JPH11247629A - Engine valve made of aluminum alloy - Google Patents

Engine valve made of aluminum alloy

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JPH11247629A
JPH11247629A JP5085798A JP5085798A JPH11247629A JP H11247629 A JPH11247629 A JP H11247629A JP 5085798 A JP5085798 A JP 5085798A JP 5085798 A JP5085798 A JP 5085798A JP H11247629 A JPH11247629 A JP H11247629A
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JP
Japan
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aluminum alloy
ceramic particles
engine valve
base material
valve
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JP5085798A
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Japanese (ja)
Inventor
Akihiro Hamada
章宏 浜田
Hiroaki Asanuma
宏昭 浅沼
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Oozx Inc
Original Assignee
Fuji Oozx Inc
Fuji Valve Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the mechanical strength and wear resistance of an engine valve made of an aluminum alloy by uniformly dispersing ceramic particles having projecting and recessed parts with the rounded outer periphery in a base material made of an aluminium alloy. SOLUTION: The whole of a valve in an engine valve 1 for intake is formed from a raw material made by uniformly dispersing ceramic particles 3 in a base material 2 made of an aluminum alloy. The base material 2 to be used is preferably a non-heat treated aluminum alloy such as JIS 5083 material composed of 4-4.9 wt.% Mg, 0.4 wt.% Si, 0.4 wt.% Fe, 0.4-1.0 wt.% Mn, 0.25 wt.% Zn, 0.15 wt.% Ti, 0.05-0.25 wt.% Cr, 0.1 wt.% Cu and the residue, which is composed of Al and inevitable impurities. As the ceramic particles 3, preferably used is a mixture of one or two kinds such as Al2 O3 , ZrO2 moderately having the projecting and recessed parts on the outer peripheral surface thereof in an arbitrary sectional form, with a mean particle diameter of about 3 μm.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば内燃機関の
吸気側に用いられる、強度及び耐摩耗性に優れるアルミ
ニウム合金製エンジンバルブに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an aluminum alloy engine valve having excellent strength and wear resistance, for example, used on the intake side of an internal combustion engine.

【0002】[0002]

【従来の技術】内燃機関に用いられる吸、排気バルブ
は、通常マルテンサイト又はオーステナイト系の耐熱鋼
により形成されている。また、最近では、比較的熱負荷
の小さい吸気バルブを、アルミニウム合金により形成す
る試みもなされている。
2. Description of the Related Art Intake and exhaust valves used in internal combustion engines are usually made of martensite or austenitic heat-resistant steel. Recently, attempts have been made to form an intake valve having a relatively small heat load from an aluminum alloy.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上述した耐熱鋼製のエ
ンジンバルブは、機械的強度が高く、耐久性及び信頼性
に優れている反面、慣性質量が大きく、かつ熱伝導性も
悪いという問題がある。
The above-mentioned heat-resistant steel engine valve has high mechanical strength, excellent durability and reliability, but has a problem of large inertial mass and poor thermal conductivity. is there.

【0004】一方、アルミニウム合金製のバルブは、軽
量であるため、動弁系の慣性質量を低減して、エンジン
性能を向上させうるとともに、熱伝導性にも優れ、シリ
ンダヘッドへの放熱性が高いという利点を有する。
[0004] On the other hand, aluminum alloy valves are lightweight, so that the inertial mass of the valve train can be reduced, engine performance can be improved, heat conductivity is excellent, and heat dissipation to the cylinder head is improved. It has the advantage of being expensive.

【0005】しかし、アルミニウム合金製のバルブは、
機械的強度が小さく、かつ弁フェース部や軸部等の耐摩
耗性に問題があるため、耐久性や信頼性に欠ける。
However, valves made of aluminum alloy are
Since the mechanical strength is small and there is a problem in abrasion resistance of the valve face portion, the shaft portion, and the like, durability and reliability are lacking.

【0006】この問題を解決するためには、特に耐摩耗
性の要求される弁フェース部の表層を、強化元素を含む
合金により改質して硬化させたり、軸部にアルマイト等
の表面処理を施すか、あるいはアルミニウム合金よりな
る基材中に、セラミックス粒子を分散させるなどの対策
が考えられる。
[0006] In order to solve this problem, the surface layer of the valve face, which particularly requires wear resistance, is modified and hardened by an alloy containing a reinforcing element, or the shaft is treated with a surface treatment such as alumite. It is possible to take countermeasures such as applying or dispersing ceramic particles in a base material made of an aluminum alloy.

【0007】しかし、上記した強化元素による改質やア
ルマイト等の表面処理は、部分的な対策であり、バルブ
全体の機械的強度を向上させるものではないため、アル
ミニウム合金をバルブ材として用いる際の問題点は残
る。
However, the above-described modification with a strengthening element or surface treatment such as alumite is a partial measure and does not improve the mechanical strength of the entire valve. The problem remains.

【0008】また、基材中にセラミックス粒子を分散さ
せるものでは、バルブ全体の機械的強度が向上して、弁
フェース部や軸部等の耐摩耗性を向上させうる利点があ
る反面、セラミックス粒子の大きさや形状によっては、
セラミックス粒子が基材の表層より脱落して耐摩耗性が
損なわれ、かつ相手攻撃性が大となって、バルブシート
やバルブガイドの摩耗を促進させることとなる。
[0008] Dispersing ceramic particles in a substrate has the advantage that the mechanical strength of the entire valve is improved and the wear resistance of the valve face portion, shaft portion, and the like can be improved. Depending on the size and shape of the
The ceramic particles fall off from the surface layer of the base material, and the wear resistance is impaired, and the aggressiveness of the other party is increased, thereby promoting the wear of the valve seat and the valve guide.

【0009】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
ので、最適な大きさ及び形状のセラミックス粒子を基材
に分散させることにより、それが脱落したり、相手攻撃
性を大としたりすることなく、機械的強度及び耐摩耗性
を大幅に向上させうるようにした、アルミニウム合金製
エンジンバルブを提供することを目的としている。
The present invention has been made in view of the above problems, and disperses ceramic particles having an optimum size and shape into a base material, so that the ceramic particles fall off or enhance the opponent's aggressiveness. It is an object of the present invention to provide an aluminum alloy engine valve capable of greatly improving mechanical strength and wear resistance without causing the problem.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明によると、上記課
題は、次のようにして解決される。 (1)アルミニウム合金よりなる基材の中に、外周面に
丸みを帯びた凹凸を有するセラミックス粒子を均一に分
散させる。
According to the present invention, the above-mentioned problem is solved as follows. (1) Ceramic particles having rounded irregularities on the outer peripheral surface are uniformly dispersed in a base material made of an aluminum alloy.

【0011】(2)上記(1)項において、基材を、JI
Sにおける5,000番系のアルミニウム合金からなる
ものとする。
(2) In the above item (1), the base material is JI
It is assumed that it is made of a 5,000-series aluminum alloy in S.

【0012】(3)上記(1)または(2)項において、セ
ラミックス粒子を、Al23、ZrO2、SiC、Nb
C、Si34、BN、CrC、TiB2のいずれか1種
からなるもの、又は2種以上の混合物からなるものとす
る。
(3) In the above item (1) or (2), the ceramic particles are made of Al 2 O 3 , ZrO 2 , SiC, Nb
C, Si 3 N 4 , BN, CrC, TiB 2 , or a mixture of two or more.

【0013】(4)上記(1)〜(3)項のいずれかにおい
て、セラミックス粒子の平均粒径をほぼ3μmとして、
基材中に少なくとも15容量%含有させる。
(4) In any one of the above items (1) to (3), the average particle size of the ceramic particles is set to approximately 3 μm.
The content is at least 15% by volume in the substrate.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を、図面に
基づいて説明する。図1は、本発明の吸気用エンジンバ
ルブ(1)を示すもので、バルブ全体は、アルミニウム合
金よりなる基材(2)の中に、セラミックス粒子(3)を均
一に分散させて形成されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an intake engine valve (1) of the present invention. The entire valve is formed by uniformly dispersing ceramic particles (3) in a base material (2) made of an aluminum alloy. I have.

【0015】基材(2)は、非熱処理型のアルミニウム合
金、すなわち、JISにおける5,000番系の中の1
種、例えば成分組成が、Mg:4〜4.9重量%、Si:
0.4重量%、Fe:0.4重量%、Mn:0.4〜1.0重
量%、Zn:0.25重量%、Ti:0.15重量%、C
r:0.05〜0.25重量%、Cu:0.1重量%、残部
がAlと不可避不純物よりなるJIS5083材を用い
るのが好ましい。この材料は、例えば250℃前後の温
度で長時間保持しても、その硬さは殆ど変わらない。
The substrate (2) is made of a non-heat-treated aluminum alloy, that is, one of JIS No. 5000 series.
Species, for example, the composition of the component is Mg: 4 to 4.9% by weight, Si:
0.4 wt%, Fe: 0.4 wt%, Mn: 0.4 to 1.0 wt%, Zn: 0.25 wt%, Ti: 0.15 wt%, C
It is preferable to use a JIS5083 material consisting of r: 0.05 to 0.25% by weight, Cu: 0.1% by weight, and the balance being Al and inevitable impurities. Even if this material is kept at a temperature of, for example, about 250 ° C. for a long time, its hardness hardly changes.

【0016】セラミックス粒子(3)としては、平均粒径
が約3μm(粒径範囲1〜5μm)又は平均粒度が約−
200メッシュで、かつ粒子の任意の断面形状において
その外周面に、尖鋭な角部のない適度に凹凸を有するA
23、ZrO2、SiC、NbC、Si34、BN、
CrC、TiB2等のいずれか1種、又は2種以上の混
合物を用いるのが好ましい。
The ceramic particles (3) have an average particle size of about 3 μm (particle size range of 1 to 5 μm) or an average particle size of about −
A having a mesh of 200 and moderate irregularities without any sharp corners on its outer peripheral surface in any cross-sectional shape of the particle.
l 2 O 3 , ZrO 2 , SiC, NbC, Si 3 N 4 , BN,
It is preferable to use any one kind of CrC, TiB 2 or the like, or a mixture of two or more kinds.

【0017】上記粒子(3)の形状は、例えば、図2に示
すように、粒子(3)の断面の凹凸度(非円度)により特
定することができる。すなわち、粒子(3)の断面積を
A、円周の長さをL、円周率をπとすると、凹凸度X
は、次式
The shape of the particles (3) can be specified, for example, by the degree of unevenness (non-circularity) of the cross section of the particles (3) as shown in FIG. That is, assuming that the cross-sectional area of the particle (3) is A, the circumferential length is L, and the pi is π, the degree of irregularity X is
Is

【0018】[0018]

【数1】 により求めることができる。上式より、凹凸のない真円
形の場合、1となり、凹凸が大きいほど、円周の長さL
が大となることから、Xの値は1よりも大きくなる。
(Equation 1) Can be obtained by From the above equation, the value is 1 in the case of a perfect circle having no unevenness, and the larger the unevenness, the longer the circumferential length L
Is larger, the value of X is larger than 1.

【0019】本発明に用いられるセラミックス粒子(3)
においては、Xの値を1.3〜4.0の範囲としてある。
すなわち、Xの値が1.3以下では、図3に示すよう
に、粒子(3)全体が丸みを帯びるため、使用時におい
て、エンジンバルブ(1)の基材(2)の表面より脱落し易
くなり、耐摩耗性が損なわれる。また、Xの値が4.0
を超えると、図4に示すように、粒子(3)の耐脱落性が
高まる反面、外周面の凸部が尖鋭化するため、相手攻撃
性が増す。
Ceramic particles (3) used in the present invention
, The value of X is in the range of 1.3 to 4.0.
In other words, when the value of X is 1.3 or less, as shown in FIG. And wear resistance is impaired. When the value of X is 4.0
4, the particle (3) has a higher resistance to falling off, but the projections on the outer peripheral surface are sharpened, thereby increasing the aggressiveness to the opponent.

【0020】エンジンバルブを成形するに際しては、ま
ず、上述したJIS5,000番系のアルミニウム合金
に、少なくとも平均粒径約3μmの粒子が70〜80%
含まれる上記セラミックス粒子(3)を、15〜20容量
%含有させた素材を製作し、この素材をバルブ成形用の
金型に挿入して、熱間又は温間により鍛造する。する
と、図1に示すように、基材(2)の中にセラミックス粒
子(3)が均一に分散されたエンジンバルブ(1)が得られ
る。
In forming an engine valve, first, 70-80% of particles having an average particle diameter of about 3 μm are added to the above-mentioned JIS No. 5,000-series aluminum alloy.
A material containing 15 to 20% by volume of the above-mentioned ceramic particles (3) is produced, and this material is inserted into a mold for molding a valve and forged by hot or warm. Then, as shown in FIG. 1, an engine valve (1) in which the ceramic particles (3) are uniformly dispersed in the substrate (2) is obtained.

【0021】上記実施例の吸気用エンジンバルブ(1)に
おいては、基材(2)に、非熱処理型のJIS5,000
番系のアルミニウム合金を用いるとともに、この中にセ
ラミックス粒子(3)を分散させているため、エンジンの
作動温度による硬度(強度)低下が小さく、かつバルブ
全体の機械的強度が高まることにより、弁フェース部(1
a)や軸部(1b)等の耐摩耗性を向上させうる。
In the intake engine valve (1) of the above embodiment, the non-heat-treated JIS 5,000 is applied to the base material (2).
No. 2 aluminum alloy is used, and ceramic particles (3) are dispersed therein, so that the decrease in hardness (strength) due to the operating temperature of the engine is small, and the mechanical strength of the entire valve is increased. Face (1
a) and the abrasion resistance of the shaft portion (1b) and the like can be improved.

【0022】また、セラミックス粒子(3)に、断面形状
が丸みを帯びた凹凸を有するものを用いることにより、
図5に示すように、基材(2)との結合力が大きくなって
耐脱落性が大となり、かつ基材(2)の表層に尖鋭な凸部
が露呈することがないため、相手攻撃性も小さくなる。
Further, by using ceramic particles (3) having irregularities with a rounded cross section,
As shown in FIG. 5, the bond strength with the base material (2) is increased, the drop-out resistance is increased, and no sharp projections are exposed on the surface layer of the base material (2). The nature also decreases.

【0023】[0023]

【発明の効果】本発明によれば、次のような効果が得ら
れる。 (a)アルミニウム合金よりなる基材中に、外周面に丸
みを帯びた凹凸を有するセラミックス粒子を分散させた
ことにより、基材よりセラミックス粒子が脱落したり、
相手攻撃性を増大させたりすることなく、エンジンバル
ブ全体の機械的強度及び耐摩耗性を大幅に向上させるこ
とができる。
According to the present invention, the following effects can be obtained. (A) By dispersing ceramic particles having rounded irregularities on the outer peripheral surface in a base material made of an aluminum alloy, the ceramic particles may fall off from the base material,
The mechanical strength and wear resistance of the entire engine valve can be greatly improved without increasing the opponent's aggressiveness.

【0024】(b)請求項2記載の発明のようにする
と、エンジンの作動温度による硬度低下が小さくなるた
め、例えば吸気側のエンジンバルブとしての耐久性、信
頼性が高まる。
(B) According to the second aspect of the present invention, the decrease in hardness due to the operating temperature of the engine is reduced, so that, for example, the durability and reliability as an intake-side engine valve are improved.

【0025】(c)請求項3記載の発明のようにする
と、いずれも硬質かつ融点が高いので、基材が強化さ
れ、エンジンバルブの耐久性が高まる。
(C) According to the third aspect of the present invention, since all are hard and have a high melting point, the base material is strengthened and the durability of the engine valve is enhanced.

【0026】(d)請求項4記載の発明のようにする
と、基材の組織が緻密化して、機械的強度を高めうると
ともに、バルブ全体の強度が均一化する。
(D) According to the invention as set forth in claim 4, the structure of the base material is densified, the mechanical strength can be increased, and the strength of the entire valve is made uniform.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例を示す一部切欠正面図であ
る。
FIG. 1 is a partially cutaway front view showing an embodiment of the present invention.

【図2】セラミックス粒子における任意の断面形状を示
す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory view showing an arbitrary cross-sectional shape of ceramic particles.

【図3】凹凸度の小さいセラミックス粒子を用いた際の
基材表層部の拡大断面図である。
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a surface layer portion of a base material when using ceramic particles having a small degree of unevenness.

【図4】同じく凹凸度の大きいセラミックス粒子を用い
た際の基材表層部の拡大断面図である。
FIG. 4 is an enlarged sectional view of a surface layer portion of a base material when ceramic particles having a large degree of unevenness are used.

【図5】同じく、適度の凹凸度のセラミックス粒子を用
いた際の基材表層部の拡大断面図である。
FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of a surface layer portion of a base material when ceramic particles having an appropriate degree of unevenness are used.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

(1)吸気用エンジンバルブ (1a)弁フェース部 (1b)軸部 (2)基材 (3)セラミックス粒子 (1) Intake engine valve (1a) Valve face (1b) Shaft (2) Base material (3) Ceramic particles

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 アルミニウム合金よりなる基材の中に、
外周面に丸みを帯びた凹凸を有するセラミックス粒子を
均一に分散させたことを特徴とするアルミニウム合金製
エンジンバルブ。
1. A substrate made of an aluminum alloy,
An aluminum alloy engine valve characterized by uniformly dispersing ceramic particles having rounded irregularities on an outer peripheral surface.
【請求項2】 基材を、JISにおける5,000番系
のアルミニウム合金からなるものとした請求項1記載の
アルミニウム合金製エンジンバルブ。
2. The aluminum alloy engine valve according to claim 1, wherein the base material is made of a 5,000-series aluminum alloy according to JIS.
【請求項3】 セラミックス粒子を、Al23、ZrO
2、SiC、NbC、Si34、BN、CrC、TiB2
のいずれか1種からなるもの、又は2種以上の混合物か
らなるものとした請求項1または2記載のアルミニウム
合金製エンジンバルブ。
3. The ceramic particles are made of Al 2 O 3 , ZrO
2, SiC, NbC, Si 3 N 4, BN, CrC, TiB 2
The aluminum alloy engine valve according to claim 1 or 2, wherein the aluminum alloy engine valve is made of any one of the following, or a mixture of two or more thereof.
【請求項4】 セラミックス粒子の平均粒径をほぼ3μ
mとして、基材中に少なくとも15容量%含有させた請
求項1〜3のいずれかに記載のアルミニウム合金製エン
ジンバルブ。
4. The method according to claim 1, wherein the average particle size of the ceramic particles is approximately 3 μm.
The aluminum alloy engine valve according to any one of claims 1 to 3, wherein at least 15% by volume of m is contained in the base material.
JP5085798A 1998-03-03 1998-03-03 Engine valve made of aluminum alloy Pending JPH11247629A (en)

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