JP2006214387A - Intake valve and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関用インテークバルブおよびその製造方法に関し、特に、熱伝導性の高いインテークバルブに関する。 The present invention relates to an intake valve for an internal combustion engine and a method for manufacturing the same, and more particularly to an intake valve having high thermal conductivity.
近年、自動車業界では、自動車用内燃機関の出力および燃費の向上に対する要求がますます高まってきている。その要求に答える手段としては、内燃機関の燃焼室内の温度を低下させることにより、内燃機関の圧縮比の向上や吸入空気量の増加を図ることが考えられる。また、別の手段としては、供給される燃料の気化を促進させ、燃焼効率の向上を図ることも考えられる。 In recent years, there has been an increasing demand in the automobile industry to improve the output and fuel consumption of internal combustion engines for automobiles. As means for answering the demand, it is conceivable to improve the compression ratio of the internal combustion engine and increase the intake air amount by lowering the temperature in the combustion chamber of the internal combustion engine. As another means, it is conceivable to promote the vaporization of the supplied fuel and improve the combustion efficiency.
内燃機関の燃焼室内の温度低下や、燃料気化の促進を図る一般的な方策としては、内燃機関用インテークバルブの熱伝導率を向上させることが考えられる。内燃機関用インテークバルブの熱伝導率が高いと、インテークバルブの傘表部の温度を低下させることができ、燃焼室内の高温熱を効率的に燃焼室外へ伝達することができる。また、内燃機関用インテークバルブの熱伝導率が高いことにより、燃焼室内から移動する高温熱により内燃機関用インテークバルブ自身が非常に高温になるため、内燃機関用インテークバルブに向けて噴射される燃料の気化が促進されることとなる。 As a general measure for reducing the temperature in the combustion chamber of the internal combustion engine and promoting fuel vaporization, it is conceivable to improve the thermal conductivity of the intake valve for the internal combustion engine. When the heat conductivity of the intake valve for the internal combustion engine is high, the temperature of the umbrella front portion of the intake valve can be lowered, and high-temperature heat in the combustion chamber can be efficiently transmitted outside the combustion chamber. In addition, since the intake valve for an internal combustion engine has a high thermal conductivity, the intake valve for the internal combustion engine itself becomes very hot due to high-temperature heat moving from the combustion chamber, so that the fuel injected toward the intake valve for the internal combustion engine Vaporization will be promoted.
ところで、アルミニウム合金は、軽量で、優れた熱伝導性を有している。上記に示したように、内燃機関の出力および燃費の向上のため、内燃機関用インテークバルブには優れた熱伝導性が求められ、また、慣性質量の低減による応答性の向上も期待されることから、内燃機関用インテークバルブのアルミニウム化が検討され始めている。 By the way, the aluminum alloy is lightweight and has excellent thermal conductivity. As shown above, in order to improve the output and fuel consumption of the internal combustion engine, the intake valve for the internal combustion engine is required to have excellent thermal conductivity, and the responsiveness is expected to be improved by reducing the inertial mass. Therefore, the use of aluminum for an intake valve for an internal combustion engine has begun to be studied.
アルミニウム合金を用いた内燃機関用インテークバルブとしては、例えば、特許文献１に記載されたものがある。特許文献１のインテークバルブは、軸部および該軸部に連続する傘部が、アルミニウム合金またはマグネシウム合金をマトリックスとし、セラミックス粒子、ウィスカー、繊維または粒子を添加して強化したアルミニウム基ＭＭＣ（Ｍｅｔａｌ Ｍａｔｒｉｘ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ）からなり、かつ、バルブフェース面に耐摩耗性急冷アルミニウム粉末合金をマトリックスとしたＭＭＣを被着したことを特徴としている。 As an intake valve for an internal combustion engine using an aluminum alloy, for example, there is one described in Patent Document 1. The intake valve of Patent Document 1 includes an aluminum-based MMC (Metal Matrix) in which a shaft portion and an umbrella portion continuing to the shaft portion are made of aluminum alloy or magnesium alloy as a matrix and are reinforced by adding ceramic particles, whiskers, fibers or particles. It is characterized in that MMC having a matrix of wear-resistant quenched aluminum powder alloy is applied to the valve face surface.
しかし、上記内燃機関用インテークバルブでは、軸部および該軸部に連続する傘部に添加される強化材料は、単に高温強度を確保するために用いられており、バルブフェース部のみ熱伝導率が向上するといった構造が採用されている。したがって、慣性質量の低減や高温強度の確保および焼付き防止などの面からは有効であるものの、燃焼室内の温度低下による内燃機関の圧縮比の向上および吸入空気量の増加、あるいは、燃料気化の促進による燃費向上の面からは必ずしも有効であるとは言えなかった。
そこで、本発明は、アルミニウム合金を用いた内燃機関用インテークバルブにおいて、インテークバルブの熱伝導性を向上させ、内燃機関の出力および燃費の向上をもたらす手段を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide means for improving the heat conductivity of an intake valve and improving the output and fuel consumption of the internal combustion engine in an intake valve for an internal combustion engine using an aluminum alloy.
本発明は、軸部と、前記軸部に連結された傘部とを有し、前記軸部または前記傘部の少なくとも一方は、カーボンナノチューブを含むアルミニウム合金からなる、内燃機関用インテークバルブである。 The present invention is an intake valve for an internal combustion engine that includes a shaft portion and an umbrella portion connected to the shaft portion, and at least one of the shaft portion or the umbrella portion is made of an aluminum alloy containing carbon nanotubes. .
本発明によれば、優れた熱伝導性をもたらす内燃機関用インテークバルブが提供できる。したがって、内燃機関の出力および燃費の向上を図ることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the intake valve for internal combustion engines which provides the outstanding heat conductivity can be provided. Therefore, the output and fuel consumption of the internal combustion engine can be improved.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図１は、本発明に係る内燃機関用インテークバルブの側面図である。本発明に係る内燃機関用インテークバルブ１０は、軸部２０および軸部に連結された傘部３０から成り立っており、軸部２０または傘部３０の少なくとも一方はカーボンナノチューブを含むことを特徴としている。また、傘部３０は、傘裏部３２と傘表部３４とから成り立っている。 FIG. 1 is a side view of an intake valve for an internal combustion engine according to the present invention. An intake valve 10 for an internal combustion engine according to the present invention includes a shaft portion 20 and an umbrella portion 30 connected to the shaft portion, and at least one of the shaft portion 20 or the umbrella portion 30 includes carbon nanotubes. . The umbrella unit 30 includes an umbrella back part 32 and an umbrella front part 34.
続いて、図２は、本発明に係る内燃機関用インテークバルブを搭載した内燃機関の吸気ポート部の断面を示す模式図である。上記吸気ポート部は、本発明に係る内燃機関用インテークバルブ１０と、バルブシート４０と、吸気ポート５０と、燃料噴射ノズル６０とから成り立っている。また、燃料７０は、燃料噴射ノズル６０から噴出される。 2 is a schematic view showing a cross section of an intake port portion of an internal combustion engine equipped with the intake valve for the internal combustion engine according to the present invention. The intake port portion includes an intake valve 10 for an internal combustion engine according to the present invention, a valve seat 40, an intake port 50, and a fuel injection nozzle 60. Further, the fuel 70 is ejected from the fuel injection nozzle 60.
カーボンナノチューブの熱伝導率は、通常、自動車用材料として使用されるアルミニウム合金（ＪＩＳ ＡＣ２Ａ合金、ＪＩＳ ＡＣ２Ｂ合金、ＪＩＳ ＡＣ４Ｃ合金、ＪＩＳ ＡＣ８Ａ合金、ＪＩＳ ＡＣ８Ｂ合金など）の熱伝導率に比べ、はるかに大きな値を示す。そこで、アルミニウム合金を用いたインテークバルブに、カーボンナノチューブを複合化することにより、インテークバルブの熱伝導率が向上する。 The thermal conductivity of carbon nanotubes is much higher than that of aluminum alloys (JIS AC2A alloy, JIS AC2B alloy, JIS AC4C alloy, JIS AC8A alloy, JIS AC8B alloy, etc.) that are usually used as automotive materials. Indicates a large value. Therefore, by combining the carbon nanotubes with the intake valve using the aluminum alloy, the thermal conductivity of the intake valve is improved.
インテークバルブの熱伝導率が向上すると、インテークバルブの傘表部の温度を低下させることができ、内燃機関の燃焼室内の高温熱を効率的に燃焼室外へ伝達させることができるため、燃焼室内の温度低下をもたらす。内燃機関の燃焼室の温度低下は、内燃機関の圧縮比向上および吸入空気量の増加をもたらし、内燃機関の出力および燃費の同時向上が可能となる。 When the heat conductivity of the intake valve is improved, the temperature of the umbrella front portion of the intake valve can be lowered, and high-temperature heat in the combustion chamber of the internal combustion engine can be efficiently transmitted outside the combustion chamber. Causes temperature drop. A decrease in the temperature of the combustion chamber of the internal combustion engine results in an improvement in the compression ratio of the internal combustion engine and an increase in the amount of intake air, thereby making it possible to simultaneously improve the output and fuel consumption of the internal combustion engine.
また、内燃機関用インテークバルブの熱伝導率が高いため、燃焼室内から移動する高温熱により内燃機関用インテークバルブ自身が非常に高温になる。そして、内燃機関用インテークバルブに向けて噴射される燃料の気化が促進されることとなる。したがって、供給される燃料の気化促進は、燃焼効率の向上をもたらし、内燃機関の燃費向上が可能となる。 Further, since the intake valve for the internal combustion engine has a high thermal conductivity, the intake valve for the internal combustion engine itself becomes very hot due to the high temperature heat moving from the combustion chamber. And vaporization of the fuel injected toward the intake valve for internal combustion engines is promoted. Therefore, promotion of vaporization of the supplied fuel brings about an improvement in combustion efficiency, and an improvement in fuel consumption of the internal combustion engine becomes possible.
ところで、カーボンナノチューブの強度は、通常、自動車用材料として使用されるアルミニウム合金（ＪＩＳ ＡＣ２Ａ合金、ＪＩＳ ＡＣ２Ｂ合金、ＪＩＳ ＡＣ４Ｃ合金、ＪＩＳ ＡＣ８Ａ合金、ＪＩＳ ＡＣ８Ｂ合金など）の強度の数百倍であると言われている。よって、これらのアルミニウム合金を用いたインテークバルブにカーボンナノチューブを複合化することにより、インテークバルブの高温強度および熱疲労強度を向上させることも可能となる。 By the way, the strength of carbon nanotubes is usually several hundred times the strength of aluminum alloys (JIS AC2A alloy, JIS AC2B alloy, JIS AC4C alloy, JIS AC8A alloy, JIS AC8B alloy, etc.) used as automotive materials. It is said. Therefore, it is possible to improve the high temperature strength and thermal fatigue strength of the intake valve by combining the carbon nanotube with the intake valve using these aluminum alloys.
カーボンナノチューブとしては、多層型カーボンナノチューブ（ＭＷ−ＣＮＴ）や単層型カーボンナノチューブ（ＳＷ−ＣＮＴ）などが存在するが、本発明においては、いずれのカーボンナノチューブを用いても熱伝導率の向上および高強度化といった目的を達成することが可能である。したがって、アルミニウム合金に複合化するカーボンナノチューブの種類については特に限定はされない。しかし、カーボンナノチューブの複合化に際して、鋳造法や粉末焼結法などを用いる場合には、７００℃程度まで安定であるカーボンナノチューブを採用することが望ましい。 As the carbon nanotubes, there are multi-walled carbon nanotubes (MW-CNT), single-walled carbon nanotubes (SW-CNT), etc. In the present invention, any carbon nanotube can be used to improve thermal conductivity and It is possible to achieve the purpose of increasing the strength. Therefore, there is no particular limitation on the types of carbon nanotubes that are combined into an aluminum alloy. However, it is desirable to employ carbon nanotubes that are stable up to about 700 ° C. when a casting method, a powder sintering method, or the like is used for compounding carbon nanotubes.
アルミニウム合金中のカーボンナノチューブの含有率は、２体積％〜４０体積％であることが望ましい。当該含有率が２体積％未満である場合には、熱伝導率あるいは強度という面からのカーボンナノチューブの複合化の効果を十分に得ることができないおそれがある。また、当該含有率が４０体積％を超えると、鋳造法によりカーボンナノチューブをアルミニウム合金に複合化させる際に用いる、プリフォームの製作が困難になるおそれがある。あるいは、粉末法によりカーボンナノチューブをアルミニウム合金に複合化させる際に、焼結性が悪化するおそれがある。 The content of carbon nanotubes in the aluminum alloy is desirably 2% by volume to 40% by volume. When the content is less than 2% by volume, there is a possibility that the effect of combining carbon nanotubes in terms of thermal conductivity or strength cannot be obtained sufficiently. Moreover, when the said content rate exceeds 40 volume%, there exists a possibility that manufacture of the preform used when complexing a carbon nanotube with an aluminum alloy by a casting method may become difficult. Alternatively, when carbon nanotubes are compounded with an aluminum alloy by a powder method, the sinterability may deteriorate.
カーボンナノチューブは、インテークバルブの軸方向に平行に一軸配向されてなることが望ましい。一般に、複合材中の添加材がある方向に配向していると性質にも方向性が生じ、配向方向の性質はランダムに分散している場合に比べ、際立った性質が得られる。よって、アルミニウム合金中に含まれるカーボンナノチューブをインテークバルブの軸方向と平行に一軸配向させることにより、カーボンナノチューブをランダムに配向させた場合に比べ、インテークバルブ全体の軸方向の熱伝導率が向上する。したがって、内燃機関の燃焼室内の温度の低下や、供給される燃料の気化促進を、よりいっそう高めることができる。 The carbon nanotubes are preferably uniaxially oriented parallel to the axial direction of the intake valve. In general, when the additive in the composite material is oriented in a certain direction, the property also has directionality, and the property in the orientation direction is more conspicuous than in the case of being randomly dispersed. Therefore, by aligning the carbon nanotubes contained in the aluminum alloy uniaxially in parallel with the axial direction of the intake valve, the thermal conductivity in the axial direction of the entire intake valve is improved as compared with the case where the carbon nanotubes are randomly aligned. . Therefore, the temperature reduction in the combustion chamber of the internal combustion engine and the promotion of vaporization of the supplied fuel can be further enhanced.
カーボンナノチューブが含まれる部位については、インテークバルブの軸部または傘部の少なくとも一方にカーボンナノチューブが含まれていれば、特に限定されない。 The part containing the carbon nanotube is not particularly limited as long as the carbon nanotube is contained in at least one of the shaft part and the umbrella part of the intake valve.
望ましくは、供給される燃料とインテークバルブが接する部位が、カーボンナノチューブを含むアルミニウム合金からなる内燃機関用インテークバルブである。上記のように、アルミニウム合金中にカーボンナノチューブを複合化することの効果として、供給される燃料の気化促進がある。燃料がインテークバルブと接する部位にカーボンナノチューブが含まれていることにより、当該部位の熱伝導率が向上し、より燃料気化の促進が期待できる。 Desirably, the part where the supplied fuel and the intake valve are in contact is an intake valve for an internal combustion engine made of an aluminum alloy containing carbon nanotubes. As described above, as an effect of combining the carbon nanotubes in the aluminum alloy, there is promotion of vaporization of the supplied fuel. Since the carbon nanotube is contained in the portion where the fuel is in contact with the intake valve, the thermal conductivity of the portion is improved, and further fuel vaporization can be expected.
また望ましくは、インテークバルブの傘部側末端から半分以上の部位が、カーボンナノチューブを含むアルミニウム合金からなる内燃機関用インテークバルブである。つまり、傘部末端から見て、傘表部から軸部末端までの長さの半分以上の領域に、カーボンナノチューブが含まれる。一般的に、燃料は、インテークバルブの傘部側末端からインテークバルブの中央の領域に向かって噴射されるため、インテークバルブの傘部側末端の半分以上の部位が、カーボンナノチューブを含むことにより、当該部位の熱伝導率が向上し、より燃料気化の促進が期待できる。 Desirably, the intake valve for an internal combustion engine is formed of an aluminum alloy containing carbon nanotubes in a portion more than half from the umbrella side end of the intake valve. In other words, the carbon nanotubes are included in a region that is half or more of the length from the front surface of the umbrella to the end of the shaft when viewed from the end of the umbrella. Generally, fuel is injected from the umbrella side end of the intake valve toward the central region of the intake valve, so that more than half of the portion of the intake side of the umbrella side includes carbon nanotubes. The thermal conductivity of the part can be improved and further fuel vaporization can be expected.
さらに望ましくは、軸部および傘部の双方が、カーボンナノチューブを含むアルミニウム合金からなる。 More preferably, both the shaft portion and the umbrella portion are made of an aluminum alloy containing carbon nanotubes.
続いて、本発明に係る内燃機関用インテークバルブの製造方法について説明する。 Then, the manufacturing method of the intake valve for internal combustion engines which concerns on this invention is demonstrated.
まず、アルミニウム合金とカーボンナノチューブを複合化する。次に、複合化して得られた複合化物を、インテークバルブ形状に機械加工して、目的の内燃機関用インテークバルブを得る。 First, an aluminum alloy and a carbon nanotube are combined. Next, the compounded product obtained by compounding is machined into an intake valve shape to obtain a target intake valve for an internal combustion engine.
上記、アルミニウム合金とカーボンナノチューブとの複合化は、例えば、以下のようにしてすることができる。まず、カーボンナノチューブを分散させてバインダにより固めたプリフォームを作製し、得られたプリフォームを金型に配置する。次に、溶湯鍛造法、低圧鋳造法および重力鋳造法のいずれかにより、アルミニウム溶湯を金型内に鋳込むことにより、目的の複合化物を得る。 The composite of the aluminum alloy and the carbon nanotube can be performed as follows, for example. First, a preform in which carbon nanotubes are dispersed and hardened by a binder is prepared, and the obtained preform is placed in a mold. Next, the target composite is obtained by casting the molten aluminum into the mold by any one of the molten metal forging method, the low pressure casting method and the gravity casting method.
また、アルミニウム合金とカーボンナノチューブとの複合化の別の方法として、以下のようにすることもできる。まず、アルミニウム粉末とカーボンナノチューブを混合する。次に、混合によって得られた混合物を、ＳＰＳ法、ＨＩＰ法および焼結法のいずれかにより、成形固化することにより、目的の複合化物を得る。 In addition, as another method of compositing an aluminum alloy and a carbon nanotube, the following method can be used. First, aluminum powder and carbon nanotubes are mixed. Next, the mixture obtained by mixing is molded and solidified by any of the SPS method, the HIP method, and the sintering method, thereby obtaining a desired composite product.
続いて、カーボンナノチューブがインテークバルブの軸方向に平行に一軸配向したインテークバルブの製造方法について説明する。まず、アルミニウム合金とカーボンナノチューブを複合化する。次に、複合化によって得られた複合化物を、押し出し成形する。さらに、押し出し成形によって得られた押出物を、カーボンナノチューブがインテークバルブの軸方向に平行に一軸配向する向きになるようにインテークバルブ形状に機械加工して、目的の内燃機関用インテークバルブを得る。上記複合化物を、圧延や押し出し成形によって塑性加工を加えることによって緻密化するとともに、カーボンナノチューブを所定方向に配向させることができる。 Next, a method for manufacturing an intake valve in which carbon nanotubes are uniaxially oriented parallel to the axial direction of the intake valve will be described. First, an aluminum alloy and a carbon nanotube are combined. Next, the composite obtained by the composite is extruded. Further, the extrudate obtained by the extrusion molding is machined into an intake valve shape so that the carbon nanotubes are oriented in a uniaxial direction parallel to the axial direction of the intake valve to obtain a target intake valve for an internal combustion engine. The composite can be densified by applying plastic working by rolling or extrusion, and the carbon nanotubes can be oriented in a predetermined direction.
図３は、本発明に係る内燃機関用インテークバルブの製造方法の一例を示す図である。まず、工程Ａでは、カーボンナノチューブのプリフォーム１００を溶湯鍛造用金型１２０内に配置し、アルミニウム溶湯１４０を溶湯鍛造用金型１２０内に注入する。次に、溶湯鍛造用金型１２０に対し圧力を加えつつ、アルミニウム合金とカーボンナノチューブを複合化し、複合化物２００を得る。工程Ｂでは、工程Ａで得られた複合化物２００を押し出し成形し、カーボンナノチューブが一軸配向した押出物を得る。続いて、工程Ｃでは、工程Ｂで得られた押出物を、カーボンナノチューブがインテークバルブの軸方向に平行に一軸配向する向きになるようにインテークバルブ形状に機械加工して、目的の内燃機関用インテークバルブ１０を得る。 FIG. 3 is a diagram showing an example of a method for manufacturing an intake valve for an internal combustion engine according to the present invention. First, in step A, the carbon nanotube preform 100 is placed in a molten metal forging die 120 and an aluminum molten metal 140 is poured into the molten metal forging die 120. Next, while applying pressure to the molten metal forging die 120, the aluminum alloy and the carbon nanotube are combined to obtain a composite 200. In step B, the composite 200 obtained in step A is extruded to obtain an extrudate in which carbon nanotubes are uniaxially oriented. Subsequently, in step C, the extrudate obtained in step B is machined into an intake valve shape so that the carbon nanotubes are oriented uniaxially in parallel to the axial direction of the intake valve. An intake valve 10 is obtained.
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。なお、本発明は、これら実施例によって何ら限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described specifically by way of examples. In addition, this invention is not limited at all by these Examples.
（実施例１）
アルミニウム合金（ＡＤＣ１２）をマトリックスとし、これにカーボンナノチューブを複合化して、アルミニウム合金とカーボンナノチューブの複合化物を作製した。アルミニウム合金中のカーボンナノチューブの含有量（Ｖｆ）は、５体積％とした。作製方法としては、ＡＤＣ１２粉末に所定量のカーボンナノチューブ（直径２０〜５０μｍ、長さ数μｍの多層カーボンナノチューブ）を混合して撹拌し、冷間プレスで所定形状に成形した。次に、上記成形により得られた成形体を、焼結温度７８０℃で加熱して焼結体を作製し、その焼結体を熱間（押し出し温度７５０℃）で押し出し成形することによって、カーボンナノチューブ複合体を得た。
Example 1
An aluminum alloy (ADC12) was used as a matrix, and carbon nanotubes were composited with this matrix to produce a composite of aluminum alloy and carbon nanotubes. The carbon nanotube content (Vf) in the aluminum alloy was 5% by volume. As a production method, a predetermined amount of carbon nanotubes (multi-walled carbon nanotubes having a diameter of 20 to 50 μm and a length of several μm) were mixed and stirred in the ADC12 powder, and formed into a predetermined shape with a cold press. Next, the molded body obtained by the above molding is heated at a sintering temperature of 780 ° C. to produce a sintered body, and the sintered body is extruded by hot molding (extrusion temperature of 750 ° C.), thereby forming carbon. A nanotube composite was obtained.
続いて、得られた複合体を、カーボンナノチューブがインテークバルブの軸方向に平行に一軸配向する向きになるようにインテークバルブ形状に機械加工して、インテークバルブを得た。このインテークバルブを、２０００ｃｃ直列４気筒エンジンに搭載し、最高出力回転数で、最大負荷をかけてエンジンを運転した状態での、インテークバルブの傘表中央部の温度、および上記エンジンの燃費を測定した。なお、本実施例のインテークバルブの、温度２５℃における熱伝導率は、２６３Ｗ／ｍ・Ｋであった。 Subsequently, the obtained composite was machined into an intake valve shape such that the carbon nanotubes were oriented uniaxially in parallel to the axial direction of the intake valve, to obtain an intake valve. When this intake valve is installed in a 2000cc inline 4-cylinder engine and the engine is operated with the maximum output speed and maximum load, the temperature of the center of the intake valve umbrella and the fuel consumption of the engine are measured. did. In addition, the heat conductivity in the temperature of 25 degreeC of the intake valve of a present Example was 263 W / m * K.
（実施例２）
アルミニウム合金中のカーボンナノチューブの含有量（Ｖｆ）を８体積％とし、実施例１と同様の手順により、インテークバルブの傘表中央部の温度、および上記エンジンの燃費を測定した。なお、本実施例のインテークバルブの、温度２５℃における熱伝導率は、３０２Ｗ／ｍ・Ｋであった。
(Example 2)
The carbon nanotube content (Vf) in the aluminum alloy was 8% by volume, and the temperature at the center of the umbrella surface of the intake valve and the fuel consumption of the engine were measured by the same procedure as in Example 1. The heat conductivity of the intake valve of this example at a temperature of 25 ° C. was 302 W / m · K.
（実施例３）
アルミニウム合金中のカーボンナノチューブの含有量（Ｖｆ）を１５体積％とし、実施例１と同様の手順により、インテークバルブの傘表中央部の温度、および上記エンジンの燃費を測定した。なお、本実施例のインテークバルブの、温度２５℃における熱伝導率は、３８９Ｗ／ｍ・Ｋであった。
(Example 3)
The content (Vf) of the carbon nanotube in the aluminum alloy was set to 15% by volume, and the temperature at the central part of the umbrella surface of the intake valve and the fuel consumption of the engine were measured by the same procedure as in Example 1. In addition, the heat conductivity in the temperature of 25 degreeC of the intake valve of a present Example was 389 W / m * K.
（比較例１）
カーボンナノチューブを含まないアルミニウム合金からなるインテークバルブを用いて、実施例１と同様の手順により、インテークバルの傘表中央部の温度、および上記エンジンの燃費を測定した。なお、本比較例のインテークバルブの、温度２５℃における熱伝導率は、２００Ｗ／ｍ・Ｋであった。
(Comparative Example 1)
Using an intake valve made of an aluminum alloy that does not contain carbon nanotubes, the temperature at the center of the umbrella surface of the intake valve and the fuel consumption of the engine were measured in the same manner as in Example 1. In addition, the heat conductivity in the temperature of 25 degreeC of the intake valve of this comparative example was 200 W / m * K.
表１に、各実施例および比較例１における、インテークバルブの傘表中央部の温度、および上記エンジンの燃費の測定結果を示す。 Table 1 shows the measurement results of the temperature at the center of the umbrella table of the intake valve and the fuel consumption of the engine in each Example and Comparative Example 1.
表１において、温度低下代は、比較例１のインテークバルブの傘表中央部の温度に対する温度低下代を示している。また、燃費向上代は、比較例１のインテークバルブを用いたエンジンの燃費に対する燃費向上代を示している。 In Table 1, the temperature reduction allowance indicates the temperature decrease allowance relative to the temperature at the center of the umbrella front of the intake valve of Comparative Example 1. Further, the fuel consumption improvement allowance indicates the fuel consumption improvement allowance for the fuel consumption of the engine using the intake valve of Comparative Example 1.
表１より、比較例１に対し、すべての実施例において、熱伝導率の向上、インテークバルブの傘表中央部の温度低下、および燃費向上が達成されていることが分かる。また、実施例１〜３の比較より、アルミニウム合金中のカーボンナノチューブの含有量（Ｖｆ）が多くなればなるほど、熱伝導率の向上、インテークバルブの傘表中央部の温度低下、および燃費向上の効果が増大することが分かる。さらに、実施例１〜３では、すべて同一の圧縮比で実験を行っているにもかかわらず、燃費が向上している。これにより、噴射される燃料の気化が促進され、燃焼効率の向上が図られていることが示唆される。 From Table 1, it can be seen that, in comparison with Comparative Example 1, in all the examples, an improvement in thermal conductivity, a temperature drop in the central part of the umbrella table of the intake valve, and an improvement in fuel consumption are achieved. From the comparison of Examples 1 to 3, the higher the carbon nanotube content (Vf) in the aluminum alloy, the higher the thermal conductivity, the lower the temperature at the center of the intake valve umbrella, and the better the fuel consumption. It turns out that an effect increases. Further, in Examples 1 to 3, the fuel efficiency is improved in spite of all experiments conducted at the same compression ratio. This suggests that vaporization of the injected fuel is promoted and combustion efficiency is improved.
本発明は、例えば、自動車用内燃機関に用いられるインテークバルブに適用できる。 The present invention can be applied to, for example, an intake valve used for an internal combustion engine for automobiles.
１０ 本発明に係る内燃機関用インテークバルブ、２０ 軸部、３０ 傘部、３２ 傘裏部、３４ 傘表部、４０ バルブシート、５０ 吸気ポート、６０ 燃料噴射ノズル、７０ 燃料、１００ カーボンナノチューブのプリフォーム、１２０ 溶湯鍛造用金型、１４０ アルミニウム溶湯、２００ アルミニウム合金とカーボンナノチューブの複合化物、２２０ ダイス、２４０ コンテナ、２６０ ステム、２８０ ダミーブロック。 10 Intake Valve for Internal Combustion Engine According to the Present Invention, 20 Shaft, 30 Umbrella, 32 Umbrella Back, 34 Umbrella Front, 40 Valve Seat, 50 Intake Port, 60 Fuel Injection Nozzle, 70 Fuel, 100 Carbon Nanotube Reform, 120 molten metal forging die, 140 aluminum molten metal, 200 composite of aluminum alloy and carbon nanotube, 220 dice, 240 container, 260 stem, 280 dummy block.
Claims (10)
前記軸部または前記傘部の少なくとも一方は、カーボンナノチューブを含むアルミニウム合金からなる、内燃機関用インテークバルブ。 A shaft portion, and an umbrella portion connected to the shaft portion,
An intake valve for an internal combustion engine, wherein at least one of the shaft portion or the umbrella portion is made of an aluminum alloy containing carbon nanotubes.
前記複合化によって得られた複合化物をインテークバルブ形状に機械加工する工程と、
を含む、内燃機関用インテークバルブの製造方法。 Combining aluminum alloy and carbon nanotube;
Machining the composite obtained by the composite into an intake valve shape;
A method for manufacturing an intake valve for an internal combustion engine.
前記複合化によって得られた複合化物を押し出し成形する工程と、
前記押し出し成形によって得られた押出物をインテークバルブ形状に機械加工する工程と、
を含む、内燃機関用インテークバルブの製造方法。 Combining aluminum alloy and carbon nanotube;
A step of extruding the composite obtained by the composite;
Machining the extrudate obtained by the extrusion into an intake valve shape;
A method for manufacturing an intake valve for an internal combustion engine.
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| JP2005029526A JP2006214387A (en) | 2005-02-04 | 2005-02-04 | Intake valve and manufacturing method thereof |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160103016A (en) * | 2013-12-27 | 2016-08-31 | 닛폰 피스톤 린구 가부시키가이샤 | Assembly of internal combustion engine valve and valve seat |
-
2005
- 2005-02-04 JP JP2005029526A patent/JP2006214387A/en active Pending
Cited By (2)
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| KR20160103016A (en) * | 2013-12-27 | 2016-08-31 | 닛폰 피스톤 린구 가부시키가이샤 | Assembly of internal combustion engine valve and valve seat |
| KR101895141B1 (en) | 2013-12-27 | 2018-09-04 | 닛폰 피스톤 린구 가부시키가이샤 | Assembly of internal combustion engine valve and valve seat |
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