CN111946417A - 用于内燃机的气体交换阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的气体交换阀(1)，其具有阀杆(3)，所述阀杆在轴向方向(A)上延伸并且在轴向方向(A)上过渡为阀板(2)。在所述阀杆(3)的涂层区域(B)中在涂层区域(B)的外周(U)上布置用于改善所述气体交换阀(1)的耐磨性的功能层(4)，所述功能层(4)具有镍(Ni)和钨(W)，并且通过所述功能层(4)至少部分地形成滑动表面(G1)。所述气体交换阀(1)还包括粘合剂层(5)，所述粘合剂层(5)布置在外周(U)和功能层(4)之间，并且具有镍(Ni)或由镍(Ni)构成，由此改进所述功能层(4)的层粘附性。

Description

用于内燃机的气体交换阀
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的气体交换阀、包括这种气体交换阀的阀装置，以及涉及一种用于制造气体交换阀的方法。
背景技术
一段时间以来，已知的是为用于内燃机的气体交换阀设置涂层，以提高其对机械、热或化学应力的耐性。在内燃机中，这种类型的气体交换阀通常用作内燃机的燃烧室的入口侧上的进气门，以及用作燃烧室的出口侧上的排气门。这种类型的进气门分别将进气管道连接到燃烧室或将进气管道与燃烧室分开。类似地，这种类型的出气门分别将出气管道连接到燃烧室或将出气管道与燃烧室分开。因此，作用在这种类型的气体交换阀上的热应力主要由在燃烧期间内燃机的燃烧室中存在的温度引起。在内燃机的燃烧室中的机械应力一方面例如源自待通过气体交换阀密封的压力，或者源自通常在轴向上被引入气体交换阀的阀杆的致动力。例如由于腐蚀而引起的化学应力特别地源自气体交换阀与腐蚀性介质的可能的接触，所述腐蚀性介质例如为水或可能含水的各种各样的润滑剂和燃料。
如上所述，包括用于改善耐磨性的涂层的所有的常规气体交换阀都具有缺点。对于使用的涂层，已知的涂层因此例如通常不符合法规(EG)Nr.1907/2006(REACH)，因此只能局部地使用，特别是在欧洲市场上。此外，已知的涂层通常通过比较昂贵的涂层材料实现，例如由CN 101445946 B获知的涂层的情况下，其涂层材料包括铂。另外的缺点是由于较大的层厚度导致的。
发明内容
因此，本发明的目的特别是在于消除上述缺点，以显示出开发用于内燃机的气体交换阀的新方式。
根据本发明，该目的通过独立权利要求的主题实现。优选的实施例是从属权利要求的主题。
因此，本发明的基本构思是通过用于改进气体交换阀的耐磨性的功能层来实施内燃机的气体交换阀，其中功能层包括镍和钨。
根据本发明的气体交换阀包括阀杆，所述阀杆沿着轴向方向延伸并且在轴向端部处在轴向方向上过渡为阀板。在阀杆的外周上在阀杆的涂布区域中布置有功能层，该功能层用于改善气体交换阀的耐磨性。根据本发明，所述功能层包括镍(Ni)和钨(W)，并且在所述阀杆的外周上形成滑动表面。借助于具有镍和钨的功能层，特别是基于钨的比例，气体交换阀的耐磨性以有利的方得以显著改善。功能层同时以防腐蚀的方式起作用，并且还符合REACH标准。
有利地，在功能层和气体交换阀的阀杆的外周之间存在粘合剂层。粘合层包括镍(Ni)或由镍(Ni)构成。有利地，通过粘合剂层实现了功能层以改进的方式分别粘附在气体交换阀或气体交换阀的阀杆上。
根据气体交换阀的优选的另一改进方案，功能层中钨的重量比大于15％且小于45％。功能层中此钨的重量比优选地大于30％且小于40％。这种相对较高的钨比例对阀杆由于与阀引导件的摩擦造成的磨损具有积极影响，其中，在具有这种类型的气体交换阀的内燃机中引导所述阀杆。
气体交换阀的另一有利的改进方案提出，功能层具有在5μm和20μm之间的功能层厚度。功能层的功能层厚度优选在6μm和12μm之间。这种类型的功能层的实施例可以获气体交换阀的最佳耐磨性，同时最小化用于形成功能层的功能层材料的量，这产生了成本优势。
粘合剂层的粘合剂层厚度有利地最大为1μm。这种类型的粘合剂层使功能层在阀杆上的粘合特别牢固。
根据气体交换阀的优选实施例，涂层区域具有在轴向方向上测量的功能层的涂层长度，所述功能层的涂层长度在60mm和140mm之间。因此，功能层的涂布区域仅在阀杆上延伸所需的长度，因此与完全涂布的气体交换阀相比，可以节省形成功能层的功能层材料的量，由此直接产生材料成本优势。
有利地，在涂布区域中的粘合剂层还被布置在沿轴向方向测量的在60毫米和40毫米之间的涂层长度上。上述优点也同样地适用于形成粘合剂层的粘合剂层材料的减少。
在气体交换阀的有利的进一步改进方案的情况下，该气体交换阀具有以马氏体钢实现的基础材料。气体交换阀可以有利地由名称为X45或X85的马氏体钢形成。替代地，也可以用奥氏体钢来实现气体交换阀的基础材料。这种类型的奥氏体钢可有利地具有材料名称X50或NIREVA(NCF)3015或镍基Nimonic80A。替代地，也可以由钛或以钛来实现(mit Titanoder aus Titan auszuführen)气体交换阀的基础材料。通过这样选择基础材料，可以以有利的方式得到，气体交换阀在其质量、强度、以及基础材料的成本方面可以最佳地体现。
在气体交换阀的另一有利的改进方案中，垂直于轴向方向测量的阀杆的杆直径在5毫米和12毫米之间。有利地，气体交换阀因此可以理想地与应用领域匹配。因此，较小的杆直径特别适合用于乘用车的内燃机中，而较大的杆直径通常适合于卡车的内燃机中。
本发明的范围还扩展到包括如上所述的气体交换阀的阀装置。除了气体交换阀以外，阀装置还包括用于引导所述气体交换阀的阀引导件。所述气体交换阀可以在所述阀引导件中沿轴向移动并且被引导成可绕轴向方向旋转，其中，所述阀引导件也不允许气体交换阀具有任何进一步的自由度。所述阀引导件由铸造材料和/或有色金属材料和/或烧结材料形成。所述气体交换阀通过其滑动表面和阀引导件的阀引导表面在所述阀装置中形成摩擦系统。上文所述的根据本发明的气体交换阀的优点也可以转移到包括该气体交换阀的阀装置上，由此通过阀引导件的所述的实施例提高了减少磨损的效果。
如上所述，本发明还涉及一种包括根据本发明的气体交换阀的内燃机。气体交换阀有利地布置在内燃机中的根据本发明的阀装置中。气体交换阀的优点相应地也可以转移到具有气体交换阀的内燃机。
此外，本发明涉及一种用于制造气体交换阀的方法。如上所述的根据本发明的气体交换阀可以有利地通过该方法来制造。用于制造这种类型的气体交换阀的方法包括：第一方法步骤a)，根据该方法步骤提供气体交换阀的阀杆。气体交换阀的阀杆具有基础材料，该基础材料优选地包括或者是马氏体钢或奥氏体钢或钛。该方法还包括另一步骤b)，根据该步骤提供功能层材料，其具有钨(W)和镍(Ni)。在另一方法步骤c)中，进行气体交换阀的阀杆的涂布。根据方法步骤c)的这种涂布尤其在气体交换阀的阀杆上的涂层区域中进行。在方法步骤c)中，在气体交换阀的阀杆上涂布有在步骤b)中提供的用于形成功能层的功能层材料，以改进气体交换阀的耐磨性。如上所述，根据本发明的气体交换阀可以通过该方法来制造，由此，尤其也可以将气体交换阀的优点转移到该方法中。在施加所述功能层之前，可以施加粘合剂层。
在该方法的有利的进一步改进方案的情况下，所述方法包括三个附加步骤a1)，a2)和a3)。在第一附加步骤a1)中，有利地在涂布区域中对阀杆进行脱脂。通过步骤a1)的脱脂，去除粘附在阀杆上并且由于制造阀杆而任选地粘附在阀杆本身上的脂肪和/或油。响应于步骤a1)中的脱脂，还可以去除粘附在阀杆上的非脂质物质，例如氧化物或灰尘。在第二附加步骤a2)中提供含镍(Ni)的粘合剂层材料。根据第三附加步骤a3)，用粘合剂层材料涂布阀杆以形成粘合剂层，以改善功能层在阀杆上的粘附性。根据步骤a3)的这种粘合剂涂层特别地在涂层区域中进行。有利地，粘合剂层特别良好地粘附在根据步骤a1)脱脂的阀杆上。功能层的层粘附性，特别是当气体交换阀的基础材料是钢时功能层的层粘附性，可以通过粘合剂层显著地改善。这与功能层本身的提高的耐久性有关。
步骤a1)中的脱脂优选地以电解方式进行，特别优选以阳极电解进行，并且以约10A/dm2的电流密度进行约40s。有利地通过电镀的方式进行步骤a3)中的粘合剂涂布。根据步骤a3)的这种电镀粘合剂涂布以4A/dm2和40A/dm2之间的电流密度进行。该电流密度优选在25A/dm2和35A/dm2之间。因此可以以有利的方式实现特别可靠地形成的粘合剂层的以及粘合剂层本身在阀杆上的特别良好的粘合。
有利地，根据步骤c)的阀杆用利用于形成功能层的功能层材料的涂布也通过电镀的方式进行，其中使用在30A/dm2和300A/dm2之间的电流密度。在步骤c)中，所使用的电流密度在140A/dm2和180A/dm2之间。通过这种相对较高的电流密度有利地实现了钨含量的增加。特别地响应于功能层材料水溶液的电镀，规定的电流密度提供功能层中最大比例的钨，其中响应于用这种水溶液电镀，功能层中钨的最大质量比为约45％。如上所述，高的钨含量对气体交换阀的耐磨性的期望的改善具有积极的作用。
在优选的改进方案中，在执行步骤a)、a1)、a2)、a3)、b)和c)中的至少一个时，冲洗阀杆以清洁阀杆。这样的冲洗特别优选地在每个上述步骤之后进行。为了准备下一步骤，阀杆或涂层区域分别通过这种冲洗进行表面清洁。因此，以有利的方式实现了粘合剂层以及功能层分别与阀杆或粘合剂层和功能层彼此之间的特别良好的粘附。此外避免了粘合剂层或功能层分别具有除了粘合剂层材料或功能层材料之外的不希望的污染物。
在该方法的有利的进一步改进方案的情况下，所述方法包括两个附加步骤d)和e)。根据方法步骤d)，对气体交换阀的表面进行精整以形成滑动表面。气体交换阀的表面的这种精整优选地至少在涂层区域中进行。根据步骤d)的精整可以借助于皮带抛光和/或滚筒精整和/或磨光进行。根据另一步骤e)，特别地分别进行气体交换阀或功能层的硬化，以分别提高气体交换阀或功能层的表面硬度。优选通过将气体交换阀加热至400℃和550℃之间来进行该硬化，其中将该温度保持0.5和2小时之间的时间。在气体交换阀硬化之前的在500HV和650HV之间的初始硬度可以通过根据步骤e)的硬化在硬化后增加到在900HV和1000HV之间的最终硬度。有利的是，通过这两个附加步骤d)和e)可以对滑动表面的滑动性能产生积极的影响，并特别地使其更具耐久性。
本发明的其他重要特征和优点从从属权利要求、附图以及基于附图的相应的附图说明中获得。
不言而喻，上述特征和以下将要描述的特征不仅可以以各自指定的组合使用，而且可以以其他组合或单独的方式使用，且不脱离本发明的范围。
附图说明
附图说明在附图中示出了本发明的优选的实施例，并且在下面的说明中将对其进行详细描述，其中，相同的附图标记表示相同或相似或功能相同的部件。
在每种情况下，示意性地示出，
图1示出根据本发明的示例性的阀装置中的同样根据本发明的气体交换阀的实施例，
图2示出了根据本发明的用于制造图1的示例性气体交换阀的方法的实施例的流程图。，
具体实施方式
图1中示例性示出的气体交换阀1可用于内燃机，其具有阀杆3和阀板2。阀杆3沿着轴向方向A延伸并且在轴向端部处在轴向方向A上过渡为阀板2。气体交换阀1还包括功能层4。功能层4用于改善气体交换阀1的耐磨性。功能层4包括镍(Ni)和钨(W)。功能层4在阀杆3的外周U上布置在阀杆3的涂层区域B中。阀杆3的滑动表面G1借助于功能层4形成。气体交换阀1还具有粘合剂层5，该粘合剂层5布置在功能层4和阀杆3的外周U之间。粘合层5包括镍(Ni)或由镍(Ni)构成。粘合层5用于改善功能层4的层粘附性。功能层4的钨的重量比大于15％且小于45％。功能层4中钨的重量比优选地在30％和40％之间。功能层4具有功能层厚度d1。功能层厚度d1在5μm和20μm之间。功能层厚度d1优选地在6μm和12μm之间。粘合剂层5具有粘合剂层厚度d2。该粘合剂层厚度d2最大为1μm。在轴向方向A上测得，功能层4在涂层区域B中的涂层长度L为60mm-140mm。在图1的实施例中，在涂层区域B中，在涂层长度L上同样存在粘合剂层5。气体交换阀1具有基础材料S。阀板2和阀杆3由基础材料S形成。在所示的实施例中，气体交换阀1的基础材料S由马氏体钢形成。基础材料S优选由马氏体钢构成，该马氏体钢具有材料名称X45或X85。替代地，也可以用奥氏体钢来实现该基础材料S。然后，基础材料S可以优选地由奥氏体钢形成，该奥氏体钢的材料名称为X50或NIREVA(NCF)3015或镍基Nimonic 80A。替代地，气体交换阀1的基础材料S可以包含钛(Ti)或是钛。特别是在钢的基础材料S的实施例中，如图1的示例所示，粘合剂层5用于改善层的粘附性。垂直于轴向方向A测量的阀杆3的杆直径D在5mm和12mm之间。较小的杆直径D特别适合用于乘用车的内燃机中，而较大的杆直径D通常特别地适合于例如卡车的内燃机中。
在图1中还示出了包括气体交换阀1的阀装置6。为了形成阀装置6，气体交换阀1被引导在阀引导件7中。在所示的实施例中，为此目的，阀引导件7以类似于套管的方式实现，其中，该套管包括孔，该孔形成阀引导表面G2，该阀引导表面G2围绕阀装置6中的气体交换阀1的阀杆3。阀引导件7由铸造材料和/或有色金属材料和/或烧结材料形成。通过气体交换阀1及其滑动表面G1连同阀引导件7的阀引导表面G2形成摩擦系统11。气体交换阀1以通过阀引导件7在阀装置6中被轴向引导的方式来运动，以致动所述气体交换阀，并且可以绕轴向方向A旋转。被支撑在阀引导件7中的气体交换阀1在阀装置6中没有进一步的自由度。
在图2中示出了根据本发明的用于制造气体交换阀1的示例性方法的流程图。如图1中以示例性的方式示出并且如上以示例性的方式介绍的，根据本发明的气体交换阀1特别地可以通过该方法来制造。在所示的实施例中，用于制造气体交换阀1的方法包括七个方法步骤a)、a1)、a2)、b)、c)、d)、e)。不言而喻，图2所示的方法步骤的顺序应仅以示例性的方式理解，并且在不脱离本发明范围的情况下，也可以设想该方法步骤的其他顺序。用于制造气体交换阀1的方法包括：第一方法步骤a)，根据该方法步骤提供气体交换阀1的阀杆3。气体交换阀1的阀杆3由基础材料S制得，该基础材料优选地包括或者是马氏体钢或奥氏体钢或这些钢的组合，或钛(Ti)。在另一方法步骤b)中提供功能层材料8。功能层材料8具有钨(W)和镍(Ni)。在另一方法步骤c)中，气体交换阀1的阀杆3涂布有功能层材料8。该涂布优选地在气体交换阀1的阀杆3的外周U上的涂层区域B中进行。通过根据步骤c)的涂布，由功能层材料8形成用于改善气体交换阀1的耐磨性的功能层4。
在图2的实施例中，该方法还包括第一附加步骤a1)，该步骤包括在涂层区域B中对阀杆3进行脱脂。在该步骤a1)中去除了由于生产阀杆3而可能粘附在阀杆3上的油和/或脂肪。该方法还包括另一步骤a2)，根据步骤a2)提供粘合剂层材料9，所述粘合剂层材料具有镍(Ni)。在另一方法步骤a3)中，用粘合剂层材料9进行阀杆3的粘合剂层涂布。根据方法步骤a3)借助于阀杆3的粘合剂涂布来形成用于改善功能层4的层粘附性的粘合剂层5。根据步骤a3)的粘合剂涂布优选地在气体交换阀1的阀杆3的外周U上的涂层区域B中进行。方法步骤a1)、a2)和a3)提供了功能层4在气体交换阀1上的改进的层粘附性，特别是在气体交换阀1的基础材料S是钢的情况下。然而，也可以在没有这种类型的粘合剂层5的情况下实现气体交换阀1，由此可以得出，在没有方法步骤a2)和a3)的情况下也可以实现用于制造这种类型的气体交换阀1的方法。根据步骤a1)的脱脂是以电解进行的。根据步骤a1)的电解脱脂可以以阳极电解进行，这意味着待脱脂的阀杆3响应于电解脱脂而形成阳极。步骤a1)中的脱脂通过大约10A/dm2的电流密度进行大约40s。根据步骤a3)的阀杆3的粘合剂涂布通过电镀进行，其中电流密度在4A/dm2和40A/dm2之间。根据步骤a3)的粘合剂涂布通过电镀进行，其中电流密度在25A/dm2和35A/dm2之间。步骤a3)中涂布通过电镀进行，其中电流密度在30A/dm2和300A/dm2之间。步骤a3)中涂布优选地通过电镀进行，其中电流密度在140A/dm2和180A/dm2之间。在步骤a)、a1)、a2)、a3)、b)和c)之后进行阀杆3的冲洗。在步骤a)、a1)、a2)、a3)、b)和c)中的一个之后，分别为阀杆3或阀杆3的涂布区域B均在冲洗步骤之后按时间顺序制备。用于制造气体交换阀1的方法还包括步骤d)，根据该步骤d)，对气体交换阀1的表面进行精整以形成滑动表面G1。步骤d)中的该精整优选地在涂层区域B中进行。根据步骤d)的精整可以例如借助于皮带抛光和/或滚筒精整和/或磨光进行。另一方法步骤e)在于硬化气体交换阀1。由此优选地分别提高气体交换阀1或功能层4的表面硬度。根据步骤e)的气体交换阀1的硬化可以通过加热至400℃和550℃之间来进行，其中该加热进行0.5小时和2小时之间的时间。在气体交换阀硬化之前的在500HV和650HV之间的初始硬度可以通过根据步骤e)的硬化在硬化后增加到在900HV和1000HV之间的最终硬度。
X45：X45CrSi9-3
X85：X85CrMoV18-2
X50：X50CrMnNiNbN21-9
NIREVA 3015：X5NiCrTiAlMoNb32-15-3-2
Nimonic 80A：NiCr20TiAl。

Claims (13)

1.一种用于内燃机的气体交换阀(1)，其包括：
-阀杆(3)，其沿着轴向方向(A)延伸并且在轴向方向(A)上过渡为阀板(2)，
-功能层(4)，其用于改善气体交换阀(1)的耐磨性，所述功能层(4)具有镍(Ni)和钨(W)，并且布置在所述阀杆(3)的涂层区域(B)中的涂层区域(B)的外周(U)上，所述涂层区域(B)至少部分地形成滑动表面(G1)。
2.根据权利要求1所述的气体交换阀(1)，
其特征在于，
在功能层(4)和外周(U)之间存在粘合剂层(5)以改善功能层(4)的层粘附性，所述粘合剂层(5)包含镍(Ni)或由镍(Ni)构成。
3.根据权利要求1或2所述的气体交换阀(1)，
其特征在于，
所述功能层(4)中钨(W)的重量比大于15％且小于45％，优选地大于30％且小于40％。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的气体交换阀(1)，
其特征在于，
-所述功能层(4)的功能层厚度(d1)在5微米和20微米之间，优选地在6微米和12微米之间；并且，根据权利要求2所述时，
-粘合剂层(5)的粘合剂层厚度(d2)最大为1微米。
5.根据前述权利要求中任一项所述的气体交换阀(1)，
其特征在于，
沿轴向方向(A)测得的涂层区域(B)具有功能层(4)的涂层长度(L)和/或根据权利要求2所述时粘合剂层(5)的涂层长度(L)，所述涂层长度(L)在60毫米和140毫米之间。
6.根据前述权利要求中任一项所述的气体交换阀(1)，
其特征在于，
气体交换阀(1)的基础材料(S)：
-由马氏体钢、特别是材料名称为X45或X85的马氏体钢形成；和/或
-由奥氏体钢、特别是材料名称为X50或NIREVA(NCF)3015或镍基Nimonic 80A的奥氏体钢；或
-包含钛(Ti)或为钛(Ti)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的气体交换阀(1)，
其特征在于，
在垂直于轴向方向A测量的所述阀杆(3)的杆直径(D)在5mm和12mm之间。
8.一种用于内燃机的阀装置(6)，其包括：
-根据前述权利要求中任一项所述的气体交换阀(1)，
-阀引导件(7)，其用于引导所述气体交换阀(1)，所述阀引导件(7)由铸造材料和/或有色金属材料和/或烧结材料形成，
-其中，所述气体交换阀(1)通过其滑动表面(G1)抵靠在所述阀引导件(7)的阀引导表面(G2)上，以形成摩擦系统(11)。
9.一种内燃发动机，其包括根据权利要求1至7中任一项所述的气体交换阀(1)，优选地包括根据权利要求8所述的阀装置(6)，所述阀装置(8)包括所述气体交换阀(1)。
10.一种用于制造特别是根据权利要求1至7中任一项所述的气体交换阀(1)的方法，所述方法包括以下步骤：
a)提供所述气体交换阀(1)的具有基础材料(S)的阀杆(3)，所述基础材料(S)优选地包括马氏体钢和/或奥氏体钢或钛(Ti)，或者是马氏体钢或奥氏体钢或钛(Ti)；
b)提供功能层材料(8)，所述功能层材料(8)具有钨(W)和镍(Ni)；
c)用形成功能层(4)的功能层材料(8)涂布所述气体交换阀(1)的所述阀杆(3)，特别是在所述气体交换阀(1)的所述阀杆(3)的涂层区域(B)中，以改善气体交换阀(1)的耐磨性。
11.根据权利要求10所述的方法，
其特征在于，
所述方法还包括以下步骤a1)、a2)和a3)中的一个或多个：
a1)对所述阀杆进行除脂，以去除粘附在所述阀杆上的特别是在涂层区域(B)中脂肪和/或油；
a2)提供粘合剂层材料(9)，所述粘合剂层材料(9)具有镍(Ni)；
a3)在所述阀杆(3)上，特别是在涂层区域(B)中，用粘合剂层材料(9)进行粘合剂涂布，以形成粘合剂层(5)，由此改善所述功能层(4)的层粘附性。
12.根据权利要求10或11所述的方法，
其特征在于，
-步骤a1)中的脱脂以电解方式、特别是阳极电解方式进行，优选地以约10A/dm2的电流密度进行，优选持续约40s；
-步骤a3)中的粘合剂涂布以电镀进行，其中电流密度在4A/dm2和40A/dm2之间，优选地在25A/dm2和35A/dm2；和/或
-步骤c)中的涂布以电镀进行，其中电流密度在30A/dm2和300A/dm2之间，优选地在140A/dm2和180A/dm2之间；
-其中，优选地在步骤a)、a1)、a2)、a3)、b)和c)中的至少一个之后，优选地在每个步骤之后，对所述阀杆(3)进行冲洗(12)以清洁阀杆(3)。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，
其特征在于，
所述方法还包括以下两个步骤d)和e)中的至少一个：
d)优选地在所述涂布区域(B)中，特别优选地借助于皮带抛光和/或滚筒精整和/或磨光，对所述气体交换阀(1)的表面(10)进行精整以形成滑动表面(G1)；
E)优选地通过加热至400℃至550℃之间0.5小时至2小时，分别硬化所述气体交换阀(1)或所述功能层(4)，特别是增加表面硬度，其中从硬化前在500HV和650HV之间的初始硬度硬化到硬化后的900HV和1000HV之间的最终硬度在。
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4873150A (en) * 1986-10-27 1989-10-10 Hitachi, Ltd. High water-resistant member, and valve gear using the same for use in internal combustion engine
US5441024A (en) * 1994-05-09 1995-08-15 Val-Kro, Inc. Engine valve
CN1145447A (zh) * 1995-08-26 1997-03-19 富士乌兹克斯株式会社 内燃机气门
US20050205425A1 (en) * 2002-06-25 2005-09-22 Integran Technologies Process for electroplating metallic and metall matrix composite foils, coatings and microcomponents
CN104736802A (zh) * 2012-10-31 2015-06-24 马勒金属立夫有限公司 用于内燃机的阀
US20160097459A1 (en) * 2014-10-06 2016-04-07 Caterpillar Inc. Nitrided Engine Valve with HVOF Coating
CN105697085A (zh) * 2014-12-12 2016-06-22 马勒国际有限公司 气体交换阀
WO2016198205A1 (de) * 2015-06-09 2016-12-15 Mahle International Gmbh Verfahren zum beschichten eines ventils einer brennkraftmaschine

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5044604A (en) * 1990-08-31 1991-09-03 Topham Fred A Valve plug having fluid directing grooves
US5471796A (en) * 1992-06-12 1995-12-05 Thompson; Gary F. Multi-purpose lathe
US5655493A (en) * 1996-01-16 1997-08-12 Dresser Industries, Inc. Exhaust valve for internal combustion engine
US6125810A (en) * 1998-12-10 2000-10-03 Caterpillar Inc. Ceramic valve guide with two internal diameters
DE102004043550B4 (de) * 2004-09-09 2012-02-16 Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg Verschleißfeste Beschichtung, ihre Verwendung und Verfahren zur Herstellung derselben
US7562647B2 (en) * 2006-03-29 2009-07-21 High Performance Coatings, Inc. Inlet valve having high temperature coating and internal combustion engines incorporating same
CN101445946B (zh) * 2008-11-27 2011-02-09 湖南纳菲尔新材料科技股份有限公司 一种Ni-W-P三元合金防腐耐磨电沉积镀层及其生产工艺和电镀液
DE102013223571A1 (de) * 2013-11-19 2015-05-21 Mahle International Gmbh Ventil für eine Ventilvorrichtung
US10203037B2 (en) * 2015-01-12 2019-02-12 Ge Oil & Gas Pressure Control Lp Extreme service plug valve
DE102016200739A1 (de) * 2016-01-20 2017-07-20 Mahle International Gmbh Metallisches Hohlventil für eine Brennkraftmaschine eines Nutzkraftfahrzeugs

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4873150A (en) * 1986-10-27 1989-10-10 Hitachi, Ltd. High water-resistant member, and valve gear using the same for use in internal combustion engine
US5441024A (en) * 1994-05-09 1995-08-15 Val-Kro, Inc. Engine valve
CN1145447A (zh) * 1995-08-26 1997-03-19 富士乌兹克斯株式会社 内燃机气门
US20050205425A1 (en) * 2002-06-25 2005-09-22 Integran Technologies Process for electroplating metallic and metall matrix composite foils, coatings and microcomponents
CN104736802A (zh) * 2012-10-31 2015-06-24 马勒金属立夫有限公司 用于内燃机的阀
US20160097459A1 (en) * 2014-10-06 2016-04-07 Caterpillar Inc. Nitrided Engine Valve with HVOF Coating
CN105697085A (zh) * 2014-12-12 2016-06-22 马勒国际有限公司 气体交换阀
WO2016198205A1 (de) * 2015-06-09 2016-12-15 Mahle International Gmbh Verfahren zum beschichten eines ventils einer brennkraftmaschine

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