KR20140061120A - 디젤엔진용 분사노즐의 연료분사구 가공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디젤엔진에서 연료를 분사하도록 설치한 연료분사노즐에서의 연료분사구 가공방법에 관한 것으로서, 연료분사구의 가공을 정밀하면서도 신속하게 이루어질 수 있으면서도 불량률을 최소화 할 수 있도록 한 디젤엔진용 분사노즐의 연료분사구 가공방법을 제공코자 하는 것이다.
즉, 본 발명은 디젤엔진용 분사노즐의 연사분사구 가공방법에 있어서;
표면가공, 내면 가공, 연료분사구 가공, 유체연마, 질화 열처리, 연마, 세정, 유량 계측 및 테스트의 순서에 의해 이루어지며; 상기 연료분사구 가공은 구멍 직경 오차가 ±0.001~0.002mm 범위에서 이루어지도록 EDM으로 가공하고; 상기 유체연마와 함께 유량계측기를 통해 유량계측을 동시에 행하면서 연마가 이루어질 수 있도록 가공하는 것이다.

Description

디젤엔진용 분사노즐의 연료분사구 가공방법{Injection nozzle of fuel jet orifice manufacturing methods for diesel engine}

본 발명은 디젤엔진에서 연료를 분사하도록 설치한 연료분사노즐에서의 연료분사구 가공방법에 관한 것으로서, 보다 상세히는 연료분사구의 가공을 정밀하면서도 신속하게 이루어질 수 있으면서도 불량률을 최소화 할 수 있도록 한 디젤엔진용 분사노즐의 연료분사구 가공방법을 제공코자 하는 것이다.

선박의 엔진과 같이 2행정 방식에서의 대형 디젤엔진에 사용되고 있는 연료분사노즐은, 선단에 형성되는 노즐팁 부위에 복수의 연료분사구를 형성하고, 이 연료분사구로부터 연료가 연소 챔버 내로 분사되며, 연료분사구정의 시작과 종료는 밸브 시트와 함께 작동되는 니들(needle)이 연료분사구를 개폐시킴으로써 이루어진다.

상기 분사노즐의 경우 실린더의 연소 챔버 내부에 노출되도록 설치되며 특히 연료분사구의 경우 매우 정밀한 치수로 제작되어 연료의 분사가 일정하게 이루어질 수 있도록 하고 있다.

종래 연료분사노즐의 가공방법으로는 대한민국 공개특허공보(A)10-2010-0079776호(2010.07.08.)의 선박 엔진용 연료분사노즐 및 그 제조방법이 제공되고 있다.

상기 선행기술에서의 제조방법을 살펴보면 소재를 황삭가공하여 노즐몸체를 성형하는 노즐몸체 가공단계; 테두리를 따라 소정 깊이의 홈을 가지도록 노즐헤드를 성형하는 노즐헤드 가공단계; 상기 노즐몸체의 일단에 상기 노즐헤드를 브레이징 결합하여 노즐조립체를 형성하는 결합단계; 상기 노즐조립체의 외주면을 선삭하고 일단에 노즐팁을 성형하는 선삭단계; 상기 노즐조립체의 내부에 노즐니들이 삽입될 수 있도록 길이방향으로 중공을 형성하고, 상기 노즐팁에 연료분사구를 형성하며, 상기 중공의 일측에 연료공급관과 냉각관을 형성하되, 상기 냉각관은 상기 노즐헤드의 홈에 연통되게끔 하는 드릴링단계; 및 상기 드릴링단계에서 발생된 버어를 제거하는 디버링단계;를 포함하는 구성으로 이루어진다.

이러한 구성의 선박 엔진용 연료분사노즐 제조방법서 연료분사구의 가공법은 식별번호 <0037>에 기재된 바와 같이 드릴링 작업에 의해 형성되도록 하고 있다.

상기와 같이 드릴링 작업으로 연료분사구를 형성하고 디버링 단계를 통해서 버어를 제공하는 구성으로 가공편차가 구멍 직경의 ±0.010~0.015mm 범위에서 관리가 이루어지게 된다.

그러나 이러한 구성은 정밀도를 유지하기가 어렵고 또 열처리 과정에서의 물리적 변형이 발생하여 불량률이 높아지는 등의 문제점이 있었다.

KR 1020100079776 A 2010.07.08.

이에 본 발명자는 상기한 종래 분사노즐의 연료분사구 가공방법에 따른 제반 문제점을 일소코자 본 발명을 연구 개발한 것으로서, 본 발명에서는 연료분사구의 가공을 정밀하면서도 신속하게 이루어질 수 있으면서도 불량률을 최소화 할 수 있도록 한 디젤엔진용 분사노즐의 연료분사구 가공방법을 제공함에 기술적 과제를 두고 본 발명을 완성한 것이다.

과제 해결수단으로 본 발명에서는 열처리로 인한 가공편차를 미리 계산한 치수로 EDM을 사용하여 연료분사구를 가공한 상태에서 유체연마와 동시에 유량 측정을 행하여 원하는 치수로 정밀하게 가공한 상태에서 질화 열처리와 외부면 연마 작업이 이루어질 수 있도록 하였다.

본 발명에서 제공하는 디젤엔진용 분사노즐의 연료분사구 가공방법에 의하면 연료분사구의 공차 관리가 ±0.001~0.002mm로 관리가 가능하므로 제품의 가공 정밀도를 제공할 수 있다.

연료분사구를 EDM 방식으로 관통하고 유체연마를 행하므로 단시간에 정확한 치수의 연료분사구 가공이 가능하다.

열처리로 인한 변형을 미리 계산하여 연료분사구를 형성한 것으로 열 변형 등으로 인한 불량률을 최소화 할 수 있다.

작업공정을 줄일 수 있어 생산성 향상, 제조비용 절감 등의 효과를 득할 수 있다.

도 1은 본 발명에서 제공하는 디젤엔진용 분사노즐의 바람직한 일 예를 보인 사시도
도 2는 도 1의 단면도
도 3은 본 발명에서 제공하는 디젤엔진용 분사노즐의 연료분사구 가공방법을 위한 작업 순서도

이하에서 본 발명에서 제공하는 디젤엔진용 분사노즐의 연료분사구 가공방법의 실시례를 첨부 도면에 의거하여 설명한다.

도 1은 본 발명에서 제공하는 디젤엔진용 분사노즐의 바람직한 일 예를 보인 사시도를 도시한 것이고, 도 2는 도 1의 단면도를 도시한 것이다.

도시된 바에 의하면 분사노즐(1)은 본체(2)의 선단에 노즐팁(3)이 돌출되게 형성되어 있으며, 본체(2)의 내측으로는 니들(4)이 결합되는 센터 보어(5)를 노즐팁(3)과 반대방향으로 개구되도록 형성한다. 상기 센터 보어(5)의 주변에는 냉각유로(6)와 연료유로(7)를 형성하고, 센터 보어(5)의 선단에는 노즐팁(3)의 내측에 위치하는 포켓(8)을 형성하며, 노즐팁(3)에는 포켓(8)에서 외부로 연료를 분사하는 연료분사구(9)를 적어도 1개 이상 복수로 형성한다. 연료분사구(9)는 실린더의 크기에 따라 직경과 개수가 정해지며, 본 발명에서는 4개가 형성된 예를 도시하고 있다.

상기 연료분사구(9)는 축직각 방향에서 노즐팁(3) 쪽(유체 진행방향)으로 조금 기울어진 상태로 관통된다.

본 발명은 상기 분사노즐(1)을 제조함에 있어서, 특히 노즐팁(3)에 형성되어 있는 연료분사구(9)를 정밀하고 신속하게 가공하여 생산성 향상과, 불량률 저하 등의 목적을 동시에 달성할 수 있게 한 것이다.

도 3은 본 발명에서 제공하는 디젤엔진용 분사노즐의 연료분사구 가공방법을 위한 작업 순서도를 도시한 것이다.

본 발명에서 제공하는 디젤엔진용 분사노즐의 연료분사구(9) 가공은 도 3에서 보는 바와 같이 크게 1) 표면가공, 2)내면 가공, 3)연료분사구 가공, 4)유체연마 5)질화 열처리, 6)연마, 7)세정, 8)유량 계측 및 테스트의 순서에 의해 이루어진다.

이하에서 각 공정을 보다 구체적으로 설명한다.

1)표면가공

NC 선반(Numerically Controlled lathe)을 이용하여 침탄강으로 구성된 환봉 형태로 제공되는 재료의 외경을 가공한다.

2)내면 가공

상기와 같이 외경을 가공한 상태에서 머시닝 센터(machining center; MCT)를 이용하여 센터 보어(center bore) 및 시트(seat), 숄더(shoulder), 사그(sag)등을 가공한다.

또한 ECM(전해가공;electrolytic machining)으로 포켓(pocket)을 가공한다.

3)연료분사구 가공

상기와 같이 표면가공과 내면가공을 행한 상태에서 선단에 돌출되는 노즐팁에 연료분사구를 형성한다.

상기 연료분사구의 형성을 위한 방법으로 EDM(방전 가공;electrospark machining)을 이용하여 가공한다. 이때 가공치수는 질화 열처리 등으로 인한 열적 변화 등을 충분히 고려한 상태의 정밀 치수로 가공한다.

통상 열처리과정에서의 열적 변화량은 연료분사구 직경치수의 3% 이므로 직경이 0.5mm 직경의 연료분사구를 형성코자 할 시에는 0.515mm의 직경으로 가공토록 하여 후술할 질화 열처리 후에 정확한 0.5mm 직경의 치수에 부합되게 한다.

이러한 EDM 가공은 종래 드릴링 가공에 의해 가공하는 것에 비해 홀 직경의 공차 관리를 정밀하게 제공할 수 있다.

즉, 드릴링 가공은 가공편차가 구멍 직경의 ±0.010~0.015mm 범위에서 관리가 가능하나, 본 발명에서의 EDM 가공은 구멍 직경의 ±0.001~0.002mm 범위에서 관리가 가능하게 되므로 정밀한 가공이 가능하다.

4)유체연마

상기와 같이 연료분사구를 EDM으로 가공한 상태에서 연료분사구의 정밀가공을 행한다.

정밀가공을 위해서 유체연마를 행한다. 유체연마는 연마제를 포함하는 유체를 고압으로 이동시켜 연마하는 상용화된 기술로 연마제 등에 대한 구체적인 설명은 생략키로 한다.

본 발명에서는 유체연마를 행할 때 연료분사구가 형성된 노즐팁에 유량계측기를 설치하여 유체연마와 함께 유량계측을 동시에 행하여 연료분사구의 직경을 정밀하게 가공할 수 있게 한다.

5)질화 열처리

상기와 같이 유체연마를 행한 세척수를 이용하여 표면에 묻어 있는 미물과 연마제를 포함하고 있는 유체 등을 깨끗이 세척한 후 질화 열처리를 한다.

본 발명에서의 질화 열처리는 일반적으로 알려져 있는 바와 같이 500~650도의 온도 조건에서 행하며 가스에 의한 방법, 염욕에 의한 방법, 이온충격에 의한 방법 등이 선택적으로 적용될 수 있다.

6)연마

상기와 같이 열처리를 행한 분사노즐의 외면과 내면을 NC 연마기를 이용하여 연마한다.

7)세정

연마 후 세정기를 이용하여 분사노즐 전체를 깨끗하게 세정한다.

8)유량 계측 및 테스트

세정이 완료된 분사노즐은 유량계측기를 이용하여 통과유량을 계측하고 또한 분사 테스트기를 이용하여 최종 테스트한다.

본 발명에 의해 제조되는 분사노즐은 정밀도가 우수하여 합격률이 98%이상을 유지할 수 있으며, 테스트 결과 분사량이 기준치를 초과하면 폐기처분하고, 기준치에 마달되는 경우에는 유체연마를 통해서 연료분사구의 직경을 조절토록 한다.

본 발명에서 제공하는 디젤엔진용 분사노즐의 연료분사구 가공방법은 상기에서 살펴본 바와 같이 연료분사구를 EDM(방전 가공;electrospark machining)을 이용하여 1차 가공한 후 유체연마를 통해서 정밀가공이 이루어질 수 있도록 한 것으로, 제조공정을 간소화 할 수 있으면서도 질화 열처리되어 경화되기 전에 연료분사구의 가공이 완료되므로 작업시간을 대폭 단축할 수 있는 것이다.

또한 본 발명은 종래 드릴 작업에 의해 EDM 작업이 구멍 정밀도와 동심도 그리고 표면 정밀 치수를 정밀하고 정확하게 제어할 수 있으므로 제품의 품질 개선에 일조할 수 있는 것이다.

본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시례에 관해 설명하고 있으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 보호 범위는 설명된 실시례에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 청구범위 뿐만 아니라 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

본 발명에서 제공하는 디젤엔진용 분사노즐의 연료분사구 가공방법은 선박용 및 각종 엔진용으로 사용되는 분사노즐에 범용으로 적용이 가능한 것이다.

1:분사노즐 2:본체
3:노즐팁 4:니들
5:센터 보어 6:냉각유로
7:연료유로 8:포켓
9:연료분사구

Claims (1)

1. 디젤엔진용 분사노즐의 연사분사구 가공방법에 있어서;
   표면가공, 내면 가공, 연료분사구 가공, 유체연마, 질화 열처리, 연마, 세정, 유량 계측 및 테스트의 순서에 의해 이루어지며;
   상기 연료분사구 가공은 구멍 직경 오차가 ±0.001~0.002mm 범위에서 이루어지도록 EDM으로 가공하고,
   상기 유체연마와 함께 유량계측기를 통해 유량계측을 동시에 행하면서 연마가 이루어질 수 있도록 가공하는 것을 특징으로 하는 디젤엔진용 분사노즐의 연사분사구 가공방법.

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