JP2006516313A - Valve seat and method for manufacturing the valve seat - Google Patents

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    • Y10T29/49306—Valve seat making

Abstract

本発明は、内燃機関のシリンダヘッド用の弁座であって、シリンダヘッドの基材に融着される付加的材料を含む弁座に関する。付加的材料は、上下に互いに置かれる少なくとも２つの層を備え、シリンダヘッドに面する内層は、シリンダヘッドの基材に対する優れた接合特性を有し、シリンダヘッドから離れた外層は、優れた強度及び磨耗特性を有する。The present invention relates to a valve seat for a cylinder head of an internal combustion engine, which includes an additional material fused to a base material of the cylinder head. The additional material comprises at least two layers placed one above the other, the inner layer facing the cylinder head has excellent bonding properties to the cylinder head substrate, and the outer layer away from the cylinder head has excellent strength And has wear characteristics.

Description

本発明は、請求項１の前文により詳細に定義される種類の内燃機関のシリンダヘッド用の弁座に関する。さらに、本発明は、請求項１０の前文により詳細に定義される種類の内燃機関のシリンダヘッド用の弁座を製造する方法に関する。   The invention relates to a valve seat for a cylinder head of an internal combustion engine of the kind defined in more detail by the preamble of claim 1. The invention further relates to a method for producing a valve seat for a cylinder head of an internal combustion engine of the kind defined in more detail by the preamble of claim 10.

特許文献１は、一般的な種類の弁座及びそれを製造するための一般的な種類の方法を記載している。この場合、付加的材料、すなわち、アルミニウム−シリコン合金とニッケルの合金又は混合物は、レーザビームによって、シリンダヘッドの基材に融着される。   U.S. Pat. No. 6,057,056 describes a general type of valve seat and a general type of method for manufacturing it. In this case, an additional material, ie an alloy or mixture of aluminum-silicon alloy and nickel, is fused to the cylinder head substrate by means of a laser beam.

特許文献２は、ガス置換弁の弁座表面を補強する方法であって、好ましくはニッケル又はコバルト基超合金からなる強化用板材料が、バルブ板の一周する凹部内に導入される方法を開示している。   Patent Document 2 discloses a method of reinforcing a valve seat surface of a gas replacement valve, and a method in which a reinforcing plate material preferably made of nickel or a cobalt-based superalloy is introduced into a recess around a valve plate. is doing.

金属加工品の表面を、粉体又はワイヤの形態にある付加的材料によって被覆する方法が、特許文献３に記載されている。   A method for coating the surface of a metal workpiece with an additional material in the form of powder or wire is described in US Pat.

この種のさらに他の方法が、特許文献４によって知られている。この場合、シリンダヘッドの基材は、実質的にアルミニウムを含み、鉄又はニッケル、又はこれら２つの金属の１つを含む合金が、弁座を形成するための付加的材料の主成分として用いられている。   Yet another method of this kind is known from US Pat. In this case, the cylinder head substrate substantially comprises aluminum, and iron or nickel, or an alloy comprising one of these two metals, is used as the main component of the additional material for forming the valve seat. ing.

この場合の１つの欠点は、鉄及びニッケルが、アルミニウムからなるシリンダヘッドよりも著しく高い融点を有する点にある。これによって、付加的材料が溶融を開始したばかりのときに、シリンダヘッドは、すでにレーザビームの作用によって、溶融の形態にあるという結果が生じ得る。さらにアルミニウムはまだ溶融形態にある間に、以前に液状の鉄がすでに凝固しているという場合が生じ得る。これによって、鉄とアルミニウム材料間の界面領域に金属間相が形成され、極めて脆弱な微細組織が生じ得る。その結果、生成される弁座とシリンダヘッドの基材との間に均質な接合を達成するのが困難である。なお、これに関連して、これらの材料の異なる表面張力も大きな役割を果たす。   One disadvantage in this case is that iron and nickel have a significantly higher melting point than a cylinder head made of aluminum. This can result in the cylinder head already in the form of melting due to the action of the laser beam when the additional material has just started to melt. Furthermore, there may be cases where previously liquid iron has already solidified while aluminum is still in molten form. As a result, an intermetallic phase is formed in the interface region between the iron and aluminum materials, and an extremely fragile microstructure can be generated. As a result, it is difficult to achieve a homogeneous bond between the produced valve seat and the cylinder head substrate. In this connection, the different surface tensions of these materials also play a major role.

特許文献５は、アルミニウム合金からなるシリンダヘッドを記載している。このシリンダヘッドの弁座は、板上の銅合金層によって、形成されている。   Patent Document 5 describes a cylinder head made of an aluminum alloy. The valve seat of this cylinder head is formed by a copper alloy layer on the plate.

しかし、もし銅が弁座の材料として用いられる場合、特に、ディーゼル内燃機関の場合、ディーゼル燃料に含まれる硫黄が銅を侵食するという欠点が生じ、これによって、生成される排気ガス及び腐食に関連する問題が生じる。従って、弁座に対する銅の使用は、火花点火内燃機関に対してのみ適切であり、これは、この解決策が経済的に用いられ得ないことを意味している。   However, if copper is used as the material for the valve seat, especially in the case of diesel internal combustion engines, the disadvantage is that sulfur contained in the diesel fuel erodes copper, which is related to the generated exhaust gas and corrosion. Problems arise. Therefore, the use of copper for the valve seat is only suitable for spark ignition internal combustion engines, which means that this solution cannot be used economically.

特許文献６は、レーザ放射によって合金化される粉体状の付加的材料によるシリンダライナーの内部被膜のための方法を記載している。   U.S. Patent No. 6,057,056 describes a method for the inner coating of a cylinder liner with a powdered additional material that is alloyed by laser radiation.

特許文献７は、強度及び／又は耐摩耗性を増大させる付加的材料を有する、特に、内燃機関の軽金属ピストンの軽金属成分の表面処理のための方法を開示している。   U.S. Patent No. 6,057,028 discloses a method for surface treatment of light metal components, particularly light metal pistons of internal combustion engines, with additional materials that increase strength and / or wear resistance.

さらに、内燃機関用の弁座及びそれらを製造する方法に関連する他の先行技術に関して、以下の文献、すなわち、特許文献８、特許文献９、特許文献１０、特許文献１１、特許文献１２、特許文献１３、特許文献１４、特許文献１５、特許文献１６、特許文献１７、特許文献１８、特許文献１９、特許文献２０、特許文献２１、特許文献２２、特許文献２３、及び特許文献２４が引用される。
独国特許出願公開第１９９ １２ ８８９ Ａ１号明細書 独国特許発明第３５ １７ ０７７ Ｃ１号明細書 独国特許出願公開第１９９ １２ ８９４ Ａ１号明細書 欧州特許第０ ０９２ ６８３ Ｂ１号明細書 欧州特許第０ ２２８ ２８２ Ｂ１号明細書 独国特許出願公開第１９６ ３９ ４８０ Ａ１号明細書 独国特許出願公開第２２ ００ ００３ Ａ１号明細書 米国特許第４，０５９，８７６号明細書 特開平５−２５６１９０号公報 特開平７−２８４９７０号公報 特開平８−４７７８７号公報 特開平８−２２４６８０号公報 特開平８−２２４６８１号公報 特開平８−２２４６８２号公報 特開平８−２２４６８３号公報 特開平１０−１４１１３２号公報 特開平１０−１７６５１１号公報 特開平１１−２１５４号公報 欧州特許出願公開第０ ２０９ ３６６ Ａ１号明細書 米国特許第４，７２３，５１８号明細書 特開平２−１９６１１７号公報 特開平４−１２３８８５号公報 特開平６−４２３２０号公報 特開平８−１７４２４５号公報 Furthermore, regarding the other prior arts related to the valve seats for internal combustion engines and the method of manufacturing them, the following documents, that is, Patent Document 8, Patent Document 9, Patent Document 10, Patent Document 11, Patent Document 12, Patent Reference 13, Patent Reference 14, Patent Reference 15, Patent Reference 16, Patent Reference 17, Patent Reference 18, Patent Reference 19, Patent Reference 20, Patent Reference 21, Patent Reference 22, Patent Reference 23, and Patent Reference 24 are cited. The
German Patent Application Publication No. 199 12 889 A1 German Patent Invention No. 35 17 077 C1 Specification German Patent Application Publication No. 199 12 894 A1 European Patent No. 0 092 683 B1 European Patent No. 0 228 282 B1 German Patent Application Publication No. 196 39 480 A1 German Patent Application Publication No. 22 00 003 A1 US Pat. No. 4,059,876 JP-A-5-256190 JP-A-7-284970 JP-A-8-47787 JP-A-8-224680 Japanese Patent Laid-Open No. 8-224681 JP-A-8-224682 JP-A-8-224683 JP-A-10-141132 JP-A-10-176511 Japanese Patent Laid-Open No. 11-2154 European Patent Application Publication No. 0 209 366 A1 US Pat. No. 4,723,518 JP-A-2-196117 JP-A-4-123858 JP-A-6-42320 JP-A-8-174245

もし弁座が、付加的材料としてシリンダヘッドの基材に融着される場合、この付加的材料は、シリンダヘッドの基材に対する接合とガス置換弁によって導入される力を吸収する強度特性及び弁座の表面の磨耗を可能な限り小さくするのに必要な摩擦特性を確保しなければならないという課題が生じる傾向にある。これは、ある材料の使用に関してなされてきた極めて広い範囲の提案によって先行技術において反映されている、材料の選択に、極めて複雑な境界条件を与える。しかし、これまでに、実際に長い間にわたって用いられてきた弁座のリングを適切な場所に押込む方法と置き換わることができることを確信させるような解決策は、存在しない。   If the valve seat is fused to the cylinder head substrate as an additional material, this additional material will be bonded to the cylinder head substrate and the strength characteristics and valve to absorb the force introduced by the gas displacement valve. There is a tendency for the problem that the frictional properties necessary to minimize the wear of the seat surface to be ensured must be ensured. This presents extremely complex boundary conditions for the selection of materials, reflected in the prior art by a very wide range of proposals that have been made regarding the use of certain materials. To date, however, there is no solution that can be convinced that the valve seat ring, which has been used for a long time in practice, can be replaced with a method of pushing it into place.

従って、本発明の目的は、シリンダヘッドの基材への良好な接合及び良好な強度と磨耗特性の両方を有する、内燃機関のシリンダヘッド用の弁座及びそれを製造する方法を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a valve seat for a cylinder head of an internal combustion engine and a method of manufacturing the same, having both good bonding of the cylinder head to the substrate and both good strength and wear characteristics. is there.

本発明によれば、この目的は、請求項１に挙げられる特徴によって、達成される。   According to the invention, this object is achieved by the features listed in claim 1.

本発明による上下に互いに重なる２つの層は、有利に、弁座が果たさねばならない様々な役割が分割されることを可能にする。例えば、本発明によれば、シリンダヘッドに面する内層は、弁座をシリンダヘッドの基材に接合する役割を果たすことができ、シリンダヘッドから離れた外層は、それが弁座用の良好な強度と磨耗特性を有するように設計されるようにすることができる。   The two layers that overlap one above the other according to the invention advantageously allow the various roles that the valve seat must fulfill to be divided. For example, according to the present invention, the inner layer facing the cylinder head can serve to join the valve seat to the base of the cylinder head, and the outer layer away from the cylinder head is good for the valve seat. It can be designed to have strength and wear characteristics.

これは、有利には、弁座のシリンダヘッドへの接合を改良し、これによって、弁座の全体がシリンダヘッドから分離されるのを防ぐ。にもかかわらず、外層の構成によって、比較的高い負荷が、比較的低摩耗率で、本発明による弁座に加えられるようにすることができる。このように達成された包括的な結果として、特に火花点火及びディーゼル内燃機関に与えられる異なる要求に関して、著しく広い範囲の材料を用いることができる。   This advantageously improves the joint of the valve seat to the cylinder head, thereby preventing the entire valve seat from being separated from the cylinder head. Nevertheless, the configuration of the outer layer allows a relatively high load to be applied to the valve seat according to the invention with a relatively low wear rate. As a comprehensive result achieved in this way, a significantly wider range of materials can be used, especially with respect to the different demands placed on spark ignition and diesel internal combustion engines.

もし本発明の有利な構成において、内層が良好な熱伝導特性を有していれば、弁座表面からシリンダヘッドへの熱の散逸が、有利に改良される。何故なら、溶融された冶金的な接合によって、弁座とシリンダヘッドとの間の空隙がなくされるからである。   In an advantageous configuration of the invention, the heat dissipation from the valve seat surface to the cylinder head is advantageously improved if the inner layer has good heat transfer properties. This is because the melted metallurgical joint eliminates the gap between the valve seat and the cylinder head.

特に、アルミニウムから作製されるシリンダヘッドの場合、内層が銅又は銅合金を含むと有利であることがわかっている。何故なら、この種の材料は、シリンダヘッドのアルミニウム材料に良好に接合され得るからである。これに関連して、外層は、内層の銅材料が硫黄含有燃料又は排ガス成分と化合し、排ガスレベルに悪影響を与えるのを防ぐ。   In particular, for cylinder heads made from aluminum, it has proven advantageous if the inner layer comprises copper or a copper alloy. This is because this type of material can be well bonded to the aluminum material of the cylinder head. In this regard, the outer layer prevents the copper material of the inner layer from combining with sulfur-containing fuel or exhaust gas components and adversely affecting exhaust gas levels.

さらに、ニッケル、鉄、及び／又はコバルト、又はこれらの材料の少なくとも１つを含む合金を含む外層を設けることができる。これらの材料は、特に硬質で、耐摩耗性があり、極めて高い強度を有することがわかっている。これらの材料のさらに他の利点は、内層に用いられ得る銅材料に対する良好な接合能力を有することにある。   Furthermore, an outer layer comprising nickel, iron and / or cobalt or an alloy comprising at least one of these materials can be provided. These materials have been found to be particularly hard, wear resistant and have very high strength. Yet another advantage of these materials is that they have good bonding ability to copper materials that can be used for the inner layer.

方法に関する解決策は、請求項１０の特徴によって、与えられる。   A solution regarding the method is given by the features of claim 10.

この連続的な方法は、本発明による少なくとも２つの層が、前述の弁座の有利な特性を維持しながら、プロセス工学の観点から特に簡単かつ確実に、シリンダヘッドの基材に接合されることを可能にする。   This continuous method ensures that at least two layers according to the invention are joined to the cylinder head substrate in a particularly simple and reliable manner from a process engineering point of view, while maintaining the advantageous properties of the aforementioned valve seat. Enable.

もし内層が、中実のリングの形態で、シリンダヘッドに配置され、外層が、粉体の形態で、内層に与えられる場合、製造技術の観点から特に経済的な方法が得られる。   If the inner layer is arranged on the cylinder head in the form of a solid ring and the outer layer is applied to the inner layer in the form of a powder, a particularly economical method is obtained from the point of view of manufacturing technology.

本発明のさらに他の有利な構成及び改良は、従属請求項の残りから、及び図面を参照して以下に概説される例示的実施形態から、明らかになるであろう。   Further advantageous configurations and improvements of the invention will become apparent from the remainder of the dependent claims and from the exemplary embodiments outlined below with reference to the drawings.

図１は、全体は示されていない内燃機関のシリンダヘッド１の部分を示している。シリンダヘッド１は、それ自体が知られている方法で、ガス置換弁３によって開閉され得る吸気口２を有している。ガス置換弁３が開くと、燃料／空気混合気は、それ自体が知られている方法によって、吸気口２からシリンダヘッド１の下方に配置された燃焼室４内に入ることができる。さらに、シリンダヘッド１は、弁座５を有し、この弁座５に対して、ガス置換弁３が閉位置において着座し、このようにして、吸気口２を燃焼室４から分離する。   FIG. 1 shows a portion of a cylinder head 1 of an internal combustion engine which is not shown in its entirety. The cylinder head 1 has an inlet 2 that can be opened and closed by a gas replacement valve 3 in a manner known per se. When the gas replacement valve 3 is opened, the fuel / air mixture can enter the combustion chamber 4 located below the cylinder head 1 from the inlet 2 in a manner known per se. Further, the cylinder head 1 has a valve seat 5, and the gas replacement valve 3 is seated on the valve seat 5 in the closed position, and thus the intake port 2 is separated from the combustion chamber 4.

また、図１から分かるように、弁座５は、それぞれの付加的材料から形成される２つの層６と７、すなわち、シリンダヘッド１に面する下層又は内層６と、シリンダヘッド１から離れてガス置換バルブ３に面する上層又は外層７とを有している。内層６は、弁座５をシリンダヘッド１に接合するのに用いられ、従って、シリンダヘッド１の基材に対して良好な接合特性を有している。対照的に、外層７は、ガス置換弁３から弁座５に作用する力を吸収することができるために、良好な強度と磨耗特性を有している。   As can also be seen from FIG. 1, the valve seat 5 is separated from the cylinder head 1 by two layers 6 and 7 formed from the respective additional material, ie the lower or inner layer 6 facing the cylinder head 1. It has an upper layer or an outer layer 7 facing the gas replacement valve 3. The inner layer 6 is used to join the valve seat 5 to the cylinder head 1, and thus has good joining characteristics to the base material of the cylinder head 1. In contrast, the outer layer 7 has good strength and wear characteristics because it can absorb the force acting on the valve seat 5 from the gas replacement valve 3.

この場合、シリンダヘッド１は軽合金、特に、アルミニウムから成るので、銅又は銅合金が内層６に用いられる。何故なら、この材料は、アルミニウムに対して特に良好な親和性を有しているからである。この場合、特に、合金ＣｕＡｌ10、すなわち、１０重量％のアルミニウムを含む銅合金を用いるとき、内層６は、シリンダヘッド１の材料に固く結合される。さらに、鉄も、内層用の適切なさらに他の合金成分であることがわかっている。しかし、純銅を内層６に用いることもできる。 In this case, since the cylinder head 1 is made of a light alloy, particularly aluminum, copper or a copper alloy is used for the inner layer 6. This is because this material has a particularly good affinity for aluminum. In this case, especially when using the alloy CuAl 10 , ie a copper alloy containing 10% by weight of aluminum, the inner layer 6 is firmly bonded to the material of the cylinder head 1. Furthermore, iron has also been found to be another suitable alloying component for the inner layer. However, pure copper can also be used for the inner layer 6.

シリンダヘッド１の基材に対する良好な結合特性に加えて、内層６は、弁座５の表面からシリンダヘッド１への熱の放散を改良するために、良好な熱伝導特性も有する。これは、弁座５とシリンダヘッド１との間の空隙が、溶融された冶金的接合によって、なくされるからである。これに関連して、２０℃の銅の熱伝導性は、略３５０〜４００Ｗ／ｍ・Ｋであり、２０℃のアルミニウムの熱伝導性は、略２００〜２５０Ｗ／ｍ・Ｋであり、２０℃の内層６に用いられる合金の熱伝導性は、略２００〜４００Ｗ／ｍ・Ｋである。   In addition to the good bonding properties of the cylinder head 1 to the substrate, the inner layer 6 also has good heat conduction properties in order to improve the heat dissipation from the surface of the valve seat 5 to the cylinder head 1. This is because the gap between the valve seat 5 and the cylinder head 1 is eliminated by the molten metallurgical joining. In this connection, the thermal conductivity of copper at 20 ° C. is approximately 350 to 400 W / m · K, and the thermal conductivity of aluminum at 20 ° C. is approximately 200 to 250 W / m · K. The thermal conductivity of the alloy used for the inner layer 6 is approximately 200 to 400 W / m · K.

外層７の必要とされる強度、磨耗、又は硬度特性を達成するために、ニッケル、鉄、及び／又はコバルト、又はこれらの材料の少なくとも１つを含む合金が、この外層に用いられると好ましい。この種の材料は、シリンダヘッド１のアルミニウムに接合されると、ある状況下において、クラックの生成をもたらし得る金属間相を形成する傾向にあるが、内層６の存在によって、外層７は、シリンダヘッド１に接合されず、その結果、この種の金属間相は生じない。   In order to achieve the required strength, wear or hardness properties of the outer layer 7, nickel, iron and / or cobalt or an alloy comprising at least one of these materials is preferably used for this outer layer. This type of material, when bonded to the aluminum of the cylinder head 1, tends to form an intermetallic phase that can lead to the formation of cracks under certain circumstances, but due to the presence of the inner layer 6, the outer layer 7 It is not bonded to the head 1 and as a result, this kind of intermetallic phase does not occur.

特に、クロム、シリコン、及びモリブデンは、外層７に用いられる材料のさらに他の合金成分として特に適していることがわかっている。外層７に用いられ得るいくつかの合金が、例として、以下に挙げられる。前述の３つの元素に加えて、他の元素を、さらに他の合金成分として、用いることができる。すなわち、Ｃｏ２５Ｃｒ１０Ｎｉ７Ｗ０．５Ｃ、Ｃｏ２８Ｍｏ８Ｃｒ２Ｓｉ、Ｃｏ２８Ｍｏ１７Ｃｒ３Ｓｉ、Ｎｉ１７Ｃｒ６Ａ１０．５Ｙ、Ｎｉ２２Ｃｒ１０Ａｌ１．０Ｙ、Ｎｉ２５Ｃｒ６Ａｌ０．４Ｙ、Ｎｉ３１Ｃｒ１１Ａｌ０．６Ｙ、Ｎｉ２３Ｃｏ２０Ｃｒ８．５Ａｌ４Ｔａ０．６Ｙ、Ｎｉ１５Ｃｒ４Ｓｉ３ＦｅＢ０．７５Ｃ、Ｎｉ２１．５Ｃｒ８．５Ｍｏ３Ｆｅ０．５Ｃｏ、Ｎｉ１９Ｃｒ１８Ｆｅ３Ｍｏ１Ｃｏ１Ｔｉ、又は、Ｎｉ８．５Ｃｒ７Ａｌ５Ｍｏ２Ｓｉ２Ｂ２Ｆｅ３ＴｉＯ２を用いることができる。勿論、この一覧が完全であることはなく、市販されている弁座リングに用いられている材料を用いることができる。材料の選択は、とりわけ、シリンダヘッド１が火花点火内燃機関に用いられるか又はディーゼル内燃機関に用いられるかにも依存する。   In particular, chromium, silicon and molybdenum have been found to be particularly suitable as further alloy components of the material used for the outer layer 7. Some alloys that can be used for the outer layer 7 are listed below as examples. In addition to the three elements described above, other elements can be used as other alloy components. That is, Co25Cr10Ni7W0.5C, Co28Mo8Cr2Si, Co28Mo17Cr3Si, Ni17Cr6A10.5Y, Ni22Cr10Al1.0Y, Ni25Cr6Al0.4Y, Ni31Cr11Al0.6Y, Ni23Co20Cr8.5Al4Ta0.6Y, Ni15Cr4Si3FeB0.75C, Ni21.5Cr8.5Mo1Fe18 5Cr7Al5Mo2Si2B2Fe3TiO2 can be used. Of course, this list is not complete, and commercially available materials for valve seat rings can be used. The choice of material also depends inter alia on whether the cylinder head 1 is used for a spark ignition internal combustion engine or a diesel internal combustion engine.

もし他の材料がシリンダヘッド１に用いられる場合、勿論、２つの層６と７を、内層６がシリンダヘッド１の基材に対して良好な接合特性を有し、外層７が良好な強度と磨耗特性を有することを確実とする他の材料から、構成することができる。   If other materials are used for the cylinder head 1, of course, the two layers 6 and 7, the inner layer 6 has good bonding properties to the cylinder head 1 substrate, and the outer layer 7 has good strength. It can be constructed from other materials that ensure that they have wear characteristics.

図２と図３は、前述した付加的材料をシリンダヘッド１に融着することによって、弁座５を製造するのに用いられる２つの異なるプロセスを示している。ただし、内層６をシリンダヘッド１に施す手順のみが示されている。   2 and 3 show two different processes used to manufacture the valve seat 5 by fusing the above-mentioned additional material to the cylinder head 1. However, only the procedure for applying the inner layer 6 to the cylinder head 1 is shown.

図２に示される実施形態において、シリンダヘッド１に向かって、内層６を形成するための付加的材料を放出するノズル８が、形成されるべき弁座５の領域に配置されている。付加的材料がシリンダヘッド１と接触するか又はそこに形成された溝内に入ると、同時に、その材料は、シリンダヘッド１に溶融材料１０を生成するために、レーザビーム９によって、シリンダヘッド１の基材の外層に融着される。溝の作成中、機械加工行程は、塗布プロセスと整合される。前述のレーザビーム９の代替形態として、電子ビーム（図示せず）又はエネルギーの印加又は導入によって付加的材料７から溶融材料１０を生成する適切な装置を、エネルギー源として用いることもできる。この場合、付加的な材料７は、粉体の形態で施されるが、帯片の形態で与えられてもよい。   In the embodiment shown in FIG. 2, a nozzle 8 that discharges additional material for forming the inner layer 6 towards the cylinder head 1 is arranged in the region of the valve seat 5 to be formed. As additional material comes into contact with the cylinder head 1 or enters a groove formed therein, the material simultaneously causes the cylinder head 1 to generate a molten material 10 in the cylinder head 1 by the laser beam 9. To the outer layer of the substrate. During the creation of the groove, the machining process is aligned with the application process. As an alternative to the laser beam 9 described above, a suitable device for generating the molten material 10 from the additional material 7 by applying or introducing an electron beam (not shown) or energy can also be used as the energy source. In this case, the additional material 7 is applied in the form of a powder, but may be provided in the form of a strip.

連続的なプロセスを達成するために、ノズル８とレーザビーム９は、弁座５の輪郭に対応する円形経路に沿って、連続的に進められる。レーザビーム９が、矢印Ａに対応する前進方向において、溶融材料１０から離れて移動すると、溶融材料は凝固し、内層６を形成する。これは、単一段階プロセスとして知られているプロセスである。   In order to achieve a continuous process, the nozzle 8 and the laser beam 9 are continuously advanced along a circular path corresponding to the contour of the valve seat 5. When the laser beam 9 moves away from the molten material 10 in the forward direction corresponding to the arrow A, the molten material solidifies and forms the inner layer 6. This is a process known as a single stage process.

図３は、弁座５を製造する代替的プロセスを示している。このプロセスでは、付加的材料は、ペースト、ワイヤ、焼結体、又は粉体予成形体の形態で、好ましくは、リングの形状で、シリンダヘッド１の溝に配置されるか又はシリンダヘッド１上に配置され、次いで、レーザビーム９又は電子ビームによって、溶融材料１０を形成するように融着される。この場合も、弁座５の内層６は、レーザビーム９を矢印Ａの方向に取り外した後、溶融材料１０から形成される。このプロセスは、２段階プロセスとして知られている。   FIG. 3 shows an alternative process for manufacturing the valve seat 5. In this process, the additional material is placed in or on the cylinder head 1 in the form of a paste, wire, sintered body or powder preform, preferably in the form of a ring. And then fused to form molten material 10 by laser beam 9 or electron beam. Also in this case, the inner layer 6 of the valve seat 5 is formed from the molten material 10 after the laser beam 9 is removed in the direction of arrow A. This process is known as a two-stage process.

外層７は、上記の両方の方法と極めて類似した方法で、施され得る。但し、勿論、外層７は、シリンダヘッド１ではなく、内層６に融着される。これらの２つのプロセスの組合せ、例えば、内層６がシリンダヘッド１にリングの形態で配置され、次いで、外層７が粉体の形態で内層６に接合され得る組合せも可能である。   The outer layer 7 can be applied in a manner very similar to both methods described above. However, of course, the outer layer 7 is fused not to the cylinder head 1 but to the inner layer 6. Combinations of these two processes are also possible, for example a combination in which the inner layer 6 is arranged in the form of a ring on the cylinder head 1 and then the outer layer 7 can be joined to the inner layer 6 in the form of a powder.

図４は、弁座５を製造する方法を実施するさらに可能な手法を極めて概略的に示している。この場合、２つのレーザビーム又は電子ビーム９と９’が配置され、第１レーザビーム９は、内層６をシリンダヘッド１に接合するのを担い、第２レーザビーム９’は、外層７を内層６に接合するのを担う。内層６の溶融材料１０は、矢印Ａの方向において、レーザビーム９が数ｍｍ移動しただけで、すぐに凝固するので、第２レーザビーム９’は、比較的短い距離だけ離れて第１レーザビーム９を追跡することができ、その結果、弁座５を製造するプロセスは、全体として、弁座５が１層のみからなる場合よりもわずかに長い時間しか掛からない。このプロセスは、もし外層７が、粉体の形態で施されると、有利に実施され、その場合、内層６用の材料は、前述した手法によって、施され得る。   FIG. 4 very schematically shows a further possible way of implementing the method of manufacturing the valve seat 5. In this case, two laser beams or electron beams 9 and 9 ′ are arranged, the first laser beam 9 is responsible for joining the inner layer 6 to the cylinder head 1 and the second laser beam 9 ′ Responsible for joining to 6. Since the molten material 10 of the inner layer 6 is solidified immediately after the laser beam 9 has moved several mm in the direction of the arrow A, the second laser beam 9 ′ is separated from the first laser beam by a relatively short distance. 9 so that the process of manufacturing the valve seat 5 as a whole takes slightly longer than if the valve seat 5 consists of only one layer. This process is advantageously carried out if the outer layer 7 is applied in the form of a powder, in which case the material for the inner layer 6 can be applied in the manner described above.

内燃機関のシリンダヘッド用の本発明による弁座の断面を示す図である。1 shows a cross section of a valve seat according to the invention for a cylinder head of an internal combustion engine. 本発明による方法を実施するための実施形態を示す図である。FIG. 2 shows an embodiment for carrying out the method according to the invention. 本発明による方法を実施するためのさらに他の実施形態を示す図である。FIG. 6 shows yet another embodiment for carrying out the method according to the invention. 本発明による方法のさらに他の実施形態を示す図である。FIG. 6 shows yet another embodiment of the method according to the invention.

Claims (15)

内燃機関のシリンダヘッド用の弁座であって、前記シリンダヘッドの基材に融着される付加的材料を備える弁座において、前記付加的材料は、上下に互いに重なる少なくとも２つの層（６、７）を備え、前記シリンダヘッド（１）に面する前記内層（６）は、前記シリンダヘッド（１）の前記基材に対して良好な接合特性を有し、前記シリンダヘッド（１）から離れた前記外層（７）は、良好な強度と耐磨耗性を有することを特徴とする弁座。   A valve seat for a cylinder head of an internal combustion engine, the valve seat comprising an additional material fused to a base material of the cylinder head, wherein the additional material is at least two layers (6, 7), the inner layer (6) facing the cylinder head (1) has good bonding properties to the base material of the cylinder head (1) and is separated from the cylinder head (1) Furthermore, the outer layer (7) has a good strength and wear resistance. 前記内層（６）は、良好な熱伝導特性を有することを特徴とする請求項１に記載の弁座。   The valve seat according to claim 1, characterized in that the inner layer (6) has good heat conduction properties. 前記内層（６）は、銅又は銅合金を含むことを特徴とする請求項１あるいは２に記載の弁座。   The valve seat according to claim 1 or 2, wherein the inner layer (6) contains copper or a copper alloy. 前記銅合金は、アルミニウムを合金成分として含むことを特徴とする請求項３に記載の弁座。   The valve seat according to claim 3, wherein the copper alloy contains aluminum as an alloy component. 前記銅合金は、鉄を合金成分として含むことを特徴とする請求項３あるいは４に記載の弁座。   The valve seat according to claim 3 or 4, wherein the copper alloy contains iron as an alloy component. 前記外層（７）は、ニッケル、鉄、及び／又はコバルト、又はこれらの材料の少なくとも１つを含む合金を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の弁座。   6. A valve seat according to any one of the preceding claims, characterized in that the outer layer (7) comprises nickel, iron and / or cobalt or an alloy comprising at least one of these materials. 前記ニッケル、鉄及び／又はコバルト合金は、クロムを合金成分として含むことを特徴とする請求項６に記載の弁座。   The valve seat according to claim 6, wherein the nickel, iron and / or cobalt alloy contains chromium as an alloy component. 前記ニッケル、鉄、及び／又はコバルト合金は、シリコンを合金成分として含むことを特徴とする請求項６あるいは７に記載の弁座。   The valve seat according to claim 6 or 7, wherein the nickel, iron, and / or cobalt alloy contains silicon as an alloy component. 前記ニッケル、鉄、及び／又はコバルト合金は、モリブデンを合金成分として含むことを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の弁座。   The valve seat according to any one of claims 6 to 8, wherein the nickel, iron, and / or cobalt alloy contains molybdenum as an alloy component. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の内燃機関のシリンダヘッド用の弁座を製造する方法であって、付加的材料が、エネルギーの導入によって、前記シリンダヘッドの前記弁座が形成される箇所に融着される方法において、前記内層（６）が前記シリンダヘッド（１）の前記基材に融着された後に、前記外層（７）が、エネルギーの導入によって、前記内層（６）に融着されることを特徴とする方法。   10. A method of manufacturing a valve seat for a cylinder head of an internal combustion engine according to claim 1, wherein the valve seat of the cylinder head is formed by introducing energy into the additional material. In the method in which the inner layer (6) is fused to the base material of the cylinder head (1), the outer layer (7) is introduced into the inner layer (6) by introducing energy. A method characterized by being fused. 前記付加的材料は、レーザビーム（９、９’）によって、前記シリンダヘッド（１）に融着されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。   Method according to claim 10, characterized in that the additional material is fused to the cylinder head (1) by means of a laser beam (9, 9 '). 前記付加的材料は、電子ビームによって、前記シリンダヘッド（１）に融着されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。   11. Method according to claim 10, characterized in that the additional material is fused to the cylinder head (1) by an electron beam. 前記内層（６）は、固体リングの形態で前記シリンダヘッド（１）に配置され、前記外層（７）は、粉体の形態で前記内層（６）に施されることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の方法。   The inner layer (6) is disposed on the cylinder head (1) in the form of a solid ring, and the outer layer (7) is applied to the inner layer (6) in the form of a powder. The method according to any one of 10 to 12. 前記内層（６）及び前記外層（７）は、粉体の形態で施されることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の方法。   13. A method according to any one of claims 10 to 12, characterized in that the inner layer (6) and the outer layer (7) are applied in the form of a powder. 前記内層（６）及び前記外層（７）は、固体リングの形態で施されることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の方法。   13. A method according to any one of claims 10 to 12, characterized in that the inner layer (6) and the outer layer (7) are applied in the form of a solid ring.
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