エンジンバルブはこんな部品です

エンジンを自動車の心臓に例えるなら、エンジンバルブは心臓内部にある弁のような部品です。心臓の弁は、心臓内部で血液が流れる時に開き、それ以外の時は閉じて、血液の逆流を防ぐ働きがあります。
一方、エンジンは、吸い込んだ空気と燃料を圧縮・燃焼させて動力エネルギーに変え、燃焼後の不要なガスを排出しています。エンジンバルブは吸気口と排気口に設置されており、心臓の弁のように常に開いたり閉じたりして空気の流入や排気ガスの排出をコントロールしています。

空気を吸い込んだ状態
空気を吸い込んだ状態
空気を吐き出した状態
空気を吐き出した状態

エンジンバルブに求められる性能とは

エンジンバルブは非常に過酷な環境で働く部品です。まずは温度です。エンジン稼働時の800〜1000℃に耐えられる強度が絶対条件です。またエンジンバルブは開閉の動きが非常に早いのが特徴です。例えば時速100km(2000〜2500回転)で走行している場合なら、1分間に1000〜1250回ほどの開閉が行われています。その瞬時な動きの過程では、バルブとガイドが激しく擦れ、バネの力でバルブが開閉しているため、閉じる際に衝撃と引っ張られる力も起きています。
こうした負荷の大きい環境に耐え、かつ正確な開閉を実現させる性能を発揮することが求められます。
その上、最近では自動車の燃費を良くするために、高性能かつ高出力なエンジンを搭載する自動車が増えています。燃費を良くするためには、空気と燃料をある一定の比率にするとよいことがわかっていますが、この方法は燃焼温度が非常に高温になるため、エンジンバルブはさらに過酷な環境に耐えられる性能が求められています。

エンジンバルブに求められる性能とは

エンジンバルブはこうして製造されます

棒状の素材をカットして、熱間鍛造という加工法で形にします。熱間鍛造とは、高温に熱した金属をプレスして金型成形を行う技術です。そこでおおよその形が出来上がりますが、エンジンやメーカーによって仕様が異なりますので、それらに合わせて砥石で研磨する機械加工を施します。さらに、摩擦や衝撃が大きい部分は表面処理や高強度の材料を溶接して耐久性を高めます。より精度が求められる部分を研磨し、仕上げ加工していきます。
エンジンバルブは強度が求められるため、耐熱鋼という特殊な金属が使われています。他の合金に比べ、クロムやニッケルといった強化元素が多く含まれています。そのため、簡単に形を変えることが難しく、鍛造も研磨にも高い技術が必要です。

製造工程の図
製造工程

フジオーゼックスのエンジンバルブはここがすごい

1適切な材料を調達できる

エンジンバルブは高い耐久性・耐熱性が求められる部品です。そのため、バルブに使われる材料は専用の規格材が用いられることが一般的で、要求値が高い材質だけに材料コストがかかることがネックとなっています。
フジオーゼックスは、大同特殊鋼のグループ企業ですので、高品質の材料を入手しやすく、また共同開発により、新しい材料を生み出す力も持っています。今後エンジンの進化に合わせた材料開発も可能です。

材料の画像
材料調達の様子

2生産設備が整っている

市販の設備でも製造可能ですが、フジオーゼックスではさらにきめ細かな要求に応えるために自社で生産設備を設計しています。先に説明した通り、エンジンバルブは特殊な金属を使用しているため、鍛造や研磨には難しい技術が必要です。それらを実現させるための砥石、金型などの選定が重要であり、必要な機能を持った設備を開発することで、高い品質を守りながら、生産性を高めています。

生産設備を設計している様子
生産設備を設計している様子

3世の中のニーズを解決する技術力がある

効率性を高めるため、さまざま技術開発に取り組んでいます。
1つは中空バルブの採用です。エンジンの燃焼温度が高まるとバルブの金属が熱に耐えられず、寿命が短くなります。中空バルブは、バルブの軸の部分が空洞になっており、その中にナトリウムという金属を入れて冷却性を高めることでバルブの耐久性を高めています。
さらに今、開発しているのが鏡面加工です。バルブの燃焼室側の面を鏡のように磨くと表面積が小さくなるため、熱が伝わりにくく、さらに熱の流れが良くなります。こうしてエンジン内の温度を逃さず、エンジン効率を高める手法に着手しています。
バルブ自体の耐久性を高めるとともに、バルブによってエンジン効率を高める、という2つの技術でこれからの自動車に貢献しています。

バルブの画像
通常バルブと鏡面バルブ

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