KR20110128728A - 연료 인젝터를 위한 노즐을 제조하기 위한 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내연기관용 연료인젝터를 위한 노즐(26)을 제조하기 위한 방법에 관한 것이고,
- 종방향(A)으로 길게 형성되고 내마모성재료로 제조된 내부코어(12)와 상기 내부코어(12)를 둘러싸고 내부식성 재료로 제조된 외측의 원형층(14)을 가진 다층 바(10)를 형성하는 단계,
- 평평한 전방표면(18)을 가진 원통형 블랭크(16)를 형성하기 위해 상기 종방향(A)과 직교하는 방향으로 상기 다층 바(10)를 절단하는 단계,
- 상기 블랭크(16)의 상기 전방표면(18)들 중 한 개에 내부식성 재료의 팁(20)을 고정하는 단계,
- 상기 팁(20)이 고정되는 블랭크(16)를 최종가공된 노즐(26)에 내부로 성형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

연료 인젝터를 위한 노즐을 제조하기 위한 방법{A method of manufacturing a nozzle for a fuel injector}
본 발명은 내연기관의 연료 인젝터(injector)에 관한 것이다. 본 발명은 특히, 동력을 공급하기 위해 해상 추진을 위한 디젤엔진 또는 정치식 엔진과 같이 크로스 헤드(crosshead)를 가지거나 가지지 않는 대형 4 행정 또는 2 행정 내연기관을 위한 연료 인젝터에 관한 것이다.
더욱 구체적으로 설명하면, 본 발명은 상기 노즐을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
배기가스 중에 탄화수소(HC) 성분을 감소시키고 배기밸브와 피스톤에 형성되는 불연소 연료 침전물을 감소시키며 연소실을 깨끗하게 유지하기 위하여, 노즐 팁(nozzle tip)내부에 액낭체적(sac volume)을 감소시키는 것이 중요하다. 액낭체적을 감소시키는 방법들 중 하나는, 상기 노즐 팁내부에서 인젝션 구멍(injection holes)들을 직접 밀폐시키는 것이다.
유리한 설계들 중 하나는, 예를 들어, 문헌 제 EP-A- 052937 호 및 제 WO2008/071187호에 공개된 것처럼 상기 인젝션 구멍들을 개폐하는 슬라이드밸브(slide valve)를 이용하는 방법이다. 상기 문헌에 공개된 연료 인젝터는, 밸브 가이드(valve guide)의 해당 밸브시트와 함께 작동하는 밸브부분을 가지고 축 방햐으로 운동하는 밸브스핀들 및, 상기 밸브스핀들의 밸브부분아래에서 분무기(atomizer)의 중앙 보어(bore)내부로 연장되는 단절요소(cut-off element)를 포함한다. 상기 단절요소의 외측벽은, 노즐 보어의 유입개구부를 개폐하기 위해 효과적으로 이용된다.
상기 형태의 설계에 의하면, 노즐 팁은 내측부분에서 경화된 미끄럼표면을 가지고 외측부분에서 고온의 내부식성 부분을 가질 수 있어서 바람직하다.
문헌 제 EP-A- 1549449 호에 공개된 노즐팁의 제조방법에 의하면, 몰드(mould)내에서 내부식성 1차 합금이 외부영역에 배열되고, 상기 외부영역은 노즐의 외부표면을 구성한다. 노즐의 다른 영역에서 제 2 합금이 이용된다. 상기 몰드내부의 재료들은, 평형 압축(isostatic pressing)에 의해 합체된 재료(consolidated material)로 처리된다. 두 개의 합금들 사이의 경계영역은 크랙이 없어야 한다.
문헌 제 EP- A- 1549449호에 공개된 방법이 가지는 문제점은, 비용이 많이 든다는 것이다. 또한, 내측부분 또는 외측부분은 1밀리미터이상의 최소두께를 요구하고 재료들사이에 융합이 누락되는 위험이 있다.
본 발명의 목적은, 상기 문제점들을 극복하는 노즐을 제조하기 위한 개선된 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 의하면, 상기 목적은 제 1 항의 특징을 가진 노즐을 제조하는 방법에 의해 달성된다.
본 발명의 다른 특징들 및 장점들이, 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명을 제한하지 않는 하기 설명에 의해 명확하게 이해된다.
도 1 내지 도 4는 본 발명을 따르는 노즐을 제조하기 위한 방법의 단계들을 개략적으로 도시한 축방향 횡단면도.
도 5 내지 도 8은, 도 1 내지 도 4에 도시된 방법의 변형예를 개략적으로 도시한 축방향 횡단면도.
우선, 도 1을 참고할 때, 본 발명을 따르는 노즐을 제조하기 위한 방법은 제 1 단계에서, 종방향(A)으로 기다랗게 형성된 원통형의 다층 바(multilayer bar)(10)를 형성한다. 상기 다층 바(10)는 내마모성 재료로 제조된 내부코어(12) 및 상기 내부코어(12)를 둘러싸고 내부식성 재료로 제조된 외측의 원형층(14)으로 구성된다.
(외측표면에서 코팅을 가지지 않는) 대형 디젤엔진, 특히 중량(heavy)의 연료오일을 연소시키는 디젤엔진의 연소실내부에 배열되는 적용예에서, 크롬 함량이 20%(질량 퍼센트)보다 클 경우 재료는 내부식성(corrosion resistant)을 가진 것으로 정의될 수 있다.
본 출원을 위한 내부식성 재료는, 스텔라이트(Stellite) 6, 하이네스(Haynes) 188, 스텔라이트 4, 인코넬 엠에이(Inconel MA) 758, 하이네스 230, 니코퍼(Nicofer) 6125GT, 알로이(Alloy) 6052, 니모닉(Nimonic) 81, 인코넬 671, 하이네스 160을 포함한다.
본 출원에서 "내마모성(wear resistant)"는, 내부 코어(12)가 40 HRC 보다 크거나 52 HRC보다 큰 것이 선호되는 경도를 가지는 것을 의미한다.
상기 다층 바(10)는, 내마모성과 내부식성을 가진 재료를 고온 평형 압축(Hot Isostatic Pressing)(HIP)하거나 내마모성 재료의 막대 또는 튜브를 내부식성 재료의 튜브속으로 삽입하여 구해질 수 있다. 내부의 막대 또는 튜브(12), 외측의 튜브(14) 또는 내부 막대 또는 튜브(12)와 외측의 튜브(14) 모두가 HIP에 의해 별도의 중실(solid) 요소로서 제조될 수 있다.
상기 다층 바(10)는 또한 내부의 막대 또는 튜브(12)를 외측의 튜브(14)속으로 고온 평형 압축(HIP)하거나 외측의 튜브(14)를 내부의 막대 또는 튜브(12)주위에서 고온 평형 압축하여 구해질 수 있다.
내부의 막대 또는 튜브(12) 및 외측의 튜브(14)가 서로 결합되기 전에 중실요소로서 기계가공되면, 고온 평형 압축(HIP)을 이용하여 내부의 막대 또는 튜브(12)와 외측의 튜브(14)를 서로 결합하기 위하여 내부의 막대 또는 튜브(12)와 외측의 튜브(14)사이에 추가로 중간층을 가질 수 있다. 상기 중간층은 분말로서 삽입되고 상기 고온 평형 압축(HIP)과정동안 내부의 막대 또는 튜브(12)와 외측의 튜브(14)의 재료를 결합시키며 고온 평형 압축과정후에 단단해(solid)진다. 상기 중간층은 또한, 브레이징(brazing) 작업에 의해 내부의 막대 또는 튜브(12)와 외측의 튜브(14)에 고정될 수 있다. 따라서, 상기 중간층은 브레이징 과정후에 상기 부품들을 연결시키는 연결층을 형성한다.
상기 원통형의 다층 바(10)는 10 내지 50mm의 외경을 가지고, 상기 내부코어(12)는 5 내지 20mm의 직경을 가지며, 외측의 원형층(14)은 2.5 내지 15mm의 두께를 가지는 것이 선호된다.
도 2에 도시된 제 2 단계에서, 길이(L)를 가진 원통형 블랭크(blank)(16)를 형성하기 위하여 기다란 다층 바(10)는 종방향 축(A)에 대해 횡방향으로 절단된다. 블랭크(16)의 길이(L)는, 노즐의 크기에 의해 결정되고 25 내지 120mm인 것이 선호된다. 각각의 블랭크(16)는 종방향축(A)과 직교하고 평평한 두 개의 전방표면(18)들을 가진다.
도 3에 도시된 제 3 단계에서, 내부식성 재료의 팁(tip)(20)이 상기 블랭크(16)에 형성된 전방표면(18)들 중 한 개에 고정된다. 상기 팁(20)은, 반구형 또는 다른 형상을 가질 수 있는 표면(24) 및 평평한 표면(22)을 가진다. 평평한 상기 표면(22)은, 마찰용접, 이온빔 용접, 브레이징 또는 다른 용접과정에 의해 상기 블랭크(16)의 전방표면(18)들 중 한 개에 용접되며, 용접과정은 관련 재료에 따라 선택된다. 상기 팁(20)은 또한 고온 평형 압축에 의해 블랭크(16)에 고정될 수 있다.
상기 층(18,22)들사이에 횡방향층(25)이 제공될 수 있다. 상기 횡방향층(25)은, 외측의 원형층(14)과 동일한 내부식성 재료로 제조되거나 다른 내부식성 재료로 제조될 수 있다. 상기 횡방향층(25)은, 고온평형압축 또는 브레이징과정후에 재료를 고형(solid) 횡방향층으로 결합시키는 분말 또는 페이스트(paste)에 의해 형성될 수 있다.
하기 일련의 생산단계들에서, 상기 팁(20)이 고정되는 블랭크(16)가 도 4에 도시된 마무리(finished)가공된 노즐(26)로서 형성된다. 상기 노즐(26)을 형성하기 위한 생산단계는, 고온평형압축(HIP), 기계가공 및 열처리를 포함한다.
마무리가공된 상기 노즐(26)은, 내마모성 재료의 내부코어(12)내에 형성되고 하측단부가 폐쇄된 종방향 보어(bore)(28) 및 전체적으로 내부식성 재료로 제조된 외측몸체(30)를 가진다. (도면에 도시되지 않은) 복수 개의 노즐 보어들이 상기 외측몸체(30)의 횡측 벽내에 형성된다. 상기 노즐보어들은, 상기종방향구멍(28)내부를 향하는 각각의 내측 개구부 및 상기 외측몸체(30)의 외측표면으로 개방되는 출구 개구부들을 가진다.
상기 노즐(26)은, 종방향 구멍(28)을 둘러싸는 내마모성 층(12) 및 상기 노즐의 외측표면을 형성하는 내부식성 층(30)에 의해 보호된다.
도 5 내지 도 8에 도시된 변형예에 있어서, 유일한 차이는 상기 팁(20)이 원판(disk) 형상을 가지고 평행한 두 개의 전방표면(22)들을 가지는 것이다. 앞서 설명한 것처럼 원판형상을 가진 상기 팁은 고온평형 압축과정 또는 브레이징 과정에 의해 횡방향 층(25)과 함께 블랭크(16)에 용접되거나 결합되고, 다음에 상기 노즐(26)의 성형과정동안 둥근 형상으로 형성된다.
10....다층바,
12....내부코어,
14....원형층,
16....원통형 블랭크,
18....전방표면,
20....팁,
22,24....표면,
25....횡방향층,
28....종방향 보어

Claims (14)

  1. 내연기관용 연료인젝터를 위한 노즐(26)을 제조하기 위한 방법에 있어서,
    - 종방향(A)으로 길게 형성되고 내마모성재료로 제조된 내부코어(12)와 상기 내부코어(12)를 둘러싸고 내부식성 재료로 제조된 외측의 원형층(14)을 가진 다층 바(10)를 형성하는 단계,
    - 평평한 전방표면(18)을 가진 원통형 블랭크(16)를 형성하기 위해 상기 종방향(A)과 직교하는 방향으로 상기 다층 바(10)를 절단하는 단계,
    - 상기 블랭크(16)의 상기 전방표면(18)들 중 한 개에 내부식성 재료의 팁(20)을 고정하는 단계,
    - 상기 팁(20)이 고정되는 블랭크(16)를 최종가공된 노즐(26)에 내부로 성형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료인젝터를 위한 노즐을 제조하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 팁(20)은
    - 용접 또는
    - HIP 과정에 의한 결합 또는
    - 브레이징에 의해 상기 블랭크(16)에 고정되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료인젝터를 위한 노즐을 제조하기 위한 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 블랭크(16)의 표면(18,22)들과 팁(20)사이에 횡방향층(25)이 제공되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료인젝터를 위한 노즐을 제조하기 위한 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 다층바(10)는, 내마모성 및 내부식성 재료의 고온 평형압축(HIP)에 의해 구해지는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료인젝터를 위한 노즐을 제조하기 위한 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 다층 바(10)는, 내마모성 재료로 제조된 내부의 막대 또는 튜브(12)를 내부식성 재료로 제조된 외부의 튜브(14)속으로 삽입하여 구해지는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료인젝터를 위한 노즐을 제조하기 위한 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 내부의 막대 또는 튜브(12) 및/또는 외부의 튜브(14) 및/또는 팁(20)이 고온평형압축(HIP)에 의해 별도의 고형 요소들로서 제조되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료인젝터를 위한 노즐을 제조하기 위한 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 다층 바(10)는, 내부의 막대 또는 튜브(12)를 외부의 튜브(14)속으로 고온평형압축(HIP)하거나 내부의 막대 또는 튜브(12)주위에서 외부의 튜브(14)를 고온평형압축하여 구해지는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료인젝터를 위한 노즐을 제조하기 위한 방법.
  8. 제 5 항에 있어서, 내부의 막대 또는 튜브(12)와 외부의 튜브(14)사이에 중간층이 제공되고, 내부의 막대 또는 튜브(12)와 외부의 튜브(14)가 고온평형압축 또는 브레이징에 의해 서로에 대해 고정되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료인젝터를 위한 노즐을 제조하기 위한 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 원통형의 상기 다층바(10)는 10내지 50mm의 외경을 가지고, 내부코어(12)는 5 내지 15mm의 직경을 가지며, 외측의 원형층(14)은 2.5 내지 15mm의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료인젝터를 위한 노즐을 제조하기 위한 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 내식성 재료는 20%이상의 크롬함량을 가지는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료인젝터를 위한 노즐을 제조하기 위한 방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 내마모성 재료는 40 HRC 이상의 경도를 가지거나 52 HRC이상의 경도를 가지는 것이 선호되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료인젝터를 위한 노즐을 제조하기 위한 방법.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 팁(20)은, 마찰용접 또는 이온빔용접 또는 브레이징에 의해 상기 블랭크(16)의 전방표면(18)들 중 한 개에 용접되는 평평한 표면(22)을 가지는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료인젝터를 위한 노즐을 제조하기 위한 방법.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 팁(20)은 반구형 표면(24)을 가지는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료 인젝터를 위한 노즐을 제조하기 위한 방법.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 팁(20)은 원판형상을 가지고 평평하고 평행한 두 개의 표면(22)들을 가지는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료인젝터를 위한 노즐을 제조하기 위한 방법.
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