CN100365268C - 用于内燃机的燃料喷射阀及它的硬化方法 - Google Patents

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Abstract

用于内燃机的燃料喷射阀，具有一个阀体(1)及至少一个构造在阀体中的喷射孔(11)，受一个阀针(5)控制，燃料可通过该喷射孔被喷射到内燃机的燃烧室中，该阀针与构成在阀体(1)中的阀座(9)相互配合。阀体(1)由高合金的耐热工具钢构成，它通过渗碳方法被硬化。阀体(1)的硬化方法，该阀体为用于内燃机的燃料喷射阀的一部分，包括以下的方法步骤：由高合金的耐热工具钢制成阀体，阀体在气体的气氛中渗碳，该气体气氛包含碳氢化合物，阀体在900至1000℃的温度及小于100Pa的压力中被热处理。

Description

用于内燃机的燃料喷射阀及它的硬化方法
技术领域
本发明涉及用于内燃机的燃料喷射阀以及阀体的硬化方法。
背景技术
由现有技术已公知了钢硬化的各种方法。由此将影响材料的耐磨性及稳定性以及可加工性。对此的一个例子是所谓的渗碳，其中使碳渗入到材料的表面层中。与此相关的一种方法例如被描述在文献US4836864中。其它的可能性是钢的渗氮，其中在工件的表面附近层中渗入氮。在燃料喷射阀、尤其用于压燃式内燃机及例如在DE19618650A1中所描述的燃料喷射阀中使用了这种硬化及处理的钢，以便延长钢的寿命。在发动机进一步改进的趋势下，尤其在载重汽车上通过增高功率或提高制动功率将使燃料喷射阀的温度负荷及由此使阀体中阀针座的温度负荷进一步增加。至今所使用的钢及对此所采用的硬化方法不再能满足这种应用。
发明内容
根据本发明，提出了一种用于内燃机的燃料喷射阀，具有一个阀体及至少一个构造在阀体中的喷射孔，燃料可受一个阀针控制地通过该喷射孔被喷射到内燃机的燃烧室中，该阀针与一个构造在阀体中的阀座配合作用，其中阀体由钢制成，其中：该钢是通过渗碳方法被硬化的高合金的耐热工具钢。
根据本发明，还提出了一种阀体的硬化方法，该阀体为用于内燃机的燃料喷射阀的一部分，其中，包括以下的方法步骤：由高合金的耐热工具钢制成阀体，阀体在气体的气氛中渗碳，该气体气氛包含碳氢化合物，阀体在900至1000℃的温度及小于100Pa的压力中被热处理。
与现有技术相比，根据本发明的用于内燃机的燃料喷射阀具有其优点，即直至很高温度还是耐变形及耐磨损的并由此适用于内燃机的所有工作点上。燃料喷射阀的阀体由高合金的耐热工具钢制成，它通过渗碳方法被硬化。通过高合金的耐热工具钢与适当的渗碳方法相结合，使材料及硬化方法的优点有效地叠加。在使用该方法情况下通过应力集中的减少使高合金的钢的疲劳强度明显增高，及在接着对工作几何尺寸的磨削加工时得到加工余量的减小，并减小了阀体必要的原始硬度及由此改善了可加工性，以及也减小了在阀体中、尤其在阀座区域中对气蚀作用的敏感性。
在本发明主题的一个有利构型中，耐热工具钢至450℃的温度一直是耐变形及耐磨损的。由此适用于内燃机的所有可能的工作点。
在本发明的一个有利构型中，该高合金的耐热工具钢由至少0.4％的碳，5％的铬，1％钼及总含量小于1％的微量其它金属与非金属元素组成，其余的成分为铁。这种钢、例如X40CrMoV51是商业上通用的并且可以不用投入其它的成本。
在另一有利构型中，渗碳方法是一种气体渗碳方法。通过渗碳可免除否则必需的昂贵的精加工。
根据本发明的阀体的硬化方法-该阀体为用于内燃机的燃料喷射阀的一部分-具有其优点，即该阀体通过处理具有了用于使用在内燃机燃烧室中所需的耐热强度。为此，阀体在气体的气氛中渗碳，该气体气氛包含碳氢化合物，及接着阀体在约900℃的温度及真空中但至多小于100Pa的压力中被热处理。通过在高合金的耐热工具钢上结合这两个方法步骤可实现高合金的耐热工具钢最佳的硬化及耐磨强度，由此它可使用在当压燃式内燃机的燃烧室中最大负荷时所出现的温度中。
在该方法的一个有利构型中，在小于100kPa的压力中进行渗碳。通过该低压渗碳方法尤其可减小边缘氧化的形成，边缘氧化将使强度降低。
附图说明
在一个附图中作为硬化阀体的例子表示出一个燃料喷射阀的纵截面图。
具体实施方式
图1中所示的燃料喷射阀具有一个阀体1，其中在孔3中可纵向移动地设置了阀针5。在孔3的燃烧室侧的端部构造了一个基本上为锥形的阀座9，在阀座中至少构造了一个喷射孔11，该喷射孔使孔3与内燃机的燃烧室相连接。阀针5具有一个导向区段15，阀针通过该导向区段在孔3的一个导向区段23中密封地导行。阀针5在向着阀座9的方向上逐渐变细并构成一个压肩13及过渡到一个直径变小的杆区段17。在该区段端部，在阀针5上构造了一个基本上锥形的阀密封面7，它与阀座9相互配合及当它靠在阀座9上时它使至少一个喷射孔11相对孔3关闭。
在压肩13的高度上通过孔3的径向扩大构成了一个压力室19，通过一个输入通道25可在高压力下使燃料注入该压力室。压力室19向着阀座9以环形通道21延伸，该环形通道包围着阀针3的杆区段17。以此方式，燃料从输入通道25通过压力室19及环形通道21一直流到阀座9，当阀密封面7从阀座9上抬起时，通过喷射孔11进入内燃机的燃烧室中。
阀针5将通过(一方面)作用在压肩13及阀密封面7上的液压力与(另一方面)一个闭合力的比例来控制，该闭合力作用在阀针5背离燃烧室的端部上及在向着阀座9的方向上对阀针5加载。该燃料喷射阀一种可能的工作状态是：作用在阀针5上的闭合力保持恒定，压力室19及环形通道21中的燃料压力通过由输入通道25再导入的燃料而改变。通过压力室19及阀座9区域中的燃料压力使阀针5承受一个液压力，该液压力的方向背离阀座9。如果该液压力大于作用在阀针5上的闭合力，阀针将离开阀座9地运动及由此带动阀密封面7从阀座9上抬起。如果压力室19中的压力低于一定的压力阈值，则阀针5上的闭合力占优势及它又在向着阀座9的方向上运动，直到阀密封面7重新关闭至少一个喷射孔11为止。
通过阀针5的纵向运动及阀针5相对硬地坐落到阀座9上在阀座9区域中产生了大的作用在阀体1上的力。此外通过阀针5的纵向运动在孔3的导向区段23中产生了阀针5及孔3的壁之间的摩擦损伤，这当阀体1用软材料作的情况下可导致不允许的高磨损。为了提高硬度及由此提高耐磨性能，对于阀体1使用了所谓耐热工具钢，它属于工具钢。使用高合金的耐热工具钢被证明是特别有利的，例如X40CrMoV51钢。该高合金的耐热工具钢可处于高至450℃的工作温度上，而不会在此情况下失去硬度及由此失去耐磨性能。然而为了达到燃料喷射阀所需的质量要求，阀体1的表面必需被附加地硬化。为此在阀体1的表面附近层中将用所谓的渗碳方法进行渗碳，由此可使表面硬化。一种可能的渗碳方法是气体渗碳方法，在该方法中钢被置于900℃至1000℃的温度及由碳氢化合物及化学惰性气体、如氮气(N2)形成的气氛中。在此情况下碳扩散到阀体1的表面附近层中，由此提高了那里的碳含量。在那里渗入硬化的深度为0.3至4mm。通过渗碳可使材料硬化，这将通过接着在真空炉中的加热来实现。这里工件-在此情况下为阀体1-被加热到约800℃，其中在硬化炉中很大程度上为真空，在任何情况下压力低于100Pa。
阀体1的这种硬化方法的优点在于：使高合金的耐热工具钢与气体渗碳方法相结合，该气体渗碳方法以真空工作、即以低于100Pa的压力工作。由此使耐热工具钢的优点与渗碳及硬化方法的优点相结合。在使用真空渗碳方法情况下通过应力集中的减少使高合金的钢的疲劳强度增高，因为避免了边缘氧化。同时在接着对工作几何尺寸的磨削加工时得到加工余量的减小，因为喷射孔11可通过液体腐蚀研磨被精加工。
另一优点是减小了燃料喷射阀必要的原始硬度及由此在阀体1热处理后改善了可加工性。并且也减小了特别在阀体1的输入孔及针座区域中表面对气蚀作用的敏感性。
除了高合金的耐热工具钢X40CrMoV51外还可使用具有0.3至0.5％碳含量的其它高合金的耐热工具钢。

Claims (6)

1.用于内燃机的燃料喷射阀，具有一个阀体(1)及至少一个构造在阀体中的喷射孔(11)，燃料可受一个阀针(5)控制地通过该喷射孔被喷射到内燃机的燃烧室中，该阀针与一个构造在阀体(1)中的阀座(9)配合作用，其中阀体(1)由钢制成，其特征在于：该钢是通过渗碳方法被硬化的高合金的耐热工具钢。
2.根据权利要求1的燃料喷射阀，其特征在于：该耐热工具钢至450℃的温度一直是形状不变的及耐磨损的。
3.根据权利要求2的燃料喷射阀，其特征在于：该耐热工具钢包含至少0.4％的碳，5％的铬，1％钼及总含量小于1％的一些微量的其它金属与非金属元素，其余的成分为铁。
4.根据权利要求1的燃料喷射阀，其特征在于：渗碳方法是一种气体渗碳方法。
5.阀体(1)的硬化方法，该阀体为用于内燃机的燃料喷射阀的一部分，其特征在于，包括以下的方法步骤：
由高合金的耐热工具钢制成阀体，
阀体在气体的气氛中渗碳，该气体气氛包含碳氢化合物，
阀体在900至1000℃的温度及小于100Pa的压力中被热处理。
6.根据权利要求5的方法，其特征在于：在小于100kPa的压力中进行渗碳。
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