CN100410501C - 换气阀装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的换气阀装置，特别用于二冲程大型柴油机，所述换气阀装置具有一个包围着相配的流体通道(2)的静止的阀座(3)和一个与其相对运动的活动的阀件(4)，所述阀件具有一个能以密封结构靠到所述阀座(3)上的阀盘(6)，以这样的方式可以实现长的使用寿命，即，在所述阀座(3)和阀盘(6)的对置的圆锥表面(7，8)的至少其中之一的区域内，设置有多个相互隔开的、环形的、窄的密封表面(10)，所述密封表面至少在其一侧由一个环形的材料空缺(11，11a)确定边界并且设计成具有一些锋利的侧边缘(13)的研磨表面，并且，所述换气阀装置的一个部件上的所有的窄的密封表面(10)的总宽度是相配的圆锥表面(7或8)的平均直径的0.5%到2%。

Description

换气阀装置
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的换气阀装置、特别用于二冲程大型柴油机。
背景技术
经验表明，至今所采用的换气阀只具有很有限的寿命。这完全归结于这种已知的装置因烧穿而产生的很高的易受侵蚀性。烧穿往往发生于压到密封表面的缺口之中，这些缺口是由聚集在所述密封表面之间的燃烧残留物所形成的。如果产生了数个这样的缺口并且这些缺口相互连接在一起，其结果是在燃烧室与气道之间产生了一个小的通道，在燃烧室中所产生的气体通过该通道可以以一股强烈喷射流的形式流出燃烧室。由于点火压力高，所述的气体喷射流达到了一个很高的速度。再加上相对高的温度，其结果是产生了一种切割喷射流的效果，这导致了迅速的破坏。
在过去，已经做过多种尝试通过加宽阀座和阀盘的相对接触表面来防止这个问题。但是，其结果却不令人满意，因为宽接触表面阻止了聚集在其间的燃烧残留物的排出，这样燃烧残留物就不可避免地被压入了接触表面之中。另外，采用宽接触表面时，在阀盘和阀座之间还存在相对较强的热交换。但是，与由耐高温材料制成的阀盘相反，所述阀座通常是由硬化钢制成的。强的热交换会导致其结构改变并且因此导致硬度降低。
从EP 24 890B已知一种换气阀装置，其中一个环形的腔室配置在相接触的阀座和阀盘的圆锥表面的上游。所述环形腔室容纳不参与燃烧的空气。这是希望对阀座进行冷却，并且使流出燃烧室的气体的温度下降。虽然该措施延缓了烧穿，但该措施本身并不足以完全防止烧穿。
从SU 1 768 770A1已知一种换气阀装置，其中在阀盘的圆锥形表面的区域内带有一个环绕的沟槽，而该圆锥形表面的侧向边界是由环绕突出的突起所确定的。该沟槽应该是通过一种工具使一种塑性材料变形而产生的，其中所述工具可以压入并且具有一个半圆形的外轮廓，该轮廓不能有很大的深度。因此，该沟槽具有的深度仅仅为0.1mm并且因此相对较浅。该压入到阀盘圆锥形表面中的沟槽应该吸收燃烧残留物。不过，由于该沟槽的深度小，所以有这样一种危险，即所述残留物被压缩到该沟槽中并且该沟槽因此较快地被充满。结果，该沟槽失去了其功能，并且迟早会产生可怕的缺口。另外，被充满的沟槽导致了阀盘和阀座之间相对大的接触表面，这不可避免地加热了阀座并且导致硬度的损失。该已知的装置因此也不具有长的使用寿命。
从JP 59 196 913A以及JP 59 190 414A分别已知一种换气阀装置，其中，在阀座和阀盘的对置的圆锥形表面的至少其中之一的区域内，设有一个环形的材料空缺。但这样分隔开的密封表面相当宽。因此这种装置不适用于破碎淤积的燃烧残留物。相反地还要担心淤积到所述密封表面上的燃烧残留物被压入到其中。
发明内容
因此，出于前述的原因，本发明的目的是以简单和节省成本的方法改进内燃机的换气阀装置，使其具有长的使用寿命。
根据本发明，提出一种用于内燃机的换气阀装置，特别用于二冲程大型柴油机，所述换气阀装置具有一个包围着相配的流体通道的静止的阀座和一个与其相对运动的活动的阀件，所述阀件具有一个能以密封的结构靠到所述阀座上的阀盘，其特征在于：在所述阀座和阀盘的对置的圆锥表面的至少其中之一的区域内，设置有多个相互隔开的、环形的、窄的密封表面，所述密封表面至少在其一侧由一个环形的材料空缺确定边界并且设计成具有一些锋利的侧边缘的研磨表面，并且，所述换气阀装置的一个部件上的所有的窄的密封表面的总宽度是相配的圆锥表面的平均直径的0.5％到2％。
这些措施以有利的方式给出了很窄的密封表面，其边缘作为破碎边缘作用在淤积的燃烧残留物上。淤积的燃烧残留物因此在窄的密封表面的边缘处被破碎。确定窄的密封表面边界的环形材料空缺可以以有利的方式加工得很深，以致形成一个很大的净横截面。被窄的密封表面的边缘破碎以后到达确定密封表面边界的材料空缺中的燃烧残留物因此不会聚集在空缺中，而是可以无压缩地排出。因此有利的是，不用担心在侧向上确定密封表面边界的材料空缺被填满，特别是因为这些材料空缺可以具有较大的深度，这是由于这些材料空缺是通过排屑而形成的，这样就长期有效地防止了烧穿。本发明措施的另一个优点是，阀座与阀盘之间的接触表面非常小，并且在所述小的接触表面之外的间隙相对较深，这就限制了从阀盘到阀座的热传递，其中阀盘与阀座相比是相对较热的零件。因为在侧向确定窄的密封表面边界的空缺由于其大的净宽而不会被充满，因此这是一个有利的长期作用。低的热传递确保通常由硬化钢制成的阀座保持在相对较凉的状态，因此不会有结构改变从而也不会有失去硬度之忧。这一优点还由以下事实进一步加强了，即根据本发明的材料空缺所形成的间隙能够起到一个腔室的作用，吸取不参加燃烧的空气，并且因此而为所述阀座提供更多的冷却。因此，根据本发明的组合物在整体上有望使得阀装置达到长的使用寿命。
有利的措施可以是这样的，即至少阀座具有环形的、窄的密封表面。这简化了生产过程，因为由硬化钢制成的阀座可以在硬化之前由去屑的方法相对简单地加工。另外，如果需要的话，它还确保阀盘的圆锥表面可以被简单地再研磨，同时还不会改变确定所述窄的密封表面边界的空缺的深度。因此，这也简化了对阀的维护工作。
确定各密封表面边界的空缺的深度最好大于预期的燃烧残留物厚度。这保证了燃烧残留物不被压入到前述的空缺中，也不会被压实到所述空缺中或填满所述空缺，而是被可靠地破碎并且可以排出。与此同时，这也导致了前述空缺具有相对较大的容量，从而有更多不参加燃烧的空气在所述空缺中，并且因此而可以冷却阀座。在对二冲程大型柴油机的试验中，采用大于1毫米、最好到3毫米的空缺深度获得了良好的效果。
一个特别优选的措施也可以是，从燃烧室的方向上来看，第一个窄的密封表面在面对着燃烧室的侧表面上由一个材料空缺确定边界，当所述阀装置关闭时，该材料空缺通过一个窄间隙与燃烧室连接，并且该材料空缺与下游的一个材料空缺相比，具有相对大的容量。尽管有与燃烧室连接的间隙，但在此容纳的空气不参与燃烧，从而使阀座得到了良好的冷却。
与此同时，该间隙还使得一股气流进入到由各相对较大的材料空缺所形成的腔室中，从而进一步改善了冷却效果并且对圆锥表面产生了可靠的冲洗，这样就防止了燃烧残留物的聚集，其中这些燃烧残留物在此之前已被相邻的窄的密封表面的边缘破碎。这进一步加强了该主要措施的优势。
在主要措施的一个进一步改进中，阀座和阀盘的对置的圆锥表面之间的倾斜角度可以是相互偏离的，最好偏离0.5°。这导致了特别窄的对置接触表面，从而导致了特别低的往复热传递以及对燃烧残留物非常良好的破碎效果。
该主要措施其它的优选实施例和有用的改进在余下的从属权利要求中进行了阐述，并且可以在对以下附图中的实例的描述中发现。
附图说明
下面所示的附图显示了
图1是一个带局部剖面的换气阀，和
图2是图1的放大比例的一个细节的视图。
具体实施方式
本发明所应用的领域是带换气阀的内燃机，特别是在其缸盖上带有大型排气阀装置的二冲程大型柴油机。这种发动机的基本结构和工作方式是公知的，因此不需要在本文中再作任何详细的说明。
图1所示的换气阀装置可以是前述类型的排气阀装置，它具有一个阀座3，该阀座3配备在一个固定构件1上，在前述的二冲程大型柴油机的实例中，是配备在缸盖上，并且配置在相配的气体通道2的入口处，在前述的实例中是配置在废气通道的入口处，以便环绕着所述入口，同时所述换气阀装置还包括阀件4，该阀件4可相对于阀座移动，并且具有一个阀盘6，该阀盘6配置在轴5的下端，轴5与一个在此没有显示致动装置共同作用，其中所述阀盘6可以密封的结构靠在阀座3上。阀座3和阀盘6具有相对置的圆锥表面7或8，这些表面可以处在局部密封的位置。
在目前状况下，阀座3形成于座体9之上，该座体9被插入到相配的固定构件1之上，在前述的实例中该固定构件1是缸盖。所述座体由硬化钢制成。包含阀座3的座体9由没有在此详细显示的装有冷却剂的冷却通道进行冷却，该冷却通道配置在构件1上，以便保持硬化钢的硬度。可动阀体4可以完全或者至少在阀盘6的区域内由耐高温材料制成，该耐高温材料不需要进行任何冷却。这样，在操作中阀盘6比阀座3具有较高的温度。
阀座3和阀盘6的圆锥表面7、8不会在其全部宽度上相互依靠在一起，而是在至少一个相对较窄的环形的密封表面10的区域内相互依靠在一起。在所示的实例中，在各相配的圆锥表面7和/或8的上、下边缘中配置了两个这样的密封表面10，这两个密封表面10在轴向上相互分开。
所述圆锥表面至少在其一侧由采用切削加工的方法形成的环形的材料空缺11和/或11a确定边界，所述空缺实际上形成了环形的腔室。材料空缺11、11a形成了一些腹部12，而所述腹部的上面形成了各密封表面10。适宜的方式是，腹部12的横剖面总是朝着各自的密封表面10的方向逐渐减小。密封表面10是研磨加工表面，这样确保了其在与之作用并且也被研磨加工的相反表面上的精确支承。在材料空缺11、11a的区域内可以配置较粗糙的表面。
材料空缺11、11a形成相对较大的腔室，此腔室中不会留下燃烧残留物。所述燃烧残留物会落到前述的腔室之外并且会与废气一起被排出，这意味着没有产生缺口的危险。窄的密封表面10破碎了到达该区域的燃烧残留物，这使得燃烧残留物的排出更加容易。这有效地防止了缺口和通道的形成，而这些缺口和通道形成了烧穿孔的出口点。与此同时，在相对热的阀盘6和温度较低的阀座7之间有相对较小的接触表面。因此不用担心通过阀盘6在重要的圆周上形成对阀座7的加热，从而硬化的阀座3不会损失其硬度。由一些相当深的空缺11所形成的腔室还可以容纳相当多的不参与燃烧的空气，这样提供了更多的冷却作用。
形成带有材料空缺11、11a和腹部12的密封表面10的外形可以配置在阀盘的圆锥表面8的区域内，或配置在阀盘和阀座的圆锥表面7、8的区域内。在所示的优选实例中，密封表面10仅配置在阀座3的圆锥表面7的区域内。材料空缺11、11a可以在座体9的硬化之前生成。密封表面10可以在硬化之后进行研磨。阀盘6的圆锥表面8也设计成研磨表面，该研磨表面是被多次研磨加工的。这可以很容易地做到而不需要改变材料空缺11、11a的外形的深度。只要材料空缺11、11a配置在阀盘一侧，它们就必须在再研磨过程中被加深。因为密封表面10设计成研磨表面，从而导致了锋利的侧边缘13，如图2所示。所述锋利的侧边缘13能够像刀那样破碎燃烧残留物。
环形的、窄的密封表面10的宽度b必须这样选择，即在一个阀装置部件上所有这些密封表面10的总宽度，在此即是在阀座3上，一个圆锥表面7和/或8上的所有密封表面的总宽度分别是各圆锥表面7和/或8的平均直径的0.5％到2％，最好是1％到1.5％。适当的方式是，密封表面10的数量基本上可以这样选择，即使各个密封表面10最终的宽度b最大为2毫米。在试验中，这一宽度产生了良好的结果。
形成密封表面10的侧边界的材料空缺11、11a深度必须大于燃烧残留物的预期厚度。在大多数情况下，所述低界限约为0.4到0.5毫米。基本上，深度t至少为1毫米，最好大于1毫米。在采用二冲程大型柴油机的试验中，3毫米的深度产生了良好的结果。在所示的实例中，配置在两个密封表面10之间的材料空缺11，即在靠近燃烧室的密封表面10的下游的材料空缺11的深度t基本上与宽度b相一致。
在简单的情况下，配备给密封表面10的所有材料空缺11、11a可以有相同的深度。在所示的优选实施例中，材料空缺11a明显较深，从而比在第一密封表面10下游的材料空缺11具有更大的容积，其中从燃烧室的方向上看，所述材料空缺11a在燃烧室一侧确定了密封表面10的边界，即材料空缺11a在所述密封表面10的上游。在所示实例中，材料空缺11a的横截面积约为材料空缺11的横截面积的五倍。这样也导致了材料空缺11a的容积相对较大。当阀装置关闭时，所述材料空缺11a通过一个窄间隙14与相邻的燃烧室连接。间隙14是如此之窄，以致如材料空缺11a中的空气不会参加燃烧。然而，燃烧压力却还是导致在材料空缺中产生一股气流，从而使包含了材料空缺11a的座体9部件周围的材料得到了良好的冷却，与此同时，该股气流还使得阀盘6的圆锥表面8得到了未燃烧空气的良好冲洗。在阀盘6的打开运动的初始阶段，相同的效果也作用在密封表面10上。
圆锥表面7、8相对于阀轴a的倾斜角度α可以根据具体情况的要求来选择，例如，可以选择在30°到75°的范围内。最好的范围为45°到60°。较小的角度x导致了相对较陡的圆锥表面7、8从而导致了较高的压力。这样，在这种情况下，较低的范围也许是较好的。圆锥表面7、8可以相互偏离0.5°角度，在阀座侧边上圆锥表面7的角度α比在阀盘侧边上圆锥表面8的角度α大约0.5°，这样创造了一个径向向外敞开的间隙。这一措施可以进一步改善上述的像刀那样的破碎效果。

Claims (13)

1. 一种用于内燃机的换气阀装置，所述换气阀装置具有一个包围着相配的流体通道(2)的静止的阀座(3)和一个与其相对运动的活动的阀件(4)，所述阀件具有一个能以密封的结构靠到所述阀座(3)上的阀盘(6)，其特征在于：在所述阀座(3)和阀盘(6)的对置的圆锥表面(7，8)的至少其中之一的区域内，设置有多个相互隔开的、环形的、窄的密封表面(10)，所述密封表面(10)至少在其一侧由一个环形的材料空缺(11，11a)确定边界并且设计成具有一些锋利的侧边缘(13)的研磨表面，并且，所述换气阀装置的一个部件上的所有的窄的密封表面(10)的总宽度是相配的圆锥表面(7或8)的平均直径的0.5％到2％。
2. 根据权利要求1所述的换气阀装置，其特征在于：所述密封表面(10)设置在所述阀座(3)的圆锥表面上。
3. 根据权利要求1所述的换气阀装置，其特征在于：所述密封表面(10)设置在所述阀座(3)和所述阀盘(6)两者的圆锥表面上。
4. 根据权利要求1所述的换气阀装置，其特征在于：所述换气阀装置的一个部件上的所有的窄的密封表面(10)的总宽度是相配的圆锥表面(7或8)的平均直径的1％到1.5％。
5. 根据权利要求1所述的换气阀装置，其特征在于：一个密封表面(10)的宽度b最大为2毫米。
6. 根据权利要求1所述的换气阀装置，其特征在于：每个确定一个密封表面(10)边界的材料空缺(11，11a)的深度t都大于预期燃烧残留物的厚度。
7. 根据权利要求6所述的换气阀装置，其特征在于：每个确定一个密封表面(10)边界的所述材料空缺(11，11a)的深度t至少为1毫米。
8. 根据权利要求1所述的换气阀装置，其特征在于：从燃烧室的方向上来看，第一个窄的密封表面(10)由一个在燃烧室一侧的材料空缺(11a)确定边界，当阀装置关闭时，所述材料空缺(11a)通过一个窄间隙(14)与所述燃烧室连接。
9. 根据权利要求8所述的换气阀装置，其特征在于：与燃烧室连接的材料空缺(11a)与下游的一个材料空缺(11)相比，具有较大的深度和横截面积。
10. 根据权利要求1所述的换气阀装置，其特征在于：所述阀座(3)和阀盘(6)的对置的圆锥表面(7，8)的倾斜角度不同。
11. 根据权利要求1所述的换气阀装置，其特征在于：所述内燃机是二冲程大型柴油机。
12. 根据权利要求7所述的换气阀装置，其特征在于：所述深度t直到3毫米。
13. 根据权利要求10所述的换气阀装置，其特征在于：所述阀座(3)和阀盘(6)的对置的圆锥表面(7，8)的倾斜角度相互偏离约0.5°。
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