CN108291459B - 发动机阀门 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于内燃机(100)中的阀门。所述阀门包括阀头。所述阀头(138)包括被构造成面向所述内燃机(100)的燃烧室(110)的燃烧面(140)。所述燃烧面(140)包括成角度的侧部(152)。所述燃烧面(140)还包括限定内径(Di)和外径(Do)的中央凹部(144)。所述内径(Di)和所述外径(Do)一起限定所述中央凹部(144)的深度(DR)。所述阀门还包括被构造成将所述阀头(138)与所述阀门的阀杆(168)连接的颈部(166)。

Description

发动机阀门
技术领域
本公开涉及一种阀门，更具体地涉及一种用于内燃机中的换气阀。
背景技术
内燃机的每个气缸都包括换气阀，例如进气阀和排气阀。换气阀选择性地打开和关闭，以控制进出气缸的气流。在发动机运行期间，换气阀在高压和高温下承受负载。此外，由于负载的原因，换气阀会发生磨损，磨损有时会导致阀门故障。而且，由于拉伸应力，换气阀的头下部分通常会经历典型的弦故障，这是不希望发生的。
美国专利号8,869,511描述了一种大型二冲程柴油发动机和一种用于减少大型二冲程柴油发动机的NOx排放的方法，该大型二冲程柴油发动机具有至少一个燃烧室、往复式活塞和由排气阀控制的排气开口，在每个工作循环中，少量燃烧气体滞留在燃烧室中，并因此加入到新鲜空气中以用于下一次燃烧。为了实现这种燃烧气体的滞留，在离开排气阀的阀盘的下侧设有浅的凹面，从而构成盆状收集室，该收集室的深度在阀盘外径的2-10％的范围内。
发明内容
在本公开的一个方面，提供了一种用于内燃机中的阀门。所述阀门包括阀头。所述阀头包括被构造成面向内燃机的燃烧室的燃烧面。所述燃烧面包括成角度的侧部。所述燃烧面还包括限定内径和外径的中央凹部。所述内径和外径共同限定中央凹部的深度。所述阀门还包括被构造成将阀头与阀门的阀杆连接的颈部。
在本公开的另一方面，提供了一种发动机。所述发动机包括具有至少一个燃烧室的气缸体。所述发动机还包括位于气缸体上的气缸盖，所述气缸盖限定至少一个通道。所述发动机还包括接纳在至少一个通道内的换气阀，所述至少一个通道限定在所述气缸盖内。所述换气阀被构造成允许在至少一个燃烧室和至少一个通道之间选择性地流体连通。所述换气阀包括阀头。所述阀头包括被构造成面向发动机的至少一个燃烧室的燃烧面。所述燃烧面包括成角度的侧部和中央凹部。所述中央凹部限定内径和外径。所述内径和外径共同限定中央凹部的深度。所述阀门还包括从阀头延伸的颈部。所述阀门还包括连接到颈部的阀杆。
在本公开的又一方面，提供了一种用于内燃机中的阀门。所述阀门包括阀头。所述阀头包括被构造成面向内燃机的燃烧室的燃烧面。所述燃烧面包括成角度的侧部。所述燃烧面还包括限定内径和外径的中央凹部。所述内径和外径共同限定中央凹部的深度。所述阀门还包括被构造成将阀头与阀门的阀杆连接的颈部。此外，所述燃烧面相对于虚平面的挠度在0.07mm和0.082mm之间。
从以下说明和附图，本公开的其他特征和方面将变得显而易见。
附图说明
图1是根据本公开的一个实施例的示例性发动机的一部分的横截面视图；
图2是示出了图1中的部分2-2的放大图的横截面视图，示出了与发动机的气缸盖相关联的进气阀；
图3是根据本公开的一个实施例的进气阀的透视图；以及
图4是图3所示的进气阀的透视图。
具体实施方式
在尽可能的情况下，所有附图将使用相同的附图标记指代相同或类似的部件。图1示出了根据本公开的一个实施例的示例性内燃(IC)发动机100。IC发动机100在下文中可互换地称为发动机100。发动机100可以包括多气缸IC发动机。发动机100可以由已知液体或气体燃料中的任何一种或其组合供能，所述燃料包括但不限于汽油、柴油、天然气、石油气、生物燃料等。
发动机100包括气缸盖102和气缸体106。气缸盖102位于气缸体106上。气缸体106可以包括多个气缸108。附图中示出了一种这样的气缸108。气缸108限定燃烧室110。燃烧室110可滑动地容纳活塞112。活塞112可以在气缸108内进行平移运动。活塞112可以联接到连杆(未示出)的一端。连杆的另一端可联接到曲轴(未示出)。连杆可以被构造成将活塞112的平移运动转换成曲轴的旋转运动。
此外，气缸盖102包括限定在气缸盖102中的进气通道114。进气通道114允许将诸如压缩空气和/或空气和燃料混合物的气体引入到燃烧室110中。在发动机100的进气冲程期间，气体经由进气通道114进入燃烧室110。进气通道114终止于通向燃烧室110的进气口116。进气口116包括座118。此外，座圈120位于进气口116的座118内。
在下文中可互换地称为进气阀130的换气阀接纳在进气通道114内。进气阀130选择性地打开和关闭进气口116，以便控制气体向气缸108的流入，以促进燃烧。
气缸盖102包括限定在气缸盖102中的排气通道122。在发动机100的排气冲程期间，诸如废气和残余气体的燃烧产物从燃烧室110排出并且被引入到排气通道122中。排气口124由排气通道122限定。排气口124包括座126。此外，座圈(未示出)可以定位在排气口124的座126内。排气阀132位于排气通道122内。排气阀132选择性地打开和关闭排气口124，以便从燃烧室110排出燃烧产物。
进气阀130和排气阀132实现为提升阀。进气阀130和排气阀132可在第一位置和第二位置之间移动。在第一位置，阀130、132与相应的座118、126接合以分别抑制经过进气口116和排气口124的流体流动。进气阀130和排气阀132由弹簧元件134、136偏置在第一位置。在第二位置，阀130、132移动得远离相应的座118、126，以允许流体流过进气口116和排气口124。尽管在附图中示出了单个进气阀130和排气阀132，但进气阀和排气阀的数量可以基于发动机100的气缸108的数量而变化。例如，当发动机100体现为六缸发动机时，发动机100可以包括六个进气阀和六个排气阀。
发动机100还包括其他部件(未示出)，例如凸轮轴、挺杆、推杆和摇臂。凸轮轴可以布置在发动机100的气缸盖102内。或者，凸轮轴可以布置在发动机100的气缸体106内。凸轮轴可以被构造成操纵挺杆、随后是推杆、摇臂、并且之后操纵相应的阀130、132，以使阀在第一位置和第二位置之间切换。
现在将参照图3和4来说明进气阀130的设计和结构细节。然而，可以设想，下面提供的描述同样适用于发动机100的排气阀132，而不限制本公开的范围。
参照图3和4，进气阀130包括阀头138。阀头138限定外径“D1”(如图4所示)。阀头138的外径“D1”在50mm至65mm之间。在一个实例中，外径“D1”约等于59mm。阀头138包括燃烧面140。阀头138的燃烧面140面向燃烧室110。燃烧面140包括平表面142。平表面142的直径“D2”(如图4所示)在35mm至45mm之间。在一个实例中，平表面142的直径“D2”约等于39mm。
燃烧面140包括中央凹部144。中央凹部144限定底部表面146。底部表面146平行于平表面142。中央凹部144的内径“DI”(如图4所示)限定在底部表面146上。内径“DI”在10mm至15mm之间。在一个实例中，底部表面146的内径“DI”约等于12.5mm。
此外，中央凹部144限定侧表面148。侧表面148从底部表面146成角度地延伸。在底部表面146与侧表面148之间形成角度“A1”(如图4所示)。角度“A1”可以在26°和40°的范围内。在一个实例中，角度“A1”约等于30°。此外，在底部表面146与侧表面148的接合部设置有圆角150(参照图4)。圆角150的半径可以在3mm至4mm的范围内。在一个实例中，圆角150的半径约等于3.5mm。
中央凹部144限定了外径“DO”。外径“DO”沿着周边151限定(参照图3)。此外，内径“DI”和外径“Do”一起限定了中央凹部144的深度“DR”(如图4所示)。深度“DR”可以在3mm至4mm的范围内。在一个实例中，深度“DR”约等于3.75mm。
燃烧面140包括成角度的侧部152。成角度的侧部152从平表面142的外周边154成角度地延伸。在燃烧面140的平表面142和燃烧面140的成角度的侧部152之间限定了角度“A2”(在图4中示出)。角度“A2”可以在9°和10°的范围内。在一个实例中，角度“A2”约等于9.5°。
阀头138的侧面156从成角度的侧部152延伸。参照图4，侧面156限定阀头138的外径“D1”。厚度“T1”被限定在侧面156的上周边158(参照图3)和平表面142之间。厚度“T1”可以在5mm至6mm的范围内。在一个实例中，厚度“T1”约等于5.3mm。
如附图所示，阀头138包括密封面160。密封面160从阀头138的侧面156成角度地延伸。当进气阀130位于第一位置时，密封面160与座圈120接触(参照图2)。密封面160的斜高“H1”可以在9.5mm至11mm的范围内。在一个实例中，斜高“H1”约等于10.6mm。在阀头138的密封面160和侧面156的接合部处提供了弯曲部162。弯曲部162的半径“R1”可以在1mm至2mm的范围内。在一个实例中，弯曲部162的半径“R1”约等于1.4mm。此外，在密封面160的周边164与平表面142之间限定的厚度“T2”可以在7mm至9mm的范围内。在一个实例中，厚度“T2”约等于8mm。
进气阀130包括颈部166。颈部166从密封面160的周边164延伸。颈部166将阀头138与进气阀130的阀杆168(图3所示)连接。颈部166的半径“R2”可以在12mm和20mm的范围内。在一个实例中，颈部166的半径“R2”约等于17mm。
参照图3，进气阀130包括阀杆168。阀杆168从颈部166延伸。弹簧元件134围绕阀杆168的一部分。阀杆168的一端接触摇臂，以使进气阀130在第一位置和第二位置之间运动。阀杆168的长度“L”可以在200mm和250mm的范围内。在一个实例中，阀杆168的长度“L”约等于238.8mm。此外，阀杆168的直径“D3”可以在11mm和14mm的范围内。在一个实例中，阀杆168的直径“D3”约等于12mm。
进气阀130可以由耐高压和高温的金属制成。在一个实例中，进气阀130可以由诸如铬
Figure BDA0001679865400000051
的铬合金制成。基于系统要求，可以对进气阀130的金属进行一种或多种表面处理。而且，为了达到期望的表面光洁度，可以对进气阀130的一个或多个表面进行表面抛光处理。
本文所公开的进气阀130可以实现为单个整体部件。可选地，进气阀130的诸如阀头138、颈部166和阀杆168的部件可以被制造成独立部件，可以将它们组装以形成进气阀130。在不限制本公开的范围的情况下，进气阀130可以使用本领域已知的任何增材制造工艺或减材制造工艺来制造。
工业实用性
本公开涉及发动机100的进气阀130，该进气阀具有提高进气阀130的柔韧性的设计。与已知的进气阀相比，在进气阀130的燃烧面140上提供的材料量增大，颈部166处的半径“R2”更大。
阀头138的尺寸和设计改善了进气阀130在发动机运行条件下符合气缸盖几何形状的柔韧性。更具体地，进气阀130的阀头138的设计使得燃烧面140相对于虚平面X-X′(参照图4)的挠度在0.07mm和0.082mm之间。对于450摄氏度的进气阀温度，燃烧面140相对于虚平面X-X＇的挠度约等于0.7695mm。此外，对于650摄氏度的进气阀温度，燃烧面140相对于虚平面X-X＇的挠度约等于0.081mm。
本文所公开的进气阀130在发动机运行期间经受量值减小的最大主应力，由此降低了弦故障的可能性。更具体地，进气阀130的设计使得在450摄氏度的进气阀温度的情况下，与已知进气阀经受量值为304Mpa的主应力相比，颈部166经受减小的量值为246MPa的主应力。此外，在650摄氏度的进气阀温度的情况下，与已知进气阀经受量值为303Mpa的主应力相比，颈部166经受减小的量值为248MPa的主应力。
尽管参考以上实施例已经特别地示出并描述了本公开的各方面，但本领域技术人员将理解的是，在不脱离所公开的内容的精神和范围的情况下，可以通过对所公开的机器、系统和方法的修改而设想到各个附加实施例。应当被理解为落入如根据权利要求及其任何等同物所确定的本公开的范围之内。

Claims (10)

1.一种用于内燃机(100)中的阀门，所述阀门包括：
阀头(138)，所述阀头包括：
燃烧面(140)，其被构造成面向所述内燃机(100)的燃烧室(110)，所述燃烧面(140)包括：
成角度的侧部(152)；
中央凹部(144)，其限定内径(Di)和外径(Do)并具有凹部底部表面和凹部侧表面，其中所述内径(Di)和所述外径(Do)一起限定所述中央凹部(144)的深度(DR)；以及
轴向延伸部，其包括围绕所述中央凹部周向地延伸的延伸部端表面；
颈部(166)，其被构造成将所述阀头(138)与所述阀门的阀杆(168)连接，所述颈部限定纵向轴线；
侧面，其围绕所述纵向轴线周向地延伸且限定所述阀头的外径；和
密封面，其从所述侧面成角度地延伸且具有邻接所述颈部的内周边；
所述成角度的侧部包括从所述延伸部端表面成角度地且轴向地向外延伸至所述阀头的外径的侧部外表面，所述凹部侧表面从所述凹部底部表面成角度地且轴向地向外延伸至所述延伸部端表面，并且所述延伸部端表面为平的且位于所述密封面的内周边的径向向内处。
2.根据权利要求1所述的阀门，其中所述阀门包括进气阀和排气阀(132)中的至少一个。
3.根据权利要求1所述的阀门，其中所述燃烧面(140)相对于虚平面(X-X')的挠度在0.07mm和0.082mm之间。
4.根据权利要求1所述的阀门，其中所述中央凹部(144)的深度(DR)在3mm和4mm之间。
5.根据权利要求1所述的阀门，其中所述颈部(166)的半径在12mm和20mm之间。
6.根据权利要求5所述的阀门，其中所述颈部(166)的所述半径为17mm。
7.根据权利要求1所述的阀门，其中所述燃烧面(140)的所述成角度的侧部(152)与所述延伸部端表面(142)之间限定的角度在9°和10°之间。
8.一种发动机，包括：
气缸体(106)，其具有至少一个燃烧室(110)；
定位在所述气缸体(106)上的气缸盖(102)，所述气缸盖(102)限定至少一个通道；以及
换气阀(130)，其被接纳在限定于所述气缸盖(102)中的所述至少一个通道内，所述换气阀(130)被构造成允许在所述至少一个燃烧室(110)与所述至少一个通道之间选择性地流体连通，所述换气阀(130)包括：
阀头(138)，所述阀头包括：
燃烧面(140)，其被构造成面向所述发动机的所述至少一个燃烧室(110)，所述燃烧面(140)包括：
成角度的侧部(152)；
中央凹部(144)，其限定内径(Di)和外径(Do)且具有凹部底部表面和凹部侧表面，其中所述内径(Di)和所述外径(Do)一起限定所述中央凹部(144)的深度(DR)；以及
轴向延伸部，其包括围绕所述中央凹部周向地延伸的延伸部端表面；
从所述阀头延伸的颈部(166)，所述颈部限定纵向轴线；
侧面，其围绕所述纵向轴线周向地延伸且限定所述阀头的外径；和
密封面，其从所述侧面成角度地延伸且具有邻接所述颈部的内周边；
所述成角度的侧部包括从所述延伸部端表面成角度地且轴向地向外延伸至所述阀头的外径的侧部外表面，所述凹部侧表面从所述凹部底部表面成角度地且轴向地向外延伸至所述延伸部端表面，并且所述延伸部端表面为平的且位于所述密封面的内周边的径向向内处；以及
连接到所述颈部的阀杆(168)。
9.根据权利要求8所述的发动机，其中所述换气阀(130)包括进气阀和排气阀(132)中的至少一个。
10.根据权利要求8所述的发动机，其中所述燃烧面(140)的所述成角度的侧部(152)与所述延伸部端表面(142)之间限定的角度在9°和10°之间。
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