JP2005048635A

JP2005048635A - Intake valve for internal combustion engine, and method for manufacturing the same

Info

Publication number: JP2005048635A
Application number: JP2003204856A
Authority: JP
Inventors: Tetsuro Ishida; 哲朗石田
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2003-07-31
Filing date: 2003-07-31
Publication date: 2005-02-24

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an intake valve for an internal combustion engine that is repeatedly exposed to high temperature and low temperature, capable of improving anti-knocking performance by efficiently cooling the intake valve, and achieving handling safety, and a method for manufacturing the same. SOLUTION: This intake valve is composed of a stem part 22 and a mushroom part 21. The stem part and the mushroom part are set for a heat pipe container to have a hollow part 25 inside. In the hollow part, naphthalene 26N is enclosed as working fluid in the heat pipe. COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の吸気バルブ及びその製造方法に係り、詳しくは、抗ノック性の向上、かつ、安全性の向上を達成する内燃機関の吸気バルブ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関のシリンダヘッドに装備されるバルブには、混合ガスの入口側に位置する吸気バルブと、燃焼ガスの出口側に位置する排気バルブとがある。これらのバルブは、ともに燃焼室に直面しており、高熱及び高圧に耐えなければならないことの他、毎分数千回転にも及ぶ回転に対する往復運動の衝撃にも耐えなければならない。よって、これらのバルブは、ポペットバルブと呼ばれる茸状の形状に構成されている。
【０００３】
ここで、吸気バルブは、新しい混合ガスの流入によって冷却され、この混合ガスによる低温状態と上記燃焼ガスによる高温状態とが繰り返されることから、熱の繰り返し衝撃による吸気バルブの変形が生ずるとの問題がある。
そこで、吸気バルブの変形を抑制させる内燃機関の吸気バルブの技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
実開昭６４−３００８号公報（第１０頁第７行〜第１１頁第１４行、第２図等）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記従来の技術では、ヒートパイプを内蔵させた傘部と、空気層を内側に設けたステム部とから構成された吸気バルブが開示されている。これにより、バルブの傘部の熱負荷を低減させることは可能である。
しかし、当該従来の技術では、傘部にのみヒートパイプが配設されている。つまり、傘部の熱負荷はステム部にも伝達されるものであり、この場合に空気層を用いてステム部の熱負荷を軽減させるだけでは、ステム部での熱負荷の軽減が十分ではないとの問題がある。換言すれば、上記従来の技術では、吸気バルブの温度上昇を抑えて抗ノック効果の向上を図る点については依然として課題が残されている。
【０００６】
ここで、この課題を解決する構成として、中空にしたステム部内に金属ナトリウムを封入させたナトリウム封入バルブの構成が知られている。この金属ナトリウムは、エンジンの使用範囲温度では液状になっており、バルブの動きに応じてステム部内を移動し、傘部及びステム部の熱を逃がしている。このように、金属ナトリウムを用いて傘部及びステム部の温度が低減させれば、抗ノック効果、すなわち、燃焼ガスの温度が低減されることによるノッキングの発生を抑制できる。
【０００７】
しかし、この金属ナトリウムは、酸化反応性が高く爆発の危険性がある物質であり、金属ナトリウムの封入時の他、バルブの廃棄時の取り扱いが難しく、一部の高性能エンジンを除き、量産車に安心して適用させるには抵抗がある。これを回避する手段としては、例えば、ステム部の内側にオイル冷却通路を設ける、或いは、冷却水による冷却通路を設けることも考えられるが、複数本の細い冷却通路をステム部に設けなければならない等、最近の傾向の如く、動弁機能の向上を目指すべくステム部の細軸化を図る状況下では採用し難いという問題がある。
【０００８】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、高温及び低温に繰り返し曝される内燃機関の吸気バルブにおいて、効率の良いバルブの冷却による抗ノック性の向上、かつ、取り扱いの安全性の向上を達成することができる内燃機関の吸気バルブ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するべく、請求項１記載の内燃機関の吸気バルブは、ステム部及び傘部から構成されるとともにステム部及び傘部をヒートパイプのコンテナとして内側に中空部を有し、中空部に、ヒートパイプの作動流体としてのナフタレンが封入されていることを特徴としている。
【００１０】
したがって、請求項１記載の内燃機関の吸気バルブによれば、傘部及びステム部が作動流体の気化潜熱を利用したヒートパイプとして構成されることから、吸気バルブの熱伝導性能が高められ、傘部の熱負荷がバルブシートの他、ステム部からも軽減され、効率の良い冷却が図られる。したがって、従来に比して傘部が一層効率良く冷却され、高負荷時の抗ノック性を高めて出力向上に寄与する。
【００１１】
また、作動流体としてナフタレンを用いているので、ナトリウム封入バルブに比して取り扱いの安全性が向上する。しかも、ナフタレンは、吸気バルブに用いるヒートパイプの作動流体として好適である。これは、一般に、吸気バルブの傘部の温度は約３００℃超に達し、ステム部の温度は約２００℃以下であるのに対し、ナフタレンの沸点は２１８℃だからである。つまり、吸気バルブの使用時の温度は、４００℃を超えず、ナフタレンの気相と液相の間の温度帯に相当し、吸気バルブの使用状態に合致した潜熱吸収及び潜熱放出を行うことができるからである。
【００１２】
しかも、傘部及びステム部がヒートパイプのコンテナとされていることから、このコンテナの容積を大きくすることが可能になり、作動流体の気化潜熱をさらに有効に活用することが可能となる。よって、傘部の冷却がより一層効率良くなり、抗ノック性をさらに高めて出力向上に大きく寄与する。
また、ヒートパイプのコンテナとして予め成型された中空バルブパーツが用いられることから、近年のヒートパイプにおける細径化（マイクロヒートパイプ）の傾向を鑑みればその成形性も容易であり、市販車にも採用可能になる。
【００１３】
また、請求項２記載の内燃機関の吸気バルブの製造方法は、中空部を有するステム部及び傘部を形成させ、ステム部及び傘部をヒートパイプのコンテナとして形成させるとともに、ステム部にコッタ溝部を形成させて中空バルブパーツを成型する工程と、ウイックを前記中空部に挿入する工程と、ヒートパイプの作動流体としてのナフタレンを中空部に注入する工程と、傘部の開口周縁部に蓋部材を係合させるとともに、係合部分を溶接して中空部を閉塞する工程とを備えたことを特徴としている。
【００１４】
このように、請求項２記載の内燃機関の吸気バルブの製造方法によれば、中空バルブパーツが、ヒートパイプのコンテナとして予め成型されているので、コンテナ分の軽量化が図られる。また、傘部の他、ステム部に至るまでがヒートパイプとして構成されることから、傘部及びステム部での熱負荷軽減が良好になり、抗ノック性が向上する。
【００１５】
しかも、作動流体にナフタレンを用いれば、ナトリウム封入バルブに比して取り扱いの安全性が向上する。よって、当該製造方法によって構成された吸気バルブを安心して市販車に採用可能になる。
また、請求項３記載の内燃機関の吸気バルブは、ステム部と傘部とから構成されるとともにステム部及び傘部の内側に中空部を有し、中空部に、作動流体としてのナフタレンを封入したヒートパイプが挿入されていることを特徴としている。
【００１６】
したがって、請求項３記載の発明によれば、上記の吸気バルブの安全性及び熱伝導性能が高められることの他、予め成型されたヒートパイプを用いることによって作動流体等の封入作業が不要になり、バルブの成形性がさらに容易になる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施形態について説明する。
図１を参照すると、本発明の第一実施形態に係る内燃機関の吸気バルブが適用されたエンジンの部分構成図が示され、図２には、当該吸気バルブの縦断面図が示されており、以下図１及び図２に基づき本発明に係る内燃機関の吸気バルブの構成を説明する。
【００１８】
エンジンのシリンダヘッド１には、略水平方向に吸気ポート２が形成されており、吸気ポート２の燃焼室３側には、吸気ポート２と燃焼室３とを連通する吸気口４の開閉を行う吸気バルブ２０が設けられている。
吸気バルブ２０は、シリンダヘッド１に配設された直動式動弁機構５に組み込まれている。この直動式動弁機構５は、吸気バルブ２０を往復運動させるバルブリフタ１０と、エンジン回転に応じて回転して吸気バルブ２０を開弁させるカム１３とを備えている。
【００１９】
バルブリフタ１０は、吸気バルブ２０のステム部２２に圧接される突起部１１と、突起部１１の上側にてカム１３に当接されクリアランスを調整するシム１２と、シリンダヘッド１に圧入固定されステム部２２を支持するバルブガイド１９と、バルブガイド１９のシール１８と、カム１３の押圧力に抗して吸気バルブ２０を閉弁させるバルブスプリング１６と、バルブスプリング１６の上端及び下端に設けられたアッパシート１５及びロアシート１７と、ステム部２２とバルブスプリング１６等とを固定させるバルブコッタ１４とから構成されている。
【００２０】
吸気バルブ２０は、茸状をなし吸気口４を開閉する傘部（コンテナ）２１と、傘部２１に連なりバルブの軸部分をなしてバルブガイド１９に支持されるステム部（コンテナ）２２と、突起部１１に当接する上端部２３と、バルブコッタ１４に係合されるコッタ溝部２４とを備えている。そして、傘部２１からコッタ溝部２４近傍に至るまでのステム部２２の内側には中空部２５が構成されている。つまり、本実施形態におけるステム部２２及び傘部２１は、吸気バルブ２０の外郭を構成する他、ヒートパイプのコンテナをも構成して兼用されている。
【００２１】
本実施形態においては、ステム部２２に相当する部分の中空部２５には、メッシュ状のウイック２６Ｗが挿入されている。ウイック２６Ｗは、冷却側で凝縮したナフタレンを毛細管現象で加熱側（傘部２１側）に戻す機能を有するものであり、同様の機能を有するものであれば良く、メッシュ状のものに限定されない。また、中空部２５には、高温対応型のヒートパイプの作動流体として、純水ではなく、ナフタレン２６Ｎが適量注入される。なお、ウイック２６Ｗ及びナフタレン２６Ｎを備えた中空部２５は、傘部２１の開口周縁部２７に係合される蓋部材２８によって閉塞される。
【００２２】
上記ナフタレン２６Ｎは、ヒートパイプの作動流体として機能するものである。つまり、このナフタレン２６Ｎは、傘部２１が高温の燃焼ガスに曝されると、傘部２１たる蒸発部で入熱され、潜熱吸収によって蒸発して気体になる。次いで、気化したナフタレン２６Ｎは、ステム部２２たる低温部に向かって移動し、ステム部２２にて潜熱放出により凝縮されて液体になる。そして、ステム部２２にて放熱されると、液化したナフタレン２６Ｎは、ウイック２６Ｗを伝って再び傘部２１に戻り、以下、傘部２１での熱負荷に応じてこの気化と液化とを繰り返す。
【００２３】
次に、前記の如き構成のポペットバルブ２０の製造方法について説明する。
図３は、吸気バルブ２０の製造工程を示す図である。
同図（ａ）は、中空バルブパーツ２０Ａを鍛造により成型する工程である。すなわち、本実施形態においては、ポペットバルブ２０の製造にあたり、まず中空バルブパーツ２０Ａ（ヒートパイプ）が成型される。より具体的には、板状の部材が段階を経て絞られ、ステム部２２及び傘部２１の外形の他、これらステム部２２及び傘部２１の内側に中空部２５を構成させる。このステム部２２及び傘部２１は、ヒートパイプのコンテナをも兼用すべく形成される。さらに、上記鍛造形成後には、ステム部２２にコッタ溝部２４を形成させる。
【００２４】
次に、予め製造されたウイック２６Ｗを用いる。この形状は上記ステム部２２に相当する部分の中空部２５の形状に等しくされている。そして、同図（ｂ）に示すように、ウイック２６Ｗを傘部２１の開口から、同図ではステム部２２のコッタ溝部２４側に該当する中空部２５の端部に当接するまで挿入する。
次いで、適量のナフタレン２６Ｎを傘部２１の開口から中空部２５に注入する。これにより、同図（ｃ）に示す状態の如く、ナフタレン２６Ｎは、ステム部２２のコッタ溝部２４側に貯まる。
【００２５】
そして、同図（ｄ）は中空部２５を閉塞する工程を示している。つまり、同図に示すように、傘部２１の開口周縁部２７に蓋部材２８を係合させ、この係合部分２９をレーザ溶接により中空部２５の傘部２１の開口を閉塞し、吸気バルブ２０が完成する。
図４は、本発明の第二実施形態を示すものである。当該第二実施形態では、中空バルブパーツの構成及び製造方法の点を除き、前記第一実施形態と同一の構成からなるものであることから、このバルブパーツの構成及び製造方法の点について詳細に説明する。
【００２６】
本実施形態の排気バルブ３０は、傘部３１と、ステム部３２と、上端部３３と、コッタ溝部３４とを備え、ステム部３２及び傘部３１の内側には中空部３５が構成されている。これは上記第一実施形態と同様である。
一方、本実施形態においては、ステム部３２及び傘部３１がヒートパイプのコンテナとして兼用されておらず、中空部３５には、別工程で製造されたヒートパイプ３６Ｈが挿入されている。換言すれば、ヒートパイプ３６Ｈは、既存のものであり、中空部３５の形状に合わせて製造されたヒートパイプ３６Ｈの内側に、メッシュ状のウイック３６Ｗ及び適量のナフタレン３６Ｎが予め封入されている。
【００２７】
この排気バルブ３０の製造工程は、図５に示されている。
同図（ａ）に示すように、まず、中空バルブパーツ３０Ａを鍛造により成型する。すなわち、板状の部材が段階を経て絞られることにより、ステム部３２及び傘部３１の外形の他、これらステム部３２及び傘部３１の内側に中空部３５を構成させる。さらに、上記鍛造形成後には、ステム部３２にコッタ溝部３４を形成させる。
【００２８】
次に、同図（ｂ）はヒートパイプ３６Ｈを挿入する工程である。つまり、同図に示すように、予め別個独立に製造されたヒートパイプ３６Ｈが傘部３１の開口から中空部３５に挿入される。これにより、ステム部３２及び傘部３１の内側に位置する中空部３５が、ウイック３６Ｗ及びナフタレン３６Ｎを有するヒートパイプ３６Ｈによって満たされる。
【００２９】
次いで、同図（ｃ）に示すように、傘部３１の開口周縁部３７に蓋部材３８を係合させ、この係合部分３９をレーザ溶接により中空部３５の傘部３１の開口を閉塞し、吸気バルブ３０が完成する。
以上のように、上記第一実施形態の吸気バルブ２０の構成の如く、ヒートパイプのコンテナを傘部２１及びステム部２２に相当する部分の中空部２５として構成させる、或いは、上記第二実施形態の吸気バルブ３０の構成の如く、傘部２１及びステム部２２に相当する部分の中空部３５に別途ヒートパイプ３６Ｈを挿入させ、各実施形態の吸気バルブ２０、３０がヒートパイプによって冷却されることから、傘部２１、３１の熱をシートやステム部２２、３２から効率良く逃がすことができる。つまり、傘部２１、３１の温度を効果的に下げることが可能になり、バルブの耐久性の向上が図られる。
【００３０】
しかも、燃焼ガスの加熱を抑制させるのでノッキングが発生し難くなり、その分だけ点火時期を進めることが可能になって燃費及びエンジン出力等の性能の向上が図られる。また、近年のヒートパイプの細径化と相俟って、その成形性も容易になる。
さらに、第一実施形態の吸気バルブ２０の構成によれば、コンテナ部分の容積が、第二実施形態のコンテナ部分の容積に比しても大きくなり、冷却性能をより高めることが可能となる。
【００３１】
また、ヒートパイプの作動流体としてナフタレンが封入されていると、その性質が吸気バルブ２０、３０の使用温度に合致しているので、吸気バルブ２０、３０が積極的に冷却されるとともに、ナトリウム封入バルブに比して爆発の危険がなく、バルブの廃棄の際の処置も容易化される。
さらに、第一実施形態の吸気バルブ２０の製造方法の如く、ヒートパイプのコンテナとして兼用された中空バルブパーツ２０Ａを用いていることから、軽量の吸気バルブ２０を製造することができる。
【００３２】
また、第二実施形態の吸気バルブ３０の製造方法の如く、中空バルブパーツ３０Ａに既存のヒートパイプ３６Ｈを挿入しているので、バルブの製造時においてはナフタレン３６Ｎ及びウイック３６Ｗの封入作業が不要になり、成形性がさらに向上する。
以上で本発明の各実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
【００３３】
例えば、上記実施形態では、直動式の動弁機構に適用された吸気バルブの例が示されているが、この形態に限定されるものではなく、例えば、ロッカーアーム式の動弁機構であっても良い。
【００３４】
【発明の効果】
以上の説明から理解できるように、請求項１記載の本発明の内燃機関の吸気バルブによれば、傘部及びステム部が作動流体の気化潜熱を利用したヒートパイプとして構成されることから、吸気バルブの熱伝導性能が高められ、傘部の熱負荷がバルブシートの他、ステム部からも軽減され、効率の良い冷却を図ることができる。したがって、従来に比して傘部が一層効率良く冷却され、高負荷時の抗ノック性を高めて出力向上に寄与できる。
【００３５】
また、吸気バルブに用いるヒートパイプの作動流体として好適なナフタレンを用いているので、ナトリウム封入バルブに比して取り扱いの安全性が向上する。
しかも、傘部及びステム部がヒートパイプのコンテナとされていることから、このコンテナの容積を大きくすることが可能になり、作動流体の気化潜熱をさらに有効に活用することができる。よって、従来に比して傘部の冷却がより一層効率良くなり、高負荷時の抗ノック性をさらに高めて出力向上に大きく寄与できる。
【００３６】
また、ヒートパイプのコンテナとして予め成型された中空バルブパーツが用いられることから、近年のヒートパイプにおける細径化（マイクロヒートパイプ）の傾向を鑑みればその成形性も容易であり、市販車にも採用することができる。
また、請求項２記載の内燃機関の吸気バルブの製造方法によれば、中空バルブパーツが、ヒートパイプのコンテナとして予め成型されているので、コンテナ分の軽量化を図ることができる。また、傘部の他、ステム部に至るまでがヒートパイプとして構成されることから、傘部及びステム部での熱負荷軽減が良好になり、抗ノック性を向上できる。
【００３７】
しかも、作動流体にナフタレンを用いれば、ナトリウム封入バルブに比して取り扱いの安全性が向上することができる。よって、当該製造方法によって構成された吸気バルブを安心して市販車に採用することができる。
さらに、請求項３記載の発明によれば、上記の吸気バルブの熱伝導性能が高められることの他、予め成型されたヒートパイプを用いることによって作動流体等の封入作業が不要になり、バルブの成形性がさらに容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態に係る内燃機関の吸気バルブが適用されるエンジンの部分構成図である。
【図２】図１の吸気バルブの縦断面図である。
【図３】図１の吸気バルブの製造方法を示す図である。
【図４】本発明の第二実施形態に係る内燃機関の吸気バルブの縦断面図である。
【図５】図４の吸気バルブの製造方法を示す図である。
【符号の説明】
２０吸気バルブ
２０Ａ中空バルブパーツ（ヒートパイプ）
２１傘部（コンテナ）
２２ステム部（コンテナ）
２４、３４コッタ溝部
２５中空部
２６Ｎ、３６Ｎナフタレン（作動流体）
２６Ｗウイック
２７、３７開口周縁部
２８、３８蓋部材
２９、３９係合部分
３０吸気バルブ
３０Ａ中空バルブパーツ
３１傘部
３２ステム部
３５中空部
３６Ｈヒートパイプ
３６Ｗウイック[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an intake valve for an internal combustion engine and a method for manufacturing the same, and more particularly to an intake valve for an internal combustion engine that achieves improved anti-knock properties and improved safety and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
The valves equipped in the cylinder head of the internal combustion engine include an intake valve located on the inlet side of the mixed gas and an exhaust valve located on the outlet side of the combustion gas. Both of these valves face the combustion chamber and must withstand high heat and high pressure, as well as withstand the impact of reciprocating motion on the order of thousands of revolutions per minute. Therefore, these valves are configured in a bowl-like shape called a poppet valve.
[0003]
Here, the intake valve is cooled by the inflow of a new mixed gas, and the low temperature state due to the mixed gas and the high temperature state due to the combustion gas are repeated, so that the intake valve is deformed due to repeated heat shocks. There is.
Therefore, a technique of an intake valve for an internal combustion engine that suppresses deformation of the intake valve has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Utility Model Publication No. 64-3008 (page 10, line 7 to page 11, line 14, FIG. 2 etc.)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the said prior art, the intake valve comprised from the umbrella part which incorporated the heat pipe and the stem part which provided the air layer inside is disclosed. Thereby, it is possible to reduce the thermal load of the umbrella part of the valve.
However, in the related art, the heat pipe is disposed only in the umbrella portion. In other words, the thermal load of the umbrella portion is also transmitted to the stem portion, and in this case, merely reducing the thermal load on the stem portion using an air layer does not sufficiently reduce the thermal load on the stem portion. There is a problem with. In other words, the above-described conventional technique still has a problem with respect to improving the anti-knock effect by suppressing the temperature rise of the intake valve.
[0006]
Here, as a configuration for solving this problem, a configuration of a sodium sealed valve in which metallic sodium is sealed in a hollow stem portion is known. This metallic sodium is in a liquid state at the operating range temperature of the engine, moves in the stem portion according to the movement of the valve, and releases the heat of the umbrella portion and the stem portion. Thus, if the temperature of an umbrella part and a stem part is reduced using metallic sodium, the occurrence of knocking due to the anti-knock effect, that is, the reduction of the temperature of the combustion gas, can be suppressed.
[0007]
However, this metallic sodium is a substance with high oxidation reactivity and a risk of explosion, and it is difficult to handle at the time of disposal of the valve in addition to the sealing of metallic sodium. There is a resistance to apply in peace. As a means for avoiding this, for example, an oil cooling passage may be provided inside the stem portion, or a cooling passage by cooling water may be provided, but a plurality of thin cooling passages must be provided in the stem portion. As in the recent trend, there is a problem that it is difficult to adopt in a situation where the stem portion is thinned to improve the valve function.
[0008]
The present invention has been made in view of such problems, and in an intake valve of an internal combustion engine that is repeatedly exposed to high and low temperatures, the anti-knock property is improved by efficient cooling of the valve, and the handling safety is improved. An object of the present invention is to provide an intake valve for an internal combustion engine and a method for manufacturing the same.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an intake valve for an internal combustion engine according to claim 1 includes a stem portion and an umbrella portion, and has a hollow portion on the inside with the stem portion and the umbrella portion as a heat pipe container. It is characterized in that naphthalene as a working fluid of the heat pipe is sealed in the part.
[0010]
Therefore, according to the intake valve of the internal combustion engine according to claim 1, since the umbrella part and the stem part are configured as a heat pipe using the latent heat of vaporization of the working fluid, the heat conduction performance of the intake valve is enhanced, and the umbrella The heat load of the part is reduced not only from the valve seat but also from the stem part, and efficient cooling is achieved. Therefore, the umbrella part is cooled more efficiently than before, and the anti-knock property at the time of high load is enhanced to contribute to the output improvement.
[0011]
Further, since naphthalene is used as the working fluid, the handling safety is improved as compared with the sodium-filled valve. Moreover, naphthalene is suitable as a working fluid for heat pipes used for intake valves. This is because, generally, the temperature of the umbrella portion of the intake valve reaches about 300 ° C. and the temperature of the stem portion is about 200 ° C. or less, whereas the boiling point of naphthalene is 218 ° C. In other words, the temperature when the intake valve is used does not exceed 400 ° C., corresponds to the temperature zone between the gas phase and the liquid phase of naphthalene, and can absorb and release latent heat that matches the use state of the intake valve. Because it can.
[0012]
In addition, since the umbrella portion and the stem portion are containers for the heat pipe, the volume of the container can be increased, and the latent heat of vaporization of the working fluid can be utilized more effectively. Therefore, the cooling of the umbrella portion becomes even more efficient, further increasing the anti-knock property and greatly contributing to the output improvement.
In addition, since pre-molded hollow valve parts are used as heat pipe containers, the moldability is easy in view of the recent trend to reduce the diameter of heat pipes (micro heat pipes). It becomes possible to adopt.
[0013]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an intake valve for an internal combustion engine, wherein a stem portion and an umbrella portion having hollow portions are formed, the stem portion and the umbrella portion are formed as a heat pipe container, and a cotter groove portion is formed in the stem portion. Forming a hollow valve part and forming a hollow valve part; inserting a wick into the hollow part; injecting naphthalene as a working fluid of a heat pipe into the hollow part; And a step of closing the hollow portion by welding the engaging portion.
[0014]
Thus, according to the method for manufacturing an intake valve for an internal combustion engine according to claim 2, since the hollow valve part is molded in advance as a container for the heat pipe, the weight of the container can be reduced. Moreover, since it is comprised as a heat pipe other than an umbrella part to a stem part, the thermal load reduction in an umbrella part and a stem part becomes favorable, and anti-knock property improves.
[0015]
In addition, when naphthalene is used as the working fluid, the handling safety is improved as compared with the sodium-filled valve. Therefore, the intake valve configured by the manufacturing method can be used in commercial vehicles with peace of mind.
An intake valve for an internal combustion engine according to claim 3 includes a stem portion and an umbrella portion, and has a hollow portion inside the stem portion and the umbrella portion, and naphthalene as a working fluid is enclosed in the hollow portion. It is characterized by the inserted heat pipe.
[0016]
Therefore, according to the invention described in claim 3, in addition to improving the safety and heat conduction performance of the intake valve, it is not necessary to enclose a working fluid or the like by using a pre-formed heat pipe. The moldability of the valve is further facilitated.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
Referring to FIG. 1, there is shown a partial configuration diagram of an engine to which an intake valve of an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention is applied, and FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the intake valve. Hereinafter, the configuration of the intake valve of the internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
[0018]
An intake port 2 is formed in the cylinder head 1 of the engine in a substantially horizontal direction, and an intake port 4 that connects the intake port 2 and the combustion chamber 3 is opened and closed on the combustion chamber 3 side of the intake port 2. An intake valve 20 is provided.
The intake valve 20 is incorporated in a direct acting valve mechanism 5 disposed in the cylinder head 1. The direct acting valve mechanism 5 includes a valve lifter 10 that reciprocates the intake valve 20 and a cam 13 that rotates in accordance with engine rotation to open the intake valve 20.
[0019]
The valve lifter 10 includes a projection 11 that is press-contacted to the stem portion 22 of the intake valve 20, a shim 12 that is in contact with the cam 13 on the upper side of the projection 11 and adjusts the clearance, and is press-fitted and fixed to the cylinder head 1. A valve guide 19 that supports the valve 22, a seal 18 of the valve guide 19, a valve spring 16 that closes the intake valve 20 against the pressing force of the cam 13, and uppers provided at the upper and lower ends of the valve spring 16. The seat 15 and the lower seat 17, and the valve cotter 14 for fixing the stem portion 22 and the valve spring 16 and the like are included.
[0020]
The intake valve 20 has an umbrella-shaped portion (container) 21 that opens and closes the intake port 4 and has a stem portion (container) 22 that is connected to the umbrella portion 21 and forms a shaft portion of the valve and supported by the valve guide 19. The upper end part 23 which contact | abuts the protrusion part 11 and the cotter groove part 24 engaged with the valve cotter 14 are provided. And the hollow part 25 is comprised inside the stem part 22 from the umbrella part 21 to the cotter groove part 24 vicinity. That is, the stem portion 22 and the umbrella portion 21 in the present embodiment also serve as a heat pipe container in addition to the outer shell of the intake valve 20.
[0021]
In the present embodiment, a mesh-like wick 26 W is inserted into the hollow portion 25 corresponding to the stem portion 22. The wick 26 W has a function of returning naphthalene condensed on the cooling side to the heating side (umbrella part 21 side) by a capillary phenomenon, and may have a similar function, and is not limited to a mesh shape. In addition, an appropriate amount of naphthalene 26N is injected into the hollow portion 25 instead of pure water as a working fluid for a high-temperature compatible heat pipe. The hollow portion 25 including the wick 26W and the naphthalene 26N is closed by a lid member 28 that is engaged with the opening peripheral edge portion 27 of the umbrella portion 21.
[0022]
The naphthalene 26N functions as a working fluid for the heat pipe. That is, when the umbrella part 21 is exposed to a high-temperature combustion gas, the naphthalene 26N receives heat at the evaporation part as the umbrella part 21 and evaporates into gas by absorbing latent heat. Next, the vaporized naphthalene 26N moves toward the low temperature part which is the stem part 22, and is condensed by the latent heat release in the stem part 22 to become a liquid. Then, when the heat is dissipated in the stem portion 22, the liquefied naphthalene 26 N travels back through the wick 26 W to return to the umbrella portion 21, and repeats this vaporization and liquefaction according to the heat load in the umbrella portion 21.
[0023]
Next, a method for manufacturing the poppet valve 20 having the above configuration will be described.
FIG. 3 is a diagram illustrating a manufacturing process of the intake valve 20.
FIG. 5A shows a process of forming the hollow valve part 20A by forging. That is, in the present embodiment, when manufacturing the poppet valve 20, the hollow valve part 20A (heat pipe) is first molded. More specifically, the plate-like member is squeezed through steps, and the hollow portion 25 is formed inside the stem portion 22 and the umbrella portion 21 in addition to the outer shapes of the stem portion 22 and the umbrella portion 21. The stem portion 22 and the umbrella portion 21 are formed to also serve as a heat pipe container. Further, after the forging is formed, the cotter groove portion 24 is formed in the stem portion 22.
[0024]
Next, a pre-manufactured wick 26W is used. This shape is equal to the shape of the hollow portion 25 corresponding to the stem portion 22. Then, as shown in FIG. 6B, the wick 26W is inserted from the opening of the umbrella portion 21 until it abuts against the end portion of the hollow portion 25 corresponding to the cotter groove portion 24 side of the stem portion 22 in the drawing.
Next, an appropriate amount of naphthalene 26N is injected into the hollow portion 25 from the opening of the umbrella portion 21. As a result, the naphthalene 26N is stored on the cotter groove 24 side of the stem 22 as shown in FIG.
[0025]
FIG. 4D shows a process of closing the hollow portion 25. That is, as shown in the figure, the lid member 28 is engaged with the opening peripheral portion 27 of the umbrella portion 21, and the opening of the umbrella portion 21 of the hollow portion 25 is closed by laser welding of the engaging portion 29, and the intake valve 20 is completed.
FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention. In the second embodiment, except for the configuration of the hollow valve parts and the manufacturing method, it has the same configuration as the first embodiment, so the details of the configuration of the valve parts and the manufacturing method will be described in detail. explain.
[0026]
The exhaust valve 30 of the present embodiment includes an umbrella part 31, a stem part 32, an upper end part 33, and a cotter groove part 34, and a hollow part 35 is formed inside the stem part 32 and the umbrella part 31. . This is the same as in the first embodiment.
On the other hand, in the present embodiment, the stem portion 32 and the umbrella portion 31 are not used as a heat pipe container, and the heat pipe 36 H manufactured in a separate process is inserted into the hollow portion 35. In other words, the heat pipe 36H is an existing one, and a mesh-like wick 36W and an appropriate amount of naphthalene 36N are enclosed in advance inside the heat pipe 36H manufactured according to the shape of the hollow portion 35.
[0027]
The manufacturing process of the exhaust valve 30 is shown in FIG.
As shown in FIG. 2A, first, the hollow valve part 30A is formed by forging. That is, the plate-like member is squeezed through steps to form the hollow portion 35 inside the stem portion 32 and the umbrella portion 31 in addition to the outer shapes of the stem portion 32 and the umbrella portion 31. Furthermore, after the forging is formed, the cotter groove 34 is formed in the stem 32.
[0028]
Next, FIG. 5B shows a process of inserting the heat pipe 36H. That is, as shown in the figure, the heat pipe 36 H manufactured separately and separately in advance is inserted into the hollow portion 35 from the opening of the umbrella portion 31. Thereby, the hollow part 35 located inside the stem part 32 and the umbrella part 31 is filled with the heat pipe 36H having the wick 36W and the naphthalene 36N.
[0029]
Next, as shown in FIG. 2C, the lid member 38 is engaged with the opening peripheral edge portion 37 of the umbrella portion 31, and the opening of the umbrella portion 31 of the hollow portion 35 is closed by laser welding. The intake valve 30 is completed.
As described above, as in the configuration of the intake valve 20 of the first embodiment, the container of the heat pipe is configured as the hollow portion 25 corresponding to the umbrella portion 21 and the stem portion 22, or the second embodiment. As in the configuration of the intake valve 30, the heat pipe 36H is separately inserted into the hollow portion 35 corresponding to the umbrella portion 21 and the stem portion 22, and the intake valves 20, 30 of each embodiment are cooled by the heat pipe. Therefore, the heat of the umbrella parts 21 and 31 can be efficiently released from the seats and the stem parts 22 and 32. That is, the temperature of the umbrella parts 21 and 31 can be effectively lowered, and the durability of the valve can be improved.
[0030]
Moreover, since the combustion gas is suppressed from being heated, knocking is less likely to occur, and the ignition timing can be advanced by that amount, thereby improving the fuel economy and engine output performance. Further, in combination with the recent reduction in the diameter of the heat pipe, the moldability thereof becomes easy.
Furthermore, according to the configuration of the intake valve 20 of the first embodiment, the volume of the container portion becomes larger than the volume of the container portion of the second embodiment, and the cooling performance can be further improved.
[0031]
In addition, when naphthalene is sealed as the working fluid of the heat pipe, the property matches the operating temperature of the intake valves 20 and 30, so the intake valves 20 and 30 are actively cooled and sodium sealed. There is no danger of explosion compared to a valve, and the disposal of the valve is facilitated.
Further, since the hollow valve part 20A also used as a heat pipe container is used as in the method of manufacturing the intake valve 20 of the first embodiment, the lightweight intake valve 20 can be manufactured.
[0032]
In addition, since the existing heat pipe 36H is inserted into the hollow valve part 30A as in the method of manufacturing the intake valve 30 of the second embodiment, it is not necessary to enclose the naphthalene 36N and the wick 36W when manufacturing the valve. Thus, the moldability is further improved.
Although the description of each embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
[0033]
For example, in the above-described embodiment, an example of an intake valve applied to a direct-acting valve mechanism is shown, but the present invention is not limited to this form. For example, a rocker-arm valve mechanism is used. May be.
[0034]
【The invention's effect】
As can be understood from the above description, according to the intake valve of the internal combustion engine of the present invention described in claim 1, since the umbrella part and the stem part are configured as a heat pipe using the latent heat of vaporization of the working fluid, The heat conduction performance of the valve is enhanced, the thermal load of the umbrella part is reduced from the stem part in addition to the valve seat, and efficient cooling can be achieved. Therefore, the umbrella part can be cooled more efficiently than before, and the anti-knock property at the time of high load can be enhanced to contribute to the output improvement.
[0035]
Further, since naphthalene suitable for the working fluid of the heat pipe used for the intake valve is used, the safety of handling is improved as compared with the sodium sealed valve.
And since the umbrella part and the stem part are made into the container of a heat pipe, it becomes possible to enlarge the volume of this container and can utilize the vaporization latent heat of a working fluid more effectively. Therefore, the cooling of the umbrella portion becomes more efficient than before, and the anti-knock property at the time of high load can be further increased, which can greatly contribute to the output improvement.
[0036]
In addition, since pre-molded hollow valve parts are used as heat pipe containers, the moldability is easy in view of the recent trend to reduce the diameter of heat pipes (micro heat pipes). Can be adopted.
According to the method for manufacturing an intake valve for an internal combustion engine according to claim 2, since the hollow valve part is molded in advance as a heat pipe container, the weight of the container can be reduced. Moreover, since it is comprised as a heat pipe other than an umbrella part to a stem part, the thermal load reduction in an umbrella part and a stem part becomes favorable, and it can improve anti-knock property.
[0037]
Moreover, if naphthalene is used as the working fluid, the handling safety can be improved as compared with the sodium-filled valve. Therefore, the intake valve configured by the manufacturing method can be employed in commercial vehicles with peace of mind.
Further, according to the invention described in claim 3, in addition to improving the heat conduction performance of the intake valve, the use of a pre-molded heat pipe eliminates the need to enclose a working fluid or the like. Formability can be further facilitated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial configuration diagram of an engine to which an intake valve of an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention is applied.
2 is a longitudinal sectional view of the intake valve of FIG. 1. FIG.
3 is a view showing a manufacturing method of the intake valve of FIG. 1. FIG.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view of an intake valve of an internal combustion engine according to a second embodiment of the present invention.
5 is a view showing a manufacturing method of the intake valve of FIG. 4;
[Explanation of symbols]
20 Intake valve 20A Hollow valve parts (heat pipe)
21 Umbrella (container)
22 Stem (container)
24, 34 Cotter groove 25 Hollow part 26N, 36N Naphthalene (working fluid)
26W Wick 27, 37 Opening peripheral edge portion 28, 38 Lid member 29, 39 Engagement portion 30 Intake valve 30A Hollow valve part 31 Umbrella portion 32 Stem portion 35 Hollow portion 36H Heat pipe 36W Wick

Claims

It is composed of a stem part and an umbrella part, the stem part and the umbrella part are used as a heat pipe container, and has a hollow part inside, and the naphthalene as a working fluid of the heat pipe is enclosed in the hollow part. An intake valve for an internal combustion engine.

Forming a stem part and an umbrella part having a hollow part, forming the stem part and the umbrella part as a container of a heat pipe, forming a cotter groove part in the stem part, and molding a hollow valve part;
Inserting a wick into the hollow portion;
Injecting naphthalene as a working fluid of the heat pipe into the hollow portion;
A step of engaging a lid member with the opening peripheral edge of the umbrella portion and closing the hollow portion by welding the engagement portion;
A method for manufacturing an intake valve for an internal combustion engine, comprising:

It is composed of a stem part and an umbrella part, and has a hollow part inside the stem part and the umbrella part, and a heat pipe enclosing naphthalene as a working fluid is inserted into the hollow part. An intake valve for an internal combustion engine.