(57)【要約】【課題】吸気バルブ、および排気バルブ等のエンジンバルブへのデポジットの付着・堆積を抑制し、エンジンの過早点火を防止することができる発明を提供すること。【解決手段】本発明によれば、傘部２と、該傘部から延びるステム４とを備えたエンジンバルブ１であって、前記傘部２ａの外側面と前記ステムの外周面４ａに、オイルとの親和性の低い非金属表面処理層２０、２２が形成されていることを特徴とするエンジンバルブが提供される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
傘部と、該傘部から延びるステムとを備えたエンジンバルブであって、
前記傘部の外側面と前記ステムの外周面に、オイルとの親和性の低い非金属表面処理層が形成されている、
ことを特徴とするエンジンバルブ。
【請求項２】
前記非金属表面処理層の表面に、直径５０ｎｍないし１００ｎｍの微小凹部を有する微小凹凸構造部が形成されている、
請求項１に記載のエンジンバルブ。
【請求項３】
前記非金属コーティングが、ガラス系コーティング、樹脂系コーティングまたはダイヤモンド系コーティングである、
請求項１または２に記載のエンジンバルブ。
【請求項４】
前記ステムの外周面上の非金属表面処理層が、エンジンバルブの閉鎖状態において露出している領域に形成されている、
請求項１ないし３のいずれか１項に記載のエンジンバルブ。
【請求項５】
前記エンジンバルブが、火花点火式エンジンの吸気バルブである、
請求項１ないし４のいずれか１項に記載のエンジンバルブ。
【請求項６】
前記エンジンバルブが、火花点火式直噴エンジンの吸気バルブである、
請求項１ないし５のいずれか１項に記載のエンジンバルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概略的には、エンジンバルブに関し、詳細には、自動車等のエンジンに使用される吸気、または排気バルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
環境意識の高まり、エネルギ価格の高騰を受けて、エンジンで駆動される自動車等に対し燃費向上が求められている。燃費向上のために、エンジン内での効率の良い燃焼が追求されている。
【０００３】
ここで、レシプロエンジンにおいては、シリンダ等に堆積したデポジットが起点となってプレイグニッションが起こることが知られていた。プレイグニッションの発生がノッキングセンサ等によって検知されると、エンジンの破損を防止するために点火時期を遅らせるリタード制御が自動的に実行されるため、燃費が悪化することになる。
【０００４】
このような状況に対処するため、シリンダ内に堆積したデポジット量を推定し、必要に応じてデポジット除去動作を行う構成が知られていた（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−２２２０３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１の発明は、堆積したデポジットを除去する構成であり、デポジットの堆積を抑制するものではなかった。
【０００７】
さらに、デポジットは、エンジンのシリンダ内のみならず吸気バルブ、および排気バルブにも堆積するため、これら吸気バルブ、および排気バルブへのデポジットの付着・堆積にも対処する必要があった。
【０００８】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、吸気バルブ、および排気バルブ等のエンジンバルブへのデポジットの付着・堆積を抑制し、エンジンの過早点火を防止することができる発明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】
【０００９】
本発明によれば、
傘部と、該傘部から延びるステムとを備えたエンジンバルブであって、
前記傘部の外側面と前記ステムの外周面に、オイルとの親和性の低い非金属表面処理層が形成されている、
ことを特徴とするエンジンバルブが提供される。
【００１０】
エンジンの吸気バルブおよび排気バルブの近辺には、エンジン作動中、オイル（潤滑油）が液相あるいは気相で存在するが、オイル（潤滑油）との親和性の低い非金属表面処理層によって、吸気バルブおよび排気バルブの表面に付着し難くなる。この結果、デポジット生成の一因である、潤滑油の付着が防止あるいは抑制されることになる。
【００１１】
本発明の他の好ましい態様によれば、
前記非金属表面処理層の表面に、直径５０ｎｍないし１００ｎｍの微小凹部を有する微小凹凸構造部が形成されている。
【００１２】
このような構成によれば、微小凹凸構造部によって、非金属コーティングの表面のデポジットに対する接触面積が減少するので、デポジットがプレイグニッションを起こす大きさに成長する前にエンジンバルブの表面から脱落し、プレイグニッションを起因となり得ない。
【００１３】
本発明の他の好ましい態様によれば、
前記非金属コーティングが、ガラス系コーティング、樹脂系コーティングまたはダイヤモンド系コーティングである。
【００１４】
本発明の他の好ましい態様によれば、
前記ステムの外周面上の非金属表面処理層が、エンジンバルブの閉鎖状態において露出している領域に形成されている。
【００１５】
本発明の他の好ましい態様によれば、
前記エンジンバルブが、火花点火式エンジンの吸気バルブである。
本発明の他の好ましい態様によれば、
前記エンジンバルブが、火花点火式直噴エンジンの吸気バルブである。
【００１６】
火花点火式エンジンでは、ポート噴射の場合、インジェクタからの燃料が、吸気バルブの傘部の外側面に吹き付けられ、新気と混合させられ、シリンダ内に吸引される。したがって、吸気バルブの傘部の外側面は、インジェクタから噴射される燃料で常時、洗浄されることになるため、この部分およびその近傍にはデポジットが堆積し難い。
【００１７】
一方、火花点火式直噴エンジンでは、燃料が直接、シリンダ内に噴射されるため、傘部の外側面等に付着したデポジットが洗い流されず、これら部分にデポジットが堆積し易くなる傾向がある。
【００１８】
しかしながら、上記構成を有する火花点火式直噴エンジンの吸気バルブによれば、デポジットが堆積し易い吸気バルブの傘部の外側面等に、オイルとの親和性の低い非金属表面処理層が形成されている等しているので、これらの部分へのデポジットの付着、または堆積が抑制される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、吸気バルブ、および排気バルブ等のエンジンバルブへのデポジットの堆積を抑制し、エンジンの過早点火を防止することができる発明が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の好ましい実施形態のエンジンバルブの概略的な構成を示す側面図である。
【図２】図１のエンジンバルブが組み込まれた自動車のエンジンのシリンダヘッド部分の断面図である。
【図３】エンジンバルブに非金属表面処理層を形成する工程を説明する図面である。
【図４】エンジンバルブに非金属表面処理層を形成する工程を説明する図面である。
【図５】エンジンバルブに非金属表面処理層の表面に微小凹凸構造を形成する工程を説明する図面である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施形態のエンジンバルブ１の構成について説明する。本実施態様のエンジンバルブ１は、自動車用の火花点火式（ガソリン）直噴エンジンの吸気バルブである。
【００２２】
図１は、本発明の好ましい実施形態のエンジンバルブ１の概略的な構成を示す側面図であり、図２はエンジンバルブ１が組み込まれた自動車のエンジンのシリンダヘッド部分の断面図である。
【００２３】
図１に示されているように、エンジンバルブ１は、耐熱鋼等の金属材料で構成され、従来技術の吸気バルブと同様に、傘部２と、傘部２から延びる棒状のステム４とを備えている。
【００２４】
エンジンバルブ１は、エンジンの燃焼室６に連通する吸気ポート８を開閉するように、シリンダヘッド１０に取付けられる（図２）。エンジンバルブ１は、従来技術の吸気弁バルブと同様に、バルブ開閉時に、ステム４が、シリンダヘッド１０に組み込まれた円筒状のバルブガイド１２の貫通孔内を摺動するように配置されている。バルブガイド１２の下端には、ステム４の摺動時にステム４に付着したデポジットを掻き落とすカーボンカッタ部が形成されている。
【００２５】
カーボンカッタ部は、例えば、バルブガイド１２の下端部で、貫通孔の内径をステム４の外周より大きくなるように拡径することによって形成される。このような構成では、拡径部分に形成された段部の縁（エッヂ）によって、ステムに付着したデポジットが、ステムの摺動時に掻き落とされる。
【００２６】
エンジンバルブ１は、傘部２が燃焼室６に設けられた吸気口１４の燃焼室側に配置され、バルブスプリング１４の付勢によって、傘部２が吸気口１６を閉鎖する方向に常時、付勢され、傘部２が吸気口１６を閉鎖している。そして、カム１８の突出部によって上端側が押圧されると、バルブスプリング１４の付勢力に抗しながら、傘部２が燃焼室６内に移動し、吸気口１６が開放される。さらに、突出部による押圧が終了すると、エンジン１は、バルブスプリング１４の付勢力によって、図２に示されている閉鎖位置に戻り、傘部２が吸気口１６を閉鎖する。このように吸気口が開閉される際、エンジンバルブ１のステム４は、円筒状のバルブガイド１２内を摺動する。
【００２７】
一方、図１に示されているように、エンジンバルブ１の傘部２の外側面２ａと、ステム４の外周面の傘部側の部分４ａには、エンジンで使用される潤滑油（オイル）との親和性の低い性質を有する非金属表面処理層２０、２２がそれぞれ形成されている。
【００２８】
非金属表面処理層の具体例としては、シリカ等を主成分としたガラス系コーティング、フッ素樹脂を主成分とした樹脂系コーティング、またはダイヤモンド系コーティング等が上げられる。しかしながら、エンジンで使用される潤滑油（オイル）との親和性の低く、エンジンバルブへの潤滑油（オイル）の付着を抑制、あるいは防止することができる、他の種類の非金属表面処理層も使用可能である。非金属表面処理層の種類は、エンジンバルブが使用される環境の温度等の条件を勘案して、適宜、選択される。例えば、使用環境の温度が摂氏３００度を超えるような高温の場合には、シリカ等を主成分としたガラス系コーティング、またはダイヤモンド系コーティング等が選択される。
【００２９】
本実施態様のエンジンでは、非金属表面処理層２０は、エンジンバルブ１の傘部２の外側面２ａ即ち傘部２の吸気ポート側の面に形成されている。詳細には、傘部２の非金属表面処理層２０は、傘部２の外側面２ａのうち、傘部２が吸気口１６を閉鎖したとき吸気ポート８側に露出する部分のみに形成される。したがって、傘部２の外側面２ａのうち、吸気口１６を閉鎖しているときに吸気口１６の外縁に接触する部分および燃焼室６内に配置される部分には、非金属表面処理層２０は形成されていない。
【００３０】
また、非金属表面処理層２２は、ステム４の傘部２側の部分の全面に形成されている。詳細には、ステム４に形成されている非金属表面処理層２２は、エンジンバルブ１の傘部２が吸気口１６を完全に閉鎖しているときに、バルブガイド１２に覆われていないステム４の部分の表面全体に形成されている。即ち、非金属表面処理層２２は、ステム４の表面領域のうち、エンジンバルブ１が閉鎖状態（図２）となりステム４がバルブガイド１２から最も突出したときに、バルブガイド１２の下端（カーボンカッタ部）から露出している領域（エンジンバルブ１の全閉時にバルブガイドの下縁と対向する位置から下方側の領域）全体に形成されている。そして、非金属表面処理層２２は、エンジンバルブの開閉動作時に、バルブガイド１２内で摺動するステム４の部分の表面には形成されていない。
【００３１】
本実施態様のエンジンバルブ１では、非金属表面処理層２０、２２の厚さは、１０μｍ乃至２００μｍ程度に設定されている。
【００３２】
さらに、本実施態様のエンジンバルブ１では、非金属表面処理層２０、２２の表面に、直径５０ｎｍないし１００ｎｍの微小凹部を有する微小凹凸構造部が形成されている。このような微小凹部は、互いに隣接するように、非金属表面処理層２０、２２の表面の全体に形成されている。
【００３３】
なお、微小凹部の直径は、この微小凹部の直径をエンジンバルブに付着、堆積するデポジットの平均粒径以下にすることにより、デポジットの付着を抑制できるとの知見にお基づいている。そして、エンジンバルブに付着、堆積するデポジットの平均粒径が５０ｎｍないし１００ｎｍであため、微小凹部の直径が直径５０ｎｍないし１００ｎｍに設定されている。
【００３４】
次に、非金属表面処理層２０、２２を形成する方法を説明する。本実施態様のエンジンバルブ１に、非金属表面処理層の一例である、シリカ等を主成分としたガラス系コーティング層を形成する工程を説明する。非金属表面処理層２０、２２を形成する方法は、基本的には従来技術の方法と同一である。
【００３５】
まず、非金属表面処理装置２０、２２を形成する必要がない部分である、エンジンバルブ１の傘部２の外側面の燃焼室側の端部分とステム４の上端側部分（燃焼室と反対側の端部）にマスキングＭを施す。
【００３６】
このように一部分にマスキングＭが施されたエンジンバルブ１は、図３に示されているように、モータで回転駆動される保持部２４を備えたワーク保持装置２６に取付けられる。エンジンバルブ１は、ステム４の先端が保持部２４に連結されることによってワーク保持装置２６に取付けられる。したがって、エンジンバルブ１は、ステム４を中心に回転可能に、ワーク保持装置２６に保持されることになる。
【００３７】
このように保持されたエンジンバルブ１に対して、溶射ロボット２８から溶射が行われ、エンジンバルブ１の表面のうち、マスキングＭが施されていない部分にシリカ等を主成分としたガラス系コーティング層（非金属表面処理層）２０、２２が形成される。
【００３８】
具体的には、図３および図４に示されているように、溶射ロボット２８のアーム２８ａの先端からワーク保持装置２６に固定されたエンジンバルブ１に向けて放射されるプラズマ炎３０中に、溶射剤投入装置３２からSiC等の溶射粉末３４が投入され、エンジンバルブ１の表面にプラズマ溶射によって非金属表面処理層２０、２２が形成される。この非金属表面処理層２０、２２を形成する工程中、エンジンバルブ１のステム４の先端を保持する保持部２４を回転駆動することによって、エンジンバルブ１がステムを中心に回転駆動される。
【００３９】
次に、図５に沿って、非金属表面処理層２０、２２の表面に直径５０ｎｍないし１００ｎｍの微小凹部を有する微小凹凸構造部を形成する工程の一例を説明する。
【００４０】
図５に示されている例では、公知のレーザ加工装置（ピコ秒レーザ）を使用して、非金属表面処理層２０、２２の表面に直径５０ｎｍないし１００ｎｍの微小凹部を有する微小凹凸構造部を形成している。
【００４１】
この例では、非金属表面処理層２０、２２が形成されたエンジンバルブ１を回転可能な保持装置３６に保持して、レーザ照射装置３８からレーザ光４０を非金属表面処理層２０、２２に照射する。
【００４２】
レーザ照射装置３８は、Z軸およびY軸方向に移動可能なレーザヘッド本体４２を備えている。レーザヘッド本体４２は、図示しないレーザ発振器から送られてきたレーザ光を集光等するレーザ集光レンズ４４、レーザ焦点レンズ４６を備えている。
【００４３】
このようなレーザ照射装置３８を使用して、レーザ発振器から断続的にレーザ光でエンジンバルブ１の非金属表面処理層２０、２２の表面全体に微小凹部を形成していく。レーザ光４０の照射位置は、保持装置３６によるエンジンバルブ１の回転、およびレーザヘッド本体４２のＺ軸方向移動、Ｙ軸方向移動によって変更される。
【００４４】
尚、微小凹凸構造部を形成は、他の方法によって実行されてもよい。
【００４５】
このような構成を有するエンジンバルブにおいては、非金属表面処理層２０、２２によって、傘部およびステムの傘部側部分へのオイル（潤滑油）付着が抑制されるので、デポジットの付着、堆積が抑制される。
【００４６】
さらに、非金属表面処理層２０、２２の表面に微小凹凸構造が形成されているので、デポジットが付着、堆積した場合であっても、デポジットは、プレイグニッションを生じさせる大きさまで成長する前に、非金属表面処理層２０、２２から脱落するのでプレイグニッションの原因を生じさせ難くなる。
【００４７】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された事項の範囲内で種々の変更・変形が可能である。
【００４８】
上記実施形態のエンジンバルブ１は、自動車用の火花点火式（ガソリン）直噴エンジンの吸気バルブであったが、本願発明は、このタイプのエンジンバルブに限定されるものではなく、他のエンジンのエンジンバルブ、例えば、直噴以外のガソリンエンジン、およびディーゼルエンジンの吸気バルブ、および排気バルブ、または自動車用以外の用途のエンジンのエンジンバルブにも適用が可能である。
【００４９】
上記実施形態のエンジンバルブ１では、傘部の外側面とステムの表面の一部に非金属表面処理層２０、２２を設け、この非金属表面処理層２０、２２の表面に微小凹凸構造が形成されていたが、非金属表面処理層２０、２２の表面に微小凹凸構造が形成されていない構成でもよい。このような構成でも、非金属表面処理層によって、エンジンバルブへのオイル(潤滑剤)の付着が抑制されるため、デポジットの付着、堆積が抑制される。
【符号の説明】
【００５０】
１：エンジンバルブ
２：傘部
４：ステム
１２：バルブガイド
１４：バルブスプリング
１８：カム
２０：非金属表面処理層
２２：非金属表面処理層
【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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