JP2024058289A - Valves and internal combustion engines - Google Patents
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Abstract
【課題】 容易に識別することができるバルブ及び内燃機関を提供する。【解決手段】 バルブは、内燃機関の燃焼室に設けられるバルブにおいて、一方向に延びるステム部と、前記ステム部の先端に設けられ、前記ステム部に対して反対側の表面に凹部が形成された傘部とを有し、前記凹部は、前記表面に露出した窒化層を備える。【選択図】図2[Problem] To provide an easily identifiable valve and internal combustion engine. [Solution] The valve is installed in the combustion chamber of an internal combustion engine, and has a stem portion extending in one direction, and a head portion provided at the tip of the stem portion and having a recess formed on the surface opposite to the stem portion, and the recess has a nitride layer exposed on the surface. [Selected Figure] Figure 2
Description
本発明は、バルブ及び内燃機関に関する。 The present invention relates to a valve and an internal combustion engine.
特許文献1には、内燃機関の燃焼室内に速いタンブル流が発生するように、吸気バルブの表面に凹部が形成され、排気バルブの表面には平坦面が形成される点が記載されている。
表面に凹部のある吸気バルブと、表面に凹部のない排気バルブとが内燃機関に混在する場合、例えば内燃機関の製造ラインにおいて、吸気バルブ及び排気バルブの組付け位置の誤りを、各バルブの表面画像の処理により検知することが考えられる。 When an internal combustion engine contains a mixture of intake valves with recesses on their surfaces and exhaust valves without recesses on their surfaces, for example on an internal combustion engine production line, it is possible to detect incorrect assembly positions of intake valves and exhaust valves by processing surface images of each valve.
しかし、例えば吸気バルブの傘部の厚みの制限などのため、凹部は、画像上で明瞭に識別できるほど深く形成することが難しい。このため、吸気バルブと排気バルブをそれぞれ識別して、組付け位置の誤りを検出することが困難である。なお、このような問題は、吸気バルブだけに凹部を設けた場合に限られず、排気バルブに凹部を設けた場合にも、凹部のあるバルブと凹部のないバルブが混在すれば起こり得る。 However, due to restrictions on the thickness of the intake valve's umbrella, for example, it is difficult to form a recess deep enough to be clearly distinguished on an image. This makes it difficult to distinguish between the intake valve and the exhaust valve and detect an error in the assembly position. This problem is not limited to cases where recesses are provided only on the intake valve, but can also occur when recesses are provided on the exhaust valve as well, if valves with and without recesses are mixed.
そこで本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、容易に識別することができるバルブ及び内燃機関を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention was made in consideration of the above problems, and aims to provide a valve and an internal combustion engine that can be easily identified.
本発明のバルブは、内燃機関の燃焼室に設けられるバルブにおいて、一方向に延びるステム部と、前記ステム部の先端に設けられ、前記ステム部に対して反対側の表面に凹部が形成された傘部とを有し、前記凹部は、前記表面に露出した窒化層を備える。 The valve of the present invention is a valve installed in the combustion chamber of an internal combustion engine, and has a stem portion extending in one direction and a head portion provided at the tip of the stem portion and having a recess formed on the surface opposite the stem portion, and the recess has a nitride layer exposed on the surface.
上記のバルブにおいて、前記表面のうち、前記凹部以外の領域の表面粗さは、前記凹部の表面粗さより小さくてもよい。 In the above valve, the surface roughness of the surface other than the recess may be less than the surface roughness of the recess.
本発明の内燃機関は、燃料を燃焼させる燃焼室と、前記燃焼室に接続された吸気ポート及び排気ポートと、前記吸気ポートを開閉する吸気バルブと、前記排気ポートを開閉する排気バルブとを有し、前記吸気バルブ及び前記排気バルブの少なくとも一方は、一方向に延びるステム部と、前記ステム部の先端に設けられ、前記ステム部に対して反対側の表面に凹部が形成された傘部とを有し、前記凹部は、前記表面に露出した窒化層を備える。 The internal combustion engine of the present invention has a combustion chamber for burning fuel, an intake port and an exhaust port connected to the combustion chamber, an intake valve for opening and closing the intake port, and an exhaust valve for opening and closing the exhaust port, and at least one of the intake valve and the exhaust valve has a stem portion extending in one direction and a head portion provided at the tip of the stem portion and having a recess formed on the surface opposite the stem portion, and the recess has a nitride layer exposed on the surface.
上記の内燃機関において、前記表面のうち、前記凹部以外の領域の表面粗さは、前記凹部の表面粗さより小さくてもよい。 In the above internal combustion engine, the surface roughness of the surface in the area other than the recess may be smaller than the surface roughness of the recess.
本発明によれば、内燃機関のバルブを容易に識別することができる。 The present invention makes it easy to identify valves in an internal combustion engine.
(エンジンの構成)
図1は、エンジン2の一例を示す概略断面図である。エンジン2はガソリンエンジンであり、内燃機関の一例である。図1には、エンジン2の複数の気筒のうちの1つのみが描かれている。
(Engine configuration)
Fig. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of an
エンジン2は、気筒ごとに燃焼室20、排気ポート21、吸気ポート22、排気バルブ23、吸気バルブ24、点火プラグ25、及びピストン26を備える。燃焼室20は、不図示のシリンダヘッド及びシリンダブロックとピストン26の頂面とによって囲まれる空間である。
The
燃焼室20の上部の略中央には点火プラグ25が取り付けられている。点火プラグ25を挟んだ両側には、吸気ポート22と排気ポート21が設けられている。吸気ポート22は吸気バルブ24により燃焼室20に対して開閉され、排気ポート21は排気バルブ23により燃焼室20に対して開閉される。排気バルブ23の開閉、吸気バルブ24の開閉、及び点火プラグ25の添加タイミングは不図示の制御手段により制御される。
A
吸気バルブ24の開放時、吸気ポート22から燃焼室20内に燃料と空気の混合気が流入する。点火プラグ25は混合気に点火する。これにより混合気は燃焼するため、ピストン26が図1の紙面上下方向に稼働する。ピストン26は、エンジン2の出力軸である不図示のクランクシャフトに不図示のコネクティングロッドを介して連結されている。排気バルブ23の開放時、燃焼室20内の排気ガスは排気ポート21を介して排気系に排出される。
When the
(バルブの構成)
上記の排気バルブ23及び吸気バルブ24として用いられるバルブを以下に説明する。
(Valve configuration)
The valves used as the
図2は、バルブ1の一例の下面110及び断面を示す図である。下面110は、略円形状であり、燃焼室20に面するバルブ1の面である。断面は、下面110の中心を通るA-A線に沿った断面である。
Figure 2 shows the
バルブ1は、鋼材により一体的に形成されたステム部10及び傘部11を有する。ステム部10は、一方向に延びる棒状部材であり、傘部11は、ステム部10の先端に設けられた略傘形状の部材である。傘部11の下面110は、ステム部10に対して反対側の表面に該当する。下面110の中央部には、略円形状の外周を有する凹部110aが設けられている。また、下面110の凹部110aの周囲には、凹部110aより平坦な平坦部110bが設けられている。平坦部110bは、下面110における、凹部110a以外の領域である。
The
バルブ1を排気バルブ23及び吸気バルブ24として用いた場合、凹部110aが燃焼室20に面するため、燃焼室20内のタンブル流の速度は、凹部110aが無い場合より増加する。これにより、エンジン2の燃焼効率が向上する。
When the
また、凹部110aは、表面に露出した窒化層121を備える。窒化層121は、鍛造後のバルブ1に対し軟窒化処理を施すことにより形成される。窒化層121は、バルブ1を形成する鋼材の金属元素に窒素原子が化学結合した構成を有する。窒化層121は、軟窒化処理が施されていない領域よりも硬く、耐疲労強度、耐摩耗性、及び耐食性が高い。また、窒化層121は、燃焼室20のような高温環境にも強く、剥がれにくい。
The
さらに窒化層121は、平坦部110bに露出する鋼材の部分とは異なる色を呈する。例えば、平坦部110bの鋼材は銀白色であるのに対し、窒化層121は黒褐色である。このため、例えばエンジン2の製造工程において、排気バルブ23及び吸気バルブ24として、凹部110aのあるバルブ1と、凹部110aのない他の種類のバルブが混在して組み付けられる場合、バルブ1の下面110の画像処理により凹部110a及び平坦部の色彩パタンを検知することができる。
Furthermore, the
これにより、下面110の画像における凹部110aの外周が明瞭となり、バルブ1を他の種類のバルブから区別して容易に識別することが可能となるため、バルブ1と他の種類のバルブの組付け位置の誤りを容易に検出することができる。
This makes the outer periphery of the
また、例えば凹部110aの径が相違する2種類のバルブ1がエンジン2に混在する場合、各バルブ1の下面110の画像処理により凹部110aの径を検出することで、2種類のバルブ1をそれぞれ識別することができる。このため、2種類のバルブ1の組付け位置の誤りを容易に検出することができる。
In addition, for example, if two types of
また、ステム部10、及びステム部10側の傘部11の表面(以下、上面と表記)にも窒化層120が形成されている。バルブ1が吸気ポート22または排気ポート21を閉じるとき、傘部11の上面は、燃焼室20の内壁に当たるが、窒化層120によるコーティングのため、硬度が高く、ダメージを受けにくい。
A
傘部11の下面110の表面積は、凹部110aが無い場合より大きい。つまり、凹部110aには平坦部110bに隣接する斜面の部分が含まれているため、表面積が、凹部110aが無い場合より増加する。このため、S/V比(Surface Volume ratio)が増加して、冷却損失が増えて、エンジン2を搭載する車両の燃費が悪化するおそれがある。
The surface area of the
これに対し、凹部110aの表面粗さを、研削、研磨または切削などの表面加工により低下させれば、表面積を低下させることができるが、下面110を正面視した場合、凹部110aは平坦部110bに対して奥に位置するため、加工が難しい。
On the other hand, if the surface roughness of the
そこで、凹部110aの周囲の平坦部110bの表面粗さが、凹部110aの表面粗さより小さくなるように形成されている。平坦部110bは、研削、研磨または切削などの表面加工が容易であるため、所定の表面粗さに形成すること簡単である。平坦部110bの表面粗さが低下するほど、その表面積は小さくなる。このため、S/V比が低下して、冷却損失の増加が抑制されて、エンジン2を搭載する車両の燃費が改善される。
Therefore, the surface roughness of the
上記の表面粗さとしては、日本産業規格(JIS: Japanese Industrial Standard)に規定される算術平均粗さ(Ra)、最大高さ(Ry)、十点平均粗さ(Rz)などが挙げられるが、これに限定されない。一例として算術平均粗さ(Ra)を用いた場合、凹部110aのRaは20(μm)以下であるのに対し、S/V比の低下の観点から、平坦部110bのRaは5(μm)以下であるのが好ましく、さらに好ましくは1(μm)以下としてもよい。
The surface roughness may be, but is not limited to, the arithmetic mean roughness (Ra), maximum height (Ry), and ten-point mean roughness (Rz) as defined by the Japanese Industrial Standard (JIS). When the arithmetic mean roughness (Ra) is used as an example, the Ra of the
(バルブの製造方法)
図3は、バルブ1の製造工程の一例を概略的に示すフローチャートである。まず、鍛造工程St1が行われる。これにより、所定形状の鋼材からステム部10及び傘部11が形成される。
(Valve manufacturing method)
3 is a flow chart showing an example of a manufacturing process for the
次に軟窒化工程St2が行われる。本工程では、ステム部10の表面と傘部11の表面に対し軟窒化処理が施される。軟窒化処理の手法は限定されないが、例えばプラズマ窒化、ガス窒化、及び塩浴窒化などが挙げられる。これにより、ステム部10及び傘部11の全体が窒化処理されて、平坦部110bを含む傘部11の下面110、傘部11の上面、及びステム部10の表面に窒化層121,120が形成される。
Next, the soft nitriding process St2 is performed. In this process, the surface of the
次に研磨工程St3が行われる。本工程では、傘部11の下面110のうち、平坦部110bに対して研磨が行われる。これにより、平坦部110bの表面に形成された窒化層が除去されるとともに、平坦部110bの表面粗さが、凹部110aの表面粗さより小さくなる。このようにしてバルブ1の製造工程は行われる。なお、本実施形態では、バルブ1をガソリンエンジンに適用する例を挙げたが、ディーゼルエンジンなどの他の内燃機関にも用いることが可能である。
Next, the polishing process St3 is performed. In this process, the
上述した実施形態は本発明の好適な実施の例である。但し、これ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内において種々変形実施可能である。 The above-described embodiment is a preferred example of the present invention. However, the present invention is not limited to this embodiment, and various modifications are possible without departing from the spirit of the present invention.
1 バルブ
2 エンジン(内燃機関)
10 ステム部
11 傘部
20 燃焼室
21 排気ポート
22 吸気ポート
23 排気バルブ
24 吸気バルブ
110a 凹部
110b 平坦部
120,121 窒化層
1
REFERENCE SIGNS
Claims (4)
一方向に延びるステム部と、
前記ステム部の先端に設けられ、前記ステム部に対して反対側の表面に凹部が形成された傘部とを有し、
前記凹部は、前記表面に露出した窒化層を備える、
バルブ。 A valve provided in a combustion chamber of an internal combustion engine,
A stem portion extending in one direction;
a cap portion provided at a tip of the stem portion and having a recess formed on a surface opposite to the stem portion,
the recessed portion includes a nitride layer exposed on the surface;
valve.
請求項1に記載のバルブ。 The surface roughness of the region other than the recessed portion of the surface is smaller than the surface roughness of the recessed portion.
2. The valve of claim 1.
前記燃焼室に接続された吸気ポート及び排気ポートと、
前記吸気ポートを開閉する吸気バルブと、
前記排気ポートを開閉する排気バルブとを有し、
前記吸気バルブ及び前記排気バルブの少なくとも一方は、
一方向に延びるステム部と、
前記ステム部の先端に設けられ、前記ステム部に対して反対側の表面に凹部が形成された傘部とを有し、
前記凹部は、前記表面に露出した窒化層を備える、
内燃機関。 A combustion chamber for burning fuel;
an intake port and an exhaust port connected to the combustion chamber;
an intake valve that opens and closes the intake port;
an exhaust valve that opens and closes the exhaust port,
At least one of the intake valve and the exhaust valve is
A stem portion extending in one direction;
a cap portion provided at a tip of the stem portion and having a recess formed on a surface opposite to the stem portion,
the recessed portion includes a nitride layer exposed on the surface;
Internal combustion engine.
請求項3に記載の内燃機関。
The surface roughness of the region other than the recessed portion of the surface is smaller than the surface roughness of the recessed portion.
4. An internal combustion engine according to claim 3.
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