JP3904075B2 - 噴射装置、噴孔部材の製造装置および噴孔部材の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体を噴射する噴孔を噴孔部材に形成した噴射装置（以下、「噴射装置」をインジェクタという。）、その噴孔部材の製造装置、ならびに噴孔部材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
薄板状の噴孔部材に噴孔を形成し、噴孔径または噴孔の傾斜角度を調整することにより、噴孔から噴射する噴射量、つまり噴孔を流れる流体流量および噴射方向を高精度に調整するインジェクタが知られている。しかし、噴孔加工時の加工誤差、噴孔部材の板厚のばらつき、噴孔の流体入口角度の鈍り等により、噴射量がばらつくことがある。そこで、例えば特開平１１−２７０４４１号公報に開示されるように、噴孔の入口周縁部の母材を凹ませることにより、噴射量を調整して噴孔部材を形成することが考えられている。噴孔の入口周縁部の母材を凹ませることにより母材の材質が噴孔に向けて押し出されるので、噴孔における流体入口角度の鈍り量および噴孔径を調整することができる。したがって、噴孔の噴射量を調整できる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本出願人は、噴孔部材の板厚方向に沿った軸線に対し噴孔を流れる流体流れ方向に沿った噴孔軸線が傾斜している所謂テーパ噴孔を検討している。しかしながら、テーパ噴孔の入口周縁部に凹部を形成し噴射量を調整する場合、噴孔の入口周縁部の母材を凹ませる位置によっては、噴射量が変化するとともに、噴射方向が変化する場合がある。
【０００４】
本発明の目的は、噴射方向を変えず噴射量だけを調整した噴孔部材を備えるインジェクタを提供することにある。
本発明の他の目的は、母材に伝わるパンチ力の変動が少ない噴孔部材の製造装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、噴射方向を変えず噴射量だけを調整して噴孔部材を製造する噴孔部材の製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載のインジェクタまたは請求項７記載の噴孔部材の製造方法によると、噴孔の噴孔軸線を含み噴孔部材の噴孔部材に直交する仮想平面において、噴孔の内壁面と仮想平面とが交わる２本の噴孔交線の一方は噴孔部材の流体入口側端面と鋭角を形成し、噴孔交線の他方は流体入口側端面と鈍角を形成している。
【０００６】
噴孔交線と流体入口側端面とが鋭角を形成している側の噴孔を流れる流体は、噴孔の内壁面から剥離して流れるので、噴孔の入口周縁部の鋭角側にプレス加工により凹部を形成し噴孔側に噴孔部材の材質が移動し噴孔の内壁面が変形しても、噴射方向は殆ど変化しない。一方、噴孔交線と流体入口側端面とが鈍角を形成している側の噴孔を流れる流体は、噴孔の内壁面に沿って流れる。したがって、プレス加工により凹部を形成することにより噴孔側に噴孔部材の材質が移動し噴孔の鈍角側の内壁面の形状が変化すると、流体噴射量が変化するとともに流体噴射方向が変化する。
本発明の請求項１記載のインジェクタでは、噴孔交線と流体入口側端面とが鋭角を形成する側にプレス加工により凹部を形成しているので、プレスによる凹部の加工量を調整することにより、噴射方向を変えることなく噴射量だけを調整できる。
【０００７】
本発明の請求項２記載のインジェクタによると、噴孔交線と流体入口側端面とが鋭角を形成する側から噴孔の入口径の長さの７５％以下の範囲を含み、噴孔交線と流体入口側端面とが鋭角を形成する側の噴孔の入口周縁部に凹部を形成している。噴孔の入口周縁部において、鋭角側から鈍角側に向けて凹部を形成する範囲を規制したので、噴孔の内壁面の鈍角側の変形を低減できる。したがって、噴射方向の変化を防止できる。
【０００８】
本発明の請求項３記載のインジェクタによると、噴孔の入口側開口周縁を含んで凹部を形成するので、凹部の形成位置がずれても噴孔の入口開口面積が殆ど変化しない。したがって、凹部の形成位置の違いにより噴射量がばらつくことを防止する。
本発明の請求項４記載のインジェクタによると、少なくとも１個以上の噴孔の入口周縁部に凹部を形成している。全ての噴孔の入口周縁部に凹部を形成せず一部の噴孔の入口周縁部に凹部を形成すれば、同じ凹部の凹み量であれば、噴射量の変化が少ないので、噴射量を微調整できる。また、凹部を形成する噴孔の数を調整することにより噴射量を微調整できる。
【０００９】
本発明の請求項５記載の噴孔部材の製造装置によると、弾性部材を介しパンチに伝達部材から押圧力が加わるので、母材の板厚にばらつきがあっても、パンチが母材をプレスする力の変動を低減できる。したがって、母材の板厚にばらつきがあっても、凹部の加工量を一定にできる。
本発明の請求項６記載の噴孔部材を製造する製造装置によると、伝達部材の母材側に向けた下端位置を調整できるので、パンチが母材をプレスする力を微調整できる。したがって、凹部の加工量を高精度に調整できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す複数の実施例を図に基づいて説明する。
（第１実施例）
本発明の第１実施例によるインジェクタを図２に示す。インジェクタ１０は、ガソリンエンジン用の燃料噴射装置である。
弁ボディ１２は弁ハウジング１６の燃料噴射側端部内壁に溶接により固定されている。弁ボディ１２は、燃料流れ方向の噴孔部材２０側に向けて縮径し燃料通路１００を形成している内周面としての円錐面１３を有している。円錐面１３には弁部材としてのノズルニードル３０が着座可能な弁座１４が形成されている。
【００１１】
噴孔部材２０は有底筒状に形成されており、弁ハウジング１６の底部内壁と弁ボディ１２の底部外壁との間に挟持されている。噴孔部材２０の平板部２１には、図１の（Ａ）に示すように噴孔２２が合計１２個形成されている。図１の（Ｂ）に示すように、各噴孔２２の噴孔径はそれぞれ等しく、入口側から出口側に向けてしだいに拡径している。噴孔２２を流れる燃料流れ方向に沿った噴孔軸線１１０は、噴孔部材２０の底部である平板部２１の板厚方向に沿った軸線１１２に対して傾斜している。図２に示すノズルニードル３０が弁座１４に着座すると噴孔２２からの燃料噴射が遮断され、ノズルニードル３０が弁座１４から離座すると噴孔２２からの燃料噴射が許容され燃料が噴射される。
【００１２】
図２に示す筒部材４０は弁ハウジング１６の反噴孔側内周壁に挿入され、溶接により弁ハウジング１６に固定されている。筒部材４０は、噴孔部材２０側から第１磁性筒部４２、非磁性筒部４４および第２磁性筒部４６により構成されている。非磁性筒部４４は第１磁性筒部４２と第２磁性筒部４６との磁気的短絡を防止する。
【００１３】
可動コア５０は磁性材料で円筒状に形成されており、ノズルニードル３０の反噴孔側の端部３４と溶接により固定されている。可動コア５０はノズルニードル３０とともに往復移動する。可動コア５０の筒壁を貫通する流出孔５２は、可動コア５０の筒内外を連通する燃料通路を形成している。
固定コア５４は磁性材料で円筒状に形成されている。固定コア５４は筒部材４０内に挿入されており、筒部材４０と溶接により固定されている。固定コア５４は可動コア５０に対し反噴孔側に設置され可動コア５０と向き合っている。
【００１４】
アジャスティングパイプ５６は固定コア５４に圧入され、内部に燃料通路を形成している。スプリング５８は一端部でアジャスティングパイプ５６に係止され、他端部で可動コア５０に係止されている。アジャスティングパイプ５６の圧入量を調整することにより、可動コア５０に加わるスプリング５８の荷重を変更できる。スプリング５８の付勢力により可動コア５０およびノズルニードル３０は弁座１４に向けて付勢されている。
【００１５】
コイル６０はスプール６２に巻回されている。ターミナル６５はコネクタ６４にインサート成形されており、コイル６０と電気的に接続している。コイル６０に通電すると、可動コア５０と固定コア５４との間に磁気吸引力が働き、スプリング５８の付勢力に抗し可動コア５０は固定コア５４側に吸引される。
【００１６】
フィルタ７０は固定コア５４の燃料上流側に設置されており、インジェクタ１０に供給される燃料中の異物を除去する。固定コア５４内にフィルタ７０を通して流入した燃料は、アジャスティングパイプ５６内の燃料通路、可動コア５０内の燃料通路、流出孔５２、弁ハウジング１６の内周壁とノズルニードル３０の外周壁との間を順次通過する。ノズルニードル３０が弁座１４から離座すると、ノズルニードル３０と弁座１４との間に形成される開口流路を燃料が通過し噴孔２２に導かれる。
【００１７】
次に、噴孔２２および噴孔２２の入口周縁部の形状を詳細に説明する。
図１の（Ｂ）に示すように、噴孔軸線１１０を含み平板部２１に直交する仮想平面において、噴孔２２の内壁面２３と仮想平面とは２本の噴孔交線１１４、１１６で交わる。仮想平面と平板部２１の流体入口側端面である燃料入口側端面２４とは２本の入***線１２０、１２２で交わる。噴孔交線１１４と入***線１２０、つまり噴孔交線１１４と燃料入口側端面２４とが形成する角αは鋭角であり、噴孔交線１１６と入***線１２２、つまり噴孔交線１１６と燃料入口側端面２４とが形成する角βは鈍角である。凹部２６は、平板部２１の噴孔２２の入口周縁部の角α側に、噴孔２２の入口開口周縁を含み形成されている。
【００１８】
図３の（Ａ）に示すように、噴孔母材２０の薄板状の母材１３０に予め噴孔２２が形成されている。図３の（Ｂ）に示すように、噴孔２２の形成された母材１３０をパンチ２０６でプレス加工することにより、噴孔２２の入口周縁部に噴孔２２の入口開口周縁を含んで凹部２６は形成される。パンチ２０６は、１２個の噴孔２２に同時に凹部２６を形成する形状である。パンチ２０６の各先端は図３の（Ｂ）、（Ｃ）に示すように四角形状の平面である。凹部２６は、角α側と角β側とを結ぶ噴孔２２の入口径ｄにおいて角α側から７５％以下、つまりＬ／ｄ≦０．７５である範囲を含み、角α側の噴孔２２の入口周縁部の平板部２１に形成されている。噴孔２２の入口周縁部に凹部２６を形成した後、有底筒状に噴孔部材２０を形成する。
【００１９】
母材１３０毎の板厚のばらつき、噴孔２２を形成するときの加工誤差、あるいは噴孔２２を図示しないパンチで打ち抜いて形成するときの噴孔開口周囲の鈍り等により、凹部２６を形成する前の噴孔２２の噴射量は、所望の噴射量と異なっていることが多い。そこで本実施例では、母材１３０において、噴孔２２の入口周縁部にパンチ２０６を用いてプレス加工で凹部２６を形成することにより、母材１３０の材質を噴孔２２側に移動させ、噴孔２２の入口開口面積を小さくしている。入口開口面積が小さくなることにより、噴孔２２から噴射する噴射量を調整できる。
【００２０】
次に、凹部２６を形成する製造装置について説明する。
図４に示すように、プレス装置２００は、図示しない駆動装置からの押圧力をパンチ２０６に伝達する伝達部材２０２、２０４、薄板状の母材１３０を押さえる支持部材２０８、伝達部材２０４に往復移動可能に支持されているパンチ２０６、伝達部材２０２とパンチ２０６との間に介在しパンチ２０６を母材１３０側に付勢する弾性部材としてのばね部材２１０を有している。
【００２１】
本実施例のようにインジェクタ１０の噴孔２２の入口周縁部に凹部２６を形成し噴射量を調整する場合、凹部２６の加工深さは数ミクロン程度である。したがって、母材１３０毎の板厚のばらつきが数ミクロン程度であっても、凹部２６の所定の加工深さに対し大きなばらつきが生じる。したがって、母材１３０の板厚のばらつきにより凹部２６の加工深さが変動することを防止する必要がある。
【００２２】
本実施例のプレス装置２００の駆動装置の押圧力は、伝達部材２０２からばね部材２１０を介してパンチ２０６に伝わる。したがって、伝達部材２０２、２０４の移動量に比べパンチ２０６の移動量は小さい。また、パンチ２０６が母材１３０を押圧する力は、ばね部材２１０の変形量と弾性係数との積にしたがい変化する。パンチ２０６が母材１３０に加える押圧力は伝達部材２０２、２０４が母材１３０側に下降しても急激に上昇しない。したがって、母材１３０の板厚にばらつきがあっても、母材１３０側に向けた伝達部材２０２、２０４の下端位置、つまりプレス下死点が一定であればパンチ２０６による凹部２６の加工深さを一定にできる。
言い換えれば、図４の（Ａ）、（Ｂ）に示すように、伝達部材２０２、２０４の下端位置、つまりプレス下死点を変更することにより、凹部２６の微小な加工深さの調整が可能である。したがって、要求噴射量に合わせ噴孔２２の噴射量を高精度に調整できる。
【００２３】
次に、噴孔２２の入口周縁部の鋭角側に凹部を形成する場合、凹部を形成しない場合、全周に凹部を形成する場合の燃料流れの変化を図５に示す。凹部は図４に示すプレス装置２００により加工する。
図５の（Ａ）に示すように、噴孔２２の鋭角側から噴孔２２に流入する燃料は、鋭角側の内壁面２３から剥離する。したがって、鋭角側の内壁面２３に沿って燃料は流れない。一方、図５の（Ｃ）に示すように、噴孔２２の鈍角側から噴孔２２に流入する燃料は、鈍角側の内壁面２３に沿って流れる。
【００２４】
図５の（Ｃ）に示すように噴孔２２の入口周縁部の全周に凹部８０を形成すると、図５の（Ｂ）に示す凹部を形成しない場合に比べ、燃料の噴射方向が鈍角側、つまり噴射角度が減少している。これは噴孔２２を形成する噴孔部材２０の燃料流れ方向に沿った鈍角側の内壁面２３の長さが短くなったことにより、内壁面２３に沿った燃料流れの勢いが低下したためである。また、噴孔２２の全周にプレス加工により凹部８０を形成したので、図示されていないが噴孔２２の入口側に材質が移動し、噴孔の入口開口面積が小さくなっている。したがって、噴射量は減少する。
【００２５】
図５の（Ａ）に示す本実施例では、噴孔２２の鋭角側に凹部２６を形成しても、燃料流れ方向に沿った鈍角側の内壁面２３の長さが変わっていないので、燃料の噴射方向は変化しない。噴孔２２の鋭角側に凹部２６を形成し鋭角側の内壁面２３の長さが短くなっても、鋭角側の内壁面２３に沿って燃料は流れないので、噴射方向は変化しない。噴射量については、プレス加工により鋭角側に凹部２６を形成したので、図示されていないが噴孔２２の入口側に材質が移動し、噴孔の入口開口面積が小さくなる。したがって、噴射量は減少する。
【００２６】
図６に、噴孔２２の入口周縁部の鋭角側だけに凹部２６を形成した場合と、噴孔２２の入口の全周に凹部８０を形成した場合の流量調整量と噴射角度の変化を示す。流量調整量は、噴孔２２に凹部を形成する前の初期流量に対し増減した流量の％を示してる。流量調整量のマイナスは初期流量に対し減少していることを示している。流量調整量の絶対値が大きくなることは、凹部の深さが深くなっていることを示している。
【００２７】
全周に凹部８０を形成すると、流量調整量の絶対値が大きくなるにしたがい噴射角度が減少している。これは、流量調整量の絶対値が大きくなる、つまり凹部８０の深さが深くなるにしたがい、噴孔２２の内壁面２３の鈍角側の長さが短くなり内壁面２３に沿って燃料が流れる長さが短くなったからである。
これに対し鋭角側だけに凹部２６を形成すると、流量調整量の絶対値が大きくなっても、噴射角度は殆ど変化しない。これは、噴孔２２の内壁面２３の鈍角側の長さが変化しないからである。
【００２８】
図７に示す黒丸は、パンチ２０６により凹部２６を形成する前の噴射量のばらつきを示している。前述したように、噴孔２２を形成するときの加工誤差、あるいは噴孔２２を図示しないパンチで打ち抜いて形成するときの噴孔開口周囲の鈍り等により噴射量はばらつく。白丸はパンチ２０６により噴孔２２の入口周縁部の鋭角側に凹部２６を形成し、噴射量を調整した後の噴射量のばらつきを示してる。鋭角側に凹部２６を形成することにより、噴射量をほぼ均一に調整できている。
【００２９】
（第２実施例）
本発明の第２実施例を図８に示す。第１実施例と実質的に同一構成部分に同一符号を付す。
噴孔２２の入口周縁部に形成する凹部９０の形状が第１実施例と異なっている。凹部９０が入口径ｄに対して占める割合であるＬ／ｄが第１実施例よりも小さい。凹部９０を形成することにより、鈍角側である角β側の内壁面に与える影響が小さいので、噴射方向が変化しない。
【００３０】
（第３実施例）
本発明の第３実施例を図９に示す。第１実施例と実質的に同一構成部分に同一符号を付す。第３実施例の噴孔９４は入口から出口まで同一径である。
以上説明した本発明の上記複数の実施例では、噴孔の入口周縁部の鋭角側にプレス加工で凹部を形成することにより、噴射方向を変えることなく噴射量だけを調整している。
【００３１】
上記複数の実施例では噴孔の入口開口周縁を含んで噴孔の入口周縁部に凹部を形成したので、凹部の形成位置が多少ずれても、噴孔側に平板部２１の材質が移動する量は殆ど変わらない。したがって、凹部の形成位置が多少ずれても、噴射量の調整量がばらつくことを防止できる。
噴孔の入口開口周縁を含まず、噴孔の入口開口周縁から僅かに離れた箇所に線状の凹部を形成してもよい。
【００３２】
上記複数の実施例では、全ての噴孔の入口周縁部に凹部を形成したが、少なくとも１個以上の噴孔の入口周縁部に凹部を形成すればよい。凹部を形成する噴孔の数を調整することにより、噴射量を微調整することができる。
上記複数の実施例では、噴孔部材２０の平板部２１に噴孔を形成したが、噴孔部材を噴射方向に凹ませた曲板部に噴孔を形成してもよい。
【００３３】
上記複数の実施例では、ガソリンエンジン用の燃料噴射装置の噴孔部材について説明したが、燃料以外にも平板部に噴孔を有する噴孔部材の噴射量を調整するのであれば、どのような流体を噴射する噴孔部材であっても、本発明の製造装置、または製造方法を適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は第１実施例の噴孔部材を燃料入口側からみた平面図であり、（Ｂ）は噴孔の軸線を含み噴孔部材と直交する断面における噴孔部材の噴孔周囲を示す断面図である。
【図２】第１実施例のインジェクタを示す断面図である。
【図３】（Ａ）は噴孔部材に凹部を形成する前の母材を示す断面図であり、（Ｂ）は噴孔部材にパンチで凹部を形成する状態を示す断面図であり、（Ｃ）はパンチによる凹部の形成位置を示す説明図である。
【図４】プレス装置により噴孔部材の母材に凹部を形成する状態を示す説明図である。
【図５】（Ａ）は噴孔の鋭角側に凹部を形成した燃料の噴射状態を示す説明図であり、（Ｂ）は噴孔に凹部を形成していない燃料の噴射状態を示す説明図であり、（Ｃ）は噴孔の全周に凹部を形成した燃料の噴射状態を示す説明図である。
【図６】鋭角側に凹部を形成した場合と、全周に凹部を形成した場合との、流量調整量と噴射角度との関係を示す特性図である。
【図７】鋭角側に凹部を形成する前と鋭角側に凹部を形成した後とにおけるサンプル数と噴射量との関係を示す特性図である。
【図８】（Ａ）は第２実施例の噴孔部材を燃料入口側からみた平面図であり、（Ｂ）はパンチによる凹部の形成位置を示す説明図である。
【図９】第３実施例による噴孔部材の噴孔周囲を示す断面図である。
【符号の説明】
１０ インジェクタ（噴射装置）
１３ 円錐面（内周面）
２０ 噴孔部材
２１ 平板部
２２、９４ 噴孔
２３ 内壁面
２４ 燃料入口側端面（流体入口側端面）
２６、９０ 凹部
３０ ノズルニードル（弁部材）
１００ 燃料通路
１１０ 噴孔軸線
１１２ 軸線
１１４、１１６ 噴孔交線
１３０ 母材
２００ プレス装置
２０２、２０４ 伝達部材
２０６ パンチ
２１０ ばね部材（弾性部材）

Claims (7)

1. 流体通路を形成する内周面に弁座を有する弁ボディと、
   前記弁座に対し流体流れの下流側に設置され、前記流体通路を流れる流体を噴射する複数の噴孔を形成している噴孔部材と、
   前記弁座に着座することにより前記噴孔からの流体噴射を遮断し、前記弁座から離座することにより前記噴孔からの流体噴射を許容する弁部材とを備え、
   前記噴孔を流れる流体流れ方向に沿った噴孔軸線は前記噴孔部材の板厚方向に沿った軸線に対し傾斜しており、
   前記噴孔軸線を含み前記噴孔部材に直交する仮想平面において、前記噴孔の内壁面と前記仮想平面とが交わる２本の噴孔交線の一方は前記噴孔部材の流体入口側端面と鋭角を形成し、前記噴孔交線の他方は前記流体入口側端面と鈍角を形成し、
   前記噴孔部材は、前記噴孔交線と前記流体入口側端面とが鋭角を形成する側の前記噴孔の入口周縁部に凹部を形成していることを特徴とする噴射装置。
2. 前記噴孔部材は、前記噴孔交線と前記流体入口側端面とが鋭角を形成する側と鈍角を形成する側とを結ぶ前記噴孔の入口径において前記噴孔交線と前記流体入口側端面とが鋭角を形成する側から７５％以下の範囲を含み、前記噴孔交線と前記流体入口側端面とが鋭角を形成する側の前記噴孔の入口周縁部に前記凹部を形成していることを特徴とする請求項１記載の噴射装置。
3. 前記凹部は、前記噴孔の入口側開口周縁を含んで形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の噴射装置。
4. 前記噴孔部材は、少なくとも１個以上の前記噴孔の入口周縁部に前記凹部を形成していることを特徴とする請求項１、２または３記載の噴射装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項記載の噴射装置の噴孔部材を製造する製造装置であって、
   前記噴孔が形成されている薄板状の母材の流体入口側に前記凹部を形成するパンチと、
   前記母材に向けて前記パンチを付勢する弾性部材と、
   前記弾性部材を介し前記母材に向けた押圧力を前記パンチに加える伝達部材と、
   を備えることを特徴とする噴孔部材の製造装置。
6. 前記伝達部材の前記母材側に向けた下端位置を調整できることを特徴とする請求項５記載の噴孔部材の製造装置。
7. 噴孔部材に形成された噴孔から流体を噴射する噴孔部材の製造方法であって、
   前記噴孔を流れる流体流れ方向に沿った噴孔軸線を含み前記噴孔部材に直交する仮想平面において、前記噴孔の内壁面と前記仮想平面とが交わる２本の噴孔交線の一方は前記噴孔部材の流体入口側端面と鋭角を形成し、前記噴孔交線の他方は前記流体入口側端面と鈍角を形成しており、
   前記噴孔の入口周縁部の前記噴孔部材において、前記噴孔交線と前記流体入口側端面とが鋭角を形成する側にプレスにより凹部を形成することを特徴とする噴孔部材の製造方法。

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