JP4375291B2 - 燃料噴射弁およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ピエゾアクチュエータの伸縮に応じてノズルを開弁または閉弁作動させる燃料噴射弁およびその製造方法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、車両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に記載の発明では、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、第１給電手段（２１）の先端および第２給電手段（９、２２）の先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、第１給電手段（２１）の先端が第１ターミナル（８２）に接合されるとともに、第２給電手段（９、２２）の先端が第２ターミナル（８３）に接合された燃料噴射装置用インジェクタにおいて、第１給電手段は、芯線（２１１）の外周側を被覆部材（２１２）で覆った第１リード線（２１）にて構成され、第２給電手段は、芯線（２２１）の外周側を被覆部材（２２２）で覆った第２リード線（２２）、および一端が第２リード線（２２）の芯線（２２１）に接合されるとともに、他端側に設けられた筒部（９２）が第１リード線（２１）の被覆部材（２１２）の外周に装着される導電性の補助部材（９）にて構成され、第１給電手段（２１）の先端（２１１）と第２給電手段（９、２２）の先端（９２）が同軸状に配置されていることを特徴とする。

これによると、両給電手段の先端が同軸状に配置されているため、例えば中心軸側の給電手段が正極で外周側の給電手段が負極というように予め決めておけば、それに対応して、後工程で両給電手段に接合されるターミナルを配置することにより、極性を間違うことなく両給電手段とターミナルとを接合することができる。また、両給電手段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に記載の発明では、第１給電手段（２１）の先端（２１１）の位置と第２給電手段（９、２２）の先端（９２）の位置が、第１給電手段（２１）および第２給電手段（９、２２）の軸方向にずれていることを特徴とする。

これによると、第１給電手段の先端位置と第２給電手段の先端位置が軸方向にずれていることに対応して、後工程で両給電手段に接合されるターミナルを配置することにより、極性を間違うことなく両給電手段とターミナルとを接合することができる。

なお、請求項２に記載の発明の実施に際しては、第１ターミナル（８２）における第１給電手段（２１）の先端が接合される部位と、第２ターミナル（８３）における第２給電手段（９、２２）の先端が接合される部位を、第１給電手段（２１）および第２給電手段（９、２２）の軸方向にずらした状態で、両ターミナルを配置する。

請求項３に記載の発明では、第１給電手段（２１）の先端（２１１）の外径と第２給電手段（９、２２）の先端（９２）の外径が異なっていることを特徴とする。

これによると、第１給電手段の先端の外径と第２給電手段の先端の外形が異なっていることに対応して、後工程で両給電手段に接合されるコネクタのターミナルを配置することにより、極性を間違うことなく両給電手段とコネクタのターミナルとを接合することができる。

なお、請求項３に記載の発明の実施に際しては、第１ターミナル（８２）における第１給電手段（２１）の先端が接合される部位と、第２ターミナル（８３）における第２給電手段（９、２２）の先端が接合される部位を、第１給電手段（２１）および第２給電手段（９、２２）の軸方向にずらした状態で、両ターミナルを配置する。

請求項６に記載の発明では、補助部材（９）の他端側の筒部（９２）と第１リード線（２１）の被覆部材（２１２）との間に、絶縁部材（１００）が配置されていることを特徴とする。

これによると、第１リード線の外周に位置する補助部材の筒部と、第１リード線の芯線との間には、第１リード線の被覆部材のみならず、絶縁部材も介在するため、補助部材と第１リード線との絶縁性能を高めることができる。

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（ａ）は図１のリード線と補助部材の組み付け状態を示す正面図、図３（ｂ）は図３（ａ）の平面図、図４は図１の補助部材を単体で示す斜視図、図５（ａ）は図１のリード線と補助部材とターミナルの組み付け状態を示す正面図、図５（ｂ）は図５（ａ）の左側面図である。

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には、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、ガラス繊維入りナイロン等の樹脂よりなる段付き円筒状のガイド部材８が挿入されている。ガイド部材８は、その軸方向に貫通した孔部８１を有し、その孔部８１にピエゾアクチュエータ２の２本のリード線２１、２２が挿入されている。

また、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８２、８３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８２、８３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。さらに、ガイド部材８の外周部の環状溝には、Ｏリング８４が挿入されている。

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が負極リード線２２よりも長くなっており、したがって、正極リード線２１の先端位置と負極リード線２２の先端位置がずれている。

正極リード線２１と負極リード線２２は、導電性金属よりなる補助部材９にて結合されている。この補助部材９は、図４に示すように、第１円筒部９１および第２円筒部９２を備えている。２つの円筒部９１、９２は、非同軸状に配置されるとともに、軸方向にずらして配置されている。

図３に示すように、補助部材９の第１円筒部９１は、負極リード線２２の芯線２２１に、かしめ、溶接、はんだ付け等にて接合されている。また、補助部材９の第２円筒部９２には、正極リード線２１がその被覆部材２１２の部位まで挿入されている。これにより、正極リード線２１の芯線２１１と、補助部材９の第２円筒部９２は、同軸状で、且つ正極リード線２１の軸方向にずれた配置となっている。

また、図５に示すように、正極リード線２１の芯線２１１と補助部材９の第２円筒部９２の配置に対応して、２つのターミナル８２、８３が配置されている。具体的には、正極ターミナル８２は、正極リード線２１の芯線２１１と接合される正極接合片８２１を有し、負極ターミナル８３は、補助部材９の第２円筒部９２と接合される負極接合片８３１を有する。そして、正極接合片８２１と負極接合片８３１は、正極リード線２１の径方向にずらして配置されるとともに、正極リード線２１の軸方向にもずらして配置されている。

なお、正極リード線２１は、本発明の第１給電手段に相当する。正極リード線２１の芯線２１１は、本発明の第１給電手段の先端に相当する。また、負極リード線２２および補助部材９は、本発明の第２給電手段を構成する。補助部材９の第２円筒部９２は、本発明の第２給電手段の先端に相当する。さらに、正極ターミナル８２は、本発明の第１ターミナルに相当する。負極ターミナル８３は、本発明の第２ターミナルに相当する。

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、正極リード線２１と負極リード線２２と補助部材９を図３に示すように一体化する。また、２つのターミナル８２、８３が一体化され、且つＯリング８４が装着されたガイド部材８を、インジェクタボデー４の連通孔４４に挿入する。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、リード線２１、２２はガイド部材８の孔部８１に侵入して孔部８１内を進み、正極リード線２１の芯線２１１が正極ターミナル８２の正極接合片８２１に対向する位置にガイドされ、同様に、補助部材９の第２円筒部９２が負極ターミナル８３の負極接合片８３１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の芯線２１１と正極ターミナル８２の正極接合片８２１を接合するとともに、補助部材９の第２円筒部９２と負極ターミナル８３の負極接合片８３１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、正極リード線２１の芯線２１１と補助部材９の第２円筒部９２が、同軸状で、且つ正極リード線２１の軸方向にずれた配置となっていることに対応して、２つのターミナル８２、８３を配置しているため、極性を間違うことなくリード線２１、２２とターミナル８２、８３とを接合することができる。また、２本のリード線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６（ａ）は第２実施形態に係るインジェクタにおけるリード線先端部近傍の構成を示す正面図、図６（ｂ）は図６（ａ）の平面図である。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６に示すように、本実施形態は、補助部材９の第２円筒部９２と正極リード線２１の被覆部材２１２との間に、円筒状の絶縁部材１００が配置されている。また、絶縁部材１００は、補助部材９の第１円筒部９１の位置まで延びている。

これにより、補助部材９の第１円筒部９１と正極リード線２１の芯線２１１との間、および補助部材９の第２円筒部９２と正極リード線２１の芯線２１１との間には、正極リード線２１の被覆部材２１２のみならず、絶縁部材１００も介在しているため、補助部材９と正極リード線２１との絶縁性能を高めることができる。

（他の実施形態）
上記各実施形態では、２本のリード線２１、２２の先端位置をずらしたが、２本のリード線２１、２２の先端位置を同じにしてもよい。

また、２本のリード線２１、２２の被覆部材２１２、２２２の外径は、同じであってもよいし、或いは異なっていてもよい。

また、上記各実施形態では、正極リード線２１の芯線２１１の位置と補助部材９の第２円筒部９２の位置を正極リード線２１の軸方向にずらしたが、それらの位置を同じにしてもよい。この場合には、正極リード線２１の芯線２１１の外径と補助部材９の第２円筒部９２の外径が異なるため、正極接合片８２１と負極接合片８３１は、正極リード線２１の径方向にずらして配置されるとともに、正極リード線２１の軸方向にはずらさずに配置される。

また、上記各実施形態では、正極リード線２１の芯線２１１の外径と補助部材９の第２円筒部９２の外径が異なっているが、それらの径を同じにしてもよい。この場合には、正極リード線２１の芯線２１１の位置と補助部材９の第２円筒部９２の位置が正極リード線２１の軸方向にずれているため、正極接合片８２１と負極接合片８３１は、正極リード線２１の軸方向にずらして配置されるとともに、正極リード線２１の径方向にはずらさずに配置される。

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。 （ａ）は図１のリード線と補助部材の組み付け状態を示す正面図、（ｂ）は（ａ）の平面図である。 図１の補助部材を単体で示す斜視図である。 （ａ）は図１のリード線と補助部材とターミナルの組み付け状態を示す正面図、（ｂ）は（ａ）の左側面図である。 （ａ）は第２実施形態に係るインジェクタにおけるリード線先端部近傍の構成を示す正面図、（ｂ）は（ａ）の平面図である。

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、９…補助部材（第２給電手段）、２１…正極リード線（第１給電手段）、２２…負極リード線（第２給電手段）。

Claims (9)

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第１給電手段（２１）および第２給電手段（９、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、前記第１給電手段（２１）の先端および前記第２給電手段（９、２２）の先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、
   前記第１給電手段（２１）の先端が第１ターミナル（８２）に接合されるとともに、前記第２給電手段（９、２２）の先端が第２ターミナル（８３）に接合された燃料噴射弁において、
   前記第１給電手段は、芯線（２１１）の外周側を被覆部材（２１２）で覆った第１リード線（２１）にて構成され、
   前記第２給電手段は、芯線（２２１）の外周側を被覆部材（２２２）で覆った第２リード線（２２）、および一端が前記第２リード線（２２）の芯線（２２１）に接合されるとともに、他端側に設けられた筒部（９２）が前記第１リード線（２１）の被覆部材（２１２）の外周に装着される導電性の補助部材（９）にて構成され、
   前記第１給電手段（２１）の先端（２１１）と前記第２給電手段（９、２２）の先端（９２）が同軸状に配置されていることを特徴とする燃料噴射弁。
2. 前記第１給電手段（２１）の先端（２１１）の位置と前記第２給電手段（９、２２）の先端（９２）の位置が、前記第１給電手段（２１）および前記第２給電手段（９、２２）の軸方向にずれていることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
3. 前記第１給電手段（２１）の先端（２１１）の外径と前記第２給電手段（９、２２）の先端（９２）の外径が異なっていることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料噴射弁。
4. 前記補助部材（９）の一端側に筒部（９１）が設けられ、この一端側の筒部（９１）に前記第２リード線（２２）の芯線（２２１）が挿入されて接合されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
5. 前記補助部材（９）の一端側の筒部（９１）と前記補助部材（９）の他端側の筒部（９２）は、非同軸状に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の燃料噴射弁。
6. 前記補助部材（９）の他端側の筒部（９２）と前記第１リード線（２１）の被覆部材（２１２）との間に、絶縁部材（１００）が配置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. 前記第１ターミナル（８２）における前記第１給電手段（２１）の先端が接合される部位と、第２ターミナル（８３）における前記第２給電手段（９、２２）の先端が接合される部位が、前記第１給電手段（２１）および前記第２給電手段（９、２２）の軸方向にずれてい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。
8. 前記第１ターミナル（８２）における前記第１給電手段（２１）の先端が接合される部位と、第２ターミナル（８３）における前記第２給電手段（９、２２）の先端が接合される部位が、前記第１給電手段（２１）の径方向にずれていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の燃料噴射弁。
9. 請求項１ないし８のいずれか１つに記載の燃料噴射弁を製造する方法であって、前記補助部材（９）が前記第２リード線（２２）の芯線（２２１）に接合され、且つ前記補助部材（９）の他端側の筒部（９２）が前記第１リード線（２１）の被覆部材（２１２）に装着された後に、前記ピエゾアクチュエータ（２）が前記インジェクタボデー（４）に挿入されることを特徴とする燃料噴射弁の製造方法。

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