JP2016109119A - 内燃機関における燃料噴射弁の防振構造 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関における燃料噴射弁の防振構造において、燃料噴射弁とシリンダヘッド間に介装すべき防振手段が簡単な構造で容易に得られるようにすると共に、この防振手段を以て燃料噴射弁の振動を効果的に抑制可能として、その振動騒音の低減と製造コストの節減を図る。【解決手段】シリンダヘッドＳＨに設けた弁取付孔２に嵌装される燃料噴射弁Ｆの外周段部７と、弁取付孔２の環状段部２ｄとの間に介装される防振手段Ｌが、外周段部７に係合する上側リングＬｕと、その上側リングＬｕ及び環状段部２ｄ間に挟圧されて互いに重なり合う少なくとも２個の防振用リングＬ１，Ｌ２とを含むリング積層体より構成され、各々の防振用リングＬ１，Ｌ２の、少なくとも他の防振用リングとの当接面に複数の凹凸が形成されており、前記複数の凹凸は微細且つ不均一な形状である。【選択図】図１

Description

本発明は、シリンダヘッドに設けた弁取付孔に嵌装されて燃焼室に燃料を直接噴射し得る燃料噴射弁の外周段部と、この外周段部と対向して弁取付孔に設けられる環状段部との間に防振手段が介装されてなる、内燃機関における燃料噴射弁の防振構造に関する。

従来、燃料噴射弁より燃焼室に燃料を直接噴射する筒内直噴式内燃機関においては、機関運転時に燃料噴射弁の振動に起因した騒音の問題が生じ易い。このため、その振動騒音の対策として、例えば、燃料噴射弁の外周段部とシリンダヘッドの弁取付孔の段部との間に、ゴム等を主原料とした環状の弾性材と、その弾性材中に一体に埋設されるコイルスプリングと、それらを覆う外装プレートとから成る制振インシュレータを防振手段として介装したものが知られている（下記特許文献１を参照）。

特開２０１０−１０６７５８号公報

ところがこの従来のものでは、防振手段たる上記防振インシュレータの構造が比較的複雑で部品点数も多いことから、製造工数も増えてコスト増となる問題がある。

本発明は、上記に鑑み提案されたもので、従来の前記問題を簡単な構造で解決できるようにした、内燃機関における燃料噴射弁の防振構造を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は、シリンダヘッドに設けた弁取付孔に嵌装されて燃焼室に燃料を直接噴射し得る燃料噴射弁の外周段部と、この外周段部と対向して弁取付孔に設けられる環状段部との間に防振手段が介装されてなる、内燃機関における燃料噴射弁の防振構造において、前記防振手段は、前記外周段部に係合する上側リングと、その上側リング及び前記環状段部間に挟圧されて互いに重なり合う少なくとも２個の防振用リングとを含むリング積層体より構成され、各々の前記防振用リングは、それの少なくとも他の防振用リングとの当接面に複数の凹凸が形成されており、前記複数の凹凸は、微細且つ不均一な形状であることを特徴とする。

本発明によれば、微細且つ不均一な形状の複数の凹凸を相互の当接面に有した少なくとも２個の防振用リングを、燃料噴射弁の外周段部に接する上側リングの直下で、単に上下に重ね合わせるだけの簡単な構造で、燃料噴射弁とシリンダヘッド間に介装すべき防振手段が容易に得られ、しかもこの防振手段全体としてのばね定数を効果的に低減できて燃料噴射弁の振動を抑制可能となるので、その振動騒音を簡単な構造で効果的に且つ低コストで低減することができる。

本発明の一実施形態に係る防振手段（リング積層体）をシリンダヘッドとの間に介装した燃料噴射弁の、シリンダヘッドへの取付状態を示す内燃機関の要部断面図と、それのリング積層部の拡大断面図及び斜視図 前記リング積層体を構成する各リングの単体正面図 前記リング積層体中の第１，第２防振用リング相互の接触状態を拡大して示す断面図（図１の３矢視部拡大断面図） 本発明の防振用リングに相当するリングであって面粗度を異ならせたものと、他のリングとの当接面に凹凸を形成していない比較例のリングについての、変位−荷重の関係を示すグラフ

次に本発明の実施形態を、添付図面に示した一実施形態に基づいて説明する。

図１に示すように、燃料直噴式の多気筒内燃機関ＥのシリンダヘッドＳＨの下面には、図示しないシリンダブロック及びピストンと協働して複数の燃焼室Ｃを各々画成する複数の凹部１が形成される。そのシリンダヘッドＳＨには、これを上下に貫通する弁取付孔２が各燃焼室Ｃに対応して形成されており、その弁取付孔２の下端は燃焼室Ｃの上部に連通し、またその上端はシリンダヘッドＳＨの上方空間に連通する。そして、それら弁取付孔２には、各燃焼室Ｃに燃料を直接噴射し得る燃料噴射弁Ｆが各々嵌装される。

その各々の弁取付孔２は、燃焼室Ｃに下端が開口する小径孔部２ａと、その小径孔部２ａの上端に第１段部２ｂを介して連なる中間孔部２ｃと、その中間孔部２ｃの上端に環状段部としての第２段部２ｄを介して連なる大径孔部２ｅとを備えた段付き孔状に形成される。そして、その大径孔部２ｅの上端がシリンダヘッドＳＨの上面に開口し、そこから燃料噴射弁Ｆを嵌挿し得るようになっている。

一方、これら弁取付孔２に各々嵌装される燃料噴射弁Ｆは、燃料噴口を下端に有する比較的小径のバルブ収納部Ｆｖと、そのバルブ収納部Ｆｖの上端に連なる比較的大径のアクチュエータ収納部Ｆａと、そのアクチュエータ収納部Ｆａの上端に連なる通電用カプラ部Ｆｃと、そのカプラ部Ｆｃの上端に連なる燃料導入部Ｆｉとを備える。そして、この燃料噴射弁Ｆのバルブ収納部Ｆｖが弁取付孔２の小径孔部２ａに、またアクチュエータ収納部Ｆａが大径孔部２ｅにそれぞれ挿入され、さらにバルブ収納部Ｆｖと小径孔部２ａとの間には、その間を気密にシールするＯリング３が圧縮状態で介装される。

シリンダヘッドＳＨの上部には、燃料タンクから各燃料噴射弁Ｆに至る燃料供給系の一部を構成するデリバリパイプ５がボルト等の締結手段（図示せず）を以て着脱可能に装着される。そして、このデリバリパイプ５に一体に設けた複数のインジェクタカップ５ｃは、複数の燃料噴射弁Ｆの燃料導入部Ｆｉを上方から覆うように燃料導入部Ｆｉにそれぞれ嵌合され、それらの嵌合面間には、その間を気密にシールするＯリング６が圧縮状態で各々介装される。

ところで燃料噴射弁Ｆのアクチュエータ収納部Ｆａは段付き円筒状に形成されており、それの下端寄りに位置する外周段部７は、下方に向かうにつれて漸次縮径し且つ丸みを帯びた環状のアール面に形成される。そして、この外周段部７と、弁取付孔２の前記第２段部２ｄとの相対向面間に、本発明の防振手段を構成するリング積層体Ｌが介装される。

次にそのリング積層体Ｌの構成・機能を、図２〜図４を併せて参照して、具体的に説明する。リング積層体Ｌは、燃料噴射弁Ｆの外周段部７に係合する上側リングＬｕと、その上側リングＬｕ及び弁取付孔２の環状段部２ｄ間に挟圧されて互いに重なり合う２個の第１，第２防振用リングＬ１，Ｌ２とを含むリング積層体Ｌより構成される。

尚、これらリングＬｕ，Ｌ１，Ｌ２は、本実施形態ではステンレス材で形成されるが、ステンレス材以外の各種金属材料で形成してもよい。また、これらリングＬｕ，Ｌ１，Ｌ２を同一材料で形成してもよいし、その少なくとも１つのリングを他のリングと異なる材料で形成してもよい。更に防振用リングＬ１，Ｌ２は、３個以上であってもよい。

本実施形態において、上側リングＬｕは、その上面８ａが上方に向かって漸次拡径する円錐テーパ状に形成され、またその下面８ｂが、リング軸線（従って燃料噴射弁Ｆの縦軸線）と直交する平面状に形成される。その円錐テーパ状の上面８ａは、これに燃料噴射弁Ｆの外周段部７の丸みを帯びたアール面を係合させることで、その外周段部７に対する面当りが良好となり、しかも燃料噴射弁Ｆに対する自動調心機能が発揮されて、前記インジェクタカップ５ｃと燃料噴射弁Ｆの燃料導入部Ｆｉとの偏心を抑制可能となっている。尚、上側リングＬｕは、プレス加工又は切削加工によりリング状に形成されるものであり、その外表面には、次に説明する防振用リングＬ１，Ｌ２のような、ばね定数を下げるための加工は特に施されていない。

また第１，第２防振用リングＬ１，Ｌ２は、上下両面ともリング軸線（従って燃料噴射弁Ｆの縦軸線）と直交する平面で形成される環状リング板より各々構成される。しかもその各防振用リングＬ１，Ｌ２は、それの少なくとも他の防振用リングとの当接面（本実施形態では外表面全面）に、ばね定数を下げるための加工が施されている。

即ち、本実施形態では、それら防振用リングＬ１，Ｌ２の外表面に、ばね定数を下げるための前記加工として、例えばリング状のワークに対して圧延加工が実施されるものであり、これにより、防振用リングＬ１，Ｌ２の外表面に複数の凹凸１１，１２（図２、図３を参照）が微細且つ不均一な形状で形成される。この圧延加工は、例えば圧延用ローラの表面（即ち被圧延材料との当り面）に微細且つ不均一な形状の凹凸を複数付与した加工設備を用いて、このローラで被圧延材料を圧延加工し、その圧延加工されたワークを所定のリング形状に機械加工すればよい。

次に、上記構成を備えた本発明の実施形態の作用を説明する。

本実施形態に係る防振手段としてのリング積層体Ｌは、これらを構成する上側リングＬｕと２個の第１，第２防振用リングＬ１，Ｌ２とを上から順に重ね合せるだけの簡単な三層構造である。そして、そのリング積層体ＬのシリンダヘッドＳＨへの組付けに当たっては、燃料噴射弁Ｆが未装着状態の弁取付孔２の第２段部２ｄ上に、リング積層体Ｌを一纏めに（又は下側のリングＬ２，Ｌ１，Ｌｕから一個宛順次に）載せた後、燃料噴射弁Ｆを弁取付孔２に挿入し、次いで、デリバリパイプ５のインジェクタキャップ５ｃを同弁Ｆの燃料導入部ＦｉにＯリング６を介して圧入嵌合させ、そのデリバリパイプ５をシリンダヘッドＳＨに固定すればよい。これにより、燃料噴射弁Ｆの外周段部７と、弁取付孔２の第２段部２ｄとの相対向面間にリング積層体Ｌが挟圧される。

ところで直噴式多気筒内燃機関Ｅにおいては、その運転中、燃焼室Ｃ内での混合気の燃焼爆発に伴い燃料噴射弁Ｆの振動が生じ易くなっている。これに対して、本実施形態では燃料噴射弁Ｆの振動抑制のための上記リング積層体Ｌが弁取付孔２と燃料噴射弁Ｆ間に介装され、且つそのリング積層体Ｌの一部、即ち第１，第２防振用リングＬ１，Ｌ２の外表面に圧延加工が施されることにより、図２、図３に示すように防振用リングＬ１，Ｌ２の外表面に各々複数の凹凸１１，１２が微細且つ不均一な形状で形成されている。

従って、この両防振用リングＬ１，Ｌ２を互いに重ね合わせた状態で上側リングＬｕ及び弁取付孔２の環状段部２ｄ間に挟圧すれば、その両リングＬ１，Ｌ２の外表面の凹凸１１，１２が一部だけ接触する接触形態となる。このため、そのような凹凸１１，１２を持たない、即ち前記加工が施されない２個の同形リング（即ち後述する比較例）相互を接触させる場合よりも、リング相互の接触面積が減少し、その接触部分は剛性が低下して圧縮変形し易くなる。これにより、図４からも明らかなように両防振用リングＬ１，Ｌ２の接触領域では、ばね定数が実質的に低下することから、リング積層体Ｌ全体としてのばね定数も低下し、従って、機関運転状態で燃料噴射弁Ｆからリング積層体Ｌに振動荷重が伝達されたときに、その振動が前記圧縮変形により効果的に抑制され、振動騒音の低減が可能となる。

而して、図４は、横軸がリング単体の荷重作用時における変位を、また縦軸が荷重の大きさをそれぞれ示しており、本発明に係る防振用リングに相当するリングであって表面の面粗度を相異ならせた複数種類のリングと、圧延加工が施されない（従って外表面に前記複数の凹凸が無いか又は殆どない）比較例のリングとについて、変位と荷重の関係（即ちその勾配がばね定数）がそれぞれ実験データに基づいてグラフ化されている。この場合、リング表面の面粗度の大小と相関関係のあるＰＦ仕上げ（即ち日本金属株式会社の登録商標「Pearly Finish 」の略称）の番手は、数値が大きいものほど凹凸１１，１２のサイズが大きくなる。そして、この図４のグラフによれば、比較例のリングのばね定数が最も大きくなり、また本発明の防振用リングＬ１，Ｌ２に相当する、面粗度の異なる複数種類のリングのばね定数は、面粗度に対応したＰＦ仕上げの番手の数値が大きい（即ち微細な凹凸１１，１２のサイズが大きい）ものほど、小さくなっていることが判る。

かくして、本実施形態によれば、ばね定数を下げるための加工、例えば圧延加工が表面に施された上下一対の第１，第２防振用リングＬ１，Ｌ２を、燃料噴射弁Ｆの外周段部７に直接係合する上側リングＬｕの直下において単に上下に重ね合わせるだけの簡単な構造を以て、燃料噴射弁ＦとシリンダヘッドＳＨ間に介装すべき防振手段（即ちリング積層体Ｌ）が容易に得られる。しかもこの防振手段Ｌ全体としてのばね定数が、第１，第２防振用リングＬ１，Ｌ２の表面に施した前記加工によって効果的に低減されて、機関運転中の燃料噴射弁Ｆの振動を抑制可能となるので、その振動騒音を簡単な構造で効果的に且つ低コストで低減可能となる。

その上、前記加工は、防振用リングＬ１，Ｌ２の表面に複数の凹凸１１，１２を微細且つ不均一な形状で形成するだけで足りるため、その加工が比較的簡易であって、製造工数の低減、延いてはコスト節減が図られる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、前記実施形態では、シリンダヘッドＳＨの上部にボルト等で着脱可能に装着されて燃料供給系の一部を構成するデリバリパイプ５を燃料噴射弁Ｆの燃料導入部Ｆｉに嵌合被覆することで、燃料噴射弁Ｆの弁取付孔２からの抜け止めを行うようにしたものを示したが、その抜け止め手段は前記実施形態に限定されず、種々の構造のものが実施可能である。例えば、シリンダヘッドＳＨにデリバリパイプ５とは別個独立に装着固定されて燃料噴射弁Ｆに係合し得る専用の抜け止め部材で、燃料噴射弁Ｆの弁取付孔２からの抜け止めを行うようにしてもよい。

Ｅ・・・・・内燃機関
Ｆ・・・・・燃料噴射弁
Ｌ・・・・・防振手段としてのリング積層体
Ｌｕ・・・・上側リング
Ｌ１，Ｌ２・・・第１，第２防振用リング
ＳＨ・・・・シリンダヘッド
２・・・・・弁取付孔
２ｄ・・・・環状段部
７・・・・・燃料噴射弁の外周段部
１１，１２・・・凹凸

Claims (1)

1. シリンダヘッド（ＳＨ）に設けた弁取付孔（２）に嵌装されて燃焼室（Ｃ）に燃料を直接噴射し得る燃料噴射弁（Ｆ）の外周段部（７）と、この外周段部（７）と対向して弁取付孔（２）に設けられる環状段部（２ｄ）との間に防振手段（Ｌ）が介装されてなる、内燃機関における燃料噴射弁の防振構造において、
   前記防振手段（Ｌ）は、前記外周段部（７）に係合する上側リング（Ｌｕ）と、その上側リング（Ｌｕ）及び前記環状段部（２ｄ）間に挟圧されて互いに重なり合う少なくとも２個の防振用リング（Ｌ１，Ｌ２）とを含むリング積層体より構成され、
   各々の前記防振用リング（Ｌ１，Ｌ２）は、それの少なくとも他の防振用リングとの当接面に複数の凹凸（１１，１２）が形成されており、
   前記複数の凹凸（１１，１２）は、微細且つ不均一な形状であることを特徴とする内燃機関における燃料噴射弁の防振構造。

Images