CN1241679A - 一种内燃发动机的阀门 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于一内燃发动机,特别是一柴油发动机的阀门,该阀门包括一阀体(1),该阀体(1)具有一阀板(2)和一阀杆(3)。阀体(1)包括一下部分(4)和一在轴方向上与该下部分(4)相连的上部分(5),利用两个机械连接将上部分(5)和下部分(4)彼此紧固在一起。

Description

一种内燃发动机的阀门

本发明涉及一种阀门，特别是如本发明的独立权利要求的前序部分所述的一种用于内燃发动机的排气阀。本发明特别涉及用于一柴油发动机的这种类型的阀门。

内燃发动机的进气阀和排气阀在运行状态下要承受相当高的热应力和腐蚀性应力。这些应力在排气阀处尤其大，因为热的燃气在排气阀周围流过，在长期的运行工况下这会引起排气阀的局部损坏。而且还有机械应力，如在阀门的打开和关闭过程中产生的动应力，也对阀门的制造材料提出了很高的要求。柴油发动机中的这种机械应力是特别重要的，因为柴油发动机与四冲程发动机相比，通常是在更高的点火压力下运行。

为了使这种类型阀门能够持久地承受这些高的应力，该阀门的阀体一般都是由高等级的昂贵的合金制成。特别是对于柴油发动机的排气阀，已经使用镍基合金如市场上有售的镍铬钛合金80A(商标)或镍铬钛合金81(商标)。但是使用这些合金或类似的合金是相当昂贵的。特别是对于用作轮船动力的大型柴油发动机，其排气阀的阀体的总长度可大于一米，阀板的直径也要在半米以上，材料成本消耗是相当大的，从经济角度讲是很不利的。

因此，本发明的目的是提供一种用于内燃发动机的更经济的阀门，特别是排气阀，它不仅具有较低的制造成本，而且能满足长期运行的高的运行要求。这种类型的阀门特别适合于在大型的柴油发动机中使用。

满足本发明目的的阀门具有独立权利要求中的特征。

本发明提供了一种用于内燃发动机的阀门，特别是用于柴油发动机的阀门，该阀门包括一阀体，该阀体具有一阀板和一阀杆；该阀体包括一下部分和一在轴方向上与该下部分相连的上部分，利用两个机械连接结构将上部分和下部分彼此紧固在一起。

通过提供一上部分和一下部分的技术方案，就可以将包括阀板并在运行状态下承受最高的热应力和腐蚀性应力的阀体的那部分用高等级的可以承受这样的应力的材料如镍基合金镍铬钛合金(商标)制成。相反，远离阀板的、包括至少阀杆的一部分而且在运行状态下也不承受所述高的热应力的部分可以用更经济的材料如用于阀门的一种普通的钢材(阀门钢)制成。从而降低了采用的高等级的昂贵合金材料所占的比例，以便可以在不降低功能和阀门使用寿命的前提下，大幅度地降低阀门的总的制造成本。

两个机械连接的组合方案保证了上部分和下部分足够牢固地彼此连接在一起，以承受高的机械应力，特别是由阀体的打开和关闭操作所产生的动应力。因为这些机械应力被分配在两个连接结构上，所以减轻了其中的任一个所承受的应力，在实际运行中不再存在上部分和下部分之间的接合面部位被损坏的危险。这种两个机械连接结构的组合稳定而且坚固，因此本发明阀门的阀体可以长久地承受大型柴油发动机的排气阀中的机械应力。

机械连接中的一个最好是包括一轴套，该轴套被热套冷缩到阀杆上，其配置方式为它围绕该两个机械连接中的另一个。该方案是很有利的，因为机械应力中的一部分由围绕阀杆的轴套来承担，也就是，作用力中的一部分经轴套从上部分被传递到下部分，或反过来从下部分传递到上部分，从而降低了第二机械连接所承受的应力。

在本发明的一个最佳实施例中，在阀杆上的轴套的两个轴端部位分别提供了沿阀杆的圆周方向延伸的一槽或一缩小部分，以便使轴套的轴端与阀杆不相接触。因此，在轴方向上轴套与上部分之间和轴套与下部分之间的这种收缩连接之有效长度小于轴套在轴方向上的总长，从而使得轴套的轴端不与阀杆相接触的问题，在此，已无关了。该方案有效地保证了上部分和下部分之间经轴套而进行的力传递。

另一种最佳方案是轴套具有旋转叶轮，用于使阀体绕其纵向轴旋转。在内燃发动机中，特别是大型柴油发动机中，经常在排气阀的阀杆处设置旋转叶轮，以使阀体在运行状态下利用燃气而绕其纵向轴转动，籍以保证阀板和在圆周方向上与其相配合的相对面的应力均匀。将旋转叶轮配置在轴套上的优点在于结构更简单而且成本不高，因为轴套不仅可以作为旋转叶轮的载体，而且还可以作为阀体的上部分和下部分之间的机械连接。

在上部分和下部分之间的两个机械连接结构中的一个最好是一焊接连接，尤其是一个摩擦焊接连接则更好，因为这种连接是一种可以在制造过程中以简单的方式实现的特别稳定的连接。

在具有良好的机械稳定性的另一最佳实施例中，两个机械连接中的一个包括一销件，该销设置在上部分或下部分上并与设置在下部分或上部分上的一切口相配合。此时，销和切口之间的活动连接可同样被设计成一个收缩连接。

在另一种变化形式中，两个机械连接中的一个被设计成一螺纹连接或一卡扣式连接。例如，上述的销和切口之间的活动连接可以被设计成一螺纹连接或一卡扣式连接。

在本发明的阀门中，阀体的上部分和下部分利用两个机械连接的组合而被彼此紧固在一起。实际操作经验和制造过程中的技术因素均证实，以下所述的两个机械连接的组合是最佳的：

-焊接，特别是摩擦焊接连接与轴套的热套冷缩

-销和切口的收缩连接与轴套的热套冷缩

-螺纹连接与轴套的热套冷缩

-卡扣式连接与轴套的热套冷缩

本发明的其它的优选方案和最佳实施例在本发明的从属权利要求中有所描述。

下面将参照附图，以描述本发明的实施例的方式更详细地描述本发明。在所示的附图中，仅是示意性地示出了各种部件，没有按比例，而且功能相同或相当的部件均以相同的数字标号表示出，附图包括：

图1示出了本发明阀门的第一个实施例的阀体(局部为剖视)，和

图2示出了本发明阀门的第二个实施例的阀体(局部为剖视)。

下面将针对在轮船的驱动机组中使用的两冲程大型柴油机的纵向换气(longitudinally scavenged)气缸的排气阀的特征进行描述。但是，显然本发明并不局限于用于这种类型的发动机。本发明的阀还适用于其它类型的发动机，如四冲程柴油发动机，其它的柴油机和普通的内燃机。至于阀门的具体结构设计，如其规格和尺寸或所用的材料要根据其在每一种情形下的具体应用情况来决定。而且还可以根据本发明的阀门类似地设计一进气阀。

图1示出了本发明阀门的第一个实施例的阀体1.阀体1具有一阀板2，该阀板2在安装状态下与一未示出的阀座相配合，还具有一阀杆3，该阀杆3连接在阀板2上。阀体1具有一下部分4和一上部分5，其中下部分4包括阀板2和阀杆3的一部分，而上部分5包括阀杆3的其余部分；也就是，该上部分5和下部分4在轴方向上彼此相连，该轴方向是指阀体1的纵向轴A的方向。进而上部分5和下部分4在阀体1的区域内彼此邻接。

通过阀体1的两部分组装的方案，使得在运行状态下承受最强的腐蚀和最高的热应力的下部分4可以用能承受高热应力的高等级的材料制成，而远离燃烧室的上部分可以用更经济的材料制成。由此，可以更经济地制造出该阀门。

下部分4可以由能承受高热应力的镍基合金如镍铬钛合金80A(商标)或镍铬钛合金81(商标)或另外的在阀门领域内经常使用的高等级合金制成。上部分5可以由一种阀门或排气阀经常采用的钢材来制成。这种类型的钢材在阀门钢材料中是众所周知的。铁素体钢和奥氏体钢均可以使用。也可以使用镍基合金。

本发明的上部分5和下部分4利用两个机械连接结构彼此紧固在一起。通过两个机械连接的组合保证了上部分5和下部分4相互之间的连接的稳定性、持久性和高的可靠性，以便使其特别是阀杆3能够承受在开启和关闭阀门过程中产生的高的动应力。

在第一个实施例中，两个机械连接结构是由一焊接连接和一轴套6来实现的，其中，轴套6被热套冷缩到阀杆3上，并用作一个压紧轴套。通过两个不同的机械连接结构使阀杆3足够稳固和坚硬，使其甚至能够承受在大型柴油发动机的排气阀中产生的巨大应力，持久而可靠。

在本发明的第一个实施例的阀体1的制造中，首先将上部分5和下部分4在它们的邻界面处相互焊接在一起。考虑到制造的技术方面的原因，最好采用摩擦焊接方法来进行上述焊接。但是在原理上，其它的焊接方法也是适用的。在焊接连接完成并随后进行了适当的机械加工之后，将轴套6压套在阀杆3上并在其上冷缩。此时，轴套6的定位方式要使其在圆周方向上围绕着焊接结构并使焊接结构在轴向上尽量位于轴套6的中间部位。这样在运行状态下大部分的机械应力特别是动应力均经轴套6传导出去，从而减轻了焊接连接所承受的应力。

上部分5和下部分4的在装配状态下彼此邻接的轴向端部分51、41的直径DO、DU要以一定方式彼此相匹配，从而使在阀体的运行温度下，在上部分5和轴套6之间及下部分4和轴套6之间的焊接连接基本上能够同样坚固，或具有大体相同的焊接结构。此时，轴向端部分51、41是指上部分5或下部分4的分别与轴套6形成收缩连接的那些部分。如果上部分5和下部分4的制造材料具有不同的热膨胀性能，则它们彼此相邻接的端部分51、41的直径DO、DU必须在制造过程中被加工成不同的尺寸，以便它们在运行温度下能具有大体相同的直径。

例如，如果上部分5的制造材料之热膨胀能力大于下部分4的制造材料，则在阀体1的冷状态下，上部分5的端部51的直径DO要被加工成略小于下部分4的端部41的直径DU。

另一种优选的方案是轴套6在轴方向上的长度要大于轴套6与上部分5和下部分4之间的整个的收缩连接的有效长度L。这意味着轴套6的轴端61与阀杆3是无接触的。该方案可以通过在下部分4上加工一沿圆周方向上延伸的槽7来实现，也可以通过上部分5上的缩小部分8来实现。槽7和缩小部分8分别在轴方向上直接与下部分4和上部分5的端部区域41、51相连。该方案使得轴套6的轴端61不与阀体1相接触的问题，在此，已无关了。因此，当轴套6在阀杆上收缩时，轴端61的收缩可以比轴套6的其它部分略多一些，以便轴端61分别向槽7和缩小部分8略有弯曲。这一点是有好处的，一方面，有利于在轴套6和阀体1之间的力传送；另一方面，轴套6作为一个附加的夹紧部件而起作用，增加了上部分5和下部分4之间的连接可靠性。

在轴套6上还设置了旋转叶轮9，在运行状态下，燃气以一种已知的方式流过该叶轮，从而使阀体1绕其纵向轴A转动。将旋转叶轮设置在轴套6上的变型方案不仅节省了空间，而且使结构更简单。但也可以将旋转叶轮9配置在阀杆3的另外位置上，而仅将轴套6作为上部分5和下部分4之间的连接之用。

还可以在本发明的阀门中采用其它的在阀门技术中已知的措施。例如，可以为在装配状态下与阀杆相组合的阀体的基座部分设置一保护层10，以增加其抵抗能力。后者可以是已知的钨铬钴合金或一种镍基合金。

图2示出了第二个实施例的阀体1。第二个实施例中与第一个实施例相似的部分适用于上面的说明，下面将针对第二个实施例与第一个实施例的不同之处进行描述。

在第二个实施例中，两个机械连接结构是由两个可收缩连接结构来实现的。该连接中的一个以与上述的轴套6相似的方式制成，其热套冷缩在阀杆3上。另一机械连接包括一销件11和一切口12，销11设置在上部分5的轴端部分51上并沿轴方向延伸，而切口12设置在下部分4的轴端部分41内并且其尺寸被设置得使其能够在销11上收缩。在制造过程中，在下部分4之切口12部分中加热，并将销11嵌入切口12内。在随后的冷却过程中，切口12收缩，从而与销11形成一收缩连接。然后，将轴套6热套冷缩在阀杆上，该轴套6的设置方式要使其在圆周方向上围绕另一收缩连接结构即销11和切口12之间的收缩连接。

当然，也可以在下部分4设置销件11，而在上部分5设置切口12。

第二个实施例的一种变型是在销11和切口12之间设置一螺纹连接作为活动连接，来代替收缩连接。为此，销11在其外限界表面上具有螺纹，而切口12在其内限界表面具有螺纹，以便销11可以拧入切口12内。

另一种变型是，可以一定方式设计销11和切口12，使它们之间形成一卡扣式连接结构。

除了以上所述的阀体1的上部分5和下部分4之间的两个机械连接之最佳组合方式之外，还可以有其它的组合方式，特别是可以有轴套6无收缩的组合方式，例如一种螺纹连接和一种焊接连接的组合。理论上还可以在上部分5和下部分4之间设置多于两个的机械连接。

Claims (11)

1.阀门，特别是一种用于内燃发动机，尤其是柴油发动机的排气阀，包括一阀体(1)，该阀体(1)具有一阀板(2)和一阀杆(3)，其特征在于，该阀体(1)包括一下部分(4)和一在轴方向上与该下部分(4)相连接的上部分(5)，利用两个机械连接结构将上部分(5)和下部分(4)彼此紧固在一起。

2.如权利要求1所述的阀门，其特征在于，上部分(5)和下部分(4)在阀杆(3)的范围内彼此相邻接。

3.如前述的任一项权利要求所述的阀门，其特征在于，两个机械连接中的一个包括一轴套(6)，该轴套(6)被热套冷缩到阀杆(3)上，其配置方式为它围绕着两个机械连接中的另一个。

4.如权利要求3所述的阀门，其特征在于，在阀杆(3)上的轴套(6)的两个轴端(61)的部位分别设置沿阀杆(3)的圆周方向延伸的一槽(7)或一缩小部分(8)，以便使轴套(6)的轴端部(61)与阀杆(3)不接触。

5.如权利要求3或4所述的阀门，其特征在于，上部分(5)和下部分(4)的轴端部分(51，41)的直径(DO，DU)要以一定方式彼此相匹配，以便在运行温度下，在上部分(5)和轴套(6)之间及下部分(4)和轴套(6)之间产生基本上同样坚固的收缩连接。

6.如权利要求3至5中的任一项所述的阀门，其特征在于，轴套(6)具有旋转叶轮(9)，用于使阀体(1)绕其纵向轴(A)旋转。

7.如前述的任一项权利要求所述的阀门，其特征在于，两个机械连接中的一个是一焊接连接，并最好是一个摩擦焊接连接。

8.如前述的任一项权利要求所述的阀门，其特征在于，两个机械连接中的一个包括一销件(11)，该销(11)设置在上部分(5)或下部分(4)上并与设置在下部分(4)或上部分(5)上的一切口(12)相配合。

9.如权利要求8所述的阀门，其特征在于，销(11)和切口(12)之间的有效接触是一收缩连接。

10.如前述的任一项权利要求所述的阀门，其特征在于，两个机械连接中的一个被设计成一螺纹连接或一卡扣式连接。

11.一种内燃发动机，特别是一柴油发动机，尤其是一大型柴油发动机，具有一前述任一项权利要求所限定的阀门。

Images