(57)【要約】【課題】大型ディーゼルエンジン、特に長手方向に掃気される２ストローク大型ディーゼルエンジンの燃料噴射ノズル用のノズルヘッド。【解決手段】上側端部（２１）から下側端部（２２）まで軸線方向（Ａ）に延在する長手方向チャネル（２）であって、長手方向チャネル（２）に燃料が送給できるようになっている長手方向チャネル（２）と、長手方向チャネル（２）からノズル開口（３）まで延在する少なくとも１つのノズルチャネル（４）であって、ノズルチャネル（４）を通って燃料を大型ディーゼルエンジンの燃焼室に導入できるようになっている少なくとも１つのノズルチャネル（４）とを有し、各ノズルチャネル（４）が、長手方向チャネル（２）の流れ断面積よりも小さい流れ断面積を有し、長手方向チャネル（２）の下側端部（２２）が、軸線方向（Ａ）に関して、および、通常動作位置に関して、各ノズル開口（３）の上方に配置される。【選択図】図３
2018003839.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大型ディーゼルエンジン、特に長手方向に掃気される２ストローク大型ディーゼルエンジンの燃料噴射ノズル用のノズルヘッドであって、
上側端部（２１）から下側端部（２２）まで軸線方向（Ａ）に延在する長手方向チャネル（２）であって、該長手方向チャネル（２）に燃料が送給できるようになっている、長手方向チャネル（２）と、
前記長手方向チャネル（２）からノズル開口（３）まで延在する少なくとも１つのノズルチャネル（４）であって、該ノズルチャネル（４）を通って燃料を大型ディーゼルエンジンの燃焼室に導入できるようになっている、少なくとも１つのノズルチャネル（４）と
を有し、各ノズルチャネル（４）が、前記長手方向チャネル（２）の流れ断面積よりも小さい流れ断面積を有し、
前記長手方向チャネル（２）の前記下側端部（２２）が、前記軸線方向（Ａ）に関して、および、通常動作位置に関して、各ノズル開口（３）の上方に配置されることを特徴とするノズルヘッド。
【請求項２】
複数のノズルチャネル（４）を有し、前記複数のノズルチャネル（４）の各々が、前記長手方向チャネル（２）から前記ノズル開口（３）まで延在し、燃料を前記大型ディーゼルエンジンの燃焼室に導入できるようになっている、請求項１に記載されたノズルヘッド。
【請求項３】
前記軸線方向に延在する長手方向ボア（５）を有し、
前記長手方向ボア（５）が、前記長手方向チャネル（２）を含み、
前記長手方向ボア（５）内に、前記ノズルチャネル（４）の全てが配置されたインサート（６）が設けられている、請求項１又は請求項２に記載されたノズルヘッド。
【請求項４】
前記インサート（６）が、前記ノズルヘッド（１）の残りの部分に使用される材料とは異なる材料から製造されている、請求項３に記載されたノズルヘッド。
【請求項５】
各ノズルチャネル（４）は、前記軸線方向（Ａ）に対して傾斜した噴射角度（α）で燃料を各ノズル開口（３）から放出できるように設計され、各噴射角度（α）が、９０°よりも小さく、好ましくは８０°よりも小さい、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載されたノズルヘッド。
【請求項６】
異なる噴射角度（α）を有する少なくとも２つのノズルチャネル（４）を備える、請求項５に記載されたノズルヘッド。
【請求項７】
各ノズルチャネル（４）が、前記長手方向チャネル（２）には前記軸線方向（Ａ）に通じるように設計されている、請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載されたノズルヘッド。
【請求項８】
少なくとも１つのノズルチャネル（４）が、前記ノズル開口（３）に隣接する領域で広がるように又はテーパ状となるように設計されている、請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載されたノズルヘッド。
【請求項９】
各ノズルチャネル（４）が、縁部や角部がないように設計されている、請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載されたノズルヘッド。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのノズルチャネル（４）が、アーチ又は湾曲形状に設計されている、請求項１から請求項９までのいずれか一項に記載されたノズルヘッド。
【請求項１１】
湾曲領域を有する少なくとも２つのノズルチャネル（４）が設けられ、
前記２つのノズルチャネル（４）の前記湾曲領域の曲率（ｒ１，ｒ２）が異なる曲率である、請求項１から請求項１０までのいずれか一項に記載されたノズルヘッド。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１までのいずれか一項に記載されたノズルヘッドの製造方法において、
前記ノズルヘッド（１）を、付加加工法を用いて製造することを特徴とする製造方法。
【請求項１３】
前記ノズルヘッド全体（１）を、付加加工法を用いて製造する、請求項１２に記載された製造方法。
【請求項１４】
全てのノズルチャネル（４）が配置されたインサート（６）を、付加加工法を用いて製造し、
前記インサート（６）を、前記軸線方向（Ａ）に延在し前記長手方向チャネル（２）を備える、前記ノズルヘッド（１）の長手方向ボア（５）内に挿入する、請求項１２に記載された製造方法。
【請求項１５】
請求項１から請求項１１までのいずれか一項に記載されたノズルヘッド、又は、請求項１２から請求項１４までのいずれか一項に記載された製造方法により製造されたノズルヘッド（１）を備える燃料噴射ノズルを有する大型ディーゼルエンジン、特に長手方向に掃気される２ストローク大型ディーゼルエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各カテゴリーの独立請求項の前提部に係る大型ディーゼルエンジン、特に長手方向に掃気される２ストローク大型ディーゼルエンジンの燃料噴射ノズル用のノズルヘッド、及びそのノズルヘッドの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
長手方向に掃気される２ストローク大型ディーゼルエンジンのような大型ディーゼルエンジンは、船舶の動力源として、また、例えば電力を生成する大型発電機を駆動するための固定運転において多く使用される。ここで原則として、こうしたエンジンは、相当長い時間に亘って連続的に運転されるものであり、運転時の安全性や利用可能性に関する要求が厳しい。このため、補修間隔が長いこと、消耗度が低いこと、及び運転材料の経済的な使用が、運転者にとって主要な基準となっている。
【０００３】
ここ数年来、重要性が増している基本的な点としては、排ガスの質、特に排ガスに含まれる窒素酸化物の濃度がある。このため、特に２ストローク大型ディーゼルエンジンに関して、汚染物質が多く混入した従来の重油の燃焼だけではなく、ディーゼル油や他の燃料の燃焼もますます問題視されるようになっている。排ガス規制値の遵守がますます難しくなり、また技術的にはより複雑になり、ひいてはより費用がかかるようになり、あるいは、究極的にはそのような遵守が経済的に賢明ですらなくなっているからである。
【０００４】
実際、そのためにいわゆる「デュアルフューエルエンジン」の必要性が従来より存在している。これは、２つの異なる燃料で運転することが可能なエンジンである。ガスモードでは、ＬＮＧ（液化天然ガス）などの天然ガス等のガスや、液化石油ガスの形態のガス、あるいは内燃機関を運転するのに適したガスを燃焼に使用する一方で、液体モードでは、ディーゼル油や重油等の適切な液体燃料を同じエンジンで燃焼させることができる。
【０００５】
本願の範囲内において、「大型ディーゼルエンジン」という用語は、燃料の自己着火で特徴付けられるディーゼル運転だけではなく、燃料の外部着火で特徴付けられるオットー運転で運転できる大型エンジンや、これら２つの運転の混合形態で運転できる大型エンジンを包含する。更に、大型ディーゼルエンジンという用語は、特に、上記のデュアルフューエルエンジンや、燃料の自己着火を他の燃料の外部着火に使用するような大型エンジンをも含む。
【０００６】
液体モードでは、燃料は通常、シリンダの燃焼室に直接導入され、自己着火の原理に従い燃焼される。ガスモードでは、シリンダの燃焼室に着火可能な混合物を生成するために、オットー原理に従って、気体状態のガスを掃気空気と混合することが良く知られている。この低圧プロセス又は高圧プロセスにおいて、適切なタイミングで少量の液体燃料をシリンダの燃焼室に又は予燃焼室に噴射し、その燃料が空気・ガス混合物の着火を生じさせることによって、混合物は通常、シリンダ内で着火される。運転中、デュアルフューエルエンジンは、ガスモードから液体モードへ、又はその逆に切り替えることができる。
【０００７】
大型ディーゼルエンジンを重油やディーゼル油等の液体燃料で運転する場合、シリンダの燃焼室への燃料の導入は通常、ノズル本体とノズルヘッドとを備える燃料噴射ノズルの使用によって実現される。ノズルヘッドは、アトマイザとも称される。原則として、燃料を燃焼室内に噴射する複数のノズル開口が、ノズルヘッドに設けられる。噴射プロセスを開始又は終了するために、燃料噴射ノズルには、バルブシートと作用してノズル開口への通路を開いたり閉じたりする可動ノズルニードルが設けられる。
【０００８】
ノズルヘッドは、通常、大きい熱応力、機械的応力、化学的応力に曝される摩耗部品である。機械的応力はとりわけ、１０００バールを超えることもある高い噴射圧力による。熱応力は、燃焼室内の高温や燃焼温度と、新たに供給される掃気空気の温度との間の極端な温度変化によって生じる。化学的応力は、主に、高温腐食や熱間腐食によるものである。
【０００９】
これらの理由のために、また特に熱応力のために、バルブシートは、通常、燃焼熱の過剰な吸気流を避けるために、ノズル開口から所定の距離に配置される。止まり穴として設計された長手方向ボアが、ノズルヘッドのバルブシートの下流に設けられ、ボアがそこから分岐してノズル開口へと通じる。
【００１０】
バルブシートとノズル開口との間の空間的距離には、１つの問題がある。燃料噴射の終わりに、ノズルニードルは、止まり穴内のバルブシートの下流（すなわちバルブシートとノズル穴との間）の燃料が送給圧力から切り離されるように、バルブシート内に押圧される。この燃料部分が、ノズルヘッドへの望ましくない付着になる可能性があり、噴射の終了後、それが、悪い形で霧化されてノズル開口から燃焼室内に入ったり、燃焼室内に滴り落ちたりして、そこでほとんど又は全く燃焼されない可能性がある。これは、燃料消費量の増加や、特に窒素酸化物ＮＯｘを含む排気ガスの汚染物質排出の増加、並びに、燃焼室及び排気ガスを流通させる部品の全ての部分における未燃燃料の付着につながる。
【００１１】
こうした問題を解決するために、すでに様々な提案がなされている。例えば、ノズルニードルがバルブシート内に押圧された直後に燃料がノズル開口を介して流れることを防止する係止要素を、バルブシートの下流のノズルニードルに設けることが周知である。しかし、そのような構成が有効だと分かっていても、技術設備が高価なため、高コストにつながる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
この先行技術に基づくと、本発明の目的は、大型ディーゼルエンジンの燃料噴射ノズル用の可能な限り簡素化されたノズルヘッドであって、噴射の終了後にバルブシートの下流側に残る燃料により生じる上記問題を少なくとも大幅に軽減する助けとなるノズルヘッドを提供することである。また、本発明の目的は、そのノズルヘッドの製造方法を提供することでもある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
これらの問題を解決する本発明は、各カテゴリーの独立請求項の構成によって特徴付けられる。
【００１４】
本発明によれば、大型ディーゼルエンジン、特に長手方向に掃気される２ストローク大型ディーゼルエンジンの燃料噴射ノズル用のノズルヘッドであって、
上側端部から下側端部まで軸線方向に延在する長手方向チャネルであって、この長手方向チャネルに燃料が送給できるようになっている、長手方向チャネルと、
長手方向チャネルからノズル開口まで延在する少なくとも１つのノズルチャネルであって、このノズルチャネルを通って燃料を大型ディーゼルエンジンの燃焼室に導入できるようになっている、少なくとも１つのノズルチャネルと
を有し、各ノズルチャネルが、長手方向チャネルの流れ断面積よりも小さい流れ断面積を有し、長手方向チャネルの下側端部が、軸線方向に関して、および、通常動作位置に関して、各ノズル開口の上方に配置されている、ノズルヘッドが提供される。
【００１５】
このノズルヘッド設計では、長手方向チャネルが、軸線方向にノズルヘッドの本質的長さ全体に亘って延在しておらず、各ノズル開口の上方で終端するので、そのために、バルブシートとノズル開口との間の体積を、既知のノズルヘッドと比較して大幅に低減できる。これによって、少なくとも１つのノズルチャネルの流れ断面積がより小さいことと併せて、噴射プロセスの終了後、すなわち、ノズルニードルがバルブシートを封止するように再び接触するときに、ノズルヘッド内のバルブシートの下流に残る燃料の量を基本的により少なくできる。その結果、噴射プロセスの終了後、かなり少量の燃料だけが、ノズルヘッド内のバルブシート下流に残ることになり、この燃料により生じる悪影響、特に汚染物質の排出、燃料消費量、及び有害な付着を大幅に低減できる。技術設備に高コストな手法を採用する必要がないため、このノズルヘッドは、設計も特に簡素である。
【００１６】
本発明によれば、本発明に係るノズルヘッドの製造方法であって、付加加工法を用いてノズルヘッドを製造する方法が提供される。
【００１７】
付加加工法又は付加製造は、生成製造とも称され、材料を付加する加工法を意味するものと理解される。付加製造法では、通常、液体や粉体などの形状のない材料、又は、ストリップ形状材料やワイヤ形状材料等の汎用的な形状の材料を、物理的及び／又は化学的に加工して、例えば基材上に構築することにより所望の構造体を生成する。金属材料用の既知の付加加工法の例としては、例えば硬化肉盛プロセス、特にタングステン・不活性ガス溶接（ＷＩＧ）やレーザークラッディング、プラズマ法、選択的レーザー溶融（ＳＬＭ）、レーザー焼結等の不活性ガスプロセスがある。
【００１８】
材料をワーク又はブランクから除去する除去加工又は除去製造方法と比較して、付加加工法は、少なくとも実際上、形状的な制約を何ら受けることがないため、任意の構造部材、特に内部キャビテーションを有する部材を製造できる。除去製造には、例えば、所望の幾何学形状を得るために余分な材料をワーク又はブランクから切粉の形態で除去することを特徴とする製造を意味するものと概ね従来通り理解される全ての種類の機械加工製造が含まれる。機械加工製造には、幾つかの例を挙げるとするならば、例えば、フライス加工や旋削、穿孔、平削り、やすり仕上げ、研削、ホーニング、ラップ仕上げが含まれる。
【００１９】
ノズルヘッドを、本発明に従い付加加工法を用いて製造する場合、その全体的な幾何学設計は、実際上、何ら制約を受けることがない。
【００２０】
一具体例によれば、ノズルヘッド全体を、付加加工法を用いて製造する。すなわち、ノズルヘッド全体を、生成的に構築する。
【００２１】
好ましい具体例によれば、全てのノズルチャネルが配置されたインサートを、付加加工法を用いて製造し、そのインサートを、軸線方向に延在し長手方向チャネルを備えるノズルヘッドの長手方向ボア内に挿入する。
【００２２】
この具体例に関して、インサートは、そのインサートの外側境界面全体が長手方向ボアを画成する壁部と当接する。すなわち、インサートが、径方向に関して長手方向ボアを完全に充填するように設計することが好ましい。インサートが長手方向ボア内に挿入されると、インサートの外側境界面が長手方向ボアを画成する壁部と径方向に当接するように、長手方向ボアの内径と基本的に対応する外径を有する円筒状形状を有することが好ましい。
【００２３】
各ノズルチャネルは、その全体がインサート内部に位置する内側チャネルとして設計される。すなわち、各ノズルチャネルは、インサートのみが各ノズルチャネルを画成するように、インサートによって完全に囲まれる。この手法によって、長手方向ボアを画成する壁部等の他の部品が、ノズルチャネルの境界を構成することを回避できる。
【００２４】
この具体例は、ノズルチャネルを事実上あらゆる形状で製造することが可能であるだけでなく、ノズルチャネルを備えるインサートを、既知の従来のノズルヘッドの長手方向ボア又は止まり穴に挿入して本発明に係るノズルヘッドを実現できるという利点を有する。このため、この具体例によって、特に、既存の従来のノズルヘッドを、本発明に係るノズルヘッドに変形することが可能となる。この目的のために、ノズルチャネルを備える付加製造されたインサートを従来のノズルヘッドの長手方向ボアに挿入できるように、この長手方向ボア又は止まり穴を拡大させる必要がある場合がある。
【００２５】
インサートは、その全周が長手方向ボアの内側壁部に接触して、燃料が長手方向チャネルから基本的に１つ又は複数のノズルチャネルのみを介して燃焼室へ流れるように製造されることが好ましい。
【００２６】
付加加工法は、既に述べたように、１つ又は複数のノズルチャネルをあらゆる形状に製造できる利点を有する。従って、各ノズルチャネルを任意の形態に自由に製造して各用途に対して最適化することが可能である。これは、少なくともキャビテーションを抑制して乱れのない最適な燃料の流れを実現する一助となる。ノズルヘッド内の付着を少なくとも大幅に抑制することも可能である。
【００２７】
インサートを用いた設計には更なる利点がある。それは、インサートを、ノズルヘッドの他の部分とは異なる材料で製造できることである。インサートは、燃焼室内の極めて厳しい環境条件に曝されることがないため、ノズルヘッドの残りの部分については燃焼室内の条件に関して実績があり特に有利な他の材料を選択しながら、インサートをコスト最適化や燃料の良好な流通といった側面を考慮して選択した材料から作ることができる。
【００２８】
技術設備に関して、ノズルヘッドが複数のノズルチャネルを備え、各ノズルチャネルが、長手方向チャネルからチャネル開口まで延在して、燃料を大型ディーゼルエンジンの燃焼室に導入できるようになっていることが好ましい。この手法によれば、シリンダの燃焼室で燃料が特に好適に分布することを確実にできる。
【００２９】
好ましい設計によれば、ノズルヘッドは、軸線方向に延在する長手方向ボアを有し、長手方向ボアは長手方向チャネルを含み、全てのノズルチャネルが配置されたインサートが長手方向ボア内に設けられる。本発明に係る方法に関してすでに説明したように、この設計は幾つかの利点を有する。少なくとも１つのノズルチャネルを備えるインサートを、ノズルヘッドの長手方向ボアに挿入して、通常動作位置に関してノズルヘッドの長手方向ボアの上側部分が、長手方向チャネルを形成し、その下流に、燃料が長手方向チャネルから燃焼室に流れることができる少なくとも１つのノズルチャネルを有するインサートが続くようにする。
【００３０】
従って、上記の理由のために、インサートを、ノズルヘッドの残りの部分に使用される材料以外の材料から製造することが好ましい。ノズルヘッドの壁部には、燃料が各ノズルチャネルから燃焼室内に流れることができるノズル開口を形成する１つ以上のボアが設けられる。
【００３１】
燃焼室内での可能な限り良好な燃料の分布に関して、各ノズルチャネルは、燃料が各ノズル開口から軸線方向に対して傾斜した噴射角度で放出できるように設計されることが好ましい。好ましくは、各噴射角度は９０°よりも小さく、８０°よりも小さいことがより好ましい。噴射角度は、ノズル開口の面法線と軸線方向とによって囲まれる２つの角度のうちの小さいほうの角度を意味するものとして理解される。
【００３２】
最適な燃料噴射を確実にするために、異なる噴射角度を有する少なくとも２つのノズルチャネルを設けることが好ましい。
【００３３】
更に好ましい手法は、各ノズルチャネルを、長手方向チャネルへ軸線方向に通じるように設計することである。この手法は、長手方向チャネル近傍において各ノズルチャネルが長手方向チャネルと同じ方向に延在することで、長手方向チャネルから各ノズルチャネルへの流通時の燃料の流れ抵抗を最小限に抑える助けとなる。この結果、長手方向チャネルからノズルチャネルへの流通時に燃料を分流する必要がなくなる。この手法によれば、特に、侵食による劣化の影響を回避できる。
【００３４】
用途によっては、少なくとも１つのノズルチャネルを、ノズル開口に隣接する領域で広がるように又はテーパ状となるように設計することも有利である。この手法によれば、燃料の流れ挙動を最適化できる。
【００３５】
各ノズルチャネルを、縁部や角部がないように設計することは特に有利である。これにより、通常、鋭い縁部や角部に次第に発生して高いレベルの摩耗に繋がる付着や侵食、キャビテーションを少なくとも大幅に低減できる。
【００３６】
更に好ましい設計は、少なくとも１つのノズルチャネルを、アーチ又は湾曲形状に設計することである。アーチ形状設計又は湾曲設計によれば、燃料の流れを、軸線方向から所望の噴射方向へと有利に、とりわけ損失無く、移行させることができる。
【００３７】
湾曲領域を有する少なくとも２つのノズルチャネルが設けられ、両方のノズルチャネルの湾曲領域の曲率が異なることも有利である。この設計によれば、特に、異なる燃料噴射角度を実現することが可能となり、キャビテーションや、侵食によって生じる摩耗の兆候を少なくとも大幅に低減できる。
【００３８】
本発明によれば、本発明に従って設計された、又は、本発明に係る方法に従って製造されたノズルヘッドを備える燃料噴射ノズルを有する大型ディーゼルエンジン、特に長手方向に掃気される２ストローク大型ディーゼルエンジンが提案される。
【００３９】
本発明の更なる利点となる手法及び設計は、従属請求項に記載されている。
【００４０】
以下、本発明を、具体例に基づき、以下の図面に基づき説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】先行技術の大型ディーゼルエンジンの燃料噴射ノズルの長手方向断面。
【図２】図１からの燃料噴射ノズルのノズルヘッドの概略長手方向断面図。
【図３】本発明に係るノズルヘッドの具体例の概略長手方向断面図。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
本発明の範囲内において、「下」、「上」、「下方」、「上方」等のような相対的な位置の定義は、いずれの場合も、通常の運転位置を参照して理解される。
【００４３】
本発明をより良く理解できるように、まず図１に基づき、先行技術において知られている大型ディーゼルエンジンの燃料噴射ノズルの構造を説明する。先行技術を本発明と区別しやすいように、先行技術において知られている装置にはアポストロフィを付した符号を使用する。
【００４４】
図１は、全体を符号１０’で示す大型ディーゼルエンジンの先行技術の燃料噴射ノズルの長手方向断面を示す。特に、これは長手方向に掃気される２ストローク大型ディーゼルエンジンの燃料噴射ノズル１０’である。このノズルにより、液体燃料、特に重油又はディーゼル油を、大型ディーゼルエンジンのシリンダの燃焼室２０’に導入できる。
【００４５】
この公知の燃料噴射ノズル１０’は、ノズル本体１１’を備え、ノズル本体１１’にはノズルヘッド１’が接続されている。この接続は保持スリーブ１２’により実現される。保持スリーブ１２’は、図示の下側端部が燃料噴射ノズル１０’の長手方向軸線に向かってテーパ状となっている。軸線方向Ａ’は、燃料噴射ノズル１０’の長手方向軸線によって規定されるが、それは同時にノズルヘッド１’の長手方向軸線でもある。保持スリーブ１２’は、ユニオンナット１３’及びスナップリング等の弾性要素１４’によってノズル本体１１’に固定される。ノズルヘッド１’は、自身を、保持スリーブ１２’のテーパ状部に対して支持している。
【００４６】
より良い理解のために、図２は、図１の燃料噴射ノズル１０’のノズルヘッド１’の概略長手方向断面図を示す。
【００４７】
ノズルヘッド１’は、長手方向ボア５’を有し、その下側端部の領域に少なくとも１つのノズル開口３’有する。ノズル開口３’は、通常は、幾つか、例えば５つ備えられ、燃料がノズル開口３’から燃焼室２０’へと逃げることができるように、長手方向ボア５’に連通している。
【００４８】
ノズル本体１１’の内部には、燃料が送給パイプ１５’から送給される圧力室１４’が設けられている。高圧化された燃料を、送給パイプ１５’を介して、貯留リザーバ、通常はコモンレールシステムのアキュムレータから、燃料噴射ノズル１０’に送給できる。圧力室１４’は、バルブシート１６’によって軸線方向Ａ’に制限されている。更に、基本的に軸線方向Ａ’に延在してバルブシート１６’と作用するノズルニードル１７’が、ノズル本体１１’内部に配置されている。図１に示す係止位置において、ノズルニードル１７’の下側先端部がバルブシート１６’に押し込まれ、圧力室１４’からその下流に続く長手方向ボア５’への通路が閉じられる。ノズルニードル１７’は、図示しない圧縮ばねによってばね荷重を受けており、バルブシート１６’に対して予荷重を受けている。図示するように、ノズルニードル１７’の開位置では、ノズルニードル１７’がバルブシート１６’から上方に持ち上げられ、ノズルニードル１７’の下側端部とバルブシート１６’との間に、燃料がそれ圧力室１４’から長手方向ボア５’内へ移動できる開通路が形成される。
【００４９】
バルブシート１６’の下流の長手方向ボア５’の体積部は、通常、止まり穴又は止まり穴体積部として示される。
【００５０】
本明細書で説明する例において、長手方向ボア５’は、軸線方向Ａ’に延在し長さＬ’を有する基本的に円筒状のボアとして設計されている（図２を参照）。長手方向ボア５’の直径Ｄ’は、長手方向ボア５’内の燃料の流れに利用可能な断面積を意味するものとして理解される流れ断面積を規定する。
【００５１】
ノズルニードル１７’は、軸線方向Ａ’に延在するノズル本体１１’のボア１８’内に配置されている。スペースの節約の理由で、このボアは、図１において部分的にのみ表している。ボア１８’は、ノズルニードル１７’の外径よりも若干大きい内径Ｂ’を有し、ノズルニードル１７’がボア１８’内において安全且つ正確に案内されるようになっている。
【００５２】
特に図２の概略図に示すように、各ノズル開口３’は、ノズルチャネル５３’を介してノズルヘッド１’の長手方向ボア５’に接続され、加圧された燃料が、長手方向ボア５’からノズルチャネル５３’及びノズル開口３’を介して燃焼室２０’に噴射されるようになっている。各ノズルチャネル５３’の流れ断面積は、長手方向ボアの直径Ｄ’によって規定される長手方向ボア５’の流れ断面積と比べて極めて小さく、とりわけ少なくとも５分の１より小さい。ノズルチャネル５３’のそれぞれは、通常、軸線方向Ａ’に対して傾いて又は傾斜して延在しており、燃料が、各ノズル開口３’から、軸線方向Ａ’に対して傾斜した噴射角度α’で放出されることができるようになっている。噴射角度α’は、ノズル開口３’の面法線と軸線方向とがつくる２つの角度のうちの小さいほうの角度を意味するものとして理解される。もちろん、各噴射角度α’は、異なるノズル開口３’に対して異なる角度にできる。
【００５３】
図３は、本発明に係るノズルヘッドの具体例を概略長手方向断面図に示し、その全体を符号１で示す。ノズルヘッド１は、図１に基づき説明したように、大型ディーゼルエンジン、特に長手方向に掃気される２ストローク大型ディーゼルエンジンの燃料噴射ノズル用に意図され、すでに説明したものと同様に燃料噴射ノズルのノズル本体と作用する。
【００５４】
ノズルヘッド１は、上側端部２１から下側端部２２まで軸線方向Ａに延在し長さＬ１を有する長手方向チャネル２を備える。長手方向チャネル２は、直径Ｄを有する円筒形状に設計されることが好ましい。図１に基づき示したものと同様に、軸線方向Ａは、ノズルヘッド１を燃料噴射ノズルに取り付けた場合に燃料噴射ノズルの長手方向軸線と同一となるノズルヘッド１の長手方向軸線によって規定される。先行技術の場合と同様に、大型ディーゼルエンジンのシリンダの燃焼室に導入される燃料を長手方向チャネル２に送給できる。
【００５５】
更に、ノズルヘッド１は、長手方向チャネル２から、燃料をシリンダの燃焼室に導入できるノズル開口３まで延在する少なくとも１つのノズルチャネル４を有する。ノズルヘッド１は、通常幾つかの別々のノズル開口３を備え、その各々がノズルチャネル４を介して長手方向チャネル２に接続されている。図３の概略図では、各々がノズルチャネル４を介して長手方向チャネル２に流体接続された２つのノズル開口３を示している。
【００５６】
この点について、各ノズルチャネル４は、長手方向チャネル２の流れ断面積と比べて極めて小さい、例えば５分の１以下の大きさの流れ断面積を有する。流れ断面積は、燃料の主要な流れ方向に対して垂直な面をそれぞれ意味するものと理解される。
【００５７】
本発明によれば、長手方向チャネル２の下側端部２２は、図３に示す通常動作位置に関して、各ノズル開口３の軸線方向上方に配置されている。この手段により、ノズルヘッド内の燃料に利用可能な体積を大幅に低減でき、噴射終了後極めて少量の燃料だけがノズルヘッド１内に残るようにできる。
【００５８】
ノズルヘッド１は、付加加工法を用いて製造される。これらの加工法又は製造方法は、生成法又は生成製造とも称される。付加加工法又は付加製造は、対応する部材を材料付加により構築する加工法を意味するものと理解される。付加製造プロセスでは、通常、液体や粉体などの形状のない材料、又は、ストリップ形状材料やワイヤ状形状材料等の汎用的な形状の材料を、物理的及び／又は化学的に加工して、例えば基材上に構築することにより所望の構造体を形成する。金属材料用の既知の付加加工法の例としては、例えば硬化肉盛プロセス、特にタングステン・不活性ガス溶接（ＷＩＧ）やレーザークラッディング、プラズマ法、選択的レーザー溶融（ＳＬＭ）、レーザー焼結等の不活性ガスプロセスがある。
【００５９】
付加又は生成製造は、形状的な制約を何ら受けることがないため、特に任意の形態の内部キャビテーションを有する部材を製造できる点において特に有利である。ノズルチャネル４に関して、これは、各ノズルチャネル４を実質的にあらゆる形状に製造できる点で大きな利点を有する。これにより、例えば、少なくともキャビテーションを大幅に抑制すること、侵食により生じる劣化を可能な限り低減すること、ノズルチャネル４内の付着を防止すること、燃料の流れ挙動を最適化すること、燃焼室内での燃料の最適な噴霧又は分散を実現すること等の様々な側面に関して、ノズルチャネル４の各形状を最適化することが可能となる。
【００６０】
図３に示す好ましい具体例において、ノズルヘッド１の長手方向ボア５内に配置されるインサート６が設けられる。長手方向ボア５は、軸線方向Ａにおける長手方向チャネル２の長さＬ１よりも大きい長さＬに亘って軸線方向Ａに延在する。このインサート６は、全てのノズルチャネル４を含み、長手方向ボア５の図示の下側端部を長さＬ２に亘って完全に充填する。これは特に、インサート６が、長手方向ボア５の内側壁部に完全に接触して存在することを意味する。
【００６１】
各ノズルチャネル４は、インサート６の内部に完全に位置する内側チャネルとして設計される。このため、各ノズルチャネル４は、チャネル４の全周囲に沿って、インサート６によって横方向が画成される。これは特に、ノズルチャネル４が、インサート６を径方向に画成する表面であるインサート６の表面には配置されておらず、インサート６の内部に配置されていると理解すべきである。ノズルチャネル４のノズル開口３への端部及び長手方向チャネル２への他の端部における開口部のみが、インサート６の表面に位置している。
【００６２】
ノズルチャネル４を備えるインサート６は、付加加工法を用いて製造される。
【００６３】
ノズルヘッド１を製造するためには、例えば図２に示されるような既知のノズルヘッドを使用することが好ましい。長手方向ボア５を画成するノズルヘッド１の壁部７には、ノズル開口３を形成する少なくとも１つのボアが設けられる。図３は、そのようなノズル開口３を２つ示している。これらのノズル開口３は、図２に示す既知のノズルヘッド１’のノズル開口と同一のものであることが好ましい。そして、インサート６を、長手方向ボア５又は５’の下側端部に接触するまで、長手方向ボア５内に、又は、既知のノズルヘッド１’の長手方向ボア５’内に導入する。これにより、長手方向ボア５又は５’の下側領域は、長さＬ２全体に亘ってインサート６により、好ましくは完全に満たされ、長手方向ボア５又は５’の上側部分は、長さＬ１を有する長手方向チャネル２を形成する。Ｌ１及びＬ２は、互いに補完しあって、長手方向ボア５の長さＬを形成する。
【００６４】
ノズルヘッド１の製造のために、既知のノズルヘッド１’を使用する場合、用途に応じて、長手方向ボア５’の元の直径Ｄ’（図２）を穿孔により又は他の適切な加工法により拡大して、直径Ｄを有しその後インサート６を挿入する長手方向ボア５を形成することが有利となり得る。
【００６５】
全てのノズルチャネル４の排出開口が配置されると、インサート６を長手方向ボア５内に位置付けた後それぞれがノズルヘッド１の壁部７内のノズル開口３の一つと一致するように、インサート６が製造されることは自明である。
【００６６】
既知のノズルヘッド１’を基にノズルヘッド１を製造する手法には幾つかの利点がある。特にノズルヘッド１の外側の設計は、ノズル開口３の配置及び設計を意味するものとして理解されるが、それを、既知のノズルヘッドを用いることができる。更に、ノズルヘッド１を、構造的な変更や改造を何ら必要とすることなく、既存の燃料ノズル内に容易に挿入できる。また、場合により元の長手方向ボア５’の直径Ｄ’を増大させた後、付加製造されたインサート６を既存のノズルヘッド１’の長手方向ボア５’内に挿入することによって、既存のノズルヘッドを、本発明に係るノズルヘッド１へ変換又は改良することが可能である。
【００６７】
インサート６を使用した設計の更なる利点は、インサート６を、ノズルヘッド１の他の部分、例えば、その壁部７とは異なる材料から製造できることである。これにより、非常に大きな熱応力といった燃焼室内の極めて厳しい条件に関して特に適切な実績のある材料を、インサート６を除いたノズルヘッド１の製造に使用することが可能となる。大型ディーゼルエンジンのノズルヘッド１の製造に使用される既知の加工品の例としては、鋼鉄や、ニッケル系又はコバルト系合金、例えばステライト６がある。これらの材料は、具体的にはノズル開口３内の侵食や摩耗、キャビテーションに対して特に適切である。
【００６８】
そして、インサート６自体がノズルヘッド１の壁部７により保護されて燃焼室内の過酷な条件に曝されることがないため、インサート６の製造には、他の材料、好ましくは金属材料を選択できる。その結果、付加製造を用いてノズルヘッド１のインサート６を構築するために使用される適切な材料の選択に関して極めて大きな自由度が得られる。インサート６に使用する材料は、例えば、コスト最適化や燃料の最適な案内等の側面を考慮することにより選択できる。
【００６９】
本発明に係るノズルヘッド１の設計の特に有利な点は、長手方向チャネル２とノズル開口３との間の各流れの接続部、すなわち、各ノズルチャネル４を任意の形態に設計できることである。すなわち、特に形状的な制約を何ら受けることがないということである。これにより、各ノズルチャネル４を、燃料の最適な流れ挙動に関して、あるいは燃料の最適な案内に関して設計できる。これにより、各ノズルチャネル４を、特に、キャビテーション、侵食及び摩耗、並びに、燃料の燃焼室内への効率的な導入に関しても最適化できる。
【００７０】
以下、各ノズルチャネル４を設計するための幾つかの好ましい手法及び変形の一部を列挙して説明する。
【００７１】
各ノズルチャネル４は、燃料が軸線方向Ａに対して傾斜した噴射角度αで各ノズル開口３から放出できるように設計されることが好ましい。噴射角度αは、ノズル開口３の面法線と軸線方向とによって囲まれる２つの角度のうちの小さいほうの角度を意味するものとして理解される。もちろん、各噴射角度αは、異なるノズル開口３に対して互いに異なるものとできる。各噴射角度αは、９０°よりも小さいことが好ましく、とくに８０°よりも小さいことが好ましい。特に好ましい範囲は、７０°〜７５°である。
【００７２】
必須ではないが、図３に示すように、各ノズルチャネル４が長手方向チャネル２へ軸線方向に通じるように設計することも有利である。これにより、長手方向チャネル２から各ノズルチャネル４への燃料の特に良好な流通を実現することが可能になる。
【００７３】
また、ノズルチャネル４が、特にノズル開口３に隣接する領域において、広がるように又はテーパ状となるように設計することも有利である。この手法によって、燃焼室内への燃料の噴霧を向上できる。
【００７４】
図３にも表されるように、各ノズルチャネル４を縁部や角部がないように設計することが特に好ましい。縁部や角部は、望ましくないキャビテーションや侵食のリスクに特に曝されやすいため、そのような縁部や角部を避けることが好ましい。従って、図３に示すように、ノズルチャネル４が、アーチ又は湾曲形状に設計して燃料の方向を軸線方向Ａから所望の噴射方向へと出来るだけ最適な形で変えられるようにすると有利である。
【００７５】
この点に関して、湾曲領域を有する少なくとも２つのノズルチャネル４を設け、両方のノズルチャネル４の湾曲領域の曲率を異なるものとすることが特に有利である。これは、符号ｒ１及びｒ２を有する２つの矢印によって図３に示されている。
【００７６】
本発明の他の具体例によれば、ノズルヘッド全体を、付加加工法を用いて製造する。この具体例では、インサート６を設けず、ノズルヘッド１の全体を、付加又は生成製造を用いて構築する。また、インサート６を有さない設計に対しても、上記の説明は、同じ意味で適用される。
【図１】
2018003839.tif 000003
【図２】
2018003839.tif 000004
【図３】
2018003839.tif 000005
【外国語明細書】
2018003839000001.pdf