(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブステム（２）、およびフィレット部（６）を含むバルブヘッド（４）を有するバルブ本体と、
前記フィレット部（６）の外面に配置された所定の形状の少なくとも１つの突起（８）と、を含む、内燃機関用ポペットバルブであって、
前記少なくとも１つの突起（８）が、溶接法を使用して前記フィレット部（６）の外面に材料を堆積させることによって得られる、少なくとも１つの溶接シーム（１０）により形成されており、
前記少なくとも１つの突起（８）が、重ね合わされたいくつかの溶接シーム（１０）を含み、
前記少なくとも１つの突起が、少なくとも部分的に軸方向に延びる羽根の形状を有する、ポペットバルブ。
【請求項２】
バルブステム（２）、およびフィレット部（６）を含むバルブヘッド（４）を有するバルブ本体と、
前記フィレット部（６）の外面に配置された所定の形状の少なくとも１つの突起（８）と、を含む、内燃機関用ポペットバルブであって、
前記少なくとも１つの突起（８）が、溶接法を使用して前記フィレット部（６）の外面に材料を堆積させることによって得られる、少なくとも１つの溶接シーム（１０）により形成されており、
前記少なくとも１つの突起（８）が、重ね合わされたいくつかの溶接シーム（１０）を含み、
前記少なくとも１つの突起（８）が、環状リブの形状を有し、
前記環状リブの高さおよび／または幅が、円周方向に変化している、ポペットバルブ。
【請求項３】
前記少なくとも１つの突起（８）の材料が、前記バルブ本体の材料と異なる、請求項１または２に記載のポペットバルブ。
【請求項４】
前記少なくとも１つの突起（８）が、異なる材料の溶接シーム（１０）を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のポペットバルブ。
【請求項５】
前記少なくとも１つの突起（８）が、環状リブの形状を有する、請求項１、３および４のいずれか一項に記載のポペットバルブ。
【請求項６】
前記環状リブの高さおよび／または幅が、円周方向に変化している、請求項５に記載のポペットバルブ。
【請求項７】
前記羽根の高さおよび／または幅が、軸方向に変化している、請求項１に記載のポペットバルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バルブヘッドのフィレット部に突起が設けられたポペットバルブ、特には、内燃機関用ポペットバルブに関する。特に、本発明は、そのようなポペットバルブの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
バルブヘッドには、該バルブヘッドのいわゆるフィレット部、すなわち燃焼室とは反対側のバルブヘッドの側面に、１つまたは複数の突起を設けることができる。インレットバルブでは、このような突起は、燃焼を改善するために燃料の流れを燃焼室に向けるのに役立つ。アウトレッドバルブでは、このような突起は、残留燃焼分子をより適切に排出するために排気システムの方向にガスを導くことに使用される。
【０００３】
現在、バルブヘッドのフィレット部に突起を有するポペットバルブは、鍛造加工を用いて製造されているが、鍛造加工は、突起を形成するのに必要とされる鍛造の複雑な形状のために調整が難しい。この鍛造加工に使用されるツールは、高レベルの摩耗を受ける。鍛造ではより微細な構造を得ることができないため、通常は、鍛造加工の後に機械加工を行い、突起の最終形状を得てバルブを仕上げる必要がある。これは、鍛造加工のために、後に除去される追加の材料が必要であることを意味している。この鍛造による製造方法のさらに不利な面は、クラウン／フラップをバルブの他の部分と同じ材料で作る必要があることである。また、この方法は、深絞り加工を用いて製造される超軽量バルブには適していない。
【０００４】
したがって、本発明の目的は、これらの問題を回避するバルブヘッドのフィレット部に突起が設けられたポペットバルブの製造方法を提供し、それに従って製造されるポペットバルブを提供することである。
【発明の概要】
【０００５】
この目的は、バルブステム、およびフィレット部を含むバルブヘッドを有するバルブ本体と、フィレット部の外面に配置された所定の形状の少なくとも１つの突起と、を含む、内燃機関用ポペットバルブであって；少なくとも１つの突起が、溶接法を使用してフィレット部の外面に材料を堆積させることによって得られる、少なくとも１つの溶接シームにより形成されている、ポペットバルブにより達成される。
【０００６】
本発明のさらなる態様では、少なくとも１つの突起の材料が、バルブ本体の材料と異なる。
【０００７】
別の態様では、少なくとも１つの突起が、重ね合わされたいくつかの溶接シームを含み得る。
【０００８】
別の態様では、少なくとも１つの突起が、異なる材料の溶接シームを含み得る。
【０００９】
別の態様では、少なくとも１つの突起が、環状リブの形状を有し得る。
【００１０】
別の態様では、環状リブの高さおよび／または幅が、円周方向に変化し得る。
【００１１】
別の態様では、少なくとも１つの突起が、少なくとも部分的に軸方向に延びる羽根の形状を有し得る。
【００１２】
別の態様では、羽根の高さおよび／または幅が、軸方向に変化し得る。
【００１３】
この目的は、内燃機関用ポペットバルブの製造方法であって、バルブステム、およびフィレット部を含むバルブヘッドを有するバルブ本体を提供するステップと、所定の形状の少なくとも１つの突起が少なくとも１つの溶接シームによって形成されるように、溶接法を使用してフィレット部の外面に材料を堆積させるステップと、を含む製造方法によってさらに達成される。
【００１４】
さらなる態様では、本発明の方法は、材料を粉末材料の形態で提供するステップを含むことができ、溶接法がレーザ溶接を含む。
【００１５】
この方法の別の態様では、なくとも１つの突起の材料が、バルブ本体の材料と異なっていてもよい。
【００１６】
別の態様では、この方法は、少なくとも１つの突起を形成するために、いくつかの溶接シームを重ね合わせるステップをさらに含み得る。
【００１７】
別の態様では、この方法は、異なる材料を提供して、異なる材料の溶接シームを形成するステップをさらに含み得る。
【００１８】
別の態様では、この方法は、材料を堆積させるステップの前に、フィレット部を機械加工するステップをさらに含み得る。
【００１９】
別の態様では、この方法は、材料を堆積させるステップの後に、少なくとも１つの突起を機械加工するステップをさらに含み得る。
【００２０】
本発明のさらなる態様によれば、バルブステム、およびフィレット部を含むバルブヘッドを有するバルブ本体と、フィレット部の外面に配置された所定の形状の少なくとも１つの突起と、を含む、内燃機関用ポペットバルブであって、上記方法のいずれか１つを使用して製造されるポペットバルブが提供される。
【００２１】
ここで、図面を参照して本発明をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の方法に従う工程前のポペットバルブを示す図である。
【図２】本発明に従って製造されたポペットバルブを示す図である。
【図３】本発明に従う別のポペットバルブを示す図である。
【図４】本発明の製造方法に従う突起の構築プロセスを示す図である。
【図５】本発明に従う方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は、以下に説明する少なくとも１つの突起の構築工程前のポペットバルブ（以下、単にバルブともいう）を示す。ポペットバルブは、バルブステム２およびバルブヘッド４を含むバルブ本体を備える。バルブヘッド４は、バルブステム２に面しかつ燃焼室とは反対側の該バルブヘッド４の側面に、フィレット部６を備える。本発明の文脈における「フィレット部」という用語は、ステムからバルブヘッドの外周まで延びるポペットバルブ上の部分をいう。多くの場合、バルブの軸方向断面において、フィレット部分は丸みを帯びた輪郭を有している。ここで、軸方向は、ポペットバルブの軸でもあるバルブステムの縦軸によって定義され、半径方向は、当該軸方向に対して垂直である。
【００２４】
図２および３は、フィレット部６の外面に配置された突起８を有するポペットバルブを示す。一般に、フィレット部６の外面には、複数の突起を配置することができる。少なくとも１つの突起は、以下に説明するように、クラッディング法を使用する少なくとも１つの溶接シームによって形成される。この方法によれば、特に、少なくとも１つの突起は、いくつかの溶接シームを重ね合わせることによって形成され、これにより、少なくとも１つの突起を所定の形状で形成することが可能になる。
【００２５】
図２では、突起８は、ポペットバルブの軸周りに延びる環状リブ（すなわち、バルブヘッド上の「クラウン」）の形状を有する。図３の突起８は、部分的に環状リブの形状を有するが、限られた角度範囲で、すなわち「フラップ」内にのみ延びている。同様に、フィレット部にいくつかのリブおよび／またはフラップが存在する可能性がある。突起は、軸方向に延びて示されている。もちろん、フィレット部の表面および／または軸方向に対して異なる角度で延びる突起が可能である。
【００２６】
図２および３に示す突起の形状は、可能な形状の例にすぎない。別の可能な形状は、例えば、その高さ（すなわち、フィレット部の表面からの延長）および／または幅が円周方向に変化する環状リブである。少なくとも１つの突起が、少なくとも部分的に軸方向に延びる羽根（すなわち、フィン）の形を有することも考えられる（不図示）。羽根（より正確には、羽根によって定義される平面）は、軸方向に平行であっても、軸方向に対して傾斜していても、特には湾曲していてもよい。羽根の高さおよび／または幅は、軸方向に変化し得る。羽根は、バルブ軸と平行でない場合、混合気または燃焼ガスに渦を発生させるために使用することができる。
【００２７】
さらに、突起の幅（フィレット部の表面に平行な延長）は変化し得る。この変化は、軸方向／円周方向に沿ったフィレット部の表面での幅の変化、ならびにフィレット部の表面からの距離による変化（すなわち、高さによる変化）を含み得る。後者の変化の一例は、テーパー形状である。
【００２８】
バルブの正しい動作を妨げないために、少なくとも１つの突起は、バルブ面の外側のフィレット部の外面のセクションに配置されている。ここで、「バルブ面」とは、シリンダヘッドの対応するバルブシートと接触することになる、バルブヘッドの表面の一部を意味している。すなわち、少なくとも１つの突起は、バルブ面とステムとの間のフィレット部の外面のセクションに配置される。
【００２９】
バルブ本体および突起は、バルブ鋼で作られていることが好ましい。より好ましくは、バルブ本体の材料は、X50(DIN 1.4882)，X53(DIN 1.4871)，X45(1.4718)，NC20(DIN 2.4952)，X85(DIN 1.4748)，3015および2512 NbNから選択され、少なくとも１つの突起の材料は、X50(DIN 1.4882)，X53(DIN 1.4871)，X45(1.4718)，NC20(DIN 2.4952)，X85(DIN 1.4748)，X60(DIN 1.4785)，INCONEL(登録商標)718から、バルブ本体の材料に関係なく選択される（括弧内の数字は、各材料のそれぞれの材料番号を示している）。
【００３０】
材料は、少なくとも１つの突起内で異なる場合があるが、これは異なる溶接シームによって材料が異なり得るためである。これにより、少なくとも１つの突起の技術的特性をセクションごとに調整することができる。
【００３１】
本発明に従う、フィレット部に少なくとも１つの突起を有するポペットバルブの製造方法は、（バルブヘッドおよびバルブステムを有する）バルブ本体を提供するステップと、溶接法を使用して、すなわちクラッディングまたは溶接クラッディングによって、フィレット部の外面に、より具体的にはバルブ面とステムとの間のフィレット部の外面のセクションに材料を堆積させることにより、少なくとも１つの突起を構築するステップと、を含む。バルブ本体は、当技術分野で既知の方法、例えば、鍛造プロセスで製造することができる。材料の堆積は、好ましくは、レーザ溶接法を使用する溶接法によって行われる。材料は、好ましくは粉末形態で適用され、かつ／あるいは、好ましくはバルブ本体の材料は異なる。
【００３２】
この方法により、現在使用されている突起を有するポペットバルブの製造方法よりも、迅速であり、かつ必要なエネルギーおよび材料が少なくて済む、非常に効率的な生産プロセスが可能になる。ラッディング後の突起の形状は、最終形状に非常に近くなる。これは、機械加工の必要性が少なくなること、あるいは、まったく無くなることを意味している。これは、機械加工作業が困難な合金材料の場合に特に有利である。さらなる利点は、少なくとも１つの突起の材料がバルブ本体の材料と異なり得ることである。好ましい材料のリストについては、上記を参照のこと。
【００３３】
図４は、溶接法を使用して、１つまたは複数の溶接シーム１０を表面上に堆積させることによって行われる、突起の構築プロセスを示す。特定の範囲において、少なくとも１つの突起の形状は、溶接法のプロセスパラメータを調整することによって、例えば、材料の堆積速度、溶接速度または溶接領域の幅を調節することによって決定することができる。より高い、かつ／あるいは、より広幅の形状の場合、いくつかの溶接シーム１０が重ねられる。例えば、突起の高さを高くするために、いくつかの溶接シームを互いの上に置くことができる（例えば、図中の１−１−１−１構成）。より広幅の突起は、表面上にいくつかの溶接シームを互いに平行に配置することによって得られる（例えば、２−２構成および３−２−２−２である図中の２または３）。したがって、より広幅の突起の高さは、溶接シームの下層の上にいくつかの溶接シームを隣接して配置することによって増加する。突起の幅は、各層における溶接シームの数を変えることによって変化し得る（一例として、３−２−２−２構成が図示されている）。これを利用して、テーパー状の突起を得ることができる。１つの突起の高さは、該突起に沿って、重ね合わされた溶接シームの数が異なるセクションを有することで変化し得る。
【００３４】
この技術を使用して、様々な形状、特には上記の形状、すなわち環状リブおよび羽根を有する突起を構築することが可能である。環状リブは、１つの溶接シーム１０を得るために、溶接装置が静止している間にバルブ本体を回転させることができるため、特に簡単に形成することができる。溶接装置の位置を少し変更することで、別の溶接シームを形成し、それによって溶接シームを重ね合わせることができる。この方法の汎用性により、環状リブおよび羽根とは異なる突起を形成することが可能になり、例えば、半径方向に見た場合に、細長い形状ではなく、フィレット部の一部を覆う丸い、円形または長方形の形状を有する波形形状または隆起部分を形成することが可能になる。
【００３５】
さらに、異なる溶接シームに対して異なる物理的／技術的特性を有する異なる材料を提供して使用することによって、少なくとも１つの突起の材料を該突起内で様々にすることが可能である。好ましい材料のリストについては、上記を参照のこと。一例として、突起の燃焼室に面する側に耐熱性の高い材料を使用し、燃焼室には面しない反対側に熱伝導性の高い材料を使用することができる。同様に、様々な硬度、耐食性、延性などの材料を様々な溶接シームに使用することができる。材料は溶接シームごとに変化し得るため、少なくとも１つの突起内での材料の変化は、高さにおいてだけでなく幅においても可能である。
【００３６】
バルブ本体の外面、特にフィレット部の外面は、溶接に備えて、少なくとも１つの突起を形成するプロセスの前に機械加工され得る。好ましくは、材料を堆積させるステップに続いて、ポペットバルブの表面、特には少なくとも１つの突起の表面を機械加工する。このようにして、少なくとも１つの突起の最終形状およびバルブの所望の表面仕上げを得ることができる。両方（堆積ステップの前後）の場合において、機械加工には、研削、旋削、フライス加工、ショットブラストおよび摩擦仕上げが含まれる。
【００３７】
図５は、本発明に従う方法のフローチャートを示す。２つの主なステップは、（フィレット部を伴うバルブステムおよびバルブヘッドを有する）バルブ本体を提供するステップＳ５０２と、バルブステムの外面に材料を堆積させるステップＳ５０６と、である。ここで、バルブ本体を提供するステップには、当技術分野で既知の方法を使用してバルブ本体を製造することが含まれていてもよく、材料を堆積させるステップは、上述のクラッディング法を使用して行われる。この図は、２つの可能な追加のステップ、すなわち、材料を堆積させるステップの前にフィレット部を機械加工するステップＳ５０４と、材料を堆積させるステップの後に突起を機械加工するステップＳ５０８と、を示している。
【００３８】
当業者であれば、１つまたは複数の突起をフィレット部に有するポペットバルブを得るために、この方法の異なる態様を組み合わせることができ、少なくとも１つの突起の所望の技術的特性、すなわち形状、材料、表面仕上げなどを有するポペットバルブを得るために突起を形成することができることは明らかであろう。
【符号の説明】
【００３９】
２：バルブステム
４：バルブヘッド
６：フィレット部
８：突起
１０：溶接シーム
【図１】
0006926231.tif 000002
【図２】
0006926231.tif 000003
【図３】
0006926231.tif 000004
【図４】
0006926231.tif 000005
【図５】
0006926231.tif 000006