JP6503190B2 - 筒内圧センサ付き燃料噴射弁 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関における燃焼室に直接噴射する直噴式の内燃機関に用いられ、前記燃焼室内の筒内圧を検出可能なセンサを有した筒内圧センサ付き燃料噴射弁に関する。

従来から、内燃機関における燃焼室の筒内圧を検出する目的で、燃料噴射弁の先端に内圧センサを装着したものが知られている。この内圧センサは、燃料噴射弁の先端と内燃機関を構成するシリンダヘッドの取付孔との間に配置され、該内圧センサには、検出した筒内圧を出力信号として外部へ伝達するためにリード線が接続されている。そして、このリード線が、例えば、電子制御ユニットに接続され、筒内圧が出力信号として前記電子制御ユニットに出力されることにより前記筒内圧に基づいた制御等が行われる（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−５３４８３号公報

しかしながら、上述した燃料噴射弁に装着される内圧センサでは、該内圧センサと電子制御ユニットとを接続しているリード線が燃料噴射弁の外部に露出している。そのため、例えば、内圧センサを燃料噴射弁と共にシリンダヘッドへ組み付ける際や組み付け状態において、前記リード線に対して負荷がかかることで断線してしまう恐れがあり、該断線によって筒内圧を検出できないことが懸念される。

また、内圧センサは、シリンダヘッドに接触して配置されているため、例えば、内燃機関の振動等に起因したノイズが発生しやすく、前記内圧センサで検出された検出値を高精度に読み取ることが難しいという問題がある。

本発明は、前記の課題を考慮してなされたものであり、増幅手段を設けることで検出精度を高めつつ、増幅手段を含む信号伝達部材とコイル組立体との組み付けを容易且つ確実に行うことで断線等を防止することが可能な筒内圧センサ付き燃料噴射弁を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、内燃機関の燃焼室に対して燃料を直接噴射する燃料噴射弁の端部に燃焼室内の筒内圧を検出するセンサを有した筒内圧センサ付き燃料噴射弁において、
ハウジングと、ハウジングの内部に設けられ筒内圧に基づいた検出信号を伝達する信号伝達部材と、コイルを含むコイル組立体への通電作用下に弁体を駆動させる駆動部とを有し、
信号伝達部材は、検出信号を増幅して出力する増幅手段を有し、増幅手段が、センサへ電力を供給する電源端子の接続された基板を樹脂製材料でモールドした回路体として構成され、
回路体とコイル組立体とを組み付けるための組付手段を備え、
組付手段は、回路体及びコイル組立体のいずれか一方に設けられた凹部と、
凹部の設けられた回路体及びコイル組立体とは別となる他方に設けられた凸部と、
から構成されることを特徴とする。

本発明によれば、燃焼室内の筒内圧を検出するセンサを有した筒内圧センサ付き燃料噴射弁において、信号伝達部材が検出信号を増幅させる増幅手段を備え、増幅手段が電源端子の接続された基板を樹脂製材料でモールドした回路体を有し、コイルを含むコイル組立体と回路体とを組み付けるための組付手段を備えている。

従って、増幅手段の回路体とコイル組立体とを組付手段によって所定位置へ位置決めして容易且つ確実に接続することができるため、断線等の発生が確実に回避されると同時に組付性の向上を図ることができる。また、内燃機関の振動等に起因したノイズが発生した場合でも、センサに近く比較的ノイズの少ない検出信号を増幅手段によって増幅することが可能となり、センサによる筒圧内の検出精度を高めることができる。

さらに、凹部を、回路体において基板を覆う封止部に形成し、凸部を、コイル組立体のボビンに設けるとよい。

本発明によれば、以下の効果が得られる。

すなわち、燃焼室内の筒内圧を検出するセンサを有した筒内圧センサ付き燃料噴射弁において、検出信号を増幅させる増幅手段を信号伝達部材に備え、増幅手段を構成する回路体とコイルを含むコイル組立体とを組み付けるための組付手段を備えているため、回路体とコイル組立体とを組付手段によって所定位置へ位置決めして容易且つ確実に接続することができる。その結果、信号伝達部材とコイル組立体との間における断線等の発生が確実に回避され、且つ、組付性の向上を図ることができる。また、内燃機関の振動等に起因したノイズが発生した場合でも、センサに近く比較的ノイズの少ない検出信号を増幅手段によって増幅することが可能となり、センサによる検出精度を高めることができる。

本発明の実施の形態に係る筒内圧センサ付き燃料噴射弁の一部断面全体正面図である。 図１の筒内圧センサ付き燃料噴射弁におけるカプラ部近傍を示す拡大断面図である。 図１の筒内圧センサ付き燃料噴射弁に内蔵される増幅部材の外観斜視図である。 図４Ａは、図１の筒内圧センサ付き燃料噴射弁を構成するボビン及びコイルの外観斜視図であり、図４Ｂは、増幅部材がボビンの基端に組み付けられた状態を示す拡大平面図である。

本発明に係る筒内圧センサ付き燃料噴射弁について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。図１において、参照符号１０は、本発明の実施の形態に係る筒内圧センサ付き燃料噴射弁を示す。

この筒内圧センサ付き燃料噴射弁１０（以下、単に燃料噴射弁１０という）は、図１に示されるように、ハウジング１２と、該ハウジング１２の外周側に設けられる樹脂モールド部１４と、該ハウジング１２の基端に設けられ燃料の供給される燃料供給部１６と、前記燃料供給部１６の先端に設けられる燃料噴射部１８と、前記燃料噴射部１８の先端に装着されるセンサ２０と、図示しない電子制御ユニット（ＥＣＵ）に接続された信号端子２２と前記センサ２０とを電気的に接続して出力信号を伝達する信号伝達部（信号伝達部材）２４とを含む。

なお、以下、燃料噴射弁１０における燃料供給部１６側を基端側（矢印Ａ方向）、燃料噴射部１８側を先端側（矢印Ｂ方向）として説明する。

ハウジング１２は、例えば、燃料噴射弁１０を駆動させるソレノイド部として構成され、その中心に設けられる固定コア２６と、該固定コア２６の外周側に設けられコイル２８を保持するボビン３０と、前記ボビン３０のさらに先端外周側に設けられる円筒状のホルダ３２と、前記コイル２８の励磁作用下に変位する可動コア（駆動部）とを有している。

固定コア２６は、ホルダ３２の基端に対してさらにハウジング１２の基端側（矢印Ａ方向）へと延在し、後述する樹脂モールド部１４の中心に配置されると共に、その外周面には後述する樹脂モールド部１４の係合される環状の第１溝部３４が形成される。また、固定コア２６の基端側には燃料供給部１６が設けられている。

ボビン３０は、例えば、円筒状に形成され、固定コア２６とホルダ３２の間に設けられ、その基端側（矢印Ａ方向）には、前記ボビン３０の周方向においてハウジング１２のカプラ部５０側となる位置に壁部３６が設けられる。この壁部３６は、ボビン３０の周方向に沿って断面円弧状に形成され、軸方向に沿って基端側（矢印Ａ方向）へと所定高さだけ突出し、その端部には係合ピン（凸部）３８が形成される（図２参照）。

この係合ピン３８は、図４Ａ及び図４Ｂに示されるように、例えば、増幅部材４０の係合孔４２に対応した断面長方形状に形成され、ボビン３０の基端部から軸方向に沿って所定高さだけ突出して形成されると共に、前記ボビン３０の内周面近傍となる位置に形成され増幅部材４０の係合孔４２へ挿入される。

また、ボビン３０の外周側には、半径内方向に窪んだ凹部にコイル２８が巻回され、該コイル２８の外周側には後述する信号伝達部２４を構成する第２信号伝達部材７２が設けられる。このコイル２８は、その端部がボビン３０の基端側（矢印Ａ方向）へと延在し、増幅部材４０の基板５６に接続されている。すなわち、コイル２８の装着されたボビン３０がコイル組立体となる。

コイル２８は、その端部がボビン３０の基端側（矢印Ａ方向）へと延在し、後述する樹脂モールド部１４に内蔵された一対の駆動端子４４の端部へとそれぞれ接続される。そして、図示しないコネクタから駆動端子４４を通じてコイル２８へと通電されることで励磁して磁力が生じる。これにより、ハウジング１２においてコイル２８の励磁作用下に可動コアがボビン３０の内部で変位し、燃料噴射部１８に設けられた弁体（図示せず）を吸引して開弁させる。

また、ホルダ３２の基端外周面には、半径内方向に窪んだ環状の第２溝部４６が形成され、後述する樹脂モールド部１４が係合される。

そして、図示しないコネクタがカプラ部５０へ接続されることで、電源端子５４及び信号端子２２と電子制御ユニット（図示せず）とが接続され、コイル２８の励磁作用下に可動コアがボビン３０の内部で変位し、燃料噴射部１８に設けられた弁体（図示せず）を吸引して開弁させる。

樹脂モールド部１４は、例えば、樹脂製材料から成形によってハウジング１２の外周側に形成され、円筒状に形成された本体部４８と、該本体部４８の基端から側方に突出したカプラ部５０と、前記本体部４８とカプラ部５０とを接続する接続部５２とを有している。そして、樹脂製材料によって樹脂モールド部１４を成形することで、本体部４８の中心に設けられた固定コア２６の第１溝部３４と、該本体部４８の先端側に設けられたホルダ３２の第２溝部４６へそれぞれ溶融した樹脂製材料が入り込み、第１及び第２溝部３４、４６との係合作用下にハウジング１２が前記樹脂モールド部１４の中央及び先端に対して固定される（図２参照）。

カプラ部５０は、図１及び図２に示されるように、例えば、断面長方形状に形成され、本体部４８の軸方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に対して所定角度だけ傾斜するように斜め上方に向かって突出している。また、カプラ部５０は、その端部が開口して内部に空間を有し、増幅部材４０の電源端子５４及び信号端子２２と、コイル２８へ通電を行うための一対の駆動端子４４とがそれぞれ露出するように設けられる。

増幅部材（増幅手段）４０は、図１〜図４Ｂに示されるように、例えば、樹脂モールド部１４の内部に設けられ、断面矩形状の基板５６と、該基板５６に対して電気的に接続された電源端子５４及び信号端子２２と、前記基板５６の全体を覆うように形成された封止部５８とを含み、センサ２０で検出された検出信号を増幅させ前記信号端子２２から外部へと出力する目的で設けられる。

この基板５６には、その一端部に電源端子５４及び信号端子２２の先端が接続され、前記信号端子２２が基板５６の幅方向に沿った略中央に配置され、該信号端子２２の両側に一対の電源端子５４が配置される。そして、電源端子５４及び信号端子２２は、基板５６に対して所定角度傾斜するように延在している。

また、基板５６の他端部側には、後述する信号伝達部２４の第２信号伝達部材７２と接続される接続孔６０が形成されている（図２及び図３参照）。

封止部５８は、例えば、樹脂製材料から形成され、基板５６の一端部に対して電源端子５４及び信号端子２２の先端が接続された状態で、前記基板５６の全体を所定厚さで覆うと同時に、該基板５６へ接続された電源端子５４及び信号端子２２の先端を覆うように形成される。これにより、電源端子５４及び信号端子２２の基板５６に対する接続が封止部５８によって強固に維持される。

また、封止部５８の他端部側には、基板５６の接続孔６０に臨み、燃料噴射弁１０の先端側に開口した貫通孔６２が形成され、前記接続孔６０に接続される第２信号伝達部材７２が挿通可能に形成されると共に、該貫通孔６２よりさらに他端部側となる位置に、該封止部５８の厚さ方向に貫通した係合孔（凹部）４２が形成される。この係合孔４２は、例えば、基板５６及び封止部５８の幅方向に長尺な断面長方形状に形成され、ボビン３０の係合ピン３８が挿入可能に形成される。

そして、増幅部材４０は、樹脂モールド部１４を成形する際、封止部５８の係合孔４２にボビン３０の係合ピン３８を挿入することで、基板５６及び封止部５８が接続部５２に対応する位置となり、電源端子５４及び信号端子２２がカプラ部５０に対応する位置となった状態で一体的にモールドされると同時に、基板５６の接続孔６０に信号伝達部２４の一部が挿入された状態で一体的にモールドされる。

このカプラ部５０には、図示しないコネクタが接続されることで、電源端子５４を通じて増幅部材４０及びセンサ２０へ電源が供給され、前記信号端子２２を通じてセンサ２０で検出された検出値（検出信号）が電気信号として外部へ出力されると共に、駆動端子４４からハウジング１２のコイル２８へと通電がなされる。

燃料供給部１６は、例えば、固定コア２６の内部に燃料の供給される供給通路（図示せず）を有し、燃料噴射弁１０の基端側（矢印Ａ方向）に開口した供給通路の端部に図示しない燃料配管が接続される。そして、燃料配管を通じて供給された燃料が供給通路を通じて先端側に設けられた燃料噴射部１８側（矢印Ｂ方向）へと供給される。

燃料噴射部１８は、図１に示されるように、ハウジング１２の先端に連結されるバルブハウジング６４と、該バルブハウジング６４の先端に内蔵された弁体（図示せず）とを備える。そして、バルブハウジング６４の内部には燃料供給部１６から燃料が供給され、弁体がソレノイド部の励磁作用下に基端側（矢印Ａ方向）へと移動することにより、先端から燃料が所定圧力で燃焼室内へと噴射される。

このバルブハウジング６４は、例えば、金属製材料から形成され、ソレノイド部の先端を閉塞するフランジ部６６と、該フランジ部６６から先端側（矢印Ｂ方向）に向かって一直線上に延在する筒部６８とを有し、前記筒部６８の先端には、その外周側に円筒状のセンサ２０が圧入され嵌合される。

センサ２０は、例えば、その内部に圧電素子（図示せず）を備え、該圧電素子に接続された接続端子が基端側（矢印Ａ方向）で露出している。また、センサ２０の外周面には、後述するカバー部材７８の保持部８０が当接し、センサ２０は、例えば、その先端内周側が前記バルブハウジング６４に対して全周溶接によって結合される。

信号伝達部２４は、バルブハウジング６４の外周側に設けられ、センサ２０に接続された第１信号伝達部材７０と、ハウジング１２のホルダ３２に収納され、前記第１信号伝達部材７０と信号端子２２とを接続する第２信号伝達部材７２とを含む。

第１信号伝達部材７０は、図１に示されるように、例えば、樹脂製材料から円筒状に形成され、バルブハウジング６４における筒部６８の外周側に設けられる絶縁体７４と、前記絶縁体７４の内部に設けられる第１導電層７６とを有する。そして、第１導電層７６は、例えば、半田等によってセンサ２０の接続端子（図示せず）に対して電気的に接続される。

絶縁体７４は、例えば、耐熱性樹脂等の樹脂製材料から形成され、バルブハウジング６４の形状に対応して筒部６８及びフランジ部６６を覆うように基端側（矢印Ａ方向）が拡径して形成される。そして、この絶縁体７４の径方向に沿った厚さ中央には、例えば、メッキ層からなる第１導電層７６が形成され、該第１導電層７６は、略一定の厚さで前記絶縁体７４に沿って円筒状に形成される。なお、絶縁体７４の先端は、バルブハウジング６４の筒部６８と共にセンサ２０の内部に圧入される。

一方、絶縁体７４の外周側には、例えば、金属製材料から円筒状に形成されたカバー部材７８が前記絶縁体７４を覆うように装着され、前記カバー部材７８は、バルブハウジング６４の形状に対応して筒部６８及びフランジ部６６を覆うように基端側（矢印Ａ方向）が拡径して形成される。このカバー部材７８の先端には、センサ２０の基端側の外周面を保持する保持部８０が形成される。

第２信号伝達部材７２は、例えば、樹脂製材料から形成され、軸方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿って所定長さを有した板形状からなり、その内部には通電可能な材料から形成された第２導電層８２（図２参照）が形成される。第２導電層８２は、例えば、メッキ層から形成され、略一定の厚さで第２信号伝達部材７２の軸方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿って先端から基端まで延在している。

この第２信号伝達部材７２の先端は、軸線と直交する方向に突出した第１接続部８４が形成され、該第１接続部８４が第１信号伝達部材７０の基端に臨むように形成される。そして、第１信号伝達部材７０の凹部に第１接続部８４が挿入され、該凹部内に露呈した第２導電層８２と前記第１信号伝達部材７０の第１導電層７６とが半田等によって電気的に接続される。

一方、第２信号伝達部材７２の基端には、先端側に対して縮径した軸状の第２接続部８６を有し、前記第２接続部８６には、その外周面に沿って第２導電層８２の一部が環状に露出している。そして、図２及び図４Ｂに示されるように、増幅部材４０の貫通孔６２を通じて基板５６に形成された接続孔６０に第２接続部８６が挿入され半田等によって電気的に接続されることにより、第２信号伝達部材７２が増幅部材４０と電気的に接続される。

これにより、第１及び第２信号伝達部材７０、７２を介してセンサ２０と信号端子２２とが互いに電気的に接続された状態となる。

本発明の実施の形態に係る筒内圧センサ付き燃料噴射弁１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に増幅部材４０をボビン３０及び樹脂モールド部１４に対して組み付ける場合について説明する。

先ず、図４Ａに示されるように、ボビン３０の基端が上方（矢印Ａ方向）となるように配置された状態で、例えば、図示しない作業者が増幅部材４０の基板５６及び封止部５８が略平行となるように把持し、前記ボビン３０側（矢印Ｂ方向）へと接近させていき、その係合孔４２に係合ピン３８を挿入すると同時に、貫通孔６２及び接続孔６０に第２信号伝達部材７２の第２接続部８６を挿入させる。すなわち、増幅部材４０に対して係合ピン３８及び第２接続部８６が下方から挿入される。

これにより、増幅部材４０は、その下面が係合ピン３８及び第２信号伝達部材７２との係合作用下に保持され、燃料噴射弁１０の軸方向（矢印Ａ、Ｂ方向）と略直交した水平状態に維持される。

また、第２信号伝達部材７２の第２接続部８６は、接続孔６０に挿入されることで基板５６の導電層（図示せず）と接触し、この接触した状態で半田等によって電気的に接続される。

次に、ボビン３０を含むハウジング１２及び信号伝達部２４の基端側を、樹脂モールド部１４を成形するための成形型に設置した後、溶融した樹脂製材料をそのキャビティ内へ充填していくことにより、前記樹脂モールド部１４を構成する本体部４８が固定コア２６の周りを囲繞するように形成されると共に、増幅部材４０を覆うように接続部５２及びカプラ部５０が形成される。

この際、増幅部材４０は、ボビン３０及び信号伝達部２４の基端側に位置決めされた状態で保持されているため、樹脂モールド部１４における所定位置でモールドされる。

その結果、樹脂モールド部１４の内部に増幅部材４０が一体的にモールドされ、該増幅部材４０を構成する電源端子５４及び信号端子２２の一部がカプラ部５０から露出すると共に、固定コア２６の第１溝部３４、ホルダ３２の第２溝部４６へと入り込むことで一体的に連結された樹脂モールド部１４が形成されることとなる。

次に、上述したように組み付けられた燃料噴射弁１０の動作について説明する。

図示しない内燃機関の運転中において、電子制御ユニットからの制御信号によって燃料噴射弁１０の駆動端子４４からコイル２８へ通電がなされ、前記コイル２８が励磁することで燃料噴射部１８の弁体が開弁し、燃料供給部１６の供給通路に供給された高圧の燃料が燃料噴射部１８を介して前記内燃機関の燃焼室内へと直接噴射される。この際、センサ２０は、燃焼室内の圧力（筒内圧）が付与されることで、圧電素子が前記圧力に応じた電圧を発生して出力信号（検出信号）として出力する。

この出力信号は、センサ２０、第１信号伝達部材７０、第２信号伝達部材７２を経て増幅部材４０へと出力され、該増幅部材４０において前記出力信号が増幅された後、信号端子２２を介して電子制御ユニットへと出力される。そして、例えば、電子制御ユニットにおいて、増幅された出力信号から燃焼室の圧力が算出され、該圧力に基づいた燃焼制御等に利用される。

以上のように、本実施の形態では、先端にセンサ２０を有した燃料噴射弁１０において、樹脂モールド部１４の内部にセンサ２０で検出された検出信号を増幅させ出力するための増幅部材４０を備え、前記増幅部材４０の他端部には、第２信号伝達部材７２の第２接続部８６が挿入される接続孔６０が基板５６に形成されると共に、前記接続孔６０から他端部側となる位置に、ボビン３０の係合ピン３８が挿入される係合孔４２が形成される。

そのため、増幅部材４０を樹脂モールド部１４内にモールドする際、接続孔６０に第２信号伝達部材７２を挿入して接続した状態で、その係合孔４２に係合ピン３８を挿入することで、前記増幅部材４０が樹脂モールド部１４の接続部５２及びカプラ部５０に対応する位置に好適に位置決めされ、且つ、略水平に保持された状態として該樹脂モールド部１４の成形を行うことができる。

その結果、樹脂モールド部１４を成形する際に増幅部材４０が所定位置からずれてしまうことが防止され、該増幅部材４０を所定の位置で確実且つ容易にモールドできるため、前記増幅部材４０と信号伝達部２４との接続が確実に維持され、断線等の不具合が防止される。

また、増幅部材４０を組み付ける際、第２信号伝達部材７２の第２接続部８６を基板５６に接続した状態でボビン３０の係合ピン３８に係合孔４２を係合させることで、前記増幅部材４０を容易且つ確実に所定の位置に組み付けることができ組付性の向上を図ることができる。

さらに、増幅部材４０に設けられた電源端子５４及び信号端子２２をカプラ部５０の所定位置に確実に配置できるため、電源端子５４及び信号端子２２のずれが生じてしまうことがなく前記カプラ部５０に接続されるコネクタとの接続を確実に行うことが可能となる。

なお、本発明に係る筒内圧センサ付き燃料噴射弁は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０…筒内圧センサ付き燃料噴射弁 １２…ハウジング
１４…樹脂モールド部 １６…燃料供給部
１８…燃料噴射部 ２０…センサ
２２…信号端子 ２４…信号伝達部
３０…ボビン ３２…ホルダ
３８…係合ピン ４０…増幅部材
４２…係合孔 ４８…本体部
５０…カプラ部 ５２…接続部
５４…電源端子 ５６…基板
５８…封止部 ６０…接続孔
７０…第１信号伝達部材 ７２…第２信号伝達部材
８４…第１接続部 ８６…第２接続部

Claims (2)

1. 内燃機関の燃焼室に対して燃料を直接噴射する燃料噴射弁の端部に燃焼室内の筒内圧を検出するセンサを有した筒内圧センサ付き燃料噴射弁において、
   ハウジングと、該ハウジングの内部に設けられ前記筒内圧に基づいた検出信号を伝達する信号伝達部材と、コイルを含むコイル組立体への通電作用下に弁体を駆動させる駆動部とを有し、
   前記信号伝達部材は、前記検出信号を増幅して出力する増幅手段を有し、該増幅手段が、前記センサへ電力を供給する電源端子の接続された基板を樹脂製材料でモールドした回路体として構成され、
   前記回路体と前記コイル組立体とを組み付けるための組付手段を備え、
   前記組付手段は、前記回路体及び前記コイル組立体のいずれか一方に設けられた凹部と、
   前記凹部の設けられた前記回路体及び前記コイル組立体とは別となる他方に設けられた凸部と、
   から構成されることを特徴とする筒内圧センサ付き燃料噴射弁。
2. 請求項１記載の筒内圧センサ付き燃料噴射弁において、
   前記凹部は、前記回路体において基板を覆う封止部に形成され、前記凸部が、前記コイル組立体のボビンに設けられることを特徴とする筒内圧センサ付き燃料噴射弁。

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