JP6146426B2 - 熱伝導部材を備えたエンジン構造 - Google Patents

Description

ここに開示する技術は、エンジンに用いられる熱伝導部材を備えたエンジン構造に関する。

特許文献１には、シリンダライナに熱伝導率の低い熱伝導部材を用いたエンジン構造が開示されている。具体的には、このシリンダライナは、炭素繊維強化樹脂複合材料（ＣＦＲＰ／Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）により構成されている。このエンジン構造では、シリンダライナが熱伝導率の低いＣＦＲＰで構成されることにより、燃焼室、シリンダライナ、シリンダブロックの順に熱が放出されることが抑制される。この結果、このエンジン構造では、エンジンの冷却損失を低下でき、ひいては熱効率の向上を図っている。

特開昭５９−４９３５２号公報

ところで、特許文献１に記載のような熱伝導部材を用いたエンジン構造では、熱伝導の方向を十分にコントロールできない。つまり、エンジン構造によっては、例えば暖機に用いられるための熱媒体（冷却水や冷却油）への伝熱を促進させたいことがある。また、シリンダブロック等への伝熱を抑制し、放熱ロスを抑制したいこともある。更には、吸気への放熱を抑制する、あるいは排気からの入熱を抑制するといった要求もある。

このような観点から、エンジン構造では、狙いの方向に対して伝熱を促進できると同時に、狙いの方向に対して伝熱を抑制できる、熱伝導率の異方性を有する熱伝導部材が望まれる。

ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、比較的容易な製法により得られる、熱伝導率の異方性を有する熱伝導部材を備えたエンジン構造を提供することである。

ここに開示する技術は、エンジンに用いられる熱伝導部材であって、略円弧状ないし略扇状に形成され、径方向、周方向、及び前記径方向及び前記周方向に垂直な軸方向のうちの径方向又は周方向の熱伝導率が、残りの２方向の熱伝導率よりも低い複数の異方性伝熱片を有し、複数の異方性伝熱片が、周方向に隣り合う異方性伝熱片が互いに接合されるように周方向に配列されて成る円筒状又は円柱状の異方性熱伝導部を備えている。

この構成によると、熱伝導率の異方性を有する略扇状の複数の異方性伝熱片が、円筒状ないし円柱状に接合されることで異方性熱伝導部が得られる。この異方性熱伝導部は、径方向又は周方向の熱伝導率が低く、残りの２方向の熱伝導率が高くなる。具体的に、異方性熱伝導部は、例えば径方向での伝熱が抑制される一方、周方向及び軸方向の伝熱が促進される。また、異方性伝熱部は、例えば径方向及び軸方向の伝熱が促進される一方、周方向の伝熱が抑制される。従って、所望とする方向での熱伝導を促進でき、かつ所望とする方向での熱伝導を抑制できる熱伝導部材を得ることができる。

異方性伝熱片は、径方向の熱伝導率が周方向及び軸方向の熱伝導率よりも低くしてもよい。これにより、これらの異方性伝熱片が組み合わされて構成された異方性伝熱部は、径方向の伝熱が抑制され、周方向及び軸方向の伝熱が促進されることになる。

異方性伝熱片は、周方向の熱伝導率が径方向及び軸方向の熱伝導率よりも低くしてもよい。これにより、これらの異方性伝熱片が組み合わされて構成された異方性伝熱部は、径方向及び軸方向の伝熱が促進され、周方向の伝熱が抑制されることになる。

この熱伝導部材を備えたエンジン構造においては、熱伝導部材が、径方向の熱伝導率が周方向及び軸方向の熱伝導率よりも低い複数の第１の異方性伝熱片で構成される円筒状の第１の異方性伝熱部を含み、筒軸方向の少なくとも一部が第１の異方性伝熱部で構成されるシリンダライナを備えていてもよい。

この構成のエンジン構造では、シリンダライナの筒軸方向の少なくとも一部が第１の異方性伝熱部で構成される。第１の異方性伝熱部は、径方向の熱伝導率が低いため、シリンダライナから、その外周側のシリンダブロックへの伝熱を抑制でき、ひいてはエンジンの熱ロスを防止できる。

熱伝導部材は、第１の異方性伝熱部に加え、周方向の熱伝導率が径方向及び軸方向の熱伝導率よりも低い複数の第２の異方性伝熱片で構成される円筒状の第２の異方性伝熱部を含み、シリンダライナでは、第１の異方性伝熱部と第２の異方性伝熱部とが筒軸方向に連続して配置され、第２の異方性伝熱部の外周側には、熱媒体が流れる流路が設けられていてもよい。

この構成のエンジン構造では、第１の異方性伝熱部と第２の異方性伝熱部とが筒軸方向に連続することでシリンダライナが構成される。第１の異方性伝熱部は、径方向の熱伝導率が低いので、シリンダライナの第１の異方性伝熱部から、その外周側のシリンダブロックへの伝熱を抑制でき、ひいてはエンジンの熱ロスを防止できる。また、第１の異方性伝熱部は、軸方向の熱伝導率が高いので、第１の異方性伝熱部の熱は、その内周面に沿うようにして第２の異方性伝熱部へと伝導し易い。この第２の異方性伝熱部は、径方向の熱伝導率が高いので、シリンダライナの第２の異方性伝熱部から、その外周側の流路を流れる熱媒体（例えば冷却水や冷却油等）へ熱が伝導し易い。従って、シリンダライナの熱を、シリンダブロック側へ無駄に放出することなく、熱媒体へ付与することができ、この熱媒体の熱を例えば暖機等に有効利用できる。

熱伝導部材は、径方向の熱伝導率が周方向及び軸方向の熱伝導率よりも低い複数の異方性伝熱片で構成される円柱状の第３の異方性伝熱部を含み、第３の異方性伝熱部は、吸気ポートを開閉する吸気弁の円柱状のシャフト部又は排気ポートを開閉する排気弁の円柱状のシャフト部を構成していてもよい。

この構成のエンジン構造では、吸気弁のシャフト部、又は排気弁のシャフト部が第３の異方性伝熱部で構成される。第３の異方性伝熱部は、径方向の熱伝導率が低い。このため、例えば吸気弁のシャフト部に第３の異方性伝熱部を適用すると、燃焼室から吸気弁へ熱が伝導したとしても、吸気弁のシャフト部から吸気ポートの吸気への径方向の放熱を抑制できる。これにより、燃焼室へ吸い込まれる前の吸気が加熱されてしまうことを防止できる。

また、例えば排気弁のシャフト部に第３の異方性伝熱部を適用すると、排気から、排気弁のシャフト部への径方向の入熱を抑制できる。これにより、排気の温度が低下してしまうことを防止できる。

吸気ポートの弁体及び排気ポートの弁体のいずれか一方又は両方は、シャフト部の軸方向の熱伝導率が周方向及び径方向の熱伝導率よりも低い熱伝導性を有していてもよい。

この構成のエンジン構造では、燃焼室に面する弁体の軸方向の熱伝導率が低い。このため、燃焼室の熱が弁体を介して軸方向外方のシャフト部へ伝導してしまうことを抑制できる。これにより、燃焼室の熱ロスを低減できる。

吸気ポートの弁体及び排気ポートの弁体のいずれか一方又は両方の外周側には、熱媒体が流れる流路が設けられていてもよい。

この構成のエンジン構造では、弁体の周方向及び径方向の熱伝導率が高い。このため、弁体から、その外周側を流れる熱媒体（例えば冷却水や冷却油等）へ熱が伝導し易い。従って、燃焼室の熱を無駄に放出することを抑制しつつ、この熱を熱媒体へ付与することができ、この熱媒体の熱を例えば暖機等に利用できる。

以上説明したように、エンジンに用いられる熱伝導部材は、径方向、周方向、及び軸方向において、熱伝導率の異方性を有する。これにより、例えば径方向及び軸方向への熱伝導を促進しつつ、周方向への熱伝導を抑制したり、径方向への熱伝導を抑制しつつ、周方向及び軸方向への熱伝導を促進したりできる。従って、エンジンの構造に応じて、熱伝導の方向を容易にコントロールできる熱伝導部材を比較的簡易な構成により提供することができる。

実施形態に係る多気筒エンジンの縦断面図である。 図１のシリンダライナ及びその周辺を拡大した縦断面図である。 熱伝導部材の原材料となるグラファイト材料の斜視図である。 (Ａ)は、第１ライナ部の切削加工を表した構成図であり、(Ｂ)は、切り出した異方性伝熱片を焼結した状態を表した構成図である。 (Ａ)は、第２ライナ部の切削加工を表した構成図であり、(Ｂ)は、切り出した異方性伝熱片を焼結した状態を表した構成図である。 図２において、熱の移動を表した縦断面図である。 実施形態の参考形態に係る吸気弁及びその周辺を拡大した縦断面図である。 参考形態１及び２の弁体（熱伝導部材）の原材料となるグラファイト材料の斜視図である。 (Ａ)は、参考形態１及び２のシャフト部の切削加工を表した構成図であり、(Ｂ)は、切り出した異方性伝熱片を焼結した状態を表した構成図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎない。

〈エンジンの全体構造〉
本発明のエンジン構造（エンジン１）は、自動車等の車両用エンジンである。エンジン１は、図１の紙面に垂直な方向に４つの気筒が配列された直列４気筒の多気筒式のガソリンエンジンである。

エンジン１は、エンジン本体２と、エンジン本体２に組み付けられた給排気マニホールド（図示省略）と、各種のポンプ等の補機（図示省略）とを備えている。

エンジン本体２は、上下に連結されるカムキャップ３、シリンダヘッド４、シリンダブロック５、クランクケース（図示省略）、及びオイルパン（図示省略）を備えている。

シリンダブロック５には、４つのシリンダボア７が形成され、各シリンダボア７内にそれぞれピストン８が摺動可能に収容される。各気筒では、ピストン８、シリンダボア７、シリンダヘッド４、吸気弁１４、及び排気弁１５によって燃焼室１０が区画される。各ピストン８は、コネクティングロッド９を介して、クランク軸（図示省略）に連結されている。クランク軸は、クランクケースに回転自在に支持されている。

シリンダヘッド４には、燃焼室１０を形成するための、シリンダボア７と同数の凹部４ａが設けられている。シリンダヘッド４には、気筒毎に、各凹部４ａの位置で燃焼室１０に開口する吸気ポート１２及び排気ポート１３が設けられる。シリンダヘッド４には、吸気ポート１２を開閉する吸気弁１４及び排気ポート１３を開閉する排気弁１５がそれぞれ収容されている。

吸気弁１４及び排気弁１５は、それぞれリターンスプリング１６、１７により各ポート１２、１３を閉鎖する方向（図１の上方向）に付勢されている。吸気弁１４及び排気弁１５は、カムシャフト１８、１９の外周に設けられたカム部１８ａ、１９ａによって押し下げられることで、対応するポート１２、１３を開放するように構成される。

具体的に、カムシャフト１８、１９が回転すると、スイングアーム２０、２１の中央部に設けられたカムフォロア２０ａ、２１ａがカム部１８ａ、１９ａによって押し下げられる。これに伴い、スイングアーム２０、２１が、これらの一端側に設けられた油圧ラッシュアジャスタ２４、２５のピボット機構の頂部を支点として揺動する。この揺動に伴い、スイングアーム２０、２１の他端部がリターンスプリング１６、１７の付勢力に抗して吸気弁１４及び排気弁１５を押し下げる。これにより、吸気ポート１２及び排気ポート１３が開放状態となる。

シリンダヘッド４及びシリンダブロック５には、複数のウォータジャケット２６〜２９が設けられている。シリンダブロック５には、４つのシリンダボア７を一体に囲むようにウォータジャケット２６が設けられている。シリンダヘッド４には、３つのウォータジャケット２７、２８、２９が設けられる。ウォータジャケット２７は、燃焼室１０の吸気側（図１の右側）であって吸気ポート１２の下側に設けられる。ウォータジャケット２８は、燃焼室１０の排気側（図１の左側）であって排気ポート１３の下側に設けられる。ウォータジャケット２９は、燃焼室１０の真上であって吸気ポート１２及び排気ポート１３の間に設けられる。

シリンダブロック５のウォータジャケット２６と、シリンダヘッド４のウォータジャケット２７、２８とは、シリンダヘッド４とシリンダブロック５との間に介設されたガスケットの連通孔（図示省略）を介して互いに連通している。

各ウォータジャケット２６〜２９は、図外のウォータポンプに繋がっている。これにより、ウォータジャケット２６〜２９内の冷却水は、エンジン本体２と図外のラジエターとの間を循環する。つまり、ウォータジャケット２６〜２９は、燃焼室１０の熱が伝導する熱媒体が流れる流路を構成している。なお、この流路２６〜２９を流れる熱媒体は、水に限らず、オイルであってもよいし、熱を搬送できる媒体であれば如何なる流体であってもよい。

シリンダブロック５及びシリンダヘッド４には、オイルギャラリ３０〜３２が設けられている。オイルギャラリ３０〜３２は、図外のオイルポンプに繋がっている。これにより、油圧ラッシュアジャスタ２４、２５等の油圧作動装置に作動用の油圧が供給される。また、潤滑及び冷却用のオイルがエンジン本体２の各部に供給される。

〈シリンダブロックの詳細構造〉
図１及び図２に示すように、シリンダブロック５は、アルミ合金の鋳造品であるブロック本体５０と、このブロック本体５０の内部に収容される円筒状のシリンダライナ５１とを備えている。シリンダライナ５１は、例えば鋳込み、あるいは圧入によりブロック本体５０に取り付けられる。このシリンダライナ５１により、シリンダボア７が形成される。

ブロック本体５０は、４つのシリンダ部５５と、シリンダ部５５の下方に繋がってクランク室を形成するスカート部５６と、このスカート部５６の内側に形成された軸受部５７とを備えている。軸受部５７は、クランク軸（図示省略）を回転自在に支持する。各シリンダ部５５の内部には、シリンダライナ５１が配設されている。

図２に示すように、シリンダライナ５１は、シリンダボア７の熱が伝導する熱伝導部材を構成している。シリンダライナ５１は、真円筒状に形成され、第１ライナ部５２と第２ライナ部５３とが筒軸方向に連続して構成される。本実施形態では、第１ライナ部５２は、第２ライナ部５３の下側に位置している。第１ライナ部５２は、シリンダライナ５１の下端から、該シリンダライナ５１の上端よりもやや下側の部分まで筒軸方向に伸びている。第２ライナ部５３は、シリンダライナ５１の上端部に位置する。

第１ライナ部５２と第２ライナ部５３の外径は互いに等しく、第１ライナ部５２と第２ライナ部５３の内径も互いに等しい。第１ライナ部５２の筒軸方向の長さ（図２の上下方向の高さ）は、第２ライナ部５３の筒軸方向の長さ（図２の上下方向の高さ）よりも大きい。

第１ライナ部５２の外周側には、シリンダ部５５が位置している。つまり、第１ライナ部５２の外周面５２ａは、シリンダ部５５の内壁と接触している。第２ライナ部５３の外周側には、上述したウォータジャケット２６が位置している。つまり、第２ライナ部５３の外周面５３ａは、ウォータジャケット２６の流路に面している。従って、第２ライナ部５３の外周面５３ａには、ウォータジャケット２６の冷却水が直接接触することになる。

このように、第１ライナ部５２は、筒軸方向においてシリンダ部５５に対応する高さ位置に形成され、第２ライナ部５３は、筒軸方向においてウォータジャケット２６に対応する高さ位置にある。従って、例えばウォータジャケット２６がシリンダライナ５１の下部に対応する位置にある場合、シリンダライナ５１の下部に第２ライナ部５３を形成し、シリンダライナ５１の上部に第１ライナ部５２を形成するとよい。

また、例えばシリンダライナ５１の全外周面がシリンダ部５５に覆われ、シリンダライナ５１の外周側にウォータジャケットが存在しない場合、シリンダライナ５１の全体を第１ライナ部５２のみで構成してもよい。

第１ライナ部５２及び第２ライナ部５３は、熱伝導率に異方性を有するグラファイト材料を原料とする異方性熱伝導部で構成される。各ライナ部５２、５３の製造方法の詳細は後述する。

第１ライナ部５２は、径方向の熱伝導率が軸方向及び周方向の熱伝導率よりも極めて低い第１の異方性伝熱部である。例えば第１ライナ部５２の径方向の熱伝導率は、２０Ｗ／ｍｋであるのに対し、第１ライナ部５２の軸方向及び周方向の熱伝導率は、２０００Ｗ／ｍｋである。つまり、第１ライナ部５２では、径方向の熱伝導率が、軸方向及び周方向の熱伝導率の１／１００となっている。

第２ライナ部５３は、周方向の熱伝導率が、径方向及び軸方向の熱伝導率よりも極めて低い第２の異方性伝熱部である。例えば第２ライナ部５３の径方向及び軸方向の熱伝導率は、２０００Ｗ／ｍｋであるのに対し、第２ライナ部５３の周方向の熱伝導率は、２０Ｗ／ｍＫである。つまり、第２ライナ部５３では、周方向の熱伝導率が、径方向及び軸方向の熱伝導率の１／１００となっている。

〈シリンダライナの製造工程〉
シリンダライナ５１の製造工程について詳細に説明する。シリンダライナ５１の製造工程では、第１ライナ部５２と第２ライナ部５３とがそれぞれ個別に製造される。第１ライナ部５２及び第２ライナ部５３は、図３に示すようなグラファイト材料９０を原料として製造される。このグラファイト材料９０は、熱伝導率の異方性を有している。

具体的に、このグラファイト材料９０は、互いに垂直な３方向のうち図３の略左右方向（Ｘ方向）と図３の上下方向（Ｚ方向）における熱伝導率が高く、残りのＹ方向の熱伝導率が低い円柱状に構成されている。上述したように、Ｘ方向及びＺ方向の熱伝導率は、２０００Ｗ／ｍｋであり、Ｙ方向の熱伝導率は２０Ｗ／ｍｋである。

なお、図２〜図９において、熱伝導率の異方性を有する部材に付したハッチングは、熱伝導率を模式的に表したものである。つまり、各図のこれらの部材では、ハッチングに沿った方向において熱伝導率が高い（例えば２０００Ｗ／ｍｋ）であることを意味し、ハッチングの配列方向において熱伝導性が低い（例えば２０Ｗ／ｍｋ）であることを意味する。

−第１ライナ部−
第１ライナ部５２の製造工程について図３及び図４を参照しながら詳細に説明する。

第１ライナ部５２の製造工程では、図３のグラファイト材料９０から複数（多数、本例では１６個）の第１異方性伝熱片９１を切削加工により軸方向に切り出す（図４(Ａ)を参照）。本例の第１異方性伝熱片９１は、軸直角な横断面が幅広の略円弧状に形成される。ここで、第１ライナ部５２の製造工程の切削加工では、各第１異方性伝熱片９１の径方向（図３及び図４(Ａ)のＹ方向）の熱伝導率が、周方向（即ち、図３及び図４(Ａ)のＸ方向）及び軸方向（即ち、図３のＺ方向、及び図４の紙面方向）よりも低くなるように、第１異方性伝熱片９１の切り出し角度を決定する。

次いで、図４(Ｂ)に示すように、多数の第１異方性伝熱片９１を環状に配列し、隣り合う第１異方性伝熱片９１の周方向の両端を接合する。この接合は、例えば焼結により行われる。この結果、周方向及び軸方向の熱伝導率が高く、径方向の熱伝導率が低い第１ライナ部５２が得られる。

−第２ライナ部−
第２ライナ部５３の製造工程について図３及び図５を参照しながら詳細に説明する。

第２ライナ部５３の製造工程では、図３のグラファイト材料９０から複数（多数、本例では１６個）の第２異方性伝熱片９２を切削加工により軸方向に切り抜く（図５(A)を参照）。本例の第２異方性伝熱片９２は、軸直角な横断面が幅広の略円弧状に形成される。ここで、第２ライナ部５３の製造工程の切削加工では、各第２異方性伝熱片９２の周方向（図３及び図５(Ａ)のＹ方向）の熱伝導率が、径方向（即ち、図３のＸ方向及び図５(Ａ)のＸ方向）及び軸方向（即ち、図３のＺ方向、及び図５の紙面方向）よりも低くなるように、第２異方性伝熱片９２の切り出し角度を決定する。

次いで、図５(Ｂ)に示すように、多数の第２異方性伝熱片９２を環状に配列し、隣り合う第２異方性伝熱片９２の周方向の両端を接合する。この接合は、例えば焼結により行われる。この結果、径方向及び軸方向の熱伝導率が高く、周方向の熱伝導率が低い第２ライナ部５３が得られる。

以上のようにして得られた第１ライナ部５２と第２ライナ部５３を同軸上において上下に接合することで、シリンダライナ５１を得ることができる。

〈シリンダライナの熱伝導〉
シリンダライナ５１の熱伝導について図６を参照しながら説明する。シリンダボア７の熱は、第１ライナ部５２へ伝導する。第１ライナ部５２は、径方向の熱伝導率が極めて低く、軸方向及び周方向の熱伝導率が極めて高い。従って、第１ライナ部５２の内周面に伝導した熱は、この内周面に沿うように軸方向上方へと移動し、第２ライナ部５３の内周面へと伝達する。

このように、シリンダボア７とシリンダ部５５とは、径方向の熱伝導率が極めて低い第１ライナ部５２で仕切られる。従って、燃焼室１０の熱が、第１ライナ部５２を介してシリンダ部５５へと放出されてしまうことを防止でき、燃焼室１０の熱ロスを抑制できる。

シリンダボア７の上部の熱や、第１ライナ部５２の内周面に沿って上方へ移動した熱は、第２ライナ部５３へと伝導する。第２ライナ部５３は、径方向の熱伝導率が極めて高い。従って、この熱は、第２ライナ部５３を径方向外方へ移動し、ウォータジャケット２６の冷却水へ付与される。これにより、この冷却水に熱が付与され、この熱が暖機等に利用される。

〈実施形態の作用効果〉
前記実施形態では、径方向の熱伝導率が極めて低い第１ライナ部５２をシリンダボア７とシリンダ部５５の間に配置することで、燃焼室１０の熱がシリンダライナ５１を介してシリンダ部５５へ放出されてしまうことを確実に防止できる。この結果、燃焼室１０の熱がシリンダ部５５を介して無駄に放出されてしまうことを防止でき、熱ロスを招くことを回避できる。

また、第１ライナ部５２は、軸方向の熱伝導率が極めて高いため、第１ライナ部５２に伝導した熱を第２ライナ部５３へ移動させることができる。第２ライナ部５３は、径方向の熱伝導率が極めて高い。従って、第２ライナ部５３の内側の熱や、第１ライナ部５２から第２ライナ部５３へ移動した熱を速やかにウォータジャケット２６の冷却水に付与できる。この結果、冷却水に付与した熱を暖機等の他の用途に有効利用できる。

第１ライナ部５２や第２ライナ部５３は、図３に示すグラファイト材料９０の切り出し部分（異方性伝熱片）の向きをそれぞれ異なる向きとし、各第１異方性伝熱片９１や各第２異方性伝熱片９２を周方向に環状に接合するだけで製造することができる。つまり、熱伝導率の異方性を有する部材を容易に製造でき、この部材をエンジン構造に採用できる。

〈参考形態１〉
上述した実施形態のエンジン１の構造では、本発明に係る熱伝導部材をシリンダライナ５１に用いている。しかしながら、この熱伝導部材を吸気弁１４に適用してもよい。

図７に示すように、吸気弁１４は、燃焼室１０に面する弁体１４ａと、該弁体１４ａの上部に連結する棒状のシャフト部１４ｂとを有している。弁体１４ａは、傘状に形成され、吸気ポート１２の流出端の開口周縁部に当接している。シャフト部１４ｂは、弁体１４ａの上部から徐々に軸心に向かって先細りし、バルブガイド７３の内部に挿通するように上方へ延びている。

参考形態１では、吸気弁１４の弁体１４ａも熱伝導率の異方性を有するグラファイト材料で構成される。具体的に、図８に示すように、弁体１４ａの原材料となるグラファイト材料９５は、互いに垂直な３方向のうち図８の上下方向（Ｚ方向）の熱伝導率が低く、残りのＸ方向及びＹ方向の熱伝導率が低い円柱状に構成されている。Ｚ方向の熱伝導率は、２０Ｗ／ｍｋであり、Ｘ方向及びＹ方向の熱伝導率は２０００Ｗ／ｍｋである。

吸気弁１４の弁体１４ａは、このグラファイト材料９５を例えば切削加工等により成型して得られる。弁体１４ａは、周方向及び径方向の熱伝導率が高くなり、軸方向（上下方向）の熱伝導率が低くなるように加工が施される。

以上のように弁体１４ａを構成すると、弁体１４ａのうち燃焼室１０に面に伝導した熱は、この面に沿うように径方向外方へと移動する。図７に示すように、吸気弁１４の弁体１４ａの外周側には、熱媒体が流れる流路であるウォータジャケット２７、２９が形成される。従って、弁体１４ａの径方向外方へと移動した熱は、最終的にウォータジャケット２７、２９の冷却水に付与され、暖機等に利用される。

また、燃焼室１０の熱は、弁体１４ａを軸方向上方へ伝導することが抑制されるため、この熱が吸気ポート１２の吸気へ付与されることも防止できる。これにより、燃焼室１０へ流入する前の吸気が加熱・膨張してしまうことを回避でき、エンジン１の効率の低下を防止できる。

参考形態１では、吸気弁１４のシャフト部１４ｂが第３の異方性伝熱部を構成している。つまり、シャフト部１４ｂは、第１ライナ部５２と同様、径方向の熱伝導率が極めて低く、周方向及び軸方向の熱伝導率が極めて高い。従って、シャフト部１４ｂに熱が伝導したとしても、この熱が吸気ポート１２におけるシャフト部１４ｂの外周側の吸気に伝導することを防止できる。

参考形態１のシャフト部１４ｂは、上述した実施形態の第１ライナ部５２と概ね同様にして製造される。即ち、図９(Ａ)に示すように、図３に示すグラファイト材料９０から複数（多数、本例では８個）の第３異方性伝熱片９３を切削加工により軸方向に切り抜く。本例の第３異方性伝熱片９３は、軸直角な横断面が略扇状に形成される。ここで、シャフト部１４ｂの製造工程の切削加工では、各第３異方性伝熱片９３の径方向（図３のＹ方向及び図９(Ａ)のＹ方向）の熱伝導率が、周方向（即ち、図３のＸ方向及び図９(Ａ)のＸ方向）及び軸方向（即ち、図３のＺ方向及び図９(Ａ)の紙面方向）よりも低くなるように、第３異方性伝熱片９３の切り出し角度を決定する（図９(Ａ)を参照）。

次いで、図９(Ｂ)に示すように、多数の第３異方性伝熱片９３を環状に配列し、隣り合う第３異方性伝熱片９３の周方向の両端を接合する。この接合は、例えば焼結により行われる。この結果、周方向及び軸方向の熱伝導率が高く、径方向の熱伝導率が低いシャフト部１４ｂが得られる（図９(Ｂ)を参照）。

〈参考形態２〉
上述した参考形態１では、本発明に係る熱伝導部材を吸気弁１４に適用しているが、同様にして排気弁１５に適用してもよい。つまり、排気弁１５の弁体は、参考形態１と同様にして図８に示すグラファイト材料９５を原料として加工する。また、排気弁１５のシャフト部は、参考形態１と同様にして図９に示すように加工する。これにより、燃焼室１０の熱をウォータジャケットへ伝達できるとともに、排気ポート１３の排気の熱が排気弁１５のシャフト部へ伝導してしまうことを防止できる。

このような熱伝導に起因して排気ポート１３の排気の温度が低下してしまうと、例えば排気ポート１３の下流側の触媒における排気の浄化効率が低下してしまう。これに対し、このようにして排気から排気弁１５のシャフト部への熱伝導を抑制することで、排気の温度が低下してしまうことを防止できる。

〈その他の実施形態〉
上述した実施形態の異方性伝熱部の原材料は、グラファイト材料で構成されている。しかしながら、この原材料は、例えば炭素繊維強化樹脂複合材料等の他の材料であってもよい。要は、互いに垂直な３方向のうち１つの方向の熱伝導率が、残りの方向の熱伝導率よりも低い材料であれば、如何なる材料であってもよい。

１ エンジン（エンジン構造）
１２ 吸気ポート
１３ 排気ポート
１４ 吸気弁
１４ａ 弁体
１４ｂ シャフト
１５ 排気弁
２６ ウォータジャケット（流路）
２９ ウォータジャケット（流路）
５１ シリンダライナ
５２ 第１ライナ部（第１異方性伝熱部、熱伝導部材）
５３ 第２ライナ部（第２異方性伝熱部、熱伝導部材）
９１ 第１の異方性伝熱片
９２ 第２の異方性伝熱片
９３ 第３の異方性伝熱片

Claims (1)

1. エンジンに用いられる熱伝導部材を備えたエンジン構造であって、
   前記熱伝導部材は、略円弧状ないし略扇状に形成され、径方向、周方向、及び前記径方向及び前記周方向に垂直な軸方向のうちの径方向又は周方向の熱伝導率が、残りの２方向の熱伝導率よりも低い複数の異方性伝熱片を有し、前記複数の異方性伝熱片が、周方向に隣り合う異方性伝熱片が互いに接合されるように周方向に配列されて成る円筒状又は円柱状の異方性熱伝導部を備え、
   前記熱伝導部材は、前記径方向の熱伝導率が前記周方向及び前記軸方向の熱伝導率よりも低い複数の第１の異方性伝熱片で構成される円筒状の第１の異方性伝熱部を含み、
   筒軸方向の少なくとも一部が前記第１の異方性伝熱部で構成されるシリンダライナを備え、
   前記熱伝導部材は、前記周方向の熱伝導率が前記径方向及び前記軸方向の熱伝導率よりも低い複数の第２の異方性伝熱片で構成される円筒状の第２の異方性伝熱部を含み、
   上記シリンダライナは、上記第１の異方性伝熱部と第２の異方性伝熱部とが筒軸方向に連続して構成され、
   上記第２の異方性伝熱部の外周側には、熱媒体が流れる流路が設けられる
   ことを特徴とするエンジン構造。