KR20070100304A - 내연기관의 가스 교환 제어 밸브 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 특히 내연기관의 가스 교환 제어 밸브에 관한 것이다. 상기 밸브는 밸브 스템(1)에 한편으로는 스템 단부(4)를, 다른 한편으로는 밸브 블록을 갖는다. 상기 밸브 블록 및/또는 밸브 스템은 금속으로 이루어진 중공부로서, 상기 중공부가 발포 금속으로 완전히 또는 부분적으로 채워지도록 형성된다. 상기 금속과 발포 금속 사이의 경계면은 금속적으로 분자적으로 접속된다.
밸브 스템, 스템 단부, 밸브 블록, 중공부, 발포 금속, 경계면.

Description

내연기관의 가스 교환 제어 밸브{VALVE FOR CONTROLLING GAS EXCHANGE, ESPECIALLY IN INTERNAL COMBUSTION ENGINES}
본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 밸브에 관한 것이다.
이러한 밸브는 독일 특허 공개 DE 19804053 에 기술된 바와 같이 경량 구조 밸브로서 바람직하게 사용된다. 이 경우, 피펫과 밸브 마개가 함께 캐버티를 형성한다; 이 중공부의 벽 두께는 중량 때문에, 그것이 스템 직경의 1/3 미만 이도록 선택된다. 충분한 강도를 보장하기 위해, 공지된 경량 구조 밸브의 경우, 밸브 마개는 방사방향 내측으로 놓인 영역에서 밸브 스템에 대해 지지되고, 밸브 콘의 상단부는 스템의 외부면에 고정된다. 상기 공지된 형상에 의해, 밸브 블록의 변형 강성을, 중공 밸브 스템이 밸브 콘과 일체형으로 형성되는 밸브에 비해 개선시키는 것이 가능하다. 엔진 내의 점화 조건 하에서의 모든 강도 요구를 충족시키기 위해서는, 공지된 경량 구조 밸브의 경우, 높은 내열성을 가진, 고가의, 경화 가능한 재료가 사용되어야 한다.
본 발명의 목적은 저렴하게 제조될 수 있고 고속 작동 기계, 특히 내연기관의 요구를 충족시키는 경량의 밸브를 제공하는 것이다. 이러한 고속 엔진의 경우 높은 진동 부하의 위험 때문에, 양호한 댐핑 특성을 얻는 것이 중요하며, 동시에 중량 절감을 위해 최소 벽 두께가 구현되어야 한다.
상기 목적은 청구항 1의 밸브에 의해 달성된다. 밸브를 형성하는 중공부가 발포 금속으로 완전히 또는 부분적으로 채워짐으로써 높은 보강 효과가 얻어지고, 밸브를 형성하는 중공부의 얇은 벽 두께가 유지될 수 있다. 높은 강도 값 및 양호한 댐핑 특성을 얻기 위해, 밸브를 형성하는 중공부의 전체 표면이 금속적으로 분자적으로 발포 금속과 접속되는 것이 중요하다.
발포 금속으로는 폐쇄된 다공 및 개방된 다공을 가진 실시예가 있다. 폐쇄된 다공의 발포 금속은 예컨대 개별 셀이 구형으로 형성되면 높은 강도를 제공하는 한편, 개방된 다공의 실시예는 예컨대 나트륨을 기초로 하는 냉각제 충전이 가능하다는 장점을 갖는다.
바람직한 실시예에서는 5 내지 20 부피%, 바람직하게는 약 8 내지 10 부피%의 발포 금속이 금속 매트릭스로 이루어진다. 이에 대한 적합한 재료는 Al, Zn, Fe-발포 등이며, AlSi7을 기초로 하는 금속 매트릭스가 바람직하다.
낮은 밸브 중량에 대한 요구를 충족시키기 위해, 발포 금속의 평균 밀도는 약 0.5 g/cm3 이 바람직하다. AlSi7 발포의 경우 상기 값은 약 185 MPa의 강도 및 약 50 GPa의 탄성률에 대한 것이다.
발포 금속에 대한 적합한 원재료로서 분말 혼합물은 발포제가 온도 작용 하에 원재료의 약 5배의 발포 체적을 형성하도록 선택된다.
바람직하게는 밸브 스템과 밸브 블록의 전체 중공부가 발포 금속으로 완전히 채워진다. 이를 위해, 바람직한 방법에 따라 발포 금속의 원재료가 밸브 스템의 개방된 단부를 통해 도입되고, 상기 발포 금속은 온도 작용 하에 밸브 중공 캐버티를 완전히 채우며 그 양은 채우는 것을 넘쳐 흐르도록 설정되고, 그 다음에 발포 금속의 과량이 제거되고, 충전 개구는 용접에 의해 폐쇄된다.
예컨대 밸브 블록의 방향으로 밸브 스템의 스템 단부에 있는 개구에 의해 또는 예컨대 밸브 마개의 제거시 밸브 바닥의 개구를 통한 팽창 분말의 충전에 의해, 발포 금속이 퍼질 때 임의의 팽창 방향은 문제가 되므로, 분말은 폐쇄된 스템 단부를 향해 흐른다. 충전 후 분말은 온도 작용 하에, 상기 방법의 의미로 기존 충전 개구를 넘쳐 흐를 때까지 발포된다. 상기 온도는 발포 금속이 밸브 중공부의 내부면에 고정 결합되도록 선택된다.
고가의 재료를 절감하기 위해, 본 발명에서는 밸브를 형성하는 금속 슬리브를 동일한 또는 상이한 재료로 이루어질 수 있는 다수의 섹션으로 용접한다.
바람직한 실시예에서, 밸브 블록은 밸브 스템과 일체형인 밸브 콘과 밸브 마개로 이루어지고, 이들은 전기 용접에 의해 서로 접속된다. 밸브 스템은 Nimonic80A 로 된 밸브 블록측 섹션, 및 밸브의 스템 단부를 포함하는, 경화 가능한 재료로된 단부 섹션으로 이루어지는 것이 바람직할 수 있다. 상기 2개의 섹션들은 마찰 용접에 의해 서로 접속된다. 가급적 짧게 유지되는 단부 섹션은 통상 X45CrSi93(독일 공업 규격 DIN 1.4718)로 이루어진다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참고로 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 밸브의 종단면도.
도 1은 중공 밸브 스템(1), 그것에 성형된 밸브 콘(2), 상기 밸브 콘(2)의 외주에 전기 용접에 의한 용접 시임(7)에 의해 결합된 밸브 마개(3), 및 상기 밸브 스템(1)의 다른 단부에 있는 스템 단부(4)로 이루어진 밸브를 종단면도로 도시한다. 중실의 스템 단부(4)는 용접 시임(5)에 의해 중공 밸브 스템(1)에 연결된다. 이를 위해, 마찰 용접이 제공된다. 전체 밸브 중공 캐버티가 발포 금속(6)으로 채워지고, 상기 발포 금속은 밸브 중공부와의 경계면에서 모놀리식 구조의 의미로 분자 접속된다.

Claims (13)

  1. 특히 내연기관의 가스 교환 제어 밸브로서, 상기 밸브는 밸브 스템(1)에 한편으로는 스템 단부(4)를, 다른 한편으로는 밸브 블록을 가지며, 상기 밸브 블록 및/또는 상기 밸브 스템은 금속으로 이루어진 중공부로서 형성된, 가스 교환 제어 밸브에 있어서,
    상기 중공부가 발포 금속으로 완전히 또는 부분적으로 채워지고, 상기 발포 금속과 그 경계면에서 금속적으로 분자적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 가스 교환 제어 밸브.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 발포 금속은 폐쇄 다공으로 또는 개방 다공으로 처리되는 것을 특징으로 하는 가스 교환 제어 밸브.
  3. 제 1항에 있어서, 5 내지 20 부피% 의 발포 금속이 금속 매트릭스로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가스 교환 제어 밸브.
  4. 제 3항에 있어서, 약 8 내지 10 부피%의 발포 금속이 금속 매트릭스로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가스 교환 제어 밸브.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 발포 금속이 AlSi7 을 기초로 하는 금속 매트릭스로 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 교환 제어 밸브.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 발포 금속의 평균 밀도가 약 0.5 g/cm3 인 것을 특징으로 하는 가스 교환 제어 밸브.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 발포 금속에 대한 원재료로서, 분말 혼합물은 발포제가 온도 작용 하에 상기 원재료의 약 5배의 발포 체적을 형성하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 가스 교환 제어 밸브.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 밸브 스템(1) 및 밸브 블록은 발포 금속으로 완전히 채워지는 것을 특징으로 하는 가스 교환 제어 밸브.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 밸브를 형성하는 금속 슬리브는 동일한 또는 상이한 재료로 이루어진 다수의 섹션으로 용접되는 것을 특징으로 하는 가스 교환 제어 밸브.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 밸브 블록은 상기 밸브 스템(1)과 일체형인 밸브 콘, 및 밸브 마개(3)로 이루어지고, 상기 밸브 콘과 밸브 마개는 전기 용접에 의해 서로 접속되는 것을 특징으로 하는 가스 교환 제어 밸브.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 밸브 스템(1)은 Nimonic80A 로 된 밸브 블록측 섹션, 및 밸브의 스템 단부를 포함하는, 경화 가능한 재료로 된 단부 섹션으로 이루어지고, 상기 2개의 섹션은 마찰 용접에 의해 서로 접속되는 것을 특징으로 하는 가스 교환 제어 밸브.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 단부 섹션은 X45CrSi93(독일 공업 규격 DIN 1.4718)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가스 교환 제어 밸브.
  13. 제 1항 및/또는 제 2항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 따른 가스 교환 제어 밸브의 제조 방법에 있어서,
    발포 금속에 대한 원재료를 밸브 스템(1)의 개방 단부를 통해 도입하고, 온도 작용 하에 상기 발포 금속으로 밸브 캐버티를 완전히 채우고, 그 양은 채우는 것을 넘쳐 흐르도록 설정하고, 그 다음에 발포 금속의 과량을 제거하고 충전 개구를 용접에 의해 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 가스 교환 제어 밸브의 제조 방법.
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