(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸部と傘部とを含むバルブ本体を備えかつ、エンジンの燃焼室に開口したポートを開閉するエンジン用バルブであって、
前記傘部において前記燃焼室に臨むバルブヘッド面には、当該面の中心部と外周縁部とこれらの間の中間部とを除く部分に、前記バルブヘッド面から凹陥した凹部が形成されており、
前記凹部内が空気を含むように、当該凹部内に充填された多孔材と、
少なくとも前記バルブヘッド面の中心部、外周縁部及び中間部のそれぞれに接合することにより、前記凹部を含む前記バルブヘッド面を被覆する、前記バルブ本体よりも熱伝導率が低い皮膜と、をさらに備えているエンジン用バルブ。
【請求項２】
請求項１に記載のエンジン用バルブおいて、
前記中間部は環状であり、前記中心部と前記中間部との間の第１凹部と、前記中間部と前記外周縁部との間の第２凹部とは、同心円状に設けられており、
前記第１凹部及び前記第２凹部のそれぞれに前記多孔材が充填されており、
前記第１凹部の気孔率と、前記第２凹部の気孔率とは互いに異なっているエンジン用バルブ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のエンジン用バルブにおいて、
前記多孔材は、耐熱金属製の不織布によって構成されているエンジン用バルブ。
【請求項４】
請求項３に記載のエンジン用バルブにおいて、
前記耐熱金属製の不織布は、その表面が酸化されているエンジン用バルブ。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のエンジン用バルブにおいて、
前記皮膜は、ＺｒＯ２を主成分としているエンジン用バルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここに開示する技術は、エンジンの燃焼室に開口するポートを開閉するエンジン用バルブに関し、特にその断熱構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジン部品のような高温ガスに晒される金属製品の場合、高温ガスからの熱伝達を抑制するために、その金属製母材の表面に断熱層を形成することが行なわれている。例えば特許文献１には、バルブの構成材料の選択自由度を高める観点から、傘部表面に断熱構造を付加したバルブが記載されている。この文献には、断熱構造の具体的な例として、排気バルブの傘部表面に、溶射等の手段を用いて、セラミックス系酸化物等の断熱材料からなる皮膜を形成した構成（構成例１）や、耐熱鋼等の耐熱性材料により構成した補強リブ付の薄肉遮熱板を、吸気バルブのバルブヘッド面に対して取り付けた構成（構成例２）が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３０７１０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
自動車の燃費を高めるために、車体の軽量化、エンジンの熱効率の改善、機械抵抗の低減、電気負荷の低減、排気エネルギーの回収・利用等が図られている。このうち、エンジンの熱効率に関しては、理論的には、幾何学的圧縮比を高めるほど、また、作動ガスの空気過剰率を大きくする（比熱比を高める）ほど、その熱効率が高くなることが知られている。しかし、実際には、圧縮比を大にするほど、また、空気過剰率を大にするほど、冷却損失（外部に熱として奪われるエネルギー）が大きくなるため、圧縮比や空気過剰率の増大による熱効率の改善は頭打ちになる。
【０００５】
すなわち、冷却損失は、作動ガスからエンジン燃焼室壁への熱伝達率、その伝熱面積、並びにガス温と壁温との温度差に依存する。そのうち、熱伝達率はガス圧及び温度の関数である。従って、圧縮比及び空気過剰率の増大によりガス圧及び温度が高くなると、熱伝達率が高くなり、冷却損失が大きくなる。また、壁温とガス温との温度差も大きくなるから、そのことによっても、冷却損失が大きくなる。このため、例えば圧縮比２０以上の超高圧縮比にすることは、高膨張比にもなり、排気損失の低減に有効であるにも拘わらず、前記冷却損失のために実現できていないのが現状である。
【０００６】
一方、圧縮比を大きく高めるのではなく、排気エネルギーを回収することによってエンジンの効率化（燃費改善）を図ることも考えられる。しかし、この場合も、冷却損失が大きいときには、それだけ排気エネルギーが小さくなるから、圧縮比を高める場合と同じく、冷却損失の低減が重要になる。
【０００７】
冷却損失の低減を図る上では、燃焼室を断熱化する必要があり、燃焼室の断熱構造の一部として、前記特許文献１に記載されている吸排気バルブの断熱構造を利用することが考えられる。しかしながら、特許文献１の構成例はそもそも、傘部への入熱量を下げてバルブ材料の選択自由度を高めるために、例えば構成例１では、傘部表面に０．１〜２．０ｍｍ程度の薄い断熱膜を設けた構成であり、前述したような、冷却損失の低減に寄与し得るほどの十分な断熱性を実現し得ないと共に、バルブの表面全体に断熱膜を直接貼り付けた前記の構成では、バルブの母材金属と皮膜との熱膨張率差により、皮膜の剥離や破損を招く虞があり、信頼性が低くなってしまう。
【０００８】
一方、特許文献１の構成例２は、バルブヘッド面と遮熱板との間が中空になるため、断熱性能は構成例１よりも高くなり得るものの、補強リブ付の薄肉遮熱板をバルブヘッド面に固定したような構造では、燃焼室内の高い燃焼圧力及び燃焼温度に対抗して、中空構造を安定して維持することは困難であり、断熱構造の耐久性、信頼性に問題がある。
【０００９】
ここに開示する技術は、高い断熱性能と高い耐久性及び信頼性とを確保して、エンジンの冷却損失の低減等に利用することができるバルブの断熱構造体を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
ここに開示する技術は、軸部と傘部とを含むバルブ本体を備えかつ、エンジンの燃焼室に開口したポートを開閉するエンジン用バルブを対象とし、前記傘部において前記燃焼室に臨むバルブヘッド面には、少なくとも当該面の中心部と外周縁部とを除く部分に、前記バルブヘッド面から凹陥した凹部が形成されており、前記エンジン用バルブは、前記凹部内が空気を含むように、当該凹部内に充填された多孔材と、少なくとも前記バルブヘッド面の中心部及び外周縁部のそれぞれに接合することにより、前記凹部を含む前記バルブヘッド面を被覆する、前記バルブ本体よりも熱伝導率が低い皮膜と、をさらに備えている。
【００１１】
この構成によると、バルブヘッド面に形成した凹部と、そこに充填した多孔材と、バルブヘッド面を被覆する皮膜とによって、エンジン用バルブのバルブヘッド面側に、断熱層が構成される。多孔材を充填した凹部は、そこに空気を含み得るから、高い空気断熱効果を確保し得ると共に、比熱容量（容積比熱）をバルブ本体よりも小さくし得る。そして、バルブヘッド面を被覆する皮膜が、多孔材が充填された凹部を覆うため、多孔材を安定して保持し得ると共に、例えば高い燃焼圧力が作用したときでも多孔材の破損を防止し得る。
【００１２】
一方、皮膜自身も、少なくともバルブヘッド面の中心部及び外周縁部のそれぞれに接合することによって、十分な接合面積を確保し得るから、皮膜の接合強度及び接合安定性が得られる。尚、皮膜は、凹部内の多孔材に対してさらに接合されていてもよい。また、皮膜は、バルブ本体に対しては、そのバルブヘッド面の中心部及び外周縁部に接合しているだけであり、バルブヘッド面の全体に、広範囲に亘って貼り付いていないため、バルブ本体の構成材料と皮膜との熱膨張率差による剥離や破損を抑制して、耐久性及び信頼性を高める上で、有利になり得る。
【００１３】
前記バルブヘッド面の中心部と外周縁部との間には中間部が設けられ、前記凹部は、前記中心部と前記外周縁部と前記中間部とを除く部分に形成されており、前記皮膜は、少なくとも前記バルブヘッド面の中心部、前記外周縁部及び前記中間部のそれぞれに接合している。こうすることで、皮膜の接合面積をさらに拡大し得るから、皮膜の接合強度及び接合安定性をさらに高め得る。
【００１４】
前記中間部は環状であり、前記中心部と前記中間部との間の第１凹部と、前記中間部と前記外周縁部との間の第２凹部とは、同心円状に設けられており、前記第１凹部及び前記第２凹部のそれぞれに多孔材が充填されており、前記第１凹部の気孔率と、前記第２凹部の気孔率とは互いに異なっている、としてもよい。
【００１５】
好ましくは、外周側の第２凹部の気孔率を、内周側の第１凹部の気孔率よりも高めることである。バルブの傘部は、その外周部分が、内周側に比べて相対的に肉厚が薄くなるが、その肉厚の薄い外周部分において、高い断熱性能を確保し得る。尚、第１凹部の気孔率と、前記第２凹部の気孔率とは同じにしてもよい。
【００１６】
前記多孔材は、耐熱金属製の不織布によって構成されている、としてもよい。耐熱金属製の不織布は、凹部内での高い形状安定性により、断熱性能の長期安定化に有利になると共に、外力等に対して高い強度を確保して、断熱層の耐久性及び信頼性の向上に有利になる。
【００１７】
前記耐熱金属製の不織布は、その表面が酸化されている、としてもよい。不織布を凹部内に充填すると共に、そこを皮膜によって覆うことにより、不織布は凹部の内面に接触すると共に、皮膜にも接触し得る。つまり、接触部分を通じて熱伝導し得るが、不織布の表面を酸化させることは、熱伝導率の低下によって、そうした接触部分を通じた熱伝導を抑制し、燃焼室の断熱効果を高める上で有利になり得る。
【００１８】
前記皮膜は、ＺｒＯ２を主成分としている、としてもよい。ＺｒＯ２を主成分とした皮膜は、熱伝導率が比較的低く、バルブ本体よりも熱伝導率が低くなると共に、容積比熱もまたバルブ本体よりも小さくなる。その結果、バルブの断熱性能をより一層向上させ得る。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、前記のエンジン用バルブによれば、バルブヘッド面に形成した凹部内に多孔材を充填する一方で、その凹部を含むバルブヘッド面を、少なくともその中心部と外周縁部に接合した皮膜により被覆して断熱層を構成しているため、高い断熱性能を確保しつつ、当該断熱層の高い耐久性及び信頼性が得られる。その結果、エンジンの冷却損失の低減に寄与して、エンジンの熱効率を直接的に高めたり、排気エネルギーの回収を通じてエンジンの熱効率を間接的に高めたりする上で有利になる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態に係るエンジン構造を示す断面図である。
【図２】仕様が相異なるエンジンの幾何学的圧縮比εと図示熱効率との関係を示すグラフ図である。
【図３】仕様が相異なるエンジンの空気過剰率λと図示熱効率との関係を示すグラフ図である。
【図４】（ａ）バルブの傘部を拡大して示す縦断面図、（ｂ）ｂ−ｂ線断面図である。
【図５】図４とは異なる構造の、（ａ）バルブの傘部を拡大して示す縦断面図、（ｂ）ｂ−ｂ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、エンジン用バルブの形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎない。この実施形態は、図１に示すエンジンに、断熱構造を有する吸気バルブ及び排気バルブを適用したものである。
【００２２】
＜エンジンの特徴＞
図１において、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４１はシリンダヘッド３の吸気ポート５を開閉する吸気バルブ、４２は排気ポート７を開閉する排気バルブ、８は燃料噴射弁である。エンジンの燃焼室は、ピストン１の頂面、シリンダブロック２、シリンダヘッド３、吸排気バルブ４１，４２の傘部前面（燃焼室に臨む面であり、これをバルブヘッド面と呼ぶ）で形成される。ピストン１の頂面には、キャビティ９が形成されている。尚、点火プラグの図示は省略している。
【００２３】
このエンジンは、幾何学的圧縮比ε＝２０〜５０とされ、少なくとも部分負荷域での空気過剰率λ＝２．５〜６．０で運転されるリーンバーンエンジンである。このため、先に説明したように、エンジンの冷却損失を大幅に低減させなければ、すなわち、エンジンの断熱性を高くしなければ、その圧縮比ε及び空気過剰率λに見合う所期の熱効率を得ることができない。この点をモデル計算による図示熱効率に基づいて説明する。すなわち、圧縮比εを増大させていったとき、燃焼室を断熱構造にするか否かで、また、空気過剰率λの大小で、図示熱効率がどのように影響されるかをモデル計算した。
【００２４】
図２はその結果を示す。同図において、「断熱なし」は、燃焼室に断熱構造を採用していない従来のエンジンを意味し、「断熱あり」は、「断熱なし」の従来のエンジンよりも燃焼室の断熱率を５０％高めたエンジンを意味する。「200kPa」及び「500kPa」はエンジン負荷の大きさを表す。
【００２５】
まず、「断熱なし 200kPa λ＝１」の場合、圧縮比εの増大に伴って図示熱効率が増大しているが、圧縮比ε＝５０を越えても図示熱効率は大きく改善せず、圧縮比ε＝５０での理論効率は８０％程度であるから、当該エンジンの図示熱効率はかなり低い。この差の大部分は冷却損失及び排気損失である。
【００２６】
「断熱なし 200kPa λ＝２」の場合、空気過剰率の増加により比熱比が小さくなるため、図示熱効率が高くなっているが、それでも、理論効率からみれば低い。「断熱なし 200kPa λ＝４」及び「断熱なし 200kPa λ＝６」をみると、圧縮比εが１５又は２５を越えると、該圧縮比εが大きくなるほど図示熱効率が低下している。これは、空気過剰率λが大きい（混合気の空気密度が高い）ことから、高圧縮比になると燃焼時のガス圧が非常に高くなり、ガス圧及び温度の関数である熱伝達率が高くなって冷却損失が大きくなるためである。すなわち、空気過剰率λの増大（比熱比の増大）による熱効率の上昇を上回って冷却損失が大きくなるためである。
【００２７】
これに対して、「断熱あり 200kPa λ＝２．５」では、圧縮比εの増大に伴って図示熱効率が増大している。空気過剰率λを高めた「断熱あり 200kPa λ＝６」では、圧縮比εが４０を越えると、図示熱効率が若干下がり気味になるものの、図示熱効率は圧縮比ε＝２０〜５０において非常に高い値になっている。エンジン負荷を高めた「断熱あり 500kPa λ＝２．５」でも、図示熱効率は圧縮比ε＝２０〜５０において高い値になっている。
【００２８】
図３は空気過剰率λと図示熱効率との関係をみたグラフである。「断熱なし 200kPa ε＝１５」では、空気過剰率λ＝４．５付近で図示熱効率がピークになり、それよりも空気過剰率λが増大するほど図示熱効率が低下している。これに対して、「断熱あり 200kPa ε＝４０」では、空気過剰率λ＝６．０付近で図示熱効率がピークになっている。圧縮比εが高いことと、断熱による冷却損失抑制の効果である。
【００２９】
前記リーンバーンエンジンの場合、少なくとも部分負荷域では空気過剰率λ＝２．５以上で運転するから、ＮＯｘ発生の抑制に有利になる。圧縮比εが高くなると、燃焼温度が高くなるが、空気過剰率λをエンジン負荷が高くなるほど大きくなるように制御することにより、燃焼最高温度が１８００Ｋを越えないようにしてＮＯｘ発生を抑制することができる。
【００３０】
また、図示は省略するが、前記エンジンの吸気系には吸気を冷却するインタークーラーが設けられている。これにより、圧縮開始時の筒内ガス温度が低くなり、燃焼時のガス圧及び温度の上昇が抑えられ、冷却損失の低減（図示熱効率の改善）に有利になる。
【００３１】
＜断熱構造＞
以下では、前記超高圧縮比ε＝２０〜５０及び高空気過剰率λ＝２．５〜６．０で運転されるエンジンにおける、図示熱効率を高める上で必要となる冷却損失低減のための断熱構造について説明する。
【００３２】
図４は吸気又は排気バルブ４１，４２の断熱構造の参考例を示す。尚、図４（及び、後述する図５）は、構造の理解容易のために、バルブ形状を誇張して描いている。以下においては、吸気バルブ４１及び排気バルブ４２を総称して単にバルブと呼ぶ。このバルブは、吸気又は排気ポート５，７を開閉する傘部６１と、傘部６１に連続する軸部６２とを含むバルブ本体６を備えている。
【００３３】
バルブ本体６は、例えば耐熱鋼や鋳鉄により構成される。尚、前述したようにこのエンジンは、冷却損失と共に排気損失をも低減しているため、排気ガス温度が比較的低い。このため、特に排気バルブ４２については、従来は使用することができなかった、又は、使用することが困難であった材料（例えばアルミニウム合金等）を使用することも可能である。
【００３４】
バルブ本体６は、エンジンの燃焼室を形成するバルブヘッド面６１１側に断熱層６３を備えている。断熱層６３は、バルブヘッド面６１１に形成された凹部６１２と、凹部６１２内の多孔材６４と、凹部６１２を含むバルブヘッド面６１１の全面を覆う皮膜６５とを含んでなる。
【００３５】
凹部６１２は、円形状のバルブヘッド面６１１における中心部と外周縁部とを除くドーナツ状に、バルブヘッド面６１１から凹陥するように形成されている。凹部６１２の深さは、バルブ本体６の傘部６１が、必要な剛性を確保し得る範囲で適宜設定すればよく、深さが深いほど、断熱層６３の厚みが分厚くなるため、断熱性能を高める上では有利になる。また、凹部６１２の幅（径方向の幅）は、後述するように、皮膜６５の接合面積を十分に確保し得る範囲で適宜設定すればよく、凹部６１２の幅が広いほど、断熱層６３の実質的な面積が拡大するため、断熱性能を高める上では有利になる。
【００３６】
凹部６１２内には、多孔材６４が充填されるが、この多孔材６４は、例えばステンレス鋼等の耐熱金属製の不織布により構成してもよい。
【００３７】
金属製不織布の具体例としては、日本精線株式会社製のナスロンフィルター（商品名）を例示することができる。つまり、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６又はＳＵＳ３１６Ｌの、ステンレス短繊維、ステンレス長繊維、ステンレス鋼粉末、又はステンレス金網により構成された、空隙率が約２５〜８０％のフィルターであり、これを凹部６１２に充填する多孔材６４として利用し得る。
【００３８】
また、別の具体例として、金属製不織布に補強金網や保護金網を積層してなる、株式会社セミテック製の積層金属不織布フィルター（商品名）を、例示することができる。この場合はハンドリング性を高め得る。
【００３９】
また、多孔材６４は、例えば耐熱金属糸を用いて立体的に形成した金属織物によって構成してもよい（例えば、樋口明久、他４名、「金属繊維を活用した立体構造織物の開発」、２００４年、東京都立産業技術研究所研究報告 第７号）。
【００４０】
凹部６１２内に多孔材６４を充填することにより、この凹部６１２内には空気が含まれるため、熱伝導率が比較的低下すると共に、容積比熱も比較的小さくなる。その結果、多孔材６４を充填した凹部６１２の部分の熱伝導率は、バルブ本体６の熱伝導率よりも低くなると共に、容積比熱もまたバルブ本体６の容積比熱よりも小さくなる。
【００４１】
金属製不織布等からなる多孔材６４は、その表面を、大気中、１０１０℃〜１１５０℃、０．５ｈｒ〜１ｈｒの条件で酸化させてもよい。あるいは、オゾンガスを使用する方法によって、厚い酸化膜を形成する表面酸化膜形成方法を用いてもよい。例えば処理チャンバー内にステンレス鋼部材を収容して真空ポンプで真空引きした後、オゾン発生装置により発生させた高濃度オゾンガスをオゾンガス導出路から、また貯水装置を通した湿潤酸素ガスを供給路から導入することによって、オゾン濃度１５vol％以上の湿潤オゾンガスとし、ヒーターによる加温で所定の温度（60℃）としてステンレス鋼を処理し、表面に酸化膜を形成させてもよい。凹部６１２内に充填した多孔材６４は、その凹部６１２の内壁や皮膜６５に接触し得るが、表面に形成した酸化物は熱伝導率が低いため、接触部分を通じた熱伝導を抑制し、断熱層６３の断熱性能の低下を抑制する上で有利になる。
【００４２】
また、多孔材６４としては、東海カーボン製グラッシーカーボン微小球（非晶質な組織を持ち、３０００℃の真空中、５００℃の空気中でも優れた安定性を持つ、高純度なカーボン）をフィルター状に成形したものを利用することも可能である。
【００４３】
皮膜６５は、その材料として、ＺｒＯ２等の金属酸化物を採用することができる。例えば、Ｙ２Ｏ３安定化ＺｒＯ２（ＹＳＺ）を皮膜材料とした場合、皮膜６５の熱伝導率は１．４４Ｗ／(ｍ・Ｋ)、その容積比熱は０．４６ｋＪ／(ｋｇ・Ｋ)となり、バルブ本体６よりも熱伝導率を低くかつ、容積比熱を小さくし得る。金属酸化物製の皮膜６５は、例えばプラズマ溶射によって、バルブヘッド面６１１に形成することが可能であり、この場合、バルブヘッド面６１１において凹部６１２が形成されていない中心部や外周縁部が皮膜６５の接合代となって、皮膜６５をバルブヘッド面６１１に対して強固に接合し得ると共に、凹部６１２内の多孔材６４に対しても皮膜６５が接合するようになり、皮膜６５の接合安定化と共に、凹部６１２内の多孔材６４の保持の安定化にも寄与し得る。
【００４４】
こうした断熱層６３を有するバルブは次の方法で得ることができる。すなわち、バルブ本体６のバルブヘッド面６１１に形成した凹部６１２内に多孔材６４を充填する。次いで、バルブヘッド面６１１に皮膜材をプラズマ溶射することにより皮膜６５を形成する。
【００４５】
このバルブの断熱構造によれば、多孔材６４が充填された凹部６１２内は空気を含んでいるため、高い空気断熱効果が得られる。これにより、燃料の燃焼によって発生するエネルギーが熱としてバルブ本体６を介して外部に奪われる量が少なくなる（冷却損失が小さくなる。）。
【００４６】
また、多孔材６４として金属製不織布を採用し、これを凹部６１２内に充填した場合、金属製不織布は、凹部６１２内で高い形状安定性を発揮し得るから、断熱性能を長期に亘って安定して維持する上で有利になると共に、断熱層６３を含めたバルブの強度を高めて、耐久性及び信頼性の向上に有利になる。また、金属製不織布の表面を酸化させることは、多孔材６４と、凹部６１２の内壁及び皮膜６５との接触部分を通じた熱伝導を抑制し、断熱性能を高める上で有利になる。
【００４７】
皮膜６５は、凹部６１２内への燃料の染み込みやカーボンの侵入を防ぐとともに、外力等による多孔材６４の損壊、或いは多孔材６４の脱離ないし剥離を防止する。皮膜６５は、バルブヘッド面６１１の中心部及び外周縁部に対し、直接的に接合されるため、十分な接合強度及び接合耐久性を確保し得る。一方で、皮膜６５は、バルブ本体６に対しては、そのバルブヘッド面６１１の中心部及び外周縁部に接合しているだけであり、バルブヘッド面６１１の全体に貼り付いていないため、バルブ本体６の構成材料と皮膜６５との熱膨張率差による剥離や破損を抑制して、耐久性及び信頼性を高める上で、有利になり得る。特に、バルブヘッド面６１１に対する溶射によって皮膜６５を形成することは、凹部６１２内の、金属製不織布等により構成される多孔材６４の外表面における空隙に皮膜材料の一部が入り込むようになり、多孔材６４の保持安定化に有利であると共に、金属製不織布等からなる多孔材６４は多少の変形も許容し得るから、前述した熱膨張率差による皮膜６５の剥離や破損を抑制しつつ、皮膜６５の強度及び耐久性の向上に有利になる。
【００４８】
その結果、多孔材６４を利用して構成される中空構造を、長期に亘って安定して維持することが可能になり、バルブの断熱構造として、高い断熱性能と高い耐久性及び信頼性が確保される。
【００４９】
皮膜材として、例えば、Ｙ２Ｏ３安定化ＺｒＯ２のような熱伝導率が低く、容積比熱も小さいものを採用することは、断熱性の確保に有利になる。特に、皮膜６５の容積比熱が小さいときは、空気を含む凹部６１２内の容積比熱が小さいことと相俟って、バルブの表面温度は燃料の燃焼による燃焼室温度の上昇に伴って速やかに上昇すると共に、燃焼室温度の下降に伴って速やかに下降する。よって、燃焼室のガス温とバルブの表面温度との差が大きくならず、冷却損失が少なくなる。
【００５０】
バルブの断熱構造は、例えば図５に示すように構成してもよい。尚、以下の説明において、図４に示すバルブの構造と同じ構造については、その説明を省略する場合がある。
【００５１】
この構成例では、円形状のバルブヘッド面６１１における中心部と、外周縁部と、この中心部と外周縁部との間に中間部とを除く部分に、内周側の第１凹部６１３と、外周側の第２凹部６１４との２つの凹部が形成されている。つまり、中間部は、中心部と外周縁部との間で円環状に形成されており、これにより、中心部と中間部との間でドーナツ状に凹陥する第１凹部６１３と、中間部と外周縁部の間で、同じくドーナツ状に凹陥する第２凹部６１４とが同心円状に形成されている。ここで、中間部の幅（径方向の幅）は、第１及び第２凹部６１３，６１４を含む凹部の面積が小さくなりすぎて、断熱層６３の実質的な面積が縮小しない範囲で、適宜設定すればよい。
【００５２】
第１凹部６１３及び第２凹部６１４にはそれぞれ多孔材６４が充填されていると共に、この多孔材６４が充填された第１及び第２凹部６１３，６１４を含むバルブヘッド面６１１を覆うように、皮膜６５が、例えば溶射により形成されている。
【００５３】
この構成例では、バルブヘッド面６１１の中間部が、中心部及び外周縁部と共に、皮膜６５の接合代として機能し得るから、バルブヘッド面６１１と皮膜６５との接合面積が、その分、拡大することになる。これは、皮膜６５の接合強度及び接合耐久性を向上する上で有利になる。
【００５４】
尚、皮膜６５の接合面積を拡大させる観点からは、中間部を円環状に形成することに限定されず、例えば、図示は省略するが、中心部と外周縁部とを連結するように径方向に延びる中間部を、バルブの中心に対して均等配置するようにしてもよい。この場合は、中心部と外周縁部の間の凹部が、中間部によって、周方向に複数に分割されることになる。
【００５５】
また、多孔材６４が充填される第１凹部６１３の空隙率、及び、第２凹部６１４の空隙率は、例えば同一種類の多孔材６４を充填することによって、互いに同じ空隙率に設定してもよいが、相異ならせてもよい。特に、バルブの傘部６１の外周側である第２凹部６１４の空隙率を、内周側の第１凹部６１３の空隙率よりも高くしてもよい。これは、バルブの傘部は６１、その外周側の方が肉厚が薄いことから、外周側の断熱性能を高めることが望ましいためである。
【００５６】
さらに、特に排気バルブ４２では、その傘部におけるバルブヘッド面とは逆側のバルブフェース面（傘部の後面）側にも、前述したバルブヘッド面側の断熱構造と同様の断熱構造を設けてもよい。
【００５７】
ここに開示する断熱層６３を備えたバルブは、図１に示す超高圧縮比エンジンへの適用に限定されず、その他のエンジンに適用してもよい。
【符号の説明】
【００５８】
４１  吸気バルブ
４２  排気バルブ
５  吸気ポート
６  バルブ本体
６１  傘部
６１１  バルブヘッド面
６１２  凹部
６１３  第１凹部
６１４  第２凹部
６２  軸部
６４  多孔材
６５  皮膜
７  排気ポート
【図１】
0005625690.tif 000002
【図２】
0005625690.tif 000003
【図３】
0005625690.tif 000004
【図４】
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【図５】
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