JP2011099435A - 噴射ノズルの加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】噴射ノズルの耐久限界を高める。
【解決手段】本発明は噴射ノズルの加工方法に関し、燃料供給に用いられる。噴射ノズルの耐久限界を高めるために、当該噴射ノズルの凹部を、レオペクシーあるいはダイラタントの特性を備える流体で満たすことを提案しており、レオペクシーあるいはダイラタントの特性を有する流体は自緊圧力を印加され、その結果噴射ノズルの凹部には、噴射ノズルの耐久限界を高めることのできる内圧が形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１のおいて書きに記載の噴射ノズルの加工方法に関する。

内燃機関、特に船舶用ディーゼル内燃機関の噴射ノズルは、過酷な使用に耐える構成部材である。噴射ノズルは、噴射のタイミングに依存して、高い噴射圧にさらされている。その際、噴射ノズルの耐久限界が、実現可能な噴射圧を制限する。

以上のことから本発明は、噴射ノズルの耐久限界を高めることのできる、噴射ノズルの加工方法を提供することを課題としている。この課題は、請求項１に記載の方法によって解決される。本発明に従えば、燃料供給に用いられる、噴射ノズルの凹部は、レオペクシー流体あるいはダイラタント流体で満たされ、当該流体は自緊圧力を印加され、その結果噴射ノズルの凹部内には、噴射ノズルの耐久限界を高めるような内圧が形成される。

自緊（Selbstschrumpfung）とは、たとえば、内圧が高くかつ振動する場合に使用するための導管の強度を高める方法のことである。その際、管は、後の駆動圧と降伏点とを越える内圧にさらされ、その結果、内壁の領域が可塑化する。応力緩和の後、当該領域においては、後の使用における亀裂形成を予防する、残留圧縮応力が生じる。

自緊の効果は、可塑化された内側区域と、弾性的に成形された外側区域との相互関係に基づいており、当該外側区域は、可塑的に成形された内側区域によって、再び元の形状を取ることを妨げられ、伸ばされたままとなる。管が、できるだけ圧縮率の低い液体によって満たされ、かつ管の端部が密閉して閉鎖されることによって、実行される。ポンプはたいてい、増圧器を介して、必要な圧力を得る。短い滞留時間の後、再び負荷除去され得る。自緊はすでに、コモンレール噴射装置でも応用されている。たとえば、特許文献１を参照されたし。

そのために、すでに商用となっている自緊用オイルが用いられてよく、当該流体は、最大約５０００バールを伝送することができる。

独国特許第１０２００７０１１８６８号明細書 独国特許出願公開第３０２５５６２号明細書 欧州特許第０１７４５６６号明細書

しかしながらこの場合、たとえば噴射ノズルの噴射孔が、それによって密閉され得ないという問題がある。

本発明はまず、噴射ノズルの耐久限界を高めるために、当該噴射ノズルの凹部を、レオペクシーあるいはダイラタントの特性を備える流体で満たすことを提案しており、レオペクシーあるいはダイラタントの特性を有する流体は自緊圧力を印加され、その結果噴射ノズルの凹部には、噴射ノズルの耐久限界を高めることのできる内圧が形成される。

燃料供給に用いられる、噴射ノズルの凹部をレオペクシー流体あるいはダイラタント流体で満たすことによって、かつそれに応じた自緊圧力を加えることによって、噴射ノズルの耐久限界を高めることができるというのが、本発明の認識である。それによって、より高い噴射圧を実現することが可能となる。さらに、これまでは耐久性の理由から不可能であった、噴射ノズルの幾何学形状を作り出すことができる。これによって、燃料消費量と内燃機関の排出量の削減も可能になる。

レオペクシーは、剪断応力に応じてより高い粘性を示す非ニュートン流体の特性である。レオペクシーは時間に大きく依存しており、すなわち剪断応力が一定の場合、粘性は時間とともに上昇する。この反応は、単に剪断の間だけ粘性がより高くなるダイラタンシーとともに密接に用いられる。ダイラタンシーはレオペクシーとは逆に、時間に依存せず剪断応力にのみ依存するという特徴がある。得られる剪断応力が大きければ大きいほど、流体はより粘質もしくはより強靭になる。

たとえば、特許文献２と特許文献３とには、ダイラタント性共重合体分散液の製造と基本機能とが記述されている。

ここで使用されるべき流体は、たとえば２つの成分、すなわち、水晶砂などのような粒子状構造を有する媒体と混合されたオイル性の基本流体（自緊用オイル）から成る。

本発明の好ましいさらなる形態は、従属請求項と、以下の記述とから明らかとなる。本発明の実施例は図に基づいて詳述されるが、それに限定されることはない。図に示されるのは以下である。

噴射ノズルの横断面図である。

図１は噴射ノズル１の横断面図を示しており、当該噴射ノズル１は噴射ノズル本体２によって提供され、当該噴射ノズル本体２内には、凹部すなわち燃料供給部３と、盲穴領域４と、噴射孔５とが内設され、燃料供給部３と盲穴領域４との間の移行領域には、いわゆるニードルシート６が形成されている。

本発明の主旨においては、燃料供給に用いられる、噴射ノズル１の凹部３，４，５，６をレオペクシー流体あるいはダイラタント流体で満たすことによって、かつ流体に自緊圧力を印加することによって、上記のような噴射ノズル１を加工することが提案され、その結果噴射ノズル１の凹部３〜６において、当該噴射ノズル１の耐久限界を高める内圧が形成される。

自緊圧力はその際、噴射ノズルの材料内すなわち噴射ノズル本体２の材料内に、当該材料の降伏点以上かつ当該材料の抗張力以下の応力が形成されるように、算定される。自緊圧力はさらに、噴射ノズルが、燃料供給に用いられる凹部３〜６の領域において、少なくとも部分的に可塑的に成形され、それによって一部可塑化されるように算定され、その結果自緊圧力除去の後に、可塑的に成形されたもしくは可塑化された部分において、残留圧縮応力が残存する。当該残留圧縮応力は、圧力によって駆動時の負荷が増大する場合、平均応力の減少とそれによる噴射ノズル１の耐久限界の上昇とをもたらす。

本発明はそれゆえ、レオペクシーあるいはダイラタントの特性を有する流体を利用して、噴射ノズル１の耐久限界を高めることができるという認識に基づいている。レオペクシーあるいはダイラタントの特性を有する流体は、流体粒子の剪断応力が増すにつれ、その粘性が高まり、レオペクシー流体の場合には、このような粘性の上昇は剪断応力の持続時間に依存する。噴射ノズル１においては、噴射孔５の領域に最も狭い流れの横断面があり、その結果、レオペクシー流体あるいはダイラタント流体の粘性の最大の増加は、噴射孔５に自緊圧力を加える場合に見込まれ得る。流れの方向において、噴射孔５の最も狭い流れの横断面の上流に向かって見て、すなわち少なくとも燃料供給部３と盲穴領域４とニードルシート６の領域において、少なくとも一部もしくは部分的に噴射ノズル１が、当該噴射ノズルの内部に位置する凹部３〜６の領域において可塑的に成形される。噴射孔５の外側領域で当該噴射孔５を別々に密閉する必要はない。

すでに上で記述されたように、ダイラタント流体あるいはレオペクシー流体は、粒子状の構成要素を含有しており、当該粒子状の構成要素は、充分な剪断応力がかかる場合には互いにブロックし合い、粘性の上昇を引き起こす。これらの粒子状の構成要素は、粒子が相応する硬さを有する場合、鋼製の構成部材を循環する際研磨作用がある。それによってこのような流体は加えて、噴射ノズルの噴射孔を流体侵食によって丸み付けする（HE-Verrundung）ための方法に使用され得る。２つの方法（噴射ノズルの、流体侵食による丸み付けと自緊）はそれによって、１つの作業工程で統合されてよい。当該方法は、流体がまず低い圧力で噴射ノズルを通って流れ、噴射孔の吸入口が侵食的に加工されるよう、構成されてよい。ダイラタントあるいはレオペクシー特性は、剪断応力が相応して低い場合、噴射孔では生じない。引き続いて、流体がノズルを通ってポンプで送られる圧力が高められ、その結果流体のダイラタント的あるいはレオペクシー的反応が生じ、噴射孔を通る貫流は中断する。その後圧力はさらに、自緊圧力にまで高められ得る。

１ 噴射ノズル
２ 噴射ノズル本体
３ 燃料供給部
４ 盲穴領域
５ 噴射孔
６ ニードルシート

Claims (5)

1. 噴射ノズルの加工方法において、
   燃料供給に用いられる、前記噴射ノズルの凹部は、レオペクシー流体あるいはダイラタント流体で満たされ、かつ該流体は、自緊圧力を印加され、その結果、前記噴射ノズルの前記凹部内には、前記噴射ノズルの耐久限界を高めるような内圧が形成されることを特徴とする方法。
2. 前記自緊圧力は、前記噴射ノズルの材料内に、該材料の降伏点以上かつ該材料の抗張力以下の応力が形成されるように、算定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記自緊圧力は、前記噴射ノズルが、燃料供給に用いられる前記凹部の領域において、少なくとも部分的に可塑的に成形され、かつ前記自緊圧力除去の後に、可塑的に成形された部分において、残留圧縮応力が残存するように、算定されることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の方法。
4. 重油で駆動される船舶用ディーゼル内燃機関のための噴射ノズルを加工するための、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法の使用法。
5. 前記レオペクシー流体あるいはダイラタント流体は、該流体がまず低い圧力で前記噴射ノズルを通ってポンプで送られ、かつ噴射孔を侵食的に加工した後、前記流体が貫流するための圧力が自緊圧力にまで高められるようにして、付加的に、前記噴射ノズルの耐久限界を高めるために、かつ前記噴射ノズルの噴射孔を流体侵食によって丸み付けするためにも使用されることを特徴とする請求項４に記載の方法の使用法。

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