[发明专利]用于内燃机的阀

说明书

技术领域

本发明涉及阀用于使用在内燃机上的阀，至少一个阀部分通过化学气相沉积(CVD)处理接收涂层，这给予了形成的阀以长的耐久性、简化制造以及耐腐蚀性以及耐破裂性。

背景技术

内燃机是绝大部分机动车辆使用的能量转换机构，基本上包括两个主要部分：一个或多个发动机头和发动机缸体。燃烧室位于在发动机头的基座上(通常，在柴油发动机的情况下，燃烧室位于活塞头上)，气缸和曲轴组件位于发动机缸体上。内燃机的阀容纳在发动机头中，并且该设备的目的是允许或阻止气体进入或排出发动机气缸。

发动机将燃烧室中的混合物(燃料和空气)的燃烧产生的能量转化为机械能，机械能能够赋予车轮运动。进气阀是控制气态混合物进入发动机气缸的阀，而溢流阀是在爆炸后允许气体离开的阀。

因阀所受到的应力不同，通常，其构造结构是非常相似的。因此，如图1中可以看出的，阀1由盘形阀头10和阀颈区域3构成，阀头10包括阀座区域2，阀颈区域3作为杆4的过渡区域，其中，阀1的末端5位于杆的与阀头相对的端部。

每个阀部分受到不同的工作条件，因此以不同方式被施加应力。阀座区域因冲击和摩擦而受到磨损，其功能在于密封阀头上存在的座件/插件。应当指出的是，当关闭阀时除了因冲击而磨损，还会因摩擦而磨损(当阀开启而接触插件时的粘合)。而阀头区域应是耐腐蚀的。杆区域应是耐磨损的并具有低摩擦。应当注意的是，尽可能少量的润滑液应通过杆和引导件之间的区域，以防止润滑剂到达燃烧室。最后，阀末端必须是耐磨损的，因为它接收到迫使阀打开和关闭的致动器的一部分的恒定压力。

总之，阀应表现出抵抗三种不同类型的应力，即：机械应力、热应力和化学应力。关于机械阻力，阀应在阀座区域和末端区域表现出耐冲击性。关于耐磨性，受影响的主要部分是阀座区域、杆和阀末端。反过来，耐压力应该是阀头前方的特征。最后，疲劳强度是必要的，由于牵引应力和压缩应力之间恒定交替。

需要耐热性是源自于燃烧温度、溢出气体的高温以及在高低温度之间交替引起的疲劳。

耐化学性变得必要以防止腐蚀，这容易发生在阀所受到的气体、水分和工作温度的腐蚀环境中。

因此，为了克服该阀受到的越来越苛刻的工作条件，常见的是阀是单金属的特种合金的、双金属的或设置有插件。

单金属阀是由单一材料构成的，并且应用到普通要求的部件上。因此，对于进气阀，人们通常采用马氏体钢，优选铬-硅合金，这是由于其优良的机械性能。关于溢出阀，人们通常利用铬-镍-锰合金钢，这是因为其良好的耐腐蚀和耐高温的性能。

双金属阀应用在更多要求的场合，在这种情况下，特定材料应用于每个阀部分。作为示例，杆使用马氏体钢以保证高耐磨性。对于阀头，使用奥氏体钢或镍基合金以保证高温下的耐腐蚀性。自然，这些阀具有较高的成本，这是因为它们的制造过程具有局限性，因此，不适合于许多应用。

阀末端通常依靠焊接接收奥氏体合金板(在该情况下是单金属阀)、低合金的硬回火奥氏体钢(在该情况下是双金属阀)。

目前，需要更高的热效率和发动机的比功率，显著地由于限制排放污染物和限制燃料和润滑油的消耗，这导致了增加奥托或柴油发动机的热应力，其中有阀。在一些更近期的应用中，这些部件的耐用性的降低得到了很大的考虑，要求进行改善。

到现在为止，在现有技术的发动机的涂层阀的最常见的解决方案中，可以引用氮化，其显示了例如关于抗疲劳性的负性能。另一个例子是钛阀，用于赛车发动机，但具有非常高的成本和低的耐磨损，由于这个原因，其表面应涂覆有氮化钛(TiN)或氧化钛(TiO)以抵消低耐磨性。

对于发动机阀仍有一些额外的方案，这些方案利用了商业上已知的合金，如Nimonic或Nireva合金，但这些材料的成本无法补偿大多数情况下的性能。

在各种现有方案中，文献US4811701公开了一种用于内燃机的进气阀，其设置有通过热喷涂施加的氧化铈涂层以防止在阀上形成的碳沉积。

文献US7562647公开了一种具有耐高温涂层的进气阀以及具有这种阀的内燃机。该阀部分地被涂覆以保证耐腐蚀性，还经历阀头硬化处理。公开的保护膜通过用可固化树脂实现，包括至少一种金属或陶瓷材料以及至少一种有机或无机结合剂。