用於大功率燃氣發動機的氣閥及其製備方法
2023-05-20 17:47:46
用於大功率燃氣發動機的氣閥及其製備方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於大功率燃氣發動機的氣閥及其製備方法，該氣閥包括氣閥頸部、閥盤、以及連接所述氣閥頸部的外周面和閥盤的外周面的氣閥密封面；其中，所述氣閥密封面為經過堆焊高溫合金以及加熱滾壓形成的硬度為HV700以上的氣閥密封面；所述氣閥密封面與所述閥盤的外周面的連接為無尖角的弧形連接。本發明的氣閥耐高溫、耐磨、耐腐蝕、高溫抗疲勞強度性能好，尤其適合用於大功率燃氣發動機。
【專利說明】用於大功率燃氣發動機的氣閥及其製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及發動機配件，尤其是用於大功率燃氣發動機的氣閥及其製備方法。
【背景技術】
[0002]隨著工業快速發展，各行業所產生的工業可燃尾氣也越來越多，如煤礦、瓦斯氣、酒廠、造紙廠、垃圾填堆等，可燃氣體絕大部分都直接排放，造成了嚴重汙染和安全隱患及能源浪費，加快開發能適應各項可燃氣體大功率內燃機(燃氣發動機)是國家重點扶持項目。
[0003]然而，相比與燃油發動機，例如柴油發動機，燃氣發動機的排氣溫度普遍高於燃油發動機，例如在200°C左右，再加上工作時幹磨，所以常規燃油氣閥無法滿足高性能燃氣發動機使用要求，即、要求燃氣發動機的氣閥，尤其是排氣閥要採用更耐磨、耐高溫的材料，成本更高這嚴重製約大功率燃氣發動機開發和使用。此外，燃氣發動機相對於燃油發動機，往往進氣溫度更高，由於燃氣發動機的進氣閥由於燃氣的幹磨，磨損也較嚴重，因此燃氣發動機的進氣閥對材料的耐高溫性和耐磨性也提出了更高的要求。
[0004]目前，對於用於大功率燃氣發動機的氣閥的研究主要集中在耐磨耐高溫的性能上研究。例如CN101497970A公開一種奧氏體合金鋼，用以抵禦高負荷燃氣的腐蝕。
【發明內容】
[0005]面對現有技術存在的上述問題，本發明人著眼於改進本 申請人:現有的用於燃油發動機的氣閥的幾何形狀，使其在耐高溫、耐磨、耐腐蝕、高溫抗疲勞強度等性上得到大幅提高，以使其可用於燃氣發動機，尤其是大功率的燃氣發動機。
[0006]在此，本發明提供一種用於大功率燃氣發動機的氣閥，包括氣閥頸部、閥盤、以及連接所述氣閥頸部的外周面和閥盤的外周面的氣閥密封面；其中，所述氣閥密封面為經過堆焊高溫合金以及加熱滾壓形成的硬度為HV700以上的氣閥密封面；所述氣閥密封面與所述閥盤的外周面的連接為弧形連接；且所述閥盤的底面配置為圓弧形。
[0007]首先，本發明通過採用經過堆焊高溫合金以及加熱滾壓形成的硬度為HV700以上的氣閥密封面，無需特殊的耐高溫材料，成本較低。
[0008]其次，本發明氣閥密封面與閥盤的外周面的連接為弧形連接；且閥盤的底面配置為圓弧形。即本發明通過改變氣閥的幾何形狀，使這些氣閥部件之間的連接均是無尖角的平滑連接，使氣閥的排氣和/或進氣更加順暢，從而可降低排氣溫度。相反，現有的氣閥部件之間的連接(參見圖1)，例如氣閥密封面1(工作錐面)與閥盤2的底面4往往形成尖角6，容易阻礙排氣的流動。
[0009]此外，閥盤的底面配置為圓弧形，與現有的通常為平面的氣閥的閥盤的底面(參見圖1)相比，減少熱能聚集，增強高溫性能，提高散熱效果，有利於較低氣閥的溫度。
[0010]較佳地，本發明的氣閥尤其適用於排氣閥和進氣閥。排氣溫度通常較高，相對與進氣閥，排氣閥對耐高溫、耐磨、耐腐蝕、高溫抗疲勞強度的要求更高。而燃氣發動機相對於燃油發動機，由於燃氣發動機的進氣閥幹磨，損耗也較嚴重，因此燃氣發動機的進氣閥對材料的耐磨性也提出了更高的要求。
[0011]優選地，所述氣閥密封面與所述閥盤的外周面的連接為無尖角的平滑連接。這進一步使在氣閥中的氣流更加平滑、順暢。
[0012]又，本發明中所用的高溫合金可為鎳鉻鐵高溫合金或司太立合金(Stellite)。本發明的材料為常規材料，適合規模應用。
[0013]另一方面，本發明還提供一種製備上述用於大功率燃氣發動機的氣閥，包括:在所述氣閥的密封面部分堆焊鎳高溫合金作為所述氣閥密封面，然後對所述氣閥密封面進行加熱滾壓使其硬度達到HV700以上；以及對所述氣閥密封面以及閥盤的外周面進行表面滾壓以使氣閥密封面與閥盤的外周面之間連接為無尖角的平滑連接。
[0014]本發明的方法通過堆焊和加熱滾壓處理可提供硬度高的氣閥密封面，並通過表面滾壓處理使氣閥各部件之間的連接均為無尖角更光滑的過渡可使在其中流動的氣流，尤其使排氣流更加順暢，減少積碳，從而改善氣閥的耐高溫、耐磨、耐腐蝕、高溫抗疲勞強度等性倉泛。
[0015]優選地，還包括對所述氣閥頸部進行表面滾壓以使所述氣閥頸部與氣閥密封面之間為無尖角的平滑連接。
[0016]又，在本發明中，所述表面滾壓包括在所述堆焊之後進行的常溫滾壓，以及所述在常溫滾壓之後對所述氣閥密封面進行加熱滾壓。這樣可以先通過常溫滾壓使材料達到一定硬度後再進行加熱滾壓，這樣可以降低生產成本，並可提高高溫滾壓效果。
[0017]又，本發明的方法還包括在所對所述氣閥密封面進行加熱滾壓之後對所述氣閥密封面進行硬化熱處理。這可進一步提高閥面的硬度。
[0018]又，在本發明中，還可通過表面滾壓還使閥盤的外周面與底面之間的連接為無尖角的平滑連接。
[0019]在本發明的一個優選的實施形態中，對所述氣閥頸部、氣閥密封面以及閥盤的外周面和底面進行連續表面滾壓。採用連續表面滾壓，使其表面粗糙度達鏡面一樣光潔，可確保形成的部件之叫的連接為無尖角平滑連接，並且連續滾壓可採用單一滾壓裝置連續進行，可簡化工藝。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1為現有的氣閥的示意圖；
[0021]圖2為本發明的示例氣閥的示意圖；
[0022]圖3為本發明的又一示例氣閥的示意圖；
[0023]圖4為示出本發明氣閥堆焊部位的局部放大圖；
[0024]圖5示出高溫滾壓前後堆焊層硬度檢測結果對比；
[0025]圖6示出高溫滾壓前後堆焊層的晶相組織。
[0026]符號說明:
[0027]I氣閥密封面；
[0028]2 閥盤；
[0029]3氣閥頸部:[0030]4閥盤的外周面；
[0031]5閥盤的底面；
[0032]6 尖角；
[0033]7堆焊部位。
【具體實施方式】
[0034]參照說明書附圖，並結合下述實施方式進一步說明本發明，應理解，下述實施方式僅用於說明本發明，而非限制本發明。
[0035]本發明，在結合了本公司多年來燃油發動機氣閥製造中獲得多項滾壓專利技術基礎上，在燃氣發動機氣閥製造中得到有機結合及進一步改進了氣閥幾何形狀，使其耐高溫、耐磨、抗高溫疲勞強度等性能得到大幅度提高，產品使用時燃燒積碳大幅下降。
[0036]參見圖1和2，氣閥，尤其是排氣閥，包括氣閥密封面1、閥盤2、和氣閥頸部3。氣閥密封面I連接閥盤2的外周面4和氣閥頸部3。
[0037]參見圖1，其示出現有的氣閥的示意圖，其中氣閥密封面I與閥盤2的外周面4形成一個尖角6,閥盤2的底面5為一平面。
[0038]參見圖2，其示出本發明的氣閥的示意圖，其中氣閥密封面I無角度地平滑地連接到閥盤2的外周面4。閥盤2的底面5為弧形面。此外，參見圖3，閥盤2的外周面4和底面5可為無角度的平滑連接，這樣閥盤2的外周面4和5 —體形成一個弧形面或球面。
[0039]下面簡單說明本發明的閥體的製備工藝:
[0040]首先用鎳鉻鐵高溫合金作為氣閥密封面I堆焊合金材料在堆焊部位7 (氣閥密封面部位，參見圖4)進行堆焊，堆焊後硬度是HV260?280比較軟。儘管這裡採用鎳鉻鐵高溫合金，然而應理解其他合適的高溫合金也是適用的，例如司太立合金。
[0041]接著對氣閥密封面I進行常溫表面深度滾壓(常溫滾壓)，滾壓到我們想要硬度後，再進行加熱滾壓，再進行時效硬化熱處理，最後表面硬度可達HV700以上(根據MAN公司技術規範進行硬度檢測，其結果參見圖5，可見大大提高了表面硬度)，應理解，可不進行常溫滾壓而直接進行加熱滾壓處理。
[0042]參見下表1，其示出採用司太立12#作為堆焊合金材料，經本發明高溫滾壓處理前後的閥面硬度梯度，從中可知，高溫滾壓不僅提高了表面硬度，還提高了整個焊層的硬度:
[0043]表1:
[0044]
【權利要求】
1.一種用於大功率燃氣發動機的氣閥，其特徵在於， 所述氣閥包括氣閥頸部、閥盤、以及連接所述氣閥頸部的外周面和閥盤的外周面的氣閥密封面； 其中，所述氣閥密封面為經過堆焊高溫合金以及加熱滾壓形成的硬度為HV700以上的氣閥密封面； 所述氣閥密封面與所述閥盤的外周面的連接為無尖角的弧形連接。
2.根據權利要求1所述的用於大功率燃氣發動機的氣閥，其特徵在於，所述氣閥為排氣閥或進氣閥。
3.根據權利要求1或2所述的用於大功率燃氣發動機的氣閥，其特徵在於，所述閥盤的底面配置為圓弧形。
4.根據權利要求1或2所述的用於大功率燃氣發動機的氣閥，其特徵在於，所述高溫合金為鎳鉻鐵高溫合金或司太立合金。
5.一種製備權利要求1?4中任一項所述的用於大功率燃氣發動機的氣閥,其特徵在於，包括: 在所述氣閥的密封面部分堆焊鎳高溫合金作為所述氣閥密封面，然後對所述氣閥密封面進行加熱滾壓使所述密封面中距表面2毫米以內的焊層硬度達到HV500以上；以及 對所述氣閥密封面以及閥盤的外周面進行表面滾壓以使氣閥密封面與閥盤的外周面之間連接為無尖角的平滑連接。
6.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，還包括對所述氣閥頸部進行表面滾壓以使所述氣閥頸部與氣閥密封面之間為無尖角的平滑連接。
7.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述表面滾壓包括在所述堆焊之後進行的常溫滾壓，以及所述在常溫滾壓之後對所述氣閥密封面進行加熱滾壓。
8.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，還包括在所對所述氣閥密封面進行加熱滾壓之後對所述氣閥密封面進行硬化熱處理。
9.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，還包括對所述閥盤的底面進行表面滾壓以使閥盤的外周面與底面之間的連接為無尖角的平滑連接。
10.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，對所述氣閥頸部、氣閥密封面以及閥盤的外周面和底面進行連續表面滾壓。
【文檔編號】F01L3/20GK103670575SQ201210315219
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年8月30日 優先權日:2012年8月30日
【發明者】何才田 申請人:上海高斯通船舶配件有限公司