KR20140062482A - 원추형 분사 홀의 마모 최적화된 제조 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 내연기관용 연료 분사 노즐 내에 분사 홀(12)의 제조 방법에 관한 것이며, 상기 방법에서는 분사 홀(12)이 적어도 하나의 절삭 제조 방법에 의해 형성된 후에, 상기 분사 노즐(4)이 적어도 분사 홀(12)의 영역에서 경화 처리되므로, 분사 홀 표면(17)이 축 방향 길이 전체에 걸쳐 경화된다.
Description
본 발명은 분사 홀을 형성하기 위한 적어도 하나의 제조 단계 및 적어도 하나의 경화 단계가 실시되는, 내연기관용 연료 분사 노즐 내에 분사 홀의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한 적어도 하나의 분사 홀을 포함하는 내연기관용 연료 분사 노즐에 관한 것이다.
연료 분사 노즐들은 고급 강으로 제조된, 노즐 바디 및 노즐 니들로 이루어진다. 노즐 니들은 노즐 바디 내에 축 방향으로 이동 가능하게 배치되고, 연소실측 단부에 원추형 밸브 밀봉 면을 포함한다. 노즐 니들의 상기 원추형 밸브 밀봉 면은 노즐 바디 내의 보어의 폐쇄된 단부에 배치된 원추형 밸브 시트 면과 상호 작용하고, 밸브 밀봉 면과 밸브 시트 면 사이의 접촉 선에는 밀봉 횡단면이 형성된다. 상기 밀봉 횡단면에는 연료 흐름 방향으로 하류에 분사 홀들이 배치되고, 상기 분사 홀들은 노즐 바디의 벽 내에 형성되며 노즐 바디 내의 보어로부터 시작해서 노즐 바디의 외부 면에 이르고, 연료 공급될 내연기관의 연소실 내로 돌출한다. 상기 분사 홀들은 예를 들면 원추형으로 형성될 수 있고, 상기 분사 홀들의 횡단면은 연료 유입부에 있는 비교적 큰 직경으로부터 연료 배출구에 있는 비교적 작은 직경으로 균일하게 원추형으로 줄어든다.
전술한 홀 노즐들은 직접 분사식 디젤 엔진에서, 특히 커먼 레일 시스템에 사용되고, 상기 커먼 레일 시스템에서 상기 홀 노즐들은 고압 연료를 예리한 분사 제트로 대향하는 피스톤 보울의 벽 상으로 분무한다. 노즐 바디는 일반적으로 다수의 분사 홀들을 포함하고, 상기 분사 홀들은 노즐의 내부에서 원추형의 케이싱 상에 균일한 홀 원을 형성한다. 엔진에 따라 분사 홀들의 수는 5 (승용차) 내지 14 (대형 디젤 엔진) 이다. 홀 직경은 0.15 ㎜ (승용차) 내지 0.4 ㎜ (화물 자동차) 이다. 분사 홀 수, 분사 홀 각, 분사 홀 크기, 및 노즐 홀들에서 흐름 상태는 분사 제트 및 그것의 분무에 영향을 준다. 각각의 분사 상은 다른 팩터들, 예를 들면 분사량, 분사 압력, 압력 프로파일, 연소실 구조, 압축 압력 및 압축 온도와 함께 디젤 연료의 연소시 연소 품질을 결정한다.
분사 홀들은 매우 높은 기계적 부하에 노출된다. 마모 메커니즘, 예를 들면 공동화 또는 입자 침식의 진전시, 신속한 마모 진전 및 그로 인해 분사 제트 형태, 제트 퍼짐 또는 질량 유량의 변동이 나타날 수 있다. 이러한 변동들은 법적 배출 한계의 초과와 더불어 엔진 손상 및 그에 따라 고장을 일으킬 수 있다. 이러한 손상을 막기 위해, 분사 노즐들은 비교적 짧은 기간 후에 새것으로 교체되어야 한다.
분사 노즐에 분사 홀들을 형성하기 위한 여러 가지 방법이 있다. 예컨대, 분사 홀들은 드릴링 또는 펀칭에 의해 제조될 수 있다. 상기 방식으로 제조된 분사 홀들의 형상은 드릴링 또는 펀칭 공구의 디자인에 따라 거의 원통형이다.
또한, 분사 홀들을 절삭 제조 방법에 의해, 예를 들면 침식 또는 레이저 가공에 의해 제조하는 것이 공지되어 있다. 이 제조 방법들은 분사 홀들에 여러 가지 형상, 예를 들면 대개 흐름 방향으로 직경이 줄어드는 원추형 형상을 부여할 수 있는 가능성을 제공한다. 물론, 많은 다른 형상들이 공지되어 있다.
기본적으로 마모 저항, 강도 등을 높이기 위해 분사 노즐 미가공 바디를 열처리하는 것이 공지되어 있다. 상기 열처리는 통상 표면 경화 또는 질화이다. 즉, 표면의 재료를 경질로 그리고 내마모성으로 만들지만 재료 중심을 비교적 부드럽고 인성을 갖게 하는 열처리 방법이다. 따라서, 재료 중심을 통해 연장되는 분사 홀들은 특히 중앙 부분에서 종종 불충분한 내마모성을 갖는다.
본 발명의 과제는 분사 홀들의 내마모성을 높이고 분사 노즐의 수명을 연장하는 것이다. 동시에, 분사 홀들의 제조시 분사 홀 형상의 설계가 가능한 제약을 받지 않아야 한다.
상기 과제는 본 발명의 제 1 양상에 따라 전술한 방식의 방법에서 분사 홀이 적어도 하나의 절삭 제조 방법에 의해 형성된 후에, 분사 노즐이 적어도 분사 홀의 영역에서 경화 처리되므로, 분사 홀 표면이 그 축 방향 길이 전체에 걸쳐 경화됨으로써 달성된다. 따라서, 본 발명은 특정하게 형성되는 분사 홀들, 즉 절삭 제조 방법, 예컨대 침식, 레이저 가공 등에 의해 제조되는 분사 홀들의 제조시 제조 과정에 관한 것이다. 본 발명의 핵심은 홀 형성 단계와 경화 단계의 순서가, 예를 들면 침식 또는 레이저 가공과 같은 성형 분사 홀 제조 방법이 내마모성을 위한 열처리 전에 적용되도록 형성되는 것이다. 따라서, 분사 홀들이 소위 부드러운 상태로 된 다음, 공지된 절삭 제조 방법에 의해 상이한 분사 홀 형상, 특히 원추형 형상이 제조됨에도 불구하고, 분사 홀 표면에서 내마모성, 강도 및 내식성이 달성된다. 경화 처리가 분사 홀의 형성 후에야 이루어지므로, 분사 홀 표면은 그 축 방향 길이 전체에 걸쳐 경화될 수 있다.
바람직하게는 분사 홀 표면이 그 축 방향 길이 전체에 걸쳐 균일하게 경화되도록 경화 처리가 실시된다.
전술한 바와 같이, 분사 홀이 원추형으로 형성되거나 또는 원추형 영역을 포함하는 것이 바람직하다. 특히, 분사 홀의 직경이 흐름 방향으로 계속 줄어든다.
분사 홀이 침식 또는 레이저 가공에 의해 제조되는 것이 바람직하다. 분사 홀들의 침식 방법은 예를 들면 DE 10360080 A1에 기술되어 있다.
바람직하게 경화 처리는 표면 경화를 포함한다. 경화 처리는 특히 질화 단계 또는 열처리 단계, 특히 표면 경화를 포함한다.
특히 효율적인 방법은 분사 홀이 분사 노즐의 경화되지 않은 재료 내에 형성되는 것이다.
본 발명에 따른 방법은 상이한 재료, 특히 강의 처리에 적합하다. 바람직하게 분사 홀은 열간 정수압 프레스에 의해 제조된 분사 노즐 내에 형성된다.
본 발명의 제 2 양상에 따라, 내연기관용 연료 분사 노즐이 제시되며, 상기 연료 분사 노즐은 적어도 하나의 분사 홀을 포함하고, 상기 분사 홀은 실린더와는 다른 형상을 가지며 분사 홀의 영역 및 분사 홀 표면은 그 축 방향 길이 전체에 걸쳐 경화된다.
바람직하게는 분사 홀 표면이 그 축 방향 길이 전체에 걸쳐 균일하게 경화된다. 분사 홀은 바람직하게 원추형으로 형성될 수 있거나 또는 원추형 영역을 포함할 수 있다. 특히 바람직하게는 분사 홀의 직경이 흐름 방향으로 바람직하게는 계속 커진다.
본 발명에 의해, 분사 홀들의 내마모성이 높아지고 분사 노즐의 수명이 연장된다.
이하, 본 발명이 도면에 개략적으로 도시된 실시예를 참고로 상세히 설명된다.
도 1은 커먼 레일 시스템의 연료 분사 노즐의 기본 구성을 나타낸 단면도.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 부분 Ⅱ의 확대도로서, 도 2a는 본 발명에 따라 제조된 실시예이며 도 2b는 선행 기술에 따라 제조된 실시예.
도 1은 커먼 레일 시스템의 연료 분사 노즐의 기본 구성을 나타낸 단면도.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 부분 Ⅱ의 확대도로서, 도 2a는 본 발명에 따라 제조된 실시예이며 도 2b는 선행 기술에 따라 제조된 실시예.
도 1은 고압 어큐뮬레이터(1), 서보 밸브(2), 스로틀 플레이트(3) 및 분사 노즐(4)로 이루어진 커먼 레일 인젝터의 구성을 개략적으로 도시한다. 서보 밸브(2)는 휴지 상태에서 스로틀 플레이트(3) 내에 있는 배출 스로틀(5)을 폐쇄한다. 이로 인해, 고압 보어(7) 및 공급 스로틀(6)을 통해 어큐뮬레이터(1)와 연결된 제어실(8) 내에 시스템 압력이 가해지므로, 노즐 니들(10)은 노즐 바디(9) 내에 제조된 노즐 시트(11)에 대해 가압되고 분사 홀들(12)은 폐쇄된다. 서보 밸브(2)의 작동시, 배출 스로틀(5)이 개방되고, 제어실 내에 있는 연료는 그 압력을 저압 시스템(도시되지 않음) 내로 감압한다. 동시에, 고압 하의 연료가 공급 스로틀(6)을 통해 흐른다. 배출 스로틀(5) 및 공급 스로틀(6)의 유효 흐름 횡단면은, 서보 밸브(2)의 작동시 제어실(8) 내의 압력이 떨어져서, 노즐 니들(10)의 하부 부분에 작용하는 노즐 챔버(13) 내 압력이 노즐 니들(10)을 제어실(8) 내의 압력 및 노즐 스프링(14)의 힘에 대항해서 노즐 시트(11)로부터 밀어내고 분사 홀들(12)이 개방되어 연료가 연소실(15) 내로 분사되도록, 서로 매칭된다. 서보 밸브(2)의 폐쇄 후에, 연료는 더 이상 제어실(8)로부터 배출 스로틀(5)을 통해 배출될 수 없으므로, 여기에 형성된 압력은 노즐 니들(10)을 다시 노즐 시트(11) 내로 가압한다.
도 2a 및 도 2b에 따른 확대도에, 분사 홀들(12)이 더 잘 나타난다. 노즐 니들은 편의상 도시되어있지 않다. 표면 근방의 영역은 16으로 표시되며, 상기 영역은 경화 처리로 인해 경화되었다. 선행 기술에 따른 방법의 결과는 도 2b에 도시되어 있다. 분사 노즐(4)이 먼저 경화된 후에, 분사 홀들(12)이 형성되므로, 분사 홀 표면(17)은 경화되지 않았다. 이에 비해, 도 2a에 도시된 본 발명에 따른 방법에서는 먼저 분사 홀이 제조된 후에, 경화 처리가 이루어지므로, 분사 홀 표면(17)도 경화되었다.
4 분사 노즐
12 분사 홀
17 분사 홀 표면
12 분사 홀
17 분사 홀 표면
Claims (14)
- 분사 홀의 형성을 위한 적어도 하나의 제조 단계 및 적어도 하나의 경화 단계가 실시되는, 내연기관용 연료 분사 노즐 내에 분사 홀의 제조 방법에 있어서,
상기 분사 홀(12)이 적어도 하나의 절삭 제조 방법에 의해 형성된 후에, 상기 분사 노즐(4)이 적어도 상기 분사 홀(12)의 영역에서 경화 처리되므로, 분사 홀 표면(17)이 그 축 방향 길이 전체에 걸쳐 경화되는 것을 특징으로 하는 분사 홀의 제조 방법. - 제 1 항에 있어서, 상기 분사 홀 표면(17)이 그 축 방향 길이 전체에 걸쳐 균일하게 경화되는 것을 특징으로 하는 분사 홀의 제조 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 분사 홀(12)이 원추형으로 형성되거나 또는 원추형 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 분사 홀의 제조 방법.
- 제 3 항에 있어서, 상기 분사 홀(12)의 직경이 흐름 방향으로 바람직하게 계속 줄어드는 것을 특징으로 하는 분사 홀의 제조 방법.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분사 홀(12)은 침식 또는 레이저 가공에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 분사 홀의 제조 방법.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경화 처리는 표면 처리를 포함하는 것을 특징으로 하는 분사 홀의 제조 방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 경화 처리는 질화 단계 또는 열처리 단계, 특히 표면 경화를 포함하는 것을 특징으로 하는 분사 홀의 제조 방법.
- 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분사 홀(12)은 상기 분사 노즐(4)의 경화되지 않은 재료 내에 형성되는 것을 특징으로 하는 분사 홀의 제조 방법.
- 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분사 홀(12)은 열간 정수압 프레스에 의해 제조된 분사 노즐(4) 내에 형성되는 것을 특징으로 하는 분사 홀의 제조 방법.
- 적어도 하나의 분사 홀(12)을 구비한 내연기관용 연료 분사 노즐에 있어서,
상기 분사 홀(12)은 실린더와는 다른 형상을 가지며, 상기 분사 홀(12)의 영역 및 상기 분사 홀 표면(17)은 그 축 방향 길이 전체에 걸쳐 경화되는 것을 특징으로 하는 분사 노즐. - 제 10 항에 있어서, 상기 분사 홀 표면(17)은 그 축 방향 길이 전체에 걸쳐 균일하게 경화되는 것을 특징으로 하는 분사 노즐.
- 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서, 상기 분사 홀(12)은 원추형으로 형성되거나 또는 원추형 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 분사 노즐.
- 제 12 항에 있어서, 상기 분사 홀(12)의 직경은 흐름 방향으로 바람직하게는 계속 줄어드는 것을 특징으로 하는 분사 노즐.
- 제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분사 노즐(4)은 열간 정수압 프레스에 의해 제조된 분사 노즐(4)인 것을 특징으로 하는 분사 노즐.
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PA0105 | International application |
Patent event date: 20140305 Patent event code: PA01051R01D Comment text: International Patent Application |
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| PG1501 | Laying open of application | ||
| PC1203 | Withdrawal of no request for examination | ||
| WITN | Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid |