内燃机的气缸结构的制作方法
【专利摘要】排气阀芯直径a相对于气缸内表面（12a）与排气阀芯（20b）的间隔d之比为12%≤d/a≤27%，气缸内径b相对于位于比套筒（26）的下端靠下方的排气阀（20）的闭阀时的非引导部的长度c之比为40%≤c/b≤50%，排气阀杆（20a）的直径S相对于排气阀杆（20a）与套筒（26）之间的间隙e之比为0.5%≤e/S≤0.8%。如此，扩大间隔d，缩短非引导部的长度c，缩窄间隙e，由此，消除在排气阀芯（20b）的周围形成的燃烧废气流g的不均匀流动，消除排气阀芯（20b）的相对于阀座（24）的一端接触，防止所述构件的不均匀磨损。
【专利说明】内燃机的气缸结构
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种在内燃机中能够防止排气阀的阀芯及阀座的不均匀磨损的气缸结构。
【背景技术】
[0002]在设于内燃机的气缸盖中的供排气阀中，在开阀时，发生由在阀芯的周围流动的供气或燃烧废气引起的不均匀流动。通过该不均匀流动，向阀芯施加弯曲应力，在阀芯落座于阀座时，发生一端接触。由于该一端接触而在阀芯及阀座发生不均匀磨损。由于该不均匀磨损，而在供排气阀与阀座之间发生流体泄漏，供排气阀或阀座的更换不可避免。
[0003]尤其是在排气阀中，由于高温的燃烧气体通过阀芯的周围，因此阀芯或阀座会受到热变形或热劣化，容易发生一端接触。而且，燃料的烧剩的部分发生碳化而形成的碳化物附着于阀芯或阀座，由此容易发生不均匀流动或烧结。而且，在该碳化物附着于阀杆与滑动自如地弓I导阀杆的套筒之间的间隙时，会妨碍阀杆的顺畅的滑动。
[0004]而且，由于通过排气阀的燃烧气体比通过供气阀的供气的压力高，因此会向排气阀附加过大的弯曲应力。由于该弯曲应力，也容易发生一端接触。而且,燃烧废气从气缸内通过排气阀芯的周围向排气口流出时，由于排气阀芯的下表面未加工成流线型，因此容易发生紊流。由于该紊流的发生也容易发生不均匀流动。
[0005]专利文献I及专利文献2公开了一种防止内燃机的供排气阀或阀座的不均匀磨损的结构。专利文献I公开的结构是在面向供排气口的阀芯表面沿着圆周方向以规定间隔设有多个槽的结构。向该槽喷吹通过供排气口的供废气的涡旋(涡流)，通过该套筒的回旋力使供排气阀旋转，而防止供排气阀或阀座的不均匀磨损。
[0006]专利文献2公开的 结构着眼于滑动自如地引导供排气阀的圆筒形状的套筒。以下，通过图3 (专利文献I的图1)说明该结构。图3以排气阀为例，在气缸盖100固定有圆筒形状的套筒104。排气阀102的阀杆102a在套筒104内被滑动自如地引导。排气阀102的阀芯102b通过螺旋弹簧(图示省略)的弹力，落座于阀座106，通过凸轮(图示省略)的动作从阀座106分离，由此，对排气口 108进行开闭。
[0007]并且，套筒104从气缸盖100的上表面(基准面)IOOa突出的突出量LO设为阀杆外径的2倍以上，且该套筒的全长LI设为阀杆外径S的6倍以上。由此，减少阀杆102a的倾斜，消除排气阀102的相对于阀座106的一端接触，防止排气阀102及阀座106的不均匀磨损。
[0008]【在先技术文献】
[0009]【专利文献】
[0010]【专利文献I】日本实开平6-34101号公开公报
[0011]【专利文献2】日本实开平6-37507号公开公报
【发明内容】
[0012]专利文献I公开的结构在碳化物附着于阀杆或阀座、或者套筒与阀杆之间的间隙时，根据涡旋的回旋力的不同，排气阀可能无法旋转。因此，对于适用于排气阀来说，并不是有效的手段。
[0013]专利文献2公开的结构没有着眼于在阀芯的周围流动的供气或燃烧废气的不均匀流动为在阀芯或阀座产生的不均匀磨损的大小的原因。因此，并不是防止不均匀磨损的根本的解决对策。
[0014]本发明鉴于上述现有技术的课题，目的是在内燃机中，特别是防止不均匀磨损剧烈的排气阀的不均匀磨损，减少排气阀或阀座的更换频度。
[0015]为了实现上述目的，本发明的内燃机的气缸结构在气缸盖具备排气阀和滑动自如地弓I导排气阀杆的套筒，其中，排气阀芯的直径a相对于气缸内表面与排气阀芯的间隔d之比为12%<d/a< 27%，气缸内径b相对于位于比所述套筒的下端靠下方的排气阀的闭阀时的非引导部的长度c之比为40% ( c/b ( 50%,排气阀杆的直径S相对于所述排气阀杆与套筒之间的间隙e之比为0.5% ( e/S ( 0.8%。
[0016]本发明人发现,在以往的气缸中，由于气缸内表面与排气阀芯的间隔d小，而在排气阀芯的周围产生不均匀流动。因此，在本发明中，通过设为12%<d/a，而扩大间隔d，防止不均匀流动的发生。需要说明的是，当d/a超过27%时，不可避免地发生排气阀芯直径的缩小化、气缸内径的大径化等，气缸无法发挥所期望的设计性能。因此，将d/a的上限值设为 27%。
[0017]另外，通过将气缸内径b相对于位于比套筒的下端靠下方的排气阀的非引导部的长度c之比设为c/b ( 50%，而缩短排气阀杆的非引导区域。由此，减少套筒下方的排气阀杆的倾斜，防止排气阀芯与阀座进行一端接触的情况。需要说明的是，当c/b小于40%时，必须使套筒向排气口突出，从而妨碍废气的流动，因此将c/b的下限值设为40%。
[0018]另外，将排气阀杆的直 径S相对于排气阀杆与套筒之间的间隙e之比设为
0.5% ( e/S ( 0.8%，而通过减小间隙e，来减少排气阀杆的倾斜，防止排气阀芯与阀座进行一端接触的情况。需要说明的是，当e/S小于0.5%时，由于套筒或排气阀杆的热变形、或者附着于套筒与排气阀芯之间的碳化物等，而可能会妨碍排气阀杆的顺畅的滑动，因此将e/S的下限值设为0.5%。
[0019]【发明效果】
[0020]根据本发明，在气缸盖具备排气阀和滑动自如地引导排气阀杆的套筒的内燃机的气缸结构中，排气阀芯的直径a相对于气缸内表面与排气阀芯的间隔d之比为12% ( d/a <27%，气缸内径b相对于位于比套筒的下端靠下方的排气阀的闭阀时的非引导部的长度c之比为40% ( c/b ( 50%，排气阀杆的直径S相对于排气阀杆与套筒之间的间隙e之比为
0.5% ( e/S ( 0.8%，因此，能够减少通过排气阀芯的周围的燃烧气体的不均匀流动，由此，能够消除排气阀芯的相对于阀座的一端接触。因此，能够防止排气阀芯与阀座之间的不均匀磨损，能够实现排气阀芯及阀座的长寿命化，从而能够减少所述构件的更换频度。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是本发明装置的一实施方式的气缸盖剖视图。
[0022]图2是表示使用所述气缸盖及作为比较例(非公开)的气缸盖而进行的燃烧试验结果的图表。
[0023]图3是表示以往的气缸盖的剖视图。
【具体实施方式】
[0024]以下，使用图示的实施方式，详细说明本发明。但是，本实施方式记载的结构部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等只要没有特定的记载，就没有将本发明的范围仅限定于此。
[0025]参照实验数据，基于图1及图2，说明本发明装置的实施方式。图1示出本实施方式的柴油发动机的气缸盖部。在图1中，在气缸12的上部安装气缸盖10。在气缸盖10设有供气口 14及排气口 16。供气口 14及排气口 16向气缸内径开口，在上述开口部安装有供气阀18及排气阀20。
[0026]在供气口 14及排气口 16的开口的周围设有供气阀18的阀芯18a所落座的阀座22、及排气阀20的阀芯20b所落座的阀座24。穿设于气缸盖10的壳体IOa的孔中，沿着上下方向固定有圆筒形状的套筒26。排气阀杆20a滑动自如地配置在套筒26的内部。
[0027]通过配置在壳体IOa的上表面的螺旋弹簧28，使排气阀芯20b落座于阀座24,并向闭锁排气口 16的方向施加弹力。当打开排气口 16时，使摇臂30工作而使排气阀杆20a向下方移动，将排气口 16打开。需要说明的是，供气阀18也具备同样的开闭机构。
[0028]在本实施方式中，将气缸内表面12a与排气阀芯20b的间隔d比以往扩宽，并将间隔d与排气阀芯20b的直径a之比设为12% < d/a。由此，在排气阀20的打开时，在排气阀芯20b的周围流动的燃烧废气的流动g在排气阀芯20b的周围形成均匀的流动。另一方面，当d/a超过27%时，必须缩小排气阀芯20b的直径a并实现气缸内径b的大径化。因此，由于无法发挥气缸12的所期望的燃烧性能，因此将d/a的上限值设为27%。
[0029]另外，位于比套筒26的下端靠下方的排气阀杆20a的闭阀时的非引导部的长度c比以往短，该长度c与气缸内径b之比设为c/b ( 50%。由此，在套筒26的下方减少排气阀杆20a的倾斜，能够消除排气阀芯20b的相对于阀座24的一端接触。另一方面，当c/b比40%少时，套筒26的下端向排气口 16突出。由此，套筒26会干扰流过排气口 16的燃烧废气的流动，因此将c/b的下限值设为40%。
[0030]另外，以套筒26和排气阀杆20a之间的间隙e与排气阀杆20a的外径S之比成为e/S ( 0.8%的方式减小间隙e。由此，抑制排气阀杆20a的倾斜，防止排气阀芯20b与阀座24进行一端接触的情况。另一方面，当e/S比0.5%小时，套筒26或排气阀杆20a会发生热变形，或者当碳化物等异物进入间隙e时，在套筒26的内部可能无法顺畅地使排气阀杆20a滑动。因此，将e/S的下限值设为0.5%。
[0031]当e/S超过0.8%时，排气阀杆20a的倾斜变大，发生排气阀芯20b的相对于阀座24的一端接触，可能会发生排气阀芯20b及阀座24的不均匀磨损。
[0032]通过上述结构，在本实施方式中，由于扩宽间隔d，因此在排气口 16的打开时，不会在排气阀芯20b的周围流动的燃烧气体流g发生不均匀流动。而且，由于缩短套筒26下方的非引导部的长度c且减小间隙e，因此能抑制排气阀杆20a的倾斜。因此，不会发生排气阀芯20b相对于阀座24的一端接触。因此，不会在排气阀芯20b及阀座24发生不均匀磨损，因此能够实现这些构件的长寿命化。[0033]【实施例】
[0034]本发明人改变包含供排气阀在内的气缸盖的各部的尺寸而制作了本实施方式的气缸盖。将所述的气缸盖向燃气发动机装入，使用城市瓦斯13A作为燃料，实际地进行了燃烧试验。该燃烧试验在以额定运转进行了 5千小时运转之后，利用缸内压传感器检测燃烧冲程前的压缩冲程的气缸内压，并利用温度传感器检测通过了排气阀的燃烧废气的温度。
[0035]压缩冲程的气缸内压在正常运转中为7.0?8.0MPa，但是当排气阀芯20b等发生不均匀磨损而排气阀发生泄漏时，产生0.3?0.5MPa左右的压力下降。而且，燃烧废气的温度在正常运转中，为500°C附近的温度，但是当排气阀芯20b等发生不均匀磨损而排气阀发生泄漏时，下降20?30°C。在本燃烧试验中，通过检测上述的压力下降或温度下降，而检测排气阀的泄漏的有无。
[0036]在本燃烧试验中，一起进行了 d/a、c/b及e/S的范围对应于本发明的范围的气缸的燃烧试验和不属于本发明的范围的气缸的燃烧试验(比较例)。其结果如图2所示。在图2的d/a、c/b及e/S的列中，对于偏离了前述的本发明的范围的数值附加了下划线。
[0037]如图2所示，在比较例中，发生压缩冲程时的气缸内压的下降或废气温度的下降中的至少任一方。由此可知，在比较例中，在排气阀发生流体泄漏。另一方面，在本发明的气缸结构的情况下，未发生上述现象。由此可知，在本发明的气缸结构中，在排气阀未发生流体泄漏。
[0038]需要说明的是，本发明人使用图2所示的气缸结构以外的气缸进行了燃烧试验。即，利用具有d/a超过了上限值27%的尺寸的气缸进行了燃烧试验。在该燃烧试验中，在排气阀芯周围未发生流体的不均匀流动，但气缸内径b或排气阀芯的直径a等不满足设计条件。因此，无法发挥气缸的所期望的燃烧性能。
[0039]另外，即使对c/b不满足下限值40%的气缸也进行了燃烧试验。在该燃烧试验中，发生了套筒26的下方区域向 排气口 16突出，套筒26妨碍在排气口 16中流动的燃烧废气的流动这样的不良情况。
[0040]【工业上的可利用性】
[0041]根据本发明，在内燃机中，能够防止排气阀及阀座的不均匀磨损，实现所述构件的长寿命化。
【权利要求】
1.一种内燃机的气缸结构，在气缸盖具备排气阀和滑动自如地引导排气阀杆的套筒，其特征在于， 排气阀芯的直径a相对于气缸内表面与排气阀芯的间隔d之比为12% ( d/a ( 27%，气缸内径b相对于位于比所述套筒的下端靠下方的排气阀的闭阀时的非引导部的长度 c 之比为 40% ( c/b ( 50%， 排气阀杆的直径S相对于所述排气阀杆与套筒之间的间隙e之比为0.5% ( e/S彡 0.8%。
【文档编号】F01L3/08GK103429858SQ201180069438
【公开日】2013年12月4日 申请日期:2011年9月30日 优先权日:2011年3月31日
【发明者】奥村英明, 前畑公彦, 古川雄太 申请人:三菱重工业株式会社