JP2005113804A

JP2005113804A - エンジンバルブ

Info

Publication number: JP2005113804A
Application number: JP2003349773A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Yamaguchi; 真和山口; Mikikazu Kobayashi; 幹和小林
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2003-10-08
Filing date: 2003-10-08
Publication date: 2005-04-28

Abstract

【課題】エンジンバルブの部材と盛金部材との熱膨張係数の差を小さくして高温時にこれらの間に発生する応力を低減して高温強度に優れたエンジンバルブを提供する。
【解決手段】バルブヘッド２のバルブフェース４を、耐摩耗性を有する盛金部材で盛金して形成したエンジンバルブ１において、バルブヘッド２と盛金表層８との間に熱膨張係数がエンジンバルブの熱膨張係数よりも小さく、且つ盛金部材の熱膨張係数よりも大きい中間層７を設けた構成とし、バルブヘッドと盛金との間の熱膨張による発生応力を低減するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、高温強度に優れたバルブフェースを有するエンジンバルブに関する。

エンジンには、燃焼室に混合ガスを供給する吸気口、燃焼室内の燃焼排気ガスを排出する排気口を開閉するための吸気弁、排気弁（以下「エンジンバルブ」という）が設けられている。図２に示すようにエンジンバルブ１は、バルブヘッド（傘部）２とバルブステム（弁軸）３から成り、バルブフェース４が前記吸気口、排気口に設けられたバルブシートに着座してこれら吸気口、排気口を開閉する。

エンジンバルブ１は、高温に曝されるために耐熱性に優れていることが必要不可欠であり、バルブ材（素材）としてマルテンサイト系の耐熱鋼（ＳＵＨ３）、又はオーステナイト系の耐熱鋼（ＳＵＨ３６）等が使用されている。バルブフェース４は、図３に示すようにバルブヘッド２の上面２ａに形成された環状凹溝２ｂに耐摩耗性及び耐熱性を有するコバルト（Ｃｏ）系合金例えば、ステライト１２、トリバロイ４００等の盛金部材５を盛金して形成され、耐摩耗性の向上が図られている。

エンジンバルブの耐久性の向上を図るものとして、触火面（バルブヘッドの下面）に中心部から外側に渦巻状にビードを形状する方法（積層法）により全面に肉盛りして、触火面の耐食性の向上を図るようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平６−２７７８７６号公報

しかしながら、上記従来のエンジンバルブ１は、バルブフェース４におけるバルブ部材と盛金部材５との熱膨張差が大きいため、高温時にバルブヘッド２と盛金部部５との間で熱膨張差により高い応力が発生して破損に至る虞がある。更に、近年、エンジンの高出力化や代替燃料（ＣＮＧ、ＬＰＧ等）の使用等により燃焼室の温度が高温化しており、より高い応力が発生する状況となっている。表１にバルブ材と盛金材の材質及び熱膨張係数を示す。

また、特許文献１に開示されている技術は、エンジンバルブの触火面の耐食性について考慮したもので、高温時にバルブフェースにおけるバルブヘッドと盛金（肉盛）との間の熱膨張による発生応力については開示されていない。
本発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、エンジンバルブの部材と盛金部材との熱膨張係数の差を小さくして高温時にこれらの間に発生する応力を低減して高温強度に優れたエンジンバルブを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、バルブヘッドのバルブフェースを、耐摩耗性を有する盛金部材で盛金して形成したエンジンバルブにおいて、前記バルブヘッドと前記盛金との間に熱膨張係数が前記エンジンバルブの熱膨張係数よりも小さく、且つ前記盛金部材の熱膨張係数よりも大きい中間層を設けたこと構成としている。
中間層は、熱膨張係数がエンジンバルブの熱膨張係数と盛金の熱膨張係数との中間の値を有することで、バルブヘッドと中間層との間の熱膨張係数の差が小さく、これら両者間に発生する熱応力が小さくなり、この中間層と盛金との間の熱膨張係数の差が小さく、これら両者間に発生する熱応力が小さくなる。これにより、バルブヘッドと中間層と盛金との間の各熱膨張係数の差が小さくなり、バルブヘッドと盛金との間の熱膨張が緩和されて熱応力が低減する。

請求項２の発明は、前記中間層を、耐熱合金により形成して、エンジンバルブの温度負荷による破損を防止している。

請求項１の発明によれば、バルブヘッドと盛金との間に中間層を設けて２層化とすることで、耐摩耗性を確保しつつ熱膨張によるバルブヘッドと盛金との間の発生応力を低減することができ、エンジンバルブの温度負荷による摩耗、破損を防止することができ、高温強度に優れたエンジンバルブを提供することができる。
請求項２の発明によれば、中間層を耐熱合金で形成することにより、エンジンバルブの温度負荷による破損を防止することができる。

図１は本発明に係るエンジンバルブのバルブフェース部の要部拡大断面図である。尚、図２と同一部材には同一符号を付してある。図１においてエンジンバルブ１は、バルブヘッド２とバルブステム（図示せず）とが一体に形成されており、バルブヘッド２の上面２ａのバルブフェースを形成する部位に周方向に沿って環状凹溝２ｂが形成されており、この環状凹溝２ｂに盛金部６が設けられてバルブフェース４が形成されている。盛金部６は、盛金中間層７と盛金表層（盛金）８とからなる２層構造とされ、これらの盛金中間層７と盛金表層８とがバルブヘッド２の環状凹部２ｂに積層して形成されている。

エンジンバルブ１は、オーステナイト系耐熱鋼（ＳＵＨ３６）により形成されており、盛金表層８は、耐摩耗性及び耐熱性を有するステライト１２、又はトリバロイ４００等のコバルト系合金が使用される。そして、盛金中間層７は、熱膨張係数がエンジンバルブ１のバルブヘッド２の熱膨張係数と盛金表層８の熱膨張係数との中間の値を有するステライト６、ステライト１２等の耐熱合金により形成されている。バルブヘッド２と盛金表層８との間に、熱膨張係数がバルブヘッド２の熱膨張係数と盛金表層８の熱膨張係数との中間の値を有する耐熱合金により盛金中間層７を形成することで、盛金表層８（バルブフェース４）の耐摩耗性を確保し、且つ熱膨張によるバルブヘッド２と盛金表層８との間に発生する応力を低減することが可能である。これらの盛金中間層７、盛金表層８の盛金（肉盛）は、バルブヘッド２の環状凹溝２ｂに盛金中間層材を溶着により盛金して盛金中間層７を形成し、次の工程で盛金中間層７の上に盛金表層材を溶着により盛金して盛金表層８を形成する。

表２にエンジンバルブ１、盛金中間層７、及び盛金表層８に使用する材料の材質、熱膨張係数（RT-800℃時における値）と、その組合せ例を示す。

表２において組合せＩは、エンジンバルブ１を熱膨張係数が19.2×10⁶ （１／℃）の耐熱鋼ＳＵＨ３６で形成し、盛金表層８を熱膨張係数が15.2×10⁶ （１／℃）のステライト１２とし、盛金中間層７を熱膨張係数がこれらの熱膨張係数の中間の値即ち、19.2×10⁶ （１／℃）よりも小さく、且つ15.2×10⁶ （１／℃）よりも大きい値（16.3×10⁶ （１／℃））を有するステライト６とすることで、バルブヘッド２と盛金中間層７との間の熱膨張係数の差を小さくしてこれら両者間に発生する熱応力を小さくし、且つこの盛金中間層７と盛金表層８との間の熱膨張係数の差を小さくしてこれら両者間に発生する応力を小さくする。この結果、バルブヘッド２と盛金表層（盛金）８との間の熱膨張差が緩和されて熱膨張によるバルブフェース４における発生応力を低減することができ、エンジンバルブ１の破損を防止することができる。

組合せIIは、エンジンバルブ１を熱膨張係数が19.2×10⁶ （１／℃）の耐熱鋼ＳＵＨ３６で形成し、盛金表層８を熱膨張係数が14.1×10⁶ （１／℃）のトリバロイ４００とし、盛金中間層７を熱膨張係数がこれらの熱膨張係数の中間の値（16.3×10⁶ (１／℃)）を有するステライト６として、バルブヘッド２と盛金表層８との熱膨張係数の差を小さくしてバルブフェース４における発生応力を低減している。

組合せIIIは、エンジンバルブ１を熱膨張係数が19.2×10⁶ （１／℃）の耐熱鋼ＳＵＨ３６で形成し、盛金表層８を熱膨張係数が14.1×10⁶ （１／℃）のトリバロイ４００とし、盛金中間層７を熱膨張係数がこれらの熱膨張係数の中間の熱膨張係数（15.2×10⁶ （１／℃））を有するステライト１２として、バルブヘッド２と盛金表層８との熱膨張係数の差を小さくしてバルブフェース４における発生応力を低減している。

盛金表層材は、エンジンバルブ１の温度負荷状況に合わせて耐摩耗性を考慮した材料を選定し、この選定した盛金表層材に適した盛金中間層材を選定する。上述した組合せＩ、II、IIIによれば、盛金中間層７により高温時にバルブヘッド２−盛金表層８との間に発生する応力を低減させることが可能であり、エンジンバルブ１の高温負荷による摩耗、破損を防止することができる。

また、エンジンバルブ１は、バルブヘッド２に形成する盛金部６を２層化構造とするために当該盛金部６の大きさを変更する具体的には、環状凹溝２ｂの深さや幅を変更するだけでよく、エンジンバルブ自体の形状変更はない。従って、エンジンへの組付等に変更はない。

本発明に係るエンジンバルブのバルブフェース部の要部拡大断面図である。従来のエンジンバルブのバルブヘッドの側面図である。図２に示すバルブヘッドのバルブフェース部の要部拡大断面図である。

符号の説明

１エンジンバルブ
２バルブヘッド
２ｂ環状凹部
３バルブステム
４バルブフェース
６盛金部
７盛金中間層
８盛金表層

Claims

バルブヘッドのバルブフェースを、耐摩耗性を有する盛金部材で盛金して形成したエンジンバルブにおいて、
前記バルブヘッドと前記盛金との間に熱膨張係数が前記エンジンバルブの熱膨張係数よりも小さく、且つ前記盛金部材の熱膨張係数よりも大きい中間層を設けたことを特徴とするエンジンバルブ。
前記中間層は、耐熱合金で形成したことを特徴とする請求項１記載のエンジンバルブ。