JP2001193607A - 燃料噴射用ノズルとその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】噴射燃料を偏向させる噴射ノズルにおいて、検
出精度が高く、安価な設備で、生産性が高く、高精度で
安定した燃料噴射特性を確保する。 【解決手段】燃料噴射ノズルにおいて、噴射孔２とその
出口面３がノズルボディ１ａの中心線９に対して傾斜
し、この噴射孔２あるいは出口面３の傾斜方向を検出す
るための位置決めマーク６を有している。出口面３、噴
射燃料の妨げとならない空間を確保するための逃げ面４
及び位置決めマーク６が塑性加工により形成されてい
る。位置決めマーク６は逃げ面４上に形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の燃料噴
射用ノズルに係わり、特に、噴射燃料がノズルボディ中
心に対して偏向して噴射するように噴射孔（オリフィ
ス）を偏向させたノズル（以下、このノズルを「偏向ノ
ズル」ということもある）及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、内燃機関の筒内に燃料を直接噴
射する筒内噴射式の燃料噴射弁においては、燃料噴霧を
点火プラグ側等に偏向させて噴射させる技術が知られて
いる（例えば、特開平１０−３１７９７１号公報）。

【０００３】この種の燃料噴射弁に用いるノズルは、種
々のタイプのものが考えられる。噴射孔については、例
えばパンチを用いた加圧打ち抜き，押し出し加工等の塑
性加工があり、この手法は加工精度ひいては計量精度が
高いものとして評価されている。

【０００４】噴射孔を塑性加工する場合、偏向ノズルで
は、噴射孔がノズルボディの中心線（換言すれば弁体の
ストローク中心線）に対して傾斜しているので、パンチ
をノズルボディ中心線に対して傾斜させて塑性加工（孔
あき加工）しなければならず、通常はその加工の便宜か
ら噴射孔周辺の出口面側から孔あき加工を行い、また、
出口面もノズルボディの中心線に対して傾斜させている
（偏向する噴射孔に対して出口面が直交するよう、出口
面もノズルボディ中心に対して傾斜している）。

【０００５】偏向ノズルの出口面周辺には、噴射燃料の
妨げとならない空間を確保するための面（いわゆる逃げ
面）を形成する場合もある。また、噴射孔を形成する場
合や偏向ノズルを燃料噴射弁のヨークに機械で組み込む
ための方向性を決める目印として、噴射孔あるいは出口
面の傾斜方向を検出するための位置決めマークが設けら
れる。位置決めマークは、画像処理により検出される。

【０００６】偏向ノズルにおいて、従来は、出口面や逃
げ面をマシニングセンタ等によりエンドミルを用いて切
削加工していた。位置決めマークもマシニングセンタに
より切削加工していた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、出口面
や逃げ面を切削加工した場合、噴射孔や出口面の傾斜方
向を位置決めマークを介して画像処理により検出する場
合において、位置決めマークとその周辺が切削面のため
光の反射が安定せず、さらにはバリが生じて確実な検出
が困難である場合もあった。

【０００８】したがって、位置決めマーク周辺のバリの
除去工程や目視チエックが必要となり、生産効率を面で
改善すべき点があった。

【０００９】また、傾斜した出口面および逃げ面のマシ
ニング加工、位置決めマークのマシニング加工、ワーク
着脱などは、加工時間が長くコスト高になる。

【００１０】さらに、噴射孔が形成される出口面の面粗
さ精度が低いと、噴射孔を出口面側からプレス加工する
場合に出口面がせん断され、形成される噴射孔内壁の面
精度が粗くなり噴射性能が低下する。

【００１１】本発明は、以上の点に鑑みてなされ、その
目的は、上記した傾斜方向の検出精度が高く、安価な設
備で、生産性が高く、高精度で安定した燃料噴射特性を
確保することができる燃料噴射用ノズル（偏向ノズル）
を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、基本的には、次のように構成する。

【００１３】（１）噴射孔とその出口面がノズルボディ
の中心線に対して傾斜する偏向ノズルにおいて、その噴
射孔あるいは出口面の傾斜方向を検出するための位置決
めマークを塑性加工面に形成する。

【００１４】これにより位置決めマーク周辺の切削ツー
ルマークが無く面粗さが安定し、光の反射が安定するの
で画像処理による位置決めマークひいては上記傾斜方向
の確実な検出を可能にする。

【００１５】（２）応用例として、偏向ノズルにおい
て、出口面と逃げ面および位置決めマークを塑性加工に
より形成し、位置決めマークを逃げ面上に形成したもの
を提案する。

【００１６】このようにすれば、出口面を平滑に仕上げ
ることができ、後工程で出口面側から噴射孔を塑性加工
で形成するときに、噴射孔の内径面の面粗さ精度を向上
させることができる。

【００１７】また逃げ面上に位置決めマークを形成する
ので、位置決めマークが後工程で傷つけられることがな
く、切削されることもないためバリの発生も無いから画
像処理による確実な検出を保証する。

【００１８】（３）また、噴射孔とその出口面が塑性加
工によりノズルボディの中心線に対して傾斜して形成さ
れた偏向ノズルを提案する。

【００１９】このようにすれば、上記したように出口面
を平滑に仕上げることができ、後工程で出口面側から噴
射孔を塑性加工で形成するときに、噴射孔の内径面の面
粗さ精度を向上させることができ、燃料噴射用ノズルの
計量精度ひいては燃料噴射特性を向上させる。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に示し
た実施例に基づいて説明する。

【００２１】図１は、本発明による燃料噴射用ノズル
（偏向ノズル）を使用した電磁式燃料噴射弁の一例を示
す縦断面図であり、燃料噴射弁は、筒内噴射式内燃機関
に使用されるものである。

【００２２】燃料噴射弁の本体は、電磁コイル１４，コ
ア（固定鉄心）１５，ヨーク１６，スプリング（戻しば
ね）１７，コネクタ１８を有する樹脂モールド部（コネ
クタモールド）１９，ノズル１，弁体（ボール）１１を
有するプランジャ（可動鉄心）７等で構成されている。
これらの部品の組み合わせ構造自体は、周知なので、詳
細な説明を省略する。

【００２３】ノズル１には、図２に示すように、その内
底にシート部５が形成され、シート部５下流に燃料噴射
孔（オリフィス）２がノズルボディ１ａの中心線（軸
線）９に対して角度θの傾斜をなして穿設されている。
また、出口側端面が塑性加工により凹み形成されて、出
口面３，逃げ面４が塑性加工により形成されている。出
口面３は、上記中心線９に対して傾斜するように形成さ
れ、例えば、噴射孔２に対して９０°に交わる角度で形
成されている。なお、ノズル１の構造及び製造法につい
ては、後で詳述する。

【００２４】コイル１４の非通電時には、弁体１１がス
プリング１７によりノズル１のシート部５に押し付けら
れている。

【００２５】コネクタ１８からコイル１４に通電する
と、コア１５，ヨーク１６，プランジャ７に磁気回路が
形成され、プランジャ７がスプリング１７に抗して引き
上げられ、圧力をかけられた燃料が通路１２を介して噴
射孔２から偏向した噴霧８（図３参照）として図示しな
い内燃機関の筒内に直接噴射される。

【００２６】噴射孔２は燃料流量を決定するオリフィス
である。偏向噴霧８の方向は噴射孔２の偏向方向により
決まり、ノズル１は、コネクタモールド１９と所定の位
置関係を保つように位置決めされヨーク１６に装着され
ている。内燃機関には、燃料噴射弁がコネクタモールド
１９により位置決めされ取付けられている。

【００２７】図４は上記燃料噴射用のノズル１の一実施
例を示した縦断面図、図５は図４のノズル１を出口側か
ら見た平面図である。

【００２８】図４において、ノズル１は、弁体１１のシ
ート部５、燃料を偏向噴射する噴射孔２、噴射孔２の中
心線１０に垂直で平坦面を形成する出口面３、噴射され
た燃料噴霧８が接しないように円錐形状に近い斜面を有
する逃げ面４を有する。

【００２９】出口面３及び逃げ面４は、ノズル１の下端
面を塑性加工により凹みをつけて形成されており、逃げ
面４には位置決めマーク６が塑性加工により形成されて
いる。

【００３０】位置決めマーク６は、噴射孔２を出口面３
の傾斜方向に垂直に加工する際に、金型（パンチ）との
相対的位置を決めるための指標となり、また、ノズル１
をヨーク１６に締結組み立てする際の噴射孔２とコネク
タモールド１９との相対的位置関係を決めるための位置
決め用の指標として用いられ、画像処理により検出され
る。

【００３１】本例では、位置決めマーク６は、図５に示
すようにその形状はノズル１の半径方向に一致する短い
直線形状とし、その位置は逃げ面４のうち噴射の偏向方
向と反対側、すなわち噴射孔２の傾斜に対して遠ざかる
方向に形成することで燃料噴霧に影響を与えることがな
く、位置決めマーク６の形状設定の自由度も大きくな
る。

【００３２】図６は位置決めマーク６を、図５における
Ａ−Ａ線上を断面してみた部分拡大断面図であり、位置
決めマーク６の形状はＶ字形の凹形溝となるように形成
されている。

【００３３】マーク６を溝状にすることで、マーク６を
パンチにより塑性加工した場合であっても、逃げ面４か
らの出張りが少なく燃料の噴霧８に影響をあたえず、ま
たＶ字形状とすることで凹形状の底部が細い直線として
画像処理できるので角度検出を高精度に行うことができ
る。

【００３４】図７は本実施例における画像処理例の写真
である。

【００３５】つぎに本実施例に係るノズル１の製造方法
を図８〜図１０を用いて説明する。図８の（ａ）〜
（ｃ）はノズル１の素材１´の冷間鍛造から噴射孔をあ
ける直前までの工程を示すもので、ノズルの素材１´
は、材質はマルテンサイト系ステンレス鋼で、塑性加工
性を考慮しＳＵＳ４２０Ｊ２とした。

【００３６】図８（ａ）に示すように冷間鍛造により有
底円筒形に成形した素材１´の底面２０に、まず第１の
工程で図８（ｂ）に示すように軸対称な円錐台形状に逃
げ面４および面２１を冷間鍛造により塑性加工する。こ
の場合の金型は鏡面に仕上げられた超硬合金製を使用
し、面２１の面粗さは１５μｍ以下に成形される。

【００３７】次に第２の工程で、図８（ｃ）に示すよう
に面２１に、ノズルボディの中心線に対して傾斜した燃
料出口面３を成形する。燃料出口面３を成形する金型も
超硬合金製で鏡面仕上げしており、燃料出口面３の面粗
さは５μｍ以下に成形される。この工程で第１の工程で
成形した逃げ面４に位置決めマーク６を燃料出口面３と
同時に圧印成形する。

【００３８】図９の（ａ）は図８（ｃ）の第２の塑性加
工工程（冷間鍛造工程）を行っている状態を示し、パン
チ３０は、図１０（ａ）に示すような筒形パンチ３０ｂ
に図１０（ｂ）に示すような棒状パンチ３０ａを圧入し
て一体化させ、図９（ｂ）のようにしたものである。筒
形パンチ３０ｂには、位置決めマーク成形用の突起３１
が形成され、棒状パンチ３０ａには、燃料出口面３を形
成するための転写面３２及び円錐面４の一部を形成する
転写面３３が形成されている。パンチ３０ａ，３０ｂ
は、位置合わせされて構成されており、圧入により一体
化されているので位置ずれがない。

【００３９】また、燃料出口面３を成形する際、逃げ面
４の一部も必然的に成形される。そのため、逃げ面４に
第１工程の成形面と第２工程の成形面の境に微小な段差
ができるが逃げ面であり性能に影響はない。図９の二点
鎖線で示す部分は、第１の工程で面２１があったところ
を示す。

【００４０】第１の工程で予め逃げ面４の大部分を成形
するので、第２の塑性加工工程時に金型（パンチ）３０
に曲げ応力が生じても最小限で済むため金型寿命が長く
できる。

【００４１】この後、ノズル素材１´は旋削され、画像
処理で燃料出口面３の傾斜方向を位置決めマーク６で検
出して（図７がこの時の画像処理写真である）噴射孔２
を燃料出口面３の方向からプレスでシート成形及び噴射
孔成形加工を行い、熱処理等を経て図４に示すようなノ
ズル１が形成され、さらに画像処理で燃料噴射孔２の傾
斜方向を位置決めマーク６で検出し、ヨーク１６とノズ
ル１を位置合わせして締結することが組立が完成する。

【００４２】本実施例によれば、次のような効果を奏す
る。

【００４３】位置決めマーク６の周辺には、切削ツー
ルマークが無く面粗さが安定し、光の反射が安定するの
で画像処理による位置決めマークひいては上記傾斜方向
の確実な検出を可能にする。

【００４４】出口面３と逃げ面４および位置決めマー
ク６を塑性加工により形成し、位置決めマーク６を逃げ
面４上に形成することで、作業工程数を少なくして、こ
れらの要素を成形することができる。また逃げ面４上に
位置決めマーク６を形成するので、位置決めマークが後
工程で傷つけられることがなく、切削されることもない
ためバリの発生も無いから画像処理による確実な検出が
できる。

【００４５】出口面３を平滑に仕上げることができ、
後工程で出口面側から噴射孔をノズルボディ中心に対し
て傾斜させて塑性加工するときに、噴射孔の内径面の面
粗さ精度を向上させることができ、偏向ノズルの計量精
度を向上させることができる。

【００４６】位置決めマーク６の形状は、金型で設定
した形状に転写されるので量産しても個々の形状ばらつ
きが無い。

【００４７】位置決めマーク６をノズルの半径方向の
線状としたので、位置決めマークは時計の針のように傾
斜方向すなわち偏向方向をノズル軸芯から角度で正確に
検出できる。

【００４８】傾斜した出口面３と同時に位置決めマー
ク６を成形することができ両者の位置ずれが無く、画像
処理により位置決めマークを検出すれば偏向方向の確実
な位置決めができる。

【００４９】さらには、冷間鍛造金型への偏心応力が
低減でき、位置決めマークの成形も局部的な圧印にでき
るため金型寿命の向上が図れ、第１工程の方向性がなく
生産性が向上する。

【００５０】上記の実施例では、ノズル素材１´の底部
外面に凹みを付けて出口面３及び逃げ面４を成形した
が、これに限定されず、例えば、図１１及び１２のその
他の実施例のようにしてノズル１−１，１−２を形成し
てもよい。

【００５１】図１１の（ａ）は、冷間鍛造により有底円
筒形に成形した素材１−１´の外側底面２０−１を円錐
形状に尖がらせ、これに、図１１（ｂ）に示すように出
口面３−１と位置決めマーク６−１とを同時に塑性加工
したものである。なお図１１（ａ），（ｂ）は、ノズル
素材１−１´の縦断面図、図１１（ｃ）は、出口面３−
１と位置決めマーク６−１とを塑性加工した後の下面
図、図１１（ｄ）は、そのノズル素材１−１´の部分斜
視図である。位置決めマークは直線で位置出しし、ノズ
ルの半径方向と直交する方向に向いている。その後の工
程は第１実施例同様であり、最終的に図１２に示すよう
な偏向ノズル１−１が得られる。

【００５２】図１３の例は、冷間鍛造により有底円筒形
に成形した素材１−２´の押出し時に自然にできる球形
に近い突起２６〔図１３（ａ）〕に、図１３（ｂ），
（ｃ），（ｄ）に示すように平面マーキング（位置決め
マーク）６−２と出口面３−２を同時に成形したもので
ある。なお、図１３（ａ），（ｂ）は、ノズル素材１−
２´の縦断面図、図１３（ｃ）は、出口面３−２と逃げ
面６−２とを塑性加工した後の下面図、図１３（ｄ）
は、そのノズル素材１−２´の部分斜視図である。位置
決めマークは直線で位置出ししている。その後の工程は
第１実施例同様であり、最終的に図１４に示す偏向ノズ
ル１−２が得られる。

【００５３】

【発明の効果】本発明によれば、偏向ノズルの噴射孔や
出口面の傾斜方向の検出精度が高く、安価な設備で、生
産性が高く、高精度で安定した燃料噴射特性を確保する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係るノズルを筒内直接噴
射式内燃機関の電磁式燃料噴射弁に装着した状態を示す
縦断面図。

【図２】図１の要部拡大断面図。

【図３】上記実施例に用いるノズルから噴射した燃料の
偏向噴霧状態を示す説明図。

【図４】上記実施例に用いる噴射ノズルの縦断面図。

【図５】上記噴射ノズルを出口側から見た平面図。

【図６】図５の位置決めマークのＡ−Ａ拡大縦断面図。

【図７】上記噴射ノズルの噴射孔加工前の画像処理の写
真を模式化した図。

【図８】上記実施例のノズルの製造工程の一部を示す説
明図。

【図９】上記実施例のノズルの製造工程の一部を示す要
部断面図と、その塑性加工用治具（パンチ）を示す部分
斜視図。

【図１０】上記パンチの分解状態を示す部分斜視図。

【図１１】第２実施例のノズルの製造工程の一部を示す
説明図。

【図１２】第２実施例のノズルの完成状態を示す縦断面
図。

【図１３】第３実施例のノズルの製造工程の一部を示す
説明図。

【図１４】第３実施例のノズルの完成状態を示す縦断面
図。

【符号の説明】

１…噴射ノズル、１ａ…ノズルボディ、２…燃料噴射
孔、３…出口面、４…逃げ面、６…位置決めマーク。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 噴射孔とその出口面がノズルボディの中
   心線に対して傾斜し、この噴射孔あるいは出口面の傾斜
   方向を検出するための位置決めマークを有している燃料
   偏向機能を有するノズルにおいて、 前記位置決めマークが塑性加工面上に形成されているこ
   とを特徴とする燃料噴射用ノズル。
2. 【請求項２】 前記位置決めマークも塑性加工により形
   成されている請求項１記載の燃料噴射用ノズル。
3. 【請求項３】 噴射孔とその出口面がノズルボディの中
   心線に対して傾斜し、この噴射孔あるいは出口面の傾斜
   方向を検出するための位置決めマークを有している燃料
   偏向機能を有するノズルにおいて、 前記出口面と噴射燃料の妨げとならない空間を確保する
   ための面（以下「逃げ面」という）および前記位置決め
   マークが塑性加工により形成され、 前記位置決めマークは逃げ面上に形成されていることを
   特徴とする燃料噴射用ノズル。
4. 【請求項４】 前記位置決めマークはノズルボディの半
   径方向に向く直線形状で断面が凹形である請求項１ない
   し３のいずれか１項記載の燃料噴射用ノズル。
5. 【請求項５】 噴射孔とその出口面が塑性加工によりノ
   ズルボディの中心線に対して傾斜して形成されて、燃料
   偏向機能を有することを特徴とする燃料噴射用ノズル。
6. 【請求項６】 噴射孔とその出口面がノズルボディの中
   心線に対して傾斜し、この噴射孔あるいは出口面の傾斜
   方向を検出するための位置決めマークを有している燃料
   噴射用ノズルの製造方法において、 逃げ面を成形する第１の塑性加工工程と、前記出口面と
   位置決めマークを同時に成形する第２の塑性加工工程と
   を有することを特徴とする燃料噴射用ノズルの製造方
   法。