JPWO2018087849A1

JPWO2018087849A1 - 燃料噴射弁

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Publication number: JPWO2018087849A1
Application number: JP2018549683A
Authority: JP
Inventors: 範久福冨; 恭輔渡邉; 宗実　毅; 毅宗実; 学平井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-11-09
Filing date: 2016-11-09
Publication date: 2019-02-21
Anticipated expiration: 2036-11-09
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Abstract

燃料噴射弁において、弁座には、燃料の流れの下流側に向かって軸線に近づく方向へ傾斜するシート面が形成されている。弁体は、弁体のボールをシート面に接触させた閉弁位置と、ボールをシート面から離した開弁位置との間で変位可能になっている。また、弁体は、ボールとシート面との間に生じている隙間燃料通路を開閉する。噴孔プレートに設けられた複数の噴孔は、噴孔入口から燃料の流れの下流側に向かって軸線から離れる方向へ傾斜している。シート面の下流側端部の位置をシート出口位置とし、シート面のボールとの接触部の位置をシート接触位置とすると、弁体が開弁位置にあるときには、シート出口位置での隙間燃料通路の断面積が、シート接触位置での隙間燃料通路の断面積の１．３倍以下になっている。

Description

この発明は、例えば内燃機関へ燃料を供給する燃料噴射弁に関するものである。

従来、弁座よりも燃料の流れの上流側に弁体を変位可能に配置し、弁体のボールを弁座のシート面に接触させることにより燃料通路を閉じ、弁体のボールを弁座のシート面から離すことにより燃料通路を開くようにした燃料噴射弁が知られている。弁座よりも燃料の流れの下流側には、複数の噴孔が設けられた噴孔プレートが固定されている。弁座には、シート面に沿った燃料通路から噴孔プレートへ燃料を流す開口部が設けられている。燃料通路が開いて弁座の開口部から出た燃料は、複数の噴孔を通って外部に噴射される。

弁座のシート面は、燃料の流れの下流側に向かって弁座の軸線に近づく方向へ傾斜している。複数の噴孔は、燃料の流れの下流側に向かって弁座の軸線から離れる方向へ傾斜している。これにより、弁座の開口部から出た燃料の流れの方向は、燃料が噴孔に進入するときに急激に変わる。従って、燃料の流れは、燃料が噴孔に進入するときに噴孔の入口のエッジ部で剥離し、噴孔内で液膜状の流れになる。噴孔から外部に噴射された液膜状の燃料は、外部エアとの摩擦により微粒化される（例えば特許文献１参照）。

特開２０１２−９７６４２号公報

しかし、特許文献１に示されている従来の燃料噴射弁では、ボールとシート面との間に生じる燃料通路の断面積が燃料通路の下流側の出口に向かって急激に拡大しているので、燃料が燃料通路の出口から出ると、燃料の流れが大きく広がってしまう。これにより、燃料通路の出口から出た燃料の一部は、燃料通路に最も近い位置に存在する特定の噴孔に正面から進入することなく、噴孔プレートとボールとの間の空間を流れて他の噴孔に背後から回り込むことになる。噴孔に背後から進入する燃料の流れは、燃料が噴孔に正面から進入することを阻害する。これにより、噴孔内での燃料の液膜化が抑制されてしまい、噴孔から外部に噴射される燃料の微粒化の促進が図れなくなってしまう。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、噴孔から外部に噴射される燃料の微粒化を促進することができる燃料噴射弁を得ることを目的とする。

この発明による燃料噴射弁は、燃料の流れの下流側に向かって軸線に近づく方向へ傾斜するシート面が形成されている弁座、ボールを有し、ボールをシート面に接触させた閉弁位置と、ボールをシート面から離した開弁位置との間で変位可能で、ボールとシート面との間に生じている隙間燃料通路を開閉する弁体、及び複数の噴孔が設けられ、弁座よりも燃料の流れの下流側に配置されている噴孔プレートを備え、噴孔プレートには、弁座に対向するプレート対向面が形成されており、プレート対向面には、複数の噴孔のそれぞれの開口部が噴孔入口として形成されており、複数の噴孔は、噴孔入口から燃料の流れの下流側に向かって軸線から離れる方向へ傾斜しており、シート面には、弁体が閉弁位置にあるときにボールが接触する接触部が存在し、シート面の下流側端部の位置をシート出口位置とし、シート面の接触部の位置をシート接触位置とすると、噴孔入口は、弁体が開弁位置にあるときの隙間燃料通路がシート出口位置からプレート対向面を臨む範囲に設けられており、弁体が開弁位置にあるときには、シート出口位置での隙間燃料通路の断面積が、シート接触位置での隙間燃料通路の断面積の１．３倍以下になっている。

この発明による燃料噴射弁によれば、隙間燃料通路の通路出口から出た燃料の流れが急激に広がることを抑制することができ、噴孔の噴孔入口に燃料をより確実に流入させることができる。これにより、隙間燃料通路の通路出口から出た燃料が、特定の噴孔以外の他の噴孔の背後に流れることを抑制することができ、各噴孔での燃料の液膜化を促進することができる。従って、各噴孔から外部に噴射される燃料の微粒化を促進することができる

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。図１の弁座及び噴孔プレートの要部を示す拡大断面図である。図２の噴孔プレートの要部を示す拡大断面図である。図３のボールから見たときの噴孔プレートを示す上面図である。図３の弁体が開弁位置に達しているときの弁装置の要部を示す拡大断面図である。図３の弁体が開弁位置にあるときのボールとシート面との間に生じている隙間燃料通路の断面積と、シート面での位置との関係を示すグラフである。図５のシート出口位置での隙間燃料通路の断面積とシート接触位置での隙間燃料通路の断面積との比である通路断面積比と、噴孔から噴射される燃料の粒子径との関係を示すグラフである。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１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。燃料噴射弁１は、駆動装置２と、駆動装置２により動作される弁装置３とを有している。燃料は、駆動装置２内及び弁装置３内を順次通った後、弁装置３から噴射される。

駆動装置２は、二段円筒形状のヨーク部であるハウジング４と、ハウジング４の内側に配置されている固定鉄心である筒状のコア５と、コア５を囲んだ状態でハウジング４の内側に配置されているコイル６と、コイル６が巻かれている樹脂製のボビン７と、ハウジング４の外周部の一部に固定され、コア５の周囲でボビン７を覆っている金属製のキャップ８と、コイル６を外部と電気的に接続するためのターミナル９と、ハウジング４、コア５、コイル６、ボビン７、キャップ８及びターミナル９を一体にし、燃料噴射弁１の外形を形成している樹脂製の成形体１０と、コア５の内部に配置されているフィルタ１１と、コア５の外周部を囲んでいるラバーリング１２とを有している。ハウジング４、コア５、コイル６、ボビン７及びキャップ８は、燃料噴射弁１の軸線Ｐと同軸に配置されている。

キャップ８には、切欠き部が設けられている。コイル６には、ターミナル９がキャップ８の切欠き部を通って接続されている。コイル６への通電がターミナル９を通して行われると、コイル６から電磁力が発生する。

弁装置３は、弁座内空間部１３が設けられている弁座１４と、弁座１４よりも燃料の流れの下流側に配置されている噴孔プレート１５と、弁座１４よりも燃料の流れの上流側に配置され、軸線Ｐに沿った方向へ弁座１４に対して変位可能な弁体１６と、弁座１４、噴孔プレート１５及び弁体１６を収容する筒状のホルダ１７と、弁体１６よりも燃料の流れの上流側に配置され、コア５に固定されている筒状の固定ロッド１８と、弁体１６と固定ロッド１８との間に配置されている弾性体であるスプリング１９とを有している。

ホルダ１７は、ハウジング４に固定されている。弁座１４は、ホルダ１７の内周面に固定されている。また、弁座１４は、コア５よりも燃料の流れの下流側に配置されている。これにより、弁体１６は、コア５と弁座１４との間に配置されている。噴孔プレート１５は、弁座１４に固定されている。弁座１４、噴孔プレート１５、弁体１６、ホルダ１７、固定ロッド１８及びスプリング１９は、燃料噴射弁１の軸線Ｐと同軸に配置されている。

ここで、図２は、図１の弁座１４及び噴孔プレート１５の要部を示す拡大断面図である。弁座１４には、弁座内空間部１３から噴孔プレート１５側へ貫通する貫通孔１４ａが設けられている。貫通孔１４ａは、軸線Ｐと同軸に設けられている。弁座内空間部１３の内面は、弁体１６が変位される方向に沿った円筒状の摺動面２０と、軸線Ｐに対して傾斜し、摺動面２０から貫通孔１４ａに達する円錐状のシート面２１とを有している。即ち、弁座１４には、軸線Ｐに沿った円筒状の摺動面２０と、摺動面２０から燃料の下流側に向かって軸線Ｐに近づく方向へ連続的に傾斜するシート面２１とが形成されている。摺動面２０の内径は、貫通孔１４ａの内径よりも大きくなっている。

弁体１６は、図１に示すように、コア５とシート面２１との間に変位可能に配置されている。また、弁体１６は、弁座内空間部１３に挿入されているボール２２と、ホルダ１７内に配置されている可動鉄心である筒状のアマチュア２３と、ボール２２とアマチュア２３とを連結する筒孔の連結部材２４とを有している。弁体１６は、ボール２２を摺動面２０に案内させながら、弁座１４に対して変位される。アマチュア２３は、燃料噴射弁１の軸線Ｐに沿った方向についてコア５と対向している。

ボール２２には、軸線Ｐに沿った平面である複数のスリット面２２ａが形成されている。この例では、４つのスリット面２２ａがボール２２の周方向について等間隔に形成されている。摺動面２０及びシート面２１のそれぞれとボール２２との間には、燃料が流れる隙間燃料通路が生じている。摺動面２０とボール２２との間の隙間燃料通路は、ボール２２の各スリット面２２ａと摺動面２０との間に生じている。従って、この例では、弁座内空間部１３の内面とボール２２との間に４つの隙間燃料通路がボール２２の周方向について等間隔に生じている。

弁体１６は、ボール２２をシート面２１に接触させた閉弁位置と、ボール２２をシート面２１から離した開弁位置との間で変位可能になっている。アマチュア２３は、弁体１６が開弁位置に達するとコア５に接触し、開弁位置から閉弁位置に向かって変位されるとコア５から離れる。

弁体１６が開弁位置に達すると、ボール２２とシート面２１との間に生じている隙間燃料通路が開いた状態、即ち開弁状態になる。弁体１６が閉弁位置に達すると、ボール２２がシート面２１に円周上で接触する線接触状態になる。これにより、ボール２２とシート面２１との間の隙間がなくなり、隙間燃料通路が閉じた状態、即ち閉弁状態になる。図１及び図２では、弁体１６が閉弁位置に達している閉弁状態が示されている。

燃料は、弁座内空間部１３の内面とボール２２との間に生じた隙間燃料通路を、摺動面２０、シート面２１の順に流れた後、貫通孔１４ａを通って噴孔プレート１５へ出る。貫通孔１４ａから噴孔プレート１５へ出る燃料の量は、ボール２２がシート面２１に接触したりボール２２がシート面２１から離れたりすることにより調整される。

噴孔プレート１５は、溶接により弁座１４に固定されている。噴孔プレート１５には、噴孔プレート１５を貫通する複数の噴孔３１が設けられている。弁座１４の貫通孔１４ａから噴孔プレート１５へ出た燃料は、複数の噴孔３１から外部へ噴射される。

スプリング１９は、固定ロッド１８と連結部材２４との間に縮められた状態で弾性復元力を発生している。これにより、スプリング１９は、ボール２２がシート面２１に接触する方向へ弁体１６を付勢している。

コイル６の電磁力が発生すると、アマチュア２３がコア５に吸引される。即ち、コイル６は、アマチュア２３をコア５に吸引する電磁吸引力を発生する。コイル６の電磁吸引力が発生すると、弁体１６は、スプリング１９の付勢力に逆らって、シート面２１から離れる方向へ変位される。

固定ロッド１８内の空間、スプリング１９が配置されている空間、連結部材２４内の空間は、燃料が流れる燃料通路になっている。燃料は、固定ロッド１８、スプリング１９、連結部材２４の順に、燃料通路を流れた後、弁座１４の弁座内空間部１３へ流れる。

シート面２１には、弁体１６が閉弁位置にあるときにボール２２が接触する接触部が存在している。図２に示すように、シート面２１の上流側端部の位置をシート入口位置Ａ、シート面２１のボール２２との接触部の位置をシート接触位置Ｂ、シート面２１の下流側端部の位置をシート出口位置Ｃとすると、弁体１６が開弁位置にあるときの隙間燃料通路のうち、シート入口位置Ａからシート接触位置Ｂまでの部分が助走通路になっており、シート接触位置Ｂからシート出口位置Ｃまでの部分が拡散通路になっている。シート入口位置Ａからシート接触位置Ｂまでの隙間燃料通路の長さ、即ち助走通路の長さＬ１は、シート接触位置Ｂからシート出口位置Ｃまでの隙間燃料通路の長さ、即ち拡散通路の長さＬ２よりも長くなっている。

図３は、図２の噴孔プレート１５の要部を示す拡大断面図である。また、図４は、図３のボール２２から見たときの噴孔プレート１５を示す上面図である。各噴孔３１の軸線は、燃料の流れの下流側に向かって軸線Ｐから離れる方向へ軸線Ｐに対して傾斜している。噴孔プレート１５には、弁座１４に対向するプレート対向面１５ａが形成されている。プレート対向面１５ａには、各噴孔３１のそれぞれの開口部が噴孔入口として形成されている。各噴孔３１は、量産管理可能な限界にまで軸線Ｐに近接して集中配置されている。これにより、弁体１６が閉弁位置にあるときには、噴孔３１の軸線に沿った方向について、噴孔入口とボール２２との間の距離ｈが、噴孔３１の長さｔよりも短くなっている。また、弁体１６が閉弁位置にあるときには、噴孔プレート１５のプレート対向面１５ａとボール２２との間の隙間の寸法が量産管理可能な最小値になっている。これにより、閉弁状態での貫通孔１４ａ内の空間の容積が小さくなり、閉弁時に貫通孔１４ａ内に流れる余分な燃料の流動によるロスの最小化が図られている。

複数の噴孔３１は、図４に示すように、噴孔プレート１５の周方向について互いに間隔を置いて配置されている。この例では、燃料噴射弁１の軸線Ｐを中心とする円上に４つの噴孔３１が噴孔プレート１５の周方向について等間隔に設けられている。以下、４つの噴孔３１を、図３及び図４に示されるように、それぞれ噴孔３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄとして記載する。各噴孔３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ（以下、「各噴孔３１ａ〜３１ｄ」として記載する）の周方向の位置は、各スリット面２２ａの周方向の位置に合わせて設定されている。即ち、各噴孔３１ａ〜３１ｄは、各スリット面２２ａによって生じる各隙間燃料通路のそれぞれの周方向の位置に対応させて噴孔プレート１５に設けられている。この例では、弁座１４から噴孔プレート１５を見たとき、噴孔３１ａ及び噴孔３１ｃのそれぞれの噴孔入口が軸線Ｐに関して対称の位置に配置され、噴孔３１ｂ及び噴孔３１ｄのそれぞれの噴孔入口が軸線Ｐに関して対称の位置に配置されている。

図５は、図３の弁体１６が開弁位置に達しているときの弁装置３の要部を示す拡大断面図である。隙間燃料通路の通路出口３０は、拡散通路の出口の位置、即ちシート出口位置Ｃに形成されている。弁体１６が開弁位置にあるときには、各スリット面２２ａの周方向の位置に合わせて生じている複数の隙間燃料通路の通路出口３０から燃料が噴孔プレート１５に向けて供給される。

各噴孔３１ａ〜３１ｄの噴孔入口は、弁体１６が開弁位置にあるときに、対応する隙間燃料通路がシート出口位置Ｃからプレート対向面１５ａを直接臨む範囲に形成されている。即ち、図５に示すように、シート出口位置Ｃに形成されている隙間燃料通路の通路出口３０でのボール２２の接線ＶＬ１と、シート面２１の延長線ＶＬ２とがプレート対向面１５ａにそれぞれ交わってできた２つの交点の間の範囲に、対応する各噴孔３１ａ〜３１ｄの噴孔入口が位置している。

また、弁体１６が開弁位置にあるときには、シート出口位置Ｃに形成されている隙間燃料通路の通路出口３０でのボール２２の接線ＶＬ１が、プレート対向面１５ａとボール２２との間の空間で軸線Ｐと交差している。これにより、隙間燃料通路の通路出口３０から出た燃料の流れは、図５の矢印ＡＲに沿った方向への流れになる。

軸線Ｐに関して対称の位置にある一対の噴孔３１ａ，３１ｃのそれぞれに対応する隙間燃料通路の通路出口３０から出た燃料の流れのうち、一対の噴孔３１ａ，３１ｃのそれぞれの噴孔入口の上方を通過した燃料の流れは、軸線Ｐ上で互いに対向する。これにより、燃料が軸線Ｐ上で互いに衝突し、燃料の流速は軸線Ｐ上で抑制される。同様に、軸線Ｐに関して対称の位置にある一対の噴孔３１ｂ，３１ｄのそれぞれの噴孔入口の上方を通過した燃料の流速も、軸線Ｐ上で抑制される。

図６は、図３の弁体１６が開弁位置にあるときのボール２２とシート面２１との間に生じている隙間燃料通路の断面積と、シート面２１での位置との関係を示すグラフである。隙間燃料通路における助走通路の断面積は、シート入口位置Ａからシート接触位置Ｂに向かって、即ち燃料の流れの下流側に向かって連続的に小さくなっている。これに対して、隙間燃料通路における拡散通路の断面積は、シート接触位置Ｂからシート出口位置Ｃに向かって、即ち燃料の流れの下流側に向かって連続的に大きくなっている。

シート入口位置Ａでの隙間燃料通路の断面積ＳＡと、シート接触位置Ｂでの隙間燃料通路の断面積ＳＢと、シート出口位置Ｃでの隙間燃料通路の断面積ＳＣとの間には、ＳＡ＞ＳＣ＞ＳＢの関係がある。従って、助走通路と拡散通路との境界の位置、即ちシート接触位置Ｂには、弁体１６が開弁位置にあるときの隙間燃料通路の断面積が最も小さくなる隙間部が隙間燃料通路の通路狭小部として形成されている。

各隙間燃料通路から噴孔プレート１５に供給された燃料は、各隙間燃料通路に対応する各噴孔３１ａ〜３１ｄのそれぞれに噴孔入口から流入する。各噴孔３１ａ〜３１ｄに流入した燃料は、各噴孔３１ａ〜３１ｄを流れるときに液膜化される。

例えば、４つの噴孔３１ａ〜３１ｄのうちの噴孔３１ａについてみると、以下の第１〜第３の要素によって、噴孔３１ａ内の燃料の液膜形成が促進される。

（第１の要素）
噴孔３１ａに対応する隙間燃料通路の通路出口３０からみると、図４に示すように、他の噴孔３１ｃが噴孔３１ａの背後に存在し、噴孔３１ａの噴孔入口の位置が隙間燃料通路の通路出口３０に最も近い位置になっている。これにより、噴孔３１ａには、噴孔３１ａに対応する隙間燃料通路の通路出口３０からの燃料が主に供給される。このような燃料の供給バランスを「噴孔の配置による噴孔への燃料供給バランス」という。また、噴孔３１ａは、噴孔入口から燃料の下流側に向かって軸線Ｐから離れる方向へ傾斜している。これにより、噴孔３１ａには、噴孔３１ａの噴孔入口での圧力分布によって噴孔３１ａよりも径方向外側、即ち図４の右側からの燃料の流入が優勢になる。このような燃料の供給バランスを「噴孔の傾斜による噴孔への燃料供給バランス」という。このように、噴孔の配置による噴孔への燃料供給バランスと、噴孔の傾斜による噴孔への燃料供給バランスとによって、噴孔３１ａには、噴孔３１ａよりも径方向外側からの燃料の流入が強くなる。

（第２の要素）
また、弁体１６が閉弁位置にあるときに、噴孔３１ａの軸線に沿った方向についての噴孔入口とボール２２との間の距離ｈが、噴孔３１ａの軸線に沿った方向についての噴孔３１ａの長さｔよりも短くなっている。これにより、弁体１６が閉弁位置から開弁位置への変位を開始するときの低燃料圧力の状態において、噴孔３１ａの噴孔入口から流入する燃料の流れの成分のうち、噴孔３１ａの軸線に沿った成分よりも、噴孔３１ａの軸線と直交する方向の成分が強められる。

（第３の要素）
さらに、噴孔３１ａに対応する隙間燃料通路がシート出口位置Ｃからプレート対向面１５ａを直接臨む範囲に噴孔３１ａの噴孔入口が形成されている。これにより、噴孔３１ａに対応する隙間燃料通路の通路出口３０から出た燃料が、ボール２２及び弁座１４に妨げられずに噴孔３１ａの噴孔入口に直接到達する。従って、燃料の流れのエネルギのロスが抑制される。

このように、噴孔３１ａ内では、上記の第１〜第３の要素によって燃料の液膜形成が促進される。他の噴孔３１ｂ，３１ｃ，３１ｄのそれぞれでも、噴孔３１ａと同様に、燃料の液膜形成が促進される。

シート面２１とボール２２との間に生じた隙間燃料通路の断面積は、シート接触位置Ｂからシート出口位置Ｃに向かって連続的に大きくなっている。これにより、噴孔３１ａに対応する隙間燃料通路の通路出口３０から出る燃料のうち、ボール２２に近い位置を主に流れる燃料は、図４の矢印及び図５の矢印ＡＲで示すように、噴孔３１ａの噴孔入口の上方を通過して他の噴孔３１ｂの背後に向かう。他の噴孔３１ｂの背後に流れた燃料は、噴孔３１ｂでの燃料の液膜化の促進の妨げになる。本実施の形態では、各噴孔３１ａ〜３１ｄの噴孔入口の上方を通過した燃料の流速が軸線Ｐ上で抑制されることから、各噴孔３１ａ〜３１ｄのそれぞれにおいて燃料が背後から流入することが抑制される。

図７は、図５のシート出口位置Ｃでの隙間燃料通路の断面積ＳＣとシート接触位置Ｂでの隙間燃料通路の断面積ＳＢとの比である通路断面積比ＳＣ／ＳＢと、噴孔３１ａから噴射される燃料の粒子径との関係を示すグラフである。噴孔３１ａから噴射される燃料の粒子径は、図７に示すように、通路断面積比ＳＣ／ＳＢが１．３以下である場合に小さくなっている。即ち、通路断面積比ＳＣ／ＳＢが１．３以下である場合に燃料の微粒化が促進されていることが分かる。従って、この発明の燃料噴射弁１では、通路断面積比ＳＣ／ＳＢが１．３以下に設定されている。即ち、この発明の燃料噴射弁１では、シート出口位置Ｃでの隙間燃料通路の断面積ＳＣが、シート接触位置Ｂでの隙間燃料通路の断面積ＳＢの１．３倍以下になっている。この例では、通路断面積比ＳＣ／ＳＢが１．２になっている。

次に、動作について説明する。燃料噴射弁１の上部から燃料の圧力が加わると、燃料がフィルタ１１を通ってコア５内、弁体１６内、弁座内空間部１３内に充填される。コイル６への通電が停止されている状態では、スプリング１９の付勢力によって弁体１６が閉弁位置に達しており、弁体１６のボール２２が弁座１４のシート面２１に接触している。これにより、弁座内空間部１３の内面とボール２２との間に生じている複数の隙間燃料通路が閉じ、弁座１４から噴孔プレート１５への燃料の供給が停止されている。

コイル６への通電が行われると、電磁吸引力が発生し、アマチュア２３がコア５に吸引される。これにより、弁体１６は、スプリング１９の付勢力に逆らって、開弁位置に変位される。これにより、ボール２２がシート面２１から離れ、各隙間燃料通路が開いた開弁状態になる。

燃料噴射弁１が開弁状態になると、弁座内空間部１３に充填されている燃料が、摺動面２０、シート面２１の順に各隙間燃料通路を通って、シート出口位置Ｃに形成されている通路出口３０から噴孔プレート１５に向けて出る。各隙間燃料通路の通路出口３０から出た燃料は、各隙間燃料通路に対応する各噴孔３１ａ〜３１ｄに噴孔入口から主に流入し、液膜化されながら各噴孔３１ａ〜３１ｄを流れる。この後、液膜状の燃料は、各噴孔３１ａ〜３１ｄから噴射され、外部エアとの摩擦により微粒化される。

一方、コイル６への通電が停止されると、電磁吸引力がなくなり、スプリング１９の付勢力によって弁体１６が閉弁位置に変位される。これにより、隙間燃料通路が閉じ、弁座１４から噴孔プレート１５への燃料の供給が停止される。

このような燃料噴射弁１では、シート出口位置Ｃでの隙間燃料通路の断面積ＳＣが、シート接触位置Ｂでの隙間燃料通路の断面積ＳＢの１．３倍以下になっているので、隙間燃料通路の通路出口３０から出た燃料の流れが急激に広がることを抑制することができ、各隙間燃料通路に対応する各噴孔３１の噴孔入口に燃料をより確実に流入させることができる。これにより、隙間燃料通路の通路出口３０から出た燃料が、隙間燃料通路に対応する噴孔３１以外の他の噴孔３１に背後から流入することを抑制することができ、各噴孔３１での燃料の液膜化を促進することができる。従って、各噴孔３１から外部に噴射される燃料の微粒化を促進することができる

また、シート入口位置Ａからシート接触位置Ｂまでの隙間燃料通路の長さＬ１は、シート接触位置Ｂからシート出口位置Ｃまでの隙間燃料通路の長さＬ２よりも長くなっているので、シート入口位置Ａからシート接触位置Ｂまでの助走通路で燃料の流れを収束させることにより、シート面２１に沿った強い方向性を燃料の流れに持たせることができる。また、シート接触位置Ｂからシート出口位置Ｃまでの拡散通路での燃料の流れの拡散を抑制することができ、隙間燃料通路の通路出口３０から出る燃料の流れの拡散を抑制することができる。これにより、隙間燃料通路の通路出口３０から出る燃料の流れのうち、ボール２２に近い位置での流れを弱めることができ、シート面２１の延長線に沿って各噴孔３１に直接流入する強い流れを支配的にすることができる。従って、各隙間燃料通路に対応する各噴孔３１の噴孔入口に燃料をさらに確実に流入させることができる。

また、弁体１６が開弁位置にあるときには、隙間燃料通路の通路出口３０でのボール２２の接線ＶＬ１が、ボール２２とプレート対向面１５ａとの間の空間で軸線Ｐと交差するので、軸線Ｐに関して対称の位置にある一対の噴孔３１のそれぞれに対応する隙間燃料通路の通路出口３０から出た燃料のうち、噴孔入口の上方を通過した燃料の流れを軸線Ｐ上で直接対向させることができる。これにより、噴孔３１の噴孔入口の上方を通過した燃料の流速を抑制することができ、各噴孔３１において噴孔３１の背後から燃料が流入することを抑制することができる。従って、各噴孔３１での燃料の液膜形成の促進をさらに図ることができる。

また、弁体１６が閉弁位置にあるときには、噴孔３１の軸線に沿った方向について、噴孔３１の噴孔入口とボール２２との間の距離ｈが、噴孔３１の長さｔよりも短くなっているので、弁体１６が閉弁位置から開弁位置への変位を開始する低燃料圧力の状態において、噴孔入口から噴孔３１に流入する燃料の流れのうち、噴孔３１の軸線に沿った成分よりも、噴孔３１の軸線に直交する成分を強めることができる。これにより、燃料が噴孔３１の内面に押し付けられる作用を強めることができ、噴孔３１での燃料の液膜形成の促進をさらに図ることができる。

なお、上記の例では、シート入口位置Ａからシート接触位置Ｂまでの隙間燃料通路の長さ、即ち助走通路の長さＬ１は、シート接触位置Ｂからシート出口位置Ｃまでの隙間燃料通路の長さ、即ち拡散通路の長さＬ２よりも長くなっているが、シート出口位置Ｃでの隙間燃料通路の断面積ＳＣが、シート接触位置Ｂでの隙間燃料通路の断面積ＳＢの１．３倍以下であれば、助走通路の長さＬ１が拡散通路の長さＬ２と同じであってもよいし、助走通路の長さＬ１が拡散通路の長さＬ２よりも短くてもよい。

また、上記の例では、弁体１６が開弁位置にあるときに、隙間燃料通路の通路出口３０でのボール２２の接線ＶＬ１が、ボール２２とプレート対向面１５ａとの間の空間で軸線Ｐと交差するようになっているが、シート出口位置Ｃでの隙間燃料通路の断面積ＳＣが、シート接触位置Ｂでの隙間燃料通路の断面積ＳＢの１．３倍以下であれば、弁体１６が開弁位置にあるときに、隙間燃料通路の通路出口３０でのボール２２の接線ＶＬ１が、ボール２２とプレート対向面１５ａとの間の空間で軸線Ｐと交差しなくてもよい。

また、弁体１６が閉弁位置にあるときに、噴孔３１の軸線に沿った方向について、噴孔３１の噴孔入口とボール２２との間の距離ｈが、噴孔３１の長さｔよりも短くなっているが、シート出口位置Ｃでの隙間燃料通路の断面積ＳＣが、シート接触位置Ｂでの隙間燃料通路の断面積ＳＢの１．３倍以下であれば、弁体１６が閉弁位置にあるときの距離ｈが噴孔３１の長さｔと同じであってもよいし、弁体１６が閉弁位置にあるときの距離ｈが噴孔３１の長さｔよりも長くてもよい。

１燃料噴射弁、１４弁座、１５噴孔プレート、１５ａプレート対向面、１６弁体、２１シート面、２２ボール、３１噴孔。

Claims

燃料の流れの下流側に向かって軸線に近づく方向へ傾斜するシート面が形成されている弁座、
ボールを有し、前記ボールを前記シート面に接触させた閉弁位置と、前記ボールを前記シート面から離した開弁位置との間で変位可能で、前記ボールと前記シート面との間に生じている隙間燃料通路を開閉する弁体、及び
複数の噴孔が設けられ、前記弁座よりも燃料の流れの下流側に配置されている噴孔プレート
を備え、
前記噴孔プレートには、前記弁座に対向するプレート対向面が形成されており、
前記プレート対向面には、前記複数の噴孔のそれぞれの開口部が噴孔入口として形成されており、
前記複数の噴孔は、前記噴孔入口から燃料の流れの下流側に向かって前記軸線から離れる方向へ傾斜しており、
前記シート面には、前記弁体が前記閉弁位置にあるときに前記ボールが接触する接触部が存在し、
前記シート面の下流側端部の位置をシート出口位置とし、前記シート面の前記接触部の位置をシート接触位置とすると、
前記噴孔入口は、前記弁体が前記開弁位置にあるときの前記隙間燃料通路が前記シート出口位置から前記プレート対向面を臨む範囲に設けられており、
前記弁体が前記開弁位置にあるときには、前記シート出口位置での前記隙間燃料通路の断面積が、前記シート接触位置での前記隙間燃料通路の断面積の１．３倍以下になっている燃料噴射弁。
前記シート面の上流側端部の位置をシート入口位置とすると、
前記シート入口位置から前記シート接触位置までの前記隙間燃料通路の長さは、前記シート接触位置から前記シート出口位置までの前記隙間燃料通路の長さよりも長くなっている請求項１に記載の燃料噴射弁。
前記シート出口位置では、前記隙間燃料通路の通路出口が形成されており、
前記弁体が前記開弁位置にあるときには、前記ボールと前記プレート対向面との間の空間において、前記隙間燃料通路の通路出口での前記ボールの接線と前記軸線とが交差する請求項１又は請求項２に記載の燃料噴射弁。
前記弁体が前記閉弁位置にあるときには、前記噴孔の軸線に沿った方向について、前記噴孔入口と前記ボールとの間の距離が、前記噴孔の長さよりも短い請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。