CN1408989A - 多阀发动机 - Google Patents

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CN1408989A
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steel
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毛利彰良
小林治树
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Fuji Oozx Inc
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/26—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of two or more valves operated simultaneously by same transmitting-gear; peculiar to machines or engines with more than two lift-valves per cylinder
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
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  • Control Of Throttle Valves Provided In The Intake System Or In The Exhaust System (AREA)

Abstract

一种多阀发动机，其包括位于气缸上的多个进气和排气阀。根据使用，其中一个阀由高耐热材料制成，另一阀由低耐热材料制成，从而降低成本并提高耐用性和可靠性。

Description

多阀发动机
技术领域
本发明涉及一种在气缸上安装有多个进气或排气阀的多阀发动机。
背景技术
在这样的多阀汽油发动机中，如DOHC(双凸轮轴)型阀动机构，在气缸上通常安装两个进气和排气阀。
这种多阀发动机所采用的进气和排气阀由相同材料制成，因为进气或排气阀取决于发动机的形式和规格。
最近，由于对有毒排放气体和减少CO2排放量管理的加强，汽油发动机的进气和排气条件趋向于大幅度改变。已经完成了规范中的各种措施和改变。例如，为减少NOx，进行很多EGR(排气再循环)，或为提高燃烧率，在导管中形成涡流，或改变凸轮轴的相位。
例如，进行内部EGR以减少泵送损失来改善发动机性能。这些措施可能会对进气阀产生特别的影响。为减少NOx，进行很多EGR(排气再循环)，并且高温气体通过设置有进气阀的多个阀的部分或全部，以回流到气缸来提高进气阀的温度。
为在导管中形成涡流，存在停止部分多阀的进气阀的方法，但新鲜空气不能通过停止的进气阀，从而降低阀盖下面的冷却性能因而提高了温度。
而且，为控制新吸入的空气量，在多阀型进气阀被部分停止以使停止的进气阀的温度升高的同时进行内部EGR。
减少有毒排放气体并提高燃烧率的措施增加了进气阀的热负荷而降低了其耐热性并加快了磨损。用相同的材料制成多个进气阀在成本，可靠性和发动机性能方面是不合理的，因为一个进气阀成为了降低耐用性的多余质量。
在多阀柴油发动机中，多个进气阀由相同的材料制成，并且多个排气阀也由相同的材料制成。在一个排气阀略微打开以致动排气制动器的柴油发动机中，其具有用相同材料制造排气阀的缺点。
发明内容
鉴于以上缺点，本发明的一个目的是提供一种多阀发动机，其通过根据进气和排气条件以及阀的使用来决定多个进气和排气阀的材料，从而降低成本并增加耐用性，可靠性和改善发动机性能。
附图说明
本发明的这些和其它特点与优点在对附图所示的实施例的描述中会更加明显，其中：
图1是根据本发明的多阀汽油发动机第一实施例的示意透视图；
图2是根据本发明的多阀汽油发动机第二实施例的示意透视图；
图3是根据本发明的多阀汽油发动机第三实施例的示意透视图。
具体实施方式
下面将参照附图描述本发明的实施例。
图1示出了本发明的第一实施例，其包括具有双凸轮轴型阀动机构的多阀内燃机(单个气缸)的一部分。标号1表示在气缸2内上下移动的活塞；标号3a，3b表示通过阀弹簧和阀弹簧座(未示出)安装在气缸盖(未示出)上的两个进气阀；标号4a，4b表示两个排气阀；以及标号5表示在气缸盖内并指向气缸2中心的火花塞。
进气阀3a，3b通过转动其中一个凸轮轴(未示出)而打开和关闭入口7。入口7在气缸2的顶端朝着每个进气口6a，6b打开。同样，每个排气阀4a，4b通过另一凸轮轴打开和关闭分支排气口8的出口9。
对于进气口6a，连接到排气歧管(未示出)上的排气阀回流管10连接于其上，因此在高速和高负荷运转期间部分排出气体可被EGR控制阀(未示出)控制并回流。因此，进气口6a的进气阀3a与另一进气阀3b相比具有较高的操作温度和较高的热负荷。
进气阀3a由具有较高耐热性的材料制成，例如，广泛用于普通进气阀的马氏体耐热钢，如SUH3和SUH5，以及Cr钢，如5Cr钢。具有较低热载荷的另一进气阀3b由较低耐热性和较便宜的材料制成，例如碳钢，普通结构钢和轻的材料，例如Al合金，如Al-Si和A1-Si-Cu，以及Ti合金，如Ti64合金。
两进气阀中由较便宜的材料制成的一个进气阀3b减小了阀动机构的惯性质量和机械损失如摩擦，从而改善了发动机性能，如输出和燃料消耗率。排气阀4a，4b由奥氏体耐热钢，如SUH35或SUH36，制成。
图2示出了本发明的第二实施例，其中涡流控制阀11设置在进气口6b内。通过控制阀11，进气阀3b在低速和中速旋转时被停止，并且进气口6a的入口7被封住，从而在气缸2内形成涡流以增加燃烧率。
在本实施例的多阀发动机中，含有涡流控制阀11的进气阀3b总是工作的，并且新鲜空气不断被引进形成循环以增强冷却效果并减小热负荷。与上述相同，可采用低耐热材料如碳钢，普通结构钢，Al合金或Ti合金。
在涡流形成过程中停止的进气阀3a中，新鲜空气的冷却作用受到阻碍，并且由于排出气体的回流，其工作温度升高从而增加了热负荷。
因此，作为进气阀3a的材料，与上述相同，可以是马氏体耐热钢或采用高耐热奥氏体钢。
进气阀3a与另一进气阀3b相比具有较少的操作数从而具有较低的摩擦，并且可采用所述材料。在另一总是工作的吸气阀3b中，可进行抗磨损处理。例如，将硬合金如钨铬钴合金衬垫到阀表面上，或采用塔夫盐浴碳氮共渗法硬化整个阀门。
为减小进气阀3a的热载荷，可采用具有较高耐热性和高传热性的材料如Ti-Al金属互化物和碳钢，因此阀盖中的热量可通过阀座和阀导承进入到气缸中，从而强化冷却效果。
图3示出了第三实施例，其中绘出了多阀和多缸柴油发动机的一部分。在气缸盖12中，两个进气阀(未示出)和两个排气阀13a，13b安装在每个气缸2上。
在排气阀13a，13b中，T形挤压部件14上表面的中间被摇臂15的一端挤压，摇臂15通过凸轮轴(未示出)的凸轮上下移动，因此阀13a，13b同时工作以打开和关闭分叉的排气口16。
各进气阀通过与上述类似的机构工作以打开和关闭进气口(未示出)。
在多阀多气缸柴油发动机中，具有一个排气制动系统，其中排气制动器用来通过关闭排气管(未示出)的排气节流阀来增加制动力。
在排气制动系统中，其中一个排气阀13a被执行机构的挤压杆略微打开，排气歧管中的排出气体充满气缸2的燃烧腔，以增加压缩损失来提高制动力。
在具有这样的排气制动系统的柴油发动机中，高温排出气体通过排气阀13a。这样，排气阀13a的温度高于另一排气阀13b以增加热载荷。
因此，排气阀13a由含有Ni超耐热合金如NCF751和NCF80A的耐热和耐磨材料制成。或者，整个阀门由奥氏体耐热钢如SUH35或SUH36制成，并且阀门表面用Co硬金属(钨铬钴合金)，或Co或Ni金属互化物(triballoy)衬垫。
另一排气阀13b由普通的奥氏体耐热钢或Ti合金如Ti6242制成，或用钨铬钴合金衬垫阀门表面。
承受高热负荷的排气阀13b由耐热材料制成，并且硬材料衬垫在需要耐磨的阀门表面上，从而显著提高其耐用性以提高发动机的可靠性。
本发明不限于前述的实施例。在第一和第二实施例中，需要耐热性的主要是进气阀3a的阀盖，不需要把整个阀门做成高耐热的，可做成焊接类型的进气阀3a，其中阀杆由小比重材料制成，并与由较高耐热材料制成的阀盖相连接。
在如图3所示的实施例中，只有排气阀13a的阀盖需要耐热性和耐磨性。阀盖由较高耐热和耐磨材料制成，阀杆由相对较低的耐热和耐磨材料，较高的传热材料或较小比重材料制成。然后再把阀盖与阀杆接合起来。
因此，排气阀13a的冷却性能提高了，而且阀13a的重量可以减轻。
除了前述的多阀汽油发动机，本发明还适用于包含EGR和涡流控制阀的多阀汽油发动机，具有内部EGR的多阀发动机。
前述只涉及到本发明的实施例。本领域的普通技术人员在不脱离权利要求限定的范围内可对其进行各种改变和修改。

Claims (7)

1.一种多阀发动机，其具有位于气缸上的多个进气和排气阀，其中一个阀的材料根据使用不同于另一阀的材料。
2.如权利要求1所述的多阀发动机，其中一个进气阀由较高耐热材料制成，另一阀由较低耐热材料制成。
3.如权利要求2所述的多阀发动机，其中所述较高耐热材料是马氏体耐热钢或Cr钢，其中所述较低耐热材料是碳钢，普通结构钢，Al合金或Ti合金。
4.如权利要求1所述的多阀发动机，其中一个所述进气阀具有涡流控制阀并由较低耐热材料制成，另一所述进气阀由较高耐热材料制成。
5.如权利要求4所述的多阀发动机，其中所述较高耐热材料是马氏体或奥氏体耐热钢，所述较低耐热材料是碳钢，普通结构钢，Al合金或Ti合金。
6.如权利要求1所述的多阀发动机，其中所述发动机包括具有排气制动系统的柴油发动机，其中一个所述排气阀由较高耐热材料制成，另一所述排气阀由较低耐热材料制成。
7.如权利要求6所述的多阀发动机，其中所述较高耐热材料由Ni超耐热合金，奥氏体耐热钢，Co超硬合金或衬垫在阀表面上的Co/Ni金属互化物制成，另一所述排气阀由耐热钢或Ti合金制成。
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