用于燃料噴射器的噴嘴針閥、制造該噴嘴針閥的方法和燃料噴射器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及噴嘴針閥(34)，其構(gòu)造成在燃料噴射器內(nèi)運(yùn)動(dòng)，燃料噴射器具有噴射器本體(14)，噴嘴針閥(34)由陶瓷材料形成為整體件，并包括具有軸線的第一柱形部(36)和具有相同軸線的柱形延伸部分，第一柱形部(36)在終端或靠近終端處形成有凸起的鄰接面(38)，鄰接面適于以密封方式鄰接形成在噴射器本體(14)上的閥座面(28)；以及，柱形延伸部分(40)從鄰接面伸出并且其直徑小于第一柱形部的直徑。
【專利說明】用于燃料噴射器的噴嘴針閥、制造該噴嘴針閥的方法和燃料噴射器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及適于用在燃料噴射器中的噴嘴針閥、制造該噴嘴針閥的方法和燃料噴射器，該燃料噴射器包括噴射器本體，噴射器本體形成有用于容納和以可動(dòng)方式引導(dǎo)噴嘴針閥的孔。
【背景技術(shù)】
[0002]EP0961025A1披露了一種燃料噴射器，其包括形成有孔的噴射器本體，該孔用于容納和以可動(dòng)方式引導(dǎo)噴嘴針閥。該孔在一端形成有閥座，閥座形成從孔至囊腔或盲孔容積的過渡，囊腔或盲孔容積的直徑小于孔的直徑。囊腔經(jīng)由噴嘴出口與外部連通。閥座形成有錐形表面。噴嘴針閥的終端為半球狀并構(gòu)造為鄰接閥座。閥體的一部分可設(shè)置由陶瓷材料制成的絕熱層。
[0003]EP0677656B1披露了一種具有防磨損噴嘴針閥組件的燃料噴射器，該噴嘴針閥組件包括由防磨損材料構(gòu)成的針閥或柱塞本體、以及由防磨損陶瓷構(gòu)成的頂端，用于相對(duì)地安裝在燃料噴射器的座面上。通過壓配合將陶瓷頂端固定至針閥本體。
[0004]當(dāng)在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中使用諸如熱解油或低硫燃料等可選燃料時(shí)，由于這些燃料的沉積和/或化學(xué)侵蝕行為可能引起磨損。
[0005]本發(fā)明至少部分涉及改進(jìn)或克服現(xiàn)有燃料噴射器的一個(gè)或多個(gè)方面的問題，例如耐久性和/或易于組裝等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)本發(fā)明的一方面，噴嘴針閥構(gòu)造成在具有噴射器本體的燃料噴射器內(nèi)運(yùn)動(dòng)，噴嘴針閥由陶瓷材料形成為整體件，并包括具有軸線的第一柱形部和具有相同軸線的柱形延伸部分，第一柱形部在終端或靠近終端處形成有凸出的鄰接面，鄰接面適于以密封方式鄰接形成在噴射器本體上的閥座面；以及柱形延伸部分從鄰接面伸出并且其直徑小于第一柱形部的直徑。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種制造如上所述噴嘴針閥的方法包括這樣的步驟，其中，噴嘴針閥經(jīng)受熱等靜壓工藝。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，燃料噴射器包括形成有孔的噴射器本體，該孔用于容納且以可動(dòng)方式引導(dǎo)如上所述的噴嘴針閥，該孔在一端形成有閥座，閥座形成從孔至囊腔的過渡，囊腔具有比孔小的直徑并經(jīng)由至少一個(gè)噴嘴出口與外部流體連通，噴嘴針閥的柱形延伸部分伸入囊腔。
[0009]根據(jù)下述說明及附圖，本發(fā)明的其他特征和方面將變得明了。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]附圖包括在本文中并構(gòu)成本說明書的一部分，附圖連同【具體實(shí)施方式】一起示出本發(fā)明的示例性實(shí)施例，用于解釋本發(fā)明的原理。
[0011]圖1示出經(jīng)過燃料噴射器的縱向截面；
[0012]圖2示出容納在根據(jù)圖1的燃料噴射器中的噴嘴針閥的正視圖；以及
[0013]圖3示出圖2中示出的噴嘴針閥的放大的局部圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面，參照?qǐng)D1至圖3描述燃料噴射器和噴嘴針閥(柱塞)的示例性實(shí)施例。相同的附圖標(biāo)記用于相應(yīng)的部件。
[0015]燃料噴射器設(shè)計(jì)為具有在燃料噴射器的軸向或縱向方向上延伸的中心軸線A-A，并且可包括殼體件12和噴射器本體14。噴射器本體14可包括內(nèi)本體件16和蓋件18。內(nèi)本體件16可由金屬制成，并且可包括與軸線A-A同軸的通孔20。蓋件18可遮蓋幾乎整個(gè)內(nèi)本體件16，并且蓋件18可由絕熱材料制成，優(yōu)選由陶瓷材料制成，更優(yōu)選完全由陶瓷材料制成。
[0016]如從圖1中可見，殼體件12可為在其下端形成有徑向向內(nèi)突出的凸緣22的中空柱形配件。
[0017]根據(jù)圖1，內(nèi)本體件16可為中空柱形件，其具有從其下端朝其上端逐步增加的外徑。徑向向外突出的凸緣24形成在上端。
[0018]蓋件18的內(nèi)表面可接觸內(nèi)本體件16的外表面，并且如圖1所示其上端可具有向外突出的凸緣26。
[0019]為了組裝殼體件12、內(nèi)本體件16和蓋件18，凸緣24的外周面可形成有外螺紋，其可旋入在殼體件12的內(nèi)表面上形成的內(nèi)螺紋中，以將蓋件18的凸緣26夾在內(nèi)本體件16的凸緣24和殼體件12的凸緣22之間。
[0020]還參照?qǐng)D1，孔20的下端部可形成有漸縮或錐形座面28，座面28構(gòu)成從孔20至囊腔或盲孔30的過渡，囊腔或盲孔30構(gòu)成孔20的延伸部分并具有比孔20小的直徑。
[0021 ] 囊腔30可部分地由金屬本體件14形成，部分地由限定在蓋件18下端壁的內(nèi)表面中的柱形凹進(jìn)形成。囊腔30可經(jīng)由至少一個(gè)噴嘴出口 32與外部連通，至少一個(gè)噴嘴出口32穿過蓋件18。
[0022]噴嘴針閥34可容納在孔20內(nèi)并在孔20內(nèi)以可動(dòng)方式受引導(dǎo)。
[0023]如圖2中清楚示出，噴嘴針閥34可包括第一柱形部36，其具有形成在一端的鄰接面38。下文將描述鄰接面38的功用，鄰接面38形成從噴嘴針閥34的第一柱形部36至柱形延伸部分40的過渡，柱形延伸部分40具有比第一柱形部36小的直徑。
[0024]噴嘴針閥34形成為具有軸線A-A的大致柱形配件，并且可包括具有比第一柱形部36大的直徑的第二柱形部41 ;第二柱形部41可形成有多個(gè)周向槽42。
[0025]如圖1所示，噴嘴針閥34可形成為完全由陶瓷材料構(gòu)成的單件或整體件，其包括例如二氧化鋯和氧化鋁中的至少一個(gè)。此外，陶瓷材料可包括作為添加劑的氧化鈣、氧化鎂或三氧化二釔中的至少一個(gè)。
[0026]完成的噴嘴針閥34可有利地經(jīng)受熱等靜壓(HIP)，通過熱等靜壓可生產(chǎn)出無孔陶瓷材料，其具有良好的保護(hù)表面和更高的密度，用于有一定技術(shù)難度的應(yīng)用。熱等靜壓是一種增強(qiáng)材料特性的工藝。將基底材料進(jìn)行壓制，從而材料密度會(huì)增加至高于理論密度的96%。在熱等靜壓處理之后，可靠性和壽命被延長(zhǎng)并且磨損性能得以改進(jìn)。熱等靜壓工藝有利地在密封環(huán)境中以兩種可能方式進(jìn)行:如果基底材料不與液體發(fā)生反應(yīng)則在液體介質(zhì)中進(jìn)行，以及，如果基底材料對(duì)于反應(yīng)敏感，則使用惰性氣體(例如，氬、氦、或氖)。此外，為了孔隙從基底材料擴(kuò)散出，對(duì)環(huán)境進(jìn)行加熱以促進(jìn)基底材料的密度增加。熱等靜壓狀態(tài)可以在寬范圍內(nèi)變化，對(duì)于多孔基底材料例如在750°C為1000巴，對(duì)于幾乎無孔材料可以利用在2000°C為2500巴。
[0027]如從圖1可進(jìn)一步看出，噴嘴針閥34可插入孔20。
[0028]孔20的內(nèi)徑設(shè)計(jì)為使得第二柱形部41可容納在孔內(nèi)，在孔20內(nèi)壁與肋外周面之間留有間隙或間距，肋形成在各個(gè)槽42之間，間隙或間距例如為6微米至25微米，優(yōu)選為10微米至25微米。優(yōu)選實(shí)際間隙取決于泄漏流體適用于冷卻目的沿柱形部41的流動(dòng)。
[0029]在幾乎不需要冷卻的情況中，間隙可僅為6微米至10微米之間。冷卻要求越高，則間隙越大。在任何情況下，噴嘴針閥34在孔20中以液壓方式定中，其中噴嘴針閥34的液壓方式定中或引導(dǎo)非常精細(xì)，間隙在10微米至14微米之間。通過冷卻噴嘴針閥34，可避免液體聚合作用并最小化由于摩擦引起的任何溫度增加。
[0030]形成流體腔44的間隙可限定在第一柱形部36和孔20的內(nèi)壁之間。燃料可在壓力下經(jīng)由孔(未示出)供至燃料腔44，該孔大致在軸向方向上穿過內(nèi)本體件16的上部，并進(jìn)入由孔20的直徑擴(kuò)大部分形成的供應(yīng)腔46。
[0031]圖3示出噴嘴針閥34下部的一部分，其中鄰接面38形成第一柱形部36和延伸部分40之間的過渡，并可具有凸形或優(yōu)選為球形。由彈簧(未示出)使環(huán)狀或輪狀鄰接面38壓抵內(nèi)本體件16的座面28，其在根據(jù)圖1的向下方向驅(qū)策噴嘴針閥34。由于鄰接面38的凸形或優(yōu)選球形形狀以及座面28的錐形形狀，確保座面28與鄰接面38之間的流體密封接觸，可靠且完全阻隔了燃料在流體腔44與囊腔30之間的流動(dòng)。
[0032]如本領(lǐng)域公知的，當(dāng)在壓力下向流體腔44供以燃料時(shí)，噴嘴針閥34將克服彈簧(未示出)的力而被向上壓迫，使得鄰接面38不再與座面28接觸。結(jié)果，燃料通過噴嘴出口 32注入或排出。當(dāng)流體腔44中的壓力減小或噴嘴針閥34由其他力向下壓迫時(shí)，噴嘴針閥34向下運(yùn)動(dòng)，使得環(huán)形面38鄰接座面28，以關(guān)閉噴射器，即，停止燃料流動(dòng)。
[0033]延伸部分40和囊腔30的尺寸設(shè)定為，當(dāng)環(huán)形面38接觸座面28時(shí)，使得延伸部分40幾乎完全填充囊腔30的容積，從而一旦噴射器關(guān)閉，基本上沒有額外的燃料注入內(nèi)燃機(jī)氣缸中的燃燒室內(nèi)。當(dāng)環(huán)形面38接觸座面28時(shí)，囊腔30中沒有由延伸部分41填充的容積可以為例如少于55%，更優(yōu)選地少于囊腔30容積的22%。
[0034]工業(yè)實(shí)用性
[0035]使用前述的燃料噴射器，幾乎或者根本不存在由于用作燃料的熱解油的聚合作用而使噴嘴針閥34在孔20內(nèi)被粘附或卡住的風(fēng)險(xiǎn)。此外，由于噴嘴針閥由陶瓷材料制成，當(dāng)沒有燃料用作潤(rùn)滑劑例如為低硫燃料時(shí)不會(huì)增加磨損，盡管噴嘴針閥與噴射器本體之間存在小公差。此外，針閥表面不存在由于化學(xué)侵蝕燃料例如具有熱解油而被侵蝕的風(fēng)險(xiǎn)。此夕卜，噴嘴針閥可易于制造，由于其為陶瓷材料制成的整體件，優(yōu)選地完全由陶瓷材料制成。
[0036]噴嘴針閥的陶瓷材料可為二氧化鋯或二氧化鋁中的一個(gè)，優(yōu)選地包括添加劑氧化鈣、氧化鎂或三氧化二釔，以提高材料穩(wěn)定性并改進(jìn)二氧化鋯或二氧化鋁基底材料的技術(shù)特性。[0037]由于鄰接面38具有凸形或優(yōu)選球形形狀，則確保了燃料噴射器的長(zhǎng)期使用中端面38與座面28之間的密封鄰接。
[0038]噴嘴針閥34優(yōu)選包括第二柱形部41，其直徑大于第一柱形部36的直徑，并且該第二柱形部形成有多個(gè)周向槽42。因此，噴嘴針閥34可在孔20內(nèi)受到精確地引導(dǎo)，在第二柱形部41與孔20內(nèi)壁之間幾乎沒有間隙，因此最小化或者甚至防止燃料泄漏，同時(shí)在噴嘴針閥與本體件之間僅提供低摩擦。
[0039]由于噴嘴針閥34的柱形延伸部分40伸入囊腔30，并幾乎完全填充囊腔的容積，注入燃料量將受到精確控制并且可避免燃料從噴嘴出口滴落。
[0040]噴射器本體優(yōu)選包括形成有孔的金屬內(nèi)本體件、和至少覆蓋金屬內(nèi)本體件頂部的陶瓷蓋件，金屬內(nèi)本體件包括閥座和囊腔的一部分。囊腔的另一部分和至少一個(gè)噴嘴出口可在陶瓷蓋件中形成。由該陶瓷蓋件可防止噴射器本體中的任何燃料過熱。
[0041]柱形延伸部分40可具有例如2mm至9mm范圍內(nèi)的長(zhǎng)度。
[0042]燃料噴射器包括如上所述的噴嘴針閥，燃料噴射器可以各種方式變化，而不超出本申請(qǐng)的范圍。例如，圖1的陶瓷蓋件18可以僅覆蓋內(nèi)本體件16的頂部，或可完全省略。此外，在省略蓋件18的情況下，囊腔30和至少一個(gè)噴嘴出口 32可完全由金屬內(nèi)本體件16形成，其單獨(dú)構(gòu)成噴射器本體14。
[0043]此外，噴嘴針閥34可形成為不具有延伸部分40，在這種情況下，噴嘴針閥34的整個(gè)端面可形成為凸面或球形鄰接面。
[0044]噴嘴針閥34可形成為不具有多個(gè)槽42?？商峁┒鄠€(gè)噴嘴出口 32并圍繞軸線A-A對(duì)稱布置，例如，另一可選噴嘴出口 32與軸線A-A同軸。
[0045]為了關(guān)閉(向下運(yùn)動(dòng))噴嘴針閥34，可提供下述結(jié)構(gòu)中的一個(gè)或多個(gè):凸輪機(jī)構(gòu)、電磁機(jī)構(gòu)、壓電機(jī)構(gòu)或任何其他機(jī)構(gòu)，例如，即使流體腔44中的燃料壓力保持恒定或不足以壓迫環(huán)形面38以就坐在閥座面28上也關(guān)閉噴射器的液壓機(jī)構(gòu)。
[0046]雖然本文描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，在不偏離所附權(quán)利要求范圍的情況下可進(jìn)行改進(jìn)或變化。
【權(quán)利要求】
1.一種噴嘴針閥(34)，其能夠在具有噴射器本體(14)的燃料噴射器內(nèi)運(yùn)動(dòng)， 所述噴嘴針閥(34)由陶瓷材料形成為整體件，并包括具有軸線的第一柱形部(36)和具有相同軸線的柱形延伸部分， 所述第一柱形部(36)在終端處或靠近終端處形成有凸出的鄰接面(38)，所述鄰接面能夠以密封的方式鄰接在形成于所述噴射器本體(14)上的閥座面(28)上，以及 所述柱形延伸部分(40)從所述鄰接面伸出，并且其直徑小于所述第一柱形部的直徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴嘴針閥，其中，所述陶瓷材料包括二氧化鋯和氧化鋁中的至少一個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的噴嘴針閥，其中，所述陶瓷材料包括作為添加劑的氧化鈣、氧化鎂、或三氧化二釔中的至少一個(gè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的噴嘴針閥，其中，所述鄰接面(38)具有球形形狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的噴嘴針閥，還包括第二柱形部(41)，其直徑大于所述第一柱形部(36)的直徑，并從所述第一柱形部的端部延伸，該端部與形成有所述鄰接面(38)的終端相對(duì)，所述第二柱形部(41)具有形成在其上的多個(gè)周向槽(42)，并能夠以能夠運(yùn)動(dòng)的方式在噴射器本體(14)的孔(20)內(nèi)受到引導(dǎo)。
6.一種制造根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的噴嘴針閥的方法，包括所述噴嘴針閥(34)經(jīng)受熱等靜壓工藝的步驟。
7.一種燃料噴射器，包括: 噴射器本體(14)，其形成有孔(20)，所述孔(20)用于容納并以能夠運(yùn)動(dòng)的方式引導(dǎo)根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的噴嘴針閥(34)， 所述孔在一端形成有閥座(28)，所述閥座形成從所述孔(20)至囊腔(30)的過渡， 所述囊腔(30)具有比所述孔(20)小的直徑，并經(jīng)由至少一個(gè)噴嘴出口(32)與外部流體連通， 所述噴嘴針閥(34)的柱形延伸部分(40)伸入所述囊腔(30)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的燃料噴射器以及根據(jù)權(quán)利要求5所述的以能夠運(yùn)動(dòng)的方式引導(dǎo)所述噴嘴針閥(34)，其中，在所述噴射器本體(14)的孔(20)與所述噴嘴針閥(34)的第二柱形部(41)之間設(shè)置有間隙，以液壓方式相對(duì)于所述孔將所述噴嘴針閥定中。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃料噴射器，其中，所述間隙的寬度在6μ m至25 μ m之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求7至9中任一項(xiàng)所述的燃料噴射器，其中，所述噴射器本體(14)包括金屬內(nèi)本體件(16)和陶瓷蓋件(18)，金屬內(nèi)本體件(16)具有形成在其中的所述孔(20)，陶瓷蓋件(18)至少覆蓋所述金屬內(nèi)本體件的頂部，所述金屬內(nèi)本體件包括閥座(28)和囊腔(30)的一部分，以及其中，所述囊腔的另一部分以及所述至少一個(gè)噴嘴出口(32)形成在所述陶瓷蓋件(18)中。
11.根據(jù)權(quán)利要求7至10中任一項(xiàng)所述的燃料噴射器，其中，所述柱形延伸部分(40)具有在2mm至9mm范圍內(nèi)的長(zhǎng)度。
【文檔編號(hào)】F02M61/16GK103562540SQ201280012968
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2012年2月7日 優(yōu)先權(quán)日:2011年2月14日
【發(fā)明者】A·馮德奧斯滕-扎克 申請(qǐng)人:卡特彼勒發(fā)動(dòng)機(jī)有限責(zé)任兩合公司