CN101037983A - 燃料喷射器和生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种燃料喷射器，该燃料喷射器包括形成有阀座的阀座部件和包括抵靠在阀座的抵靠部分上的抵靠部分的阀元件。阀座和阀元件的抵靠部分中的一个包括一表面层，该表面层通过热处理软化，并通过阀座与阀元件之间的抵靠挤压。

Description

燃料喷射器和生产方法
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的燃料喷射器和生产燃料喷射器的生产方法。
背景技术
日本专利文献JP 2000-145589A示出一种燃料喷射器，该燃料喷射器包括：形成阀座的阀座部件；可移动的阀元件，该阀元件布置成抵靠在阀座上以关闭阀，并从阀座移开以打开阀；用于向阀关闭方向推动阀元件的偏压装置；和用于用磁引力将阀元件从阀座移开的电磁线圈。当电磁线圈被激励并且阀元件被迫远离阀座时，燃料喷射器喷射燃料。当电磁线圈断电时，阀元件通过偏压装置的力落座在阀座上，并停止燃料喷射。
近来，从保护环境的角度，在这种燃料喷射器上对于阀关闭状态下的密封性能加以较严格的要求。为了提高密封性能，现有技术采用提高加工精度以降低阀元件和/或阀座的表面粗糙度的方法或在燃料喷射器的组装后多次重复阀打开和关闭操作以使阀元件与阀座适配而相互配合的方法。
发明内容
然而，用于提高加工精度的方法需要麻烦的操作并增加制造成本。而且，当在加工操作后需要焊接时，由焊接造成的应变使得难以令人满意地提高密封性能。
另一方面，为了充分提高密封性能，必须增加组装后阀打开和关闭操作的重复次数，从而增加了制造成本和时间。
因此本发明的目的是提供适于提高密封性能的用于燃料喷射器的构造和/或制造方法。
根据本发明的一个方面，一种燃料喷射器包括：形成有包括抵靠部分的阀座的阀座部件；和阀元件，该阀元件布置成能抵靠在阀座上并能从阀座移开，并且包括抵靠部分以抵靠在阀座的抵靠部分上。阀座和阀元件的抵靠部分中的一个包括表面层，通过加热该表面层该表面层被软化，并通过阀元件与阀座之间的相互抵靠该表面层被挤压，以使抵靠部分彼此配合。
根据本发明的另一个方面，一种生产燃料喷射器的生产方法，该燃料喷射器包括阀座部件和阀元件，所述阀座部件形成有包括抵靠部分的阀座，所述阀元件布置成能抵靠在阀座上并能从阀座移开，并且包括抵靠部分以抵靠在阀座的抵靠部分上，所述生产方法包括：通过加热阀座和阀元件的抵靠部分中的一个的表面层来软化所述表面层；以及然后，通过相互挤压阀元件和阀座，使阀座和阀元件的抵靠部分适配而相互配合。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的燃料喷射器的(如同通过包含燃料喷射器的轴线的平面剖开而得到的)纵向截面图；
图2是图1所示的燃料喷射器在落座状态(阀关闭状态)下的前端部分的纵向截面图；
图3是流程图，其示出了用于制造图1的燃料喷射器以改进密封性能的方法；
图4A和4B是用于说明在图3的步骤S13中的软化操作的部分截面示意图；
图5是示出在软化操作后与距阀座部件的表面的深度有关的硬度(维氏硬度)曲线图。
具体实施方式
图1以纵向截面示出根据本发明的一个实施例的燃料喷射器或燃料喷射阀，该纵向截面就好像是当通过包含燃料喷射器的轴线的平面剖开该燃料喷射器而形成的。图2以纵向截面示出在落座状态或阀关闭状态下的燃料喷射器的前端部分。
图1所示的燃料喷射器1是用于内燃机的燃料喷射器。燃料喷射器1适于与燃料管的凸出(boss)部分连接，并将通过燃料管供给的燃料喷射到内燃机中(到进气口中或直接到气缸中)。
如图1所示，燃料喷射器1包括由壳体2、磁管部件3、芯管5、磁轭13和树脂覆盖件16组成的主体。
该示例的磁管部件3是通过诸如深冲压的冲压成形形成的诸如不锈材料或不锈合金的磁性材料制成的阶梯状薄壁金属管。该示例的磁管部件3从第一端(上端或上游端)轴向地延伸到第二端(下端或下游端)，并且包括的大直径段3a和小直径段3b，大直径段3a从第一端向第二端延伸，小直径段3b从第二端延伸到形成在大与小直径段3a与3b之间的台阶。磁管部件3的第一(上游)端适于被插在燃料管的凸出部分中并由此与燃料管连接。
在磁管部件3的(大直径段3a的)第一端的外周上配合有O形圈18，以保证磁管部件3与燃料管的凸出部分之间的液密性连接。在磁管部件3的上游端中配合有过滤器21。过滤器21包括：压配合在磁管部件3的大直径段中的管状部分21a；由比磁管部件3的材料软的诸如氟塑料的树脂材料制成的框架部分21b，该框架部分与管状部分21a(在该示例中，通过注射成型)一体地形成；和筛网元件21c，该筛网元件安装在框架部分21b中，并且布置成可让燃料穿过。
在磁管部件3中配合有芯管5。芯管5是与阀元件9和磁轭13形成用于线圈15的闭合磁路并限定阀元件9的阀打开位置的部件。在该示例中，芯管5通过压配合安装在磁管部件3的小直径段3b中。
在磁管部件3的下游端部中安装有阀座部件7，该阀座部件是诸如不锈钢的含铁材料制成的管状部件。如图2所示，阀座部件7包括用于接收阀元件9的管状部分7a、呈向下游端渐缩的渐缩或锥形座表面的形式的阀座7b和形成在阀座7的下游端中的敞开部分7c。在阀关闭状态下，阀元件9的阀部分11落座在阀座7b上。在阀打开状态下，阀座7b在阀元件9的阀部分11与围绕阀部分11的阀座7b之间形成环形燃料通道。阀座部件7强制配合在磁管部件3的小直径段3b中，并且通过在整个在阀座部件7的外周上延伸的焊接部分W处的焊接固定到磁管部件3上。通过在焊接部分W处的焊接在阀座部件7的下游端固定有喷嘴部件或板8，以便遮盖阀座部件7的敞开部分7c。喷嘴部件8形成有用于从预定位置在预定方向上喷射燃料的至少一个喷嘴孔8a。
阀元件9在芯管5与阀座部件7之间接收在磁管部件3的小直径段3b中，并且布置成使阀元件9可在芯管5与阀座部件7之间在轴向方向上移动。该示例的阀元件9包括锚固部分10和阀部分11，该阀部分固定到锚固部分10的前端或下游端上，并且布置成能抵靠在阀座部件7的阀座7b上并能从阀座7b移开。在该示例中，阀元件9的锚固部分10是轴向地延伸的含铁金属材料(含铁材料)的阶梯管状部件。该示例的阀部分11近似为球形。阀部分11包括外表面11a，该外表面在阀关闭状态下抵靠在阀座7b上，由此形成密封表面。
螺旋弹簧12用作用于沿阀关闭方向推压阀元件9的偏压或推压装置。螺旋弹簧12在压缩状态下布置在芯管5与阀元件9之间。螺旋弹簧12包括：第一端，该第一端插在芯管5的内腔5a中并且抵靠配合在芯管5中的管状调节器19的下表面19a上；和第二端，该第二端插在形成于阀元件9的锚固部分10的上部中的凹陷部10a中，并且抵靠凹陷部10a的底部10b。螺旋弹簧12因而产生轴向地延伸的弹力。也就是说，螺旋弹簧12用作压缩弹簧，该压缩弹簧用于沿阀关闭方向推阀元件9，以使阀部分11压靠在阀座7b上。
磁轭13是安装在磁管部件3上的阶梯管状部件。在该示例中，磁轭13强制配合在磁管部件3的小直径段3b上，并且由此固定地安装在小直径段3b上。在磁轭13与磁管部件3的小直径段3b之间设有连接芯14。在该示例中，连接芯14是围绕磁管部件3的小直径段3b的近似C形的磁性部件。在磁轭13的下端部固定有树脂帽24，该树脂帽布置成限定用于接收O形环22的槽。
电磁线圈15布置在磁轭13与磁管部件3之间。电磁线圈15包括安装在磁管部件3的小直径段3b上的树脂材料的管状绕线架15a和缠绕在绕线架15a上的导线15b。电磁线圈15通过形成在树脂覆盖件16中的导体23和连接器17的至少一个插腿20被激励。
树脂覆盖件16包围磁管部件3。该示例的树脂覆盖件16通过在磁管部件3的包括磁管部件磁轭13、连接芯14和电磁线圈15的磁管部件子组件安装在磁管部件3上的状态下进行注射成型而形成。树脂覆盖件16和连接器17是单次树脂成型的一体部分。
当电磁线圈15未被激励时，如此构造的燃料喷射器通过螺旋弹簧12的推力正常地保持在阀关闭状态下。在阀关闭状态下，阀元件9的阀部分11落座在阀座7b上。在该状态下，在锚固部分10的上表面与芯管5的下表面之间形成有间隙。
当电磁线圈15被激励时，芯管5、阀元件9的锚固部分10和磁轭13形成闭合磁路，该闭合磁路在锚固部分10中产生朝向芯管5的磁力。由于设置成使磁力(引力)变成大于螺旋弹簧12的推力，因此由磁力克服螺旋弹簧12的推力向芯管5吸引阀元件9远离阀座7b，并且使得燃料喷射器进入阀打开状态。
在该阀打开状态下，通过过滤器21引入燃料喷射器1中的燃料沿磁管部件3的大直径段3a中的燃料通道4向下流动，并且通过调节器19的内腔、芯管5的内腔5a、锚固部分10的凹陷部10a和形成在阀元件9的侧壁中的至少一个通孔9a流入围绕阀元件9的环形燃料通道形式的背压腔6。从燃料腔6，燃料流过阀元件的阀部分11与阀座部件7的凹陷部7a和阀座7b之间的缝隙或间隙，并通过喷嘴板8的喷射孔8a喷出(例如，到进气口中)。
图3示出生产燃料喷射器1和提高阀元件9与阀座7b的抵靠部分之间的密封性能或能力的方法。图4A和4B示意性地示出用于通过诸如电子束或激光束的射束的照射软化阀座部件7的表面的操作。图5用与距表面的深度有关的硬度示出软化操作的结果。在该示例中，至少对阀座部件7的阀座7b的抵靠部分即阀座7b的与阀部分11形成密封表面的区域进行软化操作。
图3的方法包括：第一步S10，即通过诸如一定原料制成的工件的研磨的金属成形操作形成阀座部件7，该原料诸如含铁金属；和通过热处理(如淬火)硬化阀座部件7的第二步S11。步骤S11的硬化热处理是用于提高对循环冲击的抵抗性，该循环冲击是由于通过阀打开和关闭操作的重复在阀元件9(阀部分11的外表面11a)与阀座部件7(阀座7b)之间的反复撞击而产生的。通过硬化操作，对于距阀座7b的表面的相对较大深度，硬度增大到要求的水平(例如，按照维氏硬度约为700[kgf/mm2])。
第三步S12是用例如磨石来抛光阀座7b的表面的步骤。阀座7b的抛光区域至少包括抵靠在阀元件9的阀部分11(的外表面11a)上并且与阀部分11形成密封表面的抵靠部分。
第四步S13是通过加热该表面来软化阀座7b的抵靠部分的表面层的步骤。在该示例中，通过用发射诸如电子束或激光束的射束的各种发射设备中的一种将诸如电子束或激光束的射束照射到阀座部件7的表面上进行步骤S13的软化操作。一个示例是电子束发射设备，该设备包括电子枪、用于在电子枪的阳极和阴极电极对附近的区域中产生等离子体的部分和用于造成电子的碰撞、加速电子和将电子发射到作为靶子的阀座部件7上的部分。另一个示例是电子束发射设备，该设备布置成由通过用灯丝加热阴极电极放出电子来发射电子束，并用阳极电极加速电子。
前者示例的电子束发射设备可将电子束B一次发射到如图4A所示的较宽的区域上。因此，由于通过一次操作处理了较宽的区域，所以该示例的操作较容易。而且，可以均匀地照射目标表面而不产生电子束的重叠。
后者示例的电子束发射设备可通过扫描较窄的射束点(在图4B所示的示例中以转动扫描动作)将电子束发射到阀座7b的抵靠部分。与前者示例相比，该类型的电子束发射设备可抵抗来自环境大气的不良影响产生稳定的电子束B，并因此减小(单元与单元或操作与操作之间的)不一致性。扫描操作的次数根据需要可以是一次或可以是两次或更多。
关于激光束发射设备，可以采用具有不同波长的各种设备，诸如CO2激光器、YAG激光器或准分子激光器。
无论如何，优选的是将电子束(或激光束)的照射强度设置在比用于焊接金属部件的水平弱的水平。
通过该软化操作，如图5所示，软化了具有距表面几微米深度的表面层。在图5的示例中，在到达距表面1.2微米深度的表面层中，硬度低于更深内部区域的硬度。同时该表面层的硬度高于原料的在用于硬化的热处理之前的硬度(在含铁金属的情况下，高于约300[kgf/mm2]维氏硬度)。被软化的表面层的位置、深度和硬度根据阀元件9和阀座部件7的形状和材料以及螺旋弹簧12的偏压力通过调节电子束或激光束发射设备的照射条件适当地确定。
然后，燃料喷射器1与驱动电路组装并连接。因而燃料喷射器1被置于可操作状态下，在该状态下，阀元件9可在阀打开位置与阀关闭位置之间移动。在该可操作状态下，通过将脉冲控制电流施加到电磁线圈15并由此将阀元件9的阀部分11反复压到阀座部件7的阀座7b上来重复阀元件9的打开和关闭操作，在步骤S14中进行用于使阀部分11(外表面11a)和阀座7b的抵靠部分适配而相互配合的操作。重复的次数根据密封性能的要求水平、阀元件9和阀座部件7的形状和材料以及螺旋弹簧12的偏压力确定。本发明的发明人的研究结果表明，与未进行软化操作的示例相比，可通过插入软化密封部分的表面层的步骤S13的软化操作显著减少获得希望的密封能力所需的阀元件9的打开和关闭操作的重复次数。例如，当未进行软化操作时，获得希望的密封能力所需的打开和关闭操作的重复次数在107的水平，而通过增加软化操作，重复次数减小到105的水平。
根据该实施例，通过热处理在步骤S13中进行软化操作，以便在阀元件9和阀座7b的抵靠部分中的至少一个(在所说明的示例中仅是阀座7b的抵靠部分)中形成更软的表面层；并且此后，阀元件9和阀座7b的抵靠部分相互挤压以便配合到一起。具有被降低的硬度的更软表面层对于提高抵靠部分之间的通过使抵靠部分适配而相互配合而产生的密封能力是有效的。在重复诸如阀打开和关闭操作的阀元件9与阀座7b之间的挤压操作的情况下，与现有技术相比，可显著较少获得希望的密封能力所需的重复次数，并因此减小生产成本。
根据该实施例，可以通过在燃料喷射器1的组装之后使阀元件9和阀座7b的抵靠部分适配而配合在一起的适配操作提高密封能力。因此，即使由于焊接在阀元件9或阀座部件7中形成应变，也可以抑制来自应变的不良影响。
在该实施例中，通过重复阀打开和关闭操作进行步骤S14的适配操作。因此，适配操作非常容易实现。而且，通过采用电子束或激光束的照射作为步骤S13中的加热操作，可以通过设置和调节照射条件容易地获得适当的位置、深度、硬度和其它条件的被软化状态。
以下是本发明的所述实施例的能够提供类似的效果和操作的修改和变型。在所述示例中，进行软化操作以仅软化阀座。然而，也可以选择软化阀元件的表面层或软化阀元件与阀座二者的表面层。而且，燃料喷射器的构造不局限于图1所示。本发明可应用于具有阀元件和阀座的各种类型的燃料喷射器。
在用于软化目标部分的表面层的热处理之前增加用于硬化目标部分的热处理是有利的。进行软化热处理以软化通过硬化热处理硬化过的目标部分的表面层。在这种情况下，作为阀座7b与阀元件9的抵靠部分中的一个的目标部分包括由硬化热处理硬化的内部区域和由软化热处理软化的表面层。包括较硬内部区域和较软表面层的该结构对于提高阀座和阀元件的抵抗由于其间的碰撞引起的冲击的强度是有效的。
在软化热处理之前增加用于抛光目标部分的表面的步骤S12的抛光操作是有利的。用于降低待软化的表面的表面粗糙度的抛光操作-通过便于用于使抵靠部分相互配合的操作-对于提高密封性能是有效的。而且，抛光操作有助于软化热处理通过软化热处理本身降低表面粗糙度。
优选地通过进行或重复阀元件的阀打开和关闭操作实现用于使抵靠部分适配而相互配合的操作。阀打开和关闭操作的采用-通过减小由焊接造成的应变的不良影响-对于提高密封性能是有效的。而且，通过使实际形成密封界面的部分的形状相符，阀打开和关闭操作较容易进行，并且对于提高密封性能是有效的。
软化热处理优选地应用于通过研磨形成的目标物，并且更具体地应用于通过研磨阀座部件形成的阀座。通过软化操作和/或用于使抵靠部分适配而相互配合的适配操作，可以降低由研磨操作产生的表面粗糙度，并由此提高密封性能。
本发明是基于提交于2006年3月15日的在先日本专利申请No.2006-071475。本文件通过引用而包含该日本专利申请No.2006-071475的全部内容。
虽然以上通过参照本发明的某些实施例说明了本发明，但本发明并不局限于上述实施例。本领域的技术人员根据以上教导将做出上述实施例的改进和变型。参照以下权利要求书限定本发明的范围。

Claims (18)

1.一种燃料喷射器，包括：
形成有包括抵靠部分的阀座的阀座部件；以及
布置成能抵靠在所述阀座上并能从所述阀座移开的阀元件，该阀元件包括抵靠部分，以抵靠在所述阀座的抵靠部分上；
所述阀座的抵靠部分和所述阀元件的抵靠部分中的一个包括一表面层，通过加热该表面层该表面层被软化，并且通过所述阀元件与所述阀座之间的相互抵靠该表面层被挤压，以使所述抵靠部分相互配合。
2.根据权利要求1所述的燃料喷射器，其特征在于，所述阀座和所述阀元件中的一个的表面层是通过射束的照射而被软化的表面层。
3.根据权利要求1或2所述的燃料喷射器，其特征在于，所述阀座的抵靠部分和所述阀元件的抵靠部分中的所述一个还包括内部区域，该内部区域形成在所述表面层以下并比所述表面层硬。
4.根据权利要求3所述的燃料喷射器，其特征在于，所述内部区域是通过热处理被硬化并在所述表面层以下未被软化的区域。
5.根据权利要求1或2所述的燃料喷射器，其特征在于，所述阀座的抵靠部分和所述阀元件的抵靠部分中的所述一个还包括抛光表面。
6.根据权利要求1或2所述的燃料喷射器，其特征在于，所述阀座的抵靠部分和所述阀元件的抵靠部分是通过进行所述阀元件的打开和关闭操作来使所述抵靠部分相互挤压而形成的。
7.根据权利要求1或2所述的燃料喷射器，其特征在于，所述燃料喷射器还包括布置成沿阀关闭方向推压所述阀元件的偏压装置和布置成当被激励时将所述阀元件从所述阀座移开的电磁线圈。
8.一种生产燃料喷射器的生产方法，该燃料喷射器包括阀座部件和阀元件，所述阀座部件形成有包括抵靠部分的阀座，所述阀元件布置成能抵靠在所述阀座上并能从所述阀座移开，所述阀元件包括抵靠部分，以抵靠在所述阀座的抵靠部分上，所述生产方法包括：
通过加热所述阀座的抵靠部分和所述阀元件的抵靠部分中的一个的表面层使该表面层软化；以及
然后，通过使所述阀元件和所述阀座相互挤压，使所述阀座的抵靠部分和所述阀元件的抵靠部分适配而相互配合。
9.根据权利要求8所述的生产方法，其特征在于，所述阀座的抵靠部分和所述阀元件的抵靠部分是通过进行所述阀元件的打开和关闭操作而适配从而相互配合的。
10.根据权利要求8所述的生产方法，其特征在于，所述表面层是通过射束的照射软化的。
11.根据权利要求8、9或10所述的生产方法，其特征在于，所述生产方法还包括：
进行热处理以硬化具有待被软化的所述表面层的抵靠部分，并且在所述热处理之后软化所述表面层。
12.根据权利要求8、9或10所述的生产方法，其特征在于，所述生产方法还包括在所述表面层被软化之前抛光所述表面层。
13.根据权利要求8、9或10所述的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括：硬化目标部分的第一热处理，该目标部分是所述阀座的抵靠部分和所述阀元件的抵靠部分中的一个；和通过加热所述目标部分的表面而形成被软化的所述表面层的第二热处理，并保留所述表面层以下的通过所述第一热处理被硬化的内部区域未被软化。
14.根据权利要求13所述的生产方法，其特征在于，所述生产方法还包括在所述第二热处理之前抛光所述目标部分的表面的处理。
15.根据权利要求14所述的生产方法，其特征在于，抛光所述目标部分的表面的处理在所述第一热处理之后进行。
16.根据权利要求13所述的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括在所述阀座部件中形成所述阀座的操作；所述第一热处理包括对所述阀座部件进行淬火的操作；并且所述第二热处理包括所述射束到所述阀座的照射，所述射束是电子束和激光束中的一种。
17.根据权利要求13所述的生产方法，其特征在于，调整用于硬化所述目标部分的所述第一热处理以将所述目标部分从第一硬度水平硬化到第二硬度水平，并且调整所述第二热处理以将所述目标部分的表面层从所述第二硬度水平软化到第三硬度水平，该第三硬度水平低于所述第二硬度水平但高于所述第一硬度水平。
18.根据权利要求13所述的生产方法，其特征在于，所述目标部分由含铁材料制成。
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