專利名稱：換氣閥裝置和具有環(huán)形槽的閥座結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機的換氣閥裝置、特別用于二沖程大型柴油機。
在過去，已經(jīng)做過多種嘗試通過加寬閥座和閥盤的相對接觸表面來防止這個問題。但是，其結(jié)果卻不令人滿意，因為寬接觸表面阻止了聚集在其間的燃燒殘留物的排出，這樣燃燒殘留物就不可避免地被壓入了接觸表面之中。另外，采用寬接觸表面時，在閥盤和閥座之間還存在相對較強的熱交換。但是，與由耐高溫材料制成的閥盤相反，所述閥座通常是由硬化鋼制成的。強的熱交換會導致其結(jié)構(gòu)改變并且因此導致硬度降低。
從EP 24 890 B已知一種換氣閥裝置，其中一個環(huán)形的腔室配置在相接觸的閥座和閥盤的圓錐表面的上游。所述環(huán)形腔室容納不參與燃燒的空氣。這是希望對閥座進行冷卻，并且使流出燃燒室的氣體的溫度下降。雖然該措施延緩了過燒，但該措施本身并不足以完全防止過燒。
從SU 1 768 770 A1已知一種換氣閥裝置，其中在閥盤的圓錐形表面的區(qū)域內(nèi)帶有一個環(huán)繞的溝槽，而該圓錐形表面的側(cè)向邊界是由環(huán)繞突出的突起所確定的。該溝槽應(yīng)該是通過一種工具使一種塑性材料變形而產(chǎn)生的，其中所述工具可以壓入并且具有一個半圓形的外輪廓，該輪廓不能有很大的深度。因此，該溝槽具有的深度僅僅為0.1mm并且因此相對較淺。該壓入到閥盤圓錐形表面中的溝槽應(yīng)該吸收燃燒殘留物。不過，由于該溝槽的深度小，所以有這樣一種危險，即所述殘留物被壓縮到該溝槽中并且該溝槽因此較快地被充滿。結(jié)果，該溝槽失去了其功能，并且遲早會產(chǎn)生可怕的缺口。另外，被充滿的溝槽導致了閥盤和閥座之間相對大的接觸表面，這不可避免地加熱了閥座并且導致硬度的損失。該已知的裝置因此也不具有長的使用壽命。
本發(fā)明的目的是通過根據(jù)權(quán)利要求1的組合而達到的。所提出的是一種用于內(nèi)燃機的換氣閥裝置，特別是二沖程大型柴油機，該裝置具有一個包圍著相配的流體通道的靜止的閥座和一個與其相對運動的活動的閥件，該閥件包括一個能以密封的結(jié)構(gòu)靠到所述閥座上的閥盤，其中，在所述閥座和閥盤的對置的圓錐表面中的至少一個區(qū)域內(nèi)，設(shè)置有至少一個環(huán)形環(huán)繞的、窄的密封表面，所述密封表面至少在其一側(cè)由一個環(huán)形環(huán)繞的材料空缺確定邊界。
這些措施允許一個這樣的輪廓深度，其中到達閥座和閥盤圓錐表面區(qū)域的燃燒殘留物不會聚集，但卻能夠不被壓縮地排出，不會在表面上引起缺口。燃燒殘留物在窄密封表面的邊緣處被破碎，這有利于將其無壓縮地排出。在側(cè)向上確定密封表面邊界的材料空缺不大可能會被填滿，特別是因為這些材料空缺可以具有較大的深度，這是由于這些材料空缺是通過排屑而形成的，這樣就長期有效地防止了過燒。另一個優(yōu)點是，閥座與閥盤的接觸表面非常小，并且在所述小的接觸表面之外的間隙相對較深，這就限制了從閥盤到閥座的熱傳遞，其中閥盤與閥座相比是相對較熱的零件。因為在側(cè)向確定窄密封表面邊界的空缺由于其大的空曠開口而不會被充滿，因此這是一個有利的長期作用。低的熱傳遞確保通常由硬化鋼制成的閥座保持在相對較涼的狀態(tài)，因此不會有結(jié)構(gòu)改變從而也不會有失去硬度之憂。這一優(yōu)點還由以下事實進一步加強了，即根據(jù)本發(fā)明的材料空缺所形成的間隙能夠起到一個腔室的作用，吸取不參加燃燒的空氣，并且因此而為所述閥座提供更多的冷卻。因此，根據(jù)本發(fā)明的組合物在整體上有望使得閥裝置達到長的使用壽命。
所述主要措施的優(yōu)選實施例和適宜的改進都顯示在從屬權(quán)利要求中。這樣，如果配置多個相互隔開的、窄的密封表面也是適宜的。采用這樣的方式，各單獨的密封表面將會非常窄，這進一步加強了前述的主要優(yōu)點。
另一個有利的措施可以是這樣的，即至少閥座具有至少一個環(huán)形環(huán)繞的、窄的密封表面。這簡化了生產(chǎn)過程，因為由硬化鋼制成的閥座可以在硬化之前由去屑的方法相對簡單地加工。另外，如果需要的話，它還確保閥盤的圓錐表面可以被簡單地再研磨，同時還不會改變確定所述窄的密封表面邊界的空缺的深度。因此，這也簡化了對閥的維護工作。
在另一個對主要的改進措施中，各窄的密封表面可以具有一些鋒利的側(cè)邊緣。這可以使到達所述側(cè)邊緣區(qū)域的燃燒殘留物被特別好地破碎。
優(yōu)選地，閥裝置的一個部件上的所有的密封表面的總寬度為各相配的圓錐表面的平均直徑的0.5％到2％，最好為1％到1.5％。這使得根據(jù)本發(fā)明的密封表面的寬度非常小，這導致了非常低的熱傳遞和對燃燒殘留物非常好的破碎。在試驗中，各單獨的密封表面采用2毫米的寬度達到了很好的結(jié)果。
確定各密封表面邊界的空缺的深度最好大于預(yù)期的燃燒殘留物厚度。這保證了燃燒殘留物不被壓入到前述的空缺中，也不會被壓實到所述空缺中或填滿所述空缺，而是被可靠地破碎并且可以排出。與此同時，這也導致了前述空缺具有相對較大的容量，從而有更多不參加燃燒的空氣在所述空缺中，并且因此而可以冷卻閥座。在對二沖程大型柴油機的試驗中，采用大于1毫米、最好到3毫米的空缺深度獲得了良好的效果。
一個特別優(yōu)選的措施也可以是，從燃燒室的方向上來看，第一個窄的密封表面在面對著燃燒室的側(cè)表面上由一個材料空缺確定邊界，當所述閥裝置關(guān)閉時，該材料空缺通過一個窄間隙與燃燒室連接，并且該材料空缺與下游的一個材料空缺相比，具有相對大的容量。盡管有與燃燒室連接的間隙，但在此容納的空氣不參與燃燒，從而使閥座得到了良好的冷卻。
與此同時，該間隙還使得一股氣流進入到由各相對較大的材料空缺所形成的腔室中，從而進一步改善了冷卻效果并且對圓錐表面產(chǎn)生了可靠的沖洗，這樣就防止了燃燒殘留物的聚集，其中這些燃燒殘留物在此之前已被相鄰的窄密封表面的邊緣破碎。這進一步加強了該主要措施的優(yōu)勢。
在主要措施的一個進一步改進中，閥座和閥盤的對置的圓錐表面之間的傾斜角度可以是相互偏離的，最好偏離0.5°。這導致了特別窄的對置接觸表面，從而導致了特別低的往復(fù)熱傳遞以及對燃燒殘留物非常良好的破碎效果。
該主要措施其它的優(yōu)選實施例和有用的改進在余下的從屬權(quán)利要求中進行了闡述，并且可以在對以下附圖中的實例的描述中發(fā)現(xiàn)。


圖1所示的換氣閥裝置可以是前述類型的排氣閥裝置，它具有一個閥座3，該閥座3配備在一個固定構(gòu)件1上，在前述的二沖程大型柴油機的實例中，是配備在缸蓋上，并且配置在相配的氣體通道2的入口處，在前述的實例中是配置在廢氣通道的入口處，以便環(huán)繞著所述入口，同時所述換氣閥裝置還包括閥件4，該閥件4可相對于閥座移動，并且具有一個閥盤6，該閥盤6配置在軸5的下端，軸5與一個在此沒有顯示致動裝置共同作用，其中所述閥盤6可以密封的結(jié)構(gòu)靠在閥座3上。閥座3和閥盤6具有相對置的圓錐表面7或8，這些表面可以處在局部密封的位置。
在目前狀況下，閥座3形成于座體9之上，該座體9被插入到相配的固定構(gòu)件1之上，在前述的實例中該固定構(gòu)件1是缸蓋。所述座體由硬化鋼制成。包含閥座3的座體9由沒有在此詳細顯示的裝有冷卻劑的冷卻通道進行冷卻，該冷卻通道配置在構(gòu)件1上，以便保持硬化鋼的硬度?？蓜娱y體4可以完全或者至少在閥盤6的區(qū)域內(nèi)由耐高溫材料制成，該耐高溫材料不需要進行任何冷卻。這樣，在操作中閥盤6比閥座3具有較高的溫度。
閥座3和閥盤6的圓錐表面7、8不會在其全部寬度上相互依靠在一起，而是在至少一個相對較窄的環(huán)形環(huán)繞的密封表面10的區(qū)域內(nèi)相互依靠在一起。在所示的實例中，在各相配的圓錐表面7和/或8的上、下邊緣中配置了兩個這樣的密封表面10，這兩個密封表面10在軸向上相互分開。
所述圓錐表面至少在其一側(cè)由采用切削加工的方法形成的環(huán)形環(huán)繞的材料空缺11和/或11a確定邊界，所述空缺實際上形成了環(huán)形環(huán)繞的腔室。材料空缺11、11a形成了一些腹部12，而所述腹部的上面形成了各密封表面10。適宜的方式是，腹部12的橫剖面總是朝著各自的密封表面10的方向逐漸減小。密封表面10是研磨加工表面，這樣確保了其在與之作用并且也被研磨加工的相反表面上的精確支承。在材料空缺11、11a的區(qū)域內(nèi)可以配置較粗糙的表面。
材料空缺11、11a形成相對較大的腔室，此腔室中不會留下燃燒殘留物。所述燃燒殘留物會落到前述的腔室之外并且會與廢氣一起被排出，這意味著沒有產(chǎn)生缺口的危險。窄的密封表面10破碎了到達該區(qū)域的燃燒殘留物，這使得燃燒殘留物的排出更加容易。這有效地防止了缺口和通道的形成，而這些缺口和通道是過燒孔的出口點。與此同時，在相對熱的閥盤6和溫度較低的閥座7之間有相對較小的接觸表面。因此不用擔心通過閥盤6在重要的圓周上形成對閥座7的加熱，從而硬化的閥座3不會損失其硬度。由一些相當深的空缺11所形成的腔室還可以容納相當多的不參與燃燒的空氣，這樣提供了更多的冷卻作用。
形成帶有材料空缺11、11a和腹部12的密封表面10的外形可以配置在閥盤的圓錐表面8的區(qū)域內(nèi)，或配置在閥盤和閥座的圓錐表面7、8的區(qū)域內(nèi)。在所示的優(yōu)選實例中，密封表面10僅配置在閥座3的圓錐表面7的區(qū)域內(nèi)。材料空缺11、11a可以在座體9的硬化之前生成。密封表面10可以在硬化之后進行研磨。閥盤6的圓錐表面8也設(shè)計成研磨表面，該研磨表面是被多次研磨加工的。這可以很容易地做到而不需要改變材料空缺11、11a的外形的深度。只要材料空缺11、11a配置在閥盤一側(cè)，它們就必須在再研磨過程中被加深。因為密封表面10設(shè)計成研磨表面，從而導致了鋒利的側(cè)邊緣13，如圖2所示。所述鋒利的側(cè)邊緣13能夠像刀那樣破碎燃燒殘留物。
環(huán)形環(huán)繞的、窄的密封表面10的寬度b必須這樣選擇，即在一個閥裝置部件上所有這些密封表面10的總寬度，在此即是在閥座3上，一個圓錐表面7和/或8上的所有密封表面的總寬度分別是各圓錐表面7和/或8的平均直徑的0.5％到2％，最好是1％到1.5％。適當?shù)姆绞绞牵芊獗砻?0的數(shù)量基本上可以這樣選擇，即使各個密封表面10最終的寬度b最大為2毫米。在試驗中，這一寬度產(chǎn)生了良好的結(jié)果。
形成密封表面10的側(cè)邊界的材料空缺11、11a深度必須大于燃燒殘留物的預(yù)期厚度。在大多數(shù)情況下，所述低界限約為0.4到0.5毫米?；旧?，深度t至少為1毫米，最好大于1毫米。在采用二沖程大型柴油機的試驗中，3毫米的深度產(chǎn)生了良好的結(jié)果。在所示的實例中，配置在兩個密封表面10之間的材料空缺11，即在靠近燃燒室的密封表面10的下游的材料空缺11的深度t基本上與寬度b相一致。
在簡單的情況下，配備給密封表面10的所有材料空缺11、11a可以有相同的深度。在所示的優(yōu)選實施例中，材料空缺11a明顯較深，從而比在第一密封表面10下游的材料空缺11具有更大的容積，其中從燃燒室的方向上看，所述材料空缺11a在燃燒室一側(cè)確定了密封表面10的邊界，即材料空缺11a在所述密封表面10的上游。在所示實例中，材料空缺11a的橫截面積約為材料空缺11的橫截面積的五倍。這樣也導致了材料空缺11a的容積相對較大。當閥裝置關(guān)閉時，所述材料空缺11a通過一個窄間隙14與相鄰的燃燒室連接。間隙14是如此之窄，以致如材料空缺11a中的空氣不會參加燃燒。然而，燃燒壓力卻還是導致在材料空缺中產(chǎn)生一股氣流，從而使包含了材料空缺11a的座體9部件周圍的材料得到了良好的冷卻，與此同時，該股氣流還使得閥盤6的圓錐表面8得到了未燃燒空氣的良好沖洗。在閥盤6的打開運動的初始階段，相同的效果也作用在密封表面10上。
圓錐表面7、8相對于閥軸的傾斜角度α可以根據(jù)具體情況的要求來選擇，例如，可以選擇在30°到70°的范圍內(nèi)。最好的范圍為45°到60°。較小的角度x導致了相對較陡的圓錐表面7、8從而導致了較高的壓力。這樣，在這種情況下，較低的范圍也許是較好的。圓錐表面7、8可以相互偏離0.5°角度，在閥座側(cè)邊上圓錐表面7的角度α比在閥盤側(cè)邊上圓錐表面8的角度α大約0.5°，這樣創(chuàng)造了一個徑向向外敞開的間隙。這一措施可以進一步改善上述的像刀那樣的破碎效果。
權(quán)利要求
1.一種用于內(nèi)燃機的換氣閥裝置，特別用于二沖程大型柴油機，所述換氣閥裝置具有一個包圍著相配的流體通道(2)的靜止的閥座(3)和一個與其相對運動的活動的閥件(4)，所述閥件具有一個能以密封的結(jié)構(gòu)靠到所述閥座(3)上的閥盤(6)，其特征在于在所述閥座(3)和閥盤(6)的對置的圓錐表面(7，8)中的至少一個區(qū)域內(nèi)，設(shè)置有至少一個環(huán)形環(huán)繞的、窄的密封表面(10)，所述密封表面(10)至少在其一側(cè)由一個環(huán)形環(huán)繞的材料空缺(11，11a)確定邊界。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換氣閥裝置，其特征在于配置有多個相互隔開的、窄的密封表面(10)。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求至少其中之一所述的換氣閥裝置，其特征在于至少所述閥座(3)具有至少一個環(huán)形環(huán)繞的、窄的密封表面(10)。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求至少其中之一所述的換氣閥裝置，其特征在于所述閥座(3)和/或所述閥盤(6)至少各自具有一個環(huán)形環(huán)繞的、窄的密封表面(10)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求至少其中之一所述的換氣閥裝置，其特征在于每個窄的密封表面(10)具有一些鋒利的側(cè)邊緣(13)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求至少其中之一所述的換氣閥裝置，其特征在于每個窄密封表面(10)都設(shè)計成研磨表面。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求至少其中之一所述的換氣閥裝置，其特征在于所述換氣閥裝置的一個部件上的所有的窄的密封表面(10)的總寬度是相配的圓錐表面(7或8)的平均直徑的0.5％到2％，最好為1％到1.5％。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換氣閥裝置，其特征在于一個密封表面(10)的寬度b最大為2毫米。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求至少其中之一所述的換氣閥裝置，其特征在于每個確定一個密封表面(10)邊界的材料空缺(11，11a)的深度t都大于預(yù)期燃燒殘留物的厚度。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求至少其中之一所述的換氣閥裝置，其特征在于每個確定一個密封表面(10)邊界的所述材料空缺(11，11a)的深度t至少為1毫米，最好到3毫米。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求至少其中之一所述的換氣閥裝置，其特征在于從燃燒室的方向上來看，第一個窄的密封表面(10)在燃燒室一側(cè)由一個材料空缺(11a)確定邊界，當閥裝置關(guān)閉時，所述材料空缺(11a)通過一個窄間隙(14)與所述燃燒室連接。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的換氣閥裝置，其特征在于與燃燒室連接的材料空缺(11a)與下游的一個材料空缺(11)相比，具有較大的深度和橫截面積。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求至少其中之一所述的換氣閥裝置，其特征在于所述閥座(3)和閥盤(6)的對置的圓錐表面(7，8)的傾斜角度不同，它們最好相互偏離約0.5°。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機的換氣閥裝置，特別用于二沖程大型柴油機，所述換氣閥裝置具有一個包圍著相配的流體通道(2)的靜止的閥座(3)和一個與其相對運動的活動的閥件(4)，所述閥件具有一個能以密封結(jié)構(gòu)運動到所述閥座上的閥盤(6)，以這樣的方式可以實現(xiàn)長的使用壽命，即，在所述閥座(3)和閥盤(6)的對置的圓錐表面(7，8)中的至少一個區(qū)域內(nèi)，設(shè)置有至少一個環(huán)形環(huán)繞的、窄的密封表面(10)，所述密封表面至少在其一側(cè)由一個環(huán)形環(huán)繞的材料空缺(11，11a)確定邊界。
文檔編號F01L3/22GK1443271SQ01812987
公開日2003年9月17日 申請日期2001年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月18日
發(fā)明者芬恩·Q·延森 申請人:曼B與W狄賽爾公司