JP4487850B2 - 燃料噴射弁取付構造 - Google Patents

Description

本発明は、燃料噴射弁の取り付け構造に関する。

燃料噴射弁の取り付け構造として、噴孔を有する燃料噴射弁の先端部を、筒内直噴式エンジンであればシリンダヘッド、ポート噴射式エンジンであれば吸気マニホールド（以下、シリンダヘッド等という）に設けた収容孔に挿入し、押さえ部材によって先端方向に向けて押圧し、この押圧部材をボルト等によってシリンダヘッド等に固定する構造が知られている。

特許文献１には、燃料噴射弁と押さえ部材としての燃料供給用配管とをスリーブを介して接続し、燃料噴射弁に設けたフランジと燃料供給用配管に設けた座面の間にバネを介装して、燃料供給用配管をシリンダヘッドに固定することによって押し縮められるバネの反力によって燃料噴射弁をシリンダヘッドに押圧し、これによって荷重方向と燃料噴射弁の軸心方向とのずれを補償する技術が開示されている。
特表２００１−５１１８６７号公報

ところで、例えば筒内に直接燃料を噴射するいわゆる筒内直接噴射式エンジンであって、点火栓付近の混合気の空燃比をコントロールすることによって燃焼性を高めるエンジンのように、燃料噴射方向や燃料噴霧の形状がエンジンの燃焼性等に大きく影響する場合がある。

上記のようなエンジンに使用する燃料噴射弁のなかには、燃料噴霧の形状や噴射方向が燃料噴射弁の軸心に対して偏っているものがある。このような燃料噴射弁を使用する場合、燃料噴射弁が軸心回り（以下、回転方向という）に回転することによって、意図した方向に燃料を噴射できなくなるとエンジンの燃焼性等が低下してしまう。

しかしながら、特許文献１の方法では燃料噴射弁の回転方向の動きを制限するのは、押さえ部材による押圧力のみである。したがって、シリンダヘッドへ組み付けた後は押さえ部材による押圧力によって回転方向への動きが抑制されるものの、シリンダヘッド等への組み付け工程において燃料噴射弁の回転方向の位置にばらつきが生じる可能性がある。

そこで、本発明では燃料噴射弁の回転方向の動きを制限する構造とし、シリンダヘッド等へ取り付けた状態での回転方向のばらつきを小さくすることを目的とする。

本発明の燃料噴射弁取付構造は、燃料噴射弁の先端側を燃料噴射弁取付位置に設けた収容孔に挿入し、後端側から押さえ部材によって軸方向に押圧する燃料噴射弁取付構造において、周上の一部に切り欠き部と、前記燃料噴射弁の軸方向に延び前記収容孔周辺もしくは前記押さえ部材に係合する回転防止用突起部と、少なくともいずれか一方の先端部から前記切り欠き部を狭める方向に延びる係合突起部と、を備える略Ｃ型形状の板状部材と、前記燃料噴射弁に設けられ、前記係合突起部と係合する係合受け部を備え前記燃料噴射弁の側面から前記燃料噴射弁の径方向に突出する突起部と、を備え、前記板状部材は前記燃料噴射弁と前記押さえ部材との間に前記燃料噴射弁と同軸状かつ前記係合突起部が前記係合受け部と係合するように介装し、前記係合受け部は前記係合突起部の前記径方向への動きを制限する形状である。

本発明によれば、回転防止用突起部が押さえ部材もしくは収容孔近傍に係合することによって前記燃料噴射弁の回転方向の動きを制限し、さらに係合受け部によって係合突起部の径方向への動きを制限するので、突起部を任意の向きに固定することができ、さらに製造工程上の問題や寸法のバラツキ等により前記板状部材と前記燃料噴射弁との間に隙間が生じていても、この隙間に起因する前記燃料噴射弁の回転方向の動きを制限することができる。すなわち、燃料噴射弁の回転方向のばらつきを小さくすることが可能である。

以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図1は、第1実施形態の燃料噴射弁取付構造を適用するエンジンの概略図である。なお、後述する突起部２４ｂ、支持部２５、スナップリング１６等は別図を用いて詳細に説明するため図１では省略している。

５はシリンダヘッド、１５はシリンダブロックである。

シリンダブロック１５にはシリンダ１５ａを設け、内部にはピストン１２を摺動可能に収める。そしてシリンダヘッド５の下面とピストン１２の頂面とシリンダ１５ａ壁面とで燃焼室１３を画成する。

シリンダヘッド５には、吸気ポート７と排気ポート８を設け、吸気ポート７はシリンダヘッド５の図示しない一方の側面と燃焼室１３とを連通し、排気ポート８は図示しない他方の側面と燃焼室１３とを連通するよう設ける。

吸気ポート７と排気ポート８の燃焼室１３側の開口部７ａ、８ａには、それぞれ吸気弁９、排気弁１０を設ける。吸気弁９、排気弁１０は図示しないカムシャフトにより駆動し、ピストン１２の上下動に応動して吸気ポート７、排気ポート８を開閉する。

燃焼室１３の天井面略中央には、燃焼室１３内の混合気に火花点火を行うための点火栓１１を設ける。

吸気ポート７の下側には、燃焼室１３と連通するように収容孔１８を設け、燃料噴射弁１を先端側から挿入する。燃料噴射弁１は先端部に噴射孔１ａ、後端部に燃料導入孔１ｂを有するいわゆるトップフィード型であり、噴射孔１ａは吸気ポート開口部７ａの下側から点火栓１１に向けて燃料を噴射する。燃料導入孔１ｂは、図示しない燃料タンクから燃料ポンプによって吸い上げた燃料を各気筒の燃料噴射弁に分配するための燃料チューブ３に接続する。

燃料を点火栓１１付近に向けて噴射するので、少ない燃料噴射量であっても点火栓１１周辺の混合気を理論空燃比付近の燃焼に適した空燃比とすることができ、これによりいわゆるリーン燃焼運転を行うことが可能となる。

燃料チューブ３はボルト４によってシリンダヘッド５に締結し、押さえ部材として燃料噴射弁１を後述する筒状部材としてのホルダ６を介してシリンダヘッド５に押圧する。

上記のような構成のエンジンでは、ピストン１２下降時に吸気弁９が開いて燃焼室１３に吸気を導入し（吸気行程）、吸気弁９が閉じるとともにピストン１２が上昇して吸気を圧縮し（圧縮行程）、圧縮中に燃料噴射弁１から燃料を噴射して点火栓１１付近に混合気を形成し、この混合気を点火栓１１により火花点火することによって燃焼させてピストン１２を押し下げ（爆発行程）、再びピストン１２が上昇するときに排気弁１０が開いて燃焼後の排気ガスを排気ポート８から排出する（排気行程）。

なお、本実施形態では燃料噴射弁１を吸気ポート７の下側に設けているが、吸気ポート７の上側、すなわち燃焼室１３の天井面の頂部付近に設けてもよい。

次に、燃料噴射弁１の形状および取り付け構造について、燃料噴射弁１の取付部を表す図２、図３を参照して説明する。図２は燃料噴射弁１の取り付け部を一部断面図として表した図であり、図３は図２のＡ−Ａ断面図である。

図２に示すように、燃料噴射弁１は噴射孔１ａを設けた先端部から所定部位までは徐々に径が大きくなる段付き円柱形状（段付き部２２）であり、前記所定部位から後端の燃料導入孔１ｂまでは段付き部２２の径よりも小径の略円柱形状（略円柱部）２１となっている。この段付き部２２と略円柱部２１との段差部が後述するバネ受部２０となる。

また、前記略円柱部２１の側面には図示しないコントロールユニットと電気的に接続するためのコネクタ２を、径方向に突出するように設ける。なお、コネクタ２はモールド成型等により燃料噴射弁１と一体に成型する。

段付き部２２は、収容孔１８に挿入する。

収容孔１８は燃料噴射弁１の段付き部２２に対応する段付き形状となっており、各部の径は対応する段付き部２２の径よりもやや広い程度とする。

段付き部２２の段差部分と収容孔１８の段差部分とが当接するまで燃料噴射弁１を挿入すると、バネ受部２０とシリンダヘッド表面５ａとがほぼ同一平面となる。なお、このとき噴射孔１ａは燃焼室１３に突出しないようになっており、燃料噴射弁１の先端付近の側面にはシール材が設けられ、収容孔１８の壁面と燃料噴射弁１の側面との隙間をシールしている。

略円柱部２１は燃料チューブ３とボス部３ａで接続し、略円柱部２１の側面に設けたシール材１７によってボス部３ａの内側壁面と略円柱部２１の側面との隙間をシールする。

なお、燃料チューブ３をシリンダヘッド５に締結した状態で、ボス部３ａの下面２３とバネ受部２０の間の距離は後述するホルダ６の自由長よりも短くなる。

ボス部３ａの下面２３とバネ受部２０の間にはバネ特性をもつように蛇腹状に形成したホルダ６を配置する。

ホルダ６は図３に示すように、円周の一部に切り欠き部６ａを有するいわゆるＣ型断面を有する。切り欠き部６ａの大きさは、燃料噴射弁１の側面に設けた突起状のコネクタ２の周方向の幅と略同等もしくは大きくする。したがって、コネクタ２の背面側からホルダ６を装着したときに、コネクタ２とホルダ６との干渉を防止することができる。

ホルダ６の外径はバネ受部２０の外径と略同一またはそれ以下とする。これは、燃料噴射弁１周辺は燃料チューブ３や吸気ポート７等が近接しているため、できるだけコンパクトな構成にするためである。

ホルダ６の自由長は前述した通りボス部３ａの下面２３とバネ受部２０との間の距離よりも長く設定する。これにより、燃料チューブ３をシリンダヘッド５に締結した場合に、ホルダ６は押し縮められた状態となって反力（弾性力）を生じ、この弾性力によって燃料噴射弁１はシリンダヘッド５に押圧される。

仮にホルダ６が弾性部材でない場合には、ボス部３ａ、ホルダ６、燃料噴射弁１、収容孔１８の寸法のばらつきが大きくなると、燃料噴射弁１を軸方向に押圧できず、燃料噴射弁１が収容孔１８内で傾き、所望の噴霧形状や噴射量を得られなくなる恐れがある。しかし、ホルダ６を弾性部材とすることによって、寸法のばらつきを補償することができる。

ここで、ホルダ６のバネ特性について図５を参照して説明する。

図５はホルダ６の縮み代と弾性力との関係を表す図である。

ホルダ６を自由長の状態から縮めていくと、これにほぼ比例して弾性力が増大していくが、縮み代がＬ０程度になると縮み代を大きくしても弾性力は略一定状態となる。

本実施形態では、燃料噴射弁１の段付き部２２を収容孔１８に挿入し、略円筒部２１を燃料チューブ３のボス部３ａに挿入し、燃料チューブ３をシリンダヘッド５に締結した状態で、ホルダ６の長さが、弾性力が縮み代の変化に対して略一定となる範囲（図中Ｌ１〜Ｌ２）になるようにする。

これによって、燃料噴射弁１、燃料チューブ３、ホルダ６等の各寸法にばらつきがあった場合にも、燃料噴射弁１をシリンダヘッド５に押圧する力を略一定に保つことが可能となる。

ホルダ６の下端付近の蛇腹の溝部には、ホルダ６の広がり防止のために拡がり防止部材としてのスナップリング１６を係合させる。スナップリング１６は、ホルダ６と同様にＣ型断面を有する部材であり、円周上の切り欠き部１６ａは、ホルダ６の切り欠き部６ａと同等もしくはそれよりも小さい。Ｃ型断面のホルダ６は、押し縮められたときに切り欠き部６ａが拡がろうとする。切り欠き部６ａが拡がると、燃料噴射弁１を押圧する軸方向の荷重が横方向に逃げる、またはホルダ６がバネ受部２０から脱落して燃料噴射弁１を押圧することができなくなる、といった問題が生じるが、スナップリング１６を装着することによって、拡がりを防止して確実にバネ受部２０を押圧し、軸方向の荷重を安定させることができる。なお、スナップリング１６を嵌合させる位置はホルダ６の下端付近に限らず、ホルダ６の中央部よりも先端側のいずれかの位置であればよい。

ホルダ６の上部側の蛇腹の溝部には、燃料噴射弁１の回転方向の動きを制限するための位置決め部材２４を係合させる。ここで、位置決め部材２４について図２のＢ−Ｂ矢視図である図４を参照して説明する。なお、図４では、ホルダ６を省略している。

図４に示すように、位置決め部材２４はホルダ６と同様に略Ｃ型断面を有する挟み込み部２４ａと、挟み込み部２４ａから突出した突起部２４ｂとで構成される。

突起部２４ｂは挟み込み部２４ａの側面から径方向外側に向って延び、所定量延びた部分で燃料噴射弁１の軸方向上向き（燃料導入孔１ｂ向き）に屈曲している。

この突起部２４ｂは、ボス部３ａの外側側面３ｂに設けた燃料噴射弁１の軸方向に延びるスリット（支持部２５）に係合する。なお、スリットの幅は突起部２４ｂの幅と略同等とする。

挟み込み部２４ａは、その両側先端部付近が略Ｃ型断面の切り欠き部分を狭める方向に延びる爪部２４ｃとなっており、また、爪部２４ｃは燃料噴射弁１の軸方向にも延びている。そして、この爪部２４ｃの先端付近はコネクタ２に設けた溝２７に係合する。

ここで、溝２７について図７（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。図７（ａ）はコネクタ２近傍の拡大図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のＣ−Ｃ矢視図である。

溝２７はコネクタ２の側面の上端から下端まで設けられており、上端と下端は共に開放端となっている。下端については開放端でなくても構わないが、その場合には、爪部２４ｃの軸方向の長さと、燃料噴射弁１をシリンダヘッド５に組み付ける際にかける押圧力によるホルダ６の蛇腹部分の潰れ代とに基づいて、蛇腹部分が潰れた際にも爪部２４ｃの下方端部２４ｄが溝２７の下方端部に底付きしないように溝２７の軸方向の長さを設定する必要があり、さらに各部の寸法精のばらつきも考慮しなければならない。この点、本実施形態のように下端も開放端にすることにより上記の底付きについて考慮する必要がなくなる。なお、溝２７はコネクタ２を成型した後に切削加工により形成してもよいし、モールド時に同時に形成してもよい。

次に爪部２４ｃと溝２７とを係合させることによる効果について図４及び図８（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。図８（ａ）、（ｂ）はともに溝２７を設けずに、爪部２４ｃの先端がコネクタ２の側面と当接することによって燃料噴射弁１の回転方向の動きを制限する場合を表す図であり、図８（ａ）は燃料噴射弁１が意図した向きで取り付けられた状態、図８（ｂ）は燃料噴射弁１が図８（ａ）の状態から回転した状態を表している。

図８（ａ）に示すように、位置決め部材２４と燃料噴射弁１との間には隙間がある。これは組み付け工程における作業性の観点から設けられるものである。また、図８（ａ）には示さないが、位置決め部材２４とホルダ６との間にも隙間が設けられる。これは、位置決め部材２４及びホルダ６を製造する際の精度の問題から生じるものである。また、爪部２４ｃはコネクタ２の軸心方向、すなわち燃料噴射弁１の径方向（図中矢印Ｙ）への移動が制限されていない。

すなわち、爪部２４ｃとコネクタ２とが当接する部分がコネクタ２の軸方向にずれることによって、位置決め部材２４は突起部２４ｂを軸として上記隙間の分だけ回転可能となる。

ところが、本実施形態のように爪部２４ｃを溝２７に係合させることにより、爪部２４ｃのコネクタ２の軸方向への動きが制限されるので、位置決め部材２４の回転方向の動きを制限することができる。これにより、燃料噴射弁１の回転方向の動きを制限し、燃料噴射弁１の回転方向のばらつきを低減することができる。

なお、図６に示すように、溝２７に代えてコネクタ２の側面に爪部２４ｃを挟み込むような突部２６を設けても同様の効果を得ることができる。

また、爪部２４ｃとコネクタ２とを係合させるのは、コネクタ２の片側側面のみであってもよい。この場合、係合させるのは図４、図６の図中左側とする。これは、左側の爪部２４ｃの動きを制限した方が、燃料噴射弁１の回転方向の動きを制限する効果が大きいとう実験結果による。

以上により本実施形態では、下記の効果を得ることができる。

燃料噴射弁１の先端側を燃料噴射弁取付位置５に設けた収容孔１８に挿入し、後端側から燃料チューブ３によって軸方向に押圧する燃料噴射弁取付構造において、周上の一部に切り欠き部を有し、燃料噴射弁１の軸方向に延びて押さえ部材３の支持部２５に係合する突起部２４ｂと、少なくともいずれか一方の先端部から切り欠き部を狭める方向に延びる爪部２４ｃとを備える位置決め部材２４と、爪部２４ｃと係合する溝２７を備えるコネクタ２とを備え、位置決め部材２４は燃料噴射弁１と燃料チューブ３との間に燃料噴射弁１と同軸状かつ爪部２４ｃが溝２７と係合するように介装し、溝２７は爪部２４ｃの径方向への動きを制限する形状であるので、コネクタ２を任意の向きに固定することができ、さらに製造工程上の問題や寸法のバラツキ等により位置決め部材２４とホルダ６との間に隙間が生じていても、この隙間に起因する燃料噴射弁１の回転方向の動きを制限することができる。すなわち、燃料噴射弁１の回転方向のばらつきを小さくすることが可能である。

燃料噴射弁１と燃料チューブ３との間に、燃料噴射弁１の軸方向に弾性を有し、断面の一部に切り欠き部を有する略Ｃ型断面のホルダ６を、燃料噴射弁１と同軸状かつコネクタ２と切り欠き部とが一致するように介装し、ホルダ６が径方向に拡がることを防止するスナップリング１６を設けたので、弾性力を利用して燃料噴射弁１をシリンダヘッド５に押圧することになり、燃料噴射弁１、収容孔１８、ボス部３ａといった各構成部品の寸法にばらつきがある場合であっても、燃料噴射弁１にかかる荷重の偏りを補償し、所望の燃料噴射特性を得ることができる。また、ホルダ６をＣ型断面とすることでコネクタ２とホルダ６との干渉を防止できるので、燃料チューブ３とシリンダ表面５ａとの間には、少なくともコネクタ２を設けるスペースとスナップリング１６を装着するスペースがあればよく、省スペース化を図ることができる。

スナップリング１６を、ホルダ６の中央部より先端側のいずれかの部位に係合させるので、荷重がかかったときのホルダ６の方向の拡がりを抑制し、ホルダ６が燃料噴射弁１に設けたバネ受部２０から脱落することを防止できる。これによって燃料噴射弁１を押圧する軸方向の荷重を安定させることができる。

燃料チューブ３を押圧部材として利用するので、部品点数を少なくすることができる。

なお、本実施形態では筒内直噴式エンジンの場合について説明したが、収容孔１８を設ける場所をシリンダヘッド５ではなく吸気マニホールド等の吸気通路にすることで、ポート噴射式エンジンに適用することが可能である。

また、トップフィード型の燃料噴射弁１について説明を行ったが、側面に燃料導入孔１ｂを有するいわゆるサイドフィード型の燃料噴射弁についても、同様に適用することが可能である。

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。

本発明は、筒内直接燃料噴射式もしくは吸気ポート噴射式のいずれであっても適用可能である。

燃料噴射弁をシリンダヘッドに組み付けた状態を表す図である。 本実施形態の燃料噴射弁の取付部をを一部断面図として表した図である。 図２のＡ−Ａ矢視図である。 図２のＢ−Ｂ矢視図である。 ホルダのバネ特性を表す図である。 コネクタに設ける係合受け部の別の例を表す図である。 （ａ）は爪部と溝の係合部分の拡大図である。（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ矢視図である。 （ａ）、（ｂ）は本実施形態の効果を説明するための図である。

符号の説明

１ 燃料噴射弁
２ コネクタ
３ 燃料チューブ
４ ボルト
５ シリンダヘッド
６ ホルダ
７ 吸気ポート
８ 排気ポート
９ 吸気弁
１０ 排気弁
１１ 点火栓
１２ ピストン
１３ 燃焼室
１５ シリンダブロック
１６ スナップリング
１７ シール材
１８ 収容孔
１９ シール材
２０ バネ受部
２１ 略円筒部
２２ 段付き部
２３ ボス部下面
２４ 位置決め部材
２５ 支持部
２６ 突起
２７ 溝

Claims (4)

1. 燃料噴射弁の先端側をシリンダヘッドの燃料噴射弁取付位置に設けた収容孔に挿入し、後端側から押さえ部材によって軸方向に押圧する燃料噴射弁取付構造において、
   周上の一部に切り欠き部と、前記燃料噴射弁の軸方向に延び前記収容孔周辺もしくは前記押さえ部材に係合する回転防止用突起部と、少なくともいずれか一方の先端部から前記切り欠き部を狭める方向に延びる係合突起部と、を備える略Ｃ型形状の板状部材と、
   前記燃料噴射弁に設けられ、前記係合突起部と係合する係合受け部を備え前記燃料噴射弁の側面から前記燃料噴射弁の径方向に突出する突起部と、を備え、
   前記板状部材は前記燃料噴射弁と前記押さえ部材との間に前記燃料噴射弁と同軸状かつ前記係合突起部が前記係合受け部と係合するように介装し、
   前記係合受け部は前記係合突起部の前記径方向への動きを制限する形状であることを特徴とする燃料噴射弁取付構造。
2. 前記係合受け部はコネクタ部側面に燃料噴射弁軸方向と略平行に設けた溝部である請求項１に記載の燃料噴射弁取付構造。
3. 前記係合受け部は前記コネクタ部の側面にそれぞれ燃料噴射弁軸方向と略平行にかつ互いに所定の間隔をもって延びる２つの凸部に挟まれる部分である請求項１に記載の燃料噴射弁取付構造。
4. 前記係合受け部の軸方向上端部及び下端部が開放端となっている請求項２または３に記載の燃料噴射弁取付構造。
   

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