燃料噴射嘴及其製造方法

2023-06-12 09:06:01

專利名稱：燃料噴射嘴及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種燃料噴射嘴及其製造方法。
背景技術：
如圖7A和7B所示，燃料噴射嘴100包括主體102和閥針103。主體102具有多個噴射孔101，閥針103打開/關閉所述噴射孔101。當閥針103被抬起時，噴射孔101被打開以將燃料噴射到發動機的燃燒室內。當閥針103的閥座104落座在閥座表面105上時，噴射孔101被關閉以停止噴射燃料。
通常，主體102由經過回火的用於機械結構用途的表面硬化鋼製成。在燃料噴射嘴被固定在直噴式發動機例如柴油機上的情況下，燃料噴射嘴100直接承受燃燒室中的燃燒熱，因此燃料噴射嘴100的溫度升高到取決於發動機運行狀況的特定溫度。這個特定溫度下文稱之為受熱溫度(receiving-heat-temperature)。
在受熱溫度高於回火溫度的情況下，主體102的閥座表面105可能被閥座104磨耗，因此密封線從閥座104被移動到另一個閥座104a，如圖7C所示。燃料壓力沿噴射孔的打開方向被施加到閥針103的壓力承受區域，該壓力承受區域減小，因此燃料噴射正時可能被延遲以減少燃料噴射量。
在受熱溫度低於回火溫度的情況下，閥座104可能被閥座表面105磨耗，因此密封線從閥座104被移動到另外的閥座104b，閥座104b的直徑小於閥座104的直徑，如圖7D所示。閥針103的壓力承受區域可能被增加，於是燃料噴射正時被提前以增加燃料噴射量。
在主體102由用於機械結構用途的表面硬化鋼製成的情況下，根據受熱溫度是否高於回火溫度，燃料噴射量的變化的方向完全相反，如圖8所示。因此，由於磨損引起的燃料噴射量的校正幾乎不是以一致的方式進行。
此外，燃料噴射壓力的增加的需要導致將閥座104朝著閥座表面105偏壓的力的增大。閥座104和閥座表面105的磨損的可能性增加。
USP-4801095和JP-2004-3435A公開了硬化閥座表面105的技術。根據USP-4801095中公開的技術，閥座表面105被滲碳以提高其硬度。根據JP-2004-3435A中公開的技術，閥座表面105被滲碳和滲氮。
雖然這些技術提高了在其生產時閥座105的硬度，但老化磨損的問題依然存在。
可以使用高速鋼來代替表面硬化鋼。但是它導致更高的材料成本。

發明內容
本發明是考慮到前述問題而做出的，並且本發明的一個目的是提供一種燃料噴射嘴，其中磨損的方向被統一以一致進行由於老化引起的燃料噴射量的校正。
根據本發明，燃料噴射嘴包括具有燃料噴射孔的主體，以及容納在主體中以打開/關閉燃料噴射孔的閥。燃料噴射嘴將燃料噴射到內燃機的燃燒室內。主體承受來自燃燒室的熱量，於是主體的溫度被提高到受熱溫度。主體在高於受熱溫度的預定溫度被回火處理。


通過下面參考附圖做出的詳細說明，本發明的上面的和其它的目的、特徵和優點將更加顯而易見，其中同樣的部件使用同樣的附圖標記表示，並且附圖中圖1是根據本發明的第一實施例的噴嘴的橫截面視圖；圖2是顯示特定功率和主體的受熱溫度之間的關係的圖形；圖3A是噴嘴的關鍵部分的橫截面視圖，圖3B是示出閥針和主體之間的接觸狀況的放大視圖；圖4是示出燃料噴射量的變化的圖形；圖5是示出氮的表面含量比率和硬度的下降之間的關係的圖形；圖6是示出根據第二實施例，含矽率和硬度的下降之間的關係的圖形；圖7A是噴嘴的關鍵部分的橫截面視圖，圖7B是示出在磨損之前閥針和主體之間的接觸狀況的放大視圖，圖7C是示出在受熱溫度高於回火溫度的情況下閥針和主體之間的接觸狀況的放大視圖，圖7D是示出在受熱溫度低於回火溫度的情況下閥針和主體之間的常規的接觸狀況的放大視圖；和圖8是示出燃料噴射量的常規的老化的圖形。
具體實施例方式
下文將參考附圖描述本發明的實施例。
(第一實施例)參考圖1，下文將描述被稱為噴嘴1的燃料噴射嘴1的結構。
噴嘴1包括具有多個噴射孔2的主體3和閥針4，其中閥針4可滑動地容納在主體3中。閥針4起著打開/關閉噴射孔2的閥的作用。噴嘴1由噴嘴固定器(未示出)固定。噴嘴1和電磁閥(未示出)包括燃料噴射閥。電子控制單元(ECU未示出)操作電磁閥。
燃料噴射閥用於將燃料噴射到燃燒室內，燃料噴射閥固定在直噴式發動機上，例如多缸柴油發動機，下文稱為發動機。主體3直接承受燃燒室中的燃燒熱。主體3的溫度升高至受熱溫度，該受熱溫度取決於發動機的運行工況。
燃料通過公知的噴射泵被加壓，並且通過公知的共軌(未示出)被噴射到發動機的燃燒室內。
主體3具有燃料通道8、燃料室9、容納閥針主體10的導向孔11，以及在其軸向可滑動地容納閥針主體10的滑動孔13，其中燃料室9用於容納穿過燃料通道8並來自共軌的燃料。
具有錐面的閥座表面16形成在導向孔11的底端部分。隨著閥座表面16靠近底端，其內徑增加。閥針4的閥座17座在閥座表面16上並可以從閥座16分開。腔室(sac chamber)18設置在閥座16的尖端處。腔室18的內表面19具有多個噴射孔2。當閥座17從閥座表面16分開時，噴射孔2被打開以噴射燃料，並且當閥座17座在閥座表面16上時，噴射孔2被關閉以停止燃料噴射。
閥針4包括柱狀的閥針主體10和尖端部分24。閥針主體10的尾端部分形成軸向滑動部分26，該軸向滑動部分可滑動地容納在滑動孔13中。所述尖端部分24包括第一錐面27和第二錐面28。第一錐面27和第二錐面28之間的脊線起著閥座17的作用。
下文描述噴嘴1的特徵。
一種用於製造閥針1的方法包括回火工序。噴嘴1可被用於客車或卡車的柴油機。
在回火工序中，回火的溫度要根據燃燒溫度最高的發動機設置。也就是回火溫度高於受熱溫度。例如，在受熱溫度為220～270℃的情況下，如圖2所示，回火要在270℃或更高溫度下進行。回火溫度可以是270℃、280℃、290℃或300℃。
燃料通過噴射泵加壓並通過共軌被供應到噴嘴。燃料的噴射壓力至少高於150MPa。
主體3由用於機械結構用途的表面硬化鋼製成。閥座表面16上的碳的表面含量比率和氮的表面含量比率高於內部含碳率和含氮率。表面含量比率是指從閥座表面16的表面到深度為0.05mm的部分的含量比率。碳的表面含量比率為0.6wt％-1.0wt％(重量百分比)，並且氮的表面含量比率為0.4wt％-0.9wt％。
下文參考圖1描述噴嘴1的工作。
當電磁閥收到來自ECU的信號被激勵時，將閥針4沿著噴射孔關閉方向偏壓的偏壓力被減小，並且燃料室9中的燃料壓力以及閥座表面16和第一錐面27之間的燃料壓力致使閥針4沿著噴射孔打開方向移動。閥座17從閥座16離開，於是加壓燃料通過噴射孔2被噴射到燃燒室的內部。
當停止激勵電磁閥時，將閥針4沿著噴射孔關閉方向偏壓的偏壓力被增加。當沿著噴射孔關閉方向的偏壓力大於沿著噴射孔打開方向的力時，閥針4沿著噴射孔關閉方向被移動。閥座17落座在閥座表面16上以中斷噴射孔2和導向孔11之間的連通，於是燃料噴射被停止。
(第一實施例的效果)噴嘴1的主體3在高於受熱溫度的特定溫度下經過回火處理，因此，主體3不會在周圍溫度高於回火溫度的情況下使用，因此主體3在它的使用過程中不會被回火。因此，主體3幾乎沒有被軟化，磨損的方向與閥針4的閥座17相對於閥座表面16的磨損的方向一致。
結果，磨損之後，閥座17被移動到閥座17a，閥座17a的直徑小於閥座17的直徑。由於尖端部分24的壓力承受區域增加了，因此閥座17a從閥座表面16被移開的正時早於閥座17從閥座表面16被移開的正時。因此，如圖4所示，隨著老化，噴射正時被提前以增加燃料噴射量。燃料噴射量的校正是根據燃料噴射量的增加而進行的，而不考慮燃料噴射量的減少。
根據第一實施例的噴嘴1，閥座表面16和閥座17之間的磨損的方向可以被統一以一致進行由於老化導致的燃料噴射量的校正。具有超過150MPa的壓力的加壓燃料穿過噴嘴1被噴射。即使在閥座表面16和閥座17的磨損增加的情況下，磨損的方向統一以一致進行由於老化導致的燃料噴射量的校正。
在第一實施例中，主體3的回火溫度至少為270℃。在現代發動機中，主體3的受熱溫度大約為220℃至270℃。在主體3在270℃下被回火處理的情況下，由於回火，主體3幾乎沒有被軟化，無論噴嘴1固定在在何種發動機上。
根據第一實施例，噴嘴1在不同類型的發動機之間具有互換性。在主體3的回火溫度是基於受熱溫度最高的發動機來確定的情況下，即使當噴嘴被固定在任何類型的發動機上時，主體3幾乎沒有被軟化。即使當噴嘴1在不同的發動機之間具有互換性時，磨損的方向是一致的。因此，不需要根據固定有噴嘴1的發動機來改變回火溫度。
噴嘴1的主體3由用於機械結構用途的表面硬化鋼製成，並且碳的表面含量比率和含氮率高於內部含碳率和含氮率。當含碳率和含氮率增加時，主體3的硬度的下降受到限制，即使當回火是在高於受熱溫度的溫度下進行時。因此，碳的表面含量比率和含氮率的增加導致閥座表面16的磨損的下降。
如上所述，通過控制碳的表面含量比率和含氮率，回火時閥座表面16的硬度的降低受到限制，並且閥座表面16的韌性保持很高。
圖5示出了氮的表面含量比率和硬度的降低之間的關係。硬度的降低代表在300℃下回火的情況下維氏硬度的降低。根據圖5所示的圖形，當氮的表面含量比率為0.4wt％至0.9wt％時，硬度的降低被限制低於60。
(第二實施例)根據第二實施例，噴嘴1的主體3由添加了矽的鉻鉬鋼製成，因此主體3的機械強度被提高以降低閥座表面16的磨損。
在鉻鉬鋼中，含矽率為0.5wt％至1.0wt％，通過控制含矽率，回火時硬度的降低可以受到限制。
圖6示出了含矽率和硬度的降低之間的關係。當含矽率為0.5wt％至1.0wt％時，硬度的降低可以被限制低於50。
權利要求
1.一種用於製造燃料噴射嘴(1)的方法，所述燃料噴射嘴包括具有燃料噴射孔(2)的主體(3)和容納在主體(3)中以打開/關閉燃料噴射孔(2)的閥(4)，所述燃料噴射嘴(1)將燃料噴射到內燃機的燃燒室內，主體(3)承受來自燃燒室的熱量，於是主體(3)的溫度被提高到受熱溫度，該方法包括回火工序，其中主體(3)在高於受熱溫度的預定溫度被回火處理。
2.一種燃料噴射嘴，包括具有燃料噴射孔(2)的主體(3)；和容納在主體(3)中以打開/關閉燃料噴射孔(2)的閥(4)，其中燃料噴射嘴(1)將燃料噴射到內燃機的燃燒室內，主體(3)承受來自燃燒室的熱量，於是主體(3)的溫度被提高到受熱溫度，主體(3)在高於受熱溫度的預定溫度被回火處理，和燃料被加壓超過150MPa以被噴射到燃燒室內。
3.一種燃料噴射嘴，包括具有燃料噴射孔(2)的主體(3)；和容納在主體(3)中以打開/關閉燃料噴射孔(2)的閥(4)，其中燃料噴射嘴(1)將燃料噴射到內燃機的燃燒室內，主體(3)承受來自燃燒室的熱量，於是主體(3)的溫度被提高到受熱溫度，主體(3)在高於受熱溫度的預定溫度被回火處理，和回火溫度高於270℃。
4.根據權利要求2或者3所述的燃料噴射嘴，其特徵在於，所述燃料噴射嘴(1)可以被固定到任何類型的內燃機上。
5.根據權利要求2或者3所述的燃料噴射嘴，其特徵在於，主體(3)由用於機械結構用途的表面硬化鋼製成，以及閥座表面(16)的碳的表面含量比率和氮的表面含量比率高於內部含碳率和含氮率，其中閥(4)落座在所述閥座表面(16)上。
6.根據權利要求5所述的燃料噴射嘴，其特徵在於，表面含量比率代表從閥座表面(16)的表面到深度為0.05mm的部分的含量比率，碳的表面含量比率為0.6wt％至1.0wt％，並且氮的表面含量比率為0.4wt％至0.9wt％。
7.根據權利要求5所述的燃料噴射嘴，其特徵在於，用於機械結構用途的表面硬化鋼為添加有矽的鉻鉬鋼。
8.根據權利要求7所述的燃料噴射嘴，其特徵在於，鉻鉬鋼的含矽率為0.5wt％至1.0wt％。
全文摘要
當生產噴射嘴(1)的主體(3)時，主體(3)在高於受熱溫度的預定溫度下被回火處理。由於在發動機運行過程中承受來自內燃機的燃燒室的熱量，主體(3)的溫度被提高到受熱溫度。由於回火處理，主體(3)在運行過程中幾乎沒有被軟化。當閥座(17)落座在閥座表面(16)上時，閥座(17)易於被磨損。
文檔編號F02M61/00GK1776216SQ20051012507
公開日2006年5月24日 申請日期2005年11月17日 優先權日2004年11月17日
發明者田中章雄 申請人:株式會社電裝