JP2005098238A

JP2005098238A - 筒内噴射用インジェクタ

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Publication number: JP2005098238A
Application number: JP2003334098A
Authority: JP
Inventors: Kenji Okubo; 謙二大久保; Masaaki Yano; 正明矢野; Koji Tomita; 幸治冨田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-09-25
Filing date: 2003-09-25
Publication date: 2005-04-14
Anticipated expiration: 2023-09-25
Also published as: US7069908B2; DE102004045943A1; US20050066942A1; DE102004045943B4; JP4089577B2

Abstract

【課題】組付け性やサービス性を損うことなく、デポジットの生成を抑制してかつ、ガスシールとしてのシール性能を高く維持することのできる筒内噴射用インジェクタを提供する。
【解決手段】インジェクタのノズル部８に、該ノズル部８とインジェクタ取付け孔との間の環状隙間をシールするための第１のガスシール５ａが装着される第１の装着溝６をノズルの先端から所定の距離をおいて形成する。同じくノズル部８の先端側には該ノズル部８とインジェクタ取付け孔との間の環状隙間をシールするための第２のガスシール５ｂが装着される第２の装着溝７を形成する。第２の装着溝７の溝深さは第１の装着溝６の溝深さよりも深く形成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、筒内噴射式内燃機関への燃料噴射に用いられる筒内噴射用インジェクタに関するものである。

従来、この種の筒内噴射用インジェクタとしては、例えば特許文献１に記載された取付け構造を有するインジェクタが知られている。図３に、この文献に記載されている筒内噴射用インジェクタについてその取付け構造を示す。

同図３に示されるように、この筒内噴射用インジェクタ１００は、内燃機関のシリンダヘッド１１０に形成されたインジェクタ取付け孔１１１に対して装着される。この取付け孔１１１は、上記インジェクタ１００の先端形状に対応するかたちで段差状に形成されており、上記インジェクタ１００は、その装着に際し、ノズル部１０１が該取付け孔１１１の直状部１１２に嵌挿され、また拡径部１０２が同取付け孔１１１の外側開口部１１３に同心的に遊嵌される。

一方、上記インジェクタ１００の他端は、デリバリパイプ１２０にねじ部材１２１によって一体的に結合されている。このデリバリパイプ１２０にはアーム部１２２が設けられており、このアーム部１２２がインシュレータ１２３を介して上記シリンダヘッド１１０にボルト止めされることによって、デリバリパイプ１２０共々、インジェクタ１００がシリンダヘッド１１０に固定される。

なお、上記インジェクタ１００のノズル部１０１には、その中ほどに環状外溝１０３が設けられており、この溝状外溝１０３に、ガスシールとしての環状シール部材１０４が外嵌されている。そして、上記取付け孔１１１の直状部１１２に対する上記ノズル部１０１の嵌挿は、この環状シール部材１０４の弾性変形を通じて行われ、以って、上記インジェクタ１００が取付け孔１１１に対して非接触（フローティング）状態に保持されるとともに、内燃機関の燃焼ガスの漏れ防止が図られている。ちなみに、この環状シール部材１０４は、耐熱性の高い弾性体の樹脂、例えばＰＴＦＥ（フッ素樹脂系）やフッ素ゴム等によって形成されることが多い。
特開２０００−９０００号公報

ところで、筒内噴射用インジェクタとしての上述した構造上、上記環状シール部材１０４、すなわちガスシールは、高温かつ高圧の燃焼ガスを直接受けることとなるため、これがたとえ耐熱性の高い樹脂によって形成されていようとも、劣化や溶損が生じるおそれがある。そこで通常は、インジェクタのノズル先端部とガスシールの装着位置との間の距離を離間させることにより、ガスシール自身のこうした劣化や溶損の発生を抑えている。

しかし、このようにノズル先端部とガスシール装着位置との距離を離間させると、ノズル先端部に高温の燃焼ガスが回り込み易くなり、ひいてはノズル先端部の温度が上昇してデポジットが生成され易くなるといった問題が生じることにもなる。なお、このような問題を解消するためには、ノズル先端部にも高温の燃焼ガスの回り込みを防止するためのガスシールを装着することが考えられるが、この場合、ノズル部には複数のガスシールが装着されることになる。そのため、インジェクタを取付け孔に挿入して組付ける際の挿入荷重が増大し、組付け性やサービス性が悪化するという新たな問題が生じることにもなりかねない。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、組付け性やサービス性を損うことなく、デポジットの生成を抑制してかつ、ガスシールとしてのシール性能を高く維持することのできる筒内噴射用インジェクタを提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段およびその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、筒内噴射式内燃機関の取付け孔に挿入されるノズル部を有して同機関の筒内に直接燃料を噴射する筒内噴射用インジェクタにおいて、前記ノズル部には、該ノズル部と前記取付け孔との間の環状隙間をシールするための第１のガスシールが装着される第１の装着溝がノズルの先端から所定の距離をおいて形成されるとともに、同じくノズル部と前記取付け孔との間の環状隙間をシールするための第２のガスシールが装着される第２の装着溝が前記ノズル部の先端に形成されてなり、かつ、前記第２の装着溝の溝深さが前記第１の装着溝の溝深さよりも深く形成されてなることをその要旨とする。

筒内噴射用インジェクタとしてのこうした構成によれば、第１の装着溝に装着された第１のガスシールにより、燃焼ガスが漏れることを防止しつつ、第２の装着溝に装着された第２のガスシールにより、ノズル先端部に高温の燃焼ガスが回り込むことを抑制することができ、ひいてはノズル先端部の温度が上昇して、デポジットが生成されるといった事態についてもこれを好適に抑制することができるようになる。なお、第２の装着溝に装着された第２のガスシールは、劣化や溶損が生じるおそれがあるものの、燃焼ガスのシール機能は、第１の装着溝に装着される第１のガスシールが担っており、第２のガスシールは、ノズル先端部に燃焼ガスが回り込むことを抑制することができさえすれば足りる。このため、燃焼ガスのシール性能に悪影響が及ぶことはない。また、第２の装着溝の溝深さが第１の装着溝の溝深さよりも深く形成されていることから、上記第１及び第２のガスシールとして同一のものが用いられる場合であれ、当該インジェクタを取付け孔に挿入して組付けるに際し、第２の装着溝に装着される第２のガスシールのつぶし代を小さくでき、挿入荷重の増大を抑えることができる。このため、組付け性やサービス性の悪化を招くこともない。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載の筒内噴射用インジェクタにおいて、前記第２の装着溝の断面形状が矩形形状からなることをその要旨とする。
筒内噴射用インジェクタとしてのこうした構成によれば、当該インジェクタを取付け孔に挿入して組付けるに際し、第２の装着溝に装着される第２のガスシールの変形による取付け孔側への面圧の増加を防止することができ、挿入荷重の増加を好適に抑えることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の筒内噴射用インジェクタにおいて、前記第１の装着溝の溝底には、インジェクタ基端側に向かうにつれて前記取付け孔の内周表面との間隔が狭まる傾斜面が設けられてなることをその要旨とする。

筒内噴射用インジェクタとしてのこうした構成によれば、第１の装着溝に装着される第１のガスシールは、燃焼ガスの圧力を受けると、第１の装着溝の溝底に設けられた傾斜面に沿ってスライドするようになる。これにより、取付け孔側への面圧が増加することとなり、良好なシール性能を得ることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の筒内噴射用インジェクタにおいて、前記第１及び第２のガスシールが同一形状、同一材質のガスシールからなることをその要旨とする。

筒内噴射用インジェクタとしてのこうした構成によれば、第１及び第２のガスシールとして同一のものを使用することができるようになり、複数種類のガスシールを用意する必要がなくなる。このため、製造コストの低減が図られるとともに、ガスシールを使い分けるといった作業上の煩わしさもなくなる。なお、第１及び第２のガスシールとしてこのように同一のものを使用することでも第２のガスシールのつぶし代を小さくでき、インジェクタの取付け孔への挿入に際して、その挿入荷重の増大を抑えることができるようになることは前述の通りである。

請求項５に記載の発明は、請求項１記載の筒内噴射用インジェクタにおいて、筒内噴射式内燃機関の取付け孔に挿入されるノズル部を有して同機関の筒内に直接燃料を噴射する筒内噴射用インジェクタにおいて、前記ノズル部には、該ノズル部と前記取付け孔との間の環状隙間をシールするための第１のガスシールが装着される第１の装着溝がノズルの先端から所定の距離をおいて形成されるとともに、同じくノズル部と前記取付け孔との間の環状隙間をシールするための第２のガスシールが装着される第２の装着溝が前記ノズル部の先端に形成されてなり、前記第１及び第２の装着溝はそれぞれ、「第１のガスシールのつぶし代＞第２のガスシールのつぶし代」なる関係が成立する断面形状をもって形成されてなることをその要旨とする。

筒内噴射用インジェクタとしてのこうした構成によっても、第１のガスシールが装着された第１の装着溝により、燃焼ガスが漏れることを防止しつつ、第２の装着溝に装着された第２のガスシールにより、ノズル先端部に高温の燃焼ガスが回り込むことを抑制することができ、ひいてはノズル先端部の温度が上昇して、デポジットが生成されるといった事態についてもこれを好適に抑制することができるようになる。しかも、第１及び第２の装着溝がそれぞれ、「第１のガスシールのつぶし代＞第２のガスシールのつぶし代」なる関係が成立する断面形状をもって形成されるため、この場合も、取付け孔に対するインジェクタ挿入時の挿入荷重についてはその増大を抑えて、組付け性やサービス性の悪化を抑制することができる。

図１及び図２に、この発明にかかる筒内噴射用インジェクタを例えば筒内噴射式のガソリン機関に適用した一実施の形態を示す。
はじめに、図１を参照して、同実施の形態の筒内噴射用インジェクタについてその概要を説明する。

内燃機関（ガソリン機関）は、その各部の支持体として、大きくはシリンダブロック（図示略）及びシリンダヘッド１０を有して構成されている。
ここで、シリンダヘッド１０には図示しない吸気ポートの近傍でかつ、燃焼室Ｃに貫通するように取付け孔１１及び外側開口部１２が形成されており、これら取付け孔１１及び外側開口部１２を通じてフューエルインジェクタ１が装着されている。

このインジェクタ１は、そのノズル部８が前記取付け孔１１に挿入され、更に外側開口部１２のインジェクタ当接部１３には２次シール材１４が設けられ、同図１に示される態様でシリンダヘッド１０に装着されている。

また、フューエルインジェクタ１は、その他端が、燃料供給系統から高圧燃料が圧送されるデリバリパイプ２０に連結されている。
そして、同インジェクタ１にあっては、上記燃焼室Ｃに面するようにそのノズル先端部２には、該燃焼室Ｃ内に燃料を噴射するための噴孔４が設けられている。この噴孔４は周知のように、電磁的に駆動されるニードル弁３の開閉によって、燃料の噴射及び噴射停止が制御されるようになっている。

本実施の形態にあってはこのように、ノズル先端部２が当該エンジンの前記燃焼室Ｃ内に露出する態様でフューエルインジェクタ１がシリンダヘッド１０に装着される。そして、デリバリパイプ２０から高圧燃料が供給されている状態で、上記ニードル弁３が開弁されることによって、上記露出するノズル先端部２から燃焼室Ｃ内に燃料が直接噴射されるようになる。この燃料の直接噴射によって燃焼室Ｃ内に局所的に形成される可燃混合気は、同じくシリンダヘッド１０に設けられている点火プラグ（図示略）の点火によって燃焼に至る。

図２は、こうした実施の形態の筒内噴射用インジェクタの、特に図１にあって破線で囲んだ領域Ｚ、すなわち前記シリンダヘッド１０に形成されている取付け孔１１及び該取付け孔１１に挿入されているフューエルインジェクタ１ノズル部８についてその詳細構造を拡大して示したものである。次に、同図２を併せ参照して、同実施の形態におけるインジェクタのノズル部８の構造を更に詳述する。

同図２に示されるように、同フューエルインジェクタ１のノズル部８には該ノズル部８と前記取付け孔１１（図１）との間の環状隙間をシールするための第１のガスシール５ａが装着される第１の装着溝６がノズル部８の先端から所定の距離をおいて形成されている。そして、この第１の装着溝６の溝底６ａには、インジェクタ基端側に向かうにつれて取付け孔１１の内周表面との間隔が狭まる傾斜面（テーパ面）６ｂが設けられている。また、同じくノズル部８には第１の装着溝６の下方（ノズル先端部２側）に、該ノズル部８と前記取付け孔１１（図１）との間の環状隙間をシールするための第２のガスシール５ｂが装着される第２の装着溝７が形成されている。この第２の装着溝７の断面形状は矩形形状である。そして、この実施の形態においては、前記第２の装着溝７の溝深さが前記第１の装着溝６の溝深さよりも深く形成されている。

一方、前記第１及び第２のガスシールは同一形状、同一材質のガスシールからなり、断面形状が矩形形状からなる円環形状をなしている。そしてその材質は、耐熱性の高い樹脂材、具体的には、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）又はＰＴＦＥと充填材からなる樹脂組成物、又は、弾性を持ったエストラマー等の樹脂材料からなっている。

こうした態様で形成されるとともに、前記第１及び第２のガスシールが装着された前記第１の装着溝６、第２の装着溝７は、同実施の形態のような筒内噴射用インジェクタにあって、以下のように作用する。

筒内噴射用インジェクタにあっては前述のように、ノズル先端部２がエンジンの燃焼室Ｃに露出する構造であるがために、この燃焼室Ｃ内に発生する高圧の燃焼ガスについてもこれを確実にシールしなければならず、そのシール構造には自ずと高いシール性能が要求される。この点、こうした態様で前記ノズル部８と前記取付け孔１１との間の環状隙間をシールするために第１の装着溝６に第１のガスシール５ａが設けられることにより燃料ガスが漏れることを防止することができる。

また、第２の装着溝７に装着された第２のガスシール５ｂにより、ノズル先端部２に高温の燃焼ガスが回り込むことを抑制することができ、ひいてはノズル先端部２の温度が上昇して、デポジットが生成されるといった事態についてもこれを好適に抑制することができるようになる。なお、第２の装着溝７に装着された第２のガスシール５ｂは、劣化や溶損が生じるおそれがあるものの、燃焼ガスのシール機能は、第１の装着溝６に装着された第１のガスシール５ａが担っており、この第２のガスシール５ｂは、ノズル先端部２に燃焼ガスが回り込むことを抑制することができさえすれば足りる。このため、燃焼ガスのシール性能に悪影響が及ぶことはない。

一方、第２の装着溝７の溝深さが第１の装着溝６の溝深さよりも深く形成されていることから、上記第１及び第２のガスシールとして同一のものが用いられる場合であれ、当該インジェクタ１を取付け孔１１に挿入して組付けるに際し、第２の装着溝７に装着される第２のガスシール５ｂのつぶし代を小さくでき、挿入荷重の増大を抑えることができる。このため、組付け性やサービス性の悪化を招くこともない。

また、このように第２の装着溝７の溝深さが第１の装着溝６の溝深さよりも深く形成されていることに加えて、第２の装着溝７の断面形状を矩形形状としたことにより、該第２の装着溝７に装着される第２のガスシール５ｂの変形による面圧の増加を防止することができるようにもなる。そして、これによっても上記挿入荷重の増加を抑えることができるようになる。

他方、より高いシール性を実現するために、前記第１の装着溝６の溝底６ａには、インジェクタ基端側に向かうにつれて前記取付け孔１１の内周表面との間隔が狭まる傾斜面６ｂを設けることとした。これにより、第１の装着溝６に装着された第１のガスシール５ａは、燃焼ガスの圧力を受けると、第１の装着溝６の溝底６ａに設けられた傾斜面（テーパ面）６ｂに沿ってスライドするようになる。すなわち、こうしたスライドによって前記取付け孔１１側への面圧が増加することとなり、ノズル部８と該取付け孔１１との環状隙間を的確にシールすることができるようになる。

さらに、フューエルインジェクタ１と前記取付け孔１１の外側開口部１２のインジェクタ当接部１３には耐熱性の高い樹脂シール材で形成される２次シール材１４を設け、この２次シール材１４を介してインジェクタ１を支持することとした。このため、該２次シール材１４によるシール効果も相乗的に作用して、より高い燃焼ガスの漏れ防止効果や熱拡散効果を得ることができるようにもなる。

以上詳述したように、この実施の形態にかかる筒内噴射用インジェクタによれば、以下に列記するような多くの優れた効果が得られるようになる。
（１）前記ノズル部８と前記取付け孔１１との間の環状隙間をシールするために第１の装着溝６に装着された第１のガスシール５ａを通じて、燃料ガスの漏れを的確に防止することができる。

（２）前記第２の装着溝７に装着された第２のガスシール５ｂにより、ノズル先端部２に高温の燃焼ガスが回り込むことを抑制することができ、ひいてはノズル先端部２の温度が上昇して、デポジットが生成されるといった事態についてもこれを好適に抑制することができる。

（３）前記第１及び第２のガスシールとして、同一形状、同一材質のガスシールを用いたことにより、複数種類のガスシールを用意する必要がなくなる。このため、製造コストの削減が図られるとともに、ガスシールを使い分けるといった作業上の煩わしさもなくなる。

（４）前記第２の装着溝７の溝深さが前記第１の装着溝６の溝深さよりも深く形成されていることから、上記第１及び第２のガスシールとして同一のものを用いた場合であれ、インジェクタの組付けに際し、第２の装着溝７に装着される第２のガスシール５ｂのつぶし代を小さくでき、挿入荷重の増大を抑えることができる。このため、組付け性やサービス性の悪化を招くこともない。

（５）第２の装着溝７についてはその断面形状を矩形形状にしたことにより、インジェクタを取付け孔１１に挿入して組付けるに際し、第２の装着溝７に装着される第２のガスシール５ｂの変形による面圧の増加を抑えることができる。すなわち、この点でも挿入荷重の増加を好適に抑えることができる。

（６）第１の装着溝６についてはその溝底６ａに、インジェクタ基端側に向かうにつれて取付け孔１１の内周表面との間隔が狭まる傾斜面６ｂを設けることとした。このため、該第１の装着溝６に装着された第１のガスシール５ａは、燃焼ガスの圧力を受けると、第１の装着溝６の溝底６ａに設けられた傾斜面６ｂに沿ってスライドし、取付け孔１１側への面圧の増加に寄与する。すなわち、ノズル部８と取付け孔１１との環状隙間に対するシール性能が向上される。

なお、この発明にかかる筒内噴射用インジェクタは前記実施の形態に限定されるものではなく、同実施の形態を適宜変更した、例えば次のような形態として実施することもできる。

・前記実施の形態では、第１及び第２のガスシールとして、耐熱性の高い樹脂材、具体的には、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）又はＰＴＦＥと充填材からなる樹脂組成物、又は、弾性を持ったエストラマー等の樹脂材料を用いることとした。しかし、ガスシールとしてはこのような樹脂材料に限定されるものではない。もっとも、このような耐熱性の高い樹脂材料としては、フッ素樹脂がよく用いられ、ＰＴＦＥもこのフッ素樹脂の一種である。そして、このようなフッ素樹脂としては他にも、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシアルカン）、ＥＴＦＥ（エチレン-テトラフルオロエチレンコポリマー）、ＦＥＰ（パーフルオロエチレン-プロペンコポリマー）、ＰＶｄＦ（ポリビニリデンフルオライド）、ＥＣＴＦＥ（エチレン-クロロトリフルオロエチレンコポリマー）等々も適宜採用することができる。また、２次シール材１４は耐熱性の高い樹脂シール材としたが、ガスシールと同様に上述の樹脂材等も適宜採用することができる。

・前記実施の形態では、前記第１及び第２のガスシールが同一形状、同一材質のガスシールからなるとしたが、「第１のガスシールのつぶし代＞第２のガスシールのつぶし代」といった関係が維持される態様で第１及び第２の装着溝が形成されさえすれば、これらガスシールとして異なるガスシールが装着される場合であれ、前記実施の形態に準ずる効果を得ることができる。

・前記実施の形態では、前記第１の装着溝６の溝底６ａには、インジェクタ基端側に向かうにつれて前記取付け孔１１の内周表面との間隔が狭まる傾斜面６ｂが設けられているとした。しかし、前記第１の装着溝６としては、インジェクタ基端側に向かうにつれて前記取付け孔１１の内周表面との間隔が狭まる傾斜面６ｂに限らず、矩形溝等が設けられていてもよい。もっとも、より良好なシール性能を得るためには、該傾斜面（テーパ面）６ｂを設けることが望ましい。

・前記実施の形態では、この発明にかかる筒内噴射用インジェクタを筒内直接噴射型のガソリン機関に適用した場合について示したが、筒内直接噴射型のガソリン機関に限らず、ディーゼル機関用のインジェクタとしてもこの発明は同様に適用することができる。

この発明にかかる筒内噴射用インジェクタの一実施の形態についてその概略構成を示す断面図。図１の領域Ｚ部分を拡大して示す断面図。従来の筒内噴射用インジェクタの一例についてその概略構成を示す断面図。

符号の説明

１…インジェクタ、２…ノズル先端部、３…ニードル弁、４…噴孔、５ａ…第１のガスシール、５ｂ…第２のガスシール、６…第１の装着溝、６ａ…溝底、６ｂ…傾斜面、７…第２の装着溝、８…ノズル部、１０…シリンダヘッド、１１…取付け孔、１２…外側開口部、１３…インジェクタ当接部、１４…２次シール材、２０…デリバリパイプ。

Claims

筒内噴射式内燃機関の取付け孔に挿入されるノズル部を有して同機関の筒内に直接燃料を噴射する筒内噴射用インジェクタにおいて、
前記ノズル部には、該ノズル部と前記取付け孔との間の環状隙間をシールするための第１のガスシールが装着される第１の装着溝がノズルの先端から所定の距離をおいて形成されるとともに、同じくノズル部と前記取付け孔との間の環状隙間をシールするための第２のガスシールが装着される第２の装着溝が前記ノズル部の先端に形成されてなり、かつ、前記第２の装着溝の溝深さが前記第１の装着溝の溝深さよりも深く形成されてなる
ことを特徴とする筒内噴射用インジェクタ。
前記第２の装着溝の断面形状が矩形形状からなる
請求項１に記載の筒内噴射用インジェクタ。
前記第１の装着溝の溝底には、インジェクタ基端側に向かうにつれて前記取付け孔の内周表面との間隔が狭まる傾斜面が設けられてなる
請求項１または２に記載の筒内噴射用インジェクタ。
前記第１及び第２のガスシールが同一形状、同一材質のガスシールからなる
請求項１〜３のいずれか一項に記載の筒内噴射用インジェクタ。
筒内噴射式内燃機関の取付け孔に挿入されるノズル部を有して同機関の筒内に直接燃料を噴射する筒内噴射用インジェクタにおいて、
前記ノズル部には、該ノズル部と前記取付け孔との間の環状隙間をシールするための第１のガスシールが装着される第１の装着溝がノズルの先端から所定の距離をおいて形成されるとともに、同じくノズル部と前記取付け孔との間の環状隙間をシールするための第２のガスシールが装着される第２の装着溝が前記ノズル部の先端に形成されてなり、前記第１及び第２の装着溝はそれぞれ、
第１のガスシールのつぶし代＞第２のガスシールのつぶし代
なる関係が成立する断面形状をもって形成されてなる
ことを特徴とする筒内噴射用インジェクタ。