JP2011052559A - 内燃機関の燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】大幅なコストアップが無く、燃料噴射装置における燃料噴射弁の可動弁の開弁時・閉弁時に発生する振動及び騒音を低減できる内燃機関の燃料噴射弁を提供することにある。
【解決手段】固定コア４の外周であって、燃料噴射弁１をエンジンの噴射弁挿入部２５に挿入してエンジンに取り付ける際に、燃料噴射弁１が噴射弁挿入部２５に当接する噴射弁固定部２３に形成された振動吸収材１８ａの皮膜を備える。また、燃料噴射弁１をエンジンに取り付ける際に、燃料噴射弁１の上部を固定する噴射弁被固定部２４形成された振動吸収材１８ｂの皮膜を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射弁に係り、特に、燃料噴射弁の作動音と作動に伴う振動を低減可能な燃料噴射弁取付構造を有する内燃機関の燃料噴射弁に関する。

内燃機関では、燃料噴射弁の可動弁を適切な噴射タイミング・時間で開閉制御して、運転状態に応じた燃料量を供給している。この時の可動弁の開閉により、作動音・振動が発生すると共に、燃料噴射に伴う圧力脈動、更に連通したシリンダヘッド、燃料供給装置に振動が伝わり、運転時の騒音となっている。

近年、自動車におけるＮＶＨ（Noise・Vibration・Harshness）が改良されている中で、燃料噴射弁の稼動による作動音及び振動伝播による騒音が問題となっている。更に最近は、排気成分のクリーン化に向け、１回の燃焼に対して数回燃料を噴射する多段噴射が検討されており、それだけ、振動・騒音が問題となる。

それに対して、燃料噴射弁の支持部に制振性を有するダンパー手段を備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、燃料噴射弁の外側に、ゴム材を含む軟質樹脂を成形して、放射騒音を低減するものが知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００７−１９８２２６号明細書 特開２００４−２９３３１３号明細書

しかしながら、特許文献１に記載のものでは、新たに制振性を有する部品を追加し、複雑な構造となる為、コストアップが懸念される。

また、特許文献２に記載のものでは、軟質樹脂を成形する為の型が必要になる点でコストアップとなる。また、放射騒音に対する効果は期待できるが、他の接触部品に伝わる振動の低減に関しては、考慮されていない。

本発明の目的は、大幅なコストアップが無く、燃料噴射装置における燃料噴射弁の可動弁の開弁時・閉弁時に発生する振動及び騒音を低減できる内燃機関の燃料噴射弁を提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、コイルを有する固定コアと、該固定コアに取り付けられ、その内部をプランジャが往復動可能であり、該プランジャの先端の可動弁と接触する弁座面を有するノズルとを有し、前記コイルに通電することにより、前記プランジャを前記固定コア側に吸引して、前記弁座面から前記可動弁を離して燃料を噴射し、前記コイルを非通電とすることで、燃料噴射を停止する内燃機関の燃料噴射弁であって、前記固定コアの外周であって、前記燃料噴射弁をエンジンの噴射弁挿入部に挿入して前記エンジンに取り付ける際に、前記燃料噴射弁が前記噴射弁挿入部に当接する噴射弁固定部，及び前記燃料噴射弁を前記エンジンに取り付ける際に、前記燃料噴射弁の上部を固定する噴射弁被固定部の少なくとも一方に形成された振動吸収材の皮膜を備えるようにしたものである。
かかる構成により、大幅なコストアップが無く、燃料噴射装置における燃料噴射弁の可動弁の開弁時・閉弁時に発生する振動及び騒音を低減できるものとなる。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記振動吸収材は、内部損失が大きい材料である。

（３）上記（２）において、好ましくは、前記噴射弁被固定部とエンジン側の固定治具の間に設けられ、噴射弁への固定荷重が前記振動吸収材の厚みが減少したとしても必要な荷重が確保される荷重付加部材を備えるようにしたものである。

（４）上記（１）において、好ましくは、前記噴射弁固定部に配置されたスペーサを備え、前記振動吸収材は、前記スペーサの表面に形成されるものである。

（５）上記（１）において、好ましくは、前記振動吸収材は、シール機能を有するものである。

本発明の第1の実施形態による燃料噴射弁を用いた燃料噴射装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第1の実施形態による燃料噴射弁の構成を示す縦断面図である。 本発明の第1の実施形態による燃料噴射弁の固定構造を示す縦断面図である。 本発明の第1の実施形態による燃料噴射弁の固定に用いる固定荷重付加部材の変形量と固定荷重の説明図である。 本発明の第1の実施形態による燃料噴射弁の構成を示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態による燃料噴射弁の構成を示す縦断面図である。 本発明の第２の実施形態による燃料噴射弁の構成を示す斜視図である。 本発明の第３の実施形態による燃料噴射弁の構成を示す縦断面図である。 本発明の第３の実施形態による燃料噴射弁に用いるスペーサの構成を示す断面図である。

以下、図１〜図５を用いて、本発明の第1の実施形態による燃料噴射弁の構成について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態による燃料噴射弁を用いた燃料噴射装置の構成について説明する。
図１は、本発明の第1の実施形態による燃料噴射弁を用いた燃料噴射装置の構成を示すブロック図である。

燃料噴射制御装置であるＥＣＵ（Engine Control Unit）１９には、エンジンの状態に適応した最適な燃料噴射を行うために、回転数，Ｂｏｏｓｔ（吸入管負圧），吸入空気量，吸気温度，水温，燃料圧力等を検出可能なセンサからのセンサ値（測定値）が取り込まれる。

ＥＣＵ１９は、各センサで検知された測定値をもとに最適な噴射量を演算する噴射量演算部１９Ａと、噴射量演算部１９Ａの演算の結果をもとに噴射時間を演算する噴射時間演算部１９Ｂと、燃料噴射弁１に供給する燃料の圧力を制御する燃圧制御部１９Ｃとを備えている。噴射時間演算部１９Ｂで算出された噴射パルス幅Ｔｉは、ドライバユニット２１に供給される。

ドライブユニット２１は、供給された噴射パルス幅Ｔｉに対応して、駆動電流を発生させ、燃料噴射弁１の可動弁を磁気力で吸引して開弁させ、噴射パルス幅Ｔｉに対応した時間開弁した状態を保持し、その後閉弁する。

また、燃圧制御部１９Ｃからの制御信号は、ポンプ２０に供給され、ポンプ２０から吐出される燃料の圧力が所定圧力となるように制御される。

次に、図２を用いて、本実施形態による燃料噴射弁の構成について説明する。
図２は、本発明の第1の実施形態による燃料噴射弁の構成を示す縦断面図である。

本実施形態の燃料噴射弁は、ガソリン等の燃料をエンジンの気筒（燃焼室）に直接噴射する燃料噴射弁である。

燃料噴射弁１は、中空の固定コア４と、ハウジングを兼ねるヨーク５と、プランジャ６と、ノズル３とを有する。プランジャ６は、その先端に可動弁７を備えている。

ヨーク５とノズル３と固定コア４とは、溶接により結合される。ヨーク５の内側には、電磁コイル２が組み込まれる。電磁コイル２は、ヨーク５とコネクタモールド１５とノズル３の一部によって、シール性を保って覆われている。

ノズル３の内部には、プランジャ６が軸方向に移動可能に組み込まれている。ノズル３の先端には、ノズルボディの一部となるオリフィスプレート１２が溶接により固定されている。オリフィスプレート１２は、燃料が噴射するオリフィス１１を備えている。

また、ノズル３の外周には、燃焼ガスシール用のチップシール２６が備えられている。

固定コア４の内部には、プランジャ６をオリフィスプレート１２の弁座面１０に押し付けるリターンスプリング９と、このリターンスプリング９のばね力を調整するアジャスタ１６と、フィルタ１４とが組み込まれている。

ノズル３の内部及びオリフィスプレート１２の内部には、プランジャ６の軸方向の移動を案内するプランジャガイド部材８が設けられている。プランジャガイド部材８は、オリフィスプレート１２に固定されている。

コネクタモールド１５には、電磁コイル２に励磁電流（パルス電流）を供給するコネクタ部が設けられ、コネクタモールド１５により絶縁されたリード端子の一部がコネクタ部に位置する。

リード端子を介して、外部駆動回路（図示せず）によりヨーク５に収納された電磁コイル２を励磁すると、固定コア４、ヨーク５が磁気回路を形成し、プランジャ６は固定コア４側にリターンスプリング９の力に抗して磁気吸引され、亜動弁７は弁座面１０から離れ開弁状態になり、外部高圧ポンプ（図示せず）で予め昇圧（１ＭＰａ以上）されている燃料噴射弁１の内部の燃料が、オリフィス１１から噴射される。

電磁コイル２の励磁をオフすると、リターンスプリング９の力で可動弁８が弁座面１０に押し付けられ閉弁状態になる。

ここで、開弁時、質量を持った可動弁７は、固定コア４の側へ移動し、固定コア４と衝突し、開弁振動及び衝突音を発生させる。また、閉弁時にも、可動弁７は、オリフィスプレート１２の側へ移動し、オリフィスプレート１２と衝突し、閉弁振動及び衝突音を発生させる。

なお、本実施形態においては、燃料噴射弁１の外周の２カ所に、振動吸収材１８ａ，１８ｂの皮膜が形成されているが、この点については、図３以降を用いて説明する。

次に、図３及び図４を用いて、本実施形態による燃料噴射弁の固定構造について説明する。
図３は、本発明の第1の実施形態による燃料噴射弁の固定構造を示す縦断面図である。図４は、本発明の第1の実施形態による燃料噴射弁の固定に用いる固定荷重付加部材の変形量と固定荷重の説明図である。

図３に示すように、燃料噴射弁１の下部先端は、エンジンの噴射弁挿入部（シリンダヘッド）２５に挿入される。また、燃料噴射弁１の上部には、固定荷重付加部材２７を挟んで、燃料供給兼噴射弁固定治具２２により、燃焼ガス圧により外れない様に押さえられる。なお、燃料供給兼噴射弁固定治具２２は、シリンダヘッドカバー等に取り付けられる。シリンダヘッドカバーは、噴射弁挿入部（シリンダヘッド）２５に固定される。

ここで、固定荷重付加部材２７は、バネ性を有しており、例えば図３に示す変形量と固定荷重の関係を持っている。

燃料噴射弁１は、噴射弁挿入部（シリンダヘッド）２５との間で、噴射弁固定部２４で当接支持される。この固定部２４で、燃料噴射弁１の開弁時・閉弁時の振動が噴射弁挿入部２５に伝達され、更に噴射弁挿入部２５の振動が外部へ輻射され、振動・騒音となる。

また、燃料噴射弁１は、燃料供給兼噴射弁固定治具２２との間で噴射弁被固定部２３で固定される。ここで、燃料噴射弁１の振動は、燃料供給兼噴射弁固定治具２２に伝達され、振動が外部へ輻射され振動・騒音となる。

次に、図２及び図５を用いて、本実施形態による燃料噴射弁の防振構造について説明する。
図５は、本発明の第1の実施形態による燃料噴射弁の構成を示す斜視図である。

本実施形態においては、図２に示したように、第１に、燃料噴射弁１の外周の所定の箇所に、振動吸収材１８ａの皮膜が形成されている。振動吸収材１８ａの皮膜が形成される箇所は、図３及び図５に示した、燃料噴射弁１が噴射弁挿入部２５（シリンダヘッド）に挿入された際に当接する、噴射弁固定部２４である。

第２は、図２に示したように、燃料噴射弁１の外周の他の所定の箇所に、振動吸収材１８ｂの皮膜が形成されている。振動吸収材１８ｂの皮膜が形成される箇所は、図３及び図５に示した、燃料噴射弁１の上部を固定する燃料供給兼噴射弁固定治具２２と当接する、噴射弁被固定部２３である。

ここで、振動吸収材１８ａ，１８ｂとしては、内部損失の大きい材料を用いている。内部損失の大きい材料としては、自動車のアンダーボディーコート材やゴム等がある。これらの材料を、噴射弁固定部２４及び噴射弁被固定部２３に被覆し、乾燥させることで、皮膜を形成する。皮膜の厚さは、例えば１ｍｍ以下と薄くする構造として、制振効果を持たせると共に、噴射弁取付時の位置決め精度を確保する。更に、図４に示したように、変形量に対する固定荷重が大きく変化しない荷重特性の支持部材とすることで、長期の使用期間に発生しうる、つぶれ等の寸法変化にも、燃料噴射弁１の固定荷重が確保できる様にしている。

以上のように、２ヶ所振動吸収材１８ａ，１８ｂの皮膜を燃料噴射弁１の外周に形成し、その後燃料噴射弁１を固定することにより、複雑な構造も無く部品点数も増えない。組立工数としては増えないため、比較的安価に噴射弁挿入部２５（シリンダヘッド）と燃料供給兼噴射弁固定治具２２への振動伝達及び騒音を低減できる。

なお、振動吸収材１８ａ，１８ｂの皮膜は、噴射弁固定部２４及び噴射弁被固定部２３の両方に形成しているが、いずれか一方に形成してもよいものである。振動の伝達及び騒音を低減するためには、両方に形成する方が効果的である。

また、燃料供給兼噴射弁固定治具２２と噴射弁挿入部２５にコーティングして皮膜を形成するようにすることもできる。

さらに、燃料供給兼噴射弁固定治具２２との間の噴射弁被固定部２３の振動吸収材１８ｂに関しては、コーティング材に、シリコンゴム等を用いることでシール機能を持たせることができるため、コネクタモールド１５とヨーク５の間の水侵入等防止もできる。

以上説明したように、本実施形態によれば、特に部品を追加することなく燃料噴射弁の作動に伴い発生する振動を、他の部品への伝達を低減できると供に、放射音を低減することができる。

次に、図６及び図７を用いて、本発明の第２の実施形態による燃料噴射弁の構成について説明する。
図６は、本発明の第２の実施形態による燃料噴射弁の構成を示す縦断面図である。図７は、本発明の第２の実施形態による燃料噴射弁の構成を示す斜視図である。

本実施形態による燃料噴射弁１Ａの基本的な構成は、図２に示したものと同様である。ただし、図２における２カ所の振動吸収材１８ａ，１８ｂの皮膜に代えて、燃料噴射弁１Ａの外周に、振動吸収材１８ｃの皮膜を形成するようにしている。振動吸収材１８ｃの皮膜を形成する箇所は、図６及び図７に示すように、燃料噴射弁１Ａの外周の内、コネクタモールド１５を除いた金属部であり、噴口側の下限は、燃焼ガスシール用のチップシール２６の直前までとしている。

振動・音低減のためには、燃料噴射弁１に当接する部品への伝達低減と共に、燃料噴射弁１Ａ，そのものから発生・輻射する振動・音を低減する必要がある。そこで、図６及び図７に示したように、燃料噴射弁の外周全体に、内部損失の大きな材料からなる振動吸収材１８ｃの皮膜を形成している。通常、金属部からの輻射が影響度が高いため、コネクタモールド１５を除いた金属部に皮膜を形成することで、制振・騒音低減効果が期待できる。

以上のように、コネクタモールド１５を除いた金属部に振動吸収材１８ｃの皮膜を形成し、その後燃料噴射弁１Ａを固定することにより、複雑な構造も無く部品点数も増えない。組立工数としては増えないため、比較的安価に噴射弁挿入部２５（シリンダヘッド）と燃料供給兼噴射弁固定治具２２への振動伝達及び騒音を低減できる。

以上説明したように、本実施形態によれば、特に部品を追加することなく燃料噴射弁の作動に伴い発生する振動を、他の部品への伝達を低減できると供に、放射音を低減することができる。

次に、図８及び図９を用いて、本発明の第３の実施形態による燃料噴射弁の構成について説明する。
図８は、本発明の第３の実施形態による燃料噴射弁の構成を示す縦断面図である。図９は、本発明の第３の実施形態による燃料噴射弁に用いるスペーサの構成を示す断面図である。

図８に示すように、燃料噴射弁１は、スペーサ２８を介して、噴射弁挿入部（シリンダヘッド）２５に挿入され、固定荷重付加部材２７を挟んで、燃料供給兼噴射弁固定治具２２により、燃焼ガス圧により外れない様に押さえられる。この時、スペーサ２８は、燃料供給兼噴射弁固定治具２２と噴射弁挿入部２５に軸ずれ等が多少あっても、燃料噴射弁１に異常な荷重が掛からないように許容する機能がある。

図９に示したスペーサ２８は、取付荷重に耐えられるように、金属製であり、噴射弁固定部２４の周辺断面は、例えばＲ形状となっており、燃料噴射弁１の中心軸が若干傾けるような形状となっている。

また、スペーサ２８の表面には、振動吸収材１８ｄの皮膜を形成しており、振動伝達低減可能な構造となっている。

以上のように、スペーサ２８の表面には、振動吸収材１８ｄの皮膜を形成し、その後燃料噴射弁１を固定することにより、複雑な構造も無く部品点数も増えない。組立工数としては増えないため、比較的安価に噴射弁挿入部２５（シリンダヘッド）への振動伝達及び騒音を低減できる。

以上説明したように、本実施形態によれば、特に部品を追加することなく燃料噴射弁の作動に伴い発生する振動を、他の部品への伝達を低減できると供に、放射音を低減することができる。

１…燃料噴射弁
２…コイル
３…ノズル
４…固定コア
５…ヨーク
６…プランジャ
７…可動弁
８…プランジャガイド部材
９…リターンスプリング
１０…弁座面
１１…オリフィス
１２…オリフィスプレート
１４…フィルタ
１５…コネクタモールド
１６…アジャスタ
１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ…振動吸収材
１９…ＥＣＵ（Engine Control Unit）
２０…ポンプ
２１…ドライブユニット
２２…燃料供給兼噴射弁固定治具
２３…噴射弁被固定部
２４…噴射弁固定部
２５…噴射弁挿入部（シリンダヘッド）
２６…チップシール
２７…固定荷重付加部材
２８…スペーサ

Claims (5)

1. コイルを有する固定コアと、該固定コアに取り付けられ、その内部をプランジャが往復動可能であり、該プランジャの先端の可動弁と接触する弁座面を有するノズルとを有し、
   前記コイルに通電することにより、前記プランジャを前記固定コア側に吸引して、前記弁座面から前記可動弁を離して燃料を噴射し、前記コイルを非通電とすることで、燃料噴射を停止する内燃機関の燃料噴射弁であって、
   前記固定コアの外周であって、前記燃料噴射弁をエンジンの噴射弁挿入部に挿入して前記エンジンに取り付ける際に、前記燃料噴射弁が前記噴射弁挿入部に当接する噴射弁固定部，及び前記燃料噴射弁を前記エンジンに取り付ける際に、前記燃料噴射弁の上部を固定する噴射弁被固定部の少なくとも一方に形成された振動吸収材の皮膜を備えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射弁。
2. 請求項１記載の内燃機関の燃料噴射弁において、
   前記振動吸収材は、内部損失が大きい材料であることを特徴とする内燃機関の燃料噴射弁。
3. 請求項２記載の内燃機関の燃料噴射弁において、
   前記噴射弁被固定部とエンジン側の固定治具の間に設けられ、噴射弁への固定荷重が前記振動吸収材の厚みが減少したとしても必要な荷重が確保される荷重付加部材を備えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射弁。
4. 請求項１記載の内燃機関の燃料噴射弁において、
   前記噴射弁固定部に配置されたスペーサを備え、
   前記振動吸収材は、前記スペーサの表面に形成されることを特徴とする内燃機関の燃料噴射弁。
5. 請求項１記載の内燃機関の燃料噴射弁において、
   前記振動吸収材は、シール機能を有することを特徴とする内燃機関の燃料噴射弁。

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