JP3945654B2 - 燃料噴射弁のシール構造 - Google Patents

Description

この発明は、燃料噴射弁のシール構造に関し、特にコモンレール（蓄圧器）などの燃料配管と燃料噴射弁との間をＯリングによりシールする燃料噴射弁のシール構造に関するものである。

従来の燃料噴射弁、特にエンジンのシリンダー内に燃料を噴射する筒内噴射システムに使用される高圧用燃料噴射弁では、燃料噴射弁を燃料配管に取り付ける部位のシールにはＯリングが用いられている。そして、燃料の高圧化に対応するために、Ｏリングの下流側にバックアップリングを配置している。このバックアップリングはその内周壁面を傾斜面に形成し、さらにバックアップリングの内周壁面に対応した傾斜面を燃料噴射弁側に構成して、Ｏリングのはみ出しによる傷つきを防止している。（例えば、特許文献１参照。）

ここで、従来の燃料噴射弁のシール構造について図６に基づいて説明する。
燃料噴射弁６の金属製の燃料供給パイプ１は、その上流側を突出するように樹脂モールドされて構成されている。そして、燃料供給パイプ１に一体に成形されたモールド樹脂がソケット２を構成している。このソケット２の上流側が上流に向かって肉厚を漸次薄くするように形成されて円錐状突起部３を構成している。
金属製のバックアップリング４は、シール補強部材として機能するもので、その内周壁面が円錐状突起部３の外周壁面に沿った傾斜面に形成されている。このバックアップリング４は、燃料供給パイプ１に外嵌され、その内周壁面を円錐状突起部３の外周壁面に面するようにソケット２の上流側に配設されている。また、フッ素系の合成ゴムからなるＯリング５は、燃料供給パイプ１に外嵌され、バックアップリング４の上流側に配設されている。さらに、燃料配管７が燃料供給パイプ１に外嵌状態に装着されている。

このように構成された従来の燃料噴射弁においては、電磁コイルの励磁および消磁により、アーマチャーとともにニードル弁を駆動し、燃料配管７から燃料供給パイプ１に供給された高圧燃料を、噴射孔からエンジンのシリンダー内に噴射する。なお、各部品はソケット２の下流側に位置しており、図示されていない。
そして、バックアップリング４の外径は、燃料配管７の内径より大径に形成されている。そこで、バックアップリング４が燃料配管７に圧入され、燃料配管７の内壁面とバックアップリング４の外壁面とが隙間なく密接する。このように、バックアップリング４と燃料配管７との間に隙間がないため、この部分におけるＯリング５のはみ出し現象はない。
また、燃料供給パイプ１が燃料配管７に対して径方向にずれても、バックアップリング４の内周壁面が円錐状突起部３の外周壁面に沿った傾斜面に形成されているので、バックアップリング４の内周側先端部が下流側に僅かに撓み変形し、Ｏリング５の変形部分が侵入するための隙間は形成されない。そこで、Ｏリング５が燃料の高圧圧力により変形しても、この部分におけるＯリング５のはみ出し現象はない。

特開平９−２２２０５８号公報

従来の燃料噴射弁では、金属製の燃料供給パイプ１が樹脂製のソケット２にインサート成形されている。そして、ソケット２に突設された円錐状突起部３の先端は鋭角であるため、円錐状突起部３は先端側ほど肉薄となる。そこで、インサート成形時、液状樹脂が円錐状突起部３の先端部分まで完全に流れ込まず、成形不完全な状態、いわゆるショートショットが発生してしまう。
このようなショートショットが発生すると、図７に示されるように、Ｏリング５が接触する燃料供給パイプ１の外周壁面と円錐状突起部３の外周壁面３ａとの繋ぎ部３ｂが不連続な状態となる。このため、燃料圧力の脈動によって、Ｏリング５が不連続な繋ぎ部３ｂに押し付けられた状態でこすれ、Ｏリング５の損傷が発生し、シール信頼性を損ねるという課題があった。
また、ショートショットが顕著となると、図８に示されるように、繋ぎ部３ｂがバックアップリング４の上流側端面より下流側に窪んでしまうことになる。このような場合、燃料の高圧圧力によるＯリング５の変形部分が窪んだ繋ぎ部３ｂにはみ出し、Ｏリング５の損傷が発生し、シール信頼性を損ねるという課題があった。

この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、モールド成形時、液状樹脂がソケットに突設される円錐状突起部の先端部分にまで確実に流れ込むようにし、燃料供給パイプと円錐状突起部との繋ぎ部を滑らかにし、Ｏリングの傷つきを防止して、燃料噴射弁と燃料配管との安定したシール性が得られる燃料噴射弁のシール構造を得ることを目的とする。

この発明による燃料噴射弁のシール構造は、上流側をＯリング装着部とする円筒状の燃料供給パイプと、上記燃料供給パイプの上記Ｏリング装着部の下流側に合成樹脂を用いてモールド成形されたソケットと、上記ソケットの上流側端面の中央部分から上記Ｏリング装着部の下流端に至るように突設された円錐状突起部と、内周壁面を上記円錐状突起部の外周壁面に沿った傾斜面とするリング状に形成され、上記ソケットの上流側に該円錐状突起部と同心状に配設されたバックアップリングと、上記バックアップリングを圧入するように上記燃料供給パイプに外嵌状態に装着されて、該燃料供給パイプに燃料を供給する燃料配管と、上記Ｏリング装着部に外嵌状態に装着され、上記燃料供給パイプと上記燃料配管との間をシールするＯリングと、を備えている。そして、上記燃料供給パイプには、上記Ｏリング装着部の外径より小さな外径の小径部が、該Ｏリング装着部の下流端に連なってその下流側に形成され、上記Ｏリング装着部の外径より大きな外径の大径部が、上記小径部の下流側に形成され、上記大径部と上記小径部との接続面が上記燃料供給パイプの軸心と直交する面で構成されており、上記円錐状突起部が、上記合成樹脂を用いて上記小径部にモールド成形されて上記ソケットと一体に成形されている。

この発明によれば、Ｏリング装着部と小径部との径方向寸法差量に相当する肉厚が円錐状突起部の先端部に確保されている。そこで、合成樹脂を用いたモールド成形時に、合成樹脂が円錐状突起部の先端部分にまで確実に流れ込み、成形不完全な状態、いわゆるショートショットの発生が抑制される。これにより、燃料供給パイプのＯリング装着部と円錐状突起部との繋ぎ部が滑らかになり、燃料圧力の脈動などに起因するＯリングの傷つきの発生が抑制され、燃料噴射弁と燃料配管との安定したシール性が得られる。
また、大径部と上小径部との接続面が燃料供給パイプの軸心と直交する面で構成されているので、モールド成形後の熱収縮に起因する燃料供給パイプと円錐状突起部との間における軸方向の微小隙間の発生が確実に防止される。そこで、Ｏリングのはみ出し、傷つきの発生がより確実に防止され、より高いシール信頼性が得られる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る燃料噴射弁のシール構造を示す断面図、図２はこの発明の実施の形態１に係る燃料噴射弁のシール構造を示す要部拡大断面図である。
なお、図１では、ソケットの下流側に位置している燃料噴射弁を構成する電磁コイル、アーマチャー、ニードル弁、噴射孔などは図示されていない。また、図２では、ハッチングが省略されている。また、図１および図２において、Ａは燃料供給パイプの軸心を示し、Ｃは燃料の流れを示している。

図１において、燃料噴射弁１０の金属製の燃料供給パイプ１１は、円筒状に成形され、合成樹脂（モールド樹脂）を用いて、その上流側を突出するようにインサート成形（モールド成形）されて構成されている。そして、燃料供給パイプ１１に一体に成形されたモールド樹脂がソケット１２を構成している。さらに、円錐状突起部１３が、ソケット１２の上流側端面の中央部分から上流に向かって肉厚を漸次薄くするように突設されている。この円錐状突起部１３は、モールド成形時に、ソケット１２と一体に形成される。そして、円錐状突起部１３の先端部から上流側に位置する燃料供給パイプ１１の領域がＯリング装着部１１ａを構成する。
金属製のバックアップリング１４は、シール補強部材として機能するもので、その内周壁面１４ａを円錐状突起部１３の外周壁面１３ａに沿った傾斜面とするリング状に形成されている。このバックアップリング１４は、燃料供給パイプ１１に外嵌され、ソケット１２の上流側に円錐状突起部１３と同心状に配設されている。そして、バックアップリング１４の内周壁面１４ａが円錐状突起部１３の外周壁面１３ａに面している。また、フッ素系の合成ゴムからなるＯリング１５は、燃料供給パイプ１１のＯリング装着部１１ａに外嵌状態に装着され、バックアップリング１４の上流側に位置している。さらに、燃料配管１６が燃料供給パイプ１１に外嵌状態に装着されている。

つぎに、シール構造部材の詳細な構成について図２を参照しつつ説明する。
燃料供給パイプ１１の上流側の部分には、Ｏリング装着部１１ａが形成されている。そして、小径部１１ｂがＯリング装着部１１ａの下流側にＯリング装着部１１ａの下流端Ｂに連なって形成されている。さらに、大径部１１ｄが小径部１１ｂの下流側に形成されている。さらにまた、接続面１１ｃが小径部１１ｂと大径部１１ｄとを接続するように形成されている。そして、Ｏリング装着部１１ａの半径Ｄ_１は、小径部１１ｂの半径Ｄ_２より大きく、大径部１１ｄの半径Ｄ_３より小さくなっている。そこで、接続面１１ｃは、半径が下流側に向かって漸次大きくなる傾斜面に形成されている。
また、ソケット１２の半径Ｄ_４は、燃料配管１６の内径Ｄ_５より小さくなっている。
このように、Ｏリング装着部１１ａの半径Ｄ_１、小径部１１ｂの半径Ｄ_２、大径部１１ｄの半径Ｄ_３、ソケット１２の半径Ｄ_４および燃料配管１６の内径（半径）Ｄ_５は、Ｄ_２＜Ｄ_１＜Ｄ_３＜Ｄ_４＜Ｄ_５を満足するように形成されている。

そして、ソケット１２および円錐状突起部１３が、射出成形機を用い、燃料供給パイプ１１が収納された金型内に合成樹脂を注入硬化して、燃料供給パイプ１１のＯリング装着部１１ａを延出するようにモールド成形されている。これにより、円錐状突起部１３が、小径部１１ｂの外周側に、ソケット１２の上流側端面の中央部分からＯリング装着部１１ａの下流端Ｂに至るように突設されている。

バックアップリング１４は、リング状に成形され、その外径が燃料配管１６の内径Ｄ_５より僅かに大きく形成されている。そして、その内周壁面１４ａの傾斜角度θ_２は、円錐状突起部１３の外周壁面１３ａの傾斜角度θ_１（燃料供給パイプ１１の軸心Ａに対する角度）より僅かに大きく形成されている。また、バックアップリング１４の上流側内周端は、Ｏリング装着部１１ａの下流端Ｂに一致するか、あるいは下流端Ｂの近傍で円錐状突起部１３の外周壁面１３ａに接するようになっている。

このように構成された燃料噴射弁１０においては、燃料配管１６が燃料供給パイプ１１に外嵌状態に装着される。これにより、バックアップリング１４が燃料配管１６に圧入され、バックアップリング１４と燃料配管１６とが隙間なく密接される。この時、バックアップリング１４が径方向に僅かに移動し、その内周壁面１４ａの先端側が撓み変形し、円錐状突起部１３の外周壁面１３ａに密接される。
そこで、図１中矢印Ｃで示されるように、高圧燃料が燃料配管１６から燃料供給パイプ１１に供給される。そして、電磁コイルの励磁および消磁により、アーマチャーとともにニードル弁が駆動され、燃料配管１６から燃料供給パイプ１１に供給された高圧燃料が、噴射孔からエンジンのシリンダー内に噴射される。

この実施の形態１によれば、バックアップリング１４の外径が、燃料配管１６の内径より大径に形成されているので、燃料配管１６の装着時に、バックアップリング１４が燃料配管１６に圧入され、燃料配管１６の内壁面とバックアップリング１４の外壁面とが隙間なく密接する。従って、バックアップリング１４と燃料配管１６との間に隙間がないため、この部分におけるＯリング１５のはみ出し現象はない。
また、燃料供給パイプ１１が燃料配管１６に対して径方向にずれても、バックアップリング１４の内周壁面１４ａが円錐状突起部１３の外周壁面１３ａに沿った傾斜面に形成されているので、バックアップリング１４の内周壁面１４ａの先端側が下流側に僅かに撓み変形し、Ｏリング１５の変形部分が侵入するための隙間は形成されない。そこで、Ｏリング１５が燃料の高圧圧力により変形しても、この部分におけるＯリング５のはみ出し現象はない。

さらに、小径部１１ｂが燃料供給パイプ１１にＯリング装着部１１ａの下流端Ｂに連なって下流側に形成されているので、円錐状突起部１３の先端部はＯリング装着部１１ａと小径部１１ｂとの径方向寸法差量（Ｄ_１−Ｄ_２）の肉厚を有している。つまり、モールド成形時に、溶融状態の合成樹脂が流れ込み難い円錐状突起部１３の先端部分に所定の肉厚が確保されるので、溶融状態の合成樹脂が円錐状突起部１３の先端部分にまで流れ込み、成形不完全な状態、いわゆるショートショットの発生が抑制される。
そこで、Ｏリング１５が接触する燃料供給パイプ１１のＯリング装着部１１ａと円錐状突起部１３の外周壁面１３ａとの繋ぎ部が連続な状態となる。このため、燃料圧力の脈動などに起因するＯリング１５の損傷の発生が抑制され、シール信頼性が向上される。

ここで、Ｏリング装着部１１ａと小径部１１ｂとの径方向寸法差量（Ｄ_１−Ｄ_２）は、合成樹脂の流動性、成形圧力、成形温度などの条件を考慮し、適当な量に設定すればよい。例えば、合成樹脂として６ナイロンや６６ナイロンを用いる場合、その径方向寸法差量を０．３ｍｍ以上に設定することが望ましい。

実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２に係る燃料噴射弁のシール構造を示す断面図である。
図３において、燃料供給パイプ１１Ａの上流側の部分には、Ｏリング装着部１１ａが形成されている。そして、小径部１１ｂがＯリング装着部１１ａの下流側にＯリング装着部１１ａの下流端Ｂに連なって形成されている。さらに、大径部１１ｄが小径部１１ｂの下流側に形成されている。さらにまた、接続面１１ｅが小径部１１ｂと大径部１１ｄとを接続するように形成されている。この接続面１１ｅは、燃料供給パイプ１１Ａの軸心Ａと直交する面で構成されている。
なお、他の構成は、上記実施の形態１と同様に構成されている。

燃料供給パイプ１１Ａはソケット１２および円錐状突起部１３に一体的にモールド成形されている。この時、ソケット１２および円錐状突起部１３からなる樹脂部は、成形直後の高温から次第に常温へと温度低下する。この温度低下に起因する収縮力が、樹脂部に発生する。

例えば、上記実施の形態１による燃料噴射弁１０では、図４に示されるように、収縮力が矢印１７の方向に発生する。この収縮力は、Ｏリング装着部１１ａと小径部１１ｂとの段差面から樹脂部を引き離すように作用する。
燃料噴射弁１０では、接続面１１ｃがその半径を下流側に向かって漸次大する傾斜面に形成されているので、収縮力が接続面１１ｃで十分に受け止められない。そこで、図４に示されるように、軸方向の微小隙間１８が燃料供給パイプ１１と円錐状突起部１３との間に発生する恐れがある。

この実施の形態２による燃料噴射弁１０Ａでは、図５に示されるように、収縮力が矢印１７の方向に発生する。
しかし、燃料噴射弁１０Ａでは、接続面１１ｅが燃料供給パイプ１１Ａの軸心Ａと直交する面で構成されているので、収縮力が接続面１１ｅで受け止められ、燃料供給パイプ１１と円錐状突起部１３との間における軸方向の微小隙間１８の発生が抑制される。

この実施の形態２においても、小径部１１ｂが燃料供給パイプ１１ＡにＯリング装着部１１ａの下流端Ｂに連なって下流側に形成されているので、円錐状突起部１３の先端部はＯリング装着部１１ａと小径部１１ｂとの径方向寸法差量（Ｄ_１−Ｄ_２）の肉厚を有している。これにより、円錐状突起部１３の先端部分にショートショットの発生が抑制され、上記実施の形態１と同様に、燃料圧力の脈動などに起因するＯリング１５の損傷の発生が抑制される。
さらに、接続面１１ｅが燃料供給パイプ１１の軸心Ａと直交する面で構成されているので、モールド成形後の熱収縮に起因する燃料供給パイプ１１Ａと円錐状突起部１３との間における軸方向の微小隙間１８の発生が確実に防止される。そこで、Ｏリング１５のはみ出し、傷つきの発生がより確実に防止され、より高いシール信頼性が得られる。

ここで、図４では、説明の便宜上、燃料噴射弁１０において、軸方向の微小隙間１８が発生する状態を示しているが、燃料噴射弁１０において、微小隙間１８が必ず発生することを示すものではない。この微小隙間１８の発生頻度は、成形条件や成形材の熱収縮性などの条件によって異なるものである。
また、燃料噴射弁がより高圧などの過酷な環境で使用される場合、このような微小隙間１８でさえもＯリング１５のシール性を低下させる要因となる。そこで、実施の形態１による燃料噴射弁１０を過酷な環境で使用される燃料噴射弁に採用する場合には、成形条件の厳しい管理が必要となる。そして、微小隙間１８の発生状態、燃料圧力などの条件を考慮して、実施の形態１、２による燃料噴射弁１０，１０Ａを適宜選択すればよい。

なお、上記各実施の形態では、１枚のバックアップリングをＯリング１５の下流側に配置するものとしているが、複数枚のバックアップリングをＯリング１５の下流側に積層して配置してもよい。この場合、積層された複数枚のバックアップリングは、それらの内周壁面を円錐状突起部１３の外周壁面１３ａに沿った傾斜面とすればよい。

この発明の実施の形態１に係る燃料噴射弁のシール構造を示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係る燃料噴射弁のシール構造を示す要部拡大断面図である。 この発明の実施の形態２に係る燃料噴射弁のシール構造を示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係る燃料噴射弁におけるモールド成形時の収縮力の発生状態を説明する図である。 この発明の実施の形態２に係る燃料噴射弁におけるモールド成形時の収縮力の発生状態を説明する図である。 従来の燃料噴射弁のシール構造を示す断面図である。 従来の燃料噴射弁のシール構造におけるシュートショットの不具合を説明する要部断面図である。 従来の燃料噴射弁のシール構造におけるシュートショットの他の不具合を説明する要部断面図である。

符号の説明

１０，１０Ａ 燃料噴射弁、１１，１１Ａ 燃料供給パイプ、１１ａ Ｏリング装着部、１１ｂ 小径部、１１ｄ 大径部、１１ｅ 接続面、１２ ソケット、１３ 円錐状突起部、１３ａ 外周壁面、１４ バックアップリング、１４ａ 内周壁面、１５ Ｏリング、１６ 燃料配管。

Claims (1)

1. 上流側をＯリング装着部とする円筒状の燃料供給パイプと、
   上記燃料供給パイプの上記Ｏリング装着部の下流側に合成樹脂を用いてモールド成形されたソケットと、
   上記ソケットの上流側端面の中央部分から上記Ｏリング装着部の下流端に至るように突設された円錐状突起部と、
   内周壁面を上記円錐状突起部の外周壁面に沿った傾斜面とするリング状に形成され、上記ソケットの上流側に該円錐状突起部と同心状に配設されたバックアップリングと、
   上記バックアップリングを圧入するように上記燃料供給パイプに外嵌状態に装着され、該燃料供給パイプに燃料を供給する燃料配管と、
   上記Ｏリング装着部に外嵌状態に装着されて、上記燃料供給パイプと上記燃料配管との間をシールするＯリングと、
   を備える燃料噴射弁のシール構造において、
   上記燃料供給パイプには、上記Ｏリング装着部の外径より小さな外径の小径部が、該Ｏリング装着部の下流端に連なってその下流側に形成され、上記Ｏリング装着部の外径より大きな外径の大径部が、上記小径部の下流側に形成され、上記大径部と上記小径部との接続面が上記燃料供給パイプの軸心と直交する面で構成されており、
   上記円錐状突起部が、上記合成樹脂を用いて上記小径部にモールド成形されて上記ソケットと一体に成形されていることを特徴とする燃料噴射弁のシール構造。

Images