特許 7609608 ガス交換弁の弁座リング及びガス交換弁

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-23

(45)【発行日】2025-01-07

(54)【発明の名称】ガス交換弁の弁座リング及びガス交換弁

(51)【国際特許分類】

   F01L 3/22 20060101AFI20241224BHJP

   F01L 3/12 20060101ALI20241224BHJP

【ＦＩ】

F01L3/22 Z

F01L3/12 Z

【請求項の数】 6

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2020189505

(22)【出願日】2020-11-13

(65)【公開番号】P2021080921

(43)【公開日】2021-05-27

【審査請求日】2023-05-17

(31)【優先権主張番号】10 2019 130 852.6

(32)【優先日】2019-11-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】510153962

【氏名又は名称】マン・エナジー・ソリューションズ・エスイー

【氏名又は名称原語表記】ＭＡＮ ＥＮＥＲＧＹ ＳＯＬＵＴＩＯＮＳ ＳＥ

【住所又は居所原語表記】Ｓｔａｄｔｂａｃｈｓｔｒ．１ ８６１５３ Ａｕｇｓｂｕｒｇ，ＧＥＲＭＡＮＹ

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】ベルンハルト・リッター

(72)【発明者】

【氏名】ゲオルク・リッツェル

【審査官】平井 功

(56)【参考文献】

【文献】オーストリア国実用新案第１０００３９７７（ＡＴ，Ｕ１）

【文献】特開平９－２８７４２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５８－６２３０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０８４１２５７０（ＣＮ，Ａ）

【文献】独国特許出願公開第１０２０１６２１４００９（ＤＥ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０１Ｌ ３／００－ ７／１８

Ｆ０１Ｌ １１／００－１１／０６

Ｆ０１Ｌ １５／００－３５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関のシリンダのガス交換弁のための弁座リング（３０，４０，５０）であって、
貫通流れ開口部（３２，４２，５２）を形成している一体式又は複分割式の本体（３１，４１，５１）と、
前記貫通流れ開口部（３２，４２，５２）の領域において前記本体（１１，２１，３１，４１，５１）の一部分に形成されている弁座領域（３３，４３，５３）であって、前記弁座領域（３３，４３，５３）の表面が、前記ガス交換弁の弁本体のための弁座（３４，４４，５４）を形成している、前記弁座領域（３３，４３，５３）と、
を有している前記弁座リング（３０，４０，５０）において、
少なくとも１つの凹所（３５，４５，５５）が、少なくとも前記本体（３１，４１，５１）に配設されており、蝋接材料（３６，４６，５６）で少なくとも部分的に充填されており、
前記蝋接材料（３６，４６，５６）で充填されている少なくとも１つの前記凹所（３５，４５，５５）が、前記本体（３１，４１，５１）及び前記弁座領域（３３，４３，５３）に配設されており、
前記凹所（３５，４５，５５）が、前記貫通流れ開口部（３２，４２，５２）の軸線方向において前記本体（４１，５１）から前記弁座領域（３３，４３，５３）に向かって前記弁座領域（３３，４３，５３）の内部に至るまで延在しており、前記弁座領域（３３，４３，５３）を前記弁座（３４，４４，５４）まで貫通していることを特徴とする弁座リング。

【請求項2】

前記凹所（３５）が、前記貫通流れ開口部（３２）の軸線方向において前記弁座領域（３３）から前記本体（３１）に向かって前記本体（３１）の内部に至るまで延在しているが、前記本体（３１）を貫通していないことを特徴とする請求項１に記載の弁座リング。

【請求項3】

前記蝋接材料（３６，４６，５６）が、熱伝達及び潤滑のために利用されることを特徴とする請求項１又は２に記載の弁座リング。

【請求項4】

前記凹所（５５）それぞれには、前記蝋接材料（５６）によって前記凹所（５５）に固定されているインサート本体（５７）が配置されており、
前記インサート本体（５７）が、熱伝達面及び／又は潤滑面及び／又は硬質の面として利用されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の弁座リング。

【請求項5】

内燃機関のシリンダのガス交換弁のための弁座リング（６０）であって、
貫通流れ開口部（６２）を形成している一体式又は複分割式の本体（６１）と、
前記貫通流れ開口部（６２）の領域において前記本体（６１）の一部分に形成されている弁座領域（６３）であって、前記弁座領域（６３）の表面が、前記ガス交換弁の弁本体のための弁座（６４）を形成している、前記弁座領域（６３）と、
を有している前記弁座リング（６０）において、
前記弁座領域（６３）が、異なる金属材料から成る層（６５，６６）で構成されており、前記層（６５，６６）が、前記弁座（６４）に同心リングを形成しており、
前記弁座領域（６３）が、高い延性を有する金属材料から成る複数の層（６５）と、蝋接材料から成る複数の層（６６）とを備えており、
前記蝋接材料が、熱伝達及び潤滑のために利用されることを特徴とする弁座リング。

【請求項6】

内燃機関のガス交換弁であって、弁本体と、前記弁本体のための弁座リング（３０，４０，５０，６０）と、を有している前記ガス交換弁において、
前記弁座リング（３０，４０，５０，６０）が、請求項１～５のいずれか一項に記載の弁座リングであることを特徴とするガス交換弁。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関のガス交換弁の弁座リングに関する。さらに、本発明は、内燃機関のためのガス交換弁に関する。

【0002】

従来技術に基づく内燃機関は、ガス交換弁すなわち入口側ガス交換弁を備えている。内燃機関のシリンダは、ガス交換弁を介して給気又は給気混合体を供給可能とされ、排ガスは、ガス交換弁を介して内燃機関のシリンダから発散可能とされる。

【0003】

内燃機関のガス交換弁それぞれが、弁座リングと相互作用する弁本体を備えている。ガス交換弁を閉じることによって、弁本体は、弁座リングの弁座に当接又は載置される。ガス交換弁を開くことによって、弁本体は、弁座リングの弁座に載置されなくなるが、離隔されるか、又は弁座リングの弁座から離れるように持ち上げられる。

【0004】

特許文献１から知られるように、内燃機関のガス交換弁の弁座リングは、冷却された弁座リングとして構成されている。特許文献１に開示される弁座リングは、複数の部品から、具体的には蝋接継ぎ目を介して互いに接続されている少なくとも２つのリング部品から構成されている本体を備えている。これら２つのリング部品は、弁座リングを冷却するための冷却剤通路を形成している。

【0005】

特許文献２は、内燃機関のガス交換弁のさらなる弁座リングを開示している。特許文献２に開示される弁座リングは、貫通した流れ開口部を形成している一体化された本体を備えている。弁座を形成している弁座領域は、本体に接続されており、弁座リングは、熱間等静圧圧縮成形によって製造されている。弁座リングを冷却するための冷却剤通路は、一体化された本体に配設されている。

【0006】

特許文献３は、内燃機関のガス交換弁のためのさらなる弁座リングを開示している。特許文献３は、弁座リングが異なる材料から成ることを提案している。従って、三次元構造体は、第１の材料及び第２の材料から形成されている。三次元構造体の空洞部は、第２の材料で充填されており、第１の材料は、第２の材料と比較して高い強度を有しており、第２の材料は、第１の材料と比較して高い熱伝導性を有している。実際の弁座を形成している弁座領域は、第１の材料及び第２の材料と比較して高い延性を有している第３の材料から製造されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】独国特許出願公開第１０２００４０２７０８４号明細書

【文献】独国特許出願公開第１０２０１１００７１４０号明細書

【文献】独国特許出願公開第１０２０１７１０２５４４号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

弁座リングのさらなる改善に対するニーズが、特に摩耗を低減させるために観点から熱発散の改善に関して存在する。このことを発端として、本発明は、ガス交換弁の新しいタイプの弁座リング、及び当該弁財リングを具備するガス交換弁を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の第１の実施態様では、当該目的は、請求項１に記載の弁座リングによって解決される。これにより、少なくとも１つの凹所が、本体及び好ましくは弁座領域に配設されており、蝋接材料で部分的に充填されている。少なくとも１つの凹所が蝋接材料で充填されているので、熱が弁座リングから、特に弁座リングの弁座領域から効果的に発散される。

【0010】

好ましくは、蝋接材料で充填されている少なくとも１つの凹所が、本体及び弁座領域に配設されており、好ましくは弁座に至るまで弁座領域を貫通している。この場合、蝋接材料は、熱の発散のために利用することができないばかりか、弁座リングの摩耗を低減させるために、弁座の領域において潤滑材料としても利用することができない。

【0011】

好ましくは、凹所それぞれには、蝋接材料によって凹所に固定されているインサート本体が配置されており、インサート本体が、熱伝達面及び／又は潤滑面及び／又は硬質の面として利用される。インサート本体が蝋接材料によって凹所それぞれに固定されていることによって、弁座リングの摩耗をさらに低減させることができる。

【0012】

本発明の第２の実施態様では、当該目的は、請求項１０に記載の弁座リングによって解決される。これにより、弁座領域は、異なる金属材料から成る層で構成されており、層は、弁座に同心リングを形成している。これにより、弁座領域から熱を発散させ、弁座リングの摩耗を低減させることができる。

【0013】

本発明におけるガス交換弁が、請求項１２に定義されている。

【0014】

本発明の好ましいさらなる発展形態は、従属請求項及び発明の詳細な説明から理解される。本発明の典型的な実施例について、非限定的な添付図面を参照しつつ詳述する。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の第１の実施態様における、本発明のガス交換弁の弁座リングの部分図である。

【図1a】図１に表わす弁座リングを製造する際における中間状態を表わす。

【図1b】図１に表わす弁座リングを製造する際における中間状態を表わす。

【図2】本発明の第１の実施態様における、本発明のガス交換弁の第２の弁座リングの部分図である。

【図2a】図２に表わす弁座リングを製造する際における中間状態を表わす。

【図2b】図２に表わす弁座リングを製造する際における中間状態を表わす。

【図3】本発明の第１の実施態様における、本発明のガス交換弁の第３の弁座リングの部分図である。

【図4】本発明の第１の実施態様における、本発明のガス交換弁の第４の弁座リングの部分図である。

【図4a】図４に表わす弁座リングを製造する際における中間状態を表わす。

【図4b】図４に表わす弁座リングを製造する際における中間状態を表わす。

【図5】本発明の第１の実施態様における、本発明のガス交換弁の第５の弁座リングの部分図である。

【図6】本発明の第２の実施態様における、本発明のガス交換弁の弁座リングの部分図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

図１、図１ａ、及び図１ｂは、本発明の第１の実施態様に係る、本発明における第１の弁座リング１０の詳細図である。弁座リング１０は、貫通流れ開口部１２を形成している本体１１を備えており、図１、図１ａ、及び図１ｂに表わす典型的な実施例では、本体１１は、一体に形成されている。

【0017】

弁座リング１０は、本体１１の一部分に形成されている弁座領域１３を備えている。弁座領域１３の表面は、弁座領域１３ひいては弁座リング１０の弁座１４を形成しており、弁座１４は、図示しないガス交換弁の弁本体と相互作用する。

【0018】

図１、図１ａ、及び図１ｂに表わす典型的な実施例では、少なくとも１つの凹所１５が、本体１１に配設されており、凹所１５は、蝋接材料１６で少なくとも部分的に充填されているが、図１、図１ａ、及び図１ｂに表わす典型的な実施例に表わすように蝋接材料１６で完全に充填されている場合もある。

【0019】

図１、図１ａ、及び図１ｂでは、凹所１５は、本体１１のみに配設されている。具体的には凹所１５は、本体１１から弁座領域１３に向かって軸線方向に延在しており、弁座領域１３の手前で終端している。弁座リング１１から、具体的には弁座リング１１の弁座領域１３から熱を発散させるための熱伝達のために利用される蝋接材料１６が凹所１５に配設されている。

【0020】

図１ａ及び図１ｂは、図１に表わす弁座リング１０を製造するための中間段階を表わす。従って、図１ａは、凹所１５が本体１１に配設された状態を表わす。図１ｂでは、蝋接材料１６から成る半完成品１７が、凹所１５の上方の領域に配置されている。図１ｂに表わす配置に熱を加えることによって、蝋接材料１６から成る半完成品１７が液状化され、例えば真空蝋接によって凹所１５に集められる。冷却後、凹所１５は蝋接材料１６によって充填されている。

【0021】

図２は、本発明における弁座リング２０の第２の典型的な実施例を本発明の第１の実施例と同様に表わす。図２ａ及び図２ｂは、弁座リング２０を製造する際の弁座リング２０の中間状態を表わす。

【0022】

図２に表わす弁座リング２０も、貫通流れ開口部２２を形成している本体２１を備えている。図２に表わす典型的な実施例では、本体２１は、特に蝋接によって当接結合面２８に沿って互いに対して接続されている２つの部分２１ａ，２１ｂから二分割式で構成されている。２つの部分２１ａ，２１ｂは、冷却剤空間２９を形成しており、動作中には、例えば水が冷却剤空間２９を通じて流れる。

【0023】

弁座リング２０は、弁座領域２３を本体２１の一部分に備えており、弁座領域２３の表面が、弁座２４を形成している。

【0024】

また、少なくとも１つの凹所２５が、本体２１に、具体的には本体２１の部分２１ｂに配設されており、凹所２５は、蝋接材料２６で少なくとも部分的に充填されているが、図示の実施例のように完全に充填されている場合もある。具体的には、図２では、蝋接材料２６が、具体的には凹所２５それぞれに隣接している冷却剤空間２９の下側部分を覆っている。

【0025】

また、図２では、凹所２５が、本体２１のみに配設されている。具体的には凹所２５が、貫通流れ開口部２２の軸線方向で見ると、本体２１から弁座領域２３に向かって延在しており、弁座領域２３の手前で終端している。

【0026】

図２に表わす弁座リング２０を製造するために、図２ａ及び図２ｂに表わす手順に従うと、凹所２５が本体２１の部分２１ｂに配設され、その後に蝋接材料２６から成る半完成品２７が、凹所２５の領域に載置され、このような配置に熱を加えることによって、半完成品２７が液状化されるので、これにより蝋接材料２６が凹所２５それぞれに流入するようになる。

【0027】

図３は、本発明における弁座リング３０の第３の典型的な実施例を本発明の第１の実施態様と同様に表わす。弁座リング３０の本体３１が、図２、図２ａ、及び図２ｂに表わす典型的な実施例と同様に当接結合面３８に沿って互いに対して接続されている部分３１ａ，３１ｂから複分割式で形成されている。部分３１ａ，３１ｂは、冷却剤空間３９を形成している。

【0028】

また、本体３１は、貫通流れ開口部３２を形成しており、弁座３４を形成している弁座領域３３が、本体３１の一部分に形成されている。また、図３に表わす典型的な実施例では、少なくとも１つの凹所３５が蝋接材料３６で充填されており、図３に表わす典型的な実施例では、凹所３５は弁座領域３３及び本体３１に配設されている。

【0029】

図３に表わす典型的な実施例では、凹所３５は、貫通流れ開口部３２の軸線方向において、弁座３４を形成している弁座領域３３から本体３１の内部に、本体３１を貫通することなく延在している。蝋接材料３６は、凹所３５それぞれの内部に配設されている。蝋接材料３６は、弁座領域３３から熱を発散させるために利用され、動作中に弁座リング３０の摩耗を低減させるために弁座３４の潤滑剤としても利用される。

【0030】

図４、図４ａ、及び図４ｂは、本発明における弁座リング４０のさらなる典型的な実施例を、弁座リング４０の製造の際における弁座リング４０の中間状態と共に、本発明の第１の実施態様と同様に表わす。また、図４に表わす弁座リング４０は、当接結合面４８の領域において接続されている部分４１ａ，４１ｂから成る複分割式本体４１を備えており、部分４１ａ，４１ｂは、貫通流れ開口部４２を形成しており、弁座４４を形成している弁座領域４３が、本体４１の一部分に形成されている。図４では、蝋接材料４６で充填されている少なくとも１つの凹所４５が、本体４１及び弁座領域４３に配設されており、凹所４５は、本体４１から弁座領域４３に向かって、具体的には弁座領域４３の内部に且つ弁座領域４３を貫通して延在している。図３の場合には、蝋接材料４６が、弁座４４の領域における潤滑剤として、さらには冷却剤通路４９に向かって熱を発散させるために利用されるが、図４の場合には、蝋接材料４６は、冷却剤通路４９を通じて流れる冷却液体と接触可能とされる。

【0031】

図４に表わす弁座リング４０を製造するための手順としては、弁座領域４３を備えている本体４１を準備し、最初から完全に弁座領域４３を貫通することなく、本体４１から、具体的には本体４１の部分４１ａから、本体４１及び弁座領域４３に凹所４５を配設する。その後に、蝋接材料４６から成る半完成品４７を準備し、半完成品４７に熱を加える。図４ｂに従ってこのようにして、蝋接材料４６は凹所４５それぞれに流入し、凹所４５それぞれを充填する。この後に、弁座領域４３は、弁座リング４０を形成するために、材料切削によって機械加工される。これにより、弁座４４の領域における蝋接材料４６はアクセス可能となり、蝋接材料４６は、摩耗を低減させるために利用可能となる。

【0032】

図５は、弁座リング５０の典型的な実施例を本発明の第１の実施態様と同様に表わす。また、弁座リング５０は、当接結合面５８の領域において蝋接により接続されている２つの部分５１ａ，５１ｂから成る本体５１を備えており、２つの部分５１ａ，５１ｂは、冷却剤空間５９を形成している。また、図５に表わす弁座リング５０の本体５１は、貫通流れ開口部５２を形成しており、実際の弁座５４を形成している弁座領域５３を備えている。

【0033】

図４に表わす典型的な実施例と同様に、少なくとも１つの凹所５５が、本体５１及び弁座領域５３に配設されており、凹所５５は、本体５１、具体的には部分５１ｂと弁座領域５３とを貫通して延在している。しかしながら、図５に表わす典型的な実施例では、図４に表わす典型的な実施例とは対照的に、蝋接材料５６及びインサート本体５７とが凹所５５に配設されており、インサート本体５７は、蝋接材料５６によって凹所５５それぞれに固定すなわち保持されている。インサート本体５７の材料が、弁座５４の領域においてアクセス可能とされるので、所定の潤滑性を有する面及び／又は熱伝達に優れた面及び／又は硬質の面が弁座５４の領域に設けられるので、弁座リング５０の耐摩耗性を向上させることができる。

【0034】

図６は、弁座リング６０の典型的な実施例を本発明の第２の実施態様と同様に表わす。また、弁座リング６０は、部分６１ａ，６１ｂから成る本体６１を備えている。部分６１ａ，６１ｂは、当接結合面６８に沿って接続されており、冷却剤のための冷却剤空間６９を形成している。本体６１は、貫通流れ開口部６２を形成しており、弁座領域６３を備えており、弁座領域６３の表面は、実際の弁座６４として形成されている。

【0035】

本発明の第２の実施態様では、弁座領域６３は、異なる金属材料から成る複数の層６５，６６から構成されており、層６５，６６は、同心リングを弁座リング６４に形成している。従って、層６５は、好ましくは高い延性を有する金属材料から形成されている。層６６は、好ましくは蝋接材料から形成されているので、好ましい熱伝達性及び潤滑性のために有益である。層６５，６６によって形成されているリングの領域では、これら２つの金属材料それぞれが、弁座リング６４の領域においてアクセス可能とされる。

【0036】

さらに、本発明は、このような弁座リングを有しているガス交換弁、及び当該弁座リングそれぞれの弁座と相互作用する弁本体に関する。

【符号の説明】

【0037】

１０ 弁座リング
１１ 本体
１２ 貫通流れ開口部
１３ 弁座領域
１４ 弁座
１５ 凹所
１６ 蝋接材料
１７ 半完成品
２０ 弁座リング
２１ 本体
２１ａ 部分
２１ｂ 部分
２２ 貫通流れ開口部
２３ 弁座領域
２４ 弁座
２５ 凹所
２６ 蝋接材料
２７ 半完成品
２８ 当接結合面
２９ 冷却剤空間
３０ 弁座リング
３１ 本体
３１ａ 部分
３１ｂ 部分
３２ 貫通流れ開口部
３３ 弁座領域
３４ 弁座
３５ 凹所
３６ 蝋接材料
３７ 半完成品
３８ 当接結合面
３９ 冷却剤空間
４０ 弁座リング
４１ 本体
４１ａ 部分
４１ｂ 部分
４２ 貫通流れ開口部
４３ 弁座領域
４４ 弁座
４５ 凹所
４６ 蝋接材料
４７ 半完成品
４８ 当接結合面
４９ 冷却剤通路
５０ 弁座リング
５１ 本体
５１ａ 部分
５１ｂ 部分
５２ 貫通流れ開口部
５３ 弁座領域
５４ 弁座
５５ 凹所
５６ 蝋接材料
５７ インサート本体
５８ 当接結合面
５９ 冷却剤空間
６０ 弁座リング
６１ 本体
６１ａ 部分
６１ｂ 部分
６２ 貫通流れ開口部
６３ 弁座領域
６４ 弁座
６６ 層
６８ 当接結合面
６９ 冷却剤空間

【図1】

【図1a】

【図1b】

【図2】

【図2a】

【図2b】

【図3】

【図4】

【図4a】

【図4b】

【図5】

【図6】