JP2007117887A - High-temperature fluid injection valve, and high-temperature water injection internal combustion engine provided with the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水噴射式内燃機関、該水噴射式内燃機関を備えた原動機設備等に適用され、所定圧力に加圧された超臨界状態水を含む高温流体を噴射弁の針弁室に導き、針弁開閉手段により駆動される針弁のシート部と弁座との着脱によって前記針弁室と噴孔との間の流路を開閉することにより、該噴孔からの高温流体の噴射を制御するように構成された高温流体噴射弁及びこの高温流体噴射弁をそなえた高温水噴射内燃機関に関する。 The present invention is applied to a water injection internal combustion engine, a prime mover equipment equipped with the water injection internal combustion engine, and the like, and guides a high-temperature fluid containing supercritical water pressurized to a predetermined pressure to a needle valve chamber of the injection valve. , By opening and closing the flow path between the needle valve chamber and the injection hole by attaching and detaching the seat part of the needle valve driven by the needle valve opening and closing means and the valve seat, the high temperature fluid is injected from the injection hole. The present invention relates to a high-temperature fluid injection valve configured to be controlled and a high-temperature water-injection internal combustion engine provided with the high-temperature fluid injection valve.
エンジンのシリンダ内に燃料と水とを噴射して燃焼温度を下げ、NOx発生量を低減した水噴射式内燃機関が種々提案されているが、該水噴射式内燃機関においては、シリンダ内に水を噴射するための水噴射弁が、NOx発生量の低減とともに高いエンジン性能を保持するための最重要要素となっている。
かかる要求に応える水噴射式内燃機関の一つとして、図4に示されるような超臨界状態水を生成して噴射弁からシリンダ内に噴射するようにした高温水噴射内燃機関が本件発明者らによって提案された。
Various water-injection internal combustion engines have been proposed in which fuel and water are injected into a cylinder of an engine to lower the combustion temperature and reduce the amount of NOx generated. In the water-injection internal combustion engine, water is injected into the cylinder. The water injection valve for injecting fuel is the most important factor for maintaining high engine performance as well as reducing NOx generation.
As one of water injection type internal combustion engines that meet such demands, the present inventors have proposed a high-temperature water injection internal combustion engine that generates supercritical water as shown in FIG. 4 and injects it into a cylinder from an injection valve. Proposed by
即ち、図4は高温水噴射内燃機関をそなえた発電装置の概略全体構成を示す構成図であり、図において、100は水噴射内燃機関(以下エンジンという)、101は該エンジンに直結駆動される発電機である。102は過給機、103は空気冷却器、106は各シリンダの排気枝管、104は排気集合管、114は前記過給機102出口の排気管である。
110は高温側熱交換器、111は低温側熱交換器、113は水ポンプ、水タンク等からなる給水系である。
That is, FIG. 4 is a configuration diagram showing a schematic overall configuration of a power generation apparatus having a high-temperature water-injection internal combustion engine. In the figure, 100 is a water-injection internal combustion engine (hereinafter referred to as an engine), and 101 is directly connected to the engine. It is a generator. 102 is a supercharger, 103 is an air cooler, 106 is an exhaust branch pipe of each cylinder, 104 is an exhaust collecting pipe, and 114 is an exhaust pipe at the outlet of the
Reference numeral 110 denotes a high temperature side heat exchanger, 111 denotes a low temperature side heat exchanger, and 113 denotes a water supply system including a water pump, a water tank, and the like.
かかる高温水噴射内燃機関そなえた発電装置において、前記水噴射内燃機関100からの排気ガスは各シリンダの排気枝管106から排気集合管104に入り、該排気集合管104に設けられた高温側熱交換器110において後述する水との熱交換を行ってから、前記過給機102のタービンを駆動し、前記排気管114に設けられた低温側熱交換器111において後述する水との熱交換を行ってから外部に排出される。
一方、前記給水系113から前記低温側熱交換器111に導入された水は、該低温側熱交換器111において過給機102出口の排気ガスと熱交換して第1次の加熱がなされ、次いで前記高温側熱交換器110に導入されて排気集合管104を通流する高温の排気ガスと熱交換して第2次の加熱がなされて450℃以上の超臨界状態水となる。
この超臨界状態水は、高温水管112を通って図示しない水噴射弁からエンジン100のシリンダ内に、図示しない燃料噴射弁からの燃料噴射に対して所定のタイミングで以って噴射される。
また、前記高温水噴射内燃機関は、図4(B)に示されるように、前記発電機101に代えて、プロペラ軸301を介してプロペラ302を駆動する船舶用推進装置にも適用されている。
In such a power generator equipped with a high temperature water injection internal combustion engine, the exhaust gas from the water injection
On the other hand, the water introduced into the low temperature side heat exchanger 111 from the
This supercritical water is injected into the cylinder of the
The high-temperature water injection internal combustion engine is also applied to a marine propulsion device that drives a
また、本件出願人の出願に係る特許文献1(特開2003−3924号公報)の発明においては、所定圧力に加圧された燃料を針弁室に導き、針弁開閉手段により駆動されてノズルチップの内周を往復摺動する針弁のシート部と弁座との着脱によって前記針弁室と噴孔との間の流路を開閉することにより該噴孔からの燃料噴射を制御するように構成された燃料噴射弁において、前記針弁開閉手段を、作動油室と作動油タンクとの間の作動油通路を開閉するパイロット弁の開度を磁界中に配置された磁歪材の磁気歪みにより変化せしめて、前記開閉弁によって作動油通路を閉じることにより針弁のシート部を弁座に着座させて針弁を閉弁し、前記パイロット弁によって作動油通路を開くことにより針弁のシート部と弁座とを離隔して針弁を開弁する超磁歪アクチュエータで構成して、針弁リフトの微小な変位制御を可能とし、高精度の燃料噴射性能を発揮できるように構成している。 Further, in the invention of Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-3924) relating to the application of the present applicant, the fuel pressurized to a predetermined pressure is guided to the needle valve chamber and driven by the needle valve opening / closing means, and the nozzle The fuel injection from the nozzle hole is controlled by opening and closing the flow path between the needle valve chamber and the nozzle hole by attaching and detaching the seat portion of the needle valve that reciprocally slides on the inner periphery of the tip and the valve seat. In the fuel injection valve configured as described above, the needle valve opening and closing means includes a magnetostrictive member arranged in a magnetic field with an opening degree of a pilot valve that opens and closes a hydraulic oil passage between the hydraulic oil chamber and the hydraulic oil tank. The needle valve seat is closed by closing the hydraulic oil passage by the opening and closing valve, the needle valve seat is seated on the valve seat, and the hydraulic oil passage is opened by the pilot valve. The needle valve is opened by separating the head and valve seat That constitute a super magnetostrictive actuator, to allow a minute displacement control of the needle valve lift, it is configured to exhibit a high-precision fuel injection performance.
図4に示されるような、高温水噴射内燃機関においては、前記低温側熱交換器111及び高温側熱交換器110において排気ガスによって2段階で加熱され、450℃、35MPa程度の高温、高圧の超臨界状態水を、水噴射弁からエンジン100のシリンダ内に、燃料噴射弁からの燃料噴射に対して所定のタイミングで以って噴射することによって、エンジン100のNOx発生量を低減するとともに、排気ガスを超臨界状態水によって回収することによりエンジン出力の増大及び熱効率の向上を実現可能となっている。
In the high-temperature water injection internal combustion engine as shown in FIG. 4, the low-temperature side heat exchanger 111 and the high-temperature side heat exchanger 110 are heated in two stages by exhaust gas, and have a high temperature and high pressure of about 450 ° C. and 35 MPa. By injecting supercritical water into the cylinder of the
本件出願人の出願に係る前記特許文献1における燃料噴射弁は、針弁開閉手段として超磁歪アクチュエータとパイロット弁を用いることにより、針弁リフトの微小な変位制御を可能とし、高精度の燃料噴射性能を発揮できるように構成されているが、図4に示されるような高温水噴射内燃機関にかかる燃料噴射弁を適用する場合には、噴射流体が450℃程度の高温で腐食性の強い超臨界状態水であるため、このようなほぼ常温に近い燃料で作動する噴射弁では、該噴射弁の最重要要素である針弁の作動及び該針弁と弁座とのシート機能が低下するおそれがあり、かかる問題点の解決が課題となっている。 The fuel injection valve in the above-mentioned Patent Document 1 relating to the application of the present applicant enables a fine displacement control of a needle valve lift by using a giant magnetostrictive actuator and a pilot valve as needle valve opening and closing means, and highly accurate fuel injection. Although it is configured so as to exhibit performance, when a fuel injection valve for a high-temperature water injection internal combustion engine as shown in FIG. 4 is applied, the injection fluid is super corrosive at a high temperature of about 450 ° C. Because of the critical state water, in such an injection valve that operates with fuel near normal temperature, the operation of the needle valve, which is the most important element of the injection valve, and the seat function between the needle valve and the valve seat may be reduced. There is a problem to solve such problems.
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、噴射流体が超臨界状態水等の高温で腐食性の強い流体であっても、噴射弁の最重要要素である針弁の作動及び針弁と弁座とのシート機能の低下を防止して、高い耐久性をそなえ高精度の燃料噴射性能を発揮できる高温流体噴射弁及びかかる高温流体噴射弁をそなえた高温水噴射内燃機関を提供することを目的とする。 In view of the problems of the prior art, the present invention is concerned with the operation of the needle valve and the needle valve and valve seat, which are the most important elements of the injection valve, even if the injection fluid is a highly corrosive fluid such as supercritical water. It is an object to provide a high-temperature fluid injection valve capable of exhibiting high durability and high-precision fuel injection performance, and a high-temperature water-injection internal combustion engine equipped with such a high-temperature fluid injection valve. To do.
本発明はかかる目的を達成するもので、所定圧力に加圧された超臨界状態水を含む高温流体を針弁室に導き、針弁開閉手段により駆動されてケース部材の内周を往復摺動する針弁のシート部と弁座との着脱によって前記針弁室と噴孔との間の流路を開閉することにより、該噴孔からの高温流体の噴射を制御するように構成された高温流体噴射弁であって、前記針弁をステライト材の一体構造に構成したことを特徴とする。
この場合、前記ステライト材は、ステライト♯6あるいはステライト♯12、焼結ステライトが好適である。
The present invention achieves such an object. A high-temperature fluid containing supercritical water pressurized to a predetermined pressure is guided to a needle valve chamber, and is driven by a needle valve opening / closing means to reciprocately slide on the inner periphery of a case member. A high temperature configured to control the injection of high-temperature fluid from the nozzle hole by opening and closing the flow path between the needle valve chamber and the nozzle hole by attaching and detaching the seat part of the needle valve and the valve seat In the fluid injection valve, the needle valve is configured as an integral structure of stellite material.
In this case, the stellite material is preferably stellite # 6 or
かかる発明によれば、高温強度が大きく、高硬度で高い耐摩耗性と高い耐腐食性とをそなえたステライト材を針弁に適用したので、噴射流体が450℃、35MPa程度の超臨界状態水のような高温、高圧の流体であっても、かかる高温、高圧の腐食性流体の作動に伴う針弁の強度低下および腐食疲労の発生、及び針弁と弁座とのシート部の摩耗を回避できる。これにより噴射流体として、前記のような高温、高圧の腐食性流体を用いても、針弁リフトの微小な変位制御を可能とした高精度の燃料噴射性能を発揮でき、高い耐久性をそなえた高温流体噴射弁が得られる。
また、針弁は形状が簡単で、円柱体の削り出し加工で容易に加工成形でき、被削性が良好でないステライト材を用いても、加工性を損なうことなく針弁を製作できる。
According to this invention, since the stellite material having high strength at high temperature, high hardness, high wear resistance and high corrosion resistance is applied to the needle valve, the supercritical state water having a jet fluid of about 450 ° C. and about 35 MPa is used. Even for high-temperature and high-pressure fluids such as these, the strength of the needle valve and the occurrence of corrosion fatigue due to the operation of such high-temperature and high-pressure corrosive fluid are avoided, and the wear of the seat part between the needle valve and the valve seat is avoided. it can. As a result, even when a corrosive fluid of high temperature and high pressure as described above is used as the injection fluid, highly accurate fuel injection performance that enables minute displacement control of the needle valve lift can be demonstrated, and high durability is achieved. A high temperature fluid injection valve is obtained.
Further, the needle valve has a simple shape, can be easily formed by machining a cylindrical body, and even if a stellite material with poor machinability is used, the needle valve can be manufactured without impairing the workability.
かかる発明において、前記針弁のシート部が着座する弁座としては、次のように構成するのが好ましい。
(1)前記弁座を、前記弁座を、表面硬度がHv(ビッカース硬度)600以上の鋼材で構成する(請求項2)。具体的には、耐摩耗性を重視して、浸炭鋼、工具鋼等の高硬度鋼が好適である。
このように構成すれば、ノズルチップに弁座を機械加工によって一体形成できるので、構造が簡単で、低コストになる。
In this invention, the valve seat on which the seat portion of the needle valve is seated is preferably configured as follows.
(1) The valve seat is made of a steel material having a surface hardness of Hv (Vickers hardness) 600 or more. Specifically, high-hardness steels such as carburized steel and tool steel are preferred with emphasis on wear resistance.
If comprised in this way, since a valve seat can be integrally formed in a nozzle tip by machining, a structure is simple and it becomes low-cost.
(2)前記弁座を、耐熱鋼材からなる母材の表面にステライト材を肉盛りして構成する(請求項3)。
このように構成すれば、たとえばSUS410、SUS440、JIS−SUH031材のような耐熱鋼材の表面に、高硬度で高い耐摩耗性と高い耐腐食性とをそなえたステライト材を肉盛りして弁座の着座面とすることにより、弁座の着座面の摩耗及び腐食摩耗を抑制でき、ステライト材からなる針弁と組み合わせることにより、高い耐久性をそなえた高温流体噴射弁が得られる。
(2) The valve seat is configured by building up a stellite material on the surface of a base material made of a heat-resistant steel (Claim 3).
If constituted in this way, for example, a valve seat with a stellite material having high hardness, high wear resistance and high corrosion resistance on the surface of a heat resistant steel material such as SUS410, SUS440, JIS-SUH031. By using this seating surface, wear and corrosion wear of the seating surface of the valve seat can be suppressed, and by combining with a needle valve made of a stellite material, a high-temperature fluid injection valve with high durability can be obtained.
また、かかる発明において、前記針弁が往復摺動する前記ケース部材を、前記針弁よりも低硬度で、耐熱、耐食性をそなえた鋼材で構成する(請求項4)。
このように構成すれば、内面を針弁が往復摺動するケース部材を、たとえばJIS−SUS410、SUS440、SUH3材のような針弁よりも低硬度で、耐熱、耐食性をそなえた耐熱鋼材で構成することより、腐食性環境中での高温強度が大きく、且つ針弁との間の摺動なじみ性が良好となり、針弁の耐焼付き性が向上するとともに、作動性能が上昇する。
In this invention, the case member on which the needle valve reciprocally slides is made of a steel material having lower hardness than the needle valve and having heat resistance and corrosion resistance (Claim 4).
If constituted in this way, the case member in which the needle valve reciprocally slides on the inner surface is made of a heat-resistant steel material having lower heat resistance and corrosion resistance than a needle valve such as JIS-SUS410, SUS440, or SUH3 material. As a result, the high-temperature strength in a corrosive environment is large, the sliding conformability with the needle valve is improved, the seizure resistance of the needle valve is improved, and the operating performance is increased.
以上のような、特徴を有する高温流体噴射弁を、所定圧力に加圧された超臨界状態水を高温流体噴射弁の針弁室に導き、針弁開閉手段により駆動される針弁のシート部と弁座との着脱によって前記針弁室と噴孔との間の流路を開閉することにより該噴孔からの超臨界状態水の噴射を制御するように構成された高温水噴射内燃機関に用いる(請求項5)ことにより、噴射流体が超臨界状態水等の高温で腐食性の強い流体であっても、針弁の作動及び針弁と弁座とのシート機能の低下を防止して、高い耐久性をそなえ高精度の燃料噴射性能を発揮できる高温水噴射内燃機関を提供できる。
尚、前記高温流体には、高温水及び超臨界状態水等の高温、高圧水を含む。
また、本発明は、前記のように構成された高温水噴射内燃機関を原動機または原動機の一つとして装備した原動機設備にも適用できる。
As described above, the high temperature fluid injection valve having the characteristics described above, the supercritical state water pressurized to a predetermined pressure is led to the needle valve chamber of the high temperature fluid injection valve, and the seat portion of the needle valve driven by the needle valve opening / closing means A high-temperature water injection internal combustion engine configured to control supercritical water injection from the nozzle hole by opening and closing a flow path between the needle valve chamber and the nozzle hole by attaching and detaching the valve seat By using (Claim 5), even if the jet fluid is a highly corrosive fluid such as supercritical water, it prevents the operation of the needle valve and the deterioration of the seat function between the needle valve and the valve seat. Thus, it is possible to provide a high-temperature water injection internal combustion engine that has high durability and can exhibit high-precision fuel injection performance.
The high temperature fluid includes high temperature and high pressure water such as high temperature water and supercritical water.
The present invention can also be applied to prime mover equipment equipped with the high-temperature water injection internal combustion engine configured as described above as one of prime movers or prime movers.
本発明によれば、高温強度が大きく、高硬度で高い耐摩耗性と高い耐腐食性とをそなえたステライト材を針弁に適用したので、高温、高圧の腐食性流体の作動に伴う針弁の強度低下および腐食疲労の発生、及び針弁と弁座とのシート部の摩耗を回避でき、噴射流体として高温、高圧の腐食性流体を用いても、針弁リフトの微小な変位制御を可能とした高精度の燃料噴射性能を発揮でき、高い耐久性をそなえた高温流体噴射弁が得られる。
また、針弁は形状が簡単であるため、円柱体の削り出し加工で容易に加工成形でき、被削性が良好でないステライト材を用いても、加工性を損なうことなく針弁を製作できる。
According to the present invention, since the stellite material having high strength at high temperature, high hardness, high wear resistance and high corrosion resistance is applied to the needle valve, the needle valve associated with the operation of high temperature and high pressure corrosive fluid Strength, corrosion fatigue and wear of the seat between the needle valve and the valve seat can be avoided, and fine displacement control of the needle valve lift is possible even when high temperature and high pressure corrosive fluid is used as the injection fluid Thus, a high-temperature fluid injection valve with high durability and high durability can be obtained.
Further, since the shape of the needle valve is simple, it can be easily formed by machining a cylindrical body, and even if a stellite material with poor machinability is used, the needle valve can be manufactured without impairing workability.
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the embodiments shown in the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the component parts described in this example are not intended to limit the scope of the present invention only to specific examples unless otherwise specified. Only.
図1(A)は本発明の実施例に係る針弁及びノズルチップ近傍の拡大縦断面図(図3のZ部拡大図)、(B)は弁座の第2例を示す部分断面図である。図2は針弁の側面図である。図3は前記実施例に係る高温高圧水噴射式内燃機関の磁歪アクチュエータを含む水噴射弁の縦断面図である。
図1〜3において、200は水噴射弁、1は該噴射弁200の噴射弁本体、3は該噴射弁本体1の先端部にノズルナット40により締付け固定されたノズルチップ、4は該ノズルチップ3の先端部に複数個穿孔された噴孔、6は該噴孔4に連通されるサック部である。
031は針弁ケース、5は針弁で、図1のように該針弁5はその嵌合径部5cを前記針弁ケース031に穿孔された針弁孔1z内に往復摺動可能に嵌合されている。前記針弁ケース031はこれの針弁孔1z内を前記針弁5が往復摺動するので、たとえばJIS−SUS410材、SUS440、SUH3材のような針弁5よりも低硬度で、耐熱、耐食性をそなえた耐熱鋼材で構成している。
また、前記針弁5の先端には円錐状のシート部5aが形成され、該シート部5aが前記ノズルチップ3の上端部に形成された弁座3aに着脱することにより、針弁室5b(詳細は後述)とサック部6及び噴孔4とを連通及び遮断するようになっている。5zは針弁中心である。
FIG. 1A is an enlarged vertical sectional view in the vicinity of a needle valve and a nozzle tip according to an embodiment of the present invention (an enlarged view of a Z portion in FIG. 3), and FIG. 1B is a partial sectional view showing a second example of a valve seat. is there. FIG. 2 is a side view of the needle valve. FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a water injection valve including a magnetostrictive actuator of the high temperature / high pressure water injection type internal combustion engine according to the embodiment.
1-3, 200 is a water injection valve, 1 is an injection valve main body of the injection valve 200, 3 is a nozzle tip fastened and fixed to the tip of the injection valve main body 1 by a nozzle nut 40, and 4 is the nozzle tip A plurality of nozzle holes 6 are drilled at the tip of 3, and a sack portion 6 communicates with the nozzle hole 4.
Reference numeral 031 is a needle valve case, and 5 is a needle valve. As shown in FIG. 1, the needle valve 5 has a
A
8は前記噴射弁本体1と下部1aとの間に介装されたスペーサである。10は本体側締付ナットで、該本体側締付ナット10を前記噴射弁本体1の下部にねじ込むことにより、前記スペーサ8を、針弁ケース031の上面と噴射弁本体1の下面との間に流体密に挟着している。
40はノズルナットで、図1のように、前記針弁ケース031の下部のねじ部4aにねじ込まれて、前記ノズルチップ3の上面と前記針弁ケース031の下面との接合面23を流体密に締め付けている。24は前記ノズルチップ3と針弁ケース031との位置合わせのためのノックピンである。図1において22は針弁5の摺動部潤滑用の潤滑油が供給される潤滑油通路である。
5bは前記針弁5の外周面が臨んで形成された針弁室、7は該針弁室5bへの噴射流体(この実施例では超臨界状態水)の入口、7aは入口コネクタであり、噴射流体入口管(図示省略)からの高温の噴射流体が噴射流体入口7を経て該針弁室5bに導入されるようになっている。
A spacer 8 is interposed between the injection valve main body 1 and the lower part 1a.
Reference numeral 40 denotes a nozzle nut, which is screwed into the lower threaded
5b is a needle valve chamber formed with the outer peripheral surface of the needle valve 5 facing, 7 is an inlet of the injection fluid (supercritical water in this embodiment) to the
27は作動油入口、12は該作動油入口27から導入された作動油が収容される作動油室である。9は前記作動油室12内の作動油圧力を前記針弁5に伝達する連結部材である。
30は超磁歪アクチュエータ、31は該超磁歪アクチュエータ30によって作動されるパイロット弁であり、該パイロット弁31により前記作動油室12と作動油タンク(図示省略)への戻り通路とを開閉して、前記針弁5を開閉するようになっている。
27 is a hydraulic oil inlet, and 12 is a hydraulic oil chamber in which hydraulic oil introduced from the
30 is a giant magnetostrictive actuator, and 31 is a pilot valve operated by the giant
かかる構成からなる高温水噴射内燃機関の運転時において、前記針弁5が閉じた状態においては、前記超磁歪アクチュエータ30によりパイロット弁31は閉じられ、作動油室12内の作動油圧力が前記連結部材9の上面に作用している。
そして、前記超磁歪アクチュエータ30の磁石に電流を付与して超磁歪材(いずれも図示省略)を変位させこれに連結された前記パイロット弁31をリフトさせて作動油室12と作動油タンク(図示省略)への戻り通路とを連通させると、作動油室12内の作動油が前記戻り通路を介して作動油タンク側に排出され、前記針弁5に作用する作動油室12内の作動油による力と針弁室5b内の噴射流体による力とが平衡する位置にて針弁5が整定されて該針弁5が開弁され、針弁室5b内の噴射流体がサック部6を経て噴孔4からシリンダ内に噴射される。
During operation of the high-temperature water injection internal combustion engine having such a configuration, when the needle valve 5 is closed, the
A current is applied to the magnet of the giant
前記針弁5の詳細を示す図2において、5cは嵌合径部で、前記針弁ケース031に穿孔された針弁孔1z内に往復摺動可能に嵌合される。5fは細径部で図1のように該細径部5fの外周と前記針弁ケース031の下部孔031aの内周との間には前記針弁室5bが形成される。5eは針弁頂部で、該針弁頂部5eの上端面5dが、前記連結部材9の下面に当接して、該連結部材9に作用する作動油圧力が該上端面5dから針弁5に伝達されるようになっている。
前記のように、該針弁5の先端には円錐状のシート部5aが形成され、図1のように該シート部5aが前記ノズルチップ3の上端部に形成された弁座3aに着脱することにより、前記針弁室9と油溜め6及び噴孔4とを連通及び遮断するようになっている。
In FIG. 2 which shows the detail of the
As described above, a
本発明の実施例においては、前記針弁5をステライト材、具体的にはステライト♯12、焼結ステライトの一体構造に構成している。
そして該針弁5のシート部5aが着座するノズルチップ3の上端部に形成された弁座3aの部分を表面硬度がHv(ビッカース硬度)600以上の耐食、耐熱鋼材で構成している。前記弁座3aの部分は、耐摩耗性を重視して、浸炭鋼、工具鋼等の高硬度鋼が好適である。
In the embodiment of the present invention, the needle valve 5 is constructed of a stellite material, specifically, a
A portion of the
かかる実施例によれば、高温強度が大きく、高硬度で高い耐摩耗性と高い耐腐食性とをそなえたステライト材を針弁5に適用したので、図4に示す高温水噴射内燃機関のように、噴射流体が450℃、35MPa程度の超臨界状態水という高温、高圧の流体であっても、かかる高温、高圧の腐食性流体の作動に伴う針弁5の強度低下および腐食疲労の発生、及び針弁5と弁座3aとのシート部の摩耗を回避できる。
これにより噴射流体として、前記のような高温、高圧の腐食性流体を用いても、針弁リフトの微小な変位制御を可能とした高精度の燃料噴射性能を発揮でき、高い耐久性をそなえた高温流体噴射弁が得られる。
さらに、図2のように前記針弁5は形状が簡単で、円柱体の削り出し加工及び研磨加工によって容易に加工成形でき、被削性が良好でないステライト材を用いても、加工性を損なうことなく且つ格別な加工工数を要することなく針弁5を製作できる。
According to this embodiment, since the stellite material having high strength at high temperature, high hardness, high wear resistance and high corrosion resistance is applied to the needle valve 5, it is like the high temperature water injection internal combustion engine shown in FIG. In addition, even if the jet fluid is a high-temperature and high-pressure fluid of supercritical state water of about 450 ° C. and 35 MPa, the strength of the needle valve 5 is reduced due to the operation of the high-temperature and high-pressure corrosive fluid, and the occurrence of corrosion fatigue. Further, it is possible to avoid wear of the seat portion between the needle valve 5 and the
As a result, even when a corrosive fluid of high temperature and high pressure as described above is used as the injection fluid, highly accurate fuel injection performance that enables minute displacement control of the needle valve lift can be demonstrated, and high durability is achieved. A high temperature fluid injection valve is obtained.
Further, as shown in FIG. 2, the needle valve 5 has a simple shape, can be easily formed by machining and polishing a cylindrical body, and even if a stellite material having poor machinability is used, the workability is impaired. The needle valve 5 can be manufactured without any special processing man-hours.
また、前記ノズルチップ3の上端部に形成された弁座3aの部分を、浸炭鋼、工具鋼等の、表面硬度がHv(ビッカース硬度)600以上の耐食、耐熱鋼材で構成しているので、ノズルチップ3の上端部に弁座3aを機械加工によって一体形成できることとなり、ノズルチップ3の弁座3a形成部の構造が簡単になって、ノズルチップ3が低コストになる。
また、前記針弁5の嵌合径部5cが往復摺動する針弁ケース031を、たとえばJIS−SUS410材のような針弁5よりも低硬度で、耐熱、耐食性をそなえた耐熱鋼材で構成しているので、腐食性環境中での高温強度が大きく且つ針弁5との間の摺動なじみ性が良好となり、該針弁5の耐焼付き性が向上するとともに、作動性能が上昇する。
Moreover, since the part of the
Further, the needle valve case 031 in which the
また、前記弁座弁座3aの他の例は、図1(B)のように、たとえばJIS−SUH031材のような耐熱鋼材からなる母材の表面にステライト材29を肉盛りして構成している。
このように構成すれば、前記耐熱鋼材からなる母材の表面に、高硬度で高い耐摩耗性と高い耐腐食性とをそなえたステライト材29を肉盛りして弁座3aの着座面を形成することにより、該弁座3aの着座面の摩耗及び腐食摩耗を抑制でき、ステライト材からなる針弁5と組み合わせることにより、高い耐久性をそなえた高温流体噴射弁が得られる。
Further, as shown in FIG. 1B, another example of the valve
With this configuration, the seating surface of the
本発明は、前記実施例のような発電装置用の高温水噴射内燃機関機の他、図4(B)に示されるような、プロペラ軸301を介してプロペラ302を駆動する船舶用推進装置用としての高温水噴射内燃機関にも適用できる。
また、本発明は、前記のように構成された高温水噴射内燃機関を原動機または原動機の一つとして装備した原動機設備にも適用できる。
The present invention is for a marine propulsion device that drives a
The present invention can also be applied to prime mover equipment equipped with the high-temperature water injection internal combustion engine configured as described above as one of prime movers or prime movers.
本発明によれば、噴射流体が超臨界状態水等の高温で腐食性の強い流体であっても、噴射弁の最重要要素である針弁の作動及び針弁と弁座とのシート機能の低下を防止できて、高い耐久性をそなえ高精度の燃料噴射性能を発揮できる高温流体噴射弁及びかかる高温流体噴射弁をそなえた高温水噴射内燃機関を提供できる。 According to the present invention, even if the injection fluid is a highly corrosive fluid such as supercritical water, the operation of the needle valve, which is the most important element of the injection valve, and the seat function of the needle valve and the valve seat are improved. It is possible to provide a high-temperature fluid injection valve capable of preventing the deterioration and exhibiting high durability and high-precision fuel injection performance, and a high-temperature water-injection internal combustion engine provided with such a high-temperature fluid injection valve.
1 噴射弁本体
3 ノズルチップ
4 噴孔
5 針弁
5b 針弁室
9 連結部材
12 作動油室
29 ステライト
30 超磁歪アクチュエータ
31 パイロット弁
031 針弁ケース
200 水噴射弁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Injection valve body 3 Nozzle tip 4 Injection hole 5
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