JP3836704B2

JP3836704B2 - 電磁式燃料噴射弁及び筒内噴射式エンジン

Info

Publication number: JP3836704B2
Application number: JP2001327454A
Authority: JP
Inventors: 石川　　亨; 篤関根; 清隆小倉; 雅人田中
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Car Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 2001-10-25
Filing date: 2001-10-25
Publication date: 2006-10-25
Anticipated expiration: 2021-10-25
Also published as: JP2003129916A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関用の電磁式燃料噴射弁に係り、更に詳細には、ガソリンエンジンにおいて燃料を気筒（燃焼室）内に直接噴射するいわゆる筒内噴射方式エンジンの燃料噴射弁のシール構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガソリンエンジンにおける燃料噴射方式のうち、筒内噴射方式は吸気管燃料噴射方式に比較して、希薄燃焼が実現でき、燃料消費量の削減、有害排気ガスの低減に効果があることが知られている。
【０００３】
このような筒内燃料噴射方式のガソリンエンジンでは、燃焼室内に直接燃料を供給する構造になり、電磁式燃料噴射弁（インジェクタ）の先端のノズル部を燃焼室に臨ませるようにして装着される。
【０００４】
このため、インジェクタは、エンジンの爆発工程時に高温，高圧の燃焼ガス圧を直接受けることになる。この燃焼ガスの漏れを防止するために、エンジンのシリンダヘッドとインジェクタのノズル間にシール部材を具備している。ここで、シール部材のシール性を向上させるため、従来より種々の提案がなされている。
【０００５】
たとえば特開２０００−９０００号公報に記載されているインジェクタでは、ノズル部に環状溝を設けて、この環状溝に環状シール部材を装着しているが、この環状溝の周面（環状シール部材の内周が接する周面）に曲面状の突起（大きなＲ）を設け、この曲面状の突起によりシリンダヘッドの噴射弁取付穴（ノズル挿入穴）とノズル間の隙間を局部的に小さくして、シール部材の圧縮率をあげてシール性を高めている。
【０００６】
また、特開平１１−１３５９３号公報に記載されているインジェクタでは、ノズル部に設けたシール装着用の環状溝の円周面に広角な山形の突出部を形成して、シール部材のインジェクタ取付穴（ノズル挿入穴）への押しつける力を助長させている。
【０００７】
特開平１１−２１０６００号公報に記載されている燃料噴射弁では、ノズル先端にテーパを形成し、これに対応してエンジンのシリンダヘッドに設けた噴射弁取付孔のノズル挿入部をテーパ孔として、これらのテーパ・テーパ孔間にシール部材を介在する技術が開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、筒内噴射方式のエンジンにおいて、従来にはないインジェクタの取付シール構造を採用することで、シール性を高め、しかも、装着性の良いインジェクタを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、エンジンの燃焼室に直接燃料を噴射するインジェクタにおいて、エンジンのシリンダヘッドの噴射弁取付部に設けられたノズル挿入穴に挿入されるノズルボディ（ノズル部）を有し、このノズルボディの外周に前記ノズル挿入穴とノズルボディ間をシールするためのシールリングを装着する環状溝が形成され、この環状溝における前記シールリングの内周と接する周面に螺旋状の鋭角な突起（例えば、ねじ山）を形成してなる。
【００１０】
上記構成によれば、シールリングがノズルボディの環状溝の位置で、ノズルボディとエンジンヘッドのノズル挿入穴とにより挟まれて弾性変形すると、ねじ山のように鋭角な螺旋状の突起の尖端（エッジ）がシールリングの内周に食い込むこと、及びこの食い込みが螺旋が複数回わりすることでシール長さを稼ぎ、それによって燃焼ガスを完全にシールすることが可能になる。
【００１１】
また、ねじ山のような鋭角な小突起は、局部的にシールリング内周に変形（食い込み）を与えるだけで、シールリング外周は表面が凹凸ない形状を保持できるので、シールリング付きのインジェクタを、シールリングに損傷を与えることなく容易にエンジンヘッド側に挿入できる。
【００１２】
なお、従来のようにノズル部の環状溝の周面に曲面状などの突起を形成したり、広角な山形の突出部を形成し、これにシール部材を装着する場合には、シール部材の外周が上記突起（突出部）に倣う輪郭となり、インジェクタ取付穴にインジェクタを挿入するときに、シール部材の外側に突出した個所がこすれ易い。また、従来のシール部材は、挿入時にずれた場合のシール性の確保及び、ノズルとシール部材間に異物を噛み込んだ際にシール性をできない可能性がある。本発明では、このような問題にも対処し得る。
【００１３】
すなわち、鋭角な螺旋状突起は、シールリングの内周に異物が付着していても、そのエッジにより異物を切断し、シールリングと螺旋状突起間に異物が介在することを防止することができる。また、異物が介在したとしても、螺旋状にシール長さを十分に確保できるので、シール性は損なわれない。
【００１４】
第２の発明は、インジェクタのノズルボディに形成したシール装着用の環状溝の周面（シールリングの内周と対向する周面）に、交差する複数の環状の鋭角な突起を設けたことを特徴とする。この場合には、一箇所のシール装着用の環状溝の周面に多重のシール構造を確保し、かつ環状の鋭角な突起のエッジがシールリング内周に食い込むことで完全なシール性を図ることができる。
【００１５】
第３の発明は、インジェクタのノズルボディに形成したシール装着用の環状溝の周面（シールリングの内周と対向する周面）に、ノズル挿入穴内周との間隔を燃焼室側から燃焼室外側に向けて徐々に減少させる形状の周面を形成したインジェクタを提案する。
【００１６】
このように構成すれば、ノズル挿入穴内周とノズルボディの環状周面との間の間隔の最小に狭まった部位でシールリングを集中的に圧縮（挟圧）することができるので、シール性能を高める。さらに、シールリングに燃焼ガス圧が作用した時、シールリングが上向きに押され、これをノズル面及び上記狭まった部位で受けることによりシールリングの圧縮率（つぶし率）は上昇し、シール性能がさらに高められる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図面を用いて説明する。
【００１８】
図１は本発明の一実施例に係わるインジェクタの縦断面図、図２は、その取付状態を示す筒内噴射式エンジンの概要図、図３〜６は、インジェクタの取付及びシール構造の具体的態様を示す構成図である。
【００１９】
まず、本実施例の全体概要について説明する。
【００２０】
図１の矢印に示すように、燃料噴射弁１００は、開弁時に噴射弁本体の上部から燃料が流入し軸方向に流れて噴射弁下端に設けたオリフィス２０より燃料が噴射される所謂トップフィールド方式のものが例示されている。
【００２１】
噴射弁本体１００の軸方向の燃料通路を構成する主な要素として、プレス加工（例えば、深絞り加工，押し出し加工などで、以下に述べる他の部品においてプレス加工がなされるものも同様である）した燃料導入パイプ４０、上端にフランジ１ａを有する中空筒形の固定コア１，管材により細長の筒状にプレス加工し下端側に弁座付きオリフィスプレート１９を有するノズルホルダー（ノズルボディと称されることもある）１８を備える。
【００２２】
燃料導入パイプ４０は、上端及び下端部にフランジ４０ａ，４０ｂが設けられ、下端側のフランジ４０ｂが符号Ｗ６で示す箇所で固定コア１のフランジ１ａ上面に溶接されている。この溶接はフランジの円周方向に行われ、それによって固定コア１と燃料導入用のパイプ４０とが、噴射弁本体の組立前に予め結合されている。
【００２３】
ノズルホルダー１８の上部内周と固定コア１の外周とは圧入嵌合し、さらに符号Ｗ１で示す箇所が全周にわたり溶接されてことでノズルホルダー１８と固定コア１とが結合されている。このようにして、パイプ４０、固定コア１、ノズルホルダー１８が一連に結合されて一つの燃料通路組立体が構成されている。
【００２４】
この燃料通路組立体の内部には、円筒形の可動コア１４と細長の弁体（弁ロッドを含む）１６をジョイントパイプ１５を介して結合してなる可動子５、この可動子５を弁座１９ａ側に付勢する戻しばね７、戻しばね７のばね力を調整する部材６等が組み込まれている。
【００２５】
ノズルホルダー１８のうちで、固定コア１と圧入嵌合する位置の外周に電磁コイル２が配置され、その外側に筒形のヨーク４が配置される。
【００２６】
ヨーク４は、プレス加工された筒形で、その上端が電磁コイル２を収納できるように開口し、この上端縁が固定コア１のフランジ１ａに符号Ｗ５に示す位置で全周にわたり溶接結合される。ヨーク４の下端部４ｃは、電磁コイルを収納する部分４ａよりも細く絞られて、その下端部４ｃがノズルホルダー１８の外周に圧入嵌合している。
【００２７】
この燃料噴射弁１００は、電磁コイル２を通電させると、ヨーク４，固定コア１，可動コア１４，ノズルホルダー１８の一部が磁気回路を形成し、それによって、可動子５が戻しばね７の力に抗して吸引されることで、開弁動作が行われる。電磁コイル２の通電を止めると戻しばね７の力で可動子５が弁座１９ａに当接し、弁が閉じる。本例では、固定コア１の下端面が開弁動作時に可動子５を受け止めるストッパとしての役割をなしている。
【００２８】
固定コア１は、磁性ステンレス鋼でありプレス加工及び切削により上端にフランジ１ａを有する細長の中空円筒形に形成されている。
【００２９】
フランジ１ａには、電磁コイル２の端子２９及びピン端子３０を通すための窓１ｂが設けられている。
【００３０】
燃料導入パイプ４０は、非磁性金属部材で成形され、プレス加工によりその下部が細く絞られており、この下部内周に断面がＣの字状のＣリングピン６が圧入されている。このピン６の圧入量の調整により戻しばね７の荷重が調整される。燃料導入パイプ４０の上端部には燃料フィルタ３１が装着されている。
【００３１】
ノズルホルダー１８は、磁性材であるが、固定コア１の下端面が位置する周辺（符号Ｈで示す範囲）には、高周波焼き入れにより非磁性或いは弱磁性化の処理がなされている。
【００３２】
ノズルホルダー１８は、固定コア１を圧入する部分および可動コア１４を収納するホルダー上部１８ａの径をノズルホルダーの中で最も大きくし、可動コア１４と弁体１６の結合部が位置する中間部１８ｂはテーパー状に形成され、さらにその下の弁体が位置するホルダー下部１８ｃは細長に絞られていわゆるロングノズルタイプのノズルホルダー１８が形成されている。
【００３３】
符号Ｗ１は、ノズルホルダー１８と固定コア１との溶接箇所で、この位置Ｗ１でノズルホルダー１８が固定コア１の全周にわたり溶接されている。この溶接Ｗ１は、ノズルホルダー１８と固定コア１の内周間をシールすることになり、噴射弁本体１００を通過する燃料の漏れを防止する。
【００３４】
ノズルボディ（いわゆるロングノズル部）１８ｃの下部外周には、シールリング取付用の環状溝１８ｇが設けられ、この溝１８ｇに合成樹脂などの耐熱性シールリング４２例えばポリテトラフルオロエチレン製のシールが装着されている。
【００３５】
このロングノズル部１８ｃは、燃料噴射弁１００を図２に示すように、エンジン１０５のシリンダヘッド１０６の噴射弁取付部１０７に設けたノズル挿入穴１０７ａに直接挿入される。ノズル挿入穴１０７ａは、噴射弁取付部の一部をなす。このロングノズルタイプは、吸気弁１０１，吸排気弁の駆動機構１０２，吸気管１０３等の実装密度が高い場合に、大径の噴射弁胴体部をこれらの部品やシリンダヘッド１０６から離した位置（干渉しない位置）に置くことができ、取り付けの自由度を高める利点がある。
【００３６】
また、従来は燃料噴射弁１００をシリンダヘッドに取付けた場合、大径のヨーク底部とシリンダヘッドの間にガスケットを配置してエンジンの燃焼ガス漏れを防いでいたが、本実施例では細身のロングノズル部外周に設けたシールリング４２によりロングノズル部（ノズルボディ）１８ｃ外周とその挿入穴（シリンダヘッド側）の内周間をシールしてエンジンの燃焼ガス漏れを防止するので、そのシール位置で燃焼受圧面積を小さくできるので、シール部材の小形簡易化，コスト低減を図ることができる。
【００３７】
ノズルホルダー１８の下端（先端）には、オリフィスプレート１９と、燃料旋回子（以下、スワラーと称する）２１とが設けられるが、これらの部材１８，１９，２１は別部材により成形される。
【００３８】
オリフィスプレート１９は、例えばステンレス系の円板状のチップにより形成され、その中央部に噴射孔（オリフィス）２０が設けられ、それに続く上流部に弁座１９ａが形成されている。
【００３９】
オリフィスプレート１９は、ノズルホルダー１８の下端内周１８ｆに圧入により取付ける仕様としてある。
【００４０】
一方、スワラー２１は、ノズルホルダー１８の下端内周に嵌合する仕様としてあり、焼結合金により形成されている。スワラー２１の外周および底面には燃料通路が形成され、このうち底面に設けた通路がスワラーの中央孔（バルブガイド孔）に対し偏心することで燃料に旋回力を付与している。
【００４１】
図３の（ａ）は、インジェクタ１００をエンジン（シリンダヘッド）１０６に装着したときに、ノズルボディ１８がノズル挿入穴１０７ａに挿入された状態を示す部分断面図、（ｂ）はその部分拡大断面図である。
【００４２】
ノズルボディ１８の外周には、シールリング（シール部材）４２を装着するための環状溝１８ｇが形成され、環状溝１８ｇに装着されたシールリング４２は、ノズル挿入穴１０７ａとノズルボディ１８間をシールする。
【００４３】
この環状溝１８ｇにおけるシールリング４２の内周と接する周面に螺旋状の鋭角な突起１８ｈを形成している。本実施例では、螺旋状の突起ｈは、ねじ切りしたねじ山により構成されている。
【００４４】
燃焼ガス圧は、図示のようにシールリング４２に作用する。
【００４５】
ノズルボディ１８に装着されたシールリング４２の外径は、インジェクタ１００をシリンダヘッド１０６に装着する前は、ノズル挿入穴１０７ａの径に対し充分大きい。インジェクタ１００（ノズルボディ）を挿入していくとその径の差に相当する量がシールに寄与するつぶし量（圧縮量）となり、ノズルボディ１８・ノズル挿入穴１０７ａ間をシールする。ここで、つぶし量を重視してシールリング４２の厚みをあつくすると、シール部材の伸び率が低下するため、シールリング４２をノズルホルダー１８に装着する時に切れる可能性が発生する。または、挿入できないことがおこる。これは、シールリング４２をノズルホルダー１８に装着する際、該シールリング４２を内径側から押し広げながら挿入するという作業を行うためである。そこで、シールリング４２は、シール性・装着性の両方の機能を有する必要がある。シールリング４２が、ノズルボディ１８・ノズル挿入穴１０７ａ間に介在すると、シールリング４２の外径側は、図示のとおりノズル挿入穴１０７ａの内周と密着し、シールの機能を果たす。
【００４６】
挿入性を考慮した場合、シールリング４２の内径側には、寸法上の制約のため隙間が発生する場合がある。そこで、ノズルホルダー１８のシール装着用の環状溝１８ｇに突起１８ｈを設けた。突起１８ｈを設けることで、シールリング４２の肉厚は挿入性を重視した寸法にできる。さらに、シール性を向上させるため、突起１８ｈは環状溝１８ｇの全体に渡り、螺旋状に形成し、ラビリング効果を付与される。その突起は鋭角な尖端エッジを有する。
【００４７】
シールリング４２がノズルボディの環状溝１８ｇの位置で、ノズルボディ１８とノズル挿入穴１０７ａとにより挟まれて弾性変形すると、図３（ｂ）に示すように、鋭角な螺旋状の突起の尖端（エッジ）１８ｉがシールリング４２の内周に局部的食い込むこと、及びこの食い込みが螺旋が複数回わりすることでシール長さを稼ぎ、それによって燃焼ガスを完全にシールすることが可能になる。
【００４８】
また、ねじ山のような鋭角な小突起１８ｈは、局部的にシールリング内周に食い込みを与えるだけで、シールリング外周は表面が凹凸ない形状を保持できる。したがって、シールリング付きのインジェクタを、シールリングに損傷を与えることなく容易にエンジンヘッド側に挿入できる。
【００４９】
突起１８ｈは、切削などの安価な加工法で実現可能である。極論すると面粗さを大きした形状である。
【００５０】
図４は、図３の変形例であり、螺旋状突起１８を間隔をあけて形成したものであり。このような構成においても、図３同様のシール機能を発揮することができる。
【００５１】
図５は、本発明の他の実施例に係るものである。
【００５２】
本実施例では、インジェクタ１００のノズルボディ１８に形成したシール装着用の環状溝１８ｇの周面に、交差する複数の環状の鋭角な突起１８ｋを設けたものである。
【００５３】
突起１８ｋは、例えば転造等の加工によりを溝１８ｋ′を形成することで、溝１８ｋ′の縁を溝１８ｋ′体積に相当する分だけ盛り上げることで突起１８ｋを形成する。
【００５４】
本実施例によれば、シール装着用の環状溝１８ｇの周面に多重のシール構造を確保し、かつ環状突起１８ｋの鋭角な突起のエッジがシールリング内周に食い込むことで完全なシール性を図ることができる。
【００５５】
図６の実施例は、ノズル挿入穴１０７ａが直円筒形であるのに対して、ノズルボディ１８に設けたシール装着用の環状溝１８ｇの周面をノズルボディ１８の先端に向かうにつれて径が小さくなるようにテーパを持たせている。
【００５６】
このように構成することで、環状溝１８ｇの周面とノズル挿入穴１０７ａ内周との間隔を燃焼室側から燃焼室外側に向けて徐々に減少させることができる。
【００５７】
本実施例によれば、ノズル挿入穴１０７ａ内周とノズルボディ１８の環状周面との間の間隔の最小に狭まった部位でシールリング４２を集中的に圧縮（挟圧）することができるので、シール性能を高める。さらに、シールリング４２に燃焼ガス圧が作用した時、シールリング４２が上向きに押され、これをノズル面及び上記狭まった部位で受けることによりシールリングの圧縮率（つぶし率）は上昇し、シール性能がさらに高められる。
【００５８】
なお、図６の環状溝１８ｇに設けたテーパ面に図３〜５に記載した環状突起１８ｈを形成しても良い。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によれば、燃焼ガスシール性とシール部材の装着性が良好なノズルボディ（ノズルホルダ）を有するインジェクタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係わるインジェクタの縦断面図。
【図２】上記インジェクタの取付状態を示す概要図。
【図３】インジェクタの取付及びシール構造の具体的態様を示す構成図。
【図４】インジェクタの取付及びシール構造の具体的態様を示す構成図。
【図５】インジェクタの取付及びシール構造の具体的態様を示す構成図。
【図６】インジェクタの取付及びシール構造の具体的態様を示す構成図。
【符号の説明】
１００…インジェクタ（燃料噴射弁）、１８…ノズルボディ（ノズルホルダー）、１８ｇ…シール装着用の環状溝、１８ｈ…螺旋状突起、４２…シールリング。

Claims

エンジンの燃焼室に直接燃料を噴射する電磁式燃料噴射弁において、
エンジンのシリンダヘッドの噴射弁取付部に設けられたノズル挿入穴に挿入されるノズルボディを有し、このノズルボディの外周に前記ノズル挿入穴とノズルボディ間をシールするためのシールリングを装着する環状溝が形成され、この環状溝における前記シールリングの内周と対面する周面に螺旋状の鋭角な突起が形成され、
前記シールリングの厚みは、前記ノズルボディの前記ノズル挿入穴への挿入前の前記環状溝に装着した状態では、前記環状溝の深さより厚く、且つ前記シールリングの外径が前記ノズル挿入穴の内径より大きく、前記ノズルボディを前記ノズル挿入穴に挿入した状態では、前記ノズル挿入穴の内径と前記シールリングの外径とが同一径であり、前記螺旋状鋭角突起が前記シールリング内周に食い込む構成としたことを特徴とする電磁式燃料噴射弁。
前記ノズルボディは、細長の円筒形を呈し、前記環状溝の周面に形成される螺旋状の突起は、ねじ山により構成されている請求項１記載の電磁式燃料噴射弁。
前記螺旋状の鋭角の突起は、前記環状溝における前記シールリングの内周と対面する周面に設けられた交差する２本の螺旋状の環状鋭角突起により構成されている請求項１記載の電磁式燃料噴射弁。
シリンダヘッドに電磁式の燃料噴射弁をそのノズルボディ先端が燃焼室に臨むように取り付けた筒内噴射式エンジンにおいて、前記シリンダヘッドの噴射弁取付部に設けたノズル挿入穴に前記ノズルボディが挿入され、ノズルボディ外周の環状溝に装着したシールリングがノズルボディ・ノズル挿入穴間に介在し、前記環状溝の周面に螺旋状の鋭角な突起が形成され、
前記シールリングの厚みは、前記ノズルボディの前記ノズル挿入穴への挿入前の前記環状溝に装着した状態では、前記環状溝の深さより厚く、且つ前記シールリングの外径が前記ノズル挿入穴の内径より大きく、前記ノズルボディを前記ノズル挿入穴に挿入した状態では、前記ノズル挿入穴の内径と前記シールリングの外径とが同一径であり、前記螺旋状鋭角突起が前記シールリング内周に食い込む構成としたことを特徴とする筒内噴射式エンジン。
前記螺旋状の鋭角の突起は、前記環状溝における前記シールリングの内周と対面する周面に設けられた交差する２本の螺旋状の環状鋭角突起により構成されている筒内噴射式エンジン。