[实用新型]一种带隔热套的防止高温失效的发动机气门

说明书

技术领域

本实用新型涉及发动机零部件制造领域，具体是一种新型的发动机气门。

背景技术

气门(附图7)是发动机的关键的零部件，从功能上又分为进气门和排气门。进气门打开，往燃烧室送入新鲜空气，进、排气门均关闭，燃油经过化油器又向燃烧室喷油、点火、爆炸燃烧，推动活塞运动作功，排气门打开，排出经燃烧后的高温废气。

发动机燃烧时的温度汽油机可达到1500--1800℃，柴油机更高达1800--2200℃。经燃烧后排出的废气温度也高达750--800℃，在这种恶劣的工况条件下，排气门极易被烧蚀变形，进气门因为在送入新鲜空气过程中被冷却，受热情况较好，针对上述情况，发动机气门(下面主要是指排气门)的制造技术设计要在确保耐磨性、抗腐蚀性外，首要任务是提高气门在高温下的强度，这必须从钢材型号选择着手，从合金钢40cr发展到42cr9si2、40cr10si2mo(马氏体耐热合金钢)，再到53cr21mn9N14N(奥氏体耐热不锈钢)，价格从几千元上升到几万元一吨，但面对发动机技术从低速向高速发展，作功压缩比增大趋势，发动机作功燃烧的温度也越来越高，现有气门用钢在高温下抗拉强度及屈服强度已显不足。

详见附表1高温抗拉强度，表2高温屈服强度。

表1高温短时抗拉强度

表A2高温短时屈服强度

GB/T 12773-2008

从表中我们可知，当发动机排出的废气温度高达800℃时，只有高温镍基合金CH4751、GH4080A才能保持持续强度，镍是稀有金属，全球储备有限，价格更高达几十万一吨，目前只有高级跑车及赛车上才有少量使用。气门用钢在材料的选择及开发应用上已遇到了瓶颈，极大地局限了发动机性能的进一步提高。

针对排气门用钢在高温使用下的强度局限，一种能在发动机工作中降低排气门温度的技术，即空芯充钠气门应运而生。附图8即为一种空芯充钠空芯气门，空芯气门的制造原理是将气门的盘部和杆部加工成空心，然后将金属钠填充其中(金属钠的物理属性被加热到摄氏九十多度时就会气化)当排气门在高温下工作时，金属钠 被气化，从而将一部分热量带走，降低了整个气门的受热状况，提高了气门的耐高温性能(可以降低气门工作温度100℃)。但空芯充钠气门也有许多不足，其一：金属钠在保存、运输、使用过程中都有一定的危险性，钠的化学反应性很高，在氧、氯、氟、溴蒸汽中会燃烧，遇水或潮气会产生化学反应，产生氢气，大量放热，引起燃烧或爆炸，金属钠暴露在空气中能自燃并爆炸。其二：空芯气门的制造工艺相当复杂，它必须将气门分为盘部和杆部两个独立部分单独加工，然后在盘部的杆端处钻孔，孔径一般为3mm,深度为60mm的小深孔，除需要昂贵的专用深孔钻头外，加工效率低，耗材费用高(因为是深孔，排屑困难，钻头易折断)。加工完小深孔还很难清洗，再填充金属钠(前文已介绍有危险性)，然后将盘部与杆部二个独立的部分通过摩擦焊接成一个整体，再车削焊接疤，然后送热处理消除焊接应力，最后将连接的二部分经切削加工(消除不同心)后再流入正常气门加工工序。可见空芯充钠气门加工复杂，成本高，效率低下，废品率高。其三：因为要将盘部和杆部通过摩擦焊接连成整体。为了保证焊接质量，焊接后的连接面积得有一定的保障，这就制约了气门杆部空芯面积不能太大(一般杆径为6mm，孔径为3mm，占气门杆面积的33％)，纵然这样，摩擦焊接部位依然是质量隐患的高发点，断裂失效时有发生，因为空芯面积小，充钠也有限，据实际使用中的数据，空芯充钠气门最大也就只能降低100℃，限制了空芯气门的使用范围。随着节能减排的推行，进一步提高发动机燃烧效率，增加压缩比是唯一而有效的途径。然而它的直接结果就是燃烧温度更高，废气的排放温度也更高，空芯充钠气门由于受降温局限已不能胜任。

用什么方法使气门在发动机更高的工作温度下能确保排气门正常工作，是目前发动机提高燃烧效率、增加功率输出、节能减排攻关中所遇到的众多难题之一。

实用新型内容

本实用新型的目的是解决在发动机恶劣环境下，气门正常连续工作的可靠性问题。

为实现本实用新型目的而采用的技术方案是这样的，一种带隔热套的防止高温失效的发动机气门，其特征在于:包括发动机气门本 体和隔热套。

所述发动机气门本体由气门杆和盘部组成。

所述隔热套嵌套在气门杆上。所述隔热套的一端面向盘部。

进一步，所述隔热套内部为台阶孔。所述台阶孔由小孔和大孔组成。所述小孔的内壁与气门杆接触。所述大孔与气门杆之间具有间隙。