JP5295319B2

JP5295319B2 - 燃料噴射弁

Info

Publication number: JP5295319B2
Application number: JP2011140132A
Authority: JP
Inventors: 幸孝坂田; 直也橋居; 恭輔渡辺; 毅宗実
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-06-24
Filing date: 2011-06-24
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2031-06-24
Also published as: DE102011086389A1; JP2013007316A; US8919675B2; US20120325938A1

Description

この発明は、主に内燃機関の燃料供給系に使用される電磁式などの燃料噴射弁に関するものである。

近年、自動車などの排出ガス規制が強化される中、内燃機関の燃焼効率の向上が求められている。一般に、燃料噴射弁から噴射される燃料の粒径（噴霧粒径）と噴射された燃料の液膜の角度（噴霧角）は、図１に示されるようにトレードオフの関係になっており、噴霧粒径を小さくするためには噴霧角を大きくしなければならない。燃料噴射式の内燃機関に於いては、燃料噴射弁は吸気バルブに向けて燃料を噴射し、吸気バルブに付着することで気化した燃料を燃焼室へ供給している。しかし、燃料の噴射の際に噴霧の中心軸に対して外側の噴霧の一部は吸気ポート内壁に付着するため、吸気ポート内壁を伝い液膜となって遅れて燃焼室へ流入する燃料があり、燃焼効率の向上の妨げとなっている。

燃料の粒径を小さくするために噴霧角を大きくしすぎてしまうと、吸気ポート内壁への噴霧の付着量が増え、吸気ポート内壁を伝い液膜となって遅れて燃焼室へ流入する燃料が増えるため燃焼効率が低下する。そのため燃焼効率を高めるためには、噴霧の指向性と微粒化の両立が必要となる。噴霧の指向性と微粒化の両立については、これまで既に各種の検討がなされている。

例えば、特許文献１に示された従来の燃料噴射弁は、噴孔プレートに弁体先端部と平行となるよう下流側へ突出する凸部を設け、この凸部の径方向外側に配置した噴孔入口の中心と弁体先端部の弁座軸方向の高さで表わされる噴孔直上高さと、噴孔径と、の関係を所定の関係とすることで、噴霧の指向性と微粒化を両立させるようにしている。又、特許文献２に示された従来の燃料噴射弁は、各噴孔の出口側に凹部を設け、燃料と空気の混合を進めることで燃料の微粒化を促進するようにしている。

更に、特許文献３に示された従来の流体噴射ノズルは、噴孔プレートに設けた噴孔を、弁座のシート面の延長と噴孔プレートが交差してできる仮想円の内側に配置し、噴孔径と弁体先端部と噴孔プレートまでの垂直距離が特定の関係となるようにして微粒化を促進するようにしている。又、特許文献４に示された従来の流体噴射ノズルは、噴孔を、噴孔軸線を中心に流体出口側に向けて拡大させ、十分に噴孔内で広げられた液膜を得るようにしている。

特開２０１０−１３８９１４号公報特許第３７５９９１８号公報特許第３１８３１５６号公報特開２００１−３１７４３１号公報

しかしながら、特許文献１に示された従来の燃料噴射弁の場合、弁体の開弁時に於いて、弁体先端部と弁座シート面との間の隙間を通って噴孔に流入した燃料が、弁座軸の径方向内側の噴孔内壁に押付けられて噴孔の曲率に沿った流れに変換されるが、燃料が三日月状の薄い液膜となって噴孔から噴射されるためには、噴孔の長さを最適化する必要がある。例えば、噴孔の長さが長すぎると、燃料は噴孔内を一周してしまい筋状噴霧となり、噴孔の長さが短すぎると、燃料の流れを噴孔の曲率に沿った流れへ変換することが不十分となり、やはり筋状噴霧となる。

噴孔プレートに形成された複数の噴孔から噴射される燃料の噴霧が、1つ以上の集合噴
霧を形成する燃料噴射弁では、噴孔の入口の中心と噴孔の出口の中心を通る直線と弁座軸とのなす角（噴孔角）は、個々の噴孔で異なる。そのため、特許文献１に示された従来の装置では、個々の噴孔で噴孔の長さが異なるため、一方の噴孔の長さが最適となるようにプレート板厚を設定すると、他の噴孔に於いては、最適な噴孔の長さとなっておらず、前述の筋状噴霧となり微粒化が促進しないという課題がある。

また、特許文献２に示された従来の燃料噴射弁の場合、弁座軸の径方向内側の噴孔の長さよりも径方向外側の噴孔の長さが短い構造となっており、特許文献３に示された従来の燃料噴射弁では、噴孔プレートに設けられた噴孔を仮想円の内側に配置する構造となっている。燃料噴霧の微粒化メカニズムを解明するために、まず噴孔から噴射された燃料を拡大撮影した結果、燃料の分裂過程は、燃料を拡散させようとする力が表面張力に打ち勝つことで、燃料が「液膜」から「液糸」、そして「液糸」から[液滴]へと分裂していることが判明しており、また一度「液滴」になると表面張力の影響が大きくなるため、それ以降は分裂しにくいことが判明している。従って、燃料を乱れの少ない薄い液膜として噴孔から噴射し、この液膜をさらに薄く広げてから分裂させた方がより微粒化することになり、逆に燃料流れに乱れが生じると、燃料液膜が薄く広がる前に、厚い液膜の状態で分裂するため、分裂後の液滴も大きくなることが判明している。

前述の特許文献２に示された従来の燃料噴射弁では、弁座軸の径方向内側の噴孔長さよりも径方向外側の噴孔長さが短い噴孔としており、噴孔内を充満した燃料は、噴射する前に多くの空気と混合することで分裂し液滴となるが、噴孔内を充満した燃料を分裂させても液滴は大きく、微粒化しないという課題がある。

また、特許文献２および特許文献３に示された従来の燃料噴射弁では、弁体開弁時に於いて弁体先端部と弁座シート面間の隙間を通って噴孔に流入する燃料流れと、噴孔間を通過して噴孔プレート中心で対向する流れによってＵターンする流れとが噴孔直上で正面衝突するため、燃料流れに乱れが生じ、この乱れによって粒径が悪化する課題がある。

特許文献４に示された従来の装置では、テーパ状の噴孔を形成するが、その形成のための加工状況の変化によって時に、噴孔入口面積がばらつきやすくなるため、流量特性（静的流量・動的流量）および噴霧特性（噴霧形状・噴霧粒径）がばらつきやすいという課題がある。また、その製造、および寸法管理上非常に煩雑な工程が必要となるため、燃料噴射弁の製造コスト増大を招くという課題がある。

このような課題を解決する方法として、特許文献１に示された技術に特許文献２に示された技術を加えたアイデアが考えられる。これにより、弁体開弁時に於いて弁体先端部と弁座シート面間の隙間を通って噴孔に流入する燃料流れは、噴孔間を通過して噴孔プレート中心で対向する流れによってＵターンし、凸部最外径部から凸部キャビティ形状に沿って放射されるＵターン流れの下へ潜り込むことができ、Ｕターン流れと正面衝突することなく速い流速を維持したまま噴孔に流入し、弁座軸の径方向内側の噴孔内壁に押付けられながら噴射される。この時、押付けられた燃料は噴孔の曲率に沿った流れへ変換され、三日月状の液膜となって薄膜化する。

前述の特許文献２では、燃料と空気との混合を進めるために噴孔に凹部を形成していたが、この従来の燃料噴射弁によれば、燃料が凹部に流入すると、噴孔径が拡大されるため
、液膜をさらに広げて薄膜化する効果が得られる。そのため、個々の噴孔で噴孔長さが異なっていても燃料が噴孔内を一周することなく噴射されるため、全ての噴孔で微粒化を促進することが可能である。しかし、この特許文献２に示された技術は、弁体先端部と平行に下流側へ突出する凸部を有する噴孔プレートに形成された噴孔に凹部を追加する構造であるため、以下の課題がある。

即ち、
（１）凹部の直径について
噴孔の直径に対して凹部の直径が小さすぎると、凹部追加による噴孔径拡大の割合が小さくなり、燃料の薄膜化が不十分となり微粒化が促進せず、大きすぎると、噴孔と凹部の曲率差が大きくなるため、燃料は噴孔から凹部へ広がる前に噴孔から剥離してしまい、燃料の薄膜化が不十分となり微粒化が促進しないという課題がある。

（２）凹部の深さについて
噴孔プレートの板厚に対して凹部の深さが浅すぎると、凹部での燃料の薄膜化が不十分なまま噴射されるため微粒化が促進せず、深すぎると噴孔の流路に於いて噴孔プレートの上流側端面から凹部までの間に最小断面となる円柱部分を確保できなくなり、最小断面部の噴孔形状が図５（Ｄ）のようにいびつな形状となるため、燃料流れに乱れが生じ、この乱れによって粒径が悪化する問題がある。また、凹部形状のばらつきにより流路面積がばらつくため、流量がばらつくという課題がある。

（３）凹部が噴孔を跨ぐ割合について
凹部が噴孔を跨ぐ割合が小さすぎると噴孔から凹部への燃料の流入量が少なくなり、燃料の薄膜化が不十分となり微粒化が促進せず、大きすぎると、弁座軸に対して径方向内側の噴孔長さが短くなり、噴孔の曲率に沿った流れへの変換が不十分なまま噴射されるため、筋状噴霧となるだけでなく、噴霧の指向性も確保できなくなり、噴射された噴霧の角度が所望する角度よりも小さくなるという課題がある。

この発明は、前述のような従来の燃料噴射弁の課題を解決するためになされたものであり、燃料噴射弁の噴霧特性に於ける噴霧の指向性と微粒化の両立、及び流量特性に於ける流量精度の向上を図るようにした燃料噴射弁を提供することを目的とする。

この発明による燃料噴射弁は、
弁座のシート面に対して当接若しくは離反する弁体を有し、制御装置からの動作信号を受けて前記弁体を動作させることで前記弁体が前記前座のシート面から離反したとき、燃料が、前記弁体と前記弁座のシート面との間を通過して後、前記弁座に固定された噴孔プレートに設けられた複数の噴孔から外部に噴射されるようにした燃料噴射弁であって、
前記弁座のシート面は、前記燃料の流通する上流側から下流側に向けて内径が縮小するように形成され、
前記噴孔プレートは、前記シート面に沿って前記シート面の下流側端縁から延長する仮想延長シート面と前記噴孔プレートの上流側端面とが交差して１つの仮想円を形成するように、前記弁体の先端部に対向して配置され、且つ前記弁体の先端部に対向する部位が、前記弁体の先端部の表面に対して所定の間隔を介して下流側へ突出する凸部を備え、
前記凸部は、前記仮想円の径方向内側に位置するように前記噴孔プレートに設けられ、
前記噴孔プレートに設けられた複数の噴孔は、前記噴孔プレートの前記上流側端面に於いて開口する噴孔入口から噴孔出口まで同一直径に形成され、
前記噴孔入口は、前記噴孔出口に対して前記弁座の径方向内側となるよう配置され、
前記噴孔プレートの前記上流側端面に開口する前記噴孔入口の中心は、前記弁座の最小内径である前記弁座の開口部の内壁より径方向内側で、かつ前記凸部の径方向外側に配置され、
前記弁座の径方向内側に位置する前記噴孔の噴孔長さよりも前記弁座の径方向外側に位置する前記噴孔長さのほうが短くなるように、前記噴孔プレートの下流側端面に、前記複数の噴孔に夫々対応して配置された複数の凹部を備え、
前記噴孔出口の少なくとも一部分は、前記凹部の底面に開口し、
前記噴孔出口の他の部分は、前記噴孔プレートの前記下流側端面に開口し、若しくは前記凹部の内面に接しており、
前記噴孔により形成される前記燃料の流路は、前記噴孔プレートの前記上流側端面から前記凹部の底面に至るまでの間に、前記噴孔の径方向の最小断面を断面とする円柱部分を備え、
前記噴孔の直径をＤ１、前記凹部の底面の直径、若しくは前記仮想円の周方向に於ける前記凹部の底面の径をＤ２としたとき、
１．１＜（Ｄ２／Ｄ１）＜３．０
の関係を有し、
前記凹部は、前記凹部の底面の直径よりも前記噴孔プレートの前記下流側端面に開口する凹部の直径の方が大きくなるように形成されている、
ことを特徴とするものである。

又、この発明による燃料噴射弁は、
弁座のシート面に対して当接若しくは離反する弁体を有し、制御装置からの動作信号を受けて前記弁体を動作させることで前記弁体が前記前座のシート面から離反したとき、燃料が、前記弁体と前記弁座のシート面との間を通過して後、前記弁座に固定された噴孔プレートに設けられた複数の噴孔から外部に噴射されるようにした燃料噴射弁であって、
前記弁座のシート面は、前記燃料の流通する上流側から下流側に向けて内径が縮小するように形成され、
前記噴孔プレートは、前記シート面に沿って前記シート面の下流側端縁から延長する仮想延長シート面と前記噴孔プレートの上流側端面とが交差して１つの仮想円を形成するように、前記弁体の先端部に対向して配置され、且つ前記弁体の先端部に対向する部位が、前記弁体の先端部の表面に対して所定の間隔を介して下流側へ突出する凸部を備え、
前記凸部は、前記仮想円の径方向内側に位置するように前記噴孔プレートに設けられ、
前記噴孔プレートに設けられた複数の噴孔は、前記噴孔プレートの前記上流側端面に於いて開口する噴孔入口から噴孔出口まで同一直径に形成され、
前記噴孔入口は、前記噴孔出口に対して前記弁座の径方向内側となるよう配置され、
前記噴孔プレートの前記上流側端面に開口する前記噴孔入口の中心は、前記弁座の最小内径である前記弁座の開口部の内壁より径方向内側で、かつ前記凸部の径方向外側に配置され、
前記弁座の径方向内側に位置する前記噴孔の噴孔長さよりも前記弁座の径方向外側に位置する前記噴孔長さのほうが短くなるように、前記噴孔プレートの下流側端面に、前記複数の噴孔に夫々対応して配置された複数の凹部を備え、
前記噴孔出口の少なくとも一部分は、前記凹部の底面に開口し、
前記噴孔出口の他の部分は、前記噴孔プレートの前記下流側端面に開口し、若しくは前記凹部の内面に接しており、
前記噴孔により形成される前記燃料の流路は、前記噴孔プレートの前記上流側端面から前記凹部の底面に至るまでの間に、前記噴孔の径方向の最小断面を断面とする円柱部分を備え、
前記噴孔プレートの板厚をＴ１、前記凹部の深さをＴ２としたとき、
０．１＜（Ｔ２／Ｔ１）＜０．８
の関係を有し、
前記凹部は、前記凹部の底面の直径よりも前記噴孔プレートの前記下流側端面に開口する凹部の直径の方が大きくなるように形成されている、
ことを特徴とするものである。

更に、この発明による燃料噴射弁は、
弁座のシート面に対して当接若しくは離反する弁体を有し、制御装置からの動作信号を受けて前記弁体を動作させることで前記弁体が前記前座のシート面から離反したとき、燃料が、前記弁体と前記弁座のシート面との間を通過して後、前記弁座に固定された噴孔プレートに設けられた複数の噴孔から外部に噴射されるようにした燃料噴射弁であって、
前記弁座のシート面は、前記燃料の流通する上流側から下流側に向けて内径が縮小するように形成され、
前記噴孔プレートは、前記シート面に沿って前記シート面の下流側端縁から延長する仮想延長シート面と前記噴孔プレートの上流側端面とが交差して１つの仮想円を形成するように、前記弁体の先端部に対向して配置され、且つ前記弁体の先端部に対向する部位が、前記弁体の先端部の表面に対して所定の間隔を介して下流側へ突出する凸部を備え、
前記凸部は、前記仮想円の径方向内側に位置するように前記噴孔プレートに設けられ、
前記噴孔プレートに設けられた複数の噴孔は、前記噴孔プレートの前記上流側端面に於いて開口する噴孔入口から噴孔出口まで同一直径に形成され、
前記噴孔入口は、前記噴孔出口に対して前記弁座の径方向内側となるよう配置され、
前記噴孔プレートの前記上流側端面に開口する前記噴孔入口の中心は、前記弁座の最小内径である前記弁座の開口部の内壁より径方向内側で、かつ前記凸部の径方向外側に配置され、
前記弁座の径方向内側に位置する前記噴孔の噴孔長さよりも前記弁座の径方向外側に位置する前記噴孔長さのほうが短くなるように、前記噴孔プレートの下流側端面に、前記複数の噴孔に夫々対応して配置された複数の凹部を備え、
前記凹部は、円形に形成され、
前記噴孔出口の少なくとも一部分は、前記凹部の底面に開口し、
前記噴孔出口の他の部分は、前記噴孔プレートの前記下流側端面に開口し、若しくは前記凹部の内面に接しており、
前記噴孔により形成される前記燃料の流路は、前記噴孔プレートの前記上流側端面から前記凹部の底面に至るまでの間に、前記噴孔の径方向の最小断面を断面とする円柱部分を備え、
前記噴孔プレートの前記下流側端面に於ける前記噴孔の長軸長さをＬ１、前記噴孔プレートの前記下流側端面に於ける前記凹部が前記噴孔を跨ぐ長さをＬ２としたとき、
０．３＜（Ｌ２／Ｌ１）≦１．０
の関係を有し、
前記凹部は、前記凹部の底面の直径よりも前記噴孔プレートの前記下流側端面に開口する凹部の直径の方が大きくなるように形成されている、
ことを特徴とするものである。

この発明による燃料噴射弁によれば、噴孔により形成される前記燃料の流路は、噴孔プレートの上流側端面から凹部の底面に至るまでの間に、噴孔の径方向の最小断面を断面とする円柱部分を備え、噴孔の直径をＤ１、凹部の底面の直径、若しくは仮想円の周方向に於ける前記凹部の底面の径をＤ２としたとき、
１．１＜（Ｄ２／Ｄ１）＜３．０
の関係を有し、前記凹部は、前記凹部の底面の直径よりも前記噴孔プレートの前記下流側端面に開口する凹部の直径の方が大きくなるように形成されているので、燃料の微粒化が促進され、乱れが小さい燃料を速い流速を維持したまま噴孔へ流入させ、弁座の径方向内側の噴孔内壁に燃料を押付けつつ、全ての噴孔で効率良く微粒化した燃料を噴射することができるため、噴霧の指向性と微粒化の両立が可能である。

又、この発明による燃料噴射弁によれば、噴孔により形成される前記燃料の流路は、噴孔プレートの上流側端面から凹部の底面に至るまでの間に、噴孔の径方向の最小断面を断面とする円柱部分を備え、前記噴孔プレートの板厚をＴ１、前記凹部の深さをＴ２としたとき、
０．１＜（Ｔ２／Ｔ１）＜０．８
の関係を有し、
前記凹部は、前記凹部の底面の直径よりも前記噴孔プレートの前記下流側端面に開口する凹部の直径の方が大きくなるように形成されているので、流量がバラつくことなく、乱れが小さい燃料を速い流速を維持したまま噴孔へ流入させ、弁座の径方向内側の噴孔内壁に燃料を押付けつつ、全ての噴孔で効率良く微粒化した燃料を噴射することができるため、噴霧の指向性と微粒化の両立が可能である。

更に、この発明による燃料噴射弁によれば、噴孔により形成される燃料の流路は、噴孔プレートの前記上流側端面から凹部の底面に至るまでの間に、噴孔の径方向の最小断面を断面とする円柱部分を備え、噴孔プレートの下流側端面に於ける噴孔の長軸長さをＬ１、噴孔プレートの下流側端面に於ける前記凹部が前記噴孔を跨ぐ長さをＬ２としたとき、
０．３＜（Ｌ２／Ｌ１）≦１．０
の関係を有し、
前記凹部は、前記凹部の底面の直径よりも前記噴孔プレートの前記下流側端面に開口する凹部の直径の方が大きくなるように形成されているので、流量のバラつきがなく噴霧の指向性と微粒化の両立が可能となる。

燃料噴射弁からの燃料噴霧角と燃料の粒径の関係を示した説明図である。この発明の実施の形態１による燃料噴射弁を示す断面図である。この発明の実施の形態１による燃料噴射弁の先端部の詳細を示す説明図である。この発明の実施の形態１による燃料噴射弁の噴孔部を示す説明図である。燃料噴射弁の噴孔プレートおよび噴孔に対する凹部の各寸法の最適値を説明する説明図である。

凹部と、噴孔の直径の比と、噴霧粒径との関係を示す説明図である。凹部の深さと、噴孔プレートの板厚の比と、噴霧粒径との関係を示す説明図である。凹部が噴孔を跨ぐ割合と、噴霧粒径との関係を示す説明図である。燃料噴射弁の噴孔プレートの凹部の変形例を説明する説明図である。この発明の実施の形態２による燃料噴射弁を示す説明図である。

実施の形態１．
図２は、この発明の実施の形態１による燃料噴射弁を示す断面図である。図２に於いて、燃料噴射弁１は、ソレノイド装置２、磁気回路のヨーク部分であるハウジング３、磁気回路の固定鉄心部分であるコア４、コイル５、磁気回路の可動鉄心部分であるアマチュア６、弁装置７を備えている。弁装置７は、先端部にボール状の先端部１３を有する筒状の弁体８と弁本体９と弁座１０で構成されている。

弁本体９は、コア４の端部外周面に圧入された後、コア４に溶接により固定されている。アマチュア６は、弁体８に圧入された後、弁対８に溶接により固定されている。弁座１０の下流側には、噴孔プレート１１が溶接部１１ａで溶接されて結合されている。弁座１０は、その下流側に噴孔プレート１１が結合された状態で、弁本体９に挿入された後、溶接部１１ｂで溶接されて弁本体９に結合されている。噴孔プレート１１には、後述するように、その板厚方向に貫通する複数の噴孔１２が設けられている。

エンジンの制御装置（図示せず）から燃料噴射弁１の駆動回路（図示せず）に動作信号が送られると、燃料噴射弁１のコイル５に電流が通電され、アマチュア６、コア４、ハウジング３、弁本体９で構成される磁気回路に磁束が発生し、アマチュア６はコア４側へ吸引され、アマチュア６と一体構造である弁体８が弁座１０のシート面１０ａから離れて間隙が形成される。これにより、燃料は弁体８の先端部１３に設けられた複数の溝１３ａから弁座１０のシート部１０ａと弁体８との隙間を通って、後述する複数の噴孔１２からエンジン吸気管に噴射される。

次に、エンジンの制御装置より燃料噴射弁１の駆動回路に動作の停止信号が送られると、コイル５への電流の通電が停止し、前述の磁気回路中の磁束が減少して弁体８を閉弁方向に付勢している圧縮ばね１４により弁体８と弁座１０のシート面１０ａの間の隙間は閉じ状態となり、燃料噴射が終了する。弁体８は、アマチュア６のガイド部６ａにより弁本体９の内周面で摺動し、開弁状態ではアマチュア６の上面６ｂがコア４の下面と当接する。

図３は、この発明の実施の形態１による燃料噴射弁の先端部の詳細を示す説明図で、（ａ）は断面図、（ｂ）はその矢印Ａ方向から見た平面図、（ｃ）はＤ部拡大図、（ｄ）はＢ−Ｂ断面拡大図、（ｅ）はＣ−Ｃ断面拡大図である。図３に於いて、弁座１０は、下流側に向けて内径が縮小するように形成されており、その内周面がシート面１０ａとなる。弁座１０のシート面１０ａの延長線と噴孔プレート１１の上流側端面１１ｃが交差して１つの仮想円１１ｄを形成するように噴孔プレート１１を配置している。

噴孔プレート１１の中央部には、弁座軸１８に対してほぼ軸対称で、かつ断面が円弧状で弁体先端部１３と平行に下流側へ突出する凸部１１ｆが、前述の仮想円１１ｄの径方向内側に設けられている。噴孔プレート１１に設けられた複数の噴孔１２は、噴孔入口１２ａから噴孔出口１２ｂまで同一径で、噴孔入口１２ａが噴孔出口１２ｂに対して弁座１０の径方向内側となるよう形成されている。噴孔プレート１１の上流側端面１１ｃに於いて、複数の噴孔１２の中心は弁座１０の最小内径である弁座の開口部の内壁１０ｃより径方向内側に配置され、かつ凸部１１ｆの径方向外側に配置されている。

この実施の形態１では、（ｃ）のＤ部拡大図に良く示されているように、噴孔プレート１１の上流側端面１１ｃに於いて、複数の噴孔１２の中心と弁体先端部１３との間の弁座軸１８方向の距離で表される噴孔直上高さＨと、噴孔１２の直径Ｄ１が、弁体開弁時に於いて、Ｈ≦１．５Ｄ１の関係にある。これにより、弁体閉弁時に於いて、噴孔プレート１１の上流側端面１１ｃから弁体先端部１３への弁座軸１８方向の距離で表されるキャビティ高さＨ２を小さくすることができ、それだけ、閉弁時に於いて弁体先端部１３と弁座１０と噴孔プレート１１で囲まれる部分の容積（以下、デッドボリューム、と称する）１７が低減されるので、高温負圧下に於けるデッドボリューム１７内の燃料蒸発量も少なく、温度や雰囲気圧変化に伴う流量特性（静的流量・動的流量）の変化を抑制することができる。

又、噴孔プレート１１の上流側端面１１ｃから弁体先端部１３までの弁座軸１８方向の距離で表されるキャビティ高さＨ２は、噴孔プレート１１の中心から凸部１１ｆの最外径部１１ｇまではほぼ一定となっているのに対し、凸部１１ｆの最外径部１１ｇから弁座開口内壁１０ｃまでは増加している。そのため、弁体開弁時に於いて、弁体先端部１３と弁座シート面１０ａとの間の隙間１０ｄを通って噴孔１２に流入する燃料流１６ａは、複数の隣り合う噴孔１２の間を通過して噴孔プレート１１の中心に向かって流れ、その中心部に於いて衝突してＵターンし、噴孔プレート１１の凸部１１ｆの最外径部から凸部のキャビティ形状に沿って放射されるＵターン流れ１６ｄの下へ潜り込むことができる。その結果、燃料流１６ａは、Ｕターン流れ１６ｄと正面衝突することなく、速い流速を維持したまま複数の噴孔１２に流入し、弁座１０の径方向内側の噴孔内壁１２ｃに押付けられながら噴孔１２の外へ噴射し、燃料噴霧の指向性を確保することができる。

又、噴孔プレート１１の下流側端面１１ｅには、夫々の噴孔１２の一部分に重なる複数の凹部１５が形成されている。その結果、弁座１０の径方向内側の噴孔長さＬ３よりも、径方向外側の噴孔長さＬ４が短くなっている。

図４は、この発明の実施の形態１による燃料噴射弁の噴孔部を示す説明図で、（ａ）は
断面図、（ｂ）はＥ−Ｅ断面図、（ｃ）はＦ−Ｆ断面図、（ｄ）はこの発明の実施の形態１の変形例を示している。図４の（ｂ）に示すように、凹部１５の底面１５ａに於いて、噴孔１２の一部は凹部１５の底面１５ａに開口している。又、図４の（ｃ）に示すように、噴孔プレート１１の下流側端面１１ｅに於いて、噴孔１２の一部は噴孔プレート１１の下流側端面１１ｅに開口している。

尚、図４の（ｄ）に示すように、噴孔プレート１１の下流側端面１１ｅに於いて、噴孔１２が凹部１５と内接するようにしてもよい。

図３に於いて、噴孔１２に流入した燃料流れ１６ａは、弁座１０の径方向内側の噴孔内壁１２ｃに押付けられて噴孔１２の内壁の曲率に沿った燃料流れ１６ｂに変換され、（ｄ）に示すように噴孔１２内で三日月状の液膜となって薄膜化する。そして、薄膜化した燃料が凹部１５に流入すると、噴孔径が拡大されるため、（ｅ）に示すように燃料流れは噴孔および凹部の曲率に沿った流れ１６ｃとなり、液膜がさらに広げられて薄膜化し、噴孔１２内を一周することなく噴射されるため、噴霧の微粒化の促進が可能となる。

又、この実施の形態１では、複数の噴孔１２の中心は、仮想円１１ｄの径方向内側となるように配置されている。これにより、弁座軸１８方向へ向う燃料流れが強化されるため、噴孔１２に流入した燃料は、噴孔内壁１２ｃにより強く押付けられるため、噴孔内での薄膜化が強化される。

更に、噴孔１２内の流路に於いて、噴孔プレート１１の上流側端面１１ｃから凹部１５までの間に、最小断面となる円柱部分１２ｄが確保されている。これにより、燃料の流量は、前記円柱部分１２ｄの断面積によって決まるため、噴孔１２と凹部１５の位置ばらつきによる流量ばらつきを抑制することができる。

次に、燃料の噴霧の指向性と微粒化を両立するための噴孔プレート１１および噴孔１２に対する凹部１５の各寸法について説明する。図５は、燃料噴射弁の噴孔プレートおよび噴孔に対する凹部の各寸法の最適値を説明する説明図であり、（ａ）は噴孔プレートの要部の断面図、（ｂ）は噴孔プレートの下流側端面に於ける噴孔及び凹部の平面図、（ｃ）はＧ−Ｇ断面図である。

図５に於いて、噴孔プレート１１、噴孔１２、及び凹部１５の各寸法を以下のように定義する。
噴孔１２の直径：Ｄ１
凹部１５の直径：Ｄ２
噴孔プレート１１の板厚：Ｔ１
凹部１５の深さ：Ｔ２
噴孔プレート１１の下流側端面に於ける噴孔１２の長軸長さ：Ｌ１
噴孔プレート１１の下流側端面に於ける凹部１５が噴孔１２を跨ぐ長さ（噴孔１２の長軸上で、この軸直角で噴孔１２と凹部１５との交点を通る直線との交点から噴孔プレートの下流側端面に開口している噴孔端部までの距離）：Ｌ２

図６は、凹部と、噴孔の直径の比と、噴霧粒径との関係を示す説明図であり、縦軸は燃料の噴霧粒径、横軸は（Ｄ２／Ｄ１）を示す。図６に示す凹部１５と噴孔１２の直径の比（Ｄ２／Ｄ１）と噴霧粒径との関係は、本願の発明者が実験により求めたものである。

図６から、
（Ｄ２／Ｄ１）≦１．１
となると、凹部１５の追加による噴孔径拡大の割合が小さくなることで燃料の薄膜化が不
十分となり、
３．０≦（Ｄ２／Ｄ１）
となると、噴孔径と凹部１５の曲率差が大きくなり、燃料は噴孔１２から凹部１５へ広がる前に噴孔１２から剥離してしまうことで燃料の薄膜化が不十分となるため、
１．１＜（Ｄ２／Ｄ１）＜３．０
の範囲でのみ、微粒化が促進することが分かる。

図７は、凹部の深さと、噴孔プレートの板厚の比と、噴霧粒径との関係を示す説明図であり、縦軸は噴霧粒径、横軸は凹部１５の深さと噴孔プレート１１の板厚の比（Ｔ２／Ｔ１）を示す。図７に示す凹部１５の深さと噴孔プレート１１の板厚の比（Ｔ２／Ｔ１）と噴霧粒径との関係は、本願の発明者が実験により求めたものである。

図７から、
（Ｔ２／Ｔ１）≦０．１
となると、燃料は凹部内で薄膜化する前に噴射され、
０．８≦（Ｔ２／Ｔ１）
となると、噴孔１２の流路に於いて、噴孔プレート１１の上流側端面１１ｃから凹部１５までの間に最小断面となる円柱部分１２ｄを確保することができなくなり、最小断面部の噴孔形状が図５の（ｃ）のようにいびつな形状となるため、燃料流れに乱れが生じ、この乱れによって粒径が悪化する問題がある。また、凹部形状のばらつきにより最小流路面積がばらつくため、流量がばらつき、
０．１＜（Ｔ２／Ｔ１）＜０．８
の範囲でのみ、流量がばらつくことなく微粒化が促進することが分かる。

図８は、凹部が噴孔を跨ぐ割合と、噴霧粒径との関係を示す説明図であり、縦軸は噴霧粒径、横軸は凹部１５が噴孔１２を跨ぐ割合（Ｌ２／Ｌ１）を示している。図８に示す凹部が噴孔を跨ぐ割合（Ｌ２／Ｌ１）と噴霧粒径との関係は、本願の発明者が実験により求めたものである。

図８から、
（Ｌ２／Ｌ１）≦０．３
となると、噴孔１２から凹部１５への燃料の流入量が少なくなることで、燃料の薄膜化が不十分となり、
１．０＜（Ｌ２／Ｌ１）
となると、燃料噴射弁軸心に対して径方向内側の噴孔長さが短くなり、噴孔に流入した燃料は噴孔の曲率に沿った流れへの変換が不十分なまま噴射されるため、筋状噴霧となり粒径が悪化する。また、噴霧の指向性を確保できなくなり、噴射された噴霧の角度が所望する角度よりも小さくなるため、
０．３＜（Ｌ２／Ｌ１）≦１．０
の範囲でのみ、噴霧の指向性と微粒化の両立が可能ということが分かる。

次に、凹部１５の変形例について説明する。図９は、燃料噴射弁の噴孔プレートの凹部の変形例を説明する説明図で、（ａ）は凹部１５の標準の変形例を示す断面図、（ｂ）はそのＨ−Ｈ断面図である。図９の（ａ）、（ｂ）に示す凹部１５は、ほぼ円形に形成されている。図９の（ｃ）は、凹部１５の別の変形例を示し、図９の（ａ）のＨ−Ｈ断面図に相当する。図９の（ｄ）は、凹部１５の更に別の変形例を示し、図９の（ａ）のＨ−Ｈ断面図に相当する。

図９の（ｃ）に示す別の変形例では、凹部１５は、噴孔１２の長軸方向の凹部軸長さ１５ｂよりも噴孔１２の短軸方向の凹部軸長さ１５ｃが長くなるように形成されている。図６の（ｄ）に示す凹部１５は、噴孔１２の長軸方向の凹部軸長さ１５ｂよりも噴孔１２の短軸方向の凹部軸長さ１５ｃが短くなるように形成されている。これらの何れの変形例の凹部１５の形状に於いても、噴孔１２に流入した燃料流れは、噴孔１２および凹部１５の曲率に沿った流れとなり、燃料の薄膜化が可能である。

図９の（ｃ）の場合は、前述の（Ｄ２／Ｄ１）≦１．１に於けるＤ２として、凹部１５の長軸１５ｃ、即ち前述の仮想円１１ｄの周方向の径である長軸１５ｂを用いる。又、図９の（ｄ）の場合は、前述の（Ｄ２／Ｄ１）≦１．１に於けるＤ２として、凹部１５の短軸１５ｃ、即ち前述の仮想円１１ｄの周方向の径である短軸１５ｃを用いる。なお、凹部１５は、この他にも色々な形状とすることができる。

実施の形態２．
図１０は、この発明の実施の形態２による燃料噴射弁を示す説明図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）はその矢印Ｊ方向から見た平面図、（ｃ）はＫ−Ｋ断面拡大図、（ｄ）はＬ−Ｌ断面拡大図である。実施の形態２では、図１０に示すように、凹部１５は凹部底面の直径Ｄ３よりも、噴孔プレート１１の下流側端面１１ｅに開口する凹部１５の直径Ｄ２の方が大きくなるよう形成されている。その他の構成は、実施の形態１と同様である。

図１０に示す構成により、弁体８の開弁時に於いて、弁体先端部１３と弁座シート面１０ａ間との隙間１０ｄを通って噴孔１２から凹部１５に流入した燃料流れ１６ａは、凹部内壁面に沿って十分に広がることができるため、噴孔プレート１１の下流側端面１１ｅ側に向うにつれて噴孔１２および凹部１５の曲率に沿った流れ１６ｃが強化され、液膜をより薄く広げて噴射することが可能である。

なお、以上述べたこの発明の実施の形態１及び２に於いて、凹部１５をプレスで形成することにより、低い製造コストで噴霧のばらつきを抑制することが可能である。

１燃料噴射弁２ソレノイド装置
３ハウジング４コア
５コイル６アマチュア
６ａアマチュア摺動面６ｂアマチュア上面
７弁装置８弁体
９弁本体１０弁座
１０ａ弁座シート面１０ｂ弁座開口部
１０ｃ弁座開口内壁１０ｄ隙間
１１噴孔プレート１１ａ溶接部
１１ｂ溶接部１１ｃ上流側端面
１１ｄ仮想円１１ｅ下流側端面
１１ｆ凸部１１ｇ凸部最外径部
１２噴孔１２ａ噴孔入口
１２ｂ噴孔出口１２c 噴孔内壁
１２ｄ円柱部分１３弁体先端部
１３ａ溝１３ｂ弁体摺動面
１４圧縮バネ１５凹部
１５ａ凹部底面１５b 凹部の軸長さ
１５ｃ凹部の軸長さ１６燃料
１６ａ燃料流れ１６ｂ噴孔の曲率に沿った燃料流れ
１６ｃ噴孔および凹部の曲率に沿った燃料流れ
１６ｄＵターン流れ１７デッドボリューム
１８弁座軸Ｔ１噴孔プレートの板厚
Ｔ２凹部の深さＬ１噴孔の長軸長さ
Ｌ２凹部が噴孔を跨ぐ長さＬ３噴孔長さ
Ｌ４噴孔長さｄ噴孔の直径
Ｄ１噴孔の直径Ｄ２凹部の直径
Ｄ３凹部の直径 h 垂直距離
Ｈ噴孔直上高さＨ２キャビティ高さ

Claims

弁座のシート面に対して当接若しくは離反する弁体を有し、制御装置からの動作信号を受けて前記弁体を動作させることで前記弁体が前記前座のシート面から離反したとき、燃料が、前記弁体と前記弁座のシート面との間を通過して後、前記弁座に固定された噴孔プレートに設けられた複数の噴孔から外部に噴射されるようにした燃料噴射弁であって、
前記弁座のシート面は、前記燃料の流通する上流側から下流側に向けて内径が縮小するように形成され、
前記噴孔プレートは、前記シート面に沿って前記シート面の下流側端縁から延長する仮想延長シート面と前記噴孔プレートの上流側端面とが交差して１つの仮想円を形成するように、前記弁体の先端部に対向して配置され、且つ前記弁体の先端部に対向する部位が、前記弁体の先端部の表面に対して所定の間隔を介して下流側へ突出する凸部を備え、
前記凸部は、前記仮想円の径方向内側に位置するように前記噴孔プレートに設けられ、
前記噴孔プレートに設けられた複数の噴孔は、前記噴孔プレートの前記上流側端面に於いて開口する噴孔入口から噴孔出口まで同一直径に形成され、
前記噴孔入口は、前記噴孔出口に対して前記弁座の径方向内側となるよう配置され、
前記噴孔プレートの前記上流側端面に開口する前記噴孔入口の中心は、前記弁座の最小内径である前記弁座の開口部の内壁より径方向内側で、かつ前記凸部の径方向外側に配置され、
前記弁座の径方向内側に位置する前記噴孔の噴孔長さよりも前記弁座の径方向外側に位置する前記噴孔長さのほうが短くなるように、前記噴孔プレートの下流側端面に、前記複数の噴孔に夫々対応して配置された複数の凹部を備え、
前記噴孔出口の少なくとも一部分は、前記凹部の底面に開口し、
前記噴孔出口の他の部分は、前記噴孔プレートの前記下流側端面に開口し、若しくは前記凹部の内面に接しており、
前記噴孔により形成される前記燃料の流路は、前記噴孔プレートの前記上流側端面から前記凹部の底面に至るまでの間に、前記噴孔の径方向の最小断面を断面とする円柱部分を備え、
前記噴孔の直径をＤ１、前記凹部の底面の直径、若しくは前記仮想円の周方向に於ける前記凹部の底面の径をＤ２としたとき、
１．１＜（Ｄ２／Ｄ１）＜３．０
の関係を有し、
前記凹部は、前記凹部の底面の直径よりも前記噴孔プレートの前記下流側端面に開口する凹部の直径の方が大きく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。
弁座のシート面に対して当接若しくは離反する弁体を有し、制御装置からの動作信号を受けて前記弁体を動作させることで前記弁体が前記前座のシート面から離反したとき、燃料が、前記弁体と前記弁座のシート面との間を通過して後、前記弁座に固定された噴孔プレートに設けられた複数の噴孔から外部に噴射されるようにした燃料噴射弁であって、
前記弁座のシート面は、前記燃料の流通する上流側から下流側に向けて内径が縮小するように形成され、
前記噴孔プレートは、前記シート面に沿って前記シート面の下流側端縁から延長する仮想延長シート面と前記噴孔プレートの上流側端面とが交差して１つの仮想円を形成するように、前記弁体の先端部に対向して配置され、且つ前記弁体の先端部に対向する部位が、前記弁体の先端部の表面に対して所定の間隔を介して下流側へ突出する凸部を備え、
前記凸部は、前記仮想円の径方向内側に位置するように前記噴孔プレートに設けられ、
前記噴孔プレートに設けられた複数の噴孔は、前記噴孔プレートの前記上流側端面に於いて開口する噴孔入口から噴孔出口まで同一直径に形成され、
前記噴孔入口は、前記噴孔出口に対して前記弁座の径方向内側となるよう配置され、
前記噴孔プレートの前記上流側端面に開口する前記噴孔入口の中心は、前記弁座の最小内径である前記弁座の開口部の内壁より径方向内側で、かつ前記凸部の径方向外側に配置され、
前記弁座の径方向内側に位置する前記噴孔の噴孔長さよりも前記弁座の径方向外側に位置する前記噴孔長さのほうが短くなるように、前記噴孔プレートの下流側端面に、前記複数の噴孔に夫々対応して配置された複数の凹部を備え、
前記噴孔出口の少なくとも一部分は、前記凹部の底面に開口し、
前記噴孔出口の他の部分は、前記噴孔プレートの前記下流側端面に開口し、若しくは前記凹部の内面に接しており、
前記噴孔により形成される前記燃料の流路は、前記噴孔プレートの前記上流側端面から前記凹部の底面に至るまでの間に、前記噴孔の径方向の最小断面を断面とする円柱部分を備え、
前記噴孔プレートの板厚をＴ１、前記凹部の深さをＴ２としたとき、
０．１＜（Ｔ２／Ｔ１）＜０．８
の関係を有し、
前記凹部は、前記凹部の底面の直径よりも前記噴孔プレートの前記下流側端面に開口する凹部の直径の方が大きく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。
弁座のシート面に対して当接若しくは離反する弁体を有し、制御装置からの動作信号を受けて前記弁体を動作させることで前記弁体が前記前座のシート面から離反したとき、燃料が、前記弁体と前記弁座のシート面との間を通過して後、前記弁座に固定された噴孔プレートに設けられた複数の噴孔から外部に噴射されるようにした燃料噴射弁であって、
前記弁座のシート面は、前記燃料の流通する上流側から下流側に向けて内径が縮小するように形成され、
前記噴孔プレートは、前記シート面に沿って前記シート面の下流側端縁から延長する仮想延長シート面と前記噴孔プレートの上流側端面とが交差して１つの仮想円を形成するように、前記弁体の先端部に対向して配置され、且つ前記弁体の先端部に対向する部位が、前記弁体の先端部の表面に対して所定の間隔を介して下流側へ突出する凸部を備え、
前記凸部は、前記仮想円の径方向内側に位置するように前記噴孔プレートに設けられ、
前記噴孔プレートに設けられた複数の噴孔は、前記噴孔プレートの前記上流側端面に於いて開口する噴孔入口から噴孔出口まで同一直径に形成され、
前記噴孔入口は、前記噴孔出口に対して前記弁座の径方向内側となるよう配置され、
前記噴孔プレートの前記上流側端面に開口する前記噴孔入口の中心は、前記弁座の最小内径である前記弁座の開口部の内壁より径方向内側で、かつ前記凸部の径方向外側に配置され、
前記弁座の径方向内側に位置する前記噴孔の噴孔長さよりも前記弁座の径方向外側に位置する前記噴孔長さのほうが短くなるように、前記噴孔プレートの下流側端面に、前記複数の噴孔に夫々対応して配置された複数の凹部を備え、
前記凹部は、円形に形成され、
前記噴孔出口の少なくとも一部分は、前記凹部の底面に開口し、
前記噴孔出口の他の部分は、前記噴孔プレートの前記下流側端面に開口し、若しくは前記凹部の内面に接しており、
前記噴孔により形成される前記燃料の流路は、前記噴孔プレートの前記上流側端面から前記凹部の底面に至るまでの間に、前記噴孔の径方向の最小断面を断面とする円柱部分を備え、
前記噴孔プレートの前記下流側端面に於ける前記噴孔の長軸長さをＬ１、前記噴孔プレートの前記下流側端面に於ける前記凹部が前記噴孔を跨ぐ長さをＬ２としたとき、
０．３＜（Ｌ２／Ｌ１）≦１．０
の関係を有し、
前記凹部は、前記凹部の底面の直径よりも前記噴孔プレートの前記下流側端面に開口する凹部の直径の方が大きく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。
前記凹部は、プレスにより前記噴孔プレートに形成される、
ことを特徴とする、請求項１乃至３のうちの何れか一項に記載の燃料噴射弁。