JPS644047B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、自動車、船舶、建築機械、あるい
は、農機等の各種内燃機関に使用される吸排気弁
に係り、特に弁本体の熱伝導性を高める目的でそ
の内部を中空とし、そこに金属ナトリユームを封
入した中空吸排気弁に関するものである。

（従来技術） 一般に上述した内燃機関の吸排気弁はシリンダ
内の燃焼による高温、高圧のガスに直接さらされ
る。また、弁本体の傘部においてシリンダ側のバ
ルブシートと接触するシール面は、弁の開閉動作
によつて機械的衝撃を受ける。なお、弁本体のス
テム端部においても弁の開閉動作によつてタペツ
トあるいはロツカーアームとの間で機械的衝撃が
生じる。

そこで、高温、高圧ガスに対しては弁本体をオ
ーステナイト系あるいはマルテンサイト系の耐熱
鋼で形成することによつて対処し、機械的衝撃に
対してはその強度を高めるべく、弁本体の全体ま
たは必要部分に熱処理または表面硬化処理を施し
ている。

前記オーステナイト系耐熱鋼は熱処理や表面硬
化処理による機械的強度の向上が顕著でない。こ
れに対処するため、従来は第１図で示すように弁
本体５０をオーステナイト系耐熱鋼で形成し、上
述したように機械的衝撃力を受ける傘部５１のシ
ール面５２とステム５３の端部５４とは熱処理等
による機械的強度の向上に優れたマルテンサイト
系耐熱鋼や炭素鋼などを溶接することで構成して
いる。

また、近年における内燃機関の高速化、高出力
化に伴い、マルテンサイト系耐熱鋼では耐熱性が
不充分であるため、上記弁本体５０は主としてオ
ーステナイト系耐熱鋼で形成できる。ところが、
このオーステナイト系耐熱鋼も、その特性として
熱伝導性が悪く、このために弁本体５０の温度が
上昇して上記のステム５３とシリンダ（図示しな
い）のバルブガイドとの間の潤滑油切れが生じや
すい。この結果、ステム５３とバルブガイドとの
焼付き現象やシリンダヘツド内で局部的な高温部
（ホツトスポツト）が生じても内燃機関としての
耐ノツク性を低下させるなどの不具合が起きる。

この対応策として第１図で示すように、弁本体
５０のステム５３から傘部５１の内部まで連通す
る中空部５５を形成し、ここに金属ナトリユーム
５６を封入することが実施されている。この金属
ナトリユーム５６は内燃機関の運転状態では液化
し、弁本体５０の開閉動作に伴つて傘部５１から
熱を伝達し、弁本体５０の温度上昇を抑えてい
る。

上記金属ナトリユーム５６は充分な量を封入し
た方がその熱伝達効果を高めることができる。そ
こで、前記中空部５５の容積を増大すべく第２図
で示すように弁本体５０の傘部５１の端面に開口
部５７を形成し、この傘部５１内に比較的大きい
空所５５ａを切削加工する。その後、この空所５
５ａを含む中空部５５に金属ナトリユーム５６を
入れ、さらに別の工程で形成した耐熱鋼製のカバ
ー体５８を摩擦溶接等で弁本体５０に溶接して上
記開口部５７を閉塞する。これにより、第２図で
示す従来例のものは第１図で示すものよりも中空
部５５の容積が増大し、金属ナトリユーム５６の
封入量も増大する。なお、この第２図においてス
テム５３の端部５４にはタペツト等との衝撃に対
処するために機械的強度の高い鋼で盛金（溶接）
を施し、同時にこれによつて上記中空部５５に金
属ナトリユーム５６を封入した際のガス抜き用孔
５９を閉塞している。

ところで、この第２図で示す従来例の場合、弁
本体５０の傘部５１におけるシール面５２を構成
するための溶接部と、この傘部５１の開口部５７
を閉塞した上記カバー体５８の溶接部とが接近し
ている。このため、両溶接部からの熱影響部位の
接近している個所では“溶接二番割れ”と称され
ている溶接部周辺の割れが生じやすい。また、第
２図にしめすように上記のカバー体５８を弁本体
５０の傘部５１端部に摩擦溶接する場合、充分な
溶接強度を得るには、相互の摩擦溶接部に充分な
余肉や空間を必要とする。これらのことから、上
記の両溶接部はその相互間に適当な間隔をもたせ
なければならず、この結果として第２図の例にお
いても金属ナトリユーム５６を充分に保有させる
ことは困難であり、かつ弁本体５０の軽量化を妨
げることとなつていた。

（発明の目的） 本発明の目的は、弁本体の傘部端面に開口部を
形成し、これをカバー体で閉塞した形式の中空吸
排気弁において、溶接部周辺の割れ（溶接二番割
れ）を防止でき、かつ充分な金属ナトリユームの
保有スペースを確保できるとともに、軽量化によ
る機関の高速化、高出力化に対応でき、さらには
製作工程の短縮化を図ることができる内燃機関の
中空吸排気弁を提供することである。

（発明の構成） 上記目的を達成するために本発明は次のように
構成している。

すなわち、耐熱鋼で形成された弁本体の内部に
は、その傘部端面にあけられた開口部からステム
内部まで通じる中空部が形成されている。この中
空部の中には金属ナトリユームが封入され、開口
部は耐熱鋼よりなるカバー体で閉塞される。

上記傘部においてシリンダ側のバルブシートと
接触するシール面は機械的強度が高く、耐摩耗性
を有する金属で構成し、このシール面の部位で前
記カバー体と弁本体とを結合している。なお、上
記の弁本体はオーステナイト系耐熱鋼で形成して
もよい。さらに、弁本体のステム端部もタペツト
などとの衝撃に対処すべく、機械的強度が高く、
耐摩耗性を有する金属で構成する。

（実施例） 以下、本発明の上記構成を、第３図から第６図
Ａ〜Ｅで示す実施例に従つてさらに詳しく説明す
る。

まず、内燃機関の中空吸排気弁の断面を表した
第３図ならびに第３図の一部を拡大して表した第
４図において、弁本体１０は例えばオーステナイ
ト系の耐熱鋼で形成されており、周知の弁開閉動
作に伴う外力に対する応力を受け持つとともに、
そのステム１２は図示しないシリンダ側のバルブ
ガイドに対する耐摩耗性を有する。この弁本体１
０の内部は中空部１３となつていて、この中央部
１３は弁本体１０における傘部１１端面の開口部
１４から上記ステム１２の端面まで連通してい
る。この開口部１４は、弁本体１０と同じ特性の
耐熱鋼（例えばオーステナイト系耐熱鋼）で別途
形成された円板形状のカバー体１５で閉塞され
る。このように開口部１４を形成しておき、これ
をカバー体１５で閉塞するといつた構成を採用す
ることにより、上記傘部１１の内部にはこの傘部
１１外形とほぼ相似形の空所１３ａが構成され、
もつて、この空所１３ａをも含む上記の中空部１
３の容積を充分に確保することができる。

上記傘部１１の外周において、シリンダ側のバ
ルブシート（図示しない）と接触動作を繰り返す
シール面１６は、熱処理等による機械的強度の向
上が著しいマルテンサイト系耐熱鋼や炭素鋼など
を盛金（溶接）することで構成される。そして、
このシール面１６はその成形と同時に弁本体１０
の傘部１１とカバー体１５との結合機能を果す
（第４図参照）。

前記の中空部１３内にはその容積のほぼ三分の
二程度を占める金属ナトリユーム１８が封入され
ている。この金属ナトリユーム１８は内燃機関の
運転時において液状となり、弁本体１０の往復運
動に伴つて傘部１１の熱をステム１２側へ伝達す
る機能を果す。なお、この金属ナトリユーム１８
はその比重が0.97であつて、耐熱鋼の比重7.8と
比較して非常に小さいため、弁本体１０の中空部
１３にこの金属ナトリユーム１８を封入すること
で吸排気弁の軽量化が図れる。

ステム端部１７は上記シール面１６に用いた合
金と同様に機械的強度の高い合金で別途に形成さ
れ、ステム１２の端面に溶接されている。これに
よつて弁本体１０の中空部１３は密閉され、かつ
ステムエンドが図示しないタペツトやロツカーア
ームから受ける衝撃に対応し得ることとなる。

第５図で示す実施例は前記弁本体１０の開口部
１４とカバー体１５との相互に芯出し用の凹凸部
１９を形成したもので、この構成によれば弁本体
１０とカバー体１５とを前述したようにシール面
１６の形成と同時に結合する際、相互の芯出用治
具を要しないといつた利点がある。

第６図Ａ〜Ｅによつて上記の第５図で示す中空
吸排気弁の製作手順を説明する。まず、第６図Ａ
で示すように中空の弁本体１０をアプセツト、押
し出し成型等の手段で成型する。オーステナイト
系耐熱鋼の場合、その特性として塑性加工が容易
であることから第６図Ｂで示す形状を冷間塑性加
工によつて成型することができる。このように成
型された弁本体１０の所定個所を切削、研削等に
よつて加工した中間製品を第６図Ｃで示してい
る。液体化処理を要するものについてはこの後で
所定の処理を行う。

次に弁本体１０とは別に形成したカバー体１５
を、この弁本体１０の開口部１４に対し、互いの
芯出し用凹凸部１９によつて芯出し嵌合し、この
状態で前記シール面１６を盛金（溶接）により、
第６図Ｄで示すように成形することで弁本体１０
とカバー体１５との結合がなされる。この結合手
段によれば弁本体１０とカバー体１５との結合強
度を得るための余肉や空間が少く、もつて傘部１
１内の空所１３ａを大きくとることができる。窒
化処理などの表面硬化処理を要するものについて
は、この後に行う。この後、弁本体１０の中空部
１３に第６図Ｅで示すように金属ナトリユーム１
８を入れ、ステム１２の開口端部から中空部１３
内に金属製のプラグ２０を打ち込み、このステム
１２の端に機械的強度の高いステム端部１７を摩
擦溶接あるいはフラツシユバツド溶接によつて固
定する。

なお、本発明の実施例において上記ステム端部
１７は第２図の従来例で示すような構成に代える
ことも可能である。

（発明の効果） 以上のように本発明は、弁本体の傘部端面に形
成した開口部を閉塞するカバー体の結合と、この
傘部の外周において機械的強度をもつて形成され
るシール面の成形とを同一手段によつて行える構
成であるから、二個所以上の溶接によつて発生す
る溶接部周辺の割れ（溶接二番割れ）を防止で
き、またカバー体を摩擦溶接するものに比較して
金属ナトリユームの保有スペースを充分に確保で
きるとともに弁本体の軽量化が図れ、機械の高速
化、高出力化に対処することができる。しかも、
この発明によれば前記カバー体の結合とシール面
の成形とを同時に行うことができるため、その製
作工程の短縮化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の中空吸排気弁を表した断面図、
第２図は従来のさらに異なる中空吸排気弁を表し
た断面図、第３図から第６図Ａ〜Ｅは本発明の実
施例を示し、第３図は中空吸排気弁の断面図、第
４図は第３図の一部を拡大して表した断面図、第
５図は異なる実施例を第４図と対応して表した断
面図、第６図Ａは弁本体の粗形品を表した外観平
面図、第６図Ｂはその断面図、第６図Ｃ〜Ｅは弁
の仕上げ手順を順次表したそれぞれの部分断面図
である。 １０……弁本体、１１……傘部、１２……ステ
ム、１３……中空部、１４……開口部、１５……
カバー体、１６……シール面、１８……金属ナト
リユーム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 耐熱鋼よりなる弁本体の内部にその傘部端面
   の開口部からステムまで通じる中空部を形成し、
   この中空部に金属ナトリユームを封入するととも
   に、前記傘部端面の開口を耐熱鋼よりなるカバー
   体で閉塞してなる内燃機関の中空吸排気弁であつ
   て、前記弁本体の傘部においてシリンダ側のバル
   ブシートと接触するシール面を機械的強度が高
   く、耐摩耗性を有する金属で構成するとともに、
   このシール面の部位で前記カバー体と弁本体とを
   結合したことを特徴とする内燃機関の中空吸排気
   弁。 ２ 弁本体をオーステナイト系の耐熱鋼で形成し
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   内燃機関の中空吸排気弁。 ３ 弁本体のステム端部を機械的強度が高く、耐
   摩耗性を有する金属で構成したことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項または第２項記載の内燃機
   関の中空吸排気弁。