JPH09112392A

JPH09112392A - 内燃機関用燃料噴射ノズル及びその製造方法

Info

Publication number: JPH09112392A
Application number: JP26576095A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Niwa; 豊丹羽
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1995-10-13
Filing date: 1995-10-13
Publication date: 1997-04-28

Abstract

(57)【要約】【課題】燃料噴射ノズルの先端にデポジットが付着し
難い内燃機関用燃料噴射ノズルを提供する。【解決手段】燃料噴射ノズルの噴孔２０を形成する内
壁ならびに該内壁に連続するノズル先端面２３に撥油性
材料からなるコーティング層２５１、２５２を形成す
る。このため、ノズル先端部に燃料成分が付着し難い
し、付着したとしても次回の燃料噴射により剥離し易
い。ここでコーティング層２５１、２５２を形成するノ
ズル先端面は、少なくとも、デポジットが付着すると燃
料噴射に影響を与える箇所である。これにより、燃料噴
射量の調量性能ならびに燃料の霧化を向上する。ノズル
ニードル１４が当接するシート面１９にはコーティング
層を形成しない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術の分野】本発明は、内燃機関用の燃
料噴射ノズルに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、低燃費、低エミッション、高出力
化などを目的として内燃機関（以下、「エンジン」とい
う）のシリンダ内に直接燃料を噴射する燃料供給システ
ムが周知となっている。この燃料供給システムに用いら
れる燃料噴射ノズルに求められる性能の一つとしては、
調量性能とシリンダ内燃焼特性の向上の点から燃料の霧
化が重要な要素となっている。

【０００３】このような直噴式エンジンに用いられる電
磁式燃料噴射ノズルは、磁性体から成るハウジング内に
固定鉄心、電磁コイルおよび可動鉄心を収容し、電磁コ
イルに励磁電流を流すことにより、可動鉄心に連結され
た弁部材を駆動する。弁部材がハウジングの弁座に当接
するとき弁閉位置となり離間するとき弁開位置となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この種の電磁
式燃料噴射ノズルは噴孔がエンジンの燃焼室に面してい
るため、燃焼室内の火炎や燃焼によってノズル先端部が
高熱となり、ノズルの先端面や噴孔に近接した面に燃料
が炭化しデポジットとなり易い。例えば図１０に示すよ
うに、燃料噴射ノズル１の噴孔２の出口部近傍におい
て、ノズル面３の噴孔２の出口近傍にデポジット４が付
着する。このため、燃料噴射ノズル１の調量性能や燃料
の霧化が損なわれ易い。

【０００５】他の従来例では、ノズル面近傍の温度を降
下させるための断熱層を設けているものがあるが、この
従来例においても、ノズル先端面や噴孔の内壁には燃料
が付着するため、火炎等により付着燃料が炭化し、デポ
ジットを低減する有効な手段とはなっていない。本発明
は、燃料噴射ノズルの噴孔出口近傍に付着する燃料がデ
ポジット発生の主な原因であることに着目し、燃料噴射
ノズルの先端に燃料が付着し難い内燃機関用燃料噴射ノ
ズルを提供することを目的とする。

【０００６】本発明の他の目的は、燃料噴射量の調量性
能ならびに燃料の霧化を向上するようにした内燃機関用
燃料噴射ノズルを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の内燃機関用燃料
噴射ノズルは請求項１または５記載の手段を採用する。
この手段によると、燃料噴射ノズルの噴孔を形成する内
壁ならびに該内壁に連続するノズル先端面に撥油性材料
からなるコーティング層を形成したため、ノズル先端部
に燃料成分が付着し難いし、付着したとしても次回の燃
料噴射により剥離し易い。ここでコーティング層を形成
するノズル先端面は、少なくとも、デポジットが付着す
ると燃料噴射に影響を与える箇所である。

【０００８】請求項２記載の手段を採用すると、噴孔の
内壁に形成するコーティング層の厚さが、コーティング
層形成前の噴孔開口断面積に対するコーティング層の断
面積が３％以下に相当するため、燃料噴射量の制御を精
密に保持することができる。請求項３記載の手段を採用
すると、弁本体のシート面よりも噴孔出口側にコーティ
ング層が形成されているため、弁閉時の燃料のシール性
を確保することができる。

【０００９】請求項４記載の手段を採用すると、前記コ
ーティング層を酸化触媒材料で形成しているため、未燃
の燃料の酸化を促進し、ノズル先端部に付着し難くして
いる。本発明の内燃機関用燃料噴射ノズルの製造方法
は、請求項６記載の手段を採用する。この方法による
と、ノズル先端部のシート面にコーティング層を形成す
ることなしに、噴孔の内壁とノズル先端面の一部または
全部にコーティング層を形成することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。（第１実施例）本発明の燃料噴射ノズルを自動車用エン
ジンのインジェクタに適用した第１実施例を図１および
図２に示す。インジェクタ１１は噴射制御用電磁弁部１
２と燃料噴射ノズル１３とからなる。

【００１１】噴射制御用電磁弁部１２は、そのハウジン
グ１０の内部に、励磁コイル（図示せず）と、励磁コイ
ルに通電されたとき発生する電磁吸引力により吸引移動
する可動片（図示せず）とを収容する。この可動片にノ
ズルニードル１４が連結される。インジェクタ１１は、
往復動可能な弁部材としてのノズルニードルと、このノ
ズルニードルを軸方向に摺動可能な案内孔とノズルニー
ドルの当接可能なシート面と噴孔とを有する弁本体とし
てのノズルボディとを備える。インジェクタ１１は、さ
らに、弁本体と、前記弁部材を閉弁方向に付勢する付勢
手段と、前記弁部材に固定される筒状の可動鉄心と、前
記可動鉄心と同軸上に前記可動鉄心に対して配置される
固定鉄心と前記固定鉄心の外周に設けられ、前記固定鉄
心および前記可動鉄心に磁束を形成することにより前記
可動鉄心および前記弁部材を前記付勢手段の付勢力に抗
して開弁方向に移動される電磁コイルとを備える。

【００１２】燃料噴射ノズル１３を構成するノズルボデ
ィ１５の内部には軸方向に延びる空間部１６が形成さ
れ、この空間部１６にノズルニードル１４が収容されて
いる。インジェクタ１１の燃料導入口１７から導入され
た燃料はノズルボディ１５の内部の空間部１６に充満さ
れている。またノズルニードル１４は、図示しないスプ
リングにより弁閉側に付勢されている。ノズルニードル
１４の円環状の当接部１８とノズルボディ１５の円錐斜
面状のシート面１９との当接時に弁閉状態となり、シー
ト面１９からすなわち図１に示す状態からノズルニード
ル１４の当接部１８がリフトすると、当接部１８とシー
ト面１９との隙間が開き、この隙間より燃料が燃料溜り
室５と噴孔２０を通って燃焼室２１内に噴射される。こ
のインジェクタ１１は、エンジンヘッド６の内部の燃焼
室２１と外部とを連通する燃料噴射ノズル用取付孔２２
に外部から挿入されて、エンジンヘッド６にねじ結合さ
れている。ノズルボディ１５の先端部に形成されるノズ
ル面２３は円錐斜面状に形成されており、その先端部が
噴孔２０の出口側内壁面に連通している。

【００１３】そして、燃料噴射ノズル１３のノズル先端
面２３と噴孔２０の内壁とに撥油性をもつ材料からなる
コーティング層２５が形成されている。コーティング層
２５は、例えばテフロンなどである。このコーティング
層２５は、噴孔２０の内壁からノズル先端面２３まで連
続し、噴孔２０の内壁を被覆するコーティング層２５１
と、ノズル先端面２３を被覆するコーティング層２５２
とからなる。このコーティング層２５の厚さは、図８に
示すように、コーティング層２５１の断面積Ｓ ₁ が噴孔
２０の開口断面積Ｓ₀ の３％以下となるように調整され
ている。これは、噴孔２０の内壁に形成されるコーティ
ング層２５１の厚さを上記のように断面積比Ｓ₁ ／Ｓ₀
が３％以下になるように調整することにより、燃料噴射
量の制御を噴射制御用電磁弁１２で電子制御することが
容易に可能となる許容範囲だからである。

【００１４】また、ノズルボディ１５のシート面１９に
コーティング層は形成されない。シート面１９は精密加
工により寸法精度が精密に形成されているから、このよ
うな精密加工された部分にコーティング層が形成されな
いため、弁閉時におけるノズルニードル１４の当接部１
８とシート面１９との油密確保がされている。この実施
例によると、燃料噴射ノズルの作動時、シート面１９か
らノズルニードル１４が図１に示す状態からシート面１
９より離間すると、空間部１６に充満する燃料が当接部
１８とシート面１９との円環状の隙間と燃料溜り室５、
噴孔２０とを通して燃焼室２１内に噴射される（弁開状
態）。ノズルニードル１４の当接部１８がシート面１９
に着座したとき、噴孔２０からの燃料の噴射が遮断され
る（弁閉状態）。エンジンの停止時、噴孔２０の後垂れ
燃料などの燃料が一時的にノズル先端部に残存するが、
この残存燃料はコーティング層２５１、２５２の表面に
は付着しにくい。これはコーティング層２５１、２５２
の表面が油の付着しにくい撥油性のコーティング層とな
っているからである。仮に燃料が付着したとしてもエン
ジン始動時の次回噴射によりこの付着燃料がコーティン
グ層２５１、２５２の表面から剥離し易い。

【００１５】エンジンの停止直前、インジェクタの最終
の弁開動作直後に噴孔２０の内壁のコーティング層２５
１からノズル先端面２３のコーティング層２５２に沿っ
て流れる流速の遅い燃料は揮発し易い。またコーティン
グ層２５１、２５２が形成されているためコーティング
層２５１、２５２の燃料付着量は少なく、付着燃料が熱
等により変質し生成するデポジットの量は少ない。この
ためエンジンを再始動するときの噴射量の低下や噴射特
性への影響は小さい。また撥油性のコーティング層２５
１、２５２であるから表面エネルギーが金属面に比べ小
さいため、生成されたデポジットの付着力が弱く例えば
噴孔２０の内壁に生成したデポジットは次回以降の燃料
噴射時に燃料の液圧によって取り除かれ、デポジットが
成長し難い。

【００１６】これに対し、ノズル先端面にコーティング
層が無い比較例の場合、ノズル先端面に生成したデポジ
ットが噴孔開口に覆い被さるように成長し（図１０参
照）、その結果、噴射量の低下や噴霧形状の影響を引き
起こす。例えば図４Ａに示す燃料の噴射形状が適正な仕
様の場合、この仕様においてデポジットが成長したと
き、例えば図４Ｂ、図４Ｃに示すように噴霧角が異常な
方向に偏る現象が生じたり、噴射不足が発生し易い。

【００１７】上記実施例においては、噴孔２０からノズ
ル先端面２３への連続的な撥油性のコーティング層２５
１、２５２が形成されているため、ノズル先端面２３で
のデポジット生成量も少ないので、上記のような燃料噴
霧の偏り発生を防止することができる。燃料噴射料変化
率の経時変化については、図３に示すように、従来例で
は、次第に噴射量変化率が低下する。またデポジットの
剥離等により噴射量変化率が一時的に上昇することもあ
る。これに対し、本発明の実施例では、噴射量変化率が
安定する。これは、燃料が付着し難いことから噴射量が
安定するためである。

【００１８】次に、ノズル先端面に形成するコーティン
グ層の製造方法について図５および図６に基づいて説明
する。製造例１図５は、コーティング層を形成する装置を示している。
シャーレ３１にコーティング液３２が収容されている。
このコーティング液３２の液面位置を検出する光学式距
離測定計３３が基台４０に取り付けられており、この光
学式距離測定計３３のセンサ信号が液面測定装置３５に
入力され、液面測定装置３５の発信するセンサ信号が制
御装置３６に入力される。制御装置３６はコーティング
液の液面位置信号を入力し、演算処理し、ステップモー
タ３８を駆動する駆動信号をステップモータ駆動装置３
７に出力する。ステップモータ３８が制御されることに
よりロッド４３が上下に移動する。ロッド４３にはカラ
ー４２が固定されており、このカラー４２と基台４０の
間に圧縮コイルスプリング３９が介装されて、この圧縮
コイルスプリング３９によりロッド４３が上方向に付勢
されている。ロッド４３の下端にはアーム４１を介して
ノズルボディ１５が固定されている。ステップモータ３
８の駆動により圧縮コイルスプリング３９に抗してロッ
ド４３が下降し、その下降位置がノズルボディ１５のシ
ート面にコーティング液が侵入しない程度に制御し、ノ
ズル先端面２３および噴孔２０の内壁にコーティング液
を浸漬する。本実施例では、コーティング層を形成する
ときの浸漬時、コーティング液面がシート面より下方と
なるようにアーム４１の移動位置を制御する。コーティ
ング液に浸漬されたノズルボディ１５は、例えば図６に
示す状態となる。

【００１９】製造工程は、ノズルの洗浄、ノズル先端部
のコーティング液への浸漬、エアブロー、乾燥の順であ
る。浸漬後、ノズルボディ１５を図５に示す位置にリフ
トし、ノズルボディ１５をアーム４１から取り外す。そ
の後、ノズルボディ１５をエアブローし、付着したコー
テイング液を乾燥した後、ノズルボディ１５のコーティ
ング層を焼成する。焼成条件は例えば２００℃、１〜２
時間である。するとコーティング層２５１、２５２が形
成される。

【００２０】製造例２本発明の製造例２としては、基本的な製造工程は製造例
１と同様であるが、浸漬前、図６に示すように、ノズル
ボディ１５のシート面１９に栓体４５により蓋をしてお
く。これによりコーティング液がノズルボディ１５の噴
孔２０から内部の空間部１６に侵入しないようにしてい
る。次いで、ノズルボディをコーティング液中に浸漬し
た後、エアブローし、次いで図７に示すように噴孔２０
の中心位置にラップ棒４７を回転しながら噴孔２０の中
心位置に挿入し、噴孔２０の内壁に付着するコーティン
グ層２５１の厚さを均一にする。そして図８に示すよう
に噴孔２０の中心位置に同心状にコーティング層２５１
を形成するようにする。またコーティング層２５１の膜
厚を均一にする。これにより噴孔２０に形成される燃料
通路の開口面積がより一層均一となる。したがって、燃
料の調量性能が一層向上する。

【００２１】上記製造例２の場合には、ラップ棒４７に
よりコーティング層２５１の厚さを調節できまた芯合わ
せを容易に行えるためノズルボディ１５の表面状態やコ
ーティング液への浸漬時間、エアブロー時間、エア圧を
精度よく管理する必要がないので、コストダウンが図れ
る。本発明のコーティング層の材質としては、前述した
撥油性の材質のほか、酸化性の材質を用いることもでき
る。例えば酸化性の材質としては、ニッケル酸化物、コ
バルト酸化物、二酸化マンガン等の分解触媒を加えた処
理材が挙げられる。燃料噴射ノズルがエンジン燃焼室内
に位置する場合、燃焼の火炎によりノズル先端面は高温
となる。この例に示すようにノズル先端面に酸化触媒を
コーティングする場合、ノズル先端面に付着した燃料は
熱と酸化触媒の作用により完全に分解しデポジットとは
なりにくい。この実施例ではデポジットが発生し難いと
いう効果がある。

【００２２】さらに本発明では、ノズルの噴孔を１個の
例について説明したが、複数個ある場合に複数個の噴孔
の内壁にコーティング層を形成することができる。また
さらに他の実施例として、例えば図９に示すように、ノ
ズルボディ１５の先端部に形成した平坦面のノズル先端
面４８と噴孔２０の内壁にコーティング層２５１、２５
３を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の燃料噴射ノズルをエンジ
ンヘッドへ取付けた状態におけるノズル先端部の断面図
である。

【図２】本発明の燃料噴射ノズルを適用したインジェク
タの先端部分切欠側面図である。

【図３】本発明の実施例と従来例の噴射ノズルにおける
噴射量変化率と時間との関係を示す模式的なデータ図で
ある。

【図４】燃料噴射ノズルの燃料噴射形状を説明する模式
図である。

【図５】本発明の実施例による燃料噴射ノズルの製造方
法の一例を示す装置の概略構成図である。

【図６】製造工程を示す説明図である。

【図７】本発明の実施例の製造方法の他の例を示す説明
図である。

【図８】本発明の実施例による燃料噴射ノズルの噴孔と
コーティング層の位置関係を示す図である。

【図９】本発明の他の実施例の燃料噴射ノズルの先端部
分断面図である。

【図１０】従来例の燃料噴射ノズルの噴孔付近にデポジ
ットが付着した状態を示す図である。

【符号の説明】

１燃料噴射ノズル４デポジット６エンジンヘッド１１インジェクタ１３燃料噴射ノズル１４ノズルニードル（弁部材）１５ノズルボディ（弁本体）１６空間部１８当接部１９シート面２０噴孔２１燃焼室２２取付孔２３ノズル先端面２５コーティング層４５栓体４７ラップ棒

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料噴射ノズルの噴孔を形成する内壁な
らびに該内壁に連続するノズル先端面に撥油性材料から
なるコーティング層を形成したことを特徴とする内燃機
関用燃料噴射ノズル。
【請求項２】噴孔の内壁に形成するコーティング層の
厚さは、コーティング層形成前の噴孔開口断面積に対す
るコーティング層の断面積が３％以下に相当することを
特徴とする請求項１記載の内燃機関用燃料噴射ノズル。
【請求項３】前記コーティング層は、前記燃料噴射ノ
ズルの弁本体のシート面よりも噴孔出口側に形成されて
いることを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関
用燃料噴射ノズル。
【請求項４】前記コーティング層は、撥油性材料に代
えて、酸化触媒材料からなることを特徴とする請求項
１、２、３のいずれか一項に記載の内燃機関用燃料噴射
ノズル。
【請求項５】往復動可能な弁部材と、前記弁部材を軸方向に摺動可能な案内孔と前記弁部材の
当接可能なシート面と噴孔とを有する弁本体とを備え、前記弁本体のノズル先端面ならびに噴孔を形成する内壁
に撥油性材料または酸化触媒からなるコーティング層を
形成したことを特徴とする内燃機関用燃料噴射ノズル。
【請求項６】請求項１〜５のいずれか一項に記載の内
燃機関用燃料噴射ノズルの製造方法であって、燃料噴射
ノズルのノズル先端部のシート面に栓体を当接し、この
ノズル先端部をコーティング液に所定時間浸漬したこと
を特徴とする内燃機関用燃料噴射ノズルの製造方法。