CN113557351B - 用于发动机缸盖的具有文丘里流动冠部和构形用于限制阀凹陷的座面的阀座插件 - Google Patents

Abstract

一种用于控制汽缸(16)的换气的换气阀(诸如进气阀(24))的阀座插件(38)包括插件主体(40)，该插件主体具有内周面(52)、外周面(56)，和构造成在关闭位置处接触换气阀(24)并且构形为限制其阀凹陷的阀座面(59)。阀座面(59)包括线性段(166)和弯曲段(62、68)的布置，该弯曲段形成磨损冠部(64、70)以在不同磨损状态下接触换气阀(24)。阀座插件(38)通过内周面(52)进一步构造成具有进入流冠部(75)和从进入流冠部(75)向阀座插件(38)的喉部(54)延伸的文丘里管(55)。文丘里管(55)使进入气流加速。

Description

用于发动机缸盖的具有文丘里流动冠部和构形用于限制阀凹 陷的座面的阀座插件

技术领域

本发明总体上涉及发动机阀和相关硬件，并且更具体地涉及用于进气阀的阀座插件，该阀座插件被加冠以增强气流并且构形为限制阀凹陷。

背景技术

换气阀用于内燃发动机中，以控制汽缸与进气源或进气和其他气体(诸如再循环废气)之间的流体连接，或汽缸与用于在操作期间排出燃烧产物的排气歧管之间的流体连接。其中单个进气阀和单个排气阀与发动机中的每个汽缸相关联的设计以及其中每种相应类型的多个换气阀与每个汽缸相关联的设计是已知的。通常以一半发动机速度旋转的凸轮轴与阀挺杆、桥、摇臂和/或用于在适当的发动机正时控制换气阀的打开和关闭的其他设备联接。

换气阀移出和移入与发动机缸盖或发动机缸盖内的阀座插件的接触以实现它们的打开和关闭动作。换气阀可以在很大的机械力下在其打开和关闭位置之间移动。汽缸内环境与数百度的燃烧温度以及相对较高的压力有关。这些和其他因素导致换气阀的操作条件非常苛刻。已经观察到换气阀和阀座或阀座插件会随着时间的推移表现出称为阀凹陷的现象。在发动机的使用寿命过程中，或在保养间隔期间，换气阀与其阀座之间的接触总数可以达到数百万或甚至可能数十亿。苛刻的条件和大量的冲击会导致形成换气阀和/或阀座的材料磨损和/或变形，从而使阀相比所需要的程度进一步向发动机缸盖″后退″或″后退″进入发动机缸盖。在阀座凹陷变得足够严重的情况下，发动机操作或性能可能会受到影响，有时过早地需要所谓的顶端大修。工程师们试验了各种不同的技术，试图改善阀座凹陷和其他阀磨损模式的程度和影响。尝试重新设计阀或阀座的持续挑战是几何形状改变对气流或其他操作特性的通常不可预测的影响。气体流动模式和/或效率会影响汽缸内压力和温度、燃料和空气混合物的组成，或潜在影响排放物减少策略、发动机效率、散热或热疲劳的或另外其他参数的其他参数。日本专利申请公开No.JP8270417A中提出了一种明显地旨在防止阀面的外径侧局部磨损的策略。根据′417参考文献，朝向阀面的座面隆起的凸面抵靠阀座的座面以解决局部磨损问题。

发明内容

在一个方面，用于内燃发动机的发动机缸盖组件包括具有形成在其中的进气导管的发动机缸盖，和至少部分地定位在发动机缸盖内并限定在第一轴向端面和第二轴向端面之间延伸的阀座中心轴线的阀座插件，该第一轴向端面构造成面向内燃发动机中的汽缸。阀座插件进一步包括形成喉部的内周面、外周面和阀座面。阀座面在轮廓上包括形成用于在早期磨损状态下接触进气阀的第一磨损冠部的外弯曲段、形成用于在后期磨损状态下接触进气阀的第二磨损冠部的内弯曲段，和在外弯曲段和内弯曲段之间延伸的线性段。内周面在轮廓上包括形成进入流冠部的上弯曲段和在上弯曲段和内弯曲段之间延伸的倾斜段。上弯曲段与第二轴向端面过渡，并且进入流冠部从发动机缸盖径向向内偏移。倾斜段以相对于阀座中心轴线的文丘里角取向，使得内周面形成文丘里管以加速流向汽缸的进入气体流。

在另一方面，用于内燃发动机中的进气阀的阀座插件包括环形插件主体，该环形插件主体限定在第一轴向端面和第二轴向端面之间延伸的阀座中心轴线，该第一轴向端面构造成面向内燃发动机中的汽缸。环形插件主体进一步包括限定喉部的内周面，该喉部构造成将汽缸流体联接至发动机缸盖中的进气导管；外周面；和用于接触在第一轴向端面和内周面之间延伸的进气阀的阀座面。阀座面在轮廓上包括形成用于在早期磨损状态下接触进气阀的第一磨损冠部的外弯曲段、形成用于在后期磨损状态下接触进气阀的第二磨损冠部的内弯曲段，和在外弯曲段和内弯曲段之间延伸的线性段。内周面在轮廓上包括形成进入流冠部的上弯曲段和在上弯曲段和内弯曲段之间延伸的倾斜段。上弯曲段与第二轴向端面过渡，并且倾斜段从上弯曲段以相对于阀座中心轴线约10°或更大的文丘里角径向向内延伸，使得内周面形成文丘里管以加速流向汽缸的进入气体流。

在又一方面，用于内燃发动机中的进气阀的阀座插件包括环形插件主体，该环形插件主体限定在第一轴向端面和第二轴向端面之间延伸的阀座中心轴线，该第一轴向端面构造成面向内燃发动机中的汽缸。环形插件主体进一步包括限定喉部的内周面，该喉部构造成将汽缸流体联接至发动机缸盖中的进气导管；外周面；和用于接触在第一轴向端面和内周面之间延伸的进气阀的阀座面。阀座面形成用于在早期磨损状态下接触进气阀的第一磨损冠部、用于在后期磨损状态下接触进气阀的在第一磨损冠部的径向向内和轴向向内的第二磨损冠部，和在轮廓上为线性并在第一磨损冠部和第二磨损冠部之间延伸的中间表面。内周面形成与第一轴向端面过渡的进入流冠部，和在进入流冠部和内磨损冠部之间延伸并限定相对于阀座中心轴线约10°或更大的文丘里角的文丘里管。

附图说明

图1是根据一个实施例的内燃发动机的截面侧示意图；

图2是根据一个实施例的阀座插件的示图；

图3是图2的阀座插件的截面视图；

图4是根据一个实施例的换气阀和阀座插件的一部分的截面侧示意图；

图5是从图4的圆圈5截取的详细视图；

图6是从图5的圆圈6截取的详细视图；

图7是根据一个实施例的发动机缸盖中的换气阀和阀座插件的一部分的截面侧示意图；

图8是在图7的圆圈8处截取的详细视图；

图9是在图8的圆圈9处截取的详细视图；

图10是根据本发明的在发动机缸盖中靠近进气阀的阀座插件与另一种设计比较的对比图；并且

图11是流量系数与根据本发明的设计和另一设计的阀升程/直径相比的图。

具体实施方式

参照图1，示出了根据一个实施例的内燃发动机并且该内燃发动机包括发动机壳体12，该发动机壳体12具有其中形成有汽缸16的汽缸体14。内燃发动机10(以下称为″发动机10″)可以是多种发动机中的任一种，包括压燃式柴油发动机、火花点火式汽油发动机、构造成以在标准温度和压力下为气态的燃料运行的气态燃料发动机、双燃料发动机，或另一种。在压燃式柴油发动机应用中，诸如直喷式柴油发动机，合适的燃料可以包括柴油馏出物燃料、生物柴油、这些的混合物或其他。发动机缸盖18联接至汽缸体14并且具有形成在其中的第一气体交换导管20和第二气体交换导管21。气体交换导管20和21可以各自或任一是构造为与进气歧管流体连接的进气导管或构造为与排气歧管连接的排气导管。在实际实施策略中，气体交换导管20是进气导管，并且气体交换导管21是排气导管。

活塞32可在汽缸16内在下死点位置和上死点位置之间移动，并且以通常传统的方式通过连杆34联接至曲轴(未示出)。发动机10可以包括以任何合适的配置诸如V形配置、直列式配置或另一种配置的任意数量的汽缸。发动机缸盖18可以包括与发动机10中的所有多个汽缸相关联的整体式发动机缸盖，或者可以是每个都与少于发动机10中的所有汽缸相关联的多个单独的发动机缸盖部分中的一个。发动机10进一步包括可以包括进气阀的第一换气阀24和可以包括排气阀的第二换气阀25。换气阀24，包括其结构和操作的方面，在本文中以单数形式讨论，然而，应当理解，换气阀24的描述可以通过类比的方式应用于发动机10内的任何其他换气阀，除非另有说明。换气阀24显示为或多或少相对于活塞32的往复运动方向垂直取向，然而，还应该理解的是，其他配置诸如处于对角线取向的换气阀也被考虑在内。换气阀24还包括连接至阀头26的轴或杆28。阀桥30或类似物可以联接至换气阀24，使得换气阀24可以与另一个换气阀(未示出)一起在打开和关闭位置之间移动，诸如响应于凸轮轴的旋转和摇臂、阀挺杆组件和/或其他设备的运动。复位弹簧36以通常常规的方式与换气阀24联接。

发动机10进一步包括由发动机缸盖18和分别与换气阀24和25相关联的多个阀座插件38和39形成的发动机缸盖组件11。换气阀24以及类似地发动机10的其他换气阀可在关闭的阀位置和打开的阀位置之间移动。在关闭的阀位置，内阀面46接触阀座插件38，而换气阀25接触阀座插件39。在关闭位置，汽缸16被阻止与相应的气体交换导管20和21流体连通。在打开的阀位置存在流体连通。外阀面44或燃烧面朝汽缸16取向。从下面的描述中还可以进一步清楚地看出，阀座插件38和可能还有阀座插件39与相应的换气阀24和25一起被构造成在发动机10的使用寿命或保养间隔过程中减缓和改变阀凹陷的性质，并提供至少与已知设计一样有效并相对于已知设计可能改进的进气流特性。

现在还参考图2和3，更详细地示出了阀座插件38。还应当理解，除非另有说明或从上下文中显而易见，否则对阀座插件38的某些特征的描述将被理解为指的是本文讨论和预期的其他阀座插件的类似特征。阀座插件38包括诸如通过过盈配合至少部分地定位在发动机缸盖18内的环形一体式插件主体40，并限定阀座中心轴线42。插件主体40可以由钢(诸如高合金硬化钢或工具钢)铸造和机加工并形成。阀座插件38还包括面向汽缸16的第一轴向端面48、第二轴向端面50、限定喉部54以流体地定位在汽缸16和气体交换导管20之间以将它们流体地连接的内周面52、外周面56和在第一轴向端面48和内周面52之间延伸的阀座面59。阀座中心轴线42在第一轴向端面48和第二轴向端面50之间延伸。内周面52一般为圆锥形，或者可以具有圆锥形部分，并且进一步可以看出在第二轴向端面50的方向上形成锥形开口。内周面52和/或其组成表面形成朝向喉部54变窄的文丘里管55，以在换气阀24打开时使流向汽缸16的气体进入流加速，从而补偿某些阀座差或甚至相比较早的设计改进，具有其他或没有特殊修改以消除或延缓阀座凹陷的进展。如本文进一步讨论的，阀座插件38可具有比某些现有设计成比例地更大的阀座表面积，以及稍微更小的用于气体交换的可用流动面积，其中改进的文丘里管加速的流动补偿了或不只是补偿了否则可能预期会降低性能的那些方面。外周面56具有圆柱形形状并且可以位于距阀座中心轴线42均匀的距离处。在一个实施方式中，阀座插件38是″干的″，这意味着不采用通过发动机冷却剂等的额外冷却。外周面56可以不间断地抵靠发动机缸盖18，使得当阀座插件38定位在发动机缸盖18内用于维修时，例如通过过盈配合，不存在背部冷却空隙或对阀座插件38提供液体冷却的所形成的其他空腔。倒角49可以在外周面56和第二轴向端面50之间延伸。

现在还参考图4，将回想到阀座插件38被构造成减缓和影响随着时间的推移由阀和阀座之间的接触引起的某些磨损模式的进展。阀座插件38包括在第一轴向端面48和内周面52之间延伸的阀座面59，如上所述。阀座面59可以构形为限制阀凹陷并且在轮廓上包括与第一轴向端面48相邻的外线性段60、与外线性段60相邻并与其过渡的外弯曲段62、与外弯曲段62相邻并与其过渡的内线性段66，以及与内线性段66相邻并与其过渡的内弯曲段68。内线性段66可以理解为由轮廓为线性的中间表面形成，该中间表面在外弯曲段62和内弯曲段68之间延伸并与其过渡。与……过渡、过渡和相关术语可以理解为表示一个线段的端点也是相邻线段的端点。外弯曲段62形成用于在早期磨损状态下接触换气阀24的第一磨损冠部64，并且内弯曲段68形成用于在后期磨损状态下接触换气阀24的在第一磨损冠部64的径向向内和轴向向内的第二磨损冠部70，其中内线性段66在外弯曲段62和内弯曲段68之间延伸。如本文所用，术语″轴向向内″应理解为表示沿着阀座中心轴线42朝向轴线42的线段的中点的方向，其对应于阀座插件38的全轴向长度尺寸。″轴向向外″是指远离该中点的相反方向。″径向向内″和″径向向外″是通常常规使用的术语。

当阀座插件38和换气阀24首次投入使用时的初始接触可能发生在内阀面46和第一磨损冠部64之间的接触带处。当各个部件变形和磨损时，它们可以从其中部件具有在内阀面46和第一磨损冠部64之间形成的线接触或几乎线接触带的早期磨损状态过渡到其中内阀面46与外弯曲段62和内线性段66的一部分基本平行并完全接触的完全面接触和其中保持完全面接触但也过渡到与第二磨损冠部70接触的更后期磨损状态。应当理解，术语″早期磨损状态″和术语″后期磨损状态″在本文中彼此相关地使用，不一定意味着″早期″预期新的或″后期″预期旧的，尽管此类术语可能适用于实际情况。相对于阀座面59的轮廓示出的某些基本原理适用于多个不同的实施例，一些具有附加的或替代的结构细节，如本文进一步讨论的。

内周面52在轮廓上还包括倾斜段71，该倾斜段是线性的并且在形成第二磨损冠部70的内弯曲段62和进入流冠部75的上弯曲段73之间延伸。上弯曲段73和因此进入流冠部75可以由尺寸为约1毫米至约3毫米的半径形成，并且在改进中可以为约1毫米，并且还更具体地为约1.2毫米。如本文所用，术语″半径″是指物理表面结构，而半径″尺寸″是指由该物理表面结构定义的圆的几何半径的尺寸。在此上下文中的半径可以包括单个半径或多个变化的半径。倾斜段71可以围绕阀座中心轴线42周向延伸并且以相对于轴线42的文丘里角77取向，该文丘里角可以围绕阀座中心轴线42周向均匀，等于约10°或更大，并且更具体地可以是约14°。倾斜段71可以进一步与上弯曲段73和内弯曲段68中的每一个过渡，其中喉部54由内弯曲段80限定。进入流冠部75和上弯曲段73与第二轴向端面50过渡并且从发动机缸盖18径向向内偏移一段偏移距离81，该偏移距离可以大于形成上弯曲段73的半径的尺寸。形成内弯曲段68并因此形成第二磨损冠部70的半径的尺寸可以是约0.4毫米至约3毫米，并且更具体地可以是约0.4毫米。

在图4的图示中，还可以看出内阀面46以相对于平面72的阀角74取向，该平面72垂直于阀座中心轴线42取向。内线性段66以大于阀角74的相对于平面72的座角76取向。由内阀面46和内线性段66形成干涉角78，并且在内阀面46和内线性段66之间形成间隙80。阀角74可与座角76相差约0.4°至约0.6°。座角76可以为约20°至约30°，并且在一种实际实施方式中座角76可以为约20°。干涉角78可以为约0.37°。如本文所用，术语″约″应在常规四舍五入到有效数字的一致数目的上下文中理解。因此，″约20″表示19.5至20.4，″约19.5″表示19.45至19.54，依此类推。

现在还参考图5和图6，第二间隙90可以形成在内阀面46和外弯曲段62之间，并且从在大约如图所示的早期磨损状态下形成在内阀面46和第一磨损冠部64之间的接触带径向向外和轴向向外延伸。将回想到，初始接触带可以具有环形形式并且可以基本上是线接触图案，但是预期随着早期磨合发生而开始朝着面接触图案变化。第二间隙90的尺寸可以包括在阀座面59的内阀面46和外弯曲段62之间的约0.1毫米的面对长度92。面对长度92可以理解为从接触带到阀头26的外边缘的距离。另一角度94可以形成在外线性段60和内线性段66之间并且可以为约5°。边缘间隙距离以96示出并且表示到内阀面46的外边缘处的外弯曲段62的间隙距离，并且可以为约0.00056毫米。

图4中还示出了与完全面接触时获得的磨合面接触宽度相比的阀座插件38的全座宽度尺寸84或理论全座宽度，其随着部件之间磨损的进行最终可能变得可用。磨合面接触宽度以82示出，并且可以在早期磨合后观察到。在实施方式中，全座宽度84可以为约5毫米，更具体地约4.7毫米。图4的实施例中的磨合面接触宽度82可以为约4毫米，更具体地约4.2毫米。第一轴向端面48的端面宽度在图5中以86示出并且可以为约1毫米。外线性段60的线性段宽度以88示出并且可以为约0.5毫米。

现在转向图7，示出了根据另一个实施例的阀座插件138和与换气阀124(其可以包括进气阀)接触的环形插件主体140的特征。阀座插件138包括构形为限制阀凹陷的阀座面159并且包括在轮廓上与第一轴向端面(未编号)相邻的外线性段160、与外线性段160相邻并与其过渡并且形成在早期磨损状态下被换气阀124接触的第一磨损冠部164的外弯曲段162。阀座面159进一步包括与外弯曲段162相邻并与其过渡的内线性段166，和与内线性段166相邻并与其过渡并且形成在第一磨损冠部164的径向向内和轴向向内并且在后期磨损状态下被换气阀124接触的第二磨损冠部170的内弯曲段168。内阀面146以相对于垂直于阀座中心轴线142的平面172的阀角174取向。内线性段166以大于阀角174的相对于平面172的座角176取向，使得形成干涉角178。在换气阀124和内线性段166之间形成间隙180。阀角174可以为约44.4°。座角176可以为约20°至约30°并且可以为约20°。干涉角178可以为约0.4°，并且更具体地约0.37°。如图8和图9所示，第二间隙190从内阀面146和第一冠部164之间的接触带径向向外和轴向向外延伸。在可包括进气阀座插件的阀座插件138中，全座宽度184可以为约5毫米，更具体地为约5.4毫米。磨合面接触宽度182可以为约5毫米，更具体地约5.0毫米。线性段宽度188可以为约0.6毫米，并且端面宽度186可以为约1毫米。间隙面对长度192可以为约0.25毫米，边缘间隙196可以为约0.00043毫米。外线性段160和内线性段166之间的角度194可以为约5°。

阀座插件138还包括内周面152，其具有在第二磨损冠部170和由下弯曲段185形成的第二流动冠部187之间延伸并与它们中的每一个过渡的下线性段183；和在下弯曲段185和形成进入流冠部175的上弯曲段173之间延伸并且与它们中的每一个过渡的的倾斜段171。进入流冠部175与发动机缸盖18偏移一段偏移距离181，该偏移距离大于形成上弯曲段173并因此形成进入流冠部175的半径的尺寸。内周面152还包括垂直段183，该垂直段183平行于阀座中心轴线142取向并且与下弯曲段185和上弯曲段173中的每一个过渡。喉部(未编号)由垂直段183限定。在一个实施方式中，垂直段183的运行长度为约1.5毫米，但可以为约0.0毫米至约2.5毫米。形成上弯曲段173的半径的尺寸可以为约1毫米。形成第二磨损冠部70的半径的尺寸可以为约0.4毫米。磨合面接触宽度182可以为约5毫米，并且更具体地约5.04毫米。完全面接触宽度184可以为约5.4毫米，并且更具体地约5.4毫米。文丘里角可以为约10°或更大，并且更具体地约27°。

如上所述，不同阀座插件实施例的各种特征和比例可以在共同的尺寸或比例范围内，其中图示的实施例代表不同的实际实施策略。以下是发现的一般尺寸和角度范围，以提供合适的核心设计原则。形成第一磨损冠部64、164的外弯曲段62、162的尺寸可以大于形成第二磨损冠部70、170的内弯曲段68、168的尺寸。外弯曲段62、162可由尺寸为约3毫米至约6毫米的半径形成。内弯曲段68、168可由尺寸为约0.4毫米至约3毫米的半径形成。形成内弯曲段80、180和因此第二磨损冠部70、170的半径可以小于形成外弯曲段62、162和因此第一磨损冠部64、164的半径和形成内弯曲段68、168和因此第二磨损冠部70、170的半径中的每一个。形成上弯曲段73、173的半径可以大于形成内弯曲段68、168的半径。完全面接触宽度84、184可以为约4毫米至约5毫米，更具体地约4.67毫米至约5.42毫米。磨合面接触宽度82、182可以为约4毫米至约5毫米，更具体地约4.16毫米至约5.04毫米。干涉角78、178可以为约0.3°至约0.6°，并且更具体地约0.37°。面对长度88、188可以为约0.52毫米至约0.63毫米。角度94、194可以为约5°至约10°。文丘里角77、177可以为约10°至约30°，更具体地约14°至约27°。内线性段66、166的运行长度可以与本文讨论的完全面宽度范围和其他阀座面参数一致地变化。形成上弯曲段75、175和因此第一流动冠部75、175的半径可以为约1毫米至约3毫米。下弯曲段183和因此第二流动冠部185可以由约5毫米至约7毫米并且特别是约5.4毫米的半径形成。形成第二流动冠部185的半径可以大于形成外弯曲段62和因此第一磨损冠部164的半径和形成上弯曲段173和因此进入流冠部175的半径中的每一个。

工业实用性

现在参考图10，示出了对比图，其中以轮廓示出了本发明的阀座插件138和与本发明的实施例不同构造但具有某些相似设计特征的另一阀座插件238。阀座插件138具有完全面接触座宽度184(磨合后)，其相对于阀座插件238的类似座宽度102增加约25％。尽管未在图10中示出，但阀座插件38的完全面接触座宽度84(磨合后)可相对于座宽度102增加约10％。由阀座插件138限定的喉部直径100大于由阀座插件238限定的喉部直径99，这意味着阀座插件238具有更大的用于进气的可用流动面积。可以注意到，根据本发明，阀座插件238没有构造有流动冠部或磨损冠部。

阀座插件可以通过发动机缸盖寿命的磨损性能在发动机性能和耐用性方面发挥关键作用。在减少磨损的同时优化气流已被证明是一项巨大的挑战。在操作发动机期间，进气阀往复运动进入和离开与阀座插件的接触。包括空气或与其他气体(诸如再循环废气或气体燃料)混合的空气的气体通常在高于大气压力的压力下供应到发动机，诸如从涡轮增压器压缩机。活塞的向下运动连同进气的增压，使得进气冲入汽缸，因为只要进气阀打开，活塞就在进气冲程中从上死点位置向下死点位置移动。

根据本发明，遇到进入流冠部75、175的进气将趋向于相对平稳地流过进入流冠部75、175并进入由内周面52、152形成的文丘里管。在进入文丘里管后，进入气体将根据已知原理开始朝向相关汽缸加速。在阀座插件138的情况下，并且在本发明的阀座插件中的任一个的情况下，然后可以预期加速的进气围绕第二流动冠部187，围绕第二磨损冠部70、170，经过阀座面59、159并最终围绕并经过换气阀24、124平稳地流动并进入相关的汽缸以与其中的燃料燃烧。与阀座插件238的设计和具有牺牲阀座或阀性能或发动机使用寿命的其他设计相比，平稳且加速流动穿过本发明的阀座插件可以补偿或不只是补偿减小的流动面积。

现在还参考图11，示出了图200，其中与在X轴上的阀升程/直径相比，在Y轴上示出了流量系数。流量系数是基于实际流量与理想流量的商的无量纲量。阀升程/直径可以理解为进气阀被升起的距离与阀座插件喉部直径的商。曲线202示出了阀座插件138可能预期的近似结果，曲线204示出了阀座插件38可能预期的近似结果，曲线206示出了阀座插件238可能预期的近似结果。应当理解，曲线202和204证明流量系数至少与对阀座插件238观察到的流量系数一样大，并且通常比其更大。即使在与其他设计相比减少进气的可用流动面积的情况下，诸如在阀座插件238的情况下，也观察到了这种改进的性能。

还将回想到，与阀座插件238相关的阀座直径102小于与阀座插件38和138相关的完全面接触宽度84、184，并且阀座插件238不形成有磨损冠部或某些其他特殊的阀座几何形状。本文讨论的磨损冠部连同阀座接触宽度、座角、阀角和其他几何特征，以可以理解为缓冲阀-阀座冲击的方式设计以减少阀座敲入以及减慢某些磨损模式。提供符合这些目标的阀座几何形状可以相比诸如在阀座插件238中使用但已发现对其他阀座插件特性(诸如气流特性)的设计施加某些限制的阀座设计而改进。

沿着这样的路线，阀座插件38、138关于进气阀座特性的几何形状，以及阀座插件38、138关于进气流动特性的几何形状可以被理解为交叉耦合变量的系统，其中修改阀座插件几何形状的一个方面通常会以不可预测的方式影响阀座插件几何形状的另一方面。例如，如果要保持或增加阀座直径，则提供第二磨损冠部70、170往往需要减小喉部直径。在第二磨损冠部70、170的情况下，半径太大会影响流动面积、文丘里角、座角或其他参数。半径太小可能无法提供所需的流动模式和/或损害所需的阀座性能。结合进入流冠部75、175并且将进入流冠部75、175定位成从发动机缸盖偏移可以相比可以利用没有进入流冠部并且没有从发动机缸盖偏移的阀座插件所获得的面积进一步减少可用流动面积。例如，如果形成进入流冠部的半径太小，则不能实现对进气的进入流的有益效果。如果形成进入流冠部的半径太大，则文丘里角可能太窄而无法实现所需的流动加速度。附加因素，诸如确定合适的文丘里角范围、座角范围、是否使用第二个流动冠部，以及其他因素都可以产生类似的效果。如果多于一个设计参数因不同设计而异，对性能的影响可能会更加复杂且不可预测。出于这些一般原因，应当理解，本发明的优化设计和参数指导提供了与阀座和进气流动性能有关的因素的实际平衡。

本描述仅用于说明目的，并且不应以任何方式解释为缩小本发明的范围。因此，本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的完整和公平的范围和精神的情况下，可以对当前公开的实施例进行各种修改。在检查附图和所附权利要求后，其他方面、特征和优点将是显而易见的。如本文所用，冠词″一(a)″和″一个(an)″旨在包括一个或多个项目，并且可以与″一个或多个″互换使用。如果仅打算使用一项，则使用术语″一个(one)″或类似的语言。此外，如本文所用，术语″具有(has)″、″具有(have)″、″具有(having)″等旨在是开放式术语。此外，除非另有明确说明，否则短语″基于″旨在表示″至少部分地基于″。

Claims (10)

1.一种用于内燃发动机(10)的发动机缸盖组件(11)，其包括：

发动机缸盖(18)，其具有形成在其中的进气导管(20)；

阀座插件(38、39、138)，其至少部分地定位在所述发动机缸盖(18)内并限定在第一轴向端面(48)和第二轴向端面(50)之间延伸的阀座中心轴线，所述第一轴向端面(48)构造成面向所述内燃发动机(10)中的汽缸(16)；

所述阀座插件(38、39、138)进一步具有形成喉部(54)的内周面(52、152)、外周面(56)和阀座面(59、159)；

所述阀座面(59、159)在轮廓上包括形成用于在早期磨损状态下接触进气阀(24)的第一磨损冠部(64、164)的外弯曲段(62、162)、形成用于在后期磨损状态下接触所述进气阀(24)的第二磨损冠部(70、170)的内弯曲段(68、168)，和在所述外弯曲段(62、162)和所述内弯曲段(68、168)之间延伸的线性段(66、166)；

所述内周面(52)在轮廓上包括形成进入流冠部(75,175)的上弯曲段(73、173)和在所述上弯曲段(73、173)和所述内弯曲段(68、168)之间延伸的倾斜段(71、171)；并且

所述上弯曲段(73、173)与所述第二轴向端面(50)过渡，且所述进入流冠部(75、175)从所述发动机缸盖(18)径向向内偏移，并且所述倾斜段(71)以相对于所述阀座中心轴线的文丘里角取向，使得所述内周面(52、152)形成文丘里管(55)以加速流向所述汽缸(16)的进入气体流。

2.根据权利要求1所述的发动机缸盖组件(11)，其中所述文丘里角为10°至30°；

所述阀座面(59、159)的所述线性段(66、166)限定了4毫米至5毫米的磨合面接触宽度，并且所述倾斜段(71、171)具有大于所述磨合面接触宽度的运行长度；

所述进入流冠部(75,175)从所述发动机缸盖(18)径向向内偏移大于形成所述上弯曲段(73、173)的半径的尺寸的距离；

形成所述上弯曲段(73、173)的半径的尺寸为1毫米至3毫米，形成所述外弯曲段(62、162)的半径的尺寸为3毫米至6毫米，并且形成所述内弯曲段(68、168)的半径的尺寸为0.4毫米至3毫米；

所述倾斜段(71、171)与所述上弯曲段(73、173)和所述内弯曲段(68、168)中的每一个过渡，并且所述喉部(54)由所述内弯曲段(68、168)限定。

3.根据权利要求1或2所述的发动机缸盖组件(11)，其中所述内周面(152)在轮廓上进一步包括形成第二流动冠部(187)的下弯曲段(185)、平行于所述阀座中心轴线取向并与所述下弯曲段(185)和所述内弯曲段(168)中的每一个过渡的垂直段(183)，并且所述喉部由所述垂直段(183)限定。

4.一种用于内燃发动机(10)中的进气阀(24)的阀座插件(38、138)，包括：

环形插件主体(40、140)，其限定在第一轴向端面(48)和第二轴向端面(50)之间延伸的阀座中心轴线，所述第一轴向端面构造成面向所述内燃发动机(10)中的汽缸(16)；

所述环形插件主体(40、140)进一步具有限定喉部(54)的内周面(52、152)，所述喉部构造成将所述汽缸(16)流体联接至发动机缸盖(18)中的进气导管(20)；外周面(56)；和用于接触在所述第一轴向端面(48)和所述内周面(52、152)之间延伸的进气阀(24)的阀座面(59、159)；

所述阀座面(59、159)在轮廓上包括形成用于在早期磨损状态下接触所述进气阀(24)的第一磨损冠部(64、164)的外弯曲段(62、162)、形成用于在后期磨损状态下接触所述进气阀(24)的第二磨损冠部(70、170)的内弯曲段(68、168)，和在所述外弯曲段(62、162)和所述内弯曲段(68、168)之间延伸的线性段(66、166)；

所述内周面(52)在轮廓上包括形成进入流冠部(75,175)的上弯曲段(73、173)和在所述上弯曲段(73、173)和所述内弯曲段(68、168)之间延伸的倾斜段(71、171)；并且

所述上弯曲段(73、173)与所述第二轴向端面(50)过渡，且所述倾斜段(71、171)从所述上弯曲段(73、173)以相对于所述阀座中心轴线10°或更大的文丘里角径向向内延伸，使得所述内周面(52、152)形成文丘里管(55)以加速流向所述汽缸(16)的进入气体流。

5.根据权利要求4所述的阀座插件(38、138)，其中：

所述上弯曲段(73、173)由大于形成所述内弯曲段(68、168)的半径的半径形成；并且

所述文丘里角为100至300。

6.根据权利要求5所述的阀座插件(38、138)，其中：

所述阀座面(59、159)的所述线性段(66、166)限定了4毫米至5毫米的磨合面接触宽度；

形成所述上弯曲段(73、173)的半径的尺寸为1毫米至3毫米；

形成所述外弯曲段(62、162)的半径的尺寸为3毫米至6毫米；并且

形成所述内弯曲段(68、168)的半径的尺寸为0.4毫米至3毫米。

7.根据权利要求6所述的阀座插件(38)，其中所述倾斜段(71)与所述上弯曲段(73)和所述内弯曲段(68)中的每一个过渡，并且所述喉部(54)由所述内弯曲段(68)限定；

所述磨合面接触宽度(82)为约4毫米；

形成所述上弯曲段(73)的半径的尺寸为约1毫米；

形成所述第二磨损冠部(70)的半径的尺寸为约0.4毫米；并且

所述文丘里角(77)为约140。

8.根据权利要求5或6所述的阀座插件(138)，其中所述内周面(152)在轮廓上进一步包括形成第二流动冠部(187)的下弯曲段(185)、和平行于所述阀座中心轴线取向并与所述下弯曲段(185)和所述外弯曲段(162)中的每一个过渡的垂直段(183)，并且所述喉部由所述垂直段(183)限定。

9.根据权利要求8所述的阀座插件(138)，其中所述垂直段(183)的运行长度为约1.5毫米；

所述阀座面(59、159)的所述线性段(66、166)限定的磨合面接触宽度为约5毫米；

形成所述上弯曲段(173)的半径的尺寸为约1毫米；

形成所述第二磨损冠部(170)的半径的尺寸为约0.4毫米；并且

所述文丘里角为约27°。

10.一种用于内燃发动机(10)中的进气阀(24)的阀座插件(38、138)，包括：

环形插件主体(40、140)，其限定在第一轴向端面(48)和第二轴向端面(50)之间延伸的阀座中心轴线，所述第一轴向端面构造成面向所述内燃发动机(10)中的汽缸(16)；

所述环形插件主体(40、140)进一步具有限定喉部(54)的内周面(52)，所述喉部构造成将所述汽缸(16)流体联接至发动机缸盖(18)中的进气导管(20)；外周面(56)；和用于接触在所述第一轴向端面(48)和所述内周面(52)之间延伸的进气阀(24)的阀座面(59、159)。

所述阀座面(59、159)形成用于在早期磨损状态下接触所述进气阀(24)的第一磨损冠部(64、164)、用于在后期磨损状态下接触所述进气阀(24)的在所述第一磨损冠部(64、164)的径向向内和轴向向内的第二磨损冠部(70、170)，和在轮廓上为线性并在所述第一磨损冠部(64、164)和所述第二磨损冠部(70、170)之间延伸的中间表面(66、166)；

所述内周面(52)形成与所述第一轴向端面(48)过渡的进入流冠部(75、175)，和在所述进入流冠部(75、175)和所述第二磨损冠部(70、170)之间延伸并限定相对于所述阀座中心轴线10°或更大的文丘里角的文丘里管(55)。