JPH0159433B2

JPH0159433B2 -

Info

Publication number: JPH0159433B2
Application number: JP57146055A
Authority: JP
Inventors: Sutaigaa Anton; Buetoraa Hansu
Original assignee: Gebrueder Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1981-08-24
Filing date: 1982-08-23
Publication date: 1989-12-18
Also published as: DE3133944C2; DE3133944A1; IT8222914A0; DK267782A; DK154168B; DK154168C; JPS5844265A; IT1151949B

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、バルブニードルを案内する開孔とこ
のバルブニードルを閉鎖位置に支承するバルブシ
ートとを備えたジヤケツトと、燃料のジエツトを
形成するノズルエレメントとを有し、各ノズルエ
レメントは硬度がビツカース硬度で少くとも
2000HV（Kg／mm²）に相当する無機の単結晶物質
からなるデイーゼルエンジンの燃料噴射器に関す
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The invention comprises a jacket with an aperture for guiding a valve needle and a valve seat for supporting the valve needle in a closed position, a nozzle element for forming a jet of fuel, Each nozzle element has a hardness of at least Bitkers hardness.
The present invention relates to a diesel engine fuel injector made of an inorganic single crystal material equivalent to 2000 HV (Kg/mm ² ).

このような燃料噴射器は実用新案出願公告第
11163号公報に開示されている。従来技術におけ
るこの燃料噴射器においては、ルビー又はサフア
イアでなるノズルエレメントは噴射ジヤケツト内
に挿入されており、このジヤケツト内でバルブニ
ードルが案内されるようになつている。ノズルエ
レメントとして無機の単結晶物質を使用すること
は、これらノズルエレメントの侵食を激減させる
という利点がある。この侵食はノズルエレメント
を高速で通過する燃料の流れによつてもたらされ
る。また、この侵食は燃料中に含まれている不燃
性の灰分や、オイル−石炭スラリーを形成するた
めに燃料に添加される超微粉炭粒子によつてもた
らされる。 This kind of fuel injector is approved by the public utility model application no.
It is disclosed in Publication No. 11163. In this prior art fuel injector, a nozzle element made of ruby or sapphire is inserted into an injection jacket in which the valve needle is guided. The use of inorganic single crystal materials as nozzle elements has the advantage of dramatically reducing erosion of these nozzle elements. This erosion is caused by the flow of fuel passing through the nozzle element at high velocity. This erosion is also caused by the non-combustible ash contained in the fuel and by the ultrafine coal particles added to the fuel to form an oil-coal slurry.

従来技術における燃料噴射器においてルビー又
はサフアイアを用いてノズルエレメントの侵食が
減少されたとしても、なお、ノズルエレメントを
交換しなければならないという事態は必然的に生
じる。何故ならば、かような材料を用いても侵食
を全く無くしてしまうことは不可能であり、ま
た、ノズルエレメントのいくつかが、ノズルエレ
メントとそれを取り囲んでいるジヤケツトとの材
質の間に存する熱膨張係数の相違によつて生じる
熱応力によつて破壊される可能性があるからであ
る。この問題を克服するために、ジヤケツトをノ
ズルエレメントの材質と同じ熱膨張係数を有する
材質で作ることが考えられるが、これを実施する
ためには、ジヤケツトの大きさが相当なものであ
ることを勘案すると、極めて高価なものとなつて
しまうことが明らかである。 Even if nozzle element erosion is reduced using ruby or sapphire in prior art fuel injectors, it is still necessary to replace the nozzle element. This is because even if such materials are used, it is impossible to completely eliminate erosion, and some of the nozzle elements may exist between the material of the nozzle element and the jacket surrounding it. This is because there is a possibility of destruction due to thermal stress caused by the difference in thermal expansion coefficients. In order to overcome this problem, it is possible to make the jacket from a material that has the same coefficient of thermal expansion as the material of the nozzle element, but in order to implement this, the size of the jacket must be considerable. If you take this into consideration, it is clear that it will be extremely expensive.

更に、バルブニードルがジヤケツトの案内開孔
内で熱膨張の相違により動かなくなつてしまう可
能性があるので、バルブニードルもジヤケツトと
同じ高価な材料で作らなければならないという問
題も生じてくる。 A further problem arises in that the valve needle must be made of the same expensive material as the jacket, since the valve needle can become stuck within the guide aperture of the jacket due to differences in thermal expansion.

そして、長い間使用した後に侵食されたノズル
エレメントを交換する場合において、ノズルエレ
メントがジヤケツトから取除くことが出来ないよ
うな事態が生ずれば、高価な材料で作つたジヤケ
ツトまで同時に交換しなくてはならなくなつてし
まう。 When replacing a nozzle element that has eroded after long-term use, if the nozzle element cannot be removed from the jacket, the jacket, which is made of expensive material, must be replaced at the same time. It's getting worse.

本発明は従来技術におけるかかる不都合を解決
するための改良された構造でなるデイーゼルエン
ジンの燃料噴射器を提供するものである。 The present invention provides a fuel injector for a diesel engine having an improved structure to overcome the disadvantages of the prior art.

本発明によれば、前述した燃料噴射器におい
て、ノズルエレメントは金属製支持体に挿入され
ており、この金属製支持体の材質はノズルエレメ
ントの材質の熱膨張係数と近似した熱膨張係数を
有し、金属製支持体は上方に向つてひろがつた中
空円錐形であり且つジヤケツトに備えられた相当
する形状の円錐形孔に挿入されており、また前記
ジヤケツトには前記バルブシートを前記金属製支
持体内に連通させる流路が設けられていることを
特徴とするデイーゼルエンジンの燃料噴射器が提
供される。 According to the present invention, in the fuel injector described above, the nozzle element is inserted into a metal support, and the material of the metal support has a coefficient of thermal expansion similar to that of the material of the nozzle element. The metal support has a hollow conical shape that widens upward, and is inserted into a correspondingly shaped conical hole provided in the jacket, and the valve seat is attached to the metal support in the jacket. A fuel injector for a diesel engine is provided, the fuel injector for a diesel engine being characterized in that a support is provided with a flow path communicating therewith.

ノズルエレメントの材質が金属製支持体の材質
とほぼ同じ熱膨張係数を有する構成であるので、
熱応力によるノズルエレメントの破壊は除去され
る。また、ジヤケツトとは別に、ジヤケツト内に
ノズルエレメントを支持するための金属製支持体
を備えた構成により、この金属製支持体だけを比
較的に高価な材料で作れば済むことになり、一
方、ジヤケツトとバルブニードルとはありきたり
の安価な材料で作ることが可能となる。ジヤケツ
トとバルブニードルとを同じ材料で作ればバルブ
ニードルがジヤケツトの案内開孔中で動かなくな
るという問題は無くなるし、また、侵食されたノ
ズルエレメントの交換が従来の燃料噴射器の場合
に較べて安価に且つ簡単に実施できる。 Since the material of the nozzle element has almost the same coefficient of thermal expansion as the material of the metal support,
Destruction of the nozzle element due to thermal stress is eliminated. Furthermore, by providing a metal support for supporting the nozzle element within the jacket in addition to the jacket, only this metal support needs to be made of a relatively expensive material; The jacket and valve needle can be made from common, inexpensive materials. Making the jacket and valve needle of the same material eliminates the problem of the valve needle getting stuck in the jacket's guide aperture, and replacing eroded nozzle elements is less expensive than with conventional fuel injectors. and easy to implement.

この発明について、図面に示す実施例によつ
て、以下詳細に説明する。第１図はデイーゼルエ
ンジンの噴射器の縦断面図である。第２図は第１
図における矢印の方向から見た噴射器の図であ
る。 This invention will be explained in detail below with reference to embodiments shown in the drawings. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an injector of a diesel engine. Figure 2 is the first
FIG. 3 is a view of the injector as seen from the direction of the arrow in the figure;

噴射器のジヤケツト１１は中央に開孔１２が形
成され、その中にバルブニードル１３が導入され
ている。閉止されたときはニードル１３はバルブ
シート１４上に着座し、押しつけられる。噴射中
は、ニードル１３は、バルブシート１４から上に
持ち上げられ、燃料はチヤンバー１５からチヤン
バー１６に流れ、チヤンバー１６から全体として
参照数字１７で示めされる噴射器の先端にある噴
射孔を通じて燃焼室内に噴射される。 The jacket 11 of the injector is formed with an opening 12 in the center, into which a valve needle 13 is introduced. When closed, the needle 13 seats on the valve seat 14 and is pressed against it. During injection, the needle 13 is lifted up from the valve seat 14 and fuel flows from chamber 15 to chamber 16 where it is combusted through the injection hole at the tip of the injector, generally indicated by the reference numeral 17. sprayed into the room.

バルブシート１４はジヤケツト１１に摺動可能
に取りつけられた部材１８によつて形成されてい
る。シーリングはＯ−リング１９によつてなされ
ている。ノズルエレメント２０ａ，２０ｂは金属
支持体２１の中に２列に挿入される。支持体２１
は上方に向かつてひろがつた中空の円錐形をして
おり、ジヤケツト１１の中にこれと対応するよう
に形成した円錐形孔２２に嵌合されている。従つ
て、支持体２１がジヤケツト１１から抜け落ちる
ことはない。作動中、支持体２１は液圧によつて
下方に押しつけられ完全にシールされるが、支持
体２１とジヤケツト１１の熱膨張の差によつてあ
と垂れ（after−flow）を生ずることがある。 The valve seat 14 is formed by a member 18 slidably attached to the jacket 11. Sealing is provided by an O-ring 19. Nozzle elements 20a, 20b are inserted into metal support 21 in two rows. Support body 21
has a hollow conical shape that widens upward, and is fitted into a correspondingly formed conical hole 22 in the jacket 11. Therefore, the support body 21 will not fall off from the jacket 11. In operation, support 21 is hydraulically forced downwardly to form a complete seal, but differential thermal expansion between support 21 and jacket 11 may result in after-flow.

ノズルエレメント２０ａ，２０ｂはサフアイア
からできている。それらは外方に向つて拡がる、
噴射孔２４を有する截頭円錐形をしており、それ
と対応するように支持体２１中に設けたリーマー
加工された円錐状の開孔部に嵌合される。製造に
当つては、ノズルエレメント２０ａ，２０ｂは外
側から支持体２１に押し入れられる。外側の出つ
ぱりの軽微なものは許容される。ノズルエレメン
トが支持体に圧入された後、ノズルエレメントの
外端面と支持体の外壁とは互に同一平面上になる
よう研磨仕上げされる。支持体の内側において、
ノズルエレメントは噴射孔２４の直径に相当する
だけ内表面から突出している。このようにして、
ノズルエレメントの入口で局部的におきる高流速
を、支持体の内壁金属に近づけないようにするこ
とができるのである。 Nozzle elements 20a, 20b are made of sapphire. they expand outwards,
It has a frusto-conical shape with an injection hole 24, which fits into a correspondingly reamed conical opening provided in the support 21. During manufacture, the nozzle elements 20a, 20b are pushed into the support 21 from the outside. Minor protrusions on the outside are acceptable. After the nozzle element is press-fitted into the support, the outer end surface of the nozzle element and the outer wall of the support are polished so that they are flush with each other. Inside the support,
The nozzle element protrudes from the inner surface by an amount corresponding to the diameter of the injection hole 24. In this way,
This makes it possible to prevent the locally generated high flow velocity at the inlet of the nozzle element from approaching the metal inner wall of the support.

支持体２１は次の組成を持つたタンタル−タン
グステン合金からなつている。 The support 21 is made of a tantalum-tungsten alloy having the following composition.

Ta：89〜91％Ｗ：９〜11％微量元素：Ｎ、Ｏ、Ｈ、Ｃ、Fe、Mo、Ni、Nb
のうち１つかまたはそれ以上、この材料は5.7×10^-6の熱膨張係数（１／℃）
をもつている。この熱膨張係数はノズルエレメン
トとして用いられるサフアイアと実用的に同等で
あり、０〜100℃の温度範囲で５×10^-6、100〜
400℃の温度範囲で7.0×10^-6の熱膨張係数をも
つ。支持体２１にこの材質を選択することによつ
て、ノズルエレメント２０ａ，２０ｂと支持体２
１との熱膨張の差異を少くとも実際上なくするこ
とができ、ノズルエレメントをしつかりと固定で
きる。Ta: 89-91% W: 9-11% Trace elements: N, O, H, C, Fe, Mo, Ni, Nb
One or more of the following: This material has a coefficient of thermal expansion (1/°C) of 5.7 x 10 ^-6
It has This thermal expansion coefficient is practically equivalent to that of sapphire used as a nozzle element, and is 5 × 10 ^-6 in the temperature range of 0 to 100°C, 100 to
It has a coefficient of thermal expansion of 7.0×10 ^-6 in a temperature range of 400℃. By selecting this material for the support body 21, the nozzle elements 20a, 20b and the support body 2
The difference in thermal expansion from No. 1 can be at least practically eliminated, and the nozzle element can be firmly fixed.

支持体の材質は、また次のような組成の硬い合
金をも代りに使用することができる。 As the material of the support, a hard alloy having the following composition can also be used instead.

タングステンカーバイト 32〜93％チタニウムカーバイトまたはタンタルカーバイト
或いはその双方０〜59％コバルト４〜15％クロムまたはニオブ或いはその双方０〜２％この硬い合金の熱膨張係数は4.5×10^-6〜7.0×
10^-6の範囲にあり、合金成分を適当に選ぶことに
よりサフアイアの熱膨張係数と同等の程度にまで
することができる。Tungsten carbide 32-93% Titanium carbide and/or tantalum carbide 0-59% Cobalt 4-15% Chromium and/or niobium 0-2% The coefficient of thermal expansion of this hard alloy is 4.5×10 ^-6 ~ 7.0×
The coefficient of thermal expansion is in the range of 10 ^-6 and can be made to be equivalent to that of sapphire by appropriately selecting alloy components.

噴射フアンネル２５はノズルエレメントの噴射
孔２４の各々と同軸にジヤケツト１１中に形成さ
れる。噴射フアンネルの先端には短筒孔２６が形
成され、その径は実質的に噴射孔２４の径の２倍
であり、支持体２１の外表面で測つたノズルエレ
メント２０ａ，２０ｂの外径よりも小さくしてあ
る。このようにして、ノズルエレメント２０ａ，
２０ｂがチヤンバー１６内の圧力によつてとび出
さないように安全なものにしてある。実際のフア
ンネル部は約60゜の角度で外方に拡がつている。
このことは噴射フアンネルがその軸の全長に亘つ
て内側の拡がり巾を持つことになり、噴射器が作
動中、燃料ジエツトが確実にフアンネル壁と接触
しないようにしたものである。従つて燃料はノズ
ルエレメント２０ａ，２０ｂを出た直後、個々の
油滴となつてエンジン燃焼室内の空気とだけ接触
することになる。 An injection funnel 25 is formed in the jacket 11 coaxially with each injection hole 24 of the nozzle element. A short cylindrical hole 26 is formed at the tip of the injection funnel, and its diameter is substantially twice the diameter of the injection hole 24 and larger than the outer diameter of the nozzle elements 20a, 20b measured on the outer surface of the support 21. It's made smaller. In this way, the nozzle element 20a,
20b is made safe so that it does not pop out due to the pressure within the chamber 16. The actual funnel section expands outward at an angle of about 60 degrees.
This causes the injection funnel to have an inward extension along the entire length of its axis, ensuring that the fuel jet does not contact the funnel wall during operation of the injector. Immediately after leaving the nozzle elements 20a, 20b, the fuel therefore comes into contact only with the air in the engine combustion chamber in the form of individual oil droplets.

支持体２１の基底部にはスロツト２７があり、
ノズルエレメント２０ａ，２０ｂがジヤケツト内
の噴射フアンネルと正確に整合するように、その
位置をきめ、２つのピン２８によつてジヤケツト
内に固定している。 There is a slot 27 at the base of the support 21;
The nozzle elements 20a, 20b are positioned and secured within the jacket by two pins 28 so that they are precisely aligned with the injection funnel within the jacket.

この発明は説明した実施例に限定されるもので
はない。例えば、支持体２１にノズルエレメント
を固定するために異つた方法を用いることができ
る。即ち、肩付円筒部材（Shouldered
cylindrical parts）によつてノズルエレメントが
支持体２１の内部に落ちないようにするとか、あ
るいは、ハンダやグルー等で接着するとかの異つ
た固定方法を用いることができる。特にノズルエ
レメントの結晶部材を耐侵食性の構造にするため
には、噴射孔の軸が結晶の光学軸に一致するよう
にするとよい。ノズルエレメントの材質として、
他の単結晶無機物質を用いることもできる。例え
ば、8000HVKg／mm²の硬度をもつているダイヤモ
ンドがある。また、“Invar”の商標で知られる合
金や次の如き組成をもつた合金がこの結晶の材質
として推薦される。 The invention is not limited to the embodiments described. For example, different methods can be used to secure the nozzle element to the support 21. That is, a shouldered cylindrical member (shouldered cylindrical member)
Different fixing methods can be used, such as preventing the nozzle element from falling into the support body 21 by means of cylindrical parts (cylindrical parts) or adhering it with solder, glue or the like. In particular, in order to make the crystal member of the nozzle element have an erosion-resistant structure, it is preferable that the axis of the injection hole coincides with the optical axis of the crystal. As the material of the nozzle element,
Other single crystal inorganic materials can also be used. For example, some diamonds have a hardness of 8000 HVKg/mm ² . An alloy known under the trademark "Invar" or an alloy having the following composition is recommended as the material for this crystal.

Ni 35％ Mn 0.5〜1.0％ Si 0.5％以下 Cu 0.5％以下このものの熱膨張係数は温度範囲にもよるが、
1.5×10^-6と2.6×10^-6の間にある。ダイヤモンド
の膨張係数は約1.1×10^-6である。しかしながら、
いづれの場合も、単結晶の無機物質はビツカース
硬度で少くとも2000HVKg／mm²以上の硬さがなけ
ればならない。なぜなら、ビツカース硬度が
2000HV（Kg／mm²）未満であつたのでは侵食及び
腐食に対する抵抗があまりに小さすぎて、かよう
な物質で成るノズルエレメントでは実用的でない
からである。Ni 35% Mn 0.5-1.0% Si 0.5% or less Cu 0.5% or less The coefficient of thermal expansion of this material depends on the temperature range, but
It is between 1.5×10 ^-6 and 2.6×10 ^-6 . The expansion coefficient of diamond is approximately 1.1×10 ^-6 . however,
In either case, the single-crystal inorganic material must have a hardness of at least 2000 HVKg/mm ² on the Vickers hardness scale. This is because Bitkers hardness is
If it is less than 2000 HV (Kg/mm ² ), the resistance to erosion and corrosion is too low to be practical for a nozzle element made of such a material.

以上説明したように、本発明によれば、ジヤケ
ツトとは別に、ノズルエレメントを支持するため
の金属製支持体を備え、この金属製支持体のみを
ノズルエレメントの材質の熱膨張係数とほぼ同じ
熱膨張係数を有する材質で作ればよいようにした
ので、製造費用が安価になるとともに、かような
材質で成る金属製支持体にノズルエレメントを取
付けているので、熱応力によつてノズルエレメン
トが破壊されるという不都合は除去される。更
に、長い間使用した後でノズルエレメントを交換
する場合に、仮りにノズルエレメントが金属製支
持体から取除くことができないような事態が生じ
ても、金属製支持体のみを交換し、ジヤケツトを
交換する必要はないので、交換が安価にできる。
更に、ジヤケツトから金属製支持体を取外してノ
ズルエレメントを交換することができるので、交
換作業が容易にできるといつた数々の優れた効果
を奏し得る。 As explained above, according to the present invention, a metal support for supporting the nozzle element is provided separately from the jacket, and only this metal support has a thermal expansion coefficient that is approximately the same as the thermal expansion coefficient of the material of the nozzle element. Since the nozzle element only needs to be made of a material that has a coefficient of expansion, manufacturing costs are reduced, and since the nozzle element is attached to a metal support made of such a material, the nozzle element does not break due to thermal stress. This eliminates the inconvenience of being exposed. Furthermore, when replacing the nozzle element after long-term use, even if the nozzle element cannot be removed from the metal support, it is possible to replace only the metal support and replace the jacket. There is no need to replace it, so it can be done cheaply.
Furthermore, since the nozzle element can be replaced by removing the metal support from the jacket, a number of excellent effects such as easy replacement work can be achieved.

[Brief explanation of drawings]

第１図はデイーゼルエンジンの噴射器の縦断面
図、第２図は第１図における矢印の方向から見
た噴射器の図である。１１……噴射器ジヤケツト、１３……バルブニ
ードル、１４……バルブシート、２０ａ，２０ｂ
……ノズルエレメント、２１……金属製支持体、
２２……円錐形孔、２４……噴射孔、２５……噴
射フアンネル。 FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an injector of a diesel engine, and FIG. 2 is a view of the injector as seen from the direction of the arrow in FIG. 11... Injector jacket, 13... Valve needle, 14... Valve seat, 20a, 20b
... Nozzle element, 21 ... Metal support,
22... Conical hole, 24... Injection hole, 25... Injection funnel.

Claims

[Scope of Claims] 1. A fuel injector for a diesel engine having a jacket with an opening for guiding a valve needle and a valve seat for supporting the valve needle in a closed position, the nozzle forming a jet of fuel. each nozzle element has a Vickers hardness of at least 2000 HV (Kg/mm ² )
In a fuel injector made of an inorganic single crystal material having a hardness corresponding to
a, 20b are inserted into a metal support 21, the material of this metal support 21 has a coefficient of thermal expansion similar to that of the material of the nozzle elements 20a, 20b, and body 21
has a hollow conical shape that widens upward and is inserted into a correspondingly shaped conical hole 22 provided in the jacket 11, and the valve seat 14 is attached to the metal support in the jacket 11. A fuel injector for a diesel engine, characterized in that a flow path is provided for communication within a body 21. 2. In the fuel injector according to claim 1, the nozzle elements 20a, 20b are made of sapphire, and the metal support 21 is made of sapphire.
91% Ta, 9-11% W, and further N, O, H, C,
A fuel injector for a diesel engine, characterized in that it consists of a tantalum-tungsten alloy containing trace elements of one or more of the elements Fe, Mo, Ni and Nb. 3. In the fuel injector according to claim 1, the nozzle elements 20a, 20b are made of diamond, and the metal support 21 is made of diamond.
A fuel injector for a diesel engine, characterized in that it is made of a nickel-iron alloy having a composition of 35% Ni, 0.5 to 1% Mn, 0.5% or less Si, 0.5% or less Cu, and the balance Fe. 4. In the fuel injector according to claim 1, the nozzle elements 20a, 20b have injection holes 24 of the nozzle elements 20a, 20b.
The metal support 21 has a length corresponding to the diameter of
A fuel injector for a diesel engine, characterized in that the fuel injector protrudes from the inner surface of the metal support 21 on the inside thereof. 5. In the fuel injector according to claim 1, the nozzle elements 20a, 20b have a truncated conical structure having an injection hole 24 that expands outward, and the metal is formed into a corresponding shape. A fuel injector for a diesel engine, characterized in that the nozzle elements 20a, 20b are inserted into holes provided in a support body 21. 6. In the fuel injector according to claim 1, the jacket 11 has an injection funnel 25 disposed coaxially with the injection holes 24 of the nozzle elements 20a, 20b, and the length of the axis of the injection funnel 25 is When the fuel injector is in operation, the fuel jet flows through the inner width of the injection funnel 25 over the entire length of the injection funnel 25.
A fuel injector for a diesel engine, characterized in that the width is such that it does not come into contact with the inner wall surface of the diesel engine.