JP2007321677A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 液化燃料の噴射に用いられる燃料噴射弁において、噴口開閉部のシール性を維持しつつ燃料噴射量の安定化を図る上で有効な技術を提供する。
【解決手段】 本発明の燃料噴射弁１００は、先端に噴口１２２を有する噴射ノズル１２１と、噴射ノズル１２１に当接あるいは離間することで噴口１２２を開閉する弁体１１６と、を有し、液化燃料の噴射に用いられる。弁体１１６と噴射ノズル１２１の一方には、弾性体１２９が設けられ、他方には当接面１２１ａが設けられる。弾性体１２９は、当接面１２１ａに向って突出する環状シール部１２９ｂを有する。そして環状シール部１２９ｂの内周面１２９ｄは、環状シール部１２９ｂと当接面１２１ａが当接する当接位置Ｘよりも下流の燃料流路Ｃ１の流路面積が、内周面１２９ｄに対応する領域において当接位置Ｘの流路面積とほぼ同一となるように形成されている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、内燃機関用の燃料噴射弁に関し、詳しくはＬＰＧ（液化石油ガス）のような気化し易い液化燃料の噴射用として好適な燃料噴射弁に関する。

気体燃料を噴射するための燃料噴射弁は、例えば特開２０００−８７８２６号公報（特許文献１）に開示されている。公報に記載の燃料噴射弁は、燃料を噴射するための噴口を備えた噴射ノズルと、噴口を開閉するための弁体とを有する。弁体は、その先端面が噴射ノズルの当接面（シート面）に当接することで噴口を閉じ、噴射ノズルの当接面から離間することで噴口を開く。弁体の先端面には、シール部材としてのゴム等の弾性体が取り付けられ、弾性体には当接面に向って突出する環状のシール部が形成されている。そして公報に記載の燃料噴射弁では、弾性体のシール部が噴射ノズルの当接面に当接した後、弁体先端の環状の当接部が噴射ノズルの当接面に当接する構成としている。このような構成によれば、弾性体の耐久性およびシール性を合理的に向上できる。
特開２０００−８７８２６号公報

上記構成の燃料噴射弁をＬＰＧ（液化石油ガス）のような気化し易い液化燃料の噴射に用いる場合、燃料噴射時において、液化燃料が噴口から燃焼室あるいは吸気管内に向って噴射される直前において液化燃料の一部が気化し、計量精度が変化して噴射量の安定性を維持することが困難になるという問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、液化燃料の噴射に用いられる燃料噴射弁において、噴口開閉部のシール性を維持しつつ燃料噴射量の安定化を図る上で有効な技術を提供することを目的とする。

上記課題を達成するため、特許請求の範囲の請求項に記載の発明が構成される。
請求項１に記載の発明に係る燃料噴射弁は、先端に噴口を有する噴射ノズルと、噴射ノズルに当接あるいは離間することで噴口を開閉する弁体と、を有し、液化燃料の噴射に用いられる。なお本発明における「液化燃料」とは、典型的には、ＬＰＧ（液化石油ガス）がこれに該当する。また本発明の燃料噴射弁においては、弁体と噴射ノズルの一方には、弾性体が設けられ、他方には当接面が設けられている。そして弾性体は、当接面に向って突出する環状シール部を有し、弁体が噴射ノズルに接近する方向へ移動されるとき、環状シール部が当接面に当接することによって、噴射ノズルの噴口を閉じる構成とされる。このことによって、噴口開閉部に関するシール性が維持される。なお本発明における「弾性体」とは、典型的には、ゴムがこれに該当し、円板状に形成される態様、あるいは環状に形成される態様のいずれも好適に包含する。

本発明においては、特徴的構成として、環状シール部の内周面は、環状シール部と当接面が当接する当接位置よりも下流の燃料流路の流路面積が、内周面に対応する領域において当接位置の流路面積とほぼ同一となるように形成されている。なお本発明における「内周面」は、典型的には、テーパー形状（直線状の傾斜面）によって形成されるが、テーパー形状に近似する曲面形状を好適に包含する。また本発明における「ほぼ同一」とは、加工精度のバラツキ等による流路面積変化を包含する。
本発明によれば、上記のように構成したことにより、弁体が噴射ノズルから離間する方向へ移動されて弾性体のシール部が当接面から離間される燃料噴射時において、当接位置から噴口に向って流れる燃料流路の液化燃料の圧力低減を抑えることが可能となる。これによって液化燃料が噴口から内燃機関の燃焼室あるいは吸気管内に向って噴射される際に、燃料流路内での液化燃料の気化を抑制し、噴射量の安定化を図ることができる。

（請求項２に記載の発明）
請求項２に記載の発明に係る燃料噴射弁は、先端に噴口を有する噴射ノズルと、噴射ノズルに当接あるいは離間することで噴口を開閉する弁体と、を有し、液化燃料の噴射に用いられる。なお本発明における「液化燃料」とは、典型的には、ＬＰＧ（液化石油ガス）がこれに該当する。また本発明の燃料噴射弁においては、弁体と噴射ノズルの一方には、弾性体が設けられ、他方には当接面が設けられている。そして弾性体は、当接面に向って突出する環状シール部を有し、弁体が噴射ノズルに接近する方向へ移動されるとき、環状シール部が当接面に当接することによって、噴射ノズルの噴口を閉じる構成とされる。このことによって、噴口開閉部に関するシール性が維持される。なお本発明における「弾性体」とは、典型的には、ゴムがこれに該当し、円板状に形成される態様、あるいは環状に形成される態様のいずれも好適に包含する。

本発明においては、特徴的構成として、環状シール部の内周面は、環状シール部と当接面が当接する当接位置よりも下流の燃料流路の流路面積が、内周面に対応する領域において噴口に向かって漸次減少するように形成されている。なお本発明における「内周面」は、典型的には、テーパー形状（直線状の傾斜面）によって形成されるが、テーパー形状に近似する曲面形状を好適に包含する。
本発明によれば、上記のように構成したことにより、弁体が噴射ノズルから離間する方向へ移動されて弾性体のシール部が当接面から離間される燃料噴射時において、当接位置から噴口に向って流れる燃料流路の液化燃料の圧力低減を抑えることが可能となる。これによって液化燃料が噴口から内燃機関の燃焼室あるいは吸気管内に向って噴射される際に、燃料流路内での液化燃料の気化を抑制し、噴射量の安定化を図ることができる。なお当接位置よりも下流の燃料流路の流路面積が噴口に向かって漸次減少する構成とした本発明によれば、燃料噴射時における噴射量のバラツキ減少効果を、請求項１に記載の発明よりも高めることが可能になる。このことは、測定実験によって確認されている。

（請求項３に記載の発明）
請求項３に記載の発明によれば、請求項１または２に記載の燃料噴射弁において、弁体と噴射ノズルの一方に凹部が形成されており、凹部に弾性体が配置されるとともに、弾性体の当接面との対向面には当接面に向かって突出する環状シール部が形成された構成とされる。本発明における「凹部」は、典型的には、円形に形成され、この円形の凹部に当該凹部を充填するように弾性体が配置される構成とされる。このときは、弁体と噴射ノズルとの間に配置される弾性体によって内燃機関側から燃料噴射弁側への熱伝達を低減することができ、これにより、環状シール部と当接面との当接位置より上流側の燃料通路に滞留する液化燃料の熱による気化を抑制することが可能とされる。

（請求項４に記載の発明）
請求項４に記載の発明によれば、請求項１〜３のいずれか１つに記載の燃料噴射弁において、噴射ノズルの先端部に配置され、噴口より小径の噴射孔を有するオリフィス板を備える。そして噴口と噴射孔とを同一軸線上に配置するとともに、噴口と前記噴射孔との面積比を２．５〜７の範囲に設定した。

本発明者らは、噴口と噴射孔との面積比が、燃料噴射時における液化燃料の噴射量に対して影響を及ぼすと考え、噴射孔の面積を固定し、噴口の面積を段階的に大きく（あるいは小さく）し、そのときの液化燃料の噴射量（流量値）と、噴射量のバラツキ（流量バラツキ）についてそれぞれ測定した。そして測定の結果、噴口と噴射孔との面積比が２．５未満の領域では、面積比の変化に対応して噴射量が大きく変動するが、噴口と噴射孔との面積比が２．５以上の領域では、面積比の変化に対する噴射量の変化は小さく、噴射量が安定することを見出した。
ところで、噴射ノズルの噴口は切削加工によって形成されるが、オリフィス板は薄板によって形成することが可能なため、オリフィス板の噴射孔は高精度の加工が可能なプレス加工によって形成することができる。液化燃料の噴射量は、オリフィス板に形成される噴射孔（下流側噴口）によって決定されるが、噴口と噴射孔との面積比が２．５以上の領域では、上記のように、噴口の面積（径）がばらついたとしても、そのばらつきが噴射量の変化に影響し難い。このことから、本発明では、噴口と噴射孔との面積比の下限値を、当該噴口の径のばらつきの影響を受けないあるいは受け難い２．５に設定することによって、噴射孔によって規定される液化燃料の流量値を安定化することが可能となった。

一方、噴口と噴射孔との面積比と、流量バラツキとの関係について測定することによって、噴口と噴射孔との面積比が７を境にして、７を越える領域では流量バラツキが急激に増加するが、７以下の領域では流量バラツキが少ないことを見出した。つまり噴口と噴射孔との面積比が７を越える領域では、液化燃料が気化し、その気化量のバラツキが流量バラツキとして現れるものと考えられ、これに対して噴口と噴射孔との面積比が７以下の領域では、燃料噴射時における液化燃料が気化しないか若しくは気化しても微量に止まると考えられる。その結果、噴口と噴射孔との面積比の上限値を７に設定することによって、液化燃料が気化することに起因する流量のバラツキを抑え、安定した噴射量とすることが可能となった。

上記のように、本発明によれば、燃料噴射弁において、噴口と噴射孔との面積比を２．５〜７の範囲に設定することによって、噴射量を噴口によって正確に決定でき、液化燃料の計量精度を正確に確保できる。

本発明によれば、液化燃料の噴射に用いられる燃料噴射弁において、噴口開閉部のシール性を維持しつつ燃料噴射量の安定化を図る上で有効な技術が提供されることとなった。

以下、本発明の実施形態につき、図面を参照しつつ、詳細に説明する。図１には本実施形態に係るＬＰＧ（液化石油ガス）用の電磁式燃料噴射弁の全体構成が示され、図２には図１におけるＡ部が拡大して示され、更に図３には燃料噴射弁の先端構造の構成が拡大して示される。図１に示すように、電磁式燃料噴射弁１００は、軸線方向に延在する本体１１０を有する。本体１１０は、概ね円筒形状に形成され、その筒孔１１１がＬＰＧ（以下、燃料という）の燃料通路を構成する。本体１１０の筒孔１１１内には、磁気回路の固定鉄心を構成する筒状の固定コア１３３およびニードル弁１１３が配置されている。固定コア１３３は、本体１１０に固定状に設けられる。ニードル弁１１３は、本体１１０に対して軸方向に摺動自在とされた磁性材からなる筒部材１１４と、この筒部材１１４とともに移動する筒状の弁軸１１５と、弁軸１１５の軸方向先端に設けられた弁体１１６とによって構成され、筒部材１１４の軸方向一端が固定コア１３３に対して軸方向に所定の間隙を置いて対向状に配置されている。弁体１１６は、本発明における「弁体」に対応する。

本体１１０の軸方向一端部、すなわち先端（図１の下端）には、ニードル弁１１３の弁体１１６の先端と対向する噴射ノズル１２１が配置されている（図２参照）。噴射ノズル１２１は、本発明における「噴射ノズル」に対応する。噴射ノズル１２１は、底部（先端側）に円形の噴口１２２を有するカップ状に形成されるとともに、本体１１０に固定状に設けられている。噴口１２２は、本発明における「噴口」に対応する。固定コア１３３の筒孔１３３ａ内には、閉弁用としてのコイルスプリング１２５が配置され、このコイルスプリング１２５によってニードル弁１１３は、弁体１１６の先端が噴射ノズル１２１のノズルシート面１２１ａ（図３参照）に当接する方向に付勢されている。すなわち、ニードル弁１１３の弁体１１６は、噴射ノズル１２１のノズルシート面１２１ａに当接することによって噴口１２２を閉じている。ノズルシート面１２１ａは、本発明における「当接面」に対応する。なおコイルスプリング１２５の付勢力は、筒部材１１２内に配置された筒状のスプリングピン１２７によって調整可能とされている。上記のスプリングピン１２７の筒孔１２７ａ、固定コア１３３の筒孔１３３ａ、ニードル弁１１３の筒部材１１４の筒孔１１４ａおよび弁軸１１５の筒孔１１５ａによって燃料通路が構成されている。

噴射ノズル１２１の先端部には、当該噴射ノズル１２１の噴口１２２より小径の円形の噴射孔１６３を有するオリフィス板１６１が固定状に設けられている（図２および図３参照）。オリフィス板１６１の噴射孔１６３と噴射ノズル１２１の噴口１２２とは同一軸線上に配置されている。オリフィス板１６１の噴射孔１６３は、本発明における「噴射孔」に対応する。

本体１１０は、軸方向の両端部を除いた領域が樹脂製のハウジング１３１によって包囲されている。ハウジング１３１内には、固定コア１３３を取り巻くようにソレノイドコイル１３５が配置され、このソレノイドコイル１３５と固定コア１３３によってニードル弁１１３を開閉駆動するバルブ駆動機構が構成されている。なおソレノイドコイル１３５は、コネクタ１３７を介して電力供給装置と接続され、当該ソレノイドコイル１３５への通電により発生する電磁力によってニードル弁１１３の筒部材１１４を固定コア１３３に吸着させる。これにより、ニードル弁１１３の弁体１１６が噴射ノズル１２１のノズルシート面１２１ａから引き離され、噴口１２２が開放される。これにより当該噴口１２２を経て噴射孔１６３から燃料が噴射される。

燃料は燃料通路の入口（本体１１０の後端部）に取り付けられたフィルター１４８を通って燃料通路内に供給される。燃料通路内に供給された燃料は、ニードル弁１１３が閉じ位置に置かれた状態では、図２に示すように、弁軸１１５の先端に形成された径方向の複数の供給孔１１５ｃを通って弁体１１６の外周に形成された燃料溜まり空間Ｃに流入して貯留される。そして図３に示すように、噴口１２２が開放されたときに、内燃機関の燃焼室あるいは吸気管内に噴射される。燃料溜まり空間Ｃは、弁体１１６の外周面と、当該弁体１１６を取り囲むように噴射ノズル１２１に形成された円筒部１２３の内周面との間隙によって形成されている。

次に本実施の形態におけるニードル弁１１３の先端構造につき、主に図３を参照しつつ説明する。図３に示すように、弁体１１６の先端面（噴射ノズル１２１のノズルシート面１２１ａと対向する面）において、外周側には、弁体１１６の軸線を中心としてノズルシート面１２１ａ側に突出する環状の外周突出部１１６ｂが形成されている。また外周突出部１１６ｂの内側（内周側）には、当該外周突出部１１６ｂのノズルシート面１２１ａとの当接箇所より、当該ノズルシート面１２１ａから離れる方向（位置）に取付面としての平面領域１１６ａが形成され、更に平面領域１１６ａの内側には、シール部材１２９が配置される円形の凹部１１７が形成されている。すなわち、弁体１１６の先端面は、シール部材１２９が配置される凹部１１７の外周領域において、軸方向の高さが異なる平面領域１１６ａと外周突出部１１６ｂとの２段構造とされている。

凹部１１７には、弾性変形可能なゴム等のシール部材１２９が挿入され、このシール部材１２９には、噴射ノズル１２１に形成されたノズルシート面１２１ａと対向する側に、外周領域１２９ａから所定量内側（内径方向）に入り込んだ位置にノズルシート面１２１ａに向って突出する環状の突部１２９ｂが形成されている。またシール部材１２９の外周領域１２９ａと弁体１１６の平面領域１１６ａとは概ね面一に形成されている。シール部材１２９は、本発明における「弾性体」に対応し、環状の突部１２９ｂは、本発明における「環状シール部」に対応する。また突部１２９ｂの内側には、当該突部１２９ｂによって囲まれて軸方向に所定の深さを有する円形の内側領域１２９ｃが形成されており、この内側領域１２９ｃのノズルシール面１２１ａと対向する面は、径方向に平らな平面とされる。この内側領域１２９ｃは、本発明における「端面」に対応する。

弁体１１６の外周突出部１１６ｂの平面領域１１６ａからの突出高さは、シール部材１２９の突部１２９ｂの外周領域１２９ａからの突出高さより低く設定されている。すなわち、突部１２９ｂの端部は、外周突出部１１６ｂの端部よりもノズルシート面１２１ａ側に突出している。したがって、ニードル弁１１３が噴射ノズル１２１の噴口１２２を閉じる方向に動作されたとき、弁体１１６の外周突出部１１６ｂは、シール部材１２９の突部１２９ｂがノズルシート面１２１ａに当接して弾性変形した後、ノズルシート面１２１ａに当接し、これによりシール部材１２９に過大な負荷が作用することを回避する。

上記のように構成された燃料噴射弁１００において、図３に示すように、弁体１１６が噴射ノズル１２１から離間する方向に移動されてシール部材１２９の突部１２９ｂがノズルシート面１２１ａから離れると、燃料が燃料溜まり空間Ｃから下流側の燃料流路Ｃ１に向って流れる。ここで、下流側の燃料流路Ｃ１とは、突部１２９ｂとノズルシート面１２１ａとの当接位置（噴口開閉部）Ｘより下流側において、シール部材１２９と噴射ノズル１２１とによって囲まれる噴口１２２を含む内部空間をいう。そして燃料が燃料溜まり空間Ｃから下流側の燃料流路Ｃ１に向って流れる際、突部１２９ｂとノズルシート面１２１ａとの当接位置Ｘの流路面積より下流側の燃料流路Ｃ１の流路面積が急拡大すると、当該燃料流路Ｃ１において急激な圧力降下が生じ、これに伴い燃料が気化し、燃焼室あるいは吸気管内に噴射される燃料の計量精度が変化する（ばらつく）ことになる。

すなわち、従来は、図１１に示すように、シール部材１２９の突部１２９ｂが断面略半円弧状に形成されていた。このように突部１２９ｂの断面形状を略半円弧状に形成したときの、燃料流路Ｃ１の流れ方向（弁体１１６の径方向）各位置における流路面積変化が図１２に示される。なお図１２においては、流路位置０点に当接位置Ｘの流路面積が示され、この０点から左側の領域に下流側の燃料流路Ｃ１の流路面積、すなわち、当接位置Ｘから噴口１２２中心近くまでの流れ方向各位置における流路面積変化が示される。また図１２における流路位置０．５で示される点は、噴口１２２の内周面とバルブシート面１２１ａとをつなぐアール面による面取り部略中央位置Ｒに相当する。図１２から分かるように、図１１に示す従来構造においては、当接位置Ｘより下流側の燃料流路Ｃ１の流路面積は、当接位置Ｘの流路面積に比較すると、当接位置Ｘから噴口１２２に向って順次拡大し、噴口１２２の近く（面取り部略中央位置Ｒ付近）で最大面積となり、その後、減少する構成であった。このため、当接位置Ｘより下流側の燃料流路Ｃ１における面積拡大領域、すなわち当接位置Ｘから面取り部略中央位置Ｒ付近までの領域において、上述したような圧力降下による燃料の気化が発生する可能性がある。

そこで本実施の形態においては、上記の燃料噴射時において、突部１２９ｂとノズルシート面１２１ａとの当接位置Ｘにおける流路面積（開弁時の周方向最小開口面積）に対し、当該当接位置Ｘより下流側の燃料流路Ｃ１の流路面積の拡大を抑えて燃料の気化を防止する構成とした。すなわち、当接部Ｘよりも下流側の燃料流路Ｃ１の流れ方向各位置における流路面積が、当接位置Ｘから噴口１２２までの間にわたって当接位置Ｘの流路面積が拡大しない構成としている。

具体的には、図４および図５に示す第１実施例は、当接位置Ｘよりも下流側の燃料流路Ｃ１の流れ方向各位置における流路面積が、当該当接位置Ｘから噴口１２２の面取り部略中央位置Ｒまで（以下、単に噴口１２２までという）の間にわたって当接位置Ｘの流路面積とほぼ同一となるように、突部１２９ｂの内周面１２９ｄを、バルブシート面１２１ａに対して所定角度で傾斜するテーパー面によって形成したものである。燃料流路Ｃ１の流れ方向各位置の流路面積は、突部１２９ｂの内周面１２９ｄとノズルシート面１２１ａとの対向距離Ｌと、当該対向距離Ｌに対応する部位の周方向長さとの積によって決まる。つまり当接位置Ｘから噴口１２２に向って対向距離Ｌが増えると、それに伴い周方向長さが減少することになる。このことを考慮し、第１実施例では、図５に示すように、燃料流路Ｃ１の流路面積が、当接位置Ｘから噴口１２２までの流れ方向各位置において、当接位置Ｘの流路面積とほぼ同一となるように、内周面（テーパー面）１２９ｂのノズルシート面１２１ａに対する傾斜角度を設定している。なお図５においては、前述した図１２の場合と同様、流路位置０点に当接位置Ｘの流路面積が示され、この０点から左側領域に下流側の燃料流路Ｃ１の流路面積、すなわち、当接位置Ｘから噴口１２２中心近くまでの流れ方向各位置における流路面積変化が示される。また図５における流路位置０．５で示される点は、噴口１２２の面取り部略中央位置Ｒに相当する。図５から分かるように、第１実施例においては、当接位置Ｘより下流側の燃料流路Ｃ１の流れ方向各位置における流路面積は、当接位置Ｘから噴口１２２にかけてほぼ同一とされ、そして突部１２９ｂと内側領域１２９ｃとの境界部から噴口１２２の中心部にかけては、内側領域１２９ｃが平面で形成されていることに対応して漸次減少する構成とされる。

すなわち、第１実施例によれば、当接部Ｘよりも下流側の燃料流路Ｃ１の流れ方向における流路面積が、当接位置Ｘから噴口１２２までの間にわたって当接位置Ｘの流路面積とほぼ同一としたことにより、燃料が燃料溜まり空間Ｃから噴口１２２に向って流れる際の、当接位置Ｘより下流側の燃料流路Ｃ１での圧力降下を防止することができる。これによって、燃料流路Ｃ１での燃料の気化を抑え、燃焼室あるいは吸気管内に噴射される燃料の計量精度を向上できる。

また図６および図７に示す第２実施例では、当接位置Ｘより下流側の燃料流路Ｃ１につき、当接位置Ｘから噴口１２２までの流れ方向各位置における流路面積が噴口１２２に向って漸次減少する構成としたものである。すなわち、第２実施例は、燃料流路Ｃ１の流れ方向各位置における流路面積が当接位置Ｘから噴口１２２までの範囲において噴口１２２に向って漸次減少するように、突部１２９ｂの内周面１２９ｄを、ノズルシート面１２１ａに対する傾斜角度が第１実施例の傾斜角度よりも小さいテーパー面によって設定したものである。したがって、突部１２９ｂの内周面１２９ｄとノズルシート面１２１ａとの対向距離Ｌは、第１実施例に比べて小さくなる、なお図７には、前述した図１２の場合と同様、流路位置０点に当接位置Ｘの流路面積が示され、この０点から左側領域に下流側の燃料流路Ｃ１の流路面積、すなわち、当接位置Ｘから噴口１２２中心近くまでの流れ方向各位置における流路面積が示される。また図５における流路位置０．５で示される点は、噴口１２２の面取り部略中央位置Ｒに相当する。図７から分かるように、第２実施例においては、当接位置Ｘより下流側の燃料流路Ｃ１の流れ方向各位置における流路面積を、当接位置Ｘから噴口１２２までの間において漸次減少させ、更に突部１２９ｂと内側領域１２９ｃとの境界部から噴口１２２の中心部にかけては、内側領域１２９ｃが平面で形成されていることに対応して漸次減少する構成とされる。

なお第２実施例では、突部１２９ｂによって囲まれる円形の内側領域１２９ｃの厚み（軸方向長さ）Ｔ１を、図４に示す第１実施例における内側領域１２９ｃの厚みＴより大きく形成している。すなわち、突部１２９ｂの先端から内側領域１２９ｃまでの距離を小さく（内側領域１２９ｃの凹みを浅く）している。突部１２９ｂの内周面（テーパー面）１２９ｄのノズルシート面１２１ａに対する傾斜角度を第１実施例の傾斜角度よりも小さくした場合、内周面１２９ｄと内側領域１２９ｃとの境界部が、噴口１２２の面取り部略中央位置Ｒよりも噴口１２２の中心側にずれることになる。このため、内側領域１２９ｃの肉厚を厚くすることで、上記のずれを吸収し、内周面１２９ｄと内側領域１２９ｃとの境界部を、噴口１２２の面取り部略中央位置Ｒに対応させている。

上記のように、第２実施例によれば、当接部Ｘよりも下流側の燃料流路Ｃ１の流路面積が当接位置Ｘから噴口１２２に向って漸次減少する構成としたことにより、燃料が燃料溜まり空間Ｃから噴口１２２に向って燃料流路Ｃ１を流れる際の圧力降下を防止できる。これによって、燃料流路Ｃ１での燃料の気化を抑え、燃焼室あるいは吸気管内に噴射される燃料の計量精度を向上できる。

図８は上述した燃料流路Ｃ１を備えた従来、第１実施例および第２実施例のそれぞれについて、噴射量の流量バラツキを測定し、その結果をグラフに示したものである。なお流量バラツキの測定については、各面積比の諸元品を、例えば、各々１０個の燃料噴射弁の流量を測定して、統計的方法によりバラツキを算出することで行った。
図８から分かるように、流量バラツキは、第１実施例および第２実施例のいずれも従来に比べてほぼ半減している。すなわち、第１実施例および第２実施例によれば、当接位置Ｘより下流の燃料流路Ｃ１の流路面積を、当接位置Ｘから噴口１２２にかけて当接位置Ｘの流路面積と概ね同一に設定、あるいは当接位置Ｘから噴口１２２にかけて漸次減少する構成としたことによって、燃料流路Ｃ１での圧力降下による燃料の気化が抑制され、その結果として流量バラツキが減少していることを確認することができた。なお燃料流路Ｃ１の流路面積を当接位置Ｘから噴口１２２にかけて漸次減少する構成の第２実施例は、燃料流路Ｃ１の流路面積を当接位置Ｘの流路面積と概ね同一に設定する構成の第１実施例に比べて圧力降下がより小さく、このため、流量バラツキがより少なくなっている。

また本実施の形態に係る燃料噴射弁１００は、噴射ノズル１２１の先端部に噴口１２２より小径の噴射孔１６３を有するオリフィス板１６１が配置される構成としている。このような構成の燃料噴射弁１００によれば、噴口１２２が開放されたときの燃料の噴射量は、オリフィス板１６１に形成される噴射孔１６３の孔径、すなわち面積によって決定することができる。

ところが、噴射ノズル１２１の先端部に噴口１２２より小径の噴射孔１６３を有するオリフィス板１６１が配置される構成としたときは、ＬＰＧ（液化石油ガス）のような気化し易い燃料の噴射に用いた場合、噴口１２２の径を大きくすると、燃料噴射時に燃料が気化し、計量精度が変化して噴射量がばらつくという問題がある。

そこで、本発明者らは、噴口１２２と噴射孔１６３との面積比と、燃料噴射時における燃料の噴射量との関係を調べるための実験（流量測定）を実施した。図９は面積比と流量値との関係をグラフによって表したものであり、図１０は面積比と流量バラツキとの関係をグラフによって表したものである。実験は、オリフィス板１６１の噴射孔１６３の径φｄ１を０．４２ｍｍに設定し、すなわち面積を固定（一定値に設定）した上で、噴射ノズル１２１の噴口１２２の径φｄ２、すなわち面積を複数段階に変化させ、これによって噴口１２２と噴射孔１６３との径比、すなわち面積比を変化させ、各段階での流量値と、流量バラツキとを測定した。なお流量バラツキの測定については、各面積比の諸元品を、例えば、各々１０個の燃料噴射弁の流量を測定して、統計的方法によりバラツキを算出することで行った。

測定の結果、流量値について見てみると、図９示すように、噴口１２２と噴射孔１６３との面積比が概ね２．５未満の領域では、面積比の変化に対応して噴射量が大きく変動するが、噴口１２２と噴射孔１６３との面積比が概ね２．５以上の領域では、面積比の変化に対して噴射量の変化は小さく、噴射量が安定している。つまり面積比が概ね２．５以上の領域では、噴口１２２の面積（径φｄ１）が変化しても、その変化が噴射量の変化につながらないことを見出した。すなわち、噴口１２２と噴射孔１６３との面積比を概ね２．５以上に設定したときは、噴射ノズル１２２に形成される噴口１２２は、流量絞りとして機能しなくなり、あるいは機能が弱まり、その径φｄ１が加工上の理由でばらついたとしても、そのばらつきが噴射量に影響することが回避される。

ところで、オリフィス板１６１は薄板によって形成されている。このため、オリフィス板１６１の噴射孔１６３は、高精度での加工が可能なプレス加工によって形成することができる。したがって、オリフィス板１６１に形成される噴射孔１６３については、その径φｄ２のばらつきを小さい範囲に抑えることが可能となる。このため、噴口１２２と噴射孔１６３との面積比の下限値を、概ね２．５に設定したときは、噴射量は噴口１２２の径φｄ１のばらつきの影響を受けない安定したものとなる。

次に流量バラツキにつき見てみると、図１０に示すように、噴口１２２と噴射孔１６３との面積比が概ね７を境にして急激に変化することを見出した。すなわち、面積比が概ね７以上の領域では、流量バラツキが急激に増加するが、面積比が概ね７以下の領域では流量バラツキが少ない。面積比が概ね７以上の領域では、燃料（ＬＰＧ）が気化し、その気化量のばらつきが流量バラツキとして現れるものと考えられる。しかるに、面積比が概ね７以下の領域では、燃料噴射時における燃料が気化しないか若しくは気化しても微量に止まるものと考えられる。したがって、面積比の上限値を概ね７に設定することによって、燃料が気化することに起因する計量精度のばらつきを抑え、安定した噴射量とすることができる。

以上のように、本実施の形態によれば、噴口１２２と噴射孔１６３との面積比につき、これを２．５以上〜７以下の範囲〔２．５≦面積比≦７〕に設定することによって、燃料噴射時における噴射量を噴射孔１６３によって決定でき、また燃料噴射時の気化の発生を抑えて燃料の計量精度を正確に確保することができる燃料噴射弁を提供することが可能となった。

また本実施の形態によれば、シール部材１２９が設けられた弁体１１６の先端面を、弁体１１６の軸方向において、平面領域１１６ａと外周突出部１１６ｂとの２段構造としてあるため、燃料によってシール部材１２９が膨潤し、外周領域１２９ａが弁体１１６の平面領域１１６ａより突き出たとしても、弁体１１６の開閉動作時において、当該突き出た部位が対向する噴射ノズル１２１のノズルシート面１２１ａに当接することがなく、当接による剥離の問題が生じない。またシール部材１２９の突部１２９ｂの弾性変形は、弁体１１６の外周突出部１１６ｂが噴射ノズル１２１のノズルシート面１２１ａと当接することで規定されるため、シール部材１２１９に過大な負荷が作用することを回避し、シール部材１２９の耐久性を向上する上で有効とされる。

また本実施の形態によれば、弁体１１６の先端形状を、軸方向の高さが異なる平面領域１１６ａと外周突出部１１６ｂとの２段構造にするとともに、平面領域１１６ａとシール部材１２９の外周領域１２９ａとを概ね面一に形成する構成としている。このため、例えば金型を用いて弁体１１６の凹部１１７に成形シール部材１２９を形成する場合においては、シール部材１２９の成形領域に関しては、弁体１１６と金型とが互いに嵌り合う部分を無くすることができる。このため、凹部１１７に成形されるシール部材１２９の端面の外周領域にバリが発生することを防止できる。またシール部材１２９は、環状の突部１２９ｂの外周りに平面領域１１６ａと概ね面一をなす外周領域１２９ａを有する構成のため、環状の突部１２９ｂがノズルシート面１２１ａに押圧されたときの負荷が、弁体１１６とシール部材１２９との接合箇所に集中することを合理的に回避できる。このため、シール部材１２９の弁体１１６からの剥離作用を軽減できる。

なお上述した実施の形態は、ＬＰＧ（液化石油ガス）用の燃料噴射弁１００として説明したが、ＬＰＧに限らず、ＬＮＧ（液化天然ガス）等の液化燃料を供給する燃料噴射弁であれば、適用することが可能である。
また上述した実施の形態では、シール部材１２９の突部１２９ｂの内周面１２９ｄを、当接位置Ｘから内側領域１２９ｃにかけてテーパー面によって形成したが、テーパー面に近似する曲面で形成してもよい。また突部１２９ｂを省略し、シール部材１２９がノズルシート面１２１ａに対して平面で当接するように形成すれば、当接部Ｘよりも下流側の燃料流路Ｃ１の流路面積を当接位置Ｘから噴口１２２に向って漸次減少させることが可能である。またシール部材１２９を噴射ノズル１２１に設け、ノズルシート面１２１ａを弁体１１６に設けてもよい。またシール部材１２９は、環状の突部１２９ｂを有する環状に形成することもできる。シール部材１２９の外周領域１２９ａや内側領域１２９ｃは、省略することもできる。

上記発明の趣旨に鑑み、以下の態様を構成することが可能とされる。
（態様１）
「請求項１〜４のいずれか１つに記載の燃料噴射弁であって、
前記弁体と前記噴射ノズルの一方には、前記弁体が前記噴口を閉じる方向へ移動するとき、前記弾性体のシール部が前記当接面に当接した後に、前記当接面に当接する当接部が設けられており、
前記弁体と前記噴射ノズルの一方には、前記当接部の前記当接面との当接箇所より、前記当接面から離れる方向に取付面が設けられており、前記取付面に形成された凹部に前記弾性体が取り付けられていることを特徴とする燃料噴射弁。」

（態様２）
「態様１に記載の燃料噴射弁であって、
前記当接部は環状の突部であり、前記取付面は環状の突部の内側に形成されていることを特徴とする燃料噴射弁。」

（態様３）
「態様１または２に記載の燃料噴射弁であって、
前記弾性体は、前記弁体に設けられていることを特徴とする燃料噴射弁。」

（態様４）
「態様１〜３のいずれか１つに記載の燃料噴射弁であって、
前記弾性体は、前記シール部の外周りに前記取付面と面一に形成された外周領域を有することを特徴とする燃料噴射弁。」

本実施の形態に係る燃料噴射弁の全体構成を示す断面図である。 図１におけるＡ部の拡大断面図である。 燃料噴射弁の先端構造の構成を示す断面図である。 燃料流路の構成に関する第１実施例を示す説明図である。 第１実施例における燃料流路の流路位置と流路面積変化を示すグラフである。 燃料流路の構成に関する第２実施例を示す説明図である。 第２実施例における燃料流路の流路位置と流路面積変化を示すグラフである。 従来と第１実施例と第２実施例に関する噴射量の流量バラツキを示すグラフである。 噴口と噴射孔との面積比に対する流量値の関係を示すグラフである。 噴口と噴射孔との面積比に対する流量バラツキの関係を示すグラフである。 従来の燃料流路の構成を示す説明図である。 従来の燃料流路の流路位置と流路面積変化を示すグラフである。

符号の説明

１００ 燃料噴射弁
１１０ 本体
１１１ 筒孔
１１３ ニードル弁
１１４ 筒部材
１１４ａ 筒孔
１１５ 弁軸
１１５ａ 筒孔
１１５ｃ 供給孔
１１６ 弁体
１１６ａ 平面領域（取付面）
１１６ｂ 外周突出部（当接部）
１１７ 凹部
１２１ 噴射ノズル
１２１ａ ノズルシート面（当接面）
１２２ 噴口
１２３ 円筒部
１２５ コイルスプリング
１２７ スプリングピン
１２７ａ 筒孔
１２９ シール部材（弾性体）
１２９ａ 外周領域
１２９ｂ 突部（シール部）
１２９ｃ 内側領域
１２９ｄ 内周面
１３１ ハウジング
１３１ａ 軸端部
１３１ｂ フランジ部
１３３ 固定コア
１３３ａ 筒孔
１３５ ソレノイドコイル
１３７ コネクタ
１６１ オリフィス板
１６３ 噴射孔
Ｃ 燃料溜まり空間
Ｃ１ 燃料流路
Ｘ 当接位置
Ｌ 対向距離
Ｒ 面取り部略中央位置

Claims (4)

1. 液化燃料の噴射に用いられる燃料噴射弁であって、
   先端に噴口を有する噴射ノズルと、
   前記噴射ノズルに当接あるいは離間することで前記噴口を開閉する弁体と、を有し、
   前記弁体と前記噴射ノズルの一方には、弾性体が設けられ、他方には当接面が設けられており、
   前記弾性体は、前記当接面に向って突出する環状シール部を有し、前記弁体が前記噴射ノズルに接近する方向へ移動されるとき、前記環状シール部が前記当接面に当接することによって前記噴口を閉じる構成とされており、
   前記環状シール部の内周面は、前記環状シール部と前記当接面が当接する当接位置よりも下流の燃料流路の流路面積が、前記内周面に対応する領域において前記当接位置の流路面積とほぼ同一となるように形成されていることを特徴とする燃料噴射弁。
2. 液化燃料の噴射に用いられる燃料噴射弁であって、
   先端に噴口を有する噴射ノズルと、
   前記噴射ノズルに当接あるいは離間することで前記噴口を開閉する弁体と、を有し、
   前記弁体と前記噴射ノズルの一方には、弾性体が設けられ、他方には当接面が設けられており、
   前記弾性体は、前記当接面に向って突出する環状シール部を有し、前記弁体が前記噴射ノズルに接近する方向へ移動されるとき、前記環状シール部が前記当接面に当接することによって、前記噴口を閉じる構成とされており、
   前記環状シール部の内周面は、前記環状シール部と前記当接面が当接する当接位置よりも下流の燃料流路の流路面積が、前記内周面に対応する領域において前記噴口に向かって漸次減少するように形成されていることを特徴とする燃料噴射弁。
3. 請求項１または２に記載の燃料噴射弁であって、
   前記弁体と前記噴射ノズルの一方に凹部が形成されており、前記凹部に前記弾性体が配置されるとともに、前記弾性体の前記当接面との対向面には前記当接面に向かって突出する前記環状シール部が形成されていることを特徴とする燃料噴射弁。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の燃料噴射弁であって、
   前記噴射ノズルの先端部に配置され、前記噴口より小径の噴射孔を有するオリフィス板を有し、
   前記噴口と前記噴射孔とを同一軸線上に配置するとともに、前記噴口と前記噴射孔との面積比を２．５〜７の範囲に設定したことを特徴とする燃料噴射弁。

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