用于燃料喷射器的喷嘴针阀、制造该喷嘴针阀的方法和燃料喷射器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及喷嘴针阀(34)，其构造成在燃料喷射器内运动，燃料喷射器具有喷射器本体(14)，喷嘴针阀(34)由陶瓷材料形成为整体件，并包括具有轴线的第一柱形部(36)和具有相同轴线的柱形延伸部分，第一柱形部(36)在终端或靠近终端处形成有凸起的邻接面(38)，邻接面适于以密封方式邻接形成在喷射器本体(14)上的阀座面(28)；以及，柱形延伸部分(40)从邻接面伸出并且其直径小于第一柱形部的直径。
【专利说明】用于燃料喷射器的喷嘴针阀、制造该喷嘴针阀的方法和燃料喷射器
【技术领域】
[0001]本发明涉及适于用在燃料喷射器中的喷嘴针阀、制造该喷嘴针阀的方法和燃料喷射器，该燃料喷射器包括喷射器本体，喷射器本体形成有用于容纳和以可动方式引导喷嘴针阀的孔。
【背景技术】
[0002]EP0961025A1披露了一种燃料喷射器，其包括形成有孔的喷射器本体，该孔用于容纳和以可动方式引导喷嘴针阀。该孔在一端形成有阀座，阀座形成从孔至囊腔或盲孔容积的过渡，囊腔或盲孔容积的直径小于孔的直径。囊腔经由喷嘴出口与外部连通。阀座形成有锥形表面。喷嘴针阀的终端为半球状并构造为邻接阀座。阀体的一部分可设置由陶瓷材料制成的绝热层。
[0003]EP0677656B1披露了一种具有防磨损喷嘴针阀组件的燃料喷射器，该喷嘴针阀组件包括由防磨损材料构成的针阀或柱塞本体、以及由防磨损陶瓷构成的顶端，用于相对地安装在燃料喷射器的座面上。通过压配合将陶瓷顶端固定至针阀本体。
[0004]当在柴油发动机中使用诸如热解油或低硫燃料等可选燃料时，由于这些燃料的沉积和/或化学侵蚀行为可能引起磨损。
[0005]本发明至少部分涉及改进或克服现有燃料喷射器的一个或多个方面的问题，例如耐久性和/或易于组装等。
【发明内容】
[0006]根据本发明的一方面，喷嘴针阀构造成在具有喷射器本体的燃料喷射器内运动，喷嘴针阀由陶瓷材料形成为整体件，并包括具有轴线的第一柱形部和具有相同轴线的柱形延伸部分，第一柱形部在终端或靠近终端处形成有凸出的邻接面，邻接面适于以密封方式邻接形成在喷射器本体上的阀座面；以及柱形延伸部分从邻接面伸出并且其直径小于第一柱形部的直径。
[0007]根据本发明的另一方面，一种制造如上所述喷嘴针阀的方法包括这样的步骤，其中，喷嘴针阀经受热等静压工艺。
[0008]根据本发明的又一方面，燃料喷射器包括形成有孔的喷射器本体，该孔用于容纳且以可动方式引导如上所述的喷嘴针阀，该孔在一端形成有阀座，阀座形成从孔至囊腔的过渡，囊腔具有比孔小的直径并经由至少一个喷嘴出口与外部流体连通，喷嘴针阀的柱形延伸部分伸入囊腔。
[0009]根据下述说明及附图，本发明的其他特征和方面将变得明了。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]附图包括在本文中并构成本说明书的一部分，附图连同【具体实施方式】一起示出本发明的示例性实施例，用于解释本发明的原理。
[0011]图1示出经过燃料喷射器的纵向截面；
[0012]图2示出容纳在根据图1的燃料喷射器中的喷嘴针阀的正视图；以及
[0013]图3示出图2中示出的喷嘴针阀的放大的局部图。
【具体实施方式】
[0014]下面，参照图1至图3描述燃料喷射器和喷嘴针阀(柱塞)的示例性实施例。相同的附图标记用于相应的部件。
[0015]燃料喷射器设计为具有在燃料喷射器的轴向或纵向方向上延伸的中心轴线A-A，并且可包括壳体件12和喷射器本体14。喷射器本体14可包括内本体件16和盖件18。内本体件16可由金属制成，并且可包括与轴线A-A同轴的通孔20。盖件18可遮盖几乎整个内本体件16，并且盖件18可由绝热材料制成，优选由陶瓷材料制成，更优选完全由陶瓷材料制成。
[0016]如从图1中可见，壳体件12可为在其下端形成有径向向内突出的凸缘22的中空柱形配件。
[0017]根据图1，内本体件16可为中空柱形件，其具有从其下端朝其上端逐步增加的外径。径向向外突出的凸缘24形成在上端。
[0018]盖件18的内表面可接触内本体件16的外表面，并且如图1所示其上端可具有向外突出的凸缘26。
[0019]为了组装壳体件12、内本体件16和盖件18，凸缘24的外周面可形成有外螺纹，其可旋入在壳体件12的内表面上形成的内螺纹中，以将盖件18的凸缘26夹在内本体件16的凸缘24和壳体件12的凸缘22之间。
[0020]还参照图1，孔20的下端部可形成有渐缩或锥形座面28，座面28构成从孔20至囊腔或盲孔30的过渡，囊腔或盲孔30构成孔20的延伸部分并具有比孔20小的直径。
[0021 ] 囊腔30可部分地由金属本体件14形成，部分地由限定在盖件18下端壁的内表面中的柱形凹进形成。囊腔30可经由至少一个喷嘴出口 32与外部连通，至少一个喷嘴出口32穿过盖件18。
[0022]喷嘴针阀34可容纳在孔20内并在孔20内以可动方式受引导。
[0023]如图2中清楚示出，喷嘴针阀34可包括第一柱形部36，其具有形成在一端的邻接面38。下文将描述邻接面38的功用，邻接面38形成从喷嘴针阀34的第一柱形部36至柱形延伸部分40的过渡，柱形延伸部分40具有比第一柱形部36小的直径。
[0024]喷嘴针阀34形成为具有轴线A-A的大致柱形配件，并且可包括具有比第一柱形部36大的直径的第二柱形部41 ;第二柱形部41可形成有多个周向槽42。
[0025]如图1所示，喷嘴针阀34可形成为完全由陶瓷材料构成的单件或整体件，其包括例如二氧化锆和氧化铝中的至少一个。此外，陶瓷材料可包括作为添加剂的氧化钙、氧化镁或三氧化二钇中的至少一个。
[0026]完成的喷嘴针阀34可有利地经受热等静压(HIP)，通过热等静压可生产出无孔陶瓷材料，其具有良好的保护表面和更高的密度，用于有一定技术难度的应用。热等静压是一种增强材料特性的工艺。将基底材料进行压制，从而材料密度会增加至高于理论密度的96%。在热等静压处理之后，可靠性和寿命被延长并且磨损性能得以改进。热等静压工艺有利地在密封环境中以两种可能方式进行:如果基底材料不与液体发生反应则在液体介质中进行，以及，如果基底材料对于反应敏感，则使用惰性气体(例如，氩、氦、或氖)。此外，为了孔隙从基底材料扩散出，对环境进行加热以促进基底材料的密度增加。热等静压状态可以在宽范围内变化，对于多孔基底材料例如在750°C为1000巴，对于几乎无孔材料可以利用在2000°C为2500巴。
[0027]如从图1可进一步看出，喷嘴针阀34可插入孔20。
[0028]孔20的内径设计为使得第二柱形部41可容纳在孔内，在孔20内壁与肋外周面之间留有间隙或间距，肋形成在各个槽42之间，间隙或间距例如为6微米至25微米，优选为10微米至25微米。优选实际间隙取决于泄漏流体适用于冷却目的沿柱形部41的流动。
[0029]在几乎不需要冷却的情况中，间隙可仅为6微米至10微米之间。冷却要求越高，则间隙越大。在任何情况下，喷嘴针阀34在孔20中以液压方式定中，其中喷嘴针阀34的液压方式定中或引导非常精细，间隙在10微米至14微米之间。通过冷却喷嘴针阀34，可避免液体聚合作用并最小化由于摩擦引起的任何温度增加。
[0030]形成流体腔44的间隙可限定在第一柱形部36和孔20的内壁之间。燃料可在压力下经由孔(未示出)供至燃料腔44，该孔大致在轴向方向上穿过内本体件16的上部，并进入由孔20的直径扩大部分形成的供应腔46。
[0031]图3示出喷嘴针阀34下部的一部分，其中邻接面38形成第一柱形部36和延伸部分40之间的过渡，并可具有凸形或优选为球形。由弹簧(未示出)使环状或轮状邻接面38压抵内本体件16的座面28，其在根据图1的向下方向驱策喷嘴针阀34。由于邻接面38的凸形或优选球形形状以及座面28的锥形形状，确保座面28与邻接面38之间的流体密封接触，可靠且完全阻隔了燃料在流体腔44与囊腔30之间的流动。
[0032]如本领域公知的，当在压力下向流体腔44供以燃料时，喷嘴针阀34将克服弹簧(未示出)的力而被向上压迫，使得邻接面38不再与座面28接触。结果，燃料通过喷嘴出口 32注入或排出。当流体腔44中的压力减小或喷嘴针阀34由其他力向下压迫时，喷嘴针阀34向下运动，使得环形面38邻接座面28，以关闭喷射器，即，停止燃料流动。
[0033]延伸部分40和囊腔30的尺寸设定为，当环形面38接触座面28时，使得延伸部分40几乎完全填充囊腔30的容积，从而一旦喷射器关闭，基本上没有额外的燃料注入内燃机气缸中的燃烧室内。当环形面38接触座面28时，囊腔30中没有由延伸部分41填充的容积可以为例如少于55%，更优选地少于囊腔30容积的22%。
[0034]工业实用性
[0035]使用前述的燃料喷射器，几乎或者根本不存在由于用作燃料的热解油的聚合作用而使喷嘴针阀34在孔20内被粘附或卡住的风险。此外，由于喷嘴针阀由陶瓷材料制成，当没有燃料用作润滑剂例如为低硫燃料时不会增加磨损，尽管喷嘴针阀与喷射器本体之间存在小公差。此外，针阀表面不存在由于化学侵蚀燃料例如具有热解油而被侵蚀的风险。此夕卜，喷嘴针阀可易于制造，由于其为陶瓷材料制成的整体件，优选地完全由陶瓷材料制成。
[0036]喷嘴针阀的陶瓷材料可为二氧化锆或二氧化铝中的一个，优选地包括添加剂氧化钙、氧化镁或三氧化二钇，以提高材料稳定性并改进二氧化锆或二氧化铝基底材料的技术特性。[0037]由于邻接面38具有凸形或优选球形形状，则确保了燃料喷射器的长期使用中端面38与座面28之间的密封邻接。
[0038]喷嘴针阀34优选包括第二柱形部41，其直径大于第一柱形部36的直径，并且该第二柱形部形成有多个周向槽42。因此，喷嘴针阀34可在孔20内受到精确地引导，在第二柱形部41与孔20内壁之间几乎没有间隙，因此最小化或者甚至防止燃料泄漏，同时在喷嘴针阀与本体件之间仅提供低摩擦。
[0039]由于喷嘴针阀34的柱形延伸部分40伸入囊腔30，并几乎完全填充囊腔的容积，注入燃料量将受到精确控制并且可避免燃料从喷嘴出口滴落。
[0040]喷射器本体优选包括形成有孔的金属内本体件、和至少覆盖金属内本体件顶部的陶瓷盖件，金属内本体件包括阀座和囊腔的一部分。囊腔的另一部分和至少一个喷嘴出口可在陶瓷盖件中形成。由该陶瓷盖件可防止喷射器本体中的任何燃料过热。
[0041]柱形延伸部分40可具有例如2mm至9mm范围内的长度。
[0042]燃料喷射器包括如上所述的喷嘴针阀，燃料喷射器可以各种方式变化，而不超出本申请的范围。例如，图1的陶瓷盖件18可以仅覆盖内本体件16的顶部，或可完全省略。此外，在省略盖件18的情况下，囊腔30和至少一个喷嘴出口 32可完全由金属内本体件16形成，其单独构成喷射器本体14。
[0043]此外，喷嘴针阀34可形成为不具有延伸部分40，在这种情况下，喷嘴针阀34的整个端面可形成为凸面或球形邻接面。
[0044]喷嘴针阀34可形成为不具有多个槽42。可提供多个喷嘴出口 32并围绕轴线A-A对称布置，例如，另一可选喷嘴出口 32与轴线A-A同轴。
[0045]为了关闭(向下运动)喷嘴针阀34，可提供下述结构中的一个或多个:凸轮机构、电磁机构、压电机构或任何其他机构，例如，即使流体腔44中的燃料压力保持恒定或不足以压迫环形面38以就坐在阀座面28上也关闭喷射器的液压机构。
[0046]虽然本文描述了本发明的优选实施例，在不偏离所附权利要求范围的情况下可进行改进或变化。
【权利要求】
1.一种喷嘴针阀(34)，其能够在具有喷射器本体(14)的燃料喷射器内运动， 所述喷嘴针阀(34)由陶瓷材料形成为整体件，并包括具有轴线的第一柱形部(36)和具有相同轴线的柱形延伸部分， 所述第一柱形部(36)在终端处或靠近终端处形成有凸出的邻接面(38)，所述邻接面能够以密封的方式邻接在形成于所述喷射器本体(14)上的阀座面(28)上，以及 所述柱形延伸部分(40)从所述邻接面伸出，并且其直径小于所述第一柱形部的直径。
2.根据权利要求1所述的喷嘴针阀，其中，所述陶瓷材料包括二氧化锆和氧化铝中的至少一个。
3.根据权利要求2所述的喷嘴针阀，其中，所述陶瓷材料包括作为添加剂的氧化钙、氧化镁、或三氧化二钇中的至少一个。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的喷嘴针阀，其中，所述邻接面(38)具有球形形状。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的喷嘴针阀，还包括第二柱形部(41)，其直径大于所述第一柱形部(36)的直径，并从所述第一柱形部的端部延伸，该端部与形成有所述邻接面(38)的终端相对，所述第二柱形部(41)具有形成在其上的多个周向槽(42)，并能够以能够运动的方式在喷射器本体(14)的孔(20)内受到引导。
6.一种制造根据权利要求1至5中任一项所述的喷嘴针阀的方法，包括所述喷嘴针阀(34)经受热等静压工艺的步骤。
7.一种燃料喷射器，包括: 喷射器本体(14)，其形成有孔(20)，所述孔(20)用于容纳并以能够运动的方式引导根据权利要求1至5中任一项所述的喷嘴针阀(34)， 所述孔在一端形成有阀座(28)，所述阀座形成从所述孔(20)至囊腔(30)的过渡， 所述囊腔(30)具有比所述孔(20)小的直径，并经由至少一个喷嘴出口(32)与外部流体连通， 所述喷嘴针阀(34)的柱形延伸部分(40)伸入所述囊腔(30)。
8.根据权利要求7所述的燃料喷射器以及根据权利要求5所述的以能够运动的方式引导所述喷嘴针阀(34)，其中，在所述喷射器本体(14)的孔(20)与所述喷嘴针阀(34)的第二柱形部(41)之间设置有间隙，以液压方式相对于所述孔将所述喷嘴针阀定中。
9.根据权利要求8所述的燃料喷射器，其中，所述间隙的宽度在6μ m至25 μ m之间。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的燃料喷射器，其中，所述喷射器本体(14)包括金属内本体件(16)和陶瓷盖件(18)，金属内本体件(16)具有形成在其中的所述孔(20)，陶瓷盖件(18)至少覆盖所述金属内本体件的顶部，所述金属内本体件包括阀座(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个喷嘴出口(32)形成在所述陶瓷盖件(18)中。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的燃料喷射器，其中，所述柱形延伸部分(40)具有在2mm至9mm范围内的长度。
【文档编号】F02M61/16GK103562540SQ201280012968
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2012年2月7日 优先权日:2011年2月14日
【发明者】A·冯德奥斯滕-扎克 申请人:卡特彼勒发动机有限责任两合公司