專利名稱：一種內(nèi)燃發(fā)動機的閥門的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種閥門，特別是如本發(fā)明的獨立權(quán)利要求的前序部分所述的一種用于內(nèi)燃發(fā)動機的排氣閥。本發(fā)明特別涉及用于一柴油發(fā)動機的這種類型的閥門。
內(nèi)燃發(fā)動機的進氣閥和排氣閥在運行狀態(tài)下要承受相當(dāng)高的熱應(yīng)力和腐蝕性應(yīng)力。這些應(yīng)力在排氣閥處尤其大，因為熱的燃?xì)庠谂艢忾y周圍流過，在長期的運行工況下這會引起排氣閥的局部損壞。而且還有機械應(yīng)力，如在閥門的打開和關(guān)閉過程中產(chǎn)生的動應(yīng)力，也對閥門的制造材料提出了很高的要求。柴油發(fā)動機中的這種機械應(yīng)力是特別重要的，因為柴油發(fā)動機與四沖程發(fā)動機相比，通常是在更高的點火壓力下運行。
為了使這種類型閥門能夠持久地承受這些高的應(yīng)力，該閥門的閥體一般都是由高等級的昂貴的合金制成。特別是對于柴油發(fā)動機的排氣閥，已經(jīng)使用鎳基合金如市場上有售的鎳鉻鈦合金80A(商標(biāo))或鎳鉻鈦合金81(商標(biāo))。但是使用這些合金或類似的合金是相當(dāng)昂貴的。特別是對于用作輪船動力的大型柴油發(fā)動機，其排氣閥的閥體的總長度可大于一米，閥板的直徑也要在半米以上，材料成本消耗是相當(dāng)大的，從經(jīng)濟角度講是很不利的。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于內(nèi)燃發(fā)動機的更經(jīng)濟的閥門，特別是排氣閥，它不僅具有較低的制造成本，而且能滿足長期運行的高的運行要求。這種類型的閥門特別適合于在大型的柴油發(fā)動機中使用。
滿足本發(fā)明目的的閥門具有獨立權(quán)利要求中的特征。
本發(fā)明提供了一種用于內(nèi)燃發(fā)動機的閥門，特別是用于柴油發(fā)動機的閥門，該閥門包括一閥體，該閥體具有一閥板和一閥桿；該閥體包括一下部分和一在軸方向上與該下部分相連的上部分，利用兩個機械連接結(jié)構(gòu)將上部分和下部分彼此緊固在一起。
通過提供一上部分和一下部分的技術(shù)方案，就可以將包括閥板并在運行狀態(tài)下承受最高的熱應(yīng)力和腐蝕性應(yīng)力的閥體的那部分用高等級的可以承受這樣的應(yīng)力的材料如鎳基合金鎳鉻鈦合金(商標(biāo))制成。相反，遠(yuǎn)離閥板的、包括至少閥桿的一部分而且在運行狀態(tài)下也不承受所述高的熱應(yīng)力的部分可以用更經(jīng)濟的材料如用于閥門的一種普通的鋼材(閥門鋼)制成。從而降低了采用的高等級的昂貴合金材料所占的比例，以便可以在不降低功能和閥門使用壽命的前提下，大幅度地降低閥門的總的制造成本。
兩個機械連接的組合方案保證了上部分和下部分足夠牢固地彼此連接在一起，以承受高的機械應(yīng)力，特別是由閥體的打開和關(guān)閉操作所產(chǎn)生的動應(yīng)力。因為這些機械應(yīng)力被分配在兩個連接結(jié)構(gòu)上，所以減輕了其中的任一個所承受的應(yīng)力，在實際運行中不再存在上部分和下部分之間的接合面部位被損壞的危險。這種兩個機械連接結(jié)構(gòu)的組合穩(wěn)定而且堅固，因此本發(fā)明閥門的閥體可以長久地承受大型柴油發(fā)動機的排氣閥中的機械應(yīng)力。
機械連接中的一個最好是包括一軸套，該軸套被熱套冷縮到閥桿上，其配置方式為它圍繞該兩個機械連接中的另一個。該方案是很有利的，因為機械應(yīng)力中的一部分由圍繞閥桿的軸套來承擔(dān)，也就是，作用力中的一部分經(jīng)軸套從上部分被傳遞到下部分，或反過來從下部分傳遞到上部分，從而降低了第二機械連接所承受的應(yīng)力。
在本發(fā)明的一個最佳實施例中，在閥桿上的軸套的兩個軸端部位分別提供了沿閥桿的圓周方向延伸的一槽或一縮小部分，以便使軸套的軸端與閥桿不相接觸。因此，在軸方向上軸套與上部分之間和軸套與下部分之間的這種收縮連接之有效長度小于軸套在軸方向上的總長，從而使得軸套的軸端不與閥桿相接觸的問題，在此，已無關(guān)了。該方案有效地保證了上部分和下部分之間經(jīng)軸套而進行的力傳遞。
另一種最佳方案是軸套具有旋轉(zhuǎn)葉輪，用于使閥體繞其縱向軸旋轉(zhuǎn)。在內(nèi)燃發(fā)動機中，特別是大型柴油發(fā)動機中，經(jīng)常在排氣閥的閥桿處設(shè)置旋轉(zhuǎn)葉輪，以使閥體在運行狀態(tài)下利用燃?xì)舛@其縱向軸轉(zhuǎn)動，籍以保證閥板和在圓周方向上與其相配合的相對面的應(yīng)力均勻。將旋轉(zhuǎn)葉輪配置在軸套上的優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)更簡單而且成本不高，因為軸套不僅可以作為旋轉(zhuǎn)葉輪的載體，而且還可以作為閥體的上部分和下部分之間的機械連接。
在上部分和下部分之間的兩個機械連接結(jié)構(gòu)中的一個最好是一焊接連接，尤其是一個摩擦焊接連接則更好，因為這種連接是一種可以在制造過程中以簡單的方式實現(xiàn)的特別穩(wěn)定的連接。
在具有良好的機械穩(wěn)定性的另一最佳實施例中，兩個機械連接中的一個包括一銷件，該銷設(shè)置在上部分或下部分上并與設(shè)置在下部分或上部分上的一切口相配合。此時，銷和切口之間的活動連接可同樣被設(shè)計成一個收縮連接。
在另一種變化形式中，兩個機械連接中的一個被設(shè)計成一螺紋連接或一卡扣式連接。例如，上述的銷和切口之間的活動連接可以被設(shè)計成一螺紋連接或一卡扣式連接。
在本發(fā)明的閥門中，閥體的上部分和下部分利用兩個機械連接的組合而被彼此緊固在一起。實際操作經(jīng)驗和制造過程中的技術(shù)因素均證實，以下所述的兩個機械連接的組合是最佳的-焊接，特別是摩擦焊接連接與軸套的熱套冷縮-銷和切口的收縮連接與軸套的熱套冷縮-螺紋連接與軸套的熱套冷縮-卡扣式連接與軸套的熱套冷縮本發(fā)明的其它的優(yōu)選方案和最佳實施例在本發(fā)明的從屬權(quán)利要求中有所描述。
下面將參照附圖，以描述本發(fā)明的實施例的方式更詳細(xì)地描述本發(fā)明。在所示的附圖中，僅是示意性地示出了各種部件，沒有按比例，而且功能相同或相當(dāng)?shù)牟考韵嗤臄?shù)字標(biāo)號表示出，附圖包括

圖1示出了本發(fā)明閥門的第一個實施例的閥體(局部為剖視)，和圖2示出了本發(fā)明閥門的第二個實施例的閥體(局部為剖視)。
下面將針對在輪船的驅(qū)動機組中使用的兩沖程大型柴油機的縱向換氣(longitudinally scavenged)氣缸的排氣閥的特征進行描述。但是，顯然本發(fā)明并不局限于用于這種類型的發(fā)動機。本發(fā)明的閥還適用于其它類型的發(fā)動機，如四沖程柴油發(fā)動機，其它的柴油機和普通的內(nèi)燃機。至于閥門的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計，如其規(guī)格和尺寸或所用的材料要根據(jù)其在每一種情形下的具體應(yīng)用情況來決定。而且還可以根據(jù)本發(fā)明的閥門類似地設(shè)計一進氣閥。
圖1示出了本發(fā)明閥門的第一個實施例的閥體1.閥體1具有一閥板2，該閥板2在安裝狀態(tài)下與一未示出的閥座相配合，還具有一閥桿3，該閥桿3連接在閥板2上。閥體1具有一下部分4和一上部分5，其中下部分4包括閥板2和閥桿3的一部分，而上部分5包括閥桿3的其余部分；也就是，該上部分5和下部分4在軸方向上彼此相連，該軸方向是指閥體1的縱向軸A的方向。進而上部分5和下部分4在閥體1的區(qū)域內(nèi)彼此鄰接。
通過閥體1的兩部分組裝的方案，使得在運行狀態(tài)下承受最強的腐蝕和最高的熱應(yīng)力的下部分4可以用能承受高熱應(yīng)力的高等級的材料制成，而遠(yuǎn)離燃燒室的上部分可以用更經(jīng)濟的材料制成。由此，可以更經(jīng)濟地制造出該閥門。
下部分4可以由能承受高熱應(yīng)力的鎳基合金如鎳鉻鈦合金80A(商標(biāo))或鎳鉻鈦合金81(商標(biāo))或另外的在閥門領(lǐng)域內(nèi)經(jīng)常使用的高等級合金制成。上部分5可以由一種閥門或排氣閥經(jīng)常采用的鋼材來制成。這種類型的鋼材在閥門鋼材料中是眾所周知的。鐵素體鋼和奧氏體鋼均可以使用。也可以使用鎳基合金。
本發(fā)明的上部分5和下部分4利用兩個機械連接結(jié)構(gòu)彼此緊固在一起。通過兩個機械連接的組合保證了上部分5和下部分4相互之間的連接的穩(wěn)定性、持久性和高的可靠性，以便使其特別是閥桿3能夠承受在開啟和關(guān)閉閥門過程中產(chǎn)生的高的動應(yīng)力。
在第一個實施例中，兩個機械連接結(jié)構(gòu)是由一焊接連接和一軸套6來實現(xiàn)的，其中，軸套6被熱套冷縮到閥桿3上，并用作一個壓緊軸套。通過兩個不同的機械連接結(jié)構(gòu)使閥桿3足夠穩(wěn)固和堅硬，使其甚至能夠承受在大型柴油發(fā)動機的排氣閥中產(chǎn)生的巨大應(yīng)力，持久而可靠。
在本發(fā)明的第一個實施例的閥體1的制造中，首先將上部分5和下部分4在它們的鄰界面處相互焊接在一起?？紤]到制造的技術(shù)方面的原因，最好采用摩擦焊接方法來進行上述焊接。但是在原理上，其它的焊接方法也是適用的。在焊接連接完成并隨后進行了適當(dāng)?shù)臋C械加工之后，將軸套6壓套在閥桿3上并在其上冷縮。此時，軸套6的定位方式要使其在圓周方向上圍繞著焊接結(jié)構(gòu)并使焊接結(jié)構(gòu)在軸向上盡量位于軸套6的中間部位。這樣在運行狀態(tài)下大部分的機械應(yīng)力特別是動應(yīng)力均經(jīng)軸套6傳導(dǎo)出去，從而減輕了焊接連接所承受的應(yīng)力。
上部分5和下部分4的在裝配狀態(tài)下彼此鄰接的軸向端部分51、41的直徑DO、DU要以一定方式彼此相匹配，從而使在閥體的運行溫度下，在上部分5和軸套6之間及下部分4和軸套6之間的焊接連接基本上能夠同樣堅固，或具有大體相同的焊接結(jié)構(gòu)。此時，軸向端部分51、41是指上部分5或下部分4的分別與軸套6形成收縮連接的那些部分。如果上部分5和下部分4的制造材料具有不同的熱膨脹性能，則它們彼此相鄰接的端部分51、41的直徑DO、DU必須在制造過程中被加工成不同的尺寸，以便它們在運行溫度下能具有大體相同的直徑。
例如，如果上部分5的制造材料之熱膨脹能力大于下部分4的制造材料，則在閥體1的冷狀態(tài)下，上部分5的端部51的直徑DO要被加工成略小于下部分4的端部41的直徑DU。
另一種優(yōu)選的方案是軸套6在軸方向上的長度要大于軸套6與上部分5和下部分4之間的整個的收縮連接的有效長度L。這意味著軸套6的軸端61與閥桿3是無接觸的。該方案可以通過在下部分4上加工一沿圓周方向上延伸的槽7來實現(xiàn)，也可以通過上部分5上的縮小部分8來實現(xiàn)。槽7和縮小部分8分別在軸方向上直接與下部分4和上部分5的端部區(qū)域41、51相連。該方案使得軸套6的軸端61不與閥體1相接觸的問題，在此，已無關(guān)了。因此，當(dāng)軸套6在閥桿上收縮時，軸端61的收縮可以比軸套6的其它部分略多一些，以便軸端61分別向槽7和縮小部分8略有彎曲。這一點是有好處的，一方面，有利于在軸套6和閥體1之間的力傳送；另一方面，軸套6作為一個附加的夾緊部件而起作用，增加了上部分5和下部分4之間的連接可靠性。
在軸套6上還設(shè)置了旋轉(zhuǎn)葉輪9，在運行狀態(tài)下，燃?xì)庖砸环N已知的方式流過該葉輪，從而使閥體1繞其縱向軸A轉(zhuǎn)動。將旋轉(zhuǎn)葉輪設(shè)置在軸套6上的變型方案不僅節(jié)省了空間，而且使結(jié)構(gòu)更簡單。但也可以將旋轉(zhuǎn)葉輪9配置在閥桿3的另外位置上，而僅將軸套6作為上部分5和下部分4之間的連接之用。
還可以在本發(fā)明的閥門中采用其它的在閥門技術(shù)中已知的措施。例如，可以為在裝配狀態(tài)下與閥桿相組合的閥體的基座部分設(shè)置一保護層10，以增加其抵抗能力。后者可以是已知的鎢鉻鈷合金或一種鎳基合金。
圖2示出了第二個實施例的閥體1。第二個實施例中與第一個實施例相似的部分適用于上面的說明，下面將針對第二個實施例與第一個實施例的不同之處進行描述。
在第二個實施例中，兩個機械連接結(jié)構(gòu)是由兩個可收縮連接結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)的。該連接中的一個以與上述的軸套6相似的方式制成，其熱套冷縮在閥桿3上。另一機械連接包括一銷件11和一切口12，銷11設(shè)置在上部分5的軸端部分51上并沿軸方向延伸，而切口12設(shè)置在下部分4的軸端部分41內(nèi)并且其尺寸被設(shè)置得使其能夠在銷11上收縮。在制造過程中，在下部分4之切口12部分中加熱，并將銷11嵌入切口12內(nèi)。在隨后的冷卻過程中，切口12收縮，從而與銷11形成一收縮連接。然后，將軸套6熱套冷縮在閥桿上，該軸套6的設(shè)置方式要使其在圓周方向上圍繞另一收縮連接結(jié)構(gòu)即銷11和切口12之間的收縮連接。
當(dāng)然，也可以在下部分4設(shè)置銷件11，而在上部分5設(shè)置切口12。
第二個實施例的一種變型是在銷11和切口12之間設(shè)置一螺紋連接作為活動連接，來代替收縮連接。為此，銷11在其外限界表面上具有螺紋，而切口12在其內(nèi)限界表面具有螺紋，以便銷11可以擰入切口12內(nèi)。
另一種變型是，可以一定方式設(shè)計銷11和切口12，使它們之間形成一卡扣式連接結(jié)構(gòu)。
除了以上所述的閥體1的上部分5和下部分4之間的兩個機械連接之最佳組合方式之外，還可以有其它的組合方式，特別是可以有軸套6無收縮的組合方式，例如一種螺紋連接和一種焊接連接的組合。理論上還可以在上部分5和下部分4之間設(shè)置多于兩個的機械連接。
權(quán)利要求
1.閥門，特別是一種用于內(nèi)燃發(fā)動機，尤其是柴油發(fā)動機的排氣閥，包括一閥體(1)，該閥體(1)具有一閥板(2)和一閥桿(3)，其特征在于，該閥體(1)包括一下部分(4)和一在軸方向上與該下部分(4)相連接的上部分(5)，利用兩個機械連接結(jié)構(gòu)將上部分(5)和下部分(4)彼此緊固在一起。
2.如權(quán)利要求1所述的閥門，其特征在于，上部分(5)和下部分(4)在閥桿(3)的范圍內(nèi)彼此相鄰接。
3.如前述的任一項權(quán)利要求所述的閥門，其特征在于，兩個機械連接中的一個包括一軸套(6)，該軸套(6)被熱套冷縮到閥桿(3)上，其配置方式為它圍繞著兩個機械連接中的另一個。
4.如權(quán)利要求3所述的閥門，其特征在于，在閥桿(3)上的軸套(6)的兩個軸端(61)的部位分別設(shè)置沿閥桿(3)的圓周方向延伸的一槽(7)或一縮小部分(8)，以便使軸套(6)的軸端部(61)與閥桿(3)不接觸。
5.如權(quán)利要求3或4所述的閥門，其特征在于，上部分(5)和下部分(4)的軸端部分(51，41)的直徑(DO，DU)要以一定方式彼此相匹配，以便在運行溫度下，在上部分(5)和軸套(6)之間及下部分(4)和軸套(6)之間產(chǎn)生基本上同樣堅固的收縮連接。
6.如權(quán)利要求3至5中的任一項所述的閥門，其特征在于，軸套(6)具有旋轉(zhuǎn)葉輪(9)，用于使閥體(1)繞其縱向軸(A)旋轉(zhuǎn)。
7.如前述的任一項權(quán)利要求所述的閥門，其特征在于，兩個機械連接中的一個是一焊接連接，并最好是一個摩擦焊接連接。
8.如前述的任一項權(quán)利要求所述的閥門，其特征在于，兩個機械連接中的一個包括一銷件(11)，該銷(11)設(shè)置在上部分(5)或下部分(4)上并與設(shè)置在下部分(4)或上部分(5)上的一切口(12)相配合。
9.如權(quán)利要求8所述的閥門，其特征在于，銷(11)和切口(12)之間的有效接觸是一收縮連接。
10.如前述的任一項權(quán)利要求所述的閥門，其特征在于，兩個機械連接中的一個被設(shè)計成一螺紋連接或一卡扣式連接。
11.一種內(nèi)燃發(fā)動機，特別是一柴油發(fā)動機，尤其是一大型柴油發(fā)動機，具有一前述任一項權(quán)利要求所限定的閥門。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于一內(nèi)燃發(fā)動機,特別是一柴油發(fā)動機的閥門,該閥門包括一閥體(1),該閥體(1)具有一閥板(2)和一閥桿(3)。閥體(1)包括一下部分(4)和一在軸方向上與該下部分(4)相連的上部分(5),利用兩個機械連接將上部分(5)和下部分(4)彼此緊固在一起。
文檔編號F01L3/20GK1241679SQ9911019
公開日2000年1月19日 申請日期1999年7月7日 優(yōu)先權(quán)日1998年7月8日
發(fā)明者H·布倫納, A·比特利 申請人:瓦特西拉Nsd施韋茲公司