CN110662889B

CN110662889B - 提升阀及其制造方法

Info

Publication number: CN110662889B
Application number: CN201780090835.2A
Authority: CN
Inventors: 安德烈·马洛; 尼古拉斯·布特舍尔; 马克·宾克利; 达米安·马修; 托拜厄斯·施罗德
Original assignee: Federal Mogul Valvetrain GmbH
Current assignee: Federal Mogul Valvetrain GmbH
Priority date: 2017-05-17
Filing date: 2017-05-17
Publication date: 2021-07-23
Anticipated expiration: 2037-05-17
Also published as: KR102309162B1; EP3555434B1; PL3555434T3; CN110662889A; KR20200008151A; JP6931713B2; EP3555434A1; JP2020520426A; WO2018210416A1

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；和至少一个凸起，该凸起具有预定形状，并位于阀杆上；其中，至少一个凸起由至少一个焊缝形成，至少一个焊缝通过使用焊接工艺将材料沉积在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

本发明涉及阀，特别是用于内燃机的提升阀，其设置有位于阀杆上的凸起，例如翼。本发明还涉及一种用于制造提升阀的相应方法。

背景技术

内燃机提升阀的杆可设有在阀杆上设置的翼(即叶片、翅片或肋)，以引导气流。在出口阀，翼使得排气系统处的气流加速。对于进给阀，翼在空气燃料混合物或燃烧气体中产生涡流，从而使得混合物在燃烧室内分布更佳。同时，气流在翼上施加力，导致阀的(小幅)旋转，这意味着阀座磨损均匀，并有助于避免在发动机的使用寿命期间泄漏气体和燃料。

当前有几种不同的方法来制造带翼的提升阀。在一种方法中，首先在杆中部镦锻(upset)球，然后通常通过铣削对其进行机加工。在另一种方法中，锻造很大的头部(即足够大以包围头和翼)，随后对其进行机加工(例如铣削)以获得阀头和翼。还有一种方法是首先在杆中部镦锻小球，然后锻造翼。另一种制造方法是使用机械镦锻机并将粗杆锻造成四段或五段，然后加工翼和头。

这些制造方法有几个缺点：较复杂；通常需要在额外的加工步骤中去除材料；翼的材料必须与阀体的材料相同。

因此，本发明的目的是提供一种避免这些问题的提升阀和在杆上带有翼的提升阀的制造方法。

发明内容

该目的通过一种用于内燃机的提升阀来实现，该提升阀包括具有阀杆和阀头的阀体和位于所述阀杆的外表面且具有预定形状的至少一个凸起，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翼形。

另一方面，所述翼的高度可沿所述翼的长度方向变化。

另一方面，所述翼的宽度可沿着所述翼的长度和/或高度方向变化。

另一方面，所述至少一个翼可相对于轴向倾斜。

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，该方法包括提供具有阀杆和阀头的阀体；和使用焊接工艺在所述阀杆的外表面上沉积材料，从而由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所述材料以粉末材料的形式提供，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。

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，对所述阀杆进行机加工。

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，包括具有阀杆和阀头的阀体和位于所述阀杆的外表面的至少一个凸起；其中，所述提升阀通过上述的任一种方法制造而成。

在本申请的上下文中，轴向由阀杆的纵轴限定，该纵轴也是提升阀的轴线；径向垂直于轴向。此外，在本申请的上下文中，具有翼形状的凸起也简称为“翼”。

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示出了根据本发明的提升阀的侧视图和俯视图；

图2示出了根据本发明的另一种提升阀的侧视图；

图3示出了根据本发明的又一种提升阀的侧视图；

图4示出了根据本发明的制造方法的凸起的制备过程；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、2和3示出了根据本发明的提升阀的示例性实施例。其中所示的提升阀(以下也简称为阀)包括具有阀杆2和阀头4的阀体。不同预定形状的凸起6位于每个所示阀的杆2的外表面上。通常，一个或多个凸起可以位于阀杆2的外表面上。该至少一个凸起由至少一个焊缝8使用如下所述的熔覆方法形成。根据该方法，至少一个凸起特别地通过叠加多个焊缝而形成，这允许形成具有预定形状的至少一个凸起6。

图1在左侧示出了阀的侧视图，在右侧示出了阀的俯视图。四个凸起6等距地位于杆的圆周上。凸起6具有相对于轴向倾斜的直翼(叶片)的形状。显然，只要其制造是可行的，不仅“四个”，其他任一数目的凸起6都是可以的，例如，数量不能太多，否则凸起会交叠。

图2示出了提升阀的侧视图。在阀杆2的外表面上形成有多个凸起6，这些凸起以相等间隔的方式定位在阀杆的圆周上。同样，凸起6具有翼的形状，在这种情况下，其不仅相对于轴向倾斜，而且沿翼的长度方向弯曲。

图3示出了另一种提升阀的侧视图，其中凸起6的形状和定位在阀杆2上的位置类似于图2。唯一的区别在于两组翼6的位置与阀头4的距离不同。该“多螺旋阀”是凸起的构造的示例，这些凸起难以通过本领域中先前已知的方法来制造。

尽管在图1-3中示出的凸起/翼6在每个图中的形状相同，并且在各图中以对称方式分布，但更一般的配置也是可以的。例如，一个阀上的不同凸起可以具有不同的形状，它们与阀头的距离可以不同，它们在圆周方向上的分布可以不均匀，它们相对于轴向的倾斜角度可以不同，或者它们的高度/宽度可以不同。

具有翼形状的至少一个凸起的尺寸可以变化。翼被认为是主要在两个维度上延伸并且具有与这两个维度正交的宽度的扁平叶片状物体。翼的高度定义为其在阀的径向上的延伸，即相对于阀杆外表面的延伸/高度。翼的长度定义为其沿阀杆外表面的延伸，即与宽度和高度正交。所有这些参数可以在一个凸起内变化。例如，翼的高度可以沿长度方向变化和/或翼的宽度可以沿其长度和/或高度方向变化。翼可以相对于轴向方向倾斜，优选弯曲。

凸起的形状与翼不同也是可能的。一个例子是肋状物(rib)，例如环形肋、平行于轴向延伸的肋或相对于轴向倾斜的肋。同样，对于不同的肋，肋的宽度、高度和长度可以不同，并且一个肋的宽度和高度可以变化。

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。一个阀的不同凸起也可以由不同的材料制成，例如，该材料可以取决于相应凸起的形状(如果在一个阀上存在不同形状的凸起)或取决于其与阀头的距离。

根据本发明，制造在阀杆上具有至少一个凸起的提升阀的方法包括：提供具有阀头和阀杆的阀体(即坯料)，并通过利用在阀杆的外表面上的焊接工艺(即通过熔覆或焊接熔覆)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。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。这对于难以进行机械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，请参阅上面的优选材料列表。

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8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被叠加。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和技术特性的凸起，包括上述形状和技术特性，特别是翼和肋。该方法的多功能性允许形成不同于翼和肋的凸起，例如波纹形或凸起部分，当从径向方向看时，不是细长形状，而是覆盖阀杆一部分的圆形、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/技术特性的不同的材料，还可以改变凸起内的至少一个凸起的材料，请参阅上面的优选材料列表。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，特别是阀杆的外表面，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(具有阀杆和阀头)，以及S506在阀杆的外表面上沉积材料。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阀杆进行机械加工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杆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。

Claims

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)；和

至少一个凸起(6)，具有翼形形状，位于所述阀杆(2)的外表面；

其中，所述至少一个凸起(6)由至少一个焊缝(8)形成，所述至少一个焊缝(8)通过使用焊接工艺将材料沉积在所述阀杆(2)的所述外表面上而获得，所述至少一个凸起(6)包括叠置的多个焊缝(8)。

2.根据权利要求1所述的提升阀，其中，所述至少一个凸起(6)的材料不同于所述阀体的材料。

3.根据权利要求1或2所述的提升阀，其中，所述至少一个凸起(6)包括不同材料的焊缝(8)。

4.根据权利要求1或2所述的提升阀，其特征在于，所述凸起(6)的高度沿所述翼的长度方向变化。

5.根据权利要求1或2所述的提升阀，其特征在于，所述凸起(6)的宽度沿着所述翼的长度和/或高度方向变化。

6.根据权利要求1或2所述的提升阀，其特征在于，所述至少一个凸起(6)相对于轴向倾斜。

7.一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)；

使用焊接工艺在所述阀杆(2)的外表面上沉积材料(S506)，从而由至少一个焊缝(8)形成具有翼形形状的至少一个凸起(6)；以及

将多个焊缝叠置，从而形成所述至少一个凸起(6)。

8.根据权利要求7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。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其中，所述至少一个凸起(6)的材料不同于所述阀体的材料。

10.根据权利要求7或8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(8)。

11.根据权利要求7或8所述的方法，还包括：

在沉积材料的步骤之前，对所述阀杆(2)进行机加工(S504)。

12.根据权利要求7或8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(6)进行机加工(S508)。