(57)【要約】本発明は、固定協働流路（２）を包囲する弁座（３）、及びこの弁座に対して移動可能であり、かつ弁座（３）上の密封位置に配置可能である弁頭部（６）を設けた弁部分（４）を備える内燃機関、特に２サイクル高出力ディーゼルエンジン用ガス交換弁装置に関する。本発明によるガス交換弁は、弁座（３）及び弁頭部（６）の相互に依存する円錐面（７、８）のうちの少なくとも１つの領域内の環状幅狭密封面（１０）を設けることにより得られる長寿命により特徴づけられる。密封面（１０）は実質的に環状の凹所（１１、１１ａ）によって少なくとも一側に画定される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
割り当てられた流れチャンネル（２）を包囲する固定弁座（３）、該固定弁座に対して移動可能な弁部分（４）を有する燃焼機関、特に大型の２サイクルディーゼル機関の充気交換処理用弁装置において、
前記弁座（３）に密封位置づけし得る弁ディスク（６）を備え、
環状の連続する実質的な凹所（１１、１１ａ）によって少なくとも一側に画定される少なくとも１つの環状の連続する係合面（１０）が前記弁座（３）及び前記弁ディスク（６）の対向する円錐面（７、８）のうちの少なくとも１つの領域に設けられることを特徴とする充気交換処理用弁装置。
【請求項２】
互いに対して離隔した幾つかの幅狭係合面（１０）がもうけられることを特徴とする、請求項１に記載の充気交換処理装置。
【請求項３】
少なくとも前記弁座（３）が少なくとも１つの環状かつ連続した幅狭係合面（１０）を備えることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の充気交換処理装置。
【請求項４】
前記弁座（３）及び／又は前記弁ディスク（６）が少なくともつのそれぞれの幅狭係合面（１０）を備えることを特徴とする、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の充気交換処理装置。
【請求項５】
幅狭係合面（１０）の各々が鋭利な横方向の端縁（１３）を備えることを特徴とする、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の充気交換処理装置。
【請求項６】
幅狭係合面（１０）の各々が研削面として形成されることを特徴とする、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の充気交換処理装置。
【請求項７】
前記充気交換処理弁の一部の全ての幅狭係合面（１０）の全体的な幅が割り当てられた前記円錐表面（７及び／又は８）の平均直径の０．５％〜２％まで、好ましくは１％から１．５％までであることを特徴とする、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の充気交換処理装置。
【請求項８】
係合面（１０）の幅ｂが２ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の充気交換処理装置。
【請求項９】
係合面（１０）を画定する実質的な凹所（１１、１１ａ）の各々の深さが予期される前記燃焼残留物の厚さよりも大きいことを特徴とする、請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の充気交換処理装置。
【請求項１０】
係合面（１０）を画定する実質的な凹所（１１、１１ａ）の各々の深さが少なくとも１ｍｍ、好ましくは３ｍｍまでであることを特徴とする、請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の充気交換処理装置。
【請求項１１】
前記燃焼室の方向から観た前記第１の幅狭係合面（１０）が前記弁装置が閉じた際の狭い間隙（１４）によって該燃焼室に連結される実質的な凹所（１１ａ）により該燃焼室側に画定されることを特徴とする、請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載の充気交換処理装置。
【請求項１２】
前記燃焼室に連結される実質的な凹所（１１ａ）が下流の実質的な凹所（１１）よりもより深くかつより大きな断面を備えることを特徴とする、請求項１１に記載の充気交換処理装置。
【請求項１３】
前記弁座（３）及び前記弁ディスク（６）の対向する円錐面（７、８）の傾斜角が異なりかつ好ましくは相互に約０．５°だけ偏倚することを特徴とする、請求項１から請求項１２までのいずれか１項に記載の充気交換処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼機関、特に大型の２サイクルディーゼルエンジンの充気交換処理のための弁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
経験の示すところでは、周知の装置構成は極めて吹き出し（ｂｌｏｗｏｕｔｓ）易いために充気交換のために今まで使われてきた弁は寿命が極めて短かった。これらの吹き出しは係合面間に捕捉された燃焼残留物により形成され、これらの係合面に形成される鋸状切れ込み（ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎｓ）に由来する傾向がある。そのような幾つかの鋸状切れ込みが形成されかつ互いに結合すると、結果として燃焼室とガス配管の間に小さなチャンネルができる。この小さなチャンネルを通じて燃焼室内で生成されたガスが燃焼室から鋭い噴流（ｓｈａｒｐ ｊｅｔ）形態で脱出し得る。点火圧力が高いため、前記ガス噴流は極めて高速度に達する。比較的高温を伴う燃焼では、結果として急速な破壊へとつながる切断噴流として作用する。
【０００３】
過去には、弁座と弁ディスク（ｖａｌｖｅ ｄｉｓｋ）の対向接触表面の幅を拡げることによってこの問題を防止する試みが既になされている。しかしながら、幅の拡い接触面はこれらの面間に捕捉された燃焼残留物が脱出するのを阻止するため、結果は満足のいくものではない。このために、燃焼残留物は必然的に接触表面内に押し付けられる。さらにまた、幅の拡い接触表面によれば、弁ディスクと弁座間には比較的強い熱伝達も生じる。しかしながら、高温耐性材料（ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）で作られており高温で取り扱い得る弁ディスクとは逆に、前記弁座は焼き入れ鋼で作られる。強い熱伝達は構造を変化させひいては硬度を損なうことに通じ得る。
【０００４】
欧州特許第２４８９０号明細書は環状室が接触するようになる弁座及び弁ディスクの円錐面の上流に設けられる充気交換用弁装置を記載する。前記環状室は燃焼に関与しない空気を取り込むものと思われる。これは弁座を冷却することを期待したものでありかつ燃焼室から脱出するガスの温度降下につながる。この手段は吹き出しを遅延させるが、この手段自体では吹き出しを完全に防止するには不十分である。
【０００５】
ＳＵ１７６８７７０Ａ１は、連続する隆起した突出部によって横方向に画定される環状の溝を弁ディスクの円錐表面の領域に設けた充気交換処理用弁装置を記載する。溝は押し付け得るものであり、かつより深くはできない半球状輪郭を備える可塑材料変形により生成されるものと思われる。従って、溝は約０．１ｍｍのみの深さを備えかつ従って比較的浅い。弁ディスクの円錐面内に押し付けられる溝は、燃焼残留物を取り込むものと思われる。しかしながら、溝の深さが浅いために、燃焼残留物が溝内で圧縮されかつ該溝を比較的早く埋める危険性がある。結果として、その効果を失いかつ恐れていた鋸状切れ込みがいずれにせよ形成される。更に、埋められた溝は弁ディスクと弁座の間の比較的大きな接触面につながり、この大きな接触面は弁座を不可避的に加熱しかつ硬度の損失につながる。従って、この周知の装置の寿命は不十分なものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、上述から更に記載を進めると、本発明の目的は、長寿命が達成されるように、簡単かつコスト費用に対して最も効率のよい手段を備える燃焼機関の充気交換処理用弁装置を改善することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は請求項１による組合せで達成される。すなわち、割り当てられた流れチャンネルを包囲する固定弁座、該固定弁座に対して移動可能な弁部分を有する燃焼機関、特に大型の２サイクルディーゼル機関の充気交換処理用弁装置において、前記弁座に密封位置づけし得る弁ディスクを備え、環状の連続する実質的な凹所（ａｎｎｕｌａｒ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｍａｔｅｒｉａｌ ｒｅｃｅｓｓ）によって少なくとも一側に画定される少なくとも１つの環状の連続する係合面が前記弁座及び前記弁ディスクの対向する円錐面のうちの少なくとも１つの領域に設けられることを特徴とする充気交換処理用弁装置が提案される。
【０００８】
これらの手段は弁座及び弁ディスクの円錐面の領域に到達する燃焼残留物が捕捉されずに表面に鋸状切れ込みを形成せずに非圧縮状態で脱出し得る輪郭深さを可能にする。燃焼残留物は幅狭係合面の端縁で粉砕される。この粉砕は圧縮せずに脱出させるためには有利である。係合面を横方向に画定する実質的な凹所は、特にこれらの凹所は比較的第容積を伴う深さを備えるから埋まりそうにない。何故なら、これらの凹所は小片除去によって作られるからである。この凹所は吹き出しに対する長期間の有効な保護を与える。他の有利点は弁座と弁ディスク間の接触面が極めて小さく、従って、小さな前記接触面の外側の間隙は比較的深いことである。これは、弁座に比べて比較的熱い弁ディスクから弁座への熱伝達を画定する。何故なら、幅狭係合面を横方向に画定する凹所はそれら自身の大きな空の開口により埋められないからであり、長期にわたる効果である点で有利である。熱伝達性の低さは全体的に焼き入れ鋼で作られる弁座が比較的冷たいままであり、しかも構造の変化がなく、硬度の損失を恐れることがないことを保証する。この利点は本発明による実質的な凹所により形成される如何なる間隙も燃焼に関与しない空気を取り入れるための室として働き得るものであり、従って、弁座を更に冷却し得るという事実を更に向上させる。従って、本発明による燃焼は弁装置の総合的な長寿命の期待につながるものである。
【０００９】
有利な実施形態及び克服手段の有用な進展は従属請求項に列挙される。従って、互いに離隔された幾つかの幅狭係合面を設けると有用とし得る。このように、個々の係合面は特に幅狭であり、これが上述した主な利点を更に向上させる。
【００１０】
別の有利な手段は、少なくとも弁座が少なくとも１つの環状の連続した幅狭係合面を備え得ることである。焼き入れ鋼から成る弁座が焼き入れ前に小片を除去することで比較的簡単に加工し得るから製造を簡易化する。さらにまた、これは、幅狭係合面を画定する凹所の深さを変更することなく、所望により、弁ディスクの円錐面が簡単に再研削し得ることを保証する。従って、これも弁の保全を簡易化する。
【００１１】
別の進展した克服手段では、各々の幅狭係合面は鋭利な横方向の端縁（ｅｄｇｅｓ）を備え得る。これは、横方向の端縁領域に到達する燃焼残留物の特に良好な粉砕につながる。
【００１２】
有利なことに、弁装置の一部の全ての係合面の全幅はそれぞれの割り当てられた円錐面の平均直径の０．５％〜２％まで、好ましくは１％〜１．５％までにし得る。これは本発明による係合面の極めて小さな幅につながる。これは特に熱伝達性の低さ及び燃焼残留物の良好な粉砕につながる。試験では、個々の係合面の幅が２ｍｍで非常に良好な結果が達成された。
【００１３】
それぞれの係合面を画定する凹所の深さは、予期される燃焼残留物の厚さよりも大きいことが有利である。これは、燃焼残留物が上述した凹所内に圧入されずに前記凹所内に圧縮され、すなわち該凹所を埋めるが、燃焼残留物が信頼し得るように粉砕されて脱出し得ることを保証する。同時に、これは上述した凹所が比較的大きな容積になることにつながり、その結果、燃焼に関与せず、従って弁座を冷却することができる多量の空気が前記凹所内に存在する。大型２サイクルディーゼルエンジンで行った試験では、１ｍｍよりも大きく、好ましくは３ｍｍまでの凹所で良好な結果が得られた。
【００１４】
特に好ましい手段は、燃焼チャンバーの方向から観た第１幅狭係合面が燃焼チャンバーに面する側の実質的な凹所によって画定されることであり得る。この凹所は、弁装置が閉じた時の小さな間隙によって燃焼チャンバーに接続され、かつ好ましくは下流の凹所に比較して比較的大きな容積を備える。燃焼チャンバーへの間隙による接続にも拘わらず、凹所内に取り込まれる空気は燃焼に関与せず、弁座の良好な冷却に通じる。
【００１５】
同時に、間隙はそれぞれの比較的大きな実質的な凹所によって形成される燃焼チャンバー内の突風につながる。この突風はさらに冷却効果を改善しかつ円錐面の信頼し得る洗浄につながる。従って、隣接する幅狭係合面の端縁によって予め粉砕された燃焼残留物の蓄積が防止される。これは克服手段の利点をさらに増大させる。
【００１６】
更に進展した克服手段では、弁座及び弁ディスクの対向する円錐面の傾斜角を互いに対して逸らすことができ、好ましくは０．５°である。これは特に幅狭の対向接触面につなり、従って特に往復熱伝達性の低さ並びに影響を及ぼす燃焼残留物の極めて優れた粉砕に通じる。
【００１７】
他の有利な実施形態及び有用に進展した克服手段は従属請求項に言及され、かつ以下の実施形態の説明及び図面中に見出すことができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の適用分野は充気交換弁、好ましくはシリンダーヘッド内に配置された大型排気弁を有する大型２サイクルディーゼルエンジンを具備する燃焼エンジンである。基本的構造及びそのようなエンジンの機能モードは一般的に周知であり、したがって本明細書では詳細な説明を要しない。
【００１９】
上述した形式の排出弁装置とし得る、図１の充気交換処理装置は、固定部材１すなわち上述した大型２サイクルディーゼルエンジンの例ではシリンダーヘッドに割り当てられ、かつ割り当てられたガスチャンネル２の入口すなわち上述した例では廃棄ガス（ｗａｓｔｅ ｇａｓ）の入口に配置されてこの入口を包囲する弁座３、及び上述した例に対して可動であり、かつ弁座３に密封位置づけし得る（図示しない）作動装置と共に作動するシャフト５の下側端部に配置される弁ディスク６を有する弁部分４を備える。弁座３及び弁ディスク６は部分的に密封位置に位置づけ得る、対向する円錐面７及び／又は８を備える。
【００２０】
本願のケースでは、弁座３は、割り当てられた固定部材１すなわち上述した実施形態ではシリンダーヘッドに挿入されるシート部分９上に形成される。前記シート部分は焼き入れ鋼で作られる。弁座３を含むシート部分９は冷却剤を充填した（図示しない）冷却チャンネルによって冷却される。これらのチャンネルは要素１内に配置されて焼き入れ鋼の硬度を保持する。可動な弁部分４は、冷却を何等必要としない高温耐性材料で完全に構成し得るか、あるいは少なくとも弁ディスク６の領域内だけ高温耐性料で構成し得る。従って、弁座６は作動中弁座３より高温になる。
【００２１】
弁座３の円錐面７、８及び弁ディスク６は、むしろ少なくとも相対的に幅狭の環状連続係合面１０でのみ以外は、これらの全幅に亘って相互に重なり合って静置しない。図示した実施形態では、軸線方向に互いに離隔されたそのような２つの係合面１０はそれぞれの割り当てられた円錐面７及び／又は８の上側及び下側端縁内に配置される。
【００２２】
前記円錐面は、実際に環状の連続したチャンバーを形成する、小片削除によって形成される実質的に環状の連続した凹所１１及び／又は１１ａにより少なくとも一側に画定される。実質的な凹所１、１１ａがウェブ１２を形成し、かつ該ウェブの上側はそれぞれの係合面１０を形成する。ウェブ１２の断面にはそれぞれの係合面１０に向けて適切なテーパが付されている。係合面１０は研削面として形成され、これにより係合面と共に作動しかつ研削もなされた対向面上の正確な支持を保証する。実質的な凹所１１、１１ａの領域にはより粗い面を形成し得る。
【００２３】
実質的な凹所１、１１ａは燃焼残留物が留まり得ない比較的大きなチャンバーを形成する。前記燃焼残留物は上述したチャンバーから落下しかつ廃棄ガスと共に逃げ得る。これは鋸歯状切れ込みを生じる危険がないことを意味する。幅狭係合面１０はこの領域に到達する燃焼残留物を粉砕し、この粉砕は燃焼残物を逃げ易くする。これは吹き出しの始点である鋸状切れ込み及び通路の形成を阻止する。同時に、比較的高温な弁ディスク６と、より低い温度に保持される弁座７の間には比較的小さな接触面が存在する。弁座７が弁ディスク６によって顕著に加熱される危険性はなく、それ故、焼き入れされた弁座３は自身の硬度を損失しない。比較的深い凹所１によって形成されたチャンバーは、燃焼に関与しない比較的大量の空気をさらに取り込むことができ、したがって更なる冷却効果を付与することができる。
【００２４】
実質的な凹所１１、１１ａ及びウェブ１２と共に係合面１０を形成する輪郭は、弁ディスクの円錐面８の領域又は弁座及び弁ディスクの円錐面７、８の領域に設け得る。図示する好ましい実施形態では、係合面１０は、弁座３の円錐面７の領域にのみ設けられる。実質的な凹所１１、１１ａは有利にはシート部分９の焼き入れ前に形成することができる。
【００２５】
係合面１０は焼き入れ後に研削し得る。弁ディスク６の円錐面８も時々再研削される研削面として形成される。これは、実質的な凹所１１、１１ａの輪郭の深さを変えることなく容易に行い得る。実質的な凹所１１、１１ａが弁ディスクの側に設けられる限り、これらの凹所は再研削の間にいちだんと深くされなければならない。何故なら、係合面１０が研削面として形成されるから、図２に示すように、これらの係合面は鋭利な横方向の端縁につながる。前記鋭利な横方向の端縁はナイフ状の態様で燃焼残留物を粉砕することができる。
【００２６】
環状の連続した幅狭係合面１０の幅ｂは、弁装置の一部、本実施形態では弁座３のこれら全ての係合面１０の全幅は、円錐面７及び／又は８の全ての係合面１０の全幅が、それぞれの円錐面７及び／又は８の平均直径の０．５％〜２％、好ましくは１％〜１．５％であるように寸法づけられるように選択される。有用な係合面１０の数は、結果として得られる個々の係合面の幅が２ｍｍ以下であるように適切に選択される。試験中、これは良好な結果をもたらした。
【００２７】
係合面１０の横方向の限度を形成する実質的な凹所１１、１１ａの深さｔは、燃焼残留物の予期される厚さよりも大きく選択されなければならない。大抵の場合、下限は０．４〜０．５ｍｍである。適切には、深さｔは少なくとも１ｍｍ、好ましくは１ｍｍ以上とし得る。大型２サイクルディーゼルエンジンによる試験では、３ｍｍまでの深さが良好な結果をもたらした。図示する実施形態では、２つの係合面すなわち燃焼チャンバの近くの係合面１０より下流の実質的な凹所１１に設けた実質的な凹所１１の深さｔは、幅ｂにおおよそ対応する。
【００２８】
単純なケースでは、係合面１０に割り当てられた実質的な凹所１１、１１ａは同一深さを有し得る。図示する好ましい実施形態では、燃焼室の方向から観ると燃焼チャンバ側に係合面１０を画定する実質的な凹所１１ａ、すなわち第１係合面１０より上流の実質的な凹所１１ａは、第１係合面１０より下流の実質的な凹所１１よりもかなり深く、従って、より大容積でもある。図示する実施形態では、実質的な凹所１１ａの断面の表面は実質的な凹所１１の断面の表面の約５倍もの大きさである。したがって、これも実質的な凹所１１ａの比較的大きな容量を得る結果となる。弁装置が閉じると、前記実質的な凹所１１ａは幅狭の間隙１４によって隣接する燃焼チャンバーに連結される。実質的な凹所１１ａに含まれる空気が燃焼に関与しないように間隙１４はかなり狭くなる。しかしながら、それにも拘わらず燃焼圧力の実質的な凹所内の爆発につながるから、実質的な凹所１１ａを適切に含む弁座９の一部の材料を包囲する良好な冷却、及び同時に未燃焼空気によって弁ディスク６の円錐面８の良好な洗浄につながる。同じことが弁ディスク６の開放動作の初期段階における係合面１０に当てはまる。
【００２９】
弁の軸線ａに対する円錐面７、８の傾斜角度αは、例えば３０°〜５０°までの範囲内の特定のケースの要求に対応して選択し得る。４５°〜６０°の範囲が好ましい。小さな角度ｘは比較的急勾配の円錐面７、８にしたがって高圧力に通じる。従って、この場合には低範囲が有利とし得る。円錐面７、８は角度０．５°だけ互いに逸らし得る。弁座の側の円錐面７の角度αは弁ディスクの側の円錐面８の角度αよりも約０．５度だけ大きく、従って、半径方向外向きに開放する間隙を形成する。この寸法は上述したナイフ高価をさらに改善し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】充気交換処理弁装置を部分的に断面で示す図である。
【図２】図１に比べ拡大した図１の詳細図である。
【符号の説明】
２　ガスチャンネル（流れチャンネル）
３　弁座（固定弁座）
４　弁部分
６　弁ディスク
７、８　対向する円錐面
１０　幅狭係合面（係合面）
１１、１１ａ　凹所
１３　端縁
１４　間隙
【国際公開パンフレット】
2004504525.tif 000003
2004504525.tif 000004
2004504525.tif 000005
2004504525.tif 000006
2004504525.tif 000007
2004504525.tif 000008
2004504525.tif 000009
2004504525.tif 000010
2004504525.tif 000011
2004504525.tif 000012
2004504525.tif 000013
2004504525.tif 000014
2004504525.tif 000015
2004504525.tif 000016
2004504525.tif 000017
2004504525.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成14年1月5日(2002.1.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
割り当てられた流れチャンネル（２）を包囲する固定弁座（３）、該固定弁座に対して移動可能な弁部分（４）を有する燃焼機関、特に大型の２サイクルディーゼル機関の充気交換処理用弁装置において、
前記弁座（３）に密封位置づけし得る弁ディスク（６）、及び、
環状の連続する実質的な凹所（１１、１１ａ）によって少なくとも一側に画定され、かつ鋭利な横方向の端縁（１３）を備える研削面として形成される、前記弁座（３）及び前記弁ディスク（６）の対向する円錐面（７、８）のうちの少なくとも１つの領域に設けた幾つかの離隔した環状かつ連続した幅狭係合面（１０）を備え、
前記充気交換処理用弁装置の一部の全ての幅狭係合面（１０）の全体的な幅が割り当てられた前記円錐表面（７及び／又は８）の平均直径の０．５％〜２％までであることを特徴とする充気交換処理用弁装置。
【国際調査報告】
2004504525.tif 000019
2004504525.tif 000020
2004504525.tif 000021
2004504525.tif 000022
2004504525.tif 000023
2004504525.tif 000024