JP2005248847A - 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、バックアップリング３２にシール部材３１を保持させておくための保持機構を設けた。
【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への入り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を提供することにある。

本発明は、環状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、環状シール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、該バックアップリングに爪等の保持機構を設け、この保持機構によって環状シール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の、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、該バックアップリングに前記シール部材を保持させておくための保持機構を設けた点にある。

バックアップリング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。

バルブボディとのシール性を向上させるため、バルブボディとバックアップリングとは圧入にて組み合わせるのが好ましい。

保持機構は、バックアップリングに一体的に形成される１つ又は複数の爪として形成し、この爪によりシール部材の浮き上がりを防止するようにすることもできる。この構成において、バックアップリングの爪が組み立て前は開いた状態としておき、シールリングの設置が容易であり、圧入時に爪が変形してシール部材を把持する構造とすることにより、その組み立て性を良好なものとすることができる。

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の、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、該バックアップリングに前記シール部材を保持させておくための保持機構を設けたシール構造を備えた点にある。

本発明によれば、バックアップリングによりシール材の間隙の押し出しが防止できる上に、保持機構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、ゴム材あるいは銅材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。

シール部材３１は、その内周面３１Ａが内周壁部３２Ｂの受圧面３２Ｂａに接するようにして座部３２Ａ上に配設される。そして、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、バックアップリング３２には保持機構が設けられている。本実施の形態では、座部３２Ａの内周端縁に９０°間隔で爪３３が４つ設けられており、これらの爪３３によってシール部材３１をバックアップリング３２にしっかりと保持させることができる構成となっている。

このため、内周壁部３２Ｂは４つに分別されており、これら４つの内周壁部３２Ｂの間に爪３３が座部３２Ａから一体に延びるようにして形成されている（図３参照）。図２は、丁度爪３３の部分で断面したもので、爪３３の先端の鉤部３３Ａがシール部材３１の上端面３１Ｂに延びており、これによりシール部材３１が圧力導入室２１内で浮き上がりを生じるのを確実に防止できる構成となっている。そして、シール部材３１と間隙２８との間にはバックアップリング３２が配設されているので、シール部材３１に高圧燃料が作用しても、シール部材３１が間隙２８から押し出されることはない。

図１、図２に示される状態にシール構造３０を圧力導入室２１内に組み立てるのを容易にするため、図４に示されるように、バックアップリング３２に一体に形成される爪３３を所定角度θだけ内向きに傾斜させておき、座部３２Ａ上にシール部材３１を載せた状態でバックアップリング３２をインジェクタハウジング２側に組み付け、次いで、バルブボディ６にインジェクタハウジング２を矢印Ｚ方向に向けて被せるようにして、インジェクタハウジング２をバルブボディ６に圧入するようにして取り付け、これにより爪３３をバルブボディ６の傾斜面６Ｘによってシール部材３１方向に押しやって変形させ、シール構造３０を所定の位置Ｐにまで到達させることにより、爪３３の先端の鉤部３３Ａをシール部材３１の上端面３１Ｂに係止させる構成とすることができる。

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、爪３３によりシール部材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、バックアップリング３２の爪３３はバルブボディ圧入時シールリングを把持する構造であり、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組み立て方法の一例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

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
３１Ｂ 上端面
３２ バックアップリング
３２Ａ 座部
３２Ｂ 内周壁部
３３ 爪
３３Ａ 鉤部

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の、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、該バックアップリングに前記シール部材を保持させておくための保持機構を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の、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、該バックアップリングに前記シール部材を保持させておくための保持機構を設けたシール構造を備えたことを特徴とする燃料噴射弁。

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