JP2006242024A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】従来に比して加工容易で、必要最小限の燃料のリークを確保しつつシール部材の破損を防止することのできるシール構造を提供する。
【解決手段】シール構造３０は、シール部材３１とバックアップリング３２とから構成されており、バックアップリング３２には、周端面を切り欠いた切欠き部３６が周方向で適宜な間隔を隔てて複数設けられると共に、バックアップリング３２の底面側には、周端面の手前で終端された複数の径方向溝３７が切欠き部３６の間に位置するように設けられており、従来に比して加工容易で、しかも、必要最小限の高圧燃料の低圧側へのリークを確保しつつシール部材３１の破損が防止できるシール構造３０が提供される。
【選択図】図４

Description

本発明は、燃料噴射弁などの燃料通路におけるシール構造に係り、特に、シール性の向上、低価格化等を図ったものに関する。

従来、燃料噴射弁の燃料通路におけるシール構造としては、例えば、本願出願人によるもの（特許文献１参照）を始め種々のものが提案されている。
本願出願人により上記特許文献１に開示されたシール構造は、燃料噴射弁のインジェクタハウジングとバルブボディとの間の圧力導入室にシール部材を設け、圧力導入室とこの圧力導入室に連通する低圧側との間隙をシールするようにしたものにあって、シール部材に作用する高圧によって、シール部材が低圧側の間隙へ押し出されることを防止するために、サポートリング又はバックアックリングと称されるものをシール部材と低圧側の間隙との間に設けたものである。

このシール構造におけるサポートリングは、円環状に形成された部材を用い、上述の低圧側の間隙に望む円環状部材の底部に、径方向に沿った溝を、円周方向に複数設けると共に、この溝が設けられた部位の円周端面には、溝に連通する切欠きを形成してなるものである。かかるサポートリングは、シール部材に作用する高圧による低圧側の間隙へのシール部材の押し出しを防止しつつ、シール部材側から低圧側の間隙へ向かってわずかに漏れてくる燃料を、上述の切欠き及び溝を介して低圧側へ少しずつ導く機能を果たすものである。

特開２００３−２８０２１号公報（第４−６頁、図１−図１５）

しかしながら、上述のシール構造におけるサポートリングにおいて、上述した円周端面の切欠きの大きさ、すなわち、径方向の深さ及び周方向の長さや、溝の大きさ、すなわち、溝の幅及び深さを、シール部材の押し出しを十分に抑圧できる寸法に設定し、実際にその設定された寸法に精度良く加工することは、これら切欠き及び溝の大きさがそれ自体非常に小さなものであることに加えて、サポートリングの周方向で同一の箇所に加工を施さなければならないことと相俟って、非常な労力を要しコスト高を招くばかりか、加工精度が十分確保できない場合には、結局は、シール部材側から低圧側の間隙へ必要以上の燃料の漏れを招くこととなり、サポートリング本来の機能が果たせなくなる虞もあるという問題があった。

本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、従来に比して加工が容易で、必要最小限の燃料のリークを確保しつつシール部材の破損を防止することのできるシール構造及びかかるシール構造を有する燃料噴射弁を提供するものである。

上記本発明の目的を達成するため、本発明に係る燃料通路のシール構造は、
インジェクタハウジングと、バルブピストンが摺動可能に挿入され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シールするため、前記圧力導入室に環状のシール部材と共に、当該シール部材の低圧側にバックアップリングを配してなる燃料通路のシール構造であって、
前記バックアップリングは、前記圧力導入室における前記バルブボディの外周面に沿うリップ部と、当該リップ部に対して直交する径方向に延びて前記圧力導入室におけるインジェクタハウジングの内壁段部に沿うフランジ部と、前記リップ部と前記フランジ部とを連結する湾曲部とからなり、
前記フランジ部の周端面には、当該終端面を切り欠いた切欠き部が周方向に適宜な間隔を隔てて複数設けられると共に、前記フランジ部の底部に、径方向に沿って形成されて周端面の手前で終端された溝が周方向で前記切欠き部の間に位置するよう複数設けられてなるものである。

本発明によれば、高圧燃料を僅かずつ低圧側へ逃がすためバックアップリングに形成された切欠き部と溝とを周方向で異なる位置に設けるような構成とすることにより、従来に比して加工精度を緩和した加工で済み、シール部材の低圧側への押し出しを抑圧しつつ、確実なシールと共に必要最小限での高圧燃料の低圧側への逃がしを確保することができ、従来に比して安価に信頼性の高いシール構造及びかかるシール構造を有してなる燃料噴射弁を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図１乃至図１０を参照しつつ説明する。
なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
本発明の実施の形態におけるシール構造は、例えば、燃料噴射弁に用いられるに適したもので、図１０には、本発明の実施の形態におけるシール構造を用いた燃料噴射弁の一構成例が示されており、以下、同図を参照しつつかかる燃料噴射弁の構成について説明する。

この燃料噴射弁１は、コモンレール１２内に蓄積された高圧燃料を図示され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ある。燃料タンク１０に蓄えられた燃料は、燃料ポンプ１１によって加圧されてコモンレール１２へ圧送され、コモンレール１２内に高圧燃料として蓄積されるようになっている。そして、図示されない制御装置による動作制御によってコモンレール１２から燃料噴射弁１へ高圧燃料が供給され、さらに、燃料噴射弁１によってディーゼル内燃機関の気筒内に噴射供給されるようになっている。

かかる燃料噴射弁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、は背圧制御部７と、コネクティングロッド８とを主たる構成要素として構成されたものとなっている。
インジェクタハウジング２の先端部（図１０において紙面下端側）には、ノズルボディ３がノズルナット９により締結されている。

燃料噴射弁１内には、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を通り、ノズルボディ３へ延びる燃料通路１３が形成されると共に、ノズルニードル４の受圧部４Ａに対向する部位には燃料溜まり室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の近傍において先の燃料通路１３から分岐して背圧制御部７を経由し燃料低圧部へ到る燃料環流路１５が形成されている。

ノズルボディ３の先端部には、噴射孔１６が穿設されており、この噴射孔１６につながるシート部１７にノズルニードル４の先端部が着座することにより噴射孔１６閉鎖される一方、ノズルニードル４がシート部１７から離間（リフト）することにより噴射孔１６が開放される構造となっており、これによって燃料の噴射開始、停止が可能となっている。

ノズルニードル４の上方部（図１０において紙面上方）には、ノズルニードル４をシート部１７の方向へ付勢するためのノズルスプリング１８が設けられている。また、バルブピストン５がインジェクタハウジング２に形成された摺動孔２Ａ及びバルブボディ６に形成された摺動孔６Ａ内において摺動可能に挿入されてノズルニードル４の上方部に位置するように設けられている。

図１には、バルブボディ６及び背圧制御部７吹きの拡大断面図が示されており、以下、同図を参照しつつバルブボディ６及び背圧制御部７とその周辺の構成について説明する。
バルブボディ６には、バルブピストン５の先端部近傍が位置する部位に制御圧室１９が形成されており、バルブピストン５の先端部が下方側（噴射孔１６側）から臨むようになっている。

制御圧室１９は、バルブボディ６に形成された導入側オリフィス２０に連通している。この導入側オリフィス２０は、バルブボディ６とインジェクタハウジング２との間にバルブボディ６の周方向で環状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、かかる構成により、コモンレール１２からの導入圧力が制御圧室１９へ供給されるようになっている。

インジェクタハウジング２とバルブボディ６との間には、バルブボディ６がインジェクタハウジング２内に圧入される構造であることに起因してわずかに内方に変形し、バルブピストン５の摺動を阻害するおそれを回避する観点から圧力導入室２１の下端側に連通するわずかな間隙２８が形成されている。
そして、圧力導入室２１内の高圧燃料が上述の間隙２８へ漏れてゆくのを阻止するため、圧力導入室２１内には、シール構造３０が設けられている（詳細は後述）。

また、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は後述する背圧制御部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１０参照）の受圧面積より大きく設定されている。

ここで、再度、図１０へ戻り、同図を参照しつつ燃料噴射弁１について説明することとする。
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に一体に取着されたバルブボール２４と、制御圧室１９とを備えて構成されたものとなっている。そして、マグネット２５へ図示されない制御回路から駆動信号が供給されることにより、バルブスプリング２６の付勢力に抗してアーマチュア２７がマグネット２５に吸引され、バルブボール２４が開閉用オリフィス２３からリフトし、制御圧室１９の圧力を燃料環流路１５に開放できるようになっている。

したがって、バルブボール２４を上述のように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で、ノズルニードル４のシート部１７への着座及びシート部１７からの離間（リフト）を制御することが可能となっている。

かかる構成の燃料噴射弁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に作用すると共に、圧力導入室２１及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にも作用するようになっている。
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に着座し、噴射孔１６を閉鎖することとなる。

一方、マグネット２５に所定の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がマグネット２５に吸引され、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を介して燃料環流路１５を通って燃料タンク１０へ還流するため、制御圧室１９に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から離間（リフト）し、噴射孔１６を解放して燃料噴射が行われることとなる。

そして、マグネット２５を消磁することによりバルブボール２４により開閉用オリフィス２３が閉鎖されると、制御圧室１９内の圧力によりバルブピストン５を介してノズルニードル４がそのシート位置であるシート部１７に着座せしめられて、噴射孔１６が閉鎖され、燃料噴射が終了することとなる。

次に、かかる構成の燃料噴射弁のシール構造３０について、図２乃至図９を参照しつつ以下に詳述することとする。
圧力導入室２１内に設けられた本発明の実施の形態におけるシール構造３０は、圧力導入室２１の高圧燃料が間隙２８に逃げるのを阻止するためのもので、樹脂材やゴム材、或いは、銅材、その他の軟質材を用いて環状に形成されて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）するシール部材３１と、このシール部材３１が圧力導入室２１内の高圧燃料により間隙２８へ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とから構成されたものとなっている。

本発明の実施の形態におけるバックアップリング３２は、圧力導入室２１においてバルブボディ６の外周面６Ｂ（図１参照）に沿うリップ部３３と、このリップ部３３に対して直交方向で、径方向に延びてインジェクタハウジング２の内壁段部２Ｂに沿うフランジ部３４と、リップ部３３及びフランジ部３４を連結する湾曲部３５とからなり、これらが一体成形されたものとなっている（図３、図４、図５及び図６参照）。なお、図５は、図４の断面図において符号Ｉの円で囲まれた部位の拡大断面図であり、図６は、図４の断面図において符号ＩＩの円で囲まれた部位の拡大断面図である。

かかる構成により、リップ部３３がバルブボディ６の外周面６Ｂに当接し、フランジ部３４が圧力導入室２１におけるインジェクタハウジング２の内壁段部２Ｂに当接してシール機能を補助すると共に、シール部材３１が間隙２８側に押し出されないようにこれを保持するものとなっている。
また、本発明の実施の形態におけるバックアップリング３２には、その周端面に弧状の切欠き部３６が周方向で適宜な間隔を隔てて複数設けられたものとなっており、この例では、周方向で約１２０度の間隔で３つの切欠き部３６が形成されている（図２、図４及び図５参照）。

さらに、このバックアップリング３２には、フランジ部３４から湾曲部３５にかけて径方向に径方向溝３７が周方向で適宜な間隔を隔て複数設けられたものとなっており、この例では、周方向で約１２０度の角度間隔で、しかも、隣接する先の切欠き部３６のほぼ中間に位置するように３つの径方向溝３７が設けられたものとなっている（図３、図４及び図６参照）。
特に、本発明の実施の形態における径方向溝３７は、フランジ部３４の周端面の手前で終端されており、径方向溝３７はバックアップリング３２の周端面まで貫通していない（図６参照）。また、この径方向溝３７は、リップ部３３の上端部にバルブボディ６の外周面 ６Ｂに当接するように平面当接部３８を残すように形成されたものとなっている（図６参照）。

切欠き部３６は、シール部材３１を越えて低圧側に漏れてきた燃料を、この切欠き部３６を介して径方向溝３７へ流れるようにするものであるので、その径方向における切欠長Ｈ２（図２及び図５参照）は、必要最小限に設定されるべきものであり、実際には、個々の燃料噴射弁１の大きさや扱う燃料噴射量等によって最適値が異なるものであるので、実験データやシュミレーション等に基づいて設定されるのが好適である。

また、径方向溝３７の深さＨ１（図６参照）も切欠き部３６を介して流れてきた燃料が間隙２８へ流れることのできる最小限の大きさに設定されれば十分なものであり、実際には、切欠き長Ｈ２同様に、個々の燃料噴射弁１の大きさや扱う燃料噴射量等によって最適値が異なるものであるので、実験データやシュミレーション等に基づいて設定されるのが好適である。

次に、上記構成のバックアップリング３２の切欠き部３６及び径方向溝３７の作用について図３及び図７を参照しつつ説明することとする。
なお、図７は、バックアップリング３２がシール部材３１と共に圧力導入室２１内に配設された状態が理解を容易にするため模式的に示されたもので、図示を簡便とするためシール部材３１は省略されたものとなっている。

圧力導入室２１内にシール部材３１と共に配設されたバックアップリング３２は、バルブボディ６とシール部材３１及びバックアップリング３２との間の摩擦作用のため、そのフランジ部３４の円周側部分が内壁段部２Ｂから僅かならが浮き上がるような状態に塑性変形し、フランジ部３４と内壁段部２Ｂとの間にはわずかな間隙３９が生ずる（図７参照）。
かかる状態にあって、シール部材３１を越えてバックアップリング３２側へ燃料が漏れてきた場合、燃料は切欠き部３６から上述の間隙３９へ侵入してゆく（図７の実線矢印参照）。そして、燃料は、この間隙３９をバックアップリング３２の周方向へさらに侵入し径方向溝３７へ至ることとなる（図３の点線矢印参照）。径方向溝３７は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に臨んでいるため、径方向溝３７に到った燃料は径方向溝３７を介して低圧側となる間隙２８へ漏れてゆくこととなる。
なお、図３においては、１つの切欠き部３６へ侵入した燃料の流れが点線矢印で示されており、他の切欠き部３６から侵入する燃料の流れについては図示を省略してある。

このように、シール部材３１を越えてバックアップリング３２側へ漏れてきた燃料を、バックアップリング３２の切欠き部３６、バックアップリング３２のフランジ部３４と内壁段部２Ｂとの間隙３９、及び径方向溝３７を介してわずかづつ低圧側の間隙２８へ導くことができるので、従来と異なり、シール部材３１とバックアップリング３２との間に燃料が溜まるようなことを回避しつつ、しかも、シール部材３１の低圧側への押し出しが抑圧され、シール部材の破損防止がなされることとなる。特に、従来と異なり、切欠き部３６と径方向溝３７が周方向で位相的にずれた位置に設けられた構造であるため、これら２つを周方向で同一の箇所に設ける場合に比して加工が容易となるばかりでなく、加工精度の管理が容易となる。すなわち、切欠き部３６と径方向溝３７を同一の箇所に設ける場合には、それぞれの加工誤差が積算されて、この箇所で本来想定した以上の量の燃料の低圧側への漏れが生じないように加工精度の管理が必要となるが、本発明の実施の形態のように切欠き部３６と径方向溝３７とが位相のずれた配置である場合には、そのような加工誤差の積算を考慮する必要がなくなるので、加工精度の管理が容易となる。

また、従来と異なり、切欠き部３６と径方向溝３７とが周方向で異なる位置に設けられ、しかも、径方向溝３７は、周端面の手前で終端された構造となっているため、従来のバックアップリングにおける脆弱性が克服され、従来に比して信頼性が向上したものとなる。

上述の構成例においては、切欠き部３６と径方向溝３７をそれぞれ３つ、周方向で相互に６０度の間隔を隔てて設けたが、切欠き部３６及び径方向溝３７の数、及び、相互の間隔は勿論上述の構成例に限定される必要はないもので、切欠き部３６及び径方向溝３７の数や、相互の間隔は任意に選択されてよいものである。

次に、第２の実施の形態におけるバックアップリング３２Ａについて図８を参照しつつ説明する。なお、図１乃至図６に示された第１の実施の形態における構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略し、以下、異なる点を中心に説明する。また、図８は、先の第１の実施の形態における図４に対応する図である。
この第２の実施の形態におけるバックアップリング３２Ａにおいては、径方向溝３７Ａが先の第１の実施の形態と異なり、バックアップリング３２Ａの円周端面まで貫通したものとなっている（図８参照）点が第１の実施の形態と異なるもので、他の部分は基本的に第１の実施の形態と同一である。

この第２の実施の形態においても、先に述べたように、切欠き部３６と径方向溝３７Ａがバックアップリング３２Ａの周方向で位相ずれの状態で設けられることによる加工精度の管理の容易さと加工誤差の積算が回避できることから、径方向溝３７Ａをバックアップリング３２Ａの円周端面まで貫通したものとしても、この部分からの低圧側への燃料の流れを許容できる範囲とすることは従来に比して容易であり、第１の実施の形態に対して次善策と言うべき構成である。

次に、第３の実施の形態におけるバックアップリング３２Ｂについて図９を参照しつつ説明する。なお、図１乃至図６に示された第１の実施の形態における構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略し、以下、異なる点を中心に説明する。また、図９は、先の第１の実施の形態における図６に対応する図である。
この第３の実施の形態におけるバックアップリング３２Ｂは、切欠き部３６と径方向溝３７が周方向で同一の箇所に設けられたもので、切欠き部３６及び径方向溝３７のそれぞれの基本的な構成は第１の実施の形態と同一のものである（図９参照）。

この構成の場合、同一の位置に切欠き部３６と径方向溝３７を形成するため、従来のような加工精度の管理の困難性などの問題はあるが、従来と異なり径方向溝３７がバックアップリング３２Ｂの周端面へ貫通していないことによるバックアップリング３２Ｂを介しての低圧側への燃料の漏れ量を従来に比してある程度抑制できることは期待できるものである。

本発明の実施の形態におけるシール構造を有する燃料噴射弁の要部拡大断面図である。 本発明の第１の実施の形態におけるシール構造に用いられるバックアップリングの平面図である。 本発明の第１の実施の形態におけるシール構造に用いられるバックアップリングの底面図である。 本発明の第１の実施の形態におけるシール構造に用いられるバックアップリングの縦断面図である。 図４の符号Ｉの円で囲まれた部位の拡大断面図である。 図４の符号ＩＩの円で囲まれた部位の拡大断面図である。 本発明の実施の形態におけるシール構造の作用を説明するためのシール構造部分の模式図である。 本発明の第２の実施の形態におけるシール構造に用いられるバックアップリングの縦断面図である。 本発明の第３の実施の形態におけるシール構造に用いられるバックアップリングの部分縦断面図である。 本発明の実施の形態におけるシール構造を有する燃料噴射弁の縦断面図である。

符号の説明

２…インジェクタハウジング
６…バルブピストン
１４…燃料溜まり室
１９…制御室圧
２１…圧力導入室
３０…シール構造
３１…バックアップリング
３２…リップ部
３４…フランジ部
３５…湾曲部
３６…切欠き部
３７…径方向溝

Claims (2)

1. インジェクタハウジングと、バルブピストンが摺動可能に挿入され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シールするため、前記圧力導入室に環状のシール部材と共に、当該シール部材の低圧側にバックアップリングを配してなる燃料通路のシール構造であって、
   前記バックアップリングは、前記圧力導入室における前記バルブボディの外周面に沿うリップ部と、当該リップ部に対して直交する径方向に延びて前記圧力導入室におけるインジェクタハウジングの内壁段部に沿うフランジ部と、前記リップ部と前記フランジ部とを連結する湾曲部とからなり、
   前記フランジ部の周端面には、当該終端面を切り欠いた切欠き部が周方向に適宜な間隔を隔てて複数設けられると共に、前記フランジ部の底部に、径方向に沿って形成されて周端面の手前で終端された溝が周方向で前記切欠き部の間に位置するよう複数設けられてなる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、バルブピストンが摺動可能に挿入され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シールするため、前記圧力導入室に環状のシール部材と共に、当該シール部材の低圧側にバックアップリングを配してなるシール構造が設けられてなる燃料噴射弁であって、
   前記バックアップリングは、前記圧力導入室における前記バルブボディの外周面に沿うリップ部と、当該リップ部に対して直交する径方向に延びて前記圧力導入室におけるインジェクタハウジングの内壁段部に沿うフランジ部と、前記リップ部と前記フランジ部とを連結する湾曲部とからなり、
   前記フランジ部の周端面には、当該終端面を切り欠いた切欠き部が周方向に適宜な間隔を隔てて複数設けられると共に、前記フランジ部の底部に、径方向に沿って形成されて周端面の手前で終端された溝が周方向で前記切欠き部の間に位置するよう複数設けられてなることを特徴とする燃料噴射弁。

Images