JP2017129134A - 商用車の内燃エンジン用の金属中空弁、金属中空弁を備えた内燃エンジン、および内燃エンジンを備えた商用車 - Google Patents

Abstract

【課題】特に摩耗特性および寿命に関して商用車における使用に適した金属中空弁を提供する。【解決手段】本発明は、商用車の内燃エンジン用の金属中空弁（１）に関する。金属中空弁（１）は、筒状の弁ステム（２）を備える。この弁ステム（２）は、弁ステム（２）よりも大きな外径を有する弁ヘッド（３）へ徐々に変わっていく。弁ステム（２）および弁ヘッド（３）は共通の中空スペース（４）を区画する。弁ステム（２）は、７ｍｍ以上の外径（ｄＡ）および少なくとも４．５ｍｍの内径（ｄＩ）を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、商用車の内燃エンジン用の金属中空弁（以下、単に中空弁ともいう）に関する。本発明は、また、そのような金属中空弁を備えた商用車の内燃エンジンに関する。本発明は、最後に、そのような内燃エンジンを備えた商用車に関する。

商用車の内燃エンジンにおける熱的負荷の増大によって、商用車の内燃エンジンの空気流入口や排ガス流出口を開閉するための弁のような主要な構成要素を冷却することがますます必要になってきている。乗用車の分野から、当該弁をいわゆる金属中空弁として設計することが知られている。この金属中空弁は、内部に液体冷却媒体を有する。一般に、中空弁は中実弁よりも軽量であって、冷却媒体で満たされているために優れた放熱性を有する。

商用車の分野における上記弁に対する耐摩耗性および寿命に関する要求は、乗用車の分野におけるそれらよりもはるかに高く、従来の中空弁によっては今日に至るまで達成することができていなかった。従来の中空弁は、今日に至るまで商用車において使用されていない。

したがって、本発明の目的は、特に摩耗特性および寿命に関して商用車における使用に適した金属中空弁のための改良された実施形態を作り出すことである。

本発明によると、この目的は独立請求項の主題によって解決される。有利な実施形態は従属請求項の主題である。

商用車の内燃エンジン用の本発明に係る金属中空弁は、筒状の弁ステムであって、この弁ステムよりも大きな外径を有する弁ヘッドに徐々に変わっていく弁ステムを備えている。ここで、「金属」の語は、弁ステムおよび弁ヘッドの両方の材料が金属であるかまたは金属を含むことを意味する。本発明に係る弁ステムおよび弁ヘッドは、共通の中空スペースを有する。この中空スペースは、中空弁からの放熱を増大させるために冷却媒体で満たされていてもよい。実験的なテストは、驚いたことに、弁ステムが７ｍｍ以上の外径および少なくとも４．５ｍｍの内径を有する場合に、金属中空弁が商用車における耐摩耗性および寿命の要求を満たすことを示した。本発明にとって重要である弁ステムの当該寸法は、中空スペース内に存在する冷却媒体によって中空弁から特に効率的に熱が放散され得ることをもたらす。

特に高い耐摩耗性および特に長い寿命を実現するために、弁ステムが８〜１１ｍｍの外径を有することが特に好ましい。その代わりにまたはそれに加えて、弁ステムは５〜７ｍｍの内径を有してもよい。

有利な別の展開では、弁ヘッドは弁ステムとは逆側を向いたヘッドベースを有しており、このヘッドベースは２〜４ｍｍのベース厚みを有する。そのような精密な、すなわち比較的薄肉のベース厚み構成は、内燃エンジンの燃焼室への中空弁の特に均一な熱的結合をもたらす。内燃エンジンの内部では、中空弁が弁機構の一部として使用される。特に、中空弁の不均一な加熱によるヘッドベースの領域における望ましくないクラックの形成が当該寸法によって抑止され得る。

金属中空弁の可能な限り効率的な冷却を実現するために、弁ステムの肉厚は精密に、すなわち比較的薄肉に設計される。この場合、弁ステムの肉厚は１．５〜５ｍｍである。

可能な限り効率的な金属中空弁の冷却を実現するために、弁ステムと弁ヘッドとの間の領域、すなわちいわゆる弁ネックの領域における中空弁の肉厚が精密に設計されていてもよい。特に好ましくは、この弁ネックの肉厚は１．５〜５ｍｍである。

別の好ましい実施形態では、弁ヘッドは鍛造によって、または電解加工によって作られる。これにより、特に高い熱的負荷にさらされる弁ヘッドの高い耐摩耗性が実現され得る。

好ましい実施形態では、中空スペースの少なくとも一部は流体、好ましくはナトリウムで満たされている。これにより、弁ヘッドの領域において中空弁によって吸収される内燃エンジンの燃焼室からの熱の特に効率的な放散が可能となる。

本発明は、さらに、商用車用の内燃エンジンであって、燃焼室を有する少なくとも１つのシリンダを備えた内燃エンジンに関する。燃焼室には、空気流入口および排ガス流出口が設けられている。内燃エンジンは、さらに、空気流入口および／または排ガス流出口の開閉のために上述した金属中空弁を含む弁機構を備えている。金属中空弁の上述した利点を、したがって、本発明に係る内燃エンジンも有する。

本発明に係る内燃エンジンの好ましい実施形態では、空気流入口および／または排ガス流出口は弁座によって囲まれている。この弁座に対しては、閉鎖位置にある中空弁の接触部が当接する。閉鎖位置では、中空弁によって空気流入口および排ガス流出口がそれぞれ閉じられる。中空弁は、少なくとも接触部の領域において耐摩耗加工が施されている。この方法は、中空弁の改善された耐摩耗性をもたらす。

好ましくは、接触部の耐摩耗加工は、特に好ましくは鉄（Ｆｅ）またはコバルト（Ｃｏ）をフィラー材料として用いる、プラズマ粉体肉盛溶接によって作られてもよい。この方法によって作られた耐摩耗加工部は特に長い寿命を有する。

本発明は、さらに、上述した内燃エンジンを備えた商用車に関する。本発明に係る内燃エンジンの上述した利点を、したがって、本発明に係る商用車も有する。

本発明の別の重要な特徴および利点は、従属請求項から、図面から、および図面を参照した関連する図の説明から明らかになるだろう。

上述したあるいは後述する特徴は、それぞれに示した組み合わせにおいてのみでなく、本発明の範囲を逸脱することなく他の組み合わせにおいてまたは単独でも使用され得ることを理解されたい。

図１は、本発明に係る金属中空弁の一例を示す縦断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物、あるいはその用途を制限することを意図するものでは全くない。また、同一の参照符号は、同一のもしくは類似の、または機能的に同一の構成要素を示す。

図１は、中空弁の弁ステム２の中心縦軸Ｍに沿った、本発明に係る金属中空弁の一例を示す縦断面図である。中心縦軸Ｍによって軸方向Ａが規定される。軸方向Ａに沿って、弁ステム２は弁ヘッド３へ徐々に変わっていく。この弁ヘッド３は、弁ステム２の外径ｄ_Ａよりも大きな外径を有する。弁ステム２および弁ヘッド３は一体成形されている。弁ヘッド３は、鍛造によって、または電解加工によって作られてもよい。

図１に示すように、弁ステム２および弁ヘッド３（当業者において弁ディスクとしても知られている）は、共通の中空スペース４を有する。この中空スペース４の少なくとも一部は流体、好ましくはナトリウムで満たされているが、図１では明瞭化のために図示していない。弁ステム２は、７ｍｍ以上の外径ｄ_Ａを有する。好ましくは、外径ｄ_Ａの値は８〜１１ｍｍである。さらに、弁ステム２は少なくとも４．５ｍｍの内径ｄ_Ｉを有する。好ましくは、内径ｄ_Ｉの値は５〜７ｍｍである。特に好ましくは、弁ステム２は１．５〜５ｍｍの肉厚ｄを有する。ここで、当該肉厚ｄは、外径ｄ_Ａと内径ｄ_Ｉとの差の半分と定義される。

さらに図１に示すように、弁ヘッド３は、弁ステム２とは逆側を向いたヘッドベース５を有する。このヘッドベース５は２〜５ｍｍのベース厚みｄ_Ｂを有する。さらに、弁ステム２と弁ヘッド３との間に形成された弁ネック６の肉厚ｄ_Ｋは１．５〜５ｍｍであってもよい。

図１に示す中空弁１は、商用車の内燃エンジン（図１には示していない）における空気流入口および／または排ガス流出口を開閉するための弁機構の一部として使用され得る。当該空気流入口または排ガス流出口は弁座によって囲まれていてもよい。当該弁座に対しては閉鎖位置において中空弁１の接触部７が当接する。この閉鎖位置では中空弁１によって空気流入口および排ガス流出口がそれぞれ閉じられる。図１において概略的に示されている接触部７は、内燃エンジンにおける弁機構の作動中に高い機械的および熱的負荷にさらされる。このため、中空弁１は、少なくとも接触部７の領域において耐摩耗加工が施されていてもよい。そのような接触部７の耐摩耗加工は、特に好ましくは鉄（Ｆｅ）またはコバルト（Ｃｏ）をフィラー材料として用いる、プラズマ粉体肉盛溶接によってなされてもよい。

１ 金属中空弁
２ 弁ステム
３ 弁ヘッド
４ 中空スペース
５ ヘッドベース
６ 弁ネック
７ 接触部
ｄ 肉厚
ｄＡ 外径
ｄＢ ベース厚み
ｄＩ 内径
ｄＫ 肉厚

Claims (8)

1. 商用車の内燃エンジン用の金属中空弁（１）であって、
   筒状の弁ステム（２）であって、該弁ステム（２）よりも大きな外径を有する弁ヘッド（３）へ徐々に変わっていく弁ステム（２）を備え、
   上記弁ステム（２）および上記弁ヘッド（３）は、中空スペース（４）を区画しており、
   上記弁ステム（２）は、７ｍｍ以上の外径（ｄ_Ａ）および少なくとも４．５ｍｍの内径（ｄ_Ｉ）を有する
   ことを特徴とする金属中空弁。
2. 請求項１において、
   上記弁ヘッド（３）は、上記弁ステム（２）とは逆側を向いたヘッドベース（５）を有し、
   上記ヘッドベース（５）は、２〜５ｍｍのベース厚み（ｄ_Ｂ）を有する
   ことを特徴とする金属中空弁。
3. 請求項１または２において、
   上記弁ステム（２）の肉厚（ｄ）は、１．５〜５ｍｍである
   ことを特徴とする金属中空弁。
4. 請求項１〜３のいずれか１項において、
   上記弁ステム（２）と上記弁ヘッド（３）との間に形成された弁ネック（６）の肉厚（ｄ_Ｋ）は、１．５〜５ｍｍである
   ことを特徴とする金属中空弁。
5. 請求項１〜４のいずれか１項において、
   上記中空スペース（４）の少なくとも一部は、流体で満たされている
   ことを特徴とする金属中空弁。
6. 商用車用の内燃エンジンであって、
   空気流入口および排ガス流出口が設けられた燃焼室を有する少なくとも１つのシリンダと、
   上記空気流入口および／または上記排ガス流出口を開閉するために請求項１〜５のいずれか１項に記載の金属中空弁（１）を有する弁機構とを備えている
   ことを特徴とする内燃エンジン。
7. 請求項６において、
   上記空気流入口および／または上記排ガス流出口は、上記金属中空弁（１）が該空気流入口または上記排ガス流出口を閉じる閉鎖位置において上記金属中空弁（１）の接触部（７）が当接する弁座によって囲まれ、
   上記金属中空弁（１）は、少なくとも上記接触部（７）の領域において耐摩耗加工が施されている
   ことを特徴とする内燃エンジン。
8. 請求項６または７に記載の内燃エンジンを備えた商用車。
   

Images