用于燃料高压泵的阀和用于制造阀的方法与流程

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的阀，该阀例如使用在燃料高压泵中。

背景技术：

从市场上已知一种用于内燃机燃料系统、例如用于汽油直接喷射的燃料高压泵。燃料高压泵可以将燃料从例如在预输送泵下游的低压区域输送到高压区域中、尤其输送到高压存储器(轨)中。为此，燃料高压泵具有不同的阀，除入口阀和出口阀外尤其经常还具有压力限制阀，该压力限制阀可以将高压区域中的燃料压力限制到可预给定的最大值。因此能够改善燃料高压泵的运行并且防止燃料系统的可能的损坏。

技术实现要素：

本发明所基于的问题通过根据权利要求1的阀来解决。在从属权利要求中给出有利的扩展方案。此外，在下面的说明和附图中得到对于本发明而言重要的特征，其中，所述特征不但能够单独地而且能够以不同组合对于本发明是重要的，而对此不再明确地指出。

本发明涉及一种阀，所述阀的关闭元件和/或所述阀的阀体具有耐磨材料和/或具有耐磨表面。

“具有材料”在本申请的范畴内应理解为：该材料以一定的、不可忽略的比重(例如不小于0.1％的重量百分比)被包含。然而，也可以理解为，该材料占主要地位地、例如以至少50％的重量百分比或完全被包含。

“表面”在本申请的范畴内应理解为处于本体表面上的层，例如，该层具有至少一百纳米或甚至至少一微米的厚度。

耐磨材料例如是金属陶瓷和硬金属，例如碳化钨、例如具有镍成分的碳化钨，所述镍成分大于0.5％的重量百分比和/或小于15％的重量百分比、例如为8-9％的重量百分比或具有不大于9％的重量百分比镍成分的碳化钨。粘合剂、在这里是镍的这种高比重能够赋予材料高延展性和高韧性。已经表明，这能够提高阀的使用寿命。具有其它特殊组成和特殊材料特性的碳化钨本身是已知的并且尤其也包括在本发明中。此外，所述材料由至少一种金属硬质材料、尤其碳化物，例如碳化钨(wc)、碳化钛(tic)、碳化钽(tac)、碳化铬(crc)和/或其它碳化物构成，或具有这种硬质材料和/或还具有粘合材料，例如钴(co)、镍(ni)、铁(fe)、镍-铬(nicr)和/或类似的粘合材料。

金属陶瓷通常具有陶瓷和金属成分。陶瓷组分例如是氧化铝、氧化锆和/或类似氧化物，而金属组分例如是铌、钼、钛、钴、锆、铬和/或类似元素。

耐磨表面例如具有crcn层、crn层、dlc层(例如a-c：h和/或ta-c和/或crn和/或crc)、镍层、镍-钨层、镍-磷层、镍-磷-铬层、铬层、nip+sic扩散层、软磨合层、氮化层、二氧化钛层和/或碳化钛层和/或类似层或者由一个这样的层或多个这样的层组成。

在扩展方案中，本发明也涉及一种用于内燃机燃料系统的燃料高压泵，所述燃料高压泵具有：输送室、入口阀、出口阀和压力限制阀，所述入口阀在液压关系上布置在输送室和入口之间并且朝向输送室打开和/或所述出口阀在液压关系上布置在输送室和出口之间并且朝向出口打开和/或所述压力限制阀在液压关系上布置在出口和在出口上游的区域之间并且朝向上游区域打开，所述燃料高压泵的压力限制阀和/或入口阀和/或出口阀是具有可运动的关闭元件和固定阀体的阀，所述关闭元件可以贴靠在阀体上使阀关闭，其中，关闭元件和/或阀体具有耐磨材料和/或具有耐磨表面。

关闭元件由碳化钨构成并且阀体具有耐磨表面的阀、尤其压力限制阀已经表明是特别耐磨的。

阀体由碳化钨构成并且关闭元件具有耐磨表面的阀、尤其压力限制阀也已经表明是特别耐磨的。

通过本发明，关闭元件的几何形状原则上不是固定的；所述关闭元件例如可以是球或锥体或板和/或类似几何形状。

关闭元件例如可以是碳化钨球。

以独立的方式或作为扩展方案，本发明也涉及一种阀、例如燃料高压泵中的压力限制阀，所述阀的关闭元件能够被阀弹簧间接地通过成型的、尤其冷锻的关闭体朝关闭方向加载。成型的、例如冷锻的关闭体能够比通过切削加工(例如车削)制造的关闭体以更小的花费生产。

本发明也涉及一种用于热处理含碳的马氏体材料的方法，所述方法实现耐磨表面并且因此实现根据装置独立权利要求所述的阀。

该方法设置，关闭元件和/或阀体从基础材料出发被制造，所述基础材料是具有以下成分的含碳马氏体钢：

c：0-2％的重量百分比，

n：0-0.6％的重量百分比，

cr：10-20％的重量百分比，

ni：0-3％的重量百分比，

mn：0-3％的重量百分比，

co：0-3％的重量百分比，

其制造方式是：使基础材料经历以下处理：

-在900-1300℃下，在50mbar和5bar之间的氮分压下进行1-90分钟的退火；

-在氮、氩或氦中以1-40bar的淬火压力、在-273℃至-70℃的温度下进行淬火；

-在150-600℃下进行回火。

在所给出的物质含量方面，所给出的参数范围可以理解为分别包括或不包括所给出的边界值。

该方法尤其引起，在退火期间氮扩散到基础材料中，使得由于与此相关的体积增加而在所涉及的构件中形成残余压应力。

此外，该方法尤其引起，在退火期间氮扩散到基础材料中。由于氮溶解和与此相关的碳溶解度上升，碳化铬溶解并且释放出铬。后者引起耐腐蚀性提高。

通过根据本发明的方法尤其保持或不影响基础材料的可焊接性。

尽管用于引入残余压应力的其它措施、尤其滚压和喷丸不是强制必要的，但在本发明的扩展方案中，它们可以产生残余压应力的进一步提高。

附图说明

下面参照附图阐述本发明的示例性的实施方式。在附图中示出：

图1用于内燃机的燃料系统的示意图；和

图2图1的燃料系统的燃料高压泵的压力限制阀的纵截面；

图3阀体的一个替代的实施方式；

图4示意性地示出根据本发明的用于制造阀的方法。

在所有附图中，即使在不同的实施方式中，对于功能等同的元件和参量使用相同的附图标记。

具体实施方式

图1以简化的示意图示出用于未进一步示出的内燃机的燃料系统10。燃料从燃料箱12经由抽吸管路14借助预输送泵16经由低压管路18、经由可被电磁操纵装置22操纵的量控制阀24的入口20被供应给燃料高压泵28的输送室26。例如，量控制阀24可以是燃料高压泵28的可强制打开的入口阀。

燃料高压泵28当前实施为活塞泵，其中，活塞30可以借助凸轮盘32在附图中竖直地运动。在输送室26和燃料高压泵28的出口36之间在液压关系上布置有在图1中绘制为受弹簧负载的止回阀的出口阀40以及也绘制为受弹簧负载的止回阀的压力限制阀42。出口36连接到高压管路44上并且经由该高压管路连接到高压存储器46(“共轨”)上。

出口阀40可以朝向出口36打开并且压力限制阀42可以朝向输送室26打开。电磁操纵装置22被控制和/或调节装置48操控。与图1的示图不同地，压力限制阀42的在图1中左侧的接口也可以替代地取代与燃料高压泵28的出口(无附图标记)连接而与输送室26、燃料高压泵28的低压区域或处于燃料高压泵28上游的任意其它元件连接。

在燃料系统10运行时，预输送泵16将燃料从燃料箱12输送到低压管路18中。量控制阀24可以根据相应的燃料需求被关闭和打开。由此影响向高压存储器46输送的燃料量。在正常情况下，压力限制阀42关闭。

如果在与正常情况不同的运行情况下高压管路44中的燃料压力高于输送室26的区域中的燃料压力(加上压力限制阀42的阀弹簧60的弹簧力，也参见图2)，则压力限制阀42能够打开并且因此燃料能够从高压管路44流回到输送室26中并且可能从那里流回到低压管路18中。通过膨胀，高压管路44中的燃料压力可以下降到允许值，并且压力限制阀42可以再次关闭。

图2示出图1的燃料高压泵28的压力限制阀42的纵截面。压力限制阀42在液压关系上布置在出口36和燃料高压泵28的在出口36上游的区域之间，并且可以朝向上游区域打开。在该示例中，压力限制阀42或者该压力限制阀的下面更详细地说明的元件实施为基本上旋转对称的。

压力限制阀42包括基本上实施为柱形套筒的壳体50。该壳体50在图1中的左端侧上具有轴向的第一开口52，其中，开口52的半径相当于柱形套筒的内半径。第一开口52在液压关系上配属给出口36或在该出口下游的高压区域。在图2中的右端壁54上，壳体50实施为闭合的。在右侧下区段中，壳体50具有径向的第二开口56。该第二开口56在液压关系上配属给燃料高压泵28的所述上游区域并且例如与输送室26连接。壳体50当前实施为一体的。

在图2中水平的中间区段中，压力限制阀42具有关闭元件58，该关闭元件被实施为螺旋弹簧的阀弹簧60借助关闭体62朝关闭方向加载，即在图2中向左加载。关闭元件58当前是“自由飞行(freifliegende)”的阀球。替代地，所述关闭元件例如也可以是阀锥体，尤其是“自由飞行”的阀锥体。

在图2中右侧布置有压力限制阀42的止挡体64，该止挡体与关闭体62共同作用。止挡体64轴向地支撑在壳体50的端壁54上并且被阀弹簧60抵着壳体50的端壁54加载，即向右加载。为此，壳体50的一个区段在端壁54的区域中具有减小的内径，由此限定地保持止挡体64并且因此也保持阀弹簧60。

关闭体62和止挡体64实施为基本相同的。关闭体62的端部区段62a和止挡体64的端部区段64a尤其实施为盘形的，其中，各端部区段62a或者64a的外径大于阀弹簧60的内径。

此外，关闭体62包括销形的导向区段62b并且止挡体64包括销形的导向区段64b，两个导向区段径向地在阀弹簧60内彼此相邻地布置。相应地，导向区段62b和64b的外径分别小于阀弹簧60的内径。由此还能够实现阀弹簧60的改善的导向。

当前，关闭体62在盘形的端部区段62a上具有用于径向地保持关闭元件58的对中凹槽66，并且在其它方面与止挡体64相同地实施。借助关闭体62或对中凹槽66，由阀弹簧60产生的压力可以优化地被传递到关闭元件58上。

在壳体50的在图2中的左区段中布置有阀体68，该阀体在径向的外周面上摩擦锁合地保持在壳体50中并且优选地压入到该壳体中。阀体68具有连续的轴向中心纵向通道70，所述纵向通道区段地具有恒定的内径。纵向通道70通过第一开口52与出口36液压地连接。在纵向通道70的在图2中的右端部区段上，在阀体68上构造有径向环绕的阀座72，该阀座与关闭元件58共同作用。

关闭体62和止挡体64当前实施为成型件(例如冷锻件)。替代地，它们也可以实施为实心的。

在另一未示出的实施方式中，压力限制阀42的壳体50是燃料高压泵28的集成的组成部分，因此不是独立的元件。为此，燃料高压泵28例如具有柱形孔，在所述柱形孔中接收有压力限制阀42的功能元件。

压力限制阀42的功能已经进一步在上面在图1中大致说明。如在图2中可看到，关闭体62和止挡体64的几何形状这样地确定，使得关闭体62和从而关闭元件58的最大打开行程受限。在此，关闭体62或者止挡体64的导向区段62b和64b可以分别平面地彼此止挡在相应的端部区段上。以这种方式可以减小阀弹簧60的压应力。此外，可以减小燃料高压泵28的液压死容积并且改善所谓的“容积效率(liefergrad)”。优选地，关闭元件58的最大打开行程以及阀体68和关闭体62的几何形状这样地确定，使得关闭元件58可以被限定地保持或限定地运动(“飞行路径(flugweg)”)。

在本示例中，关闭元件58实施为球。然而，在替代实施方式中，所述关闭元件也可以具有其它几何形状，例如锥体或板的几何形状。

在本示例中，关闭元件58由碳化钨构成。然而，在替代的实施方式中，所述关闭元件也可以由其它耐磨材料、例如由金属陶瓷或硬金属构成，或仅具有碳化钨或其它硬金属。对于优选的其它硬金属的示例是碳化钛、碳化钽、碳化铬和/或其它碳化物。替代地，关闭元件也可以具有这样的硬金属，并且还具有粘合材料，例如钴、镍、铁、镍-铬和/或类似粘合材料。在该示例中，阀体68由钢构成，或者它由钢制成并且具有耐磨表面。

在另一示例中，阀体68由碳化钨构成。然而，在替代的实施方式中，所述阀体也可以由其它耐磨材料、例如由金属陶瓷或硬金属构成，或仅具有碳化钨或其它硬金属。对于优选的其它硬金属的示例如上面所给出的那样。在该示例中，关闭元件58由钢构成，或者它由钢制成并且具有耐磨表面。

在其它示例和扩展方案中，阀体和/或关闭体具有耐磨表面。所述表面可以分别是crcn层、crn层、dlc层(例如a-c：h和/或ta-c和/或crn和/或crc)、镍层、镍-钨层、镍-磷层、镍-磷-铬层、铬层、nip+sic扩散层、软磨合层、氮化层、二氧化钛层和/或碳化钛层。

关闭元件由碳化钨构成并且阀体具有耐磨表面的阀、尤其压力限制阀已经表明是特别耐磨的。

阀体由碳化钨构成并且关闭元件具有耐磨表面的阀、尤其压力限制阀也已经表明是特别耐磨的。

原则上可以是，整个阀体68由耐磨材料制造。图3示出为此的替代方案，在该替代方案中，阀体68由两个部件组装成，即例如由钢构成的基体68a和密封座插入件68b，该密封座插入件形成阀体的与关闭元件58密封地贴靠的区域。在该示例中，密封座插入件68b由耐磨材料、例如由碳化钨构成。密封座插入件68b例如压入、焊入到基体68a中，或者该密封座插入件借助形状锁合保持在基体68a中。

通过本发明，关闭元件58的几何形状不一定是固定的，除球和锥体外，例如也可以是板形的关闭元件。

其它实施例涉及燃料高压泵中的阀，所述阀不是压力限制阀，而是例如燃料高压泵中的入口阀或出口阀或类似阀。所涉及的阀和所涉及的燃料高压泵还可以如前面已经示例性地根据压力限制阀所说明的那样构型。

在根据本发明的方法的示例(图4)中，由钢材种类x90crmov18制成的阀座在1050℃下并且在0.5bar的氮分压下进行15分钟的退火，参见方法步骤101。随后，在6-10bar的压力下，在-273℃至-70℃的氮、氩或氦中，在1至40bar时如此快速地淬火(步骤102)，使得不形成氮化铬。接下来，在150-600℃下进行回火103。

第二示例与前述示例的不同之处在于，在退火期间氮分压为1.2bar并且退火时长缩短到7分钟。

在两个示例中都可以产生具有氮梯度和硬度为680hv的边缘层，其中，在边缘层中保留基础材料的马氏体相。不形成能够严重地恶化构件的机械特性、尤其抗疲劳强度的奥氏体边缘层。