專利名稱：內(nèi)燃機(jī)中的空心氣門的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利涉及一種空心氣門，可以用作內(nèi)燃機(jī)中進(jìn)氣門和排氣門。
背景技術(shù)：
氣門的作用是控制進(jìn)、排氣管的開閉，以實(shí)現(xiàn)向氣缸供給可燃混合氣(汽油機(jī)) 或新鮮空氣(柴油機(jī))并及時排出廢氣。為了減小氣門頭部的熱負(fù)荷和減小氣門的重量， 一個廣泛采用的辦法是采用充金屬鈉的空心氣門。金屬鈉(Na)的熔點(diǎn)為97.8C，在空心氣 門空腔中填入部分金屬鈉，因此發(fā)動機(jī)工作溫度下金屬鈉呈現(xiàn)液態(tài)，在氣門工作時，金屬鈉 在氣門內(nèi)上下運(yùn)動，不斷地從氣門頭部吸收熱量并傳給氣門桿使頭部得以冷卻。當(dāng)排氣氣 門在工作時，溫度很快升高，氣門內(nèi)的金屬鈉由固態(tài)變成液態(tài)，桿端面上受頻率很高力的打 擊，排氣門劇烈上下運(yùn)動，液態(tài)的金屬鈉沖刷著氣門內(nèi)腔，把盤部、頸部熱量迅速通過桿和 外面導(dǎo)管傳遞出去，可降低最熱點(diǎn)溫度IO(TC左右，一般在8(TC 15(TC，以達(dá)到較低新的 熱平衡的目的。另外，由于內(nèi)部空腔減小了氣門重量，不僅有利于整機(jī)重量的減輕，更重要 的意義在于減輕氣門整體的重量，改善其工況，從而提高了氣門使用壽命，起到優(yōu)化發(fā)動機(jī) 性能、降低油耗的作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提高空心氣門中冷卻工質(zhì)的傳熱效率，以提供一種具有更好的 散熱性能的空心氣門。 中國專利CN1189574A公開了一種內(nèi)燃機(jī)中的空心氣門，采用含有錫(Sn)和鉍 (Bi)的低熔點(diǎn)合金代替鈉作為空心氣門的冷卻工質(zhì)。該專利并沒有普及。
由于具有高導(dǎo)熱性(溫度為300K時導(dǎo)熱系數(shù)為142W m—1 K—0和低密度(固體 鈉密度為0. 968g cm—3，液體鈉密度為0. 927g cm—3)的特征，迄今為止，金屬鈉仍然是空心 氣門最理想的冷卻工質(zhì)。然而采用傳統(tǒng)的技術(shù)，空心氣門中的冷卻工質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)很難進(jìn)
一步提咼o 理論和實(shí)驗(yàn)都已經(jīng)證明，將納米顆粒加入到流體工質(zhì)中制備成分散性好且均勻的 納米流體工質(zhì)，其導(dǎo)熱和比熱等熱物理性能均大幅提高，冷卻工質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)最高可以提 高兩個數(shù)量級。這是納米技術(shù)應(yīng)用于熱能工程這一傳統(tǒng)領(lǐng)域的創(chuàng)新性的研究。有關(guān)上述納 米技術(shù)的論述可以參考《納米流體研究的新動向》(《物理》，作者馬坤全和劉靜，2007年，第 36巻，第4期，295-300頁)。 中國專利CN1955252A公開了一種具有高傳熱性能的納米金屬流體，其特征在于 它是一種以納米顆粒為溶質(zhì)，液態(tài)金屬為溶劑的流體。在該專利中，納米金屬流體的應(yīng)用主 要是計(jì)算機(jī)芯片和反應(yīng)堆等高熱流密度條件下的冷卻。 為了進(jìn)一步降低氣門的熱負(fù)荷和降低氣門重量，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn) 的采用金屬鈉或鈉的合金作為冷卻工質(zhì)，但是在其中添加納米顆粒，以提高冷卻工質(zhì)的導(dǎo) 熱性。這些納米顆?？梢允欠墙饘偌{米顆?；蛘呓饘偌{米顆粒。
與現(xiàn)有的空心氣門相比，本發(fā)明利用了納米技術(shù)的最新成果——納米金屬流體， 突破了現(xiàn)有技術(shù)的局限性，具有以下優(yōu)點(diǎn) 1.導(dǎo)熱系數(shù)等熱物理性能大幅提高，能夠有效地降低氣門頭的熱負(fù)荷；
2.方法簡單，能夠與原有的設(shè)備、工藝流程兼容； 在歐洲空心氣門已普遍運(yùn)用在新型的發(fā)動機(jī)上。國產(chǎn)合資生產(chǎn)的轎車也逐漸使用 了空心氣門，例如，上海大眾Passat排氣門采用了空心氣門；一汽生產(chǎn)的捷達(dá)王排氣門使 用了空心氣門。隨著國產(chǎn)高擋轎車不斷推出，空心氣門生產(chǎn)量也將不斷增加。隨著對能耗 和排放的要求越來越高，空心氣門越來越普及。到2015年，我國汽車年產(chǎn)量將在800萬 1000萬輛之間，其中轎車年產(chǎn)量將超過350萬輛，因此，氣門總需求量將達(dá)到3. 7億支。本 發(fā)明一旦付諸實(shí)施，將創(chuàng)造巨大的市場效益。


以下附圖僅旨在于對本發(fā)明做示意性說明和解釋，并不限定本發(fā)明的范圍。其中，
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個具體實(shí)施例的示意性剖視圖，其中，l為氣門殼體，按照 一般的劃分，氣門分為氣門頭和氣門桿，在此專利中，為了描述的方便，將氣門頭和氣門桿 的實(shí)體部分統(tǒng)一稱為氣門殼體。2為殼體內(nèi)的空腔，該空腔可能位于氣門桿內(nèi)或氣門頭內(nèi)， 3為冷卻工質(zhì)。
具體實(shí)施方式

實(shí)施例 本發(fā)明在真空或者惰性氣體環(huán)境下，通過加熱將金屬鈉熔化后，添加體積比為
10%的碳納米管粉末，金屬鈉與碳納米管粉末的體積比為io : i，然后攪拌均勻。等金屬
鈉冷卻后，將其擠壓成直徑小于空心氣門孔徑的長條狀。然后定長切斷金屬鈉，將金屬鈉喂
入到空心氣門空腔中。金屬鈉大概占空心氣門空腔中60%的體積，這樣保證金屬鈉能夠上
下流動，充分帶走熱量。然后放入小片金屬鋯，作用是能夠在摩擦焊后，空腔內(nèi)能保持真空。 然后采用摩擦焊將空心氣門的空腔封閉。 以上所述僅為本發(fā)明示意性的具體實(shí)施方式
，并非用以限定本發(fā)明的范圍。任何 本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和原則的前提下所作的等同變化、修改與結(jié)合， 均應(yīng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
一種用于內(nèi)燃機(jī)的空心氣門，該氣門包括一個氣門殼體，一個在氣門殼體內(nèi)的封閉空腔及其空腔內(nèi)的冷卻工質(zhì)，其特征是，空腔內(nèi)的冷卻工質(zhì)中含有納米顆粒；
2. 如權(quán)利要求1所述的空心氣門，其特征在于所述的冷卻工質(zhì)為含有納米顆粒的低熔點(diǎn)合金；
3. 如權(quán)利要求2所述的空心氣門，其特征在于所述的低熔點(diǎn)合金在常壓下的熔點(diǎn)小于500攝氏度。
4. 如權(quán)利要求2所述的空心氣門，其特征在于所述的低熔點(diǎn)合金包含金屬鈉；
5. 如權(quán)利要求2所述的空心氣門，其特征在于所述的低熔點(diǎn)合金包含至少一種納米顆粒；
6. 如權(quán)利要求5所述的空心氣門，其特征在于所述的納米顆粒在空間三維尺寸中至少一個方向的尺寸小于999納米；
7. 如權(quán)利要求5所述的空心氣門，其特征在于所述的納米顆粒為金屬納米顆粒或非金屬納米顆粒；
8. 如權(quán)利要求7所述的空心氣門，其特征在于所述的金屬納米顆粒，為金、銀、銅、鋁、鐵、鈣、鎂、鎳、鋅、鉻、銻或鎘，或者是以上至少兩種金屬納米顆粒的混合物；
9. 如權(quán)利要求7所述的空心氣門，其特征在于所述的非金屬納米顆粒，為碳納米管、石墨材料納米顆粒、硼、鍺、硅或砷的納米顆?；蛞陨现辽賰煞N非金屬納米顆粒的混合物；
10. 如權(quán)利要求l所述的空心氣門，其納米顆粒重量占冷卻工質(zhì)總重量的比例為0. 01% 99%。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種空心氣門，可用作內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣門和排氣門。該氣門空腔中含有添加了納米顆粒的冷卻工質(zhì)。由于該冷卻工質(zhì)含有納米顆粒，具有比傳統(tǒng)冷卻工質(zhì)更高的導(dǎo)熱性，因此在發(fā)動機(jī)工作時，能夠更好地冷卻氣門。
文檔編號F01L3/14GK101713306SQ20091005697
公開日2010年5月26日 申請日期2009年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月20日
發(fā)明者張明亮 申請人:張明亮