(57)【要約】【課題】吸排気弁を利用して吸気、排気及び燃焼ガスの温度管理を適切に行える内燃機関を提供する。【解決手段】内燃機関は、燃焼室に連通する吸気ポート及び排気ポートと、吸気弁軸と、吸気弁軸の一端に設けられて吸気ポートを開閉する傘形状の吸気弁体とを有する吸気弁と、排気弁軸と、排気弁軸の一端に設けられて排気ポートを開閉する傘形状の排気弁体とを有する排気弁と、を備える。吸気弁の表面は、閉弁時に燃焼室内に露出する吸気傘表側表面と、閉弁時に吸気ポート内に露出する吸気傘裏側表面とを含む。排気弁の表面は、閉弁時に燃焼室内に露出する排気傘表側表面と、閉弁時に排気ポート内に露出する排気傘裏側表面とを含む。排気傘裏側表面の全体の算術平均粗さは、吸気傘表側表面、吸気傘裏側表面及び排気傘表側表面のそれぞれの全体の算術平均粗さよりも大きい。【選択図】図２
2020084773.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室に連通する吸気ポート及び排気ポートと、
吸気弁軸と、前記吸気弁軸の一端に設けられて前記吸気ポートを開閉する傘形状の吸気弁体と、を有する吸気弁と、
排気弁軸と、前記排気弁軸の一端に設けられて前記排気ポートを開閉する傘形状の排気弁体と、を有する排気弁と、
を備える内燃機関であって、
前記吸気弁の表面は、閉弁時に前記燃焼室内に露出する吸気傘表側表面と、閉弁時に前記吸気ポート内に露出する吸気傘裏側表面と、を含み、
前記排気弁の表面は、閉弁時に前記燃焼室内に露出する排気傘表側表面と、閉弁時に前記排気ポート内に露出する排気傘裏側表面と、を含み、
前記排気傘裏側表面の全体の算術平均粗さは、前記吸気傘表側表面、前記吸気傘裏側表面及び前記排気傘表側表面のそれぞれの全体の算術平均粗さよりも大きい
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記排気傘裏側表面の全体の算術平均粗さは０．５μｍよりも大きく、
前記吸気傘表側表面、前記吸気傘裏側表面及び前記排気傘表側表面のそれぞれの全体の算術平均粗さは０．５μｍ以下である
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記排気傘裏側表面に、少なくとも１つの溝が形成されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記少なくとも１つの溝は、前記排気弁体の径方向に放射状に延びるように前記排気傘裏側表面に形成された複数の溝を含む
ことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記複数の溝は、前記排気弁体の径方向外側の部位の方が径方向内側の部位と比べて深くなるように形成されている
ことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関。
【請求項６】
前記排気傘表側表面及び前記排気傘裏側表面の全体の算術平均粗さは、前記吸気傘表側表面及び前記吸気傘裏側表面の全体の算術平均粗さよりも大きい
ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１つに記載の内燃機関。
【請求項７】
前記排気傘裏側表面の全体の算術平均粗さは、前記吸気傘裏側表面の全体の算術平均粗さよりも大きい
ことを特徴とする請求項１〜６の何れか１つに記載の内燃機関。
【請求項８】
前記吸気傘裏側表面の全体の算術平均粗さは、前記吸気傘表側表面の全体の算術平均粗さよりも大きい
ことを特徴とする請求項１〜７の何れか１つに記載の内燃機関。
【請求項９】
前記排気傘表側表面の全体の算術平均粗さは、前記吸気傘表側表面の全体の算術平均粗さよりも小さい
ことを特徴とする請求項１〜８の何れか１つに記載の内燃機関。
【請求項１０】
前記吸気弁体の径方向外側に位置する前記吸気傘表側表面の部位の算術平均粗さは、前記吸気弁体の径方向内側に位置する前記吸気傘表側表面の部位の算術平均粗さよりも大きい
ことを特徴とする請求項１〜９の何れか１つに記載の内燃機関。
【請求項１１】
前記吸気弁体の径方向外側に位置する前記吸気傘裏側表面の部位の算術平均粗さは、前記吸気弁体の径方向内側に位置する前記吸気傘裏側表面の部位の算術平均粗さよりも小さい
ことを特徴とする請求項１〜１０の何れか１つに記載の内燃機関。
【請求項１２】
前記排気弁体の径方向外側に位置する前記排気傘表側表面の部位の算術平均粗さは、前記排気弁体の径方向内側に位置する前記排気傘表側表面の部位の算術平均粗さよりも小さい
ことを特徴とする請求項１〜１１の何れか１つに記載の内燃機関。
【請求項１３】
前記排気弁体の径方向外側に位置する前記排気傘裏側表面の部位の算術平均粗さは、前記排気弁体の径方向内側に位置する前記排気傘裏側表面の部位の算術平均粗さよりも大きい
ことを特徴とする請求項１〜１２の何れか１つに記載の内燃機関。
【請求項１４】
前記吸気弁は、前記吸気傘表側表面の少なくとも一部を覆う吸気表側コーティング層と、前記吸気傘裏側表面の少なくとも一部を覆う吸気裏側コーティング層と、を含み、
前記吸気表側コーティング層は、前記吸気裏側コーティング層よりも薄い
ことを特徴とする請求項１〜１３の何れか１つに記載の内燃機関。
【請求項１５】
前記吸気表側コーティング層の厚さは、前記吸気傘表側表面の全体の算術平均粗さ以下である
ことを特徴とする請求項１４に記載の内燃機関。
【請求項１６】
前記吸気裏側コーティング層の厚さは、前記吸気傘裏側表面の全体の算術平均粗さ以下である
ことを特徴とする請求項１４又は１５に記載の内燃機関。
【請求項１７】
前記排気弁は、前記排気傘表側表面の少なくとも一部を覆う排気表側コーティング層を含み、
前記排気傘裏側表面は、コーティング層によって覆われていない
ことを特徴とする請求項１〜１６の何れか１つに記載の内燃機関。
【請求項１８】
前記排気表側コーティング層の厚さは、前記排気傘表側表面の全体の算術平均粗さ以下である
ことを特徴とする請求項１７に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関に関し、より詳細には、ポペット型の吸気弁及び排気弁を備える内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、ポペット型の吸気弁及び排気弁を備える内燃機関が開示されている。これらの吸気弁及び排気弁のそれぞれにおいてバルブシートよりも燃焼室側に位置するバルブ表面は、算術平均粗さが０．３μｍ未満の鏡面に形成された部位Ｍと、算術平均粗さが０．３μｍ以上の粗面に形成された部位Ｒとを有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−０８７５６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃焼室に連通する吸排気ポートをそれぞれ開閉する吸排気弁には、次のような要求がある。すなわち、吸気に関しては、内燃機関の出力性能及び燃費性能の観点から、吸気弁から吸気への伝熱を極力減らすことが要求される。排気に関しては、燃焼室から排出された排気の温度低減の観点から、排気ポートを流れる排気から排気弁への伝熱を極力促進することが要求される。また、吸排気弁が閉じている燃焼中には、冷却損失の低減の観点から、燃焼ガスから吸排気弁への伝熱を極力減らすことが要求される。
【０００５】
特許文献１では、吸気弁の閉弁時に吸気ポートに露出する側の吸気弁の表面（本出願では、「吸気傘裏側表面」と称する）の算術平均粗さと、排気弁の閉弁時に排気ポートに露出する側の排気弁の表面（排気傘裏側表面）の算術平均粗さとをどのように設定するかについては、何ら言及されていない。しかしながら、上述の吸気、排気及び燃焼ガスの温度管理に関する要求を好適に満たすためには、燃焼室側に露出する吸排気弁の表面（吸気傘表側表面及び排気傘表側表面）の算術平均粗さだけでなく、吸気傘裏側表面及び排気傘裏側表面の算術平均粗さについても、包括的に適切に設定することが望まれる。
【０００６】
本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、吸排気弁を利用して吸気、排気及び燃焼ガスの温度管理を適切に行える内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る内燃機関は、
燃焼室に連通する吸気ポート及び排気ポートと、
吸気弁軸と、前記吸気弁軸の一端に設けられて前記吸気ポートを開閉する傘形状の吸気弁体と、を有する吸気弁と、
排気弁軸と、前記排気弁軸の一端に設けられて前記排気ポートを開閉する傘形状の排気弁体と、を有する排気弁と、
を備える。
前記吸気弁の表面は、閉弁時に前記燃焼室内に露出する吸気傘表側表面と、閉弁時に前記吸気ポート内に露出する吸気傘裏側表面と、を含む。
前記排気弁の表面は、閉弁時に前記燃焼室内に露出する排気傘表側表面と、閉弁時に前記排気ポート内に露出する排気傘裏側表面と、を含む。
前記排気傘裏側表面の全体の算術平均粗さは、前記吸気傘表側表面、前記吸気傘裏側表面及び前記排気傘表側表面のそれぞれの全体の算術平均粗さよりも大きい。
【０００８】
前記排気傘裏側表面の全体の算術平均粗さは０．５μｍよりも大きくてもよい。そして、前記吸気傘表側表面、前記吸気傘裏側表面及び前記排気傘表側表面のそれぞれの全体の算術平均粗さは０．５μｍ以下であってもよい。
【０００９】
前記排気傘裏側表面に、少なくとも１つの溝が形成されていてもよい。
【００１０】
前記少なくとも１つの溝は、前記排気弁体の径方向に放射状に延びるように前記排気傘裏側表面に形成された複数の溝を含んでもよい。
【００１１】
前記複数の溝は、前記排気弁体の径方向外側の部位の方が径方向内側の部位と比べて深くなるように形成されていてもよい。
【００１２】
前記排気傘表側表面及び前記排気傘裏側表面の全体の算術平均粗さは、前記吸気傘表側表面及び前記吸気傘裏側表面の全体の算術平均粗さよりも大きくてもよい。
【００１３】
前記排気傘裏側表面の全体の算術平均粗さは、前記吸気傘裏側表面の全体の算術平均粗さよりも大きくてもよい。
【００１４】
前記吸気傘裏側表面の全体の算術平均粗さは、前記吸気傘表側表面の全体の算術平均粗さよりも大きくてもよい。
【００１５】
前記排気傘表側表面の全体の算術平均粗さは、前記吸気傘表側表面の全体の算術平均粗さよりも小さくてもよい。
【００１６】
前記吸気弁体の径方向外側に位置する前記吸気傘表側表面の部位の算術平均粗さは、前記吸気弁体の径方向内側に位置する前記吸気傘表側表面の部位の算術平均粗さよりも大きくてもよい。
【００１７】
前記吸気弁体の径方向外側に位置する前記吸気傘裏側表面の部位の算術平均粗さは、前記吸気弁体の径方向内側に位置する前記吸気傘裏側表面の部位の算術平均粗さよりも小さくてもよい。
【００１８】
前記排気弁体の径方向外側に位置する前記排気傘表側表面の部位の算術平均粗さは、前記排気弁体の径方向内側に位置する前記排気傘表側表面の部位の算術平均粗さよりも小さくてもよい。
【００１９】
前記排気弁体の径方向外側に位置する前記排気傘裏側表面の部位の算術平均粗さは、前記排気弁体の径方向内側に位置する前記排気傘裏側表面の部位の算術平均粗さよりも大きくてもよい。
前記吸気弁は、前記吸気傘表側表面の少なくとも一部を覆う吸気表側コーティング層と、前記吸気傘裏側表面の少なくとも一部を覆う吸気裏側コーティング層と、を含んでもよい。そして、前記吸気表側コーティング層は、前記吸気裏側コーティング層よりも薄くてもよい。
【００２０】
前記吸気表側コーティング層の厚さは、前記吸気傘表側表面の全体の算術平均粗さ以下であってもよい。
【００２１】
前記吸気裏側コーティング層の厚さは、前記吸気傘裏側表面の全体の算術平均粗さ以下であってもよい。
【００２２】
前記排気弁は、前記排気傘表側表面の少なくとも一部を覆う排気表側コーティング層を含んでもよい。そして、前記排気傘裏側表面は、コーティング層によって覆われていなくてもよい。
【００２３】
前記排気表側コーティング層の厚さは、前記排気傘表側表面の全体の算術平均粗さ以下であってもよい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、排気傘裏側表面の全体の算術平均粗さは、吸気傘表側表面、吸気傘裏側表面及び排気傘表側表面のそれぞれの全体の算術平均粗さよりも大きくなるように設定されている。ここで、バルブの表面粗さが小さくなると、バルブの表面積が減少するので、バルブとガスとの間で伝達される熱量が減少する。逆に、表面粗さが大きくなると、伝熱量が多くなる。したがって、本発明によれば、吸気行程及び圧縮行程に関しては、排気傘裏側表面に対して粗さが相対的に小さな吸気傘表側表面、吸気傘裏側表面及び排気傘表側表面を介した、吸排気弁から吸気への伝熱を抑制できる。膨張行程に関しては、上記のように粗さが相対的に小さな吸気傘表側表面及び排気傘表側表面を介した、燃焼ガスから吸排気弁への伝熱を抑制できる。排気行程に関しては、吸排気弁の傘表側の各表面については膨張行程と同様に、これらの傘表側の各表面を介した燃焼ガスから吸排気弁への伝熱を抑制しつつ、相対的に粗さの大きな排気傘裏側表面を介した排気から排気弁への伝熱（放熱）を促進させられる。以上のように、本発明によれば、吸排気弁を利用して吸気、排気及び燃焼ガスの温度管理を適切に行える内燃機関を提供できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態１に係る内燃機関の構成例を説明するための模式図である。
【図２】図１に示す吸排気弁周りの構造を表した拡大図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る燃焼室及び吸排気ポート周りの吸排気弁の表面粗さの設定による効果を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る排気弁の要部を表した全体斜視図（Ａ）と、図４（Ａ）中に示す放射溝の一部の拡大図（Ｂ）である。
【図５】図４（Ａ）に示す放射溝に沿って切断された排気弁の断面図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る内燃機関における排気弁周りの構成を説明するための図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係る吸気弁の各部位の表面粗さの設定例を説明するための図である。
【図８】本発明の実施の形態３に係る排気弁の各部位の表面粗さの設定例を説明するための図である。
【図９】バルブ表面の鏡面化に関する課題を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施の形態４に係る吸気弁の構成例を説明するための模式図である。
【図１１】本発明の実施の形態４に係る排気弁の構成例を説明するための模式図である。
【図１２】図１０及び図１１に示す各コーティング層の厚さと、それぞれに対応するバルブ表面の粗さとの関係を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。ただし、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略又は簡略する。以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
【００２７】
１．実施の形態１
まず、図１及び図３を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。
【００２８】
１−１．内燃機関の構成例
図１は、本発明の実施の形態１に係る内燃機関１０の構成例を説明するための模式図である。図１に示すように、内燃機関１０は、シリンダブロック１２と、シリンダブロック１２の上部に締結されたシリンダヘッド１４とを備える。シリンダブロック１２の内部には、シリンダボア１６が形成されている。シリンダボア１６の内部には、その軸方向に往復移動するピストン１８が配置されている。これらのシリンダボア１６の壁面とシリンダヘッド１４の下面とピストン１８の上面とによって、燃焼室２０が画定されている。
【００２９】
シリンダヘッド１４には、燃焼室２０に連通する吸気ポート２２及び排気ポート２４が形成されている。燃焼室２０に連通する吸気ポート２２の開口部には吸気弁２６が配置されており、燃焼室２０に連通する排気ポート２４の開口部には、排気弁２８が配置されている。吸気弁２６及び排気弁２８は、共にポペット型のバルブである。吸気弁２６は、吸気弁軸２６ａと、吸気弁軸２６ａの一端に設けられて吸気ポート２２を開閉する傘形状の吸気弁体２６ｂとを有する。排気弁２８は、排気弁軸２８ａと、排気弁軸２８ａの一端に設けられて排気ポート２４を開閉する傘形状の排気弁体２８ｂとを有する。
【００３０】
吸気弁軸２６ａ及び排気弁軸２８ａは、それぞれ、シリンダヘッド１４に設けられたバルブガイド３０及び３２によって摺動可能に保持されている。吸気ポート２２には、吸気弁体２６ｂが着座するバルブシート３４が設けられており、排気ポート２４には、排気弁体２８ｂが着座するバルブシート３６が設けられている。吸気弁２６及び排気弁２８は、図示省略する動弁機構によって開閉駆動される。
【００３１】
図２は、図１に示す吸排気弁２６、２８周りの構造を表した拡大図である。吸気弁体２６ｂは、閉弁時にバルブシート３４と接触するフェース面（シート当接面）３８を有する。吸気弁２６の表面は、フェース面３８に加え、これを境にして吸気傘表側表面４０と吸気傘裏側表面４２とを含む。吸気傘表側表面４０は、吸気弁２６の閉弁時に燃焼室２０内に露出している吸気弁２６の表面をいう。吸気傘裏側表面４２は、吸気弁２６の閉弁時に吸気ポート２２内に露出している吸気弁２６の表面をいう。したがって、吸気傘表側表面４０は、図２に示すように、吸気弁体２６ｂの表面の一部と吸気弁軸２６ａの一部とによって構成される。
【００３２】
排気弁体２８ｂは、閉弁時にバルブシート３６と接触するフェース面４４を有する。そして、吸気弁２６と同様に、排気弁２８の表面は、排気弁２８の閉弁時に燃焼室２０内に露出する排気傘表側表面４６と、排気弁２８の閉弁時に排気ポート２４内に露出する排気傘裏側表面４８とを含む。そして、排気傘表側表面４６は、図２に示すように、排気弁体２８ｂの表面の一部と排気弁軸２８ａの一部とによって構成される。
【００３３】
１−２．燃焼室及びポート周りの吸排気弁の表面粗さの設定
本実施形態の内燃機関１０は、吸気傘表側表面４０、吸気傘裏側表面４２、排気傘表側表面４６及び排気傘裏側表面４８の粗さの設定に特徴を有している。
【００３４】
具体的には、吸気弁２６に関しては、吸気傘表側表面４０及び吸気傘裏側表面４２の双方に対して鏡面仕上げ（鏡面加工）が施されている。鏡面仕上げは、例えば、対象となるバルブの表面を研磨することにより行うことができる。なお、本明細書中において、「鏡面」とは、算術平均粗さＲａが０．５μｍ以下の面をいう。また、この「鏡面」との対として、算術平均粗さＲａが０．５μｍよりも大きな面のことを「粗面」と称する場合がある。
【００３５】
一方、排気弁２８に関しては、排気傘表側表面４６については吸気弁２６と同様に鏡面仕上げ（鏡面加工）が施されている。しかしながら、排気傘裏側表面４８については、鏡面仕上げは施されていない。つまり、排気傘裏側表面４８は、上記の粗面として仕上げられている。より詳細には、ここでいう「粗面」の例は、一般的な吸排気弁の製造工程において用いられるような鍛造面（例えば、算術平均粗さＲａで２０μｍ）、及び、熱処理もしくは表面処理が施された面（例えば、算術平均粗さＲａで１〜２０μｍ）である。排気傘裏側表面４８は、一例として鍛造面である。
【００３６】
付け加えると、後述される排気行程における排気から排気弁２８への放熱性を良好に担保するという観点では、排気傘裏側表面４８の全体の算術平均粗さＲａは２０μｍ以上であることが望ましい。なお、「排気傘裏側表面」の算術平均粗さＲａの上限の一例は、本発明が適用された排気弁によって開閉される排気ポートの表面の算術平均粗さＲａである。その理由は、排気傘裏側表面を排気ポートの表面よりも粗くしてしまうと、吸気抵抗が増えてしまうためである。
【００３７】
以上説明したように、鏡面仕上げが施された吸気傘表側表面４０、吸気傘裏側表面４２及び排気傘表側表面４６のそれぞれの全体の算術平均粗さは０．５μｍ以下である。一方、粗面である排気傘裏側表面４８の全体の算術平均粗さは０．５μｍよりも大きい。したがって、本実施形態の内燃機関１０では、排気傘裏側表面４８の全体の算術平均粗さＲａは、吸気傘表側表面４０、吸気傘裏側表面４２及び排気傘表側表面４６のそれぞれの全体の算術平均粗さＲａよりも大きくなる。
【００３８】
付け加えると、本実施形態の内燃機関５０では、吸気傘表側表面４０は、一例として、部位全体において粗さが均一となるように仕上げられている。このことは、他の吸気傘裏側表面４２、排気傘表側表面４６及び排気傘裏側表面４８についても同様である。
【００３９】
１−３．効果
内燃機関の吸排気弁は、内燃機関の中で最も高温な燃焼ガスに晒される。吸排気弁の冷却は、シリンダヘッドの各部位（バルブガイド、バルブシート、カム及びバルブスプリング）と接触した際に行われる。しかしながら、吸排気弁は往復運動しているため、その冷却が十分になされるとは言えず、特に、高温の排気ガスに晒される排気弁は、その周囲のピストン及び燃焼室壁と比べて高温になり易い。
【００４０】
上述のような環境にある内燃機関の吸排気弁には、一般に、次のような要求がある。すなわち、吸気に関しては、内燃機関の出力性能及び燃費性能の観点から、吸気弁から吸気への伝熱を極力減らすことが要求される。排気に関しては、燃焼室から排出された排気の温度低減の観点から、排気ポートを流れる排気から排気弁への伝熱を極力促進することが要求される。また、吸排気弁が閉じている燃焼中には、冷却損失の低減の観点から、燃焼ガスから吸排気弁への伝熱を極力減らすことが要求される。このような課題（３つの要求）に鑑み、本実施形態では、吸気傘表側表面４０、吸気傘裏側表面４２及び排気傘表側表面４６には鏡面仕上げが施されており、排気傘裏側表面４８には鏡面仕上げは施されていない。
【００４１】
図３は、本発明の実施の形態１に係る燃焼室２０及び吸排気ポート２２、２４周りの吸排気弁２６、２８の表面粗さの設定による効果を説明するための図である。図３において、「表」は各バルブの「傘表側表面」を指し、「裏」は各バルブの「傘裏側表面」を指している。そして、図３には、内燃機関１０の行程毎に、それぞれの行程への影響の大きな表面（鏡面／粗面）が表されている。なお、記号「−」が付された欄の表面では、ガス流動が少ないので、以下に説明される効果を多く得ることは難しいが、閉じているバルブ付近ではガスが滞留しているので多少の効果は得られるといえる。
【００４２】
ここで、バルブ（固体壁面）とガスとの間で単位時間に移動する熱量は、バルブとガスとの温度差とともに、ガスに接触するバルブの表面積に比例する。そして、バルブの表面積は、バルブの表面粗さによって変化し、表面粗さが大きいほど大きくなる。このため、表面粗さが小さくなると、バルブとガスとの間で伝達される熱量が減少し、逆に、表面粗さが大きくなると、伝熱量が多くなる。また、伝熱量は、バルブに接触するガスの流量増加によっても増加する。
【００４３】
（吸気行程）
まず、吸気行程においては、吸気弁は開き、排気弁は閉じている。その結果、吸気行程においては、吸気は、吸気傘表側表面の周りを通過しながら燃焼室２０内に流入する。また、吸気傘裏側表面及び排気傘表側表面の周りにあるガスは、燃焼室に流入した吸気となる。
【００４４】
吸気の温度は基本的に常温相当である。また、一般的に冷却水によって冷却される吸排気弁、吸排気ポートの壁、及び燃焼室の壁の各温度は８０℃以上となる。このため、吸気行程においては、吸排気弁の温度は、その周囲のガス（吸気）の温度よりも高くなる（バルブ＞吸気）。このため、吸気行程においては、吸排気弁からの伝熱によって、吸気ポートを流れる吸気及び燃焼室に流入した吸気の温度が高くなる。より詳細には、吸気がバルブシートの付近を通過する際には、吸気の流速及び圧力が上昇し、その結果、吸気弁から吸気への熱伝達が促進される。
【００４５】
上述のような熱伝達が行われる吸気行程に関し、本実施形態の内燃機関１０によれば、次のような効果が得られる。すなわち、吸気ポート２２内に露出する吸気傘表側表面４０は鏡面である。すなわち、吸気傘表側表面４０の面積を減少させる配慮がなされている。このため、吸気ポート２２内において吸気が吸気傘裏側表面４２の周りを通過する際に、吸気弁２６から吸気への伝熱を抑制できる。また、燃焼室２０内に露出する吸気傘表側表面４０及び排気傘表側表面４６も鏡面である。このため、吸気ポート２２から燃焼室２０内に流入した吸気への伝熱も抑制できる。その結果、吸気温度の上昇が抑制されるので、圧縮端温度の低下、及び、新気の充填効率の向上を実現できる。圧縮端温度が低下すると、ノックが抑制されるので、内燃機関１０の出力性能の向上とともに燃費向上に繋がる。また、低い温度の空気が燃焼室２０内に入ることによってより多くの空気が充填されることも、出力性能の向上に繋がる。
【００４６】
（圧縮行程）
次に、圧縮行程では、吸排気弁は共に閉じている。圧縮端付近では燃焼室内の吸気の温度が吸排気弁の温度よりも高くなるが、圧縮行程の前提で見れば、吸排気弁の温度はその周囲のガス（筒内の吸気）の温度よりも高くなる（バルブ＞吸気）。
【００４７】
本実施形態の内燃機関１０によれば、閉弁中に燃焼室２０内に露出する吸気傘表側表面４０及び排気傘表側表面４６は、鏡面である。このため、圧縮行程においても、吸気弁２６及び排気弁２８から燃焼室２０内の吸気への伝熱を抑制できる。
【００４８】
（膨張行程）
次に、膨張行程においても、吸排気弁は共に閉じている。ただし、膨張行程においては、燃焼による温度上昇に起因して、筒内ガスの温度は吸排気弁の温度よりも高くなる（バルブ＜燃焼ガス）。
【００４９】
本実施形態の内燃機関１０によれば、吸気傘表側表面４０及び排気傘表側表面４６は鏡面である。このため、膨張行程においては、高温の燃焼ガスから吸気弁２６及び排気弁２８への伝熱（放熱）を抑制できる。その結果、燃焼時の冷却損失を低減できる。このため、内燃機関１０の熱効率を向上させることができる。付け加えると、エンジン始動後の暖機過程においては、燃焼ガスから吸気弁２６及び排気弁２８への放熱の抑制により、排気ガス温度上昇による触媒の暖機促進効果も得られ、その結果、この暖機過程における排気エミッション性能も改善できる。
【００５０】
（排気行程）
次に、排気行程では、吸気弁は閉じ、排気弁は開いている。その結果、排気行程においては、燃焼に付された後の高温の排気が燃焼室から排気ポートに流出する。より詳細には、排気ガス温度は、特に高負荷高速運転時に高くなる。このため、排気行程においても、吸排気弁の温度よりもガス（排気）の温度の方が高くなる（バルブ＜排気）。
【００５１】
本実施形態の内燃機関１０によれば、排気行程においても、燃焼室２０内に露出する側の吸気傘表側表面４０及び排気傘表側表面４６は鏡面であるので、高温の燃焼ガスからこれらの表面４０、４６への伝熱を抑制できる。その一方で、排気傘裏側表面４８は粗面である。このため、排気傘裏側表面４８についても鏡面とされる例と比べて、高温の排気が排気ポート２４内において排気傘裏側表面４８の周りを通過する際に、排気から排気傘裏側表面４８への伝熱（放熱）を促進させることができる。付け加えると、排気から排気傘裏側表面４８への放熱促進の効果は、排気ガス流量の高い高負荷高速運転時に大きくなる。その一方で、本実施形態における表面粗さの設定による対策によれば、放熱促進のために排気傘裏側表面４８にフィン等の突出部を設けて表面積を高める例とは異なり、排気弁２８の熱容量を増加させない。このため、本対策がなされた場合、冷間時（エンジン暖機時）において放熱が促進されることに起因して排気ガス温度の低下が促進されることはないといえる。
【００５２】
上記のことから、排気行程に関しては、吸気弁体２６ｂ及び排気弁体２８ｂにおける燃焼室２０から近い部位（すなわち、吸気傘表側表面４０及び排気傘表側表面４６付近の部位）については温度上昇を抑制しつつ、排気弁体２８ｂにおける燃焼室２０から遠い部位及びこれに続く排気弁軸２８ａの部位（すなわち、排気傘裏側表面４８に近い部位）を利用して排気を冷却して排気温度を低減できる。これにより、例えば、次のような効果が得られる。すなわち、排気弁２８を含む排気系部品（例えば、ターボ過給機のタービン及び排気浄化触媒）の耐久信頼性を向上できる。高耐熱化のために要するコスト（例えば、材料費）を低減できる。排気系部品の冷却のための燃料増量の抑制による燃費向上を図れる。また、排気温度の観点でのエンジン出力の制限を緩和できるので、出力性能の向上が図れる。
【００５３】
（まとめ）
以上説明したように、吸気傘表側表面４０、吸気傘裏側表面４２及び排気傘表側表面４６を鏡面とし、排気傘裏側表面４８を粗面とする内燃機関１０によれば、燃焼室２０及び吸排気ポート２２、２４周りの吸排気弁２６、２８の表面粗さの適切な設定により、上述の３つの要求を好適に満たせるようになる。その結果、吸気、排気及び燃焼ガスの温度管理（温度コントロール）を適切に行えるようにした吸排気弁２６、２８を備える内燃機関１０を提供できるようになる。
【００５４】
２．実施の形態２
次に、図４〜図６を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
【００５５】
２−１．排気傘裏側表面の構成
図４（Ａ）は、本発明の実施の形態２に係る排気弁５２の要部を表した全体斜視図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）中に示す放射溝５８の一部の拡大図である。実施の形態２に係る内燃機関５０（後述の図６参照）は、図１に示す排気弁２８に代えて、図４（Ａ）に示す排気弁５２を備える点において、実施の形態１に係る内燃機関１０と相違している。
【００５６】
図４（Ａ）に示すように、排気弁５２は、排気弁軸５２ａと傘形状の排気弁体５２ｂとを備えている。排気弁５２の表面は、図１に示す排気弁２８と同様に、燃焼室２０内に露出する排気傘表側表面５４と、排気ポート２４内に露出する排気傘裏側表面５６とを含む。そのうえで、本実施形態の排気傘裏側表面５６には、放射溝５８が形成されている。
【００５７】
放射溝５８は、図４（Ａ）、４（Ｂ）に示すように、排気弁体５２ｂの径方向に放射状に延びるように排気傘裏側表面５６に形成された複数の溝である。より詳細には、図４（Ａ）に示す例では、放射溝５８は、排気傘裏側表面５６に含まれる排気弁体５２ｂの表面に形成されている。このような放射溝５８の形成により、排気傘裏側表面５６の面積を増やすことができる。
【００５８】
付け加えると、図４（Ａ）に示す例では、放射溝５８は、排気弁軸５２ａと排気弁体５２ｂとの境目付近の部位に対しては設けられていない。これは、この部位は、バルブシート３６及びバルブガイド６０の何れからも遠いことを理由に最も冷却されにくく、その結果、最も高温となる部位である。そこで、この例では、排気から当該部位への入熱を抑制するために、放射溝５８は形成されていない。
【００５９】
そのうえで、図４（Ａ）に示す例では、放射溝５８は、上記の境目付近の部位以外の排気弁体５２ｂの径方向外側の部位であって、かつ、排気傘裏側表面５６に含まれる排気弁体５２ｂの表面に形成されている。
【００６０】
図５は、図４（Ａ）に示す放射溝５８に沿って切断された排気弁５２の断面図である。図５に示すように、放射溝５８の各溝は、排気弁体５２ｂの径方向外側の部位の方が径方向内側の部位と比べて深くなるように形成されている。より詳細には、図５に示す例では、放射溝５８は、径方向外側に向かうにつれて深くなるように形成されている。
【００６１】
付け加えると、このような放射溝５８が形成された排気弁５２における排気傘裏側表面５６の全体の算術平均粗さＲａとは、放射溝５８以外の排気傘裏側表面５６の基本面５６ａの全体の算術平均粗さＲａのことをいうものとする。そして、放射溝５８の深さは、排気傘裏側表面５６の全体の算術平均粗さＲａよりも大きい。
【００６２】
図４（Ａ）、（Ｂ）及び図５に示す放射溝５８は、例えば、放電加工を利用して形成することができる。具体的には、放電加工の例では、放射溝５８（被加工物）の形状に対応した放射状の電極を用意する。次に、この電極の内側に排気弁５２を通したうえで、電極を排気傘裏側表面５６に押し付けつつ放電を行う。これにより、放射溝５８が形成される。なお、放射溝５８の形成のために排気傘裏側表面５６に対して放電加工を行うと、放電加工の性質上、上述の「粗面」の要件を良好に満たす表面粗さが得られる。放射溝５８の形成手法は特に限定されないが、放電加工は、上記の理由により放射溝５８の形成手法として適している。
【００６３】
２−２．排気弁周りの他の構成
図６は、本発明の実施の形態２に係る内燃機関５０における排気弁５２周りの構成を説明するための図である。本実施形態の内燃機関５０では、排気弁軸５２ａを保持するバルブガイド６０及び排気弁体５２ｂが着座するバルブシート６２のそれぞれの高熱伝導化が図られている。具体的には、バルブガイド６０及びバルブシート６２は、熱伝導率の高い金属（例えば、銅）を主成分とする合金によって構成されている。
【００６４】
また、排気弁軸５２ａ及び排気弁体５２ｂは、図６に示すように、中空構造を有している。そして、排気弁軸５２ａ及び排気弁体５２ｂのそれぞれの中空部５２ａ１、５２ｂ１には、冷媒（例えばナトリウム）が封入されている。なお、中空部５２ａ１と中空部５２ｂ１とは連通している。
【００６５】
２−３．効果
以上説明したように、本実施形態の排気弁５２の排気傘裏側表面５６には、放射溝５８が形成されている。これにより、排気傘裏側表面５６の面積が増えるので、高温の排気から排気弁５２への放熱を促進させることができる。付け加えると、高温の排気から排気弁への放熱を促進させるために、フィンなどの突出部が排気傘裏側表面に形成されてもよい。しかしながら、このような突出部の形成による対策は、放熱促進の観点では優れているが、排気弁の重量増加及び排気の圧力損失増加となり、エンジン性能への悪影響がある。これに対し、溝の形成による対策（２−４−２．に後述の他の表面積を増やす例も同様）によれば、上記のエンジン性能への弊害なしに、排気から排気弁５２への放熱を好適に促進させることができる。
【００６６】
また、図４（Ａ）に示す例では、排気弁体５２ｂの径方向に関し、放射溝５８は、排気弁軸５２ａと排気弁体５２ｂとの境目付近の部位以外の排気弁体５２ｂの径方向外側の部位であって、かつ、排気傘裏側表面５６に含まれる排気弁体５２ｂの表面に形成されている。ここで、燃焼室２０から排気ポート２４に流出する排気ガスの温度は、燃焼期間に近い排気弁５２の開き始めにおいて最も高く、その後の排気行程の経過中に低下していく。また、開き始めでは、排気の圧力も高いため、排気傘裏側表面５６の周囲を通過する排気の流速が高くなる。その結果、排気の熱伝達率が高くなるため、排気と排気弁５２との熱交換が促進される。したがって、上記の境目付近の部位以外の径方向外側の部位を対象として放射溝５８を形成することにより、放射溝５８の利用による表面積の増加によって、排気から排気弁５２への放熱を好適に促進させることができる。
【００６７】
また、放射溝５８の各溝は、排気弁体５２ｂの径方向外側の部位の方が径方向内側の部位と比べて深くなるように形成されている。その結果、径方向外側の部位の表面積は、径方向内側の部位のそれと比べて大きくなる。すなわち、溝深さの設定によって表面積が管理されている。ここで、排気弁体５２ｂの径方向外側の部位は、上述のように、排気弁５２の開き始めであるために最も高温かつ高圧の排気が当たる部位に相当する。このため、上記のように溝深さが設定された放射溝５８によれば、開き始めの高温の排気から排気弁５２への放熱を効果的に促進できるようになる。
【００６８】
さらに、本実施形態の排気傘裏側表面５６は、高温の排気から排気弁５２への放熱促進のために、実施の形態１と同様に粗面で仕上げられている。また、排気弁５２は、放射溝５８の形成による排気傘裏側表面５６の面積の増加によって、高温の排気から熱をより伝え易いように構成されている。これらのことは、排気からの熱によって排気弁体５２ｂがより高温になり易くなることを意味する。この点に関し、排気弁５２を備える内燃機関５０では、排気弁軸５２ａ及び排気弁体５２ｂのそれぞれの中空部５２ａ１、５２ｂ１には、冷媒が封入されている。これにより、高温の排気弁体５２ｂから排気弁軸５２ａへの熱の移動を、排気弁５２の動作に伴って中空部５２ａ１、５２ｂ１で移動する冷媒を利用して促進させることができる。また、内燃機関５０では、バルブガイド６０及びバルブシート６２の高熱伝導化が図られている。これにより、排気弁体５２ｂから排気弁軸５２ａに伝わった熱を、バルブガイド６０を介してシリンダヘッド１４に放熱し易くすることができる。同様に、排気弁体５２ｂの熱を、バルブシート６２を介してシリンダヘッド１４に放熱し易くすることができる。以上のように、これらの構成によれば、排気からの熱を効果的に受け取ったために高温になり易い排気弁体５２ｂの温度の低減を図ることができる。
【００６９】
２−４．実施の形態２に対する変形例
２−４−１．排気傘裏側表面への溝形成に関する他の例
上述した実施の形態２においては、放射溝５８（複数の溝）が排気傘裏側表面５６に形成されている。しかしながら、本発明に係る「排気傘裏側表面」に形成される溝の数は特に限定されず、したがって、図４（Ａ）に示す例以外の、少なくとも１つの任意の数の溝が排気傘裏側表面に形成されてもよい。
【００７０】
また、少なくとも１つの溝は、放射状以外の任意の形状で排気傘裏側表面に形成されてもよい。さらに、放射溝の例における各溝の形成範囲は、図４（Ａ）に示す放射溝５８の例に限られず、任意に設定されてもよい。したがって、放射溝は、例えば、排気弁体５２ｂに含まれる排気傘裏側表面５６だけでなく、排気弁軸５２ａに含まれる排気傘裏側表面５６に対しても形成されてもよい。そして、排気弁体５２ｂ側に形成される溝と、排気弁軸５２ａ側に形成される溝とは、連続していてもよいし、分れていてもよい。また、放射溝の各溝の深さは、図４（Ａ）に示す例とは異なり、一定であってもよいし、放射溝の各溝の間で深さが異なっていてもよい。
【００７１】
２−４−２．排気傘裏側表面の面積を増やすための溝以外の例
本発明に係る「排気傘裏側表面」の面積を増やす例は、実施の形態２の溝（放射溝５８）の例に代え、表面積を増やすための表面加工を排気弁に施すものであってもよい。具体的には、例えばショットブラスト又は放電加工を利用して排気傘裏側表面を梨地等の形状で荒らすことによって、排気傘裏側表面の面積が増やされてもよい。
【００７２】
３．実施の形態３
次に、図７及び図８を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。
【００７３】
上述した実施の形態１の内燃機関５０では、吸気傘表側表面４０、吸気傘裏側表面４２、排気傘表側表面４６及び排気傘裏側表面４８のそれぞれは、既述したように、部位全体において粗さが均一となるように仕上げられている。これに対し、実施の形態３に係る吸気弁７０及び８０は、以下に図７及び図８を参照して説明する点において、実施の形態１に係る吸気弁２６及び排気弁２８とそれぞれ相違している。
【００７４】
３−１．吸気弁の各表面の粗さの設定
図７は、本発明の実施の形態３に係る吸気弁７０の各部位の表面粗さの設定例を説明するための図である。吸気弁７０では、図７に示すように、吸気傘表側表面７２及び吸気傘裏側表面７４のそれぞれに含まれる個々の部位の粗さが、吸気弁７０の平均温度分布に基づいて異なるように設定されている。
【００７５】
具体的には、ここでいう吸気弁７０の平均温度分布とは、吸気、圧縮、膨張及び排気の全行程を対象とした吸気弁７０（より詳細には、吸気傘表側表面７２及び吸気傘裏側表面７４によって覆われる吸気弁体７０ｂの全体及び吸気弁軸７０ａの一部）の平均温度の分布である。このような平均温度分布は、実験又はシミュレーションを事前に行うことにより取得可能である。このことは、後述の排気弁８０の平均温度分布についても同様である。
【００７６】
吸気弁７０の平均温度分布によれば、図７に示すように、吸気弁７０の温度は、吸気傘表側表面７２の中央部７２ａ付近の部位において最も高くなる。これは、膨張行程及び排気行程において燃焼に付された高温のガスからの受熱の影響が大きいためである。吸気弁７０の温度は、中央部７２ａ付近の部位に続いて、吸気弁体７０ｂの径方向外側の端部付近の部位において高くなる。そして、吸気弁７０の温度は、吸気弁体７０ｂと吸気弁軸７０ａとの境目付近の部位では、前者の２つの部位よりも低くなる。
【００７７】
吸気弁７０では、上記の平均温度分布を考慮して、吸気弁７０の各表面７２、７４の各部位の粗さが次のように設定されている。すなわち、吸気弁体７０ｂの径方向外側に位置する吸気傘表側表面７２の部位７２ｂの算術平均粗さＲａは、当該径方向の内側に位置する吸気傘表側表面７２の部位（中央部）７２ａの算術平均粗さＲａよりも大きくなるように設定されている。また、吸気弁体７０ｂの径方向外側に位置する吸気傘裏側表面７４の部位７４ａの算術平均粗さＲａは、当該径方向の内側に位置する吸気傘裏側表面７４の部位７４ｂの算術平均粗さＲａよりも小さくなるように設定されている。
【００７８】
３−２．排気弁の各表面の粗さの設定
図８は、本発明の実施の形態３に係る排気弁８０の各部位の表面粗さの設定例を説明するための図である。排気弁８０では、図８に示すように、排気傘表側表面８２及び排気傘裏側表面８４のそれぞれに含まれる個々の部位の粗さが、排気弁８０の平均温度分布に基づいて異なるように設定されている。
【００７９】
排気弁８０の平均温度分布によれば、図８に示すように、排気弁８０の温度は、排気弁体８０ｂと排気弁軸８０ａとの境目付近の部位において最も高くなる。その理由は、実施の形態２において既述した通りである。排気弁８０の温度は、上記の境目付近の部位に続いて、排気傘表側表面８２の中央部８２ａ付近の部位において高くなる。そして、排気弁８０の温度は、排気弁体８０ｂの径方向外側の端部付近の部位では、前者の２つの部位よりも低くなる。
【００８０】
排気弁８０では、上記の平均温度分布を考慮して、排気弁８０の各表面８２、８４の各部位の粗さが次のように設定されている。すなわち、排気弁体８０ｂの径方向外側に位置する排気傘表側表面８２の部位８２ｂの算術平均粗さＲａは、当該径方向の内側に位置する排気傘表側表面８２の部位（中央部）８２ａの算術平均粗さＲａよりも小さくなるように設定されている。また、排気弁体８０ｂの径方向外側に位置する排気傘裏側表面８４の部位８４ａの算術平均粗さＲａは、当該径方向の内側に位置する排気傘裏側表面８４の部位８４ｂの算術平均粗さＲａよりも大きくなるように設定されている。
【００８１】
３−３．吸排気弁の各表面間の粗さの関係の整理
本実施形態においても、鏡面で仕上げられた吸気傘表側表面７２、吸気傘裏側表面７４及び排気傘表側表面８２のそれぞれの全体の算術平均粗さＲａは０．５μ以下であり、粗面で仕上げられた排気傘裏側表面８４の全体の算術平均粗さＲａは０．５μｍよりも大きい。
【００８２】
次に、排気傘表側表面８２及び排気傘裏側表面８４によって覆われる部位Ａ（排気弁体８０ｂの全体及び排気弁軸８０ａの一部）の平均温度は、吸気傘表側表面７２及び吸気傘裏側表面７４によって覆われる部位Ｂ（吸気弁体７０ｂの全体及び吸気弁軸７０ａの一部）の平均温度よりも大きい。そこで、これらの部位Ａと部位Ｂとの比較に関し、本実施形態では、排気傘表側表面８２及び排気傘裏側表面８４の全体の算術平均粗さＲａは、吸気傘表側表面７２及び吸気傘裏側表面７４の全体の算術平均粗さＲａよりも大きくなるように設定されている。
【００８３】
（吸排気弁の傘表側表面及び傘裏側表面のそれぞれの間の粗さの関係）
また、本実施形態では、吸排気弁７０、８０の傘表側表面７２、８２及び傘裏側表面７４、８４のそれぞれの間の粗さの関係は次の通りである。すなわち、まず、粗面である排気傘裏側表面８４の全体の算術平均粗さＲａは、鏡面である吸気傘裏側表面７４の全体の算術平均粗さＲａよりも大きい。
【００８４】
また、図７に示す平均温度分布から分かるように、吸気傘表側表面７２付近の部位の平均温度は、吸気傘裏側表面７４付近の部位のそれよりも高い。この点が考慮された本実施形態では、吸気傘裏側表面７４の全体の算術平均粗さＲａは、吸気傘表側表面７２の全体の算術平均粗さＲａよりも大きくなるように設定されている。
【００８５】
さらに、排気行程に関しては、吸気傘表側表面７２の周りでは、吸気弁７０が閉じているのでガスの流速が相対的に低く、一方、排気傘表側表面８２の周りでは、開いている排気弁８０の周囲を通って排気が排気ポート２４に流出するのでガスの流速が相対的に高くなる。このため、排気傘表側表面８２付近の部位の平均温度は、吸気傘表側表面７２付近の部位のそれよりも高くなる。この点が考慮された本実施形態では、排気傘表側表面８２の全体の算術平均粗さＲａは、吸気傘表側表面７２の全体の算術平均粗さＲａよりも小さくなるように設定されている。
【００８６】
３−４．効果
吸排気弁の温度は、上述したように部位によって異なるものとなる。以上説明した本実施形態の吸排気弁７０、８０によれば、そのような温度の相違を考慮して、各部位の表面粗さが設定されるので、実施の形態１において図３を参照して説明したようなバルブとガスとの間での放熱及び受熱をより効果的に促進できるようになる。
【００８７】
３−５．実施の形態３に対する変形例
上述した実施の形態３に係る吸気傘表側表面７２では、吸気弁体７０ｂの径方向の内側の部位７２ａと外側の部位７２ｂとの間で表面粗さが２段階に変更されている。しかしながら、このような例に代え、吸気傘表側表面７２に含まれる各部位の表面粗さは、吸気弁体７０ｂの径方向の位置に応じた３段階以上の任意の段数で変更されてもよいし、或いは、当該径方向の位置に応じて徐々に（連続的に）変更されてもよい。このことは、他の吸気傘裏側表面７４、排気傘表側表面８２及び排気傘裏側表面８４についても同様である。付け加えると、吸気弁７０及び排気弁８０の各表面７２、７４、８２、８４の全体の粗さを均一とする加工（特に鏡面加工）を行うことは、実際には難しく、コストも増大し易い。この点に関し、吸気傘表側表面７２（他の表面７４、８２、８４も同様）に含まれる各部位の表面粗さを上述のように径方向の位置に応じて徐々に変更することにより（すなわち、全体の粗さを均一にしないことにより）、各表面７２、７４、８２、８４の加工（特に鏡面加工）を簡略化できる。さらに付け加えると、鏡面加工の対象となる表面７２、８２、８４では、例えば、これらの表面７２、８２、８４に対して砥石を当てる強さを各弁体７０ｂ、８０ｂの径方向の内側の位置と外側の位置との間で変更することにより、当該径方向の位置に応じて粗さが徐々に変更された表面７２、８２、８４を得ることができる。
【００８８】
４．実施の形態４
次に、図９〜図１２を参照して、本発明の実施の形態４について説明する。
【００８９】
４−１．吸排気弁のコーティング
実施の形態４に係る吸気弁９０及び排気弁１００は、それぞれ、以下に説明するコーティングに関する点において、実施の形態１に係る吸気弁２６及び排気弁２８と相違している。なお、以下に説明するコーティングは、他の実施の形態２及び３に係る吸気弁７０及び排気弁５２、８０に対して施されても良い。
【００９０】
図９は、バルブ表面の鏡面化に関する課題を説明するための図である。一般的に、バルブ（吸排気弁）の表面は、酸化膜等の保護膜によって保護されている。しかしながら、バルブ表面に対して鏡面加工を施すと、保護膜が無くなるのでバルブ表面に錆が発生することがある。より詳細には、燃焼室内の残留ガスは水分を含むため、エンジン停止後にバルブが冷えることで結露が発生し、その結果、錆が発生する。その結果、熱伝導率が低下する。また、バルブ表面において錆が発生すると、カーボン又はデポジットがバルブ表面に付着した場合とは異なり、錆は図９に示すように金属内部に侵食して成長し、その厚さが増加する。熱伝導率が低下すると、熱を伝えにくくなる一方で、バルブ内部の熱が逃げにくくなる。すなわち、錆が生じている部位が断熱層になる。そして、バルブは本来的に冷却されにくい位置に設けられているため、燃焼室側のバルブ表面に錆が発生すると、当該バルブ表面がヒートスポットになり得る。また、錆の厚さが増加すると、表面粗さが大きくなり、かつ、熱容量が増加する。その結果、鏡面化の効果が錆の成長とともに減少する。
【００９１】
図１０は、本発明の実施の形態４に係る吸気弁９０の構成例を説明するための模式図である。なお、図１０においては、コーティング層９６、９８の設置部位を分かり易く表現するために、コーティング層９６、９８は、実際とは異なる厚さで模式的に表されている。このことは、後述の図１１に示す排気表側コーティング層１０６についても同様である。
【００９２】
吸気傘表側表面９２及び吸気傘裏側表面９４は、実施の形態１と同様に、鏡面で仕上げられている。そのうえで、吸気弁９０は、吸気傘表側表面９２を覆う吸気表側コーティング層９６と、吸気傘裏側表面９４を覆う吸気裏側コーティング層９８とを含む。すなわち、吸気弁９０では、各表面９２、９４に対し、鏡面加工の後にコーティング処理が行われる。そして、吸気表側コーティング層９６は、吸気裏側コーティング層９８よりも薄くなるように形成されている。
【００９３】
また、吸気表側コーティング層９６及び吸気裏側コーティング層９８は、それぞれ、吸気傘表側表面９２及び吸気傘裏側表面９４の全体を覆うように形成されている。ただし、
吸気表側コーティング層９６は、必ずしも吸気傘表側表面９２の全体を覆っていなくてもよく、したがって、その任意の一部を覆っていてもよい。このことは、吸気裏側コーティング層９８についても同様である。
【００９４】
コーティング層９６、９８の形成に用いられるコーティング材は、特に限定されないが、その一例は、一般的に、ポリシラザン（ＳｉＨ２ＮＨ）などのケイ素を含む物質を基材とし、当該基材を有機材料に溶融させたものである。このように例示されるコーティング材を用いれば、塗布前の材料の段階において流動性が高くなり、かつ、コーティング層の生成時にコーティング材がバルブ表面の凹凸に良好に浸透した薄い層が得られる。そして、得られた層に対して硬化処理を施すことにより、強固かつ熱に強いコーティング層を形成できる。これは、排気表側コーティング層１０６についても同様である。
【００９５】
図１１は、本発明の実施の形態４に係る排気弁１００の構成例を説明するための模式図である。実施の形態１と同様に、排気傘表側表面１０２は鏡面で仕上げられており、一方、排気傘裏側表面１０４は粗面で仕上げられている。そのうえで、排気弁１００は、排気傘表側表面１０２を覆う排気表側コーティング層１０６を含む。すなわち、排気弁１００では、排気傘表側表面１０２に対し、鏡面加工の後にコーティング処理が行われる。一方、粗面である排気傘裏側表面１０４は、コーティング層によって覆われていない。排気表側コーティング層１０６は、一例として吸気表側コーティング層９６と同等の厚さで、薄く形成されている。
【００９６】
また、排気表側コーティング層１０６は、排気傘表側表面１０２の全体を覆うように形成されている。ただし、排気表側コーティング層１０６は、必ずしも排気傘表側表面１０２の全体を覆っていなくてもよく、したがって、その任意の一部を覆っていてもよい。
【００９７】
図１２は、図１０及び図１１に示す各コーティング層９６、９８及び１０６の厚さと、それぞれに対応するバルブ表面９２、９４、１０２の粗さとの関係を説明するための図である。各コーティング層９６、９８、１０６のそれぞれの厚さは、広く言えば特に限定されない。そのうえで、本実施形態では、それぞれに対応するバルブ表面９２、９４、１０２の鏡面化の効果を極力阻害しないようにするために、各コーティング層９６、９８、１０６のそれぞれの厚さは、次のように設定される。
【００９８】
図１２には、コーティング層の厚さａとバルブ表面の算術平均粗さＲａの値ｂとの関係の一例が表されている。コーティング処理を行うことにより、図１２に示されるように、バルブ表面の凹凸を埋めることができるので、表面粗さを小さくすることができる。ただし、コーティング層には、バルブの熱膨張に起因して、図１２に示すようにひび割れが発生することがある。
【００９９】
上記のひび割れに関し、コーティング層の厚さａをバルブ表面の算術平均粗さＲａの値ｂ以下に設定しておくことにより、ひび割れが生じたとしても、コーティング層の表面粗さが、コーティング層を有しないバルブの表面粗さよりも大きくならないようにすることができる。つまり、ひび割れが生じたとしても、コーティング層を有しないバルブよりも表面積が大きくならないようにすることができる。
【０１００】
そこで、吸気表側コーティング層９６の厚さは、吸気傘表側表面９２の全体の算術平均粗さＲａ以下となるように設定されている。そして、吸気裏側コーティング層９８の厚さは、吸気傘裏側表面９４の全体の算術平均粗さＲａ以下となるように設定されている。同様に、排気表側コーティング層１０６の厚さは、排気傘表側表面１０２の全体の算術平均粗さＲａ以下となるように設定されている。
【０１０１】
４−２．効果
以上説明したように、本実施形態では、鏡面仕上げが施された吸気傘表側表面９２、吸気傘裏側表面９４及び排気傘表側表面１０２に対しては、コーティング処理が施されている。これにより、鏡面加工の実施に起因してこれらの各表面９２、９４、１０６に錆が発生するのを防止できる。
【０１０２】
また、吸気表側コーティング層９６は、吸気裏側コーティング層９８よりも薄くなるように形成されている。このようなコーティング層厚さの設定によれば、相対的に薄くなる吸気表側コーティング層９６については、その熱容量を小さくすることで、高温の筒内ガスからの熱を吸気弁９０に伝えにくくすることができる。また、相対的に厚くなる吸気裏側コーティング層９８については、それを断熱層として利用でき、かつ、厚くコーティングすることに起因する吸気傘裏側表面９４の粗さの減少によって表面積（伝熱面積）を効果的に減少させることができる。これにより、吸気弁９０からの熱を、吸気ポート２２を流れる吸気に伝えにくくすることができる。
【０１０３】
さらに、図１２を参照して説明した設定（ｂ≧ａ）によれば、各コーティング層９６、９８、１０６にひび割れが生じたとしても、それらの表面積（伝熱面積）が、コーティング層を有しないバルブのそれよりも大きくならないようにすることができる。このため、コーティング層９６、９８、１０６の付与に起因して鏡面化の効果が低減するのを防止しつつ、錆発生を防止できる。
【０１０４】
５．他の実施の形態
上述した実施の形態１〜４においては、算術平均粗さＲａが０．５μｍ以下の鏡面で仕上げられた吸気傘表側表面４０、７２、８２、９２、吸気傘裏側表面４２、７４、８４、９４及び排気傘表側表面４６、５４、１０２と、算術平均粗さＲａが０．５μｍよりも大きな粗面で仕上げられた排気傘裏側表面４８、５６、１０４とが例示された。しかしながら、本発明に係る「吸気傘表側表面、吸気傘裏側表面、排気傘表側表面及び排気傘裏側表面」は、「排気傘裏側表面の全体の算術平均粗さが、吸気傘表側表面、吸気傘裏側表面及び排気傘表側表面のそれぞれの全体の算術平均粗さよりも大きい」という関係を満たしていれば、必ずしも上記の例に限られない。すなわち、これらの各表面の粗さは、算術平均粗さＲａの閾値としての０．５μｍを考慮せずに、上記関係を満たすように相対的に設定されてもよい。
【０１０５】
以上説明した各実施の形態に記載の例及び他の各変形例は、明示した組み合わせ以外にも可能な範囲内で適宜組み合わせてもよいし、また、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形してもよい。
【符号の説明】
【０１０６】
１０、５０  内燃機関
１２  シリンダブロック
１４  シリンダヘッド
２０  燃焼室
２２  吸気ポート
２４  排気ポート
２６、７０、９０  吸気弁
２６ａ、７０ａ  吸気弁軸
２６ｂ、７０ｂ  吸気弁体
２８、５２、８０、１００  排気弁
２８ａ、５２ａ、８０ａ  排気弁軸
２８ｂ、５２ｂ、８０ｂ  排気弁体
３０、３２、６０  バルブガイド
３４、３６、６２  バルブシート
３８、４４  フェース面
４０、７２、８２、９２  吸気傘表側表面
４２、７４、８４、９４  吸気傘裏側表面
４６、５４、１０２  排気傘表側表面
４８、５６、１０４  排気傘裏側表面
５８  放射溝
９６  吸気表側コーティング層
９８  吸気裏側コーティング層
１０６  排気表側コーティング層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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