JP2010174839A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料噴射弁において、噴孔内部での気液の混合をより有効に促進することである。
【解決手段】燃料噴射弁３６は、上流側噴孔４６と下流側噴孔４８との間に設けた気泡保持流路５２を有し、上流側噴孔４６から気泡保持流路５２に移行する際の流路を急拡大させる。気泡保持流路５２の出口を、上流側噴孔４６を流れる燃料噴流の方向に対して気泡保持流路５２の入口よりも、上流側噴孔４６から気泡保持流路５２に移行する際の流路を急拡大させた方向へオフセットさせる。気泡保持流路５２と下流側噴孔４８との連続部の、上記急拡大させた側とは反対側の壁面に折れ部５４を設ける。下流側噴孔４８内を折れ部５４よりも上流側の壁面の方向に沿って流れる燃料により、下流側噴孔４８の出口開口５３のうち、上記急拡大させた側と同じ側の縁部寄り領域を塞ぎながら、出口開口５３から燃料を噴射させる。
【選択図】図４

Description

本発明は、燃料を噴孔から噴射する燃料噴射弁に関する。

燃料噴霧の微粒化を促進させるために、噴射弁内部を流れる燃料にキャビテーション気泡を発生させる燃料噴射弁が提案されており、その従来例が特許文献１に開示されている。図１０は、特許文献１に記載された従来例の燃料噴射弁の内部構成の概略を示す図である。図１１は、図１０の燃料噴射弁のノズルボディ先端部の概略構成において、燃料噴射弁の動作を説明する図である。図１０に示すように、燃料噴射弁１０は、外開弁であり、バルブハウジング１２の内部に配設したノズルボディ１４と、ノズルボディ１４の中心部に形成した中空部に内挿したピントル１６と、ピントル１６の一端に接続したプランジャ１８とを有する。ピントル１６の他端にポペット弁２０を配設している。ピントル１６にばね２２によりプランジャ１８側への付勢力を作用させている。

燃料ポンプ（図示せず）により圧送した燃料は、ノズルボディ１４に形成した燃料供給流路２４を通って燃料溜り２６に流入させる。ここで、ピエゾアクチュエータ（図示せず）を駆動していない場合には、ピントル１６がばね２２によりプランジャ１８側（図１０の上側）へ付勢されていることで、ポペット弁２０がノズルボディ１４のシート部と密着し、噴孔２８（図１１）が閉じる（閉弁状態）。この場合は、燃料が噴孔２８から噴射されない。一方、ピエゾアクチュエータを駆動した場合は、プランジャ１８に噴孔２８側（図１０の下側）への駆動力が作用することで、ピントル１６が噴孔２８側（図１０の下側）へ駆動され、ポペット弁２０がノズルボディ１４のシート部から離れて、噴孔２８が開く（開弁状態）。この場合は、燃料溜り２６に貯溜された燃料が噴孔２８から噴射される。

また、図１１に示すように、ノズルボディ１４の内周面における燃料溜り２６よりも下流位置にピントル１６側へ突出した凸部３０を形成することで、キャビテーション気泡を発生させるためのキャビテーション発生流路３２を燃料溜り２６よりも下流側に形成する。この凸部３０により、燃料溜り２６からキャビテーション発生流路３２に移行する際の流路断面積がステップ的に減少（急縮小）し、且つキャビテーション発生流路３２からその下流側流路に移行する際の流路断面積がステップ的に増大（急拡大）する。また、キャビテーション発生流路３２よりも下流側に、キャビテーション気泡を保持する気泡保持流路３４を形成する。この気泡保持流路３４は、その流入口にてキャビテーション発生流路３２と連通し、その流出口にて、ノズルボディ１４の先端部に形成した噴孔２８と連通させる。また、気泡保持流路３４の流路断面積（最小断面積）を、キャビテーション発生流路３２の流路断面積（最小断面積）よりも大きくしている。

また、気泡保持流路３４の流出口は、キャビテーション発生流路３２を流れる燃料噴流の方向に対して噴射弁１０の径方向外側へオフセットした位置に設けている。また、気泡保持流路３４は、内部に渦を形成して渦中心付近にキャビテーション気泡を保持する。このような燃料噴射弁１０によれば、噴射後の燃料噴流の全域においてキャビテーション崩壊による燃料噴霧の微粒化促進作用を効果的に得ることができるので、噴射された燃料噴霧の微粒化をより促進させることができるとされている。

特許第４０７９１４４号公報

このような燃料噴射弁１０の場合、上記のような優れた効果を得られる可能性があるが、燃料噴霧条件によっては、噴孔２８内部で液状燃料と気体とが十分に混合せず、液相と気相との２相に分離する可能性がないとは言い切れない。特に、噴孔２８内部の気液が２相に分離すると、噴孔２８出口から空気が噴孔２８内に逆流しやすくなり、燃料噴射条件によっては、気泡保持流路３４に保持されたキャビテーション気泡に大きな圧力が加わり、キャビテーション気泡が潰れ、噴孔２８内部での液状燃料と気体との混合を阻害する可能性がないとも言い切れない。このため、燃料噴射弁１０において、噴孔２８内部で出口からの空気の逆流により、キャビテーション気泡が潰れるのを抑制し、噴孔２８内部での気液の混合をより有効に促進できる構成を実現することが望まれている。

本発明は、燃料噴射弁において、噴孔内部での気液の混合をより有効に促進することを目的とする。

本発明に係る燃料噴射弁は、燃料を噴孔から噴射する燃料噴射弁であって、噴射弁内部を流れる燃料にキャビテーション気泡を発生させるためのキャビテーション発生流路と、キャビテーション発生流路及び噴孔と連通し、キャビテーション発生流路により発生させたキャビテーション気泡を保持する気泡保持流路と、を有し、キャビテーション発生流路から気泡保持流路に移行する際の流路を急拡大させており、気泡保持流路の噴孔への流出口が、キャビテーション発生流路を流れる燃料噴流の方向に対して気泡保持流路のキャビテーション発生流路からの流入口よりも、キャビテーション発生流路から気泡保持流路に移行する際の流路を急拡大させた方向へオフセットされた状態で、気泡保持流路は、キャビテーション発生流路及び噴孔と連通しており、
気泡保持流路内に保持されたキャビテーション気泡を含む燃料を噴孔から噴射し、さらに、気泡保持流路または噴孔の、キャビテーション発生流路から気泡保持流路に移行する際に急拡大させた側とは反対側の壁面に設けられた折れ部を有し、キャビテーション発生流路から気泡保持流路を介して噴孔内に流入し、噴孔内を折れ部よりも上流側の壁面の方向に沿って流れる燃料が、噴孔の出口開口のうち、キャビテーション発生流路から気泡保持流路に移行する際に急拡大させた側と同じ側の縁部寄り領域を塞ぎながら、噴孔の出口開口から噴射されることを特徴とする燃料噴射弁である。

本発明に係る燃料噴射弁によれば、気泡保持流路または噴孔の、キャビテーション発生流路から気泡保持流路に移行する際に急拡大させた側とは反対側の壁面に設けられた折れ部を有し、キャビテーション発生流路から気泡保持流路を介して噴孔内に流入し、噴孔内を折れ部よりも上流側の壁面の方向に沿って流れる燃料が、噴孔の出口開口のうち、キャビテーション発生流路から気泡保持流路に移行する際に急拡大させた側と同じ側の縁部寄り領域を塞ぎながら、噴孔の出口開口から噴射されるので、噴孔の出口の、キャビテーション発生流路から気泡保持流路に移行する際に急拡大させた側と同じ側から噴孔内に空気が逆流して入り込むことがない。このため、気泡保持流路内に保持されたキャビテーション気泡が、逆流した空気によって潰れることがないので、噴孔内部での気液の混合をより有効に促進できる。

また、本発明に係る燃料噴射弁において、好ましくは、気泡保持流路は、内部に渦を形成して渦中心付近にキャビテーション気泡を保持する流路である。

また、本発明に係る燃料噴射弁において、好ましくは、気泡保持流路の折れ部側壁面の、折れ部よりも上流側の壁面の断面形状である直線を、折れ部よりも下流側に延長させた第１仮想直線と、気泡保持流路の折れ部とは反対側の壁面の断面形状である直線を、下流側に延長させた第２仮想直線との交点を、下流側噴孔内に位置させている。この構成によれば、本発明の構造を実現しやすくして、かつ、キャビテーション発生流路を形成する部材と、気泡保持流路を形成する部材とを別部材とする場合において、気泡保持流路を形成する際に、気泡保持流路をくさび状の端部を有する電極を用いた放電加工により成形しやすくでき、加工コストの低減を図れる。

また、本発明に係る燃料噴射弁において、好ましくは、気泡保持流路から噴孔内に流入し、噴孔内を折れ部よりも上流側の壁面の方向に沿って流れる燃料が、噴孔の壁面のうち、キャビテーション発生流路から気泡保持流路に移行する際に急拡大させた側と同じ側の部分に接触する。この構成によれば、噴孔の出口のキャビテーション発生流路から気泡保持流路に移行する際に急拡大させた側と同じ側から噴孔内に空気が逆流して入り込むことを、より有効に防止できる。

また、本発明に係る燃料噴射弁において、好ましくは、キャビテーション発生流路と、気泡保持流路と、噴孔とは、ノズルボディに設けられ、キャビテーション発生流路の上流側開口に対し遠近動可能に設けられた弁体により開閉可能であり、かつ、噴孔の出口開口がスリット状に形成されたスリット弁として使用される。

また、本発明に係る燃料噴射弁において、好ましくは、キャビテーション発生流路と、気泡保持流路と、噴孔とは、ノズルボディと、ノズルボディに対し移動可能に設けられた弁体との間に設けられ、ノズルボディに対し弁体を外側から接触または外側に離隔させることにより、噴孔を開閉可能とする外開弁として使用される。

また、本発明に係る燃料噴射弁において、好ましくは、気泡保持流路と噴孔との、キャビテーション発生流路から気泡保持流路に移行する際に急拡大させた側と同じ側の壁面は、互いに共通の単一の平面である。この構成によれば、燃料噴射弁の内部形状を単純化して製造作業性の向上を図れる。また、噴孔の一部にも気泡保持流路と同様の機能を持たせることができる。

本発明に係る燃料噴射弁によれば、噴孔内部での気液の混合をより有効に促進することができる。

［第１の発明の実施の形態］
以下、本発明を実施するための形態を図面にしたがって説明する。図１から図５は、本発明の第１の実施の形態に係る燃料噴射弁の構成の概略を示す図である。図１は本実施の形態の燃料噴射弁を構成するノズルボディ先端部の概略構成を示す断面図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。図３は、図２の部分拡大断面図である。図４は、噴孔内部を燃料が流れる様子を示す、図３と同様の図である。図５は、図４を下から見た図である。本実施形態に係る燃料噴射弁は、内開弁形式の燃料噴射弁であり、例えば内燃機関にて用いられるものである。

図１、図２に示すように、燃料噴射弁３６は、ノズルボディ３８と、ノズルボディ３８に形成された中空部に内挿した弁体であるニードル４０とを有する。ニードル４０は、ノズルボディ３８の内側に軸心方向（図１、図２の上下方向）に沿って移動可能に支持されている。ノズルボディ３８の内部である、ノズルボディ３８の内周面とニードル４０の外周面との間には燃料室４２を形成しており、図示しないニードル駆動機構によりニードル４０を駆動可能としている。燃料室４２には、燃料ポンプ（図示せず）により圧送された燃料を供給可能としている。ニードル駆動機構は、例えば、ソレノイドやピエゾ素子等を用いた電磁アクチュエータにより構成する。ニードル４０は、図示しないばねによりノズルボディ３８の弁座であるシート部４４に付勢されている。例えばニードル駆動機構が駆動されていない場合には、ニードル４０は、ばねによりシート部４４に押し付けられる。このため、後述する上流側噴孔４６の上流側と燃料室４２との間が塞がれて閉弁状態となる。一方、ニードル駆動機構が駆動されると、ニードル４０がシート部４４から離れるため、後述する上流側噴孔４６及び下流側噴孔４８の上流側が燃料室４２に通じて、開弁状態となり、燃料室４２に供給された燃料が、上流側噴孔４６及び下流側噴孔４８を通って、例えば、内燃機関の筒内に噴射される。

図３に示すように、ノズルボディ３８の先端部には、横断面形状が略長方形のスリット状噴孔であり、キャビテーション発生流路である上流側噴孔４６を形成している。なお、ノズルボディ３８に上流側噴孔４６を直接形成せず、ノズルボディ３８に固定した、ノズルボディ３８とは別の板状部材に上流側噴孔４６を形成することもできる。また、図３に詳しく示すようにノズルボディ３８の先端部に噴孔プレート５０を固定し、噴孔プレート５０に上流側噴孔４６に近い側から、気泡保持流路５２と、下流側噴孔４８とを順に連結するように設けている。下流側噴孔４８は、断面が略長方形のスリット状噴孔である。本実施の形態では、下流側噴孔４８が、請求項に記載した噴孔に相当する。気泡保持流路５２及び下流側噴孔４８の上流側を、上流側噴孔４６に通じさせている。

また、上流側噴孔４６の入口は、ノズルボディ３８の燃料室４２（図１）側に開口している。上流側噴孔４６の軸心は、ノズルボディ３８の軸心と一致させている。また、図示の例では、噴孔プレート５０の外側面（図１から図３の下側面）を部分球面状としているが、この外側面は平面状とすることもできる。

このような燃料噴射弁３６では、上流側噴孔４６と、気泡保持流路５２と、下流側噴孔４８とを、ノズルボディ３８に設けられた内壁面により構成し、噴射弁３６は、上流側噴孔４６の上流側開口に対し遠近動可能に設けられた弁体であるニードル４０により開閉可能としている。このような燃料噴射弁３６は、下流側噴孔４８の出口開口をスリット状に形成したスリット弁として使用される。

また、上流側噴孔４６では、燃料室４２（図１）から上流側噴孔４６に移行する際の流路断面積がステップ的に減少（急縮小）し、且つ上流側噴孔４６からその下流側流路である、気泡保持流路５２に移行する際の流路断面積がステップ的に増大（急拡大）する。このため、燃料噴射時にノズルボディ３８内部を流れる燃料にキャビテーション気泡が発生する。

また、上流側噴孔４６よりも下流側に形成した気泡保持流路５２は、キャビテーション発生流路１により発生させたキャビテーション気泡の消滅を抑止する。この気泡保持流路５２は、その流入口で上流側噴孔４６と連通し、その流出口で下流側噴孔４８と連通している。そして、気泡保持流路５２の流路断面積（最小断面積）を、上流側噴孔４６の流路断面積（最小断面積）よりも大きくしている。さらに、気泡保持流路５２の流路断面積を、上流側噴孔４６の流路断面積よりも、噴射弁３６の径方向外側へ急拡大させている。そして、気泡保持流路５２の上流側噴孔４６からの流入口よりも、噴射弁３６の外周側に気泡保持流路５２の下流側噴孔４８への流出口を配置している。

また、下流側噴孔４８の出口開口５３は、上流側噴孔４６を流れる燃料噴流の方向に対して噴射弁３６の径方向外側へオフセットした位置に設けている。すなわち、図２、図３に示すように、噴射弁３６を上流側噴孔４６の長手方向に対し直交する仮想平面（図１のＡ−Ａ断面）で切断した場合の断面形状において、下流側噴孔４８は、下流側に向かうほど上流側噴孔４６の軸心から片側（図２の右側）にずれるように傾斜した形状としている。

また、上流側噴孔４６を流れる燃料噴流と対向する位置に、下流側噴孔４８の出口開口５３は設けておらず、気泡保持流路５２と下流側噴孔４８との少なくとも一方の壁面を形成している。また、気泡保持流路５２の流路断面積を、上流側噴孔４６を流れる燃料噴流の方向（図３の矢印α方向）に関して上流側から下流側に向かうにしたがって徐々に小さくしている。また、上流側噴孔４６及び下流側噴孔４８のそれぞれのスリット長手方向の寸法は、入口側から出口側にかけて（燃料流れの上流側から下流側にかけて）徐々に増大させており、その縦断面形状を、図１に示すように末広がりの略扇形状としている。

したがって、図３に示すように、下流側噴孔４８を、上流側噴孔４６内を流れる燃料の流れ方向（図３の矢印α方向）に対して傾斜するように、下流側噴孔４８の角度を設定している。このため、気泡保持流路５２の流出口が、上流側噴孔４６を流れる燃料噴流の方向に対して気泡保持流路５２の流入口よりも、上流側噴孔４６から気泡保持流路５２に移行する際の流路を急拡大させた方向へオフセットされた状態で、気泡保持流路５２は、上流側噴孔４６及び下流側噴孔４８と連通している。この場合、気泡保持流路５２の流出口を、気泡保持流路５２の流入口に対して完全にオフセットさせてもよい。すなわち、図３の矢印α方向に対して、気泡保持流路５２の流入口と流出口とが一部でも重ならないようにしてもよい。

さらに、図３に示すように、燃料噴射弁３６は、気泡保持流路５２と下流側噴孔４８との連続部において、上流側噴孔４６から気泡保持流路５２に移行する際に急拡大させた側とは反対側（図３の左側）の壁面に折れ部５４を設けている。本実施の形態では、この壁面の折れ部５４よりも上流側が気泡保持流路５２を構成し、折れ部５４よりも下流側が下流側噴孔４８を構成する。このように折れ部５４を設けることに伴って、気泡保持流路５２の、折れ部５４側壁面のうち、折れ部５４よりも上流側部分の、噴射弁３６の軸心方向に対する傾斜角度θ１（図４）を、下流側噴孔４８の、折れ部５４側壁面のうち、折れ部５４よりも下流側部分の、噴射弁３６の軸心方向に対する傾斜角度θ２（図４）よりも大きくしている（θ１＞θ２）。このため、図４に示すように、気泡保持流路５２を折れ部５４側の壁面に沿って流れる燃料噴流（図４の斜格子部、図５から図７、図９において同じ。）は、折れ部５４ではがれて、下流側噴孔４８内を流れるので、この燃料噴流と下流側噴孔４８の壁面との間に隙間５６が形成される。なお、折れ部５４は、気泡保持流路５２の壁面と下流側噴孔４８の壁面との一方のみに設けることもできる。

また、図３に示すように、気泡保持流路５２の折れ部５４側（図３の左側）壁面の、折れ部５４よりも上流側の壁面の断面形状である直線を下流側に延長させた第１仮想直線Ｌａと、気泡保持流路５２の折れ部５４とは反対側（図３の右側）の壁面の断面形状である直線を、下流側に延長させた第２仮想直線Ｌｂとの交点Ｐを、下流側噴孔４８内に位置させている。

さらに、図４、図５に示すように、上流側噴孔４６から気泡保持流路５２を介して下流側噴孔４８内に流入し、下流側噴孔４８内を、折れ部５４よりも上流側の壁面の方向（図４のβ方向）に沿って流れる燃料が、下流側噴孔４８の出口開口５３のうち、上流側噴孔４６から気泡保持流路５２に移行する際に急拡大させた側と同じ側（図４の右側）の縁部５５（図４）寄りの領域を塞ぎながら、出口開口５３から燃料が噴射されるようにしている。

このような本実施形態は、次のように動作する。すなわち、上流側噴孔４６の上流側が閉じている閉弁状態では、燃料室４２が液相状態の燃料で満たされている。その状態からニードル駆動機構を駆動させて上流側噴孔４６の上流側を燃料室４２に通じさせると、燃料室４２に供給された燃料が上流側噴孔４６に流入する。上流側噴孔４６では、流路面積が絞られるので、上流側噴孔４６内を流れる燃料の速度が、燃料室４２内を流れる速度に比べて増大する。そして、上流側噴孔４６の入口と出口との間において差圧が発生する。この差圧の発生により、上記の特許文献１に記載された従来構造の場合と同様に、キャビテーション発生流路である上流側噴孔４６の流入口角部からキャビテーション気泡が発生し始め、さらに、上流側噴孔４６の流出口から流出する燃料噴流とその周囲の燃料とのせん断層においてもキャビテーション気泡が発生する。

また、気泡保持流路５２内に縦渦が形成され、周囲よりも低圧な渦中心付近にキャビテーション気泡が保持される。また、縦渦の中心部においてもキャビテーション気泡が発生する。さらに、上流側噴孔４６を流れる燃料噴流の方向に対して、気泡保持流路５２の下流側噴孔４８への流出口を、流入口よりもオフセットさせているため、上流側噴孔４６からの燃料噴流がそのまま噴孔３へ流出することを抑制できる。

しかも、本実施の形態によれば、気泡保持流路５２と下流側噴孔４８との少なくとも一方の、上流側噴孔４６から気泡保持流路５２に移行する際に急拡大させた側とは反対側の壁面に折れ部５４を設け、上流側噴孔４６から気泡保持流路５２を介して下流側噴孔４８内に流入し、下流側噴孔４８内を折れ部５４よりも上流側の壁面の方向に沿って流れる燃料が、下流側噴孔４８の出口端のうち、上流側噴孔４６から気泡保持流路５２に移行する際に急拡大させた側と同じ側の部分を塞ぎながら、下流側噴孔４８の出口端から噴射されるようにしている。このため、下流側噴孔４８の出口開口５３の、上流側噴孔４６から気泡保持流路５２に移行する際に急拡大させた側と同じ側（図４の右側）から下流側噴孔４８内に空気が逆流して入り込むことがない。すなわち、図４に示す矢印γ方向に空気が逆流して、下流側噴孔４８の出口開口５３から下流側噴孔４８内に入り込むことを防止できる。このため、気泡保持流路５２内に保持されたキャビテーション気泡が、逆流した空気によって潰れることがないので、下流側噴孔４８内部での気液の混合をより有効に促進できる。

なお、図４、図５に示すように、下流側噴孔４８内を流れる燃料噴流と、下流側噴孔４８の壁面の、上流側噴孔４６から気泡保持流路５２に移行する際に急拡大させた側と反対側の部分との間には隙間５６が形成される。このため、この隙間５６を通じて下流側噴孔４８内に出口から空気が逆流する可能性がないとは言えない。ただし、このように空気が逆流した場合でも、隙間５６に入り込んだ空気が、燃料噴流により邪魔されて、気泡保持流路５２に入り込むことが防止される。このため、下流側噴孔４８内部での気液の混合がこの逆流した空気により阻害されることがない。

図６は、本発明から外れた比較例の燃料噴射弁を示す、図４と同様の図である。図６に示す比較例では、本実施の形態の場合と異なり、気泡保持流路５２ａの壁面と下流側噴孔４８ａの壁面との、上流側噴孔４６から気泡保持流路５２ａに移行する際に急拡大させた側とは反対側の面に折れ部５４（図２から図４参照）を設けず、この壁面を気泡保持流路５２ａから下流側噴孔４８ａにわたり平面状としている。このような比較例の場合には、図６から明らかなように、下流側噴孔４８ａ内を流れる燃料噴流と、下流側噴孔４８ａの出口の、上流側噴孔４６から気泡保持流路５２ａに移行する際に急拡大させた側と同じ側（図６の右側）の部分との間に隙間５８が形成されやすくなる。このため、この隙間５８を通じて出口から空気が逆流して気泡保持流路５２ａ内に入り込みやすくなる。このような比較例では、気泡保持流路５２ａに保持されたキャビテーション気泡が押しつぶされて、下流側噴孔４８ａ内部での気液の混合が阻害されやすい。これに対して、図１から図５に示す本実施の形態の燃料噴射弁３６によれば、このような比較例で生じる不都合をなくせる。

また、本実施の形態によれば、気泡保持流路５２の折れ部５４側壁面の、折れ部５４よりも上流側の壁面の断面形状である直線を下流側に延長させた第１仮想直線Ｌａと、気泡保持流路５２の折れ部５４とは反対側の壁面の断面形状である直線を、下流側に延長させた第２仮想直線Ｌｂとの交点Ｐ（図３）を、下流側噴孔４８内に位置させている。このため、上記の効果を得られる本実施の形態の構造を実現しやすくして、かつ、本実施の形態のように、上流側噴孔４６を形成する部材と、気泡保持流路５２を形成する部材とを、ノズルボディ３８と噴孔プレート５０等の別部材とする場合において、気泡保持流路５２を成形しやすくできる。すなわち、気泡保持流路５２を形成する際に、気泡保持流路５２をくさび状の端部を有する電極を用いた放電加工により成形しやすくできる。したがって、燃料噴射弁３６の加工コストの低減を図れる。

なお、図４、図５に示す本実施の形態では、気泡保持流路５２から下流側噴孔４８内に流入し、下流側噴孔４８内を折れ部５４よりも上流側の壁面の方向に沿って流れる燃料が、下流側噴孔４８の出口開口５３の、上流側噴孔４６から気泡保持流路５２に移行する際に急拡大させた側と同じ側（図３の右側）の縁部５５に接触するようにしている。ただし、本実施の形態は、このような構成に限定するものではなく、気泡保持流路５２から下流側噴孔４８内に流入し、下流側噴孔４８内を折れ部５４よりも上流側の壁面の方向に沿って流れる燃料が、下流側噴孔４８の縁部５５だけでなく、下流側噴孔４８の壁面のうち、上流側噴孔４６から気泡保持流路５２に移行する際に急拡大させた側と同じ側（図３の右側）の部分の壁面に接触させるようにすることもできる。この構成によれば、下流側噴孔４８の出口から逆流して入り込んだ空気が、気泡保持流路５２に入り込むことをより有効に防止できる。

［第２の発明の実施の形態］
図７は、本発明に係る第２の実施の形態の燃料噴射弁を示す、図４と同様の図である。本実施の形態の燃料噴射弁３６ａの場合、気泡保持流路６０及び下流側噴孔６２の、上流側噴孔４６から気泡保持流路６０に移行する際に急拡大させた側と同じ側（図７の右側）の壁面６４を、燃料噴流の流れ方向の途中に折れ部を設けず単一の平面のみにより構成している。言い換えれば、気泡保持流路５２と下流側噴孔６２とは互いに共通の単一の平面としている。このような本実施の形態によれば、燃料噴射弁３６ａの内部形状を単純化して製造作業性の向上を図れる。また、下流側噴孔６２の一部にも気泡保持流路６０と同様の機能を持たせることができる。すなわち、下流側噴孔６２の、上流側噴孔４６から気泡保持流路５２に移行する際に急拡大させた側と同じ側の部分にも、上流側噴孔４６で発生したキャビテーション気泡を保持しやすくできる。その他の構成及び作用は、上記の第１の実施の形態と同様であるため、同等部分に関する図示及び説明を省略する。

［第３の発明の実施の形態］
図８は、本発明に係る第３の実施の形態の燃料噴射弁を示す、図１１と同様の図である。図９は、図８のＢ部拡大断面図である。本実施の形態の燃料噴射弁６６は、上記の図１０から図１１に示した従来構造と同様の外開弁において、本発明を適用している。すなわち、燃料噴射弁６６は、バルブハウジング１２（図１０参照）の内部に配設したノズルボディ１４と、ノズルボディ１４の中心部に形成した中空部に内挿し、ノズルボディ１４に対し移動可能に設けたピントル１６と、ピントル１６の一端に接続したプランジャ１８（図１０参照）とを有し、ピントル１６にばね２２（図１０参照）によりプランジャ１８側への付勢力を作用させている。ピントル１６の他端にポペット弁２０ａを連結している。ピントル１６とポペット弁２０ａとが、請求項に記載した弁体に相当する。

また、燃料溜り２６に燃料を流入させる。ここで、ピエゾアクチュエータ等のプランジャ駆動機構により、プランジャ１８（図１０参照）をばね２２（図１０参照）の付勢力に抗して噴孔２８側（図８の下側）へ変位可能としている。プランジャ駆動機構を駆動していない場合には、ポペット弁２０ａがノズルボディ１４のシート部と密着し、噴孔２８が閉じ、閉弁状態となる。この場合は、燃料が噴孔２８から噴射されない。一方、プランジャ駆動機構を駆動した場合は、プランジャ１８に噴孔２８側（図８の下側）への駆動力が作用することで、ピントル１６が噴孔２８側へ駆動され、開弁状態となる。この場合は、燃料溜り２６に貯溜された燃料が噴孔２８から噴射される。このように燃料噴射弁６６は、ピントル１６に連結したポペット弁２０ａをノズルボディ１４に対し外側から接触または外側に離隔させることにより、噴孔２８を開閉可能とする外開弁として使用される。

また、ノズルボディ１４の内周面における燃料溜り２６よりも下流位置にピントル１６側へ突出した凸部３０を形成することで、燃料溜り２６よりも下流側に、キャビテーション気泡を発生させるためのキャビテーション発生流路３２を形成している。また、キャビテーション発生流路３２よりも下流側に、キャビテーション発生流路３２から流路の断面積を急拡大させた、キャビテーション気泡を保持する気泡保持流路３４を形成している。気泡保持流路３４は、その流入口にてキャビテーション発生流路３２と連通し、その流出口を、ノズルボディ１４の先端部に形成した噴孔２８と連通させている。噴孔２８は、ノズルボディ１４のテーパ面状の内壁面である内周面と、ポペット弁２０ａのテーパ面状の外壁面である外周面との間に設けている。また、キャビテーション発生流路３２は、ノズルボディ１４の内周面と、ピントル１６の外壁面である外周面との間に設けている。気泡保持流路３４は、ノズルボディ１４の内周面と、ピントル１６及びポペット弁２０ａの外周面との間に設けている。

また、気泡保持流路３４の流路断面積（最小断面積）を、キャビテーション発生流路３２の流路断面積（最小断面積）よりも大きくしている。また、気泡保持流路３４の流出口は、キャビテーション発生流路３２を流れる燃料噴流の方向に対して、気泡保持流路３４の流出口よりも、噴射弁６６の径方向外側へオフセットした位置に設けている。また、気泡保持流路３４は、内部に図９に矢印で示す方向の渦を形成して渦中心付近にキャビテーション気泡を保持するようにしている。

さらに、ポペット弁２０ａの基端（図８の上端）寄り部分外周面に全周にかけて折れ部６８を形成し、ポペット弁２０ａの外周面を、折れ部６８よりも燃料噴流上流側の第１テーパ面部７０と、折れ部６８よりも燃料噴流下流側の第２テーパ面部７２とを有するものとしている。すなわち、第１テーパ面部７０及び第２テーパ面部７２を、折れ部６８により連続させている。ポペット弁２０ａの中心軸に対し直交する仮想平面をδとした場合に、平面δと第１テーパ面部７０の外周面の母線との間の角度η１は、平面δと第２テーパ面部７２の外周面の母線との間の角度η２よりも小さくしている（η１＜η２）。したがって、気泡保持流路３４及び下流側噴孔２８内を、ポペット弁２０ａの外周面に沿って流れる燃料噴流は、折れ部６８で第２テーパ面部７２から離れて第２テーパ面部７２と燃料噴流との間に隙間を形成する。また、キャビテーション発生流路３２から気泡保持流路５２を介して噴孔２８内に流入し、噴孔２８内を折れ部６８よりも上流側の壁面の方向（図９のε方向）に沿って流れる燃料が、噴孔２８の出口開口のうち、キャビテーション発生流路３２（図８）から気泡保持流路３４に移行する際に急拡大させた側と同じ側（図９の右側）の縁部である外周縁寄りの領域を塞ぎながら、噴孔２８の出口開口から噴射されるようにしている。

このような本実施の形態の場合も、上記の各実施の形態と同様に、噴孔２８の出口開口から噴孔２８内に、キャビテーション発生流路３２から気泡保持流路３４に移行する際に急拡大させた側と同じ側（図９の右側）から噴孔２８内に空気が逆流して入り込むことがない。このため、気泡保持流路３４内に保持されたキャビテーション気泡が、逆流した空気によって潰れることがないので、噴孔２８内部での気液の混合をより有効に促進できる。その他の構成及び作用は、上記の図１０から図１１に示した従来構造または上記の図１から図５に示した第１の実施の形態と同様であるため、同等部分には同一符号を付して重複する説明を省略する。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明の第１の実施の形態の燃料噴射弁を構成するノズルボディ先端部の概略構成を示す断面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図２の部分拡大断面図である。 噴孔内部を燃料が流れる様子を示す、図３と同様の図である。 図４を下から見た図である。 本発明から外れた比較例の燃料噴射弁を示す、図４と同様の図である。 本発明の第２の実施の形態の燃料噴射弁を示す、図４と同様の図である。 本発明の第３の実施の形態の燃料噴射弁を示す、図１１と同様の図である。 図８のＢ部拡大断面図である。 従来例の燃料噴射弁の内部構成の概略を示す図である。 図１０の燃料噴射弁のノズルボディ先端部の概略構成において、燃料噴射弁の動作を説明する図である。

１０ 燃料噴射弁、１２ バルブハウジング、１４ ノズルボディ、１６ ピントル、１８ プランジャ、２０，２０ａ ポペット弁、２２ ばね、２４ 燃料供給流路、２６ 燃料溜り、２８ 噴孔、３０ 突部、３２ キャビテーション発生流路、３４ 気泡保持流路、３６，３６ａ 燃料噴射弁、３８ ノズルボディ、４０ ニードル、４２ 燃料室、４４ シート部、４６ 上流側噴孔、４８ 下流側噴孔、５０ 噴孔プレート、５２ 気泡保持流路、５３ 出口開口、５４ 折れ部、５５ 縁部、５６，５８ 隙間、６０ 気泡保持流路、６２ 下流側噴孔、６４ 壁面、６６ 燃料噴射弁、６８ 折れ部、７０ 第１テーパ面部、７２ 第２テーパ面部。

Claims (7)

1. 燃料を噴孔から噴射する燃料噴射弁であって、
   噴射弁内部を流れる燃料にキャビテーション気泡を発生させるためのキャビテーション発生流路と、
   キャビテーション発生流路及び噴孔と連通し、キャビテーション発生流路により発生させたキャビテーション気泡を保持する気泡保持流路と、を有し、
   キャビテーション発生流路から気泡保持流路に移行する際の流路を急拡大させており、
   気泡保持流路の噴孔への流出口が、キャビテーション発生流路を流れる燃料噴流の方向に対して気泡保持流路のキャビテーション発生流路からの流入口よりも、キャビテーション発生流路から気泡保持流路に移行する際の流路を急拡大させた方向へオフセットされた状態で、気泡保持流路は、キャビテーション発生流路及び噴孔と連通しており、
   気泡保持流路内に保持されたキャビテーション気泡を含む燃料を噴孔から噴射し、
   さらに、気泡保持流路または噴孔の、キャビテーション発生流路から気泡保持流路に移行する際に急拡大させた側とは反対側の壁面に設けられた折れ部を有し、
   キャビテーション発生流路から気泡保持流路を介して噴孔内に流入し、噴孔内を折れ部よりも上流側の壁面の方向に沿って流れる燃料が、噴孔の出口開口のうち、キャビテーション発生流路から気泡保持流路に移行する際に急拡大させた側と同じ側の縁部寄り領域を塞ぎながら、噴孔の出口開口から噴射されることを特徴とする燃料噴射弁。
2. 請求項１に記載の燃料噴射弁であって、
   気泡保持流路は、内部に渦を形成して渦中心付近にキャビテーション気泡を保持する流路であることを特徴とする燃料噴射弁。
3. 請求項１または請求項２に記載の燃料噴射弁であって、
   気泡保持流路の折れ部側壁面の、折れ部よりも上流側の壁面の断面形状である直線を、折れ部よりも下流側に延長させた第１仮想直線と、気泡保持流路の折れ部とは反対側の壁面の断面形状である直線を、下流側に延長させた第２仮想直線との交点を、下流側噴孔内に位置させていることを特徴とする燃料噴射弁。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１に記載の燃料噴射弁であって、
   気泡保持流路から噴孔内に流入し、噴孔内を折れ部よりも上流側の壁面の方向に沿って流れる燃料が、噴孔の壁面のうち、キャビテーション発生流路から気泡保持流路に移行する際に急拡大させた側と同じ側の部分に接触することを特徴とする燃料噴射弁。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１に記載の燃料噴射弁であって、
   キャビテーション発生流路と、気泡保持流路と、噴孔とは、ノズルボディに設けられ、
   キャビテーション発生流路の上流側開口に対し遠近動可能に設けられた弁体により開閉可能であり、かつ、噴孔の出口開口がスリット状に形成されたスリット弁として使用されることを特徴とする燃料噴射弁。
6. 請求項１から請求項４のいずれか１に記載の燃料噴射弁であって、
   キャビテーション発生流路と、気泡保持流路と、噴孔とは、ノズルボディと、ノズルボディに対し移動可能に設けられた弁体との間に設けられ、
   ノズルボディに対し弁体を外側から接触または外側に離隔させることにより、噴孔を開閉可能とする外開弁として使用されることを特徴とする燃料噴射弁。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１に記載の燃料噴射弁であって、
   気泡保持流路及び噴孔の壁面の、キャビテーション発生流路から気泡保持流路に移行する際に急拡大させた側と同じ側の壁面は、互いに共通の単一の平面であることを特徴とする燃料噴射弁。

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