JP2003028032A - 燃料噴射ノズルボディ及びその加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 その軸方向において孔径が漸変する異径噴孔
を持つ燃料噴射ノズルボディにおいて、該異径噴孔を区
画する壁面の表面粗さを、特に孔径の大きい側において
も向上させることである 【解決手段】 後端部が開口し先細の先端部が閉鎖した
筒形状を有し、先端部を肉厚方向に貫通し内面１６ａ側
から外面１６ｂ側に進むにつれて孔径が漸変する異径噴
孔１８を持つ燃料噴射ノズルボディ１０において、ブラ
スト材が混合された加圧エアーを孔径の小さい側から大
きい側に高速で流通させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、異径噴孔を持つ燃
料噴射ノズルボディ及びその異径噴孔の加工方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関において燃料噴射弁の先端に取
り付けられ燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射ノズル
は、通常円筒状の燃料噴射ノズルボディと、その中空部
に挿通された針状のニードル弁とから成る。ニードル弁
の先端の弁部がノズルボディの弁座部に接触又は離間す
ることにより噴孔が閉鎖又は開放され、開放時に噴孔か
ら燃料が燃料室内に噴射される。

【０００３】近年、地球の温暖化防止等の観点から燃焼
室内に直接燃料を噴射する直噴エンジンの需要が拡大し
つつある。この場合、燃料噴射ノズルボディは燃焼室内
に配置され、燃料の燃焼時は直接火炎に曝される。その
結果、燃料中の炭素が炭化した堆積物（以下「デポジッ
ト」と呼ぶ）が開口面積の小さい噴孔の壁面に堆積し易
い。壁面に堆積したデポジットは、噴孔の流路面積を減
少させて燃料の噴射量を低下させるのみならず、噴孔か
ら噴射される噴霧が所定の空間分布形状となることを阻
害する。

【０００４】デポジットの堆積は、噴孔を区画する壁面
の面粗度（表面粗さ）を向上させることにより抑制する
ことができる。表面粗さが向上すれば壁面上の凹凸が減
少し、デポジットが堆積し難くなるからである。但し、
噴孔の孔径は直径約１ｍｍ程度と非常に細く、研磨工具
を挿入して行う一般的な研磨加工は使用できない。そこ
で、従来は流体研磨加工等の湿式ブラスト加工により噴
孔の壁面の表面粗さを向上させていた。

【０００５】流体研磨加工とは、例えばナフテン系油脂
に炭化珪素砥粒を混合させ粘度が５００から１５００ｃ
ｐ程度のスラリを、所定圧力で所定時間噴孔内に流通さ
せる加工方法である（特開２０００−１６１１７４号参
照）。流体研磨加工ではスラリが噴孔内を流通すると
き、砥粒がせん断作用により壁面上の凸部を削り、壁面
を円滑な平面に仕上げる。こうして、横断面円形状を持
つ噴孔の壁面の表面粗さはある程度向上させることがで
きる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、最近、噴霧の
種々の空間分布形状を実現できる異径噴孔の開発に対す
る要求がある。本願明細書において「異径噴孔」とは、
先端部の内面から外面に進むにつれて孔径が漸変（漸増
又は漸減）しており、内面側と外面側とで異なる孔径を
持つ噴孔のことを言う。尚、噴孔の軸直角（横）断面形
状は矩形状の場合もあるし、円形状の場合もある。

【０００７】本願の発明者等は、横断面矩形状で軸方向
（縦）断面扇形状の異径噴孔の壁面の表面粗さを向上さ
せるために流体研磨加工による加工を試みた。その結
果、内面側の壁面部の表面粗さはある程度上昇するが、
外面側の壁面部の表面粗さはあまり上昇しなかった。彼
らはその理由について研究を重ね、表面粗さのばらつき
は異径噴孔内おけるスラリの流速に関連することを見い
出した。

【０００８】即ち、異径噴孔の孔径は内面側から外面側
に向かって漸増し、これに伴い、異径噴孔の開口面積は
内面側では小さく外面側では大きい。それ故、ノズルボ
ディ内にスラリを一定圧力で供給すると、その流速は開
口面積の小さい内面側では早く、開口面積の大きい外面
側では遅くなる。その結果、流速が遅い外面側ではスラ
リが壁面に沿って流れず壁面から剥離し、砥粒から壁面
にせん断力が作用せず、凸部を十分に研磨しないことが
分かった。

【０００９】本発明は上記事情を考慮してなされたもの
で、異径噴孔を持つ燃料噴射ノズルボディにおいて、該
異径噴孔を区画する壁面の表面粗さが孔径の大きい側に
おいても孔径の小さい側と同様に向上された燃料噴射ノ
ズルボディ及びその異径噴孔の加工方法を提供すること
を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本願発明者等は、異径噴
孔の孔径が大きいために流速が遅い側におけるスラリの
壁面からの剥離を防止するためには、加工媒体を気体と
して、その圧力降下時の膨張を利用すれば良いとの知見
を得た。かかる知見に基づき、流体研磨加工等の湿式ブ
ラスト加工の代わりに乾式（エアー）ブラスト加工を採
用し、その上でエアーブラスト加工装置から供給される
ブラスト材が混合された加圧エアーの流速を燃料噴射ノ
ズルボディ内で増加する構成を思いついて、本発明を完
成した。

【００１１】即ち、本願の第１発明は、後端部が開口し
先細の先端部が閉鎖した筒形状を有し、先端部を肉厚方
向に貫通し内面側から外面側に進むにつれて孔径が漸増
する異径噴孔を持つ燃料噴射ノズルボディにおいて、異
径噴孔は１μｍＲｚ以下の算術平均粗さを持つことを特
徴とする。この燃料噴射ノズルボディでは、異径噴孔を
区画する各壁面上の凸部が除去されているので、直噴型
の燃料噴射弁に使用された場合でも、壁面上にデポジッ
トが堆積し難い。

【００１２】一方、本願の第２発明は、後端部が開口し
先細の先端部が閉鎖した筒形状を有し、先端部を肉厚方
向に貫通し内面側から外面側に進むにつれて孔径が漸変
する異径噴孔を持つ燃料噴射ノズルボディにおいて、燃
料噴射ノズルボディの異径噴孔の最大開口面積よりも大
きい開口面積を持ち先端部の中空部内に延び、ブラスト
材が混合された加圧エアーを中空部に供給する供給管
と、燃料噴射ノズルボディと供給管との間をシールする
シール部材とを含むブラスト加工装置を用いて、ブラス
ト材が混合された加圧エアーを異径噴孔内に流通させる
ことにより、異径噴孔を区画する壁面の表面粗さを向上
させることを特徴とする。

【００１３】この異径噴孔の加工方法では、ブラスト材
が混合された加圧エアー（以下、必要に応じて「ブラス
ト材入り加圧エアー」とも言う）は砥粒が液体に混合さ
れたスラリよりも遙かに小さな粘度を持ちかつ加圧エア
ーの膨張により異径噴孔内での流速が早い。よって、孔
径の大きい部分の壁面において殆ど剥離せず、該壁面の
表面粗さを向上させることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】＜燃料噴射ノズルボディ＞本発明
にかかる燃料噴射ノズルボディの形状、寸法及び材質等
には特別の制約はなく、後端部が開口し先細の先端部が
閉鎖した筒形状を有すれば良い。但し、噴孔に関して
は、先端部を肉厚方向に貫通し内面側から外面側に進む
につれて孔径が漸増する異径噴孔を持つことが前提であ
る。

【００１５】ここで、「孔径が漸変する」とは、先端部
の内面側から外面側に進むにつれて漸増していても良い
し、漸減していても良い。異径噴孔の軸方向断面は孔径
が漸増する場合は扇形状を持ち、漸減する場合は逆扇形
状を持つことになる。＜異径噴孔の加工方法＞上記燃
料噴射ノズルボディの異径噴孔の壁面を加工するため
に、ブラスト加工装置により、ブラスト材入り加圧エア
ーが流通される。ブラスト材としてはＧＣ＃６００を使
用することができる。ブラスト材は１０μｍから４０μ
ｍの粒径を持ち、ブラスト材貯蔵部により貯蔵すること
ができる。

【００１６】加圧エアーは加圧エアー発生部により発生
される。加圧エアーの発生圧力値は１ＭＰａ程度とする
ことができる。ブラスト材貯蔵部及び加圧エアー発生部
は共に供給管に接続され、ブラスト材入り加圧エアーの
流れ方向において加圧エアー発生部がブラスト材貯蔵部
よりも下流側になることが望ましい。供給管は先端部
の中空部内に延びた先端部を持つ。該先端部の開口面積
Ｓ１は異径噴孔の最大開口面積Ｓ２よりも大きく選択さ
れており、これにより異径噴孔の最大孔径部におけるブ
ラスト材入り加圧エアーの流速が供給管の先端部におけ
るそれよりも早くなる。その結果、ブラスト材入り加圧
エアーは異径噴孔の最大開口面積部分においても早い流
速で流れ、ブラスト材によりこの部分の壁面が良好に研
磨される。

【００１７】供給管の先端部と異径噴孔との間に位置す
る先端部の中空部の開口面積Ｓ３は先端部の開口面積Ｓ
１よりも大きい。先端部の開口面積Ｓ１は、加圧エアー
が該中空部を流通するときその中に混合されたブラスト
材が壁面を研磨しない程度の大きさに選定することが望
ましい。

【００１８】尚、供給管は全長に亘って同一の内径を持
っても良いが、ブラスト材貯蔵部が接続される部分及び
先端部を他の部分よりも細くすることもできる。これに
より、供給管内においてブラスト材入り加圧エアーが層
流を形成することができる。先端部の中空部の壁面と
供給管の外周面との間はシール部材によりシールされ
る。シール部材の形状等具体的な構成は、ノズルボディ
及び供給管の位置関係や形状等に依存する。例えば、中
空部内に挿入された供給管の先端部とノズルボディの後
端部に形成されたテーパ面との間に、公知の材料から成
る環状のシール部材を介在させることができる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１から図３を参照
しつつ説明する。 （燃料噴射ノズルボディ）図１に示す燃料噴射ノズルボ
ディ１０は、円筒形状の本体部１１と、先端側の蓋部１
４と、後端側の環状の取付部２１とから成る。本体部１
１は横断面円形状で軸方向に延び、その中空部１１ａに
針状のニードル弁２５が軸方向に移動可能に挿通されて
いる。図１及び図２に示すように、蓋部１３は中空円板
部１４と、該中空円板部の中心孔を覆う半球部１６とを
持つ。中空円板部１４の内周面が円錐台状の弁座部１４
ａを形成している。

【００２０】図２に示すように、半球部１６を肉厚方向
に貫通して長さｌの異径噴孔１８が延び、左右一対の側
壁１８ａ、上壁１８ｂ及び下壁１８ｃにより区画されて
いる。異径噴孔１８の高さｈ（図２（ｂ）における上下
方向寸法）は全長に亘って一定である。これに対して、
幅（図２（ａ）における左右方向寸法）は内面１６ａ上
のｗ１から外面１６ｂ上のｗ２まで漸増しており、異径
噴孔１８は扇形状の縦断面形状を持つ。よって、左右の
側壁１８ａは細長い矩形状を持つが、上壁１８ｂ及び下
壁１８ｃは扇形状を持つ。

【００２１】上記ニードル弁２５はノズルボディ１０の
案内孔１１ａの内径よりも小さい外径を持ち、両者間に
は環状の燃料流通路１２が形成される。また、ニードル
弁２５はその先端に上記弁座部１４ａに着座する弁部２
６を持つ。ニードル弁２５は軸方向に進退（図１におい
て上下動）され、上方に移動したとき弁部２６が弁座部
１４ａから離れて異径噴孔１８を開放する。その結果、
燃料流通路１２内の燃料が異径噴孔１８から扇形状の噴
霧分布形状で噴射される。

【００２２】このノズルボディ１０を含む燃料噴射弁は
直噴型であり、異径噴孔１８は直接燃焼室内に曝され
る。しかし、異径噴孔１８を区画する左右の側壁１８
ａ、上壁１８ｂ及び下壁１８ｃの表面の算術平均粗さは
１μｍＲｚ以下となっているので、デポジットを抑制す
ることが可能である。 （異径噴孔１８の加工方法）次に、上記燃料噴射ノズル
ボディ１０の異径噴孔１８の加工方法について、図３を
もとに説明する。

【００２３】燃料噴射ノズルボディ１０の各部は、前工
程（切削等）において所定の形状及び寸法に加工されて
いる。前工程の終了した燃料噴射ノズルボディ１０を図
３に示すショットブラスト加工装置にセットする。この
ショットブラスト装置は、高圧のエアーを発生させる加
圧エアー発生部３０と、該加圧エアー発生部３０から延
びた層流管（供給管）３２と、ブラスト材としてＧＣ＃
６００が貯蔵され層流管３２に合流しているタンク状の
ブラスト材貯蔵部３４とを含む。加圧エアー発生部３０
は約１ＭＰａに加圧された加圧エアーを発生させる。層
流管３２に形成された細径部３２ａにはブラスト材貯蔵
部３４から延びその途中にブラスト材の落下量を制御す
る制御弁３６が配置された管路３７が合流している。本
体部１１の中空部１１ａ内に延びた層流管３２の先端部
３２ｂは他の部分と同径にされている。但し、二点鎖線
で示すように、先端部３２ｂを他の部分よりも細径にす
ることもできる。層流管３２の先端部３２ｂとノズルボ
ディの取付部２１の入口に形成されたテーパ２１ｂ面と
の間には弾性体から成る環状のシール部材３８が介在さ
れている。

【００２４】以上の構成を持つショットブラスト加工装
置により、異径噴孔１８は以下のように加工される。層
流管３２の先端部３２ｂから一定圧力で吐出されるブラ
スト材入り加圧エアーの流速は、中空部１１ａで一旦低
下した後、異径噴孔１８に先端部３２ｂよりも早い流速
で進入する。異径噴孔１８の入口での流速は、上記流体
研磨加工におけるスラリ（ナフテン系油脂に炭化珪素砥
粒を混合させたもの）の入口における流速よりも遙かに
早かった。よって、異径噴孔１８の出口における流速は
入り口よりも少し低下するものの、スラリの出口におけ
る流速よりも遙かに早い。これは加工装置内で起こるエ
アー膨張現象によるものと考えられる。

【００２５】その結果、ブラスト材入り加圧エアーは内
面１８ａ側の側壁部１８ａ１からも、開口面積の大きい
外面１８ｂ側の側壁部１８ａ２からも殆ど剥離せず、こ
れらの側壁部１８ａ１，１８ａ２に所定の圧力で接触す
る。よって、加圧エアーに混合されたブラスト材がせん
断作用により側壁部１８ａ、上壁１８ｂ及び下壁１８ｃ
の凸部を研磨し、これらの算術平均粗さが１μｍＲｚ以
下まで向上する。

【００２６】尚、ブラスト材入り加圧エアーは、互いの
間隔が一定となっている上壁１８ｂ及び下壁１８ｃから
は殆ど剥離しない。

【００２７】また、異径噴孔１８の開口面積が先端部３
２ｂの開口面積に比べて遙かに小さいため、ブラスト材
入り加圧エアーの圧力はノズルボディ１０内において上
昇するが、燃料噴射ノズルボディ１０の後端部の開口は
シール部材３８によりシールされており、加圧エアーが
漏れる心配はない。更に、層流管３２の先端部３２ｂと
異径噴孔１８との間に何も介在物がないので、ブラスト
材入り加圧エアーの流速が介在物によって低下されるこ
ともない。以上の理由により、先端部から流速ｖで吐出
されるブラスト材入り加圧エアーはＶ＝ｖ×Ｓ１／Ｓ２
に増速された後異径噴孔１８に進入することになる。

【００２８】しかも、ブラスト材入りの加圧エアーの流
速は、先端部３２ｂと異径噴孔１８との間にある中空部
１１ａでは先端部３２ｂの流速よりも低下しており、中
空部１１ａの壁面を研磨することはない（中空部１１ａ
の壁面は前工程において既に所定の表面粗さに加工され
ているので、ブラスト材入り加圧エアーによる研磨は不
要である）。

【００２９】このように、本実施例の加工方向によれ
ば、異径噴孔１８が扁平な扇形状でありながら、液体に
比べて遙かに粘度の低い加圧エアー流通させるのみで、
簡単かつ容易に壁面１８ａ，１８ｂ及び１８ｃ、特に壁
面部１８ａ２の算術平均粗さを向上させることができ
る。

【００３０】

【発明の効果】以上述べてきたように、本発明の燃料噴
射ノズルボディは異径噴孔の壁面が高い表面粗さを持つ
ので、燃焼室に曝される状態で使用された場合でも、デ
ポジットが堆積することが抑制される。また、本発明の
異径噴孔の加工方法によれば、異径噴孔に粘度の低い加
圧エアーを高速で流通させるので、孔径が大きく開口面
積が広い側の壁部分の表面粗さも向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る燃料噴射ノズルボディの正面断
面図である。

【図２】（ａ）は図１の要部拡大図、（ｂ）は図１にお
ける下面図である。

【図３】 本発明に係る異径噴孔の加工方法を説明する
ための説明図である。

【符号の説明】

１０：燃料噴射ノズルボディ １１：本体部 １３：中空円板部 １６：半球部 １８：異径噴孔 １８ａ：側壁 １８ｂ：上壁 １８ｃ：下壁 ３０：加圧エアー発生部 ３２：層流管 ３２ｂ：先端部 ３４：ブラスト材
貯蔵部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松井 幸司 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 森田 浩充 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 吉田 昭一 愛知県西春日井郡西春町大字宇福寺字神明 51 新東ブレーター株式会社内 Ｆターム(参考） 3G066 BA51 BA55 CC23 CD21 CD30 CE13 4F033 QA07 QB02Y QB03X QB12Y QB14X QC02 QD19 QD21

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 後端部が開口し先細の先端部が閉鎖した
   筒形状を有し、先端部を肉厚方向に貫通し内面側から外
   面側に進むにつれて孔径が漸変する異径噴孔を持つ燃料
   噴射ノズルボディにおいて、 前記異径噴孔を区画する壁面は１μｍＲｚ以下の算術平
   均粗さに加工されていることを特徴とする燃料噴射ノズ
   ルボディ。
2. 【請求項２】 後端部が開口し先細の先端部が閉鎖した
   筒形状を有し、先端部を肉厚方向に貫通し内面側から外
   面側に進むにつれて孔径が漸変する異径噴孔を持つ燃料
   噴射ノズルボディにおいて、 前記燃料噴射ノズルボディの前記異径噴孔の最大開口面
   積よりも大きい開口面積を持ち前記先端部の中空部内に
   延び、ブラスト材が混合された加圧エアーを該中空部に
   供給する供給管と、該燃料噴射ノズルボディと該供給管
   との間をシールするシール部材とを含むブラスト加工装
   置を用いて、ブラスト材が混合された加圧エアーを該異
   径噴孔内に流通させることにより、該異径噴孔を区画す
   る壁面の表面粗さを向上させることを特徴とする燃料噴
   射ノズルボディの加工方法。
3. 【請求項３】 前記ブラスト加工装置は更に、前記供給
   管に接続された加圧エアー発生部と、該加圧エアー発生
   部よりも下流側において該供給管に接続されたブラスト
   材貯蔵部とを含み、前記供給管はブラスト材が混合され
   た加圧エアーが層流状態で流れるような横断面形状及び
   長さを持つ請求項２記載の燃料噴射ノズルボディの加工
   方法。