[发明专利]超轻的内燃机菌形气门及其制造方法

说明书

本发明一般地涉及内燃机的菌状气门，更具体地说涉及一种在保持高的强度-重量比特性的同时重量特别轻的气门。

内燃机菌状气门最通常的制造方法是切削、锻造或挤压一块高强度、高热阻金属的实心坯材，然后进行精加工和/或研磨加工。在某些应用场合，性能要求必须提供一种具有空心杆的气门，其在制造过程中可加入如钠那样的冷却剂。在先有技术中，这样的空心杆已经通过在其上钻孔或在一个芯轴或一个可移动的芯体上对其进行挤压或锻造的方式制得。

FR-A-2072186公开了一种发动机用锥形阀，它包括一杆部2，一尾部4，一帽盖部12，一个在该杆部和帽盖部之间形成一过渡区域的圆角部，该杆部、尾部和帽部为单体薄壁圆柱件并在圆角端开口，在尾端封闭，该帽盖部由一固定在上述圆角部的盘状帽盖件形成。

美国专利No.5054195公开了一种菌形气门，它是这样制得：把一根管坯冷成形到所希望的杆部直径，杆部直径和管坯直径间的过渡区域用柔搓工艺或类似方法加工成弧形的气门圆角部分，切除圆角部分外直径处或外直径附近的坯料，装接上一个定义为气门头部的帽盖，然后在气门尾端加上一个附加零件以封闭空腔。

虽然由已知制造工艺生产的中空气门比先有工艺的实心气门轻得多，但在性能、燃料经济性和排放物控制方面越来越严格的标准，要求进一步减轻重量，这被认为用先有工艺生产过程是不可能经济地达到的。更进一步，现在在无凸轮的气门驱动，即其中气门的开闭直接由电力或流体致动装置进行这方面的研究工作，对气门的质量有所限制，以避免常规气门质量所需要的那种过度的致动能量。

本发明的目的是提供一种超轻的内燃机菌形气门及其制造方法。

为了满足重量最小的目标，本发明提供一种超轻的内燃机菌形气门，其是由一个包括整体尾部和气门的圆角部分的气门杆件以及一个最好焊到该气门杆件上的帽盖构成的。在该较佳实施例中，气门座接触面成形于帽盖件上。而在其它可替换的实施例中，气门座接触面是作为圆角和杆件之间焊接头的一部分成形的或在气门杆件上加工成形的。根据本发明，气门杆件是带有一个作为气门圆角区域的喇叭形开口端和一个形成尾端的封闭端的杯形件，从开口端到尾端都是空心的。根据本发明，该气门杆件的壁截面在圆角区相对较厚，逐渐变薄到气门杆长度的其余部分所具有的大体均匀的厚度，而在气门杆尾端又相对较厚。

根据本发明提供的一种超轻的内燃机菌形气门，它包括一个杆部、一个帽盖部、一个尾部和一个在该杆部和该帽盖部之间形成一过渡区的喇叭形的圆角部，所述杆部、尾部和圆角部为单体薄壁圆柱件，它在其圆角端开口，在尾端封闭，所述帽盖部是由一个固定在上述圆角部的盘状的帽盖件形成的，其中，

所述的圆角部有第一最大的壁厚t₁，所述杆部有比所述第一最大壁厚薄的第二最大壁厚t₂，所述尾部有比所述第二最大壁厚厚的第三壁厚t₃，置换体积与空腔容积之比小于3.25。

根据本发明提供的一种制造内燃机用超轻菌形气门的方法，它包括下述工序：加工扁平的金属坯料，使其经过多道冷成形工序，这些工序中直径缩小而长度增加的几个芯棒依次顺序和所述毛坯结合，把所述毛坯拉伸成有一大体平整的封闭端和一个喇叭形的开口端的细长圆柱件，再把一个基本上是盘状的帽盖件焊到所述的喇叭形开口端，使一个金属毛坯经过多道冷成形工序拉伸成一个具有一封闭端和一个喇叭状开口端的细长圆柱件，然后在喇叭状端部焊上一个基本上成盘状的帽盖件；所述的毛坯经过几道冷成形工序后足以减小所述圆柱件的壁厚到一定尺寸，该尺寸导致所述气门的最大应力点由于所述内燃机产生的燃烧压力而位于离所述气门纵向中心线充分远的距离处。

在本发明中，气门杆是用深拉伸工艺制得的，其中一件圆片状的初始毛坯经过多次冷拉伸成为一个细长的喇叭口杯形件，其上喇叭口端的外缘和尾端的厚度与初始毛坯大体相等。根据本发明的一个方面，作为拉伸工艺的附加工序，在空心气门杆上滚轧出一道或多道卡槽。

在此以前，按本发明的深拉伸工艺从没有被认为可实际用来制造发动机气门，特别是排气门，因为能用作深拉伸的具有足够延展性的材料从不被认为具有发动机气门所需要的足够的热强度性能。然而本发明采用了一种拉伸气门杆件，其具有冷却和较高强度的性能，这些性能使高延展性材料应用在这个应用领域是实际可行。

按本发明的另一方面，帽盖件最好其成形形状能增加气门强度和刚度，帽盖在具有最佳应力/温度关系的部位焊接到气门杆上。按其它可替换实施例，帽盖包含能提高气门燃烧面刚度和改善燃烧面与内部冷却剂之间热传递的肋。