JP2010048243A - ノズルボディ、ノズルボディを組み込んだ燃料噴射弁、及びノズルボディの形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】噴射燃料の噴霧を微粒化するとともに、高貫徹力の噴霧を形成する燃料噴射弁のノズルボディを提供することを課題とする。
【解決手段】ノズルボディ１は、ノズルボディ１の外周側に、ノズルボディ１の内側から外側へ向かって断面積が縮小する凹部４が形成されるとともに、この凹部４よりもノズルボディ１の内側に、ノズルボディ１の内側の空洞部３と凹部４とを連通する２本の噴孔５が形成されており、この噴孔５から噴射される燃料の噴霧方向が凹部４の壁面４ａと交差することを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、筒内へ燃料を噴射する燃料噴射弁のノズルボディに関する。

燃料を筒内へ直接噴射する直噴式エンジンにおいて、インジェクタから噴射される燃料の噴霧特性により、混合気の状態が変化する。例えば、噴射燃料の貫徹力を強化する場合や、噴霧角を拡張する場合には、燃焼室内の広範囲に亘って燃料粒子を拡散でき、空気利用率を向上することができる。また、噴射燃料の微粒化が促進すると、燃料が気化しやすくなり混合気の生成が容易に行なわれる。

このような噴霧特性は、インジェクタの噴孔の構造を変更することにより変化させることができる。例えば、特許文献１に開示されているインジェクタは、噴孔を燃料噴射弁の先端部に設けた凹所の底部に収容する構造であり、燃料噴霧の貫徹力を小にするものである。

また、特許文献２に開示されているインジェクタは、燃料の噴射方向に対して傾斜させてノズルボディの外部に配置したプレートに対し、噴射後の燃料を衝突させ、噴霧形状の安定化と燃料の微粒化を図っている。

また、インジェクタの噴孔の形成方法が、特許文献３に開示されている。特許文献２におけるインジェクタの噴孔の加工方法は、穿設した噴孔に噴孔よりも小径のピンを挿入した状態で、流体研磨を行うものであり、ピンと加工部の隙間の大きさに応じて研磨量が調整される。

特開２００５−９８１６０号公報 特開平９−８８７６７号公報 特開２００７−１８２８１４号公報

特許文献１のインジェクタでは、凹部の底に噴孔を設けたことにより低貫徹力の噴霧を形成することができるが、噴霧の微粒化を図ることは行なわれていない。一方、特許文献２のインジェクタでは、噴射後の燃料がプレートに衝突することにより、噴霧が微粒化されるが、噴霧の貫徹力が低下し、高貫徹力を維持することができない。また、プレートをノズルボディの外部に設けるため、多孔噴霧用のインジェクタには適用が困難である。

そこで、本発明は、噴射燃料の噴霧を微粒化するとともに、高貫徹力の噴霧を形成する燃料噴射弁のノズルボディを提供することを課題とする。

かかる課題を解決する本発明のノズルボディは、内部に空洞部を有する筒状体の外周側に、当該筒状体の内側から外側へ向かって断面積が縮小する凹部が形成されるとともに、当該凹部よりも前記筒状体の内側に、前記空洞部と前記凹部とを連通する噴孔が複数形成され、当該噴孔から噴射される燃料の噴霧方向が前記凹部の壁面と交差することを特徴とする。このような構成とすることにより、噴孔から噴射される燃料の微粒化が促進されるとともに、高貫徹力を維持することができる。ノズルボディの内側から噴孔を通過して噴射される燃料が凹部の壁面に衝突するため、燃料の微粒化が促進される。さらに、凹部の断面積がノズルボディの内側から外側へ向かって縮小しているため、複数の噴孔から噴射された燃料が合流し、凹部から噴出される噴霧の貫徹力が強化される。

このようなノズルボディは、筒状体の内部に設けられた空洞部と前記筒状体の外側とを連通する噴孔を設ける工程と、前記噴孔の途中まで棒部材を挿入する工程と、レーザ光により、前記挿入した棒部材を前記筒状体に接合するとともに、前記筒状体の外周側に当該筒状体の内側から外側へ向かって断面積が縮小する凹部を形成し、前記噴孔により前記空洞部と前記凹部とを連通させる工程と、
を含む形成方法により形成することができる。ここで、噴孔へ挿入する棒部材は、レーザ光の熱により溶解し筒状体と接合され、噴射燃料が衝突しても脱落しない部材を選択する。特に、筒状体の材質と同じものを選択することができる。この棒部材及び筒状体は、例えば、クロム・モリブデン鋼やマルテンサイト系ステンレスなどを選択することができる。

また、上記ノズルボディの形成方法において、筒状体の内部に設けられた空洞部と前記筒状体の外側とを連通する噴孔を設ける工程の次に、前記筒状体を回動すること又はレーザ光を前記筒状体に対して相対的に回動することにより、前記噴孔の前記空洞部側の開口部の面取りをレーザ加工により形成する工程を行い、当該工程の後に、前記噴孔の途中まで棒部材を挿入する工程を行うことができる。このような形成方法とすることにより、レーザ加工により噴孔の形成から面取り加工まで行うため、従来、噴孔形成後、流体研磨により面取り加工をしていた場合と比較して、工程を省略できる。これにより製造コストを低減することができる。また、流体研磨による面取り加工では、ノズルボディの全ての噴孔を同時に研磨するが、噴孔ごとに研磨剤の供給量にばらつきが見られ、噴孔ごとの加工のばらつきが生じていた。これに対し、本発明は、レーザ加工により噴孔ごとのばらつきを低減することができる。

本発明のノズルボディの噴孔構造により、このノズルボディを組み込んだ燃料噴射弁から噴射される燃料は、噴霧が微粒化されるとともに、高貫徹力の噴霧が形成される。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。

本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の燃料噴射弁１０の先端部を断面にして示した説明図である。図１は、燃料噴射弁１０の軸を通るように断面とした説明図である。燃料噴射弁１０は、ノズルボディ１とニードル６を備えている。ニードル６は、制御装置によってコントロールされるアクチュエータ（いずれも図示しない）に駆動され、ノズルボディ１の軸方向に移動する構成となっている。図１のように、ニードル６が先端側に移動すると燃料の噴射が停止する。一方、ニードル６が基端側に移動すると、後述する噴孔５、凹部４を通り燃料がノズルボディ１の外部へ噴射される。

ノズルボディ１は、空洞部３が設けられた筒状体１ａである。空洞部３は燃料が溜まる部屋である。また、ノズルボディ１は、凹部４と噴孔５とを備えている。凹部４は、筒状体１ａの外周側に形成されている。凹部４は、その断面積が筒状体１ａの内側から外側へ向かって縮小するように形成されている。噴孔５は、凹部４よりも筒状体１ａの内側に形成され、空洞部３と凹部４とを連通している。

図２は、凹部４と噴孔５との関係を詳細に示した説明図である。図２（ａ）は、図１中の矢示Ａの方向から見た凹部４と噴孔５との関係を示しており、図２（ｂ）は、図１中のＢ−Ｂ断面図を示している。図２に示すように、１つの凹部４に２本の噴孔５が形成されている。凹部４の断面形状は円形であり、凹部４の中心軸に対称となるように２本の噴孔５が形成されている。さらに、この噴孔５は、この噴孔５から噴射される燃料の噴霧方向が凹部４の壁面４ａと交差するように形成されている。

次に、噴孔５、凹部４を通過する燃料の状態を詳細に説明する。図３は、噴孔５及び凹部４を通過する燃料の様子を示した説明図である。図３は、図１、図２のＢ−Ｂ断面図である。図３中の矢示は燃料及びその噴霧の進行方向を示している。図３に示すように、噴孔５から噴射される燃料は、凹部４の壁面４ａに衝突する。このような衝突により、燃料の粒子は微粒化され空気との混合が容易になる。このような燃料は、壁面４ａで進行方向を変えて出口側へ向かうこととなるが、凹部４は、ノズルボディ１の内側から外側へ向かって断面積が縮小する、すなわち、出口側へ向かって細くなる形状であるため、噴霧の流出速度が増加する。さらに、このような凹部には噴孔が２本開口しているため、燃料の噴霧が合流し、貫徹力が向上する。これにより、噴霧到達距離が延び、燃焼室の空気利用率が向上する。

また、このような噴孔５から噴射される燃料が凹部４の壁面４ａに衝突する角度が大きくなるほど、すなわち、衝突角度が直角に近づくほど、燃料の微粒化は促進されることとなるが、噴霧の貫徹力が低下することとなる。このため、要求される噴霧の貫徹力に応じて、噴孔５と凹部４の壁面４ａの傾斜角度を決定することができる。

次に、凹部４、噴孔５を備えるノズルボディ１の形成方法について説明する。図４は、ノズルボディ１の凹部４、噴孔５の形成工程を示した説明図である。図４（ａ）は、噴孔５を形成する工程を示し、図４（ｂ）は、噴孔５へ棒部材７を挿入する工程を示し、図４（ｃ）は、凹部４を形成する工程を示した説明図である。

ノズルボディ１の形成では、まず、図４（ａ）に示すように、筒状体１ａの内側の空洞部３と筒状体１ａの外側とを連通する噴孔５が設けられる工程を行われる。筒状体１ａはクロム・モリブデン鋼である。この工程では、レーザ発振装置２０により発振されるレーザ光により加工が行われる。次に、図４（ｂ）に示すように、前工程において形成された噴孔５の途中まで噴孔５よりも僅かに小径である棒部材７を挿入する工程を行う。ここで棒部材７は、筒状体１ａと同じクロム・モリデブン鋼を用いることができる。棒部材７の挿入が完了すると、棒部材７の噴孔５から突出する部分を切断する。

棒部材７の挿入の工程が終了すると、次に、図４（ｃ）に示すように、レーザ光により、凹部４を形成する工程を行う。このとき、前工程で挿入された棒部材は、レーザ光の熱により一部が溶解し、噴孔５の一部を塞ぐように接合される。また、これとともに、レーザ加工により、ノズルボディ１の外周側にノズルボディ１の内側から外側へ向かって断面積が縮小する凹部４が形成される。このとき、噴孔５により、空洞部３と凹部４とが連通するようにレーザ光の照射量が調整される。

このような工程を順に行うことにより、凹部４、噴孔５を備えるノズルボディ１を形成することができる。

また、上記図４（ａ）の筒状体１ａの内側の空洞部３とノズルボディ１の外側とを連通する噴孔５を設ける工程の次に、噴孔５の空洞部３側の開口部の面取りをレーザ加工により形成する工程を行っても良い。

以下、レーザ加工による噴孔の面取りの工程を説明する。図５は、レーザ光によるノズルボディに設けた噴孔の面取り加工について示した説明図である。図５（ａ）は、面取り前の噴孔の状態を示し、図５（ｂ）は、比較例として示す研磨剤入り流体による噴孔の面取りを示している。また、図５（ｃ）は、レーザ光を筒状体１ａに対して相対的に回動させて行うレーザ加工による噴孔の面取りを示し、図５（ｄ）は、筒状体１ａを回動させて行うレーザ加工による噴孔の面取りを示している。図５（ｃ）、図５（ｄ）に示す噴孔の面取り加工では、噴孔をレーザ光により穿設した後に同じレーザ光を用いて面取り加工を行うことができる。この点で、比較例の研磨剤入り流体による面取りの場合に行われる流体研磨の工程を省略することができるため、生産コストが低減できる。また、流体研磨では、噴孔に供給される研磨剤の量にばらつきが生じることにより、噴孔ごとの面取りにばらつきが生じることがあった。一方、レーザ光による加工では個別に調整が可能となるため、噴孔ごとのばらつきを抑制することができる。

また、このように噴孔を形成した後に、噴孔の面取りをレーザ光により行う工程は、本発明のノズルボディ１の形成に限らず、一般的な噴孔の形成に利用することができる。

図６は、噴孔５の面取り加工を行う場合のノズルボディ１の凹部４、噴孔５の形成工程を示した説明図である。図６（ａ）は、噴孔５を形成する工程を示し、図６（ｂ）は、噴孔５の面取り加工を行う工程を示し、図６（ｃ）は、噴孔５へ棒部材７を挿入する工程を示し、図６（ｄ）は、凹部４を形成する工程を示した説明図である。本発明の、凹部４、噴孔５を備えるノズルボディ１の形成において、レーザ光による面取り加工の工程の後に、噴孔の途中まで棒部材７を挿入する工程を行う。

次に、本発明の実施例２について説明する。本実施例のノズルボディ２１は、実施例１のノズルボディ１とほぼ同様の構成をしている。但し、ノズルボディ２１は、凹部２４及び噴孔２５の形状が実施例１のノズルボディ１の凹部４及び噴孔５の形状と異なる。図７は、凹部２４と噴孔２５との詳細な説明図である。図７は、実施例１の図２に対応する説明図である。なお、ノズルボディ２１の軸に沿った断面は、図１におけるノズルボディ１と同様である。図７（ａ）は、ノズルボディ２１について、図１における矢示Ａの方向に相当する位置から見た凹部２４と噴孔２５との構成を示しており、図７（ｂ）は、図１におけるＢ−Ｂ断面に相当する断面図を示している。図７に示すように、１つの凹部２４に２本の噴孔２５が形成されている。図７（ａ）に示すように、凹部２４の断面形状はノズルボディ２１の軸と直交する方向に長軸を配した楕円形である。また、凹部２４の中心軸に対称となるように２本の噴孔２５が形成されている。さらに、この噴孔２５は、この噴孔２５から噴射される燃料の噴霧方向が凹部２４の壁面２４ａと交差するように形成されている。なお、その他の構成は実施例１と同一であるため、実施例１と同一の構成要素については、図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。また、このような噴孔２５、凹部２４を備えるノズルボディ２１は、実施例１のノズルボディ１と同様に、ニードル、アクチュエータ、制御装置とともに組み込まれて燃料噴射弁を構成する。

図８は、本実施例のノズルボディ２１を備えた燃料噴射弁による燃料の噴霧３１と実施例１の燃料噴射弁１０による燃料の噴霧３２とを示した説明図である。本実施例のノズルボディ２１の凹部２４の断面形状が楕円形であるため、ノズルボディ２１を備えた燃料噴射弁による燃料の噴霧３１は、実施例１の燃料噴射弁１０による燃料の噴霧３２と比較してピストン３３の移動方向につぶれ、シリンダ３４の円周方向に広がった噴霧が形成される。このため、噴霧のスキッシュエリア３５への侵入が抑制され、排気性能の悪化が抑制される。

次に、本発明の実施例３について説明する。本実施例のノズルボディ４１は、実施例２のノズルボディ２１とほぼ同様の構成をしている。但し、ノズルボディ４１は、噴孔２５が４本形成されている点で実施例２のノズルボディ２１と相違している。図９は、ノズルボディ４１の凹部２４と噴孔２５との詳細な説明図である。図９は、実施例１の図２に対応する説明図である。図９（ａ）は、ノズルボディ２１について、図１における矢示Ａの方向に相当する位置から見た凹部２４と噴孔２５との構成を示しており、図９（ｂ）は、図１におけるＢ−Ｂ断面に相当する断面図を示している。図９に示すように、１つの凹部２４に４本の噴孔２５が形成されている。図９（ａ）に示すように、凹部２４の断面形状はノズルボディ２１の軸と直交する方向に長軸を配した楕円形である。また、凹部２４の中心軸に対称となるように２本の噴孔２５が形成され、その間に等分配されるようにさらに２本の噴孔２５が形成されている。これらの噴孔２５は、噴孔２５から噴射される燃料の噴霧方向が凹部２４の壁面２４ａと交差するように形成されている。なお、その他の構成は実施例１と同一であるため、実施例１と同一の構成要素については、図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。また、このような噴孔２５、凹部２４を備えるノズルボディ４１は、実施例１のノズルボディ１と同様に、ニードル、アクチュエータ、制御装置とともに組み込まれて燃料噴射弁を構成する。

上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、さらに本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。

実施例１のノズルボディを組み込んだ燃料噴射弁の先端部の断面図である。 ノズルボディの凹部と噴孔との詳細な説明図であって、（ａ）は、図１中の矢示Ａの方向から見た凹部と噴孔との構成を示しており、（ｂ）は、図１中のＢ−Ｂ断面図を示した説明図である。 噴孔及び凹部を通過する燃料の様子を示した説明図である。 ノズルボディの凹部、噴孔の形成工程を示した説明図であって、（ａ）は、噴孔を形成する工程を示し、（ｂ）は、噴孔へ棒部材を挿入する工程を示し、（ｃ）は、凹部を形成する工程を示した説明図である。 レーザ光によるノズルボディに設けた噴孔の面取り加工について示した説明図であって、（ａ）は、面取り前の噴孔の状態を示し、（ｂ）は、比較例として示す研磨剤入り流体による噴孔の面取りを示し、（ｃ）は、レーザ光をノズルボディに対して相対的に回動させるレーザ光による噴孔の面取りを示し、（ｄ）は、ノズルボディを回動させるレーザ光による噴孔の面取りを示した説明図である。 噴孔の面取り加工を行う場合のノズルボディの凹部、噴孔の形成工程を示した説明図であって、（ａ）は、噴孔を形成する工程を示し、（ｂ）は、噴孔の面取り加工を行う工程を示し、（ｃ）は、噴孔へ棒部材を挿入する工程を示し、（ｄ）は、凹部を形成する工程を示した説明図である。 実施例２のノズルボディの凹部と噴孔との詳細な説明図であって、（ａ）は、図１における矢示Ａの方向に相当する位置から見た凹部と噴孔との構成を示しており、（ｂ）は、図１におけるＢ−Ｂ断面に相当する断面で切断した断面図を示している。 実施例２の燃料噴射弁による燃料の噴霧と実施例１の燃料噴射弁による燃料の噴霧とを示した説明図である。 実施例３のノズルボディの凹部と噴孔との詳細な説明図であって、（ａ）は、図１における矢示Ａの方向に相当する位置から見た凹部と噴孔との構成を示しており、（ｂ）は、図１におけるＢ−Ｂ断面に相当する断面で切断した断面図を示している。

符号の説明

１ ノズルボディ
３ 空洞部
４、２４ 凹部
４ａ、２４ａ 壁面
５、２５ 噴孔
６ ニードル
７ 棒部材
１０ 燃料噴射弁
２０ レーザ発振装置

Claims (6)

1. 内部に空洞部を有する筒状体の外周側に、当該筒状体の内側から外側へ向かって断面積が縮小する凹部が形成されるとともに、当該凹部よりも前記筒状体の内側に、前記空洞部と前記凹部とを連通する噴孔が複数形成され、当該噴孔から噴射される燃料の噴霧方向が前記凹部の壁面と交差することを特徴としたノズルボディ。
2. 請求項１記載のノズルボディにおいて、
   前記凹部の断面形状は、円であることを特徴とするノズルボディ。
3. 請求項１記載のノズルボディにおいて、
   前記凹部の断面形状は、楕円であることを特徴とするノズルボディ。
4. 請求項１乃至３記載のノズルボディを組み込んだ燃料噴射弁。
5. 筒状体の内部に設けられた空洞部と前記筒状体の外側とを連通する噴孔を設ける工程と、
   前記噴孔の途中まで棒部材を挿入する工程と、
   レーザ光により、前記挿入した棒部材を前記筒状体に接合するとともに、前記筒状体の外周側に当該筒状体の内側から外側へ向かって断面積が縮小する凹部を形成し、前記噴孔により前記空洞部と前記凹部とを連通させる工程と、
   を含んだことを特徴とするノズルボディの形成方法。
6. 請求項５記載のノズルボディの形成方法において、
   筒状体の内部に設けられた空洞部と前記筒状体の外側とを連通する噴孔を設ける工程の次に、前記筒状体を回動すること又はレーザ光を前記筒状体に対して相対的に回動することにより、前記噴孔の前記空洞部側の開口部の面取りをレーザ加工により形成する工程を行い、当該工程の後に、前記噴孔の途中まで棒部材を挿入する工程を行うことを特徴とするノズルボディの形成方法。

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