CN103925028A - 部分涂层式气门 - Google Patents

Abstract

部分涂层式气门涉及机械领域。它包括一气门主体，气门主体包括气门座、气门杆、气门杆与气门座之间的过渡部分，气门主体外还部分加有热障涂层，热障涂层至少覆盖气门座背面的三分之一、气门杆外表面的五分之一，气门座前面的不多于二分之一的表面。本发明通过设置热障涂层选择性进行受热面的屏蔽，通过屏蔽气门的部分表面，达到限制高速热空气产生的向气门的对流热传导的流通量，由于向气门的热传导流通量减少，热量可以更容易地从气门座向气门杆上端传导，从而降低气门座和气门杆下端的实际温度，提高气门的使用寿命和抗腐蚀性，改善发动机气缸内的温度状况，为进一步提高发动机的性能提供支持。

Description

部分涂层式气门

技术领域

本发明涉及机械领域，具体涉及气门。

背景技术

气门是发动机的一种重要部件。气门的作用是专门负责向发动机内输入空气并排出燃烧后的废气。

从发动机结构上，分为进气门（inlet valve）和排气门（exhaust valve）。进气门的作用是将空气吸入发动机内，与燃料混合燃烧；排气门的作用是将燃烧后的废气排出并散热。

传统发动机每个汽缸只有一个进气门和一个排气门，这种设计结构相对简单，成本较低，维修方便，低速性能较好，缺点是功率很难提高，尤其是高转速时充气效率低、性能较弱。为了提高进排气效率，现在多采用多气门技术，常见的是每个汽缸布置有4个气门（也有单缸3或5个气门的设计，原理一样，如奥迪A6的发动机），4汽缸一共就是16个气门，这种多气门结构容易形成紧凑型燃烧室，喷油器布置在中央，这样可以令油气混合气燃烧更迅速、更均匀，各气门的重量和开度适当地减小，使气门开启或闭合的速度更快。

气门在工作过程中承受极端的热和机械载荷，使得发动机应用中有非常高的热强度和热稳定性的要求。新发动机的开发，尤其是输出功率的发动机的开发，对于发动机气门材料提出了更进高的技术要求。镍基合金的开发，以及中空充钠气门的引入，是业界在高性能发动机气门方面所做的一些应对措施。但这些措施都有其相应的制造和材料成本。

发明内容

本发明的目的还在于，提供一种部分涂层式气门。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

部分涂层式气门，包括一气门主体，所述气门主体包括气门座、气门杆、气门杆与气门座之间的过渡部分，其特征在于，所述气门主体外还选择性地在部分表面加有热障涂层。

所述热障涂层至少覆盖所述气门座背面的三分之一、所述气门杆外表面的五分之一。

发动机工作时向排气门体的热传导主要通过以下两种方式来进行，1.发动机燃烧室内高温气体向气门座外端面传导的热量，2.在排气门腔内，因为高温燃气的高速流动造成的气门杆的下部和气门座的背面的热对流传热。本发明通过设置热障涂层选择性进行受热面的屏蔽，通过屏蔽气门的部分表面，达到限制热空气产生的向气门体的热传导的流通量，由于向气门的热传导流通量减少，热量可以更容易的从气门座向气门杆上端传导，从而降低气门座和气门杆下部的实际温度。有限元计算分析证明在排气门的表面添加热障涂层能有效的降低气门表面的工作温度。而且部分热障涂层还可以解决高效EGR导致的磨损和腐蚀问题。

所述气门主体可以是实心气门主体或非实心气门主体。

作为一种优选方案，在所述气门杆的下半部、所述气门座的后表面上、所述过渡部分的外表面上均覆盖有所述热障涂层。

采用该种技术方案后，可以使气门的温度得到有效降低，降低后给我们带来了许多问题的解决方案：

1.使用相对低等级的材料，从而降低材料成本。

2.使用耐高温材料，使气门在现在不能工作的工况下工作，以支持发动机开发中不断提高的发动机功率性能。

3.使用相同材料时，气门工作温度降低，可以使用相对简单的设计或制造工艺满足发动机使用需求。

4.降低气门工作温度，相对于耐高温材料的解决方案，更具有能够支持发动机燃烧性能进一步拓展的潜力，降低发动机的高速重载工况下的耗油量。

5.所述涂层还可以提高高温区的抗热腐蚀和热冲蚀的能力。

所述热障涂层优选采用导热系数λ<2W/m·K的绝热材料。作为一种优选方案，所述热障涂层为厚度为0.1毫米到0.7毫米的ZrO₂绝热层。计算机模拟显示，采用该方案后，可以取得气门高温区高达60°的温度降低。

附图说明

图1为本发明的一种结构示意图；

图2为本发明的另一种结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明得以实现，使得所涉及的技术手段、创作特征、所要达成目标与功效易于明白了解，下面结合具体图示进一步阐述本发明。

部分涂层式气门，包括一气门主体，气门主体包括气门座、气门杆、气门杆与气门座之间的过渡部分，气门主体外还选择性地部分加有热障涂层，热障涂层至少覆盖气门座后表面的三分之一、气门杆外表面的五分之一。发动机中向排气门体的热传导主要通过以下两种方式来进行，1.发动机燃烧室内高温气体向气门座前面传递的热量，2.在排气门腔内，因为燃气的高速流动造成的气门杆的下部和气门座的背面的热对流传热。本发明通过设置热障涂层选择性进行受热面的屏蔽，通过屏蔽气门的部分表面，达到限制热空气产生向气门体的热传导的流通量，由于向气门体的热传导流通量减少，热量可以更容易地从气门座向气门杆上部传导，从而降低气门座和气门杆底部的实际工作温度。有限元计算分析证明在排气门的表面添加热障涂层能有效的降低气门座前后面和气门杆表面的工作温度。而且部分热障涂层还可以解决高效EGR导致的磨损和腐蚀问题。

当热障镀层工作时，它具有降低被保护体的温度的能力，但由于其本身的低传导率，其表面有可能产生相对更好的温度，形成热点。这在气缸内是不利的。本选择性地使用热障涂层区域，可以克服这样的问题。本专利也可在气门前面局部不超过50%的区间加热障涂层。

具体实施例1，参照图1和图2，图1和图2中在气门杆1的下半部、气门座2的上表面上、过渡部分的外表面上均覆盖有热障涂层3。这样的区间也可以局部地加在气门座前面。

所述气门主体可以是实心气门主体或非实心气门主体。

采用该种技术方案后，可以使气门的温度得到有效降低，降低后给我们带来了许多气门设计中问题的解决方案：

1.使用相对低等级的材料，从而降低材料成本。

2.使用耐高温材料，使气门在现在不能工作的工况下工作，以支持发动机

开发中不断提高的发动机功率性能。

3.使用相同材料时，气门工作温度降低，可以使用相对简单的设计或制造

工艺满足发动机使用需求。

4.降低气门工作温度，相对于耐高温材料的解决方案，更具有能够支持发

动机燃烧性能进一步拓展的潜力，降低发动机的高速重载工况下的耗油量。

5.涂层还可以提高高温区的抗热腐蚀和热冲蚀的能力。

热障涂层可以通过电镀、PVD、热喷涂等工艺固定在气门主体上。

热障涂层优选采用导热系数λ<2W/m·K的绝热材料。绝热材料还可以是ZrO2,也可以是其它具有热障性能的岩棉制品、微孔硅酸钙制品、复合硅酸盐等。

热障涂层的厚度优选不大于0.7毫米。作为一种优选方案，热障涂层为厚度为0.1毫米到0.7毫米的ZrO₂绝热层。采用该方案后，可以取得气门杆高达60°的温度降低。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.部分涂层式气门，包括一气门主体，所述气门主体包括气门座、气门杆、气门杆与气门座之间的过渡部分，其特征在于，所述气门主体外还选择性地在部分表面加有热障涂层。

2.根据权利要求1所述的部分涂层式气门，其特征在于：所述热障涂层至少覆盖所述气门座背面的三分之一、所述气门杆外表面的五分之一。

3.根据权利要求2所述的部分涂层式气门，其特征在于：在所述气门杆的下半部、所述气门座的背面上、所述过渡部分的外表面上均覆盖有所述热障涂层。

4.根据权利要求2所述的部分涂层式气门，其特征在于：所述气门座的前面也部分覆盖有的热障涂层，但不超过气门座前面的二分之一。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的部分涂层式气门，其特征在于：所述热障涂层采用导热系数λ<2W/m·K的绝热材料。

6.根据权利要求5所述的部分涂层式气门，其特征在于：所述热障涂层为厚度为0.1毫米到0.7毫米的ZrO₂绝热层。