锥形喷孔的磨损优化的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于制造用于内燃机的燃料喷嘴中的喷孔(12)的方法，其中，喷孔（12）借助于至少一种去除制造法形成，其中喷嘴（4）随后至少在喷孔（12）的区域中经受硬化处理，使得喷孔表面（17）在其整个轴向长度上被硬化。
【专利说明】锥形喷孔的磨损优化的制造
[0001]本发明涉及一种用于制造用于内燃机的燃料喷嘴中的喷孔的方法，其中，实施至少一个用于形成喷孔的制造步骤和至少一个硬化步骤。
[0002]本发明还涉及一种用于内燃机的燃料喷嘴，其具有至少一个喷孔。
[0003]燃料喷嘴由喷嘴体和喷嘴针(喷嘴针阀)组成，它们两者由优质钢(高级合金钢)制造。喷嘴针可轴向移动地布置在喷嘴体中并且在其靠燃烧室侧的末端处具有锥形的阀密封面。借助于该锥形的阀密封面，喷嘴针与布置在喷嘴体中的钻孔的封闭末端处的锥形阀座面共同作用，其中，在阀密封面和阀座面之间的接触线处形成密封横截面。在该密封横截面之后沿燃料流动方向在下游处布置一些喷孔，它们布置在喷嘴体的壁中并且从喷嘴体中的钻孔出发通到喷嘴体的外周面处并且在此凸入到要供给的内燃机的燃烧室中。在此，这些喷孔例如可以设计成锥形，其中，喷孔的横截面从在燃料入口处的较大的直径均匀地锥形地减小到燃料出口处的较小的直径。
[0004]上述孔式喷嘴应用于直喷柴油机中，尤其是应用于共轨系统中，其中它们将处于非常高的压力下的燃料以急速的喷射射束喷雾到对面的活塞凹坑的壁上。喷嘴体一般具有多个喷孔，它们在喷嘴的内部中形成位于一个锥体的面上的均匀的孔圆。依据发动机的情况，喷孔的数目在5个(在轿车情况下)直到14个(在大型柴油机情况下)之间。孔径在
0.15mm(在轿车情况下)和0.4mm(在卡车情况下)之间变化。喷孔数目、喷孔角度和喷孔尺寸以及在喷嘴孔处的流动特性影响喷射射束和它的雾化。相应的喷射图(喷射模式)与其它的因数，例如喷射量、喷射压力、压力分布(变化)、燃烧室几何尺寸、压缩压力和压力温度，一起决定柴油燃料在燃烧期间的燃烧质量。
[0005]喷孔承受非常高的机械负荷。在磨损机理的作用下，例如空穴(气穴)作用或颗粒侵蚀(冲蚀)，可以导致快速的磨损速率并且由此导致喷射束形状、射束扩展或质量流量的改变。这些改变除了导致超过法定排放极限以外，也一定导致对发动机的损坏并且由此导致故障。为了阻止这种间接损害，喷嘴必须在相当短的运行时间之后被更换并且用新的替换。
[0006]在喷嘴中加工喷孔具有不同的方法。例如可以借助于钻孔或冲压制造喷孔。相应于钻孔模具或冲压模具的构造，这样制造的喷孔的形状几乎都是圆柱形的。
[0007]此外已知通过去除制造法，例如通过侵蚀(腐蚀)或激光来制造喷孔。这些制造法提供了这样的可能性，即给予喷孔不同的几何结构，例如锥形结构的喷孔，其多数在通流方向上在直径上是减小的。但是也已知许多其它的几何结构。
[0008]为了提高耐磨性、强度等等，对喷嘴坯体进行热处理，在原则上是公知的。这种热处理通常是表面硬化处理(表层淬硬，渗碳)或渗氮，即这样的热处理方法，它们虽然使材料在表面处变硬和耐磨损，材料核心保持较软，但是为此保持韧性。通过材料核心延伸的喷孔钻孔由此特别是在其中部区域中常常具有非足够的磨损保护。
[0009]因此，本发明的目的在于提高喷孔的耐磨强度并且由此延长喷嘴的运行时间。同时喷孔几何结构的设计应该在制造喷孔期间尽可能不受到任何限制。
[0010]为了实现该目的，按照本发明的第一方面，在一种开头所述类型的方法中基本上规定，借助于至少一种去除制造法(研磨，磨蚀，剥蚀)形成喷孔并且随后至少在喷孔的区域中对喷嘴进行硬化处理，使得喷孔表面在其整个轴向长度上被硬化。本发明由此涉及在制造特定成形的喷嘴，即借助于去除制造法，例如侵蚀(腐蚀)，激光或类似方法制造的喷嘴，中的生产流程。本发明的核心现在在于，孔的引入和硬化的步骤顺序这样地设计，即分别在负责磨损保护的热处理之前应用形成形状的喷孔制造方法，例如侵蚀(腐蚀)或激光。由此在所谓的软状态下加工出喷孔并且以本身已知的去除制造法制造不同的喷孔几何结构，优先地，锥形的几何结构，并且尽管如此也实现在喷孔表面中的耐磨性、强度和耐腐蚀性。硬化处理因此在喷孔成形之后才进行，从而喷孔表面可以在其整个轴向长度上被硬化。
[0011]优选如此实施硬化处理，即喷孔表面在其整个轴向长度上被均匀地硬化。
[0012]如已提及的那样，优选规定将喷孔设计成锥形或者包括锥形的区域。尤其地，喷孔的直径在通流方向上连续地减小。
[0013]有利地，喷孔通过侵蚀(腐蚀)或激光加工制造。一种用于侵蚀(腐蚀)喷孔的方法例如在DE10360080A1中描述。
[0014]优选地，硬化处理包括表面硬化。硬化处理在此情况下尤其包括渗氮步骤或热处理步骤，尤其是表面渗碳硬化处理。
[0015]一种特别有效的方法规定，喷孔在喷嘴的未硬化的材料中形成。
[0016]按照本发明的方法适用于加工不同的材料，尤其是钢材。优选地，喷孔在通过热等静压(模压)制造的喷嘴中形成。
[0017]按照本发明的第二方面，建议一种用于内燃机的燃料喷嘴，其具有至少一个喷孔，其中，喷孔具有与圆柱形不同的形状并且喷孔的区域以及喷孔表面在其整个轴向长度上被硬化。
[0018]优选地，喷孔表面在其整个轴向长度上被均匀地硬化。喷孔可以有利地设计成锥形或者包括锥形的区域。以特别有利的方式，喷孔的直径在通流方向上优选连续地增大。
[0019]以下借助于附图中示意示出的实施例详细说明本发明。在附图中，图1显示了一个共轨系统的燃料喷嘴的基本结构并且图2a和图2b显示了图1的部分II的细节图，其中，图2a显示了一种按照本发明制造的构造和图2b显示了一种按照现有技术制造的构造。
[0020]图1示意地示出了由高压蓄压器1、伺服阀2、节流板3、以及喷嘴4组成的共轨喷射器的结构。伺服阀2在静止状态下封闭在节流板3中存在的流出节流口 5。由此在控制室8中保持系统压力，控制室经由高压孔7和流入节流孔6与蓄压器I连接，使得喷嘴针10被压向在喷嘴体9中加工的喷嘴座11并且封闭喷孔12。在操作伺服阀2时，流出节流口 5被释放开，并且位于控制室中的燃料的压力将其压力卸压到低压系统(没有示出)中。同时，经由流入节流口 6再流入处于高压下的燃料。流出节流口 5和流入节流口 6的有效流通横截面在此情况下是相互协调的，即在操作伺服阀2时控制室8中的压力降低到这样的程度，使得在喷嘴室13中的作用于喷嘴针10的下部部分上的压力抵制控制室8中的压力并且抵制喷嘴弹簧14的力将喷嘴针10从喷嘴座11中压出并且释放喷孔12，从而燃料被喷射到燃烧室15中。在关闭伺服阀2之后没有燃料能够再经由流出节流口 5从控制室8流出，因此在此处建立的压力将喷嘴针10再次压到喷嘴座11中。
[0021]在按照图2a和2b的细节图中可以更好地看见喷孔12。出于清楚起见没有示出喷嘴针。用16标示一个靠近表面的区域，该区域由于硬化处理被硬化。一种按照现有技术的方法的结果在图2b中示出。喷嘴4首先被硬化并且之后才加工出喷孔12，因此喷孔表面17没有被硬化。相反，在图2a中示出的按照本发明的方法中，首先制造喷孔并且之后进行硬化处理，因此喷孔表面17被一起硬化。
【权利要求】
1.一种用于制造用于内燃机的燃料喷嘴中的喷孔的方法，其中，实施至少一个用于形成喷孔的制造步骤和至少一个硬化步骤，其特征在于，所述喷孔(12)借助于至少一种去除制造法形成并且所述喷嘴(4)随后至少在所述喷孔(12)的区域中经受硬化处理，使得喷孔表面(17)在其整个轴向长度上被硬化。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，喷孔表面(17)在其整个轴向长度上被均匀地硬化。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述喷孔(12)设计成锥形或包括锥形的区域。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述喷孔(12)的直径在通流方向上优选连续地减小。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述喷孔(12)通过侵蚀或激光加工来制造。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述硬化处理包括表面硬化。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述硬化处理包括渗氮步骤或热处理步骤，尤其是表面渗碳硬化处理。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述喷孔(12)在所述喷嘴(4)的未硬化的材料中形成。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，所述喷孔(12)在通过热等静压制造的喷嘴(4)中形成。
10.用于内燃机的燃料喷嘴，其具有至少一个喷孔(12)，其特征在于，所述喷孔(12)具有与圆柱形不同的形状并且所述喷孔(12)的区域以及喷孔表面(17)在其整个轴向长度上被硬化。
11.根据权利要求10所述的喷嘴，其特征在于，所述喷孔表面(17)在其整个轴向长度上被均匀地硬化。
12.根据权利要求10或11所述的喷嘴，其特征在于，所述喷孔(12)设计成锥形或者包括锥形的区域。
13.根据权利要求12所述的喷嘴，其特征在于，所述喷孔(12)的直径在通流方向上优选连续地增大。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的喷嘴，其特征在于，所述喷嘴(4)是一种通过热等静压制造的喷嘴(4)。
【文档编号】F02M61/16GK103764999SQ201280043096
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2012年8月28日 优先权日:2011年9月6日
【发明者】H.韦格尔 申请人:罗伯特·博世有限公司