JP5831510B2 - 燃料噴射弁および燃料噴射弁の取付方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の燃焼に用いる燃料を噴射する燃料噴射弁、およびその燃料噴射弁を内燃機関の所定箇所に取り付ける方法に関する。

内燃機関の所定箇所に形成された取付穴へ、燃料噴射弁のボデーを挿入して取り付ける構造の場合、取付穴の内周面とボデーの外周面との隙間から、燃料噴射空間（例えば燃焼室または吸気管内）にあるガスが漏れ出ることを防止することが要求される。

そこで従来では、上記隙間に環状のシール材を介在させている。具体的には、ボデーの外周面に、径方向へ凹む縮径部を形成し、該縮径部にシール材を装着した状態で、ボデーを取付穴へ挿入している（特許文献１参照）。

特開２００５−１５５３９４号公報

しかしながら、上記従来の構造では、ボデーを取付穴へ挿入する際に、シール材の外周面が取付穴の内周面に擦れ、その摩擦でシール材が引き上げられて、シール材の一部が縮径部の所定位置からずれる場合がある。そして、このように位置ずれした状態でさらにボデーを挿入していくと、取付穴の内周面とボデーの外周面との間でシール材が強く擦れることとなり、シール材が破損することが懸念されるようになる。

本発明は、上記問題を鑑みてなされたもので、その目的は、シール材の破損抑制を図った燃料噴射弁、およびその取付方法を提供することにある。

開示された発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、開示された発明の技術的範囲を限定するものではない。

開示された第１の発明である燃料噴射弁（１）は、燃料を噴射する噴孔（１０ａ）が形成されたボデー（１０）を備え、ボデーの外周面には、環状のシール材（４０）が装着される部分であり、該ボデーを径方向に縮小させた形状である縮径部（１３）が形成されており、内燃機関の所定箇所に形成された取付穴（４）にボデーを挿入した状態では、取付穴の内周面（４ａ）とボデーの外周面との間がシール材によりシールされることとなるように構成された燃料噴射弁（１）であることを前提とする。そして、縮径部のうち、シール材の噴孔側の先端部（４１）が装着される部分には、ボデーの径方向に凹む環状の溝部（１５）が形成され、縮径部のうち溝部の反噴孔側に連なる部分には、溝部よりも外形寸法が大きく、かつ、軸方向に亘って径寸法が均一の基端側縮径部（１６）が形成され、ボデーの外周面のうち基端側縮径部の反噴孔側に連なる部分には、反噴孔側に向かうほどボデーの径寸法が徐々に拡大するテーパ面（１４）が形成され、取付穴へのボデーの挿入が完了した後、所定圧以上のガス圧がシール材の噴孔側から印加された後の使用状態において、ガス圧によりシール材がテーパ面に押し付けられて圧縮変形し、その圧縮変形部分が取付穴の内周面とボデーの外周面との間をシールするように構成されていることを特徴とする燃料噴射弁である。

この第１の発明によれば、シール材が装着される縮径部に溝部が形成されているので、シール材の先端部が溝部に引っ掛かった状態でボデーを取付穴へ挿入するようにできる。そのため、該挿入時にシール材が取付穴に擦れても、その摩擦でシール材が引き上げられることを抑制できる。よって、シール材が縮径部の所定位置からずれることを抑制できるので、取付穴の内周面とボデーの外周面との間でシール材が強く擦れて破損することを抑制できる。

また、開示された第２の発明は、上記第１の発明に係る燃料噴射弁（１）の取付方法であって、縮径部にシール材を装着するシール装着工程（Ｓ１０、Ｓ２０）と、その後、取付穴に燃料噴射弁を挿入する挿入工程（Ｓ３０）と、を備え、シール装着工程では、溝部に先端部を装着し、挿入工程では、先端部が溝部に装着された状態で、ボデーを取付穴に挿入することを特徴とする、燃料噴射弁の取付方法である。

この第２の発明によれば、ボデーの縮径部にシール材を装着するにあたり、縮径部に形成されている溝部にシール材の先端部を装着する。そして、その装着状態でボデーを取付穴に挿入する。したがって、シール材の先端部が溝部に引っ掛かった状態でボデーを取付穴へ挿入するようにできる。そのため、該挿入時にシール材が取付穴に擦れても、その摩擦でシール材が引き上げられることを抑制できる。よって、シール材が縮径部の所定位置からずれることを抑制できるので、取付穴の内周面とボデーの外周面との間でシール材が強く擦れて破損することを抑制できる。

本発明の第１実施形態にかかる燃料噴射弁が、内燃機関に取り付けられた状態を示す図。 第１実施形態において、燃料噴射弁のボデーにシール材を装着した状態であって、内燃機関の取付穴に挿入する前の状態を示す図。 第１実施形態において、燃料噴射弁を内燃機関に取り付ける手順を示す図。 第１実施形態にかかるシール装着工程を説明する図であり、（ａ）はシール材を強制する前の状態を示し、（ｂ）は矯正後の状態を示す図。 第１実施形態において、（ａ）は、燃料噴射弁の取り付けが完了した時点における初期状態を示し、（ｂ）は、シール材にガス圧が印加された後の通常使用状態を示す図。 本発明の第２実施形態において、（ａ）は、燃料噴射弁を取付穴へ挿入する途中の状態を示し、（ｂ）は、その挿入が完了した時点における初期状態を示す図。 本発明の第３実施形態において、燃料噴射弁のボデーにシール材を装着した状態であって、内燃機関の取付穴に挿入する前の状態を示す図。 本発明の第４実施形態にかかる燃料噴射弁において、シール材にガス圧が印加された後の使用状態であって、シール材が退避室へ移動した状態を示す図。 取付穴へのシール材の挿入時に生じるシール材の移動量と、テーパ角度との関係を示す試験結果。 ガスの漏れ量とテーパ角度との関係を示す試験結果。 本発明の第５実施形態にかかる燃料噴射弁において、シール材にガス圧が印加された後の通常使用状態を示す図。 本発明の第６実施形態にかかる燃料噴射弁において、シール材にガス圧が印加された後の通常使用状態を示す図。

以下、本発明にかかる燃料噴射弁およびその取付方法の各実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の各実施形態相互において、図中の同一符号を付した部分の構成は、互いに同一もしくは均等であり、その説明を援用する。

（第１実施形態）
図１に示す燃料噴射弁１は、点火式の内燃機関（ガソリンエンジン）に搭載されており、内燃機関の燃焼室２へ直接燃料を噴射するものである。具体的には、燃焼室２を形成するシリンダヘッド３のうちシリンダの中心線Ｃと一致する位置に、燃料噴射弁１を挿入する取付穴４が形成されている。

燃料噴射弁１は、燃料通路を内部に有するとともに、燃料を噴射する噴孔１０ａを有するボデー１０を備える。ボデー１０内には、弁体２０、電動アクチュエータ３０等が収容されている。弁体２０は、ボデー１０の着座面１０ｂに離着座するシート面２０ａを有する。シート面２０ａを着座面１０ｂに着座させるよう弁体２０を閉弁作動させると、噴孔１０ａからの燃料噴射が停止される。シート面２０ａを着座面１０ｂから離座させるよう弁体２０を開弁作動（リフトアップ）させると、噴孔１０ａから燃料が噴射される。

電動アクチュエータ３０は、ソレノイドコイル３１および固定コア３２を有して構成されている。コイル３１に通電すると固定コア３２は磁気吸引力を生じさせ、この磁気吸引力により可動コア（図示せず）が固定コア３２に引き寄せられてリフトアップする。可動コアに結合された弁体２０は、可動コアとともにリフトアップ（開弁作動）する。一方、コイル３１への通電を停止させると、スプリング（図示せず）の弾性力により、弁体２０は可動コアとともに閉弁作動する。

ボデー１０の外周面には、環状のシール材４０が装着されている。このシール材４０により、ボデー１０の外周面と取付穴４の内周面４ａとの間に存在する隙間がシールされている。これにより、燃焼室２内のガスが上記隙間から外部へ漏れ出ることを防止している。なお、シール材４０の材質には、弾性変形可能で耐熱性を有することが要求され、フッ素樹脂が具体例として挙げられる。

図２は、燃料噴射弁１を取付穴４に挿入する前の状態を示す拡大図であり、以下、図２を用いてボデー１０とシール材４０の形状について詳細に説明する。

ボデー１０は、噴孔１０ａを有する部分である噴孔部１１と、中心線Ｃの方向（軸方向）に延びて弁体２０を収容する形状の基部１２と、を有する。ボデー１０のうち噴孔部１１から噴孔１０ａの反対側（反噴孔側）に連なる部分には、シール材４０が装着される縮径部１３が形成されている。また、ボデー１０のうち縮径部１３から反噴孔側に連なる部分には、テーパ面１４が形成されている。要するに、ボデー１０の先端から順に、噴孔部１１、縮径部１３、テーパ面１４および基部１２が、軸方向に連なって形成されている。

縮径部１３のうち噴孔部１１に連なる部分には、ボデー１０の径方向に凹む環状の溝部１５が形成されている。以下の説明では、縮径部１３のうち溝部１５が形成されていない部分を、基端側縮径部１６と呼ぶ。つまり、基端側縮径部１６および溝部１５の両方に跨ってシール材４０は装着されている。

噴孔部１１の外径寸法Ｄ１１と基部１２の外径寸法Ｄ１２とは同じである。縮径部１３の外径寸法Ｄ１５、Ｄ１６は、噴孔部１１および基部１２の外径寸法Ｄ１１、Ｄ１２よりも小さい。縮径部１３のうち、溝部１５の外径寸法Ｄ１５は基端側縮径部１６の外径寸法Ｄ１６よりも小さい。

テーパ面１４は、反噴孔側に向かうほどボデー１０の径寸法が徐々に拡大する形状である。基端側縮径部１６の外周面は、径寸法が均一な形状である。溝部１５のうち最も径寸法の小さい部分を底面１５ａと呼び、溝部１５のうち底面１５ａから噴孔部１１に連なる部分を噴孔側壁面１５ｂと呼び、溝部１５のうち底面１５ａから基端側縮径部１６に連なる部分を反噴孔側壁面１５ｃと呼ぶ。

底面１５ａは、径寸法が均一な形状である。反噴孔側壁面１５ｃは、反噴孔側に向かうほど径寸法が徐々に拡大するテーパ状に形成されている。噴孔側壁面１５ｂは、軸方向に対して垂直に拡がる形状である。

シール材４０は、基端側縮径部１６および溝部１５の両方に跨って装着されている。シール材４０のうち、噴孔側の先端部４１は溝１５に嵌っており、他の部分（以下、本体部４２と呼ぶ）は基端側縮径部１６に装着されている。この装着状態では、本体部４２は弾性変形して基端側縮径部１６に密着するように構成してもよいし、本体部４２と基端側縮径部１６との間に隙間が形成されるように構成してもよい。

縮径部１３への装着前において、シール材４０は肉厚が均一の円筒形状である。また、縮径部１３への装着後において、本体部４２は、軸方向のいずれにおいても径寸法が均一の形状である。装着後の先端部４１は、噴孔側に近づくほど外径寸法が徐々に縮径していく形状である。先端部４１の噴孔側の端面４１ａの全体が、溝部１５の内部に位置している。

より詳細に説明すると、先端部４１の噴孔側の端面４１ａのうち、内周側の角であり環状に延びる稜線の部分を内角４１ｂと呼び、外周側の角であり環状に延びる稜線の部分を外角４１ｃと呼ぶ。そして、内角４１ｂは、溝部１５の底面１５ａ上に位置し、外角４１ｃは、溝部１５の噴孔側壁面１５ｂ上に位置する。換言すれば、外角４１ｃは、噴孔部１１の外周面よりも径方向内側に位置する。但し、シール材４０の本体部４２の外周面は、噴孔部１１の外周面よりも径方向外側に位置する。つまり、本体部４２の外径寸法Ｄ４０は、噴孔部１１の外径寸法Ｄ１１よりも大きい。なお、内角４１ｂと底面１５ａとは接触していてもよいし離間していてもよい。外角４１ｃと噴孔側壁面１５ｂとは接触していてもよいし離間していてもよい。

次に、図３を用いて、シール材４０をボデー１０に装着して、燃料噴射弁１を取付穴４に取り付ける作業の手順（取付方法）を説明する。

先ず、第１装着工程Ｓ１０において、ボデー１０にシール材４０を嵌め込む。具体的には、シール材４０を径方向に弾性変形させた状態で、噴孔部１１の側から縮径部１３に嵌め込む。この時点では、図４（ａ）に示すように、縮径していく形状の先端部４１は形成されておらず、シール材４０は径寸法が均一な形状である。

次に、第２装着工程Ｓ２０（矯正工程）において、シール材４０の噴孔側先端部を塑性変形させて、縮径していく形状の先端部４１を形成する（図４（ｂ）参照）。例えば、治具により噴孔側先端部を溝部１５内に押し付けることで、溝部１５に嵌り込む縮径形状に先端部４１を塑性変形（矯正）させる。なお、これらの工程Ｓ１０、Ｓ２０が「シール装着工程」に相当する。

次に、挿入工程Ｓ３０において、矯正済みのシール材４０が装着された状態の燃料噴射弁１を、取付穴４に挿入する。図５（ａ）は、燃料噴射弁１を所定位置まで挿入して挿入工程が完了した時点での状態（初期状態）を示す。この状態では、シール材４０の先端部４１が溝部１５内に嵌まり込んだままであり、シール材４０の本体部４２は、取付穴４の内周面４ａと基端側縮径部１６との間に挟まれて、径方向に弾性変形している。

換言すれば、取付穴４への挿入途中のみならず該挿入が完了した時点においても先端部４１が溝部１５に装着された状態が維持されるよう、先端部４１は溝部１５へ装着されている。つまり、挿入途中において、シール材４０の外周面が取付穴４の内周面４ａに擦れ、その摩擦によりシール材４０には引き上げられる方向の力（摩擦引上力）が作用する。しかし、先端部４１が溝部１５に引っ掛かっているので、摩擦引上力に抗して先端部４１は溝部１５内に留まる。

上記初期状態において、燃焼室２内のガス圧であって所定圧未満のガス圧（例えば内燃機関のアイドル運転時のガス圧）が、シール材４０に噴孔側から印加されると、シール材４０には押し上げられる方向の力（ガス押上力）が作用する。詳細には、先端部４１の端面４１ａ、外周面および内周面の全体にガス圧が印加されてガス押上力が作用する。反噴孔側へ押し上げられるこのガス押上力に対しても、先端部４１が溝部１５に引っ掛かっていることにより、先端部４１は溝部１５内に留まる（図５（ａ）参照）。この時、先端部４１は、ガス押上力により反噴孔側壁面１５ｃに押し付けられて圧縮変形する。この圧縮変形した部分が、取付穴４の内周面４ａとボデー１０の外周面との間をシールする（図３中の符号Ｓ４０参照）。

次に、内燃機関の負荷増大に伴い燃焼室２内のガス圧が上昇し、シール材４０の噴孔側から印加されるガス圧が所定圧以上になると、上記ガス押上力が増大し、先端部４１が溝部１５から外れて、シール材４０は反噴孔側へ押し上げられる（図５（ｂ）参照）。すると、先端部４１は基端側縮径部１６上に位置するとともに、本体部４２の反噴孔側の一部はテーパ面１４上に位置するようになる。以下、図５（ｂ）の状態（通常使用状態）において、テーパ面１４上に位置するシール材４０の部分を通常時本体部４２ｘ、基端側縮径部１６上に位置するシール材４０の部分を通常時先端部４１ｘと呼ぶ。

上記通常使用状態において、通常時先端部４１の端面４１ａにガス圧が印加されてガス押上力が作用する。反噴孔側へ押し上げられるこのガス押上力により、通常時本体部４２ｘはテーパ面１４に押し付けられる（図５（ｂ）参照）。その結果、シール材４０の全体が圧縮変形し、取付穴４の内周面４ａとボデー１０の外周面との間をシールする（図３中の符号Ｓ５０参照）。

以上により、本実施形態によれば、シール材４０が装着される縮径部１３に溝部１５が形成されているので、シール材４０の先端部４１が溝部１５に引っ掛かった状態でボデー１０を取付穴４へ挿入するようにできる。そのため、該挿入時におけるシール材４０と取付穴４との摩擦力（摩擦引上力）により、シール材４０の本体部４２がテーパ面１４の位置まで引き上げられることを防止できる。よって、本体部４２が縮径部１３の所定位置、つまりテーパ面１４よりも噴孔側の位置（基端側縮径部１６）から反噴孔側へずれることを抑制できる。そのため、取付穴４の内周面４ａとテーパ面１４との間で、挿入時にシール材４０が強く擦れて破損することを回避できる。

しかも、燃料噴射弁１を取付穴４から取り出す作業を実施するにあたり、シール材４０の先端部４１が溝部１５に引っ掛かった状態でボデー１０を取付穴４から取り出すようにできる。そのため、該取出時におけるシール材４０と取付穴４との摩擦力（摩擦引下力）により、シール材４０の通常時先端部４１ｘが溝部１５よりも噴孔側の位置、つまり噴孔部１１の外周面上へ引き下げられることを防止できる。よって、先端部４１が縮径部１３の所定位置、つまり噴孔部１１よりも反噴孔側の位置（溝部１５）から噴孔側へずれることを抑制できる。そのため、取付穴４の内周面４ａと噴孔部１１の外周面との間にシール材４０が噛み込んで、燃料噴射弁１を取付穴４から取り出す作業性が悪くなることを回避できる。

さらに、以下に列挙する特徴を備えた本実施形態によれば、各々の特徴により以下に説明する作用効果が発揮される。

＜特徴１＞
挿入時におけるシール材４０の先端部４１は、噴孔側に近づくほど外径寸法が徐々に縮径していく円筒形状であることを特徴とする。そのため、挿入時において、先端部４１の外周面が取付穴４の内周面４ａと擦れることを抑制できるので、摩擦引上力に起因して先端部４１が溝部１５から外れることを抑制できる。

＜特徴２＞
先端部４１の噴孔側の端面４１ａの全体が、溝部１５の内部に位置していることを特徴とする。これによれば、挿入時において、先端部４１の外角４１ｃが溝部１５の内部に位置することとなるので、挿入時において、先端部４１の外角４１ｃが取付穴４の内周面４ａと擦れることを、より一層抑制できる。よって、摩擦引上力に起因して先端部４１が溝部１５から外れることの抑制効果を向上できる。

＜特徴３＞
ボデー１０の外周面のうち縮径部１３の反噴孔側に連なる部分には、反噴孔側に向かうほどボデー１０の径寸法が徐々に拡大するテーパ面１４が形成されている。そして、取付穴４へのボデー１０の挿入が完了した後、所定圧以上のガス圧がシール材４０の噴孔側から印加された後の使用状態（通常使用状態）において、上記ガス圧によりシール材４０がテーパ面１４に押し付けられて圧縮変形し、その圧縮変形部分が取付穴４の内周面４ａとボデー１０の外周面との間をシールするように構成されていることを特徴とする。

これによれば、先述したガス押上力によりシール材４０がテーパ面１４に押し付けられるので、シール材４０が軸方向に圧縮変形してシールすることとなる。そのため、ガス押上力によりシール材４０に剪断力や引張力が生じる態様でシール材４０を用いる場合に比べて、シール材４０が損傷するおそれを抑制できる。特に、燃焼室２へ直接燃料を噴射する位置へ燃料噴射弁１が取り付けられている場合には、燃焼室２の高いガス圧が印加されることになるので、上記効果が顕著に発揮される。

＜特徴４＞
取付穴４へのボデー１０の挿入が完了した後、所定圧以上のガス圧がシール材４０に未だ印加されていない初期状態において、溝部１５のうち反噴孔側の壁面１５ｃと取付穴４の内周面４ａとの間にシール材４０が挟まれて圧縮変形し、その圧縮変形部分が上記内周面４ａとボデー１０の外周面との間をシールするように構成されていることを特徴とする。

これによれば、初期状態の時点でも、取付穴４の内周面４ａとボデー１０の外周面との間をシールするようにできるので、燃焼室２のガスが取付穴４を通じて外部に漏出するおそれを、通常使用時のみならず初期状態の時点においても抑制できる。

＜特徴５＞
取付穴４にボデー１０が挿入されていない状態において、シール材４０の最外径寸法Ｄ４０は、取付穴４の内周面４ａの内径寸法Ｄ４よりも大きく設定されていることを特徴とする。

これによれば、初期状態および通常使用状態のいずれの時においても、シール材４０の外周面が取付穴４の内周面４ａに密着し、かつ、シール材４０の内周面がボデー１０の外周面に密着することの確実性を向上できる。よって、シール材４０によるシール性を向上できる。

＜特徴６＞
取付穴４にボデー１０が挿入されていない状態において、縮径部１３に装着された状態のシール材４０の最外周位置（図２の例では本体部４２の外周面位置）が、溝部１５のうち噴孔側の壁面の最外周位置（図２の例では噴孔側壁面１５ａの最外周面位置、つまり噴孔部１１の外周面位置）よりも、径方向外側に位置していることを特徴とする。

これによれば、初期状態および通常使用状態のいずれの時においても、シール材４０の外周面が取付穴４の内周面４ａに密着し、かつ、シール材４０の内周面がボデー１０の外周面に密着することの確実性を向上できる。よって、シール材４０によるシール性を向上できる。

＜特徴７＞
溝部１５のうち反噴孔側の壁面１５ｃは、反噴孔側に向かうほどボデー１０の径寸法が徐々に拡大するテーパ状に形成されていることを特徴とする。ここで、上記特徴に反して反噴孔側壁面１５ｃを断面直角の形状にすると、ガス押上力によりシール材４０が反噴孔側へ移動する際に、先端部４１が溝部１５からスムーズに外れなくなることが懸念される。これに対し、上記特徴によれば、反噴孔側壁面１５ｃをテーパ状に形成するので、ガス押上力により先端部４１が溝部１５から外れることをスムーズにでき、上記懸念を解消できる。

＜特徴８＞
シール装着工程Ｓ１０、Ｓ２０では、取付穴４への挿入途中のみならず該挿入が完了した時点においても先端部４１が溝部１５に装着された状態が維持されるよう、先端部４１を溝部１５へ装着することを特徴とする。これによれば、シール材４０を取付穴４へ挿入する途中で、先述した摩擦引上力によりシール材４０が所定位置からずれることの抑制効果を向上できる。しかも、上記特徴によれば、初期状態において、溝部１５内に位置する先端部４１は、ガス押上力により反噴孔側壁面１５ｃに押し付けられて圧縮変形してシールする。よって、初期状態においてもシール性を確保できる。

（第２実施形態）
上記第１実施形態では、挿入工程が完了した時点での初期状態では、シール材４０の先端部４１が溝部１５内に嵌まり込んだままである。これに対し、本実施形態では、挿入工程の途中では、先端部４１が溝部１５内に嵌まり込んだ状態が維持されるが（図６（ａ）参照）、挿入工程が完了した時点での初期状態では、先端部４１が溝部１５から外れた状態となる（図６（ｂ）参照）。

溝部１５から外れるタイミングはできるだけ遅いことが望ましい。例えば、挿入量の残りが所定量になった時点で外れるようにするにあたり、上記所定量を、テーパ面１４の軸方向長さ未満に設定することが望ましい。

このように挿入途中で溝部１５から外れるようにするには、主に、基端側縮径部１６の面粗度や、溝部１５の面粗度、シール材４０の面粗度、反噴孔側壁面１５ｃのテーパ角度、シール材４０の弾性係数および弾性変形量等を調整して実現させる。

要するに、本実施形態によれば、取付穴４へのボデー１０の挿入が完了した後、所定圧以上のガス圧がシール材４０に未だ印加されていない初期状態において、先端部４１が溝部１５から外れている。そのため、縮径部１３のうち溝部１５よりも反噴孔側の部分（図６の例では基端側縮径部１６の部分）と取付穴４の内周面４ａとの間にシール材４０が挟まれて圧縮変形し、その圧縮変形部分が上記内周面４ａとボデー１０の外周面との間をシールすることとなる（図６（ｂ）参照）。

そのため、挿入途中まではシール材４０が溝部１５に引っ掛かるので、第１実施形態の効果と同様にして、摩擦でシール材４０が引き上げられることを防止できる。しかも、挿入完了時点では溝部１５から外れているので、ガス圧が初回にシール材４０へ印加される時に、シール材４０のうちガス圧を受ける部分を、シール材４０の端面４１ａだけにできる（図６（ｂ）参照）。よって、端面４１ａに加えてシール先端部４１の内角４１ｂおよび外角４１ｃにも初回ガス圧がかかる第１実施形態（図５（ａ）参照）の場合に比べ、シール材４０がガス圧を受ける面積を少なくできる。よって、シール材４０が燃焼室２内のガスから受ける熱量を少なくできるので、シール材４０が溶損する懸念を低減できる。

（第３実施形態）
上記第１実施形態では、シール材４０を縮径部１３へ装着した状態、かつ、取付穴４に挿入する前の状態において、シール材４０は肉厚均一の形状である。これに対し本実施形態では、図７に示すように肉厚が不均一なシール材４００を採用しており、図３の第２装着工程Ｓ２０による矯正を不要にしている。

すなわち、シール材４００は、噴孔側の先端部４１０および反噴孔側の本体部４２０から構成されており、シール材４００を縮径部１３へ装着した状態、かつ、取付穴４に挿入する前の状態において、先端部４１０は溝部１５に装着され、本体部４２０は基端側縮径部１６に装着されている。本体部４２０は肉厚均一の円筒形状であり、先端部４１０は、本体部４２０よりも径方向内側に拡大する向きに肉厚が大きく形成されている。

換言すれば、シール材４００を縮径部１３へ装着した状態および装着する前の状態において、先端部４１０の外径寸法は本体部４２０の外径寸法と一致し、先端部４１０の内径寸法は本体部４２０の内径寸法よりも小さく設定されている。つまり、先端部４１０は、径方向内側に突出する突出部４１０ｄを有し、その突出部４１０ｄが溝部１５内に嵌り込んでいる。

以上により、本実施形態によっても、上記第１実施形態と同様の効果が発揮される。すなわち、縮径部１３に溝部１５が形成されているので、シール材４０の突出部４１０ｄが溝部１５に引っ掛かった状態でボデー１０を取付穴４へ挿入するようにできる。そのため、先述した摩擦引上力によりシール材４０の本体部４２０がテーパ面１４の位置まで引き上げられることを防止できる。よって、本体部４２０が縮径部１３の所定位置、つまりテーパ面１４よりも噴孔側の位置（基端側縮径部１６）から反噴孔側へずれることを抑制できる。そのため、挿入時にシール材４００が強く擦れて破損することを回避できる。

しかも、燃料噴射弁１を取付穴４から取り出す作業を実施するにあたり、シール材４００の突出部４１０ｄが溝部１５に引っ掛かった状態でボデー１０を取付穴４から取り出すようにできる。そのため、先述した摩擦引下力により、シール材４００が引き下げられることを防止できる。よって、先端部４１０が縮径部１３の所定位置（溝部１５）から噴孔側へずれることを抑制できる。そのため、取付穴４の内周面４ａと噴孔部１１の外周面との間にシール材４０が噛み込んで燃料噴射弁１を取り出す作業性が悪くなることを回避できる。

さらに、本実施形態によれば、弾性変形していない状態で肉厚が不均一となっている、突出部４１０ｄを備えたシール材４００を採用するので、第１実施形態にかかる第２装着工程Ｓ２０（矯正）を不要にできる。

（第４実施形態）
本実施形態では、テーパ面１４のテーパ角度θ１が、１０°以上かつ２０°以下の範囲に設定されている。以下、この設定による作用効果やボデー１０の詳細構造について、図８を用いて説明する。

ボデー１０のうちテーパ面１４から反噴孔側に連なる部分には、並行部１７およびサブテーパ面１８が順に形成されている。つまり、並行部１７は、テーパ面１４およびサブテーパ面１８の間に位置して連続して繋がっている。ボデー１０のうちサブテーパ面１８から反噴孔側に連なる部分は基部１２である。テーパ面１４、並行部１７およびサブテーパ面１８は、ボデー１０を径方向に縮小させた形状であり、基部１２に比べて小径である。並行部１７およびサブテーパ面１８は、特許請求の範囲に記載の隙間用縮径部に相当する。

並行部１７の径寸法は、ボデー１０の軸方向において均一である。軸方向におけるサブテーパ面１８の軸方向長さは、テーパ面１４の軸方向長さよりも短い。溝部１５、基端側縮径部１６、テーパ面１４、並行部１７およびサブテーパ面１８は、表面粗さが全て同一になるように切削加工されている。また、テーパ面１４の表面粗さが、ボデー１０のうち電動アクチュエータ３０を収容する部分（図１参照）における外周面の表面粗さよりも小さくなるように切削加工されている。

テーパ面１４およびサブテーパ面１８は、反噴孔側に向かうほどボデー１０の径寸法が徐々に拡大する形状である。基端側縮径部１６および並行部１７の外周面は、径寸法が均一な形状である。

テーパ面１４のテーパ角度θ１およびサブテーパ面１８のテーパ角度θ２（図８参照）は、それぞれ１０°以上かつ２０°以下の範囲に設定されている。具体的には、これらのテーパ角度θ１、θ２は１５°に設定されている。なお、テーパ角度とは、ボデー１０の断面視において軸方向に延びる仮想線とボデー１０の外形線とが交差する角度のことである。反噴孔側壁面１５ｃのテーパ角度は、テーパ面１４およびサブテーパ面１８のテーパ角度θ１、θ２よりも大きい。基端側縮径部１６、並行部１７および底面１５ａのテーパ角度はゼロであると言える。

ここで、図３の符号Ｓ５０および図５（ｂ）に示す通常使用状態が長期間継続されると、シール材４０がクリープ現象により劣化していき、シール材４０の径方向変形量に対する上記面圧が低下する。しかしながら、このように劣化すると、ガス押上力によりシール材４０がさらに押し上げられて、シール材４０の径方向変形量が増大する。そのため、径方向変形量に対する面圧が低下するものの、径方向変形量が増大するので、通常使用状態における面圧が維持される。よって、楔効果によるシール能力は維持される。

通常使用状態がさらに長期間継続されてシール材４０のクリープによる劣化が進行すると、シール材４０がガス押上力によりさらに押し上げられて、通常時本体部４２ｘの一部が退避室４ｂに挿入されてくる（図８参照）。退避室４ｂは、並行部１７およびサブテーパ面１８の外周面と取付穴４の内周面４ａとの間に形成される隙間である。

その結果、取付穴４の内周面４ａとサブテーパ面１８との間にシール材４０が挟み込まれていき、通常時本体部４２ｘの一部はサブテーパ面１８上に位置するとともに、通常時先端部４１ｘの一部は並行部１７上に位置するようになる。以下、図８に示す退避状態において、サブテーパ面１８上に位置するシール材４０の部分を退避時本体部４２ｚ、並行部１７上に位置するシール材４０の部分を退避時先端部４１ｚと呼ぶ。

上記退避状態において、退避時先端部４１ｚの端面４１ａにガス圧が印加されてガス押上力が作用する。反噴孔側へ押し上げられるこのガス押上力により、退避時本体部４２ｚおよび退避時先端部４１ｚの各々は、サブテーパ面１８およびテーパ面１４に押し付けられる（図８参照）。その結果、テーパ面１４に加えてサブテーパ面１８でも楔効果が発揮されるようになる。これにより、取付穴４の内周面４ａとボデー１０（つまりテーパ面１４およびサブテーパ面１８）の外周面との間がシールされる（以下、この状態を退避状態と呼ぶ）。

なお、基部１２の外周面と取付穴４の内周面４ａとの間には、ボデー１０を取付穴４に挿入するのに必要なクリアランスが設けられているが、このクリアランスは、ガス押上力によってもシール材４０が入り込めない程度に小さく設定されている。したがって、退避状態において、退避時本体部４２ｚがサブテーパ面１８と基部１２の境界位置に達すると、退避時本体部４２ｚはそれ以上押し上がることはできない。よって、仮に退避時本体部４２ｚが上記境界位置に達すると、それ以降は、楔効果の進行による面圧確保ができなくなり、シール能力は低下していく。この点を鑑み、燃料噴射弁１の耐用年数以内に、退避時本体部４２ｚが上記境界位置に達することがないように設定されている。

以上に説明した本実施形態の燃料噴射弁１は、要するに、以下に列挙する特徴を備える。そして、それらの各特徴により以下に説明する作用効果が発揮される。

＜特徴９＞
テーパ面１４のテーパ角度θ１が１０°以上かつ２０°以下の範囲に設定されている。以下、この設定による効果を、図９および図１０に示す試験結果を用いて説明する。

図９に係る試験では、シール材４０が装着された状態のボデー１０を取付穴４に挿入する前と挿入した後において、シール材４０の端面４１ａが軸方向に移動した距離を計測している。図１０に係る試験では、燃料噴射弁１を取付穴４に取り付けた後、ガス押上力を付与して楔効果が発揮された状態において、シール材４０から漏れ出るガスの流量を計測している。

図９および図１０の横軸はテーパ面１４のテーパ角度を示しており、５°、１０°、１５°、２０°、２５°、３０°、４５°、６０°の８点についてテーパ角度を変更して上記試験を実施している。なお、図９に係る試験では、テーパ角度を５°にするとシール材４０が破断し、移動量の計測が不能であった。これに対し、図１０に係る試験では、テーパ角度を５°にしてもシール材４０は破断しなかった。このような破断有無の違いは、図９の試験では寸法公差最大の燃料噴射弁を用い、図１０の試験では寸法公差最小の燃料噴射弁を用いたことが原因で生じたと推察する。

図９に示す試験結果は、テーパ角度が１０°以上であれば、取付穴４にボデー１０を挿入する際に生じるシール材４０の移動を、シール材４０が損傷しない程度に抑制できることを示す。また、図１０に示す試験結果は、テーパ角度が２０°以下であれば、楔効果によるシール性が十分に得られることを示す。

したがって、テーパ角度θ１が１０°以上かつ２０°以下に設定された本実施形態によれば、取付穴４にボデー１０を挿入する際に生じるシール材４０の移動を抑制してシール材４０損傷の抑制を図ることと、楔効果によるシール性向上との両立を実現できる。

＜特徴１０＞
ボデー１０の外周面のうちテーパ面１４に対して反噴孔側に連続する部分には、ボデー１０を径方向に縮小させた形状である隙間用縮径部（つまり並行部１７およびサブテーパ面１８）が形成されている。この隙間用縮径部は、取付穴４の内周面４ａとの間に隙間（つまり退避室４ｂ）を形成する。

さて、シール材４０のシール面圧がクリープにより低下した場合に、シール材４０がテーパ面１４を擦り上がってシール面圧を上昇させるといった楔効果は、シール材４０が限界位置まで擦り上った以降は発揮されなくなる。この点に着目した本実施形態では、テーパ面１４の反噴孔側に連続する隙間用縮径部が形成されているので、テーパ面１４の反噴孔側に隣接して退避室４ｂが設けられる。そのため、シール材４０の端部（つまり通常時本体部４２ｘ）がテーパ面１４の反噴孔側端部にまで擦り上った以降も、通常時本体部４２ｘが退避室４ｂに進入できるので、シール材４０がさらに擦り上ることができる。よって、楔効果が発揮されなくなる時期を延長させることができ、シール能力が発揮されるシール材４０の寿命を長くできる。

＜特徴１１＞
隙間用縮径部（つまり並行部１７およびサブテーパ面１８）には、ボデー１０の径寸法が該ボデー１０の軸方向において均一である並行部１７が含まれている。そのため、ボデー１０が径方向に大型化することを抑制しつつ、退避室４ｂを形成できる。

＜特徴１２＞
隙間用縮径部（つまり並行部１７およびサブテーパ面１８）には、反噴孔側に向かうほどボデー１０の径寸法が徐々に拡大するサブテーパ面１８が含まれており、並行部１７は、テーパ面１４およびサブテーパ面１８の間に位置する。

そのため、退避室４ｂに進入した通常時本体部４２ｘの先端（つまり退避時本体部４２ｙ）が、さらにサブテーパ面１８に押し付けられて楔効果を発揮する。よって、シール材４０のシール性を向上できる。

＜特徴１３＞
サブテーパ面１８のテーパ角度θ２が１０°以上かつ２０°以下の範囲に設定されている。そのため、テーパ面１４による先述した効果、つまりシール材４０の移動抑制と楔効果によるシール性向上との両立を図る効果が、サブテーパ面１８においても同様に発揮されるようになる。

＜特徴１４＞
テーパ面１４の表面粗さが、ボデー１０のうち電動アクチュエータ３０を収容する部分における外周面の表面粗さよりも小さくなるようにボデー１０は加工されている。

これによれば、テーパ面１４の表面粗さが小さいので、テーパ面１４とシール材４０との密着性を向上できる。よって、シール材４０とボデー１０との間におけるシール性を向上できる。さて、このように表面粗さを小さくすると、シール材４０が擦り上がりやすくなる。そのため、テーパ角度θ１を１０°以上にすることによる擦り上がり抑制効果が好適に発揮されるようになる。

（第５実施形態）
図１１に示す本実施形態では、上記第４実施形態に係るサブテーパ面１８を廃止している。つまり、ボデー１０のうち基端側縮径部１６から反噴孔側に連なる部分には、テーパ面１４、並行部１７および基部１２が順に形成されており、並行部１７は、テーパ面１４および基部１２の間に位置して連続して繋がっている。この場合、並行部１７が特許請求の範囲に記載の隙間用縮径部に相当し、並行部１７の外周面と取付穴４の内周面４ａとの間に形成される隙間が退避室４ｂとして機能する。

このようにサブテーパ面１８を廃止した構成であっても、並行部１７により退避室４ｂが形成されるので、シール材４０の端部がテーパ面１４の反噴孔側端部にまで擦り上った以降も、シール材４０の端部が退避室４ｂに進入できるようになる。よって、第１実施形態と同様にして、楔効果が発揮されなくなる時期を延長させることができ、シール能力が発揮されるシール材４０の寿命を長くできる。

（第６実施形態）
図１２に示す本実施形態では、上記第４実施形態に係るサブテーパ面１８および並行部１７を廃止している。つまり、ボデー１０のうち基端側縮径部１６から反噴孔側に連なる部分には、テーパ面１４および基部１２が順に形成されており、テーパ面１４は、基端側縮径部１６および基部１２の間に位置して連続して繋がっている。

このようにサブテーパ面１８および並行部１７を廃止した構成によれば、退避室４ｂが存在しなくなる。そのため、シール能力の寿命を長くできるといった効果は発揮されなくなるものの、サブテーパ面１８および並行部１７を切削加工する工程が不要になるので、ボデー１０の加工に要する工数を低減できる。

（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、以下のように変更して実施してもよい。また、各実施形態の特徴的構成をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。

・上記第１実施形態にかかるシール材４０の形状と上記第３実施形態にかかるシール材４００の形状とを組み合わせても良い。すなわち、先端部４１０に突出部４１０ｄを形成するとともに、その先端部４１０を縮径していく形状に矯正する。

・溝部１５のうち反噴孔側の壁面１５ｃは、反噴孔側に向かうほどボデー１０の径寸法が徐々に拡大するテーパ状に形成されているが、湾曲状に形成してもよい。

・上記実施形態に係る燃料噴射弁１は、図１に示すように、シリンダヘッド３に取り付けられているが、シリンダブロックに取り付けられた燃料噴射弁であってもよい。また、上記実施形態では、点火式の内燃機関（ガソリンエンジン）に搭載された燃料噴射弁１について説明したが、圧縮自着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）に搭載された燃料噴射弁であってもよい。さらに、上記実施形態では、燃焼室２へ直接燃料を噴射する燃料噴射弁について説明したが、吸気管へ燃料を噴射する燃料噴射弁であってもよい。

・上記第１実施形態に係る溝部１５を廃止して、ボデー１０のうち噴孔部１１の反噴孔側には基端側縮径部１６が連続して繋がる構造にしてもよい。この場合、溝部１５が形成されている場合に比べて、ボデー１０の挿入時にシール材４０が移動しやすくなる。しかし、テーパ面１４のテーパ角度θ１が１０°以上に設定されているので、上記移動は抑制される。

・上記第４実施形態では、基端側縮径部１６およびテーパ面１４を同一の表面粗さに加工している。これに対し、テーパ面１４の表面粗さを、基端側縮径部１６の表面粗さよりも小さく加工してもよい。これによれば、テーパ面１４とシール材４０との密着性が高くなり、シール材４０とテーパ面１４との間のシール性が向上する。よって、１０°〜２０°の範囲内においてテーパ角度θ１を大きく設定できるようになり、ボデー１０挿入時におけるシール材４０移動量の低減を促進できる。

・上記第４実施形態では、テーパ角度θ１、θ２が１０°以上かつ２０°以下の範囲に設定されているが、この範囲から外れた角度に設定されていてもよい。

・上記第４実施形態では、テーパ面１４の表面粗さが、ボデー１０のうち電動アクチュエータ３０を収容する部分における外周面の表面粗さよりも小さく設定されている。これに対し、上記収容の部分とテーパ面１４の表面粗さが同じに設定されていてもよい。

１…燃料噴射弁、４…取付穴、４ａ…取付穴の内周面、１０…ボデー、１０ａ…噴孔、１３…縮径部、１５…溝部、４０…シール材、４１…先端部、Ｓ１０、Ｓ２０…シール装着工程、Ｓ３０…挿入工程。

Claims (20)

1. 燃料を噴射する噴孔（１０ａ）が形成されたボデー（１０）を備え、
   前記ボデーの外周面には、環状のシール材（４０）が装着される部分であり、該ボデーを径方向に縮小させた形状である縮径部（１３）が形成されており、
   内燃機関の所定箇所に形成された取付穴（４）に前記ボデーを挿入した状態では、前記取付穴の内周面（４ａ）と前記ボデーの外周面との間が前記シール材によりシールされることとなるように構成された燃料噴射弁（１）において、
   前記縮径部のうち、前記シール材の噴孔側の先端部（４１）が装着される部分には、前記ボデーの径方向に凹む環状の溝部（１５）が形成され、
   前記縮径部のうち前記溝部の反噴孔側に連なる部分には、前記溝部よりも外形寸法が大きく、かつ、軸方向に亘って径寸法が均一の基端側縮径部（１６）が形成され、
   前記ボデーの外周面のうち前記基端側縮径部の反噴孔側に連なる部分には、反噴孔側に向かうほど前記ボデーの径寸法が徐々に拡大するテーパ面（１４）が形成され、
   前記取付穴への前記ボデーの挿入が完了した後、所定圧以上のガス圧が前記シール材の噴孔側から印加された後の使用状態において、前記ガス圧により前記シール材が前記テーパ面に押し付けられて圧縮変形し、その圧縮変形部分が前記取付穴の内周面と前記ボデーの外周面との間をシールするように構成されていることを特徴とする燃料噴射弁。
2. 前記先端部（４１）が前記溝部に嵌まるように前記縮径部に装着された、前記シール材を備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
3. 前記先端部は、噴孔側に近づくほど外径寸法が徐々に縮径していく円筒形状であることを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射弁。
4. 前記先端部（４１）の噴孔側の端面（４１ａ）の全体が、前記溝部の内部に位置していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の燃料噴射弁。
5. 前記テーパ面のテーパ角度（θ１）が１０°以上かつ２０°以下の範囲に設定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の燃料噴射弁。
6. 前記ボデーの外周面のうち前記テーパ面に対して反噴孔側に連続する部分には、前記取付穴の内周面との間に隙間（４ｂ）を形成するよう、前記ボデーを径方向に縮小させた形状である隙間用縮径部（１７、１８）が形成されていることを特徴とする請求項５に記載の燃料噴射弁。
7. 前記隙間用縮径部には、前記ボデーの径寸法が該ボデーの軸方向において均一である並行部（１７）が含まれていることを特徴とする請求項６に記載の燃料噴射弁。
8. 前記隙間用縮径部には、反噴孔側に向かうほど前記ボデーの径寸法が徐々に拡大するサブテーパ面（１８）が含まれており、
   前記並行部は、前記テーパ面および前記サブテーパ面の間に位置することを特徴とする請求項７に記載の燃料噴射弁。
9. 前記サブテーパ面のテーパ角度（θ２）が１０°以上かつ２０°以下の範囲に設定されていることを特徴とする請求項８に記載の燃料噴射弁。
10. 前記ボデーの内部には、前記噴孔を開閉する弁体（２０）、および前記弁体を開閉作動させる磁気吸引力を生じさせる電動アクチュエータ（３０）が収容されており、
    前記テーパ面の表面粗さが、前記ボデーのうち前記電動アクチュエータを収容する部分における外周面の表面粗さよりも小さいことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の燃料噴射弁。
11. 前記溝部のうち反噴孔側の壁面（１５ｃ）は、反噴孔側に向かうほど前記ボデーの径寸法が徐々に拡大するテーパ状に形成されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の燃料噴射弁。
12. 前記取付穴への前記ボデーの挿入が完了した後、所定圧以上のガス圧が前記シール材に未だ印加されていない初期状態において、
    前記溝部のうち反噴孔側の壁面と前記取付穴の内周面との間に前記シール材が挟まれて圧縮変形し、その圧縮変形部分が前記取付穴の内周面と前記ボデーの外周面との間をシールするように構成されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１つに記載の燃料噴射弁。
13. 前記取付穴への前記ボデーの挿入が完了した後、所定圧以上のガス圧が前記シール材に未だ印加されていない初期状態において、前記先端部が前記溝部から外れ、前記縮径部のうち前記溝部よりも反噴孔側の部分と前記取付穴の内周面との間に前記シール材が挟まれて圧縮変形し、その圧縮変形部分が前記取付穴の内周面と前記ボデーの外周面との間をシールするように構成されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１つに記載の燃料噴射弁。
14. 前記取付穴に前記ボデーが挿入されていない状態において、前記シール材の最外径寸法（Ｄ４０）は、前記取付穴の内周面の内径寸法（Ｄ４）よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１つに記載の燃料噴射弁。
15. 前記取付穴に前記ボデーが挿入されていない状態において、前記縮径部に装着された状態の前記シール材の最外周位置が、前記溝部のうち噴孔側の壁面の最外周位置よりも、径方向外側に位置していることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１つに記載の燃料噴射弁。
16. 前記シール材のうち、前記先端部より反噴孔側の部分を本体部（４２０）と呼ぶ場合において、
    前記先端部は、前記本体部よりも径方向内側に拡大する向きに肉厚が大きく形成されていることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１つに記載の燃料噴射弁。
17. 請求項１〜１６のいずれか１つに記載の燃料噴射弁（１）の取付方法であって、
    前記縮径部に前記シール材を装着するシール装着工程（Ｓ１０、Ｓ２０）と、
    その後、前記取付穴に前記燃料噴射弁を挿入する挿入工程（Ｓ３０）と、
    を備え、
    前記シール装着工程では、前記溝部に前記先端部を装着し、
    前記挿入工程では、前記先端部が前記溝部に装着された状態で、前記ボデーを前記取付穴に挿入することを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１つに記載の燃料噴射弁の取付方法。
18. 前記シール装着工程では、
    前記取付穴への挿入途中のみならず該挿入が完了した時点においても前記先端部が前記溝部に装着された状態が維持されるよう、前記先端部を前記溝部へ装着することを特徴とする請求項１７に記載の燃料噴射弁の取付方法。
19. 前記シール装着工程では、
    前記取付穴への挿入途中では前記先端部が前記溝部に装着され、該挿入が完了した時点では前記先端部が前記溝部から外れた状態になるよう、前記先端部を前記溝部へ装着することを特徴とする請求項１７に記載の燃料噴射弁の取付方法。
20. 前記シール装着工程では、
    前記シール材を前記縮径部に対向配置する配置工程と、
    前記先端部が前記溝部内に嵌め込まれるよう、前記先端部を塑性変形させる矯正工程と、
    を含むことを特徴とする請求項１７〜１９のいずれか１つに記載の燃料噴射弁の取付方法。

Images