用于内燃机的具有载荷压力平衡槽的冷却阀的制作方法

本发明涉及用于内燃机的冷却阀。特别地，本发明涉及一种用于内燃机的钠冷却排出阀，所述钠冷却排出阀与现有技术中的类似阀相比具有增加的使用寿命。

背景技术：

早在1935年就已知内冷却排出阀或钠冷却排出阀。

钠冷却及其效应在现有技术中是众所周知的，并且近年来的技术发展主要涉及增大阀盘区域中的冷却剂体积并简化制造过程，以便能够更廉价地制造钠冷却阀。

然而，存在改善内冷却阀的使用寿命以进一步降低阀盘或阀杆损坏的风险的需求。此外，还需要具有改进的冷却性能的内冷却阀。

技术实现要素：

根据本发明，提供用于内燃机的冷却阀或内冷却阀，该冷却阀或内冷却阀具有阀盘、阀杆以及位于阀杆和阀盘内的空腔以及设置于空腔内的冷却剂。冷却剂仅部分地填充空腔并可在空腔中移动。该阀构造成至少两件，并且在阀盘表面上设置有开口，该开口由盖子封闭。盖子设置有至少一个压力平衡槽(reliefgroove)，所述至少一个压力平衡槽缓解阀盘表面的开口与盖子之间的接合部。靠近盖子的边缘的环形区域中的增加的弹性引起缓解。由于增加的弹性，盖子可以在燃烧气体的压力下或在热载荷下凹入地或凸起地变形。在盖子的凹入变形或凸起变形时，该弯曲载荷不再传递至盖子和阀盘之间的接合部处，而是导致压力平衡槽的区域中的弯曲。

基本上，通过使盖子的材料变薄，盖子和阀盘之间的接合部或连接部被缓解。

该阀被构造为具有至少两部分，并在阀盖表面上具有开口，该开口由盖子封闭。盖子通过接合连接至阀盘表面。盖子可以通过激光焊接、电子束焊接、电阻焊接或摩擦焊接而牢固地连接到盘。

当压力平衡槽设置在空腔侧时，这也起到增加用于与液体冷却剂或钠填充物接触的内空腔表面积的作用。

在本发明的一个示例性实施方式中，钠被用作冷却剂。然而，也可以使用其它碱金属或碱土金属或具有足够低熔点的合金。

在本发明的另一示例性实施方式中，盖子中的至少一个压力平衡槽围绕阀轴线以圆形设置。该实施方式中的压力平衡槽设置在阀的内侧或阀的空腔内。因为盖子的材料的厚度减小，所以压力平衡槽从盖子的边缘在圆形区域中增加盖子的弹性。另外，压力平衡槽增加了空腔的表面积，并由此增加了与冷却剂的接触表面，由此可以改善从盖子或阀的基部到冷却剂的热传递。

在本发明的另一示例性实施方式中，所述至少一个压力平衡槽在阀的盘表面的区域中设置在盖子的外侧。设置在该位置上的压力平衡槽具有增大燃烧室的表面积并因此增加从燃烧气体至阀盘的热传递的缺点。然而，与此同时，与单个压力平衡槽相比，外侧上的压力平衡槽与内侧上的压力平衡槽相结合可以显著增加弹性。另外，多个同心的压力平衡槽可以形成在外侧上。

在本发明的阀的附加的示例性实施方式中，盖子的中心设置有金字塔形的或锥形的结构以在阀盘的径向方向上引导冷却剂。锥形结构可以具有抛物锥体的形状，并且以这样的方式减小冷却剂在盖子上的冲击力，使得冷却剂平缓地转向而不是撞击在垂直于冷却剂的移动方向延伸的表面上。结构可以是类似于弗拉姆(flamm)抛物面的表面的形式，以在钠撞击时减小盖子的接合部处的载荷，并且因此增加阀的使用寿命。弗拉姆抛物面仅仅是抛物锥体的特定情况，这里也可以被使用，以防止向下流动的钠流在盖子上以及因此在盖子的接合部处施加大的力。

在本发明的另一示例性实施方式中，内侧上的压力平衡槽直接合并到位于中心的锥形结构中。该实施方式将从中心初始地沿着阀盘的方向向下移动的冷却剂转向至沿着阀盘的边缘的方向。在冷却剂到达边缘之前，冷却剂流入压力平衡槽，并且当冷却剂从压力平衡槽流出时，冷却剂再次沿阀盘的背侧方向向上转向。以这种方式，通过锥形结构和压力平衡槽的配合，空腔内的流体可以在阀盘的边缘区域中反向。冷却剂可以沿着阀盘的背侧被引导，于是可以进一步改善阀的冷却。也可以在阀盘边缘的区域中形成一种“涡流环”或环形涡流，即可以特别好地冷却阀盘的边缘的环形流动。

在本发明的阀的另一示例性实施方式中，压力平衡槽具有沿阀盘的背侧的方向径向向外引导流动的冷却剂的横截面。该压力平衡槽设置在空腔的内侧，并设置有陡峭倾斜的外侧面，该外侧面与凹槽的底部中的圆角合并。以薄层流动的钠可以直接从流动锥体或从锥形结构流入压力平衡槽，并且从压力平衡槽沿阀盘的背侧的方向被引导。根据阀盘的背侧的区域中的空腔的形状，可以产生沿阀轴线方向的逆流或环形涡环。然后，涡环流在穿过阀轴线的平面中旋转。以这种方式，钠不仅在阀的热侧和冷侧之间前后晃动，而且被锥形结构和压力平衡槽的形状推动成能够进一步改善热传输的流动模式。

理想地，焊接至阀盘表面的盖子以及位于其上的结构(诸如压力平衡槽和锥形结构)可以以使得其可以使用常规工艺锻造的方式设计以便保持制造成本尽可能低，并且因此保持阀的成本尽可能低。

阀盘表面的开口和盖子之间的接合部通过具有至少一个压力平衡槽的盖子得以缓解。压力平衡槽位于盖子的内侧和/或外侧、与接合部邻近。压力平衡槽减小了盖子的材料厚度并使其具有增加的弹性，这又减小了盖子与阀盘之间的接合部上的载荷。总的来说，由于锥形结构而变得柔性的盖子可以再次变得更具弹性，使得当盖子被装载时，只有一部分力被传递到接合部上。总的来说，这些凹槽可以吸收一部分载荷，并且因此减小了接合部上的载荷，并由此增加内冷却阀的整个使用寿命。优选地，在内侧和外侧两者上采用两个压力平衡槽，以获得盖子的最大弹性。压力平衡槽的设置可以产生一种折皱，通过该折皱可以在盖子的中心和盖子的边缘之间产生弹性连接。由于压力平衡槽，盖子向内或向外的偏转缓解了接合部，由此，接合部的故障可以被延迟或防止。盖子和阀盘可以通过激光焊接、电子束焊接、电阻焊接或摩擦焊接来接合。

在本发明的阀的另一示例性实施方式中，至少一个压力平衡槽的深度设置为：其至少相当于盖子的局部高度或材料厚度的三分之一，并且至多相当于盖子的局部高度或材料厚度的三分之二。因此，这限定了这样的事实：压力平衡槽使盖子的材料厚度显著减小，这也使得盖子在压力平衡槽的区域中的弹性显著增加。

在本发明的阀的另一示例性实施方式中，在至少一个压力平衡槽的区域中，盖子具有减小了四分之一到四分之三、优选地减小了三分之一到三分之二、更优选地减小了五分之二到五分之三的材料厚度。该材料厚度也适用于设置有多个压力平衡槽的位置。材料厚度的这种相对较大的减小在压力平衡槽的区域中产生一种弹性铰接件或箔片铰接件，该弹性铰接件或箔片铰接件可以保持盖子上的远离盖子的接合部的弯曲力。

附图说明

现在将参考附图更详细地描述本发明。附图仅以示例的方式提供。

图1示出常规的内冷却阀。

图1a示出用于常规的内冷却阀的盖子。

图2示出根据本发明的具有位于阀盘上的压力平衡槽的内冷却阀。

图2a示出用于根据本发明的具有位于阀盘上的压力平衡槽的内冷却阀的盖子。

图3示出根据本发明的具有位于空腔侧的压力平衡槽的内冷却阀。

图3a示出用于根据本发明的具有位于阀盘上的压力平衡槽的内冷却阀的盖子。

图4示出根据本发明的具有两个压力平衡槽的内冷却阀，其中，一个压力平衡槽在阀盘上，一个在空腔侧。

图4a示出用于根据本发明的具有图4的两个压力平衡槽的内冷却阀的盖子。

图5示出根据本发明的内冷却阀，该内冷却阀具有直接合并到锥形结构中的压力平衡槽。

图5a示出用于根据本发明的内冷却阀的盖子，该盖子具有合并到如图5所示的在内部设置的压力平衡槽的锥形结构。

图6示出根据本发明的内冷却阀，该内冷却阀具有直接合并到锥形结构中的压力平衡槽以及另外的在外部设置的压力平衡槽。

图7示出根据本发明的内冷却阀，该内冷却阀总共具有三个压力平衡槽和一个锥形结构。

图7a示出用于图5的阀的盖子。

图8示出具有总共两个压力平衡槽和一个锥形结构的盖子。

图9示出根据本发明的内冷却阀，该内冷却阀具有总共两个压力平衡槽和一个锥形结构。

具体实施方式

在说明书和附图两者中，相同或相似的附图标记用于限定相同或相似的部件和元件。为了使说明书尽可能清楚和简洁，在一个附图中已经描述的元件在另外的附图中没有具体描述，以避免重复。

图1示出常规的具有阀杆8的内冷却阀2，该阀杆8的下端扩展至阀盘6中。阀杆8的上端终止于阀杆端部36，通常从该阀杆端部36来控制阀。阀的内部设置有填充有冷却剂12的空腔10。常用的冷却剂为在内燃机的运行温度下处于液态的钠。通常，阀的仅2/3至3/4的空腔填充有钠，而不是整个空腔。也可以用钠填充阀的空腔的仅1/4或1/3。在操作中，阀杆8中的或者阀杆8的空腔10中的钠上下移动，并且以这样的方式沿着冷却的阀杆8的方向从阀盘6输送热。因此，在每个打开和封闭操作时，钠在阀2内部移动。阀2中的空腔10以这样的方式被制造，使得阀盘6在阀盘表面22处设置有开口18。通过开口18形成阀盘6和阀杆8中的空腔10。在填充钠冷却剂12之后，使用盖子20密封开口18。已经通过激光焊接、电子束焊接或电阻焊接将盖子连接至阀盘。该实施方式中的阀盘的背侧24不具有任何接合部，并且阀盘可以与阀杆以整体式制造，使得可以最小化阀盘折断的任何风险。

图1a示出常规的内冷却阀的盖子，该盖子为简单的金属盘。

图2示出根据本发明的在阀盘上具有压力平衡槽的内冷却阀。在图2中，如同图1的阀的情况那样，根据本发明的阀4在阀盘中设置有开口，该开口由盖子20封闭。该盖子20设置有具有圆形轮廓的周向压力平衡槽34。压力平衡槽34局部地减小盖子20的材料厚度，使得在盖子偏转时，该偏转在盖子与开口的边缘的接合部处产生较小的力。当在燃烧过程中燃烧气体使盖子向内弯曲时，盖子的边缘可以在压力平衡槽的区域内变形。由于此，接合部必须容纳较小的载荷并且因此具有较长的使用寿命。即使当来自阀杆的冷却的冷却剂冷却盖子的内部时，盖子轻微地凸出变形。由于压力平衡槽，这种变形也不再强烈地传递至盖子和阀盘之间的接合部处。此外，在打开盖子时撞击盖子的冷却剂将力传递至盖子，这有助于盖子的变形。

图2a以剖面图示出图2的盖子。这里，压力平衡槽34设置在盖子20的底部上。

图3示出根据本发明的另一内冷却阀，该内冷却阀在盖子的内侧上并且因此在阀的空腔中具有压力平衡槽。在图3中，如同图1的阀的情况那样，根据本发明的阀4在阀盘内设置有开口，该开口由盖子20封闭。盖子20设置有具有圆形轮廓的周向压力平衡槽34，然而，这里，周向压力平衡槽位于内侧上，由此扩大了空腔的表面积，导致改善了从盖子到冷却剂的热传递。这里再一次，压力平衡槽34局部地减小了盖子20的材料厚度，并且因此盖子的偏转将在盖子与开口的边缘的接合部处产生较小的力。已经参照图2讨论了盖子偏转的原因，并且因此，这里将不再重复。

图3a以剖面图示出图3的盖子。这里，压力平衡槽34设置在盖子20的顶部上。

图4示出根据本发明的内冷却阀的剖面图。在图4中，在盖子20上设置有两个压力平衡槽34。一个压力平衡槽位于阀盘的侧面上或外侧上，一个压力平衡槽34以这样的方式设置，使得它位于内冷却阀的空腔中。两个压力平衡槽34均减小了盖子20的边缘附近的材料厚度。由于压力平衡槽，即使当盖子的边缘通过接合部固定时，也可以使盖子更容易地偏转。

当常规的盖子由于燃烧室内的压力增加或者由于阀中的温度差而略微偏转时，更高的力作用在盖子和阀盘之间的接合部上。这些力可能足以超负荷和破坏盖子和阀盘之间的激光焊缝、电子束焊缝或电阻焊缝。

借助于压力平衡槽，盖子的边缘区域可以配置成更具弹性。当盖子向内偏转时，边缘区域可以偏转并且边缘处的接合部上的载荷显著地减小。由压力平衡槽引起的接合部处的缓解程度取决于压力平衡槽的深度和宽度。即使盖子由于导向叶片而应该是非常稳定和不灵活的，但是由于冷却剂，盖子仍然承受相对较强的热应力，盖子也可能由于压力平衡槽而从边缘处的接合部分离。

图4a示出盖子20的剖面图，该盖子20具有应用在边缘区域内的分别设置在盖子的内侧和外侧的压力平衡槽34。也可以以相反的方式安装图4a的盖子20，由此，具有较大直径的压力平衡槽34设置在阀盘的外侧，具有较小直径的压力平衡槽34设置在空腔的内侧。也可以使用分别具有相同直径的内压力平衡槽和外压力平衡槽。

图5示出根据本发明的阀，该阀具有带有压力平衡槽和锥形结构26的盖子，该锥形结构26用于使沿着阀盘的方向在阀杆中移动的冷却剂沿着阀盘的边缘的方向转向。通过锥形结构，冷却剂在盖子上的冲击力减小，并且盖子和阀盘之间的接合被缓解。在示出的实施方式中，锥形结构被设计为抛物锥体，以便以尽可能少的激增在阀盘的边缘的方向上引导流动的冷却剂。在示出的实施方式中，抛物锥体直接合并到压力平衡槽34中，以便在阀盘的区域中提供尽可能平滑的流动。在压力平衡槽的边缘处或外侧面处，冷却剂的流动方向向上转向，使得空腔中的冷却剂沿着阀盘的背侧流动。还可以以使得冷却剂的流动向上和向后转向的方式配置压力平衡槽的外侧面以及阀的空腔，从而空腔中的沿着阀盘的边缘的冷却剂形成涡环，至少直到空腔的该区域填充冷却剂。然后，涡环在阀轴线的平面内以涡流方式流动。

图5a示出盖子20的剖面图，该盖子20具有应用于边缘区域中的通向位于中心的锥形结构26的压力平衡槽34。在中心从上方向下流动的冷却剂初始由锥形结构26沿着边缘的方向向外引导，然后被引导至压力平衡槽34中。压力平衡槽34的外边缘再次将冷却剂沿着阀盘的背侧的方向导回。借助于压力平衡槽和锥形结构26的配合，获得了盖子和阀盘之间的接合处的改善的使用寿命以及阀的空腔中的优化的流动。借助于锥形结构26以及压力平衡槽34的相应的不对称的横截面之间的平滑过渡，可以获得比仅仅流动导向锥体和压力平衡槽34的简单组合更好的流动性能。

图6基本上对应于图5，其中，盖子30在盘表面上设置有另外的压力平衡槽34。因此，与图5相比，这导致盖子的进一步增加的弹性并且因此增强了接合部的缓解。

图7基本上对应于图5或图6，其中，盖子30在盘表面上设置有两个另外的压力平衡槽34。因此，与图5和图6相比，这导致盖子的进一步增加的弹性并且因此增强了接合部的缓解。

图7a示出图7的盖子的剖面图，在该盖子上可以清楚地看到两个外压力平衡槽34和内压力平衡槽34。还可以清楚地看到锥形结构26和内压力平衡槽之间的平滑过渡。图7a也清楚地示出了内压力平衡槽在结构上不对称。图7a的内压力平衡槽34的外侧面向内指向或底切，并且因此沿着阀轴线的方向向上和往回引导冷却剂。

图8示出具有形成平滑的圆锥的锥形结构26的盖子的剖面。这里，内压力平衡槽34直接设置在盖子20的边缘处。

图9示出根据本发明的阀，该阀具有基本上相当于图8的盖子的盖子。此外，图9示出在打开阀时冷却剂在空腔中的流动。

这里应该清楚的是，在内侧以及外侧均可以采用多个压力平衡槽，以便增加盖子20的边缘处的弹性。附图的所有的各个特征也可以组合来产生其它实施方式；因此，例如，盖子的导向叶片可以在阀杆中设置有相应的螺旋导向叶片。也可以将阀杆中的螺旋导向叶片中的一个与设置有压力平衡槽34的盖子组合。也可以在阀杆中设置导向叶片，该导向叶片使得冷却剂沿着阀杆端部的方向围绕阀轴线以旋转流向上移动。螺旋导向叶片也可以在阀杆的上端之前终止，以尽可能少地干扰靠近阀杆端部的旋转流。

参考列表

2根据现有技术的内冷却阀

4根据本发明的内冷却阀

6阀盘

8阀杆

10空腔

12冷却剂

18开口

20盖子

22阀盘表面

24阀盘的背侧

26锥形结构

32接合部

34压力平衡槽

36阀杆端部