JP6107541B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Description

本発明は、気体燃料を噴射する燃料噴射弁に関する。

特許文献１に記載の気体燃料用の燃料噴射弁は、噴孔が形成された噴孔ボデーと、噴孔を開閉させるように作動する弁体と、弁体に取り付けられ、弁体の閉弁作動にともない噴孔ボデーのシート面に密着して噴孔を閉鎖するシール材とを備える。シール材は、弁体の中心軸線の周りに環状に延びる形状であり、弁体が開弁作動すると、シール材の環状外側から内側へと燃料が流れて噴孔から噴射される。

特開２０１２−２１９６５６号公報

さて、噴孔ボデーのシート面とシール材との隙間で燃料流量が絞られる（以下、シート絞りと呼ぶ）度合いが大きいほど、噴孔から噴射される燃料の噴射率（つまり単位時間あたりの燃料噴射量）が小さくなる。そこで従来では、弁体の最大リフト量を大きくしてシート絞り度合いを低減させることにより、所望の噴射率を確保させていた。しかしながら、最大リフト量を大きくすると、弁体を開弁作動させるアクチュエータに要求される駆動力が大きくなる。

そこで本発明者らは、シール材の環状外側から噴孔へと燃料が導かれる通路に加え、シール材の環状内側から噴孔へと燃料が導かれる通路を形成する構造について検討した。これによれば、シール材の環状外側と内側の両方から燃料が噴孔へ流れ込むようになるので、最大リフト量を大きくすることなくシート絞り度合いを低減できる。

しかしながら、このように環状内側から流れ込む通路を形成すると、この通路を流れる燃料は、中心軸線の方向に流れた後、弁体の径方向に流れて噴孔へと流れ込むことになる。そのため、中心軸線の方向から径方向へと略直角に流れの向きが変わるので、そのことによる圧力損失が大きくなる。

本発明は、上記問題を鑑みてなされたもので、その目的は、弁体の最大リフト量を大きくすることなくシート絞り度合いを低減することと、燃料流れの向きを変えることにより生じる圧力損失を低減することとの両立を図った燃料噴射弁を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

開示された第１の発明は、気体燃料が噴射される噴孔（６０ａ）が形成された噴孔ボデー（６０）と、噴孔を開閉させるように作動する弁体であって、該弁体の中心軸線（Ｃ）に沿って燃料を流通させる中心通路（４２）、および中心通路から分岐する分岐通路（４３）が形成された弁体（４０）と、弁体に取り付けられ、弁体の閉弁作動にともない噴孔ボデーに密着して噴孔を閉鎖するシール材（５０）と、を備える。シール材は、中心通路の周りに環状に延びる形状であり、中心通路を流通した燃料を噴孔に対して環状内側からシールするとともに、分岐通路を流通した燃料を噴孔に対して環状外側からシールするように機能する。そして、弁体のうち中心通路を形成する壁面（４２ａ）を、中心軸線の方向に下流側へ延出させた仮想面を軸方向仮想面（Ｋ１）と呼び、シール材のシール面（５２）を環状内側に延出させた仮想面を径方向仮想面（Ｋ２）と呼ぶ場合において、シール材には、軸方向仮想面および径方向仮想面から凹む形状の凹部（５０ａ）が形成されており、さらにシール材は、弁体に押し当てられた金型（Ｍ）のキャビティ（Ｍ１）にシール材の液状母材を注入してインサート成形されており、弁体のうちシール材に対して環状内側の部分には、燃料流れの下流側から金型が押し当てられて面接触する型当て面（４４）が設けられていることを特徴とする。
開示された第２の発明は、気体燃料が噴射される噴孔（６０ａ）が形成された噴孔ボデー（６０）と、噴孔を開閉させるように作動する弁体であって、該弁体の中心軸線（Ｃ）に沿って燃料を流通させる中心通路（４２）、および中心通路から分岐する分岐通路（４３）が形成された弁体（４０）と、弁体に取り付けられ、弁体の閉弁作動にともない噴孔ボデーに密着して噴孔を閉鎖するシール材（５０）と、を備える。シール材は、中心通路の周りに環状に延びる形状であり、中心通路を流通した燃料を噴孔に対して環状内側からシールするとともに、分岐通路を流通した燃料を噴孔に対して環状外側からシールするように機能する。そして、弁体のうち中心通路を形成する壁面（４２ａ）を、中心軸線の方向に下流側へ延出させた仮想面を軸方向仮想面（Ｋ１）と呼び、シール材のシール面（５２）を環状内側に延出させた仮想面を径方向仮想面（Ｋ２）と呼び、弁体のうち中心通路の下流端に位置するエッジ部分（Ｅ１）と、シール材のシール面のうち環状内側に位置するエッジ部分（Ｅ２）とを直線で結んだ仮想面をエッジ仮想面（Ｋ３）と呼ぶ場合において、シール材には、軸方向仮想面および径方向仮想面から凹む形状、かつ、エッジ仮想面から凹む形状の凹部（５０ａ）が形成されていることを特徴とする。

上記第１の発明および第２の発明によれば、シール材は、中心通路の周りに環状に延びる形状であり、中心通路を流通した燃料を環状内側からシールするとともに、分岐通路を流通した燃料を環状外側からシールするように機能する。そのため、弁体が開弁作動すると、シール材の環状外側と環状内側の両方から燃料が噴孔へ流れ込むようになる。よって、シール材の片側だけから燃料が噴孔へ流れ込む場合に比べて、シート絞り度合いを低減できる。

そして、シール材には、軸方向仮想面および径方向仮想面から凹む形状の凹部が形成されている。そのため、中心通路を流れる燃料が、中心軸線の方向に流れた後、弁体の径方向に流れて噴孔へと流れ込む流通経路において、中心軸線の方向から径方向へと曲がる流れの内側に凹部が位置することとなる。すると、凹部内の壁面で流れの剥離が生じ、凹部内の燃料圧力が低くなる。その結果、中心軸線方向から径方向へと曲がる流れの主流が、低圧となっている凹部へと引き寄せられるようになる。そのため、中心軸線方向から径方向へと流れの向きが変わることにより生じる圧力損失を低減することができる。

以上により、上記第１の発明および第２の発明によれば、弁体の最大リフト量を大きくすることなくシート絞り度合いを低減することと、燃料流れの向きを変えることにより生じる圧力損失を低減することとの両立を図ることができる。

本発明の第１実施形態に係る燃料噴射弁を部分的に示した断面図。 図１に示す噴孔ボデーを、燃料流れの上流側から見た平面図。 図１に示す噴孔ボデー、弁体およびシール材を、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って見た断面図。 図３に示す弁体が開弁作動した状態を示す断面図。 図１に示すシール材および弁体を、燃料流れの下流側から見た平面図。 第１実施形態において、シール材の成形に用いる金型を示す図。 図５に示す開弁状態において、燃料圧力の分布を数値解析して表した図。 本発明の第２実施形態に係る燃料噴射弁を部分的に示した断面図。

以下に、図面を参照しながら発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

（第１実施形態）
図１に示す燃料噴射弁は車両に搭載されたものであり、内燃機関の燃焼に用いる気体燃料を噴射する。気体燃料の具体例としては、ＣＮＧ（Ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ）、ＬＮＧ（Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ）、水素等が挙げられる。車両に搭載された図示しない燃料タンクには、気体燃料が圧縮された状態で貯蔵されている。燃料タンク内の気体燃料は、圧力調整弁により圧力調整された後に燃料噴射弁へ供給される。燃料噴射弁から噴射された気体燃料は、図示しないゴムホースを通じて内燃機関の吸気管へ流入し、吸気と混合しながら燃焼室へ流入する。

燃料噴射弁は、樹脂製ハウジング１０および金属製ハウジング１１を備える。これらのハウジング１０、１１は筒状に形成されている。ハウジング１０、１１の筒状内部には、以下に説明するコイル２０、上側磁性体２１、非磁性体２２、下側磁性体２３が収容されている。なお、金属製ハウジング１１の先端部分には、Ｏリング１３が取り付けられており、Ｏリング１３は、止め具１２により金属製ハウジング１１から外れないように保持される。金属製ハウジング１１のうちＯリング１３が取り付けられている部分には、図示しないコネクタが取り付けられ、このコネクタには先述したゴムホースが取り付けられる。

コイル２０は、非磁性体２２の外周側に配置されており、燃料噴射弁の外部から電力供給されて磁力線を発生する。上側磁性体２１、非磁性体２２および下側磁性体２３は同一径寸法の円筒形状であり、燃料流れの上流側から下流側に向かう順に、上側磁性体２１、非磁性体２２および下側磁性体２３は隣接して配置されている。上側磁性体２１および非磁性体２２の内周面には、円筒形状の固定コア３０が固定されている。非磁性体２２および下側磁性体２３の内周面には、弁体４０が移動可能な状態で組み付けられている。弁体４０の移動方向は、弁体４０の中心軸線Ｃ（図３参照）の方向に一致する。

弁体４０のうち、中心軸線Ｃ方向において、固定コア３０の反対側の端面には、シール材５０が取り付けられている。シール材５０には弾性変形可能な材質（例えば低温フッ素ゴム（ＨＮＢＲ）やＨＮＢＲ、ＥＰＤＭ等のゴム材料）が用いられている。下側磁性体２３のうち非磁性体２２の反対側の端部には、噴孔６０ａが形成された噴孔ボデー６０が取り付けられている。

下側磁性体２３のうち噴孔ボデー６０が挿入組み付けされている部分（以下、拡径部２３ｂと呼ぶ）は、弁体４０を内部に収容する部分（以下、弁体収容部と呼ぶ）に比べて円筒内周面の径寸法が拡大した形状である。図１の例では、拡径部２３ｂの外径寸法は、弁体収容部の外径寸法と同じである。つまり、拡径部２３ｂの厚さ寸法は弁体収容部の厚さ寸法よりも小さい。

図２に示すように、噴孔６０ａは、弁体４０の中心軸線Ｃの周りに延びる形状である。噴孔６０ａは、同一円上において周方向に複数並べて配置されている。図１および図３に示すように、噴孔ボデー６０は、噴孔６０ａが形成された円板形状のプレート部６１と、プレート部６１の外周端から燃料流れの下流側へ円筒状に延びる円筒部６２と、を有する。噴孔６０ａは、中心軸線Ｃの方向にプレート部６１を貫通する形状である。プレート部６１および円筒部６２は、１つの金属母材をプレス加工して一体に形成されている。

プレート部６１の燃料流れ下流側の面は、中心軸線Ｃに対して垂直に広がる平坦な形状である。一方、プレート部６１の燃料流れ上流側の面には、シール材５０に向けて突出する内側リップ部６１ａおよび外側リップ部６１ｂが形成されている。これらのリップ部６１ａ、６１ｂは、中心軸線Ｃの周りに環状に延びる形状である。内側リップ部６１ａは、複数の噴孔６０ａに対して中心軸線Ｃ側に位置し、外側リップ部６１ｂは、複数の噴孔６０ａに対して中心軸線Ｃの反対側に位置する。リップ部６１ａ、６１ｂは、シール材５０が噴孔ボデー６０に密着している時の面圧を高めて、シール材５０と噴孔ボデー６０との間のシール性を向上させるものである。

図３に示すように、弁体４０には、中心軸線Ｃに沿って燃料を流通させる中心通路４２、および中心通路４２から分岐する分岐通路４３が形成されている。これらの通路４２、４３はドリルを用いた穴あけ加工により形成されている。中心通路４２の上流側部分（以下、バネ収容室４１と呼ぶ）には弾性部材３２が収容されており、バネ収容室４１の下流側段差部に、弾性部材３２の下流側端部は接触して支持される。弾性部材３２の上流側端部は調整部材３１に接触して支持される。調整部材３１は円筒形状であり、固定コア３０の内周面に圧入固定されている。調整部材３１を固定コア３０に圧入する挿入量により、弾性部材３２から弁体４０に付与される弾性力が調整されている。

コイル２０への電力供給を停止させると、弾性部材３２の弾性力により弁体４０は閉弁作動する。そして、弁体４０が閉弁作動することに伴い、シール材５０は噴孔ボデー６０に密着して噴孔６０ａを閉鎖する。これにより、噴孔６０ａからの燃料噴射が停止される。

一方、コイル２０へ電力供給すると、上側磁性体２１、固定コア３０、弁体４０、下側磁性体２３および金属製ハウジング１１は磁気回路を形成し、固定コア３０と弁体４０との間で磁気吸引力が生じる。この磁気吸引力により、弁体４０は固定コア３０の側へ移動（以下、リフトアップと呼ぶ）し、弁体４０の上端面４０ａが固定コア３０の下端面３０ｂに接触した時点で移動停止する。つまり、閉弁時における上端面４０ａと下端面３０ｂとのギャップが、弁体４０の最大リフト量に相当する。このように弁体４０をリフトアップさせると、図４に示すようにシール材５０がリップ部６１ａ、６１ｂから離れ、以下に説明するように燃料が噴孔６０ａから噴射される。

すなわち、燃料タンクから燃料噴射弁に供給される燃料は、上側磁性体２１の内部２１ａを流通した後、調整部材３１の内部３１ａ、固定コア３０の内部３０ａ、中心通路４２を順に流通する。図４中の矢印Ｆ１に示すように、中心通路４２内の燃料は、シール材５０の貫通穴５１を流通した後、内側リップ部６１ａとシール材５０との隙間（以下、内側隙間Ｓ１と呼ぶ）を通じて噴孔６０ａの流入口６０ｂ（図３参照）へ流入する。

また、図４中の矢印Ｆ２に示すように、中心通路４２から分岐通路４３へ流れた燃料は、弁体４０の外周面と下側磁性体２３の内周面との間で形成される燃料溜り室２３ａへ流入する。その後、燃料溜り室２３ａ内の燃料は、外側リップ部６１ｂとシール材５０との隙間（以下、外側隙間Ｓ２と呼ぶ）を通じて噴孔６０ａの流入口６０ｂ（図３参照）へ流入する。

要するに、矢印Ｆ１、Ｆ２に示すように、噴孔６０ａの外側と内側の両方から燃料が流入口６０ｂに流入する。流入口６０ｂに流入した燃料は、噴孔６０ａから円筒部６２の内部空間へ噴射され、先述したようにゴムホースを通じて吸気管へ流入し、吸気と混合しながら燃焼室へ流入する。

燃料噴射弁に供給される燃料は、上述した各通路の狭小部分で絞られて圧力損失した後に噴孔６０ａから噴射される。したがって、最も狭小な部分（以下、最大絞り部と呼ぶ）の流路断面積、および燃料タンクから供給される燃料の圧力による影響を大きく受けて、噴孔６０ａから噴射される燃料の噴射率（つまり単位時間あたりの燃料噴射量）が主に決まる。

噴孔６０ａの流入口６０ｂにおける流路断面積（以下、シート絞り面積と呼ぶ）は、最大リフトアップ時における、内側隙間Ｓ１および外側隙間Ｓ２の面積の和である。すなわち、内側リップ部６１ａの周長に最大リフト量を乗じた面積と、外側リップ部６１ｂに最大リフト量の周長を乗じた面積との和が、シート絞り面積である。そして、リップ部６１ａ、６１ｂとは異なる箇所が最大絞り部となるように設定されている。

本実施形態では、弁体４０に形成された中心通路４２の流路断面積Ｓ３（図３参照）は、シート絞り面積よりも小さく設定されており、この中心通路４２の部分が最大絞り部となるように設定されている。なお、中心通路４２の流路断面積Ｓ３とシート絞り面積との比率を１．４以下に設定することが望ましく、本実施形態では、上記比率が０．９９に設定されている。

さて、分岐通路４３は、弁体４０の径方向に延びる形状であり、弁体４０の円筒壁を貫通している。図３中の一点鎖線Ｋは、分岐通路４３の流出口４３ａの径方向における位置を示す仮想線であり、中心軸線Ｃに対して平行に延びる線である。噴孔６０ａは、中心軸線Ｃの垂直方向（つまり弁体４０の径方向）において、分岐通路４３の流出口４３ａよりも中心軸線Ｃから遠い側に位置する。つまり、仮想線Ｋよりも弁体４０の径方向外側に流入口６０ｂが位置する。詳細には、流入口６０ｂの全体が、仮想線Ｋに対して径方向外側に位置する。

図５および図３に示すように、中心軸線Ｃ方向においてシール材５０の下流側端面には、シール面５２が形成されている。シール面５２は、中心通路４２の周りに環状に延びる形状であり、中心軸線Ｃに対して垂直に拡がる平坦形状である。シール面５２は、内側リップ部６１ａおよび外側リップ部６１ｂに対向する位置に配置されている。弁体４０が閉弁作動すると、これらのリップ部６１ａ、６１ｂにシール面５２が密着して噴孔６０ａを閉塞する。

シール材５０のうちシール面５２の内周側部分には、貫通穴５１の流路断面積が下流側に向けて徐々に拡がる形状の内側テーパ面５３が形成されている。シール材５０のうちシール面５２の外周側部分には、燃料溜り室２３ａの流路断面積が下流側に向けて徐々に拡がる形状の外側テーパ面５４が形成されている。

図６に示すように、シール材５０は、弁体４０に押し当てられた金型ＭのキャビティＭ１に、シール材５０の液状母材を注入してインサート成形されている。液状母材を注入するゲートＭ２は、金型Ｍのうち、シール材５０の内側テーパ面５３に対向する部分に設けられている。ゲートＭ２は複数個所に設けられている。キャビティＭ１を形成する壁面のうちゲートＭ２の吐出口Ｍ２ａが設けられている部分は、中心軸線Ｃ方向に対して垂直に拡がる平坦形状である。したがって、シール材５０の内側テーパ面５３のうちゲートＭ２の吐出口Ｍ２ａに対向する部分には、平坦面５３ａ（図５参照）が形成されている。

金型Ｍは、中心軸線Ｃ方向において弁体４０の下流側端面に押し付けられている。具体的には、弁体４０のうちシール材５０に対して環状内側の部分には、中心軸線Ｃ方向に金型Ｍが押し当てられる力を受ける型当て面４４が設けられている。型当て面４４は、中心通路４２の下流端に位置し、中心通路４２の周りに環状に延びる形状であり、中心軸線Ｃ方向に対して垂直に拡がる平面である。型当て面４４には、中心軸線Ｃ方向において燃料流れの下流側から金型Ｍの平坦面Ｍ３が押し当てられる。これにより、型当て面４４は金型Ｍと面接触する。

弁体４０の下流側端面のうち型当て面４４の外周側部分には、型当て面４４の周りに環状に延びる溝４５が形成されている。さらに、弁体４０の下流側端面のうち溝４５の外周側部分には、溝４５の周りに環状に延びる平坦面４６が形成されている。平坦面４６の外周側のエッジ部分は、特許請求の範囲に記載の型当てエッジ部４６ａに相当する。この型当てエッジ部４６ａには、中心軸線Ｃ方向において燃料流れの下流側から金型Ｍのテーパ面Ｍ４が押し当てられる。これにより、型当てエッジ部４６ａは金型Ｍと線接触する。

このように金型Ｍが弁体４０に面接触および線接触することにより、弁体４０に対して中心軸線Ｃ方向に金型Ｍは位置決めされる。また、金型Ｍのうち平坦面Ｍ３の内周側部分には、中心通路４２に嵌り込む凸部Ｍ５が形成されている。このように凸部Ｍ５が中心通路４２に嵌り込むことにより、弁体４０に対して径方向に金型Ｍは位置決めされる。そして、型当て面４４および型当てエッジ部４６ａに金型Ｍを所定圧力で押し付けられている。

弁体４０の下流側端面に位置する平坦面４６および溝４５は、キャビティＭ１の壁面を形成している。そのため、上記インサート成形が終了して金型Ｍを弁体４０から取り外すと、平坦面４６および溝４５はシール材５０により覆われている。これに対し、弁体４０の下流側端面に位置する型当て面４４は、シール材５０の内周側にて露出することになる。つまり、シール材５０が取り付けられた状態の弁体４０を、中心軸線Ｃ方向の下流側から見た場合、図５に示すように型当て面４４が露出して見える。

要するに、以下に説明する金型セット工程、注入工程、焼付け工程、脱型工程を順に実施する製造方法により、シール材５０は弁体４０に設けられる。すなわち、先ず金型セット工程では、弁体４０に金型Ｍを所定圧力で押し当てて、弁体４０と金型Ｍとの間でシール材５０の形状に相当するキャビティＭ１を形成する。続く注入工程では、所定温度（例えば２００℃）に加熱された液状母材を、ゲートＭ２を通じてキャビティＭ１内に注入する。続く焼付け工程では、キャビティＭ１内に注入された液状母材をさらに加熱して加硫させる。これにより、弾性を有するシール材５０が、弁体４０に焼き付けられた状態になる。その後、脱型工程において金型Ｍを弁体４０から取り外す。

そして、上述した金型セット工程では、弁体４０のうちキャビティＭ１に対して環状内側の部分に設けられている型当て面４４に、金型Ｍを面接触させている。また、この金型セット工程では、弁体４０のうちキャビティＭ１に対して環状外側の部分に設けられている型当てエッジ部４６ａに、金型Ｍを線接触させている。

次に、シール材５０の貫通穴５１の形状について、図４を用いて詳細に説明する。以下の説明では、弁体４０のうち中心通路４２を形成する壁面４２ａを、中心軸線Ｃ方向に下流側へ延出させた仮想面を軸方向仮想面Ｋ１と呼ぶ。また、シール材５０のシール面５２を環状内側に延出させた仮想面を径方向仮想面Ｋ２と呼ぶ。したがって、軸方向仮想面Ｋ１は壁面４２ａに沿う円筒形状であり、径方向仮想面Ｋ２はシール面５２に沿う平坦形状である。

シール材５０には、軸方向仮想面Ｋ１および径方向仮想面Ｋ２から凹む形状の凹部５０ａが形成されている。換言すると、弁体４０に型当て面４４が形成されている分だけ、シール材５０の貫通穴５１の壁面（つまり内側テーパ面５３および平坦面５３ａ）が、円筒面形状である軸方向仮想面Ｋ１よりも外周側に位置する。よって、凹部５０ａは軸方向仮想面Ｋ１よりも外周側に凹む形状となる。また、貫通穴５１の壁面に内側テーパ面５３が設けられているため、そのテーパの分だけ凹部５０ａは、中心軸線Ｃ方向において径方向仮想面Ｋ２よりも上流側に凹む形状となる。

以上に説明した本実施形態の燃料噴射弁は、要するに、以下に列挙する特徴を備える。そして、それらの各特徴により以下に説明する作用効果が発揮される。

＜特徴１＞
シール材５０は、中心通路４２の周りに環状に延びる形状であり、中心通路４２を流通した燃料を環状内側からシールするとともに、分岐通路４３を流通した燃料を環状外側からシールするように機能する。よって、シール材５０の環状内側と外側の両方でシート絞りが生じるので、シール材５０の片側だけでシート絞りが生じる場合に比べて、シート絞り度合いを減少できる。したがって、最大リフト量を大きくすることなくシート絞り度合いを低減できる。つまり、コイル２０への電力供給により生じる磁気吸引力の要求値を増大させることなく、シート絞り度合いを低減できると言える。

そして、このような構成を前提とした上で、シール材５０には、軸方向仮想面Ｋ１および径方向仮想面Ｋ２から凹む形状の凹部５０ａが形成されている。そのため、中心通路４２を流れる燃料が、中心軸線Ｃ方向に流れた後、弁体４０の径方向に流れて噴孔６０ａへと流れ込む流通経路において、中心軸線Ｃ方向から径方向へと曲がる主流（図７中の矢印Ｆ１ａ参照）の内側に凹部５０ａが位置することとなる。

すると、凹部５０ａ内の壁面（つまり内側テーパ面５３および平坦面５３ａ）および型当て面４４上にて、流れの剥離が生じ、凹部５０ａ内の燃料圧力が低くなる。その結果、中心軸線Ｃ方向から径方向へと曲がる流れの主流Ｆ１ａが、低圧となっている凹部５０ａへと引き寄せられるようになる。そのため、中心軸線Ｃ方向から径方向へと流れの向きが変わることにより生じる圧力損失を低減することができる。

この効果は、図７示す数値解析結果により確認されている。図７中の点線は、燃料圧力の等高線を示しており、燃料圧力の違いを６段階で表現している。具体的には、図中の符号１、２、３、４、５、６に示す順に燃料圧力は高くなっている。図示されるように、凹部５０ａ内の燃料圧力は６段階のうち５段階目の圧力であり、凹部５０ａの上流側の圧力（つまり６段階目）よりも低圧になっている。符号６に示す領域は、凹部５０ａへ引き寄せられるように、中心軸線Ｃ方向から径方向へと曲げられている。このことは、主流Ｆ１ａが、低圧となっている凹部５０ａへ引き寄せられ、内側隙間Ｓ１に向かって曲げられていることを意味する。つまり、噴孔ボデー６０の上端面に主流Ｆ１ａが衝突することが緩和され、圧力損失が低減されている。

＜特徴２＞
シール材５０は、弁体４０に押し当てられた金型ＭのキャビティＭ１に液状母材を注入してインサート成形されている。弁体４０のうちシール材５０に対して環状内側の部分には、燃料流れの下流側から金型Ｍが押し当てられて面接触する型当て面４４が設けられている。

これによれば、弁体４０に型当て面４４が形成されている分だけ、シール材５０の貫通穴５１の壁面が、軸方向仮想面Ｋ１よりも外周側に位置することとなる。よって、凹部５０ａは軸方向仮想面Ｋ１よりも外周側に凹む形状となる。しかも、型当て面４４は金型Ｍの平坦面Ｍ３と面接触するので、液状母材がキャビティＭ１の内周側に漏れ出ることを抑制できる。すなわち、本実施形態に反して上記面接触を線接触の構造にした場合、弁体４０または金型Ｍの線接触する部分に打痕等の傷が存在すると、液状母材の漏出が生じ易い。これに対し本実施形態では、型当て面４４により金型Ｍが弁体４０と面接触するので、傷による液状母材の漏出量を低減できる。

したがって、本実施形態によれば、このような型当て面４４を弁体４０に設けることにより、圧力損失を低減するための凹部５０ａを形成しつつ、液状母材の漏出抑制をも図ることができる。

＜特徴３＞
型当て面４４は、中心軸線Ｃに対して垂直に拡がる平面である。これによれば、金型Ｍが弁体４０に押し当てられる方向（つまり中心軸線Ｃ方向）に対して型当て面４４が垂直に配置されるので、金型Ｍの平坦面Ｍ３と型当て面４４との密着性を向上できる。よって、液状母材の漏出抑制効果を向上できる。

＜特徴４＞
シール材５０の環状外側と内側の両方から燃料が噴孔６０ａへ流れ込むように構成されていることは、先述した通りである。この構成の場合には、シール材５０の内側から噴孔６０ａへと通じる通路を備えるので、中心軸線Ｃを含む範囲に噴孔６０ａを形成できなくなる。そのため、噴孔６０ａの開口面積が小さくなり、十分な噴射量を確保できなくなる懸念が生じる。

この懸念に対し本実施形態では、中心軸線Ｃの周りに延びる形状である噴孔６０ａは、分岐通路４３の流出口４３ａよりも外側に位置する。そのため、噴孔６０ａが流出口４３ａよりも内側に位置する場合に比べて、噴孔６０ａの周方向長さが長くなる。よって、弁体４０の径方向において噴孔６０ａを大きくすることなく、噴孔６０ａの開口面積（つまり流路断面積）を大きくでき、十分な噴射率を確保できるようになる。

＜特徴５＞
噴孔６０ａの流入口６０ｂの全体が、分岐通路４３の流出口４３ａよりも中心軸線Ｃから遠い側に位置する。これによれば、噴孔６０ａがより一層外側に位置することになるので、噴孔６０ａの開口面積の増大を促進でき、噴射率の増大を促進できる。

＜特徴６＞
噴孔ボデー６０は、噴孔６０ａが形成されたプレート部６１と、プレート部６１の外周端から円筒状に延びる円筒部６２と、を有する。そして、プレート部６１および円筒部６２は、１つの金属母材を加工して一体に形成されている。

ここで、本実施形態に反してプレート部６１および円筒部６２を別体にして溶接する場合には、噴孔６０ａを径方向外側に位置させる限界位置が、十分外側にできなくなる。すなわち、プレート部６１に噴孔６０ａを加工するにあたり、プレート部６１のうち噴孔６０ａの径方向外側の部分を大きく確保しておく必要があるため、噴孔６０ａを十分外側に位置できなくなる。

これに対し、本実施形態によれば、プレート部６１および円筒部６２を一体に形成するので、噴孔６０ａを十分に外側に位置させることが可能になるので、噴孔６０ａの開口面積の増大を促進でき、噴射率の増大を促進できる。

＜特徴７＞
ここで、本実施形態に反してリップ部６１ａ、６１ｂを最大絞り部にすると、シール材５０の使用による磨耗でシール材５０肉厚が小さくなってくると、最大絞り部での絞り度合いが変化することになり、噴射率が大きく変化することになる。これに対し、本実施形態によれば、リップ部６１ａ、６１ｂとは異なる箇所（図３の例では中心通路４２）が最大絞り部となるように設定されているので、シール材５０の磨耗により噴射率が変化することが抑制される。

＜特徴８＞
シール材５０の内側テーパ面５３のうちゲートＭ２に対向する部分には、平坦面５３ａが形成されている。そのため、液状母材の注入圧力が弁体４０の径方向に作用することを抑制できる。よって、液状母材の注入時に、弁体４０と金型Ｍとの位置関係が径方向にずれる量を低減できる。

（第２実施形態）
上記第１実施形態では、弁体４０に型当て面４４が形成されている。これに対し本実施形態では、型当て面４４を廃止しており、シール材５０の内側テーパ面５３ｂは、弁体４０のうち中心通路４２の下流端に位置するエッジ部分Ｅ１から延びる形状である。

また、上記第１実施形態では、金型ＭのキャビティＭ１に液状母材を注入してシール材５０をインサート成形するにあたり、内側テーパ面５３から液状母材を注入している。そのため、内側テーパ面５３には平坦面５３ａ（図４および図５参照）が形成されている。これに対し本実施形態では、外側テーパ面５４から液状母材を注入している。そのため、図８に示すように、内側テーパ面５３ｂに平坦面５３ａが形成されないようになっている。

その結果、シール材５０に形成される凹部５０ｂであって、軸方向仮想面Ｋ１および径方向仮想面Ｋ２から凹む形状の凹部５０ｂを、さらに凹ませた形状にすることが実現されている。具体的には、本実施形態に係る凹部５０ｂは、図８中の２点鎖線に示すエッジ仮想面Ｋ３から凹む形状である。エッジ仮想面Ｋ３とは、弁体４０のうち中心通路４２の下流端に位置するエッジ部分Ｅ１と、シール材５０のシール面５２のうち環状内側に位置するエッジ部分Ｅ２とを直線で結んだ仮想面のことである。換言すると、シール材５０の貫通穴５１壁面（つまり内側テーパ面５３ｂ）は、エッジ仮想面Ｋ３よりも径方向外側に位置している。

以上により、本実施形態によっても、中心軸線Ｃ方向から径方向へと曲がる主流Ｆ１ａの内側に凹部５０ｂが位置することとなる。よって、中心軸線Ｃ方向から径方向へと曲がる流れの主流Ｆ１ａが、低圧となっている凹部５０ｂへと引き寄せられるようになる。そのため、中心軸線Ｃ方向から径方向へと流れの向きが変わることにより生じる圧力損失を低減することができる。

ここで、上記金型ＭのゲートＭ２の吐出口Ｍ２ａを複数個所に設ける場合には、液状母材を射出する装置のノズルから複数の吐出口Ｍ２ａへ液状母材を分配するようにゲートを配置しなければならない。そのため、複数の吐出口Ｍ２ａの離間距離が短いほど、ゲート長さを短くできる点で望ましい。この点を鑑み、上記第１実施形態では、内側テーパ面５３から液状母材を注入しているので、外側テーパ面５４から注入する本実施形態に比べて、複数の吐出口Ｍ２ａの離間距離を短くできる点で有利である。

なお、金型Ｍと弁体４０との接触箇所から、例えば打痕等の傷が原因で液状母材が漏出した場合、漏出した液状母材を除去する仕上げ作業が必要になる。この漏出がシール材５０の環状内側で生じた場合には、シール材５０の貫通穴５１といった狭小エリアで上記仕上げ作業を行うことになるので、シール材５０の環状外側で生じた場合に比べてその作業性が悪い。その一方で、環状内側および外側のいずれにおいても、金型Ｍと弁体４０とを線接触させる構造にした方が、面接触させる構造の場合に比べて燃料噴射弁の体格を径方向に小型化できる点で有利である。

これらの点を鑑み、上記第１実施形態では環状外側を線接触にして環状内側を面接触にしている。そのため、環状外側を線接触にすることで燃料噴射弁の体格を径方向に小型化しつつ、漏出後の処置が困難な環状内側については漏出抑制を図ることができ、この点で、本実施形態に比べて上記第１実施形態は有利である。

（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、以下のように変更して実施してもよい。また、各実施形態の特徴的構成をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。

・上記第１実施形態では、型当て面４４は、中心軸線Ｃに対して垂直に拡がる平面である。これに対し、型当て面４４を、燃料流れ下流側であるほど径寸法が拡大するテーパ状に形成してもよい。

・上記第１実施形態では、弁体４０のうちシール材５０に対して環状内側の部分に型当て面４４を設けており、環状外側の部分には型当て面を設けていない。つまり、環状内側の部分では金型Ｍと面接触するのに対し、環状外側の部分では金型Ｍと線接触する構造である。これに対し、環状外側の部分にも型当て面を設けて、環状外側の部分でも金型Ｍと面接触する構造にしてもよい。但し、環状外側の部分には型当て面を設けていない上記第１実施形態によれば、燃料噴射弁の体格を径方向に小型化できる。

・上記第１実施形態に係る燃料噴射弁は、キャビティＭ１のうち内側テーパ面５３に相当する部分からゲートＭ２を通じて液状母材を注入する構成であり、内側テーパ面５３のうちゲートＭ２に対向する部分に平坦面５３ａが形成されている。これに対し、内側テーパ面５３に相当する部分から注入する構成にしつつ、上記平坦面５３ａを廃止してもよい。

・上記第１実施形態では、内側テーパ面５３から液状母材を注入する構造を採用しつつ、凹部５０ａを、軸方向仮想面Ｋ１および径方向仮想面Ｋ２から凹む形状にしている。これに対し、内側テーパ面５３から注入する構造をそのまま採用しつつ、凹部５０ａを、上記第２実施形態に係るエッジ仮想面Ｋ３から凹む形状にしてもよい。

・上記第１実施形態では、キャビティＭ１を形成する壁面の一部を弁体４０で形成してシール材５０をインサート成形している。これに対し、シール材を弁体とは別に単体で成形し、そのシール材を弁体に接着または嵌め込んで取り付ける構造であってもよい。

・上記第１実施形態では、流入口６０ｂの全体が、仮想線Ｋに対して径方向外側に位置している。これに対し、流入口６０ｂの一部が仮想線Ｋに対して径方向外側に位置していてもよい。また、流入口６０ｂの全体が、仮想線Ｋに対して径方向内側に位置していてもよい。

・上記第１実施形態では、中心通路４２の部分が最大絞り部となるように設定されている。これに対し、複数の噴孔６０ａの流路断面積の総和が、中心通路４２の流路断面積Ｓ３よりも小さくなるように設定して、噴孔６０ａが最大絞り部となるように設定してもよい。

・上記第１実施形態では、中心通路４２の流路断面積Ｓ３が、シート絞り面積よりも小さく設定されている。これに対し、シート絞り面積が、中心通路４２の流路断面積Ｓ３よりも小さく設定されていてもよい。

・上記第１実施形態では、噴孔６０ａが４つ形成されているが、噴孔６０ａの下図は４つに限られるものではない。また、噴孔６０ａは複数である場合に限られず、１つであってもよい。但し、噴孔６０ａは中心軸線Ｃの周りに延びる形状であることを要する。

・上記第１実施形態では、燃料噴射弁１から噴射された燃料をゴム配管で吸気管まで供給する構成である。これに対し、燃料噴射弁１を吸気管に直接取り付け、吸気管内に直接噴射する構成であってもよい。或いは、内燃機関の燃焼室へ直接燃料を噴射するように燃料噴射弁１を搭載させてもよい。

・上記第１実施形態に係る燃料噴射弁は、内燃機関の燃焼に用いる気体燃料を噴射するものであるが、燃料電池へ供給される水素等の気体燃料を噴射するものであってもよい。

・図６に示す実施形態において、テーパ面Ｍ４にて金型Ｍを径方向に位置決めさせることで、中心通路４２に嵌り込む凸部Ｍ５を廃止してもよい。

４０…弁体、４２…中心通路、４２ａ…中心通路を形成する壁面、４３…分岐通路、４３ａ…分岐通路の流出口、５０…シール材、５０ａ…凹部、５２…シール面、６０ａ…噴孔、６０…噴孔ボデー、Ｃ…弁体の中心軸線、Ｋ１…軸方向仮想面、Ｋ２…径方向仮想面。

Claims (4)

1. 気体燃料が噴射される噴孔（６０ａ）が形成された噴孔ボデー（６０）と、
   前記噴孔を開閉させるように作動する弁体であって、該弁体の中心軸線（Ｃ）に沿って燃料を流通させる中心通路（４２）、および前記中心通路から分岐する分岐通路（４３）が形成された弁体（４０）と、
   前記弁体に取り付けられ、前記弁体の閉弁作動にともない前記噴孔ボデーに密着して前記噴孔を閉鎖するシール材（５０）と、
   を備え、
   前記シール材は、前記中心通路の周りに環状に延びる形状であり、前記中心通路を流通した燃料を前記噴孔に対して環状内側からシールするとともに、前記分岐通路を流通した燃料を前記噴孔に対して環状外側からシールするように機能し、
   前記弁体のうち前記中心通路を形成する壁面（４２ａ）を、前記中心軸線の方向に下流側へ延出させた仮想面を軸方向仮想面（Ｋ１）と呼び、前記シール材のシール面（５２）を環状内側に延出させた仮想面を径方向仮想面（Ｋ２）と呼ぶ場合において、
   前記シール材には、前記軸方向仮想面および前記径方向仮想面から凹む形状の凹部（５０ａ）が形成されており、
   さらに前記シール材は、前記弁体に押し当てられた金型（Ｍ）のキャビティ（Ｍ１）に前記シール材の液状母材を注入してインサート成形されており、
   前記弁体のうち前記シール材に対して環状内側の部分には、燃料流れの下流側から前記金型が押し当てられて面接触する型当て面（４４）が設けられていることを特徴とする燃料噴射弁。
2. 前記型当て面は、前記中心軸線に対して垂直に拡がる平面であることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
3. 前記弁体のうち前記中心通路の下流端に位置するエッジ部分（Ｅ１）と、前記シール材のシール面のうち環状内側に位置するエッジ部分（Ｅ２）とを直線で結んだ仮想面をエッジ仮想面（Ｋ３）と呼ぶ場合において、
   前記凹部は、前記エッジ仮想面から凹む形状であることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料噴射弁。
4. 気体燃料が噴射される噴孔（６０ａ）が形成された噴孔ボデー（６０）と、
   前記噴孔を開閉させるように作動する弁体であって、該弁体の中心軸線（Ｃ）に沿って燃料を流通させる中心通路（４２）、および前記中心通路から分岐する分岐通路（４３）が形成された弁体（４０）と、
   前記弁体に取り付けられ、前記弁体の閉弁作動にともない前記噴孔ボデーに密着して前記噴孔を閉鎖するシール材（５０）と、
   を備え、
   前記シール材は、前記中心通路の周りに環状に延びる形状であり、前記中心通路を流通した燃料を前記噴孔に対して環状内側からシールするとともに、前記分岐通路を流通した燃料を前記噴孔に対して環状外側からシールするように機能し、
   前記弁体のうち前記中心通路を形成する壁面（４２ａ）を、前記中心軸線の方向に下流側へ延出させた仮想面を軸方向仮想面（Ｋ１）と呼び、前記シール材のシール面（５２）を環状内側に延出させた仮想面を径方向仮想面（Ｋ２）と呼び、前記弁体のうち前記中心通路の下流端に位置するエッジ部分（Ｅ１）と、前記シール材のシール面のうち環状内側に位置するエッジ部分（Ｅ２）とを直線で結んだ仮想面をエッジ仮想面（Ｋ３）と呼ぶ場合において、
   前記シール材には、前記軸方向仮想面および前記径方向仮想面から凹む形状、かつ、前記エッジ仮想面から凹む形状の凹部（５０ａ）が形成されていることを特徴とする燃料噴射弁。

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