(57)【要約】【課題】従来の弁座リングを、高強度及び剛性とともに改善された熱特性を同時に有するようにさらに開発することを目的とする。【解決手段】本発明は、貫流開口（１２）を画定する基体（１１）を有する、内燃機関、特にディーゼルエンジン又はガスエンジンのガス交換弁の弁座リング（１０）であって、貫流開口（１２）の領域における基体（１１）の部分上に、ガス交換弁の弁箱用の弁座（１４）が配置される、弁座リング（１０）に関する。本発明は、少なくとも基体（１１）及び弁座（１４）が硬質コバルト−クロム合金からワンピース鋳造成形品としてともに製造されることを提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫流開口（１２）を画定する基体（１１）を有する、内燃機関、特にディーゼルエンジン又はガスエンジンのガス交換弁の弁座リング（１０）であって、前記貫流開口（１２）の領域における前記基体（１１）の部分上に、前記ガス交換弁の弁箱用の弁座（１４）が配置されており、少なくとも前記基体（１１）及び前記弁座（１４）が硬質コバルト−クロム合金からワンピース鋳造成形品としてともに製造されることを特徴とする、弁座リング。
【請求項２】
前記弁座リングは完全に、硬質コバルト−クロム合金からワンピース鋳造成形品として製造されることを特徴とする、請求項１に記載の弁座リング。
【請求項３】
前記硬質コバルト−クロム合金は、重量パーセントで以下の合金組成を有す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。
【表１】
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【請求項４】
前記硬質コバルト−クロム合金は、４６〜５１ＨＲＣの硬度を有す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５】
前記硬質コバルト−クロム合金は、８．５３ｇ／ｃｍ３の密度を有することを特徴とする、請求項１から４の何れか１項に記載の弁座リング。
【請求項６】
前記基体（１１）の円周方向において循環する少なくとも１つの冷却剤チャネル（１６）を含み、それは、断面において見て、前記弁座リング（１０）の内側面（２２）によって少なくとも部分的に区切られることを特徴とする、請求項１から５の何れか１項に記載の弁座リング。
【請求項７】
前記少なくとも１つの冷却剤チャネル（１６）は、断面において見て、前記冷却剤チャネル（１６）がまた前記弁座リング（１６）とは異なる物体によって区切られるように、前記弁座リング（１０）内又は前記弁座リング（１０）上に形成されることを特徴とする、請求項６に記載の弁座リング。
【請求項８】
前記少なくとも１つの冷却剤チャネル（１６）は、断面において見て、前記冷却剤チャネル（１６）が前記弁座リング（１０）の内側面（２２）によって排他的に区切られるように、前記弁座リング（１６）内に形成されることを特徴とする、請求項６に記載の弁座リング。
【請求項９】
請求項１から８の何れか１項に記載の弁座リングを少なくとも１つ有する内燃機関のガス交換弁。
【請求項１０】
請求項９に記載のガス交換弁を少なくとも１つ有する内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１のプリアンブルに記載の、貫流開口を画定する基体を有する、内燃機関、特にディーゼルエンジン又はガスエンジンのガス交換弁の弁座リングであって、貫流開口の領域における基体の部分上にガス交換弁の弁箱（ｖａｌｖｅ  ｂｏｄｙ）用の弁座が配置される、弁座リングに関する。
【０００２】
本発明はまた、請求項９に記載のこのような弁座リングを有するガス交換弁、及び請求項１０に記載の少なくとも１つのこのようなガス交換弁を有する内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００３】
特許文献１から、内燃機関のガス交換弁の一般的な弁座リングが知られている。この先行技術から知られている弁座リングは、弁座リングの貫流開口を画定する基体を備え、ここで、貫流開口の領域における基体の部分上にガス交換弁の弁箱用の弁座が形成される。特に、このような弁座リングを有するガス交換弁を閉じる場合、ガス交換弁の弁箱は、基体によって提供される弁座に接触して置かれる。特に、このようなガス交換弁を開く場合、弁箱は基体の弁座から持ち上げられる。特許文献１から、さらに、硬質金属から弁座を製造し、鋼から基体を製造することが知られている。弁座の硬質金属、すなわち、いわゆるハードフェーシングは、コバルト又はニッケルベースを有する。基体の鋼は、ＤＩＮ  ＥＮ  １００９０に準拠した弁用鋼、又は肌焼鋼、又は焼入れ及び焼戻し鋼である。弁座の硬質金属は基体の鋼に貼り付けられ、プロセス中に熱の影響が生じるため、両方の材料の間に移行領域が形成される。
【０００４】
しかしながら、この移行領域は、弁座リング内又は弁座リング上に配置されなければならないことがある冷却剤チャネルの境界として使用することができないので、このような実施形態におけるこのような冷却剤チャネルの位置の可能性は制限される。これとは別に、両方の材料間の移行領域における熱伝達もまた制限される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２０１１００７１４０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これと比較して、本発明は、上述したタイプの弁座リングを、高強度及び剛性とともに改善された熱特性を同時に有するようにさらに開発するという目的に基づく。さらに、少なくとも１つのこのような弁座リングを有するガス交換弁及び内燃機関もまた、利用可能にされる。
【０００７】
この目的は、請求項１、９及び１０の特徴によって解決される。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、円周方向において貫流開口を画定又は包囲する基体を有する、内燃機関、特にディーゼルエンジン又はガスエンジンのガス交換弁の弁座リングであって、貫流開口の領域における基体の部分上にガス交換弁の弁箱用、特に弁体（ｖａｌｖｅ  ｄｉｓｃ）用の弁座が形成される、弁座リングに基づく。
【０００９】
弁座リングの基体とは、内燃機関のシリンダヘッドのような物体内又は物体上に保持され、弁座を支え、又はその上に弁座が形成される、弁座リングの部分又は一部を意味する。
【００１０】
弁座は、基体の第１軸方向端部のほぼ半径方向内側縁部上の基体上に配置され、例えば、軸方向端面から基体の第１端部まで、さらに基体の半径方向内周面までほぼ延在する、ほぼ平坦な斜めに配向された外面を含み、基体は、弁座リングの貫流開口を画定する。
【００１１】
弁座は、それに接触してガス交換弁の弁箱が密封状態で置かれるか、又は弁箱、特に弁体が持ち上げられる弁座リングの部分又は一部を形成する。特に、このような弁座リングを有するガス交換弁を閉じる場合、ガス交換弁の弁体は、基体上に配置された弁座に接触して置かれる。しかしながら、このような弁座リングを有するガス交換弁を開く場合、ガス交換弁の弁体は基体上に配置された弁座から持ち上げられ、流れ断面を開く。
【００１２】
本発明によると、少なくとも基体及び弁座は、硬質コバルト−クロム合金からワンピース鋳造成形品としてともに製造される。鋳造成形品とは、硬質コバルト−クロム合金から単一の操作又は鋳造プロセスで少なくとも基体及び弁座をワンピース未完成部品としてともに製造するため、単に後続の表面処理が必要となることを意味する。
【００１３】
このような硬質コバルト−クロム合金はまた、ステライト（登録商標）とも呼ばれる。ステライト（登録商標）は、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）及び炭素（Ｃ）の割合を含み、それは、炭化物を形成することにより、合金の特性に大きな影響を有する。ステライト（登録商標）の主な特徴は、例えば腐食又は摩滅などの摩耗に対する高い耐性であり、高温であっても保持される。この理由から、この材料は、高温負荷にさらされる内燃機関のガス交換弁に特に適している。
【００１４】
本発明によれば、少なくとも基体及び弁座は、硬質コバルト−クロム合金からワンピース鋳造成形品としてともに製造されるので、先行技術において存在する基体及び弁座の２つの異なる材料間の材料移行領域は、もはや適用されない。このため、少なくとも１つの冷却剤チャネルが、基体と弁座リングとの間の幾何学的移行の中又は上にも、又は弁座の領域内にも、特に、温度負荷が特に高いガス交換弁の弁箱に面する弁座の表面付近にも形成され得るので、冷却剤チャネルの位置に関する柔軟性が増大する。
【００１５】
弁座リングに少なくとも部分的に一体化される少なくとも１つの冷却剤チャネルはまた、弁座リングの鋳造プロセスの間の操作中に製造又は鋳造することもできる。主として単一の操作で弁座リングが形成されるので、それをコスト効率良く製造することもできる。
【００１６】
さらに、先行技術と比較して基体と弁座の異なる材料の移行領域が存在しないため、弁座リングの熱伝導率もまた増加し、それは、高温負荷にさらされた弁座リングのゾーンからの熱をより低い温度負荷のゾーンへとより容易に導くことができるので、例えば高い排ガス温度に対する弁座リングの温度抵抗において、正の効果を有する。
【００１７】
従属項に記載された手段によって、本発明の第１態様の有利なさらなる開発及び改善が可能である。
【００１８】
完全に、好ましい実施形態による弁座リングは、硬質コバルト−クロム合金からワンピース鋳造成形品として製造され、すなわち、弁座リングのあらゆる部分が硬質コバルト−クロム合金から成り、さらなる個別の部分は存在しない。
【００１９】
硬質コバルト−クロム合金は、優先的には、重量パーセント（重量％）で以下の表１に示す合金組成を含む。ここで、略語Ｃｏはコバルトを表し、Ｃｒはクロムを表し、Ｃは炭素を表し、Ｎｉはニッケルを表し、Ｍｏはモリブデンを表し、Ｆｅは鉄を表し、Ｓｉはシリコンを表す。「他の」合金組成物とは、それらの重量割合が低いことから本明細書ではさらに特定されない、さらなる合金組成物を意味する。このような組成を有するステライト（登録商標）はまた、ステライト１２（登録商標）とも呼ばれる。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
硬質コバルト−クロム合金は、優先的には、４６〜５１ＨＲＣの硬度と、約８．５３ｇ／ｃｍ３の密度とを有する。
【００２２】
既に上記で説明したように、弁座リングは、好ましくは、弁座リング又は基体の円周方向に循環する冷却剤チャネルを含み、それは、断面において見て、弁座リングの内側面によって少なくとも部分的に区切られる。弁座リングを冷却するために少なくとも１つの冷却剤チャネルを通って流れる冷却剤は、供給ライン又は入口を介して冷却剤チャネルに供給され、排出ライン又はドレインを介して冷却剤チャネルから排出され得る。
【００２３】
ここで、少なくとも１つの冷却剤ダクトは、断面において見て、冷却剤チャネルがまた弁座リングとは異なる物体によって、特に内燃機関のシリンダヘッド内の凹部の壁によって区切られるように、弁座リング内又は弁座リング上に形成され得る。そして、少なくとも１つの冷却剤チャネルは、部分的に弁座リング内に一体化される。
【００２４】
あるいは、少なくとも１つの冷却剤チャネルは、断面において見て、冷却剤チャネルが弁座リングの内側面によって排他的に区切られるように、弁座リング内又は弁座リング上に形成され得る。そして、少なくとも１つの冷却剤チャネルは、弁座リング内に完全に形成されるか、又は一体化される。
【００２５】
本発明はまた、上述の少なくとも１つの弁座リングを含むガス交換弁に関し、また、少なくとも１つのこのようなガス交換弁を有する内燃機関に関する。
【００２６】
内燃機関は、例えば、ディーゼルエンジン、特に重質燃料油で運転される大型ディーゼルエンジン、又はガスエンジンとすることができる。好ましくは複数のシリンダを含むこのような内燃機関の領域では、少なくとも１つのガス交換弁が各シリンダ上に、すなわち、充填空気又は充填空気−燃料混合物用の一方の入口弁及び／又は排気ガス用の排気弁上に設けられる。本発明による弁座リングは、内燃機関の入口弁の領域内及び排気弁の領域内の両方に配置することができる。
【００２７】
以下では、本発明の例示的な実施形態が図に示され、以下の明細書においてより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明による弁座リングの好ましい実施形態の断面図である。
【図２】本発明による弁座リングの好ましい実施形態のさらなる断面図である。
【図３】断面Ａ及びＢを有する弁座リングの上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１は、ここでは例えば自己点火式の内燃機関である、ここでは図示されていない内燃機関のシリンダヘッドの凹部に挿入された、軸断面方向Ａにおける、図示されていないガス交換弁の弁座リング１０の好ましい実施形態の断面Ａを示す。
【００３０】
円周方向に循環する一般的に円筒形のスリーブ状の弁座リング１０は、その内部に弁座リング１０の貫流開口１２を画定する、円筒形に循環するスリーブ状又は環状の基体１１を有する。貫流方向１２は、より正確には、基体１１の半径方向内周面１３によって画定される。さらに、弁座リング１０は、シリンダヘッドの凹部内においてその半径方向外周面１７で受け入れられる。貫流開口１２の領域における基体１１の第１軸方向端部１９に、弁座リング１０の弁座１４が形成され、ガス交換弁を閉じると、図示されていないガス交換弁の弁箱、特に弁体は、この弁座１４に接触して置かれるようになる。弁座１４は、例えば基体１１の第１軸方向端部１９の半径方向内側縁部１８に配置又は形成され、例えば、断面において見て斜めに配向された実質的に平坦な外面２４を含み、それは、基体１１又は弁座リング１０の第１軸方向端部１９の軸方向端面２０から半径方向内周面１３まで延在する。基体１１又は弁座リング１０の第２軸方向端部２３は、弁座１４から遠ざかる方向に面している。
【００３１】
ここでは、例えば、基体１１の円周方向において見て循環する冷却チャネル１６のみが、弁座リング１０の基体１１に導入される。弁座リング１０、特に弁座１４を冷却するために冷却チャネル１６を通って流れる冷却剤は、ここでは図示されていない供給ライン又は入口を介して冷却チャネル１６に供給され、ここでは図示されていない排出ライン又はドレインを介して冷却チャネル１６から排出され得る。ここでは、冷却剤チャネル１６は好ましくは、弁座１４から基体１１への移行領域、例えば、ガス交換弁の弁体に面し、かつ弁体の断面輪郭に対して相補的に形成される弁座１４の外面２４に近い領域に配置される。例えば、ここでは、弁座１４のかなり薄い壁厚が冷却剤チャネル１６と前記外面２４との間に存在するが、それは剛性及び強度のために必要である。
【００３２】
弁座リング１０を冷却するために冷却剤チャネル１６を通って流れる冷却剤は、ここでは図示されていない供給ライン又は入口を介して冷却剤チャネル１６に供給され、ここでは図示されていない排出ライン又はドレインを介して冷却剤チャネル１６から排出され得る。
【００３３】
基体１１の円周方向において見て循環する冷却剤チャネル１６は、図１の実施形態の断面において見て、弁座リング１０の内側面２２によって部分的に区切られているだけである。そして、断面において見て、冷却剤チャネル１６の残りの部分は、弁座リング１０とは異なる物体によって、特に（また）弁座リング１０が挿入されるここでは図示されていない内燃機関のシリンダヘッド内の凹部の壁によって区切られている。
【００３４】
図２は、図１からの弁座リングの別の位置における断面Ｂを示す；断面において見て、冷却剤チャネル１６はまた、弁座リング１０の内側面２２によって排他的に区切られることができ、そして、弁座リング１０内に完全に一体化されるか、又は形成される。ガス交換弁の弁体に面する弁座１４の外面に対して冷却剤チャネル１６が近接している限り、図１の実施形態に関するのと同様の事項がここでも適用される。
【００３５】
図３は、図１及び２からの観点によって再生された部分平面又は断面Ａ及びＢを示す。
【００３６】
唯１つの冷却剤チャネル１６の代わりに、複数の冷却剤チャネルもまた弁座リング１０内に少なくとも部分的に形成され得ることが理解されるだろう。
【符号の説明】
【００３７】
１０    弁座リング
１１    基体
１２    貫流開口
１３    半径方向内周面
１４    弁座
１６    冷却剤チャネル、冷却チャネル
１７    半径方向外周面
１８    半径方向内側縁部
１９    第１軸方向端部
２０    軸方向端面
２２    内側面
２３    第２軸方向端部
２４    外面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【外国語明細書】
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