CN101688507A - 喷射阀、制造该喷射阀的方法及实施该方法的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于制造液体喷射阀、尤其是用于将燃料喷射到内燃机燃烧室中的喷射阀的方法，所述喷射阀具有一阀体(1)和一阀针(5)，该阀体具有构造在其中的阀座(6)，该阀针与阀座(6)协同作用以打开和关闭至少一个喷射口(7)。该喷射阀通过以下方法步骤制造：用钢制造所述阀体(1)；硬化所述阀体(1)；将所述阀体(1)的部分区域在回火温度T2下回火。用于实施本发明方法的装置包括一感应回火发生器，该感应回火发生器产生用于驱动一线圈的合适的交变电压，阀体可在该线圈的磁场中被加热以回火。
Description
技术领域
本发明涉及一用于制造如由欧洲专利文献EP233190B1所公开的那样的喷射阀的方法。如优选用于将高压力下的燃料喷射到内燃机燃烧室中的喷射阀在较多的工作步骤中制成。在一第一工作步骤中用钢成型出真正的阀体，其中，钢还没有被硬化并因此能够良好地加工。在制造喷射阀的外部形状和内部形状后，该喷射阀经受淬火过程，其中，喷射阀被强烈加热并随后骤冷。为了消除由于阀体不均匀冷却产生的应力，在淬火后对阀体进行热处理，也就是第一回火，其中，阀体在淬火温度以下在高温上保持一定时间，直到所产生的应力足够地减少。在此能够用不同方法加热阀体，例如在油浴中或通过感应加热，这例如由公开文献DE-OS1292696公开。
用于将高压力下的燃料喷射到内燃机燃烧室中的那样的喷射阀以以下方式工作：阀针以可纵向移动的方式设置在阀体内并且与阀座协同作用以打开或关闭至少一个喷射口。通过阀针的纵向移动开始或者中断喷射，使得实现将高压力下的燃料精确地喷射到燃烧室中。在这里，在阀针的导向区域中和在阀座中产生强烈的应力，其中，通过上面提到的阀体淬火可降低磨损。
在现今的阀体中，在早期置于点火的发动机运行中时发生材料的组织变化，该组织变化导致喷嘴座形状变化，阀针落在该喷嘴座上。该形状变化导致喷射量变化，使得喷射阀不再如新运行时一样地工作，这尤其在共轨喷射系统中是不利的。
阀体在所有方面都优化是不可能的：在高温下长时间回火虽然提高了钢的韧性，但也降低了它的硬度，使得阀座区域中和阀针导向区域中的磨损变大。另一方面，如果在低温下或短时间进行回火，则阀体相对较脆并且尤其在阀座区域中可能产生裂纹。
发明内容
用于制造喷射阀的本发明方法具有的优点是，在喷射阀上发生的组织变化通过两次相继实施的热处理被先期进行。这些用于减小内应力的热处理(回火)导致，在运行时并因此在后来不发生随组织变化产生的(燃料)量变化，因此喷射阀的喷射特性在整个使用寿命上保持恒定。为此，阀体在制造和硬化后总体在温度T1下回火。随后是二次回火处理，在二次回火时仅仅阀体的部分区域被加热，其中，阀体的该部分区域包括阀座并且在高于一次回火温度T1的回火温度T2下进行。这样，在阀针被导向的区域中以足够的程度获得阀体硬度并且磨损因此相应地变小。另一方面，阀座有目的地通过升高的回火温度变韧，由此避免该区域中的脆性断裂。这里，一次回火处理的温度T1低于二次回火温度T2并且达到150至240℃，优选大约180℃。
在该方法的第一有利扩展构型中，阀体在二次回火期间被充注了液体，其中，该液体处于压力下，优选处于喷射阀运行的最大压力下。由此，尤其当阀针向阀座方向也被加载以力时，创造了如在喷射阀置于点火的发动机运行中才时出现的条件。如果二次回火处理在该条件下实施，则在阀体的钢中发生上面提及的组织变化并因此发生阀针和阀座之间的同化，使得通常在喷射阀首次运行时发生的过程在这里已先期进行。该喷射阀的如此变化的喷射特性能够通过控制器的相应编程来考虑，使得预计不会发生在安装到内燃机中后的喷射行为进一步变化。
在另一个有利的构型中，二次回火通过阀体的感应加热进行。通过产生相应交变磁场的线圈的合适构型，该阀体能够十分符合目的地在期望的区域中被加热到相应的温度上。这里，优选阀体被加热到一温度上，该温度如在内燃机运行时由于燃烧室内的热量而在阀体中产生的温度一样。这里，在一次回火温度为160至240℃的情况下，二次回火温度250至400℃被证明是十分有利的。
附图说明
在附图中描述了借助根据本发明的方法制造的物体以及用于实施该方法的装置。附图1示出了喷射阀，如用于将液体喷射到内燃机燃烧室中的喷射阀，该喷射阀能够借助根据本发明的方法制造。附图2、附图3及附图4分别示出了用于实施本发明方法的装置。
具体实施方式
附图1示出了穿过一喷射阀的纵剖面，该喷射阀可用本发明方法制造。该喷射阀在内燃机的安装位置中与一在附图1中没有示出的喷射器体连接，该喷射阀具有阀体1，在该阀体中构成一孔3。该孔3在它的朝向燃烧室的端部上被一阀座6限界，该阀座具有基本上圆锥形状并且通到一盲孔9中。从盲孔9引出多个喷射口7，在喷射阀运行时燃料通过这些喷射口7喷出。在孔3中纵向可移动地设置了一阀针5，该阀针构造成柱塞状并且在其背离阀座的端部上具有一导向区段15，借助该导向区段，该阀针5在孔3中液密地被导向。这样，一压力室19通过导向区段15区域中的该微小导向间隙被密封，该压力室19在导向区段15和阀座6之间包围阀针5。
该阀针5在它的朝向阀座的端部中具有一密封面11，该密封面也基本上构造成圆锥形并且阀针5以该密封面与阀座6协同作用。该阀针5与阀座6这样协同作用：使得当密封面11坐落在阀座6上时喷射口7相对于压力室19是密封的，而在阀针5从阀座6抬离的情况下，盲孔9、因而喷射口7与压力室19是连通的。在这里，该压力室19本身通过一在阀体1中延伸的输入孔25被充注以处于高压下的燃料。
阀针5在孔3内部的纵向运动通过关闭力和液压力之间的关系来控制，该关闭力作用在阀针5的朝向阀座的端部上，该液压力通过压力室19中的压力施加到密封面11的部分上和压力肩13上。因为尤其当喷射阀使用在快速运行的自点火内燃机中时各次喷射在非常短的时间内并且非常快速地顺序进行，所以阀针5必须高力量高速度地运动。这对阀针5本身和阀体1、尤其是在阀座6的区域中提出了高的机械要求。
为了构造符合要求的喷射阀，根据本发明借助下面的方法制造：首先用钢制成阀体，其中，钢还没有被硬化并且具有良好的可加工性，例如通过锻造或材料切除工艺。在制造外形和孔(包括阀座在内)之后将阀体被硬化，优选表面硬化，以获得相应的硬度和耐磨性。在硬化过程中在阀体内部产生高的内应力，此外阀体在硬化后还是相当脆，因此在运行中容易在阀座6的区域中发生断裂。为了避免该断裂，在硬化过程后紧接着进行一次热处理，在热处理中，整个阀体1被加热到优选达150至240℃的温度T1并在这个温度上保持一段时间。通过该热处理，阀体内部的内应力消除并且材料的韧性提高。
在现今的阀体中，当装配好的整个喷射器第一次使用在已点火的发动机运行中时，在阀座6的区域中发生材料的部分组织变化。这导致阀座6中的形状变化并因此导致喷射量的变化，这尤其在共轨喷射系统中是不利的。这可以解释为，在点火的运行中，喷射阀的朝向燃烧室的、阀座6所在的尖部经受燃烧室的热量并且由于阀针5和存在于压力室19中的高的燃料压力而额外经受高的液压力和机械力，该燃料压力可达2000bar。为了先期进行该组织变化，在根据本发明的制造方法中规定，阀体1在经受较高发动机温度的区域中二次回火过程，该发动机温度在运行中可达300℃。该区域是阀体1的端部区域，阀座6也位于该端部区域中。即，阀体1在硬化和第一次回火之后在温度T2时经受二次回火过程，该温度基本上相当于在点火后的发动机运行中在喷射阀中产生的温度。
阀体1的加热原则上能够按照不同方式进行：该加热可以传统式地例如在油浴中进行，其方式是，阀体1被浸入热油中直至希望的高度。然而被证明特别有利的是借助感应方法加热，在感应加热时，阀体1被带入到线圈中，在该线圈上施加一合适的交变电流。在线圈内部产生的磁场在阀体中感应出涡流，该涡流负责加热，因此阀体的温度符合目的地在承受磁场作用的区域中升高。该感应回火能够很快速地进行并且在一个阀体的情况下仅持续数秒。附图2对此示出了相应的组件，该组件包括感应回火发生器35，该感应回火发生器产生相应的交变电流并通过线圈37传导。在线圈37内部产生上面提到的交变磁场，其中，线圈37这样确定尺寸：使得阀体1能够以其阀座侧端部区域安置在线圈37内部。在附图2示出的构型中，阀体1与喷射器体2连接，使得整体上构成燃料喷射器，该喷射器可以被安装在内燃机中，以便在那里将燃料喷射到燃烧室中。
当喷射器承受在运行时在内燃机中产生的条件、也就是说相应的力和所需的燃料压力时，阀座6和阀针5之间在感应回火时的同化是特别有效的。为了该目的，该喷射器可以在回火时被充注处于高压下的燃料，但不进行喷射。为此，喷射器体2通过一高压导管32与一高压泵30连接，该高压泵提供相应的燃料压力并且将喷射器体2与阀体1一样置于高燃料压力下。在这些条件下，阀针5也以高的力压到阀座6上，使得阀座6和阀针5或者说密封面11之间在感应回火时发生相应的同化。该回火过程能在完成装配的喷射器上进行，即作为制造整个燃料喷射器时的最后工艺步骤。
附图3示出用于感应回火的装置，该装置实际上相当于附图2中示出的装置，然而这里仅喷射阀在制造之后被感应回火，在此没有将其和喷射器体连接。在阀体1中又通过高压泵30和高压导管32导入处于高压下的燃料，其中，阀针或者被止动，或者通过另一装置以相应的力压到阀座6上。
附图4示出另一可替换的方法和它的装置。这里阀体1经受一感应回火过程，该感应回火过程直接衔接于阀体1的热处理之后。该工艺步骤尽管能够经济地组合在阀体的整个制造过程中，但是具有的缺点是，随后跟随磨削工艺并且没有发生阀针5和阀座6之间的同化。
通过阀体1的端部区域的感应回火，仅该区域的韧性得以提高，其中，由于集肤效应，即涡流主要在金属阀体1的表面上产生的事实，仅阀体1的表面变得坚韧，而阀体1的剩余部分保持高的硬度。因为该回火过程没有涉及孔3的朝向阀座的区域，所以在阀针5的导向区段15的区域中，硬化的阀体1的良好耐磨特性没有被损害。
阀体1的第一次回火通常在150至240℃的温度T1时进行，优选在大约180℃时进行。阀体端部区域中的二次回火时的温度优选为250至400℃，其中，从270至300℃的温度是尤其有利的。所施加的燃料压力优选刚好相当于喷射阀在内燃机中运行时所出现的最大压力，但也可以低些。这意味着最大大约1600至2000bar的燃料压力。
Claims (14)
1.用于制造液体喷射阀、尤其是用于将燃料喷射到内燃机燃烧室中的喷射阀的方法，所述喷射阀具有一阀体(1)和一阀针(5)，该阀体具有构造在其中的阀座(6)，该阀针与阀座(6)协同作用以打开和关闭至少一个喷射口(7)，其特征在于下面的方法步骤：
用钢制造所述阀体(1)；
硬化所述阀体(1)；
将整个阀体(1)在一次回火温度T1下第一次回火；
将所述阀体(1)的部分区域在二次回火温度T2下二次回火，其中，一次回火温度T1低于二次回火温度T2。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，该部分区域包括阀座(6)。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述阀体(1)在回火过程期间充注了液体。
4.根据权利要求3的方法，其特征在于，该液体处于压力下。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于，该压力相当于所述喷射阀在运行中喷出液体时出现的最大压力。
6.根据权利要求3、4或5的方法，其特征在于，在回火过程中，该阀针(5)以一个力压到阀座(6)上。
7.根据权利要求6的方法，其特征在于，该阀针(5)以喷射阀运行时出现的最大力压到阀座(6)上。
8.根据权利要求1的方法，其特征在于，通过感应加热所述阀体(1)进行一次回火和/或二次回火。
9.根据权利要求1至8之一的方法，其特征在于，所述喷射阀是用于将处于高压下的燃料喷射到内燃机燃烧室中的喷射阀，其中，在二次回火时，阀体(1)的一部分被加热，该部分在内燃机运行时也被燃烧室内的热量最强烈地加热。
10.根据权利要求1至9之一的方法，其特征在于，该二次回火温度T2为250至400℃。
11.根据权利要求1至9之一的方法，其特征在于，该一回火温度T1为160至240℃。
12.用于将燃料喷射到内燃机燃烧室中的喷射阀，其特征在于，该喷射阀根据权利要求1至11之一制造。
13.用于实施根据权利要求1至11之一的方法的装置，该装置具有一感应回火发生器(35)和一与该感应回火发生器(35)电连接的线圈(37)，其中，所述阀体(1)能够设置在由该线圈(37)产生的磁场的内部，使得当在该线圈(37)上施加相应的交变电压时该阀体(1)的仅一部分通过感应涡流被加热。
14.根据权利要求13的装置，其特征在于，该线圈(37)如此成型，使得阀体(1)的在安装位置中朝向燃烧室的端部能够被设置在该线圈(37)的内部，使得仅该端部被感应涡流加热。
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