JPH0220409Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

本案はエンジンの吸排気弁の改良に関するもの
である。 従来からエンジンに用いられている吸排気弁の
燃焼室側の面は、エンジンが全負担で運転された
場合、排気側では約800℃、吸気側では約500℃と
いう高温ガスに晒されるため、大きな機械的強度
と耐熱性及び耐蝕性が要求される。このため弁体
の構成には耐熱、耐蝕性をもつたニツケル−コバ
ルト合金が主に用いられてきた。しかしながら、
このような耐熱合金で作られた弁体でも長時間使
用した場合、弁部が摩耗したり、機械的強度の低
下を来したり、弁体が硫黄酸化物や窒素酸化物の
高温ガスによつて腐蝕される。しかも耐熱合金と
いえども比較的熱伝導率は大きいことから、燃焼
熱が弁体から弁棒を経て伝熱するため熱損失をも
たらすことになる。ところが、燃焼効率を向上さ
せるためには熱の放散を防ぎ、燃焼温度を高める
必要があるが在来の耐熱合金製の弁体では強度の
低下、耐蝕性の劣化はもとより、弁体からの熱損
失を極小ならしめることは不可能であつた。そこ
で弁体を経て逃げる熱損失を低減させるべく弁棒
から弁体内に中空孔を形成しておき、該中空孔中
に金属ナトリウムを封入したものもある。この場
合、エンジンの運転中、弁体の温度が上昇したと
きにはナトリウムが溶融、又は気化して、弁体か
ら弁棒への伝熱量を少なくするようにしたもので
あるが、ナトリウムの取扱が極めて厄介であり、
作業性が悪く、また封止を完全に行なわなければ
ならないなど量産性に乏しいものであつた。その
ほか、弁体表面に耐熱性、断熱性がすぐれたセラ
ミツク材を溶射などの手段でもつて付着せしめた
ものや板状のセラミツク体を貼着したものなどが
提案されているが、熱膨張差に起因してセラミツ
ク材が弁体から剥離してしまい耐久性の無いなど
の不都合があつた。 本案は上記に鑑みて案出してもので弁体底面部
に凹陥部を形成し、該凹陥部中に、やや小径のセ
ラミツク体を装着したことにより簡単な構造で耐
熱性、耐蝕性及び断熱性の大幅な向上を図つた吸
排気弁をもたらさんとするものである。 以下、本案実施例を具体的に説明する。 図において、１は吸排気弁で、この吸排気弁１
は弁棒２に連続一体的なほぼ傘型をした外周には
図示してない弁座に当接する弁部３が形成されて
いる。また、４は底面部でほぼ中央部に位置する
如く凹陥部５が形成されており、この凹陥部５に
は該凹陥部５の径より若干小さい径の板状をした
セラミツク体６が装着されている。このように凹
陥部５の内径に対し、若干小径のセラミツク体６
が介装されるため、該セラミツク体６と凹陥部５
の内周壁面との間に間隙７が形成される。この間
隙７としては0.01〜0.8mm程度が好ましい。 かかる如く凹陥部５に介装されるセラミツク体
６は第２図イにて底面を示す如く、板状の金属リ
ング８を当接せしめ、該金属リング８を弁体３に
対し、スポツト溶接等の手段により固定する。こ
の他、第２図ロに底面を示す如く、底面部４の所
要個所に金属製の板状ツメ９をスポツト溶接して
固定しておくことによつてセラミツク体６は凹陥
部５から脱落することなく装着することができ
る。なお、脱落防止具としての上記金属リング
８、板状ツメ９はセラミツク６を常に押圧する如
く弾性を付与されたものが好ましい。 叙上のように本案吸排気弁１の底面部４に形成
された凹陥部５にはセラミツク体６が装着されて
いるため、底面部４が面した燃焼室側から吸排気
弁１に伝導する熱はセラミツク体６でもつて遮断
される。この場合、凹陥部５とセラミツク体６の
外周に形成されている間隙７によつて金属とセラ
ミツク体の熱膨張差は吸収されることからセラミ
ツク体６に対し、熱膨張差に起因する圧縮応力、
あるいは引張応力などが作用することはなく、そ
れ故、底面部４に装着されたセラミツク体６は破
損することはない。 ところで、このように吸排気弁１に装着するセ
ラミツク体６としては、耐熱強度、耐蝕性が大き
く、熱伝導率の小さなものが望ましく、このよう
な特性をもつたセラミツク体としてはアルミナセ
ラミツク、窒化珪素、サイアロン、炭化珪素など
が好ましく、このようなセラミツク材と、吸排気
弁１を構成している耐熱合金の物性比較を行え
ば、次の第１表の通りである。

【表】 この第１表に挙げた特性から明らかなように窒
化珪素、ジルコニアの各セラミツクはともに熱伝
導率が在来の吸排気弁を構成している耐熱合金に
比べ、極めて小さいことからすぐれた耐熱特性を
もつており、しかも第１表に挙げ濃度が95％硫酸
中における、30分間煮沸時の侵食減量（mg／cm²）
は0.1以下と小さく、その他硝酸（60％濃度）、カ
性ソーダ（30％濃度）の各溶液中における30分煮
沸時の侵蝕減量もそれぞれ２〜３mg程度と耐熱合
金の侵蝕量に比べて極めて小さいことから判るよ
うに耐薬品性は大きく、そのためエンジンの作動
に基づく亜硫酸ガスを含んだ高温燃焼ガスによつ
て侵蝕される恐れは少ない。 さらに、吸排気弁１における底面部４の全面積
に対し、板状のセラミツク体６の占める割合が大
きいほど断熱効果は大きいが、セラミツク体６の
取付強度及び吸排気弁１自体の機械的強度が低下
するため、図示した実施例の如く凹陥部５中に上
記セラミツク体６を着装する手段がとられ、いま
底面部４の全面積に対するセラミツク体６の露出
表面積の比率が70〜90％の場合の断熱特性は、在
来の如くセラミツク体を装着しない弁体にくら
べ、約75％の向上がみられた。なお、かかる円板
状をしたセラミツク体６の外径及び厚さは吸排気
弁１の大きさによつても異なり、例えば、極めて
小型のエンジン用から、大型船舶用エンジンに用
いられるものなど弁体には大小様々なものがある
ためセラミツク体６の外径、厚さは一概に規定で
きないが、吸排気弁１の機械的強度の低下を来さ
ない範囲で可能な限り大きな体積のものが望まし
い。 以上のように本案に係る吸排気弁は、特に燃焼
に伴う高温ガスに最もよく晒される底面部に耐熱
（耐火）性、断熱性にすぐれた窒化珪素などのセ
ラミツク体を装着したものであり、金属とセラミ
ツク体との熱膨張差は両者間に存在せしめた間隙
でもつて吸収されることから特にセラミツク体に
圧縮応力などが作用することなく、セラミツク体
を破損したり、脱落させるようなことはない。し
かも吸排気弁は、高温燃焼状態のもとでの使用が
可能となり、かつ、断熱性をもたせ、熱損失を少
なくすることができるため、高温燃焼させること
による高出力、高効率化を図ることができる。さ
らに耐蝕性の向上のため、燃料中に含まれる硫黄
成分などに対し、耐久性が向上し、ひいてはエン
ジンの長寿命化を図ることができるなど多くの特
長をもつた吸排気弁を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本案による吸排気弁の実施例を示す弁
体の一部破断面図である。第２図イは第１図に示
した吸排気弁の底面図、第２図ロは他の実施例を
示す吸排気弁の底面図である。 １：吸排気弁、２：弁棒、３：弁部、４：底面
部、５：凹陥部、６：セラミツク体、７：間隙、
８：金属リング、９：板状ツメ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 金属から成る弁体の燃焼室側底面部に凹陥部を
   形成し、該凹陥部中に板状のセラミツク体をはめ
   込み、かつ弁体に溶接した金属リング、板状ツメ
   などの板状体でもつて上記セラミツク体を圧接保
   持して成るエンジンの吸排気弁。