JP2005180305A - 燃料噴射弁用燃焼ガスシール構造 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で長期にわたり良好なシール性を発揮することのできる燃料噴射弁用燃焼ガスシール構造を提供する。
【解決手段】燃料噴射弁５の外周面に設けられた環状溝５１にシールリング１０を装着して、燃焼ガスの漏れを防ぐ。また、シールリング１０よりも燃料噴射弁後端側にシールワッシャ１１を設けて、シールリング１０から漏れた燃焼ガスをシールする。さらに、環状隙間の燃料噴射弁先端側の端口４４を覆うように取付孔４０の内径方向に張り出す凸部４２を設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料噴射弁とその取付孔の間の環状隙間をシールして、燃焼ガスの漏れを防止するための燃料噴射弁用燃焼ガスシール構造に関する。

直噴エンジンでは、シリンダヘッド（ハウジング）の取付孔に燃料噴射弁を取り付け、この燃料噴射弁先端のノズルからシリンダ内に直接燃料を噴射する構成を採用している。したがって、燃料噴射弁とその取付孔の間の環状隙間から高圧の燃焼ガスが漏れることを防ぐ必要がある。

そのためのシール構造としては、燃料噴射弁外周面に設けた環状溝にゴム製または樹脂製のシールリングを装着するものが知られている（特許文献１〜６参照）。また、特許文献７では、ゴム製と樹脂製の２つのシールリングを組み合わせる構成が提案され、特許文献８では、ゴム製Ｏリングの先端側に金属リングを配置する構成が提案されている。
特開２００２−０７０６９６号公報 特開２００２−０８１５４８号公報 特開２００２−０８１５４９号公報 特開２００２−２０２０３０号公報 特開２００２−３１７７３３号公報 特開２００２−３６４４９４号公報 特開平１１−０１３５９３号公報 特開２０００−３１０３３２号公報

エンジンの運転時には、燃料噴射弁先端部が常に高温・高圧の燃焼ガスにさらされる。そのため、燃料噴射弁先端部に装着されるシールリングは、比較的早く損傷が進行し、シール性が不安定になりやすい。特にＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などの樹脂製シールは、低温時におけるシール性の低下が顕著に現れ、多量の漏れを生ずる場合があった。

ここで、シール位置を燃料噴射弁先端部から後退させることにより、シールの損傷を抑えることも考えられる。しかしその場合には、環状隙間への燃焼ガスの侵入量が増加するため、燃料噴射弁先端部の昇温が激しくなる。そうすると、燃料噴射弁の燃料噴射口近傍に付着するデポジットが増加し、燃料噴射量の低下や応答性の悪化などの不具合を招くおそれがある。

また、特許文献７、８に提案されているように、２つのシールリングを燃料噴射弁先端部に装着することによって、シールの損傷を抑えることも考えられる。しかしその場合には、燃料噴射弁へのシール組付工数が増加し、生産性を低下させるため好ましくない。特に弾性復元率の低い樹脂製シールにあっては、環状溝に装着する際に拡大した径寸法を元に戻すための矯正工程が必要となることから（特許文献６参照）、シール数の増加は生産性を著しく低下させる結果となる。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的の一つは、簡易な構成で長期にわたり良好なシール性を発揮することのできる燃料噴射弁用燃焼ガスシール構造を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、シール性の維持と燃料噴射弁先端部の昇温抑制とを両立することのできる燃料噴射弁用燃焼ガスシール構造を提供することにある。

本発明の燃料噴射弁用燃焼ガスシール構造は、シリンダヘッドなどのハウジングに設けられた取付孔と、その取付孔に取り付けられる燃料噴射弁との間の環状隙間をシールするものであって、以下の構成を採用する。

本発明は、燃料噴射弁の外周面に設けられた環状溝に装着されるシールリングを備える。このシールリングは、環状溝の底面と取付孔の周面に密封接触することにより燃焼ガスの漏れを防ぐ。

本発明は、シールリングよりも燃料噴射弁後端側においてハウジングと燃料噴射弁により挟み込まれるシールワッシャを備えるとよい。これにより、シールワッシャが２次シールとして機能し、シールリングから漏れた燃焼ガスをシールワッシャで確実に密封することができる。したがって、燃料噴射弁用燃焼ガスシール全体としてのシール性能が向上し、長期にわたり良好なシール性が発揮されるようになる。

また、２次シールとしてのシールワッシャを設けたことで、シールリング自体の損傷や漏れの許容範囲が広がるので、シールリングの装着位置を燃料噴射弁の先端寄りに設定することも可能となる。そうすれば、燃料噴射弁先端部の昇温抑制効果も期待できる。

さらに、シールワッシャは、燃料噴射弁をハウジングに締結する際に同時に挟み込まれる（組み付けられる）ものであるため、燃料噴射弁自体へのシール組付工数は増加しない。つまり、シールワッシャの追加が生産性の低下を招くことはない。

ここで、シールワッシャは、金属環と、その金属環に焼き付け固定されたゴム状弾性部と、を有することが好ましい。ゴム状弾性部を設けたことにより、シール面（ハウジング壁面または／および燃料噴射弁壁面）への追随性・密着性が向上し、良好なシール性を発揮する。

また、本発明は、環状隙間の燃料噴射弁先端側の端を覆うように取付孔の内径方向に張り出す凸部を備えるとよい。この凸部がハウジングに一体的に形成されているとなおよい。

かかる凸部を設けることによって、環状隙間の端口が燃焼室に直接晒されなくなるので、環状隙間への燃焼ガスの侵入量を減らすことができる。また、凸部を設けることによって燃料噴射弁の燃焼室への露出部分が少なくなるため、この点からも燃料噴射弁の昇温を抑制することができる。したがって、シールリングにかかる負荷を軽減できるので、シールリングの損傷を抑制し、長期にわたり良好なシール性を発揮させることが可能となる。

また、凸部により耐熱性が向上するので、シールリングと凸部の組み合わせ、あるいは、シールリングとシールワッシャと凸部の組み合わせで、十分なシール効果及び昇温抑制効果を奏することができ、部品点数の削減、組み付けの簡易化を図ることができ、製造コストを低減することが可能となる。

本発明によれば、簡易な構成で長期にわたり良好なシール性を発揮することができる。

また、シール性の維持と燃料噴射弁先端部の昇温抑制とを両立することができる。

以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図１は、本発明の一実施形態に係る燃料噴射弁用燃焼ガスシール構造を示す図である。同図では、燃料噴射弁用燃焼ガスシール（以下、単に「燃焼ガスシール」と称す。）１を燃料噴射弁５に組み付けた状態を示している。また、図２は、燃料噴射弁の先端部を示す拡大図である。

燃焼ガスシール１は、直噴エンジンのシリンダヘッド（ハウジング）４に設けられた取付孔４０と、その取付孔４０に取り付けられる燃料噴射弁５との間の環状隙間をシールして、シリンダ側（図中右側）からの燃焼ガスの漏れを防ぐものである。

本実施形態の燃焼ガスシール１は、メインシールであるシールリング１０と、２次シールであるシールワッシャ１１とから構成される。

シールリング１０は、燃料噴射弁５の先端部の外周面に設けられた環状溝５１に装着される断面矩形状のシールリングである。シールリング１０の材料としては、ゴム状弾性材料や樹脂材料を用いることができるが、燃焼ガスの温度、成分などを考慮して、耐熱性・耐薬品性の高い材料を用いることが好ましい。たとえば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）を好適に用いることができる。

シールリング１０の肉厚は、環状溝５１の底面と取付孔４０の周面との間の間隔よりも、やや大きくなるように設定されている。具体的には、装着前の自由状態において、シールリング１０の内径が環状溝５１の底面の径よりもやや小さくなるように設定されており、また、装着状態において、すなわちシールリング１０が拡径した状態においてシールリング１０の外径が取付孔４０の周面の径よりもやや大きくなるようにしてある。これにより、シールリング１０の内周側および外周側につぶし代が生まれる。シールリング１０はこのようなつぶし代を有するため、燃料噴射弁５が取付孔４０に取り付けられたときに圧縮変形を受け、その弾性復元力で環状溝５１の底面と取付孔４０の周面に密封接触する。これにより、シリンダ側からの燃焼ガスの漏れを防いでいる。

また、本実施形態では、環状溝５１の底面に、燃料噴射弁後端側（図中左側）ほど溝深さが浅くなるようなテーパ部５２が設けられている。これにより、燃焼ガスの圧力を受けてシールリング１０が溝内を後退したときに、シールリング１０の密着性が高まり、シール性がより高められる。

シールワッシャ１１は、金属環１１ａと、その金属環１１ａの外周側に焼き付け固定されたゴム状弾性部１１ｂとから構成されている。ゴム状弾性部１１ｂの材料としては、エンジンルームの環境を考慮すると、高温側は１２０〜１５０℃程度まで耐熱性のある材料が好ましい。また、低温側は−４０℃程度でもゴム状弾性を発揮し得る材料であることが好ましい。

シールワッシャ１１は、シールリング１０よりも燃料噴射弁後端側においてシリンダヘッド４と燃料噴射弁５により挟み込まれて固定される。つまり、シールワッシャ１１は、燃料噴射弁５をシリンダヘッド４に締結する際に、燃料噴射弁取付方向（図１の矢印で示す方向）に対してほぼ直交する方向に設けられた燃料噴射弁５の段差面５３と取付孔４０の段差面４１との間で、金属環１１ａが挟持されることによって固定が図られるのである。

本実施形態では、金属環１１ａの形状を内周側に開く断面Ｕ字状にしている。これにより、金属環１１ａは２つの段差面５３、４１に挟まれたときに燃料噴射弁取付方向に圧縮変形を受け、その弾性復元力により段差面５３、４１に対して強い圧接力を発揮する。つまり、金属環１１ａは金属板ばねとして機能し、シールワッシャ１１の装着安定性を高めている。

このように固定されると、ゴム状弾性部１１ｂが段差面５３、４１に密着する。ゴム状弾性部１１ｂは弾性に富むため、シール面である段差面５３、４１への追随性・密着性に優れ、良好なシール性を発揮する。

このとき、ゴム状弾性部１１ｂにリップを設けるとなおよい。つまり、ゴム状弾性部１１ｂの少なくとも一部分の燃料噴射弁取付方向の幅が、金属環１１ａの幅よりも大きくなるような形状にし、段差面５３、４１に対するつぶし代を設けるのである。これにより、段差面５３、４１に挟み込まれたときに、ゴム状弾性部１１ｂが燃料噴射弁取付方向に圧縮され、その弾性復元力によって段差面５３、４１に対する密着力が増す（いわゆるセルフシール機能）。したがって、さらなるシール性の向上を図ることができる。

以上述べた構成によれば、シールワッシャ１１が２次シールとして機能し、シールリング１０から漏れた燃焼ガスをシールワッシャ１１で確実にシールすることができる。したがって、燃焼ガスシール全体としてのシール性能が向上し、長期にわたり良好なシール性が発揮されるようになる。

また、シールワッシャ１１は、燃料噴射弁５をシリンダヘッド４に締結する際に同時に挟み込まれる（組み付けられる）ものである。したがって、燃料噴射弁５自体に組み付けるシールはシールリング１０だけであり、燃料噴射弁５自体へのシール組付工数は増加しない。つまり、シールワッシャ１１の追加が生産性の低下を招くことはない。

上記燃焼ガスシール１では、２次シールとしてのシールワッシャ１１を設けたことで、シールリング１０自体の損傷や漏れの許容範囲が広がるので、シールリング１０の装着位置を燃料噴射弁５の先端寄り（図中右寄り）に設定することも可能となる。そうすれば、燃料噴射弁先端部の昇温抑制効果も期待できる。

とはいえ、シールリング１０は環状隙間に侵入した高温の燃焼ガスに直接晒されるため、その熱の影響により虫食いなどが発生するおそれがある。シールリング１０の装着位置を燃料噴射弁５の後端寄りにすれば虫食いの発生は抑えられるが、そうすると燃料噴射弁５の先端部の昇温を抑制することができなくなり好ましくない。

ここで、上記特許文献７、８に提案されているように、シールリング１０よりも燃料噴射弁５の先端側にさらに耐熱用のリングを設けることも考えられるが、これは、部品点数の増加、生産性の低下（組み付け工数の増加）、製造コストの増大などを招くため、好ましくない。

そこで、本実施形態では、燃焼ガスシール１の信頼性向上を図りつつ、製造コストを低減させるべく、次のような構成を採用する。すなわち、取付孔４０の形状を工夫して、燃焼ガスシール１単体でなく、燃焼ガスシール１とそれを組み付けるハウジング（シリンダヘッド４）とからなる燃焼ガスシール構造によって燃焼ガスをシールするのである。

本実施形態では、シリンダヘッド４の取付孔４０のシリンダ側（図中右側）の開口端に、凸部４２が設けられている。この凸部４２は、内向きフランジ状に取付孔４０の内径方向に張り出しており、燃料噴射弁５と取付孔４０との間の環状隙間の燃料噴射弁先端側の端（端口４４）を覆っている。このとき、燃料噴射弁５の先端部も凸部４２によって一部覆われる。つまり、燃料噴射弁５のノズル部分だけが、凸部４２によって縮径した取付孔４０のシリンダ側開口４３から突き出るかたちとなる。なお、凸部４２はシリンダヘッド４に一体的に形成されている。

かかる凸部４２を設けることによって、環状隙間の端口４４がシリンダに直接晒されなくなるので、環状隙間への燃焼ガスの侵入量を減らすことができる。すなわち、この凸部４２により、シリンダから環状隙間の端口４４に至るまでの燃焼ガスの流路が複雑な形状（本実施形態では、図２の矢印で示すクランク状）になるので、一種のラビリンス効果が生じ、燃焼ガスの侵入が規制されるのである。また、凸部４２を設けることによって燃料噴射弁５のシリンダへの露出部分が少なくなるため、この点からも燃料噴射弁５の昇温を抑制することができる。

これによって、シールリング１０にかかる負荷を軽減できるので、虫食いなどのシールリング１０の損傷を抑制し、長期にわたり良好なシール性を発揮させることが可能となる。

また、凸部４２によりサーモプロテクト効果を得ることができるので、シールリング１０とシールワッシャ１１と凸部４２の組み合わせで、十分なシール効果及び昇温抑制効果を奏することができる。言い換えれば、凸部４２を設けたことにより、余分に耐熱用のリングを設ける必要がなくなり、部品点数を削減することができる。しかも、本実施形態の構成の場合、燃料噴射弁５に組み付けるリングがシールリング１０だけとなるので、組み付け工数の削減と組み付け作業の容易化を図ることもできる。

以上述べたように、本実施形態の燃焼ガスシール構造によれば、シールリング１０の損傷防止と燃料噴射弁５の昇温抑制の両立を図りつつ、部品点数の削減および組み付け簡易化を図って製造コストを低減することが可能となる。

なお、本実施形態では、シールリング１０の後ろ側に２次シールであるシールワッシャ１１を設けているが、シールリング１０だけで十分なシール性が確保できればシールワッシャ１１は無くてもよい。

また、本実施形態の凸部４２はフランジ状の形状を呈しているが、環状隙間の燃料噴射弁先端側の端を覆うことができれば、その形状は問わない。また、凸部４２はシリンダヘッド４と一体的に形成する必要は無く、例えば環状の蓋部材を取付孔４０の開口端に取り付けるようにしても構わない。

本発明の一実施形態に係る燃料噴射弁用燃焼ガスシール構造を示す図である。 図１における燃料噴射弁の先端部を示す拡大図である。

符号の説明

１ 燃料噴射弁用燃焼ガスシール
４ シリンダヘッド
５ 燃料噴射弁
１０ シールリング
１１ シールワッシャ
１１ａ 金属環
１１ｂ ゴム状弾性部
４０ 取付孔
４１ 段差面
４２ 凸部
４３ 取付孔のシリンダ側開口
４４ 環状隙間の端口
５１ 環状溝
５２ テーパ部
５３ 段差面

Claims (3)

1. ハウジングに設けられた取付孔と、前記取付孔に取り付けられる燃料噴射弁との間の環状隙間をシールするための燃料噴射弁用燃焼ガスシール構造であって、
   燃料噴射弁の外周面に設けられた環状溝に装着されるシールリングと、
   前記環状隙間の燃料噴射弁先端側の端を覆うように取付孔の内径方向に張り出す凸部と、
   を備えたことを特徴とする燃料噴射弁用燃焼ガスシール構造。
2. ハウジングに設けられた取付孔と、前記取付孔に取り付けられる燃料噴射弁との間の環状隙間をシールするための燃料噴射弁用燃焼ガスシール構造であって、
   燃料噴射弁の外周面に設けられた環状溝に装着されるシールリングと、
   前記シールリングよりも燃料噴射弁後端側においてハウジングと燃料噴射弁により挟み込まれるシールワッシャと、
   前記環状隙間の燃料噴射弁先端側の端を覆うように取付孔の内径方向に張り出す凸部と、
   を備えたことを特徴とする燃料噴射弁用燃焼ガスシール構造。
3. 前記シールワッシャは、金属環と、その金属環に焼き付け固定されたゴム状弾性部と、を有することを特徴とする請求項２記載の燃料噴射弁用燃焼ガスシール構造。

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