JP6807770B2 - インジェクタ - Google Patents
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Description
従来、各種の目的でインジェクタの周囲に真空層などの断熱構造を設けることが提案されている。
特許文献2には、燃料噴射弁を囲んだ壁の少なくとも一部を、空隙を有する二重壁とし、空隙をエンジン運転により負圧を発生する部分と連通させて負圧を封入することで、断熱効果及び防音効果を得ることが記載されている。
エンジンの運転中には、直噴インジェクタの先端部は高温の燃焼ガスに曝されて加熱される一方、シリンダヘッド内に形成された冷却水流路によって冷却を受ける。
また、通常シリンダヘッドから外部に露出しているアクチュエータ部は、外気温度の影響を強く受け、特に寒冷地においては、相当な低温まで冷却される。
一方、ニードルを駆動するアクチュエータとして、コイル及びコア(アーマチュア)を有する電磁石装置を用いるインジェクタの場合には、性能、耐久性等を考慮した場合、コア等の構成部品が大きな温度変化に曝されることは好ましくない。
これに対し、従来技術のようにインジェクタの表面を広範囲にわたって真空層等の断熱層で覆った場合、本来冷却が必要なノズル等の冷却まで妨げられてしまい、構成部材や内部の燃料の過熱等の問題が生じてしまう。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、アクチュエータを構成する部材の温度変化を抑制したインジェクタを提供することである。
請求項1に係る発明は、燃料を蓄圧された状態で保持しかつ先端に噴孔を有するとともに取付対象部材に形成された開口に挿入されるノズルと、前記ノズルの内部に設けられ非噴射時に前記噴孔を閉塞する弁体を有するニードルと、前記ノズルの前記噴孔側とは反対側に設けられ噴射時に前記ニードルを前記弁体が開弁される方向に駆動するアクチュエータと、前記アクチュエータを収容し、前記ノズルの燃焼室側とは反対側の端部から連続して金属材料により形成されたハウジングとを備えるインジェクタであって、前記ハウジングの内部において前記ノズルからの熱が前記アクチュエータに伝導する箇所の一部に、前記ノズルの中心軸に対して周方向に分布して配置された真空層を設けたことを特徴とするインジェクタである。
これによれば、シリンダヘッド等の取付対象部材から、ノズルを伝わってアクチュエータ側へ伝導される熱を、アクチュエータを収容するハウジングに設けた真空層で遮断することによって、アクチュエータを構成する部材が高温の燃焼ガス等の熱影響を受けにくくなり、大きな温度変化に曝されることを防止できる。
また、アクチュエータ周辺に貯留される燃料を、エンジン停止時にも保温することが可能となり、低温時のエンジンの始動性を向上することができる。
一方、取付対象部材内の冷却液流路等によるノズル等の冷却は妨げられることがなく、十分な冷却性能を確保することができる。
さらに、アクチュエータの駆動により発生する騒音が外部へ放射されたり、ノズルを経由して取付対象部材側へ伝搬することを抑制し、エンジンの静粛性を向上することができる。
これによれば、大きな温度変化に曝されることが好ましくないコア、コイル等を保温し、温度変化を抑制して電磁石式アクチュエータの性能や信頼性を確保することができる。
また、開弁時にコア(アーマチュア)がコイル側に吸引されて他部品と衝突する際に発生する騒音を抑制することができる。
これによれば、例えばシリンダヘッド等の取付対象部材の表面と、アクチュエータとの間の熱の授受を抑制し、アクチュエータの構成部品や内部に貯留される燃料等を保温して温度変化を抑制することができる。
以下、本発明を適用したインジェクタの第1実施形態について説明する。
第1実施形態のインジェクタは、例えば、乗用車等の自動車に走行用動力源として搭載されるガソリン直噴(筒内噴射)エンジンに備えられる燃料噴射弁である。
図1は、第1実施形態のインジェクタをインジェクタのノズル軸心を含む平面で切って見た模式的断面図である。
インジェクタ取付構造1は、エンジンのシリンダヘッド10に、インジェクタ100を取り付けて構成されている。
シリンダヘッド10は、インジェクタ100を保持する、本発明にいう取付対象部材として機能する。
シリンダヘッド10の本体部は、例えばアルミニウム系合金からなる鋳造品に、所定の機械加工(切削可能)を施して製造されている。
シリンダヘッド10は、燃焼室C、図示しない吸気ポート、排気ポート、吸気バルブ、排気バルブ、点火栓などを有する。
吸気ポートは、燃焼室Cに燃焼用空気(新気)を導入する流路である。
排気ポートは、燃焼室Cから排ガス(既燃ガス)を排出する流路である。
吸気バルブ及び排気バルブは、吸気ポート及び排気ポートをそれぞれ所定のバルブタイミングで開閉するものである。
シリンダヘッド10は、吸気バルブ、排気バルブを駆動する動弁駆動系を備える。
点火栓は、燃焼室C内で電気的なスパークを発生し、混合気に点火させるものである。
開口11は、インジェクタ100のノズル110が挿入されるものである。
開口11は、シリンダヘッド10を貫通して形成された円形断面の貫通穴である。
凹部12は、開口11の燃焼室C側とは反対側の端部に設けられ、シリンダヘッド10の表面を段状に凹ませて形成されている。
凹部12には、インジェクタ100のアクチュエータ130のノズル110側の端部等が収容される。
テーパ部13は、開口11における凹部12側の端部近傍に設けられ、凹部12に近づくのに応じて拡径されるテーパ状に形成されている。
ウォータジャケット14は、シリンダヘッド10の内部における燃焼室Cと隣接する領域に設けられている。
ウォータジャケット14は、インジェクタ100のノズル110に対して、ノズル110の径方向に離間して配置されている。
第1実施形態においては、燃料として、ガソリンを用いる。
インジェクタ100は、ノズル110、ニードル120、アクチュエータ130等を有して構成されている。
ノズル110は、筒状部111、オリフィスカップ112、拡径部113、テーパ部114、シーリングリング115等を有する。
筒状部111は、シリンダヘッド10の開口11に、開口11と実質的に同心となるように挿入される。
オリフィスカップ112は、複数の噴孔を有し、インジェクタ100は、燃料噴霧からなるビームを放射状に複数噴射するマルチホールインジェクタとなっている。
拡径部113の内部は、図示しない燃料流路から加圧された燃料が導入され、蓄圧された状態で貯留される燃料溜め部として機能する。
テーパ部114は、筒状部111と拡径部113との間に設けられ、これらの径差に応じて、軸方向に沿って径が連続的に変化するテーパ状に形成されている。
筒状部111、拡径部113、テーパ部114は、例えばステンレス鋼等の金属材料によって一体に形成されている。
なお、拡径部113、テーパ部114は、それぞれアクチュエータ130のハウジング131におけるノズル110側の端部、及び、端面部としての機能を有する。
シーリングリング115は、例えばポリテトラフルオロエチレン(PTFE)によって円環状に形成されるとともに、筒状部111の燃焼室C側の先端部近傍において、外周面に形成された周方向溝に嵌め込まれている。
ニードル120の燃焼室C側の端部には、球状のバルブボール121が設けられている。
バルブボール121は、インジェクタ100の非噴射時に、オリフィスカップ112に加圧接触し、噴孔を閉塞する弁体である。
ニードル120、バルブボール121は、例えばステンレス鋼等の金属材料によって一体に形成されている。
ニードル120は、図示しないスプリング等の付勢手段によって、バルブボール121が噴孔を閉塞する方向(図1における下方)に付勢されている。
アクチュエータ130は、ハウジング131、コイル132、インターナルポール133、コア134、トレランスリング135等を有して構成されている。
ハウジング131は、例えばステンレス鋼等の金属材料によって、実質的に円筒状に形成され、ノズル110と実質的に同心であり、かつノズル110の拡径部113に対して燃焼室C側とは反対側に設けられている。
コイル132は、円環状に形成され、ハウジング131の内周面に沿って配置されている。
コイル132は、通電時に発生する磁力によってコア134を吸引し、ニードル120を開弁方向に駆動する駆動力を発生する。
インターナルポール133は、コイル132の内径側に配置されている。
コア134は、例えばステンレス鋼等の金属材料によって形成された円柱状の部材(アーマチュア)である。
コア134は、インターナルポール133の燃焼室C側に隣接して配置されている。
コア134には、ニードル120のバルブボール121側とは反対側の端部が接続されている。
アクチュエータ130は、通電時にコイル132が発生する磁力によって、コア134をインターナルポール133側へ吸引し、ニードル120を開弁方向に駆動する。
トレランスリング135は、バネ鋼等の比較的強い弾性を有する金属材料によって形成された環状の部材である。
真空断熱層210は、ハウジング131におけるノズル100側の端部に設けられ、ノズル100の中心軸に対して実質的に同心となる円環状に延在している空間部である。
真空断熱層210の内部は、真空状態となっている。ここで、真空状態とは、内圧が大気圧よりも低圧とされた状態を指すものとする。
真空断熱層210は、例えば、ハウジング131と、ノズル100の拡径部113との合わせ面部に、それぞれ溝を形成して空間部を形成した後、ポンプにより真空吸引をした状態で、蓋や溶接等によって密封することによって形成することができる。
また、ハウジング131を鋳造によって形成する場合には、除去可能な中子を用いて空間部を形成してもよい。
また、真空断熱層210は、円環状のチューブ内部を予め真空状態としたものを、別部品として形成されたハウジング131に取り付け又は埋め込んで構成してもよい。
真空断熱層210は、アクチュエータ130におけるコア134の周囲を包囲するように配置されている。
また、コア134の周囲(拡径部113内)に収容される燃料を、寒冷地でエンジンを停止した場合等に保温することが可能となり、低温時の始動性を向上することができる。
一方、シリンダヘッド10内のウォータジャケット14等によるノズル110等の冷却は妨げられることがなく、十分な冷却性能を確保することができる。
さらに、アクチュエータ130の開弁駆動時に、コア134がコイル132に吸引されてインターナルポール133に衝突して発生する騒音が外部に放射されたり、ノズル100を経由してシリンダヘッド10等へ伝搬することを抑制し、エンジンの静粛性を向上することができる。
次に、本発明を適用したインジェクタの第2実施形態について説明する。
以下説明する各実施形態において、従前の実施形態と実質的に共通する箇所には同じ符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
図2は、第2実施形態のインジェクタをインジェクタのノズル軸心を含む平面で切って見た模式的断面図である。
第2実施形態のインジェクタ100は、第1実施形態における真空断熱層210に代えて、以下説明する真空断熱層220を備えている。
真空断熱層220は、アクチュエータ130のハウジング131の外周面部内であって、コイル132の外径側の領域に設けられている。
第2実施形態によれば、コイル132の周囲を断熱することによって、コイル132及び周辺部品の温度変化を抑制することができる。
次に、本発明を適用したインジェクタの第3実施形態について説明する。
図3は、第3実施形態のインジェクタをインジェクタのノズル軸心を含む平面で切って見た模式的断面図である。
第3実施形態のインジェクタ100は、第1実施形態と同様の真空断熱層210、及び、第2実施形態と同様の真空断熱層220を併せて備えている。
第3実施形態によれば、上述した第1実施形態の効果、第2実施形態の効果をともに得ることができる。
次に、本発明を適用したインジェクタの第4実施形態について説明する。
図4は、第4実施形態のインジェクタをインジェクタのノズル軸心を含む平面で切って見た模式的断面図である。
第4実施形態のインジェクタ100は、第1実施形態における真空断熱層210に代えて、以下説明する真空断熱層230を備えている。
真空断熱層230は、ノズル100のアクチュエータ130側の端部に設けられたテーパ部114の内部に、テーパ部114の表面に沿って延在するよう配置されている。
第4実施形態によれば、シリンダヘッド10の表面の一部であるテーパ部13と、アクチュエータ130との間の熱の授受を抑制し、アクチュエータ130の構成部品や内部に貯留される燃料等を保温して温度変化を抑制することができる。
また、テーパ部114は、ノズル100の筒状部111からアクチュエータ130のハウジング131等への伝熱経路となっているため、ここに真空断熱層230を設けることによって、ノズル110を伝ってくる熱のアクチュエータ130側への伝搬も抑制することができる。
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
(1)インジェクタ及びその取付構造を構成する各部材の形状、構造、材質、製法、配置等は、上述した実施形態に限定されることなく適宜変更することが可能である。
例えば、インジェクタの内部構造等は、適宜変更することが可能である。
また、真空層は、実施形態のようにノズルの全周にわたって同一断面で設ける構成に限らず、断続的に設けたり、断面形状や断面積が周方向にわたり変化する構成としてもよい。
(2)実施形態において、インジェクタはガソリンエンジン用の直噴インジェクタであったが、本発明はこれに限らず、ポート噴射用のインジェクタや、ディーゼルエンジン用のインジェクタ、さらに、その他の液体燃料を噴射するインジェクタにも適用することができる。
ポート噴射用のインジェクタにおいては、本発明にいう取付対象部材は、例えばインテークマニホールドとなる。
また、実施形態ではインジェクタは電磁石をアクチュエータとしているが、本発明はこれ以外のアクチュエータを用いるインジェクタにも適用することができる。例えば、ピエゾ素子の変形を駆動力として利用するピエゾインジェクタにも適用することができる。
11 開口 12 凹部
13 テーパ部 C 燃焼室
100 インジェクタ 110 ノズル
111 筒状部 112 オリフィスカップ
113 拡径部 114 テーパ部
115 シーリングリング 120 ニードル
121 バルブボール 130 アクチュエータ
131 ハウジング 132 コイル
133 インターナルポール 134 コア
135 トレランスリング
210,220,230 真空断熱層
Claims (3)
- 燃料を蓄圧された状態で保持しかつ先端に噴孔を有するとともに取付対象部材に形成された開口に挿入されるノズルと、
前記ノズルの内部に設けられ非噴射時に前記噴孔を閉塞する弁体を有するニードルと、
前記ノズルの前記噴孔側とは反対側に設けられ噴射時に前記ニードルを前記弁体が開弁される方向に駆動するアクチュエータと、
前記アクチュエータを収容し、前記ノズルの燃焼室側とは反対側の端部から連続して金属材料により形成されたハウジングと
を備えるインジェクタであって、
前記ハウジングの内部において前記ノズルからの熱が前記アクチュエータに伝導する箇所の一部に、前記ノズルの中心軸に対して周方向に分布して配置された真空層を設けたこと
を特徴とするインジェクタ。 - 前記アクチュエータは、コイル及び前記コイルが発生する磁力により前記ニードルを駆動するコアを有し、
前記真空層は、前記コア、前記コイルの少なくとも一方の周囲に設けられること
を特徴とする請求項1に記載のインジェクタ。 - 前記真空層は、前記ハウジングにおける前記取付対象部材の表面に隣接する領域に設けられること
を特徴とする請求項1に記載のインジェクタ。
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