JP4490003B2

JP4490003B2 - バルブガイド

Info

Publication number: JP4490003B2
Application number: JP2001224175A
Authority: JP
Inventors: 武幸手塚
Original assignee: 帝国ピストンリング株式会社
Priority date: 2001-07-25
Filing date: 2001-07-25
Publication date: 2010-06-23
Anticipated expiration: 2021-07-25
Also published as: JP2003035112A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関に使用されるバルブガイドに関し、特にディーゼルエンジンに使用して有効である。
【０００２】
【従来の技術】
図３において、１はシリンダヘッドで、バルブガイド孔２にバルブガイドＢが挿入固定されている。バルブガイドＢは、一般的に耐摩耗性や耐焼付性に優れた焼結合金や鋳鉄で形成されている。しかし、ディーゼルエンジン用のバルブガイドは、長さが長く焼結に不向きの形状のものが多いため、一般的には耐摩耗性に優れたボロン鋳鉄等の鋳鉄が使われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ディーゼルエンジンの高出力化に伴い、バルブガイドＢの摩耗が増加する傾向にあり、特に排気バルブの燃焼室側は高温の排気ガスにさらされるため、摺動条件が厳しくなり、大きく摩耗する場合がある。この対策として、図３に示されているように、バルブガイドＢのバルブステム挿入孔５の内周に螺旋溝６を設け、この螺旋溝６に潤滑油を供給し、摩耗低減を図っている。しかしながら、充分でない場合がある。また、潤滑油の供給量を増やすと摩耗は低減されるが、バルブガイドＢの螺旋溝６からの燃焼室内へのオイル下がりによる潤滑油消費量の増加や、オイル炭化物の堆積などの問題がある。
【０００４】
本発明は上記点に鑑みてなされたものであり、その課題は、潤滑油消費量が少なく、耐摩耗性や耐焼付性に優れており、長さの長いバルブガイドにも適用でき、しかも安価である内燃機関用バルブガイドを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、次の手段を採る。すなわち、本発明の内燃機関用バルブガイドは、バルブガイドが長手方向において材質の異なる２ピース部材で構成され、この２ピース部材のうちの燃焼室側に配置される部材は焼結合金からなり、もう１つの部材は鋳鉄からなり、前記鋳鉄部材は外径が前記焼結合金部材の外径よりも小さく形成されている小径部分を前記焼結合金部材との境における端部に有していることを特徴とする。
【０００６】
バルブガイドは、燃焼室側を耐熱耐摩耗性や耐焼付性に優れた焼結合金で形成することで、摺動条件に厳しい燃焼室側での耐摩耗性や耐焼付性を確保できる。また、焼結合金部材には潤滑油用の螺旋溝を設けなくて済むため、潤滑油が少なくて済む。そして、本発明のバルブガイドはバルブガイド全体が焼結合金の場合に比べて安価にできる。
【０００７】
焼結合金部材は、長さがバルブガイド全体の長さの２０％未満であると圧入長さが不充分となり、５０％を越えると高価になる。したがって、焼結合金部材は、長さがバルブガイド全体の長さの２０〜５０％の範囲にあるのが好ましい。
【０００８】
焼結合金部材は、例えば炭素、クロム、及び鉄からなる鉄系合金素地中に硬質粒子が分散されている焼結合金からなる。硬質粒子は、例えば炭素、クロム、ニッケル、モリブデン、コバルト、ニオブ、及び鉄からなる鉄系合金粉末粒子と、フェロモリブデン粒子とを分散するのが耐摩耗性や耐焼付性の点で好ましい。
【０００９】
焼結合金部材は銅又は銅合金を溶浸することで腐食摩耗の改善を図れる。
【００１０】
鋳鉄部材は、例えばボロン鋳鉄が好ましい。ボロン鋳鉄は炭素、シリコン、マンガン、りん、クロム、銅、ボロン等からなる合金鋳鉄で、析出したボロン炭化物により耐摩耗性及び耐焼付性が優れている。
【００１１】
焼結合金部材と鋳鉄部材との境において部材のバルブステム挿入孔の内周角部に面取りを設けることにより、焼結合金部材と鋳鉄部材との境にオイル溜まりができるため、耐摩耗性や耐焼付性の改善を図れる。面取りは鋳鉄部材と焼結合金部材のどちらか片方に設けてもよいし、両方に設けてもよい。
【００１２】
鋳鉄部材は、外径が焼結合金部材の外径よりも小さく形成されている小径部分を焼結合金部材との境における端部に有していることにより、鋳鉄部材と焼結合金部材の熱膨張差による応力を緩和でき、バルブガイドのシリンダヘッドに対する固定をより確実にする。上記外径の差が０．０５ｍｍ未満であると熱膨張差の影響を受ける場合もあり、加工も高価になる。０．３ｍｍを越えると、加工代大、強度減となり、好ましくない。したがって、上記外径の差は０．０５〜０．３ｍｍの範囲にあることが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１において、１はシリンダヘッドで、バルブガイド孔２に本発明のバルブガイドＡが挿入固定されている。本発明のバルブガイドＡは、長手方向において鋳鉄部材３と焼結合金部材４の２ピース部材で構成されている。鋳鉄部材３と焼結合金部材４はそれぞれバルブガイド孔２に圧入され、端部が突き合わされて配置されている。
【００１５】
鋳鉄部材３はボロン鋳鉄で形成されている。ボロン鋳鉄の組成の一例を示すと、重量比で炭素３．０％、シリコン１．８％、マンガン０．６％、りん０．２％、銅０．４％、クロム０．３％、モリブデン０．４％、ボロン０．０７％、及び鉄残部である。焼結合金部材４は燃焼室側に配置されており、鉄系合金素地中に硬質粒子が分散され、銅が溶浸されている。硬質粒子は鉄系合金粉末粒子と、フェロモリブデン粒子である。上記焼結合金部材４の鉄系合金素地の組成の一例を示すと、重量比で炭素０．８％、クロム３％、及び鉄残部であり、鉄系合金粉末粒子の組成の一例を示すと、重量比で炭素２％、クロム２０％、ニッケル８％、モリブデン２０％、コバルト３２％、ニオブ２％、及び鉄残部である。
【００１６】
鋳鉄部材３はバルブステム挿入孔５ａの内周に潤滑油用の螺旋溝６を有している。焼結合金部材４は潤滑油用の螺旋溝を形成しなくても潤滑作用を充分確保できるので、バルブステム挿入孔５ｂの内周に潤滑油用の螺旋溝は形成されていない。そのため、バルブガイドＡからのオイル下がりによる潤滑油消費を少なくできる。鋳鉄部材３と焼結合金部材４との境において各部材３，４のバルブステム挿入孔５ａ，５ｂの内周角部にそれぞれ面取り７，８が形成されている。したがって、これらの面取り７，８で、鋳鉄部材３と焼結合金部材４との境にオイル溜まりが形成されるので、耐摩耗性や耐焼付性を向上できる。また、鋳鉄部材３は、外径が焼結合金部材４の外径よりも小さく形成されている小径部分９を焼結合金部材４との境における端部に有している。これにより、鋳鉄部材３と焼結合金部材４の熱膨張差による応力を緩和でき、バルブガイドＡのシリンダヘッド１に対する固定をより確実にする。
【００１７】
バルブガイドＡの寸法の一例を次に示す。
外径：１７ｍｍ
長さ：７５ｍｍ
焼結合金部材４の長さ：２５ｍｍ
面取り７，８：Ｃ０．５ｍｍ（４５°の斜めの面取り）
鋳鉄部材３の小径部分９と焼結合金部材４の外径差：０．２ｍｍ
鋳鉄部材３の小径部分９の長さ：３ｍｍ
【００１８】
次に、図３に示した従来のバルブガイドＢ（材質：ボロン鋳鉄）と、上記で説明した本発明のバルブガイドＡについて、１２リッターディーゼルエンジンにて５００時間耐久試験を行い、試験後のバルブステム挿入孔の内周摩耗量（最大部）及びオイル下がり量を比較した。なお、オイル下がり量は堆積した炭化物の量で比較した。また、バルブガイドのバルブステム挿入孔の内周と摺動するバルブステムはオーステナイト系Ｎｉ−Ｃｒ耐熱鋼で形成され、Ｃｒめっきが施されている。
【００１９】
試験結果を図２に示す。試験結果より明らかなように、本発明のバルブガイドは耐摩耗性に優れ、潤滑油消費量も少ない。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のバルブガイドによれば、潤滑油消費量が少なく、耐摩耗性や耐焼付性に優れ、長さの長いバルブガイドにも適用でき、しかも安価にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示し、（ａ）はシリンダヘッドのバルブガイド孔に挿入固定されているバルブガイドを示す縦断面図、（ｂ）はその一部分の拡大図である。
【図２】試験結果を示し、（ａ）はバルブガイドにおけるバルブステム挿入孔の内周摩耗を示すグラフ、（ｂ）はバルブガイドからのオイル下がり量を示すグラフである。
【図３】シリンダヘッドのバルブガイド孔に挿入固定されている従来のバルブガイドを示す縦断面図である。
【符号の説明】
Ａバルブガイド
１シリンダヘッド
２バルブガイド孔
３鋳鉄部材
４焼結合金部材
５ａ，５ｂバルブステム挿入孔
６螺旋溝
７，８面取り
９小径部分

Claims

バルブガイドが長手方向において材質の異なる２ピース部材で構成され、この２ピース部材のうちの燃焼室側に配置される部材は焼結合金からなり、もう１つの部材は鋳鉄からなり、前記鋳鉄部材は外径が前記焼結合金部材の外径よりも小さく形成されている小径部分を前記焼結合金部材との境における端部に有していることを特徴とする内燃機関用バルブガイド。
前記焼結合金部材と前記鋳鉄部材との境において少なくとも一方の部材のバルブステム挿入孔の内周角部に面取りが形成されていることを特徴とする請求項１記載の内燃機関用バルブガイド。
前記外径の差が０．０５〜０．３ｍｍの範囲にあることを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関用バルブガイド。
前記焼結合金部材の長さがバルブガイド全体の長さの２０〜５０％の範囲にあることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関用バルブガイド。
前記鋳鉄部材のバルブステム挿入孔の内周に潤滑油用の螺旋溝が形成され、前記焼結合金部材のバルブステム挿入孔の内周に潤滑油用の螺旋溝が形成されていないことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関用バルブガイド。