KR101925180B1 - 내연 기관의 인젝터용 노즐을 제조하기 위한 방법 - Google Patents

Abstract

내연 기관의 인젝터용 노즐을 제조하기 위한 방법으로서,
-원통형 표면(16), 원통형 표면(16)의 제1 단부에 평평한 기준 표면(18), 및 원통형 표면(16)의 제2 단부로부터 돌출되는 노즐 팁(20)을 각각 가지며 상기 평평한 기준 표면(18)에 직교하는 종방향 축(A)을 갖는, 노즐 블랭크(14)를 기계가공에 의해 형성하는 단계,
-상기 평평한 기준 표면(18) 상으로 보호 디스크(22)를 적용하는 단계,
-밀폐된 제1 단부를 수용 튜브(26)에 제공하는 단계,
-상기 노즐 블랭크(14)를 수용 튜브(26) 내로 연속하여 삽입하는 단계,
-상기 수용 튜브(26) 내로 각각의 노즐 블랭크(14)의 삽입 이후에 수용 튜브(26)의 내부 벽과 노즐 팁(20) 사이의 공간을 금속 분말(32)로 충전하는 단계,
-금속 분말(32)을 압축하고 수용 튜브(26)의 제2 단부로부터 공기를 빼내는 단계,
-수용 튜브(26)를 열간 정수압 소결법(HIP)을 수행하는 단계,
-개별 섹션(46)을 형성하기 위하여 보호 디스크(22)와 정렬된 절단 섹션(44)을 따라 가로방향으로 수용 튜브(26)를 연속적으로 절단하는 단계, 및
-상기 노즐 팁(20) 상에 금속 코팅(52)을 형성하기 위하여 상기 섹션(46)을 기계가공하는 단계를 포함한다.

Description

내연 기관의 인젝터용 노즐을 제조하기 위한 방법{A method for producing a nozzle for injectors of internal combustion engines}

본 발명은 내연 기관의 인젝터용 노즐을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는, 본 발명은 높은 내식성의 재료 층으로 코팅된 외부 표면을 갖는 노즐 팁을 포함한 내연 기관의 인젝터용 노즐을 제조하는 방법에 관한 것이다.

제EP-A-2679323호는 금속 코팅이 제공된 노즐을 제조하기 위한 방법을 기재하는데, 이 방법은

-중공 공간을 형성하는 노즐 팁을 둘러싼 측면 벽과 노즐 팁을 포함하는 중공 금속 몸체를 제공하는 단계,

-분말 금속 코팅 재료로 중공 공간을 충전하는 단계,

-금속 몸체의 어레이를 튜브 내로 삽입하는 단계,

-튜브를 밀폐하고 튜브 내로부터 공기를 배출하는 단계, 및

-분말 코팅 재료가 노즐 팁에 결합된 고체 코팅을 형성하도록 열간 정수압 소결법(HIP)을 튜브에 수행하는 단계를 포함한다.

그 후에, 코팅 재료로 덮인 노즐 팁을 갖는 몸체가 기계가공되고 이 동안에 측면 벽과 코팅 재료의 일부가 제거되고 이에 따라 노즐 팁 주위에서 코팅의 층이 남겨진다.

이 방법은 분말 코팅 재료로 충전되는 내부 공간을 형성하기 위하여 중심 코어를 둘러싸는 외부 벽과 중심 코어를 갖는 중공 몸체의 제조를 필요로 한다. 이 타입의 중공 몸체의 제조는 복잡하고 비용이 많이 소요된다. 제EP-A-2679323호에 기재된 방법은 또한 코팅된 몸체가 이의 중심 축 주위에서 대칭을 이루도록 보장하기 위하여 중공 몸체와 튜브 사이에 정밀 결합을 필요로 한다.

본 발명은 코팅 두께의 더 큰 균일성을 제공하고 종래 기술에 따른 방법보다 더 단순하고 저렴한 내식 재료의 코팅이 제공된 내연 기관용 노즐을 제공하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명에 따라서, 이 목적은 청구항 제1항의 요지를 형성하는 특징을 갖는 방법에 의해 구현된다. 청구항은 본 발명을 참조하여 제공된 본 발명의 일체 부분을 형성한다.

도 1 내지 도 18은 본 발명에 따른 방법의 다양한 단계를 도시하는 도식적 도면.

도 1 내지 도 18은 내식 재료(corrosion-resistant material)가 제공된 내연 기관의 인젝터를 위한 노즐을 제조하기 위한, 본 발명에 따른 방법의 단계를 도식적으로 도시한다.

도 1을 참조하면, 방법의 제1 단계는 전형적으로 스틸의 원통형 금속 바(10)를 복수의 원통형 섹션(12)으로 절단하는 단계를 포함한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 원통형 섹션(10)은 복수의 노즐 블랭크(14)를 형성하기 위하여 전형적으로 터닝(turning)에 의해 기계가공되고, 상기 원통형 섹션 각각은 원통형 표면(16), 원통형 표면(16)의 제1 단부에 평평한 기준 표면(18), 및 평평한 기준 표면(18)에 마주보는 원통형 표면(16)의 제2 단부로부터 돌출되는 노즐 팁(20)을 갖는다. 표면(18)은 터닝 작업을 위한 기준 표면으로서 사용되고, 이에 따라 노즐 팁(20)은 평평한 기준 표면(18)에 대해 완벽히 직교하는 종방향 대칭 축(A)을 갖는다.

또한, 터닝 장치 상에서 바의 절단을 수행하고 터닝에 의해 원통형 바(10) 상에서 직접 노즐 블랭크(14)를 얻을 수 있다. 평평한 기준 표면(18)은 가로방향 절단부를 포함하도록 형성되고 노즐 팁(20)의 종방향 대칭 축(A)에 대해 완벽히 직교한다.

도 3을 참조하면, 각각의 노즐 블랭크(14)의 평평한 기준 표면(18) 상에 높은 용융 온도를 갖는 비-금속 재료의 보호 디스크(22)가 적용된다. 보호 디스크(22)는 예를 들어, 붕소 또는 유사 비금속 재료로 제조될 수 있다. 보호 디스크(22)는 평평한 기준 표면(18)의 동일한 직경을 갖는다. 보호 디스크(22)는 바람직하게는 접착제(24)의 층에 의해 평평한 기준 표면(18)에 고정된다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 방법은 종방향 축의 방향으로 연장된, 금속성 수용 튜브(metallic containment tube, 26)를 제공하는 단계를 포함한다. 수용 튜브(26)의 제1 단부는 용접에 의해 수용 튜브(26)에 고정된 금속 캡(28)에 의해 밀폐된다. 수용 튜브(26)의 마주보는 단부는 개방된 상태로 유지된다.

도 5를 참조하면, 수용 튜브(26)는 밀폐된 단부가 하부를 향하는 상태에서 수직 방향으로 배향된다. 수용 튜브(26)의 하부에서, 금속 분말의 층(30)이 적층된다. 분말(30)의 층이 도면부호(31)로 도식적으로 도시된 제어식 투여 장치(controlled dosage device)에 의해 수용 튜브(26)의 개방 단부를 통하여 주입된다.

그 뒤에, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 노즐 블랭크(14)는 수용 튜브(26) 내에 삽입된다. 노즐 블랭크(14)의 원통형 표면(16)이 수용 튜브(26)의 내부 원통형 표면과 접촉하지만 이들 표면들 간의 정밀한 결합이 요구되지 않는다. 제1 노즐 블랭크(14)의 보호 디스크(22)는 수용 튜브(26)의 하부에 도포된 분말(30)의 층 상에 배열된다.

수용 튜브(26)의 하부 상으로 제1 노즐 블랭크(14)를 삽입한 후에, 제어된 양의 금속 분말(32)이 수용 튜브(26) 내에 주입된다. 금속 분말은 예를 들어, 니켈-계 합금으로부터의 부식에 대해 높은 내식성을 갖는 소결가능 재료로 형성된다. 분말(32)의 양은 노즐 팁(20) 위에 분말 층을 형성하고 노즐 팁(20)의 외부 표면과 수용 튜브(26)의 내부 벽 사이에 자유 공간을 충전하도록 측정된다.

그 뒤에, 도 7에 도시된 바와 같이, 후속 노즐 블랭크(14)는 수용 튜브(26) 내로 삽입되고, 각각의 노즐 블랭크(14)의 삽입 이후에 제어된 양의 분말(32)이 바로 삽입된 노즐 블랭크(14) 위에 주입된다.

이 방식으로, 노즐 블랭크(14)의 어레이가 수용 튜브(26) 내에 정렬된 상태로 형성되며, 각각의 노즐 블랭크(14)들은 금속 분말 층(32)에 의해 이격된다. 각각의 노즐 블랭크(14)는 분말(32)의 층 상에 배열되고 각각의 보호 디스크(22)는 금속 분말(32)과 평평한 기준 표면(18) 사이의 접촉을 방지한다. 수용 튜브(26) 내로 4개 내지 5개의 노즐 블랭크(14)의 그룹을 삽입한 후에, 분말(32)이 바람직하게는 수용 튜브(26)의 동시 진동과 함께 프레서(presser, 34)에 의해 압축된다.

도 8을 참고하면, 수용 튜브(26) 내에 소정의 개수의 노즐 블랭크(14)를 배열한 후에, 천공된 밀폐 디스크(36)가 분말(32)의 최종 층 위에 배열된다.

도 9를 참조하면, 최상위 분말(32)의 층 위에 천공된 디스크(36)를 배치한 후에, 추가 측정된 양의 분말이 천공된 디스크(36) 위에 주입되고, 추가 압축 단계가 프레서(34)에 의해 수행된다. 분말(32)의 더 우수한 압축은 프레서(34)에 의한 압축과 동시에 수용 튜브(26)에 대해 진동을 가함으로써 구현된다. 압축 단계 중에 수용 튜브(26)를 진동시키기 위한 단순하고 효율적인 방법은 수용 튜브(26)이 외부 표면 상에서의 해머링(hammering) 단계로 구성된다.

도 10을 참조하면, 압축 단계 후에, 코튼 필터(cotton filter, 38)가 수용 튜브(26)의 상부 단부 내에 배열되고, 수용 튜브(26)의 상부 단부는 코튼 필터(38)와 천공된 링(36)을 기계식으로 고정하기 위해 압축된다. 튜브의 단부의 변형은 수용 튜브(26)의 상부 단부를 완벽히 밀폐하지 않지만, 수용 튜브(26)의 원래의 직경보다 더 작은 직경을 갖는 채널(40)을 유지한다.

그 후에, 수용 튜브(26)의 채널(40)이 도 11에 도시된 바와 같이 흡입 공급원에 연결된다. 코튼 필터(38)는 분말(32)이 흡인되는 것을 방지한다. 이 단계에서, 수용 튜브(26) 내의 공기가 제거된다.

그 뒤에, 도 12에 도시된 바와 같이 채널(40)을 밀폐하기 위하여 가로방향 압축이 수행되고, 그 뒤에 수용 튜브(26)의 상부 단부를 밀봉하는 용접부(42)가 형성된다.

전술된 바와 같이 제조된, 수용 튜브(26)는 열간 정수압 소결법(hot isostatic pressing)이 수행되고, 이 소결법 중에 수용 튜브(26)는 3 내지 4 시간 동안에 100 MPa의 등방압 및 1100 내지 1200 °C의 온도에 노출된다.

열간 정수압 소결법 이후에, 수용 튜브(26)가 도 14에 도시된 바와 같이 변형된다. 소정의 분말(32)이 소결에 의해 고체가 되고 각각의 노즐 팁(20)의 외부 표면에 결합된다. 보호 디스크(22)는 노즐 블랭크(14)의 평평한 기준 표면(18)에 소결된 분말이 결합되는 것을 방지한다. 수용 튜브(26)의 벽은 분말의 치밀화로 인해 노즐 팁(20)에 대응하는 영역에서 변형된다. 열간 정수압 소결법은 어닐링 단계가 이어진다.

그 후에, 천공된 링(36)을 수용하는 수용 튜브(26)의 상부 부분(42), 필터(38) 및 응고된 분말의 일부가 절단되고 도 15에 도시된 바와 같이 폐기된다. 수용 튜브(26)의 나머지 부분은 도 16에 도시된 바와 같이 복수의 절단 섹션(44)을 따라 가로방향으로 절단된다. 절단 섹션(44)은 각각의 보호 디스크(22)와 정렬된다. 절단 섹션(44)을 따라 절단 중에, 보호 디스크(22)는 각각의 평평한 기준 표면(18)으로부터 분리된다.

절단 섹션(44)을 따라 가로방향 절단 이후에, 복수의 섹션(46)이 형성되며, 이들 각각은 도 17에 도시된 구조를 갖는다. 각각의 섹션(46)은 수용 튜브(26)의 각각의 부분으로 형성된 외부 벽(48)을 포함한다. 외부 벽(48) 내에 노즐 블랭크(14)가 수용되고 이는 열간 정수압 소결법의 공정 중에 소결된 분말(32)에 의해 형성된 몸체(50)로 코팅된 노즐 팁(20)을 갖는다.

몸체(50)는 외부 벽(48)의 내부 표면과 노즐 팁(20)에 결합된다. 노즐 블랭크(14)는 소결된 코팅 재료가 없는 평평한 기준 표면(18)을 가지며 이는 평평한 기준 표면(18)이 분말(32)과 평평한 기준 표면(18)의 접촉을 방지하는 열간 정수압 소결법 동안에 보호 디스크(22)에 의해 덮이기 때문이다. 이 방식으로, 각각의 섹션(46)의 평평한 기준 표면(18)은 각각의 노즐 팁(20)의 종방향 축(A)에 완벽히 직교한다.

도 18을 참조하면, 각각의 섹션(46)은 기계가공, 전형적으로 터닝 작업이 수행되며 이 중에 외부 벽(48), 노즐 블랭크(14)의 원통형 표면(16)의 일부, 및 코팅 몸체(50)의 일부가 제거된다. 도 18은 기계 가공의 종료 시에 노즐 블랭크(14)를 도식적으로 도시한다. 노즐 블랭크(14)는 노즐 팁(20)의 외부 표면에 결합된 노즐 팁(20)의 단부에서 높은 내식성 재료의 코팅(52)을 갖는다. 코팅(52)은 기계 가공 이후에 남겨지는 몸체 부분(50)에 의해 형성된다. 노즐 블랭크(14)의 기계가공은 열간 정수압 소결법의 공정 이전에 수행된 노즐 블랭크(14)의 사전 기계가공을 위한 기준 표면으로 사용된 동일한 평평한 기준 표면(18)을 기계가공하기 위한 기준 표면으로서 취함으로써 수행된다. 이에 따라 노즐 블랭크(14)의 종방향 축(A)에 대해 평평한 기준 표면(18)의 완벽한 직교가 보장된다. 이에 따라, 기계가공 중에 노즐 팁(20) 주위에서 코팅(52)의 두께의 완벽한 균일성이 구현된다.

본 발명에 따른 방법은 종래 기술에 따른 해결 방법에 비해 선호되는데, 이는 더 단순하고 더 신속한 기계가공 작업에 의해 제조되고 중공 부분이 제공되지 않기 때문에 노즐 블랭크의 더 간단한 프로파일을 이용하기 때문이다. 본 발명에 따른 방법은 수용 튜브의 내부 표면과 노즐 블랭크 사이의 정밀한 결합을 필요로 하지 않는다. 게다가, 전체 공정 중에 노즐 블랭크는 코팅 두께의 더 양호한 균일성 및 더 높은 기계가공 정밀성이 수득되는 최종 터닝 및 사전 터닝을 위해 사용되는 동일한 기준 표면을 유지하기 때문이다.

물론, 본 발명의 원리에 대한 선입견 없이, 구성의 세부구조 및 실시예들이 하기 청구범위에 청구된 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 도시되고 설명된 세부구조 및 실시예들에 대해 폭넓게 변화할 수 있다.

Claims (9)

1. 내연 기관의 인젝터용 노즐을 제조하기 위한 방법으로서,
   -원통형 표면(16), 원통형 표면(16)의 제1 단부에 평평한 기준 표면(18), 및 원통형 표면(16)의 제2 단부로부터 돌출되는 노즐 팁(20)을 각각 가지며 상기 평평한 기준 표면(18)에 직교하는 종방향 축(A)을 갖는, 노즐 블랭크(14)를 기계가공에 의해 형성하는 단계,
   -상기 평평한 기준 표면(18) 상으로 보호 디스크(22)를 적용하는 단계,
   -밀폐된 제1 단부를 수용 튜브(26)에 제공하는 단계,
   -상기 노즐 블랭크(14)를 수용 튜브(26) 내로 연속하여 삽입하는 단계,
   -상기 수용 튜브(26) 내로 각각의 노즐 블랭크(14)의 삽입 이후에 수용 튜브(26)의 내부 벽과 노즐 팁(20) 사이의 공간을 금속 분말(32)로 충전하는 단계,
   -금속 분말(32)을 압축하고 수용 튜브(26)의 제2 단부로부터 공기를 빼내는 단계,
   -수용 튜브(26)를 열간 정수압 소결법(HIP)을 수행하는 단계,
   -개별 섹션(46)을 형성하기 위하여 보호 디스크(22)와 정렬된 절단 섹션(44)을 따라 가로방향으로 수용 튜브(26)를 연속적으로 절단하는 단계, 및
   -상기 노즐 팁(20) 상에 금속 코팅(52)을 형성하기 위하여 상기 섹션(46)을 기계가공하는 단계를 포함하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 보호 디스크(22)는 비-금속 재료로 형성되는 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 보호 디스크(22)는 접착제(24)의 층에 의해 상기 평평한 기준 표면(18)에 고정되는 방법.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 보호 디스크(22)는 붕소로 제조되는 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 노즐 블랭크(14)의 원통형 표면(16)은 상기 수용 튜브(26)의 내부 원통형 표면과 접촉하는 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 금속 분말(32)은 인접한 노즐 블랭크(14)들 사이에 분리 층을 형성하는 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 압축 단계는 프레서(34)에 의해 분말(32)을 압축하는 단계 및 상기 수용 튜브(26)에 진동을 인가하는 단계를 포함하는 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 수용 튜브(26)의 제2 단부 내에 분말을 위한 필터(38)를 제공하는 단계를 포함하는 방법.
9. 제1항에 있어서, 공기를 빼낸 후에 수용 튜브(26)의 제2 단부를 밀봉하는 단계를 포함하는 방법.

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