JP5169951B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関に搭載され、燃焼に供する燃料を噴孔から噴射する燃料噴射弁に関する。

内燃機関の出力トルク及びエミッション状態を精度良く制御するには、燃料噴射弁から噴射される燃料の噴射開始時期及び噴射量等、その噴射状態を精度良く制御することが重要である。そこで従来より、噴射に伴い変動する燃料の圧力を検出することで、実際の噴射状態を検出する技術が提案されている。例えば、噴射開始に伴い燃圧が下降を開始した時期を検出することで実際の噴射開始時期を検出したり、噴射終了に伴い燃圧の上昇が停止した時期を検出することで実際の噴射終了時期を検出したりしている（特許文献１参照）。

このような燃圧の変動を検出するにあたり、コモンレール（蓄圧容器）に直接設置された燃圧センサ（レール圧センサ）では、噴射に伴い生じた燃圧変動がコモンレール内で緩衝されてしまうため、正確な燃圧変動を検出することができない。そこで特許文献１記載の発明では、燃圧センサを燃料噴射弁に搭載することで、噴射に伴い生じた燃圧変動がコモンレール内で緩衝する前に、その燃圧変動を検出することを図っている。

特開２００８−１４４７４９号公報

上記燃料噴射弁は、噴孔へ高圧燃料を流通させる高圧通路が内部に形成されたボデーに、噴孔を開閉させるニードル、及びニードルを駆動させるアクチュエータ等を収容して構成されるのが一般的である。そして本発明者らは、次のように構成した燃圧センサを上記ボデーに取り付けることを検討した。すなわち、上記ボデーに取り付けられて高圧燃料の圧力を受けて弾性変形する起歪体と、起歪体にて生じた歪の大きさを電気信号に変換するセンサ素子と、センサ素子の検出信号に対して増幅処理等を行う信号処理回路とから燃圧センサを構成する。

ところで、インジェクタを市場に出荷する前に、燃圧センサに対して各種試験及び検査を実施する必要がある。以下、前記試験及び検査の具体例を説明する。

燃料温度が高いほど起歪体の熱膨張変形が大きくなるため、燃圧センサの出力値（つまり信号処理回路から出力されたセンサ出力値）はドリフトする。よって、この温度ドリフト量を加味してセンサ出力値から燃料圧力を算出する必要がある。そして、温度ドリフト量は起歪体毎に異なる固有値であるため、燃料噴射弁を市場に出荷する前に温度ドリフト量を試験（温度特性試験）して取得しておく必要がある。

そこで、起歪体、センサ素子及び信号処理回路をボデーに組み付けた状態で、既知の試験温度及び試験圧力による燃料をボデーの高圧通路に供給して、その燃料圧力を起歪体にかける。そして、その時のセンサ出力値、試験圧力及び試験温度に基づいて、試験温度毎の温度ドリフト量を取得しておく。また、試験圧力に対するセンサ出力値が正常範囲から外れていないかをチェックすることで、燃圧センサの異常検査を実施しておく。

しかしながら、起歪体をボデーに組み付けた状態では、起歪体とともにボデーの温度をも試験温度に安定させることを要することになるが、ボデーは温度マスが大きいため試験温度に安定させるよう温度調整するのに時間がかかる。また、燃圧センサをボデーに組み付けた状態で上述の異常検査により異常が検出されると、燃料噴射弁を異常品として取り扱わなければならないため燃料噴射弁の製造歩留まり低下を招いてしまう。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、燃料圧力を検出するセンサを備えた燃料噴射弁において、センサに対する各種試験検査の作業性向上、及び燃料噴射弁の製造歩留まり低下抑制を図った燃料噴射弁を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

第１の発明は、内燃機関に搭載されて噴孔から燃料を噴射する燃料噴射弁において、前記噴孔へ高圧燃料を流通させる高圧通路を内部に形成するボデーと、前記ボデーに取り付けられ、前記高圧燃料の圧力を受けて弾性変形する起歪体と、前記起歪体に取り付けられ、前記起歪体にて生じた歪の大きさを電気信号に変換するセンサ素子と、前記センサ素子の検出信号に対して少なくとも増幅処理を行う信号処理回路と、前記起歪体に組み付けられて前記信号処理回路を保持する保持部材と、を備える。そして、前記起歪体、前記センサ素子、前記信号処理回路及び前記保持部材は、一体に組み付けられてユニット化された燃圧検出ユニットを構成し、前記保持部材に形成された螺子部を前記ボデーに螺子締結することにより、前記燃圧検出ユニットは前記ボデーに取り付けられていることを特徴とする。

例えば、本発明に反し起歪体及び信号処理回路を別々にボデーに取り付ける構造にすると、起歪体及び信号処理回路をボデーに取り付けた状態でなければ、信号処理回路から出力されるセンサ出力値を得ることができないため、上述した温度特性試験及び異常検査等、各種試験検査を実施できない。これに対し本発明によれば、起歪体、センサ素子、信号処理回路及び保持部材を一体に組み付けてユニット化し、保持部材をボデーに螺子締結することで燃圧検出ユニットをボデーに取り付けるので、起歪体をボデーに取り付ける前に燃圧検出ユニット単体で各種試験検査を実施することができる。

特に、先述した温度特性試験を実施する場合において、本発明によれば、温度マスの大きいボデーを起歪体とともに試験温度に調整することを不要にでき、起歪体のみを試験温度に安定させるよう温度調整すればよいので、温度調整に要する時間を短縮できる。したがって、温度特性試験の作業性向上を図ることができる。

また、先述した異常検査を実施する場合においては、本発明によれば燃圧検出ユニット単体で異常検査を実施できるので、燃圧検出ユニットをボデーに取り付ける前にセンサ出力値の異常を発見できる。したがって、燃料噴射弁の製造歩留まり低下を抑制できる。

ここで、例えば、上記発明に反して起歪体に信号処理回路を保持させようとすると、信号処理回路を設置するための保持部を起歪体に形成しなければならず、起歪体の大型化を招く。そして、起歪体には、燃料圧力の検出精度向上を図るべく熱膨張係数の小さい材質、かつ、高圧燃料に耐えうる高強度の材質が要求される。そのため、起歪体の材料コストは高価であり、そのような起歪体に前記保持部を形成して大型化させると、大幅なコストアップを招いてしまう。この点を鑑みた上記発明によれば、起歪体とは別の保持部材を起歪体に組み付け、その保持部材に信号処理回路を保持させるので、起歪体が大型化することによるコストアップを回避できる。

第２の発明では、前記起歪体は、前記ボデーに押し付けられて密着することで前記ボデーとの間をメタルタッチシールするセンサ側シール面を有しており、前記螺子部の締結力により、前記センサ側シール面が前記ボデーに押し付けられていることを特徴とする。

これによれば、燃圧検出ユニットをボデーに組み付けるための組付用の螺子部と、センサ側シール面をボデーに押し付ける力（軸力）を発生させるための軸力発生用の螺子部とが共用化される。よって、これら両螺子部を別々に形成する場合に比べて燃料噴射弁の体格を小型化でき、また、螺子を締結する作業回数を低減でき、燃料噴射弁の生産性を向上できる。

第３の発明では、前記起歪体は、前記高圧燃料を内部に流入させる流入口が形成された有底円筒形状に形成され、前記起歪体のうち前記流入口周りに位置する円筒端部に、前記センサ側シール面が形成されていることを特徴とする。これによれば、流入口を形成する円筒端部がセンサ側シール面として利用されるので、起歪体の小型化を図ることができる。

第４の発明では、前記起歪体は、前記高圧燃料を内部に流入させる流入口が形成された有底円筒形状に形成され、前記起歪体の円筒底部は、前記センサ素子が取り付けられるダイヤフラム部として機能し、前記保持部材は、前記信号処理回路を収容する収容部を有して構成され、前記収容部に形成された挿入孔に前記起歪体の円筒部を挿入させることで、前記ダイヤフラムを前記収容部の内部に配置させていることを特徴とする。

これにより、信号処理回路を収容する収容部がセンサ素子を収容する収容部をも兼ねることとなるので、別々に収容部を設けた場合に比べて燃圧検出ユニットを小型化できる。

第５の発明では、前記保持部材は、前記起歪体の円筒外周面に沿った円筒形状である保持部材円筒部を有して構成され、前記収容部は、前記保持部材円筒部の外周面から径方向外側に延出した形状であり、この収容部に、回転締め付け工具を係合させる工具係合部を形成したことを特徴とする。

回転締め付け工具を用いて保持部材をボデーに螺子締めするにあたり、工具を係合させる工具係合部の回転半径が大きいほど、締め付けに要する力を軽減でき、締め付けの作業性を向上できる。しかしながら、上記発明に反し保持部材円筒部に工具係合用の工具係合部を形成する場合には、回転半径を大きく確保できない。

この点を鑑みた上記発明によれば、保持部材円筒部の外周面から径方向外側に延出した形状の収容部に工具係合用の工具係合部を形成するので、締め付けの作業性を向上できる。

第６の発明では、前記保持部材は前記起歪体に対して回転不能な状態で組み付けられていることを特徴とする。ここで、上記発明に反して保持部材が起歪体に対して回転すると、起歪体に取り付けられているセンサ素子と保持部材に保持されている信号処理回路とを電気接続する配線（例えばワイヤボンド）が切断することが懸念される。これに対し上記発明によれば、保持部材を起歪体に対して回転不能な状態で組み付けるので、配線切断の懸念を解消できる。

第７の発明では、前記保持部材円筒部の内周面又は前記挿入孔に前記起歪体を圧入させることで、前記保持部材を前記起歪体に対して回転不能な状態で組み付けていることを特徴とする。そのため、保持部材を起歪体に対して回転不能な状態で組み付けることを、簡素な構成で容易に実現できる。

前記螺子部を前記保持部材に形成する箇所は、第８の発明の如く、前記保持部材円筒部の外周面又は内周面であることが具体例として挙げられる。

本発明の第１実施形態に係るインジェクタの、概略内部構成を示す模式的な断面図。 図１のインジェクタのうち燃圧センサの部分を拡大した図。 図１のインジェクタから取り外された状態の、燃圧検出ユニットの断面図。 ハウジングがステムに取り付けられている状態を示す図であり、（ａ）は第１実施形態、（ｂ）（ｃ）は第２実施形態を示す図。 本発明の第２実施形態に係る燃圧検出ユニットの断面図。

以下、本発明を具体化した各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図１〜図４及び図５（ａ）を用いて説明する。図１は本実施形態に係るインジェクタ（燃料噴射弁）の概略内部構成を示す模式的な断面図であり、先ずこの図１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、図示しないコモンレール（蓄圧容器）内に蓄えられた高圧燃料を、ディーゼル内燃機関の気筒内に形成された燃焼室Ｅ１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、電力供給されて駆動する電動アクチュエータ２（駆動手段）、電動アクチュエータ２により駆動されてノズル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。

電動アクチュエータ２には、ピエゾ素子を多数積層してなる積層体（ピエゾスタック）により構成されたピエゾアクチュエータが採用されており、ピエゾ素子への充電と放電とを切り替えることで伸長状態と縮小状態とが切り替えられる。これにより、ピエゾスタックはニードル１３を作動させるアクチュエータとして機能する。なお、ピエゾアクチュエータに替えて、ステータ及びアーマチャにより構成された電磁アクチュエータを採用してもよい。

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。

略円筒状のインジェクタボデー４は、その径方向中心部に、インジェクタ軸線方向（図１の上下方向）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及び背圧制御機構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、及びバルブボデー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、及び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。また、これらのボデー１２，４，３１は金属製であり、焼入れ処理を施すことで高強度化されており、かつ、浸炭処理（又は浸炭窒化処理）を施すことで表面が高硬度化されている。

これらのボデー１２，４，３１は、内燃機関のシリンダヘッドＥ２に形成された挿入穴Ｅ３に挿入配置されている。インジェクタボデー４にはクランプＫの一端と係合する係合部４２が形成されており、クランプＫの他端をシリンダヘッドＥ２にボルトで締め付けることにより、クランプＫの一端が係合部４２を挿入穴Ｅ３に向けて押し付けることとなる。これにより、インジェクタは挿入穴Ｅ３内に押し付けられた状態で固定される。

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、高圧通路６の一部となる高圧室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。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。

インジェクタボデー４には、図示しない高圧配管と接続される高圧ポート４３（高圧配管接続部）、及び図示しない低圧配管と接続される低圧ポート４４（低圧配管接続部）が形成されている。そして、コモンレールから高圧配管を通じて高圧ポート４３に供給される燃料は、円筒状インジェクタボデー４の外周面側から供給される。インジェクタに供給された燃料は、高圧通路６を通じて高圧室１５及び背圧室１６へ流入する。

高圧通路６には、インジェクタボデー４の反噴孔側に分岐する分岐通路６ａが形成されている。この分岐通路６ａにより、高圧通路６内の燃料は後述する燃圧センサ５０に導入される。

インジェクタボデー４の反噴孔側上部にはコネクタ６０が取り付けられている。コネクタ６０の端子（駆動用コネクタ端子６２）に外部から供給された電力は、リード線２１を介してピエゾアクチュエータ２に供給され、これによりピエゾアクチュエータ２は伸長し、電力供給を停止すると縮小する。

上記構成において、ピエゾアクチュエータ２が縮小した状態では、図１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が伸長した状態では、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から燃焼室Ｅ１へ燃料が噴射される。

ここで、噴孔１１からの燃料噴射に伴い高圧通路６内の高圧燃料の圧力は変動する。この圧力変動を検出する燃圧センサ５０が、インジェクタボデー４に取り付けられている。燃圧センサ５０により検出された圧力変動波形中において、噴孔１１からの噴射開始に伴い燃圧が下降を開始した時期を検出することで、実際の噴射開始時期を検出することができる。また、噴射終了に伴い燃圧が上昇を開始した時期を検出することで、実際の噴射終了時期を検出することができる。また、これらの噴射開始時期及び噴射終了時期に加え、噴射に伴い生じた燃圧下降量の最大値を検出することで、噴射量を検出することができる。

次に、燃圧センサ５０の単体構造、及び燃圧センサ５０のインジェクタボデー４への取付構造について、図２及び図３等を用いて説明する。なお、図２は図１の拡大図、図３は、図２中の燃圧検出ユニットの部分を示す断面図である。

燃圧センサ５０は、分岐通路６ａ内の高圧燃料の圧力を受けて弾性変形するステム５１（起歪体）と、ステム５１にて生じた歪の大きさを電気信号に変換して圧力検出値として出力する歪ゲージ（センサ素子）５２と、を備えて構成されている。

ステム５１は、高圧燃料を内部に導入する流入口５１ａが一端に形成された円筒形状の円筒部５１ｂと、円筒部５１ｂの他端を閉塞する円板形状のダイヤフラム部５１ｃとを備えて構成されている。流入口５１ａから円筒部５１ｂ内に流入した高圧燃料の圧力を、円筒部５１ｂの内面及びダイヤフラム部５１ｃで受け、これによりステム５１全体が弾性変形することとなる。

ステム５１は金属製であり、その金属材料には、超高圧を受けることから高強度、高硬度であること、及び、熱膨張による変形が少なく歪ゲージ５２への影響が少ない（つまり低熱膨張係数である）こと、が求められ、具体的には、Ｆｅ，Ｎｉ，ＣｏまたはＦｅ，Ｎｉを主体とし、析出強化材料としてＴｉ，Ｎｂ，Ａｌ又はＴｉ，Ｎｂが加えられた材料を選定し、プレス、切削や冷間鍛造等により形成できる。また、Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ，Ｓ等が加えられた材料を選定してもよい。

円筒状インジェクタボデー４のうち反噴孔側の端面には、ステム５１の円筒部５１ｂが挿入される凹部４５が形成されている。円筒部５１ｂのうち流入口５１ａ周りに位置する円筒端面にはセンサ側シール面５１ｅが形成され、凹部４５の底面にはボデー側シール面４５ｂが形成されている。両シール面５１ｅ，４５ｂは、ステム５１の軸方向（図２の上下方向）に対して垂直に拡がる向きの面であり、流入口５１ａ周りに円環状に延びる形状である。そして、センサ側シール面５１ｅをボデー側シール面４５ｂに押し付けて密着させることで、インジェクタボデー４とステム５１との間をメタルタッチシールするよう構成されている。

歪ゲージ５２は、ダイヤフラム部５１ｃに取り付けられている。より詳細には、歪ゲージ５２は、ダイヤフラム部５１ｃ上に配置された状態でガラス部材５２ｂにより封止（焼付け）して固定されている。したがって、円筒部５１ｂ内に流入した高圧燃料の圧力によりステム５１が拡大するよう弾性変形した時、ダイヤフラム部５１ｃに生じた歪の大きさ（弾性変形量）を歪ゲージ５２が検出することとなる。

ステム５１には、金属製のハウジング５３（保持部材）が取り付けられている。ハウジング５３は、以下に説明するＩＣ保持部５３ａ（収容部）、ハウジング円筒部５３ｃ（保持部材円筒部）及び工具係合部５３ｄ（収容部）を有して構成されている。ＩＣ保持部５３ａは円板形状であり、ステム５１の円筒部５１ｂに支持されている。なお、ＩＣ保持部５３ａの外径寸法はステム５１の円筒部５１ｂの外径寸法よりも大きい。

ＩＣ保持部５３ａには、ステム５１の円筒部５１ｂが挿入される挿入孔５３ｂが形成されている。この挿入孔５３ｂにボデー４の側から円筒部５１ｂを挿入することで、歪ゲージ５２はハウジング５３内に露出して収容されることとなる。

挿入孔５３ｂの端面からは、円筒部５１ｂの外周面に沿った円筒形状であるハウジング円筒部５３ｃが形成されている。ハウジング円筒部５３ｃの内周面には、ステム５１の円筒部５１ｂが圧入されている。図４（ａ）は、ハウジング５３をステム５１に組み付けた状態において、ハウジング５３をステム５１の反対側から見た上面図である。本実施形態では図４（ａ）に示すように、ハウジング円筒部５３ｃの内周面に、円筒部５１ｂが圧入される一対の面取り部５３１ｂが形成されている。これらの面取り部５３１ｂに円筒部５１ｂを圧入することで、ハウジング５３はステム５１に対して回転不能な状態で組み付けられる。

ハウジング円筒部５３ｃは、ステム５１の円筒部５１ｂとともにインジェクタボデー４の凹部４５に挿入されている。ハウジング円筒部５３ｃの外周面には雄螺子部５３ｅ（センサ側螺子部）が形成され、凹部４５の内周面には雌螺子部４５ａ（ボデー側螺子部）が形成されている。そして、インジェクタボデー４の雌螺子部４５ａにハウジング５３の雄螺子部５３ｅを螺子締結することで、燃圧センサ５０はインジェクタボデー４に取り付けられる。

また、ステム５１の円筒部５１ｂのうちセンサ側シール面５１ｅが形成されている部分の外径寸法は、ダイヤフラム部５１ｃが形成されている部分の外径寸法よりも大きく形成されている。つまり、円筒部５１ｂの外周面には径が異なることによる段差５１ｆが形成されており、その段差５１ｆに、ハウジング円筒部５３ｃの円筒端面が当接している。そのため、ハウジング５３を螺子締結させると、ハウジング円筒部５３ｃの円筒端面が段差５１ｆを押し付けることとなる。これにより、両シール面５１ｅ，４５ｂを押し付ける力（軸力）は、インジェクタボデー４へのステム５１の螺子締結により生じている。つまり、燃圧検出ユニットＵのインジェクタボデー４への取り付けと軸力発生とは同時に行われる。

ＩＣ保持部５３ａの外周端部には、図示しない回転締め付け工具（例えばスパナ）を係合させるための工具係合部５３ｄが設けられている。具体的には、ＩＣ保持部５３ａの外周端部からボデー４の反対側に延出するよう曲げ加工された複数の面取り部により、工具係合部５３ｄは構成されている。図３及び図４（ａ）の例では、工具係合部５３ｄを６面体の面取り部で構成しており、一対の対向する面取り部の間隔は、ハウジング円筒部５３ｃの外径寸法よりも大きい。

以上により、工具係合部５３ｄに工具を係合させてハウジング５３を回転させると、ハウジング５３がボデー４に螺子締結され、燃圧検出ユニットＵはインジェクタボデー４に取り付けられることとなる。なお、ハウジング５３はステム５１に対して回転不能な状態で組み付けられているため、モールドＩＣ５４と歪ゲージ５２とのワイヤボンドＷによる電気接続状態を維持させたまま、ハウジング５３を工具で回転させることができる。

ＩＣ保持部５３ａ上には、スペーサ５７を介してモールドＩＣ５４（信号処理回路）が支持されている。モールドＩＣ５４は、ワイヤボンドＷにより歪ゲージ５２と電気接続されており、電子部品５４ａ及びセンサ端子５４ｂを、モールド樹脂５４ｍで封止して構成されている。

スペーサ５７は、モールドＩＣ５４のワイヤボンディング箇所と歪ゲージ５２のワイヤボンディング箇所とを同一平面上に位置させるよう、モールドＩＣ５４の高さ調整を行うものである。また、スペーサ５７を樹脂製とすることでスペーサ５７を断熱材として機能させ、ボデー４からステム５１を介してハウジング５３に伝った熱がモールドＩＣ５４へ伝播されることを抑制して、モールドＩＣ５４が熱損傷することを抑制する。

電子部品５４ａは、歪ゲージ５２から出力される検出信号を増幅する増幅回路や、検出信号に重畳するノイズを除去するフィルタリング回路、歪ゲージ５２に電圧印加する回路等を構成する。

なお、電圧印加回路から電圧印加された歪ゲージ５２は、ダイヤフラム部５１ｃにて生じた歪の大きさに応じて抵抗値が変化するブリッジ回路を構成している。これにより、ダイヤフラム部５１ｃの歪に応じてブリッジ回路の出力電圧が変化し、当該出力電圧が高圧燃料の圧力検出値としてモールドＩＣ５４の増幅回路に出力される。増幅回路は、歪ゲージ５２（ブリッジ回路）から出力される圧力検出値を増幅し、増幅した信号をセンサ端子５４ｂから出力する。

モールド樹脂５４ｍは、ステム５１の円筒部５１ｂの外周面に沿って環状に延びる円筒形状に形成されている。モールド樹脂５４ｍからは複数のセンサ端子５４ｂが延出している。これらのセンサ端子５４ｂは、モールドＩＣ５４内部にて電子部品５４ａと電気接続されており、燃圧センサの検出信号を出力する端子、電源を供給する端子、接地用端子等として機能するものである。

ハウジング５３の工具係合部５３ｄにはケース５６が取り付けられている。そして、ケース５６及びハウジング５３の内部に、ステム５１の円筒部５１ｂのうち雄螺子部５１ｄを除く部分、歪ゲージ５２、及びモールドＩＣ５４が収容されている。これにより、金属製のケース５６及びハウジング５３が外部ノイズを遮断して、歪ゲージ５２及びモールドＩＣ５４を保護する。なお、ケース５６には開口部５６ａが形成されており、センサ端子５４ｂは開口部５６ａを通じてケース５６の内部から外部へと延出している。

図２の説明に戻り、先述したコネクタ６０のハウジング６１には、駆動用コネクタ端子６２とともにセンサ用コネクタ端子６３が保持されている。センサ用コネクタ端子６３とセンサ端子５４ｂとは、後述する電極７１，７２，７３，７４を介してレーザ溶接等により電気接続される。コネクタ６０には、図示しないエンジンＥＣＵ等の外部機器と接続する外部ハーネスのコネクタが接続される。これにより、外部ハーネスを介して、モールドＩＣ５４から出力される圧力検出信号がエンジンＥＣＵに入力される。

ここで、ステム５１を回転させてステム５１をインジェクタボデー４へ螺子締結するにあたり、この螺子締結が完了した時点において、ステム５１の回転位置は特定の位置に定まらない。このことは、モールドＩＣのセンサ端子５４ｂ〜５４ｅも、ステム５１の螺子締結完了時点においてその回転位置が不特定となることを意味する。

そこで、センサ端子５４ｂの各々に接続されてステム５１とともに回転する電極７２，７３，７４の各々には、ステム５１の回転中心周りに円環状に延びる形状の、円環状接続部７２ａ，７３ａ，７４ａが形成されている。円環状接続部７２ａ，７３ａ，７４ａは、ステム５１の螺子締結が完了した後に、複数のコネクタ端子６３の各々と電気接続される。これにより、回転位置が不特定となるセンサ端子５４ｂと、インジェクタボデー４の所定位置に配置されたコネクタ端子６３とを、容易に電気接続できる。

なお、電極７１のうちコネクタ端子６３と電気接続される接続部７１ａは、ステム５１の回転中心に位置するため、ステム５１の回転位置に拘わらず接続部７１ａの回転位置は特定される。また、複数の電極７１〜７４はモールド樹脂７０ｍによりモールドされて一体化されており、このようにモールドされた状態でケース５６の上面に取り付けられている。また、コネクタ端子６３には接続部７１ａ，７２ａ，７３ａ，７４ａに向けて突出する溶接部６３ａが形成されており、レーザ溶接する際のレーザエネルギを溶接部６３ａに集中させる。

ステム５１及び歪ゲージ５２から構成される燃圧センサ５０、ハウジング５３、モールドＩＣ５４、ケース５６、スペーサ５７、及び電極７１は、一体に組み付けられてユニット化されている。図３は、このようにユニット化された燃圧検出ユニットＵを示す断面図であり、ハウジング５３をインジェクタボデー４へ螺子締結することで、燃圧検出ユニットＵはインジェクタボデー４に対して脱着可能に取り付けられている。

次に、燃圧検出ユニットＵの組み立て手順について、図３を用いて説明する。

先ず、歪ゲージ５２が張り付けられたステム５１にハウジング５３を圧入して組み付ける。具体的には、ハウジング円筒部５３ｃの内周面に形成された面取り部５３１ｂにステム５１の円筒部５１ｂを圧入する。その後、スペーサ５７及びモールドＩＣ５４をハウジング５３に固定する。その後、ボンディングマシンを用いてモールドＩＣ５４と歪ゲージ５２とをワイヤボンドＷで接続する。その後、ケース５６をハウジング５３に取り付ける。

また、モールド樹脂７０ｍで複数の電極７１〜７４をモールド成形し、このモールド成形体をケース５６上面の所定位置に配置し、電極７１〜７４とセンサ端子５４ｂとをレーザ溶接等により電気接続する。以上により、燃圧検出ユニットＵの組み立てが完了する。

次に、燃圧検出ユニットＵのインジェクタボデー４への取り付け手順について説明する。

先ず、燃圧検出ユニットＵをインジェクタボデー４に取り付ける。具体的には、ハウジング５３の工具係合部５３ｄに回転締め付け工具を係合させ、ハウジング５３を回転（つまり燃圧検出ユニットＵを回転）させる。これにより、ハウジング５３の雄螺子部５３ｅを、インジェクタボデー４の凹部４５に形成された雌螺子部４５ａに締結させる。この螺子締結により、燃圧検出ユニットＵがインジェクタボデー４に取り付けられると同時に、センサ側シール面５１ｅがボデー側シール面４５ｂに押し付けられ、両シール面５１ｅ，４５ｂの軸力を生じさせてメタルタッチシールさせる。

なお、上記螺子締結に先立って、インジェクタボデー４に焼入れ処理及び浸炭処理を施してボデー表面を高硬度化させているが、浸炭処理するにあたり、ボデー側シール面４５ｂの部分及び雌螺子部４５ａの部分については浸炭処理されないよう防炭させている。例えば、浸炭焼き入れする際にボデー側シール面４５ｂの部分及び雌螺子部４５ａの部分をマスキングすることで、これらの部分を高硬度化させないようにする。

次に、駆動用コネクタ端子６２とリード線２１とを電気接続するとともに、センサ用コネクタ端子６３と電極７１〜７４とをレーザ溶接等により電気接続する。

その後、コネクタ端子６２，６３及び燃圧検出ユニットＵを、インジェクタボデー４に取り付けた状態のままモールド樹脂でモールド成形する。このモールド樹脂は、先述したコネクタハウジング６１となる。以上により、燃圧検出ユニットＵのインジェクタボデー４への取り付け、及び内部電気接続が完了する。

次に、燃圧検出ユニットＵをインジェクタボデー４への取り付ける前に燃圧検出ユニットＵ単体で実施される、燃圧検出ユニットＵに対する温度特性試験及び異常検査の内容について説明する。

燃料温度が高いほどステム５１の熱膨張変形が大きくなるため、燃圧検出ユニットＵの出力値（つまりモールドＩＣ５４から出力されたセンサ出力値）はドリフトする。よって、この温度ドリフト量を加味してセンサ出力値から燃料圧力を算出する必要がある。そして、温度ドリフト量はステム５１及び歪ゲージ５２等の固有値であるため、インジェクタを市場に出荷する前に温度ドリフト量を試験して取得しておく必要がある。

そこで、既知の試験温度及び試験圧力による燃料を流入口５１ａからステム５１内に供給して、その燃料圧力をダイヤフラム部５１ｃにかける。そして、その時のセンサ出力値、試験圧力及び試験温度に基づいて、試験温度に対する温度ドリフト量を取得する（温度特性試験）。そして、温度ドリフト量に基づきセンサ出力値に対する補償値を取得する。或いは、インジェクタを内燃機関に搭載して運転する際に、取得した温度ドリフト量を用いてセンサ出力値を補正する。

また、インジェクタを市場に出荷する前に、試験圧力に対するセンサ出力値が正常範囲から外れていないかをチェックすることで、例えば歪ゲージ５２及びモールドＩＣ５４の単体異常や、センサ端子５４ｂの電気溶接箇所やワイヤボンドＷ等における電気接続の不良等、燃圧検出ユニットＵの異常検査を実施する。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

（１）ステム５１及び歪ゲージ５２から構成される燃圧センサ５０、ハウジング５３、モールドＩＣ５４、ケース５６、スペーサ５７、及び電極７１を一体に組み付けてユニット化して燃圧検出ユニットＵを構成し、ハウジング５３をインジェクタボデー４に螺子締結することで燃圧検出ユニットＵをボデー４に取り付けるよう構成する。これにより、ステム５１及びモールドＩＣ５４等をボデー４に取り付ける前に、燃圧検出ユニットＵ単体で上述した温度特性試験や異常検査を実施することができる。

したがって、上記試験を実施するにあたり、ステム５１のみを試験温度に安定させるよう温度調整すればよいので、ステム５１とともにボデー４をも試験温度に調整することを不要にして温度調整に要する時間を短縮でき、試験の作業性向上を図ることができる。また、上記検査を燃圧検出ユニットＵ単体で実施できるので、燃圧検出ユニットＵをボデー４に取り付ける前にセンサ出力値の異常を発見でき、インジェクタの製造歩留まり低下を回避できる。

（２）インジェクタボデー４へハウジング５３を螺子締結することで、燃圧検出ユニットＵがボデー４へ組み付けられると同時に、センサ側シール面５１ｅとボデー側シール面４５ｂとを押し付ける軸力をも発生させるので、燃圧検出ユニットＵをボデー４に組み付けるための組付用の螺子部４５ａ，５３ｅと、軸力発生用の螺子部とが共用化される。よって、これらの螺子部を別々に形成する場合に比べてインジェクタの体格を小型化でき、また、螺子を締結する作業回数を低減でき、インジェクタの生産性を向上できる。

（３）インジェクタボデー４へステム５１を直接メタルタッチシールする構成とするため、メタルタッチシールする箇所を１箇所にでき、インジェクタの小型化を図ることができる。

（４）モールドＩＣ５４を保持するハウジング５３をステム５１に組み付けるので、ステム５１にモールドＩＣ５４を保持させる場合に比べてステム５１を小型化できる。よって、材料コストが高いステム５１を小型化することによりコストダウンを図ることができる。

（５）モールドＩＣ５４の保持と回転締め付け工具の係合とをハウジング５３に兼用させるので、燃圧検出ユニットＵの小型化を図ることができる。

（６）ハウジング円筒部５３ｃの内周面形成された面取り部５３１ｂにステム５１の面取り部を圧入させるので、ハウジング５３をステム５１に対して回転不能な状態で組み付けることを容易に実現できる。

（７）浸炭処理によりインジェクタボデー４を高硬度化させるにあたり、ボデー側シール面４５ｂの部分を防炭するので、ボデー側シール面４５ｂにセンサ側シール面５１ｅを押し付けてメタルタッチシールするにあたり、ボデー側シール面４５ｂの塑性変形を促進できる。よって、両シール面４５ｂ，５１ｅの密着性を向上してメタルタッチシールのシール性を向上できる。なお、螺子締結力を増大してボデー側シール面４５ｂへのステム５１の押付力（軸力）を高くしたり、両シール面４５ｂ，５１ｅの加工精度を高くしたりすることでシール性向上を図ろうとすると、加工コストのアップを招く。これに対し本実施形態によれば、軸力増大や加工精度向上を図ることなくメタルタッチシールのシール性を向上できる。

（８）浸炭処理によりインジェクタボデー４を高硬度化させるにあたり、雌螺子部４５ａの部分も防炭するので、雌螺子部４５ａにて遅れ破壊が生じるおそれを抑制できる。そして、凹部４５の全体をマスキングすることで、ボデー側シール面４５ｂに対するマスキング作業と雌螺子部４５ａに対するマスキング作業とを同じにできるので、別々にマスキング作業する場合に比べてその作業性を向上できる。

（９）ステム５１のうち流入口５１ａ周りに位置する円筒端部にセンサ側シール面５１ｅを形成する。つまり、流入口５１ａを形成する円筒端部がセンサ側シール面５１ｅとして利用されるので、ステム５１の小型化を図ることができる。

（１０）ステム５１はボデー４と別体に構成されているので、熱膨張収縮により生じるボデー４の内部応力がステム５１に伝播される際に、その伝搬ロスを大きくできる。つまり、ステム５１をボデー４とは別体に構成することで、ボデー４の歪によるステム５１への影響が小さくなる。よって、ボデー４とは別体に構成されたステム５１に歪ゲージ５２（センサ素子）を取り付けた本実施形態によれば、歪ゲージ５２をボデー４に直接取り付けた場合に比べて、ボデー４に生じる歪の影響を歪ゲージ５２が受けることを抑制できる。

（１１）ステム５１の材質に、ボデー４に比べて熱膨張係数が小さい材質を採用するので、ステム５１自体が熱膨張収縮して歪みが生じてしまうことを抑制できる。また、ボデー４全体を熱膨張係数が小さい材質にする場合に比べて、ステム５１のみを熱膨張係数が小さい高価な材質にすればよいので、材料コストの低減を図ることができる。

（１２）駆動用コネクタ端子６２及びセンサ用コネクタ端子６３を、同一のコネクタハウジング６１に保持させることで、両端子６２，６３を共通のコネクタ６０に構成している。そのため、コネクタの数を増やすことなくインジェクタに燃圧センサ５０を搭載することができ、エンジンＥＣＵ等の外部機器とコネクタとを接続するハーネスが、インジェクタボデー４に備えられた１つのコネクタ６０からまとめて延出することとなる。よって、ハーネスの取り回しを簡素にできる。また、コネクタ接続作業の手間が増えることを回避できる。

（第２実施形態）
上記第１実施形態では、図４（ａ）に示すようにステム５１の円筒部５１ｂに一対の面取り部５１ｇを形成するとともに、ハウジング５３にも一対の面取り部５３１ｂを形成し、一方の面取り部５１ｇを他方の面取り部５３１ｂに圧入することで、ハウジング５３をステム５１に対して回転不能な状態に組み付けている。

これに対し本実施形態では、図４（ｂ）に示すように、ステム５１の円筒部５１ｂの外周面にローレット溝５１０ｇを形成するとともに、ハウジング５３の挿入孔５３ｂの内周面にもローレット溝５３０ｂを形成する。そして、ステム５１のローレット溝５１０ｇにハウジング５３のローレット溝５３０ｂを圧入することで、ハウジング５３をステム５１に対して回転不能な状態に組み付けている。

或いは、図４（ｃ）に示すように、ハウジング５３の挿入孔５３１ｂ内周面とステム５１の円筒部５１ｂの外周面との隙間に固定ピンＰを圧入することで、ハウジング５３をステム５１に対して回転不能な状態に組み付けている。以上により、本実施形態によっても上記第１実施形態と同様の効果が発揮される。

（第３実施形態）
上記第１実施形態では、インジェクタボデー４にハウジング５３を螺子締結するにあたり、ハウジング５３に形成されるセンサ側螺子部５３ｅを雄螺子とし、ボデー４に形成されるボデー側螺子部４５ａを雌螺子としている。これに対し、図５に示す本実施形態では、センサ側螺子部５３０ｅを雌螺子とし、ボデー側螺子部（図示せず）を雄螺子としている。具体的には、ハウジング円筒部５３ｃをセンサ側シール面５１ｅよりもボデー４の側に延出させ、その延出した部分の内周面に雌螺子部５３０ｅ（センサ側螺子部）を形成する。

ここで、先述した通り、ステム５１の円筒部５１ｂのうちセンサ側シール面５１ｅが形成されている部分（小径部５１０ｂ）の外径寸法は、ダイヤフラム部５１ｃが形成されている部分（大径部５１１ｂ）の外径寸法よりも大きく形成されている。そして、センサ側螺子部５３０ｅを雌螺子とした構成において、図５（ａ）の例では、大径部５１１ｂの部分をハウジング円筒部５３ｃの内周面に圧入させており、図５（ｂ）の例では、小径部５１０ｂの部分をハウジング円筒部５３ｃの内周面に圧入させている。以上により、本実施形態によっても上記第１実施形態と同様の効果が発揮される。

（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、以下のように変更して実施してもよい。また、各実施形態の特徴的構成をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。

・上記各実施形態では、ステム５１をハウジング５３に圧入することで、ハウジング５３をステム５１に対して回転不能な状態に組み付けているが、ステム５１とハウジング５３とを溶接することで、ハウジング５３をステム５１に対して回転不能な状態に組み付けてもよい。

・上記第１実施形態では、モールド樹脂７０ｍで一体化された複数の電極７１〜７４を、燃圧検出ユニットＵに備えさせてユニット化しているが、電極７１〜７４を燃圧検出ユニットＵとは別体に構成してもよい。この場合、上述した各種試験及び検査等を実施する時には、電極７１〜７４が燃圧検出ユニットＵに組み付けられていない状態となる。

・上記各実施形態では、ステム５１の歪量を検出するセンサ素子として歪ゲージ５２を採用しているが、圧電素子等、他のセンサ素子を採用してもよい。

・上記第１実施形態において、電極７２〜７４のうちコネクタ端子６３との接続部７２ａ〜７４ａを円環状に形成しているが、円弧状に形成してもよい。また、複数の円環状接続部７２ａ〜７４ａを径方向に並べて配置しているが、軸方向に並べて配置してもよい。

・上記各実施形態では、インジェクタボデー４の外周面側に高圧ポート４３を形成し、外周面側から高圧燃料が供給されるよう構成されたインジェクタに本発明を適用させているが、インジェクタボデー４の軸方向において反噴孔側に高圧ポート４３を形成し、反噴孔側から高圧燃料が供給されるよう構成されたインジェクタに適用させてもよい。

・上記各実施形態では、ディーゼルエンジンのインジェクタに本発明を適用しているが、ガソリンエンジン、特に、燃焼室Ｅ１に燃料を直接噴射する直噴式のガソリンエンジンに本発明を適用してもよい。

４…インジェクタボデー（ボデー）、６…高圧通路、５１…ステム（起歪体）、５１ａ…流入口、５１ｂ…円筒部、５１ｃ…ダイヤフラム部、５１ｅ…センサ側シール面、５２…歪ゲージ（センサ素子）、５３…ハウジング（保持部材）、５３ａ…ＩＣ保持部（収容部）、５３ｂ…挿入孔、５３ｃ…ハウジング円筒部（保持部材円筒部）、５３ｄ…工具係合部（収容部）、５３ｅ…雄螺子部（センサ側螺子部）、５３０ｅ…雌螺子部（センサ側螺子部）、５４…モールドＩＣ（信号処理回路）、Ｕ…燃圧検出ユニット。

Claims (6)

1. 内燃機関に搭載されて噴孔から燃料を噴射する燃料噴射弁において、
   前記噴孔へ高圧燃料を流通させる高圧通路を内部に形成するボデーと、
   前記ボデーに取り付けられ、前記高圧燃料の圧力を受けて弾性変形する起歪体と、
   前記起歪体に取り付けられ、前記起歪体にて生じた歪の大きさを電気信号に変換するセンサ素子と、
   前記センサ素子の検出信号に対して少なくとも増幅処理を行う信号処理回路と、
   前記起歪体に組み付けられて前記信号処理回路を保持する保持部材と、
   を備え、
   前記起歪体、前記センサ素子、前記信号処理回路及び前記保持部材は、一体に組み付けられてユニット化された燃圧検出ユニットを構成し、
   前記保持部材に形成された螺子部を前記ボデーに螺子締結することにより、前記燃圧検出ユニットは前記ボデーに取り付けられており、
   前記起歪体は、前記高圧燃料を内部に流入させる流入口が形成された有底円筒形状に形成され、
   前記起歪体の円筒底部は、前記センサ素子が取り付けられるダイヤフラム部として機能し、
   前記保持部材は、前記信号処理回路を収容する収容部と、前記起歪体の円筒外周面に沿った円筒形状である保持部材円筒部と、を有して構成され、
   前記収容部に形成された挿入孔に前記起歪体の円筒部を挿入させることで、前記ダイヤフラムを前記収容部の内部に配置させており、
   前記収容部は、前記保持部材円筒部の外周面から径方向外側に延出した形状であり、
   この収容部において、前記径方向外側に延出した部分の周端部を前記ボデーの反対側に延出するよう曲げ加工して、回転締め付け工具を係合させる工具係合部を形成したことを特徴とする燃料噴射弁。
2. 前記起歪体は、前記ボデーに押し付けられて密着することで前記ボデーとの間をメタルタッチシールするセンサ側シール面を有しており、
   前記螺子部の締結力により、前記センサ側シール面が前記ボデーに押し付けら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. 前記起歪体は、前記高圧燃料を内部に流入させる流入口が形成された有底円筒形状に形成され、
   前記起歪体のうち前記流入口周りに位置する円筒端部に、前記センサ側シール面が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射弁。
4. 前記保持部材は前記起歪体に対して回転不能な状態で組み付けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の燃料噴射弁。
5. 前記保持部材は、前記起歪体の円筒外周面に沿った円筒形状である保持部材円筒部を有して構成され、
   前記保持部材円筒部の内周面又は前記挿入孔に前記起歪体を圧入させることで、前記保持部材を前記起歪体に対して回転不能な状態で組み付け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. 前記保持部材は、前記起歪体の円筒外周面に沿った円筒形状である保持部材円筒部を有して構成され、
   前記保持部材円筒部の外周面又は内周面に、前記螺子部を形成したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の燃料噴射弁。

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