现浇阀座的制造和设计方法与流程

1.本公开涉及用于汽车发动机气缸盖的阀座。


背景技术：

2.汽车发动机将由耐磨材料制成的阀座用于铝铸气缸盖。阀座与通过铸造操作形成的气缸盖分开形成。阀座通常被压配到气缸盖内，并通过气缸盖和阀座之间的过盈配合保持在适当的位置。
3.除了阀座的初始安装问题外，压配阀座由传热特性与气缸盖不同的材料制成，因阀、阀座和气缸盖之间的传热不一致将产生泄漏和过度磨损等问题。此外，由于发动机点火时的热膨胀系数(cte)不同，高温下的压配阀座和铝盖之间可能会形成间隙。
4.因此，虽然目前的汽车气缸盖阀座设计达到了其预期目的，但还需要一种用于制造和安装气缸盖中的阀座的新型改进系统和方法。


技术实现要素：

5.根据若干方面，一种用于汽车的现浇阀座，包括具有内壁的阀座。至少一个保持部件整体地从内壁延伸。当设置在芯盒中时，阀座具有至少一个保持部件，该保持部件有助于在铸造操作之前将阀座保持在芯盒的芯砂中。
6.在本公开的另一方面，所述至少一个保持部件由与阀座相同的材料形成。
7.在本公开的另一方面，阀座的材料由第一材料形成，并且所述至少一个保持部件由不同于第一材料的第二材料形成。
8.在本公开的另一方面，至少一个保持部件包括与内壁直接接触的至少一个截面减小接触构件。该截面减小接触构件可以具有有助于从阀座上拆卸接触构件而不会损坏阀座的任何形状。
9.在本公开的另一方面，至少一个保持部件限定多个保持部件，该多个保持部件中的各个保持部件围绕阀座的内壁与前后依次布置的保持部件等距地设置。
10.在本公开的另一方面，至少一个保持部件限定设置在四个位置的四个保持部件，这四个位置包括第一位置、与第一位置成90度角的第二位置、与第二位置成90度角的第三位置和与第三位置成90度角的第四位置。
11.在本公开的另一方面，使用增材制造工艺形成具有多层的至少一个保持部件。
12.在本公开的另一方面，在阀座的外径或底部上添加包覆材料。
13.在本公开的另一方面，至少一个保持部件限定在多个位置固定至阀座内壁的保持元件，该保持元件包括第一保持元件部分，第一保持元件部分具有相对的第一接触构件和第二接触构件。
14.在本公开的另一方面，第一接触构件和第二接触构件限定分别接触内壁的相对位置的彼此相向的元件。
15.根据若干方面，一种用于汽车的具有现浇阀座的气缸盖，包括具有内壁的阀座。至
少一个保持部件从内壁延伸。当设置在芯盒中时，阀座具有至少一个保持部件，该至少一个保持部件有助于将阀座保持在砂芯中。阀座和砂芯位于铸模内。熔融金属容纳在铸模中。金属冷却后形成的铸件具有现浇阀座。
16.在本公开的另一方面，阀座设置在芯盒内。阀座的定位可以但不限于由机器人、气动导管或人来设置。
17.在本公开的另一方面，端口芯包括外壁，其中阀座的至少一个保持部件直接接触并接合端口芯的外壁。
18.在本公开的另一方面，从至少一个保持部件延伸并与阀座的内壁接触的多个截面减小接触构件，例如但不限于箭头形或楔形构件。
19.在本公开的另一方面，冲压操作将箭头形部件与阀座的内壁机械分离。
20.在本公开的另一方面，至少一个保持部件限定固定至阀座内壁的多个位置的保持元件。
21.在本公开的另一方面，保持元件包括第一保持元件部分，该第一保持元件部分具有相对的第一接触构件和第二接触构件。
22.根据若干方面，一种制造具有用于汽车的现浇阀座的气缸盖的方法，包括：形成具有内壁的阀座；从内壁延伸至少一个保持部件；将阀定位在具有至少一个保持部件的芯盒中，使得有助于将阀座保持在砂芯中，将阀座和砂芯定位在铸模中；将熔融金属浇注到铸模中；金属冷却后形成具有现浇阀座的铸件；将铸件与铸模分离；以及移除所述至少一个保持部件。
23.在本公开的另一方面，该方法还包括在定位步骤之前，将阀座浸入低熔点液态铝合金中以在阀座上设置铝涂层，该铝涂层限定包覆层。
24.在本公开的另一方面，该方法还包括在阀座内形成端口芯，使得所述至少一个保持部件直接接触并接合端口芯的外壁；在至少一个保持部件延伸接触至阀座的内壁的延伸步骤期间，提供截面厚度减小接触构件；以及使用冲压操作来执行移除步骤，以将截面厚度减小接触构件与阀座的内壁分离。
25.根据本文提供的描述，其他应用领域将变得显而易见。应当理解，描述和特定示例仅旨在用于说明的目的，并不旨在限制本公开的范围。
附图说明
26.本文所描述的附图仅用于说明目的，并非旨在以任何方式限制本公开的范围。
27.图1是根据示例性方面的现浇阀座的俯视图；
28.图2是图1的阀座的侧视图；
29.图3是图1的阀座的多个保持部件之一的截面图；以及
30.图4是根据另一方面的现浇阀座的俯视图。
具体实施方式
31.以下描述仅仅是示例性的，并非旨在限制本公开、应用或用途。
32.参考图1，现浇阀座10的制造和设计方法包括例如制造为打印件的阀座12、由金属粉末或铸件制成的粉末冶金(pm)部件。阀座12包括从阀座12的内壁16分别整体延伸的多个
保持部件14。根据若干方面，保持部件14与设置在阀座12内的模制端口芯18接合。在铸造操作期间，端口芯18和阀座12保持在铸模20内的预定位置，以形成用于汽车发动机的气缸盖。
33.保持部件14的数量可以是一个、两个、三个、四个或更多。保持部件14与前后的连续保持部件14等距地设置在阀座12的内壁16周围。根据示例性方面，四个保持部件14设置在四个位置，这四个位置包括第一位置22，与第一位置22成90度角的第二位置24、与第二位置24成90度角的第三位置26以及与第三位置26成90度角，进而也与第一位置22成90度角的第四位置。
34.保持元件14可以具有任何期望的几何形状，例如矩形、蘑菇形、燕尾形、箭头形等。各个保持元件14分别直接接触并接合端口芯18的外壁30。因此，当阀座12的外壁32被捕获在铸模20内时，阀座12和端口芯18由此固定在一起并保持在适当位置。
35.参考图2并再次参考图1，根据若干方面，在将阀座12设置在铸模20中之前，通过将砂子吹入的芯盒中来制造端口芯18，所述芯盒内包含阀座12。参考图1所讨论的，保持元件14周围的砂子硬化，使阀座12与端口芯18接合。然后将端口芯18和阀座12一起设置在铸模20内。然后将熔融铝倒入铸模20中，并通过现浇阀座12进行冷却和固化。在从铸模20中移除此时模制的气缸盖的铝铸件之后，端口芯18被移除，例如通过机械加工或使该端口芯18的材料破碎来移除。然后可以根据需要进一步加工现浇阀座12。
36.根据其它方面，在将阀座12放置到芯盒中之前，阀座12可以浸入低熔点温度的液态铝合金中，例如al-10-13％si，以在阀座12上设置铝涂层。铝涂层限定包覆层，该包覆层改善了阀座12与铝盖铸造期间注入铸具20中的铝金属之间的冶金结合。
37.参考图3并再次参考图2，图中示出了保持部件14中的示例性部件之一，其从阀座12的内壁16向内延伸。根据若干方面，在形成或打印阀座12时，例如通过增材制造工艺，保持部件14可以由与阀座12相同的材料形成。根据若干方面，保持部件14可以由不同于阀座12的一种或多种材料形成。根据其它方面，作为包覆材料的附加材料可添加至阀座12的外径表面上，以在铸造过程中固化铝时有助于在阀座12和铝缸盖之间形成冶金结合。
38.参考图4，再次参考图1至3，相对于阀座12，阀座34限定了替代设计。阀座34的保持部件限定了固定至阀座34的内壁38的多个位置的保持元件36。保持元件36可包括第一保持元件部分40，该第一保持元件部分40具有相对的第一接触构件42和第二接触构件44，根据若干方面，该第一接触构件42和第二接触构件42可为楔形或截面厚度减小构件。根据若干方面，第一接触构件42和第二接触构件44可分别限定接触内壁38的相对位置的彼此相向的箭头形元件。根据其它方面，保持元件36还可包括第二保持元件部分46，该第二保持元件部分46具有相对的第三接触构件48和第四接触构件50。根据若干方面，第三接触构件48和第四接触构件50可限定彼此相向的楔形或截面厚度减小构件，包括但不限于箭头形元件，分别与第一接触构件42和第二接触构件44以90度旋转位置接触内壁38的相对位置。阀座34和保持元件36也可以连接到端口芯18，然后如上文关于阀座12所讨论的那样定位在铸模20中，其中阀座34的外表面52与铸模20的元件接触。然后将熔融铝材料浇注到铸模20中，并现浇阀座34。
39.在完成铝铸造工艺并将铝铸造气缸盖从铸模20中移除之后，例如通过冲压工艺移除保持元件36。由于楔形或截面厚度减小的第一、第二、第三和第四接触构件42、44、46、48与内壁38的接触面有限，因此可以使用冲压工艺移除。然后可以根据需要进一步加工剩余
的现浇阀座34。
40.再次继续参考图3，还应注意，本公开的阀座，例如阀座12和阀座34，可包括一个或多个表面54，该表面54例如用作接触表面，与进气阀或排气阀接触表面接触。保持部件14或保持元件36设置为防止与表面54发生干涉。
41.本公开的制造和设计现浇阀座的方法具有多个优点。包括在铸造过程中制造端口芯以将阀座保持在适当位置的方法。形成在阀座内径上的保持部件接触阀座并将阀座保持在端口芯上。另外，在阀座12或阀座34与铝盖之间形成冶金接合，以便更好地进行热传递，从而将热量从阀座散发到铝，再散发到水套冷却剂。此外，现浇阀座还提供了用于改进燃烧室设计以实现高燃料效率的设计空间。
42.本公开的描述本质上仅是示例性的，并且不脱离本公开主旨的变型均旨在落入本公开的范围内。此类变型不应被视为背离本公开的精神和范围。