用于长寿命天然气贫燃发动机的阀座插入件制造技术

本发明专利技术涉及用于长寿命天然气贫燃发动机的阀座插入件。一种发动机的阀座插入件具有阀座表面，该阀座表面包括形成用于在早期磨损状态下接触阀的第一磨损冠部的外弯曲段、形成用于在后期磨损状态下接触阀的第二磨损冠部的内弯曲段，以及在外弯曲段与内弯曲段之间延伸的线性段。顶部流动冠部从发动机缸盖径向地向内偏离，并且从顶部流动冠部延伸的倾斜段相对于阀座中心轴成锐角定向。于阀座中心轴成锐角定向。于阀座中心轴成锐角定向。

【技术实现步骤摘要】
用于长寿命天然气贫燃发动机的阀座插入件


[0001]本专利技术总体上涉及发动机阀和相关联的硬件，并且更具体地涉及一种用于进气阀或排气阀的阀座插入件，该阀座插入件被配置成用于为内燃机提供长寿命的天然气贫燃。

技术介绍

[0002]在内燃机中使用换气阀，控制气缸与进气或进气和其他例如再循环排气的气体之间的流体连接，或控制气缸与排气歧管之间的流体连接，以在运行期间排出燃烧产物。已知其中单个进气阀和单个排气阀与发动机中的每个气缸相关联的设计，以及其中每个相应类型的多个换气阀与每个气缸相关联的设计。通常以发动机一半速度旋转的凸轮轴与气门挺杆、横臂、摇臂和/或用于在适当的发动机定时控制换气阀的打开和关闭的其他设备联接。
[0003]换气阀移动，与发动机缸盖或发动机缸盖内的阀座插入件接触或不接触，实现其打开和关闭动作。换气阀可以在很大的机械力作用下在其打开和关闭位置之间移动。气缸内环境与几百度的燃烧温度以及相对高的压力相关联。这些和其它因素导致换气阀的操作条件相当苛刻。已经观察到，换气阀和阀座或阀座插入件可以随着时间显示出被称为阀凹陷的现象。在发动机的使用寿命期间，或者在使用间隔之间，换气阀和其阀座之间的接触可以达到数百万甚至可能数十亿次。苛刻的条件和大量的冲击可导致制成换气阀和/或阀座的材料磨损和/或变形，使得阀朝向或进入发动机盖“凹陷”超过所需的程度。其中阀座凹陷变得严重到足以损害发动机操作或性能，有时需要所谓的顶端过早检修。工程师已经试验了各种不同的技术，试图改善阀座凹陷的程度和效果以及其它的阀磨损模式。试图重新设计阀或阀座的持续挑战是改变几何形状对气流或其它操作特性的通常不可预测的影响。气流模式和/或效率可影响气缸内的压力和温度，燃料和空气混合物的组成，或可能影响排放物减少策略、发动机效率、热耗散或热疲劳的其它参数，或其它参数。
[0004]在某些类型的发动机中，使用天然气。在这样的应用中，由本专利技术的申请人制造的天然气压缩贫燃G3500 ULB/J型发动机被一些人认为是长的顶端寿命和耐久性的行业领导者。然而，该领域的持续改进是有必要的。
[0005]申请号为KR20040045752A的韩国公开专利公开了由阀和阀座之间的界面形成的角度可以是预定的。然而，该参考文献没有公开如何在保持期望的发动机性能的同时延长阀座的寿命。

技术实现思路

[0006]在一个方面，用于内燃机的发动机缸盖组件包括具有形成在其中的流体导管的发动机缸盖和阀。阀座插入件至少部分地定位在发动机缸盖内并且限定阀座中心轴，所述阀座中心轴在构造成面向内燃机中的气缸的第一轴向端面与第二轴向端面之间延伸。所述阀座插入件还具有形成喉部的内周面、外周面和阀座表面。所述阀座表面在外形上包括形成用于在早期磨损状态下接触所述阀的第一磨损冠部的外弯曲段，形成用于在后期磨损状态下接触所述阀的第二磨损冠部的内弯曲段，以及在所述外弯曲段和所述内弯曲段之间延伸
的线性段；所述内周面在外形上包括形成顶部流动冠部的上弯曲段和在所述上弯曲段和所述内弯曲段之间延伸的倾斜段。所述上弯曲段与所述第二轴向端面过渡，所述顶部流动冠部从所述发动机缸盖径向地向内偏离。所述倾斜段相对于阀座中心轴以锐角定向，使得内周面形成文氏管以加速进入气缸的气体流入，或者用作扩散器以减速来自气缸的气体流出。
[0007]在另一方面，一种用于内燃机中的进气阀的阀座插入件包括环形插入件本体，所述环形插入件本体限定阀座中心轴，所述阀座中心轴在构造成面向内燃机中的气缸的第一轴向端面与第二轴向端面之间延伸。所述环形插入件本体进一步具有内周面、外周面和阀座表面，所述内周面界定经构造以将所述气缸流体连接到发动机缸盖中的进气导管的喉部，所述阀座表面用于接触在所述第一轴向端面与所述内周面之间延伸的进气阀。所述阀座表面在外形上包括形成用于在早期磨损状态下接触所述进气阀的第一磨损冠部的外弯曲段，形成用于在后期磨损状态下接触所述进气阀的第二磨损冠部的内弯曲段，以及在所述外弯曲段和所述内弯曲段之间延伸的线性段。所述内周面在外形上包括形成顶部流动冠部的上弯曲段和在所述上弯曲段和所述内弯曲段之间延伸的倾斜段。上弯曲段与第二轴向端面过渡。所述倾斜段相对于所述阀座中心轴以约5
°
或更大的锐角从所述上弯曲段径向地向内延伸，使得所述内周面形成文氏管以便加速进入所述气缸的气流。
[0008]在另一方面，一种用于内燃机中的排气阀的阀座插入件包括环形插入件本体，所述环形插入件本体限定阀座中心轴，所述阀座中心轴在构造成面向内燃机中的气缸的第一轴向端面与第二轴向端面之间延伸。所述环形插入件本体进一步具有内周面、外周面和阀座表面，所述内周面界定经构造以将所述气缸流体连接到发动机缸盖中的进气导管的喉部，所述阀座表面用于接触在所述第一轴向端面与所述内周面之间延伸的进气阀。所述阀座表面在外形上包括形成用于在早期磨损状态下接触所述进气阀的第一磨损冠部的外弯曲段，形成用于在后期磨损状态下接触所述进气阀的第二磨损冠部的内弯曲段，以及在所述外弯曲段和所述内弯曲段之间延伸的线性段。所述内周面在外形上包括形成顶部流动冠部的上弯曲段和在所述上弯曲段和所述内弯曲段之间延伸的倾斜段。所述上弯曲段与所述第二轴向端面过渡，并且所述倾斜段相对于所述阀座中心轴以约9
°
或更大的锐角从所述上弯曲段径向地向内延伸，使得所述内周面形成扩散器以使来自所述气缸的流出气体流动减速。
附图说明
[0009]图1是根据本专利技术的一个实施例的内燃机的截面侧视图解视图；
[0010]图2是根据本专利技术的一个实施例的可以在图1的内燃机中使用的阀座插入件的示图；
[0011]图3是穿过图2的阀座插入件的截面图；
[0012]图4是根据本专利技术的一个实施例可以在图1的内燃机中使用的换气(进气)阀和阀座插入件的部分的截面侧视图解视图；
[0013]图5是取自图4的圆圈5的细节图；
[0014]图6是根据本专利技术的另一个实施例可以在图1的内燃机中使用的换气(排气)阀和阀座插入件的部分的截面侧视图解视图；
[0015]图7是沿图6的圆圈7截取的详细视图；
[0016]图8是根据本专利技术的不同实施例和原理，在进气阀或排气阀附近的发动机盖的阀座插入件与之前的设计相比的对比图，以显示减小的接触应力(压力)；
[0017]图9是根据本专利技术和先前设计的排气口设计的阀门升程/直径与流量系数相比的曲线图；
[0018]图10是根据本专利技术与先前设计的进气端设计的阀门升程/直径与流量系数相比的曲线图；并且
[0019]图11是根据本专利技术与先前设计的排气口设计的阀门升程/直径与涡流数相比的曲线图。
具体实施方式
[0020]现在将详细参考本专利技术的实施例，其示例在附图中示出。在所有附图中，尽可能使用相同的附图标记来表示相同或相似的部件。在一些情况下，在本说明书中将指示参考数字，并且附图将显示一些后面是字母，例如，100a、100b，或后面加撇号指示符，如100
’
、100”等本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于内燃机中的进气阀的阀座插入件，包括：环形插入件本体，限定阀座中心轴，所述阀座中心轴在被构造成面向所述内燃机中的气缸的第一轴向端面与第二轴向端面之间延伸；所述环形插入件本体进一步具有内周面、外周面和阀座表面，所述内周面界定经构造以将所述气缸流体连接到发动机缸盖中的进气导管的喉部，所述阀座表面用于接触在所述第一轴向端面与所述内周面之间延伸的进气阀；所述阀座表面在外形上包括形成用于在早期磨损状态下接触所述进气阀的第一磨损冠部的外弯曲段，形成用于在后期磨损状态下接触所述进气阀的第二磨损冠部的内弯曲段，以及在所述外弯曲段和所述内弯曲段之间延伸的线性段；所述内周面在外形上包括形成顶部流动冠部的上弯曲段和在所述上弯曲段和所述内弯曲段之间延伸的倾斜段；以及所述上弯曲段与所述第二轴向端面过渡，并且所述倾斜段相对于所述阀座中心轴以约5
°
或更大的锐角从所述上弯曲段径向地向内延伸，使得所述内周面形成文氏管以加速进入所述气缸的气流。2.根据权利要求1所述的阀座插入件，其中，所述上弯曲段由比形成所述内弯曲段的半径大的半径形成，并且所述外弯曲段由比形成所述上弯曲段的半径大的半径形成。3.根据权利要求1所述的阀座插入件，其中，所述锐角为约6
°
至约8
°
。4.根据权利要求1所述的阀座插入件，其中：所述阀座表面的所述线性段限定了约3毫米至约4毫米的磨合面接触宽度；形成所述上弯曲段的半径的尺寸为约0.8毫米至约1.2毫米；形成所述外弯曲段的半径的尺寸为约5.0毫米至约6.0毫米；并且形成所述内弯曲段的半径的尺寸为约0.4毫米至约0.6毫米。5.根据权利要求4所述的阀座插入件，进一步包括将所述上弯曲段连接到所述内弯曲段的竖直段，并且所述竖直段限定喉部。6.一种用于内燃机中的排气阀的...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：卡特彼勒公司，
类型：发明
国别省市：