JP2006194131A - 高圧燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 金属基盤の厚みを増すことなくリード線を外部へ引き出した部分の気密性を高めることができる高圧燃料噴射弁を提供することを課題とする。
【解決手段】 高圧燃料噴射弁（１）は、内部（３ａ）にニードル弁駆動手段を備えると共に高圧燃料が充填される筒状のインジェクタケース（３）を有する。このインジェクタケース（３）の基端側開口部へは金属基盤（４）が装着される。この金属基盤（４）にはリード線挿入孔（５）が形成され、このリード線挿入孔（５）にニードル弁駆動手段に接続するリード線（６）を挿通して外部へ引き出しハーメチックシールを施してある。このような金属基盤（４）の外周壁（４ｂ）とインジェクタケース（３）の内周壁（３ｂ）との間には隙間（９）が形成されている。この隙間（９）に高圧燃料が流入し、その圧力によりハーメチックシールの耐圧強度が向上する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ニードル弁駆動手段に接続するリード線をインジェクタケースの外部へ引き出すためのリード線挿入孔にハーメチックシールを施した高圧燃料噴射弁に関する。

従来、燃料噴射弁内の高圧燃料中に配線されるソレノイド駆動用リード線を外部に取出すために、図１２に示したような耐圧性気密端子５０を備えた燃料噴射弁が提案されている。すなわち、耐圧性気密端子５０は、金属基盤５１に形成された円筒状のリード線挿入孔内５２にリード線挿入孔５２の中心軸線に沿うようにリード線５３を配設するとともに、リード線５３周りのリード線挿入孔５２に粉末ガラスを充填し、このガラス粉末を焼成して絶縁封止ガラス５４とすることによってリード線をハーメチックシールして構成している。（非特許文献１）。

燃料噴射弁には種々の形式のものがあるが、ニードル弁を駆動するソレノイドを二層に備えたいわゆるダブルソレノイド形式の燃料噴射弁ではその構造上、燃料噴射弁内の高圧燃料中にリード線を配線しなければならないことが多い。
トヨタ技術公開集、発行番号１４８３８、発行日２００３年６月２０日

しかしながら前記従来のハーメチックシールでは、以下のような問題があった。従来のハーメチックシールは耐圧性気密端子として用いることができる圧力が真空（差圧０．１ＭＰａ）〜数ＭＰａ程度であるところ、実際の燃料噴射弁での使用圧力は数１０ＭＰａあるいは１００ＭＰａを超えることもある。従って、従来のハーメチックシールではこのような超高圧環境下における耐圧強度を保証することは困難であり、燃料噴射弁使用環境ではハーメチックシールが抜け落ちる等、燃料漏れが発生するおそれがあり問題であった。

以上のようなハーメチックシールは金属基盤と絶縁封止ガラスの熱膨張係数差を利用して気密性を確保しているため金属基盤の締め付け方向（径方向）の肉圧が耐圧性能に寄与する。このため、従来の要求耐圧が数ＭＰａ程度のハーメチックシールを用いた耐圧性気密端子では、絶縁封止ガラス径に対し金属基盤の外径（絶縁封止ガラス締め付け方向の厚み）が１．５〜１．７倍程度となっていたが、１００ＭＰａを超えるような高圧環境下で用いるためには金属基盤の外径をさらに厚くしなければならない。

ところが、実際には形状等の制約、搭載性の問題から金属基盤の厚みをあまり厚くすることもできず、むしろ、燃料噴射弁の軽量小型化の要請に応えるためには金属基盤は薄肉化が望まれる。

そこで、本発明は、金属基盤の厚みを増すことなくリード線を外部へ引き出した部分の気密性を高めることができる高圧燃料噴射弁を提供することを課題とする。

かかる課題を達成するための、本発明の高圧燃料噴射弁は、内部にニードル弁駆動手段を備えると共に高圧燃料が充填される筒状のインジェクタケースと、当該インジェクタケースの基端側開口部へ装着されると共にリード線挿入孔が形成され、当該リード線挿入孔に前記ニードル弁駆動手段に接続するリード線を挿通して外部へ引き出しハーメチックシールを施した金属基盤とを有し、前記ハーメチックシールの近傍に前記インジェクタケース内の高圧燃料が流入する隙間が形成されたことを特徴とする（請求項１）。

ここで、前記隙間は前記インジェクタケースの内周壁と前記金属基盤の外周面との間に形成された構成とすることができ（請求項２）、また、前記隙間は前記金属基盤の前記リード線挿入孔の周囲に設けられた構成とすることもできる（請求項３）。

要は、ハーメチックシールをさらに締めつけるように金属基盤にインジェクタケース内の高圧燃料の圧力が作用する構成となっていればよい。

本発明によれば、リード線を外部へ引き出しハーメチックシールを施した金属基盤とを有し、ハーメチックシールの近傍に前記インジェクタケース内の高圧燃料が流入する隙間を形成したので、高圧燃料の圧力による金属基盤の締め付け力を向上させてハーメチックシールの耐圧強度の向上を図ることができ、高圧環境下でもハーメチックシールの不良が生じることのない高圧燃料噴射弁を構成することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。

図１は、本発明の高圧燃料噴射弁１の断面図である。また、図２は図１中、円Ａで囲んだ部分の拡大図であり、さらに、図３は図２中、円Ｂで囲んだ部分の拡大図である。高圧燃料噴射弁１は、内部にニードル弁２とこのニードル弁２を軸方向に移動させるニードル弁駆動手段を備える筒状のインジェクタケース３を有している。このインジェクタケース３の内部３ａには高圧燃料が充填されることとなる。なお、高圧燃料噴射弁１は、ニードル弁駆動手段として二層のソレノイドをインジェクタケース３の内部３ａに内装しているが、説明の都合上、図中では省略している。

インジェクタケース３の基端側には金属基盤４が装着される。この金属基盤４には、リード線挿入孔５が形成され、このリード線挿入孔５にそれぞれリード線６が挿通されており、このリード線挿入孔５に絶縁封止ガラス７を充填してハーメチックシールを施している。リード線６はインジェクタケース３の内部３ａのニードル弁駆動手段に接続されている。

このような金属基盤４は先端側の小径部分４ａをインジェクタケース３の基端部の内側へ嵌め込んで、図中、矢示８で示した部分を溶接してインジェクタケース３と一体化している。ここで、金属基盤４の小径部分４ａは、図３に示すようにインジェクタケース３の内周壁３ｂと金属基盤４の外周面４ｂとの間に隙間９が形成される径となっている。この隙間９にはインジェクタケース３内に充填される高圧燃料が流入する。

このような構成とすれば、金属基盤４の厚み（金属基盤４の小径部分４ａ）を増すことなくハーメチックシールの耐圧強度を向上させることができる。

ここで、このような金属基盤４周辺の圧力状態につき、ハーメチックシールを施した従来の金属基盤５１における圧力状態と比較しつつ説明する。

従来の金属基盤５１は、外周面５１ａはインジェクタケースの内周面と密着した状態でインジェクタケースと一体化されるため、インジェクタケース内に充填された高圧燃料による圧力は図４に示すような状態で金属基盤５１及びハーメチックシールを形成する絶縁封止ガラス５４に作用する。すなわち、金属基盤５１の外周面５１ａには高圧燃料による圧力は作用しない。

これに対し、本実施例における金属基盤４では、隙間９が形成されていることから図５に示すように矢示１０ａで示した高圧燃料による圧力が金属基盤４（小径部分４ａ）の外周面４ｂにも作用する。ここで、金属基盤４にはリード線挿入孔５内に矢示１０ｂで示したように外側に向かい、リード線挿入孔５を広げるような圧力も作用するが、リード線挿入孔５の内周壁の面積よりも金属基盤４の外周壁４ｂの面積が広いため、作用する力の大きさとしては内側へ向かう力が大きくなる。このため、金属基盤４は絶縁封止ガラス７を締めつける力が増大し、ハーメチックシールの耐圧強度が向上する。

次に、本発明の効果につき、図６に示すようなテストピース１１を用いた耐圧性能の評価結果を示しつつ説明する。テストピース１１は、本実施例の金属基盤４又は従来の金属基盤５１に相当するものであり、その直径を１０ｍｍとし、絶縁封止ガラス７（リード線挿入孔５）の直径を１．０ｍｍ、絶縁封止ガラス７の長さを１．８ｍｍとした。また、図６中、Ａで示した部分の寸法を２〜５ｍｍの間で種々変更して、すなわち、実際の高圧燃料噴射弁１における金属基盤４の肉厚に相当する部分を０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの間で種々変更して耐圧性能の比較を行った（肉厚：０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、２．０ｍｍ、４．５ｍｍの４種）。なお、隙間９は１ｍｍとした。従って、隙間９まで含めた直径は、図中、Ａ＋２と表記した。このようなテストピース１１は、天地を入れ換えることにより従来のハーメチックシールの状態（比較例：金属基盤の外周は常圧）、本実施例のハーメチックシールの状態（金属基盤の外周は高圧）を再現できるようになっている。

テストピース１１は、図７や図８に示すように治具１２にセットして試験を行う。治具１２は下部部材１２ａと上部部材１２ｂとに上下に二分割できるようになっており、下部部材１２ａの凹部１２ａ１にテストピース１１をセットしてボルト１５で締め付け、矢示１３のように圧力を付加する。このとき、テストピース１１の周囲にはＯリング１４を装着しておく。なお、図７は、隙間９を設けた側から圧力を付加するようにしたもので本実施例のハーメチックシールの状態を再現するものである。一方、図８は、図７の状態からテストピース１１を上下入れ換えてセットしたもので従来のハーメチックシールの状態を再現するもの（比較例）である。

評価試験は、雰囲気常温の場合と、雰囲気高温（１４０℃）の場合について行った。ここで、雰囲気高温の場合として１４０℃を選定したのは、エンジン周辺の部品の耐熱保証温度を考慮したものである。

以上のような条件で行った評価結果を図９、図１０を参照しつつ説明する。図９は、雰囲気常温で行ったものであり、図１０は、雰囲気１４０℃で行ったものである。

まず、図９に示した雰囲気常温で行った場合であるが、比較例としてあげたである従来のハーメチックシールの状態（テストピース１１すなわち金属基盤５１の外周が常温）では、肉厚を増せば、それに伴って高い耐圧強度を確保することができる。ここで、ハーメチックシールを高圧燃料噴射弁１に用いる場合、安全率等を考慮すると２１０ＭＰａ程度の耐圧強度は確保したいところであるが、比較例においてこのような高い耐圧強度を確保するためには肉厚を４．５ｍｍ程度にまで引き上げなければならないことになる。これでは高圧燃料噴射弁１の小型軽量化を達成するのは困難である。

一方、本実施例のハーメチックシールの状態（テストピース１１すなわち金属基盤４の外周が高圧）では、耐圧強度２２０ＭＰａ程度までの評価に止めたが、肉厚にかかわらず一様に目標圧力を上回る２２０ＭＰａ以上の耐圧強度を得ることができた。これは、肉厚が０．５ｍｍであっても十分な耐圧強度を確保することができることを示しており、高圧燃料噴射弁１の小型軽量化の可能性を示すものである。

次に、図１０に示した雰囲気１４０℃で行った場合であるが、比較例としてあげたである従来のハーメチックシールの状態（テストピース１１すなわち金属基盤５１の外周が常温）では、雰囲気常温の場合と同様に、肉厚を増せばそれに伴って高い耐圧強度を確保することができる。但し、雰囲気常温の場合と比較して全般的に耐圧強度は低めである。これは、雰囲気温度が高ければ熱膨張差による締め付け力が低下するため、これにより耐圧強度が低下したと考えられる。

一方、本実施例のハーメチックシールの状態（テストピース１１すなわち金属基盤４の外周が高圧）では、雰囲気１４０℃であるにもかかわらず、どの肉厚でも雰囲気常温の場合と同様の耐圧強度（２２０ＭＰａ以上）を確保することができている。従って、本実施例の高圧燃料噴射弁１を実際にエンジンに装着した場合であっても十分な耐圧強度を確保できると考えられる。また、その際、肉厚を０．５ｍｍまで低下させたとしても同程度の耐圧強度を確保できるものと考えられる。

次に、実施例２について図１１を参照しつつ説明する。この実施例２が実施例１と異なる点は、以下の如くである。すなわち、実施例１では、図３に示すようにインジェクタケース３の内周壁３ｂと金属基盤４の外周面４ｂとの間に隙間９が形成され、この隙間９にインジェクタケース３内に充填される高圧燃料が流入する構成となっているのに対し、実施例２では、図１１に示したように、インジェクタケース３の内周壁３ｂと金属基盤４の外周面４ｂとは当接しており、隙間９は、絶縁封止ガラス７を充填した金属基盤４のリード線挿入孔５の周囲に設けられ、この隙間９にインジェクタケース３内に充填される高圧燃料が流入する構成となっている。

このような構成としても、金属基盤４の厚み（金属基盤４の小径部分４ａ）を増すことなくハーメチックシールの耐圧強度を向上させることができる。

上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。例えば、前記実施例では、インジェクタケース３と金属基盤４との接合は溶接により行っているが、両者を螺合させることもできる。この場合であってもインジェクタケース３の内周壁（３ｂ）と金属基盤４の外周壁４ｂとの間に隙間９を形成するようにする。

実施例の高圧燃料噴射弁の内部構造を省略した断面図である。 図１における円Ａで囲んだ部分の拡大断面図である。 図２における円Ｂで囲んだ部分の拡大断面図である。 従来のハーメチックシールに作用する応力の状態を示す説明図である。 本実施例におけるハーメチックシールに作用する応力の状態を示す説明図である。 テストピースの構成を示す断面図である。 本実施例におけるハーメチックシールの状態を再現するようにテストピースを治具にセットした状態を示す説明図である。 従来のハーメチックシールの状態を再現するようにテストピースを治具にセットした状態を示す説明図である。 雰囲気常温で行った試験結果を示すグラフである。 雰囲気１４０℃で行った試験結果を示すグラフである。 実施例１における図３に対応する、実施例２の構造を示す拡大断面図である。 ハーメチックシールの基本構成を示す説明図である。

符号の説明

１ 高圧燃料噴射弁
２ ニードル弁
３ インジェクタケース
３ｂ 内周壁
４、５１ 金属基盤
４ａ 小径部分
４ｂ 外周壁
５、５２ リード線挿入孔
６、５３ リード線
７、５４ 絶縁封止ガラス
９ 隙間
１１ テストピース
１２ 治具

Claims (3)

1. 内部にニードル弁駆動手段を備えると共に高圧燃料が充填される筒状のインジェクタケースと、
   当該インジェクタケースの基端側開口部へ装着されると共にリード線挿入孔が形成され、当該リード線挿入孔に前記ニードル弁駆動手段に接続するリード線を挿通して外部へ引き出しハーメチックシールを施した金属基盤とを有し、
   前記ハーメチックシールの近傍に前記インジェクタケース内の高圧燃料が流入する隙間が形成されたことを特徴とする高圧燃料噴射弁。
2. 前記隙間は前記インジェクタケースの内周壁と前記金属基盤の外周面との間に形成されたことを特徴とする請求項１記載の高圧燃料噴射弁。
3. 前記隙間は前記金属基盤の前記リード線挿入孔の周囲に設けられたことを特徴とする請求項１記載の高圧燃料噴射弁。
   

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