JP6431385B2 - 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、検出した筒内圧を検出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、筒内圧が検出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、上述した断線等のリスクを回避する目的で、例えば、リード線を燃料噴射弁の内部に収納することが考えられるが、センサから出力端子まで一本のリード線で接続した場合には、組み付け時にかかる負荷（引張力等）によって断線することが懸念される。

本発明は、前記の課題を考慮してなされたものであり、組み付け時における信号伝達部への負荷を低減し断線等の発生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、
センサで検出された筒内圧を検出信号として伝達する信号伝達部材を有し、
信号伝達部材は、センサに接続される第１伝達部と、
検出信号を外部へと出力する第２伝達部と、
第１伝達部と第２伝達部とを接続する軸方向に延在した第３伝達部と、
を備え、
第１伝達部は、第３伝達部に向かって凸状に形成され、第３伝達部と接続される第１接続部を有し、
第２伝達部は、基板を備え検出信号の検出値を増幅させる増幅部材であり、基板は、第３伝達部と接続される接続孔を有し、
第３伝達部は、第１接続部が挿入される凹部を有した第２接続部と、接続孔に挿入される第３接続部とを有しており、第２及び第３接続部は、接続方向が同一方向であり、且つ、それぞれの接続部位の径方向中心位置が互いに異なる位置に形成され、第１接続部と第２接続部との接続部位、接続孔と第３接続部との接続部位には、それぞれクリアランスが設けられると共に、第３伝達部は、両端部の中間となる部位がハウジングに対して固定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、センサで検出された筒内圧を検出信号として伝達する信号伝達部材を備え、センサに接続される第１伝達部と検出信号を外部へと出力する第２伝達部とを接続する第３伝達部を有し、第３伝達部の中間部位がハウジングへ固定され、且つ、第１伝達部と第３伝達部との接続部位、第２伝達部と第３伝達部との接続部位にそれぞれクリアランスが設けられている。

従って、ハウジングへ中間部位の固定された第３伝達部に対して第１及び第２伝達部をそれぞれ組み付ける際、第１及び第２伝達部が第３伝達部に対してクリアランスの分だけ径方向に移動自在となるため、例えば、第１〜第３伝達部に製造ばらつきや組付けばらつき等が生じた場合でも、そのばらつきをクリアランスによって好適に吸収して組み付けることが可能となる。

その結果、信号伝達部材を複数の第１〜第３伝達部から構成した場合でも、製造ばらつき等に起因した第１〜第３伝達部に対する相互の負荷が抑制され、負荷に起因した信号伝達部材における断線等の発生を確実に防止することができる。

また、クリアランスを、第３伝達部の延在方向と直交方向に設けるとよい。

本発明によれば、以下の効果が得られる。

すなわち、筒内圧センサ付き燃料噴射弁において、センサに接続される第１伝達部と検出信号を外部へと出力する第２伝達部とを接続する第３伝達部を備え、第３伝達部の中間部位が固定され、且つ、第１伝達部と第３伝達部との接続部位、第２伝達部と第３伝達部との接続部位にそれぞれクリアランスを設けることにより、中間部位の固定された第３伝達部に対して第１及び第２伝達部を組み付ける際、第１及び第２伝達部が第３伝達部に対してクリアランスの分だけ径方向に移動自在とすることができる。その結果、例えば、第１〜第３伝達部に製造ばらつきや組付けばらつき等が生じた場合でも、そのばらつきをクリアランスによって好適に吸収して組み付けることが可能となり、製造ばらつき等に起因した信号伝達部材への負荷が抑制され、負荷に起因した信号伝達部材における断線等の発生を確実に防止することができる。

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信号伝達部近傍の拡大断面図である。 図３Ａは、図２の第２信号伝達部材における第１接続部近傍を示す拡大断面図であり、図３Ｂは、図２の第２信号伝達部材における第３接続部近傍を示す拡大断面図である。

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、前記ハウジング１２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（第２伝達部）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（図示せず）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との間に設けられ、その基端側（矢印Ａ方向）には増幅部材（第２伝達部）４８に係合される係合ピン３６（図２参照）が形成される。また、ボビン３０の外周側には、半径内方向に窪んだ部位にコイル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（第３伝達部）６８が保持される。なお、係合ピン３６は、円筒状のボビン３０の周方向において後述する樹脂モールド部１４のカプラ部４４側となる位置に設けられる。

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３８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３８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４０が形成され、後述する樹脂モールド部１４が係合される。

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４２と、該本体部４２の基端から側方に突出したカプラ部４４と、前記本体部４２とカプラ部４４とを接続する接続部４６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４２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４２の先端側に設けられたホルダ３２の第２溝部４０へそれぞれ溶融した樹脂製材料が入り込み、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。

カプラ部４４は、例えば、断面長方形状に形成され本体部４２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４４は、その端部が開口して内部に空間を有し、後述する増幅部材４８の電源端子５２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３８とがそれぞれ露出するように設けられる。

この増幅部材４８は、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５０と、該基板５０に対して電気的に接続された電源端子５２及び信号端子２２と、前記基板５０の全体を覆うように形成された封止部５４とを含み、センサ２０で検出された検出値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。

基板５０の一端部には、電源端子５２及び信号端子２２が半田等によって電気的に接続され、一方、前記基板５０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６８と接続される接続孔５６（図２参照）が形成されている。

封止部５４は、例えば、樹脂製材料から形成され、基板５０に対して電源端子５２及び信号端子２２の先端が接続された状態で、前記基板５０の全体を所定厚さで覆うと共に該基板５０へ接続された電源端子５２及び信号端子２２の先端を覆うように形成される。

また、封止部５４には、図２に示されるように、電源端子５２側となる端部とは反対側の端部に、厚さ方向に貫通した係合孔５８が形成され、ハウジング１２を構成するボビン３０の係合ピン３６が挿入可能に形成される。

そして、増幅部材４８は、樹脂モールド部１４を成形する際、封止部５４の係合孔５８にボビン３０の係合ピン３６を挿入して位置決めされた状態で一体的にモールドされると同時に、前記電源端子５２の接続された端部とは反対側の端部が信号伝達部２４と接続される。

このカプラ部４４には、図示しないコネクタが接続されることで、電源端子５２を通じて増幅部材４８及びセンサ２０へと電源が供給され、前記信号端子２２を通じてセンサ２０で検出された検出値が電気信号として外部へ出力されると共に、駆動端子３８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、図１に示されるように、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、ハウジング１２の先端に連結されるバルブハウジング６０と、該バルブハウジング６０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６０の内部には燃料供給部１６から燃料が供給され、弁体がコイル２８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６０は、例えば、金属製材料から形成され、ハウジング１２の先端を閉塞する第１フランジ部６２と、該第１フランジ部６２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６４とを有し、前記筒部６４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８２の保持部８０が当接する。そして、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６０に対して全周溶接によって結合される。

信号伝達部２４は、図１〜図３Ｂに示されるように、バルブハウジング６０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（第１伝達部）６６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６６と信号端子２２とを接続する第２信号伝達部材６８とを含む。

第１信号伝達部材６６は、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６０における筒部６４の外周側に設けられる絶縁体７０と、前記絶縁体７０の内部に設けられる第１導電層７２とを有する。そして、第１導電層７２は、例えば、半田等によってセンサ２０の接続端子に対して電気的に接続される。

絶縁体７０は、例えば、耐熱性樹脂等の樹脂製材料から形成され、その基端側には、バルブハウジング６０の形状に対応して第１フランジ部６２を覆うように拡径した第２フランジ部７４が形成される。

この第２フランジ部７４は、図２及び図３Ａに示されるように、第１フランジ部６２の下方に配置され、第２信号伝達部材６８側（矢印Ａ方向）に向かって凸状に形成された第１接続部７６を有する。第１接続部７６は、第２フランジ部７４に対して略直交するように所定高さだけ突出した円筒状に形成され、その内部には半田７８等が充填可能に形成される。

また、絶縁体７０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７２が形成され、該第１導電層７２は、略一定の厚さで前記絶縁体７０に沿って円筒状に形成される。この絶縁体７０の先端は、バルブハウジング６０の筒部６４と共にセンサ２０の内部に圧入されると共に、基端が前記第１接続部７６の内周面に露出している。

一方、絶縁体７０の外周側には、図１に示されるように、例えば、金属製材料から円筒状に形成されたカバー部材８２が前記絶縁体７０を覆うように装着され、前記カバー部材８２は、バルブハウジング６０の形状に対応して筒部６４及び第１フランジ部６２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８２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６８は、図２に示されるように、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、その軸方向に沿った略中央部近傍がボビン３０に対して固定される。

また、第２信号伝達部材６８の内部には通電可能な材料から形成された第２導電層８４が形成される。第２導電層８４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６８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６８の先端には、図２及び図３Ａに示されるように、軸線と直交する半径内方向に突出した第２接続部８６が形成され、該第２接続部８６が第１信号伝達部材６６の基端に臨むように形成されると共に、前記第１信号伝達部材６６の第１接続部７６が挿入可能な凹部８８を有している。凹部８８は、第１信号伝達部材６６側（矢印Ｂ方向）に向かって開口し、その内周面に第２導電層８４の端部が露出すると共に、その内部に第１接続部７６が挿入された際、径方向に所定間隔のクリアランスＣ１（図３Ａ参照）を有している。

そして、この第２接続部８６に第１信号伝達部材６６の第１接続部７６が挿入され、該凹部８８内に露呈した第２導電層８４と前記第１信号伝達部材６６の第１導電層７２とが半田７８等によって電気的に接続される。

一方、第２信号伝達部材６８の基端には、図２及び図３Ｂに示されるように、先端側に対して縮径した小径な第３接続部９０を有し、前記第３接続部９０には、その外周面に沿って第２導電層８４の一部が環状に露出している。

そして、増幅部材４８における基板５０に形成された接続孔５６に第３接続部９０が挿入され半田７８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６８が増幅部材４８と電気的に接続される。この際、第３接続部９０と接続孔５６との間には、該第３接続部９０の径方向に所定間隔のクリアランスＣ２（図３Ｂ参照）が設けられている。

これにより、第１及び第２信号伝達部材６６、６８を介してセンサ２０と信号端子２２及び電源端子５２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、次に信号伝達部２４を組み付ける場合について説明する。

先ず、ハウジング１２を構成するボビン３０に装着され保持された第２信号伝達部材６８の第２接続部８６に対して第１信号伝達部材６６の第１接続部７６を挿入すると共に、前記第２信号伝達部材６８の第３接続部９０を増幅部材４８の接続孔５６へと挿入する。この際、第１接続部７６の内部には予め半田７８を装填しておく。

また、第２接続部８６の凹部８８に対して第１接続部７６が径方向に若干だけ小さく形成され両者の間に径方向へのクリアランスＣ１があるため、第１信号伝達部材６６及び第２信号伝達部材６８に製造ばらつきや組付けばらつきが生じた場合でも、クリアランスＣ１によって好適に吸収される。さらに、第３接続部９０が増幅部材４８の接続孔５６へと挿入された際、前記接続孔５６と前記第３接続部９０との間に径方向へのクリアランスＣ２を有しているため、第２信号伝達部材６８及び増幅部材４８に製造ばらつきや組付けばらつきが生じた場合でも、クリアランスＣ２によって好適に吸収される。

次に、第１信号伝達部材６６、第２信号伝達部材６８及び増幅部材４８が接続された状態で、例えば、加熱装置によって信号伝達部２４の外側から加熱することで、半田７８が溶融して第１接続部７６の第１導電層７２と第２接続部８６の第２導電層８４とが電気的に接続されると共に、第３接続部９０の第２導電層８４と増幅部材４８の基板５０とが電気的に接続される。

次に、上述したように信号伝達部２４の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３８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として出力する。

この検出信号は、センサ２０、第１信号伝達部材６６、第２信号伝達部材６８を経て増幅部材４８へと出力され、該増幅部材４８において前記検出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、燃料噴射弁１０における信号伝達部２４において、センサ２０に接続される第１信号伝達部材６６と、増幅部材４８に接続される第２信号伝達部材６８と、信号端子２２を有した増幅部材４８とを有し、前記第１信号伝達部材６６の基端に設けられた第１接続部７６を前記第２信号伝達部材６８の先端に設けられた第２接続部８６の凹部８８へと挿入し、且つ、前記第２信号伝達部材６８の第３接続部９０を増幅部材４８の接続孔５６へと挿入している。この際、第１接続部７６と第２接続部８６との間、第３接続部９０と接続孔５６との間には、それぞれ径方向に所定間隔のクリアランスＣ１、Ｃ２が設けられている。

従って、第１信号伝達部材６６、第２信号伝達部材６８及び増幅部材４８を互いに組み付ける際、クリアランスＣ１、Ｃ２の分だけ径方向へ相互に移動自在な状態とすることができるため、第１信号伝達部材６６、第２信号伝達部材６８及び増幅部材４８の製造ばらつきや組付けばらつき等が生じた場合でも、クリアランスＣ１、Ｃ２内で移動させることで好適に吸収することができる。そのため、製造ばらつき等に起因した負荷の生じることが抑制され、前記負荷に起因した信号伝達部２４における断線等の発生を確実に防止することができる。

また、第２信号伝達部材６８は、その軸方向に沿った略中央部がボビン３０に対して保持されることで位置決めされており、この位置決めされた前記第２信号伝達部材６８に対してクリアランスＣ１、Ｃ２を介して第１信号伝達部材６６及び増幅部材４８を所定位置となるように移動させながら組み付けることが可能となる。

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
４８…増幅部材 ５６…接続孔
６２…第１フランジ部 ６６…第１信号伝達部材
６８…第２信号伝達部材 ７０…絶縁体
７２…第１導電層 ７６…第１接続部
７８…半田 ８４…第２導電層
８６…第２接続部 ８８…凹部
９０…第３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、
   前記センサで検出された前記筒内圧を検出信号として伝達する信号伝達部材を有し、
   前記信号伝達部材は、前記センサに接続される第１伝達部と、
   前記検出信号を外部へと出力する第２伝達部と、
   前記第１伝達部と前記第２伝達部とを接続する軸方向に延在した第３伝達部と、
   を備え、
   前記第１伝達部は、前記第３伝達部に向かって凸状に形成され、前記第３伝達部と接続される第１接続部を有し、
   前記第２伝達部は、基板を備え前記検出信号の検出値を増幅させる増幅部材であり、前記基板は、前記第３伝達部と接続される接続孔を有し、
   前記第３伝達部は、前記第１接続部が挿入される凹部を有した第２接続部と、前記接続孔に挿入される第３接続部とを有しており、前記第２及び第３接続部は、接続方向が同一方向であり、且つ、それぞれの接続部位の径方向中心位置が互いに異なる位置に形成され、前記第１接続部と前記第２接続部との接続部位、前記接続孔と前記第３接続部との接続部位には、それぞれクリアランスが設けられると共に、前記第３伝達部は、両端部の中間となる部位がハウジングに対して固定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、
   前記クリアランスは、前記第３伝達部の延在方向と直交方向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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