JPH03180272A - 往復ピストン機関用中空ガス交換弁の製造方法 - Google Patents

往復ピストン機関用中空ガス交換弁の製造方法

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JPH03180272A
JPH03180272A JP2315710A JP31571090A JPH03180272A JP H03180272 A JPH03180272 A JP H03180272A JP 2315710 A JP2315710 A JP 2315710A JP 31571090 A JP31571090 A JP 31571090A JP H03180272 A JPH03180272 A JP H03180272A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は，弁頭から突出しかつ外部に対して気密に閉鎖
される中空の弁心棒を持つガス交換弁の弁心棒に，軸線
方向に片側で開く穴を設け。
穴開口へ充填片を挿入し，溶接によりこの穴開口を気密
に閉鎖する，往復ピストン機関用中空ガス交換弁の製造
方法に関する。
〔従来の技術〕
このような方法はドラ連邦共和国特許出願公開第２３６
１７１２号明細ツから公知である。
この刊行物では，穴開鎖部を弁頭側に設けることは既に
公知の手段とされ，概略的に図示され，批判的に評価さ
れている。冷却されるガス交換弁の空所の閉鎖に関して
上記の刊行物において与えられる推奨は，全く別の方向
をとっている。空所の前述した弁頭側閉鎖では，閉鎖栓
の壁厚に相当する厚さの円形素材が穴へ挿入され＋　ｌ
’ｉ’Ｊ　ｔ！！！溶接によりその中に溶接されている
。
公知の方法について批判すべき点として，一般に高価な
合金材料から成る閉鎖栓は，切削損失又は打抜き損失の
形で多くの材料を失ってのみ製造可能である。特に、じ
ん性のある高品質の材料は，加工のために高い工具費を
生ずるので。
この閉鎖栓自体の製造方法も完全には安価でない。なお
閉鎖栓を密封溶接するため渭確に局限される溶接は，非
常に精確な位詔ぎめ装置を必要とするので，方法に費用
をかける非常に高価な溶接装置しか使用できない。更に
この点で好ましいレーザ溶接又は電子ビーム溶接のよう
な溶接方法は，方法及び品質を確．実にする比較的高価
な検査技術を必要とする。この高価な検査も公知の方法
を費用のかかるものにする。
精確な寸法で穴へ挿入される閉鎖栓を精密溶接により溶
接することに加えて，高品質材料から成る閉鎖栓をバッ
トＷ３接により穴の開放端部の予備６出し部に入れて溶
接することによって。
冷却されるガス交換弁を弁頭側から閉鎖することも公知
である。原理的にはこの方法に対しても，切削又は打抜
きの損失による多くの材料消費，閉鎖栓の別個の製造，
及び方法や品質を保証するための比較的高い費用と同じ
批判点がある，これらの点はこの方法においても費用を
高くする。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明の課題は，最初にあげた種類の方法から出発して
，同じ信頼性でガス交換弁を安価に製造できるように，
この方法を発展させることである。
（！！！！題を解決するための手段〕 この課題を解決するため本発明によれば，肉盛溶接によ
り穴開口の閉鎖を，溶接中に閉鎖栓の素地を形成する熱
的に高負荷可能な性質の合金材料を添加しながら行ない
、壁厚を閉鎖栓の壁厚より著しく小さく形成されかつ上
側でほぼ閉鎖栓の壁厚だけ穴開放端部の縁から引込んで
穴へ入れられる安価な材料の充填片を、溶接の間穴内に
おける溶融金属の端部側保持にのみ用いる。
〔発明の効果〕
肉盛溶接により閉鎖栓の材料を入れるため。
閉鎖栓を製造する別の工程が省かれるので、この工程の
ための費用が節約されるのみならず。
非常に高価な材料の切削又は打抜きが回避される。なお
よく制御可能な従来の前接方法により比較的安価な機械
を使用して、肉盛溶接を行なうことができる。最初の実
験から、密封性に関する信頼性の監視を省略できること
がわかった。
しかし万−生することのある溶接欠陥は、ｒｍｍに行な
われる観察により外側から確認可能である。外見上申し
分なく見える溶接部が全体としても確実に密封性のある
ことが期待される。溶融金属を保持するため材料損失を
伴っての製造可能な薄い壁厚の円形粗材は、安価で容易
に加工可能な材料から製造でき、材料くずは価格的には
問題とならない。この材料の薄い壁厚及び小さい強度の
ため、使用される工具の長い寿命を期待することができ
るので、これに関して高い費用はほとんど生じない。
〔実施例〕
図面に示す種々の実施例を以下に説明する。
往復ピストン機関用の第１図に示すガス交換弁は弁頭２
及び弁心棒６を持ち、弁心棒にある空所６は冷ｆｆ４な
るべくナトリウムを一部ｒｊｑたされている。穴６とし
て形成される空所は閉鎖栓８により円板状に閉鎖されて
いる。
第２図ないし第５図に、第１図によるガス交換弁を＆Ｊ
造する際の種々の重要な段階が示されている。まず弁頭
側からの軸線方向穴あけにより、弁心棒３内に空所６が
加工される（第２図）。完成されて浄化された穴６へ量
を規定された例えばナトリウム製の冷奴成形片１８が挿
入されるが、その際注意すべきことは、ナトリウムが空
気又はその中に含まれる酸素にできるだけ僅か又は短時
間だけしか触れないことである。
続く方法段階（第４図）において９例としてのみ示す心
出し装Ｍ２０及びラム２１により、小さい充填片７が穴
開口へ所定の深さまで圧入され圧入深さは後で形成され
る閉鎖栓の厚さＢに訳しい。この閉鎖栓８は、第５図に
示す別の方法段階で肉盛溶接により設けられＩＬＪ（鎖
栓の素地を形成する合金材料は、溶接中熱的に高角前可
能な品質で、濁耗する電極によるか又は吹込まれる粉末
の形で供給される。それにより迅速かつ簡単に材料を節
約して８ｉ！！造可能な閉鎖栓８は第６図に著しく拡大
して示されている。これかられかるように、まず所定の
深さまで穴６へ圧入される充填片７は、非常に小さい壁
厚（寸法ａ）を持っている。安価な鋼板から成るこの充
填片７は、溶接中に肉盛溶接の溶融金属を穴６の端部側
に保つ機能しか持っていない。溶融範囲の点線で示す輪
郭ｌＯかられかるように、充填片７も穴６の以前の縁区
域と同様に非常に強く一部を溶融される。ｇｆｆバーナ
１１により行なわれる肉盛溶接中に例えば電極１２を介
して。
溶融浴の上縁が弁頭の自由面９とほぼ同一面をなすまで
供給される。
このような肉！ａＦ！’を行なう溶接方法として。
公知のＴＸ（、、ＭＩＣ又はプラズマ溶接方法が考えら
れる。経験によれば、これらの溶接方法は非常に高い信
頼性で使用可能なので、外面上整然とした溶接で、溶接
部の信頼できる品質例えば密封性も期待することができ
る。ＭＩｃ又はＴＩＣ溶接方法では線の形で供給される
肉盛材料は。
板又は棒の形で納入される同じ材料よりほとんど高価で
はない。しかし３０ないし４０％の程度の切削くず又は
打抜きくずがなくなることにより、肉盛溶接方法におい
て閉鎖栓８を設けることにより、著しい費用節約を行な
うことができる。即ち使用すべき材料は非常に高価だか
らである。更に閉鎖栓の特別な製造及び費用のかかる品
質管理が不要となる。同様に非常に確実に動作するプラ
ズマ粉末溶接方法では、肉盛材料は粉末の形で肉盛りさ
れ、この肉盛材料は保護ガスと共にプラズマ区域へ吹込
まれて、処理個所で肉盛りされる。
既に述べたように、充填片７は金属板なるべく低合金鋼
から打抜くことができ、この材料の材料強度が低いため
、長い工具寿命で経済的にこの打抜きを行なうことがで
きる。その際充填片７はなるべく平らな板として構成す
ることができる。鋼の代わりに、別の材料特に銅も考え
られ、これにより冷媒から肉盛溶接方法で設けられる閉
鎖栓への熱伝達が促進される。更に溶接熱をよく弁頭へ
導出する銅は、鋼板より焼損又は溶断に耐える。もちろ
んＩＩちゆう又はアルミニウムのような更に他の材料も
考えられ、事情によっては適当な添加物を含むプラスチ
ックの使用も全く考慮されないわけではない。
第１図ないし第６図に示す実施例では、充填片７は圧力
はめにより穴開口の範囲でＬ’Ｊｉ　ｍにより保持され
ている。この場合穴６の直径に対する充填片７の直径の
多少の大きい過大寸法はあま、り大したことではないの
で、大きい公差は容易に許される。いずれにせよ弁頭２
の押圧力及び安定性は、弁頭の認められるほどの変形な
しに、大きい過大寸法でも充填片７を位置ぎめして入れ
ることができる。充填片７を例えば磁気的に又は吸引空
気により保持することができる圧入ラムの適当な肩部に
より、圧入深さを予め精確に定めることができる。
充填片７′をはまり合いで位置ぎめして穴６の特定の深
さ又は弁頭自由面９から特定距離の所に保持することが
できるようにするため、第７図の実施例によれば、穴６
の弁頭側に円筒状端ぐり２２が設けられ、この端ぐりに
より形成される肩部１３上に、充填片７′が位置ぎめさ
れてはまり合いで載ることができる。この場合端ぐり２
２！Ａ内にある充填片７′の圧力はめも隙間はめも行な
うことができる。なお第７図による実施例は、第６図に
よる実施例に大幅に一致している。
第８図による実施例では、穴６の弁頭側端部は大きい直
径に穴あけされ（拡大穴２３）、弁心棒穴６への円錐状
移行部（双股１４）が形成されている。拡大穴２３へ充
填片７″がゆるく挿入されるか又は圧入され、いずれに
せよ充填片は弁頭自由面６に近い双股１４の縁にはまる
。
このように構成することの連山は、冷媒にぬれる大きい
冷却面を形成して、−層よい冷却効果を得るためである
。更に拡大穴により重１ｉｌＩＮＥ少が行なわれる。も
ちろんこの拡大穴構成は大きい充填片７″と直径の大き
い閉鎖栓８′とを必要とする。肉盛溶接の際の大きい熱
供給のため。
充填片７′の壁厚を充分厚くして、この熱供給の作用で
充填片が溶融しないようにせねばならない。
第９図による実施例では、充填片は円錐台状笠形片１５
の形に構成されている。この場合弁心棒穴６の弁頭側端
部の範囲に笠形片１５を確実に保持するため、同様に拡
大穴２３′が設けられ、この拡大穴により穴６への移行
範囲に同様に円錐状穴数１４’が生ずる。笠形片１５は
その閉じた側を外方へ向けて拡大穴２３′へ挿入される
ので、笠形片１５の中空円錐状に開いた側１７が弁心棒
穴６の内方へ向いている。笠形片１５として構成される
充填片は平らな板のように簡単には製造可能でなく、更
に笠形片１５を拡大穴２３′へ挿入する際、笠形片１５
が正しい方向に挿入されるように注意せねばならない。
しかし第９図による構成は、閉鎖栓８″に少ない材料し
か必要でなく、これにより費用が減少する。
更に減少する材料便用は、８！関運転に有利な影響を与
える！ｆｉｆｆｉ上の利点を持っている。これに加えて
弁頭自由面へ向く範囲における有効冷却面が、平らな充
填片の場合より大きい、Ｒ後に熱伝導にとって重要な壁
厚は、少なくとも穴中心の範囲において他の実施例にお
けるより小さく、これも熱伝達を助長する。
原理的には、第１０図に示すように、ガス交換弁１′の
弁心棒３′にある空所５′の本発明による閉鎖は弁心棒
の自出端においても可能である。ここに示す中空のガス
交換弁１′は、冷却のためではなく９重攪上の理由から
のみ穴あけされている。なお穴の開放端部も、溶融金属
浴を端部側に保持する充填片７と、肉ｌＡ溶接により設
けられる閉鎖栓８とによって、閉鎖されている。しかし
周囲及び端面における切削最終加工を行なわねばならな
い。
これまで述べた溶接方法では、特に小さい穴を溶接で閉
じる勘合、いわゆる縁効果がｎ１察されることがある。
この縁効果は、電流が最小Ｉｕ気批抗の経路を通って流
れようとし、そのため縁範囲へ集中することによって現
われる。それにより電流路にあって突出する工作物緑に
特に付加材料が形成される。閉鎖栓で閉じられる開口の
底からの肉ｆｉＡｕ接が、このような縁効果によって田
無になる。このような縁効果を避けるため、肉盛溶接の
ため、添加材料及び弁材群を溶融させる溶接エネルギ流
外にこれに対して電気的に受動的に工作物を設けるよう
な方法が推奨される。それにより適当な溶接方法に対し
て一般的に与えられる選定基酩は、適当な溶接方法例え
ばし〜ザ溶接又は電子ビーム溶接又はガス溶接を選ぶの
を可能にする。これらの溶接方法は不利な縁効果を回避
する。
第１１図に示す方法例では、電子ビームヘッド２４から
出るレーザ光線２５により溶接が行なわれ、粉末状の添
加材料は、供給管２６により。
肉盛溶接の進行に応じて溶接個所へ供給される。
固定しているものと仮定するレーザヘッド２４が閉鎖栓
のすべての周囲部分へ到達できるようにするため、肉盛
Ｗ３接の進行中に弁ｌが徐々に回転され、かつ／又は図
示した弁位置に対し半径方向に移動される。こうして下
から９ｍち圧入された充填片７から、閉鎖栓を次第に形
成又は肉盛りすることができる。その際有害な縁効果が
下からの溶融金属の整然とした形成をそこなうことはな
い。
第１２図は別の実施例としてよく類似した装置を示して
いるが、ここではＦＮ盛溶接用エネルギ涼として、電子
ビーム２８を発生する電子ビームガン２７が設けられて
、後で閉鎖栓となるが存在せねばならないので、弁頭自
由面９を持つガス交換弁は密封してハウジング３３へ挿
入され、それにより電子ビームガン２７の端面の所に真
空室３２が形成されている。ガス交換弁の挿入後この真
空室は排気され、それから肉盛溶接を開始することがで
きる。第１２図に示す方法例でも＋　ｌｊ５加材料の供
給は粉末の形で行なわれる。しかしこの場合、粉末供給
の際真空をそこなわないように注意せねばならない。第
１２図に示す例では、この目的のためｉｔ量量大ストン
２９より、水平に延びる円筒状訂最室内に準備される粉
末が徐々に真空室の方へ押出され。
そこでシュートを経て重力によりビーム集魚の所へ流入
され、そこで溶融される。この方法例でも弁を周方向及
び／又は半径方向に移動させて、閉鎖栓のすべての範囲
を無点に通すことができるが、これは第２図には示して
ない。′＋ｕ子ビームのある程度の移動は、？シロ子ビ
ームガン２７の側から適当なビーム「Ｊ向によっても行
なうことができる。工作物交換の際、計量ピストン２９
を引込めることにより、計Ｓｕ　Ｎ　３１を供給管３゜
から再び満たすこと、力Ｓできる。電子ビーム溶接によ
っても、高品質の材料による栓空間の整然とした充填が
、有害な縁効果なしに可能である。
第１３図に示す電子ビーム溶接の方法例では。
精確に調節された粉末ｍ３４が、下方を充填片７により
閉鎖されて後で閉鎖栓を形成する開口へまず充填される
。中空断面の密度より小さい見掛は密度のため、粉末肘
３４が溶融した閉鎖栓より大きい空間をとるのに応じて
、弁頭自由面９上へ置かれるセラミック環３５により粉
末の突出ｍが確保される。長時間にわたって粉末上で振
られかつ／又は旋回される電子ビーム２８によって、粉
末は上から溶融し、溶融前面は時間と共に粉末堆積全体
を通って、充填片７及び穴６の側壁へ達し、その一部を
溶融する。溶融の進行につれて粉末はくずれ、それと共
に溶融浴の表面も低下するので、場合によっては電子ビ
ームを再集束せねばならない。
４ 第１４図に示す実施例では、小さい溶接炎３７を発生す
るガスＦｊＭバーナ３６によるガス’１ｆｆｌ　ＦＭが
行なわれ、溶接線３８の形の肉盛材料が案内管３９を介
して供給される。熱的に高角４「可能な材料品質の溶接
線は、大きい巻枠上に備前しておくことができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は通常の使用位教にあるガス交換弁の実施例の立
面図、第２図ないし第５図は第１図によるガス交換弁の
３つの異なるｈｖ段階における一部切欠き立面図、第６
図は第１図によるガス交換弁の弁頭側閉鎖部の拡大断面
図、第７図ないし第９図は冷却可能な弁頭側空所閉ＣＯ
部の３つの異なる実施例の断面図、第１Ｏ図は空所の弁
心棒側閉鎖部の実施例の一部切欠き立山１図、第１１図
は第５図に類似しているがレーザ溶接の実施例の立面図
、第１２図及び第１３図は第１＋図に類似しているが２
つのカなるやり方の電子ビームにより肉＠然接を行なう
丈施例の立面図、第１４図は第１１図に類似しているか
ガスにより肉盛溶接を行なう実施例の立面図である。 ｌ・・・ガス交換弁、２・・・弁頭、３・・・弁心棒、
５・・・空所、　６．２２．２３．２３’　・・・穴１
７１７’＋７”、１５・・・閉鎖栓’　Ｌ　８’　、　
８ＩＰ　・・・閉鎖栓。 ９・・・弁頭自由面。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １　弁頭から突出しかつ外部に対して気密に閉鎖される
    中空の弁心棒を持つガス交換弁の弁心棒に、軸線方向に
    片側で開く穴を設け、穴開口へ充填片を挿入し、溶接に
    よりこの穴開口を気密に閉鎖する方法において、肉盛溶
    接により穴開口（６、２２、２３、２３′）の閉鎖を、
    溶接中に閉鎖栓（８、８′、８″）の素地を形成する熱
    的に高負荷可能な性質の合金材料を添加しながら行ない
    、壁厚（ａ）を閉鎖栓（８、８′、８″）の壁厚（Ｂ）
    より著しく小さく形成されかつ上側でほぼ閉鎖栓の壁厚
    （Ｂ）だけ穴開放端部の縁から引込んで穴（６、２２、
    ２３、２３′）へ入れられる安価な材料の充填片（７、
    ７′、７″、１５）を、溶接の間穴（６、２２、２３、
    ２３′）内における溶融金属の端部側保持にのみ用いる
    ことを特徴とする、往復ピストン機関用中空ガス交換弁
    の製造方法。 ２　添加材料及び弁材料を溶融する溶接エネルギ流外に
    しかもこれに対して電気的に受動的に工作物（１）を設
    けるような溶接方法により、肉盛溶接を行なうことを特
    徴とする、請求項１に記載の方法。 ３　レーザ溶接により肉盛溶接を行なうことを特徴とす
    る、請求項２に記載の方法。 ４　電子ビーム溶接により肉盛溶接を行なうことを特徴
    とする、請求項２に記載の方法。５　ガス溶接により肉
    盛溶接を行なうことを特徴とする、請求項２に記載の方
    法。 ６　ＴＩＣ溶接により肉盛溶接を行なうことを特徴とす
    る、請求項２に記載の方法。 ７　ＭＩＧ溶接により肉盛溶接を行なうことを特徴とす
    る、請求項２に記載の方法。 ８　プラズマ溶接により肉盛溶接を行なうことを特徴と
    する、請求項２に記載の方法。 ９　弁心棒（３）にある穴（６）を弁頭側からあけて閉
    鎖することを特徴とする、請求項１ないし８の１つに記
    載の方法。 １０　充填片（７、７′、７″、１５）を穴（６）へ入
    れる前に冷媒（１８）を導入することを特徴とする、請
    求項１ないし９の１つに記載の方法。 １１　充填片（７、７′、７″）を金属板から打抜くこ
    とを特徴とする、請求項１ないし１０の１つに記載の方
    法。 １２　充填片（７、７′、７″、１５）を非合金鋼から
    製造することを特徴とする、請求項１ないし１１の１つ
    に記載の方法。 １３　充填片（７、７′、７″）を平らな板として構成
    することを特徴とする、請求項１ないし１２の１つに記
    載の方法。 １４　充填片を笠形片（１５）として構成し、閉じた側
    （１６）を外方へ向けて穴（６、２３′）へ挿入するこ
    とを特徴とする、請求項１ないし１１の１つに記載の方
    法。 １５　充填片（７）を所定の深さまで穴（６）へ圧入し
    、その中に圧力ばめで保持することを特徴とする、請求
    項１ないし１４の１つに記載の方法。 １６　穴（６）に肩部（１３、１４、１４′）を設け、
    入れられる充填片（７、７′、１５）をこの肩部上に保
    持して、挿入深さを規定することを特徴とする、請求項
    １ないし１４の１つに記載の方法。
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