JP6401085B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Description

本発明は、燃料を噴射する燃料噴射弁に関する。

本技術分野の背景技術として、特開２０１１−１４４７３１号公報（特許文献１）に記載された燃料噴射弁が知られている。この燃料噴射弁は、可動コア（可動鉄心）に圧入及び溶接によって接合されたニードル弁を備えている（段落００４７）。可動鉄心の内部空間とニードル弁の内部空間とが連通するように、可動鉄心とニードル弁との接合部には、流入口が形成されている（段落００４４）。ニードル弁の軸部には、燃料の流れ方向において上流側に内設された連通孔と下流側に内設された連通孔とが形成されている。上流側連通孔は、軸部の可動鉄心と接合される側の端部（上流側端部）の近傍に形成された複数の円形の孔である。下流側連通孔は、軸部のシール部側の端部（上流側端部）の近傍に形成された複数の長円形の孔である。上流側連通孔及び下流側連通孔は、軸部の内部と、ニードル弁を収容するノズルホルダ及びノズルボディ内に形成された内部空間とを連通させるように構成されている（段落００４４）。これにより、燃料入口部（燃料供給口）から燃料噴射弁に流入した燃料は、可動鉄心の内周側、流入口を順次経由してニードル弁の軸部の内周側に流入する。軸部に流入した燃料は、上流側連通孔及び下流側連通孔を経由して、ニードル弁とノズルホルダ及びノズルボディとの間に形成された空間に流出する（段落００５６）。

特開２０１１−１４４７３１号公報

特許文献１の燃料噴射弁では、軸部が円筒状の部材で構成され、軸部に形成した連通孔を経由して軸部内側の燃料を外側に流出させる。この場合、軸部内側に死水域（澱み）や燃料の流速が遅くなる部位が生じる場合がある。

燃料噴射弁では、製造過程で燃料流路内に異物が混入した場合に備え、異物を外部に排出するための慣らし運転が実施される。燃料流路内に死水域（澱み）や燃料の流速が遅くなる部位が存在すると、燃料流路内に入った異物の排出に時間がかかり、慣らし運転を長時間に亘って行う必要がある。慣らし運転の時間が長くなるほど、生産効率は低下する。また、慣らし運転のために消費されるエネルギや洗浄液の量が多くなる。

本発明の目的は、製造過程で燃料流路内に異物が混入した場合に、短い慣らし運転時間で異物を排出できる燃料噴射弁を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の燃料噴射弁は、協働して燃料通路を開閉する弁座及び弁体と、前記弁体が一端部に設けられ内側に燃料通路が形成された可動子と、前記弁座が形成された弁座部材と、燃料流れの上流側に位置し前記可動子の内側と外側とを連通する上流側連通孔と、燃料流れの下流側に位置し前記可動子の内側と外側とを連通する下流側連通孔と、を備え、前記弁座部材と前記弁体とが摺接する前記弁体のガイド部が前記下流側連通孔の下流側に設けられた燃料噴射弁において、
前記可動子の周方向において前記下流側連通孔と同じ角度位置に、前記ガイド部の上流側と下流側とを中心軸線方向に連通する燃料通路が設けられ、
前記上流側連通孔及び前記下流側連通孔は、前記上流側連通孔の開口面積Ｓ１と前記下流側連通孔の開口面積Ｓ２との和と、前記可動子の内側に構成された燃料通路の前記上流側連通孔の上流側における通路断面積Ｓ３との面積比（（Ｓ１＋Ｓ２）／Ｓ３）が、４．０よりも小さくなるように設けられている。

上記目的を達成するために、本発明の燃料噴射弁は、協働して燃料通路を開閉する弁座及び弁体と、前記弁体を駆動する電磁駆動部とを備え、前記電磁駆動部に、固定鉄心と、前記弁体と連結されて前記固定鉄心との間に作用する磁気吸引力によって前記弁体を開閉弁方向に駆動する可動鉄心とを有し、前記弁体と前記可動鉄心とをロッド部で連結して前記ロッド部の内側に燃料通路を構成した燃料噴射弁において、
前記ロッド部は、燃料流れの方向において上流側に位置するように配置され前記ロッド部の内側と外側とを連通する上流側連通孔と、燃料流れの方向において下流側に位置するように配置され前記ロッド部の内側と外側とを連通する下流側連通孔とを有し、
前記上流側連通孔及び前記下流側連通孔は、前記上流側連通孔の開口面積Ｓ１と前記下流側連通孔の開口面積Ｓ２との和と、前記ロッド部の内側に構成された燃料通路の入口における燃料通路の断面積Ｓ３との面積比（（Ｓ１＋Ｓ２）／Ｓ３）が、３．５よりも小さくなるように設けられている。

本発明によれば、可動子に形成した連通孔を通じて可動子の内側から外側に流出する燃料の流速を高めることができる。これにより、万が一、燃料流路内に異物が混入しても、その異物を速やかに燃料流路内から排出することができ、慣らし運転の時間を短縮することができる。

本発明に係るその他の効果は、実施例の説明の中で説明する。

本発明に係る燃料噴射弁の一実施例について、弁軸心（中心軸線）に沿う縦断面を示す縦断面図である。 図１に示すノズル部８の近傍を拡大して示す断面図である。 可動子２７近傍を拡大して示す縦断面図である。 上流側連通孔２７ｂｏａの断面積Ｓ１と下流側連通孔２７ｂｏｂの断面積Ｓ２との和（Ｓ１＋Ｓ２）と、可動鉄心２７ａからロッド部２７ｂへ連通する開口部２７ａｆの面積Ｓ３との比（（Ｓ１＋Ｓ２）／Ｓ３）を変化させた場合の、各連通孔２７ｂｏａ，２７ｂｏｂの出口部における流速の変化を解析した結果を示す図である。 面積比（（Ｓ１＋Ｓ２）／Ｓ３）が３．０、７．５、１２．０の各場合における燃料の流速分布の解析結果を示す図である。 上流側連通孔２７ｂｏａの断面積Ｓ１と下流側連通孔２７ｂｏｂの断面積Ｓ２との比（Ｓ１／Ｓ２）を変化させた場合の、各連通孔２７ｂｏａ，２７ｂｏｂの出口部における流速の変化を解析した結果を示す図である。 面積比（Ｓ１／Ｓ２）が０．３、１．０、１．６の各場合における燃料の流速分布の解析結果を示す図である。 燃料噴射弁１が搭載された内燃機関の断面図である。 本発明との比較例におけるロッド部２７ｂ近傍の燃料の流速分布を示す解析結果の図である。

本発明に係る実施例について、図１乃至図３を用いて説明する。

図１を参照して、燃料噴射弁１の全体構成について説明する。図１は、本発明に係る燃料噴射弁の一実施例について、弁軸心（中心軸線）に沿う縦断面を示す縦断面図である。なお、中心軸線１ａは、弁体２７ｃ、ロッド部（接続部）２７ｂ及び可動鉄心２７ａが一体に設けられた可動子２７の軸心（弁軸心）に一致し、筒状体５の中心軸線に一致している。

図１において、燃料噴射弁１の上端部（上端側）を基端部（基端側）と呼び、下端部（下端側）を先端部（先端側）と呼ぶ場合がある。基端部（基端側）及び先端部（先端側）という呼び方は、燃料の流れ方向或いは燃料配管に対する燃料噴射弁１の取り付け構造に基づいている。また、本明細書において説明される上下関係は図１を基準とするもので、燃料噴射弁１を内燃機関に搭載した形態における上下方向とは関係がない。

燃料噴射弁１には、金属材製の筒状体５によって、その内側に燃料流路（燃料通路）３がほぼ中心軸線１ａに沿うように構成されている。筒状体５は、磁性を有するステンレス等の金属素材を用い、深絞り加工等のプレス加工により中心軸線１ａに沿う方向に段付きの形状に形成されている。これにより、筒状体５は、一端側５ａの径が他端側５ｂの径に対して大きくなっている。

筒状体５の基端部には燃料供給口２が設けられ、この燃料供給口２に、燃料に混入した異物を取り除くための燃料フィルタ１３が取り付けられている。

筒状体５の基端部は径方向外側に向けて拡径するように曲げられた鍔部（拡径部）５ｄが形成され、鍔部５ｄとカバー４７の基端側端部４７ａとで形成される環状凹部（環状溝部）４にＯリング１１が配設されている。

筒状体５の先端部には、弁体２７ｃと弁座部材１５とからなる弁部７が構成されている。弁座部材１５は、筒状体５の先端側内側に挿入され、レーザ溶接１９により筒状体５に固定されている。レーザ溶接１９は、筒状体５の外周側から全周に亘って実施されている。この場合、弁座部材１５を筒状体５の先端側内側に圧入した上で、弁座部材１５をレーザ溶接により筒状体５に固定してもよい。

筒状体５の中間部には弁体２７ｃを駆動するための駆動部９が配置されている。駆動部９は電磁アクチュエータ（電磁駆動部）で構成されている。具体的には、駆動部９は、筒状体５の内部（内周側）に固定された固定鉄心２５と、筒状体５の内部において固定鉄心２５に対して先端側に配置され、中心軸線１ａに沿う方向に移動可能な可動子（可動部材）２７と、固定鉄心２５と可動子２７に構成された可動鉄心２７ａとが微小ギャップδ１を介して対向する位置で筒状体５の外周側に外挿された電磁コイル２９と、電磁コイル２９の外周側で電磁コイル２９を覆うヨーク３３とによって構成されている。

筒状体５の内側には可動子２７が収容されており、筒状体５は可動鉄心２７ａの外周面と対向して可動鉄心２７ａを囲繞するハウジングを構成している。

可動鉄心２７ａと固定鉄心２５とヨーク３３とは、電磁コイル２９に通電することにより生じる磁束が流れる閉磁路を構成する。磁束は微小ギャップδ１を通過するが、微小ギャップδ１の部分で筒状体５を流れる漏れ磁束を低減するため、筒状体５の微小ギャップδ１に対応する位置に、非磁性部或いは筒状体５の他の部分よりも弱磁性の弱磁性部５ｃが設けられている。以下、この非磁性部或いは弱磁性部５ｃは、単に非磁性部５ｃと呼んで説明する。非磁性部５ｃは、筒状体５に対する磁性を有する筒状体５に非磁性化処理を行うことにより形成することができる。このような非磁性化処理は、例えば熱処理によって行うことができる。或いは、筒状体５の外周面に環状凹部を形成することにより非磁性部５ｃに相当する部分を薄肉化して構成することができる。

電磁コイル２９は、樹脂材料で筒状に形成されたボビン３１に巻回され、筒状体５の外周側に外挿されている。電磁コイル２９はコネクタ４１に設けられたターミナル４３に電気的に接続されている。コネクタ４１には図示しない外部の駆動回路が接続され、ターミナル４３を介して、電磁コイル２９に駆動電流が通電される。

固定鉄心２５は、磁性金属材料からなる。固定鉄心２５は筒状に形成され、中心部を中心軸線１ａに沿う方向に貫通する貫通孔２５ａを有する。固定鉄心２５は、筒状体５の小径部５ｂの基端側に圧入固定され、筒状体５の中間部に位置している。小径部５ｂの基端側に大径部５ａが設けられていることにより、固定鉄心２５の組付けが容易になる。固定鉄心２５は溶接により筒状体５に固定してもよいし、溶接と圧入を併用して筒状体５に固定してもよい。

可動子２７は、可動鉄心２７ａとロッド部（接続部）２７ｂと弁体２７ｃとで構成される。可動鉄心２７ａは円環状の部材である。弁体２７ｃは弁座１５ｂ（図２参照）と当接する部材である。弁座１５ｂ及び弁体２７ｃは協働して燃料通路を開閉する。ロッド部２７ｂは細長い円筒形状であり、可動鉄心２７ａと弁体２７ｃとを接続する接続部である。可動鉄心２７ａは、弁体２７ｃと連結され、固定鉄心２５との間に作用する磁気吸引力によって、弁体２７ｃを開閉弁方向に駆動するための部材である。

本実施例では、ロッド部２７ｂと弁体２７ｃとを別部材で構成し、ロッド部２７ｂに弁体２７ｃを固定している。ロッド部２７ｂと弁体２７ｃとの固定は、圧入又は溶接により行われる。ロッド部２７ｂと弁体２７ｃとは一つの部材で一体化されて構成されてもよい。

ロッド部２７ｂは円筒形状であり、ロッド部２７ｂの上端に開口し軸方向に延設された孔２７ｂａを有する。ロッド部２７ｂには内側と外側とを連通する連通孔（開口部）２７ｂｏａ，２７ｂｏｂが形成されている。ロッド部２７ｂの外周面と筒状体５の内周面との間には背圧室３７が形成されている。ロッド部２７ｂの上端部２７ｂｃは固定鉄心２５の貫通孔２５ａ内に挿入されており、貫通孔２５ａ内の燃料通路３が孔２７ｂａ及び連通孔２７ｂｏａ，２７ｂｏｂを通じて背圧室３７に連通している。孔２７ｂａ及び連通孔２７ｂｏａ，２７ｂｏｂは貫通孔２５ａ内の燃料通路３と背圧室３７とを連通する燃料流路３を構成する。

固定鉄心２５の貫通孔２５ａにはコイルばね３９が設けられている。コイルばね３９の一端は、可動鉄心２７ａの内側に設けられたばね座２７ａｇに当接している。コイルばね３９の他端部は、固定鉄心２５の貫通孔２５ａの内側に配設されたアジャスタ（調整子）３５に当接している。コイルばね３９は、可動鉄心２７ａに設けられたばね座２７ａｇとアジャスタ（調整子）３５の下端（先端側端面）との間に、圧縮状態で配設されている。

コイルばね３９は、弁体２７ｃが弁座１５ｂ（図２参照）に当接する方向（閉弁方向）に可動子２７を付勢する付勢部材として機能している。中心軸線１ａに沿う方向におけるアジャスタ３５の位置を貫通孔２５ａ内で調整することにより、コイルばね３９による可動子２７（すなわち弁体２７ｃ）の付勢力が調整される。

アジャスタ３５は、中心部を中心軸線１ａに沿う方向に貫通する燃料流路３を有する。燃料供給口２から供給された燃料は、アジャスタ３５の燃料流路３を流れた後、固定鉄心２５の貫通孔２５ａの先端側部分の燃料流路３に流れ、可動子２７内に構成された燃料流路３に流れる。

ヨーク３３は、磁性を有する金属材料でできており、燃料噴射弁１のハウジングを兼ねている。ヨーク３３は大径部３３ａと小径部３３ｂとを有する段付きの筒状に形成されている。大径部３３ａは電磁コイル２９の外周を覆って円筒形状を成しており、大径部３３ａの先端側に大径部３３ａよりも小径の小径部３３ｂが形成されている。小径部３３ｂは筒状体５の小径部５ｂの外周に圧入又は挿入されている。これにより、小径部３３ｂの内周面は筒状体５の外周面に緊密に接触している。このとき、小径部３３ｂの内周面の少なくとも一部は、可動鉄心２７ａの外周面と筒状体５を介して対向しており、この対向部分に形成される磁路の磁気抵抗を小さくしている。

ヨーク３３の先端側端部の外周面には周方向に沿って環状凹部３３ｃが形成されている。環状凹部３３ｃの底面に形成された薄肉部において、ヨーク３３と筒状体５とがレーザ溶接２４により全周に亘って接合されている。

筒状体５の先端部にはフランジ部４９ａを有する円筒状のプロテクタ４９が外挿され、筒状体５の先端部がプロテクタ４９によって保護されている。プロテクタ４９はヨーク３３のレーザ溶接部２４の上を覆っている。

プロテクタ４９のフランジ部４９ａと、ヨーク３３の小径部３３ｂと、ヨーク３３の大径部３３ａと小径部３３ｂとの段差面とによって環状溝３４が形成され、環状溝３４にＯリング４６が外挿されている。Ｏリング４６は、燃料噴射弁１が内燃機関に取り付けられる際に、内燃機関側に形成された挿入口の内周面とヨーク３３における小径部３３ｂの外周面との間で液密及び気密を確保するシールとして機能する。

燃料噴射弁１の中間部から基端側端部の近傍までの範囲に、樹脂カバー４７がモールドされている。樹脂カバー４７の先端側端部はヨーク３３の大径部３３ａの基端側の一部を被覆している。また、樹脂カバー４７を形成する樹脂によりコネクタ４１が一体的に形成されている。

次に、図２を参照して、ノズル部８の構成ついて、詳細に説明する。図２は、図１に示すノズル部８の近傍を拡大して示す断面図である。

弁座部材１５には、中心軸線１ａに沿う方向に貫通する貫通孔１５ｄ，１５ｃ，１５ｖ，１５ｅが形成されている。この貫通孔の途中には下流側に向かって縮径する円錐面１５ｖが形成されている。円錐面１５ｖ上には弁座１５ｂが構成され、弁体２７ｃが弁座１５ｂに離接することにより、燃料通路の開閉が行われる。なお、弁座１５ｂが形成された円錐面１５ｖを弁座面と呼ぶ場合もある。また、弁座１５ｂと、弁体２７ｃの弁座１５ｂに当接する部位とを、シール部という。

貫通孔１５ｄ，１５ｃ，１５ｖ，１５ｅにおける、円錐面１５ｖから上側の孔部分１５ｄ，１５ｃ，１５ｖは、弁体２７ｃを収容する弁体収容孔を構成する。弁体収容孔１５ｄ，１５ｃ，１５ｖの内周面に、弁体２７ｃを中心軸線１ａに沿う方向に案内するガイド面１５ｃが形成されている。ガイド面１５ｃは可動子２７を案内する二つのガイド面のうち、下流側に位置する下流側ガイド面を構成する。

下流側ガイド面１５ｃとこの下流側ガイド面１５ｃに摺接する弁体２７ｃの摺接面２７ｃｂとは、可動子２７の変位を案内する下流側ガイド部５０Ａを構成する。

ガイド面１５ｃの上流側には、上流側に向かって拡径する拡径部１５ｄが形成されている。拡径部１５ｄは弁体２７ｃの組付けを容易にすると共に、燃料通路断面を拡大するのに役立っている。一方、弁体収容孔１５ｄ，１５ｃ，１５ｖの下端部は燃料導入孔１５ｅに接続され、燃料導入孔１５ｅの下端面が弁座部材１５の先端面１５ｔに開口している。

弁座部材１５の先端面１５ｔには、ノズルプレート２１ｎが取り付けられている。ノズルプレート２１ｎは弁座部材１５にレーザ溶接２３により固定されている。レーザ溶接部２３は、燃料噴射孔１１０が形成された噴射孔形成領域を取り囲むようにして、この噴射孔形成領域の周囲を一周している。

また、ノズルプレート２１ｎは板厚が均一な板状部材（平板）で構成されており、中央部に外方に向けて突き出すように突状部２１ｎａが形成されている。突状部２１ｎａは曲面（例えば球状面）で形成されている。突状部２１ｎａの内側には燃料室２１ａが形成されている。この燃料室２１ａは弁座部材１５に形成された燃料導入孔１５ｅに連通しており、燃料導入孔１５ｅを通じて燃料室２１ａに燃料が供給される。

突状部２１ｎａには複数の燃料噴射孔１１０が形成されている。燃料噴射孔の形態は特に問わない。燃料噴射孔１１０の上流側に燃料に旋回力を付与する旋回室を有するものであってもよい。燃料噴射孔の中心軸線１１０ａは燃料噴射弁の中心軸線１ａに対して平行であってもよいし、傾斜していてもよい。また、突状部２１ｎａが無い構成であってもよい。

本実施例において、燃料噴射孔１１０を開閉する弁部７は弁座部材１５と弁体２７ｃとによって構成され、燃料噴霧の形態を決定する燃料噴射部２１はノズルプレート２１ｎによって構成される。そして、弁部７と燃料噴射部２１とは、燃料噴射を行うためのノズル部８を構成している。すなわち、本実施例におけるノズル部８は、ノズルプレート２１ｎがノズル部８の本体側（弁座部材１５）の先端面１５ｔに接合されて構成されている。

また、本実施例では、弁体２７ｃは、球状を成すボール弁を用いている。このため、弁体２７ｃにおけるガイド面１５ｃと対向する部位には、周方向に間隔を置いて複数の切欠き面２７ｃａが設けられ、この切欠き面２７ｃａによって燃料通路１５ｈ（図３参照）が構成されている。弁体２７ｃはボール弁以外の弁体で構成することも可能である。例えば、ニードル弁を用いてもよい。

図３を参照して、可動子２７近傍の構成について、詳細に説明する。図３は、可動子２７近傍を拡大して示す縦断面図である。

本実施例では、可動鉄心２７ａとロッド部２７ｂとが一部材で一体に形成されている。可動鉄心２７ａの上端面２７ａｂの中央部には、下端側に向けて窪んだ凹部２７ａａが形成されている。凹部２７ａａの底部には、ばね座２７ａｇが形成され、コイルばね３９の一端がばね座２７ａｇに支持されている。さらに、凹部２７ａａの底部には、ロッド部２７ｂの内側に連通する開口部２７ａｆが形成されている。開口部２７ａｆは、固定鉄心２５の貫通孔２５ａから凹部２７ａａ内の空間２７ａｉに流入した燃料を、ロッド部２７ｂの内側の空間２７ｂｉに流す燃料通路を構成する。

本実施例では、ロッド部２７ｂと可動鉄心２７ａとを一部材で構成しているが、別々の部材で構成したものを一体に組み付けてもよい。

可動鉄心２７ａの上端面２７ａｂは、固定鉄心２５の下端面２５ｂと対向する面である。上端面２７ａｂと下端面２５ｂとは、相互に磁気吸引力が作用する磁気吸引面を構成する。可動鉄心２７ａの外周面２７ａｃは筒状体５の内周面５ｅに摺動するよう構成されている。内周面５ｅは上流側ガイド面を構成し、外周面２７ａｃは上流側ガイド面５ｅに摺接する。上流側ガイド面５ｅと可動鉄心２７ａの外周面２７ａｃとは、可動子２７の変位を案内する上流側ガイド部５０Ｂを構成する。

可動子２７は、上流側ガイド部５０Ｂと上述した下流側ガイド部５０Ａとの二点で案内されて、中心軸線１ａ方向に往復動作する。

上述したように、ロッド部２７ｂには、内側と外側とを連通する連通孔２７ｂｏａ，２７ｂｏｂが形成されている。連通孔２７ｂｏａは、ロッド部２７ｂの上端側に配置され、可動鉄心２７ａの近傍に配置されている。連通孔２７ｂｏｂは、ロッド部２７ｂの下端側に配置され、弁体（シール部）２７ｃの近傍に配置されている。本実施例では、可動子２７のロッド部２７ｂの近傍における燃料流れの死水域（澱み）の発生を低減するように、連通孔２７ｂｏａ，２７ｂｏｂを配設している。

ここで、図９の比較例を参照して、ロッド部２７ｂの近傍における燃料流れについて説明する。図９は、本発明との比較例におけるロッド部２７ｂ近傍の燃料の流速分布を示す解析結果の図である。図９では、連通孔２７ｂｏを横切るＡ−Ａ断面と、Ａ−Ａ断面に垂直で連通孔２７ｂｏを横切らないＢ−Ｂ断面とを示している。なお、連通孔２７ｂｏは、ロッド部２７ｂの周方向において、１８０度離間した２箇所に配設されている。

比較例では、ロッド部２７ｂの中間部分に軸方向に細長い形状の連通孔（開口部）２７ｂｏが設けられている。この場合、ロッド部２７ｂの外周側で、可動鉄心２７ａの下端部と連通孔２７ｂｏの上端部との間に死水域（上部死水域）ができる。この死水域は連通孔２７ｂｏの上部にまで及んでいる。また、ロッド部２７ｂの内周側（内側）では、シール部を構成する弁体２７ｃが接合された下端部に死水域（下部死水域）ができる。

死水域は燃料流速が非常に遅くなることによってできる流れの澱みである。この死水域に入り込んだ異物を燃料流れで押し流すには、時間がかかる。このため、死水域の発生を防ぐか、死水域をできる限り小さくすることが望ましい。

そこで、本実施例では、上部死水域及び下部死水域の発生を防ぐため、或いは上部死水域及び下部死水域を小さくするため、ロッド部２７ｂの上端側と下端側とに連通孔を分割して配設する。すなわち、連通孔は、ロッド部２７ｂの軸方向において、少なくとも２箇所に分割して配置される。そのうち１箇所（上流側連通孔２７ｂｏａ）は可動鉄心２７ａの下端部（ロッド部２７ｂの上端部）の近傍に配設され、もう１箇所（下流側連通孔２７ｂｏｂ）は弁体２７ｃ（ロッド部２７ｂの下端部）の近傍に配設される。例えば、上流側連通孔２７ｂｏａは、その上端部が可動鉄心２７ａの下端部からロッド部２７ｂの内径寸法以上に離間しないように設けられる。また、下流側連通孔２７ｂｏｂは、その下端部がロッド部２７ｂの下端からロッド部２７ｂの内径寸法以上に離間しないように設けられる。

下流側ガイド部５０Ａには、ガイド部の上流側と下流側とを中心軸線１ａ方向に連通する燃料通路１５ｈが設けられている。燃料通路１５ｈは、弁体２７ｃの切欠き面２７ｃａと、弁座部材１５に形成された弁体収容孔の内周面（下流側ガイド面）１５ｃとの間に形成される。この燃料通路１５ｈは、可動子２７又はロッド部２７ｂの周方向において、下流側連通孔２７ｂｏｂと同じ角度位置に設けられている。下流側連通孔２７ｂｏｂの中心線と切欠き面２７ｃａの中心線とは平行で一つの仮想平面上に存在する。また、中心軸線１ａもこの仮想平面上に存在する。

これにより、下流側連通孔２７ｂｏｂから背圧室３７に流出した燃料は、下流側ガイド部５０Ａに形成された燃料通路１５ｈにスムーズに流入する。このため、下流側連通孔２７ｂｏｂの出口部において燃料の流速を高めることができ、死水域の発生を抑制することができる。

さらに、上流側連通孔２７ｂｏａの断面積Ｓ１と下流側連通孔２７ｂｏｂの断面積Ｓ２とが、ロッド部２７ｂの近傍における燃料流れの流速を高められるように設定される。以下、図４乃至図７を参照して、ロッド部２７ｂの近傍における燃料流れの解析結果について説明する。

図４は、上流側連通孔２７ｂｏａの断面積Ｓ１と下流側連通孔２７ｂｏｂの断面積Ｓ２との和（Ｓ１＋Ｓ２）と、可動鉄心２７ａからロッド部２７ｂへ連通する開口部２７ａｆの面積Ｓ３との比（（Ｓ１＋Ｓ２）／Ｓ３）を変化させた場合の、各連通孔２７ｂｏａ，２７ｂｏｂの出口部における流速の変化を解析した結果を示す図である。

断面積Ｓ３は、可動鉄心２７ａからロッド部２７ｂへ連通する開口部２７ａｆの面積である。断面積Ｓ３は、ロッド部２７ｂ内に構成される燃料流路３の入口における燃料流路の断面積である。内径部２７ｂｓに構成される燃料流路が複数の流路に分割されている場合は、断面積Ｓ３はそれらの総断面積である。断面積Ｓ３は上流側連通孔２７ｂｏａと下流側連通孔２７ｂｏｂとから流出する燃料を供給する燃料流路の断面積である。

本実施例では、上流側連通孔２７ｂｏａは、ロッド部２７ｂの周方向において、１８０度離間した２箇所に配設されている。上流側連通孔２７ｂｏａの断面積Ｓ１は２つの上流側連通孔２７ｂｏａの総断面積である。また、下流側連通孔２７ｂｏｂは、ロッド部２７ｂの周方向において、１８０度離間した２箇所に配設されている。下流側連通孔２７ｂｏｂの断面積Ｓ２は２つの下流側連通孔２７ｂｏｂの総断面積である。

図４から、面積比（（Ｓ１＋Ｓ２）／Ｓ３）が４．０よりも小さい範囲では、この面積比が小さくなるほど、各連通孔２７ｂｏａ，２７ｂｏｂの出口部における流速が速くなることが分かる。面積比（（Ｓ１＋Ｓ２）／Ｓ３）が４．０以上になると、各連通孔２７ｂｏａ，２７ｂｏｂの出口部における流速はほぼ一定となり、このときの流速は面積比（（Ｓ１＋Ｓ２）／Ｓ３）が４．０よりも小さい範囲における流速よりも低い値である。

図５は、面積比（（Ｓ１＋Ｓ２）／Ｓ３）が３．０、７．５、１２．０の各場合における燃料の流速分布の解析結果を示す図である。図５においても、図９と同様なＡ−Ａ断面とＢ−Ｂ断面とについて、流速分布を示す。

面積比（（Ｓ１＋Ｓ２）／Ｓ３）が３．０の場合には、Ａ−Ａ断面及びＢ−Ｂ断面の両方で、可動鉄心２７ａの下端面よりも下側において、死水域となるほど燃料流速の低下した部分は発生していない。これは、図４で説明したように、各連通孔２７ｂｏａ，２７ｂｏｂの出口部において、燃料流速が速くなっているためと考えられる。

一方、面積比（（Ｓ１＋Ｓ２）／Ｓ３）が７．５及び１２．０の場合には、Ａ−Ａ断面及びＢ−Ｂ断面の両方で、可動鉄心２７ａの下端よりも下側の外周部において、死水域となる燃料流速の低下した部分が発生している。これは、各連通孔２７ｂｏａ，２７ｂｏｂの出口部において、燃料流速が遅くなっているためと考えられる。

面積比（（Ｓ１＋Ｓ２）／Ｓ３）が７．５の場合は、上流側連通孔２７ｂｏａの開口面積は、面積比（（Ｓ１＋Ｓ２）／Ｓ３）が３．０の場合と同じであり、下流側連通孔２７ｂｏｂの開口面積を拡げている。この場合、上流側連通孔２７ｂｏａよりも下流側に死水域が発生している。

また、面積比（（Ｓ１＋Ｓ２）／Ｓ３）が１２．０の場合は、下流側連通孔２７ｂｏｂの開口面積を面積比（（Ｓ１＋Ｓ２）／Ｓ３）が７．５の場合と同じにして、上流側連通孔２７ｂｏａの開口面積を拡げている。この場合、上流側連通孔２７ｂｏａの開口部の側方に死水域が発生している。これは、燃料流れはロッド部２７ｂの軸方向に大きな速度成分を有しており、拡大した上流側連通孔２７ｂｏａの下部から流出すると共に、上流側連通孔２７ｂｏａからの燃料流れの流出位置がロッド部２７ｂの下端側に移動するためと考えられる。また、下流側連通孔２７ｂｏｂの開口面積が大きくなっているために、燃料流れがロッド部２７ｂの内側を下端部に向けて流れ易くなっていることも影響しているものと考えられる。

以上、説明したように、面積比（（Ｓ１＋Ｓ２）／Ｓ３）を４．０よりも小さい範囲に設定することにより、各連通孔２７ｂｏａ，２７ｂｏｂの出口部における流速を速くすることができる。そして、ロッド部２７ｂの近傍における死水域の発生を抑制することができる。

なお、面積比（（Ｓ１＋Ｓ２）／Ｓ３）の下限値は、上流側連通孔２７ｂｏａ及び下流側連通孔２７ｂｏｂのさらに下流側に構成される燃料通路の断面積によって制約される。一般的に、燃料噴射量は弁体２７ｃと弁座１５ｂとの間に形成される環状隙間の面積及び燃料噴射孔の総断面積で決められる。従って、燃料噴射弁に構成される燃料通路の中で、弁体２７ｃと弁座１５ｂとの間の環状隙間の面積或いは燃料噴射孔の総断面積が最も小さい。各連通孔２７ｂｏａ，２７ｂｏｂの開口面積（Ｓ１＋Ｓ２）は、弁体２７ｃと弁座１５ｂとの間の環状隙間の面積及び燃料噴射孔の総断面積よりも大きくする必要がある。各連通孔２７ｂｏａ，２７ｂｏｂの開口面積（Ｓ１＋Ｓ２）が弁体２７ｃと弁座１５ｂとの間の環状隙間の面積及び燃料噴射孔の総断面積よりも大きく設定され、このときの開口面積（Ｓ１＋Ｓ２）によって面積比（（Ｓ１＋Ｓ２）／Ｓ３）の下限値が決まる。

燃料通路の断面積（Ｓ１＋Ｓ２）及びＳ３はいずれも、弁体２７ｃと弁座１５ｂとの間の環状隙間の面積及び燃料噴射孔の総断面積よりも大きい。このため、面積比（（Ｓ１＋Ｓ２）／Ｓ３）の下限値は１よりも小さい場合もあり得る。しかし、ロッド部２７ｂでの圧力損失を無くし、燃料流れを連通孔２７ｂｏａ，２７ｂｏｂからスムーズに流出させることを優先する場合は、面積比（（Ｓ１＋Ｓ２）／Ｓ３）は１以上であることが好ましい。

図６は、上流側連通孔２７ｂｏａの断面積Ｓ１と下流側連通孔２７ｂｏｂの断面積Ｓ２との比（Ｓ１／Ｓ２）を変化させた場合の、各連通孔２７ｂｏａ，２７ｂｏｂの出口部における流速の変化を解析した結果を示す図である。

上流側連通孔２７ｂｏａの断面積Ｓ１と下流側連通孔２７ｂｏｂの断面積Ｓ２との面積比（Ｓ１／Ｓ２）が１．０の場合に、各連通孔２７ｂｏａ，２７ｂｏｂの出口部における流速は最も速くなる。そして、図４において、面積比（（Ｓ１＋Ｓ２）／Ｓ３）が４．０のときの上流側連通孔２７ｂｏａの出口部における流速値（０．９ｍ／ｓ）を基準にして、面積比（Ｓ１／Ｓ２）の許容範囲を設定する。すなわち、下流側連通孔２７ｂｏｂよりも流速が低い上流側連通孔２７ｂｏａを基準として、上流側連通孔２７ｂｏａの出口部における流速が０．９ｍ／ｓよりも速くなる範囲を許容範囲とする。

本実施例の場合、面積比（Ｓ１／Ｓ２）を、０．５よりも大きく、１．６よりも小さい範囲に設定する。これにより、各連通孔２７ｂｏａ，２７ｂｏｂの出口部において流速がその最大値の近傍でかつ死水域の発生を抑制可能な適切な範囲となるように、上流側連通孔２７ｂｏａの断面積Ｓ１と下流側連通孔２７ｂｏｂの断面積Ｓ２とを設定することができる。

図７は、面積比（Ｓ１／Ｓ２）が０．３、１．０、１．６の各場合における燃料の流速分布の解析結果を示す図である。図７においても、図９と同様なＡ−Ａ断面とＢ−Ｂ断面とについて、流速分布を示す。

面積比（Ｓ１／Ｓ２）が１．０の場合は、Ａ−Ａ断面及びＢ−Ｂ断面の両方で、可動鉄心２７ａの下端面よりも下側において、死水域となるほど燃料流速の低下した部分は発生していない。

一方、面積比（Ｓ１／Ｓ２）が０．３の場合には、Ａ−Ａ断面及びＢ−Ｂ断面の両方で、可動鉄心２７ａの下端よりも下側の外周部において、死水域となる燃料流速の低下した部分が発生している。また、面積比（Ｓ１／Ｓ２）が１．６の場合には、Ａ−Ａ断面において、可動鉄心２７ａの下端よりも下側に、死水域となる燃料流速の低下した部分が小さい範囲ではあるが発生している。面積比（Ｓ１／Ｓ２）が０．３及び１．６の場合に死水域が発生しているのは、各連通孔２７ｂｏａ，２７ｂｏｂの出口部において、燃料流速が遅くなっているためと考えられる。

本実施例では、面積比（（Ｓ１＋Ｓ２）／Ｓ３）を４．０よりも小さい範囲に設定し、且つ面積比（Ｓ１／Ｓ２）を０．５よりも大きく、１．６よりも小さい範囲に設定することにより、各連通孔２７ｂｏａ，２７ｂｏｂの出口部における流速を速くすることができる。そして、ロッド部２７ｂの近傍における死水域の発生を抑制することができる。

なお、ロッド部２７ｂの周方向において、上流側連通孔２７ｂｏａの個数及び下流側連通孔２７ｂｏｂの個数はそれぞれが２つに限定される訳ではなく、１つ又は３つ以上の個数にしてもよい。しかし、連通孔２７ｂｏａ，２７ｂｏｂが１つ場合は、その開口位置と１８０度離間した位置に死水域が形成され易くなるため、２つ以上の連通孔２７ｂｏａ，２７ｂｏｂを、できれば周方向に等間隔に配置することが望ましい。

図８を参照して、本発明に係る燃料噴射弁を搭載した内燃機関について説明する。図８は、燃料噴射弁１が搭載された内燃機関の断面図である。

内燃機関１００のエンジンブロック１０１にはシリンダ１０２が形成されおり、シリンダ１０２の頂部に吸気口１０３と排気口１０４とが設けられている。吸気口１０３には、吸気口１０３を開閉する吸気弁１０５が、また排気口１０４には排気口１０４を開閉する排気弁１０６が設けられている。エンジンブロック１０１に形成され、吸気口１０３に連通する吸気流路１０７の入口側端部１０７ａには吸気管１０８が接続されている。

燃料噴射弁１の燃料供給口２（図１参照）には燃料配管１１０が接続される。

吸気管１０８には燃料噴射弁１の取付け部１０９が形成されており、取付け部１０９に燃料噴射弁１を挿入する挿入口１０９ａが形成されている。挿入口１０９ａは吸気管１０８の内壁面（吸気流路）まで貫通しており、挿入口１０９ａに挿入された燃料噴射弁１から噴射された燃料は吸気流路内に噴射される。二方向噴霧の場合、エンジンブロック１０１に吸気口１０３が二つ設けられた形態の内燃機関を対象として、それぞれの燃料噴霧が各吸気口１０３（吸気弁１０５）を指向して噴射される。

以上説明したように、各連通孔２７ｂｏａ，２７ｂｏｂを適切に配置すると共に、各連通孔２７ｂｏａ，２７ｂｏｂの開口面積を適切な大きさにすることによって、各連通孔２７ｂｏａ，２７ｂｏｂを通じてロッド部２７ｂの内部から外部に流出する燃料の流速を高めることができる。そして、ロッド部２７ｂの近傍における死水域の発生を抑制することができる。これにより、万が一、燃料流路３内に異物が混入しても、その異物を速やかに燃料流路３内から排出することができ、慣らし運転の時間を短縮することができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、一部の構成の削除や、記載されていない他の構成の追加が可能である。

１…燃料噴射弁、１ａ…中心軸線、３…燃料通路、９…駆動部、１５ｈ…連通路、２５…固定鉄心、２５ａ…固定鉄心２５の貫通孔、２７…可動子、２７ａ…可動鉄心、２７ｂ…ロッド部、２７ｂｏａ…上流側連通孔、２７ｂｏｂ…下流側連通孔、２７ｃ…弁体、Ｓ１…上流側連通孔２７ｂｏａの断面積、Ｓ２…下流側連通孔２７ｂｏｂの断面積、Ｓ３…ロッド部２７ｂの上端の内径部２７ｂｓに開口する燃料流路の断面積。

Claims (10)

1. 協働して燃料通路を開閉する弁座及び弁体と、前記弁体が一端部に設けられ内側に燃料通路が形成された可動子と、前記弁座が形成された弁座部材と、燃料流れの上流側に位置し前記可動子の内側と外側とを連通する上流側連通孔と、燃料流れの下流側に位置し前記可動子の内側と外側とを連通する下流側連通孔と、を備え、前記弁座部材と前記弁体とが摺接する前記弁体のガイド部が前記下流側連通孔の下流側に設けられた燃料噴射弁において、
   前記可動子の周方向において前記下流側連通孔と同じ角度位置に、前記ガイド部の上流側と下流側とを中心軸線方向に連通する燃料通路が設けられ、
   前記上流側連通孔及び前記下流側連通孔は、前記上流側連通孔の開口面積Ｓ１と前記下流側連通孔の開口面積Ｓ２との和と、前記可動子の内側に構成された燃料通路の前記上流側連通孔の上流側における通路断面積Ｓ３との面積比（（Ｓ１＋Ｓ２）／Ｓ３）が、４．０よりも小さくなるように設けられていることを特徴とする燃料噴射弁。
2. 請求項１に記載の燃料噴射弁において、
   前記開口面積Ｓ１と前記開口面積Ｓ２との面積比（Ｓ１／Ｓ２）が、０．５よりも大きく１．６よりも小さい範囲に設定されたことを特徴とする燃料噴射弁。
3. 請求項２に記載の燃料噴射弁において、
   前記可動子は、可動鉄心と、前記弁体と前記可動鉄心とを連結するロッド部と、を備え、
   前記上流側連通孔は、その上端部が前記可動鉄心の下端から前記ロッド部の内径寸法以上に離間しない位置に配置され、
   前記下流側連通孔は、その下端部が前記弁体から前記ロッド部の内径寸法以上に離間しない位置に配置されたことを特徴とする燃料噴射弁。
4. 請求項３に記載の燃料噴射弁において、
   前記面積比（（Ｓ１＋Ｓ２）／Ｓ３）は１．０よりも大きいことを特徴とする燃料噴射弁。
5. 請求項４に記載の燃料噴射弁において、
   前記上流側連通孔は前記可動子の周方向に複数設けられており、前記上流側連通孔の前記開口面積Ｓ１は複数の上流側連通孔の開口面積の総和であり、
   前記下流側連通孔は前記ロッド部の周方向に複数設けられており、前記下流側連通孔の前記開口面積Ｓ２は複数の下流側連通孔の開口面積の総和であることを特徴とする燃料噴射弁。
6. 協働して燃料通路を開閉する弁座及び弁体と、前記弁体を駆動する電磁駆動部とを備え、前記電磁駆動部に、固定鉄心と、前記弁体と連結されて前記固定鉄心との間に作用する磁気吸引力によって前記弁体を開閉弁方向に駆動する可動鉄心とを有し、前記弁体と前記可動鉄心とをロッド部で連結して前記ロッド部の内側に燃料通路を構成した燃料噴射弁において、
   前記ロッド部は、燃料流れの方向において上流側に位置するように配置され前記ロッド部の内側と外側とを連通する上流側連通孔と、燃料流れの方向において下流側に位置するように配置され前記ロッド部の内側と外側とを連通する下流側連通孔とを有し、
   前記上流側連通孔及び前記下流側連通孔は、前記上流側連通孔の開口面積Ｓ１と前記下流側連通孔の開口面積Ｓ２との和と、前記ロッド部の内側に構成された燃料通路の入口における燃料通路の断面積Ｓ３との面積比（（Ｓ１＋Ｓ２）／Ｓ３）が、４．０よりも小さくなるように設けられていることを特徴とする燃料噴射弁。
7. 請求項６に記載の燃料噴射弁において、
   前記開口面積Ｓ１と前記開口面積Ｓ２との面積比（Ｓ１／Ｓ２）が、０．５よりも大きく１．６よりも小さい範囲に設定されたことを特徴とする燃料噴射弁。
8. 請求項７に記載の燃料噴射弁において、
   前記上流側連通孔は、その上端部が前記可動鉄心の下端から前記ロッド部の内径寸法以上に離間しない位置に配置され、
   前記下流側連通孔は、その下端部が前記ロッド部の下端から前記ロッド部の内径寸法以上に離間しない位置に配置されたことを特徴とする燃料噴射弁。
9. 請求項８に記載の燃料噴射弁において、
   面積比（（Ｓ１＋Ｓ２）／Ｓ３）は１．０よりも大きいことを特徴とする燃料噴射弁。
10. 請求項９に記載の燃料噴射弁において、
    前記上流側連通孔は前記ロッド部の周方向に複数設けられ、前記上流側連通孔の前記開口面積Ｓ１は複数の上流側連通孔の開口面積の総和であり、
    前記下流側連通孔は前記ロッド部の周方向に複数設けられ、前記下流側連通孔の前記開口面積Ｓ２は複数の下流側連通孔の開口面積の総和であることを特徴とする燃料噴射弁。

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