氣缸組件中的高壓活塞的活塞的製作方法

2023-07-13 18:35:06 2

專利名稱：氣缸組件中的高壓活塞的活塞的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於內燃機控制閥或者噴射閥的氣缸組件中的高壓活塞的活塞，並涉及一種用於內燃機控制閥或者噴射閥的氣缸組件中的高壓活塞，並涉及一種用於向具有上述這種活塞或具有上述這種氣缸組件中的高壓活塞的內燃機燃燒室噴射液體的控制閥或者噴射閥，還涉及上述這種活塞和上述這種氣缸組件中的高壓活塞以及上述這種控制閥或者噴射閥的應用。
背景技術：
在內燃機尤其是柴油內燃機具體地說是大型的柴油發動機中，通常要將水噴入各燃燒室內，並且也要噴入燃油。噴水的目的是要降低會汙染環境的內燃機的廢氣中的氮氧化物(NOx)的含量。除了直接向燃燒室噴水以外，還可製備水-燃油乳化液，然後噴入燃燒室內。在大型燃燒室的情況下，通常是每個氣缸設置多個噴水和燃油的噴射閥和噴嘴，以使燃油和水在燃燒室內更好的分布，並有意地降低其最高溫度。
近幾年來，已經發展了按公用幹線原理的噴油和/或噴水的方法。在這種方法中，燃油和/或水受一個高壓泵或分別由本身的高壓泵加壓，然後送入一個高壓儲液器中，或供入各自的高壓儲液器中。高壓儲液器可直接與帶有噴嘴的噴射閥相連接或通過控制閥與帶有噴嘴的噴射閥相連接，以便根據點火程序向燃燒室噴入燃油和/或水。高壓儲液器內的壓力基本相當於噴射壓力。
業已發現，內燃機的噴射閥或控制閥的活塞經受較大程度的磨損，這種情況尤其適用於按照公用幹線原理的噴射系統，因為在這種情況下，高的壓力是有影響的，在整個活塞行程中也不降低。過早磨損的一個原因是例如活塞在氣缸孔內對中不合適，從而造成對活塞的卡擠。
歐洲專利EP-A-1066466公開過一種用於在內燃機內噴射燃油的噴射泵或噴射閥的氣缸組件中的高壓活塞，在該活塞的表面設置間距為0.05～1mm的凹槽，由於有了這種凹槽，壓力在活塞的圓周面上分布更為均勻，採用這種結構，活塞的對中有所改善，減少了磨損。在上述凹槽內有燃油，也進一步得到潤滑效果。上述的EP-A-1066466所說明的細節適用於噴射柴油。
可是，當向內燃機燃燒室噴水時，在噴射和控制閥的活塞和氣缸孔上的磨損更明顯，即使活塞表面上設置有凹槽也如此，因為活塞上抗腐蝕所必需的惰性鈍態層由於磨擦和粘結而遭破壞，這樣，相關零件使由於腐蝕而損壞。所以，現有技術公知的噴射和控制閥在噴水時磨損更大，不能達到按照噴油的噴射和控制閥的使用壽命的預期使用壽命。
發明概述本發明的目的是製成一種可用於內燃機的控制或噴射閥的氣缸組件中的高壓活塞的活塞，並製成一種用於內燃機的具有上述這種活塞的控制或噴射閥的氣缸組件中的高壓活塞，和一種用於向內燃機燃燒室噴入液體尤其是水的控制或噴射閥，它們在噴水時的磨損均比現有技術的小，而且它們噴水的使用壽命與現有技術的噴油的噴射和控制閥的使用壽命相當。本發明的另一個目的是提供使用上述這種活塞和上述這種氣缸組件的高壓活塞或控制或噴射閥的方法。
按照本發明由權利要求1規定的活塞、權利要求2規定的氣缸組件中的高壓活塞和由權利要求7規定的噴射或控制閥以及由權利要求9規定的方法可以達到上述的目的。
在第一個實施例中，本發明具有一個用於內燃機的控制或控制閥的氣缸組件中的高壓活塞的活塞，該活塞的表面不僅設置有凹槽而且還具有抗磨的最好是防粘結的保護層。
在本發明的第二個實施例中，具有一個用於內燃機的控制或噴射閥的氣缸組件中的高壓活塞，該高壓活塞具有一個活塞(20)和一個氣缸孔(19)，上述活塞(20)可移動地安置於上述氣缸孔(19)內，上述活塞(20)的表面和/或氣缸孔(19)設置有凹槽(22)，上述活塞(20)的表面和/或氣缸孔(19)具有耐磨的保護層。
上述的保護層最好做成是惰性的和/或防水的，並由類似金剛石的碳或由一種或多種陶瓷材料(具體說是Al2O3、SiO2、TiN、Si3N4、SiC、TiC、WC)或硬鉻或上述材料中的一種製成。
上述凹槽的寬度最好為120～150μm，和/或凹槽間距為100～2000μm。槽的間距最好是活塞的高壓側大些，低壓側小些。
活塞最好與閥針相連接，和/或活塞具有一個閥針，和/或活塞與閥針做成一體。在一個實施例中，活塞和閥針做成多件。在另一個實施例中，活塞與閥針通過磨擦焊、雷射焊或電子束焊而互相連接。
活塞和氣缸孔在它們互相接觸處的材料結構最好是互不相同的。在它們接觸處，活塞和氣缸孔的材料最好具有基本上相同的電化學勢能。
在第三實施例中，本發明具有一個向內燃機燃燒室噴射液體(具體地說是噴水)的控制或噴射閥，該控制或噴射閥具有一個上述的活塞，或一個上述的氣缸組件中的高壓活塞。上述控制或噴射閥最好用於按公用幹線原理噴射液體。
本發明還包括一種具有至少一個按上面所述的控制或噴射閥。
本發明還包括應用上述的活塞或上述的氣缸組件中的高壓活塞向內燃機燃燒室尤其是向大型柴油發動機的燃燒室噴入水。噴入水可有利地減少內燃機排出的廢氣中的NOx含量。
本發明的活塞和具有這種活塞的氣缸組件中的高壓活塞以及用於向內燃機燃燒室噴射液體的具有上述這種活塞或具有上述這種氣缸組件中的高壓活塞的控制和噴射閥的優點是其磨損程度比現有技術顯著降低。這也具體適用於向內燃機燃燒室的噴水作業。與柴油不同，水的潤滑性能不夠，所以用水不存在現有技術的凹槽的潤滑作用。因此，普通的控制或噴射閥噴水時經受嚴重得多的磨損。控制或噴射閥大多用表面硬化鋼來製造，遺憾的是，在高溫下，常用的自來水對表面硬化鋼具有腐蝕作用，從而使磨損更嚴重。相比較而言，既設置有凹槽又具耐磨保護層的本發明的活塞和本發明的氣缸組件中的高壓活塞，其磨損程度較小，即使在噴水時也如此。本發明的活塞，本發明的氣缸組件中的高壓活塞和具有上述這種活塞或具有上述這種氣缸組件中的高壓活塞的控制或噴射閥用於噴水時其使用壽命相當於用於噴油的普通控制或噴射閥的使用壽命。應用在優選實施例中所述的惰性保護層和/或防水的保護層是特別有利的。在另一個優選實施例中，採用寬度為120～500μm，間距為100～2000μm的凹槽也同樣有利。
其他有利的實施例包含在所附相關權利要求和附圖中。
附圖簡述下面參考各種實施例和附圖更詳細地說明本發明，附圖中

圖1簡單示出按公用幹線原理向內燃機燃燒室噴射液體的裝置的發明詳述圖1簡單示出按照公用幹線原理向內燃機燃燒室噴射液體的裝置的一個實施例。該噴射液體的裝置1具有一個高壓儲液器2(例如所謂的給水管)，它被例如稱為耐高壓縱長管道。該儲液器2由高壓泵(未示出)通過耐壓管道7供入壓力約為400巴的液體例如水。通過耐壓管道3使兩個結構相同的噴射裝置與上述高壓儲液器2相連接，以便分別對內燃機例如大型狄塞爾發動機的一個氣缸噴入液體。每個噴射裝置具有3個最好是按本發明設計的噴射閥10.1a～c，10.2a～4，還具有一個控制閥4.1，4.2(例如歐洲專利EP-A-0995903的控制閥)，一個節流閥6.1，6.2和一個第二控制閥5.1，5.2(例如電磁閥)。
示於圖1的控制閥4.1，4.2相當於EP-A-0995903公開的控制閥。圖1的控制閥4.1，4.2具有一個位於圖中左邊的控制活塞4.1a和一個位於圖中右邊並通過一個軸4.1b與控制活塞4.1a相連接的封閉件4.1c。在不噴射液體的停止位置上，第二控制閥5.1關閉，來自高壓儲液器的全壓力作用在控制活過時4.1a的兩側面上，並作用在封閉件4.1c上。在這種結構中，控制活塞4.1a、軸4.1b和封閉件4.1c的直徑按照封閉件4.1c可被推入封閉位置的方式相匹配。第二控制閥5.1向著噴射液體的回流管道8敞開，並且由於節流閥6.1打開而使控制活塞4.1右側面的壓力下降，直到作用在控制活塞左側面的壓力能將控制活塞4.1a移動到封閉件4.1c打開時為止。按照本發明可將控制活塞4.1a和/或軸4.1b和/或軸的一部分設計得最好。下面結合一個噴射閥的實施例較詳細說明本發明的活塞。
圖2示出本發明的噴射閥的一個實施例。該實施例的噴射閥10具有一個噴嘴夾套、一個位於氣缸組件15內的高壓活塞和一個帶有噴嘴孔14的噴嘴頭13。氣缸組件15內的高壓活塞具有一個帶有氣缸孔的閥體12和一個可移動地設置在氣缸孔內的活塞20。另外，噴射閥10還具有一個閥針21(在本實施例中該閥針21是在活塞20上形成的)、一個設置在閥針21的延長段上的閥針座(噴射閥10關閉時閥針21與該閥針座密封接合)、一個設置在活塞20的延長段上的挺杆16和一個壓力彈簧17(通過上述挺杆16將壓力彈簧17的彈簧力傳遞給活塞20)。因此，與活塞20相連接的閥針21被推向閥針座，只要施加到噴射閥上的液體壓力降低，噴射閥便可自行關閉。
圖3詳細示出圖2所示噴射閥10的閥體12和活塞20。在本實施例中，閥體12具有一個用於供給噴射液體的孔道18，該孔道18與閥體12上的環繞閥針21的空腔相連接，所以，噴射液體的壓力不僅作用在活塞20上，而且作用在關閉部位即閥針21和閥針座上。如果由液體壓力施加在活塞20上的力超過壓力彈簧17的彈簧力，活塞20便可移動，使閥針21上升離開閥針座，從而為噴嘴頭13留出噴射液體的通道。反之，若液體壓力施加在活塞20上的力低於壓力彈簧17的彈簧力，活塞20就會被彈簧力推回，從而將閥針21推向閥針座，關閉噴射閥。所以，噴射閥是由噴射液體的壓力直接控制的。
在工作狀態下，沿氣缸孔前後移動的活塞20受到具體說是噴射水流中的阻礙性磨損，為了減小這種磨損，在活塞20的一個表面和/或氣缸孔19上設置凹槽22，上述的活塞表面和/或氣缸19具有添加的耐磨保護層。上述凹槽22的寬度可以是50～1000μm，最好為120～500μm，上述凹槽22的方向垂直於活塞的縱長方向。也可採用螺旋形的凹槽。在本實施例中，凹槽間距為100～2000μm。在一個有利的實施例中，凹槽間距不做成恆定值，而是例如與推動活塞的壓力相匹配，例如，在活塞的高壓側的凹槽間距大於其低壓側的凹槽間距。
在一個優選實施例中，上述的耐磨保護層是惰性的和/或防水的。在另一個優選實施例中，上述的耐磨保護層由類似金剛石的碳(DLC)製成，或由一種或多種陶瓷材料(具體說是Al2O3，SiO2，TiN，Si3N4，SiC，TiC，WC)或由硬鉻製成，或者在上述保護層內含有上述材料中的一種。活塞20和氣缸孔19最好在它們相接觸的部位上分別具有不同的材料結構。由於這種不同的材料結構，可減小活塞20對氣缸孔19的粘附作用。更有利的是，所選擇的製造活塞和相鄰構件例如氣缸孔19的各自的材料，其電化學勢能的差異儘可能小，例如小於1伏特，最好是小於0.2伏特。如此設計的活塞以及如此設計的氣缸組件15中的高壓活塞，其磨損程度比現有技術顯著減小，尤其是在噴水的場合。
權利要求
1.一種用於內燃機的控制或噴射閥、尤其用於噴水的氣缸組件內的高壓活塞中的活塞，其特徵在於，活塞(20)的表面不僅設置有一些凹槽(22)而且具有一耐磨保護層。
2.一種用於內燃機的控制或噴射閥、尤其用於噴水的氣缸組件中的高壓活塞，該氣缸組件(15)中的所述高壓活塞具有一個活塞(20)和一個氣缸孔(19)，上述活塞(20)可移動地安置於上述氣缸孔(19)內，其特徵在於，活塞(20)和/或氣缸孔(19)的表面具有一耐磨保護層。
3.根據權利要求1的活塞或權利要求2的氣缸組件中的高壓活塞，其特徵在於，上述的保護層是惰性的，和/或上述保護層是防水的，和/或上述保護層由類似金剛石的碳(DLC)製成，或由一種或多種陶瓷材料，尤其是Al2O3、SiO2、TiN、Si3N4、SiC、TiC、WC製成，或由硬鉻製成，或者在上述保護層中含有上述的材料中的一種。
4.根據權利要求1或3中的一項的活塞或權利要求2或3中的一項的氣缸組件中的高壓活塞，其特徵在於，上述的凹槽寬度為120～500μm和/或上述凹槽間距為100～2000μm和/或上述凹槽在活塞(20)高壓側的間距大於在其低壓側的間距。
5.根據權利要求1，3或4中的一項的活塞，或根據權利要求2～4中的一項的氣缸組件中的高壓活塞，其特徵在於，上述活塞(20)與閥針(21)相連接，和/或上述活塞(20)具有一個閥針(21)和/或上述活塞和閥針做成一體。
6.根據權利要求2～5中的一項的氣缸組件中的高壓活塞，其特徵在於，在活塞(20)與氣缸孔(19)相接觸的部位上，該活塞和氣缸孔分別具有不同的材料結構，和/或分別由電化學勢能基本相同的材料製成。
7.一種用於向內燃機的燃燒室噴液體、尤其是按公用幹線原理用於噴射液體、尤其是用於噴射水的控制或噴射閥，該控制或噴射閥(4.1，4.2，10，10.1a～c，10.2a～c)具有一個按照權利要求1、3、4或5中的一項的活塞(20)或按照權利要求2～6中的一項的氣缸組件(15)中的高壓活塞。
8.一種具有按照權利要求7的控制或噴射閥(4.1，4.2，10，10.1a～c，10.2a～c)的內燃機。
9.按照權利要求1，3，4或5中的一項的活塞(20)或權利要求2～6中的一項的氣缸組件中的高壓活塞、或權利要求7的控制或噴射閥(4.1，4.2，10，10.1a～c，10.2a～c)的應用，用於向內燃機的燃燒室、尤其是向大型柴油發動機的燃燒室噴水，尤其是為了減少由該內燃機排出的廢氣中的NOx含量。
全文摘要
一種用於內燃機的控制或噴射閥(10)的氣缸組件(15)中的高壓活塞具有一個其表面不僅設置有凹槽(22)而且塗有耐磨保護層的活塞(20)和一個可移動地安置上述活塞(20)的氣缸孔(19)。
文檔編號F02B47/02GK1576570SQ20041006347
公開日2005年2月9日 申請日期2004年7月6日 優先權日2003年7月16日
發明者T·伊爾迪林, M·達曼尼, D·施拉格 申請人:瓦特西拉瑞士股份有限公司