(57)【要約】【課題】燃料噴射用ノズルの噴孔の砥粒流動加工において、燃料流れの剥離によるキャビテーションエロージョンを防止すると共に、燃料噴射特性のばらつきを低減すること事が可能な加工方法、加工装置及びそれらを用いて作製される、燃料噴射特性が優れた燃料噴射用ノズルを提供することにある。【解決手段】ノズルボディ内に加工用挿入具を所定加工位置まで挿入して、砥粒流動体を供給し加工を行う。この加工用挿入具の先端部は、針弁の先端部形状と同等になっている。さらに、加工用挿入具の先端部外縁が、実際の燃料噴射の際にリフト位置にある針弁の先端部外縁と重なる位置(前記所定加工位置)に加工用挿入具を保持した状態で、砥粒流動加工を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
針弁と対になって燃料噴射ノズルを構成する部材であり、先端に単数または複数の噴孔を有するノズルボディの噴孔に、砥粒流動体を供給し面取り加工を施す、ノズルボディの噴孔加工方法であって、
前記針弁の先端部と同等の先端部形状を有する加工用挿入具を、該加工用挿入具の先端部外縁が、燃料噴射時にリフト位置にある前記針弁の先端部外縁と重なる位置に該加工用挿入具を保持する加工準備段階と、
砥粒流動体をノズルボディ後端部からノズルボディ内部に供給して前記噴孔に導き、ノズルボディの内部から外方に向けて噴射し、前記噴孔を通過する砥粒流動体の物理量を検出しながら、加工を行う加工段階と、
検出した前記噴孔を通過する砥粒流動体の物理量が所定の加工終了値に達したら加工を終了する加工終了段階とからなる、ノズルボディの噴孔加工方法。
【請求項２】
針弁と対になって燃料噴射ノズルを構成する部材であり、先端に単数または複数の噴孔を有するノズルボディの噴孔に、砥粒流動体を供給し面取り加工を施す、ノズルボディの噴孔加工方法であって、
加工用挿入具を、前記ノズルボディ内部の所定加工位置に配置し、その状態を保持する加工準備段階と、
砥粒流動体をノズルボディ後端部からノズルボディ内部に供給して前記噴孔に導き、ノズルボディの内部から外方に向けて噴射し、前記噴孔を通過する砥粒流動体の物理量を検出しながら、加工を行う加工段階と、
検出した前記噴孔を通過する砥粒流動体の物理量が所定の加工終了値に達したら加工を終了する加工終了段階とからなる、ノズルボディの噴孔加工方法において、
前記加工用挿入具として、その先端部が前記針弁の先端部と同等の形状となっているものを用い、
前記所定加工位置として、該加工用挿入具の先端部外縁が、燃料噴射時にリフト位置にある前記針弁の先端部外縁と重なる位置に該加工用挿入具を保持し、
前記砥粒流動体の圧力を一定に保ちながら、前記ノズルボディ後端から前記噴孔に砥粒流動体を供給して加工を行い、
前記噴孔を通過する砥粒流動体の物理量検出は各噴孔出口に設けられた検出手段により噴孔毎に独立に行い、各噴孔における検出値から算出される砥粒流動体の単位時間当たりの通過重量又は単位時間あたりの通過体積の何れかが所定の値に達した噴孔から順次閉塞しつつ、全ての噴孔が閉塞された時点で加工を終了することを特徴とするノズルボディの噴孔加工方法。
【請求項３】
針弁と対になって燃料噴射ノズルを構成する部材であり、先端に単数または複数の噴孔を有するノズルボディの噴孔に、砥粒流動体を供給し面取り加工を施す、ノズルボディの噴孔加工方法であって、
加工用挿入具を、前記ノズルボディ内部の所定加工位置に配置し、その状態を保持する加工準備段階と、
砥粒流動体をノズルボディ後端部からノズルボディ内部に供給して前記噴孔に導き、ノズルボディの内部から外方に向けて噴射し、前記噴孔を通過する砥粒流動体の物理量を検出しながら、加工を行う加工段階と、
検出した前記噴孔を通過する砥粒流動体の物理量が所定の加工終了値に達したら加工を終了する加工終了段階とからなる、ノズルボディの噴孔加工方法において、
前記加工用挿入具は、ノズルボディのシート面に当接するような円錐状の外面を有しており、該円錐状外面の表面に、前記加工用挿入具先端部の円錐状外面の母線方向に沿って延設された、噴孔数と同数の独立した通路溝を備えており、
前記加工用挿入具を保持する所定加工位置は、前記加工用挿入具先端部の円錐状外面が前記ノズルボディのシート面と当接しつつ、前記通路溝の下流側端が前記噴孔に連通し、かつ前記通路溝の上流端側がノズルボディの内部空間に連通する位置であり、
前記通路溝の底面形状が、前記加工用挿入具を所定加工位置に保持した時に、前記通路溝の底面外縁が、燃料噴射時にリフト位置にある前記針弁の先端部外縁と重なるような形状となっており、
前記砥粒流動体の圧力を一定に保ちながら、前記ノズルボディ後端から前記噴孔に砥粒流動体を供給して加工を行い、
前記噴孔を通過する砥粒流動体の物理量検出は各噴孔出口に設けられた検出手段により噴孔毎に独立に行い、各噴孔における検出値から算出される砥粒流動体の単位時間当たりの通過重量又は単位時間あたりの通過体積の何れかが所定の値に達した噴孔から順次閉塞し、全ての噴孔が閉塞された時点で加工を終了することを特徴とするノズルボディの噴孔加工方法。
【請求項４】
針弁と対になって燃料噴射ノズルを構成する部材であり、先端に単数または複数の噴孔を有するノズルボディの噴孔に、砥粒流動体を供給し面取り加工を施す、ノズルボディの噴孔加工方法であって、
加工用挿入具を、前記ノズルボディ内部の所定加工位置に配置し、その状態を保持する加工準備段階と、
砥粒流動体をノズルボディ後端部からノズルボディ内部に供給して前記噴孔に導き、ノズルボディの内部から外方に向けて噴射し、前記噴孔を通過する砥粒流動体の物理量を検出しながら、加工を行う加工段階と、
検出した前記噴孔を通過する砥粒流動体の物理量が所定の加工終了値に達したら加工を終了する加工終了段階とからなる、ノズルボディの噴孔加工方法において、
前記加工用挿入具は、その先端にノズルボディのシート面に当接するような円錐状の外面を有しており、その円錐状外面の表面に、該円錐状外面の母線方向に沿って延設される直線部と、前記直線部に接するように連通する曲線部とからなる、噴孔数と同数の独立した通路溝を備えており、
前記加工用挿入具を保持する所定加工位置は、前記加工用挿入具先端部の円錐状外面が前記ノズルボディのシート面と当接しつつ、前記通路溝の下流側端が前記噴孔に連通し、かつ前記通路溝の上流端側がノズルボディの内部空間に連通する位置であり、
前記通路溝の底面形状が、前記加工用挿入具を所定加工位置に保持した時に、前記通路溝の底面外縁が、燃料噴射時にリフト位置にある前記針弁の先端部外縁と重なるような形状となっており、
前記砥粒流動体の圧力を一定に保ちながら、前記ノズルボディ後端から前記噴孔に砥粒流動体を供給して加工を行い、
前記噴孔を通過する砥粒流動体の物理量検出は各噴孔出口に設けられた検出手段により噴孔毎に独立に行い、各噴孔における検出値から算出される砥粒流動体の単位時間当たりの通過重量又は単位時間あたりの通過体積の何れかが所定の値に達した噴孔から順次閉塞し、全ての噴孔が閉塞された時点で加工を終了することを特徴とするノズルボディの噴孔加工方法。
【請求項５】
針弁と対になって燃料噴射ノズルを構成する部材であり、先端に単数または複数の噴孔を有するノズルボディの噴孔に、砥粒流動体を供給し面取り加工を施す、ノズルボディの噴孔加工方法であって、
加工用挿入具を、前記ノズルボディ内部の所定加工位置に配置し、その状態を保持する加工準備段階と、
砥粒流動体をノズルボディ後端部からノズルボディ内部に供給して前記噴孔に導き、ノズルボディの内部から外方に向けて噴射し、前記噴孔を通過する砥粒流動体の物理量を検出しながら、加工を行う加工段階と、
検出した前記噴孔を通過する砥粒流動体の物理量が所定の加工終了値に達したら加工を終了する加工終了段階と、
前記加工用挿入具又はノズルボディの何れかを該加工用挿入具の軸周りに所定角度だけ回動させる回動段階とからなるノズルボディの噴孔加工方法において、
前記加工用挿入具は、ノズルボディのシート面に当接するような円錐状の外面を有しており、その円錐状外面の表面に、前記加工用挿入具先端部の円錐状外面の母線方向に沿って延設された、一つの独立した通路溝を備えており、
前記加工用挿入具を保持する所定加工位置は、前記加工用挿入具先端部の円錐状外面が前記ノズルボディのシート面と当接しつつ、前記通路溝の下流側端が前記噴孔に連通し、かつ前記通路溝の上流端側がノズルボディの内部空間に連通する位置であり、
前記通路溝の底面形状が、前記加工用挿入具を所定加工位置に保持した時に、燃料噴射時にリフト位置にある前記針弁の先端部外縁と重なるようになっており、
前記砥粒流動体の圧力を一定に保ちながら、前記ノズルボディ後端から前記噴孔に砥粒流動体を供給して加工を行い、
前記噴孔を通過する砥粒流動体の物理量検出を行う検出手段によって算出された、加工中の噴孔を通過する砥粒流動体の単位時間当たりの通過重量又は単位時間あたりの通過体積の何れかが所定の値に達したらその噴孔の加工を終了し、
前記回動段階を経て再び未加工の噴孔について、加工準備段階からの一連の動作を繰り返し、全ての噴孔の加工が終了した時点で全工程を終了することを特徴とするノズルボディの噴孔加工方法。
【請求項６】
針弁と対になって燃料噴射ノズルを構成する部材であり、先端に単数または複数の噴孔を有するノズルボディの噴孔に、砥粒流動体を供給し面取り加工を施す、ノズルボディの噴孔加工方法であって、
加工用挿入具を、前記ノズルボディ内部の所定加工位置に配置し、その状態を保持する加工準備段階と、
砥粒流動体をノズルボディ後端部からノズルボディ内部に供給して前記噴孔に導き、ノズルボディの内部から外方に向けて噴射し、前記噴孔を通過する砥粒流動体の物理量を検出しながら、加工を行う加工段階と、
検出した前記噴孔を通過する砥粒流動体の物理量が所定の加工終了値に達したら加工を終了する加工終了段階と、
前記加工用挿入具又はノズルボディの何れかを該加工用挿入具の軸周りに所定角度だけ回動させる回動段階とからなるノズルボディの噴孔加工方法において、
前記加工用挿入具は、ノズルボディのシート面に当接するような円錐状の外面を有しており、その円錐状外面の表面に、前記加工用挿入具先端部の円錐状外面の母線方向に延設される直線部と、前記直線部に接するように連通する曲線部とからなる一つの独立した通路溝を備えており、
前記加工用挿入具を保持する所定加工位置は、前記加工用挿入具先端部の円錐状外面が前記ノズルボディのシート面と当接しつつ、前記通路溝の下流側端が前記噴孔に連通し、かつ前記通路溝の上流端側がノズルボディの内部空間に連通する位置であり、
前記通路溝の底面形状が、前記加工用挿入具を所定加工位置に保持した時に、燃料噴射時にリフト位置にある前記針弁の先端部外縁と重なるようになっており、
前記砥粒流動体の圧力を一定に保ちながら、前記ノズルボディ後端から前記噴孔に砥粒流動体を供給して加工を行い、
前記噴孔を通過する砥粒流動体の物理量検出を行う検出手段によって算出された、加工中の噴孔を通過する砥粒流動体の単位時間当たりの通過重量又は単位時間あたりの通過体積の何れかが所定の値に達したらその噴孔の加工を終了し、前記回動段階を経て再び未加工の噴孔について、加工準備段階からの一連の動作を繰り返し、全ての噴孔の加工が終了した時点で全工程を終了することを特徴とするノズルボディの噴孔加工方法。
【請求項７】
針弁と対になって燃料噴射ノズルを構成する部材であり、先端に単数又は複数の噴孔を有するノズルボディの噴孔に、砥粒流動体を供給し面取り加工を施すノズルボディの噴孔加工装置であって、
砥粒流動体供給部、取付台、加工用挿入具、加工用挿入具支持部、加工終了点検出部、流路閉塞部、コントローラを含むノズルボディの噴孔加工装置において、
前記加工用挿入具は、その先端部が前記針弁の先端部の外縁と同等の形状を有しており、
前記加工用挿入具支持部は、該加工用挿入具の外縁が、燃料噴射時にリフト位置にある針弁の外縁と重なる所定加工位置に前記加工用挿入具を保持するように形成されていることを特徴とするノズルボディの噴孔加工装置
【請求項８】
前記加工終了点検出部は、各噴孔における砥粒流動体の物理量を検出する検出器と、該検出値から単位時間当たりの通過重量又は単位時間当たりの通過体積の何れかを算出する演算器からなり、該加工終了点検出部が前記噴孔の夫々の出口側に1つの噴孔に対し１つ設けられていることを特徴とする請求項7に記載のノズルボディの噴孔加工装置
【請求項９】
針弁と対になって燃料噴射ノズルを構成する部材であり、先端に単数又は複数の噴孔を有するノズルボディの噴孔に砥粒流動体を供給し、面取り加工を施すノズルボディの噴孔加工装置であって、
砥粒流動体供給部、取付台、加工用挿入具、加工終了点検出部、流路閉塞部、コントローラを含むノズルボディの噴孔加工装置において、
前記加工用挿入具は、ノズルボディ内部のシート面に当接するような円錐状外面を有しており、該円錐状外面の表面に、該円錐状外面の母線方向に沿って延設された、噴孔数と同数の独立した通路溝を備えており、
前記加工用挿入具先端部の円錐状外面は、ノズルボディ内部のシート面と当接している状態で該通路溝の底面外縁が燃料噴射時にリフト位置にある針弁先端部外縁と重なるように形成されており、
前記加工終了点検出部は、各噴孔における砥粒流動体の物理量を検出する検出器と、該検出値から単位時間当たりの通過重量又は単位時間当たりの通過体積の何れかを算出する演算器からなり、該加工終了点検出部が前記噴孔の夫々の出口側に1つの噴孔に対し１つ設けられていることを特徴とするノズルボディの噴孔加工装置
【請求項１０】
針弁と対になって燃料噴射ノズルを構成する部材であり、先端に単数又は複数の噴孔を有するノズルボディの噴孔に、砥粒流動体を供給し面取り加工を施すノズルボディの噴孔加工装置であって、
砥粒流動体供給部、取付台、加工用挿入具、加工終了点検出部、流路閉塞部、コントローラを含むノズルボディの噴孔加工装置において、
前記加工用挿入具は、ノズルボディ内部のシート面に当接するような円錐状外面を有しており、該円錐状外面の表面に、該円錐状外面の母線方向に沿って延設される直線部と、前記直線部に接するように連通する曲線部とからなる、噴孔数と同数の独立した通路溝を備えており、
前記加工用挿入具先端部の円錐状外面がノズルボディ内部のシート面と当接している状態で、該通路溝の底面外縁が、燃料噴射時にリフト位置にある針弁先端部外縁と重なるように形成されており、
前記加工終了点検出部は、各噴孔における砥粒流動体の物理量を検出する検出器と、該検出値から単位時間当たりの通過重量又は単位時間当たりの通過体積の何れかを算出する演算器からなり、該加工終了点検出部が前記噴孔の夫々の出口側に1つの噴孔に対し１つ設けられていることを特徴とするノズルボディの噴孔加工装置
【請求項１１】
針弁と対になって燃料噴射ノズルを構成する部材であり、先端に単数又は複数の噴孔を有するノズルボディの噴孔に、砥粒流動体を供給し面取り加工を施すノズルボディの噴孔加工装置であって、
砥粒流動体供給部、取付台、加工用挿入具、加工終了点検出部、流路閉塞部、コントローラを含むノズルボディの噴孔加工装置において、
前記加工用挿入具は、ノズルボディ内部のシート面に当接するような円錐状外面を有しており、該円錐状外面の表面に、該円錐状外面の母線方向に沿って延設された、一つの通路溝を備えており、前記加工用挿入具先端部の円錐状外面がノズルボディ内部のシート面と当接している状態で、該通路溝の底面外縁が、燃料噴射時にリフト位置にある針弁先端部外縁と重なるように形成されており、
前記砥粒流動体供給部あるいは取付台の何れかに、前記加工用挿入具あるいは前記ノズルボディの何れかを軸周りに所定角度だけ回動させる回動手段を備えており、
前記加工終了点検出部は、砥粒流動体の物理量を検出する検出器と、該検出器からの出力値から単位時間当たりの通過重量又は単位時間当たりの通過体積の何れかを算出する演算器からなることを特徴とするノズルボディの噴孔加工装置。
【請求項１２】
針弁と対になって燃料噴射ノズルを構成する部材であり、先端に単数又は複数の噴孔を有するノズルボディの噴孔に、砥粒流動体を供給し面取り加工を施すノズルボディの噴孔加工装置であって、
砥粒流動体供給部、取付台、加工用挿入具、加工終了点検出部、流路閉塞部、コントローラを含むノズルボディの噴孔加工装置において、
前記加工用挿入具は、ノズルボディ内部のシート面に当接するような円錐状外面を有しており、該円錐状外面の表面に、該円錐状外面の母線方向に沿って延設される直線部と、前記直線部に接するように連通する曲線部からなる、一つの通路溝を備えており、前記加工用挿入具先端部の円錐状外面がノズルボディ内部のシート面と当接している状態で、該通路溝の底面外縁が、燃料噴射時にリフト位置にある針弁先端部外縁と重なるように形成されており、
前記砥粒流動体供給部あるいは取り付け台の何れかに、前記加工用挿入具あるいは前記ノズルボディの何れか前記を軸周りに所定角度だけ回動させる回動手段を備えており、
前記加工終了点検出部は、砥粒流動体の物理量を検出する検出器と、該検出器からの出力値から単位時間当たりの通過重量又は単位時間当たりの通過体積の何れかを算出する演算器からなることを特徴とするノズルボディの噴孔加工装置。
【請求項１３】
先端部に噴孔が配置されたノズルボディにおいて、
前記噴孔の入口周縁部のうち上流側の縁が、それ以外の周縁部の曲率に比べて大きな曲率を有する事を特徴とする燃料噴射ノズル。
【請求項１４】
前記シート面上に、該シート面開始領域付近から前記噴孔付近にかけて、該シート面の母線方向に沿って延設された極浅の凹部を有することを特徴とする、請求項１１に記載の燃料噴射ノズル。
【請求項１５】
先端部に噴孔が配置されたノズルボディにおいて、
前記シート面上に、該シート面の母線方向に沿って延設される直線部と、前記直線部に接するように連通する曲線部からなる、噴孔数と同数の極浅の凹部を備えており、前記噴孔の入口周縁部のうち前記凹部の曲線部が連通する側の縁が、それ以外の周縁部の曲率に比べて大きな曲率を有する事を特徴とする及び燃料噴射ノズル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃料噴射用ノズルを構成するノズルボディの噴孔加工方法、噴孔加工装置及びそれらを用いて作製された燃料噴射ノズルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数の噴孔を備えるノズルボディ内部に針弁を往復動可能に挿入し、ノズルボディ先端内面にあるテーパ状シート面上の噴孔より上流側のシート位置に、針弁先端の当接部を当接あるいは離間せしめる事により、燃料流を断続する燃料噴射用ノズルは広く用いられている。近年、この燃料噴射ノズルにおいては、燃料消費量の低減、排気ガス特性の向上、内燃機関運転の安定性等の観点から噴射燃料の微粒化が要求されている。
【０００３】
噴霧燃料を微粒化するためには、燃料が持つ運動エネルギーをいかにロス無く噴孔の出口部まで導き流速を高めるか、すなわちいかに噴孔流量を高めるかが重要である。そのための手法として、流体抵抗の大きい噴孔入口周縁部にR形状の面取りを設けることが有効である事が知られている。このR形状の面取りを設けるために、液体状あるいは半液体状の媒体に砥粒を含有した砥粒流動体をノズルボディ内部に供給して、前記噴孔を通過させて加工を行う砥粒流動加工が広く用いられてきた。
【０００４】
砥粒流動加工によるノズルボディの噴孔加工における最大の課題の一つとしては、各噴孔の燃料噴射特性の均一化が挙げられる。加工対象物であるノズルボディは、砥粒流動加工を行う前にあらかじめドリルやレーザー加工を用いて穿孔されることにより噴孔の粗加工が施されている。しかし、粗加工直後のノズルボディは、噴孔径にばらつきを有していたり、噴孔入口部に残るばりの大小ばらつきを有する事が多い。そのため、単に砥粒流動体を流し加工するだけでは、それらのばらつきを解消できず、各噴孔の燃料噴射特性が不均一になってしまうという問題があった。各噴孔の燃料噴射特性が不均一だと、燃焼室内で局所的な高温域や過濃領域が発生し燃焼効率が低下してしまうために、排気ガス特性の低下につながってしまう。
【０００５】
この課題を解決するために、特開平７−５２０２２、特開平９−２０９８７６に開示されている加工終了のタイミングを調節することにより燃料噴射特性を均一化する方法や、特開平１０−３３７６４９に開示された砥粒流動加工時にノズルボディ内部に整流パイプを挿入して、ノズルボディ内部の先端で生じるよどみを縮小化し、均一な噴孔加工を行う方法等が提案されている。
【特許文献１】特開平７−５２０２２号公報
【特許文献２】特開平９−２０９８７６号公報
【特許文献３】特開平１０−３３７６４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記特開平７−５２０２２及び特開平９−２０９８７６に開示されている噴孔加工方法はノズルボディ内部に何も挿入していない状態でノズルボディ内部空間全体に砥粒流動体を加圧供給して加工する方法である。燃料噴射ノズルとして実際に燃料を流す際には、針弁をノズルボディ内部に挿入した状態で、その針弁をノズルボディのシート面上のシート位置に当接あるいは離間させる事により燃料噴射を制御することになる。したがって、上記二つの公報に開示されている方法では砥粒流動体の流れと実際の燃料の流れ環境が大きく異なる。その結果、燃料噴射ノズルに実際に燃料を流す段階で、針弁近傍や噴孔入口近傍で予想外の燃料流れの剥離が生じることによりキャビテーションエロージョンが発生してしまい、燃料噴射用ノズルの破損や流量特性の不均一化につながるおそれがある。
【０００７】
特開平１０−３３７６４９には、整流パイプをインジェクタノズル内部に挿入し、該整流パイプ外壁と該インジェクタノズル内壁との間に砥粒流動体を流す方法が開示されているが、この方法は、噴孔よりも下流側に整流パイプの先端開口部を配置し、噴孔下流側から砥粒流動体を流す事により噴孔入口周縁部を均一に研磨しつつノズルボディ先端における砥粒流動体流れのよどみ領域の縮小化について開示しているものであり、実際の燃料噴射を念頭においた砥粒流動体の通路形状について考慮しているものではない。したがって、前記特開平７−５２０２２及び特開平９−２０９８７６に開示されている方法と同様、加工の際に砥粒流動体の流れと実際の燃料の流れ環境が大きく異なる。その結果、燃料噴射ノズルに実際に燃料を流す段階で、針弁近傍や噴孔入口近傍で予想外の燃料流れの剥離等を引き起こし、キャビテーションエロージョンが発生してしまい、燃料噴射用ノズルの破損や流量特性の不均一化につながるおそれがある。
【０００８】
さらに、加工終了点を検出し加工を終了するプロセスにおいて、上記３つの公報に開示されている方法では、各噴孔の流量特性を揃える目的を達成するには不十分である。
【０００９】
特開平７−５２０２２には、各噴孔の出口側に夫々流量調整機構を設け、各噴孔を通過する砥粒流動体量が所定の量に達した噴孔から加工を終了することが開示されている。
【００１０】
一般的に、各噴孔当たりの燃料噴射量（各噴孔当たりの砥粒流動体の通過量）Qは、噴孔入口の流量係数μと、噴孔面積Aと、各噴孔の入口と出口間の差圧ΔP、さらに開弁時間（加工時間）ｔの関数で表せる。
具体的に示すと数１の様な関係が成り立つ。
【数１】
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各噴項の入口と出口間の差圧ΔPは一定になるよう制御される。したがって各噴孔における砥粒流動体の通過量が一定になるように加工終了点を噴孔毎に独立に制御するという事は、時間項まで含めて制御する（μAtを一定にする）ことになり、長時間掛けて砥粒流動体の通過量が一定になった噴孔と、短時間かけて砥粒流動体通過量が一定になった噴孔ではμAが異なる。実際の燃料噴射では、電磁弁の通電期間を制御し（すなわち時間を制御して）内燃機関の制御をするため、１サイクルあたり各噴孔に圧力が作用する時間は一定である。よって、μAのばらつきはそのまま各噴孔からの燃料噴射量および噴霧性状（粒径、分散など）のばらつきに反映される。
【００１１】
特開平９−２０９８７６には、ノズルボディ上流側で流量計を用いることにより全噴孔を通過する砥粒流動体の流量を測定し、所定の流量になったところで加工を終了することが開示されているが、この方法では噴孔一つ一つの流量を制御できないため、加工する噴孔の孔径のばらつきや、各噴孔周辺の表面荒さ、バリの大小のばらつきにより、各噴孔毎の燃料噴射特性にもばらつきが残ってしまう可能性がある。
【００１２】
特開平１０−３３７６４９に開示されている噴孔加工方法は、砥粒流動加工前の各噴孔の孔径又は表面粗さのばらつきの影響を解決するために、各噴孔の孔径をそろえるために低加圧力で砥粒流動体を流す一次加工と孔径の揃った各噴孔のR状面取りを行うため高加圧力で砥粒流動体を流す２次加工からなる。この一次加工は砥粒流動体通過量と噴孔径の相関関係を指標に各噴孔径のばらつきを推測し、目標噴孔径に必要な砥粒流動体量を見積もって噴孔毎に加工の制御を行うものであり、2次加工は全ての噴孔について同一量の砥粒流動体を流す事で各噴孔のR状面取りを行う。しかしながら、この方法では、噴孔径のばらつきしか考慮されておらず、噴孔付近の表面粗さ、ばりの大小ばらつきを考慮していない。したがって、終了時に孔径のばらつきが解消していたとしても各噴孔のR状面取りのばらつきが解消されていない可能性があり、二次加工後もR状面取りのばらつきが依然として残る可能性がある。さらに加工を２段階に分けて行う分手間がかかってしまう。
【００１３】
本発明は上記のような従来技術の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、燃料流れの剥離により生じるキャビテーションエロージョンが低減されていると共に、燃料噴射特性のばらつきが低減された燃料噴射ノズル及び、それを実現する加工方法及び加工装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
請求項１乃至請求項６に係るノズルボディの噴孔加工方法は、
加工用挿入具を、前記ノズルボディ内部の所定加工位置に配置し、その状態を保持する加工準備段階と、
砥粒流動体をノズルボディ後端部からノズルボディ内部に供給して前記複数の噴孔に導き、ノズルボディの内部から外方に向けて噴射し、加工中に前記噴孔を通過する砥粒流動体の物理量を検出しながら加工を行う加工段階と、
検出した前記噴孔を通過する砥粒流動体の物理量が所定の加工終了値に達したら加工を終了する加工終了段階とからなる。そして、請求項１乃至請求項６に記載の発明の特徴は以下に述べるものである。
【００１５】
請求項1に記載のノズルボディの噴孔加工方法は、
針弁の先端部と同等の先端部形状を有する加工用挿入具をノズルボディ内部に挿入し、該加工用挿入具の先端部外縁が、燃料噴射時にリフト位置にある前記針弁の先端部外縁と重なる位置に該加工用挿入具を保持することを特徴とする。
【００１６】
請求項２に記載のノズルボディの噴孔加工方法は、
前記加工用挿入具として、その先端部が前記針弁の先端部と同等の形状となっているものを用い、
前記所定加工位置として、該加工用挿入具の先端部外縁が、燃料噴射時にリフト位置にある前記針弁の先端部外縁と重なる位置に該加工用挿入具を保持し、
前記砥粒流動体の圧力を一定に保ちながら、前記ノズルボディ後端から前記噴孔に砥粒流動体を供給して加工を行い、
前記噴孔を通過する砥粒流動体の物理量検出は各噴孔出口に設けられた検出手段により噴孔毎に独立に行い、各噴孔における検出値から算出される砥粒流動体の単位時間当たりの通過重量又は単位時間あたりの通過体積の何れかが所定の値に達した噴孔から順次閉塞しつつ、全ての噴孔が閉塞された時点で加工を終了することを特徴とする。
【００１７】
請求項３に記載のノズルボディの噴孔加工方法は、
前記加工用挿入具として、ノズルボディのシート面に当接するような円錐状の外面を有しており、該円錐状外面の表面に、前記加工用挿入具先端部の円錐状外面の母線方向に沿って延設された、噴孔数と同数の独立した通路溝を備えているものを用い、
前記加工用挿入具を保持する所定加工位置は、前記加工用挿入具先端部の円錐状外面が前記ノズルボディのシート面と当接しつつ、前記通路溝の下流側端が前記噴孔に連通し、かつ前記通路溝の上流端側がノズルボディの内部空間に連通する位置であり、
前記通路溝の底面形状が、前記加工用挿入具を所定加工位置に保持した時に、前記通路溝の底面外縁が、燃料噴射時にリフト位置にある前記針弁の先端部外縁と重なるような形状となっており、
前記砥粒流動体の圧力を一定に保ちながら、前記ノズルボディ後端から前記噴孔に砥粒流動体を供給して加工を行い、
前記噴孔を通過する砥粒流動体の物理量検出は各噴孔出口に設けられた検出手段により噴孔毎に独立に行い、各噴孔における検出値から算出される砥粒流動体の単位時間当たりの通過重量又は単位時間あたりの通過体積の何れかが所定の値に達した噴孔から順次閉塞し、全ての噴孔が閉塞された時点で加工を終了することを特徴とする。
【００１８】
請求項４に記載のノズルボディの噴孔加工方法は、
前記加工用挿入具として、その先端にノズルボディのシート面に当接するような円錐状の外面を有しており、その円錐状外面の表面に、該円錐状外面の母線方向に沿って延設される直線部と、前記直線部に接するように連通する曲線部とからなる、噴孔数と同数の独立した通路溝を備えているものを用い、
前記加工用挿入具を保持する所定加工位置は、前記加工用挿入具先端部の円錐状外面が前記ノズルボディのシート面と当接しつつ、前記通路溝の下流側端が前記噴孔に連通し、かつ前記通路溝の上流端側がノズルボディの内部空間に連通する位置であり、
前記通路溝の底面形状が、前記加工用挿入具を所定加工位置に保持した時に、前記通路溝の底面外縁が、燃料噴射時にリフト位置にある前記針弁の先端部外縁と重なるような形状となっており、
前記砥粒流動体の圧力を一定に保ちながら、前記ノズルボディ後端から前記噴孔に砥粒流動体を供給して加工を行い、
前記噴孔を通過する砥粒流動体の物理量検出は各噴孔出口に設けられた検出手段により噴孔毎に独立に行い、各噴孔における検出値から算出される砥粒流動体の単位時間当たりの通過重量又は単位時間あたりの通過体積の何れかが所定の値に達した噴孔から順次閉塞し、全ての噴孔が閉塞された時点で加工を終了することを特徴とする。
【００１９】
請求項５に記載のノズルボディの噴孔加工方法は、
前記加工用挿入具として、ノズルボディのシート面に当接するような円錐状の外面を有しており、その円錐状外面の表面に、前記加工用挿入具先端部の円錐状外面の母線方向に沿って延設された、一つの独立した通路溝を備えているものを用い、
前記加工用挿入具を保持する所定加工位置は、前記加工用挿入具先端部の円錐状外面が前記ノズルボディのシート面と当接しつつ、前記通路溝の下流側端が前記噴孔に連通し、かつ前記通路溝の上流端側がノズルボディの内部空間に連通する位置であり、
前記通路溝の底面形状が、前記加工用挿入具を所定加工位置に保持した時に、燃料噴射時にリフト位置にある前記針弁の先端部外縁と重なるようになっており、
前記砥粒流動体の圧力を一定に保ちながら、前記ノズルボディ後端から前記噴孔に砥粒流動体を供給して加工を行い、
前記噴孔を通過する砥粒流動体の物理量検出を行う検出手段によって算出された、加工中の噴孔を通過する砥粒流動体の単位時間当たりの通過重量又は単位時間あたりの通過体積の何れかが所定の値に達したらその噴孔の加工を終了し、
前記回動段階を経て再び未加工の噴孔について、加工準備段階からの一連の動作を繰り返し、全ての噴孔の加工が終了した時点で全工程を終了することを特徴とする。
【００２０】
請求項６に記載のノズルボディの噴孔加工方法は、
前記加工用挿入具として、ノズルボディのシート面に当接するような円錐状の外面を有しており、その円錐状外面の表面に、前記加工用挿入具先端部の円錐状外面の母線方向に延設される直線部と、前記直線部に接するように連通する曲線部とからなる一つの独立した通路溝を備えているものを用い、
前記加工用挿入具を保持する所定加工位置は、前記加工用挿入具先端部の円錐状外面が前記ノズルボディのシート面と当接しつつ、前記通路溝の下流側端が前記噴孔に連通し、かつ前記通路溝の上流端側がノズルボディの内部空間に連通する位置であり、
前記通路溝の底面形状が、前記加工用挿入具を所定加工位置に保持した時に、燃料噴射時にリフト位置にある前記針弁の先端部外縁と重なるようになっており、
前記砥粒流動体の圧力を一定に保ちながら、前記ノズルボディ後端から前記噴孔に砥粒流動体を供給して加工を行い、
前記噴孔を通過する砥粒流動体の物理量検出を行う検出手段によって算出された、加工中の噴孔を通過する砥粒流動体の単位時間当たりの通過重量又は単位時間あたりの通過体積の何れかが所定の値に達したらその噴孔の加工を終了し、前記回動段階を経て再び未加工の噴孔について、加工準備段階からの一連の動作を繰り返し、全ての噴孔の加工が終了した時点で全工程を終了することを特徴とする。
【００２１】
請求項７乃至請求項１２に係るノズルボディの噴孔加工装置は、砥粒流動体供給部、取付台、加工用挿入具、加工終了点検出部、流路閉塞部、コントローラを含む構成をしている。そして、請求項７乃至請求項１２に記載の発明の特徴は以下に述べるものである。
【００２２】
請求項７に記載のノズルボディの噴孔加工装置は、
前記加工用挿入具が、その先端部に前記針弁の先端部の外縁と同等の形状を有しており、
該加工用挿入具の外縁が、燃料噴射時にリフト位置にある針弁の外縁と重なる所定加工位置に前記加工用挿入具を保持する加工用挿入具支持部を具備することを特徴とする。
【００２３】
請求項８に記載のノズルボディの噴孔加工装置は、請求項7に記載のノズルボディの噴孔加工装置であって、
前記加工終了点検出部は、各噴孔における砥粒流動体の物理量を検出する検出器と、該検出値から単位時間当たりの通過重量又は単位時間当たりの通過体積の何れかを算出する演算器からなり、該加工終了点検出部が前記噴孔の夫々の出口側に1つの噴孔に対し１つ設けられていることを特徴とする。
【００２４】
請求項９に記載のノズルボディの噴孔加工装置は、
前記加工用挿入具が、ノズルボディ内部のシート面に当接するような円錐状外面を有しており、該円錐状外面の表面に、該円錐状外面の母線方向に沿って延設された、噴孔数と同数の独立した通路溝を備えており、
前記加工用挿入具先端部の円錐状外面は、ノズルボディ内部のシート面と当接している状態で該通路溝の底面外縁が燃料噴射時にリフト位置にある針弁先端部外縁と重なるように形成されており、
前記加工終了点検出部は、各噴孔における砥粒流動体の物理量を検出する検出器と、該検出値から単位時間当たりの通過重量又は単位時間当たりの通過体積の何れかを算出する演算器からなり、該加工終了点検出部が前記噴孔の夫々の出口側に1つの噴孔に対し１つ設けられていることを特徴とする。
【００２５】
請求項１０に記載のノズルボディの噴孔加工装置は、
前記加工用挿入具が、ノズルボディ内部のシート面に当接するような円錐状外面を有しており、該円錐状外面の表面に、該円錐状外面の母線方向に沿って延設される直線部と、前記直線部に接するように連通する曲線部とからなる、噴孔数と同数の独立した通路溝を備えており、
前記加工用挿入具先端部の円錐状外面がノズルボディ内部のシート面と当接している状態で、該通路溝の底面外縁が、燃料噴射時にリフト位置にある針弁先端部外縁と重なるように形成されており、
前記加工終了点検出部は、各噴孔における砥粒流動体の物理量を検出する検出器と、該検出値から単位時間当たりの通過重量又は単位時間当たりの通過体積の何れかを算出する演算器からなり、該加工終了点検出部が前記噴孔の夫々の出口側に1つの噴孔に対し１つ設けられていることを特徴とする。
【００２６】
請求項１１に記載のノズルボディの噴孔加工装置は、
前記加工用挿入具が、ノズルボディ内部のシート面に当接するような円錐状外面を有しており、該円錐状外面の表面に、該円錐状外面の母線方向に沿って延設された、一つの通路溝を備えており、前記加工用挿入具先端部の円錐状外面がノズルボディ内部のシート面と当接している状態で、該通路溝の底面外縁が、燃料噴射時にリフト位置にある針弁先端部外縁と重なるように形成されており、
前記砥粒流動体供給部あるいは取付台の何れかに、前記加工用挿入具あるいは前記ノズルボディの何れかを軸周りに所定角度だけ回動させる回動手段を備えており、
前記加工終了点検出部は、砥粒流動体の物理量を検出する検出器と、該検出器からの出力値から単位時間当たりの通過重量又は単位時間当たりの通過体積の何れかを算出する演算器からなることを特徴とする。
【００２７】
請求項１２に記載のノズルボディの噴孔加工装置は、
前記加工用挿入具が、ノズルボディ内部のシート面に当接するような円錐状外面を有しており、該円錐状外面の表面に、該円錐状外面の母線方向に沿って延設される直線部と、前記直線部に接するように連通する曲線部からなる、一つの通路溝を備えており、前記加工用挿入具先端部の円錐状外面がノズルボディ内部のシート面と当接している状態で、該通路溝の底面外縁が、燃料噴射時にリフト位置にある針弁先端部外縁と重なるように形成されており、
前記砥粒流動体供給部あるいは取り付け台の何れかに、前記加工用挿入具あるいは前記ノズルボディの何れか前記を軸周りに所定角度だけ回動させる回動手段を備えており、
前記加工終了点検出部は、砥粒流動体の物理量を検出する検出器と、該検出器からの出力値から単位時間当たりの通過重量又は単位時間当たりの通過体積の何れかを算出する演算器からなることを特徴とする。
【００２８】
請求項１３乃至１５に記載の燃料噴射ノズルは以下のような特徴を有する。
【００２９】
請求項１３に記載の燃料噴射ノズルは、
前記噴孔の入口周縁部のうち上流側の縁が、それ以外の周縁部の曲率に比べて大きな曲率を有する事を特徴とする。
【００３０】
請求項１４に記載の燃料噴射ノズルは、
請求項13に記載の燃料噴射ノズルであって、前記シート面上に、該シート面開始領域付近から前記噴孔付近にかけて、該シート面の母線方向に沿って延設された極浅の凹部を有することを特徴とする。
【００３１】
請求項１５に記載の燃料噴射ノズルは、
前記シート面上に、該シート面の母線方向に沿って延設される直線部と、前記直線部に接するように連通する曲線部からなる、噴孔数と同数の極浅の凹部を備えており、前記噴孔の入口周縁部のうち前記凹部の曲線部が連通する側の縁が、それ以外の周縁部の曲率に比べて大きな曲率を有する事を特徴とする。
【発明の効果】
【００３２】
請求項１乃至請求項２に係るノズルボディの噴孔加工方法、及び請求項7乃至請求項８に係るノズルボディの噴孔加工装置においては、加工用挿入具が前記所定加工位置にある際に、加工用挿入具先端外面の少なくとも噴孔に対向する位置付近からノズルボディのシート面開始領域に対向する付近にかけての外縁が、針弁のリフト時の外縁と重なるために、砥粒流動加工の際に少なくとも噴孔の上流側では実際に燃料噴射する時の燃料流れが通過する通路形状に極めて近い形状の通路を砥粒流動体が流れることとなる。その結果、加工用挿入具により砥粒流動体の曲がり角が大きくなり、噴孔入口周縁部の特に上流側の曲率が大きくなるように加工され、請求項１３に記載の燃料噴射ノズルを製造する事ができる。実際の燃料噴射時には、燃料流れの大部分は噴孔上流側の縁から集中して噴孔に入っていくため、噴孔入口周縁部の特に上流側の曲率を大きく加工できることは重要な意味を持つ。すなわち、燃料流れにとって流体抵抗が大きい部位をより効果的に面取り加工することが可能になり、針弁付近や噴孔付近で燃料流れが剥離する事により生じるキャビテーションエロージョンを低減する事ができる。
【００３３】
請求項３、請求項５に係るノズルボディの噴孔加工方法、及び請求項９乃至請求項１１に係るノズルボディの噴孔加工装置においては、加工用挿入具が前記所定加工位置にある際に、前記通路溝の外縁が、針弁のリフト時の外縁と重なるために、実際に燃料噴射する時の燃料流れが通過する通路形状に極めて近い形状の通路を砥粒流動体が流れることとなる。その結果、加工用挿入具により砥粒流動体の曲がり角が大きくなり、噴孔入口周縁部の特に上流側の曲率が大きくなるように加工され、請求項１４に記載の燃料噴射ノズルを製造する事ができる。実際の燃料噴射時には、燃料流れの大部分は噴孔上流側の縁から集中して噴孔に入っていくため、噴孔入口周縁部の特に上流側の曲率を大きく加工できることは重要な意味を持つ。すなわち、燃料流れにとって流体抵抗が大きい部位をより効果的に面取り加工することが可能になり、針弁付近や噴孔付近で燃料流れが剥離する事により生じるキャビテーションエロージョンを低減する事ができる。
【００３４】
また、砥粒流動体は前記通路溝を流れるため、該通路溝と対向するノズルボディ内面が研磨され、該通路溝の形状がノズルボディのシート面上に転写され、シート面の母線方向に延設され噴孔に連通する極浅の凹部が形成される。この凹部はシート位置から各噴孔までの最短距離にあたる線上に形成されているため、燃料を流す際に燃料を最短経路で噴孔に導く事が容易となり、噴孔流量の増大に有利である。
【００３５】
また、請求項４、請求項６に記載の噴孔加工方法及び請求項１０、請求項１２に記載の噴孔加工装置においては、加工用挿入具の通路溝の形状がノズルボディのシート面上に転写され、シート面上のシート位置より下流に曲線状で極浅の凹部が形成される。その結果、請求項１５に記載の燃料噴射ノズルが得られる。その場合、燃料を実際に流入させると、燃料流れが前記凹部に沿って噴孔へ側方から回り込むように流れ易くなるため、噴孔に到達するまでに燃料流れをあらかじめ旋回させることができ、噴霧角の大きい燃料噴射ノズルを作製する事ができる。
【００３６】
また、請求項２乃至請求項４に記載のノズルボディの噴孔加工方法及び請求項８乃至１０に記載のノズルボディの噴孔加工装置においては、複数の噴孔に対して同時に加工を行いつつ、各噴孔を通過した砥粒流動体の単位時間当たりの重量又は単位時間当たりの体積の何れかを独立に検出・算出し、その値が所定の値になった噴孔から加工終了する。ここで前記数１の両辺を時間微分した数2を考えてみる。
【数２】
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すなわち噴孔を通過する砥粒流動体の体積変化率が一定となり差圧ΔPも一定であるため、μAを一定にすることになり、加工前の噴孔毎のバリの大小ばらつき（μのばらつき）や噴孔径のばらつき（Aのばらつき）に関わらず、一定のμAを得られる。したがって、数式１に代入すれば各噴孔における砥粒流動体通過量Qは等しい値となり、均一な燃料噴射特性を得られる。すなわち、加工前の各噴孔毎の表面粗さのばらつきと噴孔径のばらつきを独立に制御するのではなく、まとめて制御する事により、結果として最低限の加工時間で各噴孔間の燃料噴射特性を均一に仕上げる事が可能となる。なお、砥粒流動体はよく攪拌した状態であれば均質であると見なせるため、あらかじめ砥粒流動体の比重ｋを測定しておけば、砥粒流動体の重量はｋを係数として体積に比例する関係にある。したがって、加工終了点を単位時間当たりの通過重量で定義した場合でも上記と同様の効果を奏する。
【００３７】
請求項５乃至請求項６に記載のノズルボディの噴孔加工方法及び請求項１１乃至請求項１２に記載のノズルボディの噴孔加工装置においては、全ての噴孔を一つずつ加工するため、加工終了点検出手段が一つあれば良い。したがって、全ての噴孔の夫々を通過する砥粒流動体の流量を一つの加工終了点検出手段で検出・算出するので、前記複数孔加工の方法に比べ、加工終了点検出手段毎の検出誤差に起因するばらつきを抑制する事ができる。したがって、より厳密な流量特性の均一化が必要な場合には単孔加工を用い、それ以外の場合では加工スピードに勝る複数孔同時加工を選択することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明の実施例を図１〜８に基づいて説明する。尚、本発明は以下に述べる実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された内容であれば、他の形態もとりうる。
【実施例１】
【００３９】
まず、図１〜４に基づいて本発明に係る実施例１について説明する。図１に本発明に係るノズルボディの噴孔加工に用いる加工装置の概略を示す。本装置は、主に砥粒流動体供給部１、取付台１０、ノズルボディ２０、加工用挿入具３０、加工終了点検出部４０、流路閉塞部５０、コントローラ６０から構成される。
【００４０】
前記砥粒流動体供給部１は、バレル２、シリンダ３、荷重検出器４、変位検出器５、及び図示しないシリンダ駆動機構からなる。バレル２は内部空間を有しており、その内部空間に砥粒流動体を収容できるようになっている。また、前記内部空間の先端には、後述するノズルボディの燃料通路２１とほぼ同径の砥粒流動体通路６を備えている。シリンダ３は、砥粒流動体を封止できる程度にバレル２の内面と当接しつつ摺動可能に設置されており、前記シリンダ駆動機構からの駆動力Ｆによりバレル２内の砥粒流動体を外方に押し出す事ができる。
【００４１】
シリンダ３には、荷重検出器４及び変位検出器５が設置されている。この二つの検出器は、砥粒流動加工中に常に砥粒流動体圧力一定の加工条件を確保するため、シリンダ変位あるいはシリンダ荷重を常時監視するために用いられる。これら二つの検出器は、コントローラ６０及び図示しないシリンダ駆動機構と接続されており、閉ループを構成している。これにより、前記２つの検出器の検出値から算出される砥粒流動体圧力一定が一定となるようにフィードバック制御される。
【００４２】
加工対象物であるノズルボディ２０は、針弁を収容するために中空状になっている。また、先端内面にテーパ状のシート面２３を備えており、そのシート面２３上には６個の噴孔２４が周方向に等間隔に配置されている。
この６個の噴孔２４は外部と連通するようにドリルあるいはレーザー加工等の手法によりあらかじめ穿孔されている。さらに、ノズルボディ２０は針弁を挿入する空間とは独立して、ノズルボディ２０後端からノズルボディ中央の内部空間２２にかけて燃料通路２１を備えており、この燃料通路２１を通して燃料をノズルボディ２０後端から先端に供給する事ができるようになっている。
【００４３】
このノズルボディ２０を取付台１０に図示しない方法で固定し、加工用挿入具３０をノズルボディ２０内部に挿入し、後述する所定の加工位置に保持する。
【００４４】
ここで、加工用挿入具を説明する前に、燃料噴射用ノズルの弁開閉の動作を少し説明しておく。図２(a)に針弁の先端形状拡大図を、図２(b)に燃料噴射用ノズルが閉状態のノズルボディと針弁の位置関係を、図２(ｃ)に燃料噴射用ノズルが開状態のノズルボディと針弁の位置関係を示す。なお、本願明細書においては燃料噴射用ノズルはノズルボディと針弁の組み合せの意味として用いている。一般的な針弁形状としては、図２(a)に示すような２段のテーパ形状の先端部を有するものや図示しない1段のテーパ形状のものが広く用いられている。図２(ｂ)に示すように、この針弁１００の先端部がノズルボディ内部のシート面に当接している時、燃料噴射用ノズルは閉状態であり燃料は流れない。すなわち、針弁１００の当接部の１段目のテーパ部と２段目のテーパ部の境界の凸部が、ノズルボディのシート面２３のシート位置に当接して燃料を遮断している。この当接部は図面上では線接触のように見えるが、実際は針弁１００及びノズルボディ２０の弾性変形により面接触となる。一方燃料を流す際には、図２(ｃ)に示すように針弁１００をその軸方向にリフトすれば、シート位置で遮断されていた燃料を針弁１００のリフトにより生じた針弁１００とノズルボディ２０間の通路を通して噴孔に向けて流すことができる。この針弁１００のリフトの最大高さは通常一定であるが、エンジンの動作状況に応じて連続的あるいは多段的に変化させることもできる。
【００４５】
本発明において、加工用挿入具を使用する目的は、砥粒流動加工を図２（ｃ）のような実際に燃料が流れる通路形状を模した環境で行うことにある。そのために、具体的にどのように加工用挿入具を用いて加工するのかを次に述べる。
【００４６】
図３(ａ)に本実施例に用いる加工用挿入具先端の拡大図を、図３(b)に加工用挿入具が所定の加工位置にあるときの噴孔周辺部A１の拡大断面図を、図３(c)に図３(b)中のＢ１-Ｂ１線に沿った断面図を示す。加工用挿入具３０としては、図３(a)に示すような針弁１００の先端部形状と同等の先端形状を有するものを用いる。ここで、針弁１００と同等の先端部形状とは、加工用挿入具を所定加工位置に保持した時に砥粒流動体の大部分が通過する、ノズルボディのシート面開始領域に対向する付近から噴孔に対向する付近の形状が同一であれば良い。したがって、針弁と同一の形状でも良いし、後述する図４(a)のような形状でも良い。また、をそのまま加工用挿入具として用いても良いが、砥粒による磨耗を考えると耐磨耗性のある材料で作製されたものが好ましい。
【００４７】
この加工用挿入具３０をノズルボディの軸と同軸になるようにノズルボディ２０内部に挿入し、実際の燃料噴射の際に針弁１００がリフトする高さｈだけ加工用挿入具３０の先端外面をノズルボディ先端内面から離間させた所定加工位置に保持する。ここでいうリフト高さは、フルリフト高さ（針弁１００が全開状態のリフト高さ）以下であれば任意の高さを選択し得るが、加工時間の短縮の観点からすると、ハーフリフト高さ（針弁１００が全開状態のリフト高さの1/2）以上である方がより好ましい。図３(b)の点線部は燃料噴射ノズルが閉状態の針弁１００の先端部外縁に相当し、この点線部に対応する実線部は、針弁１００の先端部と同等の先端形状を有する加工用挿入具の外縁が、点線で示す位置から軸方向に高さｈだけリフトされ燃料噴射ノズルが開状態における針弁１００の当接部外縁と重なるようになっている様子を示している。すなわち、針弁１００と同一の形状を有する加工用挿入具３０を、リフト時の針弁１００と同じ位置に保持して加工を行う。このようにして、砥粒流動加工を行う際に、砥粒流動体を流す通路形状を実際に燃料が流れる通路形状に模したものとすることができる。
【００４８】
この時、図３(c)に示すように、加工用挿入具３０の軸周り全ての方位について、砥粒流動体が流れる事のできる隙間ができ、加工用挿入具３０を前記所定加工位置に保持するための位置調整は、加工用挿入具軸方向のみを考慮すれば良く、軸周り方向を考慮する必要は無い。位置調整・保持手段は、図１に示すように加工用挿入部の後端及び、ノズルボディ後端が同一平面に当接する構造で軸方向が決まるような手段を講じれば良い。また、図示しないがアクチュエータとコントローラからなる加工用挿入具支持機構を噴孔装置内に設置し、軸方向位置の微調整ができるようにしても良い。
【００４９】
また、この軸方向位置合わせのための他の手段としては、図４(a)に示すように加工用挿入具３０をその先端にスペーサ部２５を有する形状にしても良い。この場合、図４(b)に示すように、加工用挿入具３０の先端のスペーサ部２５がノズルボディのシート面２３の噴孔２４より下流の部位に当接した状態において、加工用挿入具３０のシート面開始領域に対向する位置付近から噴孔２４に対向する位置付近にかけての加工用挿入具３０の外縁が、高さｈだけリフトした針弁１００のシート面開始領域に対向する位置付近から噴孔２４に対向する位置付近にかけての外縁と一致するため、加工用挿入具３０の軸方向の位置合わせは不要となる。この時、スペーサ部２５は噴孔２４に対向する位置付近よりも先端側に位置しているため、砥粒流動体７が通過する噴孔２４より上流側の通路形状を、実質的に実際に燃料が流れる通路形状に模したものとすることができる。
【００５０】
このように、加工用挿入具３０をノズルボディ２０内に挿入し、前記所定加工位置に保持した後、バレル2の砥粒流動体通路６とノズルボディの燃料通路２１が連通するように、バレル２をノズルボディ２０上に配置し挟み込むと共に、ノックピン７０で固定する。これにより、シリンダ３によりバレル２の砥粒流動体通路６から押し出された砥粒流動体は、ノズルボディ２０の後端からノズルボディの燃料通路２１、ノズルボディの内部空間２２、シート面２３と加工用挿入具３０外面に挟まれた空間を経て噴孔２４に供給される。
【００５１】
本発明に用いる砥粒は、従来用いられてきたシリコンカーバイドや酸化アルミ、ダイヤモンド等を用いれば良く、目標噴孔径に応じた粒径を選択すれば良い。また、砥粒を担持する媒体については、実際に流す燃料の粘度特性に近いものを選択し、その流れが乱流になる高さの圧力でもって加工すると、より実際の燃料流れに近い条件で砥粒流動加工を行うことができ好ましい。
【００５２】
加工終了点検出部４０は砥粒受け皿４１及び荷重検出器４２及び図示しない演算器からなり、各噴孔２４の出口に夫々設けてある。砥粒流動体７の通過重量を噴孔毎に独立に算出できるようになっている。この荷重検出器４２の検出値は前記演算器へ送られ、該検出値から算出される砥粒流動体７の単位時間当たりの噴孔通過重量が所定の値となった時点で、その噴孔に対応する荷重検出器４２に接続されたコントローラ６０が流路閉塞部５０に向け加工終了命令を送る。
【００５３】
流路閉塞部５０はエアシリンダ５１及び閉塞部材５２からなり、各噴孔２４の出口に配置されている。この流路閉塞部５０はコントローラ６０に接続されており、該コントローラ６０からの加工終了命令を受けると、順次閉塞部材５２がエアシリンダ５１からの押圧力により加工終了するべき噴孔２４に当接し、これに伴いシリンダの移動速度を砥粒流動体の圧力が一定となるように移動速度を低下させ、全噴孔が閉塞されることによって加工を終了する。
【００５４】
なお、各噴孔２４の出口に設ける加工終了点検出部４０は、本実施例のように荷重検出器を用いる場合に限るものではなく、各噴孔２４に連通するように設けた流量計であっても良い。すなわち、検出値から各噴孔における砥粒流動体の単位時間当たりの通過重量又は通過体積の何れかを導出できるものであれば良い。
【００５５】
この実施例に係る噴孔加工方法又は噴孔加工装置により作製されたノズルボディは、噴孔２４の入口周縁部のうち上流側の縁が、それ以外の周縁部の曲率に比べて大きな曲率を有する。なぜなら、加工用挿入具を挿入しないで加工した場合に比べ、シート位置から噴孔にかけての通路形状が絞られ、砥粒流動体の曲がり角が大きくなるためである。実際に燃料を流す際には、燃料流れの大部分は上流側から噴孔２４に流入するため、燃料流れにとって流体抵抗が大きい上流側が集中的に面取り加工されたこのノズルボディは、噴霧燃料の微粒化に有利であり、キャビテーションエロージョンを低減できる。また、各噴孔を通過する砥粒流動体の単位時間当たりの通過重量又は通過体積が所定値に達した噴孔毎に独立に加工終了するため、燃料噴霧特性が均一になっている。
【実施例２】
【００５６】
次に実施例２について説明する。本実施例は加工手順としては実施例１とほぼ同じであるが、使用する加工用挿入具３０の形状及び加工用挿入具３０を保持する所定加工位置が異なる。したがって、本実施例に係る噴孔加工装置の概要は、図１に示す実施例１に係る噴孔加工装置と同様で良い。図５(a)に本実施例に用いる加工用挿入具３０の先端の拡大図を、図５(b)に加工用挿入具３０が所定加工位置にあるときの噴孔周辺部A１の拡大断面図を、図５(c)に図５(b)中のB３-B３線に沿った断面図を示す。
【００５７】
本実施例に係る加工用挿入具３０は、図５(a)に示すように、その先端にノズルチボディ２０のシート面２３に当接するような円錐形状の外面を有している。その円錐状外面の表面に噴孔数と同数の独立した通路溝３１を備えている。該通路溝３１は各噴孔２４に対向する位置付近からノズルボディ２０のシート面開始領域に対向する位置付近にかけて前記円錐状外面の母線方向に延設されている。また、通路溝３１は前記円錐状外面から針弁１００のリフト高さと同程度窪んでおり、通路溝３１の底面の外縁形状が針弁１００の先端部の外縁と同じ形状を有している。
【００５８】
したがって、図５（ｂ）に示すように、加工用挿入具３０の円錐形状の外面がノズルボディのシート面に当接するように加工用挿入具３０をノズルボディ２０内に挿入し、各通路溝3１の一端がノズルボディの各噴孔２４に連通するように軸回り方向に調整した所定加工位置にある時に、通路溝３１の他端はノズルボディの内部空間２２に連通しており、通路溝３１の底面の外縁が、実際に燃料噴射する際にリフト時の針弁１００の各噴孔に対向する位置付近からノズルボディのシート面開始領域に対向する位置付近にかけての外縁と重なるようになっている。なお、本実施例において、ノズルボディの噴孔は周方向に等間隔に配置されているため、前記加工用挿入具３０の通路溝３１も同様に周方向に等間隔に配置してある。すなわち加工用挿入具３０を前記所定加工位置に配置する場合は、加工用挿入具３０の軸方向を考慮する必要は無く、通路溝３１の一端が噴孔２４に連通するように加工用挿入具の軸周りの位置を調整すれば良い。
【００５９】
この通路溝３１の幅は、図５（ｃ）に示すように、噴孔２４の入口の周縁を全て砥粒流動体７が通過できるように、噴孔径より若干大きいものであることが好ましい。また、図５（ｂ）加工用挿入具３０が前記所定加工位置にあるとき、通路溝３１は噴孔２４の入口の下流側の縁までカバーできるように延設することが好ましい。
【００６０】
この所定加工位置に加工用挿入具３０を保持した状態で、実施例１と同様にして、ノズルボディ２０の後端側から砥粒流動体７の圧力を一定に保ちながら供給すると、ノズルボディ２０の燃料通路２１から内部空間２２を通り、図５(c)に示す噴孔２４に連通する各通路溝２１を経て噴孔２４に達し加工がなされる。加工終了は第一の実施例と同様の要領で行えば良い。
【００６１】
この実施例に係る噴孔加工方法又は噴孔加工装置により作製されたノズルボディは、噴孔３１の入口周縁部のうち上流側の縁が、それ以外の周縁部の曲率に比べて大きな曲率を有する。なぜなら、砥粒流動体７は加工用挿入具３０の円錐状外面の母線方向に沿って延設された通路溝３１の部分のみを通過するため、噴孔２４の上流側から集中的に流れ込み、加工用挿入具３０を挿入しないで加工した場合に比べ、シート位置から噴孔２４にかけての通路形状が絞られ、砥粒流動体７の曲がり角が大きくなるためである。実際に燃料を流す際には、燃料流れの大部分は上流側から噴孔２４に流入するため、燃料流れにとって流体抵抗が大きい上流側が集中的に面取り加工されたこのノズルボディ２０は、噴霧燃料の微粒化に有利であり、キャビテーションエロージョンを低減できる。また、各噴孔を通過する砥粒流動体７の単位時間当たりの通過重量又は通過体積が所定値に達した噴孔毎に独立に加工終了するため、燃料噴霧特性が均一になっている。
【００６２】
さらに、砥粒流動体７が直線状の通路溝３2を通過するため、加工後のノズルボディ２０のシート面２３上の特にシート位置より下流から噴孔２４までの領域において、加工用挿入具の通路溝３１に沿ってノズルボディのシート面２３の母線方向に極浅の凹部２６が形成されている。すなわち、シート位置から各噴孔２４までの最短距離にあたる線上に前記凹部２６が形成されている。したがって、燃料を流す際に燃料を最短経路で噴孔２４に導く事が容易となり、噴孔流量の増大に有利である。
【００６３】
なお、本実施例に係る噴孔加工装置及び噴孔加工方法で作製されたノズルボディ２０に実際に針弁１００を挿入し燃料を流す際には、ノズルボディ２０と針弁１００との弾性変形を調整する事により、この凹部26においても針弁１００閉時に燃料を封止することができ、燃料漏れを回避することができる。
【実施例３】
【００６４】
次に第三の実施例について説明する。本実施例は、加工用挿入具の形状が異なる点、及び噴孔を一つづつ加工していく点で第一の実施例及び第二の実施例と異なる。図６に本実施例に係る砥粒流動加工装置の概略図を示す。また、図７(a)に本実施例に係る加工用挿入具３０の先端の拡大図を、図７(b)には加工用挿入具３０が所定加工位置にあるときの噴孔２４周辺部A２の拡大図を、図７(c)に図７(b)中のB４-B４線に沿った断面図を、図７(d)には加工用挿入具３０が所定加工位置にあるときの加工用挿入具の通路溝直線部及び加工用挿入具の軸を通る面で切った場合のノズルボディ２０及び加工用挿入具３０の断面図（図７(ｃ)のB５−B５線に沿った断面図）を示す。
【００６５】
本実施例に係る加工用挿入具３０は、図７(a)に示すように、その先端にノズルボディのシート面２３に当接するような円錐形状の外面を有している。その円錐状外面の表面に一つの通路溝３１を備えている。該通路溝３１は前記円錐状外面の母線方向に延設された直線部３１ａと、該直線部３１ａに接しながら連通する曲線部３１ｂからなる。この通路溝３２は前記円錐状外面から針弁１００のリフト高さｈ程度窪んでおり、通路溝３１の底面の外縁形状は針弁１００の先端部の外縁と同じ形状を有している。
【００６６】
図７（ｂ）、図７（ｃ）及び図７（ｄ）に示すように、加工用挿入具３０の円錐形状の外面がノズルボディのシート面に当接するように加工用挿入具３０をノズルボディ２０内に挿入し、通路溝の曲線部3１ｂ側の一端がノズルボディのある一つの噴孔２４に側方から連通するように軸回り方向に調整した所定加工位置にある時に、通路溝３１a側の他端はノズルボディ２０の内部空間２２に連通しており、通路溝３１の底面の外縁が、実際に燃料噴射する際にリフト時の針弁１００の各噴孔に対向する位置付近からノズルボディ２０のシート面開始領域に対向する位置付近にかけての外縁と重なるようになっている。加工用挿入具３０を前記所定加工位置に配置する場合は、加工用挿入具３０の軸方向を考慮する必要は無く、通路溝の曲線部３１ｂの一端が噴孔２４に連通するように加工用挿入具３０の軸周りの位置を調整すれば良い。
【００６７】
加工段階は実施例１及び実施例２と同様にノズルボディ20の後端から砥粒流動体の圧力を一定に保ちながら供給して行われる。
【００６８】
本実施例における加工終了動作は、図６に示すようにシリンダ３に設けられた荷重検出器4または変位検出器５により検出される荷重または変位速度から算出される、一つの噴孔を通過する砥粒流動体の単位時間当たりの通過重量又は単位時間当たりの通過体積の何れかが所定の加工終了値になった時に、荷重検出器４あるいは変位検出器５に接続されたコントローラ６０がシリンダ３に対して加工終了命令を出し、動作を停止するという手順で行われる。すなわち、荷重検出器４及び変位検出器５は、砥粒流動体圧力一定の加工条件を確保するための監視センサーとしての役割と、加工終了点を算出するための加工状況監視センサーとしての役割を担っている。もちろん実施例１及び実施例２のように、噴孔２４の出口側に加工終了点検出器を別途設けても良い。
【００６９】
そして、一つの噴孔の加工が終了したら、未加工の噴孔に加工用挿入具の通路溝の曲線部３２ｂの下流側一端が連通するように、回動手段８０を用いて加工用挿入具３０を軸周りに回動させ、同様に加工準備段階、加工段階、加工終了段階の動作を噴孔数分だけ繰り返す。
【００７０】
回動装置８０はラック８１、ピニオン８２、リニアモータ８３からなる。リニアモータ８３はコントローラ６０に接続されており、１つの噴孔の加工が終了した段階で、コントローラ６０から送信される回動命令を受診すると、バレル２内に砥粒流動体を収容する内部空間とは別の内部空間に設置されているラック８１を一方向に所定の変位だけ動かす。ピニオン８２は加工用挿入具３０の後端に固着されており、ラック８１と噛み合っているため、リニアモータからの駆動力でラック８１が一方向に決まった変位だけ移動すると、それに伴って前記加工用挿入具３０は軸周りに噴孔間の角度だけ回転する。なお、前記噴孔２４が周方向に等間隔に配置されていない場合、夫々の噴孔間角度だけ前記加工用挿入具３０を回転させるようにすれば良い。なお、本実施例では加工用挿入具を回動させる例を示したが、ノズルボディ２０やノズルボディ２０を固定している取付台１０を回動させても良い。
【００７１】
図８(a)に本実施例にかかる噴孔加工方法及び装置を用いて作製したノズルボディの断面図を、図８（ｂ）に図８（a）中のＢ６-Ｂ６線に沿った断面図を示す。図８(a)中の点線はシート位置を表しており、針弁１００がこのシート位置に当接あるいは離間することにより、燃料噴射ノズルは閉状態あるいは開状態となる。本実施例により作製されたノズルボディは、図８（a）に示すように、前記シート位置より下流に前記加工用挿入具通路溝の曲線部３２ｂの形状が転写された極浅の凹部２６が形成されている。この極浅の凹部２６は前記通路溝の曲線部３２ｂと連通していた噴孔２４の入口側面部まで延設されている。
【００７２】
本実施例の噴孔加工方法及び噴孔加工装置によれば、砥粒流動体７が針弁１００のリフト時の燃料通路形状を模した通路溝３２を通過して噴孔側面に導かれ、通路溝が連通する噴孔入口側面の縁を集中的に研磨することになる。その結果、作製されるノズルボディにおいて、実際の燃料流れは、噴孔２４の上流より噴孔入口に達するが、側面の片側の面取りが大きく、反対側面は小さく面取りがなされているので、左右で噴孔に流れ込み易さが異なる。このため、燃料が流れ込む際には、左右で燃料流速に違いを生じ、燃料に旋回流が引き起こされ、噴霧角の大きい噴霧が形成できる。
【００７３】
さらに、本実施例においては噴孔を一つずつ加工するために加工終了点検出手段が最低でも一つあれば良く、全ての噴孔に対して一つの加工終了点検出部で加工終了点検出することもできる。この場合、取り付け台１０にノズルボディ２０を加工終了点検出部４０まで回動させる手段等を設けておく等の手段を講じても良い。したがって、複数孔同時加工のように噴孔２４毎に加工終了点検出部を設ける場合に比べて、検出器毎の検出値のばらつきを無視でき、より均一度の高い加工が実現できる。
【００７４】
なお、本明細書中では３つの実施例を基に説明を行なったが、例えば実施例２で用いた直線状の通路溝を有する加工用挿入具と、実施例３における一つづつ噴孔を加工していく方式を組み合わせて使っても良い。同様に、実施例３に係る曲線部を有する通路溝を備えた加工用挿入具に、実施例1及び実施例２に係る複数噴孔を同時加工する方式を組み合わせて使えることは言うまでも無い。
【００７５】
また、通路溝を備えた加工用挿入具を用いる場合、ノズルチップの噴孔数、噴孔の配置間隔に合わせた通路溝を具備する加工用挿入具を用いれば良く、必ずしも実施例１乃至実施例３のような態様でなくとも良い。さらに、ノズルチップの噴孔が単数又は複数であっても、本願発明を適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】実施例１及び実施例２に係るノズルボディの噴孔加工装置の概略図
【図２】（a）一般的な針弁の先端形状（b）燃料噴射用ノズルが閉状態の時の針弁とノズルボディの位置関係（c）燃料噴射用ノズルが開状態の時の針弁とノズルボディの位置関係
【図３】(a)実施例１に係る加工用挿入具の先端形状(b)図１の噴孔付近A１の拡大断面図(c)図３(b)のB１−B１線に沿った断面図
【図４】(a)実施例１に係る先端にスペーサ部を設けた場合の加工用挿入具の先端形状(b)図１の噴孔付近A１の拡大断面図(c)図４(b)のB２−B２線に沿った断面図
【図５】(a)実施例２に係る加工用挿入具の先端形状(b)図１の噴孔付近A１の拡大断面図(c)図５(b)のB３−B３線に沿った断面図
【図６】本発明実施例３に係るノズルボディの噴孔加工装置の概略図
【図７】(a)実施例３に係る加工用挿入具の先端形状(b)噴孔中心軸及び加工用挿入具の軸を通る面で切った時の図６の噴孔付近A２における拡大断面図(c)図７(b)のB４−B４線に沿った断面図(d)通路溝直線部及び加工用導入具の軸を通る面で切った時のノズルボディ及び加工用挿入具の断面図    （図７(ｃ)のB５−B５線に沿った断面図）
【図８】(a)実施例３に係るノズルボディ完成品の断面図(b)図８(a)のB６-B６に沿った断面図
【符号の説明】
【００７７】
１：砥粒流動体供給部
２：バレル
３：シリンダ
４：荷重検出器（ロードセル）
５：変位検出器
６：砥粒流動体通路
７：砥粒流動体
１０：取付台
２０：ノズルボディ
２１：燃料通路
２２：内部空間
２３：ノズルボディのシート面
２４：噴孔
２５：スペーサ部
２６：凹部
３０：加工用挿入具
３１：通路溝
３１a：通路溝の直線部
３１ｂ：通路溝の曲線部
４０：加工終了点検出部
４１：受け皿
４２：重量計
５０：流路閉塞部
５1：エアシリンダ
５2：閉塞部材
６０：コントローラ
７０：ノックピン
８０：回動装置
８１：ラック
８２：ピニオン
８３：リニアモータ
１００：針弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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