JP4542542B2

JP4542542B2 - 燃料噴射モジュール

Info

Publication number: JP4542542B2
Application number: JP2006351972A
Authority: JP
Inventors: 雅季鈴木; 新溝田; 真明武田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2006-12-27
Filing date: 2006-12-27
Publication date: 2010-09-15
Anticipated expiration: 2026-12-27
Also published as: JP2008163780A

Description

本発明は、筒内噴射内燃機関等に好適な燃料噴射モジュールに係り、シリンダヘッドに着脱する際の作業性の向上や工数の低減等を実現する技術に関する。

近年、熱効率の向上や有害排出ガス成分の減少等を図るべく、燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁を気筒ごとに設けた筒内噴射ガソリンエンジンやディーゼルエンジン（以下、筒内噴射エンジンと記す）の開発／改良が進められている。筒内噴射エンジンでは、燃焼室からの高圧ガスの吹き抜けを防止すべく、シリンダヘッドに形成された燃料噴射弁装着孔と燃料噴射弁との間に金属等を素材とするガスケットを介装させる方法（特許文献１参照）や、外周に環状の弾性シールが装着された燃料噴射弁の噴射ノズルを噴射ノズル装着孔に圧入する方法（特許文献２参照）が採られている。

筒内噴射エンジンの製造にあたっては、上述したガスケットや弾性シールを比較的大きな力で加圧する必要があるため、燃料噴射弁を１本ずつ噴射ノズル装着孔に圧入した後、各燃料噴射弁を燃料供給用のデリバリパイプに接続する方法を採ることが多い。この場合、エンジン製造ラインでの組付作業工数が増大する他、デリバリパイプと燃料噴射弁との組み付け後に各接続部位からの燃料リークの有無を試験することが困難であった。そこで、特許文献２では、デリバリパイプと各燃料噴射弁とを燃料噴射モジュールとしてサブアッシ化し、各燃料噴射弁のカラー部材に当接する圧入治具を備えた圧入装置を用い、燃料噴射モジュールをシリンダヘッドに装着する方法を採っている。
特開２００５−３２０８９８号公報特開２００３−２３９８２８号公報

上述した特許文献２の方法では、自動車製造ラインにおける燃料噴射モジュールの組付作業は円滑に行えるようになるものの、極低温での筒内ガス気密性を確保しようとした場合、常温での圧入荷重が増大することから、大掛かりな圧入装置が必要となって設備コストが増大する問題があった。また、デリバリパイプと燃料噴射弁とをシリンダヘッドに対して個別に締結し、更に各燃料噴射弁については個別のストッパ部材によってシリンダヘッド側に押し付ける構成を採用しているため、エンジンの構成部品点数が多くなる他、その強度を確保するために燃料噴射弁の重量が増大することも避けられない。また、燃料噴射モジュールを取り外す場合には、デリバリパイプを取り外した後、燃料噴射弁をシリンダヘッドから１本ずつ引き抜かねばならず、整備時等における作業工数が多くなる問題もあった。

本発明は、上記状況に鑑みなされたものであり、シリンダヘッドに着脱する際の作業性の向上や工数の低減等を実現した燃料噴射モジュールを提供することを目的とする。

請求項１の発明は、その内部に燃料が流通する燃料供給配管と、前記燃料供給配管から燃料が供給されるとともに、その噴射ノズルが内燃機関の噴射ノズル装着孔に嵌挿される複数の燃料噴射弁とを含む燃料噴射モジュールであって、前記燃料供給配管には、複数の係止部を有する保持ブラケットが形成され、前記燃料噴射弁には、前記係止部の１つに係合し、当該燃料噴射弁と前記保持ブラケットとの軸方向への相対変位を規制する軸方向変位規制手段が形成され、前記軸方向変位規制手段は、前記燃料噴射弁の上部に形成されたステーと、当該ステーの上方に形成されたフランジとからなり、前記噴射ノズルには、前記噴射ノズル装着孔の内周面に所定の圧接力をもって圧接する弾性シールが外嵌し、前記ステーと前記フランジとの間に前記保持ブラケットが挿入されたことを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１に記載された燃料噴射モジュールにおいて、前記燃料供給配管と前記燃料噴射弁とが接続配管によって接続されたことを特徴とする。

また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載された燃料噴射モジュールにおいて、前記保持ブラケットと前記軸方向変位規制手段とが前記内燃機関に共締めされることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、例えば、各噴射ノズル装着孔に燃料噴射弁を嵌挿させながら燃料供給配管をシリンダヘッドに押し付けることで、保持ブラケットと軸方向変位規制手段とを介して各燃料噴射弁が噴射ノズル装着孔に圧入され、燃料噴射モジュールの装着が完了する。また、燃料供給配管をシリンダヘッドから取り外すことで、保持ブラケットと軸方向変位規制手段とを介して各燃料噴射弁が噴射ノズル装着孔から引き抜かれ、料噴射モジュールの取り外しが完了する。また、圧接力を適宜設定することにより、燃料のリークチェックをすませたサブアッシの状態で比較的小さな圧入力をもって噴射ノズルを噴射ノズル装着孔に圧入することができるとともに、燃料噴射弁として座屈強度等の小さい軽量なものを採用できる。また、請求項２の発明によれば、燃料噴射モジュールの着脱時に燃料供給配管と燃料噴射弁とが相対変位しても、接続配管が撓むことでその相対変位が吸収される。

以下、図面を参照して、本発明を適用した筒内噴射エンジンの２つの実施形態を詳細に説明する。

［第１実施形態］
図１は第１実施形態に係る筒内噴射エンジンの上部を示す要部透視斜視図であり、図２は第１実施形態に係る燃料噴射モジュール装着部の縦断面図であり、図３は第１実施形態に係る燃料噴射モジュールの展開斜視図であり、図４〜図６は第１実施形態に係る燃料噴射モジュールのエンジンへの装着方法を示す説明図である。

≪第１実施形態の構成≫
図１に示すエンジン（内燃機関）１は自動車用の４サイクル直列４気筒ディーゼルエンジンであり、図２にも示すように、そのシリンダヘッド２には燃料噴射モジュール３が装着されている。本実施形態の燃料噴射モジュール３は、４本の燃料噴射弁４と、燃料供給用のデリバリパイプ５と、各燃料噴射弁４をデリバリパイプ５に接続する燃料パイプ６とをサブアッシ化したものであり、４本のボルト（押しボルト）７によってシリンダヘッド２に締結されている。図２に示すように、シリンダヘッド２には、比較的大径の噴射弁収容孔８と、比較的小径の噴射ノズル装着孔９とが穿設されている。そして、噴射弁収容孔８には後述する燃料噴射弁４のバルブボディ１１が収容され、噴射ノズル装着孔９にはこれも後述する燃料噴射弁４の噴射ノズル１４が嵌挿されている。

図３に示すように、燃料噴射弁４は、円柱状のバルブボディ１１と、バルブボディ１１の上端に突設された配管接続部１２と、バルブボディ１１の下部に形成された駆動部１３と、駆動部１３の下面に突設された噴射ノズル１４と、バルブボディ１１の上方に形成されたステー（軸方向変位規制手段）１５と、ステー１５の上方に形成された円盤状のフランジ（軸方向変位規制手段）１６と、噴射ノズル１４の外周に嵌着された吹抜け防止用の弾性シール１７とを主要構成要素としている。ステー１５は、バルブボディ１１から略水平に延設されており、その端部付近にボルト孔１８を有している。また、弾性シール１７は、ＰＴＦＥ（４弗化エチレン）樹脂を素材としており、その自由体積（以下、充填率と記す）が噴射ノズル先端に形成された環状溝と同円周方向の隙間とを合計した体積に対して適宜な値（本実施形態では、９０〜１２０％の範囲；好ましくは、１００％以上）に設定されている。なお、燃料噴射弁４は駆動部１３への電流供給に供される配線類を備えているが、本実施形態ではそれらの図示を省略する。

一方、デリバリパイプ５は、燃料が流通する円筒状のパイプ本体２１と、パイプ本体２１の下面に溶接／一体化された鋼板プレス成形品の取付金具２２と、パイプ本体２１の上面に突設された配管接続部２３とを主要構成要素としている。取付金具２２からは、側方に向けて４つの保持ブラケット２４が突設されている。保持ブラケット２４は、パイプ本体２１の軸方向に沿った矩形を呈しており、その一端側に噴射弁の保持に供される略Ｕ字形状の切欠２５が形成されるとともに、他端側にボルト孔（長孔）２６が穿設されている。なお、保持ブラケット２４の肉厚は、燃料噴射弁４におけるステー１５とフランジ１６との間隙より有意に小さく設定されている。また、切欠２５は、燃料噴射弁４が軸直角方向に所定量移動できる大きさに設定されている。

また一方、燃料パイプ６は略Ｕ字形状を呈しており、その一端に燃料噴射弁４側の配管接続部１２に締結されるフレアナット３１を備え、他端にデリバリパイプ５側の配管接続部２３に締結されるフレアナット３２を備えている。

＜第１実施形態の作用＞
本実施形態では、燃料噴射モジュール３を組み立てる場合、先ず、図３に矢印で示すように、燃料噴射弁４のステー１５とフランジ１６との間に保持ブラケット２４を挿入させて燃料噴射弁４をデリバリパイプ５の各保持ブラケット２４に組み付けた後、燃料パイプ６のフレアナット３１，３２を燃料噴射弁４およびデリバリパイプ５の配管接続部１２，２３に締結する。この際、保持ブラケット２４の肉厚がステー１５とフランジ１６との間隙より有意に小さいため、燃料噴射弁４と保持ブラケット２４とは強固に結合されず（すなわち、遊嵌しており）、可撓性を有する燃料パイプ６を介して連結された状態となる。燃料噴射モジュール３は、その組み立てが完了すると、図示しないリークテスタによって各部にリークが無いか否かを試験され、この試験に合格したものだけがエンジン製造ラインに供給される。

エンジン製造ラインにおいて、燃料噴射モジュール３は、以下に述べる手順でエンジン１に組み付けられる。組立作業者は、先ず、図４に示すように、各燃料噴射弁４をシリンダヘッド２の噴射弁収容孔８に挿入した後、燃料噴射モジュール３の一端を押下することにより、端部側の燃料噴射弁４の噴射ノズル１４を噴射ノズル装着孔９に圧入させる。この圧入は、弾性シール１７の変形（縮径）を伴うが、１本の燃料噴射弁４のみに対して行うため比較的容易である。この際、燃料噴射弁４と保持ブラケット２４とが遊嵌するとともに、燃料パイプ６が比較的容易に撓むため、デリバリパイプ５が傾いた状態で押下させても、噴射ノズル１４が噴射ノズル装着孔９内で傾くことがない。なお、圧入時において、端部側のステー１５および保持ブラケット２４のボルト孔１８，２６にボルト７を嵌入させ、このボルト７を締結工具を用いてシリンダヘッド２に締結するようにすれば、この圧入作業はより容易に行える。

次に、組立作業者は、図５に示すように、端部側のボルト７をシリンダヘッド２に完全に締結する。すると、ボルト７の軸力によってデリバリパイプ５がシリンダヘッド２側に押下され、保持ブラケット２４にステー１５が押圧されることによって燃料噴射弁４がシリンダヘッド２に進入し、他の燃料噴射弁４の噴射ノズル１４も噴射ノズル装着孔９に圧入される。なお、本実施形態では、切欠２５を燃料噴射弁４が軸直角方向に所定量移動できる大きさに設定したため、各保持ブラケット２４間の寸法等に所定の製造誤差が存在しても、燃料噴射弁４の意図しない傾き等が抑制される。しかる後、組立作業者は、図６に示すように、他の３本のボルト７を用いて燃料噴射モジュール３をシリンダヘッド２に締結し、組付作業を完了する。

一方、整備作業者等は、燃料噴射モジュール３をシリンダヘッド２から取り外す際に、４本のボルト７を緩めて取り外した後、デリバリパイプ５の一端を持ち上げることで、端部側の燃料噴射弁４の噴射ノズル１４を噴射ノズル装着孔９から引き抜くことができる。そして、そのままデリバリパイプ５の一端を更に持ち上げることで、他の燃料噴射弁４の噴射ノズル１４も噴射ノズル装着孔９から順次引き抜かれ、燃料噴射モジュール３の取り外しが完了する。

以上述べたように、第１実施形態の燃料噴射モジュールによれば、シリンダヘッド２に対する燃料噴射モジュール３の着脱作業が容易かつ短時間で行えるようになるとともに、構成部品点数等も大幅に削減することができた。また、噴射ノズル１４に外嵌された弾性シール１７の充填率を１００％以上に設定したため、厳冬期等においても弾性シール１７の収縮に起因する燃焼室からの高圧ガスの吹き抜けが起こり難くなった。

［第２実施形態］
図７は、第２実施形態に係る燃料噴射モジュール３の斜視図である。
同図に示すように、本実施形態の燃料噴射モジュール３では、燃料噴射弁４とデリバリパイプ５とがシリンダヘッド２に個別に締結される構成を採っている。すなわち、燃料噴射弁４側は、保持ブラケット２４を介してデリバリパイプ５に保持されるとともに、そのステー１５がシリンダヘッド２に植設されたスタッドボルト４１にナット４２を介して締結される。一方、デリバリパイプ５は、保持ブラケット２４の他にボルト孔（長孔）４３が穿設された固定用ブラケット４４を有しており、この固定用ブラケット４４のボルト孔４３に嵌挿されるボルト７によってシリンダヘッド２側のボス４５に締結される。

第２実施形態の場合、燃料噴射モジュール３の組み付けにあたっては、デリバリパイプ５側の固定用ブラケット４４をボルト７によってボス４５に締結した後、燃料噴射弁４側のステー１５をナット４２によってスタッドボルト４１に締結する手順が採られる。そして、この際に、組立作業者が誤ってデリバリパイプ５よりステー１５を先に締結してしまうと、曲げ応力が作用して燃料パイプ６が変形する虞がある。

しかしながら、本実施形態の場合、図８に示すように、燃料噴射弁４の噴射ノズル１４を噴射ノズル装着孔９に単に挿入した時点では、燃料噴射弁４の噴射ノズル１４に装着された弾性シール１７が噴射ノズル装着孔９の上端で係止され、スタッドボルト４１の上端がステー１５の上面から突出しない。そのため、組立作業者は、そのままではスタッドボルト４１にナット４２を螺合させることができず、図９に示すように、ボルト７によってデリバリパイプ５をボス４５に締結することで、噴射ノズル１４を噴射ノズル装着孔９に完全に圧入させた後、ステー１５の締結を行わざるをえない。これにより、組立作業者のミスに起因する上述した燃料パイプ６の変形が効果的に防止される。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態は直列４気筒ディーゼルエンジン用の燃料噴射モジュールに本発明を適用したものであるが、筒内噴射ガソリンエンジン用の燃料噴射モジュールに適用してもよいし、Ｖ型エンジン用の燃料噴射モジュール等に適用してもよいし、更には吸気管に装着される燃料噴射モジュールに適用してもよい。また、上記実施形態の燃料噴射モジュールでは、燃料噴射弁の噴射ノズルに吹抜け防止用の弾性シールを外嵌させたが、燃料噴射弁装着孔と燃料噴射弁との間に吹抜け防止用の金属ガスケットを介装させるようにしてもよい。また、保持ブラケットに形成する係止部や燃料噴射弁に軸方向変位規制手段についても、上記実施形態での例示に限るものではなく、例えば、保持ブラケット側に形成された一対の係止フランジの間に燃料噴射弁に形成されたフランジを遊嵌させるような構造を採用してもよいし、装着方向のみに作用するような構造を採用してもよい。

第１実施形態に係るエンジンの上部を示す要部透視斜視図である。第１実施形態に係る燃料噴射モジュール装着部の縦断面図である。第１実施形態に係る燃料噴射モジュールの展開斜視図である。第１実施形態に係る燃料噴射モジュールのエンジンへの装着方法を示す説明図である。第１実施形態に係る燃料噴射モジュールのエンジンへの装着方法を示す説明図である。第１実施形態に係る燃料噴射モジュールのエンジンへの装着方法を示す説明図である。第２実施形態に係る燃料噴射モジュールの斜視図である。第２実施形態に係る燃料噴射モジュールのエンジンへの装着手順を示す説明図である。第２実施形態に係る燃料噴射モジュールのエンジンへの装着手順を示す説明図である。

符号の説明

１エンジン（内燃機関）
２シリンダヘッド
３燃料噴射モジュール
４燃料噴射弁
５デリバリパイプ
６燃料パイプ
７ボルト（押しボルト）
９噴射ノズル装着孔
１４噴射ノズル
１５ステー（軸方向変位規制手段）
１６フランジ（軸方向変位規制手段）
１７弾性シール
２４保持ブラケット
２５切欠（係止部）
４１スタッドボルト
４２ナット
４４固定用ブラケット
４５ボス

Claims

その内部に燃料が流通する燃料供給配管と、
前記燃料供給配管から燃料が供給されるとともに、その噴射ノズルが内燃機関の噴射ノズル装着孔に嵌挿される複数の燃料噴射弁と
を含む燃料噴射モジュールであって、
前記燃料供給配管には、複数の係止部を有する保持ブラケットが形成され、
前記燃料噴射弁には、前記係止部の１つに係合し、当該燃料噴射弁と前記保持ブラケットとの軸方向への相対変位を規制する軸方向変位規制手段が形成され、
前記軸方向変位規制手段は、前記燃料噴射弁の上部に形成されたステーと、当該ステーの上方に形成されたフランジとからなり、
前記噴射ノズルには、前記噴射ノズル装着孔の内周面に所定の圧接力をもって圧接する弾性シールが外嵌し、
前記ステーと前記フランジとの間に前記保持ブラケットが挿入されたことを特徴とする燃料噴射モジュール。
前記燃料供給配管と前記燃料噴射弁とが接続配管によって接続されたことを特徴とする、請求項１に記載された燃料噴射モジュール。
前記保持ブラケットと前記軸方向変位規制手段とが前記内燃機関に共締めされることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載された燃料噴射モジュール。