(57)【要約】【課題】  噴射孔の耐摩耗性を高め、それにより噴射ノズルの使用年数を長くする。【解決手段】  内燃機関用燃料噴射ノズルの噴射孔（１２）を製造する方法において、前記噴射孔（１２）が、除去する製造方法の少なくとも１つを使って形成され、前記噴射ノズル（４）がその後に少なくとも前記噴射孔（１２）の範囲で硬化処理され、それにより噴射孔表面（１７）がその軸方向全長に亘って硬化される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴射孔を形成する少なくとも１つの製造工程と、少なくとも１つの硬化工程が行なわれる、内燃機関用燃料噴射ノズル内に噴射孔を製造する方法において、前記噴射孔（１２）が、除去する製造方法の少なくとも１つを使って形成され、前記噴射ノズル（４）がその後に少なくとも前記噴射孔（１２）の範囲で硬化処理され、それにより噴射孔表面（１７）がその軸方向全長に亘って硬化されることを特徴とする、内燃機関用燃料噴射ノズルの噴射孔を製造する方法。
【請求項２】
前記噴射孔表面（１７）がその軸方向全長に亘って均一に硬化されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記噴射孔（１２）が円錐形に構成されているか、または円錐形の範囲を含んでいることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記噴射孔（１２）の直径が、貫流方向で有利には縮小し続けることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記噴射孔（１２）が浸食またはレーザ加工により製造されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記硬化処理が表面硬化を含むことを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記硬化処理が、窒化工程または熱処理工程、特に浸炭焼入れ法、を含むことを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記噴射孔（１２）が、前記噴射ノズル（４）の未硬化材料に形成されることを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記噴射孔（１２）が、熱間静水圧圧縮成形により製造された噴射ノズル（４）に形成されることを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも１つの噴射孔（１２）を有する内燃機関用燃料噴射ノズルにおいて、前記噴射孔（１２）はシリンダとは異なる形状を有し、前記噴射孔（１２）の範囲ならびに噴射孔表面（１７）がその軸方向全長に亘って硬化されていることを特徴とする、内燃機関用燃料噴射ノズル。
【請求項１１】
前記噴射孔表面（１７）がその軸方向全長に亘って均一に硬化されていることを特徴とする、請求項１０に記載の噴射ノズル。
【請求項１２】
前記噴射孔（１２）が円錐形に構成されているか、または円錐形の範囲を含んでいることを特徴とする、請求項１０または１１に記載の噴射ノズル。
【請求項１３】
前記噴射孔（１２）の直径が、貫流方向で有利には増加し続けることを特徴とする、請求項１２に記載の噴射ノズル。
【請求項１４】
前記噴射ノズル（４）が、熱間静水圧圧縮成形により製造された噴射ノズル（４）であることを特徴とする、請求項１０から１３のいずれか１項に記載の噴射ノズル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、噴射孔を形成する少なくとも１つの製造工程と、少なくとも１つの硬化工程が行なわれる、内燃機関用燃料噴射ノズル内に噴射孔を製造する方法に関する。
【０００２】
さらに、本発明は、少なくとも１つの噴射孔を有する内燃機関用燃料噴射ノズルに関する。
【背景技術】
【０００３】
燃料噴射ノズルはノズル本体とノズルニードルとからなり、これらは両方とも高価な鋼から製造されている。ノズルニードルは、軸方向に移動可能にノズル本体内に配置されており、ノズルニードルの燃焼室側の端部に円錐形の弁シール面を有している。この円錐形の弁シール面により、ノズルニードルは、ノズル本体内の孔の閉鎖端に配置された円錐形の弁座面と協働するが、このとき弁シール面と弁座面との接線にシール断面が形成される。このシール断面に、燃料流方向の下流側で噴射孔が後置されており、これらの噴射孔はノズル本体の壁内に配置されており、ノズル本体内の孔から始まってノズル本体の外側面で開口し、燃料が供給される内燃機関の燃焼室内に突出している。このとき、この噴射孔は、例えば円錐形に形成されていてもよく、この噴射孔の断面は、燃料取入れ口での比較的大きな直径から、燃料排出口での比較的小さい直径へと均一に円錐形に減少する。
【０００４】
前記のホールノズルは、直接噴射ディーゼルエンジンで、特にコモンレールシステムの場合に使用され、極めて高い圧力下にある燃料を強烈な噴射流にして対向するピストンボウルの壁に向かって噴霧する。通常、ノズル本体は複数の噴射孔を有し、これらの噴射孔は、ノズル内部で円錐の側面上に均一なホールサークルを形成する。エンジンに応じて、噴射孔の数は５（乗用車の場合）から１４（大きなディーゼルエンジンの場合）までである。孔の直径は、０．１５ｍｍ（乗用車の場合）と０．４ｍｍ（トラックの場合）の間で変動する。噴射孔の数、噴射孔の角度および噴射孔の大きさ、ならびにノズル孔での流量比は、噴射流およびその噴霧に影響を及ぼす。それぞれの噴射パターンは、例えば噴射量、噴射圧、圧力変化、燃焼室の形状、圧縮圧力および圧縮温度などの他の要因と一緒に、ディーゼル燃料の燃焼時の燃焼性を決定する。
【０００５】
噴射孔は、極めて高い機械的負荷に曝されている。例えばキャビテーションや粒子浸食のような摩耗機構が侵されると、急速に摩耗が進み、それにより噴射流の形状、噴射流の拡がり、または質量流量が変化する可能性がある。これらの変化によって、法律による排ガス規制の限度を超えるだけでなく、エンジンの損傷とそれによる故障をももたらす可能性がある。こうした損傷が結果として起こるのを防ぐために、噴射ノズルは比較的短い使用年数で交換し、新しいものと取り替えなくてはならない。
【０００６】
噴射孔を噴射ノズルに設けるためには様々な方法がある。例えば、噴射孔は、穴を開けるか、または打ち抜くことにより製造することができる。このように製造された噴射孔の形状は、ドリル工具や打ち抜き加工機の構造に従って、略円筒形である。
【０００７】
さらに、例えば浸食やレーザ処理などの除去する製造方法によって、噴射孔を製造することが公知である。これらの製造方法により、例えば、たいていは貫流方向に直径が小さくなる円錐形に構成された噴射孔のように、噴射孔に様々な形状を与えることができる。他の多くの形状も公知である。
【０００８】
原則的には、耐摩耗性、強度等を高めるために、噴射ノズルの未加工品を熱処理することが公知である。この熱処理は通常、浸炭焼入れまたは窒化のことであり、つまり、材料の表面は硬く耐摩耗性にするが、材料の芯部は比較的柔らかく、しかしそのために靭性を有するままにしておく熱処理方法のことである。従って、この材料の芯部を通って延びる噴射孔では、特にその中心範囲で、摩耗の防止がしばしば不十分である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、噴射孔の耐摩耗性を高め、それにより噴射ノズルの使用年数を長くすることを目標とする。同時に、噴射孔を製造する際の噴射孔形状の形成が出来るだけ何の制約も受けないようにする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この課題を解決するために、本発明の第１の態様では、冒頭に述べた形式の方法において実質的に、噴射孔が除去する製造方法の少なくとも１つを使って形成され、噴射ノズルがその後に少なくとも前記噴射孔の範囲で硬化処理され、そのため噴射孔表面がその軸方向全長に亘って硬化される。したがって、本発明は、特定の形に仕上げられた噴射孔、つまり、例えば浸食、レーザ処理等のような除去する製造方法を使って製造される噴射孔を製造する際の製造過程に関する。本発明の本質は、例えば浸食またはレーザ処理のような、形を作る噴射孔製造方法がそれぞれ摩耗を防止する役割を担う熱処理の前に適用されるように、孔の設置工程と硬化工程の順序を決めることにある。それにより、これらの噴射孔をいわゆる柔らかい状態で設け、自体公知の除去する製造方法で様々な噴射孔形状、優先的には円錐形状に製造することができ、それにもかかわらず噴射孔表面で耐摩耗性、強度および耐食性を得ることができる。つまり、硬化処理は噴射孔の形を仕上げた後に初めて行なわれるので、噴射孔表面をその軸方向全長に亘って硬化することができる。
【００１１】
有利には、噴射孔表面をその軸方向全長に亘って均一に硬化するように、硬化処理を行なう。
【００１２】
すでに述べたように、有利には、噴射孔は円錐形に構成されるか、または円錐形範囲を含むようにする。特に、噴射孔の直径は貫流方向に縮小し続ける。
【００１３】
好適には、噴射孔を浸食またはレーザ加工により製造する。噴射孔の浸食方法は、例えばドイツ国特許出願公開第１０３６００８０号明細書に記載されている。
【００１４】
有利には、硬化処理は表面硬化を含んでいる。このとき、硬化処理は、特に窒化工程あるいは熱処理工程、特に浸炭焼入れ法を含んでいる。
【００１５】
特に効果的な方法では、噴射孔を、噴射ノズルの未硬化材料に形成する。
【００１６】
本発明の方法は、様々な材料の加工、特に鋼の加工に適している。有利には、噴射孔を、熱間静水圧圧縮成形により製造された噴射ノズルに形成する。
【００１７】
本発明の第２の態様では、少なくとも１つの噴射孔を有する内燃機関用燃料噴射ノズルが提案されており、前記噴射孔は、シリンダとは異なる形状を有し、前記噴射孔の範囲ならびに噴射孔表面は、その軸方向全長に亘って硬化されている。
【００１８】
有利には、噴射孔表面はその軸方向全長に亘って均一に硬化されている。好適には、噴射孔は円錐形に構成されているか、または円錐形の範囲を含む。特に好適な方法では、噴射孔の直径は貫流方向で有利には増え続ける。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】コモンレールシステムの燃料噴射ノズルの基本的な構造を示す。
【図２ａ】図１の範囲ＩＩの詳細な図であり、本発明により製造された構成を示す。
【図２ｂ】図１の範囲ＩＩの詳細な図であり、従来技術により製造された構成を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を図示された実施例に基づいて詳細に説明する。
【００２１】
図１は、高圧貯蔵器１、サーボ弁２、絞り板３、ならびに噴射ノズル４からなる、コモンレールインジェクタの構造を図示している。サーボ弁２は、静止状態では、絞り板３内にある流出絞り５を閉鎖している。それにより、高圧孔７と流入絞り６を介して高圧貯蔵器１と接続している制御室８内に系統圧力が加わるので、ノズルニードル１０が、ノズル本体９内に作られたノズルシート１１に対して押圧され、噴射孔１２が閉鎖される。サーボ弁２を操作すると流出絞り５が解除され、制御室内の燃料がその圧力を減らし（図示されていない）低圧系となる。同時に、流入絞り６を介して、高圧下にある燃料が流れる。サーボ弁２の操作で制御室８内の圧力が減少して、ノズル室１３内でノズルニードル１０の下部に作用する圧力が制御室８内の圧力とノズルシート１１からのノズルばね１４の力に向かってノズルニードル１０を押し、噴射孔１２が解除され、それにより燃料が燃焼室１５に噴射されるように、流出絞り５と流入絞り６の効果的な流量断面が調整される。サーボ弁２を閉鎖した後は、流出絞り５を介して制御室８から流出する燃料はもはや何もないので、ここで形成された圧力がノズルニードル１０を再びノズルシート１１に対して押圧する。
【００２２】
図２ａおよび図２ｂによる詳細な図では、噴射孔１２がさらに見やすくなっている。わかりやすくするために、ノズルニードルは図示されていない。１６は、硬化処理により硬化された表面に近い範囲を表わしている。従来技術による方法の結果を図２ｂに示している。噴射ノズル４は初めに硬化され、その後に初めて噴射孔１２が設けられたので、噴射孔表面１７は硬化されなかった。それに対して本発明の方法では、図２ａに表わすように、初めに噴射孔を製造し、その後に硬化処理が行なわれたので、噴射孔表面１７も一緒に硬化された。
【符号の説明】
【００２３】
１  高圧貯蔵器
２  サーボ弁
３  絞り板
４  噴射ノズル
５  流出絞り
６  流入絞り
７  高圧孔
８  制御室
９  ノズル本体
１０  ノズルニードル
１１  ノズルシート
１２  噴射孔
１３  ノズル室
１４  ノズルばね
１５  燃焼室
１７  噴射孔表面
【図１】
2014525535.tif 000003
【図２ａ】
2014525535.tif 000004
【図２ｂ】
2014525535.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成26年3月4日(2014.3.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴射孔を形成する少なくとも１つの製造工程と、少なくとも１つの硬化工程が行なわれる、内燃機関用燃料噴射ノズル内に噴射孔を製造する方法において、前記噴射孔（１２）が、浸食またはレーザ加工により製造され、前記噴射ノズル（４）がその後に少なくとも前記噴射孔（１２）の範囲で硬化処理され、それにより噴射孔表面（１７）がその軸方向全長に亘って硬化されることを特徴とする、内燃機関用燃料噴射ノズルの噴射孔を製造する方法。
【請求項２】
前記噴射孔表面（１７）がその軸方向全長に亘って均一に硬化されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記噴射孔（１２）が円錐形に構成されているか、または円錐形の範囲を含んでいることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記噴射孔（１２）の直径が、貫流方向で有利には縮小し続けることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記硬化処理が表面硬化を含むことを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記硬化処理が、窒化工程または熱処理工程、特に浸炭焼入れ法、を含むことを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記噴射孔（１２）が、前記噴射ノズル（４）の未硬化材料に形成されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記噴射孔（１２）が、熱間静水圧圧縮成形により製造された噴射ノズル（４）に形成されることを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
少なくとも１つの噴射孔（１２）を有する内燃機関用燃料噴射ノズルにおいて、前記噴射孔（１２）はシリンダとは異なる形状を有し、前記噴射孔（１２）の範囲ならびに噴射孔表面（１７）がその軸方向全長に亘って硬化されていることを特徴とする、内燃機関用燃料噴射ノズル。
【請求項１０】
前記噴射孔表面（１７）がその軸方向全長に亘って均一に硬化されていることを特徴とする、請求項９に記載の噴射ノズル。
【請求項１１】
前記噴射孔（１２）が円錐形に構成されているか、または円錐形の範囲を含んでいることを特徴とする、請求項９または１０に記載の噴射ノズル。
【請求項１２】
前記噴射孔（１２）の直径が、貫流方向で有利には増加し続けることを特徴とする、請求項１１に記載の噴射ノズル。
【請求項１３】
前記噴射ノズル（４）が、熱間静水圧圧縮成形により製造された噴射ノズル（４）であることを特徴とする、請求項９から１２のいずれか１項に記載の噴射ノズル。
【国際調査報告】
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