(57)【要約】【課題】弁座と該弁座と着脱する弁傘部表面に長時間使用に耐えうる薄膜を形成して前記弁傘部の磨耗を低減させる内燃機関の排気弁若しくは給気弁の磨耗抑制方法を提供する。【解決手段】内燃機関のクランク軸により回転駆動されるカムによって往復駆動する弁棒の端部に位置する弁傘部と、該弁傘部の外周に有する摺動面に着脱する弁座とを備え、前記弁傘部の摺動面に含炭素薄膜を形成し、該薄膜が形成される弁傘部を弁座と着脱させてガス通路を開閉する内燃機関の排気弁若しくは給気弁の磨耗抑制方法において、  前記弁傘部の摺動面に前記ガス通路の燃焼空間温度より低い着火温度を有する高粘性液体を塗布する工程と、該摺動面に塗布される高粘性液体が本運転前の試運転により燃焼残渣物となって弁傘部の摺動面に付着する残渣物付着工程とを有し、前記弁傘部の摺動面に燃焼残渣物を付着させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のクランク軸により回転駆動されるカムによって往復駆動する弁棒の端部に位置する弁傘部と、該弁傘部の外周に有する摺動面に着脱する弁座とを備え、前記弁傘部の摺動面に含炭素薄膜を形成し、該薄膜が形成される弁傘部を弁座と着脱させてガス通路を開閉する内燃機関の排気弁若しくは給気弁の磨耗抑制方法において、
前記弁傘部の摺動面に前記ガス通路の燃焼空間温度より低い着火温度を有する高粘性液体を塗布する工程と、該摺動面に塗布される高粘性液体が本運転前の試運転により燃焼残渣物となって弁傘部の摺動面に付着する残渣物付着工程とを有し、前記弁傘部の摺動面に燃焼残渣物を付着させることを特徴とする内燃機関の排気弁若しくは給気弁の磨耗抑制方法。
【請求項２】
前記弁傘部の摺動面に塗布される高粘性液体が、動物油、植物油、鉱物油、食用油脂若しくは蝋の何れかから構成されることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気弁若しくは給気弁の磨耗抑制方法。
【請求項３】
前記残渣物付着工程により前記弁傘部の摺動面に残留する燃焼残渣物の膜厚が０．００５〜０．５ｍｍであることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の排気弁若しくは給気弁の磨耗抑制方法。
【請求項４】
内燃機関のクランク軸により回転駆動されるカムによって往復駆動する弁棒の端部に位置する弁傘部と、該弁傘部の外周に有する摺動面に着脱する弁座とを備え、前記弁傘部の摺動面に含炭素薄膜を形成し、該薄膜が形成される弁傘部を弁座と着脱させてガス通路を開閉する内燃機関の排気弁若しくは給気弁の磨耗抑制方法において、
前記弁傘部の摺動面にフッ素樹脂を被膜する工程と、該摺動面に被膜されるフッ素樹脂が本運転前の試運転により燃焼残渣物となって弁傘部の摺動面に付着する残渣物付着工程とを有し、前記弁傘部の摺動面に燃焼残渣物を付着させることを特徴とする内燃機関の排気弁若しくは給気弁の磨耗抑制方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のクランク軸により回転駆動されるカムによって往復駆動する弁棒の端部に位置する弁傘部と、該弁傘部の外周に有する摺動面に着脱する弁座とを備え、前記弁傘部の摺動面に含炭素薄膜を形成し、該薄膜が形成される弁傘部を弁座と着脱させてガス通路を開閉する内燃機関の排気弁若しくは給気弁の磨耗抑制方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の給気弁と排気弁においては、クランク軸により回転駆動される給気カムあるいは排気カムの運動を、給気弁あるいは排気弁の弁棒の先端部に取り付けたタペットを介して該給気弁あるいは排気弁に伝達して、該給気弁と排気弁を開閉するように構成されている。
【０００３】
燃焼室の給排気に必要な給気弁と排気弁は、その弁傘部が開閉時に弁座と着脱を頻繁に繰り返すために長時間運転すると表面に磨耗が生じる。磨耗された弁は、一定以上磨耗するとそれ以上使用することができず、交換が必要となりコストが発生する。このコストを低減するため、また弁の長寿命化を図るために磨耗対策が必要となる。この磨耗対策として、特許文献１（特開２００５−６１２１９号公報）が提案されている。
【０００４】
特許文献１は、潤滑油の存在下で摺動し、表面に硬質炭素薄膜を有し、アルミニウムを主元素とする合金で大部分が構成されるエンジン用バルブであって、上記硬質炭素薄膜に含まれる水素原子の量が３０原子％以下としている。また、前記硬質炭素薄膜はＰＶＤ法（物理蒸着法、Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）またはＣＶＤ法（化学蒸着法、Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によりエンジンのバルブのフェース面、ステム面、溝部、軸端部、先端面の少なくとも１箇所に被膜されており、このようなバルブ表面、即ち弁表面に硬質炭素薄膜をコーティングする発明が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−６１２１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記特許文献１に開示される弁表面にコーティングした硬質炭素薄膜は、硬くて剥離しやすいため、弁座と着脱を頻繁に繰り返す弁傘部へ適用した場合、長時間の使用には耐えられない。また、特許文献１の硬質炭素薄膜は、ＰＶＤ法やＣＶＤ法を用いて形成されており、薄膜の形成に手間がかかる。
従って、本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、弁座と該弁座と着脱する弁傘部表面に長時間使用に耐えうる薄膜を形成して前記弁傘部の磨耗を低減させる内燃機関の排気弁若しくは給気弁の磨耗抑制方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、かかる目的を達成するため、内燃機関のクランク軸により回転駆動されるカムによって往復駆動する弁棒の端部に位置する弁傘部と、該弁傘部の外周に有する摺動面に着脱する弁座とを備え、前記弁傘部の摺動面に含炭素薄膜を形成し、該薄膜が形成される弁傘部を弁座と着脱させてガス通路を開閉する内燃機関の排気弁若しくは給気弁の磨耗抑制方法において、
前記弁傘部の摺動面に前記ガス通路の燃焼空間温度より低い着火温度を有する高粘性液体を塗布する工程と、該摺動面に塗布される高粘性液体が本運転前の試運転により燃焼残渣物となって弁傘部の摺動面に付着する残渣物付着工程とを有し、前記弁傘部の摺動面に燃焼残渣物を付着させることを特徴とする。
【０００８】
かかる発明によれば、前記弁傘部の摺動面に前記ガス通路の燃焼空間温度より低い着火温度を有する高粘性液体を塗布し、本運転前の試運転で燃焼残渣物として弁傘部の摺動面に付着させることにより、前記燃焼残渣物によって前記弁座と弁傘部が直接金属接触することなく接触時の衝撃を低減させることができるため、前記弁傘部の摺動面の磨耗を抑制することができる。よって、長時間使用に耐えうる薄膜を得て前記弁傘部の摺動面の磨耗低減を達成する。
【０００９】
また、前記弁傘部の摺動面に塗布される高粘性液体が、動物油、植物油、鉱物油、食用油脂若しくは蝋の何れかから構成されることを特徴とする。
これにより、動物油、植物油、鉱物油、食用油脂若しくは蝋の何れかから構成される高粘性液体と前記弁傘部の摺動面との間に高粘性液体自身の粘着力が作用し、本運転前の試運転まで該摺動面に高粘性液体を留まらせることができる。
【００１０】
また、前記残渣物付着工程により前記弁傘部の摺動面に残留する燃焼残渣物の膜厚が０．００５〜０．５ｍｍであることを特徴とする。
このように、前記残渣物付着工程により前記弁傘部の摺動面に残留する燃焼残渣物の膜厚が０．００５〜０．５ｍｍとなるように形成することにより、前記弁傘部の摺動面に対して該弁傘部の形状を大きく変化させることなく十分な耐磨耗性を確保することができる。また、前記弁傘部の摺動面に残留する燃焼残渣物の膜厚が０．００５ｍｍ以上は高粘性液体を塗布するときに均一に塗布することが可能な膜厚である。
【００１１】
さらに、内燃機関のクランク軸により回転駆動されるカムによって往復駆動する弁棒の端部に位置する弁傘部と、該弁傘部の外周に有する摺動面に着脱する弁座とを備え、前記弁傘部の摺動面に含炭素薄膜を形成し、該薄膜が形成される弁傘部を弁座と着脱させてガス通路を開閉する内燃機関の排気弁若しくは給気弁の磨耗抑制方法において、
前記弁傘部の摺動面にフッ素樹脂を被膜する工程と、該摺動面に被膜されるフッ素樹脂が本運転前の試運転により燃焼残渣物となって弁傘部の摺動面に付着する残渣物付着工程とを有し、前記弁傘部の摺動面に燃焼残渣物を付着させることを特徴とする。
【００１２】
かかる発明によれば、前記弁傘部の摺動面にフッ素樹脂を被膜し、本運転前の試運転で燃焼残渣物として弁傘部の摺動面に付着させることにより、前記燃焼残渣物によって前記弁座と弁傘部が直接金属接触することなく接触時の衝撃を低減させることができるため、前記弁傘部の摺動面の磨耗を抑制することができる。よって、長時間使用に耐えうる薄膜を得て前記弁傘部の摺動面の磨耗低減を達成する。
【発明の効果】
【００１３】
以上記載のごとく本発明によれば、弁座と該弁座と着脱する弁傘部表面に長時間使用に耐えうる薄膜を形成し、前記弁座と弁傘部が直接金属接触することなく接触時の衝撃を低減させることができるため、前記弁傘部の摺動面の磨耗を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００１５】
（実施形態１）
まず、本発明に係る内燃機関の弁装置について説明する。図１は本発明に係る内燃機関の弁装置の構成を示す一部断面図であり、一部断面とは弁座の断面である。弁装置１は、内燃機関のクランク軸により回転駆動されるカムによって往復駆動する弁棒４と、該弁棒４の端部に位置する弁傘部２と、該弁傘部２が着脱される弁座１０と、該弁傘部２の外周に形成され弁座１０と接触するシート面（摺動面）６とで構成されている。なお、本実施形態における弁装置１は排気弁、給気弁のどちらでも良い。
また、前記弁装置１は開閉時に弁傘部２と弁座１０とが弁棒４の軸方向（図中、矢印Ａ）に着脱を頻繁に繰り返してガス通路８を開閉している。
【００１６】
図２は、図１のシート面近傍の断面拡大図を示す。なお、図中に示した図１と同じ構成の部分には説明を省略するため同じ符号を示している。図２に示すように、シート面６は弁傘部２の表面に設けられており、弁座と頻繁に接触する範囲である。例えば、弁傘部２の直径が１２ｃｍの場合は、そのシート面６の幅Ｗは弁傘部２の端部から１ｃｍ前後である。
【００１７】
このシート面６に高粘性液体３を塗布する。高粘性液体３はシート面６を若干はみ出すように塗布される。また、塗布する厚さＤは弁傘部２のシート面６に残留する燃焼残渣物の膜厚が０．００５〜０．５ｍｍとなるように塗布する。これは十分な耐磨耗性を確保することができるとともに、高粘性液体を塗布するときに均一に塗布することが可能な膜厚である。
なお、高粘性液体３は、ガス通路（図１参照）の燃焼空間温度より低い着火温度を有する粘性の高い液体であり、例えば、動物油、植物油、鉱物油、食用油脂若しくは蝋が用いられる。
【００１８】
前記シート面６に塗布した高粘性液体３は、本運転前の試運転によって燃焼し、燃焼残渣物としてシート面６に付着する。この燃焼残渣物が付着することによりシート面６はコーティングされるため、弁座とシート面６が直接金属接触することを防いで本運転での弁傘部の磨耗を抑制することができる。また、弁傘部２のシート面６に付着する燃焼残渣物は軟質の含炭素薄膜であるため、割れて剥離しにくい。
よって、弁傘部２のシート面６に長時間使用に耐えうる薄膜を形成して磨耗を低減することができる。
【００１９】
（実施形態２）
次に、実施形態２に係る内燃機関の弁装置について、図３を用いて説明する。実施形態１と同様に、弁装置は排気弁でも給気弁でも好適に用いられる。また、以下の実施形態における内燃機関の弁装置の構成を示す一部断面図は図１に示すものであり、また図３中に示した図１と同じ構成の部分には説明を省略するため同じ符号を示している。
【００２０】
図３は、図１のシート面近傍の断面拡大図を示す。図３に示すように、シート面６は弁傘部２の表面に設けられており、弁座と頻繁に接触する範囲である。実施形態１と同様に、例えば弁傘部２の直径が１２ｃｍの場合は、そのシート面６の幅Ｗは弁傘部２の端部から１ｃｍ前後である。
【００２１】
このシート面６にフッ素樹脂５を被膜する。フッ素樹脂５はシート面６を若干はみ出すように被膜される。フッ素樹脂５は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）などが挙げられる。また、これらの古いフッ素樹脂加工でも良い。
【００２２】
前記シート面６に被膜したフッ素樹脂５は、本運転前の試運転によって燃焼し、燃焼残渣物としてシート面６に付着する。この燃焼残渣物が付着することによりシート面６はコーティングされるため、弁座とシート面６が直接金属接触することを防いで本運転での弁傘部の磨耗を抑制することができる。また、このようにして弁傘部２のシート面６に付着する燃焼残渣物は軟質の含炭素薄膜であるため、割れて剥離しにくい。
よって、弁傘部２のシート面６に長時間使用に耐えうる薄膜を形成して磨耗を低減することができる。
【００２３】
（試験例）
最後に、実施形態１、実施形態２に記載の弁傘部のシート面に付着する燃焼残渣物のもととなる塗布物について以下に示す試験を行った結果を表１に示し、その表１を用いて説明する。
【表１】
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【００２４】
表１に示すように、塗布物としてＮｏ．１〜Ｎｏ．８は燃焼空間よりも着火温度が低い液体を用いており、Ｎｏ．９、Ｎｏ．１０はフッ素樹脂を用いている。また、比較例としてＮｏ．１１は重油、Ｎｏ．１２は塗布物なしとした。
ここでは、高粘性液体として、バター、粘度５０Ｐのマシン油、フッ素樹脂配合なしの蝋（ワックス）、フッ素樹脂配合ありの蝋（ワックス）、ラード、マーガリンについて試験を行った。これらは現地で簡易に調整できる物質である。
また、フッ素樹脂として、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）について試験を行った。
【００２５】
弁傘部のシート面から若干はみ出すようにして上述した高粘性液体を塗布、若しくはフッ素樹脂を被膜加工し、５００時間運転した後に弁装置の弁棒表面に生成される燃焼残渣物を観察し、残渣付着性を評価した。また、塗布性は塗布物を塗布したときの塗り心地、塗布のし易さで評価した。なお、表１中の○△×は評価の可否を示す。
燃焼空間の温度は、排気弁若しくは給気弁のガス通路の温度であり、ここでは排気弁側温度と給気弁側温度との平均値を燃焼空間の温度とした。
【００２６】
表１によれば、以下のことがわかった。
（１）燃焼空間よりも着火温度が低く且つ粘度が高い塗布物は、比較例Ｎｏ．１１重油、Ｎｏ．１２塗布物なしよりも燃焼残渣物が付着しやすい。
（２）フッ素樹脂は、Ｎｏ．９ＥＴＦＥ、Ｎｏ．１０ＰＴＦＥともに比較例Ｎｏ．１１重油、Ｎｏ．１２塗布物なしよりも燃焼残渣物が付着しやすい。特に、着火温度がＰＴＦＥよりも低いＥＴＦＥは残渣付着性がより高い。
（３）蝋は、Ｎｏ．３フッ素樹脂配合なしよりもＮｏ．４フッ素樹脂配合ありのほうがより粘度が高く残渣付着性も優れている。
（４）蝋は、Ｎｏ．３フッ素樹脂配合なし、Ｎｏ．４フッ素樹脂配合あり共に塗布性が優れている。
（５）Ｎｏ．２粘度５０Ｐのマシン油は残渣付着性が優れている。
（６）Ｎｏ．１バター、Ｎｏ．６マーガリンは塗布しやすい。
（７）燃焼空間よりも着火温度が低くても粘度が低いＮｏ．７鯨油、Ｎｏ．８海豚油は残渣付着性が劣っている。
【００２７】
このことから、塗布性は様々であるものの、燃焼空間よりも着火温度が低く且つ粘度が高い塗布物は燃焼残渣物が付着しやすいことがわかる。さらに、粘度が高いマシン油は重油に比べて燃焼残渣物が付着しやすい。なお、マシン油は分子量が大きい粘度区分が大きい方がより好ましい。
また、フッ素樹脂は塗布するのが容易ではないものの、いずれも燃焼残渣物が付着しやすいことがわかる。
よって、弁傘部のシート面に塗布若しくは被膜させて燃焼残渣物が付着することができる高粘性液体若しくはフッ素樹脂を塗布性や入手性、価格に応じて選択することにより、長時間使用に耐えうる薄膜を形成して磨耗を低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明によれば、弁座と該弁座と着脱する弁傘部表面に長時間使用に耐えうる薄膜を形成し、前記弁座と弁傘部が直接金属接触することなく接触時の衝撃を低減させることができるため、前記弁傘部の摺動面の磨耗を低減させる内燃機関の排気弁若しくは給気弁の磨耗抑制方法への適用に際して有益である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る内燃機関の弁装置の構成を示す一部断面図である。
【図２】実施形態１に係るシート面近傍の断面拡大図である。
【図３】実施形態２に係るシート面近傍の断面拡大図である。
【符号の説明】
【００３０】
１    弁装置
２    弁傘部
３    高粘性液体
４    弁棒
５    フッ素樹脂
６    シート面（摺動面）
１０  弁座
【図１】
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【図２】
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【図３】
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