JP6650390B2 - 内燃機関の吸気バルブ - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の吸気バルブに関する。

内燃機関の吸気バルブにおいては、燃焼室を開閉するバルブヘッド部分にデポジットが付着又は堆積することが知られている。デポジットは、エンジンオイル等がバルブ傘部に付着してエンジン燃焼における高温環境下で高粘度化するなどし、時間経過とともに固化することによって堆積する。吸気バルブにデポジットが堆積すると、バルブ表面性低下に伴う吸気性能を低下させるだけでなく、バルブの往復動作等によって剥離したデポジットがバルブシール部へ付着してシール性が低下しエンジン出力が低下するため好ましくない。

特許文献１に記載のバルブでは、バルブに付着、堆積するデポジットを低減するため、バルブ表面に、撥水性の高い物質からなるデポジット付着抑制用表面層と、遠赤外線を放射する酸化合物とを含むコーティング部を設けている。また、特許文献２に記載の吸気バルブでは、付着物の遠赤外線吸収波長とほぼ一致する波長の遠赤外線をバルブ使用下の加熱時に放射する酸化物系被膜をバルブステムから傘部にかけてコーティングすることで構成された下地コートと、この下地コートの表面に耐熱性被膜をコーティングすることで構成されたトップコートを設けている。

特開平３−２４９３１４号公報 特開平６−２７２５２０号公報

上記説明した特許文献１又は特許文献２のように、バルブ表面にコーティングを施すことによって、デポジットの付着又は堆積を低減できる。しかし、デポジットが付着及び堆積し得るバルブヘッド部分に段差があると、この段差部分にデポジットが溜まりやすいため、コーティングによるデポジットの低減効果は限定的となる。特に、気体燃料を使用する内燃機関においては、吸気される燃料は液体燃料に比べて、いわゆる自己洗浄機能が小さいため、吸気バルブにデポジットが堆積しやすい。

本発明の目的は、デポジットが堆積し得る箇所に段差部があっても、表面に付着又は堆積するデポジットを低減可能な内燃機関の吸気バルブを提供することである。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、
内燃機関（例えば、後述の実施形態での内燃機関１）の燃焼室（例えば、後述の実施形態での燃焼室５）の吸気口（例えば、後述の実施形態での吸気口２ｍ）に設けられ、吸気路（例えば、後述の実施形態での吸気ポート２）と燃料室との間を開閉する吸気バルブ（例えば、後述の実施形態での吸気バルブ１０，１０Ａ，１０Ｂ）であって、
軸方向に往復移動されるバルブ軸部（例えば、後述の実施形態でのバルブ軸部１１）から、前記燃焼室内の吸気口シール部（例えば、後述の実施形態での吸気口シール部２ｓ）に接するバルブシール部（例えば、後述の実施形態でのバルブシール部１３）に向かって漸次広がる傾斜を有した傘状傾斜部（例えば、後述の実施形態での傘状傾斜部１２，１２Ｂ）に、該傘状傾斜部の傾斜角が変化する段差部（例えば、後述の実施形態での段差部１４，１４Ａ）を有し、
前記段差部を含む前記傘状傾斜部の少なくとも一部には、前記段差部の段差を均す撥油性のコート層（例えば、後述の実施形態でのコート層２０，２０Ａ，２０Ｂ）が形成されており、前記コート層は、フッ素コート層である。

請求項２に記載の発明は、
内燃機関（例えば、後述の実施形態での内燃機関１）の燃焼室（例えば、後述の実施形態での燃焼室５）の吸気口（例えば、後述の実施形態での吸気口２ｍ）に設けられ、吸気路（例えば、後述の実施形態での吸気ポート２）と燃料室との間を開閉する吸気バルブ（例えば、後述の実施形態での吸気バルブ１０，１０Ａ，１０Ｂ）であって、
軸方向に往復移動されるバルブ軸部（例えば、後述の実施形態でのバルブ軸部１１）から、前記燃焼室内の吸気口シール部（例えば、後述の実施形態での吸気口シール部２ｓ）に接するバルブシール部（例えば、後述の実施形態でのバルブシール部１３）に向かって漸次広がる傾斜を有した傘状傾斜部（例えば、後述の実施形態での傘状傾斜部１２，１２Ｂ）に、該傘状傾斜部の傾斜角が変化する段差部（例えば、後述の実施形態での段差部１４，１４Ａ）を有し、
前記段差部を含む前記傘状傾斜部の少なくとも一部には、前記段差部の段差を均す撥油性のコート層（例えば、後述の実施形態でのコート層２０，２０Ａ，２０Ｂ）が形成されており、
前記コート層の表面と前記バルブ軸部の軸線とが成す鋭角の角度（例えば、後述の実施形態での角度θ１）は、前記段差部を除く前記傘状傾斜部の前記バルブ軸部に対する鋭角の角度（例えば、後述の実施形態での角度θ２）よりも小さく形成されている。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、
前記コート層は、前記段差部を覆う箇所に厚みを持たせて表面が湾曲して形成されている。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の発明において、
前記コート層は、前記傘状傾斜部と、前記バルブ軸部の前記傘状傾斜部につながる一部表面と、に形成されている。

請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の発明において、
前記内燃機関は、気体燃料エンジンである。

請求項１の発明によれば、吸気バルブにおいて、傘状傾斜部にデポジットが堆積しやすい段差部があっても、この段差部を含む傘状傾斜部には、段差部の段差を均すように撥油性のコート層が形成されているため、吸気バルブに付着又は堆積するデポジットを低減できる。デポジットの堆積を低減できるため、堆積したデポジットが剥離してバルブシール部と吸気口との間で噛み込まれることにより吸気バルブの密閉性が低下してしまう事象を抑制でき、密閉性の低下に伴う内燃機関の出力低下等を防止できる。
また、請求項１の発明によれば、コート層として用いられるフッ素コート層はすべり性が高いため、デポジット等の付着をより一層抑制できる。また、フッ素コート剤に含まれる粒子は小さいため、吸気バルブの加工に際して、コーティングを行う前の処理加工（削り加工）においては、コート層が塗布される面が荒くてもフッ素コーティングによって良好な仕上がりにでき、コート層を形成した後の処理が不要である。

請求項２の発明によれば、バルブ軸部の軸線に対する傾斜角度は、傘状傾斜部よりもコート層の方が小さいため、段差部の段差を均すように形成したコート層の傾斜角度が傘状傾斜部の傾斜角度よりも大きい場合と比較して、デポジットの由来物であるエンジンオイル等の液状物が停留し難い構造である。このため、デポジットの堆積をより一層低減できる。

請求項３の発明によれば、コート層は、段差部を覆う箇所に厚みを持たせて表面が湾曲して形成されているため、当該箇所のバルブ軸部の軸線に対する傾斜角度が大きく形成された、デポジットの由来物であるエンジンオイル等の液状物が停留し難い構造である。このため、デポジットの堆積をより一層低減できる。

請求項４の発明によれば、コート層は、吸気バルブ全体ではなく、吸気バルブの燃焼室及び吸気路に露出する部分において、他の部分よりもデポジットが付着する可能性が高い部分である、傘状傾斜部と、バルブ軸部の傘状傾斜部につながる一部表面と、に形成されている。このように、デポジットが付着する可能性の高い部分に限りコート層が形成されているため、フッ素コート剤の無駄な使用をなくし、コート層のコストパフォーマンスを上げることができる。

請求項５の発明によれば、吸気バルブは、気体燃料によって駆動する気体燃料エンジンの吸気バルブとして用いられる。気体燃料エンジンは、液体燃料によって駆動する内燃機関と比べて洗浄作用が小さく、吸気バルブにデポジットが堆積しやすい。しかし、請求項５の発明は吸気バルブへのデポジットの堆積が抑制された構成を有するため、気体燃料エンジンの吸気バルブとして例え長期間用いられたとしてもデポジットの影響を受けにくい。

第１実施形態の内燃機関の吸気バルブの断面図である。 第１実施形態の吸気バルブの要部拡大断面図である。 第２実施形態の吸気バルブの要部拡大断面図である。 第３実施形態の吸気バルブの要部拡大断面図である。

（第１実施形態）
本発明に係る第１実施形態の内燃機関の吸気バルブについて、図１及び図２を参照して説明する。図１は、第１実施形態の内燃機関の吸気バルブの断面図である。図２は、第１実施形態の吸気バルブの要部拡大断面図である。

図１に示すように、内燃機関１の吸気バルブ１０は、シリンダヘッド１ａの吸気ポート２の吸気口２ｍを開閉するように設けられている。吸気バルブ１０は、バルブヘッド１５とバルブ軸部１１とを有し、内燃機関１の燃焼室５に通じる吸気口２ｍにはバルブヘッド１５が対応し、バルブ軸部１１は、吸気ポート２を横断してシリンダヘッド１ａ外に突出するように設置されている。バルブ軸部１１は、軸ガイド４にて軸方向に往復摺動可能に支持され、バルブ軸端１１ｕｅとシリンダヘッド１ａの側壁間に設置されたバルブスプリング８によって閉じ方向に常時付勢されている。したがって、バルブヘッド１５は、その先端外周のバルブシール部１３が吸気口シール部２ｓに当接して燃焼室５の密閉性を確保する。一方、バルブ軸端１１ｕｅがカムシャフトに設けられたカム（不図示）の回転によって適宜タイミングで押圧されて吸気バルブ１０が軸方向に移動することで、吸気口２ｍが開口し、燃焼室５への吸気を可能にする。

バルブヘッド１５の吸気ポート２側には、バルブ軸部１１から燃焼室５内の吸気口シール部２ｓに接するバルブシール部１３に向かって漸次広がる傾斜を有した傘状傾斜部１２が形成されている。また、傘状傾斜部１２の下部には、傘状傾斜部１２の傾斜角が変化する凹状の段差部１４が形成されている。すなわち、傘状傾斜部１２におけるバルブシール部１３との境目部分及びその近傍には、段差部１４を形成する第１境目部１４ａ及び第２境目部１４ｂが形成され、第１境目部１４ａと第２境目部１４ｂとの間には、傘状傾斜部１２の傾斜角度よりも小さな傾斜の平坦面部１４ｅが形成されている。

段差部１４は、バルブヘッド１５における傘状傾斜部１２に比べてバルブシール部１３は高い加工精度が必要であることに加え、バルブシール部１３側の機械的強度が必要であるために形成される。すなわち、バルブシール部１３と吸気口シール部２ｓとは、密閉性確保のために高精細な表面性が必要であり、また、所定の機械的強度を確保するため、バルブヘッド１５のバルブシール部１３側の先端部分は、肉厚確保のため一定の角度を必要とする。このため、バルブヘッド１５における傘状傾斜部１２のバルブシール部１３との境目には段差部１４が形成される。しかし、段差部１４には、傘状傾斜部１２の段差が形成されていない他の箇所に比べて、デポジットが溜まりやすい。

本実施形態では、段差部１４を含む傘状傾斜部１２及びバルブ軸部１１の傘状傾斜部１２につながる一部表面に、撥油性のコート層２０が形成されている。コート層２０は、段差部１４の段差を均すように形成されている。また、コート層２０は、段差部１４の第１境目部１４ａではコート層２０によって段差が埋まる厚みｄ１を有し、第２境目部１４ｂでは表面２０ｓがバルブシール部１３の端面から連続するように形成されている。

なお、コート層２０の厚みについては、段差部１４を均すことができる厚さであれば特に限定するものではなく、段差部１４の大きさ又は形状等の条件により適宜設定できる。したがって、コート層２０は、段差部１４付近の厚みｄ１と、バルブ軸部１１付近の厚みｄ２とが必ずしも同一である必要はない。

また、コート層２０は、撥油性と耐熱性等を有すれば特に制限するものではないが、表面２０ｓのすべり性や加工性の良いフッ素コート層であることが望ましい。

以上説明したように、本実施形態では、吸気バルブ１０において、傘状傾斜部１２にデポジットが堆積しやすい段差部１４があっても、この段差部１４を含む傘状傾斜部１２には、段差部１４の段差を均すように撥油性のコート層２０が形成されているため、吸気バルブ１０に付着又は堆積するデポジットを低減できる。デポジットの堆積を低減できるため、堆積したデポジットが剥離してバルブシール部１３と吸気口２ｍとの間で噛み込まれることにより吸気バルブ１０の密閉性が低下してしまう事象を抑制でき、密閉性の低下に伴う内燃機関１の出力低下等を防止できる。

また、コート層２０が形成される範囲は、吸気バルブ１０全体ではなく、吸気バルブ１０の燃焼室５及び吸気ポート２に露出する部分において、他の部分よりもデポジットが付着する可能性が高い部分である、傘状傾斜部１２と、バルブ軸部１１の軸ガイド４とは摺動しない非摺動部１１ｓとに限られる。このように、デポジットが付着する可能性の高い部分に限りコート層２０が形成されているため、フッ素コート剤の無駄な使用をなくし、コート層２０のコストパフォーマンスを上げることができる。

また、コート層２０として用いられるフッ素コート層はすべり性が高いため、デポジット等の付着をより一層抑制できる。また、フッ素コート剤に含まれる粒子は小さいため、吸気バルブ１０の加工に際して、コーティングを行う前の処理加工（削り加工）においては、コート層２０が塗布される面が荒くてもフッ素コーティングによって良好な仕上がりにでき、コート層２０を形成した後の処理が不要である。

また、本実施形態の吸気バルブ１０は、好適には、プロパンガス等の気体燃料によって駆動する内燃機関（気体燃料エンジン）の吸気バルブとして用いられる。気体燃料エンジンは、液体燃料によって駆動する内燃機関と比べて洗浄作用が小さく、吸気バルブにデポジットが堆積しやすい。しかし、本実施形態は、吸気バルブ１０へのデポジットの堆積が抑制された構成を有するため、気体燃料エンジンの吸気バルブとして例え長期間用いられたとしてもデポジットの影響を受けにくい。

（第２実施形態）
図３は、第２実施形態の吸気バルブの要部拡大断面図である。第２実施形態の吸気バルブ１０Ａが第１実施形態の吸気バルブ１０と異なる点は、段差部１４Ａ及びコート層２０Ａの構造である。この点以外は第１実施形態と同様であり、図３において、図１又は図２と共通する構成要素には同じ参照符号が付されている。

図３に示すように、本実施形態の段差部１４Ａは、２段の階段状に形成され、第１境目部１４ａ、第２境目部１４ｂ、第３境目部１４ｃ及び第４境目部１４ｄを有する。段差部１４Ａには、第１境目部１４ａと第３境目部１４ｃとの間には傘状傾斜部１２の傾斜角度よりも小さな傾斜の平坦面部１４ｆが形成され、第４境目部１４ｄと第２境目部１４ｂとの間には傘状傾斜部１２の傾斜角度よりも小さな傾斜の平坦面部１４ｇが形成されている。

本実施形態では、第１実施形態と同様に、段差部１４Ａを含む傘状傾斜部１２及びバルブ軸部１１の傘状傾斜部１２につながる一部表面に、撥油性のコート層２０Ａが形成されている。コート層２０Ａは、段差部１４Ａの段差を均すように形成されている。また、コート層２０Ａは、段差部１４Ａの第１境目部１４ａではコート層２０Ａによって段差が埋まる厚みを有し、第２境目部１４ｂでは表面２０ｓがバルブシール部１３の端面から連続するように形成されている。

また、コート層２０Ａは、段差部１４付近よりも傘状傾斜部１２のバルブ軸部１１付近が厚くなるよう形成されている。すなわち、コート層２０Ａは、段差部１４付近から傘状傾斜部１２のバルブ軸部１１付近にかけて徐々に厚みを増した構造を有する。その結果、コート層２０Ａの表面２０ｓとバルブ軸部１１の軸線ＣＬとが成す角度θ１は、段差部１４を除く傘状傾斜部１２のバルブ軸部１１の軸線ＣＬに対する角度θ２よりも小さい。

このように、本実施形態では、コート層２０Ａの表面２０ｓの傾斜角度θ１が傘状傾斜部１２の傾斜角度θ２よりも小さく形成されているため、段差部１４Ａの段差を均すように形成したコート層の傾斜角度が傘状傾斜部１２の傾斜角度よりも大きい場合と比較して、デポジットの由来物であるエンジンオイル等の液状物が停留し難い構造である。このため、デポジットの堆積をより一層低減できる。

（第３実施形態）
図４は、第３実施形態の吸気バルブの要部拡大断面図である。第３実施形態の吸気バルブ１０Ｂが第１実施形態の吸気バルブ１０と異なる点は、傘状傾斜部１２Ｂ及びコート層２０Ｂの構造である。この点以外は第１実施形態と同様であり、図４において、図１又は図２と共通する構成要素には同じ参照符号が付されている。

図４に示すように、本実施形態の傘状傾斜部１２Ｂは、段差部１４を除く面全体がバルブヘッド１５の先端面側に向かって凹んだ湾曲面に形成されている。本実施形態では、第１実施形態と同様に、段差部１４を含む傘状傾斜部１２Ｂ及びバルブ軸部１１の傘状傾斜部１２Ｂにつながる一部表面に、撥油性のコート層２０Ｂが形成されている。コート層２０Ｂは、段差部１４の段差を均すように形成され、かつ、段差部１４を覆う箇所に厚みを持たせて表面が湾曲して形成されている。また、コート層２０Ｂは、段差部１４の第１境目部１４ａではコート層２０Ｂによって段差が埋まりかつ湾曲した厚みを有し、第２境目部１４ｂではバルブシール部１３との境界がほぼ平坦となるように形成されている。すなわち、コート層２０の表面２０ｓは、傘状傾斜部１２の湾曲面に沿った湾曲線と、バルブシール部１３の輪郭線に沿うような湾曲線の二方向の異なった膨らみを有する湾曲線に構成されている。なお、コート層２０の表面２０ｓの傘状傾斜部１２の湾曲面に沿った湾曲線は、バルブ軸部１１の軸線ＣＬに対する角度を、傘状傾斜部１２の湾曲面の軸線ＣＬに対する角度よりも大きく形成しても良い。

このように、本実施形態は、傘状傾斜部１２Ｂの段差部１４を均すコート層２０のバルブ軸部１１の軸線ＣＬに対する傾斜角度が大きく形成された、デポジットの由来物であるエンジンオイル等の液状物が停留し難い構造である。このため、デポジットの堆積をより一層低減できる。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。例えば、図２〜図４に示した段差部１４，１４Ａの形状は階段状であるが、上記説明におけるコート層２０，２０Ａ，２０Ｂが階段状以外の種々の形状の段差部を均すように形成された態様にも本発明は適用可能である。

１ 内燃機関
１ａ シリンダヘッド
２ 吸気ポート
２ｍ 吸気口
２ｓ 吸気口シール部
４ 軸ガイド
５ 燃焼室
１０，１０Ａ，１０Ｂ 吸気バルブ
１１ バルブ軸部
１１ｓ 非摺動部
１２，１２Ｂ 傘状傾斜部
１３ バルブシール部
１４，１４Ａ 段差部
１４ａ 第１境目部
１４ｂ 第２境目部
１４ｃ 第３境目部
１４ｄ 第４境目部
１４ｅ，１４ｆ，１４ｇ 平坦面部
２０，２０Ａ，２０Ｂ コート層
２０ｓ コート層の表面
ＣＬ 軸線

Claims (5)

1. 内燃機関の燃焼室の吸気口に設けられ、吸気路と燃料室との間を開閉する吸気バルブであって、
   軸方向に往復移動されるバルブ軸部から、前記燃焼室内の吸気口シール部に接するバルブシール部に向かって漸次広がる傾斜を有した傘状傾斜部に、該傘状傾斜部の傾斜角が変化する段差部を有し、
   前記段差部を含む前記傘状傾斜部の少なくとも一部には、前記段差部の段差を均す撥油性のコート層が形成されており、
   前記コート層は、フッ素コート層である、内燃機関の吸気バルブ。
2. 内燃機関の燃焼室の吸気口に設けられ、吸気路と燃料室との間を開閉する吸気バルブであって、
   軸方向に往復移動されるバルブ軸部から、前記燃焼室内の吸気口シール部に接するバルブシール部に向かって漸次広がる傾斜を有した傘状傾斜部に、該傘状傾斜部の傾斜角が変化する段差部を有し、
   前記段差部を含む前記傘状傾斜部の少なくとも一部には、前記段差部の段差を均す撥油性のコート層が形成されており、
   前記コート層の表面と前記バルブ軸部の軸線とが成す鋭角の角度は、前記段差部を除く．前記傘状傾斜部の前記バルブ軸部に対する鋭角の角度よりも小さく形成されている、内燃機関の吸気バルブ。
3. 請求項１又は２に記載の内燃機関の吸気バルブであって、
   前記コート層は、前記段差部を覆う箇所に厚みを持たせて表面が湾曲して形成されている、内燃機関の吸気バルブ。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関の吸気バルブであって、
   前記コート層は、前記傘状傾斜部と、前記バルブ軸部の前記傘状傾斜部につながる一部表面と、に形成されている、内燃機関の吸気バルブ。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の内燃機関の吸気バルブであって、
   前記内燃機関は、気体燃料エンジンである、内燃機関の吸気バルブ。

Images