(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気バルブ又は排気バルブとして使用され、傘部と前記傘部に続くステム部とを有し、前記傘部から前記ステム部にかけて中空部が形成されているとともに、前記中空部の少なくとも一部に冷媒が封入された内燃機関用バルブであって、
繊維長手方向に高熱伝導率を有する炭素繊維強化金属の束が前記中空部内に前記冷媒に接触するように設けられ、
前記炭素繊維強化金属の束の繊維長手方向における一端部が前記傘部の先端部を構成するキャプ部の内面に接触し、
前記炭素繊維強化金属の束の繊維長手方向における他端部が、バルブガイド近傍の前記ステム部の内部に接続されている、
ことを特徴とする内燃機関用バルブ。
【請求項２】
前記冷媒は、前記傘部の内部に収容されている、ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用バルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気バルブ、吸気バルブ等の内燃機関用バルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
排気バルブや吸気バルブ等の内燃機関用バルブの内部に中空部を形成し、この中空部に冷却媒体を収容するとともに、熱伝導部材を設けたものが知られている（例えば、特許文献１，2等参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開昭５８−１０１０５号公報
【特許文献２】特開昭６０−８４７０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記のような中空バルブでは、放熱部材の熱入力面積が狭く、冷却効果が低いという問題があり、さらなる冷却性能の強化やバルブの耐久性の向上への要請があった。
【０００５】
本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、冷却性能、耐久性をさらに向上可能な内燃機関用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】
【０００６】
本発明は、内燃機関の吸気バルブ又は排気バルブとして使用され、傘部と前記傘部に続くステム部とを有し、前記傘部から前記ステム部にかけて中空部が形成されているとともに、前記中空部の少なくとも一部に冷媒が封入された内燃機関用バルブであって、繊維長手方向に高熱伝導率を有する炭素繊維強化金属の束が前記中空部内に前記冷媒に接触するように設けられ、前記炭素繊維強化金属の束の繊維長手方向における一端部が前記傘部の先端部を構成するキャプ部の内面に接触している、ことを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、炭素繊維強化金属の高熱伝導率を利用し、傘部の先端部を構成するキャップ部の熱を比較的温度の低いステム部側へ放熱することができる。キャップ部は、最も高温、高応力となるので、これに炭素繊維強化金属の束の一端部を接触させることで、キャップ部の低温化、低応力化が可能となり、冷却性能、耐久性が向上した内燃機関用バルブが得られる。
【０００８】
上記構成において、前記炭素繊維強化金属の束の繊維長手方向における他端部が、バルブガイド近傍の前記ステム部の内部に接続されている、構成を採用できる。また、前記冷媒は、前記傘部の内部に収容されている、構成を採用できる。
【０００９】
上記構成において、前記炭素繊維強化金属の束の繊維の長手方向における他端部が、前記傘部の先端部を構成する下部キャップ部の内面に接触している、構成を採用できる。また、前記冷媒は、前記ステム部の先端側の内部に収容されている、構成を採用できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、冷却性能、耐久性が一層向上した内燃機関用バルブが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の最良の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
【００１２】
図１及び図２は本発明の一実施形態を示す図であって、図１は本発明の一実施形態に係る内燃機関用バルブ（以下、中空バルブという）の断面図、及び図２は図１のＡ部の拡大図である。
【００１３】
中空バルブ１０は、内燃機関の吸気バルブ又は排気バルブとして使用される。中空バルブ１０は、図１に示すように、バルブシート２０ｓを備える傘部２０と、この傘部２０に続くバルブガイド７０によりガイドされるステム部３０とを有し、傘部２０からステム部３０にかけて中空部４０が形成されている。この中空部４０は、傘部２０の先端部を構成する円盤状のキャプ部２１により塞がれている。そして、傘部２０側の中空部４０には、金属ナトリウム等の冷媒６０が封入されている。
【００１４】
中空部４０には、ＣＦＲＭ（炭素繊維強化金属）束５０が設けられている。
ＣＦＲＭ束５０は、例えば、炭素繊維のもつ高強度、高弾性、高張力を生かし、主にエポキシ樹脂を含浸させ、プリプレグにし、アルミ、チタンなどの軽金属をコアにし、巻き付けた強化金属または金属とプリプレグとの反応劣化を防ぐ表面処理を施して得られ、繊維長手方向に高熱伝導率を有する。
【００１５】
このＣＦＲＭ束５０は、冷媒６０に接触するように設けられているとともに、ＣＦＲＭ束５０の繊維長手方向における一端部がキャプ部２１の内面（キャップ部２１の略中心部）に接触している。
【００１６】
また、ＣＦＲＭ束５０は、その他端部５０ｅが、図２に示すように、バルブガイド７０近傍のステム部３０の内部３０ｆに接続されている。
【００１７】
上記構成に中空バルブ１０では、ＣＦＲＭ束５０は、繊維長手方向において高熱伝導率を有するので、高温となるキャプ部２１の熱は、ＣＦＲＭ束５０を伝って、比較的温度の低いバルブガイド７０側へ効率よく伝達される。すなわち、キャプ部２１とバルブガイド７０側のステム部３０との間の温度勾配は大きく、キャプ部２１の熱がバルブガイド７０側へ効率良く放熱される。
【００１８】
また、傘部２０側の中空部４０には、冷媒６０が封入されているので、この冷媒６０により、傘部２０（のバルブシート２０ｓ）からの放熱が促進される。
【００１９】
さらに、ＣＦＲＭ束５０が配設されていることにより、中空部４０のステム部３０側は、ＣＦＲＭ束５０により閉塞されているので、冷媒６０が、中空部４０のステム部３０側へ移動しにくくなり、バルブシート２０ｓからの放熱がより促進される。
【００２０】
以上のように、最も大きな応力が発生し、温度も高くなるキャップ部２１の中心部は、ＣＦＲＭ束５０を設けることにより、応力を緩和できるとともに、温度を下げることができる。
【００２１】
ここで、中空バルブ１０の冷却性能について図３を参照してい説明すると、図３において、比較例として（２）に示す中実バルブの場合には、排気ポートにおける傘部の温度が８００℃程度であり、比較例として（３）に示す中空バルブと冷媒とを組み合わせたバルブの場合には、６５０℃程度である。
【００２２】
一方、（１）に示す本実施形態に係る中空バルブ１０の場合、６００℃程度となり、冷却性能が向上することが分かる。
【００２３】
次に、図４を参照して本発明の他の実施形態に係る内燃機関用バルブについて説明する。
【００２４】
図４は、本発明の他の実施形態に係る内燃機関用バルブの断面図である。尚、図４において、上記実施形態と同一構成部分には同一の符号を使用している。
【００２５】
図４に示す中空バルブ１０Ａは、その中空部４０に設けられたＣＦＲＭ束５０Ａが、図１に示したＣＦＲＭ束５０よりも短縮化されるとともに、冷媒６０がＣＦＲＭ束５０Ａの他端部上のステム部３０の先端側の内部に収容されている。尚、冷媒６０は、傘部２０側の中空部４０にも収容することができる。
【００２６】
本実施形態では、比較的比重の大きいＣＦＲＭ束５０Ａを小型化することにより、バルブ全体の軽量化を図ることができる。また、冷媒６０をステム部３０の先端側の内部に収容することにより、ＣＦＲＭ束５０Ａから伝わる熱を図示しないロッカーアームやバルブ側へ逃がすことが可能になる。
【００２７】
次に、図５を参照して本発明のさらに他の実施形態に係る内燃機関用バルブについて説明する。尚、図５において、上記実施形態と同一構成部分には同一の符号を使用している。
【００２８】
図５に示す中空バルブ１０Ｂは、上端部に凹部５１が形成されたＣＦＲＭ束５０Ｂを備えている。
【００２９】
このような構成とすることにより、ＣＦＲＭ束５０Ｂとステム部３０の内面との接触性を確保しつつ、全体として軽量化することができる。
【００３０】
尚、図６に示すように、ＣＦＲＭ束５０Ｃの先端部をステム部３０の上端まで延ばすとともに、凹部５１を形成し、これに冷媒６０を封入する構成とすることも可能である。
【００３１】
このような構成とすることにより、ＣＦＲＭ束５０Ｃが中空部４０のステム部３０の内壁面全体に接触するので、ステム部３０の温度が低下し、バルブガイド７０とのクリアランスが狭くならず、フリクションや摩耗を低減できる。
【００３２】
上記実施形態では、炭素繊維強化金属の束を用いた場合について説明したが、
これ以外にも炭素繊維の束を用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関用バルブの断面図である。
【図２】図１のＡ部の拡大図である。
【図３】本発明と比較例の冷却性能を示す図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る内燃機関用バルブの断面図である。
【図５】本発明のさらに他の実施形態に係る内燃機関用バルブの断面図である。
【図６】図５に示す内燃機関用バルブの変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０，１０Ａ，１０Ｂ…中空バルブ
２０…傘部
２１…キャップ部
３０…ステム部
４０…中空部
５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ…ＣＦＲＭ束
５１…凹部
６０…冷媒
７０…バルブガイド
【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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