WO2017077642A1 - 燃料噴射弁の弁装置 - Google Patents

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cavity
central axis
opening
valve
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恭輔 渡邉
範久 福冨
宗実　毅
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三菱電機株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M51/00—Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/18—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for

Definitions

  • the present invention relates to a valve device for a fuel injection valve used for supplying fuel to an internal combustion engine of an automobile, and more particularly to a valve device that can promote atomization in spray characteristics.
  • Patent Document 1 a disk-shaped fuel cavity that communicates a fuel passage and an injection hole is provided between an injection hole plate and a valve seat, and a taper shape that reduces the height of the cavity toward the outer diameter side is provided.
  • a conventional valve device has been disclosed.
  • the fuel that has flowed into the cavity from the fuel seat portion changes the flow direction, flows in the cavity from the vicinity of the axial center toward the outer diameter side, and enters the injection hole. Since the height of the cavity is tapered toward the outer diameter side, the outer diameter side height is lower than the axial height of the nozzle hole.
  • the fuel spray is atomized by utilizing the disturbance caused by the collision between the main flow and the back flow.
  • the conventional valve device according to Patent Document 1 has a large fluid loss due to a violent collision between the main flow and the back flow at the upper part of the nozzle hole, and there is a limit to atomization of the fuel spray.
  • the outer peripheral wall surface of the cavity is formed in a cylindrical surface having the central axis of the cavity as an axis, so that the upper surface of the cavity ( There is a relatively large volume portion surrounded by a tapered surface), a lower surface (upper surface of the nozzle hole plate), and an outer peripheral wall surface. Therefore, the flow rate of the fuel that flows to the outer diameter side through the nozzle holes and turns into the back flow increases. Furthermore, the fuel that has collided with the outer peripheral wall surface between the nozzle holes rises perpendicularly to the upper surface of the nozzle hole plate and reaches the nozzle holes along the upper surface of the cavity. Hateful.
  • the relatively large volume described above leads to an increase in the volume of the entire cavity.
  • the flow rate change (dynamic flow rate) accompanying the atmospheric pressure change becomes large. That is, the volume of the cavity is increased, and the amount of fuel remaining in the cavity after the valve closing is completed increases. This causes a problem that the amount of fuel sucked out increases and the change in flow rate increases. Further, since the fuel sucked out from the cavity has a low flow velocity, there is a problem that fuel having a poor particle size is injected immediately after the valve is closed.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and can reduce the volume of the volume portion existing radially outside the nozzle hole in the cavity and promote atomization of fuel spray.
  • An object of the present invention is to obtain a valve device for a fuel injection valve capable of suppressing the occurrence of a flow rate change accompanying a change in atmospheric pressure.
  • the fuel injection valve device includes a truncated conical seat surface whose diameter decreases toward the downstream side, and a cylindrical shape formed coaxially with the seat surface on the downstream side of the seat surface.
  • a valve seat having an opening, the seat surface being centered on the axis of the opening, and a seat seated on the seat surface to prevent outflow of fuel from the opening, and separated from the seat surface
  • the hole plate Provided between the hole plate, the valve seat and the nozzle hole plate, It comprises a disc-shaped cavity which communicates the mouth portion and the injection hole, a.
  • the axial height of the cavity is constant at least in the radial region from the opening to the intersection of the upper surface of the nozzle hole plate and the axis of the nozzle hole, and the outer peripheral wall surface of the cavity is A frustoconical tapered surface having a central axis as an axis and a diameter decreasing toward the upstream side, and a rounded joint connecting the upstream surface of the cavity and the tapered surface.
  • a part of the opening of the nozzle hole on the upper surface of the nozzle hole plate overlaps the outer peripheral wall surface when viewed from the axial direction of the central axis.
  • the outer peripheral wall surface of the cavity has a truncated cone-shaped tapered surface whose diameter decreases toward the upstream side with the central axis as an axis, and the upstream surface and the tapered surface of the cavity are connected to each other.
  • a part of the nozzle hole opening on the upper surface of the nozzle hole plate overlaps the outer peripheral wall surface when viewed from the axial direction of the central axis, so that it is radially outward from the nozzle hole in the cavity. The volume of the volume part existing in is reduced.
  • the flow rate of the fuel that flows between the nozzle holes to the outer diameter side and turns into the back flow is reduced. Furthermore, the fuel that has collided with the outer peripheral wall surface between the nozzle holes is reversed by the outer peripheral wall surface inclined at an acute angle with respect to the upper surface of the nozzle hole plate, and reaches the nozzle hole along the upstream surface of the cavity. As a result, the backflow flow is attenuated. And since the backflow collides with the mainstream as a low-speed and small-mass flow, a decrease in the mainstream kinetic energy is suppressed.
  • the volume part described above due to the reduction of the volume part described above, the increase in the volume of the entire cavity can be suppressed. Therefore, the volume of the cavity is reduced, and the amount of fuel remaining in the cavity after the completion of valve closing is reduced. As a result, at the time of injection into the pressure atmosphere, after the valve closing is completed, the amount of fuel sucked out from the nozzle hole into the engine intake pipe due to the negative pressure is reduced, and an increase in flow rate change is suppressed. In addition, the amount of fuel spray having a poor particle size injected immediately after closing the valve is reduced.
  • the axial height of the cavity is constant at least in the radial region from the opening to the intersection of the upper surface of the nozzle plate and the axis of the nozzle hole, the axial height of the cavity is radially outward.
  • the volume of the cavity can be reduced, and the flow in the direction orthogonal to the central axis of the main flow, which is the flow of fuel from the opening toward the nozzle hole, is enhanced.
  • the flow of fuel flowing into the nozzle hole is separated at the inlet of the nozzle hole, and the generation of a liquid film in the nozzle hole, that is, atomization of the fuel spray is promoted.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III in FIG. 2. It is sectional drawing which shows the principal part of the valve apparatus of the fuel injection valve which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is sectional drawing which shows the principal part of the valve apparatus of the fuel injection valve which concerns on Embodiment 1 of this invention.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view for explaining the configuration of a fuel injection valve according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing the periphery of the valve seat of the fuel injection valve according to Embodiment 1 of the present invention.
  • 3 is a cross-sectional view taken along arrow III-III in FIG. Note that the longitudinal sectional view is a sectional view in a plane including the central axis A0 of the fuel injection valve.
  • the fuel injection valve 100 includes a valve device, a solenoid device that generates an electromagnetic force that opens the valve device, and a spring 8 that generates a biasing force that closes the valve device.
  • the solenoid device includes a core 1 made of a magnetic metal material in a cylindrical shape, a coil 2 embedded in an insulating resin bobbin 3 so as to surround one end of the core 1, and a magnetic metal material.
  • the yoke 4 is formed in a two-stage cylindrical shape, and is formed in a ring shape having a yoke 4 disposed so as to accommodate the coil 2 in the large-diameter portion and a notch for drawing out the terminal 6 with a magnetic metal material.
  • the cap 5 is disposed so as to cover the opening on the large-diameter portion side, is welded and fixed to the yoke 4, and is disposed so as to be in contact with the core 1, and is integrally configured by a housing 7 made of insulating resin. Has been.
  • the spring 8 is disposed inside the core 1 and the rod 9 is fixed inside the core 1 so that the biasing force of the spring 8 can be adjusted.
  • the valve device is made of a magnetic metal material in a cylindrical shape.
  • the holder 10 is coaxially disposed on one end side of the core 1 via a nonmagnetic sleeve 11 and magnetically separated from the core 1.
  • An armature 12 disposed in the holder 10 so as to be movable in a direction parallel to the central axis A0 of the fuel injection valve 100, a pipe 13 fixed to one end side of the armature 12, 13, a ball 14 as a valve member disposed inside one end of the holder 10, a valve seat 15 secured inside one end of the holder 10, and a flat upper surface And a flat nozzle hole plate 16 fixed to one end face of the valve seat 15.
  • the valve seat 15 includes a frustoconical seat surface 15 a having a tapered end, a cylindrical opening 15 b formed on one end of the seat surface 15 a, and a seat surface. And a cylindrical sliding surface 15c formed on the other end of 15a.
  • the central axes of the seat surface 15a, the opening 15b, and the sliding surface 15c coincide with the central axis A0. 2 and 3, the outer periphery of the ball 14 is processed into a pentagon, and the corner of the pentagon is guided by the sliding surface 15c to move in a direction parallel to the central axis A0.
  • the surface 15a can be detached and seated.
  • a plurality of injection holes 17 are formed in the injection hole plate 16 so as to be spaced apart from each other on the same circumference centered on the central axis A0. These nozzle holes 17 are each formed in a cylindrical hole shape, and are located outside the opening 15b with respect to the central axis A0. The axis A1 of each nozzle hole 17 is located on a plane including the central axis A0, and is inclined toward the other end side so as to approach the central axis A0.
  • a cavity 18 is formed between the valve seat 15 and the nozzle hole plate 16 by recessing the periphery of the opening 15 b on one end surface of the valve seat 15. The cavity 18 has a disk shape and communicates the opening 15 b and the injection hole 17.
  • the coil 2 In the initial state, the coil 2 is not energized, the pipe 13 is pressed toward the valve seat 15 by the ineffective force of the spring 8, and the ball 14 is brought into contact with the seat surface 15a of the valve seat 15 to be in a closed state. ing.
  • the amateur 12 is separated from the core 1. Further, the fuel is supplied to the fuel injection valve 100 from the other end side of the central axis A0.
  • the fuel passes through a flat passage between the ball 14 and the sliding surface 15c, passes through a flat passage between the ball 14 and the seat surface 15a, and opens. 15b flows into the cavity 18.
  • the fuel that has flowed into the cavity 18 flows in the radial direction in the cavity 18 and is injected from the nozzle holes 17 of the nozzle hole plate 16.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a main part of the valve device for a fuel injection valve according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the surface of the cavity 18 facing the nozzle hole plate 16 is the upper surface
  • the surface of the nozzle hole plate 16 on the valve seat 15 side is the lower surface 21 of the cavity 18, and the outer peripheral edge of the upper surface 20 and the outer peripheral edge of the lower surface 21 are A surface connecting the two parts is referred to as an outer peripheral wall surface 22.
  • a direction perpendicular to the central axis A0 in the cross section including the central axis A0 is defined as a radial direction. For convenience, hatching is omitted.
  • the outer peripheral wall surface 22 of the cavity 18 has a tapered surface 23 formed on a frustoconical surface with the central axis A0 as an axis and the other end side of the central axis A0 on the upstream side, and an upper surface 20 and a tapered surface 23. And a round-shaped joint 24 connecting the two.
  • the axial height H of the cavity 18 is constant except for the outer peripheral wall surface 22. Further, a part of the opening of the injection hole 17 in the lower surface 21 of the cavity 18 overlaps with the outer peripheral wall surface 22 when viewed from the axial direction of the central axis A0.
  • the height H of the cavity 18 does not need to be constant from the opening 15 b to the joint 24, and is at least constant from the opening 15 b to just above the center position O of the nozzle hole 17 in the lower surface 21 of the cavity 18. If it is.
  • the center position O of the nozzle hole 17 on the lower surface 21 of the cavity 18 is the intersection position of the lower surface 21 of the cavity 18 and the axis A1 of the nozzle hole 17.
  • the outer peripheral wall surface 22 has a frustoconical tapered surface 23 whose diameter decreases toward the upstream side with the central axis A0 as an axis, and an upper surface 20 of the cavity 18 and a taper.
  • a part of the opening of the nozzle hole 17 on the upper surface of the nozzle hole plate 16 overlaps with the outer peripheral wall surface 22 when viewed from the axial direction of the central axis A0. Therefore, the volume of the volume part existing radially outside the nozzle hole 17 with respect to the central axis A0 is larger than that of the conventional technique in which the outer peripheral wall surface of the cavity is formed in a cylindrical surface centered on the central axis A0. Can be small. Therefore, the flow rate of the fuel that flows between the nozzle holes 17 toward the outer diameter side and turns into the back flow is reduced as compared with the prior art.
  • the inclination angle ⁇ of the outer peripheral wall surface 22 which is an angle formed by the tapered surface 23 and the lower surface 21 of the outer peripheral wall surface 22 is an acute angle. Accordingly, the fuel that has flowed into the cavity 18 from the opening 15b flows radially outward in the cavity 18 and reaches the outer peripheral wall surface 22 and then reverses along the outer peripheral wall surface 22 as indicated by arrows in FIG. Flowing.
  • the angle change from the radially outward flow orthogonal to the central axis A0 to the backflow flowing along the outer peripheral wall surface 22 having the acute inclination angle ⁇ is the inclination angle from the radially outward flow in the prior art. Becomes larger than the angle change that turns into the backflow that flows along the outer peripheral wall surface having a right angle. Therefore, the flow of the backflow of the present application is greatly attenuated as compared with the prior art.
  • the backflow collides with the mainstream as a low-speed mass flow. Therefore, since the decrease in the mainstream kinetic energy due to the collision with the backflow is suppressed, the decrease in the relative velocity of the fuel injected from the nozzle hole 17 into the atmosphere is suppressed, and the shearing that causes the air to break the fuel droplets is suppressed. Power is increased. Thereby, the injected fuel droplets are split by air, and atomization of the fuel spray is promoted.
  • the volume of the volume portion existing radially outside the nozzle hole 17 with respect to the central axis A0 can be reduced, the volume of the cavity 18 is reduced, and the amount of fuel remaining in the cavity after the valve closing is reduced. . Therefore, at the time of injection into the negative pressure atmosphere, after the valve closing is completed, the amount of fuel sucked into the engine intake pipe from the nozzle hole 17 due to the negative pressure is reduced, so that the change in flow rate can be reduced. In addition, the amount of fuel spray having a poor particle size injected upon completion of valve closing is reduced, and deterioration of spray characteristics is suppressed.
  • the height H of the cavity 18 is constant at least from the opening 15b to the position directly above the center position O of the nozzle hole 17, the axial height of the cavity gradually decreases radially outward.
  • the volume of the cavity can be reduced, and the flow in the direction orthogonal to the central axis A0 in the cross section including the central axis A0 of the main flow from the opening 15b to the injection hole 17 in the cavity 18 is enhanced. Is done. Thereby, the flow of the fuel that has flowed into the nozzle hole 17 is separated at the inlet of the nozzle hole 17, and formation of a liquid film in the nozzle hole 17, that is, atomization of the fuel spray is promoted.
  • the starting point of the outer peripheral wall surface 22 that is the intersection of the lower surface 21 and the tapered surface 23 and the end point of the outer peripheral wall surface 22 that is the intersection of the upper surface 20 and the joint 24 are represented by the central axis A0. It is desirable to be close to the side. Since the height H of the cavity 18 is constant at least from the opening 15b to the position directly above the center position O of the injection hole 17, the position of the end point of the outer peripheral wall 22 is directly above the center position O of the injection hole 17. The position is closest to the central axis A0 side. As for the starting point of the outer peripheral wall surface 22, the position that takes into account the clearance in consideration of manufacturing variations such as processing and welding is the position closest to the central axis A 0 side.
  • a distance L 1 between the starting point and the ending point of the outer peripheral wall surface 22 is expressed by Expression (1).
  • L 1 H / cos ⁇ (1)
  • L 2 D / (2 ⁇ cos ⁇ ) (2)
  • D is the diameter of the nozzle hole 17
  • ⁇ is the nozzle hole angle of the nozzle hole 17 which is the angle formed by the axis A1 and the central axis A0.
  • the collision position of the main flow and the backflow is considered as a position immediately above the center position O of the nozzle hole 17, the backflow that flows in the direction orthogonal to the center axis A0 along the upper surface 20 in the cross section including the center axis A0.
  • Xmax D / (2 ⁇ cos ⁇ ) (3)
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing the main part of the valve device for a fuel injection valve according to Embodiment 1 of the present invention.
  • l is the radius of the opening 15 b
  • r 1 is the radius of the upper surface 20 of the cavity 18 that is the distance from the central axis A 0 to the end point of the outer peripheral wall surface 22
  • r 2 is the distance from the central axis A 0 to the origin of the outer peripheral wall surface 22.
  • the radius of the lower surface 21 of the cavity 18 which is the distance, L 3 is the distance in the direction perpendicular to the central axis A0 from the starting point to the ending point of the outer peripheral wall surface 22 in the cross section including the central axis A0, and p is the center in the cross section including the central axis A0
  • the fuel volume V 2 of the backflow on the outer periphery side of the center position O of the nozzle hole 17 is as shown by the dotted line in FIG.
  • the fuel volume V 2 of the back flow on the outer peripheral side of the center position O of the nozzle hole 17 becomes larger than the main fuel volume V 1 from the opening 15 b to the center position O of the nozzle hole 17, the back flow that collides with the main stream is generated.
  • the flow rate increases, leading to a decrease in the mainstream speed, resulting in worse atomization of the fuel spray. That is, by making V 1 larger than V 2 , the mainstream speed reduction can be suppressed and atomization of fuel spray can be promoted.
  • r 1 , r 2 and L 3 are expressed by the equations (5) to (7).
  • r 1 p + X (5)
  • r 2 r 1 + L 3
  • L 3 H / tan ⁇
  • V1 and V2 are expressed by equations (8) and (9).
  • V 1 (p 2 ⁇ l 2 ) ⁇ H (8)
  • V 2 [ ⁇ (r 1 2 + r 1 r 2 + r 2 2 ) / 3 ⁇ ⁇ p 2 ] ⁇ H (9)
  • Equation (10) is an equation that limits the lower limit value of ⁇ . (P 2 ⁇ l 2 ) ⁇ H> [ ⁇ (r 1 2 + r 1 r 2 + r 2 2 ) / 3 ⁇ ⁇ p 2 ] ⁇ H Formula (10)
  • the cross-sectional area of the flow path constituted by the cylindrical surface having the central axis A0 of the cavity 18 as an axis increases as it goes toward the outer diameter side.
  • M / D is 5 or more
  • the flow passage cross-sectional area is excessively increased, so that the mainstream speed is reduced and the atomization of the fuel spray is deteriorated.
  • M / D is 4 or less
  • the mainstream rectification becomes insufficient, so the mainstream speed does not increase to a desired speed, and the atomization of fuel spray deteriorates. Therefore, by configuring the cavity 18 so that the M / D satisfies the equation (11), the mainstream is rectified and the decrease in the mainstream speed is suppressed, so the atomization of the fuel spray is promoted. can do. 4 ⁇ M / D ⁇ 5 Formula (11)
  • the result of measuring the average particle diameter of the fuel spray while changing M / D is shown in FIG. From FIG. 6, it was confirmed that when M / D is 4.5, the average particle diameter of the fuel spray takes a minimum value. Further, it was confirmed that when 4 ⁇ M / D ⁇ 5, the average particle size of the fuel spray is 60 ⁇ m or less, that is, the atomization of the fuel spray is promoted.
  • the result of measuring the average particle diameter of the fuel spray while changing the H / D is shown in FIG. From FIG. 7, when H / D is 0.5 or less, the average particle diameter of fuel spray shows a substantially constant value, and when H / D exceeds 0.5, the average particle diameter of fuel spray gradually increases. It was confirmed that when the H / D exceeds 0.55, the average particle size of the fuel spray increases rapidly. Further, it was confirmed that when H / D ⁇ 0.55, the average particle size of the fuel spray was 60 ⁇ m or less, that is, the atomization of the fuel spray was promoted.
  • FIG. FIG. 8 is a longitudinal sectional view showing the periphery of the valve device of the fuel injection valve according to Embodiment 2 of the present invention
  • FIG. 9 shows the flow of fuel in the cavity in the valve device of the fuel injection valve according to Embodiment 2 of the present invention
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing the periphery of the injection hole in the valve device of the fuel injection valve according to Embodiment 2 of the present invention.
  • valve device according to the second embodiment is configured in the same manner as the valve device according to the first embodiment, but the minimum cross-sectional area S 1 of the injection hole 17 and the injection hole 17 are Is different in that the relationship with the cavity cross-sectional area S 2 is specified.
  • the minimum cross-sectional area S 1 of the injection hole 17 is a cross-sectional area orthogonal to the axis A1 of the injection hole 17 and is represented by Expression (13).
  • S 1 ⁇ D 2/4 ⁇ formula (13)
  • L 4 is the arc length centering on the central axis A 0 that overlaps the opening of the injection hole 17 on the lower surface of the cavity 18.
  • S 2 H ⁇ L 4 Formula (14)
  • the cavity cross-sectional area S 2 passing through the center position O of the injection hole 17 becomes the maximum value of the cavity cross-sectional area S 2 .
  • the main flow that flows radially outward in the cavity 18 and reaches the nozzle hole 17 is reversed by the outer peripheral wall surface 22 to the nozzle hole 17. Collision with the backflow to reach. Since the maximum value of the cavity cross-sectional area S 2 on the nozzle hole 17 is configured to be smaller than the minimum sectional area S 1 of the nozzle hole 17, the area of the main flow flowing into the nozzle hole 17 is the nozzle hole 17. smaller than the minimum cross-sectional area S 1 of the.
  • the flow rate of the fuel that flows into the outer diameter side from the nozzle hole 17 with respect to the central axis A0 and becomes a back flow increases, so that the volume portion existing radially outside the nozzle hole 17 with respect to the axis A0.
  • the volume can be reduced. Therefore, the flow rate of the fuel that turns into the backflow decreases, and the backflow flow attenuates. Further, the volume of the cavity 18 is reduced, and the amount of fuel remaining in the cavity 18 after the completion of valve closing is reduced. Therefore, also in the second embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

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Abstract

　この発明は、キャビティ内の噴孔より径方向外側に存在する容積部の容積の縮小を図り、燃料噴霧の微粒化を促進できるとともに、雰囲気圧変化に伴う流量変化の発生を抑制できる燃料噴射弁の弁装置を得る。　この発明に係る燃料噴射弁の弁装置は、キャビティの軸方向高さが、少なくとも、弁座の開口部から噴孔プレートの上面と噴孔の軸心との交点位置までの径方向領域で一定であり、上記キャビティの外周壁面が、上記開口部の中心軸を軸心とする、上流側に向かって径が縮小する切頭円錐形のテーパ面と、上記キャビティの上流側の面と上記テーパ面とを連結するアール形状のつなぎ目と、を有し、上記噴孔プレートの上面における上記噴孔の開口の一部が、上記中心軸の軸方向から見て、上記外周壁面と重なっている。

Description

燃料噴射弁の弁装置
　この発明は、自動車の内燃機関などへの燃料供給に使用される燃料噴射弁の弁装置に関し、特に、噴霧特性における微粒化を促進できる弁装置に関するものである。
　近年、小排気量の二輪においても内燃機関のＦＩ（Ｆｕｅｌ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）化が進み、燃料噴射弁の採用が拡大しており、燃料噴射弁から噴射される燃料噴霧の微粒化が求められている。
　このような状況を鑑み、燃料噴霧の微粒化について、各種の検討がなされている。
　例えば、特許文献１には、燃料通路と噴孔とを連通する円盤状の燃料キャビティを噴孔プレートと弁座の間に設け、キャビティの高さを外径側に向かって低減するテーパ状とした従来の弁装置が開示されていた。この従来の弁装置では、燃料シート部からキャビティに流れ込んだ燃料は、その流れの方向を変えてキャビティ内を軸心付近から外径側に向かって流れて、噴孔に突入する。キャビティの高さは外径側に向かってテーパ状に低減していることから、噴孔の軸側高さより外径側高さの方が低い。そこで、外径側から噴孔に流入する流れ（バックフロー）の断面積が小さくなり、バックフローの流速が大きくなるので、噴孔上部における、軸心側から噴孔に流れる燃料の流れである主流とバックフローとの衝突による乱れが大きくなる。従来の弁装置では、この主流とバックフローの衝突による乱れを利用して燃料噴霧を微粒化しようとしていた。
特開２００３－１５５９６５号公報（図４）
　しかしながら、特許文献１による従来の弁装置では、噴孔上部における主流とバックフローとの激しい衝突による流体的な損失が大きく、燃料噴霧の微粒化に限界があった。
　つまり、従来の弁装置では、キャビティの外周壁面がキャビティの中心軸を軸心とする円筒面に形成されているので、キャビティの中心軸に対して噴孔より外径側に、キャビティの上面（テーパー面）と下面（噴孔プレートの上面）と外周壁面とにより囲まれた、比較的大きな容積部が存在している。そこで、噴孔間を通って外径側に流れてバックフローに転じる燃料の流量が多くなる。さらに、噴孔間を通って外周壁面に衝突した燃料は、噴孔プレートの上面に対して垂直に立ち上がり、キャビティの上面に沿って噴孔上に到達するので、このバックフローの流れは減衰しにくい。これにより、バックフローは、大質量かつ高速の流れとなって主流と激しく衝突する。この衝突により主流の運動エネルギーが低下するので、噴孔から大気中に噴射された燃料は、空気との相対速度が低下する。そこで、空気が燃料液滴を分裂させるせん断力が低下し、燃料噴霧の微粒化が十分なされないという問題があった。
　さらに、上述の比較的大きな容積部は、キャビティ全体の容積の大型化にもたらす。これにより、雰囲気圧変化に伴う流量変化（動的流量）が大きくなってしまう。すなわち、キャビティの容積が大きくなり、閉弁完了後にキャビティ内に残存する燃料の量が多くなるので、負圧雰囲気への噴射時において、閉弁完了後に、負圧によって、噴孔からエンジン吸気管に吸い出される燃料の量が多くなり、流量変化が大きくなるという問題が発生する。さらに、キャビティ内から吸い出された燃料は、その流速が小さいので、閉弁直後に粒径が粗悪な燃料が噴射されてしまうという問題も発生する。
　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、キャビティ内の噴孔より径方向外側に存在する容積部の容積の縮小を図り、燃料噴霧の微粒化を促進できるとともに、雰囲気圧変化に伴う流量変化の発生を抑制できる燃料噴射弁の弁装置を得ることを目的とする。
　この発明に係る燃料噴射弁の弁装置は、下流側に向かって径が縮小する切頭円錐形のシート面、および上記シート面の下流側に上記シート面と同軸に形成されている円筒形の開口部を有し、上記シート面と上記開口部の軸心を中心軸とする弁座と、上記シート面に着座して上記開口部からの燃料の流出を阻止し、上記シート面から離座して上記開口部から燃料の流出を許容する弁部材と、平坦な上面を上流側に向けて上記弁座の下流側端面に固着され、それぞれ、円筒形に形成され、該円筒形の軸心を、上流側に向かって上記中心軸に近づくように上記中心軸を含む平面内に位置させて、上記中心軸を中心とする同一円周上に分散配置されている複数の噴孔を有する噴孔プレートと、上記弁座と上記噴孔プレートとの間に設けられて、上記開口部と上記噴孔を連通する円盤状のキャビティと、を備えている。上記キャビティの軸方向高さが、少なくとも、上記開口部から上記噴孔プレートの上面と上記噴孔の軸心との交点位置までの径方向領域で一定であり、上記キャビティの外周壁面が、上記中心軸を軸心とする、上流側に向かって径が縮小する切頭円錐形のテーパ面と、上記キャビティの上流側の面と上記テーパ面とを連結するアール形状のつなぎ目と、を有し、上記噴孔プレートの上面における上記噴孔の開口の一部が、上記中心軸の軸方向から見て、上記外周壁面と重なっている。
　この発明では、キャビティの外周壁面が、中心軸を軸心とする、上流側に向かって径が縮小する切頭円錐形のテーパ面と、キャビティの上流側の面とテーパ面とを連結するアール形状のつなぎ目と、を有し、噴孔プレートの上面における噴孔の開口の一部が、中心軸の軸方向から見て、外周壁面と重なっているので、キャビティ内の噴孔より径方向外側に存在する容積部の容積が縮小される。
　そこで、噴孔間を通って外径側に流れてバックフローに転じる燃料の流量が少なくなる。さらに、噴孔間を通って外周壁面に衝突した燃料が、噴孔プレートの上面に対して鋭角に傾斜している外周壁面により反転され、キャビティの上流側の面に沿って噴孔上に到達するので、バックフローの流れが減衰する。そして、バックフローは、低速かつ小質量の流れとなって主流と衝突するので、主流の運動エネルギーの低下が抑えられる。これにより、噴孔から大気中に噴射された燃料における空気との相対速度の低下が抑制されるので、空気が燃料液滴を分裂させるせん断力が高められ、燃料噴霧の微粒化が十分になされる。
　また、上述の容積部の縮小により、キャビティ全体の容積の大型化が抑えられる。そこで、キャビティの容積が小さくなり、閉弁完了後にキャビティ内に残存する燃料の量が少なくなる。これにより、圧雰囲気への噴射時において、閉弁完了後に、負圧によって、噴孔からエンジン吸気管に吸い出される燃料の量が少なくなり、流量変化の増大が抑えられる。さらに、閉弁直後に噴射される粒径が粗悪な燃料噴霧の量が少なくなる。
　キャビティの軸方向高さが、少なくとも、開口部から噴孔プレートの上面と噴孔の軸心との交点位置までの径方向領域で一定であるので、キャビティの軸方向高さが径方向外方に向かって漸次低くなる従来後術に比べて、キャビティの容積を小さくできるとともに、開口部から噴孔に向かう燃料の流れである主流の中心軸と直交する方向の流れが強化される。これによって、噴孔内に流入した燃料の流れが噴孔の入口部で剥離し、噴孔内での液膜の発生、すなわち燃料噴霧の微粒化が促進される。
この発明の実施の形態１に係る燃料噴射弁の構成を説明する縦断面図である。 この発明の実施の形態１に係る燃料噴射弁の弁座周りを示す縦断面図である。 図２のＩＩＩ－ＩＩＩ矢視断面図である。 この発明の実施の形態１に係る燃料噴射弁の弁装置の要部を示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係る燃料噴射弁の弁装置の要部を示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係る燃料噴射弁の弁装置における燃料噴霧の平均粒径とＭ／Ｄとの関係を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る燃料噴射弁の弁装置における燃料噴霧の平均粒径とＨ／Ｄとの関係を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る燃料噴射弁の弁装置周りを示す縦断面図である。 この発明の実施の形態２に係る燃料噴射弁の弁装置におけるキャビティ内の燃料の流れを説明する模式図である。 この発明の実施の形態２に係る燃料噴射弁の弁装置における噴孔周りを示す模式図である。
　実施の形態１．
　図１はこの発明の実施の形態１に係る燃料噴射弁の構成を説明する縦断面図、図２はこの発明の実施の形態１に係る燃料噴射弁の弁座周りを示す縦断面図、図３は図２のＩＩＩ－ＩＩＩ矢視断面図である。なお、縦断面図とは、燃料噴射弁の中心軸Ａ０を含む平面における断面図である。
　図１において、燃料噴射弁１００は、弁装置と、弁装置を開弁させる電磁力を発生するソレノイド装置と、弁装置を閉弁させる付勢力を発生するスプリング８と、を備える。
　ソレノイド装置は、磁性金属材料で円筒形状に作製されたコア１と、絶縁樹脂製のボビン３に埋設されてコア１の一端部を囲繞するように配設されたコイル２と、磁性金属材料で二段円筒形状に作製され、大径部内にコイル２を収容するように配設されたヨーク４と、磁性金属材料でターミナル６を引き出すための切り欠き部を有するリング形状に作製され、ヨーク４の大径部側の開口を覆うように配置され、ヨーク４に溶接固定されるとともに、コア１に接するように配設されたキャップ５と、を備え、絶縁樹脂製のハウジング７により一体に構成されている。
　そして、スプリング８がコア１の内部に配設され、ロッド９がスプリング８の付勢力を調整可能にコア１の内部に固定されている。
　弁装置は、磁性金属材料で円筒形状に作製され、コア１の一端側に非磁性のスリーブ１１を介して同軸に、かつ磁気的にコア１と離間して配置されたホルダ１０と、コア１の一端面と相対して、燃料噴射弁１００の中心軸Ａ０と平行な方向に移動可能にホルダ１０内に配設されたアマチュア１２と、アマチュア１２の一端側に固着されたパイプ１３と、パイプ１３の一端に固着されて、ホルダ１０の一端側の内部に配設された弁部材としてのボール１４と、ホルダ１０の一端部の内部に固着された弁座１５と、平坦な上面を弁座１５に向けて、弁座１５の一端面に固着された平板状の噴孔プレート１６と、を備える。
　パイプ１３の他端は、スプリング８に当接して、スプリング８の付勢力を受けている。弁座１５は、図２に示されるように、一端側を先細り状とする切頭円錐形状のシート面１５ａと、シート面１５ａの一端側に形成された円筒形状の開口部１５ｂと、シート面１５ａの他端側に形成された円筒形状の摺動面１５ｃと、を備える。なお、シート面１５ａ、開口部１５ｂおよび摺動面１５ｃの中心軸は、中心軸Ａ０に一致している。ボール１４は、図２および図３に示されるように、その外周部が五角形に加工され、その五角形の角部が摺動面１５ｃによりガイドされて中心軸Ａ０と平行な方向に移動し、シート面１５ａに離着座可能となっている。
　噴孔プレート１６には、噴孔１７が、中心軸Ａ０を中心とする同一円周上に、互いに離間して、複数形成されている。これらの噴孔１７は、それぞれ、円筒形の孔形状に作製され、中心軸Ａ０に対して、開口部１５ｂの外側に位置している。また、各噴孔１７の軸心Ａ１は、中心軸Ａ０を含む平面上に位置し、他端側に向かって中心軸Ａ０に近づくように傾斜している。
　弁座１５の一端面の開口部１５ｂ周りを窪ませて、弁座１５と噴孔プレート１６との間にキャビティ１８が形成されている。このキャビティ１８は、円盤状をなし、開口部１５ｂと噴孔１７とを連通している。
　つぎに、このように構成された燃料噴射弁１００の動作について説明する。
　初期状態では、コイル２への通電がなく、パイプ１３がスプリング８の不勢力により弁座１５側に押圧され、ボール１４が弁座１５のシート面１５ａに当接されて、閉弁状態となっている。そして、アマチュア１２は、コア１から離間している。また、燃料は、中心軸Ａ０の他端側から燃料噴射弁１００に供給される。
　外部よりターミナル６を介してコイル２に通電されると、コア１、キャップ５、ヨーク４、ホルダ１０およびアマチュア１２で構成される磁気通路に磁束が発生し、アマチュア１２をコア１に引きつける磁気吸引力が発生する。これにより、アマチュア１２がスプリング８の不勢力に抗してコア１側に移動し、パイプ１３を介してアマチュア１２に連結されているボール１４が弁座１５のシート面１５ａから離れる開弁位置となる。そこで、燃料噴射弁１００に供給された燃料は、コア１の内部を通りボール１４側に流れる。そして、燃料は、図２に矢印で示されるように、ボール１４と摺動面１５ｃとの間の扁平な通路を通り、ボール１４とシート面１５ａとの間の扁平な通路を通り、開口部１５ｂからキャビティ１８内に流れ出る。キャビティ１８内に流入した燃料は、キャビティ１８内を径方向に流れ、噴孔プレート１６の噴孔１７から噴射される。
　また、コイル２への通電が停止されると、アマチュア１２をコア１側に引きつける磁気吸引力が消失する。これにより、アマチュア１２がスプリング８の不勢力により弁座１５側に移動し、ボール１４がシート面１５ａに当接する閉弁位置となり、燃料の噴射が停止される。
　ここで、弁装置の噴孔１７およびキャビティ１８の構造を図４を参照しつつ説明する。図４はこの発明の実施の形態１に係る燃料噴射弁の弁装置の要部を示す断面図である。ここで、キャビティ１８の噴孔プレート１６と相対する面を上面２０とし、噴孔プレート１６の弁座１５側の面をキャビティ１８の下面２１とし、上面２０の外周端部と下面２１の外周端部とを連結する面を外周壁面２２とする。また、中心軸Ａ０を含む断面における中心軸Ａ０と直交する方向を径方向とする。また、便宜上、ハッチングを省略している。
　キャビティ１８の外周壁面２２は、中心軸Ａ０を軸心とし、上流側である中心軸Ａ０の他端側を先細りとする切頭円錐面に形成されたテーパ面２３と、上面２０とテーパ面２３とを連結するアール形状のつなぎ目２４と、を有する。また、キャビティ１８の軸方向高さＨは、外周壁面２２を除いて、一定となっている。さらに、キャビティ１８の下面２１における噴孔１７の開口の一部が、中心軸Ａ０の軸方向から見て、外周壁面２２と重なっている。
　ここで、キャビティ１８の高さＨは、開口部１５ｂからつなぎ目２４まで一定である必要はなく、少なくとも、開口部１５ｂから、キャビティ１８の下面２１における噴孔１７の中心位置Ｏの真上まで一定であればよい。なお、キャビティ１８の下面２１における噴孔１７の中心位置Ｏとは、キャビティ１８の下面２１と噴孔１７の軸心Ａ１との交点位置である。
　このように構成されたキャビティ１８では、外周壁面２２が、中心軸Ａ０を軸心とする、上流側に向かって径が縮小する切頭円錐形のテーパ面２３と、キャビティ１８の上面２０とテーパ面２３とを連結するアール形状のつなぎ目２４と、を有し、噴孔プレート１６の上面における噴孔１７の開口の一部が、中心軸Ａ０の軸方向から見て、外周壁面２２と重なっているので、中心軸Ａ０に対して噴孔１７より径方向外側に存在する容積部の容積を、キャビティの外周壁面が中心軸Ａ０を中心とする円筒面に形成されている従来技術に比べて、小さくできる。そこで、噴孔１７間を通って外径側に流れてバックフローに転じる燃料の流量が、従来技術に比べて、少なくなる。
　また、外周壁面２２のテーパ面２３と下面２１とのなす角度である外周壁面２２の傾斜角度θが鋭角である。そこで、開口部１５ｂからキャビティ１８に流入した燃料は、図４中矢印で示されるように、キャビティ１８内を径方向外方に流れ、外周壁面２２に到達した後反転し、外周壁面２２に沿って流れる。中心軸Ａ０と直交する径方向外方の流れから、傾斜角度θが鋭角である外周壁面２２に沿って流れるバックフローに転じる角度変化は、従来技術における、径方向外方の流れから、傾斜角度が直角である外周壁面に沿って流れるバックフローに転じる角度変化より大きくなる。そこで、本願のバックフローの流れは、従来技術に比べて、大きく減衰する。
　このように、バックフローに転じる燃料の流量が少なくなり、かつバックフローの流れが減衰するので、バックフローは、小質量、かつ低速の流れとなって主流と衝突する。そこで、バックフローとの衝突による主流の運動エネルギーの低下が抑えられるので、噴孔１７から大気中に噴射された燃料の空気に対する相対速度の低下が抑えられ、空気が燃料液滴を分裂させるせん断力が高められる。これにより、噴射された燃料液滴が空気により分裂され、燃料噴霧の微粒化が促進される。
　また、中心軸Ａ０に対して噴孔１７より径方向外側に存在する容積部の容積を小さくできるので、キャビティ１８の容積が小さくなり、閉弁完了後にキャビティ内に残存する燃料の量が少なくなる。そこで、負圧雰囲気への噴射時において、閉弁完了後に、負圧によって、噴孔１７からエンジン吸気管に吸い出される燃料の量が少なくなるので、流量変化を小さくできる。また、閉弁完了に噴射される粒径が粗悪な燃料噴霧の量が少なくなり、噴霧特性の低下が抑制される。
　また、キャビティ１８の高さＨが、少なくとも、開口部１５ｂから噴孔１７の中心位置Ｏの真上まで一定となっているので、キャビティの軸方向高さが径方向外方に向かって漸次低くなる従来後術に比べて、キャビティの容積を小さくできるとともに、キャビティ１８内を開口部１５ｂから噴孔１７に向かう主流の、中心軸Ａ０を含む断面における中心軸Ａ０と直交する方向の流れが強化される。これにより、噴孔１７内に流入した燃料の流れが噴孔１７の入口部で剥離し、噴孔１７内における液膜の形成、すなわち燃料噴霧の微粒化が促進される。
　つぎに、中心軸Ａ０に対して噴孔１７より径方向外側に存在する容積部の縮小化について検討する。
　当該容積部の容積を小さくするには、下面２１とテーパ面２３との交点である外周壁面２２の起点と、上面２０とつなぎ目２４との交点である外周壁面２２の終点とを、中心軸Ａ０側に近づけることが望ましい。
　キャビティ１８の高さＨが、少なくとも、開口部１５ｂから噴孔１７の中心位置Ｏの真上まで一定であるので、外周壁面２２の終点については、噴孔１７の中心位置Ｏの真上位置が、中心軸Ａ０側に最も近づいた位置となる。
　外周壁面２２の起点については、加工や溶接などの製造上のバラツキを考慮したクリアランスを加味した位置が、中心軸Ａ０側に最も近づいた位置となる。
　そして、外周壁面２２の傾斜角度θが大きくなると、外周壁面２２の終点が噴孔１７の中心位置Ｏの真上位置から外径側にシフトする。そこで、噴孔１７に向かう主流は外周壁面２２から上面２０に沿った流れとなったバックフローと正面衝突することになり、主流の速度が低下し、燃料噴霧の微粒化の悪化をもたらす。しかし、バックフローの上面２０に沿った流れの影響がバックフローの外周壁面２２に沿った流れの影響より小さい範囲においては、主流と衝突するバックフローの速度成分が小さくなるので、主流の速度の低下が抑えられ、燃料噴霧の微粒化への影響が小さくなる。また、外周壁面２２の傾斜角度θを小さくすると、外周壁面２２の終点の位置の規制により、噴孔１７の径方向外側に存在する容積部の容積が大きくなり、バックフローの影響が大きくなる。
　ここで、外周壁面２２の傾斜角度θの上限値について検討する。
　外周壁面２２の起点と終点との間の距離Ｌ1は、式（１）で表される。
　Ｌ1＝Ｈ／ｃｏｓθ・・・式（１）
　また、中心軸Ａ０を含む断面における、噴孔１７の中心位置Ｏと下面２１における噴孔１７の開口の最外径位置との間の中心軸Ａ０と直交する方向の距離Ｌ2は、式（２）で表される。
　Ｌ2＝Ｄ／（２・ｃｏｓα）・・・式（２）
　なお、Ｄは噴孔１７の直径、αは軸心Ａ１と中心軸Ａ０とのなす角度である噴孔１７の噴孔角である。
　また、主流とバックフローの衝突位置を噴孔１７の中心位置Ｏの真上の位置として考えると、中心軸Ａ０を含む断面における上面２０に沿って中心軸Ａ０と直交する方向に流れるバックフローの距離Ｘは、０≦Ｘ≦Ｌ2＝Ｄ／（２・ｃｏｓα）の範囲となる。つまり、距離Ｘの最大値Ｘmaxは、式（３）で表される。
　Ｘmax＝Ｄ／（２・ｃｏｓα）・・・式（３）
　そこで、外周壁面２２の傾斜角度θが、距離Ｌ1が距離Ｘの最大値Ｘmaxより大きくなるような範囲をとることで、バックフローが主流の速度の低下に与える影響が小さくなり、燃料噴霧の微粒化を促進することになる。つまり、外周壁面２２の傾斜角度θが、式（４）を満足するように設定されることで、燃料噴霧の微粒化を促進することができる。この場合、０＜θ＜π／２の範囲では、θが大きくなると、（Ｈ／ｃｏｓθ）が小さくなるので、式（４）はθの上限値を制限する式となる。
　Ｈ／ｃｏｓθ＞Ｄ／（２・ｃｏｓα）・・・式（４）
　つぎに、外周壁面２２の傾斜角度θの下限値について検討する。図５はこの発明の実施の形態１に係る燃料噴射弁の弁装置の要部を示す断面図である。ここで、ｌは開口部１５ｂの半径、ｒ1は中心軸Ａ０と外周壁面２２の終点までの距離であるキャビティ１８の上面２０の半径、ｒ2は中心軸Ａ０と外周壁面２２の起点までの距離であるキャビティ１８の下面２１の半径、Ｌ3は中心軸Ａ０を含む断面における外周壁面２２の起点から終点までの中心軸Ａ０と直交する方向の距離、ｐは中心軸Ａ０を含む断面における中心軸Ａ０から噴孔１７の中心位置Ｏまでの距離、つまり噴孔ピッチ半径である。また、便宜上、ハッチングを省略している。
　主流とバックフローとの境界を噴孔１７の中心位置Ｏと考えると、噴孔１７の中心位置Ｏの外周側のバックフローの燃料体積Ｖ2は、図５中点線で示されるように、外周壁面２２の傾斜角度θが小さくなるほど、大きくなる。噴孔１７の中心位置Ｏの外周側のバックフローの燃料体積Ｖ2が、開口部１５ｂから噴孔１７の中心位置Ｏまでの主流の燃料体積Ｖ1より大きくなると、主流と衝突するバックフローの流量が多くなり、主流の速度の低下につながり、燃料噴霧の微粒化の悪化をもたらす。つまり、Ｖ1をＶ2より大きくすることにより、主流の速度低下が抑制され、燃料噴霧の微粒化を促進することができる。
　ここで、ｒ1，ｒ2およびＬ3は、式（５）～（７）で表される。
　ｒ1＝ｐ＋Ｘ・・・式（５）
　ｒ2＝ｒ1＋Ｌ3・・・式（６）
　Ｌ3＝Ｈ／ｔａｎθ・・・式（７）
　また、Ｖ１，Ｖ２は式（８）（９）で表される。
　Ｖ1＝（ｐ2－ｌ2）πＨ・・・式（８）
　Ｖ2＝[｛（ｒ1 2＋ｒ1ｒ2＋ｒ2 2）／３｝－ｐ2]πＨ・・・式（９）
　そこで、外周壁面２２の傾斜角度θが、式（１０）を満足するように設定されることで、燃料噴霧の微粒化を促進することができる。この場合、０＜θ＜π／２の範囲では、θが小さくなると、ｔａｎθが小さくなる。そして、Ｖ2は１／ｔａｎ2θに比例するので、式（１０）はθの下限値を制限する式となる。
　（ｐ2－ｌ2）πＨ＞[｛（ｒ1 2＋ｒ1ｒ2＋ｒ2 2）／３｝－ｐ2]πＨ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・式（１０）
　つぎに、中心軸Ａ０を含む断面における開口部１５ｂから噴孔１７の中心位置Ｏまでの最短距離Ｍと噴孔１７の直径Ｄとの関係について検討する。
　キャビティ１８の中心軸Ａ０を軸心とする円筒面により構成される流路断面積は、外径側に向かうにつれ、増大する。そして、Ｍ／Ｄが５以上となると、当該流路断面積が過度に増大するので、主流の速度が低下し、燃料噴霧の微粒化が悪化する。
　また、Ｍ／Ｄが４以下となると、主流の整流化が不十分となるので、主流の速度が所望の速度まで上昇せず、燃料噴霧の微粒化が悪化する。
　したがって、Ｍ／Ｄが式（１１）を満足するようにキャビティ１８を構成することにより、主流の整流化が図られるとともに、主流の速度の低下が抑制されるので、燃料噴霧の微粒化を促進することができる。
　４＜Ｍ／Ｄ＜５・・・式（１１）
　ここで、Ｍ／Ｄを変えて、燃料噴霧の平均粒径を測定した結果を図６に示す。
　図６から、Ｍ／Ｄが４．５のときに、燃料噴霧の平均粒径が極小値をとることが確認された。また、４＜Ｍ／Ｄ＜５とした場合に、燃料噴霧の平均粒径が６０μｍ以下となること、すなわち燃料噴霧の微粒化が促進されることが確認された。
　つぎに、キャビティ１８の高さＨと噴孔１７の直径Ｄとの関係について検討する。
　Ｈ／Ｄが０．５５を超えると、中心軸Ａ０を含む平面における中心軸Ａ０と直交する方向の主流の流れの強化が不十分となり、燃料噴霧の微粒化が悪化する。そこで、Ｈ／Ｄが式（１２）を満足するようにキャビティ１８を構成することにより、主流の流れが強化されるので、燃料噴霧の微粒化を促進することができる。
　Ｈ／Ｄ≦０．５５・・・式（１２）
　ここで、Ｈ／Ｄを変えて、燃料噴霧の平均粒径を測定した結果を図７に示す。
　図７から、Ｈ／Ｄが０．５以下の場合には、燃料噴霧の平均粒径がほぼ一定の値を示し、Ｈ／Ｄが０．５を超えると、燃料噴霧の平均粒径が徐々に大きくなり、Ｈ／Ｄが０．５５を超えると、燃料噴霧の平均粒径が急激に大きくなることが確認された。また、Ｈ／Ｄ≦０．５５とした場合に、燃料噴霧の平均粒径が６０μｍ以下となること、すなわち燃料噴霧の微粒化が促進されることが確認された。
　実施の形態２．
　図８はこの発明の実施の形態２に係る燃料噴射弁の弁装置周りを示す縦断面図、図９はこの発明の実施の形態２に係る燃料噴射弁の弁装置におけるキャビティ内の燃料の流れを説明する模式図、図１０はこの発明の実施の形態２に係る燃料噴射弁の弁装置における噴孔周りを示す模式図である。
　実施の形態２による弁装置は、図８および図９に示されるように、実施の形態１による弁装置と同様に構成されているが、噴孔１７の最小断面積Ｓ1と噴孔１７上のキャビティ断面積Ｓ2との関係を特定している点で相違している。
　ここで、噴孔１７の最小断面積Ｓ1は、噴孔１７の軸心Ａ１と直交する断面積であり、式（１３）で表される。
　Ｓ1＝πＤ2／４・・・式（１３）
　また、噴孔１７上のキャビティ断面積Ｓ2は、図１０に示されるように、キャビティ１８の下面２１における噴孔１７の開口と重なる中心軸Ａ０を中心とする円弧面の面積であり、式（１４）で表される。なお、Ｌ4はキャビティ１８の下面における噴孔１７の開口と重なる中心軸Ａ０を中心とする円弧長さである。
　Ｓ2＝Ｈ×Ｌ4・・・式（１４）
　そして、噴孔１７の中心位置Ｏを通るキャビティ断面積Ｓ2が、キャビティ断面積Ｓ2の最大値となる。
　実施の形態２による弁装置においても、図９に矢印で示されるように、キャビティ１８内を径方向外方に流れて噴孔１７に至る主流と、外周壁面２２で反転して噴孔１７に至るバックフローとが衝突する。そして、噴孔１７上のキャビティ断面積Ｓ2の最大値が、噴孔１７の最小断面積Ｓ1より小さくなるように構成されているので、噴孔１７に流れ込む主流の面積が、噴孔１７の最小断面積Ｓ1より小さくなる。これにより、中心軸Ａ０に対して噴孔１７より外径側に流れ込んでバックフローとなる燃料の流量が多くなるので、軸心Ａ０に対して噴孔１７より径方向外側に存在する容積部の容積を小さくできる。そこでバックフローに転じる燃料の流量が少なくなり、かつバックフローの流れが減衰する。また、キャビティ１８の容積が小さくなり、閉弁完了後にキャビティ１８内に残存する燃料の量が少なくなる。したがって、実施の形態２においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。

Claims (6)

  1. 　下流側に向かって径が縮小する切頭円錐形のシート面、および上記シート面の下流側に上記シート面と同軸に形成されている円筒形の開口部を有し、上記シート面と上記開口部の軸心を中心軸とする弁座と、
    　上記シート面に着座して上記開口部からの燃料の流出を阻止し、上記シート面から離座して上記開口部から燃料の流出を許容する弁部材と、
    　平坦な上面を上流側に向けて上記弁座の下流側端面に固着され、それぞれ、円筒形に形成され、該円筒形の軸心を、上流側に向かって上記中心軸に近づくように上記中心軸を含む平面内に位置させて、上記中心軸を中心とする同一円周上に分散配置されている複数の噴孔を有する噴孔プレートと、
    　上記弁座と上記噴孔プレートとの間に設けられて、上記開口部と上記噴孔を連通する円盤状のキャビティと、を備える燃料噴射弁の弁装置において、
    　上記キャビティの軸方向高さが、少なくとも、上記開口部から上記噴孔プレートの上面と上記噴孔の軸心との交点位置までの径方向領域で一定であり、
    　上記キャビティの外周壁面が、上記中心軸を軸心とする、上流側に向かって径が縮小する切頭円錐形のテーパ面と、上記キャビティの上流側の面と上記テーパ面とを連結するアール形状のつなぎ目と、を有し、
    　上記噴孔プレートの上面における上記噴孔の開口の一部が、上記中心軸の軸方向から見て、上記外周壁面と重なっている燃料噴射弁の弁装置。
  2. 　上記噴孔の直径をＤ、上記中心軸を含む平面における上記中心軸と上記噴孔の軸心とのなす角度をα、キャビティの一定となっている軸方向高さをＨとしたときに、上記中心軸を含む平面における上記テーパ面と上記噴孔プレートの上面とのなす角度θが、Ｄ／２ｃｏｓα＜Ｈ／ｓｉｎθを満足している請求項１記載の燃料噴射弁の弁装置。
  3. 　上記中心軸から上記外周壁面の上流側端部までの距離をｒ1、上記中心軸から上記外周壁面の下流側端部までの距離をｒ2、上記中心軸から上記噴孔プレートの上面と上記噴孔の軸心との交点位置までの距離をｐ、上記開口部の半径をｌとしたときに、（ｐ2－ｌ2）πＨで表される体積Ｖ1が、［｛（ｒ1 2＋ｒ1ｒ2＋ｒ2 2）／３｝－ｐ2]πＨで表される体積Ｖ2より小さいことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の燃料噴射弁の弁装置。
  4. 　上記噴孔の直径をＤ、上記開口部から上記噴孔プレートの上面と上記噴孔の軸心との交点位置までの距離をＭとしたときに、Ｍ／Ｄが、４＜Ｍ／Ｄ＜５を満足している請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の燃料噴射弁の弁装置。
  5. 　上記キャビティの一定となっている軸方向高さをＨ、上記噴孔の直径をＤとしたときに、Ｈ／Ｄが、Ｈ／Ｄ≦０．５５を満足している請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の燃料噴射弁の弁装置。
  6. 　上記噴孔プレートの上面と上記噴孔の軸心との交点位置を通り、上記噴孔プレートの上面における上記噴孔の開口と重なっている上記中心軸を中心とする円弧長さをＬ4、上記キャビティの一定となっている軸方向高さをＨ、上記噴孔の直径をＤとしたときに、Ｈ×Ｌ4が、Ｈ×Ｌ4＜πＤ2／４を満足している請求項１記載の燃料噴射弁の弁装置。
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