JP2005248846A - 燃料通路のシール構造及びそのシール構造を備えた燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 シール部材の低圧側への押し出しと浮き上がりを同時に防止できるようにすること。
【解決手段】 インジェクタハウジング２とバルブピストン５を摺動可能に挿入したバルブボディ６との間に形成される間隙２８から圧力導入室２１内の高圧燃料が低圧側に逃げないようにシールするための、圧力導入室２１に設けられる環状のシール部材３１を備えて成る燃料噴射弁のシール構造３０において、間隙２８とシール部材３１との間に剛性を有するバックアップリング３２を配設すると共に、圧力導入室２１内にシール部材３１がその弾力性によって入り込むことができる凹部３３を設け、特に、シール部材３１が高圧燃料によってバックアップリング３２に押し付けられたときに、シール部材３１が変形してその一部が凹部３３内にしっかりと入り込み、これによりシール部材３１の浮き上がりを防止するようにした。
【選択図】 図２

Description

本発明は燃料通路のシール構造及びそのシール構造を備えた燃料噴射弁に関するものである。

図５は、従来の燃料噴射弁の構成を説明するための図である。燃料噴射弁１は、コモンレール１２内に蓄積されている高圧燃料を図示しないディーゼル内燃機関の気筒内に噴射供給するために用いられるもので、燃料タンク１０内の燃料Ｆは燃料ポンプ１１によって加圧され、加圧された燃料がコモンレール１２内に高圧燃料として蓄積される。燃料噴射弁１は、インジェクタハウジング２と、ノズルボディ３と、ノズルニードル４と、バルブピストン５と、バルブボディ６と、背圧制御部７と、コネクティングロッド８とを有している。インジェクタハウジング２の先端部にはノズルボディ３がノズルナット９により取り付けられ、その上方部にコネクティングロッド８が取り付けられている。

コネクティングロッド８からインジェクタハウジング２を通って、ノズルボディ３にまで延びる燃料通路１３が形成されており、ノズルニードル４の受圧部４Ａに対向して燃料溜まり室１４が形成されている。さらに、インジェクタハウジング２には、コネクティングロッド８付近において燃料通路１３から分岐して背圧制御部７を通って燃料低圧部に連通する燃料還流路１５が形成されている。

ノズルボディ３は、噴射孔１６につながるシート部１７にノズルニードル４の先端部がシートすることにより噴射孔１６が閉鎖され、ノズルニードル４がシート部１７からリフトすることにより噴射孔１６が開放される構成となっており、これにより燃料の噴射開始、停止が可能となっている。

ノズルニードル４の上方部には、ノズルニードル４をシート部１７にシートする方向に付勢するためのノズルスプリング１８が設けられており、バルブピストン５はインジェクタハウジング２の摺動孔２Ａおよびバルブボディ６の摺動孔６Ａ内に摺動可能に挿入されている。

図６は、バルブボディ６および背圧制御部７の要部拡大断面図である。バルブボディ６には制御圧室１９が形成されており、バルブピストン５の先端部を下方側から制御圧室１９に臨ませている。

制御圧室１９は、バルブボディ６に形成した導入側オリフィス２０に連通している。導入側オリフィス２０は、バルブボディ６とインジェクタハウジング２との間に形成された圧力導入室２１を介して燃料通路１３に連通されており、コモンレール１２からの導入圧力が制御圧室１９に供給される構成となっている。

圧力導入室２１の下端部には、樹脂材、ゴム材あるいは銅材その他の軟質材によるシール部材２２が設けられており、高圧側となる圧力導入室２１と、燃料低圧側となるインジェクタハウジング２とバルブボディ６との間の間隙２８とを遮断している。

制御圧室１９は、開閉用オリフィス２３にも連通しており、開閉用オリフィス２３は背圧制御部７のバルブボール２４によって開閉可能となっている。なお、制御圧室１９におけるバルブピストン５の頂部５Ａの受圧面積は、ノズルニードル４の受圧部４Ａ（図５）の受圧面積より大きくしてある。

図５に示すように、背圧制御部７は、マグネット２５と、アーマチュア２７と、アーマチュア２７に一体のバルブボール２４と、制御圧室１９とを備えている。マグネット２５へ駆動信号を供給することにより、マグネット２５はバルブスプリング２６の付勢力に抗してアーマチュア２７を吸引し、バルブボール２４を開閉用オリフィス２３からリフトさせ、制御圧室１９の圧力を燃料還流路１５側に解放可能とする。

したがって、バルブボール２４を上述の如く動作させることにより制御圧室１９の圧力を制御し、バルブピストン５を介してノズルニードル４の背圧を制御することにより、ノズルニードル４のシート部１７へのシートおよびシート部１７からのリフトを制御することができる。

燃料噴射弁１においては、コモンレール１２からの高圧燃料は、コネクティングロッド８から燃料通路１３を介して燃料溜まり室１４内のノズルニードル４の受圧部４Ａに作用するとともに、圧力導入室２１および導入側オリフィス２０を介して制御圧室１９内のバルブピストン５の頂部５Ａにも作用する。

したがって、バルブボール２４によって制御圧室１９が燃料低圧側と遮断されていると、ノズルニードル４は、バルブピストン５を介して制御圧室１９の背圧を受け、ノズルスプリング１８の付勢力と併せて、ノズルボディ３のシート部１７にシートし、噴射孔１６を閉鎖している。

マグネット２５に所定タイミングで駆動信号を供給することによりアーマチュア２７を吸引し、バルブボール２４が開閉用オリフィス２３を解放すると、制御圧室１９の高圧が開閉用オリフィス２３を介し燃料還流路１５を通って燃料タンク１０に還流するため、制御圧室１９におけるバルブピストン５の頂部５Ａに作用していた高圧が解放され、ノズルニードル４は受圧部４Ａに作用している高圧によりノズルスプリング１８の付勢力に抗してシート部１７からリフトし、噴射孔１６を解放して燃料が噴射される。

マグネット２５を消磁することによりバルブボール２４が開閉用オリフィス２３を閉鎖すると、制御圧室１９内の圧力がバルブピストン５を介してノズルニードル４をそのシート位置（シート部１７）にシートさせ、噴射孔１６を閉鎖し、燃料噴射を終了させる。

圧力導入室２１は噴射孔１６からの燃料噴射量および噴射圧を制御する制御圧室１９への入口部に位置することになるため、圧力導入室２１における燃料圧力は噴射圧と同等であり、シール部材２２には噴射圧力と同等の高圧力がかかることになる。

図６に示すように、バルブピストン５とバルブボディ６との間には、ノズルニードル４と一体運動をするバルブピストン５の軸方向の摺動を許容するクリアランスが必要である。このバルブボディ６をインジェクタハウジング２内に圧入する構造を採用すると、バルブボディ６がわずかに内方に変形してバルブピストン５の摺動を阻害するおそれがあるため、インジェクタハウジング２とバルブボディ６との間にもわずかなクリアランスとして間隙２８が設けられている。

従来の燃料噴射弁のシール構造は以上のようになっているので、シール部材が、圧力導入室における高圧力により、インジェクタハウジングとバルブボディとの間の間隙（低圧部）に向けて押され、変形し、そのシール機能が低下する可能性がある。

この問題を回避するため、特許文献１には、シール部材の低圧側（隙間側）に金属製バックアップリングを設置することで、シール部材の低圧側への押し出しを防止するようにした構成が開示されている。
特開２００３−２８０２１号公報

しかし、特許文献１の構成によると、バックアップリングの圧力逃がし流路の高圧負荷によるつぶれ等によりバックアップリングとシールリングの間に圧力が作用しシールリングが浮き上がる不具合が発生する傾向を有する。このようなシールリングの浮き上がりが生じるとシール性能が低下する可能性がある。

そこで、圧力逃がし溝つきバックアップリングを使用することによりその浮き上がりを防止する工夫が考えられている。しかし、バックアップリングに圧力逃がし溝を設けると、当該溝を流路としてシールリングが低圧側（隙間側）へ押し出される虞がある。

本発明の目的は、従来技術における上述の各問題点を解決することができる燃料噴射弁のシール構造を提供することにある。

本発明の他の目的は、燃料噴射弁の圧力導入室におけるシール機能を向上させることができる燃料噴射弁のシール構造を提供することにある。

本発明の他の目的は、シール部材の耐久性ないし寿命の向上を図ることができる燃料噴射弁のシール構造を提供することにある。

本発明の他の目的は、部品精度を過剰に必要とせず、安価に製造可能な燃料噴射弁のシール構造を提供することにある。

本発明の他の目的は、シール機能を安定化させることができる燃料噴射弁のシール構造を提供することにある。

本発明は、圧力導入室内に配設された環状のシール部材が高圧燃料によって下方（低圧側）に押し付けられたとき、シール部材がインジェクタハウジングとバルブボディとの間に形成される間隙から低圧側に押し出されるのを防止するためのバックアップリングを設けると共に、前記圧力導入室内にシール部材がその弾力性によって入り込むことができる凹部を設け、特に、シール部材が高圧燃料によってバックアップリングに押し付けられたときに、シール部材が変形してその一部が凹部内にしっかりと入り込み、これによりシール部材の浮き上がりを防止するようにしたものである。

本発明の特徴は、インジェクタハウジングとバルブピストンを摺動可能に挿入したバルブボディとの間に形成される間隙から圧力導入室内の高圧燃料が低圧側に逃げないようにシールするため、前記圧力導入室に設けられる環状のシール部材を備えて成る燃料通路のシール構造であって、前記間隙と前記シール部材との間に剛性を有するバックアップリングを配設すると共に、前記シール部材がその弾力性により入り込むことができる凹部を前記圧力導入室内に設けた点にある。

本発明の他の特徴は、インジェクタハウジングとバルブピストンを摺動可能に挿入したバルブボディとの間に形成される間隙から圧力導入室内の高圧燃料が低圧側に逃げないようにシールするため、前記圧力導入室に設けられる環状のシール部材を備えて成る燃料噴射弁であって、前記間隙と前記シール部材との間に剛性を有するバックアップリングを配設すると共に、前記シール部材がその弾力性により入り込むことができる凹部を前記圧力導入室内に設けた点にある。

本発明によれば、バックアップリングによりシール材が間隙に押し出されるのが防止できる上に、凹部によりシール材の浮き上がりも阻止できる。インジェクタ本体の形状に変更を与えることなく、また、組み立て手順に変更を与えることがないので、コストを殆ど上昇させることもない。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態の一例につき説明する。

図１は、本発明による燃料通路のシール構造を備えた燃料噴射弁の一実施形態を示す要部拡大断面図、図２は図１のシール構造部分の拡大図である。図１及び図２において、図５および図６の各部と対応する部分には同一の符号を付し、その詳述はこれを省略する。

図１及び図２を参照すると、環状空間である圧力導入室２１内には、圧力導入室２１内の高圧燃料が間隙２８に逃げるのを阻止するため、シール構造３０が設けられている。シール構造３０は、樹脂材、ゴム材あるいはその他の軟質材から成り、高圧側となる圧力導入室２１を燃料低圧側となるインジェクタハウジング２とバルブボディ６との間の間隙２８から遮断（シール）するための環状のシール部材３１と、該シール部材３１が圧力導入室２１内の高圧燃料により間隙２８に押し出されるのを防止するためのバックアップリング３２とを備えて成っている。

図３に示されるように、バックアップリング３２は、シール部材３１が着座する座部３２Ａと、座部３２Ａの内周端縁において一体に垂設された内周壁部３２Ｂとを有して成る断面Ｌ字状の環状の部材である。バックアップリング３２は、鉄等の剛性のある材質で構成されるのが好ましく、シール部材３１の押し出し防止のため、バックアップリングには圧力逃がし構造を設けないのが好ましい。本実施の形態では、バックアップリング３２の材質は鉄であり、圧力逃し構造は設けられていない。しかし、図３に示したバックアップリング３２の形状は一例であり、この形状に限定されるものではなく、シール部材３１の間隙２８への押し出しが防止できる形状であればよい。

図２に詳細に示すように、バックアップリング３２は圧力導入室２１内であって、圧力導入室２１の底面２１Ａと圧力導入室２１の内方側壁面２１Ｂとのなす角部に位置するよう配設されている。

そして、シール部材３１は、バックアップリング３２の上になるよう圧力導入室２１内に配設されている。したがって、圧力導入室２１内に高圧燃料が導入された場合、シール部材３１はバックアップリング３２に向けて、すなわち、底面２１Ａに向けて押しやられるが、バックアップリング３２は圧力導入室２１内にあって間隙２８への入口を塞いでおり、シール部材３１はバックアップリング３２に邪魔されて間隙２８へ押し出されるのが有効に防止される。

一方、圧力導入室２１内に高圧燃料が導入された場合にシール部材３１が圧力導入室２１内で浮き上がるのを防止するため、圧力導入室２１の内方側壁面２１Ｂであってシール部材３１が対向する部分に、凹部３３が形成されている。

本実施の形態では、凹部３３は、圧力導入室２１の周方向に沿って延びる環状溝としてバルブボディ６に形成されている。ここでは、シール部材３１は弾力性に富む材料から成り、且つシール部材３１の幅Ｗは、圧力導入室２１の幅Ｇよりは大きく設定されている。したがって、図１に示されるように組み立てられている状態では、シール部材３１の一部は凹部３３の形状に沿って変形して凹部３３内に入り込んだ状態となっている。

この結果、凹部３３内に入り込んだシール部材３１の一部が、シール部材３１が浮き上がろうとした場合にこれを阻止する力をシール部材３１に作用させることができる。

次に、図４を参照して、凹部３３を上述の如く設け、且つシール部材３１を凹部３３内に入り込むことができる弾力のある材質としたことによる、凹部３３の浮き上がり防止作用について説明する。

図４の（Ａ）は、圧力導入室２１に高圧燃料が導入され、シール部材３１に対して高圧力Ｆ１が作用し、シール部材３１が圧力導入室２１の底面２１Ａに向けて押し付けられている状態を示す図である。この場合には、高圧力Ｆ１によりシール部材３１の一部が凹部３３に強く押し出され、凹部３３に密着して変形し、シール部材３１は図示の位置にしっかりと位置決めされる。

図４の（Ｂ）は、圧力導入室２１内に導入される高圧燃料に脈動が生じており、シール部材３１には、高圧力Ｆ１のほか、シール部材３１をバックアップリング３２から離反させる方向の力Ｆ２が作用することになる場合を示している。Ｆ１＞Ｆ２の場合には図４の（Ａ）と同様の結果となるが、Ｆ１＜Ｆ２となると、シール部材３１には浮き上がり力が作用することになる。しかし、この場合においても、シール部材３１に上下から作用する２つの力（Ｆ１、Ｆ２）によりシール部材３１が変形し、その一部が凹部３３内に押し出され、凹部３３の凹部形状に沿った変形を生じている。この変形により、シール部材３１が浮き上がるのが阻止されるので、圧力導入室２１内に導入される高圧燃料が脈動を生じても、シール部材３１が圧力導入室２１内で浮き上がることがなく、シール部材３１の位置ずれを生じることがない。

なお、凹部３３の形状や大きさ、及びシール部材３１の材質の選定により、耐久性の確保も充分なものとすることができる。また、上記説明から判るように、シール部材３１はインジェクタハウジング２側に設けてもよいし、インジェクタハウジング２及びバルブボディ６の両方に設けてもよい。

シール構造３０は以上のように構成されているので、高圧シールであるシール部材３１の間隙２８への押し出しがバックアップリング３２によって有効に防止できると同時に、シール部材３１の浮き上がりが確実に防止できる。

さらに、従来のバックアップリングを用いて構成されたシール構造において、バックアップリングを変更するだけで済むので、インジェクタ本体の形状等に変更を与えることなく、シール構造の改善を図ることができ、噴射性能への影響がなくて済む。また、部品点数の変更がないため組み立て手順に変更を生じさせることがなく、組み立て性に影響は少ない。このように、現行構造に対し変更点が少ないため変更に伴うコストは安価で済むという利点を有する。

本発明の実施の形態の要部拡大断面図。 図１のシール構造部分の拡大図。 図１のバックアップリングの拡大斜視図。 図１に示したシール構造の作用を説明するための図。 従来の燃料噴射弁の断面図。 図５のバルブボディおよび背圧制御部を拡大して示す要部拡大断面図。

符号の説明

１ 燃料噴射弁
２ インジェクタハウジング
６ バルブボディ
２１ 圧力導入室
２８ 間隙
３０ シール構造
３１ シール部材
３２ バックアップリング
３３ 凹部

Claims (2)

1. インジェクタハウジングとバルブピストンを摺動可能に挿入したバルブボディとの間に形成される間隙から圧力導入室内の高圧燃料が低圧側に逃げないようにシールするため、前記圧力導入室に設けられる環状のシール部材を備えて成る燃料通路のシール構造であって、前記間隙と前記シール部材との間に剛性を有するバックアップリングを配設すると共に、前記シール部材がその弾力性により入り込むことができる凹部を前記圧力導入室内に設けたことを特徴とする燃料通路のシール構造。
2. インジェクタハウジングとバルブピストンを摺動可能に挿入したバルブボディとの間に形成される間隙から圧力導入室内の高圧燃料が低圧側に逃げないようにシールするため、前記圧力導入室に設けられる環状のシール部材を備えて成る燃料噴射弁であって、前記間隙と前記シール部材との間に剛性を有するバックアップリングを配設すると共に、前記シール部材がその弾力性により入り込むことができる凹部を前記圧力導入室内に設けたことを特徴とする燃料噴射弁。

Images