁面への放熱量が多くなるように周縁部分の高熱伝導部材６Ｄ2と中央部分の高熱伝導部材６Ｄ1の各々の本数を定めて配置させる。つまり、バルブフェイス面はシリンダヘッド１０５に嵌め込まれているバルブシート１０２に直接触れて伝熱するので、軸部Ｖｓよりもバルブフェイス面近傍の壁面に放熱させる方がシリンダヘッド１０５の伝熱効率に優れており、この内燃機関用中空バルブ１０Ｄは、その壁面への放熱量を多くすることによって冷却性を高めることができる。
【００６３】
一方、この内燃機関用中空バルブ１０Ｄを体積効率が悪化しない程度の適度な冷却性が求められる吸気側に適用する場合には、軸部Ｖｓへの放熱量が少なくなるように周縁部分の高熱伝導部材６Ｄ2と中央部分の高熱伝導部材６Ｄ1の各々の本数を定めて配置させる。そして、これにより軸部Ｖｓの熱で吸入空気が暖められて体積効率を悪化させてしまうという状況を回避することができるので、この内燃機関用中空バルブ１０Ｄは、無駄な過冷却を抑えつつ内燃機関の熱効率の低下を防ぐことができる。
【００６４】
このように、本実施例４の内燃機関用中空バルブ１０Ｄは、配置する高熱伝導部材６Ｄ1，６Ｄ2の本数を調節するのみで冷却度合いを変えることができるので、排気側と吸気側とで全ての部品の共通化が可能になり、低コストで排気バルブと吸気バルブを製造することができるようになる。
【００６５】
また、本実施例４の高熱伝導部材６Ｄ2は、バルブ主体１と下部キャップ３の図５に示す溶接部分８の近くの熱を略均等にすることができるので、その溶接部分８の補強材として機能する。更に、この高熱伝導部材６Ｄ2は、その溶接部分８を覆った形に配設しているので、これによっても、その溶接部分８の補強材として機能する。つまり、高熱伝導部材６Ｄ2たる炭素繊維強化金属は剛性が高いので、その溶接部分８の捻れや歪みを抑えることができる。従って、本実施例４の内燃機関用中空バルブ１０Ｄは、その溶接部分８やその周囲での亀裂等の発生を防ぐことができる。
【００６６】
ここで、中央部分の高熱伝導部材６Ｄ1としては、前述した実施例２の凸部７を成す高熱伝導部材６Ｂに置き換えてもよく、また、前述した実施例３における下部キャップ３の中空部壁面３ｂと上部キャップ２の下面との間を繋ぐ高熱伝導部材６Ｃに置き換えてもよい。
【実施例５】
【００６７】
次に、本発明に係る内燃機関用中空バルブの実施例５を図７及び図８に基づいて説明する。
【００６８】
図７の符号１０Ｅは、本実施例５の内燃機関用中空バルブを示す。この本実施例５の内燃機関用中空バルブ１０Ｅは、前述した実施例１の内燃機関用中空バルブ１０Ａにおいて複数本の高熱伝導部材６Ａを図７及び図８に示す複数本の高熱伝導部材６Ｅへと置き換えたものである。
【００６９】
具体的に、本実施例５の夫々の高熱伝導部材６Ｅは、下部キャップ３の中空部壁面３ｂにおける周縁部分と中空部４におけるバルブステムガイド１０６近傍の壁面とを夫々の両端で繋いだものであり、内燃機関用中空バルブ１０Ｅの中心軸を中心にして図８に示す如く放射状に配置する。尚、その図８においては夫々の高熱伝導部材６Ｅの間に明確な隙間が出来ているが、その隙間は図示の便宜上のものである。その高熱伝導部材６Ｅとバルブステムガイド１０６近傍の壁面との間は、下部キャップ３との間と同様に金属メッキ等の手法を用いて接着する。
【００７０】
このように、本実施例５の内燃機関用中空バルブ１０Ｅにおいては、下部キャップ３における中空部壁面３ｂの周縁部分とバルブステムガイド１０６近傍の壁面との間が高熱伝導部材６Ｅの両端で繋がれているので、その下部キャップ３から奪った熱を直接伝熱対象たるバルブステムガイド１０６近傍の壁面まで確実に伝達させることができ、その伝えられてきた熱をバルブステムガイド１０６を介してシリンダヘッド１０５に放熱させることができる。また、この内燃機関用中空バルブ１０Ｅにおいては、その高熱伝導部材６Ｅの長さが長いので放熱効果が高くなる。尚、ここで例示している内燃機関用中空バルブ１０Ｅにおいては、その中空部壁面３ｂにおける中央部分から熱を奪った冷媒５が往復運動に伴い軸部Ｖｓへと届けられる。従って、この本実施例５の内燃機関用中空バルブ１０Ｅは、自身が傾倒して配置されていようがいまいが、また、バルブリフト量が小さくて冷媒５が大きく跳ね上がらないときであっても、必ず下部キャップ３の熱がバルブステムガイド１０６近傍の壁面へと伝達されるようになっているので、その下部キャップ３の冷却を確実に行うことができる。
【００７１】
また、本実施例５においては、前述した実施例１〜４のように多数の高熱伝導部材がひしめき合っていないので、高熱伝導部材６Ｅの断面積（つまり、母材たる金属の断面積）を大きく成形することができるので、放熱量の増加が可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
以上のように、本発明に係る内燃機関用中空バルブは、冷却性、特に傘部の冷却性を向上させる技術に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明に係る内燃機関用中空バルブの実施例１の構成を示す断面図である。
【図２】実施例１の高熱伝導部材の形状及び配置について示す斜視図である。
【図３】本発明に係る内燃機関用中空バルブの実施例２の構成を示す断面図である。
【図４】本発明に係る内燃機関用中空バルブの実施例３の構成を示す断面図である。
【図５】本発明に係る内燃機関用中空バルブの実施例４の構成を示す断面図である。
【図６】実施例４の高熱伝導部材の配置について示す中空部の中から見た上面図である。
【図７】本発明に係る内燃機関用中空バルブの実施例５の構成を示す断面図である。
【図８】実施例５の高熱伝導部材の配置について示す図７のＸ−Ｘ線で切った断面図である。
【符号の説明】
【００７４】
１ バルブ主体
１ａ 円筒部
１ｂ 円錐台部
２ 上部キャップ
３ 下部キャップ
３ａ 燃焼室壁面
３ｂ 中空部壁面
４ 中空部
５ 冷媒
６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ1，６Ｄ2，６Ｅ 高熱伝導部材
７ 凸部
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ 内燃機関用中空バルブ
１０１ バルブリフター
１０２ バルブシート
１０３ リテーナ
１０４ 弾性部材
１０５ シリンダヘッド
１０６ バルブステムガイド
ＣＣ 燃焼室
Ｐ ポート（吸気ポート、排気ポート）
Ｖｈ 傘部
Ｖｓ 軸部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関における吸排気の動弁機構に用いられる内燃機関用中空バルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関における吸排気の動弁機構には、吸気ポートと燃焼室又は排気ポートと燃焼室との間を夫々に連通又は遮断させるバルブが配設されている。一般に、このバルブは、傘部と軸部とに大別され、その軸部の軸線方向への往復運動によって吸気ポートと燃焼室又は排気ポートと燃焼室との間における連通又は遮断の状態を作り出す。
【０００３】
ここで、このバルブの傘部、特に燃焼室の壁面の一部を成す部分は、燃焼室の燃焼ガスに曝されるので、燃焼によって発生した熱が伝達され易くなっている。特に、近年においては、内燃機関の高出力化のみならず、燃料消費量や排気ガス中の有害物質（炭化水素等）の低減を図るべく行われる燃焼形態によって燃焼室の発熱量が高くなっていく傾向にあり、その傘部に伝わる熱が多くなっている。
【０００４】
そこで、従来、その傘部に伝わる熱を逃がし易くしたバルブが存在している。例えば、下記の特許文献１には、傘部から軸部まで繋がる密閉された中空部をバルブに形成し、その中空部内に熱伝導媒体となる圧粉体が封入された内燃機関用中空バルブが開示されている。この内燃機関用中空バルブにおいては、中空部内が熱伝導媒体で埋め尽くされていないので、その熱伝導媒体がバルブの往復運動に伴い中空部内で揺すられて傘部から軸部までの間を流動する。従って、この内燃機関用中空バルブにおいては、燃焼室から伝達された傘部の熱をその熱伝導媒体が軸部に伝えて逃がすことができ、その傘部の過度の温度上昇を抑えることができる。
【０００５】
尚、下記の特許文献２には、内燃機関用中空バルブとは無縁な半導体装置の放熱基材に関するものではあるが、母材に対して垂直方向に当該母材よりも熱伝導率の高いロッド（炭素繊維強化複合材料、炭素基金属複合材料や高熱伝導性金属材料等の内の少なくとも一方からなるもの）を埋め込んで良好な熱伝導特性を得ようとする技術について記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平５−１１３１１３号公報
【特許文献２】特開２００３−１８８３２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、内燃機関には多用な型式が存在するが、どの様な型式の内燃機関であっても、その殆どにおいては、内燃機関用中空バルブの軸線方向と重力方向との一致は見受けられないので、中空部内における傘部、軸部の夫々の壁面にて熱伝導媒体（冷媒）が均一に接するとは限らず、その夫々が均等に冷却されない可能性がある。例えば、所謂直列の内燃機関は、一般的に傾斜させて車輌に搭載されるので、内燃機関用中空バルブの軸線方向と重力方向とが一致している可能性が低い。また、所謂Ｖ型（水平対向も含む）の内燃機関は、バンク角が設けられているので、同じく内燃機関用中空バルブの軸線方向と重力方向とが一致する可能性が低い。更に、そもそも、内燃機関用中空バルブは、一般的に傾斜させて内燃機関に搭載されるので、その軸線方向と重力方向とが一致していない。
【０００８】
つまり、従来の内燃機関用中空バルブにおいては、例えば、中空部内における傘部の或る一部分では熱伝導媒体に熱が伝えられてその熱を軸部等の伝熱対象へと逃がすことができたとしても、他の部分では熱伝導媒体が壁面に触れることができずにそこの熱を奪えなくなっている、ということも考えられ、これによって、特に冷却の必要とされる傘部の冷却効果に斑が出てしまう可能性がある。尚、かかる不都合を改善すべく熱伝導媒体（一般に金属ナトリウム）の封入量を増加させてもよいが、その熱伝導媒体の殆どはバルブの運動方向とは逆方向へと移動するものであり、また、その増加に伴ってバルブの慣性力が増大するので、内燃機関用中空バルブの円滑な往復運動を阻害してしまう虞がある。
【０００９】
そこで、本発明は、かかる従来例の有する不都合を改善し、冷却性の良好な内燃機関用中空バルブを提供することを、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成する為、請求項１記載の発明では、軸部と、この軸部の一端に設けた傘部と、この傘部から軸部までの間で内部にて連通する密閉された中空部と、この中空部内に封入された冷媒と、を備えた内燃機関用中空バルブにおいて、その傘部は、内燃機関の燃焼室の壁面の一部を成す燃焼室壁面と中空部の壁面の一部を成す中空部壁面とが形成された壁面部位を有し、この壁面部位と少なくとも冷媒又は軸部の内の何れか一方の伝熱対象との間で高い熱伝導を行う高熱伝導部材を中空部壁面に対して少なくとも１つ配設している。
【００１１】
この請求項１記載の内燃機関用中空バルブにおいては、壁面部位の熱が高熱伝導部材によって奪われるので、その壁面部位の冷却を図ることができる。また、その高熱伝導部材が奪った熱は、冷媒等の伝熱対象に伝えられるので、その伝熱対象から最終的にシリンダヘッドへと伝わる。このようなことから、この内燃機関用中空バルブは、最も高温になり易い傘部を効率良く冷却することができる。
【００１２】
また、上記目的を達成する為、請求項２記載の発明では、上記請求項１記載の内燃機関用中空バルブにおいて、中空部壁面に接触させた一端と伝熱対象に接触させた他端との間で熱伝導の方向性を有する高熱伝導部材を用意している。例えば、この種の高熱伝導部材としては、請求項３記載の発明の如く炭素繊維強化金属が考えられる。
【００１３】
この請求項２又は３に記載の内燃機関用中空バルブにおいては、壁面部位の熱を所望の伝熱対象へと確実に伝えることができるようになる。
【００１４】
また、上記目的を達成する為、請求項４記載の発明では、上記請求項１，２又は３に記載の内燃機関用中空バルブにおいて、壁面部位の熱を冷媒に対して伝えることの可能な高熱伝導部材を軸部の軸線方向と略同一方向に突出させて凸部が形成されるよう複数配設している。
【００１５】
この請求項４記載の内燃機関用中空バルブにおいては、往復運動に伴い凸部にて跳ね上げられた冷媒が軸部の上側にまで届けられるので、その冷媒が高熱伝導部材から奪った熱が軸部の上側に伝えられる。従って、この内燃機関用中空バルブは、特に傘部の高い冷却効果を得ることができるようになる。
【００１６】
また、上記目的を達成する為、請求項５記載の発明では、上記請求項１，２又は３に記載の内燃機関用中空バルブにおいて、中空部壁面と軸部における傘部とは反対の他端寄りの壁面との間で熱伝導が行われるように高熱伝導部材を配設している。
【００１７】
この請求項５記載の内燃機関用中空バルブにおいては、自身が傾倒して配置されていようがいまいが、また、バルブリフト量が小さくて冷媒が大きく跳ね上がらないときであっても、必ず壁面部位の熱が直接軸部における他端寄りの壁面に伝達されるので、その壁面部位の冷却を確実に行うことができる。
【００１８】
また、上記目的を達成する為、請求項６記載の発明では、上記請求項１から５の内の何れか１つに記載の内燃機関用中空バルブにおいて、中空部壁面の中央部分と伝熱対象との間で熱伝導が行われるように配設し、且つ、中空部壁面の周縁部分と中空部内における傘部のバルブシート近傍との間で熱伝導が行われるように高熱伝導部材を配設している。
【００１９】
この請求項６記載の内燃機関用中空バルブにおいては、壁面部位の熱が伝達先を伝熱対象（冷媒や軸部）だけでなく、傘部のバルブシート近傍にも伝わるようにしている。従って、例えば、吸入空気の温度上昇が起きてしまうので軸部の温度を上げたくないときには、バルブシート近傍へと放熱量が多めになるよう高熱伝導部材を配設し、吸入空気の温度上昇が抑えられるようにする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る内燃機関用中空バルブは、高熱伝導部材自身の放熱性が高く、また、この高熱伝導部材から伝熱対象に熱が伝えられるので、特に傘部において良好な冷却性を確保することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、本発明に係る内燃機関用中空バルブの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。尚、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００２２】
本発明に係る内燃機関用中空バルブの実施例１を図１及び図２に基づいて説明する。
【００２３】
図１の符号１０Ａは、本実施例１の内燃機関用中空バルブを示す。この本実施例１の内燃機関用中空バルブ１０Ａは、図示しない内燃機関における吸気や排気の動弁機構（バルブリフター１０１等からなる機構）に用いられるものであり、その内燃機関の燃焼室ＣＣと吸気ポートＰの間（又は燃焼室ＣＣと排気ポートＰの間）を軸線方向に往復運動することで連通又は遮断させるものである。
【００２４】
先ず、本実施例１の内燃機関用中空バルブ１０Ａは、軸部（所謂バルブステム）Ｖｓとこの軸部Ｖｓの端部に設けた傘部Ｖｈとに大別され、これらが、両端の開口された筒状のバルブ主体１と、このバルブ主体１の一端の開口を閉塞する第１閉塞部材（以下、「上部キャップ」という。）２と、そのバルブ主体１の他端の開口を閉塞する第２閉塞部材（以下、「下部キャップ」という。）３と、によって構成される。
【００２５】
そのバルブ主体１は、両端が開口された円筒状の円筒部１ａと、上底の開口と下底の開口とを繋ぐ内方の空間を有する略円錐台状に形成された円錐台部１ｂと、を有しており、その円筒部１ａの一方の開口端と円錐台部１ｂの上底側の開口端とを合わせた形で一体的に成形されている。その円錐台部１ｂにおける内方の空間は、外郭形状と略同等の円錐台に近い形状に形成されている。従って、このバルブ主体１においては、その円筒部１ａにおける円柱状の空間と円錐台部１ｂにおける略円錐台状の空間とを繋げた形状の中空部４が形成されている。つまり、このバルブ主体１においては、その中空部４が外郭形状と略同等の形状になっている。
【００２６】
ここで、このバルブ主体１においては、その円筒部１ａが軸部Ｖｓの主たる部分を成しており、この円筒部１ａの残りの開口端（即ち、円錐台部１ｂとは反対側の開口端）に上部キャップ２が配設されている。つまり、ここで例示する内燃機関用中空バルブ１０Ａの軸部Ｖｓは、このバルブ主体１の円筒部１ａと上部キャップ２とで構成される。例えば、その上部キャップ２は、その円筒部１ａに対して溶接等の手法を用いて一体化され、これにより、このバルブ主体１の円筒部１ａ側の開口端を閉塞させる。
【００２７】
また、このバルブ主体１においては、その円錐台部１ｂが傘部Ｖｈの主たる部分を成しており、この円錐台部１ｂの残りの開口端（即ち、下底側の開口端）に下部キャップ３が配設されている。つまり、ここで例示する内燃機関用中空バルブ１０Ａの傘部Ｖｈは、このバルブ主体１の円錐台部１ｂと下部キャップ３とで構成される。例えば、その下部キャップ３は、ポート（吸気ポート又は排気ポートを指す）Ｐと燃焼室ＣＣとの間が遮断状態にあるときの燃焼室ＣＣの壁面の一部を成している図１に示す燃焼室壁面３ａと、中空部４の壁面の一部を成している図２に示す中空部壁面３ｂと、が各々対向状態で形成された壁面部位になっている。そして、この下部キャップ３は、その中空部壁面３ｂを内側にして円錐台部１ｂに溶接等の手法を用いて一体化され、これにより、このバルブ主体１における円錐台部１ｂ側の開口端を閉塞させる。
【００２８】
このように形成されている内燃機関用中空バルブ１０Ａは、動弁機構の作用により軸部Ｖｓの軸線方向に往復運動する。例えば、この内燃機関用中空バルブ１０Ａは、図示しないカムやロッカーアームの動作によりバルブリフター１０１を介して押下される。そして、これに伴って、この内燃機関用中空バルブ１０Ａは、傘部Ｖｈの傾斜面がポート（吸気ポート又は排気ポートを指す）Ｐと燃焼室ＣＣとの間の境界部分（つまり、図１に示す環状のバルブシート１０２）から離間し、その二者の間を連通させる。
【００２９】
一方、ここでは、その内燃機関用中空バルブ１０Ａの押下動作に連動して、上部キャップ２に固定された環状のリテーナ１０３が弾性部材（弦巻バネ）１０４を例えばシリンダヘッド１０５との間で圧縮している。従って、この内燃機関用中空バルブ１０Ａには、カム等の動作に応じて弾性部材１０４の弾発力がリテーナ１０３を介して作用するようになる。これが為、この内燃機関用中空バルブ１０Ａは、押下動作とは逆方向に移動させられて、傘部Ｖｈの傾斜面がバルブシート１０２に当設し、その二者の間を遮断させる。
【００３０】
この内燃機関用中空バルブ１０Ａは、その軸部Ｖｓが円筒状のバルブステムガイド１０６に包まれており、このバルブステムガイド１０６によって往復運動が円滑に案内される。
【００３１】
更に、この内燃機関用中空バルブ１０Ａには、燃焼室ＣＣから伝達された熱（特に、下部キャップ３等の燃焼ガスに曝されている部分の熱）を逃がす冷却手段が用意されている。
【００３２】
本実施例１においては、その冷却手段として、先ず中空部４の中に金属ナトリウム等の冷媒５が封入されている。尚、少なくとも内燃機関が運転されているときには、冷媒５が金属ナトリウムであれば融点を超えて液状になっている。この冷媒５は、内燃機関用中空バルブ１０Ａの往復運動に伴って揺すられ、その中空部４の中で流動させられる。そして、自身よりも高温の中空部４の壁面に接した冷媒５は、その壁面から熱を奪い、往復運動が繰り返される度に更に流動して自身よりも低温の中空部４の壁面に接した際にその壁面へと熱を渡す。例えば、この内燃機関用中空バルブ１０Ａにおいては、最も高温になり易い傘部Ｖｈの熱が冷媒５に受熱され、この冷媒５が内燃機関用中空バルブ１０Ａの往復運動に伴い軸部Ｖｓへと移動することによって、傘部Ｖｈから受け取った熱が冷媒５から軸部Ｖｓに伝えられ、その傘部Ｖｈの冷却が行われる。
【００３３】
また、本実施例１においては、別の冷却手段として、熱伝導率が高く且つ熱伝導の方向性を有する高熱伝導部材６Ａを下部キャップ３の中空部壁面３ｂに少なくとも１つ配設する。例えば、この種の高熱伝導部材６Ａとしては、炭素繊維強化金属（ＣＦＲＭ：Ｃｏｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｍｅｔａｌｓ）の利用が可能である。つまり、この炭素繊維強化金属とは母材に金属を用いると共に強化材に炭素繊維を用いたものであり、その両端にて母材の金属を露出させることによって、この高熱伝導部材６Ａは、その一端の金属の露出面から他端の金属の露出面の間で高温側から低温側へと熱の伝達が可能になる。
【００３４】
本実施例１においては、略同等の長さで小径（例えば、凡そ１０μｍ程度）の直線状に成形した高熱伝導部材６Ａを図１や図２に示す如く円形の中空部壁面３ｂの全体を覆い尽くすように複数本配置する。尚、その図２においては夫々の高熱伝導部材６Ａの間に明確な隙間が出来ているが、その隙間は図示の便宜上のものである。これら各高熱伝導部材６Ａは、その一端を中空部壁面３ｂに金属メッキ等の手法を用いて接着し、下部キャップ３との間の伝熱効率が妨げられないようにしておく。
【００３５】
このように、本実施例１の内燃機関用中空バルブ１０Ａにおいては、複数本の高熱伝導部材６Ａを下部キャップ３の中空部壁面３ｂの全体に立設しているので、その下部キャップ３の熱が全ての高熱伝導部材６Ａに奪われ、その下部キャップ３の冷却を行うことができる。また、この内燃機関用中空バルブ１０Ａにおいては、その熱が夫々の高熱伝導部材６Ａの自由端（即ち、中空部壁面３ｂとは反対側の他端）に接した冷媒５へと伝達される。
【００３６】
そして、この内燃機関用中空バルブ１０Ａにおいては、その夫々の高熱伝導部材６Ａが伝熱対象たる冷媒５を底上げした状態となり、高熱伝導部材６Ａが配備されていないものと同じ冷媒５の封入量であれば、内燃機関用中空バルブ１０Ａが傾倒して配設されていたとしても、その往復運動によって冷媒５がより確実に軸部Ｖｓの上部側（バルブリフター１０１側）へと届くようになる。これが為、その冷媒５が高熱伝導部材６Ａから受け取った熱（つまり、下部キャップ３の熱）の殆どは、軸部Ｖｓ｛バルブ主体１の円筒部１ａや上部キャップ２の下面（即ち、中空部４の壁面を成す面）｝へと伝わり、この軸部Ｖｓからバルブステムガイド１０６、バルブリフター１０１やカム等を介してシリンダヘッド１０５に放熱される。従って、本実施例１の内燃機関用中空バルブ１０Ａは、効率良く下部キャップ３の冷却を行うことができるので、これによりバルブシート１０２やこれに当接する傘部Ｖｈのバルブフェイス面の温度上昇を効果的に抑えることができ、更にそのバルブシート１０２やバルブフェイス面の摩耗を抑えて耐久性や燃焼室ＣＣの気密性の向上を図ることができる。
【００３７】
他方、高熱伝導部材６Ａが配備されていない内燃機関用中空バルブにて十分に冷却効果を得ることができていた場合には、高熱伝導部材６Ａを配備して本実施例１の内燃機関用中空バルブ１０Ａとすることによって冷媒５の封入量を減らすことができ、往復運動する際の慣性マスを低減することができる。従って、この場合の本実施例１の内燃機関用中空バルブ１０Ａは、応答性良く軽快に往復運動することができ、開弁時期や閉弁時期の精度を高めることができる。
【００３８】
以上示した如く、本実施例１の内燃機関用中空バルブ１０Ａは、最も高温になり易い傘部Ｖｈの効果的な冷却が可能になり、これにより、自身の耐久性やバルブシート１０２の耐久性、燃焼室ＣＣの気密性、開弁時期や閉弁時期の精度の向上を図ることができる。これが為、この内燃機関用中空バルブ１０Ａは、燃焼室ＣＣの空気過剰率（即ち、空燃比であり、特に理論空燃比）の指令値に対する精度向上、筒内圧の高圧化を図ることができ、高出力化や低燃費化が可能になる。また、この内燃機関用中空バルブ１０Ａは、耐熱性や耐久性が従来よりも低い低コストの材料で自身やバルブシート１０２を形成しても十分に耐熱性や耐久性を確保することができるので、自身やその周辺部品の低コスト化が可能になる。更に、この内燃機関用中空バルブ１０Ａは、傘部Ｖｈ（特に、下部キャップ３の燃焼室壁面３ａ等の如く燃焼室ＣＣの壁面を成している部分）を従来と比して大幅に冷却することができるので、ノッキングを従来よりも抑えることができるようになる。従って、この内燃機関用中空バルブ１０Ａは、そのノッキングの抑制効果に伴う点火時期の進角化が可能になり、出力性能の向上を図ることができる。
【００３９】
ここで、本実施例１の内燃機関用中空バルブ１０Ａにおいては、配設する高熱伝導部材６Ａの本数を増減させることによって傘部Ｖｈの冷却度合いを調節することができる。従って、この内燃機関用中空バルブ１０Ａを高熱に曝され易い排気側に適用する場合には、吸気側に適用する場合よりも多く高熱伝導部材６Ａを配置して、十分な冷却効果を確保することができるようにすればよい。そして、本実施例１の内燃機関用中空バルブ１０Ａは、このように高熱伝導部材６Ａの本数を調節するのみで冷却度合いを変えることができるので、排気側と吸気側とで全ての部品の共通化が可能になり、低コストで排気バルブと吸気バルブを製造することができるようになる。
【実施例２】
【００４０】
次に、本発明に係る内燃機関用中空バルブの実施例２を図３に基づいて説明する。この図３は、バルブ主体１の中心軸に沿って切った断面図であり、その中心軸を中心に３６０度あらゆる角度で切っても同じ形状を表している。
【００４１】
図３の符号１０Ｂは、本実施例２の内燃機関用中空バルブを示す。この本実施例２の内燃機関用中空バルブ１０Ｂは、前述した実施例１の内燃機関用中空バルブ１０Ａにおいて複数本の高熱伝導部材６Ａを図３に示す複数本の高熱伝導部材６Ｂへと置き換えたものである。
【００４２】
具体的に、本実施例２の夫々の高熱伝導部材６Ｂは、実施例１の各高熱伝導部材６Ａにおいて中央部分を中空部４の内方に向けて突出させた形に配置する。つまり、本実施例２においては、例えば、下部キャップ３の中空部壁面３ｂにおける周縁部分には実施例１と略同じ長さ及び直径の直線状の高熱伝導部材６Ｂを複数本環状に配置し、その周縁部分よりも内側には凸部７が成されるよう周縁部分よりも長い高熱伝導部材６Ｂを複数本配置している。
【００４３】
ここで、本実施例２の凸部７は、内燃機関用中空バルブ１０Ｂの中心軸に向かうにつれて徐々に高さが増していくよう外側から段々と長さを長く成形した高熱伝導部材６Ｂが配置されている。
【００４４】
このように、本実施例２の内燃機関用中空バルブ１０Ｂにおいては、中央部分を盛り上げた形に高熱伝導部材６Ｂが配設されているので、言い換えるならば、円錐台状に近い空間に合わせて中央部分の高熱伝導部材６Ｂの長さを周囲よりも長くしているので、凸部７にて実施例１よりも下部キャップ３からの熱が奪われ易くなる。また、この内燃機関用中空バルブ１０Ｂにおいては、往復運動の最中にその凸部７に接した伝熱対象たる冷媒５を実施例１のときよりも高く跳ね上げることができ、更に確実に冷媒５が軸部Ｖｓの上部側（バルブリフター１０１側）へと届くようになる。従って、この内燃機関用中空バルブ１０Ｂは、実施例１の内燃機関用中空バルブ１０Ａよりも高い冷却効果を発揮することができる。
【００４５】
更に、実施例１の内燃機関用中空バルブ１０Ａにて十分に冷却効果を得ることができていた場合には、本実施例２の如く凸部７を設けることによって冷媒５の封入量を減らすことができ、往復運動する際の慣性マスを実施例１よりも低減することができる。
【００４６】
以上示した如く、本実施例２の内燃機関用中空バルブ１０Ｂは、最も高温になり易い傘部Ｖｈをより効果的に冷却させることが可能になり、これにより、自身の耐久性やバルブシート１０２の耐久性、燃焼室ＣＣの気密性、開弁時期や閉弁時期の精度の更なる向上を図ることができる。これが為、この内燃機関用中空バルブ１０Ｂは、燃焼室ＣＣの空気過剰率（即ち、空燃比であり、特に理論空燃比）の指令値に対する更なる精度向上、筒内圧の更なる高圧化を図ることができ、より効果的な高出力化や低燃費化を可能にする。また、この内燃機関用中空バルブ１０Ｂは、実施例１と同じく、耐熱性や耐久性が従来よりも低い低コストの材料で自身やバルブシート１０２を形成しても十分に耐熱性や耐久性を確保することができるので、自身やその周辺部品の低コスト化が可能になる。更に、この内燃機関用中空バルブ１０Ｂは、実施例１と同様に、傘部Ｖｈ（特に、下部キャップ３の燃焼室壁面３ａ等の如く燃焼室ＣＣの壁面を成している部分）を従来と比して大幅に冷却することができ、ノッキングを従来よりも抑えることができるので、点火時期の進角化が可能になり、出力性能の向上を図ることができる。
【００４７】
ここで、本実施例２の内燃機関用中空バルブ１０Ｂにおいても、実施例１のときと同様に、配設する高熱伝導部材６Ｂの本数を増減させることによって傘部Ｖｈの冷却度合いを調節することができる。従って、この内燃機関用中空バルブ１０Ｂを高熱に曝され易い排気側に適用する場合には、吸気側に適用する場合よりも多く高熱伝導部材６Ｂを配置して、十分な冷却効果を確保することができるようにすればよい。そして、本実施例２の内燃機関用中空バルブ１０Ｂは、このように高熱伝導部材６Ｂの本数を調節するのみで冷却度合いを変えることができるので、排気側と吸気側とで殆どの部品の共通化が可能になり、低コストで排気バルブと吸気バルブを製造することができるようになる。
【００４８】
また、上述した本実施例２の内燃機関用中空バルブ１０Ｂにて十分に冷却効果を得ることができる場合には、周縁部分の高熱伝導部材６Ｂを取り外し、中央部分（つまり、凸部７）の高熱伝導部材６Ｂのみで構成してもよく、このようにしても同様の効果を奏することができる。かかる場合、傘部Ｖｈの冷却効果が高い中空部壁面３ｂの全体に高熱伝導部材６Ｂを配置したものを排気バルブとして製造し、これよりも傘部Ｖｈの冷却効果が低い中央部分の高熱伝導部材６Ｂのみのものを吸気バルブとして製造してもよい。
【実施例３】
【００４９】
次に、本発明に係る内燃機関用中空バルブの実施例３を図４に基づいて説明する。この図４は、バルブ主体１の中心軸に沿って切った断面図であり、その中心軸を中心に３６０度あらゆる角度で切っても同じ形状を表している。
【００５０】
図４の符号１０Ｃは、本実施例３の内燃機関用中空バルブを示す。この本実施例３の内燃機関用中空バルブ１０Ｃは、前述した実施例１の内燃機関用中空バルブ１０Ａにおいて複数本の高熱伝導部材６Ａを図４に示す複数本の高熱伝導部材６Ｃへと置き換えたものである。
【００５１】
具体的に、本実施例３の夫々の高熱伝導部材６Ｃは、実施例１の各高熱伝導部材６Ａにおいて中央部分を上部キャップ２まで延設したものであり、換言すれば、実施例２の凸部７の中心部分を上部キャップ２まで延ばしたものとも言える。つまり、本実施例３においては、例えば、下部キャップ３の中空部壁面３ｂにおける周縁部分には実施例１と略同じ長さ及び直径の直線状の高熱伝導部材６Ｃを複数本環状に配置し、その周縁部分よりも内側には一端を上部キャップ２の下面（即ち、中空部４の壁面を成す面）に当接させた高熱伝導部材６Ｃを複数本配置している。その高熱伝導部材６Ｃと上部キャップ２との間は、下部キャップ３との間と同様に金属メッキ等の手法を用いて接着する。
【００５２】
このように、本実施例３の内燃機関用中空バルブ１０Ｃにおいては、下部キャップ３の中空部壁面３ｂと上部キャップ２の下面との間が高熱伝導部材６Ｃの両端で繋がれているので、その下部キャップ３から奪った熱を直接伝熱対象たる上部キャップ２の下面まで確実に伝達させることができ、その伝えられてきた熱をバルブリフター１０１やバルブステムガイド１０６等を介してシリンダヘッド１０５に放熱させることができる。また、この内燃機関用中空バルブ１０Ｃにおいては、中央部分の高熱伝導部材６Ｃの長さを伸ばしているので放熱効果が高くなる。尚、ここで例示している内燃機関用中空バルブ１０Ｃにおいては、その中空部壁面３ｂにおける周縁部分の高熱伝導部材６Ｃから熱を伝達された伝熱対象たる冷媒５が往復運動に伴い軸部Ｖｓへと届けられる。従って、この本実施例３の内燃機関用中空バルブ１０Ｃは、自身が傾倒して配置されていようがいまいが、また、バルブリフト量が小さくて冷媒５が大きく跳ね上がらないときであっても、必ず下部キャップ３の熱が軸部Ｖｓの上部側（上部キャップ２の下面）へと伝達されるようになっているので、その下部キャップ３の冷却を確実に行うことができる。
【００５３】
以上示した如く、本実施例３の内燃機関用中空バルブ１０Ｃは、最も高温になり易い傘部Ｖｈをより効果的に冷却させることが可能になり、これにより、自身の耐久性やバルブシート１０２の耐久性、燃焼室ＣＣの気密性、開弁時期や閉弁時期の精度の更なる向上を図ることができる。これが為、この内燃機関用中空バルブ１０Ｃは、燃焼室ＣＣの空気過剰率（即ち、空燃比であり、特に理論空燃比）の指令値に対する更なる精度向上、筒内圧の更なる高圧化を図ることができ、より効果的な高出力化や低燃費化を可能にする。また、この内燃機関用中空バルブ１０Ｃは、実施例１と同じく、耐熱性や耐久性が従来よりも低い低コストの材料で自身やバルブシート１０２を形成しても十分に耐熱性や耐久性を確保することができるので、自身やその周辺部品の低コスト化が可能になる。更に、この内燃機関用中空バルブ１０Ｃは、実施例１と同様に、傘部Ｖｈ（特に、下部キャップ３の燃焼室壁面３ａ等の如く燃焼室ＣＣの壁面を成している部分）を従来と比して大幅に冷却することができ、ノッキングを従来よりも抑えることができるので、点火時期の進角化が可能になり、出力性能の向上を図ることができる。
【００５４】
ここで、本実施例３の内燃機関用中空バルブ１０Ｃにおいても、実施例１のときと同様に、配設する高熱伝導部材６Ｃの本数を増減させることによって傘部Ｖｈの冷却度合いを調節することができる。従って、この内燃機関用中空バルブ１０Ｃを高熱に曝され易い排気側に適用する場合には、吸気側に適用する場合よりも多く高熱伝導部材６Ｃを配置して、十分な冷却効果を確保することができるようにすればよい。そして、本実施例３の内燃機関用中空バルブ１０Ｃは、このように高熱伝導部材６Ｃの本数を調節するのみで冷却度合いを変えることができるので、排気側と吸気側とで殆どの部品の共通化が可能になり、低コストで排気バルブと吸気バルブを製造することができるようになる。
【００５５】
また、上述した本実施例２の内燃機関用中空バルブ１０Ｂにて十分に冷却効果を得ることができる場合には、周縁部分の高熱伝導部材６Ｂを取り外し、中央部分（つまり、凸部７）の高熱伝導部材６Ｂのみで構成してもよく、このようにしても同様の効果を奏することができる。かかる場合、傘部Ｖｈの冷却効果が高い中空部壁面３ｂの全体に高熱伝導部材６Ｂを配置したものを排気バルブとして製造し、これよりも傘部Ｖｈの冷却効果が低い中央部分の高熱伝導部材６Ｂのみのものを吸気バルブとして製造してもよい。
【００５６】
また、上述した本実施例３の内燃機関用中空バルブ１０Ｃにて十分に冷却効果を得ることができる場合には、周縁部分の高熱伝導部材６Ｃを取り外し、中央部分の高熱伝導部材６Ｃ（つまり、下部キャップ３の中空部壁面３ｂと上部キャップ２の下面とを繋ぐもの）のみで構成してもよく、このようにしても同様の効果を奏することができる。そして、この場合には、所望の冷却効果を得ることができるのであれば、必ずしも中空部４の中に冷媒５を封入しなくてもよく、これにより更なる慣性マスの低減が可能になるので、より応答性良く軽快に内燃機関用中空バルブ１０Ｃを往復運動させることができるようになる。例えば、かかる場合、傘部Ｖｈの冷却効果が高い中空部壁面３ｂの全体に高熱伝導部材６Ｃを配置したものを排気バルブとして製造し、これよりも傘部Ｖｈの冷却効果が低い中央部分の高熱伝導部材６Ｃのみのものを吸気バルブとして製造してもよい。また、冷媒５を封入したものを排気バルブとして製造し、冷媒５の無いものを吸気バルブとして製造してもよい。
【実施例４】
【００５７】
次に、本発明に係る内燃機関用中空バルブの実施例４を図５及び図６に基づいて説明する。
【００５８】
図５の符号１０Ｄは、本実施例４の内燃機関用中空バルブを示す。この本実施例４の内燃機関用中空バルブ１０Ｄは、前述した実施例１の内燃機関用中空バルブ１０Ａにおいて複数本の高熱伝導部材６Ａを図５及び図６に示す複数本の高熱伝導部材６Ｄ1，６Ｄ2へと置き換えたものである。
【００５９】
具体的に、本実施例４においては、実施例１の各高熱伝導部材６Ａにおける周縁部分の夫々の自由端を中空部４における傘部Ｖｈのバルブフェイス面近傍の壁面に接触させたものである。つまり、本実施例４においては、例えば、図６に示す如く、下部キャップ３の中空部壁面３ｂにおける中央部分には実施例１と略同じ長さ及び直径の直線状の高熱伝導部材６Ｄ1を複数本円形状に配置し、その周縁部分には中空部壁面３ｂとバルブフェイス面近傍の壁面とを両端で繋ぐ高熱伝導部材６Ｄ2を複数本放射状に配置している。尚、その図６においては夫々の高熱伝導部材６Ｄ1，６Ｄ2の間に明確な隙間が出来ているが、その隙間は図示の便宜上のものである。その高熱伝導部材６Ｄ2とバルブフェイス面近傍の壁面との間は、下部キャップ３との間と同様に金属メッキ等の手法を用いて接着する。
【００６０】
このように、本実施例４の内燃機関用中空バルブ１０Ｄにおいては、下部キャップ３の中空部壁面３ｂの周縁部分とバルブフェイス面近傍の壁面との間が高熱伝導部材６Ｄ2の両端で繋がれているので、その下部キャップ３から奪った熱を伝熱対象たるバルブフェイス面近傍の壁面からバルブシート１０２を介してシリンダヘッド１０５に放熱させることができる。尚、ここで例示している内燃機関用中空バルブ１０Ｄにおいては、その中空部壁面３ｂにおける中央部分の高熱伝導部材６Ｄ1から熱を伝達された伝熱対象たる冷媒５が往復運動に伴い軸部Ｖｓの上部側へと届けられる。つまり、この本実施例４の内燃機関用中空バルブ１０Ｄは、下部キャップ３の熱を軸部Ｖｓ側とバルブシート１０２とに分けて放熱することができる。そして、このように構成したとしても、本実施例４の内燃機関用中空バルブ１０Ｄは、実施例１と同様に下部キャップ３の冷却を確実に行うことができる。
【００６１】
ところで、この内燃機関用中空バルブ１０Ｄが排気側に適用される場合には、排気行程の如くその全体が高温の排気ガスに曝されることがあるので、吸気側へ適用する場合よりも大きな冷却効果が必要とされる。一方、この内燃機関用中空バルブ１０Ｄが吸気側に適用される場合には、常に吸入空気の接している軸部Ｖｓへと多量に放熱すると、その吸入空気の温度が上昇して燃焼室ＣＣでの体積効率が悪化してしまうので、熱効率の低下が生じる可能性がある。
【００６２】
従って、この内燃機関用中空バルブ１０Ｄを高い冷却性が求められる排気側に適用する場合には、軸部Ｖｓよりもバルブフェイス面近傍の壁面への放熱量が多くなるように周縁部分の高熱伝導部材６Ｄ2と中央部分の高熱伝導部材６Ｄ1の各々の本数を定めて配置させる。つまり、バルブフェイス面はシリンダヘッド１０５に嵌め込まれているバルブシート１０２に直接触れて伝熱するので、軸部Ｖｓよりもバルブフェイス面近傍の壁面に放熱させる方がシリンダヘッド１０５の伝熱効率に優れており、この内燃機関用中空バルブ１０Ｄは、その壁面への放熱量を多くすることによって冷却性を高めることができる。
【００６３】
一方、この内燃機関用中空バルブ１０Ｄを体積効率が悪化しない程度の適度な冷却性が求められる吸気側に適用する場合には、軸部Ｖｓへの放熱量が少なくなるように周縁部分の高熱伝導部材６Ｄ2と中央部分の高熱伝導部材６Ｄ1の各々の本数を定めて配置させる。そして、これにより軸部Ｖｓの熱で吸入空気が暖められて体積効率を悪化させてしまうという状況を回避することができるので、この内燃機関用中空バルブ１０Ｄは、無駄な過冷却を抑えつつ内燃機関の熱効率の低下を防ぐことができる。
【００６４】
このように、本実施例４の内燃機関用中空バルブ１０Ｄは、配置する高熱伝導部材６Ｄ1，６Ｄ2の本数を調節するのみで冷却度合いを変えることができるので、排気側と吸気側とで全ての部品の共通化が可能になり、低コストで排気バルブと吸気バルブを製造することができるようになる。
【００６５】
また、本実施例４の高熱伝導部材６Ｄ2は、バルブ主体１と下部キャップ３の図５に示す溶接部分８の近くの熱を略均等にすることができるので、その溶接部分８の補強材として機能する。更に、この高熱伝導部材６Ｄ2は、その溶接部分８を覆った形に配設しているので、これによっても、その溶接部分８の補強材として機能する。つまり、高熱伝導部材６Ｄ2たる炭素繊維強化金属は剛性が高いので、その溶接部分８の捻れや歪みを抑えることができる。従って、本実施例４の内燃機関用中空バルブ１０Ｄは、その溶接部分８やその周囲での亀裂等の発生を防ぐことができる。
【００６６】
ここで、中央部分の高熱伝導部材６Ｄ1としては、前述した実施例２の凸部７を成す高熱伝導部材６Ｂに置き換えてもよく、また、前述した実施例３における下部キャップ３の中空部壁面３ｂと上部キャップ２の下面との間を繋ぐ高熱伝導部材６Ｃに置き換えてもよい。
【実施例５】
【００６７】
次に、本発明に係る内燃機関用中空バルブの実施例５を図７及び図８に基づいて説明する。
【００６８】
図７の符号１０Ｅは、本実施例５の内燃機関用中空バルブを示す。この本実施例５の内燃機関用中空バルブ１０Ｅは、前述した実施例１の内燃機関用中空バルブ１０Ａにおいて複数本の高熱伝導部材６Ａを図７及び図８に示す複数本の高熱伝導部材６Ｅへと置き換えたものである。
【００６９】
具体的に、本実施例５の夫々の高熱伝導部材６Ｅは、下部キャップ３の中空部壁面３ｂにおける周縁部分と中空部４におけるバルブステムガイド１０６近傍の壁面とを夫々の両端で繋いだものであり、内燃機関用中空バルブ１０Ｅの中心軸を中心にして図８に示す如く放射状に配置する。尚、その図８においては夫々の高熱伝導部材６Ｅの間に明確な隙間が出来ているが、その隙間は図示の便宜上のものである。その高熱伝導部材６Ｅとバルブステムガイド１０６近傍の壁面との間は、下部キャップ３との間と同様に金属メッキ等の手法を用いて接着する。
【００７０】
このように、本実施例５の内燃機関用中空バルブ１０Ｅにおいては、下部キャップ３における中空部壁面３ｂの周縁部分とバルブステムガイド１０６近傍の壁面との間が高熱伝導部材６Ｅの両端で繋がれているので、その下部キャップ３から奪った熱を直接伝熱対象たるバルブステムガイド１０６近傍の壁面まで確実に伝達させることができ、その伝えられてきた熱をバルブステムガイド１０６を介してシリンダヘッド１０５に放熱させることができる。また、この内燃機関用中空バルブ１０Ｅにおいては、その高熱伝導部材６Ｅの長さが長いので放熱効果が高くなる。尚、ここで例示している内燃機関用中空バルブ１０Ｅにおいては、その中空部壁面３ｂにおける中央部分から熱を奪った冷媒５が往復運動に伴い軸部Ｖｓへと届けられる。従って、この本実施例５の内燃機関用中空バルブ１０Ｅは、自身が傾倒して配置されていようがいまいが、また、バルブリフト量が小さくて冷媒５が大きく跳ね上がらないときであっても、必ず下部キャップ３の熱がバルブステムガイド１０６近傍の壁面へと伝達されるようになっているので、その下部キャップ３の冷却を確実に行うことができる。
【００７１】
また、本実施例５においては、前述した実施例１〜４のように多数の高熱伝導部材がひしめき合っていないので、高熱伝導部材６Ｅの断面積（つまり、母材たる金属の断面積）を大きく成形することができるので、放熱量の増加が可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
以上のように、本発明に係る内燃機関用中空バルブは、冷却性、特に傘部の冷却性を向上させる技術に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明に係る内燃機関用中空バルブの実施例１の構成を示す断面図である。
【図２】実施例１の高熱伝導部材の形状及び配置について示す斜視図である。
【図３】本発明に係る内燃機関用中空バルブの実施例２の構成を示す断面図である。
【図４】本発明に係る内燃機関用中空バルブの実施例３の構成を示す断面図である。
【図５】本発明に係る内燃機関用中空バルブの実施例４の構成を示す断面図である。
【図６】実施例４の高熱伝導部材の配置について示す中空部の中から見た上面図である。
【図７】本発明に係る内燃機関用中空バルブの実施例５の構成を示す断面図である。
【図８】実施例５の高熱伝導部材の配置について示す図７のＸ−Ｘ線で切った断面図である。
【符号の説明】
【００７４】
１ バルブ主体
１ａ 円筒部
１ｂ 円錐台部
２ 上部キャップ
３ 下部キャップ
３ａ 燃焼室壁面
３ｂ 中空部壁面
４ 中空部
５ 冷媒
６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ1，６Ｄ2，６Ｅ 高熱伝導部材
７ 凸部
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ 内燃機関用中空バルブ
１０１ バルブリフター
１０２ バルブシート
１０３ リテーナ
１０４ 弾性部材
１０５ シリンダヘッド
１０６ バルブステムガイド
ＣＣ 燃焼室
Ｐ ポート（吸気ポート、排気ポート）
Ｖｈ 傘部
Ｖｓ 軸部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸部と、該軸部の一端に設けた傘部と、該傘部から前記軸部までの間で内部にて連通する密閉された中空部と、該中空部内に封入された冷媒と、を備えた内燃機関用中空バルブにおいて、
前記傘部は、内燃機関の燃焼室の壁面の一部を成す燃焼室壁面と前記中空部の壁面の一部を成す中空部壁面とが形成された壁面部位を有し、
この壁面部位と少なくとも前記冷媒又は前記軸部の内の何れか一方の伝熱対象との間で高い熱伝導を行う高熱伝導部材を前記中空部壁面に対して少なくとも１つ配設したことを特徴とする内燃機関用中空バルブ。
【請求項２】
前記高熱伝導部材は、前記中空部壁面に接触させた一端と前記伝熱対象に接触させた他端との間で熱伝導の方向性を有するものであることを特徴とした請求項１記載の内燃機関用中空バルブ。
【請求項３】
前記高熱伝導部材は、炭素繊維強化金属であることを特徴とした請求項１又は２に記載の内燃機関用中空バルブ。
【請求項４】
前記壁面部位の熱を前記冷媒に対して伝えることの可能な前記高熱伝導部材を前記軸部の軸線方向と略同一方向に突出させて凸部が形成されるよう複数配設したことを特徴とする請求項１，２又は３に記載の内燃機関用中空バルブ。
【請求項５】
前記高熱伝導部材は、前記中空部壁面と前記軸部における前記傘部とは反対の他端寄りの壁面との間で熱伝導が行われるように配設したことを特徴とする請求項１，２又は３に記載の内燃機関用中空バルブ。
【請求項６】
前記高熱伝導部材は、前記中空部壁面の中央部分と前記伝熱対象との間で熱伝導が行われるように配設し、且つ、前記中空部壁面の周縁部分と前記中空部内における前記傘部のバルブシート近傍との間で熱伝導が行われるように配設したことを特徴とする請求項１から５の内の何れか１つに記載の内燃機関用中空バルブ。
【請求項１】
軸部と、該軸部の一端に設けた傘部と、該傘部から前記軸部までの間で内部にて連通する密閉された中空部と、該中空部内に封入された冷媒と、を備えた内燃機関用中空バルブにおいて、
前記傘部は、内燃機関の燃焼室の壁面の一部を成す燃焼室壁面と前記中空部の壁面の一部を成す中空部壁面とが形成された壁面部位を有し、
この壁面部位と少なくとも前記冷媒又は前記軸部の内の何れか一方の伝熱対象との間で高い熱伝導を行う高熱伝導部材を前記中空部壁面に対して少なくとも１つ配設したことを特徴とする内燃機関用中空バルブ。
【請求項２】
前記高熱伝導部材は、前記中空部壁面に接触させた一端と前記伝熱対象に接触させた他端との間で熱伝導の方向性を有するものであることを特徴とした請求項１記載の内燃機関用中空バルブ。
【請求項３】
前記高熱伝導部材は、炭素繊維強化金属であることを特徴とした請求項１又は２に記載の内燃機関用中空バルブ。
【請求項４】
前記壁面部位の熱を前記冷媒に対して伝えることの可能な前記高熱伝導部材を前記軸部の軸線方向と略同一方向に突出させて凸部が形成されるよう複数配設したことを特徴とする請求項１，２又は３に記載の内燃機関用中空バルブ。
【請求項５】
前記高熱伝導部材は、前記中空部壁面と前記軸部における前記傘部とは反対の他端寄りの壁面との間で熱伝導が行われるように配設したことを特徴とする請求項１，２又は３に記載の内燃機関用中空バルブ。
【請求項６】
前記高熱伝導部材は、前記中空部壁面の中央部分と前記伝熱対象との間で熱伝導が行われるように配設し、且つ、前記中空部壁面の周縁部分と前記中空部内における前記傘部のバルブシート近傍との間で熱伝導が行われるように配設したことを特徴とする請求項１から５の内の何れか１つに記載の内燃機関用中空バルブ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−１３９３５（Ｐ２００９−１３９３５Ａ）
【公開日】平成２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１７８８６７（Ｐ２００７−１７８８６７）
【出願日】平成１９年７月６日（２００７．７．６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００２１５７８５）帝国ピストンリング株式会社 (80)
【出願人】（０００００４４４４）新日本石油株式会社 (1,898)
【出願人】（０００２０７７９１）大豊工業株式会社 (152)
【公開日】平成２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月６日（２００７．７．６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００２１５７８５）帝国ピストンリング株式会社 (80)
【出願人】（０００００４４４４）新日本石油株式会社 (1,898)
【出願人】（０００２０７７９１）大豊工業株式会社 (152)
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