(57)【要約】【課題】インジェクタのシール部材の温度変化を抑制するとともにシール部材周辺以外の冷却性能を確保したインジェクタ取付構造を提供する。【解決手段】筒状に形成され先端部に燃料が噴射される噴孔が設けられたノズル１１０と、ノズルの噴孔側とは反対側の端部に設けられ噴孔を開閉する弁体１２０を駆動するアクチュエータ１３０とを有するインジェクタ１００を保持部材１０に取り付けるインジェクタ取付構造を、保持部材は、ノズルが挿入される開口１１を有し、インジェクタは、ノズルの外周面と開口の内周面との間をシールするシール部材１１５を有し、保持部材の内部にシール部材及びシール部材と隣接する領域のみを包囲するよう配置された真空層２０を設けた構成とする。【選択図】図１
2018131930.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状に形成され先端部に燃料が噴射される噴孔が設けられたノズルと、
前記ノズルの前記噴孔側とは反対側の端部に設けられ前記噴孔を開閉する弁体を駆動するアクチュエータと
を有するインジェクタを保持部材の開口に前記ノズルを挿入して取り付けるインジェクタ取付構造であって、
前記ノズルの外周面と前記保持部材の前記開口の内周面との間をシールするシール部材と、
前記保持部材の内部であって、前記保持部材を冷却する冷却液流路と前記シール部材との間に設けられた真空層と
を備えることを特徴とするインジェクタ取付構造。
【請求項２】
前記シール部材は、前記ノズルの長手方向に沿って複数配置され、
前記真空層は、複数の前記シール部材をそれぞれ包囲するよう複数設けられ、
前記真空層の一部は、前記保持部材を冷却する冷却液流路と前記シール部材との間に設けられること
を特徴とする請求項１に記載のインジェクタ取付構造。
【請求項３】
前記真空層は、前記ノズルの中心軸に対して径方向に分散して複数設けられること
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインジェクタ取付構造。
【請求項４】
前記保持部材は燃焼室が形成されたシリンダヘッドであり、
前記真空層の前記燃焼室側の端部を前記燃焼室の表面に沿って前記ノズルの外径側へ張り出させたこと
を特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のインジェクタ取付構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの燃焼室内又は吸気ポート内に燃料を噴射するインジェクタの取付構造に関し、特にインジェクタのシール部材の温度変化を抑制するとともにシール部材周辺以外の冷却性能を確保したものに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車用の直噴ガソリンエンジンにおいては、燃料をインジェクタの内部に蓄圧された状態で保持するとともに、非噴射時に噴孔を閉塞するニードルを、電磁石等を有するアクチュエータで開方向に駆動することによって燃料噴射を行っている。
【０００３】
このようなインジェクタの取付構造に関する従来技術として、例えば特許文献１には、火炎や高温ガスによるデポジットの付着を防止するため、電磁式燃料噴射弁のノズルにおけるエンジンヘッドに挿入される領域を、断熱材によって被覆することが記載されている。
特許文献２には、燃料噴射弁を取り囲んだ壁の一部を、中間に空気層を有する二重壁構造とすることが記載されている。
特許文献３には、シリンダヘッドにおける燃料噴射ノズルの周囲の領域に真空層を形成することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平  ９−３１０６６０号公報
【特許文献２】特開２００４−３１６５４０号公報
【特許文献３】特開平  ８−１４４８４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
インジェクタのノズル部の外周面と、ノズル部が挿入されるシリンダヘッドの開口の内周面との間には、高温かつ高圧の燃焼ガスの吹き抜けを防止するため、シール部材が設けられる。
しかし、例えばシリンダヘッドがアルミニウム系合金製であり、ノズルがステンレス鋼製であり、シール部材がＰＴＦＥ製である場合のように、シール部材周辺の各部材の材料が異なる場合には、各部材の材料の線膨張係数の違いに起因して、温度変化によりシール性能が低下することが懸念される。
これに対し、上述した各先行技術のように、ノズル周辺に真空層などの断熱層を設けて断熱し、温度変化を抑制することも考えられるが、この場合インジェクタのシール部材周辺以外の部分がシリンダヘッド内の冷却水によって冷却される冷却効果も損なわれてしまう。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、インジェクタのシール部材の温度変化を抑制するとともにシール部材周辺以外の冷却性能を確保したインジェクタ取付構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項１に係る発明は、筒状に形成され先端部に燃料が噴射される噴孔が設けられたノズルと、前記ノズルの前記噴孔側とは反対側の端部に設けられ前記噴孔を開閉する弁体を駆動するアクチュエータとを有するインジェクタを保持部材の開口に前記ノズルを挿入して取り付けるインジェクタ取付構造であって、前記ノズルの外周面と前記保持部材の前記開口の内周面との間をシールするシール部材と、前記保持部材の内部であって、前記保持部材を冷却する冷却液流路と前記シール部材との間に設けられた真空層とを備えることを特徴とするインジェクタ取付構造である。
これによれば、真空層が有する断熱機能によってシール部材が保温されることから、燃焼ガスによって高温環境下にあるシール部材が保持部材によって冷却され、大きな温度差に曝されることを防止し、シール部材の温度変化を緩和することができる。
一方、シール部材の周辺部以外の領域には真空層を設けないことによって、保持部材が有する冷却機能によってインジェクタにおけるシール部材周辺以外の箇所を効果的に冷却することができる。例えば、燃料貯留部を冷却することによって、燃料が高温となってベーパロック等が生じることを防止できる。
さらに、インジェクタ全体やノズル全体を真空層によって覆う場合に対して、真空層のボリュームを小さくすることが可能となり、保持部材の設計自由度を向上することができる。
また、インジェクタのノズル先端部に設けられた噴孔部分にバルブが衝突する際に発生する騒音（打突音）のシリンダヘッド等の保持部材側への伝搬を抑制することによって、エンジンの静粛性も向上することができる。
【０００７】
請求項２に係る発明は、前記シール部材は、前記ノズルの長手方向に沿って複数配置され、前記真空層は、複数の前記シール部材をそれぞれ包囲するよう複数設けられ、前記真空層の一部は、前記保持部材を冷却する冷却液流路と前記シール部材との間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取付構造である。
これによれば、シール部材がノズルの長手方向に沿って複数配置される場合であっても、上述した効果を確実に得ることができる。
【０００８】
請求項３に係る発明は、前記真空層は、前記ノズルの中心軸に対して径方向に分散して複数設けられることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインジェクタ取付構造である。
これによれば、真空層を複数層設けることによって、断熱効果をより向上し、上述した効果を促進することができる。
【０００９】
請求項４に係る発明は、前記保持部材は燃焼室が形成されたシリンダヘッドであり、
前記真空層の前記燃焼室側の端部を前記燃焼室の表面に沿って前記ノズルの外径側へ張り出させたことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のインジェクタ取付構造である。
これによれば、燃焼室内の高温の燃焼ガスからシリンダヘッド内を経由してのシール部材への熱伝導を抑制することができ、シール部材の温度変化をよりいっそう低減することができる。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように、本発明によれば、インジェクタのシール部材の温度変化を抑制するとともにシール部材周辺以外の冷却性能を確保したインジェクタ取付構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明を適用したインジェクタ取付構造の第１実施形態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。
【図２】本発明を適用したインジェクタ取付構造の第２実施形態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。
【図３】本発明を適用したインジェクタ取付構造の第３実施形態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。
【図４】本発明を適用したインジェクタ取付構造の第４実施形態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。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜第１実施形態＞
以下、本発明を適用したインジェクタ取付構造の第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取付構造は、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ものである。
図１は、第１実施形態のインジェクタ取付構造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。
【００１３】
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、本発明にいう保持部材として機能する。
【００１４】
シリンダヘッド１０は、図示しないシリンダブロックのクランクシャフト側とは反対側の端部に取り付けられる部材である。
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。
【００１５】
燃焼室Ｃは、圧縮された混合気が燃焼する空間部を構成するものであって、シリンダヘッド１０におけるシリンダ側の面部を凹ませた凹部として形成されている。
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。
【００１６】
シリンダヘッド１０には、開口１１、凹部１２、テーパ部１３、ウォータジャケット１４等が形成されている。
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。
【００１７】
ウォータジャケット１４は、エンジンの冷却水が通流される冷却水流路の一部を構成する部分である。
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。
【００１８】
インジェクタ１００は、図示しないエンジン制御ユニットが生成する噴射信号に応じて、燃焼室Ｃ内に燃料噴霧を噴射する噴射弁である。
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。
【００１９】
ノズル１１０は、燃焼室Ｃ内に燃料を噴射する部分であり、インジェクタ１００における燃焼室Ｃ側の部分を構成する。
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。
【００２０】
筒状部１１１は、実質的にストレートな円筒状に形成された部分であって、燃料が図１における上方から下方へ搬送される流路であるとともに、ニードル１２０を収容する部分である。
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。
【００２１】
オリフィスカップ１１２は、筒状部１１１の燃焼室Ｃ側の先端部に設けられ、筒状部１１１内から燃焼室Ｃ内へ燃料噴霧を噴出する噴孔が形成されている。
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。
【００２２】
拡径部１１３は、筒状部１１１における燃焼室Ｃ側とは反対側の端部に設けられ、筒状部１１１に対して拡径された円筒状の部分である。
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。
【００２３】
シーリングリング１１５は、筒状部１１１の外周面とシリンダヘッド１０の開口１１の内周面との間の隙間をシールし、燃焼ガス等の吹き抜けを防止する部材（シール部材）である。
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。
【００２４】
ニードル１２０は、ノズル１１０の筒状部１１１内に実質的に同心となるように挿入され収容される軸状の部材である。
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、噴孔を閉塞するものである。
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。
【００２５】
アクチュエータ１３０は、図示しないエンジン制御ユニットが生成する噴射信号（開弁信号）に応じて、ニードル１２０をバルブボール１２１がオリフィスカップ１１２から離間する方向（図１における上方）に駆動するアクチュエータである。
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。
【００２６】
ハウジング１３１は、コイル１３２、インターナルポール１３３、コア１３４等を収容する部材である。
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。
【００２７】
コイル１３２は、例えばポリアミド等の樹脂系材料によって形成された芯材に、銅線を巻きまわして形成された電磁石である。
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。
【００２８】
インターナルポール１３３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である。
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側へ引き付けて、ニードル１２０を開弁方向に駆動する。
【００２９】
トレランスリング１３５は、ハウジング１３１における燃焼室Ｃ側の端部を、ノズル１１０の拡径部１１３に締結する締結部材である。
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。
【００３０】
第１実施形態において、シリンダヘッド１０には、以下説明する真空断熱層２０が形成されている。
真空断熱層２０は、開口１１の内周面に隣接し、インジェクタ１００のノズル１１０の中心軸と同心となる円にほぼ沿って周方向に延在して形成された空間部である。
真空断熱層２０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２０は、例えば、シリンダヘッド１０の鋳造時に取り外し可能な中子を用い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、真空断熱層２０は、円環状のチューブ内部を予め真空状態としたものを、シリンダヘッド１０の鋳造時に鋳込むようにしてもよい。
【００３１】
図１に示すように、真空断熱層２０の横断面形状は、ノズル１１０の長手方向に沿った長辺方向を有する矩形状に形成されている。
真空断熱層２０は、ノズル１１０の長手方向において、実質的にシーリングリング１１５と重なった位置及びシーリングリング１１５と隣接する位置にのみ配置され、それ以外の領域では、開口１１の内周面とウォータジャケット１４との間に遮蔽物が介在せず、熱伝導を妨げないようになっている。
真空断熱層２０の少なくとも一部は、隣接するウォータジャケット１４とシーリングリング１１５との間に介在している。
【００３２】
以上説明した第１実施形態によれば、真空断熱層２０が有する断熱機能によってシーリングリング１１５及びその周辺部が保温されることから、燃焼室Ｃ内の燃焼ガスによって高温環境下にあるシーリングリング１１５が、ウォータジャケット１４内に冷却水が通流されるシリンダヘッド１０によって冷却されて大きな温度差に曝されることを防止し、シーリングリング１１５の温度変化を緩和することができる。
エンジンの通常運転時には、インジェクタ先端部近傍の温度は例えば約１００℃程度となるが、第１実施形態においては、この熱を保持して外気が低温となる冬季であってもシーリングリング１１５近傍は比較的高温に保温することが可能となる。このため、低温時の線膨張差で発生するクリアランスを抑制し、シール性能を確保することができる。
一方、シーリングリング１１５の周辺部以外には、真空断熱層２０を設けないことにより、シリンダヘッド１０が有する冷却機能によって、インジェクタ１００におけるシーリングリング１１５周辺部以外の領域を効果的に冷却することができる。
例えば、燃料貯留部として用いられる筒状部１１１、拡径部１１３等を冷却することによって、燃料の過熱によるベーパロックの発生を防止することができる。
さらに、インジェクタ１００全体やノズル１１０全体を真空層によって覆う場合に対して、真空断熱層２０のボリュームを小さくすることが可能となり、例えばウォータジャケット１４や、吸排気ポート等のシリンダヘッド１０の設計自由度を向上することができる。
また、真空断熱層２０は振動、騒音を遮断する効果も有するため、ノズル１１０の先端部においてオリフィスカップ１１２をニードル１２０のバルブボール１２１が打突して発生する騒音のシリンダヘッド１０側への伝搬を抑制し、エンジンの静粛性を向上することができる。
【００３３】
＜第２実施形態＞
次に、本発明を適用したインジェクタ取付構造の第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、上述した第１実施形態と実質的に共通する箇所について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取付構造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実施形態においては、ノズル１１０の長手方向に分散して複数（例えば２つ）のシーリングリング１１５が設けられている。
このため、第２実施形態においては、真空断熱層２０は、各シーリングリング１１５の外径側にそれぞれ独立して設けられている。
以上説明した第２実施形態によれば、複数のシーリングリング１１５が設けられる場合であっても、上述した第１実施形態の効果と実質的に同様の効果を得ることができる。
【００３４】
＜第３実施形態＞
次に、本発明を適用したインジェクタ取付構造の第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取付構造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実施形態においては、ノズル１１０の中心軸に対して同心状に配置された複数の真空断熱層２０Ａ、２０Ｂを設けている。
以上説明した第３実施形態によれば、複数の真空断熱層２０Ａ、２０Ｂを重畳して配置することによって、断熱効果を高め、シーリングリンク１１５の温度変化をさらに低減することができる。
【００３５】
＜第４実施形態＞
次に、本発明を適用したインジェクタ取付構造の第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取付構造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。
図４に示すように、第４実施形態は、真空断熱層２０に、張出部２１を設けている。
張出部２１は、真空断熱層２０における燃焼室Ｃ側の端部から、燃焼室Ｃの表面にほぼ沿って、ノズル１１０の中心軸から見て外径側に鍔状に張り出して形成されている。
図４においては、真空断熱層２０は、径方向に切って見た断面形状が実質的にＬ字状となっている。
以上説明した第４実施形態によれば、上述した第１実施形態の効果と実質的に同様の効果に加えて、燃焼室Ｃ内の高温の燃焼ガスから、シリンダヘッド１０内を経由してのシーリングリング１１５への熱伝導を抑制することができ、シーリングリング１１５の温度変化をよりいっそう低減することができる。
【００３６】
（変形例）
本発明は、以上説明した各実施形態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や、シール部材の個数、配置等は、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、本発明にいう保持部材は、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。
【符号の説明】
【００３７】
１    インジェクタ取付構造        １０    シリンダヘッド
１１    開口                        １２    凹部
１３    テーパ部                      Ｃ    燃焼室
２０，２０Ａ，２０Ｂ    真空断熱層  ２１    張出部
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
【図１】
2018131930.tif 000003
【図２】
2018131930.tif 000004
【図３】
2018131930.tif 000005
【図４】
2018131930.tif 000006