第２９卷第ｌ期
２０１１年２月
ＰＯｗｄｅｒ
粉末冶金技术
ＭｅｔａｌｌｕｒｇｙＴｅｃｈｎ０１０９ｙ
Ｖ０１．２９．Ｎｏ．１
Ｆｅｂ．２０１１
高性能发动机用排气气门座圈材料的开发
ＨｉｒｏｓｈｉＯｓｈｉｇｅ＋，ＴｅｍｏＴａｋａｈａｓｈｉ一
（Ｎｏ．１ｌｌｌＮｏｇｉＮｏｇｉ—Ｍａｃｈｉｓｈｉｍｏｔｓｕｇａ—Ｇｕｎ，Ｔｏｃｈｉｇｉ—Ｐｒｅｆ，日本）
摘要：
近年来，依照汽车发动机生态学，发动机的低排放与低燃油消耗变成了社会任务；同时，还要求输出
功率高（高效率）。为满足这些要求，和常规发动机相比，近年来，为高性能发动机没定稀薄空气与燃油比的装置正在普遍推广。在这些发动机中使用的排气气门座圈（烧结材料）存在一个耐磨性问题。因为和常规发动机相比，其暴露在清洁与高温环境之中。因此，分析了发动机的磨损机理和稀薄空气与燃油比。开发了耐磨性优异的排气气门座圈（烧结材料）。关键词：高性能发动机；空气一燃油比
ＤｅＶｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｅｘｈａｕｓｔＶａｌＶｅｓｅａｔｍａｔｅｒｉａｌ
ｆｂｒｔｈｅｈｉｇｈｐｅｒｆｂｒｍａｎｃｅｅｎｇｉｎｅ
Ｈｊｒｏｓｈｉ
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（Ｎｏ．１ｌ１１ＮｏｇｉＮｏ舀一Ｍａｃｈｉｓｈｉｍｏｔｓｕｇａ—Ｇｕｎ，Ｔｏｃｈｉｇｉ—Ｐｒｅｆ，Ｊａｐａｎ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｌａｔｅｙｅａｒｓ，ｆｒｏｍｅｎｇｉｎｅｂｅｃｏｍｅ
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ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈｐｅｄ＇ｏｍａｎｃｅｅｎｇｉｎｅ；ａｉｒ－“ｅｌｒａ“ｏ
近年来，社会普遍关注的是空气污染、石油能源枯竭及ｃＯ：排放导致的全球变暖。强烈要求解决的社会问题是，汽车汽油发动机的低排放和低燃油消耗。
为了满足这些要求，最近高性能发动机设定的空气与燃油比比常规发动机稀薄，并通过开发燃烧技术增宽了设定的稀薄区。于是，排出气体的温度升高，同时，由于材料基体组织软化，由常规材料制造的排气气门座圈的耐磨性就成了问题。
由进气气门与排气气门组成的发动机气门座，是用于密封高温、高压的排出气体的。因此，气门座圈（ＶｓＩ）不仅需要自身耐磨与耐热，还必须保证对
・
配对的气门浸蚀小。
ｌ试验与结果
图ｌ示在全负载下，节气门全打开时，气门与常规气门座圈（ＶｓＩ）的磨耗比。新开发的发动机（高性能发动机）的气门座圈（ＶｓＩ）磨损比常规发动机是大大增加了。
根据耐久性试验后的研究，在新开发的发动机气门座圈表面没有发现燃烧产物，而和气门的接触表面具有与金属接触（金属相互间接触）的镜面状外观。但是，发现在常规发动机气门座圈（ＶＩｓ）表面都有燃烧产物。
Ｈｉｒｏｓｈｉ０ｓｈｉｇｅＥ—ｍａｉｌ：ｈｏｓｈｉｇｅ＠ｎｏｔｅｓ．ｎｐｒ．ｃｏ．ｊｐ
宰
水
ＴｅｒｕｏＴａｋａｈａ８ｈｉＥ—ｍａｉｌ：ｔｔａｋａｈａｓ＠ｎｏｔｅｓ．ｎｐｒ．ｃｏ．ｊｐ
万方数据
第２９卷第１期
Ｈｉｒｏｓｈｉ
０ｓｈ培ｅ等：高性能发动机用排气气门座圈材料的开发
６３
图ｌ
常规发动机与新开发的发动机的气门和ＶｓＩ磨耗比的比较
Ｆｉｇ．１
Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｅｎｇｉｎｅｓａｎｄ
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ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ
ｅｎｇｉｎｅｓ
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ｗｅａｒ
ｒａｔｉｏ
认为产生这种现象的原因如下：因为燃油一空气混合物的空气与燃油比比常规发动机稀薄和燃烧接近完全燃烧，因此，燃烧产物对于气门座圈表面的润滑作用减小，从而导致容易和气门产生金属接触。而且，由于高温燃烧气体使气门座圈材料基体软化，导致气门座圈易于粘附。表１示稀薄空气与燃油比对ＶＳＩ磨耗的影响。
表ｌ
稀薄空气与燃油比对ＶｓＩ磨耗的影响
Ｔａｂｌｅ１
Ｅｆｋｃｔｏｆｌｅａｎ
Ａ／Ｆ
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ＶＳｌｗｅａｒ
考虑到在新开发的发动机中，金属接触与粘附作用导致ＶｓＩ磨耗增大，在研究材料设计时，增强了ＶｓＩ的耐热性，从而可防止ＶｓＩ粘附于气门上。
图２示开发材料的设计原理。
图２材料的设计原理
Ｆｉｇ．２
Ｃｏｎｃｅｐｔｏｆｍａｔｅｒｉａｌ
为强化用于高性能发动机排气气门座圈的耐磨性，我们选择了基体铁粉、合金化钢粉及硬质颗粒的种类与适当添加量。
万方数据
为检验气门与新开发的发动机的ＶｓＩ的耐磨性，在单件试验台试验中用耐磨性良好的常规材料和开发的材料制造成ＶｓＩ，装在发动机上进行了耐久试验。图３示试验结果。
图３
新开发发动机中的气门与ＶｓＩ磨耗比
Ｆｉｇ．３
Ｖａｌｖｅ／ＶＳｌ
ｗｅａｒｒａｔｉｏ
ｉｎｎｅｗ
ｄｅｖｅｌｏｐｅｄｅｎｇｉｎｅ
新开发材料的磨耗比减小到了常规材料的１／４左右。
在耐久性试验之后，我们对常规材料和新开发的材料进行研究。
ＶｓＩ与气门一接触面表明，具有平滑表面结构。既不是在常规材料看到的镜面状表面粘附，也没有发现金属接触。笔者认为，新开发的材料，由于增强了耐热性作用和的确形成了耐磨性良好的氧化膜，因此，在新开发发动机的高温条件下，耐磨性良好。
结束语
１）根据高性能发动机中气门座圈（ＶｓＩ）磨耗机
理的分析，发现气门座圈磨耗的主要原因是，高温排气造成的气门座圈材料基体粘附所致。
２）通过选择粉末的种类与适当添加量，可强化高性能发动机使用的排气气门ＶｓＩ的耐磨性。
参考文献
［１］ＴｅｒｕｏＴａｋａｈ躯ｈｉ，Ａｒａｔａ
Ｋａｋｉｕｃｈｉ．ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎＩｏｆｖａｌｖｅ
ｓｅａｔｉｎ８ｅｎ
ｍａｔｅｒｉａｌｆｏｒＨＬＡ—ｅＩｉｍｉｎａｔｅｄ
ｅｎｇｉｎｅ８．ＮＰＲＴｅｃｈｎｉｃａｌＲｅｖｉｅｗ，１９９７，
４：４ｌ一４５
［２］ＴｏｍｏｎｏｒｉＮｉｉｚａｔｏ，ＡｒｕｔｏＨ８ｙａ８ｈｉ．ＤｅｖｅＩｏｐｍｅｎＩｏｆ
ｎｅｗ２．ＯＬｌｅ仰－ｂｕｍ
ｅｎｇｉｎｅ．ＨＯＮＤＡＲ＆ＤＴｅｃｈｎｉｃａｌＲｅｖｉｅｗ，２０００，１２：４５—５４
［３］ｓｈｏｕｉｃｈｉ
Ｆｕ
ｎｌｈ姗８．Ｉｎｔｅｍａｌ
ｃｏｍｂｕＢｔｉｏｎｅ“ｇｉｎｅ．
（韩凤麟译自ＰｏｗｄｅｒＭｅｔａｌｌｕ嚼ｒＷｏｄｄ
Ｃｏｎｇｒｅｓｓ，
２
２００６，Ｃ０１—０５一ｌ：３９７—３９８）
高性能发动机用排气气门座圈材料的开发
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
Hiroshi Oshige， Teruo Takahashi， 韩凤麟
No.1111 Nogi Nogi-Machi Shimotsuga-Gun,Tochigi-Pref,日本粉末冶金技术
POWDER METALLURGY TECHNOLOGY2011,29(1)
参考文献(3条)
1.Teruo Takahashi;Arata Kakiuchi Development of valve seat insert material for HLA-eliminatedengines 1997
2.Tomonori Niizato;Aruto Hayashi Development of new 2.0L lean-burn engine 20003.Shouichi Furuhama Internal combustion engine
引用本文格式：Hiroshi Oshige.Teruo Takahashi.韩凤麟 高性能发动机用排气气门座圈材料的开发[期刊论文]-粉末冶金技术 2011(1)
第２９卷第ｌ期
２０１１年２月
ＰＯｗｄｅｒ
粉末冶金技术
ＭｅｔａｌｌｕｒｇｙＴｅｃｈｎ０１０９ｙ
Ｖ０１．２９．Ｎｏ．１
Ｆｅｂ．２０１１
高性能发动机用排气气门座圈材料的开发
ＨｉｒｏｓｈｉＯｓｈｉｇｅ＋，ＴｅｍｏＴａｋａｈａｓｈｉ一
（Ｎｏ．１ｌｌｌＮｏｇｉＮｏｇｉ—Ｍａｃｈｉｓｈｉｍｏｔｓｕｇａ—Ｇｕｎ，Ｔｏｃｈｉｇｉ—Ｐｒｅｆ，日本）
摘要：
近年来，依照汽车发动机生态学，发动机的低排放与低燃油消耗变成了社会任务；同时，还要求输出
功率高（高效率）。为满足这些要求，和常规发动机相比，近年来，为高性能发动机没定稀薄空气与燃油比的装置正在普遍推广。在这些发动机中使用的排气气门座圈（烧结材料）存在一个耐磨性问题。因为和常规发动机相比，其暴露在清洁与高温环境之中。因此，分析了发动机的磨损机理和稀薄空气与燃油比。开发了耐磨性优异的排气气门座圈（烧结材料）。关键词：高性能发动机；空气一燃油比
ＤｅＶｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｅｘｈａｕｓｔＶａｌＶｅｓｅａｔｍａｔｅｒｉａｌ
ｆｂｒｔｈｅｈｉｇｈｐｅｒｆｂｒｍａｎｃｅｅｎｇｉｎｅ
Ｈｊｒｏｓｈｉ
ｏｓｈｉｇｅ，ＴｅｒｕｏＴａｋａｈａｓｈｊ
（Ｎｏ．１ｌ１１ＮｏｇｉＮｏ舀一Ｍａｃｈｉｓｈｉｍｏｔｓｕｇａ—Ｇｕｎ，Ｔｏｃｈｉｇｉ—Ｐｒｅｆ，Ｊａｐａｎ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｌａｔｅｙｅａｒｓ，ｆｒｏｍｅｎｇｉｎｅｂｅｃｏｍｅ
ａ
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ｔｒｅｎｄｆｏｒｅｃｏｌｏｇｙｏｆ
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ｅｎｇｉｎｅ，ｌｏｗｅｍｉｓｓｉｏｎａｎｄｌｏｗｆｕｅｌｃｏｎ８ｕｍＰｔｉｏｎｏｆ
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ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ
ｔｉｍｅ，ｔｈｅｈｉｇｈｏｕｌｐｕｔ（ｈｉｇｈｅｍｃｉｅｎｏｙ）
ｒｅｑｕｉｒｅｄ，ｔｏｏ．Ｉｎｏｒｄｅｒ
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ｉｎ
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ｗｉｔｈｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ
ｅｎｇｉｅｓ，ｌｅａｎＡ／Ｆ（Ａｉｒｆｕｅｌｒａｔｊｏ）
ｂｅｃｏｍｉｎｇ
ｐｏｐｕｌａｒｆｏｒｔｈｅｈｉｇｈｐｅｌ’ｆｂⅡｎａｎｃｅｅｎｇｉｎｅｓｏｆｌａｔｅｙｅａｒｓ．ＥｘｈａｕｓｔＶａｌＶｅｈａ８
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ｅｎｇｉｎｅｓ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｗｅａｒｍｅｃｈａｎｉｓｍｗｉｔｈ
ｗａｓ
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ｓｅａｔ（ｓｉｎｔｅｒｅｄｍａｔｅｒｉａｌ），ｔｈａｔｓｕｐｅｒｉｏｒｉｎ
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ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈｐｅｄ＇ｏｍａｎｃｅｅｎｇｉｎｅ；ａｉｒ－“ｅｌｒａ“ｏ
近年来，社会普遍关注的是空气污染、石油能源枯竭及ｃＯ：排放导致的全球变暖。强烈要求解决的社会问题是，汽车汽油发动机的低排放和低燃油消耗。
为了满足这些要求，最近高性能发动机设定的空气与燃油比比常规发动机稀薄，并通过开发燃烧技术增宽了设定的稀薄区。于是，排出气体的温度升高，同时，由于材料基体组织软化，由常规材料制造的排气气门座圈的耐磨性就成了问题。
由进气气门与排气气门组成的发动机气门座，是用于密封高温、高压的排出气体的。因此，气门座圈（ＶｓＩ）不仅需要自身耐磨与耐热，还必须保证对
・
配对的气门浸蚀小。
ｌ试验与结果
图ｌ示在全负载下，节气门全打开时，气门与常规气门座圈（ＶｓＩ）的磨耗比。新开发的发动机（高性能发动机）的气门座圈（ＶｓＩ）磨损比常规发动机是大大增加了。
根据耐久性试验后的研究，在新开发的发动机气门座圈表面没有发现燃烧产物，而和气门的接触表面具有与金属接触（金属相互间接触）的镜面状外观。但是，发现在常规发动机气门座圈（ＶＩｓ）表面都有燃烧产物。
Ｈｉｒｏｓｈｉ０ｓｈｉｇｅＥ—ｍａｉｌ：ｈｏｓｈｉｇｅ＠ｎｏｔｅｓ．ｎｐｒ．ｃｏ．ｊｐ
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万方数据
第２９卷第１期
Ｈｉｒｏｓｈｉ
０ｓｈ培ｅ等：高性能发动机用排气气门座圈材料的开发
６３
图ｌ
常规发动机与新开发的发动机的气门和ＶｓＩ磨耗比的比较
Ｆｉｇ．１
Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｅｎｇｉｎｅｓａｎｄ
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ｉｎｖａｌｖｅｓ／ＶＳｌ
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认为产生这种现象的原因如下：因为燃油一空气混合物的空气与燃油比比常规发动机稀薄和燃烧接近完全燃烧，因此，燃烧产物对于气门座圈表面的润滑作用减小，从而导致容易和气门产生金属接触。而且，由于高温燃烧气体使气门座圈材料基体软化，导致气门座圈易于粘附。表１示稀薄空气与燃油比对ＶＳＩ磨耗的影响。
表ｌ
稀薄空气与燃油比对ＶｓＩ磨耗的影响
Ｔａｂｌｅ１
Ｅｆｋｃｔｏｆｌｅａｎ
Ａ／Ｆ
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ＶＳｌｗｅａｒ
考虑到在新开发的发动机中，金属接触与粘附作用导致ＶｓＩ磨耗增大，在研究材料设计时，增强了ＶｓＩ的耐热性，从而可防止ＶｓＩ粘附于气门上。
图２示开发材料的设计原理。
图２材料的设计原理
Ｆｉｇ．２
Ｃｏｎｃｅｐｔｏｆｍａｔｅｒｉａｌ
为强化用于高性能发动机排气气门座圈的耐磨性，我们选择了基体铁粉、合金化钢粉及硬质颗粒的种类与适当添加量。
万方数据
为检验气门与新开发的发动机的ＶｓＩ的耐磨性，在单件试验台试验中用耐磨性良好的常规材料和开发的材料制造成ＶｓＩ，装在发动机上进行了耐久试验。图３示试验结果。
图３
新开发发动机中的气门与ＶｓＩ磨耗比
Ｆｉｇ．３
Ｖａｌｖｅ／ＶＳｌ
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ｄｅｖｅｌｏｐｅｄｅｎｇｉｎｅ
新开发材料的磨耗比减小到了常规材料的１／４左右。
在耐久性试验之后，我们对常规材料和新开发的材料进行研究。
ＶｓＩ与气门一接触面表明，具有平滑表面结构。既不是在常规材料看到的镜面状表面粘附，也没有发现金属接触。笔者认为，新开发的材料，由于增强了耐热性作用和的确形成了耐磨性良好的氧化膜，因此，在新开发发动机的高温条件下，耐磨性良好。
结束语
１）根据高性能发动机中气门座圈（ＶｓＩ）磨耗机
理的分析，发现气门座圈磨耗的主要原因是，高温排气造成的气门座圈材料基体粘附所致。
２）通过选择粉末的种类与适当添加量，可强化高性能发动机使用的排气气门ＶｓＩ的耐磨性。
参考文献
［１］ＴｅｒｕｏＴａｋａｈ躯ｈｉ，Ａｒａｔａ
Ｋａｋｉｕｃｈｉ．ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎＩｏｆｖａｌｖｅ
ｓｅａｔｉｎ８ｅｎ
ｍａｔｅｒｉａｌｆｏｒＨＬＡ—ｅＩｉｍｉｎａｔｅｄ
ｅｎｇｉｎｅ８．ＮＰＲＴｅｃｈｎｉｃａｌＲｅｖｉｅｗ，１９９７，
４：４ｌ一４５
［２］ＴｏｍｏｎｏｒｉＮｉｉｚａｔｏ，ＡｒｕｔｏＨ８ｙａ８ｈｉ．ＤｅｖｅＩｏｐｍｅｎＩｏｆ
ｎｅｗ２．ＯＬｌｅ仰－ｂｕｍ
ｅｎｇｉｎｅ．ＨＯＮＤＡＲ＆ＤＴｅｃｈｎｉｃａｌＲｅｖｉｅｗ，２０００，１２：４５—５４
［３］ｓｈｏｕｉｃｈｉ
Ｆｕ
ｎｌｈ姗８．Ｉｎｔｅｍａｌ
ｃｏｍｂｕＢｔｉｏｎｅ“ｇｉｎｅ．
（韩凤麟译自ＰｏｗｄｅｒＭｅｔａｌｌｕ嚼ｒＷｏｄｄ
Ｃｏｎｇｒｅｓｓ，
２
２００６，Ｃ０１—０５一ｌ：３９７—３９８）
高性能发动机用排气气门座圈材料的开发
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
Hiroshi Oshige， Teruo Takahashi， 韩凤麟
No.1111 Nogi Nogi-Machi Shimotsuga-Gun,Tochigi-Pref,日本粉末冶金技术
POWDER METALLURGY TECHNOLOGY2011,29(1)
参考文献(3条)
1.Teruo Takahashi;Arata Kakiuchi Development of valve seat insert material for HLA-eliminatedengines 1997
2.Tomonori Niizato;Aruto Hayashi Development of new 2.0L lean-burn engine 20003.Shouichi Furuhama Internal combustion engine
引用本文格式：Hiroshi Oshige.Teruo Takahashi.韩凤麟 高性能发动机用排气气门座圈材料的开发[期刊论文]-粉末冶金技术 2011(1)