JP2017190759A - 中空エンジンバルブ及びステムキャップ - Google Patents

Abstract

【課題】コッタ側から加わる応力による軸端部の変形を抑制する。【解決手段】中空エンジンバルブ１０は、軸端面１１ｂから軸方向に沿って延びる中空穴１５を有するバルブ本体１１と、バルブ本体１１の軸端部１１ａに被せられるステムキャップ２０と、を備える。ステムキャップ２０には、中空穴１５に挿入されかつコッタ溝１４を越える位置まで延在する支持凸部２４が設けられる。【選択図】図１

Description

本発明は、エンジン（内燃機関）に用いられる中空エンジンバルブ及びステムキャップに関する。

エンジンバルブには、ドリルによって中空穴が形成された中空エンジンバルブがある（例えば、特許文献１参照）。中空穴は、軸端面から軸方向に沿って延びている。また、コッタ溝は、中空穴の形成後、圧延ローラにより成形されている。

特開平４−３３４７０８号公報

特許文献１のものでは、中空穴が開口されたまま動弁機構に適用されている。このため、コッタ側から加わる応力によって、軸端部の変形を招くおそれがあった。本発明の課題は、コッタ側から加わる応力による軸端部の変形を抑制することのできる中空エンジンバルブ及びステムキャップを提供することにある。

前記課題は、本発明の中空エンジンバルブ及びステムキャップにより解決することができる。第１の発明は、軸端面から軸方向に沿って延びる中空穴を有するバルブ本体と、前記バルブ本体の軸端部に被せられるステムキャップと、を備えている、中空エンジンバルブであって、前記ステムキャップには、前記中空穴に挿入されかつコッタ溝を越える位置まで延在する支持凸部が設けられている、中空エンジンバルブである。この構成によると、バルブ本体の軸端部にステムキャップが被せられることによって、ステムキャップの支持凸部が、バルブ本体の中空穴に挿入されかつコッタ溝を越える位置まで延在する。したがって、ステムキャップの支持凸部によって、コッタ側から加わる応力によるバルブ本体の軸端部の変形を抑制することができる。

第２の発明は、第１の発明において、前記ステムキャップは、前記バルブ本体の軸端部の外周面を被う外筒部を有し、前記外筒部と前記支持凸部とによって前記バルブ本体の軸端部が挟持されている、中空エンジンバルブである。この構成によると、バルブ本体に対するステムキャップの位置ずれを抑制することができる。

第３の発明は、第１又は２の発明において、前記バルブ本体の中空穴には、バルブ本体よりも高い熱伝導率を有する高熱伝導部材が配置されている、中空エンジンバルブである。この構成によると、バルブ本体の傘部からステム部への熱伝達効率を高めることができる。

第４の発明は、中空エンジンバルブのバルブ本体の軸端部に被せられるステムキャップであって、前記バルブ本体の中空穴に挿入されかつコッタ溝を越える位置まで延在する支持凸部が設けられている、ステムキャップである。この構成によると、中空エンジンバルブのバルブ本体の軸端部にステムキャップが被せられることによって、ステムキャップの支持凸部がバルブ本体の中空穴に挿入されかつコッタ溝を越える位置まで延在する。したがって、ステムキャップの支持凸部によって、コッタ側から加わる応力によるバルブ本体の軸端部の変形を抑制することができる。

第５の発明は、第４の発明において、前記バルブ本体の軸端部の外周面を被う外筒部を有し、前記外筒部と前記支持凸部とによって前記バルブ本体の軸端部を挟持する、中空エンジンバルブである。この構成によると、バルブ本体に対するステムキャップの位置ずれを抑制することができる。

一実施形態にかかる中空エンジンバルブを示す断面図である。 ステムキャップを示す断面図である。 中空エンジンバルブの製造工程を示す工程図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。ここでは、インテークバルブとして用いられる中空エンジンバルブについて例示する。図１は中空エンジンバルブを示す断面図である。図１に示すように、中空エンジンバルブ１０は、バルブ本体１１とステムキャップ２０とを備えている。

バルブ本体１１を説明する。バルブ本体１１は、ステム部１２と傘部１３とを有している。ステム部１２は、丸棒状に形成されている。傘部１３は、ステム部１２の一端部（図１において下端部）に同心状にかつ傘状に広がるように形成されている。バルブ本体１１は、例えば、鋼（ＳＨ１１、ＳＨ３等）からなる。また、バルブ本体１１は、例えば、鍛造成形により形成されている。ステム部１２の軸端部に相当するバルブ本体１１の軸端部１１ａの外周面には、例えば、砥石加工によってコッタ溝１４が形成されている。バルブ本体１１は、軸端面１１ｂから軸方向に沿って延びる中空穴１５を有している。中空穴１５は、例えば、ドリル加工によって、バルブ本体１１と同心状に形成されている。中空穴１５の先端部は、傘部１３の中央部に達している。

次に、ステムキャップ２０を説明する。図２はステムキャップを示す断面図である。図２に示すように、ステムキャップ２０は、有天筒状のキャップ本体２１を備えている。キャップ本体２１は、円板状の天板部２２と、円筒状の外筒部２３と、を有している。天板部２２の下面には、丸棒状の支持凸部２４が一体で形成されている。ステムキャップ２０は、例えば、バルブ本体１１と同材質からなる。なお、支持凸部２４は、別部品で形成し、天板部２２に溶接等により一体化してもよい。

図１に示すように、ステムキャップ２０は、バルブ本体１１の軸端部１１ａに被せられている。外筒部２３内にバルブ本体１１の軸端部１１ａが圧入されている。天板部２２は、バルブ本体１１の軸端面１１ｂに当接されている。支持凸部２４は、バルブ本体１１の中空穴１５の開口側端部内にほとんど隙間無く挿入されている。支持凸部２４は、バルブ本体１１の軸端面１１ｂからコッタ溝１４を越える位置まで延在している。ステムキャップ２０によって中空穴１５の開口端部が塞がれている。

バルブ本体１１の中空穴１５内には、丸棒状の高熱伝導部材３０が収容されている。高熱伝導部材３０は、バルブ本体１１の中空穴１５内に圧入又はほとんど隙間なく挿入されることによって配置されている。高熱伝導部材３０は、バルブ本体１１よりも熱伝導率の高い高熱伝導材料、例えば、アルミニウム（Ａｌ）により形成されている。また、高熱伝導部材３０には、中空エンジンバルブ１０の実使用域において固体であるものが用いられている。高熱伝導部材３０の軸方向長さと支持凸部２４の軸方向長さの合計の長さは、中空穴１５の軸方向長さと同等に設定されている。

次に、中空エンジンバルブ１０の製造方法について説明する。図３は中空エンジンバルブの製造工程を示す工程図である。図３に示すように、本製造方法は、鍛造工程（図３（ａ）参照）と、穴あけ工程（図３（ｂ）参照）と、高熱伝導部材挿入工程（図３（ｃ）参照）と、ステムキャップ取り付け工程（図３（ｄ）参照）と、を備えている。

［鍛造工程］図３（ａ）に示すように、中実状のバルブ本体１１が準備される。バルブ本体１１は、例えば、軸状素材をアップセット鍛造等により鍛造成形することによって形成されている。そのバルブ本体１１の軸端部１１ａの外周面には、例えば、砥石加工によってコッタ溝１４が形成されている。

［穴あけ工程］図３（ｂ）に示すように、バルブ本体１１には、軸端面１１ｂから軸方向に延びる有底状の中空穴１５が穴あけ加工される。穴あけ加工には、例えば、ドリルが用いられる。

［高熱伝導部材挿入工程］図３（ｃ）に示すように、バルブ本体１１の中空穴１５内に高熱伝導部材３０が挿入される。

［ステムキャップ取り付け工程］図３（ｄ）に示すように、バルブ本体１１の軸端部１１ａにステムキャップ２０が被せられる。このようにして、中空エンジンバルブ１０が完成する。

前記した中空エンジンバルブ１０によると、バルブ本体１１の軸端部１１ａにステムキャップ２０が被せられることによって、ステムキャップ２０の支持凸部２４が、バルブ本体１１の中空穴１５に挿入されかつコッタ溝１４を越える位置まで延在する。したがって、ステムキャップ２０の支持凸部２４によって、コッタ側から加わる応力によるバルブ本体１１の軸端部１１ａの変形を抑制することができる。さらには、バルブ本体１１の中空穴１５の穴径の大径化、及び／又は、ステム部１２の軸径の小径化によって、中空エンジンバルブ１０を軽量化することができる。

また、バルブ本体１１の中空穴１５には、バルブ本体１１よりも高い熱伝導率を有する高熱伝導部材３０が配置されている。したがって、バルブ本体１１の傘部１３からステム部１２への熱伝達効率を高めることができる。このため、インテークバルブに用いた中空エンジンバルブ１０によると、エンジンの燃焼室からインテークバルブに伝わる熱を、インテークバルブの温度上昇を抑制しながら効率良く逃がすことができる。そのため、吸気行程にて燃焼室に吸入される吸気（新気）が、インテークバルブにより加熱されるのを抑制することによって、吸気温度を低下させて吸気効率を向上させることができる。

また、低い温度（３００℃以下）でも吸気温度の低減が可能なアルミニウム（Ａｌ）により形成された高熱伝導部材３０が用いられているため、インテークバルブの温度域（３５０℃前後）でも十分な高熱伝導効果を得ることができる。例えば、金属ナトリウム封入エンジンバルブ（特開２０１２−８７６２０号公報参照）によると、金属ナトリウムが３５０℃くらいまで上昇しないと、十分な高熱伝導効果が得られないため、インテークバルブの温度域（３５０℃前後）では効果が低い。これに対し、アルミニウム（Ａｌ）により形成された高熱伝導部材３０を用いると、インテークバルブに適した中空エンジンバルブ１０を提供することができる。

また、中空エンジンバルブ１０の実使用域において固体である高熱伝導部材３０が用いられている。このため、バルブ本体１１とステムキャップ２０との間をシールするために必要とされる溶接を省略し、コストを低減することができる。例えば、高熱伝導部材３０として中空エンジンバルブ１０の実用域において液化するものを用いると、バルブ本体１１とステムキャップ２０との間からの液漏れを防止するための溶接が必要になる。これに対し、高熱伝導部材３０に中空エンジンバルブ１０の実使用域において固体であるものを用いると、バルブ本体１１とステムキャップ２０との間の液漏れ防止のための溶接が不要となる。

また、実施形態では、ステムキャップ２０の支持凸部２４をバルブ本体１１の軸端部１１ａの中空穴１５内にほとんど隙間無く挿入したが、ステムキャップ２０の支持凸部２４をバルブ本体１１の軸端部１１ａの中空穴１５内に圧入してもよい。そうすると、バルブ本体１１の軸端部１１ａが圧入されたステムキャップ２０の外筒部２３及び支持凸部２４によって、バルブ本体１１の軸端部１１ａが挟持されることになる。このため、バルブ本体１１に対するステムキャップ２０の位置ずれを抑制することができる。

また、ステムキャップ２０の天板部２２によって、バルブ本体１１の軸端部１１ａの軸端面１１ｂの面積よりも大きい面積の軸端面１１ｂを形成することができる。このため、バルブ本体１１の軸端部の外径が小さくても、動弁機構を構成する部品（例えば、ロッカアーム、カム等）が摺動接触する軸端面１１ｂに必要な面積を容易に確保することができる。

［他の実施形態］本発明は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、中空エンジンバルブ１０をエキゾーストバルブとして用いる場合、バルブ本体１１は、例えば、オーステナイト系耐熱鋼、チタン合金等から形成するとよい。また、高熱伝導部材３０として、金属ナトリウムを用いるとよい。これにより、エンジンの燃焼室からエキゾーストバルブに伝わる熱を、エキゾーストバルブの温度上昇を抑制しながら効率良く逃がすことができる。そのため、バルブ本体１１の燃焼室側に面する部分の温度を低下させ、耐ノック性を向上させることができる。

また、ステムキャップ２０は、バルブ本体１１の軸端部１１ａに対して圧入に限らず、溶着、ろう付け、接着等によって取り付けてもよい。また、高熱伝導部材３０は省略してもよい。また、高熱伝導部材３０は、アルミニウムに限らず、バルブ本体１１よりも高い熱伝導率を有する高熱伝導材料により形成されていればよい。また、高熱伝導部材３０としては、中空エンジンバルブ１０の実用域において液化するものを用いてもよい。

１０…中空エンジンバルブ
１１…バルブ本体
１１ａ…軸端部
１１ｂ…軸端面
１４…コッタ溝
１５…中空穴
２０…ステムキャップ
２３…外筒部
２４…支持凸部
３０…高熱伝導部材

Claims (5)

1. 軸端面から軸方向に沿って延びる中空穴を有するバルブ本体と、
   前記バルブ本体の軸端部に被せられるステムキャップと、
   を備えている、中空エンジンバルブであって、
   前記ステムキャップには、前記中空穴に挿入されかつコッタ溝を越える位置まで延在する支持凸部が設けられている、中空エンジンバルブ。
2. 請求項１に記載の中空エンジンバルブであって、
   前記ステムキャップは、前記バルブ本体の軸端部の外周面を被う外筒部を有し、
   前記外筒部と前記支持凸部とによって前記バルブ本体の軸端部が挟持されている、中空エンジンバルブ。
3. 請求項１又は２に記載の中空エンジンバルブであって、
   前記バルブ本体の中空穴には、バルブ本体よりも高い熱伝導率を有する高熱伝導部材が配置されている、中空エンジンバルブ。
4. 中空エンジンバルブのバルブ本体の軸端部に被せられるステムキャップであって、
   前記バルブ本体の中空穴に挿入されかつコッタ溝を越える位置まで延在する支持凸部が設けられている、ステムキャップ。
5. 請求項４に記載のステムキャップであって、
   前記バルブ本体の軸端部の外周面を被う外筒部を有し、
   前記外筒部と前記支持凸部とによって前記バルブ本体の軸端部を挟持する、中空エンジンバルブ。
   

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