生产内燃发动机的喷射阀的方法及内燃发动机的喷射阀 |
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| 申请号 | CN201510309581.1 | 申请日 | 2015-06-08 | 公开(公告)号 | CN105179131A | 公开(公告)日 | 2015-12-23 |
| 申请人 | 福特全球技术公司; | 发明人 | 奥利弗·贝克迈尔; 克莱门斯·玛丽亚·瓦普特; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种生产内燃 发动机 的喷射 阀 (1)的方法，喷射阀(1)包含具有气 门 头(6)的 阀体 (5)，气门头(6)具有至少一个喷射孔(10)。气门头(6)设计为至少部分安置在内燃发动机的 燃烧室 (4)内，或者至少直接面向所述燃烧室。气门头(6)通过至少以下步骤在至少部分区域涂覆涂层：-使 流体 穿过阀体(5)，流体通 过喷 射孔(10)从气门头(6)脱出，-将釉浆涂覆到流体流过的气门头(6)的至少部分区域，-干燥涂覆到气门头(6)的釉浆，-加热涂覆到气门头(6)的釉浆以形成瓷釉层(9)。本发明还涉及尤其通上述工艺生产的内燃发动机的喷射阀(1)。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种生产内燃发动机的喷射阀(1)的方法，喷射阀(1)包含具有气门头(6)的阀体(5)，气门头(6)具有至少一个喷射孔(10)和设计为以便至少部分安置在内燃发动机的燃烧室(4)内，或者至少直接面向所述燃烧室，气门头(6)在至少部分区域涂覆涂层，所述方法至少具有以下步骤： |
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| 说明书全文 | 生产内燃发动机的喷射阀的方法及内燃发动机的喷射阀说明书 [0002] 内燃发动机被用作将燃料中的能量转化为动能。为了在燃烧过程获得可燃的和有效的混合物，燃料必须与环境空气混合，尤其与空气中的氧气(O2)混合。尤其在机动车辆中，通过燃烧室外面的化油器提供所需的混合物一直是常规的直到不久以前，现在现代喷射系统是普遍的。使用这些喷射系统的喷射阀(喷射器)将燃料以精确计量的数量直接喷射至充满空气的相关的燃料室中(直接喷射)。在该过程中，燃料在各自的燃烧室内的空气中雾化，以便实现可靠的尤其低排放量的燃烧。这样，现在混合物的形成几乎仅在燃烧室内发生。 [0003] 取决于所使用的燃料，内燃发动机大体上分为应用点火发动机和自动点火发动机。这里，奥托循环发动机是应用点火发动机，而柴油发动机被认为是自动点火发动机。在奥托循环发动机中，处于燃烧室内的混合物最初被压缩随后例如通过火花塞点燃。相比之下，在柴油发动机的情况下，压缩集中于提供给燃烧室的空气，这里其经历了温度的快速增加。该过程中产生的温度足以启动随后必须被喷射至压缩空气的柴油机燃料的点火。 [0004] 在直接喷射过程中，由于燃料不得不直接被引入到内燃发动机的独立的燃烧室内，喷射阀的气门头直接曝露在燃烧过程产生的热量中。这里，气门头部分安装在燃烧室内或至少以便直接面向所述燃烧室。无论怎样，气门头直接经受燃烧热。因此，情况尤其是气门头在该安装位置经受特别高的要求。它不仅必须承受高温而且有时承受高的喷射压力和温度骤变。也必须考虑由于燃烧过程形成的燃烧产物的腐蚀影响，这尤其对代用燃料的使用起到重要作用。 [0005] 除了机动车辆上装载的液体形式的燃料例如汽油、柴油、液化气(液化石油气，LPG)或液化天然气(LNG)以外，也可以使用以气态形式存在的燃料，例如以压缩天然气(CNG)或氢气(H2)的形式。进一步代用燃料包括例如乙醇(C2H6O)或甲醇(CH4O)。 [0006] 尽管高负荷，所述类型的喷射阀必须允许可靠的运行，尤其在机动车辆中。情况必须是如此，与行驶循环、车辆的驾驶性能、各自的气候条件和所使用的燃料无关。当选择用于这样的喷射阀的适合的材料时，因而情况通常是至少对于高负荷的气门头使用抗锈的奥氏体钢。 [0007] 在使用所述喷射阀时，运行一段时间后已经观察到一些燃烧产物沉积在气门头上。在这一点上，已知这样的沉积物形成于由氧化铬(CrO)组成的保护奥氏体钢表面的钝化层比形成于由铜(Cu)或黄铜(CuZn)组成的表面更早、更快。该沉积物通常是烟灰，尤其是油碳。 [0008] 沉积物引起的问题归因于这些具有在燃烧循环结束时继续燃烧的趋势的事实，这与电热塞类似。然后由于燃料-空气混合物的不可控燃烧，这最终导致废气中具有不理想的高值的挥发性有机物(碳氢化合物的排放)。 [0010] 因此，例如DE 42 22 137 B4公开了用于柴油内燃发动机的燃料喷油嘴。这包含具有喷射孔的喷嘴体，喷射孔穿透所述喷嘴体，并在喷射孔的壁上涂覆了涂层。涂层使朝向喷射孔的开口变厚，以便喷射孔朝向它们的开口逐渐变细。涂层本身由硬质材料例如铬、镍、镍-磷、镍-硼、镍-钴-硼、Al2O3、Cr2O3、TiO2、Cr3C2、SiO2、AlSi、NiCr、WTi或WC形成。 [0011] DE 199 51 014 A1公开了同样具有至少环绕排放口开口变宽的区域的涂层的燃料喷射阀。该涂层是Co或Ni或氧化钴或氧化镍或钴合金或镍合金的氧化物或Ru或Rh或Pd或Os或Ir或Pt或这些金属彼此的或与其它金属的合金的催化活性层。 [0012] 根据通过电镀或由气相沉积产生的铂(Pt)涂层的示例，实践中其的作用是不够的变得很清晰。引起这个的事实是在内燃发动机的运行过程中，喷射阀的气门头仅在200℃-350℃的相当低的温度范围内操作。这可能归因于与被喷射进入的和由于被注入和蒸发(潜热)而在接触时将热量从气门头带走的燃料持续的接触。然而，所述温度范围并不足够高，以便气门头上的液滴状燃料颗粒的催化燃烧实际上在铂(Pt)的存在下并没有开始。 [0013] 从专利申请DE 102013213993.4进一步可知，这可以追溯到申请人，从PM(粉末冶金)铝生产喷射阀的气门头并涂覆它。这种情况下，例如将CeO、Pr或其它催化活性物质嵌入到Al2O3阳极氧化层或TiO2等离子电解沉积层中是可能的。然而，由铝制成的气门头的替代物带来改变不同的热膨胀系数的问题。 [0014] 进一步地，JP 2007-309167 A公开了内燃发动机的燃烧室清洗系统。为此，将二氧化钛涂覆到喷射器的喷射开口的表面。 [0015] JP 2005-155618 A公开了在喷射阀的喷嘴上形成由二氧化钛组成的涂层的工艺。 [0016] 例如，结果是尽管贵金属涂层的布置可以加速已经存在的沉积物的燃烧，此外性能和局部布置也导致了不可控的存在的沉积物的阴燃。总的来说，因此迄今为止追踪物理或化学气相沉积(PVD/CVD)的工艺和涉及电镀措施的工艺都不能使产生适合的用于可靠地阻止沉积物的形成和相关劣势的涂层成为可能。 [0017] 根据此观察，因此内燃发动机尤其是机动车辆的内燃发动机的喷射阀仍然有改进的空间。 [0018] 针对背景技术，本发明基于进一步开发用于生产喷射阀的工艺以及一种用于内燃发动机的喷射阀，以便提供可能的有成本效益的形成适合的涂层的方法的目标，该涂层可以结合到现有的生产顺序中并确保改进在运行过程中形成的废气值的可靠的作用。 [0019] 所述目标的工艺相关的部分的解决方案是具有权利要求1的特征的方法的内容。所述目标的产品相关的部分根据具有权利要求7的特征的喷射阀来实现。进一步地本发明的特别有利的改进由各自的从属权利要求公开。 [0021] 据此，根据本发明的工艺包括生产内燃发动机的喷射阀。特别优选地，内燃发动机是机动车辆的发动机。 [0022] 常规地，喷射阀包含具有气门头的阀体。提供气门头将燃料喷射到内燃发动机的燃烧室内。为此，当喷射阀在后期处于安装状态时，气门头设计为以便至少部分安装在内燃发动机的燃烧室内。如果气门头设计为与限定燃烧室的表面尽可能的齐平，那么气门头至少安置为以便直接面向燃烧室。此外，所述气门头至少在部分区域内涂覆适合的涂层。 [0023] 根据本发明，涂层是瓷釉层(Email Beschichtung)。以根据本发明的方式形成瓷釉层所需的方法包括以下步骤： [0025] -将釉浆涂覆到流体流过的气门头的至少部分区域， [0026] -干燥涂覆到气门头的釉浆， [0027] -加热涂覆到气门头的釉浆以形成瓷釉层。 [0028] 在此方面，根据本发明的工艺的本质是在喷射阀的阀体的气门头上的至少部分区域形成瓷釉层。相比于提供贵金属层，这产生的优势是根据本发明的瓷釉层很大程度上阻油碳的沉积。在这一方面，瓷釉层不仅起到降低烧除这样的沉积物所需的温度的作用，而且阻止或至少减少其从一开始的形成。 [0029] 导致这个的知识是事实上没有燃料的流体成分——尤其是液滴形式的——在瓷釉层上沉积和干涸。这已经被认为是在喷射阀的气门头上形成像煤焦油片层的主要原因。于是防止或至少大量降低这样的沉积物意味着其可能的阴燃不再是可能的了。就此可以作出与具有油或脂肪的散点结合的由优质钢制成的炊具容易理解的比较。这样性质的散点同样非常牢固地烧进优质钢的表面，而且仅能通过机械处理例如刮擦才能再次去除。 [0030] 另外，根据本发明的瓷釉层起到具有相应的隔热功能的额外的绝热体的作用。换句话说，由燃料从瓷釉层带走的热量是有阻碍的。这样，在内燃发动机的运行过程中提供了在外表面具有高的初始温度的瓷釉层。结果是催化反应可以尽可能早的发生。 [0031] 由于根据本发明的瓷釉层，在喷射阀的气门头上有效地形成了防护绝热和抗粘附层，关于保护功能相应地改进了在内燃发动机运行过程中形成的废气值。 [0032] 通过瓷釉层的抗热性能，这对于其操作位置和作用其上的相关的热负荷是非常耐用的。 [0033] 根据本发明的瓷釉层的布置可以有利地容易地结合到生产喷射阀的现有工艺中。优选地是可以通过激光焊接提前将气门头和阀体互相连接。尤其优选的是在作出该连接之前通过侵蚀在气门头内制出至少一个喷射孔。在侵蚀(例如冲蚀)需要导电材料的情况下这是有利地。由于氧化的瓷釉层具有电绝缘作用，因此不得不仅在气门头的侵蚀之后形成。 [0034] 为了相应地保持喷射孔在瓷釉层形成过程中畅通，流体穿过喷射阀，尤其穿过其具有气门头的阀体。尤其优选的是流体可以是压缩空气，其通常在这样的工艺链中得到，要不然可以很容易获得。流体有利地穿过直至釉浆已经完成干燥和变硬。在这方面，流体的穿过可以减少干燥涂覆的釉浆的步骤。换句话说，由于釉浆已经干燥的事实，在形成瓷釉层的加热步骤过程中没必要保持流体的穿过。 [0035] 尤其优选的是，瓷釉层可以是氧化的和也是平滑的以及是催化活性的瓷釉层。可供选择地或另外，瓷釉层也可以是“干净的瓷釉”的形式。例如，这种类型的瓷釉层以家用电器例如烤箱的内衬而众所周知。如果烤箱在比通常较高的温度下运行的话，这些包括自清洗效果。然后这涉及净化退火，其中的任何附着的沉积物例如石油片层可以被完全催化分解而无需机械作用。而且，通过添加较高比例的钛氧化物可以改进瓷釉层的热绝缘功能。 [0036] 为了本发明的目的，应当理解的是浆或釉浆是提供的瓷釉层的初始基础。这优选矿质混合物的形式的团状物，以糊状至粘滞的稠度的流体存在，并以适合的方式涂覆到头部区域的粗糙的部分。 [0038] 根据本发明的基本原则的有利发展，可以将气门头浸渍到釉浆中涂覆釉浆。这给出了涂覆釉浆的非常简单和清楚的限定方法的优势。另外，这种形式的涂覆是非常经济的，因为例如它不需要任何额外的能量，例如在喷涂中加速单独的浆颗粒。此外，最重要的是这种情况下不会产生过喷；由经验可知这使得可能不仅重新加工喷射阀而且高消耗釉浆。 [0039] 随后干燥涂覆的釉浆，例如在环境空气中或通过热空气射流。 [0040] 本发明优选规定在加热炉中干燥涂覆到气门头的釉浆。这样，总的来说可以加速干燥工艺和因而加速生产工艺。另外，由于这样的可控的干燥可以精确确定干燥时间，并可以使用进一步的步骤调整干燥时间的时间精度。 [0042] 这一方面，为了本发明的目的设想了800℃-900℃范围的温度，涂覆的浆优选在该温度范围内加热。尤其优选的是使用保护气体完成加热。通过在保护气体下加热，尤其可以有效地阻止火花塞的外螺纹上形成的层的积垢和变色。 [0043] 根据有利发展，瓷釉层可以形成为仅具有50μm-80μm的小的层厚度。由于这个，对于现有的喷射阀提供改进的方案也是可能的，因为根本不需要重新加工至少一个喷射孔。 [0044] 取决于要求，可以想象的是在涂覆釉浆之前使气门头的至少部分区域粗糙化。因而，通过气门头的适合的粗糙化工艺提供涂覆釉浆的基础。这一方面，可以通过例如喷砂完成粗糙化。不言而喻的是还可以想象进一步的使得适当的制备各自的用于涂覆釉浆的表面成为可能的粗糙化的工艺。该粗糙化主要用作在气门头和瓷釉层的表面之间提供耐用的结合。结果是后者可以较好的固定在气门头的表面。另外，通过粗糙化扩大了接触面。 [0045] 根据本发明的现在提出生产喷射阀的工艺提供了具有成本效益的形成可以很容易的结合到现有生产顺序中的瓷釉层形式的涂层的可能的方法。这种情况下，根据本发明的瓷釉层阻止了液体燃料以液滴形式在气门头上沉积，其否则会干涸在气门头的表面。这里，一段时间后，所述液滴留下不易清除的焦油和/或碳片层。这样的片层对内燃发动机在其运行过程中的排放具有不利地影响。特别地，根据本发明的气门头瓷釉层作为催化剂的作用具有使所述液滴在气门头表面蒸发的影响，因此不形成片层。 [0046] 本发明还涉及内燃发动机尤其机动车辆的内燃发动机的喷射阀。优选根据本发明的上述工艺已经生产了喷射阀。 [0047] 这种情况下，喷射阀包含具有气门头的阀体。气门头至少具有一个喷射孔。气门头设计为至少部分安装在内燃发动机的燃烧室内，或至少直接面向所述燃烧室。另外，气门头在至少部分区域涂覆涂层。根据本发明，涂层是瓷釉层。可供选择地，涂层还至少包含瓷釉。 [0048] 以上结合根据本发明的生产喷射阀的工艺已经解释了产生的优势，并相应地适用于根据本发明的喷射阀。此外，还适用以下所述的根据本发明的喷射阀的改进的进一步的优势。为此，此时参照以上所作的陈述。 [0049] 按照根据本发明的喷射阀的有利改进，瓷釉层由浆尤其是釉浆形成。关于釉浆的组分，规定了除了至少一种附加的组分以及(如果需要的话)额外至少一种乳浊剂之外的由至少一种玻璃成形氧化物组成。 [0050] 例如，可能的玻璃成形氧化物的群组是至少以下中的一个： [0052] -三氧化二硼(B2O3) [0053] -氧化钠(Na2O) [0054] -氧化钾(K2O) [0055] -三氧化二铝(Al2O3) [0056] 不言而喻的是该清单不是确定性的，因而还可以想象进一步的玻璃形成氧化物。 [0057] 关于至少一种另外的组分，例如可以来源于以下群组： [0058] -硼砂 [0059] -长石 [0060] -石英 [0061] -氟化物 [0062] -苏打 [0063] -硝酸钠 [0064] 这里情况是该清单也不是确定性的，因而还可以想象进一步的组分。 [0065] 如果需要的话，至于添加的至少一种乳浊剂，例如可以从以下群组中选择： [0066] -钛(Ti) [0067] -锆(Zr) [0068] -钼(Mo) [0070] 根据本发明的瓷釉层优选是熔融混合物。在釉化温度，玻璃成形氧化物熔化在一起以形成玻璃熔体。基底瓷釉包含大约23-34％重量的硼砂，28-52％重量的长石，5-20％重量的石英，大约5％重量的氟化物，余数是苏打和硝酸钠。如已经提到的，Ti、Zr和Mo的氧化物可以用作乳浊剂。 [0072] 为了改进尤其在金属基质上的附着力，根据本发明的瓷釉层还另外包含例如以下群组中的至少一种氧化物： [0073] -氧化钴 [0074] -氧化锰 [0075] -氧化镍 [0076] 在优选的改进中，所述基质是细磨的和融化的。熔体是淬火的，也就是说优选引入水，颗粒状的玻璃熔块因此产生，在随后的步骤中再次细磨。例如，将30％-40％的水与粘土和石英粉末添加到研磨操作中。取决于瓷釉的种类，还添加乳浊剂和着色氧化物。 [0077] 这形成了釉浆，为了较好的混合，在再次使用釉浆之前，应当静置一定的时间，优选几天。适合的改性剂的使用确保具有一致的层厚度。 [0078] 在使瓷釉层平滑这方面，后者优选包含高比例的氧化铈(CeO)。通过其催化作用，集中于瓷釉层的表面的燃料液滴蒸发。结果，不形成随后可能对废气排放具有不利影响的沉积物。而且，从而有利地降低了燃料燃烧的初始温度和未烧尽的碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)。结果同样地降低了内燃发动机内的排放值。 [0079] 在穿过气门头的至少一个喷射孔的结构这方面，本发明规定其中存在的瓷釉层具有锥形形式。可供选择地或另外，它可以具有喇叭形状的结构。这个的原因是在形成瓷釉层的过程中使流体流过阀体以保持喷射孔在涂覆釉浆的过程中畅通的步骤。这里，由于以上所述的关于瓷釉层的形成的喷射孔的特征形状，所述流体通过喷射孔流出气门头。产生的优势在于在使用中从喷射孔脱出的燃料的改进的湍流。 [0081] 图1示例性说明了根据本发明的喷射阀的侧视图；以及 [0082] 图2显示了图1中的从气门头的端侧面观察的喷射阀。 [0083] 图1显示了通过根据本发明的工艺生产的根据本发明的喷射阀1的示例性说明。提供所述喷射阀1用于内燃发动机(未更详细地说明)。内燃发动机尤其是机动车辆的内燃发动机。还说明了内燃发动机的气缸盖3的部分壁2(未更详细地说明)，喷射阀1通过该壁安装。这里，喷射阀1的子区域突出到内燃发动机的燃烧室4内。 [0084] 喷射阀1主要包含阀体5。面向燃烧室4，尤其至少部分安置在所述燃烧室内的部分阀体5具有气门头6。以喷射阀1的纵向方向延伸的点线用作说明喷射阀1内的导管7。可以通过喷射阀1将燃料(未详细显示)经由导管7喷射到燃烧室4内。 [0085] 在现在的情况下，提供了在正面8之外具有瓷釉层9的气门头6。取决于需要和尤其是在燃烧室4内的安装深度，瓷釉层9仅在正面8之上或向上越过它延伸到阀体5上。 [0086] 图2显示了图1的从气门头6的正面8观察的喷射阀1。为了使得喷射阀1在纵向方向a的现有视图尽可能清楚，没有显示气缸盖3的壁2和处于燃烧室4的外面和在图1中显示的喷射阀1的端部区域。 [0087] 从图中可以看出，气门头6具有多个在该视图的范围内可见的喷射孔10，燃料通过喷射孔10以未更详细的显示的方式进入燃烧室4。六个喷射孔10围绕喷射阀1的纵向中心轴a分布，以便与所述纵向轴处于相同的径向距离。这里所述的排放开口相互是等距离的以便在不同情况下以相同的角度b相对于彼此偏斜地安装。 [0088] 附图标记列表 [0089] 1 喷射阀 [0090] 2 3的壁 [0091] 3. 气缸盖 [0092] 4 燃烧室 [0093] 5 1的阀体 [0094] 6 1的气门头 [0095] 7 1内的导管 [0096] 8 6的正面 [0097] 9 6的瓷釉层 [0098] 10 6的喷射孔 [0099] a 1的纵向方向 [0100] b 11之间的角度 |
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