JP2014118821A - 筒内圧センサ付き燃料噴射弁 - Google Patents

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Abstract

【課題】燃焼室の筒内圧を検出可能なセンサと信号端子とを接続する信号伝達部を確実且つ安定的に接続できると共に、その組付作業性を向上させる。
【解決手段】燃料噴射弁10を構成するバルブハウジング46には、フランジ部48の基端面48aに複数の凹部52が形成され、該凹部52にはソレノイド部14のボビン32に形成された突部36がそれぞれ挿入されることで、前記バルブハウジング46に対するソレノイド部14の周方向の位置決めがなされる。そのため、バルブハウジング46の外周側に配置された第1信号伝達部材60と、ソレノイド部14の内部に収納された第2信号伝達部材62とが位置ずれすることなく容易且つ確実に接続される。また、バルブハウジング46に対してソレノイド部14が回転してしまうことによる第1信号伝達部材60と第2信号伝達部材62との断線が防止される。
【選択図】図2

Description

本発明は、燃焼室に直接噴射する直噴式の内燃機関に用いられ、前記燃焼室内の筒内圧を検出可能なセンサを有した筒内圧センサ付き燃料噴射弁に関する。
従来から、内燃機関における燃焼室の筒内圧を検出する目的で、燃料噴射弁の先端に内圧センサを装着したものが知られている。この内圧センサは、燃料噴射弁の先端と内燃機関を構成するシリンダヘッドの取付孔との間に配置され、該内圧センサには、検出した筒内圧を出力信号として外部へ伝達するためにリード線が接続されている。そして、このリード線が、例えば、電子制御ユニットに接続され、筒内圧が出力信号として前記電子制御ユニットに出力されることにより前記筒内圧に基づいた制御等が行われる(例えば、特許文献1参照)。
特開平9−53483号公報
しかしながら、上述した燃料噴射弁に装着される内圧センサでは、該内圧センサと電子制御ユニットとを接続しているリード線が燃料噴射弁の外部に露出しているため、例えば、前記内圧センサを燃料噴射弁と共にシリンダヘッドへ組み付ける際や組み付け状態において、前記リード線に負荷がかかることで断線してしまう恐れがあり、該断線によって筒内圧を検出できないことが懸念される。また、内圧センサに対してリード線を電気的に接続し、且つ、そのリード線を電子制御ユニットへ接続された出力端子等に対して接続するという接続作業が煩雑である。
本発明は、前記の課題を考慮してなされたものであり、燃焼室の筒内圧を検出可能なセンサと信号端子とを接続する信号伝達部を確実且つ安定的に接続できると共に、その組付作業性を向上させることが可能な筒内圧センサ付き燃料噴射弁を提供することを目的とする。
前記の目的を達成するために、本発明は、内燃機関の燃焼室に対して燃料を直接噴射する燃料噴射弁の端部に燃焼室内の筒内圧を検出するセンサを有した筒内圧センサ付き燃料噴射弁において、
前記燃焼室内に配置され、前記燃料の噴射状態を切り換える弁体を有したバルブハウジングと、
前記バルブハウジングの先端に装着されるセンサと、
通電作用下に励磁するコイルを有し、前記バルブハウジングに連結されると共に、前記コイルの励磁作用下に前記弁体を変位させる駆動力を発生させるソレノイド部と、
前記コイル及び前記バルブハウジングの外周側に設けられ、前記筒内圧に基づいた信号を外部へ出力する信号端子と前記センサとを接続する信号伝達部と、
前記バルブハウジングと前記ソレノイド部の周方向に沿った相対的な位置決めを行う位置決め手段と、
を備えることを特徴とする。
本発明によれば、バルブハウジングとソレノイド部とを組み付ける際に位置決め手段を介して組み付けることで、容易且つ確実に所望の周方向に沿った位置関係で組み付けることができるため、その組付作業性を向上させることができると共に、前記バルブハウジングと前記ソレノイド部とが周方向にずれて組み付けられ、信号端子とセンサとを接続する信号伝達部に対して周方向への荷重が付与されてしまうことが阻止される。その結果、バルブハウジングとソレノイド部との周方向のずれに起因した信号伝達部の断線等が回避され、該信号伝達部を高精度に組み付けることでセンサと信号端子とを確実且つ安定的に接続することができる。
また、位置決め手段は、互いに対向するバルブハウジングの端面及びソレノイド部の端面に設けられ、いずれか一方の端面に形成され軸方向に沿って突出した突部と、他方の端面に形成され前記軸方向に沿って窪んで前記突部の挿入される凹部とするとよい。これにより、ソレノイド部とバルブハウジングとを互いに接近させるように軸方向に移動させることで、突部を凹部に挿入して容易に周方向の位置決めが行われると共に、相対的な回転変位の規制を行うことができる。
さらに、突部及び凹部には、軸方向に沿って孔部がそれぞれ形成されることにより、例えば、前記バルブハウジングと前記ソレノイド部とを組み付ける際に、前記孔部に位置決めピンを挿通させることが可能となるため、前記突部を前記凹部に係合させて位置決めを行う場合に対し、さらに高精度にバルブハウジングとソレノイド部との周方向の位置決めを行うことが可能となる。
さらにまた、突部又は凹部を、ソレノイド部においてコイルの収納されるボビンの端面に形成するとよい。
またさらに、信号伝達部は、バルブハウジングの外周側に設けられる第1信号伝達部材と、ソレノイド部においてコイルの外周側に設けられる第2信号伝達部材とを備え、位置決め手段による前記バルブハウジングと前記ソレノイド部との位置決めによって前記第1信号伝達部材の接続部位と前記第2信号伝達部材の接続部位とを一直線上に配置し、互いに接続させるとよい。これにより、バルブハウジングとソレノイド部とを位置決め手段を介して組み付けることで、信号伝達部を構成する第1信号伝達部材と第2信号伝達部材とを容易且つ確実に接続することが可能となると共に、前記バルブハウジングとソレノイド部とが相対的に回転変位することがないため、前記第1信号伝達部材の接続部位と前記第2信号伝達部材の接続部位とが周方向にずれて断線してしまうことが阻止される。
本発明によれば、以下の効果が得られる。
すなわち、先端にセンサを有した燃料噴射弁において、通電作用下に励磁するコイルを有したソレノイド部と該ソレノイド部に連結されるバルブハウジングとを備え、前記バルブハウジング及び前記コイルの外周側に、信号端子とセンサとを接続する信号伝達部を設けると共に、前記ソレノイド部と前記バルブハウジングとを組み付ける際に、位置決め手段によって周方向に沿った相対的な位置決めを行うことにより、前記バルブハウジングと前記ソレノイド部とを容易且つ確実に所望の周方向に沿った位置関係で組み付けることができ、組付作業性の向上を図ることができる。また、バルブハウジングとソレノイド部とが周方向にずれて組み付けられてしまうことが防止されるため、信号伝達部に対する負荷が抑制され断線等が回避されるため、センサと信号端子とを確実且つ安定的に接続することが可能となる。
本発明の実施の形態に係る筒内圧センサ付き燃料噴射弁の一部断面全体正面図である。 図2Aは、図1のソレノイド部近傍を示す拡大断面図であり、図2Bは、図2Aのソレノイド部をバルブハウジングのフランジ部に組み付ける前の状態を示す分解断面図である。 図1のソレノイド部を構成するボビンを先端面側から見た平面図である。 図1のソレノイド部とバルブハウジングとを軸方向に離間させた分解状態を示す分解斜視図である。
本発明に係る筒内圧センサ付き燃料噴射弁について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。図1において、参照符号10は、本発明の実施の形態に係る筒内圧センサ付き燃料噴射弁を示す。
この筒内圧センサ付き燃料噴射弁10(以下、単に燃料噴射弁10という)は、図1に示されるように、ハウジング12と、該ハウジング12の先端に設けられるソレノイド部14と、前記ソレノイド部14の先端に設けられる燃料噴射部16と、前記ハウジング12の基端に設けられ燃料の供給される燃料供給部18と、前記燃料噴射部16の先端に装着されるセンサ20と、図示しない電子制御ユニット(ECU)に接続された信号端子22と前記センサ20とを電気的に接続して出力信号を伝達する信号伝達部24とを含む。
なお、以下、燃料噴射弁10における燃料供給部18側を基端側(矢印A方向)、燃料噴射部16側を先端側(矢印B方向)として説明する。
ハウジング12は、本体部26と、該本体部26の基端から側方に突出したカプラ28とを有し、前記本体部26の基端に燃料供給部18が設けられる。燃料供給部18は、例えば、内部に燃料の供給される供給通路(図示せず)を有し、図示しない燃料配管を通じて供給された燃料を前記供給通路から燃料噴射部16側へと供給する。また、カプラ28には、図示しない電子制御ユニットに接続されたコネクタ(図示せず)が着脱自在に装着される。
ソレノイド部14は、図1及び図2Aに示されるように、円筒状のコイルハウジング30と、前記コイルハウジング30の内部に収納されるボビン32と、前記ボビン32に巻回されるコイル34と、前記コイル34の励磁作用下に変位する可動コア(図示せず)とを有し、前記コイルハウジング30の基端がハウジング12の先端に対して連結される。
ボビン32の先端面32aには、図1〜図4に示されるように、軸方向(矢印B方向)に沿って突出した複数(例えば、4個)の突部36が形成され、該突部36は、例えば、断面円形状に形成され前記ボビン32の周方向に沿って互いに等間隔離間するように形成される(図3参照)。また、突部36の中心には、軸方向(矢印A、B方向)に沿って形成されたピン孔38がそれぞれ形成される。このピン孔38は、突部36の先端から基端側に向かって所定深さで形成され、コイル34の巻回されるコイル収納部40までは貫通しない深さで形成される(図2A及び図2B参照)。
一方、図1に示されるように、ボビン32の基端側には端子支持部42が形成され、一対の給電端子44と信号端子22の先端がそれぞれ保持される。これにより、給電端子44は、端子支持部42を介してコイル34と電気的に接続される。一方、給電端子44及び信号端子22の基端側は、カプラ28の内部において内壁面から突出し、その一部が外部に露出している。
そして、図示しないコネクタがカプラ28に接続されることで、各給電端子44及び信号端子22と電子制御ユニットとが接続され、該電子制御ユニットから前記給電端子44に通電されることによりコイル34が励磁して磁力が生じる。これにより、コイル34の励磁作用下に可動コアがボビン32の内部で変位し、燃料噴射部16に設けられた弁体(図示せず)を吸引して開弁させる。
燃料噴射部16は、ソレノイド部14の先端に連結されるバルブハウジング46と、該バルブハウジング46の先端に内蔵された弁体(図示せず)とを備え、前記バルブハウジング46の内部には燃料供給部18から燃料が供給され、弁体がソレノイド部14の励磁作用下に基端側(矢印A方向)へと移動することにより、先端から燃料が所定圧力で燃焼室内へと噴射される。
このバルブハウジング46は、例えば、金属製材料から形成され、ソレノイド部14の先端を閉塞するフランジ部48と、該フランジ部48から先端側(矢印B方向)に向かって一直線上に延在する筒部50とを有し、前記筒部50の先端には、その外周側に円筒状のセンサ20が圧入され嵌合される。
フランジ部48には、図2A及び図2Bに示されるように、ソレノイド部14側(矢印A方向)となる基端面48aに、筒部50側(矢印B方向)に向かって窪んだ複数の凹部52が形成され、前記凹部52には、前記ソレノイド部14を構成するボビン32の突部36がそれぞれ挿入される。すなわち、凹部52は、突部36の数量に対応した数量で形成されると共に、その位置も前記突部36の配置に対応するように形成される。また、凹部52には、軸方向に沿って形成されフランジ部48を貫通した貫通孔54が形成され、前記凹部52に突部36が挿入された際、貫通孔54とピン孔38とが同軸上となる(図2A参照)。
貫通孔54には、筒部50側となるフランジ部48の先端面側から位置決めピン56が挿入され、前記貫通孔54及びピン孔38に挿入される。
そして、バルブハウジング46とソレノイド部14とを組み付ける際、複数の突部36が凹部52に対してそれぞれ挿入されることで前記バルブハウジング46とソレノイド部14との相対的な回転変位が規制され、コイルハウジング30に収納された第2信号伝達部材62(後述する)とバルブハウジング46の外周側に設けられた第1信号伝達部材60とが位置決めされた状態で接続される。
センサ20は、図1に示されるように、例えば、その内部に圧電素子(図示せず)を備え、該圧電素子に接続された接続端子(図示せず)が基端側(矢印A方向)へと延在している。また、センサ20の外周面には、後述するカバー部材68の保持部58が当接する。
そして、センサ20は、例えば、その先端内周側が前記バルブハウジング46に対して全周溶接によって結合される。
信号伝達部24は、バルブハウジング46の外周側に設けられ、センサ20に接続された第1信号伝達部材60と、ソレノイド部14のコイルハウジング30に収納され、前記第1信号伝達部材60と信号端子22とを接続する第2信号伝達部材62とを含む。
第1信号伝達部材60は、例えば、樹脂製材料から円筒状に形成され、バルブハウジング46における筒部50の外周側に設けられる絶縁体64と、前記絶縁体64の内部に設けられる第1導電層66とを備える。そして、絶縁体64の外周側にはカバー部材68が装着される。
絶縁体64は、例えば、耐熱性樹脂等の樹脂製材料から形成され、バルブハウジング46に対応した形状で形成され、その内部には、その径方向となる厚さの中央となる位置に第1導電層66が設けられる。この第1導電層66は、例えば、メッキ層からなり、略一定の厚さで前記絶縁体64に沿って円筒状に形成されモールドされている。
さらに、絶縁体64の先端は、バルブハウジング46の筒部50と共にセンサ20の内部に圧入され、前記先端近傍の外周面に形成された環状溝を介して第1導電層66の先端が露出し、センサ20の接続端子と電気的に接続されている。
カバー部材68は、例えば、金属製材料から円筒状に形成され、バルブハウジング46の形状に対応して筒部50及びフランジ部48を覆うように基端側(矢印A方向)が拡径して形成される。このカバー部材68の先端には、センサ20の基端側の外周面を保持する保持部58が形成され、前記保持部58と前記絶縁体64との間に形成された空間内において、センサ20と第1信号伝達部材60の第1導電層66とが半田等によって電気的に接続される。
第2信号伝達部材62は、例えば、樹脂製材料から形成され、軸方向(矢印A、B方向)に沿って所定長さを有した板形状からなり、その内部には通電可能な材料から形成された第2導電層70が形成される。この第2導電層70は、例えば、メッキ層から形成され、略一定の厚さで第2信号伝達部材62の軸方向(矢印A、B方向)に沿って先端から基端まで延在している。
この第2信号伝達部材62の先端は、基端側に対して縮径した小径な第1接続部(接続部位)72を有し、前記第1接続部72には、その外周面に沿って第2導電層70の一部が環状に露出している。そして、第1信号伝達部材60の基端に形成された接続孔(接続部位)74に第1接続部72が挿入され、半田等によって電気的に接続されることにより、第1信号伝達部材60を介してセンサ20と第2信号伝達部材62とが電気的に接続される。これにより、接続孔74及び第1接続部72を介して信号伝達部24を構成する第1信号伝達部材60と第2信号伝達部材62とが一直線上に配置される。
一方、第2信号伝達部材62の基端には、軸線と直交する方向に突出した第2接続部76が形成され、その一端部が信号端子22の先端に当接し、他端部がコイルハウジング30の内周面に当接するように設けられる。この第2接続部76は、内部に孔部を有した円筒状に形成され、信号端子22に臨む側面に第2導電層70の基端側が露出するように設けられる。そして、第2接続部76の一端部が、第2導電層70を介して信号端子22に当接した状態で、半田等によって電気的に接続される。これにより、第1及び第2信号伝達部材60、62を介してセンサ20と信号端子22とが互いに電気的に接続された状態となる。
なお、上述した説明では、信号伝達部24が、第1導電層66を有した第1信号伝達部材60と、第2導電層70を有した第2信号伝達部材62とから構成される場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、前記第1及び第2導電層66、70の代わりに、信号端子22とセンサ20とを接続するための導線を有した信号伝達部としてもよい。
本発明の実施の形態に係る燃料噴射弁10は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、バルブハウジング46とソレノイド部14とを組み付ける場合について説明する。なお、ソレノイド部14の基端側(矢印A方向)には、予めハウジング12が連結されている状態を初期状態として説明する。
先ず、この初期状態において、図4に示されるように、ソレノイド部14の基端側とバルブハウジング46のフランジ部48とが向かい合い、且つ、コイルハウジング30の内部に設けられた第2信号伝達部材62が、前記フランジ部48に形成された接続孔74に向かい合うように配置する。また、フランジ部48の貫通孔54には、図2Bに示されるように、筒部50側となる先端面からそれぞれ位置決めピン56が挿入され、その端部をフランジ部48の基端面48aに対して所定長さだけ突出させた状態としておく。
次に、ソレノイド部14の突部36を、フランジ部48の凹部52と一直線上となるようにバルブハウジング46側(矢印B方向)へと接近させ、図2Aに示されるように、その突部36を前記凹部52へと挿入すると同時に、位置決めピン56がピン孔38に挿入される。これにより、バルブハウジング46に対してソレノイド部14の周方向における位置決めがなされ、互いの相対的な回転変位が規制されて位置決めされた状態となる。そして、第2信号伝達部材62は、その先端がバルブハウジング46の接続孔74に挿入され、第1信号伝達部材60の基端に対して接続される。
換言すれば、ソレノイド部14の突部36と、バルブハウジング46の凹部52は、前記バルブハウジング46に対してソレノイド部14を周方向に沿って相対的に位置決めするための位置決め手段として機能する。
最後に、ソレノイド部14がバルブハウジング46のフランジ部48に対して組み付けられたことを確認した後、位置決めピン56を前記フランジ部48から離間させるように取り外す(図1参照)。すなわち、位置決めピン56は、バルブハウジング46とソレノイド部14とを組み付ける場合にだけ用いるものであり、組み付け後には取り外される。
このように、ソレノイド部14を構成するボビン32の先端面32aに複数の突部36を設け、一方、該ソレノイド部14が組み付けられるバルブハウジング46におけるフランジ部48の基端面48aに複数の凹部52を設けることにより、前記バルブハウジング46に対してソレノイド部14を組み付ける際、前記突部36を前記凹部52に挿入することで、容易且つ確実に相対的な回転変位を規制し、互いに周方向に位置決めした状態で組み付けることが可能となる。その結果、組付作業性を向上させることができると共に、バルブハウジング46の外周側に設けられた第1信号伝達部材60と、ソレノイド部14に設けられた第2信号伝達部材62とを周方向において高精度に一致させて組み付けることができるため、前記第1及び第2信号伝達部材60、62の接続を容易且つ確実に行うことで、センサ20と信号端子22とが確実且つ安定的に接続される。
換言すれば、ソレノイド部14がバルブハウジング46に対して周方向(回転方向)にずれて組み付けられてしまうことが防止されるため、この誤組付に起因した第2信号伝達部材62と第1信号伝達部材60との接触不良が確実に防止される。
また、ソレノイド部14を構成するボビン32の突部36とバルブハウジング46の凹部52とは組み付け状態において常に係合されているため、例えば、前記バルブハウジング46やソレノイド部14に対して組み付け後に、何らかの理由で周方向(回転方向)の荷重が付与された場合でも互いに周方向にずれてしまうことがなく、信号伝達部24における断線等の発生が確実に防止される。その結果、燃料噴射弁10の組み付け状態においても、信号伝達部24を構成する第1及び第2信号伝達部材60、62の接続状態が確実且つ安定的に維持される。
さらに、突部36及び凹部52の中心に、ピン孔38及び貫通孔54を通じて位置決めピン56を挿入して位置決めを行うことで、前記突部36及び凹部52の係合作用下に位置決めを行う場合に対し、より高精度にバルブハウジング46とソレノイド部14との周方向における位置決めを行うことが可能となり、それに伴って、信号伝達部24を構成する第1信号伝達部材60と第2信号伝達部材62との接続をより高精度に行うことができる。
なお、上述した実施の形態においては、ボビン32の先端面32aに凸状に形成された突部36を設け、対向するバルブハウジング46のフランジ部48に窪んだ凹部52を形成する構成について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、前記フランジ部48の基端面48aに、ソレノイド部14側に向かって突出した突部を設け、反対に、前記ボビン32の先端面32aにバルブハウジング46から離間する方向に向かって窪んだ凹部を設けるようにしてもよい。すなわち、バルブハウジング46のフランジ部48及びボビン32の先端面32aのいずれか一方に突部36を設け、その反対側となるフランジ部48及びボビン32の他方に凹部52を設け、前記突部36と凹部52とを係合可能な構成であればよい。
次に、上述したように組み付けられた燃料噴射弁10の動作について簡単に説明する。
内燃機関の運転中において、図示しない電子制御ユニットからの制御信号によって燃料噴射弁10の給電端子44からコイル34に通電がなされ、前記コイル34が励磁することで燃料噴射部16の弁体が開弁し、燃料供給部18の供給通路に供給された高圧の燃料が燃料噴射部16を介して前記内燃機関の燃焼室内へと直接噴射される。この際、センサ20は、燃焼室内の圧力(筒内圧)が付与されることで、該圧力に応じて圧電素子が電圧を発生して出力信号として出力する。この出力信号は、第1信号伝達部材60、第2信号伝達部材62、信号端子22を介して電子制御ユニットへと出力され、例えば、燃焼室の圧力に基づいた燃焼制御等に利用される。
なお、本発明に係る筒内圧センサ付き燃料噴射弁は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
10…筒内圧センサ付き燃料噴射弁 12…ハウジング
14…ソレノイド部 16…燃料噴射部
18…燃料供給部 20…センサ
22…信号端子 24…信号伝達部
30…コイルハウジング 32…ボビン
36…突部 38…ピン孔
44…給電端子 46…バルブハウジング
48…フランジ部 52…凹部
54…貫通孔 56…位置決めピン
60…第1信号伝達部材 62…第2信号伝達部材
68…カバー部材

Claims (5)

  1. 内燃機関の燃焼室に対して燃料を直接噴射する燃料噴射弁の端部に燃焼室内の筒内圧を検出するセンサを有した筒内圧センサ付き燃料噴射弁において、
    前記燃焼室内に配置され、前記燃料の噴射状態を切り換える弁体を有したバルブハウジングと、
    前記バルブハウジングの先端に装着されるセンサと、
    通電作用下に励磁するコイルを有し、前記バルブハウジングに連結されると共に、前記コイルの励磁作用下に前記弁体を変位させる駆動力を発生させるソレノイド部と、
    前記コイル及び前記バルブハウジングの外周側に設けられ、前記筒内圧に基づいた信号を外部へ出力する信号端子と前記センサとを接続する信号伝達部と、
    前記バルブハウジングと前記ソレノイド部の周方向に沿った相対的な位置決めを行う位置決め手段と、
    を備えることを特徴とする筒内圧センサ付き燃料噴射弁。
  2. 請求項1記載の燃料噴射弁において、
    前記位置決め手段は、互いに対向する前記バルブハウジングの端面及び前記ソレノイド部の端面に設けられ、いずれか一方の端面に形成され軸方向に沿って突出した突部と、他方の端面に形成され前記軸方向に沿って窪んで前記突部の挿入される凹部とからなることを特徴とする筒内圧センサ付き燃料噴射弁。
  3. 請求項2記載の燃料噴射弁において、
    前記突部及び凹部には、軸方向に沿って形成された孔部がそれぞれ形成されることを特徴とする筒内圧センサ付き燃料噴射弁。
  4. 請求項2又は3記載の燃料噴射弁において、
    前記突部又は凹部は、前記ソレノイド部において前記コイルの収納されるボビンの端面に形成されることを特徴とする筒内圧センサ付き燃料噴射弁。
  5. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の燃料噴射弁において、
    前記信号伝達部は、前記バルブハウジングの外周側に設けられる第1信号伝達部材と、
    前記ソレノイド部において前記コイルの外周側に設けられる第2信号伝達部材と、
    を備え、
    前記位置決め手段による前記バルブハウジングと前記ソレノイド部との位置決めによって前記第1信号伝達部材の接続部位と前記第2信号伝達部材の接続部位とが一直線上に配置され、互いに接続されることを特徴とする筒内圧センサ付き燃料噴射弁。
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