CN109578104B - 用于内燃机的阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种阀(100)、优选排气门和/或换气门(100)，带有阀头(3)，该阀头具有正面(3.1)和背面(3.2)，其中，所述阀头(3)的正面(3.1)包括向外的隆起部(A)和边缘区域(10)，该隆起部具有顶点区域(3.4)。所述阀(100)的特征尤其在于，优选为了减小所述阀头(3)的隆起部(A)的质量，相比于所述边缘区域(10)的侧向内部的部分区段，所述边缘区域(10)的侧向外部的部分区段设计得更加扁平，和/或所述边缘区域(10)在横截面中包括至少一个中断处(P1‑P4)。

Description

用于内燃机的阀
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的阀、优选为排气门和/或换气门，最好是用于汽车、特别是商用车例如载重车或公交车的内燃机的阀。该阀也可用于越野的、海洋的和/或固定式的内燃机。
背景技术
用于汽车内燃机的带有阀杆和阀头的阀已知有各种不同的实施方式。因而由现有技术已知带扁平正面的阀和带向外隆起的正面的空心阀。隆起的正面用于为冷却通道/冷却室提供地方，或者用于提高被空腔弱化的阀的机械强度。由于高的点火压力，特别是由于发动机内部的排气措施(例如排气标准，比如欧盟标准5或更高)实现的很干净的排气，阀头和阀座倾向于严重的、磨蚀性的磨损。其原因是，阀头弹性地变形，在施加点火压力期间，阀头在阀座上滑动。问题是，很干净的排气相比于脏的排气，并不提供或者仅仅提供很少的用于减小阀与阀座之间的磨损的润滑物(碳黑)。为了减小阀与阀座之间的磨损，由实践已知，采用相当昂贵的耐磨材料和/或采用小的、但有益于流动的阀座角(例如小于30°)。
由DE 10 2014 013 503 A1已知一种拱形阀，尽管在施加点火压力时有干净的、特别是低碳黑的排气，所述阀并不滑动或者至少仅仅略微地在阀座环上滑动，由此具有低的磨损，优选不必忍受流动缺点。但这里的缺点是阀头的相对大的隆起部，其一方面带来了额外重量，另一方面在工作中相对深地处于燃烧室中。DE 10 2014 013 503 A1中公开的拱形阀因而在其重量方面通常比标准阀重，这对阀传动机构的动力学性能造成了影响。另外，在工作中，隆起部相比于普通阀更远地伸入到燃烧室中。这导致在活塞上需要大的阀腔，这增加了系统费用。此外，阀凸出部影响燃烧。特别是对于汽油机，由于不利的设置，会恶化点火，因为紊流的动能(TKE)和充气运动减小了。
发明内容
本发明的目的是，提出一种构造简单的和/或可成本有益地制造的用于内燃机的阀，其特别是相比于在DE 10 2014 013 503 A1中记载的拱形阀，重量相对较轻和/或其对内燃机燃烧的影响减小。
该目的通过独立权利要求的特征得以实现。本发明的有利的改进可以由从属权利要求和对本发明优选实施方式的如下说明得到。
本发明提出一种用于优选汽车的内燃机的阀、优选为排气门和/或换气门。该阀例如具有阀杆和阀头。该阀头包括正面和背面。正面有益地用于负载侧的、特别是燃烧室和/或压力室侧的定位，从而它有益地在工作中面向负载侧、特别是压力室和/或燃烧室侧。
阀头的正面优选具有有益地基本上居中地布置的带顶点区域的隆起部。该正面有益地还具有边缘区域，该边缘区域可以特别是围绕隆起部延伸，且优选可以局部地是隆起部的一部分，并且可以局部地在侧向在隆起部的旁侧和外部延伸。
该阀的特征尤其在于，优选为了减小阀头隆起部的质量，特别是为了减小隆起部基底(有益地隆起部底部)的质量，相比于边缘区域的侧向内部的部分区段，边缘区域的侧向外部的部分区段设计得更加扁平，和/或边缘区域有益地在横截面中包括至少一个中断处。
此外，由此可以有益地减小隆起部的横截面积，从而优选在工作中能够减小干扰区域。
如这里公开的阀可以优选地其原理基本上按照在DE 10 2014 013 503 A1中记载的拱形阀来设计。对于在DE 10 2014 013 503 A1中记载的拱形阀来说可行的是，边缘区域在工作中并不或者至少不明显地例如因压力和/或阀弹簧力而受到负荷。
如这里公开的阀因此优选经过设计，从而隆起部边缘区域内的、在工作中并不或者仅仅不明显地受到负荷的质量，特别是隆起部基底的在工作中并不或者仅仅不明显地受到负荷的质量，至少基本上被去除。
相比于根据DE 10 2014 013 503 A1的拱形阀，尽管阀头的最小壁厚相同，但例如可以实现的是，在工作中如这里公开的阀头的最大应力和根据DE 10 2014 013 503 A1的阀头的最大应力的大小基本上相同。
可行的是，至少一个中断处包括至少一个顶点(例如至少一个最高点和/或最低点)、至少一个回折点和/或至少一个转折点。
可行的是，在横截面中，至少一个中断处相对于边缘区域的侧向内端设置在外侧，和/或相对于边缘区域的侧向外端设置在内侧。
侧向内端可以例如与顶点区域邻接，其中，替代地或补充地，侧向外端优选可以是正面的侧向最外端。
可行的是，边缘区域的外部的部分区段相比于边缘区域的内部的部分区段具有较小的斜度。
边缘区域的外部的部分区段可以例如具有处于小于大约+/-5°范围内的斜度。
可行的是，边缘区域的外部的部分区段至少局部地基本上无隆起地设计，和/或，隆起部并不延伸至阀头的侧向外端、和/或并不延伸至正面的侧向外端。
阀头的隆起部可以例如至少局部地由基本上球形的、抛物线形的或截锥形的造型形成，其中可选地，边缘区域的外部的部分区段可以不同于基本上球形的、抛物线形的或截锥形的造型。
可行的是，隆起部和/或顶点区域基本上居中地布置。
边缘区域的外部的部分区段可以优选地包括正面的侧向最外面的部分，其中，边缘区域的内部的部分区段可以例如设置在边缘区域的顶点区域和外部的部分区段之间。
可行的是，边缘区域的内部的部分区段形成了隆起部的侧向部分，和/或边缘区域的外部的部分区段例如侧向地在隆起部的旁侧优选往外侧延伸。
边缘区域的外部的部分区段和/或至少一个中断处可以例如基本上环形地延伸，例如基本上旋转对称地延伸。
在一种实施方式中，阀头正面和/或阀头例如可以优选基本上旋转对称地成型。
需要提及的是，在本发明的上下文中，阀头正面，进而优选隆起部、顶点区域和/或边缘区域可以例如至少局部地直线地和/或弯曲地(比如弓形地)成型。
还要提及的是，隆起部优选基本上球形地、抛物线形地或截锥形地成型。
可行的是，阀设计成实体阀和/或拱形阀。
可行的是，阀头的中性层至少局部地、最好其主要部分，在负载侧延伸，也就是在工作中在虚拟的或假想的参考面的负载侧延伸，特别是在压力室和/或燃烧室侧延伸，该参考面最好延伸穿过阀头的阀座面的有效中心，且横向于阀杆延伸。阀头的阀座面的有效中心有益地通过在阀头的阀座面与其阀座之间的接触面的中心限定。
阀头的中性层可以特别是主要地在参考面的负载侧延伸，例如超过50％、60％、70％、80％、90％或者甚至超过95％、和/或在一定程度上全部地在阀头区域中在阀杆侧向(即特别是在挡住阀杆的情况下)延伸。
在本发明的一种实施方式中，阀头所产生的作用线，即在一定程度上其中性层，优选主要地在阀座面即在一定程度上参考面的所产生的作用线的负载侧延伸。
在本发明的范畴内有利的优选是实心的阀，特别是所述阀带有实心的阀杆和/或实心的阀头，即特别是无空腔、无冷却空腔和/或无冷却管路。
阀头的阀座面优选倾斜地设计。
可行的是，阀头背面的最好是通道侧的郁金香角小于20°、15°、12°、10°或8°。在此，该背面可以例如直线地或弯曲地成型。
也可以通过选择小的阀座角、在极端情况下为0°的阀座角，来实现在一定程度上减小磨损，但由此增大了阀的流动阻力，从而妨碍了换气，提高了内燃机的燃油消耗。
根据本发明的一种实施方式，阀头的阀座面的阀座角最好大于25°、30°、35°、40°或45°，和/或小于70°、65°、60°、55°或50°，从而能实现减小滑动，进而减小磨损，而没有流动缺点。
阀头的中性层，即特别是材料中心，特别是这样延伸：它朝向负载侧(特别是朝向燃烧室和/或压力室侧)隆起和/或向外隆起。
中性层的顶点区域可以相对于阀杆优选偏心地和/或同轴地延伸，特别是环形地延伸。
可行的是，阀头的正面球形地、抛物线形地或截锥形地隆起。球形的或抛物线形的隆起部虽然是理想的或者是有利的，但制造昂贵。其因而可以通过最好扁平的截锥形的隆起部来近似。
阀头正面的顶点区域相对于阀杆优选居中地朝向。
内燃机优选是柴油内燃机、或燃气内燃机或汽油内燃机。
阀头背面相比于阀头正面优选更扁平地成型。在此，背面和/或正面可以例如直线形地和/或弯曲地成型。
如前已述，阀头的阀座面的有效中心通过位于阀头的阀座面与其阀座之间的接触面的中心限定。在本发明的范畴内，阀头的阀座面的有效中心因而可以相对于阀头的阀座面例如实际上居中地布置，但也可以偏心地布置。
可行的是，阀头正面在横截面中例如至少局部地基本上S形地构造，优选包括隆起部和/或边缘区域的侧向外部的部分区段。
基本上的S形可以例如环形地延伸，优选旋转对称地延伸。
本发明不局限于阀，而是也涵盖阀-阀座组合，该组合具有如这里公开的阀及其阀座。
此外，本发明涵盖一种汽车、优选为商用车特别是载重车或公交车，其具有如这里记载的阀-阀座-组合，汽车优选带有包括燃烧室和/或压力室的内燃机。
附图说明
本发明的前述优选实施方式和特征可相互组合。本发明的其它有利改进在从属权利要求中公开，或者可由结合附图对本发明的优选实施方式的如下说明得到。
图1为根据现有技术的两个阀的一部分的示意性的剖视图；
图2为根据本发明的一个实施方式的阀的一部分的示意性的剖视图；
图3为根据本发明的另一实施方式的阀的一部分的示意性的剖视图；
图4为根据本发明的又一实施方式的阀的一部分的示意性的剖视图；
图5为根据本发明的再一实施方式的阀的一部分的示意性的剖视图；
图6为根据本发明的一个实施方式的阀的立体侧视图；
图7为根据现有技术的阀的立体侧视图。
具体实施方式
这些图中所示的各实施方式部分地一致，因而给类似的或基本相同的部分标有相同的附图标记，其中，在其阐述时，也参见针对其它实施方式的说明，以避免重复。
图1所示为根据DE 10 2014 013 503 A1的拱形阀1的一部分的示意图，其用于满足≥5的欧盟排气标准的汽油机或燃气机或柴油机，从而给阀1施加以相对洁净的、少碳黑的排气。与此比较地，图1也示意性地示出同样在DE 10 2014 013 503 A1中介绍过的阀V。
本发明的阀100可以首先在原理上基本上像图1中可看到的拱形阀1那样来构造。
阀1包括阀杆2和阀头3。该阀头3包括在工作中面向压力室/燃烧室P(负载侧)的正面3.1、在工作中背离压力室/燃烧室P的背面3.2和用于靠置在阀座(支撑环)5上的最好倾斜的阀座面3.3。
正面3.1向外、在工作中朝向负载侧P(压力室/燃烧室)隆起，阀1被设计成实心的实体阀，因而没有空腔，特别是没有冷却管路且没有冷却空腔。
阀头3的中性层4、因此为中间线也朝向负载侧P隆起，特别是这样：它最好至少绝大部分在负载侧也就是说于操作过程中在负载侧P延伸、在虚拟的或假想的参考面BE中延伸。参考面BE延伸穿过阀头3的阀座面3.3的有效中心M，并横向于阀杆2延伸。中性层4在一定程度上表示阀头3所产生的作用线，而参考面BE在一定程度上表示阀座面3.3所产生的作用线。
阀头3的阀座面3.3的有效中心M因而由阀头3的阀座面3.3与阀座5之间在工作期间所产生的的接触面的中心限定。
特别是通过把阀1设计成带有向外隆起的正面3.1的实心阀，阀头3的中性层4可以至少大部分地在参考面BE的负载侧延伸，从而在点火压力负载下，阀座面3.3在阀座5上并不产生滑动或者仅仅产生很轻微的滑动。由于滑动是阀1与阀座5之间的磨损的主要原因，因此，尽管是没有或者几乎没有提供碳黑形式的润滑剂的、相对洁净的排气，仍可减小或消除磨损。
阀头3的正面3.1的顶点区域3.4相对于阀杆2基本上朝向中间。
中性层4的顶点区域4.1由于阀杆2而相对于阀杆2在外侧且环形地相对于阀杆2同轴地延伸。
阀头3的背面3.2相比于阀头3的正面3.1最好更加扁平地设计。正面3.1和/或背面3.2例如可以直线地或弯曲地设计。
阀头3的背面3.2的郁金香角α小于20°，在所示实施方式中约为7°。
阀座面3.3的阀座角β大于25°，在所示实施方式中约为40°。
在图1中还示出了根据现有技术的另一阀V，其带有中性层F。
阀1与阀V之间的比较表明，阀1的通道侧的郁金香角α比阀V要小(更扁平)，但相反，正面3.1却增厚并隆起，从而中性层4朝向压力室/燃烧室P隆起。阀1的造型导致阀1、特别是阀头3在面向燃烧室/压力室P的一侧增厚，而在背离燃烧室/压力室P的一侧变薄。根据现有技术的阀V的中性层F相对于参考面BE在背离负载侧P的一侧延伸，也就是在图1中在参考面BE的上方延伸。
图2以实线示出根据本发明的一个实施方式的阀100的一部分的示意性的剖视图，其中，虚线为了对比而原则性地示出图1的阀1的边缘区域的延伸情况。
阀100包括阀头3，该阀头带有正面3.1和背面3.2。阀头3的正面3.1包括边缘区域10和基本上居中地布置的向外的隆起部A，其中，隆起部A具有顶点区域3.4。
有益地，边缘区域10的横截面通过侧向内端E1和侧向外端E2限定。内端E1与顶点区域3.4邻接，其中，外端E2可以形成正面3.1的或阀头3的最外面的侧向端部。
边缘区域10围绕阀头3的隆起部A环形地延伸，在此部分地设置在隆起部A的旁侧和外侧，部分地设置在隆起部A上。隆起部A本身可以至少局部地基本上球形地、抛物线形地或截锥形地成型。
阀100的特殊性是，相比于边缘区域10的侧向内部的部分区段，边缘区域10的侧向外部的部分区段设计得更加扁平，该边缘区域10在横截面中包括多个中断处P1～P4，以便减小隆起部A的质量，特别是隆起部基底的质量。正面3.1由此可以在横截面中有益地基本上S形地成形。
就图2所示的实施方式而言，边缘区域10的外部的部分区段无隆起地设计，从而外部的部分区段具有基本上0°的斜度，相比于边缘区域10的内部的部分区段，边缘区域10的外部的部分区段因而具有较小的斜度。但在本发明的上下文中，外部的部分区段也可以具有处于优选大约+/-5°范围内的斜度。
与拱形阀1相反，阀100的隆起部A并不延伸至侧向外端E2，从而至少边缘区域10的外部的部分区段不同于球形的、抛物线形的或截锥形的隆起部A。
横截面中的多个中断处P1～P4可以有益地由至少一个顶点、回折点或转折点或其组合形成。
图3～5所示为根据本发明的其它实施方式的阀100的一部分的示意性的剖视图。
图3在此特别是示出边缘区域10，其带有在横截面中直线地延伸的部分区段和一个中断处P1。
图4在此特别是示出边缘区域10，其带有在横截面中弯曲地延伸的部分区段和两个中断处P1与P2。
图5在此特别是示出边缘区域10，其带有在横截面中弯曲地延伸的部分区段和一个中断处P1。
图6所示为根据本发明的一个实施方式的阀100的立体侧视图，其中，图7所示为拱形阀1的立体侧视图。
对于在图7中可看到的拱形阀1，其可以如前已述按照DE 10 2014 013 503A1设计，可行的是，阀头3的边缘区域、特别是隆起部基底在工作中并不或者至少并不明显地例如因压力和/或阀弹簧力而受到负荷。
因此对于在图6中可看到的阀100，为了减小阀头3的隆起部A的质量，边缘区域10的外部的部分区段相比于边缘区域10的内部的部分区段设计得更加扁平，其中，边缘区域10在横截面中包括至少一个中断处P1～P4，以便由此把在工作中未受到负荷或者仅仅不明显地受到负荷的质量/材料去除。
相比于拱形阀1，尽管阀头的最小壁厚相同，但可以实现：阀100的阀头3的最大应力和拱形阀1的阀头3的最大应力基本上保持相同，例如，最大应力X比如约为136～137Mpa。
本发明并不局限于上述优选的实施方式。确切地说，可以有多种同样采用本发明的构思、因而落入保护范围内的改型和变型。此外，本发明也要求保护从属权利要求的主题和特征，而独立于所引用的特征和权利要求。
附图标记列表
1 根据现有技术的阀
2 阀杆
3 阀头
3.1 阀头的正面
3.2 阀头的背面
3.3 阀座面
3.4 阀头的正面的顶点区域
4 中性层
4.1 中性层的顶点区域
5 阀座
α 阀头的背面的郁金香角
β 阀头的阀座面的阀座角
P 负载侧、特别是燃烧室/压力室侧
BE 参考面
M 阀座面的有效中心
V 根据现有技术的阀
F 阀V的阀头的中性层
100 阀
10 边缘区域
P1 中断处
P2 中断处
P3 中断处
P4 中断处
A 隆起部
E1 侧向内端
E2 侧向外端

Claims (20)

1.一种阀(100)，带有阀头(3)，该阀头具有正面(3.1)和背面(3.2)，其中，所述阀头(3)的正面(3.1)包括隆起部(A)和边缘区域(10)，该隆起部具有顶点区域(3.4)，其特征在于，
为了减小所述阀头(3)的隆起部(A)的质量，相比于所述边缘区域(10)的侧向内部的部分区段，所述边缘区域(10)的侧向外部的部分区段设计得更加扁平，
其中，所述阀(100)设计成实体阀，并且所述阀头(3)的中性层(4)局部地在假想的参考面(BE)的负载侧延伸，其中，所述参考面(BE)延伸穿过所述阀头(3)的阀座面(3.3)的有效中心(M)，且横向于所述阀(100)的阀杆(2)延伸，所述中性层(4)的顶点区域(4.1)相对于所述阀杆(2)偏心地延伸，所述阀头(3)的中性层(4)主要地在所述参考面(BE)的负载侧延伸。
2.如权利要求1所述的阀(100)，其特征在于，所述阀(100)为排气门和/或换气门(100)。
3.如权利要求1所述的阀(100)，其特征在于，所述边缘区域(10)在横截面中包括至少一个中断处(P1-P4)，所述至少一个中断处(P1-P4)包括至少一个顶点、回折点和/或转折点，所述边缘区域(10)的至少一个中断处(P1-P4)环形地延伸。
4.如权利要求3所述的阀(100)，其特征在于，所述边缘区域(10)的至少一个中断处(P1-P4)旋转对称地延伸。
5.如权利要求3或4所述的阀(100)，其特征在于，在横截面中，所述至少一个中断处(P1-P4)相对于所述边缘区域(10)的侧向内端(E1)设置在外侧，和/或相对于所述边缘区域(10)的侧向外端(E2)设置在内侧。
6.如权利要求5所述的阀(100)，其特征在于，所述侧向内端(E1)与所述隆起部的顶点区域(3.4)邻接，和/或，所述侧向外端(E2)是所述正面(3.1)的侧向的最外端。
7.如权利要求1-4中任一项所述的阀(100)，其特征在于，所述边缘区域(10)的外部的部分区段相比于所述边缘区域(10)的内部的部分区段具有较小的斜度，和/或，所述边缘区域(10)的外部的部分区段具有处于小于+/-5°范围内的斜度。
8.如权利要求1-4中任一项所述的阀(100)，其特征在于，所述边缘区域(10)的外部的部分区段至少局部地基本上无隆起地设计，和/或，所述隆起部(A)并不延伸至所述阀头(3)的侧向外端(E2)。
9.如权利要求1-4中任一项所述的阀(100)，其特征在于，所述阀头(3)的隆起部(A)由球形的、抛物线形的或截锥形的造型形成。
10.如权利要求9所述的阀(100)，其特征在于，所述边缘区域(10)的外部的部分区段不同于球形的、抛物线形的或截锥形的造型。
11.如权利要求1-4中任一项所述的阀(100)，其特征在于，所述阀头(3)的隆起部居中地布置，所述边缘区域(10)的外部的部分区段包括所述正面(3.1)的侧向最外侧的部分。
12.如权利要求1-4中任一项所述的阀(100)，其特征在于，所述边缘区域(10)的内部的部分区段形成所述隆起部(A)的侧向部分，和/或，所述边缘区域(10)的外部的部分区段侧向地在所述隆起部(A)的旁侧和外部延伸。
13.如权利要求1-4中任一项所述的阀(100)，其特征在于，所述边缘区域(10)的外部的部分区段环形地延伸。
14.如权利要求13所述的阀(100)，其特征在于，所述边缘区域(10)的外部的部分区段旋转对称地延伸。
15.如权利要求1所述的阀(100)，其特征在于，所述阀头(3)的中性层(4)朝向负载侧(P)隆起。
16.如权利要求1-4中任一项所述的阀(100)，其特征在于，所述阀头(3)的正面(3.1)在横截面中至少局部地S形地构造。
17.一种阀-阀座组合，具有根据前述权利要求中任一项所述的阀(100)和用于所述阀(100)的阀座(5)。
18.如权利要求17所述的阀-阀座组合，其特征在于，所述阀头(3)的阀座面(3.3)的有效中心(M)通过位于所述阀头(3)的阀座面(3.3)与阀座(5)之间的接触面的中心限定。
19.一种汽车，具有如权利要求17或18所述的阀-阀座组合。
20.如权利要求19所述的汽车，其中所述汽车为商用车。
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