JP2005344712A - 冷却型弁座リング - Google Patents

Abstract

【課題】良好な冷却特性を備え、技術的に容易に製造でき、シリンダヘッド内の弁座受入れ領域を腐食から保護できる内燃機関のシリンダヘッド用冷却弁座リングを提供する。
【解決手段】弁座リング（３、２０）を少なくとも２つのリング部（４、５、２１、２２）から組立て、両リング部を強固に結合してリング状通流室（６、２３）を形成し、該通流室を、圧入面形成の下にシリンダヘッド（１）に圧入することで、両リング部の少なくとも一方に形成した連通孔（１０、２４）を介して、内燃機関の冷却剤循環路に統合する。
【選択図】図１

Description

本発明は、弁によって制御される吸排気口を備え、この吸排気口は冷却剤が通流する中空室を備えると共に対応する連通孔を介して内燃機関の冷却剤循環路に連通される、内燃機関のシリンダヘッド用冷却型弁座リングに関する。

弁座リング、特に熱的に大きな負荷がかかる弁座リング、特に内燃機関の排気弁の弁座リングを冷却することは公知である。内燃機関の排気弁という技術分野では、良好な熱放出を達成するために、弁座リングにできるだけ近づけるように冷却水外被を配置することが試みられている。ディーゼル直接噴射部及び中間に配置された噴射ノズルを有する内燃機関の実際の多弁シリンダヘッドにおいては、狭い場所的な状況がしばしば冷却水外被の満足できる製造を不能にしている。

特許文献１により例えば冒頭に述べた型の冷却型弁座リングが公知である。

この弁座リングの冷却は、通常弁座リングとシリンダヘッドとの間に十分高速の冷却水が通流する冷却水路を設けることで行う。該水路は、最も簡単には、弁座リングへの機械による溝形成で作られる。冷却水をできるだけ弁座、即ち弁座リングと持上げ弁の接触面の近くに通流させるべく、弁座リングの取付部の背後切欠部が必要である。そのために必要な作業工具の自由な動きに伴い、冷却水路の通流断面積が所望の通流速度を達成するのに必要以上の大きさになってしまっていた。そのため、そこでは弁座リングの中間領域に嵌め込まれた、冷却水路の通流断面積を縮小する充填リングを設けている。しかし技術的に高価になるこの構造は、メーカーに対し不所望の高度の要求を課す結果になる。

弁及び特に弁座からの熱放出を改善すべく、更に他の手段も公知である。冒頭に述べた型の冷却型弁座もそれに属する。即ち、それは弁座を取囲むシリンダヘッド部分と共同して略リング状冷却室を取囲み、該冷却室は弁を備えたマシンの運転中に冷却媒体を通流させる。この型の公知の冷却型弁座は各水路の合流部に圧入された、例えば冒頭に述べた型の弁座リングを備えるが、それは特にマシンのより長い運転期間の後に緩んで封止機能を喪失することがあり、そのため冷却媒体が漏出し、例えば内燃機関のシリンダ内に達することがある。

圧入された弁座リングの封止機能喪失を無くし、又は回避するために、例えば特別に耐熱性の材料で作られたＯリング状パッキングを用いることが知られている。そのパッキングは弁座リングの圧入の際に対応する凹所の中に挿入される。このことは、一方では弁座の製造及び組立を高価にし、他方ではそれにもかかわらずパッキングリングの比較的大きな熱負荷のため、ここでも弁座リングの冷却装置を封止機能喪失に導くおそれがある。

以上の理由から、この領域における冷却は効率的なものではない。
ドイツ特許第４３２８９０４号明細書

冒頭に述べた型の冷却型弁座リングを備えた水冷型内燃機関から出発して、本発明の課題は、良好な冷却特性を備え、技術的に容易に製造でき、更にシリンダヘッド内の弁座リング受入れ領域を腐食から保護することの可能な弁座リングを提供することである。

上記課題を解決するために本発明は、少なくとも２つのリング部から組立てられ、両リング部は強固に結合されてリング状通流室を形成し、その通流室は、圧入面形成のもとにシリンダヘッドに圧入されることにより、両リング部の少なくとも一方に形成された連通孔を介して、内燃機関の冷却剤循環路に統合される弁座リングを提供するものである。

この技術手段によって構成される水冷型内燃機関は、弁座リングが最適な形態で冷却されるという利点を持っている。

冷却水路が弁座リング内に統合されることによって、シリンダヘッドの弁座受入れ領域が腐食から効果的に保護される。

更に、弁座リングが簡単な加工及び継ぎ目溶接法によって技術的に簡単に製造されうるという利点を持っている。

上記構造部品の組立に、種々の溶接技術的方法が採用できる。例えばタングステン・不活性ガスアーク溶接、即ちティグ（ＴＩＧ）溶接、メタル・不活性ガスアーク溶接、即ちミグ（ＭＩＧ）溶接、メタル・活性ガスアーク（ＭＡＧ）溶接、或いはレーザ若しくは電子ビームによるビーム溶接等がそれである。しかし、これらの接合方法はコストを要し、高価である。更に溶接接合部に切欠きが生じてしまう。

それ故、部品の接合継ぎ目は継ぎ目溶接法で作るとよい。この方法は、一方で同じ材料又は異なる材料からなる部品の接合を可能とし、他方で接合部に高い強度を与える。その他に、それによって切欠きのない継ぎ目接合を達成できる。

特に高温溶接は、非常に良好な耐熱性を持つ接合部を作り出す。高温溶接は真空ガス又は保護ガス雰囲気内での、９００℃以上の液化温度を持つ溶加材による加熱継ぎ目法及びコーティング法である。その際、主に用いられる溶加材はニッケルベースの溶加材、金ニッケル溶加材、及び他の貴金属並びに銅及び銅ベースの溶加材である。

部品の材料は熱的負荷に応じて選ぶ。接合相手の熱膨張率は略同じである必要がある。

特に高温真空溶接による継ぎ目はその良好な再現性によって、統合された冷却剤通路を備えた一体の弁座リングの製造を可能にする。又、高温真空溶接は上述の溶接接合に対して切欠きなしの接合を可能とし、種々の材料を互いに接合できる。

次に２つの実施例を参照し、本発明を詳細に説明する。

図１において、詳細には図示しない水冷型内燃機関のシリンダヘッド１内に、各シリンダ毎に、通常少なくとも１つの吸排気弁が設けられ、それはシリンダヘッド１内の対応する吸排気口２に組込まれる。

この吸排気口２の開口部に弁座リング３が組込まれる。弁座リング３は弁頭と共働して吸排気口２をシリンダ室に対して封止できる。弁座リング３は、２つのリング部４、５、即ち弁座リング上部と弁座リング下部とから組立てられており、両リング部は組立状態において、統合されたリング状冷却室６を有する一体の弁座リング３を形成する。その際、弁座リング３はシリンダヘッド１の吸排気口２のリング状凹所７内に嵌め込まれ、又は圧入される。リング状冷却室６は冷却媒体循環路８に対する連通孔１０を有し、その際圧入面９を形成する側面が連通孔１０を備える。

強固に組立てられた両リング部４、５はシリンダヘッド１に対向するシリンダ状圧入面９を備え、シリンダヘッド１の、弁によって制御される吸排気口２内の凹所７の平面１１に密接に当接される。

弁座リング３の減少部のないシリンダ状外径部により、連続した嵌め合いが生ずる。このためシリンダヘッド１を介しての熱放出を明らかに改善し得る。従って弁座３ａの温度も付加的に低下する。かくして円形パッキングリングを用いた封止を省略できる。

統合された冷却室６は可変構造にでき、そのため弁座３ａ迄の小さな所望間隔Ａを達成できる。

弁座リング３内に統合され閉鎖されたリング状冷却室により、シリンダヘッド１の受入領域を腐食に対し保護し、比較的大きな圧入面９により良好な熱伝達部を形成できる。

図２は本発明の第２の実施例による弁座リング２０を示す。図１に対応する部分には同一符号を付している。

弁座リング２０の第１リング部２１は、シリンダヘッド１に対して開放されたリング状冷却室２３を備えている。リング状冷却室２３をシリンダヘッド１に対し封止すべく、比較的薄い壁厚のスリーブ状をした、第１リング部２１を同心的に取囲む第２リング部２２を第１リング部２１と強固に結合している。冷却室２３を冷却媒体循環路８と連通させるべく、スリーブ状リング部２２に連通孔２４を設けている。

弁座リング２０の第１リング部２１に、取付部２５、弁を受け入れる弁座２６及び中間領域２７を設けている。スリーブ状の第２リング部２２は中間領域２７、即ち冷却室２３をシリンダヘッド１に対して封止し、かつシリンダヘッド１への押圧座を形成している。

冷却室２３は取付部２５の背後切欠部で作られ、スリーブ状の第２リング部２２がその脚部２８で、シリンダヘッド１に少なくとも部分的に対向する取付部２５を覆っている。

中間領域２７は、取付部２５に対して縮小した外径を有するものとして構成している。この縮小した外径部のため、シリンダヘッド１と弁座リング２０との間に、円形パッキングリング２９を介した封止が必要となる。そのため、シリンダヘッド１とスリーブ状リング部２２との間に円形パッキングリング２９を設けている。この実施例の場合も、シリンダヘッド１の鋳造材料は、冷却室の覆いとしてのスリーブ状リング部２２によって腐食から保護される。スリーブ状第２リング部２２とシリンダヘッド１との間の円形パッキングリング２９を、特にシリンダヘッド１の冷却材料内に挿入することで、前記リングを付加的に内側から薄い壁厚のスリーブ状リング２２を介して冷却できる。従って円形パッキングリング２９の耐用期間を明らかに延長させ得る。

水冷型内燃機関の吸排気口、及びそこに配置された本発明の第１実施例による弁座リングを備えたシリンダヘッドの要部の断面図である。（実施例１） 本発明の第２実施例による弁座リングを備えた、図１と同様の部分断面図である。（実施例２）

符号の説明

１ シリンダヘッド、２ 吸排気口、３、２０ 弁座リング、３ａ、２６ 弁座、４、５、２１、２２ リング部、６、２３ リング状冷却室、７ 凹所、８ 冷却媒体循環路、９ シリンダ状圧入面、１０、２４ 連通孔、１１ 平面、２５ 取付部、２７ 中間領域、２８ 脚部、２９ 円形パッキングリング

Claims (9)

1. 弁によって制御される吸排気口を備え、この吸排気口は冷却剤が通流する中空室を備えると共に対応する連通孔を介して内燃機関の冷却剤循環路に連通される、内燃機関のシリンダヘッド用冷却型弁座リングにおいて、
   弁座リング（３、２０）が少なくとも２つのリング部（４、５、２１、２２）から組立てられ、両リング部は強固に結合されてリング状通流室（６、２３）を形成し、該通流室は、圧入面を形成しつつシリンダヘッド（１）内に圧入されることにより、前記両リング部の少なくとも一方に形成された連通孔（１０、２４）を介して、内燃機関の冷却剤循環路に統合されたことを特徴とする弁座リング。
2. 弁座リング（３）が２つのリング部（４、５）から組立てられ、両リング部は夫々ほぼ半分ずつの空間（６ａ、６ｂ）を占有すると共に、組立状態において統合された冷却室（６）を有する一体の弁座リングを形成し、入面を形成する前記リングの側面が前記連通孔（１０）を備えることを特徴とする請求項１記載の弁座リング。
3. 第１リング部（２１）がシリンダヘッド（１）に対して開放したリング状冷却室（２３）を備え、該冷却室（２３）が前記シリンダヘッド（１）に対して閉鎖されるように比較的薄い壁厚のスリーブ状第２リング部（２２）が前記第１リング部（２１）を同心的に取囲んでそれに強固に結合され、前記スリーブ状第２リング部（２２）に前記冷却室（２３）と前記冷却剤循環路とを連通する連通孔（２４）が設けられたことを特徴とする請求項１記載の弁座リング。
4. 前記第１リング部（２１）に、取付部（２５）、弁を受け入れる弁座（２６）及び中間領域（２７）が設けられ、前記スリーブ状第２リング部（２２）が、前記中間領域（２７）を、冷却室（２３）により前記シリンダヘッド（１）に対して覆い、シリンダヘッド（１）に圧入部を形成したことを特徴とする請求項１記載の弁座リング。
5. 前記冷却室（２３）が前記取付部（２５）の背後切欠部によって作られ、前記スリーブ状の第２リング部（２２）がその脚部（２８）によって前記シリンダヘッド（１）に対して少なくとも部分的に圧入された状態で前記取付部（２５）を覆うことを特徴とする請求項３又は４記載の弁座リング。
6. 前記中間領域（２７）が前記取付部（２５）に対して縮小された外径を有し、前記シリンダヘッド（１）とスリーブ状第２リング部（２２）との間に円形パッキングリング（２９）が設けられたことを特徴とする請求項４又は５記載の弁座リング。
7. 強固に結合された両リング部（４、５）が前記シリンダヘッド（１）に対してシリンダ状圧入面（９）を備え、弁座リング（３）がシリンダヘッド（１）の弁によって制御される連通口（２）の凹所（７）の平面（１１）に密接に取付け可能であることを特徴とする請求項２記載の弁座リング。
8. 前記両リング部（４、５、２１、２２）が継ぎ目溶接法によって互いに強固に接合されたことを特徴とする請求項１から７の１つに記載の弁座リング。
9. 前記両リング部（４、５、２１、２２）が高温真空溶接法によって互いに強固に接合されたことを特徴とする請求項８記載の弁座リング。
   
   

Images