一种发动机气门、气门组件及发动机的制作方法

1.本实用新型涉及气门和发动机领域，尤其涉及一种发动机气门、气门组件及发动机。


背景技术：

2.天燃气发动机因资源丰富、排放污染低、价格低廉等，日益受到重视。然而，相较于传统发动机(如：柴油发动机)，天燃气发动机的使用寿命和性能并不高，严重制约了天燃气发动机的使用和推广。
3.经研究发现，天燃气发动机工作时，发动机气门需承受燃气高温与压力、气门弹簧力、气门落座时冲击力，以极高的速度开启关闭，并在气门导管内作高速往复运动，而发动机气门又是发动机中的重要零件，因此，发动机气门属于限制天燃气发动机性能和寿命的因素之一。
4.鉴于此，有必要提供一种发动机气门、气门组件及发动机，以解决或至少缓解上述发动机性能和寿命不高的技术缺陷。


技术实现要素：

5.本实用新型的主要目的是提供一种发动机气门、气门组件及天燃气发动机，旨在解决现有技术中发动机性能和寿命不高的技术问题。
6.为实现上述目的，本实用新型提供一种发动机气门，包括：气门杆部和气门头部，所述气门杆部上凹设有沿第一方向设置的活动段，所述活动段的凹设深度为0.005-0.02mm；所述第一方向为所述气门杆部的轴向；
7.所述活动段包括沿第一方向分布的第一区域，且在工作过程中，所述气门杆部与气门导管的工作端配合处在所述第一区域内，所述工作端为所述气门导管的靠近所述气门头部的端部。
8.进一步地，所述活动段的粗糙度值不大于ra0.2。
9.进一步地，所述第一区域的长度与所述发动机气门的气门升程一致。
10.进一步地，所述活动段还包括第二区域和第三区域；
11.所述第二区域为：自所述第一区域向靠近所述气门头部的方向延伸后形成的轴向区域；
12.所述第三区域为：自所述第一区域向背离所述气门头部的方向延伸后形成的轴向区域。
13.进一步地，所述第二区域和所述第三区域的轴向长度相同。
14.进一步地，所述活动段的长度为所述气门升程的1.5-2倍。
15.进一步地，所述气门杆部上还设有第一杆段和第二杆段；所述第一杆段、所述活动段、所述第二杆段依次一体成型设置；其中，所述第一杆段靠近所述气门头部设置，所述第二杆段远离所述气门头部设置；
16.所述活动段在与所述第一杆段的连接处向所述第一杆段的方向延伸有第一滑面，所述活动段在与所述第二杆段的连接处向所述第二杆段的方向延伸有第二滑面。
17.进一步地，所述第一滑面和所述第二过滑面均为弧形面。
18.本实用新型还提供一种气门组件，包括气门导管，还包括如上述任意一项所述的发动机气门，所述发动机气门的气门杆部贯穿所述气门导管设置。
19.本实用新型还提供一种发动机，其特征在于，包括如上述任意一项所述的气门组件。
20.与现有技术相比，本实用新型至少具有以下优点：
21.本实用新型能够提升发动机的性能和使用寿命，能够保证气门在工作过程中的密封性，能够提高气门的抗磨损性能，降低气门的偏磨现象，还能够保证气门的导向性和其他常规性能，不会对气门的正常运行造成干扰。具体地，本实用新型通过在气门杆部设置活动段，且活动段能够满足气门导管的工作端与气门杆部的相对移动，从而为提高发动机气门的抗磨效果提供了基础；本实用新型通过对活动段进行下凹设置，且下凹深度为0.005-0.02mm，以修正因高温膨胀而导致气门杆部与气门导管工作端的间隙减小，从而降低气门杆部与气门导管的高温区磨损；在降低活动段杆径的同时，本实用新型通过限定活动段的粗糙度，提升了活动段的表面光滑度，降低了摩擦系数，可以进一步避免工作过程中发动机气门与气门导管产生的磨损，保证了气门的性能。
22.本实用新型中的活动段设于发动机气门和气门导管工作端的配合处，而非设于靠近气门头部的位置，可以保证气门杆部的强度与刚度；另外，本实用新型并未将伸入导管内的气门杆部的杆径整体降低，有利于保持导管对气门的导向作用。排气过程中对气门的要求更高，当本实用新型中的气门用于排气时，能够满足天燃气发动机的排气要求。
附图说明
23.为了更清楚地说明本实用新型实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
24.图1为现有发动机气门和气门导管的结构示意图；
25.图2为本实用新型一实施例中发动机气门的结构示意图；
26.图3为本实用新型一实施例中活动段的结构示意图；
27.图4为本实用新型一实施例中气门组件的结构示意图。
28.附图标号说明：气门头部1；气门杆部2；气门导管3；活动段4；第一区域5；第二区域6；第三区域7；第一杆段8；第二杆段9；第一滑面10；第二滑面11。
29.本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施方式，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
30.下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型的一部分实施方式，而
不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。
31.需要说明，本实用新型实施方式中所有方向性指示(诸如上、下
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
32.另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
33.并且，本实用新型各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
34.现有发动机气门和气门导管3如图1所示，其中，发动机气门具有气门头部1和气门杆部2，在工作过程中，发动机气门贯穿气门导管3设置，且在气门升程内进行高速往复运动。
35.需了解的是，天燃气发动机的气门工作温度较柴油机发动机高，润滑性较柴油机发动机差，而发动机气门又需要相对气门导管3进行高速往复运动。因此，天燃气发动机对气门与气门导管3的性能具有更高的要求，以此才能保障天燃气发动机的长期使用，否则，便会造成气门损坏，从而降低发动机的使用寿命。例如，一款大功率发动机天燃气发动机气门与导管在使用过程中，气门导管3的下口(靠近气门头部1的端口)出现严重磨损，发动机工作时气门对气缸密封下降，不能满足发动机使用寿命要求。
36.综上，基于天燃气发动机对气门性能的要求，除了发动机气门的正常性能外，还需要保障并提升发动机气门的强度、刚度、耐热和耐磨能力，以及保障气门导管3对气门的导向作用，避免出现气门锥面偏磨，以及发动机工作时气门对气缸密封下降等情况，从而提高发动机的性能和使用寿命。
37.为此，参见图2-4所示，本实用新型提供了一种发动机气门，包括：气门杆部2和气门头部1；需了解的是，气门杆部2和气门头部1通常一体成型式的固定连接，且在实际过程中，通常是气门头部1在下，气门杆部2在上。
38.本实用新型对气门杆部2进行了结构优化，即，气门杆部2上凹设有沿第一方向设置的活动段4，活动段4的凹设深度为0.005-0.02mm，第一方向为气门杆部2的轴向。
39.上述活动段4可以理解为，气门杆部2的某一轴向段为活动段4，气门杆部2在活动段4的杆径较两侧的杆径小0.005-0.02mm，且整个气门杆部2的轴心线相同。具体地，活动段4的凹设深度可以为0.01mm。
40.进一步地，除了对活动段4的杆径进行控制，还可以对活动段4的粗糙度进行控制，以保证发动机气门的性能。活动段4的粗糙度值不大于ra0.2，示例性地，活动段4的粗糙度可以在ra0.15左右。
41.本领域技术人员应当知道的是，可以通过对活动段4的金属表面进行超高频冲击，从而将活动段4的杆径降低0.005-0.02mm，并将粗糙度控制在ra0.2以内，而不需要采用直接剖切的方式降低活动段4的杆径。例如，在本领域中，可以采用常用的表面光整技术进行加工。
42.为了保证气门的强度、刚度，以及保证气门导管3对气门的导向作用，活动段4的轴向长度和分布区域需要特定设置。
43.基于此，活动段4包括沿第一方向分布的第一区域5，且在工作过程中，气门杆部2与气门导管3的工作端配合处在第一区域5内，工作端为气门导管3的靠近气门头部1的端部。上述工作过程为发动机气门进行高速往复运动的过程。
44.即，气门导管3具有两个端口，将靠近气门头部1的端口称为工作端。在气门的工作过程中，气门会相较于气门导管3进行往复运动，此时，气门与气门导管3的工作端的配合处会随着往复运动而发生改变。本实用新型需要保证气门杆部2的活动段4能够囊括工作端在气门上的相对移动区域；也就是，需要囊括，工作过程中，气门杆部2与工作端轴向重合的区域。以此，在发动机气门沿轴向进行往复运动时，便能确保气门导管3的工作端一直处于活动段4的轴向区域内。
45.需说明的是，第一区域5的长度不能低于发动机气门的气门升程。示例性地，第一区域5的长度可以与发动机气门的气门升程一致。
46.当第一区域5的长度与发动机气门的气门升程一致时，为了保障发动机气门的正常性能，同时提升抗磨损效果，活动段4还可以包括第二区域6和第三区域7。
47.第二区域6为：自第一区域5向靠近气门头部1的方向延伸后形成的轴向区域，该轴向区域为在气门杆部2上的轴向分布区域。
48.第三区域7为：自第一区域5向背离气门头部1的方向延伸后形成的轴向区域，该轴向区域为在气门杆部2上的轴向分布区域。
49.第二区域6、第一区域5和第三区域7一体成型，即气门杆部2在第二区域6、第一区域5和第三区域7的部位为活动段4，从而保证活动段4的长度大于气门升程，并确保发动机气门与气门导管3的工作端的配合处始终处于活动段4的范围内。当然，在理论情况下，发动机气门与气门导管3的工作端的配合处会处于第一区域5的轴向范围内。
50.作为一具体示例，第二区域6和第三区域7的轴向长度可以相同。
51.作为对活动段4的说明，活动段4的轴向长度可以为气门升程长度的1.5-2倍。如：在气门升程为10mm时，活动段4的轴向长度为15-20mm。
52.需了解的是，本实用新型中，活动段4仅位于发动机气门与气体导管工作端的配合处附近，并不能完全靠近和延伸至气门头部1，也不能直接贯穿整个气门导管3。因此，气门杆部2上还设有第一杆段8和第二杆段9。
53.第一杆段8、活动段4、第二杆段9依次一体成型设置；其中，第一杆段8靠近气门头部1设置，第二杆段9远离气门头部1设置。具体地，第一杆端连接气门头部1和活动段4，且位于气门导管3的外部，而第二杆段9伸入气门导管3的管内，并向外延伸。
54.为了保证活动段4与第一杆段8和第二杆段9能够圆滑过度，活动段4在与第一杆段8的连接处向第一杆段8的方向延伸有第一滑面10，活动段4在与第二杆段9的连接处向第二杆段9的方向延伸有第二滑面11。即，活动段4分别向第一杆段8和第二杆段9圆滑过渡。
55.需说明的是，第一滑面10和第二滑面11的轴向长度较小，仅用于实现圆滑过度，当活动段4的长度为气门升程长度的1.5-2倍时，可以将第一滑面10和第二滑面11记为活动段4的一部分，此时，第一滑面10和第二滑面11不会影响活动段4的作用，且发动机气门与气门导管3的工作端的配合处也不会处于第一滑面10和第二滑面11的位置。
56.在极端情况下，例如，当活动段4的长度仅为气门升程的长度时，为了便于理解，可以第一滑面10记为第一杆段8的一部分，将第二滑面11记为第二杆段9的一部分，也可以将第一滑面10和第二滑面11单独作为气门杆部2的一部分。当然，在非极端情况下，也就是活动段4的长度大于气门升程时，同样可以将第一滑面10记为第一杆段8的一部分，将第二滑面11记为第二杆段9的一部分，或将第一滑面10和第二滑面11单独作为气门杆部2的一部分。总之，需保证发动机气门与气门导管3的工作端的配合处不会处于第一滑面10和第二滑面11的位置，且活动段4能够与第一杆段8和第二杆段9圆滑过渡。
57.还需说明的是，第一滑面10和第二滑面11均可以为弧形面，即第一杆段8至活动段4、以及第二杆段9至活动段4均为圆弧形的过渡。
58.结合上述各实施方式，本实用新型结构改进的理解可以为，在发动机气门与气门导管3下口的配合处1.5-2倍气门升程范围内，对气门杆部2粗糙度设计在ra0.2范围内，气门杆径小于气门其它工作部位杆径在(0.005-0.02)mm内，并实现圆滑过渡。
59.参见图4所示，基于上述发动机气门，本实用新型还提供一种气门组件，包括气门导管3，还包括如上述任意实施方式的发动机气门，发动机气门的气门杆部2贯穿气门导管3设置。
60.具体地，当气门杆部2贯穿气门导管3设置后，气门导管3的工作端与气门杆部2的活动段4在轴向上重合，并且，当气门相较于气门杆部2进行往复运动时，气门导管3的工作端也仅与气门杆部2的活动段4在轴向上重合，而不与气门杆部2的其他部位轴向重合，例如，当第一区域5的长度为气门升程的长度时，随着气门杆部2的往复运动，气门导管3的工作端基本与上述第一区域5在轴向上重合。
61.作为对发动机气门和气门导管3的示例性说明，假定气门升程为10mm，气门头部1的下端面直径为φ36
±
0.1；气门头部1下端面与活动段4的轴向距离为45(0，-2)；第一杆段8的杆径为φ9(0，-0.018)，第一杆段8的粗糙度为ra0.4；活动段4的杆径为φ8.99(0，-0.018)，活动段4的粗糙度为ra0.15；活动段4与第一杆端和第二杆段9的过渡部分具有半径5mm的圆(弧)角，该过渡部分的轴向长度计入活动段4的长度，活动段4的长度为15(0， 5)；第二杆段9的杆径为φ9(0，-0.018)，第二杆段9的粗糙度为ra0.4；气门导管3的内径为φ9( 0.055， 0.040)。需指出的是，上述参数对应的单位均为mm。
62.需了解的是，针对发动机存在的性能和寿命缺陷，可以通过对气门的改进达到缓解的效果。大功率天燃气发动机使用过程中，会出现气门与气门导管3下口磨损严重现象(气门导管3距燃室近端即气门导管3下口，也就是本实用新型中的工作端)，并明显示高于柴油发动机，因此，有必要提升发动机气门与排气门导管3的耐磨性，并同时保证发动机气门的正常性能。其中，发动机中，排气门与排气门导管3的耐磨性尤为需要提升，以满足发动机的排放要求。
63.本实用新型通过改善发动机气门的结构，改进气门与导管之间的摩擦系数与间隙，提供一种不同结构的发动机气门，可以达到降低磨损的目的，从而降低偏磨的现象。
64.本实用新型在发动机气门与气门导管3下口(工作端)的配合处1.5-2倍气门升程内，将气门杆部2粗糙度值设计在ra0.2范围内，可提高气门杆部2在该部分的表面光滑度，降低表面摩擦系数。而且，仅将活动段4的粗糙度值限定在ra0.2范围内，还能降低气门杆部2的整体加工难度。
65.本实用新型将活动段4的气门杆径减小(0.005-0.02)mm，可以相对增加气门与导管高温区的配合间隙，可以修正天燃气发动机温度高于柴油机发动机盘部膨胀量增大而导致工作状态下气门与导管的间隙减小而引起导管高温区磨损。
66.通过降低气门杆部2摩擦系数与减小杆径来改善气门与导管的磨损现象，气门杆部2在导管导向作用下能自由往复运动，从而保证气门锥面不发生偏磨，提高气门的密封性能，保证发动机的整体性能，尤其是天燃气的发动机的性能。
67.需指出的是，在工作过程中，第一杆段8的位置为第一高温区，活动段4的位置为第二高温区，第一高温区的温度高于第二高温区。即第一杆段8的受热会高于活动段4。本实用新型将活动段4设于发动机气门与气门导管3的工作端的配合处，且限定了活动段4的区域，并在活动段4与气门头部1之间设置第一杆段8，在提高气门抗磨性的情况下，可以保证发动机气门的强度和刚度。
68.还需指出的是，本实用新型将活动段4设于发动机气门与气门导管3的工作端的配合处，并设置第二杆段9，而非将整个气门杆部2的杆径降低，有利于保持气门导管3对气门的导向作用。
69.本实用新型中的工作过程包括：发动机气门相对于气门导管3进行高速往复运动，发动机气门的最大运动长度为气门升程的长度。在运动过程中，气门导管3的工作端与气门杆部2的配合处一直处于气门杆部的活动段内。由于高温的作用，活动段4和气门导管3工作端的间隙会降低，但由于活动段4的杆径低于其他部位0.005-0.02mm，且粗糙度值不大于ra0.2，因此，可以降低磨损现象的发生。由于本实用新型仅在气门导管3的工作端与气门杆部2的配合处附近设置活动段4，因此，不会影响发动机气门的整体性能和气门导管3对发动机气门的导向性。
70.基于上述气门和气门组件，本实用新型还提供了一种发动机，包括如上述任意实施方式的气门组件，该发动机具体可以为天燃气发动机，从而提高天燃气发动机的性能和寿命。
71.本实用新型的上述技术方案中，以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的技术构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围。