JP6884275B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Description

本願は、内燃機関の燃料供給系に使用される燃料噴射弁に関し、特に取り付け性の向上に関するものである。

従来の燃料噴射弁１は、図１０および図１１に示すようなものがあり、内燃機関の取り付け構造体である例えばエンジンヘッド２ａの中空部内に装着される。燃料噴射弁１のハウジング３の下流側には弁ホルダー４が設けられ、エンジンヘッド２ａの中空部内に配置される。弁ホルダー４の中空部内には弁体５と、弁体５の下流側端部に設けられたボール６とが配置されている。弁ホルダー４の内部の下流側端部に弁座７が設けられ、弁座７に弁体５のボール６が接離する。

内燃機関の取り付け構造体である例えばエンジンヘッド２ａのシール方式はデリバリ側の固定がいらずコスト性に優れ、弁ホルダー４の上流側の外周にグロメット８を嵌合し、上流側シール面９ａと下流側シール面９ｂを有した圧着シール部材を使用するタイプ（以下グロメットタイプ）である。

また、他の従来の燃料噴射弁１は、図１２および図１３に示すようなものがあり、内燃機関の取り付け構造体である例えばインテークマニホールド２ｂの中空部内に装着される。弁ホルダー４の構成は同様である。

内燃機関の取り付け構造体である例えばインテークマニホールド２ｂのシール方式はデリバリ側の固定はいるが燃料噴射弁１の取付け自由度が高く、上流側シール面９ａに接するように弁ホルダー４の外周面にＯリング１０を嵌合し、下流側シール位置決め環１１をＯリング１０に接するように弁ホルダー４の外周面に嵌合し、内周側と外周側にシール部を有した環状シール部材を使用するタイプ（以下Ｏリングタイプ）である。これらの二つのシール方式が主に採用されている。

特許第５００６２２０号公報 特許第３８０２７０２号公報

上述した従来の燃料噴射弁においては、一般的に燃料噴射弁1は両方のシール構造を持つことが難しく、シールタイプごとに燃料噴射弁１の形状を変更しなければならないという問題があった。

また、図１０および図１１に示すような燃料噴射弁１の上流側シール面９ａをＯリング１０の固定面として流用し、下流側シール位置決め環１１だけを後付け装着することでＯリングタイプに変更可能とし、燃料噴射弁１本体を共通化したのが、図１２および図１３に示すような燃料噴射弁１である。しかし、このような構造ではＯリング１０の装着位置が上流側シール面９ａに限定されることで取付けレイアウトの自由度がなくなってしまうという問題があった。

また、従来の燃料噴射弁１には、弁ホルダー４の外周に上流側シール面９ａでシールするアタッチメントを装着し、このアタッチメントがＯリング１０およびＯリング１０を固定する上下流のシール位置決め環を有することでＯリング１０取付け位置の自由度を確保し、かつ燃料噴射弁１本体を共通化することが可能となる（特許文献１の図参照）。しかし、このような形状では、アタッチメントを弁ホルダー４の外周に被せるため燃料噴射弁１の先端径が拡大する問題、あるいはシール箇所が従来のグロメット８とＯリング１０の２カ所に増加することで管理コストが増大するという問題があった。

さらに、従来の燃料噴射弁１には、弁ホルダー４の外周に上下流側のシール位置決め環を先端からそれぞれ圧入することで燃料噴射弁１を共通化し、Ｏリング１０のシール位置の自由度もある程度確保できるものがある（特許文献２参照）。しかし、上流側シール位置決め環を先端から圧入すると弁ホルダー４の外周面にあるＯリング１０のシール面に接触摩耗が発生する。この接触摩耗によりシール面が傷つき、装着後にＯリング１０が切れる可能性があるという問題があった。

本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、その目的は、シール構造あるいは取り付け位置の自由度を容易かつ低コストに行うことができる燃料噴射弁を提供するものである。

本願に開示される燃料噴射弁は、ハウジング内に配置された弁ホルダーと、前記弁ホルダーの内部に配置された弁体と、前記弁体の下流側端部に配置された弁座とを有する燃料噴射弁であって、前記弁ホルダーの外周面に形成された環状溝と、前記弁ホルダーの外周面に遊嵌状態で前記環状溝の位置に配置され、縮着されて一部が前記環状溝の内部に嵌合する上流側シール位置決め環と、前記弁ホルダーの外周面に挿入され、前記上流側シール位置決め環の下方に配置された環状シール部材と、前記弁ホルダーの外周面に挿入され、前記環状シール部材の下方に配置された下流側シール位置決め環とを備えたものである。

本願に開示される燃料噴射弁によれば、弁ホルダーの外周面に環状溝を形成し、上流側シール位置決め環が弁ホルダーの外周面に遊嵌状態で環状溝の位置に配置され、上流側シール位置決め環が縮着されて一部が環状溝の内部に嵌合し、環状シール部材が弁ホルダーの外周面の上流側シール位置決め環の下方に挿入され、下流側シール位置決め環が弁ホルダーの外周面の環状シール部材の下方に挿入されるようにしたことにより、燃料噴射弁本体を共通化できるので、容易かつ低コストに行うことができる燃料噴射弁を得ることができる。

実施の形態１による燃料噴射弁を一部断面で示す正面図である。 実施の形態１による燃料噴射弁を示す正面図である。 実施の形態２による燃料噴射弁を示す図２Ａ−Ａ線における断面図である。 実施の形態３による燃料噴射弁を示す正面図である。 実施の形態３による燃料噴射弁を示す正面図である。 実施の形態３による燃料噴射弁の要部を示す拡大正面図である。 実施の形態４による燃料噴射弁を示す正面図である。 実施の形態５による燃料噴射弁を示す正面図である。 実施の形態６による燃料噴射弁の要部を示す拡大正面図である。 従来の燃料噴射弁を一部断面で示す正面図である。 従来の燃料噴射弁を示す正面図である。 従来の他の燃料噴射弁を一部断面で示す正面図である。 従来の他の燃料噴射弁を示す正面図である。

実施の形態１．
図１は実施の形態１による燃料噴射弁を一部断面で示す正面図である。図２は実施の形態１による燃料噴射弁を示す正面図である。

これら各図において、１は燃料噴射弁、２ｂは内燃機関の取り付け構造体である例えばインテークマニホールド、３はハウジング、４は薄肉円筒形状の弁ホルダー、５は弁体、６はボール、７は弁座である。

燃料噴射弁１は例えばインテークマニホールド２ｂに形成された中空状の挿入口に嵌挿され、燃料配管から導入された燃料をインテークマニホールド２ｂ内にするものであり、燃料噴射弁１とインテークマニホールド２ｂとの気密を保持するためのシール構造が配置される。

燃料噴射弁１は、ハウジング３内に配置された弁ホルダー４と、弁ホルダー４の内部に配置された弁体５と、弁体５の下流側端部に配置された弁座７と、弁ホルダー４の外周面に形成された環状溝１２と、弁ホルダー４の外周面に遊嵌状態で環状溝１２の位置に配置され、縮着されて一部が環状溝１２の内部に嵌合する樹脂製の上流側シール位置決め環１３と、弁ホルダー４の外周面に挿入され、上流側シール位置決め環１３の下方に配置された例えばＯリングからなる環状シール部材（以下、Ｏリングと称す）１４と、弁ホルダー４の外周面に挿入され、環状シール部材１４の下方に配置された下流側シール位置決め環１５とを備えている。Ｏリングからなる環状シール部材１４は内周側と外周側にシール部を有する。

上流側シール位置決め環１３を弁ホルダー４の外周面のシール面と接触することなく挿入でき、弁ホルダー４の外周面に形成した環状溝近傍で弁ホルダー４の外周部にしまり嵌め状態で固定可能な形状、材質を選択すればよい。

すなわち、上流側シール位置決め環１３の内径が常温状態では弁ホルダー４の外径より小さく、所定温度以上では上流側シール位置決め環１３の内径が大きくなる寸法設定とし、常温状態では上流側シール位置決め環１３と弁ホルダー４が締め代を持った状態で固定されていて、さらに燃料噴射弁１の使用温度範囲では締め代が確保されるよう上流側シール位置決め環１３と弁ホルダー４の材料を選定すればよい。

また、２つの上流側シール位置決め環１３、下流側シール位置決め環１５の取り付け位置は可変で、Ｏリング１４を弁ホルダー４の外周の任意の位置に装着できるため、燃料噴射弁１の取り付け自由度が拡大するという利点がある。

さらに、上流側シール位置決め環１３を先端側から弁ホルダー４の外周面に圧入することなく、弁ホルダー４の外周面としまり嵌め状態で固定可能な形状、材質としたことで、Ｏリング１４のシール面を傷つけない構造とし、これにより装着後のＯリング１４切れによる気密漏れ不良のリスクを抑制することができる。

上流側シール位置決め環１３の嵌挿について述べる。（図６を参照）燃料噴射弁１を常温下においた状態において、弁ホルダー４の先端から高温に熱して膨張させた上流側シール位置決め環１３を弁ホルダー４の外周部に挿入し、所定の位置、すなわち環状溝１２の近傍の位置で冷却して常温に戻して収縮させ、上流側シール位置決め環１３の一部である内周上端部が環状溝１２内に嵌合して縮着してしまり嵌め状態で固定する。

さらに、燃料噴射弁１の弁ホルダー４の先端から下流側シール位置決め環１５を圧入し、所定位置で固定する。最後に、燃料噴射弁１の弁ホルダー４の先端から挿入したＯリング１４を上流側シール位置決め環１３と下流側シール位置決め環１５との間に係止することで、Ｏリングタイプのシール構造となる。

また、ここで上流側位置決め環１３の内径ｄ（常温時）、線膨張係数α１、弁ホルダー４の外周径D（常温時）、線膨張係数α２、燃料噴射弁１の使用温度範囲をT1からT2とした場合、下記式が成立するよう寸法および材質をそれぞれ設定している。
・D（1+α2（T2-常温））＞ｄ（1+α1（T2-常温））
・D（1+α2（T1-常温））＞ｄ（1+α1（T1-常温））

また、上流側シール位置決め環１３の耐熱温度以下の高温T3状態で常温の弁ホルダー４に挿入する時には下記式が成立するよう寸法および材質をそれぞれ設定している。
・D＜ｄ（1+α1（T3-常温））

上記３式の条件を満たす例として、弁ホルダー４は燃料封止と防錆上ステンレス鋼を使用し、上流側シール位置決め環１３はステンレス鋼に対して線膨張係数が大きく安価なポリアミド系の樹脂を用いる。

この実施の形態１によれば、上流側シール位置決め環１３を弁ホルダー４の外周面のシール面と接触することなく挿入でき、燃料噴射弁１を容易かつ低コストに実現することが可能である。

また、樹脂製の上流側シール位置決め環１３は弁ホルダー４の外周面に形成した環状溝１２近傍で弁ホルダー４の外周部にしまり嵌め状態で固定可能であり、上流側シール位置決め環１３の脱落を防止できる。具体的には圧入状態を長期間続けるとしまり嵌め部分のヘタリによって上流側シール位置決め環１３のしまり嵌めによる保持力が低下する懸念があり、上流側シール位置決め環１３の一部を環状溝１２中に配置して隙間状態とすることでこの部分の寸法変化の発生がなく、環状溝１２に係止されるため前記不具合を防止できる。

また、樹脂製の上流側シール位置決め環１３の一部が環状溝１２に係止する構造としているので、仮にしまり嵌めによる保持力が低下した場合においても上流側シール位置決め環１３が負圧の影響でインテークマニホールド２ｂ内に引き込まれることを防止できる。

実施の形態２．
図３は実施の形態２による燃料噴射弁を示す図２Ａ−Ａ線における断面図である。

上流側シール位置決め環１３は２つ以上に分割され、図３は例えば２つに分割した場合を示し、半円盤状の上流側シール位置決め環１３ａと上流側シール位置決め環１３ｂとで構成されている。

燃料噴射弁１の弁ホルダー４の外周側から半円盤状の上流側シール位置決め環１３ａと上流側シール位置決め環１３ｂとを所定位置で結合し、弁ホルダー４の外周部としまり嵌め状態で固定することで上流側シール位置決め環１３を形成している。

燃料噴射弁１の弁ホルダー４の先端から下流側シール位置決め環１５を圧入し、所定位置で固定する。最後に、燃料噴射弁１の弁ホルダー４の先端から挿入したＯリング１４を上流側シール位置決め環１３と下流側シール位置決め環１５との間に係止することで、Ｏリングタイプのシール構造となる。

また、ここで上流側シール位置決め環１３の内径ｄ（常温時）、線膨張係数α１、弁ホルダー４の外周径D（常温時）、線膨張係数α２、燃料噴射弁１の使用温度範囲をT1からT2とした場合、下記式が成立するよう寸法および材質をそれぞれ設定している。
・D（1+α2（T2-常温））＞ｄ（1+α1（T2-常温））
・D（1+α2（T1-常温））＞ｄ（1+α1（T1-常温））

このように、例えば２つに分割され結合することで形成される上流側シール位置決め環１３の内径が弁ホルダー４の外周径より小さくなる寸法設定とし、常温状態では上流側シール位置決め環１３と弁ホルダー４が締め代を持った状態で固定されていて、さらに燃料噴射弁１の使用温度範囲では締め代が確保されるよう上流側シール位置決め環１３と弁ホルダー４の材料を選定すればよい。

この実施の形態２によれば、上流側シール位置決め環１３を２つ以上のパーツに分割した状態で弁ホルダー４の外周の所定位置で結合することにより、加工時間を短縮できる。また、この結合は溶接、圧入など工法自由度が高く生産数量に合わせて最適な工法を選択し易い利点がある。

実施の形態３．
図４は実施の形態３による燃料噴射弁を示す正面図である。図５は実施の形態３による燃料噴射弁を示す正面図である。図６は実施の形態３による燃料噴射弁の要部を示す拡大正面図である。

弁ホルダー４の外周部に複数の環状溝１２を設け、上流側から下流側に向けてそれぞれ第１環状溝１２ａ、第２環状溝１２ｂ、第３環状溝１２ｃを配置している。この実施の形態３においては樹脂製の上流側シール位置決め環１３が第１環状溝１２ａに配置される場合を示し、上流側シール位置決め環１３の一部が第１環状溝１２ａに係止する構造としている。仮にしまり嵌めによる保持力が低下した場合においても上流側シール位置決め環１３が負圧の影響でインテークマニホールド２ｂ内に引き込まれることを防止する。

また、予め弁ホルダー４の外周に複数の環状溝１２を設置しておくことで共通の燃料噴射弁１で複数のＯリング１４の装着位置を確保できる。この場合には３か所にＯリング１４を設置可能となる。

上流側シール位置決め環１３の弁ホルダー４の外周面への嵌挿は、図６に示すように、燃料噴射弁１の弁ホルダー４を常温下においた状態において、弁ホルダー４の先端から高温に熱して膨張させた上流側シール位置決め環１３を弁ホルダー４の外周部に挿入する。そして、上流側シール位置決め環１３を上流側の所定の位置、すなわち環状溝１２の第１環状溝１２ａの近傍の位置までさらに挿入さる。この状態において、上流側シール位置決め環１３を冷却して常温に戻して収縮させ、上流側シール位置決め環１３の一部である内周上端部が環状溝１２の第１環状溝１２ａ内に嵌合して縮着してしまり嵌め状態で固定される。

樹脂で形成された上流側シール位置決め環１３の一部がＰ１寸法だけ第１環状溝１２ａの奥側で係止されることで脱落を防止している。具体的には圧入状態を長期間続けるとしまり嵌め部分のヘタリによって上流側シール位置決め環１３のしまり嵌めによる保持力が低下する懸念があり、上流側シール位置決め環１３の一部を第１環状溝１２ａ中に配置して隙間状態とすることでこの部分の寸法変化の発生がなく、第１環状溝１２ａに係止されるため前記不具合を防止できる。また、複数の環状溝１２を弁ホルダー４の外周に設置することで共通の燃料噴射弁１において環状溝１２の数だけＯリング１４の取付け自由度を持たせることができる。

また、上流側シール位置決め環１３を第１環状溝１２ａに弁ホルダー４の外周面のシール面Ｓと接触することなく挿入でき、シール面Ｓを傷つけることなく上流側シール位置決め環１３を第１環状溝１２ａに係止させることができる。そして、下流側シール位置決め環１５を弁ホルダー４の外周面の所定の位置に挿着した後、Ｏリング１４を上流側シール位置決め環１３と下流側シール位置決め環１５との間に嵌挿させることにより、Ｏリング１４が切れることがなくなり、気密漏れ不良などのリスクを抑制することができる。

実施の形態４．
図７は実施の形態４による燃料噴射弁を示す正面図である。上述した実施の形態３においては、一番上の第１環状溝１２ａに上流側シール位置決め環１３が嵌合される場合について述べたが、この実施の形態４においては上流側から二番目の第２環状溝１２ｂに上流側シール位置決め環１３が嵌合される場合を示し、上述した実施の形態３と同様の効果を奏する。

実施の形態５．
図８は実施の形態５による燃料噴射弁を示す正面図である。上述した実施の形態３においては、一番上の第１環状溝１２ａに上流側シール位置決め環１３が嵌合され、実施の形態４においては上流側から二番目の第２環状溝１２ｂに上流側シール位置決め環１３が嵌合される場合について述べたが、この実施の形態５においては最下流側の第３環状溝１２ｃに上流側シール位置決め環１３が嵌合される場合を示し、上述した実施の形態３、実施の形態４と同様の効果を奏する。

実施の形態６．
図９は実施の形態６による燃料噴射弁の要部を示す拡大正面図である。この実施の形態６においては、弁ホルダー４の上流側と下流側でその外径寸法が異なり、かつ下流側の弁ホルダー４の外径寸法が上流側の弁ホルダー４の外径寸法よりも小さく設定している。

すなわち、弁ホルダー４の外周部に複数設けたすべての環状溝１２において、環状溝１２の下流側の弁ホルダー４の外径寸法を環状溝１２の上流側の弁ホルダー４の外径寸法よりも小さく設定している。

図９は一実施例として第２環状溝１２ｂと第３環状溝１２ｃの関係において、第２環状溝１２ｂの下流側の弁ホルダー４の外径寸法Ｑ１に対し、第３環状溝１２ｃの下流側の弁ホルダー４の外径寸法Ｑ２はＱ１＞Ｑ２の関係となる。第３環状溝１２ｃの下流側の弁ホルダー４の外径寸法Ｑ２は第２環状溝１２ｂの下流側の弁ホルダー４の外径寸法Ｑ１よりもＰ２だけ小さく設定している。

このような状態において、下流側シール位置決め環１５を第２環状溝１２ｂの下流側の弁ホルダー４の外周部に圧入する際に、第３環状溝１２ｃの下流側の弁ホルダー４の外径寸法Ｑ２はＰ２だけ小さい外径寸法となっている。そして、下流側シール位置決め環１５の内周面と第３環状溝１２ｃの下流側の弁ホルダー４の外周面とは間隙があり、不要な圧入部とすることができ、下流側シール位置決め環１５の嵌挿時間の短縮あるいは圧入かじりを抑制することができる。

ところで、上述した実施の形態においては、上流側の弁ホルダー４の外径寸法Ｑ１よりも下流側の弁ホルダー４の外径寸法Ｑ２を小さく構成する場合について述べたが、これに限定されるものではなく、下流側の弁ホルダー４の外径寸法Ｑ２は下流側に向かって小さい外径寸法となるテーパー形状としてもよく、同様の効果を奏する。

また、弁ホルダー４の下流側端部の外径寸法をその上流側の弁ホルダー４の外径寸法よりも小さくすることもでき、同様の効果を奏する。

なお、上述した各実施の形態においては、燃料噴射弁１が内燃機関の取り付け構造体である例えばインテークマニホールドに取り付けられる場合について述べたが、燃料噴射弁１が内燃機関の取り付け構造体である例えばエンジンヘッドに取り付けられる場合にも適用でき、同様の効果を奏する。すなわち、本願の燃料噴射弁１はインテークマニホールドあるいはエンジンヘッドに共通化させているので、容易かつ低コストを実現できる。

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

本願は、容易かつ低コストに行うことができる燃料噴射弁の実現に好適である。

１ 燃料噴射弁、３ ハウジング、４ 弁ホルダー、５ 弁体、７ 弁座、１２ 環状溝、１２ａ 第１環状溝、１２ｂ 第２環状溝、１２ｃ 第３環状溝、１３ 上流側シール位置決め環、１４ 環状シール部材（Ｏリング）、１５ 下流側シール位置決め環

Claims (5)

1. ハウジング内に配置された弁ホルダーと、前記弁ホルダーの内部に配置された弁体と、前記弁体の下流側端部に配置された弁座とを有する燃料噴射弁であって、前記弁ホルダーの外周面に形成された環状溝と、前記弁ホルダーの外周面に遊嵌状態で前記環状溝の位置に配置され、縮着されて一部が前記環状溝の内部に嵌合する上流側シール位置決め環と、前記弁ホルダーの外周面に挿入され、前記上流側シール位置決め環の下方に配置された環状シール部材と、前記弁ホルダーの外周面に挿入され、前記環状シール部材の下方に配置された下流側シール位置決め環とを備えたことを特徴とする燃料噴射弁。
2. 前記上流側シール位置決め環は、常温状態で前記上流側シール位置決め環の内径が前記弁ホルダーの外径よりも小さく、前記燃料噴射弁の使用温度範囲以上の高温状態で前記上流側シール位置決め環の内径が前記弁ホルダーの外径よりも大きく構成され、前記燃料噴射弁の使用温度範囲では前記上流側シール位置決め環の一部が前記環状溝に嵌合していることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
3. 前記上流側シール位置決め環は、複数に分割されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料噴射弁。
4. 前記弁ホルダーの外周面に形成された前記環状溝は、複数配置され、前記上流側シール位置決め環の一部が前記環状溝のいずれかに嵌合されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
5. 前記弁ホルダーの外周面に形成された前記環状溝の上下流で前記弁ホルダーの外径が異なり、下流側の前記弁ホルダーの外径が上流側の前記弁ホルダーの外径よりも小さく構成したことを特徴とする請求項４に記載の燃料噴射弁。

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