JPH1061527A - シリンダヘッドのシール装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フューエルインジェクタに過大な荷重をかけ
なくてもガスケットに大きなシール面圧力が得られ、か
つ、シリンダヘッドの座面が粗くても、フューエルイン
ジェクタとの間を確実にシールすることができるシリン
ダヘッドのシール装置を提供する。 【解決手段】 ガスケット５８の芯材６６は弾性変形可
能であって、その下側シール部６４は芯材６６の断面が
円弧状となっており、その表面はコーティングゴム７０
に被覆されている。また、シリンダヘッドの座面７２は
紫外線硬化型樹脂７８によりコーティングされている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば筒内噴射
ガソリンエンジンのシリンダヘッドとフューエルインジ
ェクタとの間のシール性を向上させたシリンダヘッドの
シール装置に関する。

【０００２】

【関連する背景技術】筒内噴射ガソリンエンジンのフュ
ーエルインジェクタは、そのインジェクタボディ先端の
ノズル部が燃焼室に臨むようにしてシリンダヘッドに取
り付けられているため、シリンダヘッドとフューエルイ
ンジェクタとの間のシールを確実に行う必要がある。こ
のため、シリンダヘッドのインジェクタ装着孔はフュー
エルインジェクタの形状に対応した段付き孔に形成され
ており、その段付き孔の段差面、つまり、フューエルイ
ンジェクタのための密封座面とフューエルインジェクタ
との間に金属ガスケットが配置されている。この金属ガ
スケットはフューエルインジェクタを介して密封座面に
押圧されて、フューエルインジェクタとシリンダヘッド
との間をシールしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】筒内噴射ガソリンエン
ジンのフューエルインジェクタは小型・軽量に作られて
おり、且つ、その内部構造は精密であるため、金属ガス
ケットのシール面圧力を大きくしようとしてフューエル
インジェクタをそのインジェクタ装着孔の取付座面に強
く押圧すると、フューエルインジェクタのボディやその
内部に歪みを生じる。このため、フューエルインジェク
タ本来の機能が損なわれ、正常な燃料噴射が行われなく
なる。従って、予めシール部材の圧縮寸法を決めてお
き、その寸法以上にシール部材を押圧しないよう、フュ
ーエルインジェクタをシリンダヘッドに押し込むように
設計されているが、寸法のばらつきが押圧荷重及びシー
ル面圧に影響して充分なシールが得られないことも発生
する。

【０００４】また、インジェクタ装着孔は、鋳造のシリ
ンダヘッドを機械加工して得られているため、その取付
座面にはヘアクラック、巣、ピンホール（以下「鋳物
巣」という。）が多数現れている。このため、取付座面
の表面は粗く、上述した金属ガスケットと密封座面との
メタルタッチのみでは充分なシール性が得られない。例
えば、メタルタッチのシール性が良くなるスズメッキを
金属ガスケットに施しても充分なシール性を得ることは
難しい。

【０００５】この発明は上述した事情に基づいてなされ
たもので、その目的とするところは、フューエルインジ
ェクタにかける押圧荷重が小さくても、ガスケットのシ
ール面圧力を充分に得られ、且つ、密封座面とガスケッ
トとの間のシールを確実に行うことのできるシリンダヘ
ッドのシール装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め請求項１のシリンダヘッドのシール装置は、エンジン
の燃焼室内に直接燃料を噴射するインジェクタとシリン
ダヘッドとの間に介装されて、これらに対する接触シー
ル部の断面がそれぞれ円弧状に形成されたガスケットを
有しており、このガスケットは、接触シール部間の間隔
を縮小させながら弾性変形可能な金属製の芯材と、芯材
の少なくともこれら接触シール部とその近傍をそれぞれ
被覆する弾性部材とを備えている。

【０００７】請求項１のシリンダヘッドのシール装置に
よれば、そのガスケットの接触シール部はインジェクタ
とシリンダヘッドの双方に対してほぼ線接触状態となっ
て、これらの間をシールする。また、ガスケットはその
芯材の弾性変形を伴って装着されて、その復元力によっ
て、一対の接触シール部がインジェクタ及びシリンダヘ
ッドのそれぞれに押圧され、しかも、これらの接触シー
ル部は弾性部材を介してインジェクタ及びシリンダヘッ
ドのそれぞれに押し付けられている。

【０００８】請求項２のシリンダヘッドのシール装置
は、そのガスケットが、インジェクタ側からシリンダヘ
ッド側にかけて徐々に拡開する中空の円錐台形状をなし
ており、その両開口縁を互いに逆向きに円弧状に折り返
して形成した一対の接触シール部を有している。この場
合ガスケットは、その芯材の本体部分が皿ばね状とな
り、両接触シール部はインジェクタ及びシリンダヘッド
の双方にほぼ円環状に線接触する。

【０００９】請求項３のシリンダヘッドのシール装置
は、ガスケットの芯材を被覆する弾性部材がゴム層とな
っている。この場合、ガスケットの接触シール部はそれ
ぞれゴム層を介してインジェクタ及びシリンダヘッドの
双方にほぼ円環状に線接触する。請求項４のシリンダヘ
ッドのシール装置は、ガスケットの芯材の全表面がゴム
層に被覆されている。この場合、ゴム層は接触シール部
以外の芯材の部位を保護する。

【００１０】請求項５のシリンダヘッドのシール装置
は、ガスケットが当接するシリンダヘッド側の座面に
は、紫外線硬化型のコーティング層が形成されている。
請求項４のシリンダヘッドのシール装置によれば、シリ
ンダヘッド側の座面はコーティング層を介してガスケッ
トと接触する。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明のシ
リンダヘッドのシール装置の実施例を説明する。図１
は、筒内噴射ガソリンエンジンの概略を示した部分側断
面図である。同図に示すとおり、筒内噴射ガソリンエン
ジン１は頂部にロッカカバー２を備えており、このロッ
カカバー２の下側にはシリンダヘッド４、シリンダブロ
ック６及びオイルパン８を順次備えている。シリンダヘ
ッド４から下側の部分はそれらの断面で示されており、
それ故、これらの内部にある排気バルブ１０、吸気バル
ブ１２、ピストン１４及びコンロッド１６が示されてい
る。

【００１２】シリンダヘッド４には、燃焼室１５内に通
じるインジェクタ装着孔１８が設けられており、このイ
ンジェクタ装着孔１８にはフューエルインジェクタ２０
が装着されている。より詳しくは、フューエルインジェ
クタ２０はその下側部分がインジェクタ装着孔１８内に
挿入されており、その先端は燃焼室１５内に達してい
る。また、シリンダヘッド４の上面から突出したフュー
エルインジェクタ２０の上側部分にはその先端に燃料分
配パイプ２６が接続されている。

【００１３】シリンダヘッド４の外側面には高圧燃料ポ
ンプ２２が備えられており、この高圧燃料ポンプ２２は
燃料供給パイプ２４及び燃料分配パイプ２６を介してフ
ューエルインジェクタ２０に圧力の高められた燃料を供
給可能となっている。なお、この実施例では、燃料の圧
力が５〜７ＭＰａに設定されている。図２を参照する
と、シリンダヘッド４のインジェクタ取付部が詳細に示
されている。同図に示すように、フューエルインジェク
タ２０はそのフランジ部２８がホルダ３０により押さえ
られて、シリンダヘッド４に固定されている。また、ホ
ルダ３０はボルト３４を締め付けることによってシリン
ダヘッド４の上面に固定されている。より詳しくは、ホ
ルダ３０はその一対の爪部３２と、これら爪部３２の間
を円弧状に繋ぐ部分とでフューエルインジェクタ２０の
フランジ部２８を上側から押圧している。このとき、ボ
ルト３４を所定の締め付けトルクで締め付けることによ
り、フューエルインジェクタ２０がシリンダヘッド４に
取り付けられる。この実施例ではフューエルインジェク
タ２０への荷重（押圧力）は２００ｋｇｆに設定されて
いる。

【００１４】図３を参照すると、フューエルインジェク
タ２０の内部構造とシリンダヘッド４のインジェクタ装
着孔１８近傍が詳細に示されている。フューエルインジ
ェクタ２０は上述のようにそのフランジ部２８をホルダ
３０に押圧されて、シリンダヘッド４のインジェクタ装
着孔１８に取り付けられており、フランジ部２８より下
側部分のみがインジェクタ装着孔１８内に挿入されてい
る。

【００１５】フューエルインジェクタ２０の構成をより
詳しく説明すると、まず、フューエルインジェクタ２０
はインジェクタボディ３６を備えており、このインジェ
クタボディ３６は段付きの円筒形状を有している。上述
のフランジ部２８はインジェクタボディ３６の外周面に
一体にして形成されている。インジェクタボディ３６内
にはコア３８がその軸線方向に延びており、コア３８の
頂部はインジェクタボディ３６から上方に突出して開口
している。フューエルインジェクタ２０はコア３８の上
部開口から燃料を導入可能となっている。また、インジ
ェクタボディ３６内の下側部分には電磁開閉式の燃料噴
射ノズル弁が組み込まれており、そのノズルボディ４０
はインジェクタボディ３６から下方に突出して燃焼室１
５内に延びている。ノズルボディ４０の先端はバルブシ
ート４２によって閉塞されており、このバルブシート４
２には、ノズル孔４４が開孔されている。燃料噴射ノズ
ル弁の弁タイプはニードル弁であり、ノズルボディ４０
内にはノズルニードル４６が格納されている。このノズ
ルニードル４６はノズルボディ４０の軸線上を往復動可
能となっており、このノズルニードル４６が往復動する
ことによってノズル孔４４が開閉される。インジェクタ
ボディ３６内にて、ノズルニードル４６の頭部には、こ
の頭部の周囲を覆うようにアーマチュア４８が固定され
ており、これらノズルニードル４６とアーマチュア４８
は圧縮コイルスプリング５０によりバルブシート４２に
向けて押圧付勢されている。それ故、ノズル孔４４は通
常、ノズルニードル４６の先端によって閉じられてい
る。コア３８の外周部には、圧縮コイルスプリング５０
の上側を一部覆うようにボビン５２が設けられており、
このボビン５２のスプール部分の周囲にはソレノイド５
４が設けられている。このソレノイド５４が通電される
と、アーマチュア４８を介してノズルニードル４６がバ
ルブシート４２からリフトしてノズル孔４４を開き、ノ
ズル孔４４から燃焼室１５内に燃料が噴射される。

【００１６】筒内噴射ガソリンエンジン１の運転中、燃
焼室１５内は高温・高圧状態になるので、フューエルイ
ンジェクタ２０とシリンダヘッド４の間は完全にシール
されていなければならない。このため、シリンダヘッド
４の上面とフューエルインジェクタ２０のフランジ部２
８の下面との間には銅製のガスケット５６が、インジェ
クタ装着孔１８の底面、即ち座面７２とフューエルイン
ジェクタ２０のガスケット用面７４との間にはガスケッ
ト５８がそれぞれ介在されている。

【００１７】図４を参照すると、ガスケット５８の全体
が示されている。同図から明らかなように、ガスケット
５８はリング形状をなしており、そのリング部分の半径
方向の断面は全周にわたってＳ字形状をなしている。ガ
スケット５８の最大外径は、例えば１３ｍｍとなってお
り、シリンダヘッド４の座面７２内に収納可能となって
いる。また、ガスケット５８の中央の孔６０には図３に
示すようにフューエルインジェクタ２０のノズルボディ
４０の先端が挿入されるようになっており、孔６０の内
径は、例えば７．６ｍｍとすることができる。

【００１８】ガスケット５８の内周縁及び外周縁は上側
シール部６２及び下側シール部６４としてそれぞれ形成
されている。これらの上下のシール部６２，６４はＳ字
形状断面でみて円弧部分の頂点部分にあり、この頂点部
分がガスケット５８の周方向に連続した一定の幅の円環
状をなしている。また、上側シール部６２と下側シール
部６４との間には、ガスケット５８の自由状態におい
て、例えば１．６ｍｍのレベル差が設けられており、そ
れ故、図４でみるとそのリング部がちょうど中空の円錐
台形状をなしている。上側シール部６２はフューエルイ
ンジェクタ２０のガスケット用面７４に対応し、下側シ
ール部６４はシリンダヘッド４のインジェクタ装着孔１
８の座面７２に対応している。

【００１９】図５は上記のガスケット５８のＳ字形状を
した断面を拡大して示したものである。同図に示すとお
り、ガスケット５８は芯材６６の表面を２層のコーティ
ング材に覆われており、１層目はプライマ６８で、外表
面となる２層目はコーティングゴム７０である。各部材
の材質は、例えば、芯材６６をステンレス鋼（ＳＵＳ３
０１，ＳＵＳ３０４等）とし、プライマ６８をシリコー
ン系として、コーティングゴム７０をフッ素ゴム（ＦＫ
Ｍ）とすることができる。また、各部材の厚さは、例え
ば、芯材６６を０．５ｍｍとし、プライマ６８を２〜３
μｍとして、コーティングゴム７０を１５〜４５μｍと
することができる。この場合、プライマ６８により芯材
６６へのコーティングゴム７０の接着が容易となり、コ
ーティングゴム７０の層が芯材６６に強固に定着する。

【００２０】２層のコーティング材のプライマ６８とコ
ーティングゴム７０は、図５に示すような芯材６６の表
面全てを覆うものであってもよいし、少なくとも上下の
シール部６２，６４とこれらの近傍のみを覆うものであ
ってもよい。図６を参照すると、ガスケット５８がシリ
ンダヘッド４のインジェクタ装着孔１８の座面７２と接
する状態が断面で示されている。上下のシール部６２，
６４の表面は上述のようにコーティングゴム７０に覆わ
れているので、同図に示すように、下側シール部６４で
は、そのインジェクタ装着孔１８の座面７２に例えば鋳
物巣７６があれば、この鋳物巣７６を塞ぎながらコーテ
ィングゴム７０の層がインジェクタ装着孔１８の座面７
２に密着する。なお、図６中、プライマ６８の層は図示
していない。

【００２１】図７を参照すると、座面７２が紫外線硬化
型樹脂７８によりコーティングされた状態を示してい
る。同図に示すように座面７２にある鋳物巣７６は、そ
の孔内部を紫外線硬化型樹脂７８により埋められ、その
上面開口はコーティングされて塞がれている。従って、
ガスケット５８の下側シール部６４では、コーティング
ゴム層７０と紫外線硬化型樹脂７８が接触して密着す
る。

【００２２】また、ガスケット５８は、芯材６６にステ
ンレス鋼を用いており、その形状が中空の円錐台である
ので、上下のシール部６２，６４がそれぞれ上下から押
圧されると、ガスケット５８は皿ばねのような弾性変形
を生じる。ここで、ガスケット５８の上下のシール部６
２，６４が、フューエルインジェクタ２０のガスケット
用面７４及びシリンダヘッド４のインジェクタ装着孔１
８の座面７２の両側からから受ける荷重（押圧力）の大
きさと、これらの両面の間隔、即ち、ガスケット５８の
セット長の関係は、図８に示すように非直線性となる。
ガスケット５８が荷重を受けない状態では、そのセット
長は上述した最初のレベル差に等しくなっている。そし
て、セット長が小さくなるにしたがって次第に荷重が大
きくなり、図示の最適範囲内のセット長で上下のシール
部６２，６４に大きな荷重、即ち押圧力を生じさせるこ
とができる。このガスケット５８のセット長は、関係す
る部品の寸法及び公差を考慮して図８に示す最適範囲に
なるように設計すればよい。

【００２３】上述したシリンダヘッドのシール装置によ
れば、ガスケット５８の上下のシール部６２，６４のシ
ール面積を小さくすることができるので、ガスケット５
８を押圧する荷重が小さくても大きな面圧力によってシ
ールすることができる。また、ガスケット５８は、その
シール面積が小さいので、フューエルインジェクタ２０
を押し上げる力が大きくなり、より良いシール性を得る
ことができる。そして、これら上下のシール部６２，６
４には、コーティングゴム７０の層が設けられているか
ら、ガスケット５８に当たる面に鋳物巣７６があって
も、このコーティングゴム７０の弾性により確実に隙間
を埋めてシールすることができる。

【００２４】また、ガスケット５８のコーティングゴム
７０だけではシールすることができない程の鋳物巣７６
がシリンダヘッド４の座面７２にあっても、図７に示し
たようにこの座面７２が紫外線硬化型樹脂７８によりコ
ーティングされ、鋳物巣７６の孔が埋められていれば、
確実にガスケット５８のシール性を確保することができ
る。

【００２５】そして、ガスケット５８は、プライマ６８
を使用することでその芯材６６とコーティングゴム７０
との接着を確実に行うことができるので、使用時にコー
ティングゴム７０が剥離を起こすことがないし、コーテ
ィングゴム７０に耐久性に優れたフッ素ゴムを使用して
いるから、筒内噴射ガソリンエンジン１の運転中に長時
間の高温条件下にあっても、このコーティングゴム７０
が変質劣化することがなく、そのシール性を損なうこと
はない。

【００２６】更に、ガスケット５８の芯材６６は荷重と
セット長の関係に非直線性を有しており、その最適セッ
ト長の範囲が十分大きいので、ガスケット５８の上下の
シール部６２，６４の間隔が広くなったとしても、これ
らの面がシリンダヘッド４の座面やフューエルインジェ
クタ２０のガスケット用面７４から離れることはなく、
確実にそのシール性を保持することができる。

【００２７】この発明は上述の実施例に制約されるもの
ではない。例えば芯材６６の半径方向の断面形状は種々
の変形が可能である。図９〜図１１を参照するとその変
形例が示されており、例えば芯材６６の半径方向の断面
はこれらの図に示す形状とすることもできる。なお、図
示していないがこれらの図に示す場合でもプライマ６８
及びコーティングゴム７０の層が設けられている。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１のシリン
ダヘッドのシール装置によれば、ガスケットに小さい押
圧力で大きなシール面圧力を得ることができるので、フ
ューエルインジェクタを押圧する荷重を小さくすること
ができる。従って、フューエルインジェクタの作動不良
を起こすことはない。また、ガスケットの芯材に適当な
弾性を持たせてあるから、そのシール部に不用意に隙間
を生じることはなく、そのシール面圧力を確保すること
ができる。

【００２９】また、インジェクタやシリンダヘッドの接
触面に微少な凹凸があっても、これらの表面の粗度に関
わらず、接触シール部を被覆する弾性部材がこれらの凹
凸の形状に合わせて弾性変形するので、インジェクタと
シリンダヘッドの間を確実にシールすることができる。
そして、ガスケットの接触シール部はその断面が円弧状
に形成されているので、ほぼ円環状に線接触するシール
面が広い範囲で適切なシール圧力を得ることができる。

【００３０】請求項２のシリンダヘッドのシール装置に
よれば、簡単な加工でガスケットの芯材に大きな弾性係
数を持たせることができるし、接触シール部の接触面積
を小さくすることができる。更に、芯材を中空の円錐台
形状としてあるので、拡開したシリンダヘッド側の接触
シール部で、より広い範囲にほぼ一定の適切なシール圧
力を得ることができる。

【００３１】請求項３のシリンダヘッドのシール装置に
よれば、ガスケットの芯材の接触シール部とその近傍を
ゴム層で被覆するだけの簡単な構成でインジェクタとシ
リンダヘッドの間を確実にシールすることができる。ま
た、接触シール部のゴム層により、特にシリンダヘッド
側のピンホール等の鋳物巣を確実にシールすることがで
きる。

【００３２】請求項４のシリンダヘッドのシール装置に
よれば、ゴム層がガスケットの接触シール部以外の部分
も被覆しているので、ガスケットがゴム層以外でインジ
ェクタやシリンダヘッドの装着部に接触することはな
く、ゴム層による確実なシール性を得ることができる。
また、ガスケットの製造工程においても、芯材の全表面
を被覆することでその生産作業性を向上させることがで
きる。

【００３３】請求項５のシリンダヘッドのシール装置に
よれば、シリンダヘッド側の座面を平滑にすることがで
きるので、この座面にある鋳物巣をコーティング層で埋
めることにより、ガスケットによるシールをより確実に
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】筒内噴射ガソリンエンジンの側面を一部断面で
示した図である。

【図２】フューエルインジェクタのシリンダヘッドへの
取付部を示す正面図である。

【図３】フューエルインジェクタ内部とそのシリンダヘ
ッドへの取付状態を詳細に示した断面図である。

【図４】ガスケットの全体を示す斜視図である。

【図５】図４中、Ｖ−Ｖ線に沿う断面図である。

【図６】ガスケットがシリンダヘッドの装着部をシール
する状態を示した断面図である。

【図７】シリンダヘッドに紫外線硬化型樹脂をコーティ
ングした状態を示す図である。

【図８】ガスケットの受ける荷重とセット長との関係を
示す図である。

【図９】ガスケットの一変形例を示す図である。

【図１０】ガスケットの一変形例を示す図である。

【図１１】ガスケットの一変形例を示す図である。

【符号の説明】

１ 筒内噴射ガソリンエンジン ４ シリンダヘッド １８ インジェクタ装着孔 ２０ フューエルインジェクタ ５８ ガスケット ６２ 上側シール部 ６４ 下側シール部 ６６ 芯材 ６８ プライマ ７０ コーティングゴム ７８ 紫外線硬化型樹脂

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンの燃焼室内に直接燃料を噴射す
   るインジェクタとシリンダヘッドとの間に介装され、こ
   れらに対する接触シール部の断面がそれぞれ円弧状に形
   成されたガスケットを有し、 前記ガスケットは、前記接触シール部間の間隔を縮小さ
   せながら弾性変形可能な金属製の芯材と、前記芯材の少
   なくとも前記接触シール部とその近傍をそれぞれ被覆す
   る弾性部材とを備えることを特徴とするシリンダヘッド
   のシール装置。
2. 【請求項２】 前記ガスケットは、前記インジェクタ側
   から前記シリンダヘッド側にかけて徐々に拡開する中空
   の円錐台形状をなし、その両開口縁を互いに逆向きに円
   弧状に折り返して形成した一対の前記接触シール部を有
   することを特徴とする請求項１に記載のシリンダヘッド
   のシール装置。
3. 【請求項３】 前記弾性部材は、ゴム層であることを特
   徴とする請求項１又は２に記載のシリンダヘッドのシー
   ル装置。
4. 【請求項４】 前記ゴム層は、前記芯材の全表面を被覆
   していることを特徴とする請求項１から３の何れかに記
   載のシリンダヘッドのシール装置。
5. 【請求項５】 前記ガスケットが当接する前記シリンダ
   ヘッド側の座面には、紫外線硬化型のコーティング層が
   形成されていることを特徴とする請求項１から４の何れ
   かに記載のシリンダヘッドのシール装置。