用于内燃发动机的燃料喷射器的制作方法

相关申请的交叉引用

本发明要求2016年5月3日提交的美国临时申请第62/331,403号的权益。上述申请的全部公开内容通过引用并入本文。

本公开涉及用于直接喷射火花点火发动机的燃料喷射器。更具体地，本公开涉及一种阀构件上的涂层，以减少阀构件的密封能力的化学和物理磨损退化。

背景技术：

本部分提供与本公开相关的背景信息，其不必然是现有技术。

由内燃发动机供能的车辆具有燃料输送系统，其储存燃料并向内燃发动机输送燃料。通常，燃料系统包括包含燃料箱、燃料泵、燃料过滤器、发送单元、燃料分供管、燃料喷射器和在各单元之间运输燃料的一系列导管的单元。因为燃料系统的各种单元接触燃料，有些在高温下接触，所以期望这些单元禁得起热诱发和/或燃料诱发的腐蚀。

火花点火直接喷射（sidi）是在一些非柴油二冲程和四冲程内燃发动机中使用的燃料喷射的变型。燃料被高度加压，并且经由共轨燃料管线直接喷射到每个气缸的燃烧室中。一些发动机可以具有多点燃料喷射，其将燃料喷射到进气道或气缸口中。将燃料直接喷入燃烧室需要高压喷射；低压可用于将燃料喷入进气道或气缸口。sidi发动机的一些优点是提高的燃料效率和高的功率输出。一些sidi发动机可以具有降低的排放水平。这种优点部分地通过精确控制喷射到燃烧室中的燃料的量和正时来实现。

此外，许多车辆具有至少部分地（如果不是完全地）通过替代性燃料供能的内燃发动机，这有助于减少石油使用和温室气体排放。一些车辆，即灵活性燃料车辆或双燃料车辆（也称为“弹性燃料车辆”）具有被设计成以多于一种燃料（诸如汽油和替代性燃料的混合物）运行的内燃发动机。

一种这样的替代性燃料是可以从玉米、谷物或其他生物质源产生的乙醇。一些车辆具有以纯100%乙醇（即e100燃料）运行的内燃发动机，而其他车辆具有以乙醇混合燃料（诸如e5（5%乙醇）、e7（7%乙醇）、e10（10%乙醇）、e20（20%乙醇）、e22（22%乙醇）、e25（25%乙醇）、e70（70%乙醇）、e75（75%乙醇）、e85（85%乙醇）或e95（95%乙醇）燃料）运行的内燃发动机。因为乙醇会对各种材料造成腐蚀，因此与含有乙醇的燃料接触的车辆部件（诸如燃料输送系统的单元）获益于耐腐蚀的涂层。随着全世界越来越多地使用含有乙醇的燃料，因此需要一种禁得起由乙醇或乙醇和热的组合引起的腐蚀的新型涂层。

技术实现要素：

本部分提供本公开的总体概述，并且不是其全部范围或其全部特征的全面公开。

当前技术提供一种车辆部件，其包括配置成接触含有乙醇和锌离子的燃料的表面，以及设置在该表面上的牺牲碳层。牺牲碳层具有大于或等于约250nm至小于或等于约5μm的厚度。牺牲碳层包括被配置成与沉积在表面上的氧化锌络合并溶解的碳，其中氧化锌由燃料携带的锌离子形成。

在各种实施例中，表面包括钢合金或陶瓷。

在各种实施例中，牺牲碳层包括掺杂物，所述掺杂物选自包括以下的集合：钙（ca）、锌（zn）、铁（fe）、硼（b）、钨（w）、铂（pt）、金（au）、银（ag）、铜（cu）、铬（cr）、铝（al）、钛（ti）、氮（n）、磷（p）、硅（si）、钴（co）、钒（v）、锆（zr）、铌（nb）、钼（mo）、铪（hf）、钽（ta）、铼（re）及其组合。

在各种实施例中，牺牲碳层包括螯合剂，所述螯合剂选自包括以下的集合：乙二胺四乙酸（edta）、乙二醇-双（β-氨基乙基醚）-n,n,n',n'-四乙酸（egta）、二亚乙基三胺五乙酸（dtpa）、n,n-双（羧甲基）甘氨酸（nta）谷氨酸、n,n-二乙酸（glda）、羟乙基乙二胺三乙酸（hedta）、乙醇二甘氨酸（edg）、1,3-丙二胺四乙酸（pdta）、葡庚糖酸、天冬氨酸-n,n-二乙酸（asda）、1,2-二氨基环己烷-n,n,n',n'-四乙酸（cdta）、乙二胺-n,n'-二邻羟基苯基乙酸（eddha）、乙二胺-n,n'-二邻羟基对甲基苯基乙酸（eddhma）、乙二胺-n,n'-二琥珀酸（edds）、n,n'-双（2-羟基苄基）-乙二胺-n,n'-二乙酸（hbed）、n-羟乙基乙二胺-n,n',n'-三乙酸（hedta）、亚氨基-n,n-二琥珀酸（ids）、甲基甘氨酸-n,n-二乙酸（mgda）、三亚乙基四胺-n,n,n',n'',n''',n'''-六乙酸（ttha）及其组合。

在各种实施例中，牺牲碳层直接设置在车辆部件的表面上。

在各种实施例中，表面是活塞、进气阀、燃料喷射器、火花塞、排气阀或其组合的表面。

在各种实施例中，车辆部件包括直接设置在车辆部件的表面上的粘合剂层和直接设置在粘合剂层上的保护性碳化钨碳（wcc）层，其中保护性wcc层限定表面且牺牲碳层直接设置在保护性wcc层上。

在各种实施例中，车辆部件是燃料喷射器、进气阀、排气阀、气缸、活塞、火花塞、燃料泵、发送单元、燃料箱、环、垫圈，或其组合。

当前技术还提供一种用于内燃发动机的燃料喷射器，其包括具有入口、出口和用于燃料从入口流到出口的通道的喷射器主体；设置在所述通道中的活动阀部分，其在打开位置和关闭位置之间转换，其中所述活动阀部分限定具有最外侧暴露表面的座接触元件，该最外侧暴露表面具有牺牲碳层；以及限定在出口处的阀座，其中在关闭位置中，活动阀部分与阀座密封地接合，并且在打开位置中，活动阀部分与阀座间隔开，以打开燃料喷射器从而允许燃料流动通过出口。

在各种实施例中，牺牲碳层还包括螯合剂，所述螯合剂选自包括以下的集合：乙二胺四乙酸（edta）、乙二醇-双（β-氨基乙基醚）-n,n,n',n'-四乙酸（egta）、二亚乙基三胺五乙酸（dtpa）、n,n-双（羧甲基）甘氨酸（nta）谷氨酸、n,n-二乙酸（glda）、羟乙基乙二胺三乙酸（hedta）、乙醇二甘氨酸（edg）、1,3-丙二胺四乙酸（pdta）、葡庚糖酸、天冬氨酸-n,n-二乙酸（asda）、1,2-二氨基环己烷-n,n,n',n'-四乙酸（cdta）、乙二胺-n,n'-二邻羟基苯基乙酸（eddha）、乙二胺-n,n'-二邻羟基对甲基苯基乙酸（eddhma）、乙二胺-n,n'-二琥珀酸（edds）、n,n'-双（2-羟基苄基）-乙二胺-n,n'-二乙酸（hbed）、n-羟乙基乙二胺-n,n',n'-三乙酸（hedta）、亚氨基-n,n-二琥珀酸（ids）、甲基甘氨酸-n,n-二乙酸（mgda）、三亚乙基四胺-n,n,n',n'',n''',n'''-六乙酸（ttha）及其组合。

在各种实施例中，螯合剂是乙二胺四乙酸（edta）。

在各种实施例中，牺牲碳层包括掺杂物，所述掺杂物选自包括以下的集合：钙（ca）、锌（zn）、铁（fe）、硼（b）、钨（w）、铂（pt）、金（au）、银（ag）、铜（cu）、铬（cr）、铝（al）、钛（ti）、氮（n）、磷（p）、硅（si）、钴（co）、钒（v）、锆（zr）、铌（nb）、钼（mo）、铪（hf）、钽（ta）、铼（re）及其组合。

在各种实施例中，牺牲碳层具有大于或等于约0.250μm至小于或等于约5μm的厚度。

在各种实施例中，座接触元件还包括基底，其中粘合剂中间层直接设置在基底上，碳化钨碳（wcc）层直接设置在粘合剂中间层上，并且牺牲碳层直接设置在wcc层上。

在各种实施例中，座接触元件是球形帽。

在各种实施例中，阀座具有与座接触元件互补的座表面，其中座表面还包括牺牲碳层。

在各种实施例中，座接触元件还包括具有约hrc58至约hrc60的硬度的基底。

在各种实施例中，牺牲碳层是掺杂硅的碳层。

在各种实施例中，掺杂硅的碳层具有大于或等于约0.5μm至小于或等于约2μm的厚度，并且其中硅的量的范围为掺杂硅的碳层的约1wt.%至约15wt.%。

在各种实施例中，座接触元件包括基底，其中铬中间层直接设置在基底上，碳化钨碳（wcc）层直接设置在铬中间层上，并且牺牲碳层直接设置在wcc层上。

在各种实施例中，牺牲碳层补偿来自座接触元件的由于与燃料中的氧化锌的反应的碳化学损失。

在各种实施例中，座接触元件是球形帽。

在各种实施例中，阀座具有与座接触元件互补的座表面。

在各种实施例中，基底具有约hrc58至约hrc60的硬度。

在各种实施例中，牺牲碳层使wcc热稳定性提高约100摄氏度，由于牺牲碳层中石墨碳的导热性比类金刚石碳的导热性低，因此将从对密封带到wcc层的热屏蔽，并且由于sio2作用为润滑剂，因此减少物理磨损损失。

当前技术还提供一种车辆，其包括内燃发动机，该内燃发动机包括用于将燃料直接喷射到燃烧室中的至少一个燃料喷射器。所述至少一个燃料喷射器包括具有入口、出口和用于燃料从入口流到出口的通道的喷射器主体；活动阀部分，其能够在通道中在打开和关闭位置之间运动；限定在出口处的阀座，其中在关闭位置中，活动阀部分密封地接合阀座，并且其中在打开位置中，活动阀部分与阀座间隔开以打开燃料喷射器，以便燃料流过出口；以及限定在活动阀部分上的座接触元件，其中座接触元件在座接触元件的最外侧表面处包括牺牲碳层。

在各种实施例中，牺牲碳层还包括螯合剂。

在各种实施例中，螯合剂是乙二胺四乙酸（edta）。

在各种实施例中，牺牲碳层是掺杂硅的碳层。

当前技术还提供一种保护车辆部件免受由于与含有乙醇的燃料接触而引起的腐蚀的方法。该方法包括在车辆部件的表面上设置牺牲碳层，该表面被配置为接触含有乙醇和锌离子的燃料；并使具有牺牲碳层的车辆部件的表面接触含有乙醇的燃料。牺牲碳层包括络合和溶解沉积在表面上的氧化锌的碳，其中氧化锌由燃料携带的锌离子形成。

在各种实施例中，车辆部件是燃料喷射器、进气阀、排气阀、气缸、活塞、火花塞、燃料泵、发送单元、燃料箱、环、垫圈或其组合。

在各种实施例中，通过选自由过滤阴极真空电弧、离子束沉积、等离子体增强化学气相沉积、脉冲激光沉积、等离子体浸没离子注入及其组合的集合的工艺执行设置。

在各种实施例中，设置牺牲碳层包括将具有大于或等于约250nm至小于或等于约5μm的厚度的牺牲碳层设置在车辆部件的表面上。

本发明还提供以下技术方案：

技术方案1：一种用于内燃发动机的燃料喷射器，包括：

喷射器主体，其具有入口、出口和用于燃料从所述入口流到所述出口的通道；

设置在所述通道中的活动阀部分，其在打开位置和关闭位置之间转换，其中所述活动阀部分限定座接触元件，所述座接触元件具有包括牺牲碳层的最外侧暴露表面；和

限定在所述出口处的阀座，其中在所述关闭位置中，所述活动阀部分与所述阀座密封地接合，并且在所述打开位置中，所述活动阀部分与所述阀座间隔开以打开所述燃料喷射器，从而允许燃料流过所述出口。

技术方案2：根据技术方案1所述的燃料喷射器，其中所述牺牲碳层还包括螯合剂，所述螯合剂选自包括以下的集合：乙二胺四乙酸（edta）、乙二醇-双（β-氨基乙基醚）-n,n,n',n'-四乙酸（egta）、二亚乙基三胺五乙酸（dtpa）、n,n-双（羧甲基）甘氨酸（nta）谷氨酸、n,n-二乙酸（glda）、羟乙基乙二胺三乙酸（hedta）、乙醇二甘氨酸（edg）、1,3-丙二胺四乙酸（pdta）、葡庚糖酸、天冬氨酸-n,n-二乙酸（asda）、1,2-二氨基环己烷-n,n,n',n'-四乙酸（cdta）、乙二胺-n,n'-二邻羟基苯基乙酸（eddha）、乙二胺-n,n'-二邻羟基对甲基苯基乙酸（eddhma）、乙二胺-n,n'-二琥珀酸（edds）、n,n'-双（2-羟基苄基）-乙二胺-n,n'-二乙酸（hbed）、n-羟乙基乙二胺-n,n',n'-三乙酸（hedta）、亚氨基-n,n-二琥珀酸（ids）、甲基甘氨酸-n,n-二乙酸（mgda）、三亚乙基四胺-n,n,n',n'',n''',n'''-六乙酸（ttha）及其组合。

技术方案3：根据技术方案2所述的燃料喷射器，其中，所述螯合剂是乙二胺四乙酸（edta）。

技术方案4：根据技术方案1所述的燃料喷射器，其中，所述牺牲碳层包括掺杂物，所述掺杂物选自包括以下的集合：钙（ca）、锌（zn）、铁（fe）、硼（b）、钨（w）、铂（pt）、金（au）、银（ag）、铜（cu）、铬（cr）、铝（al）、钛（ti）、氮（n）、磷（p）、硅（si）、钴（co）、钒（v）、锆（zr）、铌（nb）、钼（mo）、铪（hf）、钽（ta）、铼（re）及其组合。

技术方案5：根据技术方案4所述的燃料喷射器，其中，所述牺牲碳层具有大于或等于约0.250μm至小于或等于约5μm的厚度。

技术方案6：根据技术方案1所述的燃料喷射器，其中，所述座接触元件还包括基底，其中粘合剂中间层直接设置在所述基底上，碳化钨碳（wcc）层直接设置在所述粘合剂中间层上，并且所述牺牲碳层直接设置在所述wcc层上。

技术方案7：根据技术方案1所述的燃料喷射器，其中，所述座接触元件是球形帽。

技术方案8：根据技术方案1所述的燃料喷射器，其中，所述阀座具有与所述座接触元件互补的座表面，其中所述座表面也包括牺牲碳层。

技术方案9：根据技术方案1所述的燃料喷射器，其中，所述座接触元件还包括具有约hrc58至约hrc60的硬度的基底。

技术方案10：一种车辆部件，包括：

被配置为接触包含乙醇和锌离子的燃料的表面；和

设置在所述表面上的牺牲碳层，所述牺牲碳层具有大于或等于约250nm至小于或等于约5μm的厚度，其中所述牺牲碳层包括被配置为与沉积在所述表面上的氧化锌（zno）络合并溶解的碳，其中所述氧化锌由所述燃料携带的锌离子形成。

技术方案11：根据技术方案10所述的车辆部件，其中，所述表面包括钢合金或陶瓷。

技术方案12：根据技术方案10所述的车辆部件，其中所述牺牲碳层包括掺杂物，所述掺杂物选自包括以下的集合：钙（ca）、锌（zn）、铁（fe）、硼（b）、钨（w）、铂（pt）、金（au）、银（ag）、铜（cu）、铬（cr）、铝（al）、钛（ti）、氮（n）、磷（p）、硅（si）、钴（co）、钒（v）、锆（zr）、铌（nb）、钼（mo）、铪（hf）、钽（ta）、铼（re）及其组合。

技术方案13：根据技术方案10所述的车辆部件，其中，所述牺牲性碳层包括螯合剂，所述螯合剂选自包括以下的集合：乙二胺四乙酸（edta）、乙二醇-双（β-氨基乙基醚）-n,n,n',n'-四乙酸（egta）、二亚乙基三胺五乙酸（dtpa）、n,n-双（羧甲基）甘氨酸（nta）谷氨酸、n,n-二乙酸（glda）、羟乙基乙二胺三乙酸（hedta）、乙醇二甘氨酸（edg）、1,3-丙二胺四乙酸（pdta）、葡庚糖酸、天冬氨酸-n,n-二乙酸（asda）、1,2-二氨基环己烷-n,n,n',n'-四乙酸（cdta）、乙二胺-n,n'-二邻羟基苯基乙酸（eddha）、乙二胺-n,n'-二邻羟基对甲基苯基乙酸（eddhma）、乙二胺-n,n'-二琥珀酸（edds）、n,n'-双（2-羟基苄基）-乙二胺-n,n'-二乙酸（hbed）、n-羟乙基乙二胺-n,n',n'-三乙酸（hedta）、亚氨基-n,n-二琥珀酸（ids）、甲基甘氨酸-n,n-二乙酸（mgda）、三亚乙基四胺-n,n,n',n'',n''',n'''-六乙酸（ttha）及其组合。

技术方案14：根据技术方案10所述的车辆部件，其中，所述表面是活塞、进气阀、燃料喷射器、火花塞、排气阀或其组合的表面。

技术方案15：根据技术方案10所述的车辆部件，其中，所述车辆部件包括直接设置在所述车辆部件的所述表面上的粘合剂层，和直接设置在所述粘合剂层上的保护性碳化钨碳（wcc）层，

其中，所述保护性wcc层限定所述表面，并且所述牺牲碳层直接设置在所述保护性wcc层上。

技术方案16：根据技术方案10所述的车辆部件，其中，所述车辆部件是燃料喷射器、进气阀、排气阀、气缸、活塞、火花塞、燃料泵、发送单元、燃料箱、环、垫圈，或其组合。

技术方案17：一种保护车辆部件免受与包括乙醇的燃料接触而引起的腐蚀的方法，所述方法包括：

在被配置为接触包括乙醇和锌离子的燃料的车辆部件的表面上设置牺牲碳层；和

使具有所述牺牲碳层的所述车辆部件的所述表面接触包括乙醇的燃料，其中所述牺牲碳层包括与沉积在所述表面上的氧化锌络合并溶解的碳，其中所述氧化锌由所述燃料携带的锌离子形成。

技术方案18：根据技术方案17所述的方法，其中，所述车辆部件是燃料喷射器、进气阀、排气阀、气缸、活塞、火花塞、燃料泵、发送单元、燃料箱、环、垫圈，或其组合。

技术方案19：根据技术方案18所述的方法，其中，通过选自包括以下项的集合的工艺来执行所述设置：过滤阴极真空电弧、离子束沉积、等离子体增强化学气相沉积、脉冲激光沉积、等离子体浸没离子注入和其组合。

技术方案20：根据技术方案18所述的方法，其中，设置牺牲碳层包括将具有大于或等于约250nm至小于或等于约5μm的厚度的牺牲碳层设置到车辆部件的表面。

根据本文提供的描述，其他适用领域将变得显而易见。本发明内容中的描述和具体示例仅仅旨在说明的目的，并不旨在限制本公开的范围。

附图说明

本文描述的附图仅用于所选实施例的说明性目的，且不是所有可能的实施方式，并不旨在限制本公开的范围。

图1是示例性燃料输送系统的示意性图示；

图2是车辆的图示和内燃发动机的一部分的横截面视图；

图3是示例性直接喷射燃料喷射器的横截面视图；

图4是取自部段4的图3的直接喷射燃料喷射器的分解视图；

图5是具有表面的脱层的燃料喷射器的现有座接触元件的一部分的扫描电子显微照片；

图6是取自部段6的图5中所示的燃料喷射器的现有座接触元件的部分的扫描电子显微放大照片，其描绘了脱层的更多细节；

图7a是燃料喷射器的现有座接触元件的扫描电子显微照片，其具有沿第一取向发生的表面脱层，其中白色对照物（箭头）是沉积的氧化锌；

图7b是沿第二取向发生的图7a中所示的座接触元件的扫描电子显微照片，其中白色对照物（箭头）是沉积的氧化锌；

图7c是图7a和图7b中所示的座接触元件的扫描电子显微照片，其中黑色对照物示出碳化钨碳（wcc）最初存在但现在被腐蚀掉之处的脱层；

图8是根据当前技术的各种方面的包括牺牲碳层的车辆部件的横截面视图；和

图9是图8中所示的车辆部件的透视剖视图。

在附图的若干视图中，对应的附图标记表示对应的部分。

具体实施方式

提供示例实施例，使得本公开将是彻底的，并且将完全地将本发明的范围传达给本领域技术人员。阐述了许多具体细节，诸如具体成分、组分、装置和方法的示例，以提供对本公开的实施例的透彻理解。对于本领域技术人员将显而易见的是，不需要采用具体细节，示例性实施例可以以许多不同的形式实现，并且也不应被解释为限制本公开的范围。在一些示例实施例中，不详细描述公知的工艺、公知的装置结构和公知的技术。

本文所使用的术语仅用于描述具体示例实施例的目的，且不旨在是限制性的。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也可以旨在包括复数形式，除非上下文另有明确指示。术语“包括”、“包括着”、“包含”和“具有”是包容性的，且因此指明所陈述的特征、元素、成分、步骤、整数、操作和/或部件的存在，而且不排除存在或添加一个或多个其他的特征、整数、步骤、操作、元素、组分和/或其集合。虽然开放式术语“包括”被理解为用于描述和要求本文所阐述的各种实施例的非约束性术语，但是在某些方面，该术语可以替代地被理解为代替地是更具限制性和约束性的术语，诸如“由...组成”或“基本上由...组成”。因此，对于列举成分、材料、组分、元素、特征、整数、操作和/或工艺步骤的任何给定实施例，本公开还具体包括由或基本上由这样的所列举的成分、材料、组分、元素、特征、整数、操作和/或工艺步骤组成。在“由...组成”的情况下，替代性实施例不包括任何额外的成分、材料、组分、元素、特征、整数、操作和/或工艺步骤，同时在“基本上由...组成”的情况下，实质上影响基本和新颖特性的任何额外的成分、材料、组分、元素、特征、整数、操作和/或工艺步骤不被包括在这样的实施例中，但是不实质上影响基本和新颖特性的任何成分、材料、组分、元素、特征、整数、操作和/或工艺步骤能够被包括在实施例中。

本文所描述的任何方法步骤、工艺和操作不应被解释为必须要求它们以所讨论或示出的具体顺序执行，除非具体地指定为执行顺序。还应当理解，除非另有说明，否则可以采用额外的或替代性步骤。

当部件、元件或层被称为“在……上”、“接合到”、“连接到”或“联接到”另一元件或层时，其可以直接在该另一部件、元件或层上，接合、连接或联接到该另一部件、元件或层，或者可以存在中间元件或层。相反地，当元件被称为“直接在……上”、“直接接合到”、“直接连接到”或“直接联接到”另一元件或层时，可以不存在中间元件或层。用于描述元件之间的关系的其他词汇应当以同样的方式解释（例如，“在……之间”相对于“直接在……之间”、“相邻”相对于“直接相邻”等）。如本文所使用的，术语“和/或”包括相关联的列出项中的一个或多个的任何和所有组合。

尽管本文可以使用术语第一、第二、第三等来描述各种步骤、元件、部件、区域、层和/或部段，但是这些步骤、元件、部件、区域、层和/或部段不应当受到这些术语的限制，除非另有说明。这些术语仅可能被用于将一个步骤、元件、部件、区域、层或部段与另一个步骤、元件、部件、区域、层或部段区分开来。当在本文中使用时，诸如“第一”、“第二”和其他数字术语的术语不暗示序列或顺序，除非上下文清楚地表示。因此，下文讨论的第一步骤、元件、部件、区域、层或部段能够被称为第二步骤、元件、部件、区域、层或部段，而不偏离示例性实施例的教导。

贯穿本公开，数值表示对涵盖与给定值的微小偏差的范围，和大约具有所提及的值的实施例以及确切地具有所提及的值的那些实施例的近似测量或限制。除了在具体实施方式的结尾处提供的工作示例之外，本说明书（包括所附权利要求）中的参数（例如，数量或条件）的所有数值都应被理解为在所有情况下均由术语“大约”修饰，而不论“大约”是否实际出现在数值之前。“大约”表示所述的数值允许一些稍微的不精确（有些接近值的确切性；近似或合理地接近值；几乎）。如果由“大约”提供的不精确性在本领域中以其他方式没有以这种普通含义来理解，则本文所用的“大约”至少表示可以由测量和使用这些参数的普通方法产生的变型。例如，“大约”可以包括小于或等于5%、任选地小于或等于4%、任选地小于或等于3%、任选地小于或等于2%、任选地小于或等于1%、任选地小于或等于0.5%的变型，并且在某些方面，可包括任选地小于或等于0.1%的变型。

如本文所用，术语“成分”和“材料”可互换使用，以广义地指代至少含有优选的化学组分、元素或化合物的物质，而且其也可以包括额外的元素、化合物或物质，包括微量杂质，除非另有说明。另外，范围的公开包括在整个范围内的所有值和进一步分割的范围（包括针对范围给定的端点和子范围）的公开。

现在将参照附图更全面地描述示例实施例。

乙醇混合的燃料和各种燃料添加剂具有腐蚀性质并且可能潜在地（特别是与热应力结合）损害它们接触的车辆部件。具体地，离子污染对接触乙醇混合燃料的车辆部件具有有害影响。离子污染包括作为非限制性示例的锌、铁、铬、铜和镍离子在乙醇混合的燃料和燃料输送系统中的存在，这些离子沉淀并沉积在直接接触乙醇混合燃料的燃料输送系统部件的表面上。例如，锌（zn）离子促成设置在接触乙醇混合燃料的各种车辆部件的表面上的碳化钨碳（wcc）层的腐蚀和脱层。锌离子可以来自乙醇混合燃料、来自燃料输送路径（例如，喷射器通道中的过滤器）、来自接触乙醇混合燃料的车辆部件的表面上的锌基涂层，或其组合。因此，乙醇混合燃料可包括可源于锌涂层的少量的锌，或者含有乙醇的燃料本身可含有锌（例如，来自作为氧化锌（氧化锌）沉积的锌离子）。来自含有乙醇的燃料的锌可沉积在车辆部件上，这可能导致腐蚀和脱层。

因此，本技术提供车辆部件，其被保护免受由与包括乙醇的燃料和/或包括腐蚀性添加剂的燃料接触导致的热损伤和腐蚀性损伤。具体地，牺牲碳层设置在接触乙醇混合燃料的车辆部件的至少一部分表面上。表面可以是设置在部件上的保护层（例如，wcc层）的部件或表面的表面。如下文更详细地讨论的，牺牲碳层与可以损害接触乙醇混合燃料的车辆部件的污染物发生反应并将其消除。牺牲碳层在从运行的发动机发射的温度下是热稳定的，并且最小化腐蚀和脱层，以帮助保护车辆部件免受乙醇混合燃料诱发的腐蚀和脱层。例如，牺牲碳层禁得起小于或等于约450℃、小于或等于约400℃、小于或等于约350℃或小于或等于约300°c的温度。牺牲碳层为腐蚀性流体提供优异的热和化学惰性，并减小对受到热应力和/或与腐蚀性液体（诸如乙醇混合燃料和腐蚀性添加剂）接触的车辆部件的摩擦和磨损。由于牺牲碳层最小化或防止腐蚀，这抑制燃料泄漏，因此排放也可得以改善。

如本文所使用的，“乙醇混合燃料”是包括乙醇的燃料。因此，乙醇混合燃料包括按体积计大于或等于约0.5%的乙醇至按体积计小于或等于100%的乙醇。一些乙醇混合燃料包括小于100%的乙醇，且还包括汽油。乙醇混合燃料的非限制性示例包括e5（5%乙醇）、e7（7%乙醇）、e10（10%乙醇）、e20（20%乙醇）、e22（22%乙醇）、e25（25%乙醇）、e70（70%乙醇）、e75（75%乙醇）、e85（85%乙醇）、e95（95%乙醇）和e100（100%乙醇）燃料。

具有与乙醇混合燃料接触的部件的运载工具不受限制。然而，示例性运载工具包括小汽车、卡车、娱乐车、摩托车、踏板车、船、个人船只、坦克和飞机。

通过燃料输送系统将乙醇混合燃料引入内燃发动机。图1是示例性燃料输送系统10的图示。燃料输送系统10包括诸如燃料箱12、燃料泵或发送单元14、燃料过滤器16、高压燃料泵18、燃料分供管20和燃料喷射器22的部件。燃料泵或发送单元14设置在燃料箱12中，并且通过燃料管线24与燃料过滤器16和高压燃料泵18流体连通。高压燃料泵18通过高压燃料管线26与燃料分供管20流体连通。乙醇混合燃料28沿箭头的方向从燃料箱12行进至并行进通过燃料喷射器22。离子污染物可以存在于乙醇混合燃料中或由来自燃料系统部件中的任何部件的乙醇混合燃料拾取和携带。特别是在受到热应力的环境中，离子沉淀到部件的表面上并引起腐蚀，诸如脱层。因此，在当前技术的各个方面中，与包括乙醇的燃料接触的这些部件的至少一部分包括设置在其上的牺牲碳层，其保护部件免受腐蚀。牺牲碳层抑制腐蚀，这导致相对于不包括牺牲碳层的部件的改善的车辆零件效率。例如，具有设置在与包括乙醇的燃料接触的部分上的牺牲碳层的燃料分供管和燃料喷射器被保护免受磨损并且可禁得起高的内部压力和温度。

图2示出示例性内燃发动机30的一部分的横截面，其包括发动机机体32的一部分、气缸34、活塞36、进气阀38、燃料喷射器40、火花塞42和排气阀44。图2中所示的内燃发动机30的部段是火花点火直接喷射四冲程内燃发动机的一部分。在雾化的乙醇混合燃料46通过燃料喷射器40被引入气缸34之后，雾化的乙醇混合燃料46至少接触活塞36的第一表面48、进气阀38的第二表面50、燃料喷射器40的第三表面52、火花塞42的第四表面54和排气阀44的第五表面56的一部分。内燃发动机30放置在车辆58内。因此，在第一表面48、第二表面50、第三表面52、第四表面54和第五表面56，以及环和垫圈的一部分或全部上设置牺牲碳层保护相应的部件免于乙醇混合燃料诱发的腐蚀。在各种实施例中，车辆部件包括钢合金或陶瓷。

燃料喷射器特别容易受到由离子污染和热应力引起的腐蚀和脱层的影响。因此，具有接触乙醇混合燃料的表面的燃料喷射器的部件可获益于具有设置于其上的牺牲碳层。图3是示例性直接喷射燃料喷射器60的半示意性横截面视图。用于内燃发动机（诸如图2的内燃发动机30）的燃料喷射器60包括喷射器主体62，其具有入口64、出口66和用于乙醇混合燃料从入口64流到出口66的通道68。如图2中所示，过滤器67设置在通道内。活动阀部分70设置在通道68中并在打开位置和关闭位置之间转换。燃料喷射器60具有由螺线管74操作的电枢72。通过使来自电子控制器（未示出）的电流经过螺线管74产生电磁力。电枢72的运动使活动阀部分70运动，活动阀部分70连接到电枢72。

阀座76限定在出口66处。在闭合位置中，活动阀部分70密封地接合阀座76。如本文所使用的，术语“密封地接合”意指活动阀部分70接触阀座76以防止当活动阀部分70处于关闭位置时的泄漏。泄漏限定为在大于或等于约-40℃至小于或等于约150℃的操作温度范围内在5mpa的压力下正庚烷大于2.5mm³/分钟的流动。

在打开位置（未示出）中，活动阀部分70与阀座76间隔开以打开燃料喷射器60，从而使得燃料能够流过出口66。座接触元件78限定在活动阀部分70上。当座接触元件78的最外侧表面80与经过其的含有乙醇的燃料接触时，其受到腐蚀和脱层。

如图3中所示的，在本技术的某些方面中，活动阀部分70的座接触元件78可以是球阀82。因此，座接触元件78可以是球形帽84。如本文所使用的，术语“球形帽”意指位于给定平面上方（或下方）的球体的区域。例如，如果平面通过球体的中心，则球形帽被称为半球。

此外，活动阀部分70可包括针86，如图3所示的。应当理解，座接触元件78可以具有用于密封地接合和断开阀座76的任何合适的形状。例如，针86可具有锥形端部（未示出）来代替图3和图4中所示的球阀82。

图4是取自部段4的图3的直接喷射燃料喷射器的分解视图。在图4所示的示例中，多个座通路88限定在阀座76中。可以调节座通路88的数量以改变气缸中（诸如图2中所示的气缸34中）的燃料羽流（plume）的方向和体积。座通路88延伸穿过阀座76的外部尖端表面90。外部尖端表面90限定在燃料喷射器60的出口端92上。

阀座76具有与座接触元件78互补的座表面94。如图4所示的，座表面94是锥形的，并且尺寸设计为使得球形帽84能够密封地接触座表面94。作为示例，如果球形帽84对于座表面94而言过大，则球形帽84将不能够与座表面94密封接触。球形帽84座接触元件78和截头锥形座表面94的组合倾向于自对准。

因此，本公开构思在燃料喷射器60的接触乙醇混合燃料的部件的表面上设置牺牲碳层来保护该部件免受腐蚀。在当前技术的各个方面中，牺牲碳层至少设置在座接触元件42的最外侧表面80上、在阀座76的座表面94上、在出口66的外部尖端表面90上、在针86的表面上、在通道68的表面上，或其组合。

图5是燃料喷射器的现有座接触元件的一部分的扫描电子显微照片，其具有在暴露于基于乙醇的燃料之后已发生的表面的脱层。图6是如图5所示的扫描电子显微照片的视图6的放大，其描绘脱层的更多细节。在图6中，通过wcc外层和铬中间层中的孔可以看到钢基底球（深色）。图7a-7c是具有表面的脱层的燃料喷射器的现有座接触元件的照片。箭头所示的沉积物是氧化锌。

如上所述的，锌（zn）离子污染可能对燃料喷射器和接触乙醇混合燃料的燃料输送系统的其它部件具有有害影响。例如，锌离子可促成在不具有本公开的牺牲碳层以保护wcc层的燃料喷射器的座接触元件上的碳化钨碳（wcc）层的脱层。锌离子可来自燃料和/或来自燃料输送路径（例如，如图3所示的喷射器通道68中的过滤器67）。锌基涂层可用于燃料箱和管线的腐蚀保护。少量的锌离子可以与燃料一起携带。氧化锌（氧化锌）可从由燃料携带的锌离子沉积在车辆部件上。

当前技术的牺牲碳层设置在燃料输送系统部件（诸如燃料喷射器座接触元件）上，并且通过将氧化锌转化为znco3和氢气来保护燃料输送系统部件（诸如燃料喷射器座接触元件）免于脱层。据信氧化锌通过以下一系列反应（湿化学）与碳反应：

c+h2o=co+h2；co+h2o=co2+h2（碳氧化）；

氧化锌+2oh^-+h2o=zn(oh)4^2-（络合）；

co2+zn(oh)4^2-=znco3+2oh^-+h2o（碳酸化）；

因此，总体反应是：c+氧化锌+2h2o=znco3+2h2，其中络合是不溶性氧化锌到可溶性zn(oh)4^2-的转化，以增加可用于反应的表面。

在当前技术的各个方面中，牺牲碳层保护wcc复合层中的碳，使得可以实现喷射器尖端的延长的寿命。牺牲碳层可通过调节沉积参数（不需要额外的工具）而被制成为具有改变的石墨特性和类金刚石特性，以允许快速实施。因此，在当前技术的各个方面中，牺牲碳层是类金刚石碳（dlc）。可被调节的沉积参数的非限制性示例是：前体；沉积时间和温度；气体和流动速率；偏置电流等。

dlc是包括碳-碳sp²杂化键、碳-碳sp³杂化键或者碳-碳sp²杂化键和碳-碳sp³杂化键两者的网络的碳基材料。当存在sp²和sp³键两者时，碳-碳sp³杂化键：碳-碳sp²杂化键的比越低（或更高的sp²%），dlc材料变得越像石墨。相反，碳-碳sp³杂化键：碳-碳sp²杂化键的比越高（或更高的sp³%），dlc材料越像金刚石。

含有高氢含量（即大于约40原子%（at.%）的氢含量）的dlc材料被称为氢化dlc（h-dlc），其中“at.%”指代dlc材料中总原子的百分比。相反，含有低氢含量（即小于或等于约40at.%的氢含量）的dlc材料被称为非氢化dlc（nh-​​dlc）。nh-dlc材料具有大于或等于0at.%至小于或等于约40at.%、小于或等于约30at.%、小于或等于约20at.%、小于或等于约10at.%、小于或等于约5at.%、或小于或等于约1at.%的氢含量。因此，nh-dlc材料具有的氢含量大于或等于约0at.%至小于或等于约40at.%。在当前技术的各个方面中，nh-dlc材料基本上不含氢，其中“基本上不含氢”意味着氢原子在避免伴随其存在的不期望的和/或有害的影响的程度上不存在。在某些实施例中，“基本上不含”氢的nh-dlc材料包括材料中按重量计小于约1at.%的氢，任选地按重量计小于约0.75at.%，任选地按重量计小于约0.5at.%、任选地按重量计小于约0.25at.%，任选地按重量计小于约0.1at.%，任选地小于按重量计约0.05at.%，且在某些实施例中，材料不含任何氢，并且因此包括按重量计0at.%的氢。因此，当前技术的牺牲碳层可包括通常被称为“dlc材料”的h-dlc材料或nh-dlc材料。

在当前技术的各个方面中，dlc材料包含大于或等于约70at.%至小于或等于约100at.%的碳含量。例如，dlc材料能够具有大于或等于约70at.%、大于或等于约75at.%、大于或等于约80at.%、大于或等于约85at.%、大于或等于约90at.%、大于或等于约95at.%，或大于或等于约99at.%的碳含量。

在当前技术的各个方面中，dlc材料包含sp³和sp²杂化建的总数的大于或等于约1%、大于或等于约10%、大于或等于约20%、大于或等于约30%、大于或等于约40%、大于或等于约50%、大于或等于约60%、大于或等于约70%、大于或等于至大约80%、大于或等于约90%、或大于或等于约95%的碳-碳sp³杂化键含量，诸如大于或等于约1%至小于或等于约100%，大于或等于约20%至小于或等于约100%、大于或等于约30%至小于或等于约100%、大于或等于约40%至小于或等于约100%、大于或等于约50%至小于或等于约100%、大于或等于约60%至小于或等于约100%、大于或等于约70%至小于或等于约100%、大于或等于约80%至小于或等于约100%、大于或等于约90%至小于或等于约100%，或大于或等于约95%至小于或等于约100%的碳-碳sp³杂化键含量。

在当前技术的各个方面中，dlc材料包含sp³和sp²杂化建的总数的大于或等于约0%、大于或等于约10%、大于或等于约20%、大于或等于约30%、大于或等于约40%、大于或等于约50%、大于或等于约60%、大于或等于约70%、大于或等于至大约80%、大于或等于约90%、或大于或等于约95%的碳-碳sp²杂化键含量，诸如大于或等于约0%至小于或等于约99%、大于或等于约0%至小于或等于约95%、大于或等于约0%至小于或等于约90%、大于或等于约0%至小于或等于约80%、大于或等于约0%至小于或等于约70%、大于或等于约0%至小于或等于约60%、大于或等于约0%至小于或等于约50%、大于或等于约0%至小于或等于约40%、大于或等于约0%至小于或等于约30%、大于或等于约0%至小于或等于约20%、大于或等于约0%至小于或等于约10%、大于或等于约0%至小于或等于约5%、大于或等于约0%至小于或等于约1%的碳-碳sp²杂化键含量。

在当前技术的各个方面中，dlc材料包括大于或等于约1:1000至小于或等于约1000:1、大于或等于约1:750至小于或等于约750:1、大于或等于约1:500至小于或等于500:1、大于或等于约1:250至小于或等于约250:1、从大于或等于约1:100至小于或等于约100:1、大于或等于约1:50至小于或等于约50:1的碳-碳sp³杂化键:碳-碳sp²杂化键的比。

在当前技术的一些方面中，牺牲碳层还包括螯合剂。应当理解的是，可以使用任何合适的螯合剂。合适的螯合剂的非限制性示例包括乙二胺四乙酸（edta）、乙二醇-双（β-氨基乙基醚）-n,n,n',n'-四乙酸（egta）、二亚乙基三胺五乙酸（dtpa）（diethylenetriaminepentaaceticacid）、n,n-双（羧甲基）甘氨酸（nta）谷氨酸、n,n-二乙酸（glda）、羟乙基乙二胺三乙酸（hedta）、乙醇二甘氨酸（edg）（ethanoldiglycinicacid）、1,3-丙二胺四乙酸（pdta）、葡庚糖酸、天冬氨酸-n,n-二乙酸（asda）、1,2-二氨基环己烷-n,n,n',n'-四乙酸（cdta）、乙二胺-n,n'-二邻羟基苯基乙酸（eddha）（ethylenediamine-n,n’,diorthohydroxyphenylaceticacid）、乙二胺-n,n'-二邻羟基对甲基苯基乙酸（eddhma）（ethylenediamine-n,n’,diorthohydroxyparamethylphenylaceticacid）、乙二胺-n,n'-二琥珀酸（edds）、n,n'-双（2-羟基苄基）-乙二胺-n,n'-二乙酸（hbed）、n-羟乙基乙二胺-n,n',n'-三乙酸（hedta）、亚氨基-n,n-二琥珀酸（ids）、甲基甘氨酸-n,n-二乙酸（mgda）、三亚乙基四胺-n,n,n',n'',n''',n'''-六乙酸（ttha）及其组合。

根据当前技术的各个方面，牺牲碳层掺杂有金属、类金属或非金属掺杂材料以产生掺杂的牺牲碳层。掺杂材料是例如钙（ca）、锌（zn）、铁（fe）、硼（b）、钨（w）、铂（pt）、金（au）、银（ag）、铜（cu）、铬（cr）、铝（al）、钛（ti）、氮（n）、磷（p）、硅（si）、钴（co）、钒（v）、锆（zr）、铌（nb）、钼（mo）、铪（hf）、钽（ta）、铼（re）或其组合。当存在时，牺牲碳层具有大于0wt.%至小于或等于约30wt.%、至小于或等于约20wt.%、至小于或等于10wt.%、或至小于或等于约5wt.%的掺杂材料浓度。在一些实施例中，牺牲碳层是掺杂硅的碳层。应当理解，掺杂硅的碳层可具有所需的和/或适于期望的最终用途的任何厚度和硅含量。在示例中，掺杂硅的碳层的厚度的范围为约0.5μm至约2μm，并且硅的量的范围为掺杂硅的碳层的大于或等于约1wt.%至小于或等于约15wt.%。

牺牲碳层可直接设置在车辆部件的表面上，或直接设置在保护层的表面上，该保护层例如通过粘合剂层设置在车辆部件上。图8是接触乙醇混合燃料的车辆部件100的半示意横截面视图。具体地，车辆部件100是燃料喷射器的座接触元件。虽然座接触元件是代表性的，但是应当注意，当前技术构思了接触乙醇混合燃料的燃料输送系统的所有部件。图9是座接触元件100的透视剖视图。如图8和图9所描绘的，座接触元件100包括基底102。基底102由本领域已知的任何材料（诸如例如，钢合金或陶瓷）组成。在当前技术的各个方面中，基底可具有大于或等于约hrc58至小于或等于约hrc60的硬度。在一些实施例中，基底包括工具钢440c并具有hrc58-60的硬度。粘合剂层（诸如粘合剂中间层）104直接设置在基底102上。粘合剂层104具有大于或等于约10nm至小于或等于约100nm的厚度，并且包括粘合剂材料，诸如铬、钛、铂、钽、镍、铜及其组合。保护层106直接设置在粘合剂层104上。保护层106具有大于或等于约100nm至小于或等于约10μm、大于或等于约500nm至小于或等于约5μm，或大于或等于约1μm至小于或等于约2μm的厚度，诸如例如约1.5μm的厚度。在各种实施例中，保护层106包括直接设置在粘合剂层104上的碳化钨碳（wcc）。牺牲碳层108直接设置在保护层106上。牺牲碳层108具有大于或等于约250nm至小于或等于约5μm，或大于或等于约500nm至小于或等于约2μm的厚度。牺牲碳层108可包括如上所述的螯合剂和掺杂物中的至少一种。

在各种实施例中，如图8和图9所描绘的，基底102可以是球形帽。在一个变型中，球形帽具有约3mm的直径。中间层104可包含铬并且为约100nm厚。保护层106可包括wcc并且为约1.0μm至约1.5μm厚。牺牲碳层108可以是掺杂硅的碳。在这种示例中，当燃料喷射器是新的并且未经历牺牲碳层108的任何消耗时，掺杂硅的碳层108可以为约0.5μm至约2μm厚。

应当理解，本公开的牺牲碳层108是多功能的。这些功能中的一些包括但不限于以下。牺牲碳层108可以补偿来自座接触元件的由于来自座接触元件的碳与燃料中携带的锌离子产生的氧化锌（氧化锌）反应而引起的碳化学损失。牺牲碳层还可以：增加wcc热稳定性，例如增加约100℃；由于石墨碳的导热率低于类金刚石碳的导热率，屏蔽从密封带到wcc的热；和由于sio2作用为润滑剂而减少物理磨损损耗。二氧化硅（sio2）可以在发动机操作期间通过与可能存在于乙醇燃料中的h2o反应来产生。

本公开的示例提供用于减轻尖端泄漏的低成本且可实施的策略（例如，不需要额外的工具）。此外，由于牺牲碳层提供对碳损耗的长期容忍，故本公开的示例可以延长wcc涂层的寿命。本公开的示例可以与以生物燃料（例如e100）运行的车辆一起使用。

当前技术还提供一种保护车辆零件免受与包含有乙醇的燃料接触导致的热和腐蚀性损伤的方法。该方法包括在被构造成接触包含有乙醇的燃料的车辆部件的表面的至少一部分上设置牺牲碳层，并使具有牺牲碳层的车辆部件的表面的至少一部分接触包括乙醇的燃料。牺牲碳层包括与从包含乙醇和携带的锌离子的燃料沉积的氧化锌络合并溶解的碳。车辆部件是燃料喷射器、进气阀、排气阀、气缸、活塞、火花塞、燃料泵、发送单元、燃料箱、环、垫圈或其组合。在当前技术的各个方面中，车辆部件是本文所述的燃料喷射器的部件。通过过滤阴极真空电弧、离子束沉积、等离子体增强化学气相沉积、脉冲激光沉积或等离子体浸没离子注入执行设置。在一些实施例中，设置层包括设置具有车辆部件的表面的大于或等于约250nm至小于或等于约5μm的厚度的牺牲碳层。

出于说明和描述的目的提供实施例的前述描述。这不旨在是穷尽性的或限制公开。即使没有具体示出或描述，具体实施例的各个元件或特征通常不限于该具体实施例，而是在适用的情况下能够互换，并且可以在所选择的实施例中使用。具体实施例的各个元件或特征也会在许多方面不同。这些变型不被视为偏离本公开，并且所有这种修改旨在被包括在本公开的范围内。