CN108412570A

CN108412570A - 换气阀的阀座圈、换气阀及制造阀座圈的方法

Info

Publication number: CN108412570A
Application number: CN201810134030.XA
Authority: CN
Inventors: C.埃舍伊
Original assignee: MAN Diesel and Turbo SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2017-02-09
Filing date: 2018-02-09
Publication date: 2018-08-17
Also published as: DE102017102544A1; KR20180092858A; CH713420A2; JP2018128019A

Abstract

一种用于内燃机的气缸的换气阀的阀座圈（10），其中换气阀的阀体能靠在阀座圈上以闭合换气阀，并且其中阀体能从阀座圈移开以打开换气阀。阀座圈（10）即在第一材料的第一部分（13）中和第二材料的第二部分（14）中包括不同的材料，其中第一材料与第二材料相比具有更大的强度，并且其中第二材料与第一材料相比具有更高的导热率。

Description

换气阀的阀座圈、换气阀及制造阀座圈的方法

技术领域

本发明涉及内燃机的换气阀的阀座圈。此外，本发明涉及用于内燃机的换气阀和制造阀座圈的方法。

背景技术

实践中已知的内燃机包括换气阀，即进气侧换气阀，通过该进气侧换气阀可以将增压空气供给到内燃机的气缸，以及排气侧交换阀，通过排气侧交换阀可以将排气从内燃机的气缸排出。

内燃机的每个换气阀包括阀体，其中阀座圈与阀体相互作用。对于闭合的换气阀，阀体以限定的区域靠在或坐落于阀座圈的限定的表面区域上，而对于打开的换气阀，阀体的该区域不靠在阀座圈上，或者从阀座圈移离或抬离。

实践中已知的换气阀的阀座圈全部由一种并且相同的材料制造，并且部分地设置有磨损防护（表面硬化）。由于气缸的燃烧室内越来越高的压力和温度，对于换气阀的阀座圈特别是在强度、导热率和耐磨性方面的要求提高。对于实践中已知的阀座圈，这些要求只能得到不充分地满足。

发明内容

由此出发，本发明基于创造一种新型的换气阀的阀座圈、具有这样的阀座圈的换气阀以及制造阀座圈的方法的目的。

该目的通过根据权利要求1的阀座圈来解决。根据本发明，阀座圈即在第一材料的第一部分中和第二材料的第二部分中包括不同的材料，其中第一材料与第二材料相比具有更大的强度，并且其中第二材料与第一材料相比具有更大的导热率。因此，本发明提出了一种阀座圈，其不是由一种且相同的材料连续制造，而是具有以复合结构的形式的不同材料的部分。第一材料的第一部分承担阀座圈的静态和动态强度的主要功能。第二材料的第二部分承担将高热量传输离开阀座圈的功能。或者，这两种材料支持相应的另一材料的相应主要功能。使用不同的材料具有优点：材料可以适合其主要功能地进行单独选择，并且单一材料不必同时满足高强度和良好导热率方面的要求。

优选地，阀座圈在第三部分中由第三材料形成，其中第三材料与第一材料和第二材料相比具有更大的延展性。利用阀座圈的第三区域中的第三材料，特别可以对换气阀的闭合性能产生积极的影响。通过第三部分中的高延展性，确保了即使在很短运行时间内也能实现换气阀的阀座圈与阀体之间的密封效果，因此减少了运行波动。

根据有利的进一步发展，阀座圈以多个部件形成，其中阀体与其相互作用并被冷却的第一部件包括由不同材料构成的部分，并且其中用于将阀座圈组装在内燃机中的第二部件全部由一种材料构成，其中两个部件以固定的方式彼此连接。这对于经济地制造阀座圈是有利的。仅仅阀座圈的在强度和导热率以及密封效果方面关键的区域是由不同材料的部分制造。用于将阀座圈组装在内燃机中的阀座圈的那个部件可以用传统方式由一种并且相同的材料制造。

根据本发明的换气阀在权利要求11中限定。制造阀座圈的方法在权利要求12或13中限定。

附图说明

本发明的优选进一步发展从从属权利要求和下面的描述获得。通过附图（而不限于此）更详细地说明本发明的示例性实施例。其中示出：

图1是在根据本发明的换气阀的阀座圈的区域从根据本发明的内燃机中的提取部分。

具体实施方式

本发明涉及用于内燃机的换气阀的阀座圈、具有这样的阀座圈的换气阀以及制造阀座圈的方法。

图1以高度示意的方式示出了来自用于内燃机的气缸的换气阀的阀座圈10的提取部分。换气阀可以是用于增压空气的进气侧换气阀或用于排气的排气侧换气阀。

图1所示的阀座圈10与未示出的阀体相互作用，其中阀体也被描述为阀芯或阀盘。为了闭合换气阀，可以使阀体靠在阀座圈10上，其中形成接触的阀体和阀座圈10的部分或表面区域提供密封效果。为了打开换气阀，阀体可以被移离阀座圈10，特别是抬离阀座圈10。

图1所示的阀座圈10包括两个部件11、12，它们以固定的方式彼此连接，即在图1中通过焊缝18彼此连接。阀座圈10的第一部件11是与阀体相互作用的那个部件，并且必须在强度、导热率和密封效果方面进行适当的设计。阀座圈10的第二部件12用于将阀座圈10组装在内燃机的气缸盖中。

用于将阀座圈10组装在内燃机中特别是组装在内燃机的气缸盖中的阀座圈10的第二部件12由一种且相同的材料连续制造，其中该第二部件12可以特别通过诸如像铣削或车削的切削加工方法制造。

图1的阀座圈10的第一部件11（其与阀体相互作用）由不同的材料制造。

因此，阀座圈10的部件11包括第一材料的第一部分13和第二材料的第二部分14，其中第一部分13的第一材料与第二部分14的第二材料相比具有更大的强度，并且其中第二部分14的第二材料与第一部分13的第一材料相比具有更大的导热率。

由第一材料制造的第一部分13主要确保阀座圈10的足够的静态和动态强度。第二材料的第二部分14主要提供适当高的导热率，以使得可以将高热量传输离开阀座圈10的要温度控制的表面。不同材料的两个部分各自另外支持地承担另一材料的相应的另一区域的功能。

在这种情况下，不同材料的部分13和14形成复合结构。两个部分13和14的材料的每个可以分别选择或设计用于相应的功能。第一材料优选是第一金属材料。第二材料同样优选是第二金属材料。

优选地，第一部分13的第一材料的强度达到740N / m²至1200N / m²之间。作为用于第一部分13的第一材料，优选使用以下材料：司太立12。第二部分14的第二材料的导热率优选地达到250W / mK至400W / mK之间。作为用于第二部分14的第二材料，优选使用以下材料：铜。

由具有高强度的第一材料形成的第一部分13优选地形成三维结构，其中第二部分14由具有相对高的导热率的第二材料形成，这是因为事实：三维结构的中空空间或空闲空间用第二材料填充。在这种情况下，三维结构可以是规则结构，特别是蜂窝结构或框架结构，或者甚至是不规则结构，特别是泡沫结构。

就本发明而言，阀座圈10至少在部件11的与阀体相互作用的区域中包括不同材料的部分13、14，即用于提供阀座圈10的静态和动态强度的主要功能的第一材料的第一部分13，和用于提供将高热量输送离开阀座圈10的要温度控制的部分（如表面区域）的第二材料的第二部分14。图1示出冷却管道或冷却导管形式的冷却装置，在阀座圈10的部件11的区域中冷却剂流过该冷却管道或冷却导管，其中通过第二材料的第二部分14，确保了沿冷却装置17的方向的良好的热最传输离开。

在图1所示的根据本发明的阀座圈10的优选示例性实施例中，其包括限定阀座圈10的表面区域16的第三部分15，阀体能靠在所述表面区域16上以闭合换气阀。在形成阀体的底部区域的该第三部分15中，阀座圈10优选地由第三材料制造，其中第三材料与第一材料相比以及与第二材料相比具有高或更大的延展性。

优选地，使用以下金属或陶瓷材料作为第三材料：镍或氧化锆。

通过具有高延展性的金属或陶瓷材料的第三部分15，特别可以改善换气阀的阀座圈10与阀体之间的密封效果，以使得即使在很少运行时间的情况下也可以实现出色的密封效果，并因此减少运行波动。

此外，本发明涉及具有这样的阀座圈10的换气阀，其中换气阀还包括与阀座圈10相互作用的未示出的阀体。

此外，本发明涉及制造根据本发明的阀座圈的方法。制造图1所示的阀座圈10，其中通过切削加工制造方法制造第二部件12。为了制造阀座圈10的第一部件11，首先由第一材料构造诸如中空空间结构的三维结构，以使得因此在第一步骤中，用于制造阀座圈10的部件11的第一部分13首先由第一材料制造。在此，如已经说明的，三维结构可以例如以蜂窝结构的形式规则地实现，或者例如以泡沫结构的形式不规则地实现。三维结构可以例如通过生成性制造方法诸如像3D打印来制造。在制造三维结构之后，用第二材料例如通过渗入填充中空空间或空闲空间，以便由此提供第一材料的第一部分13、第二材料的第二部分14。在提供两个部件11、12之后，优选地通过焊接将它们彼此连接。

与此相反，还可能的是，制造至少包括第一材料的第一部分13和第二材料的第二部分14的第一部件11，其中阀座圈10的部件11的两种材料并且因此两个部分13、4借助于生成性制造方法（例如借助于多种材料3D打印工艺）同时或准同时构造。

在连接两个部件11、12之前或者甚至在连接两个部件11、12之后，第三材料的第三部分15可以例如借助于涂覆方法形成在阀座圈10的部件11上。或者，第一部件11的第三部分15也可以通过生成性制造方法制造。

用于将阀座圈10组装在内燃机中（特别是内燃机的气缸盖中）的阀座圈10的第二部件12优选地全部由一种并且相同材料制造。优选地，在这种情况下，第二部件12包括第一部件11的第一部分13的第一材料。则这例如通过焊接确保两个部件11、12的良好的可连接性。

因此，本发明提出了一种用于内燃机的换气阀的全新类型的阀座圈10。阀座圈10的暴露于高机械载荷和高热负荷的至少该部件11包括至少两个不同部分13、14的复合结构组成，所述至少两个不同部分13、14由不同材料制造，即由具有较高强度的第一材料的第一部分13和具有较高导热率的第二材料的第二部分14。

特别优选的是一个实施例，其中阀座圈10在用作阀体的底部区域的第三部分中由具有高延展性的第三材料制造。

参考标记列表

10阀座圈

11部件

12部件

13第一部分

14第二部分

15第三部分

16表面

17冷却装置

18焊缝

Claims

1.一种用于内燃机的气缸的换气阀的阀座圈（10），其中换气阀的阀体能靠在阀座圈上以闭合换气阀，并且其中阀体能从阀座圈移开以打开换气阀，其特征在于，阀座圈（10）即在第一材料的第一部分（13）中和第二材料的第二部分（14）中包括不同的材料，其中第一材料与第二材料相比具有更大的强度，并且其中第二材料与第一材料相比具有更高的导热率。

2.根据权利要求1所述的阀座圈，其特征在于，由第一材料形成的第一部分（13）形成三维结构，并且第二部分（14）由填充有第二材料的中空空间或空闲空间形成。

3.根据权利要求2所述的阀座圈，其特征在于，所述三维结构是规则结构，特别是蜂窝结构。

4.根据权利要求2所述的阀座圈，其特征在于，所述三维结构是不规则结构，特别是泡沫结构。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的阀座圈，其特征在于，所述第一材料是第一金属材料。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的阀座圈，其特征在于，所述第二材料是第二金属材料。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的阀座圈，其特征在于，所述阀座圈（10）在第三部分（15）中由第三材料形成，其中所述第三材料与第一材料和第二材料相比具有更大的延展性。

8.根据权利要求7所述的阀座圈，其特征在于，所述第三部分（15）限定阀座圈（10）的表面区域（16），所述阀体能靠在所述表面区域（16）上以闭合换气阀。

9.根据权利要求7或8所述的阀座圈，其特征在于，所述第三材料是第三金属或陶瓷材料。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的阀座圈，其特征在于，所述阀座圈（10）由多个部件形成，其中与所述阀体相互作用并被冷却的第一部件（11）包括由不同材料构成的部分（13，14，15），并且其中用于将阀座圈组装在内燃机中的第二部件（12）全部由一种材料构成，其中两个部件（11，12）以固定的方式彼此连接。

11.一种内燃机的换气阀，其具有阀体和用于阀体的阀座圈（10），其特征在于，所述阀座圈（10）根据权利要求1到10中的任一项形成。

12.制造根据权利要求1至10中任一项的阀座圈（10）的方法，其特征在于，在第一步骤中，第一部分（13）由第一材料制造以形成三维结构，并且随后在形成第二部分（14）的第二步骤中，用第二材料填充三维结构的中空空间或空闲空间。

13.制造根据权利要求1至10中任一项的阀座圈（10）的方法，其特征在于，通过生成性制造方法，第一部分（13）由第一材料制造，并且第二部分（14）由相同的材料同时制造。