專利名稱：杯形閥門挺桿的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用以作動內燃機換氣閥的杯形閥門挺桿，具有一筒形外套，外套在一端通過一底封閉，并在一氣缸頭的一孔中作受導滑動，閥門挺桿是由作用在挺桿底上的凸軸凸輪作動的。
這種在權利要求1概述部分中所述杯形閥門挺桿見之于EP-A-0030781。這種閥門挺桿具有一個裝在導套內的液壓閥門間隙補償構件，此導套與外套同心，并由起自外套內壁的腹板延伸而成。底部、外套和腹板的壁體都相對較厚，以致閥門挺桿的總重很大。很明顯，質量大的閥門傳動裝置要求很大的對其作動態控制的彈簧力。但這些很大的彈簧力會加大閥門傳動裝置內的摩擦力，以至油耗較高。閥門彈簧力較高的另一缺點是加大了閥門傳動裝置的噪聲。
作為一例，過去已經有人謀求通過用鋁一類輕質材料制作的閥門挺桿來降低其重量。但，這種鋁制閥門挺桿在底部的構形上要求采取特殊的措施，因為挺桿是與通常用鋼制成的凸輪軸凸輪接觸的。為此，底部不是覆有耐磨層就是作為單獨的鋼制部分固定在鋁制挺桿上。這種閥門挺桿的結構相當昂貴而不宜用于成批生產。
本發明的目的是用簡單的方法顯著地降低普通閥門的挺桿的重量，從而使閥門傳動裝置內的摩擦以及內燃機的油耗得以明顯地降低。與此同時，閥門傳動裝置必須具有足以承受閥門作動力的剛度。
按權利要求1的特征部分，為達到上述目的，本發明的底部和外套采用鋼制構件，其壁厚A、B的尺寸使其乘積P2A×B，以毫米表示≤2.3。迄今為止，關于進一步減薄閥門挺桿壁厚方面在技術領域內還存有保留態度，因為對剛度是否還夠表示擔心。用有限單元法進行的計算和系列試驗很清楚地表明本發明作為深拉構件優選制成的杯形閥的挺桿具有足夠的剛度而挺桿的重量則大為減小。
按權利要求2，杯形挺桿具有一起自外套并匯集成一導套的腹板，導套與外套同心，一液壓間隙補償構件在此導套中受導滑動。鋼制腹板壁厚C的尺寸使底部、外套和腹板的乘積P2，A×B×C，以毫米表示≤1.9。采用這種薄壁腹板在減輕閥門挺桿重量上具有成效。
按權利要求3，外套的壁厚在腹板以下近邊區減薄而形成一壁厚為D的環口。在此情況下，底部、外套、腹板和環口壁厚的乘積P3，A×B×C×D，以毫米表示≤1.48。
按權利要求4本發明作了進一步的發展，閥門挺桿的外徑E與底部、外套、腹板和環口壁厚乘積P3之比為1∶≤0.075。乘積P3與外徑E之比也可表示為≤0.075，這表明如減小閥門挺桿的直徑，壁厚也可顯著地得以減薄，而這并不降低其剛度。
此外，按權利要求5，底部的壁厚A為1.7—2.5mm，外套的壁厚B為0.7—1.0mm。因此，很明顯，這些壁厚的范圍遠低于以往得出的壁厚。
按權利要求6，腹板的壁厚C為0.6—0.8mm。在剛度顯得不夠的情況下這種薄壁腹板必要時可再用一向上延伸到底部的套筒來支撐，采用這種套筒就可在較低的高度上吸入供給閥門間隙補償構件的滑油(對照DE-A-3542192)。如權利要求7所述，環口的壁厚D為0.6—0.8mm。從權利要求1—7可得出底部、外套、腹板和環口壁厚相互間較為有利的配合。
按權利要求8，在液壓間隙補償構件的空心活塞和一加壓活塞之間壓縮彈簧的彈簧作用力F在加壓活塞完全退入空心活塞時為≤20N。最后，按權利要求9，液壓間隙補償構件空心活塞的橫截面積G≤1.1cm2。由于空心活塞的橫截面和對間隙補償構件的供油壓力，也還由于彈簧力F1在換氣閥的關閉狀態下形成一對抗閥門彈簧力的力。如減小閥門彈簧力，來自間隙補償構件的力勢必也減小。因此，按本發明的上述這些權利要求，盡量地減小了彈簧力F和空心活塞的橫截面。此外，由于液壓間隙補償構件的尺寸較小，也就可減小慣性力。
按權利要求10，腹板與外套鄰接的一端延伸而成為一筒形部分，此筒形部分與外套內表面作干涉配合，具有一長度21，并焊接在外套上，焊縫深度為0.6—0.8mm。這樣，防止了會使熔化的金屬顆粒進入閥門挺桿內部的透焊。
如權利要求11所述，閥門挺桿的底部和外套在其內表面上涂覆有一層非鐵金屬，按權利要求12這最好是一層鎳。此內部涂覆層用作一層擴散阻擋層，以致在滲碳過程中只是杯形挺桿也就是杯形底部和杯形外套的外部工作表面對有效的碳是裸露的。挺桿的心部硬化及其通常的不良后果因而得以防止。
從權利要求13可以得知，導套的臂部是焊接或壓接到外套上的，而非鐵金屬用作合金劑或壓接材料。為使焊接真正可能，導套的壁部必須在焊接過程中處于軟態。涂覆層在這方面具有兩種功能。一方面防止杯形件的外套和底部從內側滲碳，另一方面保證已硬化杯形件的可焊性。這意味著涂覆層在焊接的母材熔化區用作合金劑，從而防止焊縫由于保持其奧氏體組織而脆化。如導套的臂部與杯形外套壓接，此臂部是硬是軟就不再重要，因為涂覆層用作一種壓接材料。
按權利要求14，將導套的臂部滾壓到外套內。在這情況下，臂部必須是軟性的，這才真正有可能將其滾壓到硬化而內部經涂覆的外套內。
按權利要求15、16，在本發明的另一實施例中，通過至少對臂部、腹板和導套的一側涂覆一層非鐵金屬或是使其是用低度硬化或非硬化材料制成的，使這些部分在硬化挺桿過程中不致脆化。
在這種情況下，涂覆層如上所述也起有碳的擴散阻擋層的作用，從而防止臂部腹板和導套的硬化。通過用不合提高可硬化性元素的非硬化材料如X 5Cr18Ni10類奧氏體鋼或st4類低度硬化材料制成這些部分同樣可防止其脆化。
最后，按權利要求17，在杯形外套和導套的臂部受硬化的情況下，在臂部和外套之間的接合部位，也就是在焊縫區裝上一用作充填焊料的純鎳環。在焊接過程中，鎳的熔化使基體材料合金化到某一程度而在凝固時取得堅韌的奧氏體顯微組織以防止在熱影響區產生裂紋。
現對本發明參照附圖作進一步的說明，附圖中以簡化的形式示出杯形閥門挺桿的實施例

圖1為本發明閥門挺桿的半剖面圖；圖2—5為內面經涂覆和導套作不同固定的本發明各不同實施例的半剖面圖。
圖1所示閥的挺桿1的視圖具有沿其縱軸線所作半剖面圖。挺桿1在僅作部分圖示的氣缸頭3的孔2內作受導滑動并由凸輪軸5的凸輪4傳動。杯形閥的挺桿1具有在一端用底7封閉的筒形外套6。套6和底7最好通過深拉制成一整體構件。在閥門挺桿1內，漏斗形腹板8從筒形外套延伸而匯集成端部的導套9。此導套9與外套6同心，并在其內部裝有液壓間隙補償構件10。此間隙補償構件10由一空心活塞11、一加壓活塞12、一球閥14和一壓縮彈簧15構成，球閥14通過閥門彈簧13在關閉方向上受有偏壓，壓縮彈簧夾裝在空心活塞11和加壓活塞12之間。
空心活塞11的一端靠在換氣閥17閥軸的一端16上。換氣閥17的閥門彈簧18夾裝在氣缸頭3和與閥軸端部16連接的彈簧座圈19之間，使閥門彈簧18對換氣閥17在關閉方向上加有偏壓。
氣缸頭3具有滑油孔20，斜通道21從此孔向孔2延伸，孔2內裝有閥門挺桿1。設于閥門挺桿1的筒形外套6外周面上的環形凹槽22間歇地與此通道21的出口對齊。滑油入口23從環形凹槽22通向閥門挺桿的內部。漏斗形腹板8也可作M形，此腹板具有筒形部分29，腹板8以其這一部分壓入閥門挺桿1的套6中。這一筒形部分29焊接在套6上，由于其總的軸向長度和焊縫28的預定深度，筒形部分29防止了金屬顆粒進入閥門挺桿1的內部。關于液壓間隙補償構件這里將不予說明，因為在很多公開的專利申請中，包括EP-A-0030781，都對此作了論述。
底7的壁厚標為A，套6的壁厚標為B，腹板的壁厚標為C。最后，筒形外套6背離底7的端部減薄而成一環口24，其厚度標為D。
閥門挺桿1的外徑標為E，壓縮彈簧15的彈簧力和空心活塞11的橫截面分別用F和G表示，這在圖中未示出。
采用本發明可使厚度A、B、C、D減至最低程度，從而減小閥門挺桿的質量總值，歸根到底，由于減小了閥門彈簧力，也就減小了閥門的作動力。盡管壁厚較小，閥門挺桿1仍具有足夠的剛度。
圖2—5所示閥門挺桿1在其底7和筒形外套6區域內的內表面上涂覆有一層金屬27，就是說，基體金屬和覆蓋金屬27通過加壓或滾壓彼此牢固結合。如上所述，覆蓋金屬27保證在化學熱處理如表面硬化或碳氮共滲處理過程中擴散元素，碳或碳和氮，只是通過工作表面，也就是底7和套6的外表面才能滲入基體金屬。閥門挺桿的心部硬化及其常見缺陷因此得以避免。在本實施例中，閥門挺桿由16MnCr5類鋼制成而覆蓋金屬27為厚0.05—0.2mm的鎳層。
如圖3—5所示，圖中未示出的間隙補償構件保持在導套9內，此導套通過腹板26與壁25連接，壁25則固定在筒形外套6的內表面上。在圖3中，由壁25、腹板26和導套9構成的內部構件通過焊縫28與已硬化的閥門挺桿1連接。這只是在內部構件在軟態下也就是在未硬化的狀態下插入挺桿的情況下才是可能的。如圖4所示，硬化的閥門挺桿1和內部構件彼此壓接而覆蓋金屬27起有壓接材料的作用。在此情況下，硬化的或非硬化的內部構件都可采用。最后，如圖5所示，臂25是滾壓在未標示的凹槽中的。這里也以采用非硬化的內部構件為宜。
權利要求
1.一用以作動一內燃機換氣閥(17)的杯形閥門挺桿(1)，具有一筒形外套(6)，在其一端用一底(7)封閉，在一氣缸頭(3)的一孔(2)內作受導滑動；閥門挺桿(1)是由一作用在挺桿(1)底(7)上的凸輪軸(5)凸輪(4)作動的，其特征是底(7)和套(6)為鋼制構件，其相應壁厚A、B的尺寸使以毫米表示的壁厚乘積P1，A×B，≤2.3。
2.按權利要求1所述杯形閥門挺桿(1)，具有一腹板(8)，起自套(6)而匯合成一導套(9)，導套與套(6)同心，一液壓間隙補償構件(10)在此導套中受導滑動，其特征是鋼制腹板(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積P2，A×B×C，≤1.9。
3.按權利要求1所述杯形閥門挺桿(1)，具有一套(6)，其位于腹板(8)以下近邊區的壁厚減薄而形成一壁厚為D的環口(24)，其特征是底(7)、套(6)、腹板(8)和環口(24)以毫米表示的壁厚乘積P3，A×B×C×D，以毫米表示≤1.48。
4.按權利要求3所述杯形閥的挺桿(1)，其中以乘積P3為被除數，以閥門挺桿的外徑E為除數得出的商小于或等于0.075。
5.按權利要求1所述杯形閥門挺桿(1)，其中底(7)的壁厚A為1.7—2.5mm，套(6)的壁厚B為0.7—1.0mm。
6.按權利要求2所述杯形閥門挺桿(1)，其中腹板(8)的壁厚已為0.6—0.8mm。
7.按權利要求3所述杯形閥門挺桿(1)，其中環口(24)的壁厚D為0.6—0.8mm。
8.按權利要求1所述杯形閥門挺桿(1)，其中作用在一空心活塞(1)和一加壓活塞(12)之間的一壓縮彈簧(15)的彈簧力F在加壓活塞(12)處于全部退入空心活塞(11)的狀態下≤20N。
9.按權利要求1所述杯形閥門挺桿(1)，其中液壓間隙補償構件(10)的一空心活塞(11)的橫截面積(G)≤1.1cm2。
10.按權利要求1所述杯形閥門挺桿(1)，其中腹板(8)與套(6)鄰接的一端延伸而成為一筒形部分(29)，此筒形部分具有一長度≥1mm，與一套(6)的內表面作干涉配合，并通過一焊縫與套(6)焊接，焊縫深度為0.6—0.8mm。
11.按權利要求1所述杯形閥門挺桿(1)，其中底(7)和套(6)的內表面涂覆有一層非鐵金屬(27)。
12.按權利要求11所述杯形閥的挺桿(1)，其中非鐵金屬(27)為鎳。
13.按權利要求11所述杯形閥門挺桿(1)，具有一臂(25)，靠在套(6)上并延伸而成一腹板(26)，腹板匯集而成導套(9)，導套與套(6)同心，液壓間隙補償構件(10)在導套內作受導滑動，其特征是使導套(9)的臂(25)焊接或壓接在套(6)上，非鐵金屬(27)用作一合金劑或一壓接材料。
14.按權利要求11所述杯形閥門挺桿(1)，其中使導套(9)的臂(25)滾壓入套(6)內。
15.按權利要求11所述杯形閥門挺桿(1)，其中臂(25)、腹板(26)和導套(9)至少在其一側涂覆有一層非鐵金屬(27)
16.按權利要求11所述杯形閥門挺桿(1)，其中壁(25)、腹板(26)和導套(9)是由一低度硬化或非硬化材料制成的。
17.按權利要求13所述杯形閥門挺桿(1)，其中將用作充填焊料的一純鎳環裝在臂(25)和套(6)之間的一接合部位上。
全文摘要
一種用以作動一內燃機換氣閥(17)的杯形閥門挺桿(1)具有一筒形外套(6)，外套在其一端用一底(7)封閉，在一氣缸頭(3)的一孔(2)內作受導滑動，閥門挺桿(1)是由一作用在挺桿(1)底(7)上的凸輪軸(5)凸輪(4)作動的，底(7)和套(6)為鋼制構件，其相應壁厚A、B的尺寸使以毫米表示的壁厚乘積P
文檔編號F01L1/24GK1129469SQ94193081
公開日1996年8月21日 申請日期1994年8月11日 優先權日1993年8月24日
發明者迪特爾·施密特, 瓦爾特·施派爾, 沃爾夫岡·米賴茨, 卡爾·路德維希·格雷爾, 賴因哈特·阿蒙 申請人:Ina滾柱軸承制造兩合公司