CN1776216B - 燃料喷射嘴及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

当生产喷射嘴(1)的主体(3)时，主体(3)在高于受热温度的预定温度下被回火处理。由于在发动机运行过程中承受来自内燃机的燃烧室的热量，主体(3)的温度被提高到受热温度。由于回火处理，主体(3)在运行过程中几乎没有被软化。当阀座(17)落座在阀座表面(16)上时，阀座(17)易于被磨损。

Description

燃料喷射嘴及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种燃料喷射嘴及其制造方法。
背景技术
如图7A和7B所示，燃料喷射嘴100包括主体102和阀针103。主体102具有多个喷射孔101，阀针103打开/关闭所述喷射孔101。当阀针103被抬起时，喷射孔101被打开以将燃料喷射到发动机的燃烧室内。当阀针103的阀座104落座在阀座表面105上时，喷射孔101被关闭以停止喷射燃料。
通常，主体102由经过回火的用于机械结构用途的表面硬化钢制成。在燃料喷射嘴被固定在直喷式发动机例如柴油机上的情况下，燃料喷射嘴100直接承受燃烧室中的燃烧热，因此燃料喷射嘴100的温度升高到取决于发动机运行状况的特定温度。这个特定温度下文称之为受热温度(receiving-heat-temperature)。
在受热温度高于回火温度的情况下，主体102的阀座表面105可能被阀座104磨耗，因此密封线从阀座104被移动到另一个阀座104a，如图7C所示。燃料压力沿喷射孔的打开方向被施加到阀针103的压力承受区域，该压力承受区域减小，因此燃料喷射正时可能被延迟以减少燃料喷射量。
在受热温度低于回火温度的情况下，阀座104可能被阀座表面105磨耗，因此密封线从阀座104被移动到另外的阀座104b，阀座104b的直径小于阀座104的直径，如图7D所示。阀针103的压力承受区域可能被增加，于是燃料喷射正时被提前以增加燃料喷射量。
在主体102由用于机械结构用途的表面硬化钢制成的情况下，根据受热温度是否高于回火温度，燃料喷射量的变化的方向完全相反，如图8所示。因此，由于磨损引起的燃料喷射量的校正几乎不是以一致的方式进行。
此外，燃料喷射压力的增加的需要导致将阀座104朝着阀座表面105偏压的力的增大。阀座104和阀座表面105的磨损的可能性增加。
USP-4801095和JP-2004-3435A公开了硬化阀座表面105的技术。根据USP-4801095中公开的技术，阀座表面105被渗碳以提高其硬度。根据JP-2004-3435A中公开的技术，阀座表面105被渗碳和渗氮。
虽然这些技术提高了在其生产时阀座105的硬度，但老化磨损的问题依然存在。
可以使用高速钢来代替表面硬化钢。但是它导致更高的材料成本。
发明内容
本发明是考虑到前述问题而做出的，并且本发明的一个目的是提供一种燃料喷射嘴，其中磨损的方向被统一以一致进行由于老化引起的燃料喷射量的校正。
根据本发明，燃料喷射嘴包括具有燃料喷射孔的主体，以及容纳在主体中以打开/关闭燃料喷射孔的阀。燃料喷射嘴将燃料喷射到内燃机的燃烧室内。主体承受来自燃烧室的热量，于是主体的温度被提高到受热温度。主体在高于受热温度的预定温度被回火处理。
附图说明
通过下面参考附图做出的详细说明，本发明的上面的和其它的目的、特征和优点将更加显而易见，其中同样的部件使用同样的附图标记表示，并且附图中：
图1是根据本发明的第一实施例的喷嘴的横截面视图；
图2是显示特定功率和主体的受热温度之间的关系的图形；
图3A是喷嘴的关键部分的横截面视图，图3B是示出阀针和主体之间的接触状况的放大视图；
图4是示出燃料喷射量的变化的图形；
图5是示出氮的表面含量比率和硬度的下降之间的关系的图形；
图6是示出根据第二实施例，含硅率和硬度的下降之间的关系的图形；
图7A是喷嘴的关键部分的横截面视图，图7B是示出在磨损之前阀针和主体之间的接触状况的放大视图，图7C是示出在受热温度高于回火温度的情况下阀针和主体之间的接触状况的放大视图，图7D是示出在受热温度低于回火温度的情况下阀针和主体之间的常规的接触状况的放大视图；和
图8是示出燃料喷射量的常规的老化的图形。
具体实施方式
下文将参考附图描述本发明的实施例。
(第一实施例)
参考图1，下文将描述被称为喷嘴1的燃料喷射嘴1的结构。
喷嘴1包括具有多个喷射孔2的主体3和阀针4，其中阀针4可滑动地容纳在主体3中。阀针4起着打开/关闭喷射孔2的阀的作用。喷嘴1由喷嘴固定器(未示出)固定。喷嘴1和电磁阀(未示出)包括燃料喷射阀。电子控制单元(ECU：未示出)操作电磁阀。
燃料喷射阀用于将燃料喷射到燃烧室内，燃料喷射阀固定在直喷式发动机上，例如多缸柴油发动机，下文称为发动机。主体3直接承受燃烧室中的燃烧热。主体3的温度升高至受热温度，该受热温度取决于发动机的运行工况。
燃料通过公知的喷射泵被加压，并且通过公知的共轨(未示出)被喷射到发动机的燃烧室内。
主体3具有燃料通道8、燃料室9、容纳阀针主体10的导向孔11，以及在其轴向可滑动地容纳阀针主体10的滑动孔13，其中燃料室9用于容纳穿过燃料通道8并来自共轨的燃料。
具有锥面的阀座表面16形成在导向孔11的底端部分。随着阀座表面16靠近底端，其内径增加。阀针4的阀座17座在阀座表面16上并可以从阀座16分开。腔室(sac chamber)18设置在阀座16的尖端处。腔室18的内表面19具有多个喷射孔2。当阀座17从阀座表面16分开时，喷射孔2被打开以喷射燃料，并且当阀座17座在阀座表面16上时，喷射孔2被关闭以停止燃料喷射。
阀针4包括柱状的阀针主体10和尖端部分24。阀针主体10的尾端部分形成轴向滑动部分26，该轴向滑动部分可滑动地容纳在滑动孔13中。所述尖端部分24包括第一锥面27和第二锥面28。第一锥面27和第二锥面28之间的脊线起着阀座17的作用。
下文描述喷嘴1的特征。
一种用于制造阀针1的方法包括回火工序。喷嘴1可被用于客车或卡车的柴油机。
在回火工序中，回火的温度要根据燃烧温度最高的发动机设置。也就是回火温度高于受热温度。例如，在受热温度为220～270℃的情况下，如图2所示，回火要在270℃或更高温度下进行。回火温度可以是270℃、280℃、290℃或300℃。
燃料通过喷射泵加压并通过共轨被供应到喷嘴。燃料的喷射压力至少高于150MPa。
主体3由用于机械结构用途的表面硬化钢制成。阀座表面16上的碳的表面含量比率和氮的表面含量比率高于内部含碳率和含氮率。表面含量比率是指从阀座表面16的表面到深度为0.05mm的部分的含量比率。碳的表面含量比率为0.6wt％-1.0wt％(重量百分比)，并且氮的表面含量比率为0.4wt％-0.9wt％。
下文参考图1描述喷嘴1的工作。
当电磁阀收到来自ECU的信号被激励时，将阀针4沿着喷射孔关闭方向偏压的偏压力被减小，并且燃料室9中的燃料压力以及阀座表面16和第一锥面27之间的燃料压力致使阀针4沿着喷射孔打开方向移动。阀座17从阀座16离开，于是加压燃料通过喷射孔2被喷射到燃烧室的内部。
当停止激励电磁阀时，将阀针4沿着喷射孔关闭方向偏压的偏压力被增加。当沿着喷射孔关闭方向的偏压力大于沿着喷射孔打开方向的力时，阀针4沿着喷射孔关闭方向被移动。阀座17落座在阀座表面16上以中断喷射孔2和导向孔11之间的连通，于是燃料喷射被停止。
(第一实施例的效果)
喷嘴1的主体3在高于受热温度的特定温度下经过回火处理，因此，主体3不会在周围温度高于回火温度的情况下使用，因此主体3在它的使用过程中不会被回火。因此，主体3几乎没有被软化，磨损的方向与阀针4的阀座17相对于阀座表面16的磨损的方向一致。
结果，磨损之后，阀座17被移动到阀座17a，阀座17a的直径小于阀座17的直径。由于尖端部分24的压力承受区域增加了，因此阀座17a从阀座表面16被移开的正时早于阀座17从阀座表面16被移开的正时。因此，如图4所示，随着老化，喷射正时被提前以增加燃料喷射量。燃料喷射量的校正是根据燃料喷射量的增加而进行的，而不考虑燃料喷射量的减少。
根据第一实施例的喷嘴1，阀座表面16和阀座17之间的磨损的方向可以被统一以一致进行由于老化导致的燃料喷射量的校正。具有超过150MPa的压力的加压燃料穿过喷嘴1被喷射。即使在阀座表面16和阀座17的磨损增加的情况下，磨损的方向统一以一致进行由于老化导致的燃料喷射量的校正。
在第一实施例中，主体3的回火温度至少为270℃。在现代发动机中，主体3的受热温度大约为220℃至270℃。在主体3在270℃下被回火处理的情况下，由于回火，主体3几乎没有被软化，无论喷嘴1固定在在何种发动机上。
根据第一实施例，喷嘴1在不同类型的发动机之间具有互换性。在主体3的回火温度是基于受热温度最高的发动机来确定的情况下，即使当喷嘴被固定在任何类型的发动机上时，主体3几乎没有被软化。即使当喷嘴1在不同的发动机之间具有互换性时，磨损的方向是一致的。因此，不需要根据固定有喷嘴1的发动机来改变回火温度。
喷嘴1的主体3由用于机械结构用途的表面硬化钢制成，并且碳的表面含量比率和含氮率高于内部含碳率和含氮率。当含碳率和含氮率增加时，主体3的硬度的下降受到限制，即使当回火是在高于受热温度的温度下进行时。因此，碳的表面含量比率和含氮率的增加导致阀座表面16的磨损的下降。
如上所述，通过控制碳的表面含量比率和含氮率，回火时阀座表面16的硬度的降低受到限制，并且阀座表面16的韧性保持很高。
图5示出了氮的表面含量比率和硬度的降低之间的关系。硬度的降低代表在300℃下回火的情况下维氏硬度的降低。根据图5所示的图形，当氮的表面含量比率为0.4wt％至0.9wt％时，硬度的降低被限制低于60。
(第二实施例)
根据第二实施例，喷嘴1的主体3由添加了硅的铬钼钢制成，因此主体3的机械强度被提高以降低阀座表面16的磨损。
在铬钼钢中，含硅率为0.5wt％至1.0wt％，通过控制含硅率，回火时硬度的降低可以受到限制。
图6示出了含硅率和硬度的降低之间的关系。当含硅率为0.5wt％至1.0wt％时，硬度的降低可以被限制低于50。

Claims (8)

1.一种用于制造燃料喷射嘴(1)的方法，所述燃料喷射嘴包括具有燃料喷射孔(2)的主体(3)和容纳在主体(3)中以打开/关闭燃料喷射孔(2)的阀(4)，所述主体(3)包括具有锥面的阀座表面(16)，所述阀(4)包括柱状阀主体(10)和尖端部分(24)，所述尖端部分(24)包括第一锥面(27)和第二锥面(28)并且阀座表面(16)和第一锥面(27)之间的燃料压力致使阀(4)沿着燃料喷射孔(2)打开方向移动，所述第一锥面(27)和第二锥面(28)之间的脊线起着阀座(17)的作用，所述燃料喷射嘴(1)将燃料喷射到内燃机的燃烧室内，主体(3)承受来自燃烧室的热量，于是主体(3)的温度被提高到受热温度，该方法包括：
回火工序，其中主体(3)在高于受热温度的预定温度被回火处理，从而主体(3)的阀座表面(16)和阀(4)的阀座(17)之间的磨损方向被统一。
2.一种燃料喷射嘴，包括：
具有燃料喷射孔(2)的主体(3)，所述主体(3)包括具有锥面的阀座表面(16)；和
容纳在主体(3)中以打开/关闭燃料喷射孔(2)的阀(4)，所述阀(4)包括柱状阀主体(10)和尖端部分(24)，所述尖端部分(24)包括第一锥面(27)和第二锥面(28)并且阀座表面(16)和第一锥面(27)之间的燃料压力致使阀(4)沿着燃料喷射孔(2)打开方向移动，所述第一锥面(27)和第二锥面(28)之间的脊线起着阀座(17)的作用，
其中
燃料喷射嘴(1)将燃料喷射到内燃机的燃烧室内，
主体(3)承受来自燃烧室的热量，于是主体(3)的温度被提高到受热温度，
主体(3)在高于受热温度的预定温度被回火处理，从而主体(3)的阀座表面(16)和阀(4)的阀座(17)之间的磨损方向被统一，和
燃料被加压超过150MPa以被喷射到燃烧室内。
3.一种燃料喷射嘴，包括：
具有燃料喷射孔(2)的主体(3)，所述主体(3)具有随着靠近底端内径增加的锥面的阀座表面(16)；和
容纳在主体(3)中以打开/关闭燃料喷射孔(2)的阀(4)，所述阀(4)包括柱状阀主体(10)和尖端部分(24)，所述尖端部分(24)包括第一锥面(27)和第二锥面(28)并且阀座表面(16)和第一锥面(27)之间的燃料压力致使阀(4)沿着燃料喷射孔(2)打开方向移动，所述第一锥面(27)和第二锥面(28)之间的脊线起着阀座(17)的作用，
其中
燃料喷射嘴(1)将燃料喷射到内燃机的燃烧室内，
主体(3)承受来自燃烧室的热量，于是主体(3)的温度被提高到受热温度，
主体(3)在高于受热温度的预定温度被回火处理，从而主体(3)的阀座表面(16)和阀(4)的阀座(17)之间的磨损方向被统一，和
回火温度高于270℃。
4.根据权利要求2或者3所述的燃料喷射嘴，其特征在于，
所述燃料喷射嘴(1)可以被固定到任何类型的内燃机上。
5.根据权利要求2或者3所述的燃料喷射嘴，其特征在于，
主体(3)由用于机械结构用途的表面硬化钢制成，以及
阀座表面(16)的碳的表面含量比率和氮的表面含量比率高于内部含碳率和含氮率，其中阀(4)落座在所述阀座表面(16)上，所述表面含量比率代表从阀座表面(16)的表面到深度为0.05mm的部分的含量比率。
6.根据权利要求5所述的燃料喷射嘴，其特征在于，
碳的表面含量比率为0.6wt％至1.0wt％，并且
氮的表面含量比率为0.4wt％至0.9wt％。
7.根据权利要求5所述的燃料喷射嘴，其特征在于，
用于机械结构用途的表面硬化钢为添加有硅的铬钼钢。
8.根据权利要求7所述的燃料喷射嘴，其特征在于，
铬钼钢的含硅率为0.5wt％至1.0wt％。
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