用於高壓部件的塗層的製作方法

2023-12-03 10:22:06 1

專利名稱：用於高壓部件的塗層的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種高壓部件，尤其是用於高壓部件的塗層。
背景技術：
現有的發動機系統試圖通過增大用於燃燒的燃料的壓力來提高發動機的性能。一 種這樣的發動機系統使用了共軌式燃料系統，該共軌式燃料系統包括將高壓燃料供應至共 軌的高壓泵或者將燃料供應至發動機的單獨的燃料噴射器的增壓室。在這種系統內的高壓 燃料的運送使得該系統的各種部件——包括這些部件之間的剛性的、固定的連接部——承 受反覆的載荷。因為被連接的部件可具有不同的剛度特性，所以反覆的高壓載荷可使剛性 連接部承受微移動。微移動可以是由與硬度較大的連接部件相比在載荷下移動更大的較柔 性的部件造成的微觀位移(microscopic displacement)。微移動可造成兩個剛性連接部件 之間的接觸區域處的微動磨損(fretting)，從而導致所述部件的接觸表面的點蝕。授予Cooke的美國專利No. 6，439，203 ('203專利)描述了一種用於燃料噴射器的 動態密封裝置。該』 203專利的密封裝置可配設在燃料噴射器的往復運動的活塞周圍，以防 止當活塞移動時燃料在燃料噴射器的腔室之間流動。活塞與密封裝置之間的接觸區域可包 括耐蝕塗層，以減小活塞的表面抵靠密封裝置的表面滑動所造成的磨損。雖然』 203專利可通過使用塗層減小在滑動部件之間的動態密封件的磨損，但未解 決兩個承受相對微移動的剛性連接部件之間的微動磨損。本發明旨在克服上面提到的一個或多個缺點和/或本領域中的其他問題。

發明內容
一方面，本發明旨在提供一種發動機系統。該發動機系統包括第一部件，所述第一 部件承受加壓流體並具有第一部件表面；和第二部件，所述第二部件承受加壓流體並具有 第二部件表面。所述第二部件表面與所述第一部件表面相匹配，所述第二部件與所述第一 部件剛性連接。所述第一部件表面和第二部件表面中的至少一個包括塗層，該塗層的塗層 硬度大於該第一和第二部件中的任一個的硬度。另一方面，本發明旨在提供一種流體輸送組件。該流體輸送組件包括具有第一部 件表面的第一部件和具有第二部件表面的第二部件。所述第二部件表面與所述第一部件表 面相匹配，所述第二部件與所述第一部件剛性連接。所述表面中的至少一個包括防止該表 面磨損的塗層，所述磨損由流體輸送組件內的加壓流體造成。


圖1是以高壓燃料泵形式的示例性的高壓部件的一部分的截面圖；以及圖2是圖1的泵的示例性的連接部的截面圖。
具體實施例方式執行與諸如採礦、建築、農業、發電或運輸之類的工業有關的一些類型的操作的機 器例如移動的或固定的機器可具有發動機系統，該發動機系統包括燃料供給系統和發動 機，所述發動機例如柴油發動機、汽油發動機或氣體燃料動力發動機。所述燃料系統可包括 將高壓燃料供應至發動機的單獨的燃料噴射器的共軌式燃料系統。共軌式燃料系統可包括 用於使燃料加壓的高壓泵。圖1示出在共軌式燃料系統中使用的高壓泵10的截面的一部 分。特別地，圖1示出共軌式燃料系統的高壓泵10的可控進料閥組件12。儘管本發明公開 的特徵與共軌式燃料系統的流體輸送組件如高壓泵10有關，但是應理解的是，這些特徵可 適用於廣泛範圍的承受加壓流體作用的部件。其他這類部件例如可包括位於高壓泵10下 遊的部件如閥、過濾器和/或燃料噴射器，或者在發動機系統外部的輸送高壓流體的部件。 另外，雖然本發明自始至終描述為可適用於共軌式燃料系統，但是本發明的教導也可同樣 適用於其他類型的燃料系統，包括機械致動式電子燃料噴射器(MEUI)系統、液壓致動式電 子燃料噴射器(HEUI)系統以及增強型共軌式燃料系統，其中高壓泵的一部分可被包括在 燃料噴射器內。除了閥組件12之外，高壓泵10還可包括用於接納閥組件12的殼體14和用於致 動閥組件12的螺線管組件15。高壓泵10還可包括活塞17，活塞17在泵室19內往復運動 以增加經由閥組件12被供應至控制室的燃料壓力。閥組件12可包括閥元件16、閥體18和閥門盤20。閥元件16、閥體18和閥門盤 20可以是任何合適的形狀，例如柱形。閥體18可形成閥元件16的閥座並可具有比閥元件 16的外徑略大的內徑，從而閥體18接納閥元件16。閥元件16可以是「釘」形元件，該「釘」 形元件包括柱形杆體和直徑大於該體部的直徑的端部。閥元件16可與銜鐵21剛性聯接並 且通過彈簧23被朝向打開位置偏壓。當被螺線管組件15致動時，閥元件16可通過閥體18 被引導沿單一軸線移動。閥門盤20可具有分別比閥體18的第一和第二外徑沈和28略大的第一和第二內 徑22和M，從而閥門盤20接納閥體18。殼體14可具有可比閥門盤20的外徑32略大的內 徑30，從而殼體14接納閥門盤20。殼體14的內徑30和閥門盤20的外徑32可包括互補 的螺紋，從而殼體14可以螺紋連接的方式接納閥門盤20。閥門盤20可被旋入殼體14內， 從而閥體18的表面34可與殼體14的表面36相接觸，從而閥門盤20的表面38可與閥體 18的表面40相接觸，由此閥體18被剛性地夾緊在殼體14內。該剛性連接可防止閥體18、 閥門盤20與殼體14之間的除微移動(微觀位移)之外的所有相對運動。閥體18和殼體 14可形成泵室19的一部分。可想到地，高壓泵10的其他部件與閥體18可以以現有技術中 已知的任何其他的合適的方式、例如通過螺栓剛性連接。閥體18和殼體14可由具有不同剛度特性——例如在190GPa(吉帕斯卡)與 220GPa之間——的材料製成。閥體18和殼體14可具有例如在0. 8GPa與4. OGPa之間的硬 度值。因為閥體18和殼體14形成泵室19的一部分，所以這些部件可承受高壓載荷的多次 反覆作用。閥體18和殼體14的變形可在高壓載荷下與材料剛度有關地變化。在相同的高 壓載荷下，與剛度相對較大的材料相比，較柔性的材料可承受更大的變形。這種變化的變形 可導致閥體18與殼體14之間的微移動，這可造成表面34與表面36之間的微動磨損。微 動磨損也可發生在高壓泵10的承受泵的加壓流體的任何其他剛性連接表面上。
圖2示出圖1中所示的閥體18和泵殼體14的剛性連接的表面34和36的放大視 圖。閥體18和殼體14可分別包括塗層42和44，塗層42和44可保護表面34和36免受由 於相對的微移動所造成的磨損。閥體18和殼體14還可分別包括可選的粘結層46和48。 可選的粘結層46和48可以是分別用於提高塗層42和44與閥體18和殼體14之間的粘合 的合適的層，例如鉻層。可想到地，塗層42和44可分別應用到具有或不具有可選的粘結層 46和48的閥體18和殼體14上。塗層42和44可以是硬塗層，該硬塗層用於保護表面34和36免受點蝕和由於相 對微移動而造成的其他損壞如微動磨損。塗層42和44可具有大約5. 0微米或更小的厚 度。例如，塗層42和44可處於大約0. 5微米與1. 7微米之間或者可處於大約0. 5微米與 1.0微米之間。塗層42和44可由硬的耐磨材料、例如類鑽碳(diamond-like carbon,DLC) 材料或氮化鉻製成。當塗層42和44由DLC製成時，塗層42和44可具有在大約8. OGPa與 40. OGPa之間的硬度並可通過現有技術中已知的任何合適的沉積技術、例如化學氣相沉積 或等離子增強化學氣相沉積進行沉積。當塗層42和44由氮化鉻製成時，塗層42和44可 具有在大約12. OGI^a與30. OGI^a之間的硬度並可通過現有技術中已知的任何合適的沉積技 術、例如物理氣相沉積或電弧氣相沉積進行沉積。可想到地，所公開的塗層可應用在高壓泵 10的任何剛性連接部的僅一個表面或多個表面上。工業適用性所公開的塗層可用於廣泛範圍內的承受高壓載荷的流體輸送部件，例如高壓燃料 泵、燃料噴射器和位於高壓泵下遊的閥。所公開的塗層還可用於位於發動機系統外部的部 件，例如後處理系統的部件和液壓系統的部件。所公開的塗層可保護承受相對微移動的剛 性的、固定的連接部免受由於微移動而造成的微動磨損或其他損壞。高壓泵10可使燃料加壓至高壓，使閥體18和殼體14承受泵室19內的高壓載荷。 因為閥體18和殼體14可具有不同的材料剛度特性，所以由於閥體18和殼體14在基本一 樣的高壓載荷條件下變形不同，高壓載荷可影響閥體18與殼體14之間產生的相對微移動。 塗層42和44可防止例如閥體18的表面34與殼體14的表面36之間的微動磨損。對於本領域內的技術人員顯而易見的是，可對所公開的塗層進行各種改型和變 型。通過考慮所公開的實施例的說明及其實踐，其他的實施例對於本領域內的技術人員來 說是顯而易見的。所述說明和示例僅為示例性的，本發明的真實範圍由所附權利要求及其 等同方式指出。
權利要求
1.一種發動機系統，包括第一部件(14)，該第一部件承受加壓流體並具有第一部件表面(36)；第二部件(18)，該第二部件承受加壓流體並具有與所述第一部件表面相匹配的第二部 件表面(34)，所述第二部件與所述第一部件剛性連接；以及所述第一部件表面和所述第二部件表面中的至少一個包括塗層(42)，所述塗層的塗層 硬度大於所述第一部件和所述第二部件中的任一個的硬度。
2.根據權利要求1所述的發動機系統，其特徵在於，所述第一部件和所述第二部件具 有不同的剛度特性。
3.根據權利要求1所述的發動機系統，其特徵在於，所述塗層由類鑽碳製成並且所述 塗層的硬度處於大約8. OGPa與40. OGPa之間。
4.根據權利要求1所述的發動機系統，其特徵在於，所述塗層由氮化鉻製成並且所述 塗層的硬度處於大約12. OGPa與30. OGPa之間。
5.根據權利要求1所述的發動機系統，其特徵在於，所述塗層的厚度為大約5.0微米或 更小。
6.一種流體輸送組件，包括第一部件(14)，該第一部件具有第一部件表面(36)；第二部件(18)，該第二部件具有與所述第一部件表面相匹配的第二部件表面(34)，所 述第二部件與所述第一部件剛性連接；以及至少一個所述表面包括防止該表面磨損的塗層(42)，所述磨損由在所述流體輸送組件 內的加壓流體造成。
7.根據權利要求6所述的流體輸送組件，其特徵在於，所述塗層由與類鑽碳製成並且 所述塗層的硬度處於大約8. OGPa與40. OGPa之間。
8.根據權利要求6所述的流體輸送組件，其特徵在於，所述塗層由氮化鉻製成並且所 述塗層的硬度處於大約12. OGPa與30. OGPa之間。
9.根據權利要求6所述的流體輸送組件，其特徵在於，所述第一部件和所述第二部件 具有不同的剛度特性，所述加壓流體影響所述第一部件與所述第二部件之間的微移動。
10.根據權利要求6所述的流體輸送組件，其特徵在於，所述磨損來自於微動磨損。
全文摘要
本發明公開了一種發動機系統。所述發動機系統具有第一部件(14)，該第一部件承受加壓流體並具有第一部件表面(36)；以及第二部件(18)，該第二部件承受加壓流體並具有第二部件表面(34)。所述第二部件表面與所述第一部件表面相匹配，所述第二部件與所述第一部件剛性連接。所述第一部件表面和所述第二部件表面中的至少一個具有塗層(42)，所述塗層的塗層硬度大於所述第一和第二部件中的任一個的硬度。
文檔編號C23C14/06GK102076954SQ200980124847
公開日2011年5月25日 申請日期2009年6月29日 優先權日2008年6月30日
發明者B·E·巴特利, D·C·馬克 申請人:卡特彼勒公司