KR20190026580A - 예비챔버 장치 - Google Patents

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KR20190026580A
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마르틴 렌츠
자샤 슈톨
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만 에너지 솔루션즈 에스이
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Abstract

내연기관의 실린더를 위한 예비챔버 장치(1)를 제공하며, 이 예비챔버 장치(1)는 내연기관의 실린더의 실린더 헤드(2)에 예비챔버 장치(1)를 체결하기 위한 바디 섹션(3); 및 바디 섹션(3)에 결합되는 노즐 섹션(4)을 포함하고, 이 노즐 섹션(4)은 노즐 오리피스(7)를 포함하며, 이 노즐 오리피스(7)를 통해 바디 섹션(3)과 노즐 섹션(4)에 의해 획정되는 실린더의 예비챔버 장치(1)의 예비챔버 연소실(5)이 실린더의 메인챔버 연소실(6)에 연결되며, 노즐 섹션(4)에 분리 불가능하게 결합되는 바디 섹션(3)은 실린더 헤드(2)를 지나 메인챔버 연소실(6) 내로 돌출하여, 예비챔버 연소실(5)과 메인챔버 연소실(6)이, 메인챔버 연소실(6) 내로 돌출하는 예비챔버 장치(1)의 섹션(8)의 영역에서 한편으로는 바디 섹션(3)에 의해 다른 한편으로 노즐 섹션(4)에 의해 서로 분리되도록 되다.

Description

예비챔버 장치{PRECHAMBER ARRANGEMENT}
본 발명은 예비챔버 장치(prechamber arrangement)에 관한 것이다.
EP 2 205 48 B1로부터 내연기관의 실린더를 위한 예비챔버 장치가 공지되어 있다. 거기에 개시된 예비챔버 장치는 바디 섹션과 노즐 섹션을 포함한다. 바디 섹션은 내연기관의 실린더의 실린더 헤드에 예비챔버 장치를 체결하는 기능을 한다. 노즐 섹션은 바디 섹션에 연결되는 것으로, 노즐 오리피스를 포함하며, 이를 통해 바디 섹션과 노즐 섹션에 의해 획정되는 예비챔버 장치의 예비챔버 연소실이 메인챔버 연소실에 연결된다. 예비챔버 장치가 메인챔버 연소실 내로 돌출하게 하는 예비챔버 장치의 섹션은 전적으로 노즐 섹션에 의해 제공된다. 바디 섹션과 노즐 섹션은 적어도 하나의 로킹 파트에 의해 서로에 연결된다.
마모에 덜 민감한 예비챔버 장치에 대한 필요성이 존재한다. 이로부터 시작하여, 본 발명은 신규한 타입의 예비챔버 장치를 제공한다는 과제에 기초한다.
이 과제는 청구항 1에 따른 예비챔버 장치를 통해 해결된다. 본 발명에 따르면, 노즐 섹션에 분리 불가능하게 결합되는 바디 섹션이 실린더 헤드를 지나 메인챔버 연소실 내로 돌출하여, 예비챔버 연소실과 메인챔버 연소실이, 메인챔버 연소실 내로 돌출하는 예비챔버 장치의 섹션의 영역에서 한편으로는 바디 섹션에 의해 다른 한편으로 노즐 섹션에 의해 서로 분리되도록 된다. 이를 통해, 마모에 덜 민감한 예비챔버 장치가 제공된다.
본 발명의 유리한 제1의 추가적 개선점에 따르면, 메인챔버 연소실 내로 돌출하는 예비챔버 장치의 섹션에 있어서의 메인챔버 연소실에 면하는 측에서, 예비챔버 장치는 노즐 오리피스의 영역에서 노즐 섹션에 의해 그리고 인접한 노즐 오리피스들 사이 및 노즐 오리피스와 실린더 헤드 사이에서 바디 섹션에 의해 획정 또는 구획된다. 이로 인해, 메인챔버 연소실 내로 돌출하는 예비챔버 장치의 섹션에 있어서의 메인챔버 연소실에 면하는 측에서의 예비챔버 장치의 마모에 대한 민감성은 감소된다.
본 발명의 다른 개선점에 따르면, 메인챔버 연소실 내로 돌출하는 예비챔버 장치의 섹션에 있어서의 예비챔버 연소실에 면하는 측에서 예비챔버 장치는 전적으로 노즐 섹션에 의해 획정 또는 구획된다. 이로 인해, 예비챔버 장치의 마모에 대한 낮은 민감성이 예비챔버 연소실에 면하는 측에 제공된다.
본 발명의 또 다른 개선점에 따르면, 메인챔버 연소실 내로 돌출하지 않는 예비챔버 장치의 섹션의 영역에 있어서의 예비챔버 연소실에 면하는 측에서, 예비챔버 장치는 한편으로는 부분적으로 바디 섹션에 의해 다른 한편으로는 부분적으로 노즐 섹션에 의해 획정 또는 구획된다. 이러한 특징은 또한 예비챔버 연소실에 면하는 측에서의 예비챔버 장치의 마모에 대한 민감성을 감소시키는 기능을 한다.
본 발명에 따른 예비챔버 장치를 제조하는 방법이 청구항 9에 정의되어 있다.
본 발명의 다른 바람직한 개선점들은 종속 청구항 및 이하의 상세한 설명으로부터 얻어진다. 본 발명의 바람직한 실시예들을 도면을 참조하여 이에 한정되는 일 없이 보다 상세하게 설명한다. 도면에서,
도 1은 본 발명에 따른 예비챔버 장치를 통한 개략적 단면도이다.
본 발명은 내연기관의 실린더를 위핸 예비챔버 장치에 관한 것이다.
도 1은 내연기관의 실린더의 실린더 헤드(2)에 체결된 그 실린더를 위한 본 발명에 따른 예비챔버 장치(1)를 통한 개략적 단면도를 도시한다.
예비챔버 장치(1)는 바디 섹션(3)과 노즐 섹션(4)을 포함한다. 바디 섹션(3)을 통해, 예비챔버 장치(1)가 실린더의 실린더 헤드(2)에 체결된다.
노즐 섹션(4)과 바디 섹션(3)은 함께 노즐 오리피스(7)를 통해 실린더의 메인챔버 연소실(5)에 연결되는 예비챔버 연소실(6)을 획정하며, 그 노즐 오리피스(7)들은 예비챔버 장치(1)의 노즐 섹션(4)에 의해 제공된다.
예비챔버 장치(1)가 실린더 헤드(2)에 장착된 상태에서, 예비챔버 장치(1)는 그 섹션(8)에 의해 실린더 헤드(2)를 지나 메인챔버 연소실(6) 내로 돌출한다. 예비챔버 장치(1)의 다른 섹션(9)은 실린더(2)의 메인챔버 연소실(6) 내로 돌출하지 않는다.
바디 섹션(3)과 노즐 섹션(4)은 서로에 바로 분리 불가능하게 부착된다. 노즐 섹션(4)과 함께, 바디 섹션(3)이 실린더 헤드(2)를 지나 실린더의 메인챔버 연소실(6) 내로 돌출하여, 즉 예비챔버 연소실(5)과 메인챔버 연소실(6)이, 메인챔버 연소실(6) 내로 돌출하는 예비챔버 장치(1)의 섹션(8)의 영역에서 한편으로는 바디 섹션(4)에 의해 다른 한편으로 노즐 섹션(3)에 의해 서로 분리되도록 하는 식으로 된다. 이로 인해, 예비챔버 연소실(5)과 메인챔버 연소실(6)의 분리 영역이 예비챔버 장치(1)에 마련될 수 있고, 이는 마모에 덜 민감하다. 바디 섹션(3)은 바람직하게는 금속 재료로 제조된다. 노즐 섹션(4)은 예를 들면 높은 내부식성을 갖는 금속 재료나 세라믹 재료 등의 마모 부하에 대해 높은 저항을 갖는 재료로 제조된다.
메인챔버 연소실(6) 내로 돌출하는 예비챔버 장치(1)의 섹션(8)에 있어서의 메인챔버 연소실(6)에 면하는 측(10)에서, 예비챔버 장치(1)는 노즐 오리피스(7)의 영역에서 노즐 섹션(4)에 의해, 그리고 인접한 노즐 오리피스(7)들 사이 및 노즐 오리피스(7)와 실린더 헤드(2) 사이에서 바디 섹션(3)에 의해 획정 또는 구획되어, 메인챔버 연소실(6) 내로 돌출하는 예비챔버 장치(1)의 섹션(8)에 있어서의 메인챔버 연소실(6)에 면하는 측(10)에서 예비챔버 장치(1)가 상이한 재료 특성을 갖도록 된다.
메인챔버 연소실(6) 내로 돌출하는 예비챔버 장치(1)의 섹션(8)에 있어서의 예비챔버 연소실(5)에 면하는 측(12)에서 예비챔버 장치(1)는 전적으로 노즐 섹션에 의해 획정 또는 구획된다. 게다가, 메인챔버 연소실(6) 내로 돌출하지 않는 예비챔버 장치(1)의 섹션(9)의 영역에 있어서의 예비챔버 연소실(5)에 면하는 측(11)에서, 예비챔버 장치(1)는 한편으로는 부분적으로 노즐 섹션(4)에 의해 다른 한편으로는 부분적으로 바디 섹션(3)에 의해 획정된다.
앞서 설명한 바와 같이, 바디 섹션(3)과 노즐 섹션(4)은 서로에 분리 불가능하게 부착된다. 게다가, 바디 섹션(30과 노즐 섹션(4)은 서로에 바로, 즉 추가적인 체결 수단 없이 직접 결합된다.
본 발명의 다른 유리한 개선점에 따르면, 바디 섹션(3)은 메인챔버 연소실(6) 내로 돌출하는 예비챔버 장치(1)의 섹션(8)의 영역에서 메인챔버 연소실(6)에 면하는 측(10)에서 및/또는 메인챔버 연소실(6) 내로 돌출하지 않는 예비챔버 장치(1)의 섹션(9)의 영역에서 예비챔버 연소실(5)에 면하는 측에서 부식 보호물 및/또는 단열 보호물을 갖는다.
이 경우, 특히 부식 보호물은 바디 섹션(3)의 표면 처리에 의해 형성되며, 그 해당 보호층을 형성하기 위한 표면 처리 중에, 바디 섹션(3)의 베이스 재료는 예를 들면 질화, 탄화, 산화 또는 얼리타이징(alitizing)을 통한 표면 처리 중에 이용되는 다른 재료와의 접합을 경험하게 된다.
이 경우, 바람직하게는, 부식 보호물은 확산 표면 처리법에 의해 형성된다. 그러한 확산법에 의해, 예를 들면 금속 확산 재료일 수 있는 확산 재료가 바디 섹션(3)의 베이스 금속 재료 내로 확산된다.
이 경우, 처리될 바디 섹션(3)의 표면과 확산 재료의 접촉은 액상 또는 페이스트형 분산 또는 현탁물을 통해 제공된다. 마찬가지로, 확산 재료는 분말로서 또는 기체상으로 준비될 수도 있다.
다른 특히 유리한 개선점에 따르면, 메인챔버 연소실(6) 내로 돌출하는 섹션(8)의 영역에 있어서의 메인챔버 연소실(6)에 면하는 측(10) 및 메인챔버 연소실(6) 내로 돌출하지 않는 섹션(9)의 영역에서 예비챔버 연소실(5)에 면하는 측(11)에서 바디 섹션(3) 및/또는 노즐 섹션(4)은 각각 확산 보호층의 측면에서의 부식 보호물을 갖고 있고, 추가로, 메인챔버 연소실(6) 내로 돌출하는 섹션(9)의 영역에 있어서의 메인챔버 연소실(6)에 면하는 측(10)에서, 단열층이 부식 보호층에 도포되며, 그 결과, 예비챔버 장치(1)의 마모에 대한 민감성이 더욱 감소될 수 있다.
본 발명에 따른 예비챔버 장치(1)를 제조하기 위해, 노즐 섹션(4) 및 바디 섹션(3)은, 제조 중에 바디 섹션(3)과 노즐 섹션(4)이 서로에 바로 분리 불가능하게 결합되어 노즐 섹션(4)을 바디 섹션(3)을 체결하는 데에 별도의 체결 수단이 요구되지 않도록 하는 식으로 제조된다.
노즐 섹션(4)은 바람직하게는 제너레이티브 제조법(generative production method)에 의해 제조된다. 제너레이티브 제조법 동안, 재료의 분말이 노즐 섹션(4)을 위해 준비되며, 그 노즐 섹션(4)은 예를 들면, 선택적 레이저 소결, 선택적 레이저 용융, 전자 비임 용융, 레이저 성막 용접, 바인더 제팅(binder jetting), 3D 프린팅 등을 통해 분말로부터 점진적으로 적층될 수 있다. 노즐 섹션(4)을 위한 분말 재료로서, 바람직하게는, 예를 들면 금속 분말과 금속 합금 분말의 혼합물, 또는 금속 분말과 비금속, 특히 세라믹 분말의 혼합물 등의 서로 다른 재료들의 혼합물이 이용된다.
금속 분말은 예를 들면 철 및/또는 니켈 및/또는 코발트 및/또는 티타늄 및/또는 구리 및/또는 크롬 및/또는 지르코늄 및/또는 이트륨 및/또는 붕소를 포함할 수 있다.
비금속 분말은, 산화물, 질화물, 탄화물, 규화물 및/또는 붕화물일 수 있다.
바디 섹션(3)은 바디 섹션(3)이 노즐 섹션(4)을 부분적으로 에워싸는 식으로 노즐 섹션(4)의 주위에 복합 주조법을 통해 복합 주조품으로서 제조될 수 있다.
대안적으로, 노즐 섹션(4)과 바디 섹션(3)은 모두 제너레이티브 제조법을 통해, 즉 적절히 매칭되는 분말 재료를 통해 제조될 수도 있으며, 그 바디 섹션(3)은 노즐 섹션(4)을 부분적으로 에워싼다.
부식 보호물 및/또는 단열 보호물을 형성하기 위해, 적어도 바디 섹션(3) 또는 바디 섹션(3) 및/또는 노즐 섹션(4)이 표면 처리, 특히 앞서 설명한 바와 같이 확산법에 의해 표면 처리될 수 있다.
본 발명에 따른 예비챔버 장치(1)는 마모에 민감하지 않다. 보다 긴 사용 수명 및 이에 따른 보다 낮은 작동 및 유지보수 비용이 실현될 수 있다.
바람직하게는, 예비챔버 장치(1)는 가스 터빈용 예비챔버 장치이며, 그 예비챔버 연소실(5) 내에 점화 장치가 배치된다.
1: 예비챔버 장치
2: 실린더 헤드
3: 바디 섹션
4: 노즐 섹션
5: 예비챔버 연소실
6: 메인챔버 연소실
7: 노즐 오리피스
8: 섹션
9: 섹션
10: 표면
11: 표면
12: 표면

Claims (12)

  1. 내연기관의 실린더를 위한 예비챔버 장치(1)로서,
    내연기관의 실린더의 실린더 헤드(2)에 상기 예비챔버 장치(1)를 체결하기 위한 바디 섹션(3); 및
    상기 바디 섹션(3)에 결합되는 노즐 섹션(4)
    을 포함하고, 상기 노즐 섹션(4)은 노즐 오리피스(7)를 포함하며, 이 노즐 오리피스(7)를 통해 상기 바디 섹션(3)과 상기 노즐 섹션(4)에 의해 획정되는 상기 실린더의 예비챔버 장치(1)의 예비챔버 연소실(5)이 상기 실린더의 메인챔버 연소실(6)에 연결되는 것인 예비챔버 장치(1)에 있어서,
    상기 노즐 섹션(4)에 분리 불가능하게 결합되는 상기 바디 섹션(3)은 상기 실린더 헤드(2)를 지나 상기 메인챔버 연소실(6) 내로 돌출하여, 상기 예비챔버 연소실(5)과 메인챔버 연소실(6)이, 메인챔버 연소실(6) 내로 돌출하는 예비챔버 장치(1)의 섹션(8)의 영역에서 한편으로는 상기 바디 섹션(3)에 의해 다른 한편으로 상기 노즐 섹션(4)에 의해 서로 분리되도록 되는 것을 특징으로 하는 예비챔버 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 바디 섹션(3)은 금속 재료로 이루어지고, 상기 노즐 섹션(4)은 예를 들면 보다 내부식성의 금속 재료 또는 세라믹 재료 등의 마모 부하에 대해 높은 저항성을 갖는 다른 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 예비챔버 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 메인챔버 연소실(6) 내로 돌출하는 상기 예비챔버 장치(1)의 섹션(8)에 있어서의 상기 메인챔버 연소실(6)에 면하는 측(10)에서, 상기 예비챔버 장치(1)는 상기 노즐 오리피스(7)의 영역에서 상기 노즐 섹션(4)에 의해 그리고 인접한 노즐 오이피스(7)들 사이 및 노즐 오리피스(7)와 실린더 헤드(2) 사이에서 상기 바디 섹션(3)에 의해 획정 또는 구획되는 것을 특징으로 하는 예비챔버 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 바디 섹션(3)은 상기 메인챔버 연소실(6) 내로 돌출하는 상기 예비챔버 장치(1)의 섹션(8)의 영역에서 상기 메인챔버 연소실(6)에 면하는 측(10)에 부식 보호물 및/또는 단열 보호물을 포함하는 것을 특징으로 하는 예비챔버 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 메인챔버 연소실(6) 내로 돌출하는 상기 예비챔버 장치(1)의 섹션(8)에 있어서의 상기 예비챔버 연소실(5)에 면하는 측(12)에서 상기 예비챔버 장치(1)는 전적으로 상기 노즐 섹션(4)에 의해 획정 또는 구획되는 것을 특징으로 하는 예비챔버 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 메인챔버 연소실(6) 내로 돌출하지 않는 상기 예비챔버 장치(1)의 섹션(9)의 영역에 있어서의 상기 예비챔버 연소실(5)에 면하는 측(11)에서, 상기 예비챔버 장치(1)는 한편으로는 부분적으로 상기 바디 섹션(3)에 의해 다른 한편으로는 부분적으로 상기 노즐 섹션(4)에 의해 획정 또는 구획되는 것을 특징으로 하는 예비챔버 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 바디 섹션(3) 및/또는 상기 노즐 섹션(4)은, 상기 메인챔버 연소실(6) 내로 돌출하지 않는 상기 예비챔버 장치(1)의 섹션(9)의 영역에서 상기 예비챔버 연소실(6)에 면하는 측(11)에 부식 보호물 및/또는 단열 보호물을 포함하는 것을 특징으로 하는 예비챔버 장치.
  8. 제4항 또는 제7항에 있어서, 상기 부식 보호물 및/또는 단열 보호물은 확산 보호층으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 예비챔버 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 예비챔버 장치를 제조하는 방법으로서:
    노즐 섹션(4)을 제조하는 단계; 및
    바디 섹션(3)을 제조하되, 노즐 섹션(4)과 바디 섹션(3)이 분리 불가능하게 결합되도록 바디 섹션(3)을 제조하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 노즐 섹션(4)과 상기 바디 섹션(3)은 각각 제너레이티브 제조법(generative production method)을 통해 제조되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 노즐 섹션(4)은 제너레이티브 제조법을 통해 제조되며, 상기 바디 섹션(3)은 상기 노즐 섹션(4)의 주위에 복합 주조품으로서 제조되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 바디 섹션(3)은 부식 보호물 및/또는 단열 보호물을 형성하기 위해 표면 처리, 특히 확산법에 의해 표면 처리되는 것을 특징으로 하는 방법.
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