JP6753817B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Description

本発明は、燃料噴射弁に関する。

従来、ニードルと弁ボディとの間に形成され噴孔に接続するサック室の容積を小さくした燃料噴射弁が知られている。例えば特許文献１の燃料噴射弁では、サック室の容積を小さくすることで、燃料噴射後のサック室内の残留燃料を低減している。これにより、噴孔から漏れ出た残留燃料が燃焼することにより発生する煤等の粒子状物質の抑制等を図っている。

特開２００２−２１６８６号公報

特許文献１の燃料噴射弁では、ニードルの一端に、弁座に当接可能なシール部が形成されている。シール部は、略平面状に形成されている。ここで、シール部の中央に、サック室内に突出する突出部が形成されている。これにより、サック室の容積を小さくしている。しかしながら、平面状のシール部に突出部が形成されているため、弁座を通過しシール部に沿って流れる燃料は、突出部の外周壁にぶつかり曲がった後、噴孔に流入する。そのため、曲がり損失等による圧力損失が生じ、噴孔から噴射される燃料の微粒化が損なわれるおそれがある。

また、特許文献１の燃料噴射弁では、シール部の中央に突出部が形成されているため、突出部と弁ボディの内壁との間の距離が短く、突出部と弁ボディの内壁との間に燃料中の異物が挟み込まれるおそれがある。突出部と弁ボディの内壁との間に異物が挟み込まれると、閉弁不良が生じるおそれがある。その結果、閉弁後に噴孔から燃料が漏れ、粒子状物質の増大を招くおそれがある。

本発明の目的は、燃料の圧力損失の増大を招くことなく、燃料噴射後の粒子状物質の発生を抑制可能な燃料噴射弁を提供することにある。

本発明による燃料噴射弁（１）の第１の形態は、弁ボディ（１０）とニードル（３０）と異物捕集部（２５）とを備えている。
弁ボディは、燃料が流れる燃料通路（１００）、燃料通路を形成する内壁（１０１）に形成された弁座（１４）、弁座の下流側で軸（Ａｘ１）方向に凹む凹部（１５）、および、凹部と外壁（１０２）とを接続する噴孔（１３）を有している。
ニードルは、弁座から離間および弁座に当接可能なシール部（３１）を有し、弁ボディの内側において往復移動可能に設けられ、シール部と凹部との間にサック室（１５０）を形成する。

本形態では、シール部は、ニードルの軸方向に突出する曲面状に形成されている。そのため、サック室の容積を小さくすることができる。また、弁座を通過しシール部に沿って流れ噴孔に流入する燃料に、曲がり損失等による圧力損失が生じるのを抑制することができる。
また、凹部における噴孔の開口を入口開口（１３１）、入口開口を通り弁ボディの軸に平行に延びる直線を仮想直線（ＶＬ、ＶＬ１、ＶＬ２、ＶＬ３）、仮想直線と入口開口との交点を入口交点（Ｐｉ、Ｐｉ１、Ｐｉ２、Ｐｉ３）、仮想直線とシール部との交点をニードル交点（Ｐｎ、Ｐｎ１、Ｐｎ２、Ｐｎ３）、同一の仮想直線上の入口交点とニードル交点との距離をＤｈ、弁ボディの軸上における凹部とシール部との距離をＤｓとすると、シール部が弁座に当接しているとき、Ｄｈ＞Ｄｓである。そのため、噴孔の上流側での流路縮小による圧力損失を抑制しつつ、サック室の容積を小さくすることができる。これにより、圧力損失による流量特性の悪化や、流速低下による微粒化特性の悪化を抑制することができる。
また、サック室の容積を小さくすることで、燃料噴射後のサック室内の残留燃料を低減することができる。そのため、残留燃料が噴孔から漏れ出ることによる弁ボディの外壁の燃料濡れを抑制することができる。これにより、燃料噴射後の粒子状物質の発生を抑制することができる。
異物捕集部は、燃料が通過可能な複数の穴部（２５１）を有し、燃料通路を流れる燃料中の異物のうち穴部より大きな異物を捕集可能である。穴部の最大の幅をＤｆとすると、Ｄｓ＞Ｄｆである。

本発明による燃料噴射弁（１）の第２の形態は、弁ボディ（１０）とニードル（３０）と異物捕集部（２５）とを備えている。
弁ボディは、燃料が流れる燃料通路（１００）、燃料通路を形成する内壁（１０１）に形成された弁座（１４）、弁座の下流側で軸（Ａｘ１）方向に凹む凹部（１５）、および、凹部と外壁（１０２）とを接続する噴孔（１３）を有している。
ニードルは、弁座から離間および弁座に当接可能なシール部（３１）を有し、弁ボディの内側において往復移動可能に設けられ、シール部と凹部との間にサック室（１５０）を形成する。
異物捕集部は、燃料が通過可能な複数の穴部（２５１）を有し、燃料通路を流れる燃料中の異物のうち穴部より大きな異物を捕集可能である。

本形態では、シール部が弁座に当接している状態において弁ボディの軸上における凹部とシール部との距離をＤｓ、穴部の最大の幅をＤｆとすると、Ｄｓ＞Ｄｆである。つまり、異物捕集部を通過する異物の大きさは、凹部とシール部との距離Ｄｓより小さい。そのため、異物がニードルのシール部と凹部との間に挟み込まれるのを抑制することができる。これにより、ニードルと凹部との間に異物が挟み込まれることによる閉弁不良を抑制することができる。したがって、閉弁後、噴孔からの燃料の漏れを抑制し、粒子状物質の発生を抑制することができる。
凹部における噴孔の開口である入口開口（１３１）の内径は、Ｄｓより大きい。

第１実施形態による燃料噴射弁を示す断面図。 第１実施形態による燃料噴射弁の噴孔、および、その近傍を示す断面図。 サック室の容積と燃料濡れ量との関係を示す図。 第１実施形態による燃料噴射弁の開弁時における噴孔、および、その近傍を示す断面図。 比較形態による燃料噴射弁の開弁時における噴孔、および、その近傍を示す断面図。 第２実施形態による燃料噴射弁の開弁時における噴孔、および、その近傍を示す断面図。 第３実施形態による燃料噴射弁の開弁時における噴孔、および、その近傍を示す断面図。

以下、複数の実施形態による燃料噴射弁を図面に基づき説明する。なお、複数の実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。また、複数の実施形態において実質的に同一の構成部位は、同一または同様の作用効果を奏する。
（第１実施形態）

第１実施形態による燃料噴射弁を図１に示す。燃料噴射弁１は、例えば内燃機関としてのガソリンエンジン（以下、単に「エンジン」という）に適用され、燃料としてのガソリンを噴射しエンジンに供給する。燃料噴射弁１は、燃料をエンジンの燃焼室に直接噴射する。このように、燃料噴射弁１は、直噴式のガソリンエンジンに適用される。

次に、燃料噴射弁１の基本的な構成について、図１に基づき説明する。
燃料噴射弁１は、弁ボディ１０、ハウジング２０、異物捕集部としてのフィルタ２５、ニードル３０、可動コア４０、固定コア５１、弁座側付勢部材としてのスプリング５２、固定コア側付勢部材としてのスプリング５３、コイル５５等を備えている。

弁ボディ１０は、例えばマルテンサイト系ステンレス等の金属により形成されている。弁ボディ１０は、所定の硬度を有するよう焼入れ処理が施されている。図１に示すように、弁ボディ１０は、筒部１１、底部１２、噴孔１３、および、弁座１４等を有している。

筒部１１は、略円筒状に形成されている。底部１２は、筒部１１の一端を塞いでいる。すなわち、弁ボディ１０は、有底筒状に形成されている。噴孔１３は、底部１２の筒部１１側の面すなわち弁ボディ１０の内壁１０１と、筒部１１とは反対側の面すなわち弁ボディ１０の外壁１０２とを接続するよう形成されている（図２参照）。噴孔１３は、底部１２に複数形成されている。本実施形態では、噴孔１３は、例えば底部１２の周方向に等間隔で６つ形成されている。弁座１４は、弁ボディ１０の内壁１０１のうち底部１２の筒部１１側において噴孔１３の周囲に環状に形成されている。弁ボディ１０の構成等については、後に詳述する。

ハウジング２０は、第１筒部２１、第２筒部２２、第３筒部２３、インレット部２４等を有している。
第１筒部２１、第２筒部２２および第３筒部２３は、いずれも略円筒状に形成されている。第１筒部２１、第２筒部２２および第３筒部２３は、第１筒部２１、第２筒部２２、第３筒部２３の順に同軸となるよう配置され、互いに接続している。

第１筒部２１および第３筒部２３は、例えばフェライト系ステンレス等の磁性材料により形成され、磁気安定化処理が施されている。第２筒部２２は、例えばオーステナイト系ステンレス等の非磁性材料により形成されている。第２筒部２２は、磁気絞り部として機能する。
第１筒部２１は、第２筒部２２とは反対側の端部の内壁が弁ボディ１０の筒部１１の外周壁に嵌合するよう設けられている。

固定コア５１は、第３筒部２３と同様、例えばフェライト系ステンレス等の磁性材料により略円筒状に形成されている。固定コア５１は、磁気安定化処理が施されている。固定コア５１は、外周壁が第３筒部２３の内周壁に接合するよう第３筒部２３と一体に形成されている。
インレット部２４は、固定コア５１と同様、例えばフェライト系ステンレス等の磁性材料により筒状に形成されている。インレット部２４は、一端が固定コア５１の弁ボディ１０とは反対側の端部に接続するよう、固定コア５１と一体に形成されている。このように、本実施形態では、第３筒部２３と固定コア５１とインレット部２４とは、同一の材料で一体に形成されている。なお、固定コア５１の内径とインレット部２４の内径とは同じに設定されている。

インレット部２４の内側、固定コア５１の内側、第２筒部２２の内側、第１筒部２１の内側、弁ボディ１０の内側には燃料通路１００が形成されている。すなわち、弁ボディ１０の内壁１０１は、燃料通路１００の一部を形成している。
燃料通路１００は、インレット部２４の固定コア５１とは反対側の端部開口と噴孔１３とを接続している。インレット部２４の固定コア５１とは反対側の端部には、図示しない配管が接続される。これにより、燃料通路１００には、図示しない燃料供給源（燃料ポンプ）からの燃料が配管を経由して流入する。燃料通路１００は、燃料を噴孔１３に導く。

フィルタ２５は、例えば有底筒状に形成されている。フィルタ２５は、底部側が弁ボディ１０側を向くよう、インレット部２４の固定コア５１とは反対側の端部の内側に設けられている（図１参照）。フィルタ２５は、複数の穴部２５１を有している。穴部２５１は、フィルタ２５の内側と外側とを接続している。そのため、燃料は、穴部２５１を通過可能である。ここで、穴部２５１の最大の幅より大きな燃料中の異物は、穴部２５１を通過することができない。つまり、フィルタ２５は、燃料通路１００を配管側から噴孔１３側に流れる燃料中の異物のうち穴部２５１より大きな異物を捕集可能である。これにより、穴部２５１より大きな異物が燃料通路１００の噴孔１３側に流れるのを抑制することができる。

ニードル３０は、例えばマルテンサイト系ステンレス等の金属により棒状に形成されている。ニードル３０は、所定の硬度を有するよう焼入れ処理が施されている。
ニードル３０は、燃料通路１００内をハウジング２０の軸方向へ往復移動可能なようハウジング２０の内側に設けられている。ニードル３０は、ニードル本体３０１、シール部３１、鍔部３４等を有している。
ニードル本体３０１は、棒状に形成されている。
シール部３１は、ニードル本体３０１の一端、すなわち、弁ボディ１０側の端部においてニードル本体３０１と一体に形成されている。シール部３１は、弁座１４に当接可能である。つまり、ニードル３０は、シール部３１が弁座１４から離間および弁座１４に当接可能なよう弁ボディ１０の内側において往復移動可能に設けられている。

鍔部３４は、ニードル本体３０１の他端、すなわち、シール部３１とは反対側の端部から径方向外側へ延びるよう略円筒状に形成されている。鍔部３４は、ニードル本体３０１と一体に形成されている。なお、鍔部３４は、シール部３１が弁座１４に当接しているとき、固定コア５１の弁ボディ１０側の端部の内側に位置するよう形成されている。また、このとき、鍔部３４の弁ボディ１０側の面は、固定コア５１の弁ボディ１０側の端面よりも弁ボディ１０側に位置している。また、鍔部３４の外径は、固定コア５１の内径より小さい。そのため、燃料は、燃料通路１００において鍔部３４の外周壁と固定コア５１の内周壁との間の隙間を流通することができる。

ニードル３０は、シール部３１が弁座１４から離間（離座）または弁座１４に当接（着座）し、噴孔１３を開閉する。以下、適宜、ニードル３０が弁座１４から離間する方向を開弁方向といい、ニードル３０が弁座１４に当接する方向を閉弁方向という。

可動コア４０は、例えばフェライト系ステンレス等の磁性材料により形成されている。可動コア４０は、磁気安定化処理が施されている。可動コア４０は、ハウジング２０の第１筒部２１と第２筒部２２との接続部の内側に設けられている。
可動コア４０は、略円柱状に形成されている。可動コア４０には、凹部４１、軸穴４２、通孔４３が形成されている。

凹部４１は、可動コア４０の弁ボディ１０側の端面の中央から弁ボディ１０とは反対側へ凹むようにして形成されている。軸穴４２は、可動コア４０の軸を通るよう、可動コア４０の弁ボディ１０とは反対側の端面と凹部４１の底面とを接続するようにして形成されている。通孔４３は、可動コア４０の弁ボディ１０側の端面と、可動コア４０の弁ボディ１０とは反対側の端面とを接続するよう形成されている。通孔４３は、凹部４１の径方向外側において可動コア４０の周方向に等間隔で複数形成されている。

可動コア４０は、軸穴４２にニードル本体３０１が挿通された状態でハウジング２０の内側に設けられている。すなわち、可動コア４０は、ニードル本体３０１の径方向外側に設けられている。可動コア４０は、鍔部３４の弁ボディ１０側において、ニードル本体３０１に対し軸方向に相対移動可能である。可動コア４０の軸穴４２を形成する内壁は、ニードル本体３０１の外周壁と摺動可能である。また、可動コア４０の外周壁は、ハウジング２０の第１筒部２１および第２筒部２２の内周壁と摺動可能である。これにより、可動コア４０およびニードル３０は、ハウジング２０の内側における軸方向の往復移動が案内される。
可動コア４０は、弁ボディ１０とは反対側の面のうち軸穴４２周りの部分が、鍔部３４の弁ボディ１０側の面に当接、または、鍔部３４の弁ボディ１０側の面から離間可能である。可動コア４０の弁ボディ１０とは反対側の面が固定コア５１および鍔部３４に当接した状態では、ニードル３０のシール部３１は弁座１４から離間、すなわち、開弁した状態となる。

固定コア５１の内側には、円筒状のアジャスティングパイプ５４が圧入されている。
スプリング５２は、例えばコイルスプリングであり、固定コア５１の内側のアジャスティングパイプ５４とニードル３０との間に設けられている。スプリング５２の一端は、アジャスティングパイプ５４に当接している。スプリング５２の他端は、鍔部３４またはニードル本体３０１の弁ボディ１０とは反対側の端面に当接している。スプリング５２は、可動コア４０をニードル３０とともに弁ボディ１０側、すなわち、閉弁方向に付勢可能である。スプリング５２の付勢力は、固定コア５１に対するアジャスティングパイプ５４の位置により調整される。

コイル５５は、略円筒状に形成され、ハウジング２０のうち特に第２筒部２２と第３筒部２３との接続部の径方向外側を囲むようにして設けられている。また、コイル５５の径方向外側には、コイル５５を覆うようにして筒状のホルダ２６が設けられている。ホルダ２６は、例えばフェライト系ステンレス等の磁性材料により形成されている。ホルダ２６は、一端の内周壁が第１筒部２１の外周壁に接続し、他端が第３筒部２３の外周壁に磁気的に接続している。

コイル５５は、電力が供給（通電）されると磁力を生じる。コイル５５に磁力が生じると、磁気絞り部としての第２筒部２２を避けて、可動コア４０、第１筒部２１、ホルダ２６、第３筒部２３および固定コア５１に磁気回路が形成される。これにより、固定コア５１と可動コア４０との間に磁気吸引力が発生し、可動コア４０は、ニードル３０とともに固定コア５１側に吸引される。これにより、ニードル３０が開弁方向に移動し、シール部３１が弁座１４から離間し、開弁する。その結果、噴孔１３が開放される。このように、コイル５５は、通電されると、可動コア４０を固定コア５１側に吸引しニードル３０を弁座１４とは反対側に移動させることが可能である。

なお、可動コア４０が磁気吸引力により固定コア５１側（開弁方向）に吸引されると、ニードル３０の鍔部３４は、固定コア５１の内側を軸方向に移動する。このとき、鍔部３４の外周壁と固定コア５１の内周壁とは摺動しない。
鍔部３４の外周壁と固定コア５１の内周壁との間には、略円筒状の隙間が常に形成されている。そのため、固定コア５１と可動コア４０とが当接していないとき、鍔部３４に対しインレット部２４側の燃料は、当該略円筒状の隙間、固定コア５１と可動コア４０との間、通孔４３を経由して可動コア４０に対し弁ボディ１０側に流れることができる。

また、可動コア４０は、磁気吸引力により固定コア５１側（開弁方向）に吸引されると、固定コア５１側の端面が固定コア５１の可動コア４０側の端面に衝突する。これにより、可動コア４０は、開弁方向への移動が規制される。

可動コア４０が固定コア５１側に吸引されている状態でコイル５５への通電を停止すると、ニードル３０および可動コア４０は、スプリング５２の付勢力により、弁座１４側へ付勢される。これにより、ニードル３０が閉弁方向に移動し、シール部３１が弁座１４に当接し、閉弁する。その結果、噴孔１３が閉塞される。

スプリング５３は、例えばコイルスプリングであり、一端が可動コア４０の弁ボディ１０側の端面のうち凹部４１と通孔４３との間に当接し、他端がハウジング２０の第１筒部２１の内壁の段差面に当接した状態で設けられている。スプリング５３は、可動コア４０を固定コア５１側、すなわち、開弁方向に付勢可能である。スプリング５３の付勢力は、スプリング５２の付勢力よりも小さい。そのため、コイル５５に通電されていないとき、ニードル３０は、スプリング５２によりシール部３１が弁座１４に押し付けられ、可動コア４０は、スプリング５３により鍔部３４に押し付けられる。

図１に示すように、第３筒部２３の径方向外側は、樹脂からなるモールド部５６によりモールドされている。当該モールド部５６から径方向外側へ突出するようコネクタ部５７が形成されている。コネクタ部５７には、コイル５５へ電力を供給するための端子５７１がインサート成形されている。

配管からインレット部２４に流入した燃料は、フィルタ２５、固定コア５１およびアジャスティングパイプ５４の内側、鍔部３４と固定コア５１との間の隙間、固定コア５１と可動コア４０との間、通孔４３、ニードル３０とハウジング２０の内壁との間、ニードル３０と弁ボディ１０の内壁１０１との間、すなわち、燃料通路１００を流通し、噴孔１３に導かれる。なお、燃料噴射弁１の作動時、可動コア４０およびニードル３０の周囲は燃料で満たされた状態となる。また、燃料噴射弁１の作動時、可動コア４０の通孔４３を燃料が流通する。そのため、可動コア４０およびニードル３０は、ハウジング２０の内側で軸方向に円滑に往復移動可能である。
本実施形態の燃料噴射弁１の使用時に想定される燃料通路１００内の燃料の圧力は、例えば１〜１００ＭＰａ程度である。

次に、本実施形態の弁ボディ１０の構成等について、図２に基づき詳細に説明する。なお、図２では、ニードル３０が弁座１４に当接し閉弁している状態を示している。
図２に示すように、弁ボディ１０は、凹部１５、入口開口１３１、出口開口１３２、噴孔内壁１３３、噴孔１３、弁座１４を有している。

凹部１５は、底部１２の筒部１１側の面の弁座１４の内側の部分からニードル３０とは反対側へ円形に凹むようにして形成されている。凹部１５には、平面部１５１、テーパ部１５２、曲面部１５３が形成されている。
平面部１５１は、凹部１５の底面の中央に円形の平面状に形成されている。平面部１５１は、中央を弁ボディ１０の軸Ａｘ１が通り、軸Ａｘ１に概ね直交するよう形成されている。テーパ部１５２は、平面部１５１の径方向外側に連続するよう環状に形成されている。テーパ部１５２は、平面部１５１から開弁方向へ向かうに従い弁ボディ１０の軸Ａｘ１から離れるようテーパ状に形成されている。曲面部１５３は、テーパ部１５２と弁座１４とを接続するよう曲面状に形成されている。

本実施形態では、入口開口１３１は、テーパ部１５２に形成されている。出口開口１３２は、底部１２の筒部１１とは反対側の面である外壁１０２に形成されている。なお、外壁１０２は、弁ボディ１０の軸方向に突出するよう曲面状に形成されている。
噴孔内壁１３３は、入口開口１３１と出口開口１３２とを接続している。噴孔１３は、噴孔内壁１３３により形成されており、入口開口１３１から流入した燃料を出口開口１３２から噴射する。

弁座１４は、閉弁方向へ向かうに従い弁ボディ１０の軸Ａｘ１に近づくようテーパ状に形成されている。
本実施形態では、噴孔１３は、中心線である噴孔中心線ＣＬ１が弁ボディ１０の軸Ａｘ１と交差するよう形成されている。
また、本実施形態では、噴孔内壁１３３は、略円筒状に形成されている。つまり、噴孔内壁１３３は、噴孔中心線ＣＬ１に垂直な平面による断面の形状が円形となるよう形成されている。そのため、噴孔内壁１３３は、入口開口１３１側から出口開口１３２側にかけて内径が同一となるストレート状に形成されている。

また、本実施形態では、弁座１４を凹部１５側へ延長した仮想面ＶＳ１は、噴孔１３の内壁である噴孔内壁１３３と交わる（図２参照）。すなわち、弁ボディ１０の軸Ａｘ１を含む仮想平面ＶＰ１による断面において、弁座１４に沿って延びる仮想直線ＶＬｓは、噴孔内壁１３３のうち軸Ａｘ１側の部位を通る。そのため、シール部３１が弁座１４から離間しているとき、弁座１４に沿って噴孔１３側へ流れる燃料は、入口開口１３１を経由して噴孔内壁１３３のうち軸Ａｘ１側の部位にぶつかり、噴孔内壁１３３に沿って出口開口１３２側へ流れる。

本実施形態では、シール部３１は、ニードル３０の軸方向に突出する曲面状に形成されている。より具体的には、シール部３１は、ニードル３０の軸方向に突出する球面状に形成されている。すなわち、シール部３１は、ＳＲ形状であり、ニードル３０の軸上の点を中心とする仮想球面の一部に一致する。そのため、ニードル３０の軸を含む仮想平面ＶＰ２による断面において、シール部３１の壁面の曲率は、ニードル３０の径方向で一定である。

シール部３１は、外縁部近傍の環状の部位が弁座１４に当接可能である。シール部３１が弁座１４に当接、すなわち、閉弁しているとき、弁座１４の上流側の燃料が弁座１４の下流側に流れることが規制される。また、このとき、シール部３１と凹部１５と弁座１４の内縁部との間にサック室１５０が形成される。より詳細には、サック室１５０は、弁座１４とシール部３１との環状の当接部位の内側において、シール部３１と凹部１５と弁座１４の内縁部とに囲まれた空間である。本実施形態では、サック室１５０の容積は、例えば０．０６ｍｍ³より小さく設定されている。
なお、以下、シール部３１が弁座１４から離間している状態、すなわち、開弁時においても、上記閉弁時に形成されるサック室１５０に対応する空間をサック室１５０ということがある。

図２に示すように、本実施形態では、凹部１５における噴孔１３の開口である入口開口１３１を通り弁ボディ１０の軸Ａｘ１に平行に延びる直線を仮想直線ＶＬ、仮想直線ＶＬと入口開口１３１との交点を入口交点Ｐｉ、仮想直線ＶＬとシール部３１との交点をニードル交点Ｐｎ、同一の仮想直線ＶＬ上の入口交点Ｐｉとニードル交点Ｐｎとの距離をＤｈ、弁ボディ１０の軸Ａｘ１上における凹部１５とシール部３１との距離をＤｓとすると、シール部３１が弁座１４に当接しているとき、Ｄｈ＞Ｄｓである。

より詳細には、入口開口１３１のうち最も軸Ａｘ１に近い部位を通り弁ボディ１０の軸Ａｘ１に平行に延びる直線を仮想直線ＶＬ１、仮想直線ＶＬ１と入口開口１３１との交点を入口交点Ｐｉ１、仮想直線ＶＬ１とシール部３１との交点をニードル交点Ｐｎ１、同一の仮想直線ＶＬ１上の入口交点Ｐｉ１とニードル交点Ｐｎ１との距離をＤｈ１とすると、シール部３１が弁座１４に当接しているとき、Ｄｈ１＞Ｄｓである。

また、入口開口１３１と噴孔中心線ＣＬ１との交点を通り弁ボディ１０の軸Ａｘ１に平行に延びる直線を仮想直線ＶＬ２、仮想直線ＶＬ２と入口開口１３１との交点を入口交点Ｐｉ２、仮想直線ＶＬ２とシール部３１との交点をニードル交点Ｐｎ２、同一の仮想直線ＶＬ２上の入口交点Ｐｉ２とニードル交点Ｐｎ２との距離をＤｈ２とすると、シール部３１が弁座１４に当接しているとき、Ｄｈ２＞Ｄｓである。

また、入口開口１３１のうち最も軸Ａｘ１から遠い部位を通り弁ボディ１０の軸Ａｘ１に平行に延びる直線を仮想直線ＶＬ３、仮想直線ＶＬ３と入口開口１３１との交点を入口交点Ｐｉ３、仮想直線ＶＬ３とシール部３１との交点をニードル交点Ｐｎ３、同一の仮想直線ＶＬ３上の入口交点Ｐｉ３とニードル交点Ｐｎ３との距離をＤｈ３とすると、シール部３１が弁座１４に当接しているとき、Ｄｈ３＞Ｄｓである。
なお、本実施形態では、Ｄｈ３＞Ｄｈ２＞Ｄｈ１である。
また、本実施形態では、Ｄｓ＞Ｄｆである。

次に、本実施形態の燃料噴射弁１の効果について説明する。
図３は、サック室１５０の容積と燃料濡れ量との関係を示す図である。ここで、「燃料濡れ量」とは、ニードル３０の閉弁後、サック室１５０内の残留燃料が噴孔１３から漏れ出て弁ボディ１０の外壁１０２に付着した量のことである。燃料濡れ量が多い場合、煤等の粒子状物質の発生量が多くなるおそれがある。図３から、サック室１５０の容積が小さいほど、燃料濡れ量が少なくなることがわかる。上述のように、本実施形態では、サック室１５０の容積は、０．０６ｍｍ³より小さく設定されている。そのため、燃料濡れ量を少なくすることができ、煤等の粒子状物質の発生量を低減することができる。

また、上述のように、本実施形態では、フィルタ２５の穴部２５１の最大の幅がＤｆに設定されているため、大きさがＤｆより大きな異物がサック室１５０に流れてくるのを抑制することができる。また、Ｄｓ＞Ｄｆのため、異物がニードル３０のシール部３１と凹部１５との間に挟み込まれるのを抑制することができる。

図４は、本実施形態による燃料噴射弁１の開弁時における噴孔１３、および、その近傍の断面図である。図５は、比較形態による燃料噴射弁の開弁時における噴孔１３、および、その近傍の断面図である。ここで、比較形態は、物理的な構成は本実施形態と略同様であるものの、シール部３１が弁座１４に当接しているとき、Ｄｈ＜Ｄｓである点が本実施形態と異なる。
図４、５において、図面が煩雑になることを避けるため、部材の断面のハッチングを省略している。また、図中、網掛けが濃い部分ほど、圧力が高いことを意味している。

図４に示すように、本実施形態では、開弁時、弁座１４と噴孔１３との間、すなわち、噴孔１３の上流側の圧力は、概ね高く均一であることがわかる。つまり、本実施形態では、弁座１４を通過しシール部３１に沿って流れ噴孔１３に流入する燃料の圧力損失を抑制できることがわかる。
一方、図５に示すように、比較形態では、開弁時、噴孔１３の上流側の圧力は、特に軸Ａｘ１側の一部において低くなっていることがわかる。つまり、比較形態では、弁座１４を通過しシール部３１に沿って流れ噴孔１３に流入する燃料に圧力損失が生じることがわかる。
なお、本実施形態では、弁座１４を凹部１５側へ延長した仮想面ＶＳ１が噴孔内壁１３３と交わるため、開弁時、弁座１４に沿って噴孔１３側へ流れる燃料は、噴孔内壁１３３のうち軸Ａｘ１側の部位にぶつかり、噴孔内壁１３３に沿って出口開口１３２側へ流れ、噴射される。

以上説明したように、（１）本実施形態は、弁ボディ１０とニードル３０とを備えている。
弁ボディ１０は、燃料が流れる燃料通路１００、燃料通路１００を形成する内壁１０１に形成された弁座１４、弁座１４の下流側で軸Ａｘ１方向に凹む凹部１５、および、凹部１５と外壁１０２とを接続する噴孔１３を有している。
ニードル３０は、弁座１４から離間および弁座１４に当接可能なシール部３１を有し、弁ボディ１０の内側において往復移動可能に設けられ、シール部３１と凹部１５との間にサック室１５０を形成する。

本実施形態では、シール部３１は、ニードル３０の軸方向に突出する曲面状に形成されている。そのため、サック室１５０の容積を小さくすることができる。また、弁座１４を通過しシール部３１に沿って流れ噴孔１３に流入する燃料に、曲がり損失等による圧力損失が生じるのを抑制することができる。
また、凹部１５における噴孔１３の開口を入口開口１３１、入口開口１３１を通り弁ボディ１０の軸Ａｘ１に平行に延びる直線を仮想直線ＶＬ、仮想直線ＶＬと入口開口１３１との交点を入口交点Ｐｉ、仮想直線ＶＬとシール部３１との交点をニードル交点Ｐｎ、同一の仮想直線ＶＬ上の入口交点Ｐｉとニードル交点Ｐｎとの距離をＤｈ、弁ボディ１０の軸Ａｘ１上における凹部１５とシール部３１との距離をＤｓとすると、シール部３１が弁座１４に当接しているとき、Ｄｈ＞Ｄｓである。そのため、噴孔１３の上流側での流路縮小による圧力損失を抑制しつつ、サック室１５０の容積を小さくすることができる。これにより、圧力損失による流量特性の悪化や、流速低下による微粒化特性の悪化を抑制することができる。
また、サック室１５０の容積を小さくすることで、燃料噴射後のサック室１５０内の残留燃料を低減することができる。そのため、残留燃料が噴孔１３から漏れ出ることによる弁ボディ１０の外壁１０２の燃料濡れを抑制することができる。これにより、燃料噴射後の粒子状物質の発生を抑制することができる。
また、本実施形態では、サック室１５０の容積を小さくすることによる副次的な効果として、開弁時のサック室１５０内の昇圧が速くなるため、噴射初期の燃料の流速が向上し、微粒化の改善効果が期待できる。

また、（２）、（３）本実施形態は、弁ボディ１０とニードル３０とフィルタ２５とを備えている。
フィルタ２５は、燃料が通過可能な複数の穴部２５１を有し、燃料通路を流れる燃料中の異物のうち穴部２５１より大きな異物を捕集可能である。
本実施形態では、弁ボディ１０の軸Ａｘ１上における凹部１５とシール部３１との距離をＤｓ、穴部２５１の最大の幅をＤｆとすると、Ｄｓ＞Ｄｆである。つまり、フィルタ２５を通過する異物の大きさは、凹部１５とシール部３１との距離Ｄｓより小さい。そのため、異物がニードル３０のシール部３１と凹部１５との間に挟み込まれるのを抑制することができる。これにより、ニードル３０と凹部１５との間に異物が挟み込まれることによる閉弁不良を抑制することができる。したがって、閉弁後、噴孔１３からの燃料の漏れを抑制し、粒子状物質の発生を抑制することができる。

また、（４）本実施形態では、シール部３１は、ニードル３０の軸方向に突出する曲面状に形成されている。
また、（５）本実施形態では、シール部３１は、ニードル３０の軸方向に突出する球面状に形成されている。そのため、サック室１５０の容積を小さくすることができる。また、弁座１４を通過しシール部３１に沿って流れ噴孔１３に流入する燃料に、曲がり損失等による圧力損失が生じるのをより効果的に抑制することができる。また、シール部３１を切削または研磨等により容易かつ高精度に形成することができる。

また、（６）本実施形態では、弁座１４を凹部１５側へ延長した仮想面ＶＳ１は、噴孔１３の内壁である噴孔内壁１３３と交わる。そのため、開弁時、弁座１４に沿って噴孔１３側へ流れる燃料は、噴孔内壁１３３のうち軸Ａｘ１側の部位にぶつかり、噴孔内壁１３３に沿って出口開口１３２側へ流れ、噴射される。これにより、燃料は、液膜化され、微粒化が促進される。

また、（７）本実施形態では、サック室１５０の容積は、０．０６ｍｍ³より小さい。そのため、ニードル３０の閉弁後、サック室１５０内の残留燃料が噴孔１３から漏れ出て弁ボディ１０の外壁１０２に付着する量である燃料濡れ量を少なくすることができる。これにより、煤等の粒子状物質の発生量をより一層低減することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態による燃料噴射弁の一部を図６に示す。第２実施形態は、噴孔１３の構成が第１実施形態と異なる。
第２実施形態では、噴孔１３の噴孔内壁１３３は、入口開口１３１側から出口開口１３２側へ向かうに従い噴孔中心線ＣＬ１から離れるようテーパ状に形成されている。そのため、燃料が噴孔１３から噴射されるとき、燃料の液膜化がさらに促進され、燃料の微粒化がより一層期待できる。
第２実施形態は、上述した点以外の構成は、第１実施形態と同様である。

（第３実施形態）
第３実施形態による燃料噴射弁の一部を図７に示す。第３実施形態は、弁ボディ１０およびニードル３０の構成が第２実施形態と異なる。
第３実施形態では、弁ボディ１０は、凸部１６をさらに有している。凸部１６は、複数の入口開口１３１の軸Ａｘ１側において凹部１５からシール部３１側へ円形に突出するよう形成されている。より詳細には、凸部１６は、凹部１５の平面部１５１およびテーパ部１５２の内縁部からシール部３１側へ突出するよう形成されている。そのため、サック室１５０の容積をより小さくすることができる。

第３実施形態では、第１、２実施形態と同様、シール部３１は、ニードル３０の軸方向に突出する曲面状、かつ、球面状に形成されている。ただし、第３実施形態では、ニードル３０の軸を含む仮想平面ＶＰ２による断面において、シール部３１の壁面の曲率は、ニードル３０の径方向外側へ向かうに従い変化する。
第３実施形態では、Ｄｈ１＞Ｄｈ２＞Ｄｈ３である。
第３実施形態は、上述した点以外の構成は第２実施形態と同様である。
なお、第３実施形態においても、Ｄｈ＞Ｄｓ、Ｄｓ＞Ｄｆである。そのため、弁座１４と噴孔１３との間における燃料の圧力損失を抑制するとともに、燃料噴射後の粒子状物質の発生を抑制することができる。

（他の実施形態）
本発明の他の実施形態では、異物捕集部は、燃料が通過可能な穴部を有しているのであれば、例えばメッシュフィルタ、多孔性物質等、どのような材料により形成されていてもよい。また、異物捕集部は、Ｄｓ≦Ｄｆとなるよう形成されていてもよい。また、本発明の他の実施形態では、燃料噴射弁は、異物捕集部を備えていなくてもよい。この場合、燃料噴射弁の上流側で燃料中の異物を除去しておくことが望ましい。

また、本発明の他の実施形態では、Ｄｈ≦Ｄｓであってもよい。この場合、燃料噴射弁は異物捕集部を備え、Ｄｓ＞Ｄｆであることが望ましい。
また、本発明の他の実施形態では、Ｄｈ１とＤｈ２とＤｈ３との関係は、どのように設定されていてもよい。

また、上述の実施形態では、シール部３１は、ニードル３０の軸方向に突出する曲面状、かつ、球面状に形成される例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、シール部３１は、非球面の曲面状、平面状、または、閉弁方向へ向かうに従いニードル３０の軸に近づくテーパ状に形成されていてもよい。さらに、シール部３１は、凹部１５側へ突出する突出部を有していてもよい。これらの場合、燃料噴射弁は異物捕集部を備え、Ｄｓ＞Ｄｆであることが望ましい。
また、本発明の他の実施形態では、弁座１４を凹部１５側へ延長した仮想面ＶＳ１は、噴孔内壁１３３と交わらなくてもよい。

また、本発明の他の実施形態では、サック室１５０の容積は、０．０６ｍｍ³より小さければ、どのような大きさに設定されていてもよい。ただし、サック室１５０の容積を小さくし過ぎると、噴孔１３の上流側における圧力損失が増大するおそれがあるため、サック室１５０の容積は、所定値以上で、かつ、０．０６ｍｍ³より小さく設定されることが望ましい。
また、本発明の他の実施形態では、サック室１５０の容積は、０．０６ｍｍ³以上に設定されていてもよい。

また、本発明の他の実施形態では、噴孔１３は、６つに限らず、弁ボディ１０にいくつ形成されていてもよい。
また、本発明の他の実施形態では、凹部１５は、平面部１５１またはテーパ部１５２の一方を有していなくてもよい。
また、本発明の他の実施形態では、弁ボディ１０の筒部１１と底部１２とは、別体に形成されていてもよい。また、本発明の他の実施形態では、ハウジング２０の第１筒部２１と弁ボディ１０の筒部１１とは、一体に形成されていてもよい。また、本発明の他の実施形態では、第３筒部２３と固定コア５１とインレット部２４とは別体に形成されていてもよい。

また、本発明の他の実施形態では、ハウジング２０の第１筒部２１と第２筒部２２と第３筒部２３とは、一体に形成されていてもよい。この場合、例えば、第２筒部２２を薄肉に形成し、磁気絞り部とすればよい。

また、上述の実施形態では、直噴式のガソリンエンジンに燃料噴射弁を適用する例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、燃料噴射弁を、例えばディーゼルエンジンやポート噴射式のガソリンエンジン等に適用してもよい。
このように、本開示は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１ 燃料噴射弁、１０ 弁ボディ、１３ 噴孔、１４ 弁座、１００ 燃料通路、１０１ 内壁、１０２ 外壁、１３１ 入口開口、１５０ サック室、２５ フィルタ（異物捕集部）、２５１ 穴部、３０ ニードル、３１ シール部、ＶＬ、ＶＬ１、ＶＬ２、ＶＬ３ 仮想直線、Ｐｉ、Ｐｉ１、Ｐｉ２、Ｐｉ３ 入口交点、Ｐｎ、Ｐｎ１、Ｐｎ２、Ｐｎ３ ニードル交点

Claims (7)

1. 燃料が流れる燃料通路（１００）、前記燃料通路を形成する内壁（１０１）に形成された弁座（１４）、前記弁座の下流側で軸（Ａｘ１）方向に凹む凹部（１５）、および、前記凹部と外壁（１０２）とを接続する噴孔（１３）を有する弁ボディ（１０）と、
   前記弁座から離間および前記弁座に当接可能なシール部（３１）を有し、前記弁ボディの内側において往復移動可能に設けられ、前記シール部と前記凹部との間にサック室（１５０）を形成するニードル（３０）と、
   燃料が通過可能な複数の穴部（２５１）を有し、前記燃料通路を流れる燃料中の異物のうち前記穴部より大きな異物を捕集可能な異物捕集部（２５）と、を備え、
   前記シール部は、前記ニードルの軸方向に突出する曲面状に形成されており、
   前記凹部における前記噴孔の開口を入口開口（１３１）、前記入口開口を通り前記弁ボディの軸（Ａｘ１）に平行に延びる直線を仮想直線（ＶＬ、ＶＬ１、ＶＬ２、ＶＬ３）、前記仮想直線と前記入口開口との交点を入口交点（Ｐｉ、Ｐｉ１、Ｐｉ２、Ｐｉ３）、前記仮想直線と前記シール部との交点をニードル交点（Ｐｎ、Ｐｎ１、Ｐｎ２、Ｐｎ３）、同一の前記仮想直線上の前記入口交点と前記ニードル交点との距離をＤｈ、前記弁ボディの軸上における前記凹部と前記シール部との距離をＤｓとすると、
   前記シール部が前記弁座に当接しているとき、Ｄｈ＞Ｄｓであり、
   前記穴部の最大の幅をＤｆとすると、
   Ｄｓ＞Ｄｆである燃料噴射弁（１）。
2. 燃料が流れる燃料通路（１００）、前記燃料通路を形成する内壁（１０１）に形成された弁座（１４）、前記弁座の下流側で軸（Ａｘ１）方向に凹む凹部（１５）、および、前記凹部と外壁（１０２）とを接続する噴孔（１３）を有する弁ボディ（１０）と、
   前記弁座から離間および前記弁座に当接可能なシール部（３１）を有し、前記弁ボディの内側において往復移動可能に設けられ、前記シール部と前記凹部との間にサック室（１５０）を形成するニードル（３０）と、
   燃料が通過可能な複数の穴部（２５１）を有し、前記燃料通路を流れる燃料中の異物のうち前記穴部より大きな異物を捕集可能な異物捕集部（２５）と、を備え、
   前記シール部が前記弁座に当接している状態において前記弁ボディの軸上における前記凹部と前記シール部との距離をＤｓ、前記穴部の最大の幅をＤｆとすると、
   Ｄｓ＞Ｄｆであり、
   前記凹部における前記噴孔の開口である入口開口（１３１）の内径は、Ｄｓより大きい燃料噴射弁（１）。
3. 前記シール部は、前記ニードルの軸方向に突出する曲面状に形成されている請求項２に記載の燃料噴射弁。
4. 前記シール部は、前記ニードルの軸方向に突出する球面状に形成されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
5. 前記弁座を前記凹部側へ延長した仮想面（ＶＳ１）は、前記噴孔の内壁（１３３）と交わる請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
6. 前記シール部が前記弁座に当接している状態において前記シール部と前記凹部とにより区画される前記サック室の容積は、０．０６ｍｍ^３より小さい請求項１〜５のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
7. 前記弁ボディは、前記入口開口の前記弁ボディの軸側において前記凹部から前記シール部側へ突出する凸部（１６）を有している請求項１〜６のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。

Images