JP2015124648A - ノズル、ノズルの製造方法、及び燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】研磨後における噴孔入口の縁部曲面の曲率半径が不均一となることを抑制するノズルの製造方法、ノズル、または燃料噴射弁を提供する。【解決手段】燃料噴射弁１０用のノズルボディ１２において、溝部１２ｊは、燃料が通過すべきサック部内壁１２ｅに、穿孔すべき第１噴孔１２ｆ、第２噴孔１２ｇの直径よりも幅が大きく形成される。溝部１２ｊは、曲面状に凹んでいる。第１噴孔１２ｆ、第２噴孔１２ｇは、一端が溝部１２ｊに接続されるよう穿孔される。第２噴孔１２ｇは、サック部内壁１２ｅとの接続角度が第１噴孔１２ｆと異なっている。サック部内壁１２ｅと第１噴孔１２ｆ、第２噴孔１２ｇとの接続個所は、サック部内壁１２ｅから噴孔に研磨用流体を送り込むことで流体研磨される。【選択図】図２

Description

本発明は、ノズル及びノズルの製造方法に関し、特に、燃料噴射弁に用いられるノズル及びノズルの製造方法に関する。

ノズルボディの噴孔を研磨流体により研磨加工する技術が知られている。このような研磨加工技術として、例えば、使用開始直後の急速な初期摩耗を抑制すべく、着座部と略同一形状のダミー着座部を有するダミーニードルをノズルボディに挿入した状態で流体研磨を行う流体研磨方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−２２６５０７号公報

流体研磨を実行することで、噴孔の入口のバリを除去して、流体が送り込まれる噴孔の入口を滑らかな曲面状に形成することができ、また、噴孔の内部の凹凸を滑らかにすることができる。しかしながら、本願発明者による鋭意なる研究開発の結果、研磨用材料を送り込むことで噴孔の入口を研磨するとき、噴孔の穿孔角度によっては、同じ噴孔の入口においても研磨用材料が送り込まれやすい縁部と送り込まれにくい縁部が生じ、研磨後における噴孔入口の縁部曲面の曲率半径が不均一となる場合があることが判明した。このため、噴孔からの流体噴射量が、噴孔入口の縁部曲面の曲率半径が均一になるよう研磨された場合とは異なるものとなる可能性があった。

そこで、本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、研磨後における噴孔入口の縁部曲面の曲率半径が不均一となることを抑制することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様のノズルの製造方法は、流体が通過すべき流体通過孔の内壁に、穿孔すべき噴孔の直径よりも幅の大きい溝部が形成されるようノズルボディを設ける工程と、一端が溝部に接続されるようノズルボディに噴孔を穿孔する工程と、流体通過孔から噴孔に研磨用材料を送り込むことで流体通過孔と噴孔との接続個所を研磨する工程と、を備える。

本願発明者による研究開発の結果、噴孔の入口となる上記接続個所に溝部を設けておくことにより、同じ噴孔の入口における研磨用材料の送り込みやすさを均一に近づけることができることが判明した。したがってこの態様によれば、研磨後における噴孔入口の縁部曲面の曲率半径が不均一となることを抑制することができ、噴孔の入口が均一に研磨された場合の流体噴射量に近づけることができる。なお、研磨用材料は、研磨剤を含む研磨用流体であってもよい。

溝部は、曲面状に凹むよう形成されてもよい。この態様によれば、噴孔の穿孔角度が製造時の誤差によりばらついた場合においても、溝部表面との噴孔の接続角度はばらつきが抑制される。このため、研磨後における噴孔入口の縁部曲面の曲率半径が不均一となることをより抑制することができる。

噴孔として、第１噴孔と、流体通過孔の内壁との接続角度が第１噴孔と異なる第２噴孔とが、ノズルボディに穿孔されてもよい。このような第１噴孔と第２噴孔とが存在する場合、一方の噴孔の入口に研磨後における噴孔入口の縁部曲面の曲率半径の不均一が生じることにより、両噴孔の流体噴射量のバランスが悪化する可能性がある。このような第１噴孔と第２噴孔とが存在する場合であっても、上記溝部が設けられることにより、各噴孔の流体噴射量のバランスの悪化を抑制することができる。

本発明の別の態様は、ノズルである。このノズルは、流体が通過すべき流体通過孔と、流体通過孔の内壁に形成された、穿孔すべき噴孔の直径よりも幅の大きい溝部と、一端が溝部に接続されるよう穿孔された噴孔と、を備える。流体通過孔と噴孔との接続個所は、流体通過孔から噴孔に研磨用材料を送り込むことで研磨されている。

この態様によれば、研磨後における噴孔入口の縁部曲面の曲率半径が不均一となることを抑制することができ、噴孔の入口が均一に研磨された場合の流体噴射量に近づけることができる。なお、この態様のノズルにおいても、溝部は曲面状に凹んでいてもよく、噴孔は、第１噴孔と、流体通過孔の内壁との接続角度が第１噴孔と異なる第２噴孔と、を含んでもよく、また、研磨用材料は、研磨剤を含む研磨用流体であってもよい。また、上記態様のノズルが、燃料噴射弁に用いられてもよい。

本発明によれば、研磨後における噴孔入口の縁部曲面の曲率半径が不均一となることを抑制することができる。

（ａ）は、噴孔がまだ穿孔されていない比較例に係るノズルボディの下端部の断面図である。（ｂ）は、複数の噴孔が穿孔された比較例に係るノズルボディの、（ａ）の領域Ｂの拡大図である。（ｃ）は、噴孔の研磨が施された比較例に係るノズルボディ１２の、（ａ）の領域Ｂの拡大図である。 （ａ）は、噴孔がまだ穿孔されていない実施例に係るノズルボディの、図１（ａ）の領域Ｂの拡大図である。（ｂ）は、複数の噴孔が穿孔された実施例に係るノズルボディの、図１（ａ）の領域Ｂの拡大図である。（ｃ）は、噴孔の研磨が施された実施例に係るノズルボディの、図１（ａ）の領域Ｂの拡大図である。

（比較例）
まず、図１（ａ）〜図１（ｃ）を参照して、比較例に係るノズルボディ１２について詳細に説明する。図１（ａ）は、噴孔がまだ穿孔されていない比較例に係るノズルボディ１２の下端部の断面図である。比較例に係るノズルは、ノズルボディ１２のみによって構成されている。なお、ノズルがノズルボディ１２と別の部材との組合せによって構成されていてもよい。

以下、図１（ａ）の矢印Ａ１の方向を「閉弁方向」、矢印Ａ２の方向を「開弁方向」として説明する。ノズルボディ１２は、燃料噴射弁１０の一部を構成する。なお、ノズルボディ１２が、燃料噴射弁１０以外の用途に用いられてもよい。ノズルボディ１２は、その中心軸Ｘ１に垂直な断面の外形が円形となるロッド状に形成されている。ノズルボディ１２の下端部は、ボディ部１２ａ及び先端部１２ｂによって構成されている。ボディ部１２ａは、円柱状に形成されている。先端部１２ｂは、ボディ部１２ａの閉弁方向Ａ１においてボディ部１２ａと一体的に形成されている。先端部１２ｂは、閉弁方向Ａ１に先細りとなる逆円錐形に形成されており、その終端は丸みを帯びている。

ノズルボディ１２は金属によって成形され、成形後に機械加工によってその内部に燃料通過孔１２ｃが形成される。燃料通過孔１２ｃは、燃料である流体が通過すべき流体通過孔として機能する。燃料通過孔１２ｃは、中心軸Ｘ１と同軸の略円柱状の孔として形成されている。燃料通過孔１２ｃは、弁座部１２ｄ及びサック部内壁１２ｅを含む、弁座部１２ｄ及びサック部内壁１２ｅは、燃料通過孔１２ｃの閉弁方向Ａ１の端部に形成されている。弁座部１２ｄは、中心軸Ｘ１と同軸の逆円錐台形の側面形状に形成されている。

サック部内壁１２ｅは、弁座部１２ｄから閉弁方向Ａ１に延在している。サック部内壁１２ｅもまた、中心軸Ｘ１と同軸の逆円錐台形の側面形状に形成されている。しかし、サック部内壁１２ｅと中心軸Ｘ１とが成す角度は、弁座部１２ｄと中心軸Ｘ１とが成す角度よりも小さくなっている。サック部内壁１２ｅの閉弁方向Ａ１の端部は閉鎖されている。サック部内壁１２ｅは、燃料溜まり領域として機能するサック部１６を画定する。

燃料噴射弁１０は、ニードル弁１４をさらに備える。ニードル弁１４は円柱状に形成されており、閉弁方向Ａ１の端部に着座部１４ａが設けられている。着座部１４ａは、閉弁方向Ａ１に先細りに形成された２つの逆円錐形部の交線となっている。

ニードル弁１４は、ノズルボディ１２の燃料通過孔１２ｃに挿入され、コイルスプリング（図示せず）により、閉弁方向Ａ１に付勢される。このため、ニードル弁１４の着座部１４ａは、通常はノズルボディ１２の弁座部１２ｄに押し付けられて着座している。

このように、比較例に係る燃料噴射弁１０は、燃料溜まり領域としてのサック部１６が設けられた、いわゆる「サック型」のものとなっている。なお、燃料噴射弁１０が、いわゆる「ＶＣＯ（Valve Covered Orifice）型」のものであってもよい。

ノズルボディ１２には、燃料通過孔１２ｃに連通する空隙部（図示せず）が設けられている。また、ニードル弁１４には、この空隙部に位置する段差部（図示せず）が形成されている。空隙部における燃料の圧力が高められ、段差部と着座部１４ａより開弁方向Ａ２側の部分とに与えられる圧力の合力がコイルスプリングによる付勢力を上回ると、ニードル弁１４が開弁方向Ａ２に移動する。これによりニードル弁１４の着座部１４ａがノズルボディ１２の弁座部１２ｄから離間し、燃料噴射弁１０が開弁する。空隙部における燃料の圧力が減少させられ、段差部より閉弁方向Ａ１側の部分に与えられる圧力の合力がコイルスプリングによる付勢力を下回ると、ニードル弁１４が閉弁方向Ａ１に移動する。これによりニードル弁１４の着座部１４ａがノズルボディ１２の弁座部１２ｄに着座し、燃料噴射弁１０が閉弁する。なお、燃料噴射弁１０の構造がこれに限定されないことは勿論である。

図１（ｂ）は、複数の噴孔が穿孔された比較例に係るノズルボディ１２の、図１（ａ）の領域Ｂの拡大図である。図１（ｂ）では、噴孔として第１噴孔１２ｆ及び第２噴孔１２ｇを例示しているが、ノズルボディ１２は、第１噴孔１２ｆ及び第２噴孔１２ｇを含む合計６つの噴孔を有している。なお、噴孔の数が６つに限定されないことは勿論である。

複数の噴孔は、放電加工によって穿孔される。なお、複数の噴孔がドリルによって穿孔されてもよい。

第１噴孔１２ｆと第２噴孔１２ｇは、サック部内壁１２ｅとの接続角度が互いに異なっている。具体的には、第１噴孔１２ｆの中心軸Ｘ２とサック部内壁１２ｅとが成す角度θ１は、第２噴孔１２ｇの中心軸Ｘ３とサック部内壁１２ｅとが成す角度θ２よりも小さくなっている。これは、シリンダヘッド上の設計レイアウトによっては、シリンダと同軸に燃料噴射弁１０を配置できない場合もあり、燃料噴射弁１０をシリンダの軸に対し斜めに装着させる必要があるためである。なお、第２噴孔１２ｇは、サック部内壁１２ｅとの接続角度が第１噴孔１２ｆと同じであってもよい。

図１（ｃ）は、噴孔の研磨が施された比較例に係るノズルボディ１２の、図１（ａ）の領域Ｂの拡大図である。サック部内壁１２ｅと複数の噴孔との接続個所は、燃料通過孔１２ｃから複数の噴孔に研磨用材料を送り込むことで研磨されている。本実施例では、燃料通過孔１２ｃから複数の噴孔に、研磨剤を含む研磨用流体を送り込むことで流体研磨されている。この研磨用流体としては、研磨剤である砥粒と潤滑油を混合したものが用いられている。なお、研磨用材料として、スラリー状の研磨剤や他の研磨用材料が用いられてもよい。研磨用材料は、サック部内壁１２ｅ内を閉弁方向Ａ１に向かって送り込まれる。研磨用材料は、サック部内壁１２ｅから第１噴孔１２ｆ及び第２噴孔１２ｇを含む各噴孔に送り込まれ、噴孔入口や噴孔内部を研磨する。

比較例では、第１噴孔１２ｆとサック部内壁１２ｅとの接続個所である噴孔入口１２ｈは、開弁方向Ａ２側において、第１噴孔１２ｆの中心軸Ｘ２とサック部内壁１２ｅとが成す角度が鋭角になっている。本願発明者による研究開発の結果、研磨用材料を送り込むことで噴孔を研磨するとき、噴孔の穿孔角度によっては、同じ噴孔の入口においても研磨用材料が送り込まれやすい縁部と送り込まれにくい縁部が生じ、研磨後における噴孔入口の縁部曲面の曲率半径が不均一となる場合があることが判明した。具体的には、開弁方向Ａ２側から閉弁方向Ａ１側へ研磨用材料が送り込まれ、また、噴孔入口の閉弁方向Ａ１側は閉鎖されているため、噴孔入口のうち、開弁方向Ａ２側、すなわち研磨用材料の上流側が研磨により多く削り取られることが判明した。また、噴孔入口１２ｈの開弁方向Ａ２側のように角度が鋭角になっている部分は研磨用材料によって削られやすく、噴孔入口１２ｈのうち開弁方向Ａ２側の部分が閉弁方向Ａ１側に比べて大きく削られることが判明した。この結果、図１（ｃ）に示すように、噴孔入口１２ｈのうち開弁方向Ａ２側の縁部曲面の曲率半径が閉弁方向Ａ１側の縁部曲面の曲率半径よりも非常に大きくなるという不均一が生じ、曲率半径が均一の場合とは第１噴孔１２ｆからの燃料噴射量が異なる可能性が生じる。また、第２噴孔１２ｇでは、中心軸Ｘ３とサック部内壁１２ｅとが成す角度θ２が第１噴孔１２ｆのθ１に比べて垂直に近いため、閉弁方向Ａ１側と開弁方向Ａ２側とで噴孔入口１２ｉの縁部曲面の曲率半径の差が第１噴孔１２ｆの噴孔入口１２ｈほどは生じない。このため、第１噴孔１２ｆと第２噴孔１２ｇとの間で、燃料噴射量のバランスが悪くなる可能性がある。さらに、各噴孔の入口の閉弁方向Ａ１側は研磨用材料が入り込みにくいため、研磨がされにくく、バリなどの除去に時間がかかる可能性がある。

（実施例）
本願発明者による研究開発の結果、燃料通過孔１２ｃの内壁のうち噴孔の入口との接続個所にあらかじめ溝部を設けておくことにより、同じ噴孔の入口における研磨用材料の送り込みやすさを均一に近づけることができることが判明した。以下、本発明に係る実施例について図２に関連して詳細に説明する。なお、特に言及しない限り、実施例に係るノズルボディ１２の構成は比較例と同一である。比較例と同一の個所は同一の符号を付して説明を省略する。

図２（ａ）は、噴孔がまだ穿孔されていない実施例に係るノズルボディ１２の、図１（ａ）の領域Ｂの拡大図である。実施例に係るノズルボディ１２では、サック部内壁１２ｅに溝部１２ｊが形成される。溝部１２ｊもまた、機械加工により形成される。溝部１２ｊは、穿孔すべき噴孔の入口が位置すべき個所に、穿孔すべき噴孔の直径よりも幅が大きくなるよう形成される。

溝部１２ｊは、曲面状に凹むよう形成されている。なお、溝部１２ｊが曲面状の凹部限られないことは勿論であり、溝部１２ｊが例えばくさび形や多角形状の凹部であってもよい。

図２（ｂ）は、複数の噴孔が穿孔された実施例に係るノズルボディ１２の、図１（ａ）の領域Ｂの拡大図である。第１噴孔１２ｆ及び第２噴孔１２ｇを含む複数の噴孔は、入口となる一端が溝部１２ｊに接続されるよう穿孔される。溝部１２ｊを予め形成させておくことにより、第１噴孔１２ｆや第２噴孔１２ｇを形成したときに、「面取り」が予め施されたように第１噴孔１２ｆの噴孔入口１２ｈ及び第２噴孔１２ｇの噴孔入口１２ｉを形成することができる。

図２（ｃ）は、噴孔の研磨が施された実施例に係るノズルボディ１２の、図１（ａ）の領域Ｂの拡大図である。上記のように、溝部１２ｊを設けることで各噴孔の入口に面取りが施された状態にすることによって、各噴孔の入口において、縁部のどの個所においても研磨用材料がある程度送り込まれ易い状態に予めすることができる。このため、研磨用材料を送り込むことで実際に噴孔を研磨するときにおいても、噴孔入口の縁部をより均一に研磨で削り取ることができ、比較例に比べ、研磨後における噴孔入口の縁部曲面の曲率半径が不均一となることを抑制することができる。

溝部１２ｊが曲面状に凹むよう形成されていることにより、噴孔の穿孔角度が製造時の誤差によりばらついた場合においても、溝部１２ｊの表面と噴孔の接続角度はばらつきが抑制される。このため、このような場合においても研磨後における噴孔入口の縁部曲面の曲率半径が不均一になることを抑制することができる。

また、サック部内壁１２ｅとの接続角度が互いに異なる第１噴孔１２ｆ及び第２噴孔１２ｇが形成されている場合においても、溝部１２ｊが形成されることにより、各噴孔の燃料噴射量のバランスの悪化を抑制することができる。溝部１２ｊが曲面状に凹むよう形成されていることにより、サック部内壁１２ｅとの接続角度が互いに異なる複数の噴孔を設ける場合においても、溝部１２ｊの表面と当該複数の噴孔の接続角度はばらつきが抑制される。さらに、各噴孔の入口の閉弁方向Ａ１側においても面取りが予めなされるため、研磨用材料が送り込まれやすくなり、適切に研磨することが可能となる。

本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を実施形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施形態も本発明の範囲に含まれうる。

１０ 燃料噴射弁、 １２ ノズルボディ、 １２ａ ボディ部、 １２ｂ 先端部、 １２ｃ 燃料通過孔、 １２ｄ 弁座部、 １２ｅ サック部内壁、 １２ｆ 第１噴孔、 １２ｇ 第２噴孔、 １２ｈ，１２ｉ 噴孔入口、 １２ｊ 溝部、 １４ ニードル弁、 １４ａ 着座部、 １６ サック部。

Claims (9)

1. 流体が通過すべき流体通過孔の内壁に、穿孔すべき噴孔の直径よりも幅の大きい溝部が形成されるようノズルボディを設ける工程と、
   一端が前記溝部に接続されるよう前記ノズルボディに噴孔を穿孔する工程と、
   前記流体通過孔から前記噴孔に研磨用材料を送り込むことで前記流体通過孔と前記噴孔との接続個所を研磨する工程と、
   を備えることを特徴とするノズルの製造方法。
2. 前記溝部は、曲面状に凹むよう形成されることを特徴とする請求項１に記載のノズルの製造方法。
3. 前記噴孔として、第１噴孔と、前記流体通過孔の内壁との接続角度が第１噴孔と異なる第２噴孔とが、前記ノズルボディに穿孔されることを特徴とする請求項１又は２に記載のノズルの製造方法。
4. 前記研磨用材料は、研磨剤を含む研磨用流体であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のノズルの製造方法。
5. 流体が通過すべき流体通過孔と、
   前記流体通過孔の内壁に形成された、穿孔すべき噴孔の直径よりも幅の大きい溝部と、
   一端が前記溝部に接続されるよう穿孔された噴孔と、
   を備え、
   前記流体通過孔と前記噴孔との接続個所は、前記流体通過孔から前記噴孔に研磨用材料を送り込むことで研磨されていることを特徴とするノズル。
6. 前記溝部は、曲面状に凹んでいることを特徴とする請求項５に記載のノズル。
7. 前記噴孔は、第１噴孔と、前記流体通過孔の内壁との接続角度が第１噴孔と異なる第２噴孔と、を含むことを特徴とする請求項５又は６に記載のノズル。
8. 前記研磨用材料は、研磨剤を含む研磨用流体であることを特徴とする請求項５から７のいずれか一項に記載のノズル。
9. 請求項５から８のいずれか一項に記載のノズルを有することを特徴とする燃料噴射弁。

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