JP3931802B2

JP3931802B2 - 燃料噴射弁とその装置及び内燃機関並びに燃料噴射弁の製造方法及びそのノズルボディとその製造方法

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Publication number: JP3931802B2
Application number: JP2002358831A
Authority: JP
Inventors: 正幸小林; 幸治原田; 亨石川
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-12-27
Filing date: 2002-12-11
Publication date: 2007-06-20
Anticipated expiration: 2022-12-11
Also published as: US7124735B2; EP1327771A3; US20050103899A1; EP1327771A2; DE60212319D1; DE60212319T2; EP1327771B1; US20030136374A1; JP2003254194A; US6845748B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、新規な燃料噴射弁とその装置及び内燃機関並びに燃料噴射弁の製造方法及びそのノズルボディとその製造方法に係わり、特に噴射される燃料の噴霧形状を制御可能な燃料噴射弁（以下、このノズルをＬステップノズルという）とその装置及び内燃機関並びに燃料噴射弁の製造方法及びそのノズルボディとその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁のノズル形状を、筒内噴射エンジンの大きさや形状，使用条件に合わせて噴霧させる技術は特開２０００−３２９０３６号公報にて知られている。そして本公報にはノズル形状を、金型材を用いたプレス加工（塑性加工）や鋳造等の加工方法で作られることが記載されている。更に、その公報には、燃料噴射弁の噴射孔面側に一部が開口した開口部を有する突起が形成された構造が示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報によれば、金型材を用いたプレス加工（塑性加工）によって加工することは記載されているが、プレス加工した際の縁部に生じる鍛造だれの問題や寸法精度に関してはなんら考慮されていない。噴霧形状を形成する拘束壁や旋回拘束壁の鍛造だれや、それに伴う寸法ばらつきは燃料噴霧形状の不安定を招く要素である。
【０００４】
本発明の目的は、種々の燃料噴霧特性に対応でき、高精度で安定した燃料噴霧特性を確保することができると共に、生産性に優れた燃料噴射弁とその装置及び内燃機関並びに燃料噴射弁の製造方法及びそのノズルボディとその製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ノズルボディと、該ノズルボディに設けられた噴射孔と、前記ノズルボディとの間で前記噴射孔より燃料通路の開閉を行う弁体と、該弁体を駆動する駆動手段とを備えた燃料噴射弁において、前記ノズルボディの前記噴射孔に連なってその下流側に側面の一部が先端に連なって開口した開口部を有し、該開口部の先端から側部にかけて丸まった形状の突起が形成されていることを特徴とする。
【０００６】
又、本発明は、燃料噴射弁において、前記ノズルボディの前記噴射孔に連なってその下流側に側面の一部が先端に連なって開口した半円形状の開口部を有し、該開口部から径方向に連なって両側に形成された拘束壁と前記開口部を形成する旋回拘束壁とを有する突起を有し、該突起の外側面が丸まった形状を有することを特徴とする。
【０００７】
更に、本発明は、燃料噴射弁において、前記ノズルボディの前記噴射孔に連なってその下流側に側面の一部が先端に連なって開口した開口部を有する突起が形成され、前記開口部が前記噴射孔の大きさより広がっていること、又、前記ノズルボディの前記噴射孔を有する噴射面内側に設けられた燃料旋回素子が前記ノズルボディに締結部材の塑性流動によって結合されていること、又、前記ノズルボディの前記噴射孔を有する噴射面内側に設けられた燃料旋回素子が前記ノズルボディに締結部材の塑性流動によって結合され、前記素子は四角形状の角部が前記ノズルボディの内周面に対応する径を有する円形であり、前記四角形状の辺部が凹部になっていること、又、前記噴射面側部材が前記ノズルボディに塑性流動又は溶接によって結合されていることの少なくとも１つの要件を備えていることを特徴とし、又これらの要件に加えて前述の突起を有し、その外側面が丸まった形状を有することを特徴とする。
【０００８】
更に、本発明における突起は、半円球状を径方向に切断した球状の１／４程度の形状が好ましく、前記開口部から径方向に連なって両側に形成された拘束壁と前記開口部を形成する旋回拘束壁とを有することが好ましい。
【０００９】
球状の１／４程度の形状の先端が平坦になっていること、前記開口部は前記噴射孔のほぼ中心を横切って形成され、前記半円球状の外周面が円弧であること、前記突起に対応してその裏面が凹部に形成されていること、前記突起は前記ノズルボディの前記噴射孔を有する噴射面側の中心に形成されていることが好ましい。
【００１０】
本発明は、シリンダ内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、該燃料噴射弁に燃料を加圧して供給するポンプと、前述に記載の燃料噴射弁による燃料の噴射を制御する制御装置とを備えた燃料噴射装置にある。
【００１１】
更に、シリンダと、該シリンダ内を往復運動するピストンと、前記シリンダ内に空気を導入する吸気手段と、燃焼ガスを前記シリンダ内から排気する排気手段と、前述に記載の燃料噴射弁を備えた燃料噴射装置と、前記燃料噴射弁に燃料を供給する燃料供給手段と、前記吸気手段によって前記シリンダ内に導入された空気と前記燃料噴射弁によって前記シリンダ内に噴射された燃料との混合気に点火する点火装置とを備えた内燃機関にある。又、燃料噴射弁に形成された開口部が点火装置側に開口部が配置されるものである。
【００１２】
本発明は、燃料噴射弁として、前記噴射孔に連なってその下流側に側面の一部が先端に連なって半円形状に開口した開口部を有する突起を塑性加工によって形成することを特徴とする。
【００１３】
又、本発明の燃料噴射弁として、一方の面が半円球状であるブランクの前記半円球状に対して前記噴射孔の下流側に側面の一部が先端に連なって半円形状に開口した開口部を垂直方向に加圧成形することによって形成すると共に、前記開口部から径方向に両側に連なった拘束壁と前記開口部を形成する旋回拘束壁とを形成することを特徴とする。
【００１４】
更に、本発明は、ノズルボディに設けられた噴射孔より前記ノズルボディとの間で燃料をシリンダ内に噴射する通路の開閉を弁体によって行う燃料噴射弁用ノズルボディにおいて、前記噴射孔に連なってその下流側に側面の一部が先端に連なって半円形状に開口した開口部を有する突起が形成されていることを特徴とする。
【００１５】
又、燃料噴射弁用ノズルボディにおける突起には、前記開口部から径方向に連なって両側に形成された拘束壁と前記開口部を形成する旋回拘束壁とを有することが好ましい。
【００１６】
本発明に係る燃料噴射弁用ノズルボディは、前述の燃料噴射弁の製造方法と同様に製造される。
【００１７】
即ち、本発明の燃料噴射弁は、旋回力を付与されて噴射孔から噴射された燃料が噴射孔から出た後も旋回方向成分を有するように拘束する拘束壁を噴射孔開口出口の周方向の一部に設けた点にある。そして、前記噴射弁の噴射面側が、球の１／４形状の突起が形成されており、拘束壁面の基部の半径方向長さ（ａ）は上端部の半径方向長さ（ｂ）より大となっていることを特徴とし、突起外周面は円弧面であることが好ましい。
【００１８】
又、本発明は、半円球状又はその突起を備えたブランクの半円球状を中心から半径方向に横切って垂直方向に加圧し、加圧された材料を放射状に塑性変形させながら開口部に連なって両側に垂直に形成される拘束壁面と垂直な開口部となる旋回拘束壁となる中心孔を形成することを特徴とする製造方法にある。ブランクは有底筒体であることが好ましい。
【００１９】
本発明は、円盤状で反凸部面に球状の凹部を有したブランクを用いること、又、半円球状又はその突起は円盤状のブランクの中心を加圧成形する塑性加工によって形成することが好ましい。
【００２０】
本発明の燃料噴射弁は、筒内の圧力変化に対して形状の変化し難い噴霧を生成することができる。このために、点火装置側に混合気を収斂し、ピストン方向へは燃料粒子を希薄にした噴霧を生成する。このとき、燃料粒子が希薄になった部分から、噴霧外の空気を噴霧内に誘引することができる。これによって、噴霧内外の圧力差を小さくすることができ、噴霧を潰れにくくする。
【００２１】
具体的には、燃料噴射弁に設けられ、燃料を噴射する噴射孔の出口部において、噴射孔を形成する壁面の一部を取り除くことにより、噴霧の流れの拘束を解き、拘束を解いた側で濃く、拘束した側で希薄な偏向噴霧を形成するものである。
【００２２】
本発明の内燃機関では、点火装置側に濃い噴霧が形成され、ピストン側に薄い噴霧が形成されるように前述のように燃料噴射弁の開口部を配置するものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の燃料噴射弁の断面図である。燃料噴射弁１は、図示されないコントロールユニットより演算されたデューティのＯＮ−ＯＦＦ信号により後記するノズルボディ７のシート部に対してボール６の上下運動による開閉により行うことにより燃料を噴射する。
【００２４】
以下の説明においては、燃料噴射弁軸線（弁燃料噴射弁軸心）を含み、かつ弁燃料噴射弁軸線に平行な面を縦断面と呼び、弁燃料噴射弁軸線に直交する平面を横断面と呼ぶことにする。
【００２５】
磁気回路は、ヨーク３，該ヨーク３の上部開口端を閉じる栓体部２ａとヨーク３の中心部に延びる柱状部２ｂとからなるコア２及びコア２に空隙を隔てて対面するアンカー４とからなる。前記柱状部２ｂの中心には、磁性材料からなるアンカー４とロッド５と、このロッド５に接合されたボール６とからなる弁体２７を、シート面９に押圧するよう働くコイルスプリング１０を保持するための穴４Ａが設けてある。前記シート面９は噴射孔８と共に、かつ噴射孔８の上流側に位置するようにノズルボディ７に円錐状に形成されている。前記スプリング１０の上端は、セット荷重を調整するためにコア２の中心に挿通されたスプリングアジャスタ１１の下端に当接している。前記コア２の柱状部２ｂ側とヨーク３の弁体２７側で対面する隙間部には、コイル１４側へ燃料が流出するのを防ぐために、両者間に機械的に固定されるシールリング１２が設けられている。
【００２６】
磁気回路を励磁するコイル１４はボビン１３に巻かれ、その外周をプラスチック材でモールドされてコイル組立体１５を形成している。該コイル組立体１５の端子１７はコア２の栓体部（つば）２ａに設けた穴１６に挿入されていて、この端子１７は、図示しないコントロールユニットの端子と結合される。ヨーク３は、弁体２７を受容するプランジャ受容部１８が開けられており、さらにプランジャ受容部１８の径より大径でそこにストッパ１９及び突起材７を受容するノズル受容部２０がヨーク３先端まで貫通されて設けられている。
【００２７】
ロッド５のアンカー４側には燃料の通過を許す空洞部５Ａが設けてある。この空洞部５Ａには燃料の流出口５Ｂが設けてある。弁体２７はアンカー４の外周がシールリング１２の内周に当接することでその軸方向の動きを案内されるとともに、ボール６又はロッド５のボール６側端部近傍を、燃料旋回素子２２の内周面２３でガイドされている。
【００２８】
燃料旋回素子２２は突起材７が形成する中空部に挿入され、シート面９の上流側で、締結部材２１と接して位置決めされている。また、弁体２７のストローク（図１では軸上方への移動量）は、ロッド５の首部の受け面５Ｃとストッパ１９間の空隙の寸法で設定される。なお、フィルタ２４は燃料中や配管中のゴミや異物がボール６とシート面９との間のバルブシート側への侵入を防ぐために設けられている。
【００２９】
本実施例の燃料噴射弁１の動作を説明する。電気信号がコイル１４に与えられると、コア２，ヨーク３，アンカー４で磁気回路が形成され、アンカー４がコア２側に吸引される。アンカー４が移動すると、ボール６がシート面９から離れ、燃料通路が開放される。燃料は、フィルタ２４から燃料噴射弁１の内部に流入し、コア２の内部通路，アンカー４の外周部及びアンカー４内に設けた燃料の通過を許す空洞部５Ａから燃料の流出口５Ｂを経て下流に至り、軸方向燃料通路２５、径方向燃料通路として形成された燃料旋回溝２６を通ってシート部へ旋回供給される。
【００３０】
図２（ａ）は図１の燃料噴射弁のノズルボディ一体型の先端部拡大断面図、（ｂ）は（ａ）の下面平面図、（ｃ）は燃料噴射弁の他の例を示す先端部拡大断面図及び図３は本実施例の燃料噴射弁用ノズルボディ先端の部分斜視図である。以下、図２及び図３を参照しながら、本実施例の拘束壁を有するノズルボディ７について説明する。図２（ａ）はノズルボディ７を、棒材から切削加工によって形成、又は冷間型鍛造による塑性加工によって一体に形成する方法を示し、これらのいずれでもよい。噴射孔８は、その中心が燃料噴射弁の軸線(燃料噴射弁軸心)ｘ−ｘと一致し、かつステップ壁面が軸線ｘ−ｘと平行に形成されている。噴射孔８の出口開口が形成されるステップ上面７Ａには、軸線ｘ−ｘに直交するステップ底面７Ｂと軸線ｘ−ｘに略平行なステップ壁面として形成された拘束壁Ａ１と旋回拘束壁Ａ２によって構成される拘束壁が形成されている。このとき、拘束壁の噴射孔幅はＷ、噴射孔長さは最も深く切り欠かれた部分でＬ１、切り欠かれていない（最も切り欠きの少ない）部分でＬ２に形成され、ノズルボディ７の先端面は噴射孔８を挟むように形成された軸線ｘ−ｘに垂直な２つの平面７Ａ，７Ｂと、これらの平面を繋ぐ軸線ｘ−ｘに平行な面で形成される拘束壁Ａ１，旋回拘束壁Ａ２で形成されている。
【００３１】
図２（ｃ）は、オリフイスプレートタイプと称されるもので、ノズルボディ７の噴射孔８の先端に突起を有する本発明の円盤状部材で形成される噴射孔部材３５を別に設け、その円盤状部材としての噴射孔部材３５をノズルボディ７にリング状のパンチによってその円盤状部材としての噴射孔部材３５の外周の両者の合わせ部を塑性流動させてノズルボディ７に結合する方法、又は合わせ部にレーザビームを照射することによって溶接する方法のいずれでも良い。ノズルボディ７の径に対して円盤状部材としての噴射孔部材３５の径は若干大きくして位置合わせ互いにフィットされている。本実施例の他に、円盤状部材としての噴射孔部材３５をノズルボディ７に嵌めこまないで、ノズルボディ７の端部にセットして互いに側面でレーザビーム溶接することもできる。
【００３２】
また、図３の斜視図に示すように、突起２８は球状の１／４程度の形状の突起からなり拘束壁面の基部の半径方向長さ（ａ）に対し、上端部を平坦としその半径方向長さ（ｂ）を小としている。この構成によれば、噴射孔８の出口開口面は、段差を有する平面７Ａ，７Ｂ上に、段差を有して形成される。突起２８の高さは、球に対して球面状であれば良く、半径以下の高さの任意にその噴射条件に合わせて設定されるが、本実施例では０.２mm とした。また、突起２８外周面は円弧面となっている。従って、噴射孔８の噴射面に対して側部の一部及び該一部に連なって先端が開口する垂直に形成された開口部を形成する旋回拘束壁Ａ２、これに連なって両側に垂直に形成された拘束壁Ａ１を有する。拘束壁Ａ１は半円球状の突起２８にある噴射孔８の中心が好ましい。旋回拘束壁Ａ２の開口部は噴射孔８の形成の前に形成され、噴射孔８がその後に形成するのでその直径よりやや大きい径としたクリアランスが設けられ、同様に垂直に設けられる。
【００３３】
突起２８の径はその高さ約３倍程度が好ましく、先端部は平らにすることによって正確な高さを設定することができる。
【００３４】
このため本実施例の燃料噴射弁は、以下の構成を有すると言える。
（１）噴射孔８の中心軸を含みかつ中心軸に平行な断面と、噴射孔８の出口開口を形成する縁との２つの交点を、中心軸線に沿う方向にずらすと共に、一方の交点から他方の交点に至る途中で、出口開口を形成する縁に段差が形成されている。
（２）このとき、２つの交点から段差部に至るまでの間で、出口開口を形成する２つの縁は、上記の断面に垂直な方向から見たときに、互いに平行になっている。
（３）また、出口開口を形成する縁は、段差部で、中心軸線に沿う方向に変化するように形成されている。
（４）噴射孔８の出口開口面は、噴射孔８の中心軸線方向に段差を有するように形成されている。
（５）噴射孔８を形成する通路壁の長さが、噴射孔８の周方向で非線型に変化する部分を有して変化するように、噴射孔８の出口開口に段差が設けられている。
（６）噴射孔８の出口開口には、噴射孔の中心軸に略平行な切れ込みが形成され、この切れ込みから片側の壁面が取り除かれることにより、段差が形成されている。
（７）噴射孔８の出口開口が形成されるノズル先端面に段差が形成されることにより、出口開口面に段差が形成されている。
（８）噴射孔８を形成する通路壁面長さが噴射孔８の周方向で変化するように、噴射孔８の出口開口を形成する縁に、噴射孔８の中心軸線方向の段差が形成され、燃料噴射弁への燃料入口部で、燃料に１.０〜２０ＭＰａの圧力を付与して噴射する。
【００３５】
次に本実施例に係わるノズルボディ７の製造方法を、図４を用いて説明する。
図４（ａ）〜（ｃ）はノズルボディ７のブランク２９から噴射孔をあけるまでの形状を示すもので、ノズルボディ７のブランク２９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としてある。
【００３６】
図４（ａ）に示すように半円球状の凸部２８ａを備えたブランク２９を、まず第一の工程で図４（ｂ）に示すように、最終形状を有する成形型によって半円球状の凸部の半分を中心から半径方向に横切って垂直方向に加圧し球状の１／４の形状にし、加圧された材料を放射状に塑性変形させながらステップ上面７Ａとステップ底面７Ｂとステップ壁面として形成された拘束壁Ａ１と旋回拘束壁Ａ２とを同時に加圧成形する。これによって、ブランクの半円球状の突起は、球の半分以下である。半円球状の凸部を加圧した場合、円柱状の凸部を加圧した場合に比べ加工される材料の体積が少ないため、ステップ上面のだれを抑えることができる。次いで、図４（ｃ）に示す様に噴射孔８がパンチによって孔開け形成される。従って、図４（ｂ）においては、加工における製造上、開口部の径は噴射孔８より大きい径となるクリアランスが設けられる。クリアランスは半径で２０〜５０μｍが好ましい。
【００３７】
更に、図４（ｂ）に示す様に、球状の１／４の形状において、その先端部を平らに加工することによってその高さを安定して形成でき、製品のバラツキ、又は高い精度に加工することができ、安定した噴霧を形成することができる。突起２８の高さは、０.１〜０.５mm、好ましくは０.１５〜０.３mmである。拘束壁Ａ１の開きの角度は１８０〜９０度が好ましい。
【００３８】
図５（ａ）は、図４（ｂ）の第１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は断面がステップ状で、図６（ａ）に示すようなパンチ３０ｂに、図６（ｂ）に示すような棒状パンチ３０ａを組込み一体化させて図５（ａ）（ｂ）にあるように３０ｂの先端面と３０ａの先端面とを同一平面としてある。
【００３９】
前記パンチ３０ｂには、ステップ底面７Ｂを形成するための転写面３１，ステップ壁面として形成された拘束壁Ａ１を形成するための転写面３２，ステップ上面７Ａを形成するための転写面３３が形成されている。また棒状パンチ３０ａには、旋回拘束壁Ａ２を形成する転写面３４が形成されている。図５の二点鎖線で示す部分は、成形前の凸部があったところを示す。
【００４０】
図７に凸部を加圧成形した際の金属の塑性流動を示す。塑性流動は成形型によって一定の加圧力，加圧速度で行われる。すなわち、ブランクの半円球状の凸部を加圧した場合、ステップ上面７Ａを転写面３３で加圧しなくともステップ壁面として形成された拘束壁Ａ１および旋回拘束壁Ａ２は形成される。しかし、球面状の凸部の加工ばらつきによって壁高さに差異を生じてしまう欠点がある。したがって、転写面３３によって加圧しステップ上面７Ａを成形することで、球面状の凸部に加工ばらつきがあった場合でも、壁高さは成形型と同じ高さとなるため、壁高さを安定して成形することができる。
【００４１】
この後、ノズルブランク２９は噴射孔８を噴射孔出口の方向から噴射孔成形加工を行い、熱処理等を経てノズルボディ７が形成される。従って半円球状の凸部を加圧することで、鍛造だれが少なく、ばりのない高精度なノズルを製造することができ、安定した噴霧特性を得ることができる。
【００４２】
上記のような実施例では、半円球状の突起を備えたブランクは切削加工などで行っているが、これに限定されず、例えば図８（ａ）に示すように円盤状のブランクの片面を球面状の金型で加圧し、予め凹面を形成しておくことにより、図８（ｂ）に示すような片面に半円球状の凸部を冷間鍛造により塑性加工してもよい。凹面を球面状に成形することで、塑性流動がスムーズになり凸部が高精度に成形できる。
【００４３】
更に、本実施例においては、図示していないが、燃料噴射弁１によってシリンダ内に直接燃料を噴射するもので、燃料噴射弁１に燃料を加圧して供給するポンプと、燃料噴射弁１による燃料の噴射を制御する制御装置とを備えた燃料噴射装置を有する。
【００４４】
図９は、燃料噴射弁先端部に用いられる燃料旋回素子２２及び図１０は、燃料噴射弁先端部に用いられる締結部材２１の平面図及び側面図である。図に示す様に、これらの部材は、四角形状の各角部をノズルボディ７の内周面の径に合致させた直径を有していると共に、各辺部を凹部３８にして、各角部を丸くしたものである。辺部を凹部３８にすることによって燃料の供給を容易にすることができる。燃料旋回素子２２には、ロッド５の挿入孔に対応したロッド挿入孔３７と、燃料の旋回溝２６がロッド挿入孔３７に連なって４本各辺に垂直に設けられる。
【００４５】
これらのノズルボディ７への結合は、締結部材２１の各角部外周をパンチによってリング状に局部的に押圧して塑性流動させて樫められるものである。燃料旋回素子２２は、締結部材２１の樫めによって固定される。又、燃料旋回素子２２だけでも良く、この固定は締結部材２１の固定と同様である。このように、各角部外周のみの樫めによってその固定が容易である。
【００４６】
図１１は、内燃機関に前述した燃料噴射弁を用いたピストン近辺の断面図である。図１１に示すように、本実施例における内燃機関は、シリンダ４１内を往復運動するピストン４０と、シリンダ４１内に空気を導入する吸気バルブ４３を有する吸気手段と、燃焼ガスをシリンダ４１内から排気する排気バルブ４４を有する排気手段と、燃料噴射弁１を備えた燃料噴射装置と、燃料噴射弁１に燃料を供給する燃料供給手段と、吸気手段によってシリンダ４１内に導入された空気と燃料噴射弁１によってシリンダ４１内に噴射された燃料との混合気に点火する点火装置４２とを備えている。そして、燃料噴射弁１は前述したように、ノズルボディ７に設けられた噴射孔８と、ノズルボディ７との間で噴射孔８より燃料通路の開閉を行う弁体２７と、弁体２７を駆動する駆動手段とを備えており、ノズルボディ７はその噴射孔８の噴射面側に噴射孔８を有する噴射面側に噴射孔８の下流側に沿って側面の一部が開口した開口部を有し、開口部が点火装置側になるように配置されている。
【００４７】
このように燃料噴射弁１において、特定の構造とする開口部を点火装置に向けて配置することにより、図９に示すように点火装置側に偏った燃料噴霧領域４５が形成される。そして、これによって、内燃機関の点火性を良くし、燃焼の未燃焼ガス成分の排出量を低減することができる。
【００４８】
次に、異なる実施例を示す。これまでに述べた部分と同じ部分は説明を省略し、異なる部分のみを説明する。記号，番号も特別な説明が無い限りこれまでに述べた実施例と同じである。
【００４９】
図１２（ａ）は、図１の燃料噴射弁の先端部の拡大図、図１２（ｂ）は下面図、及び図１３は本実施例の燃料噴射弁用ノズルボディ先端の部分斜視図である。以下、図１２及び図１３を参照しながら、本実施例の拘束壁を有するノズルボディ７について説明する。噴射孔８は、その中心が燃料噴射弁の軸線（燃料噴射弁軸心）ｘ−ｘ中心軸に同心円上に配置されている。旋回拘束壁Ａ２は軸線ｘ−ｘとほぼ平行に形成されている。噴射孔８が形成される軸線ｘ−ｘに直交するノズル上面７Ａには、ノズル底面７Ｂと円周状に噴霧をガイドして放射する旋回拘束壁Ａ２が設けられている。そして、その旋回拘束壁の半径方向延長部には扇状に開口する拘束壁Ａ１が形成されている。その開口角は９０°以下の範囲に設定されている。例えば、噴射孔長さはノズル底面までの板厚Ｌ１を１.８mm とすれば、ノズル上面までの板厚Ｌ２は２.０mm となっている。ノズル部２８はほぼ円錐台状で周囲は球面にそって形成されている。すなわち、拘束壁面の基部の噴射孔中心から半径方向長さ（ａ）に対し、ノズル上面の半径方向長さ（ｂ）を小としている。上記開口角の好ましい状態は３０°である。旋回拘束壁Ａ２の径と噴射孔８の径は噴霧機能上同一であってもよいが、プレス加工を考慮して旋回拘束壁Ａ２よりも噴射孔８を小さくしてある。
【００５０】
次に本実施例に係わるノズルボディ７の製造方法を、図１４を用いて説明する。図１４（ｉ）〜(iii）はノズルボディ７のブランク２９から噴射孔をあけるまでの形状を示すもので、ノズルボディ７のブランク２９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としてある。
【００５１】
図１４（ｉ）に示すように半円球状の凸部２８ａを備えたブランク２９を、まず第一の工程で図１４（ii）に示すように、最終形状を有する成形型によって半円球状の凸部を中心から半径方向に横切って垂直方向に加圧し、加圧された材料を放射状に塑性変形させながらノズル上面７Ａとノズル底面７Ｂと拘束壁Ａ１と旋回拘束壁Ａ２とを同時に加圧成形する。半円球状の凸部を加圧した場合、円柱状の凸部を加圧した場合に比べ加工される材料の体積が少ないため、ノズル上面のだれを抑えることができる。
【００５２】
図１５（ａ）は、図１４（ii）の第１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は断面がステップ状で、図１６（ａ）に示すようなパンチ３０ｂに、図１６（ｂ）に示すようなパンチ３０ａを組込み一体化させて図１５（ａ）（ｂ）にあるように３０ｂの先端面と３０ａの先端面にステップ高さを設けてある。
【００５３】
前記パンチ３０ａには、ノズル底面７Ｂを形成するための転写面３１，ノズル壁面として形成された拘束壁Ａ１を形成するための転写面３２，パンチ３０ｂにはノズル上面７Ａを形成するための転写面３３が形成されている。またパンチ
３０ａには、旋回拘束壁Ａ２を形成する転写面３４が形成されている。図１５の二点鎖線で示す部分は、成形前の凸部があったところを示す。
【００５４】
図１７に凸部を加圧成形した際の金属の塑性流動を示す。塑性流動は成形型によって一定の加圧力，加圧速度で行われる。すなわち、ブランクの半円球状の凸部を加圧した場合、ノズル上面７Ａを転写面３３で加圧しなくともノズル壁面として形成された拘束壁Ａ１および旋回拘束壁Ａ２は形成される。しかし、球面状の凸部の加工ばらつきによって壁高さに差異を生じてしまう欠点がある。したがって、転写面３３によって加圧しノズル上面７Ａを成形することで、球面状の凸部に加工ばらつきがあった場合でも、壁高さは成形型と同じ高さとなるため、壁高さを安定して成形することができる。
【００５５】
この後、ノズルブランク２９は噴射孔８を噴射孔出口の方向から噴射孔成形加工を行い、熱処理等を経てノズルボディ７が形成される。従って半円球状の凸部を加圧することで、鍛造だれが少なく、ばりのない高精度なノズルを製造することができ、安定した噴霧特性を得ることができる。
【００５６】
上記のような実施例では、半円球状の突起を備えたブランクは切削加工などで行っているが、これに限定されず、例えば図１８（ｉ）に示すように円盤状のブランクの片面を球面状の金型で加圧し、予め凹面を形成しておくことにより、図１８（ii）に示すような片面に半円球状の凸部を冷間鍛造により塑性加工してもよい。凹面を球面状に成形することで、塑性流動がスムーズになり凸部が高精度に成形できる。
【００５７】
更に、本実施例においては、図示していないが、燃料噴射弁１によってシリンダ内に直接燃料を噴射するもので、燃料噴射弁１に燃料を加圧して供給するポンプと、燃料噴射弁１による燃料の噴射を制御する制御装置とを備えた燃料噴射装置を有する。
【００５８】
これにより、次の構成を提供することが出来る。ノズルボディと、該ノズルボディを軸方向に貫通する燃料噴射孔と、該燃料噴射孔の周囲に突出して形成され、噴射燃料をガイドするノズル部と、前記燃料噴射孔の燃料通路の開閉を行う弁体と、該弁体を駆動する駆動手段とを備えた燃料噴射弁であって、前記ノズル部は、前記噴射孔の軸線方向周囲に形成される旋回拘束壁と、該旋回拘束壁に連なる拘束壁を備え、その外周面を半円球状にしていることを特徴とした燃料噴射弁。
【００５９】
また、以上述べた実施例によれば、以下の構成を提供することが出来る。
【００６０】
ノズルボディと、該ノズルボディに設けられた噴射孔と、前記ノズルボディとの間で前記噴射孔より燃料通路の開閉を行う弁体と、該弁体を駆動する駆動手段とを備えた燃料噴射弁において、前記ノズルボディの前記噴射孔に連なってその下流側に側面の一部が先端に連なって開口した開口部を有する突起が形成され、前記開口部が前記噴射孔の大きさより広がっていることを特徴とする燃料噴射弁。
【００６１】
ノズルボディと、該ノズルボディに設けられた噴射孔と、前記ノズルボディとの間で前記噴射孔より燃料通路の開閉を行う弁体と、該弁体を駆動する駆動手段とを備えた燃料噴射弁において、前記ノズルボディの前記噴射孔を有する噴射面内側に設けられた燃料旋回素子が前記ノズルボディに締結部材の塑性流動によって結合され、前記素子は四角形状の角部が前記ノズルボディの内周面に対応する径を有する円形であり、前記四角形状の辺部が凹部になっていることを特徴とする燃料噴射弁。
【００６２】
ノズルボディと、該ノズルボディに設けられた噴射孔を形成する噴射面側部材と、前記ノズルボディとの間で前記噴射孔より燃料通路の開閉を行う弁体と、該弁体を駆動する駆動手段とを備えた燃料噴射弁において、前記噴射面側部材が前記ノズルボディに塑性流動又は溶接によって結合されていることを特徴とした燃料噴射弁。
【００６３】
シリンダと、該シリンダ内を往復運動するピストンと、前記シリンダ内に空気を導入する吸気手段と、燃焼ガスを前記シリンダ内から排気する排気手段と、燃料噴射弁を備えた燃料噴射装置と、前記燃料噴射弁に燃料を供給する燃料供給手段と、前記吸気手段によって前記シリンダ内に導入された空気と前記燃料噴射弁によって前記シリンダ内に噴射された燃料との混合気に点火する点火装置とを備えた内燃機関において、前記燃料噴射弁はノズルボディと、該ノズルボディに設けられた噴射孔と、前記ノズルボディとの間で前記噴射孔より燃料通路の開閉を行う弁体と、該弁体を駆動する駆動手段とを備え、前記ノズルボディは前記噴射孔に連なってその下流側に側面の一部が先端に連なって半円形状に開口した開口部を有し、該開口部が前記点火装置側になるように配置されていることを特徴とする内燃機関。
【００６４】
ノズルボディと、該ノズルボディに設けられた噴射孔と、前記ノズルボディとの間で前記噴射孔より燃料通路の開閉を行う弁体と、該弁体を駆動する駆動手段とを備えた燃料噴射弁の製造方法において、前記ノズルボディの前記噴射孔に連なってその下流側に側面の一部が先端に連なって半円形状に開口した開口部を有する突起を塑性加工によって形成することを特徴とする燃料噴射弁の製造方法。
【００６５】
ノズルボディに設けられた噴射孔より前記ノズルボディとの間で燃料をシリンダ内に噴射する通路の開閉を弁体によって行う燃料噴射弁用ノズルボディにおいて、前記噴射孔に連なってその下流側に側面の一部が先端に連なって半円形状に開口した開口部を有する突起が形成され、該突起の外側先端が丸まっていることを特徴とする燃料噴射弁用ノズルボディ。
【００６６】
ノズルボディに設けられた噴射孔より前記ノズルボディとの間で前記噴射孔との間で燃料をシリンダ内に噴射する通路の開閉を弁体によって行う燃料噴射弁用ノズルボディにおいて、前記噴射孔に連なってその下流側に側面の一部が先端に連なって開口した開口部を有する突起が形成され、前記開口部が前記噴射孔の大きさより広がっていることを特徴とする燃料噴射弁用ノズルボディ。
【００６７】
ノズルボディに設けられた噴射孔より前記ノズルボディとの間で前記噴射孔との間で燃料をシリンダ内に噴射する通路の開閉を弁体によって行う燃料噴射弁用ノズルボディにおいて、前記ノズルボディの前記噴射孔を有する噴射面内側に設けられた燃料旋回素子が前記ノズルボディに締結部材の塑性流動によって結合されていることを特徴とする燃料噴射弁用ノズルボディ。
【００６８】
ノズルボディに設けられた噴射孔より前記ノズルボディとの間で前記噴射孔との間で燃料をシリンダ内に噴射する通路の開閉を弁体によって行う燃料噴射弁用ノズルボディにおいて、前記ノズルボディの前記噴射孔を有する噴射面内側に設けられた燃料旋回素子が前記ノズルボディに締結部材の塑性流動によって結合され、前記素子は四角形状の角部が前記ノズルボディの内周面に対応する径を有する円形であり、前記四角形状の辺部が凹部になっていることを特徴とする燃料噴射弁用ノズルボディ。
【００６９】
ノズルボディに設けられた噴射孔より前記ノズルボディとの間で前記噴射孔との間で燃料をシリンダ内に噴射する通路の開閉を弁体によって行う燃料噴射弁用ノズルボディにおいて、前記噴射面側部材が前記ノズルボディに塑性流動又は溶接によって結合されていることを特徴とした燃料噴射弁用ノズルボディ。
【００７０】
ノズルボディに設けられた噴射孔より前記ノズルボディとの間で燃料をシリンダ内に噴射する通路の開閉を弁体によって行う燃料噴射弁用ノズルボディの製造方法において、前記噴射孔に連なってその下流側に側面の一部が先端に連なって半円形状に開口した開口部を有する突起を塑性加工によって形成することを特徴とする燃料噴射弁用ノズルボディの製造方法。
【００７１】
【発明の効果】
本発明によれば、高精度で安定した燃料噴霧特性を確保することができる燃料噴射弁とその装置及び内燃機関並びに燃料噴射弁の製造方法及びそのノズルボディとその製造方法が提供される。本発明によれば、燃料噴射弁のノズル精度が高く生産性に優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例になる燃料噴射弁の縦断面図。
【図２】図１の要部拡大断面図及び下面側平面図。
【図３】本発明の一実施例になる燃料噴射弁用ノズルボディの噴射孔部部分斜視図。
【図４】本発明の一実施例になる燃料噴射弁用ノズルボディの噴射孔部冷間鍛造工程図。
【図５】本発明の一実施例の燃料噴射弁用ノズルボディの噴射孔部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６】図５のパンチの分解状態を示す部分斜視図。
【図７】本発明の一実施例のノズルボディの噴射孔部製造工程時における塑性流動を示す縦断面図。
【図８】本発明の一実施例のノズルボディの噴射孔部製造工程の一部を示す斜視図。
【図９】本発明の燃料旋回素子の平面図及び側面図。
【図１０】本発明の締結部材の平面図及び側面図。
【図１１】内燃機関に本発明の燃料噴射弁を用いたピストン近辺の断面図。
【図１２】別の実施例の燃料噴射弁先端部の要部断面拡大図。
【図１３】別の実施例の燃料噴射弁先端部の斜視図。
【図１４】別の実施例の燃料噴射弁用ノズルボディの噴射孔部冷間鍛造工程図。
【図１５】本発明の別の実施例の燃料噴射弁用ノズルボディの噴射孔部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１６】図１５のパンチの分解状態を示す部分斜視図。
【図１７】本発明の別の実施例のノズルボディの噴射孔部製造工程時における塑性流動を示す縦断面図。
【図１８】本発明の別の実施例のノズルボディの噴射孔部製造工程の一部を示す斜視図。
【符号の説明】
１…燃料噴射弁、２…コア、２ａ…栓体部、２ｂ…柱状部、３…ヨーク、４…アンカー、４Ａ…穴、５…ロッド、６…ボール、７…ノズルボディ、８…噴射孔、９…シート面、１０…コイルスプリング、２１…締結部材、２２…燃料旋回素子、２６…燃料旋回溝、２７…弁体、２８…突起、２９…ブランク、３５…噴射孔部材、３７…ロッド挿入孔、３８…凹部、４０…ピストン、４１…シリンダ、４２…点火装置、４３…吸気バルブ、４４…排気バルブ、４５…燃料噴霧領域、Ａ１…拘束壁、Ａ２…旋回拘束壁。

Claims

ノズルボディと、該ノズルボディに設けられた噴射孔と、前記ノズルボディとの間で前記噴射孔より燃料通路の開閉を行う弁体と、該弁体を駆動する駆動手段とを備えた燃料噴射弁において、外側面が半円球状の突起を塑性加工することにより、前記ノズルボディの前記噴射孔に連なってその下流側に側面の一部が先端に連なって開口した半円形状の開口部を形成する旋回拘束壁と、前記開口部を構成する前記旋回拘束壁から径方向に連なって両側に形成された拘束壁と、先端に形成された平坦部と、を成形したことを特徴とする燃料噴射弁。
請求項１において、前記突起に対応してその裏面が凹部に形成されていることを特徴とする燃料噴射弁。
シリンダ内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、該燃料噴射弁に燃料を加圧して供給するポンプと、前記燃料噴射弁による燃料の噴射を制御する制御装置とを備えた燃料噴射装置において、前記燃料噴射弁が請求項１に記載の燃料噴射弁からなることを特徴とする燃料噴射装置。
シリンダと、該シリンダ内を往復運動するピストンと、前記シリンダ内に空気を導入する吸気手段と、燃焼ガスを前記シリンダ内から排気する排気手段と、燃料噴射弁を備えた燃料噴射装置と、前記燃料噴射弁に燃料を供給する燃料供給手段と、前記吸気手段によって前記シリンダ内に導入された空気と前記燃料噴射弁によって前記シリンダ内に噴射された燃料との混合気に点火する点火装置とを備えた内燃機関において、前記燃料噴射装置が請求項１に記載の燃料噴射装置からなることを特徴とする内燃機関。
請求項１において、前記突起は、球状の１／４の形状にしていることを特徴とした燃料噴射弁。
請求項１において、旋回拘束壁に連なる拘束壁は半径方向に向かって扇状に開口していることを有することを特徴とした燃料噴射弁。
請求項１において、旋回拘束壁は少なくとも燃料噴射孔より大径であることを特徴とする燃料噴射弁。
噴射孔が設けられた燃料噴射弁のノズルボディの製造方法において、前記ノズルボディは、半円球状の凸部を備えたブランクを垂直方向に加圧して、前記ノズルボディの前記噴射孔に連なってその下流側に側面の一部が先端に連なって開口した開口部を形成する旋回拘束壁と、前記開口部を構成する前記旋回拘束壁から径方向に連なって両側に形成された拘束壁と、先端に形成される平坦部とを成形し、更に前記噴射孔を孔開けすることを特徴とする燃料噴射弁のノズルボディの製造方法。
噴射孔が設けられたノズルボディを有する燃料噴射弁の製造方法において、前記ノズルボディは、外側面が半円球状の凸部を備えたブランクを冷間鍛造によって、前記ノズルボディの前記噴射孔に連なってその下流側に側面の一部が先端に連なって開口した開口部を形成する旋回拘束壁と、前記開口部を構成する前記旋回拘束壁から径方向に連なって両側に形成された拘束壁と、先端に形成される平坦部とを成形し、その後、前記噴射孔を孔開けすることを特徴とする燃料噴射弁の製造方法。