燃料喷射器的再制造方法和再制造的燃料喷射器的制作方法

专利名称：燃料喷射器的再制造方法和再制造的燃料喷射器的制作方法
技术领域：
本公开(本发明) 一般涉及再制造和再利用，更具体地涉及燃料喷射 器和具有不合规格的喷射孔的燃料喷射器尖端(部)的再制造和再利用。
背景技术：
燃料喷射器是许多现代发动机系统的必要组成部件，其应用范围从较 小的便携式柴油机和汽油机遍及到非常大的发电系统和船舶推进系统。传 统的燃料喷射器的基本功能是在期望的正时将较精确量的加压燃料传送到 发动机的燃烧室内。许多燃料喷射器的工作寿命较长，至少数千小时左右。 这种较长的工作周期加上较恶劣的工作环境以及与燃料喷射有关的高流体 压力往往导致喷射器各个部件的磨损。随着时间推移，喷射器所经受的磨 损会影响其性能，在某些情况下甚至会导致喷射器和与之相关的发动机燃 烧室无法工作。
对于某些喷射器，其内部常常被较粘性的石油衍生物阻塞。燃料喷射 器的喷射孔也可能由于来自高温燃烧产物的碳化沉积物而至少部分地被阻 塞。当拆卸发动机系统以进行维修或改造时，通常取下喷射器并评估其性 能，然后清洗喷射器，并准备进一步使用或使其至少部分地废弃。与废弃 的燃料喷射器和燃料喷射器部件有关的经济损失长期困扰发动机工业。
导致在该行业中大量燃料喷射器部件废弃的另一种燃料喷射器性能问 题与阻塞和流动限制无关，而是与喷射器喷射孔的扩大趋势有关。在某些 情况下，由于流体对喷射孔内壁的腐蚀，喷射孔会变大。对于使用较高压 力和流量的喷射器而言，例如通常用在某些较大的压燃式柴油机中的喷射 器，这种趋势尤为明显。换言之，经过多个小时的工作，在高压下从喷射 器喷射孔喷出的燃料会腐蚀喷射孔的内壁，增大孔的尺寸并导致过量的燃 料喷射到与特定喷射器相连的发动机气缸内。
某些具有最终发展成高流量状态的趋势的喷射器可重达超过二十磅， 并且尤其由于其制造所用的大量的和非常精确的加工而十分昂贵。因此， 工业上十分需要一种对这些较大的、高负荷且昂贵的喷射器尤其是燃料喷 射器尖端进行再利用的手段。某些早期的再制造燃料喷射器的尝试涉及废 弃许多其中只有喷射器尖端不合规格的喷射器和/或部件并将新的尖端附 装到再制造的喷射器体部上。
本公开致力于克服上述的一个或多个问题或缺陷。

发明内容
一方面，本爿^开提供了一种制造燃料喷射器的方法，包括阻塞燃料喷 射器尖端中的第 一组喷射孔，该步骤又包括用材料至少部分地填充所述第 一组喷射孔。所述方法还包括在所述燃料喷射器尖端中形成一组新的、构 造成允许燃料从所述燃料喷射器尖端喷出的喷射孔，该步骤又包括在所述 燃料喷射器尖端的与所述第 一組喷射孔和所述至少部分地填充所述第 一组 喷射孔的材料间隔开的区域内形成所述一組新的喷射孔。
另 一方面，本公开提供了 一种再制造和再利用具有不合规格的喷射孔 的燃料喷射器尖端的方法。该方法包括接收/获取在工作寿命完结后从发动 机上拆下的燃料喷射器尖端，该燃料喷射器尖端具有笫一组喷射孔，该第 一组喷射孔具有第 一平均孔尺寸。所述方法还包括阻塞所述第 一组喷射孔，
该步骤又包括用材料至少部分地填充所述第一组喷射孔；以及在所述燃料 喷射器尖端中形成一组新的、具有与所述第一平均孔尺寸不同的第二平均 孔尺寸的喷射孔，所述一組新的喷射孔构造成允许燃料从所述燃料喷射器 尖端喷出。
又一方面，本公开提供了一种再制造的燃料喷射器尖端，该燃料喷射 器尖端包括喷射器尖端体部，该体部具有外表面、第一端、第二端以及在 所述第一端和第二端之间延伸的燃料通道。所述喷射器尖端体部还包括一
组在所述燃料通道和外表面之间延伸的先前喷射孔，在所述一组先前喷射 孔中具有至少部分地在所述燃料通道和外表面之间延伸并阻止流体流过所 述一组先前喷射孔的材料。所述喷射器尖端体部还包括另 一组在所述燃料 通道和外表面之间延伸的、构造成允许燃料从所述喷射器尖端体部喷出的 喷射孔，该另一组啧射孔在所述喷射器尖端的再制造过程中形成。


图1是具有才艮据一个实施例的再制造尖端的燃料喷射器的示意性局部
剖切侧3见图2是根据一个实施例的再制造的燃料喷射器尖端的示意性端视图； 图3是根据另一个实施例的燃料喷射器尖端的局部剖切侧视图；以及 图4是根据一个实施例的与再制造设备一起示出的燃料喷射器尖端的 示意性侧视图。
具体实施例方式
参照图1,示出具有根据本公开的再制造的燃料喷射器尖端14的燃料 喷射器10。喷射器10包括以常规方式与喷射器尖端14连接的喷射器体部 12。在其它实施例中，体部12和尖端14可包括单一部件。喷射器尖端14 可以包括第一端18和第二端20以及外表面16。燃料通道22在第一端18 和笫二端20之间延伸，并且可包括能在其中来回运动以通过移动到抵靠底 座29或离开底座29的位置来控制燃料喷射的针阀元件23。在第二端20 可设置球形部30，该球形部包括一组至少部分地用材料25填充的先前喷 射孔24和另一组"新"的喷射孔26。喷射孔26构造成允许经由燃料通道 22供应的燃料从喷射器尖端14喷出，例如经由液嚢28，因此，喷射孔26 可从液囊28延伸到喷射器尖端14的外表面16。由于材料25—例如焊接填 料或其它材料一在先前喷射孔24内至少部分地在外表面16和液嚢28之间 延伸以阻止流体从中流过，因此先前喷射孔24不允许燃料从液嚢28喷出 喷射器尖端体部14。阻塞先前喷射孔24然后在球形部30中形成新的喷射
孔26使得能够以用先前的再制造策略不可能实现或者至少不实用的方式 实现喷射器尖端14的再制造及其在再制造的燃料喷射器中的使用，这大大 减少了目前为再制造的喷射器提供新的喷射器尖端的需求。此外，再制造 的喷射器10可具有与最初在内燃机中使用的那些喷射器相同或一致的工 作特征。
可以想到，先前喷射孔24可包括与期望的平均直径不同的第一平均直 径。在以本文所述的方式被阻塞以前，先前喷射孔24可为喷射器IO提供 不同于期望流量的喷射流量。特别地，先前喷射孔24可包括至少一个高流 量喷射孔，从而喷射器尖端14在工作时将具有向内燃机气缸中喷射比所期 望的燃料量更多的燃料的趋势。如本文所述地对喷射器尖端14进行再制造 允许形成新的喷射孔26,该喷射孔26具有与喷射器10的期望平均流量相 等或接近的、通常比先前喷射孔24的流量低的平均流量。为此，喷射孔 26可具有与先前喷射孔24的平均直径不同、通常是更小的第二平均直径。
转到图2，示出喷射器尖端14的端视图，其中示出新的喷射孔26和 用虛线表示的被焊接材料包围并阻塞的先前喷射孔24。可以注意到，各个 先前喷射孔24的直径可比新的喷射孔26的直径大。还可注意到，先前喷 射孔24绕沿纵向即进出图2纸面的方向延伸的大致通过喷射器尖端14的 中心的轴线A以第一放射状图案布置。新喷射孔26可按照与先前喷射孔 24的放射状图案类似但与之偏离的放射状图案布置。换言之，钻出或以其 它方式形成新喷射孔26通常在与先前喷射孔24和阻塞并包围先前喷射孔 24的材料25间隔开且不重叠的区域内进行。在所示实施例中，示出四个 具有相关的塞焊焊缝(plug weld)的先前喷射孔24以及四个新的喷射孔 26。但是，应当i人识到，相应的孔组不必包括四个孔，甚至不必包括数量 彼此相同的孔，所述孔组也不必以相似的放射状图案布置。然而在实际的 实施方式中，喷射器尖端14可按照与最初的使用相同或相似的方式再被使 用。因此，为了使带有再制造的尖端14的喷射器10在再使用时实现几乎 同样的性能和操作，新喷射孔26可包括与先前喷射孔24相同的数量和分 布。
通常希望孔24和孔26之间具有间距以避免穿过在先前喷射孔24之内 或周围的材料钻取新的喷射孔26。通常认为在钻通喷射器尖端14的完好 的材料时新喷射孔26的完好性优于在钻通材料例如填充材料或制成尖端 14的被熔化并又固化的材料时的完好性。在所示的例子中，新的喷射孔26 在径向方面可从先前喷射孔偏移大约为45°的角度e,尽管该相对偏移量 也可不同，从而在各个相应的孔组内包括数量更多或更少的喷射孔。
可通过多种手段实现对先前喷射孔24的阻塞，包括将先前喷射孔24 焊接封闭，在其中引入可固化的材料并允许固化，或某些其它技术。对于 焊接而言，可使用摩擦焊如搅拌摩擦焊、常规的弧焊、激光焊等。可想到 用激光焊将先前喷射孔24焊接封闭提供了一种实用的实施方案。
材料25可至少部分地由制成喷射器尖端14、尤其是球形部30的材料 组成。可使用钢例如52100钢，或其它各种任意的已知的和/或有专利权的 材料。参照图3，示出根据一实施例的喷射器尖端114的一部分的剖视图， 其中与喷射器尖端14的材料相容的焊接填料例如适当的焊丝133置于先前 喷射孔124中，然后与球形部130的一部分一起熔化，并固化而在先前孔 124之内或周围形成塞焊焊缝。在再使用喷射器尖端114之前，可使用工 具从喷射器尖端114的内部和外部加工切削掉焊丝133的多余部分或焊瘤。 相似的加工技术通常也可用于图1的喷射器尖端14。对喷射器尖端14和 114的各个部分进行研磨或抛光也可以是再制造过程的一部分。
回到图1所示的实施例，在可行的情况下希望通过将先前喷射孔24 周围区域内的材料熔化并允许熔化的材料流入先前喷射孔24且固化而在 其中形成塞焊焊缝，来用与制成喷射器尖端14的材料相同的材料完全阻塞 各个先前喷射孔24。用于使孔24的壁坍缩并用尖端14的材料至少部分地 填充孔24的其它手段也在^^开的范围内。但是，激光焊由于不用添加填 料而被认为尤其适于阻塞先前喷射孔24。本领域的技术人员应当理解，适 于焊接封闭或阻塞先前喷射孔24的特定技术至少部分地取决于制成目标 喷射器尖端的材料以及生产环境、将来的性能和耐久性要求。
工业适用性
如上所述，本公开的一个特定的再制造应用涉及再制造已知为"高流 量"燃料喷射器或具有"高流量"尖端的燃料喷射器。随着使用寿命的耗 逝，燃料喷射器尖端中的通常位于球形部内的喷射孔的内壁会经受流体腐 蚀，使得所述孔从期望的孔尺寸扩大并增大了其相对流量。由于流体腐蚀 使得过量燃料流过燃料喷射器尖端中的一个或多个孔会导致相关发动机的 较差的燃料经济性和发动机排放物中未燃烧碳氢化合物的增加，并可能引 发其它问题。许多发动机运行方案的成功至少部分地依赖于对燃料喷射量 和燃料喷射正时的较精确的控制，因此在燃料喷射器中即使相对于工作规 程有小的偏差也会损害发动机性能。在从最终用户或其它实体处获得工作 寿命完结后的特定燃料喷射器时，通常会评估其操作性能，包括评估喷射 器尖端内的相对流量和/或孔尺寸。并非所有的喷射孔都一定会以相同的速 率经受流体腐蚀，因此，通常收到的要进行再制造的燃料喷射器尖端具有 一些直径和流量符合规格的喷射孔，而其它的某些喷射孔则被腐蚀成不合 规格的状态。在任何情况下，如果给定的燃料喷射器尖端的喷射孔的平均 直径/流量比期望的直径/流量大，则燃料喷射器尖端就可能处于高流量状态 并因此适于进行再制造。当发动机被拆卸以进行改造或再制造时，以前通 常会有至少三分之一的某种燃料喷射器尖端具有高流量失效状况并因此被 废弃。本公开将显著地减少这种浪费和损失。
在本公开的其它方案中，具有低流量状态的喷射器一例如其中喷射孔 被实际上无法去除的材料如极其硬的碳化材料阻塞一可如本文所述地被再 制造。也可想到其它的实施例,其中在使用前通过测试而发现具有一些缺 陷的燃料喷射器尖端可如本文所述地被再制造，而且可想到这样的实施例， 其中现有的尖端设计已过时或不再需要，则可如本文所述地修改新制造的
喷射器/尖端以生产具有新规格的喷射器/尖端。因此，；^^开不严格限于具 有高流量状态的燃料喷射器尖端或从使用中拆下的喷射器和尖端的再制造。
对燃料喷射器例如燃料喷射器10进行再制造可在获取了在工作寿命
完结后从发动机上拆下的燃料喷射器和/或燃料喷射器尖端14之后进行。 如本文所用，"工作寿命，，并非指特定长度的时间，因为某些发动机或相 关部件例如燃料喷射器在经过不同时间的使用后可能被拆卸以进行改造或 再制造，这取决于工作条件、发动机类型、性能状况、便易性等。在许多 情况下，出于与燃料喷射器的性能无关的原因，也可能将特定的发动机从 使用中拆下并将其部件送去再制造。但是，在将发动机从使用中拆下时对 燃料喷射器进行再制造是最方便和合适的，即使(此时)喷射器的工作尚 未恶化到为操作人员或技术人员所显见的程度。在其它情况下，出于保修 更换或其它原因，喷射器会被返回再制造，而此时相关发动机不进行改造 或再制造。
因此，在至少一个先前喷射孔24不合规格时，例如在再制造之前喷射 器尖端14的平均孔尺寸大于燃料喷射器的特定管路所期望的孔尺寸时，燃 料喷射器尖端14 (和尖端114)通常应进行再制造。可使用流量测试或某 些其它诊断方法来判定是否至少一个先前喷射孔24已达到高流量状态。
参照图4,示意性地示出喷射器尖端再制造i殳备180，包括固定装置 200和激光装置300。在某些情况下可能希望将激光装置300用于阻塞先前 喷射孔24和钻取新的喷射孔26两者，然而本公开不受限于此。激光装置 300和固定装置200在图4中示出为大致定向成激光装置300已完成对先 前喷射孔24的焊接封闭并且已完成第一个新喷射孔26的激光钻取时的状 态。在一个实施例中， 一旦确定喷射器尖端14适于再制造，则可将该喷射 器尖端14置于固定装置200中，然后绕喷射器尖端14的轴线A旋转特定 的角度量多次。该方法4吏得激光装置300可在一组不同的角度方位中的每 个角度方位处一次一个地焊接封闭各个先前喷射孔24。在喷射器尖端14 具有四个喷射孔要阻塞时，固定装置200可在各次激光焊接操作之间递增 地旋转大约90。，直到每个先前喷射孔24都被阻塞。然后，固定装置200 可按标度旋转(index)特定的角度值以将球形部30的完好材料定位在用 于钻取第一个新喷射孔26的位置。当要钻取四个新的喷射孔时，该角度标 度量可大约为45。。然后固定装置200可在第二组角度方位中的各个角度 方位之间递增地旋转90。，从而激光装置300可一次一个地钻取各个新的 喷射孔26。当使用不同数量或构型的孔时，在焊接、钻孔和标度方面，固 定装置200的定位可与所描述的不同。
由于本文所述的原因，本公开可用于制造和再制造燃料喷射器而不受 材料、喷射器类型等的限制。但是可以想到，对于较大而昂贵的燃料喷射 器 - 其中某些喷射器单个的重量可超过二十磅-再利用燃料喷射器部件的 经济合理性趋向于最大。对这种燃料喷射器进行再制造的现有技术涉及废 弃所有的高流量燃料喷射器尖端并替换以崭新的喷射器尖端。
除了避免与为再制造的喷射器体部配备新的尖端有关的大量成本以 外，也可减少与最终装配和喷射器性能确认有关的时间和费用。某些燃料 喷射器具有在装配前与其它部件相配的独立部件以获得期望的或最佳的性 能。制造燃料喷射器部件的公差可影响操作，因此经常希望使具有特定特 征的独立部件与具有相似或补偿性特征的其它部件相配。换言之，第一部 件例如喷射器体部12由于制造公差引起的与理想规格的偏差可在具有与 理想规格的互补偏差的第二部件中进行补偿。通过应用本文的教导，在某 些情况下可减少用于识别在结构或操作上具有互补偏差的部件的需要，因 为最初从喷射器体部拆下的喷射器尖端可再次用于相同的喷射器体部。通 过将燃料喷射器尖端再制造成原来的规格而非仅仅将它们丟弃，根据4^> 开的再制造可减少50%或更多的用于再制造的喷射器的尖端成本。
本说明书仅仅用于例述性目的，无论如何都不应当解释成缩小本公开 的范围。因此，本领域的技术人员应理解，可对当前所公开的实施方式进 行各种修改而不会背离本公开的期望精神和范围。例如，尽管本说明书强 调再制造燃料喷射器尖端以使之用于与最初一致的应用，但本公开不限于 此。除了用于与给定喷射器从其上拆下的发动机类型相同的发动机外，也 可按照本文所述的方式改造喷射器以使之在有所不同的发动机上工作或在 相同的发动机上以不同的方式工作。例如，新喷射孔的数量、分布、方位 等与先前喷射孔相比可有所改变。另外，尽管主要讨论了将焊接作为用于 阻塞先前喷射孔以及形成新喷射孔的方案，但本公开也不限于此。可使用
汽相沉积、电沉积、薄膜涂覆和各种其它方案来阻塞先前喷射孔，而可使
用EDM、常规的钻孔和其它方法形成新的喷射孔。另外，尽管在许多情况 下希望在喷射器尖端的完好材料内形成新的喷射孔，但这不是必须的，
、
孔能正常工作即可。最后，尽管可考虑从喷射器尖端的外部阻塞先前喷射 孔和形成新喷射孔，但在其它实施例中，也可在内部使用焊接例如搅拌摩 擦焊工艺以从内部封闭先前喷射孔。在考查附图和所附权利要求时可清楚 看到其它方面、特征和优点。
权利要求
1.一种制造燃料喷射器的方法，包括阻塞燃料喷射器尖端中的第一组喷射孔，包括用材料至少部分地填充所述第一组喷射孔；以及在所述燃料喷射器尖端中形成一组新的、构造成允许燃料从所述燃料喷射器尖端喷出的喷射孔，包括在所述燃料喷射器尖端的与所述第一组喷射孔和所述至少部分地填充所述第一组喷射孔的材料间隔开的区域内形成所述一组新的喷射孔。
2. 根据权利要求l所述的方法，其特征在于，所述形成一组新的喷 射孔包括形成一组新的、平均直径比所述第一组孔的平均直径小的孔。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述阻塞第一组喷射 孔包括熔化位于所述第 一组喷射孔内的填充材料。
4. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述阻塞第一组喷射 孔包括熔化所述燃料喷射器尖端的位于所述第一组喷射孔周围的区域内的 材料并用熔化的材料阻塞所述第一组喷射孔。
5. —种再制造和再利用具有不合规格的喷射孔的燃料喷射器尖端 的方法，包括接收在工作寿命完结后从发动机上拆下的燃料喷射器尖端，该燃料喷 射器尖端具有第一组喷射孔，该第一组喷射孔具有第一平均孔尺寸；阻塞所述第一组喷射孔，包括用材料至少部分地填充所述第一组喷射 孔；以及在所述燃料喷射器尖端中形成一组新的、具有与所述第 一平均孔尺寸 不同的第二平均孔尺寸的喷射孔，所述一组新的喷射孔构造成允许燃料从所述燃料喷射器尖端喷出。
6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述形成一组新的喷 射孔包括在所述燃料喷射器尖端的与所述第 一组喷射孔和所述至少部分地 填充所述第 一组喷射孔的材料间隔开的区域内形成所述一组新的喷射孔。
7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于， 所述阻塞所述第 一组喷射孔包括通过多个焊缝将所述第 一组喷射孔焊接封闭；以及所述形成一组新的喷射孔包括在所述燃料喷射器尖端的与所述多个焊 缝不重叠的区域内形成一组新的、平均直径比所述第一组喷射孔的平均直 径大的喷射孔，并形成与所述第一组孔的数量相同的孔；所述方法还包括在阻塞所述第 一组喷射孔之后并在形成一组新的喷射孔之前，使所述 燃料喷射器尖端在第一组径向方位和第二组不同的径向方位之间按标度旋 转；以及在阻塞所述第 一组喷射孔之前拆卸包括所述燃料喷射器尖端的燃料喷 射器。
8. —种再制造的燃料喷射器尖端，包括喷射器尖端体部，该体部具有外表面、第一端、第二端以及在所述第 一端和所述第二端之间延伸的燃料通道；所述喷射器尖端体部还包括一组在所述燃料通道和所述外表面之间 延伸的先前喷射孔，在所述一组先前喷射孔中具有至少部分地在所述燃料 通道和所述外表面之间延伸并阻止流体流过所述一组先前喷射孔的材料； 以及所述喷射器尖端体部还包括另一组在所述燃料通道和所述外表面之 间延伸的、构造成允许燃料从所述喷射器尖端体部喷出的喷射孔，所述另 一组喷射孔在所述喷射器尖端的再制造过程中形成。
9. 根据权利要求8所述的再制造的燃料喷射器尖端，其特征在于， 所述一组先前喷射孔包括第一平均直径，所述另一组喷射孔包括比所述第 一平均直径小的第二平均直径并与所述一组先前喷射孔间隔开；所述燃料通道在所述第二端包括液嚢，所述一组先前喷射孔和所述另一组喷射孔在所述外表面和所述液嚢之间延伸；以及所述喷射器尖端包括第 一材料，位于所述一组先前喷射孔中的材料至 少部分地包括所述第一材料。
10.根据权利要求9所述的再制造的燃料喷射器尖端，其特征在于， 所述一组先前喷射孔包括第 一数量的被腐蚀扩大的喷射孔，所述另一 组喷射孔包括数量相同的喷射孔；以及所述喷射器尖端体部包括与所述燃料通道同轴的纵向轴线，所述一组 先前喷射孔绕所述纵向轴线以第一》文射状图案分布，所述另一组喷射孔绕 所述纵向轴线以从所述第一放射状图案偏移的类似的放射状图案分布。
全文摘要
本发明涉及燃料喷射器的再制造方法和再制造的燃料喷射器。一种用于再制造和再利用燃料喷射器尖端例如高流量燃料喷射器尖端的方法包括阻塞燃料喷射器尖端中的第一组喷射孔，该步骤又包括例如通过激光焊接用材料至少部分地填充所述第一组喷射孔。同样例如用激光在燃料喷射器尖端的完好材料中形成从先前喷射孔偏移的新的喷射孔。一种再制造的燃料喷射器尖端包括被阻塞的先前喷射孔以及构造成允许燃料从燃料喷射器尖端喷出的新喷射孔。
文档编号F02M61/18GK101173644SQ20071018496
公开日2008年5月7日 申请日期2007年10月30日 优先权日2006年10月30日
发明者H·D·延克尔, J·S·米拉尔 申请人:卡特彼勒公司