阅读说明：本技术 一种适用于柴油发动机的气门和配气结构 (Valve and gas distribution structure suitable for diesel engine ) 是由 肖景胜 孙歌 罗华欢 莫东强 邓继韶 李东平 苏德涛 于 2020-06-04 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种适用于柴油发动机的气门和配气结构,所述气门包括杆部和盘部,所述杆部包括第一杆段、第二杆段和第三杆段,所述盘部依次通过第一杆段、第二杆段与第三杆段连接,所述第一杆段的直径小于第三杆段的直径,所述第二杆段的直径自第三杆段向第一杆段方向逐渐变小,所述第三杆段的直径为8mm-24mm。本发明通过减小杆部靠近盘部的第一杆段和第二杆段的直径来防止气门在开合的过程中,由于气门与导管之间的热膨胀情况不同,而导致气门在导管口卡住。(The invention discloses a valve and a valve distribution structure suitable for a diesel engine, wherein the valve comprises a rod part and a disc part, the rod part comprises a first rod section, a second rod section and a third rod section, the disc part is sequentially connected with the third rod section through the first rod section and the second rod section, the diameter of the first rod section is smaller than that of the third rod section, the diameter of the second rod section is gradually reduced from the third rod section to the first rod section, and the diameter of the third rod section is 8-24 mm. The invention prevents the valve from being stuck at the opening of the guide pipe due to different thermal expansion conditions between the valve and the guide pipe in the opening and closing process of the valve by reducing the diameters of the first rod section and the second rod section of the rod part close to the disc part.)

一种适用于柴油发动机的气门和配气结构

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及一种适用于柴油发动机的气门和配气结构。

背景技术

气门是汽车发动机的重要零部件之一，工作时承受较高的机械负荷和热负荷。排气门受到高温排气的冲刷,因此,热负荷更高。进气门的温度为300～500℃,排气门的温度可达600～800℃,甚至更高。尤其是排气门刚刚开启时,气缸内的压力比较高,而气门的开度还很小,高温燃气以很高的速度(可达600m/s),经气门和气门座之间的缝隙吹出,使气门受到强烈地高温和腐蚀。

气门在开合过程中，其中座圈和导管是处于静止状态，通过气门的移动来实现气门开启和关闭。而气门开启和关闭的最大行程距离，称之为即气门升程。目前的气门设计，气门与导管安装预留0.04～0.07mm的间隙，间隙内填充一定润滑油，气门在导管相对运动的过程中，气门与导管不会发生卡死或磨损。常规的气门设计气门杆部为一圆柱体，在实际工况中，由于导管口位置，其仍然处于发动机气缸空间，该位置周围的环境温度由于受到发动机工作温度的影响，其温度约600～700℃。随着导管的导热作用，在距离导管口一定距离的位置的温度约为200～300℃，则杆部直径在650℃时，受到温度影响，其最大直径约为9.085mm(其杆部直径为9mm，材质为Ni30，膨胀系数为15*10-6/℃)，而气门杆与导管间隙为0.04～0.07mm。预留间隙小于气门材料受温度膨胀后的直径。原气门闭合时，气门杆部处于导管内的部分，在气门开启时，会暴露在导管之外，受到环境温度的影响，受热膨胀。当气门再闭合时，气门杆部会***导管，当气门杆部膨胀的尺寸与气门导管预留间隙不匹配时，会造成气门杆部与导管之间摩擦磨损，以及划伤。严重情况，则会发生气门卡死，导致气门无法工作，直至变形或断裂为了避免上述问题的发生，通常气门采用两种方法，(1)增加润滑效果，通过气门与导管的摩擦磨损，最终达到理想的配合；(2)加大气门与导管的间隙，使其从0.04～0.07增加为0.1～0.12mm。润滑法的缺点是，依靠气门与导管的摩擦磨损，不可避免的会对气门杆表面产生破坏，若磨损量较大，甚至加速气门失效。而该方法可靠程度有限，少量气门仍会卡死。加大间隙法的缺点是，其气门杆部一直处于导管内的杆部区域，由于加大了杆部与导管整体间隙，影响了导管对气门的导热作用。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种适用于柴油发动机的气门，其能解决气门杆部膨胀的尺寸与气门导管预留间隙不匹配时，造成气门杆部与导管之间摩擦磨损的问题。

本发明的目的之二在于提供一种适用于柴油发动机的配气结构，其能解决气门杆部膨胀的尺寸与气门导管预留间隙不匹配时，造成气门杆部与导管之间摩擦磨损的问题。

为了达到上述目的之一，本发明所采用的技术方案如下：

一种适用于柴油发动机的气门，包括杆部和盘部，所述杆部包括第一杆段、第二杆段和第三杆段，所述盘部依次通过第一杆段、第二杆段与第三杆段连接，所述第一杆段的直径小于第三杆段的直径，所述第二杆段的直径自第三杆段向第一杆段方向逐渐变小，所述第三杆段的直径的取值范围为8mm至24mm。

优选的，所述第一杆段与第二杆段的连接处为圆弧过渡连接。

优选的，所述第三杆段与第二杆段的连接处为圆弧过渡连接。

优选的，所述第二杆段靠近第三杆段一端的直径与第三杆段的直径相等，第二杆段靠近第一杆段一端的直径与第一杆段的直径相等。

优选的，所述盘部、第一杆段、第二杆段与第三杆段均采用中间合金或镍基合金锻造成型。

为了达到上述目的之二，本发明所采用的技术方案如下：

一种适用于柴油发动机的配气结构，包括上述权利要求1-5任意一项所述的适用于柴油发动机的气门、座圈、导管、弹簧、摇臂和凸轮轴，所述适用于柴油发动机的气门的杆部依次穿过座圈、导管与摇臂的一端抵接，所述摇臂的另一端与凸轮轴抵接，所述适用于柴油发动机的气门的杆部远离盘部的一端通过弹簧与导管连接，所述气门的盘部与座圈连接。

优选的，所述适用于柴油发动机的气门的第二杆段活动套嵌在导管中。

优选的，所述适用于柴油发动机的气门的第三杆段的直径比导管的内径小0.04mm至0.07mm。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：第二杆段的直径根据热传递导致膨胀情况设置成自第三杆段向第一杆段方向逐渐变小，以避免杆部与导管摩擦，进一步的，所述第一杆段与第二杆段的直径相同，为了防止第一杆段与第二杆段之间发生应力作用，导致第一杆段与第二杆段之间在使用过程中出现断裂情况。

附图说明

图1为本发明所述的适用于柴油发动机的配气结构的结构示意图。

图2为本发明所述的适用于柴油发动机的气门的结构示意图。

图3为图2中E区域的放大示意图。

图中：1-杆部；11-第一杆段；12-第二杆段；13-第三杆段；2-盘部；3-座圈；4-导管；5-弹簧；6-摇臂；7-凸轮轴。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：

在本发明中，所述柴油发动机为常规的柴油发动机，所述第一杆段11、第二杆段12和第三杆段13的直径为统一值，其直径为8mm-24mm之间的柴油机气门，所述适用于柴油发动机的气门的杆部1直径比导管4的内径小0.04mm-0.07mm；所述工件受制造工艺和加工工艺等的限制，故实际的工件尺寸可能存在误差，但倘若该工件尺寸上的误差符合国家标准规定的误差要求，应当视为符合本发明的保护范围。

如图1-3所示，一种适用于柴油发动机的配气结构，包括适用于柴油发动机的气门(以下简称气门)、座圈3、导管4、弹簧5、摇臂6和凸轮轴7，所述适用于柴油发动机的气门的杆部1依次穿过座圈3、导管4与摇臂6的一端抵接，所述摇臂6的另一端与凸轮轴7抵接，所述适用于柴油发动机的气门的杆部1远离盘部2的一端通过弹簧5与导管4连接，所述气门的盘部2与座圈3连接。

具体的，所述适用于柴油发动机的气门包括杆部1和盘部2，所述杆部1包括第一杆段11、第二杆段12和第三杆段13，所述盘部2依次通过第一杆段11、第二杆段12与第三杆段13连接，优选的，所述第一杆段11与第二杆段12的连接处为圆弧过渡连接，所述第三杆段13与第二杆段12的连接处为圆弧过渡连接，在本实施例中，第三杆段13远离盘部2的一端通过弹簧5与导管4连接，当气门在不工作状态时，弹簧5在安装时是受到压缩状态，因此受到弹簧5预紧力的作用，气门向上受到弹簧5拉力，所以盘部2与座圈3呈闭合状态。当凸轮轴7旋转，带动摇臂6运动，对气门向下推动，气门带动弹簧5压缩，气门的盘部2远离座圈3，即气门打开。

在本实施例中，由于盘部2与柴油发动机的燃烧室连接，在柴油发动机的燃烧室正常工作时，燃烧室中的巨大的热能会通过盘部2传递到杆部1，并且会随着传递的距离的增加而递减。在杆部1在受热时，杆部1会出现受热膨胀，另外，由于导管4的制造材料与杆部1不同，并且为了气门能够正常在导管4中活动，同时避免杆部1与导管4间的间隙过大导致出现漏油现象，所以杆部1与导管4间的间隙普遍为0.04mm-0.07mm，基于材料不同和受热情况不同等情况，所以导管4的膨胀情况与杆部1的膨胀情况不同(导管4是固定不动的，为钴合金粉末冶金制成，其膨胀量可忽略不计)，故将活动套嵌导管4内的第二杆段12的直径设置成自第三杆段13向第一杆段11方向逐渐变小，即第二杆段12越靠近燃烧室，直径越小。具体的，如图3所示，气门总长度180mm，杆部1直径为9mm，导管4长度70mm。经实验探索得出，在正常使用时，当气门关闭，导管4的C点温度650℃，导管4的B点温度约为250℃，气门最高温度730℃，优选的，所述盘部2、第一杆段11、第二杆段12与第三杆段13均采用镍基合金或者中间合金(含镍量在20～40之间的铁基材料)锻造成型，可通过查表得知，温度膨胀系数约为15*10-6/℃，同时气门往返运动的行程为15mm，气门和导管4的间隙0.04mm～0.07mm；

①杆部1膨胀量计算：

d△1＝15*9*(650℃-20℃)/1000000＝0.085mm；

即杆部1直径在650℃时，受到温度影响，其最大直径约为9.085mm；

②膨胀量计算确定锥度大小：

导管4口C点膨胀量：d△1＝15*9*(650℃-20℃)/1000000＝0.085mm；

导管4内：d△2＝15*9*(250℃-20℃)/1000000＝0.031mm；

即：工作时导管4口气门650℃膨胀量为0.085mm，导管4内大部分气门250℃膨胀量为0.031mm。

因此：第二杆段12的锥度大小(直径差)是0.085-0.031＝0.054mm，所以，活动套嵌在导管4中的第二杆段12靠近第三杆段13一端的直径比第二杆段12靠近第一杆段11一端的直径大0.054mm，但实际在生产中，工件普遍存在公差，具体生产公差范围在0.02mm，但基于本发明要解决的问题，所以杆部1的生产工差为负公差。同时，气门关闭时，导管4口C点离气门盘端面的位置尺寸60mm，下端锥度位置定为离盘部2端面是60mm的A点，考虑到装配误差，所以下端锥度位置向盘部2方向伸出导管约5mm，在上端锥度位置定为D点离盘部2端面是80mm，此处温度大概为250℃或以下(所述下端锥度为第二杆段12靠近第一杆段11一端，所述上端锥度位置第二杆段12靠近第三杆段13一端)。

进一步的，为了防止第一杆段11与第二杆段12之间发生应力作用，导致第一杆段11与第二杆段12之间在使用过程中出现断裂情况，所述第一杆段11与第二杆段12靠近第一杆段11一端的直径相等，同理，所述第二杆段12靠近第三杆段13一端的直径与第三杆段13的直径相等。

具体地，本发明的工作原理及组成具体说明如下：

如图1-3所示，气门在不工作状态时，弹簧在安装时是受到压缩状态，因此受到弹簧预紧力的作用，气门受到弹簧拉力，与座圈3呈闭合状态。当凸轮轴7旋转，带动摇臂6运动，对气门向下推动，气门动弹簧5压缩，气门盘部2远离座圈，即气门打开，然后燃烧室产生的冲击，再将气门推动，使得气门关闭。由于燃烧室产生的冲击来源于柴油的燃烧，所以柴油燃烧的热量同时传递到气门上，使得杆部1和盘部2出现膨胀，并且随着传递的距离，热量逐渐散失，导致杆部1的膨胀情况随其与燃烧室(或者盘部)的距离增大而减弱。但由于气门杆部1是在活动套嵌在导管4中的，而且气门和导管4的间隙0.04mm～0.07mm，经过计算，导管4靠近盘部2一端对应的杆部1(第二杆段12)的膨胀幅度为0.085mm(大于气门和导管4的间隙)，而且第二杆段12的膨胀幅度随着与盘部的距离越远，则膨胀幅度越小，为了避免杆部1在往返运动过程中与导管4发生摩擦或者膨胀，所以将第二杆段12的直径设置成自第三杆段13向第一杆段11方向逐渐变小。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。