JP2010242570A - 燃料噴射装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】複数のOリングを備えることなく、リード線取出穴の周囲の気密と新たに搭載したセンサ基盤周りの気密を確保できるようにする。
【解決手段】圧力センサ50を備え、ボデー1の軸方向他端側に、圧力制御部(3、4)に接続されたリード線を外部に取り出すリード線取出穴(18)と、高圧燃料を圧力センサ50へと導く燃料通路14とを形成し、リード線取出穴18および燃料通路14の出口部14aの両方よりもボデー1の軸方向一端側の外周面にOリング57を取り付け、Oリング57と密着するように、リード線取出穴18および燃料通路14の出口部14aを覆うカバー部材(54)を設ける。
【選択図】図2

Description

本発明は、内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射装置に関するものである。
従来、燃料噴射システムにおいては、燃料噴射装置に高圧燃料を供給するコモンレールに設けられた圧力センサ、あるいはコモンレールと燃料噴射装置の間に設けられた圧力センサにより、燃料噴射装置に導入する高圧燃料の圧力、所謂レール圧力を検出し、検出した高圧燃料の圧力をエンジンECUに通知する構成となっている。
また、燃料噴射装置は、エンジンECUより入力される電気信号に応じてノズルニードル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圧力制御部を有し、この圧力制御部により燃料の噴射制御を行うようになっている(例えば、特許文献1参照)。
特開2008−240544
しかしながら、上記したような構成の燃料噴射システムでは、燃料噴射装置に導入する高圧燃料の圧力を検出する圧力センサとエンジンECUとの間と、ノズルニードル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圧力制御部とエンジンECUとの間を別々に配線する必要があるため、車両への組み付け時における作業性が良くないといった問題がある。
そこで、圧力センサを燃料噴射装置に搭載し、この圧力センサを用いて燃料噴射装置に導入される高圧燃料の圧力を検出する構成が考えられるが、このような気密を必要とするセンサを新たに燃料噴射装置に搭載する場合、圧力制御部に接続されたリード線を外部に取り出すためのリード線取出穴の周囲の気密を確保するためのOリングの他に、新たに搭載したセンサ基盤周りの気密を確保するためのOリングが必要となるといった問題が生じる。
本発明は上記問題に鑑みたもので、複数のOリングを備えることなく、リード線取出穴の周囲の気密とセンサ基盤周りの気密を確保できるようにすることを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明は、高圧燃料を導入する燃料入口部(11)および当該燃料入口部(11)と連通する高圧燃料通路(12)を有するボデー(1)と、開弁時に燃料入口部(11)より高圧燃料通路(12)を介して導入される高圧燃料をボデー(1)の軸方向一端側に配置された噴孔(24)より噴射させるノズル(2)と、外部より入力される電気信号に応じてノズルニードル(22)に作用する圧力を制御してノズル(2)の開閉作動を制御する圧力制御部(3、4)と、を備えた燃料噴射装置であって、燃料入口部(11)より導入される高圧燃料の物理量を計測する物理量計測手段(50)を備え、ボデー(1)の軸方向他端側には、圧力制御部(3、4)に接続されたリード線を外部に取り出すリード線取出穴(18)と、燃料入口部(11)より導入される高圧燃料を物理量計測手段(50)へと導く燃料通路(14)とが形成され、リード線取出穴(18)および燃料通路(14)の出口部(14a)の両方よりもボデー(1)の軸方向一端側の外周面にOリング(57)が取り付けられ、Oリング(57)と密着するように、リード線取出穴(18)および燃料通路(14)の出口部(14a)を覆うカバー部材(54)が設けられていることを特徴としている。
このような構成によれば、圧力制御部(3、4)に接続されたリード線を外部に取り出すリード線取出穴(18)および高圧燃料を物理量計測手段(50)へと導く燃料通路(14)の出口部(14a)の両方よりもボデー(1)の軸方向一端側の外周面にOリング(57)が取り付けられ、Oリング(57)と密着するように、リード線取出穴(18)および燃料通路(14)の出口部(14a)を覆うカバー部材(54)が設けられているので、複数のOリングを備えることなく、リード線取出穴の周囲の気密と新たに搭載したセンサ基盤周りの気密を確保することができる。
また、請求項2に記載の発明は、Oリング(57)の取り付け位置よりボデー(1)の軸方向他端側に、物理量計測手段(50)を固定するための取付穴(13)が形成され、当該取付穴(13)の底面(13a)に燃料通路(14)の出口部(14a)が形成されており、物理量計測手段(50)は、取付穴(13)に取り付けられ、燃料入口部(11)より燃料通路(14)を介して取付穴(13)へ流入する高圧燃料の物理量を測定することを特徴としている。
このように、Oリング(57)の取り付け位置よりボデー(1)の軸方向他端側に、物理量計測手段(50)を固定するための取付穴(13)が形成され、当該取付穴(13)の底面(13a)に燃料通路(14)の出口部(14a)を形成し、物理量計測手段(50)は、取付穴(13)に取り付けられ、燃料入口部(11)より燃料通路(14)を介して取付穴(13)へ流入する高圧燃料の物理量を測定することができる。
また、請求項3に記載の発明は、物理量計測手段(50)は、中空筒形状に加工され、外周面に雄ネジが形成されたネジ部(51)と、当該ネジ部(51)の一端側に固着された物理量測定素子(52a)を有し、取付穴(13)は、ネジ部(51)とネジ結合するネジ穴となっており、ネジ部(51)と取付穴(13)とがネジ結合され、燃料入口部(11)より取付穴(13)へ流入する高圧燃料がネジ部(51)の中空筒形状に加工された部位(51a)を通って物理量測定素子(52a)へ到達するようになっていることを特徴としている。
このような構成によれば、中空筒形状に加工された物理量計測部(50)のネジ部(51)とボデー(1)の取付穴(13)とをネジ結合することにより、高圧燃料がネジ部(51)の中空筒形状に加工された部位(51a)を通って物理量測定素子(52a)へ到達するようになっているので、物理量計測部(50)をボデー(1)に容易に取り付けることができる。
なお、この欄および特許請求の範囲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。
本発明の一実施形態に係る燃料噴射装置を示す断面図である。 図1中のA部の拡大断面図である。 本燃料噴射装置の噴射制御に係るブロック構成を示す図である。
本発明の一実施形態に係る燃料噴射装置の全体構成を示す概略断面図を図1に示す。また、図2に、図1中のA部を拡大した図を示す。本燃料噴射装置は、図示しない内燃機関(より詳細にはディーゼルエンジン)のシリンダヘッドに装着され、コモンレール(図示せず)内に蓄積された高圧燃料を内燃機関の気筒内に噴射するものである。
図1に示すように、燃料噴射装置のボデー1は、鉄合金等の金属部材に鍛造、切削加工などを施して形成されたものであり、コモンレールからの高圧燃料が導入される燃料入口部11と、この燃料入口部11に導入された高圧燃料をボデー1の軸方向一端側に配置されたノズル2(詳細後述)に導く高圧燃料通路12と、ボデー1の軸方向他端側に形成された取付穴13(図2参照)と、高圧燃料通路12から分岐して取付穴13へと延びる高圧燃料分岐通路14と、燃料タンク(図示せず)に向けて燃料を流出させる燃料出口部15と、燃料噴射装置内の余剰燃料を燃料出口部15に導く低圧燃料通路16と、アクチュエータ4(詳細後述)が収容される円柱状の収容穴17と、アクチュエータ4のリード線411(図2参照)を外部に取り出すための円柱状のリード線取出穴18と、を備えている。
ボデー1の軸方向一端側に配置されたノズル2は、開弁時に燃料を噴射するものであり、略円筒状のノズルボデー21と、ノズルボデー21に摺動自在に保持されたノズルニードル22と、ノズルニードル22を閉弁向きに付勢するノズルスプリング23とを有している。
ノズルボデー21の軸方向一端には、高圧燃料通路12を介して燃料入口部11と連通する噴孔24が形成され、この噴孔24から高圧燃料を内燃機関の気筒内に噴出させるようになっている。この噴孔24の上流側にテーパ状の弁座25が形成されており、ノズルニードル22の先端部に形成されたシート部が弁座25に接離することにより噴孔24が開閉される。
ノズルニードル22の後端部側(すなわち、反噴孔側)には、内部の燃料圧力が高圧と低圧に切り替えられる制御室26が形成されている。そして、ノズルニードル22は、制御室26内の燃料圧力により閉弁向きに付勢されるとともに、燃料入口部11から高圧燃料通路12を介して噴孔24側に導かれる高圧燃料により開弁向きに付勢される。
ボデー1とノズル2との間には、制御室26の圧力を制御する制御弁3が配置されている。制御弁3は、第1プレート31と第2プレート32によって弁室33が形成され、この弁室33に弁体34が収容されている。なお、ボデー1、ノズル2、第1プレート31および第2プレート32は、リテーニングナット43により結合されている。
弁室33は、制御室26と常時連通している。また、弁室33は、低圧燃料通路16および高圧燃料通路12と連通可能になっている。具体的には、弁室33と低圧燃料通路16との間、および弁室33と高圧燃料通路12との間は、弁体34によって開閉される。
アクチュエータ4は、弁体34を駆動することにより制御室26の圧力を制御してノズル2の開閉作動を制御するものである。アクチュエータ4は、ピエゾ素子が多数積層されて電荷の充放電により伸縮する円柱状のピエゾアクチュエータ41と、ピエゾアクチュエータ41の伸縮変位を弁体34に伝達する伝達部42とを備えている。なお、制御弁3およびアクチュエータ4により圧力制御部が構成されている。
図3に示すように、ピエゾアクチュエータ41には、ピエゾ駆動回路130を介して電力が供給されるようになっている。このピエゾ駆動回路130は、ピエゾアクチュエータ41の伸び量を変化させるために、ピエゾアクチュエータ41への印加電圧を制御可能になっている。また、ピエゾ駆動回路130は、ピエゾアクチュエータ41への印加電圧およびピエゾアクチュエータ41への通電タイミングが、電子制御回路(以下、ECUという)140により制御される。
ECU140は、図示しないCPU、ROM、EEPROM、RAM等からなる周知のマイクロコンピュータとして構成されており、CPUはROMに記憶されたプログラムに従って演算処理を行う。なお、ECU140には、吸入空気量、アクセルペダルの踏み込み量、内燃機関回転数、コモンレール内の燃料圧等を検出する各種センサ(図示せず)から信号が入力される。
次に、上記燃料噴射装置の作動を説明する。まず、ピエゾアクチュエータ41に電荷が充電されると、ピエゾアクチュエータ41が伸長し、伝達部42を介して弁体34が図1の紙面下方に向かって駆動される。そして、弁体34が駆動されることにより、弁室33と低圧燃料通路16との間が開かれるとともに、弁室33と高圧燃料通路12との間が閉じられる。
したがって、制御室26は弁室33を介して低圧燃料通路16と連通し、制御室26の圧力が低下してノズルニードル22を閉弁向きに付勢する力が小さくなるため、ノズルニードル22が開弁向きに移動し、ノズルニードル22のシート部が弁座25から離れて噴孔24が開かれ、噴孔24から内燃機関の気筒内に燃料が噴射される。
その後、ピエゾアクチュエータ41の電荷が放電されると、ピエゾアクチュエータ41が縮小し、弁体34は図示しないスプリングにより図1の紙面上方に向かって駆動される。そして、弁体34が駆動されることにより、弁室33と低圧燃料通路16との間が閉じられるとともに、弁室33と高圧燃料通路12との間が開かれる。
したがって、制御室26は弁室33を介して高圧燃料通路12と連通し、制御室26の圧力が上昇してノズルニードル22を閉弁向きに付勢する力が大きくなるため、ノズルニードル22が閉弁向きに移動し、ノズルニードル22のシート部が弁座25に当接して噴孔24が閉じられ、燃料噴射が終了する。
本実施形態に係る燃料噴射装置は、ボデー1の軸方向他端側に、コモンレールより導入される高圧燃料の圧力を検出する圧力センサを格納したコネクタ部5を有している。
図2に示すように、コネクタ部5は、圧力センサ50、カバー部材54および位置決め部材55を含めて樹脂材料にて一体化成型(インサート成形)したものである。なお、コネクタ部5の一部としてコネクタハウジング部56が構成されている。
圧力センサ50は、金属製のネジ部51と、圧力検出素子52a、回路チップ52b、ターミナル52c等の回路部品を搭載した回路基板52と、この回路基板52を保護するための金属製のセンサカバー53と、を有している。なお、回路基板52は平面形状となっており、回路基板52と圧力検出素子52aが、ネジ部51の上面に固着されている。
ネジ部51は、ボデー1の軸方向他端側にネジ穴として形成された取付穴13とのネジ結合により、ボデー1に圧力センサ50を固定するためのものである。
ネジ部51は、中空筒形状に加工され、外周面に雄ネジが形成されており、中空筒形状に加工された部位51aにより、ボデー1の軸方向他端側に形成された取付穴13の底面13a側と、ネジ部51の上面に固着されている圧力検出素子52a側が連通している。このネジ部51の上端部の穴位置に合わせて圧力検出素子52aがネジ部51の上面に固着されている。
また、高圧燃料通路12より分岐する高圧燃料分岐通路14は、ボデー1に形成された取付穴13の底面13aへと延びている。すなわち、取付穴13の底面13aに燃料通路14の出口部(14a)が形成されている。
したがって、燃料入口部11より導入される高圧燃料は、高圧燃料通路12、高圧燃料分岐通路14、ネジ部51の中空筒形状に加工された部位51aを通って圧力検出素子52aへ到達するようになっている。
回路基板52には、圧力検出素子52a、回路チップ52b等の回路部品が搭載されており、各回路部品間は、ボンディングワイヤを用いて配線されている。
センサカバー53の上面には、複数の電極が設けられており、これらの電極は、複数本のターミナル52cを介して回路基板52に搭載された圧力検出素子52a、回路チップ52b等の回路部品に接続されている。
ボデー1の突出部19の外周部には、気密を確保するためのOリング57を取り付けるための溝が形成されており、この溝にリング状のOリング57が嵌め込まれている。具体的には、Oリング57は、リード線取出穴18および高圧燃料分岐通路14の出口部14aの両方よりもボデー1の軸方向一端側の外周面に取り付けられている。
そして、Oリング57と密着するように、リード線取出穴18および高圧燃料分岐通路14の出口部14aを覆うカバー部材54がボデー1の円筒状の突出部19に取り付けられている。
なお、Oリング57により、燃料、油、水分等が、ボデー1の突出部19とカバー部材54の隙間から圧力センサ50の内部やリード線取出穴18へ浸入するのを防止している。
カバー部材54は、圧力センサ50のネジ部51を挿通するネジ用穴部と、ピエゾアクチュエータ41に接続された給電用の2本のリード線411を挿通するリード線用穴部と、位置決めのための突起部54aを有している。
カバー部材54に設けられたリード線用穴部には、ピエゾアクチュエータ41の2本のリード線411をガイドするための2つの穴部が形成された樹脂製のブッシュガイド60が途中まで挿入されており、このブッシュガイド60の2つの穴部に別々に挿入されたピエゾアクチュエータ41の2本のリード線411がカバー部材54の上部に突出している。なお、ピエゾアクチュエータ41の2本のリード線411は、それぞれ先端部を除いて絶縁カバーが備えられている。
位置決め部材55は、ターミナル55a、55bを予め定められた位置に固定するための部材である。位置決め部材55は、複数の穴部と、これらの穴部に挿入されたターミナル55a、55bと、カバー部材54に設けられた突起部54aと嵌合する穴部55cを有している。
カバー部材54に設けられた突起部54aに位置決め部材55の穴部55cを嵌合させることにより、ターミナル55a、55bが予め定められた位置に固定されるようになっている。
ターミナル55aは、4本のターミナル(図中では、3本のみ示す)により構成されており、4本のターミナルは、それぞれ溶接によりセンサカバー53の上面に設けられた各電極と接合されている。
ターミナル55bは、2本のターミナル(図中では、1本のみ示す)により構成されており、2本のターミナルは、それぞれ溶接によりピエゾアクチュエータ41の2本のリード線411と接合されている。
コネクタハウジング部56は、圧力センサ50、カバー部材54および位置決め部材55を含めて樹脂材料にて一体化成型(インサート成形)したものの一部として構成されている。このコネクタハウジング部56は、位置決め部材55のターミナル55a、55bをコネクタ端子とした1つのコネクタとしての機能を果たす。
このコネクタハウジング部56とECU140との間は、1本のコネクタ付きケーブル(図示せず)を用いて配線されるようになっている。
次に、図2を参照して、ボデー1に対する圧力センサ50、カバー部材54、位置決め部材55の組み付け手順等について説明する。
まず、ボデー1の突出部19の外周部に、気密を確保するためのOリング57を取り付け、このOリング57を覆うようにボデー1の円筒状の突出部19にカバー部材54を固着する。
次に、ピエゾアクチュエータ41の2本のリード線411を挿入したブッシュガイド60をボデー1の一端側よりリード線取出穴18に挿入させ、カバー部材54のリード線用穴部よりピエゾアクチュエータ41の2本のリード線411を引き出しておく。
次に、圧力センサ50をボデー1の突出部19にネジ固定する。具体的には、ボデー1の突出部19に形成された取付穴13に、圧力センサ50のネジ部51を螺合させて圧力センサ50をボデー1の突出部19にネジ固定する。
次に、カバー部材54に設けられた突起部54aに位置決め部材55の穴部55cを嵌合させる。そして、この状態で、センサカバー53の上面に設けられた各電極子とターミナル55aを溶接するとともに、ピエゾアクチュエータ41の2本のリード線411と、ターミナル55bを溶接する。
次に、圧力センサ50、カバー部材54および位置決め部材55を含めて樹脂材料にて一体化成型(インサート成形)してコネクタ部5を形成する。なお、成形温度は、280〜300℃となっている。また、Oリング57は、カバー部材54に覆われており、一体化成型時の熱から保護されるようになっている。このようにして、ボデー1の他端側にコネクタハウジング部56を有するコネクタ部5が形成される。
上記した構成によれば、圧力制御部3、4に接続されたリード線を外部に取り出すリード線取出穴18および高圧燃料を圧力センサ50へと導く燃料通路14の出口部14aの両方よりもボデー1の軸方向一端側の外周面にOリング57が取り付けられ、Oリング57と密着するように、リード線取出穴18および燃料通路14の出口部14aを覆うカバー部材54が設けられているので、複数のOリングを備えることなく、リード線取出穴の周囲の気密と新たに搭載したセンサ基盤周りの気密を確保することができる。
また、Oリング57の取り付け位置よりボデー1の軸方向他端側に、圧力センサ50を固定するための取付穴13が形成され、当該取付穴13の底面13aに燃料通路14の出口部14aを形成し、物理量計測手段50は、取付穴13に取り付けられ、燃料入口部11より燃料通路14を介して取付穴13へ流入する高圧燃料の物理量を測定することができる。
また、中空筒形状に加工された圧力センサ50のネジ部51とボデー1の取付穴13とをネジ結合することにより、高圧燃料がネジ部51の中空筒形状に加工された部位51aを通って圧力測定素子52aへ到達するようになっているので、圧力センサ50をボデー1に容易に取り付けることができる。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々なる形態で実施することができる。
例えば、上記実施形態では、高圧燃料の物理量を測定する物理量測定部として高圧燃料の圧力を測定する圧力センサを備えた構成を示したが、このような圧力センサに限られるものではなく、例えば、高圧燃料の温度を測定する温度センサを備えた構成としてもよい。
また、上記実施形態では、ノズル1の開弁用アクチュエータとしてピエゾアクチュエータ41を用いた燃料噴射装置について説明したが、例えば、ノズル1の開弁用アクチュエータとしてソレノイドバルブ(電磁弁)を用いたソレノイド式燃料噴射装置に適用してもよい。
また、上記実施形態では、圧力センサ50をボデー1にネジ結合により固定した構成を示したが、ネジ結合以外の手法、例えば、接着、溶接等を用いて固定するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、ボデー1の軸方向他端側に形成された取付穴13に高圧燃料が流入するように高圧燃料分岐通路14を形成し、取付穴13に圧力センサ50を取り付ける構成を示したが、必ずしも圧力センサ50を取り付ける取付穴13に高圧燃料が流入するように構成する必要はなく、例えば、圧力センサ50のボデー1への固定位置と別の経路で高圧燃料が圧力センサ50に到達するように構成してもよい。
また、上記実施形態では、ボデー1に、高圧燃料通路12から分岐して取付穴13へと延びる高圧燃料分岐通路14が形成された構成を示したが、例えば、燃料入口部11から直接取付穴13へと延びる燃料通路を形成するように構成してもよい。
1 ボデー
2 ノズル
3、4 圧力制御部
5 コネクタ部
11 燃料入口部
12 高圧燃料通路
13 取付穴
14 高圧燃料分岐通路
15 燃料出口部
22 ノズルニードル
24 噴孔
50 圧力センサ
51 ネジ部
52a 圧力検出素子
55a 第1のターミナル
55b 第2のターミナル
56 コネクタハウジング部

Claims (3)

  1. 高圧燃料を導入する燃料入口部(11)および当該燃料入口部(11)と連通する高圧燃料通路(12)を有するボデー(1)と、開弁時に前記燃料入口部(11)より前記高圧燃料通路(12)を介して導入される高圧燃料を前記ボデー(1)の軸方向一端側に配置された噴孔(24)より噴射させるノズル(2)と、外部より入力される電気信号に応じてノズルニードル(22)に作用する圧力を制御して前記ノズル(2)の開閉作動を制御する圧力制御部(3、4)と、を備えた燃料噴射装置であって、
    前記燃料入口部(11)より導入される前記高圧燃料の物理量を計測する物理量計測手段(50)を備え、
    前記ボデー(1)の軸方向他端側には、前記圧力制御部(3、4)に接続されたリード線を外部に取り出すリード線取出穴(18)と、前記燃料入口部(11)より導入される前記高圧燃料を前記物理量計測手段(50)へと導く燃料通路(14)とが形成され、
    前記リード線取出穴(18)および燃料通路(14)の出口部(14a)の両方よりも前記ボデー(1)の軸方向一端側の外周面にOリング(57)が取り付けられ、
    前記Oリング(57)と密着するように、前記リード線取出穴(18)および前記燃料通路(14)の出口部(14a)を覆うカバー部材(54)が設けられていることを特徴とする燃料噴射装置。
  2. 前記Oリング(57)の取り付け位置より前記ボデー(1)の軸方向他端側に、前記物理量計測手段(50)を固定するための取付穴(13)が形成され、当該取付穴(13)の底面(13a)に前記燃料通路(14)の出口部(14a)が形成されており、
    前記物理量計測手段(50)は、前記取付穴(13)に取り付けられ、前記燃料入口部(11)より前記燃料通路(14)を介して前記取付穴(13)へ流入する高圧燃料の物理量を測定することを特徴とする請求項1に記載の燃料噴射装置。
  3. 前記物理量計測手段(50)は、中空筒形状に加工され、外周面に雄ネジが形成されたネジ部(51)と、当該ネジ部(51)の一端側に固着された物理量測定素子(52a)を有し、
    前記取付穴(13)は、前記ネジ部(51)とネジ結合するネジ穴となっており、
    前記ネジ部(51)と前記取付穴(13)とがネジ結合され、前記燃料入口部(11)より前記取付穴(13)へ流入する高圧燃料が前記ネジ部(51)の中空筒形状に加工された部位(51a)を通って前記物理量測定素子(52a)へ到達するようになっていることを特徴とする請求項2に記載の燃料噴射装置。
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