JP6299277B2 - Engine valve structure - Google Patents
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Description
この発明は、吸排気弁を開閉動作させるエンジンのバルブ構造に関する。 The present invention relates to an engine valve structure that opens and closes intake and exhaust valves.
従来から、エンジンの吸排気弁のバルブ構造として、タペットを用いた構造がある。 Conventionally, there is a structure using a tappet as a valve structure of an intake / exhaust valve of an engine.
通常、吸排気弁の弁体としては、それぞれ軸状のバルブステムの一端に弁体部である傘部が設けられたバルブ(以下、「バルブ部材」と称する。)が用いられる。バルブ部材は、バルブスプリングによって、傘部が弁孔を閉じる方向に付勢されている。傘部が弁孔に接離することによって、吸排気弁は開閉する。 In general, as the valve body of the intake / exhaust valve, a valve (hereinafter referred to as a “valve member”) in which an umbrella part which is a valve body part is provided at one end of a shaft-like valve stem is used. The valve member is urged by a valve spring in a direction in which the umbrella portion closes the valve hole. The intake / exhaust valve opens and closes when the umbrella portion contacts and separates from the valve hole.
タペットは、バルブステムの他端、すなわち、傘部を設けた側の反対側の端部(以下、「ステムエンド」と称する。)に配置される。その形状は、平面視円形の端壁部と、その端壁部の周縁からバルブ部材側に立ち上がる円筒状の周壁部とを有するカップ状である。 The tappet is disposed at the other end of the valve stem, that is, the end opposite to the side where the umbrella portion is provided (hereinafter referred to as “stem end”). The shape is a cup shape having a circular end wall portion in plan view and a cylindrical peripheral wall portion that rises from the periphery of the end wall portion toward the valve member.
タペットは、シリンダヘッド内に形成されたガイド孔に嵌り、そのガイド孔の内面に摺動する。ステムエンドは、タペットの端壁部内面に当接し、その端壁部外面に、エンジンのクランク軸の回転とともに回転するカムが当接する。 The tappet fits into a guide hole formed in the cylinder head and slides on the inner surface of the guide hole. The stem end is in contact with the inner surface of the end wall of the tappet, and the cam that rotates with the rotation of the crankshaft of the engine is in contact with the outer surface of the end wall.
カムの作用により、タペットを介してバルブステムの他端をバルブスプリングの付勢力に抗して押圧すれば、吸気弁や排気弁を開弁する。また、カムの作用による押圧が弱まれば、バルブ部材はバルブスプリングの付勢力によって移動し、吸気弁や排気弁を閉弁する(例えば、特許文献1参照)。 If the other end of the valve stem is pressed against the urging force of the valve spring through the tappet by the action of the cam, the intake valve and the exhaust valve are opened. Further, if the pressure due to the action of the cam is weakened, the valve member is moved by the urging force of the valve spring, and the intake valve and the exhaust valve are closed (see, for example, Patent Document 1).
ところで、カムがタペットの端壁部外面に摺接した際、その端壁部に作用する応力は、それぞれの場所におけるタペットの弾性変形の度合いによって異なる。このため、バルブステムの他端が当接する軸心付近では弾性変形が抑制され易く、端壁部に作用する応力が大きくなる場合がある。 By the way, when the cam is in sliding contact with the outer surface of the end wall of the tappet, the stress acting on the end wall varies depending on the degree of elastic deformation of the tappet at each location. For this reason, the elastic deformation is easily suppressed in the vicinity of the axial center where the other end of the valve stem contacts, and the stress acting on the end wall portion may increase.
場所によって応力が異なると、カムとタペットの間の摺接部において、面圧の不均一が生じやすくなる。面圧の不均一は摩耗度合いの不均一に繋がるので、部材の耐久性や弁動作の精度を高める上で好ましくない。 If the stress varies depending on the location, uneven surface pressure tends to occur at the sliding contact portion between the cam and the tappet. Non-uniform surface pressure leads to non-uniform wear, which is not desirable for improving the durability of the member and the accuracy of valve operation.
そこで、この発明の課題は、カムとタペットの間の摺接部において、面圧をより均一に近づけることである。 Accordingly, an object of the present invention is to make the surface pressure more uniform in the sliding contact portion between the cam and the tappet.
上記の課題を解決するために、この発明は、軸状のバルブステムの一端にバルブの弁孔に接離する傘部が設けられるバルブ部材と、前記バルブステムの他端が当接する端壁部とその端壁部の周縁から前記傘部側へ立ち上がる周壁部とからなるタペットと、前記タペットの端壁部外面に摺接するカムと、前記カム又は前記タペット若しくはその両方に設けられる入力調整部とを備え、前記入力調整部は、ある一定の押圧力が前記タペットの端壁部に作用した場合に前記タペットの端壁部各部に生じると想定される前記バルブステムの軸心方向への部材の変位量が相対的に小さい部分への前記カムから前記タペットへの押圧力が、前記変位量が相対的に大きい部分への前記カムから前記タペットへの押圧力よりも小さくなるように設定されることを特徴とするバルブ構造を採用した。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a valve member in which an umbrella portion that is in contact with and away from a valve hole of a valve is provided at one end of a shaft-shaped valve stem, and an end wall portion in which the other end of the valve stem abuts A tappet comprising a peripheral wall portion rising from the peripheral edge of the end wall portion toward the umbrella portion, a cam slidably contacting an outer surface of the end wall portion of the tappet, and an input adjusting portion provided on the cam or the tappet or both The input adjustment unit includes a member that is assumed to be generated in each part of the end wall of the tappet when a certain pressing force is applied to the end wall of the tappet. The pressing force from the cam to the tappet to the portion where the displacement is relatively small is set to be smaller than the pressing force from the cam to the tappet to the portion where the displacement is relatively large. about Employing a valve structure characterized.
ここで、前記入力調整部は、前記カムのカム面又は前記タペットの端壁部の外面若しくはその両方に設けられる凹部で構成することができる。 Here, the input adjusting portion can be configured by a concave portion provided on the cam surface of the cam, the outer surface of the end wall portion of the tappet, or both.
この構成において、前記タペットの端壁部のうち前記バルブステムの他端が当接する軸心部は、前記変位量が他の部分よりも相対的に小さい部分である場合において、前記凹部は、前記カムのカム面のうち前記軸心部に対向する位置に設けることができる。 In this configuration, in the end wall portion of the tappet, the axial center portion with which the other end of the valve stem abuts is a portion in which the amount of displacement is relatively smaller than the other portions, and the concave portion is It can provide in the position which opposes the said axial center part among the cam surfaces of a cam.
また、前記タペットの端壁部は、前記軸心部よりも半径方向外側領域に外径側に向かうにつれて前記変位が相対的に生じやすい環状部を備える場合において、前記凹部は、前記カムのカム面のうち前記環状部の内径寄りの部分に対向するように設けることができる。 Further, in the case where the end wall portion of the tappet includes an annular portion in which the displacement is relatively likely to occur toward the outer diameter side in the radially outer region from the axial center portion, the concave portion is a cam of the cam It can provide so that it may oppose the part near the internal diameter of the said annular part among surfaces.
前記凹部とその凹部周囲の前記カム面とは、曲率が連続する曲面で滑らかに接続されることが望ましい。 It is desirable that the recess and the cam surface around the recess are smoothly connected with a curved surface having a continuous curvature.
前記入力調整部として前記カム面に凹部を設けた場合において、前記タペットの端壁部は、軸心方向への部材の厚さが外径側に向かうにつれて徐々に厚くなる剛性調整部を備える構成を採用することができる。 In the case where a concave portion is provided on the cam surface as the input adjustment portion, the end wall portion of the tappet includes a stiffness adjustment portion that gradually increases in thickness toward the outer diameter side of the member in the axial direction. Can be adopted.
この発明は、カム又はタペット若しくはその両方に、端壁部に想定される部材の軸心方向への変位量の差異に合わせて、変位量が相対的に小さい部分への押圧力が、相対的に大きい部分への押圧力よりも小さくなるように設定される入力調整部を設けたので、カムとタペットの間の摺接部において、面圧をより均一に近づけることができる。 According to the present invention, the cam or the tappet or both has a relative pressing force to a portion with a relatively small displacement amount in accordance with the difference in the displacement amount in the axial direction of the member assumed in the end wall portion. Since the input adjusting unit is set so as to be smaller than the pressing force to the large portion, the surface pressure can be made more uniform in the sliding contact portion between the cam and the tappet.
以下、この発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。この実施形態は、自動車用エンジンのバルブ構造である。図面では、この発明に直接関係する部材、手段のみを示し、他の部材等については図示省略している。また、図面では、一つのシリンダ1のみを示しているが、エンジンは、単気筒であってもよいし、複数のシリンダ1を備えた多気筒であってもよい。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. This embodiment is a valve structure of an automobile engine. In the drawings, only members and means directly related to the present invention are shown, and other members and the like are not shown. Although only one
図1に示すように、シリンダ1には、燃焼室2に通じるポート3と、このポート3の弁孔4を開閉するバルブ5(以下「バルブ部材5」と称する。)が設けられている。ポート3は吸気ポートと排気ポートとがある。吸気ポート内には、その吸気ポート内に燃料を噴射する燃料噴射装置(図示せず)が設けられ、吸気ポート内の吸入空気に燃料を噴射し混合気を形成する。以下、この吸気ポートを例にエンジンのバルブ構造について説明するが、排気ポートにおいても同様の構造を採用することができる。なお、エンジンは、燃料噴射装置を吸気ポート内に設けるものに限らず、燃焼室2内に設けられて、燃焼室2内の吸入空気に燃料を噴射し混合気を形成する、筒内直接噴射式エンジンであってもよい。
As shown in FIG. 1, the
バルブ構造は、図1に示すように、バルブ部材5と、そのバルブ部材5を弁孔4の閉弁方向に付勢する弾性部材6(以下、「バルブスプリング6」と称する。)とを備える。バルブ部材5は、軸状のバルブステム5bと、そのバルブステム5bの一端にバルブの弁孔4に接離する傘部5aとを備える。バルブステム5bは、筒状のバルブステムガイド7を介して、シリンダ1に形成されたバルブ挿通孔に挿通され、シリンダ1に対して軸方向へ進退自在である。
As shown in FIG. 1, the valve structure includes a
バルブスプリング6は、その下端、すなわち、燃焼室2に近い側の端部がバルブスプリングシートを介してシリンダ1に支持され、その上端、すなわち、シリンダヘッド側の端部は、リテーナ8及びコッタ9を介してバルブステム5bに固定されている。リテーナ8は円環状部材であり、その外周部でバルブスプリング6の上端を支持する。リテーナ8の内周部には、コッタ9を介してバルブステム5bが挿通される。
The lower end of the valve spring 6, that is, the end close to the
コッタ9は、外周面9bが円錐面となっている2つ割りの分割コレットである。このコッタ9が、同じく円錐面で構成されるリテーナ8の内周面8bと、バルブステム5bの外周面とにそれぞれ面接触し、バルブステム5bとリテーナ8を固定する。このとき、コッタ9の内面には抜け止め突起9aが設けられており、この抜け止め突起9aがバルブステム5bの外周面に形成された抜け止め凹部5dに入り込んで軸方向への抜け止め機能を発揮する。
The
バルブステム5bの他端側には、そのバルブステム5bの他端(ステムエンド)の端面が当接するタペット11が配置される。タペット11は、平面視円形の端壁部11aと、その端壁部11aの周縁からバルブ部材5側に立ち上がる円筒状の周壁部11bとを有するカップ状の部材である。バルブステム5bの軸心cは、下向きカップ状に配置されたタペット11の軸心cと一致している。
On the other end side of the
タペット11は、シリンダヘッド内に形成されたガイド孔に嵌り、そのガイド孔の内面に摺動する。ステムエンドは、タペット11の端壁部11a内面に当接し、また、その端壁部11a外面に、エンジンのクランク軸の回転とともに回転するカム20が当接する。
The
カム20の作用により、タペット11を介してバルブステム5bのステムエンドがバルブスプリング6の付勢力に抗して押圧されれば、バルブ部材5が下降して弁孔4を開放させる。カム20の作用による押圧力が弱まれば、バルブ部材5は、バルブスプリング6の弾性力によって上昇し、弁孔4を閉鎖する。このように、カム20の回転によって、バルブ部材5は、所定のタイミングで吸気ポートを開閉する。
When the stem end of the
カム20を備えたカムシャフトへの動力の伝達は、カムシャフト側に設けたスプロケットとクランクシャフト側に設けたスプロケットとの間をタイミングチェーン等で連結することにより行われている。
Transmission of power to the camshaft provided with the
この実施形態では、端壁部11aは、バルブステム5b側へ突出しバルブステム5bのステムエンドが当接する凸部11cを備える。
In this embodiment, the
また、この実施形態の凸部11cは、ステムエンドが当接する頂部と、その頂部の外周に半径方向外側に向かうにつれてその突出方向への高さが低くなる傾斜面11dを備える円錐台状である。
Moreover, the
凸部11cの頂部は、ステムエンドのフラットな端面が面接触するフラット面である。このため、頂部のフラット面は、ステムエンドのフラットな端面とともに、軸心cに直交する面方向を有する。また、傾斜面11dは、頂部の外周全周に形成された円錐面であり、全体として円錐台状に突出した凸部11cとなっている。タペット11の端壁部11aのうち、この傾斜面11dを含む凸部11cの介在する部分を、軸心部aを称する(図2(b)参照)。
The top part of the
また、その軸心部aよりも半径方向外側領域において、傾斜面11dの裾部から周壁部11bの裾部に至る平面視ドーナツ状の範囲を、環状部bと称する(同じく図2(b)参照)。
In addition, a donut-shaped range in a plan view from the skirt portion of the
ところで、一般に、この環状部bは、ある一定の押圧力がタペット11の端壁部11aに作用した場合に、そのタペット11の端壁部11a各部に生じると想定される部材の軸心方向への変位量が、外径側に向かうにつれて徐々に大きくなる傾向がある。
By the way, in general, the annular portion b is formed in the axial direction of a member assumed to be generated in each portion of the
この点について説明すると、例えば、図5(a)(b)に示すように、タペット11の端壁部11aのうち環状部bの部材を、軸心部a(軸線c)でバルブステムに支持された片持ち梁に見立てたとする。
Explaining this point, for example, as shown in FIGS. 5A and 5B, the member of the annular portion b of the
仮に、端壁部11aの環状部bの部材の厚さが一定であり、この片持ち梁の部材は、梁軸直交断面の形状が梁の長さ方向に沿って一定であると仮定する。ここで、片持ち梁(端壁部11a)に、ある一定の押圧力、すなわち、図中pに示す等分布荷重が作用した場合、部材は、その軸心方向下向きへの変位量が、外径側に向かうにつれて徐々に大きくなる傾向がある。これは、ある一定の押圧力が、等分布荷重である場合だけでなく、特定の一箇所に作用する集中荷重である場合も同様である。
It is assumed that the thickness of the member of the annular portion b of the
また、カム20の回転中心周り全周に亘るカム面20aの一部が端壁部11a外面を押圧する際、カム20と端壁部11aとの当接部は、端壁部11aの外面に沿って移動する。ここで、タペット11の端壁部11aの外面に、仮に、図6(a)に示すような等分布荷重が作用した場合を想定する。タペット11の剛性は、図6(b)に示すように、バルブステムによって支持された軸心部aと、軸方向に部材が立ち上がる周壁部11bで高く、その間の環状部bで小さくなる。端壁部11aにおける部材の軸心方向下向きへの変位量は、図6(c)のように、内径側から外径側に向かうにつれて徐々に大きくなる。このとき、端壁部11aに生じる面圧は、図6(d)のように、バルブステム5bによって支持された軸心部aで特に大きく、その軸心部aの外側領域では小さくなる傾向がある。
Further, when a part of the
そこで、この実施形態では、図1及び図2に示すように、タペット11の端壁部11aの環状部bに、軸心方向への部材の厚さが外径側に向かうにつれて徐々に厚くなる剛性調整部11eを設けている。
Therefore, in this embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the thickness of the member in the axial direction in the annular portion b of the
剛性調整部11eは、傾斜面11dの裾部から周壁部11bの裾部まで、端壁部11a内面がその軸周り全周に亘って、徐々にバルブ部材5側に近づく方向に傾斜して、全体として傘型となっている。この剛性調整部11eにより、環状部bの剛性が高まり、特に、環状部bのうち、外径寄りの部分が内径寄りの部分よりも軸心方向への押圧力に対する剛性が高くなる。このため、環状部bにおける部材の軸心方向下向きへの変位量を、内径側から外径側に至るまで均一に近づけることができる。
The
変位量が一定に近づけば、特に、外径寄りの部分においてカム20からの押圧力が、端壁部11aの部材の変形によって逃げることが防止される。このため、端壁部11aに生じる面圧を、軸心部aとその外側領域である環状部bとの間で、より均一に近づけることができる。面圧が均一に近づけば、タペット11の摩耗の抑制に繋がり、部材の耐久性や弁動作の精度を高めることができる。一箇所に高い面圧が集中することを、避けることができるからである。
If the amount of displacement approaches a certain value, it is possible to prevent the pressing force from the
また、この実施形態では、端壁部11aに生じる面圧が、バルブステムによって支持された軸心部aで特に大きい場合を想定し、カム20に入力調整部10を備えている。
Further, in this embodiment, assuming that the surface pressure generated in the
入力調整部10は、ある一定の押圧力が、タペット11の端壁部11aに作用した場合に、そのタペット11の端壁部11a各部に生じると想定される部材の軸心方向への変位量が相対的に小さい部分へのカム20からタペット11への押圧力が、その変位量が相対的に大きい部分へのカム20からタペット11への押圧力よりも小さくなるように設定される。その変位量の大小の傾向は、ある一定の押圧力が、前述の図5の説明における等分布荷重であっても、集中荷重であっても同じである。
The
具体的には、入力調整部10は、カム20のカム面20aに設けられる凹部10aで構成される。
Specifically, the
ここで、前述のように、タペット11の端壁部11aのうち、バルブステム5bの他端が当接する軸心部aは、部材の軸心方向への変位量が他の部分よりも相対的に小さい部分である。このため、凹部10aは、カム20のカム面20aのうち、タペット11の端壁部11aの軸心部aに対向する位置に設けられる。カム20を支えるカムシャフトの回転中心線方向に対するカム20の全幅に対し、その中央付近に凹部10aが設けられている。
Here, as described above, of the
凹部10aは、カム20の回転中心周り全周に亘って設けることも可能であるが、図2に示すように、その全周に亘るカム面20aのうち、カム20の回転中心から比較的遠い位置にカム面20aが存在する方位にのみ凹部10aを設けることで充分である。これにより、軸心部a付近における高い面圧を緩和することができる。
The
また、タペット11の端壁部11aの環状部bにおいて、この部分は、外径側に向かうにつれて徐々に変位量が大きくなる部分である。すなわち、環状部bのうち、内径寄りの部分は、外径側の部分よりも相対的に変位量が小さく、このため、内径寄りの部分の面圧が、外径側の部分の面圧よりも相対的に高くなる場合がある(図6(c)(d)参照)。
Further, in the annular portion b of the
したがって、このような場合、入力調整部10は、カムシャフトの回転中心線方向に対して、軸心部aに対向する部分だけでなく、環状部bのうち内径寄りの部分にも入り込んで設けることが、面圧均一化に有効である。
Therefore, in such a case, the
また、図3に示すように、入力調整部10の凹部10aと、その凹部10a周囲のカム面20aとを、曲率が連続する曲面で滑らかに接続してもよい。
Further, as shown in FIG. 3, the
凹部10aと周囲のカム面20aとが滑らかに接続されていれば、カム20からタペット11への入力の分布、すなわち、カム20からタペット11への押圧力の分布が、不連続となりにくい。カム20からタペット11への押圧力の分布が両者の摺接範囲全域に亘って連続的となることは、タペット11に生じる面圧の均一化の上でさらに好ましい。
If the
この実施形態では、カム20に入力調整部10としての凹部10aを備えたが、タペット11側に入力調整部10としての凹部10aを備えた構成も考えられる。例えば、端壁部11aの外面のうち、軸心部aのみに凹部10aを設けて、軸心部aにおけるカム20からの押圧力を低減する構成が考えられる。
In this embodiment, the
入力調整部10を設けることによる面圧均一化の効果は、タペット11側に剛性調整部11eを設けた場合、剛性調整部11eを設けない場合、いずれの場合にも有効であるが、特に、凹部10aとその凹部10a周囲のカム面20aとの間を滑らかに接続した場合には、図3に示すように、剛性調整部11eを省略することもできる。この例では、軸心部aの外側領域は、凸部10cの裾部から周壁部11bの裾部に至るまで、バルブステム5bの軸心cに直交する面方向を有するフラット面となっている。
The effect of making the surface pressure uniform by providing the
このように、剛性調整部11eを省略することで、従来低かった環状部bの面圧が、逆に高過ぎる状態にならないように調整することもできる。
Thus, by omitting the
他の実施形態を図4(a)(b)に示す。 Another embodiment is shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b).
図4(a)は、剛性調整部11eを、環状部bのうち外径寄りの部分にのみ設けたものである。この実施形態において、軸心部aの凸部11cの設置は省略しているが、軸心部aに凸部11cを設けた態様も考えられる。また、図4(b)は、図1及び図2の実施形態と同様に、環状部bの全体に剛性調整部11eを設けたものであるが、軸心部aの凸部11cの設置は省略している。いずれの実施形態においても、凸部11cの設置は選択的とすることができる。また、その凸部11c周囲の傾斜面11dの設置を省略して、凸部11cを円柱状に突出した形状としてもよい。
In FIG. 4A, the
1 シリンダ
2 燃焼室
3 ポート
4 弁孔
5 バルブ部材(バルブ)
5a 傘部
5b バルブステム
5c ステムエンド
5d 抜け止め凹部
6 バルブスプリング
7 バルブステムガイド
8 リテーナ
8a 基部
8b 内周面
8c 張り出し部
9 コッタ
9a 抜け止め突起
9b 外周面
10 入力調整部
10a 凹部
11 タペット
11a 端壁部
11b 周壁部
11c 凸部
11d 傾斜面
11e 剛性調整部
20 カム
20a カム面
1
Claims (4)
前記バルブステムの他端が当接する端壁部とその端壁部の周縁から前記傘部側へ立ち上がる周壁部とからなるタペットと、
前記タペットの端壁部外面に摺接するカムと、
前記カムに設けられる入力調整部と、
を備え、
前記入力調整部は、ある一定の押圧力が前記タペットの端壁部に作用した場合に前記タペットの端壁部各部に生じると想定される前記バルブステムの軸心方向への部材の変位量が相対的に小さい部分への前記カムから前記タペットへの押圧力が、前記変位量が相対的に大きい部分への前記カムから前記タペットへの押圧力よりも小さくなるように設定され、前記タペットの端壁部は、前記バルブステムの他端が当接する円錐台状の凸部と、前記凸部の裾部から前記周壁部の裾部に至る環状部とを備え、軸心方向への部材の厚さが外径側に向かうにつれて徐々に厚くなる剛性調整部を前記環状部に備え、
前記タペットの端壁部のうち前記バルブステムの他端が当接する軸心部は、前記変位量が他の部分よりも相対的に小さい部分であり、前記入力調整部は、前記カムのカム面のうち前記軸心部に対向する位置に設けられる凹部であることを特徴とするバルブ構造。 A valve member provided with an umbrella part that contacts and separates from the valve hole of the valve at one end of the shaft-shaped valve stem;
A tappet consisting of an end wall part with which the other end of the valve stem abuts and a peripheral wall part rising from the periphery of the end wall part to the umbrella part side;
A cam slidingly contacting the outer surface of the end wall of the tappet;
An input adjusting portion provided on the cam ;
With
The input adjusting unit has a displacement amount of a member in an axial direction of the valve stem that is assumed to be generated in each part of the end wall part of the tappet when a certain pressing force is applied to the end wall part of the tappet. The pressing force from the cam to the tappet to a relatively small portion is set to be smaller than the pressing force from the cam to the tappet to the portion where the displacement amount is relatively large. The end wall portion includes a frustoconical convex portion with which the other end of the valve stem abuts, and an annular portion extending from the hem portion of the convex portion to the hem portion of the peripheral wall portion, and the member in the axial direction is provided. Bei give a rigidity adjusting section gradually becomes thicker as the thickness toward the outer diameter side to the annular portion,
Of the end wall portion of the tappet, the axial center portion with which the other end of the valve stem abuts is a portion where the amount of displacement is relatively smaller than other portions, and the input adjustment portion is a cam surface of the cam. Among these, the valve structure is a concave portion provided at a position facing the shaft center portion .
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