發動機的進排氣門座圈和進排氣門組合的製作方法

2023-09-21 17:00:10

技術領域

本發明屬於汽車發動機技術領域，具體為一種高速天然氣發動機的進氣門座圈和進氣門的匹配組合、排氣門座圈和排氣門的匹配組合。

背景技術：

汽車和發動機工業的發展導致了石油消耗的大幅度增加和越來越嚴重的排氣汙染，從而制約經濟發展，危害環境和人體健康。理論和實踐表明由於天然氣辛烷值高，抗爆性能好；分子碳氫比低，燃燒後CO2排放低；燃燒特性好，因此發動機燃用天然氣可以節約石油液體燃料，降低其尾氣中的有害排放物和二氧化碳，減少城市PM2.5，降低溫室氣體排放，有利於節能環保的大政方針。

但是，當發動機採用天然氣燃料或以甲烷為主要成分的氣體燃料時，進排氣門座圈和進排氣門磨損嚴重，導致機械挺柱氣門間隙異常，不能滿足發動機的設計要求。同時表明進排氣門座圈的耐磨性難以與汽油機相比，因此必須提高進排氣門座圈的耐磨性和耐熱性，並且確保與其相配合的進排氣門不會導致異常磨損。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題在於，提供一種發動機的進排氣門座圈和進排氣門組合，以提高進排氣門座圈的耐磨性和自潤滑性，確保進排氣門座圈不發生異常磨損，確保進排氣門座圈對進排氣門不會產生明顯的攻擊性，以此確保機械挺柱氣門間隙始終保持在標準範圍內。

本發明是這樣實現的，提供一種發動機的進排氣門座圈和進排氣門組合，包括發動機的進氣門座圈和與其相配合的進氣門，以及排氣門座圈和與其相配合的排氣門，所述進氣門座圈和排氣門座圈分別包括主工作區域和次工作區域，所述主工作區域和次工作區域兩端面採用燒結工藝緊密貼合連接為一整體，可獲得強勁的合金和均勻分布的硬質相，因而提高了進氣門座圈和排氣門座圈的耐磨性、耐熱性和徑向壓潰強度，解決了因進氣門座圈和進氣門、排氣門座圈和排氣門間的異常磨損、變形而導致氣門間隙異常等質量問題。

主工作區域和次工作區域的內徑和外徑相等。進氣門座圈和排氣門座圈採用粉末冶金工藝製造。進氣門座圈壓裝在氣缸蓋進氣道內，排氣門座圈壓裝在氣缸蓋排氣道內，進氣門與進氣門座圈相接觸，排氣門與排氣門座圈相接觸，並與氣缸蓋組成燃燒室，起密封、傳熱、抗高溫高壓、抗磨損等作用。由於燃燒室的工作環境十分惡劣，因此進氣門座圈、排氣門座圈、進氣門、排氣門均處於高溫、高壓、高氧化等惡劣環境中。排氣門座圈的主工作區域和排氣門的工作環境相對於進氣門座圈的主工作區域和進氣門的工作環境更為惡劣。採用本發明可以增加產品的耐磨性、耐高溫性、耐腐蝕性及徑向壓潰強度。

所述進氣門座圈的主工作區域的主要化學成分（重量百分比）為：C 0.9%～1.0%、Si 0.58%～0.62%、S 0.70%～0.75%、Ni 5.0%～7.0%、Cr 3.0%～5.0%、Mo 6.5%～8.5%、Co 17.0%～21.0%、其他雜質≤2.0%、餘量為Fe；

所述進氣門主要化學成分（重量百分比）為：C 0.45%～0.55%、S≤0.030%、Cr 7.50%～9.50%、Si 1.00%～2.00%、Mn≤0.60%、P≤0.030%、餘量為Fe；或者所述進氣門主要化學成分（重量百分比）為：C 0.48%～0.58%、S≤0.030%、Cr 20.00%～22.00%、Si≤0.35%、Mn 8.00%～10.00%、P≤0.040%、Ni 3.25%～4.50%、N 0.35%～0.50%、餘量為Fe，其中C加上N的含量≥0.90%；

所述排氣門座圈的主工作區域的主要化學成分（重量百分比）為：C 0.98%～1.2%、Si 0.97%～1.03%、S 0.74%～0.76%、Ni 5.0%～7.0%、Cr 4.0%～6.0%、Mo 10.0%～13.0%、Co 22.0%～26.0%、其他雜質≤2.0%、餘量為Fe；

所述排氣門主要化學成分（重量百分比）為：C 0.45%～0.55%、P≤0.050%、S≤0.030%、Si ≤0.45%、Cr 20.00%～22.00%、Mn 8.00%～10.00%、Ni 3.50%～5.00%、Nb 1.80%～2.50%、W 0.80%～1.50%，餘量為Fe，其中C加上N的含量≥0.90%；或者所述排氣門的盤部表面堆焊，堆焊的材料為：C 0.9%～1.4%、Si 0.7%～1.55%、Mn≤0.5%、Cr 28.0%～30.0%、W 3.5%～5.5%、Ni≤3.0%、Fe≤3.0%、Mo≤1.0%、餘量為Co。

本發明在不改變進氣門座圈和排氣門座圈的結構的基礎上，分別增加進氣門座圈和排氣門座圈的主工作區域合金材料Ni、Co、Cr、Mo的重量百分比，且排氣門座圈中Ni、Co、Cr、Mo的重量百分比提高很多，從而實現排氣門座圈比進氣門座圈具有更高的耐磨性。排氣門的材料等級高於進氣門，以使排氣門和排氣門座圈的匹配、進氣門和進氣門座圈的匹配能夠達到最優。

進一步地，所述進氣門座圈的次工作區域的化學成分（重量百分比）為：C 1.0%、S 0.2%、其他雜質≤2.0%、餘量為Fe；所述排氣門座圈的次工作區域的化學成分（重量百分比）為：C 1.0%、S 0.2%、其他雜質≤2.0%、餘量為Fe。

進一步地，所述進氣門座圈的主工作區域的化學成分（重量百分比）為：C 0.9%、Si 0.6%、S 0.75%、Ni 5.5%、Cr 3.5%、Mo 6.5%、Co 17.5%、其他雜質≤2.0%、餘量為Fe；所述進氣門的化學成分（重量百分比）為：C 0.45%、S 0.020%、Cr 7.50%、Si 1.00%、Mn 0.50%、P 0.030%、餘量為Fe。

進一步地，所述進氣門座圈的主工作區域的化學成分（重量百分比）為：C 1.0%、Si 0.6%、S 0.75%、Ni 6.0%、Cr 4.0%、Mo 7.5%、Co 19.0%、其他雜質≤2.0%、餘量為Fe；所述進氣門的化學成分（重量百分比）為：C 0.48%、Si 0.30%、S 0.030%、Cr 20.00%、Mn 8.00%、P 0.040%、Ni 3.25%、N 0.50%、餘量為Fe。

進一步地，所述進氣門座圈的主工作區域的化學成分（重量百分比）為：C 0.9%、Si 0.58%、S 0.70%、Ni 5.0%、Cr 3.0%、Mo 8.5%、Co 17.0%、其他雜質≤2.0%、餘量為Fe；所述進氣門的化學成分（重量百分比）為：C 0.55%、S 0.030%、Cr 9.50%、Si 2.00%、Mn 0.60%、P 0.030%、餘量為Fe。

進一步地，所述進氣門座圈的主工作區域的化學成分（重量百分比）為：C 1.0%、Si 0.62%、S 0.70%、Ni 7.0%、Cr 5.0%、Mo 8.0%、Co 21.0%、其他雜質≤2.0%、餘量為Fe；所述進氣門的化學成分（重量百分比）為：C 0.58%、S 0.020%、Cr 22.00%、Si 0.35%、Mn 10.00%、P 0.030%、Ni 4.50%、N 0.35%、餘量為Fe。

進一步地，所述排氣門座圈的主工作區域的化學成分（重量百分比）為：C 1.0%、Si 1.0%、S 0.75%、Ni 6.0%、Cr 5.0%、Mo 11.5%、Co 24.0%、其他雜質≤2.0%、餘量為Fe；所述排氣門的化學成分（重量百分比）為：C 0.45%、P 0.050%、S 0.030%、Si 0.40%、Cr 22.00%、Mn 10.00%、Ni 5.00%、Nb 2.50%、W 1.50%、N 0.60%、餘量為Fe。

進一步地，所述排氣門座圈的主工作區域的化學成分（重量百分比）為：C 1.0%、Si 1.0%、S 0.75%、Ni 6.5%、Cr 5.0%、Mo 11.5%、Co 23.0%、其他雜質≤2.0%、餘量為Fe；所述排氣門的盤部表面堆焊材料的化學成分（重量百分比）為： C 1.4%、Si 1.55%、Mn 0.4%、Cr 28.0%、W 3.5%、Ni 2.0%、Fe 2.0%、Mo 1.0%、餘量為Co。

進一步地，所述排氣門座圈的主工作區域的化學成分（重量百分比）為：C 0.98%、Si 0.97%、S 0.74%、Ni 5.0%、Cr 4.0%、Mo 10.0%、Co 22.0%、其他雜質≤2.0%、餘量為Fe；所述排氣門的化學成分（重量百分比）為：C 0.55%、P 0.040%、S 0.020%、Si 0.45%、Cr 20.00%、Mn 8.00%、Ni 3.50%、Nb 1.80%、W 0.80%、N 0.40%、餘量為Fe。

進一步地，所述排氣門座圈的主工作區域的化學成分（重量百分比）為：C 1.2%、Si 1.03%、S 0.76%、Ni 7.0%、Cr 6.0%、Mo 13.0%、Co 26.0%、其他雜質≤2.0%、餘量為Fe；所述排氣門的盤部表面堆焊材料的化學成分（重量百分比）為：C 0.9%、Si 0.7%、Mn 0.5%、Cr 30.0%、W 5.5%、Ni 3.0%、Fe 3.0%、Mo 0.9%、餘量為Co。

與現有技術相比，本發明開發一種新的材料組合匹配，含有Ni-Co-Mo-Cr材料的粉末冶金的進排氣門座圈，以及選用主要成分為Cr-Si-Mn-P或Cr-Mn-Ni-N的進氣門、主要成分為Cr-Mn-Ni-Nb-W或盤部堆焊Cr-W-Ni-Fe-Mo的排氣門，通過降低進氣門座圈和進氣門之間的磨損量、排氣門座圈和排氣門之間的磨損量，以達到解決天然氣發動機機械挺柱氣門間隙異常的問題。

本發明的發動機的進排氣門座圈和進排氣門組合的優點是：通過增加Cr、Mo、Co、Ni合金粉末的重量百分比，提高了進排氣門座圈的耐磨性，並對其進行混合、壓制和二次燒結製成進排氣門座圈。通過二次燒結獲得分布均勻的硬質相，因而提高了進排氣門座圈的耐磨性和耐熱性，並確保了與之相匹配的進排氣門具有良好的抗磨性。

附圖說明

圖1為本發明的進排氣門座圈和進排氣門安裝上氣缸蓋上的結構示意圖；

圖2為圖1中的進排氣門座圈和進排氣門組合狀態示意圖；

圖3為圖2中的進排氣門座圈的剖視示意圖。

具體實施方式

為了使本發明所要解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。

實施例1。

請參照圖1以及圖2所示，本發明發動機的進排氣門座圈和進排氣門組合的較佳實施例，包括發動機的進氣門座圈1和與其相配合的進氣門2，以及排氣門座圈3和與其相配合的排氣門4。所述進氣門座圈1和排氣門座圈3分別包括主工作區域11和31和次工作區域12和32，所述主工作區域11和31和次工作區域12和32兩端面緊密貼合連接為一整體，且主工作區域11和次工作區域12的內徑和外徑相等，主工作區域31和次工作區域32的內徑和外徑相等。

所述進氣門座圈1的主工作區域11的主要化學成分（重量百分比）為：C 0.9%～1.0%、Si 0.58%～0.62%、S 0.70%～0.75%、Ni 5.0%～7.0%、Cr 3.0%～5.0%、Mo 6.5%～8.5%、Co 17.0%～21.0%、其他雜質≤2.0%、餘量為Fe。

所述進氣門2主要化學成分（重量百分比）為：C 0.45%～0.55%、S ≤0.030%、Cr 7.50%～9.50%、Si 1.00%～2.00%、Mn≤0.60%、P≤0.030%、餘量為Fe；或者所述進氣門2主要化學成分（重量百分比）為：C 0.48%～0.58%、S ≤0.030%、Cr 20.00%～22.00%、Si ≤0.35%、Mn 8.00%～10.00%、P≤0.040%、Ni 3.25%～4.50%、N 0.35%～0.50%、其他雜質≤2.0%、餘量為Fe，其中C加上N的含量≥0.90%。

所述排氣門座圈3的主工作區域31的主要化學成分（重量百分比）為：C 0.98%～1.2%、Si 0.97%～1.03%、S 0.74%～0.76%、Ni 5.0%～7.0%、Cr 4.0%～6.0%、Mo 10.0%～13.0%、Co 22.0%～26.0%、其他雜質≤2.0%、餘量為Fe。

所述排氣門4主要化學成分（重量百分比）為：C 0.45%～0.55%、P≤0.050%、S≤0.030%、Si ≤0.45%、Cr 20.00%～22.00%、Mn 8.00%～10.00%、Ni 3.50%～5.00%、Nb 1.80%～2.50%、W 0.80%～1.50%，餘量為Fe，其中C加上N的含量≥0.90%；或者所述排氣門4的盤部表面堆焊，堆焊的材料為：C 0.9%～1.4%、Si 0.7%～1.55%、Mn≤0.5%、Cr 28.0%～30.0%、W 3.5%～5.5%、Ni≤3.0%、Fe≤3.0%、Mo≤1.0%、餘量為Co。所述排氣門4的盤部為與排氣門座圈3的接觸面。

實施例2。

在實施例1的基礎上，所述進氣門座圈1的次工作區域12的化學成分（重量百分比）為：C 1.0%、S 0.2%、其他雜質≤2.0%、餘量為Fe。所述排氣門座圈3的次工作區域32的化學成分（重量百分比）為：C 1.0%、S 0.2%、其他雜質≤2.0%、餘量為Fe。

實施例3。

具體地，所述進氣門座圈1的主工作區域11的化學成分（重量百分比）為：C 0.9%、Si 0.6%、S 0.75%、Ni 5.5%、Cr 3.5%、Mo 6.5%、Co 17.5%、其他雜質≤2.0%、餘量為Fe。所述進氣門2的化學成分（重量百分比）為：C 0.45%、S 0.020%、Cr 7.50%、Si 1.00%、Mn 0.50%、P 0.030%、餘量為Fe。

實施例4。

具體地，所述進氣門座圈1的主工作區域11的化學成分（重量百分比）為：C 1.0%、Si 0.6%、S 0.75%、Ni 6.0%、Cr 4.0%、Mo 7.5%、Co 19.0%、其他雜質≤2.0%、餘量為Fe。所述進氣門2的化學成分（重量百分比）為：C 0.48%、Si 0.30%、S 0.030%、Cr 20.00%、Mn 8.00%、P 0.040%、Ni 3.25%、N 0.35%、餘量為Fe。

實施例5。

具體地，所述進氣門座圈1的主工作區域11的化學成分（重量百分比）為：C 0.9%、Si 0.58%、S 0.70%、Ni 5.0%、Cr 3.0%、Mo 8.5%、Co 17.0%、其他雜質≤2.0%、餘量為Fe。所述進氣門2的化學成分（重量百分比）為：C 0.55%、S 0.030%、Cr 9.50%、Si 2.00%、Mn 0.60%、P 0.030%、餘量為Fe。

實施例6。

具體地，所述進氣門座圈1的主工作區域11的化學成分（重量百分比）為：C 1.0%、Si 0.62%、S 0.70%、Ni 7.0%、Cr 5.0%、Mo 8.0%、Co 21.0%、其他雜質≤2.0%、餘量為Fe。所述進氣門2的化學成分（重量百分比）為：C 0.58%、S 0.020%、Cr 22.00%、Si 0.35%、Mn 10.00%、P 0.030%、Ni 4.50%、N 0.35%、餘量為Fe。

實施例7。

具體地，所述排氣門座圈3的主工作區域31的化學成分（重量百分比）為：C 1.0%、Si 1.0%、S 0.75%、Ni 6.0%、Cr 5.0%、Mo 11.5%、Co 24.0%、其他雜質≤2.0%、餘量為Fe。所述排氣門4的化學成分（重量百分比）為：C 0.45%、P 0.050%、S 0.030%、Si 0.40%、Cr 22.00%、Mn 10.00%、Ni 5.00%、Nb 2.50%、W 1.50%、N 0.60%、餘量為Fe。

實施例8。

具體地，所述排氣門座圈3的主工作區域31的化學成分（重量百分比）為：C 1.0%、Si 1.0%、S 0.75%、Ni 6.5%、Cr 5.0%、Mo 11.5%、Co 23.0%、其他雜質≤2.0%、餘量為Fe。所述排氣門4的盤部表面堆焊材料的化學成分（重量百分比）為： C 1.4%、Si 1.55%、Mn 0.4%、Cr 28.0%、W 3.5%、Ni 2.0%、Fe 2.0%、Mo 1.0%、餘量為Co。

實施例9。

具體地，所述排氣門座圈3的主工作區域31的化學成分（重量百分比）為：C 0.98%、Si 0.97%、S 0.74%、Ni 5.0%、Cr 4.0%、Mo 10.0%、Co 22.0%、其他雜質≤2.0%、餘量為Fe。所述排氣門4的化學成分（重量百分比）為：C 0.55%、P 0.040%、S 0.020%、Si 0.45%、Cr 20.00%、Mn 8.00%、Ni 3.50%、Nb 1.80%、W 0.80%、N 0.40%、餘量為Fe。

實施例10。

具體地，所述排氣門座圈3的主工作區域31的化學成分（重量百分比）為：C 1.2%、Si 1.03%、S 0.76%、Ni 7.0%、Cr 6.0%、Mo 13.0%、Co 26.0%、其他雜質≤2.0%、餘量為Fe。所述排氣門4的盤部表面堆焊材料的化學成分（重量百分比）為： C 0.9%、Si 0.7%、Mn 0.5%、Cr 30.0%、W 5.5%、Ni 3.0%、Fe 3.0%、Mo 0.9%、餘量為Co。

將本發明的各個實施例按照天然氣發動機耐久試驗規範，搭載在試驗臺架上進行400小時全速全負荷試驗。試驗結果表明，上述各項實施例的產品均能夠滿足天然氣發動機對進氣門座圈和進氣門、排氣門座圈和排氣門的性能要求，並且能夠滿足機械挺柱對氣門間隙的設計要求。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。