CN112088051A - 等离子体电解质抛光的柴油机部件 - Google Patents

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Abstract

提供了用于降低柴油机部件的表面粗糙度的方法和系统。所述方法和系统可对等离子体电解质抛光池施加电压。等离子体电解质抛光池可包括柴油机部件和电解质水溶液。作为对等离子体电解质抛光池施加电压的结果，所述方法和系统可使等离子体层形成在柴油机部件的表面周围。所述方法和系统可对等离子体电解质抛光池终止电压。所述方法和系统可对柴油机部件应用涂覆工艺。

Description

等离子体电解质抛光的柴油机部件
技术领域
本公开大体上涉及柴油机部件，更具体地涉及使用等离子体电解质抛光工艺抛光柴油机部件。
背景技术
一些发动机部件，尤其是柴油机部件，最初可能不具备执行某些功能所需的表面性质和/或特征。例如，柴油机的燃料喷射系统部件可以包括具有复杂几何形状的部件，匹配部件，经涂覆的部件和/或经受疲劳、磨损和摩擦的部件。因此，即使在仔细制造后，部件也可能需要非固有的特征和性质。例如，某些部件的表面光洁度(surface finish)(例如，粗糙度)起初在柴油机运行期间对于执行某些必要的功能可能是不可接受的。
在一些情况中，可以加工部件以降低表面粗糙度。例如，降低表面粗糙度的工艺可以包括各种精密机加工技术，例如研磨、超精加工、带抛光和/或其他工艺，例如电化学机加工。然而，这些技术中的一些(例如电化学机加工和电抛光)可能需要以需要机加工成工件的形式成形的一个或多个电极，并且可能使用会产生有害废物的化学物质。另外，由于部件的复杂几何形状(例如，弯曲或圆锥形表面)，一些技术可能无法有效地将表面厚度减小到足够的量。因此，期望使用消除或减轻上述一个或多个操作缺点的系统和方法。
发明内容
在一些实施方式中，提供了用于降低柴油机部件的表面粗糙度的方法和系统。所述方法和系统可对等离子体电解质抛光池施加电压。等离子体电解质抛光池可包括柴油机部件和电解质水溶液。作为对等离子体电解质抛光池施加电压的结果，所述方法和系统可使等离子体层形成在柴油机部件的表面周围。所述方法和系统可对等离子体电解质抛光池终止电压。在使等离子体层形成在柴油机部件的表面周围之后，所述方法和系统可对柴油机部件应用涂覆工艺。
在一些实例中，柴油机部件是高压燃料喷射器部件。在一些情况下，柴油机部件是阀座。在一些变型中，柴油机部件是喷射器喷嘴。在一些实例中，通过对等离子体电解质抛光池施加电压，所述方法和系统使得喷射器喷嘴被清洁。在一些情况下，所述方法和系统在预定时间段内施加电压。在一些变型中，所述方法和系统从用户界面接收用户输入，所述用户输入指示对所述等离子体电解质抛光池施加电压的时间段。此外，所述方法和系统在由用户输入所指示的时间段内施加电压。在一些实例中，所述方法和系统(例如物理气相沉积(PVD)涂覆系统或等离子体增强化学气相沉积(PECVD)涂覆系统)对柴油机部件应用涂覆工艺以使柴油机部件的表面实现PVD涂层光洁度或PECVD涂层光洁度。
尽管公开了多个实施方式，但是根据以下详细描述，本公开的其他实施方式对于本领域技术人员将变得显而易见，该详细描述示出并描述了本公开的说明性实施方式。因此，附图和详细描述本质上应被认为是说明性的而不是限制性的。
附图说明
通过结合附图参考以下对本公开的实施方式的描述，本公开的上述和其他特征以及获得它们的方式将变得更加显而易见，并且将更好地理解本公开本身，其中：
图1显示了示出本公开的实施方式的用于对柴油机部件进行等离子体电解质抛光的方法的流程图；
图2显示了本公开的实施方式的用于对柴油机部件进行抛光的示例性等离子体电解质抛光(PEP)系统；
图3显示了本公开的实施方式的应用PEP工艺之前的柴油机部件的实例；
图4显示了本公开的实施方式的应用PEP工艺之后的柴油机部件的实例；
图5显示了本公开的实施方式的PEP工艺前后的表面粗糙度的测试结果；
图6显示了本公开的实施方式的用于柴油机部件的基线法与PEP工艺的图像；
图7显示了本公开的实施方式的对阀座应用PEP工艺的实例；
图8显示了本公开的实施方式的针对阀座的PEP工艺的结果；
图9显示了本公开的实施方式的使用PEP工艺来清洁柴油机部件(喷射器喷嘴)的结果。
尽管本公开可以进行各种修改和替代形式，但是具体的实施方式已经在附图中通过示例的方式示出并且在下面进行详细描述。然而，目的不是将本公开限于所描述的具体实施方式。相反，本公开旨在覆盖落入所附权利要求书所限定的本公开范围内的所有修改、等同形式和替代形式。
具体实施方式
在下面的详细描述中，参考形成其一部分的附图，并且在附图中通过图示的方式示出了实践本公开的特定实施方式。充分详细地描述了这些实施方式以使本领域技术人员能够实践本公开，并且应当理解，可以利用其他实施方式并且可以在不脱离本公开的范围的情况下进行结构改变。因此，以下的详细描述不应被理解为限制性的，并且本公开的范围由所附权利要求及其等同形式来限定。
图1显示了示出用于对金属柴油机部件进行等离子体电解质抛光(PEP)的方法100的流程图。PEP方法100(例如PEP工艺)可用于改善金属柴油机部件的特征和/或性质。如前所述，某些特征和/或性质(例如表面粗糙度)对于柴油机的运行可能是重要的。例如，表面粗糙度可能是优化各种功能要求的重要因素，这些功能要求包括但不限于降低摩擦、抗疲劳性、耐磨性、表面应力优化、摩擦涂层的表面处理和润湿性。通过抛光金属柴油机部件(例如高压燃油喷射系统部件)的表面，PEP方法100可以允许改善部件的表面光洁度。
将参照显示了示例性PEP系统200的图2描述图1。图2显示了示例性PEP系统200，并且其他PEP系统也可用于金属柴油机部件的等离子体电解质抛光。此外，虽然相对较新，但PEP系统在本领域中是已知的。然而，PEP系统尚未用于抛光金属柴油机部件，例如高压燃料喷射系统部件。例如，执行用于柴油机部件的PEP工艺的可扩展性需要对PEP系统(例如PEP系统200)进行显著更改，包括但不限于电解质的电导率、电解质的pH和纯度、电解质的补充速率、电解质的温度和/或将等离子体电解质抛光工艺池从焊接的金属(例如钢)罐改为塑料罐的工艺。
参照图2，示例性PEP系统200包括计算机化电源205、等离子体电解质抛光(PEP)池210、Y型过滤器215、泵220、阀225，热交换器和冷却器230、和/或温度控制器235。PEP系统200中还包括任意数量的附加单元、不同的单元和/或单元的组合。在一些实施方式中，上述工艺100和系统200可用于改善柴油机部件的表面光洁度(例如，PEP)、清洁(例如，等离子体电解质清洁[PEC])和/或表面整理(surface preparation)。
参照图1，在步骤102的运行中，PEP系统200可对等离子体电解质抛光池施加电压。例如，参照图2，计算机化电源205可对等离子体电解质抛光(PEP)池210施加电压。PEP池210可包括等离子体电解质水溶液和柴油机部件。柴油机部件可浸在电解质水溶液内。在一些实例中，在PEP池210上方可以包括一个通风橱。通风橱可以捕获所述工艺期间中产生的烟雾和蒸汽。
图3显示了应用PEP工艺之前的柴油机部件300的图像。柴油机部件300可浸在PEP池210的等离子体电解质水溶液内。在将柴油机部件300浸在PEP池210的溶液中后，PEP系统200可对含有等离子体电解质水溶液的PEP池210施加电压。柴油机部件300可以是任意金属柴油机部件，包括但不限于高压燃料喷射器部件，例如喷射器器下柱塞(针状物)、阀座或喷射器喷嘴。
计算机化电源205可以是向系统200供电的任何电源。例如，计算机化电源205可以是包括正极和负极的电源(例如，电池)。正极和负极可通过导体250连接至PEP池210。例如，正极可连接至PEP池210内的电极，负极可连接至柴油机部件300。作为补充和/或备选，正极可连接至PEP池210的边缘或侧面，负极可连接至柴油机部件300。
在一些情况中，计算机化电源205可以包括可与系统200内的一个或多个单元通信的控制器。控制器可以生成控制信号并将其传输到系统200中的单元，例如温度控制器235。此外，控制器可包括一个或多个处理器和计算机可读指令。一个或多个处理器在执行计算机可读指令时可使计算机化电源205在预定的或预编程的时间段内施加电压，例如两分半钟、五分钟或十分钟。作为补充和/或备选，计算机化电源205可包括用户界面。用户界面可允许(例如接收输入和/或传输信号)用户编制和/或改变算机化电源205对PEP池210施加电压的预定时间段。用户界面可允许用户手动或自动接通或关闭计算机化电源205(例如在预定时间段后)。
在步骤104，作为对PEP池210施加电压的结果，PEP系统200可使等离子体层形成在柴油机部件300的表面周围。例如，在PEP工艺期间，通过对PEP池210施加电压，等离子体层可形成在柴油机部件的表面周围。柴油机部件300的特征和/或性质由于形成在部件300的表面周围等离子体层而可以变化。例如，部件300的表面粗糙度如十点平均粗糙度(Rz)或算数平均粗糙度(Ra)可由于等离子体层而降低。
作为补充和/或备选，PEP系统200可监测电解质水溶液内的电解质的浓度和/或电解质水溶液的温度。例如，PEP池210、Y型过滤器215、泵220、阀225以及热交换器和冷却器230可如图2所示的连接。温度控制器235和/或计算机化电源205可控制电解质水溶液从PEP池210通过PEP系统200(例如Y型过滤器215、泵220、阀225和/或热交换器和冷却器230)转移。通过控制溶液的转移，PEP系统200可监测电解质的浓度和/或电解质水溶液的温度，以便形成适合于形成所需等离子体层的性质。
在运行中，Y型过滤器215可从PEP池210的电解质水溶液中滤出固体和/或电解质。泵220可以由温度控制器235和/或计算机化电源205控制。泵220可在整个PEP系统200中泵送电解质水溶液。
阀225可以连接在泵220与热交换器和冷却器230之间。阀225可从温度控制器235接收控制信号。例如，温度控制器235可以监测PEP池210(例如，PEP池210内的溶液)的温度。PEP池210的温度可以为20℃至90℃。在一些情况中，温度可被预定和/或预编程。作为补充和/或备选，温度控制器235和/或计算机化电源205可包括用户界面，并且可以接收用户输入的温度。
响应于高于或低于阈值温度的温度，温度控制器235可以向阀225发送控制信号。阀225可以响应于控制信号而开启。作为补充和/或替代，可以将控制信号发送到泵220，并且响应于该控制信号，可以开启泵220以便从PEP池210泵送溶液经过热交换器和冷却器230。热交换器和冷却器230可以是典型的热交换器和/或冷却器，并且可以将电解质水溶液加热或冷却。因此，温度控制器235可以使用热交换器和冷却器230来控制和/或维持温度。
在步骤106，PEP系统200可对PEP池210终止电压。例如，计算机化电源205可对PEP池210终止电压。如前所述，计算机化电源205可在某个(例如预定的)时间段后和/或由用户手动终止电压。
图4显示了PEP工艺100之后的柴油机部件300(例如喷射器下柱塞)的图像，图5显示了PEP工艺100前后的表面粗糙度的测试结果。参照图5，显示出了PEP工艺100前后的喷射器下柱塞300的表面粗糙度(Rz)。此外，如图3和4所示，柴油机部件300的不同部分(例如310、320、330、340、350和360)可具有不同的工艺前后的表面粗糙度。在运行中，各部分可能需要具有小于1μm的表面粗糙度(Rz)。如图5所示，在施加电压2.5分钟后，不同部分的表面粗糙度大幅下降。
图6显示了针对柴油机部件应用基线工艺与应用PEP工艺的区别的图像。例如，对高压燃料喷射器部件应用基线法(例如研磨)。基线方法是这些部件的现有制造工艺，例如多阶段研磨工艺。例如，多阶段研磨工艺可包括首先研磨120度的表面，然后在120度的表面的底部研磨55度的表面，然后对两个角度之间的边缘进行修边。此外，图1中所述的PEP工艺或方法和系统200应用于相同的高压燃料喷射器部件。
图7显示了在应用PEP工艺100前后的另一个柴油机部件(在此情况下为阀座)的图像。图像710显示了柴油机的阀座。图像720显示了应用基线工艺后的阀座。图像730显示了应用图1中所述的PEP工艺100后的阀座。图8显示了用于阀座的PEP工艺的结果。例如，在应用PEP工艺之前(例如图像720中所示的阀座)，阀座可具有0.105微米(pm)的Ra和0.726pm的Rz。在应用PEP工艺之后(例如图像730中所示的阀座)，阀座可具有0.057pm的Ra和0.372pm的Rz。因此，PEP工艺使阀座的Ra和Rz大幅降低。
图9显示了PEP工艺100的另一种用途或实施的图像。例如，可使用PEP系统200和PEP方法100进行等离子体电解质清洁(PEC)，而不是将柴油机部件抛光。PEC的目的是清洁柴油机部件(例如可能被报废的喷射器喷嘴)的污染物和焦炭沉积物。PEC工艺可以消除酸性化学物质，并为柴油机部件(例如喷射器喷嘴)产生基本上无缺陷的表面。图像910显示了应用PEC工艺之前的喷射器喷嘴。喷射器喷嘴脏，可能需要清洁(例如在柴油机的运行中已经使用了喷射器喷嘴)。图像920显示了应用图1中所述的PEC工艺之后的喷射器喷嘴。图像920的喷射器喷嘴在使用PEC工艺后被清洁，并可在柴油机的操作中被再次使用。
在一些实例中，PEP系统200和/或方法100可以是用于实现优异的涂层粘附的中间系统和/或步骤。例如，在方法100完成后，在柴油机部件300(例如高压燃料喷射器部件如喷射器下柱塞(针状物)或阀座)上可使用一个或多个附加系统和/或附加步骤，例如附加的涂覆工艺或系统。换言之，在方法100完成后和/或在使等离子体层形成在柴油机部件300的表面周围后，柴油机部件300可经过涂覆系统，例如物理气相沉积(PVD)涂覆系统或等离子体增强化学气相沉积(PECVP)涂覆系统(例如类金刚石碳(DLC)涂覆系统)。通过使用涂覆系统对柴油机部件300应用涂覆工艺，柴油机部件300能够在柴油机部件300的表面上实现物理气相沉积涂层光洁度或等离子体增强化学气相沉积(PECVP)涂层光洁度，例如类金刚石碳(DLC)涂层光洁度。
PVD涂覆系统、PECVP涂覆系统和/或DLC涂覆系统可以是本领域已知的传统涂覆系统。然而，在PEP方法100完成和/或使用PEP系统200后对柴油机部件300应用涂覆系统的工艺是未知的。例如，通过使用PEP系统200和/或方法100，柴油机部件300的表面可具有更光滑的表面光洁度。于是，当应用所述涂覆系统或方法时，更光滑的表面光洁度允许涂层更好的粘附于柴油机部件300的表面，其产生优异的涂层光洁度(例如优异的PVD、PECVP和/或DLC涂层光洁度)。
参照附图，仅以示例的方式描述本公开的实施方式。此外，以下描述本质上仅是说明性的，绝不旨在限制本公开、其应用或用途。因此，尽管本公开包括单元的具体示例和设置，但是本系统的范围不应受到如此限制，因为其他修改对于本领域技术人员将变得显而易见。
此外，无论权利要求中是否明确叙述了本公开中的要素、部件或方法步骤，都不旨在将所述要素、部件或方法步骤贡献于公众。本文中的任何权利要求要素均不应按照35U.S.C.§112(f)的规定理解，除非使用“用于……的手段”词语明确叙述该要素。如本文所使用的，术语“包括”、“包含”或其任何其他变型旨在覆盖非排他性包含，使得包括一系列要素的工艺、方法、物品或装置不仅包括那些要素，还可以包括未明确列出的或此种工艺、方法、物品或装置所固有的其他要素。
应当理解，以上描述意在说明而不是限制。通过阅读和理解以上描述，许多其他实施方式对于本领域技术人员将是显而易见的。例如，可以想到的是，可选地采用与一种实施方式相关联所描述的特征，作为与另一实施方式相关联所描述的特征的补充或替代。因此，应当参考所附权利要求书以及该权利要求书所享有的等同形式的全部范围来确定本公开的范围。

Claims (18)

1.一种降低柴油机部件的表面粗糙度的方法，其包括：
对等离子体电解质抛光池施加电压，其中所述等离子体电解质抛光池包括所述柴油机部件和电解质水溶液；
作为对所述等离子体电解质抛光池施加电压的结果，使等离子体层形成在所述柴油机部件的表面周围；
对所述等离子体电解质抛光池终止电压；并且
在使所述等离子体层形成在所述柴油机部件的表面周围之后，对所述柴油机部件应用涂覆工艺。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述柴油机部件是高压燃料喷射器部件。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述柴油机部件是阀座。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述柴油机部件是喷射器喷嘴。
5.如权利要求4所述的方法，其中对所述等离子体电解质抛光池施加电压使得所述喷射器喷嘴被清洁。
6.如权利要求1所述的方法，其中对所述等离子体电解质抛光池施加电压包括在预定时间段内施加电压。
7.如权利要求1所述的方法，其还包括：
从用户界面接收用户输入，所述用户输入指示对所述等离子体电解质抛光池施加电压的时间段，并且
其中对所述等离子体电解质抛光池施加电压包括在由所述用户输入所指示的时间段内施加电压。
8.如权利要求1所述的方法，其中对所述柴油机部件应用涂覆工艺使得所述柴油机部件的表面实现物理气相沉积(PVD)涂层光洁度。
9.如权利要求1所述的方法，其中对所述柴油机部件应用涂覆工艺使得所述柴油机部件的表面实现等离子体增强化学气相沉积(PECVD)涂层光洁度。
10.一种降低柴油机部件的表面粗糙度的系统，其包括：
等离子体电解质抛光系统，其包括：
等离子体电解质抛光池；
所述柴油机部件，其中所述柴油机部件浸在所述等离子体电解质抛光池内，并且其中所述等离子体电解质抛光池包括电解质水溶液；
可操作地耦接至所述等离子体电解质抛光池的控制器，其中所述控制器配置用于：
对所述等离子体电解质抛光池施加电压以使等离子体层形成在所述柴油机部件的表面周围；和
对所述等离子体电解质抛光池终止电压；以及
配置用于对所述柴油机部件应用涂覆工艺的涂覆系统。
11.如权利要求10所述的系统，其中所述柴油机部件是高压燃料喷射器部件。
12.如权利要求10所述的系统，其中所述柴油机部件是阀座。
13.如权利要求10所述的系统，其中所述柴油机部件是喷射器喷嘴。
14.如权利要求13所述的系统，其中所述控制器配置用于对所述等离子体电解质抛光池施加电压以使所述喷射器喷嘴被清洁。
15.如权利要求10所述的系统，其中所述控制器配置用于在预定时间段内施加电压，并且其中基于所述预定时间段在所述柴油机部件的表面周围形成所述等离子体层。
16.如权利要求10所述的系统，其中所述控制器配置用于：
接收指示施加电压的时间段的用户输入，并且
其中所述控制器配置用于基于由所述用户输入指示的时间段对所述等离子体电解质抛光池施加电压。
17.如权利要求10所述的系统，其中所述涂覆系统是物理气相沉积(PVD)系统，其中所述PVD系统对所述柴油机部件应用所述涂覆工艺以使所述柴油机部件的表面实现PVD涂层光洁度。
18.如权利要求10所述的系统，其中所述涂覆系统是等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统，其中所述PECVD系统对所述柴油机部件应用所述涂覆工艺以使所述柴油机部件的表面实现PECVD涂层光洁度。
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