特許 7156772 燃料噴射弁及び燃料噴射装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-10-11

(45)【発行日】2022-10-19

(54)【発明の名称】燃料噴射弁及び燃料噴射装置

(51)【国際特許分類】

   F02M 61/14 20060101AFI20221012BHJP

【ＦＩ】

F02M61/14 320P

F02M61/14 320A

F02M61/14 320K

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2016015108

(22)【出願日】2016-01-29

(65)【公開番号】P2017133444

(43)【公開日】2017-08-03

【審査請求日】2019-01-17

【審判番号】

【審判請求日】2021-03-31

(73)【特許権者】

【識別番号】591245473

【氏名又は名称】ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング

【氏名又は名称原語表記】ＲＯＢＥＲＴ ＢＯＳＣＨ ＧＭＢＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100177839

【弁理士】

【氏名又は名称】大場 玲児

(74)【代理人】

【識別番号】100172340

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 始

(74)【代理人】

【識別番号】100182626

【弁理士】

【氏名又は名称】八島 剛

(72)【発明者】

【氏名】前田 薫

(72)【発明者】

【氏名】ヴィーショレック セバスチャン

(72)【発明者】

【氏名】シュタッハ トーマス

【合議体】

【審判長】水野 治彦

【審判官】河端 賢

【審判官】山本 信平

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－９２０６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１４－２０４２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１０／００１８５０２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１２－１７７３４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１７７３４５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

F02M 61/14

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

シリンダヘッド（２０）に形成された取付け穴（２１）の形状に沿って挿入され、燃料供給部（Ａ１）から供給される燃料を段差部（Ｂ１）を介して燃焼室（３０）に直接噴射する燃料噴射弁（１０）において、
前記燃料供給部（Ａ１）は、
燃料が外部に漏れることを防止するシールリング（１２）と、
前記シールリング（１２）を支持する支持リング（１３）と、
を備え、
前記段差部（Ｂ１）は、
燃料を前記燃焼室（３０）に噴射するノズル部（１５）と、
前記ノズル部（１５）よりも径の大きい取付け軸部（１６）と、
を備え、
前記ノズル部（１５）は、
前記ノズル部（１５）と前記取付け穴（２１）との間に生じる隙間を埋めるガスシールリング（１５２）を備え、前記隙間が、前記取付け穴の段部と前記燃焼室との間で前記ガスシールリング（１５２）によって燃焼ガスの浸入が防止されるように構成されており、
前記燃料噴射弁（１０）は、
さらに、前記取付け穴（２１）の段部との間で前記燃料噴射弁（１０）を軸方向に支え、燃料の燃焼ガスの熱により溶ける樹脂製の補償エレメント（４０）を介在させており、
前記燃料噴射弁（１０）の開口部（１４１）に燃料を案内して前記軸方向の位置が固定されている燃料カップ（１１）の内周のテーパ部（１１１）と前記燃料カップ（１１）の内側に配置される前記支持リング（１３）との間の軸方向における第１のギャップ（Ｇ１）が、前記取付け穴（２１）と前記取付け軸部（１６）との間の軸方向における第２のギャップ（Ｇ２）よりも大きい
ことを特徴とする燃料噴射弁。

【請求項2】

前記第１のギャップ（Ｇ１）は、
前記テーパ部（１１１）の両端部のうちの前記支持リング（１３）側の端部と、前記支持リング（１３）の両端面のうちの前記テーパ部（１１１）側の端面との間の軸方向における距離であり、
前記第２のギャップ（Ｇ２）は、
前記取付け穴（２１）の表面のうちの前記取付け軸部（１６）に軸方向に対向する対向面と、前記取付け軸部（１６）の表面のうちの前記取付け穴（２１）に軸方向に対向する対向面との間の軸方向における距離である
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。

【請求項3】

前記第１のギャップ（Ｇ１）は、
前記テーパ部（１１１）の両端部のうちの前記支持リング（１３）側の端部と、前記支持リング（１３）の両端面のうちの前記テーパ部（１１１）側の端面との間の軸方向における距離であり、
前記取付け穴（２１Ａ）及び前記取付け軸部（１６Ａ）がテーパ部（２１１、１６１）を有する場合、前記第２のギャップ（Ｇ２１）は、
前記取付け穴（２１Ａ）の前記テーパ部（２１１）が前記取付け軸部（１６Ａ）のテーパ部（１６１）に対向する対向面と、前記取付け軸部（１６Ａ）のテーパ部（１６１）が前記取付け穴（２１Ａ）のテーパ部（２１１）に対向する対向面との間の軸方向における最短距離である
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。

【請求項4】

前記第２のギャップ（Ｇ２、Ｇ２１）は、０よりも大きい
ことを特徴とする請求項１～３の何れか一項に記載の燃料噴射弁。

【請求項5】

前記第１のギャップ（Ｇ１）は、前記補償エレメント（４０）の厚みよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。

【請求項6】

シリンダヘッド（２０）に形成された取付け穴（２１）の形状に沿って挿入され、燃料供給部（Ａ１）から供給される燃料を段差部（Ｂ１）を介して燃焼室（３０）に直接噴射する燃料噴射弁（１０）を備える燃料噴射装置（１）において、
前記燃料供給部（Ａ１）は、
燃料が外部に漏れることを防止するシールリング（１２）と、
前記シールリング（１２）を支持する支持リング（１３）と、
を備え、
前記段差部（Ｂ１）は、
燃料を前記燃焼室（３０）に噴射するノズル部（１５）と、
前記ノズル部（３１）よりも径の大きい取付け軸部（１６）と、
を備え、
前記ノズル部（１５）は、
前記ノズル部（１５）と前記取付け穴（２１）との間に生じる隙間を埋めるガスシールリング（１５２）を備え、前記隙間が、前記取付け穴の段部と前記燃焼室との間で前記ガスシールリング（１５２）によって燃焼ガスの浸入が防止されるように構成されており、
前記燃料噴射弁（１０）は、
さらに、前記取付け穴（２１）の段部との間で前記燃料噴射弁（１０）を軸方向に支え、燃料の燃焼ガスの熱により溶ける樹脂製の補償エレメント（４０）を介在させており、
前記燃料噴射弁（１０）の開口部（１４１）に燃料を案内して前記軸方向の位置が固定されている燃料カップ（１１）の内周のテーパ部（１１１）と前記燃料カップ（１１）の内側に配置される前記支持リング（１３）との間の軸方向における第１のギャップ（Ｇ１）が、前記取付け穴（２１）と前記取付け軸部（１６）との間の軸方向における第２のギャップ（Ｇ２）よりも大きい
ことを特徴とする燃料噴射装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料噴射弁及び燃料噴射装置に関し、特に高圧の燃料をシリンダ内の燃焼室に直接噴射する燃料噴射弁及び燃料噴射装置に適用して好適なものである。

【背景技術】

【0002】

従来、燃料噴射弁は補償エレメントを備えて構成される。この補償エレメントは、燃料噴射弁を燃料噴射装置のシリンダヘッドに取り付ける際、燃料噴射弁の軸線と、シリンダヘッドに形成されている取付け穴の軸線との間の角度偏差を補償する。

【0003】

よって燃料噴射弁の軸線と、取付け穴の軸線とが取付け時に多少ずれている場合であっても、燃料噴射弁を取付け穴に適切に取り付けることができる。なおこの取付け時のずれは、燃料噴射弁及びシリンダヘッドの製造過程で生じる製造誤差に起因する。

【0004】

特許文献１には、この補償エレメントの構造に関する発明が開示されている。具体的には、剛性的な第１のリングと、剛性的な第２のリングと、これら第１のリング及び第２のリングの間に設けられる弾性的な中間リングとを備えて構成される補償エレメントが開示されている。

【0005】

この特許文献１によれば、中間リングの弾性変形により第１のリングの中心点が第２のリングの中心点に対して半径方向に移動することができ、また燃料噴射弁の傾動及び軸方向の移動についてもより大きな範囲で補償することができるとしている。よって取付け時のずれが多少大きな場合であっても、その誤差を補償することができるとしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特表２００４－５０６１３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところで通常、補償エレメントは金属等の剛性部材により構成される。一方で燃料噴射弁及びシリンダヘッドも金属等の剛性部材により構成される。燃料噴射弁は補償エレメントにより支持されており、補償エレメントはシリンダヘッドに支持されていることから、燃料噴射弁を取り付けた状態では金属同士が直接接触していることになる。

【0008】

この場合、燃料噴射弁の駆動音がシリンダヘッドに伝達され易くなり、自動車の快適性（ＮＶＨ：Noise Vibration Harshness）が損なわれるという課題がある。

【0009】

そこで近年、ＮＶＨの向上を目的として、プラスチック等の熱可塑性樹脂により成形した補償エレメントを用いることが検討されている。補償エレメントがプラスチックであれば、燃料噴射弁の駆動音がシリンダヘッドに伝達され難くなり、ＮＶＨの向上を図ることができる。また金属である場合と比較して安価に製造することができ、製造コストの削減を図ることができる。

【0010】

しかし一方で補償エレメントをプラスチックにすると、金属と比較して耐久性が低下するという新たな問題が生じる。プラスチックにより成形された補償エレメントは、高熱に晒されると溶けたり、また強い衝撃を受けると破損したりする場合がある。

【0011】

例えば何らかの原因によりガスシールリングが破損して燃焼室内で発生した燃焼ガスが取付け穴から浸入し、補償エレメントが高熱の燃焼ガスに晒された場合、補償エレメントの一部又は全部が溶ける場合がある。

【0012】

この場合、補償エレメントが溶けた分だけ燃料噴射弁が軸方向の燃焼室側に移動する。その結果、燃料を案内する燃料カップと、燃料カップに接続する接続管との嵌合状態が解除又は弛緩され、燃料の一部が外部に漏れる。よって補償エレメントをプラスチックにより成形すると、安全性が低下するという課題がある。

【0013】

本発明は以上の点を考慮してなされたものであり、快適性の向上を図りつつ安全性を維持し得る燃料噴射弁及び燃料噴射装置を提案するものである。

【課題を解決するための手段】

【0014】

かかる課題を解決するために、本発明においては、シリンダヘッド（２０）に形成された取付け穴（２１）の形状に沿って挿入され、燃料供給部（Ａ１）から供給される燃料を段差部（Ｂ１）を介して燃焼室（３０）に直接噴射する燃料噴射弁（１０）において、燃料供給部（Ａ１）は、端部にテーパ部（１１１）を有する燃料カップ（１１）と、燃料が外部に漏れることを防止するシールリング（１２）と、シールリング（１２）を支持する支持リング（１３）とを備え、段差部（Ｂ１）は、燃料を燃焼室（３０）に噴射するノズル部（１５）と、ノズル部（１４）よりも径の大きい取付け軸部（１６）とを備え、テーパ部（１１１）と、支持リング（１３）との間の軸方向における第１のギャップ（Ｇ１）が取付け穴（２１）と、取付け軸部（１６）との間の軸方向における第２のギャップ（Ｇ２）よりも大きいことを特徴とする。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、快適性の向上を図りつつ安全性を維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】燃料噴射装置の全体構成図である。

【図2】燃料供給部の拡大構成図である。

【図3】段差部の拡大構成図である。

【図4】燃料噴射弁の移動前後を示す拡大構成図である。

【図5】他の段差部の拡大構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。

【0018】

（１）全体構成
図１は、本実施の形態における燃料噴射装置１の全体構成を示す。燃料噴射装置１は、燃料噴射弁１０、シリンダヘッド２０及び燃焼室３０等を備える。燃料噴射弁１０は、シリンダヘッド２０に形成された取付け穴２１の形状に沿って挿入されて取り付けられ、燃料供給部Ａ１から供給される燃料を段差部Ｂ１を介して燃焼室３０に直接噴射する。

【0019】

以下燃料噴射弁１０が備える各部の構成について説明する。
燃料供給部Ａ１は、燃料カップ１１、シールリング１２、支持リング１３及び接続管１４を備える。燃料カップ１１は、燃料を接続管１４の開口部１４１に案内する部材である。

【0020】

燃料カップ１１の端部にはテーパ形状を有するテーパ部２１１が形成されている。このテーパ部２１１が形成されていることにより、接続管１４を燃料カップ１１に容易に挿入することができる。

【0021】

シールリング１２は、燃料カップ１１により案内された燃料が接続管１４に案内されずに外部に漏れることを防止する部材である。シールリング１２は、例えばゴム等の弾性部材からなるＯリングである。

【0022】

支持リング１３は、シールリング１２を均一な力で支持する部材である。この支持リング１３をシールリング１２の直下に取り付けることで、例えば接続管１４が軸方向Ｄ１に移動した場合でもシールリング１２が不均一な力で支持されることを防止する。

【0023】

具体的には支持リング１３は、シールリング１２に高圧の燃料が作用する場合に燃料カップ１１との直径隙間を減少させ、シールリング１２がゴム等の弾性部材からなるＯリングの場合のはみ出しを防止してシールリング１２の破損を防止する。

【0024】

なお直径隙間が拡大するとシールリング１２が不均一な力で支持される。この場合、局所的に強い力がシールリング１２に付与されてシールリング１２の破損につながるおそれがある。支持リング１３はこれを防止する部材である。

【0025】

接続管１４は、燃料カップ１１に接続される部材であり、開口部１４１はフランジ形状を有する。なお接続管１４を燃料カップ１１に挿入して接続する際、接続管１４にはシールリング１２及び支持リング１３が予め取り付けられた状態で挿入される。

【0026】

段差部Ｂ１は、ノズル部１５及び取付け軸部１６を備える。ノズル部１５は、燃料供給部Ａ１からの燃料を燃焼室３０に実際に噴射する部材である。軸方向Ｄ１の燃焼室３０側の端部１５１には複数の噴射孔が形成されて構成される。

【0027】

またノズル部１５は、ガスシールリング１５２を備える。ガスシールリング１５２は、ノズル部１５と、取付け穴２１との間に生じる隙間３１を埋めるための部材である。ガスシールリング１５２は、例えばフッ素樹脂からなるテフロン（登録商標）リングである。

【0028】

取付け軸部１６は、ノズル部１５の径よりも大きい径を有して構成される。これにより段差が形成される。

【0029】

補償エレメント４０は、燃料噴射弁１０又は取付け穴２１の製造誤差を補償する部材であり、ここでは熱を加えると溶ける熱可塑性樹脂を用いて成形される。なお熱可塑性樹脂は一般にはプラスチックと呼ばれる。補償エレメント４０の材料としてプラスチックを採用することにより、金属を採用する場合と比較して成形が容易で安価である。

【0030】

押さえ部５０は、燃料噴射弁１０を取付け穴２１に保持するために燃料噴射弁１０を軸方向Ｄ１の燃焼室３０側に押下する部材である。接続コネクタ６０は、燃料噴射弁１０の動作を電気的に制御する制御線を燃料噴射弁１０に接続する部材である。

【0031】

（２）不具合時の動作
次いで図１を参照して、ガスシールリング１５２に不具合が生じた場合の燃料噴射弁１０の動作について説明する。ガスシールリング１５２は、上記の通り、隙間３１を埋めるための部材であり、通常はこのガスシールリング１５２により隙間３１からの燃焼ガスの浸入を防止することができる。

【0032】

しかし何らかの原因によりガスシールリング１５２が溶けて破損等した場合、燃焼室３０で発生した燃焼ガスが隙間３１から浸入する。この場合、燃料噴射弁１０は高熱の燃焼ガスに晒されることになる。そして補償エレメント４０が熱可塑性樹脂であるプラスチックで成形されている場合にこの補償エレメント４０が溶ける。

【0033】

その結果、補償エレメント４０が溶けた分だけ燃料噴射弁１０が軸方向Ｄ１の燃焼室３０側に移動する。このとき燃料カップ１１だけは図示しない部材により軸方向Ｄ１の位置が固定されている。よって燃料カップ１１と接続管１４との嵌合状態が解除され、燃料カップ１１から供給される燃料が外部に漏れるおそれがある。

【0034】

本実施の形態においてはこのように補償エレメント４０が溶けて燃料噴射弁１０が軸方向Ｄ１の燃焼室３０側に移動する場合であっても、燃料カップ１１からの燃料が外部に漏れることを確実に防止しようとするものである。そのため本実施の形態ではギャップ（図２及び図３）を規定している。

【0035】

（３）ギャップの構成
図２は、燃料供給部Ａ１の拡大構成図である。燃料供給部Ａ１において規定される第１のギャップＧ１は、テーパ部１１１の両端部のうちの支持リング１３側の端部と、支持リング１３の両端面のうちのテーパ部１１１側の端面との間の軸方向Ｄ１の距離である。

【0036】

図３は、段差部Ｂ１の拡大構成図である。段差部Ｂ１において規定される第２のギャップＧ２は、取付け穴２１の表面のうちの取付け軸部１６に軸方向Ｄ１に対向する対向面と、取付け軸部１６の表面のうちの取付け穴２１に軸方向Ｄ１に対向する対向面との間の軸方向Ｄ１の距離である。

【0037】

ここで第１のギャップＧ１が小さすぎると、接続管１４が少しでも下方に移動した場合に支持リング１３がテーパ部１１１のテーパ形状に沿って径方向に拡大する。支持リング１３が径方向に拡大すると、直径隙間が拡大し、シールリング１２が支持リング１３により均一に支持されなくなる。その結果、シールリング１２に局所的な力が加わり、千切れる等して燃料が外部に漏れるおそれがある。よって第１のギャップＧ１は、ある程度の距離が必要になる。

【0038】

そこで本実施の形態においては第１のギャップＧ１と、第２のギャップＧ２との関係を第１のギャップＧ１＞第２のギャップＧ２のように規定する。これによりたとえ補償エレメント４０が溶けて接続管１４が軸方向Ｄ１の燃焼室３０側に移動する場合であっても、最大移動距離を第２のギャップＧ２に収めることができる。

【0039】

この場合、支持リング１３がテーパ部１１１の位置まで移動することはなく、シールリング１２が支持リング１３に常に均一に支持される。よってシールリング１２に局所的な力が加わることはなく、シールリング１２の破損を防止することができるため、燃料漏れを確実に防止することができる。

【0040】

また第２のギャップＧ２は、第２のギャップＧ２＞０のように規定する。これにより通常時において燃料噴射弁１０とシリンダヘッド２０とが直接接触することを防止することができる。すなわち金属同士が直接接触することを防止することができるため、燃料噴射弁１０の駆動音がシリンダヘッド２０に伝達され難くなり、ＮＶＨの向上を図ることができる。

【0041】

図４は、燃料噴射弁１０の移動の前後を示す。移動前の燃料噴射弁１０は、テーパ部１１１の端部と、支持リング１３の端面との間の軸方向Ｄ１における距離として第１のギャップＧ１を有して構成される。何らかの原因により燃料噴射弁１０（接続管１４）が軸方向Ｄ１の燃焼室３０側に移動する場合がある。

【0042】

しかしこの場合であっても、本実施の形態においては第１のギャップＧ１＞第２のギャップＧ２に規定されているため、接続管１４の最大移動距離は第２のギャップＧ２になる。よってテーパ部１１１の端部と、支持リング１３の端面との間の軸方向Ｄ１における距離は少なくとも（第１のギャップＧ１）－（第２のギャップＧ２）の距離だけ維持される。

【0043】

（４）本実施の形態による効果
以上のように本実施の形態によれば、第１のギャップＧ１＞第２のギャップＧ２となるように第１のギャップＧ１及び第２のギャップＧ２を規定した。よってたとえ接続管１４が軸方向Ｄ１の下方に移動する場合であっても、支持リング１３の底面の位置をテーパ部１１１の端部よりも軸方向Ｄ１の上方に維持することができる。この場合、支持リング１３によりシールリング１２を均一な力で常に支持することができるため、シールリング１２の破損を防止して安全性を維持することができる。

【0044】

（５）他の実施の形態
図５は、他の段差部Ｂ２の拡大構成を示す。他の段差部Ｂ２は、取付け穴２１Ａ及び取付け軸部１６Ａがテーパ形状を有するテーパ部２１１及び１６１がそれぞれ形成されている点で、段差部Ｂ１と異なる。

【0045】

この場合、第２のギャップＧ２１は、取付け穴２１Ａのテーパ部２１１が取付け軸部１６Ａのテーパ部１６１に対向する対向面と、取付け軸部１６Ａのテーパ部１６１が取付け穴２１Ａのテーパ部２１１に対向する対向面との間の軸方向Ｄ１の最短距離である。

【0046】

このように第２のギャップＧ２１を規定し、上記の通り、第１のギャップＧ１＞第２のギャップＧ２１に規定することにより、たとえ補償エレメント４０が溶けて接続管１４が軸方向Ｄ１の下方に移動する場合であっても、最大移動距離を第２のギャップＧ２に収めることができる。

【0047】

よって支持リング１３がテーパ部１１１の位置まで移動することはなく、シールリング１２が支持リング１３に常に均一に支持され、シールリング１２に局所的に強い力が加わること及びシールリング１２の破損を防止することができる。

【0048】

また補償エレメント４０の軸方向Ｄ１の距離（すなわち厚み）を第３のギャップＧ３と規定して、第１のギャップＧ１又は第３のギャップＧ３＜第２のギャップＧ２又はＧ２１に規定してもよい。この場合、補償エレメント４０が溶けた場合に接続管１４が軸方向Ｄ１の下方に移動しても、最大移動距離は第３のギャップＧ３に収まるから、支持リング１３の底面の位置をテーパ部１１１の端部よりも軸方向Ｄ１の上方に維持することができる。

【符号の説明】

【0049】

１・・・燃料噴射装置、１０・・・燃料噴射弁、２０・・・シリンダヘッド、３０・・・燃焼室、４０・・・補償エレメント、５０・・・押さえ部、６０・・・接続コネクタ、Ａ１・・・燃料供給部、Ｂ１、Ｂ２・・・段差部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】