專利名稱：用于內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射閥的制作方法
現(xiàn)有技術(shù)本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射閥，這種燃料噴射閥已由現(xiàn)有技術(shù)公開，例如已由公開文獻(xiàn)DE 196 18650 A1公開。在一個(gè)閥體中構(gòu)造有一個(gè)孔，在該孔中可縱向移動(dòng)地設(shè)有一個(gè)柱塞形狀的閥針，閥針在其燃燒室側(cè)端部具有一個(gè)閥密封面。在燃燒室側(cè)端部，該孔由一個(gè)閥座構(gòu)成邊界，閥針的閥密封面與閥座配合作用及由此通過其縱向運(yùn)動(dòng)控制至少一個(gè)噴射口的打開，該噴射口被構(gòu)成在閥體的燃燒室側(cè)端部上。
閥座及閥密封面至少基本上被構(gòu)成錐形的。在燃料噴射閥短的打開時(shí)間上閥針必需以很大的力運(yùn)動(dòng)，以便達(dá)到相應(yīng)小的開關(guān)時(shí)間。由此使閥針達(dá)到高速度，借助該速度在閉合運(yùn)動(dòng)時(shí)它用閥密封面撞擊到閥座上。尤其是在所謂共軌(Common-Rail)噴射系統(tǒng)上，例如由DE 19827 267 A1所公開的，由此對閥座及閥針產(chǎn)生高的要求，以便使燃料噴射閥具有高壽命及在整個(gè)工作壽命期間達(dá)到盡可能相同的噴射特性。
閥針在所述孔中的運(yùn)動(dòng)例如通過對閥針在向著閥座的方向上作用一個(gè)閉合力來產(chǎn)生。作用在閥針上的與閉合力相反方向的打開力通過對閥針加載帶壓力的燃料來得到，其中閥密封面的一部分在這里也承受一個(gè)液壓作用的力。在迄今公開的燃料噴射閥上在工作中引起配合面的磨損，即閥密封面及閥座隨著時(shí)間彼此補(bǔ)償及改變了閥密封面的液壓作用的部分面。由此使噴射不再是最佳的并可引起廢氣排放的增加。
在共軌燃料噴射閥的高壓區(qū)域-閥座區(qū)域也屬于該高壓區(qū)域-中，作為噴射過程的結(jié)果通常引起壓力振蕩。由此在兩次噴射之間在閥座及閥密封面上出現(xiàn)振蕩力，它被疊加在由持續(xù)作用的高壓引起的高的恒定基本負(fù)荷上。由此在閥密封面與閥座之間出現(xiàn)了磨損，這就不利地影響了燃料噴射閥的壽命。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)相比之下，本發(fā)明的具有權(quán)利要求1特征部分特征的燃料噴射閥具有其優(yōu)點(diǎn)，即該燃料噴射閥具有改善的燃料噴射量的漂移特性及具有更長的使用壽命。閥針的閥密封面和/或閥座在接觸區(qū)域中具有微凹陷，它們將導(dǎo)致在高負(fù)荷區(qū)域中閥座與閥針之間潤滑的改善。通過微凹陷-它在整體上構(gòu)成一個(gè)微結(jié)構(gòu)-的有目的地適配于與摩擦學(xué)相關(guān)的負(fù)荷，將使閥座的磨損減小及由此提高噴射系統(tǒng)的使用壽命。
在根據(jù)本發(fā)明的主題的一個(gè)優(yōu)選構(gòu)型中，這些微凹陷被構(gòu)造成各個(gè)彼此分開的小盆狀坑。當(dāng)各個(gè)小盆狀坑的直徑例如為5μm，及它們也以5μm的間隔布置成一個(gè)矩形柵格時(shí)，則可構(gòu)成多至每平方毫米(mm2)10,000個(gè)潤滑劑儲(chǔ)存坑。在小盆狀坑的直徑大時(shí)每面積單位具有相應(yīng)少的坑。這些小盆狀坑的布置也可這樣地優(yōu)化，即這些小盆狀坑在閥密封面或閥座的圓周方向上彼此間的距離不同于在縱向上的距離。
在另一有利的構(gòu)型中這些微凹陷被構(gòu)成為一些槽或槽弧段，它們或是彼此分開或是部分地重疊或相交。在此情況下有利的是，這些槽延伸在閥針的閥密封面和/或閥座的整個(gè)圓周上，這可簡單地被制造。
由于這些微凹陷的深度小，它們可用各種方法構(gòu)造在閥元件的密封面上。例如對此適于使用激光加工，硬車削，由火花或平版印刷方法來制造。借助這些方法可成本合適地及在很短時(shí)間上制造出大量的潤滑劑存儲(chǔ)坑。
本發(fā)明主題的其它優(yōu)點(diǎn)及有利構(gòu)型可從說明書、權(quán)利要求書及附圖中得知。


在附圖中表示出本發(fā)明的燃料噴射閥的各個(gè)實(shí)施例。附圖為
圖1一個(gè)燃料噴射閥的基本區(qū)域的縱剖視圖，圖2圖1中由II表示的區(qū)段的一個(gè)放大圖，圖3a，3b及圖3c圖2中由III表示的區(qū)段的不同實(shí)施例的放大圖，及圖4與圖2相同的視圖，具有構(gòu)成微凹陷的槽。
具體實(shí)施例方式
圖1表示本發(fā)明燃料噴射閥的一個(gè)實(shí)施例的、其基本區(qū)段的縱剖視圖。在一個(gè)閥體1中構(gòu)造有一個(gè)孔3，在該孔中可縱向移動(dòng)地設(shè)有一個(gè)柱塞形式的閥針5。這里閥體1被安裝在一個(gè)在圖中未示出的內(nèi)燃機(jī)中，以致閥體用其燃燒室側(cè)的端部伸入內(nèi)燃機(jī)的燃燒室中或構(gòu)成燃燒室壁的一部分。閥針5在背離燃燒室側(cè)具有一個(gè)導(dǎo)向區(qū)段15，該導(dǎo)向區(qū)段在孔3的導(dǎo)向區(qū)域23中密封地導(dǎo)向。從導(dǎo)向區(qū)段15出發(fā)閥針5向著燃燒室方向變細(xì)并構(gòu)成一個(gè)壓肩13，該壓肩在閥針5的整個(gè)圓周上環(huán)繞著閥針。閥針5在其燃燒室側(cè)端部過渡成一個(gè)基本上錐形的閥密封面7，它與閥座9配合作用，閥座也基本上構(gòu)成錐形及它在孔3的燃燒室側(cè)端部構(gòu)成該孔的邊界。在閥座9中構(gòu)造有至少一個(gè)噴射孔11，它使閥座9與內(nèi)燃機(jī)的燃燒室相連接。在閥針5與孔3的內(nèi)壁之間構(gòu)成一個(gè)壓力腔19，該壓力腔在壓肩13的高度上被在徑向上擴(kuò)寬，其中一個(gè)構(gòu)成在閥體1中的輸入通道25通到該徑向擴(kuò)寬部分中。通過該輸入通道可將高壓下的燃料注入到壓力腔19中，燃料將流過壓力腔19一直到達(dá)閥座9。
通過一個(gè)在圖中未示出的裝置使一個(gè)恒定的或可隨時(shí)間變化的關(guān)閉力施加在閥針5的背離燃燒室的端部上，由此使閥針5受壓并用其閥密封面7靠置在閥座9上。與該閉合力反向地作用著通過壓力室19中的燃料壓力作用在壓肩13上及作用在閥密封面7的一些部分上的液壓力。為了控制閥針5在孔3中的縱向運(yùn)動(dòng)將使用這兩個(gè)力。如果作用在閥針5上的液壓力超過閉合力，則閥針5用其閥密封面7從閥座9上抬起，及燃料從壓力室19通過這些噴射口11流到內(nèi)燃機(jī)的燃燒室中。如果閉合力增高或液壓力減小，則閥針5上的閉合力占優(yōu)勢，及閥針5用其閥座面7又靠置到閥座7上，由此使這些噴射口11閉合。
圖2表示圖1中用II表示的區(qū)段的放大圖，即燃料噴射閥的閥座區(qū)域的放大圖。閥密封面7被分成兩個(gè)錐面，它們中第一錐面107直接連接在閥針5的圓柱形區(qū)段上，而第二錐面207與第一錐面107相交界及構(gòu)成閥針5的尖端。第一錐面107具有比第二錐面207小的張角，以致在兩個(gè)錐面107及207的過渡處構(gòu)成一個(gè)密封邊緣30。閥座9具有一個(gè)張角(ffnungswinkel)，該張角大小處在第一錐面107的張角與第二錐面207的張角大小之間，由此在閥針5的閉合位置上密封邊緣30與閥座9形成接觸。這些噴射口11-它們中通常多個(gè)分布地設(shè)置在閥體1的圓周上-設(shè)置在密封邊緣30的下游，由此它們可通過閥針5閉合。
閥針5的開關(guān)時(shí)間很短，因?yàn)樵诳焖龠\(yùn)行的內(nèi)燃機(jī)上-如使用在轎車中的內(nèi)燃機(jī)-每分鐘可發(fā)生2000次以上的噴射，噴射過程僅持續(xù)1ms。因此作用在閥針5上的力大及加速度大，這可使閥針5以大的速度撞擊在閥座9上，其中在燃料噴射閥工作時(shí)密封邊緣30撞入到閥座9中少許，由此形成閥密封面7與閥座5之間的配合。因此閥密封面7與閥座9在機(jī)械上受到特別強(qiáng)的負(fù)荷。一方面，閥體1的閥座區(qū)域不能太硬，以避免該區(qū)域中的破裂。另一方面，密封邊緣30在工作中不能過多地撞入閥座9中，因?yàn)檫@樣使閥密封面7的由壓力腔19中的燃料加載的部分面改變及由此使閥針5抵抗閉合力在打開方向上運(yùn)動(dòng)的壓力改變。該打開壓力的改變也引起整個(gè)打開動(dòng)態(tài)特性的改變，以致不能保證精確的噴射。
在其中在壓力腔內(nèi)及由此閥座2上存在持續(xù)燃料高壓的噴射閥中，還由壓力振蕩產(chǎn)生出另一負(fù)荷。通過閥針的閉合使壓力腔中的向著閥座流動(dòng)的燃料被突然制動(dòng)，以致使動(dòng)能轉(zhuǎn)換成壓縮功及由此出現(xiàn)一些壓力振蕩，這導(dǎo)致了閥座及閥密封面的區(qū)域中的一個(gè)周期性負(fù)荷。以此方式受到負(fù)荷的燃料噴射閥主要使用在共軌噴射系統(tǒng)中。此外，在其中閥針上的閉合力通過一個(gè)控制室中的液壓壓力產(chǎn)生的燃料噴射閥中，在該控制室中產(chǎn)生出一些壓力振蕩，這同樣可導(dǎo)致在閉合位置中閥針上的周期性的力。
為了減小閥密封面7與閥座9之間的交界面上的磨損及由此提高使用壽命，本發(fā)明提出，在閥座9或在閥密封面7上構(gòu)造一些微凹陷。圖3a表示第一實(shí)施例，其中表示出閥密封面7的一個(gè)放大的片段，該片斷在圖2中用III表示。閥密封面7被一些小盆狀坑32所覆蓋，它們個(gè)體地構(gòu)成及彼此隔開。這些小盆狀坑32是圓形的微凹陷，它們在該例中以矩形圖案布置。小盆狀坑32的深度為0.5μm至50μm，其中3μm至20μm的深度特別有利。小盆狀坑具有5μm與100μm之間的直徑，其中10μm至50μm之間的大小被證明是特別有利的。小盆狀坑32彼此間的距離在5μm至500μm的范圍中，但在一定情況下也可在該范圍以外。
通過這些小盆狀坑32在閥密封面7上保持著一個(gè)燃料-潤滑膜，由此當(dāng)閥針5閉合時(shí)，即當(dāng)閥針靠置在閥座9上時(shí)，可保證這些部件之間的足夠潤滑。當(dāng)通過燃料噴射閥的不同工作狀態(tài)導(dǎo)致壓力腔19中的一些壓力振蕩及導(dǎo)致閥座9的區(qū)域中閥體1的變形時(shí)，這樣便可減小閥密封面7與閥座9之間的磨損。當(dāng)這些小盆狀坑32除閥密封面7外也構(gòu)造在閥座9上時(shí)，可達(dá)到同樣的、減小磨損的作用。也可考慮，僅在閥座9上構(gòu)造小盆狀坑32及由此構(gòu)成微結(jié)構(gòu)，但通常容易的是，在閥針5的閥密封面7上構(gòu)成微結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗子诮咏?br> 圖3b表示在閥密封面7中的一些微凹陷的另一實(shí)施例，其中所示的片段與圖3a中的片斷相同。這里構(gòu)造了一些槽弧段35來取代小盆狀坑，在該例中它們圍繞一個(gè)中心同心地布置。這些槽弧段35提供一個(gè)優(yōu)選的方向，由此使這些微凹陷的潤滑作用可通過在閥密封面7上的適當(dāng)定向被優(yōu)化。并且這里可以考慮，這些槽弧段35也可設(shè)在或僅僅設(shè)在閥座9上，這將視哪種情況更有利于潤滑作用或花費(fèi)更小的成本而定。
圖3c表示這些微凹陷的另一實(shí)施例，這里它們由一些槽38構(gòu)成。所示的片斷在其尺寸上相應(yīng)于圖3a及3b。這些槽38例如彼此平行地延伸及延伸在閥密封面7的切線方向上。圖4中表示它們在第一錐面107上的一個(gè)例子。但也可考慮，這些槽彼此相交，如圖4中在第二錐面207上所示出的。這里，通過這些槽38的定向、其寬度及深度也可調(diào)節(jié)潤滑性能及由此使其優(yōu)化。
這些微凹陷32，35，38的制造可用不同的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。例如對于槽38適于用精密車削，硬車削(Hartdrehen)或射束加工(Strahlbearbeitung)。小盆狀坑32例如可通過微壓花(Mikroprgen)、電火花加工或用平版印刷或電化學(xué)方法加工。同樣的方法也適于用來制造這些槽弧段35。在閥密封面7或閥座9上施加了微結(jié)構(gòu)后可考慮對表面后處理，例如可通過研磨、精磨或拋光來處理。具體選擇哪種方法，這取決于這些微凹陷的類型、材料及待加工面的尺寸。
權(quán)利要求
1.用于內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射閥，具有一個(gè)閥體(1)，在該閥體中在一個(gè)孔(3)內(nèi)設(shè)有一個(gè)柱塞形式的閥針(5)；具有一個(gè)閥座(9)，該閥座被構(gòu)成在孔(3)的燃燒室側(cè)的端部上及與一個(gè)構(gòu)成在閥針(5)上的閥密封面(7)配合作用，由此通過閥針(5)的縱向運(yùn)動(dòng)來控制構(gòu)成在閥體(1)的燃燒室側(cè)端部上的至少一個(gè)噴射口(11)的打開，其特征在于閥密封面(7)和/或閥座(9)具有一些微凹陷(32；35；38)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的燃料噴射閥，其特征在于這些微凹陷(32；35；38)個(gè)別地及彼此分開地構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的燃料噴射閥，其特征在于這些微凹陷(32；35；38)由一些小盆狀坑(32)構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的燃料噴射閥，其特征在于從閥針(5)的圓周方向上看這些小盆狀坑(32)彼此間具有小于閥針縱向上的間距。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的燃料噴射閥，其特征在于這些小盆狀坑(32)在閥密封面(7)的圓周方向上彼此間具有比閥針(5)的縱向上大的間距。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的燃料噴射閥，其特征在于這些微凹陷(32；35；38)彼此間具有在5μm與500μm之間的距離(a)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的燃料噴射閥，其特征在于這些微凹陷(32；35；38)由一些槽(38)構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的燃料噴射閥，其特征在于這些微凹陷(32；35；38)由一些槽弧段(35)構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8的燃料噴射閥，其特征在于這些微凹陷(32；35；38)至少部分地相交。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或8的燃料噴射閥，其特征在于這些微凹陷(32；35；38)延伸在圍繞閥密封面(7)和/或閥座(9)的整個(gè)圓周的一些同心圓中。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的燃料噴射閥，其特征在于這些微凹陷(32；35；38)至少部分地重疊。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的燃料噴射閥，其特征在于這些微凹陷(32；35；38)具有在0.5μm與50μm之間、最好在3μm與20μm之間的深度。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的燃料噴射閥，其特征在于這些微凹陷(32；35；38)具有在5μm與100μm之間、最好在10μm與50μm之間的寬度(b)。
14.根據(jù)以上權(quán)利要求中一項(xiàng)的燃料噴射閥，其特征在于這些微凹陷(32；35；38)通過射束加工，激光加工，硬車削，微壓花，電火花或通過平版印刷或電化學(xué)方法來制造。
15.根據(jù)權(quán)利要求7的燃料噴射閥，其特征在于這些槽(38)通過精密車削來制造。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15的燃料噴射閥，其特征在于這些微凹陷(32；35；38)在閥密封面(7)及閥座(9)的精加工后被施加上及這些面接著通過研磨、精磨或拋光被再處理。
全文摘要
用于內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射閥，具有一個(gè)閥體(1)，在該閥體中在一個(gè)孔(3)內(nèi)設(shè)有一個(gè)柱塞形式的閥針(5)。該孔(3)在其燃燒室側(cè)端部由一個(gè)閥座(9)構(gòu)成邊界，該閥座與一個(gè)構(gòu)成在閥針(5)上的閥密封面(7)配互作用，由此通過閥針(5)的縱向運(yùn)動(dòng)來控制構(gòu)成在閥體(1)的燃燒室側(cè)端部上的至少一個(gè)噴射口(11)的打開。在閥密封面(7)和/或閥座(9)上構(gòu)造了一些微凹陷(32；35；38)。
文檔編號(hào)F02M61/12GK1668842SQ03817027
公開日2005年9月14日 申請日期2003年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月16日
發(fā)明者維爾納·特施納, 克勞斯·韋斯特法爾, 威廉·克里斯特, 烏爾里希·博特, 亞歷山大·雷德利希 申請人:羅伯特·博世有限公司