JP2004019642A - 燃焼室取付部品 - Google Patents

Abstract

【課題】挿入型シール構造を採用してシールコストの低減，デザインの容易さおよび音振伝達の低減を実現しつつ、シールの信頼性および組付け作業性の双方の両立も実現する。
【解決手段】エンジンの燃焼室５に設けられたインジェクタボア６に嵌合されるノズル１１と、ノズル１１に軸方向に隣接した状態で嵌装されてノズル１１とインジェクタボア６との間をシールする２個のシールリング１３，１４を備え、燃焼室５内部側に位置する燃焼室側シールリング１４を９０〜１００質量％のフッ素樹脂および０〜１０質量％の無機フィラーからなる材料で形成し、燃焼室側シールリング１４の室温での圧縮弾性率を３５０〜６００ＭＰａとすると共に燃焼室５外部側に位置する大気側シールリング１３の室温での圧縮弾性率を７００〜１０００ＭＰａとし、大気側シールリング１３の体積を燃焼室側シールリング１４の体積の５〜３０％する。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直噴型エンジンのフューエルインジェクタなどのエンジン燃焼室に取り付けられる燃焼室取付部品に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上記したような燃焼室取付部品、例えば、フューエルインジェクタをエンジンの燃焼室に取り付ける場合には、延性を有する金属、あるいは、弾性を有する金属からなるワッシャなどの部材を高い面圧で押し潰すことによって、燃焼ガスが漏れ出るのを阻止するようにしていた。
【０００３】
近年、フューエルインジェクタの締結構造簡略化によるコストの低減や、省スペース化によるデザインの容易さや、インジェクタ作動音の音振伝達の低減を図るうえで、フューエルインジェクタのノズルに耐熱性の高いフッ素樹脂製のシールリングを嵌装し、燃焼室に設けた部品取付用ボアにノズルとともに嵌合する、いわゆる挿入型シール構造の検討がなされている（特開平１１−１３５９３号）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記した燃焼室取付部品において、ノズルに嵌装した非強化のフッ素樹脂製シールリングのクリープ変形が大きいことから、高温高圧の燃焼ガスによってシールリングのはみ出しが生じてしまい、燃焼ガスが漏れ出る可能性がないとは言えないという問題を有していた。
【０００５】
また、上記燃焼ガスが漏れ出す懸念を払拭するために、フッ素樹脂に所定の無機フィラーを加えた強化フッ素樹脂をシールリングに用いたうえで、寸法管理をより厳格に行うと、耐クリープ性は向上するものの、無機フィラーを加えたことで圧縮弾性率も上昇することから、フューエルインジェクタのノズルを燃焼室の部品取付用ボアに嵌合する際の挿入荷重が大きくなり、組付け作業性の低下を招いてしまうといった問題があり、これらの問題を解決することが従来の課題となっていた。
【０００６】
【発明の目的】
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、挿入型シール構造を採用してシールコストの低減，デザインの容易さおよび音振伝達の低減を実現しつつ、シールの信頼性および組付け作業性の双方を両立させることが可能である燃焼室取付部品を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そこで、鋭意研究を重ねてきた結果、フッ素樹脂および無機フィラーの各含有率や、圧縮弾性率や、体積の互いに異なる２個のシールリングを燃焼室の部品取付用ボアに嵌合する円筒部に嵌装することで、上記目的を達成し得ることを見出すに至った。
【０００８】
すなわち、本発明に係わる燃焼室取付部品は、エンジンの燃焼室に取り付けられる燃焼室取付部品であって、燃焼室に設けられた部品取付用ボアに嵌合される円筒部と、この円筒部に軸方向に隣接した状態で嵌装されて円筒部と燃焼室の部品取付用ボアとの間をシールする２個のシールリングを備え、２個のシールリングのうちの燃焼室内部側に位置する燃焼室側シールリングを９０〜１００質量％のフッ素樹脂および０〜１０質量％の無機フィラーからなる材料で形成し、この燃焼室側シールリングの室温での圧縮弾性率を３５０〜６００ＭＰａとすると共に２個のシールリングのうちの燃焼室外部側に位置する大気側シールリングの室温での圧縮弾性率を７００〜１０００ＭＰａとし、大気側シールリングの体積を燃焼室側シールリングの体積の５〜３０％とした構成としたことを特徴としており、この燃焼室取付部品の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
【０００９】
【発明の効果】
本発明に係わる燃焼室取付部品によれば、上記した構成としているので、シールコストの低減，デザインの容易さおよび音振伝達の低減を実現することができるのは勿論のこと、シール性の向上および円筒部を燃焼室の部品取付用ボアに嵌合する際の組付け作業性の向上をいずれも実現することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に係わる燃焼室取付部品において、軟質でかつ摩擦係数が小さいフッ素樹脂からなり、室温での圧縮弾性率を３５０〜６００ＭＰａとした燃焼室側シールリングが、シール部分の大半を占めているので、円筒部を燃焼室の部品取付用ボアに嵌合する際には、すなわち、円筒部の挿入組付け時には、このシールリングを規定された圧縮率に圧縮するのに必要な力が少なくて済み、少ない力で挿入し得る分だけ組付け作業性が良好なものとなり、加えて、部品取付用ボアのシール面の凹凸に対する追従性も有しているので、気密性に優れたものとなる。
【００１１】
この際、燃焼室側シールリングに用いるフッ素樹脂の室温での圧縮弾性率が３５０ＭＰａよりも小さいと、圧縮反力が小さくなって高圧ガスのシール材料には不適となり、室温での圧縮弾性率が６００ＭＰａよりも大きいと、組付け時に必要な力が大きくなってしまう。
【００１２】
また、ポリテトラフルオロエチレン，四フッ化エチレン，六フッ化エチレン共重合樹脂，四フッ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合体，四フッ化エチレン・エチレン共重合樹脂などの通常よく知られたフッ素樹脂は、耐熱老化性が良好であり、燃焼室内の約１６０℃の温度に長期間にわたって耐えることができる。
【００１３】
一方、大気側シールリングの室温での圧縮弾性率を７００〜１０００ＭＰａとしているので、規定圧縮率に圧縮した際の面圧が高くなって、燃焼室側シールリングが燃焼ガスで簡単に変形してしまうのを阻止し得ることとなる。
【００１４】
この際、大気側シールリングの室温での圧縮弾性率が７００ＭＰａよりも小さいと、燃焼ガスによる燃焼室側シールリングのはみ出し変形を防ぐ圧縮反力を得ることができず、室温での圧縮弾性率が１０００ＭＰａよりも大きいと、組付け時に破損してしまう可能性があり、したがって、挿入型シール構造のシール材料には不適となる。
【００１５】
また、大気側シールリングの体積を燃焼室側シールリングの体積の５〜３０％としているが、大気側シールリングの体積が燃焼室側シールリングの体積の５％よりも小さいと、燃焼ガスによる燃焼室側シールリングのはみ出し変形を防ぐ圧縮反力を得ることができず、大気側シールリングの体積が燃焼室側シールリングの体積の３０％を超えると、組付け時に必要な力が大きくなってしまう。
【００１６】
本発明の請求項２に係わる燃焼室取付部品では、大気側シールリングも耐熱老化性が長期にわたって良好になるので、燃焼室内の約１６０℃の温度に長期間耐え得ることとなり、加えて、無機フィラーによる強化作用によって燃焼室側シールリングよりも耐クリープ性が良好になるので、クリープ歪によるはみ出し破損が抑えられて、高温高圧の燃焼ガスに対して、長期間にわたって良好なシール性を発揮することとなる。
【００１７】
本発明の請求項３および４に係わる燃焼室取付部品では、無機フィラーの種類や量を変えることで、圧縮弾性率の調整を容易に行い得ることとなり、加えて、部品取付用ボアのシール面への追従性が良好であるため、シール性に優れたものとなる。
【００１８】
本発明の請求項５および６に係わる燃焼室取付部品では、無機フィラーの種類や量や組み合わせを変えることで、燃焼ガスのシールに対する最適な圧縮弾性率や耐クリープ性などの特性を有するシールリング材料の調整が可能となる。
【００１９】
この際、金属粉には、アルミニウム，ブロンズ，鉛，ステンレススチール，亜鉛などが挙げられ、ウィスカには、上記金属粉材に加えて、炭化珪素，窒化珪素，酸化亜鉛，炭化チタン，アルミナなどのセラミックが挙げられ、無機化合物には、炭酸カルシウム，二硫化モリブデン，硫酸バリウム，酸化亜鉛，アルミナ，マグネシア，チタニア，ジルコニア，炭化珪素，窒化珪素，炭化チタン，窒化チタンなどが挙げられる。
【００２０】
本発明の請求項７に係わる燃焼室取付部品では、円筒部の組付け時において、シールリング収容溝の凸部との接触部分、すなわち、燃焼室側シールリングの内周面に位置する凹部が集中的に圧縮されるので、組み付けに要する力が大幅に軽減することとなり、本発明の請求項８に係わる燃焼室取付部品では、燃焼室側シールリングに燃焼圧が負荷された段階において、燃焼室側シールリングおよび大気側シールリングの相互の接触面が互いに滑って楔効果が発生するので、大気側シールリングが燃焼室の部品取付用ボアの内周面に押圧されて、良好なシール性が得られる。
【００２１】
本発明の請求項９に係わる燃焼室取付部品では、燃焼室側シールリングに燃焼圧が負荷された段階において、大気側シールリングおよびシールリング収容溝の相互の接触面が互いに滑って、両者間に生じた応力が大気側シールリングの圧縮方向の力に分散されるので、良好なシール性が得られ、本発明の請求項１０に係わる燃焼室取付部品において、円筒部を部品取付用ボアに嵌合する段階には、大気側シールリングの径が縮む方向に斜めの切断面がずれるので、組み付けに要する力が軽減され、一方、燃焼室側シールリングを介して燃焼圧が負荷された段階には、大気側シールリングの径が拡がる方向に上記切断面がずれて応力が大気側シールリングの圧縮方向の力に分散されるので、良好なシール性が得られる。
【００２２】
この場合、大気側シールリングの斜め切断面の角度は、リング平面に対して２２〜２５°とすることが望ましい。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
【００２４】
［実施例１］
図１および図２は、本発明に係わる燃焼室取付部品の一実施例を示しており、この実施例では、本発明に係わる燃焼室取付部品が直噴型自動車エンジンのフューエルインジェクタである場合を示す。
【００２５】
図２に示すように、燃焼室取付部品としてのフューエルインジェクタ１０は、シリンダヘッド２にホルダ３を介して固定してあり、コモンレール４から導かれる燃料は、このフューエルインジェクタ１を通してシリンダヘッド２内の燃焼室５に供給されるようになっている。
【００２６】
フューエルインジェクタ１は、図１に示すように、燃焼室５すなわちシリンダヘッド２に設けられたインジェクタボア（部品取付用ボア）６に嵌合されるノズル（円筒部）１１と、このノズル１１の外周面に設けたシールリング収容溝１２に軸方向に隣接して収容した２個のシールリング１３，１４を備えており、シリンダヘッド２のインジェクタボア６と燃焼室５に曝されるノズル１１との間で圧縮される２個のシールリング１３，１４によって、両者間の隙間Ｓに入り込んだ高温高圧の燃焼ガスを封止している。
【００２７】
この場合、２個のシールリング１３，１４のうちの燃焼室５の外部側に位置する大気側シールリング１３は、圧縮方向への室温における圧縮弾性率が約４００ＭＰａの純ポリテトラフルオロエチレンで形成してあり、一方、２個のシールリング１３，１４のうちの燃焼室５の内部側に位置する燃焼室側シールリング１４は、圧縮方向への室温における圧縮弾性率が約７５０ＭＰａの４０質量％のブロンズを含有したポリテトラフルオロエチレンで形成してあり、大気側シールリング１３と燃焼室側シールリング１４との体積比を１：５としていると共に、圧縮率をいずれも１０％に設定している。
【００２８】
このフューエルインジェクタ１０をシリンダヘッド２のインジェクタボア６に組付けるに際しては、２個のシールリング１３，１４は所定の圧縮率に圧縮されるが、大気側シールリング１３に比べて室温時の圧縮弾性率が小さい燃焼室側シールリング１４の体積比率が大きいことから、挿入組付けに要する力が１００Ｎ以下の小さな力で済むこととなり、特殊工具を用いることなく手作業による組付けが可能となる。
【００２９】
また、このフューエルインジェクタ１０のノズル１１が高温高圧の燃焼ガスに曝されると、燃焼室側シールリング１４は、高温高圧の燃焼ガスによるクリープ変形によって、インジェクタボア６とノズル１１との間から大気側（図示上側）にはみ出そうとするが、耐クリープ性が良好な大気側シールリング１３が燃焼室側シールリング１４のはみ出しを阻止することから、シール性が長期にわたって良好に保たれる。
【００３０】
この際、大気側シールリング１３を室温の圧縮弾性率が約５００ＭＰａのガラス繊維５％強化ポリテトラフルオロエチレンで形成したところ、挿入組付けに要する力が１００Ｎ以下の小さな力で済むうえ、低温での収縮が小さくて、低温シール性も良好であった。
【００３１】
ここで、フューエルインジェクタのシールリングを１個として、このシールリングを室温の圧縮弾性率が約６５０ＭＰａのガラス繊維１５％強化ポリテトラフルオロエチレンで形成し、その圧縮率を１０％としたところ、燃焼ガスのクリープによるはみ出しが発生した。
【００３２】
また、この比較例のフューエルインジェクタにおいて、ガラス繊維１５％強化ポリテトラフルオロエチレンに替えて、室温における圧縮弾性率が約７５０ＭＰａの４０質量％のブロンズを含有したポリテトラフルオロエチレンでシールリングを形成したところ、シール性は長期にわたって良好であったが、挿入組付けに要する力が３００Ｎ以上と大きく、特殊工具も必要であった。
【００３３】
したがって、上記実施例に係わるフューエルインジェクタ１０では、シール性に優れているだけでなく、組付け作業性にも優れていることが実証できた。
【００３４】
［実施例２］
図３は、本発明に係わる燃焼室取付部品の他の実施例を示しており、この実施例においても、本発明に係わる燃焼室取付部品が直噴型自動車エンジンのフューエルインジェクタである場合を示す。
【００３５】
図３に示すように、この実施例におけるフューエルインジェクタ２０では、ノズル２１の外周面に設けたシールリング収容溝２２の溝底に凸部２５を設け、この凸部２５と燃焼室側シールリング２４の内周面に設けた凹部２６とを係合させた構成をなしており、他の構成は先の実施例によるフューエルインジェクタ１０と同じである。
【００３６】
この実施例において、ノズル２１の組付け時において、燃焼室側シールリング２４の凸部２５との接触部分が集中的に圧縮されるので、すなわち、燃焼室側シールリング２４の内周面に位置する凹部２６が集中的に圧縮されるので、組み付けに要する力が大幅に軽減することとなる。
【００３７】
［実施例３］
図４は、本発明に係わる燃焼室取付部品のさらに他の実施例を示しており、この実施例においても、本発明に係わる燃焼室取付部品が直噴型自動車エンジンのフューエルインジェクタである場合を示す。
【００３８】
図４に示すように、この実施例におけるフューエルインジェクタ３０では、燃焼室側シールリング３４および大気側シールリング３３の相互の接触面３４ａ，３３ａをいずれもテーパ面とした構成をなしており、他の構成は、先の実施例によるフューエルインジェクタ１０と同じである。
【００３９】
この実施例において、燃焼室側シールリング３４に燃焼圧が負荷されると、燃焼室側シールリング３４および大気側シールリング３３の相互の接触面３４ａ，３３ａ（テーパ面）が互いに滑って楔効果が生じることから、大気側シールリング３３がインジェクタボア６の内周面に押圧されて、良好なシール性が得られる。
【００４０】
［実施例４］
図５は、本発明に係わる燃焼室取付部品のさらに他の実施例を示しており、この実施例においても、本発明に係わる燃焼室取付部品が直噴型自動車エンジンのフューエルインジェクタである場合を示す。
【００４１】
図５に示すように、この実施例におけるフューエルインジェクタ４０では、ノズル４１の外周面に設けたシールリング収容溝４２および大気側シールリング４３の相互の接触面４２ａ，４３ａをいずれもテーパ面とした構成をなしており、他の構成は、先の実施例によるフューエルインジェクタ１０と同じである。
【００４２】
この実施例において、燃焼室側シールリング１４に燃焼圧が負荷されると、大気側シールリング４３およびシールリング収容溝４２の相互の接触面４３ａ，４２ａが互いに滑って、両者間に生じた応力が大気側シールリング４３の圧縮方向の力に分散されるので、良好なシール性が得られる。
【００４３】
［実施例５］
図６は、上記した実施例１のフューエルインジェクタにおける大気側シールリングの他の構成例を示している。
【００４４】
図６に示すように、この大気側シールリング５３は、その周上における１箇所で斜めに切断してあり、この場合、大気側シールリング５３の斜め切断面５３ａの角度θは、リング平面に対して２２〜２５°の範囲に設定してある。
【００４５】
この大気側シールリング５３において、ノズル１１をインジェクタボア６に嵌合する段階には、リング径が縮む方向に斜めの切断面５３ａ，５３ａが相互にずれるので、組み付けに要する力が軽減され、一方、燃焼室側シールリング１４を介して燃焼圧が負荷された段階には、リング径が拡がる方向に斜めの切断面５３ａ，５３ａが相互にずれて応力が圧縮方向の力に分散されるので、良好なシール性が得られることとなる。
【００４６】
上記した実施例では、本発明に係わる燃焼室取付部品が直噴型自動車エンジンのフューエルインジェクタである場合を示したが、これに限定されるものではない。
【００４７】
また、本発明に係わる燃焼室取付部品の詳細な構成は、上記した各実施例に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる燃焼室取付部品の一実施例を示すフューエルインジェクタをエンジンのインジェクタボアに組付けた状態の部分断面説明図である。
【図２】本発明の一実施例によるフューエルインジェクタを組付けたエンジンの簡略断面説明図である。
【図３】本発明に係わる燃焼室取付部品の他の実施例を示すフューエルインジェクタをエンジンのインジェクタボアに組付けた状態の部分断面説明図である。
【図４】本発明に係わる燃焼室取付部品のさらに他の実施例を示すフューエルインジェクタをエンジンのインジェクタボアに組付けた状態の部分断面説明図である。
【図５】本発明に係わる燃焼室取付部品のさらに他の実施例を示すフューエルインジェクタをエンジンのインジェクタボアに組付けた状態の部分断面説明図である。
【図６】図１におけるフューエルインジェクタの大気側シールリングの他の構成例を示す斜視説明図である。
【符号の説明】
５　燃焼室
６　インジェクタボア（部品取付用ボア）
１０，２０，３０，４０　フューエルインジェクタ（燃焼室取付部品）
１１，２１，４１　ノズル（円筒部）
１２，２２，４２　シールリング収容溝
１３，３３，４３，５３　大気側シールリング
１４，２４，３４　燃焼室側シールリング
２３　凸部
２６　凹部
３３ａ，３４ａ，４２ａ，４３ａ　接触面（テーパ面）
５３ａ　斜めの切断面

Claims (10)

1. エンジンの燃焼室に取り付けられる燃焼室取付部品であって、燃焼室に設けられた部品取付用ボアに嵌合される円筒部と、この円筒部に軸方向に隣接した状態で嵌装されて円筒部と燃焼室の部品取付用ボアとの間をシールする２個のシールリングを備え、２個のシールリングのうちの燃焼室内部側に位置する燃焼室側シールリングを９０〜１００質量％のフッ素樹脂および０〜１０質量％の無機フィラーからなる材料で形成し、この燃焼室側シールリングの室温での圧縮弾性率を３５０〜６００ＭＰａとすると共に２個のシールリングのうちの燃焼室外部側に位置する大気側シールリングの室温での圧縮弾性率を７００〜１０００ＭＰａとし、大気側シールリングの体積を燃焼室側シールリングの体積の５〜３０％としたことを特徴とする燃焼室取付部品。
2. 大気側シールリングを４０〜１００質量％のフッ素樹脂および０〜６０質量％の無機フィラーからなる材料で形成した請求項１に記載の燃焼室取付部品。
3. 燃焼室側シールリングを形成する材料のフッ素樹脂をポリテトラフルオロエチレンとした請求項１または２に記載の燃焼室取付部品。
4. 大気側シールリングを形成する材料のフッ素樹脂をポリテトラフルオロエチレンとした請求項１ないし３のいずれかに記載の燃焼室取付部品。
5. 燃焼室側シールリングを形成する材料の無機フィラーは、ガラス繊維，ガラスビーズ，カーボン繊維，カーボンブラック，グラファイト，金属粉，金属もしくはセラミックのウィスカ，マイカ，タルクおよび無機化合物のうちの少なくとも１つ以上からなっている請求項１ないし４のいずれかに記載の燃焼室取付部品。
6. 大気側シールリングを形成する材料の無機フィラーは、ガラス繊維，ガラスビーズ，カーボン繊維，カーボンブラック，グラファイト，金属粉，金属もしくはセラミックのウィスカ，マイカ，タルクおよび無機塩のうちの少なくとも１つ以上からなっている請求項２ないし５のいずれかに記載の燃焼室取付部品。
7. 円筒部の外周面に設けたシールリング収容溝の溝底に凸部を設け、この凸部と燃焼室側シールリングの内周面に設けた凹部とを係合させてある請求項１ないし６のいずれかに記載の燃焼室取付部品。
8. 燃焼室側シールリングに燃焼圧が負荷された段階で燃焼室側シールリングと隣接する大気側シールリングを燃焼室の部品取付用ボアの内周面に押圧するべく、燃焼室側シールリングおよび大気側シールリングの相互の接触面をテーパ面とした請求項１ないし７のいずれかに記載の燃焼室取付部品。
9. 燃焼室側シールリングに燃焼圧が負荷された段階で燃焼室側シールリングと隣接する大気側シールリングを燃焼室の部品取付用ボアの内周面に押圧するべく、大気側シールリングおよびシールリング収容溝の相互の接触面をテーパ面とした請求項１ないし８のいずれかに記載の燃焼室取付部品。
10. 円筒部を部品取付用ボアに嵌合する段階で大気側シールリングの径を縮めると共に、燃焼室側シールリングを介して燃焼圧が負荷された段階で大気側シールリングの径を拡げるべく、大気側シールリングをその周上における１箇所で斜めに切断してある請求項１ないし９のいずれかに記載の燃焼室取付部品。

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