CN107178451B - 内燃机的喷射阀 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于与研磨性流体接触的喷射阀(1、10)，该喷射阀(1、10)包括：缸筒(2)，该缸筒具有缸筒长度(LC)、缸筒内径(IDC)和缸筒壁(3)；以及活塞(4)，该活塞具有活塞外径(ODP)和活塞外表面(12)，该活塞(4)能在该缸筒(2)中移动，在该缸筒壁(3)与该活塞(4)之间布置有第一管状衬套(5、5a)，使得该活塞(4)至少部分地在该第一管状衬套(5、5a)内移动，该第一管状衬套(5、5a)具有衬套长度(LL)、第一衬套内径(IDL)和衬套内表面(6)，该衬套内表面(6)包括涂层(7)。本发明还涉及一种包括该喷射阀的内燃机以及一种喷射阀的制造方法。

Description

内燃机的喷射阀
技术领域
本发明涉及一种用于与研磨性流体接触的喷射阀。本发明还涉及一种包括该喷射阀的内燃机。本发明最后涉及一种根据本发明的喷射阀的制造方法。
背景技术
例如在US5566450中，内燃机例如在燃烧缸中使用活塞在其中移动的缸筒，但也在泵和阀或其它喷射单元中使用所述缸筒。当运行研磨性流体如包含煤颗粒的燃料或运行具有差的润滑性的流体如甲醇时，缸筒和活塞会非常快地磨损并且如果不更换的话需要维修。因此，在过去多年内已经增强了对能够耐受这样的耐磨性材料的材料的研发以增长缸筒和在其内工作的活塞的使用寿命。
然而，直至现今，这样的材料也不能耐受研磨性流体，这已导致对硬化或涂覆缸筒的内表面和活塞的增加的需求。然而，已证明，这样的方法不可能在缸筒的长度大于它们的宽度的情况下执行，并且因此，需要开发另一种解决方案来降低缸筒和在其内工作的活塞的磨损。
发明内容
本发明的一个目的是完全或部分地克服现有技术中的上述缺点和不足。更特别地，一个目的是提供一种改进的喷射阀，该喷射阀具有能够耐受与研磨性流体如包含煤颗粒的燃料一起工作的缸筒和在缸筒内工作的活塞，以比已知解决方案的使用寿命更长。
从下面的描述中将变得显而易见的上述目的以及众多的其它目的、优点和特征由根据本发明的方案来实现，即通过用于与研磨性流体接触的喷射阀来实现，该喷射阀包括：
-缸筒，该缸筒具有缸筒长度、缸筒内径和缸筒壁；以及
-活塞，该活塞具有活塞外径和活塞外表面，该活塞能在该缸筒中移动，
其特征在于，在该缸筒壁与该活塞之间布置有第一管状衬套，使得该活塞至少部分地在该第一管状衬套内移动，该第一管状衬套具有衬套长度、第一衬套内径和衬套内表面，该衬套内表面包括涂层。
在一个实施例中，该衬套长度可大于该缸筒内径。
在另一实施例中，该衬套长度可等于或小于该第一衬套内径的两倍。
上述第一衬套内径可基本上等于活塞外径。
在又一实施例中，该管状衬套的内径可沿衬套长度变化。
此外，该管状衬套的衬套内径可沿衬套长度具有大于第二衬套内径的第一衬套内径。
上述喷射阀还可包括第二管状衬套，该第二管状衬套沿所述缸筒长度与该第一管状衬套接续地布置。
此外，该喷射阀可包括彼此接续布置的多个管状衬套。
此外，所述衬套长度可等于缸筒长度。
此外，第一管状衬套可具有第一端和第二端，并且至少所述第二端可朝向衬套内表面被倒角。
此外，所述第二管状衬套可具有第一端和第二端，并且至少所述第一端可朝向衬套内表面被倒角。
该第一管状衬套的第二端可对着该第二管状衬套的第一端布置。
在一个实施例中，该缸筒内径可小于1米，优选小于0.5米，更优选小于0.1米。
在另一实施例中，该衬套内径可小于1米，优选小于0.5米，更优选小于0.1米。
在又一实施例中，该第一管状衬套和该第二管状衬套可具有不同的衬套长度。
上述第一管状衬套和第二管状衬套可具有相等的衬套长度。
根据本发明的喷射阀还可包括在缸筒壁上的润滑剂通道，该润滑剂通道朝向该活塞延伸并构造成向所述活塞提供润滑流体或密封油。
上述润滑剂通道可具有面向所述活塞外表面的出口。
此外，该管状衬套的内表面可设置有环形通道。
此外，该出口可以在该环形凹槽中。
此外，该第一管状衬套和该第二管状衬套可布置成具有相互距离，从而在这两个管状衬套的端部之间提供环形通道。
进一步地，该出口可以在环形通道中。
在一个实施例中，该第二管状衬套可具有第二衬套内径，该第二衬套内径小于该第一衬套内径。
上述第二衬套内径可比所述第一衬套内径小1mm，优选比所述第一衬套内径小100μm，更优选比所述第一衬套内径小50μm。
此外，该涂层可包含类金刚石碳、二氧化硅(SiO2)、石墨或石墨烯。
在一个实施例中，该涂层可具有高于1000HV的硬度。
在另一实施例中，该涂层可具有涂层厚度。
在又一实施例中，该涂层厚度可以是1-20μm，且优选是2-10μm。
所述涂层厚度可沿衬套长度一致。
此外，该管状衬套可由金属制成。
此外，该第一管状衬套和该缸筒可被冷缩配合在一起。
此外，该研磨性流体可以是气体或液体或其组合。
该研磨性流体可包含颗粒，这就是煤浆为介质的情况。具有差的润滑性的流体可以是具有差的润滑性的甲醇、汽油、液化石油气(LPG)、或二甲醚(DME)介质。
本发明还涉及一种包括根据本发明的发动机装置的喷射阀。
本发明还涉及一种包括上述的喷射阀的内燃机。
最后，本发明涉及一种根据本发明的喷射阀的制造方法，包括以下步骤：
-提供缸筒、活塞和第一管状衬套；
-涂覆该第一管状衬套的衬套内表面；
-将第一管状衬套布置在该缸筒中；
-通过冷缩配合将该第一管状衬套紧固在该缸筒中；以及
-将该活塞至少部分地布置在该缸筒内。
此外，该活塞可被部分地布置在该第一管状衬套中。
上述方法可进一步包括以下步骤：
-提供第二管状衬套；
-涂覆该第二管状衬套的衬套内表面；以及
-在将该第一管状衬套紧固在该缸筒中的步骤之前将第二管状衬套布置在该缸筒中。
此外，该方法可包括抛光包括涂层的衬套内表面的步骤。
上述方法可进一步包括研磨包括涂层的衬套内表面的步骤。
此外，该方法可包括在涂覆两个管状衬套的衬套内表面之前对管状衬套的端部进行倒角的步骤。
最后，该方法可包括在其中一个管状衬套上提供环形凹槽的步骤。
附图说明
下面将参考后附的示意图更详细地描述本发明及其许多优点，所述示意图出于示例目的仅示出了一些非限制性的实施例，其中：
图1示出了喷射阀的截面图；
图2示出了另一喷射阀的截面图；
图3示出了喷射阀的一部分的截面图；以及
图4示出了内燃机的喷射单元的一部分的截面图。
所有的附图是高度示意性的，未必按比例绘制，并且它们仅示出了阐明本发明所必需的那些部件，省略或仅暗示了其它部件。
具体实施方式
图1示出了用于与研磨性流体如包含煤颗粒的燃料、重质燃料或甲烷等接触的喷射阀1。喷射阀1包括缸筒2，该缸筒具有缸筒长度LC、缸筒内径IDC和缸筒壁3。缸筒2可以是液压缸缸筒、气缸缸筒或燃烧缸缸筒。喷射阀1包括活塞4，活塞4具有活塞外径ODP并能在缸筒2内移动。喷射阀1还包括布置在缸筒壁3与活塞4之间的第一管状衬套5、5a，从而活塞4至少部分地在第一管状衬套5、5a内移动。第一管状衬套5、5a具有衬套内径IDL和长于缸筒内径IDC的衬套长度LL。第一管状衬套5、5a具有包括涂层7的内表面6。
当涂覆内表面时，在缸筒2的长度大于缸筒内径IDC的情况下，涂覆缸筒2的整个长度并获得均匀的层是非常困难的。此外，层最厚处将最靠近缸筒2的端部而层最薄处将更靠近缸筒2的底部，并且尺寸如此不精确在内燃机中是不可接受的。当提供管状衬套5、5a、5b时，管状衬套5、5a、5b可从两端涂覆，从而形成均匀的涂层，该均匀的涂层的尺寸变化在内燃机领域内的可接受范围内。在涂覆之后，将管状衬套5、5a、5b插入缸筒2中，从而形成具有当处理研磨性流体时抗磨损的表面的缸筒2。
在图1中，喷射阀1包括第一管状衬套5、5a和第二管状衬套5、5b。第一管状衬套5、5a和第二管状衬套5、5b在被插入缸筒2之前被涂覆并且沿缸筒长度LC以端对端的方式彼此连续布置。在图1中，第一管状衬套和第二管状衬套5、5a、5b的衬套长度LL大致相等，但在另一实施例中，一个管状衬套5、5a、5b的衬套长度LL可长于另一管状衬套5、5a、5b的衬套长度LL。缸筒内径IDC与衬套内径IDL之差是涂层厚度t的两倍。活塞4能在缸筒2中沿管状衬套5、5a、5b的涂层7移动以将流体喷射出开口9。
通过本发明的涂敷方法，当从一端涂覆时，能够在缸筒内侧涂覆不长于缸筒内径IDC的最大长度。因此，衬套长度LL等于或小于衬套内径IDL的两倍，因为管状衬套5、5a、5b可从两端涂覆。缸筒内径IDC小于1米，优选小于0.5米，更优选小于0.1米，并且衬套内径IDL也小于1米，优选小于0.5米，更优选小于0.1米。
在图2中，喷射阀1还包括在缸筒壁3上的润滑剂通道8，该润滑剂通道朝向活塞4延伸并构造成向活塞4提供润滑流体。因此，润滑剂通道8具有面向活塞外表面12的出口11。第二管状衬套5、5b具有小于第一衬套内径IDLa,IDL的第二衬套内径IDLb。第一衬套内径IDLa,IDL基本上等于活塞外径ODP。第一管状衬套5、5a的内表面6接触活塞4的外表面12并且控制活塞4进出缸筒2的侧向/径向运动。由于第二管状衬套5、5b具有小于第一衬套内径IDLa,IDL的第二衬套内径IDLb的事实，在第二管状衬套5、5b的内表面6与活塞外表面12之间存在间隙。该间隙沿活塞4朝向开口9输送来自润滑剂通道8的润滑流体并确保缸筒2中的研磨性流体不会进入活塞4的活塞外表面12与第一管状衬套5、5a的内表面6之间。该间隙小于1mm，优选小于100μm，更优选小于50μm。通过保持润滑流体中的压力高于缸筒2中的研磨性流体中的压力，研磨性流体不会进入第一管状衬套5、5a与活塞4之间，并且缸筒2和活塞4上的磨损被显著降低，因为研磨性流体不会再被挤在活塞4与缸筒壁3之间。如可看到的那样，第一管状衬套5、5a和第二管状衬套5、5b接续布置，但在二者之间具有距离d。据此，第一和第二管状衬套5、5a、5b形成与润滑剂通道8流体连通的环形通道16，并且因此润滑流体可沿围绕活塞4整圈延伸的环形通道16分布。在第一和第二管状衬套5、5a、5b的外表面19上形成有凹口14或环形凹槽(未示出)，以用于在经出口11射出润滑流体之前更好地分布润滑流体。因此，出口11在环形通道16中。如在图2中所示，喷射阀1还可包括第三管状衬套5、5c，从而缸筒装有三个管状衬套5、5a、5b、5c。
在图1和图2中，为各衬套长度LL之和的总衬套长度等于缸筒长度LC。涂层厚度t沿衬套长度LL一致，并且涂层厚度t小于1mm、优选小于100μm。管状衬套5、5a、5b优选由金属制成。涂层7包含类金刚石碳、二氧化硅(SiO2)、石墨如石墨烯、或类似涂层材料。涂层7具有高于1000HV的肖氏硬度。
为了消除两个管状内衬5、5a、5b的衬套内径IDL的微小偏差，第一管状衬套5、5a的第一端17和第二管状衬套5、5b的第二端18可被倒角，以形成渐缩端15，如在图3中所示。管状衬套5的衬套内径IDL可沿衬套长度LL变化，从而管状衬套5的衬套内径IDL沿衬套长度LL具有大于第二衬套内径IDLb的第一衬套内径IDLa，以形成增大的厚度tL，如在图3中所示。
图4示出了内燃机100的喷射单元的包括喷射阀10的部分，其中，缸筒2和活塞4形成为增强器(未示出)的一部分。第一管状衬套5、5a具有略大于第二管状衬套和第三管状衬套5、5b、5c的内径IDLa的内径IDLb，并且第二管状衬套5b具有环形通道16，用于向喷射单元提供润滑流体。
喷射阀1、10如此制造，即首先提供缸筒2、活塞4和第一管状衬套5、5a，之后涂覆第一管状衬套5、5a的衬套内表面6以形成涂层7，并且最后将第一管状衬套5、5a布置在缸筒2中。通过冷缩配合将第一管状衬套5、5a紧固在缸筒2中，并且随后，将活塞4至少部分地布置在缸筒2内并且因此布置在第一管状衬套5、5a内。如果缸筒2包括第二管状衬套5、5b，则在紧固第一管状衬套5、5a的步骤之前并且在将活塞4布置在缸筒2中之前将第二管状衬套5、5b与第一管状衬套5、5a接续地布置，将衬套5a、5b、5二者紧固至缸筒2。可在将活塞4布置在缸筒2中之前对包括涂层7的衬套内表面6进行抛光和/或研磨。
所述流体是气体、液体或其组合。所述流体是在内燃机中的任何种类的流体，如重燃料油、包含颗粒如煤颗粒的燃料、液化气体如液化石油气(LPG)、二甲醚(DME)、汽油或具有耐磨性颗粒的其它液体或仅仅是具有差的润滑性的液体。
尽管上面已经结合本发明的优选实施例对本发明进行了描述，但在不背离如下面的权利要求所限定的本发明的情况下可想到的若干变型对本领域技术人员来说将是显而易见的。

Claims (9)

1.一种用于与研磨性流体接触的喷射阀(1、10)，该喷射阀(1、10)包括：
-缸筒(2)，该缸筒具有缸筒长度(LC)、缸筒内径(IDC)和缸筒壁(3)；以及
-活塞(4)，该活塞具有活塞外径(ODP)和活塞外表面(12)，该活塞(4)能在该缸筒(2)中移动，
其特征在于，在该缸筒壁(3)与该活塞(4)之间布置有第一管状衬套(5、5a)，使得该活塞(4)至少部分地在该第一管状衬套(5、5a)内移动，该第一管状衬套(5、5a)具有衬套长度(LL)、第一衬套内径(IDL)和衬套内表面(6)，该衬套内表面(6)包括涂层(7)，其中所述活塞配置成当该活塞朝向缸筒开口移动时将研磨性流体经所述缸筒开口喷射出并进入内燃机的内燃机缸筒内；其中该喷射阀(1、10)还包括第二管状衬套(5、5b)，该第二管状衬套沿该缸筒长度(LC)与该第一管状衬套(5a、5)接续地布置，所述第二管状衬套也被涂覆。
2.根据权利要求1所述的喷射阀(1、10)，其中，该衬套长度(LL)大于该缸筒内径(IDC)。
3.根据权利要求1所述的喷射阀(1、10)，其中，该衬套长度(LL)等于或小于该第一衬套内径(IDL)的两倍。
4.根据权利要求1所述的喷射阀(1、10)，其中，该第二管状衬套(5、5b)具有第二衬套内径(IDLb)，该第二衬套内径大于该第一衬套内径(IDL)。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的喷射阀(1、10)，其中，该喷射阀(1、10)还包括在该缸筒壁(3)上的润滑剂通道(8)，该润滑剂通道朝向该活塞(4)延伸并构造成向该活塞(4)提供润滑流体或密封油。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的喷射阀(1、10)，其中，该涂层(7)包含类金刚石碳、二氧化硅、石墨或石墨烯。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的喷射阀(1、10)，其中，该管状衬套沿其衬套长度具有大于第二衬套内径的第一衬套内径。
8.一种内燃机(100)，包括根据权利要求1-7中任一项所述的喷射阀(1、10)。
9.一种根据权利要求1-7中任一项所述的喷射阀(1、10)的制造方法，包括以下步骤：
-提供缸筒(2)、活塞(4)和第一管状衬套(5、5a)；
-涂覆该第一管状衬套(5、5a)的衬套内表面(6)；
-将该第一管状衬套(5、5a)布置在该缸筒(2)中；
-通过冷缩配合将该第一管状衬套(5、5a)紧固在该缸筒(2)中；以及
-将该活塞(4)至少部分地布置在该缸筒(2)内。
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