(57)【要約】【課題】ガス交換弁の向上したまたは少なくとも代替的な実施形態を提供する。【解決手段】本発明は、弁プレート（２）および弁ステム（３）を備える、内燃エンジンのガス交換弁（１）に関する。この文脈において、本発明の目的のために必須なことは、弁ステム（３）の少なくとも一部にニッケル−リン層（４）が設けられ、当該ニッケル−リン層（４）のリン含有率が１０体積％を上回り、特に１１〜１３体積％であることである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁プレート（２）および弁ステム（３）を備える、内燃エンジンのガス交換弁（１）であって、
少なくとも上記弁ステム（３）の少なくとも一部に設けられたニッケル−リン層（４）を有し、
上記ニッケル−リン層（４）のリン含有率は、１０体積％を上回り、特に１１〜１３体積％である
ことを特徴とするガス交換弁。
【請求項２】
請求項１において、
上記ニッケル−リン層（４）が、８〜１５μｍの層厚さｄＮＰを有している
ことを特徴とするガス交換弁。
【請求項３】
請求項１または２において、
上記ガス交換弁（１）と上記ニッケル−リン層（４）との間の接着層として、ニッケルストライク層（５）が設けられている
ことを特徴とするガス交換弁。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項において、
上記ニッケル−リン層（４）の少なくとも一部が、クロム層（６）により覆われている
ことを特徴とするガス交換弁。
【請求項５】
請求項４において、
上記クロム層（６）および上記ニッケル−リン層（４）は、併せて２５μｍ以下の総厚さｄを有している
ことを特徴とするガス交換弁。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項において、
上記ニッケル−リン層（４）が、上記弁ステム（３）における弁ガイド（７）の領域のみに設けられている
ことを特徴とするガス交換弁。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項において、
上記ガス交換弁（１）が、Ｘ５０ＣｒＭｎＮｉＮｂＮ２１−９（１．４８８２）鋼、ＮｉＣｒ２０ＴｉＡｌ（Ｎｉｍｏｎｉｃ  ８０Ａ  ２．４９５２）鋼、またはＮｉｒｅｖａ  ３０１５鋼から作られている
ことを特徴とするガス交換弁。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のガス交換弁（１）を被覆するための方法であって、
少なくとも上記弁ステム（２）における弁ガイド（７）の領域にニッケルストライク層（５）をガルバニック的に設け、
少なくとも上記弁ガイド（７）の領域に、１０体積％を上回るリン含有率を有するニッケル−リン層（４）をガルバニック的に設ける
ことを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項８において、
上記ニッケル−リン層（４）が、少なくとも部分的にクロム層（６）により覆われている
ことを特徴とする方法。
【請求項１０】
ガス交換弁（１）を被覆するための装置であって、
内部にアノード（１１）が配設されたガルバニック槽（９）を備え、
上記アノード（１１）は、被覆されるガス交換弁（１）の弁ステム端部が嵌め込まれる取付部（１２）を有し、
上記アノード（１１）は、上記ガス交換弁（１）の弁スロート（１４）に対応する凹輪郭（１３）を有し、
弁プレート（２）の基部に面で載置可能なカソード（１５）を備え、
上記カソード（１５）を介して上記ガス交換弁（１）に電流が流れ得るように構成されている
ことを特徴とする装置。
【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された弁プレートおよび弁ステムを備えた、内燃エンジンのガス交換弁に関するものである。本発明は、さらに、そのようなガス交換弁を被覆するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
弁プレートおよび弁ステムを備えた、内燃エンジンの一般的なガス交換弁が特許文献１から知られている。この場合、内燃エンジンの燃焼室に直接面しない弁プレートの側部は触媒被覆を有しており、弁プレートに隣接する弁ステムの表面は抗粘着被覆を有している。この構成は、特に、ガス交換弁が作動中に過度に炭化するのを防止することを意図している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０３５８７２９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
内燃エンジンのガス交換弁は、概して、高い温度的および／または機械的なストレスにさらされる。熱的ストレスに加えて、例えばオイル、潤滑剤、または他の物質による化学的ストレスもまた非常に大きい。なぜなら、それらの物質は往々にして耐食性や耐摩耗性に対する損傷効果を有しているためである。
【０００５】
したがって、本発明は、一般的な種類のガス交換弁の向上したまたは少なくとも代替的な実施形態を提供するという問題に対処することを目的とし、当該ガス交換弁は、特に、より優れた耐摩耗性およびより優れた耐食性に特徴がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この問題は、本発明に従って独立請求項１の手段により解決される。有利な実施形態は従属請求項の主題である。
【０００７】
本発明は、それ自体既知の、弁プレートおよび弁ステムを備えた、内燃エンジンのガス交換弁において、少なくとも弁ステムの少なくとも一部にニッケル−リン層をガルバニック的に（galvanically）設けるという一般概念に基づいている。そのようなニッケル−リン層は、１０体積％を上回るリン含有率、特に１１〜１３体積％のリン含有率を有している。そのような１０体積％を上回る非常に高いリン含有率により、これまでに達成できなかったレベルの耐食性を提供することが可能となる。驚いたことに、このように作り出されたニッケル−リン層は結晶間腐食、高温ガス腐食、および凝縮腐食にも耐性があることが実証された。そのような高いリン含有率を得るために、ガルバニック流体は、まず、ガルバニック被覆の間非常によく混合される必要があり、それにより十分な量のリンが確実に存在するようにし、かつ被覆の間に生成されて弁輪郭、特に弁ステムの領域に集まる水素がリンの堆積を妨げないようにする。被覆は、また、３．５〜４．５Ａ／ｄｍ２の範囲の比較的低い電流密度において実行されなければならない。これは、ニッケル層における最大のリン含有率が実現される電流密度範囲である。しかしながら、このことは、また、より長い被覆時間を必要とする。この文脈において、極めて均一な層厚さ分布が、例えば形付けられたアノードの使用により得られる。
【０００８】
ニッケル−リン層は、便宜的に、８〜１５μｍの層厚さｄＮＰを有している。この程度の層厚さは、ガス交換弁の高い耐摩耗性のみでなく非常に高い耐食性をも保証する。当該ガス交換弁は、特に入口弁または出口弁として使用されるときに、高い化学的、熱的、および機械的ストレスにさらされる。
【０００９】
本発明に係る解決法の有利な改良では、特に高合金綱へのニッケル−リン層の向上した接着および向上した接合を可能とするために、ガス交換弁とニッケル−リン層との間の接着層としてニッケルストライク層が設けられる。そのようなニッケルストライク層は、典型的には、たった１〜２μｍの厚みを有していて、それでもニッケル−リン層とガス交換弁との間の非常に強い接合を保証する。
【００１０】
本発明に係る解決法の別の有利な実施形態では、ニッケル−リン層の少なくとも一部がクロム層で覆われている。この文脈において、クロム層を設けることは完全に任意であって、当該クロム層は、典型的には不透過的にシールされかつ亀裂がない状態で薄膜の形態で設けられる。このことは、耐食性をさらに向上させることに役立つ。しかしながら、そのような追加的な全く任意のクロム層は、ニッケル−リン層によって既に提供された向上した耐摩耗性が、特に極度の潤滑不足の状態において、十分でない可能性がある場合に限って設けられる。そのような状況において、特に弁ステムの弁ガイド領域がそのようなクロム層で追加的に被覆されてもよい。当該領域では、熱的および化学的ストレスに加えて生じる機械的ストレスが非常に大きいためである。
【００１１】
本発明に係る解決法の有利な改良では、クロム層とニッケル−リン層とは、併せて２５μｍ未満の厚さを有している。この方法では、機能およびコストの点で最適な解決法を示す被覆が作られる。
【００１２】
本発明は、また、ガス交換弁を被覆するための方法について述べるという一般的概念に基づいている。当該方法では、まず、被覆されるガス交換弁の弁ステムの少なくとも弁ガイドの領域にニッケルストライク層が設けられる。このニッケルストライク層は、１０体積％を上回るリン含有率、特に１１〜１３体積％のリン含有率を有し、後から当該領域に設けられるニッケル−リン層のための結合剤として機能する。この場合、ニッケルストライク層は、薄膜の形状を有しかつ典型的にはたった１〜２μｍの厚みを有する。それでも、ニッケルストライク層は、耐食性および耐摩耗性を向上させるように意図されたニッケル−リン層との最適な接着のための状態を提供する。特に、ニッケル−リン層における高いリン含有率は、良好な耐食性をもたらしかつ特に結晶間腐食、高温ガス腐食、および凝縮腐食を抑制するのに効果的である。
【００１３】
耐摩耗性および耐食性をさらに向上させるために、ニッケル−リン層の少なくとも一部がクロム層で覆われていてもよい。このクロム層は、典型的には亀裂がなく、よって潤滑不足の状態において耐食性および耐摩耗性の両方を向上させる。
【００１４】
本発明は、ガス交換弁を被覆するための装置について述べるという別の一般的概念に基づいている。当該装置は、ガルバニック流体を収容するガルバニック槽と、その中に配設されたアノードおよびカソードとを備えている。この文脈において、アノードは、被覆されるガス交換弁の弁ステム端部が嵌め込まれる、特に中央部に位置する取付部を有している。アノードは、また、ガス交換弁のスロートに対応する凹輪郭を有していて、よって被覆されるガス交換弁をアノードにおいて固定位置に保持することができる。ガルバニック槽にはカソードがまた設けられており、当該カソードは、弁プレートの基部に面で載置されていてもよく、そのため、被覆を実行するために、電流が当該カソードを通ってガス交換弁に流れ得る。弁プレートの基部とカソードとの接触を通じて、ガス交換弁は実際のカソードとして機能し、ガス交換弁を収容しかつ被覆されるガス交換弁の領域、特に弁ステムをメッシュの態様で取り囲む保持装置はアノードとして機能する。どちらも電極であり、アノードは、通常、不溶性の混合金属酸化物から作られ（ＭＭＯアノード）、それは被覆プロセスにおいて溶けないという利点を有し、それにより弁からの一定距離、およびその結果としての均一な被覆を保証する。ガルバニック槽がよく混合されることを確実にして、十分なリンが存在すること、および被覆プロセスの間に生成されて弁輪郭に集まる水素がリンの堆積を妨げないことを確実にするために、プロペラ等のような混合装置が設けられていてももちろんよい。
【００１５】
本発明の別の重要な特徴および利点は、従属請求項および図面に記載されていて、関連する図を参照した図面の説明を読むことにより導き出されるだろう。
【００１６】
もちろん、上述したまたは後述する特徴は、それぞれに記載された組合せにおいてのみでなく、本発明の範囲を逸脱することなく他の組合せにおいてまたは単独で用いられ得る。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明に係るガス交換弁の拡大挿入図を伴う概略断面図である。
【図２】図２は、ガス交換弁を被覆するための本発明に係る装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面に示すと共により詳細に説明する。同一のもしくは類似した、または機能的に等価な構成要素には同じ参照符号を付している。
【００１９】
図１によると、内燃エンジン（図示せず）の本発明に係るガス交換弁１は、弁プレート２および弁ステム３を備えている。ガス交換弁１は、通常、入口弁または出口弁である。内燃エンジンの動作中に生じる高い熱的、機械的および化学的なストレスにさらされた時に向上した耐食性および耐摩耗性を提供することができるよう、本発明に係るガス交換弁１の少なくとも弁ステム３の少なくとも一部は、ガルバニック的に適用されたニッケル−リン層４で被覆されており（図１の拡大挿入図を参照）、当該被覆は１０体積％よりも高いリン含有率を有している。実際、ニッケル−リン層４のリン含有率は、理想的には、１１〜１３体積％の高さである。この高いリン含有率は、よって、良好な耐食性をもたらし、ニッケル−リン層４は、特に、結晶間腐食、高温ガス腐食および凝縮腐食に対する保護を提供するように設計されている。
【００２０】
ニッケル−リン層４は、典型的には、８〜１５μｍの層厚さｄＮＰを有している。この文脈において、弁ステム３の高合金綱との最良の接着を作り出せるように、ニッケルストライク層５がガス交換弁１とニッケル−リン層４との間に設けられていてもよい。当該ニッケルストライク層５の厚みは１〜２μｍである。
【００２１】
耐摩耗性および耐食性をさらに向上させるために、ニッケル−リン層４の少なくとも一部がまたクロム層６で被覆されていてもよく、当該クロム層６は薄膜の形態で設けられていて、典型的には不透過的にシールされかつ亀裂がない。しかしながら、そのようなクロム層６は全く任意に設けられるものであって、ニッケル−リン層４によって既に提供された向上した耐摩耗性および耐食性が不十分である場合に設けられてもよい。全体で、クロム層６とニッケル−リン層４とは、併せて２５μｍよりも薄い厚みｄを有するべきである。特に弁ガイド７の領域において高い機械的ストレスが生じるため、より優れた耐摩耗性および耐食性が求められ、本発明に係るニッケル−リン層４および任意のクロム層６を当該領域に適用することが望ましい。
【００２２】
ガス交換弁１そのものは、既知の高合金綱、例えばＸ５０ＣｒＭｎＮｉＮｂＮ２１−９（１．４８８２）鋼、ＮｉＣｒ２０ＴｉＡｌ（Ｎｉｍｏｎｉｃ  ８０Ａ  ２．４９５２）鋼、またはＮｉｒｅｖａ  ３０１５鋼から作られている。
【００２３】
図２では、ガス交換弁１を被覆するための装置８が示されており、当該装置８は、その中にアノード１１が配設されたガルバニック流体１０を収容するガルバニック槽９を備えている。アノード１１は、被覆されるガス交換弁１の弁ステム端部が嵌め込まれる取付部１２と、ガス交換弁１の弁スロート１４を保持するように形成された凹輪郭１３とを有している。カソード１５がまた設けられかつ弁プレート２の基部に面で載置されており、当該カソード１５を通って電流源１６からガス交換弁１に電流が流れ得る。この場合、ガス交換弁１は実際のカソードとして機能し、それを通ってアノード１１へと電流が流れる。混合装置１７がまた設けられていてもよく、当該混合装置１７によりガルバニック被覆プロセスの間ガルバニック流体１０がよくかき混ぜられ、それにより、リン含有率が、弁ステム３の表面上にニッケル−リン層４が作られるのを可能にするのに常に十分に高いことが確実になる。このことは、また、リンの堆積を妨げるであろう水素の望ましくない蓄積を防止する。この文脈において、アノード１１は、典型的には、混合金属酸化物（ＭＭＯ）のアノードである。もちろん、向上した耐摩耗性および耐食性を提供するために、弁ステム３のみでなく少なくとも弁スロート１４をも本発明に係るニッケル−リン層４および任意にクロム槽６で被覆することも考えられる。
【００２４】
本発明に係るニッケル−リン層４および１０体積％を上回るその比較的高いリン含有率、および任意のクロム層６により、従来の類似の被覆では実現できなかった特に優れた耐摩耗性および耐食性を提供することが可能であることが実証された。
【符号の説明】
【００２５】
１    ガス交換弁
２    弁プレート
３    弁ステム
４    ニッケル−リン層
５    ニッケルストライク層
６    クロム層
７    弁ガイド
１１    アノード
１２    取付部
１３    凹輪郭
１４    弁スロート
１５    カソード
【図１】
2016114054.tif 000003
【図２】
2016114054.tif 000004