JP3421055B2 - 内燃機関用の排気弁 - Google Patents

内燃機関用の排気弁

Info

Publication number
JP3421055B2
JP3421055B2 JP50107898A JP50107898A JP3421055B2 JP 3421055 B2 JP3421055 B2 JP 3421055B2 JP 50107898 A JP50107898 A JP 50107898A JP 50107898 A JP50107898 A JP 50107898A JP 3421055 B2 JP3421055 B2 JP 3421055B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
valve
valve seat
yield strength
disc
seat region
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP50107898A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2000505148A (ja
Inventor
ヘーグ，ハルロ・アンドレアス
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MAN B&W Diesel AS
Original Assignee
MAN B&W Diesel AS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=8095898&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=JP3421055(B2) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by MAN B&W Diesel AS filed Critical MAN B&W Diesel AS
Publication of JP2000505148A publication Critical patent/JP2000505148A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3421055B2 publication Critical patent/JP3421055B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L3/00—Lift-valve, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces; Parts or accessories thereof
    • F01L3/02—Selecting particular materials for valve-members or valve-seats; Valve-members or valve-seats composed of two or more materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/10—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of nickel or cobalt or alloys based thereon
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L3/00—Lift-valve, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces; Parts or accessories thereof
    • F01L3/02—Selecting particular materials for valve-members or valve-seats; Valve-members or valve-seats composed of two or more materials
    • F01L3/04—Coated valve members or valve-seats
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/16—Engines characterised by number of cylinders, e.g. single-cylinder engines
    • F02B75/18—Multi-cylinder engines
    • F02B75/20—Multi-cylinder engines with cylinders all in one line
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F02B2075/022—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
    • F02B2075/025—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle two
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Lift Valve (AREA)
  • Valve-Gear Or Valve Arrangements (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Valve Device For Special Equipments (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、弁ディスクの上面に環状の弁座領域も構成
するニッケル系合金から成る弁ディスクを有する可動ス
ピンドルを備え、該弁座領域が弁の閉じ位置にて静止弁
部材上の対応する弁座領域に当接し、弁ディスクの弁座
領域は、その製造時に、加工熱変形処理（thermo−mech
anical deformation process）を受け、この過程にて、
材料の少なくとも一部分が冷間加工される、内燃機関、
特に、２行程クロスヘッドエンジン用の排気弁に関す
る。
内燃機関用の排気弁の開発は、永年、弁の寿命を長く
し且つ信頼性を向上させることを目的としていた。この
開発は、これまで、ディスクの下面に高温耐食性材料
（耐高温腐食性材料）を使用し、弁座領域に硬質材料を
使用して弁スピンドルを製造することにより行ってい
た。
弁は正確に機能するためには、緊密に閉じなければな
らないため、弁座領域は、排気弁の信頼性にとって極め
て重要である。弁座領域において緊密に閉じうる機能
は、いわゆる溶落ち（burn through）と称される局部
的な領域内での腐食により低下する可能性があることが
周知であり、溶落ち箇所では環状の密封面を横切ってチ
ャンネル状の溝が発生し、弁を閉じたときに該溝を介し
て高温のガスが流れる。悪環境下にて、この不良な状態
が生じ、80時間以下の運転で弁が使用不能となる可能性
があり、このことは、通常の分解時に初期不良を発見す
ることが不可能であることがしばしばあることを意味す
る。このため、弁座内の溶落ちは、予測せざる運転停止
を引き起こす可能性がある。エンジンが船舶の推進エン
ジンであるならば、２つの港の間を１回、航海する間に
この状態が生じ、弁の作動不良につながる可能性があ
る。この結果、航海中に問題を生じさせ、また、港にて
予期せざる無駄な待機時間を生じさせることになる。
弁座における溶落ちを防止する目的にて、硬さによっ
て弁座の耐摩耗性を得て且つへこみ傷（デントマーク）
の形成を少なくするために益々硬さが増した多くの異な
る弁座材料が永年に亙って開発されている。デントマー
クは、へこみによって高温の気体が流れる僅かな漏れを
生じさせるため、溶落ちが生じる状態である。高温の気
体は、攻撃性のある成分が弁座の材料に腐食作用を加え
る温度レベルまで漏れ部分付近の材料を加熱する可能性
があり、このため、その漏れはより大きくなり、高温気
体の漏洩量が増し、このため浸食を加速することにな
る。硬さに加えて、僅かな漏洩が生じた後、浸食を遅く
するためにより耐高温腐食性に優れた弁座材料も開発さ
れている。
ニモニック（NIMONIC）80A材料で製造される上述の型
式の排気弁は、1985年９月の130巻９号のBergund Hutt
enmannische Monatshefteの「Herstellung von Venti
lspindeln aus einer Nickelbasislegierung fur Schif
fsdieselmotoren」という表題の論文にて記載されてい
る。この加工熱的鍛造は、弁座領域内にて非常な硬さが
得られるように、制御される。疲れ抵抗等のような排気
弁の機械的性質を考慮して、上記の論文では、ニモニッ
ク80A弁は少なくとも800MPaの降降伏強度を有すると記
載されている。
欧州特許公開第0 280 467号には、溶液焼鈍（solutio
n annealing）した後、所望の形状に鍛造された基部本
体で製造されたニモニック80A製の排気弁が記載されて
いる。このため、この弁座領域は、非常な硬さが得られ
るように冷間加工される。その後、弁を析出硬化させる
ことができる。
1990年にロンドンの機関士協会から出版された、「重
油運転用のディーゼルエンジンの燃焼室材料」という書
籍には、多数の文献に記載された排気弁の材料に関して
得られた経験を集めたものであり、長寿命を実現するた
めに弁の設計方法に関する推奨事項を提供するものであ
る。弁座に関して、文献は、弁座材料は極めて硬く且つ
耐高温腐食性に優れた材料を使用すべきことを等しく推
奨している。「弁合金の物理的及び機械的性質並びに構
成要素の評価分析へのそれらの使用」という書籍の７頁
には、排気弁に関する多数の異なる好適な材料が記載さ
れており、材料の機械的性質の分析において、約820MPa
以下であると考えられる、材料の降伏強度の比較可能な
表も含まれている。
排気弁の寿命を長くし、特に、弁の弁座領域に予見不
能で且つ急速に生じる溶落ちを軽減し又は防止すること
が望ましい。当該出願人は、弁座材料中にデントマーク
（へこみ傷）が形成された状態で試験を行い、一般的な
認識と異なり、全く予想に反して弁座材料の硬さはデン
トマーク（へこみ傷）が生じるか否かに関して何ら顕著
な影響を与えないことを確認した。本発明の目的は、へ
こみ傷の形成に至るメカニズムを予測し、これにより、
溶落ちが発生する基本的な状態を弱め又は解消する弁座
材料を提供することである。
このことを考慮して、本発明によるこの排気弁は、弁
ディスクが少なくとも1000MPaの降伏強度を達成するこ
とができるニッケル系合金から製造され、また弁ディス
クの上面の弁座領域は、加工熱変形過程及び降伏強度を
増大させる熱処理によって約20℃の温度にて少なくとも
1000MPaの降伏強度（Ｒp0.2）の形態のへこみ傷を防止
する特性が付与されることを特徴とする。
デントマーク（へこみ傷）は、排気弁が開いている間
に、燃焼室から弁を介して上方に流れ、排気系統内に流
れる、コーク粒子のような微粒子の燃焼残留物により形
成される。弁が閉じたとき、該微粒子が弁座における閉
じる密封面の間に取り込まれる可能性がある。
運転中の弁スピンドルにおける多数のデントマーク
（へこみ傷）の研究から、上方の閉じ縁部、すなわち、
固定した弁座の上端が円錐形の可動の弁座に接触する箇
所である、周方向の線上に新たなへこみ傷が達すること
は極めて稀であることが観察された。実際上、粒子はこ
の領域内に取り込まれる可能性があるから、へこみの端
部は、閉じ縁部から約0.5mm離れた位置にあり、このこ
とは、何ら説明することなく明らかである。
閉じ縁部の直前までへこみが存在しないことは、コー
ク粒子及びその他の極めて硬い粒子であっても弁が完全
に閉じる前に粉砕されて粉体となることに起因するもの
であることが今や理解されている。燃焼室からの気体は
略音速にて閉じ密封面の間の空隙を貫通して流れ出るか
ら、粒子を粉砕すると同時に、この粉体の一部は吹き飛
ばされる。高速の気体はその粉体を閉じ縁部付近から吹
き飛ばし、縁部までへこみが存在しないことは、密封面
の間に取り込まれた略全ての粒子が粉砕されたことを示
す。粉体を粉砕し且つ吹き飛ばすことにより極めて厚い
粒子も薄い厚さとなり、実際上、このため、デントマー
クを形成する可能性のある粉体の堆積層（パウダーパイ
ル）は最大厚さが0.5mmであり、公称の最大厚さが0.3乃
至0.4mmとなる。
最高圧力が195バールに達する、最も最近に開発され
たエンジンにおいて、特に、ディスクの下面に作用する
荷重は400トンにも達する可能性がある。排気弁を閉じ
て、燃焼室内の圧力は最高圧力に達したとき、密封面
は、密閉された粉体の堆積層（密封されたパウダーパイ
ル）の周りで共に完全に圧縮される。如何に堅固な弁座
を形成した場合でも、これを防止することはできない。
燃料の燃焼が開始し、シリンダ内の圧力、従って弁デ
ィスクに加わる荷重が増大すると、密閉されたパウダー
パイルは２つの密封面内に遊動して入り始め、これと同
時に、弁座材料は弾性変形する。この弾性変形中、パウ
ダーパイルと密封面との間の表面圧力が上昇し、その結
果、通常、パウダーパイルは変形してより大きい面積と
なる。このパウダーパイルが十分に厚いならば、パウダ
ーパイルの接触領域内の圧力が最低降伏強度の弁座材料
の降伏強度に達する迄、弾性変形が続き、その後、この
弁座材料は塑性変形して、へこみ傷の変形が開始する。
この塑性変形の結果、変形硬化に起因して降伏強度が増
す。このように、パウダーパイルの周りの局部的な領域
内の２つの弁座材料が均一な降伏強度となったならば、
パウダーパイルは同様にその他の弁座材料も塑性変形さ
せ始める。
デントマーク（へこみ傷）の形成を防止しようとする
ならば、上述したように、弁座材料をより硬くすること
により行うことはできず、その代わり、デントマークは
弾性的にしなければならず、このことは、弁座領域を高
降伏強度となるように製造することにより可能となる。
より高降伏強度であることから、二重の効果が得られ
る。第一に、より高降伏強度の弁座材料にはより大きい
弾性歪みを加えることができ、このため、塑性変形が生
じる前により厚いパウダーパイルを吸収することができ
る。第二の必須の効果は、パウダーパイルに面する領域
内の密封面の表面性質に関連するものである。弾性的変
形により形成されるへこみのプロファイルは均一で且つ
平滑であり、パウダーパイルの分布状態をより大径まで
促進し、このことは、パウダーパイルの厚さを薄くする
ことなり、また、より大きい接触面積に続く接触面積の
応力を軽減することにもなる。弾性変形から塑性変形に
変化する部分にて、より深く且つより不規則的なへこみ
プロファイルが急速に形成され、このことは、パウダー
パイルを不適当に固着し、このため、パウダーパイルの
直径が有利に更に拡張するのを妨害する効果がある。
試験の結果、排気弁において、密封面を何ら塑性変形
させずに、1000MPaの降伏強度に対する下限値を有する
材料の２つの弁座領域の間にて、厚さ約0.14mmのパウダ
ーパイルを吸収し得ることが判明した。弁座の面の間に
取り込まれた粒子の大部分は約0.15mmの厚さに粉砕され
る。本発明による排気弁は、弁が開いたとき、弁座面は
その最初の形状に弾性的に反発して戻るだけであり、こ
れと同時に、粉砕した粒子の残部の部分は弁座面から吹
き飛ばされるから、大量の粒子がデントマークを形成す
ることを防止するものである。
弁座領域の弾性的な性質が増すことを考えると、弁座
領域の材料は少なくとも1100MPa、好ましくは少なくと
も1200MPaの降伏強度を有することが好ましい。現在の
弁座材料のヤング係数は降伏強度が増しても略不変であ
り、このことは、降伏強度と最大の弾性歪みとの間に略
直線状の相関関係をもたらす。上記の説明から、降伏強
度が2500MPa以上の弁座材料は、通常最も頻繁に生ずる
厚さのパウダーパイルを弾性変形によってのみ吸収する
ことが可能であるから、理想的であると考えられる。し
かしながら、かかる高降伏強度を有する適当な材料は、
現在は、見出せない。以下の説明から、今日、利用可能
な弁座材料の一部は、降伏強度を少なくとも1100MPaに
増大させる方法にて製造可能であることが明らかであ
る。全ての条件が等しいならば、この降伏強度が10％増
大する結果、デントマークの深さは少なくとも10％、浅
くなる。殆どのタイプの粒子の場合、1200MPaの適当な
限界値は、堆積層の厚さを知覚し得る程度に薄くするの
に十分に大きく、従って、デントマークの深さは30％ま
で浅くなるが、これと同時に、可能な材料の数も少なく
なる。このことはまた、少なくとも1300MPaの降伏強度
を有する弁座材料にも当てはまることである。
特に好適な実施の形態において、弁座領域の材料は少
なくとも1400MPaの降伏強度を有している。この降伏強
度は、現在、使用されている弁座材料の降伏強度の約２
倍であり、デントマークを形成するメカニズムに関する
現在の理解によれば、上限値1400MPaの降伏強度を有す
る材料は、弁座領域の溶落ちに伴う問題点を殆ど解消す
ると推定される。この弁座材料中に形成される僅かなデ
ントマークの深さは、極めて浅いため、高温腐食が有効
となる温度まで弁座材料が加熱されるのに十分な多量の
漏洩気体がデントマークを貫通して流れることはできな
い。
１つの実施の形態において、固定部材及び弁ディスク
の弁座領域は、それぞれ、弁座領域の運転温度にて略等
しい降伏強度を有している。２つの弁座材料の略均一な
降伏強度の結果、パウダーパイルを表面間に押し込んだ
ときに、その双方の密封面は略等しい状態に変形し、こ
のことは、面の各々に生ずる塑性変形を軽減する結果と
なる。固定弁座領域の温度は、スピンドルにおける弁座
領域よりも低温であり、このことは、多くの材料の降伏
強度が温度上昇に伴い低下することに鑑みて、約20℃に
てより大きい降伏強度を有する必要があることを意味す
る。固定弁座領域を耐高温腐食性材料で形成するなら
ば、この実施の形態は、特に有利である。
固定弁座領域が焼き入れ硬化鋼又は鋳鉄から成るなら
ば、固定部材の弁座領域は、その弁座領域の運転温度に
おける弁ディスクの弁座領域よりも略大きい降伏強度を
有することが好ましい。この設計の場合、すべてのデン
トマークは弁スピンドルに形成される。このことは、２
つの利点をもたらす。その第一は、スピンドルの弁座領
域は、通常、高温耐食性材料で出来ており、このため、
へこみが固定部材に形成される場合よりもデントマーク
（へこみ傷）が溶落ち（burn through）に発展すること
をより難しくする点である。第二に、スピンドルが回転
し、弁が閉じる毎にへこみが固定密封面の上の新たな位
置に配置されるとき、熱の影響は、このようにして固定
弁座領域に配分される点である。
以下、本発明に従って、弁ディスク及び弁座の材料と
して適用可能である種々の材料に関して説明する。ニモ
ニック（NIMONIC）は、インコ・アロイ（INCO Alloy）
の登録商標名であることに留意すべきである。
本体の全体又は少なくとも弁ディスクの全体は、ニモ
ニック合金で出来ていることが好ましい。これらのう
ち、大型のディーゼルエンジンの燃焼室内に存在する腐
食性の環境内にて耐摩耗性及び耐食性に関して良好な作
動結果を提供しているニモニック80、ニモニック80A又
はニモニック81を使用することは周知である。また、約
800MPaの降伏強度を有し、また、約15％の冷間加工後、
1000MPa以上まで増大する、基部本体の鋳造及び通常の
鍛造後のニモニック合金105も適用可能である。また、
ニモニックPK50も適用可能であり、このニモニックPK50
は、約1100MPaの降伏強度となるように冷間加工し且つ
析出硬化させることができる。通常のニモニック合金を
使用し、弁座領域にて70％程度、変形させたとき、約14
00MPaの降伏強度を達成することが可能である。また、
析出硬化熱処理によって降伏強度を更に増すことも可能
である。
多くの冷間加工法は、例えば、外径が130mm乃至500mm
のように弁ディスクが大型であるとき、堅牢な工具を必
要とするから、製造方法の選択は、排気弁の寸法によっ
て影響を受ける。
また、本発明は、内燃機関用、特に、２行程クロスヘ
ッド用の排気弁の可動弁ディスクの上面における環状の
弁座領域であって、弁ディスクの基部材料と異なる合金
で出来ており、弁を閉じたとき、固定弁部材上の対応す
る弁座領域に当接する、環状の弁座領域のデントマーク
を制限し又は防止する材料として、約20℃で少なくとも
1000MPaの降伏強度を有する、ニッケル系クロム含有合
金を使用しすることにも関するものである。かかるデン
トマークを制限する材料を使用することの特別に有利な
点は、上記の説明から明らかである。
次に、本発明の実施の形態について、極く概略図を参
照しつつ更に詳細に説明する。添付図面において、 図１は、本発明による排気弁の縦断面図である。
図２は、典型的なデントマークを示す、２つの弁座領
域の部分図である。
図３乃至図６は、粒子を粉砕し且つデントマークが形
成される初期のステップを示す２つの弁座領域の部分図
である。
図７及び図８は、デントマークの形成を示す拡大部分
図である。
図９は、弁を再開放した直後の表面の対応する図であ
る。
図１には、シリンダ直径を250乃至1000mmの範囲とす
ることのできる、大型の２行程内燃機関用の排気弁が全
体として参照番号１で示してある。底部片とも称され
る、排気弁の固定弁部材２は、図示しないシリンダカバ
ー内に取り付けられる。該排気弁は、可動スピンドル３
であって、その下端にて弁ディスク４を支持し且つその
上端にて、弁を開放する液圧アクチュエータに周知の方
法で接続された可動スピンドルと、該スピンドルをその
閉じ位置に戻す空気戻しばねとを備えている。図１に
は、部分的に開いた位置にある弁が示してある。
基本材料で達成されるよりも高い耐腐食性を要望する
ならば、弁ディスクの下面に耐高温腐食性材料５の層を
設ける。弁ディスクの上面の環状の弁座領域６は、ディ
スクの外周縁から離れた位置にあり、円錐形の密封面７
を有している。図面中、弁座領域はディスクと異なるよ
うに表示されているが、両者の部品は同じ合金で製造さ
れている点に留意すべきである。大型の２行程クロスヘ
ッドエンジン用の弁ディスクは、シリンダボアに対応し
て120乃至500mmの範囲の外径を有することができる。
固定弁部材には、また、環状の円錐形密封面９を形成
する僅かに突き出す弁座領域８も設けられており、該円
錐形の密封面は、弁が閉じた位置にあるとき、密封面７
に当接する。作動温度まで加熱する間に、弁ディスクが
変形するので、２つの密封面が弁の作動温度にて平行と
なるように、弁座領域は設計されている。このことは、
低温の弁ディスクにおいて、燃焼室から最も離れた位置
に配置された密封面９の上縁部10にて密封面７は、密封
面９にのみ当接することを意味する。
図２には、密封面７上の閉じ縁部、すなわち、上方縁
部10が垂直の破線で示すように密封面７にぶつかる箇所
である円弧状部分から約0.5mm離れた位置にて終わる典
型的なデントマーク11が示してある。
図３には、弁が完全に閉じる直前に、２つの密封面
７、９の間に取り込まれた硬い粒子12が示してある。閉
じ動作が続行するとき、この粒子は粉砕されて粉体とな
り、その粉体の相当部分は、図４に矢印Ａで示すよう
に、弁座の間を音速にて上方に流れる気体によって取り
込まれる。粉体した粒子からの粉体の一部は密封面７、
９の間に固着される。それは、これらの面に最も近い粒
子は摩擦力により保持され、内部スペース間の粒子は、
粉体中のせん断力により固着されるからである。このた
め、先端同士が対面する対向した円錐形のパウダーパイ
ルが形成される。このように、固体粒子が弁座弁の間に
取り込まれるという効果に関する従来の推定は正確では
なく、むしろ、その粉体の一部は吹き飛ばされるため、
弁座の間に取り込まれる材料の量は減少する。
閉じ動作が続くと、円錐形の粉体の凝集体は潰れて、
弁座面の面内にて拡げられ、図５に図示するようにレン
ズ型の粉体本体、すなわちパウダーパイルとなる。この
レンズ状の粉体本体は、最大厚さが0.5mmで、最大の凝
集における標準厚さが0.3mm乃至0.4mmであることが判明
している。
図６には、弁が閉じられたが、燃焼室内の圧力が燃料
の燃焼の結果として上昇する前の状況が示してある。空
気戻しばねは、それ自体、粉体本体の周りの領域内で密
封面７を密封面９に対し完全に緊密に引き付けるのに十
分に強力ではない。
燃料の点火後、燃焼室内の圧力が上昇すると、ディス
クの下面に加わる上方への力が顕著に増大し、密封面
は、互いに近接するように押し付けられる。これと同時
に、粉体本体は、密封面を弾性変形し始める。粉体本体
が十分に厚く、材料の降伏強度が十分に大きくないなら
ば、弾性変形は塑性変形に変化し、へこみを恒久的なも
のとする。図７には、固定弁座領域８が最大の降伏強度
を有し、ディスクの弁座領域６がその降伏限界値の僅か
以下まで弾性変形した状態が示してある。図８に図示し
た密封面の完全に圧縮された位置となるまで圧縮が続け
られと、密封本体は密封面内に沈んで、弁座材料は塑性
変形する。
弁が再開放すると、粒子は図９に示すように、流れ出
る気体によって吹き飛ばされ、これと同時に、弁座材料
は、その非荷重状態にて反発して戻る。弁座面の一方又
は双方にて塑性変形が生じた程度にて、粉体本体により
形成された最大のへこみよりも深さが浅い恒久的なデン
トマーク11が密封面にて生ずる。弁座材料の降伏強度が
大きければ大きい程、デントマークはより小さくなる。
次に、適当な弁座材料に関する分析例について説明す
る。全ての量は重量比で示してあり、不可避的な不純物
は無視してある。また、本明細書にて降伏強度に言及す
ることは、別の温度が示されていない限り、約20℃の温
度における降伏強度を意味するものとすることも述べて
おく。これらの合金は、クロムを含有するニッケル系合
金（又はニッケル含有のクロム系合金）であり、これら
の合金は、合金の硬さとその降伏強度との間に何ら適正
な相関関係が存在しない一方、硬さと引っ張り強度との
間には多分相関関係が存在するという性質を有してい
る。これらの合金に関して、降伏強度は0.2（Ｒp0.2）
の歪みにより生じた強度を意味するものとする。
合金ニモニック合金105は、Cr15％、Co20％、Mo5％、
Al4.7％、Fe1％以下、Ti1.2％、残部Niの公称組成を有
している。
ニモニック80A合金は、C0.1％以下、Si1％以下、Cu0.
2％以下、Fe3％以下、Mn1％以下、Cr18乃至21％、Ti1.8
乃至2.7％、Al1.0乃至1.8％、Co2％以下、Mo0.3％以
下、Zr0.1％以下、B0.008％以下、S0.015％以下、残部N
iから成っている。
ニモニック80合金は、C0.04％、Si0.47％、Cr21％、M
n0.56％、Ti2.45％、Al0.63％、残部Niから公称上、成
っている。
ニモニック81合金は、C0.1％以下、Cr29乃至31％、Si
0.5％以下、Cu0.2％以下、Fe1％以下、Mn0.5％以下、Ti
1.5乃至２％、Co2％以下、Mo0.3％以下、Al0.7乃至1.5
％、残部Niから成っている。
ニモニックPK50合金は、C0.03％、Cr19.5％、Ti3％、
Al1.4％、Fe2％以下、Co13乃至15.5％、Mo4.2％、残部N
iから公称上、成っている。
合金レーン220は、10−25％Cr、５−25％Co、10％以
下Mo＋Ｗ、11％以下Nb、４％以下Ti、３％以下Al、0.3
％以下Ｃ、２−23％Ta、１％以下Si、0.015％以下Ｓ、
５％以下Fe、３％以下Mn、及び残部Niを含んでいる。公
称上、レーン220は、0.02％Ｃ、18％Cr、３％Mo、５％N
b、１％Ti、0.5％Al、３％Ta、及び残部ニッケルを含ん
でいる。析出硬化と組み合わせた変形は、この材料内に
極めて大きい降伏強度を達成することができる。955℃
にて50％の変形程度のとき、降伏強度は約1320MPaとな
る。970℃にて50％の変形程度のとき、降伏強度は約140
0MPaとなる。990℃にて50％の変形程度のとき、降伏強
度は1465MPaとなる。970℃にて25％の変形程度のとき、
降伏強度は1430MPaとなる。析出硬化は、760℃にて８時
間、行い、その後、730℃にて24時間、690℃にて24時
間、行った。
上述した公称の分析結果について、実際には、現実に
製造された合金に依存して、全ての分析物質に対して不
可避的な不純物も生じるため、公称の分析値から偏倚す
ることは当然である。
技術文献には、析出硬化させるために種々の合金を熱
処理する方法の詳細が記載されており、合金の溶液焼鈍
のための熱処理及び再結晶化温度も周知である。
降伏強度を増すための加工熱変形処理（thermo−mech
anical deformation process）は、例えば、弁座領域の
圧延又は鍛造若しくは、その打ち延ばし及びハンマ打ち
のようなその他の方法のような周知の方法により材料を
熱／冷間加工することを含む。変形後、弁座の密封面を
研磨することができる。
加工熱変形過程にて必要とされる力を軽減するため、
弁座領域を有する本体は、変形前に、材料の分析に対応
して、通常、1000℃乃至1200℃の範囲の温度にて、例え
ば、0.1乃至２時間、溶液焼鈍（solution annealing）
を行うことができ、その後、中間の温度（典型的に500
℃）まで塩浴中にて急冷し、その後に、空冷して室温に
するか、又は気体中にて室温まで急冷させる。次に、こ
れらステップの後に熱／冷間加工を行うことができる。
力を適宜に小さく保つためには、この変形は、約900乃
至1000℃、すなわち、典型的に、約950乃至1050℃であ
る、再析出温度よりも低い温度以下又はその付近の高温
度にて行われることが好ましい。熱加工のこの場合、溶
液焼鈍から約再析出温度までの冷却は、室温まで最初に
冷却することなく行われることが有利である。この変形
は、中間の再加熱を行って幾つかのステップにて行うこ
とが可能である。約20％の冷間加工において、1200MPa
の降伏強度を達成することが典型的に可能である。特別
に大きい降伏強度が所望であるとき、完全な変形及び加
工の後、弁座領域は、析出硬化を行うことができ、この
析出硬化は、例えば、24時間、850℃にて行い、その
後、16時間、700℃の温度にて行うことが可能である。
上述したように処理した基部本体は、鋳造及び従来の
鍛造により又は代替的に熱押出し成形又は同様の変形工
程と組み合わせて、HIP処理又はCIP処理のような粉体冶
金圧縮処理により製造することができる。
該弁の軸は、ディスクの材料と異なる材料で製造する
ことができ、この場合、ディスクに摩擦溶接することが
できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｃ２２Ｆ 1/00 Ｃ２２Ｆ 1/00 ６３０Ｄ ６８４ ６８４Ｚ ６９４ ６９４Ｂ 1/10 1/10 Ａ (56)参考文献 特開 昭60−17215（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−228456（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−222475（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−4215（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−68605（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F01L 3/02 F01L 3/04

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】弁ディスクの上面に環状の弁座領域も構成
    するニッケル系合金から成る弁ディスクを有する可動ス
    ピンドルを備え、該弁座領域が弁の閉じ位置にて静止弁
    部材上の対応する弁座領域に当接し、弁ディスクの弁座
    領域が、その製造時に、熱機械的変形過程を受け、この
    過程にて、材料の少なくとも一部分が冷間加工される、
    内燃機関の排気弁において、弁ディスクが、少なくとも
    1000MPaの降伏強度を達成することができるニッケル系
    合金から製造され、また弁ディスクの上面の弁座領域に
    は、加工熱変形過程により及び降伏強度を増大させる熱
    処理によって約20℃の温度にて1000MPa乃至1400MPaの降
    伏強度（Ｒp0.2）の形態のへこみ防止特性が付されるこ
    とを特徴とする排気弁。
  2. 【請求項２】請求項１に記載の排気弁において、弁座領
    域の材料が、少なくとも1200MPaの降伏強度を有するこ
    とを特徴とする排気弁。
  3. 【請求項３】請求項２に記載の排気弁において、弁座の
    材料が、少なくとも1300MPaの降伏強度を有することを
    特徴とする排気弁。
  4. 【請求項４】請求項１乃至３の何れかに記載の排気弁に
    おいて、固定部材及び弁ディスクの弁座領域が、それぞ
    れ、弁座領域の運転温度にて略等しい降伏強度を有する
    ことを特徴とする排気弁。
  5. 【請求項５】請求項１乃至３の何れかに記載の排気弁に
    おいて、固定部材における弁座領域が、弁座領域の作動
    温度において、弁ディスクの弁座領域よりも大きい降伏
    強度を有することを特徴とする排気弁。
  6. 【請求項６】請求項１乃至５の何れかに記載の排気弁に
    おいて、弁ディスクの外径が130mm乃至500mmの範囲内に
    あることを特徴とする排気弁。
  7. 【請求項７】内燃機関用、特に、２行程クロスヘッド用
    の排気弁の可動弁ディスクの上面における環状の弁座領
    域であって、弁ディスクの基部材料と異なる合金で出来
    ており、弁を閉じたとき、固定弁部材上の対応する弁座
    領域に当接する、環状の弁座領域のデントマークを制限
    し又は防止する材料として、約20℃で1000MPa乃至1400M
    Paの降伏強度を有する、ニッケル系クロム含有合金を使
    用する方法。
JP50107898A 1996-06-07 1997-06-03 内燃機関用の排気弁 Expired - Lifetime JP3421055B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DK199600641A DK173337B1 (da) 1996-06-07 1996-06-07 Udstødsventil til en forbrændingsmotor
DK0641/96 1996-06-07
PCT/DK1997/000245 WO1997047861A1 (en) 1996-06-07 1997-06-03 An exhaust valve for an internal combustion engine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2000505148A JP2000505148A (ja) 2000-04-25
JP3421055B2 true JP3421055B2 (ja) 2003-06-30

Family

ID=8095898

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP50107898A Expired - Lifetime JP3421055B2 (ja) 1996-06-07 1997-06-03 内燃機関用の排気弁

Country Status (14)

Country Link
US (1) US6244234B1 (ja)
EP (1) EP0901564B1 (ja)
JP (1) JP3421055B2 (ja)
KR (1) KR100419932B1 (ja)
CN (1) CN1088148C (ja)
AT (1) ATE197337T1 (ja)
AU (1) AU3090297A (ja)
DE (1) DE69703444C5 (ja)
DK (1) DK173337B1 (ja)
ES (1) ES2152676T3 (ja)
HK (1) HK1019914A1 (ja)
NO (1) NO320617B1 (ja)
PL (1) PL187245B1 (ja)
WO (1) WO1997047861A1 (ja)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001050020A (ja) * 1999-05-31 2001-02-23 Nippon Piston Ring Co Ltd 内燃機関用の弁装置
US6745738B1 (en) 2001-09-17 2004-06-08 Richard J. Bosscher Pneumatic valve return spring
KR101269063B1 (ko) * 2008-07-25 2013-05-29 니탄 밸브 가부시키가이샤 배기용 포핏밸브 및 동 밸브의 고용화 처리 방법
JP2010084693A (ja) * 2008-10-01 2010-04-15 Aisan Ind Co Ltd エンジンバルブ
KR101129406B1 (ko) * 2009-01-23 2012-03-26 맨 디젤 앤드 터보 필리얼 아프 맨 디젤 앤드 터보 에스이 티스크랜드 내부 연소 엔진을 위한 배기 밸브 스핀들 또는 피스톤 형태의 가동 벽 부재 및, 가동 벽 부재의 제조 방법
CN102877932A (zh) * 2012-10-25 2013-01-16 沈阳航天三菱汽车发动机制造有限公司 一种涡轮增压发动机
CN103016138A (zh) * 2012-11-07 2013-04-03 沈阳航天三菱汽车发动机制造有限公司 涡轮增压发动机
DK177960B1 (en) * 2014-04-08 2015-02-02 Man Diesel & Turbo Deutschland An exhaust valve for an internal combustion engine
CN105240072B (zh) * 2015-11-03 2017-07-14 济南大学 一种电磁控制的排气门连接装置
CN106112204A (zh) * 2016-07-15 2016-11-16 南京国际船舶设备配件有限公司 一种船用低速机气阀密封面堆焊镍基合金焊接工艺
CN106077914B (zh) * 2016-07-15 2019-07-09 南京国际船舶设备配件有限公司 一种船用低速机气阀盘底及其焊接工艺
DE102016117698A1 (de) * 2016-09-20 2018-03-22 Man Diesel & Turbo Se Ventilkörper eines Gaswechselventils, Gaswechselventil und Brennkraftmaschine
CN112756532A (zh) * 2020-11-30 2021-05-07 沪东重机有限公司 一种船用低速柴油机排气阀阀杆的制造方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4741080A (en) * 1987-02-20 1988-05-03 Eaton Corporation Process for providing valve members having varied microstructure
US4844864A (en) * 1988-04-27 1989-07-04 Carpenter Technology Corporation Precipitation hardenable, nickel-base alloy
JP2778705B2 (ja) * 1988-09-30 1998-07-23 日立金属株式会社 Ｎｉ基超耐熱合金およびその製造方法
US4909860A (en) 1989-02-21 1990-03-20 Inco Alloys International, Inc. Method for strengthening cold worked nickel-base alloys
DK0521821T3 (da) 1991-07-04 1996-08-26 New Sulzer Diesel Ag Udstødningsventil til en dieselforbrændingsmotor og fremgangsmåde til fremstilling af ventilen
US5328527A (en) 1992-12-15 1994-07-12 Trw Inc. Iron aluminum based engine intake valves and method of making thereof

Also Published As

Publication number Publication date
NO320617B1 (no) 2005-12-27
CN1221472A (zh) 1999-06-30
NO985611D0 (no) 1998-12-01
ES2152676T3 (es) 2001-02-01
EP0901564B1 (en) 2000-11-02
AU3090297A (en) 1998-01-07
ATE197337T1 (de) 2000-11-15
JP2000505148A (ja) 2000-04-25
KR20000016391A (ko) 2000-03-25
US6244234B1 (en) 2001-06-12
WO1997047861A1 (en) 1997-12-18
DE69703444C5 (de) 2017-03-30
CN1088148C (zh) 2002-07-24
PL330429A1 (en) 1999-05-10
DE69703444T2 (de) 2001-04-05
PL187245B1 (pl) 2004-06-30
DK173337B1 (da) 2000-07-31
KR100419932B1 (ko) 2004-06-18
DE69703444D1 (de) 2000-12-07
NO985611L (no) 1998-12-01
HK1019914A1 (en) 2000-03-03
EP0901564A1 (en) 1999-03-17
DK64196A (da) 1997-12-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3422494B2 (ja) 内催機関用の排気弁
JP3421055B2 (ja) 内燃機関用の排気弁
US8613886B2 (en) Nickel-rich wear resistant alloy and method of making and use thereof
US8430075B2 (en) Superaustenitic stainless steel and method of making and use thereof
US7754143B2 (en) Cobalt-rich wear resistant alloy and method of making and use thereof
JP5521200B2 (ja) メタルガスケットおよびその製造方法
EP1614762A2 (en) Wear resistant alloy for valve seat insert
JP5924558B2 (ja) 金属ガスケットの製造方法
JP3691494B2 (ja) 内燃機関用の排気弁とその製造方法と再生方法

Legal Events

Date Code Title Description
R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080418

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090418

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100418

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100418

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110418

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110418

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120418

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120418

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130418

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130418

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140418

Year of fee payment: 11

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

EXPY Cancellation because of completion of term