JP2001132587A - 燃料噴射ノズル及びその製造方法 - Google Patents

燃料噴射ノズル及びその製造方法

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JP2001132587A
JP2001132587A JP31991299A JP31991299A JP2001132587A JP 2001132587 A JP2001132587 A JP 2001132587A JP 31991299 A JP31991299 A JP 31991299A JP 31991299 A JP31991299 A JP 31991299A JP 2001132587 A JP2001132587 A JP 2001132587A
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nozzle
fuel injection
nozzle body
injection hole
amorphous metal
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Akira Shimokawabe
明 下河辺
Seiichi Hata
誠一 秦
Hideki Kaneko
英樹 金子
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Isuzu Motors Ltd
Hata Seiichi
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Isuzu Motors Ltd
Hata Seiichi
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 L/D値が大きな微細噴孔を有する燃料噴射
ノズルと、その燃料噴射ノズルを容易に製造する方法を
提供するものである。 【解決手段】 非晶質金属でノズル本体部2を形成する
と共に、その先端に微細噴孔3を形成したものである。
また、ノズル本体部の鋳造鋳型11内に、微細噴孔3を
形成するための噴孔中子14を配置し、その鋳造鋳型1
5内に、臨界冷却速度以上の速度で冷却することで非晶
質金属となる金属の溶湯Mを流し込み、その後、該溶湯
Mを臨界冷却速度以上の速度で冷却し、非晶質金属の鋳
造体であるノズル本体部2を形成するものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料噴射ノズル及
びその製造方法に係り、特に、微細噴孔を有する燃料噴
射ノズル及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射するた
めの燃料噴射ノズルは、ノズル本体部と、ノズル本体部
内に嵌合挿入されるニードル弁とで構成される。一般
に、ノズル本体部は、SCM420H(JIS規格)等
の耐熱合金からなる鋳塊に機械加工(旋削加工、ドリル
加工、放電加工、レーザー加工等)を施してなる機械加
工品に、熱処理(浸炭処理、焼入れ処理、焼戻し処理
等)を施し、その後、その熱処理品に仕上げ加工(研削
加工、流体研磨加工等)を施すことで製造されている。
ここで、ノズル本体部の先端には、燃料噴射のための噴
孔が形成されている。
【0003】直噴式のディーゼルエンジン等に用いられ
る燃料噴射ノズルの場合においては、噴射燃料の微粒化
を促進し、燃焼効率の向上又は排ガス中のNOX 濃度の
低減を図るべく、ノズル本体部先端の噴孔の径を、従来
に比べて、小径(例えば、φ0.17mm以下)にする
要求が高まっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、噴孔径
の小径化を図る程、噴孔の長さ(L)/噴孔径(D)の
値が大きくなってしまうため、従来のドリル加工等の機
械加工を用いての噴孔径の小径化には限界があった。
【0005】また、ノズル本体部の製造には、多くの工
程(鋳塊鋳造、機械加工、熱処理、仕上げ加工)および
時間を必要とするため、製造が容易ではなかった。
【0006】そこで本発明は、上記課題を解決し、L/
D値が大きな微細噴孔を有する燃料噴射ノズルを提供す
ることにある。
【0007】また、本発明は、上記課題を解決し、L/
D値が大きな微細噴孔を有する燃料噴射ノズルを容易に
製造する方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に請求項1の発明は、非晶質金属でノズル本体部を形成
すると共に、その先端に微細噴孔を形成したものであ
る。
【0009】請求項2の発明は、上記非晶質金属が、F
e基合金である請求項1記載の燃料噴射ノズルである。
【0010】以上の構成によれば、高強度、高硬度、高
靱性のノズル本体部を得ることができる。
【0011】請求項3の発明は、ノズル本体部の鋳造鋳
型内に、微細噴孔を形成するための噴孔中子を配置し、
その鋳造鋳型内に、臨界冷却速度以上の速度で冷却する
ことで非晶質金属となる金属の溶湯を流し込み、その
後、該溶湯を臨界冷却速度以上の速度で冷却し、非晶質
金属の鋳造体であるノズル本体部を形成するものであ
る。
【0012】請求項4の発明は、上記鋳造を略真空下で
行う請求項3記載の燃料噴射ノズルの製造方法である。
【0013】以上の方法によれば、微細噴孔は噴孔中子
を用いた鋳造により形成されるため、微細噴孔の形成が
容易である。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適一実施の形態
を添付図面に基いて説明する。
【0015】本発明の燃料噴射ノズルの縦断面図を図1
に示す。
【0016】図1に示すように、本発明の燃料噴射ノズ
ル1は、内部に中空部2aを、先端(図1中では下端)
に複数の微細噴孔3を有し、かつ、非晶質金属からなる
ノズル本体部2と、ノズル本体部2内に嵌合挿入される
ニードル弁6とで主に構成されるものである。
【0017】ノズル本体部2の後端(図1中では上端)
には、中空部2aに燃料Fを導入するための燃料導入通
路4が形成されている。また、ニードル弁6は、外周面
にフィン8が軸方向に、かつ、放射状に形成された細径
部7と太径部9とで構成され、フィン8および太径部9
がノズル本体部2の内面と摺動するようになっている。
さらに、ニードル弁6は、図示しない駆動手段により、
往復動(図1中では上下動)可能となっている。
【0018】ノズル本体部2を構成する非晶質金属とし
ては、そのTg(ガラス転移温度)が燃焼室内の最高温
度よりも高く、かつ、ノズル本体部2に必要とされる強
度を満足するものであれば特に限定するものではなく、
例えば、Fe基合金などが挙げられる。
【0019】次に、本発明の製造方法を添付図面に基い
て説明する。
【0020】本発明の製造方法に用いる鋳造鋳型15
は、図2に示すように、外型11と、コアピン13と、
噴孔中子14とで構成されるものである。
【0021】ノズル本体部2の外面を形成するための外
型11は、軸心Cを中心とし、かつ、円筒状の中空部2
1を有した型11aと、軸心Cを中心とし、かつ、穴2
2を有した型11bと、軸心Cを中心とし、かつ、窪み
穴23を有した型11cとで構成され、型11aに型1
1bを嵌め合わせると共に、型11bに型11cを嵌め
合せてなるものである。型11b,11cは、型11b
と型11cとの嵌合面に、軸心Cを中心として放射状に
半円溝23,25をそれぞれ有しており、型11bに型
11cを嵌め合せることで、半円溝23,25が中子挿
入孔12を形成する。
【0022】ここで、外型11の材質は、後述する非晶
質金属の溶湯Mの温度、例えば、1,200〜1,40
0℃に耐えられ、かつ、熱伝導性に優れている必要があ
り、Cu又はCu合金或いはステンレス鋼などが挙げら
れる。
【0023】外型11内に軸心Cを中心として配置さ
れ、ノズル本体部2の中空部2aを形成するためのコア
ピン13は、略円柱状を呈しており、その先端部13a
は先細りにされている。
【0024】各中子挿入孔12に挿入され、微細噴孔3
を形成するための噴孔中子14は、先端側の細径部14
aの一端にレジューサ14bを有し、そのレジューサ1
4bに太径部14cを有したものであり、細径部14a
の他端がコアピン13の先端部13aに当接するまで挿
入される。
【0025】細径部14aの長さは、太径部14cの先
端部が外型11の内面に臨むように調節されている。こ
の太径部14cの先端部とレジューサ14bとが、後述
する微細噴孔3の開口部3aを形成する。尚、レジュー
サ14bの形状は特に限定するものではなく、開口部3
aの形状に応じて適宜選択されるものである。
【0026】ここで、噴孔中子14の材質は、後述する
非晶質金属の溶湯Mの温度、例えば、1,200〜1,
400℃に耐えられるものであれば特に限定するもので
はない。
【0027】尚、図示しないが、コアピン13および噴
孔中子14は、後述する鋳造時に動くことがないように
外型11に固定されている。
【0028】上述した構造を有する鋳造鋳型15内に、
臨界冷却速度以上の速度で冷却することで非晶質金属と
なる金属の溶湯(以下、非晶質金属の溶湯と示す)Mを
流し込んだ後、非晶質金属の溶湯Mを臨界冷却速度以上
の速度で冷却し、非晶質金属の鋳造体であるノズル本体
部2を形成する。例えば、非晶質金属の溶湯MとしてF
e基合金の溶湯を用いた場合、冷却速度は100〜1,
000K/sec程度となる。
【0029】この時、噴孔中子14(細径部14a)の
径が1mm以下の小径の場合、一般的な鋳造用金属の溶
湯は、溶湯の湯廻りが良好でないため、噴孔中子14
(細径部14aおよびレジューサ14b)の周囲に完全
に湯が廻らず、鋳造体に空隙部が生じてしまう。しか
し、非晶質金属の溶湯Mは、湯廻りが非常に良好である
ため、噴孔中子14(細径部14aおよびレジューサ1
4b)の周囲に隙間なく湯が廻り込み、鋳造体に空隙部
が生じることはない。
【0030】よって、鋳造後にノズル本体部2から、コ
アピン13および噴孔中子14を取り去ることで、精度
が非常に良好な鋳造体、即ち、コアピン13と全く同じ
形状の中空部2aおよび噴孔中子14(細径部14aお
よびレジューサ14b)と全く同じ形状の微細噴孔3を
備えたノズル本体部2を得ることができる。
【0031】本発明の製造方法によれば、非晶質金属の
溶湯Mを用いて、燃料噴射ノズル1におけるノズル本体
部2を鋳造形成し、中空部2aの形成はコアピン13に
より、微細噴孔3の形成は噴孔中子14により行ってい
るため、従来のように、外形旋削、中空部および微細噴
孔の孔開け等の機械加工を行う必要がない。よって、微
細噴孔3の形成が、従来と比較して非常に容易である。
【0032】また、微細噴孔3の径は、噴孔中子14の
細径部14aの径を変えることで容易に変更可能であ
り、ドリル加工等の機械加工では不可能な、例えば、L
/Dの値が5よりも大きい微細噴孔3を、ノズル本体部
2の先端に形成することができる。即ち、燃料噴射ノズ
ル1に対して要求される性能に応じて、微細噴孔3の径
を自在に変えることが可能であるため、燃料Fの噴射条
件が多様となる。
【0033】さらに、非晶質金属は、高強度、高硬度、
高靱性という機械的特性を有しているため、本発明の製
造方法によれば、鋳造のままで、噴射ノズル1が必要と
する強度、硬度、および靱性を備えたノズル本体部2を
得ることができる。このため、従来、ノズル本体部を形
成した後に行っていた熱処理(浸炭処理、焼入れ処理、
焼戻し処理)を行う必要がなく、製造工程が簡易とな
る。
【0034】また更に、ノズル本体部2の内周面2b
は、ニードル弁6のフィン8および太径部9と摺動す
る。また、ノズル本体部2の内周面2bにおけるニード
ル弁6の先端部10と当接する部分(以下、ニードル弁
当接部と示す)5は、燃料Fをシールしている。このた
め、内周面2bおよびニードル弁当接部5は、表面平滑
に、かつ、真円に近い断面形状に形成する必要がある。
従来は、鋳塊に、外形旋削、中空部および噴孔の孔開け
等の機械加工を施すことによりノズル本体部を形成して
いたため、機械加工後の状態のままでは内周面およびニ
ードル弁当接部の表面が粗く、機械加工後に、ノズル本
体部2の内周面2bおよびニードル弁当接部5の研削と
いった仕上げ加工が必要であった。
【0035】これに対して、本発明の製造方法によれ
ば、鋳造のままで、表面が鏡面のような状態のノズル本
体部2を得ることができるため、ノズル本体部2に対し
て仕上げ加工を行う必要がなく、製造工程が簡易とな
る。
【0036】
【実施例】図2に示した鋳造鋳型内を、1.33×10
-3Pa(1×10-5torr)の真空度に保持した後、
鋳造鋳型内に、溶湯温度が1,350℃、Tgが775
K、Tx(結晶化温度)が810KのFe基合金(72Fe
-5Al-2Ga-10P-6C-4B-1Si(at%))の溶湯を流し込む。
ここで、鋳造鋳型を構成する噴孔中子は、その細径部の
長さL1 が1mm、径D1 がφ0.15mmである。
【0037】その後、鋳造鋳型の自然冷却により、Fe
基合金溶湯は臨界冷却速度以上の速度で冷却され、非晶
質金属の鋳造体であるノズル本体部が得られる。鋳造
後、ノズル本体部からコアピンおよび噴孔中子を取り去
ることで、製品としてのノズル本体部が得られた。
【0038】従来の製造方法による微細噴孔のL/D値
の限界は約5であったのに対して、本実施例によれば、
従来の限界を上回るL/D値(6.7)を有する微細噴
孔を容易に形成することができた。
【0039】また、このノズル本体部を用いた燃料噴射
ノズルを、直噴式ディーゼルエンジンに適用した場合、
従来の燃料噴射ノズルを用いた直噴式ディーゼルエンジ
ンと比較して、燃焼効率の向上および排ガス中のNOX
濃度の低減を図ることができるものと推測される。
【0040】以上、本発明の燃料噴射ノズルは、上述し
た直噴式のディーゼルエンジンのみに適用を限定するも
のではなく、他の様々なエンジンにも適用可能であるこ
とは言うまでもない。
【0041】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、臨界冷却
速度以上の速度で冷却することで非晶質金属となる金属
溶湯を用いて、先端に微細噴孔を有するノズル本体部を
鋳造形成することで、ドリル加工等の機械加工では不可
能なL/D値を有する微細噴孔を形成することができる
という優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の燃料噴射ノズルの縦断面図である。
【図2】本発明の燃料噴射ノズルにおけるノズル本体部
の鋳造状態を示す概略図である。
【符号の説明】
2 ノズル本体部 3 微細噴孔 11 外型(ノズル本体部の鋳造鋳型) 14 噴孔中子 15 鋳造鋳型 M 非晶質金属の溶湯(臨界冷却速度以上の速度で冷却
することで非晶質金属となる金属の溶湯)
フロントページの続き (72)発明者 下河辺 明 東京都町田市つくし野2−24−7 (72)発明者 秦 誠一 東京都町田市成瀬台2−32−3 ポプラが 丘コープ20−303 (72)発明者 金子 英樹 神奈川県藤沢市土棚8番地 いすゞ自動車 株式会社藤沢工場内 Fターム(参考) 3G066 BA17 BA25 BA54 CC14 CC26 CD14 CD15 CD28 CD30 4E093 QB03 4F033 AA13 BA03 CA04 DA02 EA01 FA00 MA00 NA01

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 非晶質金属でノズル本体部を形成すると
    共に、その先端に微細噴孔を形成したことを特徴とする
    燃料噴射ノズル。
  2. 【請求項2】 上記非晶質金属が、Fe基合金である請
    求項1記載の燃料噴射ノズル。
  3. 【請求項3】 ノズル本体部の鋳造鋳型内に、微細噴孔
    を形成するための噴孔中子を配置し、その鋳造鋳型内
    に、臨界冷却速度以上の速度で冷却することで非晶質金
    属となる金属の溶湯を流し込み、その後、該溶湯を臨界
    冷却速度以上の速度で冷却し、非晶質金属の鋳造体であ
    るノズル本体部を形成する燃料噴射ノズルの製造方法。
  4. 【請求項4】 上記鋳造を略真空下で行う請求項3記載
    の燃料噴射ノズルの製造方法。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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