JPH03264713A - セラミックバルブ用コッタ - Google Patents
セラミックバルブ用コッタInfo
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- JPH03264713A JPH03264713A JP6234590A JP6234590A JPH03264713A JP H03264713 A JPH03264713 A JP H03264713A JP 6234590 A JP6234590 A JP 6234590A JP 6234590 A JP6234590 A JP 6234590A JP H03264713 A JPH03264713 A JP H03264713A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/0001—Type of application of the stress
- G01N2203/0005—Repeated or cyclic
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- G01N2203/0058—Kind of property studied
- G01N2203/0069—Fatigue, creep, strain-stress relations or elastic constants
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- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
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- G—PHYSICS
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- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/38—Concrete; Lime; Mortar; Gypsum; Bricks; Ceramics; Glass
- G01N33/388—Ceramics
Landscapes
- Valve-Gear Or Valve Arrangements (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、内燃機関に用いるセラミックバルブ用フッタ
に関し、さらに詳しくは、高速、高出力及び長期間の運
転を行っても、セラミックバルブのステム部を破損させ
ないコツタに関する。
に関し、さらに詳しくは、高速、高出力及び長期間の運
転を行っても、セラミックバルブのステム部を破損させ
ないコツタに関する。
従来、内燃機関の吸排気用バルブは金属製のものが一船
的であったが、最近は、高回転、高出力の内燃機関が求
められるようになり、それに伴ってバルブも機械的及び
熱的により過酷な環境に耐えられるものが必要となって
きた。そこで最近では、比較的軽量で、耐熱性、耐酸化
性等に優れたセラミックスからなるバルブが提案され、
実用に向けてその開発が行われている。
的であったが、最近は、高回転、高出力の内燃機関が求
められるようになり、それに伴ってバルブも機械的及び
熱的により過酷な環境に耐えられるものが必要となって
きた。そこで最近では、比較的軽量で、耐熱性、耐酸化
性等に優れたセラミックスからなるバルブが提案され、
実用に向けてその開発が行われている。
ところで、内燃機関のバルブは、そのステム部端部にお
いてフッタを介してリテーナに固定される。その固定は
、一般には第3図に示すように行われる。すなわち、バ
ルブlOのステム部10bの端部に設けた環状のコツタ
溝10cに、その凸部分が嵌入するようにコツタ13が
ステム部10bの外側から密着し、さらにその外側にリ
テーナ14が装着される。ここでリテーナ14はコツタ
13の表面に密着するテーパー状の孔部を有する円筒部
14aと、スプリング15を受けるフランジ部14bと
からなり、バルブの往復運動(図の矢印方向)時にバル
ブ10がリテーナ14から離脱しないように三者は組み
合わさっている。なおバルブ10の傘状部分10aは内
燃機関の燃焼室側となっており、この部分で吸排気口の
開閉を行うことになる。
いてフッタを介してリテーナに固定される。その固定は
、一般には第3図に示すように行われる。すなわち、バ
ルブlOのステム部10bの端部に設けた環状のコツタ
溝10cに、その凸部分が嵌入するようにコツタ13が
ステム部10bの外側から密着し、さらにその外側にリ
テーナ14が装着される。ここでリテーナ14はコツタ
13の表面に密着するテーパー状の孔部を有する円筒部
14aと、スプリング15を受けるフランジ部14bと
からなり、バルブの往復運動(図の矢印方向)時にバル
ブ10がリテーナ14から離脱しないように三者は組み
合わさっている。なおバルブ10の傘状部分10aは内
燃機関の燃焼室側となっており、この部分で吸排気口の
開閉を行うことになる。
この状態でバルブ10はその軸線方向に速い速度で往復
運動することになるが、セラミック製のバルブとした場
合、Fe系の材料からなる従来のコツタによってリテー
ナに固定すると、フッタ締めつけ部となるステム部分(
例えばコツタ溝1aIOCやその下部のステム部とコツ
タとの接触部分10d)において破損することがたびた
びあった。この原因は、内燃機関の運転時に、コツタ1
3にステム軸線方向の高荷重が繰り返し加わり、そのた
めにコツタ13とステム部10bとが、両者の接触面の
一部分で摺動し、局部的な焼付に似た現象が起きるため
と考えられる。またフッタとステムとが摺動する部分に
は応力が集中することになり、その部分で亀裂が生じ破
損するものと思われる。
運動することになるが、セラミック製のバルブとした場
合、Fe系の材料からなる従来のコツタによってリテー
ナに固定すると、フッタ締めつけ部となるステム部分(
例えばコツタ溝1aIOCやその下部のステム部とコツ
タとの接触部分10d)において破損することがたびた
びあった。この原因は、内燃機関の運転時に、コツタ1
3にステム軸線方向の高荷重が繰り返し加わり、そのた
めにコツタ13とステム部10bとが、両者の接触面の
一部分で摺動し、局部的な焼付に似た現象が起きるため
と考えられる。またフッタとステムとが摺動する部分に
は応力が集中することになり、その部分で亀裂が生じ破
損するものと思われる。
セラミックバルブを用いた場合に生じる上記の問題点を
解消するために、これまでいくつかの提案がなされた。
解消するために、これまでいくつかの提案がなされた。
たとえば、コツタとバルブステムとの間に応力緩衝層又
は低硬度材料層を設けるために、コツタ又はステム表面
にCuやN1等のめっき層又はスパッタリングによる金
属等を設けたバルブ保持構造(実開昭63−19012
号及び実開昭63−36607号)や、フッタとステム
間に金属や硬質樹脂等からなる緩衝材を設けたもの(実
開昭63−52904号)、又はステム外周に環溝を設
け、この環溝にリングを介してフッタを受ける構造とし
たもの(実開昭63−34313号)等がある。
は低硬度材料層を設けるために、コツタ又はステム表面
にCuやN1等のめっき層又はスパッタリングによる金
属等を設けたバルブ保持構造(実開昭63−19012
号及び実開昭63−36607号)や、フッタとステム
間に金属や硬質樹脂等からなる緩衝材を設けたもの(実
開昭63−52904号)、又はステム外周に環溝を設
け、この環溝にリングを介してフッタを受ける構造とし
たもの(実開昭63−34313号)等がある。
〔発明が解決しようとするtllI題〕しかしながら実
開昭63−19012号及び実開昭63−36607号
のようにめっき層等を介する手段では、ある程度の改善
はみられるものの、長期にわたる内燃機関の運転に対し
てはステムの1&損を確実に防ぐことはできない。すな
わち、めっき層のような薄層の緩衝層では、高速、高出
力の運転でステムとコツタ間に生じる応力を緩和してス
テムの破損を防ぐには不十分である。
開昭63−19012号及び実開昭63−36607号
のようにめっき層等を介する手段では、ある程度の改善
はみられるものの、長期にわたる内燃機関の運転に対し
てはステムの1&損を確実に防ぐことはできない。すな
わち、めっき層のような薄層の緩衝層では、高速、高出
力の運転でステムとコツタ間に生じる応力を緩和してス
テムの破損を防ぐには不十分である。
また実開昭63−52904号及び実開昭63−343
13号のように、さらに新たな部材をフッタとステム間
に配置してステムの破損を防ぐのは、製造組立工程が増
えて、コスト的に不利である。さらにこの手段で従来の
材質からなるコツタを使用するならば、やはりコックと
ステムとの接触部分は存在するわけで、ステムの破損を
完全に防止できるとは隈らない。
13号のように、さらに新たな部材をフッタとステム間
に配置してステムの破損を防ぐのは、製造組立工程が増
えて、コスト的に不利である。さらにこの手段で従来の
材質からなるコツタを使用するならば、やはりコックと
ステムとの接触部分は存在するわけで、ステムの破損を
完全に防止できるとは隈らない。
したがって、本発明の目的は、セラミックバルブの破損
を防止してセラミックバルブをリテーナに固定すること
ができるコツタを提供することである。
を防止してセラミックバルブをリテーナに固定すること
ができるコツタを提供することである。
上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者は、コック材
として、ヤング率がある値以下で、熱伝導率がある水準
以上のものを用いれば、コツタがステム部の一部分のみ
に大きな衝撃を加えるようなことはなく両者間の当接は
均一化し、また両者間に多少の摺動があっても、その摺
動によって発生する熱を容易に外部に放出することがで
き、もって焼付現象を発生せず、ステム部の破損を防止
することができることを発見し、本発明を完成した。
として、ヤング率がある値以下で、熱伝導率がある水準
以上のものを用いれば、コツタがステム部の一部分のみ
に大きな衝撃を加えるようなことはなく両者間の当接は
均一化し、また両者間に多少の摺動があっても、その摺
動によって発生する熱を容易に外部に放出することがで
き、もって焼付現象を発生せず、ステム部の破損を防止
することができることを発見し、本発明を完成した。
すなわち本発明のセラミックバルブ用コツタは、ヤング
率が20000 kg 7mm2以下であるとともに、
熱伝導率がQ、 l cal 7cm −sec ・
を以上の材料からなることを特徴とする。
率が20000 kg 7mm2以下であるとともに、
熱伝導率がQ、 l cal 7cm −sec ・
を以上の材料からなることを特徴とする。
以下本発明の詳細な説明する。
本発明のコツタは、ヤング率が20000 kg /
ttm”以下の材質からなる。
ttm”以下の材質からなる。
ヤング率が大きいということは、大きな力がかかっても
変形が小さいということであるから、般にその材料は変
形しにくいといえる。したがって、大きなりフグ率を有
する材料からなるコツタは、内燃機関の運転(バルブの
往復運動)につれてステムの表面になじむように変形す
るようなことはなく、両者の接触面のうち、特に両者が
強く当接する部分につねに衝撃がかかることになる。
変形が小さいということであるから、般にその材料は変
形しにくいといえる。したがって、大きなりフグ率を有
する材料からなるコツタは、内燃機関の運転(バルブの
往復運動)につれてステムの表面になじむように変形す
るようなことはなく、両者の接触面のうち、特に両者が
強く当接する部分につねに衝撃がかかることになる。
すなわち、両者は点又は線による接触をすることになり
、その部分に応力が集中し、運転を続けてもその状態が
持続する。ところがコックが比較的救い材質であると、
内燃機関の運転につれて、コツタはステムの表面全体に
均一に接触するように変形していく。このコックの変形
が、応力の集中する部位をつくることを避け、*iを防
止する。
、その部分に応力が集中し、運転を続けてもその状態が
持続する。ところがコックが比較的救い材質であると、
内燃機関の運転につれて、コツタはステムの表面全体に
均一に接触するように変形していく。このコックの変形
が、応力の集中する部位をつくることを避け、*iを防
止する。
ヤング率が20000kg / M 2以下であれば、
上述したように、コツタはセラミックバルブのステムに
均一に接触するようになる。コツタ材のより好ましいヤ
ング率は5000〜12000 kg / m ”であ
る。
上述したように、コツタはセラミックバルブのステムに
均一に接触するようになる。コツタ材のより好ましいヤ
ング率は5000〜12000 kg / m ”であ
る。
またml−7タ材は熱伝導率が0.1 cal/ cm
−see・℃以上である必要がある。熱伝導率がQ、
1cal/cm−5ec ・℃未満のものであると、コ
ツタとステムとが摺動して発生する熱をその摺動する部
分付近に保持して、その部分の温度を上昇させることに
なる。それはコツタとステムとの局部的な焼付を起こす
原因となり、その部分で破損することになる。したがっ
てフッタを熱伝導率がQ、1cal/Cm−8eC・℃
以上の良好な熱伝導性を有するものとし、局部的な温度
の上昇を防ぐようにする。
−see・℃以上である必要がある。熱伝導率がQ、
1cal/cm−5ec ・℃未満のものであると、コ
ツタとステムとが摺動して発生する熱をその摺動する部
分付近に保持して、その部分の温度を上昇させることに
なる。それはコツタとステムとの局部的な焼付を起こす
原因となり、その部分で破損することになる。したがっ
てフッタを熱伝導率がQ、1cal/Cm−8eC・℃
以上の良好な熱伝導性を有するものとし、局部的な温度
の上昇を防ぐようにする。
フッタ材のより好ましい熱伝導率は、0.1〜1.0c
al/ crn 0sec 0℃である。
al/ crn 0sec 0℃である。
このようにコック材のヤング率と熱伝導率の両方を上記
した範囲に同時に限定することにより、セラミックバル
ブのステム部における破損は確実に防止できる。このよ
うなりフグ率と熱伝導率とを有する材料としては、アル
ミニウム材、アルミニウム合金、銅−鉛合金、マグネシ
ウム材、又はこれらの繊維強化金属(FRM)等があげ
られる。
した範囲に同時に限定することにより、セラミックバル
ブのステム部における破損は確実に防止できる。このよ
うなりフグ率と熱伝導率とを有する材料としては、アル
ミニウム材、アルミニウム合金、銅−鉛合金、マグネシ
ウム材、又はこれらの繊維強化金属(FRM)等があげ
られる。
以下本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明する。
実施例1
全長185m+Il、傘部分の径26mm、ステム径7
.0IiI11゜コツタ溝部におけるステム径5.9n
の大きさの窒化ケイ素系セラミックのバルブを用意した
。
.0IiI11゜コツタ溝部におけるステム径5.9n
の大きさの窒化ケイ素系セラミックのバルブを用意した
。
このセラミックバルブにアルミニウム製コック(材質7
075− T 6 )及びリテーナを第3図に示すよう
に組み合わせて一つのアセンブリーとし、これを第1図
に示すように疲労テスト機に治具6及び7を介して組み
込んだ。ここで治具6はセラミックバルブ1の傘部1a
を固定しており、治具7はリテーナ4を保持してセラミ
ックバルブ1のステム部軸線方向に周期的な引張りの力
を与える部分とした。
075− T 6 )及びリテーナを第3図に示すよう
に組み合わせて一つのアセンブリーとし、これを第1図
に示すように疲労テスト機に治具6及び7を介して組み
込んだ。ここで治具6はセラミックバルブ1の傘部1a
を固定しており、治具7はリテーナ4を保持してセラミ
ックバルブ1のステム部軸線方向に周期的な引張りの力
を与える部分とした。
セラミックバルブ1、コツタ3及びリテーナ4からなる
このアセンブリーに与える引張りの力の大きさを、第2
図に示すような正弦波状とした。
このアセンブリーに与える引張りの力の大きさを、第2
図に示すような正弦波状とした。
このときの最大荷重を1000kgとし、その周期を3
0回/秒とした。
0回/秒とした。
この条件で疲労テストを行ったところ、1000kgの
最大荷重をかける引張り回数を10万回連続して行って
も、セラミックバルブ1に破損はみられなかった。
最大荷重をかける引張り回数を10万回連続して行って
も、セラミックバルブ1に破損はみられなかった。
実施例2.3
コツタとして銅−鉛合金(銅/鉛比が65/ 35)か
らなるフッタ(実施例2〉、又はマグネシウム系FRM
(繊維強化金属) (Mg/5iC(W))カらナル:
I ツタ(実施例3)を用いた以外は、実施例1と同様
の条件で疲労テストを行った。
らなるフッタ(実施例2〉、又はマグネシウム系FRM
(繊維強化金属) (Mg/5iC(W))カらナル:
I ツタ(実施例3)を用いた以外は、実施例1と同様
の条件で疲労テストを行った。
実施例2及び3のセラミックバルブはともに、1000
kgの最大荷重をlO万回連続してかけても破損しな
かった。
kgの最大荷重をlO万回連続してかけても破損しな
かった。
比較例1〜6
比較として鉄材(S 15C)からなるコツタ(比較例
1)、浸炭させた鉄材(S15C)からなるコツタ(比
較例2)、チタン材からなるコツタ(比較例3)、チタ
ンにアルミニウム及びバナジウムを加えた合金 (Ti
−6Aji!−4V)からなるフッタ(比較例4)、上
述した比較例2の鉄材に9μm厚の銅めっきを施した構
成のコツタ(比較例5)、及び、上述したチタン−アル
ミニウムーバナジウム合金に二硫化モリブデンコートを
施した構成のコツタ(比較例6〉を用い、それぞれ実施
例1と同様の疲労テストを行った。ただし加えた最大荷
重はそれぞれ第1表に示す値とした。
1)、浸炭させた鉄材(S15C)からなるコツタ(比
較例2)、チタン材からなるコツタ(比較例3)、チタ
ンにアルミニウム及びバナジウムを加えた合金 (Ti
−6Aji!−4V)からなるフッタ(比較例4)、上
述した比較例2の鉄材に9μm厚の銅めっきを施した構
成のコツタ(比較例5)、及び、上述したチタン−アル
ミニウムーバナジウム合金に二硫化モリブデンコートを
施した構成のコツタ(比較例6〉を用い、それぞれ実施
例1と同様の疲労テストを行った。ただし加えた最大荷
重はそれぞれ第1表に示す値とした。
比較例1〜6におけるセラミックバルブは、すべて最大
荷重が1000 kg未満で、その引張り回数も10万
回に達する以前に破損した。その結果を、ヤング率、熱
伝導率及び強度とともに第1表に示す。
荷重が1000 kg未満で、その引張り回数も10万
回に達する以前に破損した。その結果を、ヤング率、熱
伝導率及び強度とともに第1表に示す。
なお、第1表には実施例1〜3のコックについても併記
しである。
しである。
第1表から明らかな通り、実施例1〜3では、最大荷重
1000kgでも、10万回以上のテストをクリヤーし
、破損しなかった。これに対して、比較例1〜5の場合
、1000kg未満の最大荷重で、10万回より前に破
損した。
1000kgでも、10万回以上のテストをクリヤーし
、破損しなかった。これに対して、比較例1〜5の場合
、1000kg未満の最大荷重で、10万回より前に破
損した。
以上詳述した通り、本発明のフッタは、ヤング率が20
000kg/■2以下の材料からなるので、セラミック
バルブのステム表面に対してなじむように変形し、これ
によってコツタとステムとの接触面において応力が集中
する部分が生じるのを防ぐことができる。
000kg/■2以下の材料からなるので、セラミック
バルブのステム表面に対してなじむように変形し、これ
によってコツタとステムとの接触面において応力が集中
する部分が生じるのを防ぐことができる。
またコツタの熱伝導率を0.lCa1/Crrl−5e
C℃以上とすることで、コツタとステムとの摺動により
発生する熱を効率よく周辺部に放散することができ、両
者の局部的な焼付を防止できる。
C℃以上とすることで、コツタとステムとの摺動により
発生する熱を効率よく周辺部に放散することができ、両
者の局部的な焼付を防止できる。
したがって本発明のコックを用いてセラミックバルブを
リテーナに固定すれば、高出力で長時間の運転を行って
もセラミックバルブのコツタしめつけ部分に破損が生じ
ることはない。
リテーナに固定すれば、高出力で長時間の運転を行って
もセラミックバルブのコツタしめつけ部分に破損が生じ
ることはない。
第1図は本発明の一実施例によるコツタと、セラミック
バルブとリテーナとを組み合わせて一つのアセンブリー
とし、これを疲労テストする状態を示す部分断面図であ
り、 第2図は、疲労テストにおいて、第1図に示すアセンブ
リーに加える引張り力の大きさの時間的変化を示すグラ
フであり、 第3図は、バルブとリテーナとコツタとの組み合わさり
の状態の一例を示す部分断面図である。 1・・・・セラミックバルブ 1b・・・ステム 3・・・・コツタ 4・・・・リテーナ 6.7・・治具 出 願 人 本田技研工業株式会社
バルブとリテーナとを組み合わせて一つのアセンブリー
とし、これを疲労テストする状態を示す部分断面図であ
り、 第2図は、疲労テストにおいて、第1図に示すアセンブ
リーに加える引張り力の大きさの時間的変化を示すグラ
フであり、 第3図は、バルブとリテーナとコツタとの組み合わさり
の状態の一例を示す部分断面図である。 1・・・・セラミックバルブ 1b・・・ステム 3・・・・コツタ 4・・・・リテーナ 6.7・・治具 出 願 人 本田技研工業株式会社
Claims (1)
- ヤング率が20000kg/mm^2以下であるととも
に、熱伝導率が0.1cal/cm・sec・℃以上の
材料からなることを特徴とするセラミックバルブ用コッ
タ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2062345A JP2809317B2 (ja) | 1990-03-13 | 1990-03-13 | セラミックバルブ用コッタ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2062345A JP2809317B2 (ja) | 1990-03-13 | 1990-03-13 | セラミックバルブ用コッタ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03264713A true JPH03264713A (ja) | 1991-11-26 |
JP2809317B2 JP2809317B2 (ja) | 1998-10-08 |
Family
ID=13197444
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2062345A Expired - Fee Related JP2809317B2 (ja) | 1990-03-13 | 1990-03-13 | セラミックバルブ用コッタ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2809317B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0660101A2 (en) * | 1993-12-24 | 1995-06-28 | Ngk Ceramics Europe S.A. | Method and apparatus for testing ceramic members |
FR2784463A1 (fr) * | 1998-10-13 | 2000-04-14 | Daimler Chrysler Ag | Procede et dispositif pour le controle mecanique de la tete de soupapes ceramiques |
-
1990
- 1990-03-13 JP JP2062345A patent/JP2809317B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0660101A2 (en) * | 1993-12-24 | 1995-06-28 | Ngk Ceramics Europe S.A. | Method and apparatus for testing ceramic members |
EP0660101A3 (en) * | 1993-12-24 | 1996-02-07 | Ngk Ceramics Europ Sa | Method and device for testing ceramic parts. |
FR2784463A1 (fr) * | 1998-10-13 | 2000-04-14 | Daimler Chrysler Ag | Procede et dispositif pour le controle mecanique de la tete de soupapes ceramiques |
DE19847210C2 (de) * | 1998-10-13 | 2002-05-29 | Daimler Chrysler Ag | Verfahren und Vorrichtung zum mechanischen Prüfen des Ventiltellers von Keramikventilen |
US6439047B1 (en) | 1998-10-13 | 2002-08-27 | Daimlerchrysler Ag | Method and arrangement for mechanically testing the valve disk of ceramic valves |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2809317B2 (ja) | 1998-10-08 |
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