JP4267433B2 - 燃料噴射弁用燃焼ガスシール - Google Patents

Description

本発明は、燃料噴射弁とその取付孔の間の環状隙間をシールして、燃焼ガスの漏れを防止するための燃料噴射弁用燃焼ガスシールに関する。

直噴エンジンでは、シリンダヘッド（ハウジング）の取付孔に燃料噴射弁を取り付け、この燃料噴射弁先端のノズルからシリンダ内に直接燃料を噴射する構成を採用している。したがって、燃料噴射弁とその取付孔の間の環状隙間から高圧の燃焼ガスが漏れることを防ぐ必要がある。

そのためのシール構造としては、燃料噴射弁外周面に設けた環状溝にゴム製または樹脂製のシールリングを装着するものが知られている（特許文献１〜６参照）。また、特許文献７では、ゴム製と樹脂製の２つのシールリングを組み合わせる構成が提案され、特許文献８では、ゴム製Ｏリングの先端側に金属リングを配置する構成が提案されている。
特開２００２−０７０６９６号公報 特開２００２−０８１５４８号公報 特開２００２−０８１５４９号公報 特開２００２−２０２０３０号公報 特開２００２−３１７７３３号公報 特開２００２−３６４４９４号公報 特開平１１−０１３５９３号公報 特開２０００−３１０３３２号公報

エンジンの運転時には、燃料噴射弁先端部が常に高温・高圧の燃焼ガスにさらされる。そのため、燃料噴射弁先端部に装着されるシールリングは、比較的早く損傷が進行し、シール性が不安定になりやすい。特にＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などの樹脂製シールは、低温時におけるシール性の低下が顕著に現れ、多量の漏れを生ずる場合があった。

ここで、シール位置を燃料噴射弁先端部から後退させることにより、シールの損傷を抑えることも考えられる。しかしその場合には、環状隙間への燃焼ガスの侵入量が増加するため、燃料噴射弁先端部の昇温が激しくなる。そうすると、燃料噴射弁の燃料噴射口近傍に付着するデポジットが増加し、燃料噴射量の低下や応答性の悪化などの不具合を招くおそれがある。

また、特許文献７、８に提案されているように、２つのシールリングを燃料噴射弁先端部に装着することによって、シールの損傷を抑えることも考えられる。しかしその場合には、燃料噴射弁へのシール組付工数が増加し、生産性を低下させるため好ましくない。特に弾性復元率の低い樹脂製シールにあっては、環状溝に装着する際に拡大した径寸法を元に戻すための矯正工程が必要となることから（特許文献６参照）、シール数の増加は生産性を著しく低下させる結果となる。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的の一つは、簡易な構成で長期にわたり良好なシール性を発揮することのできる燃料噴射弁用燃焼ガスシールを提供することにある。

また、本発明の他の目的は、シール性の維持と燃料噴射弁先端部の昇温抑制とを両立することのできる燃料噴射弁用燃焼ガスシールを提供することにある。

本発明のさらなる目的は、燃料噴射弁に複数のシールを組み付ける場合の工数を削減し、生産性を向上することのできる燃料噴射弁用燃焼ガスシールを提供することにある。

本発明の燃料噴射弁用燃焼ガスシールは、シリンダヘッドなどのハウジングに設けられた取付孔と、その取付孔に取り付けられる燃料噴射弁との間の環状隙間をシールするものであって、以下の構成を採用する。

本発明は、燃料噴射弁の外周面に設けられた環状溝に装着されるシールリングを備える。このシールリングは、環状溝の底面と取付孔の周面に密封接触することにより燃焼ガスの漏れを防ぐ。

本発明は、シールリングよりも燃料噴射弁後端側においてハウジングと燃料噴射弁により挟み込まれるシールワッシャを備えるとよい。これにより、シールワッシャが２次シールとして機能し、シールリングから漏れた燃焼ガスをシールワッシャで確実に密封することができる。したがって、燃料噴射弁用燃焼ガスシール全体としてのシール性能が向上し、長期にわたり良好なシール性が発揮されるようになる。

また、２次シールとしてのシールワッシャを設けたことで、シールリング自体の損傷や漏れの許容範囲が広がるので、シールリングの装着位置を燃料噴射弁の先端寄りに設定することも可能となる。そうすれば、燃料噴射弁先端部の昇温抑制効果も期待できる。

さらに、シールワッシャは、燃料噴射弁をハウジングに締結する際に同時に挟み込まれる（組み付けられる）ものであるため、燃料噴射弁自体へのシール組付工数は増加しない。つまり、シールワッシャの追加が生産性の低下を招くことはない。

ここで、シールワッシャは、金属環と、その金属環に焼き付け固定されたゴム状弾性部と、を有することが好ましい。ゴム状弾性部を設けたことにより、シール面（ハウジング壁面または／および燃料噴射弁壁面）への追随性・密着性が向上し、良好なシール性を発揮する。

本発明は、環状溝よりも燃料噴射弁先端側に設けられた第２環状溝に装着される耐熱リングを備えるとよい。耐熱リングを設けたことにより、環状隙間への燃焼ガスの侵入量を低減することができる。よって、シールリングにかかる負荷を軽減できるので、シールリングの損傷を抑制し、長期にわたり良好なシール性を発揮させることが可能となる。

また、耐熱リングを設けたことにより、燃料噴射弁先端部の昇温が抑制されるので、デポジットの付着を防ぎ、燃料噴射弁の安定動作を維持することができる。

ここで、シールリングと耐熱リングが、ほぼ同じ外径寸法を有することが好ましい。このような寸法設定がされていれば、シールリングと耐熱リングについて、装着治具（リングの内径を広げながらリングを燃料噴射弁の溝に装着するための治具）および矯正治具（装着時に拡大した径寸法を矯正するための治具）を共通化することができる。したがって、１組の装着治具および矯正治具を用いて、シールリングと耐熱リングを順に装着し矯正することができるので、工数を削減し、生産性を向上させることが可能となる。

たとえば、次のような組み付け方法を採用することができる。なお、以下の組み付け方法は、シールリングと耐熱リングを燃料噴射弁に組み付ける場合に限らず、ほぼ同じ外径寸法を有する２以上のリングを１つの部材に組み付ける場合に好ましく適用可能である。

ほぼ同じ外径寸法を有する第１リング（シールリング）と第２リング（耐熱リング）とを、それぞれ部材（燃料噴射弁）の第１環状溝とその第１環状溝よりも部材先端側に設けられた第２環状溝とに組み付ける組み付け方法であって、
第１環状溝の部材後端側に矯正治具を配置する工程と、
第２環状溝を覆い、かつ、第１環状溝に第１リングを導入可能な位置に装着治具を配置する工程と、
装着治具を用いて第１リングを第１環状溝に装着する工程と、
第２環状溝に第２リングを導入可能な位置に装着治具を相対的にスライドさせる工程と、
矯正治具を第１リングの装着位置に相対的にスライドさせて、第１リングの矯正を行う工程と、
第１リングの矯正中に装着治具を用いて第２リングを第２環状溝に装着する工程と、
矯正治具を第２リングの装着位置に相対的にスライドさせて、第２リングの矯正を行う工程と、
を含むことを特徴とする組み付け方法。

ここで、「相対的にスライド」させるとは、治具もしくは部材、または、その両方をスライドさせればよいことを意味している。

本発明の燃料噴射弁用燃焼ガスシールによれば、簡易な構成で長期にわたり良好なシール性を発揮することができる。

また、シール性の維持と燃料噴射弁先端部の昇温抑制とを両立することができる。

さらに、燃料噴射弁に複数のシールを組み付ける場合の工数を削減し、生産性を向上することができる。

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的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料噴射弁用燃焼ガスシールを燃料噴射弁に組み付けた状態を示す図である。

燃料噴射弁用燃焼ガスシール（以下、単に「燃焼ガスシール」と称す。）１は、直噴エンジンのシリンダヘッド（ハウジング）４に設けられた取付孔４０と、その取付孔４０に取り付けられる燃料噴射弁５との間の環状隙間をシールして、シリンダ側（図中右側）からの燃焼ガスの漏れを防ぐものである。

本実施形態の燃焼ガスシール１は、メインシールであるシールリング１０と、２次シールであるシールワッシャ１１とから構成される。

シールリング１０は、燃料噴射弁５の先端部の外周面に設けられた環状溝５１に装着される断面矩形状のシールリングである。シールリング１０の材料としては、樹脂材料を用いることができるが、燃焼ガスの温度、成分などを考慮して、耐熱性・耐薬品性の高い材料を用いることが好ましい。たとえば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）を好適に用いることができる。

シールリング１０の内径は環状溝５１の底面の径よりもやや小さく、また、その外径は環状溝５１に対向する取付孔４０の周面の径よりもやや大きく設定されている。シールリング１０はこのようなつぶし代を有するため、燃料噴射弁５が取付孔４０に取り付けられたときに圧縮変形を受け、その弾性復元力で環状溝５１の底面と取付孔４０の周面に密封接触する。これにより、シリンダ側からの燃焼ガスの漏れを防いでいる。

また、本実施形態では、環状溝５１の底面に、燃料噴射弁後端側（図中左側）ほど溝深さが浅くなるようなテーパ部５２が設けられている。これにより、燃焼ガスの圧力を受けてシールリング１０が溝内を後退したときに、シールリング１０の密着性が高まり、シール性がより高められる。

シールワッシャ１１は、金属環１１ａと、その金属環１１ａの外周側に焼き付け固定されたゴム状弾性部１１ｂとから構成されている。ゴム状弾性部１１ｂの材料としては、エンジンルームの環境を考慮すると、高温側は１２０〜１５０℃程度まで耐熱性のある材料が好ましい。また、低温側は−４０℃程度でもゴム状弾性を発揮し得る材料であることが好ましい。

シールワッシャ１１は、シールリング１０よりも燃料噴射弁後端側においてシリンダヘッド４と燃料噴射弁５により挟み込まれて固定される。つまり、シールワッシャ１１は、燃料噴射弁５をシリンダヘッド４に締結する際に、燃料噴射弁取付方向（図中の矢印で示す方向）に対してほぼ直交する方向に設けられた燃料噴射弁５の段差面５３と取付孔４０の段差面４１との間で、金属環１１ａが挟持されることによって固定が図られるのである。

本実施形態では、金属環１１ａの形状を内周側に開く断面Ｕ字状にしている。これにより、金属環１１ａは２つの段差面５３、４１に挟まれたときに燃料噴射弁取付方向に圧縮変形を受け、その弾性復元力により段差面５３、４１に対して強い圧接力を発揮する。つまり、金属環１１ａは金属板ばねとして機能し、シールワッシャ１１の装着安定性を高めている。

このように固定されると、ゴム状弾性部１１ｂが段差面５３、４１に密着する。ゴム状弾性部１１ｂは弾性に富むため、シール面である段差面５３、４１への追随性・密着性に優れ、良好なシール性を発揮する。

このとき、ゴム状弾性部１１ｂにリップを設けるとなおよい。つまり、ゴム状弾性部１１ｂの少なくとも一部分の燃料噴射弁取付方向の幅が、金属環１１ａの幅よりも大きくなるような形状にし、段差面５３、４１に対するつぶし代を設けるのである。これにより、段差面５３、４１に挟み込まれたときに、ゴム状弾性部１１ｂが燃料噴射弁取付方向に圧縮され、その弾性復元力によって段差面５３、４１に対する密着力が増す（いわゆるセルフシール機能）。したがって、さらなるシール性の向上を図ることができる。

以上述べた本実施形態の構成によれば、シールワッシャ１１が２次シールとして機能し、シールリング１０から漏れた燃焼ガスをシールワッシャ１１で確実にシールすることができる。したがって、燃焼ガスシール全体としてのシール性能が向上し、長期にわたり良
好なシール性が発揮されるようになる。

また、２次シールとしてのシールワッシャ１１を設けたことで、シールリング１０自体の損傷や漏れの許容範囲が広がるので、シールリング１０の装着位置を燃料噴射弁５の先端寄り（図中右寄り）に設定することも可能となる。そうすれば、燃料噴射弁先端部の昇温抑制効果も期待できる。

さらに、シールワッシャ１１は、燃料噴射弁５をシリンダヘッド４に締結する際に同時に挟み込まれる（組み付けられる）ものである。したがって、燃料噴射弁５自体に組み付けるシールはシールリング１０だけであり、燃料噴射弁５自体へのシール組付工数は増加しない。つまり、シールワッシャ１１の追加が生産性の低下を招くことはない。

（参考例）
図２は、本発明の参考例に係る燃料噴射弁用燃焼ガスシールを燃料噴射弁に組み付けた状態を示す図である。図２において、上記第１の実施形態（図１）と同様の構成部分については同一の符号を付している。以下、本参考例に特有の構成部分を中心に説明を行う。

本参考例の燃焼ガスシール２は、メインシールであるシールリング１０と、サーモプロテクタである耐熱リング１２とから構成される。

耐熱リング１２は、シールリング１０が装着される環状溝５１よりも燃料噴射弁先端側に設けられた第２環状溝５４に装着される断面矩形状のリング状部材である。耐熱リング１２は、燃料噴射弁５の先端近傍において、燃焼ガスの環状隙間への侵入量を低減する。

耐熱リング１２は、燃焼ガスの侵入量低減効果を高める観点から、燃料噴射弁５の先端近傍に配置することが好ましく、一方、シールリング１０は、燃焼ガスによる損傷を抑制する観点から、燃料噴射弁５の先端よりもある程度離れた位置に後退させることが好ましい。

このような本参考例の構成によれば、耐熱リング１２が燃焼ガスの侵入量を低減し、シールリング１０にかかる負荷を軽減するので、シールリング１０の損傷を抑制し、長期にわたり良好なシール性を発揮させることが可能となる。

また、耐熱リング１２を設けたことにより、燃料噴射弁先端部の昇温が抑制されるので、デポジットの付着を防ぎ、燃料噴射弁５の安定動作を維持することができる。

耐熱リング１２の材料としては、燃焼ガスの温度、成分などを考慮して、耐熱性・耐薬品性の高い材料を用いることが好ましい。たとえば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などの樹脂材料を好適に用いることができる。

耐熱リング１２に関しては、燃焼ガスの侵入量を低減するために必要十分な程度のシール性を有していれば足りるので、つぶし代を設けても設けなくてもよい。つぶし代を設けた場合は、耐熱リング１２のシール性が高まるので、燃焼ガスの侵入量低減効果が高まる。一方、つぶし代を設けない場合は、燃料噴射弁５を取付孔４０に組み付ける際の組付性が向上するという利点がある。なお、第２環状溝５４の底面にも、環状溝５１と同様のテーパ部を設けて、耐熱リング１２のシール性を高めることも好ましい。

本参考例では、（つぶし代の有無にかかわらず）耐熱リング１２の外径寸法がシールリング１０の外径寸法とほぼ同じになるようにしている。このような寸法設定とすることにより、装着治具および矯正治具を共通化し、組付工数の削減を図っている。

では、図３を参照して、シールリング１０および耐熱リング１２の燃料噴射弁への組み付け方法を具体的に説明する。

同図において、装着治具６は、リングの内径を広げながらリングを燃料噴射弁５の溝に装着するための治具である。装着治具６のリング導入側（図中上側）の径はリング内径よりも十分小さく設定されている。そして、装着治具６の中途部からリング装着側（図中下側）に向かって円錐状に徐々に拡径している。装着治具６の下端には円筒部が設けられており、この円筒部を燃料噴射弁先端部に被せることで、リングを溝まで導入することが可能となる。

一方、矯正治具７は、装着時に拡大した径寸法を矯正するための治具である。矯正治具７は、リングの（本来の）外径寸法に合わせた矯正孔７０を有している。矯正治具７は支持体７１によって燃料噴射弁５の軸線方向（図中上下方向）にスライド自在に支持されており、矯正治具７と支持体７１で矯正治具Ａｓｓｙ７２を構成している。

まず、図３（ａ）に示すように、矯正治具７の矯正孔７０に燃料噴射弁５が挿入され、位置決めされる。このとき、矯正治具７は環状溝５１の燃料噴射弁後端側（図中下側）に配置される。

次に、燃料噴射弁５の先端部に装着治具６が被せられ、位置決めされる。このとき、装着治具６は、第２環状溝５４を覆い、かつ、環状溝５１にシールリング１０を導入可能な位置に配置される。

そして、装着治具６のリング導入側からシールリング１０を通し、装着治具６の周面をスライドさせていくことによって、シールリング１０の内径を徐々に拡大しながらシールリング１０を環状溝５１に装着する。樹脂材料からなるリングは、弾性が低いため、自己の弾性復元力のみによっては初期の径には戻りにくい。

そこで、シールリング１０の装着後、図３（ｂ）に示すように、矯正治具７をシールリング１０の装着位置に相対的にスライドさせて、シールリング１０の矯正を行う。

このとき同時に、第２環状溝５４に耐熱リング１２を導入可能な位置に装着治具６を相対的にスライドさせ、シールリング１０の矯正中に耐熱リング１２を第２環状溝５４に装着する。

耐熱リング１２の装着後、図３（ｃ）に示すように、装着治具６を外し、燃料噴射弁５と矯正治具７とを下方にスライドさせ、その位置で燃料噴射弁５を位置決めする。

そして、シールリング１０の矯正が完了した後に、図３（ｄ）に示すように、矯正治具７を耐熱リング１２の装着位置に相対的にスライドさせて、耐熱リング１２の矯正を行う。

以上述べた組み付け方法によれば、１組の装着治具および矯正治具を用いて、シールリング１０と耐熱リング１２を順に装着し矯正することができ、しかも、シールリング１０の矯正時間中に耐熱リング１２の装着を行うことができるので、工数を削減し、生産性を向上させることが可能となる。

（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係る燃料噴射弁用燃焼ガスシールを燃料噴射弁に組み付けた状態を示す図である。図４において、上記第１の実施形態及び参考例（図１および図２）と同様の構成部分については同一の符号を付している。

本参考例の燃焼ガスシール３は、メインシールであるシールリング１０と、２次シールであるシールワッシャ１１と、サーモプロテクタである耐熱リング１２とから構成される。それぞれの構成は、上記実施形態及び参考例のものと同様である。

本実施形態の構成によれば、第１の実施形態の燃焼ガスシールと参考例の燃焼ガスシールの両方の効果を併せもつ信頼性の高い燃焼ガスシールを提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る燃料噴射弁用燃焼ガスシールを燃料噴射弁に組み付けた状態を示す図である。 本発明の参考例に係る燃料噴射弁用燃焼ガスシールを燃料噴射弁に組み付けた状態を示す図である。 シールリングおよび耐熱リングの燃料噴射弁への組み付け方法を説明する図である。 本発明の第２の実施形態に係る燃料噴射弁用燃焼ガスシールを燃料噴射弁に組み付けた状態を示す図である。

符号の説明

１，２，３ 燃料噴射弁用燃焼ガスシール
４ シリンダヘッド
５ 燃料噴射弁
６ 装着治具
７ 矯正治具
１０ シールリング
１１ シールワッシャ
１１ａ 金属環
１１ｂ ゴム状弾性部
１２ 耐熱リング
４０ 取付孔
４１ 段差面
５１ 環状溝
５２ テーパ部
５３ 段差面
５４ 第２環状溝
７０ 矯正孔
７１ 支持体
７２ 矯正治具Ａｓｓｙ

Claims (3)

1. ハウジングに設けられた取付孔と、前記取付孔に取り付けられる燃料噴射弁との間の環状隙間をシールする燃料噴射弁用燃焼ガスシールであって、
   燃料噴射弁の外周面に設けられた環状溝に装着され、かつ自己の弾性復元力によって該環状溝の底面と前記取付孔の周面に密封接触する樹脂製のシールリングと、
   前記シールリングよりも燃料噴射弁後端側においてハウジングと燃料噴射弁により挟み込まれるシールワッシャと、
   を備えた燃料噴射弁用燃焼ガスシールにおいて、
   前記シールワッシャは、金属環と、その金属環の外周側にのみ焼き付け固定されたゴム状弾性部と、を有することを特徴とする燃料噴射弁用燃焼ガスシール。
2. ハウジングに設けられた取付孔と、前記取付孔に取り付けられる燃料噴射弁との間の環状隙間をシールする燃料噴射弁用燃焼ガスシールであって、
   燃料噴射弁の外周面に設けられた環状溝に装着され、かつ自己の弾性復元力によって該環状溝の底面と前記取付孔の周面に密封接触する樹脂製のシールリングと、
   前記シールリングよりも燃料噴射弁後端側においてハウジングと燃料噴射弁により挟み込まれるシールワッシャと、
   前記環状溝よりも燃料噴射弁先端側に設けられた第２環状溝に装着される耐熱リングと、
   を備えたことを特徴とする燃料噴射弁用燃焼ガスシール。
3. 前記シールワッシャは、金属環と、その金属環に焼き付け固定されたゴム状弾性部と、を有することを特徴とする請求項２記載の燃料噴射弁用燃焼ガスシール。

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