JP5512256B2 - Engine valve - Google Patents
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Description
本発明は、耐熱合金を素材とし、軸部の一端に熱間鍛造により成形された傘部を連続して有するエンジンバルブに関する。 The present invention relates to an engine valve made of a heat-resistant alloy and continuously having an umbrella part formed by hot forging at one end of a shaft part.
従来、この種のポペット型のエンジンバルブは、図3(a)に示すように、棒部材の一端部を冷間鍛造等することで、軸部102の一端に塊状の傘部原体105を連続して有するバルブ中間体106を成形したうえで、当該バブル中間体106を鍛造型110へ装填し、図3(b)に示すように、パンチ111によって傘部原体105を押圧するように熱間鍛造することで、傘部原体105が鍛造型110の形状に沿った傘部103として成形される。この場合、従来では、傘部原体105が的確に鍛造型110の形状に沿ったネットシェイプな形状となるように、傘部103の外周縁にバリ107が生じるように鍛造していた。具体的には、傘部原体105の体積を、鍛造型110の傘部型面110aとパンチ111の下面とによって区画される傘部容積よりも僅かに多くしていた。したがって、従来では、熱間鍛造後の傘部103の外周縁にはバリ107が生じており、当該バリ107を研削や切削等の機械加工により除去する工程を経て、エンジンバルブを製造していた。このようなエンジンバルブとして、例えば下記特許文献1や特許文献2がある。
Conventionally, as shown in FIG. 3 (a), this type of poppet type engine valve is formed by cold forging one end portion of a rod member to form a bulky
ところで、耐熱合金を熱間鍛造すると、その際の熱によりバルブ中間体の表層部には基材が酸化した酸化層が形成される。当該酸化層は、良好な断熱性を有する。したがって、高温環境に晒され熱負荷の高いエンジンバルブにおいては、このような酸化層を残しておくことが好ましい。当該表層部に生じた酸化層の断熱効果により入熱量が低減され、エンジンバルブの昇温が抑制されるからである。特に、エンジンの燃焼室に直接臨んでいることで高温となり易い傘部における断熱効果が重要である。 By the way, when the heat-resistant alloy is hot forged, an oxidized layer in which the base material is oxidized is formed on the surface layer portion of the valve intermediate body by the heat at that time. The oxide layer has good heat insulating properties. Therefore, it is preferable to leave such an oxide layer in an engine valve exposed to a high temperature environment and having a high heat load. This is because the heat input effect is reduced by the heat insulating effect of the oxide layer generated in the surface layer portion, and the temperature rise of the engine valve is suppressed. In particular, the thermal insulation effect in the umbrella part, which tends to become high temperature by facing directly to the combustion chamber of the engine, is important.
しかしながら、特許文献1や特許文献2では、傘部の外周縁に生じたバリを機械加工によって除去している。これでは、図4に示すように、熱間鍛造によって基材101aの表層部に酸化層101bが生じていても、傘部103の外周面103dでは機械加工により酸化層101bが除去されてしまう。これでは、傘部103の外周面103dが高温になり易く、プレイグニッションが発生する可能性が高くなる問題がある。プレイグニッションとは、点火プラグによる点火制御の前に、高温となったエンジンバルブ等により混合気が燃焼室内で着火し、燃焼時期が早まる現象を言う。
However, in
これを避けるために、特許文献1や特許文献2のエンジンバルブにおいて、バリ除去後の傘部外周面(機械加工面)に再度酸化層を形成することも考えられるが、工程が煩雑とりコストも嵩む。
In order to avoid this, in the engine valves of
そこで、本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、傘部の外周面にも断熱効果の良好な酸化層が存在していることで昇温し難いエンジンバルブを提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made to solve such a problem, and provides an engine valve that is difficult to increase in temperature due to the presence of an oxide layer having a good heat insulating effect on the outer peripheral surface of the umbrella. For the purpose.
本発明は、耐熱合金を素材とし、軸部の一端に熱間鍛造により成形された傘部を連続して有するエンジンバルブであって、前記傘部は、該傘部の外周縁にバリが生じないように鍛造され、前記傘部外周面(マージン部)を機械加工することなく成形されることで、前記傘部の外周面の表層部に基材(耐熱合金)が酸化した酸化層を有することを特徴とする。なお、本発明では、バルブシートと当接する傘部のフェース面を研削等することを否定するものではない。傘部の外周面とは、燃焼室に臨む平坦な傘表面と、バルブシートと当接するフェース面との間に存在する面を意味する。 The present invention relates to an engine valve that is made of a heat-resistant alloy and continuously has an umbrella portion formed by hot forging at one end of a shaft portion, and the umbrella portion has a burr on the outer periphery of the umbrella portion. Forged so that the outer peripheral surface (margin portion) of the umbrella portion is formed without machining, so that the surface layer portion of the outer peripheral surface of the umbrella portion has an oxidized layer in which the base material (heat-resistant alloy) is oxidized It is characterized by that. In the present invention, it is not denied that the face surface of the umbrella part that comes into contact with the valve seat is ground. The outer peripheral surface of the umbrella portion means a surface existing between a flat umbrella surface facing the combustion chamber and a face surface in contact with the valve seat.
傘部を鍛造する際にバリが生じていなければ、従来のようにバリを除去するための切削や研削などの機械加工が不要である。したがって、鍛造後の傘部外周面は鍛造肌のままである。すなわち、熱間鍛造時に基材の表層部が酸化することで生じた酸化層が、機械加工によって除去されることはない。これにより、傘部の外周面にも酸化層を残存させることができる。傘部の外周面にも断熱効果の良好な酸化層が存在していることで、燃焼熱によって高温となり易い傘部の昇温を抑制することができる。したがって、特許文献1や特許文献2のような従来技術よりも、エンジン駆動中のエンジンバルブ(特に傘部)温度を下げることができる。これにより、プレイグニッションの発生限界域を向上させることができる。プレイグニッションの発生限界域が向上すれば燃焼が安定するので、圧縮比を向上してエンジン出力や燃費を向上させることもできる。また、熱間鍛造時に生じた酸化層をそのまま残存させているだけなので、機械加工後に再度酸化層や別途断熱層を設ける必要はなく、効率的且つ低コストに製造できる。
If burrs are not generated when the umbrella portion is forged, machining such as cutting and grinding for removing the burrs is not required as in the prior art. Therefore, the outer peripheral surface of the umbrella part after forging remains as forged skin. That is, the oxide layer generated by oxidizing the surface layer portion of the substrate during hot forging is not removed by machining. Thereby, an oxide layer can remain on the outer peripheral surface of the umbrella portion. Since the oxide layer having a good heat insulating effect is also present on the outer peripheral surface of the umbrella part, it is possible to suppress the temperature rise of the umbrella part that is likely to become high temperature due to combustion heat. Therefore, the temperature of the engine valve (particularly the umbrella) during driving of the engine can be lowered as compared with the conventional techniques such as
なお、前記傘部の外周面は湾曲形状となっていることが好ましい。良好な断熱性が確保されているので、外周面が尖った形状となっていても構わないが、湾曲形状となっていれば、尖った形状よりも混合気が着火する可能性をより低減することができる。前記耐熱合金としては、例えば耐熱鋼を使用することができる。 In addition, it is preferable that the outer peripheral surface of the umbrella part has a curved shape. Since good heat insulation is ensured, the outer peripheral surface may have a sharp shape, but if it has a curved shape, the possibility that the air-fuel mixture will ignite more than the sharp shape is further reduced. be able to. As the heat-resistant alloy, for example, heat-resistant steel can be used.
本発明のエンジンバルブによれば、傘部の外周面にも断熱効果の良好な酸化層が存在していることで昇温し難く、プレイグニッションの発生限界域を向上できる。 According to the engine valve of the present invention, it is difficult to raise the temperature due to the presence of an oxide layer having a good heat insulating effect on the outer peripheral surface of the umbrella portion, and the pre-ignition occurrence limit region can be improved.
以下に、図面を参照しながら本発明のエンジンバルブの実施の形態について説明するが、これに限られず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。 Hereinafter, embodiments of the engine valve of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
図1に示すように、エンジンバルブ1は、棒状の軸部2と、当該軸部2の一端に連続して形成された末広がりの傘部3とを備える、ポペット型のエンジンバルブである。エンジンバルブ1は、内燃機関(エンジン)の燃焼室へ吸排気するためのバルブであって、燃焼室へ混合気を吸気するための吸気バルブや、燃焼室で燃焼した排気ガスを排気するための排気バルブとして使用される。図示していないが、エンジンに組み付けられたエンジンバルブ1は、軸部2の他端がカム、ピポット、ロッカーアーム等により押圧されることにより、バルブシートから離間して燃焼室の吸気ポートや排気ポートが開くようになっている。
As shown in FIG. 1, the
エンジンバルブ1は、耐熱合金製である。耐熱合金としては、代表的にはSUH3、SUH11、SUH35等の耐熱鋼が挙げられ、他にチタン合金等とすることもできる。傘部3は、燃焼室に望む平坦な傘表面3aと、バルブシートと当接して燃焼室の吸気ポートや排気ポートを開閉するフェース面3bと、フェース面3bから軸部2へ縮径しながら連続する首部3cとを有する。傘表面3aとフェース面3bとは、傘部3の外周面3dを介してつながっている。詳細は後述するが、当該傘部3の外周面3dは、機械加工されていないことから湾曲形状となっている。そのうえで、エンジンバルブ1の表層部には、傘部3の外周面3dを含めて基材1aが酸化した酸化層1bを有する。
The
このようなエンジンバルブ1の製造方法を、図2を参照しながら説明する。まず、棒状の材料を例えば四面高速鍛造機等による鍛伸によって冷間鍛造したり、電気鍛縮装置(電気アプセッタ)による据込み鍛造したりすることにより、図2(a)に示すように軸部2の一端に塊状の傘部原体5を連続して有するバルブ中間体6を成形し、当該バブル中間体6を鍛造型10へ装填する。このとき、傘部原体5の体積を、鍛造型10における傘部型面10aと最下降させたパンチ11の下面とによって区画される傘部容積(体積)より僅かに少なくしておく。そのうえで、図2(b)に示すように、パンチ11を予め定めたストロークだけ下降させながら、傘部原体5を上方から複数回打ち付けるように熱間鍛造することで、傘部原体5を塑性変形させる。これにより、傘部原体5が鍛造型10の形状に沿った傘部3を成形することができる。このとき、傘部原体5の体積が鍛造型10の傘部容積より僅かに少ないため、傘部3の外周面3dにはバリが生じておらず、塑性変形した際のそのままの湾曲形状となっている。なお、パンチ11が最下降位置にあるとき、パンチ11は鍛造型10に接触せず、パンチ11と鍛造型10との間には僅かなクリアランスがある。
A method of manufacturing such an
熱間鍛造温度は、800℃以上とすればよい。また、加熱は塑性変形させる傘部原体5のみでも構わない。当該熱間鍛造により、エンジンバルブ1の表層部には、基材(例えば耐熱鋼)1aが酸化した酸化層1bが形成されている。そして、本発明では熱間鍛造後に傘部3の外周面3dにバリが生じていないので、当該傘部3の外周面3dを研削や切削等の機械加工をする必要は無い。これにより、傘部3の外周面3dにも熱間鍛造時に生じた酸化層1bを有するエンジンバルブ1を得ることができる。このように、傘部3の外周面3dにも断熱効果が高い酸化層1bが形成されていることで、エンジン駆動時に傘部3の外周面3dからの入熱も有効に遮断され、傘部3の昇温を従来よりも抑制することができる。これにより、プレイグニッションの発生限界域を向上させることができる。
The hot forging temperature may be 800 ° C. or higher. Further, heating may be performed only on the
なお、必要に応じて、フェース面3bは研削等してもよい。また、酸化層1bに加えて、エンジンバルブ1の表面に、さらに別の断熱層(断熱被膜)を形成したり、塩浴軟窒化やガス軟窒化等の窒化処理を施すことも好ましい。断熱層としては、アルミナ、コージェライト、ジルコニア、ジルコン、酸化チタン、マグネシアなどのセラミックス系酸化物、炭化ケイ素などのセラミックス系炭化物、及び窒化ケイ素などのセラミックス系窒化物のほか、ケイ酸アルミニウム、酸化クロム、WC+Co合金、WC+Ni+W+Cr3C2合金、Cr3C2+Ni−Cr合金などの、耐熱性及び断熱性の良好なセラミックス系材料を挙げることができる。これら断熱層や窒化物層は単層でもよいし、複数積層してもよい。断熱層は、ガス炎、アーク溶射法、プラズマ溶射法、爆発溶射法、スパッタリング、イオンプレーティングなどの手段を用いて形成することができる。さらに、鍛造時に発生した残留応力を除去するため、例えば400℃程度で低温焼鈍することも好ましい。
If necessary, the
1 エンジンバルブ
1a 基材
1b 酸化層
2 軸部
3 傘部
3a 傘表面
3b フェース面
3d 外周面
5 傘部原体
6 バルブ中間体
10 鍛造型
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記傘部は、該傘部の外周縁にバリが生じないように鍛造され、
前記傘部の外周面を機械加工することなく成形されることで、前記傘部の外周面の表層部に、断熱効果を高めるべく基材が酸化した酸化層を有することを特徴とする、エンジンバルブ。 An engine valve made of heat-resistant steel and having an umbrella part formed by hot forging (excluding closed forging) at one end of the shaft part,
The umbrella part is forged so as not to generate burrs on the outer periphery of the umbrella part,
By being molded without machining the outer peripheral surface of the umbrella portion, the surface portion of the outer peripheral surface of the umbrella portion, and having an oxide layer substrate is oxidized to increase the heat insulating effect, the engine valve.
The engine valve according to claim 1, wherein an outer peripheral surface of the umbrella portion has a curved shape.
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