JP2018013065A - Engine valve - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、吸気用のエンジンバルブに関する。 The present invention relates to an engine valve for intake air.
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。 When an intake valve (hereinafter referred to as “engine valve”) of an engine (internal combustion engine) becomes high temperature, fuel and oil adhering to the engine valve are steamed and a deposit is formed. If the fuel adsorbed in the deposit is detached or the deposit peels off and enters the combustion chamber due to an impact at the time of opening or closing the engine valve, the fuel component in the combustion chamber becomes excessive and the A / F becomes small. Therefore, the engine may become unstable in combustion. In addition, the peeled deposit may be caught between the engine valve and the valve seat of the engine, and the engine valve may not be completely closed. Therefore, in order to reduce the formation of deposits, it has been conventionally required to suppress the temperature rise of the engine valve.
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。 As one means for suppressing the temperature rise of the engine valve, it is known that the engine valve is formed of an aluminum alloy having a high thermal conductivity. For example, the engine valve described in Patent Document 1 is formed of an Al-based MMC (Metal Matrix Composites) in which a shaft portion and an umbrella portion are reinforced with an aluminum alloy with fiber particles or the like. As a result, the heat transmitted from the combustion chamber to the umbrella surface of the umbrella part is quickly transmitted to the face part, which is the contact part with the valve seat, and is radiated from the face part to the valve seat, thereby suppressing the temperature rise of the engine valve. Is done.
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。 However, when both the shaft portion and the umbrella portion are formed of Al-based MMC having high thermal conductivity as in the engine valve of Patent Document 1, the temperature of the shaft portion also increases because the heat of the umbrella portion is transmitted to the shaft portion. . As a result, when the air supplied to the combustion chamber flows along the shaft portion, the temperature rises and the volume increases, which causes a problem that the intake efficiency of the engine decreases.
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。 The present invention has been made to solve the problems as described above, and the problem is that the temperature rise of the engine valve can be suppressed, and the heat transfer from the umbrella portion to the shaft portion is suppressed to reduce the intake efficiency of the engine. An object of the present invention is to provide an engine valve capable of suppressing the decrease.
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。 The engine valve of the present invention is an engine valve that opens and closes an intake port of an engine, and includes a shaft portion and an umbrella portion, and an umbrella front portion of the umbrella portion and a face portion continuous from the umbrella front portion, It is formed of a second metal material having a higher thermal conductivity than the first metal material forming the shaft portion. With this configuration, the heat received at the front of the umbrella can be quickly transmitted to the valve seat of the engine via the face portion, so that the temperature rise of the engine valve can be suppressed. In addition, since the shaft portion is formed of the first metal material having a lower thermal conductivity than the second metal material forming the umbrella front portion, heat transfer from the umbrella portion to the shaft portion is suppressed, and the engine A reduction in intake efficiency can be suppressed.
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。 The second metal material is preferably aluminum or an aluminum alloy, or copper or a copper alloy. Since the second metal material is made of a material having a high thermal conductivity and a relatively low price, heat from the engine valve can be quickly radiated while suppressing the production cost.
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。 A concave curved surface that is continuous from the shaft portion to the umbrella back portion of the umbrella portion is formed. The umbrella portion forms an inner peripheral portion on the umbrella back side, and an inner periphery forming portion that is continuous with the shaft portion; Forming an outer peripheral portion on the umbrella back side that surrounds the circumferential forming portion in the circumferential direction and having an outer peripheral forming portion including an umbrella front portion and a face portion, and the inner peripheral forming portion is formed of a first metal material, The forming portion is formed of a second metal material, and the first metal material has higher toughness than the second metal material, and forms the outer periphery forming portion with the first metal material forming the inner periphery forming portion. The joint surface on the back side of the umbrella with the second metal material is preferably disposed closer to the face part than the center part of the concave curved surface in the radial direction of the umbrella part. With this configuration, the portion that is likely to be stressed when the engine valve is opened and closed is formed of the first metal material having high toughness, so that deformation of the engine valve can be suppressed.
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。 Moreover, it is preferable that the outer periphery formation part has a cover part which covers the umbrella back side of the outer peripheral edge part of an inner periphery formation part. With this configuration, the inner circumference forming portion can be more firmly joined to the outer circumference forming portion.
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。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. For convenience of explanation, the configuration of the peripheral portion of the engine valve for intake of the engine will be described, and then the engine valve will be described. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a peripheral portion of an engine valve for intake of the engine in an open state, and FIG. 5 is a cross-sectional view showing the same in a closed state. The engine valve will be described with reference to the vertical direction in FIGS. 4 and 5.
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。
As shown in FIG. 4, an
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。
Next, the
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。
As shown in FIG. 2, the
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。
The first metal material may be any metal material as long as it satisfies the wear resistance, strength, and corrosion resistance required for the
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。
On the other hand, the second metal material may be any metal material as long as it satisfies the wear resistance required for the contact portion with the
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。
The
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。
Next, the detailed shape of the
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。
Moreover, the
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。
As shown in FIG. 2, the inner
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。
As shown in FIG. 3, the lower end part of the inner
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。
Further, as shown in FIG. 2, the joint surface between the inner
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。
On the other hand, the lower surface of the inner
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。
According to the
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。
In addition, the
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。
Further, the first metal material forming the
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。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications can be made without departing from the gist of the present invention. For example, the inner
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
DESCRIPTION OF
Claims (5)
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。 An engine valve that opens and closes the intake port of the engine,
Having a shaft and an umbrella,
Among the umbrella parts, an umbrella front part and a face part continuous from the umbrella front part are formed of a second metal material having a higher thermal conductivity than the first metal material forming the shaft part. And engine valve.
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。 The engine valve according to claim 1,
The engine valve according to claim 1, wherein the second metal material is aluminum or an aluminum alloy.
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。 The engine valve according to claim 1,
The engine valve, wherein the second metal material is copper or a copper alloy.
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。 The engine valve according to any one of claims 1 to 3,
A concave curved surface that is continuous from the shaft portion to the umbrella back portion of the umbrella portion is formed,
The umbrella part forms an inner peripheral part on the back side of the umbrella and forms an inner peripheral part that is continuous with the shaft part, and an outer peripheral part on the back side of the umbrella that surrounds the inner peripheral part in the circumferential direction. An outer periphery forming portion including a front portion and the face portion;
The inner periphery forming portion is formed of the first metal material,
The outer periphery forming portion is formed of the second metal material,
The first metal material is tougher than the second metal material,
The joint surface of the back side of the first metal material forming the inner periphery forming portion and the second metal material forming the outer periphery forming portion is a central portion of the concave curved surface in the radial direction of the umbrella portion. The engine valve is arranged closer to the face portion than the engine valve.
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。
The engine valve according to claim 4,
The engine valve according to claim 1, wherein the outer periphery forming portion includes a cover portion covering an umbrella back side of an outer peripheral end portion of the inner periphery forming portion.
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