JP2007016678A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 ピエゾアクチュエータのリード線にコネクタのターミナルを接合する際の、誤組付けを防止し、且つ、組み付け工数を低減する。
【解決手段】 ピエゾアクチュエータ２をインジェクタボデー４に挿入しつつ、２本のリード線２１、２２の先端をインジェクタボデー４の外部に取り出す燃料噴射装置用インジェクタにおいて、ピエゾアクチュエータ２をインジェクタボデー４に挿入する際に、２本のリード線２１、２２をそれぞれ所定の位置にガイドするガイド部材８を有する。これによると、ピエゾアクチュエータ２をインジェクタボデー４に組み付けた際に、２本のリード線２１、２２のそれぞれの取り出し位置が自動的に決まる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ピエゾアクチュエータにてノズルの開閉作動を制御する燃料噴射弁に関するものである。

従来の燃料噴射装置は、コモンレール内に蓄えられた高圧燃料を燃料噴射弁（以下、インジェクタという）を介して内燃機関の各気筒の燃焼室内に噴射供給するように構成されている。インジェクタは、噴孔をニードルにて開閉して開弁時に燃料を噴射するノズルや、ニードルにおける反噴孔側に作用する圧力を制御してノズルの開閉作動を制御するピエゾアクチュエータを備えている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、車輌に搭載される内燃機関に用いられる燃料噴射装置用インジェクタは、搭載性向上や、軽量化による燃費向上等のために、小型化の要求がある。その実現手段の一つとして、インジェクタボデー形状をペンシル型と呼ばれるトップフィード形状にしたものがある。これは、インジェクタボデーの軸方向の一端（トップ）に、高圧燃料の配管が接続される構成になっている。
特開２００２−２５７００２号公報

しかしながら、このトップフィード形状の場合、インジェクタボデーの一端（トップ）側からピエゾアクチュエータを組み付けることができないため、ピエゾアクチュエータは、インジェクタボデーの他端側からの組付けとなる。

具体的には、給電用の２本のリード線を予めピエゾアクチュエータに接合しておき、まずリード線をインジェクタボデーに挿入し、続いてピエゾアクチュエータをインジェクタボデーに挿入する。そして、ピエゾアクチュエータをインジェクタボデーに挿入することによって、リード線はインジェクタボデー内を進み、リード線の先端がインジェクタボデーの外部に出てくるようになっている。

ピエゾアクチュエータをインジェクタボデーに組み付けた後に、コネクタのターミナルがピエゾアクチュエータのリード線に接合される。この時、ピエゾアクチュエータの場合は電気極性を考慮して接続しなければならないため、目視によってリード線の色や記号を選別して組付けることになる。したがって、色や記号の見間違いによる誤組付けが発生したり、色や記号の確認のために組み付け工数が大になるという問題があった。

本発明は上記点に鑑みて、ピエゾアクチュエータのリード線にコネクタのターミナルを接合する際の、誤組付けを防止し、且つ、組み付け工数を低減することを目的とする。

請求項１記載の発明では、ピエゾアクチュエータ（２）をインジェクタボデー（４）に挿入しつつ、２本のリード線（２１、２２）の他端をインジェクタボデー（４）の外部に取り出すように構成された燃料噴射装置用インジェクタにおいて、２本のリード線（２１、２２）が貫通するガイド部材（８）がインジェクタボデー（４）に装着され、ガイド部材（８）は、ピエゾアクチュエータ（２）をインジェクタボデー（４）に挿入する際に、２本のリード線（２１、２２）をそれぞれ所定の取り出し位置にガイドする２つの孔部（８１、８２）を有することを特徴としている。

これによると、ピエゾアクチュエータをインジェクタボデーに組み付けた際に、２本のリード線のそれぞれの取り出し位置が自動的に決まるため、リード線にコネクタのターミナルを接合する際の誤組付けを防止することができる。また、リード線の色や記号の確認が不要になるため、組み付け工数を低減することができる。

請求項２記載の発明では、芯線（２１１、２２１）を覆う被覆部材（２１２、２２２）の外径が一方のリード線と他方のリード線とで異なることを特徴としている。

これによると、被覆部材の外径が異なることを利用して、２本のリード線をそれぞれ所定の取り出し位置にガイドすることができる。

請求項３記載の発明では、一方の孔部（８１）は太いリード線（２１）が貫通可能な大きさであり、他方の孔部（８２）は細いリード線（２２）のみが貫通可能な大きさであることを特徴としている。

これによると、太いリード線は他方の孔部には侵入不可能であるため必ず一方の孔部に侵入する。これに伴い、細いリード線は他方の孔部に侵入する。したがって、２本のリード線をそれぞれ所定の取り出し位置に確実にガイドすることができる。

請求項４記載の発明では、太いリード線（２１）の長さが細いリード線（２２）の長さよりも長いことを特徴としている。

ところで、細いリード線が太いリード線よりも先にガイド部材に到達した場合、細いリード線は一方の孔部および他方の孔部のいずれにも侵入可能である。

これに対し、請求項４記載の発明によると、長くて太いリード線が短くて細いリード線よりも先にガイド部材に到達し、この際、太いリード線は、他方の孔部には侵入不可能であるため必ず一方の孔部に侵入する。また、短くて細いリード線が一方の孔部および他方の孔部の近傍に到達した時点では、太いリード線によって一方の孔部が塞がれているため、細いリード線は必ず他方の孔部に侵入する。したがって、２本のリード線をそれぞれ所定の取り出し位置に確実にガイドすることができる。

請求項５記載の発明では、ガイド部材（８）が、２本のリード線（２１、２２）を孔部（８１、８２）側にガイドするテーパ面（８３）を有することを特徴としている。

これによると、ピエゾアクチュエータをインジェクタボデーに挿入する際に、リード線はテーパ面にガイドされて孔部側にスムーズにガイドされる。

請求項７記載の発明では、ガイド部材（８）は、ピエゾアクチュエータ（２）の挿入方向に沿って２本のリード線（２１、２２）が移動する領域で、２本のリード線（２１、２２）をガイドすることを特徴としている。

ところで、インジェクタボデーがトップフィード形状である場合、インジェクタボデーの側面からリード線を取り出す必要があるため、ピエゾアクチュエータの挿入方向とリード線の取り出し方向とが一致しない。したがって、ピエゾアクチュエータをインジェクタボデーに組み付ける際に、リード線は屈曲した部位を通過することになる。

このような場合、リード線が屈曲した後の領域でリード線をガイドするよりも、請求項７記載の発明のようにピエゾアクチュエータの挿入方向に沿ってリード線が移動する領域でリード線をガイドする方が、ガイド部材はリード線をスムーズにガイドすることができる。

なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る燃料噴射装置用インジェクタの部分断面図、図２は図１のインジェクタの概略内部構成を示す模式的な断面図、図３は図１のリード線を単体で示す斜視図である。

まず、図２に基づいて、インジェクタの基本的な構成、作動について説明する。インジェクタは、コモンレール（図示せず）内に蓄えられた高圧燃料をディーゼル内燃機関（図示せず）の気筒内に噴射するものであり、開弁時に燃料を噴射するノズル１、電荷の充放電により伸縮するピエゾアクチュエータ２、ピエゾアクチュエータ２により駆動されてノズル１の背圧を制御する背圧制御機構３を備えている。

ノズル１は、噴孔１１が形成されたノズルボデー１２、ノズルボデー１２の弁座に接離して噴孔１１を開閉するニードル１３、ニードル１３を閉弁向きに付勢するスプリング１４を備えている。

ピエゾアクチュエータ２は、図示しない電源の正極端子に接続される正極リード線２１と、電源の負極端子に接続される負極リード線２２とを備えている。

背圧制御機構３のバルブボデー３１内には、ピエゾアクチュエータ２の伸縮に追従して移動するピストン３２、ピストン３２をピエゾアクチュエータ２側に向かって付勢する皿ばね３３、ピストン３２に駆動される球状の弁体３４が収納されている。因みに、図２ではバルブボデー３１を１つの部品として図示しているが、実際には複数に分割されている。

略円筒状のインジェクタボデー４は、その径方向中心部に、インジェクタ軸線方向に延びる段付き円柱状の収納孔４１が形成されており、この収納孔４１にピエゾアクチュエータ２および背圧制御機構３が収納されている。また、略円筒状のリテーナ５をインジェクタボデー４に螺合させることにより、インジェクタボデー４の端部にノズル１が保持されている。

ノズルボデー１２、インジェクタボデー４、およびバルブボデー３１には、コモンレールから常に高圧燃料が供給される高圧通路６が形成され、インジェクタボデー４およびバルブボデー３１には、図示しない燃料タンクに接続される低圧通路７が形成されている。

ニードル１３における噴孔１１側の外周面とノズルボデー１２の内周面との間には、高圧室１５が形成されている。この高圧室１５は、ニードル１３が開弁方向に変位した際に噴孔１１と連通する。また、高圧室１５には、高圧通路６を介して常に高圧燃料が供給されている。ニードル１３における反噴孔側には背圧室１６が形成されている。この背圧室１６には前述したスプリング１４が配置されている。

バルブボデー３１には、バルブボデー３１内の高圧通路６とノズル１の背圧室１６とを連通させる経路中に高圧シート面３５が形成され、バルブボデー３１内の低圧通路７とノズル１の背圧室１６とを連通させる経路中に低圧シート面３６が形成されている。そして、高圧シート面３５と低圧シート面３６との間に前述した弁体３４が配置されている。

上記構成において、ピエゾアクチュエータ２が縮んだ状態では、図２に示すように弁体３４が低圧シート面３６に接して背圧室１６は高圧通路６と接続され、背圧室１６には高圧の燃料圧が導入される。そして、この背圧室１６内の燃料圧とスプリング１４とによってニードル１３が閉弁向きに付勢されて噴孔１１が閉じられている。

一方、ピエゾアクチュエータ２に電圧が印加されてピエゾアクチュエータ２が伸びた状態では、弁体３４が高圧シート面３５に接して背圧室１６は低圧通路７と接続され、背圧室１６内は低圧になる。そして、高圧室１５内の燃料圧によってニードル１３が開弁向きに付勢されて噴孔１１が開かれ、この噴孔１１から内燃機関の気筒内へ燃料が噴射される。

次に、本実施形態のインジェクタの具体的な構成について説明する。図１に示すように、インジェクタボデー４における反ノズル側の端部（以下、トップという）に、燃料の導入口４２および配管接続用の雄ねじ部４３が形成されている。そして、インジェクタボデー４のトップに高圧燃料の配管が接続されて、コモンレールから高圧燃料がインジェクタに供給されるようになっている。

インジェクタボデー４には、前述したように、その径方向中心部に、インジェクタ軸線方向に延びる円柱状の収納孔４１が形成されている。また、インジェクタボデー４には、収納孔４１とインジェクタボデー４の外部とを連通させる円柱状の連通孔４４が形成されている。

連通孔４４は、インジェクタ軸線に対して傾斜している。具体的には、連通孔４４は、インジェクタボデー４の径方向中心側からインジェクタボデー４の外部側に行くにしたがって、インジェクタボデー４のトップに近づくように傾斜している。

連通孔４４には、ピエゾアクチュエータ２の２本のリード線２１、２２をそれぞれ所定の取り出し位置にガイドするガイド部材８が挿入されている。このガイド部材８は、ガラス繊維入りナイロン等の樹脂にて、段付き円筒状に形成されている。

図３に示すように、ピエゾアクチュエータ２の２本のリード線２１、２２は、導電性の芯線２１１、２２１の外周側が電気絶縁性を有する被覆部材２１２、２２２にて覆われている。そして、正極リード線２１の被覆部材２１２の外径が、負極リード線２２の被覆部材２２２の外径よりも大きくなっている。また、正極リード線２１が負極リード線２２よりも長くなっている。

次に、ガイド部材８について図４〜６に基づいて説明する。なお、図４はガイド部材８を単体で示す断面図、図５は図４のＡ矢視図、図６は図４のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。

図４〜６に示すように、ガイド部材８には、径が異なる円柱状の第１孔部８１と第２孔部８２が形成されている。第１孔部８１の径は、正極リード線２１の被覆部材２１２の外径よりも僅かに大きく設定されていて、正極リード線２１が貫通可能になっている。一方、第２孔部８２の径は、負極リード線２２の被覆部材２２２の外径よりも僅かに大きく、且つ、正極リード線２１の被覆部材２１２の外径よりも小さく設定されていて、２本のリード線２１、２２のうち負極リード線２２のみが貫通可能になっている。

第１孔部８１と第２孔部８２は、インジェクタ外部側（図４の紙面上方）に近い部位では分離されている。また、第１孔部８１と第２孔部８２は、ガイド部材８の軸方向中間部付近からインジェクタ内部側（図４の紙面下方）にかけては繋がっている。そして、ガイド部材８の軸方向中間部付近では、第１孔部８１と第２孔部８２を、それらに共通の接線で結んだ形状になっており（図６参照）、また、インジェクタ内部側に近い部位は、インジェクタ外部側からインジェクタ内部側に向かってテーパ状に拡がるテーパ面８３が形成されている。

ガイド部材８の外周部には、Ｏリング８４（図１参照）が挿入される環状の溝８５が形成されている。

ガイド部材８には、導電性金属よりなる２つのターミナル８６、８７がインサート成形によって一体化されている。これらのターミナル８６、８７は、ガイド部材８におけるインジェクタ外部側端面から突出している。そして、正極ターミナル８６は、第１孔部８１に隣接して配置され、負極ターミナル８７は、第２孔部８２に隣接して配置されている。

次に、ピエゾアクチュエータ２の、インジェクタボデー４への組み付けについて説明する。

まず、インジェクタボデー４の連通孔４４にガイド部材８を挿入する。なお、この時点では、インジェクタボデー４にはガイド部材８以外は組み付けられていない。次いで、インジェクタボデー４の収納孔４１にリード線２１、２２を挿入し、引き続いてピエゾアクチュエータ２の本体部を収納孔４１に押し込むようにして挿入する。

このピエゾアクチュエータ２の本体部を収納孔４１に押し込む過程において、長くて太い正極リード線２１が短くて細い負極リード線２２よりも先に、ガイド部材８に到達し、正極リード線２１はテーパ面８３にガイドされて第１孔部８１および第２孔部８２側にスムーズにガイドされる。

ここで、第２孔部８２の径は正極リード線２１の径よりも小さいため、正極リード線２１は、第２孔部８２には侵入不可能であり、必ず第１孔部８１に侵入する。

この後、負極リード線２２が第１孔部８１および第２孔部８２の近傍に到達した時点では、正極リード線２１によって第１孔部８１が塞がれているため、負極リード線２２は必ず第２孔部８２に侵入する。

そして、ピエゾアクチュエータ２の本体部を収納孔４１の奥まで押し込むと、正極リード線２１は第１孔部８１内を進み、正極リード線２１の先端が正極ターミナル８６に対向する位置にガイドされ、同様に、負極リード線２２は第２孔部８２内を進み、負極リード線２２の先端が負極ターミナル８７に対向する位置にガイドされる。

以上のようにして、ピエゾアクチュエータ２の、インジェクタボデー４への組み付けが完了した後に、正極リード線２１と正極ターミナル８６を接合するとともに、負極リード線２２と負極ターミナル８７を接合する。その後、２次モールドによってコネクタハウジング（図示せず）をガイド部材８に一体に成形する。

さらに、インジェクタボデー４に背圧制御機構３を収納し、リテーナ５をインジェクタボデー４に螺合させてノズル１を保持することにより、図１に示すインジェクタが完成する。

本実施形態によると、ピエゾアクチュエータ２をインジェクタボデー４に組み付けた際に、２本のリード線２１、２２のそれぞれの取り出し位置が自動的に決まるため、リード線２１、２２にコネクタのターミナル８６、８７を接合する際の誤組付けを防止することができる。また、リード線２１、２２の色や記号の確認が不要になるため、組み付け工数を低減することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。図７は第２実施形態に係るインジェクタにおける要部の断面図である。本実施形態は、ガイド部材８の装着位置を変更したものである。なお、第１実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。

図７に示すように、ガイド部材８は、インジェクタボデー４の段付き状の収納孔４１のうち奥に位置する小径の収納孔４１ａに挿入されている。また、ガイド部材８は、第１孔部８１および第２孔部８２の軸線がインジェクタ軸線と略平行になるようにして挿入されている。換言すると、ピエゾアクチュエータ２をインジェクタボデー４に組み付ける際のピエゾアクチュエータ２の挿入方向と、第１孔部８１および第２孔部８２の軸線が、略平行になっている。

ところで、第１実施形態では、インジェクタボデー４の連通孔４４がインジェクタ軸線に対して傾斜しているため、ピエゾアクチュエータ２の挿入方向と第１孔部８１および第２孔部８２の軸線もある角度を有している。したがって、ピエゾアクチュエータ２をインジェクタボデー４に組み付ける際、２本のリード線２１、２２は屈曲した後に第１孔部８１および第２孔部８２に侵入しなければならない。

これに対し、本実施形態では、ピエゾアクチュエータ２をインジェクタボデー４に組み付ける際、２本のリード線２１、２２がピエゾアクチュエータ２の挿入方向と略平行に進んでいる時点で、２本のリード線２１、２２が第１孔部８１および第２孔部８２に侵入するため、２本のリード線２１、２２は第１孔部８１および第２孔部８２にスムーズに侵入することができる。

（他の実施形態）
上記各実施形態において、ガイド部材８の軸方向中間部付近で第１孔部８１と第２孔部８２が繋がっている部位の形状は、図８（図４のＸ−Ｘ断面相当）に示すように、第１孔部８１と第２孔部８２を、第２孔部８２の平行な２つの接線で結んだ形状でもよい。

或いは、図９（図４のＸ−Ｘ断面相当）に示すように、ガイド部材８の軸方向中間部付近で第１孔部８１と第２孔部８２を繋がない形状であってもよい。但し、ガイド部材８におけるインジェクタ内部側に近い部位には、上記各実施形態と同様にテーパ面８３（図４参照）を設けた方が望ましい。これによると、ガイド部材８を切削加工する場合は、第１孔部８１と第２孔部８２を繋ぐ部位の加工が不要であるため、加工が容易で且つ加工工数が少なくなり、ガイド部材８を成形する場合は、成型用の型が簡素となる。

上記各実施形態では、正極リード線２１を負極リード線２２よりも太く長くしたが、負極リード線２２を正極リード線２１よりも太く長くしてもよい。この場合、負極リード線２２が第１孔部８１内に侵入するため、負極ターミナル８７を第１孔部８１に隣接して配置するとともに、正極リード線２１が第２孔部８２内に侵入するため、正極ターミナル８６を第２孔部８２に隣接して配置する。

本発明の第１実施形態に係る燃料噴射装置用インジェクタの部分断面図である。 図１のインジェクタの概略内部構成を示す模式的な断面図である。 図１のリード線を単体で示す斜視図である。 図１のガイド部材を単体で示す断面図である。 図４のＡ矢視図である。 図４のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。 本発明の第２実施形態に係るインジェクタにおける要部の断面図である。 ガイド部材の変形例を示す断面図である。 ガイド部材の他の変形例を示す断面図である。

符号の説明

１…ノズル、２…ピエゾアクチュエータ、４…インジェクタボデー、８…ガイド部材、２１、２２…リード線。

Claims (7)

1. 筒状のインジェクタボデー（４）内に収納され、電荷の充放電により伸縮するピエゾアクチュエータ（２）と、
   一端が前記ピエゾアクチュエータ（２）に接合された給電用の２本のリード線（２１、２２）と、
   前記ピエゾアクチュエータ（２）の伸縮に応じて開弁または閉弁して開弁時に燃料を噴射するノズル（１）とを備え、
   前記ピエゾアクチュエータ（２）を前記インジェクタボデー（４）に挿入しつつ、前記２本のリード線（２１、２２）の他端を前記インジェクタボデー（４）の外部に取り出すように構成された燃料噴射弁において、
   前記２本のリード線（２１、２２）が貫通するガイド部材（８）が前記インジェクタボデー（４）に装着され、
   前記ガイド部材（８）は、前記ピエゾアクチュエータ（２）を前記インジェクタボデー（４）に挿入する際に、前記２本のリード線（２１、２２）をそれぞれ所定の取り出し位置にガイドする２つの孔部（８１、８２）を有することを特徴とする燃料噴射弁。
2. 前記２本のリード線（２１、２２）は、導電性の芯線（２１１、２２１）が絶縁性の被覆部材（２１２、２２２）にて覆われており、
   前記被覆部材（２１２、２２２）の外径が一方のリード線と他方のリード線とで異なることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
3. 前記２つの孔部（８１、８２）のうち一方の孔部（８１）は、前記被覆部材（２１２）の外径が大きい方のリード線（２１）が貫通可能な大きさであり、
   他方の孔部（８２）は、前記２本のリード線（２１、２２）のうち前記被覆部材（２２２）の外径が小さい方のリード線（２２）のみが貫通可能な大きさであることを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射弁。
4. 前記被覆部材（２２２）の外径が大きい方のリード線（２１）の長さが、前記被覆部材（２２２）の外径が小さい方のリード線（２２）の長さよりも長いことを特徴とする請求項３に記載の燃料噴射弁。
5. 前記ガイド部材（８）は、前記ピエゾアクチュエータ（２）を前記インジェクタボデー（４）に挿入する際に、前記２本のリード線（２１、２２）を前記孔部（８１、８２）側にガイドするテーパ面（８３）を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の燃料噴射弁。
6. 前記２つの孔部（８１、８２）は分離されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の燃料噴射弁。
7. 前記ピエゾアクチュエータ（２）の挿入方向と、前記２本のリード線（２１、２２）における他端の取り出し方向とが所定の角度を有し、
   前記ガイド部材（８）は、前記ピエゾアクチュエータ（２）の挿入方向に沿って前記２本のリード線（２１、２２）が移動する領域で、前記２本のリード線（２１、２２）をガイドすることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の燃料噴射弁。

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