JP2018048634A - ガス交換バルブのバルブボディ、ガス交換バルブおよび内燃機関 - Google Patents

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Abstract

【課題】新規なタイプのガス交換バルブのバルブボディを創出する。【解決手段】内燃機関のシリンダーのガス交換バルブ(10)のためのバルブボディ(11)。ガス交換バルブを閉鎖するためにバルブボディ(11)はガス交換バルブのバルブシート(12)に対して当接することができ、かつ、ガス交換バルブを開放するためにバルブボディ(11)はガス交換バルブのバルブシート(12)から離れることができる。バルブボディ(11)は複数の部品から形成されると共に、バルブシート(12)と相互作用する第１のバルブディスク部(13)と、第１のバルブディスク部(13)に固定状態で接合されると共にシリンダーの燃焼室(16)に面する第２のバルブディスク部(15)とを備え、第１のバルブディスク部(13)と第２のバルブディスク部(15)との間には、少なくとも第２のバルブディスク部(15)の冷却のために機能する中空スペース(17)が形成される。【選択図】図１

Description

本発明は、ガス交換バルブのバルブボディに関する。本発明はさらに、内燃機関用のガス交換バルブおよび内燃機関に関する。
実際に知られている内燃機関は、それを介して内燃機関のシリンダーに給気を供給することができるガス交換バルブ、すなわち入口側ガス交換バルブと、それを介して排気ガスを内燃機関のシリンダーから排出することができる排気側交換バルブとを備える。
内燃機関の各ガス交換バルブはバルブボディを備え、バルブシートはバルブボディと相互作用する。ガス交換バルブが閉じられるとバルブボディは規定された領域でバルブシートに当接し、一方、ガス交換バルブが開かれると、バルブボディのこの領域はバルブシートには当接しない。バルブボディのさらなる領域は、それぞれのシリンダーの燃焼室に面している。
実際に知られているガス交換バルブのバルブボディは、一体に、一つの同じ材料から連続的に製造される。シリンダーの燃焼室内の圧力および温度がますます高くなる結果として、回避すべき腐食、回避すべき堆積物および回避すべき摩耗に関して、ガス交換バルブのバルブボディに対する要求は増大する。実際に知られているバルブボディでは、これを十分に保証することはできない。
上記に鑑みて、本発明は、新規なタイプのガス交換バルブのバルブボディ、そうしたバルブボディを有するガス交換バルブ、そうしたガス交換バルブを有する内燃機関を創出するという目的に基づく。
この目的は請求項１に記載のバルブボディによって解決される。
本発明によれば、バルブボディは複数の部品から形成されると共に、バルブシートと相互作用する第１のバルブディスク部と、第１のバルブディスク部に固定状態で接合されると共にシリンダーの燃焼室に面する第２のバルブディスク部とを備え、第１のバルブディスク部と第２のバルブディスク部との間には、少なくとも、第２のバルブディスク部の冷却のために機能する中空スペースが形成される。
本発明に係るバルブボディは、複数の部品で形成され、中空のスペースを備える。中空スペースを介して、少なくとも、シリンダーの燃焼室に面するバルブディスク部を所定の方法で冷却することができる。さらに、個々のバルブディスク部は、それぞれのバルブディスク部に作用するそれぞれの荷重に基づいて正確に適合される材料から製造することができる。これによって、腐食を低減できるだけでなく、バルブボディの堆積物およびその他の摩耗にも効果的に対抗することができる。
好ましくは、第１のバルブディスク部は、第１の耐食性を有する金属材料から形成され、そして第２のバルブディスク部は、第１の耐食性よりも高い第２の耐食性を有する金属材料から形成される。シリンダーの燃焼室に面しかつシリンダーに作用する負荷の結果として特に腐食しやすい第２のバルブディスク部の腐食には、このようにして効果的に対抗することができる。
有利なさらなる展開によれば、中空スペースを通って冷却媒体が流動させられる。代替的に、中空スペースは冷却媒体で満たされる。両方の代替策は、少なくとも第２のバルブディスク部の領域において、そして同様に第１のバルブディスク部の領域において、バルブボディの効果的な冷却を可能にする。ここで、中空スペースを流れる冷却媒体による能動冷却を利用することができ、あるいは冷却媒体で満たされた中空スペースによる受動冷却を利用することができる。
好ましくは、第１のバルブディスク部と第２のバルブディスク部とは溶接によって固定状態で接合される。溶接による二つのバルブディスク部の冶金的接続が特に好ましい。
本発明に係るガス交換バルブは請求項９において規定され、そして本発明に係る内燃機関は請求項１０において規定される。
本発明の好ましいさらなる展開は、従属請求項および以下の説明から得られる。本発明の例示的な実施形態について、これに限定されることなく、図面を用いてより詳細に説明する。
本発明に係るガス交換バルブの、あるいは本発明に係るガス交換バルブのバルブボディの領域における本発明に係る内燃機関の一部を示す図である。
本発明は、内燃機関のガス交換バルブのためのバルブボディ、そうしたバルブボディを有するガス交換バルブおよびそうしたガス交換バルブを有する内燃機関に関する。
図１は、バルブボディ１１の、およびバルブボディ１１と相互作用するバルブシート１２の領域における内燃機関のシリンダーのガス交換バルブ１０の一部を示す。
ガス交換バルブ１０が閉じられると、バルブボディ１１はバルブシート１２に当接し、一方、ガス交換バルブ１０が開かれると、バルブボディ１１はバルブシート１２に接触せず、バルブシート１２から離間させられ、あるいはそこから持ち上げられる。
バルブボディ１１は複数の部品から形成されている。したがってバルブボディ１１は、バルブステム１４に結合されると共にバルブシート１２と相互作用する第１のバルブディスク部１３を備える。したがって、ガス交換バルブ１０が閉じられると、第１のバルブディスク部１３の側方領域２１はバルブシート１２に当接する。
バルブシート１２と相互作用すると共にバルブステム１４に結合されたこの第１のバルブディスク部１３に加えて、バルブボディ１１は第２のバルブディスク部１５を備えるが、この第２のバルブディスク部１５は内燃エンジンのシリンダーの燃焼室１６に面する。第１のバルブディスク部１３と第２のバルブディスク部１５との間には、少なくとも、第２のバルブディスク部１５の冷却のために、そしてまた第１のバルブディスク部１３の冷却のために機能するキャビティ１７が形成されている。
第１のバルブディスク部１３および第２のバルブディスク部１５の両方はいずれも金属材料から形成される。したがって、第１のバルブディスク部１３の金属材料は第１の耐食性を有し、第２のバルブディスク部１５の材料は、第１のバルブディスク部１３の材料の第１の耐食性よりも高いか大きな第２の耐食性を有する。
第１のバルブディスク部１３は、優先的に、バルブコーン鋼から製造される。第２のバルブディスク部１５は、優先的に、ニッケル系合金鋼から形成される。
中空スペース１７を取り囲む二つのバルブディスク部１３，１５は、優先的に溶接によって互いに接合されており、図１は、二つのバルブディスク部１３，１５間の接合領域における溶接シーム１８を示している。二つのバルブディスク部間の耐久性のある接合を保証するために、金属バルブディスク部１３，１５の溶接が好ましい。
既に説明したように、中空スペース１７は、バルブボディ１１の冷却、好ましくは両方のバルブディスク部１３，１５の冷却、特に、シリンダーの燃焼室１６に面する第２のバルブディスク部１５の冷却に役立つ。
図１において、中空スペース１７を通って冷却媒体が流動させられるが、中空スペース１７内の冷却媒体は供給路１９を経て供給され、排出路２０を経て中空スペース１７から排出される。供給路１９および排出路２０は第１のバルブディスク部１３およびバルブステム１４を貫通している。特に、水、油または空気でさえ、バルブボディ１１の中空スペース１７を通って流れる冷却媒体として機能する。
中空スペース１７を通って流れる冷却媒体による、そうした能動的で制御可能な冷却の代わりに、受動的な冷却も可能である。すなわち、この場合、中空スペース１７は冷却媒体で、例えばセラミック材料または金属発泡体または流体で満たされる。中空スペース１７を金属発泡体またはセラミック材料で満たすことにより、バルブボディ１０の歪みを補償することができ、あるいは個々の材料の異なる熱膨張係数によって歪みが相殺され、バルブボディ１０は、動作中に、その全温度範囲にわたって歪みの影響を受けない。
本発明によりガス交換バルブ１０のバルブボディ１１はそのような高負荷に耐えることができるので、本発明により、最終的にシリンダーの燃焼室１６内に存在する圧力および温度を高めることができる。本発明に係るバルブボディ１１は、より高い機械的および熱的負荷にさらすことができる。
本発明に係るバルブボディ１１は、給気用の入口側ガス交換バルブおよび排気ガス用の排気側ガス交換バルブの両方と共に、内燃機関のシリンダーにおいて用いることができる。特に好ましいのは、例えば船舶の内燃機関などの重質燃料油で作動する内燃機関との使用である。というのは、ここでは、バルブボディ１１上の腐食堆積物形成のリスクが特に高いからである。
１０ ガス交換バルブ
１１ バルブボディ
１２ バルブシート
１３ バルブディスク部
１４ バルブステム
１５ バルブディスク部
１６ 燃焼室
１７ 中空スペース
１８ 接合部
１９ 供給路
２０ 排出路
２１ 領域

Claims (10)

  1. 内燃機関のシリンダーのガス交換バルブ（１０）のためのバルブボディ（１１）であって、前記ガス交換バルブを閉鎖するために前記バルブボディ（１１）は前記ガス交換バルブのバルブシート（１２）に対して当接することができ、かつ、前記ガス交換バルブを開放するために前記バルブボディ（１１）は前記ガス交換バルブの前記バルブシート（１２）から離れることができ、前記バルブボディ（１１）は複数の部品から形成されると共に、前記バルブシート（１２）と相互作用する第１のバルブディスク部（１３）と、前記第１のバルブディスク部（１３）に固定状態で接合されると共に前記シリンダーの燃焼室（１６）に面する第２のバルブディスク部（１５）と、を備え、前記第１のバルブディスク部（１３）と前記第２のバルブディスク部（１５）との間には、少なくとも、前記第２のバルブディスク部（１５）の冷却のために機能する中空スペース（１７）が形成されていることを特徴とするバルブボディ。
  2. 前記第１のバルブディスク部（１３）は、第１の耐食性を有する金属材料から形成され、かつ、前記第２のバルブディスク部（１５）は、第１の耐食性に比べて高い第２の耐食性を有する金属材料から形成されることを特徴とする請求項１に記載のバルブボディ。
  3. 前記第１のバルブディスク部（１３）はバルブコーン鋼から形成され、かつ、前記第２のバルブディスク部（１５）はニッケル系合金鋼から形成されることを特徴とする請求項２に記載のバルブボディ。
  4. 前記中空スペース（１７）を通って冷却媒体が流動させられることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のバルブボディ。
  5. 前記第１のバルブディスク部（１３）は、前記冷却媒体のための供給路（１９）および排出路（２０）を備えることを特徴とする請求項４に記載のバルブボディ。
  6. 前記中空スペース（１７）は冷却媒体で満たされることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のバルブボディ。
  7. 前記中空スペース（１７）は金属発泡体またはセラミック材料で満たされることを特徴とする請求項６に記載のバルブボディ。
  8. 前記第１のバルブディスク部（１３）と前記第２のバルブディスク部（１５）とは、溶接によって、固定状態で接合されることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに１項に記載のバルブボディ。
  9. バルブボディ（１１）を有しかつ前記バルブボディ（１１）のためのバルブシート（１２）を有する内燃機関のガス交換バルブ（１０）であって、前記バルブボディ（１１）は請求項１ないし請求項８のいずれか１項に従って形成されることを特徴とするガス交換バルブ（１０）。
  10. 少なくとも一つのシリンダーを有する内燃機関であって、各シリンダーは、給気用の少なくとも一つの入口側ガス交換バルブ（１０）と、排気ガス用の少なくとも一つの排気側ガス交換バルブ（１０）と、を備え、それぞれの入口側および／または排気側ガス交換バルブ（１０）は請求項９に従って形成されることを特徴とする内燃機関。
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