(57)【要約】【課題】内燃機関の吸気弁を提供する。【解決手段】ガソリン直接噴射を行う内燃機関の吸気弁を、のど部から掻き落しエッジまでの領域で堆積物から守るために、弁はスリーブ状の遮蔽部材を備えている。この遮蔽部材によって、燃焼室に供給される燃焼空気に対する別個の接触面または案内面が形成され、この接触面または案内面の表面温度は、オイルや燃料の粒子がコークス化して堆積が生じる臨界温度よりも低くなる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガソリン直接噴射を行う内燃機関の吸気弁であって、
弁頭（４）ののど領域（３）から弁棒（６）の掻き落しエッジ（７）まで延びる移行領域が遮蔽部材（２、２２）を備えており、この遮蔽部材によって、燃焼室に供給される燃焼空気に対する別個の接触面または案内面が形成され、この接触面または案内面の表面温度は堆積が生じる臨界温度（エンジンオイルのコークス化温度）よりも低いことを特徴とする吸気弁。
【請求項２】
前記弁棒（６）から前記のど部（３）まで延びる弁の狭隘部（５）が、所定の中間スペース（９、３０）を維持しながらスリーブ（２、２２）で包囲されていることを特徴とする請求項１に記載の吸気弁。
【請求項３】
スリーブ（２）がテーパ状に構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の吸気弁。
【請求項４】
円筒状のスリーブ（２２）が使用されていることを特徴とする請求項１または２に記載の吸気弁。
【請求項５】
前記スリーブは、管材料から製造されていることを特徴とする請求項４に記載の吸気弁。
【請求項６】
スリーブが、前記弁棒の方を向いている端部で、摩擦接合によって前記弁の狭隘部に当接していることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１に記載の吸気弁。
【請求項７】
前記スリーブは、弁棒の方を向いている端部に、弾性的に可撓な葉状部を形成するために長手方向を向いた切込み、すなわちスリット（８、２８）を備えていることを特徴とする請求項６に記載の吸気弁。
【請求項８】
スリーブが深絞り性のあるステンレス鋼でできていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１に記載の吸気弁。
【請求項９】
スリーブが付着性を低減する材料でコーティングされていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１に記載の吸気弁。
【請求項１０】
前記葉状部の端部が、所定の中間スペースを形成するため、および弁への面での当接のために折り曲げられていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１に記載の吸気弁。
【請求項１１】
スリーブの弁頭側の端部が、弁座面まで達するのど領域全体を遮蔽していることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１に記載の吸気弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガソリン直接噴射を行う内燃機関の吸気弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
吸気弁と排気弁は、内燃機関でガス交換の制御をするために使用される、流動断面を遮蔽するためのエンジン精密部品であり、シリンダの作業室を外部に対して密閉するためのものである。吸気弁は、新しい空気が吹き付けられることによって冷却されるので、排気弁ほど高い熱負荷はうけない。したがって吸気弁に伴う問題点は、排気弁の問題よりも容易に扱うことができる。しかしながら内燃機関の設計者に対しては、一般的なエネルギー節約という側面から、常にかなり高い要求が課せられている。特に、より好ましい燃料消費値が常に期待されている。そのために、オットー型エンジンと同様に燃料を燃焼室に直接噴射することは、現在、多くの場合に普通に行われている外部での混合気体の生成に比べて利点を提供するものである。しかし、オットー型エンジンにおける直接噴射にも、問題がないわけではない。吸気弁は流入してくる燃焼空気によって冷却されるものの、比較的短いエンジン運転時間で、吸気通路の中で露出している弁棒の領域に堆積物が生じ、これが次第に増加して、のど部および／または狭隘部の領域で弁を清掃しなければエンジンをそれ以上作動させることが不可能になってしまう。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の課題は、掻き落しエッジに至るまでののど部の領域、すなわち弁棒から弁頭への移行部を、堆積物の生成に対して防護することである。この領域でしばしば観察される堆積物生成のメカニズムを阻止し、もしくは少なくとも大幅に低減させなければならない。弁の上述した領域が、燃焼室の方を向いている弁頭面を起点として熱伝導によって加熱され、オイル残滓や燃焼残滓が堆積することにつながる温度に達することが稀でないことも知られている。オイル残滓は、弁棒の案内部をオイルが通り抜けることに原因がある。燃焼残滓は、排気ガス再循環によって、のど領域に堆積する。堆積物は、ガソリン直接噴射を行う車両の場合、乗車した走行区間にして約６０．０００ｋｍに相当するエンジン運転時間の後に、弁を清掃することを強いる。清掃するためには弁を取り外さなければならない。
【０００４】
主にオイル残滓のコークス化によって発生する堆積物の生成については、約１８０℃から３８０℃に及ぶ臨界温度範囲が原因であることが判明している。この温度範囲以下では、堆積する被膜が生じない。３８０℃を超えると、堆積した残留炭素分が燃焼（灰化）されて剥げ落ちる。さらに、燃焼室の外部で混合気体を生成する場合には、堆積物の問題が明らかに低い程度にしか生じないことが知られている。
【０００５】
つまり、当然のこととして、問題となる領域で、弁が１８０℃よりも低いか３８０℃よりも高い温度を有していればよい。温度低下は、熱伝導性の優れた弁座リング材料によって、または、たとえば中空室を充填しないことによって弁の熱伝導を遮断することで、達成することができるはずである。
【０００６】
熱伝導性の低い弁座リング、あるいは、弁頭から弁棒の方向へのより良好な熱伝導を保証する充填された中空弁は、３８０℃よりも高い温度が生じる結果につながるはずである。しかしながら、このような技術的に十分に実現可能な解決法は、少なからず高いコストと結びついている。
【０００７】
ＤＥ−ＯＳ３３３３３２６によって、内燃機関、特にガソリン噴射を行うエンジンの弁であって、保護外套を備えているものがすでに公知となっている。この保護外套は、燃焼空気に混合される燃料が飛散して堆積するのを防止するために、弁に対して揺動可能な部品として構成されている。この解決法は、経験が教えるところによれば、ガソリンの直接噴射を行う車両エンジンでは効果が実証されていない。約６０．０００ｋｍの走行距離を走った後、弁を清掃しなければならない。
【０００８】
さらにＤＥ−ＰＳ８１４６８２により、特に排気弁において、燃焼ガスがそばを通ることによる過大な熱入射から弁の裏側を保護する遮蔽部材の採用が公知となっている。しかし、排気弁の場合に知られているような、高温が原因となる問題は、吸気弁の場合には冷たい新気が吹き付けられるので生じない。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の課題は、流入する燃焼空気と接触する表面が、弁棒ののど部と掻き落しエッジ（Ａｂｓｔｒｅｉｆｋａｎｔｅ）の間の領域で、簡単かつ低コストな手段によって堆積物から防護されるような、ガソリン直接噴射を行う内燃機関のための通常の材料でできた吸気弁を提供することである。本発明は、弁頭ののど領域から弁棒の掻き落しエッジまで延びる移行領域が遮蔽部材を備えており、この遮蔽部材によって、燃焼室に供給される燃焼空気に対する別個の接触面または案内面が形成され、この接触面または案内面の表面温度はエンジンオイルのコークス化温度よりも低いことによって、上述の課題を解決する。
【００１０】
遮蔽部材としては、特に、所定の中間スペースを介在させながら弁の狭隘部を包囲する薄壁のスリーブが適している。
【００１１】
このスリーブは、その着座部で摩擦接合的に保持されるのが好ましい。そのために本発明の有利な実施形態では、スリーブの、弁棒の方を向いている端部は、弾性的に撓曲可能な葉状部を形成するために、長手方向を向いた切込み、すなわちスリットを備えている。
【００１２】
本発明の別の有利な実施の形態では、深絞り性のあるステンレス鋼でスリーブを製作することが提案され、それによってスリーブを簡単なやり方でテーパ状に構成することができる。スリーブを円筒状に構成するときには、有利には、管材料からの製造が好適である。
【００１３】
さらに、遮蔽部材の表面を、付着性を低減させる材料でコーティングするというという可能性もある。
【００１４】
特にスリーブを円筒状に構成する場合、弁との面での当接を維持するために、スリーブと弁表面の間の所定の中間スペースが同時に守られるように葉状部の端部を変形させることができる。
【００１５】
本発明に基づいて構成された吸気弁を備えるエンジンの実験は、長い運転時間の後でも、のど部の領域における堆積物の生成が防止されることを示している。遮蔽部材としてのスリーブを被せることで、高温の弁表面と、弁を取り巻く外部との間の分離が達成される。それに応じて、スリーブの表面の温度が弁表面よりも低くなるので、流入する燃焼空気が吹き付けられるスリーブ表面は、残滓の堆積率がゼロであるか、もしくは大幅に低減されることが確かめられている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図面には、本発明の実施例が模式的に示されており、以下に説明する。
【００１７】
全体的に参照符号１が付されている吸気弁は、テーパ状に構成されたスリーブ２を装備している。スリーブは、弁頭４から弁棒６の狭隘部５への移行部を形成しているのど領域３（Ｈｏｈｌｋｅｈｌｅｎｂｅｒｅｉｃｈ）から、弁棒の狭隘部の弁棒側の端部にある掻き落しエッジ７まで延びている。弁が閉じているとき、掻き落しエッジは、行程高さのほぼ半分だけ、図示しない案内部の中に潜り、弁が開いているときは、行程の半分だけ案内部から突き出る。それにより、弁の掻き落しエッジと、バルブガイド穴の鋭いエッジとが相互に清潔に保たれる。
【００１８】
弁棒の狭隘部に当接しているスリーブの端部は、長手方向を向いたスリットすなわち切込み８を備えており、これによって、弾性的に狭隘部５に当接してスリーブを摩擦接合的に保持する葉状部が形成されている。スリーブは、弁頭４の方を向いている端部で、のど部３に支持されている。スリーブと弁の間のスペース９は、所定の大きさになっている。
【００１９】
図２と図３は、円筒状のスリーブ２２を備える吸気弁を示している。このスリーブは、同じく所定の間隔３０を有する弁の狭隘部５を含んでいる。弁棒の方を向いている端部は、弾性的な当接を確実にするために、長手方向のスリット２８を備えている。スリット２８によって形成された葉状部の自由端２９は、弁への面での当接を得るため、および十分な大きさの中間スペース３０を保つために、Ｓ字状に折り曲げられている。円筒状のスリーブの、葉状部に対向している端部は、弁ののど部３で支持されている。
【００２０】
また、スリーブ４２の頭部側の端部は、必要に応じて、弁座領域４３まで延びていてもよく、それにより、弁頭（Ｖｅｎｔｉｌｋｏｐｆ）ののど部の領域全体が遮蔽され、それに伴って弁が完全に遮蔽される。
【００２１】
所定のスペース９、３０および４０によって、弁体からスリーブへの熱伝達に対する著しく高い耐性が形成される。
【００２２】
これに加えて、スリーブの外面は、開放行程のたびに流入する燃焼空気が吹き付けられて冷却されるので、スリーブと弁の間で全体的に著しい温度勾配が実現し、その様子は、図５のグラフにおいて、非常に明瞭に見ることができる。このグラフによれば、スリーブの外面における最高温度は、堆積物が生じることになる弁表面の臨界温度を明らかに下回っている。
【００２３】
スリーブの製造は、技術的に簡単かつ低コストである。薄壁のスリーブは重量が少なく、したがって振動する弁で使用するのに適しているという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】
テーパ状に構成されたスリーブを備える吸気弁を示す。
【図２】
円筒状のスリーブを備える弁を示す。
【図３】
図２のスリーブの、挟み付けるように弁に当接する端部を示す拡大詳細図である。
【図４】
完全に覆われた弁を示す。
【図５】
スリーブを装備した吸気弁の表面温度を、エンジン実験運転の開始から約１０分後まで時間に応じて示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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