JP7040320B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Description

本発明は、燃料噴射弁に関する。

従来、噴射される燃料の微粒化を図った燃料噴射弁が知られている。例えば特許文献１に記載の燃料噴射弁は、円形噴孔を有する噴孔プレートを備え、噴孔燃料通路の幅と円形噴孔の直径との比率、円形噴孔の長さと直径との比率、噴孔燃料通路の高さと円形噴孔の直径との比率について、好ましい範囲を特定している。

特許文献２に記載の燃料噴射弁は、噴孔に対して径方向外側及び径方向内側から燃料が流入するように連通路を形成し、両方の流れを衝突させることで、噴射される液柱の乱れを増幅し微粒化性能を高めている。

特許文献３に記載の燃料噴射装置は、対応する噴孔に対し傾斜する旋回流発生通路を噴孔プレートに形成し、噴孔内に旋回流を発生させることで微粒化効果を得ている。

特開２０１１－１９０７２８号公報 特開２０１５－５５１５８号公報 特開２００４－１７６６９０号公報

特許文献１の技術では、上記の寸法比率を制約し、噴出する液膜の厚さを臨界的に薄くすることで燃料の微粒化を促進している。しかし、適用される噴孔形状は円形に限られ、楕円形の噴孔やテーパ状の噴孔へは適用することができない。

特許文献２の技術では、噴孔入口において二方向から流入する流れをより強く衝突させることで、液柱の乱れを増幅させることが可能である。しかし、連通路から流入してくる流れが噴孔入口までに燃料室内で拡散するため、衝突した時の乱れの増幅効果が十分に得られない。

特許文献３の技術では、各噴孔の周囲に旋回流発生通路が形成されるため、噴孔をある程度大きくする必要がある。また、旋回流発生通路の距離が短いため、旋回力を十分に発生させることが困難であり、微粒化効果を満足に発揮することができない。

本発明はこのような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、円形以外の噴孔で噴射燃料の微粒化を促進する燃料噴射弁を提供することにある。

本発明の燃料噴射弁は、弁座面（１３）を有する弁ボディ（１０）と、弁体（２０）と、噴孔プレート（４０１、４０５、４０６、４０７）と、ガイドプレート（３０１、３０２、３０６、３０７、３０８）と、を備える。弁体は、弁ボディの中心軸である弁軸（Ａｖ）に沿って往復移動可能であり、基端側に移動したとき弁座面との間に燃料通路（１５）を形成し、先端側に移動したとき弁座面のシート部（１４）に当接して燃料通路を遮断する。

噴孔プレートは、弁ボディの先端に設けられ、弁軸から径外方向に向かって放射状に燃料を噴射する複数の噴孔（５０、５５）が形成されている。ガイドプレートは、噴孔プレートの弁体側に設けられ、弁体側の通路と噴孔プレート側の通路とを連通する複数の連通路（３１、３２、３６、３７）が形成されている。噴孔の中心軸である噴孔軸（Ａｈ）は、弁ボディの基端側から先端側に向かって径外方向に傾斜し、噴孔の出口断面積（Ｓｏ）は入口断面積（Ｓｉ）より大きい。

複数の連通路は、噴孔をはさんで弁軸からの距離が互いに異なる位置に形成されている。これにより本発明では、噴孔に対して相対する方向の燃料が噴孔入口付近で衝突し、乱れを保持したまま噴射される。そのため、噴射される液柱の乱れが増幅され、燃料の微粒化が促進される。

本発明の第１の態様では、噴孔プレートは、各噴孔を含む周方向の所定範囲に形成されガイドプレートの連通路に連通する複数のガイド溝（４１、４３、４４）が形成される。弁軸及び噴孔軸を含む平面において、噴孔の径方向内側の内壁を第１内壁（５１、５５１）とし、噴孔の径方向外側の内壁を第２内壁（５２、５５２）とする。また、噴孔に対し径方向外側に形成された連通路を第１連通路（３１）とし、噴孔に対し径方向内側に形成された連通路を第２連通路（３２）とする。

噴孔は、第２内壁の弁軸に対する傾斜角度（θ２）が第１内壁の弁軸に対する傾斜角度（θ１）より大きくなるように形成されている。連通路及びガイド溝は、第１連通路を通過しガイド溝を第１内壁に向かって流れる流速である第１流速（Ｖ１）が、第２連通路を通過しガイド溝を第２内壁に向かって流れる流速である第２流速（Ｖ２）より大きくなるように構成されている。

第１の態様において、噴孔の第１内壁は液膜形成側の内壁となる。第１連通路を通過し第１内壁に燃料を押し付ける方向の第１流速が、第２連通路を通過し第２内壁に向かう第２流速よりも大きくなるようにすることで、第１内壁への押し付け力を大きくし、燃料の薄膜化を進行させることができる。

本発明の第１の態様のうち、特に第２の態様では、噴孔（５５）は、弁軸に直交する平面において、噴孔プレートの径外方向に膨らみ且つ互いに異なる曲率を有する２つの曲線により第１内壁（５５１）及び第２内壁（５５２）が規定される三日月形状に形成されている。なお、第２の態様以外の第１の態様の噴孔としては、典型的にはテーパ状の噴孔が想定される。

第２の態様では、第１連通路から流入し、凸形に湾曲した第１内壁に衝突した燃料が、進行方向に対し左右の斜め方向に分流するため、楕円形噴孔の凹形の第１内壁に衝突する場合に比べ流速の低下が抑えられる。したがって、燃料が第１内壁により強く押し付けられ、燃料の薄膜化を進行させることができる。

本発明の第３の態様では、ガイドプレート（３０６、３０７、３０８）は、噴孔の数より多い数の連通路（３６、３７）が形成されている。噴孔プレート（４０６、４０７）は、１つ以上の噴孔及び２つ以上の連通路が開口し、互いに隔離された複数の燃料室（４６、４７）が形成されている。

第３の態様における複数の燃料室は互いに隔離されており、連通路から流入した燃料が噴孔入口以外の方向へ拡散することが抑制される。したがって、噴孔入口付近での衝突効果が高まり、燃料の微粒化がより促進される。さらに複数の連通路は、噴孔の周囲に燃料の旋回流が生成されるように、噴孔の周囲に回転対称に、弁軸に対して傾斜して形成されてもよい。

第１実施形態による燃料噴射弁の先端部（図２のＩ部）拡大断面図。 第１実施形態による燃料噴射弁の全体断面図。 噴孔部の拡大断面図。 第１実施形態の、ニードル側から視た（ａ）ガイドプレート及び噴孔プレートを重ねた図、（ｂ）噴孔プレート単体（図５（ａ）のＩＶｂ－ＩＶｂ線断面）の図。 第１、第４実施形態のガイドプレート及び噴孔プレートの（ａ）軸方向断面（図４（ａ）のＶａ－Ｖａ線断面）図、（ｂ）図４（ａ）のＶｂ－Ｖｂ線断面図。 第１実施形態の燃料の流れを示す（ａ）軸方向断面図、（ｂ）図６（ａ）のＶＩｂ－ＶＩｂ線断面に相当するガイド溝の平面図。 第２実施形態の燃料の流れを示す軸方向断面図。 第３実施形態のガイド溝の図。 （ａ）第４実施形態、（ｂ）同変形例のガイド溝の図。 （ｃ）同変形例、（ｄ）同変形例のガイド溝の図。 第５実施形態の、ニードル側から視た（ａ）ガイドプレート及び噴孔プレートを重ねた図、（ｂ）噴孔プレート単体の図。 （ａ）三日月形噴孔（図９（ａ）のＸａ部）の拡大図、（ｂ）第５実施形態の燃料の流れを示すガイド溝の平面図。 第６実施形態の、ニードル側から視た（ａ）ガイドプレート及び噴孔プレートを重ねた図、（ｂ）噴孔プレート単体の図。 第６実施形態のガイドプレート及び噴孔プレートの軸方向断面図。 第６実施形態の燃料の流れを示す（ａ）軸方向断面図、（ｂ）燃料室の平面図。 第１、第５、第６実施形態及び比較例の効果を示す図。 第７実施形態の、ニードル側から視た（ａ）ガイドプレート及び噴孔プレートを重ねた図、（ｂ）噴孔プレート単体の図。 第７実施形態のガイドプレート及び噴孔プレートの（ａ）軸方向断面図、（ｂ）模式斜視図。 第７実施形態の燃料の流れを示す燃料室の平面図。 第７実施形態及び比較例の効果を示す図。 第８実施形態の、ニードル側から視た（ａ）ガイドプレート及び噴孔プレートを重ねた図、（ｂ）噴孔プレート単体の図。 第８実施形態の燃料の流れを示す（ａ）軸方向断面図、（ｂ）燃料室の平面図。 開口面積比と効果の関係を示す図。

以下、燃料噴射弁の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。複数の実施形態において実質的に同一の構成には、同一の符号を付して説明を省略する。「課題を解決するための手段」の欄との関連について、第１～第４実施形態は「第１の態様」に、第５実施形態は「第２の態様」に、第６～第８実施形態は「第３の態様」に相当する。

（第１実施形態）
第１実施形態について、図１～図６を参照して説明する。最初に図１、図２を参照し、第１実施形態の概要を説明する。図２には燃料噴射弁９０の全体構成を示し、図１には、燃料噴射弁９０の先端部の拡大断面を示す。燃料噴射弁９０は、内燃機関の気筒内や吸気通路に噴孔５０から高圧燃料を噴射する装置である。

従来、噴孔から噴射される燃料を微粒化する技術として、例えば特許文献１（特開２０１１－１９０７２８号公報）には、噴孔や燃料通路に関する寸法比率を制約し、噴出する液膜の厚さを臨界的に薄くする技術が知られている。しかし、適用される噴孔形状が円形に限られる等、十分に利用可能とはなっていない。そこで、本実施形態の燃料噴射弁９０は、円形以外の噴孔で噴射燃料を微粒化することを目的とする。

図２において上側に示される燃料入口９１側を弁ボディ１０の「基端側」といい、下側に記される噴孔５０側を弁ボディ１０の「先端側」という。また、弁ボディ１０の中心軸を「弁軸Ａｖ」と定義する。図２に示すように、燃料噴射弁９０は、電磁弁９５への通電及び非通電が切り替えられることにより、「弁体」としてのニードル２０が弁軸Ａｖに沿って往復移動する。なお、コイル、磁性体からなる固定、可動コア、及び戻しばね等を含む電磁弁９５の構成や、電磁弁９５の通電に伴うニードル２０の作動については周知技術であるため、説明を省略する。

ニードル２０の先端部の構成について、図１に加え、図６（ａ）に記された符号を参照する。ニードル２０の先端部周縁には凸テーパ状の当接面２４が形成されている。また、弁ボディ１０の内壁には凹テーパ状の弁座面１３が形成されている。

ニードル２０が基端側に移動したとき、ニードル２０の当接面２４は弁座面１３のシート部１４から離間し、弁座面１３との間に燃料通路１５が形成される。このとき、燃料入口９１から弁ボディ１０内部に流入した燃料は、燃料通路１５を通過し噴孔５０から噴射される。一方、ニードル２０が先端側に移動したとき、ニードル２０の当接面２４は弁座面１３のシート部１４に当接して燃料通路１５を遮断する。

弁ボディ１０の先端には、弁座面１３の内側に噴孔プレート４０１及びガイドプレート３０１が設けられる。噴孔プレート４０１は、弁軸Ａｖから径外方向に向かって放射状に燃料を噴射する複数の噴孔５０が形成されている。なお、図４に示す例では、４つの噴孔５０が９０°間隔に形成されている。ガイドプレート３０１は、噴孔プレート４０１のニードル２０側に設けられ、ニードル２０側の通路と噴孔プレート４０１側の通路とを連通する複数の連通路３１、３２が形成されている。

次に図３を参照し、噴孔５０の詳細な構成を説明する。噴孔５０の中心軸である噴孔軸Ａｈは、弁ボディ１０の基端側から先端側に向かって径外方向に傾斜している。噴孔軸Ａｈの弁軸Ａｖに対する傾斜角度をθと記す。また、弁軸Ａｖ及び噴孔軸Ａｈを含む平面において、噴孔５０の径方向内側の内壁を第１内壁５１とし、噴孔５０の径方向外側の内壁を第２内壁５２とする。

噴孔５０は、第２内壁５２の弁軸Ａｖに対する傾斜角度θ２が第１内壁５１の弁軸Ａｖに対する傾斜角度θ１より大きくなるように形成されている。このとき、噴孔軸Ａｈの弁軸Ａｖに対する傾斜角度θは、傾斜角度θ１と傾斜角度θ２との間の値となる。すなわち、「θ１＜θ＜θ２」の関係が成り立つ。そして、噴孔５０は入口から出口に向かって拡径し、出口断面積Ｓｏが入口断面積Ｓｉより大きい。典型的に噴孔軸Ａｈに直交する断面形状が円形の場合、噴孔５０はテーパ形状となる。

続いて図４～図６を参照し、第１実施形態のガイドプレート３０１及び噴孔プレート４０１の詳細な構成を説明する。図４、図５に示すように、ガイドプレート３０１及び噴孔プレート４０１は、同じ直径の円板で製作され、噴孔プレート４０１の上にガイドプレート３０１が重ねられる。なお、製造上、回転方向の位置決めが設けられることが好ましいが、図示を省略する。

噴孔プレート４０１は、周方向の４箇所に、断面が楕円形のテーパ状噴孔５０が形成されており、各噴孔５０を含む周方向の所定範囲に４つのガイド溝４１が形成されている。図４（ｂ）の例では、ガイド溝４１は、弁軸Ａｖと各噴孔５０とを結ぶ直線に対して対称である一定幅の略長方形状に形成されている。また、ガイド溝４１の底は平坦であり、溝深さは一定である。したがって、弁軸Ａｖと各噴孔５０とを結ぶ直線に直交する断面での通路断面積は一定である。

また、噴孔プレート４０１の中央には円形の中央溝４２が形成されている。中央溝４２は４方向においてガイド溝４１に接続しており、４つのガイド溝４１及び中央溝４２の全体で十字形を呈している。ここで、概念的には、中央溝４２のうち各ガイド溝４１に接続する部分を分割し、ガイド溝４１の径方向内側端部を構成する部分として認識することができる。つまり、形態的には中央溝４２は１つであるが、中央溝４２のうち各ガイド溝４１に接続する部分は、噴孔５０の数と同じく複数（この例では４個）である。

ガイドプレート３０１は、ニードル２０側の通路と噴孔プレート４０１側のガイド溝４１とを連通する４つの第１連通路３１、及び、１つの第２連通路３２が形成されている。第１連通路３１は、ガイド溝４１の径方向外側端部に対応する位置に形成され、第２連通路３２は、中央溝４２とほぼ同じ位置に形成される。つまり、第１連通路３１及び第２連通路３２は、径方向に噴孔５０をはさんで弁軸Ａｖからの距離が互いに異なる位置に形成される。第１連通路３１は、噴孔５０に対し径方向外側に形成され、第２連通路３２は、噴孔５０に対し径方向内側に形成される。

図６には、第１実施形態の燃料の流れを示す。図６（ａ）は、弁軸Ａｖ、噴孔軸Ａｈ、及び第１連通路３１の中心を含む断面図であり、図６（ｂ）は、ガイドプレート３０１側からガイド溝４１の噴孔５０の入口を視た平面図である。なお、ガイド溝４１の周囲における断面ハッチングの図示を省略する。

シート部燃料通路１５を通過した燃料は、第１連通路３１を通過し直接噴孔５０に向かう流れと、第２連通路３２を通過し進行方向を１８０°反転して噴孔５０に向かう流れとに分流される。第１連通路３１を通過した燃料の流れは、液膜形成側の第１内壁５１に燃料を押し付けるように作用する。一方、第２連通路３２を通過した燃料は、第２内壁５２に向かって流れる。これらの相対する方向の燃料は、噴孔５０の入口付近で衝突し、乱れを保持したまま噴射される。そのため、噴射される液柱の乱れが増幅され、燃料の微粒化が促進される。

ここで、第１連通路３１を通過しガイド溝４１を第１内壁５１に向かって流れる流速を「第１流速Ｖ１」とし、第２連通路３２を通過しガイド溝４１を第２内壁５２に向かって流れる流速を「第２流速Ｖ２」とする。図６中、第１流速Ｖ１は太い矢印で記され、第２流速Ｖ２は細い矢印で記される。これは、第１流速Ｖ１が第２流速Ｖ２よりも大きくなるように、連通路３１、３２及びガイド溝４１、中央溝４２の配置、大きさ、形状等が構成されていることを意味する。

同様に、流速と断面積との積に比例する流量についても、第１連通路３１を通過する流量Ｑ１が第２連通路３２を通過する流量Ｑ２よりも大きくなる。第１内壁５１に燃料を押し付ける流れの流速Ｖ１、流量Ｑ１を相対的に大きくすることで燃料の微粒化がより改善される。

また、弁ボディ１０の弁座面１３と第１連通路３１との位置関係について、弁座面１３の延長線Ｅｓは、第１連通路３１の流入側開口面３１１と交わり、さらに第１連通路３１の流出側開口面３１２と交わることが好ましい。これにより、弁座面１３に沿って流れる燃料がそのままの方向で第１連通路３１を通過可能となるため、第１流速Ｖ１の低下が可及的に抑制される。

以上のように第１実施形態は、特許文献１の従来技術のように円形の噴孔に限定されることなく、テーパ状の噴孔５０を有する燃料噴射弁９０において、相対する方向の燃料を噴孔５０の入口付近で衝突させることにより乱れを発生させる。燃料が乱れを保持したまま噴射されることで、液柱の乱れが増幅され、燃料の微粒化が促進される。

また、第１連通路３１を通過し第１内壁５１に燃料を押し付ける方向の第１流速Ｖ１が、第２連通路３２を通過し第２内壁５２に向かう第２流速Ｖ２よりも大きくなるようにすることで、第１内壁５１への押し付け力を大きくし、燃料の薄膜化を進行させることができる。

（第２実施形態）
次に第２～第６実施形態は、それぞれ第１実施形態に対し、ガイドプレート又は噴孔プレートの構成が異なる。各実施形態のガイドプレート及び噴孔プレートの符号は、前述の実施形態と異なる構成の場合、それぞれ「３０」及び「４０」に続く３桁目に実施形態の番号を付し、前述の実施形態と実質的に同じ構成の場合、前述のガイドプレート又は噴孔プレートの符号を援用する。

第２実施形態について、第１実施形態の図６（ａ）に対応し燃料の流れを示す図７を参照して説明する。第２実施形態のガイドプレート３０２は、噴孔プレート４０１側の面に傾斜部３４が形成されている。傾斜部３４は、径方向外側から内側に向かって噴孔プレート４０１側に傾斜し、第１連通路３１からガイド溝４１に流入する燃料を噴孔５０の入口に誘導する。

傾斜部３４の延長線Ｅｉは、噴孔５０の第２内壁５２と干渉せずに第１内壁５１と交わる。すなわち、傾斜部３４の延長線Ｅｉは、第１内壁５１の入口端における垂線Ｌ１と、第２内壁５２の入口端における垂線Ｌ２との間に位置する。これにより、傾斜部３４に沿ってガイド溝４１に流入する燃料が効率良く第１内壁５１に押し付けられるため、燃料の薄膜化を進行させることができる。

（第３実施形態）
第３実施形態について、第１実施形態の図６（ｂ）に対応しガイド溝４３の形状を示す図８を参照して説明する。第３実施形態ではガイド溝４３が略台形状に形成されている。すなわち、噴孔５０から等距離の位置におけるガイド溝４３の周方向の幅が、径方向外側の第１連通路３１側で相対的に大きく、径方向内側の第２連通路３２側で相対的に小さく形成されている。ガイド溝４３の深さは一定であるため、噴孔５０から等距離の位置における通路断面積について、第１連通路３１側の断面積が第２連通路３２側の断面積よりも大きく形成されていることになる。なお、第３実施形態のガイド溝４３以外の構成は、第１実施形態と同様である。

これにより、第１連通路３１を通過し第１内壁５１に燃料を押し付ける方向に燃料がより流れやすくなるため、燃料の薄膜化を進行させることができる。なお、第３実施形態において、ガイド溝の幅を径方向の全範囲で徐変させなくても、一部範囲でのみ、噴孔５０から等距離の位置における第１連通路３１側の幅を第２連通路３２側の幅より大きくしてもよい。つまり、ガイド溝は、噴孔５０から等距離の位置における少なくとも一部の通路断面積について、第１連通路３１側の断面積が第２連通路３２側の断面積よりも大きく形成されていればよい。

（第４実施形態）
第４実施形態について、第１実施形態の図６（ｂ）に対応しガイド溝４４の形状を示す図９、図１０を参照して説明する。なお、第４実施形態のガイド溝４４として、変形例を含めた４通りの構成のガイド溝４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃ、４４Ｄを示す。以下の説明中、各ガイド溝に共通する事項については符号を「４４」として記す。また、図中の実線矢印は燃料の流れを表す。

第１連通路３１側の領域の溝幅方向の中心線を第１連通路中心線Ｃ１、第２連通路３２側の領域の溝幅方向の中心線を第２連通路中心線Ｃ２とする。第４実施形態では、第１連通路中心線Ｃ１が第２連通路中心線Ｃ２に対し周方向の一方側にオフセットしている。また、ガイド溝４４の溝幅方向の中心線が第１連通路中心線Ｃ１から傾斜し第２連通路中心線Ｃ２に移行する径方向の領域を「移行領域」と定義する。第４実施形態のガイド溝４４は、第１連通路３１側の領域と第２連通路３２側の領域とが移行領域を介して略クランク状に接続される。そして、噴孔５０は、入口の少なくとも一部が移行領域に重なるように配置されている。

ガイド溝４４の第１連通路３１側の領域、移行領域、第２連通路３２側の領域における図の上側の辺をそれぞれａ１、ａｔ、ａ２と記し、図の下側の辺をそれぞれｂ１、ｂｔ、ｂ２と記す。辺ａ１と辺ｂ１、辺ａ２と辺ｂ２とは略平行である。図９、図１０の例では、第１連通路中心線Ｃ１が第２連通路中心線Ｃ２に対し辺ａ２側にオフセットしている。言い換えれば、第２連通路中心線Ｃ２が第１連通路中心線Ｃ１に対し辺ｂ１側にオフセットしている。

図９（ａ）、（ｂ）に示すガイド溝４４Ａ、４４Ｂにおいて、移行領域の辺ａｔは辺ａ１、ａ２に対し傾斜し、辺ｂｔは辺ｂ１、ｂ２に対し傾斜している。辺ｂ１と辺ｂｔとの交点を屈曲点Ｗ１、辺ａ２と辺ａｔとの交点を屈曲点Ｗ２とする。径方向の屈曲点Ｗ１から屈曲点Ｗ２までの領域が「移行領域」に相当する。屈曲点Ｗ１、Ｗ２のコーナーは角丸めされてもよい。また、移行領域両端における第１連通路中心線Ｃ１と第２連通路中心線Ｃ２とを結ぶ線をＣｔと記す。

さらにガイド溝４４Ａ、４４Ｂでは、移行領域の辺ａｔと辺ｂｔとは略平行であり、辺ａｔと辺ｂｔとの中心線をＣｍと記す。中心線Ｃｍと第１連通路中心線Ｃ１及び第２連通路中心線Ｃ２とのなす角を屈曲角αとする。辺ａｔが辺ａ１、ａ２に対し傾斜する角度、及び、辺ｂｔが辺ｂ１、ｂ２に対し傾斜する角度は屈曲角αに等しい。

図９（ａ）のガイド溝４４Ａでは、噴孔５０は、中心線Ｃｔよりも辺ａｔ側に配置されている。また、図９（ｂ）のガイド溝４４Ｂでは、噴孔５０は、中心線Ｃｔ上かつ中心線Ｃｍ上に配置されている。いずれの例でも、ガイド溝４４Ａ、４４Ｂの中心線Ｃ１、Ｃ２から離れた外壁寄りを流れる燃料は、外側から回り込むように噴孔５０に流れ込むため、一部に旋回流が発生する。これにより、噴孔に流れ込む燃料の乱れ、薄膜化が促進され、ひいては微粒化が促進される。

図１０（ｃ）に示すガイド溝４４Ｃは、図９（ａ）のガイド溝４４Ａに対し、辺ｂｔが辺ｂ１、ｂ２に対しほぼ垂直に形成されている。すなわち、相対する辺ａｔと辺ｂｔとは平行でない。また移行領域の中心線Ｃｔは、径方向における各位置での溝幅の中心を結んだ線として記される。また、図１０（ｄ）に示すガイド溝４４Ｄは、辺ｂ１が辺ｂ２の延長線上に配置され、移行領域の辺ｂｔが存在しない。つまり、ガイド溝４４Ｄは辺ａ１、ａｔ、ａ２側でのみ屈曲している。このような形態でも、図９（ａ）、（ｂ）のガイド溝４４Ａ、４４Ｂと同様の作用効果が得られる。

（第５実施形態）
第５実施形態について、図１１、図１２を参照して説明する。図１１（ａ）、（ｂ）は第１実施形態の図４（ａ）、（ｂ）に対応し、図１２（ｂ）は第１実施形態の図６（ｂ）に対応する。図１１（ｂ）に示すように、第５実施形態の噴孔プレート４０５は、周方向の４箇所に三日月形状の噴孔５５が形成されている。

第５実施形態の噴孔５５の形状以外の構成は、第１実施形態と同様である。また、噴孔５５の構成に関し、噴孔軸Ａｈが弁ボディ１０の基端側から先端側に向かって径外方向に傾斜している点、第２内壁５５２の弁軸Ａｖに対する傾斜角度が第１内壁５５１の弁軸Ａｖに対する傾斜角度より大きい点、出口断面積が入口断面積より大きい点についても、第１実施形態の噴孔５０と同様である。

図１２（ａ）に噴孔５５の拡大図を示す。噴孔５５は、弁軸Ａｖに直交する平面において、噴孔プレート４０５の径外方向に膨らむ２つの円弧により第１内壁５５１及び第２内壁５５２が規定される。第１内壁５５１は、弁軸Ａｖを通る中心線Ｃ上の点Ｏ１を中心とする半径Ｒ１の円弧で規定され、第２内壁５５２は、中心線Ｃ上の点Ｏ２を中心とする半径Ｒ２の円弧で規定される。半径Ｒ１及び半径Ｒ２の長さは互いに異なる。

図１２（ｂ）に示すように、この形態では、第１連通路３１から流入し、凸形に湾曲した第１内壁５５１に衝突した燃料が、進行方向に対し左右の斜め方向に分流するため、楕円形噴孔５０の凹形の第１内壁５１に衝突する場合に比べ流速Ｖ１の低下が抑えられる。したがって、燃料が第１内壁５５１により強く押し付けられ、燃料の薄膜化を進行させることができる。

（第６実施形態）
第６実施形態について、第１実施形態の図４～図６に対応する図１３～図１５を参照して説明する。第６実施形態は、弁軸Ａｖを中心として放射状に４つのテーパ状噴孔５０を有する点は第１実施形態と同様である。ただし、第１実施形態の噴孔プレート４０１は、共通の中央溝４２に接続される４つのガイド溝４１が形成されているのに対し、第６実施形態の噴孔プレート４０６は、互いに隔離された４つの燃料室４６が形成されている。

各燃料室４６には、１つの噴孔５０及び２つの連通路３６、３７が開口している。すなわち燃料室４６は、各噴孔５０に対し１つ形成されている。ガイドプレート３０６全体としては、噴孔５０の数（この例では４個）より多い数の連通路３６、３７（この例では８個）が形成されている。また、径方向外側の第１連通路３６と径方向内側の第２連通路３７とは、噴孔５０を中心として、すなわち噴孔５０から等距離の位置に、径方向に対称に配置されている。

特許文献２（特開２０１５－５５１５８号公報）の従来技術では、噴孔入口において二方向の連通路から流入してくる流れが噴孔入口までに燃料室内で拡散する。そのため、燃料が噴孔入口以外の方向に拡散し、噴孔入口付近で衝突に利用される効率が低下するおそれがある。

それに対し第６実施形態では、各噴孔５０に一対一で対応する燃料室４６が互いに隔離されているため、第２連通路３７を通過した燃料が噴孔入口以外の方向に拡散することが抑制される。したがって、噴孔入口付近での衝突効果が高まり、燃料の微粒化がより促進される。

（効果比較）
上記実施形態のうち第１、第５、第６実施形態について、シミュレーションによる効果検証結果を比較例と対比して図１６に示す。比較例は各実施形態と共通の弁ボディ１０、ニードル２０、及び、第１、第６実施形態と同様のテーパ状の噴孔５０を有する噴孔プレートを備える。ただし、噴孔プレートにはガイド溝や燃料室は形成されておらず、また、連通路を有するガイドプレートは設けられていない。したがって、シート部燃料通路１５を通過した燃料は噴孔５０に向かって画一的に流れ、上記実施形態のように相対する方向の燃料が噴孔入口付近で衝突することはない。

つまり、まず第１実施形態は、第１連通路３１及び第２連通路３２に分かれてガイド溝４１に流入した燃料が噴孔入口付近で衝突し、乱れを保持したまま噴射される点が比較例と異なる。また、各噴孔５０に対応するガイド溝４１が共通の中央溝４２につながる第１実施形態に対し、第６実施形態は、各噴孔５０に対応する燃料室４６が互いに隔離されている点が異なる。また、第１実施形態に対し第５実施形態は、噴孔５５の断面形状が楕円形でなく、径外方向に膨らむ三日月形状である点が異なる。

図１６には、第１、第５、第６実施形態の流速、液膜厚さ及び粒径の解析結果を比較例の値に対する比で表す。各実施形態の流速はいずれも比較例と同等である。液膜厚さについては、第１実施形態及び第５実施形態の液膜が比較例より薄いという結果が得られた。また、粒径については、第１、第５、第６実施形態全ての粒径が比較例より小さいという結果が得られた。具体的には、比較例の粒径に対し第１実施形態が２８％減、第５実施形態が８２％減、第６実施形態が１１％減となった。特に三日月形状の噴孔５５を採用した第５実施形態において顕著な微粒化効果が得られることがわかる。

（第７実施形態）
第６実施形態の変形例である第７実施形態について、図１７～図２０を参照して説明する。図１７（ａ）及び図１８（ａ）に示すように、第７実施形態のガイドプレート３０７では、複数の連通路３６、３７は、噴孔５０の周囲に回転対称に、噴孔プレート４０７の端面に対して傾斜して形成されている。図１８（ａ）にて、噴孔プレート４０６の端面に対する連通路３６、３７の傾斜角を「θｉ」と記す。傾斜角θｉは、０°＜θｉ＜４５°の範囲にあることが好ましい。また、図１７（ｂ）に示すように、燃料室４７は、ニードル２０側から視てほぼ円形に形成されている。

これにより、図１８（ｂ）、図１９に示すように、傾斜した連通路３６、３７を通過して燃料室４７に流入した燃料の旋回流が生成される。図示の例ではニードル２０側から視て反時計回り方向の旋回流が生成されるが、ニードル２０側から視て時計回り方向の旋回流が生成されるようにしてもよい。第６実施形態では、燃料室４７内に旋回流を生成することで、噴孔５０内壁の液膜を薄くするとともに、強い乱れを起こして燃料の微粒化を促進することができる。

第７実施形態について、シミュレーションによる効果検証結果を、図１６に示すものと同様の比較例と対比して図２０に示す。詳しくは、第７実施形態の流速、乱れ強さ及び粒径の解析結果を比較例の値に対する比で表す。第７実施形態は比較例に対し、流速が９％減、乱れ強さが約６倍、粒径が７５％減となった。特に乱れ強さが顕著に増大している点が注目される。

特許文献３（特開２００４－１７６６９０号公報）の従来技術では各噴孔の周囲に旋回流発生通路が形成されるため、噴孔をある程度大きくする必要があり、また、旋回流発生通路の距離を確保し難い。それに比べ第７実施形態では、噴孔プレート４０６に形成された燃料室４６に対して傾斜した連通路３６、３７から流入する燃料により旋回流が生成される。したがって、噴孔を特別大きくする必要もなく、連通路３６、３７の距離を確保し旋回力を十分に発生させることが可能となる。よって、優れた微粒化効果が得られる。

（第８実施形態）
第６実施形態の別の変形例である第８実施形態について、図２１～図２３を参照して説明する。図２１（ａ）に示すように、第８実施形態のガイドプレート３０８では、噴孔５０に対し径方向外側に形成された第１連通路３６の開口面積Ａは、噴孔５０に対し径方向内側に形成された第２連通路３７の開口面積Ｂよりも大きい。なお、図２１（ｂ）に示す噴孔プレート４０６は、図１３（ｂ）に示す第６実施形態の噴孔プレート４０６と実質的に同一である。

図２２（ａ）、（ｂ）に示すように、第１連通路３６の開口面積Ａが第２連通路３７の開口面積Ｂよりも大きいため、各連通路３６、３７を通過して噴孔５０へ流れ込む流量の差が大きくなる。図２２（ａ）、（ｂ）の極太矢印は、図１５（ａ）、（ｂ）の中太矢印に比べて、より流量が大きいことを意味する。径方向外側から噴孔５０への流れ込みが径方向内側からの流れ込みよりも大きいことで、第１内壁５１の壁面に押し付けられる流量が増加する。

図２３には、第１連通路３６及び第２連通路３７の開口面積比（Ａ／Ｂ）による効果の違いを示す。図１６に示すものと同様の比較例を基準とし、開口面積比（Ａ／Ｂ）が１から２までの間での乱れ増加率、及び、粒径低下率を示す。シミュレーションの結果、開口面積比（Ａ／Ｂ）が大きいほど、乱れ増加率、粒径低下率とも大きくなった。開口面積比（Ａ／Ｂ）が２のとき、乱れ増加率は約１２０％、粒径低下率は約２２％であった。このように第８実施形態では、第１連通路３６と第２連通路３７との開口面積を異ならせ噴孔５０への流れ込みに差をつけることで、噴射される液柱の乱れをさらに増幅させることができる。

（その他の実施形態）
（１）上記実施形態では、弁軸Ａｖを中心として放射状に４つの噴孔５０、５５が形成されているが、他の実施形態では、弁軸Ａｖを中心として放射状に、４つ以外の複数の噴孔が形成されてもよい。また、例えば第１の半径の同心円上に放射状に形成された第１群の噴孔と、第２の半径の同心円上に放射状に形成された第２群の噴孔とが周方向に交互に配置されてもよい。

（２）図４、図１１に示す実施形態等では、弁軸Ａｖから遠い側の連通路３１、３６と、弁軸Ａｖに近い側の連通路３２、３７とが、同一半径上で噴孔５０をはさんで径方向に配置されている。ただし他の実施形態では、弁軸Ａｖから遠い側の連通路と、弁軸Ａｖに近い側の連通路とが、異なる半径上で径方向にずれて配置されてもよい。つまり、少なくとも、弁軸Ａｖからの距離が互いに異なる複数の連通路が噴孔をはさんで配置されればよい。言い換えれば、弁軸Ａｖから等距離にある複数の連通路が噴孔を周方向にはさんで配置される形態が除外される。

（３）上記実施形態では、円板上の噴孔プレート４０１、４０６に凹設されたガイド溝４１又は燃料室４６の底に噴孔５０が形成されているが、噴孔プレートの具体的な製造形態はこれに限らない。例えば、噴孔のみが形成された板と、ガイド溝又は燃料室が繰り抜かれた別の板とが貼り合わされてもよい。或いは、連通路が形成された板の下面側にガイド溝又は燃料室が形成され、噴孔が形成された板と貼り合わされてもよい。その場合、上側の板のうち連通路が形成された部分のみが「ガイドプレート」と解釈され、上側の板のうちガイド溝又は燃料室が形成された部分と、噴孔が形成された板とを合わせて「噴孔プレート」と解釈する。このように、本発明の「ガイドプレート」及び「噴孔プレート」の用語は概念を表すものであって、現実の製造での部品構成を特定するものではない。

（４）第５実施形態の三日月形状の噴孔５５に関し、径方向断面における第１内壁５５１及び第２内壁５５２の形状は、中心及び半径が互いに異なる２つの円弧に限らず、焦点及び長径が互いに異なる２つの楕円弧、又は、その他の互いに異なる曲率を有する２つの曲線であってもよい。また、第１内壁及び第２内壁の境界部が他の直線又は曲線で接続されてもよい。

（５）第６～第８実施形態では、各燃料室４６、４７に１つの噴孔５０及び２つの連通路３６、３７が開口している。噴孔プレートに複数の燃料室が形成されるその他の実施形態では、各燃料室に１つ以上の噴孔及び、噴孔の数より多い２つ以上の連通路が形成されてもよい。例えば、１つの燃料室に２つの噴孔と４つの連通路が形成される構成が想定可能である。この構成でも、異なる方向の燃料が噴孔入口付近で衝突することにより燃料の微粒化が促進される。

以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

１０ ・・・弁ボディ、 １３ ・・・弁座面、 １４ ・・・シート部、
１５ ・・・シート部燃料通路（燃料通路）、
２０ ・・・ニードル（弁体）、
３０１、３０２、３０６、３０７、３０８・・・ガイドプレート、
３１、３６・・・第１連通路、 ３２、３７・・・第２連通路、
４０１、４０５、４０６、４０７・・・噴孔プレート、
４１、４３、４４・・・ガイド溝、 ４６、４７・・・燃料室、
５０、５５ ・・・噴孔、
９０ ・・・燃料噴射弁。

Claims (15)

1. 弁座面（１３）を有する弁ボディ（１０）と、
   前記弁ボディの中心軸である弁軸（Ａｖ）に沿って往復移動可能であり、基端側に移動したとき前記弁座面との間に燃料通路（１５）を形成し、先端側に移動したとき前記弁座面のシート部（１４）に当接して前記燃料通路を遮断する弁体（２０）と、
   前記弁ボディの先端に設けられ、前記弁軸から径外方向に向かって放射状に燃料を噴射する複数の噴孔（５０、５５）が形成された噴孔プレート（４０１、４０５、４０６、４０７）と、
   前記噴孔プレートの前記弁体側に設けられ、前記弁体側の通路と前記噴孔プレート側の通路とを連通する複数の連通路（３１、３２、３６、３７）が形成されたガイドプレート（３０１、３０２、３０６、３０７、３０８）と、
   を備え、
   前記噴孔の中心軸である噴孔軸（Ａｈ）は前記弁ボディの基端側から先端側に向かって径外方向に傾斜し、前記噴孔の出口断面積（Ｓｏ）は入口断面積（Ｓｉ）より大きく、
   複数の前記連通路は、前記噴孔をはさんで前記弁軸からの距離が互いに異なる位置に形成されている燃料噴射弁。
2. 前記噴孔プレートは、各前記噴孔を含む周方向の所定範囲に形成され前記ガイドプレートの前記連通路に連通する複数のガイド溝（４１、４３、４４）が形成され、
   前記弁軸及び前記噴孔軸を含む平面において、前記噴孔の径方向内側の内壁を第１内壁（５１、５５１）とし、前記噴孔の径方向外側の内壁を第２内壁（５２、５５２）とし、
   前記噴孔に対し径方向外側に形成された前記連通路を第１連通路（３１）とし、前記噴孔に対し径方向内側に形成された前記連通路を第２連通路（３２）とすると、
   前記噴孔は、前記第２内壁の前記弁軸に対する傾斜角度（θ２）が前記第１内壁の前記弁軸に対する傾斜角度（θ１）より大きくなるように形成されており、
   前記連通路及び前記ガイド溝は、前記第１連通路を通過し前記ガイド溝を前記第１内壁に向かって流れる流速である第１流速（Ｖ１）が、前記第２連通路を通過し前記ガイド溝を前記第２内壁に向かって流れる流速である第２流速（Ｖ２）より大きくなるように構成されている請求項１に記載の燃料噴射弁。
3. 前記弁軸及び前記第１連通路の中心を含む平面において、前記弁座面の延長線は、前記第１連通路の流入側開口面（３１１）と交わる請求項２に記載の燃料噴射弁。
4. 前記弁軸及び前記第１連通路の中心を含む平面において、前記弁座面の延長線は、さらに前記第１連通路の流出側開口面（３１２）と交わる請求項３に記載の燃料噴射弁。
5. 前記ガイドプレート（３０２）は、前記噴孔プレート側の面に、径方向外側から内側に向かって前記噴孔プレート側に傾斜し、前記第１連通路から前記ガイド溝に流入する燃料を前記噴孔の入口に誘導する傾斜部（３４）が形成されている請求項２～４のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
6. 前記弁軸及び前記噴孔軸を含む平面において、前記傾斜部の延長線は、前記噴孔の前記第２内壁と干渉せずに前記第１内壁と交わる請求項５に記載の燃料噴射弁。
7. 前記ガイド溝（４３）は、前記噴孔から等距離の位置における少なくとも一部の通路断面積について、前記第１連通路側の断面積が前記第２連通路側の断面積よりも大きく形成されている請求項２～６のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
8. 前記ガイド溝（４４）は、前記第１連通路側の領域の溝幅方向の中心線である第１連通路中心線（Ｃ１）が前記第２連通路側の領域の溝幅方向の中心線である第２連通路中心線（Ｃ２）に対し周方向の一方側にオフセットしており、
   前記ガイド溝の溝幅方向の中心線が前記第１連通路中心線から傾斜し第２連通路中心線に移行する径方向の領域を移行領域とすると、
   前記噴孔は、入口の少なくとも一部が前記移行領域に重なるように配置されている請求項２～６のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
9. 前記ガイド溝は、前記第１連通路側の領域、前記移行領域、及び、前記第２連通路側の領域にわたって周方向の一方側の辺と他方側の辺とが平行である請求項８に記載の燃料噴射弁。
10. 前記噴孔（５５）は、前記弁軸に直交する平面において、前記噴孔プレートの径外方向に膨らみ且つ互いに異なる曲率を有する２つの曲線により前記第１内壁（５５１）及び前記第２内壁（５５２）が規定される三日月形状に形成されている請求項２～９のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
11. 前記ガイドプレート（３０６、３０７、３０８）は、前記噴孔の数より多い数の前記連通路（３６、３７）が形成されており、
    前記噴孔プレート（４０６、４０７）は、１つ以上の前記噴孔及び２つ以上の前記連通路が開口し、互いに隔離された複数の燃料室（４６、４７）が形成されている請求項１に記載の燃料噴射弁。
12. 前記燃料室は、各前記噴孔に対し１つ形成されている請求項１１に記載の燃料噴射弁。
13. 前記複数の連通路は、前記噴孔を中心として対称に配置されている請求項１１または１２に記載の燃料噴射弁。
14. 前記複数の連通路は、前記燃料室（４７）に燃料の旋回流が生成されるように、前記噴孔の周囲に回転対称に、前記噴孔プレートの端面に対して傾斜して形成されている請求項１１～１３のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
15. 前記噴孔に対し径方向外側に形成された前記連通路である第１連通路（３６）の開口面積は、前記噴孔に対し径方向内側に形成された前記連通路である第２連通路（３７）の開口面積よりも大きい請求項１１～１３のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。

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