KR20110101056A

KR20110101056A - A nozzle for a fuel injector for internal combustion engines, and method of manufacturing a nozzle

Info

Publication number: KR20110101056A
Application number: KR1020110016594A
Authority: KR
Inventors: 삐에르파올로 미오띠; 투르한 일디림; 니코 쿠인
Original assignee: 바르질라 스위츠랜드 리미티드
Priority date: 2010-03-05
Filing date: 2011-02-24
Publication date: 2011-09-15
Also published as: JP5798762B2; CN102192063A; EP2365206B1; JP2011185266A; EP2365206A1; DK2365206T3; CN102192063B

Abstract

본 발명은 내연기관 연료주입기용 노즐(10)에 관한 것으로서, 상기 노즐(10)은 내부식성 재료의 본체(12)를 가지고, 상기 본체(12)는 원통형의 가이드 표면(16)을 가지며 상기 본체(12)의 바닥 단부에서 닫혀 있는 종방향 보어(14)를 가지고, 상기 본체(12)의 외측벽에 복수의 노즐 보어(18)가 형성되며, 상기 원통형의 가이드 표면(16)은 내부식성 재료의 본체(12)의 내측 표면(22) 상에 형성된 내마모층(20) 위에 형성되거나 또는 상기 종방향 보어(14) 내에 삽입된 내마모성 재료의 관형 슬리브(24) 위에 형성된다.The present invention relates to a nozzle (10) for an internal combustion engine fuel injector, said nozzle (10) having a body (12) of corrosion resistant material, said body (12) having a cylindrical guide surface (16) and said body With longitudinal bores 14 closed at the bottom end of 12, a plurality of nozzle bores 18 are formed on the outer wall of the body 12, wherein the cylindrical guide surface 16 is formed of a corrosion resistant material. It is formed on the wear resistant layer 20 formed on the inner surface 22 of the body 12 or on the tubular sleeve 24 of the wear resistant material inserted into the longitudinal bore 14.

Description

A NOZZLE FOR A FUEL INJECTOR FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES, AND METHOD OF MANUFACTURING A NOZZLE}

본 발명은 내연기관 연료주입기(fuel injector)에 관한 것이다. 본 발명은 특히, 선박 추진용 디젤 엔진 또는 전력을 공급하기 위한 정치 엔진(stationary engine)과 같은, 크로스헤드(crosshead)가 있거나 또는 크로스헤드가 없는 대형 4-행정 또는 2-행정 내연기관용 연료주입기에 관한 것이다.The present invention relates to an internal combustion engine fuel injector. The present invention particularly relates to fuel injection for large four-stroke or two-stroke internal combustion engines with or without crossheads, such as marine propulsion diesel engines or stationary engines for power supply. It is about.

보다 구체적으로는, 본 발명은 내연기관 연료주입기용 노즐 및 이러한 노즐 제조방법에 관한 것이다.More specifically, the present invention relates to a nozzle for an internal combustion engine fuel injector and a method for producing such a nozzle.

배출 가스에서 HC 함량을 줄이고, 매연(smoke)를 줄이며, 배출 밸브와 피스톤에서 연소되지 않은 연료 침전물(deposit)을 감소시키고, 연소 챔버를 깨끗한 상태로 유지시키기 위하여, 노즐 끝단에서 쌕 체적(sac volume)을 감소시키는 것이 중요하다. 이 방법 중 하나는 노즐 끝단(tip)에 있는 주입 구멍(injection hole)을 직접 닫는 것이다.Sac volume at the nozzle end to reduce HC content in the exhaust gas, reduce smoke, reduce unburned fuel deposits at the discharge valves and pistons, and keep the combustion chamber clean. It is important to reduce the One of these methods is to close the injection hole directly at the nozzle tip.

가능하면서도 기대할 수 있는 디자인 중 하나는 예를 들어 EP-A-052937호 및 WO2008/071187호에 기술되어 있는 것과 같이 주입 구멍을 개폐하기 위해 슬라이드 밸브(slide valve)를 포함하는 해결책이다. 이 문헌들은 밸브 가이드(valve guide)의 해당 밸브 시트(valve seat)와 협력하는 밸브 부분을 가진 축방향으로 이동가능한 스핀들(spindle)과 상기 밸브 스핀들의 밸브 부분 밑에서 분무기(atomizer)의 중앙 보어 내로 연장되는 차단 부재(cut-off element)를 포함하는 연료주입기를 개시하고 있다. 상기 차단 부재의 외측벽은 노즐 보어들의 유입 개구(inlet opening)들을 개폐시키기에 효과적이다.One possible and expected design is a solution that includes a slide valve to open and close the injection hole, for example as described in EP-A-052937 and WO2008 / 071187. These documents extend into the central bore of an atomizer under the valve portion of the valve spindle and the axially movable spindle with the valve portion cooperating with the corresponding valve seat of the valve guide. A fuel injector comprising a cut-off element is disclosed. The outer wall of the blocking member is effective for opening and closing the inlet openings of the nozzle bores.

이러한 타입의 디자인으로 인해, 내측 부분에서 경화 슬라이딩 표면을 가지고 외측 부분에서 고온 내부식성(hot corrosion resistant) 부분을 가진 노즐 끝단을 가지는 것이 바람직할 수 있다.Due to this type of design, it may be desirable to have a nozzle tip with a hard sliding surface in the inner part and a hot corrosion resistant part in the outer part.

EP-A-1549449호는 노즐 끝단 제조 방법에 대해 기술하고 있는데, 몰드(mould) 내에서 내부식성의 제 1 합금이 노즐 보어 주위에서 노즐의 외측 표면을 구성하는 외부 영역 내에 배열된다. 노즐의 또 다른 영역에서는 제 2 합금이 사용된다. 몰드 내의 재료들은 등압 성형(isostatic pressing)에 의해 처리되어 경화 재료(consolidated material)가 된다. 이 두 합금들 사이의 경계 영역은 균열이 없어야 한다.EP-A-1549449 describes a method of making a nozzle tip, in which a corrosion-resistant first alloy is arranged in the outer region which constitutes the outer surface of the nozzle around the nozzle bore. In another area of the nozzle a second alloy is used. The materials in the mold are processed by isostatic pressing to become a consolidated material. The boundary area between these two alloys should be free of cracks.

EP-A-1549449호에 개시되어 있는 해결책의 한 문제점은 비용이 비싸다는 것이다. 또한, 내측 부분 또는 외측 부분들이 1 밀리미터 또는 수 밀리미터의 최소 두께를 필요로 하며 재료들 사이가 융해(fusion)되지 않는 위험성이 있다.One problem with the solution disclosed in EP-A-1549449 is that it is expensive. In addition, there is a risk that the inner or outer parts require a minimum thickness of one millimeter or several millimeters and that the materials do not fuse.

본 발명의 목적은 위에서 언급한 문제점들을 해결한 노즐과 같은 개선된 노즐 및 이러한 노즐을 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to provide an improved nozzle, such as a nozzle, which solves the above mentioned problems and a method of manufacturing such a nozzle.

본 발명에 따르면, 이 목적은 청구항 제 1항의 특징들을 가진 노즐과 청구항 제 5항의 특징들을 가진 노즐 제조방법에 의해 구현된다.According to the invention, this object is achieved by a nozzle having the features of claim 1 and a nozzle manufacturing method having the features of claim 5.

본 발명의 그 외의 다른 특징들과 이점들은 첨부된 도면들을 참조하여 순전히 비-제한적인 예에 의해 하기에서 제공된 상세한 설명에서 자명해질 것이다.Other features and advantages of the present invention will become apparent from the detailed description provided hereinafter by way of purely non-limiting example with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 노즐의 축방향 횡단면을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에서 화살표(II)에 의해 표시된 부분을 확대하여 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제 3 구체예에 따른 노즐의 축방향 횡단면을 도시한 도면이다.
도 4는 도 3의 구체예의 한 변형예를 도식적으로 보여주는 축방향 횡단면이다.1 shows an axial cross section of a nozzle according to the invention.
FIG. 2 is an enlarged view of a portion indicated by arrow II in FIG. 1.
3 shows an axial cross section of a nozzle according to a third embodiment of the invention.
4 is an axial cross-sectional view schematically showing one variation of the embodiment of FIG. 3.

도 1을 보면, 내연기관 연료주입기용 노즐이 도면부호(10)으로 표시되어 있다. 상기 노즐(10)은 내부식성 재료의 본체(12)를 가진다. 상기 본체(12)는 본체의 외측 표면 상에 코팅을 가지지 않는다.1, the nozzle for an internal combustion engine fuel injector is indicated by reference numeral 10. The nozzle 10 has a body 12 of corrosion resistant material. The body 12 does not have a coating on the outer surface of the body.

대형 디젤 엔진 특히 중유(heavy fuel oil)를 연소하는 디젤 엔진의 연소 챔버 내에서 사용되고 크롬 함량이 20%(질량%) 이상인 경우에 내부식성 재료로 정의될 수 있다.It can be defined as a corrosion resistant material when used in the combustion chamber of large diesel engines, especially diesel fuels that burn heavy fuel oil, and having a chromium content of 20% (mass%) or more.

내부식성 재료들의 예에는: Stellite 6, Haynes 188, Stellite 4, Inconel MA 758, Haynes 230, Nicofer 6125GT, Alloy 6052, Nimonic 81, Inconel 671, Haynes 160이 포함된다.Examples of corrosion resistant materials include: Stellite 6, Haynes 188, Stellite 4, Inconel MA 758, Haynes 230, Nicofer 6125GT, Alloy 6052, Nimonic 81, Inconel 671, Haynes 160.

상기 본체(12)는 원통형의 가이드 표면(16)을 가지며 본체의 바닥 단부에서 닫혀 있는 종방향 보어(14)를 가진다. 상기 종방향 보어는 상기 원통형의 가이드 표면(16)과 접촉하고 있는 차단 부분을 가지는 축방향으로 슬라이딩 이동가능한 밸브 부재(도시되지 않음)를 수용하도록 설계된다.The body 12 has a cylindrical guide surface 16 and a longitudinal bore 14 that is closed at the bottom end of the body. The longitudinal bore is designed to receive an axially slidable valve member (not shown) having a blocking portion in contact with the cylindrical guide surface 16.

상기 본체의 외측벽(lateral wall)에 복수의 노즐 보어(18)가 형성된다. 상기 노즐 보어(18)들은 각각 상기 종방향 보어(14) 내부로 향하는 내부 개구들과 상기 본체(12)의 외측 표면 위에서 개방된 배출 개구(outlet opening)들을 가진다.A plurality of nozzle bores 18 are formed in the lateral wall of the body. The nozzle bores 18 each have inner openings pointing into the longitudinal bore 14 and outlet openings that open over the outer surface of the body 12.

도 2에서 더욱 상세하게 도시된 것과 같이, 상기 원통형의 가이드 표면(16)은 내부식성 재료의 본체(12)의 내측 표면(22) 상에 형성된 내마모층(20) 위에 형성된다.As shown in more detail in FIG. 2, the cylindrical guide surface 16 is formed on the wear resistant layer 20 formed on the inner surface 22 of the body 12 of corrosion resistant material.

본 특허출원에서, 용어 "내마모층"은 상기 층(20)이 40 HRC 이상, 바람직하게는 52 HRC 이상의 경도(hardness)와 0.001mm 이상의 두께를 가지는 것을 의미한다. 상기 내마모층은 0.001mm의 전체 최소 두께를 통해 최소 52 HRC의 경도를 가져야 한다.In the present patent application, the term "wear resistant layer" means that the layer 20 has a hardness of 40 HRC or more, preferably 52 HRC or more and a thickness of 0.001 mm or more. The wear resistant layer should have a hardness of at least 52 HRC through an overall minimum thickness of 0.001 mm.

내마모층(20)은 서로 다른 방법들로 형성될 수 있는데, 이 방법들에는: (예를 들어 탄소 처리(kolsterising)와 같은) 탄소화(carbonising), 벽 보어의 고주파 경화(inductive hardening), 증착에 의한 코팅(경화 크롬 처리, DLC, WC, 레이저 클래딩 등), 플라즈마 질화법(plasma nitriding), 및 염 질화법(salt nitriding)이 포함된다.The wear resistant layer 20 can be formed in different ways, including: carbonising (such as kolsterising), induction hardening of the wall bore, Coatings by vapor deposition (chrome hardened, DLC, WC, laser cladding, etc.), plasma nitriding, and salt nitriding.

코팅의 경우, 특히 효율적인 방법은 코팅 단계 전에 노즐 보어(18)들 중 하나 이상을 형성하고 종방향 보어(14)와 노즐 보어(18)를 통해 코팅 물질을 순환시키는 단계로 구성된다. 그 뒤, 상기 노즐 보어(18)들은 기계가공, ECM, EDM 등에 의해 최종 수치로 증가될 것이다. 상기와 같이 순환되기 때문에 코팅 물질이 종방향 보어의 바닥 부분에 도달할 수 있게 한다.In the case of coating, a particularly efficient method consists of forming one or more of the nozzle bores 18 and circulating the coating material through the longitudinal bores 14 and the nozzle bores 18 before the coating step. The nozzle bores 18 will then be increased to final values by machining, ECM, EDM, or the like. The circulation as such allows the coating material to reach the bottom portion of the longitudinal bore.

도 3은 본 발명에 따른 노즐의 제 2 구체예를 도시한다. 앞에서 언급한 부재들에 해당하는 부재들은 동일한 도면부호들로 표시된다.3 shows a second embodiment of the nozzle according to the invention. Members corresponding to the aforementioned members are denoted by the same reference numerals.

도 3의 구체예에서, 원통형의 가이드 표면(16)은 내마모성 재료의 관형 슬리브(24)의 내측 표면에 의해 형성된다. 상기 관형 슬리브(24)는 내부식성 재료의 본체(12)의 종방향 보어(14) 내로 삽입된다.In the embodiment of FIG. 3, the cylindrical guide surface 16 is formed by the inner surface of the tubular sleeve 24 of the wear resistant material. The tubular sleeve 24 is inserted into the longitudinal bore 14 of the body 12 of corrosion resistant material.

상기 슬리브(24)는 종방향 보어(14) 내에서 가압될 수 있거나 또는 압축되어 상기 종방향 보어(14) 내에 끼워맞춤될 수 있다. 대안으로, 슬리브(24)는 종방향 보어(14)에 대해 띄워질 수 있다(floating). 노즐 보어(18)는 상기 슬리브(24)의 외측벽을 통해 연장된다.The sleeve 24 may be pressed in the longitudinal bore 14 or may be compressed to fit in the longitudinal bore 14. Alternatively, the sleeve 24 may float against the longitudinal bore 14. The nozzle bore 18 extends through the outer wall of the sleeve 24.

도 3은 관형 슬리브(24)의 가이드 표면(16)과 슬라이딩 이동가능하게 맞물려 있는 축방향으로 이동가능한 밸브 부재(26)를 보여준다.3 shows an axially movable valve member 26 that is slidably engaged with the guide surface 16 of the tubular sleeve 24.

도 4는 도 3의 구체예의 한 변형예를 보여주고 있는데, 여기서 열전도성 재료의 관형 슬리브(28)가 관형 슬리브(24)의 상측 전방 표면과 종방향 보어(14)의 개방 단부 사이에 끼워진다. 상기 슬리브(28)는 노즐(10)의 하측 부분으로부터 열을 멀리 이송시키기에 효과적이며 내마모성 재료의 슬리브(24)보다 더 우수한 열전달계수를 가진 재료로 제조된다.FIG. 4 shows a variant of the embodiment of FIG. 3, in which a tubular sleeve 28 of thermally conductive material is fitted between the upper front surface of the tubular sleeve 24 and the open end of the longitudinal bore 14. . The sleeve 28 is made of a material that is effective to transfer heat away from the lower portion of the nozzle 10 and has a better heat transfer coefficient than the sleeve 24 of the wear resistant material.

Claims

Nozzle 10 for an internal combustion engine fuel injector, the nozzle 10 having a body 12 of corrosion resistant material, the body 12 having a cylindrical guide surface 16 and a bottom of the body 12. With a longitudinal bore 14 closed at an end, a plurality of nozzle bores 18 are formed on the outer wall of the body 12, each nozzle bore 18 facing inside the longitudinal bore 14. In an internal combustion engine fuel injection nozzle (10) having internal openings and discharge openings that are open on an outer surface of the body (12),
The cylindrical guide surface 16 is formed on the wear resistant layer 20 formed on the inner surface 22 of the body 12 of corrosion resistant material or is tubular of wear resistant material inserted into the longitudinal bore 14. Nozzle (10) for an internal combustion engine fuel injector formed on the sleeve (24).

The method of claim 1,
The corrosion resistant material is a nozzle for an internal combustion engine fuel injector, characterized in that having a chromium content of 20% by mass or more.

The method of claim 1,
The wear resistant layer 20 has a hardness of 52 HRC or more and a thickness of 0.001 mm or more nozzles for internal combustion engine fuel injectors.

The method of claim 1,
The wear-resistant layer 20 is formed by a method selected from carbonising, induction hardening, coating by deposition, plasma nitriding, and salt nitriding. Nozzle (10) for an internal combustion engine fuel injector.

The method of claim 1,
The tubular sleeve 24 of the wear resistant material is pressurized or compressed in the longitudinal bore 14 to fit in the longitudinal bore 14 or to float against the longitudinal bore 14. The nozzle 10 for an internal combustion engine fuel injector.

The method of claim 1,
A second sleeve 28 of thermally conductive material is fitted into the longitudinal bore 14 between the upper front surface of the tubular sleeve 24 of the wear resistant material and the open end of the longitudinal bore 14. Nozzle for internal combustion engine fuel injector (10).

A method of manufacturing a nozzle (10) for an internal combustion engine fuel injector, wherein the nozzle (10) has a body (12) of a corrosion resistant material, the body (12) has a cylindrical guide surface (16) and the body (12). With longitudinal bores 14 closed at the bottom end of the plurality of nozzle bores 18 are formed on the outer wall of the body 12, each of the nozzle bores 18 being inside the longitudinal bore 14, respectively. In a method of manufacturing a nozzle (10) for an internal combustion engine fuel injector having internal openings directed toward the outlet and discharge openings open on the outer surface of the body (12),
The cylindrical guide surface 16 is formed on a wear resistant layer 20 formed on the inner surface 22 of the body 12 of corrosion resistant material or is a tubular sleeve 24 inserted into the longitudinal bore 14. Method for manufacturing an internal combustion engine fuel injector (10) formed on the).

The method of claim 7, wherein
The wear-resistant layer (20) is a method for producing a nozzle (10) for an internal combustion engine fuel injector, characterized in that formed by a method selected from carbonization, induction hardening, coating by vapor deposition, plasma nitriding method, and salt nitriding method.

The method of claim 8,
And the coating by the deposition is obtained by circulating a coating material through the longitudinal bores (14) and the nozzle bores (18).

The method of claim 7, wherein
The tubular sleeve 24 of the wear resistant material is pressurized or compressed in the longitudinal bore 14 to fit in the longitudinal bore 14 or to float against the longitudinal bore 14. A method of manufacturing a nozzle (10) for an internal combustion engine fuel injector.