JPH04103871A - 燃料噴射ノズル及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、燃焼室内に露出する噴孔から該燃焼室に燃
料を噴射する燃料噴射ノズル及びその製造方法に関する
。

〔従来の技術〕

従来、燃焼室に燃料を噴霧する燃料噴射ノズルは、主と
して、ノズル本体、該ノズル本体の先端部に形成された
１個又は複数個の噴孔及び該噴孔を開閉するための針弁
から成る。ノズル本体は、金属材料又はセラミック材料
で製作され、筒体上部と先端が封止した筒体先端部とか
ら成る。筒体上部の内周面と針弁の外周面との間には、
燃料供給通路が形成されている。また、筒体先端部には
１個又は複数個の噴孔が形成されている。噴孔は、針弁
が上下動することによって針弁の先端のテーパ面等の弁
部が筒体先端部のテーパ面等の弁座部に接離することで
開閉される。

また、実開昭５８−１２２７７８号公報には、上記のよ
うな燃料噴射ノズルが開示されている。

該内燃機関の燃料噴射ノズルは、ノズルボディにその内
部に配置される針弁の先端の円錐面が着座する弁座部を
有し、該弁座部に複数の噴孔を形成し、該噴孔をそれぞ
れセラミンク材で構成し、これらのセラミック材をノズ
ルボディの弁座部に焼ばめにより嵌着したものである。

更に、特開昭５９−４１６６２号公報には、ノズルチッ
プの少なくとも燃焼室側の表面層をセラミックスにて形
成し、同セラミックスの表面に酸化触媒を付着させた燃
料噴射ノズルが開示されている。

また、特開昭６３−１４４５２６号公報には、電子デバ
イス用ケイ素窒素含有被膜の形成方法が開示されている
。該被膜の形成方法は、ケイ素及び窒素含有プレセラミ
ックポリマーを溶削で希釈し、そのプレセラミックポリ
マー溶液で電子デバイスをコーティングし、プレセラミ
ックポリマー溶液を乾燥して溶削を蒸発することによっ
て電子デバイス上にプレセラミックス被膜を堆積し、そ
して空気の不存在において該コーティングせる電子デバ
イスを加熱してセラミック又はセラミック様被膜でコー
ティングせる電子デバイスを得ることによって、電子デ
バイスをセラミック又はセラミック様被膜でコーティン
グするものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、燃料噴射ノズルにおいて、筒体先端部に形成
された噴孔については、噴孔径及び噴孔数は、燃焼状態
に大きな影響を及ぼす条件であり、噴孔に対するこれら
の諸条件の決定は、エンジン性能とも関係してエンジン
性能の同上に重要な要素となる。また、噴孔径及び噴孔
数についてのみでなく、形状、噴孔角度等の噴孔形状も
燃焼に大きな影響を及ばすことは、従来からも分かって
いる要素であるが、日取外の微細な形状、即ち異形形状
の噴孔を製造するのは困難であった。例えば、燃料噴射
ノズルの噴孔形状を従来の円形形状がら四角形状等の異
形形状にすることによって、噴霧粒の速度分布を変え、
空気の取り込みを良くすることができるものである。こ
のような噴孔に対して表面にセラミック層を形成するの
は、極めて困難なことである。

また、燃料噴射ノズルの噴孔壁面の平滑度を上げるため
、該噴孔壁面にめっき処理を施すことが挙げられるが、
めっき層は下地との密着強度が低く、高圧が印加された
際に剥離現象が発生する。

或いは、燃料噴射ノズルの弁座部の耐摩耗性を上げるた
めに、浸炭焼き入れを行うことが挙げられるが、弁座部
に対して浸炭焼き入れを行うことでは十分な耐摩耗性を
得ることができず、しかもコストを上昇させるという問
題を有している。

また、前掲実開昭５８−１２２７７８号公報に開示され
たような燃料噴射ノズルについては、ノズル本体とセラ
ミック製のパイプとの固定は熱膨張差による焼嵌めで固
定したものである。ところが、ノズル本体に形成した噴
孔壁面の仕上げ加工が困難であるため、噴孔壁面の粗さ
が大きいまま使用することになる。この場合、噴孔を通
るガスの流れが乱れ、良好な燃焼状態を得ることができ
ない、また、噴孔部をセラミックスで製作し且つノズル
本体を金属で製作しているため、セラミックスと金属と
の熱膨張係数の差に起因するセラミックスの割れが発生
し、しかも、燃焼室内に位置するノズル先端部は高温に
曝されるため、使用時に噴出圧によってノズル本体から
パイプのみが外れる危険性が大きいという問題を有して
いる。

更に、上記燃料噴射ノズルを製造する工程が多く、噴孔
の数も多く、コスト高になるという問題がある。しかも
、ノズル本体の弁座部は金属材料から製作されているの
で、弁座部の摩耗が大きくなる。また、セラミック製パ
イプをノズル本体と同等の熱膨張率の材料で製作し、ノ
ズル本体のみを加熱して焼嵌めする場合に、焼嵌め時の
温度差によってセラミック製パイプがサーマルショック
にて破損するか、セラミック製パイプの重量が非常に小
さいため、焼嵌め時にノズル本体に少しでも触れると、
セラミ、り製バイブは瞬時に温度が上昇し、ノズル本体
に噛み込む恐れがあるという問題を有している。

また、前掲特開昭５９−４１６６２号公報に開示された
燃料噴射ノズルは、セラミック材で表面層を形成する方
法は、溶射法によって行われている。

更に、前掲特開昭６３−１４４５２６号公報に開示され
たケイ素窒素含有被膜の形成方法は、電子デバイスへの
コーティングに関してであり、燃料噴射ノズルを構成す
る筒状のノズル本体の内面或いはノズル本体に形成した
極めて細い噴孔の壁面に対する付着に関するものではな
い。

この発明の目的は、上記の課題を解決することであり、
燃焼室内に露出する噴孔から該燃焼室に燃料を噴射する
ノズル本体と針弁を有する燃料噴射ノズルにおいて、金
属材料又はセラミック材料から製作したノズル本体をポ
リシラザン等のケイ素を含むポリマー溶液中に浸漬し、
次いで加熱して熱分解させ、焼成することによって、少
なくともノズル本体に形成した極めて細い孔から成る噴
孔の壁面、弁座部及び摺動部にセラミック層を形成する
燃料噴射ノズル及びその製造方法を提供することである
。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は、上記目的を達成するため、次のように構成
されている。即ち、この発明は、ノズル本体、該ノズル
本体内を上下移動する針弁、前記ノズル本体に形成した
燃料噴射用の噴孔、前記針弁が前記噴孔を閉鎖する時に
着座する前記ノズル本体に形成した弁座部、及び前記針
弁が上下移動する時に前記針弁に対して摺動面となる摺
動部を有する燃料噴射ノズルにおいて、少なくとも前記
噴孔の壁面、前記針弁に対する前記弁座部及び前記摺動
部に、ケイ素を含むポリマーの熱分解・焼成によって転
化したセラミック層を形成した燃料噴射ノズルに関する
。

或いは、この発明は、燃料を噴射するための噴孔、該噴
孔の閉鎖時に針弁が着座する弁座部及び前記針弁の上下
移動時に前記針弁に対して摺動面となる摺動部を有する
ノズル本体を、ケイ素を含むポリマー溶液中に浸漬して
少なくとも前記噴孔、前記弁座部及び前記摺動部に前記
ポリマーを付着させる工程、次いで、前記ポリマーが付
着した前記ノズル本体を窒素又はアンモニア雰囲気中で
加熱して付着ポリマーをセラミック層に転化させる工程
、から成る燃料噴射ノズルの製造方法に関する。

また、この燃料噴射ノズルの製造方法において、前記ポ
リマーはポリシラザン又はポリカルボシランである。

〔作用〕

この発明による燃料噴射ノズル及びその製造方法は、上
記のように構成され、次のように作用する。即ち、この
燃料噴射ノズルは、少なくとも噴孔の壁面、針弁に対す
る弁慶部及び摺動面に、ケイ素を含むポリマーの熱分解
・焼成により転化したセラミック層を形成したので、該
セラミック層は強固にノズル本体の所定の部位に容易に
且つ確実に接合されている。

更に、この燃料噴射ノズルの製造方法は、ケイ素を含む
ポリマー溶液中に浸漬して少なくとも噴孔の壁面、弁座
部及び摺動部にポリマーを付着させ、次いで、該ポリマ
ーが付着した前記ノズル本体を窒素雰囲気又はアンモニ
ア雰囲気中で加熱して前記ポリマーをセラミック層に転
化させたので、前記弁座部及び前記摺動面は勿論、前記
噴孔が極めて細く、噴孔の形状が円形に限らず楕円形、
角形等の異形形状であっても、該表面にセラミック層を
容易に、簡単に且つ能率的に形成することができ、且つ
該セラミック層の表面を平滑面に仕上げることができる
。

〔実施例〕

以下、図面を参照して、この発明による燃料噴射ノズル
の製造方法の実施例を説明する。

第１図はこの発明による燃料噴射ノズルの製造方法の一
実施例を示す概略断面図である。

この燃料噴射ノズルは、ノズル本体１、該ノズル本体１
の穴部８内を上下移動する針弁７、ノズル本体１に形成
した燃料を噴射するための燃料溜まり部６に通じる多数
の噴孔２、針弁７が噴孔２を閉鎖する時に着座するノズ
ル本体１に形成したテーバ面の弁座部４、及び針弁７が
上下移動する時に針弁７に対して摺動面を提供する摺動
部５を有している。特に、この燃料噴射ノズルは、少な
くとも噴孔２の壁面３、針弁７に対する弁座部４及び摺
動部５に、ケイ素を含むポリマーの熱分解・焼成により
転化したセラミック層ＣＬを形成したことを特徴として
いるものである。このように、ノズル本体１の噴孔２、
弁座部４及び摺動部５にセラミック層ＣＬを形成するこ
とによって、セラミック層ＣＬは強固にノズル本体ｌに
接合され、使用時に噴出圧によってノズル本体１からセ
ラミツタ層ＣＬが剥離したり、損傷するような現象は発
生しない。

次に、この発明による燃料噴射ノズルの製造方法につい
て説明する。

この燃料噴射ノズルの製造方法は、まず、燃料を噴射す
るための噴孔２、針弁７が噴孔２を閉鎖する時に着座す
るための弁座部４及び針弁７が上下移動する時に針弁７
に対して摺動面を提供する摺動部５を有するノズル本体
１を、ケイ素を含むポリマー溶液中に浸漬して少なくと
も噴孔２の壁面３、弁座部４及び摺動部５にポリマーを
付着させる。次いで、所定の部位に所定の厚さにケイ素
を含むポリマーが付着したノズル本体１を、窒素雰囲気
又はアンモニア雰囲気中で加熱してポリマーをセラミッ
ク層に転化させる。

ケイ素を含むポリマーとしては、ポリシラザン、或いは
ポリカルボシランを使用することができる。

ポリシラザンの構造式は次式で表される。

−（−３ｉ　−Ｎ　Ｈ−）　　。

（以下、この頁余白） また、ポリカルボシランの構造式は次式で表される。

Ｈ３ （Ｓｔ　　　ＣＨｉ　　　）、ｌ ポリシラザン及びポリカルボシランは、特定の溶媒を用
いることにより、常温で液体になるが、この液体の状態
でノズル本体１０噴孔２、弁座部４及び摺動部５の狭い
部分の壁面に、ポリシラザン又はポリカルボシランのポ
リマーを付着させる。

次いで、該ポリマーを付着させたノズル本体１を加熱し
てポリマーを熱分解させ、焼成することによってポリマ
ーを転化させてセラミック層ＣＬを形成する。ノズル本
体１の噴孔２のように極めて細い孔壁面に、セラミック
層ＣＬを形成するには、ＣＶＤ等のコーティング法では
極めて困難なことであるが、この発明によるポリマー付
着による加熱焼成によれば、極めて容易に且つ確実にセ
ラミック層ＣＬを形成することができる。このように、
ノズル本体Ｉの噴孔２、弁座部４及び摺動部５にセラミ
ック層ＣＬを形成したノズル本体１は、耐熱性、耐摩耗
性、耐腐食性を向上させることができ、特に、セラミッ
ク層ＣＬの表面を金属材料或いはセラミック材料の下地
に比較して極めて平滑な面に形成することができる。

この燃料噴射ノズルの製造方法において、ポリマーとし
てポリシラザンを使用した場合には、該ポリシラザンは
、溶媒によって室温で液状となり、該ポリシラザン溶液
中にノズル本体１を浸漬し、該ポリシラザンを少なくと
も噴孔２の壁面３、弁座部４及び摺動部５に付着させる
。このポリシラザンを付着したノズル本体１を１３００
ｔで窒素雰囲気中で反応焼成する。或いは、アンモニア
ガス中で焼成する場合には、９００”Ｃで反応焼成する
。ポリシラザンは、反応焼成によって窒化ケイ素（Ｓｉ
ｓＮｅ）に転化し、ノズル本体１の噴孔２、弁座部４及
び摺動部５に窒化ケイ素（ＳｉｓＮｅ）　ノｌｌ１Ｉ！
が形成される。

また、この燃料噴射ノズルの製造方法において、ノズル
本体１に形成されている噴孔２の形状にっいては、孔径
、孔の形状、角度、サイズは所望に応じて予め選定して
形成することができるものである。従って、ノズル本体
１に形成された噴孔２は、いずれの方法で形成してもよ
く、極めて容易に且つ所定の形状、サイズ等のものに加
工することができ、例えば、噴孔２の孔の形状を四角形
等の異形形状は、極めて容易に形成することができる。

一実施例１− この燃料噴射ノズルの製造方法において、まず、クロム
Ｃｒ　ｓモリブデンＭｏを添加したＦｅ系合金でなるデ
ィーゼルエンジン用の燃料噴射ノズルのノズル本体１を
、ポリシラザンをハイドロカーボンで希釈した溶液中に
入れた。次いで、周囲を１０−’ｔｏｒｒの減圧とする
ことにより、ポリマーの溶液をノズル本体１の噴孔１、
弁座部４及び摺動部５の各壁面へ行き渡らせた。所定時
間経過した後に、ノズル本体１を取り出し、アンモニア
雰囲気中で８５０℃まで加熱し、ノズル本体１の各部位
に付着したポリマーを熱分解させ、ポリマーを窒化ケイ
素（ＳｉＪ−）に転化させた。　　ｊ７・１．２．７上
記製造方法によって得たノズル本体１を軸方向に沿って
切断し、該ノズル本体１の断面を研磨し、研磨した表面
をＳＥＭ観察を行った。ノズル本体ｌの弁座部４、噴孔
２の壁面及び摺動部５には、約０，８μｍのセラミック
層ＣＬが形成されていることが確認された。また、噴孔
２の壁面の粗さをレーザａｍ鏡を用いて測定したところ
Ｒｍａｘで０．２μｍとなっており、これはコーティン
グ前に比較して１／２〜ｌ／３の低い値であることが分
かった。ｐち、噴孔２の壁面は十分に平滑な面に仕上げ
られた状態になっていた。

〔発明の効果〕

この発明による燃料噴射ノズル及びその製造方法は、上
記のように構成されており、次のような効果を有する。

即ち、この燃料噴射ノズルは、ノズル本体、該ノズル本
体内を上下移動する針弁、前記ノズル本体に形成した燃
料噴射用の噴孔、前記針弁が前記噴孔を閉鎖する時に着
座する前記ノズル本体に形成した弁座部、及び前記針弁
が上下移動する時に前記針弁に対して摺動面となる摺動
部を有する燃料噴射ノズルにおいて、少なくとも前記噴
孔の壁面、前記針弁に対する前記弁座部及び前記摺動部
に、ケイ素を含むポリマーの熱分解・焼成によって転化
したセラミック層を形成したので、該セラミック層は強
固にノズル本体に接合される。従って、使用時に噴出圧
によって前記ノズル本体から前記セラミック層が剥離或
いは損傷を受けるような現象は発生しない。しかも、前
記ノズル本体の前記噴孔、前記弁座部及び前記摺動部の
各表面はセラミック層によって耐熱性、耐摩耗性及び耐
腐食性を確保できると共に、各表面の平滑性を確保でき
る。

更に、この燃料噴射ノズルの製造方法は、燃料を噴射す
るための噴孔、前記針弁が前記噴孔を閉鎖する時に着座
するための弁座部及び前記針弁が上下移動する時に前記
針弁に対して摺動面を提供する摺動部を有するノズル本
体を、ケイ素を含むポリマー溶液中に浸漬して少な（と
も前記噴孔の壁面、前記弁座部及び前記摺動部に前記ポ
リマーを付着させる工程、次いで、前記ポリマーが付着
した前記ノズル本体を窒素雰囲気又はアンモニア雰囲気
中で加熱して前記ポリマーをセラミックスに転化させる
工程から成るので、前記弁座部及び前記摺動面は勿論、
前記噴孔が極めて細く、噴孔の形状が円形に限らず楕円
形、角形等の異形形状であっても、該各表面にセラミッ
ク層を強固に、工程数少なく、容易に、簡単に且つ能率
的に形成することができ、しかも、十分な厚さのセラミ
ック層を形成することができ、製造コストを低減できる
。

特に、ノズル本体に対してセラミック層が反応セラミッ
ク層として強固に接合されているので、セラミック材と
ノズル本体の材料との熱膨張係数の差に起因する割れ、
クランク等の発生を防止でき、前記噴孔、前記摺動部及
び前記弁座部としての強度を確保できると共に、前記ノ
ズル本体を該セラミック層によって耐摩耗性、耐腐食性
、耐熱性、強度等に富んだ部品に完成できると共に、特
に、ポリマーの転化によって形成されたセラミッり層は
機械加工を行う必要なく、前記ノズル本体のセラミＶり
層の各表面、特に前記噴孔の表面を平滑面に仕上げるこ
とができる。

前記ポリマーとしては、ポリシラザン或いはポリカルボ
シランを使用することができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による燃料噴射ノズルの製造方法によ
って製作した燃料噴射ノズルの一実施例を示す概略断面
図である。 １−−−−−ノズル本体、２−〜−−−−噴孔、３−−
−−−・壁面、４−−−−−一弁座部、５−・−摺動部
、７−−−−−針弁、８穴部。 出願人　　いすｙ゛自動車株式会社

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ノズル本体、該ノズル本体内を上下移動する針弁
   、前記ノズル本体に形成した燃料噴射用の噴孔、前記針
   弁が前記噴孔を閉鎖する時に着座する前記ノズル本体に
   形成した弁座部、及び前記針弁が上下移動する時に前記
   針弁に対して摺動面となる摺動部を有する燃料噴射ノズ
   ルにおいて、少なくとも前記噴孔の壁面、前記針弁に対
   する前記弁座部及び前記摺動部に、ケイ素を含むポリマ
   ーの熱分解・焼成によって転化したセラミック層を形成
   した燃料噴射ノズル。
2. （２）燃料を噴射するための噴孔、該噴孔の閉鎖時に針
   弁が着座する弁座部及び前記針弁の上下移動時に前記針
   弁に対して摺動面となる摺動部を有するノズル本体を、
   ケイ素を含むポリマー溶液中に浸漬して少なくとも前記
   噴孔、前記弁座部及び前記摺動部に前記ポリマーを付着
   させる工程、次いで、前記ポリマーが付着した前記ノズ
   ル本体を窒素又はアンモニア雰囲気中で加熱して付着ポ
   リマーをセラミック層に転化させる工程、から成る燃料
   噴射ノズルの製造方法。
3. （３）前記ポリマーはポリシラザン又はポリカルボシラ
   ンであることを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射ノ
   ズルの製造方法。