(57)【要約】【課題】エンジンバルブの温度上昇を抑制できるとともに、傘部から軸部への伝熱を抑えてエンジンの吸気効率の低下を抑えることができるエンジンバルブを提供する。【解決手段】エンジンの吸気ポートを開閉するエンジンバルブ２０は、軸部２２と傘部３０とを有する。軸部２２を第１の金属材料で形成し、傘部３０のうち相互に連続する傘表部３０ａおよびフェース部３４を第１の金属材料より熱伝導率が高い第２の金属材料で形成する。【選択図】図２
2018013065.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの吸気ポートを開閉するエンジンバルブであって、
軸部と傘部とを有し、
前記傘部のうち傘表部および該傘表部から連続するフェース部が、前記軸部を形成する第１の金属材料より熱伝導率が高い第２の金属材料で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】
請求項１に記載のエンジンバルブであって、
前記第２の金属材料はアルミニウムまたはアルミニウム合金であることを特徴とするエンジンバルブ。
【請求項３】
請求項１に記載のエンジンバルブであって、
前記第２の金属材料は銅または銅合金であることを特徴とするエンジンバルブ。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のエンジンバルブであって、
前記軸部から前記傘部の傘裏部に連続する凹曲面が形成されており、
前記傘部は、傘裏側の内周部を形成しており且つ前記軸部と連続する内周形成部と、前記内周形成部を周方向にわたって取り囲む傘裏側の外周部を形成し且つ前記傘表部および前記フェース部を含む外周形成部とを有し、
前記内周形成部は前記第１の金属材料で形成されており、
前記外周形成部は前記第２の金属材料で形成されており、
前記第１の金属材料は前記第２の金属材料よりも靱性が大きく、
前記内周形成部を形成する前記第１の金属材料と前記外周形成部を形成する前記第２の金属材料との傘裏側の接合面は、前記傘部の半径方向において前記凹曲面の中心部よりも前記フェース部側に配置されていることを特徴とするエンジンバルブ。
【請求項５】
請求項４に記載のエンジンバルブであって、
前記外周形成部は、前記内周形成部の外周端部の傘裏側を覆う覆い部を有していることを特徴とするエンジンバルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸気用のエンジンバルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジン（内燃機関）の吸気用バルブ（以下、「エンジンバルブ」という）が高温になると、エンジンバルブに付着した燃料やオイルが蒸し焼きになってデポジットが形成される。そして、エンジンバルブの開閉時の衝撃等により、デポジットに吸着された燃料が脱離したり、デポジットが剥離して燃焼室内に侵入したりすると、燃焼室内の燃料成分が過剰になりＡ／Ｆが小さくなるため、エンジンが燃焼不安定に陥ることがある。また、剥離したデポジットがエンジンバルブとエンジンのバルブシートとの間に挟まり、エンジンバルブが完全に閉弁できなくなることもある。そのため、デポジットの形成を低減するために、エンジンバルブの温度上昇を抑制することが従来から求められてきた。
【０００３】
エンジンバルブの温度上昇を抑制するための一つの手段として、エンジンバルブを熱伝導率が高いアルミニウム合金で形成することが知られている。例えば特許文献１に記載のエンジンバルブは、その軸部および傘部がアルミニウム合金を繊維粒子等で強化したＡｌ基ＭＭＣ（Ｍｅｔａｌ  Ｍａｔｒｉｘ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ）で形成されている。これにより、燃焼室から傘部の傘表へ伝わった熱がバルブシートとの接触部であるフェース部に速やかに伝えられ、フェース部からバルブシートに放熱されるため、エンジンバルブの温度上昇が抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−６３０１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１のエンジンバルブのように軸部と傘部の両方を熱伝導率の高いＡｌ基ＭＭＣで形成した場合、傘部の熱が軸部に伝わることで軸部の温度も高くなる。その結果、燃焼室へと供給される空気が軸部に沿って流れる際にその温度が上昇して体積が増加するため、エンジンの吸気効率が低下するという問題がある。
【０００６】
本発明は前記のごとく問題点を解決すべくなされたものであって、その課題は、エンジンバルブの温度上昇を抑制できるとともに、傘部から軸部への伝熱を抑えてエンジンの吸気効率の低下を抑えることができるエンジンバルブを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のエンジンバルブは、エンジンの吸気ポートを開閉するエンジンバルブであって、軸部と傘部とを有し、前記傘部のうち傘表部および該傘表部から連続するフェース部が、前記軸部を形成する第１の金属材料より熱伝導率が高い第２の金属材料で形成されていることを特徴とする。当該構成により、傘表部で受けた熱を速やかにフェース部を介してエンジンのバルブシートに伝えることができるため、エンジンバルブの温度上昇を抑制することができる。また、軸部が傘表部などを形成する第２の金属材料より熱伝導率が低い第１の金属材料で形成されているため、傘部から軸部への伝熱が抑えられ、エンジンの吸気効率の低下を抑制することができる。
【０００８】
第２の金属材料はアルミニウム若しくはアルミニウム合金、または銅若しくは銅合金であることが好ましい。第２の金属材料が熱伝導率が高くかつ比較的安価な材料で構成されるため、生産コストを抑制しつつ、エンジンバルブからの放熱を速やかに行うことができる。
【０００９】
また、軸部から傘部の傘裏部に連続する凹曲面が形成されており、傘部は、傘裏側の内周部を形成しており且つ軸部と連続する内周形成部と、内周形成部を周方向にわたって取り囲む傘裏側の外周部を形成し且つ傘表部およびフェース部を含む外周形成部とを有し、内周形成部は第１の金属材料で形成されており、外周形成部は第２の金属材料で形成されており、第１の金属材料は第２の金属材料よりも靱性が大きく、内周形成部を形成する第１の金属材料と外周形成部を形成する第２の金属材料との傘裏側の接合面は、傘部の半径方向において凹曲面の中心部よりもフェース部側に配置されていることが好ましい。当該構成により、エンジンバルブの開閉時に応力がかかりやすい部分が靱性が大きい第１の金属材料で形成されるため、エンジンバルブの変形を抑制することができる。
【００１０】
また、外周形成部は、内周形成部の外周端部の傘裏側を覆う覆い部を有していることが好ましい。当該構成により、内周形成部をより強固に外周形成部と接合することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施形態に係るエンジンバルブの正面図である。
【図２】エンジンバルブの傘部の周辺部を一部破断して示す正面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図である。
【図４】エンジンの吸気用のエンジンバルブの周辺部を開弁状態で示す断面図である。
【図５】エンジンの吸気用のエンジンバルブの周辺部を閉弁状態で示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための実施形態について図面を用いて説明する。説明の都合上、エンジンの吸気用のエンジンバルブの周辺部の構成について説明した後、エンジンバルブについて説明する。図４はエンジンの吸気用のエンジンバルブの周辺部を開弁状態で示す断面図、図５は同じく閉弁状態で示す断面図である。なお、図４および図５における上下方向を基準としてエンジンバルブの説明を行う。
【００１３】
図４に示すように、エンジン（内燃機関）のシリンダヘッド１０には、燃焼室１１に連通する吸気ポート１２が形成されている。吸気ポート１２の下流端には、バルブシート１３が配置されている。また、シリンダヘッド１０には、バルブシート１３と同心状をなす金属製のバルブガイド１４が配置されている。バルブガイド１４には、吸気ポート１２を開閉するエンジンバルブ２０が軸方向（図４において上下方向）に摺動可能に支持されている。エンジンバルブ２０の開弁時には、エンジンバルブ２０の傘部３０がバルブシート１３から離座することにより、空気が吸気ポート１２を通じて燃焼室１１に流入する。また、エンジンバルブ２０の閉弁時（図５参照）には、傘部３０がバルブシート１３に着座することにより、吸気ポート１２から燃焼室１１への空気の流入が阻止される。
【００１４】
続いて、エンジンバルブ２０について説明する。図１はエンジンバルブ２０の正面図、図２は傘部３０の周辺部を一部破断して示す正面図、図３は図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図である。図１に示すように、エンジンバルブ２０は、軸部２２と傘部３０とを同心状に有するポペットバルブからなる。軸部２２の上端部の外周面には周方向に連続する環状溝２４が形成されている。環状溝２４は、図示しないが、動弁機構におけるバルブスプリングのリテーナ用の取付溝である。
【００１５】
図２に示すように、傘部３０は第１の金属材料で形成された内周形成部３１と第２の金属材料で形成された外周形成部３２とを有する。内周形成部３１は、同じく第１の金属材料で形成された軸部２２と連続しており、下方に向かって拡径する傘部３０の傘裏側の内周部を形成している。一方、外周形成部３２は、内周形成部３１を周方向にわたって取り囲む傘裏側の外周部を形成しており、内周形成部３１の傘表側、すなわち軸部２２とは反対側を覆っている。なお、傘部３０の詳細な形状については後述する。
【００１６】
第１の金属材料は、軸部２２および内周形成部３１に要求される耐摩耗性と強度と耐食性を満足すればいかなる金属材料であってもよく、具体例として鉄鋼材やチタンが挙げられる。また、後述する通り、第１の金属材料はエンジンバルブ２０が開閉する際に応力が発生しやすい部分に用いられるため、第２の金属材料よりも靱性が大きいことが好ましい。なお、各材料の靭性は、例えばシャルピー衝撃試験により測定し比較することができる。
【００１７】
一方、第２の金属材料は、バルブシート１３との接触部位に要求される耐摩耗性を満足し、第１の金属材料よりも高い熱伝導率を有すればいかなる金属材料であっても良いため、バルブシート１３の材料（例えば、鉄または銅）に対する熱伝導性や耐摩耗性を考慮し、適宜選択することができる。具体的にはアルミニウム、アルミニウム合金、銅、および銅合金が、熱伝導率が高く、比較的安価であるため好ましい。なお、要求される耐摩耗性を確保するためには、例えばアルミニウム合金の場合、Ｓｉを１５％含有させ、初晶Ｓｉを析出させる方法があり、銅合金の場合、ＳｉとＭｎを含有させ、マンガンシリサイドを析出させる方法がある。
【００１８】
エンジンバルブ２０は焼結、鋳造、鍛造等により形成することができる。最初に軸部２２および傘部３０の内周形成部３１を一体成形し、その後に内周形成部３１の周囲に外周形成部３２を形成することで傘部３０が形成される。
【００１９】
続いて傘部３０の詳細な形状について説明する。図２に示すように、傘部３０は下端にエンジンの燃焼室１１（図４参照）に面する傘表部３０ａを有する。傘表部３０ａは、軸部２２と同軸の円板状に形成されている。一方、傘部３０の傘裏側、すなわち傘表部３０ａとは反対側の外周部には、傘表部３０ａから上方に向かって連続する円環状のフェース部３４が形成されている。フェース部３４の表面は、傘表部３０ａの外周端から上方に向かって小径化されており、直線状の断面を有するテーパ面に形成されている。フェース部３４は、閉弁時にエンジンのバルブシート１３と接する部位である。
【００２０】
また、傘部３０は、フェース部３４の小径側の端部から上方に伸びる円環状の斜面部３６を有している。斜面部３６の表面は、フェース部３４の小径側の外周端から上方に向かって小径化されており、直線状の断面を有するテーパ面に形成されている。なお、フェース部３４および斜面部３６が傘裏部３０ｂを構成する。また、傘表部３０ａ、フェース部３４および斜面部３６は、第２の金属材料で形成されている外周形成部３２に含まれる。
【００２１】
図２に示すように、内周形成部３１は下方に向かって拡径しており、その外周面は軸部２２から傘部３０の傘裏部３０ｂの表面になめらかに連続する凹曲面３８となっている。凹曲面３８は、エンジンバルブ２０の軸中心に沿った断面において所定の曲率半径を有する曲線に形成されている。内周形成部３１の下端部は、周方向にわたって外周形成部３２に取り囲まれるとともに、その下面も外周形成部３２に覆われている。また、外周形成部３２は、内周形成部３１の下端部の外周端部の傘裏側、すなわち上方を覆う覆い部４０を有している。覆い部４０は内周形成部３１が外周形成部３２から上方に脱離することを抑止するため、内周形成部３１と外周形成部３２との接合をより強固にすることができる。なお、覆い部４０は斜面部３６の一部により構成される。
【００２２】
図３に示すように、内周形成部３１の下端部は周方向に複数の凹凸を有する断面形状である。内周形成部３１の下端部の断面形状は外周形成部３２と同心円状であってもよいが、凹凸を設けることにより内周形成部３１と外周形成部３２との接合をより強固にすることができる。
【００２３】
また、図２に示すように、傘裏側における内周形成部３１と外周形成部３２との接合面、すなわち第１の金属材料と第２の金属材料との接合面は、傘部３０の半径方向において凹曲面３８の中心部よりもフェース部３４側に配置されている。なお、内周形成部３１と外周形成部３２との接合面は、半径方向において、エンジンバルブ２０の軸中心から内周形成部３１の外周までの距離ｄがエンジンバルブ２０の軸中心から傘部３０の最大外径Ｄの１／２以上、２／３以下であるように配置されることが好ましい。外周形成部３２を形成する第２の金属材料の靱性が小さく、内周形成部３１と外周形成部３２とが凹曲面３８の中心部よりもエンジンバルブ２０の軸中心に近い位置で接合している場合、吸気ポート１２の開閉に伴い発生する引張応力によって外周形成部３２が塑性変形する恐れがある。なお、凹曲面３８の中心部とは、エンジンバルブ２０の軸中心に沿った断面において、凹曲面３８が形成する曲線を二等分する位置に相当する。
【００２４】
一方、内周形成部３１の下面は傘表部３０ａを形成する外周形成部３２との傘表側の接合面となっている。エンジンバルブ２０の軸方向（図２において上下方向）において、内周形成部３１の下面と対向する領域の外周形成部３２の厚さｈ、すなわち傘表部３０ａの下端から内周形成部３１の下端までの距離は、フェース部高さＨ、すなわち傘表部３０ａの下端からフェース部３４の上端までの距離の０．５倍以上、１．５倍以下であることが好ましい。ｈがＨの０．５倍未満の場合、傘部３０の温度が上昇した際に第１の金属材料と第２の金属材料との熱膨張率の差により傘部３０に亀裂が発生する恐れがある。一方、ｈがＨの１．５倍を超えると、内周形成部３１と外周形成部３２の接合形状を形成することが困難になる。なお、図２では内周形成部３１の下面は傘表部３０ａの下面と平行であり、ｈの値は一定であるが、ｈの値は上記範囲内であれば一定でなくてもよい。例えば、傘部３０の軸中心から外周に向かってｈが徐々に大きくなるように形成してもよく、この場合、フェース部３４への伝熱をより効率的に行うことができるため、バルブシート１３への放熱が更に促進される。
【００２５】
前記したエンジンバルブ２０によると、軸部２２が傘部３０の外周形成部３２を形成する第２の金属材料よりも熱伝導率が低い第１の金属材料で形成されているため、傘部３０から軸部２２への伝熱を抑え、軸部２２の温度上昇を抑制することができる。これにより、吸気ポート１２を流れる空気の温度上昇を抑制することができ、エンジンの吸気効率の低下を防止することができる。
【００２６】
また、傘部３０のうち相互に連続する傘表部３０ａおよびフェース部３４は熱伝導率が高い第２の金属材料で形成されているため、燃焼室１１から傘表部３０ａへ伝わった熱を速やかにフェース部３４に伝え、フェース部３４からバルブシート１３へと放熱することで、エンジンバルブ２０の温度上昇を抑制することができる。したがって、エンジンバルブ２０におけるデポジットの形成を低減することができる。
【００２７】
また、軸部２２および内周形成部３１を形成する第１の金属材料と外周形成部３２を形成する第２の金属材料とは、傘部３０の半径方向において凹曲面３８の中心部よりもフェース部３４側で接合されている。これにより、外周形成部３２が靱性の小さい金属材料で形成されていたとしても、エンジンバルブ２０の開閉時に応力の発生しやすい部分は靱性が大きい第１の金属材料で形成されるため、エンジンバルブ２０の変形を防止することができる。
【００２８】
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更が可能である。例えば、軸部２２の内周形成部３１は、外周面に凹曲面３８を有しなくてもよい。その場合は、エンジンバルブ２０の半径方向において、エンジンバルブ２０の軸中心から内周形成部３１の外周までの距離ｄがエンジンバルブ２０の軸中心から傘部３０の最大外径Ｄの１／２以上、２／３以下となるように内周形成部３１と外周形成部３２との接合面が配置されればよい。
【符号の説明】
【００２９】
１０          シリンダヘッド
１１          燃焼室
１２          吸気ポート
１３          バルブシート
２０          エンジンバルブ
２２          軸部
３０          傘部
３０ａ        傘表部
３０ｂ        傘裏部
３１          内周形成部
３２          外周形成部
３４          フェース部
３６          斜面部
３８          凹曲面
４０          覆い部
【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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