[发明专利]金属空心阀

说明书

技术领域

本发明涉及一种内燃机的金属空心阀，该阀带有管状轴和连向管状轴的阀板。

背景技术

内燃机中不断增加的热应力，特别是在客车的发动机中，不断要求它的零件，例如气体交换阀，也简称为阀，也被冷却。为此，具有内部冷却介质的所谓的空心阀被使用。

从EP 2 541 000 A1中，已知一种用于生产金属空心阀的方法，在该方法中，通过相应的模具，阀相继地被成型，尤其是其轴是锥形的。

从DE 10 2010 051 871 A1中，已知一种生产用于内燃机气体交换的金属空心阀的方法，其中组成阀的空心部件的腔体彼此相连，并且这些腔体至少有一部分是通过电化学金属切除来制作。为此，阀轴首先被纵向钻通，其中所述腔体随后在阀头处被制成，作为一个横向于阀轴纵轴的放大孔。通过所述方法，特别是空心阀的制作被认为能够得到简化，同时，它们的质量可以得到提高。

从DE 10 2012 209 187 A1中，还已知一种用于生产内燃机的金属空心阀的方法，该方法中一个钻子被插入到一个梨形结构的锻造坯中。然后后面的阀头至少部分地通过电化学切除被挖空，在那里通过如此方法制作的腔体随后被支撑液体填满，然后空心阀被封闭。以此方式，空心阀可以以相对有利的成本进行生产。

从DE 10 2011 077 198 A1中，还已知一种用于生产带有一个阀头穿过进入到阀轴的内燃机的金属空心阀的方法，在该方法中一个钻子被插入到阀头，且该阀头随后至少部分地通过电化学切除被挖空。以此方式，原则上来说，这样的金属空心阀的制作被认为可得到改进。

金属空心阀一般是适用的，因为它们比实心阀轻，而且由于填充了冷却介质，例如钠，他们可以提供一个改进了的散热方式。在奥托发动机中，一个提供了特别好地散热的空心阀带来了爆震极限改变，也由此带来特别有利的操作。爆震意味着由于过高的温度和压力而导致的无法控制的汽油空气混合物的燃烧。这将导致内燃机内部由于高的机械和热应力而产生撞击，这最终将以一种负面的方式损害使用寿命和效率。然而，如果爆震极限可以提高的话，气缸内部更强的加压就变得有可能，这将带来燃烧过程中效率的显著增加，也由此带来更低燃料消耗下的更佳性能。

因此，本发明与用于通用类型的金属空心阀的改进的具体实施例的指示的问题有关，这使得提高爆震极限成为可能。

发明内容

本发明基于以下基本观点，通过在内燃机中使用的阀(气体交换阀)，该阀被构造成壁非常薄的空心阀并且因此能够非常高效的被冷却，从而提高内燃机的爆震极限。为此，根据本发明所述的金属空心阀以一种已知的方式带有一个管状轴和连向管状轴的阀头。根据本发明，该轴外径在5.0毫米到6.0毫米之间，内径在3.0毫米到4.6毫米之间，由此，轴壁厚度与传统空心阀相比可明显地被降低。此外，阀头处提供了一个第二腔体，在那里环绕着第二腔体的壁的厚度在1.0毫米到最大2.0毫米之间，而且由此也使得高的热传输和空心阀卓越的冷却成为可能。通过根据本发明所述的相对精密的空心阀结构，特别是在底部面对着燃烧室的平阀头处可以实现有效冷却，这有助于改变爆震极限，例如，提高该极限，并由此降低由爆震带来的内燃机的机械和热应力。此外，在根据本发明所述的精密的阀中，可以实现汽缸内部更强的加压，这可带来在燃烧过程中效率的显著增加，并由此同时带来在更低燃料消耗上的更好表现。

方便地，腔体的内壁的表面粗糙度R_Z大于10微米，特别地，R_Z大于16微米。通过相对大的阀头处腔体的内壁的表面粗糙度，扩大的热传输区域是可用的，这对热交换具有积极作用，并由此也对根据本发明所述的空心阀的冷却有积极作用。以同样的方式，在空心阀的轴中内壁的表面粗糙度当然也可以被设定。

在根据本发明所述的技术方案的更为有利的具体实施例中，空心阀由X45CrSi9-3、X50CrMnNiNbN21-9、NiCr20TiAl或NCF 3015(Ni 30％,Cr 15％)的钢制造。这样的高合金钢首先可以使根据本发明所述的空心阀能精密地构造，此外，具有相对高的耐磨性。此外，这样的高合金钢也具有高的耐腐蚀性，而且也特别的具有高的抗化学品腐蚀的特性，例如汽油或燃烧废气，以使它们特别适用于内燃机的这种金属空心阀。