CN102108887A - 发动机气门 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种在伞部的外周面上也能形成隔热效果良好的氧化层因而温度不易升高的发动机气门。发动机气门(1)以耐热钢等耐热合金为原料、且在轴部(2)的一端具有与该轴部(2)连续地形成的通过热锻造成形的伞部(3)，其特征在于，以不在伞部(3)的外周缘形成飞边的方式锻造该伞部(3)，不对伞部的外周面(3d)进行机械加工地成形该伞部(3)，从而使伞部(3)的外周面(3d)的表层部具有因基材(1a)氧化而形成的氧化层(1b)。伞部(3)的外周面(3d)为弯曲形状。

Description

发动机气门
技术领域
本发明涉及一种以耐热合金为原料、且在轴部的一端具有与该轴部连续地形成的通过热锻造成形的伞部的发动机气门。
背景技术
以往，对于此种提升式(poppet)发动机气门，如图3的(a)所示，对棒状构件的一端进行冷锻造等，从而成形得到在轴部102的一端具有与该轴部102连续地形成的块状的伞部原体105的阀中间体106，然后将该阀中间体106填装在锻造模110中，如图3的(b)所示，以利用冲头111按压伞部原体105的方式进行热锻造，从而将伞部原体105成形为沿锻造模110的形状的伞部103。在该情况下，以往，以在伞部103的外周缘形成飞边107的方式进行锻造，以能够使伞部原体105准确地形成为沿锻造模110的形状的终形(net shape)形状。详细而言，相比由锻造模110的伞部模面110a和冲头111的下表面划分的伞部容积，使伞部原体105的体积稍稍大于该容积。因而，以往在热锻造后的伞部103的外周缘上形成有飞边107，在进行了利用磨削、切削等机械加工将该飞边107除去的工序后制成发动机气门。例如有下述专利文献1、专利文献2所述的此种发动机气门。
专利文献1：日本特开平3-86457号公报
专利文献2：日本特开平4-8402号公报
另外，在对耐热合金进行热锻造时，届时产生的热量使阀中间体的表层部形成因基材氧化而形成的氧化层。该氧化层具有良好的隔热性。因而，优选在暴露于高温环境中、热负荷较高的发动机气门中保留此种氧化层。这是因为，形成在该表层部的氧化层的隔热效果能够减少热量输入量，从而能够抑制发动机气门的温度升高。特别是，因与发动机的燃烧室直接面对而容易达到高温的伞部的隔热效果是重要的。
但是，在专利文献1、专利文献2中，对形成在伞部的外周缘的飞边进行机械加工而将该飞边除去。这样，如图4所示，即使通过热锻造在基材101a的表层部上形成了氧化层101b，但在伞部103的外周面103d上却因机械加工而除去了氧化层101b。那么，伞部103的外周面103d容易达到高温，存在发生早燃(preignition)现象的可能性变大的问题。早燃现象是指，在利用火花塞进行点火控制之前，由于发动机气门等达到了高温而使混合气体在燃烧室内燃烧、提前了燃烧时期的现象。
为了避免发生上述现象，在专利文献1、专利文献2的发动机气门中，也可以考虑在除去了飞边的伞部的外周面(机械加工面)上重新形成氧化层，但这样操作使工序复杂化，也会增加成本。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而做成的，目的在于提供一种在伞部的外周面上也能形成隔热效果良好的氧化层因而温度不易升高的发动机气门。
本发明提供一种发动机气门，该发动机气门以耐热合金为原料、且在轴部的一端具有与该轴部连续地形成的通过热锻造成形的伞部，其特征在于，以不在上述伞部的外周缘形成飞边的方式锻造该伞部，不对上述伞部的外周面(边缘部)进行机械加工地成形该伞部，从而使上述伞部的外周面的表层部具有因基材(耐热合金)氧化而形成的氧化层。另外，在本发明中，并不否定对与阀座抵接的伞部的抵接面进行磨削等的方法。伞部的外周面是指，位于面对燃烧室的平坦的伞表面以及与阀座抵接的抵接面之间的面。
只要在锻造伞部时不形成飞边，就不用像以往那样进行用于除去飞边的切削、磨削等机械加工。因而，锻造后的伞部外周面保持锻造面的状态不变。即、无需利用机械加工将热锻造时因基材的表层部氧化而产生的氧化层除去。由此，在伞部的外周面上也能保留氧化层。通过使伞部的外周面也具有隔热效果良好的氧化层，能够抑制在燃烧热的作用下容易达到高温的伞部的温度升高。因而，相比专利文献1、专利文献2那样的以往技术，能够降低发动机驱动过程中的发动机气门(特别是伞部)的温度。由此，能够提高早燃现象的发生界限区域。在提高早燃现象的发生界限区域时，能够稳定地燃烧，因此还能提高压缩比从而提高发动机的输出、减少耗油量。另外，正是因为能够将在热锻造时产生的氧化层维持成锻造后的状态不变地保留下来，因此不必进行在机械加工后重新形成氧化层、另外设置隔热层的操作，从而能够高效且低成本地制造发动机气门。
另外，优选上述伞部的外周面是弯曲形状。在伞部的外周面是锥状时，也可以确保良好的隔热性，因此伞部的外周面也可以是锥状，但在伞部的外周面是弯曲形状时，与锥状的情况相比，能够进一步减小混合气体燃烧的可能性。例如可以使用耐热钢作为上述耐热合金。
采用本发明的发动机气门，通过使伞部的外周面也具有隔热效果良好的氧化层而使该发动机气门的温度不易升高，能够提高早燃的发生界限区域。
附图说明
图1是发动机气门的剖视图。
图2是发动机气门的制造工序图。
图3是以往的发动机气门的制造工序图。
图4是以往的发动机气门的剖视图。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的发动机气门的实施方式，但本发明并不限于此，在不脱离本发明的主旨的范围内可以对本发明进行各种变形。
如图1所示，发动机气门1是提升式发动机气门，包括棒状的轴部2、和在该轴部2的一端与该轴部2连续地形成的末端扩展的伞部3。发动机气门1是用于对内燃机(发动机)的燃烧室进行吸气或者排气的阀，用作将混合气体吸入到燃烧室内用的进气阀或者将混合气体在燃烧室内燃烧后所形成的废气排出用的排气阀。虽然未图示，但可利用凸轮、枢轴、摇臂等推压被安装在发动机中的发动机气门1的轴部2的另一端，从而使该轴部2自阀座离开而开放燃烧室的进气口、排气口。
发动机气门1由耐热合金制成。作为耐热合金，可以使用代表性的SUH3、SUH11、SUH35等耐热钢，除此之外也可以使用钛合金等。伞部3包括：与燃烧室面对的平坦的伞表面3a；与阀座抵接而开放或关闭燃烧室的吸气口、排气口的抵接面3b；以及自抵接面3b以缩径的方式与轴部2连续地形成的颈部3c。伞表面3a与抵接面3b借助伞部3的外周面3d相连接。由于并未对该伞部3的外周面3d进行机械加工，所以该外周面3d呈弯曲形状，关于该点详见后述说明。在上述结构的基础上，在包括伞部3的外周面3d在内的发动机气门1的表层部上形成有因基材1a氧化而形成的氧化层1b。
参照图2说明此种发动机气门1的制造方法。首先，利用例如四方向高速锻造机等对棒状的材料进行锻延而对该材料进行冷锻造、或者利用电锻缩装置(电镦粗装置)进行镦锻，从而如图2的(a)所示成形得到在轴部2的一端具有与该轴部2连续地形成的块状的伞部原体5的阀中间体6，然后将该阀中间体6填装在锻造模10中。此时，相比由锻造模10的伞部模面10a和下降到最大程度时的冲头11的下表面划分的伞部容积(体积)，使伞部原体5的体积稍微小于该容积。在此基础上，如图2的(b)所示，以一边使冲头11正好下降预先设定的行程一边自上方对伞部原体5进行多次锤打的方式进行热锻造，从而使伞部原体5发生塑性变形。由此，能够将伞部原体5成形为沿锻造模10的形状的伞部3。此时，由于伞部原体5的体积稍小于锻造模10的伞部容积，因此不会在伞部3的外周面3d上产生飞边，能够将外周面3d形成为仍是塑性变形后的状态的弯曲形状。另外，在冲头11下降到最大程度时，冲头11不会与锻造模10接触，在冲头11与锻造模10之间具有微小的间隙。
热锻造温度为800℃以上的温度即可。另外，也可以只对塑性变形的对象即伞部原体5进行加热。通过进行该热锻造，在发动机气门1的表层部形成因基材(例如耐热钢)1a氧化而形成的氧化层1b。并且，在本发明中，由于在热锻造后伞部3的外周面3d上没有产生飞边，因此不用对该伞部3的外周面3d进行磨削、切削等机械加工。由此，能够获得在伞部3的外周面3d上也具有在热锻造时产生的氧化层1b的发动机气门1。这样，通过使伞部3的外周面3d也形成隔热效果高的氧化层1b，而对在发动机驱动时自伞部3的外周面3d输入的热量也能有效地隔绝，从而相比以往能够进一步抑制伞部3的温度升高。由此，能够提高早燃现象的发生界限区域。
另外，也可以依据需要对抵接面3b进行磨削加工等。另外，亦优选在发动机气门1的表面上除了形成氧化层1b之外还形成有其他不同的隔热层(隔热覆膜)、或者对该发动机气门1的表面实施盐浴软氮化处理、气体软氮化处理等氮化处理。作为隔热层，可以使用氧化铝、堇青石、氧化锆、锆石、氧化钛、氧化镁等陶瓷类氧化物、碳化硅等陶瓷类碳化物以及氮化硅等陶瓷类氮化物，除此之外还可以使用硅酸铝、氧化铬、WC+Co合金、WC+Ni+W+Cr3C2合金、Cr3C2+Ni-Cr合金等耐热性和隔热性良好的陶瓷类材料。上述隔热层、氮化物层可以是单层、也可以层叠多层。可以利用气体火焰、电弧喷镀法、等离子喷镀法、爆炸喷镀法、溅射法、离子镀等方法形成隔热层。此外，为了除去在锻造时产生的残留应力，亦优选以例如400℃左右的温度进行低温退火。

Claims (3)

1.一种发动机气门，该发动机气门以耐热合金为原料、且在轴部的一端具有与该轴部连续地形成的通过热锻造成形的伞部，其特征在于，
以不在上述伞部的外周缘形成飞边的方式锻造该伞部；
不对上述伞部的外周面进行机械加工地成形该伞部，从而使上述伞部的外周面的表层部具有因基材氧化而形成的氧化层。
2.根据权利要求1所述的发动机气门，其特征在于，
上述伞部的外周面为弯曲形状。
3.根据权利要求1或2所述的发动机气门，其特征在于，
上述耐热合金是耐热钢。
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