JP2014114817A - Gas exchange valve and method for manufacturing the gas exchange valve - Google Patents

Gas exchange valve and method for manufacturing the gas exchange valve Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas exchange valve that is used for a reciprocating piston internal combustion engine, and to provide its manufacturing method.SOLUTION: A gas exchange valve 1 comprises a valve shaft 2 extending along an axial valve shaft axis A, and a valve body having a valve disc 3 connected to the valve shaft 2. This valve disc 3 extends apart from the valve shaft 2 in an axial direction, and extends spreading outside in the radial direction to the valve shaft axis A. A valve mating surface 32 is formed in the valve disc 3 between a lower surface 31 of the valve disc 3 formed substantially perpendicular to the valve shaft axis A and the valve shaft 2. According to the present invention, a recess 4 in the form of a first coating recess 41 is provided at a lower surface 31 of the valve disc, and a corrosion protection coating 5 in the form of a first etching protective layer 51 is provided in this coating recess 41.

Description

本発明は、それぞれのカテゴリの独立請求項の前段部による、往復動内燃機関用ガス交換バルブ、特に長手方向掃気式大型2ストロークディーゼルエンジン用排出バルブ、並びにガス交換バルブの製造方法に関する。   The present invention relates to a gas exchange valve for a reciprocating internal combustion engine, in particular a discharge valve for a longitudinal scavenging large two-stroke diesel engine, and a method for producing the gas exchange valve according to the preceding stage of the independent claims of each category.

しばしば単に熱腐食又は高温ガス腐食とも称される、高温腐食に対する保護コーティングが従来技術でよく知られている。これらは、例えば、腐食に対する、特に高温及び化学的に過酷な環境での酸化又は硫化に対して、高い耐性を有する表面層保護コーティングであると理解される。それらは、例えば、溶射によって製造され、MCrAlY層が高温腐食保護として広く使用される。これに関連して、金属Mは、例えば、鉄、コバルト又はニッケル又はこれらの又は他の金属の合金であり得る。また、例えばクロマイジングによって形成されるアルミニウムクロム層は、多くの用途において高温腐食に対して、特に酸化物含有媒体に対して、大体良好な耐性を示す。   Protective coatings against hot corrosion, often referred to simply as hot corrosion or hot gas corrosion, are well known in the prior art. These are understood to be surface layer protective coatings which have a high resistance to, for example, corrosion, especially oxidation or sulfidation in high temperatures and chemically harsh environments. They are produced, for example, by thermal spraying, and MCrAlY layers are widely used as hot corrosion protection. In this context, the metal M can be, for example, iron, cobalt or nickel or an alloy of these or other metals. Also, for example, an aluminum chrome layer formed by chromizing exhibits generally good resistance to high temperature corrosion, especially to oxide-containing media, in many applications.

高温腐食の現象は、この点について、概して、数100℃から1000℃をはるかに超える比較的高いプロセス温度が存在する所に現れ、しばしば、このような高温が腐食効果の出現の原因となるだけでなく、例えば、燃焼生成物又は他の化学反応生成物に戻って結び付けられ得る又は燃料、潤滑油等の中の混合物によってももたらされ得る、化学的に過酷な環境条件にも見出すことができる。   The phenomenon of hot corrosion generally appears in this respect where there are relatively high process temperatures that are well above several hundred to 1000 ° C., and often such high temperatures are only responsible for the appearance of the corrosion effect. But also found in chemically harsh environmental conditions that can be tied back to combustion products or other chemical reaction products or brought about by mixtures in fuels, lubricants, etc. it can.

したがって、特に、多かれ少なかれ燃焼プロセスと直接接触しているワークピース、構成部品及び機械部品は高温腐食の脅威にさらされている。この例は、内燃機関のピストンのピストン表面、シリンダ壁、シリンダカバー、噴射ノズル、ガス交換バルブ、また、例えば、ターボチャージャ、特にタービン部品及び/又は排気供給部又は排気の抽出部及びターボチャージャシステム等、内燃機関の排気ガスシステムの構成部品である。   Thus, in particular, workpieces, components and machine parts that are more or less in direct contact with the combustion process are at risk of hot corrosion. Examples of this include piston surfaces of internal combustion engines pistons, cylinder walls, cylinder covers, injection nozzles, gas exchange valves, as well as, for example, turbochargers, in particular turbine components and / or exhaust supply or exhaust extraction and turbocharger systems Etc., which are components of an exhaust gas system of an internal combustion engine

これに関連して大型ディーゼル燃焼モータはしばしばニッケルベース合金(超合金)、例えば、ナイモニック80Aから構成される。このニッケルベース合金は、重油の燃焼で生じる攻撃的な媒体に対して適切な腐食耐性を有する。ニッケルベース合金に比べて費用効果の高い変形は、バルブ本体の製造のための耐食クロムニッケル鋼の使用である。しかしこの腐食関連特性はニッケルベース合金のものに達しない。これらの鋼の対応する特性を対応する要件に適合させるために、これらのガス交換バルブの腐食の危険にさらされる領域を、溶着溶接によって多層に、例えば、およそ6から9層に堆積させることが知られている。これに関連して溶着溶接によって導入される熱が、バルブ本体の強い固有応力、部品の変形につながり、このようにバルブ本体のき裂の形成の危険性を増加させる。   In this connection, large diesel combustion motors are often composed of a nickel-based alloy (superalloy), such as Nimonic 80A. This nickel-based alloy has adequate corrosion resistance against aggressive media generated by heavy oil combustion. A cost-effective deformation compared to nickel-based alloys is the use of corrosion-resistant chromium nickel steel for the manufacture of valve bodies. However, this corrosion-related property does not reach that of nickel-base alloys. In order to adapt the corresponding properties of these steels to the corresponding requirements, the areas at risk of corrosion of these gas exchange valves can be deposited in multiple layers by means of welding, for example approximately 6 to 9 layers. Are known. The heat introduced by welding in this connection leads to strong intrinsic stresses in the valve body and deformation of the parts, thus increasing the risk of crack formation in the valve body.

この良く知られた問題の状態が以下に概略図1を参照して説明される。   This well-known problem situation is described below with reference to FIG.

これに関連して、現段階では、技術水準に関連する例の特徴に対して提供される参照符号は逆コンマを含む一方、本発明による実施形態に関連する特徴は逆コンマを有していないことが留意されるべきである。   In this regard, at this stage, the reference signs provided for example features relating to the state of the art include inverse commas, whereas features relating to embodiments according to the invention do not have inverse commas. It should be noted that.

図1は、長手方向掃気式大型2ストロークディーゼルエンジンの技術水準から良く知られる排出バルブを概略図で示す。   FIG. 1 schematically shows an exhaust valve, which is well known from the state of the art of a large longitudinal scavenging two-stroke diesel engine.

図1の排出バルブ1’は、軸方向バルブシャフト軸A’に沿って延びるバルブシャフト2’、並びにバルブシャフト2’に接合するバルブディスク3’を有するバルブ本体を含み、このバルブディスクは、バルブシャフト2’から軸方向に離れて延びるとともにバルブシャフト軸A’に対して半径方向外側に拡がって延びる。これに関連して、バルブ合わせ面32’が、バルブシャフト軸A’に対して略直交して形成された、バルブディスク3’の下部表面31’とバルブシャフト2’との間のバルブディスク3’に作られる。   1 includes a valve body having a valve shaft 2 ′ extending along an axial valve shaft axis A ′ and a valve disk 3 ′ joined to the valve shaft 2 ′. It extends away from the shaft 2 'in the axial direction and extends radially outward with respect to the valve shaft axis A'. In this connection, the valve disc 3 between the lower surface 31 'of the valve disc 3' and the valve shaft 2 ', in which the valve mating surface 32' is formed substantially perpendicular to the valve shaft axis A '. 'Made to.

設置された状態において、大型ディーゼルエンジンのシリンダ内で動いているピストンの表面に面する、バルブディスク3’の下部表面31’には、互いの上に堆積された、連続して堆積された腐食保護層51’、52’の形態の、運転状態においてシリンダ内の燃焼プロセスに起因する、攻撃的な、熱的、化学的および物理的な負荷に対して下部表面31’の保護のために提供される、腐食保護コーティング5’がある。図1の排出バルブ1’の腐食保護コーティング5’は、この点に関して、下部表面31’の全体の半径R1’に渡って拡げられる。   In the installed state, the bottom surface 31 ′ of the valve disc 3 ′ facing the surface of the piston moving in the cylinder of the large diesel engine, is deposited continuously on top of each other. Provided for protection of the lower surface 31 'against aggressive, thermal, chemical and physical loads due to combustion processes in the cylinder in the operating state in the form of protective layers 51', 52 ' There is a corrosion protection coating 5 '. In this regard, the corrosion protection coating 5 'of the discharge valve 1' of FIG. 1 is spread over the entire radius R1 'of the lower surface 31'.

下部表面31’に多層で堆積された腐食保護コーティング5’は、これに関連して、実際にはしばしば、連続して堆積される大体6から9層を有するが、2つの層のみが、ずなわち2つの腐食保護コーティング51’、52’が明確さのために図1に示されている。これに関連して溶着溶接によって導入される熱は、バルブ本体に、しかし特に図1にZ’で示されるバルブディスク3’の領域だけでなく、強い固有応力Z’をもたらす。溶着溶接中、これらは、図1に矢印W’によって示される構成要素変形W’をもたらし、それによって、特に、バルブ本体のき裂形成の危険性が大きく増大する。さらに、熱間割れ及び溶着溶接内の繰返しの溶融ひびの形成の危険性が導入される熱で増加する。   Corrosion protection coatings 5 'deposited in multiple layers on the lower surface 31' in this connection often have roughly 6 to 9 layers deposited in succession, although only two layers are That is, two corrosion protection coatings 51 ', 52' are shown in FIG. 1 for clarity. The heat introduced by welding in this connection results in a strong intrinsic stress Z 'in the valve body, but not only in the region of the valve disk 3', in particular indicated by Z 'in FIG. During weld welding, these result in a component deformation W 'indicated by the arrow W' in FIG. 1, which in particular greatly increases the risk of crack formation in the valve body. In addition, the risk of hot cracking and the formation of repeated melt cracks in the weld weld increases with the heat introduced.

構成要素変形W’の結果として、バルブディスク3’は、多層溶接の結果として、バルブシャフト2’から離れる方向にとても強く膨らむので、バルブディスク3’の中心の腐食保護層52’の追加的な層の溶接は、出きる限り平坦な面が再び下部表面31’で確保されるように、再び構成要素変形W’を相殺するために、取り代が必要とされる。   As a result of the component deformation W ′, the valve disc 3 ′ swells very strongly in the direction away from the valve shaft 2 ′ as a result of multilayer welding, so that an additional corrosion protection layer 52 ′ in the center of the valve disc 3 ′ is added. The welding of the layers requires a machining allowance to offset the component deformation W ′ again so that a flat surface is again secured at the lower surface 31 ′.

これに関連して、それぞれのさらなる層の溶接が、熱間割れの形成及び繰返しの溶接ひびの形成の危険性を増大させるとともにさらなる構成要素変形W’をもたらし得ることが留意されるべきである。さらに、既に述べたように、固有応力Z’が、導入される溶接熱に起因して、特にバルブシャフト2’からバルブディスク3’への移行部の重要な領域で生じる。この点に関して排出バルブ1’の機械的な負荷は多大であり、固有応力Z’はき裂の形成を促進する。   In this context, it should be noted that the welding of each further layer can increase the risk of hot crack formation and repeated weld cracking and lead to further component deformation W ′. . Furthermore, as already mentioned, the intrinsic stress Z 'arises due to the welding heat introduced, in particular in an important area of the transition from the valve shaft 2' to the valve disc 3 '. In this regard, the mechanical load on the discharge valve 1 'is significant and the intrinsic stress Z' promotes crack formation.

このために、本発明の目的は、溶着溶接時の構成要素変形を避けること及び/又は溶着溶接時の構成要素変形の大花な減少をもたらすこと、及びこのようにバルブ本体での、特にバルブシャフトがバルブディスクに移行する重要な領域での、付随する固有応力の減少、及びこのように溶接された腐食保護層での固有き裂形成を避けることである。   For this purpose, the object of the present invention is to avoid component deformation during weld welding and / or to bring about a large reduction in component deformation during weld welding, and thus in the valve body, in particular valve To avoid the accompanying inherent stress reduction and critical crack formation in the welded corrosion protection layer in the critical region where the shaft transitions to the valve disc.

この目的を満たす本発明の手段は、独立請求項の特徴部によって特徴付けられる。   The means of the invention that fulfill this purpose are characterized by the features of the independent claims.

従属請求項は、本発明の特に有利な実施形態に関連する。   The dependent claims relate to particularly advantageous embodiments of the invention.

したがって、本発明は、往復動ピストン内燃機関用ガス交換バルブ、特に長手方向掃気式大型2ストロークディーゼルエンジン用排出バルブに関し、ガス交換バルブは、軸方向バルブシャフト軸に沿って延びるバルブシャフト、並びにバルブシャフトに接合するバルブディスクを有するバルブ本体を含み、このバルブディスクは、軸方向にバルブシャフトから離れて延びるとともにバルブシャフト軸に対して半径方向外側に拡がって延びる。これに関連して、バルブ合わせ面が、バルブシャフト軸に対して略直交して形成された、バルブディスクの下部表面とバルブシャフトとの間でバルブディスクに形成される。本発明によれば、第1のコーティング凹所の形態の凹所がバルブディスクの下部表面に設けられ、このコーティング凹所には、第1の腐食保護層の形態の腐食保護コーティングが設けられる。   Accordingly, the present invention relates to a gas exchange valve for a reciprocating piston internal combustion engine, and more particularly to a longitudinal scavenging large two-stroke diesel engine exhaust valve, the gas exchange valve extending along an axial valve shaft axis and the valve A valve body having a valve disk joined to the shaft, the valve disk extending axially away from the valve shaft and extending radially outward relative to the valve shaft axis. In this connection, a valve mating surface is formed in the valve disc between the lower surface of the valve disc and the valve shaft, which is formed substantially perpendicular to the valve shaft axis. According to the invention, a recess in the form of a first coating recess is provided in the lower surface of the valve disk, and this coating recess is provided with a corrosion protection coating in the form of a first corrosion protection layer.

本発明によれば、腐食保護コーティングがバルブディスクの下部表面の平坦な外側表面に直接溶接されず、むしろ、バルブディスクの下部表面に機械加工されるコーティング凹所内に溶接されるという事実によって、構成要素変形は実質的に溶着溶接時に防がれることができ、概して、技術的に関連した寸法に関して完全に防がれ得る。   In accordance with the present invention, the construction is due to the fact that the corrosion protection coating is not welded directly to the flat outer surface of the lower surface of the valve disk, but rather is welded into a coating recess machined into the lower surface of the valve disk. Element deformation can be substantially prevented during weld welding and can generally be completely prevented with respect to technically relevant dimensions.

この重要な理由は、バルブディスクへの熱の導入がもはや下部表面全体に渡って生じることはなく、本質的にはバルブシャフト軸と平行にしか生じず、むしろ、本発明によるバルブのバルブシャフト軸に対する熱の導入はまたバルブシャフト軸と垂直である必須構成要素を含むことであるべきである。   The important reason for this is that the introduction of heat into the valve disc no longer occurs over the entire lower surface and essentially only parallel to the valve shaft axis, rather, the valve shaft axis of the valve according to the invention. The introduction of heat should also include an essential component that is perpendicular to the valve shaft axis.

さらに、少なくとも、第1のコーティング凹所の形態の第1の凹所のみがバルブディスクの下部表面に設けられる場合及び/又は下部表面の外側境界領域が腐食保護層を備えない場合、バルブディスクの外側境界領域は溶着溶接時に導入される熱を強く加えられないので、構成要素変形はしたがってまた、著しく減少され得る及び/又は完全に防がれる。   Furthermore, if at least only a first recess in the form of a first coating recess is provided on the lower surface of the valve disk and / or if the outer boundary area of the lower surface is not provided with a corrosion protection layer, Since the outer boundary region is not strongly applied with heat introduced during the weld welding, component deformation can therefore also be significantly reduced and / or completely prevented.

特に好ましくは、腐食保護コーティングは、少なくとも第2の腐食保護層を含み、第2の腐食保護層は、特に第2のコーティング凹所に設けられ得る。これに関連して、第1の腐食保護層は特に好ましくは、バルブシャフトと第2の腐食保護層との間の領域に設けられ、実際には、第2の腐食保護層は第1の腐食保護層の上に直接溶接される。   Particularly preferably, the corrosion protection coating comprises at least a second corrosion protection layer, which can be provided in particular in the second coating recess. In this connection, the first corrosion protection layer is particularly preferably provided in the region between the valve shaft and the second corrosion protection layer, in practice the second corrosion protection layer is the first corrosion protection layer. Welded directly on the protective layer.

少なくとも第1及び第2の腐食保護層は好ましくは第1のコーティング凹所及び/又は第2のコーティング凹所にそれぞれ互いの上に直接溶接されるという事実によって、導入される溶接熱は対応して各溶接プロセスに対して減少され得る。この各溶接プロセスはさらに技術水準から知られる有害な構成要素変形を減少させる及び/又は実質的に完全に防ぐ。バルブディスクへの熱の全導入の減少はしたがって、溶接層の数及び溶接領域が減少されることで有利に達成され得る。   Due to the fact that at least the first and second corrosion protection layers are preferably welded directly onto each other in the first coating recess and / or the second coating recess, respectively, the welding heat introduced corresponds. Can be reduced for each welding process. Each of these welding processes further reduces and / or substantially completely prevents harmful component deformations known from the state of the art. A reduction in the total introduction of heat into the valve disk can thus be achieved advantageously by reducing the number of weld layers and the weld area.

これに関連して、好適な実施形態では、最初に本発明によるコーティング凹所の使用を通じて、下部表面に、好ましくはバルブ軸周りの中心領域に配置された単一の腐食保護層だけでさえ、十分な腐食保護を実現することが可能になることが大いに留意されるべきである。このように、自然にバルブディスクへの全体的な熱の導入は大幅に減らされることができるので、溶着溶接の結果としての構成要素変形の危険は、実際には完全に排除されることができる。   In this connection, in a preferred embodiment, first through the use of a coating recess according to the invention, only a single corrosion protection layer arranged on the lower surface, preferably in the central region around the valve axis, It should be noted that sufficient corrosion protection can be achieved. In this way, the overall heat introduction to the valve disc can naturally be greatly reduced, so the risk of component deformation as a result of weld welding can actually be completely eliminated. .

これに関連して、バルブディスクの下部表面の腐食は、例えば、バルブディスクの下部表面の直径の約2/3の領域で非常に高い頻度で最強であるとともに、前述の内部領域より小さい最大で直径の約3/4までであることが示されている。さらに、適用分野及びモータ(内燃機関)の運転状態に応じて、例えば、腐食負荷が中心溶接シャフト軸に対して半径方向に離間されるリング状領域において最大であること及び腐食負荷が前述のリング領域の半径方向内及び半径方向外側で減少することが可能であり得る。前述の記述は、実際にはずれている値又は幾何形状を有し得るとともにモータ、その負荷等に依存することが理解されるべきである。   In this connection, the corrosion of the lower surface of the valve disc is, for example, very strong in the region about 2/3 of the diameter of the lower surface of the valve disc, and at most less than the aforementioned inner region. It is shown to be up to about 3/4 of the diameter. Furthermore, depending on the field of application and the operating conditions of the motor (internal combustion engine), for example, the corrosion load is greatest in a ring-shaped region radially spaced from the central welding shaft axis and the corrosion load is It may be possible to decrease within the region radially in and radially outward. It should be understood that the foregoing description may have values or geometries that are actually offset and will depend on the motor, its load, etc.

このため、第1の腐食保護層の外側境界線が、本発明の特定の実施形態に関して、バルブシャフト軸周りに外側境界半径を有して円形に形成され、例えば、腐食負荷が、しばしばバルブ下側とも称される下部表面の円形領域に優勢に生じるとき、第1の腐食保護層はまた、バルブシャフト軸周りに所定の内部境界半径を持つ環状に形成され得る又は原理的にはまた、異なる適切な幾何形状を取り得る。   For this reason, the outer boundary of the first corrosion protection layer is formed in a circle with an outer boundary radius around the valve shaft axis for certain embodiments of the present invention, for example, the corrosion load is often under the valve. When prevailing in a circular area of the lower surface, also referred to as the side, the first corrosion protection layer can also be formed in an annulus with a predetermined inner boundary radius around the valve shaft axis or in principle also different Appropriate geometry can be taken.

実際には、腐食保護コーティングは当然また、少なくとも第2の腐食保護層又はさらに追加的な保護層さえ含むことができ、第2の保護層は、好ましくは、しかし、必然的ではなく、第2のコーティング凹所に設けられ得るとともに、場合によって、さらなる腐食保護層が同様に、対応するコーティング凹所に設けられ得る。   In practice, the corrosion protection coating can of course also include at least a second corrosion protection layer or even an additional protection layer, which is preferably but not necessarily the second protection layer. And, in some cases, an additional corrosion protection layer can likewise be provided in the corresponding coating recess.

これに関連して、第1の腐食保護層は、必ずしもそうではないが、特に好ましくは、バルブシャフトと第2の腐食保護層との間の領域に設けられ、第2の腐食保護層の外側境界線は、例えば、バルブシャフト周りに外側境界半径を持つ円形に構成されることができるが、当然、任意の他の適切な幾何形状も取ることができる。   In this connection, the first corrosion protection layer is, although not necessarily, particularly preferably provided in the region between the valve shaft and the second corrosion protection layer, outside the second corrosion protection layer. The boundary line can be configured, for example, in a circle with an outer boundary radius around the valve shaft, but of course can take any other suitable geometry.

例えば、取り付け時又は取外し時又は全ての他のサーフェシング作業のために、ガス交換バルブをより良く扱うために、第1の腐食保護層及び/又は第2の腐食保護層は、バルブディスクに設けられる整備用穴の周りに当然知られている方法で設けられることができる。実際には、整備用穴は、例えば、ガス交換バルブのより快適な取り扱いのためのハンドリング装置がネジで留めされ得る内部ネジ山を有することができる。整備用穴は好ましくは、腐食保護コーティングが既に溶接されているとき、最初に導入されることが理解されるべきである。   For example, a first corrosion protection layer and / or a second corrosion protection layer may be provided on the valve disk to better handle the gas exchange valve during installation or removal or for all other surfacing operations. It can be provided in a manner known per se around the service hole. In practice, the service hole can have an internal thread to which, for example, a handling device for a more comfortable handling of the gas exchange valve can be screwed. It should be understood that the service hole is preferably introduced first when the corrosion protection coating is already welded.

これに関連して、腐食コーティング自体は、任意の適切な材料から構成され、使用されることになる材料は当業者の要求に応じて選択されることができる。これに関連して、実際には、ニッケルベース腐食保護コーティング、特に少なくともニッケル及びクロムを含むニッケルベース合金から作られる腐食保護コーティングを使用することが知られることができ、クロム含有量は好ましくは、10重量%と60重量%のクロムとの間に、より具体的には、15重量%と50重量%のクロムとの間に、特に好ましくは、20重量%と45重量%のクロムとの間にあり、例えば43重量%にある。   In this connection, the corrosion coating itself is composed of any suitable material, and the material to be used can be selected according to the requirements of the person skilled in the art. In this context, in practice it can be known to use nickel-based corrosion protection coatings, in particular corrosion protection coatings made from nickel-based alloys containing at least nickel and chromium, the chromium content preferably being Between 10% and 60% chromium, more particularly between 15% and 50% chromium, particularly preferably between 20% and 45% chromium. For example, 43% by weight.

これに関連して、第1の腐食保護層は、第2の腐食保護層と同じ材料から製造されることができるが、特に、異なる材料の2つ以上の腐食保護層が使用されることも可能である。   In this connection, the first corrosion protection layer can be manufactured from the same material as the second corrosion protection layer, but in particular two or more corrosion protection layers of different materials can also be used. Is possible.

ガス交換バルブのバルブ本体は、これに関連して当然また同様に、任意の適切な材料から製造されることができるが、特に好ましくは、クロムニッケル鋼から製造され、特に、腐食コーティングの鉄含有量は、5重量%より小さい、好ましくは、0.5重量%と4重量%との間にあり、より具体的には、3重量%より小さい。   The valve body of the gas exchange valve can of course also be produced in this connection from any suitable material, but is particularly preferably made from chromium nickel steel, in particular iron-containing corrosion coating. The amount is less than 5% by weight, preferably between 0.5% and 4% by weight, more specifically less than 3% by weight.

本発明はさらに、詳細に上述されたガス交換バルブの製造方法に関し、この方法では、バルブ本体が提供されるとともに、第1のコーティング凹所及び/又は第2のコーティング凹所の形態の凹所がガス交換バルブのバルブ本体のバルブディスクの下部表面に設けられる。これに関連して、第1の腐食保護層及び/又は第2の腐食保護層の形態の腐食保護コーティングが、第1のコーティング凹所及び/又は第2のコーティング凹所に設けられる。   The invention further relates to a method for manufacturing a gas exchange valve as described in detail above, in which a valve body is provided and a recess in the form of a first coating recess and / or a second coating recess. Is provided on the lower surface of the valve disc of the valve body of the gas exchange valve. In this connection, a corrosion protection coating in the form of a first corrosion protection layer and / or a second corrosion protection layer is provided in the first coating recess and / or the second coating recess.

これに関連して、第1の腐食保護層及び/又は第2の腐食保護層は、溶着溶接によって、特に金属保護ガス溶接によって、付けられることができ、腐食保護コーティングは、少なくともニッケル及びクロムを含むニッケルベース合金から作られる。クロム含有量は、特に好ましくは10重量%と60重量%のクロムとの間に、より具体的には、15重量%と50重量%のクロムとの間に、特に好ましくは、20重量%と45重量%のクロムとの間にある。   In this connection, the first corrosion protection layer and / or the second corrosion protection layer can be applied by welding, in particular by metal protective gas welding, the corrosion protection coating comprising at least nickel and chromium. Made from containing nickel base alloy. The chromium content is particularly preferably between 10% and 60% by weight of chromium, more specifically between 15% and 50% by weight of chromium, particularly preferably 20% by weight. Between 45% chromium by weight.

これに関連して、金属保護ガス溶接は、技術分野から知られる溶接方法であり、その原理は明快さのために以下に簡単に説明される。しばしばMSGと略される金属保護ガス溶接は、例えば、不活性ガスを用いる金属溶接としても、MIG溶接として又はMAG溶接としても、その異なる変形で知られ、これは、活性ガスを用いる金属溶接が、反応することができるとともに溶融溶接ワイヤがしばしば自動的に連続的に可変速度のモータによって供給されるという基本的な原理の観点から光アーク溶接方法であることを意味する。よく使用される溶接ワイヤの直径は、例えば、0.6mmと2mmとの間にある、又は3mmまでですらある。ワイヤ送給と当時に、保護又は混合ガスが、特定の用途によって当然定められる予め定義可能な量でノズルによって溶接ポイントに供給される。供給されるガスは特に、光アークの下の液体金属を化学変化から、特に、溶接ビードを弱くする酸化から保護する。これに関連して、いわゆるマグ溶接(MAG)では、人はしばしば、純粋なCO2又はアルゴン並びに少量のCO2及びO2の混合ガスを用いて作業し、ミグ溶接(MIG)では、不活性ガスアルゴンがしばしば使用され、より稀な場合には、高価な不活性ガスヘリウムも使用される。MAG法はこれに関連して主に鋼に対して実際には使用され、MIG法は好ましくはNE金属に対して使用される。   In this connection, metal protective gas welding is a welding method known from the technical field, the principle of which is briefly described below for the sake of clarity. Metal protective gas welding, often abbreviated as MSG, is known for its different variants, for example as metal welding with inert gas, as MIG welding or as MAG welding. , Meaning that it is a light arc welding method in terms of the basic principle that it can react and the melt welding wire is often automatically and continuously supplied by a variable speed motor. Commonly used welding wire diameters are, for example, between 0.6 mm and 2 mm, or even up to 3 mm. At the time of wire feeding, protection or gas mixture is supplied to the welding point by a nozzle in a predefinable amount that is naturally determined by the particular application. The supplied gas in particular protects the liquid metal under the light arc from chemical changes, in particular from oxidation which weakens the weld bead. In this connection, in so-called MAG welding (MAG), people often work with pure CO2 or argon and a small amount of CO2 and O2 mixed gas, and in MIG welding (MIG) the inert gas argon is Often used, and in rare cases, the expensive inert gas helium is also used. In this connection, the MAG method is mainly used in practice mainly for steel, and the MIG method is preferably used for NE metal.

充填ワイヤはまた当然選択的に金属保護ガス溶接に使用されることができる。これらは、スラグ形成材料及び場合によって合金添加物を内部に持って提供されることができる。それらは、ワイヤ電極の封入と同じ目的で用いられる。一方では、成分は溶接容積に寄与し、他方では、それらはスラグを形成するとともに溶接位置を酸化から保護する。   Filling wires can of course also optionally be used for metal protective gas welding. These can be provided with slag forming materials and optionally alloy additives inside. They are used for the same purpose as the encapsulation of the wire electrode. On the one hand, the components contribute to the weld volume, on the other hand they form slag and protect the weld location from oxidation.

これに関連して、本発明によるガス交換バルブのバルブ本体は、例えば、クロムニッケル鋼から又は異なる材料からも、製造されることができ、特に好ましくは、上述の金属保護ガス溶接は、金属保護ガス溶接において、5重量%より小さい腐食保護コーティングの鉄含有量が達成されるように、好ましくは0.5重量%と4重量%との間、特に3重量%より小さいものが達成されるように、溶接プロセスとして使用される。   In this context, the valve body of the gas exchange valve according to the invention can be produced, for example, from chromium-nickel steel or from different materials, particularly preferably the metal protective gas welding described above is a metal protective In gas welding, in order to achieve an iron content of the corrosion protection coating of less than 5% by weight, preferably between 0.5% and 4% by weight, in particular less than 3% by weight, is achieved. Used as a welding process.

以下には、本発明が概略図を参照して詳細に記載される。   In the following, the present invention will be described in detail with reference to the schematic drawings.

図1は、技術水準から知られている大型2ストロークディーゼルエンジンの排出バルブである。FIG. 1 is a discharge valve of a large two-stroke diesel engine known from the state of the art. 図2aは、本発明によるガス交換バルブの第1の実施形態である。FIG. 2a is a first embodiment of a gas exchange valve according to the present invention. 図2bは、2つのコーティング凹所を有する本発明によるガス交換バルブの第2の実施形態である。FIG. 2b is a second embodiment of a gas exchange valve according to the present invention having two coating recesses. 図2cは、図2bによる異なる実施形態である。FIG. 2c is a different embodiment according to FIG. 2b. 図2dは、整備用穴及びコーティングバルブシートを有する図2bによる異なる実施形態である。FIG. 2d is a different embodiment according to FIG. 2b with a service hole and a coating valve seat. 図2eは、リング状コーティング凹所を有する本発明によるガス交換バルブの実施形態である。FIG. 2e is an embodiment of a gas exchange valve according to the present invention having a ring-shaped coating recess.

技術水準から知られている図1による大型2ストロークディーゼルエンジンの排出バルブは導入部で詳細に既に議論されており、このためこの段階ではさらに議論される必要はない。   The exhaust valve of the large two-stroke diesel engine according to FIG. 1, which is known from the state of the art, has already been discussed in detail in the introduction and therefore does not need to be discussed further at this stage.

図2aは、本発明によるガス交換バルブの第1の簡略化された実施形態を示し、このガス交換バルブは以下では全体として参照数字1を使用して示される。   FIG. 2a shows a first simplified embodiment of a gas exchange valve according to the invention, which is indicated in the following using the reference numeral 1 as a whole.

図2aの往復動ピストン内燃機関のための本発明によるガス交換バルブ1の具体的な実施形態は、この例では、長手方向掃気式大型2ストロークディーゼルエンジンのための排出バルブである。ガス交換バルブ1は、軸方向バルブシャフト軸Aに沿って延びるバルブシャフト2、並びにバルブシャフト2に接合するバルブディスク3を有するバルブ本体を含み、このバルブディスク3は、バルブシャフト2から軸方向に離れて延びるとともにバルブシャフト軸Aに対して半径方向外側に拡がって延びる。これに関連して、バルブ合わせ面32が、バルブシャフト軸Aに対して略直交して形成された、バルブディスク3の下部表面31とバルブシャフト2との間のバルブディスク3に作られる。この下部表面を当業者はしばしばまた単純にバルブディスク底部側とも称する。本発明によれば、第1のコーティング凹所41の形態の凹所4がバルブディスク3の下部表面31に設けられ、このコーティング凹所には、第1の腐食保護層51の形態の腐食保護コーティング5が設けられる。これに関連して、コーティング凹所41は、腐食保護層51を付ける前に既知の方法を用いて機械加工されることができる。第1の腐食保護層51の外側境界線は、この例に関して、バルブシャフト軸A周りに外側境界半径R1を有する円に形成される。   The specific embodiment of the gas exchange valve 1 according to the invention for the reciprocating piston internal combustion engine of FIG. 2a is in this example an exhaust valve for a longitudinal scavenging large two-stroke diesel engine. The gas exchange valve 1 includes a valve body 2 having a valve shaft 2 extending along an axial valve shaft axis A and a valve disk 3 joined to the valve shaft 2, and the valve disk 3 is axially extended from the valve shaft 2. It extends away from the valve shaft axis A and extends radially outward. In this connection, a valve mating surface 32 is created in the valve disc 3 between the lower surface 31 of the valve disc 3 and the valve shaft 2, which is formed substantially perpendicular to the valve shaft axis A. This lower surface is often also referred to by those skilled in the art as simply the bottom side of the valve disc. According to the invention, a recess 4 in the form of a first coating recess 41 is provided in the lower surface 31 of the valve disc 3, in which the corrosion protection in the form of a first corrosion protection layer 51 is provided. A coating 5 is provided. In this connection, the coating recess 41 can be machined using known methods before applying the corrosion protection layer 51. The outer boundary line of the first corrosion protection layer 51 is formed in a circle having an outer boundary radius R1 around the valve shaft axis A for this example.

腐食保護層51は、この例では、溶着溶接を用いて、好ましくは、より詳細に既に上で異なる変形で記載されているような金属保護ガス溶接を用いて、付けられる。   The corrosion protection layer 51 is applied in this example using weld welding, preferably using metal protective gas welding as described in more detail above with different variations.

図2bを参照すると、2つのコーティング凹所41、42を有する本発明によるガス交換バルブ1の第2の実施形態が概略的に示され、これは、特に実際には、非常に重要である。図2bの実施形態は図2aのものと、特に、この例において、腐食保護コーティング5が少なくともダウ2の腐食保護層52を含むという点で異なり、腐食保護層52は第2のコーティング凹所42に設けられるとともに、第1の腐食保護層51は、バルブシャフト2と第2の腐食保護層52との間の領域において第2の腐食保護層52の直下に溶着される。   Referring to FIG. 2b, a second embodiment of the gas exchange valve 1 according to the invention with two coating recesses 41, 42 is schematically shown, which is very important especially in practice. The embodiment of FIG. 2b differs from that of FIG. 2a in that, in this example, the corrosion protection coating 5 includes at least a Dow 2 corrosion protection layer 52, the corrosion protection layer 52 being a second coating recess 42. The first corrosion protection layer 51 is welded immediately below the second corrosion protection layer 52 in a region between the valve shaft 2 and the second corrosion protection layer 52.

第2の腐食保護層52の外側境界線は、これに関連して、バルブシャフト軸A周りに外側境界半径R2を持って形成され、外側境界半径R2は下部表面31の半径より小さい。   In this connection, the outer boundary line of the second corrosion protection layer 52 is formed around the valve shaft axis A with an outer boundary radius R 2, which is smaller than the radius of the lower surface 31.

しかし、これに関連して、外側境界半径R2は、図2cによって概略的に示されるように、下部表面31の半径と実質的に同じであることも可能である。これは、図2cの実施形態に関して、第2のコーティング凹所42は実際、第1の腐食保護層51の表面と同一であり、下部表面31の残りの表面が第1の腐食保護層51によって覆われないことを意味する。   In this context, however, the outer boundary radius R2 can also be substantially the same as the radius of the lower surface 31, as schematically illustrated by FIG. 2c. This is because, for the embodiment of FIG. 2 c, the second coating recess 42 is actually the same as the surface of the first corrosion protection layer 51 and the remaining surface of the lower surface 31 is defined by the first corrosion protection layer 51. It means not covered.

これに関連して、整備用穴6がしばしば、図2dに概略的に示されるように、良く知られた方法で下部表面31に設けられる。この整備用穴は好ましくは、取り付け及び整備作業のために、ハンドリングツールが整備用穴6にネジ止めされることができるように、内部ねじ山を含む。   In this connection, service holes 6 are often provided in the lower surface 31 in a well-known manner, as schematically shown in FIG. 2d. This service hole preferably includes an internal thread so that the handling tool can be screwed into the service hole 6 for installation and service work.

図2eは最後に、リング状コーティング凹所41を有する本発明によるガス交換バルブ1の異なる具体的な実施形態を示す。これは、第1の腐食保護層51が、例えば、バルブシャフト軸A周りに、内部境界半径R12及び外側境界半径R1を有して、環状に配置されることを意味する。   FIG. 2 e finally shows a different specific embodiment of the gas exchange valve 1 according to the invention with a ring-shaped coating recess 41. This means that the first corrosion protection layer 51 is arranged annularly around the valve shaft axis A, for example, with an inner boundary radius R12 and an outer boundary radius R1.

図2eによる実施形態はまた、腐食負荷が、リング状腐食保護層51の領域で特に強く生じるとともに、腐食保護層が省略できるようにリング状腐食保護層51の内部及び外側であまり激しくないとき、特に有利に使用されることができる。   The embodiment according to FIG. 2e also provides that when the corrosion load occurs particularly strongly in the region of the ring-shaped corrosion protection layer 51 and is not very intense inside and outside the ring-shaped corrosion protection layer 51 so that the corrosion protection layer can be omitted. It can be used particularly advantageously.

本出願の文脈に記載された本発明の具体的な実施形態は単に例示として理解されるべきであり、本発明はまた当然、記載された実施形態の全ての適切な組合せ、並びに当業者に明らかである請求項に記載された保護範囲に関する本発明のさらなる発展も含むことが当然理解される。   The specific embodiments of the present invention described in the context of the present application are to be understood merely as examples, and the present invention will of course also be apparent to all suitable combinations of the described embodiments, as well as to those skilled in the art. It is of course understood that further developments of the invention relating to the scope of protection described in the claims are also included.

したがって、本発明によれば、要求に従う高腐食保護層の適用が、初めて大幅に減少した熱の導入を使用して内燃機関のガス交換バルブのために提案されている。例えば、強い腐食を伴う領域では、腐食保護層が、バルブディスクの下部上面の以前に設けられたコーティング凹所に好ましくは対応して大きい層厚さを持って、及び低腐食の領域では対応して小さい層厚さを持って付けられることができる。腐食負荷に応じて、この点に関して、例えば、バルブシャフトの下部表面から所定の距離だけ離間される、例えば、直径の3/4超ずらされる外側領域がまた、メッキなしに構成されることができ、これはまた、溶接溶着された腐食保護層のないことを意味する。本発明にしたがって実施されるメッキの形状は、技術水準から知られる下部表面における構成要素変形の補償のための複数の取り代層の溶着溶接がもはや必要とされないように、変形を最小に又は完全にさえ、減少させる。これは、大幅に最小化された及び/又は同様に実質的にもはや存在しない変形を通じて、溶接ビードを準備するとき、メッキの最終的な機械加工が、非常にしばしば省略されることができることを意味し、これは、本発明によるコーティング凹所が、溶接プロセスの前にバルブディスクベースに機械加工され、溶着溶接の厚さはコーティング凹所の深さに対応することを意味する。   Therefore, according to the present invention, the application of a highly corrosive protective layer according to requirements has been proposed for gas exchange valves for internal combustion engines using for the first time a greatly reduced heat introduction. For example, in areas with strong corrosion, the corrosion protection layer has a large layer thickness, preferably corresponding to the previously provided coating recess in the lower upper surface of the valve disk, and in areas with low corrosion. Can be attached with a small layer thickness. Depending on the corrosion load, in this regard, for example, an outer region that is spaced a predetermined distance from the lower surface of the valve shaft, for example, more than 3/4 of the diameter, can also be configured without plating. This also means that there is no weld-deposited corrosion protection layer. The shape of the plating carried out in accordance with the present invention is such that deformation is minimized or complete so that multiple weld layer weld welds for compensation of component deformation at the lower surface known from the state of the art are no longer required. Even decrease. This means that the final machining of the plating can very often be omitted when preparing the weld bead through deformations that are greatly minimized and / or substantially no longer present. However, this means that the coating recess according to the invention is machined into the valve disc base prior to the welding process, and the thickness of the weld weld corresponds to the depth of the coating recess.

Claims (15)

軸方向バルブシャフト軸に沿って延びるバルブシャフト、並びに前記バルブシャフトに接合するバルブディスクを有するバルブ本体を含み、前記バルブディスクは、前記軸方向に前記バルブシャフトから離れて延びるとともに前記バルブシャフト軸に対して半径方向外側に拡がって延び、
バルブ合わせ面が、前記バルブシャフト軸に対して略直交して形成される前記バルブディスクの下部表面と前記バルブシャフトとの間の前記バルブディスクに形成される、
往復動ピストン内燃機関用ガス交換バルブ、特に長手方向掃気式大型2ストロークディーゼルエンジン用排出バルブであって、
第1のコーティング凹所の形態の凹所が前記バルブディスクの前記下部表面に設けられ、前記コーティング凹所には、第1の腐食保護層の形態の腐食保護コーティングが設けられる、
ガス交換バルブ。
A valve body extending along an axial valve shaft axis, and a valve body having a valve disk joined to the valve shaft, the valve disk extending away from the valve shaft in the axial direction and extending to the valve shaft axis In contrast, extending radially outward,
A valve mating surface is formed on the valve disk between the valve shaft and the lower surface of the valve disk formed substantially orthogonal to the valve shaft axis;
A gas exchange valve for a reciprocating piston internal combustion engine, in particular a discharge valve for a longitudinal scavenging large two-stroke diesel engine,
A recess in the form of a first coating recess is provided in the lower surface of the valve disk, and the coating recess is provided with a corrosion protection coating in the form of a first corrosion protection layer;
Gas exchange valve.
前記第1の腐食保護層の外側境界線が、前記バルブシャフト軸周りに外側境界半径を有して円形に形成される、
請求項1に記載のガス交換バルブ。
An outer boundary line of the first corrosion protection layer is formed in a circle having an outer boundary radius around the valve shaft axis;
The gas exchange valve according to claim 1.
前記第1の腐食保護層は、前記バルブシャフト軸周りに且つ内部境界半径を有して環状に形成される、
請求項1又は2に記載のガス交換バルブ。
The first corrosion protection layer is formed in an annular shape around the valve shaft axis and having an inner boundary radius.
The gas exchange valve according to claim 1 or 2.
前記腐食保護コーティングは、少なくとも第2の腐食保護層を含む、
請求項1乃至3のいずれか1項に記載のガス交換バルブ。
The corrosion protection coating includes at least a second corrosion protection layer;
The gas exchange valve according to any one of claims 1 to 3.
前記第2の腐食保護層は、第2のコーティング凹所に設けられる、
請求項4に記載のガス交換バルブ。
The second corrosion protection layer is provided in a second coating recess;
The gas exchange valve according to claim 4.
前記第1の腐食保護層は、前記バルブシャフトと前記第2の腐食保護層との間の領域に設けられる、
請求項4又は5に記載のガス交換バルブ。
The first corrosion protection layer is provided in a region between the valve shaft and the second corrosion protection layer;
The gas exchange valve according to claim 4 or 5.
前記第2の腐食保護層の外側境界線は、前記バルブシャフト周りに且つ外側境界半径を有して円形に構成される、
請求項4乃至6のいずれか1項に記載のガス交換バルブ。
An outer boundary line of the second corrosion protection layer is configured in a circle around the valve shaft and having an outer boundary radius;
The gas exchange valve according to any one of claims 4 to 6.
前記第1の腐食保護層及び/又は前記第2の腐食保護層は、前記バルブディスクに設けられた整備用穴の周りに設けられる、
請求項1乃至7のいずれか1項に記載のガス交換バルブ。
The first corrosion protection layer and / or the second corrosion protection layer is provided around a service hole provided in the valve disk.
The gas exchange valve according to any one of claims 1 to 7.
前記腐食コーティングは、ニッケルベース腐食保護コーティングである、
請求項1乃至8のいずれか1項に記載のガス交換バルブ。
The corrosion coating is a nickel-based corrosion protection coating;
The gas exchange valve according to any one of claims 1 to 8.
前記腐食コーティングは、少なくともニッケル及びクロムを含むニッケルベース合金から作られ、
前記クロムの含有量は好ましくは、10重量%と60重量%のクロムとの間に、より具体的には、15重量%と50重量%のクロムとの間に、特に好ましくは、20重量%と45重量%のクロムとの間にある、
請求項1乃至9のいずれか1項に記載のガス交換バルブ。
The corrosion coating is made from a nickel-based alloy comprising at least nickel and chromium;
The chromium content is preferably between 10% and 60% by weight of chromium, more specifically between 15% and 50% by weight of chromium, particularly preferably 20% by weight. And 45% by weight chromium,
The gas exchange valve according to any one of claims 1 to 9.
前記第1の腐食保護層は、前記第2の腐食保護層と同じ材料から作られる、
請求項1乃至10のいずれか1項に記載のガス交換バルブ。
The first corrosion protection layer is made of the same material as the second corrosion protection layer;
The gas exchange valve according to any one of claims 1 to 10.
前記ガス交換バルブの前記バルブ本体は、クロームニッケル鋼から製造される、及び/又は前記腐食コーティングの鉄含有量が、5重量%より小さい、好ましくは、0.5重量%と4重量%との間にある、より具体的には、3重量%より小さい、
請求項1乃至11のいずれか1項に記載のガス交換バルブ。
The valve body of the gas exchange valve is manufactured from chrome nickel steel and / or the iron content of the corrosion coating is less than 5% by weight, preferably between 0.5% and 4% by weight. In between, more specifically less than 3% by weight,
The gas exchange valve according to any one of claims 1 to 11.
請求項1乃至12のいずれか1項に記載のガス交換バルブの製造方法であって、
バルブ本体が提供され、
第1のコーティング凹所及び/又は第2のコーティング凹所の形態の凹所が前記ガス交換バルブの前記バルブ本体のバルブディスクの下部表面に設けられ、
第1の腐食保護層及び/又は第2の腐食保護層の形態の腐食保護コーティングが、前記第1のコーティング凹所及び/又は前記第2のコーティング凹所に設けられる、
方法。
A method for manufacturing a gas exchange valve according to any one of claims 1 to 12,
A valve body is provided,
A recess in the form of a first coating recess and / or a second coating recess is provided in the lower surface of the valve disc of the valve body of the gas exchange valve;
A corrosion protection coating in the form of a first corrosion protection layer and / or a second corrosion protection layer is provided in the first coating recess and / or the second coating recess;
Method.
前記第1の腐食保護層及び/又は前記第2の腐食保護層は、溶着溶接によって、特に金属保護ガス溶接によって、付けられる、
請求項13に記載の方法。
The first corrosion protection layer and / or the second corrosion protection layer is applied by welding, in particular by metal protective gas welding;
The method of claim 13.
前記腐食保護コーティングは、少なくともニッケル及びクロムを含むニッケルベース合金から作られ、
前記クロムの含有量は、好ましくは10重量%と60重量%のクロムとの間、より具体的には、15重量%と50重量%のクロムとの間、特に好ましくは、20重量%と45重量%のクロムとの間で選択され、
前記ガス交換バルブの前記バルブ本体は、クロムニッケル鋼から製造され、金属保護ガス溶接が、金属保護ガス溶接において、5重量%より小さい腐食保護コーティングの鉄含有量が達成されるように、好ましくは0.5重量%と4重量%との間、より具体的には3重量%より小さく達成されるように、溶接プロセスとして使用される、
請求項13又は14に記載の方法。
The corrosion protection coating is made from a nickel base alloy comprising at least nickel and chromium;
The chromium content is preferably between 10 wt% and 60 wt% chromium, more specifically between 15 wt% and 50 wt% chromium, particularly preferably 20 wt% and 45 wt%. Selected between weight percent chromium and
The valve body of the gas exchange valve is preferably manufactured from chromium nickel steel so that the metal protective gas welding achieves an iron content of the corrosion protective coating of less than 5% by weight in the metal protective gas welding. Used as a welding process to be achieved between 0.5% and 4% by weight, more specifically less than 3% by weight,
15. A method according to claim 13 or 14.
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