JPH0481568A - 燃料噴射ノズルの製造方法 - 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、例えば、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、例え
ば、第９図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２０、該ノズル本体２０の先
端部に形成された複数個の噴孔２２、及び咳噴孔２２を
開閉するための針弁２１から成る。ノズル本体２０は、
金属材料で製作され、筒体上部２４と先端が封止した筒
体先端部２５とから成る。筒体上部２４の内周面と針弁
２１の外周面との間には、燃料供給通路２３が形成され
ている。また、筒体先端部２５には複数個の噴孔２２が
形成されている。これらの噴孔２２は、針弁２１が上下
動することによって針弁２１の先端のテーパ面２６が筒
体先端部２５のテーパ面２７に接離することで開閉され
る。

また、内燃機関の燃料噴射ノズルとして、実開昭５８−
１２２７７８号公報に開示されたものがある。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
ック材で構成し、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。

〔発明が解決しようとするｙＡＮ） ところで、燃料噴射ノズルにおいて、筒体先端部２５に
形成された噴孔２２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
エンジン性能の向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ぼすことは、従来がらも
分かっている要素であるが、円板外の微細な形状、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か
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。

従来、燃料噴射ノズルの噴孔を円板外異形形状に形成す
る場合には、レーザ加工機や放電加工機を用いてノズル
本体に孔加工を施しているが、レーザ加工機によるレー
ザ加工の場合には、レーザ照射面では適正な形状かえら
れるが、レーザ即射面とは反対側の面では、所定の噴孔
の形状に加工し難いという問題を存している。また、放
電加工機による放電加工については、形彫放電加工は勿
論のこと、ワイヤ電極を用いて放電加工を行う場合には
、ワイヤ電極を工作物のスタートホールに通す必要があ
り、工作物即ちノズル本体の筒体先端部に異なった角度
で孔を穿孔することは不可能なことであった・ 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凱膨張差による焼嵌めで固
定したものである。ところが、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。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
のみを加勢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ンタンクにて破損
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、セラミッ
ク製パイプ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。

この発明の目的は、上記の課題を解決することであり、
例えば、燃焼室内に露出する噴孔から該燃焼室に燃料を
噴射するセラミックノズルの製造方法において、金属製
ノズル本体にセラミック製パイプを固定するのに、ノズ
ル本体に形成した孔にセラミック製パイプを隙間を持た
せて挿入し、ノズル本体とパイプとを均一に加熱した後
に、ノズル本体のみを局部的に加熱溶融し、次いで冷却
することで凝固させ、凝固の際に発注する収縮によって
咳凝因収縮力によってノズル本体とパイプとを接合する
燃料噴射ノズル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。■ρち、この発明は、位置決め治具に孔を
備えたノズル本体を設置する工程、前記孔の径より小さ
い外径を有し且つ前記ノズル本体と同等の熱膨張率を有
するセラミック製パイプを前記孔内に挿入する工程、前
記ノズル本体と前記パイプとを所定の温度まで加熱する
工程、前記パイプと隣接する付近の前記ノズル本体のみ
を局部的に加熱して溶融する工程、及び加熱溶融した前
記ノズル本体の部分を凝固させて前記ノズル本体と前記
パイプとを接合する工程、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、前記ノ
ズル本体の孔付近には、余肉が設けられているものであ
る。

更に、この燃料噴射ノズルの製造方法において、前記パ
イプの外側には凹凸部又はテーパ面が形成されているも
のである。

［作用〕 この発明による燃料噴射ノズルの製造方法は、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
射ノズルの製造方法は、ノズル本体に形成した孔の径よ
り小さい外径を有し且つ前記ノズル本体と同等の熱膨張
率を有するセラミ。

り類パイプを前記孔内に挿入し、前記パイプと隣接する
付近の前記ノズル本体のみを局部的に加熱溶融し、次い
で加熱溶融した前記ノズル本体の部分を凝固させて前記
ノズル本体と前記パイプとを接合したので、前記パイプ
は前記ノズル本体に噛み込むことなく、また前記パイプ
がサーマルンヨ２りにで破損することもなく、前記パイ
プが確実に且つ強固に固定され、また、使用時に噴出圧
によって前記ノズル本体から前記パイプが外れるような
現象は発生しない。

更に、前記パイプは前記ノズル本体とは別に予め製作す
るものであるので、前記パイプそのものに形成されてい
る孔の形状については、円形の形状は勿論のこと、楕円
形、角形等の異形形状に自由に選定して容易に且つ正確
に製作することができ、また、孔の数、孔に位置、位置
段数を所望に応して選択でき、異形形状の噴孔を簡華に
且つ能率的に形成することができる。

〔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。

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
、第１図、第２図及び第３図を参照して説明する。第１
図はこの燃料噴射ノズルの製造方法を達成するための１
１！備段階を示す説明図、第２図はこの燃料噴射ノズル
の製造方法の工程の途中を示す説明図、及び第３図は燃
料噴射ノズルの製造方法で固定した状態を示す説明図で
ある。

この燃料噴射ノズルの製造方法は、王として、位置決め
治具２にノズル本体ｌを設！する工程、ノズル本体２の
孔１４の径りより小さい外径りを有し且つノズル本体１
と同等の熱膨張率を有するセラミ、り材料から成るパイ
プ３を孔１４内に隙間８を形成した状態に挿入する工程
、ノズル本体１とパイプ３とを所定の温度まで加熱する
工程、パイプ３と隣接する付近のノズル本体１のみを局
部的に加熱して溶融させる工程、次いで加熱溶融したノ
ズル本体１０部分を凝固させてノズル本体１とパイプ３
とを接合する工程から成るものである。

この燃料噴射ノズルの製造方法において、第１図に示す
ように、位置決め治具２は、ノズル本体１の内部に挿入
した状態であり、位置決め治具２の面はノズル本体１に
形成した孔１４の内側開口を閉鎖した状態に配置されて
いる。位置決め治具２自体は、セラミック材料等の高温
に対して耐熱性に冨んだ材料から構成されている。また
、ノズル本体１は、例えば、はだ焼き綱等の金属材料か
ら製作されている。ノズル本体１に形成された孔１４は
外側が拡開した状態に形成されていることが、ノズル本
体１を局部的に加熱溶融し易く、また、ノズル本体１と
パイプ３との間の隙間８に溶融した金属を流入させ易い
。

次いで、第２図に示すように、ノズル本体１を位置決め
治具２に設置した状態で、ノズル本体１に形成した孔１
４にセラミック製のパイプ３を挿入する。この時、ノズ
ル本体１に形成された孔１４の内径りは、パイプ３の外
径りより大きいので、パイプ３の外面と孔１４の内面と
の間には隙間８が形成された状態である。パイプ３は、
ノズル本体ｌと同等の熱膨張率を有するセラミンク材料
、例えば、ジルコニアＺｒＯ□から製作されている。

パイプ３に形成された孔即ち噴孔４の形状は、円形形状
は勿論のこと、四角形状等の種々の形状の異形形状に予
め形成されている。勿論、パイプ３を形成するセラミッ
ク材料については、ジルコニアの他に窒化ケイ素、炭化
ケイ素又はアルミナの粉体を選定することもできる。

ノズル本体１の孔１４内にパイプ３を挿入した状態で、
両者を高温の所定の温度Ｔ１に加熱する。

この温度Ｔ、は、パイプ３を構成するセラミック材料の
耐熱衝撃温度をＴ２とすると、 １８００＞Ｔ、＞１８００−７２ の範囲に設定する。例えば、セラミック材料がジルコニ
アＺｒ○２の場合には、Ｔ２は４６０℃であるので、Ｔ
１は１３４０℃以上で且つ１８００℃以下になる。

次いで、第３図に示すようζこ、ノズル本体１の孔１４
に挿入したパイプ３に隣接する付近のノズル本体１のみ
を、例えば、レーザ等でノズル本体１の融点を超える温
度、例えば、１８００℃の温度で局部的に加艶して該部
分を溶融させる。

この溶融したノズル本体１の部分の溶融金属５は、冷却
することによって局部的に凝固収縮し、該凝固収縮力に
よってノズル本体ｌの孔４Ｌこパイプ３が接合されるこ
とになる。

この燃料噴射ノズルの製造方法は、上記のように、パイ
プ３自体は予め形成されているので、パイプ３に形成し
た噴孔１４の孔径、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、パイプ３に形成された噴孔４は、極めて容易に且
つ正確に所定の形状、サイズ等のものに加工することが
できる。

例えば、噴孔４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。

この燃料噴射ノズルの製造方法は、上記各工程によって
ノズル本体１にセラミック製バイブ３を接合しているが
、ノズル本体１に形成する孔１４の形状及びセラミンク
製バイブの形状については、選定した材料、パイプ３に
形成した噴孔４の形状等の条件に応して種々に変更でき
るものである。

即ち、この燃料噴射ノズルの製造方法において、ノズル
本体１の局部的な溶融金属５による凝固収縮力だけでは
、ノズル本体１とセラミック製のパイプ３との接合力が
不足する場合には、第４図に示すように、パイプ３の外
面に凹部６を形成し、該パイプ３をノズル本体１の孔１
４に挿入してノズル本体Ｉを局部的に溶融することによ
って、該溶融金属５をパイプ３の凹部６及び隙間８に流
し込んでパイプ３を鋳包み、ノズル本体１にパイプ３を
強固に接合すると共に、両者を四部６による機械的な固
定で確実に接合する。

又は、この燃料噴射ノズルの製造方法においで、ノズル
本体１の局部的な溶融金属５による凝固収縮力だけでは
、ノズル本体１とセラミック製のパイプ３との接合力が
不足する場合には、第５図に示すように、パイプ３の外
面に凸部７を形成し、該パイプ３をノズル本体１の孔１
４に挿入してノズル本体１を局部的に溶融することによ
って、該ン容融金属５をパイプ３の凸部７を囲む状部に
隙間８に流し込んでパイプ３を鋳包み、ノズル本体１に
パイプ３を強固に接合すると共に、両者を凸部７による
機械的な固定で確実に接合する。

或いは、この燃料噴射ノズルの製造方法において、ノズ
ル本体１の局部的な溶融金属による凝固収縮カムこまっ
て、セラミック製のパイプ３が破損する可能性がある場
合には、第６図（Ａ）に示すように、ノズル本体１の孔
１４付近には、余肉部９を設ける。該余肉部９をレーザ
等で溶融させることによって、第６図（Ｂ）に示すよう
に、溶融金属５を隙間８に流し込んでパイプ３を鋳包み
、パイプ３に対して全体的に溶融金属を流し込んで凝固
収縮させ、それによってパイプ３全体に均一に凝固収縮
させることによってノズル本体１にパイプ３を接合する
。

又は、この燃料噴射ノズルの製造方法において、ノズル
本体１の局部的な溶融金属５による凝固収縮力だけでは
、ノズル本体１とセラミック製のパイプ３との接合力が
不足する場合には、第７図（Ａ）に示すように、ノズル
本体１の内側に係止部１０を孔１４の内向き側へ突出さ
せ、該係止部１０に整合するようにパイプ３の端部をテ
ーパ面１１に形成し、ノズル本体１の外側のパイプ３と
の間の隙間８に低融点金属の金属蝋等の金属部材１２を
挿入し、第７図（Ｂ）に示すように、該金属部材１２を
溶融して隙間８に流し込み、ノズル本体１にパイプ３を
強固に固定すると共に、両者を係止部１０による機械的
な固定で確実に抜は止めを防止できる。

或いは、この燃料噴射ノズルの製造方法において、ノズ
ル本体１の局部的な溶融金属５による凝固収縮力だけで
は、ノズル本体ｌとセラミック製のパイプ３との接合力
が不足する場合には、第８図（Ａ）に示すように、ノズ
ル本体１の内側に係止部１０を孔１４の内向き側へ突出
させ、該係止部１０に整合するようにパイプ３の端部を
テーパ面１１に形成し、更に、パイプ３の他端部をテー
パ面１３に形成し、ノズル本体１の外側のパイプ３とテ
ーパ面１３との間の隙間８に低融点金属の金属部等の金
属部材１２を挿入し、第８図（Ｂ）に示すように、該金
属部材１２を溶融して隙間８に流し込み、ノズル本体１
にパイプ３を強固に固定すると共に、両者を係止部］Ｏ
とテーパ面１〕及び凝固収縮金属とテーパ面１３とによ
る機械的な固定で確実に抜は止めを防止できる。

〔発明の効果〕

この発明による燃料噴射ノズルの製造方法は、上記のよ
うに構成されており、次のような効果を存する。即ち、
この燃料噴射ノズルの製造方法は、位置決め治具に孔を
備えたノズル本体を設置する工程、前記孔の径より小さ
い外径を有し且つ前記ノズル本体と同等の体膨張率を有
するセラミ、り製バイブを前記孔内に挿入する工程、前
記ノズル本体と前記パイプとを所定の温度まで加熱する
工程、前記パイプと隣接する付近の前記ノズル本体のみ
を局部的に加熱して溶融する工程、及び加熱溶融した前
記ノズル本体の部分を凝固させて前記ノズル本体と前記
パイプとを接合する工程から成るので、前記ノズル本体
に前記パイプを確実に且つ強固に固定することができ、
しかも、前記バイブ自体は予め形成されているので、前
記パイプに形成した噴孔の孔径、孔の形状、角度、サイ
ズは所望に応し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、前記パイプに形成された噴孔は、極めて容易に
且つ正確に所定の形状、サイズ等のものに成形、加工等
を行うことができる。例えば、噴孔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。

しかも、前記ノズル本体に対して所望の形状の噴孔を極
めて能率的に形成することができると共に、種々の形状
をした噴孔の寸法精度が極めて良く、多数形成して多噴
孔に形成することができる。従って、この燃料噴射ノズ
ルの製造方法において、前記ノズル本体に形成する前記
孔の形状は円形及び円形以外の異形形状に形成できるの
で、燃焼室に最も通した形状の噴孔を容易に形成するこ
とができ、エンジン性能を向上できる。

また、この燃料噴射ノズルの製造方法において、前記ノ
ズル本体の孔付近に余肉を設けることによって、セラミ
ック製の前記パイプに該余肉による溶融金属を前記パイ
プの外周全体へ行き渡らせて、前記パイプの外側全体に
溶融金属の凝固収縮力を付与することができ、前記パイ
プの破損、亀裂等の発生を避けることができる。

更に、この燃料噴射ノズルの製造方法において、前記パ
イプの外側には凹凸部又はテーパ面が形成されているの
で、溶融金属が前記パイプの外側に流れ込んで硬化する
ことによって、前記パイプは前記ノズル本体に強固に且
つ確実に固定され、燃料圧等で前記パイプが前記ノズル
本体から抜は出るようなことがない。

【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を達
成する工程の一ステップを示す説明図、第２図は第１図
に示す工程に続く工程を示す説明図、第３図は第２閣の
工程に続く工程を示す説明図、第４図はこの発明による
燃料噴射ノズルの製造方法を達成するための別の実施例
を示す説明図、第５図はこの発明による燃料噴射ノズル
の製造方法を達成するための更に別の実施例を示す説明
図、第６図（Ａ）及び第６図（Ｂ）はこの発明による燃
料噴射ノズルの製造方法を達成するための他の実施例を
示す説明図、第７図（Ａ）及び第７図（Ｂ）はこの発明
による燃料噴射ノズルの製造方法を達成するための更に
他の実施例を示す説明図、第８図（Ａ）及び第８図（Ｂ
）はこの発明による燃料噴射ノズルの製造方法を達成す
るための別の実施例を示す説明図、並びに第９図は従来
の燃料噴射ノズルの一例を示す概略図である。 １−−−−ノズル本体、２−−−−位置決め治具、３パ
イプ、 孔 （噴了し 溶融金属、 凹部、 凸部、 隙間、 余 内部、 係止部、 テーパ面、 金属部材、 孔。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）位置決め治具に孔を備えたノズル本体を設置する
   工程、前記孔の径より小さい外径を有し且つ前記ノズル
   本体と同等の熱膨張率を有するセラミック製パイプを前
   記孔内に挿入する工程、前記ノズル本体と前記パイプと
   を所定の温度まで加熱する工程、前記パイプと隣接する
   付近の前記ノズル本体のみを局部的に加熱して溶融する
   工程、及び加熱溶融した前記ノズル本体の部分を凝固さ
   せて前記ノズル本体と前記パイプとを接合する工程、か
   ら成る燃料噴射ノズルの製造方法。
2. （２）前記ノズル本体の孔付近には、余肉が設けられて
   いる請求項１に記載の燃料噴射ノズルの製造方法。
3. （３）前記パイプの外側には凹凸部又はテーパ面が形成
   されている請求項１に記載の燃料噴射ノズルの製造方法
   。