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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024093965
(43)【公開日】2024-07-09
(54)【発明の名称】燃料噴射装置
(51)【国際特許分類】
F02M 61/18 20060101AFI20240702BHJP
【ＦＩ】
F02M61/18 350Z
F02M61/18 360A
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022210639
(22)【出願日】2022-12-27
(71)【出願人】
【識別番号】509186579
【氏名又は名称】日立Ａｓｔｅｍｏ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000925
【氏名又は名称】弁理士法人信友国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】米谷 直樹
(72)【発明者】
【氏名】向井 寛
(72)【発明者】
【氏名】杉井 泰介
(72)【発明者】
【氏名】宮本 明靖
(72)【発明者】
【氏名】三宅 威生
(72)【発明者】
【氏名】飯塚 貴敏
【テーマコード（参考）】
3G066
【Ｆターム（参考）】
3G066AA01
3G066BA10
3G066BA37
3G066CC14
3G066CD21
3G066CD30
3G066CE22
(57)【要約】
【課題】噴孔が設けられた先端部の内部空間において気泡が燃料の流路に残留しないようにすることができる燃料噴射装置を提供する。
【解決手段】燃料噴射装置２００は、テーパー状のシート部２２４（弁シート部）と、弁体２０３とを備える。シート部２２４は、複数の燃料噴射孔２１５を有する。弁体２０３は、シート部２２４に対して着座又は離座する。そして、弁体２０３の表面における複数の燃料噴射孔２１５と対向する噴孔対向領域２３ｂの親液性は、この噴孔対向領域２３ｂよりも先端側にある円すい基部領域２３ｃ（先端領域）の親液性よりも高い。
【選択図】図１５
【解決手段】燃料噴射装置２００は、テーパー状のシート部２２４（弁シート部）と、弁体２０３とを備える。シート部２２４は、複数の燃料噴射孔２１５を有する。弁体２０３は、シート部２２４に対して着座又は離座する。そして、弁体２０３の表面における複数の燃料噴射孔２１５と対向する噴孔対向領域２３ｂの親液性は、この噴孔対向領域２３ｂよりも先端側にある円すい基部領域２３ｃ（先端領域）の親液性よりも高い。
【選択図】図１５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の噴孔を有するテーパー状の弁シート部と、
前記弁シート部に対して着座又は離座する弁体と、を備え、
前記弁体の表面における前記噴孔と対向する噴孔対向領域の親液性は、当該噴孔対向領域よりも先端側にある先端領域の親液性よりも高い
燃料噴射装置。
前記弁シート部に対して着座又は離座する弁体と、を備え、
前記弁体の表面における前記噴孔と対向する噴孔対向領域の親液性は、当該噴孔対向領域よりも先端側にある先端領域の親液性よりも高い
燃料噴射装置。
【請求項2】
前記噴孔対向領域は、前記弁体の表面上で円環状の閉領域となるよう形成されている
請求項１に記載の燃料噴射装置。
請求項１に記載の燃料噴射装置。
【請求項3】
前記噴孔対向領域の表面粗さは、前記先端領域の表面粗さよりも大きい
請求項１に記載の燃料噴射装置。
請求項１に記載の燃料噴射装置。
【請求項4】
前記噴孔対向領域の表面粗さは、最大高さ０．２～０．５マイクロメートルの範囲内に設定されている
請求項３に記載の燃料噴射装置。
請求項３に記載の燃料噴射装置。
【請求項5】
前記先端領域の表面粗さは、最大高さ０．２マイクロメートル未満に設定されている
請求項４に記載の燃料噴射装置。
請求項４に記載の燃料噴射装置。
【請求項6】
前記弁体の表面における前記先端領域よりも先端側には、前記噴孔対向領域の表面粗さ以上の表面粗さである頂部領域が形成されている
請求項１に記載の燃料噴射装置。
請求項１に記載の燃料噴射装置。
【請求項7】
前記弁体の表面における前記先端領域よりも先端側には、前記噴孔対向領域と同等の親液性である高親液性領域と、前記先端領域と同等の親液性である低親液性領域が前記弁体の径方向で隣り合うように形成されている
請求項１に記載の燃料噴射装置。
請求項１に記載の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、燃料噴射装置によりシリンダ内に燃料を直接噴射する筒内噴射型の内燃機関が用いられている。従来の燃料噴射装置に関する技術としては、例えば、特許文献１に記載されているようなものがある。特許文献１には、弁体表面に曲面を設けることで、シート部上流から流入した燃料の流れを噴孔側に向けてガイドし、サック室への燃料流入を減らす燃料噴射弁が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１９－２３６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、特許文献１に記載された燃料噴射弁では、エンジン冷却水温度が低い状態において、燃料噴射終了後に一部の燃料の表面張力が増加して、一部の燃料が噴孔外へ流出することができないことがある。その結果、燃料噴射弁における先端部の内部空間に、一部の燃料が残留してしまう。
【0005】
一方、燃料流出が先に終了した噴孔を通じて、燃焼室内の空気が噴孔内に引き込まれることがある。この場合は、燃料噴射弁における先端部の内部空間において、燃料と気泡が入り混じった状態になる。気泡がシート部と噴孔の間に残留すると、次サイクルの燃料噴射開始時に、残留した気泡が燃料と一緒に噴射される。これにより、噴霧の初期形状が乱れて、噴霧形状にばらつきが生じる恐れがあった。
【0006】
本発明の目的は、上記の問題点を考慮し、噴孔が設けられた先端部の内部空間において気泡が燃料の流路に残留しないようにすることができる燃料噴射装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の一態様である燃料噴射装置は、テーパー状の弁シート部と、弁体とを備える。弁シート部は、複数の噴孔を有する。弁体は、弁シート部に対して着座又は離座する。そして、弁体の表面における複数の噴孔と対向する噴孔対向領域の親液性は、この噴孔対向領域よりも先端側にある先端領域の親液性よりも高い。
【発明の効果】
【0008】
上記構成の燃料噴射装置によれば、噴孔が設けられた先端部の内部空間において気泡が燃料の流路に残留しないようにすることができる。
なお、上述した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
なお、上述した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】第１実施形態に係る燃料噴射制御装置を搭載する内燃機関システムの全体構成図である。
【図2】第１実施形態に係る燃料噴射装置の内部構成例を示す断面図である。
【図3】第１実施形態に係る燃料噴射制御装置の駆動回路及びＥＣＵの詳細な構成例を示す図である。
【図4】第１実施形態に係る駆動指令パルス、駆動電圧、駆動電流、弁体変位及び可動鉄心の変位を示す図である。
【図5】第１実施形態に係る燃料噴射制御装置における先端部の軸方向に直交する断面を示す断面図である。
【図7】従来の燃料噴射装置の弁体先端部の表面粗さを示す正面図である。
【図9】従来の燃料噴射装置の、フルリフト時における駆動指令パルス、駆動電圧、駆動電流、弁体変位及び可動鉄心変位、そして噴孔出口における燃料流量を示す図である。
【図10】従来の燃料噴射装置の燃料噴射終了後における弁体表面の残留気泡を示す断面図である。
【図11】燃料と燃料噴射装置における弁体表面の表面粗さと濡れ角度の関係を示すグラフである。
【図12】第１実施形態に係る燃料噴射装置における弁体表面の表面粗さを示す正面図である。
【図14】第１実施形態に係る燃料噴射装置のフルリフト時における駆動信号および噴射応答を示す図である。
【図15】第１実施形態に係る燃料噴射装置の燃料噴射終了後における弁体表面の残留気泡を示す断面図である。
【図16】従来の燃料噴射装置の弁体表面の各領域における表面粗さの分布を示すグラフである。
【図17】第１実施形態に係る燃料噴射装置の弁体表面の各領域における表面粗さの分布を示すグラフである。
【図18】第１実施形態に係る燃料噴射装置のハーフリフト時における駆動信号および噴射応答を示す図である。
【図19】第２実施形態に係る燃料噴射装置における弁体表面の表面粗さを示す正面図である。
【図21】第３実施形態に係る燃料噴射装置における弁体表面の表面粗さを示す正面図である。
【図22】第４実施形態に係る燃料噴射装置における弁体表面の表面粗さを示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照して説明する。本明細書及び図面において、実質的に同一の機能又は構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。
【0011】
【0012】
［内燃機関システム］
まず、本実施形態に係る燃料噴射制御装置を搭載する内燃機関システムの構成例について、図１を用いて説明する。
図１は、本実施形態に係る燃料噴射制御装置を搭載する内燃機関システムの全体構成図である。
まず、本実施形態に係る燃料噴射制御装置を搭載する内燃機関システムの構成例について、図１を用いて説明する。
図１は、本実施形態に係る燃料噴射制御装置を搭載する内燃機関システムの全体構成図である。
【0013】
図１に示す内燃機関（エンジン）１０１は、吸入行程、圧縮行程、燃焼（膨張）行程、排気行程の４行程を繰り返す４サイクルエンジンであり、例えば、４つの気筒（シリンダ）を備えた多気筒エンジンである。なお、内燃機関１０１が有する気筒の数は、４つに限定されるものではなく、６つ又は８つ以上の気筒を有していてもよい。
【0014】
内燃機関１０１は、ピストン１０２、吸気弁１０３、排気弁１０４を備えている。内燃機関１０１への吸気（吸入空気）は、流入する空気の量を検出する空気流量計（ＡＦＭ：Air Flow Meter）１２０を通過して、スロットル弁１１９により流量が調整される。スロットル弁１１９を通過した空気は、分岐部であるコレクタ１１５に吸入され、その後、各気筒（シリンダ）に対して設けられた吸気管１１０、吸気弁１０３を介して、各気筒の燃焼室１２１に供給される。
【0015】
一方、燃料は、燃料タンク１２３から低圧燃料ポンプ１２４によって高圧燃料ポンプ１２５へ供給され、高圧燃料ポンプ１２５によって燃料噴射に必要な圧力に高められる。すなわち、高圧燃料ポンプ１２５は、排気カム１２８の排気カム軸（不図示）から伝達される動力により、高圧燃料ポンプ１２５内に設けられたプランジャーを上下に可動し、高圧燃料ポンプ１２５内の燃料を加圧（昇圧）する。
【0016】
高圧燃料ポンプ１２５の吸入口には、ソレノイドにより駆動する開閉バルブが設けられている。ソレノイドは、エンジン制御装置の一例であるＥＣＵ（Engine Control Unit）１０９内に設けられた燃料噴射装置２００の制御装置（以下、「燃料噴射制御装置１２７」と称する）に接続されている。燃料噴射装置（燃料噴射装置２００）は、燃料を燃焼室（燃焼室１２１）に直接噴射する直噴型燃料噴射装置である。
【0017】
燃料噴射制御装置１２７は、ＥＣＵ１０９からの制御指令に基づいて、ソレノイドを制御し、高圧燃料ポンプ１２５から吐出する燃料の圧力（燃料圧力）が所望の圧力になるように開閉バルブを駆動する。
【0018】
高圧燃料ポンプ１２５によって昇圧された燃料は、高圧燃料配管１２９を介して燃料噴射装置２００へ送られる。燃料噴射装置２００は、燃料噴射制御装置１２７の指令に基づいて、燃料を燃焼室１２１へ直接噴射する。この燃料噴射装置２００は、後述するコイル２０８に駆動電流が供給（通電）されることにより、弁体２０３を動作させて、燃料噴射を行う。
【0019】
また、内燃機関１０１には、高圧燃料配管１２９内の燃料圧力を計測する燃料圧力センサ１２６が設けられている。ＥＣＵ１０９は、燃料圧力センサ１２６による計測結果に基づいて、高圧燃料配管１２９内の燃料圧力を所望の圧力にするための制御指令を燃料噴射制御装置１２７へ送る。すなわち、ＥＣＵ１０９は、所謂フィードバック制御を行って、高圧燃料配管１２９内の燃料圧力を所望の圧力にする。
【0020】
さらに、内燃機関１０１の各燃焼室１２１には、点火プラグ１０６と、点火コイル１０７と、水温センサ１０８が設けられている。点火プラグ１０６は、燃焼室１２１内に電極部を露出させ、燃焼室１２１内で吸入空気と燃料が混ざった混合気を放電によって引火する。点火コイル１０７は、点火プラグ１０６で放電するための高電圧を作り出す。水温センサ１０８は、内燃機関１０１の気筒を冷却する冷却水の温度を測定する。
【0021】
ＥＣＵ１０９は、点火コイル１０７の通電制御と、点火プラグ１０６による点火制御を行う。燃焼室１２１内で吸入空気と燃料が混ざった混合気は、点火プラグ１０６から放たれる火花により燃焼し、この圧力によりピストン１０２が押し下げられる。
【0022】
燃焼により生じた排気ガスは、排気弁１０４を介して排気管１１１に排出される。排気管１１１には、三元触媒１１２と、酸素センサ１１３が設けられている。三元触媒１１２は、排気ガス中に含まれる、例えば、窒素酸化物（ＮＯｘ）等の有害物質を浄化する。酸素センサ１１３は、排気ガス中に含まれる酸素濃度を検出し、その検出結果をＥＣＵ１０９に出力する。ＥＣＵ１０９は、酸素センサ１１３の検出結果に基づいて、燃料噴射装置２００から供給される燃料噴射量が目標空燃比となるように、フィードバック制御を行う。
【0023】
また、ピストン１０２には、クランクシャフト１３１がコンロッド１３２介して接続されている。そして、ピストン１０２の往復運動がクランクシャフト１３１により回転運動に変換される。そして、クランクシャフト１３１には、クランク角度センサ１１６が取り付けられている。クランク角度センサ１１６は、クランクシャフト１３１の回転と位相を検出し、その検出結果をＥＣＵ１０９に出力する。ＥＣＵ１０９は、クランク角度センサ１１６の出力に基づいて、内燃機関１０１の回転速度を検出することができる。
【0024】
ＥＣＵ１０９には、クランク角度センサ１１６、空気流量計１２０、酸素センサ１１３、ドライバーが操作するアクセルの開度を示すアクセル開度センサ１２２、燃料圧力センサ１２６等から供給される信号が入力される。
【0025】
ＥＣＵ１０９は、アクセル開度センサ１２２から供給された信号に基づいて、内燃機関１０１の要求トルクを算出するとともに、アイドル状態であるか否かの判定等を行う。また、ＥＣＵ１０９は、要求トルクなどから、内燃機関１０１に必要な吸入空気量を算出して、それに見合った開度信号をスロットル弁１１９に出力する。
【0026】
また、ＥＣＵ１０９は、クランク角度センサ１１６から供給された信号に基づいて、内燃機関１０１の回転速度(以下、「エンジン回転数」という)を演算する回転数検出部（不図示）を有する。さらに、ＥＣＵ１０９は、水温センサ１０８から得られる冷却水の温度と、内燃機関１０１の始動後の経過時間等から三元触媒１１２が暖機された状態であるか否かを判断する暖機判断部（不図示）を有する。
【0027】
燃料タンク１２３の内部には、燃料レベルセンサ９９が設けられている。この燃料レベルセンサ９９は、燃料タンク１２３内の燃料残量を検出するためのものであって、例えば電気式のものが使用されている。電気式の燃料レベルセンサ９９には、燃料タンク１２３内に配置されたフロート（浮き子）９９ａがレバー９９ｂを介して連結されている。
【0028】
フロート９９ａは、燃料タンク１２３内の燃料レベル（燃料の液面高さ）の変動により上下移動する。レバー９９ｂは、フロート９９ａの上下移動に伴って移動する。燃料レベルセンサ９９は、レバー９９ｂの位置を可変抵抗の抵抗値に変換して、その抵抗値に応じた出力信号をＥＣＵ１０９に出力する。ＥＣＵ１０９は、この出力信号に基づいて燃料タンク１２３内の燃料レベルを検出できる。なお、燃料レベルセンサ９９の構成としては、図１に示す形態に限定されるものではない。
【0029】
燃料タンク１２３への燃料は、車両の外部から人的あるいは機械的に与えられる。燃料タンク１２３内の燃料の量は、アナログ表示或いはデジタル表示の燃料ゲージ（不図示）に示される。ドライバーは、燃料ゲージ（不図示）を見て、燃料タンク１２３内の燃料の量を確認することができる。
【0030】
燃料タンク１２３へ供給される燃料は、必ずしもガソリンのみとは限らず、例えば、アルコールを含んだガソリンであってもよい。また、燃料タンク１２３へ供給される燃料は、アルコール、合成燃料、及びガソリンなどを混合した混合燃料でもよい。混合燃料におけるそれぞれの燃料の混合比率は、必ずしも同じとは限らず、国や地域、ガソリンスタンドなどで多様に変化し得る。
【0031】
燃料噴射制御装置１２７は、吸入空気量に応じた燃料量（目標噴射量）を算出して、それに応じた燃料噴射信号を燃料噴射装置２００に出力する。燃料噴射制御装置１２７には、酸素センサ１１３が測定した酸素濃度を基に目標噴射量がフィードバックされる。燃料噴射制御装置１２７は、点火コイル１０７に通電信号を出力し、点火プラグ１０６に点火信号を出力する。
【0032】
【0033】
以下、ガソリン又は混合燃料を燃料とする内燃機関用の電磁式燃料噴射装置を例に挙げて、本実施形態の燃料噴射装置２００を説明する。
【0034】
図２に示すように、燃料噴射装置２００は、ノズル本体２０１と、弁座２０２と、弁体２０３と、固定鉄心（固定子）２０４と、可動鉄心（可動子）２０５と、中間部材２０６と、コイル２０８と、ハウジング２０９とを備える。また、燃料噴射装置２００は、第１ばね部材２１１と、第２ばね部材２１２と、第３ばね部材２１３とを備える。
【0035】
ノズル本体２０１は、筒状に形成されている。図２においてノズル本体２０１の上端部を後端部とし、下端側を先端部とする。ノズル本体２０１の先端部には、弁座２０２が固定されている。弁座２０２は、燃料の通り道となる複数の燃料噴射孔２１５を有している。ノズル本体２０１の先端部は、燃焼室１２１（図１参照）を形成する部材（シリンダブロック、シリンダヘッド等）に設けられた挿入孔に挿入される。
【0036】
固定鉄心２０４は、外周面に凹凸を有する略円筒状に形成されている。固定鉄心２０４の一端部は、ノズル本体２０１の後端部に圧入されている。そして、ノズル本体２０１と固定鉄心２０４は、溶接により接合されている。固定鉄心２０４の外周面には、コネクタ２１０が接続されている。
【0037】
ノズル本体２０１と固定鉄心２０４は、筒状のノズル２６０を形成している。固定鉄心２０４の他端部は、ノズル２６０の後端部を形成している。固定鉄心２０４の他端部は、燃料が供給される燃料供給部２０４ａとされている。燃料供給部２０４ａは、高圧燃料配管１２９（図１参照）に連結される。
【0038】
ノズル本体２０１と固定鉄心２０４から構成されるノズル２６０の内部には、燃料供給部２０４ａから複数の燃料噴射孔２１５まで燃料が流れるように、中心軸線２００ａに沿った燃料通路が形成されている。燃料噴射装置２００は、燃料供給部２０４ａを通じて高圧燃料配管１２９（図１参照）から燃料の供給を受け、弁座２０２の燃料噴射孔２１５から燃焼室１２１（図１参照）内に燃料を噴射する。
【0039】
燃料供給部２０４ａと弁座２０２との間には、弁体２０３、可動鉄心２０５、中間部材２０６が設けられている。弁体２０３は、中心軸線２００ａに沿って移動可能に配置されている。弁体２０３は、円柱状に形成されている。弁体２０３の先端部は、弁座２０２に着座又は離座する。これにより、弁体２０３は、弁座２０２の複数の燃料噴射孔２１５を開閉する。
【0040】
可動鉄心２０５は、ノズル本体２０１の内部に配置されている。可動鉄心２０５は、軸孔を有する円筒状に形成されている。可動鉄心２０５の外周面とノズル本体２０１の内周面との間には、微小な間隙が形成されている。可動鉄心２０５の一端部は、ノズル本体２０１の先端部側を向いている。
【0041】
可動鉄心２０５の他端部は、固定鉄心２０４の一端部と対向している。可動鉄心２０５の軸孔には、弁体２０３が貫通している。可動鉄心２０５の他端部には、軸孔を含む凹部が形成されている。可動鉄心２０５の凹部には、中間部材２０６が収容されている。また、可動鉄心２０５には、凹部に連通する偏心貫通孔が形成されている。この偏心貫通孔は、燃料が通過する流路となる。
【0042】
中間部材２０６は、有底の円筒状に形成されている。中間部材２０６の底部は、固定鉄心２０４の軸孔に対向している。中間部材２０６の底部には、弁体２０３が貫通する貫通孔が設けられている。中間部材２０６の内周面には、弁体２０３の外周面に設けられた係合フランジが摺動可能に係合している。弁体２０３がノズル２６０の後端側へ移動すると、係合フランジが中間部材２０６の底部に係合する。これにより、中間部材２０６は、弁体２０３と一緒にノズル２６０の後端側へ移動する。
【0043】
ハウジング２０９は、有底の円筒状に形成されている。ハウジング２０９の底部には、ノズル本体２０１が貫通する貫通孔が形成されている。ハウジング２０９における貫通孔の開口縁とノズル本体２０１の外周面との間は、例えば、全周にわたって溶接されている。ハウジング２０９の筒部は、ノズル本体２０１と固定鉄心２０４の接合部を覆っている。
【0044】
コイル２０８は、固定鉄心２０４外周面とハウジング２０９の内周面との間に配置されている。固定鉄心２０４、コイル２０８及びハウジング２０９は、電磁石を構成する。コイル２０８の巻き始めと巻き終わりの端部は、不図示の配線を介してコネクタ２１０の電力供給用の端子２１０ａに接続されている。
【0045】
第１ばね部材２１１は、固定鉄心２０４の筒孔内に配置されている。第１ばね部材２１１の一端は、弁体２０３の後端部に設けられたばね係合フランジに当接している。第１ばね部材２１１の他端は、固定鉄心２０４の筒孔内に設けられたばね係合部２１６に当接している。第１ばね部材２１１は、弁体２０３を弁座２０２側（ノズル２６０の先端側）へ付勢する。なお、ばね係合部２１６には、燃料が通過する流路が形成されている。
【0046】
第２ばね部材２１１には、弁体２０３が貫通している。第２ばね部材２１１の一端は、中間部材２０６の底部に当接している。第２ばね部材２１１の他端は、弁体２０３の係合フランジに当接している。第２ばね部材２１１は、中間部材２０６を介して可動鉄心２０５を弁座２０２側（ノズル２６０の先端側）へ付勢する。
【0047】
第３ばね部材２１３は、ノズル本体２０１の筒孔内に配置されている。第３ばね部材２１３には、弁体２０３が貫通している。第３ばね部材２１３の一端は、ノズル本体２０１の筒孔内に設けられたばね係合部２１７に当接している。第３ばね部材２１３の他端は、可動鉄心２０５の一端部に当接している。第３ばね部材２１３は、可動鉄心２０５を固定鉄心２０４側（ノズル２６０の後端側）へ付勢する。なお、ばね係合部２１７には、燃料が通過する流路が形成されている。
【0048】
コイル２０８に通電されていない状態では、第１ばね部材２１１及び第２ばね部材２１２の付勢力から第３ばね部材２１３の付勢力を引いた力が、弁体２０３を弁座２０２側（閉弁方向）に付勢する。これにより、弁体２０３の先端部が弁座２０２に接触（着座）して、複数の燃料噴射孔２１５を閉じる。この状態を閉弁安定状態（閉弁待機状態）とする。閉弁安定状態では、可動鉄心２０５は、中間部材２０６に当接した状態で、閉弁位置に配置される。弁体２０３は、可動鉄心２０５からの荷重を伝達する伝達面２１９を介して駆動される。
【0049】
閉弁安定状態において、中間部材２０６は、第２ばね部材２１２により弁座２０２側（閉弁方向）に付勢され、弁体２０３の係合フランジと接触して、静止している。可動鉄心２０５は、第３ばね部材２１３により固定鉄心２０４側（開弁方向）に付勢され、中間部材２０６と接触している。そして、第３ばね部材２１３の付勢力よりも第２ばね部材２１２の付勢力の方が大きいため、弁体２０３と可動鉄心２０５との間には、隙間２５０が生じている。
【0050】
コイル２０８に通電されると、固定鉄心２０４、可動鉄心２０５、ノズル本体２０１及びハウジング２０９を含む磁気回路に磁束が流れる。そして、固定鉄心２０４には、可動鉄心２０５を吸引する磁気吸引力が発生する。固定鉄心２０４の磁気吸引力が、第１ばね部材２１１及び第２ばね部材２１２の付勢力から第３ばね部材２１３の付勢力を引いた力を超えると、可動鉄心２０５は、固定鉄心２０４に向かって移動する。可動鉄心２０５は、固定鉄心２０４に衝突するまで移動する。
【0051】
固定鉄心２０４へ向かって移動する可動鉄心２０５は、弁体２０３の係合フランジと係合する。そのため、弁体２０３は、可動鉄心２０５と共に固定鉄心２０４に向かって移動する。弁体２０３が固定鉄心２０４に向かって移動すると、弁体２０３の先端部が弁座２０２から離れる（離座する）。これにより、弁体２０３が弁座２０２の複数の燃料噴射孔２１５を開く。その結果、燃料噴射装置２００は、開弁状態となる。
【0052】
燃料噴射装置２００には、燃料噴射制御装置１２７及びＥＣＵ１０９が接続される。ＥＣＵ１０９には、後述する図３に示すＣＰＵ（Central Processing Unit）５０１が含まれる。燃料噴射制御装置１２７は、ＥＣＵ１０９から駆動指令パルスを受けて燃料噴射装置２００に駆動電流（駆動電圧）を通電する回路を有する。なお、ＥＣＵ１０９と燃料噴射制御装置１２７とは一体の部品として構成されてもよい。少なくとも燃料噴射制御装置１２７は、燃料噴射装置２００の駆動電圧を発生する装置であって、ＥＣＵ１０９と一体となったものであってもよいし、単体で構成されてもよい。
【0053】
ＥＣＵ１０９では、内燃機関１０１の状態を示す信号を各種センサから取り込み、内燃機関１０１の運転条件に応じて適切な駆動指令パルス幅や噴射タイミングの演算を行う。ＥＣＵ１０９より出力された駆動指令パルスは、信号線１４２を通して燃料噴射制御装置１２７に入力される。
【0054】
燃料噴射制御装置１２７は、コイル２０８に印加する駆動電圧を制御し、駆動電流を供給する。ＥＣＵ１０９は、通信ライン１４１を通して、燃料噴射制御装置１２７と通信を行っている。ＥＣＵ１０９は、燃料噴射装置２００に供給する燃料の圧力や運転条件に応じて、燃料噴射制御装置１２７が生成する駆動電流を切替えることが可能である。燃料噴射制御装置１２７は、ＥＣＵ１０９との通信によって制御定数を変化できるようになっており、制御定数に応じて電流波形が変化する。
【0055】
【0056】
ＥＣＵ１０９に内蔵されるＣＰＵ５０１は、燃料圧力センサ１２６や、空気流量計１２０、酸素センサ１１３、クランク角度センサ１１６等からエンジンの状態を示す各種信号を取り込む。そして、ＣＰＵ５０１は、これらの信号に応じて、内燃機関１０１の運転条件に応じて燃料噴射装置２００から噴射する燃料噴射量を制御するための駆動指令パルス幅や噴射タイミングの演算を行う。
【0057】
また、ＣＰＵ５０１は、内燃機関１０１の運転条件に応じて適切な駆動指令パルスのパルス幅や噴射タイミングの演算を行い、信号線１４２を通して燃料噴射装置２００の駆動ＩＣ（Integrated Circuit）５０２（図では、「ＩＣ」と記載）に駆動指令パルスを出力する。なお、駆動指令パルスのパルス幅の大小によって、噴射量の大小が決まる。その後、駆動ＩＣ５０２によって、スイッチング素子５０５、５０６、５０７の通電、非通電を切替えて燃料噴射装置２００へ駆動電流を供給する。
【0058】
スイッチング素子５０５は、燃料噴射制御装置１２７の駆動回路に入力された電圧源ＶＢよりも高い高電圧源と、燃料噴射装置２００のコイル２０８の高電圧側の端子間に接続されている。スイッチング素子５０５、５０６、５０７は、例えば、ＦＥＴ（Field effect transistor）やトランジスタ等によって構成されている。スイッチング素子５０５、５０６、５０７は、燃料噴射装置２００への通電・非通電を切り替えることができる。
【0059】
高電圧源の初期電圧値である昇圧電圧ＶＨは、例えば６５Ｖであり、バッテリ電圧を昇圧回路５１４によって昇圧することで生成する。昇圧回路５１４は、例えば、コイル５３０とトランジスタ５３１、ダイオード５３２及びコンデンサ５３３で構成されている。
【0060】
昇圧回路５１４では、トランジスタ５３１をＯＮにすると、バッテリ電圧ＶＢは接地電位５３４側へ流れる。一方、トランジスタ５３１をＯＦＦにすると、コイル５３０に発生する高い電圧がダイオード５３２を通して整流され、コンデンサ５３３に電荷が蓄積される。そして、昇圧電圧ＶＨとなるまで、このトランジスタのＯＮ又はＯＦＦを繰り返し、コンデンサ５３３の電圧を増加させる。トランジスタ５３１は、駆動ＩＣ５０２又はＣＰＵ５０１と接続され、昇圧回路５１４から出力される昇圧電圧ＶＨは、駆動ＩＣ５０２又はＣＰＵ５０１が検出するように構成する。なお、昇圧回路５１４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ等により構成してもよい。
【0061】
スイッチング素子５０７は、低電圧源とコイル２０８の高圧端子間に接続されている。低電圧源ＶＢは、例えば、バッテリ電圧であり、その電圧値は１２～１４Ｖ程度である。スイッチング素子５０６は、燃料噴射装置２００の低電圧側の端子と接地電位５１５の間に接続されている。
【0062】
駆動ＩＣ５０２は、電流検出用の抵抗５０８、５１２、５１３により、燃料噴射装置２００に流れている電流の値を検出し、検出した電流値によって、スイッチング素子５０５、５０６、５０７の通電又は非通電を切替え、所望の駆動電流を生成している。ダイオード５０９、５１０は、燃料噴射装置２００のコイル２０８に逆電圧を印加し、コイル２０８に供給されている電流を急速に低減する。
【0063】
ＣＰＵ５０１は、駆動ＩＣ５０２と通信ライン１４１を通して、通信を行っている。ＣＰＵ５０１は、燃料噴射装置２００に供給する燃料の圧力や運転条件に応じて駆動ＩＣ５０２により生成する駆動電流を切替えることが可能である。また、抵抗５０８、５１２、５１３の両端は、駆動ＩＣ５０２のＡ／Ｄ変換ポートに接続されている。駆動ＩＣ５０２は、抵抗５０８、５１２、５１３の両端にかかる電圧を検出する。
【0064】
［燃料噴射装置の動作］
次に、燃料噴射制御装置１２７の制御による燃料噴射装置２００の動作について、図４を用いて説明する。
図４は、駆動指令パルス、駆動電圧、駆動電流、弁体変位及び可動鉄心の変位を示す図である。
次に、燃料噴射制御装置１２７の制御による燃料噴射装置２００の動作について、図４を用いて説明する。
図４は、駆動指令パルス、駆動電圧、駆動電流、弁体変位及び可動鉄心の変位を示す図である。
【0065】
【0066】
コイル２０８への通電後、固定鉄心２０４、コイル２０８及びハウジング２０９によって構成された電磁石により起磁力が発生する。この起磁力により、固定鉄心２０４、ハウジング２０９及び可動鉄心２０５によってコイル２０８を囲むように構成される磁路を周回する磁束が流れる。このとき、可動鉄心２０５と固定鉄心２０４との間に磁気吸引力が作用し、可動鉄心２０５と中間部材２０６とが固定鉄心２０４に向けて変位する。その後、可動鉄心２０５は、弁体２０３の伝達面２１９と可動鉄心２０５の伝達面２１８とが当接する位置３３４まで変位する。なお、弁体２０３は、弁座２０２との当接状態を維持し続ける。
【0067】
可動鉄心２０５が、弁体２０３と可動鉄心２０５との間に生じている隙間２５０だけ変位し、弁体２０３の伝達面２１９と可動鉄心２０５の伝達面２１８とが衝突すると、弁体２０３は可動鉄心２０５の持つエネルギーにより上流側に引き上げられ、弁体２０３は、弁座２０２から離間する。これにより、弁体２０３と弁座２０２の間に隙間が構成され、燃料通路が開く。その結果、複数の燃料噴射孔２１５から燃料が噴射される。運動エネルギーを有した可動鉄心２０５により、弁体２０３は急峻に変位する。そして、可動鉄心２０５が位置３３５に変位すると、弁体２０３がフルリフト状態となる。
【0068】
燃料噴射制御装置１２７は、時刻Ｔｓから、可動鉄心２０５と弁体２０３とが衝突し、弁座２０２から弁体２０３が離間する時刻Ｔ３１（開弁開始タイミング）まで、高い駆動電圧３０４を印加し、駆動電流３０８をコイル２０８に流す。これにより、可動鉄心２０５と固定鉄心２０４との間には、必要十分な磁気吸引力が発生し、可動鉄心２０５を素早く応答させることができる。そして、可動鉄心２０５を素早く応答させることにより、例えば、予備ストロークとなる隙間２５０が個体毎にばらついたとしても、そのばらつきが噴射量に及ぼす影響を小さくすることができる。
【0069】
燃料噴射制御装置１２７は、開弁開始タイミングに駆動電流３０８がピーク電流値Ｉｐに達するように駆動電圧３０４を設定する。そして、燃料噴射制御装置１２７は、駆動電流３０８がピーク電流値Ｉｐに達すると電圧をオフする。図４には、駆動電流３０８がピーク電流値Ｉｐに達した時に電圧がオフされる様子が示されている。このように、燃料噴射制御装置１２７は、可動鉄心２０５の過剰な加速を抑制することができるタイミングで電圧をオフすることができる。
【0070】
なお、本実施形態に係るピーク電流値Ｉｐに達するまでの駆動電流３０８の印加時間は、開弁開始タイミングに基づいて決定すればよい。例えば、開弁開始タイミングまでに発生する磁気吸引力が弱い場合に、燃料噴射制御装置１２７は、開弁開始タイミング後に駆動電流３０８がピーク電流値Ｉｐに達するようにしてもよい。また、燃料噴射制御装置１２７は、駆動電流３０８がピーク電流値Ｉｐに達すると逆電圧を印加してもよい。
【0071】
時刻Ｔ３１の後、駆動電圧３０４が急速に低下することで、駆動電流３０８が減少し、可動鉄心２０５と固定鉄心２０４との間に作用する磁気吸引力が低下する。この磁気吸引力の低下により、可動鉄心２０５の過剰な加速は抑制され、固定鉄心２０４に衝突する際の衝突エネルギーを低下させることができる。すなわち、燃料噴射制御装置１２７は、可動鉄心２０５が固定鉄心２０４に衝突する前に逆電圧を印加することにより、可動鉄心２０５の過剰な加速を抑制し、可動鉄心２０５が固定鉄心２０４に衝突する際の衝突エネルギーを低下させる。
【0072】
可動鉄心２０５と固定鉄心２０４の衝突後、弁体２０３は上流側へ変位し、可動鉄心２０５は、下方へ変位する。固定鉄心２０４と可動鉄心２０５とが衝突すると、弁体２０３と可動鉄心２０５とは離間し、可動鉄心２０５は、下流側へ変位するが、やがて目標リフト位置で、静止し安定する。この状態を開弁安定状態とする。
【0073】
高い駆動電圧３０４が印加された後、駆動電流３０８が開弁を保持できる第１の電流値Ｉｈ１に到達すると、燃料噴射制御装置１２７は、駆動電圧３０５の印加を時刻Ｔｅまで続ける。駆動電圧３０５は、バッテリ電圧ＶＢの印加と０Ｖの印加を繰り返すものである。これにより、燃料噴射制御装置１２７は、第１の電流値Ｉｈ１を維持するように、第１のホールド電流３３１（駆動電流）を流す。
【0074】
燃料噴射制御装置１２７は、第１のホールド電流３３１の維持を所定の時間が経過するまで行った後、駆動電流３０８の電流値を低下させる。駆動電流３０８が開弁を保持できる第２の電流値Ｉｈ２に到達すると、燃料噴射制御装置１２７は、駆動電圧３０５を印加する制御を行う。これにより、燃料噴射制御装置１２７は、第２の電流値Ｉｈ２を維持するように、第２のホールド電流３３２（駆動電流）を流す。
【0075】
なお、所定の時間は、磁束が飽和するまでの時間等に応じて設定される。また、第１のホールド電流３３１及び第２のホールド電流３３２は、弁体２０３が開弁した状態（開弁保持状態）を維持するための駆動電流である。
【0076】
続いて、時刻Ｔｅで駆動指令パルスＴｉがＯＦＦになると、燃料噴射制御装置１２７は、駆動電圧を逆方向に印加する（すなわち、逆電圧を印加する）。これにより、コイル２０８への電流供給が断たれ、磁気回路中に生じていた磁束が消滅し磁気吸引力が消滅する。その結果、磁気吸引力を失った可動鉄心２０５は、第１ばね部材２１１の荷重と、燃料圧力による力によって、弁体２０３が弁座２０２に接触する閉位置に押し戻される。
【0077】
［弁座及び弁体の詳細な構成］
次に、本実施形態に係る弁座２０２及び弁体２０３の先端部２３の詳細な構成について図５及び図６を参照して説明する。
図５は、燃料噴射装置２００における先端部の軸方向に直交する断面を示す断面図である。図６は、図５に示すＡ－Ａ線に沿う断面図である。
次に、本実施形態に係る弁座２０２及び弁体２０３の先端部２３の詳細な構成について図５及び図６を参照して説明する。
図５は、燃料噴射装置２００における先端部の軸方向に直交する断面を示す断面図である。図６は、図５に示すＡ－Ａ線に沿う断面図である。
【0078】
図５に示すように、弁座２０２は、ノズル本体２０１の内壁面に圧入される筒部２２２と、筒部２２２の軸線方向Ｄａの先端側に連続するシート部２２４とを有している。
【0079】
筒部２２２の内周面２２１には、弁体２０３の先端部２３に設けた先端側摺動部２３１が摺動する。また、筒部２２２には、複数（本例では４つ）の流路形成部２２３が形成されている。複数の流路形成部２２３は、筒部２２２の内周面２２１において、周方向に等間隔に配置されている。流路形成部２２３と先端側摺動部２３１との間には、燃料が通過する流路ＦＣ（ＦＣ１～ＦＣ４）が形成される。流路ＦＣは、シート部２２４に向けて延在している。
【0080】
シート部２２４は、筒部２２２の先端部に連続して形成されており、筒部２２２の先端部側の開口を塞ぐ。シート部２２４は、先端側に向けて突出する略半球のカップ状に形成されている。シート部２２４の内側には、弁体２０３の後述する球面部２３０が接触及び離間するシート面２２４ａが形成されている。シート面２２４ａは、先端側に向かうにつれて縮径する円錐台形状（テーパー状）に形成されている。シート部２２４のシート面２２４ａよりも先端側には、複数（本例では、６つ）の燃料噴射孔２１５が形成されている。
【0081】
また、シート部２２４の内側には、サック室２２５が形成されている。サック室２２５は、複数の燃料噴射孔２１５よりも先端側に設けられた略半球状の凹部である。また、サック室２２５は、燃料噴射装置２００の中心軸線ＡＸ１と重なる位置に形成されている。このサック室２２５には、後述する弁体２０３における球面部２３０に設けた凸部２３３の少なくとも一部が挿入される。
【0082】
弁体２０３の先端部２３は、球面部２３０と、先端側摺動部２３１とを有している。
【0083】
先端側摺動部２３１は、弁座２０２における筒部２２２の内周面２２１を摺動する。球面部２３０は、先端側摺動部２３１における軸線方向Ｄａの先端側に連続して形成されている。球面部２３０は、略半球状に形成されている。球面部２３０は、弁体側シート面２３２と、凸部２３３とを有している。
【0084】
弁体側シート面２３２は、シート部２２４のシート面２２４ａに対向し、シート面２２４ａに対して接近及び離間する。そして、弁体側シート面２３２がシート面２２４ａに接触した際に、燃料噴射孔２１５に至る流路ＦＣが閉じられる。弁体側シート面２３２とシート面２２４ａが接触すると、凸部２３３の一部は、サック室２２５に挿入される。また、弁体側シート面２３２がシート面２２４ａから離間すると、弁体側シート面２３２とシート面２２４ａとの間に燃料が通過する流路ＦＣが形成され、燃料噴射孔２１５から燃料が噴射される。
【0085】
図６に示すように、燃料噴射孔２１５は、噴霧を形成するオリフィス孔２１５ａと、ザグリ孔２１５ｂと、平面形成用の面押し孔２１５ｃの３段形状に形成されている。
【0086】
オリフィス孔２１５ａは、シート面２２４ａから外周面２２０に向けて延在している。ザグリ孔２１５ｂは、オリフィス孔２１５ａを囲むようにして形成されている。ザグリ孔２１５ｂは、オリフィス孔２１５ａにおける外周面２２０側の端部から外周面２２０に向けて延在している。また、面押し孔２１５ｃは、外周面２２０からザグリ孔２１５ｂに向けて凹んだ凹部である。面押し孔２１５ｃは、ザグリ孔２１５ｂの周囲を囲むようにして形成されている。
【0087】
燃料噴射孔２１５は、弁座２０２における半球状のシート部２２４に形成されている。そのため、燃料噴射孔２１５には、オリフィス孔２１５ａの長さを調整するために、ザグリ孔２１５ｂを設けている。
【0088】
オリフィス孔２１５ａの長さと直径の比率は、燃料噴霧流れの直進性を決める因子となる。したがって、オリフィス孔２１５ａの長さと直径の比率が、所定の値になるように設計する。オリフィス孔２１５ａの直径は、エンジンの仕様（燃料の流量要求）に応じて決定される。そのため、オリフィス孔２１５ａの長さと直径の比率は、長さを調整することで設定される。そして、オリフィス孔２１５ａの長さは、ザグリ孔２１５ｂの深さを調整することで調整される。
【0089】
なお、本実施形態では、燃料噴射孔２１５を３段形状としたが、本発明に係る燃料噴射孔の形状はこれに限定されるものではない。本発明に係る燃料噴射孔としては、例えば、４段以上の形状であってもよく、オリフィス孔のみの１段形状としてもよい。
【0090】
［従来の燃料噴射装置の弁体先端部の表面粗さ］
次に、従来の燃料噴射装置における弁体２０３の先端部２３の表面粗さについて、図７及び図８を参照して説明する。
図７は、従来の燃料噴射装置における弁体の先端部の表面粗さを示す正面図である。図８は、図７に示すＢ－Ｂ線に沿う断面図である。
次に、従来の燃料噴射装置における弁体２０３の先端部２３の表面粗さについて、図７及び図８を参照して説明する。
図７は、従来の燃料噴射装置における弁体の先端部の表面粗さを示す正面図である。図８は、図７に示すＢ－Ｂ線に沿う断面図である。
【0091】
図７及び図８に示すように、従来の弁体２０３における先端部２３の表面は、シート部対向領域２３ａと、下加工領域２３ｔと、円すい領域２３ｒに区画されている。シート部対向領域２３ａ、下加工領域２３ｔ、及び円すい領域２３ｒは、それぞれ異なる表面粗さとなるように表面加工が施されている。
【0092】
シート部対向領域２３ａは、弁体側シート面２３２（図６参照）を含む円環状に形成されている。シート部対向領域２３ａは、弁座２０２のシート面２２４ａに接触して燃料を確実に封止する必要がある。そのため、シート部対向領域２３ａには、表面粗さが小さくて滑らかな表面となるように、表面加工が施されている。シート部対向領域２３ａの表面粗さは、例えば、最大高さ０．２マイクロメートル未満に設定されている。
【0093】
下加工領域２３ｔは、シート部対向領域２３ａの表面加工を施す際の下加工を行う領域である。下加工領域２３ｔは、シート部対向領域２３ａよりも先端側であって、シート部対向領域２３ａと隣り合う円環状に形成されている。下加工領域２３ｔは、シート部対向領域２３ａよりも表面粗さが大きい。下加工領域２３ｔには、相対的に粗い表面となるように、表面加工が施されている。下加工領域２３ｔの表面粗さは、例えば、最大高さ０．２マイクロメートル以上かつ０．５マイクロメートル未満に設定されている。
【0094】
円すい領域２３ｒは、下加工領域２３ｔよりも先端側の全域である。円すい領域２３ｒは、他の部材との接触がない領域であるため、表面粗さを小さくする必要が無い。円すい領域２３ｒは、下加工領域２３ｔよりも表面粗さが大きい。円すい領域２３ｒには、相対的に粗い表面となるように、表面加工が施されている。円すい領域２３ｒの表面粗さは、例えば、最大高さ０．５マイクロメートル以上かつ１．０マイクロメートル未満に設定されている。
【0095】
なお、弁体の先端部としては、下加工領域２３ｔを設けずに、シート部対向領域２３ａと円すい領域２３ｒが隣り合う構成としてもよい。
【0096】
［従来の気泡の残留挙動］
次に、従来の燃料噴射装置における、燃料噴射終了後の気泡の残留挙動について、図９及び図１０を用いて説明する。
図９は、従来の燃料噴射装置のフルリフト時における駆動指令パルス、駆動電圧、駆動電流、弁体変位及び可動鉄心変位、そして燃料噴射孔の出口における燃料流量を示す図である。図１０は、従来の燃料噴射装置の燃料噴射終了後における弁体表面の残留気泡を示す断面図である。
次に、従来の燃料噴射装置における、燃料噴射終了後の気泡の残留挙動について、図９及び図１０を用いて説明する。
図９は、従来の燃料噴射装置のフルリフト時における駆動指令パルス、駆動電圧、駆動電流、弁体変位及び可動鉄心変位、そして燃料噴射孔の出口における燃料流量を示す図である。図１０は、従来の燃料噴射装置の燃料噴射終了後における弁体表面の残留気泡を示す断面図である。
【0097】
図９に示す駆動指令パルス、駆動電圧、駆動電流、弁体変位及び可動鉄心変位の動作については、図４と同様である。時刻Ｔｅにおいて燃料噴射が終了すると、燃料噴射装置には閉弁用の電圧が印加される。これにより、駆動電流３０８が停止して、弁体２０３の変位が低下し始める。そして、時刻Ｔｂにおいて、弁体２０３の変位がゼロとなり、弁体側シート面２３２（図６参照）がシート部２２４に着座すると、燃料噴射孔２１５への燃料供給が停止する。
【0098】
弁座２０２の先端部における内部空間に存在している燃料は、残留圧力および慣性により燃料噴射孔２１５から外へ排出される。しかし、始動直後等でエンジン冷却水温度が低い状態では、燃料の表面張力が増加する。これにより、燃料噴射終了後に弁座２０２の内部空間に存在している燃料の一部は、燃料噴射孔２１５から外へ流出することができずに、弁座２０２の内部空間に残留してしまう。
【0099】
その際、燃料の流出が先に終了した燃料噴射孔２１５を通じて、燃焼室内の空気が燃料噴射孔２１５内に引き込まれる。これにより、弁座２０２の内部空間には、燃料と気泡２４が入り混じった状態で残留する（図１０参照）。
【0100】
残留する気泡２４は、例えば、噴孔近傍残留気泡２４ｈ、弁体先端側残留気泡２４ｒ、サック室残留気泡２４ｓがある。噴孔近傍残留気泡２４ｈは、シート部２２４と燃料噴射孔２１５の間に残留する気泡である。弁体先端側残留気泡２４ｒは、シート部２２４と弁体２０３の凸部２３３との間に残留する気泡である。サック室残留気泡２４ｓは、サック室２２５内に残留する気泡である。
【0101】
噴孔近傍残留気泡２４ｈには、次サイクルの燃料噴射開始時に、最初にシート部２２４を通過した燃料が衝突する。その結果、噴霧の初期形状に乱れが生じて、噴霧形状にばらつきが生じる恐れがある。
【0102】
噴孔近傍残留気泡２４ｈの体積は、噴射される燃料の体積に比べて小さいため、弁体２０３の変位にはほぼ影響しない。しかし、噴孔近傍残留気泡２４ｈが燃料噴射孔２１５を通過するタイミングであるＴｂｕｂｂｌｅにおいて、燃料噴射率（図８の第五段目を参照）に乱れが生じる。
【0103】
開弁開始直後で燃料噴射率が小さい期間は、燃料噴射孔２１５を通過する燃料の圧力および燃料流量が小さくて流れが弱いため、噴霧形状が外乱により不安定化しやすい。噴孔近傍残留気泡２４ｈは、開弁開始後、燃料と共に燃料噴射孔２１５へ進入するため、開弁開始直後に燃料噴射孔を通過することになる。したがって、噴孔近傍残留気泡２４ｈは、噴霧形状を不安定化させやすい。
【0104】
このように、従来の燃料噴射装置では、次サイクルの燃料噴射開始時に、燃料が残留気泡に衝突することにより、噴霧の初期形状に乱れが生じる。または、燃料流量が小さく流れが弱い場合に残留気泡が噴射されることにより、噴霧の初期形状に乱れが生じる。その結果、噴霧形状にばらつきが生じる恐れがあった。
【0105】
【0106】
発明者らは、気泡２４の残留位置を制御する手段として、弁体２０３の先端部２３における親液性に着目した。親液性は、接触する液体、固体、気体の表面張力のバランスで規定される。すなわち、親液性は、平板上に付着した液滴表面が平板となす角度である濡れ角度θを表す式（１）で表現される。
［数１］
θ＝（γＳＶ―γＳＬ）／γＬＶ・・・（１）
［数１］
θ＝（γＳＶ―γＳＬ）／γＬＶ・・・（１）
【0107】
なお、式（１）は、Ｙｏｕｎｇの式であり、γＳＶは固体の気体に対する表面張力、γＳＬは固体の液体に対する表面張力、γＬＶは液体の気体に対する表面張力である。
【0108】
θが９０°よりも大きい場合を親液性表面、θが９０°よりも小さい場合は疎液性表面と分類される。本実施形態に係る燃料噴射装置２００の素材はステンレスであり、燃料はガソリンである。ステンレスは、ガソリンに対して親液性表面となる。なお、親液性表面の接触関係となる範囲内であれば、他の種類の燃料を用いてもよい。
【0109】
また、親液性は、固体の表面粗さに依存して変化する。表面粗さと濡れ角度の関係は、Ｗｅｎｚｅｌの式で表される。すなわち、濡れ角度θの平面において、表面粗さをｒ倍した際の濡れ角度θ’は、式（２）で表される。
［数２］
ｃｏｓθ’＝ｒ×ｃｏｓθ・・・（２）
［数２］
ｃｏｓθ’＝ｒ×ｃｏｓθ・・・（２）
【0110】
図１６に示すように、親液性表面において、固体表面（弁体２０３の表面）の表面粗さが小さいほど濡れ角度は大きくなり、濡れにくい表面に近づく。また、表面粗さが大きいほど濡れ角度は小さくなり、濡れやすい表面に近づく。
【0111】
上述の親液性は、気体中において固体表面に付着する液滴の挙動であるが、液体中において固体表面に付着する気泡に対しては、相反する関係が成り立つ。すなわち、親液性表面において、固体表面の表面粗さが小さいほど液体に濡れにくく、気泡は付着しやすい。また、表面粗さが大きいほど濡れやすく、気泡は付着しにくい。第１実施形態に係る燃料噴射装置２００では、この原理に基づいて、弁体２０３における先端部２３の表面粗さを決定している。
【0112】
［第１実施形態に係る燃料噴射装置の弁体先端部の表面粗さ］
次に、第１実施形態に係る弁体２０３における先端部２３の表面粗さについて、図１２及び図１３を参照して説明する。
図１２は、第１実施形態に係る弁体の先端部の表面粗さを示す正面図である。図１３は、図１２に示すＣ－Ｃ線に沿う断面図である。
次に、第１実施形態に係る弁体２０３における先端部２３の表面粗さについて、図１２及び図１３を参照して説明する。
図１２は、第１実施形態に係る弁体の先端部の表面粗さを示す正面図である。図１３は、図１２に示すＣ－Ｃ線に沿う断面図である。
【0113】
図１２及び図１３に示すように、第１実施形態の弁体２０３における先端部２３の表面は、シート部対向領域２３ａと、噴孔対向領域２３ｂと、円すい基部領域２３ｃと、円すい頂部領域２３ｄに区画されている。シート部対向領域２３ａ、噴孔対向領域２３ｂ、円すい基部領域２３ｃ、及び円すい頂部領域２３ｄは、それぞれ表面粗さが設定されている。
【0114】
シート部対向領域２３ａは、弁体側シート面２３２（図６参照）を含む円環状に形成されている。シート部対向領域２３ａは、弁座２０２のシート面２２４ａに接触して燃料を確実に封止する必要がある。そのため、シート部対向領域２３ａには、表面粗さが小さくて滑らかな表面となるように、表面加工が施されている。シート部対向領域２３ａの表面粗さは、例えば、最大高さ０．２マイクロメートル未満に設定されている。
【0115】
噴孔対向領域２３ｂは、シート部対向領域２３ａよりも先端側であって、シート部対向領域２３ａと隣り合う円環状に形成されている。図１３に示すように、噴孔対向領域２３ｂは、複数の燃料噴射孔２１５と対向する領域を含む。噴孔対向領域２３ｂには、相対的に粗い表面となるように、表面加工が施されている。噴孔対向領域２３ｂは、シート部対向領域２３ａよりも表面粗さが大きい。噴孔対向領域２３ｂの表面粗さは、例えば、最大高さ０．２マイクロメートル以上かつ０．５マイクロメートル未満に設定されている。
【0116】
円すい基部領域２３ｃは、噴孔対向領域２３ｂよりも先端側であって、噴孔対向領域２３ｂと隣り合う円環状に形成されている。図１３に示すように、円すい基部領域２３ｃは、弁座２０２の内面における複数の燃料噴射孔２１５よりも先端側の領域と対向する領域を含む。円すい基部領域２３ｃには、相対的に滑らかな表面となるように、表面加工が施されている。円すい基部領域２３ｃは、噴孔対向領域２３ｂよりも表面粗さが小さい。円すい基部領域２３ｃの表面粗さは、例えば、最大高さ０．２マイクロメートル未満に設定されている。
【0117】
円すい頂部領域２３ｄは、円すい基部領域２３ｃよりも先端側の全域である。図１３に示すように、円すい頂部領域２３ｄは、サック室２２５と対向する。円すい頂部領域２３ｄには、相対的に粗い表面となるように、表面加工が施されている。円すい頂部領域２３ｄは、噴孔対向領域２３ｂよりも表面粗さが大きい。円すい頂部領域２３ｄの表面粗さは、例えば、最大高さ０．５マイクロメートル以上かつ１．０マイクロメートル未満に設定されている。
【0118】
［第１実施形態の気泡の残留挙動］
次に、第１実施形態の燃料噴射装置２００における、燃料噴射終了後の気泡の残留挙動について、図１４及び図１５を用いて説明する。
図１４は、第１実施形態の燃料噴射装置２００のフルリフト時における駆動指令パルス、駆動電圧、駆動電流、弁体変位及び可動鉄心変位、そして燃料噴射孔の出口における燃料流量を示す図である。図１５は、第１実施形態の燃料噴射装置２００の燃料噴射終了後における弁体表面の残留気泡を示す断面図である。
次に、第１実施形態の燃料噴射装置２００における、燃料噴射終了後の気泡の残留挙動について、図１４及び図１５を用いて説明する。
図１４は、第１実施形態の燃料噴射装置２００のフルリフト時における駆動指令パルス、駆動電圧、駆動電流、弁体変位及び可動鉄心変位、そして燃料噴射孔の出口における燃料流量を示す図である。図１５は、第１実施形態の燃料噴射装置２００の燃料噴射終了後における弁体表面の残留気泡を示す断面図である。
【0119】
図１３に示す駆動指令パルス、駆動電圧、駆動電流、弁体変位及び可動鉄心変位の動作については、図４と同様である。時刻Ｔｅにおいて燃料噴射が終了すると、燃料噴射装置には閉弁用の電圧が印加される。これにより、駆動電流３０８が停止して、弁体２０３の変位が低下し始める。そして、時刻Ｔｂにおいて、弁体２０３の変位がゼロとなり、弁体側シート面２３２（図６参照）がシート部２２４に着座すると、燃料噴射孔２１５への燃料供給が停止する。
【0120】
弁座２０２の先端部における内部空間に存在している燃料は、残留圧力および慣性により燃料噴射孔２１５から外へ排出される。しかし、始動直後等でエンジン冷却水温度が低い状態では、燃料の表面張力が増加する。これにより、燃料噴射終了後に弁座２０２の内部空間に存在している燃料の一部は、燃料噴射孔２１５から外へ流出することができずに、弁座２０２の内部空間に残留してしまう。
【0121】
その際、燃料の流出が先に終了した燃料噴射孔２１５を通じて、燃焼室内の空気が燃料噴射孔２１５内に引き込まれる。これにより、弁座２０２の内部空間には、燃料と気泡２４が入り混じった状態で残留する（図１５参照）。
【0122】
噴孔対向領域２３ｂは、表面粗さが隣り合う領域（シート部対向領域２３ａ及び円すい基部領域２３ｃ）よりも相対的に大きく、濡れ角度が小さくなっている。したがって、噴孔対向領域２３ｂには、気泡２４が付着しにくくなる。なお、図１５では、噴孔対向領域２３ｂに気泡２４が付着していない例を示す。
【0123】
一方、円すい基部領域２３ｃは、表面粗さが噴孔対向領域２３ｂよりも小さく、濡れ角度が大きくなっている。つまり、噴孔対向領域２３ｂの親液性は、円すい基部領域２３ｃの親液性よりも高い。したがって、円すい基部領域２３ｃは、噴孔対向領域２３ｂよりも気泡２４が付着しやすい。
【0124】
このように、気泡２４の付着を抑止したい部位の表面粗さを大きくし、気泡付着を促進したい部位の表面粗さを小さくすることで、気泡２４が付着する領域を制御することができる。すなわち、噴孔対向領域２３ｂに残留する噴孔近傍残留気泡２４ｈの増加を抑制しつつ、円すい基部領域２３ｃに優先的に気泡２４を付着させて、弁体先端側残留気泡２４ｒの割合を増やすことができる。
【0125】
弁体先端側残留気泡２４ｒ及びサック室残留気泡２４ｓの多くは、開弁開始後にサック室２２５内の内部空間を回り込んでから燃料噴射孔２１５へ流入する。そのため、残留気泡２４ｈ，２４ｒが燃料噴射孔２１５に到達する時刻は、弁体先端側残留気泡２４ｒが燃料噴射孔２１５に到達する時刻より遅くなる。すなわち、噴孔近傍残留気泡２４ｈが減少し、弁体先端側残留気泡２４ｒ及びサック室残留気泡２４ｓの割合が増加すると、気泡２４が燃料噴射孔２１５へ到達する到達時刻Ｔｂｕｂｂｌｅが遅くなる。
【0126】
気泡２４が燃料噴射孔２１５へ到達する到達時刻Ｔｂｕｂｂｌｅが遅くなると、気泡２４が到達する時刻における弁体変位が大きい状態となり、燃料圧力および燃料流量が安定化する。したがって、気泡２４の燃料噴射孔２１５への到達時刻が遅くなるほど、気泡２４が燃料噴射孔２１５を通過することによる噴霧形状のばらつきを小さくすることができる。
【0127】
［表面粗さの分布］
次に、第１実施形態の弁体２０３と従来の弁体における表面粗さの分布について、図１６及び図１７を参照して説明する。
図１６は、従来の弁体表面の各領域における表面粗さの分布を示すグラフである。図１７は、第１実施形態に係る弁体２０３の表面の各領域における表面粗さの分布を示すグラフである。
次に、第１実施形態の弁体２０３と従来の弁体における表面粗さの分布について、図１６及び図１７を参照して説明する。
図１６は、従来の弁体表面の各領域における表面粗さの分布を示すグラフである。図１７は、第１実施形態に係る弁体２０３の表面の各領域における表面粗さの分布を示すグラフである。
【0128】
閉弁状態において、シート部対向領域２３ａは、弁座２０２のシート面２２４ａ（図６ａ）に接触する。そのため、シート部対向領域２３ａには、気泡２４が残留しない。気泡２４が残留可能な領域（以下、「気泡残留可能領域」とする）は、シート部対向領域２３ａよりも先端側（図１６及び図１７では右側）となる。
【0129】
図１６に示すように、従来の弁体では、気泡残留可能領域のうち下加工領域２３ｔが最も表面粗さが小さく、気泡２４が付着しやすい。そして、下加工領域２３ｔの一部は、複数の燃料噴射孔２１５に対向する。そのため、次サイクルの燃料噴射において、気泡２４が燃料噴射孔２１５へ到達する時刻が早くなり、噴霧の初期形状に乱れが生じる。
【0130】
一方、図１７に示すように、第１実施形態に係る弁体２０３では、気泡残留可能領域のうち円すい基部領域２３ｃが最も表面粗さが小さく、気泡２４が付着しやすい。そして、円すい基部領域２３ｃは、複数の燃料噴射孔２１５よりも先端側に位置するため、気泡２４が燃料噴射孔２１５へ到達する時刻が遅くなり、燃料の噴霧の初期形状が安定する。その結果、噴霧形状のばらつきを小さくすることができる。
【0131】
［ハーフリフト制御］
次に、第１実施形態に係る燃料噴射装置２００のハーフリフト時における駆動信号および噴射応答について、図１８を参照して説明する。
図１８は、第１実施形態に係る燃料噴射装置２００のハーフリフト時における駆動信号および噴射応答を示す図である。
次に、第１実施形態に係る燃料噴射装置２００のハーフリフト時における駆動信号および噴射応答について、図１８を参照して説明する。
図１８は、第１実施形態に係る燃料噴射装置２００のハーフリフト時における駆動信号および噴射応答を示す図である。
【0132】
図１８に示す第一段目は噴射指令パルス、第二段目は燃料噴射装置への印加電圧、第三段目は燃料噴射装置に流れる駆動電流、第四段目は弁体の変位量、第五段目は燃料噴射孔の出口における燃料流量である。上述した燃料噴射装置の燃料噴射は、弁体２０３のフルリフト動作を例に挙げて説明した。しかし、本発明に係る燃料噴射装置は、弁体２０３をハーフリフト動作させて燃料噴射を行ってもよい。
【0133】
この場合においても、気泡残留可能領域のうち円すい基部領域２３ｃに、気泡２４が付着しやすくすることができる。これにより、気泡２４が燃料噴射孔２１５へ到達する時刻が遅くなり、噴霧の初期形状を安定させることができる。したがって、弁体２０３をハーフリフト動作させて燃料噴射を行う場合であっても、噴霧形状のばらつきを小さくすることができる。
【0134】
２．第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態に係る燃料噴射装置について説明する。
次に、本発明の第２実施形態に係る燃料噴射装置について説明する。
【0135】
第２実施形態に係る燃料噴射装置は、第１実施形態に係る燃料噴射装置２００と同様の構成を備えている。第２実施形態に係る燃料噴射装置が、第１実施形態に係る燃料噴射装置２００と異なる点は、弁体２０３の表面粗さを区画する領域である。そのため、ここでは、第２実施形態に係る弁体２０３の表面粗さについて説明し、重複する構成の説明を省略する。
【0136】
［第２実施形態に係る燃料噴射装置の弁体先端部の表面粗さ］
第２実施形態に係る弁体２０３における先端部２３の表面粗さについて、図１９及び図２０を参照して説明する。
図１９は、第２実施形態に係る弁体の先端部の表面粗さを示す正面図である。図２０は、図１９に示すＤ－Ｄ線に沿う断面図である。
第２実施形態に係る弁体２０３における先端部２３の表面粗さについて、図１９及び図２０を参照して説明する。
図１９は、第２実施形態に係る弁体の先端部の表面粗さを示す正面図である。図２０は、図１９に示すＤ－Ｄ線に沿う断面図である。
【0137】
図１９及び図２０に示すように、第２実施形態の弁体２０３における先端部２３の表面は、シート部対向領域２３ａと、噴孔対向領域２３ｂと、円すい基部領域２３ｃと、円すい頂部領域２３ｄと、高親液性領域２３ｅと、低親液性領域２３ｆに区画されている。シート部対向領域２３ａ、噴孔対向領域２３ｂ、円すい基部領域２３ｃ、円すい頂部領域２３ｄ、高親液性領域２３ｅ、及び低親液性領域２３ｆは、それぞれ表面粗さが設定されている。なお、シート部対向領域２３ａ、噴孔対向領域２３ｂ、円すい基部領域２３ｃは、第１実施形態と同じである。
【0138】
高親液性領域２３ｅは、円すい基部領域２３ｃよりも先端側であって、円すい基部領域２３ｃと隣り合う円環状に形成されている。図２０に示すように、高親液性領域２３ｅは、弁座２０２の内面における複数の燃料噴射孔２１５よりも先端側の領域と対向する。高親液性領域２３ｅには、相対的に粗い表面となるように、表面加工が施されている。高親液性領域２３ｅの表面粗さは、噴孔対向領域２３ｂの表面粗さと同等に設定されている。すなわち、高親液性領域２３ｅの表面粗さは、例えば、最大高さ０．２マイクロメートル以上かつ０．５マイクロメートル未満に設定されている。
【0139】
低親液性領域２３ｆは、高親液性領域２３ｅよりも先端側であって、高親液性領域２３ｅと隣り合う円環状に形成されている。図２０に示すように、低親液性領域２３ｆは、弁座２０２の内面における複数の燃料噴射孔２１５よりも先端側の領域及びサック室２２５と対向する。低親液性領域２３ｆには、相対的に滑らかな表面となるように、表面加工が施されている。低親液性領域２３ｆの表面粗さは、円すい基部領域２３ｃの表面粗さと同等に設定されている。すなわち、低親液性領域２３ｆの表面粗さは、例えば、最大高さ０．２マイクロメートル未満に設定されている。
【0140】
円すい頂部領域２３ｄは、低親液性領域２３ｆよりも先端側の全域である。図２０に示すように、円すい頂部領域２３ｄは、サック室２２５と対向する。円すい頂部領域２３ｄには、相対的に粗い表面となるように、表面加工が施されている。円すい頂部領域２３ｄは、噴孔対向領域２３ｂ及び高親液性領域２３ｅよりも表面粗さが大きい。円すい頂部領域２３ｄの表面粗さは、例えば、最大高さ０．５マイクロメートル以上かつ１．０マイクロメートル未満に設定されている。
【0141】
第２実施形態では、円すい基部領域２３ｃが噴孔対向領域２３ｂと高親液性領域２３ｅに挟まれる。そして、高親液性領域２３ｅは、円すい基部領域２３ｃと低親液性領域２３ｆに挟まれる。すなわち、親液性の高い領域と親液性の低い領域が交互に配置されている。これにより、気泡２４が親液性の低い（気泡が付着しやすい）領域から親液性の高い（気泡が付着しにくい）領域へ移動しようとする際に、その境界において、気泡２４における弁体２０３の径方向の移動速度を減速させることができる。その結果、気泡２４における弁体２０３の径方向の移動を一層抑制することができ、噴孔近傍残留気泡２４ｈの発生をより抑止することができる。
【0142】
なお、高親液性領域２３ｅと低親液性領域２３ｆを複数個設けて、交互に配置してもよい。その際、複数の高親液性領域２３ｅの表面粗さは、同一である必要は無く、隣り合う低親液性領域２３ｆよりも親液性が高ければ、変動してもよい。同様に、複数の低親液性領域２３ｆの表面粗さは、同一である必要は無く、隣り合う高親液性領域２３ｅよりも親液性が低ければ、変動してもよい。
【0143】
３．第３実施形態
次に、本発明の第３実施形態に係る燃料噴射装置について説明する。
次に、本発明の第３実施形態に係る燃料噴射装置について説明する。
【0144】
第３実施形態に係る燃料噴射装置は、第１実施形態に係る燃料噴射装置２００と同様の構成を備えている。第３実施形態に係る燃料噴射装置が、第１実施形態に係る燃料噴射装置２００と異なる点は、弁体２０３の表面粗さを区画する領域である。そのため、ここでは、第３実施形態に係る弁体２０３の表面粗さについて説明し、重複する構成の説明を省略する。
【0145】
［第３実施形態に係る燃料噴射装置の弁体先端部の表面粗さ］
第３実施形態に係る弁体２０３における先端部２３の表面粗さについて、図２１を参照して説明する。
図２１は、第３実施形態に係る弁体の先端部の表面粗さを示す正面図である。
第３実施形態に係る弁体２０３における先端部２３の表面粗さについて、図２１を参照して説明する。
図２１は、第３実施形態に係る弁体の先端部の表面粗さを示す正面図である。
【0146】
図２１に示すように、第３実施形態の弁体２０３における先端部２３の表面は、シート部対向領域２３ａと、噴孔対向領域２３ｂと、円すい基部領域２３ｃと、円すい頂部領域２３ｄに区画されている。シート部対向領域２３ａ、噴孔対向領域２３ｂ、円すい基部領域２３ｃ、及び円すい頂部領域２３ｄの表面粗さは、第１実施形態と同じである。
【0147】
噴孔対向領域２３ｂには、スリット２５が設けられている。スリット２５は、弁体２０３の径方向に延びている。噴孔対向領域２３ｂは、燃料のシール性能を求められないため、必ずしも円環形状の閉領域となるように形成される必要は無い。スリット２５は、弁体２０３の表面にＣ字形状のラッピング加工を施すことで、ラッピング加工が施されていない箇所として形成されている。
【0148】
円すい基部領域２３ｃには、スリット２６が設けられている。スリット２６は、弁体２０３の径方向に延びている。円すい基部領域２３ｃは、燃料のシール性能を求められないため、必ずしも円環形状の閉領域となるように形成される必要は無い。スリット２６は、弁体２０３の表面にＣ字形状のラッピング加工を施すことで、ラッピング加工が施されていない箇所として形成されている。
【0149】
スリット２５，２６の幅および深さは、気泡２４がスリット２５に沿って弁体２０３表面を移動できない程度の大きさに設定することが望ましい。スリット２５，２６の幅および深さは、例えば、０．３マイクロメートルから１．０マイクロメートルの範囲内で設定される。
【0150】
これにより、スリット２５，２６があっても、弁体２０３の径方向への気泡２４の移動を抑止することができる。したがって、第３実施形態に係る燃料噴射装置においても、気泡２４の付着位置を制御することができ、噴霧ばらつきを抑制することができる。
【0151】
４．第４実施形態
次に、本発明の第４実施形態に係る燃料噴射装置について説明する。
次に、本発明の第４実施形態に係る燃料噴射装置について説明する。
【0152】
第４実施形態に係る燃料噴射装置は、第１実施形態に係る燃料噴射装置２００と同様の構成を備えている。第４実施形態に係る燃料噴射装置が、第１実施形態に係る燃料噴射装置２００と異なる点は、弁体２０３の表面粗さを区画する領域である。そのため、ここでは、第４実施形態に係る弁体２０３の表面粗さについて説明し、重複する構成の説明を省略する。
【0153】
［第４実施形態に係る燃料噴射装置の弁体先端部の表面粗さ］
第４実施形態に係る弁体２０３における先端部２３の表面粗さについて、図２２を参照して説明する。
図２２は、第４実施形態に係る弁体の先端部の表面粗さを示す正面図である。
第４実施形態に係る弁体２０３における先端部２３の表面粗さについて、図２２を参照して説明する。
図２２は、第４実施形態に係る弁体の先端部の表面粗さを示す正面図である。
【0154】
図２２に示すように、第４実施形態の弁体２０３における先端部２３の表面は、シート部対向領域２３ａと、噴孔対向領域２３ｂと、円すい基部領域２３ｃと、円すい頂部領域２３ｄに区画されている。シート部対向領域２３ａ、噴孔対向領域２３ｂ、円すい基部領域２３ｃ、及び円すい頂部領域２３ｄの表面粗さは、第１実施形態と同じである。
【0155】
噴孔対向領域２３ｂ及び円すい基部領域２３ｃの表面には、加工時に生じてしまったキズとして微細スリット２７が形成されている。噴孔対向領域２３ｂ及び円すい基部領域２３ｃは、燃料のシール性能は求められない。そのため、噴孔対向領域２３ｂ及び円すい基部領域２３ｃは、加工時に生じてしまう若干のキズ（微細スリット２７）を許容することが可能である。
【0156】
微細スリット２７のような偶発的に生じるキズがある場合では、気泡２４が移動できない程度の大きさである。これにより、微細スリット２７があっても、弁体２０３の径方向への気泡２４の移動を抑止することができる。したがって、第４実施形態に係る燃料噴射装置においても、気泡２４の付着位置を制御することができ、噴霧ばらつきを抑制することができる。
【0157】
５．まとめ
（１）以上説明したように、上述した第１実施形態に係る燃料噴射装置２００は、テーパー状のシート部２２４（弁シート部）と、弁体２０３とを備える。シート部２２４は、複数の燃料噴射孔２１５を有する。弁体２０３は、シート部２２４に対して着座又は離座する。そして、弁体２０３の表面における複数の燃料噴射孔２１５と対向する噴孔対向領域２３ｂの親液性は、この噴孔対向領域２３ｂよりも先端側にある円すい基部領域２３ｃ（先端領域）の親液性よりも高い。
これにより、噴孔対向領域２３ｂよりも円すい基部領域２３ｃに気泡２４を付着させることができる。その結果、気泡２４が燃料の流路に残留しないようにすることができる。
そして、円すい基部領域２３ｃは、複数の燃料噴射孔２１５よりも先端側に位置するため、気泡２４が燃料噴射孔２１５へ到達する時刻が遅くなる。したがって、燃料の噴霧の初期形状を安定させることができ、噴霧形状のばらつきを小さくすることができる。
（１）以上説明したように、上述した第１実施形態に係る燃料噴射装置２００は、テーパー状のシート部２２４（弁シート部）と、弁体２０３とを備える。シート部２２４は、複数の燃料噴射孔２１５を有する。弁体２０３は、シート部２２４に対して着座又は離座する。そして、弁体２０３の表面における複数の燃料噴射孔２１５と対向する噴孔対向領域２３ｂの親液性は、この噴孔対向領域２３ｂよりも先端側にある円すい基部領域２３ｃ（先端領域）の親液性よりも高い。
これにより、噴孔対向領域２３ｂよりも円すい基部領域２３ｃに気泡２４を付着させることができる。その結果、気泡２４が燃料の流路に残留しないようにすることができる。
そして、円すい基部領域２３ｃは、複数の燃料噴射孔２１５よりも先端側に位置するため、気泡２４が燃料噴射孔２１５へ到達する時刻が遅くなる。したがって、燃料の噴霧の初期形状を安定させることができ、噴霧形状のばらつきを小さくすることができる。
【0158】
（２）上述した第１実施形態に係る噴孔対向領域２３ｂは、弁体２０３の表面上で円環状の閉領域となるよう形成されている。
これにより、燃料噴射孔２１５に対向する領域に気泡２４が付着することを抑制或いは防止することができる。また、円すい基部領域２３ｃから燃料噴射孔２１５に対向する領域に気泡２４が移動してくることを抑制或いは防止することができる。
これにより、燃料噴射孔２１５に対向する領域に気泡２４が付着することを抑制或いは防止することができる。また、円すい基部領域２３ｃから燃料噴射孔２１５に対向する領域に気泡２４が移動してくることを抑制或いは防止することができる。
【0159】
（３）上述した第１実施形態に係る噴孔対向領域２３ｂの表面粗さは、円すい基部領域２３ｃ（先端領域）の表面粗さよりも大きい。
これにより、噴孔対向領域２３ｂの親液性を、円すい基部領域２３ｃの親液性よりも高くすることができる。
これにより、噴孔対向領域２３ｂの親液性を、円すい基部領域２３ｃの親液性よりも高くすることができる。
【0160】
（４）上述した第１実施形態に係る噴孔対向領域２３ｂの表面粗さは、最大高さ０．５～１．０マイクロメートルの範囲内に設定されている。
これにより、噴孔対向領域２３ｂに比べて、円すい基部領域２３ｃの表面粗さを小さくする表面加工を容易に行うことができる。なお、噴孔対向領域２３ｂの表面粗さが小さすぎると、それよりも、表面粗さを小さくする領域の表面加工が難しくなる。
これにより、噴孔対向領域２３ｂに比べて、円すい基部領域２３ｃの表面粗さを小さくする表面加工を容易に行うことができる。なお、噴孔対向領域２３ｂの表面粗さが小さすぎると、それよりも、表面粗さを小さくする領域の表面加工が難しくなる。
【0161】
（５）上述した第１実施形態に係る円すい基部領域２３ｃ（先端領域）の表面粗さは、最大高さ０．５マイクロメートル未満に設定されている。
これにより、円すい基部領域２３ｃの表面粗さを、噴孔対向領域２３ｂの表面粗さよりも小さくする表面加工を容易に行うことができる。
これにより、円すい基部領域２３ｃの表面粗さを、噴孔対向領域２３ｂの表面粗さよりも小さくする表面加工を容易に行うことができる。
【0162】
（６）上述した第１実施形態に係る円すい基部領域２３ｃ（先端領域）よりも先端側には、噴孔対向領域２３ｂの表面粗さ以上の表面粗さである円すい頂部領域２３ｄが形成されている。
これにより、噴孔対向領域２３ｂよりも先端側の全域に対して、噴孔対向領域２３ｂの表面粗さよりも小さくするための表面加工を施す必要が無くなる。したがって、噴孔対向領域２３ｂの表面粗さよりも小さくする領域（円すい基部領域２３ｃ）を縮小することができ、表面加工に要する時間を短くすることができる。
これにより、噴孔対向領域２３ｂよりも先端側の全域に対して、噴孔対向領域２３ｂの表面粗さよりも小さくするための表面加工を施す必要が無くなる。したがって、噴孔対向領域２３ｂの表面粗さよりも小さくする領域（円すい基部領域２３ｃ）を縮小することができ、表面加工に要する時間を短くすることができる。
【0163】
（７）上述した第２実施形態に係る弁体２０３の表面における円すい基部領域２３ｃ（先端領域）よりも先端側には、噴孔対向領域２３ｂと同等の親液性である高親液性領域２３ｅと、円すい基部領域２３ｃと同等の親液性である低親液性領域２３ｆが弁体２０３の径方向で隣り合うように形成されている。
これにより、気泡２４が低親液性領域２３ｆから高親液性領域２３ｅへ移動しようとする際に、その境界において、弁体２０３の径方向における気泡２４の移動速度を減速させることができる。その結果、弁体２０３の径方向における気泡２４の移動を抑制することができ、噴孔対向領域２３ｂに付着する気泡２４（噴孔近傍残留気泡２４ｈ）の発生を抑止することができる。
これにより、気泡２４が低親液性領域２３ｆから高親液性領域２３ｅへ移動しようとする際に、その境界において、弁体２０３の径方向における気泡２４の移動速度を減速させることができる。その結果、弁体２０３の径方向における気泡２４の移動を抑制することができ、噴孔対向領域２３ｂに付着する気泡２４（噴孔近傍残留気泡２４ｈ）の発生を抑止することができる。
【0164】
以上、本発明の燃料噴射装置の実施形態について、その作用効果も含めて説明した。しかしながら、本発明の燃料噴射装置は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。
【0165】
また、上述した実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【0166】
なお、本明細書において、「平行」及び「直交」等の単語を使用したが、これらは厳密な「平行」及び「直交」のみを意味するものではなく、「平行」及び「直交」を含み、さらにその機能を発揮し得る範囲にある、「略平行」や「略直交」の状態であってもよい。
【符号の説明】
【0167】
２３…先端部、 ２３ａ…シート部対向領域、 ２３ｂ…噴孔対向領域、 ２３ｃ…円すい基部領域、 ２３ｄ…円すい頂部領域、 ２３ｅ…高親液性領域、 ２３ｆ…低親液性領域、 ２３ｒ…円すい領域、 ２３ｔ…下加工領域、 ２４…気泡、 ２４ｈ…噴孔近傍残留気泡、 ２４ｒ…弁体先端側残留気泡、 ２４ｓ…サック室残留気泡、 ２５，２６…スリット、 ２７…微細スリット、 １０１…内燃機関、 １０９…ＥＣＵ（Engine Control Unit）、 １２１…燃焼室、 ２００…燃料噴射装置、 ２００ａ…中心軸線、 ２０１…ノズル本体、 ２０２…弁座、 ２０３…弁体、 ２０４…固定鉄心、 ２０４ａ…燃料供給部、 ２０５…可動鉄心、 ２０６…中間部材、 ２０８…コイル、 ２０９…ハウジング、 ２１０…コネクタ、 ２１０ａ…端子、 ２１１…第１ばね部材、 ２１２…第２ばね部材、 ２１３…第３ばね部材、 ２１５…燃料噴射孔、 ２１５ａ…オリフィス孔、 ２１５ｂ…ザグリ孔、 ２１５ｃ…面押し孔、 ２１６，２１７…ばね係合部、 ２１８，２１９…伝達面、 ２２０…外周面、 ２２１…内周面、 ２２２…筒部、 ２２３…流路形成部、 ２２４…シート部、 ２２４ａ…シート面、 ２２５…サック室、 ２３０…球面部、 ２３１…先端側摺動部、 ２３２…弁体側シート面、 ２３３…凸部、 ２５０…隙間、 ２６０…ノズル
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】