CN104234773A - 内燃机的换气阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种内燃机(2)的换气阀(1)，其包括一个空心阀杆(3)和一个阀盘(4)，其中：阀盘(4)包括一个阀底部(5)和一个连接到阀底部(5)外边缘上的空心阀锥(6)，所述阀锥(6)随着距离阀底部(5)距离的增加而变细；阀杆(3)穿过空心阀锥(6)，并且一端以固定方式连接到阀底部(5)，另一端连接到阀锥(6)的细端，本发明的关键在于：阀杆(3)中设置有第一空腔(7)，第一空腔(7)与阀盘(4)中的第二空腔(8)流体分离，第一空腔(7)和第二空腔(8)具有不同的冷却剂填加量(9、10)。

Description

内燃机的换气阀
技术领域
本发明涉及一种内燃机的换气阀，如权利要求1的前序部分所述，其具有一个空心阀杆和一个阀盘。本发明还涉及一种具有至少一个汽缸和至少一个所述换气阀的内燃机。
背景技术
DE102004010309A1公开了一种普通的内燃机的换气阀，其具有一个空心阀杆和一个阀盘。其中，阀盘包括一个阀底部，阀底部的外边缘连接到空心阀锥。阀锥随着距离阀底部距离的增加而变细。阀杆穿过空心阀锥，并且一端以固定方式连接到阀底部，另一端连接到阀锥的细端。为了提高换气阀的稳定性和疲劳强度，阀底部上位于阀杆与阀锥的两个连接头之间的区域包括至少一个环形卷边，其具有向外凸出的横截面。
DE19804053A1公开了一种内燃机用轻质换气阀，其壁厚与阀杆直径的比率小于1：3，这是为了使阀头即阀盘的变形最小。为了达到该目的，阀盘可以直接抵靠着阀杆来支撑其自身，也可以通过一个中间支撑件来支撑。
发明内容
本发明关注的问题是说明一种普通换气阀的改进的或替换的实施方式，其特征在于提高了冷却效果，并由此提高疲劳强度。
根据本发明，该问题由独立权利要求的保护主题来解决。有利的实施方式构成从属权利要求的主题。
本发明基于这样一种基本构思，在已知的内燃机的空心换气阀中设置两个彼此可以流动地分离的空腔，即阀杆中的第一空腔和阀盘中的第二空腔。通过本发明的两个空腔的流动分离，可以在本发明的换气阀的各空腔中实现不同的冷却剂填加量。因此，相对于目前已知的仅有一个空腔的中空阀来说具有非常好的冷却效果。本发明的换气阀包括之前提到的已知的空心阀杆和阀盘，其中，阀盘包括一个阀底部和一个连接到阀底部外边缘上的空心阀锥，所述空心阀锥随着距离阀底部距离的增加而变细。阀杆穿过空心阀锥，并且一端以固定方式连接到阀底部，另一端连接到阀锥的细端。这里，阀杆以流体密封方式连接到阀底部，因此，设置在阀杆中的第一空腔和设置在阀盘中的第二空腔不可能进行流体交换。通过两个空间的流动分离，可以在第二空腔中设置相对低的冷却剂填加量，而第一空腔中的冷却剂填加量明显高。但是，由于不同的冷却填加量而在两个空腔中产生振动影响，由于此震动影响，在内燃机运行过程中，冷却剂被震动并提高其冷却效果。特别是，通过本发明的换气阀，在前述振动影响下，阀盘的阀头不会被完全排空，由于阀盘的第二空腔中的冷却剂不能再被排到阀杆中。
本发明的进一步有利的改进方案中，将冷却剂加入至少一个空腔中，优选至少加入第一空腔。优选地，同时在两个空腔中加入冷却剂，其中，第二空腔中的冷却剂填加量明显低于第一空腔中的冷却剂填加量。如果两个空腔都填加第三冷却剂，用于提高冷却效果的振动影响将被完全利用。
实际上，冷却剂包括钠。钠在98℃熔化，但在833℃才沸腾。由于140W/mK的导热性能，钠具有非常好的导热性能和比较低的熔点以及比较宽的液化温度范围。纳的导热性能明显高于钢的导热性能，以利于从阀底部向阀锥的散热和从阀底部向阀杆内的散热。通过将阀杆连接到阀底部可以获得最佳的热传导。
根据本发明的另一个有利的实施方式，至少换气阀的阀盘被氮化。可以通过溶液氮化法或等离子氮化法来氮化阀盘，由此可以形成1-20μm厚的氮化层，其产生非常大的表层硬度。该硬表层使阀具有高耐磨性。显然，换气阀不仅可以氮化阀盘区域，也可以全部区域氮化，即也还可以氮化阀杆区域。
根据本发明的另一个有利的实施方式，与阀底部连接的阀杆端部的直径大于与阀锥连接的阀杆端部的直径。由此，可以在阀底部的中央区域获得非常好的支撑，从而提高本发明的换气阀的稳定性。
实际上，第一空腔的内径，即，阀杆空腔的内径至少相当于阀杆外径的2/3。由此，可以形成薄壁阀杆，通过该薄壁阀杆，不仅可以制造轻质换气阀，而且可以使阀盘的散热最优化。通过减小阀锥壁厚也可以获得同样的效果，其中阀锥壁厚小于1mm.
根据本发明的另一个有利的实施方式，换气阀至少由601H型钢(UNSN06601)、800H型钢(UNS N08810或材料序号1.4876/1.4958),286钢l(UNSS66286)或602H型钢(UNS N06025)形成。所述钢具有耐高温、高强度和非常好的焊接性。
本发明的其他重要特征和优点体现在附加的权利要求、附图和相应的附图说明中。
应该明白，上述提及的和下面将要解释的特征不仅可用于描述的组合中，还可用于其他组合或单独使用，不脱离本发明的范围。
本发明的优选实施例示出在附图中，并在下面的说明中进行更详细地解释。其中，相同的附图标记表示相同的、相似的或功能相同的部件。
附图说明
下面各附图中：
图1为本发明的换气阀在阀盘区域的详细构造图；
图2为本发明的具有充分氮化阀盘的换气阀；
图3为图2所示阀盘，但完全氮化；
图4a为图1的剖面图，其中，冷却剂充分加入到阀杆的第一空腔中；
图4b为如图4a所示的剖面图，其中，冷却剂充分加入到阀盘的第二空腔中；
图4c为如图1的所示，其中，在第一空腔和第二空腔中都加入冷却剂。
具体实施方式
参照图1和图4，本发明的内燃机2的换气阀1包括一个空心阀杆3和一个阀盘4。阀盘4包括一个阀底部5和一个连接到所述阀底部外边缘上的空心阀锥6。这里，阀底部5按照已知的方式布置在内燃机2的内燃室中。现在，实际上，在阀杆3中设置有第一空腔7，第一空腔7与阀盘4中的第二空腔8流体分离。此外，第一空腔7和第二空腔8具有不同的冷却剂填加量9、10。通过两个空腔7和8的流体分离，可以在空腔7和8中产生所谓的振动影响，这可以使阀底部沿着阀锥6的方向或阀杆3的上端获得最佳散热效果。
本例中的不同的冷却剂填加量9、10也意味在两个空腔7、8中的某一个没有填加冷却剂11，由此，冷却剂填加总量9、10为零，而空腔7、8中的另一个填加有冷却剂11。
现在，参照图4a，很明显，换气阀1中的第一空腔7填加有足够的冷却剂11，而第二空腔8中没有任何冷却剂。参照图4b，第二空腔8中填加有足够的冷却剂11，而阀杆3中的第一空腔7中没有任何冷却剂11。参照图4c，示出了图1中的填加量，其中，冷却剂11同时填加在第一空腔7和第二空腔8中，但填加量9和填加量10不同。
冷却剂11可以是钠，也可以包括钠，由此可获得最佳的导热性。
为了使换气阀1具有更好的耐磨性，至少阀盘4被氮化，即，包括一个氮化面12，如图2所示，其中，也可以想到整个换气阀1被氮化，并具有所述的氮化面12。通过阀盘4或阀杆3的表面氮化，可以明显增加表层硬度。
回到图1，很明显，阀盘6的壁尽可能的薄，优选小于1mm，由此，可以制造出非常轻质的换气阀1。此外，阀杆3空腔7的内径d1可以是阀杆3外径d2的2/3，由此可以减少材料、减轻重量。
本发明的换气阀的材料可以是601H型钢、800H型钢、286钢、或602H型钢，由此，具有耐高温、高强度和非常好的焊接性。
最后，参照图1和图4所示的阀杆3，显然，阀杆3与阀底部5连接的端部的直径大于其与阀锥6连接的端部直径，因此，可以提高阀底部5的支撑强度，并获得稳定的换气阀1。
本发明的换气阀1不仅重量轻，而且冷却效果好，在内燃机2的运行和磨损方面具有优势。

Claims (10)

1.一种内燃机(2)的换气阀(1)，包括一个空心阀杆(3)和一个阀盘(4)，其中：
-所述阀盘(4)包括一个阀底部(5)和一个连接到所述阀底部(5)外边缘上的空心阀锥(6)，所述阀锥(6)随着距离所述阀底部(5)距离的增加而变细；
-所述阀杆(3)穿过所述空心阀锥(6)，并且一端以固定方式连接到所述阀底部(5)，另一端连接到所述阀锥(6)的细端，
其特征在于：
-所述阀杆(3)中设置有第一空腔(7)，第一空腔(7)与所述阀盘(4)中的第二空腔(8)流体分离，
-所述第一空腔(7)和所述第二空腔(8)具有不同的冷却剂填加量(9、10)。
2.根据权利要求1所述的换气阀，其特征在于，在至少一个空腔(7、8)中，优选在第一空腔(7)中填加冷却剂(11)。
3.根据权利要求1或2所述的换气阀，其特征在于，所述冷却剂(11)包括钠。
4.根据权利要求1-3任一项所述的换气阀，其特征在于，至少所述阀盘(4)被氮化或者整个所述换气阀(1)被氮化。
5.根据权利要求4所述的换气阀，其特征在于，氮化层厚度为1-20μm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的换气阀，其特征在于，阀锥(6)的壁厚≤1.0mm。
7.根据权利要求1-6任一项所述的换气阀，其特征在于，所述第一空腔(7)的内径d1是所述阀杆(3)外径d2的2/3。
8.根据前述任一权利要求所述的换气阀，其特征在于，所述换气阀(1)至少部分地由601H型钢、800H型钢、286钢、或602H型钢形成。
9.根据前述任一权利要求所述的换气阀，其特征在于，所述阀杆(3)与所述阀底部(5)连接的端部的直径大于其与所述阀锥(6)连接的端部直径。
10.一种内燃机(2)，具有至少一个汽缸和至少一个权利要求1-9任一项所述的换气阀(1)。
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