專(zhuān)利名稱(chēng)：具有薄膜涂層的閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開(kāi)內(nèi)容大致涉及燃料系統(tǒng)構(gòu)件，更具體地涉及具有薄膜涂層的燃料系統(tǒng)構(gòu) 件。
背景技術(shù)：
許多內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，不論是壓縮點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)還是火花點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)，使用燃料噴 射系統(tǒng)來(lái)向發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室中提供精確和可靠的燃料傳送。需要此類(lèi)精確性和可靠性來(lái)實(shí) 現(xiàn)提高的燃料效率、最大的功率輸出和減少不希望的排放物的目標(biāo)。一般而言，燃料系統(tǒng)包 括燃料泵和一個(gè)或多個(gè)燃料噴射器。燃料泵將向噴射器供給燃料，噴射器隨后將向發(fā)動(dòng)機(jī) 氣缸提供燃料供給和正時(shí)的精確控制。在常規(guī)上，可將硬涂層施加到燃料系統(tǒng)的構(gòu)件上以減少磨損和/或防止腐蝕。例 如，在相對(duì)的零件互相接觸的情況下，可利用涂層來(lái)通過(guò)控制摩擦和/或提供增加的抗磨 性減少構(gòu)件之間的磨損。然而，一般認(rèn)為，希望將涂層施加到相對(duì)的零件的僅一個(gè)表面上， 同時(shí)由更軟、未被涂覆的金屬(例如，鋼基底)或比硬涂層更軟的其它材料形成另一個(gè)相對(duì) 的表面。這樣，未被涂覆、更軟的材料可通過(guò)相對(duì)的涂層被拋光或再成形以產(chǎn)生平滑表面和 /或?qū)е抡w磨損率減小的更符合要求的形狀。另外，在燃料系統(tǒng)構(gòu)件中，不論是使用裸金屬構(gòu)件還是被涂覆的構(gòu)件，燃料系統(tǒng)構(gòu) 件都可包括對(duì)構(gòu)件在其上互相接合的表面積進(jìn)行控制的特定幾何形狀。例如，燃料噴射器 中使用的各種閥，諸如三通閥，包括閥體及閥體抵靠在其上的閥座。為了防止流體流經(jīng)閥， 閥體被壓靠在閥座上。在這種構(gòu)型中，閥體和閥座的形狀影響該表面積和施加在構(gòu)件材料 上的壓力。這又影響了閥的性能并且還可影響閥體和/或閥座在使用期間的磨損程度。2001年1月16日授予Gottlieb等人的6，173,912號(hào)美國(guó)專(zhuān)利(下稱(chēng)“，912專(zhuān) 利”)中公開(kāi)了一種現(xiàn)有技術(shù)燃料系統(tǒng)閥?！?912專(zhuān)利的閥包括具有閥座和閥板的閥體。在 關(guān)閉狀態(tài)下閥板靠接閥座，并且在打開(kāi)狀態(tài)下形成密封間隙。閥座和閥板的表面成角度使 得密封間隙的橫截面積沿液體流經(jīng)閥的方向減小。盡管’ 912專(zhuān)利的閥座和閥板可能適合一些應(yīng)用，但’ 912專(zhuān)利的閥座和閥板具有一 些缺點(diǎn)。例如，閥板和閥座可由將在使用特定的較新類(lèi)型燃料時(shí)會(huì)產(chǎn)生不可接受的高磨損 率的材料制成。此外，可通過(guò)為閥座和閥板這兩個(gè)構(gòu)件選擇的較新類(lèi)型材料來(lái)實(shí)現(xiàn)提高的 整體裝置性能。然而，對(duì)’ 912專(zhuān)利的閥座和閥板使用硬涂層會(huì)產(chǎn)生不可接受的高磨損率， 這是因?yàn)椤?12專(zhuān)利的閥和閥座可構(gòu)造成使得閥與閥座之間的壓力局限于小面積。此外，當(dāng) 對(duì)未被涂覆的閥材料使用此類(lèi)構(gòu)型時(shí)，或在其中閥座或閥板中僅一者被涂覆的閥中，未被 涂覆的材料可變形以允許材料裂開(kāi)，從而產(chǎn)生更大的閥座-閥板接觸面積。然而，當(dāng)使用更 硬的涂層時(shí)，此類(lèi)涂層不會(huì)輕易裂開(kāi)/破裂，因此，需要制造出如下閥幾何形狀其在被涂 覆的閥體與被涂覆的閥座之間形成接觸面積，該接觸面積形成對(duì)通過(guò)被涂覆構(gòu)件的流體流 動(dòng)的適當(dāng)控制。所公開(kāi)的閥有助于克服前述問(wèn)題和現(xiàn)有技術(shù)對(duì)此類(lèi)問(wèn)題的相關(guān)解決方案的缺點(diǎn)中的一者或多者。

發(fā)明內(nèi)容
本公開(kāi)內(nèi)容的第一方面包括一種燃料系統(tǒng)構(gòu)件。該燃料系統(tǒng)構(gòu)件可包括閥體，該 閥體具有包括第一涂層的大致錐形表面區(qū)域。該構(gòu)件可進(jìn)一步包括具有第一表面區(qū)域的閥 座，該第一表面區(qū)域具有包括第二涂層的大致錐形表面。閥座的涂層構(gòu)造用于接合閥體的 大致錐形表面區(qū)域的至少一部分涂層。本公開(kāi)內(nèi)容的第二方面包括一種形成燃料系統(tǒng)構(gòu)件的方法。該方法可包括形成具 有至少一個(gè)大致錐形表面區(qū)域的閥體和將第一涂層施加到該大致錐形表面區(qū)域上。該方法 可進(jìn)一步包括形成包括第一表面區(qū)域的閥座，該第一表面區(qū)域具有構(gòu)造用于與閥體的大 致錐形表面區(qū)域的至少一部分涂層接合的大致錐形表面；以及將第二涂層施加到閥座的大 致錐形表面區(qū)域上。本公開(kāi)內(nèi)容的第三方面包括一種燃料系統(tǒng)構(gòu)件。該燃料系統(tǒng)構(gòu)件可包括閥體，該 閥體具有包括第一涂層的曲線形表面區(qū)域，以及閥座。該閥座可包括至少一個(gè)包括第二涂 層的表面區(qū)域，并且其中第二涂層構(gòu)造用于接合第一涂層的至少一部分。


圖1示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的燃料噴射器。圖2示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的圖1的燃料噴射器的截面圖。圖3示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的圖1的燃料噴射器的另一截面圖，顯示了燃料噴 射器另外的構(gòu)件。圖4示出了根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的圖1的噴射器的一部分，該部分包括閥體和 上、下閥座。圖5示出了根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的閥體。圖6示出了根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的可供圖5的閥體使用的閥座。圖7示出了閥體和閥座當(dāng)在關(guān)閉的閥構(gòu)型中互相接合時(shí)的截面圖。圖8示出了根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的圖7的閥體和閥座的放大圖，其包括閥體和 閥座的相對(duì)的表面上的涂層。圖9示出了根據(jù)另一示例性實(shí)施例的閥體和閥座的側(cè)視圖。圖10示出了另一閥體和閥座當(dāng)在關(guān)閉的閥構(gòu)造中互相接合時(shí)的截面圖。 圖11示出了根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的圖9的閥體和閥座的放大圖，其包括閥體和 閥座的相對(duì)的表面上的涂層。
具體實(shí)施例方式圖1示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的燃料系統(tǒng)構(gòu)件。如以下詳細(xì)描述，該構(gòu)件可包括 構(gòu)造成接合閥座以控制流經(jīng)閥的流體的至少一個(gè)閥體。此外，在一些實(shí)施例中，閥體和閥座 將構(gòu)造成反復(fù)互相接合而在閥體和閥座的相對(duì)表面之間產(chǎn)生沖擊。另外，閥體和閥座的相 對(duì)表面可包括構(gòu)造成減少由閥體和閥座的反復(fù)接合造成的磨損的硬涂層.如圖所示，該構(gòu)件包括燃料噴射器10，其可供柴油發(fā)動(dòng)機(jī)或汽油發(fā)動(dòng)機(jī)使用。然而，應(yīng)該理解的是，本公開(kāi)內(nèi)容的燃料系統(tǒng)構(gòu)件可供用于其它類(lèi)型的發(fā)動(dòng)機(jī)的其它燃料系 統(tǒng)使用，并且可供其中希望控制相對(duì)的閥表面之間的磨損的不同類(lèi)型的燃料噴射器(例 如，共軌噴射器系統(tǒng))使用。例如，本公開(kāi)內(nèi)容的構(gòu)件可用于燃料泵組件(例如，其中可使 用釘閥(nailvalve))中，并且可供機(jī)械致動(dòng)或液壓致動(dòng)的噴射器使用。圖2示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的圖1的燃料噴射器10的截面圖。如圖所示，噴射 器10包括向噴射器10供給燃料的流體吸入管線22。進(jìn)一步地，噴射器10包括經(jīng)由閥14 與流體吸入管線22流體相連的噴射管線26。閥14的操作可由諸如螺線管18的控制系統(tǒng) 控制。此外，閥14的定期打開(kāi)和關(guān)閉將允許經(jīng)由流體吸入管線22供給燃料，使得燃料可經(jīng) 噴射器開(kāi)口 34噴射到發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中。
圖3示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的圖1的燃料噴射器10的另一截面圖，顯示了噴射 器10另外的構(gòu)件。如圖所示，噴射器10還包括止回控制管線42和排出管線46。當(dāng)閥14 處于上部位置時(shí)，加壓流體經(jīng)過(guò)流體吸入管線22并進(jìn)入噴射管線26，從而增加了噴射管線 26內(nèi)的燃料壓力。隨后，螺線管18斷電，閥體降低(下面詳細(xì)描述)。當(dāng)閥14處于下部位 置時(shí)，流體流經(jīng)閥14并進(jìn)入止回控制管線42。當(dāng)止回控制管線42中的壓力增加時(shí)，止回 閥30被控制管線42中的流體和彈簧機(jī)構(gòu)32產(chǎn)生的合力關(guān)閉，從而結(jié)束噴射。最后，控制 管線42與排出管線45流體相連，并且噴射器10中多余的流體經(jīng)排出管線46排出。圖4示出了根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的圖1的噴射器10的一部分，該部分包括閥體 50和上、下閥座54、56。如已注明，閥14構(gòu)造成控制吸入管線22與噴射管線26之間以及 噴射管線26與止回控制管線42之間的流體流動(dòng)。在一些實(shí)施例中，閥體50構(gòu)造成通過(guò)控 制螺線管18或其它合適的控制機(jī)構(gòu)(例如，壓電致動(dòng)器)上下移動(dòng)。當(dāng)閥體50上下移動(dòng) 時(shí)，閥體50選擇性地接合上閥座56或下閥座54。進(jìn)一步地，當(dāng)閥體接合上閥座56并且同 時(shí)脫離下閥座54時(shí)，噴射管線26與止回控制管線42之間的流體流動(dòng)被阻擋，同時(shí)允許流 體在吸入管線22與噴射管線26之間(從吸入管線22)流動(dòng)。相反，當(dāng)閥體50接合下閥座 54并且同時(shí)脫離上閥座56時(shí)，吸入管線22與噴射管線26之間的流體流動(dòng)被阻擋，同時(shí)允 許流體在噴射管線26與止回控制管線42之間(從噴射管線26)流動(dòng)。閥體50與閥座54、 56的反復(fù)接合和脫離造成閥體50和閥座54、56的撞擊以及可能的磨損。圖5示出了根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的閥體50 ；并且圖6示出了可供圖5的閥體使 用的閥座54、56。如圖所示，閥體50可包括兩個(gè)細(xì)長(zhǎng)的區(qū)段58、60，該區(qū)段將延伸穿過(guò)閥座 54,56中的開(kāi)口 72。此外，細(xì)長(zhǎng)的區(qū)段58、60可延伸穿過(guò)與閥座54、56相鄰的細(xì)長(zhǎng)內(nèi)孔以 接合諸如螺線管18的控制機(jī)構(gòu)。在一些實(shí)施例中，閥體50還將包括主閥體區(qū)段64，該主閥體區(qū)段64可包括一個(gè)或 多個(gè)錐形表面區(qū)域68、70。錐形表面區(qū)域68、70可構(gòu)造成在接合區(qū)域76接合閥。如以下詳 細(xì)描述，閥體50和閥座54、56中部分或全部可包括涂覆材料，該涂覆材料構(gòu)造用于向閥體 50和閥座54、56的相對(duì)的表面提供抗磨性。閥體50和閥座54、56可由多種合適的材料制成。例如，在一些實(shí)施例中，閥體50 和閥座54、56將包括其上涂敷有選定涂層的基底材料。合適的基底材料可包括任何合適的 鋼，諸如低合金鋼、工具鋼、51200鋼，和/或任何其它材料?？苫谙Ｍ奈锢硖匦?例如， 抗變形性)和/或與涂在上面的涂層的粘合并耐受如在涂層沉積或裝置使用期間可能存在 的升高的溫度的能力來(lái)選擇合適的材料。
在一些實(shí)施例中，本體和/或閥座基底材料可包括低合金鋼。如文中所用，術(shù)語(yǔ)“低合金”應(yīng)該理解為表示鋼等級(jí)，其中諸如錳、鉻、鉬和鎳的可淬元素(hardenability element)共占整個(gè)鋼合成物的重量小于約3. 5%。進(jìn)一步地，由于此類(lèi)鋼的較低成本和高 可靠性，可選擇低合金鋼用于燃料噴射器構(gòu)件。所選的涂層材料可包括各種金屬氮化物、金屬碳化物和碳基材料。在一些實(shí)施例 中，涂層材料可包括選自氮化鉻、氮化鋯、氮化鉬、碳氮化鈦或碳氮化鋯的至少一種金屬氮 化物?？商娲?，涂層材料可包括類(lèi)金剛石碳(DLC)材料，諸如含鈦DLC、鎢類(lèi)DLC或鉻類(lèi) DLC。在涂覆所選基底材料之前，可通過(guò)清潔和/或表面處理制備所述材料。例如，可通 過(guò)多種常規(guī)方法完成清潔，諸如除油、噴砂處理、蝕刻、化學(xué)輔助振動(dòng)技術(shù)等。進(jìn)一步地，可 執(zhí)行表面拋光以增強(qiáng)涂層粘附和/或影響涂層結(jié)構(gòu)。例如，在一些實(shí)施例中，可通過(guò)研磨 或拋光法、通過(guò)使用堿溶液進(jìn)行超聲波清潔和/或離子蝕刻基底表面來(lái)形成希望的基底表 面。另外，在一些實(shí)施例中，可在涂敷涂層之前對(duì)所選基底進(jìn)行熱處理以防止在涂層沉積之 后或期間基底尺寸進(jìn)一步改變?？刹捎迷S多合適的方法來(lái)產(chǎn)生希望的涂層。例如，可采用各種物理氣相沉積(PVD) 和/或化學(xué)氣相沉積(CVD)法產(chǎn)生合適的金屬氮化物和DLC涂層。進(jìn)一步地，可使用雜合 方法?？苫谠S多因素選擇希望的涂覆工藝，包括，例如，成本、生產(chǎn)速度以及涂層組成和結(jié) 構(gòu)的控制。進(jìn)一步地，可基于為閥體50和閥座54、56所選的基底材料的類(lèi)型選擇涂層形成方 法。例如，一些基底可受升高的溫度影響，可選擇涂覆工藝以例如通過(guò)限制處理溫度和/或 時(shí)間來(lái)使工藝對(duì)所選基底的不利影響最小化。例如，可選擇電弧蒸鍍(arc vapor)或?yàn)R射 法(例如，磁控濺射)來(lái)生產(chǎn)氮化鉻涂層，并且可選擇合適的方法以將溫度保持在250°C以 下或甚至低于150°C，從而防止置于下面的基底改變尺寸。合適的PVD法可包括例如電弧蒸鍍和濺射。一般而言，在電弧蒸鍍中，電弧源適 合將正電荷分配在所產(chǎn)生的蒸氣上，并且將負(fù)偏壓施加到基底上以將涂層沉積在所選基底 上。在濺射法中，粒子對(duì)準(zhǔn)包括將要沉積在所選基底上的材料的目標(biāo)材料加速。當(dāng)粒子撞 擊目標(biāo)時(shí)，少量目標(biāo)(材料)被釋放并均勻沉積在基底上。通過(guò)掃描電子顯微鏡、通過(guò)X射線熒光、通過(guò)在閥體50或閥座54、56上的多個(gè)部 位使用球磨弧坑檢測(cè)或通過(guò)其它合適的技術(shù)在燃料噴射器構(gòu)件的樣本上測(cè)量，閥體50和 閥座54、56上的涂層厚度大致均勻。在一個(gè)實(shí)施例中，涂層可具有介于約0. 5微米到約1. 7 微米之間的厚度。在一些實(shí)施例中，為了提供主涂層的改善的粘附，可能需要在涂敷主涂層之前將 粘合層施加到基底材料上。例如，在一些實(shí)施例中，可將鉻層或其它合適的金屬層施加到低 合金鋼基底上以形成粘合層，并且可將金屬氮化物或DLC涂層施加到該粘合層上。如果使 用的話，可采用相似的氣相沉積/蒸鍍法施加可選的粘合層以形成具有大致介于約0. 05微 米到約0. 5微米之間的厚度的粘合層；然而，可基于所使用的特定基底和涂層來(lái)選擇合適 厚度的范圍。希望所選涂層基本上沒(méi)有表面缺陷。進(jìn)一步地，取決于構(gòu)件的預(yù)期用途，涂層可包 括特定的表面紋理等級(jí)或表面紋理測(cè)量。通常可通過(guò)放大約一百倍在樣本的表面上觀察多個(gè)點(diǎn)而在閥體50和/或閥座54、56的樣本上觀察表面缺陷?？蓪⒈砻嬗^察結(jié)果與各種等 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較以確定涂層是否基本上無(wú)表面缺陷。另外，涂層應(yīng)當(dāng)大致粘附到所選基底 材料上。例如，可利用標(biāo)準(zhǔn)硬度檢測(cè)(例如，Rockwell C硬度測(cè)量)——其中觀察構(gòu)件表面 上的撞擊部位并將其與各種粘附等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，來(lái)為給定總數(shù)的燃料噴射器構(gòu)件評(píng)價(jià) 涂層粘附性。應(yīng)當(dāng)注意的是，可將所選涂層施加到閥體50和/或閥座54、56的全部或部分上。 例如，在一個(gè)實(shí)施例中，可將涂層施加到閥體50和閥座54、56中的將在使用期間互相接合 的部分上。然而，即使閥體50和閥座54、56的(部分)區(qū)域可能不需要涂層來(lái)防止磨損， 在一些情形中也希望將涂層涂敷到閥體50和閥座54、56的這些區(qū)域上。例如，可將涂層施 加到閥座54、56的整個(gè)上表面上以避免需要掩蓋閥座54、56的一部分而僅涂覆所選(即未 掩蓋的)區(qū)域。另外，可將涂層施加到閥體50或閥座54、56的所有可見(jiàn)部分上以提供均勻 的外觀或表面光潔度。另外，可將涂層施加到基本上全部閥體50上，但兩個(gè)細(xì)長(zhǎng)區(qū)段58、60 之一的一部分可未被涂覆以允許與諸如螺線管18的控制機(jī)構(gòu)相接合或以避免與控制機(jī)構(gòu) 的操作相干涉。圖7示出了當(dāng)在兩個(gè)關(guān)閉的閥構(gòu)型之一中互相接合時(shí)閥體50和閥座54、56的截 面圖。如已注明，閥體50可包括構(gòu)造成在閥座接合區(qū)域76接合閥座54、56的兩個(gè)錐形區(qū) 域68、70。如已注明，閥體50和閥座54、56可在撞擊中互相接合。進(jìn)一步地，對(duì)于一些涂層 和幾何形狀而言，這種撞擊可造成一個(gè)涂層的磨損，從而使涂層裂開(kāi)并暴露裸基底，而仍可 獲得小量的泄漏和低的整體磨損率。進(jìn)一步地，在其它實(shí)施例中，可選擇涂層和閥座幾何形 狀以減少涂層裂開(kāi)的可能性。在一些實(shí)施例中，閥體50和閥座54、56將包括常規(guī)的微分角錐形閥 (differential-angle conical valve)。在此類(lèi)構(gòu)型中，閥體50和閥座54、56將最初以不 提供平齊接觸的角度互相接合。進(jìn)一步地，隨著閥被使用，閥座可能磨損或裂開(kāi)而暴露裸基 底，由此在閥的整個(gè)壽命期間形成連續(xù)的密封。另外，在一些實(shí)施例中，閥座接合區(qū)域76可包括允許對(duì)其中閥體50和閥座54、56 的被涂覆的部分互相接觸的表面區(qū)域進(jìn)行精確控制的形狀或構(gòu)型。圖8示出了圖7的閥體 和閥座的放大圖80，其分別包括閥體50和閥座54的相對(duì)表面88、98上的涂層96、100。如 圖所示，閥體50包括形成錐形區(qū)段68的成角度的表面88。另外，閥座54可包括具有與閥 體錐形區(qū)段68的形狀一致的大致錐形的第一表面區(qū)域84，由此提供閥體50和閥座54的涂 層96、100在第一表面區(qū)域84的基本平齊的接合。另外，在一些實(shí)施例中，閥座54可包括第二區(qū)域86，該第二區(qū)域具有選擇成防止 閥座表面94與閥體表面88之間沿著第二區(qū)域86接觸的表面構(gòu)型。例如，在一些實(shí)施例中， 第二表面區(qū)域86可包括大致錐形區(qū)段，該區(qū)段具有大于第一區(qū)域84的錐角的錐角，從而在 第二區(qū)域86開(kāi)始在閥體50與閥座54之間產(chǎn)生間隙92。在一些實(shí)施例中，可選擇第一區(qū)域84的寬度以使在閥體50與閥座54之間的接觸 具有精確/確定的表面積。例如，可選擇該表面積使得閥體50與閥座54之間的接觸力不 會(huì)超過(guò)所選涂層96、100的屈服強(qiáng)度，從而降低涂層96、100損壞或磨損的可能性。圖9示出了根據(jù)另一示例性實(shí)施例的閥體52和閥座54’的側(cè)視圖。如圖所示，閥 體52包括具有涂層96’的曲線形本體。進(jìn)一步地，閥座54’包括錐形表面94’，該錐形表面94’進(jìn)一步包括第二涂層100’。如圖所示，第一涂層96’的表面98’可構(gòu)造成在撞擊中接合第二涂層100’的錐形表面94’，從而允許閥打開(kāi)和關(guān)閉。如圖所示，閥體52可包括自由浮球。進(jìn)一步地，閥體52的移動(dòng)可通過(guò)本領(lǐng)域中公 知的多種機(jī)構(gòu)中的一個(gè)或多個(gè)來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而允許閥的打開(kāi)和關(guān)閉。此類(lèi)機(jī)構(gòu)可包括可推動(dòng)/ 拉動(dòng)閥體52的各種機(jī)械致動(dòng)器、液壓或其它流體致動(dòng)裝置和/或磁性系統(tǒng)(例如，螺線管 和/或壓電致動(dòng)器系統(tǒng))。進(jìn)一步地，在一些實(shí)施例中，如圖10所示，曲線形或大致球形閥 體52’可包括可操作地連接閥體細(xì)長(zhǎng)區(qū)段58’、60’或與其一體形成的曲線形主閥體64’。 這些細(xì)長(zhǎng)區(qū)段58’、60’可進(jìn)一步連接到允許對(duì)閥體52’的移動(dòng)進(jìn)行控制的螺線管或其它系 統(tǒng)上。如圖所示，圖9和10的閥體52、52’可構(gòu)造成在撞擊中接合閥座54’的錐形表面 94’，從而允許對(duì)流經(jīng)閥的流體進(jìn)行控制。在一些實(shí)施例中，曲線形閥體52’將接合錐形部 分。如圖9所示，在一個(gè)實(shí)施例中，閥體52接合閥座54’的基本平坦的錐形表面。在另一 實(shí)施例中，如圖10所示，閥體52’構(gòu)造成在閥座的內(nèi)緣附近的狹窄區(qū)域接合閥座。如已注明，圖9和10的閥可包括閥體和閥座的相對(duì)表面上的涂層。進(jìn)一步地，在 這些幾何形狀下，閥體和閥座之一上的涂層可在最初使用期間由于狹窄的接合區(qū)域所產(chǎn)生 的較高的接觸應(yīng)力而磨損或裂開(kāi)。然而，即使在一個(gè)構(gòu)件磨損并暴露的情況下，具有所公開(kāi) 的涂層的閥體和閥座與未被涂覆的構(gòu)件相比可具有提高的整體磨損壽命和減少的泄漏。此外，在一些實(shí)施例中，閥座54’、56’可包括允許對(duì)其中閥體52’和閥座54’、56， 的被涂覆的部分互相接觸的表面區(qū)域進(jìn)行精確控制的形狀或構(gòu)型。圖11示出了圖9的閥 體52，和閥座54，的放大圖80，，其分別包括閥體50和閥座54的表面88，、94，、102，上的 涂層96’、100’。如圖所示，閥體52’包括曲線形或大致球形的表面88’。另外，閥座54’可 包括具有與閥體表面88’的形狀一致的曲線形的第一表面區(qū)域84’，從而提供閥體52’和閥 座54’的涂層96，、100，在第一表面區(qū)域84’的基本平齊的接合。另外，在一些實(shí)施例中，閥座54’可包括第二區(qū)域86’，該第二區(qū)域86’具有選擇成 防止閥座表面94’與閥體表面88’之間沿著第二區(qū)域86’接觸的表面構(gòu)型。例如，在一些 實(shí)施例中，第二表面區(qū)域86’可包括成角度離開(kāi)閥體的表面。進(jìn)一步地，與圖8的第二區(qū)域 86的大致錐形區(qū)段相似，閥座54’和閥體52’可包括在第二區(qū)域86’開(kāi)始介于閥體52’與 閥座54，之間的間隙92’。與圖7-8的實(shí)施例相似，可選擇第一區(qū)域84，的寬度以使閥體52’與閥座54’之 間的接觸具有精確/確定的表面積。例如，可選擇該表面積使得閥體52’與閥座54’之間 的接觸力不會(huì)超過(guò)所選涂層96’、100’的屈服強(qiáng)度，從而降低涂層96’、100’損壞或磨損的 可能性?？衫枚喾N制造技術(shù)中的一種或多種制造出所選閥座的希望形狀和尺寸。例如， 在一些實(shí)施例中，可選擇閥座基底，并利用本領(lǐng)域中公知的常規(guī)技術(shù)形成閥座形狀。進(jìn)一步 地，可利用諸如模壓、搭接或其它合適的技術(shù)的加工方法同時(shí)考慮要增加的涂層的尺寸來(lái) 形成表面區(qū)域84、84’、86、86’的希望尺寸和形狀。隨后，可將諸如氮化鉻、其它金屬氮化物 或DLC材料的所選涂層施加到預(yù)先成形的基底上以形成具有上述構(gòu)型的閥座。如上所述，閥體50、52’和閥座54、54’、56、56’的相對(duì)的表面的涂層可構(gòu)造成提供 抗磨性。然而，在一些構(gòu)型中，閥體或閥座之一上的涂層會(huì)在最初使用期間磨損。這可導(dǎo)致在例如閥座上形成小邊緣。然而，組合的閥體和閥座仍可繼續(xù)提供流體流動(dòng)的良好密封和控制。進(jìn)一步地，可預(yù)期的是，本文所述的涂層和閥構(gòu)件可供其它類(lèi)型的閥一包括其它微 分角閥(可在裂開(kāi)前不包括平齊表面區(qū)域)一使用。工業(yè)實(shí)用件本公開(kāi)內(nèi)容提供改進(jìn)的用于燃料系統(tǒng)構(gòu)件的閥。所公開(kāi)的閥可包括構(gòu)造成提供低 磨損和高可靠性的表面涂層和表面幾何形狀。所公開(kāi)的閥可用來(lái)控制其中閥構(gòu)件構(gòu)造成在 撞擊中或在其它物理關(guān)系(例如，滑動(dòng)接合)中互相接合的系統(tǒng)中的流體流動(dòng)。本公開(kāi)內(nèi)容的閥可包括具有構(gòu)造成互相接合的被涂覆表面的閥體和閥座。被涂覆 的閥構(gòu)件可包括多種合適的硬涂層，包括，例如，諸如氮化鉻的金屬氮化物或DLC材料。在一些實(shí)施例中，閥和閥座可包括構(gòu)造成互相接合的被涂覆的表面，并且在最初 使用期間，一個(gè)構(gòu)件上的涂層將磨損，使得裸基底局部暴露。利用其中被涂覆的構(gòu)件未平齊 接合的閥幾何形狀(例如，利用微分角錐形閥或球座型幾何形狀)可發(fā)生這種裂開(kāi)過(guò)程。進(jìn) 一步地，對(duì)于一些具有本文所述的所公開(kāi)的幾何形狀的涂層而言可出現(xiàn)這種裂開(kāi)過(guò)程。然 而，即使具有這種裂開(kāi)過(guò)程，本公開(kāi)內(nèi)容的被涂覆的構(gòu)件也可提供改善的閥密封和減少的 故障率。諸如三通閥的常規(guī)閥通常包括相對(duì)的表面上的僅一個(gè)被覆涂或都未被覆涂的構(gòu) 件。進(jìn)一步地，在最初使用期間，閥的一個(gè)或兩個(gè)相對(duì)的表面可變形以形成具有潛在地更高 光面度的表面，并且還在相對(duì)的閥構(gòu)件的一部分之間產(chǎn)生平齊接合，從而防止閥泄漏并確 保連續(xù)的可操作性。這種變形可一直進(jìn)行到相對(duì)的零件之間的接觸面積充分增加使得材料 上的應(yīng)力等于或小于材料的屈服強(qiáng)度為止。然而，被涂覆的閥構(gòu)件通常將不會(huì)如未被涂覆的構(gòu)件那么容易地發(fā)生塑性變形以 產(chǎn)生提供閥體與閥座之間的平齊接合的形狀。相反，除非在閥使用之前形成用于被涂覆的 構(gòu)件的接合區(qū)的希望尺寸，否則部分涂層可在相對(duì)的表面之間的狹窄高應(yīng)力區(qū)域被磨掉。 為了最優(yōu)化閥性能，兩個(gè)相對(duì)的閥表面之間的接觸面積不應(yīng)過(guò)大。因此，可能需要改進(jìn)的閥 幾何形狀以提供對(duì)被涂覆的閥體與被涂覆的閥座之間的接觸表面積的精確控制。本公開(kāi)內(nèi)容提供改進(jìn)的允許此類(lèi)控制的閥座幾何形狀。本公開(kāi)內(nèi)容的閥座可包括 多個(gè)表面區(qū)域。第一表面區(qū)域提供閥體與閥座之間的接觸，而第二表面區(qū)域構(gòu)造成防止閥 體與閥座之間在所選第一表面區(qū)域外部的接觸。在一些實(shí)施例中，本公開(kāi)內(nèi)容的閥包括可 構(gòu)造成接合錐形閥座或曲線形閥座的曲線形閥體。進(jìn)一步地，所公開(kāi)的閥座的幾何形狀可 供多種閥體構(gòu)型使用，包括錐形閥體(如用于微分角錐形閥中的錐形閥體)以及球形閥體。應(yīng)當(dāng)注意的是，在使用任何類(lèi)型的燃料的情況下，被涂覆的燃料系統(tǒng)構(gòu)件可用來(lái) 提供改善的抗磨性，并從而提供減小的故障率。然而，所公開(kāi)的構(gòu)件除了向常規(guī)汽油或柴油 燃料提供改善的抗磨性以外，還可用于在使用可能對(duì)其它燃料系統(tǒng)構(gòu)件產(chǎn)生高磨損率的較 新類(lèi)型燃料的情況下減少磨損。例如，此類(lèi)燃料可包括低潤(rùn)滑性柴油燃料、超低硫燃料、生 物柴油、JP8燃料、Toyu燃料和/或含有諸如大豆油甲酯的各種燃料添加劑或其它有機(jī)添加 劑的燃料。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將顯而易見(jiàn)的是，可在所公開(kāi)的系統(tǒng)和方法中做出各種改 型和變型而不背離本公開(kāi)內(nèi)容的范圍。通過(guò)研究本說(shuō)明書(shū)并實(shí)施本文公開(kāi)的實(shí)施例，所公 開(kāi)的系統(tǒng)和方法的其它實(shí)施例對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將顯而易見(jiàn)。應(yīng)當(dāng)將本說(shuō)明書(shū)和實(shí)例視為只是示例性的，本公開(kāi)內(nèi)容的真實(shí)范圍由以下權(quán)利要求和它們的等同方案限定
權(quán)利要求
一種燃料系統(tǒng)構(gòu)件(10)，包括閥體(50)，該閥體具有包括第一涂層(96)的大致錐形表面區(qū)域(68)；以及閥座(54)，該閥座包括第一表面區(qū)域(84)，該第一表面區(qū)域具有包括第二涂層(100)的大致錐形表面(98)，其中所述第二涂層構(gòu)造用于接合至少一部分第一涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料系統(tǒng)構(gòu)件，其特征在于，所述第二涂層構(gòu)造用于提供與 所述至少一部分第一涂層基本平齊的接合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料系統(tǒng)構(gòu)件，其特征在于，所述第一涂層和所述第二涂層 包括氮化鉻。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃料系統(tǒng)構(gòu)件，其特征在于，所述閥體和所述閥座構(gòu)造成在 所述燃料系統(tǒng)構(gòu)件的操作期間在撞擊中互相接合。
5.一種形成燃料系統(tǒng)構(gòu)件(10)的方法，包括形成具有至少一個(gè)大致錐形表面區(qū)域(68)的閥體(50)；將第一涂層(96)施加到所述大致錐形表面區(qū)域上；形成包括第一表面區(qū)域(84)的閥座(54)，所述第一表面區(qū)域具有構(gòu)造用于與所述閥 體的所述大致錐形表面區(qū)域的至少一部分第一涂層接合的大致錐形表面(98)；以及將第二涂層(100)施加到所述閥座的所述大致錐形表面區(qū)域上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述第二涂層構(gòu)造用于提供與所述至少 一部分第一涂層基本平齊的接合。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括組裝所述燃料系統(tǒng)構(gòu)件使得 所述閥體和所述閥座構(gòu)造成在所述燃料系統(tǒng)構(gòu)件的操作期間在撞擊中互相接合。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一涂層和所述第二涂層包括金屬 氮化物。
9.一種燃料系統(tǒng)構(gòu)件(10)，包括閥體(52’)，該閥體具有包括第一涂層的曲線形表面區(qū)域(98’)，所述第一涂層包括氮 化鉻；以及閥座(54’)，該閥座包括包括第二涂層(100’ )的表面區(qū)域(84’)，所述第二涂層包括氮化鉻，并且其中所述第 二涂層構(gòu)造用于接合至少一部分第一涂層。
10.根據(jù)權(quán)利要求18所述的燃料系統(tǒng)構(gòu)件，其特征在于，所述閥座包括錐形表面區(qū)域 (94’)，所述閥座表面區(qū)域包括曲線形表面(102’ )區(qū)域和錐形表面區(qū)域，并且其中所述第 二涂層布置在至少一部分所述曲線形表面區(qū)域上。
全文摘要
提供一種燃料系統(tǒng)構(gòu)件。該燃料系統(tǒng)構(gòu)件可包括閥體，該閥體具有包括第一涂層的大致錐形表面區(qū)域。該構(gòu)件可進(jìn)一步包括具有第一表面區(qū)域的閥座，該第一表面區(qū)域具有包括第二涂層的大致錐形表面。閥座的涂層構(gòu)造用于接合閥體的大致錐形表面區(qū)域的至少一部分涂層。
文檔編號(hào)F02M61/18GK101802387SQ200880108095
公開(kāi)日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2008年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月20日
發(fā)明者B·摩爾, S·F·謝弗 申請(qǐng)人:卡特彼勒公司