专利名称：杯形阀门挺杆的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用以作动内燃机换气阀的杯形阀门挺杆，具有一筒形外套，外套在一端通过一底封闭，并在一气缸头的一孔中作受导滑动，阀门挺杆是由作用在挺杆底上的凸轴凸轮作动的。
这种在权利要求1概述部分中所述杯形阀门挺杆见之于EP-A-0030781。这种阀门挺杆具有一个装在导套内的液压阀门间隙补偿构件，此导套与外套同心，并由起自外套内壁的腹板延伸而成。底部、外套和腹板的壁体都相对较厚，以致阀门挺杆的总重很大。很明显，质量大的阀门传动装置要求很大的对其作动态控制的弹簧力。但这些很大的弹簧力会加大阀门传动装置内的摩擦力，以至油耗较高。阀门弹簧力较高的另一缺点是加大了阀门传动装置的噪声。
作为一例，过去已经有人谋求通过用铝一类轻质材料制作的阀门挺杆来降低其重量。但，这种铝制阀门挺杆在底部的构形上要求采取特殊的措施，因为挺杆是与通常用钢制成的凸轮轴凸轮接触的。为此，底部不是覆有耐磨层就是作为单独的钢制部分固定在铝制挺杆上。这种阀门挺杆的结构相当昂贵而不宜用于成批生产。
本发明的目的是用简单的方法显著地降低普通阀门的挺杆的重量，从而使阀门传动装置内的摩擦以及内燃机的油耗得以明显地降低。与此同时，阀门传动装置必须具有足以承受阀门作动力的刚度。
按权利要求1的特征部分，为达到上述目的，本发明的底部和外套采用钢制构件，其壁厚A、B的尺寸使其乘积P2A×B，以毫米表示≤2.3。迄今为止，关于进一步减薄阀门挺杆壁厚方面在技术领域内还存有保留态度，因为对刚度是否还够表示担心。用有限单元法进行的计算和系列试验很清楚地表明本发明作为深拉构件优选制成的杯形阀的挺杆具有足够的刚度而挺杆的重量则大为减小。
按权利要求2，杯形挺杆具有一起自外套并汇集成一导套的腹板，导套与外套同心，一液压间隙补偿构件在此导套中受导滑动。钢制腹板壁厚C的尺寸使底部、外套和腹板的乘积P2，A×B×C，以毫米表示≤1.9。采用这种薄壁腹板在减轻阀门挺杆重量上具有成效。
按权利要求3，外套的壁厚在腹板以下近边区减薄而形成一壁厚为D的环口。在此情况下，底部、外套、腹板和环口壁厚的乘积P3，A×B×C×D，以毫米表示≤1.48。
按权利要求4本发明作了进一步的发展，阀门挺杆的外径E与底部、外套、腹板和环口壁厚乘积P3之比为1∶≤0.075。乘积P3与外径E之比也可表示为≤0.075，这表明如减小阀门挺杆的直径，壁厚也可显著地得以减薄，而这并不降低其刚度。
此外，按权利要求5，底部的壁厚A为1.7—2.5mm，外套的壁厚B为0.7—1.0mm。因此，很明显，这些壁厚的范围远低于以往得出的壁厚。
按权利要求6，腹板的壁厚C为0.6—0.8mm。在刚度显得不够的情况下这种薄壁腹板必要时可再用一向上延伸到底部的套筒来支撑，采用这种套筒就可在较低的高度上吸入供给阀门间隙补偿构件的滑油(对照DE-A-3542192)。如权利要求7所述，环口的壁厚D为0.6—0.8mm。从权利要求1—7可得出底部、外套、腹板和环口壁厚相互间较为有利的配合。
按权利要求8，在液压间隙补偿构件的空心活塞和一加压活塞之间压缩弹簧的弹簧作用力F在加压活塞完全退入空心活塞时为≤20N。最后，按权利要求9，液压间隙补偿构件空心活塞的横截面积G≤1.1cm2。由于空心活塞的横截面和对间隙补偿构件的供油压力，也还由于弹簧力F1在换气阀的关闭状态下形成一对抗阀门弹簧力的力。如减小阀门弹簧力，来自间隙补偿构件的力势必也减小。因此，按本发明的上述这些权利要求，尽量地减小了弹簧力F和空心活塞的横截面。此外，由于液压间隙补偿构件的尺寸较小，也就可减小惯性力。
按权利要求10，腹板与外套邻接的一端延伸而成为一筒形部分，此筒形部分与外套内表面作干涉配合，具有一长度21，并焊接在外套上，焊缝深度为0.6—0.8mm。这样，防止了会使熔化的金属颗粒进入阀门挺杆内部的透焊。
如权利要求11所述，阀门挺杆的底部和外套在其内表面上涂覆有一层非铁金属，按权利要求12这最好是一层镍。此内部涂覆层用作一层扩散阻挡层，以致在渗碳过程中只是杯形挺杆也就是杯形底部和杯形外套的外部工作表面对有效的碳是裸露的。挺杆的心部硬化及其通常的不良后果因而得以防止。
从权利要求13可以得知，导套的臂部是焊接或压接到外套上的，而非铁金属用作合金剂或压接材料。为使焊接真正可能，导套的壁部必须在焊接过程中处于软态。涂覆层在这方面具有两种功能。一方面防止杯形件的外套和底部从内侧渗碳，另一方面保证已硬化杯形件的可焊性。这意味着涂覆层在焊接的母材熔化区用作合金剂，从而防止焊缝由于保持其奥氏体组织而脆化。如导套的臂部与杯形外套压接，此臂部是硬是软就不再重要，因为涂覆层用作一种压接材料。
按权利要求14，将导套的臂部滚压到外套内。在这情况下，臂部必须是软性的，这才真正有可能将其滚压到硬化而内部经涂覆的外套内。
按权利要求15、16，在本发明的另一实施例中，通过至少对臂部、腹板和导套的一侧涂覆一层非铁金属或是使其是用低度硬化或非硬化材料制成的，使这些部分在硬化挺杆过程中不致脆化。
在这种情况下，涂覆层如上所述也起有碳的扩散阻挡层的作用，从而防止臂部腹板和导套的硬化。通过用不合提高可硬化性元素的非硬化材料如X 5Cr18Ni10类奥氏体钢或st4类低度硬化材料制成这些部分同样可防止其脆化。
最后，按权利要求17，在杯形外套和导套的臂部受硬化的情况下，在臂部和外套之间的接合部位，也就是在焊缝区装上一用作充填焊料的纯镍环。在焊接过程中，镍的熔化使基体材料合金化到某一程度而在凝固时取得坚韧的奥氏体显微组织以防止在热影响区产生裂纹。
现对本发明参照附图作进一步的说明，附图中以简化的形式示出杯形阀门挺杆的实施例
图1为本发明阀门挺杆的半剖面图；图2—5为内面经涂覆和导套作不同固定的本发明各不同实施例的半剖面图。
图1所示阀的挺杆1的视图具有沿其纵轴线所作半剖面图。挺杆1在仅作部分图示的气缸头3的孔2内作受导滑动并由凸轮轴5的凸轮4传动。杯形阀的挺杆1具有在一端用底7封闭的筒形外套6。套6和底7最好通过深拉制成一整体构件。在阀门挺杆1内，漏斗形腹板8从筒形外套延伸而汇集成端部的导套9。此导套9与外套6同心，并在其内部装有液压间隙补偿构件10。此间隙补偿构件10由一空心活塞11、一加压活塞12、一球阀14和一压缩弹簧15构成，球阀14通过阀门弹簧13在关闭方向上受有偏压，压缩弹簧夹装在空心活塞11和加压活塞12之间。
空心活塞11的一端靠在换气阀17阀轴的一端16上。换气阀17的阀门弹簧18夹装在气缸头3和与阀轴端部16连接的弹簧座圈19之间，使阀门弹簧18对换气阀17在关闭方向上加有偏压。
气缸头3具有滑油孔20，斜通道21从此孔向孔2延伸，孔2内装有阀门挺杆1。设于阀门挺杆1的筒形外套6外周面上的环形凹槽22间歇地与此通道21的出口对齐。滑油入口23从环形凹槽22通向阀门挺杆的内部。漏斗形腹板8也可作M形，此腹板具有筒形部分29，腹板8以其这一部分压入阀门挺杆1的套6中。这一筒形部分29焊接在套6上，由于其总的轴向长度和焊缝28的预定深度，筒形部分29防止了金属颗粒进入阀门挺杆1的内部。关于液压间隙补偿构件这里将不予说明，因为在很多公开的专利申请中，包括EP-A-0030781，都对此作了论述。
底7的壁厚标为A，套6的壁厚标为B，腹板的壁厚标为C。最后，筒形外套6背离底7的端部减薄而成一环口24，其厚度标为D。
阀门挺杆1的外径标为E，压缩弹簧15的弹簧力和空心活塞11的横截面分别用F和G表示，这在图中未示出。
采用本发明可使厚度A、B、C、D减至最低程度，从而减小阀门挺杆的质量总值，归根到底，由于减小了阀门弹簧力，也就减小了阀门的作动力。尽管壁厚较小，阀门挺杆1仍具有足够的刚度。
图2—5所示阀门挺杆1在其底7和筒形外套6区域内的内表面上涂覆有一层金属27，就是说，基体金属和覆盖金属27通过加压或滚压彼此牢固结合。如上所述，覆盖金属27保证在化学热处理如表面硬化或碳氮共渗处理过程中扩散元素，碳或碳和氮，只是通过工作表面，也就是底7和套6的外表面才能渗入基体金属。阀门挺杆的心部硬化及其常见缺陷因此得以避免。在本实施例中，阀门挺杆由16MnCr5类钢制成而覆盖金属27为厚0.05—0.2mm的镍层。
如图3—5所示，图中未示出的间隙补偿构件保持在导套9内，此导套通过腹板26与壁25连接，壁25则固定在筒形外套6的内表面上。在图3中，由壁25、腹板26和导套9构成的内部构件通过焊缝28与已硬化的阀门挺杆1连接。这只是在内部构件在软态下也就是在未硬化的状态下插入挺杆的情况下才是可能的。如图4所示，硬化的阀门挺杆1和内部构件彼此压接而覆盖金属27起有压接材料的作用。在此情况下，硬化的或非硬化的内部构件都可采用。最后，如图5所示，臂25是滚压在未标示的凹槽中的。这里也以采用非硬化的内部构件为宜。
权利要求
1.一用以作动一内燃机换气阀(17)的杯形阀门挺杆(1)，具有一筒形外套(6)，在其一端用一底(7)封闭，在一气缸头(3)的一孔(2)内作受导滑动；阀门挺杆(1)是由一作用在挺杆(1)底(7)上的凸轮轴(5)凸轮(4)作动的，其特征是底(7)和套(6)为钢制构件，其相应壁厚A、B的尺寸使以毫米表示的壁厚乘积P1，A×B，≤2.3。
2.按权利要求1所述杯形阀门挺杆(1)，具有一腹板(8)，起自套(6)而汇合成一导套(9)，导套与套(6)同心，一液压间隙补偿构件(10)在此导套中受导滑动，其特征是钢制腹板(8)壁厚C的尺寸使底(7)、套(6)和腹板(8)以毫米表示的壁厚乘积P2，A×B×C，≤1.9。
3.按权利要求1所述杯形阀门挺杆(1)，具有一套(6)，其位于腹板(8)以下近边区的壁厚减薄而形成一壁厚为D的环口(24)，其特征是底(7)、套(6)、腹板(8)和环口(24)以毫米表示的壁厚乘积P3，A×B×C×D，以毫米表示≤1.48。
4.按权利要求3所述杯形阀的挺杆(1)，其中以乘积P3为被除数，以阀门挺杆的外径E为除数得出的商小于或等于0.075。
5.按权利要求1所述杯形阀门挺杆(1)，其中底(7)的壁厚A为1.7—2.5mm，套(6)的壁厚B为0.7—1.0mm。
6.按权利要求2所述杯形阀门挺杆(1)，其中腹板(8)的壁厚已为0.6—0.8mm。
7.按权利要求3所述杯形阀门挺杆(1)，其中环口(24)的壁厚D为0.6—0.8mm。
8.按权利要求1所述杯形阀门挺杆(1)，其中作用在一空心活塞(1)和一加压活塞(12)之间的一压缩弹簧(15)的弹簧力F在加压活塞(12)处于全部退入空心活塞(11)的状态下≤20N。
9.按权利要求1所述杯形阀门挺杆(1)，其中液压间隙补偿构件(10)的一空心活塞(11)的横截面积(G)≤1.1cm2。
10.按权利要求1所述杯形阀门挺杆(1)，其中腹板(8)与套(6)邻接的一端延伸而成为一筒形部分(29)，此筒形部分具有一长度≥1mm，与一套(6)的内表面作干涉配合，并通过一焊缝与套(6)焊接，焊缝深度为0.6—0.8mm。
11.按权利要求1所述杯形阀门挺杆(1)，其中底(7)和套(6)的内表面涂覆有一层非铁金属(27)。
12.按权利要求11所述杯形阀的挺杆(1)，其中非铁金属(27)为镍。
13.按权利要求11所述杯形阀门挺杆(1)，具有一臂(25)，靠在套(6)上并延伸而成一腹板(26)，腹板汇集而成导套(9)，导套与套(6)同心，液压间隙补偿构件(10)在导套内作受导滑动，其特征是使导套(9)的臂(25)焊接或压接在套(6)上，非铁金属(27)用作一合金剂或一压接材料。
14.按权利要求11所述杯形阀门挺杆(1)，其中使导套(9)的臂(25)滚压入套(6)内。
15.按权利要求11所述杯形阀门挺杆(1)，其中臂(25)、腹板(26)和导套(9)至少在其一侧涂覆有一层非铁金属(27)
16.按权利要求11所述杯形阀门挺杆(1)，其中壁(25)、腹板(26)和导套(9)是由一低度硬化或非硬化材料制成的。
17.按权利要求13所述杯形阀门挺杆(1)，其中将用作充填焊料的一纯镍环装在臂(25)和套(6)之间的一接合部位上。
全文摘要
一种用以作动一内燃机换气阀(17)的杯形阀门挺杆(1)具有一筒形外套(6)，外套在其一端用一底(7)封闭，在一气缸头(3)的一孔(2)内作受导滑动，阀门挺杆(1)是由一作用在挺杆(1)底(7)上的凸轮轴(5)凸轮(4)作动的，底(7)和套(6)为钢制构件，其相应壁厚A、B的尺寸使以毫米表示的壁厚乘积P
文档编号F01L1/24GK1129469SQ94193081
公开日1996年8月21日 申请日期1994年8月11日 优先权日1993年8月24日
发明者迪特尔·施密特, 瓦尔特·施派尔, 沃尔夫冈·米赖茨, 卡尔·路德维希·格雷尔, 赖因哈特·阿蒙 申请人:Ina滚柱轴承制造两合公司