DK174073B1

DK174073B1 - Method for manufacturing an atomiser for a fuel valve and such an atomiser

Info

Publication number: DK174073B1
Application number: DK28294A
Authority: DK
Inventors: Harro Hoeg
Original assignee: Man B & W Diesel As
Priority date: 1994-03-10
Filing date: 1994-03-10
Publication date: 2002-05-21
Also published as: DK28294A

Description

DK 174073 B1 iDK 174073 B1 i

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til fremstilling af en forstover til en brændselsventil til en forbrændingsmotor, navnlig en stor totakts motor, hvor hovedsagelig isotropisk, finkornet pulver af en sådan 5 sammensætning, at den færdigfremstillede forstøver besidder varmkorrosionsmodstand, anbringes i en form og HIP'es ved et tryk på mindst 800 bar og en temperatur på mindst 1000°C.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of producing a fuel valve for a combustion engine, in particular a large two-stroke engine, wherein mainly isotropic, fine-grained powder of such composition that the finished nebulizer possesses heat corrosion resistance, a pressure of at least 800 bar and a temperature of at least 1000 ° C.

Forstøveren til en forbrændingsmotor udsættes i 10 hver motorcyklus for en pludselig trykpåvirkning, når forstøverens indre boring ved ventilens åbning forsynes med tryksat brændsel, som sprøjtes ud gennem forstøver-hullerne. I området omkring forstøverhullerne kan brændstoffet påvirke forstøveren med ganske store 15 erosionspåvirkninger, som stiller store krav til forstøvermaterialets styrke. Da forstøveren rager et stykke ned i forbrændingskammeret, påvirkes den også af de vekslende temperaturer heri, og navnlig det høje temperaturniveau ved forbrændingen stiller krav til 20 forstøverens materiale, der skal have passende styrke ved høj temperatur og endvidere være modstandsdygtigt over for varmkorrosion.The atomizer of an internal combustion engine is subjected to a sudden pressure effect during each engine cycle when the internal bore of the atomizer at the valve opening is supplied with pressurized fuel which is ejected through the atomizer holes. In the area around the nebulizer holes, the fuel can affect the nebulizer with quite large erosion effects, which places great demands on the strength of the nebulizer material. As the nebulizer projects down into the combustion chamber, it is also affected by the alternating temperatures herein, and in particular the high temperature level of the combustion demands the material of the nebulizer, which must have adequate strength at high temperature and also be resistant to heat corrosion.

De kendte forstøvere består af et materiale, der er modstandsdygtigt over for varmkorrosion og erosions-25 påvirkninger fra brændslet. Der kendes forstøvere af støbt Stellite 6. Disse forstøvere fremstilles ved præcisionsstøbning, såkaldt investment-casting, hvor der omkring en positiv form af forstøveren i voks dannes en sandform, som bages med samtidig udsmeltning af voksen, 30 og derefter udstøbes forstøveremnet.The known atomizers consist of a material that is resistant to heat corrosion and erosion effects from the fuel. Molded Stellite 6. atomizers are known by precision casting, so-called investment casting, where a positive form of the nebulizer in wax is formed into a sand mold which is baked with simultaneous melting of the wax, and then the nebulizer is cast.

Af hensyn til styrkeegenskabeme af den støbte forstøver skal støbeemnet afkøles meget hurtigt for at opnå tilstrækkelig fin kornstruktur i den færdige forstøver. Den hurtige afkøling øger risikoen for 35 porøsiteter og koldløbninger i emnet, dvs. en slags 2 DK 174073 B1 lagdeling af materialet uden egentlig fuldstændig metallurgisk binding mellem de enkelte lag. Lagdelingen nedsætter udmattelsesstyrken af forstøveren. Der er derfor en grænse for det antal af forstøverhuller, som 5 kan bearbejdes ind i forstøverens materiale, idet hullerne svækker materialet og giver anledning til spændingskoncentrationer. Da for højt spændingsniveau i de kendte forstøvere ville kunne føre til revnedannelser i og efterfølgende brud af forstøverne og i værste 10 fald til indsprøjtning af koncentrerede stråler af brændsel direkte ned mod stemplets overflade, laves de kendte forstøvere ikke med tætliggende forstøverhuller.For the strength properties of the cast nebulizer, the molding must be cooled very quickly to obtain sufficient fine grain structure in the finished nebulizer. The rapid cooling increases the risk of 35 porosities and cold runs in the workpiece, ie. a kind of stratification of the material without really complete metallurgical bonding between the individual layers. The layering reduces the fatigue strength of the nebulizer. Therefore, there is a limit to the number of nebulizer holes that 5 can be machined into the nebulizer material, as the gaps weaken the material and give rise to stress concentrations. Since too high a voltage level in the known atomizers could lead to cracking in and subsequent bursting of the atomizers and, in the worst case, to injecting concentrated jets of fuel directly down to the piston's surface, the known atomizers are not made with nearby atomizer holes.

Dette begrænser den mængde brændsel, der kan indsprøjtes pr. brændselsventil pr. motorcyklus.This limits the amount of fuel that can be injected per day. fuel valve per motor cycle.

15 I kendte forstøvere af Stellite 6 med borede forstøverhuller har det vist sig, at forstøverhullerne ved udmundingen i den centrale langsgående boring i forstøveren har et meget brudt randparti, dvs. der er slået mange små fliser af hulranden. Den ujævne hulrand 20 giver kærwirkninger, som nedsætter forstøverens ud-mattelsesstyrke.15 In known atomizers of Stellite 6 with drilled nebulizer holes, it has been found that the nebulizer holes at the mouth of the central longitudinal bore of the nebulizer have a very broken edge portion, ie. many small tiles have been knocked off the hollow rim. The uneven hollow rim 20 provides cutting effects which decrease the nebulizer fatigue strength.

Fra EP-A-0 569 655 kendes en forstøver, bestående af en mekanisk legeret, dispersionshærdet nikkelbasis superlegering, dvs. en såkaldt ODS-legering (Oxide 25 Dispersion Strengthend). Den mekaniske legering sker i højenergimøller, eksempelvis store kuglemøller, hvor pulver- og/eller flageagtigt udgangsmateriale bestående af en dispersionsdel af yttriumoxid og en nikkelbaseret legeringsdel bearbejdes mekanisk til et materiale med 30 en homogen, meget fin mikrostruktur. Materialet kan herefter i flere trin kold- eller varmsmedes til den ønskede facon og efterfølgende varmebehandles for at fremkalde udskillelseshærdning. Denne kendte forstøver har som følge af dispersionshærdningen med oxider en 35 relativ høj styrke ved meget høje temperaturer. Frem- DK 174073 B1 3 stillingen af disse forstøvere er meget omkostningskrævende, og tildannelsen af forstøverhullerne er vanskelig, idet finfordelte, meget hårde yttriumoxider i materialet gør det vanskeligt at bearbejde dette.EP-A-0 569 655 discloses a nebulizer consisting of a mechanically alloyed dispersion-cured nickel-based superalloy, i.e. a so-called ODS alloy (Oxide 25 Dispersion Strengthend). The mechanical alloy takes place in high-energy mills, for example large ball mills, where powder and / or flake-like starting material consisting of a dispersion part of yttrium oxide and a nickel-based alloy part is mechanically processed into a material with a homogeneous, very fine microstructure. The material can then in several stages be cold or hot forged to the desired shape and subsequently heat treated to induce separation cure. This known atomizer, as a result of the dispersion cure with oxides, has a relatively high strength at very high temperatures. The position of these nebulizers is very costly and the formation of the nebulizer holes is difficult as finely divided, very hard yttrium oxides in the material make it difficult to process.

5 Fra japansk patentansøgning offentliggjort under nr. 1-215942 kendes en forstøver fremstillet på den indledningsvis nævnte måde af et sintret materiale af en intermetallisk forbindelse af TiAl og Ni^Al, der er velkendt som en særdeles hård punktudskilt bestanddel 10 i legeringer. Ved at fremstille forstøveren af denne intermetalliske forbindelse er det klart, at dens slidbestandighed bliver meget stor, men bearbejdningen af forstøverråemnet til færdig geometri bliver vanskelig og økonomisk bekostelig. Derudover kan HIP'ningen kun 15 foregå i et kort tidsrum på fx 30 min., idet legeringen ved længere holdetider ændrer karakter. HIP'ningen kan derfor ikke gennemføres til et kompakt råemne, men må efterfølges af en smedning til den ønskede facon af forstøverråemnet og en bearbejdning til en færdig 20 forstøver.Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-215942 discloses a nebulizer prepared in the aforementioned manner by a sintered material of an intermetallic compound of TiAl and Ni1A, which is well known as a particularly hard point-separated component 10 in alloys. By producing the nebulizer of this intermetallic compound, it is clear that its wear resistance becomes very large, but the machining of the nebulizer blank for finished geometry becomes difficult and economically costly. In addition, the HIP can only take place for a short period of time, for example, 30 minutes, as the alloy at longer holding times changes character. Therefore, the HIP cannot be applied to a compact blank, but must be followed by a forging to the desired shape of the atomizer blank and a machining for a finished atomizer.

Den ujævne overgang mellem de krydsende boringer i de kendte forstøvere medfører også et ufordelagtigt strømningsforløb ved brændslets udstrømning gennem forstøverhullerae, idet brændslet over en forholdsvis 25 lang afstand ind i forbrændingskammeret fortsætter som en samlet stråle, hvilket øger varmepåvirkningen på komponenter i større afstand fra forstøveren og modvirker en hurtig finfordeling af brændslet og derved påvirker motorens drift i uønsket retning.The uneven transition between the intersecting bores of the prior art nebulizers also results in a disadvantageous flow flow of the fuel outflow through the nebulizer holes, the fuel continuing over a relatively long distance into the combustion chamber as a single jet, increasing the heat impact on components and greater distance from the nebulizer. counteracts a rapid distribution of the fuel, thereby adversely affecting the operation of the engine.

30 Opfindelsen har til formål at anvise en mere enkel fremgangsmåde til fremstilling af en forstøver i et materiale, der på den ene side tillader enkel mekanisk bearbejdning til en præcis ønsket geometrisk facon, der giver en forbedret indsprøjtning af brændslet, og på den 4 DK 174073 B1 anden side har forholdsvis stor styrke ved høj temperatur.The invention has for its object to provide a simpler method for producing a nebulizer in a material which, on the one hand, allows simple mechanical machining to a precisely desired geometric shape, which provides an improved injection of the fuel, and on the 4 DK 174073 B1 on the other hand has relatively high strength at high temperature.

Med henblik herpå er den førstnævnte fremgangsmåde ejendommelig ved, at formen har i det væsentlige den 5 ønskede ydre forstøverfacon, at HIP'ningen ved nævnte tryk og temperatur varer i mindst 1 time, og at en strømningspassage med en central langsgående boring og flere forstøverhuller bores ind i det således HIP'ede forstøverråemne, hvorved forstøverhullernes hulrande ved 10 overgangen til den centrale boring bliver skarpkantede.To this end, the former method is characterized in that the mold has substantially the desired outer nebulizer shape, that the HIP at said pressure and temperature lasts for at least 1 hour and that a flow passage with a central longitudinal bore and multiple nebulizer holes is drilled. into the thus-nipped atomizer blank, whereby the hollow edges of the atomizer holes at the transition to the central bore become sharp-edged.

Som følge af forstøveremnets lille størrelse er godset tæt, når materialet i formen er bragt op på de ønskede værdier for temperatur og tryk i holdetiden på mindst 1 time. Med denne holdetid er der ved diffusion 15 etableret de nødvendige bindinger mellem pulverkornene, så forstøveremnet har homogen struktur. Den finkornede, tætte og homogene struktur muliggør en boring af forstøverhullerne med skarpkantede hulrande. Skarpe hulrande ved overgangen til den centrale boring, dvs. ved 20 tilløbet til forstøverhullerne, fremmer spredningen af brændselsstrålen udsprøjtet fra forstøverhullernes modsatte ende ved forstøverens yderside.Due to the small size of the atomizer, the goods are dense when the material in the mold is brought up to the desired temperature and pressure values for at least 1 hour. With this holding time, through diffusion 15, the necessary bonds between the powder grains are established so that the atomizer has a homogeneous structure. The fine-grained, dense and homogeneous structure enables drilling of the nebulizer holes with sharp-edged hollow edges. Sharp hollow edges at the transition to the central bore, ie. at the inlet to the nebulizer holes, the spreading of the fuel jet emitted from the opposite end of the nebulizer advances at the outside of the nebulizer.

Det finkornede pulver forenes ved forstøverens HIP'ning (Hot Isostatic Pressure) til et stærkt, sammen-25 hængende materiale uden at pulveret derved opsmeltes.The fine-grained powder is combined by the Hot Isostatic Pressure (HIP) nebulizer into a strong, cohesive material without melting the powder.

Den manglende smeltning medfører, at materialet i forstøveren på i og for sig kendt vis bevarer det finkornede pulvers isotropiske struktur med meget små krystalkorn. Den fine kornstørrelse giver materialet høj 30 styrke uden samtidig at tilføre materialet egenskaber, der gør mekanisk bearbejdning vanskelig.The lack of melting means that the material in the nebulizer preserves, in a manner known per se, the isotropic structure of the fine-grained powder with very small crystal grains. The fine grain size gives the material a high strength without at the same time giving the material properties that make mechanical machining difficult.

Forstøverens fremstilling er fordelagtig enkel, idet HIP'ningen kan udføres i en enkelt arbejdsgang direkte ud fra det finkornede pulver, og forstøver-35 hullerne kan uden mellemliggende besværlig og værk- DK 174073 B1 5 tøjskrævende behandling bores ind i råémnet uden nogen komplikationer. Forstøverens materiale udsættes ved HIP'ningen for i det væsentlige samme behandling i ethvert tværsnit, så der undgås lokale variationer i 5 materialeegenskaberne af forstøverråemnet. Da forstøverens materiale ikke indeholder indre svækkelser, opnår forstøveren høj udmattelsesstyrke bedømt i forhold til styrken af en støbt forstøver af et materiale med samme analyse.The nebulizer preparation is advantageously simple in that the HIP can be carried out in a single operation directly from the fine-grained powder, and the nebulizer holes can be drilled into the blank without intermediate cumbersome and labor-intensive treatment. The material of the nebulizer at the HIP is subjected to substantially the same treatment in any cross section, so that local variations in the material properties of the nebulizer blank are avoided. Since the nebulizer material does not contain internal weaknesses, the nebulizer achieves high fatigue strength judged by the strength of a molded nebulizer of a material of the same analysis.

10 Det er også en fordel, at der ved HIP'ningen benyttes et relativt billigt, gasforstøvet pulvermateriale, og at HIP'ningen kan udnytte størstedelen af en forstøvet pulver charge.It is also an advantage that the HIP can use a relatively inexpensive, gas-atomized powder material and that the HIP can utilize most of a nebulized powder charge.

Hvis tryk, temperatur eller holdetid bliver mindre 15 end de angivne størrelser, opnås ikke tilstrækkelig forening af det finkornede pulver. Forstøverråemnets finkornede struktur kan opnås uafhængigt af den konkrete sammensætning af den anvendte legering.If the pressure, temperature or holding time becomes less than the specified sizes, insufficient mixing of the fine-grained powder is not achieved. The fine grained structure of the atomizer blank can be obtained independently of the concrete composition of the alloy used.

Det foretrækkes, at HIP'ningen foretages med et 20 udgangsmateriale med en pulverkornstørrelse i intervallet fra 0-1000 μτη og et tryk i intervallet fra 900-1100 bar samt en temperatur i intervallet fra 1100°C til 1200°C. Disse intervalgrænser har ved de afprøvede legeringer vist sig at give HIP'ede forstøveremner med 25 stort set isotropiske egenskaber, dvs. ensartede egenskaber i alle retninger. For de fleste legeringer vil tryk på over 1100 bar og temperaturer på over 1200°C give risiko for øget kornvækst og begyndende smeltning af materialet, hvilket ville nedbryde den meget lille 30 krystalkornstørrelse i det pulveragtige udgangsmateriale. Den nedre grænse på 900 bar og 1100°C og en holdetid på mindst l time sikrer for de fleste legeringer, at pulveret forenes til et ensartet legeme.It is preferred that the HIP be made with a starting material having a powder grain size in the range of 0-1000 μτη and a pressure in the range of 900-1100 bar as well as a temperature in the range of 1100 ° C to 1200 ° C. These range boundaries have been found to give HIP atomized blanks with 25 isotropic properties, i.e. uniform properties in all directions. For most alloys, pressures above 1100 bar and temperatures above 1200 ° C will cause increased grain growth and initial melting of the material, which would break down the very small 30 crystal grain size into the powdery starting material. The lower limit of 900 bar and 1100 ° C and a holding time of at least 1 hour ensures for most alloys that the powder is combined into a uniform body.

6 DK 174073 B16 DK 174073 B1

Ved at holde pulverets kornstørrelse, dvs. største ydre dimension af pulveret på højst 1000 μπι sikres, at udgangsmaterialet har meget fine krystalkorn.By holding the grain size of the powder, ie. maximum outer dimension of the powder not exceeding 1000 μπι ensures that the starting material has very fine crystal grains.

Opfindelsen angår også en forstøver til en brænd-5 selsventil til en forbrændingsmotor, navnlig en stor totakts motor, med en central langsgående boring og flere i forstøverens sidevæg beliggende forstøverhuller, der sammen med den langsgående boring udgør en strømningspassage for tryksat brændsel, hvilken forstøver er 10 af et materiale, der er modstandsdygtigt overfor varmkorrosion og erosions- og kavitationspåvirkninger fra brændslet. I en stor totakts motor kan anvendes heavy fuel oil som brændsel, hvilket påfører forstøveren væsentlige erosionspåvirkninger fra partikelindhold mv.The invention also relates to an atomizer for a fuel valve for an internal combustion engine, in particular a large two stroke engine, with a central longitudinal bore and several atomizer holes located in the side wall of the atomizer which together with the longitudinal bore constitute a flow passage for pressurized fuel which is an atomizer. 10 of a material that is resistant to heat corrosion and erosion and cavitation effects of the fuel. In a large two-stroke engine, heavy fuel oil can be used as fuel, which imposes significant erosion effects from particle content, etc. on the atomizer.

15 i brændslet, og desuden fører den ofte svovlholdige olie til et meget korrosivt miljø i forbrændingskammeret. I store totaktsmotorer har forstøveren stor længde og er i det væsentlige ukølet ved sin nedre ende.15 in the fuel, and in addition the often sulfur-containing oil leads to a very corrosive environment in the combustion chamber. In large two-stroke engines, the nebulizer is of great length and is essentially uncooled at its lower end.

I en udførelsesform er forstøveren ifølge op-2 0 findelsen ejendommelig ved, at den er af en HIP'et chrom- og wolframholdig, cobaltbaseret legering såsom Stellite 6, hvor strømningspassagen for brændslet er boret efter HIP'ningen. Ved HIP'ningen af forstøvermaterialet kombineres den cobaltbaserede legerings i og 25 for sig kendte gode modstandsdygtighed over for det miljø, som forekommer i forbrændingskammeret, med en væsentlig forbedret udmattelsesstyrke og hidtil ukendt gode egenskaber ved mekanisk bearbejdning af materialet.In one embodiment, the atomizer according to the invention is peculiar in that it is of a HIP chromium and tungsten containing cobalt based alloy such as Stellite 6 where the flow passage of the fuel is drilled after the HIP. In the HIP of the nebulizer material, the cobalt-based alloy in and known for its good resistance to the environment present in the combustion chamber is combined with a substantially improved fatigue strength and unprecedented good mechanical machining properties.

I en alternativ udførelsesform er forstøveren af 30 en HIP'et nikkelbaseret legering, der angivet i vægt% og bortset fra almindeligt forekommende urenheder omfatter fra 20 til 30% Cr, fra 0 til 8% W, fra 4 til 8% Al, fra 0,2 til 0,55% C, fra 0 til 2% Hf, fra 0 til 1,5% Nb, fra 0 til 8% Mo, fra 0 til 1% Si, fra 0 til 35 1,5% Y og fra 0 til 5% Fe.In an alternative embodiment, the nebulizer of 30 is a HIP nickel-based alloy indicated in weight percent and other than common impurities comprising from 20 to 30% Cr, from 0 to 8% W, from 4 to 8% Al, from 0 , 2 to 0.55% C, from 0 to 2% Hf, from 0 to 1.5% Nb, from 0 to 8% Mo, from 0 to 1% Si, from 0 to 35 1.5% Y and from 0 to 5% Fe.

DK 174073 B1 7DK 174073 B1 7

Dette materiale har vist overraskende god mekanisk bearbejdelighed samt høj udmattelsesstyrke og stor modstandsdygtighed over for både varmkorrosion og erosionspåvirkninger fra brændslet. Ved boring af 5 forstøverhullerne er ikke konstateret flageafbrækning ved boringens ender. Ligeledes er ved forsøg konstateret, at de knivskarpe indløb til forstøverhullerne bevares, selv efter meget lange driftstider.This material has shown surprisingly good mechanical machinability as well as high fatigue strength and high resistance to both heat corrosion and erosion effects from the fuel. When drilling the 5 nebulizer holes, no flake break was detected at the ends of the bore. Also, experiments have shown that the razor-sharp inlets to the nebulizer holes are maintained, even after very long operating times.

Legeringens indhold af Cr er vigtig for forstø-10 verens evne til at modstå varmkorrosion, og Cr-indholdet giver endvidere en opløsningsforstærkende effekt, som i tillæg til den fine kornstruktur medvirker til at øge legeringens styrke. Om ønsket kan denne virkning forstærkes ved tillegering af Mo og/eller W.The Cr content of the alloy is important for the atomizer's ability to withstand heat corrosion, and the Cr content also gives a solution enhancing effect which, in addition to the fine grain structure, contributes to increasing the strength of the alloy. If desired, this effect can be enhanced by the addition of Mo and / or W.

15 Al danner sammen med Cr et kombineret overfladelag af Alj 03 og Cr3 0^, der ved høje temperaturer beskytter forstøveren mod korrosion. Indholdet af Al giver endvidere en γ'-fase bestående af intermetallet Ni3Al, der fremkalder udskillelseshærdning i legeringen, men er en 20 relativt sprød fase. Ved indhold af Al på mere end 8% opstår risiko for, at y'-fasen bliver sammenhængende i stedet for at ligge omkranset af en duktil austenitisk fase, som sikrer materialets høje udmattelsesstyrke og gode bearbejdelighed. Legeringens indhold af Al kan hen-25 sigtsmæssigt begrænses til højst 6%, idet størstedelen af Al's positive egenskaber her er udnyttet uden risiko for styrketab som følge af manglende indkapsling af γ'-fasen.Al 15 together with Cr forms a combined surface layer of Alj 03 and Cr3 0 ^ which at high temperatures protects the nebulizer from corrosion. Furthermore, the content of Al gives a γ 'phase consisting of the intermetallic Ni3Al which induces secretion hardening in the alloy, but is a relatively brittle phase. When Al is greater than 8%, there is a risk that the γ-phase becomes coherent instead of being encircled by a ductile austenitic phase, which ensures the high fatigue strength and good workability of the material. Conveniently, the Al content of Al can be limited to a maximum of 6%, since most of Al's positive properties are utilized here without the risk of loss of strength due to the lack of encapsulation of the γ 'phase.

Ved indhold af Cr på under 20% kan forstøveren ikke 30 modstå de korrosive påvirkninger ved høj temperatur. Det vil muligvis være muligt at tillegere mere end 30% Cr, men der vil herved ikke opnås nogen nævneværdig forbedret modstandsdygtighed mod højtemperaturkorrosion. Høje indhold af Cr vil derimod forringe den mekaniske 8 DK 174073 B1 bearbejdelighed af forstøveren, og det foretrækkes derfor, at legeringen højst indeholder 24% Cr.At a Cr content of less than 20%, the nebulizer cannot withstand the high temperature corrosive effects. It may be possible to add more than 30% Cr, but no significant improved resistance to high temperature corrosion will be achieved. High content of Cr, on the other hand, will impair the mechanical machinability of the nebulizer, and it is therefore preferred that the alloy contains a maximum of 24% Cr.

Legeringens eventuelle indhold af Fe holdes på højst 5% for at hindre forringelser af forstøverens 5 korrosionsegenskaber.Any Al content of Fe is kept at a maximum of 5% to prevent deterioration of the atomizer's 5 corrosion properties.

Den finkornede struktur af pulveret anvendt som udgangsmateriale ved HIP'ningen fremkommer ved trykforstøvning af smeltet materiale ud i en relativt kold gas, hvor de forstøvede dråber udsættes for bratkøling under 10 samtidig dannelse af særdeles små krystalkorn i materialet. Bratkølingen medfører også, at afstanden mellem dendritarmene i krystalkomene bliver særdeles lille. Legeringens indhold af Si på op til 1% giver ikke den færdige forstøver nogen specielle fordele, men virker 15 desoxiderende under pulverfremstillingen, så forurening af pulveret med uønskede oxider undgås. Der kan alternativt anvendes andre desoxiderende bestanddele i små mængder.The fine-grained structure of the powder used as the starting material of the HIP is obtained by the atomizing of molten material into a relatively cold gas, where the atomized droplets are subjected to quenching during the formation of extremely small crystal grains in the material. Quenching also causes the distance between the dendritic arms in the crystal basins to be extremely small. The alloy content of Si of up to 1% does not give the final atomizer any special advantages, but acts as a deoxidizing agent during the powder preparation to avoid contamination of the powder with unwanted oxides. Alternatively, other deoxidizing constituents may be used in small amounts.

Legeringens indhold af C holdes på højst 0,55% for 20 at modvirke udskillelse af nåle- og pladeformede carbi-der, som kan mindske legeringens duktilitet. Ved C indhold på under 0,2% opnår legeringen ikke den hårdhed, som er nødvendig for at modstå erosionspåvirkningerne fra brændslet. Tilsætning af op til 2% Hf kan modificere 25 uheldige carbidudskiIleIser til at have mere afrundede former. Tilsætning af Nb i mængder på op til 1,5% kan føre til finere udskillelse af metalcarbider, hvilket antagelig giver legeringen større duktilitet.The C content of the alloy is kept at a maximum of 0.55% to counteract the excretion of needle and plate carbides which may reduce the alloy's ductility. At C content of less than 0.2%, the alloy does not achieve the hardness needed to withstand the erosion effects of the fuel. Addition of up to 2% Hf can modify 25 unfortunate carbide estimates to have more rounded shapes. Addition of Nb in amounts up to 1.5% can lead to finer excretion of metal carbides, which presumably gives the alloy greater ductility.

Forstøverens korrosionsbestandighed ved høj 30 temperatur kan forbedres ved tilsætning af Y i mængder på op til 1,5% Yderligere Y-tilsætning giver ikke yderligere forbedring.The high temperature corrosion resistance of the nebulizer can be improved by adding Y in amounts of up to 1.5%. Further Y addition does not provide further improvement.

Når forstøveren er bestemt til anvendelser, hvor erosionspåvirkningen er stor, foretrækkes af hensyn til DK 174073 B1 9 legeringens hårdhed, at indholdet af C er på mindst 0,35%.When the nebulizer is intended for applications where the erosion impact is high, for the hardness of the alloy, the content of C is at least 0.35%.

Som følge af den høje udmattelsesstyrke af de HIP'ede forstøvere ifølge opfindelsen kan der anbringes 5 flere forstøverhuller tættere ved hinanden end det tidligere har været muligt. Trykket i brændslet påvirker forstøverens centrale boring med et overtryk, der fremkalder trækspændinger i forstøverens materiale. Forstøverens højere udmattelsesstyrke tillader hævning 10 af niveauet for trækspændingerne og dermed et fordelagtigt højere indsprøjtningstryk, hvilket kan udnyttes til indsprøjtning af en større brændselsmængde i løbet af en motorcyklus. Fremgangsmåden og forstøveren ifølge opfindelsen giver således mulighed for at lave 15 motorer med større cylindereffekt.Due to the high fatigue strength of the HIP nebulizers according to the invention, 5 more nebulizer holes can be placed closer together than previously possible. The pressure in the fuel affects the central bore of the nebulizer with an overpressure which produces tensile stresses in the nebulizer material. The higher fatigue strength of the atomizer allows raising 10 of the level of tensile stresses and thus an advantageously higher injection pressure, which can be utilized to inject a greater amount of fuel during a motor cycle. Thus, the method and nebulizer according to the invention allow to make 15 motors with greater cylinder power.

Opfindelsen forklares herefter nærmere med henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser et længdesnit gennem en forstøver monteret i en brændselsventil, 20 fig. 2 og 3 billeder af forstøverhuller i to forskellige kendte forstøvere, og fig. 4-6 tilsvarende billeder af forstøverhuller i en forstøver ifølge opfindelsen.The invention will now be explained in more detail with reference to the drawing, in which fig. 1 is a longitudinal section through a nebulizer mounted in a fuel valve; FIG. 2 and 3 show images of nebulizer holes in two different known nebulizers, and FIG. 4-6 corresponding images of nebulizer holes in a nebulizer according to the invention.

I fig. 1 ses den nedre ende af en brændselsventil 25 1, der har et hus 2 til montering i et ikke vist cylinderdæksel på en sådan måde, at en rundtgående skråflade 3 ved husets nedre ende presses an mod en modsvarende flade på dækslet. En forstøver 4 passerer gennem et centralt hul i huset 2 og rager ned i 30 forbrændingskammeret, så forstøverhuller 5 i forstøverens sidevæg ligger et passende stykke nede i forbrændingskammeret. I niveau under skråfladen 3 er forstøveren i det væsentlige ukølet, og forstøverspidsen med hullerne 5 opvarmes derfor til høj temperatur af 35 de varme gasser i forbrændingskammeret.In FIG. 1, the lower end of a fuel valve 25 1 having a housing 2 for mounting in a cylinder cover not shown is seen in such a way that a circumferential bevel surface 3 at the lower end of the housing is pressed against a corresponding surface on the cover. A nebulizer 4 passes through a central hole in the housing 2 and projects down into the combustion chamber so that nebulizer holes 5 in the side wall of the nebulizer lie a suitable distance down the combustion chamber. At level below the sloping surface 3, the nebulizer is substantially uncooled and the nebulizer tip with holes 5 is therefore heated to high temperature by the hot gases in the combustion chamber.

10 DK 174073 B110 DK 174073 B1

Forstøveren har en central boring 6, der strækker sig fra en strømningspassage 7 i brændselsventilen til forstøverspidsen i lavere niveau end forstøverhullerne 5. I forstøveren danner boringen 6 og hullerne 5 5 en strømningspassage for brændslet, der kan være olie eller gas.The nebulizer has a central bore 6 extending from a flow passage 7 in the fuel valve to the nebulizer tip at a lower level than the nebulizer holes 5. In the nebulizer, the bore 6 and holes 5 5 form a flow passage for the fuel which may be oil or gas.

Når forstøveren er til en totakts motor med flere ventiler per cylinder er hver brændselsventil 1 normalt beliggende nær ved forbrændingskammerets 10 lodrette sidevæg. Brændslet skal i så fald indsprøjtes i en vifteformet sky rettet ind mod midten af forbrændingskammeret, hvilket betyder, at forstøverhullerne 5 alle er udformet i den ene side af forstøveren, og at forstøverhullernes længdeakse indbyrdes højst 15 udspænder en vinkel på 100°. Når der anvendes to eller tre brændselsventiler pr. cylinder, er vinkelsektoren ofte begrænset til mindre end 80°. Forstøverhullerne 5 er boret gennem forstøverens sidevæg ind i den centrale boring 6. Hullerne kan også fremstilles på 20 anden vis eksempelvis ved gnistbearbejdning, men boringen foretrækkes, fordi det er en hurtig og simpel mekanisk bearbejdning.When the atomizer is for a two stroke multi-valve engine per cylinder, each fuel valve 1 is usually located near the vertical side wall of the combustion chamber 10. In that case, the fuel must be injected into a fan-shaped cloud facing the center of the combustion chamber, which means that the atomizer holes 5 are all formed on one side of the atomizer and that the longitudinal axis of the atomizer holes spans an angle of not more than 100 °. When two or three fuel valves are used per cylinder, the angle sector is often limited to less than 80 °. The atomizer holes 5 are drilled through the side wall of the atomizer into the central bore 6. The holes can also be produced in 20 other ways, for example by spark machining, but the bore is preferred because it is a quick and simple mechanical machining.

To forskellige kendte forstøvere af støbt Stellite 6 er undersøgt ved hjælp af et endoskop kendt fra 25 eksempelvis gastriske undersøgelser af mennesker. Ved hjælp af endoskopet er optaget billeder af forstøverhullernes udmunding i den centrale boring. Et billede fra hver forstøvers centrale boring er vist i henholdsvis fig. 2 og 3. Hele vejen rundt langs randen af 30 forstøverhullerne 5 er der slået flager løs af den centrale boring 6's sidevæg, så overgangen mellem de to skærende boringer er ujævn og ru.Two different known atomizers of molded Stellite 6 have been examined by means of an endoscope known from 25 eg gastric examinations in humans. Using the endoscope, images of the nebulizer holes opening in the central bore are recorded. An image of each nebulizer's central bore is shown in FIG. 2 and 3. All the way around the rim of the nebulizer holes 5 flakes are removed from the side wall of the central bore 6 so that the transition between the two cutting bores is uneven and rough.

En forstøver ifølge opfindelsen er fremstillet ved HIP'ning af et isotropisk finkornet pulver af Stellite 35 6, hvor pulverkornene er mindre end 300 μπ». Stellite 6 DK 174073 B1 11 har den omtrentlige analyse 1,14% C, 1,06% Si, 28,5% Cr, 0,43% Fe, 4,65% W og resten Co. HIP'ningen blev foretaget ved en temperatur på mellem 1100 og 1200°C og et tryk på mellem 900 og 1100 bar og med en holdetid på 2 5 timer. Den centrale boring 6 blev boret ind i det HIP'ede råemne, hvorefter forstøverhullerne 5 blev boret udefra ind i den centrale boring. Forstøveren blev undersøgt ved hjælp af endoskopet, hvilket viste jævne hulrande ved forstøverboringernes udmunding i den 10 centrale boring. Det HIP'ede Stellite 6 har således væsentlig bedre bearbejdelighed end støbt Stellite 6.An atomizer according to the invention is produced by HIP forming an isotropic fine-grained powder of Stellite 35 6, where the powder grains are less than 300 µm ». Stellite 6 DK 174073 B1 11 has the approximate analysis 1.14% C, 1.06% Si, 28.5% Cr, 0.43% Fe, 4.65% W and the rest Co. The HIP was made at a temperature of between 1100 and 1200 ° C and a pressure of between 900 and 1100 bar and with a holding time of 25 hours. The central bore 6 was drilled into the HIP blank, after which the nebulizer holes 5 were drilled from the outside into the central bore. The nebulizer was examined by the endoscope, which showed even hollow edges at the mouth of the nebulizer bores in the 10 central bore. The HIP Stellite 6 thus has significantly better machinability than cast Stellite 6.

De jævnere hulrande medfører mindre spændingskoncentrationer i forstøveren.The smoother hollow edges cause less stress concentrations in the nebulizer.

Ud fra en nikkelbaseret legering med den omtrent-15 lige analyse 23% Cr, 7% W, 5,6% Al, 1% Si, 0,5% C og 0,4% Y, alt angivet i vægt%, blev fremstillet en HIP'et forstøver på samme måde som ovenfor. Bndoskopundersø-gelsen af forstøveren er vist i fig. 4-6, hvor det ses, at forstøverhullernes rand ved udmundingen i den 20 centrale boring 6 er skarp og uden brud.From a nickel-based alloy with the approximate analysis 23% Cr, 7% W, 5.6% Al, 1% Si, 0.5% C and 0.4% Y, all by weight%, were prepared. a HIP atomizes in the same way as above. The bandoscope examination of the nebulizer is shown in FIG. 4-6, where it is seen that the rim of the nebulizer holes at the mouth of the central bore 6 is sharp and without breakage.

De HIP'ede forstøvere er derefter afprøvet ved driftsforsøg i en forsøgsmotor, hvilket viste at begge typer af HIP'ede forstøvere har større modstand mod varmkorrosion og dannelse af mikrorevner end de kendte 25 støbte forstøvere af Stellite 6. I området mellem de to tættest beliggende forstøverhuller blev i den HIP'ede forstøver af Stellite 6 konstateret enkelte meget små revner i materialet, mens den HIP'ede, nikkelbaserede forstøver var helt fri for revner.The HIP nebulizers were then tested during test operation in a test engine, which showed that both types of HIP nebulizers have greater resistance to heat corrosion and microcrack formation than the known 25 molded nebulizers of Stellite 6. In the region between the two closest nebulizer holes found in the HIP atomizer of Stellite 6 some very small cracks in the material, while the HIP nickel-based atomizer was completely free of cracks.

30 Driftsforsøg med en forstøver af støbt Stellite 6 og med tilsvarende tætliggende forstøverhuller som i den HIP'ede forstøver, viste større gennemgående revner og flere små revner i materialet. De sammenlignende forsøg viste således, at forstøveren af HIP'et Stellite 6 har 35 væsentlig forbedret udmattelsesstyrke.30 Operation tests with a nebulizer of molded Stellite 6 and with similarly close nebulizer holes as in the HIP nebulizer showed larger throughput cracks and several small cracks in the material. The comparative experiments thus showed that the nebulizer of the Stellite 6 HIP has 35 significantly improved fatigue strength.

DK 174073 B1 12DK 174073 B1 12

Der er også fremstillet HIP'ede forstøvere i den cobaltbaserede legering Celsit 50-P med den omtrentlige analyse 2% C, 28% Cr, 6,5% Ni, 10% W, 3,7% Mo, 1,6% Cu og resten Co. Driftsforsøg med disse forstøvere viste, 5 at udmattelsesstyrken og modstanden mod varmkorrosion lå på linie med forstøvere af HIP'et Stellite 6.HIP nebulizers have also been prepared in the cobalt-based alloy Celsit 50-P with the approximate analysis 2% C, 28% Cr, 6.5% Ni, 10% W, 3.7% Mo, 1.6% Cu and the rest Co. Operating tests with these nebulizers showed 5 that the fatigue strength and resistance to heat corrosion were in line with nebulizers of the Stellite 6 HIP.

Der er lavet sammenlignende bearbejdelsestests af HIP'ede legeringer af Stellite 6 og af ovennævnte nikkelbaserede materiale. Der blev boret huller i 10 pladeformede emner, og hulrandens beskaffenhed på bagsiden af pladen blev undersøgt, hvilket viste samme resultat som i de ovennævnte forstøvere, nemlig at hulranden i de HIP'ede plader var jævn i pladerne af Stellite 6 og skarp i pladerne af nikkelbaseret materials le.Comparative machining tests have been made of HIP alloys of Stellite 6 and of the above nickel based material. Holes were drilled in 10 plate-shaped blanks and the nature of the hollow rim at the back of the plate was examined, showing the same result as in the above nebulizers, namely that the hollow rim of the HIP plates was even in the plates of Stellite 6 and sharp in the plates of nickel-based materials le.

De mekaniske egenskaber af forstøvermaterialerne er undersøgt ved hjælp af ovennævnte plader og ved hjælp af runde stangformede emner af støbt Stellite 6 og den HIP'ede nikkelbaserede legering. Resultatet heraf er 20 gengivet i nedenstående Tabel 1. Hårdhedsmåling og trækprøvning er foretaget på helt sædvanlig vis. Derudover er de stangformede emner udsat for udmattel-sesforsøg, hvor hvert emne blev indspændt i begge ender og udsat for pulserende langsgående trækbelastninger med 25 en størrelse på P ± P dvs. en trækkraft varierende mellem 0 og 2P. Emnerne blev udsat for 10 mill, påvirkninger. Hvis emnet ikke udviste brud, blev belastningen P øget med 10% og de 10 mill, påvirkninger blev gentaget. Hvis der fremkom brud, blev et nyt emne 30 spændt op og belastningen P blev nedsat med 10%, hvorefter der blev fortsat som netop beskrevet. Efter prøvning af en række emner af hver materialesammensætning, blev udmattelsesstyrken σ, fastsat som den nedre A 7 spændingsbelastning, der netop ikke gav brud efter 10 DK 174073 B1 13 belastninger. Af Tabel 1 ses, at støbt Stellite 6 havde 2 en udmattelsesstyrke på * ± 150 N/mm , mens den HIP'ede nikkelbaserede legering havde en udmattelses- o styrke på = ± 275 N/mm .The mechanical properties of the nebulizer materials have been investigated by means of the above plates and by means of round rod shaped articles of molded Stellite 6 and the HIP nickel-based alloy. The result of this is given in Table 1 below. Hardness measurement and tensile testing were carried out in the usual manner. In addition, the rod-shaped blanks are subjected to fatigue experiments, with each blast clamped at both ends and subjected to pulsating longitudinal tensile loads having a magnitude of P ± P ie. a traction varying between 0 and 2P. The subjects were exposed to 10 mill, influences. If the work did not show rupture, the load P was increased by 10% and the 10 mill, influences were repeated. If breakage occurred, a new workpiece 30 was tensioned and the load P was reduced by 10%, which was continued as just described. After testing a number of items of each material composition, the fatigue strength σ, was determined as the lower A 7 stress load, which did not exactly break after 10 loads. Table 1 shows that cast Stellite 6 had a fatigue strength of * ± 150 N / mm, while the HIP nickel-based alloy had a fatigue o strength of = ± 275 N / mm.

5 label I5 label I

Mekaniske egenskaber af forstøvningsmaterialer.Mechanical properties of atomizing materials.

R^iN/mm2) Re (N/mm2) A (%) HV 20 aA(N/mm2)R (iN / mm2) Re (N / mm2) A (%) HV 20 aA (N / mm2)

Støbt 900 540 1 400 ± 150Molded 900 540 1 400 ± 150

Stellite 6 10 HIP'etStellite 6 10 The HIP

Stellite 6 1200 760 2,5 440 HIP'etStellite 6 1200 760 2.5 440 HIP

Ni -leg. 1060 910 1,4 425 ± 275Nine. 1060 910 1.4 425 ± 275

Det ses, at det HIP'ede forstøvermateriale både er 15 væsentlig stærkere og væsentlig mere sejt end det støbte forstøvermateriale, ligesom det HIP'ede materiale har væsentlig forbedret udmattelsesstyrke.It will be seen that the HIP nebulizer material is both substantially stronger and substantially tougher than the molded nebulizer material, and the HIP material has significantly improved fatigue strength.

Claims

A method of producing an atomizer (4) for a fuel vent (1) for an internal combustion engine, in particular a large two-stroke engine, wherein mainly 5 isotropic, fine-grained powder of a composition such that the finished atomizer possesses heat corrosion resistance. in a mold and the HIP is at a pressure of at least 800 bar and a temperature of at least 1000 ° C, characterized in that the mold has substantially the desired outer atomizer shape, that the HIP at said pressure and temperature lasts for at least 1 hour and a flow passage with a central longitudinal bore (6) and several nebulizer holes (5) is drilled into the thus-HIP nebulizer blank, thereby sharpening the edges of the nebulizer holes 15 at the transition to the central bore.

Process according to claim 1, characterized in that the HIP is made with a starting material having a powder grain size in the range of from 20 to 1000 μτη and at a pressure in the range of 900 to 1100 bar and a temperature in the range of 1100 ° C to 1200 ° C.

3. Atomizer (4) for a combustion engine fuel valve (1), in particular a large two-stroke engine, with a central longitudinal bore (6) and several atomizer holes (5) located in the side wall of the nebuliser, which together with the longitudinal bore constitute a flow passage for pressurized fuel, which is atomizer (4) of a material resistant to heat corrosion and erosion effects from the fuel, characterized in that the atomizer (4) is of a HIP chromium and tungsten-containing cobalt-based alloy , such as Stellite 6, where the fuel flow passage is drilled after the HIP. DK 174073 B1

Nebulizer (4) for a combustion engine fuel valve (1), in particular a large two-stroke engine, with a central longitudinal bore (6) and several nebulizer holes (5) located in the side wall of the nebuliser which together with the longitudinal bore constitute a flow passage for pressurized fuel, which atomizer (4) is of a material resistant to heat corrosion and erosion effects from the fuel, characterized in that the atomizer (4) is of a HIP 10 nickel-based alloy indicated in weight percent and other than common impurities include from 20 to 30% Cr, from 0 to 8% W, from 4 to 8% Al, from 0.2 to 0.55% C, from 0 to 2% Hf, from 0 to 1, 5% Nb, from 0 to 8% Mo, from 0 to 1% Si, from 0 to 1.5% Y and from 15 to 5% Fe.

Nebulizer according to claim 4, characterized in that the alloy contains at most

6% Al. Nebulizer according to claim 4, characterized in that the alloy contains from 0.35 to 0.55% C.

Nebulizer according to claim 4, characterized in that the alloy contains at most 24% Cr.

Nebulizer according to one of claims 3-7, characterized in that the nebulizer has six, seven or more nebulizer holes (5), all having the longitudinal axis within an angle sector of not more than 100 ° and preferably not more than 80 °.