WO2017056857A1

WO2017056857A1 - 燃料噴射弁

Info

Publication number: WO2017056857A1
Application number: PCT/JP2016/075928
Authority: WO
Inventors: 雅之丹羽; 典嗣加藤
Original assignee: 株式会社デンソー; 株式会社日本自動車部品総合研究所
Priority date: 2015-10-02
Filing date: 2016-09-05
Publication date: 2017-04-06
Also published as: JP2017067050A

Abstract

燃料噴射弁は、噴孔（３１、３２、３３、３４、３５、３６）、及び、噴孔の内側開口（３１１、３２１、３３１、３４１、３５１、３６１）の周囲に形成される弁座（３０５）を有するノズルボディ（２０）と、ノズルボディ内に往復移動可能に設けられ、弁座に当接すると噴孔を閉じ、弁座から離間すると噴孔を開くニードル（４０）と、ニードルを往復移動可能な駆動部（２４、２６、３８、４４、４７）と、を備え、噴孔は、内側開口の断面積が噴孔の外側開口（３１２、３２２、３３２、３４２、３５２、３６２）の断面積に比べ小さくなるよう形成され、内側開口を形成するノズルボディの角部のうちノズルボディの中心軸（ＣＡ３０）からみて径方向外側に位置する外側角部（３６３）は、内側開口の中心（Ｃ３６１）と外側開口の中心（Ｃ３６２）とを通る噴孔軸（ＨＣ３６）を含む平面であってかつ中心軸に平行または中心軸を含む仮想平面上の断面形状の曲率半径が１μｍ以下であり、かつ、内側開口と外側開口とを連通する噴孔通路（３１０、３２０、３３０、３４０、３５０、３６０）を形成するノズルボディの噴孔内壁のうち中心軸からみて径方向内側に位置する噴孔内側内壁（３６７、５６７、５６８）は、表面粗さが２μｍ以上である。

Description

燃料噴射弁

関連出願の相互参照

　本出願は、２０１５年１０月２日に出願された日本特許出願番号２０１５－１９６５２４号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。

　本開示は、内燃機関に燃料を噴射供給する燃料噴射弁に関する。

　従来、ニードルの往復移動によってノズルボディが有する噴孔を開閉しノズルボディ内の燃料を噴射する燃料噴射弁が知られている。例えば、特許文献１には、噴孔の内側開口を形成する内側開口角部の曲率半径が比較的小さい燃料噴射弁が記載されている。

特開２００９－１１４９２５号公報

　特許文献１に記載の燃料噴射弁では、内側開口角部の曲率半径を小さくすることによって内側開口を通って内側開口と外側開口とを連通する噴孔通路に流入する燃料にキャビテーションを発生させる。燃料中に発生するキャビテーションは、完全に燃焼しない燃料から生成する物質、すなわち、不完全燃焼生成物の噴孔通路での堆積を抑制する。しかしながら、不完全燃焼生成物が噴孔内壁に一旦堆積し始めると、堆積した不完全燃焼生成物によって噴孔の形状が変化するため、噴孔を通る燃料の流れが乱れる。このため、燃料噴射弁の使用に伴って噴孔の噴射特性が変化するおそれがある。

　本開示の目的は、噴孔における不完全燃焼生成物の堆積を抑制しつつ燃料の噴射特性の経時変化を抑制する燃料噴射弁を提供することにある。

　本開示の一態様による燃料噴射弁は、噴孔、及び、噴孔の内側開口の周囲に形成される弁座を有するノズルボディと、ノズルボディ内に往復移動可能に設けられ、弁座に当接すると噴孔を閉じ、弁座から離間すると噴孔を開くニードルと、ニードルを往復移動可能な駆動部と、を備え、噴孔は、内側開口の断面積が噴孔の外側開口の断面積に比べ小さくなるよう形成され、内側開口を形成するノズルボディの角部のうちノズルボディの中心軸からみて径方向外側に位置する外側角部は、内側開口の中心と外側開口の中心とを通る噴孔軸を含む平面であってかつ中心軸に平行または中心軸を含む仮想平面上の断面形状の曲率半径が１μｍ以下であり、かつ、内側開口と外側開口とを連通する噴孔通路を形成するノズルボディの噴孔内壁のうち中心軸からみて径方向内側に位置する噴孔内側内壁は、表面粗さが２μｍ以上である。

　本開示の燃料噴射弁では、内側開口を形成するノズルボディの角部のうちノズルボディの中心軸からみて径方向外側に位置する外側角部は、仮想平面上の断面形状の曲率半径が１μｍ以下となるよう形成されている。これにより、ノズルボディ内において径外方向から径内方向に向かう燃料は、外側角部においてキャビテーションを発生しやすくなる。燃料中にキャビテーションが発生すると噴孔を形成する噴孔内壁に付着している不完全燃焼生成物を燃料の流れによって取り除くことができる。したがって、噴孔における不完全燃焼生成物の堆積を抑制することができる。

　また、本開示の燃料噴射弁では、噴孔内壁のうちノズルボディの中心軸からみて径方向内側に位置する噴孔内側内壁は、表面粗さが２μｍ以上となるよう形成されている。ここでの表面粗さは、十点平均粗さを指す。ノズルボディ内において径外方向から径内方向に向かう燃料の多くは、外側角部と接触した後、噴孔内側内壁に沿って流れる。このため、上述した燃料の流れによって噴孔内壁に付着している不完全燃焼生成物をある程度取り除くことができても、不完全燃焼生成物は徐々に堆積する。そこで、本開示の燃料噴射弁では、噴孔内側内壁の表面粗さを噴孔内側内壁の上に堆積した不完全燃焼生成物の表面粗さに近い表面粗さとし、仮に不完全燃焼生成物が堆積しても噴孔通路の形状が大きく変化しない。これにより、燃料の噴射を繰り返したときに噴孔通路を通る燃料の流れが大きく変化することを防止する。したがって、燃料の噴射特性の経時変化を小さくすることができる。

　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図１は、本開示の第一実施形態による燃料噴射弁の断面図であり、図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線断面図であり、図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図であり、図４は、図３のＩＶ部拡大図であり、図５は、図３のＶ矢視図であり、図６は、図３のＶＩ－ＶＩ線断面図であり、図７は、本開示の第一実施形態による燃料噴射弁における外側角部の曲率半径と噴孔から噴射される燃料の流量低下率との関係を示す特性図であり、図８は、本開示の第一実施形態による燃料噴射弁における噴孔内壁の表面粗さと表面粗さの変化率及び噴射特性の変化率との関係を示す特性図であり、図９は、本開示の第二実施形態による燃料噴射弁が有する噴孔の断面図であり、図１０は、図９のＸ－Ｘ線断面図であり、図１１は、本開示の第三実施形態による燃料噴射弁が有する噴孔の断面図であり、図１２は、図１１のＸＩＩ矢視図であり、図１３は、図１１のＸＩＩＩ－ＸＩＩＩ線断面図である。

　以下、本開示の複数の実施形態について図面に基づいて説明する。

　（第一実施形態）
　本開示の第一実施形態による燃料噴射弁を図１～９に基づいて説明する。図１には、第一実施形態による燃料噴射弁１の断面図を示す。なお、図１には、ニードル４０が弁座３０５から離間する方向である開弁方向、及び、ニードル４０が弁座３０５に当接する方向である閉弁方向を図示する。

　燃料噴射弁１は、図示しない直噴式エンジンの燃料噴射装置に用いられ、燃料としてのガソリンを直噴式エンジンに噴射供給する。直噴式エンジンは、内燃機関である。燃料噴射弁１は、ノズルボディ２０、ニードル４０、可動コア４７、固定コア４４、コイル３８、スプリング２４、２６などを備える。可動コア４７、固定コア４４、コイル３８、及び、スプリング２４、２６は、駆動部に相当する。

　ノズルボディ２０は、第一筒部材２１、第二筒部材２２、第三筒部材２３、及び、噴射ノズル３０などから構成されている。第一筒部材２１、第二筒部材２２及び第三筒部材２３は、いずれも略円筒状の部材であって、第一筒部材２１、第二筒部材２２、第三筒部材２３の順に同軸となるよう配置され、互いに接続している。

　噴射ノズル３０は、第一筒部材２１の第二筒部材２２とは反対側の端部に設けられている。噴射ノズル３０は、有底筒状の部材であって、第一筒部材２１に溶接されている。噴射ノズル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。噴射ノズル３０は、噴射部３０１及び筒部３０２から形成されている。

　噴射部３０１は、噴射ノズル３０の中心軸ＣＡ３０上の点を中心とした半球体の外郭状の部位である。噴射部３０１の外壁３０３は、中心軸ＣＡ３０の方向に突出している。噴射部３０１は、ノズルボディ２０の内部と外部とを連通する噴孔を複数有する。第一実施形態では、図２に示すように、六個の噴孔３１、３２、３３、３４、３５、３６が等間隔に配置されている。

　噴孔３１は、内壁３０４上の開口である内側開口３１１、外壁３０３上の開口である外側開口３１２、及び、内側開口３１１と外側開口３１２とを連通する噴孔通路３１０などから構成されている。噴孔３１は、噴孔通路３１０の内側開口３１１の中心Ｃ３１１と外側開口３１２の中心Ｃ３１２とを通る噴孔軸ＨＣ３１に垂直な断面積が内側開口３１１から外側開口３１２に向かうにつれて大きくなるよう形成されている。

　噴孔３２は、内壁３０４上の開口である内側開口３２１、外壁３０３上の開口である外側開口３２２、及び、内側開口３２１と外側開口３２２とを連通する噴孔通路３２０などから構成されている。噴孔３２は、噴孔通路３２０の内側開口３２１の中心Ｃ３２１と外側開口３２２の中心Ｃ３２２とを通る噴孔軸ＨＣ３２に垂直な断面積が内側開口３２１から外側開口３２２に向かうにつれて大きくなるよう形成されている。

　噴孔３３は、内壁３０４上の開口である内側開口３３１、外壁３０３上の開口である外側開口３３２、及び、内側開口３３１と外側開口３３２とを連通する噴孔通路３３０などから構成されている。噴孔３３は、噴孔通路３３０の内側開口３３１の中心Ｃ３３１と外側開口３３２の中心Ｃ３３２とを通る噴孔軸ＨＣ３３に垂直な断面積が内側開口３３１から外側開口３３２に向かうにつれて大きくなるよう形成されている。

　噴孔３４は、内壁３０４上の開口である内側開口３４１、外壁３０３上の開口である外側開口３４２、及び、内側開口３４１と外側開口３４２とを連通する噴孔通路３４０などから構成されている。噴孔３４は、噴孔通路３４０の内側開口３４１の中心Ｃ３４１と外側開口３４２の中心Ｃ３４２とを通る噴孔軸ＨＣ３４に垂直な断面積が内側開口３４１から外側開口３４２に向かうにつれて大きくなるよう形成されている。

　噴孔３５は、内壁３０４上の開口である内側開口３５１、外壁３０３上の開口である外側開口３５２、及び、内側開口３５１と外側開口３５２とを連通する噴孔通路３５０などから構成されている。噴孔３５は、噴孔通路３５０の内側開口３５１の中心Ｃ３５１と外側開口３５２の中心Ｃ３５２とを通る噴孔軸ＨＣ３５に垂直な断面積が内側開口３５１から外側開口３５２に向かうにつれて大きくなるよう形成されている。

　噴孔３６は、内壁３０４上の開口である内側開口３６１、外壁３０３上の開口である外側開口３６２、及び、内側開口３６１と外側開口３６２とを連通する噴孔通路３６０などから構成されている。噴孔３６は、噴孔通路３６０の内側開口３６１の中心Ｃ３６１と外側開口３６２の中心Ｃ３６２とを通る噴孔軸ＨＣ３６に垂直な断面積が内側開口３６１から外側開口３６２に向かうにつれて大きくなるよう形成されている。

　内壁３０４にはニードル４０が当接可能な環状の弁座３０５が形成される。

　筒部３０２は、噴射部３０１の径方向外側を囲み、噴射部３０１の外壁３０３が突出する方向とは反対側に延びるように設けられている。筒部３０２は、第１端部が噴射部３０１に接続し、第２端部が第一筒部材２１に接続している。

　ニードル４０は、ノズルボディ２０内に往復移動可能に収容されている。ニードル４０は、軸部４１、シール部４２、及び、大径部４３などから構成されている。

　軸部４１は、円筒棒状の部位である。軸部４１とシール部４２との間には摺接部４５が設けられている。摺接部４５は、略円筒状の部位であって、外壁４５１の一部が面取りされている。摺接部４５は、外壁４５１の面取りされていない部分が噴射ノズル３０の内壁と摺接可能である。これにより、ニードル４０は、弁座３０５側の先端部での往復移動が案内される。軸部４１は、摺接部４５が設けられる側とは反対側に端部に軸部４１の内壁と外壁とを接続する孔４６を有する。

　シール部４２は、軸部４１の弁座３０５側の端部に弁座３０５に当接可能に設けられている。ニードル４０は、シール部４２が弁座３０５に当接すると噴孔３１、３２、３３、３４、３５、３６が閉じられる。また、シール部４２が弁座３０５から離間すると噴孔３１、３２、３３、３４、３５、３６が開く。

　大径部４３は、軸部４１のシール部４２とは反対側に設けられている。大径部４３は、その外径が軸部４１の外径より大きい。大径部４３の弁座３０５側の端面は、可動コア４７に当接している。

　ニードル４０は、摺接部４５が噴射ノズル３０の内壁により支持され、また、軸部４１が可動コア４７を介して第二筒部材２２の内壁により支持されつつ、ノズルボディ２０の内部を往復移動する。

　可動コア４７は、磁気安定化処理が施されている略円筒状の部材である。可動コア４７は、大径部４３の噴射ノズル３０側に往復移動可能に設けられる。可動コア４７は、略中央に貫通孔４９を有する。貫通孔４９には、ニードル４０の軸部４１が挿通されている。

　固定コア４４は、磁気安定化処理が施されている略円筒状の部材である。固定コア４４は、ノズルボディ２０の第三筒部材２３と溶接され、ノズルボディ２０の内側に固定されている。

　コイル３８は、略円筒状の部材であって、主に第二筒部材２２及び第三筒部材２３の径方向外側を囲むよう設けられている。コイル３８は、電力が供給されると磁界を発生する。コイル３８の周囲に磁界が発生すると、固定コア４４、可動コア４７、第一筒部材２１及び第三筒部材２３に磁気回路が形成される。これにより、固定コア４４と可動コア４７との間に磁気吸引力が発生し、可動コア４７は、固定コア４４に吸引される。このとき、可動コア４７の噴射ノズル３０側とは反対側の面に当接しているニードル４０は、可動コア４７とともに開弁方向へ移動する。

　スプリング２４は、第１端が大径部４３のスプリング当接面４３１に当接するよう設けられている。スプリング２４の第２端は、固定コア４４の内側に圧入固定されたアジャスティングパイプ１１の一端に当接している。スプリング２４は、軸方向に伸びる力を有している。これにより、スプリング２４は、ニードル４０を可動コア４７とともに閉弁方向に付勢している。

　スプリング２６は、第１端が可動コア４７の段差面４８に当接するよう設けられている。スプリング２６の第２端は、第一筒部材２１の内壁に有する環状の段差面２１１に当接している。スプリング２６は、軸方向に伸びる力を有している。これにより、スプリング２６は可動コア４７をニードル４０とともに開弁方向に付勢している。

　本実施形態では、スプリング２４の付勢力は、スプリング２６の付勢力より大きく設定されている。これにより、コイル３８に電力が供給されていない状態では、ニードル４０のシール部４２は、弁座３０５に着座した状態、すなわち閉弁状態となる。

　第三筒部材２３の第二筒部材２２とは反対側の端部には、略円筒状の燃料導入パイプ１２が圧入及び溶接されている。燃料導入パイプ１２の内側には、フィルタ１３が設けられている。フィルタ１３は、燃料導入パイプ１２の導入口１４から流入した燃料に含まれる異物を捕集する。

　燃料導入パイプ１２及び第三筒部材２３の径方向外側は、樹脂によりモールドされている。当該モールド部分にはコネクタ１５が設けられている。コネクタ１５には、コイル３８へ電力を供給するための端子１６がインサート成形されている。また、コイル３８の径方向外側には、コイル３８を覆うよう筒状のホルダ１７が設けられている。

　燃料導入パイプ１２の導入口１４から流入する燃料は、固定コア４４の径内方向、アジャスティングパイプ１１の内部、ニードル４０の大径部４３及び軸部４１の内側、孔４６、第一筒部材２１とニードル４０の軸部４１との間の隙間を流通し、噴射ノズル３０の内部に導かれる。すなわち、燃料導入パイプ１２の導入口１４から第一筒部材２１とニードル４０の軸部４１との間の隙間までが噴射ノズル３０の内部に燃料を導入する燃料通路１８となる。

　第一実施形態による燃料噴射弁１は、噴孔の形状に特徴がある。ここでは、図３～６に基づいて噴孔３６の形状について説明する。なお、図３～６において、説明を分かりやすくするために、噴射部３０１が有する壁面の表面粗さの違いを壁面に沿う点線または二点鎖線によって示す。

　図３に噴孔３６を含む噴射部３０１の断面図を示す。図３に示す断面図は、中心軸ＣＡ３０を含む平面であってかつ噴孔軸ＨＣ３６を含む仮想平面における噴射部３０１の断面図を示している。

　内側開口３６１を形成する噴射部３０１の角部のうち、中心軸ＣＡ３０からみて径方向外側に位置し図３に示す断面図に断面形状が現れている角部を外側角部３６３とする。外側角部３６３は、図４に示すように、仮想平面上の断面形状が円弧状に形成されている。燃料噴射弁１では、外側角部３６３は、図４に示す断面形状の曲率半径が１μｍ以下となるよう形成されている。図４には、外側角部３６３の断面形状に重なる仮想円Ｃ３６３を二点鎖線で示している。すなわち、燃料噴射弁１では、仮想円Ｃ３６３の半径ｒ３６３が１μｍ以下となっている。

　また、外側角部３６３は、図４に示すように、外壁が噴孔通路３６０を形成する噴射部３０１の噴孔内壁の一部となっている。ここで、外側角部３６３の外壁を外側角部外壁３６４とすると、外側角部外壁３６４は、表面粗さが１μｍ以下となるよう形成されている（図３、４、５の点線Ｄ３６４が示す領域）。

　噴孔通路３６０を形成する噴射部３０１の噴孔内壁のうち、中心軸ＣＡ３０からみて径方向外側に位置し図３に示す断面図において外側角部外壁３６４から外側開口３６２までの断面線が現れている噴孔内壁を噴孔外側内壁３６５、３６６とする。噴孔外側内壁３６５は、内側開口３６１側に形成され、外側角部外壁３６４と接続している。噴孔外側内壁３６５は、表面粗さが外側角部外壁３６４と同じ１μｍ以下となるよう形成されている（図３、４、６の点線Ｄ３６５が示す領域）。噴孔外側内壁３６６は、外側開口３６２側に形成され、噴射部３０１の外壁３０３及び噴孔外側内壁３６５と接続している。噴孔外側内壁３６６は、表面粗さが２μｍ以上となるよう形成されている（図３の二点鎖線Ｄ３６６が示す領域）。なお、図４には、表面粗さが同じ外側角部外壁３６４と噴孔外側内壁３６５との境界をわかりやすくするため境界線ＢＬ３６を図示する。

　噴孔通路３６０を形成する噴射ノズル３０の噴孔内壁のうち、中心軸ＣＡ３０からみて径方向内側に位置し図３に示す断面図において内側開口３６１から外側開口３６２までの断面線が現れている噴孔内壁を噴孔内側内壁３６７とする。噴孔内側内壁３６７は、表面粗さが２μｍ以上となるよう形成されている（図３、６の二点鎖線Ｄ３６７が示す領域）。

　図５に内側開口３６１の噴孔軸ＨＣ３６方向の矢視図を示す。図５には、噴射ノズル３０における径外方向及び径内方向を図示する。中心軸ＣＡ３０からみて内側開口３６１の径方向外側には外側角部３６３が設けられている。燃料噴射弁１では、外側角部３６３は、図５に示すように、図３に現れている外側角部３６３の断面線Ｌ３６４を含み、噴孔軸ＨＣ３６上の点からみて広がり角αが９０度以上となるよう形成されている（図５の点線Ｄ３６４が示す領域）。

　また、中心軸ＣＡ３０からみて内側開口３６１の径方向内側は、噴孔内側内壁３６７と噴射部３０１の内壁３０４とが接続する部位となっている（図５の二点鎖線Ｄ３６７が示す領域）。

　図６に噴孔通路３６０の噴孔軸ＨＣ３６に垂直な断面形状であって、内側開口３６１寄りの断面形状を示す。図３に現れている噴孔外側内壁３６５の断面形状を断面線Ｌ３６５とすると、噴孔外側内壁３６５は、図６に示すように、断面線Ｌ３６５を含むよう円弧状に形成されている。このとき、噴孔外側内壁３６５は、広がり角βが噴孔軸ＨＣ３６上の点からみて９０度以上となるよう形成されている。

　また、図３に現れている噴孔内側内壁３６７の断面形状を断面線Ｌ３６７とすると、噴孔内側内壁３６７は、断面線Ｌ３６７を含むよう円弧状に形成されている。このとき、噴孔内側内壁３６７は、広がり角γが噴孔軸ＨＣ３６上の点からみて１８０度以上となるよう形成されている。第一実施形態では、噴孔外側内壁３６５の噴孔軸ＨＣ３６に略平行な第１端と噴孔内側内壁３６７の噴孔軸ＨＣ３６に略平行な第２端とは接続している。また、噴孔外側内壁３６５の噴孔軸ＨＣ３６に略平行な第２端と噴孔内側内壁３６７の噴孔軸ＨＣ３６に略平行な第１端とは接続している。

　ここでは、噴孔３６を形成する噴射部３０１の形状について説明したが、他の噴孔３１、３２、３３、３４、３５についても同様である。

　次に、燃料噴射弁１の効果について、発明者が行った実験結果を示す図７、８を参照して説明する。

　図７には、噴孔の内側開口を形成する外側角部の断面形状の曲率半径と噴孔を流れる燃料の流量低下率との関係を示す。図７では、横軸は外側角部の断面形状の曲率半径を示し、縦軸は噴孔を流れる燃料の流量低下率を示す。噴孔を流れる燃料の流量低下率とは、ある時刻における燃料の流量に対する当該ある時刻から一定の時間が経過した後の燃料の流量の比を示したものであり、流量低下率が大きいことは、燃料の流量が一定の時間のうちに大きく変化していることを示す。一般的に、噴孔で燃料噴射を繰り返すと、噴孔内壁には完全に燃焼しない燃料から生成する物質、すなわち、不完全燃焼生成物が噴孔内壁に堆積する。不完全燃焼生成物の堆積によって噴孔の断面積が小さくなるなど噴孔の形状が変化すると、燃料の流量低下率は大きくなる。

　図７に示す実験結果から、外側角部の断面形状の曲率半径が小さくなると、流量低下率は小さくなることが明らかとなった。特に、曲率半径が１μｍ以下になると、流量低下率は低い値でほぼ一定となることが明らかとなった。

　図８（ａ）には、噴射部に形成された直後の噴孔の噴孔内壁の表面粗さと噴孔内壁の表面粗さの変化量との関係を示す。図８（ａ）では、横軸は噴射部に形成された直後の噴孔の噴孔内壁の表面粗さを示し、縦軸は噴孔内壁の表面粗さの変化量を示す。噴孔内壁の表面粗さの変化量とは、燃料噴射の繰り返しによって噴孔内壁の表面粗さの変化の度合いを示すものである。噴孔内壁に不完全燃焼生成物が堆積すると、燃料は噴孔内壁上に堆積している不完全燃焼生成物の表面を流れることとなる。すなわち、噴孔内壁の表面粗さの変化量とは、噴孔内壁上の不完全燃焼生成物の堆積の度合いを示すものともいえる。

　図８（ａ）に示す実験結果から、形成された直後の噴孔内壁の表面粗さを小さくすると、噴孔内壁の表面粗さの変化量は大きくなることが明らかとなった。

　図８（ｂ）には、噴射部に形成された直後の噴孔の噴孔内壁の表面粗さと噴孔における燃料の噴射特性の変化率との関係を示す。図８（ｂ）では、横軸は形成された直後の噴孔の噴孔内壁の表面粗さを示し、横軸は燃料の噴射特性の変化率を示す。燃料の噴射特性は、例えば、噴孔から噴射される燃料の噴霧形状などであって、それぞれの噴孔において当該噴孔が形成される時点で決定される特性である。この噴射特性が変化するということは、噴孔の形状が噴射部に形成された時点から変化していることを示している。

　図８（ｂ）に示す実験結果から、噴射部に形成された直後の噴孔の噴孔内壁の表面粗さが大きくなると、噴射特性の変化率は小さくなることが明らかとなった。特に、表面粗さが２μｍ以上になると、噴射特性の変化率は低い値でほぼ一定となることが明らかとなった。

　燃料噴射弁１では、噴孔３１、３２、３３、３４、３５、３６が開くとき、燃料は、中心軸ＣＡ３０の径外方向から径内方向に向かって流れる。この流れを維持したまま噴孔３１、３２、３３、３４、３５、３６に入る燃料は、最初に内側開口３１１、３２１、３３１、３４１、３５１、３６１の外側角部に接触する。外側角部に接触した燃料は、さらに径内方向に向かうため噴孔通路３１０、３２０、３３０、３４０、３５０、３６０を形成する噴孔内壁のうち噴孔内側内壁に沿って外側開口３１２、３２２、３３２、３４２、３５２、３６２に向かう。外側開口３１２、３２２、３３２、３４２、３５２、３６２に到達した燃料は、噴射部３０１の外部に噴射される。

　燃料噴射弁１では、噴孔３１、３２、３３、３４、３５、３６の外側角部は、仮想平面上の断面形状の曲率半径が１μｍ以下となるよう形成されている。燃料が断面形状の曲率半径が比較的小さい外側角部を通ると、燃料内にキャビテーションが発生する。キャビテーションが発生している燃料が噴孔内側内壁に沿って流れると噴孔内側内壁に付着している不完全燃焼生成物を取り除くことができる。これにより、噴孔の形状変化が少なくなり、図７に示すように、流量低下率が比較的低くなる。特に、断面形状の曲率半径を１μｍ以下にすることで不完全燃焼生成物を取り除く効果を比較的大きくすることができる。したがって、燃料噴射弁１は、噴孔における不完全燃焼生成物の堆積を抑制することができる。

　また、燃料噴射弁１では、中心軸ＣＡ３０からみて径方向内側に位置する噴孔内側内壁は、表面粗さが２μｍ以上となるよう形成されている。ここでの表面粗さは、十点平均粗さを指す。外側角部から離れたのち径内方向に向かう燃料は、噴孔通路３１０、３２０、３３０、３４０、３５０、３６０において噴孔内側内壁に沿って流れる。噴射部３０１に噴孔３１、３２、３３、３４、３５、３６を形成するとき噴孔内側内壁の表面粗さを比較的大きくすると、図８（ａ）に示すように、不完全燃焼生成物が堆積しても表面粗さの変化量は小さくなる。これにより、噴孔通路の形状の変化が小さくなるため、図８（ｂ）に示すように、燃料の噴射特性の変化率を小さくすることができる。特に、噴孔内側内壁の表面粗さを２μｍ以上とすることで燃料の噴射特性の変化率を比較的小さくすることができる。したがって、燃料噴射弁１は、燃料の噴射特性の経時変化を小さくすることができる。

　また、本開示の燃料噴射弁１では、噴孔内壁のうちノズルボディの中心軸からみて径方向内側に位置する噴孔内側内壁は、表面粗さが２μｍ以上となるよう形成されている。ノズルボディ内において径外方向から径内方向に向かう燃料の多くは、外側角部と接触した後、噴孔内側内壁に沿って流れる。このため、上述した燃料の流れによって噴孔内壁に付着している不完全燃焼生成物をある程度取り除くことができても、不完全燃焼生成物は徐々に堆積する。そこで、本開示の燃料噴射弁１では、噴孔内側内壁の表面粗さを噴孔内側内壁の上に堆積した不完全燃焼生成物の表面粗さに近い表面粗さとし、仮に不完全燃焼生成物が堆積しても噴孔通路の形状が大きく変化しない。これにより、燃料の噴射を繰り返したときに噴孔通路を通る燃料の流れが大きく変化することを防止する。したがって、燃料の噴射特性の経時変化を小さくすることができる。

　また、燃料噴射弁１では、噴孔内側内壁は、噴孔の最も径方向内側の内壁を含むよう円弧状に形成されている。このとき、噴孔内側内壁は、噴孔軸上の点からみたときの広がり角が１８０度以上となるよう形成されている。これにより、外側角部から離れた燃料は、噴孔内壁に衝突し噴孔軸に対して垂直な方向に広がっても表面粗さが２μｍ以上となるよう形成されている噴孔内側内壁に沿って流れることができる。したがって、燃料噴射弁１は、燃料の噴射特性の経時変化をさらに小さくすることができる。

　また、外側角部外壁は、表面粗さが１μｍ以下となるよう形成されている。これにより、外側角部のエッジが確実に形成できるため、外側角部の仮想平面状の断面形状の曲率半径を確実に１μｍ以下とすることができる。したがって、燃料噴射弁１は、噴孔３１、３２、３３、３４、３５、３６における不完全燃焼生成物の堆積をさらに抑制することができる。

　また、燃料噴射弁１では、内側開口側の噴孔外側内壁、例えば、噴孔３６では噴孔外側内壁３６５は、噴孔３６の最も径方向外側の内壁を含むよう円弧状に形成されている。このとき、噴孔外側内は、噴孔軸上の点からみたときの広がり角が９０度以上となるよう形成されている。外側角部から離れたのち径内方向に向かう燃料は、噴孔通路３１０、３２０、３３０、３４０、３５０、３６０において噴孔内側内壁に沿って流れるため、内側開口側の噴孔外側内壁に沿って流れることが希である。このため、内側開口側の噴孔外側内壁には、燃料中に発生するキャビテーションによって不完全燃焼生成物が取り除かれる効果は発揮されない。そこで、燃料噴射弁１では、内側開口側の噴孔外側内壁の表面粗さを１μｍ以下とすることで、不完全燃焼生成物の堆積を抑制する。これにより、燃料噴射弁１は、燃料の噴射特性の経時変化をさらに小さくすることができる。

　（第二実施形態）
　次に、本開示の第二実施形態による燃料噴射弁を図９、１０に基づいて説明する。第二実施形態は、噴孔内壁の形状が第一実施形態と異なる。なお、第一実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。

　第二実施形態による燃料噴射弁２が有する噴孔３６の断面図を図９に示す。燃料噴射弁２が有する噴孔３６の噴孔通路３６０は、異なる表面粗さを有する噴孔内壁から形成されている。なお、ここでは、噴孔３６に基づいて説明するが、燃料噴射弁２が有する他の噴孔３１、３２、３３、３４、３５についても同様である。

　噴孔通路３６０を形成する噴射部３０１の噴孔内壁のうち、中心軸ＣＡ３０からみて径方向外側に位置し図９に示す断面図において外側角部外壁３６４から外側開口３６２までの断面線が現れている噴孔内壁を噴孔外側内壁４６５とする。噴孔外側内壁４６５は、外側角部外壁３６４及び噴射部３０１の外壁３０３に接続している。噴孔外側内壁４６５は、表面粗さが外側角部外壁３６４と同じ１μｍ以下となるよう形成されている（図９、１０の点線Ｄ４６５が示す領域）。

　噴孔通路３６０を形成する噴射部３０１の噴孔内壁のうち、中心軸ＣＡ３０からみて径方向内側に位置し図９に示す断面形状において内側開口３６１から外側開口３６２までの断面線が現れている噴孔内壁を噴孔内側内壁３６７とする。噴孔内側内壁３６７は、表面粗さが２μｍ以上となるよう形成されている（図９、１０の二点鎖線Ｄ３６７が示す領域）。

　図１０に噴孔通路３６０の噴孔軸ＨＣ３６に垂直な断面形状であって、外側開口３６２寄りの断面形状を示す。図９に現れている噴孔外側内壁４６５の断面形状を断面線Ｌ４６５とすると、噴孔外側内壁４６５は、断面線Ｌ４６５を含むよう円弧状に形成されている。このとき、噴孔外側内壁４６５は、広がり角δが噴孔軸ＨＣ３６上の点からみて９０度以上となるよう形成されている。第二実施形態では、噴孔外側内壁４６５の噴孔軸ＨＣ３６に略平行な第１端と噴孔内側内壁３６７の噴孔軸ＨＣ３６に略平行な第２端とは接続している。また、噴孔外側内壁４６５の噴孔軸ＨＣ３６に略平行な第２端と噴孔内側内壁３６７の噴孔軸ＨＣ３６に略平行な第１端とは接続している。

　燃料噴射弁２では、噴孔内壁のうち外側角部外壁に接続する噴孔外側内壁は、外側角部から外側開口まで表面の形状粗さが１μｍ以下となるよう形成されている。これにより、燃料噴射弁２を製造するとき、噴孔内壁の径方向内側の加工と噴孔内壁の径方向外側の加工とをそれぞれ別々に行うことで不完全燃焼生成物の堆積を抑制しつつ燃料の噴射特性の経時変化を抑制可能な噴孔を形成することができる。したがって、第二実施形態は、第一実施形態の効果を奏するとともに、噴孔の加工を比較的容易に行うことができる。

　（第三実施形態）
　次に、本開示の第三実施形態による燃料噴射弁を図１１～１３に基づいて説明する。第三実施形態は、噴孔内壁の形状が第一実施形態と異なる。なお、第一実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。

　第三実施形態による燃料噴射弁３が有する噴孔３６の断面図を図１１に示す。燃料噴射弁３が有する噴孔３６の噴孔通路３６０は、異なる表面粗さを有する噴孔内壁から形成されている。なお、ここでは、噴孔３６に基づいて説明するが、燃料噴射弁３が有する他の噴孔についても同様である。

　噴孔通路３６０を形成する噴射部３０１の噴孔内壁のうち、中心軸ＣＡ３０からみて径方向外側に位置し図１１に示す断面図において外側角部外壁３６４から外側開口３６２までの断面線が現れている噴孔内壁を噴孔外側内壁５６５、５６６とする。噴孔外側内壁５６５は、内側開口３６１側に形成され、外側角部外壁３６４と接続している。噴孔外側内壁５６５は、表面粗さが外側角部外壁３６４と同じ１μｍ以下となるよう形成されている（図１１、１２の点線Ｄ５６５が示す領域）。噴孔外側内壁５６６は、外側開口３６２側に形成され、噴射部３０１の外壁３０３と接続している。噴孔外側内壁５６６は、表面粗さが２μｍ以上となるよう形成されている（図１１、１３の二点鎖線Ｄ５６６が示す領域）。

　噴孔通路３６０を形成する噴射部３０１の噴孔内壁のうち、中心軸ＣＡ３０からみて径方向内側に位置し図１１に示す断面図において内側開口３６１から外側開口３６２までの断面線が現れている噴孔内壁を噴孔内側内壁５６７、５６８とする。噴孔内側内壁５６７は、内側開口３６１側に形成され、噴射ノズル３０の内壁３０４と接続している。噴孔内側内壁５６７は、表面粗さが１μｍ以下となるよう形成されている（図１１、１２の点線Ｄ５６７が示す領域）。噴孔内側内壁５６８は、外側開口３６２側に形成され、噴射部３０１の外壁３０３と接続している。噴孔内側内壁５６８は、表面粗さが２μｍ以上となるよう形成されている（図１１、１３の二点鎖線Ｄ５６８が示す領域）。

　図１２に内側開口３６１の噴孔軸ＨＣ３６方向の矢視図を示す。図１２には、噴射ノズル３０の径外方向及び径内方向を図示する。中心軸ＣＡ３０からみて内側開口３６１の径方向外側には外側角部３６３が設けられている。燃料噴射弁３では、外側角部３６３は、図１２に示すように、図１１に現れている外側角部３６３の断面線Ｌ３６４を含み、噴孔軸ＨＣ３６上の点からみて広がり角εが９０度以上となるよう形成されている（図１２の点線Ｄ３６４の領域が示す領域）。

　また、中心軸ＣＡ３０からみて内側開口３６１の径方向内側は、噴孔内側内壁５６７と噴射部３０１の内壁３０４とが接続する部位となっている（図１２の点線Ｄ５６７が示す領域）。

　このように、燃料噴射弁３が有する噴孔３６の内側開口３６１に沿うよう設けられている噴孔内壁は、全ての表面粗さが１μｍ以下となるよう形成されている。

　図１３に噴孔通路３６０の噴孔軸ＨＣ３６に垂直な断面形状であって、外側開口３６２寄りの断面形状を示す。図１１に現れている噴孔外側内壁５６６の断面形状を断面線Ｌ５６６とすると、噴孔外側内壁５６６は、図１３に示すように、断面線Ｌ５６６を含むよう円弧状に形成されている。また、図１１に現れている噴孔内側内壁５６８の断面形状を断面線Ｌ５６８とすると、噴孔内側内壁５６８は、図１３に示すように、断面線Ｌ５６８を含むよう円弧状に形成されている。第三実施形態では、噴孔外側内壁５６６の噴孔軸ＨＣ３６に略平行な第１端と噴孔内側内壁５６８の噴孔軸ＨＣ３６に略平行な第２端とは接続している。また、噴孔外側内壁５６６の噴孔軸ＨＣ３６に略平行な第２端と噴孔内側内壁５６８の噴孔軸ＨＣ３６に略平行な第１端とは接続している。このため、燃料噴射弁３では、外側開口３６２に沿うよう設けられている噴孔内壁は、全ての表面粗さが２μｍ以上となるよう形成されている。

　ここで、噴孔通路３６０を形成する噴孔内壁の噴孔軸ＨＣ３６方向の長さについて、図１１を参照して説明する。

　外側開口３６２側の噴孔内壁のうち表面粗さが２μｍ以上となるよう形成されている噴孔内壁の最も内側開口３６１寄りの位置を位置Ｐ１とする。第三実施形態では、位置Ｐ１は、図１１に示すように、噴孔外側内壁５６５と噴孔外側内壁５６６とが接続する位置にある。外側開口３６２の中心Ｃ３６２と位置Ｐ１との噴孔軸ＨＣ３６に平行な方向の距離は、図１１に示す距離Ｌ１となる。

　内側開口３６１の中心Ｃ３６１と外側開口３６２の中心Ｃ３６２との噴孔軸ＨＣ３６に平行な方向の距離を図１１に示す距離Ｌ２とすると、燃料噴射弁３では、距離Ｌ１と距離Ｌ２とは以下の関係式を満たしている。

　Ｌ１／Ｌ２≧１／２・・・式（１）
　燃料噴射弁３では、内側開口の内周に沿うよう設けられている噴孔内壁の全ては、表面粗さが１μｍ以下となるよう形成されている。また、外側開口の内周に沿うよう設けられている噴孔内壁の全ては、表面粗さが２μｍ以上となるよう形成されている。これらにより、燃料噴射弁３を製造するとき、噴孔内壁の内側開口側の加工と噴孔内壁の七側開口側の加工とをそれぞれ別々に行うことで噴孔における不完全燃焼生成物の堆積を抑制しつつ燃料の噴射特性の経時変化を抑制可能な噴孔を形成することができる。したがって、第三実施形態は、第一実施形態の効果を奏するとともに、噴孔の加工を比較的容易に行うことができる。

　また、燃料噴射弁３では、噴射部３０１は、式（１）の関係が満たされるよう表面粗さが異なっている噴孔内壁を有する。これにより、不完全燃焼生成物が堆積しやすい外側開口側の噴孔内壁の表面粗さを確実に２μｍ以上とすることによって不完全燃焼生成物が堆積しても噴孔の噴射特性の変化を抑制することができる。

　（他の実施形態）
　上述の実施形態では、噴孔の内側開口を形成する外側角部の断面形状の曲率半径をみる際、ノズルボディの中心軸を含む平面であってかつ噴孔の噴孔軸を含む仮想平面上の断面形状をみるとした。しかしながら、仮想平面の定義はこれに限定されない。ノズルボディの中心軸に平行な平面であってかつ噴孔の噴孔軸を含む仮想平面であってもよい。

　上述の実施形態では、外側角部は、外壁の表面粗さが１μｍ以下であるとした。しかしながら、外壁の表面粗さはこれに限定されない。

　第一、二実施形態では、外側角部は、外壁が仮想平面上の外側角部の断面線を含み噴孔軸からみて９０度以上の広がり角を有するよう形成されるとした。しかしながら、外側角部の広がり角はこれに限定されない。

　第一、二実施形態では、噴孔内側内壁は、仮想平面上の噴孔内側内壁の断面線を含み噴孔軸からみて１８０度以上の広がり角を有するよう形成されるとした。しかしながら、噴孔内側内壁の広がり角はこれに限定されない。

　第三実施形態では、距離Ｌ１と距離Ｌ２とは、Ｌ１／Ｌ２≧１／２の関係を満たすとした。しかしながら、この関係を満たしていなくてもよい。

　上述の実施形態では、燃料噴射弁は複数の噴孔を有するとした。しかしながら、噴孔の数はこれに限定されない。

　以上、本開示はこのような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。

　本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

Claims

　噴孔（３１、３２、３３、３４、３５、３６）、及び、前記噴孔の内側開口（３１１、３２１、３３１、３４１、３５１、３６１）の周囲に形成される弁座（３０５）を有するノズルボディ（２０）と、
　前記ノズルボディ内に往復移動可能に設けられ、前記弁座に当接すると前記噴孔を閉じ、前記弁座から離間すると前記噴孔を開くニードル（４０）と、
　前記ニードルを往復移動可能な駆動部（２４、２６、３８、４４、４７）と、
　を備え、
　前記噴孔は、前記内側開口の断面積が前記噴孔の外側開口（３１２、３２２、３３２、３４２、３５２、３６２）の断面積に比べ小さくなるよう形成され、
　前記内側開口を形成する前記ノズルボディの角部のうち前記ノズルボディの中心軸（ＣＡ３０）からみて径方向外側に位置する外側角部（３６３）は、前記内側開口の中心（Ｃ３６１）と前記外側開口の中心（Ｃ３６２）とを通る噴孔軸（ＨＣ３６）を含む平面であってかつ前記中心軸に平行または前記中心軸を含む仮想平面上の断面形状の曲率半径が１μｍ以下であり、かつ、前記内側開口と前記外側開口とを連通する噴孔通路（３１０、３２０、３３０、３４０、３５０、３６０）を形成する前記ノズルボディの噴孔内壁のうち前記中心軸からみて径方向内側に位置する噴孔内側内壁（３６７、５６７、５６８）は、表面粗さが２μｍ以上である燃料噴射弁。
　前記外側角部の外壁（３６４）は、表面粗さが１μｍ以下である請求項１に記載の燃料噴射弁。
　前記外側角部は、外壁が前記仮想平面上の前記外側角部の断面線（Ｌ３６４）を含み前記噴孔軸からみて９０度以上の広がり角（α、ε）を有するよう形成される請求項２に記載の燃料噴射弁。
　前記噴孔内側内壁は、前記仮想平面上の噴孔内側内壁の断面線（Ｌ３６７、Ｌ５６８）を含み前記噴孔軸からみて１８０度以上の広がり角（γ）を有するよう形成される請求項１～３のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
　前記ノズルボディの噴孔内壁のうち前記中心軸からみて径方向外側に位置する噴孔外側内壁（４６５）は、前記内側開口から前記外側開口にわたって表面粗さが１μｍ以下である請求項２～４のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
　前記噴孔外側内壁は、前記仮想平面上の前記噴孔外側内壁の断面線（Ｌ４６５）を含み前記噴孔軸からみて９０度以上の広がり角（δ）を有するよう形成される請求項５に記載の燃料噴射弁。
　前記内側開口の内周に沿うよう設けられている前記噴孔内壁（３６４、５６５、５６７）の全ては、表面粗さが１μｍ以下である請求項１～３のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
　前記外側開口の内周に沿うよう設けられている前記噴孔内壁（５６６、５６８）の全ては、表面粗さが２μｍ以上である請求項１、２、３、４、６、７のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
　全ての表面粗さが２μｍ以上の前記外側開口側の前記噴孔内壁は、前記噴孔軸方向の長さ（Ｌ１）が前記噴孔の前記噴孔軸方向の長さ（Ｌ２）の１／２より長い請求項８に記載の燃料噴射弁。
　全ての表面粗さが２μｍ以上の前記外側開口側の前記噴孔内壁は、前記噴孔軸に沿った方向の長さ（Ｌ１）が前記噴孔の前記噴孔軸に沿った方向の長さ（Ｌ２）の１／２以上である請求項８に記載の燃料噴射弁。