CN1109179C - 铝或铝合金的菌状气门及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种用于内燃发动机中的铝合金菌状气门，上述菌状气门包括一根气门杆和一个在气门杆一端的气门头，上述气门头有一个锥形的气门工作面，当进气口被该菌状气门关闭时，该工作面能与一个气门座接触。上述气门工作面在其表面上有一层热硬化层，和一层含有加强材料的内部的合金层，从而提高了其机械强度，使其具有较高的寿命和可靠性。

Description

铝或铝合金的菌状气门及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种内燃发动机中的铝或铝合金的菌状气门，以及制造这种菌状气门的方法。

背景技术

车辆用的内燃发动机中的进气和排气菌状气门通常是用耐热钢，诸如马氏体钢和奥氏体钢制成的。近来，热负荷较小的进气门也有用铝合金制造的。

耐热钢制造的气门具有较高的机械强度，因而具有很高的寿命和可靠性，但是，它的惯量很大，而且传热性能很差。

铝合金制造的进气门很轻，减小了气门工作机构的惯量，提高了发动机的性能，还使得气缸盖具有很好的导热性能和散热性能，从而提高了发动机的冷却性能。

但是，铝合金的机械强度低，特别是气门工作面的耐磨性能差，因而它的寿命和可靠性很低。

发明内容：

有鉴于以上的这些缺点，本发明的目的是提供一种铝合金的内燃发动机的菌状气门，这种菌状气门具有很高的强度，特别是气门工作面上的机械强度。此外，本发明还提供一种制造这种气门的方法。

按照本发明的一个方面，提供了一种内燃发动机中的铝或铝合金的菌状气门，上述菌状气门包括一根气门杆和一个在上述气门杆一端的气门头，上述气门头有一个能与气门座接触的气门工作面，上述气门工作面在其表面上有一层热硬化层，和一层含有加强材料的内部的合金层。其中，加强材料是Ti，Cr，Ni，Cu，Mn，Fe，Co，或者以上各元素中的两种或更多种元素所形成的合金。

因此，这种菌状气门提高了耐冲击的寿命和机械强度。

按照本发明的另一个方面，提供了一种制造内燃发动机中的铝或铝合金的菌状气门的方法，该方法包括下列步骤：

在菌状气门的气门头的气门工作面上供应一种加强材料；

用高能加热装置熔化上述加强材料，在上述气门工作面上形成一层合金；

对上述合金化的气门工作面进行T6处理；以及

用上述加热装置再一次使经过T6处理的气门工作面的最外层熔化，使它形成一层热硬化层。其中，上述加强材料是Ti，Cr，Ni，Cu，Mn，Fe，Co，或者以上各元素中的两种或更多种元素所形成的合金。

这种铝或铝合金的菌状气门的气门工作面的硬度和强度都提高了，从而减小了气门工作机构的惯量，提高了发动机的性能。

附图说明：

下面，参照附图详细描述本发明的实施例，将使本发明的特点和优点更加明了。附图中：

图1是按照本发明的菌状气门的气门头局部剖开的侧视图；

图2是包含本发明的菌状气门的气门工作机构的垂直剖视图；

图3是上述菌状气门的气门工作面的放大了的断面图，表示按照本发明的方法的一个步骤；

图4是上述菌状气门的气门工作面的放大了的断面图，表示按照本发明的方法的另一个步骤。

具体实施方式：

图1表示内燃发动机中的进气门10的气门头的气门工作面的一个断面。该进气门10是用铝合金制造的，例如铝-硅合金或铝-硅-铜合金。气门头10b设置在气门杆10a的下端。

在从气门杆10a到气门头后部10c的呈锥形的气门工作面12中，其表面层12a是一层热硬化层，其内层12b是用加强材料制成的，例如Ti，Cr，Ni，Cu，Mn，Fe和Co，或者是用这些元素中的两种或更多种加强材料制成的合金层。上述合金层的硬度在250-300Hv之间，这个硬度要比铝基体的硬度120-150Hv高得多。

上述在下部形成的合金层包括铝基体的金属互化物和加强材料，从而增强了上述内层12b的机械强度。

下面，说明进气门的工作过程。图2表示安装在气缸盖14上的进气门10。如图2所示，进气门10的气门杆10a插入气缸盖14的气门导套16中，能够滑动。当该进气门10关闭进气口18时，该进气门10的气门工作面12便与进气口18下端的气门座20的阀座部分20a接触。当进气门工作面12与气门座20接触时，它受到了巨大的冲击力。但是，由于上述表面层12a包括了一层硬化层，而内层12b是一层合金层，所以大大地提高了它的耐冲击性能。

在进气门10的气门杆10a的上端，通过一对开口销(图中未示出)安装了一个弹簧保持器22。在弹簧保持器22与气缸盖14的上表面之间设置了一个气门弹簧24，以便将进气门10向上推压。

在进气门10的上方设置了一根由凸轮(图中未示出)推动作上下运动的摇臂26，而进气门10的上端被拧在摇臂26端部上的调整螺钉28的下端压住，以打开上述进气门。

下面，说明制造内燃发动机中的气门的方法。

图3和图4表示了在图1所示的进气门10上，在各个步骤中形成了一层热硬化层和一层合金层的进气门工作面。

在气门工作面12的表面上，涂覆了一层诸如Ti，Cr，Ni，Cu，Mn，Fe，和Co之类的加强元素的粉末材料，然后用高能加热装置，例如YAG激光，CO₂激光和电子束等进行加热。于是，如图3所示，在气门工作面10上便形成了含有合金和金属互化物的合金层11a，从而获得了250-300Hv的硬度

通常都使用YAG激光作为高能加热装置，而CO₂激光因为铝基体的反射率高，所以效率较低。上述气门工作面10的表面用酸性物质或碱性物质进行腐蚀，以形成不平坦的表面，从而加速了热能的吸收。

在图3的内层11b中，则形成了具有较低硬度的热影响退火部分，从而在气门10的运动过程中会形成翘曲。因此，对气门工作面10施行了按照日本工业标准(JIS)的T6热处理，以恢复内层11b的硬度。借助于T6热处理，合金层的硬度便一次就降低到200Hv左右。与此同时，铝基体的硬度则借助于T6热处理提高到了120-150Hv。T6热处理是一种加热过程，它包括这样的步骤：在加热到500℃左右后用水淬火进行快速冷却，然后再在100-200℃下加热若干小时。

然后，气门工作面10再一次用高能加热装置，例如YAG激光之类进行加热，再次使表面层熔化，在气门工作面10的最外层的表面层11c上形成热硬化层。于是，气门工作面10的最外层表面层11c的硬度便增加到250-300Hv。因此，气门工作面10的机械强度也随着合金层11a一起大大提高了，从而提高了进气门10的寿命和可靠性。

以上所述只涉及本发明的几个实施例。本技术领域的技术人员在不脱离权利要求书所确定的保护范围的前提下，可以对本发明作各种改进和变化。

Claims (3)

1.一种内燃发动机中的铝或铝合金菌状气门，上述气门包括一根气门杆和一个在气门杆一端的气门头，上述气门头有一个气门工作面，该工作面能与一个气门座接触，上述气门工作面在其表面上有一层热硬化层，和一层含有加强材料的内部的合金层，所述加强材料是Ti，Cr，Ni，Cu，Mn，Fe，Co，或者以上各元素中的两种或更多种元素所形成的合金。

2.一种制造内燃发动机中的铝或铝合金菌状气门的方法，该方法包括下列步骤：

在菌状气门的气门头的气门工作面上供应一种加强材料；

用高能加热装置熔化上述加强材料，在上述气门工作面上形成一种合金；

对上述合金化的气门工作面进行T6热处理；以及

用上述加热装置再一次使经过T6处理的气门工作面的最外层熔化，使它形成一层热硬化层；

其中上述加强材料是Ti，Cr，Ni，Cu，Mn，Fe，Co，或者以上各元素中的两种或更多种元素所形成的合金。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，上述高能加热装置是YAG激光，CO₂激光或电子束。