JP4208836B2

JP4208836B2 - ディーゼルエンジン内の燃料弁のためのノズル及び該ノズルを製造する方法。

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Publication number: JP4208836B2
Application number: JP2004540546A
Authority: JP
Inventors: ホゥ，ハロ・アンドレアス
Original assignee: MAN B&W Diesel AS
Current assignee: MAN B&W Diesel AS
Priority date: 2002-10-07
Filing date: 2003-10-03
Publication date: 2009-01-14
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Also published as: DE60304191D1; KR20050053593A; EP1556608A1; RU2295647C2; NO20052228L; NO336864B1; ES2261962T3; DK200201498A; KR100994140B1; RU2005114357A; ATE321205T1; AU2003269841A1; CN1692224A; CN100419253C; JP2005537438A; EP1556608B1; WO2004031571A1; DE60304191T2

Description

発明の分野

本発明は、ディーゼルエンジン、特に、多数のノズル穴と連通している中央の長手方向チャネルを有し、前記ノズルが下方部分を備えた中央部材と外被とによって構成され、該外被と前記中央部材とが互いに鑞付けされており、前記外被がノズル穴によって前記中央部材の少なくとも下方部分を包囲している２行程クロスヘッドエンジンにおける燃料弁のためのノズルに関する。

ＤＥ１００４２９５６は、セラミック材料の外被が、金属材料からなる中心部材の外側面上に鑞付けされるか又は摩擦溶接されているノズルを記載している。この公知のノズルにおいては、外被は、金属材料に対する熱作用を減じる絶縁外被である。絶縁セラミック材料は、比較的脆く、ノズルが複雑な幾何学的構造を有するノズル穴の周囲領域内でセラミック材料の小片が壊れる危険性が生じる。

ＥＰＯ９８２４９３Ａ１は、主弁座を通過してハウジング内へ且つスライダガイドを通過して外方へと上方に延びているノズルを備えた燃料弁を記載している。燃料弁のこれらの部品は、弁座等に対して適当な硬度を付与するために鋼によって作られている。ノズルの最も下方の部分には、レーダー溶接、プラズマ溶接又は動力吹き付けによる腐食防止コーティングが設けられており、それによって、十分に又は部分的に溶融した材料が混合領域内で鋼に接合される。混合領域内の材料は、ある作動期間の後に、耐食性合金を剥がれ落ちさせる特性を有している。作動時には、ノズルは、耐食性合金の付着の崩壊という危険性を生じる強い周期的な熱的負荷に曝される。

本明細書においては、鑞付けという用語は、広い意味では、如何なる特別な鑞付け材料の使用に限定されることなく、コーティング、半田付けすることであると理解されるべきである。鑞付けは、結果的に、４５０℃を超える高温で作動せしめられるが、４５０℃未満でも作動せしめられる材料に対しても適用可能である高温溶融材料のみを指すものと考えられるべきではない。

本発明の目的は、有利に長寿命のノズルを提供することである。
この点に関して、本発明による最初に述べたノズルは、外被が耐食性合金によって作られており、中心部材が少なくとも±５００Ｍｐａの疲労強度σ_Ａを有する鉄系合金によって作られていることを特徴としている。

セラミック材料の代わりに外被材料として合金を使用することによって、材料の破壊に対抗する外被材料の適当な延性を得ることが可能になる。更に、耐食性合金は、材料が温度による作用に耐えることができるようにする。セラミック材料の使用と比較して、合金の使用は、外被の表面上にノズルのより低い作動温度という利点を提供する。その理由は、極めて絶縁性が高いわけではない合金は、熱がエンジンの燃焼チャンバ内へ噴射される燃料に供給される比較的冷たい中心部材へと、外被材料内に蓄積された比較的大きな割合の熱を内方へと導くからである。

外被は鑞付け前に別個の素材として製造されるので、外被内の耐食性合金は、溶接によって適用される材料と比較して判断される均一な特性を有しているので有利であり、これらは両方とも、典型的には、合金組成内の変動を示し且つ溶接において熱によって影響を受ける領域内に微小な亀裂を生じさせるかも知れない。外被の有利な特性は鑞付けにおいて維持され、これは、コーティングの溶接によって知られている境界領域の材料を変化させる溶融及び／又は熱の影響を受けることなく、中心部材に対する外被の機械的又は幾何学的に調整された固定が提供される。鑞付け領域内には微小な亀裂が存在しないので、鑞付けによる接合自体はノズルの寿命の延びに寄与し且つ更により高い疲労強度を有する材料の使用によってノズルの寿命の更なる延びを得ることを可能にする。中心部材は少なくとも±５００Ｍｐａの疲労強度σ_Ａを有する鉄系合金によって作られているので、ノズルの寿命は実質的に延ばされる。一般的に、中心部材のために使用される鉄系合金は、複雑な幾何学的構造を有するノズルの領域内に高い強度を提供する。なぜならば、小さい面積に配置された多数のノズル穴が、中央の長手方向チャネル内に種々の角度で切り込まれているからである。

疲労強度がノズルの寿命に対して特に重要である理由は、ノズルに対する一般的な熱に基づく負荷に加えて、より正確な射出の制御及び燃料のより良好な燃焼及び汚染化合物の少ない形成を得るために、この時点まで適用されるよりも高い射出圧力及び速い圧力変動の使用の結果として、疲労負荷の著しい増加が期待されるからである。

上記の公報ＤＥ１００４２９５６に記載された中心部材における各ノズル穴とは反対に、外被は、ノズル穴よりも実質的に直径が大きい円錐形の穴を有している。これは、ノズル穴の周囲領域において、中心部材の表面が、燃焼チャンバ内の熱と腐食性の燃焼生成物との両方によって影響を受けることを意味する。本発明の１つの実施形態においては、中心部材と外被との間の遷移領域内のノズル穴は、外被の直径が中心部材とほぼ同じである。このことは、第１に、中心部材の材料が外被の耐食性合金によって完全に覆われて、腐食性燃焼生成物が浸入して中心部材の鉄系合金を劣化させるのが防止される。第２に、外被は、ノズル穴の実質的な部分を構成し、その結果、低温燃料が外被材料の表面に沿って密接して流れ、最も大きな熱の影響が起こる外被の外面までそれを完全に冷却する。これによって、ノズル穴の周囲の外被材料の温度の低下、従って、中心部材と外被との間のノズル穴の敏感な遷移領域の実質的により低い作動温度がもたらされる。

耐食性合金は、ニッケル系合金であるのが好ましい。なぜならば、これらの合金は、ディーゼルエンジンの燃焼チャンバ内に広がっている攻撃的な環境内に良好な特性を有することが経験によって示されているからである。ニッケル系合金に対して適用できる代替品は、ステライトのようなコバルト系合金である。

好ましい実施形態においては、外被と中心部材との間に配置された鑞付け材料は、ニッケル系合金によって作られている。ニッケル系鑞付け材料は、本発明によるノズルの熱処理において起こる温度条件に対する鑞付け温度の良好な適応を可能にする。更に、接合面内のニッケル系合金は、ニッケル系耐食性合金と共に良好に機能する。

外被は、例えば、焼結されたブランク形態の粉末冶金によって又は一緒に鑞付けされた粉末によって製造することができる。一つの実施形態においては、外被全体又は外被の一部分が、鋳造又は展伸材によって作られており、これは、良好で且つ均一な材料特性を、外被のための比較的低い製造コストと結びつける。

ノズルは、燃料弁の第１の弁座を含んでいるスピンドルガイドと連続している燃料弁内の別個のユニットとして適切に設計されている。この設計においては、ノズルは、第１の弁座において起こる幾分大きい応力によって影響を受けないがほんの最小限に影響を受ける。ノズル交換において、交換は、燃焼チャンバ内へ突出している燃料弁の部片によって主として構成されている比較的小さい部分に限られてもいる。

外被又は中心部材内の結合部材を有する不所望な化合物と反応するかも知れない構成要素を含んでいる鑞付け材料を使用すること、又は、鑞付け材料によって得ることができる分離よりも効率の良い結合材料の分離を得ることが望ましいかも知れない。これらの場合には、外被の内面及び／又は中心部材の外面に拡散バリアが設けられるようにノズルを設計することが有利であるかも知れない。ニッケルと銅とは両方とも稠密で安定したコーティングを形成するのに適しているので、このような拡散バリアは、例えば、ニッケル、銅、ニッケル合金又は銅合金であっても良い。代替物としては、コバルトコーティング、コバルト合金又はクロムコーティングとすることもできる。使用されている鑞付け材料に対して良好な強度特性及び比較的高い溶融点を有する極めて稠密なコーティングを形成する電解蒸着されたニッケルが特に好ましい。拡散バリアは、炭素、臭素及びシリコンのような特に小さな元素の拡散を阻止し又は制限して、これらが、遊離形態の元素のより高い含有率を有する合金又は鑞付け材料からこの元素のより低い含有率を有する合金内へと拡散しないようにする。

特に高い負荷を受けるノズルのノズル寿命を更に改良するために、中心部材は、少なくとも±７５０ＭＰａの疲労強度を有することができる。
一つの実施形態においては、セラミック材料からなる絶縁片が中心の長手方向のチャネルの端部の下方の外被の底端の内側に配置されており、絶縁片の下面は、外被の耐食合金によって完全に覆われている。絶縁セラミック材料は、外被材料によって封入されており、従って、燃焼チャンバからの腐食性の影響から保護されている。更に、セラミック材料は、応力レベルが一般的である領域において外被の底部に配置され、特に、疲労負荷は比較的低い。この配置及び燃焼チャンバからの絶縁によって、セラミック材料の使用によって生じるノズル特性に対する実質的に否定的な影響なしで最も大きな熱の影響から追加された部分を覆う利点を利用することが可能である。

もう一つ別の実施形態においては、本発明は、多数のノズル穴と連通している中心の長手方向チャネルを有するディーゼルエンジン、特に、２ストローククロスヘッドエンジン内の燃料弁のためのノズルを製造する方法に関し、中心部材であって、該中心部材の少なくとも下方部分を包囲している外被に鑞付けされている下方部分を備えた中心部材を有している。より長いノズル寿命を得るために、本発明の方法は、使用される外被材料が耐食性の合金であり、少なくとも±５００ＭＰａの疲労強度σ_Ａを有する鉄系合金が中心部材として使用され、中心部材と外被とが真空鑞付けによって鑞付けされることを特徴としている。少なくとも±５００ＭＰａの疲労強度を有する合金によって作られた中心部材に鑞付けされた耐食性合金からなる外被を使用することによる利点に関しては、本発明の第１の特徴によるノズルに関する上記の説明を参照のこと。真空鑞付けの使用によって、とりわけ、外被と中心部材ばかりでなく鑞付け材料内に空気溜まりが形成される虞がないという補助的な利点が提供される。更に、真空炉内の温度は、鑞付け温度の時間と実際の鑞付け温度とが制御されるように迅速に変えることができることが有利である。

本発明の方法の更に別の展開においては、真空鑞付けは、硬化熱処理中に行われる。この鑞付けと硬化との結合によれば、鑞付けのために特別な熱処理を行うことを避けることができる。更に、シリーズ当たり１０乃至２００個のノズルのような小さなシリーズのノズルの製造に関連して特別な利点を得ることができる。熱処理は、通常は、数週間前に計画された特別な連続製造時間を有することができる特別な作業所で行われる。このような作業所においては、硬化は、典型的には毎日行われ、一方、特別な熱処理は、幾分長い時間間隔で行われるだけである。ノズルは、その小さなシリーズにより、常に、既に熱処理が計画されている他の対象物と共に炉内での熱処理のためのスペースを見つけることができるので、小さなシリーズは、通常の硬化温度での硬化と同じ時間で鑞付けを行うことによって、日毎に熱処理することができる。

この組み合わせられた処理に関連して、ノズルの製造ステップは、中心部材及び外被が相互に一緒に配置され且つ固定され、その結果、ノズルが提供され、結合された鑞付けと硬化が行われるように計画されるのが好ましい。この方法は、鑞付けが行われるまで外被と中心部材とが外被及び中心部材内の穴の同軸度を維持することができることを必要としているけれども、このことは、硬化せしめられた中心部材内にノズル穴の時間のかかる火花加工を行うためには好ましい。この相互の固定は、例えば、中心部材及び外被に設けられた短いねじの形態の機械的な係止によって、又は、中心部材と外被との間のスペースに１以上のピンを押し込むことによって、又はことによると、外被と中心部材との間の別々の部分を接着することによって行うことができる。

結合処理に対する代替例は、中心部材と外被との真空鑞付けが行われ、鑞付けされて接合されたノズル内にノズル穴が設けられ、そのときにノズルが硬化せしめられる処理手順である。この方法においては、鑞付けは、ノズル穴が未だ硬化せしめられていないノズル内に加工される前にノズルの部品を相互に接合して一体品として結合加工を提供する独立した熱処理として行われる。鑞付け温度が中心部材のオーステナイト温度より高い場合には、鑞付け温度から加工温度への冷却は、この冷却において著しい程度まで硬化が起こらないほど適切にゆっくりと行われる。ノズルの加工が完了すると、別個の熱処理によって硬化が行われる。

硬化が鑞付けの後の別個の熱処理によって行われると、真空鑞付けのために適用される鑞付け材料は、鑞付け温度が硬化のために適用される硬化温度よりも高い鑞付け材料が好ましい。このことは、鑞付け材料が硬化時に液体となることができず、それがなければ塗り換えの必要が生じるかも知れないという利点を提供する。

鑞付け及び硬化の後に、特に鉄系材料の疲労強度を含むノズル材料の特性を調整するために、焼き戻しが行われるのが好ましい。
外被の製造のために粒状材料を使用することが可能であり、外被全体又は外被材料の一部分が、上方を向いている下方部分を備えた中心部材を配置することによって設けられることが好ましい場合には、管状保持部材が中心部材上に配置され、保持部材内に粒状材料が充填され、粉末の上方に鑞付け材料が配置され、鑞付けが行われ、それによって、粉末は、外被材料内に一緒に鑞付けされる。このことによる利点は、中心部材の外側の幾何学的構造に適合する内側幾何学的構造を備えた嵌め輪形状に加工された外被ブランクの代わりに、保持部材として単純なパイプ部を使用することができることである。

以下、極めて概略的な図面を参考にして本発明をより詳細に説明する。
図１は、全体が符号１によって示された内燃機関内の燃料弁のノズルを示しており、この内燃機関は、４ストロークエンジンとすることができるが各シリンダ上に１以上の燃料弁を備えた２ストローククロスヘッドエンジンであるのが好ましい。後者のエンジンは、とりわけ、このエンジンが硫黄をも含んでいても良い重油燃料によって作動せしめられることが多いという理由により、典型的には、厳格なノズル寿命を必要とする。

ノズルが弁ハウジング２の端部に設けられた中心穴から突出しており、ノズルの環状面３は、ノズル穴４を備えたノズルの先端がシリンダの燃焼チャンバ１５内へと突出し且つ燃料弁が開かれたときに燃料を噴射することができるように、円筒形のカバー１４内の対応する当接面に押し付けることができる。燃料弁は、ニードル弁６を備えた弁スライダ５と、図示された弁構造内でスライダガイド８の下端に配置された弁座７とを有している。スライダガイド８は、ノズル１上の上方を向いている面に対して押し込まれている。ニードル弁は、リング形状の第２の閉塞部材１２を担持することができ、この第２の閉塞部材は、比較的長く且つ細いシャフト１３を介して弁座７内の穴内にねじ込まれるか、さもなければその中に取り付けられている。噴霧の終了時にノズル穴を迅速に閉じるためのこのような第２の閉塞部材は、大きな２ストローククロスヘッドエンジンのためのノズルに関連して良く知られている。第２の閉塞部材は、同じく工具鋼によって作ることができる細長いチャネルの内側面に沿って摺動するので、工具鋼によって作るのが有利である。これは、２つの工具鋼は相対的に良好に動くという事実を利用している。

本発明によるノズルはまた、このような第２の閉塞部材を有していない燃料弁及び第１の弁座がノズルの下方に配置されて弁座の下方の燃料チャネル内に最小の容積をもたらす燃料弁に対しても使用することができる。更に、ノズル穴は、ノズルの一方の側部ばかりでなく両方の側部に対する代わりに他方の側部に向けられるかノズルの外周全体に分散せしめられることが可能である。

ノズルは、中心の長手方向チャネル９を有しており、そこから、ノズル穴４がノズルの外面へとつながっている。ノズルは、耐食性合金によって作られた外被１０と鉄系合金によって作られた中心部材１１とから構成されている。外被１０は、少なくともノズル穴の周囲領域のノズルの最も外側の領域を構成しており且つ上方に延びていても良く、弁ハウジング２から突出しているノズルの部分全体を覆う外側面を構成している。

耐食性合金によって作られた外被１０は、粒状の出発材料によって作ることができるが、鋳造された又は精錬された材料によって作られるのが好ましい。外被材料として使用するのに適切な合金の例としては、例えば、重量％で且つ一般的に起こる不純物を別にして、１５〜３０％のＣｒと、０．０２〜０．５５％のＣと、任意的に、０〜１５重量％のＷ、０〜８％のアルミニウム、０〜５％のチタン、０〜２０％のＣｏ、０〜２％のＨｆ、０〜５％のＮｂ及び／又はＴａ、０〜３５％のＭｏ、０〜１０％のＳｉ、０〜１．５％のＹ並びに０〜２０％のＦｅのうちの１以上と、を含むニッケル系合金とすることができる。この合金は、ある種の不可避不純物を含んでいても良く、また、残りはニッケルである。

このような合金の例としては、２３％のＣｒ、７％のＷ、５．６％のＡｌ、１％のＳｉ、０．５％のＣ及び０．４％のＹという分析結果を有している。この合金は、例えば、±３５０ＭＰａ乃至±４４０ＭＰａのとびとびの疲労強度σ_Ａを有していても良い。

ニッケル系合金はまた、重量比で且つ一般的に存在する不純物を除いて、３５〜６０％のＣｒ、０．０２〜０．５５％のＣ並びに０〜１．０％未満のＳｉ、０〜５．０％のＭｎ、０〜５．００％のＭｏ及び／又はＷ、０〜０．５％未満のＢ、０〜８．０％のＡｌ、０〜１．５％のＴｉ、０〜０．２％のＺｒ、０〜３．０％のＮｂ、０〜最大２％のＨｆ、０〜最大１．５％のＹ、０〜１％のＮ及び０〜最大５．０％のＣｏとＦｅとの集合成分のうちの任意の１以上を含むタイプであっても良い。この合金は、不可避の不純物を含んでいても良く、残りはニッケルである。この材料は、高い疲労強度と、高温腐食と燃料からの腐食作用との両方に対する極めて高い耐性を有している。

外被材料のための合金のその他の例が表１に記載されている。
表１

合金
概略の分析
（重量％）及び一般的に存在する不純物

熱膨張率
（１０−６／℃）

インコネル６２５
1%C 22%Cr 9%Mo 3.5%Nb 0.4%Al 0.4%Ti 残余Ni
１３．９

インコネル６１７
0.07%C 22%Cr 12.5%Co 9%Mo 1.2%Al 0.6%Ti 残余Ni
１３．８

インコネル７２５
0.03%C 21%Cr 8%Mo 3.5%Nb 1.4%Ti 9%Fe 残余Ni
１４．１

インコネル６５７
0.1%C 50%Cr 1.5%Nb 残余Ni
１３．４

ハステロイＢ２
0.01%C 28%Mo 1%Cr 2%Fe 1%Co 残余Ni
１１．６

ハステロイＧ３０
0.03%C 30%Cr 15%Fe 5%C 5.5%Mo 1.5%Nb 2%Cu 2.5%W 残余Ni
１５．２

熱膨張係数は、２０℃から５００℃まで熱するための平均的な直線熱膨張係数、すなわち、５００℃に対して関連性のある熱膨張係数として上記されている。好ましくは、外被材料は、中心部材よりも高い熱膨張係数を有していて、鑞付けの隙間が加熱の際に成長する。これによって、鑞付け温度から２０℃への冷却と関連して中心部材内に圧縮応力が発生する。外被材料が中心部材の材料よりも低い熱膨張係数を有する場合には、外被材料と中心部材とは、これら２つの部材間の隙間が２０℃において所望の鑞付け隙間よりも大きくなるように相互に結合されるべきである。

セルジット（Ｃｅｌｓｉｔ）５０−Ｐのようなコバルト系合金を使用することもできるが、これらは±１５０ＭＰａ未満の比較的低い疲労強度を有し、これがこれらの材料が好ましい材料でない理由である。

ノズルの中心部材１１のために使用されるべき合金材料は、好ましくは工具鋼の種類の鉄系合金であっても良い。中心部材は、工具鋼のための一般的な方法で作っても良いし、又はＥＳＲ（エレクトロスラグ精錬）改鋳方法で作っても良い。中心部材は、例えば、鍛錬されても良いし又は押出のような別の方法で加工しても良い。述べるべき例としては、０．４％のＣ、１．０％のＳｉ、０．４％のＭｎ、５．２％のＣｒ、１％のＶ、１．３％のＭｏ及び残余のＦｅである分析結果を有する工具鋼ＡＩＳＩＨ１３又は０．４５％のＣ、０．４％のＳｉ、０．４％のＭｎ、４．５％のＣｏ、４．５％のＣｒ、０．５％のＭｏ、２％のＶ、４．５％のＷ及び残余のＦｅの分析を有する工具鋼ＡＩＳＩＨ１９又は粉末冶金及びおそらくは続いて行われる押出又は加工によって作られたクルーシブル・リサーチ（ＣｒｕｃｉｂｌｅＲｅｓｅａｒｃｈ）米国（ＵＳＡ）による０．５％のＣ、４．５％のＣｒ、１％のＶ、２．７５％のＭｏ、２％のＷ、０．４％のＳｉ、０．５％のＭｎ及び残余のＦｅを含むＣＰＭ１Ｖ及び０．８％のＣ、７．５％のＣｒ、２．５％のＶ、１．３％のＭｏ、０．９％のＳｉ、０．４％のＭｎ及び残余のＦｅを含むＣＰＭ３Ｖがある。

中心部材のための合金のその他の例が表２に示されている。表２においては、熱膨張係数が表１と同じ方法で記載されている。
表２

合金
概略の分析
（重量％）及び一般的に存在する不純物

熱膨張率
（１０−６／℃）

ＡＩＳＩＨ１１
0.4%C 5%Cr 1.3%Mo 0.5%V 残余Fe
１３．１

ＡＩＳＩＨ２１
0.3%C 3.5%Cr 9.5%W 0.5%V 残余Fe
１２．８

ＡＩＳＩＡ８
0.5%C 5%Cr 1.4%Mo 1.2%W 残余Fe
１２．１

ＡＩＳＩＭ２
0.9%C 4.3%Cr 5%Mo 6%W 2%V 残余Fe
１２．３

ＡＩＳＩＯ１
0.9%C 0.5%Cr 0.5%W 残余Fe
１３．３

例えば、鑞付けは、以下のようにして行うことができる。種々の実施形態及び例においては、同じ参照番号が同じタイプの部材に対して使用されている。外被１０と中心部材１１とは図２に示されているように配置されており、外被は中心部材の下方部分の周りに配置されている。外被１０は、套管形状とされており且つ中心部材の上方部分１１ｂよりも小さい外径を有する下方部分１１ａの全てを包囲している。下方部分１１ａの外径は、外被の内径よりも０乃至０．５ｍｍ小さく、その結果、２つの面の間に０乃至０．２５ｍｍの大きさの隙間が存在し、これらの外径は、隙間の大きさが０．０５ｍｍ乃至０．１ｍｍの間であるように互いに適合されるのが好ましい。

鑞付け材料１４は、外被１０と中心部材１１との間の境界面又は隙間と組み合わせて外被１０の上方端部に沿った管状経路に配置されている。鑞付け材料は、境界部に設けられた小さい凹部内又は図２に示されているように外被の上方縁に設けられた小さい突出しているカラー１５の上方に配置されても良い。カラー１５は、鑞付け前に鑞付け材料を保持し且つ鑞付け中に隙間内に鑞付け材料を導く役目のみを果たす。カラー１５は、鑞付け後に例えば研磨によって除去しても良い。

ノズルのブランクは、炉内に配置され且つ鑞付け温度まで加熱され、鑞付け材料は、その温度で毛管作用によって外被と中心部材との間の隙間内へ吸引され、それらの表面を湿潤させ、鑞付け材料１６はこのとき凝固し且つこれらの面を互いに係止する（図３参照）。鑞付け材料は、例えば、９２５℃ないし１２３０℃の間であっても良い。硬化が別個の加熱処理において起こるときには、鑞付け温度は、１１００℃ないし１２３０℃の間であるのが好ましい。

鑞付け材料は、例えば、Ｃｒ、Ｓｉ又はＢ成分を有するニッケル真鍮とすることができる。適切なニッケル真鍮は、典型的には、５乃至２０％のＣｒ及び／又は４乃至１０％のＳｉ及び／又はＣ、Ｂ及び／又はＣｕを含んでいる。具体例としては、米国ミシガン州マディソンハイツにあるＷａｌｌＣｏｌｍｏｍｙＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能な鑞付け材料がある。適切な鑞付け温度及び鑞付け組成物を有する鑞付け材料を選択することを可能にするＮｉｃｒｏｂｒａｚシリーズのこの会社の鑞付け材料を使用することができる。例えば、Ｎｉｃｒｏｂｒａｚ３０は、１９％のＣｒ、１０．２％のＳｉ、最大０．０６％のＣ及び残余のＮｉを含んでおり且つ約１１９０℃の鑞付け温度を有している。

ノズルのブランクを鑞付けした後、ノズルのブランクの外部及び内部の幾何学的構造を仕上げることができる。このことは、特に、ブランク内にノズル穴４を加工することができ、ブランクの外面もまた回転するか又は研磨してその仕上げられた形状にすることもできることを意味している。好ましくは、図３に示されているように、ノズルの穴４は、外側外被面から中心チャネル９内又は該チャネルにおいてノズルの穴の内側端部の領域まで一定の直径を有している。ノズル穴の直径は、例えば、０．５ｍｍ乃至１．５ｍｍとすることができる。

幾何学的加工が完了すると、ノズルのブランクは、中心部材の適当な硬度に硬化させることが出来る。硬化は、例えば、１０乃至４０分間のソーキング時間によって１０００℃から１１００℃の範囲の温度で行うことができる。次いで、最終的な熱処理を、仕上げられたノズルの結果として生じる疲労強度にとって重要である１以上の焼き戻し処理の形態で実行する。焼き戻しは、例えば、４５０℃乃至６００℃の範囲の温度で２時間のソーキング時間で行うことができる。真空炉又は通常の圧力の炉内で且つ還元又は不活性雰囲気のような特別な雰囲気による２時間の周期を２又は３回に亘って２重又は３重の焼き戻しを実行するのが好ましい。

図４は、鑞付けが行われる前の鑞付け材料１４の代替的な配置を示している。鑞付け材料１４は、ここではチャネル１７の頂部上に配置されており、チャネル１７は、外被１０の上方を向いた端部を介して外被と中心部材との間の境界部につながっている。鑞付け材料は、鑞付け中に鑞付け材料が流れ出すのを防止するために小さい管状の突出部によって包囲されても良い。

硬化と同時に鑞付けを行うことも可能であり、この場合には、鑞付け材料は、９２５℃乃至１１００℃の範囲の鑞付け温度を有するのが好ましく、１０００℃乃至１１００℃であるのが適切である。外被を中心部材上に配置し且つ鑞付け材料を配置した後に、ブランクは炉内に配置され、この炉は、真空にされ且つ硬化温度まで加熱され、これは、例えば、１０２５℃の温度で３０分続けられるか又は１０５０℃の温度で１５分続けられる。

特別な工具鋼に対しては、疲労強度は、ノズルのブランクに付与される熱処理によって調整される。ここで述べる工具鋼は、仕上げられたノズル内で約±５００乃至９００ＭＰａの疲労強度σ_Ａを有することができる。疲労強度σ_Ａは、少なくとも±７５０ＭＰａであるのが好ましい。これと同時に、工具鋼は、高い耐摩耗性及び硬度を有するのが有利である。

正しい内部幾何学的構造を有するはめ輪のような形状を有する図２に示されている外被ブランクを製造する代わりに、外被全体又は外被の一部分を粒状の出発原料によって製造しても良い。これは、例えば、図５に示されているように、切断パイプ部分を切り取り且つ予め上方へ回転された中心部材の下方部分１１ａの周囲にホルダー１８のように配置することによって行っても良い。粒状の出発原料１９は、下方部分１１ａ全体が覆われ粉体が下方部分１１ａの先端の上方の適当な高さに位置するまでホルダー内へ充填される。粉体は、いくつかの粉末サイズを混ぜ合わせられても良く、外被材料として上記したタイプとすることができるいくつかの異なる金属合金の粉末を使用することも可能である。更に、絶縁効果を得るために、セラミック粉末を混合することも可能である。セラミック材料は、例えば、下方部分１１ａの先端より上方の短い距離にある層に配置し、次いで、耐食合金の粉末によって覆われても良い。種々の粉末の徐々に増加する混合もまた使用しても良い。

粉体の上方では、鑞付け材料１４は、鑞付けにおいて稠密構造内に粉体を接合するのに十分な量で配置される。鑞付けの後に、ホルダー１８は、図６に示されたように外被１０の外面に配置されている。ホルダー１８は、ノズルの最終的な仕上げの際に取り外される。

もう一つ別の例においては、ホルダー１８は、外被材料からなるパイプとして形成され且つ図７に示されているように下方部分１１ａの周りに配置される。ここでは、ホルダーは外被の一部分であり、粉体は下方部分１１ａの頂部に充填されなければならないだけである。ホルダー及び外被のこの設計においては、再仕上げの必要性は最少化される。

図８は、外被が外被材料内に完全に封入されたセラミック材料２０の絶縁部品を含んでいる。例えば、セラミック材料の外面上に少なくとも１ｍｍの外被材料が存在して、ノズルの耐食性が減少せしめられない。

必要ならば、拡散バリアが使用されても良い。このバリアは、例えば、電着又はめっきのようなその他の表面塗工方法によって中心部材又は外被に適用されるコーティングであっても良い。バリアは、例えば、ニッケル、銅、コバルト又は亜リン酸ニッケルによって作られても良い。別の方法として、コーティングは吹き付けによって適用しても良い。バリアは、例えば、５乃至４００μｍ、好ましくは１０乃至１００μｍの範囲の厚みを有していても良い。

ノズルは、図１に示されたもの以外の設計を有していても良い。種々の実施形態及び例の詳細部を新しい実施形態に組み合わせても良い。

図１は、大まかに輪郭が示された燃料弁の下端に取り付けられたノズルの長手方向断面図である。図２は、鑞付け前のノズルのノズル部品の断面図である。図３は、ノズル穴の鑞付け及び加工の後の図２のノズルの断面図である。図４は、鑞付けのために準備されたノズルの部品の別の例の図２に対応する断面図である。図５は、鑞付け前のノズルの部品の第３の例を示している。図６は、鑞付け後のノズルの部品の第３の例を示している。図７は、鑞付け前のノズルの部品の第４の例を示している。図８は、封入された絶縁材料を備えた更に別の実施形態を示している。

Claims

ディーゼルエンジン内の燃料弁のためのノズルであって、多数のノズル穴と連通している中心の長手方向チャネルを有し、下方部分を備えた中心部材と外被とから構成されており、前記外被と中心部材とは相互に鑞付けされており、前記外被は少なくとも前記ノズル穴を有する前記中心部材の下方部分を包囲しているノズルであって、
前記外被が耐食性合金によって作られており、前記中心部材が少なくとも±５００ＭＰａの疲労強度σ_Ａを有する鉄系の合金によって作られており、前記燃料弁内に取り付けられているときに、ノズルの上方を向いた面が、前記燃料弁の第１の弁座を備えているスライダガイドに押し付けられることを特徴とするノズル。
請求項１に記載のノズルであって、
前記中心部材と前記外被とに設けられたノズル穴の直径がほぼ同じであることを特徴とするノズル。
請求項１又は２に記載のノズルであって、
前記耐食性合金がニッケル系合金であることを特徴とするノズル。
請求項１乃至３のうちのいずれか一の項に記載のノズルであって、
前記外被と前記中心部材との間に配置された鑞付け材料がニッケル系合金によって作られていることを特徴とするノズル。
請求項１乃至４のうちのいずれか一の項に記載のノズルであって、
前記外被全体又は該外被の一部分が鋳造材料又は精錬材料によって作られていることを特徴とするノズル。
請求項１乃至５のうちのいずれか一の項に記載のノズルであって、
前記外被の内面及び／又は前記中心部材の外面に、電着ニッケルの層のような拡散バリアが設けられていることを特徴とするノズル。
請求項１乃至６のうちのいずれか一の項に記載のノズルであって、
前記中心部材が少なくとも±７５０ＭＰａの疲労強度σ_Ａを有していることを特徴とするノズル。
請求項１乃至７のうちのいずれか一の項に記載のノズルであって、
セラミック材料からなる絶縁片が、前記中心の長手方向チャネルの端部の下方の前記外被の底端部の内側に配置されており、前記絶縁片の下方面が、前記外被の耐食性合金によって完全に覆われていることを特徴とするノズル。
ディーゼルエンジン内の燃料弁のためのノズルであり、多数のノズル穴と連通している中心の長手方向チャネルを有し、下方部分を備えた中心部材が該中心部材の少なくとも下方部分を包囲している外被に鑞付けされているノズルを製造する方法であって、
使用される外被材料が耐食性合金であり、少なくとも±５００ＭＰａの疲労強度σ_Ａを有する鉄系合金が前記中心部材のために使用され、前記中心部材と前記外被とが、当該中心部材と外被との真空鑞付けが行われ、相互に鑞付けされたノズル内にノズル穴が設けられ、その後に、前記ノズルが硬化されることを特徴とする方法。
請求項９に記載の方法であって、
前記中心部材と前記外被とが一緒に且つ相対的に固定されて配置され、その上に、ノズル穴が設けられ、その後に、硬化処理が実行されることを特徴とする方法。
請求項９又は１０に記載の方法であって、
前記真空鑞付けのために適用される鑞付け材料が、好ましくは、鑞付け温度が硬化のために適用される硬化温度よりも高い鑞付け材料であることを特徴とする方法。
請求項９乃至１１のうちのいずれか一の項に記載の方法であって、
前記ノズルが、鑞付け及び硬化の後に、好ましくは二重又は三重の焼き戻しによって焼き戻されることを特徴とする方法。
請求項９乃至１２のうちのいずれか一の項に記載の方法であって、
前記外被全体又は該外被材料の一部分が、上方を向いている下方部分を備えた前記中心部材を配置することによって設けられ、管状ホルダーを前記中心部材上に配置し、粒状材料を前記ホルダー内に充填し、前記鑞付け材料を前記粒状材料の上に配置し、前記鑞付けを行なって前記粒状材料を前記外被材料内に鑞付けすることを特徴とする方法。