专利名称：4缸天然气燃料发动机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及2. 8升的4缸天然气燃料发动机。
背景技术：
汽车发动机由机体，曲柄连杆机构，配气机构，冷却系，润滑系，燃料系和点火系等 组成。发动机的工作过程是利用活塞往复移动来完成一个工作循环，包括进气、压缩、作功、 排气四个过程。现有发动机按燃料分有汽油和柴油发动机两种。而随着社会的进一步发展， 天然气相较于汽油、柴油已成为一种安全环保、质优价廉的绿色清洁能源。且随着大气污染 的日益加剧，石油资源的日渐枯竭，汽油价格的居高不下，成本相对低廉的天然气作为清洁 替代燃料，日益受到人们的广泛关注，然而现有适用于汽油的汽车发动机若直接使用天然 气，则存在有以下问题1、改用天然气后，由于天然气属气态干燃料，没有润滑特性，导致进气门与气门口 之间为干摩擦，从而导致发动机进气门和气门口的早期磨损严重。2、改用天然气后，由于天然气是气态燃料，燃料本身在气缸中占有一定容积比例， 导致吸入气缸的空气量减少，充气效率下降，吸入气缸的空气量减少了，与之反应的燃料也 相应减少，因此导致发动机功率扭矩下降，下降幅度在15%到20%左右。
实用新型内容有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种能有效解决上述问题的4缸天然气燃 料发动机，本实用新型的发动机在现有4缸汽油发动机的基础上对其结构加经改进，使其 适用于天然气原料。本实用新型中的4缸天然气燃料发动机是在发动机气缸盖的进气门口内周缘设 置一层硬度为HRC43士3、深度为0. 6-1. 5mm淬火层，同时在与所述气缸盖进气门口配合的 进气门外周缘设置一层硬度为30-40HRC、深度为0. 8mm的斯特来合金层，所述发动机的活 塞顶部设置有深度为2. 95毫米的导流凹坑，该导流凹坑的容积相应为13. 33毫升。所述发动机气缸盖的排气门口内镶有耐磨耐高温合金座圈，在与所述气缸盖排气 门口配合的排气门外周缘设置一层硬度为30-40HRC、深度为0. 8mm的斯特来合金层。所述进气门与排气门的外周缘加工有用于堆焊所述斯特来合金层的凹槽。所述淬火层经由高频淬火头直接淬火成形。所述斯特来合金层位于所述进气门或排气门外周缘的环形密封带处。本实用新型中的4缸天然气燃料发动机不仅保持了较高的动力性能，功率扭矩 下降幅度基本控制在10%以内，而且耐久性能则得到大幅度提高，平均连续运转寿命超过 6000小时。
图1是本实用新型中4缸发动机的主视示意图；[0013]图2为本实用新型中发动机气缸位于进气门口处的剖视示意图；图3为图2中A所示部分的放大示意图；图4为本实用新型中进气门或排气门的结构示意图；图5为本实用新型中节温器的结构示意图；图6为本实用新型中节温器的剖视示意图；图7为本实用新型中活塞的部分剖视示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型中的具体实施例作进一步详细说明。如图1所示，本实用新型中的4缸发动机与现有4缸汽油发动机的结构及工作原 理相同，由于4缸汽油发动机是成熟技术，因此对发动机的每个部件及工作原理不再详细 描述，下面仅对针对4缸汽油发动机所作的改进之处作详细描述。首先，由于天然气属气态干燃料，没有润滑特性，容易导致气门与气门口之间发生 干摩擦，为此，如图2和图3所示，在发动机气缸盖1的进气门口 2内周缘设置一层硬度为 HRC43士3、深度为0. 6-1. 5mm淬火层3，同时在与气缸盖1进气门口 2配合的进气门4外周 缘设置一层硬度为30-40HRC、深度为0. 8mm的斯特来合金层5，如图4所示。气缸盖1的淬 火层3是利用高频淬火头对各进气门2依次进行淬火，淬火层3的金相组织主要是马氏体。 进气门4的外周缘即环形密封带处先通过机械加工形成凹槽，再在凹槽内填入堆焊的斯特 来合金层5，该堆焊的深度为0. 8mm。由于斯特来合金是一种耐高温、耐磨损的高强材料，堆 焊斯特莱合金后，使得进气门密封带的耐磨性能得到大幅提高。同样，在气缸盖1的排气门的外周缘也与进气门作同样处理，以配合发动机气缸 盖排气门口内镶有的耐磨耐高温合金座圈。其次，如图7所示，为保留原有气缸盖、缸体和曲轴机加工线不做变动，对各活塞8 的结构进行改进，即将活塞8顶部的导流凹坑9的深度减为2. 95毫米，使导流凹坑9的容 积为13. 33毫升。由于活塞8顶部导流凹坑9的容积减小后，整个燃烧室容积相应减小，压 缩比由原来的9. 0提高到现在的9. 5。可以有效降低改用天然气后功率、扭矩的下降程度。另外，为了进一步提高功率与扭矩，可以对发动机的凸轮型线和配气相位做进一 步优化，也就是使进排气的凸轮夹角由104. 5改为103. 5度，相当于进排气门开启重叠角减 小2度曲轴转角。发动机的定位销与第一缸排气凸轮夹角由3. 25度改为4. 83度，相当于 排气门早开角推迟3. 2度曲轴转角，整个配气相位也整体推迟3. 2度曲轴转角。配气相位 调整后，最大扭矩所对应的转速点向低速方向进一步偏移，使原有汽油机型的中低速的充 气效率和最大扭矩值得到进一步提高，从而部分抵消汽油改天然气后因充气效率降低而导 致的扭矩下降幅度；同时，适当提高发动机压缩比，通过提高发动机燃烧热效率，全面提升 原有汽油机型的功率、扭矩，从而部分补偿因充气效率下降而带来的功率、扭矩损失。除上述必要的强化改进外，改用天然气为原料的发动机还可以进一步对以下内容 进行改进，但由于这些改进都是市场成熟产品，因此仅作简单说明1、采用白金火花塞，采用白金火花塞后，所需点火电压降低，但火花却比普通火花 塞强烈，而且点火性能稳定，基本消除了失火现象。2、用复合齿形链条取代原有的滚子链条，降低了传动噪音，延长链条的使用寿命。[0028]3、发动机的冷却系一般由水箱、水泵、散热器、风扇、节温器、水温表和放水开关组 成，将节温器的节流孔直径由原来的27mm增加到33mm，如图5和图6所示，从而可以使流量 增大约50%，使发动机的初开温度由原来的87°C，降至80°C ；全开温度由原来的100°C，降 至93°C，冷气效果得到明显改善。经过上述强化改进，采用天然气原料后，不仅保持了较高的动力性能，功率扭矩 下降幅度基本控制在10 %以内，而且耐久性能则得到大幅度提高，平均连续运转寿命超过 6000小时。以上所述仅为本实用新型的较佳具体实施例，并非用来局限本实用新型的专利范 围，凡运用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变化，均同理包含于本实用新型 的范围内。
权利要求一种4缸天然气燃料发动机，其特征在于，在发动机气缸盖的进气门口内周缘设置一层硬度为HRC43±3、深度为0.6 1.5mm淬火层，同时在与所述气缸盖进气门口配合的进气门外周缘设置一层硬度为30 40HRC、深度为0.8mm的斯特来合金层，所述发动机的活塞顶部设置有深度为2.95毫米的导流凹坑，该导流凹坑的容积相应为13.33毫升。
2.根据权利要求1所述的4缸天然气燃料发动机，其特征在于，所述发动机气缸盖的排 气门口镶有耐磨耐高温合金座圈，在与所述气缸盖排气门口配合的排气门外周缘设置一层 硬度为30-40HRC、深度为0. 8mm的斯特来合金层。
3.根据权利要求2所述的4缸天然气燃料发动机，其特征在于，所述进气门与排气门的 外周缘加工有用于堆焊所述斯特来合金层的凹槽。
4.根据权利要求2所述的4缸天然气燃料发动机，其特征在于，所述淬火层经由高频淬 火头直接淬火成形。
5.根据权利要求2所述的4缸天然气燃料发动机，其特征在于，所述斯特来合金层位于 所述进气门或排气门外周缘的环形密封带处。
专利摘要本实用新型公开了一种4缸天然气燃料发动机，是在发动机气缸盖的进气门口内周缘设置一层硬度为HRC43±3、深度为0.6-1.5mm淬火层，同时在与所述气缸盖进气门口配合的进气门外周缘设置一层硬度为30-40HRC、深度为0.8mm的斯特来合金层，所述发动机的活塞顶部设置有深度为2.95毫米的导流凹坑，该导流凹坑的容积相应为13.33毫升。该发动机不仅保持了较高的动力性能，功率扭矩下降幅度基本控制在10％以内，而且耐久性能则得到大幅度提高，平均连续运转寿命超过6000小时。
文档编号F02B43/00GK201751549SQ20102026105
公开日2011年2月23日 申请日期2010年7月16日 优先权日2010年7月16日
发明者支大新 申请人:香港恒力实业有限公司