JP6037839B2 - 複数の通路を備える燃料噴射要素を製造する方法及び燃料噴射要素 - Google Patents

Description

本発明は、複数の通路を備える燃料噴射要素を製造する方法及び燃料噴射要素に関する。

この燃料噴射要素は、オットーエンジン又はディーゼルエンジンを備える自動車の燃料噴射弁において使用可能であるような燃料噴射ノズルか、又は燃料噴射ノズルのためのインサートであってよい。

燃料噴射ノズルは、ノズルボディを有している。ノズルボディは、ノズル先端の領域に単数又は複数の通路を有している。これらの通路を通して、車両の運転中、高圧で燃料がエンジンのシリンダ室内に噴射される。単数又は複数の通路は、直線状に、燃料が扇形にシリンダ室内に噴射されるように形成されている。これにより、燃焼プロセスを実施するためにシリンダ室内で空気と燃料とを所望の通りに混合することが達成される。ノズル先端の領域に設けられた通路は、ノズルボディ内に例えば侵食加工又は穴あけによって穿孔される。この場合、通路数に応じた数の作業工程が必要である。

ドイツ連邦共和国特許第１９９１５８７４号明細書において、燃料噴射ノズルが公知である。この公知の燃料噴射ノズルは、弁ニードルと、弁開口を備える弁座と、金属射出成形されたノズル先端とを有している。ノズル先端には、１つの噴射開口が設けられている。この噴射開口は、所定の開き角を備える扇形のスリットとして形成されている。これにより、燃料噴射ノズルが簡単かつ安価に製造可能であることが達成されるとのことである。

ドイツ連邦共和国特許第１０２４６４０３号明細書において、噴射ノズルのためのノズル穴プレートを製造する方法、及びこの種のノズル穴プレートを備える噴射ノズルが公知である。このノズル穴プレートは、上面、下面及び貫通孔を有している。上面及び下面は、それぞれ、貫通孔とともに稜を規定している。これらの稜は、丸み付けられている。丸み付けられた稜の面並びに上面及び下面は、ビームプロセスによって形成される跡で覆われている。

本発明の課題は、複数の通路を備える燃料噴射要素を製造する、安価で、しかも簡単に実現可能な新規な方法を提供することである。

この課題は、請求項１に記載の発明特定事項を備える方法により解決される。有利な態様及び改良は、従属請求項２乃至４に記載されている。請求項５乃至１１は、燃料噴射要素に関する。

本発明の利点は、特に、燃料噴射要素の、特許請求する方法により製造される複数の通路が、同時に製造可能である点にある。このことは、公知の方法と比較して、燃料噴射要素に通路を設ける際のかなりの時間的な節約を意味する。さらに、特許請求する方法により製造される通路は、侵食加工による製造と比較して、改善された表面を有している。さらに本発明に係る方法により、極細の通路が製造される。通路の直径は、例えば０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲にあるか、又はそれどころかさらに小さくてもよい。

通路が燃料噴射要素の中心軸線に対してそれぞれ異なる間隔を有しているとき、中心軸線からのそれぞれの通路の間隔が大きくなればなるほど、通路の流出角は大きくなっている。このことは、好ましくは、燃料噴射要素により自動車のシリンダ室内に放出される燃料の噴霧が従来技術と比較して改善されているように、流出角を選択することを可能にする。好ましくは、ノズルの通路は、それぞれ異なる直径を有していてもよい。このことは、空気と燃料の混合が改善されていることにもつながる。このことは、他方において、改善された燃焼プロセスを結果として伴う。改善された燃焼プロセスは、公知の燃料噴射要素より低い二酸化炭素排出を実現する。

本発明に係る燃料噴射要素は、好ましくは、燃料噴射ノズルであるか、又は燃料噴射ノズルのためのインサートである。燃料噴射要素は、硬質金属、セラミック又は鋼からなっていてよい。この種の燃料噴射要素は、比較的簡単に製造可能であり、運転中の高い要求に何ら問題なく耐え、かつ長い寿命を有している。

本発明のその他の有利な特性は、図面を参照しながらの以下の説明から看取可能である。

本発明に係る燃料噴射要素の第１の実施の形態を説明するための燃料噴射ノズルの縦断面図である。 本発明に係る燃料噴射要素の第２の実施の形態を説明するための燃料噴射ノズルの縦断面図である。 図２に示した燃料噴射ノズルの断面図である。 本発明に係る方法を説明するためのフローチャートである。

図１は、本発明の第１の実施の形態を説明するための燃料噴射ノズルの縦断面図を示している。図示の燃料噴射ノズル１は、ノズルボディ２を有している。ノズルボディ２は、ノズル先端２ａの領域にインサート３を有している。燃料噴射要素であるこのインサート３は、プレートの形態で形成されており、硬質金属、セラミック又は鋼からなり、かつノズルボディ２に固く、例えば形状結合（Ｆｏｒｍｓｃｈｌｕｓｓ：形状による束縛）、螺止、収縮ばめ又は焼結により結合されている。インサート３は、複数の貫通した通路を有している。これらの通路は、燃料噴射ノズル１のノズル内室７をエンジンのシリンダの内室８に接続する。これらの通路を通して、それぞれ、ノズル内室７内の高圧下にある燃料が、シリンダ室８内に噴射される。図１には２つのみが図示され、符号４及び５が付されている通路は、それぞれ螺旋状にインサート３を通って延びている。この螺旋状の延びは、燃料が単数又は複数の所望の角度でインサート３から流出するように選択されている。この角度の適当な選択により、シリンダ室内での燃料の改善された分配、ひいては燃料の改善された噴霧が達成可能である。このことは、他方において、それぞれのシリンダ内での空気と燃料の混合、ひいては燃焼プロセスを改善する。

図２は、本発明の第２の実施の形態を説明するための燃料噴射ノズルの縦断面図を示している。燃料噴射要素である図示の燃料噴射ノズル１は、ノズルボディ２を有している。ノズルボディ２は、ノズル先端２ａの領域に複数の貫通した通路を有している。これらの通路は、燃料噴射ノズル１のノズル内室７をエンジンのシリンダの内室８に接続する。これらの通路を通して、それぞれ、ノズル内室７内の高圧下にある燃料が、シリンダ内室８内に噴射される。図２には２つのみが図示され、符号４及び５が付されている通路は、それぞれ螺旋状にノズル先端２ａの領域を通って延びている。この螺旋状の延びは、燃料が単数又は複数の所望の角度でノズルボディ２から流出するように選択されている。この角度の適当な選択により、シリンダ室内での燃料の改善された分配、ひいては燃料の改善された噴霧が達成可能である。このことは、他方において、それぞれのシリンダ内での空気と燃料の混合、ひいては燃焼プロセスを改善する。ノズルボディ２は、本第２の実施の形態においてはワンピースあるいは一体的に形成されており、硬質金属、セラミック又は鋼からなる。

図１及び図２において、通路４及び５から流出する燃料に符号６が付されている。

図３は、図２に示した燃料噴射ノズルの、図２に示した断面線Ｓ−Ｓの方向で見た断面図を示している。燃料噴射ノズルがノズル先端の領域に複数の通路を有しており、これらの通路の入口がノズル先端の領域で略均等に分配されていることが看取可能である。

図４は、複数の通路を備える燃料噴射要素を製造する方法を説明するためのフローチャートを示している。

本方法では、ステップＳ１において、可塑性の材料からなる、複数の直線状に延びる通路を備えるボディを、押し出し成形工具を用いて製造する。この可塑性の材料は、可塑剤を含む硬質金属粉末、可塑剤を含むセラミック粉末又は可塑剤を含む鋼粉末である。上述の直線状に延びる通路を形成するために、押し出し成形工具は、内部に例えば糸ホルダを有している。糸ホルダには糸が固定されており、糸は、押し出し成形工具のノズルマウスピースの領域内まで達し、押し出し成形工具により圧力が加えられる可塑性の材料流のための通路の場所取り（Ｐｌａｔｚｈａｌｔｅｒ）として機能する。

ステップＳ２において、可塑性の材料からなる、螺旋状に延びる通路を備えるボディを提供するために、上述の直線状に延びる通路を備えるボディをねじる。このねじりは、好ましくは、押し出し成形工具のノズルマウスピースを回転可能に形成し、押し出し成形工程中に回転させることにより実施される。

押し出し成形工具を後にした、可塑性の材料からなる、螺旋状に延びる通路を既に備えたボディは、押し出し成形工具の外でステップＳ３において焼結される。

焼結されたボディは、続いてステップＳ４において、螺旋状に延びる通路を備える燃料噴射要素を提供するために切断される。

別の方法は、ステップＳ２において実施されるねじりが、押し出し成形工具を後にした棒状の、可塑性の材料からなるボディを、押し出し成形工具の外でまず切断し、その後、ねじりをかけることにより行われることにある。ねじりの際、このボディは、台架上にその全長にわたって支持された状態で摩擦面装置により転動にかけられる。転動の速度は、ボディの長さにわたって直線的かつ連続的に変化される。次に、このねじられたボディは、ステップＳ３において焼結され、その後、ステップＳ４において、図１を参照しながら説明したようなインサート３の形態の燃料噴射要素を提供するために切断される。

必要な場合、焼結され切断されたボディを、さらに後処理、例えば研削工程にかけてもよい。

実施の形態を参照しながら前述した方法は、複数の燃料噴射通路を備える燃料噴射要素の簡単化された製造を可能にする。さらに、使用する押し出し成形法は、通路の改善された表面を提供するだけでなく、唯一の作業工程でのすべての通路の製造も可能にする。これらの通路は、好ましくは、それぞれ異なる直径を有していてもよい。さらに、本発明に係る方法により、極細の通路が製造可能である。通路の直径は、０．５ｍｍ〜０．０５ｍｍの範囲にあってよいか、又は必要とあれば、それどころかさらに小さくてもよい。燃料噴射要素からの通路の流出角は、燃料噴射要素の中心軸線からのそれぞれの通路の距離が大きくなるにつれて増大する。中心軸線の近傍に位置する通路は、燃料を実質的に中心軸線の方向で噴射する。中心軸線からの通路の距離が大きくなるにつれて、燃料の噴射は、中心軸線の方向からますます大きく振れる角度で実施される。

１ 燃料噴射ノズル
２ ノズルボディ
３ インサート
４ 螺旋状に延びる通路
５ 螺旋状に延びる通路
６ 燃料吐出
７ ノズル内室
８ シリンダ内室

Claims (7)

1. 燃料噴射ノズル（１）であって、ノズル先端（２ａ）を備えるノズルボディ（２）を備え、該ノズル先端（２ａ）が、前記燃料噴射ノズル（１）のノズル内室（７）をシリンダの内室（８）に接続する複数の貫通した通路を備える燃料噴射ノズル（１）において、通路（４，５）は、それぞれ螺旋状に前記ノズル先端（２ａ）を通って前記シリンダの内室（８）に直接開口するように延び、燃料を複数の所望の角度で前記シリンダの内室（８）内に直接噴射し、前記螺旋状に延びる通路（４，５）は、それぞれ異なる、前記燃料噴射ノズル（１）からの通路の流出角を備えるようになっており、かつ
   前記螺旋状に延びる通路（４，５）は、前記燃料噴射ノズル（１）の中心軸線からの当該通路（４，５）の距離を半径とする円筒面に沿って螺旋状に延びていて、前記流出角は、該燃料噴射ノズル（１）の中心軸線から当該通路（４，５）の距離が大きくなるにつれて、増大するようになっており、
   前記中心軸線の近傍に位置する通路は、燃料を実質的に前記中心軸線の方向で噴射し、前記中心軸線からの前記通路の距離が大きくなるにつれて、燃料の噴射は、前記中心軸線の方向からますます大きく振れる角度で実施されることを特徴とする、燃料噴射ノズル。
2. 前記ノズル先端（２ａ）は、前記燃料噴射ノズル（１）のノズル内室（７）を前記シリンダの内室（８）に接続するインサート（３）を備え、該インサート（３）内に、前記螺旋状に延びる通路（４，５）が設けられている、請求項１記載の燃料噴射ノズル。
3. 前記ノズルボディ（２）は、一体的に形成されている、請求項１記載の燃料噴射ノズル。
4. 前記ノズルボディ（２）は、硬質金属、セラミック又は鋼からなる、請求項１から３までのいずれか１項記載の燃料噴射ノズル。
5. 前記燃料噴射ノズル（１）は、該燃料噴射ノズル（１）の中心軸線からそれぞれ異なる間隔を置いている螺旋状に延びる通路を備える、請求項１から４までのいずれか１項記載の燃料噴射ノズル。
6. 前記中心軸線から第１の間隔を備える第１の螺旋状に延びる通路の流出角が、前記中心軸線から前記第１の間隔より小さい第２の間隔を備える第２の螺旋状に延びる通路の流出角より大きい、請求項５記載の燃料噴射ノズル。
7. 前記燃料噴射ノズル（１）は、それぞれ異なる直径の螺旋状に延びる通路を備える、請求項１から６までのいずれか１項記載の燃料噴射ノズル。

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