各個實施例涉及內燃發(fā)動機的汽缸蓋中的排氣門。

背景技術：

發(fā)動機排氣門具有通常被設置為與發(fā)動機排氣口的壁平齊的氣門導管。所述導管暴露于高溫廢氣，并因導管的高溫而可能具有磨損問題、變形和降低的機械性能。各種技術已被用于通過控制排氣門或排氣門導管的溫度來減少排氣門導管的磨損，所述技術包括導管和氣門桿的材料的選擇、氣門與氣門桿的間隙控制、將冷卻夾套定位成鄰近于導管或者總體上使用冷卻夾套來降低整體汽缸蓋變形。

技術實現(xiàn)要素：

在實施例中，一種發(fā)動機設置有限定排氣門導管孔和排氣門桿通道的汽缸蓋，排氣門導管孔具有側壁和端壁，排氣門桿通道在排氣口和排氣門導管孔的端壁之間延伸。所述排氣門桿通道的直徑小于所述排氣門導管孔的直徑。發(fā)動機具有位于排氣門導管孔內并與所述端壁間隔開的排氣門導管。

在另一實施例中，一種汽缸蓋設置有在排氣口和孔之間延伸的排氣門導管護罩，所述孔具有容納氣門導管的尺寸。護罩從所述孔的連續(xù)側壁徑向向內延伸以形成氣門桿通道。護罩的第一側形成排氣口的壁的一部分。護罩的第二側形成所述孔的端壁。排氣門導管位于所述孔中并與所述端壁間隔開，以形成由導管的端部、所述孔的端壁和所述孔的側壁限定的氣隙。

在又一實施例中，提供了一種形成發(fā)動機的方法。在汽缸蓋中形成氣門導管孔以及氣門桿通道，所述氣門桿通道在氣門導管孔和排氣口之間延伸。氣門桿通道的直徑小于氣門導管孔的直徑，使得氣門導管孔的端壁圍繞氣門桿通道。將排氣門導管定位在氣門導管孔中，排氣門導管與氣門導管孔的端壁間隔開。

附圖說明

圖1示出了能夠實施所公開的實施例的內燃發(fā)動機的示意圖；

圖2示出了根據實施例的排氣門護罩的剖視圖；

圖3示出了根據另一實施例的排氣門護罩的剖視圖；

圖4示出了用于形成具有根據圖3或圖4的排氣門護罩的發(fā)動機的流程圖。

具體實施方式

根據需要，在此公開了本公開的詳細實施例；然而，應當理解，所公開的實施例僅是示例并且可以以各種和替代的形式實施。附圖不一定按比例繪制；一些特征可被夸大或最小化以顯示特定部件的細節(jié)。因此，在此公開的特定結構和功能細節(jié)不應被解釋為限制，而僅作為教導本領域技術人員以各種方式利用本公開的代表性基礎。

圖1示出了內燃發(fā)動機20的示意圖。發(fā)動機20具有多個汽缸22，圖中示出了一個汽缸。發(fā)動機20具有與各個汽缸22相關聯(lián)的燃燒室24。汽缸22由汽缸壁32和活塞34形成。活塞34被連接到曲軸36。燃燒室24與進氣歧管38和排氣歧管40流體連通。一個或更多個進氣門42控制從進氣歧管38到燃燒室24中的流動。一個或更多個排氣門44控制從燃燒室24到排氣歧管40的流動。進氣門42和排氣門44可以以本領域已知的各種方式操作以控制發(fā)動機的運轉。排氣門44的操作在下文進行更詳細地描述。

燃料噴射器46將燃料從燃料系統(tǒng)直接輸送到燃燒室24中，因此發(fā)動機為直噴式發(fā)動機。發(fā)動機20可以使用低壓或高壓燃料噴射系統(tǒng)，或者在其它示例中可使用進氣道噴射系統(tǒng)。點火系統(tǒng)包括火花塞48，其被控制為以火花的形式提供能量而點燃燃燒室24中的燃料空氣混合物?；鸹ㄈ?8可位于燃燒室24內的各種位置處。在其它實施例中，可使用其它的燃料輸送系統(tǒng)和點火系統(tǒng)或技術，包括壓縮點火。

發(fā)動機20包括控制器和被配置為將信號提供給控制器用以控制輸送至發(fā)動機的空氣和燃料、點火正時、氣門正時、發(fā)動機輸出的功率和扭矩等的各種傳感器。發(fā)動機傳感器可包括但不限于排氣歧管40中的氧傳感器、發(fā)動機冷卻劑溫度傳感器、加速踏板位置傳感器、發(fā)動機歧管壓力(MAP)傳感器、用于曲軸位置的發(fā)動機位置傳感器、進氣歧管38中的空氣質量傳感器、 節(jié)氣門位置傳感器等。

在一些實施例中，發(fā)動機20被用作車輛(諸如傳統(tǒng)車輛或啟動-停止車輛)中唯一的原動機。在其它實施例中，發(fā)動機可用于混合動力車輛中，在混合動力車輛中，附加的原動機(諸如電機)可用于提供額外的動力以推進車輛。

每個汽缸22可在包括進氣沖程、壓縮沖程、點火沖程和排氣沖程的四沖程循環(huán)下工作。在其它實施例中，發(fā)動機可使用二沖程循環(huán)工作?；钊?4在汽缸22的頂部的位置通常被稱為上止點(TDC)?；钊?4在汽缸的底部的位置通常被稱為下止點(BDC)。

在進氣沖程期間，進氣門42打開且排氣門44關閉，同時活塞34從汽缸22的頂部移動到汽缸22的底部，以將空氣從進氣歧管引入到燃燒室。

在壓縮沖程期間，進氣門42和排氣門44關閉。活塞34從汽缸22的底部朝著頂部移動以壓縮燃燒室24內的空氣。

然后，燃料被引入到燃燒室24中并被點燃。在示出的發(fā)動機20中，燃料被噴射到燃燒室24中，然后使用火花塞48被點燃。在其它示例中，可以使用壓縮點火將燃料點燃。

在膨脹沖程期間，燃燒室24中被點燃的燃料空氣混合物膨脹，從而使活塞34從汽缸22的頂部移動到汽缸22的底部?；钊?4的運動使曲軸36產生相應運動，并使發(fā)動機20輸出機械扭矩。

在排氣沖程期間，進氣門42保持關閉，排氣門44打開?；钊?4從汽缸22的底部移動到汽缸22的頂部，以通過減小燃燒室24的體積而將廢氣和燃燒產物從燃燒室24中除去。廢氣從燃燒汽缸22流動至排氣歧管40和后處理系統(tǒng)(諸如催化轉化器)。

對于各個發(fā)動機沖程，進氣門42和排氣門44的位置和正時以及燃料噴射正時和點火正時可改變。

發(fā)動機20具有發(fā)動機汽缸體50和汽缸蓋52。缸蓋襯墊54置于汽缸體50和汽缸蓋52之間以密封汽缸22。

汽缸蓋52限定排氣口60。排氣口60提供用于使廢氣從每個汽缸22流動到排氣歧管40的通道。排氣口具有座62。座62充當進入燃燒室24的開口，座62與排氣門44協(xié)作以當排氣門44抵靠座62“落座”時密封排氣口60或防止廢氣流入排氣口60。

發(fā)動機20被示出為其排氣門44為直接頂置凸輪結構(direct overhead cam configuration)的提升式氣門(poppet type valve)。發(fā)動機和排氣門44可以以本領域中已知的各種方式被構造為例如單頂置凸輪軸、雙頂置凸輪軸、直接凸輪軸致動、具有由推桿或搖臂操作的氣門的頂置氣門構造等。排氣門44被示出為由凸輪軸機械地操作；但是，在其它示例中，排氣門44可以是液壓控制或電控制的。

排氣門44具有連接到氣門桿72的端部的頭部70。頭部70可具有各種形狀，且其尺寸能夠在排氣門44處于關閉位置時與座62配合。頭部70從氣門桿72徑向向外延伸。

氣門桿72通過氣門機構被致動。在本示例中，氣門機構包括使頭部70朝向打開位置偏置的彈簧74，在打開位置，頭部70與座62分離，以允許廢氣從汽缸22進入排氣口60。

氣門機構還包括挺桿76。在本示例中，挺桿76是桶式挺桿(bucket style tappet)。挺桿76具有與凸輪軸80上的凸部78接觸的表面。當凸輪軸80和凸部78旋轉時，凸部78的表面與挺桿76相互作用，以壓下挺桿76并將氣門桿72和頭部70移動到關閉位置，在關閉位置，頭部70在氣門座62中落座。

凸部78的形狀和尺寸可以提供期望的氣門正時，包括用于氣門44的期望的升程和持續(xù)時間。在其它示例中，氣門44被控制為具有本領域已知的可變氣門正時。氣門機構還可以包括本領域中已知的各種搖臂、推桿等。

氣門44還具有氣門導管82。導管82是設置在汽缸蓋內的圓筒形套筒，用于保持氣門44的頭部和氣門桿的位置。氣門桿72延伸穿過套筒82。導管82具有與汽缸蓋接觸并被汽缸蓋支撐的外壁以及圍繞氣門桿72的內壁。在導管82的內壁和氣門桿72之間設置有間隙，使得氣門桿容易在導管內滑動同時防止廢氣穿過導管。導管82的尺寸慮及在發(fā)動機的使用壽命內的徑向磨損(diametrical wear)，同時保持與氣門桿72的間隙并定位氣門桿72。

在傳統(tǒng)的發(fā)動機中，導管通常插入汽缸蓋中或與汽缸蓋一起形成，使得導管的端部與排氣口的壁平齊。導管通常由鋼、鋼合金(steel alloy)或其它耐磨材料制成。

氣門44還具有未示出的各種密封件與其它部件和特征。

圖2示出了根據實施例的汽缸蓋和排氣門的局部剖視圖。與上文關于圖 1描述的元件相似或相同的元件被給予相同標號。

汽缸蓋52限定具有側壁102和端壁104的排氣門導管孔100。導管孔100可被設置為汽缸蓋52內的圓柱孔，并且可以被機加工或以其它方式形成在汽缸蓋中。對于圓柱孔100，側壁102是連續(xù)的壁。在示出的示例中，孔100沿該孔的長度具有恒定的直徑。

導管孔100被形成為鄰近于發(fā)動機的排氣口60，端壁104與排氣口60間隔開，使得護罩(shield)106形成在端壁104與排氣口60之間。護罩106的第一側由所述孔的端壁104形成，護罩106的相對的第二側由排氣口60的壁108形成。

排氣門桿通道110形成在護罩106中并在排氣口60與孔100的端壁104之間延伸。通道110可以是圓柱形的形狀。排氣門桿72延伸穿過通道110。

孔的端壁104圍繞通道110的周邊。換句話說，護罩106從孔的側壁102徑向向內延伸以形成所述氣門桿通道110。

排氣門導管82位于孔100內，使得導管82的端部112與端壁104間隔開。氣隙114形成在導管82的端部112和孔的端壁104之間。氣隙114還由孔的側壁102的一部分界定。氣門桿72延伸穿過氣隙114。

通道110的直徑120小于孔100的直徑122或導管82的外徑。通道110的直徑120大于導管82的內徑，使得更大程度的間隙設置在通道110與氣門桿72之間。

在一個示例中，孔和導管的直徑為大約十到十二毫米。通道的直徑為大約八到十毫米。通道的直徑120大于氣門桿72的直徑，以使氣門桿相對于所述通道留有間隙并允許空氣或氣體進入氣隙。所述間隙的尺寸可以是最小量以減少碎屑等進入氣隙114。在其它示例中，直徑120可以大于氣門桿72所需的最小間隙以控制導管82的溫度。氣門桿的直徑可以是大約五到六毫米，可在氣門桿72的表面和通道110的表面之間設置一到兩毫米或1.5到2.0毫米的間隙。

氣隙114的寬度124可以小于護罩106的厚度126。在一個示例中，如圖所示，氣隙114具有一到兩毫米的寬度，并且可為1.5毫米，而護罩的厚度為三毫米或三毫米以上。氣隙的尺寸可以被選擇為控制導管82的溫度。護罩的尺寸可以具有基于制造材料和發(fā)動機工作溫度限制的最小值。護罩的尺寸也可被選擇為控制導管82的溫度。

當然，在其它示例中，發(fā)動機和氣門組件的尺寸和間距可以改變。

在發(fā)動機運轉期間排氣口中的發(fā)動機排氣溫度可以在900攝氏度至1050攝氏度的范圍內。護罩106和氣隙114協(xié)作而為導管82提供熱障或熱絕緣特征。氣隙114位于護罩和導管之間，以向導管提供后錯區(qū)域(setback region)并減少因傳導而通過排氣口壁至導管的熱傳遞。通過減少發(fā)動機運轉期間傳遞至導管82的熱以及降低導管82的溫度，由氣門桿72的運動引起的導管端部112區(qū)域處的磨損可以減少。但是，如果導管82的溫度過分降低，則由于導管較小程度的熱膨脹和摩擦，氣門桿72會引起導管的內表面上的磨損。

通常，排氣門導管82的磨損可因導管82的鄰近于端部112的下部的熱變形的增加和機械性能的降低而加劇，所述熱變形的增加是由于暴露于排氣口60中來自燃燒室的直接的廢氣流而造成的，并導致排氣門導管的磨損。排氣門導管上的磨損可能導致氣門座62的磨損和/或在車輛環(huán)境中觸發(fā)發(fā)動機代碼。

通過向導管82提供護罩106，導管82與直接的廢氣流隔離，并在較低的溫度下以減小的變形量工作，同時保持導管82和氣門桿72之間的間隙，保持較高的機械性能，并減少導管磨損。在圖2中，護罩106使用汽缸蓋52中的母體材料被提供。

圖3示出了根據另一實施例的汽缸蓋和排氣門的局部剖視圖。與上文關于圖1和圖2描述的元件相似或相同的元件被給予相同標號。

孔100形成有一直延伸至排氣口60的側壁。墊圈140或其它嵌件(insert)被定位在孔100中以提供護罩106。墊圈140具有其尺寸可與孔的側壁102壓入配合的外壁142或外徑。墊圈140還具有形成氣門桿通道110的內壁144或內徑。內壁144的尺寸可以為氣門桿72提供間隙并且使得空氣或氣體進入氣隙。所述間隙可具有最小量的尺寸，以減少碎屑等進入氣隙114，同時與導管內壁相比保持與氣門桿72更大的間隙。在其它示例中，壁144的尺寸可以大于氣門桿72所需的最小間隙以控制導管82的溫度。氣門桿的直徑可以是大約五到六毫米，可以在氣門桿72的表面和壁144的表面之間設置一至兩毫米或1.5至2.0毫米的間隙。

墊圈140的第一側146提供所述孔的端壁104。墊圈140的相對的第二側148被定位為與鄰近的排氣口60的壁108平齊。雖然墊圈140的第一側146和第二側148被示出為是大致垂直于氣門桿72的軸線定向的平面，但是 第一側146和第二側148中的一者或兩者可具有波形或其它復雜的輪廓形狀(例如，凸起或凹入的形狀)以進一步控制導管82的溫度。墊圈140也可相對于氣門桿72以另一角度定向。

導管82的端部112與墊圈140的第一側146間隔開以在端部112與第一側146之間形成氣隙114。如上所述，氣隙114提供熱絕緣特征，以通過與墊圈140結合而充當排氣口60中的廢氣和導管82之間的熱障而控制和限制發(fā)動機運轉期間導管82的溫度。

墊圈140可與汽缸蓋52由相同的材料形成。在本示例中，墊圈140和汽缸蓋52均由鋁或鋁合金材料形成，但是也可以考慮其它材料。通過由共同的材料制造墊圈140和汽缸蓋52，墊圈140和汽缸蓋52具有相同或基本相同的熱膨脹特性，這在發(fā)動機運轉期間溫度升高的情況下保持墊圈在孔內的壓入配合。在其它示例中，墊圈140可與汽缸蓋52由不同的材料或合金制成；然而，可能需要選擇具有基本相似的熱膨脹系數的材料。在進一步的示例中，在墊圈140插入汽缸蓋52之前，可在墊圈140的一側或兩側上進行涂覆(例如，使用陶瓷涂層或其它涂層)或以其它方式對墊圈140進行處理，以改變熱性能、減少通道110上來自氣門桿72的磨損等。

圖4示出了根據各個實施例的形成汽缸蓋的方法200的流程圖。在其它實施例中，方法200中的各個步驟可被組合、重新排列或省略。

在步驟202處形成汽缸蓋?？梢允褂酶鞣N工藝來形成汽缸蓋，在一個示例中，汽缸蓋通過使用鑄造工藝由鋁形成。汽缸蓋可以使用壓鑄工藝、失芯鑄造工藝等工藝來形成，其中，諸如排氣口60的各種通道形成在汽缸蓋內。

在步驟204處，在汽缸蓋52中形成孔100。孔100可使用諸如鉆孔或銑削的機加工工藝來形成。

對于圖2中示出的實施例，在步驟204處，孔100和排氣通道110可被機加工或在兩步驟過程(two step process)中形成，然后該方法進行到步驟208。通道110被形成或機加工成直徑小于孔100的直徑。在一個示例中，孔100被機加工為盲孔，然后通道110被機加工到孔100和排氣口60之間的端壁中。在另一示例中，通過將通道機加工到一直延伸到排氣口60的第一深度而首先形成通道110，然后將孔100機加工到小于第一深度的第二深度而形成該孔的端壁。

對于圖3中示出的實施例，在步驟204處，孔100可被機加工或形成， 然后該方法進行到步驟206?？?00可被機加工為通孔，使得其一直延伸到排氣口60。

在步驟206處，對于圖3中示出的實施例，使用例如鑄造、鍛造、機加工或其它工藝形成墊圈140。注意，對于圖2中示出的實施例，步驟206被省略，因此步驟206被繪制為虛線。

在步驟206處，墊圈140可使用與用于形成汽缸蓋的材料相同或基本相似的材料形成，例如金屬、金屬合金、鋁、鋁合金等。墊圈140以壓入配合到孔100中的外徑尺寸形成。通道110穿過墊圈形成而設置在墊圈140的內壁或內徑部分中。通道110可與墊圈同時形成，或者在后續(xù)的機加工步驟中形成。墊圈被壓入孔100中或以其它方式插入孔100中，使得墊圈的一側與鄰近的排氣口60的壁基本平齊，而墊圈的另一側形成孔的端壁。

注意，形成在孔的端壁或墊圈中的通道110的尺寸具有最小尺寸，以在氣門桿和所述通道的壁之間提供必要的間隙。通道110的直徑的大小可大于所述最小尺寸以控制發(fā)動機運轉期間導管的溫度。所述直徑可被選擇或增加為大于所述最小尺寸，以允許額外的廢氣流入氣隙并控制發(fā)動機運轉期間導管的溫度。

在步驟208處，將導管82定位在孔100中，導管與孔的端壁或墊圈間隔開，以在導管82的端部和孔提供的端壁或墊圈之間形成氣隙。氣隙進一步由孔的連續(xù)側壁限定。導管被定位成為氣隙提供期望的尺寸。例如，導管的端部和孔的端壁之間的氣隙的寬度的大小可以控制發(fā)動機運轉期間導管的溫度。

在步驟210處，可通過例如將氣門桿穿過導管插入以及附連彈簧、挺桿等而將氣門44組裝到汽缸蓋52中?？蓪⑵咨w52附連到汽缸體而形成車輛中的發(fā)動機。

雖然以上描述了示例性實施例，但并不意味著這些實施例描述了本發(fā)明的所有可能的形式。更確切地，說明書中使用的詞語是描述性詞語而不是限制性詞語，并且可以理解，在不脫離本公開的精神和范圍的情況下，可以進行各種改變。此外，各個實施的實施例的特征可以組合以形成本公開的進一步的實施例。