CN111188660A - 内燃机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及内燃机。内燃机包括：进气口和排气口；进气门，进气门包括进气门轴和进气门头；和排气门，排气门包括排气门轴和排气门头。进气门的表面包括当进气门关闭时暴露于燃烧室中的进气门头前表面和当进气门关闭时暴露于进气口中的进气门头后表面。排气门的表面包括当排气门关闭时暴露于燃烧室中的排气门头前表面和当排气门关闭时暴露于排气口中的排气门头后表面。整个排气门头后表面的算术平均粗糙度大于整个进气门头前表面、整个进气门头后表面和整个排气门头前表面中的每一个的算术平均粗糙度。

Description

内燃机

技术领域

本发明涉及一种内燃机，更具体地涉及一种配备有提升式进气门和排气门的内燃机。

背景技术

例如，JP 2018-087562 A公开了一种配备有提升式进气门和排气门的内燃机。在这些各自的进气门和排气门中，位于比气门片更靠近燃烧室的一侧的每个气门表面均具有包括在镜面中的部分M和包括在粗糙表面中的部分R，该镜面的算术平均粗糙度小于0.3μm，并且该粗糙表面的算术平均粗糙度等于或大于0.3μm。

发明内容

对于进气门和排气门有以下要求，所述进气门和排气门分别打开和关闭与燃烧室连通的进气口和排气口。也就是说，关于进气，考虑到内燃机的输出动力性能和燃料效率性能，需要尽可能地减少从进气门到进气的热传递。关于排气，考虑到从燃烧室排出的排气的温度减少，需要尽可能地提升从流过排气口的排气到排气门的热传递。此外，在进气门和排气门关闭时的燃烧期间，考虑到内燃机的冷却损失的减少，需要尽可能地减少从燃烧气体到进气门和排气门的热传递。

JP 2018-087562 A没有公开应如何设定当进气门关闭时位于暴露于进气口侧的进气门表面(在本申请中，称为“进气门头后表面”)的算术平均粗糙度和排气门关闭时位于暴露于排气口侧的排气门表面(称为“排气门头后表面”)的算术平均粗糙度。但是，为了适当地满足上述关于进气、排气和燃烧气体的温度管理的要求，有利的是，集中并适当地设定暴露于燃烧室侧的进气门表面和排气门表面(称为“进气门头前表面”和“排气门头前表面”)中的每一个表面的算术平均粗糙度和进气门头后表面和排气门头后表面中的每一个表面的算术平均粗糙度。

为了解决上述问题而已经完成了本发明，并且本发明的目的在于提供一种内燃机，该内燃机能够通过进气门和排气门的使用来适当地进行进气、排气和燃烧气体的温度管理。

根据本发明的内燃机包括：进气口及排气口，该进气口及排气口与燃烧室连通；进气门，该进气门包括进气门轴和进气门头，该进气门头布置在进气门轴的一端并打开和关闭进气口；和排气门，该排气门包括排气门轴和排气门头，该排气门头布置在排气门轴的一端并打开和关闭排气口。进气门的表面包括当进气门关闭时暴露于燃烧室中的进气门头前表面和当进气门关闭时暴露于进气口中的进气门头后表面。排气门的表面包括当排气门关闭时暴露于燃烧室中的排气门头前表面和当排气门关闭时暴露于排气口中的排气门头后表面。整个排气门头后表面的算术平均粗糙度大于整个进气门头前表面、整个进气门头后表面和整个排气门头前表面中的每一个表面的算术平均粗糙度。

整个排气门头后表面的算术平均粗糙度可以大于0.5μm。整个进气门头前表面、整个进气门头后表面和整个排气门头前表面中的每一个表面的算术平均粗糙度也可以等于或小于0.5μm。

在排气门头后表面中可以形成至少一个沟槽。

所述至少一个沟槽可包括多个沟槽，该多个沟槽形成在排气门头后表面中以便沿排气门头的径向方向放射状延伸。

多个沟槽中的每个沟槽可以形成为在位于排气门头的径向向外定位的部分处比在排气门头的径向向内定位的部分处变得更深。

排气门头前表面和排气门头后表面的整体的算术平均粗糙度可以大于进气门头前表面和进气门头后表面的整体的算术平均粗糙度。

整个排气门头后表面的算术平均粗糙度可以大于整个进气门头后表面的算术平均粗糙度。

整个进气门头后表面的算术平均粗糙度可以大于整个进气门头前表面的算术平均粗糙度。

整个排气门头前表面的算术平均粗糙度可以小于整个进气门头前表面的算术平均粗糙度。

位于进气门头的径向外侧的进气门头前表面的部分的算术平均粗糙度可以大于位于进气门头的径向内侧的进气门头前表面的部分的算术平均粗糙度。

位于进气门头的径向外侧的进气门头后表面的部分的算术平均粗糙度可小于位于进气门头的径向内侧的进气门头后表面的部分的算术平均粗糙度。

位于排气门头的径向外侧的排气门头前表面的部分的算术平均粗糙度可以小于位于排气门头的径向内侧的排气门头前表面的部分的算术平均粗糙度。

位于排气门头的径向外侧的排气门头后表面的部分的算术平均粗糙度可以大于位于排气门头的径向内侧的排气门头后表面的部分的算术平均粗糙度。

进气门可包括：进气前表面涂层，该进气前表面涂层覆盖进气门头前表面的至少一部分；以及进气后表面涂层，该进气后表面涂层覆盖进气门头后表面的至少一部分。进气前表面涂层也可以比进气后表面涂层薄。

进气前表面涂层的厚度可以等于或小于整个进气门头前表面的算术平均粗糙度。

进气后表面涂层的厚度可以等于或小于整个进气门头后表面的算术平均粗糙度。

排气门可包括排气前表面涂层，该排气前表面涂层覆盖排气门头前表面的至少一部分。排气门头后表面也可以不被涂层覆盖。

排气前表面涂层的厚度可以等于或小于整个排气门头前表面的算术平均粗糙度。

根据本发明的内燃机，整个排气门头后表面的算术平均粗糙度被设定为变得大于整个进气门头前表面、整个进气门头后表面和整个排气门头前表面中的每一个的算术平均粗糙度。在这方面，当气门的表面粗糙度减小时，气门的表面积减小，并且因此在气门和气体之间热传递的量减少。相反，当表面粗糙度增加时，热传递的量增加。因此，根据本发明的内燃机，关于进气冲程和压缩冲程，通过与排气门头后表面相比粗糙度较小的进气门头前表面、进气门头后表面和排气门头前表面，从进气门和排气门到进气的热传递可以减少。利用膨胀冲程，通过如上所述粗糙度较小的进气门头前表面和排气门头前表面，可以减少从燃烧气体到进气门和排气门的热传递。利用排气冲程，通过粗糙度相对较大的排气门头后表面，可以提升从排气到排气门的热传递(热释放)，且同时，与膨胀冲程类似，通过进气门头前表面和排气门头前表面，从燃烧气体到进气门和排气门的热传递减少。如上所述，根据本发明的内燃机，可以通过使用进气门和排气门来适当地进行进气、排气和燃烧气体的温度管理。

附图说明

图1是用于描述根据本发明的第一实施例的内燃机的结构的一个示例的示意图；

图2是图示图1中所示的进气门和排气门周围的构造的放大图；

图3是用于描述根据本发明的第一实施例的在燃烧室及进气口和排气口周围的进气门和排气门中每一个气门的表面粗糙度的设定的有益效果的图；

图4A是图示根据本发明的第二实施例的排气门的主要部分的整体透视图；

图4B是图4A中所示的放射状沟槽的部分的放大视图；

图5是沿图4A所示的放射状沟槽截取的排气门的截面视图；

图6是用于描述根据本发明的第二实施例的内燃机的排气门周围的构造的图；

图7是用于描述根据本发明的第三实施例的进气门的各部分的表面粗糙度的设定的示例的图；

图8是用于描述根据本发明的第三实施例的排气门的各部分的表面粗糙度的设定的示例的图；

图9是用于描述与气门表面的镜面磨光有关的问题的图；

图10是用于描述根据本发明的第四实施例的进气门的构造的示例的示意图；

图11是用于描述根据本发明的第四实施例的排气门的构造的示例的示意图；并且

图12是用于描述图10和图11中所示的每个涂层的厚度和与其对应的每个气门表面的粗糙度之间的关系的图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。然而，附图中相同的附图标记表示相同的元件，并且省略或简化其多余的描述。此外，应该理解，即使在以下实施例的描述中提到元件的数目、数量、量、范围或其他数字属性，除非另有明确说明或者除非理论上由数值属性明确地指定本发明，否则本发明不限于所提及的数值属性。此外，除非另外明确说明，或者除非理论上通过结构等明确地指定本发明，否则结合以下实施例描述的结构等不一定是本发明必不可少的。

1.第一实施例

将参考图1至图3描述根据本发明的第一实施例。

1-1.内燃机的构造的示例

图1是用于描述根据本发明的第一实施例的内燃机10的构造的示例的示意图。如图1所示，内燃机10配备有气缸体12和紧固到气缸体12的上部的气缸盖14。气缸孔16形成在气缸体12的内部。在这些气缸孔16的每一个中，布置有沿相应气缸孔16的轴向往复运动的活塞18。在内燃机10的每个气缸中，燃烧室20由相应气缸孔16的壁表面、气缸盖14的下表面和活塞18的顶表面限定。

在气缸盖14中，形成与相应燃烧室20连通的进气口22和排气口24。进气门26被设置在进气口22的开口部中，该开口部与燃烧室20连通。排气门28被设置在排气口24的开口部中，该开口部与燃烧室20连通。进气门26和排气门28都是提升式气门。进气门26设置有进气门轴26a和形成为伞形的进气门头26b。进气门头26b被布置在进气门轴26a的一端并且打开和关闭进气口22。排气门28设置有排气门轴28a和形成为伞形的排气门头28b。排气门头28b被布置在排气门轴28a的一端并且打开和关闭排气口24。

进气门轴26a和排气门轴28a分别由安装在气缸盖14中的气门引导件30和气门引导件32以可滑动方式支撑。在进气口22中，布置有气门片34，进气门头26b座置在该气门片34上，并且在排气口24中布置有气门片36，排气门头28b座置在该气门片36上。进气门26和排气门28通过被未示出的相应的气门操作装置驱动以打开和关闭。

图2是图示图1中所示的进气门26和排气门28周围的结构的放大图。进气门头26b具有面对表面(气门座接触表面)38，当进气门26关闭时，该面对表面38与气门片34接触。除了面对表面38之外，进气门26的表面还包括在面对表面38的两侧上的进气门头前表面40和进气门头后表面42。进气门头前表面40指的是当进气门26关闭时，暴露于燃烧室20中的进气门26的表面。进气门头后表面42指的是当进气门26关闭时暴露于进气口22中的进气门26的表面。因此，进气门头后表面42由进气门头26b的表面的部分和进气门轴26a的部分构造而成，如图2所示。

排气门头28b具有面对表面44，当排气门28关闭时，该面对表面44与气门片36接触。而且，与进气门26类似，排气门28的表面包括当排气门28关闭时暴露于燃烧室20中的排气门头前表面46和当排气门28关闭时暴露于排气口24中的排气门头后表面48。此外，排气门头后表面48由排气门头28b的表面的部分和排气门轴28a的部分构成，如图2所示。

1-2.燃烧室和气口周围的进气门和排气门的表面粗糙度的设定

根据本实施例的内燃机10具有的特征在于，设定进气门头前表面40、进气门头后表面42、排气门头前表面46和排气门头后表面48中的每一个的粗糙度。

具体地，关于进气门26，进气门头前表面40和进气门头后表面42都被镜面磨光(镜面抛光)。镜面磨光可以通过例如抛光(研磨)气门的目标表面来进行。应注意，在本说明书中，“镜面”是指算术平均粗糙度Ra等于或小于0.5μm的表面。此外，作为该“镜面”的配对，算术平均粗糙度Ra大于0.5μm的表面可以称为“粗糙表面”。

另一方面，关于排气门28，排气门头前表面46与进气门26类似地被镜面磨光(镜面抛光)。但是，排气门头后表面48没有镜面磨光。也就是说，排气门头后表面48被磨光为上述粗糙表面。更具体地，这里提到的“粗糙表面”的示例包括用于进气门和排气门的一般制造过程的锻造表面(例如，算术平均粗糙度Ra为20μm)，和热处理表面或表面处理表面(例如，算术平均粗糙度Ra为1-20μm)。作为示例，排气门头后表面48是锻造表面。

此外，关于在下述排气冲程中从排气向排气门28的热释放实现良好的热释放性能方面，期望整个排气门头后表面48的算术平均粗糙度Ra为等于或大于20μm。应当注意，由应用本发明的排气门打开和关闭的排气口的表面的算术平均粗糙度Ra对应于“排气门头后表面”的算术平均粗糙度Ra的上限的示例。这是因为提供比排气口表面更粗糙的排气门头后表面导致进气阻力增加。

如上所述，镜面磨光的整个进气门头前表面40、整个进气门头后表面42和整个排气门头前表面46中的每一个的算术平均粗糙度Ra等于或小于0.5μm。另一方面，作为粗糙表面的整个排气门头后表面48的算术平均粗糙度Ra大于0.5μm。因此，根据本实施例的内燃机10，整个排气门头后表面48的算术平均粗糙度Ra大于整个进气门头前表面40、整个进气门头后表面42和整个排气门头前表面46中的每一个的算术平均粗糙度Ra。

此外，根据本实施例的内燃机50，进气门头前表面40被磨光，使得其粗糙度作为示例整体上是均匀的。这也适用于其它的进气门头后表面42、排气门头前表面46和排气门头后表面48。

1-3.有益效果

内燃机的进气门和排气门暴露于内燃机中的最高温度的燃烧气体。当进气门和排气门与气缸盖的各个部分(气门引导件、气门片、凸轮和气门弹簧)接触时，执行进气门和排气门的冷却。但是，由于进气门和排气门是往复运动的，所以不能说冷却是足够的，并且特别地，暴露于高温排气中的排气门的温度可能变得高于位于排气门周围的活塞和燃烧室壁的温度。

通常，对于置于上述环境中的内燃机的进气门和排气门，存在以下要求。也就是说，关于进气，考虑到内燃机的输出动力性能和燃料效率性能，需要尽可能地减少从进气门到进气的热传递。关于排气，考虑到从燃烧室排出的排气的温度降低，需要尽可能地提升从流过排气口的排气向排气门的热传递。此外，在进气门和排气门关闭时的燃烧期间，考虑到内燃机的冷却损失的减少，需要尽可能地减少从燃烧气体到进气门和排气门的热传递。鉴于这种问题(三个要求)，根据本实施例，进气门头前表面40、进气门头后表面42和排气门头前表面46是镜面磨光的，而排气门头后表面48没有镜面磨光。

图3是用于说明根据本发明的第一实施例的在燃烧室20及进气口22和排气口24周围的进气门26和排气门28中的每一个的表面粗糙度的设定的有益效果的图。在图3中，“前”表示每个气门的“头前表面”，“后”表示每个气门的“头后表面”。而且，对于内燃机10的每个冲程，图3表示镜面和粗糙表面中的哪一个对每个冲程的影响更大。此外，由于在与分配符号“-”的区域相对应的表面上的气流较少，因此难以充分实现下述有益效果。但是，因此可以说，由于气体保留在关闭的气门附近，可以在某种程度上实现有利的效果。

在单位时间内在气门(实心壁表面)和气体之间热传递的量不仅与气门和气体之间的温度差成比例，而且跟气门的与气体接触的表面积成比例。而且，气门的表面积根据气门的表面粗糙度而不同，并且当表面粗糙度更大时变得更大。因此，当表面粗糙度变小时，在气门和气体之间传递的热的量变少，相反，当表面粗糙度变大时，热传递的量变大。此外，当跟气门接触的气体的流速变得较高时，热传递的量也变得较大。

(进气冲程)

首先，在进气冲程中，进气门打开，并且排气门关闭。因此，在进气冲程中，进气在通过进气门头前表面附近的同时流入燃烧室。此外，进气门头后表面和排气门头前表面周围的气体对应于已经流入燃烧室的进气。

进气的温度基本上等于常温。此外，进气门和排气门、进气口壁和排气口壁以及燃烧室壁通常由冷却水冷却，由此其温度变为80℃或更高。因此，在进气冲程中，进气门和排气门中的每一个的温度变得高于这些气门周围的气体(进气)的温度(气门>进气)。因此，在进气冲程中，由于从进气门和排气门的热传递，流入进气口的进气的温度和流入燃烧室的进气的温度变高。更具体地，当进气通过气门片附近时，进气的流速和压力增加，并且因此，提升了从进气门到进气的热传递。

关于进行如上所述的热传递的进气冲程，根据本实施例的内燃机10，实现了以下有益效果。也就是说，暴露于进气口22中的进气门头前表面40是镜面。换句话说，进行减少进气门头前表面40的面积的布置。因此，当进气通过进气口22中的进气门头后表面42附近时，可以减少从进气门26到进气的热传递。此外，暴露于燃烧室20中的进气门头前表面40和排气门头前表面46也是镜面。因此，也可以减少从进气口22到已经流入燃烧室20的进气的热传递。因此，由于减少了进气温度的增加，因此可以实现压缩末端温度的降低和新鲜空气的填充效率的提高。当压缩末端温度降低时，爆震减少，这导致燃料效率的提高以及内燃机10的输出动力性能的改善。此外，由于较低温度的空气进入燃烧室20填充了较大量的空气也导致输出动力性能的改善。

(压缩冲程)

然后，在压缩冲程中，进气门和排气门都关闭。考虑到整个压缩冲程，进气门和排气门的温度基本上高于这些气门周围的气体温度(气门>进气)，尽管在压缩末端附近，燃烧室中进气的温度也变得高于进气门和排气门的温度。

根据本实施例的内燃机10，当进气门和排气门关闭时暴露于燃烧室20中的进气门头前表面40和排气门头前表面46是镜面。因此，即使在压缩冲程中，也可以减少从进气门26和排气门28到燃烧室20中的进气的热传递。

(膨胀冲程)

然后，在膨胀冲程中，类似地，进气门和排气门都关闭。但是，在膨胀冲程中，由于燃烧引起的温度升高，气缸内气体的温度变得高于进气门和排气门的温度(气门<燃烧气体)。

根据本实施例的内燃机10，进气门头前表面40和排气门头前表面46是镜面。因此，在膨胀冲程中，可以减少从高温燃烧气体到进气门26和排气门28的热传递(热释放)。因此，可以减少燃烧时的冷却损失。由此，可以提高内燃机10的热效率。此外，在发动机启动后的预热过程中，通过减少从高温燃烧气体到进气门26和排气门28的热释放，也可以实现通过排气的温度升高来提升催化剂预热的效果，并且因此，也可以改善该预热期间的排气的排放性能。

(排气冲程)

然后，在排气冲程中，进气门是关闭的，并且排气门是打开的。因此，在排气冲程中，燃烧后的高温排气从燃烧室流出到排气口。更具体地，特别是在高负荷和高速运转期间，排气温度变得较高。因此，在排气冲程中，类似地，气体(排气)的温度变得高于进气门和排气门的温度(气门<排气)。

根据本实施例的内燃机10，在排气冲程中，类似地，定位在被暴露于燃烧室20中的一侧上的进气门头前表面40和排气门头前表面46是镜面。因此，可以减少从高温排气到这些表面40和46的热传递。另一方面，排气门头后表面48是粗糙表面。因此，当高温排气通过排气口24中的排气门头后表面48的附近时，与排气门头后表面48也是镜面的示例相比，可以提升从排气到排气门头后表面48的热传递(热释放)。此外，在排气流速高的高负荷和高速运转中，提升从排气向排气门头后表面48的热释放的效果变高。另一方面，与在排气门头后表面48上形成诸如鳍片的突出部以增加表面积来提升热释放的示例相反，根据在本实施例中的使用表面粗糙度的设定的措施，不会使排气门28的热容量增加。因此，根据这些措施，可以说防止了排气温度的降低由于在冷却状态期间(即，在发动机预热期间)提升热释放的事实而被提升。

基于以上所述，关于排气冲程，通过使用远离燃烧室20定位的排气门头28b的部分和排气门轴28a在上述部分之后的部分(即，更靠近排气门头后表面48的部分)来冷却排气同时减少更靠近燃烧室20的进气门头26b和排气门头28b的部分(即，进气门头前表面40和排气门头前表面46的附近的部分)的温度增加，可以减少排气温度。因此，例如，可以实现以下有益效果。也就是说，可以提高包括排气门28的排气系统部件(例如，涡轮增压器的涡轮和排气净化催化剂)的耐久可靠性。还可以减少实现高耐热性所需的成本(例如，材料成本)。由于用于冷却排气系统部件的燃料增量的减少，也可以提高燃料效率。此外，可以放宽发动机输出动力在排气温度方面的限制，因此，可以改善输出动力性能。

(结论)

如上所述，根据内燃机10(其中进气门头前表面40、进气门头后表面42和排气门头前表面46是镜面，而排气门头后表面48是粗糙表面)，由于在燃烧室20及进气口22和排气口24周围的进气门26和排气门28的表面粗糙度的适当设定，可以有利地满足上述三个要求。因此，可以提供一种包括进气门26和排气门28的内燃机10，该内燃机10能够适当地执行进气、排气和燃烧气体的温度管理(温度控制)。

2.第二实施例

然后，将参考图4至图6描述根据本发明的第二实施例。

2-1.排气门头后表面的构造

图4A是图示根据本发明的第二实施例的排气门52的主要部分的整体透视图；且图4B是图4A中所示的放射状沟槽58的部分的放大视图。根据第二实施例的内燃机50(参见下面图6的描述)与根据第一实施例的内燃机10的不同之处在于包括图4A所示的排气门52，代替图1中所示的排气门28。

如图4A所示，排气门52设置有排气门轴52a和形成为伞形的排气门头52b。类似于图1中所示的排气门28，排气门52的表面包括暴露于燃烧室20中的排气门头前表面54和暴露于排气口24中的排气门头后表面56。在此基础上，放射状沟槽58形成在根据本实施例的排气门头后表面56中。

如图4A和图4B所示，放射状沟槽58指的是形成在排气门头后表面56中以便在排气门头52b的径向方向上放射状延伸的多个沟槽。更具体地，根据图4A所示的示例，放射状沟槽58形成在排气门头52b的包括在排气门头后表面56中的表面上。根据以这种方式形成的放射状沟槽58，可以增加排气门头后表面56的面积。

此外，根据图4A中所示的示例，放射状沟槽58没有设置在位于排气门轴52a和排气门头52b之间的边界附近的部分上。这是因为该部分由于它远离气门片36和气门引导件60中的每一个而最难冷却，因此该部分温度最高。因此，在该示例中，为了减少从排气输入到上述部分的热量，不形成放射状沟槽58。

在此基础上，根据图4A所示的示例，放射状沟槽58形成在排气门头52b的包括在排气门头后表面56中的表面中，并且除了上述边界附近之外，该表面位于排气门头52b的径向外侧。

图5是沿图4A所示的放射状沟槽58截取的排气门52的截面视图。如图5所示，放射状沟槽58中的每个沟槽形成为使得排气门头52b的径向外部比其径向内部变得更深。更具体地，根据图5所示的示例，放射状沟槽58形成为朝向径向外侧变深。

此外，形成有这种放射状沟槽58的排气门52的整个排气门头后表面56的算术平均粗糙度Ra是指除了放射状沟槽58之外的排气门头后表面56的整个基表面56a的算术平均粗糙度Ra。此外，放射状沟槽58的深度大于整个排气门头后表面56的算术平均粗糙度Ra。

例如，可以通过使用电火花加工来形成图4A、图4B和图5所示的放射状沟槽58。具体地，在电火花加工的示例中，准备与放射状沟槽58的形状相关联的径向电极(工件)。接下来，将排气门52插入该电极的内部，并且在电极压靠排气门头后表面56的情况下进行放电。因此，形成放射状沟槽58。应当注意，如果对排气门头后表面56进行电火花加工以形成放射状沟槽58，则由于电火花加工的性质，获得了适当地满足上述“粗糙表面”要求的表面粗糙度。基于这个原因，尽管形成放射状沟槽58的方式没有特别限制，但是电火花加工适合于形成放射状沟槽58。

2-2.排气门周围的其他构造

图6是用于描述根据本发明的第二实施例的内燃机50中的排气门52周围的构造的图。根据本实施例的内燃机50，用于保持排气门轴52a的气门引导件60和其上座置有排气门头52b的气门片62中的每一个均被构造成具有高导热率。具体地，气门引导件60和气门片62由合金制成，该合金包含具有高导热率的金属(例如，铜)作为主要成分。

此外，如图6所示，排气门轴52a和排气门头52b中的每一个都具有中空结构。此外，排气门轴52a的中空部52a1和排气门头52b的中空部52b1填充有制冷剂(例如，钠)。应注意，中空部52a1与中空部52b1连通。

2-3.有益效果

如上所述，根据本实施例，放射状沟槽58形成在排气门52的排气门头后表面56中。因此，排气门头后表面56的面积变大，从而可以提升从高温排气向排气门52的热释放。此外，为了提升从高温排气向排气门的热释放，可以在排气门头后表面上形成诸如鳍片的突出部。但是，使用以这种方式形成的突出部的措施在提升热释放方面是良好的，且另一方面，这由于排气门的重量的增加和排气压力损失的增加而对发动机性能产生不利影响。与此相反，根据使用形成沟槽的措施，可以有利地提升从排气到排气门52的热释放，而不会对发动机性能产生上述不利影响。这类似地适用于根据下面2-4-2节中描述的表面积增加的另一个示例的措施。

此外，根据图4A所示的示例，关于排气门头52b的径向方向，放射状沟槽58形成在排气门头52b的包括在排气门头后表面56中的表面上，并且除了排气门轴52a和排气门头52b之间的边界附近之外，该表面位于排气门头52b的径向外侧。在这方面，从燃烧室20流出到排气口24中的排气的温度在排气门52的较接近燃烧时段的、打开的开始时刻变得最高，并且在随后的排气冲程期间降低。而且，在打开的开始时刻，排气的压力高，并且因此通过排气门头后表面56附近的排气的流速变高。因此，排气的热传递系数变高，从而提升了排气和排气门52之间的热交换。因此，通过对径向外部除了位于边界附近的上述部分形成放射状沟槽58，由于通过使用放射状沟槽58增加了表面积，因此可以有利地提升从排气到排气门52的热释放。

此外，放射状沟槽58的每个沟槽形成为使得排气门头52b的径向外部比其径向内部变得更深。因此，径向外部的表面积变得大于径向内部的表面积。也就是说，通过设置沟槽深度来管理表面积。如上所述，排气门头52b的径向外部对应于与排气接触的部分，该排气的温度和压力由于在排气门52的打开的开始时间而变得最高。因此，根据如上所述设定沟槽深度的放射状沟槽58，可以有效地提升在打开的开始时刻从高温排气向排气门52的热释放。

此外，与第一实施例类似，根据本实施例的排气门头后表面56被磨光为粗糙表面，以便提升从高温排气向排气门52的热释放。此外，排气门52被构造成由于放射状沟槽58的形成导致了排气门头后表面56的面积增加，由此能够容易地从高温排气热传递。这意味着排气门头52b的温度由于来自排气的热传递而变得容易变高。在这方面，根据设置有排气门52的内燃机50，排气门轴52a的中空部52a1和排气门头52b的中空部52b1填充有制冷剂。因此，通过使用在与排气门52的移动相关联的中空部52a1和中空部52b1中移动的制冷剂，可以提升从高温排气门头52b向排气门轴52a的热传递。而且，根据内燃机50，气门引导件60和气门片62中的每一个构造成具有高导热率。这允许从排气门头52b到排气门轴52a传递的热容易经由气门引导件60释放到气缸盖14。类似地，排气门头52b的热量可以容易地经由气门片62释放到气缸盖14。如上所述，根据这些构造，由于有效地接收来自排气的热量的事实而变得容易变高的排气门头52b的温度可以减少。

2-4.关于第二实施例的变型例

2-4-1.关于在排气门头后表面上形成沟槽的其他示例

根据上述第二实施例，放射状沟槽58(多个沟槽)形成在排气门头后表面56中。但是，在根据本发明的“排气门头后表面”中形成的沟槽的数量没有特别限制，并且，因此，除了图4A所示的示例之外，至少一个所需的沟槽可以形成在排气门头后表面中。

此外，排气门头后表面上的至少一个沟槽可以形成为除放射形状之外的任何形状。此外，放射状沟槽的示例中的每个沟槽的形成范围不限于图4A中所示的放射状沟槽58的示例，并可以自由设定。因此，放射状沟槽不仅可以形成在例如排气门头52b中包括的排气门头后表面56上，而且可以形成在排气门轴52a中包括的排气门头后表面56上。此外，形成在排气门头52b侧的沟槽和形成在排气门轴52a侧的沟槽可以是连续的或彼此分离的。此外，与图4A中所示的示例相反，放射状沟槽的每个沟槽的深度可以是恒定的，或者在放射状沟槽的每个沟槽之间该深度可以彼此不同。

2-4-2.用于增加排气门头后表面的面积的除沟槽之外的示例

在根据本发明增加“排气门头后表面”的面积的另一个示例中，用于增加表面积的表面处理可以应用于排气门，替代根据第二实施例的沟槽(放射状沟槽58)的示例。具体地，排气门头后表面的面积可以通过借助于使用例如喷丸或电火花加工来以如下形状例如，纹理形状，或具有哑光或缎面磨光的形状而使排气门头后表面粗糙化来增加。

3.第三实施例

然后，将参考图7和图8描述根据本发明的第三实施例。

在根据上述第一实施例的内燃机10中，进气门头前表面40、进气门头后表面42、排气门头前表面46和排气门头后表面48中的每一个被磨光使得如已经描述的那样，粗糙度整体上变得均匀。与此相反，根据第三实施例的进气门70和排气门80分别与进气门26和排气门28的不同之处在于参照图7和图8下面描述的点。

3-1.进气门的每个表面的粗糙度的设定

图7是用于描述根据本发明第三实施例的进气门70的各个部分的表面粗糙度的设定的示例的图。根据进气门70，如图7所示，进气门头前表面72和进气门头后表面74中的每一个中包括的各个部分的粗糙度被设定为基于进气门70的平均温度分布而不同。

具体地，这里提到的进气门70的平均温度分布是指对于进气、压缩、膨胀和排气的所有冲程，进气门70(更具体地，由进气门头前表面72和进气门头后表面74和进气门轴70a的一部分覆盖的整个进气门头70b)的平均温度的分布。这种平均温度分布可以通过预先进行实验或模拟来获得。这也适用于下面描述的排气门80的平均温度分布。

根据进气门70的平均温度分布，如图7所示，进气门70的温度在进气门头前表面72的中央部分72a附近的部分处变得最高。这是因为在膨胀和排气冲程中从高温燃烧气体接收的热量的影响很高。跟随中央部分72a附近的部分，进气门70的温度在进气门头70b的位于径向外侧的端部附近的部分处变得较高。此外，进气门70的温度在进气门头70b和进气门轴70a之间的边界附近的部分处比在前述两部分处的温度低。

根据进气门70，考虑到上述平均温度分布，进气门70的各个表面72和表面74的每个部分的粗糙度设定如下。也就是说，位于进气门头70b的径向外侧的进气门头前表面72的部分72b的算术平均粗糙度Ra被设定为大于进气门头前表面72的位于径向内侧的部分(中央部分)72a的算术平均粗糙度Ra。此外，位于进气门头70b的径向外侧的进气门头后表面74的部分74a的算术平均粗糙度Ra被设定为小于进气门头后表面74的位于其径向内侧的部分74b的算术平均粗糙度Ra。

3-2.排气门的每个表面的粗糙度的设定

图8是用于描述根据本发明第三实施例的排气门80的各部分的表面粗糙度的设定的示例的图。根据排气门80，如图8所示，排气门头前表面82和排气门头后表面84中的每一个包括的各部分的粗糙度被设定为基于排气门80的平均温度分布而不同。

根据排气门80的平均温度分布，如图8所示，排气门80的温度在排气门头80b和排气门轴80a之间的边界附近的部分处变得最高。原因如第二实施例中所述。跟随上述边界附近的部分，排气门80的温度在排气门头前表面82的中央部分82a附近的部分处变高。此外，排气门80的温度在排气门头80b的径向外端附近的部分比前述两个部分的温度低。

根据排气门80，考虑到上述平均温度分布，排气门80的各个表面82和表面84的每个部分的粗糙度设定如下。也就是说，排气门头前表面82的位于排气门头80b的径向外侧的部分82b的算术平均粗糙度Ra被设定为小于排气门头前表面82的位于径向内侧的部分(中央部分)82a的算术平均粗糙度Ra。此外，排气门头后表面84的位于排气门头80b的径向外侧的部分84a的算术平均粗糙度Ra设定为大于排气门头后表面84的位于其径向内侧的部分84b的算术平均粗糙度Ra。

3-3.进气门与排气门的每个表面之间的粗糙度关系的结论

即使在本实施例中，被镜面磨光的整个进气门头前表面72、整个进气门头后表面74和整个排气门头前表面82中的每一个的算术平均粗糙度Ra等于或小于0.5μm，并且，被粗糙磨光的整个排气门头后表面84的算术平均粗糙度Ra大于0.5μm。

然后，由排气门头前表面82和排气门头后表面84覆盖的部分A(即，整个排气门头80b和排气门轴80a的部分)的平均温度高于由进气门头前表面72和进气门头后表面74覆盖的部分B(即，整个进气门头70b和进气门轴70a的部分)的平均温度。因此，关于这些部分A和部分B之间的比较，根据本实施例，排气门头前表面82和排气门头后表面84的整体的算术平均粗糙度Ra被设定为使得大于进气门头前表面72和进气门头后表面74的整体的算术平均粗糙度Ra。

(进气门与排气门的头前表面和头后表面之间的粗糙度的关系)

此外，根据本实施例，进气门70和排气门80的头前表面72和82与头后表面74和84的粗糙度的关系如下。也就是说，首先，作为粗糙表面的整个排气门头后表面84的算术平均粗糙度Ra大于作为镜面的整个进气门头后表面74的算术平均粗糙度Ra。

此外，如从图7中所示的平均温度分布可以看出地那样，进气门头前表面72附近的部分的平均温度高于进气门头后表面74附近的部分的平均温度。根据考虑到这一点的本实施例，整个进气门头后表面74的算术平均粗糙度Ra设定为大于整个进气门头前表面72的算术平均粗糙度Ra。

此外，关于排气冲程，在进气门头前表面72附近，由于进气门70关闭，气体的流速变得相对较低，并且另一方面，在排气门头前表面82附近，由于排气通过打开的排气门80附近流入排气口24，因此气体的流速变得相对较高。因此，排气门头前表面82附近的部分的平均温度变得高于进气门头前表面72附近的部分的平均温度。根据考虑到这一点的本实施例，整个排气门头前表面82的算术平均粗糙度Ra被设定为小于整个进气门头前表面72的算术平均粗糙度Ra。

3-4.有益效果

如上所述，进气门和排气门的温度根据部分而变得不同。根据到目前为止描述的本实施例的进气门70和排气门80，考虑到这种温度差，设定每个部分的表面粗糙度。因此，如参考第一实施例中的图3所述的气门和气体之间的热释放和热接收可以更有效地提升。

3-5.关于第三实施例的变型例

在根据上述第三实施例的进气门头前表面72中，表面粗糙度在位于进气门头70b的径向内侧的部分72a和位于进气门头70b径向外侧的部分72b之间以两个阶段改变。但是，代替这种示例，包括在进气门头前表面72中的每个部分的表面粗糙度可以根据径向位置以期望的三个或更多个阶段改变，或者可以按照径向位置逐渐地(连续地)改变。这也适用于其他的进气门头后表面74、排气门头前表面82和排气门头后表面84。此外，在实践中，难以进行表面磨光(特别是镜面磨光)以使进气门70和排气门80的表面72、表面74、表面82和表面84中的每一个的整体粗糙度均匀，并且成本也变得容易增加。在这方面，通过如上所述根据径向位置逐渐改变包括在进气门头前表面72中(类似地，在其他表面74、表面82和表面84中)的每个部分的表面粗糙度(即，通过不使整体粗糙度均匀)，可以简化表面72、表面74、表面82和表面84中的每一个的表面磨光(特别是镜面磨光)。此外，关于待被镜面磨光的表面72、表面82和表面84，通过改变例如在气门头70b和气门头80b中的每一个的径向内部位置和径向外部位置之间的这些表面72、表面82和表面84上施加磨石的强度，可以获得粗糙度根据径向位置逐渐变化的表面72、表面82和表面84。

4.第四实施例

然后，将参考图9至图12描述根据本发明的第四实施例。

4-1.进气门和排气门的涂层

根据第四实施例的进气门90和排气门100分别与根据第一实施例的进气门26和排气门28的不同之处在于下面描述的涂层。应当注意，下面描述的涂层可以应用于根据其他第二实施例和第三实施例的进气门70以及排气门52和80。

图9是用于描述与气门的表面的镜面磨光有关的问题的图。通常，气门(进气门和排气门)的表面由保护膜，例如氧化膜保护。但是，当镜面磨光施加到气门的表面时，保护膜会损失，并且因此可能在气门的表面上生锈。更具体地，燃烧室中的残余气体含有水分。因此，由于在发动机停止后气门被冷却，产生了冷凝，并且因此产生了锈。这导致导热率降低。此外，当在气门的表面上产生锈时，与在气门的表面上附着碳或沉积物相反，如图9所示，锈在金属内部腐蚀和增长，并且锈的厚度增加。如果导热率降低，则热量变得难以传递，并且气门内部的热量变得难以去除。也就是说，生锈的部分用作绝热层。而且，气门被布置在气门本身难以冷却的位置。因此，如果在气门的在燃烧室侧的表面上产生锈，则气门的表面可能成为热点。此外，如果锈的厚度变大，则表面粗糙度变大，并且热容量也变大。因此，镜面磨光的效果随着锈的增长而降低。

图10是用于描述根据本发明的第四实施例的进气门90的构造的示例的示意图。应注意，在图10中，涂层96和涂层98用不同于实际厚度的厚度示意性地表示，以便容易地表示涂层96和98的安装位置。这也适用于图11中所示的排气前表面涂层106，下面将描述排气前表面涂层106。

与第一实施例类似，进气门头前表面92和进气门头后表面94是镜面磨光的。在此基础上，进气门90包括覆盖进气门头前表面92的进气前表面涂层96，以及覆盖进气门头后表面94的进气后表面涂层98。也就是说，根据进气门90，在镜面加工之后对各个表面92和表面94进行涂覆处理。此外，进气前表面涂层96形成为比进气后表面涂层98薄。

此外，进气前表面涂层96和进气后表面涂层98形成为分别覆盖整个进气门头前表面92和整个进气门头后表面94。但是，进气前表面涂层96可能不总是覆盖整个进气门头前表面92，并且因此可仅覆盖进气门头前表面92的期望部分。这也适用于进气后表面涂层98。

尽管用于形成涂层96和涂层98的涂层材料没有特别限制，但通常，通过使用含有硅的材料(例如聚硅氮烷(SiH₂NH))作为基础材料并将基础材料熔化成为有机材料来获得其示例。通过使用刚刚如上所述的涂层材料，在涂覆之前在材料阶段中流动性增加，并且还获得薄层，在该薄层中当制备涂层时，涂层材料有利地渗透到气门的不均匀表面。然后，对所得层进行固化处理。因此，可以形成坚固且耐热的涂层。这也适用于排气前表面涂层106。

图11是用于描述根据本发明的第四实施例的排气门100的构造的示例的示意图。与第一实施例类似，排气门头前表面102是镜面磨光的，并且，另一方面，排气门头后表面104粗糙地磨光。在此基础上，排气门100包括覆盖排气门头前表面102的排气前表面涂层106。也就是说，根据排气门100，在镜面磨光之后对排气门头前表面102进行涂覆处理。另一方面，作为粗糙表面的排气门头后表面104未被涂层覆盖。排气前表面涂层106形成为薄的，其厚度等于进气前表面涂层96的厚度，作为一个示例。

此外，排气前表面涂层106被形成为覆盖整个排气门头前表面102。但是，排气前表面涂层106可能不总是覆盖整个排气门头前表面102，并且因此可仅覆盖排气门头前表面102的期望部分。

图12是用于描述图10和图11中所示的涂层96、涂层98和涂层106中的每一个的厚度和与其对应的气门表面92、气门表面94和气门表面102中的每一个的粗糙度之间的关系的图。一般而言，涂层96、涂层98和涂层106中的每一个的厚度没有特别限制。在此基础上，根据本实施例，涂层96、涂层98和涂层106中的每一个的厚度设定如下，使得尽可能不减少与其对应的气门表面92、气门表面94和气门表面102的镜面磨光的影响。

在图12中，示出了涂层的厚度A与气门的表面的算术平均粗糙度Ra的值B之间的关系的一个示例。作为涂覆处理的应用结果，如图12所示，气门表面的不均匀可以变平滑。因此，可以降低表面粗糙度。但是，如图12所示，在涂层中，由于气门的热膨胀可能产生裂缝。

关于上述裂缝，通过将涂层的厚度A设定为变为等于或小于值B，即使产生裂缝，也可以防止涂层的表面粗糙度变得大于不包括涂层的气门的表面粗糙度。也就是说，即使产生裂缝，也可以防止表面积变得大于不包括涂层的气门的表面积。

因此，进气前表面涂层96的厚度被设定为变得等于或小于整个进气门头前表面92的算术平均粗糙度Ra。此外，进气后表面涂层98的厚度设定为等于或小于整个进气门头后表面94的算术平均粗糙度Ra。类似地，排气前表面涂层106的厚度被设定为等于或小于整个排气门头前表面102的算术平均粗糙度Ra。

4-2.有益效果

如上所述，根据本实施例，涂层处理应用于被镜面磨光的进气门头前表面92、进气门头后表面94和排气门头前表面102。这可以防止由于镜面磨光的应用而在这些表面92、表面94和表面102上产生锈。

此外，进气前表面涂层96被形成为变得比进气后表面涂层98薄。根据这种涂层厚度的设定，关于相对较薄的进气前表面涂层96，热容量减少，并且因此来自高温缸内气体的热量可能很难传递到进气门90。另一方面，关于相对较厚的进气后表面涂层98，这可以用作绝热层，并且因为由于厚涂层使进气门头后表面94的粗糙度减少，因此可以有效地减少表面积(热传递面积)。因此，来自进气门90的热量难以传递到流过进气口22的进气。

此外，根据参考图12描述的设置(B≥A)，即使在涂层96、涂层98或涂层106中产生裂缝，也可以防止涂层96、涂层98或涂层106的表面积(热传递面积)变得大于不包括涂层的气门的表面积(热传递面积)。因此，可以防止生锈，同时防止由于涂层96、涂层98或涂层106的应用而导致镜面磨光的效果降低。

5.其他实施例

根据上述第一至第四实施例，举例说明了被磨光为算术平均粗糙度Ra等于或小于0.5μm的镜面的进气门头前表面40、72、82和92、进气门头后表面42、74、84和94以及排气门头前表面46、54和102，和被磨光为算术平均粗糙度Ra大于0.5μm的粗糙表面的排气门头后表面48、56和104。但是，根据本发明的“进气门头前表面、进气门头后表面、排气门头前表面和排气门头后表面”不限于上述示例，只要“整个排气门头后表面的算术平均粗糙度大于整个进气门头前表面、整个进气门头后表面和整个排气门头前表面中的每一个的算术平均粗糙度”的关系是满足的。也就是说，可以相对地设定这些表面中的每一个的粗糙度，使得满足上述关系，而不考虑0.5μm作为算术平均粗糙度Ra的阈值。

上述实施例和变型例可以根据需要以除了上面明确描述的方式之外的其他方式进行组合，并且可以在不脱离本发明的范围的情况下以各种方式进行变型。

Claims (18)

1.一种内燃机，包括：

进气口及排气口，所述进气口及排气口与燃烧室连通；

进气门，所述进气门包括进气门轴和进气门头，所述进气门头被布置在所述进气门轴的端部处并且打开和关闭所述进气口；和

排气门，所述排气门包括排气门轴和排气门头，所述排气门头被布置在所述排气门轴的端部处并且打开和关闭所述排气口，

其中，所述进气门的表面包括进气门头前表面和进气门头后表面，所述进气门头前表面当所述进气门被关闭时被暴露于所述燃烧室中，所述进气门头后表面当所述进气门被关闭时被暴露于所述进气口中，

其中，所述排气门的表面包括排气门头前表面和排气门头后表面，所述排气门头前表面当所述排气门被关闭时被暴露于所述燃烧室中，所述排气门头后表面当所述排气门被关闭时被暴露于所述排气口中，并且

其中，整个排气门头后表面的算术平均粗糙度大于整个进气门头前表面、整个进气门头后表面和整个排气门头前表面中的每一个的算术平均粗糙度。

2.根据权利要求1所述的内燃机，

其中，整个排气门头后表面的算术平均粗糙度大于0.5μm，并且

其中，整个进气门头前表面、整个进气门头后表面和整个排气门头前表面中的每一个的算术平均粗糙度等于或小于0.5μm。

3.根据权利要求1或2所述的内燃机，

其中，至少一个沟槽被形成在所述排气门头后表面中。

4.根据权利要求3所述的内燃机，

其中，所述至少一个沟槽包括多个沟槽，所述多个沟槽被形成在所述排气门头后表面中以便沿所述排气门头的径向方向放射状延伸。

5.根据权利要求4所述的内燃机，

其中，所述多个沟槽中的每个沟槽均被形成为与在所述排气门头的径向向内定位的部分处相比在所述排气门头的径向向外定位的部分处变得更深。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的内燃机，

其中，所述排气门头前表面和所述排气门头后表面的整体的算术平均粗糙度大于所述进气门头前表面和所述进气门头后表面的整体的算术平均粗糙度。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的内燃机，

其中，整个排气门头后表面的算术平均粗糙度大于整个进气门头后表面的算术平均粗糙度。

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的内燃机，

其中，整个进气门头后表面的算术平均粗糙度大于整个进气门头前表面的算术平均粗糙度。

9.根据权利要求1至8中的任一项所述的内燃机，

其中，整个排气门头前表面的算术平均粗糙度小于整个进气门头前表面的算术平均粗糙度。

10.根据权利要求1至9中的任一项所述的内燃机，

其中，位于所述进气门头的径向外侧的所述进气门头前表面的部分的算术平均粗糙度大于位于所述进气门头的径向内侧的所述进气门头前表面的部分的算术平均粗糙度。

11.根据权利要求1至10中的任一项所述的内燃机，

其中，位于所述进气门头的径向外侧的所述进气门头后表面的部分的算术平均粗糙度小于位于所述进气门头的径向内侧的所述进气门头后表面的部分的算术平均粗糙度。

12.根据权利要求1至11中的任一项所述的内燃机，

其中，位于所述排气门头的径向外侧的所述排气门头前表面的部分的算术平均粗糙度小于位于所述排气门头的径向内侧的所述排气门头前表面的部分的算术平均粗糙度。

13.根据权利要求1至12中的任一项所述的内燃机，

其中，位于所述排气门头的径向外侧的所述排气门头后表面的部分的算术平均粗糙度大于位于所述排气门头的径向内侧的所述排气门头后表面的部分的算术平均粗糙度。

14.根据权利要求1至13中的任一项所述的内燃机，

其中，所述进气门包括进气前表面涂层和进气后表面涂层，所述进气前表面涂层覆盖所述进气门头前表面的至少一部分，所述进气后表面涂层覆盖所述进气门头后表面的至少一部分，并且

其中，所述进气前表面涂层比所述进气后表面涂层薄。

15.根据权利要求14所述的内燃机，

其中，所述进气前表面涂层的厚度等于或小于整个进气门头前表面的算术平均粗糙度。

16.根据权利要求14或15所述的内燃机，

其中，所述进气后表面涂层的厚度等于或小于整个进气门头后表面的算术平均粗糙度。

17.根据权利要求1至16中的任一项所述的内燃机，

其中，所述排气门包括排气前表面涂层，所述排气前表面涂层覆盖所述排气门头前表面的至少一部分，并且

其中，所述排气门头后表面未被涂层覆盖。

18.根据权利要求17所述的内燃机，

其中，所述排气前表面涂层的厚度等于或小于整个排气门头前表面的算术平均粗糙度。

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