JP3924970B2 - 噴射ノズル組付用シール部材及び燃料噴射装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は噴射ノズル組付用シール部材及び燃料噴射装置に関し、特に内燃機関（以下、内燃機関を「エンジン」という）のエンジンヘッドと、ノズル部先端の噴孔から燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内噴射型噴射ノズルとのシール性を高める噴射ノズル組付用シール部材及び燃料噴射装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃焼室内に直接燃料を噴射するエンジンとしてディーゼルエンジンや直噴型ガソリンエンジン等がある。ディーゼルエンジンにおいては、噴射ノズルのノズル部先端を燃焼室内に突出させる長さを最適化させることによって排出ガスに含まれるＮＯｘを低減できることが知られている。近年の排出ガス規制の強化に伴い噴射ノズルのノズル部先端を燃焼室内に突出させる長さは増加している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、噴射ノズルのノズル部先端は燃焼室内に長く突出するほど燃焼ガスによって高温になり易い。ノズル部先端が所定温度以上になると、ノズル部が焼きなまされ材料強度が低下して破損をきたす。また噴孔付近に付着した燃料の揮発成分が着火前に蒸発し、残ったガム成分が熱によって炭化し噴孔付近にカーボンが堆積するため、噴射ノズルの噴射精度が低下することが想定される。従って、ノズル部先端を燃焼室内に長く突出させるためには噴射ノズルを冷却する機能を強化する必要がある。
【０００４】
一方、ウォータージャケット等のエンジンヘッドに設けられる冷却機能の改良は大幅な設計変更を伴うため、エンジンヘッドに設けられる冷却機能を改良することにより噴射ノズルを冷却するとすればエンジンの製造コストが上昇し、また製品開発期間が長期化するという問題がある。
【０００５】
本発明はこの問題を解決するためになされたものであって、簡便な構成によって噴射ノズルのノズル部の温度上昇を抑制する噴射ノズル組付用シール部材及び燃料噴射装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の噴射ノズル組付用シール部材又は請求項４記載の燃料噴射装置によると、環状の本体は小径部より大径の外径をもつため被当接部に当接し、被当接部に押し当てられることによって被当接部と気密に接触する外壁面を有するため、外側壁と被当接部の隙間を通ってエンジンヘッド外部に燃焼ガスが流出することがない。さらに、組付け時に内径が拡大又は縮小することにより組付け後においてノズル部の外壁と気密に接触する内側壁を有するため、燃焼室から流出する燃焼ガスは噴射ノズル組付用シール部材とノズル部外壁の隙間を通って噴射ノズルのノズル部より燃焼室反対側を直接熱することがない。従って、ノズル部に流入する燃料の温度は常温に近く、常温に近い燃料がノズル部を流通することによってノズル部は冷却されるので、ノズル部の温度上昇を抑制することができる。
また、本発明の請求項１記載の噴射ノズル組付用シール部材又は請求項４記載の燃料噴射装置によると、本体は、ノズル部より熱伝導率の高い金属からなる筒状の放熱部を一端に有し、放熱部が小径部に挿入されるためノズル部からエンジンヘッドへ熱伝導する部位の面積を広く取ることができ、ノズル部の熱をエンジンヘッドに逃し易い。従って、ノズル部の温度上昇を更に抑制することができる。
【０００７】
本発明の請求項２記載の噴射ノズル組付用シール部材によると、ノズル部の外径より小さい内径の内側接触部が組付け時にノズル部によって押し広げられることによって組付け後において内側接触部とノズル部外壁とが気密に接触し、燃焼ガスはノズル部と噴射ノズル組付用シール部材で遮断される。
【０００８】
本発明の請求項３記載の噴射ノズル組付用シール部材によると、内側壁は、ノズル部の外径より大径の内径をもつ部分であって組付け後において内側接触部より燃焼室反対側に位置する非接触部を有するため製造及び組付けが容易である。
【００１０】
本発明の請求項５記載の燃料噴射装置によると、外側壁は変形部と位置決め部を有する。押圧手段によって位置決め部が被当接部に当接するまで噴射ノズル組付用シール部材が押圧されると、被当接部がテーパ面を有するため外側壁が当接部のテーパ面に沿って歪んで外径が縮小し、それに伴って内側壁がノズル部の外壁と気密に接触するため、燃焼ガスがノズル部と噴射ノズル組付用シール部材で遮断される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す複数の実施例を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
本発明の第１実施例による噴射ノズル組付用シール部材をディーゼルエンジンのエンジンヘッドに組付けた構造を図１に示す。
【００１２】
鋳造で成型されるアルミ合金製のエンジンヘッド１には、各燃焼室７ごとに押圧手段としての噴射ノズルホルダ４に収容して噴射ノズル３を取付けるための噴射ノズル取付孔２が形成される。噴射ノズル取付孔２は、燃焼室７の反対側の大径部２１、噴射ノズル３の軸と所定の角度をなして大径部２１から一定の傾斜で窄むテーパ状の被当接部２２、及びノズル部３３が所定の径方向のクリアランスを有して挿入される略円筒状の小径部２３とからなる。
【００１３】
噴射ノズル３は、鋼鉄製の噴射ノズルホルダ４に収容され噴射ノズル取付孔２に取付けられる。噴射ノズル３はノズル部３３、段付き部３２、ノズルボディ３１の順に外径が大きくなり、ノズル部３３の先端には噴孔３４が形成される。ノズルボディ３１が位置決め段４１に当接するまで挿入されると、段付き部３２及びノズルボディ３１は噴射ノズルホルダ４に収容され、噴射ノズルホルダ４の一端からノズル部３３が突出する。ノズル部３３は、噴射ノズル３が噴射ノズルホルダ４に収容されてエンジンヘッド１に取付けられると燃焼室７に突出する。ノズルボディ３１の内部に図示しない燃料溜りが形成され、ノズル部３３の内部に燃料通路と弁座が形成される。噴射ノズル３は、弁座から図示しない弁部材が離座することによって噴孔３４から燃焼室７内に直接燃料を噴射し、弁座に弁部材が着座することによって燃料の流通を遮断する。
【００１４】
噴射ノズルホルダ４と被当接部２２との軸方向隙間に噴射ノズル組付用シール部材５が組付けられる。噴射ノズル組付用シール部材５は、噴射ノズルホルダ４を被当接部２２側に圧入してエンジンヘッド１に固定することにより被当接部２２及び噴射ノズルホルダ４の端面に密着し、燃焼室７からエンジンヘッド１外部への燃焼ガスの流出を遮断するものである。
【００１５】
噴射ノズル組付用シール部材５は、銅等の熱伝導率の高い材料からなり図２に示すように外壁面が略円錐台形をなす円環形状である。噴射ノズル組付用シール部材５の外壁面はその途中で傾斜角が変化する。噴射ノズル組付用シール部材５の大径側の位置決め部５２外面と噴射ノズル３の軸とがなす角θ２は、被当接部２２と噴射ノズル３の軸とがなす角と同一である。噴射ノズル組付用シール部材５の小径側の変形部５３外面と噴射ノズルホルダ４の軸とがなす角θ１は、被当接部２２と噴射ノズル３の軸とがなす角より小さい。θ１は被当接部２２の形状によって決まるものであって、本実施例のように必ずしもθ１がθ２より小さい必要はない。噴射ノズル組付用シール部材５には、軸方向に貫通しノズル部３３の外径よりわずかに大きい内径を有するノズル孔５１が形成される。
【００１６】
噴射ノズル３をエンジンヘッド１に組付けるとき、噴射ノズルホルダ４に収容された噴射ノズル３のノズル部３３を噴射ノズル組付用シール部材５のノズル孔５１に挿入し噴射ノズルホルダ４を大径部２１に挿入し、被当接部２２に位置決め部５２が当接するまで図示しないボルトによってエンジンヘッド１に噴射ノズルホルダ４を圧入固定する。被当接部２２に位置決め部５２が密着するまで噴射ノズル組付用シール部材５が被当接部２２に押し当てられると、変形部５３が被当接部２２の傾斜に沿って内側に変形し、被当接部２２と環状に密着しノズル孔５１の燃焼室７側が狭まる。ノズル孔５１の燃焼室７側が狭まると、図３に示すように変形によって隆起した内側接触部５４とノズル部３３の外壁が環状に密着する。
【００１７】
以下、上述の構成による噴射ノズル組付用シール部材５の作用について説明する。ディーゼルエンジンの駆動時、所定のタイミングで噴孔３４から燃焼室７に燃料が直接噴射され、燃料が燃焼室７内の空気と混合され所定の空燃比の混合気が生成される。混合気は図示しないシリンダ内でピストンで圧縮されることによって着火燃焼し、燃焼ガスが膨張することによってピストンを運動させる。燃焼ガスが膨張するとき小径部２３とノズル部３３の隙間を通って燃焼室７から燃焼ガスが流出する。
燃焼室７から流出する燃焼ガスは、エンジンヘッド１の被当接部２２とガスケットの変形部５３との密着部位、及びノズル部３３とノズル孔５１の内側接触部５４との密着部位で遮断される。
【００１８】
（比較例）
外壁の傾斜角が被当接部の傾斜角と同一で一定である従来の一般的な噴射ノズル組付用シール部材を比較例として図６に示す。第１実施例と実質的に同一の部分には同一符号を付す。組付け前において噴射ノズル組付用シール部材８の外壁の傾斜角は被当接部２２の傾斜角と同一かつ一定であり、ノズル孔８１にノズル部３３を挿入するためにノズル孔８１とノズル部３３は所定の径方向のクリアランスを有している。被当接部２２に外壁を押し当てても噴射ノズル組付用シール部材８は実質的に変形しないため、図６に示すクリアランスＬは組付け前後において変わることがない。従って、ノズル部３３と小径部２３との隙間を通って燃焼室７から流出する燃焼ガスは、ノズル孔８１とノズル部３３の隙間を通って段付き部３２及びノズルボディ３１底面まで達する。
【００１９】
ここで、第１実施例による噴射ノズル組付用シール部材５を組付けたディーゼルエンジンと比較例による噴射ノズル組付用シール部材８を組付けたディーゼルエンジンとを比較すると、比較例による噴射ノズル組付用シール部材８を組付けたディーゼルエンジンは、噴射ノズル３の段付き部３２及びノズルボディ３１底面まで燃焼ガスが流入する。このため段付き部３２及びノズルボディ３１内部の燃料が熱せられ、ノズルボディ３１からノズル部３３に流入する燃料は高温になる。従って燃料がノズル部３３を冷却する効果は少ない。一方、第１実施例による噴射ノズル組付用シール部材５を組付けたディーゼルエンジンは、段付き部３２及びノズルボディ３１底面が燃焼ガスによって直接熱せられることがないため段付き部３２及びノズルボディ３１内部の燃料が高温になりにくい。従ってノズルボディ３１からノズル部３３に流入する燃料は常温に近く、ノズル部３３を流通する間にノズル部３３を冷却する。この結果、第１実施例による噴射ノズル組付用シール部材５を組付けたディーゼルエンジンは、燃料がノズル部３３を冷却するため簡便な構成によってノズル部３３の温度上昇を抑制することができる。
【００２０】
一方、ノズル部３３が高温になり焼きなまされると材料強度の低下を招くため、近年の排出ガス規制に対応するためにノズル部３３を燃焼室７内に長く突出させるとすれば、比較例のように燃料がノズル部３３を冷却しない場合、噴射ノズル３周辺のウォータージャケットを改良する等の処置が必要である。しかし、ウォータージャケットの改良はエンジンの製造コストの上昇及び製品開発期間の長期化を招くという問題がある。第１実施例による噴射ノズル組付用シール部材５を組付けたディーゼルエンジンは、この問題を噴射ノズル組付用シール部材５の形状を工夫することによって解決している。すなわち、第１実施例による噴射ノズル組付用シール部材５は、低い製造コストかつ短い製品開発期間によってエンジンを製造することを可能にする。
【００２１】
（第２実施例）
本発明の第２実施例による噴射ノズル組付け用シール部材をディーゼルエンジンのエンジンヘッドに組付けた構造を図４に示す。第１実施例と実質的に同一の部分には同一符号を付す。
エンジンヘッド１に形成される小径部２３は、被当接部２２側の壁面が凹んでおり冷却面２４が形成される。
【００２２】
被当接部２２と噴射ノズルホルダ４との軸方向隙間に備えられる噴射ノズル組付用シール部材６を図５に示す。噴射ノズル組付用シール部材６は銅等の熱伝導率の高い材料からなり外壁面が略円錐台形を呈する円環形状の本体６１と略円筒形の放熱部６２とからなり軸方向に貫通するノズル孔６３を有する。本体６１の外側壁６４の傾斜角は被当接部２２の傾斜角と同一である。ノズル孔６３の本体６１側の内側壁はノズル部３３の外径より若干大きい内径の非接触部６７を有する。放熱部６２の噴孔３４側の端部は内側に折れ曲がっており、折れ曲がった部分の内側壁は、内径がノズル部３３の外径よりわずかに小さい内側接触部６６である。放熱部６２の外径は冷却面２４における小径部２３の内径よりわずかに小さい。放熱部６２の外壁である放熱面６５は、後述のように噴射ノズル３が所定位置に固定されると冷却面２４と対向する。
【００２３】
噴射ノズル３をエンジンヘッド１に取付けるとき、噴射ノズルホルダ４に収容された噴射ノズル３のノズル部３３を噴射ノズル組付用シール部材６のノズル孔６３に挿入し噴射ノズルホルダ４を大径部２１に挿入し、被当接部２２に外側壁６４が密着するまで図示しないボルトによってエンジンヘッド１に噴射ノズルホルダ４を圧入固定する。内側接触部６６の内径は、ノズル部３３の外径より小さいため、ノズル部３３がノズル孔６３を貫通するとき内側接触部６６は外側に押し広げられノズル部３３の外壁と環状に密着する。
【００２４】
上述の構成による噴射ノズル組付用シール部材６は、燃焼室７から小径部２３とノズル部３３の隙間を通って流出する燃焼ガスを内側接触部６６とノズル部３３の密着部位で遮断する。このため、噴射ノズル３は、密着部位より噴孔反対側で燃焼ガスに熱せられることがない。従って、ノズルボディ３１からノズル部３３に流入する燃料の温度は常温に近く、ノズル部３３内部を流通する間にノズル部３３を冷却する。また、燃焼ガスによって熱せられたノズル部３３の熱は、ノズル部３３から密着部位を通じて噴射ノズル組付用シール部材６に熱伝導され、放熱面６５及び外側壁６４からエンジンヘッド１に熱伝導される。
【００２５】
従って、第２実施例による噴射ノズル組付用シール部材６によると、ノズル部３３を流通する燃料がノズル部３３を冷却し、さらにノズル部３３の熱がエンジンヘッド１に逃げ易いため、ノズル部３３の温度上昇を抑制することができる。
本実施例において放熱部６２は小径部２３の軸方向の長さより短いものであるが、放熱部６２がノズル部３３を噴孔３４近傍まで覆い燃焼室７内に露出するものであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による噴射ノズル組付用シール部材の組付け構造を示す一部切欠断面図である。
【図２】本発明の第１実施例による組付け前の噴射ノズル組付用シール部材を示す断面図である。
【図３】本発明の第１実施例による組付け後の噴射ノズル組付用シール部材を示す一部切欠断面図である。
【図４】本発明の第２実施例による噴射ノズル組付用シール部材の組付け構造を示す一部切欠断面図である。
【図５】本発明の第２実施例による組付け前の噴射ノズル組付用シール部材を示す断面図である。
【図６】従来の噴射ノズル組付用シール部材の組付け構造を示す一部切欠断面図である。
【符号の説明】
１ エンジンヘッド
２ 噴射ノズル取付孔
３ 噴射ノズル
４ 噴射噴射ノズルホルダ（押圧手段）
５、６ 噴射ノズル組付用シール部材
７ 燃焼室
２１ 大径部
２２ 被当接部
２３ 小径部
３３ ノズル部
３４ 噴孔
５３ 変形部
５４、６６ 内側接触部
６４ 外側壁
６２ 放熱部
６７ 非接触部

Claims (5)

1. 内燃機関のエンジンヘッドに形成され噴射ノズルを収容する噴射ノズル取付孔に挿入される噴射ノズル組付用シール部材であって、
   前記噴射ノズル取付孔の内壁は、燃焼室側に小径部、燃焼室反対側に大径部、及び前記小径部と前記大径部との間に被当接部を有し、前記噴射ノズルは、前記小径部に収容されるノズル部及び前記大径部に収容されるボディ部を有し、
   前記小径部より大径の外径をもち、前記被当接部と前記ボディ部外壁との軸方向隙間に収容される環状の本体と、
   組付け時に前記被当接部に押し当てられることによって前記被当接部と気密に接触する外側壁と、
   組付け時に内径が拡大又は縮小することにより組付け後において前記ノズル部の外壁と気密に接触する内側壁と、を備え、
   前記本体は、前記ノズル部より熱伝導率の高い金属からなる筒状の放熱部を一端に有し、前記放熱部は、組付け後において前記小径部に挿入されることを特徴とする噴射ノズル組付用シール部材。
2. 前記内側壁は、前記ノズル部の外径より小径の内径をもつ部分であって組付け時に前記ノズル部によって押し広げられることにより組付け後において前記ノズル部の外壁と気密に接触する内側接触部を有することを特徴とする請求項１記載の噴射ノズル組付用シール部材。
3. 前記内側壁は、前記ノズル部の外径より大径の内径をもつ部分であって組付け後において前記内側接触部より燃焼室反対側に位置する非接触部を有することを特徴とする請求項２記載の噴射ノズル組付用シール部材。
4. 噴射ノズル取付孔が形成され、前記噴射ノズル取付孔の内壁は、燃焼室側に小径部、燃焼室反対側に大径部、及び前記小径部と前記大径部との間に被当接部を有するエンジンヘッドと、
   前記小径部に収容されるノズル部及び前記大径部に収容されるボディ部を有する噴射ノズルと、
   前記小径部より大径の外径をもち外側壁が前記被当接部と対向する環状の本体を有し、前記被当接部と前記ボディ部外壁との軸方向隙間に収容され、組付け時に本体が歪むことによって前記ノズル部の外壁と前記本体の内側壁とが気密に接触する噴射ノズル組付用シール部材と、
   前記噴射ノズル組付用シール部材を前記被当接部に押し当て、前記被当接部と前記外側壁とを気密に接触させる押圧手段と、を備え、
   前記本体は、前記ノズル部より熱伝導率の高い金属からなる筒状の放熱部を一端に有し、前記放熱部は、組付け後において前記小径部に挿入されることを特徴とする燃料噴射装置。
5. 前記被当接部はテーパ面を有し、前記外側壁は、組付け時に前記テーパ面に押し付けられることによって歪む変形部と、前記変形部が歪むことによって前記被当接部に当接する位置決め部とを有することを特徴とする請求項４記載の燃料噴射装置。

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