[发明专利]单晶发动机气门

说明书

技术领域

本发明涉及一种耐热发动机气门，更具体地说，涉及一种往复式发动机的由单晶金属铸造工艺制成的耐热发动机气门。

背景技术

发动机的进气门位于设置在进气道与燃烧室之间的进气口中。在进气冲程期间，凸轮或摇臂推动进气门打开并允许燃料混合物进入燃烧室。此外，排气门位于设置在燃烧室与排气流道之间的排气口中。在排气冲程期间，凸轮或摇臂推动排气门打开，并且燃烧气体从燃烧室排出。

然而，随着发动机功率密度的增加和新的燃烧策略的探索，发动机排气门的工作温度要求也在提高。这些不断提高的温度通过排放法规和行业趋势被朝着更高的燃料效率和功率密度驱动。传统限制是持续暴露于约725℃的工作温度，短时间内可能会发生高达800℃的偏移。标准气门由锻造的铁基奥氏体不锈钢合金制成，例如23-8N(具有的标称组成为23％的Cr、8％的Ni、2.5％的Mn、0.53的C、0.43的N，余量为Fe)或21-4N(具有的标称组成为21％的Cr、4％的Ni、9％的Mn、0.75％的Si、0.33的C、0.30的N，余量为Fe)，然而，这些标准气门通常不能在高于750℃的温度持续工作一段时间。

PCT公开专利申请WO/2004/079237公开了一种用于内燃机的气门，提供了其制造方法以及含有以质量％计的以下组分关系的耐热钛合金：铝7.5-12.5，钼1.6-2.6，锆-1.4-2.4，硅-0.1-0.2，钇-0.05-0.1，钛-其余。所要求保护的合金具有α+α2+β相含量，其中α2相基于Ti3Al化合物分散地分布在α-相中。所要求保护的方法包括：通过用预加热和随后的热处理进行变形处理，由圆柱形圆角制造气门。杆的预加热在比合金的完全多晶转变温度(Tpc)低5-20℃的温度下进行。杆的变形处理通过楔形横向轧制进行。头部的变形在比合金的Tpc高5-50℃温度的预加热下通过锻造进行，这对应于锻造开始时的温度。锻造的结束在低于Tpc的温度下进行，形成盘形气门头部以及杆和头部的平滑过渡。本发明的技术结果是获得气门，提供在一定工作温度范围内工作的气门。然而，由该工艺制成的气门不能在超过850℃的温度下长时间工作。

如果气门在高于其额定温度下工作，则可能发生表面不稳定，并且可能在表面上形成氧化层，氧化层最终会剥落并引入燃烧室中。另外，高温会导致气门疲劳或导致合金的微观结构变化或其性能下降，导致气门在使用过程中故障。

因此，需要一种改进的工艺，其提供可在高温下持续工作一段时间的发动机气门。

发明内容

一方面，公开了一种用于内燃机中的气门。该气门可以包括：具有第一端和第二端的杆，位于杆的第一端的末端；以及具有圆角和燃烧面的头部，该头部摩擦焊接到杆的第二端，其中头部由单晶金属铸造，没有晶界，并且承受超过850℃的温度。

另一方面，公开了一种内燃机。该内燃机包括燃烧室、通向燃烧室并且限定构造成容纳气门的端口的至少一个进气道，其中所述气门包括：具有第一端和第二端的杆，位于杆的第一端的末端；以及具有圆角和燃烧面的头部，该头部摩擦焊接到杆的第二端，其中头部由单晶金属铸造，没有晶界，并且承受超过850℃的温度。

附图说明

图1示出了根据本发明的一方面的可用作进气门或排气门的气门。

图2示出了根据本发明的一方面的位于车辆的发动机内的图1中的气门。

图3示出了根据本发明的一方面的示例性铸造系统。

图4示出了根据本发明的一方面的具有晶界的单晶生长。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的一方面的可用作进气门或排气门的气门100。气门100包括摩擦焊接106到头部116的杆104。杆104可以在一端包括末端102，并且在第二端处最终连接到圆角108。圆角108用于将杆104连接到座面110。座面110可以设置在圆角108与边缘112之间，该边缘112可以设置在座面110与燃烧面114之间。头部116可以包括圆角108、座面110、边缘112和燃烧面114。在发动机操作期间，在燃烧面114与末端102之间存在出现于气门100中大的温度梯度。例如，在发动机操作期间，燃烧面114可能经历来自燃烧事件的850℃或更高的温度，而末端102可能经历约100℃的温度。因此，包括燃烧面114的头部116可以由能够承受等于或高于850℃高温的金属材料制成。