(57)【要約】本発明は、内燃エンジンのための軽金属吸気弁（１）に関し、軽金属吸気弁（１）は、弁ステム（２）と、凸状に湾曲した弁ディスク面（５）を有する弁ディスク（４）とを備えている。特定のアルミ合金の組合せにより、結果として幾何学的形状が初めて発見され、軽金属吸気弁（１）は、少なくともおおよそ、スチール弁のそれと同等の設計の堅牢性を有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃エンジンのための軽金属吸気弁（１）であって、
弁ステム（２）と、
凸状に湾曲した弁ディスク面（５）を有する弁ディスク（４）とを備えている
ことを特徴とする軽金属吸気弁。
【請求項２】
請求項１において、
上記軽金属吸気弁（１）が、アルミから作られている
ことを特徴とする軽金属吸気弁。
【請求項３】
請求項１または２において、
上記湾曲した弁ディスク面（５）は、中央部が周縁部よりもａ（０．５ｍｍ＜ａ＜２．０ｍｍ）だけ高い
ことを特徴とする軽金属吸気弁。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項において、
上記弁ディスク面（５）の周縁部により規定される弁ディスク平面（６）と弁スロート（３）に対する接線（７）との間のスロート角αは、３０°よりも大きい
ことを特徴とする軽金属吸気弁。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項において、
上記弁ステム（２）が、直径ｄ（５．５ｍｍ＜ｄ＜７．０ｍｍ）を有している
ことを特徴とする軽金属吸気弁。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項において、
上記軽金属吸気弁（１）が、２３〜２７体積％のケイ素と、３〜４体積％の鉄と、２．５〜３．５体積％のニッケルと、０．３〜０．７体積％のマグネシウムと、０．３〜０．７体積％のマンガンと、最大０．５体積％のチタンと、最大０．５体積％のジルコニウムと、最大０．５体積％のクロムと、残りのアルミニウムとを成分として含む合金で作られている
ことを特徴とする軽金属吸気弁。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか１項において、
上記軽金属吸気弁（１）が、４〜６体積％のニッケルと、１．５〜３．５体積％の鉄と、１．５〜３．５体積％の銅と、０．５〜１．５体積％のマンガンと、０．４〜０．８体積％のマグネシウムと、０．４〜０．８体積％のチタンと、０．５〜１．０体積％のジルコニウムと、０．６〜１．０体積％のモリブデンと、残りのアルミニウムとを成分として含む合金で作られている
ことを特徴とする軽金属吸気弁。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項において、
上記軽金属吸気弁（１）が、３００℃で２００ＭＰａ、３５０℃で１５０ＭＰａ、および４００℃で８５ＭＰａの最小引張り強さを有するアルミ合金から形成されている
ことを特徴とする軽金属吸気弁。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項において、
上記軽金属吸気弁（１）は、全体もしくは少なくとも一部が特にクロムもしくはニッケルで被覆され、または窒化され、
上記軽金属吸気弁（１）は、全体または少なくとも一部がセラミックス被膜、特に二酸化チタン被膜を有している
ことを特徴とする軽金属吸気弁。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項において、
上記軽金属吸気弁（１）は、全体または少なくとも一部が硬質陽極酸化処理され、
被膜は、埋め込まれたナノセラミックス粒子を含んでいる
ことを特徴とする軽金属吸気弁。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項において、
弁スロート半径Ｒは、１５ｍｍよりも大きい
ことを特徴とする軽金属吸気弁。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載された軽金属吸気弁（１）を少なくとも１つ備えた内燃エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃エンジンのための軽金属吸気弁に関する。本発明は、また、少なくとも１つのそのような軽金属吸気弁を備えた内燃エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガソリンエンジンの吸気弁は、例えば３５０〜４００℃といった比較的中程度の部品温度にさらされる。よって、アルミ吸気弁または、一般に、軽金属吸気弁がこの用途のためにまた使用され得る。しかしながら、スチールに比べて低いそれらの強度は欠点である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
したがって、本発明は、内燃エンジンにおいて使用され得る軽金属吸気弁を提供するという問題に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この問題は、本発明にしたがって独立請求項の主題により解決される。有利な実施形態は従属請求項の主題である。
【０００５】
本発明は、ガソリンエンジンでの使用に適した軽金属吸気弁、特にアルミ吸気弁を、従来から一般的なスチール弁のための設計から変更して、特別な高性能のアルミ合金を使用して作るという一般的概念に基づいている。本発明によると、内燃エンジンのための軽金属吸気弁は、したがって、弁ステムに加えて、従来のスチールから作られた弁とは対照的に凸状に湾曲した弁ディスク弁を有する弁ディスクを備えている。凸状に湾曲した弁ディスク面のために、形状および／または設計が、ガソリンエンジンにおける軽金属吸気弁の使用のために必要な程度に堅牢となるように構成され得る。もちろん、軽金属吸気弁の材料の個々の合金成分を変更することによって強度がまた最適化され得る。これに関連して特に好適なのは、弁ディスク面の中央部が約０．５〜２ｍｍだけ弁ディスクの周縁部よりも高くなるように弁ディスク面を円頂形にすることであった。
【０００６】
本発明に係る軽金属吸気弁の弁設計の堅牢性をさらに向上させることができるように、弁スロートのスロート角αは３０°よりも大きくあるべきである。
【０００７】
好適には、軽金属吸気弁はアルミまたはアルミ合金から形成されていて、したがってスチール製の弁と比較して十分に軽い重量を有しており、そのことは内燃エンジンの動作中の高速な並進運動において特に有利な効果を奏する。
【０００８】
さらに、スチールに比べて高いアルミの熱伝導率のために、弁ヘッドにおける、特に弁ディスク面における温度降下が実現され得る。
【０００９】
本発明に係る解決法の有利な改良点では、軽金属吸気弁は、３００℃で２００ＭＰａ、３５０℃で１５０ＭＰａ、および４００℃で８５ＭＰａの最小引張り強さを有するアルミ合金から形成されている。これらの温度におけるそのような最小引張り強さは、ガソリンエンジンにおけるそのような軽金属吸気弁の使用を可能とする。
【００１０】
好適には、軽金属吸気弁は、全体がもしくは少なくとも一部が例えばクロムやニッケルで被覆され、もしくは窒化され、またはセラミックス被膜、特に二酸化チタンで被覆されている。クロムおよびニッケルの被膜ならびに窒化膜は、従来技術の摩耗保護層として既に知られている。斬新さはセラミックスでアルミ吸気弁を被覆することにあり、それはまた弁の機能表面を摩耗から保護することを意図している。機能表面は、弁座、弁ステム、弁溝、およびステムの端面である。特に有利なセラミックス被膜を有する摩耗保護層は、アルミニウムを硬質陽極酸化処理する一方で併せてナノセラミックス粒子を埋め込むことによって得られる。結果として得られるセラミックス被膜は、非常に高い硬度を有しそれゆえに弁の表面硬化をもたらし得る、ミクロ架橋されたナノ構造の酸化アルミニウム層である。
【００１１】
本発明の別の重要な特徴および利点は、従属請求項から、図面から、図面に基づいた関連する図の説明から明らかになるだろう。
【００１２】
上述したまたは後述する特徴は、それぞれに述べら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使用され得ることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、弁ステムおよび弁ディスクの領域において、本発明に係る軽金属吸気弁を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の好ましい実施形態について図示すると共により詳細に説明する。
【００１５】
図１によると、ここでは図示しない内燃エンジンのための軽金属吸気弁１は、弁ステム２と、この弁ステム２に弁スロート３を介して接続された弁ディスク４とを備えている。
【００１６】
本発明によると、弁ディスク４は凸状に湾曲した弁ディスク面５を有しており、湾曲した弁ディスク面５は、中央部が周縁部よりもａ（０．５ｍｍ＜ａ＜２．０ｍｍ）だけ高い。凸高さａは、よって、０．５〜２．０ｍｍの範囲内にある。概して、本発明に係る軽金属吸気弁１はアルミまたはアルミ合金から作られており、それらは特に次の成分を含んでいる。すなわち、２３〜２７体積％のケイ素、３〜４体積％の鉄、２．５〜３．５体積％のニッケル、０．３〜０．７体積％のマグネシウム、最大０．５体積％のチタン、最大０．５％のジルコニウム、最大０．５体積％のクロム、および残りのアルミニウムである。
【００１７】
本発明に係る軽金属吸気弁１のために特に有利な他のアルミ合金は、次の成分を含んでいる。すなわち、４〜６体積％のニッケル、１．５〜３．５体積％の鉄、１．５〜３．５体積％の銅、０．５〜１．５体積％のマンガン、０．４〜０．８体積％のマグネシウム、０．４〜０．８体積％のチタン、０．５〜１．０体積％のジルコニウム、０．６〜１．０体積％のモリブデン、および残りのアルミニウムである。
【００１８】
軽金属吸気弁１に適したアルミ合金は、好ましくは、３００℃で２００ＭＰａ、３５０℃で１５０ＭＰａ、および４００℃で８５ＭＰａの最小引張り強さを有している。さらに、本発明に係る軽金属吸気弁１の少なくとも一部が、特にクロムまたはニッケルで被覆されていることも考えられる。また、軽金属吸気弁１が、全体的なまたは少なくとも部分的なセラミックス被膜、特に二酸化チタンを含むセラミックス被膜、および／または、ナノセラミックス粒子が埋め込まれた硬質陽極酸化処理表面を有することも考えられる。
【００１９】
軽金属吸気弁１の強度の向上を多分に担っておりかつまず第一に内燃エンジンにおける軽金属吸気弁１の使用を可能とするものである湾曲した弁ディスク面５において、弁ディスク面５の周縁部によって規定される弁ディスク平面６と弁スロート３に対する接線８との間のスロート角αが３０°よりも大きいことが付加的に可能である。比較的大きなスロート角αのために、比較的コンパクトな弁ディスク４と弁ステム２への比較的滑らかな移行部とが実現され、その結果として、軽金属吸気弁１の設計の堅牢性を向上させる幾何学的形状が実現され得る。
【００２０】
弁ステム２の円柱状部分は、通常、５．５〜７．０ｍｍの直径ｄを有しており、スロート半径Ｒから弁シャフトの円柱状部分への移行部における直径ｄが円錐状に減少することも考えられる。弁ヘッド４は、好ましくは、１５ｍｍよりも大きな半径ｒを有している。
【００２１】
本発明に係る軽金属吸気弁によると、それは通常はアルミ吸気弁として設計されるが純粋に理論的には別の軽金属から作ることも可能であり、軽金属吸気弁１の選択された幾何学的形状は、ガソリンエンジンにおける軽金属吸気弁の使用を初めて可能とする。従来から知られているスチール弁の幾何学的形状は、設計の十分な堅牢性を保証しない。この堅牢性は、本発明にしたがって、円頂形の、すなわち凸状にかつ外方へ湾曲した弁ディスク面５と比較的大きなスロート角αによって実現され、当該スロート角αは、弁ディスク４から弁スロート３への滑らかな移行部を提供し、よって弁スロート３の比較的コンパクトな形状を提供する。
【図１】
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【国際調査報告】
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