JPH05118263A

JPH05118263A - セラミツク製噴射ノズル

Info

Publication number: JPH05118263A
Application number: JP6989092A
Authority: JP
Inventors: Hideo Kawamura; 英男河村; Shogo Suzuki; 省伍鈴木; Hidenori Kita; 英紀北; Yoshio Sekiyama; 惠夫関山; Masahiro Yukioka; 雅洋行岡
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1991-04-27
Filing date: 1992-02-19
Publication date: 1993-05-14

Abstract

(57)【要約】【目的】本考案は、軸線方向に二分割したノズル本体
部分をセラミックスから製作し、接合部分を強化すると
共にノズル本体を鋼製リングで補強して強度を確保した
セラミック製噴射ノズルを提供する。【構成】このセラミック製噴射ノズルは、セラミック
スから燃料流路６を通る軸方向に二分割したノズル本体
部分１７，１８を形成し、各々のノズル本体部分１７，
１８をセラミックスとは異質の材料から成る接合部分９
で接合し、各ノズル本体部分１７，１８と接合部分９と
から構成したノズル本体１の外周に鋼製リング２，３を
嵌合する。ノズル本体１はノズル本体部分１７，１８を
接合部分９で接合しているが、該ノズル本体１には鋼製
リング２，３が嵌合して接合部分９の強度を補強でき、
負荷等を受けてノズル本体１が破損することがない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、燃焼室等に噴孔から
燃料等の液体を噴射するためのセラミック製噴射ノズル
に関する。

【０００２】

【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、例えば、図１０に示す構造をしている。この
燃料噴射ノズルは、主として、ノズル本体３０、該ノズ
ル本体３０の筒体先端部３７に形成された複数個の噴孔
３２及び該噴孔３２を開閉するための針弁３１から成
る。ノズル本体３０は、金属材料或いはセラミックスで
製作された筒体上部３４と筒体下部３５から成り、筒体
上部３４には燃料通路３３が形成され、該燃料通路３３
の端部には燃料溜まり４２が形成されている。また、筒
体下部３５の穴部の内周面３９と針弁３１の外周面４１
との間には、燃料溜まり４２と連通する環状燃料通路３
６が形成されている。噴孔３２は、針弁３１の往復運動
によって針弁３１の先端のテーパ面が筒体先端部３７の
弁座部４０に接離することで開閉される。

【０００３】従来、燃料噴射ノズルは燃焼反応の前提で
ある燃料の拡散、微粒化等の役割があり、該燃料と空気
との混合により効果的燃焼を行わせるものである。従っ
て、ノズルによる噴霧の構造の良否が熱効率、排気ガス
成分に影響することが分かっている。また、ノズルは加
工精度、耐久性、耐摩耗性、信頼性等も重要であり、従
来は窒化処理や浸炭処理を施した鋼鉄を使用している。
噴霧穴は、ドリルにより精密に加工されている。従っ
て、穴形状は円柱形状が多い。この形状は、必ずしもそ
の噴霧構造に最適なものでなく、加工上の制約から決定
されたものといえる。

【０００４】また、セラミック燃料噴射ノズルの製造方
法として、特開昭６１−５８９６７号公報に開示された
ものがある。該セラミック燃料噴射ノズルの製造方法
は、窒化ケイ素と焼結助剤とからなるセラミック材料粉
末に有機バインダを混合したものを射出成形によって弁
穴部、燃料供給穴部、燃料噴射穴部を有する成形体を一
度に成形し、しかる後常圧で焼結するものである。

【０００５】また、特開昭６１−７０１６９号公報に
は、燃料噴射ノズルの製造方法が開示されている。該燃
料噴射ノズルの製造方法を図８及び図９を参照して概説
する。該燃料噴射ノズルの製造方法は、図示のように、
弁穴部２４，２６、燃料供給穴部２７、燃料噴射穴部２
５、燃料溜まり部２８を有する燃料噴射ノズルを、ノズ
ル長手方向に直角に燃料溜まり部２８で２分割した形状
にそれぞれセラミック原料粉末で射出成形して成形体２
０，２１を成形し、該成形体２０，２１を焼結し、仕上
げ加工し、次いで両者の端面２２，２３を位置合わせし
て接合したものである。セラミック原料粉末は窒化ケイ
素と焼結助剤である。両者成形体２０，２１の接合は、
ハロゲン化合物とカオリンの混合物を介在させて行うも
のである。このように燃料噴射ノズルを製造すれば、燃
料溜まり部２８の加工を省くことができ、作業性を改善
できるものである。

【０００６】或いは、実開昭５１−７４６２８号公報に
は、燃料噴射弁が開示されている。該燃料噴射弁は、弁
体の中央突出部に形成されている噴孔の流入側開口縁を
斜面又は丸みをつけるようにしたものである。

【０００７】

【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、ノズル本体に形成した燃料通路の形状を
燃料供給口から噴孔に向かうに従って通路面積を縮小さ
せることが好ましく、通路面積を漸次縮小させることに
よって該燃料通路を通る燃料の燃料圧力を上昇させるこ
とができるからである。また、ノズル本体の途中に形成
される燃料溜まり部の形状についても燃料噴射特性にマ
ッチした形状に形成することが好ましいが、ノズル本体
をセラミックスで製作した場合には、セラミックスが高
い剛性と耐摩耗性を有することから、所望の寸法、形状
に加工することは困難である。また、燃料通路を上記形
状に作製するには、窒化ケイ素Ｓｉ₃Ｎ₄等のセラミッ
ク材料を鋳込成形、射出成形等によって成形体を作製し
て、該成形体を焼結することで製作することが好ましい
ものである。

【０００８】また、図１０に示すような一般の燃料噴射
ノズルについては、針弁３１が摺動するノズル本体３０
の摺動面３８の径は、筒体下部３５に環状燃料通路３６
を形成するノズル本体３０の内周面３９の径より小さく
形成されていることが必要である。このことは、弁座部
４０のシート面と摺動面３８との同軸加工が必要であ
り、摺動面３８の真円度、摺動面３８の面粗さ及び摺動
面３８と弁座部４０のシート面との同軸度を考慮した場
合に、弁座部４０のシート面を加工する時に先端止まり
では加工精度上不可能になるからである。従って、ノズ
ル本体３０の摺動面３８の径は、環状燃料通路３６のノ
ズル本体３０の内周面３９の径より小さく形成されてい
る。ところが、ノズル本体３０をセラミック材料の鋳込
成形、射出成形等によって成形体を作製する場合には、
上記の穴径に形成すると、環状燃料通路３６のノズル本
体３０の内周面３９はアンダカット即ち逆テーパとな
り、成形体が形成できないことになり、ノズル本体３０
の摺動面３８の径を、環状燃料通路３６のノズル本体３
０の内周面３９の径と同一の形状に形成しなければなら
ないことになる。このような現象は、前掲特開昭６１−
５８９６７号公報に開示されたセラミック燃料噴射ノズ
ルの製造方法についても言えることである。

【０００９】また、前掲特開昭６１−７０１６９号公報
に開示された燃料噴射ノズルの製造方法は、ノズル本体
を長手方向に直角に燃料溜まり部２８で２分割した成形
体２０，２１を製作して両者をバインダで接合して焼結
したものであるが、両者を接合した接合部の強度は極め
て弱く、強度上問題を有している。しかも、燃料溜まり
部２８の加工については作業性を向上できても、弁穴部
２４，２６及び燃料供給穴部２７の加工には困難を伴う
ものであり、特に、燃料供給穴部２７の形状については
加工が困難である。しかも、各成形体２０，２１を製作
する型構造は複雑になり、型の製作コストをアップする
問題を有している。

【００１０】噴射ノズルでは、異形噴孔或いはチャンフ
ァ付きの噴孔を形成することは、例えば、前掲実開昭５
１−７４６２８号公報、或いは特開昭５８−１４３１６
２号公報等に開示されたものがあるが、近年、熱効率の
向上と排気ガスの良化が求められており、上記に開示さ
れたものではその要求に応えることができない状態であ
る。

【００１１】そこで、この発明の目的は、上記の課題を
解決することであり、セラミックスから成るノズル本体
を液体流路に沿って軸方向に二分割したノズル本体部分
を対向させてノズル本体部分のセラミックスとは異質の
材料から成る接合部分で接合し、ノズル本体に鋼製リン
グを嵌合して両ノズル本体部分を強固に結合させ、ま
た、ノズル本体を液体流路に沿って軸方向に二分割する
ことによって液体流路の形状の自由度を向上させ、例え
ば、ノズル本体の針弁摺動面の径を環状流路の内周面の
径より小さく形成することを可能にし、且つ液体供給口
側端部から噴孔に向かって液体流路面積を縮小させた液
体通路を容易に製作することを可能にし、且つ該液体流
路の面の品質検査を容易にし、しかも、針弁の閉鎖で発
生する衝撃力に十分に耐えることができる接合強度を確
保すると共に、セラミック原料から成るノズル本体部分
の成形体を作製する型を簡単な構造で済むようにして型
の製作コストを低減できる構造を有するセラミック製噴
射ノズルを提供することである。

【００１２】更に、この発明の目的は、ノズル本体及び
ノズルチップとを部分安定化ジルコニア或いは窒化ケイ
素のセラミックスで形成し、且つその液体流路をテーパ
状に形成し、噴孔の入口にチャンファを施してチャンフ
ァ部を形成し、噴孔入口部に炭素スラッジの体積が起こ
らず長期にわたり、燃焼効率化と排気ガスの良化が持続
される噴射ノズルを提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するために、次のように構成されている。即ち、
この発明は、液体流路を通る軸方向に二分割されている
セラミックスから成るノズル本体部分、各々の前記ノズ
ル本体部分の対向面間に位置し且つ両者を接合している
前記ノズル本体部分のセラミックスとは異質の材料から
成る接合部分、及び前記各ノズル本体部分と前記接合部
分から構成したノズル本体の外周に嵌合した鋼製リング
を有するセラミック製噴射ノズルに関する。

【００１４】或いは、この発明は、液体流路を通る軸方
向に二分割されているセラミックスから成るノズル本体
部分、及び各々の前記ノズル本体部分の対向面間に位置
し、前記ノズル本体部分の接合面にコーティングしたニ
オブと前記ノズル本体部分を互いに接合するろう材とか
ら成る接合部分、を有するセラミック製噴射ノズルに関
する。

【００１５】又は、この発明は、ノズル本体及び該ノズ
ル本体と一体構造のノズルチップを窒化ケイ素又は部分
安定化ジルコニアのセラミックスから製作し、前記ノズ
ル本体を液体流路を通る軸方向に二分割したノズル本体
部分を接合して構成し、前記ノズル本体に形成した穴部
の壁面をテーパ面に形成して針弁を挿入することによっ
て前記テーパ面と前記針弁の外周面との間にテーパ状液
体流路を形成し、更に前記ノズルチップに形成した噴孔
の入口側をチャンファを施したチャンファ部で形成した
セラミック製噴射ノズルに関する。

【００１６】また、このセラミック製噴射ノズルにおい
て、前記ノズル本体と前記ノズルチップが接合により一
体構造に構成されているものである。

【００１７】また、このセラミック製噴射ノズルにおい
て、前記噴孔における前記チャンファ部から前記噴孔の
出口までをストレート部で形成したものである。

【００１８】

【作用】この発明によるセラミック製噴射ノズルは、上
記のように構成されており、次のように作用する。即
ち、このセラミック製噴射ノズルは、セラミックスから
成るノズル本体を液体流路を通る軸方向に二分割してノ
ズル本体部分で製作し、各々の前記ノズル本体部分の対
向面間に位置して前記ノズル本体部分を接合する接合部
分を前記ノズル本体部分のセラミックスとは異質の材料
から構成し、ノズル本体の外周に鋼製リングを嵌合した
ので、前記鋼製リングで前記ノズル本体を補強でき、前
記接合部分の十分な強度を確保し、前記接合部分の強度
を強固にできる。従って、噴射ノズルが液体圧、熱負荷
等を受けても前記接合部分が損傷を受けることなく、前
記ノズル本体部分が分離することはない。

【００１９】また、このセラミック製噴射ノズルは、ノ
ズル本体及びノズルチップを窒化ケイ素又は部分安定化
ジルコニアのセラミックスから製作し、前記ノズル本体
に形成した穴部の壁面をテーパ面に形成して針弁を挿入
することによって前記テーパ面と前記針弁の外周面との
間にテーパ状液体流路を形成し、更に噴孔の入口側をチ
ャンファを施したチャンファ部で形成したので、噴孔か
ら高圧の噴霧が安定して噴射され、セラミックスで製作
することで、低熱伝導効果があり、噴孔部に炭素スラッ
ジの体積が起こることがなく長期にわたり、燃焼の高効
率化と排気ガスの良化が持続される。

【００２０】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明によるセラ
ミック製噴射ノズルの一実施例を説明する。図１はこの
発明によるセラミック製噴射ノズルの一実施例を示す断
面図、図２は図１の線Ａ−Ａにおける断面図、図３は図
１のセラミック製噴射ノズルの噴孔側から見た平面図、
図４はこのセラミック製噴射ノズルを製作するためのノ
ズル本体の一方のノズル本体部分を示す平面図、及び図
５はこのセラミック製噴射ノズルを製作するためのノズ
ル本体の他方のノズル本体部分を示す平面図である。

【００２１】この発明によるセラミック製噴射ノズルの
実施例は、燃料噴射ノズルに適用したものである。この
燃料噴射ノズルは、燃料流路６を通る軸方向に二分割さ
れているセラミックスから成るノズル本体部分１７，１
８、各々のノズル本体部分１７，１８の対向面間に位置
し且つ両者を接合しているノズル本体部分１７，１８の
セラミックスとは異質の材料から成る接合部分９、及び
各々のノズル本体部分１７，１８と接合部分９とから構
成されるノズル本体１から構成され、特に、ノズル本体
１の外周には鋼製リング２，３が嵌合されている。この
燃料噴射ノズルにおいて、ノズル本体１は窒化ケイ素、
ジルコニア、炭化ケイ素等のセラミックスから製作した
ものであり、ノズル本体１の先端部には複数個の噴孔７
が形成されている。

【００２２】また、ノズル本体１には、燃料噴射装置等
からの燃料を導入するための燃料流路６が形成されてい
ると共に、大径部５と小径部１４から成る中空穴が形成
され、該中空穴には往復運動する針弁４が挿入されてい
る。針弁４の先端部にはテーパ面１６が形成され、該テ
ーパ面１６はノズル本体１に形成されたテーパ面１５に
着座するように構成されている。ノズル本体１におい
て、大径部５と小径部１４との境界部位には燃料溜まり
部８が形成されている。この燃料溜まり部８は、ノズル
本体１に形成された燃料流路６が連通しており、ノズル
本体１に針弁４が挿入されることによって小径部１４と
針弁４の外周面との間に環状燃料流路１０に連通されて
いる。また、ノズル本体１の先端部には、針弁４が挿入
されることでノズルサック１３が形成され、該ノズルサ
ック１３から外部に向かって噴孔７が開口している。従
って、ノズル本体１内を針弁４が往復運動することで、
テーパ面１５とテーパ面１６とが接離して噴孔７が開閉
されるものである。

【００２３】この燃料噴射ノズルを製作するには、次の
ようにして行うことができる。この燃料噴射ノズルを製
作するには、まず、ノズル本体１に形成する燃料流路６
を通る軸線方向即ち長手方向に二分割されているノズル
本体半身成形体１１（図４参照）とノズル本体半身成形
体１２（図５参照）をセラミック原料によって射出成形
法によって成形する。各ノズル本体半身成形体１１，１
２は、後述のように焼成後互いに対向させて接合する
が、燃料流路６、中空穴の大径部５と小径部１４、燃料
溜まり部８及びノズルサック１３を形成する面は外側へ
露出しているので、該露出面に各部を形成するのは極め
て容易に行うことができる。

【００２４】従って、針弁４を往復運動させる中空穴及
び噴孔７を形成するノズルサック１３を所定の形状に形
成できることは勿論のこと、送油路即ち噴射質となる燃
料溜まり部８及び燃料流路６の複雑な形状も極めて容易
に形成することが可能になり、形状の自由度が大きく且
つ各部の面の品質検査も容易に行うことができる。ま
た、ノズル本体半身成形体１１とノズル本体半身成形体
１２に形成する中空穴の大径部５と小径部１４、燃料溜
まり部８及びノズルサック１３は全く同一の位置に対向
させて形成するが、燃料流路６は図では逆の位置に形成
され、ノズル本体半身成形体１１とノズル本体半身成形
体１２とを対向させることで１つの燃料流路６を形成す
るように整合することになる。

【００２５】各ノズル本体半身成形体１１，１２を射出
成形法によって成形するには、具体的には、窒化ケイ素
原料粉末と、焼結助剤及び成形バインダとしてポリマ
ー、ワックス等を所定量配合し、該配合原料を加圧ニー
ダで混練した後、破砕したものを成形原料にした。この
成形原料を用いて、ノズル本体半身成形体作製用型を装
備した射出機によってノズル本体半身成形体１１とノズ
ル本体半身成形体１２とを成形し、脱脂した後、ノズル
本体半身成形体１１とノズル本体半身成形体１２とを焼
成し、ノズル本体部分１７となるノズル本体半身焼結体
とノズル本体部分１８となるノズル本体半身焼結体を製
作した。次に、各ノズル本体半身焼結体の各接合面をそ
れぞれ研磨して平滑にし、一方のノズル本体半身焼結体
の接合面にペースト状とした酸化物ソルダー剤を塗布し
た後、該接合面に他方のノズル本体半身焼結体の接合面
を治具を用いて位置がずれないように整合させた。ペー
スト状の酸化物ソルダー剤は、例えば、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｙ
₂Ｏ₃、ＣａＯから作ることができる。ノズル本体半身
焼結体の両者の接合面に酸化物ソルダー剤を介在させて
当接させた状態を保持したままで、接合用の炉内に入
れ、所定の温度まで加熱して各ノズル本体半身焼結体を
互いに接合した。

【００２６】上記のように、ノズル本体半身焼結体を酸
化物ソルダー剤を介在させて加熱して互いに接合するこ
とによって、ノズル本体部分１７、ノズル本体部分１８
及び接合部分９から成るノズル本体１が完成することに
なる。このノズル本体１には、燃料流路６、中空穴の大
径部５と小径部１４、燃料溜まり部８及びノズルサック
１３が所定の形状に形成されている。しかしながら、ノ
ズル本体１の接合部分９は、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｙ₂Ｏ₃、Ｃ
ａＯ等の酸化物ソルダー剤を焼成して形成された層であ
り、窒化ケイ素のノズル本体部分１７及びノズル本体部
分１８に比較して強度上弱いものであり、ノズル本体１
の中空穴に針弁４を挿入し、熱負荷、燃料圧等の負荷を
かけて往復運動させるだけの信頼性に富んだ強度を有し
ているとはいえない。

【００２７】そこで、この燃料噴射ノズルでは、特に、
燃料通路６及び中空穴の大径部５が形成されているノズ
ル本体１の外周に鋼製リング２を嵌合すると共に、針弁
４のバルブシートとなるテーパ面１５が形成されている
ノズル本体１の外周に鋼製リング３を嵌合する。ノズル
本体１の外周に鋼製リング２，３を嵌合するには、例え
ば、約４００℃に加熱した鋼製リング２，３をノズル本
体１に焼き嵌めすることによって強固に嵌合することが
できる。また、ノズル本体１に噴孔７を形成するには、
例えば、レーザ加工、放電加工等で形成するか、或いは
噴孔を形成した部材をノズル本体１に形成した孔に化学
的に嵌合して接合することで容易に形成することができ
る。更に、針弁４を挿入するノズル本体１の中空穴即ち
摺動面等は加工研磨をすることで、平滑面に形成でき
る。上記のようにノズル本体１の外周に鋼製リング２，
３を嵌合することによって、燃料噴射ノズルとしての強
度を十分に確保することができた。

【００２８】次に、図６及び図７を参照して、この発明
によるセラミック製噴射ノズルの別の実施例を説明す
る。図６はこの発明によるセラミック製噴射ノズルの別
の実施例を示す断面図である。この実施例では、上記実
施例の部品と同一の機能を果たす部品には同一の符号を
付している。

【００２９】図６に示すように、このセラミック製噴射
ノズルは、燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射ノズルであ
り、液体流路である燃料流路６と該燃料流路６に連通し
且つ針弁４が挿入可能な穴部１４Ｔとを形成したノズル
本体１、ノズル本体１に一体構造に構成し且つ噴孔７を
形成したノズルチップ２９、ノズル本体１の穴部１４Ｔ
に嵌入して燃料の噴射を制御することができる針弁４を
有している。このセラミック製噴射ノズルは、ノズル本
体１及びノズルチップ２９をセラミックスから製作し、
穴部１４Ｔの壁面をテーパ面に形成して針弁４を挿入す
ることによってテーパ面と針弁４の外周面との間にテー
パ状燃料流路１９が形成され、更に噴孔７の入口側をチ
ャンファを施したチャンファ部７Ｃで形成したものであ
る。

【００３０】このセラミック製噴射ノズルは、特に、ノ
ズル本体１及びノズルチップ２９を構成するノズル材質
を窒化ケイ素又は部分安定化ジルコニアのセラミックス
から製作したものである。噴孔７におけるチャンファ部
７Ｃから噴孔７の出口までをストレート部７Ｓで形成さ
れている。更に、このセラミック製噴射ノズルにおい
て、燃料流路６及びテーパ状燃料流路１９は燃料の入口
側より出口側まで一定のテーパを有し、噴孔７の先端部
ではストレート部７Ｓに形成され、燃料流路６，１９に
抵抗がないので、噴孔出口での噴射圧が向上する。

【００３１】このセラミック製噴射ノズルについて、ノ
ズル本体１の穴部１６に形成したテーパとして８／１０
０をつけた。この燃料噴射ノズルを実験したところ、最
大噴射圧は３８０ｂａｒであり、テーパをつけない燃料
噴射ノズルの最大噴射圧：２６５ｂａｒに比較して噴射
圧は向上していた。そのため、このセラミック製噴射ノ
ズルは、空気との混合が良化し、スモークの発生量が低
減できた。

【００３２】本発明と従来のものとを比較試験するた
め、噴孔にチャンファのみを形成した燃料噴射ノズルＮ
と、燃料流路にテーパのみを形成した燃料噴射ノズルＭ
とを作製し、本発明の燃料噴射ノズルと比較した。燃料
噴射ノズルＮは、噴射圧に関しては燃料流路にテーパを
付けていない燃料噴射ノズルと同等であった。燃料噴射
ノズルＭは、噴射圧は３７０ｂａｒまで上がるが、燃料
流路にテーパをつけ且つ噴孔にチャンファを形成した本
発明の燃料噴射ノズルに比較して劣るものであった。こ
のことは、高圧の燃料の流れが、噴孔入口部でかえって
乱されて噴霧への空気導入がテーパ及びチャンファの両
方を具備したもの以上にならないためと考えられる。

【００３３】このセラミック製噴射ノズルについて、長
時間の運転後の燃料当量比、スモーク、出力（正味平均
有効圧：Ｐｍｅ）は図７に示すとおりであった。図７は
このセラミック製噴射ノズルと従来の噴射ノズルとの燃
料当量比φに対する出力Ｐｍｅ及びスモーク発生量Ｓを
比較したグラフである。本発明のノズルは、セラミック
スで製作し、燃料流路をテーパ付きに形成し、且つ噴孔
にチャンファを有しているものである。比較のため、３
つの試験片を作製した。比較例１のノズルＢは、セラミ
ックスで製作し、燃料流路をテーパ付きに形成し、且つ
噴孔にチャンファを有していないものである。比較例２
のノズルＣは、先端をセラミックスで製作したものであ
る。また、比較例３のノズルＤは、従来の金属製のチャ
ンファ付きのものである。

【００３４】図７において、符号ＡＰｍｅは、本発明に
よるセラミック製噴射ノズルＡによる出力を示し、ま
た、符号ＡＳは、本発明によるセラミック製噴射ノズル
Ａによるスモーク発生量を示す。符号ＢＰｍｅは、比較
例１のノズルＢによる出力を示し、また、符号ＢＳは、
比較例１のノズルＢによるスモーク発生量を示す。符号
ＣＰｍｅは、比較例２のノズルＣによる出力を示し、ま
た、符号ＣＳは、比較例２のノズルＣによるスモーク発
生量を示す。また、符号ＤＰｍｅは、比較例３のノズル
Ｄによる出力を示し、また、符号ＤＳは、比較例３のノ
ズルＤによるスモーク発生量を示す。図７から分かるよ
うに、本発明によるセラミック製噴射ノズルＡは、従来
のノズルＢ，Ｃ，Ｄに比較して、正味平均有効圧が増加
し、スモークの発生が低下していることが分かる。

【００３５】このセラミック製噴射ノズルについては、
ノズル本体１とノズルチップ２９とをセラミックス粉末
をプレス成形によって一体構造に構成することができ、
その時は、穴部１６を削り出し加工して形成し、噴孔７
をレーザ加工等で加工できる。噴孔７のレーザ加工時に
は、穴部１６に石膏等を詰めてレーザ加工を行うことが
できる。或いは、このセラミック製噴射ノズルは、ノズ
ル本体１とノズルチップ２９とを接合により一体構造に
構成することもできる。

【００３６】また、このセラミック製噴射ノズルについ
ては、ノズル本体１を上記ノズル本体部分１７，１８と
同様の半割ノズル本体から製作できるものである。半割
ノズル本体は、窒化ケイ素又は部分安定化ジルコニアの
セラミックス粉末にポリエチレン等の熱可塑性の樹脂を
添加したコンパウンドを射出成形することにより製作で
きる。或いは、半割ノズル本体は、スリップキャスティ
ング法、即ち、セラミックス粉末をバインダ及び水や有
機溶媒と共に混合してスラリーを作り、該スラリーを石
膏型等の鋳込型に流し込んで成形することもできる。

【００３７】各々の半割ノズル本体の接合は、半割ノズ
ル本体の成形体の焼成後に、イオンスパッタ法によって
半割ノズル本体の焼成体の接合面にニオブＮｂを０．６
μｍコーティングする。次いで、半割ノズル本体の接合
面のコーティング層に、ろう材としてＡｇ−Ｔｉ−Ｃｕ
−Ｉｎ系のろう材を用い、７４０℃にて接合することが
できる。この時、Ａｇ−Ｔｉ−Ｃｕ−Ｉｎ系のろう材の
成分は、Ａｇ：５９．７ｗｔ％、Ｔｉ：１．７ｗｔ％、
Ｃｕ：２７．０ｗｔ％、Ｉｎ１２．０ｗｔ％である。

【００３８】また、半割ノズル本体の接合面にニオブＮ
ｂをコーティングすることによって、ニオブは展延性が
あるので、接合時にニオブがセラミックスとろう材との
熱膨張率差を緩和し、且つ接合時の残留応力が減少し、
接合強度が増強される。半割ノズル本体の接合強度は、
試験片を作製して曲げ試験を行ったところ、４０Ｋｇ／
ｍｍ²であった。この強度は、ニオブＮｂを緩和材とし
て用いないで製作したものと比較して、１８％強度が向
上していることが分かった。このセラミック製噴射ノズ
ルを製作した各種材料についての熱膨張係数は、以下の
通りである。即ち、窒化ケイ素：３．２×１０^{- 6}／
℃、部分安定化ジルコニア：１０×１０^-6／℃、Ａｇ
−Ｔｉ−Ｃｕ−Ｉｎ系のろう材：１８×１０^{- 6}／℃、
ニオブＮｂ：７．２×１０^{- 6}／℃。

【００３９】このセラミック製噴射ノズルについては、
上記のように、半割ノズル本体を接合によって製作する
ことによって、燃料流路６及び穴部１６の壁面にテーパ
を容易につけることができ、また、噴孔７の入口側にチ
ャンファを容易に形成することができる。穴部１６の壁
面をテーパに形成することによって、針弁４を挿入する
ことによって該テーパ面と針弁４の外周面との間にテー
パ状液体通路１９が形成される。また、このセラミック
製噴射ノズルは、ジルコニア或いは窒化ケイ素で製作さ
れているので、低熱伝導効果を有しており、噴孔７の領
域に炭素スラッジの堆積が発生せず、長期にわたり燃焼
の高効率化と排気ガスの良化が持続されるものである。
また、ニオブ等の熱膨張緩衝金属をセラミックスの接合
面にコーティングすることにより、接合強度を従来のも
のより大幅に向上させることができ、強度の安定化を図
ることができる。

【００４０】

【発明の効果】この発明によるセラミック製噴射ノズル
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、このセラミック製噴射ノズルは、液体流路
を通る軸方向に二分割されているセラミックスから成る
ノズル本体部分、各々の前記ノズル本体部分の対向面間
に位置し且つ両者を接合している前記ノズル本体部分の
セラミックスとは異質の材料から成る接合部分、及び各
々の前記ノズル本体部分と前記接合部分とから構成され
るノズル本体の外周に嵌合した鋼製リングを有するの
で、前記ノズル本体を構成するセラミックス体は軸方向
に前記接合部分で二分されたノズル本体部分で形成され
ているが、前記鋼製リングが前記ノズル本体に嵌合して
前記ノズル本体の強度を確保しているので、熱負荷、燃
料圧等の負荷を受けたとしても強度上安定した噴射ノズ
ルを提供できる。

【００４１】しかも、前記ノズル本体部分は射出成形で
容易に形成でき且つ前記ノズル本体部分に形成する液体
流路、針弁の摺動面を形成する中空穴、液体溜り部、ノ
ズルサック等は極めて容易に、確実に且つ精度をもって
形成できるので、噴射ノズル自体を高効率で製造でき、
量産が可能である。しかも、前記ノズル本体部分の成形
型は一対の型を準備すればよく、型代を低減でき製造コ
ストを大幅に低減できる。また、噴射ノズルにおいて、
前記ノズル本体部分の露出した面に液体流路、中空穴等
の各種流路を形成するので、各種流路の形状の自由度が
大であり、前記ノズル本体に形成した液体流路及び環状
液体流路を形成する中空穴の形状を液体供給口から噴孔
に向かうに従って通路面積を縮小させた形状にも極めて
容易に製作することができ、該液体流路を通る液体の液
体圧を上昇させることもできる。しかも、各種流路の内
面の品質検査も極めて容易である。

【００４２】また、このセラミック製噴射ノズルは、液
体流路を通る軸方向に二分割されているセラミックスか
ら成るノズル本体部分を、該ノズル本体部分の接合面に
ニオブをコーティングし、ろう材で前記ノズル本体部分
を互いに接合したので、接合強度を大幅に強化すること
ができる。

【００４３】また、このセラミック製噴射ノズルは、燃
料流路にテーパが付いており、噴孔から高圧の噴霧が安
定して出ており、セラミックスの低熱伝導効果によって
噴孔部に炭素スラッジが堆積することがなく、長期にわ
たり燃焼の高効率化と排気ガスの良化が持続される。し
かも、ノズルを部分安定化ジルコニア或いは窒化ケイ素
のセラミックスで製作しているので、７０Ｋｇ／ｍｍ²
以上の強度を確保できる。更に、噴孔におけるチャンフ
ァ部から前記噴孔の出口までをストレート部で形成した
ので、噴孔からの燃料の噴出が強力になり、噴射燃料の
到達距離が長くなり燃焼室内の空気導入が十分になり、
燃焼状態を向上できる。しかるに、噴孔にストレート部
を形成しない場合には、燃料の霧化が速くなり、到達距
離が短くなり、空気導入が不十分となり、燃焼の悪化を
招いていた。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明によるセラミック製噴射ノズルの一実
施例を示す断面図である。

【図２】図１のセラミック製噴射ノズルの線Ａ−Ａにお
ける断面図である。

【図３】図１のセラミック製噴射ノズルの噴孔側からみ
た平面図である。

【図４】この発明によるセラミック製噴射ノズルを製作
するためのノズル本体の一方のノズル本体部分を示す平
面図である。

【図５】この発明によるセラミック製噴射ノズルを製作
するためのノズル本体の他方のノズル本体部分を示す平
面図である。

【図６】この発明によるセラミック製噴射ノズルの別の
実施例を示す断面図である。

【図７】このセラミック製噴射ノズルと従来の噴射ノズ
ルとの燃料当量比に対するエンジン出力及びスモーク発
生量を比較するグラフである。

【図８】従来のセラミック製噴射ノズルを製作するため
のノズル本体の一方の上半分を示す図面である。

【図９】従来のセラミック製噴射ノズルを製作するため
のノズル本体の他方の下半分を示す図面である。

【図１０】従来のセラミック製噴射ノズルの一例を示す
断面図である。

【符号の説明】

１ノズル本体２，３鋼製リング４針弁６燃料流路（液体流路）７噴孔７Ｃチャンファ部７Ｓストレート部９接合部分１４Ｔ穴部１７，１８ノズル本体部分１９テーパ状燃料流路２９ノズルチップ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者関山惠夫神奈川県藤沢市土棚８番地株式会社いすゞセラミツクス研究所内 (72)発明者行岡雅洋神奈川県藤沢市土棚８番地株式会社いすゞセラミツクス研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液体流路を通る軸方向に二分割されてい
るセラミックスから成るノズル本体部分、各々の前記ノ
ズル本体部分の対向面間に位置し且つ両者を接合してい
る前記ノズル本体部分のセラミックスとは異質の材料か
ら成る接合部分、及び前記各ノズル本体部分と前記接合
部分から構成したノズル本体の外周に嵌合した鋼製リン
グを有するセラミック製噴射ノズル。
【請求項２】液体流路を通る軸方向に二分割されてい
るセラミックスから成るノズル本体部分、及び各々の前
記ノズル本体部分の対向面間に位置し、前記ノズル本体
部分の接合面にコーティングしたニオブと前記ノズル本
体部分を互いに接合するろう材とから成る接合部分、を
有するセラミック製噴射ノズル。
【請求項３】ノズル本体及び該ノズル本体と一体構造
のノズルチップを窒化ケイ素又は部分安定化ジルコニア
のセラミックスから製作し、前記ノズル本体を液体流路
を通る軸方向に二分割したノズル本体部分を接合して構
成し、前記ノズル本体に形成した穴部の壁面をテーパ面
に形成して針弁を挿入することによって前記テーパ面と
前記針弁の外周面との間にテーパ状液体流路を形成し、
更に前記ノズルチップに形成した噴孔の入口側をチャン
ファを施したチャンファ部で形成したセラミック製噴射
ノズル。
【請求項４】前記ノズル本体と前記ノズルチップが接
合により一体構造に構成されている請求項３に記載のセ
ラミック製噴射ノズル。
【請求項５】前記噴孔における前記チャンファ部から
前記噴孔の出口までをストレート部で形成した請求項３
に記載のセラミック製噴射ノズル。