本發(fā)明涉及用于打開/閉合內燃機的燃燒室的進氣口或排氣口的發(fā)動機閥，還涉及制造此發(fā)動機閥的方法。

背景技術：

為了增加發(fā)動機的旋轉速度，必須通過減輕發(fā)動機閥的重量來增加發(fā)動機閥響應于凸輪旋轉的響應速度。另外，在增加發(fā)動機輸出的情況下，由于燃燒溫度升高，因此如果發(fā)動機閥的熱輻射性能差，則發(fā)動機閥可被加熱至超過耐熱溫度的溫度。因此，在發(fā)動機閥用于需要高速旋轉和高輸出的內燃機的情況下，發(fā)動機閥需要具有優(yōu)異的質輕性質，并且具有足夠的熱輻射性能或耐熱性能。

在這方面，日本特許專利公開no.04-069495提出了一種發(fā)動機閥，該發(fā)動機閥包括中空閥主體和裝載在閥主體內的芯構件。閥主體由鋼制成，并且芯構件由具有良好耐熱性能并且比重比鋼的比重小的鈦或鈦合金制成。因此，在該發(fā)動機閥中，相比于具有實心閥主體(只由鋼制成)的發(fā)動機閥，可以實現(xiàn)重量減輕，而沒有使耐熱性能劣化。

另外，日本實用新型公開no.60-034725提出了一種發(fā)動機閥，其中，由鋁、鋁合金、鎂和鎂合金中的任一種制成的芯構件被裝載在閥主體內。日本特許公開的專利公開no.2012-097627提出了一種發(fā)動機閥，其中，金屬鈉被密封在閥主體內。在日本實用新型公開no.60-034725和日本特許公開的專利公開no.2012-097627中描述的發(fā)動機閥中，在閥主體內設置相比于鋼具有小比重和大導熱率的金屬。因此，相比于具有實心閥主體的發(fā)動機閥，可以實現(xiàn)重量減輕并且改進熱輻射性能。

技術實現(xiàn)要素：

近年來，為了既實現(xiàn)高輸出又改進燃料經(jīng)濟性而利用增壓器使發(fā)動機排量減小的內燃機(尺寸縮小的內燃機)已經(jīng)備受關注。在此內燃機中，通常，在低速旋轉區(qū)而非高速旋轉區(qū)中，設計轉矩改進。高速旋轉并不十分必要。另一方面，由于燃燒室往往沒有因增壓而變熱，因此需要通過發(fā)動機閥積極輻射燃燒室中的熱來抑制由于預點燃而出現(xiàn)爆震等。因此，在尺寸縮小的內燃機中使用的發(fā)動機閥中，重要的是改進熱輻射性能，而非重量減輕。

然而，日本特許公開的專利公開no.04-069495、日本實用新型公開no.60-034725和日本特許公開的專利公開no.2012-097627中描述的發(fā)動機閥的主要目的是實現(xiàn)質量減輕。即使設置了由以上金屬中的任一種制成的芯構件，也擔心無法得到對于縮小尺寸的內燃機中使用的發(fā)動機閥而言足夠的熱輻射性能。特別地，在日本特許公開的專利公開no.04-069495中描述的發(fā)動機閥中，由于相比于用于閥主體的鋼，用于芯構件的鈦和鈦合金的導熱率并不是特別大，因此難以改進熱輻射性能。

另外，在日本實用新型公開no.60-034725中描述的發(fā)動機閥中，由于很難說由鋁、鎂等制成的芯構件的延展性足夠，因此難以通過擠出等將芯構件和閥主體一體成型。在這種情況下，為了得到發(fā)動機閥，需要復雜步驟，諸如通過精確切割等將芯構件裝載在預先形成為中空形狀的閥主體中。因此，制造效率可劣化，并且制造成本可不期望地增加。

另外，在日本特許公開的專利公開no.2012-097627中描述的發(fā)動機閥中，由于難以操縱作為遇水反應物質的鈉，因此制造效率降低并且制造成本增加是不可避免的。另外，難以在處置用過的發(fā)動機閥時進行操縱。

本發(fā)明的主要目的是提供一種發(fā)動機閥，在該發(fā)動機閥中，可以有效改進熱輻射性能，并且以低成本高效制造發(fā)動機閥。

本發(fā)明的另一個目的是提供制造以上發(fā)動機閥的方法。

根據(jù)本發(fā)明的實施方式，提供了一種用于打開和閉合內燃機的燃燒室的進氣口或排氣口的發(fā)動機閥。所述發(fā)動機閥包括軸部分和形成在所述軸部分的一端處的傘形部分。所述發(fā)動機閥的在其縱向方向上從所述傘形部分延伸到所述軸部分上的一位置的至少一部分包括：閥主體，所述閥主體由鋼或鎳合金制成；以及芯構件，所述芯構件由銅或銅合金制成并且設置在所述閥主體內。

根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機閥包括在由鋼或鎳合金制成的閥主體內的由銅或銅合金制成的芯構件。銅或銅合金的導熱率大于鋼、鎳合金、鈦、鋁、鎂和鈉中的任一種的導熱率。通過設置由具有此大導熱率的材料制成的芯構件，可以有效改進發(fā)動機閥的熱輻射性能。因此，例如，發(fā)動機閥可適于應用于如下的內燃機(尺寸縮小的內燃機)：通過利用增壓器來減小其發(fā)動機排量。在這種情況下，即使內燃機往往會由于增壓而變熱，由于內燃機中的熱可通過發(fā)動機閥被快速傳導和輻射到燃燒室的外部，因此可以有效抑制由于預點燃而導致內燃機中出現(xiàn)爆震等。

另外，芯構件由延展性比鋁、鎂等的延展性高的銅或銅合金制成。因此，變得容易通過擠出成型等將閥主體和芯構件一體成型，由此得到發(fā)動機閥。另外，不同于鈉等，可容易地操縱銅或銅合金。相比于具有由鋁、鎂、鈉等制成的芯構件的發(fā)動機閥，可以以低成本高效制造本發(fā)明的發(fā)動機閥。另外，容易在處置用過的發(fā)動機閥時進行操縱。

在發(fā)動機閥中，優(yōu)選地，在比所述內燃機的操作溫度低的溫度下，在所述閥主體和所述芯構件之間至少部分形成有間隙，并且所述閥主體和所述芯構件由于在所述操作溫度或更高溫度下的熱膨脹而彼此緊密接觸。

銅或銅合金的熱膨脹系數(shù)大于鋼或鎳合金的熱膨脹系數(shù)。因此由于環(huán)境溫度從內燃機操作之前的溫度升高至其操作溫度而導致芯構件熱膨脹的程度大于由于環(huán)境溫度同樣升高而導致閥主體熱膨脹的程度。因此，通過將閥主體和芯構件的尺寸設置為在內燃機的操作溫度下使閥主體和芯構件彼此緊密接觸，在比內燃機的操作溫度低的溫度下在閥主體和芯構件之間至少部分形成有間隙。

也就是說，在該發(fā)動機閥中，在內燃機的溫度達到其操作溫度之前，由于因間隙中的空氣在閥主體和芯構件之間形成熱絕緣部分，因此可以減少發(fā)動機的熱輻射。在該結構中，抑制了燃燒室通過發(fā)動機閥進行的熱輻射，并且可以將內燃機的溫度快速升高至操作溫度。

另一方面，在內燃機的溫度達到操作溫度之后，由于在彼此緊密接觸的閥主體和芯構件之間建立了良好的熱傳導，因此可以增加發(fā)動機閥的熱輻射。因此，可通過發(fā)動機閥有效地輻射燃燒室中的熱，并且可抑制溫度進一步升高。

如上所述，由于可以根據(jù)內燃機的溫度來改變發(fā)動機閥中的熱傳導，因此可以提高內燃機的啟動操作性能，并且抑制由于預點燃而導致的爆震等。

另外，根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式，提供了一種制造用于打開和關閉內燃機的燃燒室的進氣口或排氣口的發(fā)動機閥的方法。所述發(fā)動機閥包括軸部分和形成在所述軸部分的一端處的傘形部分。所述方法包括：金屬坯料形成步驟：通過在鋼或鎳合金的第一材料內部裝載銅或銅合金的第二材料來形成金屬坯料；軸部分形成步驟：在等于或高于所述內燃機的操作溫度的溫度下的溫暖溫度范圍或熱溫度范圍內擠出所述金屬坯料，由此形成所述軸部分，在所述軸部分中，由所述第二材料制成的芯構件設置在由所述第一材料制成的閥主體內；以及傘形部分形成步驟：將所述金屬坯料的除了所述軸部分外的一部分塑性變形，由此形成所述傘形部分，在所述傘形部分中，所述芯構件設置在所述閥主體內。

在根據(jù)本發(fā)明的制造方法中，可以容易地對由第一材料和第二材料制成的金屬坯料執(zhí)行一體成型，由此制造具有優(yōu)異熱輻射性能的發(fā)動機閥，其中，由銅或銅合金制成的芯構件設置在由鋼或鎳合金制成的閥主體內。因此，不需要執(zhí)行費力步驟，諸如將芯構件裝載到通過精確切割工作等預先形成為中空形狀的閥主體中。另外，不需要操縱諸如鈉的遇水反應的物質。因此，變得可以提高發(fā)動機閥的制造效率，并且降低制造成本。

另外，在所述制造方法中，如上所述，在等于或高于內燃機的操作溫度的溫度下的溫暖溫度范圍或熱溫度范圍中擠出金屬坯料，從而形成軸部分，并且此后，金屬坯料的除了軸部分外的一部分發(fā)生塑性變形，從而形成傘形部分。在按以上方式得到的發(fā)動機閥中，由于閥主體和芯構件的尺寸被設置為使得在與內燃機的操作溫度對應的溫度下閥主體和芯構件彼此緊密接觸，因此在比操作溫度低的溫度下在閥主體和芯構件之間至少部分形成有間隙。因此，可以得到能夠以改進內燃機啟動操作的性能并且抑制由于預點燃而導致的爆震等的方式按照內燃機的溫度來調節(jié)熱輻射量的發(fā)動機閥。

當結合附圖進行以下描述時，本發(fā)明的以上和其他目的、特征和優(yōu)點將變得更清楚，在附圖中，用示例性實施例來示出本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。

附圖說明

圖1是示意性示出根據(jù)本發(fā)明的實施方式的發(fā)動機閥的剖視圖；

圖2是示意性示出制造圖1中的發(fā)動機閥的方法中的金屬坯料形成步驟的視圖；

圖3a是示意性示出軸部分形成步驟的視圖；

圖3b是示意性示出軸部分形成步驟的另一個視圖；

圖4是示意性示出傘形部件形成步驟的視圖；

圖5a是示意性示出根據(jù)另一個實施方式的發(fā)動機閥的剖視圖；以及

圖5b是示意性示出根據(jù)又一個實施方式的發(fā)動機閥的剖視圖。

具體實施方式

下文中，將參照附圖來描述根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機閥的優(yōu)選實施方式連同其制造方法。

如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的實施方式的發(fā)動機閥10用作用于打開/關閉內燃機的燃燒室的進氣口或排氣口(二者都未示出)的進氣閥或排氣閥。發(fā)動機閥10包括大體圓柱形軸部分12和傘形部分14，從軸部分12的一端起，傘形部分14的直徑以大體倒錐形的方式逐漸擴大。

發(fā)動機閥10的在縱向方向上從傘形部分14延伸到軸部分12的大體中心位置的一部分由閥主體16的中空部分和設置在閥主體16內部的芯構件18制成。另外，發(fā)動機閥10的在縱向方向上從大體中心部分延伸到軸部分12的另一端的另一個部分由閥主體16的實心部分制成。

閥主體16由例如諸如suh35、suh11、ncf等的耐熱鋼或諸如dy2等鎳合金制成，因為這些材料的耐熱性質和抗氧化性質優(yōu)異，另外其成本低。另外，閥主體16包括：軸主體20，其形成軸部分12；以及傘形主體22，其直徑以大體倒錐形方式從軸主體20的一端起逐漸擴大，以形成傘形部分14。

芯構件18由相比于鋼或鎳合金具有大導熱率和大熱膨脹系數(shù)的銅或銅合金制成。芯構件18包括：軸芯24，其設置在軸主體20中，以形成軸部分12；以及傘形芯26，其設置在傘形主體22中，以形成傘形部分14。傘形芯26相比于軸芯24具有大直徑。在該實施方式中，傘形芯26的一端處的端面26a具有向著軸芯24凹進從而使其表面積增大的圓弧形狀。端面26a和傘形主體22的一個端面聯(lián)合地形成發(fā)動機閥10的一個端面。

另外，芯構件18的外周緣表面沿著閥主體16的內周緣表面設置。由于芯構件18和閥主體16之間存在熱膨脹系數(shù)差異，因此當發(fā)動機閥10的溫度低于內燃機的操作溫度(下文中被簡稱為操作溫度)時，在芯構件18的外周緣表面和閥主體16的內周緣表面之間至少部分形成間隙。另一方面，當發(fā)動機閥10的溫度是操作溫度或更高時，芯構件18的外周緣表面和閥主體16的內周緣表面被布置成彼此緊密接觸。如上所述，由于傘形芯26的直徑和體積大于軸芯24的直徑和體積，因此熱膨脹之前和之后傘形芯26的尺寸差異相應地大。因此，相比于軸主體20的內周緣表面和軸芯24的外周緣表面之間，在傘形主體22的內周緣表面和傘形芯26的外周緣表面之間往往會更容易形成以上間隙。

另外，在隨后描述的制造發(fā)動機閥10的步驟中，通過擠出或壓制成形，在軸芯24和傘形芯26之間形成頸部(收縮部分)28。另外，在軸主體20和傘形主體22之間的閥主體16的內壁上，形成沿著頸部28擴大的擴大部分30。在低于操作溫度的溫度下，頸部28在軸向方向上的兩側的芯構件18的一些部分的外徑大于閥主體16的擴大部分30的內徑。因此，芯構件18被保持，而沒有離開閥主體16。

根據(jù)本發(fā)明的實施方式的發(fā)動機閥10基本上具有以上結構。接下來，將參照圖2、圖3a、圖3b和圖4來描述制造發(fā)動機閥10的方法。如下所述，制造方法包括金屬坯料形成步驟、軸部分形成步驟和傘形部分形成步驟。

在金屬坯料形成步驟中，如圖2所示，通過在第一材料40內部裝載第二材料42來形成金屬坯料44。第一材料40是鋼或鎳合金，即，上述閥主體16的材料。第二材料42是銅或銅合金，即，芯構件18的材料。更具體地，在金屬坯料形成步驟中，首先，切割由以上鋼或鎳合金制成的圓柱形構件，使其具有預定大小。

切割后的圓柱形構件經(jīng)受例如使用具有預定形狀的沖壓工具進行的反向擠出成型，由此形成有底的孔48，從而得到第一材料40。有底的孔48是錐形部分46的軸中心部分，錐形部分46在其底表面具有減小直徑。接下來，將已經(jīng)被處理成與第一材料40的有底的孔48對應的形狀的第二材料42裝載在有底的孔48中。因此，得到金屬坯料44。此時，第二材料42的錐形前端進入錐形部分46，由此執(zhí)行第一材料40和第二材料42的中心對準(定心)。

在軸部分形成步驟中，在處于等于或高于內燃機操作溫度的溫度的溫暖溫度范圍或熱溫度范圍內，對金屬坯料44執(zhí)行擠出成型，由此形成軸部分12，其中，由第二材料42制成的軸芯24設置在由第一材料40制成的軸主體20內。更具體地，如圖3a所示，第一模具54包括：變窄部分50，其具有與軸部分12的外徑對應的內徑；以及大直徑部分52，其具有與金屬坯料44的外徑對應的內徑，首先，將金屬坯料44放置在大直徑部分52中，使得金屬坯料44的底面?zhèn)让嫦蜃冋糠?0。此時，例如，通過將模具加熱至900℃至1000℃的范圍內的溫度，將金屬坯料44加熱至操作溫度或更高。

接下來，如圖3b所示，通過沖壓工具56將金屬坯料44壓向變窄部分50，以執(zhí)行擠出成型。因此，軸主體20和軸芯24在操作溫度或更高溫度下被一體成型，由此形成軸部分12。結果，得到包括軸部分12和頭部分57的預備成型體58，頭部分57的直徑大于軸部分12的直徑。

在傘形部分形成步驟中，首先，從第一模具54中取出預備成型體58，并且將預備成型體58放置在圖4中示出的第二模具60中。第二模具60包括下模具62和上模具64。下模具62具有通孔66和腔體形成表面68，軸部分12被插入通過通孔66，腔體形成表面68與傘形部分114的外周緣表面的形狀對應。上模具64具有與傘形部分14的一個端面的形狀對應的凸腔體形成表面70。

預備成型體58的軸部分12被插入下模具62的通孔66中，并且其頭部分57被放置在下模具62的腔體形成表面68上。在這種狀態(tài)下，上模具64被壓貼頭部分57以執(zhí)行加厚成型，由此頭部分57發(fā)生塑性變形。以這種方式，可以形成傘形部分14，其中，傘形芯26設置在傘形主體22內。應該注意，由于以上軸部分形成步驟中的擠出成型的處理熱等，導致預備成型體58的溫度是例如大約800℃。因此，利用余熱，還可以在操作溫度或更高溫度下執(zhí)行傘形部分形成步驟。

結果，得到具有在軸部分12的一端形成的傘形部分14的發(fā)動機閥10。也就是說，可通過將閥主體16和芯構件18一體成型來得到發(fā)動機閥10。另外，在以此方式得到的發(fā)動機閥10中，由于分別在閥主體16和芯構件18中形成了擴大部分30和頸部28，因此閥主體16和芯構件18被組合在一起，彼此沒有任何脫離。

如上所述，發(fā)動機閥10包括由具有大導熱率的銅或銅合金制成的芯構件18，由此表現(xiàn)出優(yōu)異的熱輻射性能。因此，例如，發(fā)動機閥10可適宜地用于如下的內燃機：在內燃機中，可通過利用增壓器(尺寸縮小的內燃機)來減小內燃機的排量。在這種情況下，即使內燃機往往會由于增壓而變熱，由于燃燒室中的熱可通過發(fā)動機閥10被快速傳導和輻射到燃燒室的外部，因此可以有效抑制由于預點燃而導致的爆震等。另外，由于發(fā)動機閥10具有如上所述的優(yōu)異熱輻射性能，因此特別地，可適宜地將發(fā)動機閥10用作排氣閥，相比于進氣閥，排氣閥往往會變熱。

由于發(fā)動機閥10的芯構件18由延展性比鋁、鎂等的延展性高的銅或銅合金制成，因此容易將閥主體16和芯構件18一體成型，由此制造發(fā)動機閥10。也就是說，在制造發(fā)動機閥10時，不需要執(zhí)行費力步驟，諸如將芯構件裝載到通過精確切割工作等預先形成為中空形狀的閥主體中。另外，不需要使用諸如鈉的遇水反應的物質。因此，相比于具有由鋁、鎂、鈉等制成的芯構件18的情況，可以以低成本高效得到發(fā)動機閥10。

另外，如上所述，在發(fā)動機閥10中，由于軸部分12和傘形部分14是在操作溫度或更高溫度下形成的，因此閥主體16和芯構件18的尺寸被設定為使得閥主體16和芯構件18在操作溫度下彼此牢固接觸。因此，在低于操作溫度的溫度下，在閥主體16和芯構件18之間至少部分形成間隙。

因此，在內燃機達到操作溫度之前，由于因間隙中的空氣在閥主體16和芯構件18之間形成并且存在熱絕緣部分，因此可以減少來自發(fā)動機閥10的熱輻射。在該結構中，抑制通過發(fā)動機閥10從燃燒室輻射熱，并且可以將內燃機的溫度快速升高至操作溫度。

在內燃機達到操作溫度之后，由于在彼此緊密接觸的閥主體16和芯構件18之間產(chǎn)生良好的熱輻射，因此可以增加來自發(fā)動機閥10的熱輻射。因此，可通過發(fā)動機閥10高效輻射燃燒室中的熱，并且可抑制溫度進一步升高。

如上所述，由于可以根據(jù)內燃機的溫度來改變發(fā)動機閥10中的熱傳導，因此可以改進內燃機的啟動操作性能，并且抑制由于預點燃而導致的爆震等。

本發(fā)明不特別限于上述實施方式，并且可在不脫離本發(fā)明的范圍內進行各種修改。

例如，在根據(jù)本發(fā)明的實施方式的發(fā)動機閥10中，傘形芯26的一端處的端面26a形成為向著軸芯24凹進的圓弧形狀。然而，在這點上，本發(fā)明不受限。例如，如在圖5a中示出的發(fā)動機閥80的情況下，可在傘形芯26的一端處設置平面端面80a。用相同的參考標號來標記具有與圖1中示出的功能和效果相同或相似的功能和效果的圖5a中示出的構成元件，并且省略對其的詳細描述。

在得到這種類型的發(fā)動機閥80的情況下，例如，在傘形部分形成步驟中使用第二模具60將預備成型體58塑性變形時，可使用具有替代凸腔體形成表面的平坦腔體形成表面的上模具64。

另外，在根據(jù)以上實施方式的發(fā)動機閥10中，傘形芯26的端面26a和傘形主體22的一個端面聯(lián)合地形成發(fā)動機閥10的一個端面。然而，在這點上，本發(fā)明不受限。例如，如在圖5b中示出的發(fā)動機閥90的情況一樣，傘形芯26的一端處的端面90a可被封蓋92覆蓋。例如，像閥主體16中一樣，封蓋92可由鋼或鎳合金制成。

在得到這種類型的發(fā)動機閥90的情況下，例如，鋼或鎳合金的第三材料(未示出)，即用于封蓋92的材料，被放置在第二材料42的有底的孔48的開口側，第一材料40被裝載在該有底的孔中。在這種狀態(tài)下，通過沖壓工具56，可將第三材料和金屬坯料44壓向變窄部分50，以執(zhí)行擠出成型。由于設置了由鋼或鎳合金制成的封蓋92，因此在發(fā)動機閥90中，不可能出現(xiàn)芯構件18的腐蝕或者在閥主體16和芯構件18之間不可能累積碳、沉淀物等。因此，可以提高耐久性。另外，通過改變封蓋92的厚度，可以調節(jié)內燃機的操作溫度。

另外，在根據(jù)本發(fā)明的實施方式的發(fā)動機閥10中，發(fā)動機閥10的在縱向方向上從傘形部分14延伸到軸部分12的大體中心位置的那部分由閥主體16和在閥主體16內設置的芯構件18制成。然而，在這點上，本發(fā)明不受限。例如，在縱向方向上包括傘形部分14和軸部分12的發(fā)動機閥10整體可由閥主體16和芯構件18制成。另選地，在軸部分12中，由閥主體16和芯構件18制成的一部分的長度可比在縱向方向上在傘形部分14和軸部分12的大體中心位置之間的距離短。