JP6868559B2 - バルブステムシール及び密封構造 - Google Patents
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Description
補強環101は、軸線x方向に延びる円筒部101aを有しており、弾性体部102は、シール部102aと、嵌合部102bとを一体に有している。シール部102aは、シリンダ側からの背圧がカム側へ伝わらないよう、背圧リップ102cを有している。嵌合部102bは、バルブステムシール100がバルブガイド111に嵌着される際に機能する部分であり、補強環102の円筒部101aを内側から覆っている。
補強環201は、軸線x方向に延びる円筒部201aを有しており、この円筒部201aがバルブガイド211に直接嵌着されている。
しかし、図10に示すバルブステムシール100においては、弾性体部102の嵌合部102bがバルブガイド111に嵌着されているため、背圧により嵌合部102bが弾性変形させられて、バルブステムシール100がバルブガイド111から抜けないように、少なくとも嵌合部102bの長さだけ円筒部101aを軸線x方向に長くする必要がある。
また、図11に示すバルブステムシール200においては、円筒部201aがバルブガイド211に直接嵌着されており、背圧による抜けはないものの、バルブステムシール200の取り付け時の嵌合荷重が大きく、バルブステムシール200の嵌着作業が困難である。また、少なくとも円筒部201aの長さだけバルブガイド211の長さが必要となる。
また、特許文献1に示すバルブステムシールにおいては、補強環をバルブスプリングで押圧しているので、抜けはないものの、円筒部の高さ分だけバルブステムシールを収容するスペースが必要である。
すなわち、上記のいずれのバルブステムシールにおいても、補強環は軸線に沿って延在する円筒部を備えているので軸線方向での高さが嵩み、バルブステムシールの設置スペースの削減が求められている。
<密封構造の構成>
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るバルブステムシール2を備える密封構造1の概略を示す断面図である。図2は、バルブステムシール2を、軸線x方向に沿って断面にした断面図である。図3は、図2に示したバルブステムシール2を備える密封構造1の一部を拡大した断面図である。
密封構造1は、内燃機関の動弁系において使用され、シリンダヘッド3と、シリンダヘッド3に設けられているバルブガイド4と、バルブガイド4に往復運動自在に挿入されたバルブ5と、シリンダヘッド3に載置され、シリンダとポートPとの間を遮断する方向にバルブ5を付勢するバルブスプリング6と、バルブガイド4の一端側に設けられたバルブステムシール2と、を備えている。
バルブステムシール2は、内燃機関において、一端がカム側に臨み他端がシリンダ側に臨むバルブガイド4と、シリンダとポートPとの間を連通及び遮断するためのバルブ5において、バルブガイド4に往復運動自在に挿入されるバルブステム51との間の空間の密封を図るものである。バルブステムシール2は、シリンダヘッド3に取り付けた状態において、バルブガイド4の一端、具体的にはバルブガイド4のカム側を臨む一端側において、シリンダヘッド3に固定される。
バルブステムシール2は、図2に示すように、軸線xを中心とする環状に形成され、その環の径方向に延在する金属製の補強環7と、補強環7に取り付けられている弾性体から形成されている軸線xを中心とする環状の弾性体部8と、を備えている。
補強環7は、例えば、プレス加工や鍛造によって製造されている。弾性体部8は、例えばフッ素ゴム等のゴム材からなり、成形型を用いて架橋(加硫)成形によって成形される。この架橋成形の際に、補強環7は成形型の中に配置されており、弾性体部8が架橋接着により補強環7に接着され、補強環7と一体的に形成される。
図2に示すように、シールリップ82は、シール基部81から上側に向かって延びており、内周側の上側の端部には、軸線xを中心とする環状の先端部が形成されている。この先端部は、軸線xに向かって径方向内側に突出しており、つまり断面形状が内周側に向かって凸状の楔形を有している。後述するように、使用状態において、シールリップ82は先端部においてバルブステム51に当接する。
背圧リップ83は、シール基部81の下側からバルブガイド4に向かって延びるリップであり、具体的には、軸線xを中心として環状に形成され、シールリップ82より下側に設けられてバルブステム51に当接するリップである。
弾性体部8は、スプリング84によってバルブステム51に向けて締め付けられている。スプリング84は、シール基部81の外周側に嵌着されており、シールリップ82を軸線xに向かう方向に付勢して、シールリップ82の先端部がバルブステム51の変位に対して追随するように、先端部にバルブステム51に対する締め付け力を与える。
弾性体部8は、スプリング84より下側で、背圧リップ83より上側の外周面において、補強環7の内周縁部に取り付けられている。
シリンダヘッド3は、図1に示すように、ポートP、具体的には吸気ポート及び排気ポートを備えている。図3に示すように、シリンダヘッド3のカム側を臨む内壁31には、バルブステムシール2の補強環7を収容する、軸線xを中心とする環状の収容部32が形成されている。収容部32は、内壁31からシリンダ側に向かって延びる環状の側面部32aと、及び側面部32aのシリンダ側の端部から軸線xに向かって延びる底面部32bとを有している。
底面部32bには、軸線xを中心とする環状の溝32cが形成されている。この溝32c内には、シリンダヘッド3と補強環7との間をシールするOリング34が設けられている。Oリング34の外径は、通常、底面部32bから軸線x方向に多少突出しているが、Oリング34は、補強環7を取り付けた際に、収容部32の底面部32bとほぼ面一になるまで弾性変形されてシール機能を発揮する。
バルブガイド4は、図3に示すように、断面形状が軸線x方向に延びる円筒状を呈しており、シリンダヘッド3に圧入固定されている。バルブガイド4は、バルブ5のバルブステム51が軸線x方向において往復運動自在に挿入される、軸線x方向に延びる貫通孔であるガイド孔41を有している。ガイド孔41は、バルブガイド4のカム側の一端と、バルブガイド4のシリンダ側の他端との間に延びており、ガイド孔41の内径はバルブステム41の外径よりも大きくなっている。
バルブ5は、燃焼室に連通するポートを燃焼室に対して開閉して、内燃機関の吸気、排気を制御するために用いられる弁であり、バルブステム51のカム側の一端において、図示しないカムによって動力が伝達されることで軸線x方向に往復運動する。図1に示すように、バルブ5は、棒状のバルブステム51と、バルブステム51のシリンダ側の下端に一体形成されたバルブヘッド52とを備えている。
バルブステム51は、バルブガイド4のガイド孔41内に挿入される。バルブステム51のカム側の上端には、バルブスプリング6の上端部を支持するリテーナ53が固定されている。
バルブスプリング6は、補強環7とリテーナ53との間に設けられており、シリンダとポートPとの間を遮断する閉方向にバルブ5を付勢する。バルブスプリング6は、バルブステム51にカムの動力が伝達されてバルブステム51が、リテーナ53を介してシリンダ側に押し下げられてバルブヘッド52が燃焼室内に進入するように圧縮される。カムによる作用がなくなった場合には、バルブスプリング6は自身の弾性力により復元してリテーナ53をカム側に押し上げて、バルブ5がシリンダとポートPとの間を遮断するようになっている。
次に、バルブステムシール2を用いた密封構造1について説明する。
図3に示すように、バルブガイド4はシリンダヘッド3に圧入固定されていて、バルブステム51はバルブガイド4のガイド孔41内に挿入されている。バルブガイド4のカム側の上端部は、シリンダヘッド3の収容部32の底面部32bよりシリンダ側に位置している。これにより、バルブガイド4のカム側の上端部と、収容部32、より具体的には、収容部32の底面部32bとの間に空間Sが形成される。
フランジ部33bは、径方向外側の周面が収容部32の側面部32aに当接しており、フランジ部33bの上面は、シリンダヘッド3の内壁31と面一をなしている。すなわち、補強環7とスプリング座金33の厚さの合計が収容部32の側面部32aの高さと等しくなっている。
以上の構成を有するバルブステムシール2によれば、補強環7は軸線xを中心として環状に形成され、その環の径方向に延在しているので、軸線xに沿った高さ方向でのバルブステムシール2の寸法を従来のバルブステムシールと比べて小型化することができる。
また、シリンダヘッド3に、補強環7を収容する収容部32が形成されているので、密封構造1の組み立て作業は、より簡易になるとともに、バルブステムシール2の安定的な取り付け状態を達成することができる。
また、バルブガイド4のカム側の端部は、収容部32よりもシリンダ側に位置しているため、背圧リップ83をバルブガイド4のカム側の一端と収容部32との間に形成された空間S内に配置することができ、バルブステムシール2が背圧リップ83を有する場合であっても、密封構造1全体での軸線x方向での高さを抑制することができ、小型化された密封構造1を達成することができる。
次に、図4及び図5を用いて、本発明の第2の実施の形態におけるバルブステムシール21及び密封構造11について説明する。以下では、第1の実施の形態と異なる部分についてのみ説明し、第1の実施の形態と同じ構成については、同一符号を付して説明を省略する。
図4は、バルブステムシール21の軸線xに沿う断面図である。図5は、図4に示したバルブステムシール21を備える密封構造11の一部を拡大した断面図である。
被覆部85は、図4においては、補強環7の下側を臨む主面全体を覆っているが、シリンダヘッド3と補強環7との間のシール性を確保することができるのであれば、収容部32の底面部32bと接触する補強環7の主面の少なくとも一部分を覆っているだけでもよい。
なお、図5において、収容部32の底面部32bには、第1の実施の形態のように、環状の溝が形成されておらずOリングは配設されていないが、シリンダヘッド3と補強環7との間のシール性を高めるために、底面部32bに溝を形成して溝内にOリングを設けてもよい。
第2の実施の形態においては、弾性体部8がシール部として被覆部85を有するので、シリンダヘッド3に補強環7とシリンダヘッド3とのシールを確保するために、溝やシール部材を設ける必要がなくなり、密封構造11を構築する作業工程を減らすことができる。
次に、図6及び図7を用いて、本発明の第3の実施の形態におけるバルブステムシール22及び密封構造12について説明する。以下では、上記の実施の形態と異なる部分についてのみ説明し、上記の実施の形態と同じ構成については、同一符号を付して説明を省略する。
図6は、バルブステムシール22の軸線xに沿う断面図である。図7は、図6に示したバルブステムシール22を備える密封構造12の一部を拡大した断面図である。
凹部72は、補強環7の径方向外側の周縁部に形成されている。凹部72は、補強環7の他の部分より薄く形成され、補強環7に段部を形成しており、径方向外側が径方向内側よりも薄くなっている。具体的には、凹部72は、凹部72以外の補強環7の部分の、上側を臨む表面71aから被覆部85に向かって延びる環状の側面部72aと、環状の側面部72aから軸線xから離れる方向、つまり径方向外側に向かって延びる底面部72bとを有している。
弾性体部8bは、第2の実施の形態と同様、補強環7の下側の主面を覆う被覆部85を有している。
なお、図7に示すように、補強環7のシリンダ側を臨む面は、シール部である被覆部85によって覆われているが、補強環7は、収容部32の底面部32bに直接接触していてもよい。また、収容部32の底面部32bには、環状の溝が形成されておらずOリングは設けられていないが、シリンダヘッド3と補強環7との間のシール性を高めるために、底面部32bに溝を形成して溝内にOリングを設けてもよい。
第3の実施の形態においては、補強環7の表面71aに凹部72が形成されているので、バルブステムシール22をシリンダヘッド3に取り付けた状態において、バルブスプリング6を、スプリング座金を用いずに、特に径方向での移動を制限しながら支持することができる。
次に、図8及び図9を用いて、本発明の第4の実施の形態におけるバルブステムシール23及び密封構造13について説明する。以下では、上記の実施の形態と異なる部分についてのみ説明し、上記の実施の形態と同じ構成については、同一符号を付して説明を省略する。
図8は、バルブステムシール23の軸線xに沿う断面図である。図9は、図8に示したバルブステムシール23を備える密封構造13の一部を拡大した断面図である。
凹部73は、凹部73以外の裏面71bから上側に軸線xに向かって傾斜している環状の斜面部73aと、環状の斜面部73aから軸線xに向かって延びる底面部73bとを有している。
被覆部85の径方向外側の先端部は、下側に突出する突起85aを有している。この突起85aは、軸線x方向において、裏面71bより下側に突出していて、バルブステムシール2をシリンダヘッド3に取り付けた状態においてシリンダヘッド3の内壁、より具体的には収容部32の底面部32bに当接している。
なお、図9に示すように、収容部32の底面部32bには、環状の溝が形成されておらずOリングは設けられていないが、シリンダヘッド3と補強環7との間のシール性を高めるために、被覆部85によって覆われていない補強環7の裏面71bが接触する底面部32bに、溝を形成して溝内にOリングを設けてもよい。
第4の実施の形態においては、シール部である被覆部85が、シリンダヘッド3の内壁、特に収容部32の底面部32bに当接する突起85aを有するので、バルブステムシール23のシリンダヘッド3への取り付け時に突起85aが弾性変形して、シリンダヘッド3と補強環7との間により高いシール性を確保することができる。
上記の第1〜第4の実施の形態において、バルブステムシール2、21、22、23は背圧リップ83を備えているが、背圧リップ83を備えていないバルブステムシールであってもよい。
2、21、22、23 バルブステムシール
3 シリンダヘッド
4 バルブガイド
5 バルブ
6 バルブスプリング
7 補強環
8 弾性体部
33 支持部材(スプリング座金)
34 Oリング(シール部材)
51 バルブステム
72 凹部
82 シールリップ
83 背圧リップ
85 シール部
85a 突起
x 軸線
P ポート
S 空間
Claims (7)
- シリンダとポートとの間を連通及び遮断するバルブのバルブステムと、このバルブステムが往復運動自在に挿入されるバルブガイドとの間の空間の密封を図るバルブステムシールであって、
軸線を中心として環状に形成され、その環の径方向に延在する、シリンダヘッドの内壁とバルブスプリングとの間に設けられる補強環と、
前記軸線を中心として環状に形成されて前記補強環に取り付けられ、前記バルブステムに当接するシールリップと前記バルブステムに当接する背圧リップとを有する弾性体部と、
を備え、
前記補強環は中空円盤状であり、
前記シールリップは前記補強環から軸線方向において一方の側に延びており、前記背圧リップは前記補強環から前記軸線方向において他方の側に延びており、前記軸線方向において前記他方の側に前記背圧リップは前記補強環よりも突出しており、
前記弾性体部は、前記補強環の前記軸線方向において前記他方の側に臨む面の少なくとも一部を覆う部分である被覆部を有していることを特徴とするバルブステムシール。 - 前記補強環は、シリンダヘッドの内壁とバルブスプリングとの間に設けられて前記バルブスプリングにより押圧される被押圧部を有することを特徴とする請求項1に記載のバルブステムシール。
- 前記補強環は、前記他方の側に臨む面の前記径方向内側に、環状の凹部を有しており、
前記被覆部は、前記凹部まで延びて、前記凹部において前記補強環の前記他方の側に臨む面を覆っており、前記被覆部は、前記補強環の前記他方の側に臨む面より前記軸線方向において前記他方の側に突出する部分である突起を有していることを特徴とする請求項1又は2に記載のバルブステムシール。 - 前記補強環の前記他方の側に臨む面は平面であることを特徴とする請求項1又は2に記載のバルブステムシール。
- シリンダとポートとの間を連通及び遮断するバルブのバルブステムと、一端がカム側に臨み他端がシリンダ側に臨み、前記バルブステムが往復運動自在に挿入されるバルブガイドとの間の空間の密封を図る密封構造であって、
シリンダヘッドと、
前記シリンダヘッドに設けられたバルブガイドと、
前記バルブガイドに往復運動自在に挿入されたバルブステムと、
前記シリンダヘッドに載置され、前記シリンダと前記ポートとの間を遮断する方向に前記バルブステムを付勢するバルブスプリングと、
前記バルブガイドの前記一端側に設けられた請求項1乃至4に記載のいずれかのバルブステムシールと、を備え、
前記補強環は、前記シリンダヘッドの内壁と前記バルブスプリングとの間に設けられて前記バルブスプリングによる押圧により前記シリンダヘッドに固定されており、
前記バルブガイドは、前記背圧リップを収容する空間を形成しており、前記空間に前記背圧リップが収容されていることを特徴とする密封構造。 - 前記シリンダヘッドには、前記補強環を収容する収容部が形成されていることを特徴とする請求項5に記載の密封構造。
- 前記バルブガイドの前記一端は、前記収容部よりも前記シリンダ側に位置して前記背圧リップを収容する前記空間を形成していることを特徴とする請求項6に記載の密封構造。
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