CN110621851A - 提升阀及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于内燃机的提升阀，包括：阀体，具有阀杆和阀头，其中，所述阀包括至少一个凸起，具有预定形状，位于所述阀杆上；其中，所述至少一个凸起由至少一个焊缝形成，所述至少一个焊缝通过使用焊接工艺将材料沉积在所述阀杆的外表面上而获得。此外，提供了一种制造在阀杆上具有凸起的提升阀的方法。

Description

提升阀及其制造方法

技术领域

本发明涉及提升阀，特别是用于内燃机的提升阀，其设有位于阀头的圆角部(fillet portion)上的凸起。特别地，本发明涉及一种用于制造该提升阀的方法。

背景技术

阀头可设有一个或多个凸起，其位于阀头所谓的圆角部上，即位于阀头背离燃烧室的一侧上。在进给阀上，这样的凸起有利于将燃料流导向燃烧室中，从而改善燃烧。在出口阀上，它们的用途在于在排放系统的方向上引导气体，以更好地排出残留的燃烧颗粒。

当前，在阀头的圆角部上具有凸起的提升阀是使用锻造工艺制造的，由于形成凸起所需的锻造形状复杂，因此难以调节。在此锻造过程中使用的工具会遭受高度磨损。由于无法通过锻造获得更精细的结构，因此通常需要在锻造工艺之后执行机加工操作，以获取凸起的最终形状并对阀进行精加工。这意味着锻造过程需要额外的材料，之后将其去除。这种通过锻造的制造方法的另一个不利方面是，冠/翼片(crown/flap)需要由与阀的其余部分相同的材料制成。而且，该方法不适合使用深冲工艺制造的超轻阀。

因此，本发明的目的是提供一种避免这些问题的、制造在阀头的圆角部上具有凸起的提升阀的方法，并提供一种相应地制造的提升阀。

发明内容

该目的通过一种用于内燃机的提升阀实现，该提升阀包括阀体，具有阀杆和阀头，其中，所述阀头包括圆角部；和至少一个凸起，具有预定形状，该凸起位于所述圆角部的外表面上；其中，所述至少一个凸起由至少一个焊缝形成，所述至少一个焊缝通过使用焊接工艺将材料沉积在所述圆角部的所述外表面上而获得。

在本发明的另一方面，所述至少一个凸起的材料可不同于所述阀体的材料。

另一方面，所述至少一个凸起可包括叠置的多个焊缝。

另一方面，所述至少一个凸起可包括不同材料的焊缝。

另一方面，所述至少一个凸起可具有环形肋的形状。

另一方面，所述环形肋的高度和/或宽度可在圆周方向变化。

另一方面，所述至少一个凸起可具有叶片的形状，该叶片至少部分地在轴向延伸。

另一方面，所述叶片的高度和/或宽度可在轴向变化。

该目的还通过一种用于内燃机的提升阀的制造方法来实现，包括：提供具有阀杆和阀头的阀体，其中，所述阀头包括圆角部；和使用焊接工艺在所述圆角部的外表面上沉积材料，从而通过至少一个焊缝形成预定形状的至少一个凸起。

另一方面，本发明的方法可包括以粉末材料的形式提供所述材料，其中所述焊接工艺包括激光焊接。

该方法的另一方面，所述至少一个凸起的材料可不同于所述阀体的材料。

另一方面，该方法可还包括将多个焊缝叠置，从而形成所述至少一个凸起(8)。

另一方面，该方法可还包括提供不同的材料并形成不同材料的焊缝。

另一方面，该方法可还包括在所述沉积材料的步骤之前，对所述圆角部进行机加工。

另一方面，该方法可还包括在所述沉积材料的步骤之后，对所述至少一个凸起进行机加工。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于内燃机的提升阀，包括：阀体，具有阀杆和阀头，其中，所述阀头包括圆角部；和至少一个凸起，位于所述圆角部的外表面上；其中，所述提升阀通过上述的任一种方法制造而成。

附图说明

现在将参考附图对本发明进一步进行详细说明。图中，

图1示出了通过本发明的方法进行处理之前的提升阀；

图2示出了根据本发明制造的提升阀；

图3示出了根据本发明的另一种提升阀；

图4示出了根据本发明的制造方法的凸起的构造过程；和

图5示出了根据本发明的方法的流程图。

具体实施方式

图1示出了在下面描述的构造至少一个凸起的过程之前的提升阀(在下文中也简称为阀)。该提升阀包括阀体，该阀体包括阀杆2和阀头4。阀头4包括在阀头4一侧的圆角部6，其面向阀杆2并背离燃烧室。在本发明的上下文中，术语“圆角部”是指提升阀上从阀杆延伸到阀头外周边的部分；通常，在阀的轴向横截面中，圆角部具有圆形轮廓。其中，轴向由阀杆的纵向轴线限定，该轴向也是提升阀的轴线；径向垂直于轴向。

图2和图3示出了具有凸起8的提升阀，凸起8位于圆角部6的外表面上。通常，一个以上的凸起可以位于圆角部6的外表面上。至少一个凸起通过使用如下所述的熔覆(cladding)法由至少一个焊缝形成。根据该方法，至少一个凸起特别地通过叠置多个焊缝而形成，这允许形成具有预定形状的至少一个凸起。

在图2中，凸起8具有围绕提升阀的轴线延伸的环形肋的形状(即，在阀头上的“冠”)。图3中的凸起8具有环形肋的部分的形状，但是仅在有限的角度范围内延伸，即“翼片”。类似地，在圆角部上可以有几个肋和/或翼片。所示的凸起沿轴向延伸。当然，相对于圆角部的表面和/或相对于轴向以不同角度延伸的凸起也可以。

图2和图3中所示的凸起的形状只是可能形状的示例。另一种可能的形状是例如环形肋，其高度(即，它们从圆角部的表面的延伸)和/或宽度在圆周方向上变化。还可以的是(未示出)，至少一个凸起具有至少部分地在轴向上延伸的叶片(即翅片)的形状。叶片(更确切地说，由叶片限定的平面)可以平行于轴向或相对于轴向方向倾斜(尤其是弯曲的)。叶片的高度和/或宽度可以在轴向方向上变化。如果不平行于阀轴线，则叶片可用于在空气燃料混合物或燃烧气体中产生涡旋。

此外，凸起的宽度(平行于圆角部的表面的延伸)可以变化。该变化可以包括在圆角部沿着轴向/周向的表面的宽度的变化，以及与圆角部的表面的距离的变化(即，高度的变化)。后一种变化的一个例子是锥形。

为了不干扰阀的正确操作，至少一个凸起位于圆角部的外表面在阀面外侧的部分，其中“阀面”指的是阀头表面与气缸盖的相应阀座接触的部分。即，至少一个凸起位于圆角部的外表面在阀面与阀杆之间的部分。

阀体和凸起优选地由阀钢制成。更优选地，阀体的材料选自X50(DIN 1.4882)、X53(DIN 1.4871)、X45(1.4718)、NC20(DIN 2.4952)、X85(DIN 1.4748)、3015和2512NbN；并且至少一个凸起的材料(与阀体的材料无关)选自X50(DIN 1.4882)、X53(DIN 1.4871)、X45(1.4718)、NC20(DIN 2.4952)、X85(DIN 1.4748)、X60(DIN 1.4785)、718(括号中的数字表示每种材料的相应材料编号)。

材料可以在至少一个凸起内变化，因为不同的焊缝，材料可以不同。这允许逐个部分地调节至少一个凸起的技术特征。

根据本发明，制造在圆角部具有至少一个凸起的提升阀的方法包括：提供阀体(具有阀头和阀杆)，并通过在圆角部的外表面上(更具体地是在圆角部的外表面位于阀面和阀杆之间的部分)采用焊接工艺(即通过熔覆(cladding)或焊缝熔覆(weld cladding))沉积材料来构造至少一个凸起。阀体可以通过本领域中已知的方法来制造，例如，可通过锻造工艺制造。材料的沉积是通过焊接工艺进行的，优选使用激光焊接工艺。该材料优选以粉末形式应用和/或优选不同于阀体的材料。

与目前使用的带凸起的提升阀的制造方法相比，此方法可实现非常高效的生产过程，该过程快速且所需能源和材料更少。熔覆后，凸起的形状与最终形状非常接近，这意味着需要更少甚至不需要机加工。这对于难以进行机加工的高合金材料特别有利。另一优点是，至少一个凸起的材料可以不同于阀体的材料；请参阅上面列出的优选材料。

图4示出了凸起的构造过程，其通过使用焊接工艺在表面上沉积一个或多个焊缝10来完成。在一定范围内，至少一个凸起的形状可以通过调节焊接工艺的工艺参数来确定，如由材料沉积速率、焊接速度或焊接区域的宽度确定。对于更高和/或更宽的形状，若干焊缝10被叠置。例如，可以将多个焊缝彼此叠置以增加凸起的高度(例如，图中的1-1-1-1构造)。通过在表面上彼此平行沉积多个焊缝可获得较宽的凸起(例如，图中的2或3形成2-2和3-2-2-2构造)。因此，通过在焊缝的低层的顶部上彼此相邻地沉积多个焊缝，来增加较宽的凸起的高度。凸起的宽度可以通过改变每层中的焊缝的数量来改变(例如，在图中示出了3-2-2-2构造)，这可以用于获得锥形凸起。一个凸起的高度可以通过使沿着凸起具有不同数量的叠置焊缝层的部分而变化。

使用这种技术，可构造具有各种形状的凸起，特别是上述形状，即环形肋和叶片。环形肋特别易于形成，这是因为阀体可以在焊接设备静止时旋转，以获得一个焊缝10；焊接设备小幅的重新定位允许形成另一个焊缝，从而使焊缝叠置。这种多功能的方法允许形成不同于环形肋和叶片的凸起，例如，波纹形或凸起部分，当从径向方向看时，不是细长形状，而是覆盖圆角部的一部分的圆形、环形或矩形。

通过为不同的焊缝提供和使用具有不同的物理/技术特性的不同材料，还可以改变凸起内的至少一个凸起的材料；请参阅上面所列的优选材料。作为示例，可以在凸起的面向燃烧室的一侧上使用高耐热性的材料，并且在远离燃烧室的相对侧上使用高导热率的材料。同样，可以将具有不同硬度、耐腐蚀性、延展性等等的材料用于不同的焊缝。由于材料可以随着每个焊缝而变化，因此至少一个凸起内的材料可以随着高度和宽度而变化。

阀体的外表面，特别是圆角部的外表面，可以在形成至少一个凸起的过程之前进行机加工，从而准备用于焊接的外表面。优选地，在沉积材料的步骤之后，加工提升阀的表面，特别是至少一个凸起的表面。以此方式可以获得至少一个凸起的最终形状和期望的阀的表面光洁度。在这两种情况下(在沉积步骤之前/之后)，机械加工都可以包括打磨、车削、铣削、喷丸和摩擦抛光。

图5示出了根据本发明的方法的流程图。两个主要步骤是S502提供阀体(具有阀杆和带有圆角部的阀头)，以及在圆角部的外表面上沉积材料S506。其中，提供阀体可以包括使用本领域中已知的方法来制造阀体，并且其中材料的沉积是使用如上所述的熔覆方法进行的。该图示出了两个可能的附加步骤，即，在沉积材料的步骤之前对圆角部进行机械加工S504，以及在沉积材料的步骤之后对凸起进行机械加工S508。

本领域技术人员应当清楚，可以组合该方法的不同方面以便获得在圆角部上具有一个或多个凸起的提升阀，其中可以形成凸起以获得具有期望技术特征(即至少一个凸起的形状、材料、表面光洁度……)的提升阀。

参考标记列表：

2 阀杆

4 阀头

6 圆角部

8 凸起

10 焊缝

Claims (16)

1.一种用于内燃机的提升阀，包括：

阀体，具有阀杆(2)和阀头(4)，其中，所述阀头(4)包括圆角部(6)；和

至少一个凸起(8)，具有预定形状，位于所述圆角部(6)的外表面上；

其中，所述至少一个凸起(8)由至少一个焊缝(10)形成，所述至少一个焊缝(10)通过使用焊接工艺将材料沉积在所述圆角部(6)的所述外表面上而获得。

2.根据权利要求1所述的提升阀，其中，所述至少一个凸起(8)的材料不同于所述阀体的材料。

3.根据前述权利要求中任一项所述的提升阀，其中，所述至少一个凸起(8)包括叠置的多个焊缝(10)。

4.根据权利要求3所述的提升阀，其中，所述至少一个凸起(8)包括不同材料的焊缝(10)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的提升阀，其中，所述至少一个凸起(8)具有环形肋的形状。

6.根据权利要求5所述的提升阀，其中，所述环形肋的高度和/或宽度在圆周方向变化。

7.根据权利要求1-4任一项所述的提升阀，其中，所述至少一个凸起具有至少部分地在轴向延伸的叶片的形状。

8.根据权利要求7所述的提升阀，其中，所述叶片的高度和/或宽度在轴向变化。

9.一种用于内燃机的提升阀的制造方法，包括：

提供具有阀杆(2)和阀头(4)的阀体(S502)，其中，所述阀头(4)包括圆角部(6)；和

使用焊接工艺在所述圆角部(6)的外表面上沉积材料(S506)，从而通过至少一个焊缝(10)形成预定形状的至少一个凸起(8)。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述材料以粉末材料的形式提供，并且所述焊接工艺包括激光焊接。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，所述至少一个凸起(8)的材料不同于所述阀体的材料。

12.根据权利要求9-11中任一项所述的方法，还包括：

将多个焊缝叠置，从而形成所述至少一个凸起(8)。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括：

提供不同的材料并形成不同材料的焊缝(10)。

14.根据权利要求9至13中任一项所述的方法，还包括：

在沉积材料的步骤之前，对所述圆角部(6)进行机加工(S504)。

15.根据权利要求9至14中的任一项所述的方法，还包括：

在沉积材料的步骤之后，对所述至少一个凸起(8)进行机加工(S508)。

16.一种用于内燃机的提升阀，包括：

阀体，具有阀杆(2)和阀头(4)，其中，所述阀头(4)包括圆角部(6)；和

至少一个凸起(8)，位于所述圆角部(6)的外表面上；

其中，所述提升阀通过权利要求9至15中任一项所述的方法制造而成。