一种带隔热套的防止高温失效的发动机气门制造技术

本发明专利技术的目的是用隔热套解决在发动机恶劣环境下，气门正常连续工作的可靠性方法。公开一种带隔热套的防止高温失效的发动机气门，包括发动机气门本体和隔热套。所述发动机气门本体由和盘部组成。所述隔热套嵌套在气门杆上。所述隔热套的一端面向盘部。带隔热套气门能显著减轻排气门在高温废气冲刷下的受热状态，明显提高气门的质量，具有在发动机恶劣环境下正常连续工作的可靠性，比现有的各种气门无论在耐高温或者使用寿命上都提高到一个新的高度。工艺简单可行，生产成本低，具有质量和价格优势。这就为新一代发动机的发展与开发，所对排气门的特殊要求提供了一项更好的选择与技术保障。

【技术实现步骤摘要】
一种带隔热套的防止高温失效的发动机气门
本专利技术涉及发动机零部件制造领域，具体是一种新型的发动机气门。
技术介绍
气门(附图7)是发动机的关键的零部件，从功能上又分为进气门和排气门。进气门打开，往燃烧室送入新鲜空气，进、排气门均关闭，燃油经过化油器又向燃烧室喷油、点火、爆炸燃烧，推动活塞运动作功，排气门打开，排出经燃烧后的高温废气。发动机燃烧时的温度汽油机可达到1500--1800℃，柴油机更高达1800--2200℃。经燃烧后排出的废气温度也高达750--800℃，在这种恶劣的工况条件下，排气门极易被烧蚀变形，进气门因为在送入新鲜空气过程中被冷却，受热情况较好，针对上述情况，发动机气门(下面主要是指排气门)的制造技术设计要在确保耐磨性、抗腐蚀性外，首要任务是提高气门在高温下的强度，这必须从钢材型号选择着手，从合金钢40cr发展到42cr9si2、40cr10si2mo(马氏体耐热合金钢)，再到53cr21mn9N14N(奥氏体耐热不锈钢)，价格从几千元上升到几万元一吨，但面对发动机技术从低速向高速发展，作功压缩比增大趋势，发动机作功燃烧的温度也越来越高，现有气门用钢在高温下抗拉强度及屈服强度已显不足。详见附表1(图11)高温抗拉强度，表2(图12)高温屈服强度。从表中我们可知，当发动机排出的废气温度高达800℃时，只有高温镍基合金CH4751、GH4080A才能保持持续强度，镍是稀有金属，全球储备有限，价格更高达几十万一吨，目前只有高级跑车及赛车上才有少量使用。气门用钢在材料的选择及开发应用上已遇到了瓶颈，极大地局限了发动机性能的进一步提高。针对排气门用钢在高温使用下的强度局限，一种能在发动机工作中降低排气门温度的技术，即空芯充钠气门应运而生。附图8即为一种空芯充钠空芯气门，空芯气门的制造原理是将气门的盘部和杆部加工成空心，然后将金属钠填充其中(金属钠的物理属性被加热到摄氏九十多度时就会气化)当排气门在高温下工作时，金属钠被气化，从而将一部分热量带走，降低了整个气门的受热状况，提高了气门的耐高温性能(可以降低气门工作温度100℃)。但空芯充钠气门也有许多不足，其一：金属钠在保存、运输、使用过程中都有一定的危险性，钠的化学反应性很高，在氧、氯、氟、溴蒸汽中会燃烧，遇水或潮气会产生化学反应，产生氢气，大量放热，引起燃烧或爆炸，金属钠暴露在空气中能自燃并爆炸。其二：空芯气门的制造工艺相当复杂，它必须将气门分为盘部和杆部两个独立部分单独加工，然后在盘部的杆端处钻孔，孔径一般为3mm,深度为60mm的小深孔，除需要昂贵的专用深孔钻头外，加工效率低，耗材费用高(因为是深孔，排屑困难，钻头易折断)。加工完小深孔还很难清洗，再填充金属钠(前文已介绍有危险性)，然后将盘部与杆部二个独立的部分通过摩擦焊接成一个整体，再车削焊接疤，然后送热处理消除焊接应力，最后将连接的二部分经切削加工(消除不同心)后再流入正常气门加工工序。可见空芯充钠气门加工复杂，成本高，效率低下，废品率高。其三：因为要将盘部和杆部通过摩擦焊接连成整体。为了保证焊接质量，焊接后的连接面积得有一定的保障，这就制约了气门杆部空芯面积不能太大(一般杆径为6mm，孔径为3mm，占气门杆面积的33％)，纵然这样，摩擦焊接部位依然是质量隐患的高发点，断裂失效时有发生，因为空芯面积小，充钠也有限，据实际使用中的数据，空芯充钠气门最大也就只能降低100℃，限制了空芯气门的使用范围。随着节能减排的推行，进一步提高发动机燃烧效率，增加压缩比是唯一而有效的途径。然而它的直接结果就是燃烧温度更高，废气的排放温度也更高，空芯充钠气门由于受降温局限已不能胜任。用什么方法使气门在发动机更高的工作温度下能确保排气门正常工作，是目前发动机提高燃烧效率、增加功率输出、节能减排攻关中所遇到的众多难题之一。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决在发动机恶劣环境下，气门正常连续工作的可靠性问题。为实现本专利技术目的而采用的技术方案是这样的，一种带隔热套的防止高温失效的发动机气门，其特征在于:包括发动机气门本体和隔热套。所述发动机气门本体由气门杆和盘部组成。所述隔热套嵌套在气门杆上。所述隔热套的一端面向盘部。进一步，所述隔热套内部为台阶孔。所述台阶孔由小孔和大孔组成。所述小孔的内壁与气门杆接触。所述大孔与气门杆之间具有间隙。进一步，所述隔热套内部为直通孔。所述隔热套靠近盘部的一段与气门的盘颈部接触，所述隔热套远离盘部的一段与气门杆之间留有间隙。进一步，所述间隙处的气门杆的直径缩小。进一步，所述小孔与气门杆(101)处滑动配合。进一步，通过焊接的方式，使得隔热套被固定在气门本体上。进一步，所述气门杆与盘部的过渡部分为盘颈部。所述盘部具有一个环形台面。所述环形台面环绕盘颈部。所述隔热套面向盘部的一端被焊接在环形台面上。进一步，所述隔热套与气门杆一体成型。所述隔热套靠近盘部的一段与气门杆连成一体，所述隔热套远离盘部的一段与气门杆之间留有间隙。值得说明的是，附图9和10是气门危险区及温度分布图。从图9可知，当燃烧室内燃油燃烧做功完毕，排气门打开，高温废气直接沿阀门喷出，直接冲刷气门的盘颈部C区域，这是一张典型的汽车排气门危险区及温度分布状态图。见附图10，从图中我们看到，V-8轿车排气门C区域的最高温度达到732℃，(最高温区又是杆径较小部位薄弱区域)与排气门盘部的最低温度583℃相比，温差达149℃。更为严重的是，我们从图10中可以看到在排气门盘颈部有一个逐步缩小的过度区X区。根据热传导原理，高温区会向低温区传送热量，这样图10显示的盘颈部最高受热区C区域会将大量的热量向较低温的杆部传送，这时问题出现了，当排气门大直径C区域储存的热量向小直径传导时，因为直径差异，存在一个热传递差，从而在X区形成了一个热聚集区。以本专利专利技术人从事气门制造几十年的经验，排气门失效断裂的位置集中在C区。综上所述，排气门失效有两大原因：①高温冲刷(主因)附图13钢材型号为53cr21mn9Ni4N(简称21-4N)排气门使用前金相组织图谱，附图14(与附图13所用的同一种21-4N材料)为高温冲刷后的金相组织图谱。从附图13、图14比较中我们看到虽然已经选用了很高级的排气门用钢53cr21mn9Ni4N。但在高温下，金属内部晶界已被严重腐蚀，层状折出达到了4级，性能大幅度下降。②散热传递不合理，X区因为存在热聚集区，加大了该区域的金属热烧损。针对以上情况，作为优选，所述隔热套保护的区域是所述间隙环绕的范围。所述间隙的长度为h，h大于气门升程。进一步，隔热套保护的区域是发动机高温废气集中冲刷气门的区域。本专利技术采取了在排气门盘颈部增加了一个隔热套，直接杜绝了高温废气对排气门盘颈部本体的冲刷，尤其对集中冲刷的C区域起了有效的隔离保护，其保护原理如下，将隔热套的内径尺寸设计大于排气门盘、杆部的外径尺寸。这样，虽然发动机隔热套被高温废气冲刷加热，隔热套受热后再向排气门盘杆部传热，但本质上已发生了变化，由原普通排气门盘颈部被高温废气直接冲刷受热改变为排气门盘颈部上的隔热套被高温废气冲刷，直接对气门盘颈部本体实施保护。排气门盘颈部的隔热套受热后的热量则转变为热辐射向排气门盘颈部传递到气门盘部和杆部部位。由此可见排气门盘颈部受到的热冲刷由集本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带隔热套的防止高温失效的发动机气门，其特征在于:包括发动机气门本体和隔热套(2)；所述发动机气门本体由气门杆(1)和盘部(3)组成；所述隔热套(2)嵌套在气门杆(1)上；所述隔热套(2)的一端面向盘部(3)。

【技术特征摘要】
1.一种带隔热套的防止高温失效的发动机气门，其特征在于:包括发动机气门本体和隔热套(2)；所述发动机气门本体由气门杆(1)和盘部(3)组成；所述隔热套(2)嵌套在气门杆(1)上；所述隔热套(2)的一端面向盘部(3)。2.根据权利要求1所述的一种带隔热套的防止高温失效的发动机气门，其特征在于：所述隔热套(2)内部为台阶孔；所述台阶孔由小孔(201)和大孔(202)组成；所述小孔(201)的内壁与气门杆(1)接触；所述大孔(202)与气门杆(1)之间具有间隙。3.根据权利要求1所述的一种带隔热套的防止高温失效的发动机气门，其特征在于：所述隔热套(2)内部为直通孔；所述隔热套(2)靠近靠近盘部(3)的一段与气门的盘颈部接触，所述隔热套(2)远离盘部(3)的一段与气门杆(1)之间留有间隙。4.根据权利要求3所述的一种带隔热套的防止高温失效的发动机气门，其特征在于：所述间隙处的气门杆(1)的直径缩小。5.根据权利要求2或3所述的一种带隔热套的防止高温失效的发动机气门，其特征在于：所述小孔(201)与气门杆(1)滑动配合。6.根据权利要求1、2或...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵毛兴，
申请(专利权)人：赵毛兴，
类型：发明
国别省市：重庆,50