CN109139170A

CN109139170A - 呈由硬质钴铬合金构成的一体铸件的气体交换阀的阀座环

Info

Publication number: CN109139170A
Application number: CN201810686615.2A
Authority: CN
Inventors: C.埃谢; H.毛雷尔
Original assignee: MAN Diesel and Turbo SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2017-06-28
Filing date: 2018-06-28
Publication date: 2019-01-04
Also published as: EP3421740A1; DE102017114375A1; JP2019007480A; KR20190001925A

Abstract

本发明涉及呈由硬质钴铬合金构成的一体铸件的气体交换阀的阀座环。本发明涉及尤其是柴油发动机或燃气发动机的内燃发动机的气体交换阀的阀座环（10），其具有限定通流孔口（12）的基体（11），其中，在基体（11）的位于通流孔口（12）的区域中的区段上，布置用于气体交换阀的阀体的阀座（14）。本发明规定，至少基体（11）和阀座（14）被一起生产为由硬质钴‑铬合金铸塑成形的一体件。

Description

呈由硬质钴铬合金构成的一体铸件的气体交换阀的阀座环

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的内燃发动机（尤其是柴油发动机或燃气发动机）的气体交换阀的阀座环，其具有限定通流孔口的基体，其中，在基体的位于通流孔口的区域中的区段上，布置用于气体交换阀的阀体的阀座。

本发明还涉及根据权利要求9所述的带有这样的阀座环的气体交换阀，以及涉及根据权利要求10所述的带有至少一个这样的气体交换阀的内燃发动机。

背景技术

从DE 10 2011 007 140 A1已知一种内燃发动机的气体交换阀的通用阀座环。从该现有技术已知的阀座环包括限定阀座环的通流孔口的基体，其中，在基体的位于通流孔口的区域中的区段上，形成用于气体交换阀的阀体的阀座。尤其，当利用这样的阀座环关闭气体交换阀时，气体交换阀的阀体安置抵靠通过基体提供的阀座。尤其，当打开这样的气体交换阀时，阀体被提升离开基体的阀座。此外，从DE 10 2011 007 140 A1已知由硬质金属生产阀座，以及由钢生产基体。阀座的硬质金属，即，所谓的硬化面具有钴基或者镍基。基体的钢是根据DIN EN 10090的阀用钢或者表面硬化钢或调质钢。阀座的硬质金属被应用到基体的钢，其中，因为在该过程中发展的热影响，所以在两种材料之间形成过渡区域。

然而，该过渡区域不能用于限制冷却剂通道，所述冷却剂通道可能必须布置在阀座环中或者在阀座环上，因此，在这样的实施例的情况下，这样的冷却剂通道的位置的可能性是有限的。除了这一点外，在两种材料之间的过渡区域中的热传递也是有限的。

与此相比，本发明基于以下述方式进一步开发上文中描述的类型的阀座环的目的，即使得其具有改善的热特性，同时具有高强度和刚度。此外，带有至少一个这样的阀座环的气体交换阀和内燃发动机也变得可获得。

通过权利要求1、9和10的特征解决该目的。

发明内容

本发明基于尤其是柴油发动机或燃气发动机的内燃发动机的气体交换阀的阀座环，其具有限定或包围沿周向方向的通流孔口的基体，其中，在基体的位于通流孔口的区域中的区段上，形成用于气体交换阀的阀体，尤其是用于阀盘的阀座。

阀座环的基体指的是阀座环的区段或部分，利用该区段或部分，阀座环被保持在诸如内燃发动机的缸盖的主体中或者主体上，且该区段或部分承载阀座，或者阀座在其上形成。

阀座大约在基体的第一轴向端的径向内边缘上布置在基体上，且例如包括大约平坦的倾斜地定向的外表面，其大约从轴向端面延伸至基体的第一端一直到基体的径向内周向表面，其限定阀座环的通流孔口。

阀座形成阀座环的区段或部分，气体交换阀的阀体（尤其是阀盘）密封地安置抵靠该区段或部分或者被提升离开该区段或部分。尤其，当带有这样的阀座环的气体交换阀关闭时，气体交换阀的阀盘安置抵靠布置在基体上的阀座。然而当带有这样的阀座环的气体交换阀打开时，气体交换阀的阀盘被提升离开布置在基体上的阀座且打开流动横截面。

根据本发明，至少基体和阀座被一起生产为由硬质钴-铬合金铸塑成形的一体件。铸塑成形意思是，至少基体和阀座在单个操作或铸造过程中由硬质钴-铬合金被一起生产为一体粗加工部分，以便必需的仅是随后的表面处理。

这样的硬质钴-铬合金也称为Stellite®。Stellite®包含铬（Cr）、钨（Wo）、镍（Ni）、钼（Mo）和碳（C）的比例，碳（C）通过形成碳化物对合金的性能具有主要影响。Stellite®的主要特性是对诸如例如腐蚀或磨蚀的高耐磨性，该特性甚至在高温下也保留。因为该原因，材料尤其适用于经受高温负载的内燃发动机的气体交换阀。

因为根据本发明，至少基体和阀座被一起生产为由硬质钴-铬合金铸塑成形的一体件，所以现有技术中存在的在基体和阀座的两种不同材料之间的材料过渡区域不再存在。因为这一点，在冷却剂通道的位置方面的灵活性增加，因为至少一个冷却剂通道能够然后也形成在基体和阀座环之间的几何形状过渡中或其上，或者也在阀座的区域中，尤其是在阀座的面对气体交换阀的阀体的表面附近，在这里，温度负载尤其高。

然后能够在阀座环的铸造过程期间的操作中还生产或铸造至少部分地集成在阀座环中的至少一个冷却剂通道。因为主要在单个操作中形成阀座环，所以还能有成本效益地生产阀座环。

此外，阀座环的导热系数也增加，这是因为，与现有技术相比，没有基体和阀座的不同材料的过渡区域，这对阀座环例如对高的排气温度的耐温性具有积极影响，因为来自阀座环的经受高温负载的区域的热能够更容易地传导到较低温度负载的区域中。

通过在从属权利要求中提及的措施，本发明的第一方面的有利的另外改进和改善是可能的。

总而言之，根据优选实施例的阀座环被生产为由硬质钴-铬合金铸塑成形的一体件，即，阀座环的每个区段均由硬质钴-铬合金构成，且不存在另外的单独部分。

硬质钴-铬合金按照质量百分比（按照质量%）优选地包括如下合金成分：

Co

Cr

W

C

Ni

Mo

Fe

Si

其他

47.3-54.6

27-32

7.5-9.5

1.4-1.7

< 3

< 1

< 3

< 2

< 0.5

其中，缩写Co代表钴、Cr代表铬、C代表碳、Ni代表镍、Mo代表钼、Fe代表铁以及Si代表硅。“其他”合金成分意思是另外的合金成分，因为其质量比例低，所以此处不进一步具体指出。具有这样的成分的Stellites®也称为Stellite 12®。

硬质钴-铬合金优选地具有46至51 HRC的硬度，以及大约8.53 g/cm³的密度。

如上文中已经解释的，阀座环优选地包括冷却剂通道，其沿阀座环或基体的周向方向环绕（circulate），在横截面中看到的冷却剂通道通过阀座环的内侧向表面至少部分地界定。用于冷却阀座环的冷却剂流动通过至少一个冷却剂通道，冷却剂能够经由供应管线或入口供应至冷却剂通道，且经由排出管线或引流管从冷却剂通道排出。

此处，至少一个冷却剂导管能够以如下方式在阀座环中或在阀座环上形成，使得在横截面中看到的冷却剂通道还通过与阀座环不同的主体（尤其是通过在内燃发动机的缸盖中的凹部的壁）界定。然后，至少一个冷却剂通道部分地集成在阀座环中。

替代地，至少一个冷却剂通道能够以如下方式在阀座环中或者阀座环上形成，使得在横截面中看到的冷却剂通道通过阀座环的内侧向表面唯一地界定。然后，至少一个冷却剂通道完全形成或集成在阀座环中。

本发明还涉及包括上文中描述的至少一个阀座环的气体交换阀，以及还涉及带有至少一个这样的气体交换阀的内燃发动机。

内燃发动机能够例如是柴油发动机，尤其是利用重燃料油操作的大型柴油发动机，或者是燃气发动机。在优选地包括多个缸的这样的内燃发动机的区域中，在每一个缸上设置至少一个气体交换阀，即，一方面，用于供给空气或供给空气-燃料混合物的入口阀，和/或用于排气的排气阀。根据本发明的阀座环能够然后被布置成既在入口阀的区域中也在内燃发动机的排气阀的区域中。

附图说明

在下文中，本发明的示例性实施例在附图中示出，且在以下描述中更详细地解释。在附图中示出，

图1通过根据本发明的阀座环的优选实施例的横截面；

图2通过根据本发明的阀座环的优选实施例的另外的横截面；

图3带有横截面A和B的顶视图中的阀座环。

具体实施方式

图1示出通过气体交换阀的阀座环10的优选实施例的横截面A，所述气体交换阀不另外沿轴向截面方向A示出，阀座环10被***在内燃发动机（其在此处同样未示出，此处，内燃发动机例如是自点火内燃发动机）的缸盖的凹部中。

沿周向方向环绕的大体柱形、套筒状的阀座环10具有柱形地环绕的套筒状或环形基体11，其在其内部限定阀座环10的通流孔口12。通流方向12通过基体11的径向内周向表面13更精确地限定。此外，阀座环10被接收成使得其径向外周向表面17在缸盖的凹部中。在基体11的位于通流孔口12的区域中的第一轴向端19处，形成阀座环10的阀座14，其中，在气体交换阀关闭的情况下，未示出的气体交换阀的阀体变得安置抵靠该阀座14，尤其是阀盘。阀座14布置或形成例如在基体11的第一轴向端19的径向内边缘18上，且包括例如基本上平坦的外表面24，其在横截面中观察时倾斜地定向，其从基体11或阀座环10的第一轴向端19的轴向端面20延伸直至径向内周向表面13。基体11或阀座环10的第二轴向端23面向远离阀座14。

此处，仅在基体11的周向方向上看到的环绕的冷却通道16被例如引入在阀座环10的基体11中。用于冷却阀座环10和尤其是阀座14的冷却剂流动通过冷却通道16，冷却剂能够经由此处未示出的供应管线或入口供应至冷却通道16且经由此处未示出的排出管线或引流管从冷却通道排出。此处，冷却剂通道16优选地布置在从阀座14至基体11的过渡的区域中，例如，靠近阀座14的外表面24，外表面24面对气体交换阀的阀盘且其与阀盘的横截面轮廓互补地形成。此处例如在冷却剂通道16和所述外表面24之间存在阀座14的相当薄的壁厚度，但是其对于刚度和强度是必需的。

用于冷却阀座环10的冷却剂流动通过冷却剂通道16，冷却剂能够经由此处未示出的供应管线或入口供应至冷却剂通道16，且经由此处未示出的排出管线或引流管从冷却剂通道排出。

在图1的实施例中的横截面中观察，看到的沿基体11的周向方向环绕的冷却剂通道16通过阀座环10的内侧向表面22仅部分地界定。冷却剂通道16的在横截面中看到的剩余部分然后通过与阀座环10不同的主体界定，尤其是（也）通过此处未示出的内燃发动机的缸盖的凹部（阀座环10被***其中）的壁界定。

图2示出来自图1的阀座环的另一位置的横截面B；在横截面中看到的冷却剂通道16还能通过阀座环10的内侧向表面22唯一地界定，且然后完全地集成或形成在阀座环10中。只要涉及冷却剂通道16至阀座14的外表面（其面对气体交换阀的阀盘）的接近，与图1的实施例相同的那些适用于此处。

图3示出根据来自图1和图2的视图重制的剖面或横截面A和B。

应当理解，代替仅一个冷却剂通道16，多个冷却剂通道也能至少部分地形成在阀座环10中。

附图标记列表

10 阀座环

11 基体

12 通流孔口

13 径向内周向表面

14 阀座

16 冷却剂通道

17 径向外周向表面

18 径向内边缘

19 第一轴向端

20 轴向端面

22 内侧向表面

23 第二轴向端

24 外表面。

Claims

1.一种尤其是柴油发动机或燃气发动机的内燃发动机的气体交换阀的阀座环（10），所述阀座环（10）具有限定通流孔口（12）的基体（11），其中，在所述基体（11）的位于所述通流孔口（12）的区域中的区段上，布置用于所述气体交换阀的阀体的阀座（14），其特征在于，至少所述基体（11）和所述阀座（14）被一起生产为由硬质钴-铬合金铸塑成形的一体件。

2.根据权利要求1所述的阀座环，其特征在于，所述阀座环整个被生产为由硬质钴-铬合金铸塑成形的一体件。

3.根据权利要求1或2所述的阀座环，其特征在于，所述硬质钴-铬合金按照质量百分比具有如下合金成分：

Co Cr W C Ni Mo Fe Si 其他 47.3-54.6 27-32 7.5-9.5 1.4-1.7 < 3 < 1 < 3 < 2 < 0.5

4. 根据权利要求1或2所述的阀座环，其特征在于，所述硬质钴-铬合金具有46至51HRC的硬度。

5. 根据前述权利要求中的任一项所述的阀座环，其特征在于，所述硬质钴-铬合金具有8.53 g/cm³的密度。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的阀座环，其特征在于，其包括沿所述基体（11）的周向方向环绕的至少一个冷却剂通道（16），在横截面中看到的所述至少一个冷却剂通道（16）通过所述阀座环（10）的内侧向表面（22）至少部分地界定。

7.根据权利要求6所述的阀座环，其特征在于，所述至少一个冷却剂通道（16）以如下方式在所述阀座环（10）中或者在所述阀座环（10）上形成，使得在所述横截面中看到的所述冷却剂通道（16）还通过与所述阀座环（10）不同的主体界定。

8.根据权利要求6所述的阀座环，其特征在于，所述至少一个冷却剂通道（16）以如下方式在所述阀座环（10）中形成，使得在所述横截面中看到的所述冷却剂通道（16）通过所述阀座环（10）的内侧向表面（22）唯一地界定。

9.一种内燃发动机的气体交换阀，其带有根据前述权利要求中的至少一个所述的至少一个阀座环。

10.一种内燃发动机，其带有根据权利要求9所述的至少一个气体交换阀。