JP2005299619A - ポンプ用プランジャシール - Google Patents

Abstract

【課題】ガソリン直噴式エンジン用燃料噴射ポンプに使用され、燃料シール部材に耐圧性、耐熱性を目的として樹脂材を用いても、コンパクト化、耐圧性とシール性の向上、低コスト化、および組み込み工数の低減を図ることができるポンプ用プランジャシールを提供する。
【解決手段】プランジャ２に密接自在に摺動し高圧燃料をシールする樹脂製の燃料シール部材１２と、燃料シール部材１２より反密封対象側に位置し主にオイルをシールするオイルシール部材１３とを組付けられて一つのシールシステムとし、燃料シール部材１２のクリープ特性を補うためにシールリップ１５の外周側に軸方向の付勢力を与えるコイルスプリング３１を装着した。
【選択図】図１

Description

本発明は、高圧燃料ポンプの往復動用シールとしてガソリン直噴式エンジン用燃料噴射ポンプに用いられ、その他の油圧・空圧・水圧機器全般に用いられるポンプ用プランジャシールに関する。

ガソリン直噴式エンジンは、近年の排ガス規制や燃費改善等を目的として、シリンダ内に高圧力の燃料を直接噴射して燃焼させるものであり、高圧力の燃料を直接噴射するために用いられる燃料噴射ポンプは高圧性が要求されるので、その燃料噴射ポンプに用いられるポンプ用プランジャシールには高圧に耐える性能が要求される。

従来、この燃料噴射ポンプに用いられるポンプ用プランジャシールとしては、燃料であるガソリン等を高圧にしたものを密封対象側でシールする燃料シールリップと、反密封対象側に存在する冷却や潤滑を目的としたオイルをシールするオイルシールリップを一体に有したゴムリップタイプのシール部材が知られている（下記特許文献1を参照）。しかし、シールリップの材質がゴムであるので、高圧化による耐圧性不足および燃料のアルコール含有率増加に伴う耐燃料油性不足に対して、シール機能を充分に満足しないという問題点があった。

そこで、燃料シールリップを樹脂製にして、ゴム製のオイルシールリップとは別体に設けることで、高圧燃料の圧力が高くなっても耐圧性を維持し、アルコール入り燃料等に対しても膨潤や硬度・強度の低下を防止できることが提案されている（下記特許文献２を参照）。しかし、燃料シールリップとオイルシールリップとを別体で設けるために設置スペースが大きくなるのでコンパクト化に対応出来ず、更なる燃料噴射ポンプの高性能化に対しても安定したシール性能を確保できないとの問題点があった。また、低コストの需要が増加しており、これに対応する必要もあるとともに、シールの組付け工数の低減のためにシール個数を減少する必要があった。

特開平８−６８３７０号公報 ＷＯ ０２／０９９３２０Ａ１公報

本発明は以上の点に鑑みて、ガソリン直噴式エンジン用燃料噴射ポンプに用いられるポンプ用プランジャシールにおいて、燃料シール部材に耐圧性、耐熱性を目的として樹脂材を用いても、コンパクト化、耐圧性とシール性の向上、低コスト化、および組み込み工数の低減を図ることができるポンプ用プランジャシールを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１にかかるポンプ用プランジャシールは、高圧燃料噴射ポンプ内で往復動する軸とハウジング間の環状空間に設けられ密封対象である高圧燃料をシールするとともに大気側のオイルをシールするポンプ用プランジャシールであって、前記軸に密接自在に摺動し前記高圧燃料をシールする樹脂製の燃料シール部材と、前記燃料シール部材より反密封対象側に位置し主に前記オイルをシールするオイルシール部材とが組付けられてシールシステムを構成していることを特徴とするものである。

また、請求項２におけるポンプ用プランジャシールは、前記請求項１記載のポンプ用プランジャシールであって、前記燃料シール部材のシールリップに軸方向の付勢力を与えるための弾性部材を前記燃料シール部材に装着したことを特徴とするものである。

また、請求項３におけるポンプ用プランジャシールは、前記請求項１または２のいずれかに記載のポンプ用プランジャシールであって、前記オイルシール部材が樹脂製の前記燃料シール部材と一体成形されたものであることを特徴とするものである。

本発明は、以下の効果を奏する。

すなわち、上記構成を備えた本発明の請求項１のポンプ用プランジャシールは、燃料シール部材の材質が樹脂材であるので、燃料等の高圧化に対しても充分に耐圧性を維持することができるとともに、燃料のアルコール含有率の増加に伴う燃料油性不足に対しても膨潤や硬度・強度等の低下がなく、耐摩耗性を向上することができる。しかも、燃料シール部材とオイルシール部材とが別個ではなく組付けられて１個のシールシステムを構成しているので、コンパクト化がされて低コスト化が図れるとともに、組付け工数の低減もすることができる。

また、請求項２におけるポンプ用プランジャシールにおいては、燃料シール部材に軸方向に対する付勢力を与えるための弾性部材が装着されているので、燃料シール部材の材質を樹脂にしたことによるクリープ特性を補うことができ、より一層のシール性を確保することができる。

また、請求項３におけるポンプ用プランジャシールにおいては、オイルシール部材が樹脂製の燃料シール部材と一体成形されているので、より一層のコンパクト化と低コスト化を図ることができる。

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して説明する。ただし、この発明の範囲は、特に限定的記載がないかぎりは、この実施の形態に記載されている内容に限定する趣旨のものではない。

（第１実施例）
図１は、本発明の実施例１に係るポンプ用プランジャシール１を高圧燃料噴射ポンプ内で往復動する軸であるプランジャ２とハウジング３とで形成された環状空間に装着した状態を示した断面図である。

ポンプ用プランジャシール１は、ガソリン直噴式エンジン用燃料噴射ポンプに用いられ、密封対象側に存在するガソリン等の燃料を高圧にしたものをシールする機能と、大気側に存在する冷却や潤滑を目的としたオイルをシールする機能とを有している。

図１において、ポンプ用プランジャシール１は、シール部材１１と、シール部材１１を保持する３個の金属環２１，２２，２３と、シール部材１１のシールリップ部１４に形成されている２個のシールリップ１５，１６に軸方向の付勢力を与える２個のコイルスプリング３１，３２とから構成されている。

３個の金属環２１，２２，２３は、ハウジング３の内周側に嵌合している第一金属環２１と、第一金属環２１の内周側に嵌合している円筒部２２ａと円筒部２２ａの反密封対象側Ｂの端部からプランジャ２に向かって延びるフランジ部２２ｂを有する逆Ｌ字形の第二金属環２２と、第二金属環２２のフランジ部２２ｂより反密封対象側Ｂに位置しハウジング３の端面と嵌合している第三金属環２３から、構成されている。

シール部材１１は、燃料シール部材１２とオイルシール部材１３とが一体で成形されている。シール部材１１は、プランジャに摺接し高圧にされたガソリン等の燃料を主にシールする燃料側のシールリップ１５と、プランジャに摺接しシールリップ１５より反密封対象側Ｂに位置して冷却や潤滑を目的としたオイルを主にシールするオイル側のシールリップ１６とを有するシールリップ部１４と、シールリップ部１４の外周側に位置するシール固定部１７と、から構成されている。燃料側のシールリップ１５およびオイル側のシールリップ１６の形状はともに中央先端部が径方向に突出した断面逆三角形であって、シールリップ１５，１６の先端部の外周側にはコイルスプリング３１，３２を装着するための凹部が形成されている。シール固定部１７は、シールリップ部１４から外周方向に延びるフランジ部１７ａとフランジ部１７ａの側面から反密封対象側Ｂに延びる円筒部１７ｂを有していて、第一金属環２１、第二金属環２２および第三金属環により保持されている。シール部材１１の材質としては、耐圧性に優れるＰＴＦＥ等の樹脂材が用いられる。

２個のコイルスプリング３１，３２は、燃料側のシールリップ１５およびオイル側のシールリップ１６の外周側に形成された凹部に各々装着され、各シールリップ１５，１６に対して軸方向の付勢力を与えている。

上記構成を備えたポンプ用プランジャシール１は、燃料をシールするシールリップ１５とオイルをシールするシールリップ１６を有するシール部材１１の材質が樹脂材で、しかも一体に成形されて一個のシールシステムを構成しているので、耐圧性・耐油性に優れるとともに、部品点数が減少し、コンパクト化・低コスト化および組付け工数の低減を図ることができる。更に、燃料をシールするシールリップ１５側のハウジング３とで形成される空間Ｐが高圧となった際に、逆Ｌ字形に取付られている金属環２２のフランジ部２２ｂを密封対象側Ａから反密封対象側Ｂへ矢印α方向に押圧してシール固定部１７の保持力を増大させるので、シール性を向上することができる。

（第２実施例）
図２は、本発明の実施例２に係るポンプ用プランジャシール１の要部断面図である。

図２のポンプ用プランジャシールでは、実施例１と異なりシール固定部１７はハウジング３が拡径した端面と第一金属環２１とにより挟持されていて、金属環２１の内周側をシールするシールリップ１７ａを有している。他の金属環は使用されていない。燃料側のシールリップ１５はサブリップ１５ａを有している。また、オイル側のシールリップ１６の形状は断面矩形で反密封対象側Ｂに縮径することによりシール性を確保しているので、コイルスプリングが用いられていない。

上記構成においても、燃料をシールするシールリップ１５とオイルをシールするシールリップ１６を有するシール部材１１の材質が樹脂材で、しかも一体に成形されて一個のシールシステムを構成しているので、耐圧性・耐油性に優れるとともに、部品点数が減少し、コンパクト化・低コスト化および組付け工数の低減を図ることができる。また、オイル側のシールリップ１６にコイルスプリングが用いらず、また金属環２１が１個であるので、部品点数の減少による更なる低コスト化と組付け工数の低減を図ることができる。更に、シール固定部１７には金属環２１の内周側をシールするシールリップ１７ａが形成されて機密性が向上しているので、燃料をシールするシールリップ１５側のハウジング３とで形成される空間Ｐが高圧となった際に、空間Ｐの圧力をより一層高めるので、シールリップ１５の緊迫力を高め、シール性を向上することができる。

（第３実施例）
図３は、本発明の実施例３に係るポンプ用プランジャシール１の要部断面図である。

図３のポンプ用プランジャシール１では、実施例１と異なりシール部材１１は、燃料シール部材１２とオイルシール部材１３とが別体に樹脂製で成形されている。燃料シール部材１２のシール固定部１８とオイルシール部材１３のシール固定部１９が組付けられた状態でハウジング３が拡径した端面と第一金属環２１とにより挟持されていて、サブリップ１５ａを有している。オイルシール部材１３の形状は断面矩形であり、装着時に、シールリップ１６を反密封対象側Ｂに屈曲させるようにしてプランジャ２の周面に摺接させて付勢力を与えているので、コイルスプリングは用いられていない。

上記構成においても、燃料側のシールリップ１５とオイル側のシールリップ１６の材質が樹脂材であるので、耐圧性・耐油性に優れるとともに、燃料シール部材１２とオイルシール部材１３が組付けられて一個のシールシステムを構成しており、またオイルシール部材１３にはコイルスプリングが用いらず、金属環２１も１個であるので組付け時の部品点数が減少し、コンパクト化・低コスト化および組付け工数の低減を図ることができる。更に、オイルシール部材１３の形状が複雑でなく加工が容易であるので、更なる低コスト化を図ることができる。

（第４実施例）
図４は、本発明の実施例４に係るポンプ用プランジャシール１の要部断面図である。

図４のポンプ用プランジャシール１では、燃料シール部材１２はＵ字形形状をした樹脂製であって、ハウジングに嵌合している第一金属環２１によりシール固定部１８が挟持されており、Ｕ字溝内に設けられたＵ字形スプリング３３により軸方向の付勢力が与えられ，サブリップ１５ａを有している。また、オイルシール部材１３はゴム製で逆Ｌ字形の第二金属環２２の内側にシール固定部１９が加硫接着されている。シールリップ１６の形状は断面矩形で反密封対象側に向かって縮径していて、サブリップ１６ａを備えている。第二金属環２２のフランジ部２２ｂは密封対象側で燃料シール部材１２を支持しており、円筒部２２ａは第一金属環２１の内周に嵌合している。

上記構成においても、燃料シール部材１２リップの材質が樹脂材であるので、耐圧性・耐油性に優れるとともに、オイルシール部材１３の材質がゴム製であるのでシール性に優れる。燃料シール部材１２とオイルシール部材１３は組付けられて一個のシールシステムを構成しており、またオイルシール部材１３にコイルスプリングが用いられていないので装着時の部品点数が減少し、コンパクト化・低コスト化および組付け工数の低減を図ることができる。更に、燃料シール部材１２のシール固定部１８が挟持固定されており、またオイルシール部材１２のシール固定部１９が加硫接着している金属環２２のフランジ部２２ｂでも支持されているので、環状空間における両シール部材１２，１３の挙動が少なく、したがって、高圧化における高周波振動の状況下においても安定したシール性を得ることができる。

（第５実施例）
図５は、本発明の実施例５に係るポンプ用プランジャシール１の要部断面図である。

図５のポンプ用プランジャシール１では、実施例４と異なり燃料シール部材１２の形状が異なり、付勢力を与えるためにコイルスプリング３１が用いられている。上記構成においても、実施例５と同様の作用効果を得ることができる。

（第６実施例）
図６は、本発明の実施例６に係るポンプ用プランジャシール１の要部断面図である。

図６のポンプ用プランジャシール１では、燃料シール部材１２は矩形形状をした樹脂製であって、シール固定部１８が第一金属環２１のフランジ部２１ｂと第二金属環２２のフランジ部２２ｂとで挟持されていて、装着時にシールリップ１５を密封対象側Ａに屈曲させるようにしてプランジャ２の周面に摺接させて付勢力を与えているので、コイルスプリングは用いられていない。オイルシール部材１３はゴム製で、シールリップ１６の形状は断面矩形で反密封対象側に向かって縮径していて、サブリップ１６ａを備えている。シール固定部１９は第二金属環２２の円筒部２２ａを覆うようにして第二金属環２２と加硫接着している。第二金属環２２の円筒部２２ａは、密封対象側Ａは第一金属環２１の円筒部２１ａの内周側に嵌合し、反密封対象側Ｂは第二金属環２２の円筒部２２ａを覆っているシール固定部１９を介してハウジング３と嵌合し、フランジ部２２ｂは密封対象側Ａで燃料シール部材１２のシール固定部１８と接している。

上記構成においても、燃料シール部材１２の材質が樹脂製であるので耐圧性・耐油性に優れるとともに、オイルシール部材１３の材質がゴム製であるのでシール性に優れる。また、燃料シール部材１２とオイルシール部材１３が組付けられて一個のシールシステムを構成しており、両シール部材１２，１３にはコイルスプリングが用いられていないので組付け時の部品点数が減少し、コンパクト化・低コスト化および組付け工数の低減を図ることができる。特に、燃料シール部材１２の形状が複雑でなく加工が容易であるので、低コスト化の効果が大きい。

（第７実施例）
図７は、本発明の実施例７に係るポンプ用プランジャシール１の要部断面図である。

図７のポンプ用プランジャシールでは、実施例６と異なり燃料シール部材１２の形状が異なりサブリップ１５ａを有し、付勢力をつけるためにコイルスプリング３１が用いられている。

上記構成においても、燃料シール部材１２の材質が樹脂製であるので耐圧性・耐油性に優れるとともに、オイルシール部材１３の材質がゴム製であるのでシール性に優れる。また、燃料シール部材１２とオイルシール部材１３が組付けられて一個のシールシステムを構成しており、オイルシール部材１３にはコイルスプリングが用いられていないので組付け時の部品点数が減少し、コンパクト化・低コスト化および組付け工数の低減を図ることができる。

（第８実施例）
図８は、本発明の実施例８に係るポンプ用プランジャシール１の要部断面図である。

図８のポンプ用プランジャシールでは、燃料シール部材１２の材質は樹脂材であって、シール固定部１８は、シール性の向上を図るために密封対象側Ａのフランジ部２１ｂから円筒部２１ａを覆うようにゴム材が加硫接着している第一金属環２１と第二金属環２２の外周側フランジ部２２ｂとにより挟持されており、シールリップ１５はサブリップ１５ａを有しており、外周側にはコイルスプリング３１が装着され、軸方向に付勢力が与えられている。オイルシール部材１３は、第二金属環２２の内周側フランジ部２２ｃの先端部に加硫接着されているゴム製のシールリップ１６で構成されている。上記構成においても、実施例７と同様の作用効果を得ることができる。

（第９実施例）
図９は、本発明の実施例９に係るポンプ用プランジャシール１の要部断面図である。

図９のポンプ用プランジャシール１では、燃料シール部材１２の材質は樹脂材であって、シール固定部１８は、第一金属環２１と第二金属環２２により挟持されており、シールリップ１５の外周側にはコイルスプリング３１が装着され、軸方向に付勢力が与えられている。オイルシール部材１３は、第一金属環２１のフランジ部２１ｂ先端に加硫接着されているゴム製のシールリップ１６で構成されている。上記構成においても、実施例７と同様の作用効果を得ることができる。

（第１０実施例）
図１０は、本発明の実施例１０に係るポンプ用プランジャシール１の要部断面図である。

図１０のポンプ用プランジャシール１では、燃料シール部材１２はＵ字形形状をした樹脂製であって、第一金属環２１の内周に嵌合していて、Ｕ字溝の内部には軸方向に付勢力をつけるためのＵ字形スプリング３３が装着されていて、サブリップ１５ａを有している。オイルシール部材１３は、ハウジング３の端面に嵌合している第一金属環２１のフランジ部２１ｂ先端に加硫接着しているゴム製のシールリップ１６で構成されている。上記構成においても、実施例７と同様の作用効果を得ることができる。

（第１１実施例）
図１１は、本発明の実施例１１に係るポンプ用プランジャシール１の要部断面図である。

図１１のポンプ用プランジャシール１では、燃料シール部材１２は樹脂製のシールリップ１５より構成されている。シールリップ１５の外周側は第一金属環２１を覆うように加硫接着しているゴム製オイルシール部材１３のシール固定部１９の密封対象側部位１９ａを圧縮するようにしてハウジング３と嵌合しているので、該部位１９ａが復元しようとする力により軸方向に付勢力が与えられている。オイルシール部材１３は、シール固定部１９と一体に成形され第一金属環の内周側フランジ部２１ｃ先端に加硫接着されているシールリップ１６とサブシールリップ１６ａを有している。シールリップ１６の形状は断面矩形で反密封対象側に向かって縮径している。

上記構成においても、燃料シール部材１２の材質が樹脂製であるので耐圧性・耐油性に優れるとともに、オイルシール部材１３の材質がゴム製であるのでシール性に優れる。また、燃料シール部材１２とオイルシール部材１３が組付けられて一個のシールシステムを構成しており、両シール部材１２，１３にはコイルスプリングが用いられていないので組付け時の部品点数が減少し、コンパクト化・低コスト化および組付け工数の低減を図ることができる。特に、燃料シール部材１２の形状が複雑でなく加工が容易であるので、低コスト化の効果が大きい。

本発明の実施例１に係るポンプ用プランジャシールの断面図 本発明の実施例２に係るポンプ用プランジャシールの断面図 本発明の実施例３に係るポンプ用プランジャシールの断面図 本発明の実施例４に係るポンプ用プランジャシールの断面図 本発明の実施例５に係るポンプ用プランジャシールの断面図 本発明の実施例６に係るポンプ用プランジャシールの断面図 本発明の実施例７に係るポンプ用プランジャシールの断面図 本発明の実施例８に係るポンプ用プランジャシールの断面図 本発明の実施例９に係るポンプ用プランジャシールの断面図 本発明の実施例１０に係るポンプ用プランジャシールの断面図 本発明の実施例１１に係るポンプ用プランジャシールの断面図

符号の説明

１ ポンプ用プランジャシール
２ プランジャ
３ ハウジング
１１ シール部材
１２ 燃料シール部材
１３ オイルシール部材
１４ シールリップ部
１５，１６ シールリップ
１７，１８，１９ シール固定部
２１，２２，２３ 金属環
２１ａ，２２ａ，２３ａ 円筒部
２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ フランジ部
３１，３２ コイルスプリング
３３ Ｕ字形スプリング
Ａ 密封対象側
Ｂ 反密封対象側

Claims (3)

1. 高圧燃料噴射ポンプ内で往復動する軸とハウジング間の環状空間に設けられ密封対象である高圧燃料をシールするとともに大気側のオイルをシールするポンプ用プランジャシールであって、
   前記軸に密接自在に摺動し前記高圧燃料をシールする樹脂製の燃料シール部材と、前記燃料シール部材より反密封対象側に位置し主に前記オイルをシールするオイルシール部材とが組付けられてシールシステムを構成していることを特徴とするポンプ用プランジャシール。
2. 前記燃料シール部材のシールリップに軸方向の付勢力を与えるための弾性部材を前記燃料シール部材に装着したことを特徴とする前記請求項1記載のポンプ用プランジャシール。
3. 前記オイルシール部材が樹脂製の前記燃料シール部材と一体成形されたものであることを特徴とする前記請求項１または２のいずれかに記載のポンプ用プランジャシール。

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