(57)【要約】  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。
2017077642.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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、［｛（ｒ12＋ｒ1ｒ2＋ｒ22）／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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１５５９６５号公報（図４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。【０００６】
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。【０００７】
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。【０００８】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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。
【発明の効果】
【００１０】
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。【００１１】
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。【００１２】
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。【００１３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】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。
【図２】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３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図である。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】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。
【図１０】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。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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）
【００３９】
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）
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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＝[｛（ｒ12＋ｒ1ｒ2＋ｒ22）／３｝−ｐ2]πＨ・・・式（９）
【００４３】
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＞[｛（ｒ12＋ｒ1ｒ2＋ｒ22）／３｝−ｐ2]πＨ                                                            ・・・式（１０）
【００４４】
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。
【００４５】
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）
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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）
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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