JPH0639095Y2

JPH0639095Y2 - ディーゼル機関用燃料噴射ノズル

Info

Publication number: JPH0639095Y2
Application number: JP3130188U
Authority: JP
Inventors: 操片山; 啓一河野; 元昭今村; 正明岩丸
Original assignee: Daido Steel Co Ltd; Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd; Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 1988-03-09
Filing date: 1988-03-09
Publication date: 1994-10-12
Anticipated expiration: 2003-03-09
Also published as: JPH01134773U

Description

【考案の詳細な説明】＜産業上の利用分野＞この考案は、ディーゼル機関用燃料噴射ノズルに関する
ものである。

＜従来技術とこの考案が解決しようとする課題＞第８図に示すように、ディーゼルエンジンの燃焼室内に
配置される燃料噴射ノズル１は、噴口部2Aを有するノズ
ルチップ２、ニードル弁３などから構成され、従来にお
いてはノズルチップ２の上部にニードル弁３の弁座４が
形成され、ノズルチップ２がノズルと弁座を兼用する構
造とされている。

したがって、従来のノズルチップ材料は、耐熱性・耐エ
ロージョン（摩耗）性を考慮して選定され、例えばSKH5
1が用いられていた。

そして、その後、エンジンの高性能化に伴う苛酷な運転
条件下では、耐高温腐食性を考慮する必要があり、メッ
キ・溶射等の表面コーティング材料（第９図参照）およ
びステライト・Ti合金等の単一材料が選定され適用され
てきた。

しかしながら、このような処理あるいは材料を用いて
も、高温腐食、欠損、へたり等により耐久性が悪く、苛
酷な使用環境下においてノズルチップの寿命が短いとい
う問題点がある。

この考案は、前述のような問題点を解消すべくなされた
もので、その目的は、苛酷な使用環境下においてもノズ
ルチップの寿命を著しく向上させることのできるディー
ゼル機関用燃料噴射ノズルを提供することにある。

＜課題を解決するための手段＞本考案の燃料噴射ノズルは、ノズルチップを、 C:0.20％以下 Si:1.0％以下 Mn:1.0％以下 Ni:30〜45％ Cr:25〜35％ B:0.001〜0.010％ Mg:0.005〜0.030％ Al:1.0〜5.0％及び残部が実質的にFeと不可避的不純物とからなる高Ni
-Cr-Al系合金で形成し、溶体化処理後、時効処理したノ
ズルチップを使用して構成される。

また、ノズルチップと弁座を別体とし、弁座の材料をノ
ズルチップ材質よりも硬度の高い材料とする。

さらに、ノズルチップ自体も先端部と基端部とを別体と
し、基端部の材料を先端部の材質よりも硬度の高い材料
とし、これらを溶接、圧接等により冶金的に接合して形
成する。

なお、本考案のノズルチップに用いる高Ni-Cr-Al系合金
の成分元素含有量の範囲の限定理由は以下のとおりであ
る。

C:0.20％以下Ｃは母相に固溶して基地を強化させるために必要な元素
であるが、0.20％を超えて添加すると耐食性が低下する
ため上限を0.20％とした。

Si:1.0％以下 Siは製鋼時の脱酸剤として有効な元素であるが1.0％を
超えて添加するとフェライトが生成し易くなるのでその
上限を1.0％とした。。

Mn:1.0％以下 Mnは製鋼時の脱酸及び脱硫剤として有効な成分元素であ
るが、1.0％を超えて添加すると加工性が低下し、しか
も、耐食性が劣化するので、その上限を1.0％とした。

Ni:30〜45％ Niは安定なオーステナイト組織を得るために重要な元素
であり、Crの含有量に応じてその含有量を決定すること
が好ましい。例えば、Crの含有量が35％の場合、要求さ
れるNiの含有量は少なくとも30％である。一方、Niの含
有量が45％を超えると、性能面では略飽和に達する反面
コストを徒に上昇させるので、その上限を45％とした。

Cr:25〜35％ CrはFe-Niと共にオーステナイト組織を形成するために
重要な元素である。Crの含有量が25％未満では充分な耐
食性を得ることが困難であり、一方、35％を超えると熱
間加工性が低下すると共に、時効硬化処理により得られ
る硬度が低くなるという不具合がある。

B:0.001〜0.010％Ｂは熱間加工性を向上させるために資する元素である。
その含有量が0.001％未満では、その効果を充分に発揮
させることができず、又、0.010％を超えて添加すると
逆に加工性が低下してしまう。

Mg:0.005〜0.030％ MgはＢと共に熱間加工性の向上に資する元素である。そ
の含有量が0.005％未満では充分な効果を得ることがで
きず、又、0.030％を超えて添加すると、Niとの低融点
共晶化合物が生成して加工性を低下させる。

Al:1.0〜5.0％ AlはFe-Ni-Crのオーステナイト基地から金属間化合物
γ′（Ni3Al）相を析出させて上記基地全体を硬化させ
るために必須の元素である。Alの含有量が1.0％未満で
は充分な硬度が得られず、又、5.0％を超えると熱間加
工性が低下し、加工が困難になるという問題が生じる。

＜作用＞高Ni-Cr-Al系合金は、耐高温腐食性（バジウムアタック
・硫化）・耐低温腐食性（エンジン停止時の結露生成硫
酸による腐食に耐えること）・耐エロージョン性（燃料
噴射による噴口拡大に耐えること）・耐折損及び耐欠損
性（組み付け運搬時及び熱衝撃等による）の４つの特性
を併せ持ち、従来材よりも著しくノズルチップ寿命を延
長し得る。

また、溶体化処理後の時効処理により、硬度が向上し、
耐エロージョン性がより向上し、よりノズルチップの延
命化を図れる。

さらに、ノズルチップと弁座を別体とすることにより、
弁座に適した材料を用いることができ、高Ni-Cr-Al系合
金と相まってノズルの寿命を延長させることができる。

また、ノズル自身も先端部と基端部とを別体とすること
により、装着キャップ被覆側に硬度の高い材料を用いる
ことができ、よりいっそうの延命化を図れる。

＜実施例＞以下、この考案を図示する一実施例に基づいて説明す
る。

第１図に示すように、ノードル弁３の弁座５とノズルチ
ップ６を別材料の別体とし、ノズルチップ６を、 C:0.20％以下 Si:1.0％以下 Mn:1.0％以下 Ni:30〜45％ Cr:25〜35％ B:0.001〜0.010％ Mg:0.005〜0.030％ Al:1.0〜5.0％及び残部が実質的にFeと不可避的不純物とからなる高Ni
-Cr-Al系合金材料で形成し、さらに溶体化処理後、時効
処理もしくは、冷間加工した後時効処理して硬化させた
ものを使用する。

ディーゼルエンジンの燃焼室内におけるノズルチップ
は、燃料噴射による噴口部のエロージョン（摩耗）、燃
焼生成灰による高温腐食、エンジン停止時の結露硫酸に
よる低温腐食等を受け、また、製造・運搬過程における
ノズルチップ衝突による折損および運転中の熱衝撃等に
よるコーティングの欠損等が生じるが、前述のような材
質のノズルチップ６であれば、耐高温腐食性、耐低温腐
食性、耐エロージョン性、耐折損・欠損性を併せ持つた
め、ノズルチップの寿命の著しい延長を図ることができ
る。

このようなノズルチップ６について実験室試験および実
船実機試験を行なった結果を従来例と比較して次に述べ
る。なお、表１にノズルチップ材料を示す。

第３図は、諸材料による耐高温腐食性を示す。縦軸の腐
食減量の大きい材料が耐食性が悪く、従来材に対して本
考案の高Ni-Cr-Al系合金は非常に良好であることが明瞭
である。なお、ノズルチップの寿命を最も支配するのが
耐食性であり、特に従来材（８）に対して265倍の耐久
性があり、従来材（11）に対しても12倍である。

第４図は、耐折損性を示す。従来材（８）に対して本考
案（20）は約６倍の耐久性がある。また、従来材（11）
と同等である。

第５図、第６図は、耐エロージョン性を示す。本考案
（20）は使用環境（室温〜約600℃）において、規定値3
00Hv（ビッカース硬さ）以上を満足しており、従来材
（８）、（11）と同等である。

第７図は、耐硫酸（耐低温）腐食性を示す。硫酸生成時
および昇温による濃縮条件を考慮しても本考案（20）は
非常に良好である。

表２は実船実機試験結果の一例であり、苛酷な運転下の
Ａ船において、本考案の高Ni-Cr-Al系合金のノズルチッ
プは、従来材SKH51の27.6倍、ステライトの６倍の寿命
を示している。耐用時間でみると、SKH51が 500〜1000時間、ステライトが3000時間、本考案ノズル
チップでは20000時間間以上が確認された。

さらに、時効処理することにより硬度を250〜300Hvから
400Hvに向上させることができ（特に噴口部6Aのエロー
ジョン対策）、耐エロージョン性の向上により、より寿
命を延長させることができる。

また、ノズルチップ６と弁座５を別体としてあるため、
500Hv以上の硬度が要求される弁座５に例えばSKH51を使
用できる。弁座５に適した材料を用いることができ、高
Ni-Cr-Al系合金の使用と相まってノズルの寿命を延長さ
せることができる。

さらに、弁座５とノズルチップ６の当接面は平坦面とさ
れ、シール性の向上により、油洩れが防止され、異常燃
焼が一掃されている。

また、第２図に示すようにノズルチップ６自体も、更
に、燃焼室内に露出する先端部６′と、装着キャップで
覆われる基端部６″とを別体とし、先端部６′を高Ni-C
r-Al系合金で製作し、基部６″をSKH51で製作し、両者
を溶接、圧接等の冶金的接合により一体に形成し、基端
部６″を焼入硬化させるようにしておくと、ノズルの寿
命延長にいっそう有効となる。

＜考案の効果＞本考案は以上のような構成からなるので次のような効果
を奏する。

（ｉ）ノズルチップが高Ni-Cr-Al系合金から形成され、
高Ni-Cr-Al系合金は、耐高温腐食性・耐低温腐食性・耐
エロージョン性・耐衝撃性等の特性を併せ持ち、特に耐
高温腐食性に優れ、従来材に比べて苛酷な使用環境下に
おけるノズルチップ寿命を著しく延長させることができ
る。

（ii）溶体化処理後、時効処理を施すことにより、硬度
が高くなり、耐エロージョン性がより向上し、ノズルチ
ップ寿命をより向上させることができる。

（iii）ノズルチップと弁座を別体とし、弁座の材料を
ノズルチップ材質よりも硬度の高い材料とすることによ
り、高Ni-Cr-Al系合金の使用と相まってノズルの寿命を
延長させることができる。

（iv）ノズルチップ自身も先端部と基端部とを別体と
し、両者を冶金的に接合すれば、装着キャップ被覆側に
ノズルチップ材質よりも硬度の高い材料を用いることが
でき、よりいっそうの延命化を図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の燃料噴射ノズルを示す縦断面図、第２
図は燃料噴射ノズルの変形例を示す縦断面図、第３図は
諸材料の耐高温腐食性を示すグフ、第４図は耐折損性を
示すグラフ、第５図、第６図は耐エロージョン性を示す
グラフ、第７図は耐低温（硫酸）腐食性を示すグラフ、
第８図、第９図は従来のノズルを示す断面図である。１……燃料噴射ノズル、２……ノズルチップ、2A……噴
口部、３……ニードル弁、４……弁座、５……弁座、６
……ノズルチップ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者岩丸正明神奈川県茅ケ崎市下町屋３丁目１―17― 108 (56)参考文献特開昭61−163238（ＪＰ，Ａ) 実開昭61−1659（ＪＰ，Ｕ)

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】ディーゼル機関の燃焼室内に配置されるノ
ズルチップ、このノズルチップの後部に設けられるニー
ドル弁および弁座を備えた燃料噴射ノズルにおいて、前記ノズルチップを、 C:0.20％以下 Si:1.0％以下 Mn:1.0％以下 Ni:30〜45％ Cr:25〜35％ B:0.001〜0.010％ Mg:0.005〜0.030％ Al:1.0〜5.0％及び残部が実質的にFeと不可避的不純物とからなる高Ni
-Cr-Al系合金で形成し、溶体化処理後、時効処理したノ
ズルチップを使用してなることを特徴とするディーゼル
機関用燃料噴射ノズル。
【請求項２】ノズルチップと弁座を別体とし、弁座の材
料をノズルチップ材質よりも硬度の高い材料としたこと
を特徴とする請求項（１）記載のディーゼル機関用燃料
噴射ノズル。
【請求項３】ノズルチップ自体の燃焼室内露出側先端部
と装着キャップ被覆側基端部とを別体とし、この基端部
の材料を前記先端部の材質より硬度の高い材料とし、こ
れら両者を冶金的に接合して形成したことを特徴とする
請求項（１）あるいは（２）記載のディーゼル機関用燃
料噴射ノズル。