JP4708413B2 - 内燃機関のガス交換弁 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念部に記載された形式の内燃機関のガス交換弁に関する。

このようなガス交換弁は、例えば国際公開第９９／１６２９５号パンフレット及び米国特許第２３９８５１４号明細書に基づいて公知である。

本発明の課題は、弁頭、特にその底部領域において、温度や燃焼室圧によって生じる負荷を、最適化された弁頭のジオメトリ、特にその底部領域におけるジオメトリによって最小にすると共に、可能な限り壁厚を小さくすることである。この場合特に弁の全体的な変形もまた注意されねばならず、つまり燃焼室圧を受けた場合における、底部真ん中に位置する支持部と外側の底部領域との間における弁底の変形や、弁軸のシフトに関して、注意されねばならない。

この課題を解決するために本発明の構成では、請求項１の上位概念部記載の形式のガス交換弁において、請求項１の特徴部記載のようにした。

本発明によるガス交換弁の別の有利な構成は、請求項２以下に記載されている。

本発明は次のような一般的な思想、すなわち弁底が、全体として凸面状に外方に向かって押し出された形状を有している場合に、弁軸線を中心にした複数の環状のエンボス加工領域を設け、これらのエンボス加工領域がそれぞれ凸面状に外方に向かって延びるエンボス加工断面を有していることによって、弁底を補強する、という一般的な思想に基づいている。トーラス区分もしくは円環区分とも呼ぶことができるこのようなリングエンボス加工部は、弁軸における内側の支持部と弁円錐における外側の結合部との間に、１つ設けるだけで十分である。さらに弁底の中央領域は、該中央領域が中空に形成された弁軸に隣接している場合には、外方に向かって凸面状に成形されていても、又は凹面状に成形されていてもよい。本発明によるガス交換弁の個々のエレメントは、弁が金属製の場合、通常は互いに溶接されている。

実地において一般的に使用されている「弁円錐」という言葉において、「円錐」というのは、その形状に関して幾何学的に厳密なものを意味しているのではなく、任意のホッパ形状を意味しているに過ぎない。

本発明の特に有利な構成では、弁底は接続カラーを介して弁円錐に接続されている。この接続は、本発明の別の構成では、接続カラーの形をした弁底の半径方向外側の縁部領域と、弁円錐の半径方向外側の縁部領域とが、弁円錐と同じ方向に向かって先細に形成されていて弁軸線に立てられた仮想の円錐の周面から形成された結合面に位置しており、かつこの円錐面において一緒に円錐底面に向かって延びている。

このような縁部構成もしくは接続構成によって、弁においては、これによって得られる高められた弁底安定性に加えて、特に弁底の外側領域における環流特性が改善される。このような構成によってまた加工及び一般的な構成部材特性に関しても、改善が達成される。弁頭と弁底との間における継ぎ目領域が、上に述べたような形式の接続もしくは結合領域を備えて構成されていると、原則的には、弁底の半径方向内側に向かって接続する構成とは無関係に、つまり任意に成形された弁底に対して一様に有利である。

本発明のさらに別の有利な構成では、仮想の円錐の周面と仮想の円錐の底面とによって形成された円錐角度が、１８０°−αであって、この場合α＝１５°〜４５°、特に１５°〜３５°である。

次に図面を参照しながら本発明の有利な実施例を説明する。

図１は、１つのリングエンボス加工部によって補強された弁底を備えた、中空の弁頭を示す縦断面図であり、
図２は、図１に示されたように１つのリングエンボス加工部によって補強された弁底を備えていて、しかも半径方向外側に位置する接続カラーを備えた、中空の弁頭を示す縦断面図であり、
図３は、図２に示されたように１つのリングエンボス加工部によって補強された弁底を備えかつ半径方向外側に位置する接続カラーを備えていて、しかも弁頭の内部に拡大された弁軸を備えた、中空の弁頭を示す縦断面図であり、
図４は、図１に示されたように１つのリングエンボス加工部によって補強された弁底を備えていて、しかも中央領域に付加的な凸面状の構成を備えた、中空の弁頭を示す縦断面図であり、
図５は、図２に示された基本形状において、付加的なリングエンボス加工部と弁頭内部における支持円錐とを備えた、中空の弁頭を示す縦断面図である。

図示の実施例において、金属製の弁頭の個々の構成エレメントは互いに溶接されているが、溶接シーム自体は図示されていない。

すべての図示の実施例におけるように図１に示された本発明による弁頭は、弁底１と中空の弁円錐２と中空の弁軸３とを有している。弁底１は一方では中空円筒形に載置された弁軸３と溶接され、かつ他方では弁円錐２の外縁部と溶接されている。弁円錐２の先細の端部もまた弁軸３と溶接されている。上に述べた互いに結合されている構成部材は、一緒に、曲げ剛性の回転面支持構造（Rotationsflaechentragwerk）を形成している。弁底１は、底の中央に、ほぼ平らな中央領域４を有している。この中央領域４と弁底１の外縁部との間に位置しているリング領域は、円環区分とも呼ぶことができるリングエンボス加工部５として、外方に向かって凸面状の湾曲部をもって形成されている。このような設計によってこの形状が最適化されていると、温度及び燃焼室ピーク圧による総合負荷を最小にすることができ、かつ局部的な負荷最大値を均一化することによって負荷を減じることができる。

図２に示された弁では付加的に、リングエンボス加工部５と、半径方向外側に位置している、弁底１と弁円錐２との間の接合領域６との間に、接続カラー７が一体成形されている。

接続カラー７は弁円錐２に結合面において隣接しており、この結合面は、弁円錐２に対して同じ方向で先細になっていて弁軸線を中心にした仮想の円錐の周面によって形成されている。接続カラー７と、該接続カラーに隣接した弁円錐２の縁部領域とは一緒に、円錐の周面において円錐底面に向かって延びている。仮想の円錐の周面とその円錐底面とによって形成された円錐角度は、有利には１８０°−αであり、この場合α＝１５°〜３５°である。

図３に示された弁構成では、図２に示された構成とは異なり、弁の内部に拡大された領域８を備えた弁軸３が使用されている。この拡大された領域８によって、弁底１の該弁底中央領域における改善された支持が達成される。

図４に示された弁構成が図３に示された弁構成と異なっている点は単に次のことである。すなわち図４に示された弁構成では、弁底１の中央領域９が弁軸３の拡大された領域８の内に外方に向かって突出するように湾曲されていることである。

図５に示された構成は、図２に示された弁・基本形状に基づいている。図２に示された構成とは異なり、弁円錐２の内部に支持円錐１０が設けられている。この支持円錐１０はその先細の領域において弁軸３に溶接されている。支持円錐１０は同様に弁底１にも溶接されている。支持円錐１０が弁底１に溶接されている領域は、弁底１に互いに同心的に成形されたリングエンボス加工部５′とリングエンボス加工部１１との間に位置しており、両リングエンボス加工部５′,１１はそれぞれ凸面状に外方に向かって延びる断面を有している。互いに同心的に延びる２つのリングエンボス加工部５′,１１を備えた弁底は、特に良好な安定性を有している。

上におけるすべての実施例及び請求の範囲において開示された特徴は、個々においても又は互いに任意に組み合わせられてもよい。

１つのリングエンボス加工部によって補強された弁底を備えた、中空の弁頭を示す縦断面図である。 図１に示されたように１つのリングエンボス加工部によって補強された弁底を備えていて、しかも半径方向外側に位置する接続カラーを備えた、中空の弁頭を示す縦断面図である。 図２に示されたように１つのリングエンボス加工部によって補強された弁底を備えかつ半径方向外側に位置する接続カラーを備えていて、しかも弁頭の内部に拡大された弁軸を備えた、中空の弁頭を示す縦断面図である。 図１に示されたように１つのリングエンボス加工部によって補強された弁底を備えていて、しかも中央領域に付加的な凸面状の構成を備えた、中空の弁頭を示す縦断面図である。 図２に示された基本形状において、付加的なリングエンボス加工部と弁頭内部における支持円錐とを備えた、中空の弁頭を示す縦断面図である。

Claims (8)

1. 内燃機関のガス交換弁であって、各１つの弁軸（３）と弁頭とが設けられており、
   弁頭が弁底（１）と、該弁底の外縁部に結合された中空の弁円錐（２）とを有していて、該弁円錐（２）が、弁底（１）の外縁部を起点として弁軸（３）に向かう方向でかつ弁底（１）から離れる方向で先細になっており、
   弁軸（３）が中空の弁円錐（２）を貫通していて、それぞれ一方では弁底（１）とかつ他方では弁円錐（２）の先細の端部と堅固に結合されており、
   弁底（１）に結合された弁軸（３）の端部が、弁円錐（２）と弁底（１）との間における結合平面を超えて延びている形式のものにおいて、
   弁底（１）が、弁軸（３）との結合部と弁円錐（２）との結合部との間に位置しているリング領域において、半径方向に隣接して少なくとも１つのリングエンボス加工部（５；５′,１１）を有していて、該リングエンボス加工部（５；５′,１１）が、外方に向かって凸面状に延びているリングエンボス加工部断面を備えており、
   弁軸（３）が、弁底（１）に結合された端部において、弁軸（３）と弁円錐（２）との結合領域における弁軸（３）の直径よりも大きな直径を有していることを特徴とする、内燃機関のガス交換弁。
2. 弁軸（３）が中空に形成され、かつ円筒形の開口を有していて、該円筒形の開口で、弁底（１）の中央領域（９）に接触しており、弁底（１）が、弁軸（３）に接触している領域内において、外方に向かって凸面状に湾曲されている、請求項１記載のガス交換弁。
3. 弁底（１）が、弁軸（３）に接触している領域内において、外方から内方に向かって凹面状に湾曲されている、請求項１記載のガス交換弁。
4. 弁円錐（２）の内部に内側の支持円錐（１０）が設けられていて、該支持円錐（１０）が、一方では半径方向において互いに隣接する２つの弁底・リングエンボス加工部（５′,１１）の間において弁底（１）に結合されていて、かつ他方では先細になる領域において弁軸（３）に結合されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のガス交換弁。
5. リングエンボス加工部（５；５′,１１）が、放物線形状、双曲線形状又は対数曲線形状に設計された断面経過を有している、請求項１から４までのいずれか１項記載のガス交換弁。
6. 内燃機関のガス交換弁であって、各１つの弁軸（３）と弁頭とが設けられており、
   弁頭が弁底（１）と、該弁底の外縁部に結合された中空の弁円錐（２）とを有していて、該弁円錐（２）が、弁底（１）の外縁部を起点として弁軸（３）に向かう方向でかつ弁底（１）から離れる方向で先細になっており、
   弁軸（３）が中空の弁円錐（２）を貫通していて、それぞれ一方では弁底（１）とかつ他方では弁円錐（２）の先細の端部と堅固に結合されている形式の、特に請求項１から５までのいずれか１項記載のガス交換弁において、
   接続カラー（７）として形成された、弁底（１）の半径方向外側の縁部領域と、弁円錐（２）の半径方向外側の縁部領域とが、結合面において互いに結合されていて、該結合面が、弁円錐（２）の底面に対して傾斜角（α）を成していることを特徴とする、内燃機関のガス交換弁。
7. 前記傾斜角（α）が１５°〜４５°である、請求項６記載のガス交換弁。
8. 前記傾斜角（α）が１５°〜３５°である、請求項７記載のガス交換弁。

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