專利名稱：防磨損凸輪軸和隨動件材料的制作方法
技術領域：
0001本發明涉及氣門機構，且更具體地涉及防磨損凸輪軸和
隨動件設計。
背景技術：
凸輪定相和可變氣門致動(VVA)是試圖通過改變氣門 的開啟和關閉來進一步細調燃料經濟性增益的相對新的技術。在OHC 發動機中，對于2級VVA機構在高和低升程條件下僅使用滾動作用是 優選的，因為這減少了總的氣門機構摩擦。遭受主要是滑動負載的凸 輪軸通常由淬火GCI或CCI制成，并抵靠合金CCI隨動件運轉。在2 級凸輪軸設計構造中，這些凸輪材料并未預期承受滾動負載(通常高 于1400 MPa),因而這超過了材料強度極限。如果設計體系允許使用 用于可變氣門致動構造的僅滾動接合部，那么材料選擇相對簡單。在 滾動負載下，鋼制凸輪運行良好，只要有充分的設計空間來工作即可。 然而，由于在抵靠傳統隨動件材料滑動條件下的粘附磨損，它們展現 了不良的響應。
0007對于2級VVA結構而言，如果頂置式凸輪發動機的設計 約束排除了僅滾動的選擇，那么包括遭受來自于隨動件元件的滾動和 滑動負載的凸角三層件(tri-pack)的獨特氣門機構設計選擇是可行的。 在高升程模式期間接觸的凸輪凸角部分遭受滑動負載，而在低升程模 式期間，其它凸角部分遭受滾動負載。本發明提供一種發動機氣門機構，包括具有多個凸輪軸
凸角的凸輪軸，其中，所述凸輪軸凸角由可鍛鑄鐵制成并硬化。多個隨動件襯墊由被碳氮化的鋼制成，且各與所述多個凸輪軸凸角中的相 應一個接合。所述材料組合提供了能與類金剛石涂層相比的滑動磨損， 同時比類金剛石涂層便宜很多。
0011]進一步的應用領域從在此提供的說明顯而易見。應當理
解的是，說明和具體示例僅為說明的目的且并沒有意圖限制本發明的 范圍。


圖1是可以包括本發明的材料組合的示例性發動機氣門
機構系統的截面圖；和 圖2圖示了設置在頂置式凸輪發動機中的示例性兩級可 變升程氣門機構，所述頂置式凸輪發動機具有直接作用凸輪隨動件。 如圖2所示，發動機100包括缸體、蓋和/或支撐凸輪軸103和多個搖 臂104c (僅示出一個)的載體部件102。凸輪軸103包括用于發動機 的每個進氣門108和/或排氣門的一對隔開的高升程凸輪106和中間低 升程凸輪107,高升程凸輪106和中間低升程凸輪107由搖臂致動。在 所示發動機中，每個搖臂104c具有與高升程凸輪106相關聯的高升程 外部凸輪隨動件110和與低升程凸輪相關聯的低升程內部凸輪隨動件 111。示例性搖臂.104c的詳細說明在美國專利No. 5,361,733中提供， 所述專利的全部內容作為參考引入本文。 隨動件材料包括碳氮化52100型鋼或碳氮化4130型鋼。 隨動件的熱處理是與碳化或僅硬化或回火相對比的碳氮化過程。碳氮 化過程可以完成至0.5和1.5mm之間的深度，更具體地約隨動 件材料可以具有55-64 Rc的硬度。碳氮化過程是氣體碳化的改進形式， 其中，氨引入氣體碳化環境中，以將氮在產生時添加到碳化主體。當 氨分解且在工作表面形成初生態氮時，氮與碳同時擴散到鋼表面中。
而提供更優的磨損響應。
匹配部件的石友氮化52100型或41;0型鋼兩者同時使用時，該材沖牛組合顯著地減少總的磨損量。在多個樣品上進行的實驗室試驗中，使用根
據上述說明書的用于凸輪軸凸角的可鍛鑄鐵和由碳氮化52100型或 性。' ，、一 9 、一 、' 、— 」、 、一
權利要求
1.一種發動機氣門機構，包括具有多個凸輪軸凸角的凸輪軸，其中，所述凸輪軸凸角由可鍛鑄鐵制成；和多個隨動件襯墊，所述多個隨動件襯墊由碳氮化鋼制成，且各與所述多個凸輪軸凸角中的相應一個接合。
2. 根據權利要求l所述的發動機氣門機構，其中，所述碳氮化鋼是 52100型和4130型鋼之一。
3. 根據權利要求l所述的發動機氣門機構，其中，所述隨動件襯墊 被碳氮化至0.5和1.5 mm之間的深度。
4. 根據權利要求l所述的發動機氣門機構，其中，所述凸輪軸凸角 3皮硬化至從50到62 Rc。
5. 根據權利要求l所述的發動機氣門機構，其中，所述隨動件襯墊 具有從55至64 Rc的硬度。
6. 根據權利要求l所述的發動機氣門機構，其中，所述凸輪軸凸角 包括回火馬氏體和回火碳/石墨的硬化基質微觀結構。
7. 根據權利要求6所述的發動機氣門機構，其中，所述凸輪軸凸角 包括小于或等于10%的回火碳/石墨量，且其中，大于25平方微米的顆 粒的碳顆粒數小于200每平方毫米。
8. —種發動才幾氣門坤幾構，包括具有多個凸輪軸凸角的凸輪軸，其中，所述凸輪軸凸角由可鍛鑄鐵 制成；和多個隨動件襯墊，所述多個隨動件襯墊由碳氮化鋼制成，且各與所 述多個凸輪軸凸角中的相應一個接合，其中，所述碳氮化鋼是52100型 和4130型鋼之一。
9. 根據權利要求8所述的發動機氣門機構，其中，所述凸輪軸凸角 被硬化至從50到62 Rc。
10. 根據權利要求8所述的發動機氣門機構，其中，所述隨動件襯 墊具有從55至64 Rc的硬度。
11. 一種發動才幾氣門4幾構，包括具有多個凸輪軸凸角的凸輪軸，其中，所述凸輪軸凸角由可鍛鑄鐵制成，其中，所述凸輪軸凸角被硬化至從50到62Rc;和多個隨動件襯墊，所述多個隨動件襯墊由碳氮化鋼制成，且各與所 述多個凸輪軸凸角中的相應一個接合，其中，所迷碳氮化鋼是被碳氮 化至0.5和1.5 mm之間的深度的52100型和4130型鋼之一，其中，所述隨 動件襯墊具有從55至64 Rc的硬度。
全文摘要
本發明涉及防磨損凸輪軸和隨動件材料。用于發動機氣門機構的凸輪軸和隨動件的材料組合提供了極佳的耐磨性。凸輪軸或凸輪軸凸角由可鍛鑄鐵制成，凸輪隨動件由碳氮化52100型或4130型鋼制成，從而以極大地降低的成本來提供與類金剛石涂層相當的極佳的耐磨性。
文檔編號F01L1/04GK101586483SQ20091020307
公開日2009年11月25日 申請日期2009年5月19日 優先權日2008年5月19日
發明者S·C·-Y·唐, S·G·沃卡德 申請人:通用汽車環球科技運作公司