JP2017106418A - 燃料噴射弁及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】燃料の噴射精度を高めることができる燃料噴射弁及びその製造方法を提供する。【解決手段】燃料噴射弁のボディ先端部41aには複数の噴孔44が設けられている。噴孔44は、ボディ先端部41aの内周面側の流入口44aと、ボディ先端部41aの外周面側の流出口44bと、これら流入口44aと流出口44bとの間にある絞り部44cとを有している。これら流入口44a,流出口44b及び絞り部44cは、噴孔44の噴射軸mに直交する方向に延びる楕円状になっている。流入口44aは縦長に扁平しており、流出口44bは横長に扁平している。絞り部44cは斜めに扁平しており、絞り部44cの長軸ncは、流入口44aの長軸na及び流出口44bの長軸nbの両方に交差している。絞り部44cの長径は、流入口44aの長径及び流出口44bの長径のいずれよりも小さくなっている。【選択図】図6
Description
本発明は、燃料を噴射する燃料噴射弁及びその製造方法に関する。
従来より、燃料を噴射する噴孔を扁平させた燃料噴射弁が知られている。例えば特許文献1では、扁平状の複数の噴孔が燃料噴射弁のノズルに形成されており、ノズルにおいては、燃料が噴孔に向けて流れるようになっている。各噴孔においては、入口と出口とで形状や延びる方向が同じになっている。また、これら噴孔には、水平方向に延びた噴孔が含まれており、この噴孔から噴射された燃料は水平方向に拡散しやすくなっている。
しかしながら、扁平状の噴孔が水平方向に延びた構成では、噴孔の出口から噴射される燃料が水平方向に拡散しやすくなるものの、噴孔の入口の延び方向と燃料の流れ方向とが直交していることに起因して、燃料が入口に流入しにくいと考えられる。
ここで、噴孔の入口が水平方向に延びた構成では、その入口の高さ寸法が小さいことに起因して、ノズル内において噴孔に向けて流れている燃料が、入口に流入するために急に旋回する必要が生じる。この場合、入口周辺において燃料の流れが乱れやすく、複数の流れが互いに衝突するような状態になることが想定される。このようにして、燃料が有する圧力等のエネルギーに損失が生じた場合には、噴射量が不足することなどにより燃料の噴射精度が低下することが懸念される。
本発明は、上記問題を鑑みてなされたもので、その目的は、燃料の噴射精度を高めることができる燃料噴射弁及びその製造方法を提供することにある。
以下、課題を達成するための発明の技術的手段について、説明する。なお、発明の技術的手段を開示する特許請求の範囲及び本欄に記載された括弧内の符号は、後に詳述する実施形態に記載された具体的手段との対応関係を示すものであり、発明の技術的範囲を限定するものではない。
上述の課題を解決するために開示された第1の発明は、
燃料を噴射する噴孔(44)と、噴孔に燃料を供給する燃料通路(55)と、を有するボデー(41)を備えた燃料噴射弁(10)であって、
噴孔は、
燃料通路での燃料の流れ方向に沿って縦長に扁平していることで長手軸を有し、燃料通路から燃料が流入する流入口(44a)と、
噴孔の軸線に直交する直交方向において横長に扁平していることで、流入口の長手軸に交差する長手軸を有し、流入口を通じて噴孔に流れ込んだ燃料が流出する流出口(44b)と、
流入口と流出口との間に設けられ、直交方向において斜めに扁平していることで、流入口の長手軸及び流出口の長手軸の両方に交差する長手軸を有し、その長手軸での長手寸法が流入口及び流出口の各長手寸法より小さくなっている絞り部(44c)と、
を有している。
燃料を噴射する噴孔(44)と、噴孔に燃料を供給する燃料通路(55)と、を有するボデー(41)を備えた燃料噴射弁(10)であって、
噴孔は、
燃料通路での燃料の流れ方向に沿って縦長に扁平していることで長手軸を有し、燃料通路から燃料が流入する流入口(44a)と、
噴孔の軸線に直交する直交方向において横長に扁平していることで、流入口の長手軸に交差する長手軸を有し、流入口を通じて噴孔に流れ込んだ燃料が流出する流出口(44b)と、
流入口と流出口との間に設けられ、直交方向において斜めに扁平していることで、流入口の長手軸及び流出口の長手軸の両方に交差する長手軸を有し、その長手軸での長手寸法が流入口及び流出口の各長手寸法より小さくなっている絞り部(44c)と、
を有している。
第1の発明によれば、流入口が縦長に扁平しているため、例えば流入口が横長に扁平した構成に比べて、下方に向けて流れる燃料が流入口に流入する際の燃料の旋回度合いが小さくなり、ボデー内において燃料が流入口に流入しやすくなる。また、噴孔の流出口が横長に扁平し、且つ絞り部が流入口及び流出口の両方に対して斜めに扁平しているため、幅の狭い流入口から流れ込んだ燃料の流れを、流入口から流出口に向けて縦長の状態から横長の状態に徐々に変化させることができる。この場合、流出口から流出する燃料が幅広く拡散しやすくなるとともに、燃料が縦長の状態から横長の状態に移行する際に燃料の流れに乱れが生じにくくなっている。しかも、絞り部の長手寸法が流入口や流出口の長手寸法より小さくなっていることで、燃料の流れが絞り部に近付くにつれて整えられるため、流れが整えられた状態の燃料が流出口から噴射されることになる。
以上により、流入口に燃料が流れ込む部分や噴孔の内部において燃料の流れに乱れが生じにくくなるため、ボデー内でのエネルギー損失が抑えられる。この場合、噴孔の形状に起因して燃料の噴射量が低下するということが抑制されるため、燃料の噴射精度を高めることができる。
上述の課題を解決するために開示された第2の発明は、
燃料を噴射する噴孔(44)と、噴孔に燃料を供給する燃料通路(55)と、を有するボデー(41)を備えた燃料噴射弁(10)の製造方法であって、
ボデーを貫通する第1孔部(71)を形成し、
ボデーの外周面において第1孔部に横並びの位置と、ボデーの内周面において第1孔部に縦並びの位置とを繋ぐようにボデーを貫通する第2孔部(72)を形成し、
第1孔部の内部空間と第2孔部の内部空間とが連続した空間になるように、ボデーにおいて第1孔部と第2孔部との間の部分を除去することで、噴孔の形状を整える。
燃料を噴射する噴孔(44)と、噴孔に燃料を供給する燃料通路(55)と、を有するボデー(41)を備えた燃料噴射弁(10)の製造方法であって、
ボデーを貫通する第1孔部(71)を形成し、
ボデーの外周面において第1孔部に横並びの位置と、ボデーの内周面において第1孔部に縦並びの位置とを繋ぐようにボデーを貫通する第2孔部(72)を形成し、
第1孔部の内部空間と第2孔部の内部空間とが連続した空間になるように、ボデーにおいて第1孔部と第2孔部との間の部分を除去することで、噴孔の形状を整える。
第2の発明によれば、噴孔について、第1孔部及び第2孔部の各上流端部により縦長に扁平した流入口を形成することができ、各下流端部により横長に扁平した流出口を形成することができる。しかも、噴孔について、絞り部が流入口及び流出口の両方に交差し且つ絞り部の長手寸法が流入口及び流出口の各長手寸法より小さい、という構成を第1孔部及び第2孔部の各中間部分により形成することができる。このため、上記第1の発明と同様の効果を奏することができる。
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合せることができる。
(第1実施形態)
図1に示す本発明の一実施形態による燃料噴射弁10は、ディーゼル機関の燃焼室11(図2参照)を形成するヘッド部材の挿入孔に挿入され、当該ヘッド部材に取り付けられている。燃料噴射弁10は、燃料配管を通じて供給される高圧燃料を、燃焼室11へ向けて噴孔44から直接的に噴射する。燃料噴射弁10は、駆動部30、制御ボディ40、及びノズルニードル60を備えている。
図1に示す本発明の一実施形態による燃料噴射弁10は、ディーゼル機関の燃焼室11(図2参照)を形成するヘッド部材の挿入孔に挿入され、当該ヘッド部材に取り付けられている。燃料噴射弁10は、燃料配管を通じて供給される高圧燃料を、燃焼室11へ向けて噴孔44から直接的に噴射する。燃料噴射弁10は、駆動部30、制御ボディ40、及びノズルニードル60を備えている。
駆動部30は、制御ボディ40内に収容されている。駆動部30には、制御弁フェース部材33が取り付けられている。制御弁フェース部材33は、後述する制御シート部46aと共に圧力制御弁35を形成している。駆動部30には、パルス状の制御信号が機関制御装置17から供給される。駆動部30は、制御信号に基づいて制御弁フェース部材33を変位させることにより、圧力制御弁35を開閉する。機関制御装置17からの電力供給が無い場合、駆動部30は、制御弁フェース部材33を制御シート部46aに着座させる。これにより、圧力制御弁35は閉弁状態となる。機関制御装置17からの電力供給が有る場合、駆動部30は、制御弁フェース部材33を制御シート部46aから離座させる。これにより、圧力制御弁35は開弁状態となる。
制御ボディ40は、噴孔44、流入通路52、流出通路54、供給通路55、及び圧力制御室53を形成している。噴孔44は、燃焼室11へ挿入される制御ボディ40の挿入方向の先端部に形成されている。先端部は、半球状に形成されている。噴孔44は、制御ボディ40の内側から外側に向けて放射状に複数設けられている。高圧燃料は、噴孔44を通じて、燃焼室11に噴射される。高圧燃料は、噴孔44を通過することにより、微粒化及び拡散して空気と混ざり易い状態となる。
流入通路52は、燃料配管を通じて燃料噴射弁10に供給される高圧燃料を、圧力制御室53に流入させる。流出通路54は、圧力制御弁35の開弁により、圧力制御室53内の燃料を燃料配管へ流出させる。供給通路55は、制御ボディ40の内部において流入通路52から分岐しており、制御ボディ40を形成する複数の部材に跨って、円筒穴状に形成されている。供給通路55は、燃料噴射弁10に供給される高圧燃料を、噴孔44に供給する。供給通路55は、その下流端部に設けられたサック室55a(図4参照)を有しており、このサック室55aが噴孔44に連通されている。
圧力制御室53は、制御ボディ40の内部においてノズルニードル60を挟んで噴孔44の反対側に位置している。圧力制御室53は、流入通路52からの高圧燃料の流入と、流出通路54を通じた燃料の流出とによって圧力を変動させる。こうした燃料の圧力を用いて、圧力制御室53は、ノズルニードル60の移動を制御する。
以上の制御ボディ40は、ノズルボディ41、シリンダ56、オリフィスプレート46、ホルダ48、リテーニングナット49等とによって構成されている。ノズルボディ41、オリフィスプレート46、及びホルダ48は、ヘッド部材への挿入方向の先端部側から、この順序で並んでいる。なお、ノズルボディ41がボデーに相当する。
ノズルボディ41は、クロムモリブデン鋼等の金属材料によって形成された有底円筒状の部材である。ノズルボディ41には、噴孔44と、供給通路55の一部とが形成されている。ノズルボディ41には、ノズルニードル収容室43及びシート部45が設けられている。ノズルニードル収容室43は、ノズルニードル60を収容している。シート部45は、ノズルボディ41の内周壁によって円錐状に形成され、ノズルニードル60の先端と接触する。なお、供給通路55が燃料通路に相当する。
シリンダ56は、金属材料によって円筒状に形成された部材である。シリンダ56は、オリフィスプレート46及びノズルニードル60と共に圧力制御室53を区画している。シリンダ56は、ノズルニードル60を軸方向に沿って摺動させることで、ノズルニードル60の変位方向を規定している。
オリフィスプレート46は、クロムモリブデン鋼等の金属材料よって円盤状に形成された部材である。オリフィスプレート46は、ノズルボディ41と軸方向に並ぶ配置にて、ノズルボディ41と接触している。オリフィスプレート46には、流入通路52及び流出通路54と、供給通路55の一部とが形成されている。オリフィスプレート46は、制御シート部46aを有している。制御シート部46aは、制御弁フェース部材33と共に圧力制御弁35を形成している。圧力制御弁35は、流出通路54と燃料配管との間の連通及び遮断を切り換える。
ホルダ48は、クロムモリブデン鋼等の金属材料よりなる筒状の部材である。ホルダ48には、ソケット部48sが形成されている。ソケット部48sには、機関制御装置17と接続されたプラグ部が嵌合される。ソケット部48sに接続されたプラグ部を通じて、機関制御装置17から駆動部30にパルス状の制御信号が供給される。機関制御装置17は、ディーゼル機関の運転状態に応じて目標噴射量を算出し、噴孔44を開放させる場合に、この目標噴射量に応じてノズルニードル60の移動量や開放期間を設定する。
リテーニングナット49は、金属材料よりなる二段円筒状の部材である。リテーニングナット49は、ノズルボディ41の一部、オリフィスプレート46を収容しつつ、ホルダ48に螺合されている。リテーニングナット49は、ホルダ48へ取り付けられることにより、段差部49aによってノズルボディ41及びオリフィスプレート46をホルダへ向けて押し付ける。リテーニングナット49は、ノズルボディ41及びオリフィスプレート46を、ホルダ48と共に挟持している。
ノズルニードル60は、高速度工具鋼等の金属材料によって全体として円柱状に形成されている。ノズルニードル60は、ノズルボディ41の内部において、当該ノズルボディ41の軸方向に沿って往復移動する。ノズルニードル60は、金属製の線材を螺旋状に巻設したリターンスプリング66により、シート部45に向けて付勢されている。ノズルニードル60は、フェース部65を有している。フェース部65は、先端に向かうに従って外径の減少する円錐状に形成されている。フェース部65は、噴孔44を開閉する主弁部50をシート部45と共に形成している。ノズルニードル60は、圧力制御室53の燃料圧力の変動により、フェース部65をシート部45へ離着座させる。
図2に示すように、燃料噴射弁10は、噴孔44から燃焼室11に向けて燃料を噴射する。ここで、ディーゼル機関は、シリンダ内を移動するピストン12を有している。ピストン12の上端面12aには、凹部としてのキャビティ12bが形成されており、燃焼室11には、キャビティ12bの内部空間が含まれている。燃料噴射弁10は、フェース部65が下端位置になる向きで、燃料噴射弁10の中心線Oがピストン12の中心線に重なる位置に配置されている。中心線Oは、ノズルボディ41やノズルニードル60の中心線でもあり、燃料噴射弁10がディーゼル機関に設置された状態では鉛直方向に延びている。
なお、以下の説明では、フェース部65の先端部が下端部になるように中心線Oが鉛直方向に延びた状態になっていることを想定して説明を行う。
噴孔44から噴射された燃料が拡散する領域は、燃焼室11やキャビティ12bの大きさや形状に応じて設定されている。燃料噴射弁10から燃料が噴射されるタイミングは、ピストン12が上死点TDC付近に存在しており、このタイミングでの燃焼室11は、高さ寸法に比べて内径寸法が大きくなっている。
そこで、図2、図3に示すように、噴孔44から噴射された燃料が広がる角度については、高さ方向の高さ角度θaが幅方向の幅角度θbより小さくなっている。この場合、噴射された燃料が燃焼室11の内周面に付着しにくくなっており、シリンダやピストン12が冷却されていることによる冷却損失の発生が抑制される。冷却損失を抑えた低冷損燃焼を実現するには、燃焼室11でのガス流動を抑え、燃料の燃焼を燃焼室11の内周面から離して発生させることが有効である。キャビティ12bは、中心線Oから遠ざかるつれて徐々に幅寸法が大きくなっており、燃料の幅角度θbは、キャビティ12bの幅寸法の拡大角度より大きくなっている。なお、高さ角度θaは例えば20〜30度になっており、幅角度θbは例えば30〜60度になっている。
噴孔44から噴射された燃料は噴射軸Nに沿って進む。本実施形態では、噴孔44の中心軸が噴射軸Nになっており、噴射軸Nは、高さ角度θa及び幅角度θbのそれぞれの中心位置に配置されている。例えば、高さ角度θaが30度である場合、噴孔44から噴射された燃料は、噴射軸Nを中心に上下に15度ずつ広がることになる。
図4において、ノズルボディ41の先端部は、制御ボディ40の先端部を形成するボディ先端部41aになっている。ノズルボディ41において、ボディ先端部41aは中心線Oに沿って先端側に突出しており、ボディ先端部41aの外周面は下方を向いた球面を有している。ボディ先端部41aにおいては、内周面が外周面に沿って延びており、噴孔44は、これら内周面と外周面との並び方向にボディ先端部41aを貫通している。
噴孔44は、ボディ先端部41aの内周面側の流入口44aと、ボディ先端部41aの外周面側の流出口44bとを有している。噴孔44が開放された場合、供給通路55を下方に向けて流れた燃料が、サック室55aから流入口44aに流入し、噴孔44の内部を通過して流出口44bから流出する。サック室55aの中心線は、中心線Oに重なっている。サック室55aにおいては、中心線Oの通る中心部が下端部になっており、流入口44aは、サック室55aの下端部から上方に離間した位置に配置されている。この場合、流入口44aは、ボディ先端部41aの径方向においてサック室55aの中心部から外側に離間している。
噴孔44は、ボディ先端部41aの周方向に沿って横並びに複数設けられている。各噴孔44の中心軸である噴射軸mは、中心線Oから斜め下方に向けて延びており、噴孔44から噴射された燃料は噴射軸mに沿って進行することになる。噴孔44においては、流出口44bの下端部が流入口44aの下端部より低い位置に配置されている。図5には、各噴射軸mを結ぶことで形成される平面でボディ先端部41aを切った断面図を示している。図5に示すように、複数の噴孔44は、それぞれの噴射軸mが中心線Oに交差していることに起因して、中心線Oを軸として放射状に延びている。なお、横並びに配置される噴孔44の数は例えば6〜12個程度であり、図5には、中心線Oを挟んで3個ずつに分けて配置された6個の噴孔44を図示している。
ボディ先端部41aを噴射軸mに直交する直交方向に切った場合、噴孔44は、流入口44aと流出口44bとの間の全ての部分において楕円状になっている。図6の左図は、図5の噴孔44の1つを拡大した図である。この図においては、噴孔44の内周面について、中心線O側の端部で囲まれた部分を流入口44aとし、中心線Oとは反対側の端部で囲まれた部分を流出口44bとしている。
図6の右図は、図6の左図に対応する複数の位置について、噴射軸mに直交する角度でボディ先端部41aを切った断面を直交断面として示し、これら断面を流出口44b側から見た図である。この図においては、流入口44aが上下方向に延びた縦長の楕円状であることを示し、流出口44bがボディ先端部41aの周方向に延びた横長の楕円状であることを示している。また、流入口44aと流出口44bとの間においては、横向きに倒れていた噴孔44が流出口44bから流入口44aに近付くにつれて徐々に起立していくような状態になっていることを示している。
噴孔44においては、噴射軸mに直交する直交方向にて、楕円状である流入口44aの長軸naが中心線Oと同様に上下方向に延び、楕円状である流出口44bの長軸nbが左右方向に延び、流入口44aと流出口44bとの中間部分の楕円の長軸が斜め方向に延びている。この場合、流入口44aの長軸naと流出口44bの長軸nbとは互いに直交している。図7に示すように、流入口44aについては、高さ寸法が長径La1になっており、幅寸法が短径La2になっている。図8に示すように、流出口44bについては、幅寸法が長径Lb1になっており、高さ寸法が短径Lb2になっている。
ここで、噴孔44において、長径が最も小さい部分である絞り部44cが、流入口44aと流出口44bとの間の中間部分に含まれている。絞り部44cは、斜めに延びた楕円状になっている。図6の右図に示すように、楕円である絞り部44cの長軸ncは、流入口44aの長軸na及び流出口44bの長軸nbの両方と異なる方向に延びている。この場合、流出口44bの長軸nbに対する絞り部44cの長軸ncの角度は、流出口44bの長軸nbに対する流入口44aの長軸naの角度の1/2になっている。流出口44bの長軸nbを基準とした場合、流入口44aの長軸naの角度は90度であり、絞り部44cの長軸ncの角度は45度である。
噴孔44の長径は、流入口44aから絞り部44cに向けて徐々に小さくなり、絞り部44cにて最も小さくなった後、絞り部44cから流出口44bに向けて徐々に大きくなっている。噴射軸mは、流入口44a、流出口44b及び絞り部44cのそれぞれの中心を通っている。噴孔44の断面形状である楕円においては、長軸に交差する部分の曲率が最も大きく、長軸から遠ざかるにつれて徐々に曲率が小さくなり、短軸に交差する部分の曲率が最も小さくなっている。流入口44aの曲率については、長軸naに交差する上端部の曲率である上端曲率と、長軸naに交差する下端部の曲率である下端曲率とが同じ値で最も大きく、長軸naから遠ざかるにつれて徐々に曲率が小さくなっている。
絞り部44cにおいては、長径Lc1が、流入口44aや流出口44bの長径La1,Lb1より小さくても、図9に示すように、短径Lc2より大きくなっている。噴孔44においては、短径が同じになっている。例えば、流入口44aの短径La2と、流出口44bの短径Lb2と、絞り部44cの短径Lc2とが同じ値になっている。
なお、噴孔44においては、長径La1〜Lc1が長手寸法に相当し、長軸na〜ncが長手軸に相当する。
隣り合う噴孔44については、それぞれの噴射軸mの離間距離が流入口44aから流出口44bに向けて徐々に大きくなっている。また、隣り合う噴孔44の離間距離も、流入口44aから流出口44bに向けて徐々に大きくなっている。具体的には、図7〜図9に示すように、流入口44a同士の離間距離Daに比べて絞り部44c同士の離間距離Dcが小さくなっており、この離間距離Dcに比べて流出口44b同士の離間距離Dbが小さくなっている。また、隣り合う流入口44aの各長軸naは互いに平行に延びており、隣り合う流出口44bの各長軸nbは、互いに重なる位置に配置されている。隣り合う絞り部44cの各長軸ncは互いに平行に延びている。
次に、ボディ先端部41aに噴孔44を形成する方法について説明する。
まず、準備工程として、ノズルボディ41がホルダ48に組み付けられていない状態で、ノズルボディ41の内部空間に保護部材を挿入する。保護部材は、例えば金属材料により形成された棒状部材であり、その先端部をボディ先端部41aの内側に入り込ませることが可能な形状及び大きさになっている。
次に、孔開け工程として、ボディ先端部41aの外周側からボディ先端部41aにレーザ光を照射することで、短径よりも小さい小孔を下孔として形成する。この工程においては、小孔がボディ先端部41aを貫通するまでレーザ光の照射を行う。これにより、小孔は直線的に延びた形状になる。また、この工程においては、ボディ先端部41aの内側に保護部材が配置されているため、ボディ先端部41aにおいて、中心線Oを挟んで反対側の部分など意図しない部分にレーザ光が照射されるということが防止される。
その後、整え工程として、ボディ先端部41aにおいて、複数の小孔の間に残った部分をレーザ光で除去することで、噴孔44の形状を整える。この工程においても、ボディ先端部41aの意図しない部分にレーザ光が照射されることが保護部材により防止される。なお、準備工程、孔開け工程及び整え工程が、燃料噴射弁10の製造方法に含まれる。
本実施形態では、図10に示すように、孔開け工程において、1つの噴孔44を形成するために3つの小孔を孔部71〜73として形成する。第1孔部71は、流入口44aの上端部と流出口44bの一端部とを形成するための小孔であり、第2孔部72は、流入口44aの下端部と流出口44bの他端部とを形成するための小孔である。第3孔部73は、第1孔部71と第2孔部72との真ん中を通る小孔である。第1孔部71の半径Raと、第2孔部72の半径Rbと、第3孔部73の半径Rcとは、互いに同じ値になっている。
第1孔部71の内部空間が第1領域71aであり、第2孔部72の内部空間が第2領域72aであり、第3孔部73の内部空間が第3領域73aである。第1領域71aは、流入口44aの上端部と流出口44bの一端部とにかけ渡された状態になっており、第2領域72aは、流入口44aの下端部と流出口44bとの他端部とにかけ渡された状態んなっている。第3領域73aは、流入口44aの中央部分と流出口44bの中央部分とにかけ渡された状態になっている。
孔部71〜73は、それぞれ中心線としての孔軸p1〜p3を有しており、これら孔軸p1〜p3はいずれも直線になっている。第1孔部71の第1孔軸p1及び第2孔部72の第2孔軸p2は噴射軸mに交差しており、第3孔部73の第3孔軸p3は、噴孔44の噴射軸mに一致している。この場合、孔軸p1〜p3は互いにねじれの位置にあることになる。また、第1孔軸p1が第1領域71aの軸線であり、第2孔軸p2が第2領域72aの軸線であり、第3孔軸p3が第3領域73aの軸線である。
噴孔44においては、長軸に交差する部分の内周面が第1孔部71や第2孔部72の内周面により形成されている。この場合、噴孔44においては、長軸に交差する部分の曲率が第1孔部71や第2孔部72の曲率と同じになっている。
図10、図12に示すように、流入口44aの上端部において長軸naに交差する部分の曲率半径は第1孔部71の半径Raになっており、流入口44aの下端部において長軸naに交差する部分の曲率半径は第2孔部72の半径Rbになっている。また、流出口44bの一方の端部において長軸nbに交差する部分の曲率半径は第1孔部71の半径Raになっており、流出口44bの他方の端部において長軸nbに交差する部分の曲率半径は第2孔部72の半径Rbになっている。さらに、絞り部44cの上端部において長軸ncに交差する部分の曲率半径は第1孔部71の半径Raになっており、絞り部44cの下端部において長軸ncに交差する部分の曲率半径は第2孔部72の半径Rbになっている。
なお、図10〜図12においては、ボディ先端部41aを外周側から見た図を示しており、流入口44a及び流出口44bを仮想線で図示している。また、孔部71〜73を図示しやすくするために、図6等に比べて、噴孔44の長径を短めに短径を長めに図示している。さらに、図10、図12においては、長軸na上など孔部71〜73と噴孔44とが重なる部分について、噴孔44を示す線と孔部71〜73を示す線とが重ならないように図示している。
孔部71〜73の形成順としては、図11において(a)に示すように、最初に第3孔部73を形成する。その後、(b)に示すように、第1孔部71及び第2孔部72を形成する。第1孔部71を形成する場合、レーザ光を、ボディ先端部41aの外周面において第3孔部73の横並び位置と、ボディ先端部41aの内周面において第3孔部73の上方位置とを通るように照射する。第2孔部72を形成する場合、レーザ光を、ボディ先端部41aの外周面において、第1孔部71とは反対側で第3孔部73の横並び位置と、ボディ先端部41aの内周面において第3孔部73の下方位置とを通るように照射する。
このように、孔部71〜73のうち最初に第3孔部73を形成することで、第3孔軸p3を設計上の噴射軸mに一致させやすくなり、噴孔44を形成する過程で、実際の噴射軸mが設計上の噴射軸mからずれるという不都合が生じにくくなる。
そして、整え工程を行った場合、(c)に示すように、噴孔44の流入口44aについては、ボディ先端部41aにおいて実線のハッチングで図示した残り部分Xaがレーザ光で除去されることになる。同様に、流出口44bについては、ボディ先端部41aにおいて破線のハッチングで図示した残り部分Xbがレーザ光で除去されることになる。
図12には、噴孔44についての複数の直交断面を、孔軸p1〜p3に沿って並べた図である。図12に示すように、孔部71〜73の位置関係は、流入口44aから流出口44bに近付くにつれて変化している。具体的には、流入口44a及び流出口44bでは、孔部71〜73が互いに離間した位置関係にあるが、絞り部44cでは、孔部71〜73が互いに重なった位置関係にある。この場合、絞り部44cにおける第1孔軸p1と第2孔軸p2との離間距離Ecは、流入口44aや流出口44bにおける第1孔軸p1と第2孔軸p2との離間距離Ea,Ebに比べて小さくなっている。このことに起因して、上述したように、絞り部44cの長径Lc1が流入口44aや流出口44bの長径La1,Lb1より小さくなっている。
また、離間距離Ea,Ebは同じ値になっている。このことに起因して、上述したように、流入口44aの長径La1と流出口44bの長径Lb1とが同じ値になっている。また、このことに起因して、絞り部44cが流入口44aと流出口44bとの中間位置に配置されている。この場合、噴射軸mや第3孔軸p3において、絞り部44cと流入口44aとの離間距離は、絞り部44cと流出口44bとの離間距離に同じになっている。
ここまで説明した第1実施形態の作用効果を、以下に説明する。
第1実施形態によれば、噴孔44の流入口44aが縦長に扁平しているため、燃料噴射に伴って噴孔44が開放された場合、サック室55aにおいて下方に向けて流れる燃料が流入口44aに流れ込みやすくなっている。これは、流入口44aの高さ寸法が大きいほど、流入口44aに流れ込む際の燃料の旋回度合いが大きくなるためである。噴孔44においては、断面形状である楕円が流出口44bに向けて徐々に傾いているため、燃料の流れの向きが流入口44aから流出口44bに向けて徐々に変化することになる。この場合、燃料の流れ方向の変化に伴う流れの乱れが生じにくく、流出口44bから噴射される燃料が左右にバランス良く拡散しやすくなる。
さらに、噴孔44においては、絞り部44cの長径Lc1が流入口44a及び流出口44bの長径La1,Lb1より小さくなっている。このため、流入口44aから流れ込んだ燃料の流れが絞り部44cに向かうにつれて整えられ、流れが整えられた状態の燃料が流出口44bから噴射されることになる。しかも、絞り部44cの長軸ncが流入口44aの長軸na及び流出口44bの長軸nbのいずれとも異なる向きに延びている。このため、流入口44aの形状に合わせて上下に拡がっている燃料を、絞り部44cを通過させて流出口44bに到達するまでに、流出口44bの形状に合わせて左右に拡がった状態に徐々に移行させることができる。
以上により、サック室55aにおいて流入口44a周辺の領域や、噴孔44の内部空間において、燃料の流れに乱れが生じにくくなるため、燃料が有するエネルギーが供給通路55にて失われるということが抑制される。この場合、噴孔44の形状に起因して燃料の噴射量が低下するということが生じにくくなるため、目標噴射量に対する実噴射量の精度を高めることができる。
第1実施形態によれば、噴孔44の噴射軸mが、流入口44a、流出口44b及び絞り部44cの各中心を通り、且つ中心線Oに交差している。すなわち、第3孔部73の第3孔軸p3が中心線Oに交差している。この場合、流入口44aから流入した燃料が流出口44bに向けて左右にバランス良く拡がりやすくなっているため、流出口44bから流出する燃料が左右にバランス良く拡散しやすくなっている。これにより、噴孔44から噴射された燃料の噴霧分布を均質化することができる。
これに対して、例えば、第1孔部71の第1孔軸p1が中心線Oに交差する構成では、流入口44aから流入した燃料が第3孔軸p3側に拡がりながら流出口44bに向けて進むことになる。この場合、流出口44bから流出する燃料について、噴射量やペネトレーションが左右で異なることが懸念される。すなわち、流出口44bにおいては、第1孔部71側と第2孔部72側とで噴射のバランスが低下することが懸念される。
第1実施形態によれば、噴孔44において流入口44aの長径La1と流出口44bの長径Lb1とが同じ値になっているため、流入口44aから流入した燃料を適正な状態で流出口44bから流出させることができる。例えば、流入口44aの長径La1が流出口44bの長径Lb1より極端に大きい場合には、流入口44aからの燃料の流入量に比べて、流出口44bからの燃料の流出量が極端に少なくなる。この場合、流出口44bでの燃料圧力が流入口44aでの燃料圧力に比べて極端に高くなりやすく、流出口44bから流出する燃料の噴射状態が適正化されないことが懸念される。
第1実施形態によれば、第1孔部71と第2孔部72とがねじれの位置にあるため、これら孔部71,72が単に真っ直ぐに延びていることで、絞り部44cの長径Lc1が流入口44aや流出口44bの長径La1,Lb1より短い構成を実現できる。この場合、
第1孔部71及び第2孔部72を湾曲させたり折り曲げたりする必要がないため、燃料噴射の精度を高めることが可能な噴孔44をボディ先端部41aに形成することが容易になる。
第1孔部71及び第2孔部72を湾曲させたり折り曲げたりする必要がないため、燃料噴射の精度を高めることが可能な噴孔44をボディ先端部41aに形成することが容易になる。
第1実施形態によれば、流入口44aの上端部と流出口44bの一端部とで曲率半径が同じになっているため、これら上端部と一端部とを第1孔部71により容易に形成することができる。また、流入口44aの下端部と流出口44bの他端部とで曲率半径が同じになっているため、これら下端部と他端部とを第2孔部72により容易に形成することができる。
第1実施形態によれば、第1孔部71の半径Raと第2孔部72の半径Rbとが同じ値になっているため、これら孔部71,72をレーザ光で順番に形成する際に、レーザ光の直径など設定を変更する必要がない。また、第3孔部73の半径Rcも半径Ra,Rbに同じになっているため、孔部71〜73を用いて噴孔44を形成する際の作業負担を低減できる。
(第2実施形態)
上記第1実施形態では、流入口44aの長軸naが流出口44bの長軸nbと直交していたが、第2実施形態では、流入口44aの長軸naが、流出口44bの長軸nbと直交していない。本実施形態では、上記第1実施形態との相違点を中心に説明する。
上記第1実施形態では、流入口44aの長軸naが流出口44bの長軸nbと直交していたが、第2実施形態では、流入口44aの長軸naが、流出口44bの長軸nbと直交していない。本実施形態では、上記第1実施形態との相違点を中心に説明する。
図13に示すように、流入口44aが流出口44bに対して斜めに延びている。隣り合う流入口44aのうち一方の流入口44aの上端部と他方の流入口44aの上端部とが上下に並ばないように、流出口44bの長軸nbと流入口44aの長軸naとの間の角度αが所定値より大きくなっている。角度αは、例えば60度から80度程度になっている。この場合、隣り合う流入口44aは、上記第1実施形態と同様に、ボディ先端部41aの周方向に並んでおり、流入口44a同士の離間距離Daは、流出口44bの長軸nbが延びる方向での離間距離になっている。
なお、図13においては、ボディ先端部41aの内周面に沿って延びる軸について、離間距離Daを設定している。
噴孔44においては、噴射軸mに直交する方向において、流入口44aの長軸naがノズルボディ41の中心線Oに対して傾斜している。この傾斜角度は、90度から角度αを引いた値になっている。噴孔44の流入口44a周辺においては、長軸naから斜め下方に向けて膨らんだ部分の内周面が斜め上方を向いている。この場合、上記第1実施形態のように流入口44aの長軸naが中心線Oと同様に上下方向に延びた構成に比べて、噴孔44の内周面のうち上側を向いた部分の割合が高くなっている。
本実施形態でも、ボディ先端部41aに噴孔44を形成する場合、上記第1実施形態と同様に、孔開け工程において孔部71〜73を形成する。図14に示すように、第1孔部71は、流入口44aの上端部と、流出口44bの両端部のうち噴射軸mを基準として流入口44aの上端側の端部とを形成している。第2孔部72は、流入口44aの下端部と、流出口44bの両端部のうち噴射軸mを基準として流出口44bの下端側の端部とを形成している。この場合、第1孔軸p1と第2孔軸p2との間に第3孔軸p3が配置されている。また、流出口44bの長軸nbと絞り部44cの長軸ncとの間の角度βは、角度α(図13参照)の1/2になっている。
第2実施形態によれば、噴射軸mに直交する方向において、流入口44aの長軸naが中心線Oに対して傾斜している。このため、サック室55aを下方に向けて流れる燃料は、流入口44aに近付いた場合に流入口44aの長軸naの延びる向きに流れ方向が変わることで、流入口44aに流入しやすくなる。この場合、サック室55aでの燃料の流速に関係なく、流入口44aへの燃料の流れ込みやすさを示す流量係数が増加しやすくなる。このように、サック室55aから噴孔44に燃料が流れ込みやすい構成を実現できる。
これに対して、上記第1実施形態では、サック室55aを流れる燃料の向きが流入口44aの長軸naに一致しやすい。この場合、サック室55aでの燃料の流速が大きいほど、燃料が流入口44aに流入しにくくなってしまう。
(他の実施形態)
以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明は、それらの実施形態に限定して解釈されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。
以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明は、それらの実施形態に限定して解釈されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。
変形例1として、孔部71〜73の孔軸p1〜p3のうち、第2孔軸p2ではなく、第1孔軸p1や第3孔軸p3が噴孔44の噴射軸mに一致していてもよい。図15に示すように、第1孔軸p1が噴射軸mに一致した構成では、噴孔44の内部において、流入口44aから流れ込んだ燃料が第3孔軸p3側に拡散する度合いが、第3孔軸p3とは反対側に拡散する度合いより大きくなっている。また、図16に示すように、第3孔軸p3が噴射軸mに一致した構成では、噴孔44の内部において、流入口44aから流れ込んだ燃料が第1孔軸p1側に拡散する度合いが、第1孔軸p1とは反対側に拡散する度合いより大きくなっている。
変形例2として、孔部71〜73の半径Ra〜Rbが同じになっているのではなく、互いに異なっていてもよい。例えば、図17に示すように、第1孔部71の半径Raが第2孔部72の半径Rbより大きい構成とする。この構成では、流入口44aにおいて、上端部の曲率半径が下端部の曲率半径より大きくなっており、流出口44bにおいて、一端部の曲率半径が下端部の曲率半径より大きくなっている。この場合、第1孔部71の半径Raが、流入口44aの上端部の曲率半径及び流出口44bの一端部の曲率半径になっており、第2孔部72の半径Rbが、流入口44aの下端部の曲率半径及び流出口44bの他端部の曲率半径になっている。流入口44aにおいては、上端曲率が下端曲率より小さくなっている。
このように、流入口44aにおいて上端側が下端側に比べて幅広くなっている構成では、流速の比較的小さい燃料が上端寄りの部分から流入口44aに流入するため、燃料が噴孔44に流入する際のエネルギー損失を抑えることができる。
また、流入口44aの短手軸が延びる方向から流入口44aを見た場合、ボディ先端部41aが半球状になっていることに起因して、流入口44aにおいては、その下端部に近付くにつれて中心線Oに対する傾斜角度が大きくなっている。この場合、流入口44aにおいては、上端部に近い部分は燃料の流下方向と同じ向きに延びていることに起因して燃料が流入しにくく、下端部に近い部分は燃料の流下方向に交差する向きに延びていることに起因して燃料が流入しやすい。このため、流入口44aの上端寄りの部分では、幅寸法が極力大きいことで燃料の流入量が不足することが抑制され、流入口44aの下端寄りの部分では、幅寸法が極力小さいことで燃料の流入量が過剰になることが抑制される。この場合、流入口44aの長手方向について燃料の流入量のバランスを良好に保つことができる。
変形例3として、噴孔44は断面形状が楕円状でなくても、縦長や横長に扁平した形状であればよい。例えば、図18に示すように、噴孔44の断面形状が長方形状になった構成とする。この構成では、噴孔44を形成する際の整え工程にて、噴孔44の外郭を整えるようにレーザ光の照射を行うことで、流入口44aが縦長の長方形状に形成され、流出口44bが横長の長方形状に形成されている。この場合、絞り部44cも、斜め方向に延びた長方形状に形成されている。なお、長方形状については、長辺と平行に延びる軸が長手軸に相当し、長辺の長さ寸法が長手寸法に相当する。
変形例4として、孔開け工程にて形成する小孔は3個より多くても少なくてもよい。例えば、図17に示すように、第1孔部71及び第2孔部72を2個の小孔として形成する。この構成でも、整え工程において噴孔44を所望の形状になるように整えることができる。
変形例5として、流入口44aと流出口44bとで長手寸法が異なっていてもよい。例えば、図18に示すように、流入口44aの長手寸法La3が流出口44bの長手寸法Lb3より大きい構成とする。この構成では、流入口44aと流出口44bとで短手寸法が同じになっており、流入口44aの断面積が流出口44bの断面積より大きくなっている。この場合、流入口44aへの燃料の流入しやすさを確保した上で、燃料が流出口44bに向かうにつれて燃料圧力が増加しやすい構成を実現できる。
また、流入口44aと流出口44bとで長手寸法が異なっている場合、噴射軸mにおいて、絞り部44cは、流入口44aと流出口44bとの中央位置ではなく、流入口44a及び流出口44bのうち長手寸法が小さい方に寄った位置に配置される。例えば、図18のように流入口44aの長手寸法La3が流出口44bの長手寸法Lb3より大きい構成では、絞り部44cが流出口44b寄りの位置に配置されている。
変形例6として、噴孔44の流入口44aと流出口44bとが異なる形状になっていてもよい。例えば、図19に示すように、流入口44aにおいて、幅寸法が最も大きい部分が噴射軸mよりも上方に配置され、短手寸法が上端から下端に向けて徐々に小さくなっている。その一方で、流出口44bにおいて、その上側辺及び下側辺が孔部71〜73の接線に一致している。この場合、流入口44aにおいては、その下端部の曲率半径が第2孔部72の半径Rbになっているが、その上端部の曲率半径は第1孔部71の半径Raより大きくなっている。すなわち、流入口44aにおいては、上端曲率が下端曲率より小さくなっている。この場合の流入口44aの形状は、整え工程で整えられたものである。一方、流出口44bにおいては、両端部の各曲率半径が孔部71,72の半径Ra,Rbになっている。
また、図20に示すように、流入口44aが楕円状になっている一方で、流出口44bが台形状になっている。この場合、流出口44bは、左右対称な形状になっておらず、高さ寸法が最も大きい部分が一方の端部寄りの位置に配置され、高さ寸法が一端側から他端側に向けて徐々に小さくなっている。
ここで、第1孔部71が流入口44aの上端部から延びていることに起因して、第1孔部71の長さ寸法が第2孔部72の長さ寸法より大きくなっている。この場合、流入口44aの上端側から流れ込んだ燃料の方が、流入口44aの下端側から流れ込んだ燃料に比べて圧損が大きくなりやすいと考えられる。このため、流出口44bにおいて、第1孔部71側の部分の高さ寸法が第2孔部72側の部分よりも高さ寸法が大きくなっている構成では、第1孔部71側について、長さ寸法が大きいことで上昇する圧損が断面積が大きいことで低下しやすい。したがって、流出口44bから噴射される燃料が左右に拡散するバランスを適正化することが可能になる。
変形例7として、孔開け工程において、小孔としての孔部71〜73を形成する場合にレーザ光を使用しなくてもよい。例えば、ドリル等の工具や機械を用いてボディ先端部41aを削ることで孔部71〜73を形成してもよい。
変形例8として、複数の噴孔44について、全ての流入口44aの長径La1を必ずしも同じにする必要はなく、全ての流出口44bの長径Lb1を必ずしも同じにする必要はない。また、複数の流入口44aや複数の流出口44bがボディ先端部41aの周方向において直線的に並んでいる必要はない。
変形例9として、噴孔44の噴射軸mは、ノズルボディ41から水平方向や斜め上方に向けて延びていてもよい。また、噴射軸mは、ノズルボディ41の中心線Oから延びていなくてもよい。例えば、噴射軸mと中心線Oとがねじれの位置の関係にあってもよい。
変形例10として、ボディ先端部41aが半円状ではなく、円錐状や円柱状に形成されていてもよい。ボディ先端部41aが円柱状の場合、その円柱の周面部に噴孔44が形成されていることが好ましい。また、ボディ先端部41aは、ノズルボディ41の他の部分と連続した形状や大きさとされていてもよい。
変形例11として、燃料噴射弁10が設置される内燃機関としては、ディーゼル機関の他にガソリンエンジン等が挙げられる。
変形例12として、孔開け工程と整え工程とをまとめて行ってもよい。例えば、孔部71〜73をノズルボディ41に別々に形成するのではなく、レーザ光を孔部71〜73まで連続して照射することで噴孔44を形成する。具体的には、第1孔部71をレーザ光で形成し、そのレーザ光を第2孔部72の予定位置までスライド移動させる。この場合でも、断面形状が扁平した噴孔44をノズルボディ41に形成することができる。
10…燃料噴射弁、41…ノズルボディ(ボデー)、44…噴孔、44a…流入口、44b…流出口、44c…絞り部、55…供給通路(燃料通路)、71…第1孔部、72…第2孔部、La1…流入口の長径(長手寸法)、Lb1…流出口の長径(長手寸法)、m…噴射軸(軸線)、O…中心線。
Claims (8)
- 燃料を噴射する噴孔(44)と、前記噴孔に前記燃料を供給する燃料通路(55)と、を有するボデー(41)を備えた燃料噴射弁(10)であって、
前記噴孔は、
前記燃料通路での前記燃料の流れ方向に沿って縦長に扁平していることで長手軸を有し、前記燃料通路から前記燃料が流入する流入口(44a)と、
前記噴孔の軸線に直交する直交方向において横長に扁平していることで、前記流入口の長手軸に交差する長手軸を有し、前記流入口を通じて前記噴孔に流れ込んだ前記燃料が流出する流出口(44b)と、
前記流入口と前記流出口との間に設けられ、前記直交方向において斜めに扁平していることで、前記流入口の長手軸及び前記流出口の長手軸の両方に交差する長手軸を有し、その長手軸での長手寸法が前記流入口及び前記流出口の各長手寸法より小さくなっている絞り部(44c)と、
を有している燃料噴射弁。 - 前記噴孔の軸線(噴射軸m)は、前記流入口、前記流出口及び前記絞り部の各中心を通り、且つ前記ボデーの中心線(O)に交差している請求項1に記載の燃料噴射弁。
- 前記流入口の長手寸法(La1)と前記流出口の長手寸法(Lb1)とが同じ値にされている請求項1又は2に記載の燃料噴射弁。
- 前記噴孔は、前記直交方向において前記流入口が前記ボデーの中心線(O)に対して傾斜した状態で、前記ボデーの周方向に沿って複数並べられており、
隣り合う前記流入口は、前記ボデーの中心線が延びる方向において互いに重複しないように離間している請求項1〜3のいずれか1つに記載の燃料噴射弁。 - 前記流入口の上端部において当該流入口の長手軸に交差する部分の上端曲率と、前記流出口の両端部のうち一方の端部において当該流出口の長手軸に交差する部分の曲率とが同じであり、
前記流入口の下端部において当該流入口の長手軸に交差する部分の下端曲率と、前記流出口の他方の端部において当該流出口の長手軸に交差する部分の曲率とが同じである請求項1〜4のいずれか1つに記載の燃料噴射弁。 - 前記流入口において前記上端曲率と前記下端曲率とが同じである請求項5に記載の燃料噴射弁。
- 前記流入口の上端部において当該流入口の長手軸に交差する部分の曲率が、前記流入口の下端部において当該流入口の長手軸に交差する部分の曲率より小さくなっている請求項5又は6に記載の燃料噴射弁。
- 燃料を噴射する噴孔(44)と、前記噴孔に前記燃料を供給する燃料通路(55)と、を有するボデー(41)を備えた燃料噴射弁(10)の製造方法であって、
前記ボデーを貫通する第1孔部(71)を形成し、
前記ボデーの外周面において前記第1孔部に横並びの位置と、前記ボデーの内周面において前記第1孔部に縦並びの位置とを繋ぐように前記ボデーを貫通する第2孔部(72)を形成し、
前記第1孔部の内部空間と前記第2孔部の内部空間とが連続した空間になるように、前記ボデーにおいて前記第1孔部と前記第2孔部との間の部分を除去することで、前記噴孔の形状を整える燃料噴射弁の製造方法。
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