CN111980775A - 气体交换阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种气体交换阀(1)，其包括沿轴向(A)延伸的阀杆(2)，该阀杆(2)具有阀杆套表面(5)并且沿着轴向(A)过渡到阀板(3)。此外，阀杆(2)具有至少一个周向凹槽(6)，该周向凹槽包含第一凹槽侧(8)和第二凹槽侧(9)。第一凹槽侧(8)因而沿轴向(A)布置在比第二凹槽侧(9)更远离阀板(3)处，并且在至少一个周向凹槽(6)的第一凹槽侧(8)到阀杆套表面(5)的过渡处形成斜面(7a)。

Description

气体交换阀
技术领域
本发明涉及一种气体交换阀和一种包括这种气体交换阀的装置。本发明进一步涉及一种内燃机，其包括这种类型的气体交换阀或这种类型的装置。
背景技术
气体交换阀在内燃机中通常承受高的机械应力。尤其是所谓的气门锁夹承受高应力，该气门锁夹与阀杆呈现为周向凹槽的凹口接合，用于将恢复力从阀弹簧传递到气体交换阀，并且在内燃机的运转期间摩擦所述凹口。这会导致气门锁夹的磨损。如果由于磨损而不再确保气门锁夹与凹口/凹槽接合，则阀会以不受控制的方式伸入燃烧室，这可能导致发动机完全故障。
由于阀的硬化工艺处理，尤其是渗氮工艺处理，阀的表面通常变得更粗糙。尤其是形成为周向凹槽的凹口的凹槽边的粗糙度增加导致气门锁夹的磨损增加。这需要对凹口表面进行后处理，例如通过打磨或抛光凹口，但是这与增加的制造工作量有关，并且因此也与增加的生产成本相关。
发明内容
因此，本发明处理的问题是产生一种用于气体交换阀的改进的实施方式或至少一种替代的实施方式，其特征尤其在于减少磨损以及减少制造工作量。
根据本发明，该问题通过独立权利要求的主题来解决。有利实施例为从属权利要求的主题。
因此，本发明的基本思想是为气体交换阀的周向凹槽的凹槽侧提供斜面，该气体交换阀设置在阀杆上。以这种方式形成的斜面可以容易地在所述周向凹槽上制造并且减小磨损，该磨损是在气门锁夹与周向凹槽接合时由于摩擦而产生的。
根据本发明的气体交换阀包括：阀杆，其沿轴向延伸，具有阀杆套表面并且沿轴向过渡到阀板。因此，阀杆具有至少一个周向凹槽，该周向凹槽包含第一凹槽侧和第二凹槽侧，它们有利地彼此轴向相对地定位。可以想到两个或更多的周向凹槽，每个周向凹槽彼此间隔开地轴向布置。每个周向凹槽的第一凹槽侧由此布置成相较同一周向凹槽的第二凹槽侧沿轴向更远离阀板。根据本发明，在至少一个周向凹槽的第一凹槽侧到阀杆套表面的过渡处形成斜面。
优选在包括第一凹槽侧的气体交换阀的表面部分上形成保护涂层或保护层。这种类型的保护涂层或保护层在尤其承受了机械应力的周向凹槽的区域中提高了阀杆表面的硬度，并且因此降低了在该区域中的磨损效应。特别是，由于渗氮工艺而分别产生或形成的材料表面上的连接层具有极高的硬度，这使这些磨损效应最小化。
根据一种优选的实施方式，至少一个斜面在沿轴向的纵向截面中相对于轴向以65°＜α＜89°范围内的角度α倾斜，优选地以约80°的角度α倾斜。该实施方式特别有力地减小了在阀杆的配对件上，比如上述的气门锁夹上与摩擦有关的磨损。
根据另一优选的实施方式，沿轴向测量的至少一个斜面的延伸量在0.02mm至0.1mm之间。该实施方式还特别确保了气门锁夹的减少的磨损。
根据另一优选的实施方式，沿垂直于轴向的径向方向测量的至少一个斜面的延伸量在0.15mm至0.25mm之间。以这种方式也可以减少出现在气门锁夹上的与摩擦有关的磨损。
至少一个周向凹槽有利地具有在0.4mm至0.6mm之间的凹槽半径。
根据一种有利的实施方式，至少一个周向凹槽上的阀杆的最小直径在3.6mm和5mm之间。该实施方式提供了阀套与周向凹槽的稳定的机械接合。
根据另一个有利的实施方式，阀杆在阀杆套表面上具有在4mm至10mm之间的直径。以这种方式获得了与周向凹槽的特别牢固的接合以及从凹口到气门锁夹的特别可靠的动力传递。
优选在至少一个周向凹槽的第二凹槽侧到阀杆套表面的过渡处形成斜面。该实施方式导致特别地增加了气门锁夹的磨损减少，该气门锁夹与气体交换阀的凹口接合。该实施方式还减小了响应于阀的安装而损坏阀杆密封件的可能性，该阀杆密封件是内燃机安全运行所必需的。
在另一个有利的实施方式中，斜面的表面在沿轴向的纵向截面中具有直的和/或圆弧形的轮廓。
在有利的进一步发展的情况下，阀杆具有至少两个，优选三个周向凹槽，这些周向凹槽沿轴向彼此间隔设置并且分别具有第一凹槽侧和第二凹槽侧。
气体交换阀的材料有利地可以是钢，其名称为1.4718、1.4871、1.4882、1.4748，以及NIREVA 3015。
在另一有利的进一步发展的情况下，表面部分包括阀倒角的表面和至少部分阀杆套表面。在这种进一步发展的情况下，保护涂层或保护层(尤其是渗氮层或氮碳共渗层)至少在该表面部分上缺失或再次被去除(尤其是通过研磨)。在这种进一步发展的情况下，在气体交换阀的表面上获得增加的硬度，并且因此分别由于渗氮层或氮碳共渗层而特别显著地降低了在气体交换阀的表面上的磨损效应，由此在没有保护涂层或保护层的且包括阀倒角的表面和至少部分阀杆外套表面的另一表面部分上避免了分别由渗氮层或氮碳共渗层引起的腐蚀，特别是热气体腐蚀。
气体交换阀的包括阀倒角的表面和至少部分阀杆套表面的表面部分优选地从阀杆的一个区域延伸至阀倒角到阀板的过渡，该区域面向阀板并在气体交换阀的安装状态下尤其是在气体交换阀的关闭位置处未位于阀杆导向件中。该实施方式特别有效地避免了气体交换阀的腐蚀。
根据一个替代的有利实施例，尤其是通过气体或等离子体处理，在气体交换阀的表面上而非在包括气体交换阀的阀倒角和至少部分阀杆套表面的表面部分上形成渗氮层或氮碳共渗层，其中在渗氮层或氮碳共渗层的形成期间覆盖该表面部分。在该实施方式的情况下，在气体交换阀的表面上也获得了增加的硬度，并且因此分别由于渗氮层或氮碳共渗层而特别显着地降低了在气体交换阀的表面上的磨损影响，其中同时在包括阀倒角表面和至少部分阀杆套表面的表面部分上避免了分别由渗氮层或氮碳共渗层引起的腐蚀，特别是热气体腐蚀。
在渗氮层或氮碳共渗层的形成过程中，优选通过施加漆或糊剂覆盖表面部分，或者在渗氮层或氮碳共渗层的形成过程中通过可以多次使用的掩膜覆盖表面部分。以此方式可以在表面部分中形成至少一个没有渗氮层或氮碳共渗层的区域。由此特别有效地避免了在包括阀倒角表面和至少部分阀杆套表面的表面部分上形成渗氮层或氮碳共渗层，从而也避免了气体交换阀的腐蚀。
本发明还涉及一种装置，该装置包括：至少一个如上所述的气体交换阀、气门锁夹，该气门锁夹与所述气体交换阀的至少一个周向凹槽部分地接合。因此，根据本发明的气体交换阀的上述优点也转化为根据本发明的装置的优点。
本发明还涉及一种内燃机，该内燃机包括至少一个燃烧室并且包括至少一个如上所述的装置。该装置中的至少一个气体交换阀设置在燃烧室处，并在该处用作入口或出口阀。因此，根据本发明的装置的上述优点也转化为根据本发明的内燃机的优点。
本发明的其他重要特征和优点由从属权利要求，附图以及基于附图的相应的附图说明中得出。
不言而喻，上述特征和将在下面描述的特征不仅可以以各自指定的组合使用，而且可以以其他组合或单独使用，而不脱离本发明的范围。
附图说明
在附图中示出了本发明的优选示例性实施例，并且在以下描述中将更详细地描述本发明。
在每种情况下示意性地，
图1示出了根据本发明的气体交换阀的一个示例，
图2a，2b示出了图1在周向凹槽的区域的详细图示。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的内燃机的气体交换阀1的示例，该内燃机没有另外示出，该气体交换阀1包括阀板3和阀杆2。因此气体交换阀1通常形成为用于内燃机的燃烧室的进气阀或排气阀。
阀杆2沿着轴向A延伸，沿着轴向A过渡到阀板3，并且此外具有阀杆套表面5。轴向A沿着阀杆2的中央纵向轴线M延伸。在该示例中，阀杆2具有三个周向凹槽6，其沿轴向A彼此间隔开地布置，并且每个周向凹槽6包含第一凹槽侧8和第二凹槽侧9。毋庸置疑的是，周向凹槽6的不同数量在该示例的替代方案中是可能的。当然地，各个周向凹槽6的第一凹槽侧8在轴向A上布置为比同一周向凹槽6的第二凹槽侧9更远离阀板3。此外，在每种情况下斜面7a形成在三个周向凹槽6的第一凹槽侧8到阀杆套表面5的过渡处，这也可以在图2a中看到，图2a代表图1的C1部分的详细视图。
在沿着轴向A的纵向截面中，三个斜面7a的表面11a相对于轴向A倾斜角度α＝80°，并且沿着轴向A测量的三个斜面的延伸量y为0.08毫米。沿着垂直于轴向A的径向方向R测得的斜面7a的延伸量x为0.2mm。周向凹槽6的最小凹槽半径在0.4mm至0.6mm之间。阀杆2在周向凹槽6上的最小直径为4mm，而阀杆2在阀杆套表面5上的直径为6mm。
斜面7b同样形成在周向凹槽6的各自的第二凹槽侧9到阀杆套表面5的过渡处，如图2b所示，其示出了图1的C2部分的详细视图。在沿轴向A的纵向截面上，三个斜面7b的表面11b相对于轴向A倾斜角度β。角度β可以具有小于90°的值。在图2b的示例中，角度β＝80°。替代地，角度β可以具有小于30°的值，优选地在0.1°至20°之间，并且更优选地在1°至4°之间。
根据图1和2a的示例，斜面7a的表面11a在沿轴向的纵向截面中具有直轮廓。然而可以想到的是，斜面7a的表面11a在沿着轴向A的纵向截面中具有圆弧形轮廓。还可以想到圆弧形轮廓和直轮廓的部分组合。斜面7b的表面11b也可以类似地形成。
气体交换阀1的材料可以是名称为1.4718的硬化马氏体钢。然而还可以想到的是，用于气体交换阀1的材料包括名称为1.4882、1.4871、1.4748、2.4952或NIREVA 3015的钢。在诸如马氏体钢的情况下，例如1.4718可以被硬化，尤其是气体交换阀的周向凹槽的区域和背对阀板的气体交换阀的杆端区域，优选地通过硬化或表面硬化。
在图1、2a和2b的示例中，在气体交换阀1的包括第一凹槽侧8的表面部分10上形成渗氮层。在该表面上，渗氮层因此具有连接层和下方的扩散层。代替渗氮层，也可以设置氮碳共渗层或不同的保护层以提高耐磨性。渗氮层或保护层分别具有介于650至1800HV 0.5之间的硬度。
此外，可以设置另一表面部分13，其包括阀倒角12的表面和至少部分阀杆套表面5，并且在这种情况下，分别为渗氮层或氮碳共渗层形式的保护层或保护涂层分别是缺失的。为此目的，可以通过研磨再次去除已经施加的分别为渗氮层或氮碳共渗层形式的保护层或保护涂层。在图1的示例中，这种类型的表面部分13从阀杆2的一个区域延伸至阀倒角12到阀板3的过渡，该区域面向阀板3并且在气体交换阀1的安装状态下在气体交换阀1的关闭位置处未位于阀杆导向件中。
作为用于随后去除的替代方案，分别以渗氮层或氮碳共渗层形式的保护层或保护涂层分别仅可以被施加到气体交换阀1的表面的至少一个区域上，这与表面部分13不同或甚至是与其互补的。在这种方案下，在渗氮层或氮碳共渗层的施加之前和期间通过施加漆或糊剂掩盖另一表面部分13。

Claims (16)

1.一种气体交换阀(1)，其特征在于，包括：
阀杆(2)，所述阀杆(2)沿轴向(A)延伸，所述阀杆(2)具有阀杆套表面(5)并且沿着所述轴向(A)过渡到阀板(3)；
其中，所述阀杆(2)具有至少一个周向凹槽(6)，所述圆周凹槽(6)包含第一凹槽侧(8)和第二凹槽侧(9)；
其中，所述第一凹槽侧(8)沿所述轴向(A)布置在比所述第二凹槽侧(9)更远离所述阀板(3)处；
其中，在至少一个周向凹槽(6)的第一凹槽侧(8)到所述阀杆套表面(5)的过渡处形成斜面(7a)。
2.根据权利要求1所述的气体交换阀(1)，其特征在于，
在所述气体交换阀(1)的包括第一凹槽侧(8)的表面部分(10)上形成保护层或保护涂层，尤其是渗氮层或氮碳共渗层。
3.根据权利要求1或2所述的气体交换阀(1)，其特征在于，
至少一个所述斜面(7a)的表面(11)在沿轴向(A)的纵向截面中相对于轴向(A)以65°＜α＜89°的角度α倾斜，优选地以约80°的角度α倾斜。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的气体交换阀(1)，其特征在于，
沿所述轴向(A)测量的所述斜面(7a)的延伸量(y)在0.02mm至0.1mm之间。
5.根据前述权利要求中任一项所述的气体交换阀(1)，其特征在于，
沿径向(R)测量的所述斜角(7a)的延伸量(x)在0.15mm至0.25mm之间。
6.根据前述权利要求中任一项所述的气体交换阀(1)，其特征在于，
所述至少一个周向凹槽(6)的凹槽半径在0.4mm至0.6mm之间。
7.根据前述权利要求中任一项所述的气体交换阀(1)，其特征在于，
所述至少一个周向凹槽(6)上的阀杆(2)的最小直径在3.6mm至5mm之间。
8.根据前述权利要求中任一项所述的气体交换阀(1)，其特征在于，
所述阀杆(2)在所述阀杆套表面(5)的区域内的直径在4毫米至10毫米之间。
9.根据前述权利要求中任一项所述的气体交换阀(1)，其特征在于，
在至少一个周向凹槽(6)的所述第二凹槽侧(9)到所述阀杆套表面(5)的过渡处形成有斜角(7b)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的气体交换阀(1)，其特征在于，
所述斜面(7a)的所述表面(11)在沿所述轴向(A)的纵向截面中具有直的和/或圆弧形的轮廓。
11.根据前述权利要求中任一项所述的气体交换阀(1)，其特征在于，
所述阀杆(2)具有至少两个所述周向凹槽(6)，优选具有三个所述周向凹槽(6)，所述周向凹槽(6)沿所述轴向(A)相互间隔开布置，并且分别具有第一凹槽侧(8)和第二凹槽侧(9)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的气体交换阀(1)，其特征在于，
所述气体交换阀(1)的材料是名称为1.4882和/或1.4871和/或1.4748和/或2.4952和/或NIREVA 3015的钢。
13.根据权利要求2至12中任一项所述的气体交换阀(1)，其特征在于，
(另一)表面部分(13)包括阀倒角(12)的表面和至少部分所述阀杆套表面(5)，
所述保护层或所述保护涂层，尤其是渗氮层或氮碳共渗层，在所述表面部分(13)上缺失或者在形成之后尤其通过研磨再次去除。
14.根据权利要求13所述的气体交换阀(1)，其特征在于，
所述表面部分(13)从所述阀杆(2)的一个区域延伸至从阀倒角(12)到阀板(3)的过渡处，所述区域面对阀板(3)且在所述气体交换阀(1)的安装状态下、尤其是在所述气体交换阀(1)的关闭位置处不在所述阀杆导向件中。
15.一种装置，其特征在于，包括：
根据前述权利要求中任一项所述的气体交换阀(1)，
气门锁夹，所述气门锁夹与所述气体交换阀(1)的至少一个周向凹槽(6)部分地接合。
16.一种用于机动车辆的内燃机，其特征在于，包括：
至少一个燃烧室，
根据权利要求15所述的装置，其中，所述气体交换阀(1)布置在所述燃烧室上，并且在所述燃烧室处用作入口阀或出口阀。
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