CN111566169B - 燃料喷射器针上的化学镀镍涂层 - Google Patents

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Abstract

一种燃料喷射器包括具有喷射器腔的喷射器主体和设置在所述喷射器腔内的针阀元件。所述针阀元件被配置为相对于所述喷射器主体移动。所述针阀元件的至少一部分包括疏水涂层。

Description

燃料喷射器针上的化学镀镍涂层
相关申请
本申请要求于2017年11月30日提交的标题为“ELECTROLESS NICKEL COATING ONA FUEL INJECTOR NEEDLE”(燃料喷射器针上的化学镀镍涂层”的美国临时申请序列号62/592,463的权益，该美国临时申请的全部公开内容明确地以引用方式并入本文中。
技术领域
本公开涉及用于燃料喷射器的针阀元件的涂层，并且更具体地，涉及用于针阀元件的化学镀镍镀层或涂层。
背景技术
燃料喷射器用于向燃烧室供应燃料，以便在发动机操作期间在燃烧室中进行燃烧。根据燃料的品质、燃烧温度和其他参数，所得的燃烧会影响发动机的各种操作参数和/或导致磨损或其他不期望的燃烧效果。
关于燃料的品量，如果燃料包含污染物，则燃料喷射器的各种部件可能开始腐蚀和/或这种污染物的沉积可能干扰燃料喷射器的正常操作。例如，如果燃料包含基于硫酸盐的污染物，则这种污染物可以是水溶性的并且溶解在燃料内，使得它们与燃料一起被携带通过燃料喷射器。然而，由于燃料喷射器内的温度变化，这种基于硫酸盐的污染物会凝固，并且硫酸盐沉积物的积累可能出现在燃料喷射器的针阀元件并干扰其正常操作。
众所周知，可在燃料喷射器的一部分上使用类金刚石碳(“DLC”)涂层，以减少这些部分上的磨损。然而，诸如DLC涂层这样的耐磨涂层可能没有使由燃料喷射器的这些各种部分上的污染物形成的沉积物减少或最小化所必需的特性。另外，诸如DLC涂层这样的涂层可能昂贵并且价格太高，以致于不用于各种燃料喷射器应用。
如此，需要用于减少燃料喷射器的一些部分上的污染物沉积物的可能性并且更具体地减少燃料喷射器的针阀元件上的基于硫酸盐的沉积物的积累可能性的涂层或其他机构。
发明内容
在本公开的一个实施方式中，一种燃料喷射器包括具有喷射器腔的喷射器主体和设置在喷射器腔内的针阀元件。所述针阀元件被配置为相对于所述喷射器主体移动。所述针阀元件的至少一部分包括疏水涂层。
在本公开的另一实施方式中，一种燃料喷射器包括具有喷射器腔的喷射器主体和设置在喷射器腔内的针阀元件。所述针阀元件被配置为相对于所述喷射器主体移动。所述针阀元件的至少一部分包括被配置为与水形成大致60-88°的接触角的涂层。
在本公开的其他实施方式中，一种使燃料喷射器的一部分上的沉积物的形成最小化的方法包括：提供所述燃料喷射器的针阀元件；并且向所述针阀元件的一部分施用涂层。所述涂层是化学镀镍涂层。所述方法还包括：向所述燃料喷射器供应燃料；并且在所述涂层与燃料中的水之间形成接触角。
根据当结合附图观察时的以下对示例性实施方式的详细描述，本公开的实施方式的优点和特征将变得更清楚。
附图说明
图1是本公开的燃料喷射器的剖视图；
图2是图1的燃料喷射器的针阀元件的示意图，该针阀元件在其上包括化学镀镍涂层；以及
图3是使图1的燃料喷射器的针阀元件上的沉积形成物最小化的方法的流程图。
具体实施方式
为了促进对本发明的原理的理解，现在，将参考以下描述的附图中例示的实施方式。以下公开的实施方式并非旨在是排他性的或者将本发明限于以下详细描述中公开的精确形式。相反，选择和描述这些实施方式使得本领域的其他技术人员可利用它们的教导。应该理解，不旨在借此限制本发明的范围。本发明包括本发明涉及领域的技术人员正常将想到的本发明的原理的例示性装置和所描述方法和其他应用的任何改变形式和其他修改形式。
参照图1，内燃机的燃料***(未示出)包括一个或更多个燃料喷射器2。燃料***还可包括燃料泵、燃料蓄压器、阀和流体联接到燃料喷射器2的其他元件(未示出)。燃料喷射器2被配置为与发动机活塞(未示出)的往复运动成定时关系地将计量的一定量燃料(例如，柴油)喷射到内燃机的燃烧室中。
如图1中所示，燃料喷射器2包括喷射器主体4，喷射器主体4包括喷射控制阀组件6、喷嘴模块8、外壳10和阀壳体12。阀壳体12包括用于接纳喷射控制阀组件6的阀腔14，喷射控制阀组件6是通过从控制器(未示出)接收控制信号而致动的，以致使喷嘴模块8允许燃料流进入内燃机的燃烧室(未示出)中。外壳10以固定的关系固定喷射控制阀组件6、喷嘴模块8和燃料喷射器2的其他元件。燃料喷射器2的结构和功能细节可以类似于美国专利No.5,676,114和No.7,156,368中公开的细节，这两个美国专利的全部公开内容明确地以引用方式并入本文中。
参照图1，喷嘴模块8包括设置在外壳10中的喷嘴壳体18和位于喷嘴壳体18内的喷射器腔16。喷嘴壳体18还包括设置在喷嘴壳体18的远端处的一个或更多个喷射器孔口20。喷射器孔口20与喷射器腔16的一端连通，以将燃料排放到发动机的燃烧室(未示出)中。喷嘴模块8还包括喷嘴或针阀元件22，喷嘴或针阀元件22设置在喷射器腔16的与喷射器孔口20相邻的一端。针阀元件22可在打开状况和闭合状况之间移动，打开状况也表示喷射事件的开始，因为燃料可通过喷射器孔口20流入燃烧室(未示出)，并且闭合状况表示喷射事件的结束，因为通过喷射器孔口20的燃料流被阻塞或禁止。
喷嘴模块8包括针元件引导件24(其包括近侧端盖或端部部分26)、控制容积塞28和设置在针阀元件22和针元件引导件24之间的偏置弹簧66。当针阀元件22、针元件引导件24和端部部分26被安装在喷射器腔16中时，在针阀元件22的端部部分32和针元件引导件24的内部之间形成控制容积30。
控制容积30中的燃料压力确定针阀元件22是处于打开状况还是闭合状况，这由喷射控制阀组件6进一步确定，如本文中进一步公开的。当针阀元件22设置在喷射器腔16中时，针元件引导件24并且更具体地针元件引导件24的端部部分26纵向地设置在针阀元件22和喷射控制阀组件6之间。
仍然参照图1，至少一个纵向延伸的燃料输送通道34延伸穿过喷射控制阀组件6，以向喷射器腔16和控制容积30提供高压燃料。喷射控制阀组件6包括阀壳体12、阀腔14和设置在阀腔14内的喷射控制阀36。喷射控制阀36包括控制阀构件38、流控制构件(例示性地为止回阀球40)、包括阀座64的阀座主体62以及致动器42，以致使止回阀球40相对于阀座64在打开位置和闭合位置之间移动。
控制阀构件38设置在阀腔14中，并在打开位置和关闭位置之间往复运动，打开位置允许止回阀球40纵向移动以允许燃料流过燃料输送通道34，而在关闭位置止回阀球40阻止燃料流过燃料输送通道34。致动器42包括螺线管组件44，螺线管组件44包括具有第一端48和第二端50的定子壳体46、定子芯52、沿圆周设置在定子芯52的里面和周围的环形线圈组件54以及操作地连接到控制阀构件38的电枢56。定子壳体46包括穿过定子壳体46从第一端46延伸到第二端50的中心孔或芯58。中心孔58包括弹簧腔60并且被设置成接纳控制阀构件38。定子芯52位于定子壳体46上，并且在示例性实施例中，定子芯52固定到定子壳体46。
喷射控制阀组件6的阀座体62包括阀座64，并且当控制阀构件38处于闭合位置时，止回阀球40抵靠阀座64而处于闭合位置，从而阻挡燃料流过燃料输送通道34。当控制阀构件38处于打开位置时，止回阀球40沿纵向从阀座64移开到打开位置，从而允许燃料流过燃料输送通道34。
如图1中所示，当发动机控制***(未示出)为喷射控制阀组件6供电时，螺线管组件44能进行操作，以使电枢56朝向定子芯52纵向移动。电枢56的移动造成控制阀构件38从阀座64沿纵向移动，这允许控制阀构件38从阀座64移动，这造成燃料流过燃料输送通道34。然后，燃料在止回阀球40和阀座64之间流到阀腔14中，流向排放口(未示出)以释放控制容积30中的压力。当控制容积30中的压力被释放时，由排放压力产生的压力不平衡造成针阀元件22被抬高至打开状况，由此露出或暴露喷射器孔口20。然后，燃料被引向喷射器孔口20进入发动机的燃烧室(未示出)中。
如本文中公开的，在燃料喷射器2进行此操作期间，燃料从燃料蓄压器(未示出)被供应到燃料喷射器2，并且燃料接触各种部件。当燃料不含任何污染物时，燃料通常可经过燃料喷射器2的各种部件，而不会对燃料喷射器2造成任何增加的腐蚀或磨损。然而，有时，燃料可包含诸如硫这样的各种污染物，这些污染物会造成燃料喷射器2的与燃料接触的各种部件遭腐蚀，由此增加了燃料喷射器2的各种部件遭磨损和/或腐蚀的可能性，这会妨碍燃料喷射器2正常操作。
参照图2和图3，为了减少磨损并避免污染物沉积，将涂层80施用到燃料喷射器2的针阀元件22的至少一部分。涂层80通常被配置为与燃料中存在的任何水形成大致60-88°的接触角，这允许溶解在水内的任何污染物在针阀元件22的表面上滑动或从其滚落，使得沉积物没有积累在针阀元件22的表面上。在一个实施方式中，与水的接触角可以大致为62-84°。针阀元件22的表面上的涂层80的厚度通常大致为1-5μm。这样，涂层80允许在针阀元件22的表面与燃料内的任何水之间形成大的接触角，使得可能包含溶解的污染物(例如，硫污染物)的水容易从针阀元件22的表面滚落，而非允许含污染物的水保留在该表面上并积累。
如图3中所示，减少在燃料喷射器2的一部分上的污染物沉积的例示性方法包括在步骤100中将涂层80施用于针阀元件22的一部分。当在步骤102中将燃料(例如，柴油)施用于燃料喷射器2时，燃料(可包含溶解的污染物)内的任何水在针阀元件22的表面处形成接触角，如步骤104中所示。如本文中公开的，接触角可以是大的(例如，60-88°)，由此允许水(其内有溶解的污染物)容易地从针阀元件22滚落或滑下，由此降低了燃料内的任何水和/或污染物将保留并积累在针阀元件22的表面上的可能性。
在各种实施方式中，涂层80可以是化学镀镍涂层，因为可用化学方式或催化方式将它施用于针阀元件22的表面。例如，化学镀镍过程可以是在不使用任何外部电力的情况下在水溶液内发生的非电镀过程。
例如，化学镀镍涂层80可包含的磷的量可少至大致3重量％、4重量％或5重量％，高达大致9重量％、10重量％或11重量％，或在它们之间的任何范围内，诸如大致3重量％至11重量％。在该重量百分比范围中的涂层80中使用磷增加了涂层80的耐磨性，使得针阀元件22在其上被施用涂层80时会遭受的磨损减少。另外，化学镀过程还增加了涂层80的耐磨性。
在一些实施方式中，化学镀镍涂层80可包含的聚四氟乙烯(PTFE)的量可少至大致1重量％、2重量％或3重量％，高达大致10重量％、11重量％或12重量％，或在它们之间的任何范围内，诸如大致1重量％至12重量％。在涂层80中使用PTFE允许涂层具有疏水性，由此排斥燃料内的任何水并且有助于针阀元件22的表面与燃料中的任何水之间形成大的接触角。因此，在涂层80内使用PTFE降低了在针阀元件22的一些部分上有污染物沉积的可能性。这样，涂层80通过使用所公开重量百分比的磷、化学镀过程和所公开重量百分比的PTFE来增加耐磨性并增加对针阀元件22上的污染物沉积的形成的阻抗性二者。
该重量百分比的涂层80的其余部分可包含镍，例如，在一个实施方式中，涂层80可包含大致78-87重量％的镍。这样，涂层80的组成通常可包含镍、PTFE和磷。
可以理解，涂层80被配置为被施用于燃料喷射器2的可移动部件(诸如针阀元件22)，并且被配置为当与柴油接触时减小了可移动部件上的腐蚀和磨损。因为涂层80被施用于可移动部件(诸如针阀元件22)，所以涂层80被配置为防止由于会限制部件移动的磨损、腐蚀和/或沉积形成物而导致的粘住可移动部件或使其移动受限制。以这种方式，涂层80允许燃料喷射器2的可移动部件正常操作。
尽管已示出和描述了本公开的各种实施方式，但是要理解，这些实施方式不限于此。本领域的技术人员可以改变、修改和进一步应用实施方式。因此，这些实施方式不限于先前示出和描述的细节，而且还包括所有这种改变和修改形式。

Claims (10)

1.一种燃料喷射器，该燃料喷射器包括：
喷射器主体，其具有喷射器腔；以及
针阀元件，其设置在所述喷射器腔内并且被配置为相对于所述喷射器主体移动，并且所述针阀元件的至少一部分包括具有外表面的涂层，所述外表面被配置为暴露于燃料并且被配置为与燃料内的水形成60-88°的接触角，
其中，所述涂层包括1-12重量％的聚四氟乙烯、3-11重量％的磷和78-87重量％的镍。
2.根据权利要求1所述的燃料喷射器，其中，所述接触角为62-84°。
3.根据权利要求1所述的燃料喷射器，其中，所述涂层是化学镀镍涂层。
4.根据权利要求1所述的燃料喷射器，其中，所述涂层的厚度是1-5μm。
5.一种使燃料喷射器的一部分上的沉积物的形成最小化的方法，该方法包括：
提供所述燃料喷射器的针阀元件；
向所述针阀元件的一部分施用涂层，所述涂层是化学镀镍涂层，其中，所述涂层包括1-12重量％的聚四氟乙烯、3-11重量％的磷和78-87重量％的镍；
向所述燃料喷射器供应燃料；以及
在所述涂层的外表面与燃料中的水之间形成接触角，其中，所述接触角为60-88°。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述涂层包括化学镀镍镀层。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，施用所述涂层包括通过水溶液用化学方式向所述针阀元件的所述一部分施用所述涂层。
8.根据权利要求5所述的方法，其中，所述接触角为62-84°。
9.根据权利要求5所述的方法，其中，所述针阀元件限定所述燃料喷射器的可移动部件。
10.根据权利要求5所述的方法，其中，向所述燃料喷射器供应燃料包括供应柴油。
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